CN106882181A - 用于混合动力车辆的功率控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于混合动力车辆的功率控制系统，包括：可充电电池；第一电机，连接至混合动力车辆的驱动轮，以被操作成电动机或发电机；第二电机，连接至混合动力车辆的驱动轮，以被操作成电动机或发电动机；第一逆变器，连接至第一电机；第二逆变器，连接至第二电机；转换器，其被配置成具有连接于可充电电池的第一侧和连接于第一逆变器和第二逆变器的第二侧，以便将从可充电电池供给的电压进行转换得到的输出电压供给到第一逆变器和第二逆变器；中性点开关，连接在转换器的第一侧与第一电机的中性点之间；以及控制器，被配置成基于第一电机是否操作以及混合动力车辆的所需功率，执行中性点开关的接通/关断。

Description

用于混合动力车辆的功率控制系统

技术领域

本发明涉及一种混合动力车辆的功率控制系统，其通过集成地操作包括转换器和逆变器在内的车辆的电力系统和电机，即使在车辆的所需功率超出转换器的最大功率时，也能利用电机向车辆提供电力。

背景技术

目前很多车辆都使用化石燃料，然而，化石燃料包含硫、磷等，会造成环境污染。因此，人们正在持续研发减少化石燃料的使用，从而保护环境。诸如混合动力车辆、电动车辆以及氢燃料车辆等环境友好型车辆因而得以发展，从而减轻与化石燃料车辆相关的问题。混合动力车辆通过在减速时反向旋转电机的再生制动来产生电力，从而为电池充电；并且通过在停车时关闭发动机，在启动时利用电机再次启动发动机的怠速停止和前进控制，提高燃料效率和排气的稳定性。

因此，在混合动力车辆中，车辆的行驶模式必须被控制成与车辆状态相对应。现有技术教导一种用于控制混合动力车辆的电机控制系统的方法，其通过防止在关闭混合动力车辆的主继电器时产生的电机逆电动势被施加到转换器和逆变器上，来改善混合动力车辆的动力装置的耐久性，并提高车辆效率。然而，当转换器的效率通过上述方法得以改善时，流入转换器的电流量增大，因此，与转换器、功率模块、冷却装置等连接的电感器的尺寸也会增大，从而增加转换器的费用且增加了重量和体积。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种混合动力车辆的功率控制系统，其通过在车辆电力系统和电机的中性点之间连接开关，以便基于电机运行状态和车辆所需功率来执行适当的控制，并通过旁通开关增加混合动力车辆的电动车辆模式中的行驶功率，从而增加电力系统的行驶功率。

根据本发明一个示例性实施方式，混合动力车辆的功率控制系统，可包括：可充电电池；第一电机，连接至车辆的驱动轮，以被操作成电动机或发电机；第二电机，连接至车辆的驱动轮，以被操作成电动机或发电动机；第一逆变器，连接至第一电机；第二逆变器，连接至第二电机；转换器，其具有连接于电池的第一侧和连接于第一逆变器的第二侧，其中第二逆变器被配置成通过将从电池供给的电压进行变换得到的输出电压供给到第一逆变器和第二逆变器；中性点开关，连接在转换器的第一侧与第一电机的中性点之间；以及控制器，被配置成基于第一电机是否操作以及车辆的所需功率，执行中性点开关的接通/关断。

控制器可被配置成，当第一电机的操作停止并且车辆的所需功率超出转换器的最大功率时，接通中性点开关。此外，控制器可被配置成，当中性点开关接通时，操作第一逆变器，以便仅输出第一逆变器的三相中的一相。控制器可被配置成，当中性点开关接通时，操作第一逆变器以交替地输出第一逆变器的三相中的一相。可以基于第二电机的转速以及第二电机的最大转矩控制时的总磁通量，得到转换器的输出电压。可基于以下等式获得转换器的输出电压：

其中，V_DC：转换器的输出电压，λ_mag：第二电机的最大转矩控制时的总磁通量，w_r：第二电机的转速，λ_ds：第二电机的最大转矩控制时的d轴磁通量，λ_qs：第二电机的最大转矩控制时的q轴磁通量。

