專利名稱:操作包括具有斷開高電壓蓄電池的電機的動力系統(tǒng)的方法和設備的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及混合動力電動車輛中的電功率流。
背景技術:
該部分的陳述僅提供與本發(fā)明有關的背景信息。因而,這種陳述不旨在構成對現(xiàn)有技術的承認。具有混合動力系統(tǒng)的車輛響應于操作者指令選擇性地使用不同能量源來產(chǎn)生扭矩和功率以實現(xiàn)最佳燃料效率。這包括選擇性地采用連接到高電壓蓄電池模塊或能量存儲系統(tǒng)的內燃發(fā)動機和電動機/發(fā)電機單元,用于推進和操作控制。一種混合動力系包括發(fā)·動機停止/起動系統(tǒng),其中,發(fā)動機在持續(xù)車輛操作期間自動地停止且使用電動機/發(fā)電機單元自動地再次起動。該系統(tǒng)優(yōu)選包括用于經(jīng)由電動機/發(fā)電機單元給高電壓能量存儲系統(tǒng)再次充電的再生制動系統(tǒng)以及在車輛怠速期間選擇性地關閉發(fā)動機的能力,稱為自動停止控制方案。已知電動機/發(fā)電機單元可以取代交流發(fā)電機用于皮帶交流發(fā)電機起動器(BAS)系統(tǒng)。BAS系統(tǒng)在執(zhí)行自動停止控制方案之后操作者發(fā)送恢復行駛的意圖時將扭矩施加到發(fā)動機的蛇形皮帶。來自于電動機/發(fā)電機單元的扭矩可以用于發(fā)動所述發(fā)動機。在發(fā)動機的冷起動期間,曲軸安裝的輔助或12伏起動器電動機可提供發(fā)動扭矩以發(fā)動發(fā)動機。已知BAS系統(tǒng)使用高電壓能量存儲系統(tǒng),通過電壓逆變器將高電壓電功率提供給電動機/發(fā)電機單元。由于故障或其它操作狀況,高電壓蓄電池可能臨時斷開或以其它方式致使不可用。這可導致場激勵損失或不足,尤其是對于基于異步電機的電動機/發(fā)電機單元,這繼而可導致持續(xù)輔助電功率生成的損失。不足的輔助電功率可導致車輛關閉,從而導致步行回家事件。
發(fā)明內容
一種動力系統(tǒng)包括電動機/發(fā)電機單元。在檢測到與高電壓DC電總線有關的斷開高電壓開關時,采用低電壓電功率來供電高電壓DC電總線;調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元;操作內燃發(fā)動機以旋轉電動機/發(fā)電機單元;以及以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元。方案I. 一種用于操作包括電動機/發(fā)電機單元的動力系統(tǒng)的方法,包括
在檢測到與聞電壓DC電總線有關的斷開聞電壓開關時
采用低電壓電功率來供電高電壓DC電總線;
調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元;
操作內燃發(fā)動機以旋轉電動機/發(fā)電機單元;以及 以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元。方案2.根據(jù)方案I所述的方法,其中,采用低電壓電功率來供電高電壓DC電總線包括將源于低電壓蓄電池的電功率傳輸經(jīng)過預充電電路,以便給跨過高電壓DC電總線電連接的DC鏈路電容器充電。方案3.根據(jù)方案I所述的方法,其中,采用低電壓電功率來供電高電壓DC電總線包括傳輸源于低電壓蓄電池的電功率以供電高電壓DC電總線。方案4.根據(jù)方案3所述的方法,其中,傳輸源于低電壓蓄電池的電功率以供電高電壓DC電總線包括將源于低電壓蓄電池的電功率傳輸經(jīng)過預充電電路以供電高電壓DC電總線。方案5.根據(jù)方案I所述的方法,其中,以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元包括操作電動機/發(fā)電機單元僅僅產(chǎn)生電功率且不操作電動機/發(fā)電機單元產(chǎn)生扭矩。方案6.根據(jù)方案I所述的方法,其中,調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元包括響應于跨過高電壓DC電總線的指令電壓和跨過高電壓DC電總線 的監(jiān)測電壓確定和選擇操作電動機/發(fā)電機單元的再生扭矩指令。方案7.根據(jù)方案I所述的方法,其中,調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元包括調節(jié)與控制電動機/發(fā)電機單元有關的指令直軸和橫軸電流的最大許可時間變化率。方案8.根據(jù)方案7所述的方法,其中,調節(jié)與控制電動機/發(fā)電機單元有關的指令直軸和橫軸電流的最大許可時間變化率包括在以容錯發(fā)電模式操作時,增加指令直軸和橫軸電流的最大許可時間變化率。方案9.根據(jù)方案I所述的方法,還包括操作內燃發(fā)動機,以產(chǎn)生從動力系統(tǒng)輸出的牽引扭矩。方案10. —種用于操作包括電動機/發(fā)電機單元的動力系統(tǒng)的方法,包括
在檢測到與高電壓DC電總線有關的故障從而導致高電壓DC電總線從高電壓能量存儲
