电池加热的方法、装置、存储介质及终端设备与流程

1.本申请实施例涉及电磁场的技术领域，尤其涉及一种电池加热的方法、装 置、存储介质及终端设备。


背景技术：

2.参见图1，其示出了电池与电机构成回路的电池自加热的原理框图。电池 自加热的工作原理为：
3.在需要对电池进行加热时，例如电池温度过低，控制逆变器中的igbt模 块的开关闭合，使电池与电机构成闭合的回路。电池对电机供电，在直流母线 上产生高频交流电，并在电池内产生发热功率，实现对电池的加热。其中，电 机的扭矩可以参考式(1)。由于在加热过程中需要保证电机的扭矩与转速度的 波动尽量小，那么从式(1)可以知道，常规的方法是控制交轴电感的电流为零， 直轴电感的电流值可以设为一个满足加热要求的电流值。这样可以确保电机的 扭矩与转速度的波动尽量小，并实现对电池的加热。
4.需要说明的是，电机的转子的永磁体轴线称为直轴。垂直于转子的永磁体 轴线的方向为交轴。
[0005][0006]
其中，t
e
表示电机的扭矩，l
d
是电机的直轴电感，l
q
是电机的交轴电感，i
d
是 电机的直轴电感上的电流，i
q
是电机的交轴电感上的电流。
[0007]
为了使电机不产生扭矩，交轴电流为零，直轴电流可以参见图2a和图2b。 此时，假设直流母线的充电电流为i＝i
m sinωt，则充放电功率为：
[0008][0009]
其中，u
dc
表示直流母线电压，i
m
表示直流母线上充放电流幅值，ω表示充 放电流频率。
[0010]
从电机电感端来计算，充放电功率为：
[0011][0012]
联立式(2)和式(3)，可以得到电机电流幅度值为：
[0013][0014]
由式(4)可知，当电机电流幅值为固定数值时，同时通过直轴和交轴的电 感进行放电时，直轴与交轴同时存在，则θ>0。如果只通过直轴的电感放电， 只存在直轴，则θ＝0。结合式(4)可知，前者可以增大直流母线上的充放电流 幅值，从而提高充放电流的有效值。但是，前者的交轴电流不等于0，电机势 必会产生扭矩，导致车辆运动，这是不允许的。
[0015]
因此，在传统方案的电池自加热当中，为了确保电机电感充放电过程中保 持电机
产生的扭矩为零，直轴的电流为脉冲电流，而交轴的电流一直维持为零。
[0016]
但是，仅通过直轴的电感进行放电的方案，存在以下几个缺点：
[0017]
1、充放电时仅利用到了直轴电感参与“储能-释能”的过程，交轴电感未 参与方过程，即没有充分利用到电机电感的“储能-释能”的能力，限制了高频 加热的电流有效值。
[0018]
2、如果充电过程是，交轴电流不为零，则电机会产生扭矩，这是不允许的。


技术实现要素：

[0019]
本申请实施例提供一种电池加热的方法、装置、存储介质及终端设备，以 解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。
[0020]
作为本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供一种电池加热的方法， 所述电池与电机连接，所述方法包括：确定所述电机的直轴电流和交轴电流； 按照所述直轴电流和所述交轴电流运行供电给所述电机，使所述电池发热；其 中，所述电机产生的扭矩呈正弦函数变化，所述电机的运行时长为所述正弦函 数的周期的正整数倍。
[0021]
在一些实施方式中，所述直轴电流的变化包括从预设的第一电流随时间变 小至零且随时间变大至所述第一电流；所述交轴电流的变化包括从预设的第二 电流随所述直轴电流线性变小至零且反向随所述直轴电流线性变大至所述第二 电流；其中，所述线性变小和所述线性变大的时长相同。
[0022]
在一些实施方式中，所述从预设的第一电流随时间变小至零且随时间变大 至所述第一电流，包括：从预设的第一电流随时间线性变小至零且随时间线性 变大至所述第一电流；或者，从预设的第一电流随时间的变化呈正弦曲线变小 至零且随时间的变化呈正弦曲线变大至所述第一电流。
[0023]
在一些实施方式中，所述运行时长至少为所述线性变小的时长的四倍。
[0024]
在一些实施方式中，所述运行时长为所述线性变小的时长的四倍的正整数 倍。
[0025]
在一些实施方式中，所述第一电流大于所述第二电流。
[0026]
作为本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供一种电池加热的装置， 所述电池与电机连接，所述装置包括：确定电流模块，用于确定所述电机的直 轴电流和交轴电流；控制电机模块，用于按照所述直轴电流和所述交轴电流供 电给所述电机，使所述电池发热；其中，所述电机产生的扭矩呈正弦函数变化， 所述电机的运行时长为所述正弦函数的周期的正整数倍。
[0027]
在一种实施方式中，所述直轴电流的变化包括从预设的第一电流随时间变 小至零且随时间变大至所述第一电流；所述交轴电流的变化包括从预设的第二 电流随所述直轴电流线性变小至零且反向随所述直轴电流线性变大至所述第二 电流；其中，所述线性变小和所述线性变大的时长相同。
[0028]
作为本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供一种设计，电池加热的 结构中包括处理器和存储器，所述存储器用于电池加热的装置执行上述电池加 热的方法所对应的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程 序。所述电池加热的装置还包括通信接口，用于电池加热的装置与其他设备或 通信网络通信。
[0029]
作为本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介 质，用于电池加热的装置所用的计算机软件指令，其中包括用于执行上述电池 加热的方法所涉
及的程序。
[0030]
本申请实施例采用上述技术方案，能够在对电池加热时，确保电机不出现 明显的转动。而且，能够同时利用电机的直轴电感和交轴电感进行储能，可以 提高充放电时的能量。
[0031]
