本發(fā)明涉及一種混合動力車輛的功率控制系統(tǒng)，其通過集成地操作包括轉(zhuǎn)換器和逆變器在內(nèi)的車輛的電力系統(tǒng)和電機，即使在車輛的所需功率超出轉(zhuǎn)換器的最大功率時，也能利用電機向車輛提供電力。
背景技術：
目前很多車輛都使用化石燃料，然而，化石燃料包含硫、磷等，會造成環(huán)境污染。因此，人們正在持續(xù)研發(fā)減少化石燃料的使用，從而保護環(huán)境。諸如混合動力車輛、電動車輛以及氫燃料車輛等環(huán)境友好型車輛因而得以發(fā)展，從而減輕與化石燃料車輛相關的問題?；旌蟿恿囕v通過在減速時反向旋轉(zhuǎn)電機的再生制動來產(chǎn)生電力，從而為電池充電；并且通過在停車時關閉發(fā)動機，在啟動時利用電機再次啟動發(fā)動機的怠速停止和前進控制，提高燃料效率和排氣的穩(wěn)定性。
因此，在混合動力車輛中，車輛的行駛模式必須被控制成與車輛狀態(tài)相對應。現(xiàn)有技術教導一種用于控制混合動力車輛的電機控制系統(tǒng)的方法，其通過防止在關閉混合動力車輛的主繼電器時產(chǎn)生的電機逆電動勢被施加到轉(zhuǎn)換器和逆變器上，來改善混合動力車輛的動力裝置的耐久性，并提高車輛效率。然而，當轉(zhuǎn)換器的效率通過上述方法得以改善時，流入轉(zhuǎn)換器的電流量增大，因此，與轉(zhuǎn)換器、功率模塊、冷卻裝置等連接的電感器的尺寸也會增大，從而增加轉(zhuǎn)換器的費用且增加了重量和體積。
在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構成在本國中本領域普通技術人員公知的現(xiàn)有技術的信息。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一個目的在于提供一種混合動力車輛的功率控制系統(tǒng)，其通過在車輛電力系統(tǒng)和電機的中性點之間連接開關，以便基于電機運行狀態(tài)和車輛所需功率來執(zhí)行適當?shù)目刂?，并通過旁通開關增加混合動力車輛的電動車輛模式中的行駛功率，從而增加電力系統(tǒng)的行駛功率。
根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方式，混合動力車輛的功率控制系統(tǒng)，可包括：可充電電池；第一電機，連接至車輛的驅(qū)動輪，以被操作成電動機或發(fā)電機；第二電機，連接至車輛的驅(qū)動輪，以被操作成電動機或發(fā)電動機；第一逆變器，連接至第一電機；第二逆變器，連接至第二電機；轉(zhuǎn)換器，其具有連接于電池的第一側(cè)和連接于第一逆變器的第二側(cè)，其中第二逆變器被配置成通過將從電池供給的電壓進行變換得到的輸出電壓供給到第一逆變器和第二逆變器；中性點開關，連接在轉(zhuǎn)換器的第一側(cè)與第一電機的中性點之間；以及控制器，被配置成基于第一電機是否操作以及車輛的所需功率，執(zhí)行中性點開關的接通/關斷。
控制器可被配置成，當?shù)谝浑姍C的操作停止并且車輛的所需功率超出轉(zhuǎn)換器的最大功率時，接通中性點開關。此外，控制器可被配置成，當中性點開關接通時，操作第一逆變器，以便僅輸出第一逆變器的三相中的一相?？刂破骺杀慌渲贸?，當中性點開關接通時，操作第一逆變器以交替地輸出第一逆變器的三相中的一相?？梢曰诘诙姍C的轉(zhuǎn)速以及第二電機的最大轉(zhuǎn)矩控制時的總磁通量，得到轉(zhuǎn)換器的輸出電壓?？苫谝韵碌仁将@得轉(zhuǎn)換器的輸出電壓：
其中，VDC：轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，λmag：第二電機的最大轉(zhuǎn)矩控制時的總磁通量，wr：第二電機的轉(zhuǎn)速，λds：第二電機的最大轉(zhuǎn)矩控制時的d軸磁通量，λqs：第二電機的最大轉(zhuǎn)矩控制時的q軸磁通量。
