一种抑制电池加热噪声的电机控制方法和电动汽车
阅读说明：本技术 一种抑制电池加热噪声的电机控制方法和电动汽车 (Motor control method for suppressing battery heating noise and electric automobile ) 是由 赵慧超 李岩 潘忠亮 董力嘉 刘亚川 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种抑制电池加热噪声的电机控制方法和电动汽车,其中,电机控制方法包括：在电机输出转矩的模式下,转矩-电流指令计算模块将转矩指令值转换为d轴电流指令及q轴电流指令；在电池加热模式下,加热指令生成模块产生d轴电压加热指令和d轴电流加热指令中的至少一种,d轴电压加热指令和所述d轴电流加热指令均包括幅值和频率变化的波形指令；电机驱动模块根据d轴电流指令及q轴电流指令驱动电机输出设定的转矩,或根据d轴电压加热指令和d轴电流加热指令中的至少一种驱动电机,对动力电池进行充放电形式的加热。本发明实施例能够对动力电池进行均匀加热,提升整车充电速度和效率,并显著削弱电池加热过程中产生的噪声。(The embodiment of the invention discloses a motor control method for inhibiting battery heating noise and an electric automobile, wherein the motor control method comprises the following steps: in a mode that the motor outputs torque, the torque-current instruction calculation module converts a torque instruction value into a d-axis current instruction and a q-axis current instruction; in a battery heating mode, a heating instruction generating module generates at least one of a d-axis voltage heating instruction and a d-axis current heating instruction, wherein the d-axis voltage heating instruction and the d-axis current heating instruction both comprise amplitude and frequency variation waveform instructions; the motor driving module drives the motor to output a set torque according to the d-axis current instruction and the q-axis current instruction, or drives the motor according to at least one of the d-axis voltage heating instruction and the d-axis current heating instruction, so as to heat the power battery in a charging and discharging mode. The embodiment of the invention can uniformly heat the power battery, improve the charging speed and efficiency of the whole vehicle and obviously weaken the noise generated in the battery heating process.)
技术领域
本发明实施例涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种抑制电池加热噪声的电机控制方法和电动汽车。
背景技术
作为未来汽车的重要组成形式，电动和混合动力汽车在产生较少污染排放的同时，还具备较高的燃油经济性，因而得到了人们和社会各界的广泛关注。
电动和混合动力汽车的主要动力来源是动力电池，电池能量需要通过充电进行补充。当环境温度较低时，由于电池本身特性的限制，无法立即进行大功率的电池充电。因此，在低温工况下，需要完成电池的预先加热，当电池温度达到适宜温度再进行大功率充电。目前，电池系统的加热方式主要有两种，即内部加热和外部加热。其中，内部加热方式是通过电池电阻或电池内部的化学反应等直接对电池内部进行加热，例如高低频交流电加热、电池内部放电加热等；外部加热方式是通过外部加热组件产生热量，从外部对电池进行加热，例如热风加热、液体加热、相变材料加热、加热膜加热、汽车加热器(Positive TemperatureCoefficient，PTC)加热等。
