CN108482102B - 混合动力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合动力驱动系统。一种用于车辆的动力传动系统包括：电机、牵引电池和第二逆变器，所述电机与第一逆变器连接。牵引电池连接在所述电机的中性端子与第一逆变器的负端子之间。第二逆变器相对于直流(DC)总线与第一逆变器并联连接，并且被配置为驱动另一电机。

Description

混合动力驱动系统
技术领域
本申请总体上涉及一种混合动力车辆动力传动系统，所述混合动力车辆动力传动系统具有双逆变器/电机以及连接在电机之一的中性点与逆变器的负端子之间的牵引电池。
背景技术
电气化车辆(包括混合动力电动车辆(HEV)和电池电动车辆(BEV))依靠牵引(或者高电压)电池向用于推进的牵引马达提供电力，并且依靠牵引电池和牵引马达之间的电力逆变器将直流(DC)电转换为交流(AC)电。典型的AC牵引马达是3相马达，3相马达可由3个正弦电流提供电力，所述3个正弦电流中的每个以120度的相位分离被驱动。牵引电池被配置为在特定电压范围内操作，并提供最大电流。
此外，很多电气化车辆包括DC-DC转换器(还被称作可变电压转换器(VVC))，以将牵引电池的电压转换为电机的操作电压水平。可包括牵引马达和发电机的电机可能需要高电压和高电流。由于电压需求和电流需求，电池模块和电力电子模块通常持续通信。电池模块提供针对车辆控制算法的信息，所述信息包括电池电压、电池电流和电池荷电状态(SOC)。
发明内容
一种用于车辆的动力传动系统包括：电机、牵引电池和第二逆变器，所述电机与第一逆变器连接。牵引电池连接在所述电机的中性端子与第一逆变器的负端子之间。第二逆变器相对于直流(DC)总线与第一逆变器并联连接，并且被配置为驱动另一电机。
一种通过控制器控制动力传动系统的方法包括：对开关进行调制并且使相信号偏移。对第一逆变器的开关进行调制，以产生针对Y型绕组式电机的相信号。使所述相信号偏移施加到所述电机的至少一个相的直流(DC)偏置，使得与所述DC偏置关联的所述电机的转动扭矩为零。
一种用于车辆的动力传动系统包括Y型绕组式电机和另一电机。Y型绕组式电机连接在第一逆变器与牵引电池之间，其中，牵引电池连接在Y型绕组式电机的中性端子与第一逆变器的负端子之间。所述另一电机与第二逆变器连接，第二逆变器相对于直流(DC)总线与第一逆变器并联连接。
附图说明
图1是具有双逆变器/电机以及连接在电机之一的中性点与逆变器负端子之间的牵引电池的电气化车辆的示图。
图2是示出典型的动力传动系统和能量储存组件的混合动力车辆的示图，其中，混合动力车辆包括双电机。
图3是电力电子模块的电力逆变器的示意图。
图4是传统的双电机混合动力车辆动力传动系统的示意图。
图5是包括连接在电机之一的中性端子与逆变器负端子之间的牵引电池的双电机混合动力车辆动力传动系统的示意图。
图6是用于控制电机的逆变器的调制方法的图示表示，其中，牵引电池连接在所述电机的中性端子与逆变器负端子之间。
图7是在推进模式期间的双电机的AC特性的图示表示，其中，牵引电池连接在电机之一的中性端子与逆变器负端子之间。
图8是在充电模式期间的双电机的AC特性的图示表示，其中，牵引电池连接在电机之一的中性端子与逆变器负端子之间。
图9是在推进模式期间的双电机的AC特性的图示表示，其中，牵引电池连接在电机之一的中性端子与逆变器负端子之间。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种形式和替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的是，参考任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
用于电动车辆的单相交流(AC)充电器通常在各种频率下传递AC纹波。通常，最明显的频率分量是电网频率或线路频率的两倍的分量。其中，电网输入功率具有脉冲形状，所述脉冲形状具有直流偏移(Pin_dc)、两倍于线路频率的大的AC分量以及大小为2的峰峰值(Pin_dc)。该功率纹波引起电池侧的两倍于电网频率的电流纹波，使得可能需要额外电路来保护电池。而且，存在其它频率下的电流纹波，诸如由于电网失真和充电器的半导体开关的切换频率而产生的不同阶次谐波。为了过滤这些纹波，在充电器中需要大的直流侧电容器(dc-link capacitor)。该大容量电容器使充电器的成本、体积和重量增大。
