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专利名称：电机、动力系统、控制方法以及电动汽车

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN202080073217.9

专利申请（专利权）人：宁德时代新能源开云优惠体育网页版入口股份有限公司
权利人地址：福建省宁德市蕉城区漳湾镇新港路2号

专利发明（设计）人：黄孝键,左希阳,但志敏,李宝

专利摘要：一种电机、动力系统、控制方法以及电动汽车，电机包括：N相第一绕组集以及N相第二绕组集，N相第一绕组集和N相第二绕组集均用于通过转换模块与动力电池连接。当启动对动力电池加热时，对N相第一绕组集和N相第二绕组集进行通电，第一绕组集产生的磁场的方向与第二绕组集产生的磁场具有相位差，磁场相互抵消，每相定子绕组内磁场强度减少，气隙磁通减少，进而减少电机发热以及电机NVH问题。

主权利要求：
1.一种电机，其特征在于，包括：N相第一绕组集以及N相第二绕组集，其中，N为正整数，所述电机通过所述第一绕组集和所述第二绕组集向动力电池提供电流，以为所述动力电池加热；
当所述电机为动力电池加热时，对所述第一绕组集以及所述第二绕组集进行通电，使所述第一绕组集产生的磁场的方向与所述第二绕组集产生的磁场方向具有相位差，所述第一绕组集和所述第二绕组集产生的磁场的总磁通量在预设磁通量阈值范围内，且所述预设磁通量阈值范围小于所述第一绕组集产生的磁场磁通量和所述第二绕组集产生的磁场磁通量中的任一值。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一绕组集和所述第二绕组集位于同一定子槽内。
3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一绕组集和所述第二绕组集位于相邻定子槽内。
4.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述第一绕组集位于所述定子槽的槽底，所述第二绕组集位于所述定子槽的槽口。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电机，其特征在于，通入所述第一绕组集的电流和第二绕组集内的电流相位差值在预设相位阈值内，两者之间的幅值差值在预设幅值阈值内。
6.一种动力系统，其特征在于，包括：动力电池、转换模块和如权利要求1至5任一项所述的电机；
其中，所述转换模块的直流侧连接所述动力电池的正负极，所述转换模块的第一交流侧与所述第一绕组集连接，所述转换模块的第二交流侧与所述第二绕组集连接。
7.根据权利要求6所述的动力系统，其特征在于，所述转换模块包括三桥臂的逆变器；
其中，所述三桥臂的逆变器的直流侧与所述动力电池的正负极连接，所述三桥臂的逆变器的交流侧与所述第一绕组集连接，开关组件连接于所述三桥臂的逆变器的交流侧和所述第二绕组集之间。
8.根据权利要求6所述的动力系统，其特征在于，所述转换模块包括两个三桥臂的逆变器；
其中，两个三桥臂的逆变器的直流侧均与所述动力电池的正负极连接，一个三桥臂的逆变器的交流侧与所述第一绕组集连接，另一个三桥臂的逆变器的交流侧与所述第二绕组集连接。
9.根据权利要求6所述的动力系统，其特征在于，所述转换模块包括六桥臂的逆变器，所述六桥臂的逆变器包括两个交流侧；
其中，所述六桥臂的逆变器的直流侧与所述动力电池的正负极连接，所述六桥臂的逆变器的一个交流侧与所述第一绕组集连接，所述六桥臂的逆变器的另一个交流侧和所述第二绕组集连接。
10.根据权利要求6至9中任意一项所述的动力系统，其特征在于，所述第二绕组集和所述第一绕组集的中性点连接。
11.一种加热控制方法，其特征在于，所述方法应用于动力系统，所述动力系统包括电机、逆变器和动力电池，所述方法执行于所述电机的控制器，所述方法包括：接收所述动力电池的电芯温度和所述电机的运行状态信息；
根据所述电芯温度和所述运行状态信息判断是否满足加热条件；
若判断结果为是，使所述动力电池对第一绕组集和第二绕组集中进行通电，使所述第一绕组集产生的磁场的方向与所述第二绕组集产生的磁场具有相位差，所述第一绕组集和所述第二绕组集产生的磁场的总磁通量在预设磁通量阈值范围内，且所述预设磁通量阈值范围小于所述第一绕组集产生的磁场磁通量和所述第二绕组集产生的磁场磁通量中的任一值。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述逆变器包括开关组件；对第一绕组集和第二绕组集中进行通电，具体包括：向所述逆变器的开关组件输入脉宽调制PWM信号，控制所述开关组件的通断状态。
