具体实施方式

首先对本申请实施例涉及的概念进行描述。

本申请实施例涉及的电机可以是永磁电机、异步电机、励磁电机、同步磁阻电机等。

U/V/W三相坐标轴：目前电动汽车的电机一般为交流电机，而电池为直流源，因此通过逆变器将电池输出的直流电转换为电机的三相交流电，这三相交流电的坐标轴即分别为U轴、V轴和W轴。

直轴(direct axis)又称D轴或d-axis，是由静止的U/V/W三相坐标轴经过派克变换(Park Transformation)得到的时变的直流坐标轴。

交轴(quadrature axis)又称为Q轴或q-axis，是由静止的U/V/W三相坐标轴经过派克变换得到的时变的交流坐标轴。

如图1所示，直轴与交轴垂直，直轴与U轴的夹角θ是时变的，满足θ＝ωt，其中，ω为电频率，t为时间。

派克变换是将U/V/W三相交流电机的分析方式转换成直流电机的直轴和交轴的分析方式，便于实现三相交流电机的电磁场解耦控制。

绕组：缠绕在电机的定子铁齿上的线圈，用于为电流提供通路，其中在电机转轴轴向两端伸出转子铁芯的部分被称为端部绕组。绕组的材料一般为铜。

铜损耗：电流在铜导体中流通所产生的损耗。

转子铁芯的损耗：转子铁芯在交变的磁场中所产生的损耗，包括感应产生涡流所引起的涡流损耗和由于磁滞效应所引起的磁滞损耗。同理，转子的转轴以及定子同样会在交变的磁场中产生涡流损耗和磁滞损耗。上述损耗均会引起发热，只不过转子的转轴以及定子的发热较小，而转子铁芯的发热较大。

永磁体的涡流损耗：永磁体在交变的磁场中产生涡流，进而引起相应的涡流损耗。

脉振磁场：空间上方位固定，仅磁场强度幅值随时间交替变化的磁场。

目前，在电动汽车领域中，有多种电池加热方式，第一种电池加热方式是通过对电机定子的绕组接通直流电，使得绕组因为铜损耗而发热，由冷却液将电机的热量传导至换热器，由换热器对电池进行加热。这种方式存在以下缺点：

(1)只利用了电机的绕组的铜损耗发热，由于电机中的绕组电阻较小，因此发热功率也小，加热速度较慢。

(2)电机中仅有绕组进行加热，而电机其他部分不参与加热，因此电机发热不均匀，有可能造成绕组局部过热，影响绕组寿命。

(3)绕组温度升高很快，达到一定温度后会触发过热保护，因此加热持续时间很短。

(4)由于电机是交流电机，接通直流电则电机无法运行，因此无法在电机运行(例如车辆行驶)过程中为电池加热。

第二种电池加热方式是将电机的三相绕组引出中性点，与一个储能装置相连。在加热模式下，电池通过逆变器向电机的绕组和储能装置充电，之后电机的绕组和储能装置再通相同回路向电池放电，这两个过程交替进行。上述过程中的电流流经三相绕组后再经过中性点流经储能装置，因此是零序电流，即流经三相绕组的电流波形及相位相同，该技术同样是利用绕组的铜损耗发热。

这种方式中，电机绕组需要引出中性点与储能装置相连，增加了设备成本。只利用绕组的铜损耗发热，发热功率小，加热速度较慢。另外，该方式与电机正常运行相冲突，无法在电机运行(例如车辆行驶)过程中为电池加热。

第三种电池加热方式是通过外接加热器对电池加热。但是这种方式会增加电池加热器，增加了设备成本。

第四种电池加热方式是通过外接加热膜对电池加热，加热膜由多种耐高温有机材料、高分子材料、碳素及耐高温纤维复合而成。同样地，由于加热膜材料价格昂贵，其成本要远高于加热器，另外还需要增加额外的控制电路，增加了设备成本。

本申请实施例提供了一种电池加热方式，通过向绕组输入直轴交流电，如图2所示，即直轴交流电的电流值Id正负交替变化，而非目前常用的直轴直流电，使得绕组产生磁场，该磁场方向不变，仅幅值正负交替变化，即为脉振磁场。

该磁场将引起电机转子的转轴和转子铁芯以及定子因为产生涡流损耗和磁滞损耗而发热，转子的永磁体因为产生涡流损耗而发热，绕组因为产生铜损耗而发热，因此相对于单纯依靠绕组的铜损耗而发热，本申请实施例提供的方式可以提供更高的发热功率，加快加热速度。

