CN102398507B - 用于控制混合动力系系统的高压电池连接的方法和设备 - Google Patents

用于控制混合动力系系统的高压电池连接的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制混合动力系系统的高压电池连接的方法和设备。具体地，提供了一种混合动力系系统，其具有：高压电路，所述高压电路包括高压电池和DC环节，所述DC环节耦接至第一和第二变换器，所述第一和第二变换器电连接到第一和第二扭矩机。一种用于操作所述混合动力系系统的方法，包括：接收用于第二扭矩机的电动机扭矩命令；确定用于实现所命令的来自所述第二扭矩机的电动机扭矩的优选DC环节电压；以及选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流，以实现所述优选DC环节电压。

Description

用于控制混合动力系系统的高压电池连接的方法和设备
技术领域
本公开涉及用于包括动力系系统的车辆的高压电气系统。
背景技术
该部分中的陈述只是提供了与本公开相关的背景信息，且可能不构成现有技术。
已知的车辆系统使用混合动力系构架来产生所需牵引扭矩中源自非烃供燃的电动机的至少一部分，所述电动机包括将电能转化成机械扭矩的电动机械。动力系构架可以构造成将牵引扭矩通过变速器装置传输到输出部件。这样的动力系构架可以包括串联混合动力构造、并联混合动力构造和复合分离混合动力构造。用作电动机和发电机的电动机械可以被控制，以便产生至变速器的扭矩输入，该扭矩输入独立于来自内燃发动机的扭矩输入。电动机械可以起作用从而将通过车辆传动系传送的车辆动能转变成电能，所述电能可存储在电能存储装置中。控制系统监测来自车辆和操作者的各种输入，并且提供对动力系的操作控制，包括：控制变速器操作范围状态和换挡、控制扭矩生成装置、以及在电能存储装置和电动机械中调节电力互换以管理变速器的扭矩和旋转速度输出。
用于将电力提供给电动机械的已知电路包括高压DC电能存储装置，所述高压DC电能存储装置将DC电力经由高压总线通过DC环节供给到变换器，所述变换器将DC电力转变成AC电力以便对电动机械提供动力。电动机械优选是多相同步AC机，其包括定子和磁耦合到所述定子的转子。
电动机械的性能，特别是用于推进扭矩的产生或者与再生制动相关联的反作用，受到至变换器的DC环节处的DC电压的大小的限制。
至高压DC总线和来自高压DC总线的串联路径的功率能力受到至变换器的DC环节处的电压大小的限制，这影响到从连接至变换器的电动机械输出的机械功率。至变换器的DC环节处的电压大小可能受到从高压DC电能存储装置可获得的DC电压的大小的限制，所述DC电压被传输至高压DC电能存储装置以及自所述高压DC电能存储装置传输。
用于增加至变换器的DC环节处的电压大小的已知解决方案包括：使用比当前高压DC电能存储装置具有更大电压电平的高压DC电能存储装置。用于增加至变换器的DC环节处的电压大小的另一已知方法包括：在高压DC电能存储装置和至变换器处的DC环节之间增加DC/DC升压转换器。用于增加至变换器的DC环节处的电压大小的又一已知方法包括：将超级电容排添加到用于变换器的DC环节。这些已知的解决方案中的每一个都使用了车辆中的封装空间、增加了重量、和增加了电气系统的复杂性。
发明内容
一种混合动力系系统，其具有：高压电路，所述高压电路包括高压电池和DC环节，所述DC环节耦接至第一变换器和第二变换器，所述第一变换器和所述第二变换器电连接到第一扭矩机和第二扭矩机。一种用于操作所述混合动力系系统的方法，其包括：接收用于第二扭矩机的电动机扭矩命令；确定用于实现所命令的来自所述第二扭矩机的电动机扭矩的优选DC环节电压；以及选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力（或电功率）流，以实现所述优选DC环节电压。
本发明还包括以下方案：
方案1. 一种用于操作混合动力系系统的方法，所述混合动力系系统包括高压电路，所述高压电路包括高压电池和耦接至第一变换器和第二变换器的DC环节，所述第一变换器和所述第二变换器电连接至第一扭矩机和第二扭矩机，所述方法包括：
接收用于所述第二扭矩机的电动机扭矩命令；
确定用于实现所命令的来自所述第二扭矩机的电动机扭矩的优选DC环节电压；以及
选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流，以实现所述优选DC环节电压。
方案2. 根据方案1所述的方法，其中，选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流以实现所述优选DC环节电压包括：在所述优选DC环节电压大于所述高压电池的输出电压时持续中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流。
方案3. 根据方案1所述的方法，其中，选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流以实现所述优选DC环节电压包括：在被监测的DC环节电压大于阈值电压时周期地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流。
方案4. 根据方案3所述的方法，其中，周期地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流包括：对耦接在所述高压电池和所述DC环节之间的开关进行控制，以选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流，以实现所述优选DC环节电压。