13.一种电动汽车，其特征在于，包括动力系统，所述动力系统包括：动力电池、转换模块以及如权利要求1至5任一项所述的电机。 说明书 : 电机、动力系统、控制方法以及电动汽车技术领域[0001] 本申请涉及电动汽车领域，更具体地，涉及一种电机、动力系统、控制方法以及电动汽车。背景技术[0002] 电动汽车是指由动力电池提供动力的汽车。由于动力电池材料限制，使其在额定电芯温度下才能稳定地发挥出最佳性能，因此，在电芯温度较低地区使用电动汽车时，需要将动力电池加热至额定电芯温度。[0003] 现有动力电池加热方式可以分为间接加热和直接加热。间接加热就是指在动力电池外部放置热源进行加热。直接加热是指在动力电池内部对动力电池进行加热。目前业内提出了一种直接加热方式为通过电机对动力电池进行加热。[0004] 然而，现有电机在向动力电池提供加热电流时，会出现转子发热严重以及电机NVH问题(NVH全称为：Noise，Vibration，Harshness，中文名称为：噪声、振动以及声振粗糙度)，进而影响电机寿命及降低乘客的舒适度，目前亟需改善电机发热及NVH问题。发明内容[0005] 本申请提供一种电机、动力系统、控制方法以及电动汽车，旨在解决电机工作于为动力电池提供加热电流时，转子发热量大以及电机NVH指标不达标的技术问题。[0006] 第一方面，本申请提供一种电机，包括：N相第一绕组集以及N相第二绕组集，其中，N为正整数，电机用于为动力电池加热；[0007] 当电机为动力电池加热时，对第一绕组集以及第二绕组集进行通电，使第一绕组集产生的磁场的方向与第二绕组集产生的磁场方向具有相位差，第一绕组集和第二绕组集产生的磁场的总磁通量在预设磁通量阈值范围内。[0008] 根据本实施例的电机，电机的定子绕组为第一绕组集和第二绕组集，第一绕组集和第二绕组集分别包括两组子绕组集，电机用于为动力电池加热时，两组子绕组集均通入电流，使两组子绕组集产生磁场存在相位差，两组子绕组集产生磁场相互抵消，使得定子绕组内磁场强度减少，气隙磁通减少，以减少电机发热和电机NVH问题。[0009] 在一些实施例中，第一绕组集和第二绕组集位于相邻定子槽内。[0010] 根据本实施例，第一绕组集产生的磁场和第二绕组集产生的磁场的具有相位差，两个磁场相互部分抵消，从而达到减少气隙磁通的目的。[0011] 在一些实施例中，第一绕组集位于定子槽的槽底，第二绕组集位于定子槽的槽口。[0012] 在一些实施例中，通入第一绕组集的电流和第二绕组集内的电流相位差值在预设相位阈值内，两者之间的幅值差值在预设幅值阈值内。[0013] 根据本实施例，通入第一绕组集的电流和第二绕组集内的电流的相位差值在预设相位阈值内，因此产生的磁场和第二绕组集产生的磁场具有相位差，两者之间的幅值差值在预设幅值阈值内，从而达到减少总气隙磁通的目的。因此产生的磁场和第二绕组集产生的磁场具有相位差，两者之间的幅值差值在预设幅值阈值内，从而达到减少总气隙磁通的目的。[0014] 第二方面，本申请提供一种动力系统，包括：动力电池、转换模块和第一方面及可选方案所涉及的电机；[0015] 其中，转换模块的直流侧连接动力电池的正负极，转换模块的第一交流侧与第一绕组集连接，转换模块的第二交流侧与第二绕组集连接。[0016] 在一些实施例中，转换模块包括三桥臂的逆变器；[0017] 其中，三桥臂的逆变器的直流侧与动力电池的正负极连接，三桥臂的逆变器的交流侧与第一绕组集连接，开关组件连接于三桥臂的逆变器的交流侧和第二绕组集之间。[0018] 在一些实施例中，转换模块包括两个三桥臂的逆变器；[0019] 其中，两个三桥臂的逆变器的直流侧均与动力电池的正负极连接，一个三桥臂的逆变器的交流侧与第一绕组集连接，另一个三桥臂的逆变器的交流侧与第二绕组集连接。[0020] 在一些实施例中，转换模块包括六桥臂的逆变器，六桥臂的逆变器包括两个交流侧；[0021] 其中，六桥臂的逆变器的直流侧与动力电池的正负极连接，六桥臂的逆变器的一个交流侧与第一绕组集连接，六桥臂的逆变器的另一个交流侧和第二绕组集连接。[0022] 在一些实施例中，第二绕组集和第一绕组集的中性点连接。[0023] 第三方面，本申请提供一种加热控制方法，方法应用于动力系统，动力系统包括电机、逆变器和动力电池，方法执行于电机的控制器，方法包括：[0024] 接收动力电池的电芯温度和电机的运行状态信息；[0025] 根据电芯温度和运行状态信息判断是否满足加热条件；[0026] 若判断结果为是，使动力电池对第一绕组集和第二绕组集中进行通电，使第一绕组集产生的磁场的方向与第二绕组集产生的磁场具有相位差，第一绕组集和第二绕组集产生的磁场的总磁通量在预设磁通量阈值范围内。[0027] 在一些实施例中，逆变器包括开关组件；对第一绕组集和第二绕组集中进行通电，具体包括：[0028] 向逆变器的开关组件输入脉宽调制信号PWM信号，控制开关组件的通断状态。[0029] 第四方面，本申请提供一种电动汽车，包括动力系统，动力系统包括：动力电池、转换模块以及第一方面及可选方案所涉及的电机。[0030] 本申请提供一种电机、动力系统、控制方法以及电动汽车，电机通过转换模块与动力电池连接，电机的定子绕组包括两组子绕组集，当动力电池需要加热时，两组子绕组集均通入电流，使两组子绕组集产生磁场存在相位差，两组子绕组集产生磁场相互抵消，使得定子绕组内磁场强度减少，气隙磁通减少，以减少电机发热和电机NVH问题。