专利名称：双源汽车推进系统以及操作方法
技术领域：
本发明总体上涉及汽车推进系统。更具体地，本发明涉及一种双源汽车推进系统以及操作方法。
背景技术：
在近些年，技术的进步以及品位风格的不断进化给汽车设计带来了实质性的变化。这些变化之一包括汽车内部的电系统的复杂程度，特别是利用了电压供给部的替代性燃料(或者推进)车辆，例如混合动力车辆以及蓄电池电动车辆。这种替代性燃料车辆通常使用一个或者多个电动马达，这些电动马达通常由电池(通常与另一致动器组合)来提供动力，从而驱动车轮。这种车辆(例如，燃料电池车辆)通常使用两个分开的电压源，例如蓄电池和燃料电池，以向驱动车轮的电动马达提供动力。功率电子器件(或者功率电子装置或系统)，例如直流至直流电(DC/DC)转换器，通常被用于管理和转换来自这两种电压源的功率。同样， 由于替代性燃料汽车通常仅包括直流电(DC)功率供应，所以还提供了直流至交流(DC/AC) 变换器(或者功率变换器)，以便将DC功率转换为交流(AC)功率，这通常是马达所需要的。这样，替代性燃料车辆通常包括两种(或者多种)功率电子装置以便管理两个电压源之间的功率，并且将来自电压源的功率提供给一个或者多个电动马达。随着替代性燃料车辆中对电系统的功率需求持续增加，还存在着对最大化这种系统的电效率和性能的不断增长的需求。还存在着减小电系统中部件的尺寸以便最小化车辆的总体成本和重量的持续需求。因此，期望提供一种改进的具有两个电压源的汽车推进系统以及用于操作这种系统的方法。此外，本发明其他期望特征和特性通过随后的详细描述和所附权利要求的内容， 并结合附图以及先前的技术领域和背景技术的介绍，将变得明显。
发明内容
提供了一种汽车推进系统。所述汽车推进系统包括了第一电压源，功率电子装置， 其包括多个耦接至第一电压源的功率开关装置，具有多个绕组和中性节点的电动马达，所述多个绕组耦接至多个功率开关装置，所述中性节点使多个绕组互连，还包括第二电压源， 所述第二电压源耦接至所述电动马达的中性节点和所述第一电压源。提供了一种汽车推进系统。该汽车推进系统包括第一电压源；功率变换器，所述功率变换器包括耦接至第一电压源的多个功率开关装置；电动马达，所述电动马达具有中性节点和多个绕组，其中所述多个绕组耦接至所述多个功率开关装置，并且所述中性节点使所述多个绕组互连；第二电压源，所述第二电压源耦接至所述第一电压源和所述电动马达的中性节点，还包括处理系统，所述处理系统与所述第一和第二电压源、所述多个开关装置、以及所述电动马达处于可操作的连通中。处理系统可以配置成确定用于第二电压源的期望功率流，基于期望功率流计算直流(DC)分量；以及操作多个开关，以产生含有计算得到的直流(DC)分量的交流(AC)波形。提供了一种用于操作汽车功率电子器件的方法。功率电子器件包括耦接至电动马达的多个功率开关装置，其中电动马达具有多个通过中性节点互连的绕组，第一电压源，以及耦接至中性节点的第二电压源。确定用于第二电压源的期望功率流。基于期望功率流可以计算DC分量。操作多个开关装置，从而使得产生含有计算得到的DC分量的AC波形，并导致用于第二电压源的期望功率流。本发明包括以下方案方案1 一种汽车推进系统，所述汽车推进系统包括第一电压源；功率电子装置，所述功率电子装置包括耦接至所述第一电压源的多个功率开关装置；电动马达，所述电动马达包括多个绕组和中性节点，其中所述多个绕组耦接至所述多个功率开关装置，并且所述中性节点使所述多个绕组互连；以及第二电压源，所述第二电压源耦接至所述电动马达的中性节点以及所述第一电压源。方案2如方案1所述的汽车推进系统，其中，所述功率电子装置是直流至交流DC/ AC功率变换器，其包括多对晶体管。方案3如方案2所述的汽车推进系统，其中，所述多对晶体管中的每对晶体管都包括第一晶体管和第二晶体管，所述多对晶体管中的每对晶体管中的第一晶体管和第二晶体管都串联连接。