控制器可被配置成，当第一电机操作时关断中性点开关。此外，控制器可被配置成，当第一电机的操作停止并且车辆的所需功率等于或小于转换器的最大功率时，关断中性点开关。可基于第一电机的转速、第一电机的最大转矩控制时的总磁通量、第二电机的转速，以及第二电机的最大转矩控制时的总磁通量，得到转换器的输出电压。

用于混合动力车辆的功率控制系统，还可包括：旁通开关，在转换器的第一侧和第二侧与转换器并联连接，其中，控制器可被配置成执行旁通开关的接通/关断，以通过旁通开关将电池的功率直接供给至第一逆变器或第二逆变器。当混合动力车辆处于电动车辆模式时，控制器可被配置成操作旁通开关，以将电池的功率直接供给至第一逆变器。控制器可被配置成，当混合动力车辆的所需功率值超出控制器中预设的功率极限值时，操作旁通开关，以将电池的功率直接供给至第一逆变器和第二逆变器。

附图说明

附图，其被包含以提供对本发明的进一步理解，且合并在说明书中，构成说明书的一部分，附图中示出本发明的示例性实施方式，且与文字描述一起用作解释本发明的原则，其中：

图1是根据本发明一个示例性实施方式的混合动力车辆的功率控制系统的结构图。

具体实施方式

可以理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除了石油以外的资源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合动力车辆是具有两种或多种动力来源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆二者。

尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而可以理解的是，该示例性过程还可以由一个或多个模块来执行。另外，可以理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，处理器被专门配置成执行上述模块，从而执行一个或多个过程，下面进一步详述。

本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。还应该理解的是，在本说明书中使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其组合的存在或增加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

在下文，将参考附图描述本发明的示例性实施方式。

如图1所示，根据本发明一个示例性实施例的用于混合动力车辆的功率控制系统可包括：可充电电池100；第一电机200，连接至车辆的驱动轮，以便被操作为电动机或发电机；第二电机300，连接至车辆的驱动轮，以便被操作为电动机或发电机；第一逆变器400，连接至第一电机200；第二逆变器500，连接至第二电机300；转换器600，具有连接至电池100的第一侧和连接至第一逆变器400的第二侧，并且第二逆变器500被配置成通过从电池100供给的电压进行转换而获得的输出电压供给到第一逆变器400和第二逆变器500；中性点开关(neutral switch)700，连接在转换器600的一侧与第一电动机200的中性点之间；以及控制器900，被配置成基于第一电动机200是否操作以及车辆的所需功率来执行开关的接通和关断。

在本发明中，中性点开关700可被连接在转换器600的第一侧与第一电机200的中性点之间。如图1所示，当电池100的电力经过中性点开关700通过第一电机200时，电力可被供给到位于第一电机200中的电感器，其中电力可经由电感器被传递到第一逆变器400。因此，电力传输结构与转换器600相同，因此，根据中性点开关700连接的第一电机200和第一逆变器400的电路结构，还可获得与转换器600相同的效果。

然而，与利用被设计成用于功率转换的转换器600相比，该电路结构的效率降低，因此，当混合动力车辆的所需电力不能仅通过转换器600获得时，可利用中性点开关700调节电力。因此，根据本发明，当第一电机200的操作停止，且车辆的所需电力超出转换器600的最大功率时，中性点开关700可被接通。除了在当前情形下将车辆所需电力与转换器600的最大功率进行比较之外，还可增加第一电动机200的停止操作的情形，并且当第一电机200操作时，利用第一电动机200和第一逆变器400的电路结构不能得到，因而该情形与实质情形相对应。

当根据上述情形接通中性点开关700时，第一电机200和第一逆变器400可彼此连接，从而类似于逆变器600工作。然而，当中性点开关700接通时，通过中性点开关700提供的电池100的电力可被输出到第一逆变器400的任意相。如图1所示，即使根据本发明从三相逆变器输出的电压可被输出到任意相，但是由于仅存在电压的相位差，并且电压量相同，因此控制器900可被配置成输出第一逆变器400的三相中的任一相。因此，根据本发明的控制器900可被配置成，当中性点开关700接通时，操作第一逆变器400，以便仅输出第一逆变器400的三相中的一相。

然而，即使三相中的任一相可被输出，但是仅一相被连续输出也不是优选的方案。换句话说，当仅利用一相时，在第一电机200和第一逆变器400中会出现过热现象。因此，考虑到第一电机200以及可执行三相输出的第一逆变器400的特性，该方法可包括通过控制器900，将第一逆变器400的三相交替地只输出一相。

