專利名稱：使用雙端逆變器系統(tǒng)用整流器對能源充電的制作方法
iOT雙端逆變器系OT整流器對能源充電 對相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2007年7月30日提交的美國臨時(shí)專利申請序列號60,952,737 的的優(yōu)先權(quán)。
獄領(lǐng)域
這里描述的主題的實(shí)施例通常涉及，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，更特別地，本發(fā)明主題 的實(shí)施例涉及具有雙端逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合動(dòng)力車輛。
背景獄
如今，技術(shù)上的發(fā)展以及在樣式上的不斷發(fā)展的體驗(yàn)，已經(jīng)在汽車的設(shè)計(jì) 上引起了重大變化。其中一個(gè)變化包括汽車中的功率使用和各種電氣系統(tǒng)的復(fù) 雜性，尤其是^ffl燃料^，例如混合動(dòng)力、電動(dòng)和燃料電池車輛。電動(dòng)的和/ 或混絲力^PT以被設(shè)計(jì)為i頓電能作為牽引功率的主要來源。然而，電能 的供給以及因此糊的可實(shí)現(xiàn)工作范圍受限于鵬擇作為能源的部件。
包括用在這種車輛中的電動(dòng)機(jī)(electricmotor)的許多電氣部件接收來自交 流(AC)電源的電功率。然而，在這種應(yīng)用中所f頓的功麵(例如電池(battery)) 只鄉(xiāng)直流(DC)功率。因此，艦稱為"功率逆變器'的設(shè)備將DC功斜專換 成AC功率，其通常^ffi幾個(gè)操作在不同時(shí)間間隔的開關(guān)或晶體管將DC功率 轉(zhuǎn)換成AC功率。
麟，這種糊，尤其魏料電池糊，通常艦兩個(gè)分離的電壓源(例 如電池(battery)和燃料電池)來給驅(qū)動(dòng)車輪的電動(dòng)機(jī)供電。諸如直流-直流 (DC/DC)轉(zhuǎn)換器的"功率轉(zhuǎn)換器"通常用于管理和傳輸來自這兩個(gè)電壓源的功 率?，F(xiàn)代的DC/DC轉(zhuǎn)換器通常包括由電感器電錢的晶體管。MM^制於晶 體管的狀態(tài)，所期望的平均電流可以皿感應(yīng)器傳遞(impress)，并且因， 制兩個(gè)電壓源之間的功率流(power flow)。
功率逆變器和功率轉(zhuǎn)換器兩者的使用大大增加了汽車的電氣系統(tǒng)的復(fù)雜
性。兩種類型的設(shè)備所需要的附加部件也增加了，的總成本和重量。因此已
經(jīng)開發(fā)了系統(tǒng)和方法，用于操作耦合到多功率源的馬達(dá)(motor)，而不需要
DC/DC轉(zhuǎn)換器，同時(shí)M:利用^UI變器電氣系^S大化該馬達(dá)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種用于 的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的^S。該電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括配置成
給^ji供牽引功率的電動(dòng)機(jī)。第一逆變器耦合到該電動(dòng)機(jī)并被ssa成為電動(dòng) 機(jī)提供交流電。第一能源耦合至第一逆變器，其中第一逆變器配置^s—能 源和電動(dòng)t;it間,功率流(powerflow)。第zai變器耦合至電動(dòng)aEjea成 向電動(dòng)機(jī)提供交流電。整流器耦合至第二逆變器且配置成產(chǎn)戰(zhàn)流輸出。第二
逆變器MfiSm整流器向電動(dòng)豐幾,功率。
提供了一種用于汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的裝置。該汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括Sdg成提， 弓l功率的電動(dòng)機(jī)。第一逆變器耦合至該電動(dòng)機(jī)且隨成向電動(dòng)機(jī)提供交流電。
第一能源耦合至第一逆變器，其中第一逆變器配置成在第一能源和電動(dòng)機(jī)之間 提供功率流。第二逆變器耦合至電動(dòng)機(jī)且配置成向電動(dòng)機(jī)提供交流電。第二能
源耦合至第二逆變器，其中第二逆變器配置成在第二能源和電動(dòng)機(jī)之間提供功 率流。整流 耦合在第一能源和第一逆變器之間，4吏ff^流器和第一能源是
電并聯(lián)的，其中整流器saa,^m流輸出。