系統(tǒng)斷開時
采用低電壓電功率來供電高電壓DC電總線;
調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元;
操作內燃發(fā)動機以將扭矩傳輸給電動機/發(fā)電機單兀且產(chǎn)生從動力系統(tǒng)輸出的牽引扭矩;以及
以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元。方案11.根據(jù)方案10所述的方法,其中,采用低電壓電功率來供電高電壓DC電總線包括將源于低電壓蓄電池的電功率傳輸經(jīng)過預充電電路,以便給跨過高電壓DC電總線電連接的電容器充電。方案12.根據(jù)方案10所述的方法,其中,采用低電壓電功率來供電高電壓DC電總線包括傳輸源于低電壓蓄電池的電功率以供電高電壓DC電總線。方案13.根據(jù)方案12所述的方法,其中,傳輸源于低電壓蓄電池的電功率以供電高電壓DC電總線包括將源于低電壓蓄電池的電功率傳輸經(jīng)過預充電電路以供電高電壓DC電總線。方案14.根據(jù)方案10所述的方法,其中,以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元包括操作電動機/發(fā)電機單元僅僅產(chǎn)生電功率且不操作電動機/發(fā)電機單元產(chǎn)生扭矩。方案15.根據(jù)方案10所述的方法,其中,調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元包括響應于跨過高電壓DC電總線的指令電壓和跨過高電壓DC電總線的監(jiān)測電壓確定和選擇操作電動機/發(fā)電機單元的再生扭矩指令。方案16.根據(jù)方案10所述的方法,其中,調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元包括調節(jié)與控制電動機/發(fā)電機單元有關的指令直軸和橫軸電流的最大許可時間變化率。方案17.根據(jù)方案16所述的方法,其中,調節(jié)與控制電動機/發(fā)電機單元有關的指令直軸和橫軸電流的最大許可時間變化率包括在以容錯發(fā)電模式操作時,增加指令直軸和橫軸電流的最大許可時間變化率。方案18. —種用于操作包括內燃發(fā)動機和電機的動力系統(tǒng)的方法,包括 在電連接在功率逆變器模塊和電機之間的高電壓DC電總線的高電壓開關斷開時
禁用電聯(lián)接到電機的逆變器的柵極驅動脈沖;
采用低電壓蓄電池來供電高電壓DC電總線的高電壓總線電容器;
調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電機;
起動內燃發(fā)動機以旋轉電機;以及
在電機實現(xiàn)預定旋轉速度時致動逆變器模塊;
當高電壓總線電容器實現(xiàn)預定電壓電平時,以容錯發(fā)電模式操作電機;以及 控制輔助功率模塊給低電壓蓄電池充電。方案19.根據(jù)方案18所述的方法,其中,預定電壓電平包括足以磁化電機定子的電壓電平。方案20.根據(jù)方案18所述的方法,其中,調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電機包括調節(jié)與操作電機有關的指令直軸和橫軸電流的最大許可時間變化率。
現(xiàn)在通過示例的方式參考附圖描述一個或多個實施例,在附圖中
圖I圖示根據(jù)本發(fā)明的包括推進系統(tǒng)的車輛,所述推進系統(tǒng)包括旋轉地聯(lián)接到電動機/發(fā)電機單元的內燃發(fā)動機;
圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的與電動機/發(fā)電機單元有關的電功率電路,所述電功率電路包括輔助蓄電池、功率逆變器模塊、以及聯(lián)接到內燃發(fā)動機的電動機/發(fā)電機單元;
圖3以框圖配置圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于控制至電動機/發(fā)電機單元的電功率流的控制系統(tǒng);
圖4以流程圖形式圖示了使用參考圖3所述的控制系統(tǒng)來控制參考圖I和2所述的推進系統(tǒng)的操作的控制方案,包括響應于系統(tǒng)故障控制操作;
圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的DC鏈路電壓調節(jié)回路,其是具有速度可調節(jié)增益的可動態(tài)調節(jié)比例-積分控制器;
圖6以流程圖形式圖示了根據(jù)本發(fā)明的外部回路控制方案,以產(chǎn)生參考圖3所述的控制系統(tǒng)的元件的輸入?yún)?shù),用于控制參考圖I和2所述的推進系統(tǒng)的操作;和
