一种电动汽车动力电池加热控制系统、方法及车辆与流程

本发明属于电动汽车动力电池热管理，尤其涉及一种电动汽车动力电池加热控制系统、方法及车辆。

背景技术：

1、在低温环境下，电动汽车动力电池(如磷酸铁锂电池)因自身化学特性导致放电能力下降、容量衰减，严重影响电动汽车的动力性和续航，影响用车体验和电动汽车推广。因此，需要在汽车处于低温环境时，对动力电池进行加热，以保障电动汽车在低温环境下的动力。为提高加热效率，现有技术提出采用脉冲加热方式对动力电池进行低温加热。然而，现有脉冲加热方式中脉冲加热频率固定，电机绕组在高频通断激励下会产生较大噪声，影响使用体验，而且随着电芯温度的逐步升高，动力电池内阻持续减小，相同脉冲电流下产生的热量越来越少，加热速率明显下降，加热时间延长。

技术实现思路

1、本发明提供了一种电动汽车动力电池加热控制系统、方法及车辆，通过引入噪声传感器构建闭环调频控制回路，同时设计脉冲加热与堵转加热(即viptc加热)双模式自适应切换机制，解决了现有脉冲加热方案因固定频率工作导致电机噪声大且随电池温度升高内阻减小后单一加热模式加热效率下降的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种电动汽车动力电池加热控制系统。

3、一种电动汽车动力电池加热控制系统，包括动力电池、电机控制器及电机本体，所述电机控制器内设有三相全桥电路，所述三相全桥电路的直流侧与动力电池电连接形成高压回路，交流侧与电机本体的三相绕组电连接，还包括：

4、噪声传感器，安装于电机本体的壳体上，用于采集噪声信号并发送至电机控制器；

5、热管理系统，连通电机本体的冷却回路与动力电池的冷却回路；

6、整车控制器，与电机控制器、热管理系统、控制终端通信连接，用于下发加热模式指令；

7、所述电机控制器用于：根据下发的快充或脉冲加热模式指令，按三相共模电流注入时序控制三相全桥电路的上、下桥臂分别开关同步导通与断开，使动力电池与三相绕组之间形成高频充放电回路，对动力电池进行加热，同时根据噪声信号调节脉冲加热频率；根据下发的堵转加热模式指令，控制三相绕组持续通电产热，热量经热管理系统传导至动力电池以加热。

8、通过将电机本体的三相绕组复用为储能电感，利用动力电池低温下内阻大的特性，在高频充放电循环中产生大量焦耳热，实现快速升温，在电机本体上设置噪声传感器可使系统能够对加热过程中的电机噪声进行实时感知，再由电机控制器据此动态调整脉冲加热频率，形成闭环控制以降低电机噪声；同时设计多种不同加热模式并进行自适应切换，可避免单一脉冲加热模式下加热速率下降，无法满足电池从低温到目标温度全过程的高效加热需求的问题。

9、进一步的技术方案，所述电机控制器用于根据噪声信号调节脉冲加热频率，包括：

10、将噪声信号与预设噪声阈值进行比较，当噪声信号超过噪声阈值时，以预设步进值向上搜索调整脉冲加热频率，直至噪声信号不超过噪声阈值；

11、当噪声信号不超过噪声阈值且当前脉冲加热频率稳定持续预设时间后，将当前脉冲加热频率作为用户偏好频率存储至非易失性存储区域；在后续加热过程启动时，优先将用户偏好频率作为脉冲加热的初始频率。

12、通过设定噪声阈值作为调频判据，实现了对脉冲加热频率的自适应闭环调节，在保证加热效率的同时将电机噪声控制在用户可接受范围内。

13、进一步的技术方案，所述非易失性存储区域按电池温度区间分段存储对应的用户偏好频率；所述电机控制器还用于在启动脉冲加热时，根据当前电池温度自动匹配对应温度区间的用户偏好频率作为初始频率。

14、通过引入用户偏好频率记忆功能，可减少每次启动加热时的频率搜索时间，提升用户体验的一致性和便利性。

15、进一步的技术方案，所述系统还包括电池管理系统；所述电池管理系统与所述整车控制器通信连接，用于在充电过程中检测电池温度及充电功率，并根据检测结果生成对应的加热请求，包括：当电池温度低于第一温度阈值且充电功率低于额定充电功率的预设比例时，向整车控制器发出堵转加热请求；

