電功率耗散控制的制作方法
【專利摘要】一種用于控制電動馬達的方法和裝置。電動馬達裝置包括：具有馬達定子繞組的電動馬達；電池；電池控制模塊，所述電池控制模塊與所述電池聯(lián)接且被配置成監(jiān)控和檢測所述電池的狀態(tài)；和馬達控制單元，所述馬達控制單元與所述電池和所述電池控制模塊聯(lián)接且被配置成基于來自所述電池控制模塊的表示所述電池的狀態(tài)的信號選擇所述電動馬達的操作。所述馬達控制單元選擇正常馬達控制操作、功率耗散馬達控制操作或放電操作。在所述功率耗散馬達控制操作期間，來自制動轉(zhuǎn)矩的功率在所述電動馬達的馬達定子繞組中被耗散。
【專利說明】電功率耗散控制

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混合動力汽車(HEV)和純電動汽車(BEV)的領(lǐng)域，更具體地，涉及用于混合動力汽車和純電動汽車的電功率耗散系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]永磁同步馬達(PMSM)被廣泛用在混合動力汽車和純電動汽車中。在永磁同步馬達中，由于內(nèi)嵌式永磁(IPM)馬達的高功率密度、高效率和寬速度范圍，其為用于HEV/BEV應(yīng)用的最常用的馬達。
[0003]當(dāng)混合動力汽車或純電動汽車處于電動模式(即，當(dāng)汽車僅僅運行電動馬達而沒有內(nèi)燃機的協(xié)助時的模式)時，汽車需要給予駕駛員同常規(guī)的僅使用內(nèi)燃機的汽車相比類似的驅(qū)動性能?；旌蟿恿ζ嚭图冸妱悠嚨乃谕奶卣髦皇蔷哂信c常規(guī)汽車相似的滑行性能。這需要當(dāng)釋放加速踏板時，電動馬達向汽車提供一定制動轉(zhuǎn)矩。換句話說，機械動力轉(zhuǎn)換成電力，且反饋給電池。這也稱為滑行再生制動。再生制動為通過將汽車的動能轉(zhuǎn)換成另一種形式而使汽車減速的能量回收機制-在混合動力汽車和純電動汽車的情況下，動能轉(zhuǎn)換成電能。在常規(guī)的制動系統(tǒng)(即，用于內(nèi)燃機汽車的制動系統(tǒng))中，對比之下，額外的動能通過在剎車片中的摩擦而被轉(zhuǎn)換成熱；因此，額外的能量被浪費在這些汽車中。然而，對于混合動力汽車和純電動汽車，額外的能量可被儲存在電池或電容器組中供以后使用。
[0004]然而，在某些情況下，(如，當(dāng)電池的電荷狀態(tài)(SOC)高或電池溫度熱/冷時)，再生電流不允許返回到電池中。對于混合動力汽車或純電動汽車中的電池，電池的電荷狀態(tài)相當(dāng)于燃料表，其測量電池被充分充電的程度。因此，當(dāng)電池的電荷狀態(tài)高或電池溫度熱/冷時，達到或超過電池可容納的電量。照此，如果更多的功率被反饋給電池，則對于電池存在不利影響的可能性。
[0005]在某些情況下(如，當(dāng)SOC幾乎是滿的或電池溫度高時)，如果滑行再生不被允許，則電動馬達必須突然去除其所有制動轉(zhuǎn)矩，以防止電流(即，由動能轉(zhuǎn)換成的能量)對電池充電。這影響如由駕駛員感知和感覺的駕駛體驗的平穩(wěn)性。當(dāng)存在以上情況時，與當(dāng)不存在以上情況時相比，這將給以駕駛員不一致的驅(qū)動性能。因此，需要在所有情況下，即使當(dāng)再生電流不能被反饋給電池時，也允許在混合動力汽車和純電動汽車中的再生制動。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一方面，本公開提供了一種用于包括電動馬達的混合動力汽車的馬達控制裝置。所述裝置包括:電池控制模塊，該電池控制模塊與電池聯(lián)接且被配置成監(jiān)控和檢測所述電池的狀態(tài)；和馬達控制單元，該馬達控制單元與所述電池和所述電池控制模塊聯(lián)接，所述馬達控制單元被配置成基于從所述電池控制模塊中接收到的所述電池的狀態(tài)來選擇正常馬達控制操作、功率耗散馬達控制操作或放電操作中的一種。在所述功率耗散馬達控制操作期間，來自制動轉(zhuǎn)矩的功率在所述電動馬達的定子繞組中被耗散。
[0007]本公開還提供一種操作混合動力汽車的電動馬達的方法。所述方法包括在電池控制模塊處檢測汽車內(nèi)的電池的狀態(tài)；和在模式控制單元處基于所檢測到的所述電池的狀態(tài)，選擇所述電動馬達的正常操作、功率耗散操作或放電操作中的一種。在所述功率耗散操作期間，來自制動轉(zhuǎn)矩的功率在所述電動馬達的定子繞組中被耗散。
[0008]如本文所公開的，所述電池的狀態(tài)包括所述電池的電荷狀態(tài)、電池溫度和/或故障狀態(tài)。如果所述電池的電荷狀態(tài)低于預(yù)定值，則所述馬達控制單元選擇所述正常馬達控制操作，如果所述電池的電荷狀態(tài)高于預(yù)定值，則所述馬達控制單元選擇所述功率耗散馬達控制操作。