圖7以流程圖形式圖示了根據(jù)本發(fā)明的內部回路控制方案,以產(chǎn)生參考圖3所述的控制系統(tǒng)的元件的輸入?yún)?shù),用于控制參考圖I和2所述的推進系統(tǒng)的操作。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖,其中,附圖僅僅是為了圖示某些示例性實施例且不是為了限制于此,圖I示意性地圖示用于車輛的推進系統(tǒng)10。推進系統(tǒng)10包括動力系統(tǒng),包括旋轉地聯(lián)接到電動機/發(fā)電機單元(MGU)26的內燃發(fā)動機12和聯(lián)接到傳動系(包括車輪16)的變速器14。變速器14配置成響應于源于控制模塊5的控制信號將牽引扭矩傳輸給車輪16。內燃發(fā)動機12產(chǎn)生扭矩,扭矩傳輸給變速器14。MGU 26配置成將扭矩傳輸給發(fā)動機12。MGU26配置成在再生時段期間對源于發(fā)動機12的扭矩反作用,以 產(chǎn)生電功率。這包括在再生制動操作時將牽引扭矩從車輪16通過變速器14和發(fā)動機12傳輸給M GU 26。在一個實施例中,MGU 26可配置成將扭矩通過發(fā)動機12作為牽引扭矩傳輸給變速器14以實現(xiàn)車輛啟動。在多個附圖中,相同的附圖標記對應于相同或類似的部件。內燃發(fā)動機12經(jīng)由皮帶傳動系統(tǒng)23機械地旋轉地聯(lián)接到MGU26,皮帶傳動系統(tǒng)23包括蛇形皮帶或其它合適聯(lián)接機構。在一個實施例中,皮帶傳動系統(tǒng)23包括路線在附連到發(fā)動機12曲軸13的皮帶輪和附連到與MGU 26轉子聯(lián)接的旋轉軸的另一個皮帶輪之間的蛇形皮帶。前述元件形成皮帶交流發(fā)電機起動器(BAS)系統(tǒng)。BAS系統(tǒng)在車輛的持續(xù)操作期間實現(xiàn)自動停止和自動起動操作。優(yōu)選地,發(fā)動機12是在車輛的持續(xù)操作期間以多個狀態(tài)選擇性地操作的多缸內燃發(fā)動機,包括發(fā)動機運行狀態(tài)和發(fā)動機關閉狀態(tài)中的一種。發(fā)動機運行狀態(tài)和發(fā)動機關閉狀態(tài)分別使用自動起動控制方案和自動停止控制方案實現(xiàn)。在車輛的持續(xù)操作期間,控制模塊5可以響應于操作者指令(例如,沒有踩下加速踏板以及包括車輛怠速的車輛操作狀況,可能響應于在交通信號燈處的車輛停止狀況發(fā)生)使用自動停止控制方案來控制發(fā)動機12為發(fā)動機關閉狀態(tài)。要理解的是,其它操作狀況可導致發(fā)動機12以怠速操作。由此,車輛可降低燃料消耗。隨后,控制模塊5可以響應于操作者指令(例如,踩下加速踏板)使用自動起動控制方案來控制發(fā)動機12為發(fā)動機運行狀態(tài),以提供用于車輛推進的牽引扭矩。通過定義的方式,發(fā)動機運行狀態(tài)是發(fā)動機12被供應燃料且點火并產(chǎn)生足以將發(fā)動機操作保持在燃燒穩(wěn)定極限處或以上的扭矩時的發(fā)動機操作狀態(tài),發(fā)動機關閉狀態(tài)是發(fā)動機12未供應燃料且未點火并且不旋轉且不產(chǎn)生扭矩的發(fā)動機操作狀態(tài)。其它發(fā)動機狀態(tài)可包括全缸狀態(tài)和氣缸停用狀態(tài)中的一種、以及燃料供應狀態(tài)和燃料切斷狀態(tài)中的一種。在一個實施例中,發(fā)動機12是通過提前或延遲火花點火定時來控制燃燒定時的火花點火發(fā)動機??蛇x地,發(fā)動機12是通過提前或延遲燃料噴射事件定時來控制燃燒定時的壓縮點火發(fā)動機。要理解的是,發(fā)動機12可配置成以多個燃燒模式操作,包括火花點火和均質充氣壓縮模式。發(fā)動機12包括輔助起動器電動機11,所述輔助起動器電動機11可以通過齒輪組選擇性地連接到發(fā)動機12的曲軸13,且配置成響應于與操作者鑰匙接通指令有關的起動指令提供發(fā)動扭矩以發(fā)動發(fā)動機12。輔助起動器電動機11優(yōu)選用從電連接到其的輔助蓄電池41獲得的低電壓電功率供電。發(fā)動機12的曲軸13聯(lián)接到可旋轉輸出構件20,可旋轉輸出構件20聯(lián)接到變速器14的輸入構件22。在一個實施例中,發(fā)動機12的輸出構件20經(jīng)由扭矩傳遞機構18聯(lián)接到變速器14的輸入構件22,扭矩傳遞機構18可包括離合器裝置、液壓動力變矩器或其它合適機構。變速器14可以是多速級變速器、電動可變變速器或能夠經(jīng)由輸出構件24在變速器14和傳動系(包括車輪16)之間傳輸牽引扭矩的任何其它合適變速器設計。MGU 26優(yōu)選包括多相感應或異步AC電機,包括定子和磁性地聯(lián)接到定子的轉子。如圖所示,MGU 26是三相電機。要理解的是,MGU 26可包括多種多相裝置(例如,兩相、四相、五相和六相電機)中的任一種。MGU 26的轉子優(yōu)選聯(lián)接到皮帶傳動系統(tǒng)23,皮帶傳動系統(tǒng)23配置成在MGU 26和發(fā)動機12之間傳輸扭矩。旋轉傳感器34合適地設置以監(jiān)測MGU26的轉子的旋轉位置和速度,用于反饋和控制目的。優(yōu)選地,旋轉傳感器34是產(chǎn)生表示MGU26的轉子的角度和旋轉速度的輸出信號(345)的解算器。功率逆變器模塊27經(jīng)由高電壓DC功率總線31電連接到高電壓能量存儲系統(tǒng)25,高電壓DC功率總線31包括正高電壓DC功率總線和負高電壓DC功率總線。