方案4如方案3所述的汽车推进系统，其中，每个第一晶体管和每个第二晶体管都包括源极和漏极，并且所述第一电压源和所述第二电压源都包括第一端子和第二端子。方案5如方案4所述的汽车推进系统，其中，所述第二电压源的第一端子耦接至所述电动马达的中性节点。方案6如方案5所述的汽车推进系统，其中，所述第二电压源的第二端子耦接至所述多对晶体管中每对晶体管中的第二晶体管的漏极。方案7如方案6所述的汽车推进系统，其中，所述多对晶体管中每对晶体管的第一晶体管的漏极和第二晶体管的源极都通过晶体管节点互连，并且其中所述多个绕组中的每个绕组都耦接至所述晶体管节点，其中所述晶体管节点使所述多对晶体管中各对晶体管的第一和第二晶体管互连。方案8如方案7所述的汽车推进系统，其中，所述第一电压源的第一端子耦接至所述多对晶体管中每对晶体管中的第一晶体管的漏极。方案9如方案8所述的汽车推进系统，其中，所述第一电压源的第二端子耦接至所述多对晶体管中每对晶体管中的第二晶体管的漏极。方案10如方案1所述的汽车推进系统，进一步包括处理系统，其与所述第一和第二电压源、所述功率电子装置、以及所述电动马达都处于可操作的连通中，并且所述处理系统可配置成确定用于所述第二电压源的期望功率流；基于所述期望功率流计算直流DC分量；以及
操作所述多个开关，从而使得产生含有计算得到的直流DC分量的交流AC波形。方案11 一种汽车推进系统，所述汽车推进系统包括第一电压源；功率变换器，所述功率变换器包括耦接至所述第一电压源的多个功率开关装置；电动马达，所述电动马达包括中性节点和多个绕组，其中所述多个绕组耦接至所述多个功率开关装置，并且所述中性节点使所述多个绕组互连；第二电压源，所述第二电压源耦接至所述电动马达的中性节点和所述第一电压源；以及处理系统，所述处理系统与所述第一和第二电压源、所述多个开关装置以及所述电动马达处于可操作的连通中，所述处理系统配置成确定用于所述第二电压源的期望功率流；基于所述期望功率流来计算直流DC分量；以及操作所述多个开关，从而使得产生含有计算得到的直流DC分量的交流AC波形。方案12如方案11所述的汽车推进系统，其中，所述多个功率开关装置包括多对晶体管，并且所述多对晶体管中的每对晶体管都包括第一晶体管和第二晶体管，所述多对晶体管中每对晶体管中的第一晶体管和第二晶体管都串联连接。方案13如方案12所述的汽车推进系统，其中，每个第一晶体管和每个第二晶体管都包括源极和漏极，并且其中所述第一电压源和所述第二电压源都包括第一端子和第二端子。方案14如方案13所述的汽车推进系统，其中，所述第二电压源的第一端子耦接至所述电动马达的中性节点，所述第二电压源的第二端子耦接至所述多对晶体管的每对晶体管中的第二晶体管的漏极，所述多对晶体管中每对晶体管中的第一晶体管的漏极和第二晶体管的源极通过晶体管节点互连，并且所述多个绕组中的每个绕组耦接至所述晶体管节点，所述晶体管节点使所述多对晶体管中各对晶体管的第一和第二晶体管互连，并且所述第一电压源的第一端子耦接至所述多对晶体管的每对晶体管中的第一晶体管的漏极，所述第一电压源的第二端子耦接至所述多对晶体管的每对晶体管中的第二晶体管的漏极。方案15如方案11所述的汽车推进系统，其中，所述第一电压源是燃料电池，而所述第二电压源是蓄电池。方案16 —种用于操作汽车功率电子器件的方法，包括耦接至电动马达的多个功率开关装置，其中所述电动马达包括通过中性节点互连的多个绕组，所述多个功率开关装置还耦接至第一电压源和第二电压源，所述第二电压源还耦接至所述中性节点，所述方法包括确定用于所述第二电压源的期望功率流；基于所述期望功率流来计算直流DC分量；以及操作所述多个开关装置，从而使得产生含有计算得到的直流DC分量的交流AC波形，从而导致用于所述第二电压源的期望功率流。方案17如方案16所述的方法，进一步包括监测通过所述多个绕组中至少一些绕组的电流；监测通过所述中性节点的电流；以及