方案5. 根据方案4所述的方法，其中，控制所述开关以选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流包括：对耦接在所述高压电池和所述DC环节之间的开关进行脉宽调制控制，以选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流，从而实现所述优选DC环节电压。
方案6. 根据方案3所述的方法，其中，周期地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流包括：对跨接在所述DC环节上的开关进行控制，以便选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流，从而实现所述优选DC环节电压。
方案7. 根据方案6所述的方法，其中，控制所述开关以选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流包括：对跨接在所述DC环节上的所述开关执行脉宽调制控制，以便选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流，从而实现所述优选DC环节电压。
方案8. 根据方案1所述的方法，其中，选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流以实现所述优选DC环节电压包括：在所述优选DC环节电压小于所述高压电池的输出电压时持续维持所述高压电池和所述DC环节之间的电力流。
方案9. 根据方案1所述的方法，进一步包括：基于来自所述第二扭矩机的电动机扭矩输出，命令来自所述第一扭矩机的电动机扭矩输出。
方案10. 一种用于操作混合动力系系统的方法，所述混合动力系系统包括：发动机；第一扭矩机和第二扭矩机，所述第一扭矩机和所述第二扭矩机耦接到变速器装置以将扭矩传输到传动系；以及高压电路，所述高压电路包括高压电池、耦接到第一变换器和第二变换器的DC环节，所述第一变换器和所述第二变换器电连接到所述第一扭矩机和所述第二扭矩机，以及构造成在被控制到开路状态时中断所述高压电池与所述第一变换器和所述第二变换器之间的电力流的开关，所述方法包括：
响应于操作者扭矩请求，命令来自所述第二扭矩机的电动机扭矩输出；
确定优选DC环节电压以实现来自所述第二扭矩机的被命令的电动机扭矩输出；以及
控制所述开关以选择性地中断所述高压电池与所述第一变换器和所述第二变换器之间的电力流，从而实现所述优选DC环节电压。
方案11. 根据方案10所述的方法，其中，控制所述开关以选择性地中断所述高压电池与所述第一变换器和所述第二变换器之间的电力流从而实现所述优选DC环节电压包括：在所述高压电池的输出电压大于所述优选DC环节的电压时，将所述开关控制到闭合状态，以实现来自所述第二扭矩机的被命令的电动机扭矩输出。
方案12. 根据方案10所述的方法，其中，控制所述开关以选择性地中断所述高压电池和所述第一变换器和所述第二变换器之间的电力流从而实现所述优选DC环节电压包括：当所述优选DC环节电压大于所述高压电池的输出电压时将所述开关控制到开路状态，所述优选DC环节电压用于实现来自所述第二扭矩机的被命令的电动机扭矩输出。
方案13. 根据方案10所述的方法，其中，控制所述开关以选择性地中断所述高压电池和所述第一变换器和所述第二变换器之间的电力流从而实现所述优选DC环节电压包括：在所述优选DC环节电压大于所述高压电池的输出电压且被监测的DC环节电压等于或者大于阈值电压时执行对所述开关的脉宽调制控制，所述优选DC环节电压用于实现来自所述第二扭矩机的被命令的电动机扭矩输出。
方案14. 根据方案10所述的方法，包括：操作所述发动机以传输扭矩至所述第一扭矩机，从而产生电力来实现所述优选DC环节电压。
方案15. 根据方案14所述的方法，进一步包括：响应于来自所述第二扭矩机的被命令的电动机扭矩输出，命令来自所述第一扭矩机的电动机扭矩输出。
方案16. 根据方案15所述的方法，包括：操作所述发动机将扭矩传输至所述第一扭矩机，以便响应于来自所述第二扭矩机的被命令的电动机扭矩输出，实现来自所述第一扭矩机的被命令的电动机扭矩输出。
方案17. 一种混合动力系系统，包括：
耦接到变速器的发动机、第一扭矩机和第二扭矩机，所述变速器将扭矩传输到传动系；
高压电路，所述高压电路包括：高压电池；变换器模块；以及开关，所述高压电池经由DC环节电连接到所述变换器模块，所述变换器模块电可操作地连接到所述第一扭矩机和所述第二扭矩机，且所述开关被构造成在被控制到开路状态时中断所述高压电池和所述变换器模块之间的电力流；以及
控制器，所述控制器监测所述高压电池的电压和所述DC环节上的电压，确定所述DC环节上的优选电压，控制所述开关以响应于所述高压电池的电压、所述DC环节上的电压和所述DC环节上的优选电压来中断所述高压电池和所述变换器模块之间的电力流。
方案18. 根据方案17所述的混合动力系系统，其中，所述开关电耦接在所述高压电池和所述DC环节之间。
方案19. 根据方案17所述的混合动力系系统，其中，所述开关电跨接在所述DC环节上。
方案20. 根据方案17所述的混合动力系系统，其中，控制所述开关以便响应于所述高压电池的电压来中断所述高压电池和所述变换器模块之间的电力流包括：当所述DC环节上的电压超过阈值时，对所述开关进行脉宽调制。
附图说明
作为示例，将参照附图来描述一个或者多个实施例，附图中：