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上 述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描 述，本申请进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
[0032]
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或 相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图 仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的 限制。
[0033]
图1示出根据本申请实施例提供的电池与电机的回路示意图。
[0034]
图2a示出根据本申请实施例提供的直轴电流随时间变化的示意图。
[0035]
图2b示出根据本申请实施例提供的直轴电流随时间变化的示意图
[0036]
图3示出根据本申请实施例提供的电池加热的方法的流程示意图。
[0037]
图4a示出本申请实施例提供的直轴与交轴电流变化的示意图。
[0038]
图4b示出本申请实施例提供的直轴电流随时间变化的示意图。
[0039]
图4c示出本申请实施例提供的交轴电流随时间变化的示意图。
[0040]
图5示出本申请实施例提供的直轴与交轴电流变化的示意图。
[0041]
图6示出本申请实施例提供的电池加热的装置的结构示意图。
[0042]
图7示出本申请实施例提供的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
[0043]
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认 识到的那样，在不脱离本申请的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修 改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
[0044]
作为一种示例性的实施方式，图3示出电池加热的方法的一个实施例的流 程示意图，包括步骤s100和步骤s200，如下：
[0045]
s100，确定电机的直轴电流和交轴电流。在本实施例中，电机可以包括燃 油汽车、电动汽车、摩托车等利用到交流电来供电工作的电机。电机可以是永 磁同步电机。在永磁同步电机控制中，为了能够得到类似直流电机的控制特性， 在电机转子上建立了一个坐标系，此坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向 为直轴，即d轴，垂直于转子磁场方向为交轴，即q轴。
[0046]
s200，按照直轴电流和交轴电流供电给电机，使电池发热。其中，电机产 生的扭矩呈正弦函数变化，电机的运行时长为该正弦函数的周期的正整数倍。
[0047]
示例性地，直轴电流的变化可以是：从预设的第一电流随时间线性变小至 零且随时间线性变大至第一电流，如此往返重复。其中，线性变小和线性变大 的时长相同。交轴电流的变化可以是：从预设的第二电流随直轴电流线性变小 至零且反向随直轴电流线性变
大至第二电流，如此往返重复。当电池发热满足 温度要求后，停止上述的控制过程。
[0048]
交轴电流的完整周期为：从第二电流随直轴电流线性变小至零且反向随直 轴电流线性变大至第二电流，然后再从当前的第二电流随直轴电流线性变小至 零再次反向随直轴电流线性变大第二电流。交轴电流的周期与电机的扭矩的正 弦函数的周期相同。在本实施例中，第一电流和第二电流为标量。
[0049]
其中，在一种实施方式中，直轴电流和交轴电流的变化情况可以参考图4a。 其中，电流为矢量，一般会确定电流参考方向，进而确定电流方向。在本实施 例中，直轴电流的方向与电流参考方向相反，则反向的第一电流为负值。相应 地，正向的第二电流为正值，反向的第二电流可以认为是第三电流，其数值为 负。如图4a所示，直轴电流从c1点到线性变小至原点o，并从原点o线性变 大至c1点，其为完整的一个周期，如此反复直至电池的温度满足要求，停止如 上的周期变化。在直轴电流从c1点变小至原点o的过程中，交轴电流从a点 随直轴的变化线性变小至原点o。在直轴电流从原点o变大至c1点的过程中， 交轴电流从原点o随直轴的变化线性变大至b点。c点为第一电流，a点为第 二电流，b点为第三电流。a点和b点的绝对值相同方向相反。
[0050]
在一些实施例中，在图4a和图5中，直轴电流和交轴电流也可以是呈正 弦曲线变化的。如图4b所示，直轴电流可以表示如下：i
d
＝|i
m cos(ωt)cosθ|；如 图4c所示，交轴电流可以表示如下：i
q
＝i
m cos(ωt)sinθ。
[0051]
在本实施方式中，直轴电流的变化速度是可以调整的，即线性变化的斜率 是可调的，根据需要调整。
[0052]
在另一种实施方式中，直轴电流和交轴电流的变化情况可以参考图5。在 本实施例中，第一电流的方向与电流参考方向相同，则直轴电流的方向与电流 的参考方向相同，则正向的第一电流为正值。相应地，反向的第二电流为负值， 正向的第二电流可以认为是第三电流，其为正值。如图5所示，直轴电流从直 轴电流从c2点到线性变小至原点o，并从原点o线性变大至c2点，其为完整 的一个周期，如此反复直至电池的温度满足要求，停止如上的周期变化。在直 轴电流从c2点到原点o的过程中，交轴电流从d点随直轴的变化线性变化至 原点o。在直轴电流从原点o回到c2点的过程中，交轴电流从原点o随直轴 的变化线性变化至e点。c2点为第一电流，d点为第二电流，e点为第三电流。 d点和e点的绝对值相同方向相反。
[0053]
电机按照上述实施例的直轴电流和交轴电流运行工作，电机的转矩为正弦 变化。因此，假设扭矩为t＝t0cos(wt)；其中，则在电机工作的一个 周期z内，电机转过的角度可以表示为：
[0054][0055]
其中，j表示电机的转动惯量；
[0056]
进一步对式(5)简化，可以得到以下式(6)：
[0057][0058]
在本实施例中，取一般机动车驱动电机的参数代入式(6)，其中，t0＝200nm， j＝