基于监测到的通过所述多个绕组中至少一些绕组以及所述中性节点的电流来调整所述多个功率开关装置的操作。方案18如方案17所述的方法，其中，所述多个功率开关装置包括多对晶体管，并且所述多对晶体管中的每对晶体管都包括第一晶体管和第二晶体管，所述多对晶体管的每对晶体管中的所述第一晶体管和所述第二晶体管都串联连接。方案19如方案18所述的方法，其中，每个第一晶体管和每个第二晶体管都包括源极和漏极，并且其中所述第一电压源和所述第二电压源都包括第一端子和第二端子，并且其中所述第二电压源的第一端子耦接至所述电动马达的中性节点，所述第二电压源的第二端子耦接至所述多对晶体管的每对晶体管中的第二晶体管的漏极，所述多对晶体管的每对晶体管中的第一晶体管的漏极和第二晶体管的源极通过晶体管节点互连，并且其中所述多个绕组中的每个绕组都耦接至所述晶体管节点，所述晶体管节点使所述多对晶体管中各对晶体管的第一和第二晶体管互连，并且所述第一电压源的第一端子耦接至所述多对晶体管的每对晶体管中的第一晶体管的漏极，所述第一电压源的第二端子耦接至所述多对晶体管的每对晶体管中的第二晶体管的漏极。方案20如方案19所述的方法，其中，所述第一电压源是燃料电池，并且所述第二电压源是蓄电池。
下面本发明将结合下述附图来进行描述，其中相同的附图标记代表相同的元件， 以及图1是根据本发明的一个实施例的示例性汽车的示意图；图2是图1中的汽车内的变换器系统的框图；图3是图1中的汽车内的功率变换器、两个电压供应部和电动马达的示意图；图4是根据本发明一个实施例的例示了用于控制马达的系统和/或方法的框图和流程图的组合；图5是根据本发明一方面的与电动马达的操作相关联的同步系命令电流和感测电流的图示；以及图6是用于图5所示电动马达操作的感测的绕组电流的图示。
具体实施例方式以下的详细描述实际上仅仅是示例性的，并非意在限制本发明或本发明的应用和用途。此外，本发明并不意图受到在前述的技术领域、技术背景、发明内容或下文的详细说明中所明确表达或暗含的任何理论的限制。此外，尽管这里所示的示意图描绘了元件的示例性布置，但是在实际实施例中可以存在另外的居间元件、装置、特征或者部件。应该了解的是，图1-6仅仅是示例性的，并且不是按照比例绘制的。图1至图6例示了汽车推进系统以及操作这种系统的方法。汽车推进系统包括 第一电压源(例如，燃料电池)；功率电子器件(例如，功率变换器)，其包括耦接至第一电压源的多个功率开关装置；电动马达，其具有通过中性节点互连并且耦接至多个功率开关装置的多个绕组；以及第二电压源(例如，蓄电池)，其耦接至第一电压源和电动马达的中
7性节点。还包括处理系统，其与第一和第二电压源、多个开关装置、以及电动马达处于可操作的连通中。该处理系统可进行配置，以确定用于第二电压源的期望功率流，基于期望功率流来计算直流(DC)分量，以及操作多个开关装置，从而使得产生含有计算得到的DC分量的交流(AC)波形。根据本发明的一个实施例，图1例示了车辆(或“汽车”)10。汽车10包括底盘 12、车身14、四个车轮16、以及电子控制系统18。车身14布置在底盘12上，并且基本上包围汽车10的其他部件。车身14和底盘12可共同形成框架。每个车轮16都在车身14中相应角部附近可旋转地耦接至底盘12。汽车10可以是很多种不同类型的汽车中的任何一种，例如轿车、货车、卡车、或者运动型多用途汽车(SUV)，并且可以是两轮驱动汽车OWD)(即，后轮驱动或者前轮驱动)、 四轮驱动汽车(4WD)或者全轮驱动汽车(AWD)。汽车10也可以结合有很多种不同类型发动机中的任何一种，或者结合有很多种不同类型发动机的组合，例如以汽油或者柴油为燃料的燃烧发动机、“灵活燃料车辆”(FFV)发动机(即，使用汽油和乙醇的混合物)、以气体化合物(例如，氢气和/或者天然气)为燃料的发动机、燃烧发动机/电动马达的混合动力发动机(例如，在混合动力电动汽车(HEV)中)、以及电动马达。