在加热过程中，上述常规的加热方式会在整车系统的电机端形成径向往复的作用力，产生较大的加热噪声。
发明内容
本发明实施例提供一种抑制电池加热噪声的电机控制方法和电动汽车，以实现在不增加汽车制造成本的前提下，对动力电池进行均匀加热，提升整车充电速度和效率，并显著削弱电池加热过程中产生的噪声。
第一方面，本发明实施例提供了一种抑制电池加热噪声的电机控制方法，其中，所述方法由电机控制器执行，所述电机控制器包括控制模块和电机驱动模块，所述控制模块包括转矩-电流指令计算模块和加热指令生成模块，所述电机驱动模块连接动力电池和电机；
所述方法包括：
在电机输出转矩的模式下，所述转矩-电流指令计算模块将转矩指令值转换为d轴电流指令及q轴电流指令；
在电池加热模式下，所述加热指令生成模块产生d轴电压加热指令和d轴电流加热指令中的至少一种，所述d轴电压加热指令和所述d轴电流加热指令均包括幅值和频率变化的波形指令；
所述电机驱动模块根据d轴电流指令及q轴电流指令驱动电机输出设定的转矩，或根据所述d轴电压加热指令和所述d轴电流加热指令中的至少一种驱动所述电机，对动力电池进行充放电形式的加热。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电动汽车，包括电机控制器、电机和动力电池，所述电机控制器包括控制模块和电机驱动模块，所述控制模块包括转矩-电流指令计算模块和加热指令生成模块，所述电机驱动模块连接动力电池和电机；
所述转矩-电流指令计算模块用于在电机输出转矩的模式下，将转矩指令值转换为d轴电流指令及q轴电流指令；
所述加热指令生成模块用于在电池加热模式下，产生d轴电压加热指令和d轴电流加热指令中的至少一种，所述d轴电压加热指令和所述d轴电流加热指令均包括幅值和频率变化的波形指令；
所述电机驱动模块用于根据d轴电流指令及q轴电流指令驱动电机输出设定的转矩，或根据所述d轴电压加热指令和所述d轴电流加热指令中的至少一种驱动所述电机，对动力电池进行充放电形式的加热。
本发明实施例所提供的技术方案，基于整车现有的动力系统，在电机输出转矩的模式下，通过设置转矩-电流指令计算模块将转矩指令值转换为d轴电流指令和q轴电流指令；在电池加热模式下，通过设置加热指令生成模块产生幅值和频率变化的波形指令，电机驱动模块根据幅值和频率变化的波形指令驱动电机，对动力电池进行充放电形式的加热的手段，填补了现有电池加热方式加热噪声大，加热均匀性差，硬件成本高，加热效率低的缺陷，实现了在不增加汽车制造成本的前提下，基于整车现有的动力系统对动力电池进行均匀加热，减少整车低温充电时间，显著削弱电池加热噪声的效果。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种抑制电池加热噪声的电机控制方法的流程图；
图2是本发明实施例二提供的一种抑制电池加热噪声的电机控制方法的流程图；
图3是本发明实施例三提供的一种电动汽车的动力系统结构示意图；
图4是本发明实施例四提供的一种电动汽车的加热指令生成模块结构示意图；
图5是本发明实施例四提供的第一随机幅值指令生成模块的内部结构示意图；
图6是本发明实施例四提供的第一随机频率指令生成模块的内部结构示意图；
图7是本发明实施例四提供的另一种电动汽车的加热指令生成模块结构示意图；
图8是本发明实施例五提供的一种电动汽车的d轴电压加热指令生成模块结构示意图；
图9是本发明实施例五提供的一种电动汽车的q轴电压加热指令生成模块结构示意图；
图10是本发明实施例六提供的一种电动汽车的动力系统结构示意图；
图11是本发明实施例六提供的一种电动汽车的动力系统功能框图；
图12是本发明实施例六提供的一种电动汽车在某种停车工况下未进入电池加热模式的电机转子位置示意图；
图13是本发明实施例六提供的一种电动汽车在某种停车工况下进入电池加热模式的电机转子位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种抑制电池加热噪声的电机控制方法的流程图，本实施例可适用于具备电机控制器的任意设备的动力电池加热场景，该方法可以但不限于由本发明实施例中的电动汽车作为执行主体来执行，该执行主体可以采用软件和/或硬件的方式实现。其中，该方法由电机控制器执行，电机控制器包括控制模块和电机驱动模块，控制模块包括转矩-电流指令计算模块和加热指令生成模块，电机驱动模块连接动力电池和电机。如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤110，在电机输出转矩的模式下，转矩-电流指令计算模块将转矩指令值转换为d轴电流指令及q轴电流指令。
其中，动力电池可以是任意一种可充电电池，本发明实施例对此不进行限制，例如可以是锂电池，或者可以是镍氢电池，或者可以是钠硫蓄电池，或者可以是铅酸蓄电池。动力电池的包装形式可以为电池单体，或者可以为电池模组，或者可以为电池包。
电机控制器可以是直流电机控制器，或者可以是交流电机控制器。电机控制器的驱动方式可以为任意一种驱动方式，本发明实施例对此不进行限制，例如可以为直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)。