提供了一種利用耦合至第一能源和整流器的雙端逆變器系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī) 的方法。所,流器耦合至發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)耦合至內(nèi)燃機(jī)。該方法包括調(diào)制 雙端逆變器系統(tǒng)以絲一能源向電動(dòng)t鵬供功率，以M控第一能源的荷電狀
態(tài)(state of charge)。如果荷電狀劍氐于閾值，該方法還包括 ^電禾/0\內(nèi)燃 機(jī)向雙端逆變器系統(tǒng)提供功率。
該概要以簡化的形式介紹了一些,的概念，在下面的具體實(shí)施方式
部分 將進(jìn)一步描述這些mr。本概要既不打算確定所要求保護(hù)主題的關(guān)鍵特征或本 質(zhì)特征，也不打算用作在確定所要求保護(hù)的主題的范圍時(shí)的輔助。


對于本發(fā)明主題更全面的理解可以通過結(jié)合下面附圖參照具體實(shí)M式和 權(quán)利要求書得以實(shí)現(xiàn)。其中在旨附圖中，同樣的附圖標(biāo)記標(biāo)識類似的元件。
圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示范性汽車的框亂
圖2魏于用在圖1的汽車中的雙端逆變器系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖3騒于用在圖1的汽車中的雙端逆變器系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖;
圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的馬達(dá)控制ai呈的^f呈圖。
具體實(shí)施例方式
下面的詳細(xì)描述本質(zhì)上僅僅是說明性的，并不打算P艮制本發(fā)明主題的實(shí)施 例m^實(shí)施例的應(yīng)用和使用。如這里所使用的，詞語"示范性"意味著"作為一 ，仔，實(shí)例或例i正'。這里所描述的作為示例的任何實(shí)施方式都不Ji^、須M 釋為比其它實(shí)施方式更皿或有利。另外，也不打算要受到任何在前述的技術(shù) 領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容和下面的具體描述中所給出的明示的或暗示的理論 的限制。
下面描述涉及被'連接"或'耦合'在一起的元件或節(jié)點(diǎn)或特征。如這里所使 用的，除非另有明確聲明，否則"5ST意^l^個(gè)元件/節(jié)點(diǎn)/特征直麟合至另
一個(gè)元件/U點(diǎn)/特征(或與其直接通信)，而且不一定JM5imM方式。同樣地，
除非另有明確聲明，否則"耦合"意蹄一個(gè)元件/1 點(diǎn)潛征直接或間離合到另 一個(gè)元件/節(jié)點(diǎn)應(yīng)征(或直接或間接地與其通信)，而且不一定JiM過tW方式。 因此，盡管這里所顯示的示意圖描繪了元件的示范性布置，但是附加的中間元 件、設(shè)備、特征或部件可以出現(xiàn)在所描述的發(fā)明主題的實(shí)施例中。財(cái)卜，術(shù)語"第 一"、"第二"和其它這種標(biāo)結(jié)構(gòu)的數(shù)字術(shù)語并不暗示 辨鄉(xiāng),，除非上下文 有明確指示。
為了簡短起見，涉及系統(tǒng)的信令、傳/i^和其它功能方面(以及系統(tǒng)的各
個(gè)操作部件)的常規(guī)K^將不在這里詳細(xì)描述。1 鄰，包括在這里的各個(gè)圖中 所顯示的連接線意在^撥各種元件之間的示范性功能關(guān)系和/或物理耦合。應(yīng)當(dāng) 注意的是，許多可選的或附加的功能關(guān)系或物理,可以存在于本發(fā)明主題的 實(shí)施例中。
這里附寸論的技斜卩mr涉^于iOT雙端逆變器系統(tǒng)e^^s的燃料效
率的系統(tǒng)和方法。電能源可以被用作牽引功率的主能源，范圍延伸(range extending)內(nèi)燃機(jī)可以用于操作馬達(dá)并在車輛允許期間按需求為能源進(jìn)行再充 電。
現(xiàn)在參照圖i,根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，^5^n車iio包括底盤m、車身U4、
四個(gè)車輪116和電子控制系統(tǒng)118。車身114被安裝在底盤112上并且充彌閉 汽車110的其它部件。車身114和底盤112可以共同構(gòu)^架。 ， 116 都是在^S車身114的相應(yīng)拐角處可旋轉(zhuǎn)地g到底盤112。
