CN103703666B - 用于控制连接到车载充电器的电流整流器开关的方法 - Google Patents

用于控制连接到车载充电器的电流整流器开关的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制安装在机动车辆上的电流整流器的开关（20、22、27、29、34、36）的方法，该方法包括如下步骤：确定在整流器的输出处需要的中性点电流强度，确定使得可以在包含由六个显性向量定义的六个象限的菲涅尔空间中获得所述中性点电流的电流向量坐标，确定包括在形成菲涅尔空间的12个半象限中的电流矢量的半象限，确定限定使得可以获得电流向量的菲涅尔象限的两个显性向量的加权向量组合，切换电流整流器开关以根据加权系数获得电流向量，并获得用于在从一个切换到另一个的置换期间最小化地和电压整流器之间的电压差的切割周期的剩余时间的自由滑行向量。

Description

用于控制连接到车载充电器的电流整流器开关的方法
技术领域
本发明属于控制电流整流器且更具体而言属于控制无电隔离的系统中的电流整流器的技术领域。
背景技术
当连接到配电网络时，电动车辆中的三相非隔离充电器的使用导致到地的泄漏电流，这可能导致对于网络的干扰。
充电器中干线和功率转换模块之间的电隔离的缺少导致车辆到地的泄漏电流的回路。考虑其结构，每个元件具有相对于底盘的共模电容。当交流电压施加到所有共模电容器时，泄漏电流出现。
该现象通过施加到三相交流电源的切换放大以获得连续幅度。实际上，当切换整流器的开关时，出现明显的负高压变化。由于依赖于施加到共模电容器的端子的电压的时间变化，这些变化增加泄漏电流。因为这些电容器位于地和元件之间，所以它们直接且完全承受负高压变化。
在相关技术中发现的对于该问题的解决方案涉及在电源网络和整流器之间布置过滤器，且适当地调整它们的大小。
然而，这种解决方案具有昂贵的缺点。
发明内容
本发明的一个目标是相比相关技术更经济地限制泄漏电流。
本发明的另一目标是限制泄漏电流的高频成分。
本发明的一个方面提出一种方法，用于在安装有可以连接到三相配电网络的车载充电器的机动车辆中控制电流整流器的开关。该方法包含以下步骤：
-确定在整流器的输出处需要的中性点电流的强度，
-确定使得所述中性点电流能够在包含6个显性矢量划定的6个象限的菲涅耳空间获得的电流矢量的坐标，
-从形成菲涅耳空间的12个半象限确定包含电流矢量的半象限，
-确定划定能够获得电流矢量的菲涅耳象限的两个显性矢量的加权矢量组合，
-将电流整流器的开关的断开/闭合序列确定为显性矢量的加权矢量组合的加权系数的函数，以及
-确定电流整流器的开关的断开/闭合序列以在从电流整流器的开关的一个断开/闭合序列切换到另一个时获得用于在最小化地和电压整流器之间的电压偏差的切换周期的剩余持续时间的惯性滑行矢量。
菲涅耳空间的常规分割意味着将代表所有复杂电流或电压的二维正交空间分割成相等面积的6个象限。在这种空间中，矢量范数对应于电流或电压的强度，而其方向指示其相位。
这种方法具有限制整流器的输出和地之间电压偏差的优点，这使得可以通过车辆的电路的不同元件的共模电容器限制泄漏电流。限制电压偏差源于惯性滑行矢量作为限定电流矢量的显性矢量的函数的适当选择。惯性滑行矢量可以取决于其中电流矢量所处的半象限。
对于用于获得电流矢量的电流整流器的开关的每个断开/闭合序列，可以确定电流整流器的开关的断开/闭合序列，以在从用于获得电流矢量的电流整流器的开关的断开/闭合序列切换到用于获得惯性滑行矢量的一个序列时，获得在地和电压整流器之间具有最小电压偏差的惯性滑行矢量。