图1描绘了具有动力传动系统的混合动力电动车辆，其中，动力传动系统包括连接在Y型绕组式电机的中性端子与电机逆变器的负端子之间的牵引电池。这里，电机是发电机(G)，并且电机逆变器是发电机逆变器。发电机逆变器可被配置为使DC电流流过电池(pBat)，将来自发电机的AC电流转换成DC总线电压(Vdc)(pG)，或者将DC电池电压(Vb)升压至DC总线电压(Vdc)。这里，从电池流经发电机/通过发电机流到电池的DC电流在发电机G的所有三个相中均等地流动，使得不会基于DC电流产生转动扭矩。这允许DC电流流过发电机逆变器到达马达逆变器，此时，电流在DC与AC之间转换，使得能量随后可被用于通过马达(M)产生推进力。此外，马达(M)可被配置为将旋转力转换成AC电力，AC电力随后被转换成DC电力，DC电力流过发电机逆变器并且随后均等地流过发电机(G)的三相绕组且流到牵引电池。
图2是示出典型的动力传动系统和能量储存组件的混合动力车辆216的示图，其中，混合动力车辆216包括双电机且通常被称为车辆216。车辆216可包括传动装置212，并且车辆216选择性地借助于内燃发动机220由至少一个电机218推进。电机218可以是被描绘为“马达”218的交流(AC)电动马达。电机218接收电力并提供推进车辆的扭矩。电机218还用作发电机，以通过再生制动将机械能转换为电能。
传动装置212可以是动力分流式构造(power-split configuration)。传动装置212包括第一电机218和第二电机224。第二电机224可以是被描绘为“发电机”224的AC电动马达。与第一电机218类似，第二电机224接收电力并提供输出扭矩。第二电机224还用作发电机，以将机械能转换为电能并优化通过传动装置212的动力流。在其它实施例中，传动装置不具有动力分流式构造。
传动装置212可包括行星齿轮单元226，行星齿轮单元226包括中心齿轮228、行星架230和环形齿轮232。中心齿轮228连接到第二电机224的输出轴，以接收发电机扭矩。行星架230连接到发动机220的输出轴，以接收发动机扭矩。行星齿轮单元226将发电机扭矩与发动机扭矩组合，并提供环形齿轮232上的组合输出扭矩。行星齿轮单元226用作无级变速器，而不具有任何固定传动比或“阶梯”传动比。
传动装置212还可包括单向离合器(O.W.C)和发电机制动器233。O.W.C连接到发动机220的输出轴，以仅允许输出轴沿着一个方向旋转。O.W.C防止传动装置212反向驱动发动机220。发电机制动器233连接到第二电机224的输出轴。发电机制动器233可被启用而进行“制动”或者防止第二电机224的输出轴和中心齿轮228的旋转。可选地，O.W.C和发电机制动器233可被去除并由针对发动机220和第二电机224的控制策略来代替。
传动装置212还可包括具有中间齿轮的副轴，所述中间齿轮包括第一齿轮234、第二齿轮236和第三齿轮238。行星输出齿轮240连接到环形齿轮232。行星输出齿轮240与第一齿轮234啮合，以在行星齿轮单元226与副轴之间传递扭矩。输出齿轮242连接到第一电机218的输出轴。输出齿轮242与第二齿轮236啮合，以在第一电机218与副轴之间传递扭矩。传动装置输出齿轮244连接到驱动轴246。驱动轴246通过差速器250连接到一对驱动轮248。传动装置输出齿轮244与第三齿轮238啮合，以在传动装置212与驱动轮248之间传递扭矩。
车辆216包括能量储存装置，诸如用于储存电能的牵引电池252。电池252是能够输出电力以操作第一电机218和第二电机224的高电压电池。当第一电机218和第二电机224作为发电机运转时，电池252还从第一电机218和第二电机224接收电力。电池252是由多个电池模块(未示出)组成的电池组，其中，每个电池模块包括多个电池单元(未示出)。车辆216的其它实施例预期不同类型的能量储存装置，诸如，可补充或取代电池252的电容器和燃料电池(未示出)。高电压总线将电池252电连接至第一电机218和第二电机224。
车辆包括用于控制电池252的电池能量控制模块(BECM)254。BECM 254接收指示车辆状况和电池状况(诸如，电池温度、电压和电流)的输入。BECM 254计算并估计电池参数，诸如，电池荷电状态和电池功率容量。BECM 254向其它车辆系统和控制器提供指示电池荷电状态(BSOC)和电池功率容量(Pcap)的输出(BSOC，Pcap)。
