专利名称：用于在马达减速期间控制变换器的车辆电气系统和方法
技术领域：
本发 明总体上涉及车辆电气系统。更具体地，本发明涉及用于在连接至变换器的永磁马达的减速期间控制变换器的车辆电气系统和方法。
背景技术：
近年来，技术的进步以及不断发展的对风格样式的尝试已导致了机动车辆设计中实质性的变化。这些变化之一就包括机动车辆内(尤其是诸如混合动力车辆和蓄电池电动车辆之类的利用了电压供应部的替代燃料(或推进)车辆内)的电气系统的复杂性。这种替代燃料车辆通常使用一个或多个电动马达，所述电动马达常常由蓄电池提供电力，并且可以与另一致动器组合起来以驱动车轮。在诸如碰撞或电气故障之后的马达减速期间，需要尽可能快地使马达减速，例如通过施加制动转矩。可施加至马达的制动转矩量部分由电压供应部的电极之间的电压(即 DC环节电压)来支配。一般来说，在马达减速期间，尤其是当施加了制动转矩时，存在使该电压升高的趋势。如果DC环节的电压变得太高，则可能损坏一些电气部件(例如变换器的开关)。另外，出于安全原因，需要相对快速地降低DC环节的电压。然而，如果DC环节的电压下降太快，则系统可能失去对通常由DC环节提供电力的变换器的开关的控制。因此，希望提供一种车辆电气系统和方法，其允许在马达减速期间对DC环节电压的改善的管理。此外，结合附图和前述技术领域与背景技术，本发明的其他期望特征和特性将通过随后的详细说明和所附权利要求变得明显。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于操作具有耦联至电动马达的多个高位开关和多个低位开关的变换器的方法。检测指示电动马达减速的事件。变换器在电动马达减速期间在第一操作模式与第二操作模式之间交替变化。在第一操作模式中，启用多个高位开关中的每个高位开关，并且停用多个低位开关中的每个低位开关，或者启用多个低位开关中的每个低位开关，并且停用多个高位开关中的每个高位开关。在第二操作模式中，停用多个高位开关中的每个高位开关，并且停用多个低位开关中的每个低位开关。在另一实施例中，提供一种用于操作变换器的方法，该变换器具有多对开关，所述多对开关中的每对开关均包括高位开关和低位开关，并且耦联至机动车牵引马达。检测指示机动车牵引马达减速的事件。如果由机动车牵引马达产生的反电动势(EMF)高于预定的阈值，则变换器在机动车牵引马达减速期间在第一操作模式与第二操作模式之间交替变化。在第一操作模式中，启用多个高位开关中的每个高位开关并停用多个低位开关中的每个低位开关，或者启用多个低位开关中的每个低位开关并停用多个高位开关中的每个高位开关。在第二操作模式中，停用多个高位开关中的每个高位开关并停用多个低位开关中的每个低位开关。如果由机动车牵引马达产生的反电动势低于预定的阈值，则停用多个高位开关中的每个高位开关和多个低位开关中的每个低位开关。
在另一实施例中，提供一种机动车推进系统。该机动车推进系统包括电动马达， 其包括多个绕组；直流至交流(DC/AC)功率变换器，其包括耦联至多个绕组的多对功率开关器件，所述每对功率开关器件均包括高位功率开关器件和低位功率开关器件；以及处理系统，其与电动马达和DC/AC功率变换器以可操作的方式通信。处理器构造成检测指示电动马达的减速的事件，并在电动马达的减速期间使变换器在第一操作模式与第二操作模式之间交替变化。在第一操作模式中，启用多个高位开关中的每个高位开关并停用多个低位开关中的每个低位开关，或者启用多个低位开关中的每个低位开关并停用多个高位开关中的每个高位开关。在第二操作模式中，停用多个高位开关中的每个高位开关并停用多个低位开关中的每个低位开关。本发明还包括以下方案
方案1. 一种用于操作变换器的方法，所述变换器具有耦联至电动马达的多个高位开关和多个低位开关，所述方法包括
检测指示所述电动马达减速的事件；以及
在所述电动马达减速期间使所述变换器在第一操作模式与第二操作模式之间交替变
化；