在图1所例示的示例性实施例中，汽车10是燃料电池车辆，并且进一步包括致动器组件20、燃料电池功率模块(FCPM)(或者第一电压源或供应部)22、蓄电池(或者第二电压源或供应部)24、功率电子组件(例如，直流至交流(DC/AC)变换器或者变换器组件)26、 以及散热器观。应当注意的是，在至少一个实施例中，汽车10不包括单独的直流至直流 (DC/DC)功率转换器。仍然参照图1，致动器组件20包括电动马达/发电机(或者马达)30，其与传动装置集成在一起，从而使得其可以通过一个或多个驱动轴32来机械地耦接至车轮16中的至
少一些。如图所示，FCPM 22和蓄电池M与电子控制系统18和功率电子组件沈处于可操作的连通，和/或者电连接到电子控制系统18和功率电子组件26。尽管没有例示，但在一个实施例中，FCPM 22除了其他部件还包括燃料电池，燃料电池具有阳极、阴极、电解质和催化剂。如通常所理解的那样，阳极或者负极可传导例如从氢分子中释放出的电子，从而使得这些电子可在外部电路中被使用。阴极或者正极可将电子从外部电路中传导回催化剂，在催化剂中这些电子可以和氢离子以及氧气重新结合而形成水。电解质或者质子交换膜仅可传导带正电的离子同时阻挡电子，同时催化剂可促进氢气和氧气的反应。蓄电池M例如为高压锂铁蓄电池，如通常理解的那样。尽管没有详细地例示，但是散热器观连接到框架的外部，其中散热器观包括多个冷却通道，在通道中包含冷却流体(也就是冷却剂)，例如水和/或乙二醇(也就是“防冻剂”)，并且散热器观耦接至致动器组件20和功率电子组件26。在所示实施例中，功率电子组件沈接收并且与电动马达30共享冷却剂。然而，在其他实施例中可以为功率电子组件沈和电动马达30使用不同的冷却剂。散热器观可类似地连接到功率电子组件沈和/ 或电动马达30。电子控制系统18与致动器组件20、FCPM 22、蓄电池M以及功率电子组件沈处于可操作的连通。尽管没有详细地示出，电子控制系统18包括各种传感器和汽车控制模块，或者电子控制单元(ECU)，例如变换器控制模块、马达控制器和车辆控制器，以及至少一个处理器(或者处理系统)和/或存储器，在存储器上(或在另一计算机可读介质中)存储有用于执行以下所述过程和方法的指令。参照图2，根据本发明的示例性实施例示出了变换器控制系统(或者电驱动系统)34。控制系统34包括控制器36，其可与脉宽调制(PWM)单元(或者脉宽调制器)38和功率电子组件26 (在功率电子组件沈的输出端)处于可操作的连通。PWM调制器38耦接至栅驱动器39，其中PWM调制器38又具有耦接至功率电子组件沈输入部的输入。功率电子组件沈具有耦接至马达30的第二输出。如图1所示，控制器36和PWM调制器38可与图1中所示的电子控制系统18集成在一起。图3示意性例示了 FCPM 22，并且更详细地例示了图1和图2中的功率电子组件 (或者变换器)26以及马达30。功率电子组件沈包括耦接至马达30的三相电路。更具体地说，变换器26包括耦接至FCPM22(也就是第一电压源(VDa))、蓄电池24(也就是第二电压源(Vdc2))以及马达30的开关网络。正如本领域的技术人员将认识到的那样，在一个实施例中，电动马达30是永磁电动马达(但是在其他实施例中可以使用具有中性连接的其他类型的电动马达)，并且包括定子组件40 (包括导电线圈或绕组)和转子组件42 (包括铁磁芯和/或磁体)，还包括传动装置和冷却流体(未示出)。在所描述的实施例中，定子组件40包括多个(例如，三个) 导电线圈或绕组44、46和48，每个导电线圈或绕组都可以与电动马达30的三相中的一相关联，如通常所理解的那样，并且中性节点49可以被暴露，从而使得可以穿过马达30的外壁实现电连接。