如上所述，当中性点开关700接通时，第一电机200不被操作。因此，转换器600的输出电压因此而改变。考虑到第一电机200未被操作，确定转换器600的输出电压是无效的。特别地，输出电压显示电压，以使控制器900指示转换器600的输出电压。

当中性点开关700接通时，第一电机200不被考虑，可利用第二电机300的信息，确定转换器600的输出电压。本发明提出一种方法，利用第二电机300的信息中的第二电机300的转速，以及第二电机300的最大转矩调整时的总磁通量。具体地，提出一种基于下列等式获得或计算输出电压的方法：

其中，V_DC：转换器600的输出电压，λ_mag：第二电机300的最大转矩控制时的总磁通量，w_r：第二电机300的转速，λ_ds：在第二电机300的最大转矩控制时的d轴磁通量，λ_qs：第二电机300的最大转矩控制下的q轴磁通量。

具体地，d轴磁通量和q轴磁通量表示使用在电机的同步坐标系统中的坐标参考的磁通量值。与上述情形不同，即使第一电机200被操作或者第一电机200的操作停止，当车辆的所需功率等于或小于转换器600的最大功率时，也无需利用第一电机200和第一逆变器400执行转换电路，因而控制器900可被配置成关断中性点开关700。

此外，与上述情形不同，可以考虑第一电机200和第二电机300，来确定转换器600的输出电压，因而可基于第一电机200的转速、第一电机200的最大转矩调整时的总磁通量、第二电机300的转速和第二电机300的最大转矩调整时的总磁通量来获得。特别地，基于上文给出等式得到的、根据第一电机200和第二电机300的转换器600的输出电压的较大值，将由控制器900设置为转换器600的输出电压。

从图1的结构图可知，除了中性点开关以外，本发明还可包括旁通开关800，在转换器600的第一侧和第二侧与转换器600并联连接。因此，当混合动力车辆以电动车(EV)模式行驶时，在车辆无需经历逆变器600的升压过程的情况下，车辆功率可得以改善。因此，根据本发明，当车辆以EV模式行驶时，由于旁通开关800与转换器600并联连接，因此来自电池100的电流可流经旁通开关800，而不流经转换器600。因此，来自电池100的电流仅流经旁通开关800，而不流经逆变器、功率模块以及包含在转换器600中的寄生电阻，从而避免现有的电感器和电容器产生共振，并减小寄生电阻等造成的功率损失，从而提高系统的效率。

为了控制旁通开关800，根据本发明的控制器900可被配置成执行旁通开关800的接通/关断，以便通过旁通开关800将电池100的电力直接供应到第一逆变器400或第二逆变器500。具体地，当混合动力车辆处于电动车模式时，也就是EV模式时，控制器900可被配置成接通旁通开关800，以将电池100的电力直接供给至第一逆变器400。当利用第一逆变器400的功率能够充分满足车辆的所需功率时，不需要运行第二逆变器500。具体地，电池100的电力可被供给至第一逆变器400，而不供给到第二逆变器500。

然而，与上述情形不同，车辆的所需功率值超出控制器900中预设的功率极限值时，与第一逆变器400的功率不满足车辆的所需功率时相对应，因此，控制器900可被配置成操作旁通开关800，以将电池100的电力直接供给到第一逆变器400和第二逆变器500。当第一逆变器400和第二逆变器500二者都运行时，与当第一逆变器400运行时相比，车辆的功率更高，因而车辆所需的功率可得到满足。因此，当前控制步骤中的功率极限值可基于车辆的类型和状态而具有不同的值，但是，通常优选的是，将第一逆变器400的最大功率设置成输出极限值。

如上所述，本发明还可获得以下效果：

首先，可通过集成控制车辆的电力系统和电机，来通过电机增大车辆的功率；

第二，可通过在电动车模式下同时驱动两个电机，来增大车辆的最大功率；

第三，可通过增大最大功率而不使用转换器，来防止由于转换器的运行而导致的热损失。

尽管已经参考特定的示例性实施方式示出和描述了本发明，然而，对本领域技术人员明显的是，在不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内，还具有多种修改和替代方式。

Claims (13)