高電壓能量存儲系統(tǒng)25電連接到高電壓DC功率總線31的正和負側,高電壓開關40定位成使得高電壓能量存儲系統(tǒng)25例如響應于系統(tǒng)故障而從高電壓DC功率總線31的正和負側中的一個或兩者斷開。高電壓開關40圖示在斷開位置,但是在持續(xù)操作期間處于閉合位置。功率逆變器模塊27和相關控制電路和方案可將源于高電壓能量存儲系統(tǒng)25的直流(DC)電功率轉換為交流(AC)電功率,AC電功率傳輸給MGU 26以產(chǎn)生扭矩。功率逆變器模塊27可將由MGU 26產(chǎn)生的AC電功率轉換為DC電功率,以在磁化電流充分地磁化定子時經(jīng)由輔助功率模塊(APM) 28給高電壓能量存儲系統(tǒng)25和輔助蓄電池41充電。APM 28經(jīng)由高電壓DC功率總線31電連接到高電壓能量存儲系統(tǒng)25。APM 28經(jīng)由低電壓DC功率總線19電連接到輔助蓄電池41。輔助蓄電池41優(yōu)選是低電壓能量存儲裝置,例如12 V的DC蓄電池,且適合于將電功率提供給起動器電動機11和車輛上的其它附件和輔助系統(tǒng)45,包括例如前燈和內部燈46、收音機或音頻系統(tǒng)48、電動座椅50、和電動轉向系統(tǒng)52。APM 28可配置為DC-DC功率轉換器,將DC電功率從高電壓電平轉換為低電壓電平,且反之亦然,其操作由控制模塊5控制。APM 28優(yōu)選配置為僅將DC電功率從高電壓電平轉換為低電壓電平的DC-DC功率轉換器,以最小化成本。即,APM 28根據(jù)需要將源于高電壓能量存儲系統(tǒng)25的處于高電壓的功率轉換為適合于給輔助蓄電池41充電和/或給輔助系統(tǒng)45中的一個或多個直接供電的低電壓功率。控制模塊5控制車輛上的來自于高電壓能量存儲系統(tǒng)25和輔助蓄電池41的功率流以提供所需電功能??刂颇K5優(yōu)選配置有分布式結構,包括響應于源于控制方案的指令執(zhí)行車輛上的所有所需功率流控制功能的多個遠程定位控制器。要理解的是,由控制模塊5執(zhí)行的所述功能可以組合到一個或多個裝置中,例如以軟件、硬件和/或專用集成電路(ASIC)和可與控制模塊5獨立且不同的輔助電路實施。控制模塊5優(yōu)選包括通用型數(shù)字控制器中的一種或多種的一個或多個組合,其每個均包括微處理器或中央處理單元;包括只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、電可編程只讀存儲器(EPROM)的存儲介質;高速時鐘;模擬一數(shù)字轉換(A/D)和數(shù)字一模擬轉換(D/A)電路;輸入/輸出電路和設備(I/O);以及合適的信號調節(jié)和緩沖電路??刂颇K5包括控制系統(tǒng)300,包括存儲在一個存儲介質中且被執(zhí)行以提供相應功能的算法、常駐程序指令和標定值的形式的可執(zhí)行控制方案100??刂颇K5優(yōu)選經(jīng)由通信總線51信號地且操作性地連接到發(fā)動機12、起動器電動機11、MGU 26、高電壓能量存儲系統(tǒng)25、APM 28、功率逆變器模塊27和輔助蓄電池41中的每一個。要理解的是,往返控制模塊5的信息傳輸可以通過一個或多個通信路徑完成,包括使用直接連接、使用局域網(wǎng)總線和使用串行外圍接口總線。
當發(fā)動機12包括MGU 26且配置為BAS系統(tǒng)時,功率逆變器模塊27可選擇性地控制MGU 26旋轉皮帶傳動系統(tǒng)23以發(fā)動發(fā)動機12。此外,功率逆變器模塊27可選擇性地控制MGU 26操作為發(fā)電機,以便經(jīng)由來自于發(fā)動機12和變速器14的功率傳輸給高電壓能量存儲系統(tǒng)25再次充電。這可包括例如在再生制動事件期間捕獲從車輪16通過變速器14和發(fā)動機12傳輸給MGU 26的能量。起動器電動機11可根據(jù)需要被控制以從低電壓輔助蓄電池41抽取電功率,用于發(fā)動和起動發(fā)動機12,例如在車輛響應于鑰匙接通事件和響應于如下文所述的高電壓電氣故障而初始起動期間。圖2示意性地示出了與電動機/發(fā)電機單元(例如,圖I的MGU 26)有關的電功率電路的細節(jié),包括輔助蓄電池41、包括柵極驅動模塊127的功率逆變器模塊27、以及經(jīng)由皮帶傳動系統(tǒng)23聯(lián)接到發(fā)動機12的MGU 26。元件101、103、105和107表示在電功率電路內的連接且不是物理元件。高電壓能量存儲系統(tǒng)25電連接到高電壓DC功率總線31的正和負側。柵極驅動模塊127包括經(jīng)由LV總線19電連接到輔助蓄電池41的AC功率振蕩器32。AC功率振蕩器32分別與上部和下部柵極驅動偏壓功率供應源35和135的元件電氣地互動,以變壓和整流源于輔助蓄電池41的電功率,以將DC電功率提供給多對柵極驅動電路 94。從每個柵極驅動電路94輸出的信號電連接到功率逆變器模塊27的一對開關裝置95中的一個的基極。示出了與MGU 26的單個相位(例如,相A)相對應的一對柵極驅動電路94和一對相關開關裝置95。在持續(xù)操作期間,與一個開關裝置95有關的每個柵極驅動電路94響應于源于控制模塊5的控制信號產(chǎn)生脈沖,所述脈沖激勵開關裝置95且感應通過MGU 26的一個相位的電流。要理解的是,存在包括上部和下部柵極驅動偏壓功率供應源和與MGU 26的每個相位有關的相應對開關裝置95的類似柵極驅動模塊。要理解的是,存在與每個開關裝置95有關的柵極驅動電路94。功率逆變器模塊27電連接到MGU 26的每個相位。功率逆變器模塊27包括多個開關裝置95,當MGU 26是三相裝置時,顯示為與MGU 26的相應相位有關的三對開關裝置
