CN109941119B - 电动汽车和电动汽车的控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及涉及电动汽车和电动汽车的控制方法。电动汽车包含：行驶用的马达；与所述马达连接的变速器；电池；变换器，其构成为将所述电池输出的直流电力变换为用于驱动所述马达的交流电力；电容器，其连接在所述变换器的直流输入端的正极与所述变换器的所述直流输入端的负极之间；以及控制器，其构成为在满足条件i)和条件ii)这双方的情况下，变更所述变速器的变速档。所述条件i)是所述马达的转速处于预定范围内的条件。所述条件ii)是所述马达的输出超过预定的输出阈值的条件。

Description

电动汽车和电动汽车的控制方法

技术领域

本说明书公开的技术涉及电动汽车和电动汽车的控制方法，所述电动汽车具有行驶用的马达和变速器，并且在向马达提供交流电力的变换器的正极和负极之间连接有电容器。本说明书中的“电动汽车”包含混合动力车和燃料电池车，所述混合动力车具有马达和发动机这两者。

背景技术

电动汽车具有将直流电源的电力变换为适合于行驶用马达的驱动的交流电力的变换器。有时在变换器的直流输入端的正极和负极之间连接有平滑电容器。已知，在直流电源与变换器之间连接有电容器时，在马达的转速处于特定范围时，容易产生LC共振(例如日本特开2016-5368、日本特开2012-175769)。LC共振会增大电流纹波，加大损耗。此外，成为LC共振的原因的电感，有电源与变换器之间的电力传输路径所具有的寄生电感，或者在电源与变换器之间连接有升压转换器的情况下，有升压转换器所包含的电抗器的电感。

日本特开2016-5368公开了使驱动变换器的脉冲模式发生变化来抑制LC共振的技术。日本特开2012-175769公开的电动汽车具有行驶用的马达和变速器。在日本特开2012-175769公开的技术中，决定变速器的变速档，以使得马达的转速不进入导致LC共振的转速频段。

发明内容

在日本特开2012-175769公开的技术中，不能全部使用马达的特定转速频段。效率不好。对于通过调整变速档来避免LC共振的技术，存在改善的空间。

本发明的第1方式是电动汽车。所述电动汽车包含：行驶用的马达；与所述马达连接的变速器；电池；变换器，其构成为将所述电池输出的直流电力变换为用于驱动所述马达的交流电力；电容器，其连接在所述变换器的直流输入端的正极与所述变换器的所述直流输入端的负极之间；以及控制器，其构成为在满足条件i)和条件ii)这双方的情况下，变更所述变速器的变速档。所述条件i)是所述马达的转速处于预定范围内的条件。所述条件ii)是所述马达的输出超过预定的输出阈值的条件。在马达的输出较小的范围内，不进行用于避免LC共振的变速，由此，能够有效地利用马达。

在所述电动汽车中，也可以是，所述控制器构成为在满足所述条件i)和所述条件ii)这双方的情况下，实施降低所述变速器的变速档的降档控制。

本发明的第2方式是电动汽车的控制方法。所述电动汽车包含：行驶用的马达；与所述马达连接的变速器；电池；变换器，其构成为将所述电池输出的直流电力变换为用于驱动所述马达的交流电力；电容器，其连接在所述变换器的直流输入端的正极与所述变换器的所述直流输入端的负极之间；以及控制器。所述控制方法包括：在满足条件i)和条件ii)这双方的情况下，通过所述控制器变更所述变速器的变速档。所述条件i)是所述马达的转速处于预定范围内的条件。所述条件ii)是所述马达的输出超过预定的输出阈值的条件。在马达的输出较小的范围内，不进行用于避免LC共振的变速，由此，能够有效地利用马达。

关于本说明书公开的技术细节以及进一步的改良，通过以下的“具体实施方式”来说明。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及工业和技术重要性，其中相同的数字表示相同的部分。

