用来操作功率变换器的方法和系统的制作方法

专利名称：用来操作功率变换器的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及功率变换器，并且更具体地说涉及用来操作功 率变换器的方法和系统。
背景技术：
近年来，技术上的进步以及风格上不断展开的尝试已经导致汽车 设计的基本变化。这些变化中的 一个包括在汽车具体地说是可替换燃 料的车辆例如混合的、电的、以及燃料电池车辆之内的多个电气系统 的功率使用和复杂性。这样的车辆，具体地说是燃料电池车辆，经常使用两个分开的电 压源(例如电池和燃料电池)来驱动电动机，所述电动机驱动车轮。一般使用功率变换器例如直流到直流(DC/DC)变换器管理和转移来自 所述两个电压源的功率。现代DC/DC变换器经常包括通过电感器电互 连的晶体管。通过控制所述多个晶体管的状态，期望的平均电流可以 通过电感器净皮施加并且因而控制所述两个电压源之间的功率通量。通过规定每个晶体管的"占空因数(duty cycle)"(即接通时 间)的电信号调整晶体管的状态，其在变换器工作期间经常动态变化。 具体变换器的正常操作所需的占空因数的动态变化取决于其中将使用 变换器的车辆的具体特性(例如电压源类型、期望的性能等)。通常， 占空因数的控制的动态性能由变换器之内的电路之内的电部件(例如 电感器、电容器、电阻器等)或所述电部件的值规定。因此，为了改 变占空因数的控制动态性能，必须替换所述电部件。电部件的替换会 增加制造汽车的成本，特别是如果汽车已经被重新设计，并且在汽车 被售出后难以进行，因为变换器电路不容易装卸。因此，期望提供一种用来操作功率变换器的系统和方法，其允许 在不对硬件进行改变的情况下改变变换器之内的晶体管的占空因数的 控制动态性能。此外，由随后的详细描述和所附权利要求，结合考虑 附图和前述技术领域以及背景技术，本发明的其它期望的特征和特性 将变得显而易见。发明内容提供一种方法，用于操作具有电部件和耦合到电压源的开关的功 率变换器。接收表示流过电部件的期望电流的信号。产生表示流过电 部件的期望电流与实际电流之间的差的信号。根据表示所述差的信号 和由电压源产生的电压计算开关的占空因数。提供汽车驱动系统。该系统包括具有第 一 和第二开关以及电感器 的功率变换器，该功率变换器被配置为耦合到第一电压源和第二电压 源以及在操作上与功率变换器通信的微处理器。微处理器被配置为接 收表示通过电感器的期望电流的信号、产生表示通过电感器的期望电 流和实际电流之间的差的信号、以及根据表示所述差的信号和由第一 和第二电压源产生的相应的第一和第二电压为第一和第二开关计算相应的第一和第二占空因数。


在下文将结合下列附图描述本发明，其中类似的数字表示类似的 元件，并且图1是根据本发明的一个实施例的包括直流到直流(DC/DC)变换 器系统的示范性汽车的示意图；图2是图1的DC/DC变换器系统的示意性方块图；图3是用来操作图2的DC/DC变换器系统的方法和/或系统的方块图；图4是示出用来计算图3的方法和/或系统之内的比例积分控制器 的积分分量的方法的方块图。
具体实施方式
以下详细描述实际上仅仅是示范性的并且并不旨在限制本发明或 本发明的应用和使用。此外，也不想4皮前面技术领域、背景技术、和 发明内容、或下列详细描述中介绍的明示或默示的理论所限制。下列描述涉及"连接，，或"耦合，，到一起的元件或特征。正如在 此所使用的，除非明确规定，否则，"连接"意思是一个元件/特征直 接结合到另一个元件/特征(或与该另一个元件/特征直接通信)，并且并不一定是机械地。类似地，除非明确规定，否则，"耦合"意思 是一个元件/特征直接或间接结合到另 一个元件/特征(或者与该另一 个元件/特征直接或间接通信)，并且并不一定是才几械地。然而，应当 理解的是，虽然在下文一个实施例中两个元件可以被描述为"连接的"， 但是在可替换实施例中，类似元件可以是"耦合的"，并且反之亦然。 因此，尽管在此示出的示意图描述了元件的实例设置，但是在实际实 施例中可以介绍附加插入的元件、装置、特征、或部件。也应当理解的是，图1 - 4仅仅是说明性的并且可能没有按比例画出。图1 - 4示出用来操作具有电部件和耦合到电压源的开关的功率变 换器的方法和/或系统。接收表示通过电部件的期望电流的信号。产生 表示通过电部件的期望电流与实际电流之间的差的信号。根据表示所 述差的信号和电压源产生的电压计算开关的占空因数。可以以类似的 方式计算耦合到电部件和第二电压源的第二开关的第二占空因数。