电机系统的控制方法、电机控制装置及电机系统与流程

1.本发明涉及一种电机系统的控制方法、电机控制装置及电机系统，尤其涉及一种基于电动汽车的异步电机系统主动均衡加热功能的控制方法、电机控制装置及电机系统。


背景技术：

2.电动汽车的技术日益成熟，针对电动汽车在寒冷充电环境下使用时，由于电池特性，需要将电池加热到合适的使用温度，以实现最佳的使用条件。目前大多数电动汽车采用加装正温度系数(ptc)加热电阻丝的方式对电池加热，进而产生了额外的成本和零部件采购需求。因此如何在不增加原有制造成本的情况下实现对电池加热的目的便成为业界关注的课题之一。


技术实现要素：

3.(一)发明目的
4.本发明的目的是提供一种电机系统的控制方法、电机控制装置及电机系统，以解决上述问题。
5.(二)技术方案
6.为解决上述问题，根据本发明的一个方面,本发明提供了一种电机系统的控制方法，包括：探测电池的电池温度；判断所述电池温度是否小于阈值温度；当判断出所述电池温度小于所述阈值温度时产生加热请求信号以控制所述电机系统执行电池加热程序。
7.根据本发明的另一个方面,本发明提供了一种电机控制装置，用于电机系统中，包括：温度探测器，用于探测电池的电池温度；处理电路，用于根据所述电池温度与阈值温度产生加热请求信号；电机控制器，用于根据所述加热请求信号输出d轴正弦电流；坐标转换装置，用于将所述d轴正弦电流转换为三相电流以控制所述电机系统执行电池加热程序。
8.根据本发明的另一个方面,本发明提供了一种电机电子系统，包括：高压电池；电机；电机控制装置，用于在所述高压电池有加热需求时，控制所述电机主动发热产生热能；以及热传导组件冷却装置，用于将所述电机所产生的热能传导至所述高压电池。
附图说明
9.图1为本发明实施例的电机系统的示意图；
10.图2为本发明实施例的流程的示意图；
11.图3为本发明实施例坐标转换装置利用逆帕克转换将d轴正弦电流转换为三相电流的示意图；
12.图4至图6为本发明实施例电机控制装置及电机在高压电池的温度过低时的运作示意图。
13.图7为本发明实施例的具电池主动加热的电机系统的另一实施例示意图。
14.附图标记：
15.1、7：电机系统
16.10：电机控制装置
17.102：温度探测器
18.104：处理电路
19.1042：接收模块
20.1044：比较模块
21.106：电机控制器
22.108：坐标转换装置
23.110：功率开关电路
24.2：流程
25.20：电机
26.202：定子绕组
27.30：高压电池
28.40：热传导组件
29.s200、s202、s204、s206、s208：步骤。
具体实施方式
30.在说明书及后续的权利要求书当中使用了某些词汇来指代特定的组件。本领域中的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及后续的权利要求书并不以名称的差异来做为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来做为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求书当中所提及的“包括”是开放式的用语，故应解释成“包括但不限定于”。此外，“耦接”一词在此是包括任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
31.请参考图1，图1是本发明实施例的电机系统1的示意图。电机系统1包括电机控制装置10、电机20以及高压电池30。例如，电机20可为异步电机，但不以此为限。电机系统1可为电动汽车的异步电机系统。高压电池30可供应电能至电机控制装置10。电机控制装置10用于在高压电池30的温度过低时控制电机20执行电池加热程序而产生热能，并提供所产生的热能给高压电池30，使得高压电池30升温以实现电池加热程序。电机20可通过热传导组件将所产生的热能提供至高压电池30，以执行电池加热程序。电机控制装置10包括温度探测器102、处理电路104、电机控制器106以及坐标转换装置108。温度探测器102用于探测高压电池30的电池温度。处理电路104用于根据电池温度与阈值温度产生加热请求信号。电机控制器106用于根据加热请求信号输出d轴正弦电流。坐标转换装置108用于将d轴正弦电流转换为三相电流以控制电机系统1执行电池加热程序。