附图说明[0031] 图1为本申请提供的电动汽车的动力系统的电路原理图；[0032] 图2为本申请提供的动力电池的结构示意图；[0033] 图3为本申请一实施例提供的电机的结构示意图；[0034] 图4为本申请另一实施例提供的电机的结构示意图；[0035] 图5为本申请另一实施例提供的动力系统的结构示意图；[0036] 图6为本申请另一实施例提供的动力系统的结构示意图；[0037] 图7为本申请另一实施例提供的动力系统的结构示意图；[0038] 图8为本申请另一实施例提供的动力系统的结构示意图；具体实施方式[0039] 电动汽车是指由动力电池提供动力的汽车。如图1所示，电动汽车的动力系统100包括动力电池10、逆变器20、电机30以及和电机控制器(MotorControllerUnit，简称：MCU)40。动力电池10的正负极与逆变器20的直流侧连接，逆变器20的交流侧与电机30的定子绕组连接。当电动汽车处于行驶状态时，动力电池10通过逆变器20向电机30供电，电机输出动力，驱动汽车行驶。MCU40设有多个输入端，用于接收电机运行状态数据、以及电机控制指令。MCU40根据电机控制指令、电机运行状态数据以及动力电池的运行状态数据，生成脉宽调制(PulseWidthModulation，简称：PWM)信号，控制逆变器向电机30提供电压和电流大。钥刂频缁，以实现汽车行驶速度控制。[0040] 如图2所示，动力电池10包括电池模组101、辅助结构102以及电池管理系统103。其中，电池模组101由多个动力电芯串并联而成，动力电芯是动力电池的核心部件，是动力电池提供电能的来源。辅助结构102包括外部框架、固定装置、电连接装置以及绝缘部件。外部框架起到保护、支撑电池模组等作用，电连接装置起到连接其他用电设备的作用，例如：与逆变器连接，绝缘部件起到绝缘保护作用。电池管理系统103主要功能是进行充放电管理、高压控制、评估电池状态、采集电池数据、电池保护以及电池热管理。[0041] 电池管理系统103中热管理功能用于确保动力电池工作在适宜温度范围内。电池管理系统主要功能是电池温度的准确测量和监控，电池组温度过高时进行有效散热，温度过低时，例如低于温度阈值时，进行快速加热以及保证电池组温度场的均匀分布。其中，由于动力电池材料限制，使其在额定电芯温度下才能稳定地发挥出最佳性能，因此，在电芯温度较低环境地区使用时，需要将动力电池加热至额定电芯温度。[0042] 现有动力电池加热方式可以分为间接加热和直接加热。间接加热就是指在动力电池外部放置热源进行加热。间接加热方法可以是空气加热、液体加热以及加热膜加热等。不同的加热源，电池的加热速率也会有所不同。由于是通过外部热源对电池进行加热，在传热介质上将会产生热损耗，因此，间接加热的效率并不高。直接加热是指在内部对动力电池进行加热。目前业内提出了一种直接加热方式为通过电机对动力电池进行加热。[0043] 然而，现有通过动力电池内阻进行加热方式，电机在向动力电池提供加热电流时，会出现转子发热严重不能维持加热工况长时间运行以及电机NVH问题。其中，NVH就是Noise，Vibration和Harshness的简称，分别表示噪声、振动以及声振粗糙度。NVH是衡量汽车舒适度的重要指标。[0044] 本申请提供一种电机、动力系统、控制方法以及电动汽车，旨在解决上述问题。本申请的发明构思为：在用电机对电池进行直接加热时，改变了电机常规的运行工况，导致该工况下电机气隙的磁通密度分布极度不均匀，从而使转子发热严重，不能维持加热工况长时间运行，同时也产生电机NVH问题。基于上述分析，本申请设置两组定子绕组，在电机向外输出动力时，由两组绕组或者其中任意一组绕组，或者两组绕组同时工作且控制两组绕组产生的总磁场磁通量大于任意一组绕组产生的磁通量，与转子产生磁场相互作用，以输出动力。在利用电机为动力电池的进行加热时，两组绕组中均通入电流，使两组绕组产生磁场存在相位差，两组绕组产生磁场相互抵消，使得定子绕组内磁场强度减少，气隙磁通减少，以减少电机振动和转子发热。电机振动与气隙的磁通密度和磁场分布不均匀有关，由于气隙磁通密度减少，由磁场分布不均匀引起的电机NVH问题在根源上也得到了一定程度的抑制。[0045] 下面描述本申请一实施例提供的电机的结构，本申请提供的电机包括：N相第一子绕组集、N相第二子绕组集、定子铁芯及转子。其中，N为正整数，电机用于为动力电池加热，也可以用于提供动力。[0046] 其中，第一子绕组集和第二子绕组集绕于定子铁芯上，绕组可以为集中式绕组或者分布式绕组，此处不限定。[0047] 当电机为动力电池加热时，对第一绕组集以及第二绕组集进行通电，使第一绕组集产生的磁场的方向与第二绕组集产生的磁场方向具有相位差，第一绕组集和所述第二绕组集产生的磁场的总磁通量在预设磁通量阈值范围内。[0048] 其中，该预设磁通量阈值范围大于0，小于第一绕组集产生的磁场磁通量和第二绕组集产生的磁场磁通量中的任一值。[0049] 当电机为动力电池加热时，使两个子绕组集产生具有相位差的磁。礁龃懦∠嗷サ窒，控制总磁场在合理的范围内，使利用电机为动力电池加热的过程中能满足NVH的要求。同时，由于电机本身的设置即可使加热的过程中能满足NVH的要求，所以也能降低对电机控制难度的要求。[0050] 下面以分布式绕组为例进行说明，本领域技术人员应该理解，集中式绕组也可以参照该方式实现。