一种电机控制器、动力总成以及电动汽车

技术领域

本申请涉及动力电池加热领域，尤其涉及一种电机控制器、动力总成以及电动汽车。

背景技术

在低温环境下，电动汽车的动力电池的充放电能力急剧下降，为此，需在低温工况下对动力电池进行加热，以解决电动汽车在低温工况下充电慢、驱动功率受限的问题。电动汽车中通常采用一个单独的部件正温度系数电阻(positive temperature coefficient，PTC)，置于动力电池加热回路中，用于给动力电池进行加热。

其中，电动汽车的电机定子结构为绕组，电机在产生驱动力的过程中会产生热量，因此其作用类似于PTC。当前许多电动汽车采用电机绕组为动力电池进行加热，以作为PTC的辅助或者完全替代PTC。电机加热场景分为两种：车辆静止加热和车辆行驶加热，其中车辆静止加热为电机加热的主要场景。

电机主要包括同步电机和异步电机两种类型，其中，同步电机的转子存在永磁体产生的磁场，因此在同步电机静止加热过程中，定子电流只能采用直流电流。异步电机的转子磁场由转子感应产生，在异步电机静止加热的过程中，定子电流既可以采用直流，也可以采用交流。

在使用异步电机实现动力电池的加热过程中，定子若流经直流电流，则会导致三个电机绕组的电流不均匀分布，难以精确监测温度，尽管不会产生扭矩，而定子若流经交流电流，则交流电流频率高会引发噪声和振动问题，频率低则会增加逆变电路开关器件负担，需降低加热功率以确保安全。

发明内容

本申请提供一种电机控制器、动力总成以及电动汽车，通过调整加热电流的波形，从而降低电机控制器中的开关器件受到的热应力，提高开关器件的寿命。并且，在使用的开关器件耐热能力相同的情况下，还可以进一步提高加热功率。

第一方面，本申请提供一种电机控制器，电机控制器用于向异步电机输出驱动电流或者加热电流，驱动电流和加热电流均为三相电流，驱动电流的每相电流的波形为正弦波，驱动电流用于控制异步电机输出扭矩，加热电流的每相电流的波形为方波或者阶梯波，加热电流用于控制异步电机输出的扭矩为零，加热电流用于加热异步电流的绕组。

本申请使用方波或阶梯波波形的加热电流，能够很好地避免各相的相电流在峰值停留，在相同加热功率的情况下，将输出到异步电机的三相电流由正弦波修改为方波或者阶梯波，可以减小电流的峰值大小，进而可以降低开关器件的温升幅度，从而提高开关器件的寿命。在开关器件耐热能力相同的情况下，还可以进一步提高动力电池的加热功率。

作为一种可能的实施方式，加热电流的每相电流周期性变化，在每个变化周期内包括多个不同幅值且时长相同的时段。每个不同幅值的时段对应一个预先设定的加热电流矢量角度，对应到方波或阶梯波的波形中，阶梯波的阶梯数量与预先设定多个加热电流矢量角度相同。若加热电流矢量角度包括N个，则在一个完整周期中，每相电流的为包括N个阶梯样式的阶梯波。

作为一种可能的实施方式，加热电流的每相电流周期性变化，在每个变化周期内包括多个不同幅值的时段，多个不同幅值的时段中的至少一个时段大于其他时段。某些场景下，各相的相电流会存在幅值相同的情况。在该种情况下，加热电流的每相电流在每个变化周期内可以包括多个不同幅值的时段，且多个不同幅值的时段中的至少一个时段大于其他时段，该时段即为幅值相同的连续阶梯对应的时段之和。

在加热电流矢量执行加热电流矢量角度跳变时，异步电机的定子绕组的电流会发生突变。当定子绕组通电后，将产生径向的磁通。若磁通量发生突变，则在转子绕组上会感应产生出感应电流，此时转子绕组产生的磁场和定子绕组产生的磁场会相互作用，从而最终会产生电磁转矩，作为一种可能的实施方式，加热电流的每相电流周期性变化，在每个变化周期内包括多个加热电流的每相电流的幅值为零的时段，多个幅值为零时段包括第一时段和第二时段，且第一时段大于第二时段。

第一时段为加热电流矢量角度对应的该相电流的幅值本该为零的时段，第二时段为在加热电流矢量角度执行跳变之前，将三相电流的幅值置零的时段。在加热电流矢量角度执行跳变之前，将三相电流的幅值置零，则此时定子磁场也会衰减至零，此时，即使加热电流矢量角度发生了跳变，由于定子磁场已经衰减至零，所以转子绕组产生的磁场和定子绕组产生的磁场也不会相互作用，从而使电动汽车避免产生NVH问题，提升驾驶舒适性。

作为一种可能的实施方式，在第一时段的开始时刻和结束时刻，加热电流的每相电流的幅值方向相反，在第二时段的开始时刻和结束时刻，加热电流的每相电流的幅值相同。

在第一时段的开始时刻和结束时刻，加热电流矢量的角度发生了变化，因此，在第一时段的开始时刻和结束时刻。加热电流的每相电流的幅值大小不同，且幅值方向相反。而在第一时段的开始时刻到结束时刻之间的过程，由于第二时段的开始时刻到结束时刻之间的过程，对应消除电磁转矩的过程，加热电流矢量的角度准备发生变化但还没有发生实际变化，因此，在第二时段的开始时刻和结束时刻。加热电流的每相电流的幅值大小相同。