如通常所理解的那样，转子组件42包括多个磁体50，并且可旋转地耦接至定子组件40。磁体50可包括多个电磁极(例如，16极)。应当理解的是，以上的描述只是意在作为一种可使用的电动马达类型的示例。开关网络包括三对(a，b和c)串联的功率开关装置(或者开关)52-62，其与电动马达30的每一相相对应，并且具有反向并联的二极管64(也就是与每个开关反向并联)。 每一对串联的开关装置都包括第一和第二开关，或者晶体管。在每对开关5254和56中的第一开关(也就是“高”开关)使第一端子(或者漏极)耦接至FCPM 22的正极。在每对开关58、60和62中的第二开关(也就是“低”开关) 使第二端子(或者源极)耦接至FCPM 22的负极，并且通过晶体管节点66使第一端子耦接至相应的第一开关5254和56的第二端子，从而使得每一对中的第一和第二开关串联连接。仍然参照图3，蓄电池M的正极与电动马达30的中性节点49相连接，并且蓄电池 24的负极与第二开关58、60和62的漏极以及FCPM 22的负极相连接。如通常所理解的那样，开关52-62中的每个开关可以采用单独的半导体装置的形式，例如在半导体(例如，硅)衬底(例如，裸芯(die))上形成的集成电路内的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。如图所示，二极管64中的每个都通过与开关52-62中各个开关反向并联的配置(也就是“回扫”或者“续流”二极管)而连接。这样，开关52-62中每个开关和相应的二极管64可以理解为形成了开关-二极管对或组，在示出的实施例中包含了其中的六对或者六组开关二极管。
仍然参照图3，变换器沈和/或电动马达30还包括多个电流传感器68，其中每个电流传感器68配置成检测通过马达30的绕组44、46和48中相应一个绕组(和/或通过各个开关52-62或者二极管64)以及中性节点的电流。在一个实施例中，电流传感器66是霍尔效应传感器。尽管图中示出了具有相关联的电流传感器的绕组44、46和48中的每一个，但是应当理解的是，在一些实施例中，绕组44、46和48中至少一个绕组或者中性节点49 中可以不含有这样的电流传感器。参照图1，在正常的操作期间(也就是驱动期间)，汽车10通过利用电动马达30 向车轮16提供动力来操作，其中电动马达30以交替方式接收来自FCPM22和蓄电池M的功率，和/或同时利用FCPM 22和蓄电池M。为了向电动马达30提供动力，可以向功率电子组件沈提供来自FCPM 22和蓄电池M的DC功率，功率电子组件沈将DC功率转换成AC 功率，正如本领域中通常所理解的那样。如下所述，如果电动马达30不需要FCPM 22的最大功率输出，则来自FCPM 22的多余功率可用于对蓄电池M进行充电。如果马达30需要 FCPM 22的最大功率输出以及来自蓄电池M的功率，则来自蓄电池M的功率可以与FCPM 22组合起来使用以操作马达30。如本领域的技术人员所认识到的那样，DC功率至AC功率的转换通过以一定操作频率(或开关频率，例如，12kHz)操作(也就是反复地开关)变换器 26中的晶体管来大致执行。参照图2，控制器36通常可以产生用于控制功率电子器件沈的开关动作的脉宽调制(PWM)信号。然后，功率电子器件26可将P丽信号转换为用于操作马达30的经调制电压波形。图2中所示的变换器控制系统34可在正常或者前进中提供多种操作，这些操作包括但不限于接收扭矩命令，基于当前速度和可用电压将扭矩命令转换成电流命令，以及基于这样的电流命令来执行调节。电流调节器的输出(未示出)就是产生所需电流的需要电压输出。PWM单元38和栅驱动器39以特定的占空比产生所必需的栅脉冲，这些栅脉冲被传送至变换器26以便以期望的速度和/或者扭矩来控制电动马达30。