对于用于获得电流矢量的电流整流器的开关的每个断开/闭合序列，可以确定电流整流器的开关的断开/闭合序列，以在从用于获得电流矢量的电流整流器的开关的断开/闭合序列切换到用于获得惯性滑行矢量的一个序列时，获得在地和电压整流器之间具有电压偏差的惯性滑行矢量，所述电压偏差至多等于两个相位之间的电压偏差。
对于用于获得电流矢量的电流整流器的开关的每个断开/闭合序列，可以确定电流整流器的开关的断开/闭合序列，以在包括电流矢量的半象限是4个连续半象限其中一个时获得第一惯性滑行矢量，在包括电流矢量的半象限是4个其他连续半象限其中一个时获得第二惯性滑行矢量，且在包括电流矢量的半象限是4个其余连续半象限其中一个时获得第三惯性滑行矢量。
无论用于获得电流矢量的电流整流器的开关的断开/闭合序列如何，都可以确定用于获得惯性滑行矢量的电流整流器的开关的相同断开/闭合序列。
附图说明
当阅读纯粹作为非限制性示例给出且参考附图的下文描述时将显见其他目标、特征和优点，附图中：
－图1示出连接到三相网络的电动车辆的干线元件，
－图2示出根据现有技术涉及三相整流器的菲涅耳图，以及
－图3示出根据本发明涉及三相整流器的菲涅耳图。
具体实施方式
图1示出连接到三相配电网络2的电动车辆的电网络1。
电网络1包括属于动力系统的元件和专用于充电器的元件。因而，尽管是材料分离实体的部件，在电动车辆连接到充电器时，这些元件连接在一起。
电网络1包括通过三个连接4、5、6连接到三相网络2的整流器3，每个连接承载一个电流相位。电网络1通过在整流器的输出处出现的两个电学幅度即中性点电流和负高压限定。整流器3具有在输出处连接到承载直流的连接7和到承载负高压的连接8的三个相位3a、3b、3c。更具体而言，三相配电网络2中的每个相位连接到整流器3的相应相位。
图1还示出整流器3的结构的详细视图。三个相位3a、3b、3c示为首先连接到承载中性点电流的连接7，其次连接到承载负高压的连接8。
每个相位3a、3b、3c包括第一二极管18、25、32，其通过阳极连接到连接8，其阴极经由连接19、26、33连接到第一晶体管20、27、34的集电极。第一晶体管20、27、34的发射极通过连接21、28、35连接到第二晶体管22、29、36的集电极。第二晶体管22、29、36的发射极通过连接23、30、37连接到第二二极管24、31、38的阳极。第二二极管24、31、38的阴极连接到连接7。
惯性滑动二极管39通过其阴极连接到第二二极管24、31、38的阴极，而其阳极连接到第一晶体管18、25、32的阳极。
连接7连接到电牵引单元的绕组9、10、11。每个绕组9、10、11还连接到指向逆变器15的相位之一的连接12、13、14。逆变器15的每个相位连接到承载负高压的连接8以及电池16的阳极。逆变器15的每个相位的另一末端连接到电池16的阴极。
承载负高压的连接8还连接到地17，且连接到三相配电网络2。
三相配电网络2在其第一相位上提供电压Vph1和强度Iph1，在其第二相位上提供电压Vph2和强度Iph2，且在其第三相位上提供电压Vph3和强度Iph3。
整流器的每个相位实现连接7发射的中性点直流Idc的成分的产生。电流Idc的值取决于整流器3的晶体管的控制，这进而确定了从三相网络2的相位接收的电流。中性点直流Idc然后用于产生电牵引单元的绕组9、10、11附近的磁场。
整流器3的输出还导致连接7和连接8之间的电压Vd的建立。连接8然后被带入负高压HV-。
再者，逆变器15的相位实现电牵引单元的绕组9、10、11的电源电压的产生。
当车辆停止时，电池被再充电。施加到绕组9、10、11的电流和电压的控制则使得不产生引擎扭矩。然而，如上面所解释，所有这些元件处于当充电器连接到车辆时形成的电路的结构内。因此，这些不同元件致力于对电池再充电。