动力电池与电机驱动模块的连接链路可以为电气链路，电机与电机驱动模块的连接链路也可以为电气链路。
转矩-电流指令计算模块用于将转矩指令值转换为d轴电流指令和q轴电流指令。
作为转矩-电流指令计算模块的转换对象，转矩指令值用于被转换为d轴电流指令和q轴电流指令。转矩指令值的信号类型可以是数字信号，转矩指令值的数制可以是二进制，本发明实施例对此均不进行限制。转矩指令值的传输方式可以是有线传输，或者可以是无线传输。
d轴电流指令和q轴电流指令的信号类型可以是模拟信号，本发明实施例对此均不进行限制。d轴电流指令和q轴电流指令的传输方式可以是有线传输，或者可以是无线传输。
步骤120，在电池加热模式下，加热指令生成模块产生d轴电压加热指令和d轴电流加热指令中的至少一种，d轴电压加热指令和d轴电流加热指令均包括幅值和频率变化的波形指令。
其中，加热指令生成模块用于产生d轴电压加热指令和/或d轴电流加热指令。
d轴电压加热指令和d轴电流加热指令的信号类型可以是模拟信号，本发明实施例对此均不进行限制。d轴电压加热指令和d轴电流加热指令的传输方式可以是有线传输，或者可以是无线传输。
幅值和频率变化的波形指令的幅值和频率变化规律可以是在保证整车系统安全、正常和稳定工作前提下的任意一种变化规律，本发明实施例对此均不进行限制。
步骤130，电机驱动模块根据d轴电流指令及q轴电流指令驱动电机输出设定的转矩，或根据d轴电压加热指令和d轴电流加热指令中的至少一种驱动电机，对动力电池进行充放电形式的加热。
其中，电机的类型可以为永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)，或者可以为交流异步电机(AC Asynchronous Motor，ACMC)，或者可以为直流无刷电机(Brushless DC Motor，BLDC)，或者可以为励磁电机(Excitation Motor，EEM)。
作为转矩-电流指令计算模块的输出结果，d轴电流指令和q轴电流指令用于为电机驱动模块提供指令参考，以驱动电机输出设定的转矩。
设定的转矩的设定方式可以为作业人员提前或依据具体情况进行设定，或者可以为系统初始设定。
在另一个实施例中，可选地，在电机输出转矩的模式下，转矩-电流指令计算模块将转矩指令值转换为d轴电流指令及q轴电流指令。在电池加热模式下，加热指令生成模块产生q轴电压加热指令和q轴电流加热指令中的至少一种，q轴电压加热指令和q轴电流加热指令均包括幅值和频率变化的波形指令。电机驱动模块根据d轴电流指令及q轴电流指令驱动电机输出设定的转矩，或根据q轴电压加热指令和q轴电流加热指令中的至少一种驱动电机，对动力电池进行充放电形式的加热。
本实施例的技术方案，基于整车现有的动力系统，在电机输出转矩的模式下，通过设置转矩-电流指令计算模块将转矩指令值转换为d轴电流指令和q轴电流指令；在电池加热模式下，通过设置加热指令生成模块产生幅值和频率变化的波形指令，电机驱动模块根据幅值和频率变化的波形指令驱动电机，对动力电池进行充放电形式的加热的手段，解决了现有电池加热方式加热噪声大，加热均匀性差，硬件成本高，加热效率低的问题，实现了在不增加汽车制造成本的前提下，基于整车现有的动力系统对动力电池进行均匀加热，减少整车低温充电时间，显著削弱电池加热噪声的效果。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种抑制电池加热噪声的电机控制方法的流程图，本实施例以本发明实施例一为基础进行追加。如图2所示，可选的，抑制电池加热噪声的电机控制方法还包括：
步骤140，控制模块在电池处于低温状态下识别整车有充电枪插入或者接收到用户远程充电预约请求时开启电池加热模式。
其中，低温状态的具体阈值设定可以是整车系统的初始参数设定，或者可以是用户自主设定。
可选的，在电池加热模式下，q轴电流指令和q轴电压指令为零。
可选的，电机驱动模块根据d轴电压加热指令和d轴电流加热指令中的至少一种驱动电机，包括电机驱动模块根据d轴电压加热指令和d轴电流加热指令中的至少一种向电机输出驱动信号，控制电机不转动。
其中，驱动信号作为电机驱动模块的输出信号和电机的输入控制信号，用于控制电机不发生转动。驱动信号的信号类型可以是数字信号，驱动信号的数制可以是二进制，本发明实施例对此均不进行限制。驱动信号的传输方式可以是有线传输，或者可以是无线传输。
在另一个实施例中，可选地，在电机输出转矩的模式下，转矩-电流指令计算模块将转矩指令值转换为d轴电流指令及q轴电流指令。
控制模块在电池处于低温状态下识别整车有充电枪插入或者接收到用户远程充电预约请求时开启电池加热模式。
在电池加热模式下，加热指令生成模块产生q轴电压加热指令和q轴电流加热指令中的至少一种，q轴电压加热指令和q轴电流加热指令均包括幅值和频率变化的波形指令。
电机驱动模块根据d轴电流指令及q轴电流指令驱动电机输出设定的转矩，或根据q轴电压加热指令和q轴电流加热指令中的至少一种驱动电机，对动力电池进行充放电形式的加热。
在电池加热模式下，d轴电流指令和d轴电压指令为零。