其中，在所述第一操作模式中，启用所述多个高位开关中的每个高位开关并停用所述多个低位开关中的每个低位开关，或者启用所述多个低位开关中的每个低位开关并停用所述多个高位开关中的每个高位开关，而在所述第二操作模式中，停用所述多个高位开关中的每个高位开关并停用所述多个低位开关中的每个低位开关。方案2.根据方案1所述的方法，其中，只有当在所述电动马达减速期间由所述电动马达产生的反电动势EMF高于预定的阈值时，才发生使所述变换器在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间交替变化。方案3.根据方案2所述的方法，还包括如果在所述电动马达减速期间由所述电动马达产生的反电动势低于所述预定的阈值，则停用所述多个高位开关中的每个高位开关和所述低位开关中的每个低位开关。方案4.根据方案3所述的方法，其中，所述预定的阈值为较低的反电动势阈值。方案5.根据方案4所述的方法，还包括接收指示了所述多个高位开关和所述多个低位开关是否电连接至蓄电池的信号。方案6.根据方案5所述的方法，还包括如果在所述电动马达减速期间由所述电动马达产生的反电动势高于较高的反电动势阈值，并且所述接收的信号指示了所述多个高位开关和所述多个低位开关没有电连接至所述蓄电池，则使所述变换器在第三操作模式与第四操作模式之间交替变化，其中所述较高的反电动势阈值大于所述较低的反电动势阈值，并且在所述第三操作模式中，启用所述多个高位开关中的每个高位开关并停用所述多个低位开关中的每个低位开关，而在所述第四操作模式中，启用所述多个低位开关中的每个低位开关并停用所述多个高位开关中的每个高位开关。方案7.根据方案6所述的方法，还包括如果在所述电动马达减速期间由所述电动马达产生的反电动势高于所述较高的反电动势阈值，并且所述接收的信号指示所述多个高位开关和所述多个低位开关电连接至所述蓄电池，则使所述变换器在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间交替变化。
方案8.根据方案6所述的方法，其中，所述多个高位开关和所述多个低位开关共同包括多对开关，每对开关均包括所述多个高位开关中的一个高位开关和所述多个低位开关中的一个低位开关。方案9.根据方案6所述的方法，其中，所述多个高位开关中的每个高位开关和所述多个低位开关中的每个低位开关均包括第一端子和第二端子，并且在所述多对开关中的每对开关内，所述相应的高位开关的第二端子连接至所述相应的低位开关的第一端子。方案10.根据方案6所述的方法，其中，所述变换器和所述电动马达构造成使得所述变换器在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间的交替变化导致了所述多个高位开关的第一端子与所述多个低位开关的所述第二端子之间的电压的降低。方案11. 一种用于操作具有多对开关的变换器的方法，所述多对开关中的每对开关均包括耦联至机动车牵引马达的高位开关和低位开关，所述方法包括
检测指示所述机动车牵引马达减速的事件；
如果由所述机动车牵引马达产生的反电动势EMF高于预定的阈值，则在所述机动车牵引马达减速期间使所述变换器在第一操作模式与第二操作模式之间交替变化，其中在所述第一操作模式中，启用所述多个高位开关中的每个高位开关并停用所述多个低位开关中的每个低位开关，或启用所述多个低位开关中的每个低位开关并停用所述多个高位开关中的每个高位开关，而在所述第二操作模式中，停用所述高位开关中的每个高位开关并且停用所述多个低位开关中的每个低位开关；以及
如果由所述机动车牵引马达产生的所述反电动势低于所述预定的阈值，则停用所述多个高位开关中的每个高位开关和所述多个低位开关中的每个低位开关。方案12.根据方案11所述的方法，其中，所述预定的阈值为较低的反电动势阈值，并且还包括接收指示所述多个高位开关和所述多个低位开关是否电连接至蓄电池的信号。方案13.根据方案12所述的方法，还包括如果由所述机动车牵引马达产生的反电动势高于较高的反电动势阈值，并且所述接收的信号指示所述多个高位开关和所述多个低位开关没有电连接至所述蓄电池，则使所述变换器在第三操作模式与第四操作模式之间交替变化，其中所述较高的反电动势阈值大于所述较低的反电动势阈值，并且在所述第三操作模式中，启用所述多个高位开关中的每个高位开关并停用所述多个低位开关中的每个低位开关，而在所述第四操作模式中，启用所述多个低位开关中的每个低位开关并停用所述多个高位开关中的每个高位开关。方案14.