用于控制整流器的开关的方法旨在确定开关的断开和闭合情形以获得所需的三相电流（Iph1、Iph2、Iph3）和所需的中性点电流。下面的控制方法基于这样的假设：每个相位上的电流之和为零（Iph1+Iph2+Iph3=0），且每个相位的电流相位差2π/3。
整流器的6个开关20、27、34、22、29、36中的每一个的位置的每种组合使得可以在菲涅耳空间中获得已知中性点电流和显性电流矢量（V1、V2、V3、V4、V5、V6）。开关组合、涉及的显性矢量以及每个相位上的电流在表1中示出且其在菲涅耳空间的对应在图2中示出。通过组合若干显性电流矢量（V1、V2、V3、V4、V5、V6），可以获得菲涅耳空间中的所有电流矢量。实际上，电流矢量通过确定象限（其中发现将被确定的电流矢量）附近的两个电流矢量的加权矢量和获得。加权系数然后转置到施加每个矢量期间的持续时间。由对应于矢量的强度加权的平均持续时间使得可以获得整流器输出的中性点电流。然而，电流矢量的施加仅代表中性点电流矢量的施加的持续时间的一部分，其他被称为切换周期。中性点电流矢量尤其是源于施加的电流矢量的矢量和的矢量。剩余持续时间通过惯性滑行矢量的施加来完成，产生零中性点电流。表1包括导致惯性滑行矢量（V01，V02，V03）的三个开关组合。开关1H对应于晶体管22，开关2H对应于晶体管29，开关3H对应于晶体管36，开关1L对应于晶体管20，开关2L对应于晶体管27且开关3L对应于晶体管34。
闭合的开关 电流Iph1 电流Iph2 电流Iph3 电流矢量
1H-2L Idc -Idc 0 V1
1H-3L Idc 0 -Idc V2
2H-1L -Idc Idc 0 V3
2H-3L 0 Idc -Idc V4
3H-1L -Idc 0 Idc V5
3H-2L 0 -Idc Idc V6
1H-1L 0 0 0 V01
2H-2L 0 0 0 V02
3H-3L 0 0 0 V03
表1
惯性滑行矢量的施加使得可以补充矢量的施加持续时间，这使得可以获得相等长度的切换周期，而不管显性电流矢量的施加时间如何。再者，因为与这些惯性滑行矢量相关的中性点电流是零，所以显性电流矢量的施加结果在中性点电流方面不被修改。
而且，在中性点电流方面，施加哪个惯性滑行矢量是不重要的，且在切换周期期间不同矢量的施加顺序也是不重要的。仅施加持续时间和电流矢量的坐标是菲涅耳空间关心的事情。
然而，在负高压方面，惯性滑行矢量中的一个或另一个的施加导致导体8上不同电势的施加，且因此导致负高压中的变化。这些变化在幅度和频率二者中都很明显。实际上，负高压值被确定为开关20、27和34其中哪一个被致动的函数。如果开关20被致动，则施加电势Vph1。如果开关27被致动，则施加电势Vph2。如果开关34被致动，则施加电势Vph3。开关组合使得能够获得不同矢量，因此涉及开关20、27和34。
表2示出根据现有技术控制整流器的方法。
象限 电流矢量 惯性滑动矢量
1 V1,V2 V01
2 V4,V2 V03
3 V4,V3 V02
4 V5,V3 V01
5 V5,V6 V03
6 V1,V6 V02
表2
可以看出，惯性滑行矢量随着每个象限变化而变化。随着这些惯性滑行矢量变化，上面解释的电势偏差以及与导致显性电流矢量的组合相关的负高压电势帮助解释负高压值中的突变可能如何发生。这些变化导致明显泄漏电流的出现。
在切换周期中，每个开关组合可以潜在地导致不同负高压电势。在最差情形中，切换周期可以导致在应用显性电流矢量期间第一电势的施加、施加另一显性电流矢量期间第二电势的施加以及施加惯性滑行矢量期间第三电势的施加。
如果施加的惯性滑行矢量导致不同于源于显性或惯性滑行电流矢量的先前施加导致的负高压，则尤其出现电压偏差。