车辆216包括DC-DC转换器或可变电压转换器(VVC)210和逆变器256(例如，256A和256B)。VVC 210和逆变器256电连接在牵引电池252与第一电机218之间以及牵引电池252与第二电机224之间。VVC 210“提升”或增大由电池252提供的电力的电压电位(voltagepotential)。根据一个或更多个实施例，VVC 210还“拉低”或减小由电池252提供的电力的电压电位。逆变器256将(通过VVC 210)由电池252供应的DC电力转换为用于操作电机218和224的AC电力。逆变器256还将由电机218和224提供的AC电力整流为DC电力，以对牵引电池252进行充电。传动装置212的其它实施例包括多个逆变器(未示出)，诸如，与电机218和224中的每个都关联的一个逆变器。VVC 210包括电感器组件214。
传动装置212包括用于控制电机218和224、VVC 210以及逆变器256的传动装置控制模块(TCM)258。TCM 258被配置为监测电机218和224的位置、转速和功率消耗等参数。TCM258还监测VVC 210和逆变器256内的多个位置处的电参数(例如，电压和电流)。TCM 258将与该信息对应的输出信号提供给其它车辆系统。
车辆216包括车辆系统控制器(VSC)260，VSC 260与其它车辆系统和控制器进行通信，以用于协调它们的功能。尽管VSC 260被示出为单个控制器，但是VSC 260可包括多个控制器，所述多个控制器可用于根据整个车辆控制逻辑或软件来控制多个车辆系统。
车辆控制器(包括VSC 260和TCM 258)通常包括彼此协作以执行一系列操作的任意数量的微处理器、ASIC、IC、存储器(例如，闪存、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)以及软件代码。控制器还包括预定数据或“查找表”，所述预定数据或“查找表”是基于计算和测试数据的并被存储在存储器中。VSC 260通过使用通用总线协议(诸如，CAN和LIN)的一个或更多个有线或无线车辆连接而与其它车辆系统和控制器(例如，BECM 254和TCM 258)通信。VSC260接收表示传动装置212的当前位置(例如，驻车挡，倒车挡，空挡或前进挡)的输入(PRND)。VSC 260还接收表示加速踏板位置的输入(APP)。VSC 260向TCM 258提供表示期望的车轮扭矩、期望的发动机转速和发电机制动器命令的输出，并且向BECM 254提供接触器控制。
车辆216包括用于控制发动机220的发动机控制模块(ECM)264。VSC 260向ECM 264提供输出(期望的发动机扭矩)，所述输出是基于包括APP的若干输入信号的并且与驾驶员对车辆推进的请求相对应。
如果车辆216为PHEV，则电池252可经由充电端口266周期性地从外部电源或电网接收AC电能。车辆216还包括从充电端口266接收AC电能的车载充电器268。充电器268是AC/DC转换器，所述AC/DC转换器将接收到的AC电能转换为适合于对电池252进行充电的DC电能。进而，充电器268在再充电期间将DC电能供应给电池252。尽管以PHEV 216的背景示出和描述，但是应该理解的是，逆变器256可在其它类型的电动车辆(诸如，HEV或BEV)上实现。
参照图3，系统300被提供用于控制电力电子模块(PEM)256。图3的PEM 256被示出为包括多个开关302(例如，IGBT)，所述多个开关302被配置为共同操作为具有第一相桥(phase leg)216、第二相桥218和第三相桥220的逆变器。尽管逆变器被示出为三相转换器，但是逆变器可包括额外的相桥。例如，逆变器可以是四相转换器、五相转换器、六相转换器等。此外，PEM 256可包括多个转换器，PEM 256中的每个逆变器包括三个或更多个相桥。例如，系统300可控制PEM 256中的两个或更多个逆变器。PEM 256还可包括具有高功率开关(例如，IGBT)的DC至DC转换器，以经由升压、降压或它们的组合将电力电子模块输入电压转换为电力电子模块输出电压。
如图3所示，逆变器可以是DC至AC转换器。在操作中，DC至AC转换器通过DC总线304(例如，304A和304B)从DC电力链路(power link)306接收DC电力，并将DC电力转换为AC电力。AC电力经由相电流ia、ib和ic传输，以驱动AC电机，所述AC电机也被称作电机314(诸如图3中描绘的三相永磁同步马达(PMSM))。在这个示例中，DC电力链路306可包括DC蓄电池，以向DC总线304提供DC电力。在另一示例中，逆变器可操作为将来自AC电机314(例如，发电机)的AC电力转换为DC电力的AC至DC转换器，其中，DC总线304可将DC电力提供至DC电力链路306。此外，系统300可控制其它电力电子拓扑结构中的PEM 256。
