【电机控制技术】电机主动加热控制介绍

为什么主动加热

冬天又来了，不同于传统燃油车的发动机，电驱系统的综合效率很高，达到90%以上，因此电驱系统产生的热损耗是很少的。但是在冬天，同样不同于传统燃油车，新能源汽车既要给座舱提供暖风，还要加热电池，说到电池，真的非常娇贵，一定要在15度区间才可以发挥出最大的效能。

因此，新能源汽车都配备有PTC加热器（Positive Temperature Coeficient），PTC加热器由高压配电盒配给高压电，通过加热水回路的冷却介质给电池加热、给空调供热。有些新能源汽车甚至有两个PTC加热器，单个PTC加热器的功率是6KW, 一般暖风的功率需求是2kw。

这时候就有人想到，能否利用一下电机的热量呢，这样就可以省下一个PTC或者说降低单个PTC的最大功率，那么电机作为新能源汽车的核心驱动部件，在控制手段越来越复杂的今天可能不仅仅能够被用于驱动，为了进一步压榨其价值，聪明的工程师真的是无所不用其极，于是我们就引入了主动加热的概念。



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有哪些主动加热

主动加热一般有三种，包括降低效率加热、堵转加热、和脉冲加热。

降低效率加热故名思意，就是让id和iq偏离MTPA和MTPV曲线，那么就降低电机的效率，因为我们正常控制手段就是使得id和iq落在两个曲线上，从而达到最大的电机控制效率，根据能量守恒定律，电机效率越低，发热越大，只需要通过标定试验找到对应的效率，就是标定出对应的加热功率的控制参数。

堵转加热也是顾名思义，就是在停车时，通过刹车制动车轮，此时再给一个单独的id电流，而不给一个iq电流，使得转子产生铁损、定子产生铜损，然后带走这部分热量。但是由于这时候旋变位置可能存在一定偏差，大概会产生十几牛米的扭矩，车辆可能会有窜动，因此这种情况只能用于驻车，需要制动车轮。



脉冲加热则是和上面两种加热方式的理念完全不同。上面的降低效率加热和堵转加热的本质，都是加热水回路，使得热量被水回路带走，从而改善PTC的工作负荷。比如有10Kw的加热请求，PTC最多支持7KW，那么其他3KW就可以由电机来支持。而脉冲加热则比较直接，它是利用逆变器可以高频通断的特性，在电池两端形成高频脉冲，使得电池每个电芯能够自己加热自己，特别是在低温下，电池内阻较大，配合上高频电流，会产生较大的热量，但是这种加热方式需要电池和逆变器进行配合。



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主动加热效果怎么样

最近在冬季试验发现，开发的降低效率加热和堵转加热效果还是不错的，实车在空调出风口测试进行电机单独加热能测到温度的明显上升，主要是这个标定不好精确修正，只能说是根据电机工作效率进行计算出主动加热的功率，但是到底有多少热量能被水带走也比较难测，不过PTC不也是这样吗？但是主动加热的时候，由于有较大的id电流，可能会造成转子退磁，因此要有退磁模型对该控制进行限制。



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主动加热控制软件架构

这里简单讲讲控制架构吧。

信号输出：一般要对信号进行可信检查，包括VCU请求加热功率、VCU加热许可

加热使能使能判定：需要根据当前车速、档为、故障等级等信号判定是否许可加热。

最大许可加热功率计算：根据当前转子温度、转子位置计算最大加热许可功率，当然要区分堵转模式和降低效率模式。

加热模式控制：这里主要考虑到从堵转加热、降低效率加热和非加热三种状态之间的跳转控制，特别是从堵转加热跳转到降低效率加热时，这时候可能车辆要进行起步，要做好状态切换控制，否则可能较大的id会造成车辆抖动。

加热核心计算：这里其实就要去标定了，很多人说热量不好测，确实不好测，但是你可以测输出扭矩呀，扣除没有加热的理论扭矩，换算后得到的就是加热功率。

信号输出：MCU实际加热功率、MCU许可加热、MCU最大许可加热功率