作为一种可能的实施方式，加热电流的每相电流周期性变化，在每个变化周期内加热电流矢量依次持续指向至少两个矢量角中的每个矢量角，加热电流矢量为三个相电流矢量的合成矢量，加热电流矢量的角度变化时，三相电流中的两相电流幅值变化。本申请将加热电流矢量的匀速旋转方式调整为加热电流矢量在特定角度跳变的方式。使用该种方式，能够使加热电流矢量在预先标定几个特定的加热电流矢量角度上跳变，从而避免在各相电流峰值停留。

作为一种可能的实施方式，加热电流的交轴分量为零，加热电流的直轴分量的幅值依次交替为固定值和零，固定值大于零。由于交轴电流主要用于调节转矩。为避免异步电机产生非预期扭矩，加热电流的交轴分量可以为零。并且，为了避免产生电磁转矩，通过直轴分量的依次交替，在执行加热电流矢量角度跳变过程中，将异步电机的三相电流的幅值置零，从而避免产生非预期扭矩。

作为一种可能的实施方式，在电机控制器输出加热电流的过程中，加热电流的直轴电流分量的波形周期性变化，任意一个直轴电流分量的变化周期包括第三时段和第四时段在第三时段内，直流电流分量的幅值大于零，在第四时段内，直轴电流分量的幅值等于零，第三时段的时长大于第四时段的时长。本申请的第三时段可以对应加热电流矢量角度跳变后，处于某个预先设定的加热电流矢量角度的时段，本申请的第四时段可以对应加热电流矢量角度跳变时，处于两个加热电流矢量角度跳变的时段。

作为一种可能的实施方式，驱动电流的每相电流的频率大于加热电流的每相电流的频率。

作为一种可能的实施方式，电机控制器包括控制电路和逆变电路，控制电路用于向逆变电路输出控制信号，逆变电路包括三个开关管桥臂，每个开关管桥臂的桥臂中点分别用于连接电机的一相绕组，逆变电路的三个开关管桥臂的桥臂中点用于向电机的绕组输出驱动电流或者加热电流。

作为一种可能的实施方式，控制电路包括直轴电流反馈控制电路、交轴电流反馈控制电路。直轴反馈控制电路用于接收并根据三相电流的直轴电流反馈信号、矢量角度序列信号、直轴电流给定信号，输出直轴电流反馈控制信号。其中，矢量角度序列信号用于指示预设的矢量角度序列，直轴电流给定信号用于指示加热电流的直轴分量。交轴反馈控制电路用于接收交轴电流给定信号和三相电流的交轴电流反馈信号，输出交轴电流反馈控制信号。直轴电流反馈控制信号和所述交轴电流反馈控制信号用于调节所述三相电流的相位、频率和幅值。

在本申请实施例中，交轴电流给定信号可以为零。若要调整加热电流矢量的指向角度，则可以调整矢量角度序列信号。本申请实施例提供的电机控制器还通过直轴电流反馈信号和交轴电流反馈信号实现了对异步电机的直轴电流和交轴电流进行闭环控制。

为了避免产生电磁转矩，在加热电流矢量的角度跳变时，可以将加热电流的直轴电流分量的幅值调整为零，从而使三相电流降至零。作为一种可能的实施方式，在第三时段内加热电流的直轴电流分量的幅值调整为预设值，在第四时段内加热电流的直轴电流分量的幅值调整为零。如此，在每次执行加热电流矢量角度跳变时，将异步电机的三相电流的幅值置零，以避免产生电磁扭矩。

作为一种可能的实施方式，控制电路包括帕克逆变换电路，帕克逆变换电路用于接收直轴电流反馈控制信号和交轴电流反馈控制信号，以控制控制电路向逆变电路输出控制信号的频率和占空比，控制电路用于输出三组驱动信号，每组驱动信号用于控制一个开关管桥臂的上桥臂开关管和下桥臂开关管的开关频率和占空比。

第二方面，本申请提供一种动力总成，其包括异步电机和电机控制器，电机控制器用于向异步电机输出驱动电流或者加热电流，驱动电流和加热电流均为三相电流，驱动电流的每相电流的波形为正弦波，驱动电流用于控制异步电机输出扭矩，加热电流的每相电流的波形为方波或者阶梯波，加热电流用于控制异步电机输出的扭矩为零，加热电流用于加热异步电机的绕组。

作为一种可能的实施方式，动力总成包括热传导装置，加热电流用于加热异步电机的绕组以及开关管桥臂，热传导装置用于将异步电机的绕组产生的热量以及开关管桥臂产生的热量传导至动力电池。

第三方面，本申请提供一种电动汽车。电动汽车包括整车控制器、动力电池、车轮和第二方面所述的动力总成，用于：

电机控制器响应于来自整车控制器的扭矩信号，电机控制器输出驱动电流，驱动电流用于控制异步电机输出扭矩信号所指示的扭矩。电机控制器响应于来自整车控制器的加热信号，电机控制器输出加热电流，加热电流的每相电流的波形为方波或者阶梯波，加热电流用于控制异步电机输出的扭矩为零，加热电流用于加热异步电机的绕组。