[0009]從下文提供的詳細描述和權(quán)利要求中，本公開的其他應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@而易見。應(yīng)當(dāng)理解，包括所公開的實施方式和附圖的詳細描述事實上僅僅是示例性的，僅出于說明的目的且不用來限制本發(fā)明的范圍、其應(yīng)用或用途。因此，不脫離本發(fā)明的主旨的變型在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1示出內(nèi)嵌式永磁操作平面；
[0011]圖2示出混合動力汽車的電氣系統(tǒng)的示意圖；
[0012]圖3示出根據(jù)本公開的具有電功率耗散處理的控制處理的框圖；和
[0013]圖4示出根據(jù)本公開的另一個實施方式的具有電功率耗散處理的控制處理的框圖。

【具體實施方式】
[0014]本文所描述的是這樣一種機構(gòu):對于混合動力汽車和純電動汽車(與具有內(nèi)燃機的常規(guī)汽車相比)，在約束條件下，維持一致的驅(qū)動性能。所公開的機構(gòu)提供路徑，以耗散由制動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的功率，而不產(chǎn)生任何反饋給電池的功率。此外，在某些情況下，該機構(gòu)甚至可以從電池中引出電流，同時仍產(chǎn)生所期望的電動馬達制動轉(zhuǎn)矩。在一些情況下，可取的是，將電流從電池中引出，以對電池放電(來防止電池過度充電情況)，或者對電池預(yù)熱(即，如果由于電池是冷的，電池充電功率極限是低的)，使得電池可以更快地提供滿功率。
[0015]當(dāng)馬達提供所需的電動馬達制動轉(zhuǎn)矩時，本文所描述的實施方式通過電動馬達的定子繞組耗散由制動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的功率，而不對電池充電。在同步參考系中，內(nèi)嵌式永磁馬達的穩(wěn)態(tài)電壓公式可表不為:
[0016](l)vds = RsIds-
[0017](2) Vqs = Rsiqs+ ω r (Ldids+ λ PM)
[0018]式中，vds、vqs、ids和iqs為在d-q參考系中的馬達電流和馬達電壓，OJr為轉(zhuǎn)子電頻率，Ld和Lq為定子的d軸電感值和q軸電感值，Rs為定子的電阻值，λ ρΜ為永磁磁鏈。
[0019]通過下式給出馬達轉(zhuǎn)矩輸出:
[0020]⑶Tem = (3Ρ/2) ( λ PMiq+ (Ld-Lq) idiq)
[0021]式中，P為馬達的極對數(shù)。
[0022]通過imax限制馬達電流:
[0023]⑷ids2+iqs2 < Ifflax2
[0024] 關(guān)于限定在公式⑴和公式⑵中的對于給定轉(zhuǎn)矩Tm的馬達模型，最小電流為從轉(zhuǎn)矩曲線到原點的最短距離i = λ/ idl+ Iql對于給定轉(zhuǎn)矩τ，最小電流為在電流d-q坐標(biāo)中




O
從轉(zhuǎn)矩曲線到原點的最短距離，最大轉(zhuǎn)矩電流比(MTPA)曲線可根據(jù)下面的公式獲得:[°。25]陽=
[0026]參照圖1，繪制了最大轉(zhuǎn)矩電流比(MTPA)曲線、最大轉(zhuǎn)矩電壓比(MTPV)曲線、電流極限圓(I極限)和轉(zhuǎn)矩曲線。也繪制了對于馬達⑴和馬達⑵的電壓橢圓。對于任何給定的轉(zhuǎn)矩、DC母線電壓和馬達速度，如在圖1中所示，存在轉(zhuǎn)矩曲線和電壓橢圓曲線。轉(zhuǎn)矩曲線與電壓橢圓和邊界線(如，MTPA曲線、MTPV曲線和電流極限圓)相交。可確定在最佳操作平面圖內(nèi)的唯一的一組最佳的參考電流id和參考電流i,。
[0027]對于給定的轉(zhuǎn)矩命令，可在沿著轉(zhuǎn)矩曲線的任意點上選擇馬達電流id和馬達電流iQO然而，如圖1所示，最佳的(即，最小的)馬達電流在MTPA曲線和轉(zhuǎn)矩曲線之間的交點處。為了保持相同的馬達轉(zhuǎn)矩輸出，已確定在馬達定子繞組中，更多的電流將耗散更多的功率或損耗。因此，本公開目的是通過更多可能的電流維持相同的轉(zhuǎn)矩輸出(注意:如果最大可能的功率需要被耗散，那么在同一轉(zhuǎn)矩曲線上將需要最高可能的電流imax)。在馬達定子繞組中總的功率耗散為:
[0028](6) P = 3Rs(ids2+iqs2)
[0029]來自電池或DC電源的功率為:
[0030](7)P = VdcIdc
[0031]通過馬達電流極限imax(即，電流極限圓半徑)限制最大功率耗散。對于給定的轉(zhuǎn)矩命令，如圖1所示，最大功率耗散電流命令在電流極限圓和轉(zhuǎn)矩曲線的交點處。通過上文提到的公式(3)和公式(4)，確定交點(id max，iq max)。