根据方案13所述的方法，还包括如果由所述机动车牵引马达产生的反电动势高于所述较高的反电动势阈值，并且所述接收的信号指示所述多个高位开关和所述多个低位开关电连接至所述蓄电池，则使所述变换器在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间交替变化。方案15.根据方案14所述的方法，其中，所述多个高位开关中的每个高位开关和所述多个低位开关中的每个低位开关均包括第一端子和第二端子，并且在所述多对开关中的每对开关内，所述相应的高位开关的第二端子连接至所述相应的低位开关的第一端子， 并且其中所述变换器和所述机动车牵引马达构造成，使得所述变换器在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间的交替变化导致了所述多个高位开关的第一端子与所述多个低位开关的第二端子之间的电压的降低。方案16. —种机动车推进系统，包括 电动马达，所述电动马达包括多个绕组；
直流至交流DC/AC功率变换器，所述DC/AC变换器包括耦联至所述多个绕组的多对功率开关器件，每对功率开关器件均包括高位功率开关器件和低位功率开关器件；
处理系统，所述处理系统与所述电动马达和所述DC/AC功率变换器以可操作的方式通信，所述处理系统构造成
检测指示所述电动马达减速的事件；以及
在所述电动马达减速期间使所述变换器在第一操作模式与第二操作模式之间交替变
化；
其中，在所述第一操作模式中，启用所述多个高位开关中的每个高位开关并停用所述多个低位开关中的每个低位开关，或者启用所述多个低位开关中的每个低位开关并停用所述多个高位开关中的每个高位开关，而在所述第二操作模式中，停用所述多个高位开关中的每个高位开关，并且停用所述多个低位开关中的每个低位开关。方案17.根据方案16所述的机动车推进系统，其中，所述处理系统构造成使得只有当在所述电动马达减速期间由所述电动马达产生的反电动势EMF高于第一预定阈值时，才发生所述DC/AC功率变换器的操作在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间的交替变化。方案18.根据方案17所述的机动车推进系统，其中，所述处理系统还构造成如果在所述电动马达减速期间由所述电动马达产生的反电动势低于所述第一预定阈值，则停用所述多个高位开关中的每个高位开关和所述低位开关中的每个低位开关。方案19.根据方案18所述的机动车推进系统，还包括蓄电池，并且其中所述处理系统还构造成如果在所述电动马达减速期间由所述电动马达产生的反电动势高于第二预定阈值，并且所述蓄电池电连接至所述多个高位开关和所述多个低位开关，则使所述DC/AC 功率变换器在第三操作模式与第四操作模式之间交替变化，其中所述第二预定阈值大于所述第一预定阈值，并且在所述第三操作模式中，启用所述多个高位开关中的每个高位开关并停用所述多个低位开关中的每个低位开关，而在所述第四操作模式中，启用所述多个低位开关中的每个低位开关并停用所述多个高位开关中的每个高位开关。方案20.根据方案19所述的机动车推进系统，其中，所述DC/AC功率变换器还包括多个二极管，所述多个二极管中的每个二极管均与所述多对功率开关器件中的所述高位功率开关器件和所述低位功率开关器件中相应的一个成反向并联构造。
在下文中将结合以下附图来描述本发明，附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且 图1是根据实施例的示例性机动车的示意图； 图2是根据实施例的、图1的机动车内的变换器控制系统的框图； 图3是根据实施例的、图1的机动车内的功率变换器、电压供应部和电动马达的示意图；以及图4是根据实施例的、用于操作变换器的方法的流程图。