本申请提供的电动汽车包括电池管理系统，电池管理系统用于监测动力电池的温度，在动力电池的温度过低时，电池管理系统向整车控制器发送加热指示，整车控制器根据来自于电池管理系统的加热指示生成加热信号，电机控制器在接收到加热信号后输出加热电流以加热异步电机的绕组，产生于异步电机绕组上的热量通过热传导装置传导至动力电池以加热动力电池。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种电动汽车的示意图一；

图2为本申请实施例提供的动力总成的示意图；

图3为本申请实施例提供的电机控制器的示意图；

图4为现有使用低频正弦交流电流的波形时序图；

图5为加热电流矢量在ABC坐标系中的示意图；

图6为本申请提供的加热电流的波形时序图一；

图7为本申请提供的加热电流的波形时序图二；

图8为本申请提供的加热电流的波形时序图三；

图9为本申请提供的电机控制器的控制示意图一；

图10为本申请提供的电机控制器的控制示意图二；

图11为本申请提供的电机控制器的控制流程图；

图12为本申请实施例提供的一种电动汽车的示意图二；

图13为本申请实施例提供的一种电动汽车的示意图三。

具体实施方式

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其它一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其它方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其它方式另外特别强调。

以下，先对本申请实施例中涉及的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员容易理解。

电动汽车的电机一般为交流电机，而动力电池为直流源，因此通过逆变电路将动力电池输出的直流电转换为电机的三相交流电，三相交流电的坐标轴分别为U轴、V轴和W轴。交流电的三相也可以分别称为U相、V相和W相。为了简化电机分析，通常将静止的三相坐标变换为旋转的d-q坐标，这种变换即为派克变换(park transformation)。在d-q坐标系下，三个坐标轴分别称为直轴、交轴和零轴。

直轴(direct axis)又称D轴或d-axis，是由静止的U/V/W三相坐标轴经过派克变换得到的时变的直流坐标轴。

交轴(quadrature axis)又称为Q轴或q-axis，是由静止的U/V/W三相坐标轴经过派克变换得到的时变的交流坐标轴。

零轴，又称为0轴或0-axis，是垂直于直轴和交轴所在的d-q平面的坐标轴。

具体地，派克变换的公式可以如下所示：

其中θ为d轴与U轴的夹角，I_d称为直轴电流，主要用于调节磁场，I_q称为交轴电流，主要用于调节转矩，I_0称为零序电流，I_u、I_v、I_w分别为U轴、V轴和W轴上的电流，即三相电流。

上述矩阵为三相电流变换至I_d、I_q、I_0的表达式，将该矩阵变换作逆变换则可得到从I_d、I_q、I_0变换至三相电流的表达式，此处不再赘述。

由于三相电流是与电机中的真实绕组所对应的电流，因此，向电机的直轴输出电流时，电机控制器需要通过派克变换的逆变换将I_d转换为三相电流I_u、I_v、I_w，将I_u、I_v、I_w通入电机绕组，向电机的零轴输出电流时，电机控制器需要通过派克变换的逆变换将I_0转换为三相电流I_u、I_v、I_w，将I_u、I_v、I_w通入电机绕组。

交轴电压/电流用于控制驱动电机输出的扭矩，直轴电压/电流用于控制驱动电机产生的磁场的方向和大小，电动汽车包括驱动电机、电机控制器、动力电池。电机控制器接收动力电池的电能并为驱动电机供电，驱动电机用于带动电动汽车的车轮转动以使得电动汽车行驶。

温度对动力电池的影响较大。动力电池在低温下充放电会出现析锂现象，导致动力电池容量衰减甚至导致动力电池安全隐患。因此，需要先将动力电池加热至一定的温度后，才允许电动汽车行驶。其中，电机在产生驱动的过程中会产生热量，因此，当前许多电动汽车采用电机绕组为动力电池进行加热。

电机的定子是电机中静止不动的部分，主要包括铁芯和定子绕组，电机的转子是电机中的旋转部件，用于将电能转换为机械能。

电动汽车的电机主要包括同步电机和异步电机两种类型，其中，同步电机的转子存在永磁体产生的磁场，因此在同步电机静止加热过程中，定子电流只能采用直流电流。异步电机的转子磁场由转子感应产生，在异步电机静止加热的过程中，定子电流既可以采用直流电流，也可以采用交流电流。

异步电机静止加热主要包括如下几种方案：

1、在转子静止的情况下，定子电流采用直流电流进行加热。

2、在转子静止的情况下，定子电流采用高频(1kHz左右)的正弦交流电流进行加热。

3、在转子静止的情况下，定子电流采用一个低频(<0.1Hz)的正弦交流电流进行加热。

在定子上使用直流电流进行加热时，异步电机上虽然不会产生扭矩，但由于定子的三相电流大小不均衡，会导致电机绕组的加热都集中在一个绕组上。

在定子上使用交流电进行加热时，虽然三个电机绕组上流经的三个相电流大小均衡，但若使用的交流电频率较高，则在加热过程中会带来噪声、振动与声振粗糙度(noisevibration harshness，NVH)问题，导致用户的驾乘体验不好。