1.一种用于混合动力车辆的功率控制系统，包括：

可充电电池；

第一电机，连接至所述混合动力车辆的驱动轮，以被操作成电动机或发电机；

第二电机，连接至所述混合动力车辆的驱动轮，以被操作成电动机或发电动机；

第一逆变器，连接至所述第一电机；

第二逆变器，连接至所述第二电机；

转换器，其被配置成具有连接于所述可充电电池的第一侧和连接于所述第一逆变器和所述第二逆变器的第二侧，以便将从所述可充电电池供给的电压进行转换得到的输出电压供给到所述第一逆变器和所述第二逆变器；

中性点开关，连接在所述转换器的第一侧与所述第一电机的中性点之间；以及

控制器，被配置成基于所述第一电机是否操作以及所述混合动力车辆的所需功率，执行所述中性点开关的接通/关断。

2.如权利要求1所述的用于混合动力车辆的功率控制系统，其中，所述控制器被配置成，当所述第一电机的操作停止并且所述混合动力车辆的所需功率超出所述转换器的最大功率时，接通所述中性点开关。

3.如权利要求2所述的用于混合动力车辆的功率控制系统，其中，所述控制器被配置成，当所述中性点开关接通时，操作所述第一逆变器以输出所述第一逆变器的三相中的一相。

4.如权利要求2所述的用于混合动力车辆的功率控制系统，其中，控制器被配置成，当中性点开关接通时，操作第一逆变器以交替输出第一逆变器的三相中的一相。

5.如权利要求2所述的用于混合动力车辆的功率控制系统，其中，基于所述第二电机的转速以及所述第二电机的最大转矩控制时的总磁通量，得到所述转换器的输出电压。

6.如权利要求2所述的用于混合动力车辆的功率控制系统，其中，基于以下等式获得所述转换器的输出电压：

$V_{DC}=\sqrt{3}{\mathrm{\λ}}_{mag}{w}_r,{\mathrm{\λ}}_{mag}=\sqrt{{\mathrm{\λ}}_{ds}^2+{\mathrm{\λ}}_{qs}^2}$

其中，V_DC：所述转换器的输出电压，λ_mag：所述第二电机的最大转矩控制时的总磁通量，w_r：所述第二电机的转速，λ_ds：所述第二电机的最大转矩控制时的d轴磁通量，λ_qs：所述第二电机的最大转矩控制时的q轴磁通量。

7.如权利要求1所述的用于混合动力车辆的功率控制系统，其中，所述控制器被配置成，当所述第一电机操作时关断所述中性点开关。

8.如权利要求1所述的用于混合动力车辆的功率控制系统，其中，所述控制器被配置成，当所述第一电机的操作停止并且所述混合动力车辆的所需功率等于或小于所述转换器的最大功率时，关断所述中性点开关。

9.如权利要求7所述的用于混合动力车辆的功率控制系统，其中，基于所述第一电机的转速、所述第一电机的最大转矩控制时的总磁通量、所述第二电机的转速，以及所述第二电机的最大转矩控制时的总磁通量，得到所述转换器的输出电压。

10.如权利要求8所述的用于混合动力车辆的功率控制系统，其中，基于所述第一电机的转速、所述第一电机的最大转矩控制时的总磁通量、所述第二电机的转速，以及所述第二电机的最大转矩控制时的总磁通量，得到所述转换器的输出电压。

11.如权利要求1所述的用于混合动力车辆的功率控制系统，还包括：

旁通开关，在所述转换器的第一侧和第二侧与所述转换器并联连接，

其中，所述控制器被配置成执行所述旁通开关的接通/关断，以通过所述旁通开关将所述可充电电池的功率直接供给至所述第一逆变器或所述第二逆变器。

12.如权利要求11所述的用于混合动力车辆的功率控制系统，其中，当所述混合动力车辆处于电动车辆模式时，所述控制器可被配置成操作所述旁通开关，以将所述可充电电池的功率直接供给至所述第一逆变器。

13.如权利要求12所述的用于混合动力车辆的功率控制系统，其中，所述控制器可被配置成，当所述混合动力车辆的所需功率值超出所述控制器中预设的功率极限值时操作所述旁通开关，以将所述可充电电池的功率直接供给至所述第一逆变器和所述第二逆变器。