電動車輛驅動系統停用期間電容器的放電的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]本發明總體涉及用于電動車輛的驅動系統，以及更具體地，涉及在電驅動系統關閉時電容器的快速放電。
[0002]例如混合動力電動車輛(HEV)和插電式混合動力電動車輛(PHEV)這樣的電動車輛使用逆變器驅動的電機來提供牽引扭矩和再生制動扭矩。這種逆變器典型地采用儲能電容器(或主電容器)作為直流鏈路(DC link)，該直流鏈路通常通過可變電壓轉換器(VVC)、輸入電容器以及一對機械接觸器(共同形成驅動系統)與高電壓(HV)蓄電池相接合。
[0003]驅動系統的關閉可以由例如車輛點火開關關斷、高電壓DC聯鎖故障、或者車輛碰撞造成。在關閉期間，HV蓄電池通過打開機械接觸器迅速與其他電氣系統隔絕。然而，在輸入電容器和主電容器上仍然存在HV電荷。出于安全的需求，那些HV電荷應當在特定的時間內被迅速釋放。
[0004]一種傳統的放電方法操作如下。一旦確認了接觸器的打開狀態，便禁用VVC的上下開關(例如，IGBT(絕緣柵雙極晶體管))。逆變器將主電容器電壓轉換成機械載荷(可以是馬達或發電機的)，以便通過推送可校準的弱磁電流(flux-weakening current)進入馬達和/或發電機來耗散主電容器上的電荷。弱磁電流包含負直軸(D-axis)電流分量和零交軸(Q-axis)電流分量，優選控制該零交軸(Q-axis)電流分量以產生機器中的零扭矩。
[0005]由于電流通過逆變器到達機器，儲存于主電容器的能量被轉化為機器繞組和IGBT開關中的損耗。因此，主電容器上的電壓開始下降。一旦主電容器上的電壓下降至低于輸入電容器的電壓，VVC中上橋臂(upper-leg) IGBT的反向阻斷二級管(reverse-blockingd1de)便開始導電，迫使兩個電容器上的電壓大致相同。弱磁電流開始對主電容器和輸入電容器同時進行放電。一旦主電容器電壓和輸入電容器電壓下降至低于電壓閥值，主電容器電壓可以通過主動總線電壓調節被保持在該水平，這在當馬達或發電機旋轉時產生關閉的情況下是可取的，以容許旋轉的可控斜降。然后一旦馬達和發電機速度降低至低于速度閥值，逆變器繼續操作以便使放電電流斜降至零，于是關閉逆變器IGBT并完成放電。
[0006]雖然傳統方法在許多情況下足以發揮作用，但其具有一定的局限性。理想地，如果馬達/發電機逆變器推送弱磁電流進入馬達和發電機，則主電容器上的電壓應當下降。然而，由于機器的位置信號中的可能誤差，負交軸電流可能被注入機器從而產生再生扭矩。在這種情況下，主電容器上的電壓可能會上升而不是下降。這種效果更有可能在馬達或發電機速度高時發生。因此，針對位置傳感器不精確而言，傳統放電策略的穩健性可能會不太理雄
V QjN O
[0007]在傳統的方法中，當電壓達到預定水平時輸入電容器的放電就停止。這個水平的值通常會足夠低以確保對人的安全，但是同樣必須被選擇為足夠高以保持永磁機在特定速度范圍下穩定的電流控制(由于上文所述的位置傳感器誤差，這是有必要的)。如果馬達和發電機的速度高于這個速度范圍，則在DC(直流)總線電壓的安全水平下可能不會得到穩定的電流控制。因此，傳統放電策略完全發揮功能的操作狀態是有限的。
[0008]另外，期望減少電容器放電所需的時間。典型地，主電容器具有比輸入電容器更大的電容量，并通常在更高的電壓下操作。首先對主電容器進行放電至輸入電容器的電壓水平，并且然后進一步對兩個電容器一起放電，這大大限制了輸入電容器的放電速度，即使輸入電容器電壓的降低對于人的安全考慮來說可能更為重要。
【發明內容】
[0009]為了解決上述這些問題，本發明采用一種能夠于驅動系統的任何操作條件下在極短的一段時間內耗散輸入電容器上的能量并且隔離主電容器的放電策略。
[0010]在本發明的一方面，一種用于電動車輛的驅動系統，包含輸入電容器、具有用于選擇性地將輸入電容器耦接至直流電源的打開狀態和閉合狀態的接觸器、以及主電容器。可變電壓轉換器將輸入電容器耦接至主電容器，并且包含多個適合升壓轉換的轉換器開關。逆變器將主電容器耦接至機械載荷，并且包含多個橋接配置的逆變器開關裝置。控制器與轉換器和逆變器耦合，以便在接觸器從閉合狀態到打開狀態時對輸入電容器和主電容器進行放電，這通過以下步驟實現:A)以升壓模式操作轉換器以便將來自輸入電容器的電荷轉移至主電容器，直到輸入電容器放電至低于閥值電壓，B)停用轉換器開關以防止電荷從主電容器轉移至輸入電容器，以及C)通過逆變器開關對主電容器進行放電。