正如下文将更详细描述的，在一个实施例中，电部件是直流到直 流(DC/DC)变换器之内的电感器。所述两个电压源可以包括在燃料电 池动力汽车之内的电池和燃料电池。图1示出根据本发明的一个实施例的车辆、或汽车10。汽车10包 括底盘12、车身14、四个轮子16、以及电子控制系统18。车身14设 置在底盘12上并且基本包围了汽车10的其它部件。车身14和底盘12 可以共同形成框架。轮子16均旋转地耦合到车身14的相应拐角附近 的底盘12。汽车IO可以是多种不同类型的汽车诸如轿车、货车、卡车或运动 用汽车(SUV)中的任何一种，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)。车辆10 也可以包括多种不同类型的发动机诸如汽油或柴油燃料内燃机、"弹 性燃料(flex fuel)车辆，，发动机(即使用汽油和酒精的混合物)、 气体混合物(例如氢和天然气)燃料发动机、燃料/电动机混合发动机、 以及电动才几中的一个或组合。在图1中所示的示范性实施例中，汽车10是燃料电池汽车，并且 进一步包括电动机/发电机(或牵引电动机)20、电池22、燃料电池电 源模块(FCPM)24、 DC/DC变换器系统26、变换器28、以及散热器30。 尽管没有示出，但是电动机20包括定子组件(包括导电线圈)、转子组件(包括铁磁芯)、以及冷却流体(即冷却剂)，这将被本领域技术人员认识到。电动机20也可以包括集成在其中的变速器使得电动机 20和变速器通过一个或多个驱动轴31机械地耦合到轮子16中的至少 一些。如所示，电池22和FCPM 24在操作上通信和/或电连接到电子控 制系统18和DC/DC变换器系统26。尽管没有示出，在一个实施例中， FCPM24在其它部件之中包括具有阳极、阴极、电解质、和催化剂的燃 料电池。正如通常所理解的，阳极、或负电极传导从氢分子释放的电 子使得它们可以在外部电路中被使用。阴极、或正电极从外部电路将 电子传导返回电解质，其中它们可以与氢离子和氧重新结合形成水。 电解质、或质子交换膜仅传导带正电的离子同时阻挡电子，而电解质 促进氧和氢的反应。图2更详细地用示意图示出DC/DC变换器系统26。变换器系统26 包括双向DC/DC变换器(BDC) 32和BDC控制器34。在所描述的实施 例中，BDC 32包括具有两个双绝缘栅双极晶体管(IGBT)腿36和38 的功率转换部分，每一个分别具有两个IGBT、 40 (SJ和42 (S2)、 以及44 ( S3)和46 (S4)。该两个腿36和38在其中点处通过具有电 感(Ls)的开关电感器(switching inductor) 48互连。BDC32也包 括连接到第一 IGBT腿36的正轨(positive rail)的第一滤波器50、 和连接到第二 IGBT腿38的正轨的第二滤波器52。如所示，滤波器50 和52分别包括第一电感器54、第一电容器56、第二电感器58、和第 二电容器60。第一 IGBT腿36通过第一滤波器50连接到FCPM 24，并 且第二 IGBT腿38通过第二滤波器52连接到电池22。如所示，FCPM 24 和电池22没有被电隔离，因为其负(-)端是电连接的。如所示，BDC控制器34在操作上与BDC32通信。尽管被示为分开 的模块，BDC控制器34可以在电子控制系统18 (图1中所示)之内实 施，正如本领域中通常所理解的。尽管没有示出，在一个实施例中，逆变器(inverter) 28包括多 个电源模块装置。所述电源模块装置均可以包括带有集成电路的半导 体衬底(例如硅衬底)，所述半导体衬底具有形成在其上的多个半导 体装置(例如晶体管和/或开关)，正如通常所理解的。再次参考图1,散热器(radiator) 30连接到在其外部的框架，并且尽管没有详细示出，散热器30包括多个通过那里的包含冷却流体 (即冷却剂)例如水和/或乙二醇(即"防冻剂")的冷却通道，并且 耦合到电动机20和逆变器28。在一个实施例中，逆变器28接收并且 与电动机20共用冷却剂。类似地，散热器30可以连接到DC/DC变换 器系统26、逆变器28、和/或电动^L20。电子控制系统18在操作上与电动机20、电池22、 FCPM24、 DC/DC 变换器系统26、以及逆变器28通信。尽管没有详细示出，但电子控制 系统18包括多个传感器和汽车控制模块、或电子控制单元(ECU)例 如BDC控制器34 (图2中所示)和车辆控制器、以及至少一个处理器 和/或存储器，所述存储器包括存储在其上(或在其它计算机可读介质 中)的用来执行如下所述的过程和方法的指令。