图1示意性示出了根据本公开的包括混合动力系系统的车辆的示意图，所述混合动力系系统具有发动机、混合动力变速器、扭矩机和传动系；
图2示意性示出了根据本公开的混合动力系系统的电路的细节，所述电路包括高压电池以及第一和第二扭矩机，所述高压电池连接到高压总线，所述高压总线连接到变换器模块；
图3示意性示出了根据本公开的用于控制混合动力系的电路的操作的控制方案；以及
图4以图线形式示出了使用根据本公开的参照图3所描述的控制方案的混合动力系系统的仿真操作。
具体实施方式
现在参照附图，其中附图只是为了说明特定的示例性实施例的目的，而不是为了限制本发明，图1示意性地显示了车辆100，车辆100包括混合动力系系统20，混合动力系系统20耦接到传动系60并且由控制系统10控制。在整个描述中，相同的附图标记指示相同的元件。混合动力系系统20包括机械动力路径，所述机械动力路径包括发动机40以及第一电动扭矩机（MG A）35A和第二电动扭矩机和（MG B）35B，第一电动扭矩机（MG A）35A和第二电动扭矩机和（MG B）35B机械耦接到混合动力变速器50，所述混合动力变速器50具有耦接到传动系60的输出部件62。高压电路包括高压电池25，所述高压电池25通过高压总线29电连接到变换器模块30。变换器模块30相应包括第一电力变换器32A和第二电力变换器32B。
发动机40优选是将燃料通过燃烧过程转变成机械动力的多缸直接燃料喷射式内燃发动机。发动机40装备有多个致动器和传感装置，用于监测操作和传输燃料以形成燃烧装料，从而产生响应于操作者扭矩请求的扭矩。在一个实施例中，发动机40构造成作为火花点火发动机操作，其中燃烧正时和相关联的发动机扭矩是通过提前或者延迟火花点火正时来控制的。可选地，发动机40被构造成作为压缩点火式发动机操作，其中燃烧正时和相关联的发动机扭矩是通过提前或者延迟燃料喷射事件的正时来控制的。
第一扭矩机35A和第二扭矩机35B优选包括多相电动机/发电机，所述多相电动机/发电机构造成将所存储的电能转换成机械动力以及将机械动力转换成能够存储在高压电池25中的电能。
变速器50优选地包括一个或多个差动齿轮组以及可致动的离合器部件，以在发动机40、第一扭矩机35A和第二扭矩机35B、以及耦接到车辆传动系60的输出部件62之中并且在一定的速度范围上实现扭矩传输。
在一个实施例中，传动系60可以包括差动齿轮装置65，所述差动齿轮装置65机械耦接到车轴64或者半轴，所述车轴64或半轴机械耦接到轮66。差动齿轮装置65还耦接到混合动力系系统20的输出部件62。传动系60在混合动力变速器50和路面之间传输牵引动力。
源自发动机40中的机械动力可以经由输入部件33传输至第一扭矩机35A，以及经由混合动力变速器50传输至输出部件62。源自第一扭矩机35A中的机械动力可以经由输入部件33传输到发动机40，以及经由混合动力变速器50传输到输出部件62。源自第二扭矩机35B的机械动力可以经由混合动力变速器50传输到输出部件62。机械动力可以经由输出部件62在混合动力变速器50和传动系60之间传输。与这样的机械动力传输相关联的操作参数包括输出扭矩TO和输出速度NO。
高压电池25储存电势能，并且经由高压总线29电连接到变换器模块30（高压总线29包括正极侧29A和负极侧29B，所述变换器模块30连接到第一扭矩机35A和第二扭矩机35B），以在它们之间传输电能。必须理解，高压电池25是可以包括多个电池单元、超级电容器、和配置成在车辆上存储电能的其他装置的电能存储装置。一个示例性高压电池25包括多个锂离子电池单元。与高压电池25相关联的参数状态包括充电状态、温度、可获得电压、和可获得电池功率，每个参数状态都由控制系统10监测。可获得电池功率描述了电池功率限值，所述电池功率限值包括在最小和最大可允许电池功率之间的可允许范围，所述最小和最大可允许电池功率被描述为最大充电功率（Pbat-Max Charge）和最大放电功率（Pbat-Max Discharge）。必须理解，电池功率以可以定期监测的参数来测量，例如充电状态（SOC）或者另一合适参数。可允许电池功率限值优选建立在防止高压电池25的过充电或者过放电的阈值电平处，高压电池25的过充电或者过放电都可能导致高压电池25的服务寿命减少。
变换器模块30包括分别电连接到第一扭矩机35A和第二扭矩机35B的第一变换器（IMA）32A和第二变换器（IMB）32B。第一和第二扭矩机35A和35B与相应的第一和第二变换器32A和32B相互作用，以将被存储的电能转换为机械动力，以及将机械动力转换为可以存储在高压电池25中的电能。必须理解，第一和第二变换器32A和32B都可操作以将高压DC电力转变成高压AC电流，以及也可操作以将高压AC电力转变成高压DC电力。源自第一扭矩机35A中的电力可以经由变换器模块30和高压总线29电传输至高压电池25，以及经由变换器模块30电传输至第二扭矩机35B。源自第二扭矩机35B中的电力可以经由变换器模块30和高压总线29电传输到高压电池25，以及经由变换器模块30电传输到第一扭矩机35A。参照图2提供了与示例性变换器模块30相关联的额外细节及其相关联的描述。