汽車110可以是許多不同鄉(xiāng)的汽車中的任一種，例如轎車、貨車、卡車 ^E動(dòng)型多功能判SUV)，并且可以是兩輪驅(qū)動(dòng)(2WDX即后輪驅(qū)動(dòng)或前輪驅(qū)動(dòng))、 四輪驅(qū)動(dòng)(4WD)、或全輪驅(qū)動(dòng)(AWD)。汽車110也可以合并許多不同， 的發(fā)動(dòng)機(jī)(engine)的任何一種或組合，例如汽油蝶油燃料燃燒機(jī)，"靈活燃 料型輔，(EFV)發(fā)動(dòng)機(jī)(即j頓汽油酒精混溯)、氣體化，(例如氫氣 和天然氣)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、燃傲電動(dòng)馬達(dá)混合發(fā)動(dòng)機(jī)以及電動(dòng)機(jī)。
在圖1所示的示范性實(shí)施例中，汽車110進(jìn)一步包括馬達(dá)120 (，是電 動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)，牽引式電動(dòng)機(jī)等等)、第一能源122、整流器124、功率逆變器 組件126、散熱器128以皿電機(jī)組130。發(fā)電機(jī)組130包括發(fā)電機(jī)132和發(fā)動(dòng) 機(jī)134，如下面更加詳細(xì)地描述的。在各種實(shí)施例中，汽車110還可以包括第二 能源136。在允許期間，M31利用馬達(dá)120為^ 116提供功率來操作汽車110， 馬達(dá)120以交替的方式禾n/或同時(shí)地接收來自第一能源122、整流器124柳， 二能源136的功率。
如戶; ^的，第一能源122和整流器124與電子控制系統(tǒng)118和功率逆變器 組件126可操作:tfeffi信稱或電連接到電子控制系統(tǒng)118和功率逆變器組件126。 按照一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，第二能源136被耦合到功率逆變器組件126，第二能源 136電并聯(lián)于整流器124并與電子控制系統(tǒng)118處于可操作通信。在示范性實(shí)施 例中，整流器124齢至發(fā)電t艦130，如下面更詳細(xì)描述的。
盡管沒有示出，能源122、 136可以根據(jù)實(shí)施例而改變，且可以是相同的或 不同的，。實(shí)際上，能源122、 136可以包括電池(battery)、燃料電池(fiiel cell)、超電容器，或其它合適的電壓源。電池可以競于用在期望的應(yīng)用中的 樹可類型的電池，例如鉛酸電池、鋰離子電池、H^屬電池或另一種可充電電 池。
在示范性實(shí)施例中，馬達(dá)120是多相交流(AC)馬達(dá)，且包括一組繞組(或 線圈)，其中^^繞組對應(yīng)于馬達(dá)120的一相。盡管沒有示出，馬達(dá)120包括 定子總成(包括線圈)、轉(zhuǎn)子總成(包括鐵磁芯)和冷卻流體(即冷卻劑)，
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。馬達(dá)120可以是感應(yīng)馬達(dá)、永磁體馬達(dá)、或任何適合于所期望的應(yīng)用的類型。如圖1所示，馬達(dá)120還可以包,，其中的 3 1器，使得馬達(dá)120和變速器M—個(gè)多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸138而機(jī)械的耦合合到至少 —些車輪116。
g范性實(shí)施例中，散 128連接到車架的外部，并且盡管也沒有詳細(xì)
示出，其包括含有諸如7jatv或乙二醇(即"防凍齊ij")的7賴[]流體(即;ti,)
的多個(gè)冷卻衝直，并且耦合至功率逆變器組件126和馬達(dá)120。在一個(gè)實(shí)施例中， 功率逆變器組件126接收且和馬達(dá)120共享辨蹄J。在可選實(shí)施例中，功率逆 變器組件126和/或馬達(dá)120可以是氣冷的。
標(biāo)范性實(shí)施例中，電子控制系統(tǒng)118與馬達(dá)120、第一能源122、整流器 124、功率逆變離件126、發(fā)電機(jī)組130禾P/麟二能源136可操作通信。盡管 沒有詳細(xì)顯示，電子控制系統(tǒng)118可以包括各彬?qū)i^和諸如逆變離帝贖塊 和^^控制器的自動(dòng)(automotive)控律贖塊或電子控庫俾元(ECU)，以涯 少一個(gè)鵬器稱或存儲器，該存儲器包括存儲于其上(或在另一種計(jì)飾可讀 介質(zhì)中)的用于實(shí)施下面描述的步驟和方法的指令。
