一种动力电池自加热控制方法、装置、介质及汽车与流程

1.本发明涉及动力电池技术领域，具体而言，涉及一种动力电池自加热控制方法、装置、介质及汽车。


背景技术：

2.动力电池是电动汽车的重要组成部分，其用于为电动汽车提供动力。动力电池的性能易受温度影响，例如，气温降低时，动力电池内阻急剧增大，放电电压平台降低，且电池的端电压下降较快，导致其可用容量和功率大大衰减。
3.为了保证动力电池的性能，在低温环境下，常采用以下方法对动力电池进行加热：一种是通过增设加热装置对动力电池进行加热，但是在动力电池中增加加热装置不仅增大了动力电池体积，还增加了硬件成本。另一种是通过电机控制器控制电机电流实现动力电池自加热，但是其采用的方波信号控制电机，导致动力电池自加热过程中电机噪音大，发热严重。


技术实现要素：

4.本发明解决的问题是如何有效对动力电池进行加热。
5.为解决上述问题，本发明提供一种动力电池自加热控制方法、装置、介质及汽车。
6.第一方面，本发明提供了一种动力电池自加热控制方法，包括：
7.当满足自加热条件时，采用随机变频算法实时确定波形频率；
8.根据所述波形频率生成幅值变化的电压控制信号；
9.根据所述电压控制信号实时控制电机，以实现动力电池自加热。
10.可选地，所述根据所述波形频率生成幅值变化的电压控制信号包括：
11.根据所述波形频率确定所述电机的d轴电压信号，并令所述电机的q轴电压信号为零；
12.根据所述d轴电压信号和所述q轴电压信号进行park变换，获得α轴电压信号和β轴电压信号；
13.基于空间矢量脉宽调制方法，根据所述α轴电压信号和所述β轴电压信号生成电压控制信号。
14.可选地，所述d轴电压信号为正弦波信号，所述根据所述波形频率确定所述电机的d轴电压信号包括：
15.根据所述波形频率确定正弦波幅值，根据所述波形频率和所述正弦波幅值生成所述d轴电压信号。
16.可选地，所述根据所述波形频率确定正弦波幅值包括：
17.根据预设功率和所述波形频率确定对应的所述正弦波幅值。
18.可选地，所述自加热条件包括所述动力电池的温度低于预设温度和车辆工况满足预设工况条件。
19.可选地，所述采用随机变频算法实时确定波形频率之前，所述动力电池自加热控制方法还包括：初始化所述电机的转子位置。
20.可选地，所述根据所述电压控制信号实时控制电机之后，所述动力电池自加热控制方法还包括：
21.当所述动力电池的温度达到预设温度，和/或车辆工况不满足预设工况条件时，停止采用所述电压控制信号实时控制所述电机，以停止所述动力电池自加热。
22.第二方面，本发明提供了一种动力电池自加热控制装置，包括：
23.处理模块，用于当满足自加热条件时，采用随机变频算法实时确定波形频率；根据所述波形频率生成幅值变化的电压控制信号；
24.控制模块，用于根据所述电压控制信号实时控制电机，以实现动力电池自加热。
25.第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面任一项所述的动力电池自加热控制方法。
26.第四方面，本发明提供了一种汽车，包括存储器和处理器；
27.所述存储器，用于存储计算机程序；
28.所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如第一方面任一项所述的动力电池自加热控制方法。
29.本发明的动力电池自加热控制方法、装置、介质及汽车的有益效果是：当动力电池和车辆等满足自加热条件时，其中，自加热条件可根据实际情况需要具体设置，采用随机变频算法随机确定实时的波形频率，根据该波形频率生成幅值变化的电压控制信号。采用该电压控制信号实时控制电机，利用电机绕组的电感特性，对动力电池不断进行充放电，在高压母线上产生交变电流，通过动力电池的内阻产生焦耳热，实现对动力电池的自加热。由于不需借助外部加热装置，可控制硬件成本，且由于电压控制信号采用该随机确定的波形频率，并且幅值实时变化，能够避免电机运行过程中产生的噪音频谱集中，有效降低了电机噪音，改善了动力电池自加热过程中的nvh(noise、vibration、harshness，噪声、振动与声振粗糙度)效果。
附图说明
30.图1为现有技术的动力电池管理系统的结构示意图；
31.图2为本发明实施例的一种动力电池自加热控制方法的流程示意图；
32.图3为本发明实施例的一种动力电池自加热控制方法的控制策略框图；
33.图4为本发明实施例的一种动力电池自加热控制装置的结构示意图。
具体实施方式
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