通过前向控制路径可以采用额外的考虑因素，例如系统温度、限制、以及就操作状况和可用性方面对总体系统控制的额外通信或者反馈。根据本发明的一个方面，功率电子装置沈可向电动马达30提供来自燃料电池22 和蓄电池M的功率，同时还管理燃料电池22和蓄电池M之间的功率流动。因此，在一个实施例中，单个功率电子装置(例如，变换器26)可发挥DC/AC变换器和DC/DC转换器的功能。如下面更详细的描述那样，这通常可通过以这样的方式来操作变换器26中的功率开关装置来执行，即产生AC波形从而引起功率从DC链路输送到电动马达30。为了在燃料电池22和蓄电池M之间管理功率流动，可产生具有DC分量(也就是相对恒定的电流偏移) 的AC波形。这个偏移值是基于相对于蓄电池M(也就是流向或流出)的期望电流。根据本发明的一个实施例，图4例示了一种马达(或扭矩)控制系统(和/或方法)100。该系统包括电流命令块102、电流控制环104、以及电流监测器106。本领域技术人员可以理解的是，在一个实施例中，控制系统100可以在电子控制系统18中实施(也就是采用存储在计算机可读介质上的指令或者“软件”的形式)，特别是实施在电子控制系统 18内的变换器控制模块中。然而，在其他实施例中，控制系统100的部分可以作为硬件而实施，例如使用了分立电子部件的电路。如图所示，控制系统100可接收例如扭矩指令cn的输入(也就是来自汽车10中各种其他子系统和传感器)，绕组电流(Ia，Ib, I。)(通过上述电流传感器68中的三个电流传感器来测量)，来自第一和第二电压源的可用电压(VDa，VDC2)，马达的角速度(ω》(或者马达中的转子的角速度)，马达的角位置(θ》、以及在第一和第二电压源之间所需的(或者期望的)功率流(A:)(例如，基于来自两个电压供应的电压和扭矩指令)。如图所示，扭矩命令、期望功率流、两个电压源22和M的可用电压、以及马达的角速度都被送至电流命令块102。本领域技术人员可以理解的是，电流命令块102使用例如存储在电子控制系统18中的计算机可读介质上的查找表以产生所命令的同步系电流 (W0 )。然后将该同步系电流送至电流控制环104。在电流控制环104中，同步系电流 (ItqXdJl )被各自的加法电路(或者加法器)108、110和112所接收，其中每个同步系电流减去感测的来自各自命令电流的感测的同步系电流(< )。命令的同步系电流和感测的同步系电流之间的差(即，误差)被传送至各比例积分(PI)控制器114、116和118处。如本领域的技术人员将认识到的那样，PI控制器114、116和118是反馈环部件， 其采用来自过程或其它设备(例如，加法器108、110和112)的测量值(或输出)，并且将所述测量值与设定值或参考值进行比较。然后可使用上述比较的差(或者“误差”信号)来调整到所述过程的输入，以便使输出结果接近其期望参考值。PI控制器114、116和118可以包括比例和积分项。比例项被用于考虑“即时的”或者当前的误差，其被乘以常数。积分项是将误差在一个时间段内进行积分，并且将积分结果与另一个常数相乘。这样，PI控制器114、116和118接收来自加法电路108、110和112的当前电流误差，并且产生表示当前电流误差和一定时间段上的电流误差的组合的信号。PI控制器114 和116的输出(与和相关联)被分别送到加法电路120和122，其中在一个实施例中，加法电路120和122也接收去耦电压/前馈项(約Ψ) +/:&，-約+ItdRs λ加法电路120和 122将PI控制器114和116的输出加到相应的去耦电压，然后向同步至静止参考系(也就是，dqO至abc)转换块IM发送作为命令的同步系电压(<，<)的输出值。正如本领域技术人员可以认识到的那样，PI控制器18的输出被送至转换块124，而不需要由加法电路处理。