現(xiàn)在參照圖2，按照一個(gè)實(shí)施例，雙端逆變器系統(tǒng)200適用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)120。 雙端逆變器系統(tǒng)200包括具有一組繞組220的馬達(dá)120、第一能源122、整流器 124、功率逆變器組件126和控律幡202。為了給馬達(dá)120供電，分別絲一能 源122和整流器124 ,直流功率給功率逆變器組件126的第一和第二逆變器 204、 206,第一和第二逆變器204、 206將直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率，如本領(lǐng)域 通常所理解的。第一和第二逆變器204和206基 5、命令的艦(即命令 的同步幀電流(synchronous frame cunent))和通常所理解的其它馬達(dá)參數(shù)而在 繞組220 (或相)兩端產(chǎn)生交流電壓。
再次參考圖2，功率逆變器組件126包括第一逆變器204和第二逆變器206， 每一，變器包括六個(gè)具有反并聯(lián)二極管(也就是反并聯(lián)于旨開關(guān))的開關(guān) (例如半導(dǎo)元件，諸如晶,禾n/或開關(guān))。如所示，逆變器204和206中的開 關(guān)被布置成三支腳(leg)(艦)，其中OT 208、 210和212綠一逆變器 204中，支腳214、 216和218在第1變器206中。在示范性實(shí)施例中，繞組 220在其中相對端電耦合在第一逆變器204中支腳208、 210、 212的開關(guān)與第二 逆變器206中支腳214、 216、 218的開關(guān)之間。雙端逆變器系統(tǒng)200也可以包
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說明書第6/9頁
括第一和第二電織222和224，第一和第二電容器分別與第一 能源122和整流 器124并^^接以在運(yùn)行期間平滑電流波紋。
標(biāo)范性實(shí)施例中，第—肯繊122船至第"4i變器204，整流器124耦 合至第二逆變器206。整流器124進(jìn)"^耦合至發(fā)電機(jī)132,發(fā)電機(jī)132,至 發(fā)動(dòng)機(jī)134。 ^:范性實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)134是產(chǎn)生機(jī)械能的內(nèi)燃機(jī)，如通常所 理解的。在各種實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)134可以用作汽車110的主tlit器，或可選 地，可以用作輔助或范圍擴(kuò)大的發(fā)動(dòng)機(jī)，如下面將更詳細(xì)描述的。
標(biāo)范性實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)132機(jī)^^至發(fā)動(dòng)機(jī)134，織電機(jī)132配 置鵬來自發(fā)動(dòng)機(jī)134的m^能轉(zhuǎn)換成電能。整流器124被電耦合至發(fā)電機(jī)132， 皿流器124 gSg自發(fā)電機(jī)132皿的電能轉(zhuǎn)換皿流電壓輸出(Vdc2) o 整流器124可以是六脈沖整流器、十二脈沖整流器^S合于給定應(yīng)用的另一種 鄉(xiāng)的整流器。
標(biāo)范性實(shí)施例中，控制器202與第一和第H^變器204、 206可操作艦 信禾P/或電耦合到第一和第^^變器204、 206?？貍メ?02響應(yīng)于(例如，艦 加3im板)從汽車110的駕駛員接收至啲的命令，瓶供命令給第一逆變器204 和第二逆變器206雜制逆變器204、 206的輸出，如將被描述的。在可選實(shí)施 例中，控律l藤202可以進(jìn)一步耦合至第一能源122、整流器124和/戯電機(jī)組 130，并且控偉i攞202可以隨成執(zhí)行附加任務(wù)和功能，如下面所詳細(xì)描述的。
標(biāo)范性實(shí)施例中，控偉微202隨成艦高'娜寬調(diào)制(PWM)來調(diào)制 和控審?fù)茸兤?04和206，如可以理解的。控偉蜷202鄉(xiāng)控帝瞎法，該控制算 法在,S^變器204、 206的電源之間實(shí)J，儲望的功率流，同時(shí)在馬達(dá)120 內(nèi)部產(chǎn)生命令的轉(zhuǎn)矩。，220兩端電壓的許多組合可以在馬達(dá)120中產(chǎn)生命 令的糊和實(shí)JJJIJ (棘自)第一能源122、整流器124和馬達(dá)120的戶脈望的 功率流。控帝幡202 , PWM信號以操作第一和第二逆變器204和206中的 開關(guān)，從而導(dǎo)致將所期望的輸出電壓施加到馬達(dá)120中繞組220的兩端，從而 禾擁所需要的轉(zhuǎn)^l^作馬達(dá)120，如在本領(lǐng)域會被理解的。
仍參考圖2，按照一個(gè)實(shí)施例，雙端逆變器系統(tǒng)200配置成最初獨(dú)M^ 第一能源122 H^功率給馬達(dá)120，如下面將更詳細(xì)描述的。第一能源122可以 是電池，其被設(shè)計(jì)為提M效的功率以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)120 ^ii^定的時(shí)間段和/或行 鄉(xiāng)巨離。在該時(shí)間段之后，如下面更詳細(xì)描述的，整 124禾P/戯電機(jī)組130