16、所述整车控制器用于根据堵转加热请求向电机控制器发送堵转加热指令；

17、所述电机控制器用于根据堵转加热指令控制三相绕组在d轴方向注入持续直流偏置电流，且动力电池的高压回路在堵转加热过程中保持连通。

18、通过设计堵转加热模式下电机绕组持续通电发热，热量经热管理系统的冷却液循环传导至动力电池，在脉冲加热效率下降后仍能维持有效的加热速率，弥补了单一脉冲加热模式在高温段加热能力不足的缺陷。

19、进一步的技术方案，所述电机控制器在执行加热模式指令前，执行三项联合准入校验；所述三项联合准入校验包括：电池温度校验、电池荷电状态校验、辅助蓄电池电压校验；每项校验均设有启动阈值和退出阈值，且启动阈值与退出阈值之间设有迟滞区间，电池温度信号满足退出阈值条件持续预设延时后才可执行退出状态跳转。

20、通过设计脉冲加热准入条件：电池温度低于预设温度上限阈值、电池荷电状态不低于第一荷电状态阈值、辅助蓄电池电压不低于电压下限阈值，这三项条件的联合校验可确保仅在电池温度、荷电状态及辅助蓄电池电压均满足要求时方可启动脉冲加热，防止在不适宜条件下启动加热造成安全风险。

21、进一步的技术方案，所述系统还包括车载通信单元，所述车载通信单元分别与整车控制器及控制终端通信连接，所述控制终端包括手机应用程序终端、座舱显示屏及语音控制系统中的至少一种；所述车载通信单元用于接收控制终端发送的加热请求并传输至整车控制器，同时唤醒整车控制器及电池管理系统执行高压上电流程。

22、通过引入车载通信单元，可使系统支持远程唤醒与加热启动，用户无需进入车辆即可提前启动电池加热，提升低温环境下的用车便利性；通过设置多种控制入口，可满足不同使用场景下的操控需求，提升系统的人机交互灵活性。

23、进一步的技术方案，所述整车控制器用于根据接收的加热请求生成加热模式指令，并通过整车通信总线向电机控制器下发加热模式指令；所述加热请求包括快充加热请求、电池加热请求、堵转加热请求，所述加热模式包括快充加热模式、脉冲加热模式、堵转加热模式；所述电机控制器在各加热模式之间切换时，先将加热模式指令切换至无加热请求状态，再切换至目标模式加热指令。

24、进一步的技术方案，所述动力电池的高压回路中串联有主正继电器k1和主负继电器k2，所述主正继电器k1并联有预充支路，所述预充支路包括串联的预充继电器k3和预充电阻；系统上电时，主负继电器k2和预充继电器k3先行闭合，待母线电压与动力电池端电压之差低于预设值后，主正继电器k1闭合，预充继电器k3断开，系统进入高压就绪状态；

25、所述三相全桥电路的直流母线上并联有母线支撑电容；在脉冲加热过程中，所述母线支撑电容用于吸收三相绕组感应电动势引起的母线过电压。

26、通过设计预充支路，在该支路中引入预充电阻以限制上电瞬间的冲击电流，保护主正继电器k1触点及电机控制器内部支撑电容，保障高压上电过程的安全可靠。

27、第二方面，本发明提供了一种电动汽车动力电池加热控制方法。

28、一种电动汽车动力电池加热控制方法，应用于上述的电动汽车动力电池加热控制系统，由电机控制器控制电机本体的三相绕组充放电进行电池加热，该控制方法包括：

29、根据接收的加热模式指令，先对电池温度、电池荷电状态及辅助蓄电池电压执行三项联合准入校验，校验通过后进入脉冲加热模式；

30、在脉冲加热模式下，按三相共模电流注入时序控制三相全桥电路的上、下桥臂分别开关同步导通与断开，使动力电池与三相绕组之间形成高频充放电回路，对动力电池进行加热；同时根据实时采集的噪声信号调节脉冲加热频率；