35.应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
36.本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”；术语“可选地”表示“可选的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
37.需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
38.本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
39.现有技术中，通常采用ptc(positive temperature coefficient，正温度系数)加热方案，即通过ptc加热水路，再通过水路循环对电池进行热量传递，进而从外壳至内心对动力电池进行加热。在此基础上，还可在动力电池内部布设金属箔加热片，以改善ptc加热方案加热不均匀的问题，并且提高加热速度。但是这种方法需要增设ptc加热水路和加热片，增加了动力电池体积和成本。
40.现有技术中还存在增加外围硬件回路对动力电池进行加热的方法，其通过该回路中的开关器件和功率器件的启停，使得该回路中的容性原件与电机绕组电感形成lc震荡电路，不断产生高频交变电流，对动力电池进行加热。但是这种方法需要增设外围硬件电路，增加了硬件成本。
41.现有技术中还存在利用电机控制器控制电机电流实现动力电池自加热的方法，其通过交变电流控制电机，交变电流为方波，对电机增磁和去磁来实现对动力电池的加热。但是这种方法导致电机运行噪音大，且发热严重。
42.如图1所示，电动汽车的动力电池管理系统包括控制系统、电池管理系统、电机控制器和三相电机，电池管理系统的第一端用于采集动力电池的温度、电流和电压等数据，电池管理系统的第二端与控制系统的第一端连接，控制系统的第二端与控制模块的第一端连接，控制模块的电源输入端用于与动力电池电连接，控制模块的电源输出端与三相电机电连接，控制模块的第二端用于采集三相电机的转速、温度和电流等数据。
43.如图2所示，本发明实施例提供的一种动力电池自加热控制方法，包括：
44.步骤s100，当满足自加热条件时，采用随机变频算法实时确定波形频率。
45.可选地，所述自加热条件包括所述动力电池的温度低于预设温度和车辆工况满足预设工况条件。
46.具体地，预设工况条件可包括车辆处于停止状态，车辆处于充电状态等。通过随机变频算法确定实时的波形频率，具体可每间隔预设时长随机确定一个波形频率，且相邻的波形频率不同。可在预设的波形频率范围内随机确定波形频率。
47.步骤s200，根据所述波形频率生成幅值变化的电压控制信号。
48.具体地，根据波形频率生成电压控制信号，该电压控制信号采用该随机确定的波
形频率，并且其幅值不断变化。
49.步骤s300，根据所述电压控制信号实时控制电机，以实现动力电池自加热。
50.具体地，电机可为永磁同步电机或异步电机等，动力电池可为锂电池、铅酸电池和镍氢电池等任意的可充电电池，其可为电池单体、电池模组或电池包。
51.根据电压控制信号通过foc(field oriented control磁场定向控制控制)策略控制电机，电子定子绕组电感、母线电容和动力电池组成振荡回路，不断地利用电机绕组的电感特性，对动力电池循环进行充放电，使得动力电池与电机控制器之间的高压母线上产生正负变化的交变电流，由于低温条件下动力电池电芯内阻大，导致动力电池电芯内不断产生焦耳热，实现动力电池自加热。自加热过程中在高压母线产生高频交流电，从动力电池电芯内部产热，在保证动力电池安全的同时，提高了动力电池自加热的均匀性。
52.本实施例中，当动力电池和车辆等满足自加热条件时，其中，自加热条件可根据实际情况需要具体设置，采用随机变频算法随机确定实时的波形频率，根据该波形频率生成幅值变化的电压控制信号。采用该电压控制信号实时控制电机，利用电机绕组的电感特性，对动力电池不断进行充放电，在高压母线上产生交变电流，通过动力电池的内阻产生焦耳热，实现对动力电池的自加热。由于不需借助外部加热装置，可控制硬件成本，且由于电压控制信号采用该随机确定的波形频率，并且幅值实时变化，能够避免电机运行过程中产生的噪音频谱集中，有效降低了电机噪音，改善了动力电池自加热过程中的nvh(noise、vibration、harshness，噪声、振动与声振粗糙度)效果。