使用频率较低的交流电，虽不存在NVH问题，但由于交流电的频率较低，使得交流电处于峰值电流的维持时间过长，驱动电机的逆变电路上的开关器件受到较大的热应力，因此，容易造成加热功率降额的情况。

上述几种方案中，均存在缺点，有鉴于此，需要设计一种电机控制器来控制异步电机的加热，从而尽可能的发挥异步电机加热能力，以克服现有技术存在的缺点。

本申请提供一种电机控制器来控制异步电机的加热，将波形为方波或阶梯波的低频交流电输入到异步电机进行加热，从而在不产生NVH问题的前提下，降低逆变电路上的开关器件受到的热应力，提高动力电池的加热效率。

图1为本申请实施例提供的一种电动汽车的示意图。参阅图1，电动汽车10包括动力总成11、车轮12、动力电池13。动力总成11用于接收动力电池13供电以驱动车轮12或者用于加热动力电池13。

图2为本申请实施例提供的动力总成的示意图。动力总成11包括异步电机111和电机控制器112。其中，电机控制器112接收动力电池13的直流电并将直流电转换为三相交流电后为异步电机111供电。异步电机111和车轮12通过减速器或者变速器传动连接，在电动汽车10行驶过程中，异步电机111的扭矩传递到车轮12上为电动汽车10提供动力。

图3为本申请实施例提供的电机控制器的示意图。如图3所示，电机控制器112可以包括控制电路121，逆变电路122及母线电容C。母线电容C的一端用于连接动力电池13的正极，母线电容C的另一端用于连接动力电池13的负极。逆变电路122包括三个开关管桥臂，每个开关管桥臂的两端分别连接母线电容C的两端，每个开关管桥臂的桥臂中点分别用于连接驱动电机11的一相绕组。驱动电机11的转子位置信号输出端与控制电路121的信号采集端连接，三相桥臂的两端分别连接动力电池13的正极及负极。控制电路121利用PWM控制信号来控制逆变电路122输出三相电流。

本申请提供的动力电池13可以是锂离子电池、铅酸蓄电池、太阳能电池等，本申请不对动力电池的类型进行限制。

上述控制电路121可以包括但不限于中央处理单元(central processing unit，CPU)、其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。控制电路121可以通过向逆变电路122各桥臂输出控制信号，来控制器各桥臂中的开关导通或关断。其中，该控制信号可以为脉冲宽度调制(pulse widthmodulation，PWM)信号。

电机控制器112运行于逆变模式时，动力电池13可以为逆变电路122提供直流电流。逆变电路122可以将动力电池13输出的直流电流转换为交流电流，并输出至异步电机111。该逆变电路122将输出的三相交流电分别向三相定子绕组传输，三相定子绕组在三相交流电流的作用下，可以驱动车轮12转动。

电机控制器112在向异步电机111输出加热电流时，加热电流的每相电流的波形为方波或者阶梯波。其中，动力电池13的加热功率主要受限于异步电机111的温度以及逆变电路122上的开关器件的温度，若要使动力电池13获得较大的加热功率，则会导致异步电机111以及逆变电路122上的开关器件的温度过高，此种情况下，可能会出现加热功率降额的情况。因此，可以通过向异步电机111输出低频的正弦交流电流进行加热，从而能够实现异步电机111的热量三相平衡。

参阅图4所示，图4为现有使用低频正弦交流电流的波形时序图。从图4中可以看出，由于各个相电流的频率很低，因此，逆变电路122中的各个桥臂在输出相电流时，实际上流经各个桥臂的开关器件的相电流，已经可以使开关器件达到热平衡。但是，现有使用低频正弦交流电流时，流经各个桥臂的开关器件的相电流在峰值停留的时间，已远超过开关器件达到热平衡的时间，并且，由于各相电流为正弦波，因此在某些场景下，开关器件可能已经达到了热平衡状态，但相电流仍然要上升至更高的峰值，在该种情况下，开关器件更容易出现过温问题，进而导致开关器件失效。由于开关器件的热时间常数(thermal responsetime)较短，所以这使得逆变电路122各个桥臂上的开关器件会受到更大的热应力。

其中，开关器件的热平衡是指器件内部各部分的温度达到均衡，不会存在温度梯度。在实际的半导体器件中，由于电流的流动和电子的碰撞散热等因素，会导致器件内部产生热量。如果这部分热量不能得到有效的散发，就会导致器件温度升高，导致加热功率降低，进而影响器件的性能和寿命。

为解决上述问题，本申请通过调整加热电流矢量，使加热电流的波形由正弦波调整为方波或阶梯波，从而避免逆变电路122上的各个桥臂上的开关器件的受到更大的热应力，从而提高开关器件的寿命。其中，加热电流矢量是由三个相电流所对应的矢量所合成的矢量，加热电流矢量发生角度变化，则说明三相电流中的各相电流幅值也在发生变化。