控制器可被配置成，當?shù)谝浑姍C操作時關斷中性點開關。此外，控制器可被配置成，當?shù)谝浑姍C的操作停止并且車輛的所需功率等于或小于轉(zhuǎn)換器的最大功率時，關斷中性點開關?？苫诘谝浑姍C的轉(zhuǎn)速、第一電機的最大轉(zhuǎn)矩控制時的總磁通量、第二電機的轉(zhuǎn)速，以及第二電機的最大轉(zhuǎn)矩控制時的總磁通量，得到轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。
用于混合動力車輛的功率控制系統(tǒng)，還可包括：旁通開關，在轉(zhuǎn)換器的第一側(cè)和第二側(cè)與轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接，其中，控制器可被配置成執(zhí)行旁通開關的接通/關斷，以通過旁通開關將電池的功率直接供給至第一逆變器或第二逆變器。當混合動力車輛處于電動車輛模式時，控制器可被配置成操作旁通開關，以將電池的功率直接供給至第一逆變器?？刂破骺杀慌渲贸?，當混合動力車輛的所需功率值超出控制器中預設的功率極限值時，操作旁通開關，以將電池的功率直接供給至第一逆變器和第二逆變器。
附圖說明
附圖，其被包含以提供對本發(fā)明的進一步理解，且合并在說明書中，構成說明書的一部分，附圖中示出本發(fā)明的示例性實施方式，且與文字描述一起用作解釋本發(fā)明的原則，其中：
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方式的混合動力車輛的功率控制系統(tǒng)的結(jié)構圖。
具體實施方式
可以理解的是，本文中所使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似的術語包括一般而言的機動車輛，比如包含運動型多用途車輛(SUV)、公共汽車、貨車，各種商用車輛的客車、包含各種輪船和艦船的船只、飛行器等等，并且包括混合動力車輛、電動汽車、混合動力電動汽車、氫動力汽車和其它替代燃料汽車(例如，從除了石油以外的資源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合動力車輛是具有兩種或多種動力來源的車輛，例如汽油動力車輛和電動動力車輛二者。
盡管示例性實施例被描述為使用多個單元來執(zhí)行示例性過程，然而可以理解的是，該示例性過程還可以由一個或多個模塊來執(zhí)行。另外，可以理解的是，術語控制器/控制單元指的是包括存儲器和處理器的硬件設備。存儲器被配置成存儲模塊，處理器被專門配置成執(zhí)行上述模塊，從而執(zhí)行一個或多個過程，下面進一步詳述。
本文所用的術語僅用于描述特定實施例的目的，而并非旨在限制本發(fā)明。除非上下文明確指出，否則如本文中所使用的單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”等意圖也包括復數(shù)形式。還應該理解的是，在本說明書中使用“包括”和/或“包含”等術語時，是意圖說明存在該特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或組件，而不排除一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、組件、和/或其組合的存在或增加。如本文中所使用的，術語“和/或”包括一個或多個相關列出項目的任何和所有組合。