电机驱动模块根据q轴电压加热指令和q轴电流加热指令中的至少一种驱动电机，包括电机驱动模块根据q轴电压加热指令和q轴电流加热指令中的至少一种向电机输出驱动信号，控制电机不转动。
本实施例的技术方案，基于整车现有的动力系统，通过设置控制模块在电池处于低温状态下识别整车有充电枪插入或者接收到用户远程充电预约请求时，开启电池加热模式的手段，解决了现有电池加热方式只能在用户处于车内的情形下进行电池加热，并且存在硬件成本高和加热时间长的问题，实现了在不增加汽车制造成本的前提下，用户能够提前远程预约电池加热，减少了整车低温充电时间的效果。
此外，本实施例的技术方案，在电机输出转矩的模式下，通过设置转矩-电流指令计算模块将转矩指令值转换为d轴电流指令和q轴电流指令；在电池加热模式下，通过设置加热指令生成模块产生幅值和频率变化的波形指令，电机驱动模块根据幅值和频率变化的波形指令驱动电机，对动力电池进行充放电形式的加热的手段，填补了现有电池加热方式加热噪声大，加热均匀性差，加热效率低的缺陷，实现了基于整车现有的动力系统对动力电池进行均匀加热，提高整车低温充电效率，显著削弱电池加热噪声的效果。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种电动汽车的动力系统结构示意图。如图3所示，电动汽车的动力系统包括电机控制器210、电机220和动力电池230。电机控制器210包括控制模块211和电机驱动模块212。控制模块211包括转矩-电流指令计算模块211a和加热指令生成模块211b。电机驱动模块212连接动力电池230和电机220。
转矩-电流指令计算模块211a用于在电机220输出转矩的模式下，将转矩指令值转换为d轴电流指令及q轴电流指令。
加热指令生成模块211b用于在电池加热模式下，产生d轴电压加热指令和d轴电流加热指令中的至少一种，d轴电压加热指令和d轴电流加热指令均包括幅值和频率变化的波形指令。
电机驱动模块212用于根据d轴电流指令及q轴电流指令驱动电机220输出设定的转矩，或根据d轴电压加热指令和d轴电流加热指令中的至少一种驱动电机220，对动力电池230进行充放电形式的加热。
其中，d轴电压加热指令可以是任意形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令，本发明实施例对此不进行限制，例如可以是方波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令，或者可以是正弦波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令，或者可以是三角波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令，或者可以是梯形波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令，或者可以是阶梯波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令。
d轴电流加热指令可以是任意形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令，本发明实施例对此不进行限制，例如可以是方波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令，或者可以是正弦波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令，或者可以是三角波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令，或者可以是梯形波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令，或者可以是阶梯波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令。
在另一个实施例中，可选地，转矩-电流指令计算模块211a用于在电机220输出转矩的模式下，将转矩指令值转换为d轴电流指令及q轴电流指令。
加热指令生成模块211b可以用于在电池加热模式下，产生q轴电压加热指令和q轴电流加热指令中的至少一种，q轴电压加热指令和q轴电流加热指令均包括幅值和频率变化的波形指令。
电机驱动模块212可以用于根据d轴电流指令及q轴电流指令驱动电机220输出设定的转矩，或根据q轴电压加热指令和q轴电流加热指令中的至少一种驱动电机220，对动力电池230进行充放电形式的加热。
本实施例的技术方案，基于整车现有的动力系统，在电机输出转矩的模式下，通过设置转矩-电流指令计算模块将转矩指令值转换为d轴电流指令和q轴电流指令。在电池加热模式下，通过设置加热指令生成模块产生幅值和频率变化的d轴电压加热指令和/或d轴电流加热指令，电机驱动模块根据d轴电压加热指令和/或d轴电流加热指令驱动电机，对动力电池进行充放电形式的加热。克服了现有电池加热方式加热噪声大，加热均匀性差，硬件成本高，加热效率低的弊端，实现了在不增加汽车制造成本的前提下，基于整车现有的动力系统对动力电池进行均匀加热，减少整车低温充电时间，显著削弱电池加热噪声的效果。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种电动汽车的加热指令生成模块结构示意图，本实施例以本发明实施例三为基础进行细化。如图4所示，可选的，加热指令生成模块211b包括d轴电流加热指令生成模块211b1和/或d轴电压加热指令生成模块211b2。