32.请参考图2，关于电机系统1的运作方法，可归纳为流程2，请参考图2，图2为本发明实施例流程2的示意图。流程2包括以下步骤：
33.步骤s200：开始。
34.步骤s202：探测高压电池的电池温度。
35.步骤s204：判断电池温度是否小于阈值温度。
36.步骤s206：当判断出电池温度小于阈值温度时产生加热请求信号，以控制电机系统执行电池加热程序。
37.步骤s208：结束。
38.根据流程2，在步骤s202中，例如电机系统1应用在电动汽车中，高压电池30可提供电能以供电动汽车运作。当电动汽车启动后，温度探测器102探测高压电池30的电池温度。在步骤s204中，处理电路104判断电池温度是否小于阈值温度。例如，处理电路104包括接收模块1042以及比较模块1044。接收模块1042用于接收电池温度。比较模块1044用于比较电池温度与阈值温度。
39.在步骤s206中，当判断出电池温度小于阈值温度时，处理电路104的比较模块1044产生加热请求信号。接着，电机控制装置10根据加热请求信号产生三相电流以控制电机20运作而产生热能，并且电机20将所产生的热能提供给电池30，进而使电池升温以实现电池加热程序。电机控制装置10所输出的三相电流的电角度由初始角度开始循序递增。例如，初始角度可为30度或其他角度。控制装置10所输出的三相电流的电角度可由初始角度开始循序递增并且电角度依次增加第一角度。
40.在一实施例中，每隔预定时间电角度增加第一角度。例如，第一角度为60度，电角度可由初始角度开始每隔一预定时间依次增加60度。
41.在另一实施例中，每当d轴正弦电流过零点时电角度增加第一角度。例如，第一角度为60度，电角度可由初始角度开始每当d轴正弦电流过零点时电角度依次增加60度。换言之，当处理电路104产生加热请求信号后，电机控制器106根据加热请求信号输出d轴正弦电流。坐标转换装置108用于将d轴正弦电流转换为三相电流以控制电机系统1执行电池加热程序。例如，坐标转换装置108利用逆克拉克转换(inverse clark transformation method)或逆帕克转换(inverse park transformation method)将d轴正弦电流转换为三相电流以控制电机系统1执行电池加热程序。更具体而言，坐标转换装置108转换出三相电流并输出至电机20，使电机20运作而能产生热能。电机20运作所产生的热能可提供给高压电池30，使高压电池30升温而达到电池加热程序的目的。同时，由于电机控制装置10所输出三相电流的电角度是由初始角度开始循序递增并且电角度每次增加第一角度，如此一来，将能使电机20均衡地发热而达到电池加热的目的。
42.请参考图3，图3是本发明实施例的坐标转换装置108利用逆帕克转换将d轴正弦电流转换为三相电流的示意图。当电池温度小于阈值温度时，处理电路104产生加热请求信号，电机控制器106根据加热请求信号输出d轴正弦电流、q轴电流以及零轴电流，其中d轴正弦电流的振幅与电机系统1的一发热功率有关，假设q轴电流以及零轴电流为零。如式(1)所示。
43.id＝a*sin(2πf)
44.iq＝0i0＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
45.其中，id为d轴正弦电流，a为d轴正弦电流的振幅，iq为q轴电流，i0为零轴电流。
46.坐标转换装置108利用逆帕克转换将电机控制器106根据加热请求信号输出的d轴正弦电流转换为三相电流iu、iv、iw，以控制电机系统1执行电池加热程序。逆帕克转换如式(2)所示。
[0047][0048]
其中，iu、iv、iw为三相电流，θ为用于逆帕克转换的电角度，id为d轴正弦电流，iq为q轴电流，i0为零轴电流。
[0049]
举例来说，坐标转换装置108利用逆帕克转换将电机控制器106根据加热请求信号输出如式(1)的d轴正弦电流、q轴电流以及零轴电流转换为三相电流iu、iv、iw，三相电流iu、iv、iw的电角度分别相差120
°
，如式(3)所示。iu＝cosθ*a*sin(2πf)
[0050]iu
＝cos(θ-120
°
)*a*sin(2πf)
[0051]iu
＝cos(θ 120
°
)*a*sin(2πf)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0052]