图1是实施例的电动汽车的电力系统的框图。

图2是马达的TN线图。

图3是用于避免共振的变速处理的流程图。

具体实施方式

参照附图，对实施例的电动汽车100进行说明。图1示出了电动汽车100的电力系统的框图。实施例的电动汽车100通过马达20来行驶。马达20为三相交流电动机。电动汽车100除了具有行驶用的马达20以外，还具有电池2、DC转换器12、变换器(inverter)13、平滑电容器7、变速器22、控制器9。

电池2例如为锂电池，其输出电压例如为200伏特。马达20的驱动电力例如为200伏特到600伏特之间。马达20的驱动电力有时高于电池2的输出电力，因此，电动汽车100具有DC转换器12。DC转换器12具有使施加于低电压端12a、12b的电压升压并输出到高电压端12c、12d的升压功能以及使施加于高电压端12c、12d的电压降压并输出到低电压端12a、12b的降压功能这双方。即，DC转换器12为双向DC-DC转换器。

DC转换器12具有滤波电容器3、电抗器4、功率晶体管6a、6b和两个二极管。两个二极管分别与功率晶体管6a、6b以反向并联的方式连接。两个功率晶体管6a、6b串联连接在高电压端12c、12d之间。电抗器4的一端与低电压端的正极12a连接。电抗器4的另一端与两个功率晶体管6a、6b的串联连接的中点连接。滤波电容器3连接在低电压端的正极12a与负极12b之间。低电压端的负极12b与高电压端的负极12d直接连接。

正极侧的功率晶体管6a参与降压工作，负极侧的功率晶体管6b参与升压工作。在向正极侧的功率晶体管6a和负极侧的功率晶体管6b提供互补的驱动信号时，通过平衡施加于低电压端12a、12b电压与施加于高电压端12c、12d的电压，使升压工作和降压工作被动地切换。该功能适合于在驾驶者踩下制动器时马达20进行发电的电动汽车。即，马达20在驾驶者踩下加速器踏板时输出转矩，在驾驶者踩下制动器时生成再生电力。DC转换器12需要根据驾驶者的随机的踏板操作来切换升压功能和降压功能。DC转换器12使升压工作和降压工作被动地切换，因此，在不需要与驾驶者的踏板操作对应的切换控制这方面是优越的。再生电力用于对电池2充电。

DC转换器12的高电压端12c、12d与变换器13的直流输入端13a、13b连接。变换器13具有6个功率晶体管8a-8f和6个二极管。6个功率晶体管8a-8f具有串联连接的3对功率晶体管。3组的串联连接并联连接在直流输入端的正极13a和负极13b之间。6个二极管分别与6个功率晶体管8a-8f以反向并联的方式连接。从3组的串联连接的各自的中点输出交流。从3组的串联连接的中点输出三相交流。

在DC转换器12与变换器13之间，并联连接有平滑电容器7。换言之，平滑电容器7连接在变换器13的直流输入端的正极13a和负极13b之间。平滑电容器7是为了抑制在DC转换器12与变换器13之间流动的电流的脉动而设置的。

DC转换器12的功率晶体管6a、6b和变换器13的功率晶体管8a-8f由控制器9控制。控制器9根据当前的马达20的转速、加速器开度等来决定马达20的目标输出。马达的目标输出被转换为DC转换器12的目标电压和变换器13的目标频率。控制器9驱动DC转换器12的功率晶体管6a、6b以实现目标电压，驱动变换器13的功率晶体管8a-8f以实现目标频率。此外，在马达20安装有转速传感器21，转速传感器21计测出的马达20的转速被发送给控制器9。在图1中，虚线箭头表示信号线。控制器9基于转速传感器21的计测数据和对提供给马达20的电流进行计测的未图示的电流传感器的计测数据，对马达20(变换器13)进行反馈控制。

在图1中，以一个矩形表示控制器9。控制器9也可以通过与保存有程序的存储装置和多个中央运算装置进行协作来实现其功能。

马达20的输出轴与变速器22连接。变速器22的输出轴经由车轴和差速器，与驱动轮23连接。变速器22可以是有级变速器，也可以是无级变速器(CVT)。变速器22也由控制器9控制。