控制系统10包括信号连接至操作者接口14的控制模块12。控制模块12包括向其提供经调节电力的低压电源。必须理解，存在多个人机接口装置，通过所述多个人机接口装置，车辆操作者命令车辆100的操作，包括例如：使得操作者能够发动和起动发动机40的点火开关、加速器踏板、制动踏板和变速器挡位选择器（PRNDL）。尽管控制模块12和操作者接口14显示为单独的分离元件，但是这样的显示只是为了容易描述。必须理解，被描述为由控制模块12执行的功能可以结合到一个或多个装置中，例如实施为软件、硬件、和/或专用集成电路（ASIC）、以及与控制模块12分开且相区别的辅助电路。必须理解，传输到控制模块12和传输自控制模块12的信息可以使用一个或多个通信路径来实现，例如通信总线18，所述通信总线18可以包括一个或多个直接连接、局域网总线和串行外设接口总线。
控制模块12优选经由通信总线18信号地且可操作地连接到混合动力系系统20的单独元件。控制模块12信号地连接到高压电池25、变换器模块30、第一和第二扭矩机35A和35B、发动机40、以及混合动力变速器50中的每一个的传感装置，以便监测其操作和确定其参数状态。
发动机40的被监测参数状态优选包括发动机速度（Ni）、发动机扭矩（Ti）或者载荷、以及温度。混合动力变速器50的被监测参数状态优选包括旋转速度以及在多个位置处的液压，通过这些参数，可以确定包括特定扭矩传输离合器的应用的参数状态。扭矩机35的被监测参数状态优选包括用于各第一和第二扭矩机35A和35B的旋转速度NA和NB。扭矩机的被监测参数状态优选包括功率流（例如电流），从这些被监测参数状态可以相应确定用于电动机扭矩的参数状态TA和TB。高压电池25的被监测参数状态包括电池功率和电池温度。
控制模块12操作地连接到包括第一和第二变换器32A和32B的变换器模块30、发动机40和混合动力变速器50中的每一个的致动器，以便根据以算法和校准形式存储的被执行的控制方案来控制它们的操作。必须理解，根据扭矩输入和操作条件，第一和第二变换器32A和32B中的每一个以适于用第一和第二扭矩机35A和35B中的一个或者二者产生扭矩的方式来转变电能，以及以适于用第一和第二扭矩机35A和35B中的一个或者二者产生电能的方式来转变机械动力。
控制模块12执行控制方案，以便与变换器模块30协作来控制发动机40的操作，从而控制混合动力系系统20的总体操作，以管理机械动力至传动系60的传输和管理至高压电池25的电力流。这样的控制方案包括：在实现响应于操作者扭矩请求的至传动系60的输出扭矩的同时，利用与高压电池25相关联的可获得电池功率限值来平衡发动机40的操作。这包括控制发动机40的操作，以实现与峰值或者另外的优选效率相关联的优选发动机速度。
控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器和相似术语指的是以下各项中任意合适的一项，或者是以下各项中一项或多向的各种组合，所述各项为：专用集成电路（ASIC）、电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理器（优选微处理器）和相关联的内存和存储器（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节电路和缓冲电路、以及提供所描述功能的其他适当部件。控制模块12具有一组控制算法，包括存储在内存中并且被执行以提供所需功能的驻留软件程序指令和校准。所述算法优选在预设的循环期间执行。算法通过例如中央处理单元执行，并且可操作以监测来自传感装置和其他联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。在正在进行的发动机和车辆操作期间，循环可以以有规律的间隔执行，例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒来执行。可选地，算法可以响应于事件的发生而执行。
图2示意地显示了电路的细节，该电路包括高压电池25、包括正极侧29A和负极侧29B的高压总线29、变换器模块30、以及第一和第二扭矩机35A和35B。DC环节31包括正极DC环节轨31A和负极DC环节轨31B，正极DC环节轨31A和负极DC环节轨31B相应地耦接到第一和第二变换器32A和32B两者。高压滤波电容器33相应地电连接在正极和负极DC环节31A和31B之间。优选与电阻器元件串联的可控放电开关34电跨接在DC环节上，即电耦接在正极和负极DC环节轨（DC link rails）31A和31B之间。开关装置36放置在正极DC环节轨31A和高压总线29的正极侧29A之间。负极DC环节轨31B直接耦接到高压总线的负极侧29B。可选地，开关装置36可以放置在负极DC环节轨31B和高压总线29的负极侧29B之间，而正极DC环节轨31A直接耦接到高压总线的正极侧29A。开关装置36和放电开关34中的一个或者二者可控，以选择性地使高压总线29和DC环节31电耦接以及脱开，这在此后将进行进一步的功能细节描述。开关装置36和放电开关34电连接到控制模块12并且由控制模块12控制。在一个实施例中，开关装置36包括一对背靠背的功率晶体管，例如IGBT/FWD或者MOSFET/FWD器件，所述功率晶体管并联连接，以便在高压电池25与第一和第二变换器32A和32B之间单独控制在两个方向中的电流的流动。可选地，开关装置36包括单个功率晶体管，例如IGBT或MOSFET器件，所述单个功率晶体管与正向偏压的二极管器件并联连接。可选地，开关装置36包括高速、高电压的机械开关装置。
在高压滤波电容器33两端的正极和负极DC环节轨31A和31B间的电压电势可以被用于使用第二变换器32B来驱动第二扭矩机35B，以提供至传动系60的牵引扭矩。