d轴电流加热指令生成模块211b1，用于产生幅值和频率变化的d轴电流加热指令。
d轴电压加热指令生成模块211b2，用于产生幅值和频率变化的d轴电压加热指令。
可选的，d轴电流加热指令生成模块211b1包括第一随机幅值指令生成模块211b11、第一随机频率指令生成模块211b12和电流波形生成模块211b13。
第一随机幅值指令生成模块211b11用于生成设定的波形幅值指令。
第一随机频率指令生成模块211b12用于生成设定的波形频率指令。
电流波形生成模块211b13用于根据设定的波形幅值指令和设定的波形频率指令输出d轴电流波形。
其中，第一随机幅值指令生成模块211b11的内部结构可以如图5所示，第一随机频率指令生成模块211b12的内部结构可以如图6所示。波形幅值指令和波形频率指令可以用于为电流波形生成模块211b13输出d轴电流波形提供指令参考。波形幅值指令和波形频率指令的设定方式可以是用户根据实际需要进行的适应性设定，本发明实施例对此不进行限制。
d轴电流波形可以与d轴电流加热指令一一对应。例如，当d轴电流加热指令是方波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令时，d轴电流波形为包括幅值和频率变化的交变方波；当d轴电流加热指令是正弦波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令时，d轴电流波形为包括幅值和频率变化的交变正弦波；当d轴电流加热指令是三角波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令时，d轴电流波形为包括幅值和频率变化的交变三角波；当d轴电流加热指令是梯形波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令时，d轴电流波形为包括幅值和频率变化的交变梯形波；当d轴电流加热指令是阶梯波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令时，d轴电流波形为包括幅值和频率变化的交变阶梯波。
可选的，第一随机幅值指令生成模块211b11用于利用随机数生成函数、随机数查表或者设定的幅值实现设定的波形幅值指令的输出。
第一随机频率指令生成模块211b12用于利用随机数生成函数、随机数查表或者设定的频率实现设定的波形频率指令的输出。
其中，随机数生成函数和随机数查表用于为第一随机幅值指令生成模块211b11输出波形幅值指令，以及第一随机频率指令生成模块211b12输出波形频率指令提供指令生成依据。
波形幅值指令和波形频率指令的信号类型可以是数字信号，上述两种波形指令的数制可以是二进制，本发明实施例对此均不进行限制。上述两种波形指令的传输方式可以是有线传输，或者可以是无线传输。
在另一个实施例中，图7是本发明实施例提供的另一种电动汽车的加热指令生成模块结构示意图。参见图7，可选地，加热指令生成模块211b可以包括q轴电流加热指令生成模块211b3和/或q轴电压加热指令生成模块211b4。q轴电流加热指令生成模块211b3用于产生幅值和频率变化的q轴电流加热指令。q轴电压加热指令生成模块211b4用于产生幅值和频率变化的q轴电压加热指令。
q轴电流加热指令生成模块211b3可以包括第三随机幅值指令生成模块211b31、第三随机频率指令生成模块211b32和第二电流波形生成模块211b33。第三随机幅值指令生成模块211b31用于生成设定的波形幅值指令。第三随机频率指令生成模块211b32用于生成设定的波形频率指令。第二电流波形生成模块211b33用于根据设定的波形幅值指令和设定的波形频率指令输出q轴电流波形。
q轴电流波形可以与q轴电流加热指令一一对应。例如，当q轴电流加热指令是方波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令时，q轴电流波形为包括幅值和频率变化的交变方波；当q轴电流加热指令是正弦波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令时，q轴电流波形为包括幅值和频率变化的交变正弦波；当q轴电流加热指令是三角波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令时，q轴电流波形为包括幅值和频率变化的交变三角波；当q轴电流加热指令是梯形波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令时，q轴电流波形为包括幅值和频率变化的交变梯形波；当q轴电流加热指令是阶梯波形式的包括幅值和频率变化的交变电流指令时，q轴电流波形为包括幅值和频率变化的交变阶梯波。
可选的，第三随机幅值指令生成模块211b31用于利用随机数生成函数、随机数查表或者设定的幅值实现设定的波形幅值指令的输出。