继续参照图3，逆变器中的相桥216、218和220中的每个均包括功率开关302，功率开关302可由多种类型的可控开关来实现。在一个实施例中，每个功率开关302可包括二极管和晶体管(例如，IGBT)。图3中的二极管被标记为Da1、Da2、Db1、Db2、Dc1和Dc2，而图3的IGBT分别被标记为Sa1、Sa2、Sb1、Sb2、Sc1和Sc2。功率开关Sa1、Sa2、Da1和Da2是三相转换器的相桥A的一部分，相桥A在图3中被标记为第一相桥A 216。类似地，功率开关Sb1、Sb2、Db1和Db2是三相转换器的相桥B 218的一部分，并且功率开关Sc1、Sc2、Dc1和Dc2是三相转换器的相桥C 220的一部分。逆变器可根据逆变器的特定构造而包括任意数量的功率开关302或电路元件。二极管(Dxx)与IGBT(Sxx)并联连接，然而，由于为了适当的操作，极性是相反的，因此该构造通常被称作反向并联连接。这种反向并联构造中的二极管还被称作续流二极管。
如图3所示，设置电流传感器CSa、CSb和CSc以分别感测相桥216、218和220中的电流。图3示出了与PEM 126分离的电流传感器CSa、CSb和CSc。然而，根据PEM 256的构造，电流传感器CSa、CSb和CSc可被集成为PEM 256的一部分。图3中的电流传感器CSa、CSb和CSc被安装成分别与相桥A、B和C(即，图3中的相桥216、218和220)串联，并分别提供用于系统300的反馈信号ias、ibs和ics(也在图3中示出)。反馈信号ias、ibs和ics可以是由逻辑器件(LD)310处理的原始电流信号，或者可被嵌入关于分别流过相桥216、218和220的电流的数据或信息，或者可利用所述数据或信息被编码。此外，功率开关302(例如，IGBT)可包括电流感测能力。电流感测能力可包括被配置有可提供表示ias、ibs和ics的数据/信号的电流镜像输出。所述数据/信号可指示分别流过相桥A、B和C的电流的方向、幅值或者方向和幅值两者。
再次参照图3，系统300包括逻辑器件(LD)或控制器310。控制器或LD 310可由多种类型的电子装置和/或基于微处理器的计算机或控制器或者它们的组合来实现。为了实现控制PEM 256的方法，控制器310可执行被嵌入有所述方法或利用所述方法编码并且被存储在易失性存储器312和/或永久性存储器312中的计算机程序或算法。可选地，逻辑可被编码到离散逻辑、微处理器、微控制器或存储在一个或更多个集成电路芯片上的逻辑阵列或门阵列中。如图3中的实施例所示，控制器310接收并处理反馈信号ias、ibs和ics以控制相电流ia、ib和ic，使得相电流ia、ib和ic根据多种电流模式或电压模式流过相桥216、218和220并进入电机314的对应的绕组。例如，电流模式可包括流入和流出DC总线304或DC总线电容器308的相电流ia、ib和ic的模式。图3中的DC总线电容器308被示出为与PEM 256分离。然而，DC总线电容器308可被集成为PEM 256的一部分。
如图3所示，诸如计算机可读存储器的存储介质312(以下称为“存储器”)可存储被嵌入有所述方法或利用所述方法编码的计算机程序或算法。此外，存储器312可存储关于PEM 256中的各种操作状况或组件的数据或信息。例如，存储器312可存储关于流过各个相桥216、218和220的电流的数据或信息。如图3所示，存储器312可以是控制器310的一部分。然而，存储器312可被布置在控制器310可访问的任何合适的位置。
如图3所示，控制器310向电力转换器系统256发送至少一个控制信号322。电力转换器系统256接收控制信号322以控制逆变器的开关配置，从而控制流过各个相桥216、218和220的电流。所述开关配置是逆变器中的功率开关302的开关状态的集合。一般而言，逆变器的开关配置确定逆变器如何转换DC电力链路306与电机314之间的电力。
为了控制逆变器的开关配置，逆变器基于控制信号322将逆变器中的每个功率开关302的开关状态改变为闭合状态或断开状态。在示出的实施例中，为了将功率开关302切换到闭合状态或断开状态，控制器或LD 310向每个功率开关302提供栅极电压(Vg)，从而驱动每个功率开关302的开关状态。栅极电压Vga1、Vga2、Vgb1、Vgb2、Vgc1和Vgc2(在图3中示出)控制各个功率开关302的开关状态和特性。虽然逆变器在图3中被示出为电压驱动的器件，但是逆变器可以是电流驱动的器件，或者可由将功率开关302在闭合状态与断开状态之间进行切换的其它策略来控制。控制器310可基于电机314的转速、镜像电流或IGBT开关的温度来改变每个IGBT的栅极驱动。栅极驱动的变化可根据多个栅极驱动电流被选择，在所述多个栅极驱动电流中，栅极驱动电流的变化与IGBT开关速度的变化成比例。