具体实施例方式以下的详细说明本质上仅是示例性的，并且不用于限制本发明、或本发明的应用和使用。此外，也不意在受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下的详细说明中所提出的任何明确或暗示的理论的束缚。另外，尽管在此示出的示意图描绘了元件的示例布置，但在实际的实施例中可存在另外介入的元件、器件、特征、或部件。还应理解的是，图1-4仅是说明性的，并且可能未按比例绘制。 以下的说明涉及“连接”或“联接”到一起的元件或特征。如在此所使用地，“连接” 可指一个元件/特征机械地结合至另一元件/特征(或与另一元件/特征直接连通)的，而不必然是直接地。同样地，“耦联”可指一个元件/特征直接地或间接地结合至另一元件/ 特征(或与另一元件/特征直接地或间接地连通)，而不必然是机械地。然而，应理解的是，尽管两个元件以下在一个实施例中可描述成“连接”，但在替代性实施例中，相似的元件可“耦联”，并且反之亦然。因此，尽管在此示出的示意图描绘了元件的示例布置，但在实际的实施例中可存在另外介入的元件、器件、特征、或部件。图1至图4图示了用于操作耦联至永磁电动马达的变换器的系统。该变换器具有耦联至电动马达的多个高位开关和多个低位开关。检测指示了电动马达减速的事件。变换器在电动马达减速期间在第一操作模式与第二操作模式之间交替变化。在第一操作模式中，启用多个高位开关中的每个高位开关，并停用多个低位开关中的每个低位开关，或者启用多个低位开关中的每个低位开关，并且停用多个高位开关中的每个高位开关。在第二操作模式中，停用多个高位开关中的每个高位开关，并且停用多个低位开关中的每个低位开关
图1是根据实施例的车辆(或“机动车”或机动车推进系统)10的示意图。机动车10包括底盘12、车身14、四个车轮16和电子控制系统18。车身14布置在底盘12上，并大致包围机动车10的其他部件。车身14和底盘12可一起形成车架。车轮16分别在靠近车身14 相应的角部处旋转地联接至底盘12。机动车10可以是许多不同类型的机动车中的任何一种，例如轿车、货车、卡车、 或运动型多功能车(SUV)，并且可以是两轮驱动(2WD)(即后轮驱动或前轮驱动)、四轮驱动(4WD)或全轮驱动(AWD)的。机动车10还可结合许多不同类型的发动机中的任何一种或它们的组合，例如以汽油或柴油作为燃料的燃烧发动机、“灵活燃料型车辆(flex fuel vehicle)" (FFV)的发动机(即利用汽油和乙醇的混合物)、气态化合物(例如氢和/或天然气)作为燃料的发动机、燃烧发动机/电动马达的混合发动机(即，诸如在混合动力电动车辆 (HEV)中)、和电动马达。图1中的机动车10为HEV，并且还包括致动器组件20、蓄电池(例如高压蓄电池) 22和功率电子组件(例如变换器或变换器组件)24。致动器组件20通过驱动轴26机械地联接至车轮16中的至少一些车轮，并且包括燃烧发动机28和电动马达/发电机(或牵弓I马达)30。燃烧发动机28和/或电动马达30被集成在一起，使得它们中的一个或两者通过变速器(未示出)机械地联接至驱动轴26。蓄电池22例如可以是锂离子蓄电池，并可包括集成的伏特计。
在实施例中，机动车10 为“串联HEV”，其中燃烧发动机28不是直接地联接至变速器，而是联接至用于给电动马达30提供电力的发电机(未示出)。在另一实施例中，机动车 10为“并联HEV”，其中燃烧发动机28例如通过使电动马达30的转子旋转地联接至燃烧发动机28的驱动轴从而直接联接至变速器。电子控制系统18以可操作的方式与致动器组件20、蓄电池22和变换器24通信。 尽管未详细示出，但电子控制系统18包括各种传感器和机动车控制模块、或电子控制单元(E⑶)，诸如变换器控制模块、马达控制器和车辆控制器、以及至少一个处理器(或处理系统)和/或储存器，所述存储器在其上(或者在另一计算机可读介质中)存储有用于实现如以下所描述的过程和方法的指令。参考图2，其示出了根据本发明示例性实施例的变换器控制系统34。变换器控制系统34包括以可操作的方式与脉宽调制(PWM)调制器38 (或脉宽调制器)和变换器24 (在其输出处)通信的控制器(或处理器)36。PWM调制器38耦联至栅驱动器(gate driver)39, 栅驱动器39的输出继而又耦联至变换器24的输入。变换器24具有耦联至马达30的第二输出。控制器36和PWM调制器38可与图1所示的电子控制系统18集成在一起。图3更详细地示意性图示了图1和图2的蓄电池(和/或DC电压源)22、变换器 24和马达30。在描绘的实施例中，变换器24包括耦联至马达30的三相电路。更具体地， 变换器24包括开关网络，该开关网络具有耦联至蓄电池22(即电压源或电压供应部(VDC)) 的第一输入和耦联至马达30的输出。