在下文，將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施方式。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例的用于混合動力車輛的功率控制系統(tǒng)可包括：可充電電池100；第一電機200，連接至車輛的驅(qū)動輪，以便被操作為電動機或發(fā)電機；第二電機300，連接至車輛的驅(qū)動輪，以便被操作為電動機或發(fā)電機；第一逆變器400，連接至第一電機200；第二逆變器500，連接至第二電機300；轉(zhuǎn)換器600，具有連接至電池100的第一側(cè)和連接至第一逆變器400的第二側(cè)，并且第二逆變器500被配置成通過從電池100供給的電壓進行轉(zhuǎn)換而獲得的輸出電壓供給到第一逆變器400和第二逆變器500；中性點開關(neutral switch)700，連接在轉(zhuǎn)換器600的一側(cè)與第一電動機200的中性點之間；以及控制器900，被配置成基于第一電動機200是否操作以及車輛的所需功率來執(zhí)行開關的接通和關斷。
在本發(fā)明中，中性點開關700可被連接在轉(zhuǎn)換器600的第一側(cè)與第一電機200的中性點之間。如圖1所示，當電池100的電力經(jīng)過中性點開關700通過第一電機200時，電力可被供給到位于第一電機200中的電感器，其中電力可經(jīng)由電感器被傳遞到第一逆變器400。因此，電力傳輸結(jié)構與轉(zhuǎn)換器600相同，因此，根據(jù)中性點開關700連接的第一電機200和第一逆變器400的電路結(jié)構，還可獲得與轉(zhuǎn)換器600相同的效果。
然而，與利用被設計成用于功率轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器600相比，該電路結(jié)構的效率降低，因此，當混合動力車輛的所需電力不能僅通過轉(zhuǎn)換器600獲得時，可利用中性點開關700調(diào)節(jié)電力。因此，根據(jù)本發(fā)明，當?shù)谝浑姍C200的操作停止，且車輛的所需電力超出轉(zhuǎn)換器600的最大功率時，中性點開關700可被接通。除了在當前情形下將車輛所需電力與轉(zhuǎn)換器600的最大功率進行比較之外，還可增加第一電動機200的停止操作的情形，并且當?shù)谝浑姍C200操作時，利用第一電動機200和第一逆變器400的電路結(jié)構不能得到，因而該情形與實質(zhì)情形相對應。
當根據(jù)上述情形接通中性點開關700時，第一電機200和第一逆變器400可彼此連接，從而類似于逆變器600工作。然而，當中性點開關700接通時，通過中性點開關700提供的電池100的電力可被輸出到第一逆變器400的任意相。如圖1所示，即使根據(jù)本發(fā)明從三相逆變器輸出的電壓可被輸出到任意相，但是由于僅存在電壓的相位差，并且電壓量相同，因此控制器900可被配置成輸出第一逆變器400的三相中的任一相。因此，根據(jù)本發(fā)明的控制器900可被配置成，當中性點開關700接通時，操作第一逆變器400，以便僅輸出第一逆變器400的三相中的一相。
然而，即使三相中的任一相可被輸出，但是僅一相被連續(xù)輸出也不是優(yōu)選的方案。換句話說，當僅利用一相時，在第一電機200和第一逆變器400中會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。因此，考慮到第一電機200以及可執(zhí)行三相輸出的第一逆變器400的特性，該方法可包括通過控制器900，將第一逆變器400的三相交替地只輸出一相。
如上所述，當中性點開關700接通時，第一電機200不被操作。因此，轉(zhuǎn)換器600的輸出電壓因此而改變。考慮到第一電機200未被操作，確定轉(zhuǎn)換器600的輸出電壓是無效的。特別地，輸出電壓顯示電壓，以使控制器900指示轉(zhuǎn)換器600的輸出電壓。
當中性點開關700接通時，第一電機200不被考慮，可利用第二電機300的信息，確定轉(zhuǎn)換器600的輸出電壓。本發(fā)明提出一種方法，利用第二電機300的信息中的第二電機300的轉(zhuǎn)速，以及第二電機300的最大轉(zhuǎn)矩調(diào)整時的總磁通量。具體地，提出一種基于下列等式獲得或計算輸出電壓的方法：