[0011]根據本發明，提供一種用于電動車輛的驅動系統，包含:
[0012]輸入電容器；
[0013]具有用于選擇性地將輸入電容器耦接至直流電源的打開狀態和閉合狀態的接觸器；
[0014]主電容器；
[0015]將輸入電容器耦接至主電容器的可變電壓轉換器，該轉換器包含多個適用于升壓轉換的轉換器開關；
[0016]用于將主電容器耦接至機械載荷的逆變器，逆變器包含多個橋接配置的逆變器開關裝置；
[0017]控制器，其與轉換器和逆變器耦合，以便在接觸器從閉合狀態到打開狀態時對輸入電容器和主電容器進行放電，這通過以下步驟實現:A)以升壓模式操作轉換器以便將來自輸入電容器的電荷轉移至主電容器，直到輸入電容器放電至低于閥值電壓，B)停用轉換器開關以防止電荷從主電容器轉移至輸入電容器，以及C)通過逆變器開關對主電容器進行放電。
[0018]根據本發明的一個實施例，其中可變電壓轉換器以在輸入電容器放電期間斜降的占空比來進行操作。
[0019]根據本發明的一個實施例，其中在輸入電容器放電期間以主動總線電壓調節模式(active bus-voltage regulat1n mode)控制逆變器，以防止主電容器兩端的電壓過沖。
[0020]根據本發明的一個實施例，其中可變電壓轉換器包含從輸入電容器耦接至轉換器開關裝置之間連接點的電感器，以及其中轉換器開關裝置在主電容器兩端串聯耦合。
[0021]根據本發明的一個實施例，其中機械載荷由牽引馬達組成。
[0022]根據本發明的一個實施例，其中機械載荷由發電機組成。
[0023]根據本發明，提供一種關閉電動車輛驅動系統的方法，包括步驟:
[0024]打開驅動系統直流電源和輸入電容器之間的接觸器；
[0025]以升壓模式操作驅動系統的輸入電容器和主電容器之間的可變電壓轉換器，以便將電荷從輸入電容器轉移至主電容器；
[0026]當輸入電容器放電至低于閥值電壓時，停用轉換器；
[0027]激活在主電容器和機械載荷之間耦合的逆變器開關，以便通過將主電容器上的電荷耗散到機械載荷來使主電容器放電至預定電壓。
[0028]根據本發明的一個實施例，其中以升壓模式操作可變電壓轉換器的步驟包含斜降占空比，輸入電容器放電期間可變電壓轉換器在該占空比下被切換。
[0029]根據本發明的一個實施例，進一步包含步驟:
[0030]在輸入電容器放電期間以主動總線電壓調節模式控制逆變器開關，以防止主電容器兩端的電壓過沖。
[0031]根據本發明，提供一種使電動車輛驅動系統中的電容器放電的方法，包含:
[0032]響應于直流電源與輸入電容器斷開，以升壓模式操作可變電壓轉換器，以將電荷從輸入電容器轉移至主電容器；
[0033]當輸入電容器放電至低于閥值電壓時，停用轉換器；
[0034]操作逆變器，以便使主電容器放電至機械載荷。
[0035]根據本發明的一個實施例，其中以升壓模式操作可變電壓轉換器的步驟包含斜降占空比，輸入電容器放電期間可變電壓轉換器在該占空比下被切換。
[0036]根據本發明的一個實施例，進一步包含步驟:
[0037]在輸入電容器放電期間以主動總線電壓調節模式控制逆變器，以防止主電容器兩端的電壓過沖。
[0038]根據本發明的一個實施例，其中操作逆變器給主電容器放電的步驟實質上與以升壓模式操作可變電壓轉換器的步驟同時開始。
[0039]根據本發明的一個實施例，其中操作逆變器給主電容器放電的步驟在停用轉換器的步驟之后開始。
【附圖說明】
[0040]圖1是顯示本發明一優選實施例的示意圖；
[0041]圖2是顯示本發明一優選實施例的流程圖；
[0042]圖3是用在輸入電容器放電期間的主動總線電壓調節模式的框圖；
[0043]圖4是采用圖3的調節模式的方法的流程圖；
[0044]圖5和圖6分別顯示了在采用傳統放電方法的驅動系統中的電容器電壓和電感電流；
[0045]圖7和圖8分別顯示了在采用依據本發明的放電方法的驅動系統中的電容器電壓和電感電流。
【具體實施方式】
[0046]本發明采用遵循“輸入電容器第一，主電容器第二”的途徑的高性能放電策略。總體來說，發明確認蓄電池接觸器為打開，并且然后將VVC置于升壓模式(例如，通常使用VVCIGBT開關)。由于VVC的升壓操作，大部分儲存于輸入電容器的能量被注入主電容器。由于主鏈路電容器沒有首先放電，所以輸入電容器無關于馬達/發電機的速度而很快地放電至非常低的電壓。特別地，用于輸入電容器的全部放電時間可以被提高兩個數量級。