如通常所理解的那样，参考系转换块IM还可以接收马达30的角速度和角位置，并且可以产生命令的静止电压(<，<，< )，这些命令的静止电压中的每一个电压值都与马达30 三相中的一相或者三相中的两相以及中性节点49相对应。尽管没有明确地示出，但是命令静止电压然后可以通过例如电子控制系统18中的变换器控制模块从而被转换为占空比(Da，Db, Dc) 0然后这些占空比被用来(例如，通过 PWM单元38和栅驱动器39，如上所述)操作变换器沈中的开关52-62，以便操作马达30。仍然参考图4，电流监测器106包括静止至同步参考系(也就是，abc至dqO)转换块(也以附图标记106示出)。参考系转换块106接收来自电流传感器68的感测电流(Ia， Ib, I。)，其中感测电流对应于三个绕组电流或者两个绕组电流和经过中性节点49的电流。 转换块106还接收马达30的角速度和角位置，并且产生可被上述电流控制环104使用的感测的同步系电流(I,，Id, Ιο)。使用由控制系统100 (和/或变换器控制模块)产生的占空比来操作开关52-62， 从而使得取决于期望功率流()，产生的AC波形包括DC分量(也就是，非零平均电流或者零序电流)。在一个实施例中，如果期望功率流包括流向第二电压源M的功率，则DC分量是正的，而如果期望功率流包括从第二电压源M流出的功率，则DC分量是负的。正如本领域技术人员将认识到的那样，如果第二电压源M是蓄电池，则其能够接收来自第一电压源22和/或者马达30的再生功率(也就是说第二电压源M可以被再充电)。如果第一电压源22是燃料电池，则其不能被再充电。然而，如果第一电压源22也是蓄电池(也就是说，第一电压源22和第二电压源M都是蓄电池)，则其也可以被再充电。 本领域技术人员还可以认识到的是，波形中的DC分量(或者是零序电流)可对马达30的操作不产生影响，并且大致上仅导致功率在第一和第二电压源22和M之间传递。根据本发明的一个实施例，图5和图6示意性地示出了各种操作电流。在图5中， 附图标记200、202和204示出了分别对应于(<，/〗和的三个命令的同步系电流和分别对应于(I,，Id，I。)的三个因而发生的感测电流206、208和210。图6示出了由图5中所示的操作导致的三个绕组电流或者相电流212、214和216(也即是(Ia，Ib, I。))。图5和图6 中明显所见，负的DC分量叠加在电流上，导致DC分量218最终大约是-250A。如上所述，负的DC分量可导致功率流相反地从第二电压源M流出。由于单个功率电子装置(例如，功率变换器)能够从两个电压源向电动马达提供功率，以及管理两个电压源之间的功率流，这样就不需要额外的功率电子装置，例如DC/DC 功率转换器。结果，可以简化推进系统，即需要更少的部件，从而可以削减成本，降低重量， 改进性能和可靠性，以及简化维护。另一个优点是，由于系统可以有效地运用电动马达的绕组作为“开关感应器”，从而不需要额外的感应器，这样可以进一步减少部件的数量，并且不需要额外的冷却系统来对开关感应器进行冷却。其他实施例可以运用上述的方法和系统，例如混合动力电动车辆，其中由热发动机提供动力的发电机的输出是第一电压源。发电机的输出可以使用功率电子装置从而被从 AC整流至DC。在这样的实施例中，第二电压源可以是用于接受再生能量并且在需要时补充功率的蓄电池。上述的方法和系统可以在除了汽车之外的系统中实施，例如船只和飞行器。 电动马达和功率变换器可以具有不同数量的相，例如两相或者四相。可以使用其他形式的电源(例如电流源)和负载，其中负载包括二极管整流器、闸流晶体管转换器、感应器、电容器和/或者以上负载的混合。在前面的详细描述中展示了至少一个示例性实施例，应当理解的是可以存在大量的变形。还应当认识到的是，示例性实施例仅仅是举例，而并非意图以任意方式限制本发明的范围、应用或者构造。相反，先前的详细描述可以为本领域技术人员提供实施一个或多个示例性实施例的方便途径。应理解的是，在不脱离由所附权利要求及其法律等同物所限定的本发明的范围的前提下，可以对元件的功能和设置进行各种变化。