95。每個開關裝置95與柵極驅動模塊127的柵極驅動電路94中的一個相對應。MGU 26如圖所示電連接到功率逆變器模塊27,且經(jīng)由皮帶傳動系統(tǒng)23機械地聯(lián)接到發(fā)動機12。一個或多個高電壓DC鏈路電容器17跨過高電壓DC功率總線31的正和負側設置。在一個實施例中,DC鏈路電容器17具有3000 ii F電容。DC鏈路電容器17適合于保持跨過高電壓DC功率總線31的電勢,但是缺乏在不持續(xù)充電的情況下在延長時間段內完全取代高電壓能量存儲系統(tǒng)25的能力。存在任選主動DC總線放電電路,包括電阻器42和開關43。每個開關裝置95優(yōu)選包括具有低閉合阻抗的半導體裝置,例如毫歐幅值量級。一個示例性開關裝置包括場效應晶體管裝置。在一個實施例中,這可以是MOSFET裝置??蛇x地,開關裝置95可以包括IGBT裝置、JFET裝置和其它裝置。開關裝置95成對配置以控制高電壓總線31的正側與連接到且與MGU 26的一個相位有關的一個電纜和高電壓總線31的負側之間的電功率流??刂颇K5包括開關控制電路,以經(jīng)由柵極驅動電路94控制每個開關裝置95的啟用和停用。柵極驅動預充電電路98串聯(lián)地連接在柵極驅動模塊127和高電壓總線31和功率逆變器模塊27的開關裝置95之間。更具體地,功率逆變器模塊27的每個相位包括柵極驅動預充電電路98的串聯(lián)地連接在上部柵極驅動偏壓功率供應源35的高電壓側91和高電壓總線31的正側之間的第一個、以及柵極驅動預充電電路98的串聯(lián)地連接在下部柵極驅動偏壓功率供應源135的高電壓側191和電節(jié)點92之間的第二個,電節(jié)點92由電連接到MGU 26的一個相位的一對相關開關裝置95之間的接合點限定。每個柵極驅動預充電電路98包括與電阻裝置96串聯(lián)連接的二極管97。每個二極管97優(yōu)選被偏壓以允許源于輔助蓄電池41的電流經(jīng)由LV總線19流經(jīng)柵極驅動模塊127到達高電壓總線31和功率逆變器模塊27內的電容器17。每個二極管97優(yōu)選被偏壓以限制從高電壓總線31到柵極驅動模塊127的電流。當在高電壓電路中檢測到故障時,例如接地隔離故障,高電壓開關40被控制,以將高電壓能量存儲系統(tǒng)25從高電壓DC功率總線31的正和負側中的一個或兩者斷開??刂颇K5經(jīng)由柵極驅動電路94中止起動和停用所有開關裝置95。柵極驅動預充電電路98配置成允許柵極驅動模塊127使用源于輔助蓄電池41的電功率來給DC鏈路電容器17充電,如參考圖4所述。因而,當高電壓能量存儲系統(tǒng)25通過高電壓開關40的斷開從充電 電路斷開時,柵極驅動預充電電路98用于使用源于輔助蓄電池41的低電壓電功率來給DC鏈路電容器17充電。在一個實施例中,當輔助蓄電池41是標稱12 V的DC裝置時,上部和下部柵極驅動偏壓功率供應源35和135中的每一個可產(chǎn)生施加到預充電電路98的電壓輸出,范圍可在15 V和25 V之間。當預充電電路98如上文所述連接到功率逆變器模塊27且高電壓開關40斷開時,因而從電路去除高電壓能量存儲系統(tǒng)25,電功率通過預充電電路98且給DC鏈路電容器17充電。在如此配置時,柵極驅動預充電電路98組合以產(chǎn)生跨過DC鏈路電容器17的偏壓電壓,其足以在發(fā)動機12以怠速操作時將足夠的磁化能量提供給MGU 26,在一個實施例中,可總計至少34 V。因而,DC鏈路電容器17被預充電具有處于大于磁化和以其它方式操作MGU 26的定子所需的電壓(在一個實施例中,是大于32 V所需電壓的電壓)的充分電能。與這種操作有關的細節(jié)參考圖3和4描述。圖3以框圖配置示意性地圖示了使用參考圖2所述的電功率電路控制至MGU 26的電功率流的控制系統(tǒng)300??刂葡到y(tǒng)300的每個元件是定期執(zhí)行以實現(xiàn)輸出結果的任務,如將所述的那樣。所述元件包括扭矩指令確定框310、模式選擇框320、扭矩指令限制框330、電動機電流確定框340、負載突降保護(dump protection)控制框350、速度觀測器和通量角度/負載扭矩觀測器360、電流輸入框370和電動機電流控制框380。電動機電流控制框380信號地連接到脈寬調制框390,脈寬調制框390信號地連接到功率逆變器模塊27,功率逆變器模塊27聯(lián)接到MGU 26。要理解的是,控制方案300的前述框和相關任務可以使用監(jiān)測相應輸入?yún)?shù)和實現(xiàn)期望輸出參數(shù)的合適硬件、算法和標定值來執(zhí)行。扭矩指令確定框310、模式選擇框320和扭矩指令限制框330用于確定電動機扭矩指令,稱為回轉扭矩指令(slewed torque command)(335)。