可以開始皿功率給馬達(dá)120和/，一能源122。
現(xiàn)在參照圖3，按照一個(gè)實(shí)施例，雙端逆變器系統(tǒng)300可以適于驅(qū)動(dòng)馬達(dá) 120。在示范性實(shí)施例中，雙端逆變器系統(tǒng)300包括馬達(dá)120、第一能源122、 整流器124、功率逆變器組件126、第二能源136和控希幡202。雙端逆變器系 統(tǒng)300的一些元#^似于上面參照圖1-2所描述的它們對應(yīng)的元件,并且將不會 在圖3的上下文中再多，詳細(xì)描述。
皿參照圖3，在示范性實(shí)施例中，第二能源136^至第變器206， 使得整流器124和第二能源136是電并聯(lián)的。按照一個(gè)實(shí)施例，第一能源122 Ji^電容器，其SfiS成充當(dāng)用于收回(rec邵ture)再生制動(dòng)育遣的髙功率能源， 并鵬二能源136是電池，其配置成向馬達(dá)120麟主牽弓l功率。在這種配置 中，第二能源136鄉(xiāng)流器124禾口/戯電豐腿130產(chǎn)生相對較低的電輸出(或 沒有電輸出)時(shí)麟穩(wěn)定的能源。在示范性實(shí)施例中，整流器124的電壓輸出 基本上等于能源122的電E (例如VDd-Voc2)。當(dāng)整流器124和/g電豐/lia 130在產(chǎn)生電輸出時(shí)，整流器124可以被用于給第二能源136充電(gp，實(shí)施類 似于傳統(tǒng)群交織電機(jī)的功能)禾n/或禾胸雙端逆變器系統(tǒng)300 5|^功率給 馬達(dá)120，如下面更加詳細(xì)描述的。
現(xiàn)在參照圖4，在示范性實(shí)施例中，雙端逆變器系統(tǒng)200、 300可以配置成 執(zhí)行馬達(dá)控制過程400和附加任務(wù)、功能和下面描述的操作。各種任務(wù)可以通 過軟件、硬件、固件或它們的任意組合來執(zhí)行。為了例證說明的目的，下面的 描述可以參考上面結(jié)合圖1-3蹈啲的元件。實(shí)際上，任務(wù)、功能和操作可以通 M0M^統(tǒng)中的不同元件來執(zhí)行，例如控制器202或電子控制系統(tǒng)118。應(yīng)當(dāng)理 解的是，招Bjmfi的附加的或可選的任務(wù)可以被包括于其中，并且可以被合并 到更力曠泛的具有這里沒有詳細(xì)描述的附加功能的辦^1^。
再次參考圖4，馬，制過程400可以在車輛起動(dòng)時(shí)響應(yīng)于來自車輛控制 ?！姥?例如電子控制單元或ECU)的信號或命令而被啟動(dòng)。在示范性實(shí)施例中， 雙端逆變器系統(tǒng)從能源為馬達(dá)Jlf共功率(任務(wù)402)。在此配置中，至少在操作 的初始階段，該能源 擇作為牽引功率的主能源。
[0039旌糊的操作期間，馬達(dá)控制MI呈400可以配置 控能源的荷電狀 態(tài)，并確定荷電狀態(tài)是否低于閾值(任務(wù)404)。育旨源的荷電狀態(tài)^^著反i!^J 余能量的量的其可用肯遣容量，并且因此給出能源可以繼續(xù)使用多長時(shí)間的指
示。較低的荷電狀態(tài)指示較低的剩余獸譴容量，且相反地，較髙的荷電狀態(tài)指 示較高的剩余能量容量。在示范性實(shí)施例中，閾值代表對于給定的能源所期望 的荷電狀態(tài)的下限。按照一個(gè)實(shí)施例，該荷電狀態(tài)下限鵬擇為最大化能源的
{頓，同時(shí)最優(yōu)化能源的壽命(或生命)。例如，閾值可以近似為能源初始荷
電狀態(tài)(或滿狀態(tài))的10-20%,以限制所使用的電量，所使用的電量傾向于減 小能源(例如電池)的絲。降低閾值齢從能源中使用更多的能量，但是， 使用更多的能量也會減小能源的壽命，反之亦然。
在示范性實(shí)施例中，如果荷電狀態(tài)低于閾值，馬達(dá)控制過程400可以配置成啟動(dòng)或起動(dòng)(例如通過提供命令或信號給發(fā)動(dòng)機(jī))(經(jīng)由發(fā)電機(jī)和整流器) 耦合至雙端逆變器系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)(任務(wù)406)。在這個(gè)實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電 機(jī)組用作范圍延伸發(fā)電機(jī)，因?yàn)槟茉磳⒑谋M且不能提供進(jìn)一步的牽引功率(也 就是，工作范圍被能源所P艮制)。應(yīng)當(dāng)理解的是，在可選實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可 以改為用作，主,器，而且已經(jīng)在運(yùn)行，其中任務(wù)406不是必須的。