[0051] 当分布式绕组时，作为一种实现方式，第二绕组集和第一绕组集位于同一个定子槽内，第一绕组集位于定子槽的槽底，第二绕组集位于定子槽的槽口，位于同一定子槽内的绕组布置可以实现不减少电机的输出功率。[0052] 作为另一种实现方式，可将第一绕组集和第二绕组集设置于相邻定子槽内，可以不改变定子槽原结构。[0053] 第一绕组集和第二绕组集均用于通过转换模块与动力电池连接，以实现电机与动力电池之间电能传输。[0054] 电机除了可以为动力电池加热之外，还可以向外输出动力。当电机向外输出动力时，可以仅向第一绕组集中通入交流电，由第一绕组集产生磁。胱硬懦∠嗷プ饔，向外输出动力。还可以同时向第一绕组集和第二绕组集中通入交流电，由第一绕组集和第二绕组集共同产生磁场。[0055] 当电机为动力电池加热时，对第一绕组集和第二绕组集均通电，转子处于堵转状态，固定转子，使得第一绕组集和第二绕组集作为储能元件，向动力电池提供交变电流，实现动力电池利用自身内阻加热。另外，对第一绕组集和第二绕组集均通电，并使第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场的具有相位差，两个子绕组产生的磁场相互抵消，定子绕组产生的总磁场趋近于零，气隙磁通密度减少，转子上的磁密也变小。[0056] 在一些实施例中，当第二绕组集和第一绕组集位于同一个定子槽内，第一绕组集位于定子槽的槽底，第二绕组集位于定子槽的槽口时，在加热工况下，当通入第一绕组集的电流和通入第二绕组集的电流方向相反时，第一绕组集产生的磁场和第二绕组集产生的磁场的方向相反，从而达到减少气隙磁通，减少电机发热和NVH问题。[0057] 在一些实施例中，当第一绕组集和第二绕组集设置于相邻定子槽内，在加热工况下，当通入第一绕组集的电流与通入第二绕组集的电流方向相反时，第一绕组集产生的磁场和第二绕组集产生的磁场的方向具有相位差，控制第一绕组集和第二绕组集产生的总磁通量在预设磁通量阈值范围内，该预设磁通量阈值范围小于第一绕组集和第二绕组集中任一个产生的磁场的磁通量。[0058] 其中，通过控制通入第一绕组集和第二绕组集中的电流、第一绕组集和第二绕组集的匝数，使第一绕组集和第二绕组集产生的总磁通量在预设磁通量阈值范围内。其中，预设磁通量阈值是根据转子的最高发热温度和转子的最大振动噪声确定的，通过总磁通量在预设磁通量阈值范围内，从而控制转子发热量和振动噪声在允许范围内。[0059] 第一绕组集和第二绕组集的绕线方向可以不同，也可以相同，还可以存在相位差，通过控制第一绕组集和第二绕组集通入的电流相位差值在预设相位阈值内，两者之间的幅值差值在预设幅值阈值内，使第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场的具有相位差和幅值差，两个定子绕组产生的磁场相互抵消，第一绕组集和第二绕组集产生的总磁通量在预设磁通量阈值范围内。[0060] 也可以单独控制相位差值、幅值差值和匝数差值任意一项，实现控制磁通量在预设磁通量阈值范围内，该预设磁通量阈值范围大于0，小于第一绕组集产生的磁场磁通量和第二绕组集产生的磁场磁通量中的任一值。[0061] 例如：通过控制通入第一绕组集的电流和通入第二绕组集的电流之间的相位差值在预设相位阈值内，并控制通入第一绕组集的电流和通入第二绕组集的电流之间的幅值差值在预设幅值阈值内，达到控制通入第一绕组集和第二绕组集产生的总磁通量在阈值范围内的目的。[0062] 例如：通过控制第一绕组集的匝数和第二绕组集的匝数的匝数差值在预设匝数阈值内，达到第一绕组集和第二绕组集产生的总磁通量在预设磁通量阈值范围内。[0063] 第一绕组集和第二绕组集中绕组的绕组匝数可以不同，是与转子发热程度和振动噪声有关的量。其中，具体匝数计算公式如下：[0064] W1:W2＝Eφ1:Eφ2(1)[0065] 其中，Eφ1为第一绕组集的相电势幅值，Eφ2为第二绕组集的相电势幅值。[0066] 又第一绕组集的相电势幅值和第二绕组集的相电势幅值满足如下公式：[0067][0068] 其中，ω为通电角频率，φm为气隙磁通密度阈值，该阈值根据允许最大转子发热量和最大振动噪声确定。[0069] 通过控制第一绕组集和第二绕组集中绕组的导线线径或绕组匝数，可以将第一绕组集磁场和第二绕组集磁场的合成磁场控制在需要的阈值范围内。例如，通过控制第一绕组集和第二绕组集绕组的导线线径相同、绕组匝数相同，绕制方向相反，可以使上述合成磁场磁通量趋近于零。[0070] 在一些实施例中，第一绕组集和第二绕组集采用相同的导线绕制，第一绕组集的匝数与第二绕组集的匝数相同，且绕线方向相反，并使第一绕组集和第二绕组集中所通交流电相位相同，以达到第一绕组集中磁场和第二绕组集中磁场可以完全抵消，气隙的磁通密度趋于零，转子发热量可以趋于零。[0071] 下面分析转子发热量降低和振动减少的原理：转子涡流损耗计算公式如下所示：[0072][0073] 其中，PC表示转子涡流损耗，KC为涡流损耗系数，f为电流频率，BS为转子磁通密度幅值。