如图1所示，电池2、滤波电容器3、电抗器4和平滑电容器7始终连接。滤波电容器3、平滑电容器7和电抗器4构成LC电路，有时会产生LC共振。LC共振会使功率晶体管6a、6b、8a-8f产生的纹波电流增大，加大电力损耗。因此，期望抑制LC共振。在控制器9中，安装有抑制LC共振的算法。以下，对抑制LC共振的处理进行说明。

控制器9为了驱动变换器13，切换使用PWM控制和矩形波控制。另外，PWM控制需要生成载波，但控制器9根据预定条件分开使用几个载波频率。关于变换器的PWM控制和矩形波控制，因公知而省略详细说明。

图2示出了马达20的TN线图。TN线图是横轴取马达20的转速、纵轴取马达20的输出转矩的曲线图。TN线图示出了切换PWM控制和矩形波控制的条件以及切换载波频率的条件。

控制器9在马达20的转速比转速N3低的区域中，执行PWM控制。控制器9在比转速N3高的区域、进而输出转矩也高的区域(图2的区域(H))中，切换为矩形波控制。为了帮助理解，执行矩形波控制的区域(H)以灰色涂覆。

另外，实施PWM控制的区域根据转速和输出转矩，分割为7个区域，在各个区域使用不同的载波频率。在转速低于转速N1且输出转矩高于转矩Ta的区域(A)中，载波频率设定为频率fa。在转速低于转速N1且输出转矩低于转矩Ta的区域(B)中，载波频率设定为频率fb。在转速处于转速N1与转速N2之间且输出转矩高于转矩Ta的区域(C)中，载波频率设定为频率fc。在转速处于转速N1与转速N2之间且输出转矩低于转矩Ta的区域(D)中，载波频率设定为频率fd。在转速处于转速N2与转速N3之间且输出转矩高于转矩Ta的区域(E)中，载波频率设定为频率fe。在转速处于转速N2与转速N3之间且输出转矩低于转矩Ta的区域(F)中，载波频率设定为频率ff。在转速高于转速N3且输出转矩低于转矩TL(N)的区域(G)中，载波频率设定为频率fg。“转矩TL(N)”表示如下情况：马达20的输出转矩由根据马达20的转速N而变化的函数表示。图2中的实线TL(N)表示输出转矩的转速依存关系。在执行矩形波控制的区域(H)中，不使用载波。

在图1的LC电路的共振频率(或共振频率的整数倍)接近功率晶体管6a、6b、8a-8f中的某一个的纹波频率时，会产生LC共振。在本说明书中，“共振频率”的表述意味着“共振频率或共振频率的整数倍”。

关于纹波频率，在PWM控制中，与载波频率相等，在矩形波控制中，与马达20的旋转频率相等。因此，控制器9在选择了接近LC共振频率的载波频率的情况下，使变速器22变速，在使用不同的载波频率的区域中，改变马达20的转速和输出转矩。

图3示出了控制器9所执行的用于避免LC共振的变速处理的流程图。在本实施例中，假定对图2的TN线图的区域(C)分配了接近LC共振频率的载波频率，对此外的区域(A)、(B)、(D)-(G)分配了距共振频率较远的载波频率。区域(C)为马达20的转速处于转速N1与转速N2之间且输出转矩大于Ta的范围。

另外假定，在作为矩形波控制区域的区域(H)中，转速N4与转速N5之间的转速为接近共振频率的转速。实际上，转速N4与转速N5之间的转速Ns与共振频率一致，在包含该转速Ns的频段(转速N4到N5之间的频段)会显著产生LC共振。

控制器9定期地执行图3的处理。控制器9取得当前的马达20的转速和输出转矩，判断第1条件是否成立(步骤S2)。第1条件是这样的条件：当前的马达20的在转速处于转速N1与转速N2之间且当前的输出转矩大于Ta。在第1条件成立时，产生LC共振。因此，控制器9在第1条件成立的情况下，对变速器22发送变速指令(步骤S2：是，S4)。具体而言，控制器9指令变速器22降档。即，使变速档逐档降低。在降档后，变速器22的变速比变大，为了使变速前的车速与输出转矩匹配，马达20的转速变高，输出转矩降低。