第三随机频率指令生成模块211b32用于利用随机数生成函数、随机数查表或者设定的频率实现设定的波形频率指令的输出。
在又一个实施例中，电动汽车的加热指令生成模块211b还可以包括d轴电流加热指令生成模块211b1，和/或d轴电压加热指令生成模块211b2，和/或q轴电流加热指令生成模块211b3，和/或q轴电压加热指令生成模块211b4，其技术原理和实现的效果类似，不再赘述。
本实施例的技术方案，通过设置包括第一随机幅值指令生成模块、第一随机频率指令生成模块和电流波形生成模块的d轴电流加热指令生成模块，能够输出幅值和频率变化的d轴电流加热指令。基于d轴电流加热指令驱动电机，对动力电池进行充放电形式的加热的手段，克服了现有电池加热方式加热噪声大的问题，实现了在不增加汽车制造成本的前提下，基于整车现有的动力系统对动力电池进行加热，显著削弱电池加热噪声的效果。
实施例五
图8为本发明实施例五提供的一种电动汽车的d轴电压加热指令生成模块结构示意图，本实施例以本发明实施例四为基础进行细化。如图8所示，可选的，d轴电压加热指令生成模块211b2包括第二随机幅值指令生成模块211b21、第二随机频率指令生成模块211b22和电压波形生成模块211b23。
第二随机幅值指令生成模块211b21用于生成设定的波形幅值指令。
第二随机频率指令生成模块211b22用于生成设定的波形频率指令。
电压波形生成模块211b23用于根据设定的波形幅值指令和设定的波形频率指令输出d轴电压波形。
其中，第二随机幅值指令生成模块211b21可以具体用于利用随机数生成函数、随机数查表或者设定的幅值实现设定的波形幅值指令的输出。
第二随机频率指令生成模块211b22可以具体用于利用随机数生成函数、随机数查表或者设定的频率实现设定的波形频率指令的输出。
波形幅值指令和波形频率指令可以用于为电压波形生成模块211b23输出d轴电压波形提供指令参考。
d轴电压波形可以与d轴电压加热指令一一对应。例如，当d轴电压加热指令是方波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令时，d轴电压波形为包括幅值和频率变化的交变方波；当d轴电压加热指令是正弦波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令时，d轴电压波形为包括幅值和频率变化的交变正弦波；当d轴电压加热指令是三角波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令时，d轴电压波形为包括幅值和频率变化的交变三角波；当d轴电压加热指令是梯形波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令时，d轴电压波形为包括幅值和频率变化的交变梯形波；当d轴电压加热指令是阶梯波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令时，d轴电压波形为包括幅值和频率变化的交变阶梯波。
在另一个实施例中，图9是本发明实施例提供的一种电动汽车的q轴电压加热指令生成模块结构示意图，本实施例以图7所示的另一种电动汽车的加热指令生成模块结构示意图为基础进行细化。
参见图9，可选地，q轴电压加热指令生成模块211b4可以包括第四随机幅值指令生成模块211b41、第四随机频率指令生成模块211b42和第二电压波形生成模块211b43。第四随机幅值指令生成模块211b41用于生成设定的波形幅值指令。第四随机频率指令生成模块211b42用于生成设定的波形频率指令。第二电压波形生成模块211b43用于根据设定的波形幅值指令和设定的波形频率指令输出q轴电压波形。
其中，第四随机幅值指令生成模块211b41可以具体用于利用随机数生成函数、随机数查表或者设定的幅值实现设定的波形幅值指令的输出。
第四随机频率指令生成模块211b42可以具体用于利用随机数生成函数、随机数查表或者设定的频率实现设定的波形频率指令的输出。
波形幅值指令和波形频率指令可以用于为第二电压波形生成模块211b43输出q轴电压波形提供指令参考。
q轴电压波形可以与q轴电压加热指令一一对应。例如，当q轴电压加热指令是方波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令时，q轴电压波形为包括幅值和频率变化的交变方波；当q轴电压加热指令是正弦波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令时，q轴电压波形为包括幅值和频率变化的交变正弦波；当q轴电压加热指令是三角波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令时，q轴电压波形为包括幅值和频率变化的交变三角波；当q轴电压加热指令是梯形波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令时，q轴电压波形为包括幅值和频率变化的交变梯形波；当q轴电压加热指令是阶梯波形式的包括幅值和频率变化的交变电压指令时，q轴电压波形为包括幅值和频率变化的交变阶梯波。