并且，在加热功率相同的情况下，由于方波或阶梯波的峰值低于正弦波的峰值，因此在耐热能力相同的情况下，还可以进一步提高动力电池13的加热功率。

本申请实施例中的异步电机111中的三相定子绕组具体包括U相定子绕组、V相定子绕组以及W相定子绕组，以上三个三相定子绕组绕在空间上间隔120°的铁芯槽中，当定子绕组通电后，将产生径向的磁通，对于任意一个定子绕组来说，产生的磁通方向总是沿着这一绕组铁芯的方向。因此，在空间维度中，转子的中心指向U相定子绕组的方向与转子的中心指向V相定子绕组的方向的夹角为120°。转子的中心指向V相定子绕组的方向与转子的中心指向W相定子绕组的方向的夹角为120°。转子的中心指向U相定子绕组的方向与转子的中心指向W相定子绕组的方向的夹角为120°。而每相交流电流流经对应的定子绕组时，引起定子绕组内部的电子在交变电场的作用下来回运动。这个过程会引起定子绕组内部分子和原子的振动，从而产生摩擦，导致能量转化为热能，这种热能的产生会使得定子绕组发热。

请参阅图5所示，把上述三相定子绕组顺时针旋转90度，沿定子铁芯方向绘制坐标系，即可得到ABC坐标系，在三个定子绕组上分别通相位差120度的交流电，每相电流在沿铁芯方向产生的磁通与通入的电流的大小成正比。在ABC坐标系中，通过调整加热电流矢量的指向角度，能够调整各个相电流的波形和大小。

为了便于表示，示例性的，图5及以下实施例的所涉及的参考方向，可以为加热电流矢量指向ABC坐标系中的A相相轴的方向。换言之，可以将A相相轴处于正向峰值的时刻定义为加热电流矢量的0°。

需要说明的是，加热电流矢量在A相相轴的方向上产生的投影即为U相电流波形，加热电流矢量在B相相轴的方向上产生的投影即为V相电流波形，加热电流矢量在C相相轴的方向上产生的投影即为W相电流波形。

也就是说，通过调整加热电流矢量的指向角度，从而对各个相电流的波形和大小进行调节，以向异步电机111输出波形为方波或阶梯波的低频交流电流进行加热。

可以理解的，若要像向异步电机111输出波形为正弦波进行加热，则可以相当于控制加热电流矢量在ABC坐标系中执行逆时针方向的匀速旋转。在加热电流矢量在逆时针匀速旋转过程中，各相电流会呈现出正弦波的波形。由上述实施例所述的，由于正弦波波形所导致的，各个桥臂流经的各个相电流难以避免的会在电流峰值(附近)停留一段时间，在该段时间内，开关器件已经达到了热平衡状态，而在达到热平衡后桥臂上的开关器件会受到较大的热应力，因此，开关器件的寿命也会降低。

有鉴于此，本申请提供电机控制器调整了输出的加热电流的波形，将加热电流的波形由正弦波调整为方波或阶梯波，如此，可以避免逆变电路122上的各个桥臂上的开关器件的受到更大的热应力，从而提高开关器件的寿命。并且，在使用的开关器件耐热能力相同的情况下，还可以进一步提高加热功率。

继续参阅上述图5所示，因加热电流矢量在空间维度中以均速旋转方式进行变化，则各个相电流难以避免的会在电流峰值(附近)停留一段时间，因此，本申请将加热电流矢量的匀速旋转方式调整为加热电流矢量在特定角度跳变的方式。使用该种方式，能够使加热电流矢量在预先标定几个特定的加热电流矢量角度上跳变，在该种调节方式下，各个相电流的波形被调整为方波或阶梯波，如此，则可以避免开关器件在达到了热平衡状态后，相电流继续上升至更高的峰值，造成开关器件过温，进而导致开关器件失效的问题。

以U相的相电流为例，由于A相相轴处于正向峰值的时刻定义为加热电流矢量的0度且加热电流矢量在A相相轴的方向上产生的投影即为U相电流波形，因此，为避免在U相电流峰值，或峰值附近停留的时间过长，本申请可以预先设定多个加热电流矢量所停留的角度，使加热电流矢量在上述预先设定的多个角度上进行非匀速的跳变。其中，在加热电流矢量执行每次角度跳变后，可以在该角度下持续向异步电机持续输出加热电流，如此，则既可以实现定子绕组的发热，且流经各桥臂的相电流又不处在相电流峰值上。

对于上述加热电流矢量所停留的角度的选择，可以遵循下述标准：

由于每相电流在一个控制周期内存在一个正向电流峰值以及负向电流峰值，那么对于一个包含三相绕组的异步电机111来说，若在设置多个电流矢量角度时，则可以避开每相电机的正/负向电流峰值对应的加热电流矢量角度(或与其临近的角度)，如此则可以避免逆变电路122上的各个桥臂上的开关器件的受到更大的热应力，从而提高开关器件的寿命。此外，在耐热能力相同的情况下，还可以提高加热功率。

其中，若加热电流矢量在上述预先设定的多个加热电流矢量角度上进行跳变，则最终电机控制器112在向异步电机111输出加热电流时，将加热电流的每相电流的波形会由正弦波变化为方波或阶梯波。并且，在加热电流矢量完成一次加热电流矢量角度跳变后，还可以控制加热电流矢量在该角度下停留预设时长，从而在完成加热的前提下，使得逆变电路122各个桥臂上的开关器件受到的热应力降低，各个相电流在峰值停留的时间缩短。