另外，本申请实施例提供的电池加热方式，不需要增加其他装置，不会增加额外的成本。通过绕组、定子以及转子的转轴、转子铁芯和永磁体均发热，防止电机加热不均匀而损坏电机，而且分散了热源，使电机发热更均匀，同样发热功率下，可以加热更持久，或者说，同样过热保护限制下可以拥有更大发热功率。而且，在电机正常运行过程中，向电机输入交轴电流以驱动电机的转子旋转，另外输入直轴交流电使电机进行加热，实现了在电机运行(例如车辆行驶)过程中为电池加热。

如图3所示，为本申请实施例提供的一种热交换系统的示意图。该热交换系统包括：电池31、电机控制器32、电机33、换热器34和液泵35。电池31与电机控制器32通过高压直流母线相耦合，电机控制器32与电机33通过三相线相耦合，电机33、换热器34和液泵35通过管路相耦合，管路中流动绝缘冷却液。绝缘冷却液可以包括矿物绝缘油、合成绝缘油和植物油等。

电池31用于输出直流电，包括例如蓄电池、锂电池、燃料电池、超级电容等。

电机控制器32也称电机控制单元(motor control unit，MCU)，包括控制装置321和逆变电路322，控制装置321用于控制逆变电路322向电机33输出三相(U/V/W)电的电流(例如，直轴交流电)，以及，控制液泵35的停止和运行。图中逆变电路322为一种示例性的三相全桥逆变电路，还可以是其他逆变电路，本申请不作限定。

电机33为三相交流电机。电机33中流动绝缘冷却液，电机33发热时将热量传递给绝缘冷却液。

换热器34设置于电池31周围，用于与电池31进行热交换，换热器34中流动绝缘冷却液。

液泵35用于驱动绝缘冷却液在换热器34与电机33之间流动。液泵35在通电工作时，自身也会产生热量，并对绝缘冷却液进行加热，可以提升制热效率。

如图4所示，通过电机加热电池的流程包括S401-S404，其中，如果电池的温度小于电池温度门限，则执行步骤S401-S403，否则执行步骤S404：

S401、如果电池的温度小于电池温度门限，则控制装置321控制液泵35运行，绝缘冷却液在液泵35、电机33和换热器34之间循环流动。

S402、控制装置321控制逆变电路322向电机33输出直轴交流电，使电机33对绝缘冷却液进行加热。

S403、换热器34中的绝缘冷却液对电池31进行加热，电池31冷却绝缘冷却液。

S404、如果电池的温度大于等于电池温度门限，则控制装置321控制逆变电路322不向电机33输出直轴交流电，停止加热。

需要说明的是，可以间隔一段时间重复执行上述过程，不必频繁检测电池的温度。

下面结合图5和图6对电机33的结构进行说明：

如图5所示，电机33包括壳体331、安装于壳体331内部的定子332、通过轴承联接壳体331的转子333、缠绕于定子332上的绕组334，以及，与壳体331内的腔体335连通的入液孔336和出液孔337。

如图5和图6所示，转子333包括转轴3331、围绕转轴3331安装的转子铁芯3332以及安装于转子铁芯3332上的永磁体(图中未示出)。

其中，永磁体用于产生励磁磁场，永磁体可以包括堆叠的磁钢片、磁瓦等。转子铁芯3332包括硅钢片等软磁材料。

可选的，转子铁芯3332设置有与腔体335连通的第一孔道H1，转轴3331中设置有与腔体335连通的第二孔道H2，转轴3331和转子铁芯3332之间还设置有第三孔道H3，第一孔道H1与第二孔道H2之间可以通过第三孔道H3连通，定子332可以设置有与腔体335连通的第四孔道H4。上述孔道用于流动绝缘冷却液，其中，第一孔道H1中流动的绝缘冷却液用于与转轴3331进行热交换，第二孔道H2中流动的绝缘冷却液用于与转子铁芯3332进行热交换，第三孔道H3用于将第一孔道H1与第二孔道H2连通，从而利于绝缘冷却液在电机内部的流动；定子332与转子铁芯3332一样由于涡流损耗和磁滞损耗而发热，并且还为绕组334导热，所以第四孔道H4中流动的绝缘冷却液用于与定子332进行热交换。