扭矩指令確定框310確定扭矩指令,包括電動機扭矩指令(301)、與容錯發(fā)電模式324的操作結合使用的再生扭矩指令(307)、以及速度相關扭矩指令(311)。電動機扭矩指令(301)是MGU 26在持續(xù)操作期間響應于操作者扭矩請求產(chǎn)生扭矩的指令。再生扭矩指令(307)響應于跨過高電壓DC總線的指令電壓(303 )和跨過高電壓DC總線的監(jiān)測電壓Vde (305 )而確定,且使用參考圖5所述的DC鏈路電壓調節(jié)回路500來確定??邕^高電壓DC總線的指令電壓(303)和跨過高電壓DC總線的監(jiān)測電壓Vde (305)與在正高電壓DC功率總線和負高電壓DC功率總線之間的跨過高電壓DC功率總線31的電壓或者跨過高電壓DC鏈路電容器17的偏壓電壓相關。指令速度(309)是MGU 26在持續(xù)操作期間產(chǎn)生旋轉速度輸出的指令。指令速度(309)或者來自于速度曲線發(fā)生器310的優(yōu)選速度曲線(313)可以與測量旋轉速度(347)進行比較。速度調節(jié)器308將指令速度(309)或者來自于速度曲線發(fā)生器310的優(yōu)選速度曲線(313)與測量旋轉速度(347)進行比較,以確定速度相關扭矩指令(311),其響應于指令速度(309)或者優(yōu)選速度曲線(313)且考慮系統(tǒng)的能力。模式選擇框320選擇具有相關電動機扭矩指令(301)的電壓再生模式322、具有相關再生扭矩指令(307)的容錯發(fā)電模式324以及具有相關速度相關扭矩指令(311)的速度控制模式326中的一種以確定優(yōu)選扭矩指令(315)。當操作狀況表示系統(tǒng)中沒有故障且高電壓開關40原封不動(S卩,閉合)時,電壓再生模式322被選擇且電動機扭矩指令(301)被選擇作為優(yōu)選扭矩指令(315)。當系統(tǒng)操作以控制MGU 26的速度時,速度控制模式326被選擇且速度相關扭矩指令(311)被選擇作為優(yōu)選扭矩指令(315)。當存在以電功率生成模式操作MGU 26以給高電壓能量存儲系統(tǒng)25充電的指令時且當系統(tǒng)中存在導致高電壓開關 40斷開的故障時,容錯發(fā)電模式324被選擇且再生扭矩指令(307)被選擇作為優(yōu)選扭矩指令(315)。容錯發(fā)電模式324由控制模塊5執(zhí)行以響應于導致高電壓開關40將能量存儲系統(tǒng)25從高電壓DC功率總線31斷開的故障而控制動力系統(tǒng)的操作。扭矩指令限制框330對優(yōu)選扭矩指令(315)施加限制,包括與MGU 26的扭矩產(chǎn)生容量有關的第一扭矩限制器332。第二扭矩限制器334與閉環(huán)功率控制有關。第三扭矩限制器336與閉環(huán)電壓控制有關。扭矩指令限制框330的前述扭矩限制器332、334和336的操作影響何時高電壓開關40斷開且系統(tǒng)以容錯發(fā)電模式324操作以實現(xiàn)電功率生成。優(yōu)選扭矩指令(315)由扭矩指令限制框330通過施加最大和最小扭矩狀態(tài)以及扭矩的時間變化率來修正,從而得到回轉扭矩指令(335)。回轉扭矩指令(335)是用于控制MGU 26的指令電動機扭矩。在電壓再生模式322和速度控制模式326中的任一個中,第一扭矩限制器332設定為MGU 26在操作狀況下的最大扭矩容量。在容錯發(fā)電模式324中,第一扭矩限制器332設定為使得從MGU 26輸出的最大正指令扭矩等于零。因而,在該模式中,MGU 26操作產(chǎn)生電功率,而不產(chǎn)生扭矩。在電壓再生模式322和速度控制模式326中的任一個中,第二和第三扭矩限制器334和336設定為考慮高電壓能量存儲系統(tǒng)25保持電壓和提供電功率以用MGU 26產(chǎn)生扭矩的能力的功率和電壓控制限制。在容錯發(fā)電模式324中,第二和第三扭矩限制器334和336設定為考慮高電壓能量存儲系統(tǒng)25保持電壓和提供電功率以操作MGU 26產(chǎn)生電功率的能力的功率和電壓控制限制。電動機電流確定框340使用正交變換(適合基于速度的電機通量)響應于回轉扭矩指令(335)確定用于控制MGU 26的指令直軸電流Id (341)和指令橫軸電流Iq (343)。電動機電流確定框340考慮跨過高電壓DC總線的監(jiān)測電壓Vde (305),其優(yōu)選基于已經(jīng)使用已知高電壓DC總線電壓濾波器120濾波的高電壓總線31上的電壓原始測量值(117)來確定。高電壓DC總線電壓濾波器120優(yōu)選是具有可調節(jié)的截止頻率的低通濾波器。與在電壓再生模式322時操作MGU 26有關的截止頻率顯著地低于與在容錯發(fā)電模式324時借助于電壓控制操作MGU 26有關的截止頻率。可以理解,指令直軸電流Id (341)和指令橫軸電流Iq (343)的確定響應于高電壓總線電壓變化,且受到是以電壓再生模式322還是容錯發(fā)電模式324操作的影響。受到以電壓再生模式322操作和以容錯發(fā)電模式324操作之間的變化影響的與電動機電流確定框340有關的可控和可調節(jié)參數(shù)包括用于控制MGU 26的指令直軸電流Id(341)和指令橫軸電流Iq (343)的最大許可時間變化率的變化。