53.可选地，如图3所示，所述根据所述波形频率生成幅值变化的电压控制信号包括：
54.根据所述波形频率确定所述电机的d轴电压信号udreq，并令所述电机的q轴电压信号uqreq为零。
55.具体地，d轴电压信号udreq采用该高频的波形频率，具体可大于800hz。q轴电压uqreq恒为0。
56.根据所述d轴电压信号udreq和所述q轴电压信号uqreq进行park变换，获得α轴电压信号ualpha和β轴电压信号ubeta。
57.具体地，通过park(帕克)变换将dq坐标系下的d轴电压信号和q轴电压信号转换为αβ坐标系下的α轴电压信号和β轴电压信号。
58.基于空间矢量脉宽调制方法，根据所述α轴电压信号ualpha和所述β轴电压信号ubeta生成电压控制信号。
59.具体地，基于svpwm(space vector pulse width modulation，空间矢量脉宽调制方法)，根据α轴电压信号ualpha和β轴电压信号ubeta计算电机各个电相的电压信号ua、ub和uc，即占空比信号，各单相电压信号组成电压控制信号。
60.可选地，所述d轴电压信号为正弦波信号，所述根据所述波形频率确定所述电机的d轴电压信号包括：
61.根据所述波形频率确定正弦波幅值，根据所述波形频率和所述正弦波幅值生成所述d轴电压信号。
62.本可选的实施例中，d轴电压信号采用正弦波信号，相较于现有技术中采用方波信号，能够降低动力电池自加热时的电机噪音。并且该正弦波信号采用随机确定的波形频率和变化的正弦波幅值，即d轴电压信号的正弦波频率和正弦波幅值实时变化，能够改变噪音
频谱的分布区间，避免噪音频谱集中，有效降低了电机噪音，能够改善动力电池自加热过程中的nvh效果。
63.可选地，所述根据所述波形频率确定正弦波幅值包括：
64.根据预设功率和所述波形频率确定对应的所述正弦波幅值。
65.具体地，可根据功率、频率和幅值之间的对应关系计算正弦波幅值。
66.控制过程中可实时检测电机功率，当电机功率低于预设功率时，可通过增加正弦波幅值来增加电机功率。当电机功率高于预设功率时，可通过减小正弦波幅值来降低电机功率。
67.本可选的实施例中，通过对电机功率的动态调整，能够调节动力电池的自加热效果，使动力电池的自加热更加精确和有效。当电机温度较高时，可通过降低电压控制信号的幅值来降低电机功率，避免电机过热。并且，通过对电机功率的实时检测和控制，能够避免电机过热的风险，提高安全性。
68.可选地，所述采用随机变频算法实时确定波形频率之前，所述动力电池自加热控制方法还包括：初始化所述电机的转子位置。
69.本可选的实施例中，控制动力电池自加热前，初始化电机的转子位置，便于动力电池自加热过程中对电机温度的控制。避免电机过热，导致产生失效风险。
70.可选地，所述根据所述电压控制信号实时控制电机之后，所述动力电池自加热控制方法还包括：
71.当所述动力电池的温度达到所述预设温度，和/或车辆工况不满足预设工况条件时，停止采用所述电压控制信号实时控制所述电机，以停止所述动力电池自加热。
72.本可选的实施例中，当动力电池的温度达到预设温度时，停止动力电池自加热，避免动力电池过热影响动力电池性能和安全。或者车辆工况不满足预设工况条件，例如车辆发动或车辆充电时，停止动力电池自加热，避免对车辆正常行驶造成不利影响，提高车辆安全性。
73.如图4所示，本发明实施例提供的一种动力电池自加热控制装置，包括：
74.处理模块，用于当满足自加热条件时，采用随机变频算法实时确定波形频率；根据所述波形频率生成幅值变化的电压控制信号；
75.控制模块，用于根据所述电压控制信号实时控制电机，以实现动力电池自加热。
76.本实施例的动力电池自加热控制装置用于实现如上所述的动力电池自加热控制方法，其相对于现有技术的优势与上述动力电池自加热控制方法相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
77.可选地，所述处理模块具体用于：根据所述波形频率确定所述电机的d轴电压信号，并令所述电机的q轴电压信号为零；根据所述d轴电压信号和所述q轴电压信号进行park变换，获得α轴电压信号和β轴电压信号；基于空间矢量脉宽调制方法，根据所述α轴电压信号和所述β轴电压信号生成电压控制信号。
78.可选地，所述d轴电压信号为正弦波信号，所述处理模块具体还用于：根据所述波形频率确定正弦波幅值，根据所述波形频率和所述正弦波幅值生成所述d轴电压信号。
79.可选地，所述处理模块具体还用于：根据预设功率和所述波形频率确定对应的所述正弦波幅值。