发动机40可以被用于将机械动力传输到第一扭矩机35A。第一扭矩机35A与第一变换器32A联系起来使用机械动力产生电力。所产生的电力传输到正极和负极DC环节轨31A和31B，并且从那里利用能量和扭矩平衡方程来进行以下两项中的任一项或者两者，所述两项为：传输到第二变换器32B以便给第二扭矩机35B提供动力；以及传输到高压总线29，以便给高压电池25充电。
用于动力系系统的控制方案以多个操作模式中的一个来控制和管理电力，这依赖于操作者扭矩请求的大小以及动力系系统20实现响应于所述操作者扭矩请求的扭矩输出的能力。
在第一操作模式中，开关装置36处于闭合状态，因而将高压总线29接入（clamping）到DC环节31，电力在高压电池25与第一和第二变换器32A和32B之间流动。在第一操作模式中，DC环节电压（即在高压滤波电容器33两端的正极和负极DC环节轨31A和31B之间的电压电势）等于高压电池25的电压。因此，来自第二扭矩机35B的电动机扭矩输出被限制到利用等于高压总线29的电压（即高压电池25的电压）的DC环节电压可实现的扭矩输出。在第一操作模式中，在高压电池25、第一扭矩机35A和第二扭矩机35B之间存在电能平衡。
在第二操作模式中，开关装置36处于开路状态，因而将高压总线29与DC环节31电脱开，在高压电池25与第一和第二变换器32A和32B之间没有电力流动。在第二操作模式中，DC环节电压（即在正极和负极DC环节轨31A和31B之间的电压电势）不受限于高压电池25的电压。而是，在高压滤波电容器33两端的正极和负极DC环节轨31A和31B之间的电压电势是由来自第一变换器32A的电压驱动的，所述来自第一变换器32A的电压是基于来自由发动机40驱动的第一扭矩机35A的输入。这样，通过DC环节31提供至第二变换器32B的电压可以大于高压电池25的电压。因此，来自第二扭矩机35B的相等的电动机扭矩输出可以以更低的电动机电流来实现，或者来自第二扭矩机35B的电动机扭矩机输出在相同的电动机电流时可以更大。在第二操作模式中，在第一扭矩机35A和第二扭矩机35B之间存在能量平衡。
在第三操作模式中，开关装置36在开路状态和闭合状态之间循环，例如使用脉宽调制（PWM）信号，所述信号具有可控占空比，以便周期地中断高压电池25与第一和第二变换器32A和32B之间的电力流。在第三操作模式中，DC环节电压（即正极和负极DC环节轨31A、31B）之间的电压电势也不受限于高压电池25的电压。而是，在高压滤波电容器33两端的正极和负极DC环节轨31A、31B之间的电压电势是由来自第一变换器32A的电压所驱动的，所述来自第一变换器32A的电压是基于来自由发动机40驱动的第一扭矩机35A的输入以及至开关装置36的PWM信号的占空比。因而，通过DC环节31提供至第二变换器32B的电压可以大于高压电池25的电压。因此，来自第二扭矩机35B的等同的电动机扭矩输出可以以更低的电动机电流实现，或者来自第二扭矩机35B的电动机扭矩输出在等同的电动机电流时可以更大。来自第二扭矩机35B的电动机扭矩输出可以随着DC环节电压的增加而增加，并且可以被限制到电压上限，例如500V DC。在第三操作模式中，第一扭矩机35A和第二扭矩机35B之间的能量平衡通过包括高压电池25的周期性能量平衡来减轻。
图3示意地显示了用于响应于操作者扭矩请求来控制混合动力系（例如参照图1、图2所描述的混合动力系20）的操作的控制方案。
在动力系系统的正在进行的操作期间，经由操作者接口14来监控操作者扭矩请求（TO_REQ）（305）。
电动机扭矩命令响应于操作者扭矩请求而提供，优选采用将被传输到传动系60的用于第二扭矩机35B的电动机扭矩命令的形式（TB_CMD = f(TO_REQ)）（310）。
优选DC环节电压（VDC_LINK_PRF）是通过例如计算或者参考来确定（315），并且对应于传输到传动系60的、用于第二扭矩机35B的电动机扭矩命令（TB_CMD）。例如，优选DC环节电压可以被确定为最小化实现电动机扭矩命令所需的电动机械的电流，并且由此最小化欧姆发热。可选地或者另外地，关于第二扭矩机35B的扭矩产生考虑在确定优选DC环节电压中是主要的。除了第二扭矩机35B的扭矩考虑之外，由于电能平衡考虑的缘故，所以优选DC环节电压（VDC_LINK_PRF）也可能受到用于第一扭矩机35A的电动机扭矩命令（TA_CMD）的影响，并且可以在留意到这些考虑的情况下进行确定。
当高压总线29被接入到DC环节（即开关装置36闭合）时，DC环节电压（VDC_LINK_MON）被持续监测，并且对应于在高压总线29（VBAT）处的来自高压电池25的电压的大小。当高压总线29未接入到DC环节时（即当开关装置36开路，或者被使用具有可控占空比的PWM信号来控制以周期地中断高压电池25之间流动的电力时），DC环节电压（VDC_LINK_MON）可以与高压总线29处来自高压电池25的电压（VBAT）不同。
基于优选DC环节电压（VDC_LINK_PRF）、被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON）、以及高压总线29处来自高压电池25的电压大小（VBAT）来选择上述第一、第二和第三操作模式中的一个（320）。使用开关装置36以第一、第二和第三操作模式中被选择的一个来控制动力系系统20的操作，以便控制DC环节电压（VDC_LINK），从而控制高压电池25与第一和第二变换器32A和32B之间的电力流。可选地，使用放电开关34以第一、第二和第三操作模式中被选择的一个来控制动力系系统20的操作，以便控制DC环节电压（VDC_LINK），从而控制高压电池25与第一和第二变换器32A和32B之间的电力流。