以下，将行驶时的马达20的转速和输出转矩称作马达20的驱动状态。马达20的驱动状态在图2的TN线图中以点来表示。例如，驱动状态从图2的点P1起，马达的转速(车速)逐渐升高。驱动状态从图2的点P1移动到点P2。点P2是区域(A)与区域(C)的边界。在驱动状态进入区域(C)时，图3的步骤S2的判断为“是”，控制器9指令变速器22降档。因变速器22的降档，马达20的转速急剧升高，同时输出转矩急剧下降，驱动状态从点P2一下子移动到点P3。点P3属于区域(D)。在区域(D)中，载波频率fd远离LC共振频率，不产生LC共振。即，避免了LC共振。

另外，控制器9取得当前的马达20的转速和输出转矩，判断第2条件是否成立(步骤S3)。第2条件是这样的条件：在执行矩形波控制的区域(H)中，当前的马达20的转速处于转速N4与转速N5之间。执行矩形波控制是如下情况：转速大于转速N3且马达20的输出转矩大于转矩TL(N)。因此，上述第2条件可以表达为，当前的马达20的转速处于转速N4与转速N5之间，且当前的输出转矩大于转矩TL(N)。如前面所述，转矩TL(N)表示输出转矩TL根据马达20的转速N而变化这样的关系。在第2条件成立的情况下，控制器9对变速器22发送变速指令(步骤S3：是，S4)。具体而言，控制器9指令变速器22降档。即，使变速档逐档降低。在降档后，变速器的变速比变大，用于使此前的车速与输出转矩匹配的马达20的转速升高，输出转矩降低。

例如，马达20的驱动状态从图2的点P4起，马达的转速(车速)逐渐升高。在驱动状态进入矩形波控制的区域(H)时，控制器9将针对变换器13的控制从PWM控制切换为矩形波控制。进而，在马达20的转速升高后，驱动状态移动到图2的点P5。点P5是上述第2条件成立的边界。在转速超过N4时，图3的步骤S3的判断成为“是”，控制器9指令变速器22降档。因变速器22的降档，马达20的转速急剧升高，同时输出转矩急剧下降，驱动状态从点P5一下子移动到点P6。点P6脱离了产生LC共振的转速区域(转速N4和N5之间的区域)。因此，不产生LC共振。即，避免了LC共振。

在步骤S2和S3的处理均为否的情况下，产生LC共振的可能性较小，因此不进行用于避免共振的变速，结束图3的处理。通过定期地执行图3的处理，避免了LC共振。

在马达20的转速处于预定范围且马达20的输出高于预定的输出阈值的情况下，实施例的电动汽车100进行变速。马达20的转速处于预定范围且马达20的输出比预定输出阈值高的范围，是功率晶体管6a、6b、8a-8f中的某一个的纹波频率接近LC电路的共振频率的情况。控制器9控制变速器(变速档)以使纹波频率不接近LC电路的共振频率，避免LC共振。在输出转矩小于预定转矩阈值(实施例的转矩Ta和转矩TL(N))的情况下，产生LC共振的可能性较小，因此，不进行用于避免LC共振的变速。

记述在与实施例中说明的技术相关的注意点。控制器9也可以存储多个与图2所示的TN映射(表示可能会产生LC共振的范围的TN线图)相似的TN映射，并根据条件切换TN映射。例如，控制器9也可以根据DC转换器12或变换器13的温度来切换TN映射。或者，也可以根据驱动器的开关操作，对运动模式或经济模式这样的给出不同驾驶性能的多个TN映射进行切换。针对各TN映射，确定可能会产生LC共振的固有范围。无论哪个TN映射，都根据马达20的转速和输出转矩确定可能会产生LC共振的区域。控制器9通过公式的形式或数据组的形式来存储TN映射。