此外，波形幅值指令和波形频率指令的数值选取可以根据电池加热的速度要求以及电机、电机控制器的硬件能力上限进行确定。激励波形的幅值越大，动力电池的加热速度越快，但是仍然需要满足电机控制器的电流值不超过最大允许电流值的要求。激励波形的频率越低，动力电池加热速度越快，但是也需要满足动力电池的安全特性要求。
本实施例的技术方案，通过设置包括第二随机幅值指令生成模块、第二随机频率指令生成模块和电压波形生成模块的d轴电压加热指令生成模块，能够输出幅值和频率变化的d轴电压加热指令。基于d轴电压加热指令驱动电机，对动力电池进行充放电形式的加热的手段，克服了现有电池加热方式加热噪声大的问题，实现了在不增加汽车制造成本的前提下，基于整车现有的动力系统对动力电池进行加热，显著削弱电池加热噪声的效果。
实施例六
图10为本发明实施例六提供的一种电动汽车的动力系统结构示意图，本实施例以本发明实施例三为基础进行追加。如图10所示，可选的，电机控制器210还包括反向变换模块213、比例积分(Proportional Integral，PI)控制模块214、前向变换模块215和空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)模块216。
反向变换模块213用于将电机三相电流由静止坐标系变换为旋转坐标系得到d轴电流值和q轴电流值。
PI控制模块214用于接收d轴电流指令的值与d轴电流值的差值、以及q轴电流指令的值与q轴电流值的差值，输出d轴电压指令和q轴电压指令；或者接收d轴电流加热指令的值与d轴电流值的差值，设定为零的q轴电流指令的值与q轴电流值的差值，输出d轴电压指令和q轴电压指令。
前向变换模块215用于将d轴电压指令变换为Alfa轴电压指令，将q轴电压指令变换为Beta轴电压指令。
SVPWM模块216用于基于所述Alfa轴电压指令和Beta轴电压指令计算输出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)占空比指令，控制逆变器的功率器件开通与关断，以驱动电机220。
其中，d轴电流值和q轴电流值的信号类型可以是数字信号，d轴电流值和q轴电流值的数制可以为二进制，本发明实施例对此均不进行限制。d轴电流值和q轴电流值的传输方式可以是有线传输，或者可以是无线传输。
d轴电流指令的值用于与d轴电流值做减法运算。d轴电流指令的值与d轴电流值的作差方式通过减法器或比较器作差，本发明实施例对此不进行限制。d轴电流指令的值的信号类型可以是数字信号，d轴电流指令的值的数制可以是二进制，本发明实施例对此均不进行限制。d轴电流指令的值的传输方式可以是有线传输，或者可以是无线传输。
q轴电流指令的值用于与q轴电流值做减法运算。q轴电流指令的值与q轴电流值的作差方式通过减法器或比较器作差，本发明实施例对此不进行限制。q轴电流指令的值的信号类型可以是数字信号，q轴电流指令的值的数制可以是二进制，本发明实施例对此均不进行限制。q轴电流指令的值的传输方式可以是有线传输，或者可以是无线传输。
d轴电流加热指令的值用于与d轴电流值做减法运算。d轴电流加热指令的值与d轴电流值的作差方式通过减法器或比较器作差，本发明实施例对此不进行限制。d轴电流加热指令的值的信号类型可以是数字信号，d轴电流加热指令的值的数制可以是二进制，本发明实施例对此均不进行限制。d轴电流加热指令的值的传输方式可以是有线传输，或者可以是无线传输。
q轴电流加热指令的值用于与q轴电流值做减法运算。q轴电流加热指令的值与q轴电流值的作差方式通过减法器或比较器作差，本发明实施例对此不进行限制。q轴电流加热指令的值的信号类型可以是数字信号，q轴电流加热指令的值的数制可以是二进制，本发明实施例对此均不进行限制。q轴电流加热指令的值的传输方式可以是有线传输，或者可以是无线传输。
d轴电压指令和q轴电压指令作为前向变换模块215的变换对象，可以用于被前向变换模块215分别变换为Alfa轴电压指令和Beta轴电压指令。Alfa轴电压指令和Beta轴电压指令的信号类型可以是模拟信号，上述两个电压指令的传输方式可以是有线传输，或者可以是无线传输。
Alfa轴电压指令和Beta轴电压指令用于为SVPWM模块216计算输出PWM占空比指令提供指令参考。PWM占空比指令可以是数字信号，PWM占空比指令的数制可以是二进制，本发明实施例对此均不进行限制。PWM占空比指令的传输方式可以是有线传输，或者可以是无线传输。
逆变器的功率器件可以是任意型号或类别的绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)或金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，本发明实施例对此不进行限制。
在另一个实施例中，PI控制模块214可以用于接收设定为零的d轴电流加热指令的值与d轴电流值的差值，q轴电流指令的值与q轴电流值的差值，输出d轴电压指令和q轴电压指令。