指令直軸電流Id (341)和指令橫軸電流Iq (343)的最大許可時間變化率在以容錯發(fā)電模式324操作時增加。受到以電壓再生模式322操作和以容錯發(fā)電模式324操作之間的變化影響的與電動機電流確定框340有關的可控和可調節(jié)參數(shù)包括用于確定指令直軸電流Id (341)和指令橫軸電流Iq (343)的幅值的最大許可電機通量。最大許可電機通量在以容錯發(fā)電模式324操作時優(yōu)選減小。在一個實施例中,在以容錯發(fā)電模式324操作時,指令橫軸電流Iq(343)設定等于零。這參考圖7描述。速度觀測器和通量角度/負載扭矩觀測器360監(jiān)測來自于旋轉傳感器34的輸出信號(345)且使用合適數(shù)據(jù)分析方法據(jù)此確定MGU 26的轉子的旋轉位置和旋轉速度 (347)。還可以據(jù)此確定轉子通量角度(363)和相關轉子通量速度(361)。負載突降保護控制框350響應于跨過高電壓DC總線的監(jiān)測電壓Vde (305)和MGU26的轉子的旋轉速度(347)而約束指令直軸電流Id (341)和指令橫軸電流Iq (343),從而產(chǎn)生約束直軸電流Id (351)指令和約束橫軸電流Iq (353)指令,約束直軸電流Id (351)指令和約束橫軸電流Iq (353)指令輸入給電動機電流控制框380。電流輸入框370監(jiān)測各個輸入,包括轉子通量角度(363)和相關轉子通量速度(361)以及來自于電機26的每個相位的測量反饋電流(375)(例如,當電機26是三相電機時,來自于相A、B和C的測量電流)。電流輸入框370將所監(jiān)測輸入轉換為監(jiān)測直軸電流Id(371)和監(jiān)測橫軸電流Iq (373),監(jiān)測直軸電流Id (371)和監(jiān)測橫軸電流Iq (373)作為反饋狀態(tài)輸入給電動機電流控制框380。電動機電流控制框380使用同步坐標電流調節(jié)器來分別基于約束直軸電流Id(351)和約束橫軸電流Iq (353)指令以及相應監(jiān)測直軸電流Id (371)和監(jiān)測橫軸電流Iq(373)之間的差來確定指令直軸和橫軸電壓Vd (381)和Vq (383)。指令直軸和橫軸電壓Vd (381)和Vq (383)分別輸入到脈寬調制框390。脈寬調制框390響應于指令直軸和橫軸電壓Vd (381)和Vq (383)產(chǎn)生用于控制功率逆變器模塊27的相位的脈寬占空比指令(393)。圖4示意性地圖示了控制參考圖I和2所述的推進系統(tǒng)10的操作的控制方案100,控制方案100是控制系統(tǒng)300的元件,包括響應于使得高電壓開關40將能量存儲系統(tǒng)25從高電壓DC功率總線31斷開的高電壓電氣故障而在以容錯發(fā)電模式324繼續(xù)操作的情況下控制操作。在檢測到高電壓電氣故障狀況時,例如在高電壓能量存儲系統(tǒng)25斷開或離線時(不管是由于電氣故障、到達高電壓能量存儲系統(tǒng)25的壽命末期、系統(tǒng)安裝問題或其它原因),控制方案100操作維持推進系統(tǒng)10中的輔助電功率生成。高電壓開關40響應于這種故障優(yōu)選自動地斷開以將高電壓能量存儲系統(tǒng)25從電路去除,斷開的高電壓開關40提供診斷高電壓能量存儲系統(tǒng)25被斷開的合適機制。取決于在發(fā)生這種故障時發(fā)動機12的運行/關閉操作狀態(tài),可自動地執(zhí)行包括容錯發(fā)電模式324的跛行回家(limp-home)模式,以允許推進系統(tǒng)10的持續(xù)操作推進車輛。取決于發(fā)動機12在檢測到高電壓電氣故障時的操作狀態(tài),選擇跛行回家模式的細節(jié)??刂品桨?00在控制模塊5中執(zhí)行,依賴于圖2所示的柵極驅動預充電電路98。控制方案100在檢測或確定高電壓電氣故障狀況(例如,在高電壓能量存儲系統(tǒng)25離線、斷開或以其它方式不可用時)時以容錯發(fā)電模式324提供持續(xù)電功率流。該持續(xù)電功率流通過將DC鏈路電容器17預充電至最小電壓且使用電功率作為電動機/發(fā)電機單元26的定子的磁化能量源以允許在電動機/發(fā)電機單元26由發(fā)動機12旋轉時積聚電壓來實現(xiàn)??刂颇K5配置成在存在與高電壓能量存儲系統(tǒng)25和相關元件有關的高電壓電氣故障狀況時操作。因而,控制模塊5經(jīng)由功率逆變器模塊27控制跨過高電壓DC功率總線31的正和負側的電壓,以降壓模式(buck mode)控制APM 28以便給輔助蓄電池41再次充電,且以預充電模式控制功率逆變器模塊27以給在高電壓DC功率總線31的正和負側之間的DC鏈路電容器17充電以便激勵MGU 26的定子,從而允許以容錯發(fā)電模式324操作電動機/發(fā)電機單元26以產(chǎn)生電功率。控制方案100使用其低電壓輔助功率生成能力維持電動機/發(fā)電機單元26的操作。控制方案100使用從輔助蓄電池41經(jīng)由柵極驅動模塊127通過上部和下部柵極驅動偏壓功率供應源35和135和柵極驅動預充電電路98可獲得的隔離DC電功率給DC鏈路電·容器17充電,以實現(xiàn)跨過高電壓DC功率總線31的正和負側的預定電壓,所述預定電壓足以在MGU 26的定子繞組中產(chǎn)生磁化能量。一旦MGU 26旋轉且被磁化,其就由功率逆變器模塊27控制以將高電壓總線電壓31保持在基本上不變的電壓設定點,且允許APM 28供應電功率以支持低電壓電負載,例如與輔助系統(tǒng)45有關的。提供表I作為解答,其中,附圖標記的框和控制方案100的相應功能闡述如下。表I