80.可选地，所述自加热条件包括所述动力电池的温度低于预设温度和车辆工况满足预设工况条件。
81.可选地，还包括初始化模块，所述初始化模块用于：初始化所述电机的转子位置。
82.可选地，所述控制模块还用于：当所述动力电池的温度达到预设温度，和/或车辆工况不满足预设工况条件时，停止采用所述电压控制信号实时控制所述电机，以停止所述动力电池自加热。
83.本发明另一实施例提供的一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的动力电池自加热控制方法。
84.本发明又一实施例提供的一种汽车，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如上所述的动力电池自加热控制方法。
85.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。在本技术中，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发明实施例方案的目的。另外，在本发明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，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
86.虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种动力电池自加热控制方法，其特征在于，包括：当满足自加热条件时，采用随机变频算法实时确定波形频率；根据所述波形频率生成幅值变化的电压控制信号；根据所述电压控制信号实时控制电机，以实现动力电池自加热。2.根据权利要求1所述的动力电池自加热控制方法，其特征在于，所述根据所述波形频率生成幅值变化的电压控制信号包括：根据所述波形频率确定所述电机的d轴电压信号，并令所述电机的q轴电压信号为零；根据所述d轴电压信号和所述q轴电压信号进行park变换，获得α轴电压信号和β轴电压信号；基于空间矢量脉宽调制方法，根据所述α轴电压信号和所述β轴电压信号生成电压控制信号。3.根据权利要求2所述的动力电池自加热控制方法，其特征在于，所述d轴电压信号为正弦波信号，所述根据所述波形频率确定所述电机的d轴电压信号包括：根据所述波形频率确定正弦波幅值，根据所述波形频率和所述正弦波幅值生成所述d轴电压信号。4.根据权利要求3所述的动力电池自加热控制方法，其特征在于，所述根据所述波形频率确定正弦波幅值包括：根据预设功率和所述波形频率确定对应的所述正弦波幅值。5.根据权利要求1至4任一项所述的动力电池自加热控制方法，其特征在于，所述自加热条件包括所述动力电池的温度低于预设温度和车辆工况满足预设工况条件。6.根据权利要求1至4任一项所述的动力电池自加热控制方法，其特征在于，所述采用随机变频算法实时确定波形频率之前，所述动力电池自加热控制方法还包括：初始化所述电机的转子位置。7.根据权利要求1至4任一项所述的动力电池自加热控制方法，其特征在于，所述根据所述电压控制信号实时控制电机之后，所述动力电池自加热控制方法还包括：当所述动力电池的温度达到预设温度，和/或车辆工况不满足预设工况条件时，停止采用所述电压控制信号实时控制所述电机，以停止所述动力电池自加热。8.一种动力电池自加热控制装置，其特征在于，包括：处理模块，用于当满足自加热条件时，采用随机变频算法实时确定波形频率；根据所述波形频率生成幅值变化的电压控制信号；控制模块，用于根据所述电压控制信号实时控制电机，以实现动力电池自加热。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7任一项所述的动力电池自加热控制方法。10.一种汽车，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至7任一项所述的动力电池自加热控制方法。

技术总结
本发明提供了一种动力电池自加热控制方法、装置、介质及汽车，该方法包括：当满足自加热条件时，采用随机变频算法实时确定波形频率；根据所述波形频率生成幅值变化的电压控制信号；根据所述电压控制信号实时控制电机，以实现动力电池自加热。本发明的技术方案降低了动力电池自加热过程中的电机噪音。动力电池自加热过程中的电机噪音。动力电池自加热过程中的电机噪音。


技术研发人员：郭建涛 王瑞光 俞越 梁亦隆 冯伟伟
受保护的技术使用者：浙江吉利动力总成有限公司
技术研发日：2023.01.17
技术公布日：2023/6/28