在优选DC环节电压（VDC_LINK_PRF）和被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON）等于或者小于高压总线29处来自高压电池25的电压的大小（VBAT）时，混合动力系系统20选择第一操作模式（MODE 1）。开关装置36被控制至闭合状态，并且电力经由正极和负极DC环节轨31A和31B在高压电池25与第一和第二变换器32A和32B之间流动。在第一操作模式中，优选DC环节电压（VDC_LINK_PRF）设定成等于高压总线29处来自高压电池25的电压（VBAT）。
当优选DC环节电压（VDC_LINK_PRF）大于高压总线29处来自高压电池25的电压（VBAT）并且被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON）小于电压上限（VTHD）时，混合动力系系统20在第二操作模式（MODE 2）中操作。开关装置36被控制处于开路状态，以完全中断在高压电池25与第一和第二变换器32A和32B之间流动的电力。在高压滤波电容器33两端的正极和负极DC环节轨31A和31B之间的被监测电压电势（即被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON））是由来自第一变换器32A的电压驱动的，所述来自第一变换器32A的电压是基于来自由发动机40驱动的第一扭矩机35A的输入。只要优选DC环节电压（VDC_LINK_PRF）大于高压总线29处来自高压电池25的电压（VBAT）并且被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON）小于电压上限（VTHD）（例如500V DC），那么操作以第二操作模式继续。电压上限（VTHD）与设计限值以及各种动力系组件的操作能力相关联，这些组件包括但是不限于：正极和负极DC环节轨31A和31B、第一和第二变换器32A和32B、以及第一和第二扭矩机35A、35B。在第二操作模式中，优选DC环节电压（VDC_LINK_PRF）是前面例如通过计算或者参考而确定的值（315）。
当被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON）等于或者大于电压上限（VTHD）时，混合动力系系统20在第三操作模式（Mode 3）中操作。第三操作模式中的操作包括使用具有可控占空比的PWM信号来控制所述开关装置36，以便周期地中断在高压电池25和第一和第二变换器32A和32B之间流动的电力，从而减小滤波电容器33两端上的被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON）。可选地，第三操作模式中的操作包括使用具有可控占空比的PWM信号控制放电开关34，以便周期地在滤波电容器33以及第一和第二变换器32A和32B上放电，从而减小被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON）。可选地，开关装置36和放电开关34两者都使用PWM信号来控制，以便周期地放电（330）。在高压滤波电容器33两端的正极和负极DC环节轨31A和31B之间的被监测电压电势（即被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON））是由来自第一变换器32A的电压驱动的，所述来自第一变换器32A的电压是基于来自第一扭矩机35A的输入，所述第一扭矩机35A由发动机40驱动。只要被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON）大于电压上限（VTHD），那么操作以第三操作模式继续。
混合动力系系统20操作在第一、第二和第三操作模式中的一个中，以便响应于操作者扭矩请求来控制第一和第二扭矩机35A、35B的操作（325）。优选控制方案包括确定优选DC环节电压（VDC_LINK_PRF）以及确定传输到传动系60的、用于第二扭矩机35B的电动机扭矩命令（TB_CMD），如前所述。混合动力系系统20的被监控状态包括第一扭矩机35A的当前旋转速度（NA）和被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON）。比例（P）和积分（I）控制逻辑被执行，以便响应于第一扭矩机35A的当前旋转速度（NA）以及响应于被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON）和优选DC环节电压（VDC_LINK_PRF）之间的差来确定用于第一扭矩机35A的电动机扭矩命令（TA_CMD）。在用于第一扭矩机35A的电动机扭矩命令（TA_CMD）和用于第二扭矩机35B的电动机扭矩命令（TB_CMD）之间执行扭矩平衡（Torque Balance），以便分别确定用于第一和第二扭矩机35A和35B的最终电动机扭矩命令，即TA_FINAL 和TB_FINAL。
图4以图线形式显示了使用参照图3所描述的控制方案的混合动力系系统20的仿真操作，其中包括控制开关装置36以便维持被监测DC环节电压（VDC_LINK_MON）处在电压上限（VTHD）或者其下，以及维持分别来自第一和第二扭矩机35A和35B的平衡的扭矩输出。
本公开已经描述了特定的优选实施例以及对其的修改。在阅读和理解了本说明书后，进一步的修改和改变对普通技术人员很容易想到。因此，本公开并非意在受限于本文中作为实施本发明所构思的最佳实施模式而公开的特定实施例，而是本公开将包括所有落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (19)