其中，iu、iv、iw为三相电流，θ为三相电流的电角度(即用于逆帕克转换的电角度)。
[0053]
在一变化实施例中，逆帕克转换的电角度θ是由初始角度开始循序递增，以及电角度θ依次增加第一角度。例如，初始角度为30度以及第一角度为60度，每隔预定时间电角度增加60度或是每当d轴正弦电流过零点时电角度增加60度。
[0054]
例如，若第一角度为60
°
，则每隔预定时间电角度增加60
°
。假设在第一时间t1时初始角度为30
°
，也就是电角度θ＝30
°
时，cos(θ-120
°
)＝0，三相电流iu、iv、iw如式(4)所示。
[0055][0056]iv
＝0*a*sin(2πf)
[0057][0058]
当在第二时间t2时，电角度θ由30
°
增加至90
°
，电角度θ＝90
°
时，cosθ＝0，三相电流iu、iv、iw如式(5)所示。
[0059]iu
＝0*a*sin(2πf)
[0060][0061][0062]
当在第三时间t3时，电角度θ由90
°
增加至150
°
，电角度θ＝150
°
时，cos(θ 120
°
)＝0，三相电流iu、iv、iw如式(6)所示。
[0063][0064][0065]iw
＝0*a*sin(2πf)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0066]
当在第四时间t4时，电角度θ由150
°
增加至210
°
，电角度θ＝210
°
时，cos(θ-120
°
)＝0，三相电流iu、iv、iw如式(7)所示。
[0067][0068]iv
＝0*a*sin(2πf)
[0069][0070]
当在第五时间t5时电角度θ由210
°
增加至270
°
，电角度θ＝270
°
时，cosθ＝0，三相电流iu、iv、iw如式(8)所示。
[0071]iu
＝0*a*sin(2πf)
[0072][0073][0074]
当在第六时间t6时，电角度θ由270
°
增加至330
°
，依此类推。电角度θ＝330
°
时，cos(θ 120
°
)＝0，三相电流iu、iv、iw如式(9)所示。
[0075][0076][0077]iw
＝0*a*sin(2πf)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0078]
请参考图4，图4至图6是本发明实施例电机控制装置10及电机20在高压电池30的温度过低均衡发热的运作示意图，如图4所示，电机控制装置10还包括功率开关电路110。电机控制器106根据加热请求信号产生d轴正弦电流，坐标转换装置108将d轴正弦电流转换为三相电流iu、iv、iw。功率开关电路110用于控制输出三相电流iu、iv、iw。三相电流iu、iv、iw被输出驱动电机20运作进而产生热能。电机20包括定子绕组202。其中，定子绕组202包括第一电阻ru、第二电阻rv以及第三电阻rw，当三相电流通过定子绕组202将可产生热能。例如，三相电流iu通过第一电阻ru、三相电流iv通过第二电阻rv以及三相电流iw通过第三电阻rw使得定子绕组202的第一电阻ru、第二电阻rv以及第三电阻rw产生热能。电机20所产生热能可提供给高压电池30使高压电池30升温而达到电池加热程序的目的。
[0079]
在一实施例中，请继续参考图4-图6，在第一时间t1时如式(4)的三相电流iu、iv、iw驱动定子绕组202，其中三相电流iv为零，因此如图4所示通过功率开关电路110的控制，三相电流iu通过第一电阻ru以及三相电流iw通过第三电阻rw使得定子绕组202的第一电阻ru以及第三电阻rw产生热能，而因为三相电流iv为零，因此第二电阻rv没有电流通过而不会产生
热能。在第二时间t2时，如式(5)的三相电流iu、iv、iw驱动定子绕组202，其中三相电流iu为零，因此如图5所示通过功率开关电路110的控制，三相电流iv通过第二电阻rv以及三相电流iw通过第三电阻rw使得定子绕组202的第二电阻rv以及第三电阻rw产生热能，而因为三相电流iu为零，因此第一电阻ru没有电流通过而不会产生热能。在第三时间t3时，如式(6)的三相电流iu、iv、iw驱动定子绕组202，因此如图6所示通过功率开关电路110的控制，三相电流iu通过第一电阻ru以及三相电流iv通过第二电阻rv使得定子绕组202的第一电阻ru以及第二电阻rv产生热能，而因为三相电流iw为零，因此第三电阻rw没有电流通过而不会产生热能。