尽管示出了单个电压源，但是可以使用具有两个或更多个串联电压源的分布式DC环节。如本领域的技术人员所意识到地，电动马达30在一个实施例中为永磁电动马达， 并且包括定子组件40和转子组件42。如通常所理解地，定子组件40包括多个(例如三个) 导电线圈或绕组44、46和48，所述导电线圈或绕组中的每一个均与电动马达30的三相中的一相相关联。如通常所理解地，转子组件42包括多个磁体50，并且以可旋转的方式耦联至定子组件40。如通常所理解地，磁体50可包括多个(例如十六个)电磁极。应理解的是，以上提供的说明仅仅意在作为可使用的一种类型的电动马达的示例。开关网络包括具有与马达23的相中的每一相对应的三对串联的功率开关器件 (或开关、或部件)，所述功率开关器件均具有反向并联的二极管(即与每个开关反向并联)。 串联开关对中的每对开关均包括第一开关或晶体管(即“高位”开关)52,54和56，其具有耦联至电压源22的正极63的第一端子；和第二开关(即“低位”开关)58,60和62，其具有耦联至电压源22的负极65的第二端子和耦联至相应的第一开关52、54和56的第二端子的第一端子。因此，高位开关52、54和56的第一端子和低位开关58、60和62的第二端子连接在电压源22的DC环节上(S卩，连接在电压源22的正极63和负极65上)。如通常所理解地，开关52-62中的每个开关均可以是在半导体(例如硅)衬底上形成的集成电路(例如裸芯(die))内的单独半导体器件(诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)) 的形式。如所示地，二极管64以反向并联的构造(即“回流” 二极管或“续流”二极管)连接至开关52-62中的每个开关。同样地，开关52-62中的每个开关与相应的二极管64可理解为形成了开关二极管对或组，在示出的实施例中包括六个开关二极管对或组。变换器24还包括电流传感器(例如霍耳效应传感器)66，以检测通过开关52-62和/或绕组44、46和48 的电流的流动。
仍然参考图3，变换器24还包括电压断路开关(或蓄电池接触器)68和DC环节电容器70。蓄电池接触器68可与开关52-62类似并连接至电压源(即蓄电池)22的正端子。 在其他实施例中，接触器可以是基于机械的，诸如继电器。DC环节电容器70跨接在系统的 DC环节上(即，跨接电压源22的正端子和负端子)。参考图1，在正常操作(即行驶)期间，通过以交替的方式用燃烧发动机28和电动马达30向车轮16提供动力，和/或通过同时用燃烧发动机28和电动马达30向车轮16提供动力来操作机动车10。为了向电动马达30提供电力，从蓄电池22 (而在燃料电池机动车的情况下，从燃料电池)向变换器24提供DC电力，变换器24在所述电力被送至电动马达 30之前将DC电力转变成AC电力。如本领域的技术人员所意识到地，DC电力到AC电力的转变大致通过以例如12千赫(kHz)的操作(或开关)频率来操作(即重复地开关)变换器24 内的开关52-62来实现。参考图2，控制器36通常产生用于控制变换器24的开关动作的脉宽调制(PWM)信号。然后，变换器24将PWM信号转变成用于操作马达30的调制电压波形。图2的变换器控制系统34包含正常操作期间的多种操作，包括但不限于接收转矩命令、基于当前的速度和 可用电压将转矩命令转变成电流命令、和对这样的电流命令进行调整。电流调整器(未示出)的输出是产生被请求的电流所需的输出电压。PWM调整器38和栅驱动器39产生必需的栅脉冲(或占空比)，该栅脉冲被送至变换器24，以将电动马达30控制到预期的速度和 /或转矩。如本领域的技术人员所意识到地，开关52-62 (图3)的操作使电流流过马达30中的绕组44、46和48。该电流与由磁体50产生的磁场的相互作用使得产生洛伦兹力，从而使转子42相对于定子40旋转。根据本发明的一个方面，在检测到指示马达30 (和/或作为一个整体而指示机动车10)的“意外”减速(例如异常制动)的事件时，变换器24在“短路”操作模式与“开路”操作模式之间交替变化。在短路模式中，启用所有的高位开关52、54和56，同时停用低位开关58、60和62，或者启用所有的低位开关58、60和62，同时停用所有的高位开关52、54和 56。