其中，VDC：轉(zhuǎn)換器600的輸出電壓，λmag：第二電機300的最大轉(zhuǎn)矩控制時的總磁通量，wr：第二電機300的轉(zhuǎn)速，λds：在第二電機300的最大轉(zhuǎn)矩控制時的d軸磁通量，λqs：第二電機300的最大轉(zhuǎn)矩控制下的q軸磁通量。
具體地，d軸磁通量和q軸磁通量表示使用在電機的同步坐標系統(tǒng)中的坐標參考的磁通量值。與上述情形不同，即使第一電機200被操作或者第一電機200的操作停止，當車輛的所需功率等于或小于轉(zhuǎn)換器600的最大功率時，也無需利用第一電機200和第一逆變器400執(zhí)行轉(zhuǎn)換電路，因而控制器900可被配置成關斷中性點開關700。
此外，與上述情形不同，可以考慮第一電機200和第二電機300，來確定轉(zhuǎn)換器600的輸出電壓，因而可基于第一電機200的轉(zhuǎn)速、第一電機200的最大轉(zhuǎn)矩調(diào)整時的總磁通量、第二電機300的轉(zhuǎn)速和第二電機300的最大轉(zhuǎn)矩調(diào)整時的總磁通量來獲得。特別地，基于上文給出等式得到的、根據(jù)第一電機200和第二電機300的轉(zhuǎn)換器600的輸出電壓的較大值，將由控制器900設置為轉(zhuǎn)換器600的輸出電壓。
從圖1的結(jié)構圖可知，除了中性點開關以外，本發(fā)明還可包括旁通開關800，在轉(zhuǎn)換器600的第一側(cè)和第二側(cè)與轉(zhuǎn)換器600并聯(lián)連接。因此，當混合動力車輛以電動車(EV)模式行駛時，在車輛無需經(jīng)歷逆變器600的升壓過程的情況下，車輛功率可得以改善。因此，根據(jù)本發(fā)明，當車輛以EV模式行駛時，由于旁通開關800與轉(zhuǎn)換器600并聯(lián)連接，因此來自電池100的電流可流經(jīng)旁通開關800，而不流經(jīng)轉(zhuǎn)換器600。因此，來自電池100的電流僅流經(jīng)旁通開關800，而不流經(jīng)逆變器、功率模塊以及包含在轉(zhuǎn)換器600中的寄生電阻，從而避免現(xiàn)有的電感器和電容器產(chǎn)生共振，并減小寄生電阻等造成的功率損失，從而提高系統(tǒng)的效率。
為了控制旁通開關800，根據(jù)本發(fā)明的控制器900可被配置成執(zhí)行旁通開關800的接通/關斷，以便通過旁通開關800將電池100的電力直接供應到第一逆變器400或第二逆變器500。具體地，當混合動力車輛處于電動車模式時，也就是EV模式時，控制器900可被配置成接通旁通開關800，以將電池100的電力直接供給至第一逆變器400。當利用第一逆變器400的功率能夠充分滿足車輛的所需功率時，不需要運行第二逆變器500。具體地，電池100的電力可被供給至第一逆變器400，而不供給到第二逆變器500。
然而，與上述情形不同，車輛的所需功率值超出控制器900中預設的功率極限值時，與第一逆變器400的功率不滿足車輛的所需功率時相對應，因此，控制器900可被配置成操作旁通開關800，以將電池100的電力直接供給到第一逆變器400和第二逆變器500。當?shù)谝荒孀兤?00和第二逆變器500二者都運行時，與當?shù)谝荒孀兤?00運行時相比，車輛的功率更高，因而車輛所需的功率可得到滿足。因此，當前控制步驟中的功率極限值可基于車輛的類型和狀態(tài)而具有不同的值，但是，通常優(yōu)選的是，將第一逆變器400的最大功率設置成輸出極限值。
如上所述，本發(fā)明還可獲得以下效果：
首先，可通過集成控制車輛的電力系統(tǒng)和電機，來通過電機增大車輛的功率；
第二，可通過在電動車模式下同時驅(qū)動兩個電機，來增大車輛的最大功率；
第三，可通過增大最大功率而不使用轉(zhuǎn)換器，來防止由于轉(zhuǎn)換器的運行而導致的熱損失。
盡管已經(jīng)參考特定的示例性實施方式示出和描述了本發(fā)明，然而，對本領域技術人員明顯的是，在不偏離所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還具有多種修改和替代方式。