標(biāo)范性實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)和/戯電機(jī)組具有一最優(yōu)的工作點(diǎn)，在該點(diǎn)上 能產(chǎn)生峰值能量效率，其中輸出能量(即來自發(fā)電機(jī)的電能)與輸入能量(即
發(fā)動(dòng)機(jī)所消耗的燃料)之比為最大值。在示范性實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)和、或電機(jī) 可被預(yù)先配置為基本接近該最優(yōu)工作點(diǎn)操作，或馬達(dá)控制過程4oo可命令發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電機(jī)處于基本接近最優(yōu)工作點(diǎn)的工作點(diǎn)。通過在峰值效率或接近于峰
，率操作發(fā)動(dòng)機(jī)和/或電機(jī)，可改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛的整體燃料經(jīng)濟(jì)性。
在示范性實(shí)施例中，馬達(dá)控制過程400根據(jù)系統(tǒng)的需求通過改變提供給逆變器的調(diào)制命令來給馬達(dá)和/或能源提供功率(任務(wù)408)。例如，如果馬達(dá)要
求比發(fā)動(dòng)機(jī)能提供的更多的功率(即更多的轉(zhuǎn)矩)，那么雙端逆變器系統(tǒng)中的 逆變器可以被調(diào)制為從能源和發(fā)動(dòng)機(jī)兩者(經(jīng)由發(fā)電機(jī)和整流器)給馬達(dá)提供 功率?？蛇x地，如果馬達(dá)要求比發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生(經(jīng)由發(fā)電機(jī)和整流器)的功率更 少的功率，貝IJ逆變器可以被調(diào)制為利用多余電育嫩能源充電。
在示范性實(shí)施例中，馬達(dá)控制過程400配置層監(jiān)控能源的荷電拔態(tài)并且確 定該荷電狀態(tài)是否超過了第二閥值(任務(wù)410)。此第二閥對應(yīng)于能源荷電狀 態(tài)的上限。第二閾值可以基于安全性和/或可靠性(即為了防ih51充電)或?yàn)榱?燃料經(jīng)濟(jì)性和/或效率原因(即能源被充分充電使得發(fā)動(dòng)機(jī)可以被關(guān)閉)。例如, 第二閾值可以近似為能源初始荷電狀態(tài)的80-90%。根據(jù)該實(shí)施例，與任務(wù)404
和任務(wù)410有關(guān)的用于對能源充電和/或放電的閾值可以被調(diào)整為最大化效率 (例如，電源和/或再生能源相對于例如燃料的不可再生能源的^ffi)禾P/或按需求優(yōu)化能源的壽命。
在示范性實(shí)施例中，如果荷電狀態(tài)大于第二閾值，馬達(dá)控制過程400配置成關(guān)閉或停戰(zhàn)動(dòng)機(jī)(例如，M3iJI供命令或信號給發(fā)動(dòng)機(jī))(任務(wù)412)。在不再需要時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)允許雙端逆變器系統(tǒng)在 ^操作期間最小化燃料消耗并 最大化電能的艦。馬達(dá)控制鵬400然后可以重新從電能源為馬iiH^功率,且可以在$ 作期間在無限期地重復(fù)任務(wù)402、 404、 406、 408、 410和412所定義的循環(huán)。
上面所述的系統(tǒng)和/或方法提供了一種擴(kuò)大電動(dòng)的和/或混合動(dòng)力的糊的 工作范圍同時(shí)最小化燃料消耗的方式。雙端逆變器系統(tǒng)的其它特征，例如不同 的功率流或功率傳遞也可以被實(shí)現(xiàn)。如上所述，馬達(dá)的性能沒有被削弱且仍然 可以在馬達(dá)中產(chǎn)生命令的^，同時(shí)允許多余的倉遣對能源充電。
在不同鄉(xiāng)的汽車中、不同的運(yùn)輸工具中(例如7KiiX具和飛行器)鵬 不同的電動(dòng)系統(tǒng)中其它實(shí)施例可以利用上述的系統(tǒng)和方法，因?yàn)樗梢栽跈C(jī)械 能被用以擴(kuò)大主電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的范圍的樹可情形中實(shí)施。此外，馬達(dá)和逆變器 可以具有不同數(shù)量的相，并且這里所述的系統(tǒng)不應(yīng)被解釋為受限于三相設(shè)計(jì)。