还如图3所示，相桥216、218和220中的每个包括两个开关302。然而，在相桥216、218和220中的每个中仅有一个开关可以在不会使DC电力链路306短路的情况下处于闭合状态。因此，在每个相桥中，下方开关的开关状态通常与对应的上方开关的开关状态相反。上方开关通常被称作高侧开关(即，302A、302B、302C)，下方开关通常被称作低侧开关(即，302D、302E、302F)。因此，相桥的高状态指的是相桥中的上方开关处于闭合状态并且下方开关处于断开状态。类似地，相桥的低状态指的是相桥的上方开关处于断开状态并且下方开关处于闭合状态。作为结果，具有电流镜像能力的IGBT可以是所有IGBT、IGBT的子集(例如，Sa1、Sb1、Sc1)或单个IGBT。
在图3中示出的三相转换器示例的激活状态期间会出现两种情况：(1)两个相桥处于高状态，而第三个相桥处于低状态，或者(2)一个相桥处于高状态，而另外两个相桥处于低状态。因此，三相转换器中的一个相桥(可被定义为逆变器的指定激活状态的“参考”相)处于与另外两个具有相同状态的相桥(或者“非参考”相)的状态相反的状态。因此，非参考相在逆变器的激活状态期间均处于高状态或者均处于低状态。
固态器件(SSD)(诸如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或双极结型晶体管(BJT))广泛用于各种车辆应用和工业应用(诸如，电动马达驱动、电力逆变器、DC-DC转换器以及电力模块)。IGBT和MOSFET的操作是电压控制的，其中，所述IGBT和MOSFET的操作是基于施加到IGBT或MOSFET的栅极的电压的，而BJT的操作是电流控制的，其中，所述BJT的操作是基于施加到BJT的基极的电流的。这里，SSD或大功率继电器的使用可被用于控制、改变或调节车辆的电池与电机之间的电流。
图4是传统的双电机混合动力车辆动力传动系统400的示意图。该典型的混合动力电动车辆(HEV)驱动系统400包括两个电机(被配置为牵引马达218的第一电机、被配置为发电机224的第二电机)、可变电压转换器(VVC)210以及牵引电池252。电机(例如，马达218和/或发电机224)能够在推进模式和发电模式两者下进行操作，前一种操作模式消耗电力/能量，并且后一种操作模式生成电力/能量。这三部分经由DC总线电容器连接，其中，牵引电池252的电压通常由VVC 210升高至DC总线电压，DC总线电压被用于驱动电机218和224。
VVC 210管理牵引电池252的电力和能量，以在不考虑马达/发电机功率的情况下确保期望的恒定DC总线电压。VVC 210通常包括两个IGBT和一个电感器，因此具有下面的缺点。第一，由于物理尺寸，VVC 210难以被封装和安装在车辆中。第二，电感器和两个IGBT的高功耗导致电动驱动(E-drive)系统的效率低。第三，随着电感器升温，冷却电感器的能力增加了额外复杂度。第四，由于附加组件，VVC通常对系统和车辆增加额外的成本和重量。最后，由于电感器的磁芯通常是温度敏感的，使得当磁芯经历高温时性能可能不稳定，并且在操作期间的温度改变可能导致磁饱和。
图5是双电机混合动力车辆动力传动系统500的示意图。动力传动系统包括Y型绕组式电机502、具有电池大容量电容器(也被称作平滑电容器506)的牵引电池504、与Y型绕组式电机502连接的第一逆变器508以及与第二电机512连接的第二逆变器510。两个逆变器均与DC总线电容器514并联连接。牵引电池504连接在Y型绕组式电机502的中性端子与逆变器(例如，第一逆变器508或第二逆变器510)的负端子之间。
该新的动力传动系统或电动驱动系统操纵双电机，而不需要DC/DC转换器(也被称为可变电压转换器(VVC))，因此上述VVC相关的缺点被减少或完全避免。这里，被配置为马达(M)的电机512由马达逆变器510控制，马达逆变器510可被配置为以传统的方式实现双向功率流。被配置为发电机(G)的电机502和电池由发电机逆变器508控制，以实现双向功率流。因此，两个逆变器(508和510)管理三个源(电机502、电机512和电池504)，使得所有三个源可实现双向功率流。