仍然参考图1,在操作过程中，通过利用电动机20提供功率给轮 子16来开动车辆10,所述电动才几20以交替的方式和/或同时/人电池 22和FCPM24接收功率。为了给电动机20供电，直流(DC)功率通过 DC/DC变换器系统26从电池22和FCPM 24提供给逆变器28,所述变 换器系统26将DC功率变换成交流(AC)功率，正如本领域中通常所 理解的。如果电动机20不需要全功率(full power)，则FCPM 24可 以通过DC/DC变换器系统26利用额外的功率给电池22充电。参考图2， DC/DC变换器系统26 :故电子控制系统18和/或BDC控 制器34数字地控制，并且在FCPM 24 (V^)和电池22 (Vw)之间传输 功率。电池22和FCPM 24的端电压可以动态变化以便Vdel ^ Vd(:2或Vdcl ￡ Vd。2。所述两个电压源之间的功率传输发生在恒定电流下或恒定功率 下，与电池22和FCPM 24之间的电流关系无关。仍然参考图2,第一和第二滤波器50和52降低了电磁干扰(EMI ) 发射，正如本领域技术人员将理解的。在一个实施例中，开关电感器 48主要负责功率转换过程，因为开关电感器48在工作周期的第一部分 中存储能量并且在工作周期的第二部分中释放它，同时确保能量传递 沿期望的方向进行，而不考虑电池22和FCPM 24之间的电流关系。通过开关电感器48施加等于期望的平均电流的恒定平均电流。恒 定平均电流的控制一般在闭环操作下执行。电流回路的输出通过切换 IGBT 40、 42、 44、和44的状态('接通，或'关断，)控制开关电感器 48两端的电压。例如，在一个实施例中，连接到具有较低电压值的电压源的正(+ )端的IGBT (在第一腿36中的40或在第二腿38中的 44)保持持续'接通，，同时在相对的腿上的IGBT被切换到'接通， / '关断，，以便实现功率传递。该切换的速度可以被称作"切换频率 "(fsw)。切换频率的逆或倒数可以被称作"切换周期"或"切换循 环"(Ts )。开关、或IGBT40 - 46可以在切换周期内处于"接通"状 态达特定的持续时间(即"接通周期")。特定开关的"接通"时间 除以切换周期的比率可以被称作"占空比"或"占空因数"。根据本发明的一个方面，以下描述的控制算法通过在电子控制系 统18中执行的软件生成并且校正所述四个IGBT开关40 - 46 ( S！ - S4) 的占空因数。正如本领域技术人员将理解的，可以容易地改变电子控 制系统18内的控制参数以调整DC/DC变换器系统26的性能。如图2中所示出的，BDC控制器34从外部源(例如车辆控制器) 接收功率/电流和电压命令。在BDC控制器34内的控制算法生成IGBT 40 - 46 ( Si - S4)的占空因数。BDC控制器34也执行与功率和电压命令 相比较的反馈测量。由BDC控制器34发送的驱动信号的占空因数被调 整以便BDC控制器34的反馈值基本上与功率和电压命令相匹配。图3示出根据一个实施例的用来控制DC/DC变换器系统26的系统 (和/或方法)62。如所示，系统62经由控制器区域网(CAN)从电子 控制系统18接收驱动信号、或命令参数(CAN电流命令、CAN功率命 令和CAN命令选择)，所述控制器区域网(CAN)未示出。在块64处，CAN功率命令或相关的功率值除以FCPM电压(VF(:PM), 所述FCPM电压可以是FCPM 24的测量电压。块64的输出是相应于操 作在功率控制模式的BDC 32的电流命令。块66 (即CAN命令开光)根 据CAN命令选择信号在CAN电流命令和块64的输出之间选择，由此指 出BDC 32的操作模式(即电流控制或功率控制)。块64的输出是用于DC/DC变换器系统26的燃料电池侧的电流参 考信号或期望的电流(I、PM)。在块68处，电流参考(I^J被限定为例 如DC/DC变换器系统26内的感测的温度诸如功率电路的热沉温度的函 数，或被限定为输入电压的函数，以便保护DC/DC变换器系统26的功 能完整性。例如，如果热沉温度高于预定值，则电流参考(I"围)以与 感测的温度超过预定值的量成反比的方式被逐渐减小到零。类似地， 如果BDC 32输入电压大于预定值，则最大参考电流(I、J与过多的电压成比例地被减小。另外，如果BDC 32在操作过程中显示出特定的有 效故障(active fault),则电流参考(I*FCPM)将在块68处被图3中示 为故障电流极限的信号减小到零。