1.一种用于操作混合动力系系统的方法，所述混合动力系系统包括高压电路，所述高压电路包括电连接到高压总线的高压电池和耦接至第一变换器和第二变换器的DC环节，所述高压总线包括正极侧和负极侧，所述DC环节包括正极DC环节轨和负极DC环节轨，所述第一变换器和所述第二变换器电连接至第一扭矩机和第二扭矩机，所述方法包括：
接收用于所述第二扭矩机的电动机扭矩命令；
确定用于实现所命令的来自所述第二扭矩机的电动机扭矩的优选DC环节电压；以及
当所述优选DC环节电压大于所述高压电池的输出电压时：
使用包括一对背靠背的并联连接的功率晶体管的第一开关装置来选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流，以实现所述优选DC环节电压，其中，所述选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流指的是选择性地使所述高压电池和所述DC环节脱开，其中当所述高压电池和所述DC环节脱开时，在所述高压电池与所述DC环节之间没有电力流；
当所述高压电池和所述DC环节脱开时，利用仅仅从所述第一变换器到所述第二变换器提供的电压来驱动所述DC环节的电压以实现所述优选DC环节电压，从所述第一变换器提供的电压是使用从发动机传输到所述第一扭矩机的机械动力独立于所述高压电池的输出电压来产生的；
其中，所述开关装置被放置在所述高压总线的正极侧和所述正极DC环节轨之间，而所述高压总线的负极侧总是直接耦接到所述负极DC环节轨，通过控制所述开关装置使所述高压总线的正极侧与所述正极DC环节轨脱开，从而使得所述高压电池和所述DC环节选择性地脱开。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流以实现所述优选DC环节电压包括：在所述优选DC环节电压大于所述高压电池的输出电压时持续中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流以实现所述优选DC环节电压包括：在被监测的DC环节电压大于阈值电压时周期地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，周期地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流包括：对耦接在所述高压电池和所述DC环节之间的所述第一开关装置进行控制，以选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流，以实现所述优选DC环节电压。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，控制所述第一开关装置以选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流包括：对耦接在所述高压电池和所述DC环节之间的所述第一开关装置进行脉宽调制控制，以选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流，从而实现所述优选DC环节电压。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，还包括跨接在所述DC环节上的第二开关装置，周期地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流包括：对跨接在所述DC环节上的所述第二开关装置进行控制，以便选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流，从而实现所述优选DC环节电压。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，控制所述第二开关装置以选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流包括：对跨接在所述DC环节上的所述第二开关装置执行脉宽调制控制，以便选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流，从而实现所述优选DC环节电压。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，选择性地中断所述高压电池和所述DC环节之间的电力流以实现所述优选DC环节电压包括：在所述优选DC环节电压小于所述高压电池的输出电压时持续维持所述高压电池和所述DC环节之间的电力流。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于来自所述第二扭矩机的电动机扭矩输出，命令来自所述第一扭矩机的电动机扭矩输出。
10.一种用于操作混合动力系系统的方法，所述混合动力系系统包括：发动机；第一扭矩机和第二扭矩机，所述第一扭矩机和所述第二扭矩机耦接到变速器装置以将扭矩传输到传动系；以及高压电路，所述高压电路包括电连接到高压总线的高压电池、耦接到第一变换器和第二变换器的DC环节，所述高压总线包括正极侧和负极侧，所述DC环节包括正极DC环节轨和负极DC环节轨，所述第一变换器和所述第二变换器电连接到所述第一扭矩机和所述第二扭矩机，以及构造成在被控制到开路状态时中断所述高压电池与所述第一变换器和所述第二变换器之间的电力流的第一开关装置，所述第一开关装置包括一对背靠背的并联连接的功率晶体管，所述方法包括：