在另一实施例中，电机(G)502和发电机逆变器508可以是6相Y型绕组式电机。6相电机/逆变器可被配置有60度的相位分离。与3相电机的操作类似，6相电机/逆变器可被配置为使电流在电机的所有6个相中均等地流动。然而，6相电机/逆变器还可被配置为使电流在相的子集(诸如，电机的3个相而不是所有6个相)中均等地流动。这可在3个相被彼此均等地分离的情况下(即，在以120度分离的情况下)实现。
在另一实施例中，电机(G)502和发电机逆变器508可以是9相Y型绕组式电机。9相电机/逆变器可被配置有30度的相位分离。与3相电机的操作类似，9相电机/逆变器可被配置为使电流在电机的所有9个相中均等地流动。然而，9相电机/逆变器还可被配置为使电流在相的子集(诸如，电机的3个相或6个相而不是所有9个相)中均等地流动。这可在3个相或6个相彼此均等地分离的情况下(即，在以120度分离的情况下)实现。
图6是用于控制电机的逆变器的调制方法600相对于时间604的图示表示，其中，牵引电池连接在电机的中性端子与逆变器负端子(例如，图5的发电机逆变器508的负端子)之间。在该示图中，相对于时间604示出了所表示的信号的归一化幅值602。载波信号606被示出为具有通过Dbat偏移的三个调制信号ma 608、mb 612和mc 610的参考信号，三个调制信号被用于控制发电机502。占空比Dbat管理电池以进行充电或放电。通过Dbat偏移的ma608、mb 612和mc 610的组合调制信号通过发电机逆变器(例如，508)的六个开关的切换来控制发电机(例如，502)和电池(例如，504)两者。通过Dbat的占空比将DC总线电压(例如，电容器514两端的Vdc)控制为基本恒定。这里，发电机(例如，502)的定子绕组运载由两个分量(即，AC分量和DC分量)组成的电流。第一，AC分量包括正弦电流，正弦电流产生扭矩或者在发电机(例如，502)中存在扭矩的情况下生成。第二，DC分量是牵引电池的电流，使得电池电流的三分之一流过发电机(例如，502)的每个相绕组。由于DC分量均等地流过每个相，DC分量对发电机转子不施加扭矩，因此DC分量将不会影响发电机(例如，502)的发电/推进操作。
图7是在推进模式期间的双电机的电气特性700相对于时间702的图示表示。这里，电机之一是Y型绕组式电机，并且牵引电池连接在Y型绕组式的中性端子与逆变器负端子之间。电气特性包括总线电容器(例如，514)的DC总线电压712、电池电压714(DC总线电压712和电池电压714两者均以伏特704为单位进行测量)、以安培706为单位进行测量的电池电流716、以安培708为单位进行测量的相电流iA 722、iB 720、iC 718以及均以瓦特710为单位进行测量的马达功率728、发电机功率726和电池功率724。
在推进期间，电池如通过要素716示出地提供大约-100A的电流，并且相电流iA722、iB 720、iC 718具有大约600安培近似正负峰间电流，正弦电流偏移Ibat 716的三分之一。这向马达(例如，512)提供超过50KW的马达功率728，同时从发电机(例如，502)和电池(例如，504)获取功率。
图8是在充电模式期间的双电机的电气特性800相对于时间802的图示表示。这里，电机之一是Y型绕组式电机，并且牵引电池连接在Y型绕组式的中性端子与逆变器负端子之间。电气特性包括总线电容器(例如，514)的DC总线电压812、电池电压814(DC总线电压812和电池电压814均以伏特804为单位进行测量)、以安培806为单位进行测量的电池电流816、以安培808为单位进行测量的相电流iA 822、iB 820、iC 818以及均以瓦特810为单位进行测量的马达功率828、发电机功率826和电池功率824。
在充电期间，电池可如通过要素816示出地提供大约100A的电流，并且相电流iA822、iB 820、iC 818具有大约300安培的近似正负峰间电流，正弦电流偏移Ibat 816的三分之一。这将来自马达(例如，512)的马达功率828和来自发电机(例如，502)的发电机功率826提供给电池(例如，504)。这里，马达(例如，512)和发电机(例如，502)两者均通过旋转能(即，转速乘以扭矩)产生功率，以提供流向电池(例如，504)的电池功率824。
图9是在推进模式期间的双电机的电气特性900相对于时间902的图示表示。这里，电机之一是Y型绕组式电机，并且牵引电池连接在Y型绕组式的中性端子与逆变器负端子之间。电气特性包括总线电容器(例如，514)的DC总线电压912、电池电压914(DC总线电压912和电池电压914均以伏特904为单位进行测量)、以安培906为单位进行测量的电池电流916、以安培908为单位进行测量的相电流iA 922、iB 920、iC 918以及均以瓦特910为单位进行测量的马达功率928、发电机功率926和电池功率924。