第一孔道H1和第二孔道H2可以平行于转轴3331的径向方向，第三孔道H3可以垂直于转轴3331的径向方向。第四孔道可以平行或垂直于转轴3331的径向方向。

本申请不限定第一孔道H1、第二孔道H2和第三孔道H3的数量，即可以有一个或多个。

入液孔336用于流入绝缘冷却液，出液孔337用于流出绝缘冷却液。图中绝缘冷却液流动方向仅为一种示例。

在一种可能的实施方式中，入液孔336包括第一入液孔，第一入液孔可以设置在转轴3331上，并且，与第二孔道H2连通，使得绝缘冷却液可以通过转轴3331流入电机内部。

在另一种可能的实施方式中，入液孔336包括第二入液孔，第二入液孔设置在壳体331顶部与绕组334相对的位置，使得从第二入液孔流入的绝缘冷却液在重力作用下流至绕组334上，从而与绕组334进行热交换。

在一种可能的实施方式中，出液孔337可以设置在壳体331底部，使得绝缘冷却液在重力作用下从出液孔337流出电机。

下面结合具体的控制方法对控制装置如何通过控制逆变电路向电机输出三相(U/V/W)电的电流(例如，直轴交流电)，从而对电池进行加热进行说明。该控制方法可以应用于电动汽车的各种状态中，例如，可以是检测到电池外接了充电电源，检测到钥匙拨动至自检档位，检测到按下启动按钮，检测到无钥匙启动被触发，在电动汽车行驶过程中等。

具体的，如图7所示，该控制方法包括S701-S702：

S701、如果电池的温度小于电池温度门限，则控制装置控制逆变电路向绕组输出直轴交流电。

如果电池的温度小于电池温度门限，说明电池的温度过低，影响电池的性能，因此，控制装置可以控制逆变电路向绕组输出直轴交流电，来对电池进行加热。

本申请不限定直轴交流电的波形，例如，可以是正弦波、三角波、锯齿波等。

其中，直轴交流电的频率和电流强度可以采用固定值，或者，可以进行动态调节。如果直轴交流电的频率或电流强度越大，则电机的发热功率越大，对电池的加热时间越短；如果直轴交流电的频率或电流强度越小，则电机的发热功率越小，对电池的加热时间越长，但是能防止电机过热而损坏电机。具体调节过程参照图8及图9的相关描述。

另外，控制装置可以控制逆变电路向绕组输出交轴电流，即交轴电流可以为零或不为零。由于交轴电流不为零时会使电机产生转矩，因此当电动汽车静止时，为了避免电机振动，交轴电流可以为零。当电动汽车在行驶时，交轴电流可以不为零，以驱动电机的转轴旋转，带动电动汽车正常行驶，在电动汽车行驶过程中，由于仍可以通过直轴交流电来使电机加热，所以仍可以对电池加热。

S702、否则，控制装置控制逆变电路不向绕组输出直轴交流电。

即不必对电池进行加热，以节省电池的能量。例如，在车辆行驶过程中，控制装置可以控制逆变电路向绕组输出交轴电流，而停止向绕组输出直轴交流电，节省的电量用于产生电机的转矩，从而提高电机效率。

需要说明的是，在对电池加热过程中，可以间隔一定时间重新执行上述过程，如果电池的温度大于等于电池温度门限，不向绕组输出直轴交流电，停止对电池加热。

可选的，如图8所示，上述控制方法还可以包括步骤S801-S802，以及，步骤S803。其中，步骤S801-S802与步骤S803无先后执行顺序：

S801、控制装置根据电机的壳体的温度、绕组的温度、流出电机的绝缘冷却液的温度以及环境温度中的至少一项确定电机的转子的温度。

本申请实施例中，由于发热的转轴、转子铁芯、永磁体均位于转子上，因此转子的温度会很高，而永磁体在高温时会发生退磁，因此要对转子的温度进行监测，防止其温度过高。而转子会转动，不适合安装温度传感器来直接测量其温度，因此可以通过实验标定的方式，建立电机的壳体的温度、绕组的温度、流出电机的绝缘冷却液的温度以及环境温度中的至少一项与转子的温度的映射表，通过类似查表1的方式可以确定转子的温度。

表1

S802、控制装置根据转子的温度调节直轴交流电的电流强度。

可选的，如图9或图10所示，步骤S802包括：

S8021、如果转子的温度大于第一转子温度门限，则控制装置调节直轴交流电的电流强度为第一电流强度。

S8022、如果转子的温度小于第二转子温度门限，则控制装置调节直轴交流电的电流强度为第二电流强度。

否则，保持直轴交流电的电流强度不变。即如果转子的温度小于等于第一转子温度门限，并且大于等于第二转子温度门限，则保持直轴交流电的电流强度不变。

其中，第一转子温度门限大于第二转子温度门限，第一电流强度小于第二电流强度，即第一电流强度为小电流，第二电流强度为大电流。在转子的温度较高时，以小电流对电机进行加热，可以防止电机过热，避免永磁体退磁；在转子的温度较低时，以大电流对电机进行加热，可以提高加热功率，减少对电池加热的时间。