作为一种可能的实施方式，预先设定的多个加热电流矢量角度可以在以下矢量角度序列中：{30°、90°、150°、210°、270°、330°}。在加热电流矢量执行加热电流矢量角度跳变时，可以按采用以上角度序列提供的角度，对加热电流矢量执行依次跳变，并且在每次跳变后控制加热电流矢量在该角度下停留预设时长。

由于每相电流分别对应一个正向电流峰值以及负向电流峰值，因此，若将加热电流矢量指向ABC坐标系中的A相相轴的方向定义为加热电流矢量的矢量角度为0°，则U相电流在正向电流峰值对应的矢量角度为0°，U相电流在负向电流峰值对应的矢量角度为180°，V相电流在正向电流峰值对应的矢量角度为120°,V相电流在负向电流峰值对应的矢量角度为300°，W相电流在正向电流峰值对应的矢量角度为240°,W相电流在负向电流峰值对应的矢量角度为60°。

因此，上述实施例提供的矢量角度序列能够很好的避开了U/V/W相处于正/负峰值电流对应的矢量角度，从而使得逆变电路122各个桥臂上的开关器件受到的热应力降低。

需要说明的是，本申请提供的预先设定的多个加热电流矢量角度不限于上述实施例提供的矢量角度序列，加热电流矢量角度的数量也并不限于上述实施例提供的角度序列。应当理解的，在设置多个加热电流矢量角度时，只要避开每相电流的正/负向电流峰值对应的加热电流矢量角度(或与其临近的角度)，则可以避免逆变电路122上的各个桥臂上的开关器件的受到更大的热应力，从而提高开关器件的寿命。

参阅图6所示，图6为本申请提供的加热电流的波形时序图。从图6中可以看出，使用方波或阶梯波波形的加热电流，能够很好地避免各相的相电流在峰值停留，而在相同加热功率的情况下，将输出到异步电机111的三相电流由正弦波修改为方波或者阶梯波，可以减小电流的峰值大小，进而可以降低开关器件的温升幅度，从而提高开关器件的寿命。

作为一种可能的实施方式，加热电流的每相电流周期性变化，在每个变化周期内包括多个不同幅值且时长相同的时段。其中，每个不同幅值的时段对应一个预先设定的加热电流矢量角度，对应到方波或阶梯波的波形中，阶梯波的阶梯数量与预先设定多个加热电流矢量角度相同。即，若加热电流矢量角度包括N个，则在一个完整周期中，每相电流的为包括N个阶梯式样的阶梯波。

在某些场景下，存在两个不同的加热电流矢量角度在(A/B/C相)相轴上的投影大小相同的情况，该种情况下，由于投影大小相同，因此各相的相电流也会存在幅值相同的情况。也即，假使加热电流矢量在预先设定多个加热电流矢量角度的停留时间相同，则在加热电流的每相电流可能会存在的幅值相同的连续阶梯。在该种情况下，输入到异步电机111的每相电流在每个变化周期内可以包括多个不同幅值的时段，且多个不同幅值的时段中的至少一个时段大于其他时段，该时段即为幅值相同的连续阶梯对应的时段之和。

在加热电流矢量执行加热电流矢量角度跳变时，异步电机111的定子绕组的电流会发生突变。当定子绕组通电后，将产生径向的磁通。若磁通量发生突变，则在转子绕组上会感应产生出感应电流，此时转子绕组产生的磁场和定子绕组产生的磁场会相互作用，从而最终会产生电磁转矩。其中，电磁转矩是由于定子电流和转子磁场相互作用而产生的转矩脉动，若产生了电磁转矩，则电动汽车10可能会发生抖动。

因此，本申请还对方波或阶梯波电流的波形进行了进一步的改造，由于每个不同幅值的时段对应一个预先的加热电流矢量角度。对应到阶梯波的波形中，方波或阶梯波的阶梯数量与预先设定多个加热电流矢量角度相同，且阶梯波中的每一个阶跃都对应一个加热电流矢量角度。本申请能在加热电流矢量角度执行跳变之前，降低每相电流的幅值大小，从而降低定子绕组所产生的磁场。由于定子绕组所产生的磁场降低，因此最终产生的电磁转矩也会显著降低。

进一步的，在加热电流矢量角度执行跳变之前，若能将每相电流的幅值置零，则此时定子磁场也会衰减至零，此时，即使加热电流矢量角度发生了跳变，由于定子磁场已经衰减至零，所以转子绕组产生的磁场和定子绕组产生的磁场也不会相互作用，从而使电动汽车10避免产生NVH问题，提升驾驶舒适性。

参阅图7所示，图7为避免产生电磁转矩的控制方式对应的三相电流时序图。在加热电流的波形上，可以体现为加热电流的每相电流周期性变化，在每个变化周期内包括多个所述加热电流的每相电流的幅值为零的时段，多个幅值为零时段包括第一时段和第二时段，且第一时段大于所述第二时段。

在多个幅值为零的时段中，第一时段为加热电流矢量角度对应的该相电流的幅值本该为零的时段，第二时段为在加热电流矢量角度执行跳变之前，将每相电流的幅值置零的时段。示例性的，若一个完整周期时长为21s，则第一时段的时长为3.5s，而第二时段的时长则可以为几百毫秒左右。