块68的输出被发送到进一步限制电流参考(I"，)的块70。块70 利用分别在块72和74处确定的正极限(L2p)和负极限(L2n),正如以下更详细描述的。电流参考(I"munJ被发送到乘法器块70,其中它再次被块144限制，如下所述。块76的输出是燃料电池侧输出的受限电流参考(I Pi^)。测量的 燃料电池电流(IFePM)在加法器(或加法电路)78处被从该参考值减去 以生成"当前，，FCPM电流误差。即，加法器7 8计算受限电流参考(I *謂—,im) 与实际测量的从FCPM 24流出的电流量(IFCPM)之间的差(即误差)。电流误差被发送到第一比例积分(PI)控制器80。正如本领域技 术人员将理解的，第一 PI控制器80以及以下描述的PI控制器是反馈 回路部件，其采用来自过程或其它设备的测量值(或输出)并且将它 与设置或参考值比较。所述差(或"误差"信号)然后被用来调整所 述过程的输入以便使输出达到它期望的参考值。PI控制器包括比例和 积分项。比例项被用来说明"即时"或当前误差，其乘以一个常数。 积分项在一l殳时间内积分该误差并且用另一个常数乘以积分的和。因而，第一PI控制器80从加法器78接收当前电流误差并且生成 表示当前电流误差和一段时间内的电流误差的组合的信号。当输出被限制器块82限制时，第一 PI控制器80实施反终结 (anti-wind-up) (AWUP)反馈方案以改善瞬态操作。由块82设置的限 制等于最大可允许电感器电流的正和负值(+lL-^和-lL-,)。块82的输出(1、)构成用于具有以上规定的限制的开关电感器48 电流回路的参考电流值。即，块82的输出(I饤s)可以被认为是表示期 望电流的信号，或更确切地说是表示通过开关电感器48的电流的期望 变化的信号，其以由加法器78计算的电流误差为基础。用于开关电感器48的参考电流值(1*")被发送到加法器84。加法 器84也从块90接收正反馈项(IL—FFWD)并且通过开关电感器48接收实际 测量的电流(I")。正反馈项(L-附d)是作为DC/DC变换器系统26的燃料电池側的电流 (Impm)的函数的流过开关电感器48的电流的估计，其在输入命令变流回路的响应时间。当系统处于电流控制模式时， 燃料电池电流(IKPM)等于参考值(I执行流过开关电感器48的电流(lL，D)的估计，假定对应于所述两 个输入电压源(VmPM或Vbatt)的较低者的IGBT腿没有被切换并且较高的 IGBT持续"接通，，，并且BDC 32的损耗可忽略不计。现在结合图3参考图2，在上述条件下，如果VFCPM$ Vbatt,则开关 40 (SJ "接通"并且开关电感器48 (Ls)平均电流值等于IFCPM。如杲VPePM〉Vbatt，则开关44(S3)持续"接通"并且开关电感器48 (Ls)平均电流值等于电压源(Vbatl)的电流(Ib"t)。I" =Ib"t (2)因为假定BDC 32内的损耗可以忽略不计，所以BDC 32的输入功 率将等于BDC 32的输出功率。即，VpCPMIfCPM = VbattIbatt (3)从而，由方程(2)和(3)，当VFCPM 〉Vba"时， I" =Ibatt =IfCPM VfCPM /VbaU (4)在块90处执行上述计算，所述块90从块76接收参考值(I*fePM_n ), 与测量的FCPM24电压(VPePM)以及测量的电池22电压(Vbatt) —起作 为输入来计算或估计正反馈项(Iu刚)。参考图3，加法器84将正反馈项(1^WD)加到用于开关电感器48 的参考电流值(I*ls)并且减去测量的电感器电流(I")以计算当前电感 器电流误差。当前的电感器电流误差被发送到第二PI控制器86,以与 上述第一 PI控制器80类似的方式，所述第二 PI控制器86生成表示 当前电感器电流误差和 一 段时间内的电感器电流误差的组合的信号。第二PI控制器86的输出被限制器块88限制为跨越开关电感器48 的最大可允许电压的正和负值(+VL— 和-1-_)。如同第一 PI控制器8 0, 反终结(AWUP)方案被用来限制第二 PI控制器的积分分量82的值到块 88的受限输出与加到正反馈项(IuFFWD)的比例分量之间的差。块88的输出(Vrsg)表示电感器48两端的命令的电压。即，块88 的输出(U可以被认为是表示期望电压的信号，或更确切地说是表 示跨越开关电感器48的电压的期望变化的信号，其以由加法器84计 算的误差电感器电流误差为基础。电感器48两端的命令的电压(Vr。