這里所討論的基本原理可以被擴(kuò)展到更高階相的系統(tǒng)，如本領(lǐng)J^; 理解的。其 它形式的能源可以被使用，比如電流源和包括二極管整流器、可控硅變換器、Ml斗電池、電^1、電容器和/或其l封可組合的負(fù)載。
雖然在前面詳細(xì)描述中給出了至少一個(gè)示范性實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是存 在大量的變型。也應(yīng)該理解的是，這里所討論的一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例不打 算以〗琉方式中限制所要求保護(hù)的主題的范圍、翻性或配置。相反，前面的 詳細(xì)描述將為本領(lǐng)域獄人員提供實(shí)鵬描述的實(shí)施例的便禾鵬導(dǎo)方針。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離權(quán)利要求書所限定的范圍的 下，在元件的功能和布置方面可以作出各種各樣的改變，本發(fā)明的范圍包括在本專利申請申請日之時(shí)的 已知的和可預(yù)見的等同物。
權(quán)利要求
1.一種用于交通工具的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括配置成為交通工具提供牽引功率的電動(dòng)機(jī)；耦合至電動(dòng)機(jī)的第一逆變器，該第一逆變器配置成為電動(dòng)機(jī)提供交流電；耦合至第一逆變器的第一能源，其中該第一逆變器配置成在第一能源和電動(dòng)機(jī)之間提供功率流；耦合至電動(dòng)機(jī)的第二逆變器，該第二逆變器配置成為電動(dòng)機(jī)提供交流電；以及耦合至第二逆變器的整流器，該整流器配置成產(chǎn)生直流輸出；其中該第二逆變器配置成從整流器向電動(dòng)機(jī)提供功率。
2. 如權(quán)利要求1所述的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合至第一逆變器和第二逆變器的控制器，雜制器配置^^第一能源、整流器和電動(dòng)豐ilt間實(shí)現(xiàn)期 望的功率流。
3. 如權(quán)利要求2所述的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合至整流器的發(fā)電機(jī)，微電機(jī)隨成向整流:t^電能。
4. 如權(quán)利要求3所述的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合至發(fā)電機(jī)的內(nèi)Mt幾,該內(nèi)腿隨成向發(fā)電m^繊能，其中發(fā)電機(jī)配置鵬機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。
5. 如權(quán)利要求4所述的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，第一能源具有荷電狀態(tài)，其中控制器耦合至第一能源且配置成監(jiān)控第一能源的荷電狀態(tài)；以及如果荷電狀劍氐于閾值，則從整流器向第一能源^i共充電功率。
6. 如權(quán)利要求5所述的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中控偉幡耦合至內(nèi)燃機(jī)且隨成 如果荷電狀劍氐于該閾 鵬動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。
7. 如權(quán)利要求6所述的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)具有對應(yīng)于峰值會遣效率的 指定的工作點(diǎn)，其中控制器配置自基本接近該指定的工作點(diǎn)的工作點(diǎn),作 內(nèi)艦。
8. 如權(quán)利要求6所述的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中控偉幡配置成如果荷電狀態(tài)大 于第二閾值，則停止內(nèi)^f幾。
9. 如權(quán)利要求4戶脫的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中第一能源是電池。
10. —種汽輔動(dòng)系統(tǒng)，包括 Sfifi成提t(yī)，弓l功率的電動(dòng)機(jī)；耦合至電動(dòng)機(jī)的第一逆變器，，一逆變器12S成向電動(dòng)機(jī)Jlf共交流電； ^至第一逆變器的第一能源，其中該第一逆變器配置自第一能源和電動(dòng)助、鵬供功率流；耦合至電動(dòng)機(jī)的第^t變器，織二逆變器!Sg成向電動(dòng)機(jī)提供交流電； 耦合至第1變器的第二能源，其中，二逆變器配置自第二能源和電動(dòng)te間皿功率流；以及!l^在第一能源和第一逆變器之間的整流器，使f雜流器和第一能源是電并聯(lián)的，其中整流器配置,戰(zhàn)流輸出。