响应于操作者扭矩请求，命令来自所述第二扭矩机的电动机扭矩输出；
确定优选DC环节电压以实现来自所述第二扭矩机的被命令的电动机扭矩输出；以及
当所述优选DC环节电压大于所述高压电池的输出电压时：
控制所述第一开关装置以选择性地中断所述高压电池与所述第一变换器和所述第二变换器之间的电力流，从而实现所述优选DC环节电压，其中，所述选择性地中断所述高压电池与所述第一变换器和所述第二变换器之间的电力流指的是选择性地使所述高压电池与所述第一变换器和所述第二变换器脱开，其中当所述高压电池和所述第一变换器和所述第二变换器脱开时，在所述高压电池与所述第一变换器和所述第二变换器之间没有电力流；
当所述高压电池和所述第一变换器和所述第二变换器脱开时，利用仅仅从所述第一变换器到所述第二变换器提供的电压来驱动所述DC环节的电压以实现所述优选DC环节电压，从所述第一变换器提供的电压是使用从发动机传输到所述第一扭矩机的机械动力独立于所述高压电池的输出电压来产生的；
其中，所述开关装置被放置在所述高压总线的正极侧和所述正极DC环节轨之间，而所述高压总线的负极侧总是直接耦接到所述负极DC环节轨，通过控制所述开关装置使所述高压总线的正极侧与所述正极DC环节轨脱开，从而使得所述高压电池和所述第一变换器和所述第二变换器选择性地脱开。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，控制所述第一开关装置以选择性地中断所述高压电池与所述第一变换器和所述第二变换器之间的电力流从而实现所述优选DC环节电压包括：在所述高压电池的输出电压大于所述优选DC环节的电压时，将所述第一开关装置控制到闭合状态，以实现来自所述第二扭矩机的被命令的电动机扭矩输出。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，控制所述第一开关装置以选择性地中断所述高压电池和所述第一变换器和所述第二变换器之间的电力流从而实现所述优选DC环节电压包括：当所述优选DC环节电压大于所述高压电池的输出电压时将所述第一开关装置控制到开路状态，所述优选DC环节电压用于实现来自所述第二扭矩机的被命令的电动机扭矩输出。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，控制所述第一开关装置以选择性地中断所述高压电池和所述第一变换器和所述第二变换器之间的电力流从而实现所述优选DC环节电压包括：在所述优选DC环节电压大于所述高压电池的输出电压且被监测的DC环节电压等于或者大于阈值电压时执行对所述第一开关装置的脉宽调制控制，所述优选DC环节电压用于实现来自所述第二扭矩机的被命令的电动机扭矩输出。
14.根据权利要求10所述的方法，包括：操作所述发动机以传输扭矩至所述第一扭矩机，从而产生电力来实现所述优选DC环节电压。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：响应于来自所述第二扭矩机的被命令的电动机扭矩输出，命令来自所述第一扭矩机的电动机扭矩输出。
16.根据权利要求15所述的方法，包括：操作所述发动机将扭矩传输至所述第一扭矩机，以便响应于来自所述第二扭矩机的被命令的电动机扭矩输出，实现来自所述第一扭矩机的被命令的电动机扭矩输出。
17.一种混合动力系系统，包括：
耦接到变速器的发动机、第一扭矩机和第二扭矩机，所述变速器将扭矩传输到传动系；
高压电路，所述高压电路包括：电连接到高压总线的高压电池；变换器模块；以及第一开关装置，所述高压电池经由DC环节电连接到所述变换器模块，所述高压总线包括正极侧和负极侧，所述DC环节包括正极DC环节轨和负极DC环节轨，所述变换器模块电可操作地连接到所述第一扭矩机和所述第二扭矩机，所述第一开关装置包括一对背靠背的并联连接的功率晶体管，且所述第一开关装置被构造成在被控制到开路状态时中断所述高压电池和所述变换器模块之间的电力流；以及
控制器，所述控制器监测所述高压电池的输出电压和所述DC环节上的电压，确定所述DC环节上的优选电压，并且当所述DC环节上的优选电压大于所述高压电池的输出电压时：
控制所述第一开关装置以选择性地中断所述高压电池和所述变换器模块之间的电力流，其中所述中断所述高压电池和所述变换器模块之间的电力流指的是使所述高压电池和所述变换器模块脱开，其中当所述高压电池和所述变换器模块脱开时，在所述高压电池与所述变换器模块之间没有电力流；
当所述高压电池和所述变换器模块脱开时，利用仅仅从所述第一扭矩机到所述第二扭矩机提供的电压来驱动所述DC环节的电压以实现所述DC环节上的优选电压，从所述第一扭矩机提供的电压是使用从所述发动机传输的机械动力独立于所述高压电池的输出电压来产生的；
其中，所述开关装置被放置在所述高压总线的正极侧和所述正极DC环节轨之间，而所述高压总线的负极侧总是直接耦接到所述负极DC环节轨，通过控制所述开关装置使所述高压总线的正极侧与所述正极DC环节轨脱开，从而使得所述高压电池和所述变换器模块选择性地脱开。
18.根据权利要求17所述的混合动力系系统，其中，还包括第二开关装置，所述第二开关装置电跨接在所述DC环节上。
19.根据权利要求17所述的混合动力系系统，其中，控制所述第一开关装置以选择性地中断所述高压电池和所述变换器模块之间的电力流包括：当所述DC环节上的电压超过阈值时，对所述第一开关装置进行脉宽调制。
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