[0032]圖2示出混合動力汽車的電氣系統(tǒng)的概圖。電氣系統(tǒng)包括電池10，該電池10為與電池控制模塊20和電力電子設(shè)備和馬達控制單元30連接的電池。電池控制模塊20監(jiān)視和控制電池10的功能。例如，電池控制模塊20可檢測電池的電荷狀態(tài)和/或電池的溫度。電力電子設(shè)備和馬達控制單元30包含馬達控制處理40 (下文描述)且還與電動馬達50連接，該電動馬達50例如可以是內(nèi)嵌式永磁馬達。
[0033]圖3示出根據(jù)本公開的具有功率耗散處理60的示例性馬達控制處理40。在所期望的實施方式中，處理40在由控制單元30或其他處理器操作的軟件中實現(xiàn)。除了其他的處理之外，功率耗散處理60包括電流調(diào)節(jié)器處理62和i,處理64。電流調(diào)節(jié)器處理62 (例如，該電流調(diào)節(jié)器處理62可以是比例積分調(diào)節(jié)器)試圖將DC電流反饋調(diào)節(jié)至電流參考值。感測DC母線電SVd。和電流反饋id。且可通過公式(7)計算DC功耗P。根據(jù)針對通過系統(tǒng)中的馬達和其它負載的更多功耗的id?！讨?要么零要么正值)，DC電流反饋與參考值比較且被饋入電流調(diào)節(jié)器。例如，“其他的負載”可以是DC/DC轉(zhuǎn)換器(如，300V到12V)、力口熱器或冷卻器、和所有其他的與高壓DC母線連接的輔助負載。為了更加精確的計算，通過使用負載參考模型或查找表，可將輔助負載作為因素考慮到確定中。所命令的id通過公式
(6)來計算且被電流調(diào)節(jié)器處理62的輸出補償。還可通過利用可以考慮馬達/汽車參數(shù)不確定性和其他汽車功率負載的查找表而獲得所命令的id，以得到更高的功耗精度。
[0034]對于正常馬達轉(zhuǎn)矩控制(S卩，當(dāng)功率耗散模式不被需要時)的id計算、i,計算在處理42中進行。應(yīng)當(dāng)理解，處理42還可通過利用具有校正項目的查找表42’(如圖4所示)來實現(xiàn)，以適應(yīng)汽車中的馬達和其它負載的不確定性；這可以允許更加精確的計算。馬達定子電阻值還被定子溫度反饋補償。換句話說，馬達定子電阻被定子溫度反饋補償。因此，為了更加精確的計算，可以使用傳感器來感測溫度，且基于該溫度計算電阻值。對于給定的id和所命令的轉(zhuǎn)矩，通過公式(3)計算所命令的i,。id和i,由轉(zhuǎn)矩和電流極限圓的交點(id_，iq—_)限制。根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)是否處于功率耗散模式，馬達控制處理44將接受輸入正常的電流命令或所公開的新型功率耗散電流命令。
[0035]根據(jù)本公開，電池控制模塊20監(jiān)控電池10的狀態(tài)(如，SOC或電池的溫度)。根據(jù)電池的狀態(tài)，馬達控制處理40將切換馬達控制處理44的運行，以利用正常的馬達控制(即，在正常的電池條件下)或根據(jù)所公開的原則的所公開的功率耗散馬達控制處理(即，在約束的電池條件下)。通過在馬達定子繞組中耗散功率，汽車可以維持滑行制動轉(zhuǎn)矩，而不對電池充電，當(dāng)功率極限被約束時，這可以改善汽車的驅(qū)動性能。馬達控制處理不僅可以對電池產(chǎn)生零充電電流，還可按照規(guī)定的命令的DC放電電流來耗散來自電池的更多功率。這加速了電池的預(yù)熱過程，或者預(yù)防電池過度充電情況。
[0036]當(dāng)電池充電功率被約束時，所公開的實施方式還可用于瞬態(tài)動力傳動系統(tǒng)控制。例如，對于有源動力傳動系統(tǒng)阻尼控制，電池經(jīng)常被用作匯和源(sink and source)電動馬達功率的緩沖器，來阻尼動力傳動系統(tǒng)振蕩。如果電池充電功率被損害，則阻尼控制不能適當(dāng)?shù)仄鹱饔谩Ｍㄟ^本文所公開的功率耗散控制處理，即使在不利的條件下，也可維持一部分阻尼控制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于包括電動馬達的混合動力汽車的馬達控制裝置，所述裝置包括: 電池控制模塊，所述電池控制模塊與電池聯(lián)接且被配置成監(jiān)控和檢測所述電池的狀態(tài)；和 馬達控制單元，所述馬達控制單元與所述電池和所述電池控制模塊聯(lián)接，所述馬達控制單元被配置成基于從所述電池控制模塊接收到的所述電池的狀態(tài)來選擇正常馬達控制操作、功率耗散馬達控制操作或放電操作中的一種操作，并且其中，在所述功率耗散馬達控制操作期間，來自制動轉(zhuǎn)矩的功率在所述電動馬達的定子繞組中被耗散。