[0074] 根据上述公式可知，转子涡流损耗与转子磁通密度的2次方成正比，转子磁通密度的削弱，转子涡流损耗成平方关系下降，即可解决转子温升高的问题，进而解决自加热不能长时间使用的问题。又由于电机振动与气隙的磁通密度和磁场分布不均匀有关，气隙磁通密度趋向于0，由磁场分布不均匀引起的电机振动噪声的问题得到解决。[0075] 在本申请实施例提供的电机中，当电机工作于加热工况时，使第一绕组集和第二绕组集产生的磁场具有相位差，磁场相互抵消，使得每相定子绕组内磁场强度趋近于零，进而使得气隙磁通减少，以减少电机振动和转子发热，在利用电机对动力电池加热的过程中能满足NVH的要求。通过设置定子绕组通入电流以及绕制方式克服NVH问题，可以进一步降低电机控制难度。[0076] 下面结合图3，以三相电机为例描述本申请另一实施例提供的电机的结构。本申请另一实施例提供的电机200包括三相对称第一绕组集201、三相对称第二绕组集202、定子铁芯203及转子。[0077] 如图3所示，三相对称第一绕组集201和三相对称第二绕组集202均缠绕于定子铁芯203上，且位于同一定子槽内。其中，第一绕组集和第二绕组集的绕制方向相反，还可以相同，还可以存在相位差。[0078] 继续参考图3，第一绕组集201的匝数为a1，分别记作A1、B1、C1；第二绕组集202的匝数为a2，分别记作A2、B2、C2。第一绕组集A1、B1、C1的中性点和第二绕组集A2、B2、C2的中性点不连接。第一绕组集A1、B1、C1和第二绕组集A2、B2、C2分别与转换单元的两个交流侧连接。[0079] 三相第一绕组集按照常规绕线方式绕制。下面以第一绕组集和第二绕组集的绕制方向相反为例说明第一绕组集和第二绕组集的绕制方式：将A2相绕组与C1相绕组放在同一个槽内；将C2相绕组与A1相绕组放在同一个槽内；将B2相绕组与B1相绕组放在同一个槽内。第一绕组集沿圆周分布为A1→B1→C1，对应第二绕组集沿圆周分布为C2→B2→A2。这种布线方式，在通同向电流时，第一绕组集和第二绕组集产生相反磁场。[0080] 针对第一绕组集和第二绕组集的绕制方向相同或者存在相位差的情况，可以控制流入第一绕组集和第二绕组集中电流相位和幅值，使第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场的具有相位差，两个定子绕组产生的磁场相互抵消。[0081] 作为另一种实施例方式，如图4所示，三相对称第一绕组集201和三相对称第二绕组集202位于相邻定子槽。且第一绕组集和第二绕组集的绕制方向相反，还可以相同，还可以存在相位差。可以控制流入第一绕组集和第二绕组集中电流相位和幅值，使第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场的具有相位差，两个定子绕组产生的磁场相互抵消。[0082] 当电机为动力电池加热时，对第一绕组集和第二绕组集进行通电，使得第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场的具有相位差，两个子绕组产生的磁场相互抵消，使得定子绕组产生的总磁场趋近于零，进而使得气隙磁通密度减少，转子上的磁密也会变得很小。[0083] 在本申请实施例提供的电机中，当电机工作于加热工况时，使第一绕组集和第二绕组集产生相反的磁。懦∠嗷サ窒，使得每相定子绕组内磁场强度趋近于零，进而使得气隙磁通减少，以减少电机振动和转子发热。[0084] 下面结合图5，以三相电机为例描述本申请另一实施例提供的动力系统的结构。本申请另一实施例提供的动力系统包括：动力电池10、转换模块300和电机。电机包括三相第一绕组集201和三相第二绕组集202，在图3所示仅示出定子绕组。[0085] 其中，转换模块300包括一个直流侧和两个交流侧，转换模块300的直流侧分别连接动力电池10的正负极，转换模块300的其中一个交流侧与第一绕组集201连接，转换模块的另外一个交流侧与第二绕组集202连接。[0086] 当电机向外输出动力时，转换模块300工作在逆变器状态，将动力电池输出的直流电转换为交流电，为电机提供交流电激励。当电机为动力电池加热时，转换模块300作为加热回路中一部分，电机的定子绕组作为储能元件向动力电池提供交变电流。[0087] 下面描述动力系统的工作原理：当电机向外输出动力时，动力电池通过控制转换模块仅对第一绕组集中进行供电，由第一绕组集产生磁。胱硬懦∠嗷プ饔，向外输出动力。还可以是对第一绕组集和第二绕组集都通电，由第一绕组集和第二绕组集产生磁场叠加增强，与转子产生磁场作用，向外输出动力。当电机为动力电池加热时，通过控制转换模块对第一绕组集和第二绕组集中进行通电，并使第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场的具有相位差，两个子绕组产生的磁场相互抵消，使得定子绕组产生的总磁场趋近于零，气隙磁通密度减少，转子上的磁密也会变得很小。以减少电机振动和转子发热。[0088] 在本申请提供的动力系统中，当电机需要工作于加热工况时，固定转子，其中固定转子包括控制电机转子堵转状态和电机转子处于相对静止状态，即电机转子转动很。谧罘段。