在开路模式中，停用所有的开关(包括高位开关和低位开关)52-62。该切换操作可在马达30继续自由转动(即转子42继续相对于定子40旋转)的同时，允许DC环节上的电压以相对受控的方式降低。图4图示了根据一个实施例的用于控制变换器24的方法(和/或系统)100。方法100在变换器24 (和电动马达30)处于正常操作的情况下从步骤102开始。在步骤104 处，如果没有接收到“立即禁用”命令(例如，指的是断开蓄电池并停止马达操作)，则正常操作在步骤106处继续。然而，接收到这样的命令则指示了车辆10在其它方面的正常操作期间已检测到指示了电动马达30的减速的事件，并且对马达30操作的停止(和/或蓄电池22 的断开)是急迫的。“立即禁用”命令例如可以由涉及碰撞(例如由车辆控制器检测)或电气故障(例如绕组短路或过电压情形)的车辆10引发。蓄电池22可与马达30断开，使得马达 30 (即转子42) “自由转动”(并缓慢地减速)和/或由变换器24施加制动转矩以便使转子 42变慢。在步骤108处，将由转动的电动马达所产生的反电动势(EMF，也称为back EMF)与预定的上限阈值比较。反电动势的上限阈值例如可在400伏与450伏之间。如果测量的反电动势低于(或者不大于)上限阈值，则方法100继续行进到步骤110。在步骤110处，将测量的反电动势与预定的下限阈值比较。反电动势的下限阈值例如可在50伏与60伏之间。如果测量的反电动势大于下限阈值，则方法继续行进到步骤 112。在步骤112处，变换器控制模块使变换器24在第一操作模式与第二操作模式之间重复地交替变化。第 一操作模式为“短路”操作模式，其中启用(或闭合或接通)所有的高位开关52、 54和56，同时停用(或打开或断开)所有的低位开关58、60和62，或者启用所有的低位开关 58,60和62，同时停用所有的高位开关52、54和56。第二操作模式为“开路”操作模式，其中停用所有的开关(包括高位开关和低位开关)52-62。在一个实施例中，进行该在第一操作模式与第二操作模式之间的交替，使得变换器24有近似90%的时间处于第一操作模式中，而近似10%的时间处于第二操作模式中。作为示例，高位开关52、54和56可与90%的占空比同步，而低位开关58、60和62可以0%的占空比操作。所得到的变换器24的操作将是90%的时间为短路模式，而剩余10%的时间为开路模式。在步骤112处使能的变换器24的操作使反电动势以及DC环节电压在仍然提供足以操作开关52-62的同时逐渐降低。当反电动势降到低于下限阈值时(在步骤110处)，方法100继续行进到步骤114。 在步骤114处，类似于上述情况，由变换器24执行开路操作模式。一旦反电动势降到低于下限阈值，则开路操作模式维持DC环节电压，使得开关52-62、以及其它部件仍然可操作。 方法100例如在电动马达30的旋转由于摩擦和/或所施加的制动转矩而停止的情况下在步骤116处结束。返回到步骤108，在接收到“立即禁用”命令之后，如果测量的或估计的反电动势高于上限阈值，则方法100行进到步骤118。在步骤118处，确定蓄电池接触器68是否闭合或接通(即蓄电池22仍然连接至开关52-62)，更具体地，在一个实施例中，确定是否收到指示电池接触器68闭合的信号。在其他实施例中，可使用电压测量。如果蓄电池接触器68闭合，则方法100行进到步骤120。在步骤120处，变换器24 类似于上面关于步骤112所描述那样，在第一操作模式与第二操作模式之间交替变化。然而，在步骤120处，为了以增大的速率降低DC环节电压，变换器可在诸如20%的增加的时间部分中以第二开路模式操作(因此80%的时间处于第一模式中)。如图4所示，方法100从步骤120返回至步骤108。如果蓄电池接触器68在步骤118处未闭合，则方法行进到步骤122。在步骤122 处，变换器控制模块使变换器24在第三操作模式与第四操作模式之间重复地交替变化。该模式切换可有效地包括以同步的方式向开关52-62中的每个开关施加近似50%的占空比， 使得变换器24在向马达30施加“高位短路”与“低位短路”之间交替变化。具体地，在第三操作模式中，启用所有的高位开关52-56，同时停用所有的低位开关58-62。