S803、控制装置根据电池是否外接充电电源以及电池的输出电压，调节直轴交流电的频率。

可选的，如图9或图10所示，步骤S803包括S8031-S8032：

S8031、如果电池外接充电电源，或者，如果电池未外接充电电源并且电池的输出电压大于第一电压门限，则控制装置调节直轴交流电的频率为第一频率。

在电池外接充电电源时，不会消耗电池能量，不会造成电池电量过低无法正常启动的情况，此时，可以控制逆变电路以较高的电流强度和/或较高的频率向绕组输出直轴交流电，以提高电机加热效率，降低对电池加热的时间。

电池未外接充电电源时，在电机输入的直轴交流电的幅值一定的情况下，电机的端电压与输入的直轴交流电的频率呈正比，直轴交流电的频率越高，电机的端电压越大。当电机的端电压高于电池的输出电压(即母线电压)时，电池将无法正常向电机供电。

因此，在电池的输出电压较高时，以较高的频率向绕组输出直轴交流电，以提高电机加热效率，降低对电池加热的时间。

S8032、如果电池未外接充电电源并且电池的输出电压小于等于第一电压门限而大于第二电压门限，则控制装置调节直轴交流电的频率为第二频率。

其中，第一电压门限大于第二电压门限，第一频率大于第二频率，即第一频率为高频，第二频率为低频。

如步骤S8031所描述的，在电池的输出电压较低时，可以以较低的的频率向绕组输出直轴交流电，以防止电机的端电压过大而导致电池无法向电机供电。

另外，如果电池未外接充电电源并且电池的输出电压小于等于第二电压门限，则执行步骤S702。此时，电池的电量过低，无法通过电机加热来对电池进行加热。

需要说明的是，如图9所示，在一种可能的实施方式中，直轴交流电的电流强度和频率可以独立控制。

如图10所示，在另一种可能的实施方式中，直轴交流电的电流强度和频率均受转子的温度的控制，即如果转子的温度大于第一转子温度门限，则执行步骤S8021和步骤S8032。以转子的温度和电池的输出电压建立坐标系，直轴交流电的电流强度和频率的关系如图11所示。

本申请实施例提供的电机、电机控制器、热交换系统和控制方法，通过在电机的绕组输入交轴交流电，使电机转子的转轴和转子铁芯以及定子因为产生涡流损耗和磁滞损耗而发热，转子的永磁体因为产生涡流损耗而发热，绕组因为产生铜损耗而发热，因此相对于单纯依靠绕组的铜损耗而发热，可以提供更高的发热功率和发热效率，加快加热速度。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当其在计算机或处理器上运行时，图7-图10中涉及的控制方法被执行。

本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当指令在计算机或处理器上运行时，图7-图10中涉及的控制方法被执行。

本申请实施例提供了一种芯片系统，该芯片系统包括处理器，用于电机控制器执行图7-图10中涉及的控制方法。

在一种可能的设计中，该芯片系统还包括存储器，该存储器，用于保存必要的程序指令和数据。该芯片系统，可以包括芯片，集成电路，也可以包含芯片和其他分立器件，本申请实施例对此不作具体限定。

其中，本申请提供的计算机可读存储介质、计算机程序产品或芯片系统均用于执行上文所述的方法，因此，其所能达到的有益效果可参考上文所提供的实施方式中的有益效果，此处不再赘述。

本申请实施例涉及的处理器可以是一个芯片。例如，可以是现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)，可以是专用集成芯片(application specificintegrated circuit，ASIC)，还可以是系统芯片(system on chip，SoC)，还可以是中央处理器(central processor unit，CPU)，还可以是网络处理器(network processor，NP)，还可以是数字信号处理电路(digital signal processor，DSP)，还可以是微控制器(microcontroller unit，MCU)，还可以是可编程控制器(programmable logic device，PLD)或其他集成芯片。

本申请实施例涉及的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-onlymemory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rateSDRAM，DDR SDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(directrambus RAM，DR RAM)。应注意，本文描述的系统和方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(Solid State Disk，SSD))等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。