通过控制转换模块使电机的第一绕组集和第二绕组集均通电，两个定子绕组产生的磁场相互抵消，使得气隙磁通密度减少，转子上的磁密也会变得很。约跎俚缁穸妥臃⑷。[0089] 下面结合图6，以三相电机为例描述本申请另一实施例提供的动力系统的结构。本申请另一实施例提供的动力系统包括：动力电池10、转换模块300和电机。电机包括三相第一绕组集201和三相第二绕组集202。[0090] 本申请实施例提供的动力系统与图5所示实施例提供的动力系统的区别在于：转换模块300包括三桥臂的逆变器和开关组件。其中，第一桥臂由功率管V1和V4组成，第二桥臂由功率管V2和V5组成，第三桥臂由功率管V3和V6组成。其中，逆变器的直流侧与动力电池10的正负极连接，逆变器的交流侧与第一绕组集201连接，开关组件连接于逆变器的交流侧和第二绕组集202之间，开关组件包括开关S1、开关S2、开关S3。[0091] 其中，三相第一绕组集201和三相第二绕组集202的绕向可以相同，还可以相反，还可以存在相位差。通过控制功率管V1至功率管V6的导通和截止状态，控制通入三相第一绕组集201和三相第二绕组集202中电流方向、电流相位以及电流幅值，以使三相第一绕组集201和三相第二绕组集202中产生可以抵消的磁场。[0092] 下面描述动力系统的工作原理：[0093] 当电机向外输出动力时，可以为断开开关组件，并向逆变器的桥臂控制端输入脉宽调制信号PWM信号，仅对第一绕组集中进行通电，由第一绕组集产生磁。胱硬懦∠嗷プ饔，向外输出动力。[0094] 当电机向外输出动力时，还可以是闭合开关组件，并向逆变器的桥臂控制端输入PWM信号，对第一绕组集和第二绕组集中绕组均通电，使得第一绕组集和第二绕组集中磁场方向相同，使得第一绕组集和第二绕组集的磁场叠加增强。以实现由第一绕组集和第二绕组集共同产生增强磁。胱硬懦∠嗷プ饔，向外输出动力。[0095] 当电机向外输出动力时，还可以是闭合开关组件，并向逆变器的桥臂控制端输入PWM信号，对第一绕组集和第二绕组集中绕组均通电，使第一绕组集和第二绕组集中磁场存在相位差，并且第一绕组集和第二绕组集的总磁场大于第一绕组集产生磁。蛘叽笥诘诙绕组集产生磁场。也就是第一绕组集和第二绕组集的总磁场是叠加增强的。以实现由第一绕组集和第二绕组集共同产生增强磁。胱硬懦∠嗷プ饔，向外输出动力。[0096] 当电机为动力电池加热时，闭合开关组件，并向逆变器的桥臂控制端输入脉宽调制信号PWM信号，对第一绕组集和第二绕组集中进行通电，第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场的具有相位差，两个子绕组产生的磁场相互抵消，定子绕组产生的总磁场趋近于零，气隙磁通密度减少，转子上的磁密也会变得很。缁穸妥臃⑷纫蚕嘤Φ亟档。[0097] 需要说明的是，此处不限定桥臂控制端的控制信号为PWM信号，也可以为其他能够控制桥臂信号。[0098] 通过三桥臂的逆变器和开关组件配合控制通入绕组中电流相位和电流大。鲂柘蚰姹淦魇淙肴房刂菩藕，可以降低控制难度。[0099] 当电机为动力电池加热时，以第一绕组集和第二绕组集绕制方向相反，PWM信号控制功率管V1、V5和V6导通或断开，且开关组件S1、S2、S3闭合为例，描述电机中第一绕组集和第二绕组集作为储能元件向电池充电过程。[0100] 针对第一绕组集：控制A1相桥臂上的功率管V1，B1相桥臂上的功率管V5和C1相桥壁上的功率管V6导通，功率管V2、V3、V4断开。此时形成如下放电回路：动力电池→功率管V1→A1相定子电感→B1相定子电感→功率管V5→动力电池，以及动力电池→功率管V1→A1相定子电感→C1相定子电感→功率管V6→动力电池。在这个过程中，动力电池放电并将电能转化A相、B相和C相定子电感上的电磁能，定子电感储能。回路中加热电流的大小由功率管V1、V5和V6的闭合时间决定，也就是由驱动功率管V1、V5和V6信号的频率f和占空比D确定。在下一个时间(即闭合时间结束)，同时断开功率管V1、V5和V6，由于电感中电流不能突变的特点，此时，形成如下动力电池的充电回路：C1相定子电感→晶体二极管D3→动力电池→晶体二极管D4→A1相定子电感，以及B1相定子电感→晶体二极管D2→动力电池→晶体二极管D4→A1相定子电感。在上述对动力电池放电和充电过程中，都有电流流过动力电池，实现对动力电池加热，此时定子第一绕组集将产生一个方向不变，幅值交变的定子主磁。槐淦德始次狿WM信号的周期。[0101] 针对第二绕组集：功率管V1、V5以及V6导通，开关S1、开关S2、开关S3导通，此时第二绕组集的辅通电回路与第一绕组集类似：动力电池→功率管V1→开关S1→A2相定子电感→B2相定子电感→开关S2→功率管V5→动力电池，以及动力电池→功率管V1→开关S1→A2相定子电感→C2相定子电感→开关S3→功率管V6→动力电池，在这个过程中，动力电池放电并将电能转化成A相、B相和C相定子电感上的电磁能，定子电感储能，回路中加热电流的大小由功率管V1、V5和V6的闭合时间决定，也就是由驱动V1、V5和V6信号的频率f和占空比D确定。