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達控制裝置，其中，所述馬達控制單元包括處理器，其中，所述處理器被編程以執(zhí)行具有DC電流調(diào)節(jié)處理的功率耗散處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達控制裝置，其中，所述電池的狀態(tài)包括所述電池的電荷狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的馬達控制裝置，其中，如果所述電池的電荷狀態(tài)低于預(yù)定值，則所述馬達控制單元選擇所述正常馬達控制操作，且如果所述電池的電荷狀態(tài)高于預(yù)定值，則所述馬達控制單元選擇所述功率耗散馬達控制操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達控制裝置，其中，所述電池的狀態(tài)包括電池溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達控制裝置，其中，所述電池的狀態(tài)包括故障狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達控制裝置，其中，在所述定子繞組中耗散的總功率等于3Rs(ids2+iqs2)，式中，Rs為所述定子的電阻值，ids和iqs為在d-p參考系中的馬達電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達控制裝置，其中，對于根據(jù)下面的公式的給定轉(zhuǎn)矩，所述馬達控制單兀確定電流命令:
Tem= (3P/2)( APMiq+(Ld-Lq) idiq) 式中，！?為轉(zhuǎn)矩，λ PM為馬達轉(zhuǎn)子的永磁磁鏈，id和為在d-q參考系中的定子馬達電流，Ld和Lq為定子的d軸電感值和q軸電感值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達控制裝置，其中，所述電動馬達為內(nèi)嵌式永磁馬達。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達控制裝置，其中，所述放電操作從所述電池引出電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達控制裝置，其中，通過查找表或負載參考模型來確定所述馬達控制裝置中的輔助負載。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達控制裝置，其中，在所述正常馬達控制操作期間，來自制動轉(zhuǎn)矩的功率返回到所述電池。
13.一種操作混合動力汽車的電動馬達的方法，所述方法包括: 在電池控制模塊處檢測所述汽車內(nèi)的電池的狀態(tài)；和 基于所檢測到的所述電池的狀態(tài)，在模式控制單元處選擇所述電動馬達的正常操作、功率耗散操作或放電操作中的一種操作， 其中，在所述功率耗散操作期間，來自制動轉(zhuǎn)矩的功率在所述電動馬達的定子繞組中被耗散。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括向所述模式控制單元發(fā)送基于來自所述電池控制模塊的所述電池的狀態(tài)的信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述電池的狀態(tài)包括所述電池的電荷狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，如果所述電池的電荷狀態(tài)低于預(yù)定值，則所述馬達控制單元選擇正常馬達控制操作，如果所述電池的電荷狀態(tài)高于預(yù)定值，則所述馬達控制單元選擇功率耗散馬達控制操作。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述電池的狀態(tài)包括電池溫度和故障狀態(tài)中的一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括DC電流調(diào)節(jié)器處理，所述DC電流調(diào)節(jié)器處理將DC電流調(diào)節(jié)至DC電流參考值，因此控制所述馬達的定子繞組內(nèi)的功率耗散。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括對于根據(jù)下面的公式的給定轉(zhuǎn)矩計算電流命令的步驟:
Tem= (3P/2)( APMiq+(Ld-Lq) idiq) 式中，Tm為轉(zhuǎn)矩，λ ΡΜ為轉(zhuǎn)子的永磁磁鏈，id和i,為在d-q參考系中的定子馬達電流，Ld和Lq為定子的d軸電感值和q軸電感值。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述放電操作從所述電池引出電流。
【文檔編號】B60L7/00GK104159774SQ201280061100
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月13日
【發(fā)明者】冰·程, 戈羅·塔馬伊 申請人:克萊斯勒集團有限責(zé)任公司