在该配置中的推进期间，电池如通过要素916示出地提供大约-100A的电流，并且相电流iA 922、iB 920、iC 918具有大约300安培的近似正负峰间电流，正弦电流偏移Ibat916的三分之一。这从电池(例如，504)将马达功率928提供给马达(例如，512)且将发电机功率926提供给发电机(例如，502)。这里，马达(例如，512)和发电机(例如，502)两者通过从电池(例如，504)流出的电池功率924提供推进力(即，施加转动扭矩)。
在图7和图9中，牵引电池被用于基于需求提供推进力，如果需求低于第一请求阈值，则如图7所示，控制器可操作逆变器仅使用发电机(例如，502)和电池(例如，504)两者供电以通过马达产生旋转力而通过马达(例如，512)产生推进力。然而，如果需求超出第一请求阈值，则如图9所示，控制器可操作逆变器仅使用电池(例如，504)供电以通过马达和发电机产生旋转力而通过马达(例如，512)和发电机(例如，502)两者产生推进力。
同理，可基于功率需求和电池荷电状态(SOC)由马达(例如，512)和发电机(例如，502)中的一个或两者执行对牵引电池的充电，如果功率需求超过第二阈值，则控制器可操作逆变器仅使用发电机(例如，502)来发电，从而允许马达(例如，512)在低水平下操作。然而，如果功率需求小于第二阈值，则如图8所示，控制器可操作逆变器通过马达(例如，512)和发电机(例如，502)两者来发电，从而向电池(例如，504)提供最大充电。
由控制器执行的控制逻辑或功能可由在一个或更多个附图中的流程图或类似示图来表示。这些附图提供代表性的控制策略和/或逻辑，所述代表性的控制策略和/或逻辑可使用一个或更多个处理策略(诸如，事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实现。因此，示出的各个步骤或功能可按照示出的顺序被执行、并行地执行或者在一些情况下被省略。虽然未总是被明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到，示出的一个或更多个步骤或功能可根据使用的特定处理策略而被重复执行。类似地，处理的顺序不一定需要实现在此描述的功能和优点，而是被提供以便于示出和描述。控制逻辑可主要以由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(诸如，控制器)执行的软件的形式被实现。当然，控制逻辑可根据特定应用以一个或更多个控制器中的软件、硬件或者软件和硬件的组合的形式被实现。当以软件形式被实现时，控制逻辑可在已经存储表示由计算机执行以控制车辆或其子系统的代码或指令的数据的一个或更多个计算机可读存储装置或介质中被实现。计算机可读存储装置或介质可包括多个已知物理装置中的一个或更多个，所述多个已知物理装置利用电存储器、磁存储器和/或光学存储器来保存可执行指令和关联的校准信息、操作变量等。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机，或者通过所述处理装置、控制器或计算机实现，其中，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以多种形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，其中，所述多种形式包括但不限于信息永久地存储在非可写存储介质(诸如，只读存储器(ROM)装置)中以及信息可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、致密盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置以及其它磁介质和光学介质)中。所述处理、方法或算法也可在软件可执行对象中实现。可选地，可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或者其它硬件组件或装置)或者硬件组件、软件组件和固件组件的组合来整体或部分地实现所述处理、方法或算法。