在下一个时间，同时断开功率管V1、V5和V6，由于电感中电流不能突变的特点，此时，形成如下动力电池的辅助充电回路：C2相定子电感→开关S3→晶体二极管D3→动力电池→晶体二极管D4→开关S1→A2相定子电感，以及B2相定子电感→开关S2→晶体二极管D2→动力电池→晶体二极管D4→开关S1→A1相定子电感。[0102] 在上述第二绕组集通过电流时，由于第二绕组集的绕组方向和第二子绕组集的绕组方向相反，将会产生一个与第一绕组集磁场方向相反，幅值变化与第一绕组集产生磁场幅值变化一致的磁场。此时，第一绕组集磁场和第二绕组集磁场的合成磁场将会明显减小。通过控制第一绕组集和第二绕组集绕组的导线线径或绕组匝数，可以将第一绕组集磁场和第二绕组集磁场的合成磁场控制在需要的阈值范围内。例如，通过控制第一绕组集和第二绕组集绕组的导线线径相同、绕组匝数相同，绕制方向相反，可以使上述合成磁场磁通量趋近于零。[0103] 在本申请提供的动力系统中，当电机需要工作于加热工况时，通过闭合开关组件，并控制逆变器的桥臂控制端，使电机的第一绕组集和第二绕组集均通电，两个定子绕组产生的磁场相互抵消，使得气隙磁通密度减少，转子上的磁密也会变得很。约跎俚缁穸妥臃⑷。[0104] 下面结合图7，以三相电机为例描述本申请另一实施例提供的动力系统的结构。本申请另一实施例提供的动力系统包括：动力电池10、转换模块300和电机。电机包括三相第一绕组集201和三相第二绕组集202。[0105] 本申请另一实施例提供的动力系统与图5所示实施例提供的动力系统的区别在于：转换模块300包括两个三桥臂的逆变器301。其中，两个逆变器301的直流侧均与动力电池10的正负极连接，一个逆变器301的交流侧与第一绕组集201连接，另一个逆变器301的交流侧与第二绕组集202连接。[0106] 其中，第一绕组集201和第二绕组集202的绕线方式已经在图5所示实施例中详细说明，此处不再赘述。[0107] 下面描述动力系统的工作原理：当电机向外输出动力时，与第一绕组集连接的逆变器的桥臂控制端输入脉宽调制信号PWM信号，仅对第一绕组集中进行通电，由第一绕组集产生磁。胱硬懦∠嗷プ饔，向外输出动力。还可以使第一绕组集和第二绕组集都通电，由第一绕组集和第二绕组集共同产生磁场。此处已经在图6所示实施例中详细说明，此处不再赘述。[0108] 当电机为动力电池加热时，向两个逆变器的桥臂控制端输入脉宽调制信号PWM信号，对第一绕组集和第二绕组集中进行通电，第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场的具有相位差，两个子绕组产生的磁场相互抵消，定子绕组产生的总磁场趋近于零，气隙磁通密度减少，转子上的磁密也会变得很。缁穸妥臃⑷纫蚕嘤Φ亟档。[0109] 通过两个三桥臂的逆变器配合控制通入绕组中电流相位和电流大。墒迪秩坑煽乜刂，进而提高控制可靠度。[0110] 在本申请提供的动力系统中，为第一绕组集和第二绕组集分别设有逆变器，当电机需要工作于加热工况时，通过控制两个逆变器的桥臂控制端，使电机的第一绕组集和第二绕组集均通电，以减少电机振动和转子发热。[0111] 下面结合图8，以三相电机为例描述本申请另一实施例提供的动力系统的结构。本申请另一实施例提供的动力系统包括：动力电池10、转换模块300和电机。电机包括三相第一绕组集201和三相第二绕组集202。[0112] 本申请另一实施例提供的动力系统与另一实施例提供的动力系统的区别在于：转换模块300包括一个六桥臂的逆变器，前三个桥臂的中点构成逆变器的一个交流侧，后三个桥臂的中点构成逆变器的另一个交流侧。其中，逆变器的直流侧与动力电池10的正负极连接，逆变器的一个交流侧与第一绕组集201连接，逆变器的另一个交流侧与第二绕组集202连接。其中，第二绕组集和第一绕组集的中性点可以相互连接，如图8所示。[0113] 其中，第一绕组集201和第二绕组集202的绕线方式已经在图5所示实施例中详细说明，此处不再赘述。[0114] 下面描述动力系统的工作原理：当电机向外输出动力时，与第一绕组集连接的桥臂的控制端输入脉宽调制信号PWM信号，仅对第一绕组集中进行通电，由第一绕组集产生磁。胱硬懦∠嗷プ饔，向外输出动力。或者对第一绕组集和第二绕集均进行通电，且使第一绕组集和第二绕集产生的磁场叠加。此处已经在图6所示实施例中详细说明，此处不再赘述。[0115] 当电机为动力电池加热时，向所有桥臂的控制端输入脉宽调制信号PWM信号，对第一绕组集和第二绕组集中进行通电，第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场的具有相位差，两个子绕组产生的磁场相互抵消，定子绕组产生的总磁场趋近于零，气隙磁通密度减少，转子上的磁密也会变得很。缁穸妥臃⑷纫蚕嘤Φ亟档。[0116] 通过六桥臂的逆变器控制通入绕组中电流相位和电流大。墒迪秩坑煽乜刂，进而提高控制可靠度。[0117] 在本申请提供的动力系统中，逆变器有六个桥臂，三个桥臂的中点与第一绕组集连接，另外三个桥臂的中点与第二绕组集连接。当电机需要工作于加热工况时，通过控制所有桥臂控制端，使电机的第一绕组集和第二绕组集均通电，以减少电机振动和转子发热。