31、实时检测退出条件，当满足退出条件时，退出脉冲加热模式并反馈加热状态。

32、进一步的技术方案，根据噪声信号调节脉冲加热频率，包括：

33、将噪声信号与预设噪声阈值进行比较，当噪声信号超过噪声阈值时，以预设步进值向上搜索调整脉冲加热频率，每步等待预设判断周期后再次比较，直至噪声信号不超过噪声阈值；当噪声信号不超过噪声阈值且当前脉冲加热频率稳定持续预设时间后，将当前脉冲加热频率作为用户偏好频率写入非易失性存储区域；在后续加热过程启动时，读取用户偏好频率作为脉冲加热的初始频率。

34、进一步的技术方案，响应于用户触发的加热请求，唤醒系统各控制器，整车控制器生成高压上电指令，控制系统执行高压上电流程，待系统进入高压就绪状态后，再由整车控制器向电机控制器发送对应的加热模式指令；

35、系统默认处于无加热请求状态；当接收非充电电池加热请求时跳转至电池加热请求状态，当接收快充加热请求时跳转至快充加热请求状态，当接收充电过程中堵转加热请求时跳转至堵转加热请求状态；任意加热模式退出时，加热模式指令先跳转至无加热请求状态，再执行后续动作。

36、进一步的技术方案，快充加热的控制过程为：

37、当电池管理系统检测到电池温度低于充电准入温度时，向整车控制器发出快充加热请求，整车控制器根据快充加热请求向电机控制器发送快充加热指令，电机控制器进入脉冲加热模式对动力电池进行加热；

38、当电池管理系统检测到电池温度达到充电准入温度时，电机控制器退出脉冲加热模式，等待预设延时后系统进入充电状态，动力电池的高压回路在退出脉冲加热至充电启动的过渡过程中保持连通。

39、通过上述快充加热的设计，可实现充电前的自动预热，解决了低温环境下动力电池因温度不达标而无法进行快速充电的问题。

40、进一步的技术方案，充电过程中堵转加热的控制过程为：

41、在充电过程中，电池管理系统检测到电池温度低于第一温度阈值且充电功率低于额定充电功率的预设比例时，向整车控制器发出堵转加热请求，整车控制器再向电机控制器发送堵转加热指令，电机控制器控制三相绕组在d轴方向注入持续直流偏置电流，三相绕组产生的热量经热管理系统传导至动力电池，动力电池的高压回路在堵转加热过程中保持连通。

42、通过在充电过程中实时监测并切换至堵转加热模式，可充分利用电机绕组的持续通电发热能力，实现边充电边保温的功能，保障充电全程电池温度维持在适宜范围内。

43、进一步的技术方案，所述三项联合准入校验包括：

44、电池温度启动阈值为-30℃至-10℃范围内的可标定值，退出阈值为0℃，且电池温度信号满足退出阈值条件连续持续3秒后才可执行退出状态跳转；

45、电池荷电状态启动阈值不低于30%，退出阈值不高于20%；

46、辅助蓄电池电压启动阈值不低于12.2v，退出阈值不高于11.8v。

47、第三方面，本发明提供了一种车辆。

48、一种车辆，包括上述的电动汽车动力电池加热控制系统，或用于实现上述的电动汽车动力电池加热控制方法。

49、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

50、本发明提供了一种电动汽车动力电池加热控制系统、方法及车辆，采用脉冲加热方式对动力电池进行加热，即利用驱动电机的绕组线圈作为电感储能，通过控制电机控制器的全桥igbt桥臂开关周期性导通与断开，使动力电池与三相绕组之间形成高频充放电回路，经反复高频充放电循环，结合磷酸铁锂电池低温内阻大的特性，使电池内阻产生的焦耳热实现快速升温；在此基础上，在电机本体壳体上安装噪声传感器，并由电机控制器将实时采集的噪声信号与噪声阈值进行比较后动态调整脉冲加热频率，构建噪声闭环控制回路，从根本上解决了现有脉冲加热方案因固定频率工作导致电机噪声大且无法自适应调节的技术问题，实现了在噪声闭环调频控制下将电机加热噪声自适应抑制在用户可接受范围内，可显著改善用户体验；同时，通过引入脉冲加热、堵转加热等模式及其自适应切换机制，在电池低温段利用大内阻特性进行高效脉冲加热，在温度升高后内阻减小、脉冲加热效率下降时自动切换为堵转加热模式，经热管理系统将电机绕组持续通电产生的热量传导至动力电池，克服了单一脉冲加热模式在高温段加热速率明显下降的缺陷，实现了全温度段的持续高效加热。

51、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。