为了限制这种变化，根据本发明的控制方法检查作为所施加的电流矢量的函数施加的惯性滑行矢量。为了最小化负高压偏差，图2中示出的象限一分为二。如图3所示，这创建了标记为1a至6b的12个象限。如表2至9所示，存在若干可能的控制方法。
第一控制方法针对两个给定矢量的每个组合选择具有涉及对中性点电流具有最大贡献的显性电流矢量产生的负高压的最小负高压偏差的惯性滑行矢量。这种控制方法在表3中示出。
象限 电流矢量 惯性滑行矢量
1a V1,V2 V02
1b V1,V2 V03
2a V4,V2 V03
2b V4,V2 V03
3a V3,V4 V03
3b V3,V4 V01
4a V5,V3 V01
4b V5,V3 V01
5a V5,V6 V01
5b V5,V6 V02
6a V1,V6 V02
6b V1,V6 V02
表3
第二控制方法选择在单个象限中变化、但具有与至多对应于两个相位之间的电压偏差的显性电流矢量施加产生的负高压的偏差的惯性滑行矢量。尽管比第一控制方法的效率低，第二控制方法毋庸置疑具有涉及现有技术控制方法的优点。这种控制方法在表4中示出。
象限 电流矢量 惯性滑行矢量
1a V1,V2 V03
1b V1,V2 V02
2a V4,V2 V02
2b V4,V2 V01
3a V3,V4 V01
3b V3,V4 V03
4a V5,V3 V03
4b V5,V3 V02
5a V5,V6 V02
5b V5,V6 V01
6a V1,V6 V01
6b V1,V6 V03
表4
第三控制方法向4个连续半象限施加惯性滑行矢量。第一惯性滑行矢量V01从象限6b施加到2a，第二矢量V02从象限2b施加到4a，第三矢量V03从象限4b施加到6a。第三控制方法在表5中示出。
象限 电流矢量 惯性滑行矢量
1a V1,V2 V01
1b V1,V2 V01
2a V4,V2 V01
2b V4,V2 V02
3a V3,V4 V02
3b V3,V4 V02
4a V5,V3 V02
4b V5,V3 V03
5a V5,V6 V03
5b V5,V6 V03
6a V1,V6 V03
6b V1,V6 V01
表5
第四控制方法将第一惯性滑行矢量V01施加到所有半象限。第五和第六控制方法分别将第二惯性滑行矢量V02和第三惯性滑行矢量V03施加到所有半象限。第四、第五和第六方法分别由表6、7和8示出。
象限 电流矢量 惯性滑行矢量
1a V1,V2 V01
1b V1,V2 V01
2a V4,V2 V01
2b V4,V2 V01
3a V3,V4 V01
3b V3,V4 V01
4a V5,V3 V01
4b V5,V3 V01
5a V5,V6 V01
5b V5,V6 V01
6a V1,V6 V01
6b V1,V6 V01
表6
象限 电流矢量 惯性滑行矢量
1a V1,V2 V02
1b V1,V2 V02
2a V4,V2 V02
2b V4,V2 V02
3a V3,V4 V02
3b V3,V4 V02
4a V5,V3 V02
4b V5,V3 V02
5a V5,V6 V02
5b V5,V6 V02
6a V1,V6 V02
6b V1,V6 V02
表7
象限 电流矢量 惯性滑行矢量
1a V1,V2 V03
1b V1,V2 V03
2a V4,V2 V03
2b V4,V2 V03
3a V3,V4 V03
3b V3,V4 V03
4a V5,V3 V03
4b V5,V3 V03
5a V5,V6 V03
5b V5,V6 V03
6a V1,V6 V03
6b V1,V6 V03
表8