在又一个实施例中，图11是本发明实施例提供的一种电动汽车的动力系统功能框图。参见图11，在上述技术方案的基础上，可选地，电动汽车还包括转矩指令接收模块310、电机位置传感器320、电机位置信息传递模块330和逆变器340。电机位置传感器320可以为旋转变压器，或者可以为增量编码器，或者可以为任意一种可检测电机转子位置信息的传感器。本发明实施例以三相永磁同步电机220a为例进行说明，但不对本发明实施例构成限定。
在电动汽车的动力系统中，电机位置传感器320完成对三相永磁同步电机220a的电机转子位置θ和电机转速信息ω的检测动作后，电机位置信息传递模块320将电机转子位置θ和电机转速信息ω传递给前向变换模块215和反向变换模块213。反向变换模块213基于三相永磁同步电机220a的三相电流Iu_value、Iv_value和Iw_value完成坐标系变换，并得到d轴电流值Id_value和q轴电流值Iq_value。在电机输出转矩的模式下，转矩指令接收模块310接收VCU发送的转矩指令Tecmd，并发送至转矩-电流指令计算模块211a。转矩-电流指令计算模块211a将转矩指令Tecmd值转换为d轴电流指令id_cmd，和q轴电流指令iq_cmd。d轴电流指令id_cmd和q轴电流指令iq_cmd分别与d轴电流值Id_value和q轴电流值Iq_value做差后，将差值输入至PI控制模块214。PI控制模块214计算并输出d轴电压指令ud和q轴电压指令uq。d轴电压指令ud和q轴电压指令uq经过前向变换模块215的坐标变换动作后，将d轴电压指令ud变换为Alfa轴电压指令uα，q轴电压指令uq变换为Beta轴电压指令uβ。Alfa轴电压指令uα和Beta轴电压指令uβ输入至SVPWM模块216后，经过SVPWM模块216的计算，输出6路PWM占空比指令，基于6路PWM占空比指令控制逆变器340的6个功率器件UT、VT、WT、UB、VB和WB的开通与关断，进而控制三相永磁同步电机220a输出指定的转矩。
基于上述电机控制方案，d轴电流加热指令生成模块211b1可以以包括幅值和频率变化的交变波形指令的形式给定d轴电流加热指令id*，并给定q轴电流加热指令为0，或者可以以包括幅值和频率变化的交变波形指令的形式给定q轴电流加热指令iq*，并给定d轴电流加热指令为0；d轴电压加热指令生成模块211b2可以以包括幅值和频率变化的交变波形指令的形式给定d轴电压加热指令ud*，并给定q轴电压加热指令为0，或者可以以包括幅值和频率变化的交变波形指令的形式给定q轴电压加热指令uq*，并给定d轴电压加热指令为0。
d轴电流加热指令生成模块211b1以包括幅值和频率变化的交变波形指令的形式给定d轴电流加热指令id*的原因和优势如下所述。如果d轴电流加热指令生成模块211b1以交变波形指令的形式给定d轴电流加热指令，该交变的d轴电流加热指令虽然能够保证三相永磁同步电机220a不发生转动，可以满足停车加热的要求。但是，交变的d轴电流加热指令会使三相永磁同步电机220a在径向方向上往复的出力，进而在电池加热过程中会产生规律性的单一频率的噪声，这种噪声会对处于车内的用户造成一定的困扰。因此，本发明实施例提出的电机控制方法，利用随机的波形幅值指令以及随机的波形频率指令，能够使电池加热过程中的电驱系统的噪声频率分布趋于分散，进而显著降低了车内噪声。
d轴电压加热指令生成模块211b2以包括幅值和频率变化的交变波形指令的形式给定d轴电压加热指令ud*的原因和优势类似，不再赘述。
基于上述电机控制方案，母线端能够形成交变的充放电电流，该交变的充放电电流能够实现低温工况下的动力电池加热功能。此外，给定d轴或q轴的加热电流或电压指令为0是为了保证在动力电池的加热过程中三相永磁同步电机220a不持续输出转矩。因此，上述实施例方案也符合低温电池加热充电时，整车处于停车状态的工况。
在又一个实施例中，图12是本发明实施例提供的一种电动汽车在某种停车工况下未进入电池加热模式的电机转子位置示意图，图13是本发明实施例提供的一种电动汽车在某种停车工况下进入电池加热模式的电机转子位置示意图。
参见图12和图13，在上述各技术方案的基础上，可选地，由于电机转子在未进入电池加热模式时停留的位置距离基本矢量U5和U1最近，因而在进入电池加热模式后，转子会移动到基本矢量U5和U1所处的位置。根据SVPWM算法的基本原理，逆变器的开关器件会在U5(110)与U1(001)两种开关模式之间切换，最终在母线端形成充放电电流，该充放电电流会对电池进行加热。
可选的，当汽车处于停车工况的转子位置位于其他位置时，进入电池加热模式后，电机的转子位置会就近移动到6个基本矢量所在位置，并通过基本矢量所表征的开关器件状态对电池进行加热操作。
本实施例的技术方案，通过设置d轴电流加热指令生成模块给定包括幅值和频率变化的交变d轴电流加热指令，d轴电压加热指令生成模块给定包括幅值和频率变化的交变d轴电压加热指令，进而在系统母线端形成交变的充放电电流，基于交变的充放电电流为低温工况下的动力电池进行加热的手段，填补了现有电池加热方式加热噪声大，加热均匀性差，硬件成本高，加热效率低的缺陷，实现了在不增加汽车制造成本的前提下，基于整车现有的动力系统对动力电池进行均匀加热，减少整车低温充电时间，显著削弱电池加热噪声的效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。