權利要求
1.一種用于操作包括電動機/發(fā)電機單兀的動力系統(tǒng)的方法,包括 在檢測到與聞電壓DC電總線有關的斷開聞電壓開關時 采用低電壓電功率來供電高電壓DC電總線; 調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元; 操作內燃發(fā)動機以旋轉電動機/發(fā)電機單元;以及 以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法,其中,采用低電壓電功率來供電高電壓DC電總線包括將源于低電壓蓄電池的電功率傳輸經(jīng)過預充電電路,以便給跨過高電壓DC電總線電連接的DC鏈路電容器充電。
3.根據(jù)權利要求I所述的方法,其中,采用低電壓電功率來供電高電壓DC電總線包括傳輸源于低電壓蓄電池的電功率以供電高電壓DC電總線。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法,其中,傳輸源于低電壓蓄電池的電功率以供電高電壓DC電總線包括將源于低電壓蓄電池的電功率傳輸經(jīng)過預充電電路以供電高電壓DC電總線。
5.根據(jù)權利要求I所述的方法,其中,以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元包括操作電動機/發(fā)電機單元僅僅產(chǎn)生電功率且不操作電動機/發(fā)電機單元產(chǎn)生扭矩。
6.根據(jù)權利要求I所述的方法,其中,調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元包括響應于跨過高電壓DC電總線的指令電壓和跨過高電壓DC電總線的監(jiān)測電壓確定和選擇操作電動機/發(fā)電機單元的再生扭矩指令。
7.根據(jù)權利要求I所述的方法,其中,調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元包括調節(jié)與控制電動機/發(fā)電機單元有關的指令直軸和橫軸電流的最大許可時間變化率。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法,其中,調節(jié)與控制電動機/發(fā)電機單元有關的指令直軸和橫軸電流的最大許可時間變化率包括在以容錯發(fā)電模式操作時,增加指令直軸和橫軸電流的最大許可時間變化率。
9.一種用于操作包括電動機/發(fā)電機單兀的動力系統(tǒng)的方法,包括 在檢測到與高電壓DC電總線有關的故障從而導致高電壓DC電總線從高電壓能量存儲系統(tǒng)斷開時 采用低電壓電功率來供電高電壓DC電總線; 調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元; 操作內燃發(fā)動機以將扭矩傳輸給電動機/發(fā)電機單兀且產(chǎn)生從動力系統(tǒng)輸出的牽引扭矩;以及 以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元。
10.一種用于操作包括內燃發(fā)動機和電機的動力系統(tǒng)的方法,包括 在電連接在功率逆變器模塊和電機之間的高電壓DC電總線的高電壓開關斷開時 禁用電聯(lián)接到電機的逆變器的柵極驅動脈沖; 采用低電壓蓄電池來供電高電壓DC電總線的高電壓總線電容器; 調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電機; 起動內燃發(fā)動機以旋轉電機;以及在電機實現(xiàn)預定旋轉速度時致動逆變器模塊; 當高電壓總線電容器實現(xiàn)預定電壓電平時,以容錯發(fā)電模式操作電機;以及控制輔助功率模塊給低電壓蓄電池充電。
全文摘要
一種動力系統(tǒng)包括電動機/發(fā)電機單元。在檢測到與高電壓DC電總線有關的斷開高電壓開關時,采用低電壓電功率來供電高電壓DC電總線;調節(jié)控制參數(shù)以便以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元;操作內燃發(fā)動機以旋轉電動機/發(fā)電機單元;以及以容錯發(fā)電模式操作電動機/發(fā)電機單元。
文檔編號B60L11/18GK102795119SQ20121016150
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權日2011年5月23日
發(fā)明者C.S.納穆杜里, S.戈帕拉克里什南, K.D.范馬寧, B.M.路德維希, B.H.裴 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司