虽然以上描述了示例性实施例，但是并不意在这些实施例描述权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可将各个实施例的特征进行组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望特性，各个实施例可能已经被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应认识到，根据具体的应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配的容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并非在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (20)

1.一种用于车辆的动力传动系统，包括：
电机，与第一逆变器连接；
牵引电池，连接在所述电机的中性端子与第一逆变器的负端子之间；
第二逆变器，相对于直流DC总线与第一逆变器并联连接，并且被配置为驱动另一电机；以及
控制器，被配置为对第一逆变器的开关进行调制，以产生针对所述电机的相信号；并且使所述相信号偏移施加到所述电机的至少一个相的DC偏置，使得与所述DC偏置关联的所述电机的转动扭矩为零。
2.如权利要求1所述的动力传动系统，还包括连接在第一逆变器的负端子与正端子之间的总线电容器。
3.如权利要求1所述的动力传动系统，其中，所述电机是3相Y型绕组式电机，其中，第一逆变器被配置为使DC电池电流均等地流过所述电机的每个相。
4.如权利要求1所述的动力传动系统，其中，所述电机是6相Y型绕组式电机。
5.如权利要求4所述的动力传动系统，其中，第一逆变器被配置为使DC电池电流均等地流过所述电机的每个相。
6.如权利要求4所述的动力传动系统，其中，第一逆变器被配置为使DC电池电流均等地流过所述电机的3个相，其中，所述3个相中的每个相与另外两个相分离120度。
7.如权利要求1所述的动力传动系统，其中，所述电机是9相Y型绕组式电机。
8.如权利要求7所述的动力传动系统，其中，第一逆变器被配置为使DC电池电流均等地流过所述电机的每个相。
9.如权利要求7所述的动力传动系统，其中，第一逆变器被配置为使DC电池电流均等地流过所述电机的3个相，其中，所述3个相中的每个相与另外两个相分离120度。
10.如权利要求1所述的动力传动系统，其中，所述电机是多相Y型绕组式电机，并且第一逆变器被配置为使DC电池电流均等地流过所述电机的每个相。
11.一种控制动力传动系统的方法，包括：
通过控制器执行以下操作：
对第一逆变器的开关进行调制，以产生针对Y型绕组式电机的相信号；
使所述相信号偏移施加到所述电机的至少一个相的直流DC偏置，使得与所述DC偏置关联的所述电机的转动扭矩为零。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述DC偏置由连接在所述电机的中性端子与第一逆变器的负端子之间的牵引电池施加。
13.如权利要求12所述的方法，还包括：对第二逆变器的信号进行调制，以利用来自牵引电池的电力驱动另一电机，第二逆变器与第一逆变器并联连接。
14.如权利要求11所述的方法，其中，所述电机是3相Y型绕组式电机，并且第一逆变器对开关进行调制，以使DC电池电流均等地流过所述电机的每个相。
15.一种用于车辆的动力传动系统，包括：
Y型绕组式电机，连接在第一逆变器与牵引电池之间，其中，牵引电池连接在所述电机的中性端子与第一逆变器的负端子之间；
另一电机，与第二逆变器连接，第二逆变器相对于直流DC总线与第一逆变器并联连接；以及
控制器，被配置为对第一逆变器的开关进行调制，以产生针对Y型绕组式电机的相信号；并且使所述相信号偏移施加到所述Y型绕组式电机的至少一个相的DC偏置，使得与所述DC偏置关联的所述Y型绕组式电机的转动扭矩为零。
16.如权利要求15所述的动力传动系统，其中，所述Y型绕组式电机是3相Y型绕组式电机，其中，第一逆变器被配置为使DC电池电流均等地流过所述电机的每个相。
17.如权利要求15所述的动力传动系统，其中，所述Y型绕组式电机是6相Y型绕组式电机。
18.如权利要求17所述的动力传动系统，其中，第一逆变器被配置为使DC电池电流均等地流过所述Y型绕组式电机的每个相。
19.如权利要求17所述的动力传动系统，其中，第一逆变器被配置为使DC电池电流流过所述Y型绕组式电机的3个相，其中，所述3个相中的每个相与另外两个相分离120度。
20.如权利要求15所述的动力传动系统，还包括连接在第一逆变器的负端子与正端子之间的总线电容器。
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