0.08，z＝1ms，则求得θ＝0.0016
°
，取转动半径为0.2m。计算获得电机转动的直 线距离为l＝φ*r＝0.0016*0.2＝0.00032m＝0.32mm。可见，由于电机本身充放电频率 很高，转动的直线距离极其微小。虽然电机微弱的转动，但是几乎不会在驱动 轴系中产生有效扭矩而带来明显的电机振动，因为驱动轴系自身的间隙一般远 大于0.32mm。
[0059]
由于交轴电流正负是交替对称变化，导致的扭矩也是正负交替对称变化的。 因此，平均净扭矩总是几乎为零，不会令车辆产生运动的有效扭矩。
[0060]
基于上述实施例，在充放电过程中，电感储能为：
[0061][0062]
因此，相比于传统的交轴电流为零的方案，在具有相同的电机电流幅值(is) 的情况，本实施例的电机充放电能量更大，可以在电池中产生更大的加热电流， 加快电池加热的速度，提高加热效率。
[0063]
在一些实施例中，电机运行的时间为上述直轴或交轴电流的线性变小或线 变大的时长的四倍的正整数倍。即交轴电流的电流值(电流绝对值)线性变小 至零和从零线性变大至原来的电流值的时长之和的两倍，为电流变化的一个完 整周期。这也是电机的扭矩变化的一个完整周期。电机运行的时间为此完整周 期的整数倍，可以确保电机转矩的总和为零。例如，电机运行的时间为交轴电 流线性变小至零的时长的四倍。
[0064]
此外，为了保证加热的效果，电机运行的时间为至少为线性变小至零的时 长的四倍。
[0065]
在一些实施方式中，第一电流的电流值(电流的绝对值)大于第二电流的 电流值。第二电流的电流值偏小，可以使电机尽量不出现明显的转动。第一电 流的电值值偏大可以确保加热的效果。
[0066]
作为一种示例性的实施方式，图6示出电池加热的装置的一个实施例的结 构框图。其中，所述电池与电机连接，所述装置包括：
[0067]
确定电流模块100，用于确定所述电机的直轴电流和交轴电流。
[0068]
控制电机模块200，用于按照所述直轴电流和所述交轴电流供电给所述电 机，使所述电池发热。其中，所述电机产生的扭矩呈正弦函数变化，所述电机 的运行时长为所述正弦函数的周期的正整数倍。
[0069]
在一些实施例中，所述直轴电流的变化包括从预设的第一电流随时间线性 变小至零且随时间线性变大至所述第一电流；所述交轴电流的变化包括从预设 的第二电流随所述直轴电流线性变小至零且反向随所述直轴电流线性变大至所 述第二电流；其中，所述线性变小和所述线性变大的时长相同。
[0070]
在一些实施例中，所述运行时长至少为所述线性变小的时长的四倍。
[0071]
在一些实施例中，所述运行时长为所述线性变小的时长的四倍的正整数倍。
[0072]
在一些实施方式中，所述第一电流大于所述第二电流。。
[0073]
所述装置的功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。 所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块。
[0074]
作为本申请实施例的一个示例，本申请实施例提供一种设计，电池加热的 结构中包括处理器和存储器，所述存储器用于电池加热的装置执行上述电池加 热的方法所对应
的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程 序。所述电池加热的装置还包括通信接口，用于电池加热的装置与其他设备或 通信网络通信。
[0075]
该设备还包括：
[0076]
通信接口23，用于处理器22与外部设备之间的通信。
[0077]
存储器21可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器 (non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0078]
如果存储器21、处理器22和通信接口23独立实现，则存储器21、处理器 22和通信接口23可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工 业标准体系结构(isa，industry standard architecture)总线、外部设备互连(pci， peripheral component)总线或扩展工业标准体系结构(eisa，extended industry standard component)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。 为便于表示，图7中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型 的总线。
[0079]
可选的，在具体实现上，如果存储器21、处理器22及通信接口23集成在 一块芯片上，则存储器21、处理器22及通信接口23可以通过内部接口完成相 互间的通信。
[0080]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示 例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述 的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。 而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示 例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可 以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结 合和组合。
[0081]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗 示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、
ꢀ“
第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，
ꢀ“
多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0082]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表 示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码 的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其 中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或 按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员 所理解。
[0083]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认 为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机 可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处 理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统) 使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计 算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令 执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
[0084]
本申请实施例的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可 读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质的更具体的示例 至少(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)， 便携式计算机盘盒(磁装
置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)， 可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式只 读存储器(cdrom)。另外，计算机可读存储介质甚至可以是可在其上打印程 序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描， 接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序， 然后将其存储在计算机存储器中。
[0085]
在本申请实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波 一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据 信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的 组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机 可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于指令执行系统、输 入法或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代 码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、射频(radio frequency，rf)等等，或者上述的任意合适的组合。
[0086]
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。 在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执 行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方 式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有 用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合 逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga) 等。
[0087]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部 分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机 可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0088]
此外，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模块中， 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模块 中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的 形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售 或使用时，也可以存储在一个计算机可读存储介质中。存储介质可以是只读存 储器，磁盘或光盘等。
[0089]
以上，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，可轻易想到其各 种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护 范围应以权利要求的保护范围为准。