11. 如權(quán)利要求10所述的汽輛動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合至第一逆變器和 第二逆變器的控制器，該控制器配置鵬第一能源、第二能源、整流器和電動(dòng) te間實(shí)m^望的功率流。
12. 如權(quán)利要求11所述的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中第二能源是超電容器。
13. 如權(quán)利要求11臓的汽輛動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)1包括耦合至整流器的發(fā)電 機(jī)，微電機(jī)配置成向整流^^電能。
14. 如權(quán)利要求13所述的汽頓動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合至發(fā)電機(jī)的內(nèi)燃 機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)配置成向發(fā)電機(jī)提供機(jī)械能，其中發(fā)電機(jī)配置鵬機(jī)械能轉(zhuǎn)換成 電能。
15. 如權(quán)利要求14所述的汽輛動(dòng)系統(tǒng)，其中第一能源是具有荷電狀態(tài)的電池，且控帶J^耦合至第一能源和內(nèi)燃機(jī)，并且配置成 監(jiān)控荷電狀態(tài)；如果荷電狀劍氐于閾值，起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)；以及 從內(nèi)燃機(jī)向第一能源提供充電功率。
16.—種j頓耦合至第一能源和整流器的雙端逆變器系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的方 法，織一能源具有荷電狀態(tài)，其中整流器耦合至發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)耦合至內(nèi) 燃機(jī)，該方B括調(diào)庫l風(fēng)端逆變器系統(tǒng)以，一 能源向電動(dòng)機(jī)提供功率；監(jiān)皿一能源的荷電狀恭以及如果荷電狀劍氐于閾值，貝iJMii發(fā)電M內(nèi)微幾向雙端逆變器系統(tǒng)提供功率。
17.如利要求16所述的方法，其中從內(nèi)燃機(jī)向雙端逆變器系統(tǒng)提供功率 進(jìn)一步包鵬動(dòng)內(nèi)纖。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)1包括調(diào)帶風(fēng)端逆變器系統(tǒng)以纖流器向電動(dòng)m^功率。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)1包括調(diào)律頓端逆變器系統(tǒng)以皿流 器對第一能源充電。
20. 如權(quán)利要求19戶艦的方法，進(jìn)一步包括如果荷電狀態(tài)大于第二閩值， 則停止內(nèi)M+幾。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用雙端逆變器系統(tǒng)用整流器對能源充電。提供了一種使用雙端逆變器系統(tǒng)利用整流器為能源充電的系統(tǒng)和方法。提供了一種用于車輛的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的裝置。該電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括配置成給車輛提供牽引功率的電動(dòng)機(jī)。第一逆變器耦合至電動(dòng)機(jī)且配置成為電動(dòng)機(jī)提供交流電。第一能源耦合至第一逆變器，其中第一逆變器配置成在第一能源和電動(dòng)機(jī)之間提供功率流。第二逆變器耦合至電動(dòng)機(jī)且配置成向電動(dòng)機(jī)提供交流電。整流器耦合至第二逆變器且配置成產(chǎn)生直流輸出。第二逆變器配置成從整流器向電動(dòng)機(jī)提供功率。
文檔編號H02J7/14GK101357593SQ20081021479
公開日2009年2月4日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者B·A·維爾奇科, G·S·史密斯, G·約翰, J·M·納加施馬, M·佩里西克, S·查克拉巴蒂 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司