第七控制方法是第一控制方法的变型。其不同之处在于施加到每个半象限的惯性滑行矢量的相位差。根据第七控制方法在半象限1a中施加的矢量对应于在第一控制方法的半象限6b中施加的矢量。在另一半象限中施加的惯性滑行矢量偏移，使得通过第一控制方法施加的矢量的连续性被保留。这种控制方法在表9中示出。
象限 电流矢量 惯性滑行矢量
1a V1,V2 V02
1b V1,V2 V02
2a V4,V2 V03
2b V4,V2 V03
3a V3,V4 V03
3b V3,V4 V03
4a V5,V3 V01
4b V5,V3 V01
5a V5,V6 V01
5b V5,V6 V01
6a V1,V6 V02
6b V1,V6 V02
表9
第八控制方法是第一控制方法的变型。其不同之处在于施加到每个半象限的惯性滑行矢量的相位差。其不同之处在于施加到每个半象限的惯性滑行矢量的相位差。在根据第七控制方法的半象限1a中施加的矢量对应于在第一控制方法的半象限1b中施加的矢量。在另一半象限中施加的惯性滑行矢量偏移，使得通过第一控制方法施加的矢量的连续性被保留。这种控制方法在表10中示出。
象限 电流矢量 惯性滑行矢量
1a V1,V2 V03
1b V1,V2 V03
2a V4,V2 V03
2b V4,V2 V03
3a V3,V4 V01
3b V3,V4 V01
4a V5,V3 V01
4b V5,V3 V01
5a V5,V6 V02
5b V5,V6 V02
6a V1,V6 V02
6b V1,V6 V02
表10

Claims (2)

1.一种控制电流整流器的开关的方法，用于在安装有可以连接到三相配电网络的车载充电器的机动车辆中，该方法的特征在于它包括以下步骤：
-确定在电流整流器的输出处需要的中性点电流强度，
-确定使得所述中性点电流能够在包含由6个显性矢量划定的6个象限的菲涅耳空间中获得的电流矢量的坐标，
-从形成菲涅耳空间的12个半象限确定包含电流矢量的半象限，
-确定划定使得能够获得电流矢量的菲涅耳象限的两个显性矢量的加权矢量组合，
-将电流整流器的开关的断开/闭合序列确定为显性矢量的加权矢量组合的加权系数的函数，以及
-确定电流整流器的开关的断开/闭合序列以在从电流整流器的开关的一个断开/闭合序列切换到另一个序列时获得用于对于切换周期的剩余持续时间，最小化地和电流整流器之间的电压偏差的惯性滑行矢量，
其中，对于用于获得电流矢量的电流整流器的开关的每个断开/闭合序列，确定电流整流器的开关的断开/闭合序列，以在包括电流矢量的半象限是4个连续半象限其中一个时获得第一惯性滑行矢量，在包括电流矢量的半象限是4个其他连续半象限其中一个时获得第二惯性滑行矢量，且在包括电流矢量的半象限是4个其余连续半象限其中一个时获得第三惯性滑行矢量。
2.一种控制电流整流器的开关的方法，用于在安装有可以连接到三相配电网络的车载充电器的机动车辆中，该方法的特征在于它包括以下步骤：
-确定在电流整流器的输出处需要的中性点电流强度，
-确定使得所述中性点电流能够在包含由6个显性矢量划定的6个象限的菲涅耳空间中获得的电流矢量的坐标，
-从形成菲涅耳空间的12个半象限确定包含电流矢量的半象限，
-确定划定使得能够获得电流矢量的菲涅耳象限的两个显性矢量的加权矢量组合，
-将电流整流器的开关的断开/闭合序列确定为显性矢量的加权矢量组合的加权系数的函数，以及
-确定电流整流器的开关的断开/闭合序列以在从电流整流器的开关的一个断开/闭合序列切换到另一个序列时获得用于对于切换周期的剩余持续时间，最小化地和电流整流器之间的电压偏差的惯性滑行矢量，
其中无论用于获得电流矢量的电流整流器的开关的断开/闭合序列如何，都施加用于获得惯性滑行矢量的电流整流器的开关的相同断开/闭合序列。
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