在实施例中，用于避免LC共振的针对变速器的指令为降档指令。用于避免LC共振的针对变速器的指令也可以是升档指令。

涉及到变速比，马达的转速和车速是唯一的关系。因此希望注意的是，将本说明书中的“马达的转速”换言之为“车速”也是同义的。实施例中的转矩Ta和转矩TL(N)相当于输出阈值的一例。还希望注意的是，马达的输出转矩与对马达的提供电流(或提供电力)之间也是唯一的关系，故而将实施例中的“输出转矩”换言之为“向马达提供的电流”或“向马达提供的电力”也是同义的。

图3的变速控制是用于避免LC共振的控制规则。控制器9实施图3的变速控制之外的、用于提高驾驶性能的变速控制。

本说明书公开的技术可以应用于具有马达和发动机这双方来用于行驶的混合动力车或具有燃料电池作为电源的燃料电池车。

以上，对本发明的具体例子进行了详细说明，这些只是示例，不限制权利要求的范围。权利要求书所述的技术包含对以上所例示的具体例子进行各种变形、变更而得到的技术。本说明书或附图说明的技术要素单独或通过各种组合来发挥技术有用性，不限于申请时权利要求所记载的组合。另外，本说明书或附图所例示的技术可同时达成多个目的，达成其中一个目的本身也具有技术有用性。

Claims (3)

1.一种电动汽车，其特征在于，具有：

行驶用的马达；

与所述马达连接的变速器；

电池；

变换器，其构成为将所述电池输出的直流电力变换为用于驱动所述马达的交流电力；

电容器，其连接在所述变换器的直流输入端的正极与所述变换器的所述直流输入端的负极之间；以及

控制器，所述控制器根据基于所述马达的转速和输出转矩确定的动作点来切换矩形波控制与PWM控制而控制所述马达，并且控制所述变速器的变速档，

所述控制器，

针对作为对所述马达进行所述PWM控制的所述动作点的范围的、所述转速处于第1转速与第2转速之间且所述输出转矩为预定的第1转矩以上的第1动作点范围，将所述PWM控制的载波频率设定为包括所述电容器的LC电路的共振频率附近，对该第1动作点范围以外设定其他载波频率，

将所述转速为比所述第2转速高的第3转速以上、且所述输出转矩为预定的第2转矩以上的所述动作点的范围分配为所述矩形波控制，

在对所述马达进行PWM控制且所述动作点处于所述第1动作点范围的情况下，变更所述变速档，

在对所述马达进行矩形波控制且所述转速处于所述共振频率附近的情况下，变更所述变速档。

2.根据权利要求1所述的电动汽车，其中，

所述控制器构成为通过实施降低所述变速器的变速档的降档控制来变更所述变速器的变速档。

3.一种电动汽车的控制方法，

所述电动汽车包含：行驶用的马达；与所述马达连接的变速器；电池；变换器，其构成为将所述电池输出的直流电力变换为用于驱动所述马达的交流电力；电容器，其连接在所述变换器的直流输入端的正极与所述变换器的所述直流输入端的负极之间；以及控制器，所述控制器根据基于所述马达的转速和输出转矩确定的动作点来切换矩形波控制与PWM控制而控制所述马达，并且控制所述变速器的变速档，

所述控制方法的特征在于，包括：

通过所述控制器，

针对作为对所述马达进行所述PWM控制的所述动作点的范围的、所述转速处于第1转速与第2转速之间且所述输出转矩为预定的第1转矩以上的第1动作点范围，将所述PWM控制的载波频率设定为包括所述电容器的LC电路的共振频率附近，对该第1动作点范围以外设定其他载波频率，

将所述转速为比所述第2转速高的第3转速以上、且所述输出转矩为预定的第2转矩以上的所述动作点的范围分配为所述矩形波控制，

在对所述马达进行PWM控制且所述动作点处于所述第1动作点范围的情况下，变更所述变速档，

在对所述马达进行矩形波控制且所述转速处于所述共振频率附近的情况下，变更所述变速档。

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