在第四操作模式中，启用所有的低位开关58-62，并停用所有的高位开关52-56。如图4所示，方法100 从步骤120返回至步骤108。在一个实施例中，该切换以开关频率(例如12 kHz)执行，使得变换器24处于第三模式的时间近似等于处于第四模式的时间(即50%的占空比)。该切换操作可降低或调节跨DC环节上的电压，否则DC环节上的电压在马达30继续减速的同时可能变得不合需要地高。 如本领域的技术人员所意识到地，DC环节电压的降低或管理可能部分是由开关52-62的操作所固有的“开关损耗”所导致的。可将死时间补偿算法应用于所述切换操作，以便进一步增加DC环节电压降低的速率、或者以另外的方式调节DC环节电压。如通常所理解地，死时间补偿算法常常在机动车牵引马达的正常、主动操作期间使用，以补偿由开关(例如开关52-62)在操作状态之间进行转换所需的时间所引起的电流中的相对延迟。在一个实施例中，死时间补偿算法可在减速期间调节所述切换操作，使得高位开关52-56和低位开关58-62的占空比例如在47%与 53%之间改变(在第一与第二操作模式之间仍然维持近似50/50的份额(split))。当例如 DC环节电压降低至预定阈值(例如70伏)以下时，或者在马达停止转动时，该方法可结束。上述系统和方法的一个优点是可在马达减速期间调节DC环节电压。结果是，在仍将DC环节电压降低至所希望的水平的同时，可仍然向马达施加制动转矩。另外，防止DC环节电压降低太快，使得在马达仍然自由转动的同时可以控制变换器开关。其他实施例可利用不同于DC/AC变换器的源器件(诸如DC/DC功率转换器)，以及不同于电动马达的负载器件(诸如蓄电池(例如锂离子蓄电池))。上述系统可在不同于机动车的系统中实现，诸如水运工具和飞行器。电动马达和功率变换器可具有不同数目的相，诸如两相或四相。可使用诸如电流源之类的其他形式的功率源，并且可使用其它形式的负载， 包括二极管整流器、可控硅转换器、燃料电池、电感器、电容器、和/或它们的任意组合。应指出的是，以上提供的数值范围仅用作示例，并且不用于限制上述系统的使用。 尽管在前述详细说明中已介绍了至少一个示例性实施例，但应意识到的是，存在许许多多的变型。还应意识到的是，一个或多个示例性实施例仅是示例，并且不以任何方式限制本发明的范围、适用性或构造。相反地，前述详细说明给本领域的技术人员提供了用于实现所述一个或多个示例性实施例的便利指导。应理解的是，在不偏离所附权利要求及其法律等同物中阐述的本发明范围的情况下，可在元件的功能和布置中作出各种变化。
权利要求
1.一种用于操作变换器的方法，所述变换器具有耦联至电动马达的多个高位开关和多个低位开关，所述方法包括检测指示所述电动马达减速的事件；以及在所述电动马达减速期间使所述变换器在第一操作模式与第二操作模式之间交替变化；其中，在所述第一操作模式中，启用所述多个高位开关中的每个高位开关并停用所述多个低位开关中的每个低位开关，或者启用所述多个低位开关中的每个低位开关并停用所述多个高位开关中的每个高位开关，而在所述第二操作模式中，停用所述多个高位开关中的每个高位开关并停用所述多个低位开关中的每个低位开关。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，只有当在所述电动马达减速期间由所述电动马达产生的反电动势EMF高于预定的阈值时，才发生使所述变换器在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间交替变化。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括如果在所述电动马达减速期间由所述电动马达产生的反电动势低于所述预定的阈值，则停用所述多个高位开关中的每个高位开关和所述低位开关中的每个低位开关。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述预定的阈值为较低的反电动势阈值。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括接收指示了所述多个高位开关和所述多个低位开关是否电连接至蓄电池的信号。