第四时间t4时，如式(7)的三相电流iu、iv、iw驱动定子绕组202，因此如图4所示通过功率开关电路110的控制，三相电流iu通过第一电阻ru以及三相电流iw通过第三电阻rw使得定子绕组202的第一电阻ru以及第三电阻rw产生热能，而因为三相电流iv为零，因此第二电阻rv没有电流通过而不会产生热能。在第五时间t5时，如式(8)的三相电流iu、iv、iw驱动定子绕组202，因此如图5所示通过功率开关电路110的控制，三相电流iv通过第二电阻rv以及三相电流iw通过第三电阻rw使得定子绕组202的第二电阻rv以及第三电阻rw产生热能，而因为三相电流iu为零，因此第一电阻ru没有电流通过而不会产生热能。在第六时间t6时，如式(9)的三相电流iu、iv、iw驱动定子绕组202，因此如图6所示通过功率开关电路110的控制，三相电流iu通过第一电阻ru以及三相电流iv通过第二电阻rv使得定子绕组202的第一电阻ru以及第二电阻rv产生热能，而因为三相电流iw为零，因此第三电阻rw没有电流通过而不会产生热能。
[0080]
换言之，坐标转换装置108利用逆帕克转换将电机控制器106根据加热请求信号输出的d轴正弦电流转换为三相电流iu、iv、iw，并将逆帕克转换的电角度由初始角度30度开始，每隔预定时间电角度循序增加60度以实现三相电流的交替均衡输出，如此一来将使定子绕组产生的热能在长时间范围内保持均衡，从而达到主动均衡加热的功能。
[0081]
当本发明实施例应用在电动汽车时不需额外增加组件，只要直接利用电动汽车上的电机系统1即可实现电池加热目的。同时，本发明实施例电机系统1的主动均衡发热功能将可满足整车发热功能的需求，同时保证了系统的可靠性和稳定。
[0082]
请参考图7，图7是本发明实施例的具电池主动加热的电机系统7的示意图。电机系统7包括电机控制装置10、电机20、高压电池30以及热传导组件40。电机控制装置10在高压电池30有加热需求时输出三相电流以驱动电机20运作，使电机20运作而主动均衡发热以提供高压电池30热能。热传导组件40用于将电机20所产生的热能传递至高压电池30。热传导组件40可以是电机系统7原有的冷却装置与冷却回路。当有加热需求时电机20所产生的热能时能够通过电机系统7原有的冷却装置与回路将电机20所产生的热能传递至高压电池30以实现电池加热目的。热传导组件40也可以是其他任何可以传导热能的装置，例如导热片、导热鳍片、由热传系数佳的材料所制程的设备，但不以此为限。
[0083]
本领域技术人员可根据本发明的精神加以结合、修饰或变化以上所述的实施例，而不限于此。上述所有的陈述、步骤、和/或流程(包含建议步骤)，可通过硬件、软件、韧体(即硬件装置与计算机指令的组合，硬件装置中的数据为只读软件数据)、电子系统、或上述装置的组合等方式实现。硬件可包括模拟、数字及混合电路(即微电路、微芯片或硅芯片)。电子系统可包括系统单芯片(system on chip，soc)、系统封装(system in package，sip)、计算机模块(computer on module，com)及电机系统1。本发明的流程步骤与实施例可以程序代码或指令的型态存在而储存于计算机可读取记录媒体中。计算机可读取记录媒体可包
括只读存储器(read-only memory，rom)、闪存(flash memory)、随机存取内存(random-access memory，ram)、用户识别模块(subscriber identity module，sim)、硬盘、软盘或光盘只读存储器(cd-rom/dvd-rom/bd-rom)，但不以此为限。处理器可用于读取与执行计算机可读取媒体储存的程序代码或指令以实现前述所有步骤与功能。
[0084]
综上所述，本发明实施例在高压电池30的电池温度小于阈值温度时，电机系统执行电池加热程序，使得三相电流的交替均衡输出，并且实现了电机定子绕组产生的热能在长时间范围内保持均衡，从而达到主动均衡加热的功能。当应用在电动汽车时不需额外增加组件，只要直接利用电动汽车上的电机系统即可实现电池加热目的。因此，本发明实施例电机系统1的主动均衡发热功能将可满足整车发热功能的需求，同时保证了系统的可靠性和稳定。
[0085]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。