其中，异步电机111的三相电流，由直轴电流给定幅值以及加热电流矢量的角度结合得到。其中，加热电流矢量的角度可以预先设定。而电流给定幅值与异步电机111的加热功率有关，直轴电流给定幅值越大，加热功率越高。

作为一种可能的实施方式，所述加热电流的交轴分量为零，所述加热电流的直轴分量的幅值依次交替为固定值和零，所述固定值大于零。由于交轴电流主要用于调节转矩，为避免异步电机111产生非预期扭矩，加热电流的交轴电流可以给定为0，加热电流的直轴分量的每次交替，对应加热电流矢量角度的每次跳变。并且，在加热电流矢量执行加热电流矢量角度跳变时，为了避免产生电磁转矩，则需要在每次执行加热电流矢量角度跳变时，将异步电机111的三相电流的幅值置零，此时，定子磁场也会衰减至零，即使加热电流矢量角度发生了跳变，由于定子磁场已经衰减至零，所以转子绕组产生的磁场和定子绕组产生的磁场也不会相互作用。而为了将异步电机111的三相电流的幅值置零，可以将加热电流的直轴电流分量的调整为零。作为一种可能的实施方式，参阅图8所示，电机控制器112输出加热电流的过程中，加热电流的直轴电流分量的波形周期性变化，直轴电流分量的变化周期包括第三时段和第四时段：在第三时段内，直流电流分量为给定值，在第四时段内，直轴电流分量的幅值等于零，所述第三时段的时长大于第四时段的时长。其中，第三时段可以对应加热电流矢量角度跳变后，处于某个预先设定的加热电流矢量角度的持续时段，第四时段可以对应加热电流矢量角度跳变时，处于两个加热电流矢量之间角度跳变的时段。

在本申请实施例中，用于控制异步电机111的控制电路121可以包括直轴电流反馈控制电路、交轴电流反馈控制电路。

直轴反馈控制电路用于接收并根据三相电流的直轴电流反馈信号、矢量角度序列信号和直轴电流给定信号，输出直轴电流反馈控制信号。其中，矢量角度序列信号用于指示预设的矢量角度序列，直轴电流给定信号用于指示加热电流的直轴分量。

交轴反馈控制电路用于接收交轴电流给定信号和三相电流的交轴电流反馈信号，输出交轴电流反馈控制信号，交轴电流给定信号用于指示加热电流的交轴分量。直轴电流反馈控制信号和所述交轴电流反馈控制信号用于调节所述三相电流的相位、频率和幅值。在本申请实施例中，交轴电流给定信号可以为零。若要调整加热电流矢量的指向角度，则可以调整矢量角度序列信号所指示的角度。本申请实施例提供的电机控制器112通过直轴电流反馈信号和交轴电流反馈信号实现了对异步电机111的直轴电流和交轴电流进行闭环控制。

为了避免产生电磁转矩，在加热电流矢量的角度跳变时，可以将加热电流的直轴电流分量的幅值调整为零，从而使三相电流降至零。其中，在第三时段加热电流的直轴电流分量的幅值调整为预设值，在第四时段加热电流的直轴电流分量的幅值调整为零。如此，在每次执行加热电流矢量角度跳变时，将异步电机111的三相电流的幅值置零，以避免产生电磁扭矩。

如图9所示，电机控制器112的控制电路121包括交轴电流反馈控制电路和直轴电流反馈控制电路。交轴电流反馈控制电路用于对异步电机111的交轴电流进行闭环控制，直轴电流反馈控制电路用于对异步电机111的直轴电流进行闭环控制。

交轴电流反馈控制电路根据交轴电流给定信号所指示的交轴电流生成交轴电流Iq，与此同时，交轴电流反馈控制电路根据从异步电机111采集的交轴电流反馈信号所指示的驱动电机的交轴电流调整交轴电流给定信号的大小以实现交轴电流的闭环控制，在本申请实施例中，交轴电流给定信号为0。

同理，直轴电流反馈控制电路根据直轴电流给定信号所指示的直轴电流、矢量角度序列信号生成直轴电流Id，与此同时，直轴电流反馈控制电路根据从异步电机111采集的直轴电流反馈信号所指示的驱动电机的直轴电流调整直轴电流给定信号的大小以实现直轴电流的闭环控制。

以交轴电流为例，iq为交轴电流给定信号所指示的交轴电流值，iq'为交轴电流反馈信号所指示的驱动电机交轴电流。控制电路121比较iq与iq'之间的差异，交轴电流反馈控制电路中的PI调节器根据iq与iq'之间的差异输出调整值以及时调整向控制电路发送的交轴电流给定信号，控制电路根据调整后的交轴电流给定信号输出PWM控制信号以控制逆变电路122输出三相电流。

直轴电流反馈控制电路用于根据矢量角度序列信号中的目标矢量角度，确定直轴电流给定信号以及交轴电流给定信号。直轴反馈控制电路用于接收直轴电流给定信号、三相电流的直轴电流反馈信号和目标矢量角度，输出直轴电流反馈控制信号，交轴反馈控制电路用于接收交轴电流给定信号和所述三相电流的交轴电流反馈信号，输出交轴电流反馈控制信号，直轴电流反馈控制信号和交轴电流反馈控制信号用于持续调节所述三相电流的相位、频率和幅值，以使加热电流矢量保持在目标矢量角度第一设定时长(与第三时段内的时长相同)。