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括如果在所述电动马达减速期间由所述电动马达产生的反电动势高于较高的反电动势阈值，并且所述接收的信号指示了所述多个高位开关和所述多个低位开关没有电连接至所述蓄电池，则使所述变换器在第三操作模式与第四操作模式之间交替变化，其中所述较高的反电动势阈值大于所述较低的反电动势阈值，并且在所述第三操作模式中，启用所述多个高位开关中的每个高位开关并停用所述多个低位开关中的每个低位开关，而在所述第四操作模式中，启用所述多个低位开关中的每个低位开关并停用所述多个高位开关中的每个高位开关。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括如果在所述电动马达减速期间由所述电动马达产生的反电动势高于所述较高的反电动势阈值，并且所述接收的信号指示所述多个高位开关和所述多个低位开关电连接至所述蓄电池，则使所述变换器在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间交替变化。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个高位开关和所述多个低位开关共同包括多对开关，每对开关均包括所述多个高位开关中的一个高位开关和所述多个低位开关中的一个低位开关。
9.一种用于操作具有多对开关的变换器的方法，所述多对开关中的每对开关均包括耦联至机动车牵引马达的高位开关和低位开关，所述方法包括检测指示所述机动车牵引马达减速的事件；如果由所述机动车牵引马达产生的反电动势EMF高于预定的阈值，则在所述机动车牵引马达减速期间使所述变换器在第一操作模式与第二操作模式之间交替变化，其中在所述第一操作模式中，启用所述多个高位开关中的每个高位开关并停用所述多个低位开关中的每个低位开关，或启用所述多个低位开关中的每个低位开关并停用所述多个高位开关中的每个高位开关，而在所述第二操作模式中，停用所述高位开关中的每个高位开关并且停用所述多个低位开关中的每个低位开关；以及如果由所述机动车牵引马达产生的所述反电动势低于所述预定的阈值，则停用所述多个高位开关中的每个高位开关和所述多个低位开关中的每个低位开关。
10. 一种机动车推进系统，包括 电动马达，所述电动马达包括多个绕组；直流至交流DC/AC功率变换器，所述DC/AC变换器包括耦联至所述多个绕组的多对功率开关器件，每对功率开关器件均包括高位功率开关器件和低位功率开关器件；处理系统，所述处理系统与所述电动马达和所述DC/AC功率变换器以可操作的方式通信，所述处理系统构造成检测指示所述电动马达减速的事件；以及在所述电动马达减速期间使所述变换器在第一操作模式与第二操作模式之间交替变化；其中，在所述第一操作模式中，启用所述多个高位开关中的每个高位开关并停用 所述多个低位开关中的每个低位开关，或者启用所述多个低位开关中的每个低位开关并停用所述多个高位开关中的每个高位开关，而在所述第二操作模式中，停用所述多个高位开关中的每个高位开关，并且停用所述多个低位开关中的每个低位开关。
全文摘要
本发明涉及用于在马达减速期间控制变换器的车辆电气系统和方法。具体地，提供用于操作变换器的方法和系统，该变换器具有耦联至电动马达的多个高位开关和多个低位开关。检测指示电动马达减速的事件。变换器在电动马达减速期间在第一操作模式与第二操作模式之间交替变化。在第一操作模式中，启用多个高位开关中的每个高位开关并停用多个低位开关中的每个低位开关，或者启用多个低位开关中的每个低位开关并停用多个高位开关中的每个高位开关。在第二操作模式中，停用多个高位开关中的每个高位开关，并且停用多个低位开关中的每个低位开关。
文档编号B60L15/20GK102310784SQ20111016402
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月17日 优先权日2010年6月17日
发明者科塔里 A., A. 韦尔奇科 B., S. 马加罗夫 K., 科科托维奇 N., E. 舒尔茨 S., 希蒂 S. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司