1权利要求
1.一种汽车推进系统，所述汽车推进系统包括 第一电压源；功率电子装置，所述功率电子装置包括耦接至所述第一电压源的多个功率开关装置； 电动马达，所述电动马达包括多个绕组和中性节点，其中所述多个绕组耦接至所述多个功率开关装置，并且所述中性节点使所述多个绕组互连；以及第二电压源，所述第二电压源耦接至所述电动马达的中性节点以及所述第一电压源。
2.如权利要求1所述的汽车推进系统，其中，所述功率电子装置是直流至交流DC/AC功率变换器，其包括多对晶体管。
3.如权利要求2所述的汽车推进系统，其中，所述多对晶体管中的每对晶体管都包括第一晶体管和第二晶体管，所述多对晶体管中的每对晶体管中的第一晶体管和第二晶体管都串联连接。
4.如权利要求3所述的汽车推进系统，其中，每个第一晶体管和每个第二晶体管都包括源极和漏极，并且所述第一电压源和所述第二电压源中都包括第一端子和第二端子。
5.如权利要求4所述的汽车推进系统，其中，所述第二电压源的第一端子耦接至所述电动马达的中性节点。
6.如权利要求5所述的汽车推进系统，其中，所述第二电压源的第二端子耦接至所述多对晶体管中每对晶体管中的第二晶体管的漏极。
7.如权利要求6所述的汽车推进系统，其中，所述多对晶体管中每对晶体管的第一晶体管的漏极和第二晶体管的源极都通过晶体管节点互连，并且其中所述多个绕组中的每个绕组都耦接至所述晶体管节点，其中所述晶体管节点使所述多对晶体管中各对晶体管的第一和第二晶体管互连。
8.如权利要求7所述的汽车推进系统，其中，所述第一电压源的第一端子耦接至所述多对晶体管中每对晶体管中的第一晶体管的漏极。
9.一种汽车推进系统，所述汽车推进系统包括 第一电压源；功率变换器，所述功率变换器包括耦接至所述第一电压源的多个功率开关装置； 电动马达，所述电动马达包括中性节点和多个绕组，其中所述多个绕组耦接至所述多个功率开关装置，并且所述中性节点使所述多个绕组互连；第二电压源，所述第二电压源耦接至所述电动马达的中性节点和所述第一电压源；以及处理系统，所述处理系统与所述第一和第二电压源、所述多个开关装置以及所述电动马达处于可操作的连通中，所述处理系统可配置成 确定用于所述第二电压源的期望功率流； 基于所述期望功率流来计算直流DC分量；以及操作所述多个开关，从而使得产生含有计算得到的直流DC分量的交流AC波形。
10.一种用于操作汽车功率电子器件的方法，包括耦接至电动马达的多个功率开关装置，其中所述电动马达包括通过中性节点而互连的多个绕组，所述多个功率开关装置还耦接至第一电压源和第二电压源，所述第二电压源还耦接至所述中性节点，所述方法包括确定用于所述第二电压源的期望功率流；基于所述期望功率流来计算直流DC分量；以及操作所述多个开关装置，从而使得产生含有计算得到的直流DC分量的交流AC波形，从而导致用于所述第二电压源的期望功率流。
全文摘要
本发明涉及双源汽车推进系统以及操作方法。具体地，提供了一种汽车推进系统和操作方法。这种汽车推进系统包括第一电压源；功率电子装置，该功率电子装置包括耦接至第一电压源的多个功率开关装置；以及电动马达，其具有耦接至中性节点和多个功率开关装置的多个绕组，其中中性节点使多个绕组互连；还包括第二电压源，其耦接至电动马达的中性节点和第一电压源。
文档编号H02M7/5387GK102189938SQ20111007583
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月1日 优先权日2010年2月3日
发明者C·C·斯坦库, R·T·道西 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司