[0118] 本领域技术人员应当理解，两个三相桥臂和六相桥臂的情况下均可以通过控制绕组的相位差，开关的布置和通断，以控制第一绕组集和第二绕组集的电流的相位差，电流的幅值，达到使第一绕组集和第二绕组集的合成磁场在预设磁通范围。[0119] 本申请另一实施例还提供一种电动汽车，包括上述实施例提供的动力系统。具体可以参见前述动力系统实施例中的相关描述。[0120] 下面结合上述实施例描述的电机和动力系统，描述本申请实施例提供的加热控制方法。其中，加热控制方法包括：[0121] S401、获取动力电池的电芯温度和电机的运行状态信息。[0122] 其中，根据安装在动力电池内部的温度传感器，随时监测电芯温度。[0123] 在一些实施例中，动力电池包括电池管理系统，电池管理系统获取电动力电池温度，并将电池温度信息发送给电机控制器，其中，电机包括电机控制器。电机控制器接收电池的温度信息。[0124] 在一些实施例中，电机控制器还接收电机的运行状态信息，电机的运行状态信息包括，电机定子的温度、电机定子绕组的温度、电机处于为动力电池加热的工况、电机处于向外输出动力的工况、电机处于堵转状态和/或电机处于停止工作状态，在此不作具体限定。[0125] S402、判断电芯温度和运行状态是否满足动力电池加热条件，若是，进入S403，否则，进入S404或者使电机处于停止工作状态。[0126] 在一些实施例中，动力电池加热条件包括电芯温度小于预设温度阈值，且电机转子运行状态为堵转状态。其中，预设温度阈值根据动力电池的额定工作温度确定。[0127] 在一些实施例中，加热条件包括动力电池的电芯温度小于预设温度阈值，和电机的运行状态为停止工作状态。[0128] 在一些实施例中，加热条件包括动力电池的电芯温度小于预设温度阈值，电机的运行状态为堵转状态，和电机定子的温度、电机定子绕组的温度低于预设电机温度阈值，预设电机温度阈值根据动力电池的额定工作温度确定。[0129] 本领域技术人员应当理解，可以根据需要设置加热条件，在此不作限定。[0130] S403、向第一绕组集和第二绕组集中通入交变电流，并使第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场具有相位差，第一绕组集和第二绕组集产生的总磁通量在预设磁通量阈值范围内。[0131] 其中，预设磁通量阈值范围小于第一绕组集产生的总磁通量，预设磁通量阈值范围同时也小于第二绕组集产生的总磁通量，也就是使第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场相互抵消，使第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场的总磁场减少，气隙磁密减少，发热量减少，振动也相应减少。[0132] 不同的动力系统结构，实现方式不同。当转换模块包括一个三桥臂的转换模块和开关组件，且第一绕组集和第二绕组集绕组方向相反时，闭合开关组件，并向转换模块的桥臂控制端输入PWM信号，以实现向第一绕组集和第二绕组集中通入交变电流，并保证第一绕组集产生的磁场的方向与第二绕组集产生的磁场具有相位差。[0133] 当转换模块包括两个三桥臂的逆变器时，向两个转换模块的所有桥臂控制端均输入PWM信号，两个逆变器控制端输入的PWM信号不同，使第一绕组集产生的磁场的方向与第二绕组集产生的磁场具有相位差。[0134] 当转换模块包括一个六桥臂的逆变器时，向转换模块的六个桥臂控制端输入脉宽调制信号PWM信号，其中三个桥臂的PWM信号与另外三个桥臂的PWM信号不同，使第一绕组集产生的磁场的方向与第二绕组集产生的磁场具有相位差。[0135] S404、向第一绕组集或者第二绕组集中通入电流，或者，向第一绕组集和第二绕组集中通入交变电流，第一绕组集和第二绕组集产生的总磁通量在预设磁通量阈值范围内。[0136] 其中，当不满足动力电池加热条件时，仅向第一绕组集或者第二绕组集通电，第一绕组集和第二绕组集产生的总磁通量大于预设磁通量阈值范围内，使第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场叠加增强，第一绕组集产生的磁场与第二绕组集产生的磁场共同与转子作用，由于磁场加强，电机输出功率大，可以向外提供动力。[0137] 本领域技术人员应当理解，第一绕组集和第二绕组集绕组绕制方向相同或者有相位差时，均可以通过控制开关的布置和通断，以控制第一绕组集和第二绕组集的电流的相位差，电流的幅值，达到使第一绕组集和第二绕组集的合成磁场在预设磁通范围。[0138] 在本申请提供的动力系统中，检测到满足动力电池加热条件时，通过控制转换单元，使电机的第一绕组集和第二绕组集均通电，通过控制第一绕组集和第二绕组集合成的磁场的磁通量在预设磁通量阈值范围内，以减少电机振动和转子发热。[0139] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

专利地区：福建

专利申请日期：2020-07-31

专利公开日期：2024-11-12

专利公告号：CN114555415B