在第一设定时长后，将直轴电流Id调整为零保持第二设定时长(与第四时段内的时长相同)。直轴电流反馈控制电路用于根据下一个目标矢量角度，确定直轴电流给定信号以及交轴电流给定信号，从而在执行加热电流矢量角度跳变时，将异步电机111的三相电流的幅值置零，以避免产生电磁扭矩，持续执行上述步骤以完成对动力电池的加热。

参阅图10所示，本申请实施例中，控制电路121还包括帕克变换电路(park'stransmission)、克拉克变换电路(clark's transmission)。本申请的帕克变换电路用于将αβ坐标系中的两个分量转换为一个正交旋转坐标系(dq坐标系)上的参数，本申请的帕克逆变换电路用于将正交旋转坐标系(dq坐标系)上的参数转换为αβ坐标系中的两个分量，本申请的克拉克变换电路用于将三相电流(abc坐标系)的时域分量转换为正交静止坐标系(αβ)中的两个分量。具体的，本申请实施例提供的帕克变换电路用于接收直轴电流反馈控制信号和交轴电流反馈控制信号，并对直轴电流反馈控制信号和交轴电流反馈控制信号进行派克逆变换以得到αβ坐标系下的电压信号Uα、Uβ。将Uα、Uβ发送给控制电路后，控制电路根据Uα、Uβ信号生成PWM控制信号，PWM控制信号用于控制逆变电路122的开关管的导通频率和占空比。

以下步骤将完整描述本申请实施例提供的电机控制器112所执行的具体操作，参阅图11所示，

步骤S1101：电机控制器112接收到整车控制器下发的信号，若信号为驱动信号则执行步骤S1102，若信号为加热信号则执行步骤S1103。

步骤S1102：电机控制器112用于向异步电机111输出驱动电流，驱动电流用于控制异步电机111输出扭矩，其中，电机控制器112接收动力电池的电能并为驱动电机供电，驱动电机用于带动电动汽车10的车轮转动以使得电动汽车10行驶。

步骤S1103：电机控制器112用于向异步电机111输出加热电流，加热电流用于在异步电机111的绕组上产生热量。本申请调整了加热电流的波形，将加热电流的波形由正弦波调整为方波或阶梯波，如此，可以避免逆变电路122上的各个桥臂上的开关器件的受到更大的热应力，从而提高开关器件的寿命。此外，在耐热能力相同的情况下，还可以进一步提高加热功率。

步骤S1104：电机控制器112确定加热电流矢量在特定角度跳变对应的矢量角度序列。在设置多个加热电流矢量角度时，只要避开每相电机的正/负向电流峰值对应的加热电流矢量角度(或与其临近的角度)，则可以避免逆变电路122上的各个桥臂上的开关器件的受到更大的热应力，从而提高开关器件的寿命。

步骤S1105：电机控制器112中的控制电路121根据矢量角度序列，依次调整加热电流矢量的指向角度。其中，调整加热电流矢量的指向角度的过程，包括如下循环执行的以下两个步骤S11051以及S11052。

步骤S11051：直轴反馈控制电路用于接收直轴电流给定信号、三相电流的直轴电流反馈信号和目标矢量角度，输出直轴电流反馈控制信号，交轴反馈控制电路用于接收交轴电流给定信号和所述三相电流的交轴电流反馈信号，输出交轴电流反馈控制信号，直轴电流反馈控制信号和交轴电流反馈控制信号用于持续调节三相电流的相位、频率和幅值，以使加热电流矢量保持在目标矢量角度第一设定时长。

步骤S11052：在第一设定时长后，将直轴电流Id调整为零保持第二设定时长。直轴电流反馈控制电路用于根据下一个目标矢量角度，确定直轴电流给定信号以及交轴电流给定信号，从而在执行加热电流矢量角度跳变时，将异步电机111的三相电流的幅值置零，以避免产生电磁扭矩，持续执行上述步骤以完成对动力电池的加热。

如图12所示，本申请实施例提供的电动汽车10包括热传导装置15。根据电流的热效应，异步电机111上的三相电流会使得异步电机111的三相绕组发热，热传导装置15用于将产生于异步电机111的三相绕组上的热量以及产生于逆变电路桥臂开关器件上的热量传导至动力电池13，在节约能量的同时还能提高动力电池13的加热效率。

在一种实施例中，如图13所示，热传导装置15包括传热介质、传热介质流动回路、液泵1301以及换热器1302。传热介质用于吸收产生于异步电机111绕组上的热量，传热介质在传热介质流动回路中流动，液泵1301用于为传热介质的流动提供动力，换热器1302用于吸收传热介质中的热量并将吸收的传热介质中的热量传导至动力电池13，以加热动力电池13。

基于同一构思，本申请实施例还提供一种动力总成，该动力总成包括异步电机和电机控制器，电机控制器用于向异步电机输出驱动电流或者加热电流，驱动电流和加热电流均为三相电流，其中：驱动电流的每相电流的波形为正弦波，驱动电流用于控制异步电机输出扭矩，加热电流的每相电流的波形为方波或者阶梯波，加热电流用于控制异步电机输出的扭矩为零，加热电流用于加热异步电机的绕组。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。