g)被发送到调制器块92。块92 为IGBT开关40-46 (Si-S4)计算占空因数。占空因数可以表示为 ^ = k则a + Vreg/VFCPM (5) d2 = k卽d - Vreg/Vbatt (6)其中k"是接近于1的常数。占空因数山控制开关40和42 (St和 S2)，并且占空因数d2控制开关44和46 (S3和S4)。理论上，t。d等于l，以便使所述两个IGBT腿36和38的中点处的 电压最大并且因而增加转换过程的效率，在所述两个IGBT腿36和38 的中点处发生功率转换。然而，应当注意的是，k^的值可以是例如大 约0.98,以便允许引起电压测量中的误差的调节电压容限和使用的具 体设备中的其它缺陷，正如本领域技术人员将理解的。BDC控制器34也在相同腿的两个开关的选通命令之间插入锁定 (lock-out)时间(停滞时间(dead time))以便防止由于固有的激 活延迟引起的开关的同时传导(或交叉传导)。停滞时间在开关电感 器48上的实际平均电压中引入误差。为此，调制器块92执行作为电 感器电流方向的函数的占空因数停滞时间补偿，以便实现开关电感器 48两端的命令的电压(Vreg)的校正(correct)再现。系统和/或方法62也在DC/DC变换器系统操作开始时在开关电感 器48两端施加校正电压量。如果不施加校正电压，则通过电感器48 可能会出现大的电流尖峰(spike)，因为FCPM24(V謂)和电池22 (Vbatt) 通过开关电感器48的低阻抗(Ls )互连。因此，在启动期间计算将要 使用的占空因数以在开关电感器48两端施加"零，，初始电压。因为这 些占空因数由第二PI控制器86的输出控制，所以命令的电压(Vreg) 净皮计算以满足初始的零电流条件。为了在块94 (即初始条件估计器)执行该计算，计算第二 PI控制 器86的积分分量的初始值。开关42 (S2)两端的平均电压可以;故表示 为Vs2 = di VpCPM = km0dVfcPM + Vreg (7)并且开关46 (S4)两端的平均电压可以4皮表示为Vs4 = d2 Vbatt = kffl0d Vbatt - Vreg (8)当电感器48两端没有电压时，开关42 (S2)和开关46 (S4)两端 的电压相等(即VS2 = VS4)。因此，14<formula>formula see original document page 15</formula>等式9可以被简化为<formula>formula see original document page 15</formula> (10)值U皮施加在第二PI控制器86的积分分量上作为启动期间的初 始条件。图4示出用来计算V^和第二PI控制器86的积分分量的方法 96,如在块94处执行的。如所示，如果没有出现占空因数饱和(即dl ^ l或d2 ^ 1),则方程IO正确地计算了积分分量的初始值。再次参考图3，在它的输入，在所需的电平处，系统和/或方法62 也限制最小或最大电压电平。如所示，从电子控制系统18 (图1)发 送FCPM放电电压限制值(CAN-HV—FCPMLowVlim)、电池充电电压限制值 (CAN_HVbattHighVlim)、电池放电电压限制值(CAN —HVbattLowVl im)、 以及FCPM充电电压限制值(CAN-HV —FCPMHighVlim)。电压限制信号被 用来限制所述两个电压源Vw和Vb"t的充电和放电电平。由加法器98从实际FCPM电压(VFePM)减去FCPM放电电压限制值 (CAN-HV-FCPMLowVlim),并且所得到的误差信号被发送到第三PI或 "PID"控制器100，所述"PID"控制器100由块102和104以及加法 器106形成。正如本领域技术人员将理解的，第三PI控制器也可以包 括樣i商项(derivative term ),并且因而可以:故称为比例积分微商(PID) 控制器。然后第三PID控制器100在块108处被限制在零和最大可允许 FCPM电流(I腦腐)之间。如果测量的FCPM电压(V,)低于FCPM放电 电压限制(CAN_HV —FCPMLowVlim)，则第三PID控制器100的输出饱和 到最大可允许FCPM电流(Ipepi^)。如果测量的FCPM电压(VFePM)高于 FCPM放电电压限制(CAN_HV-FCPMLowVlim)，则第三PID控制器100的 输出逐渐向零减小。以类似的方式，通过利用加法器110和由块114和116以及加法 器118形成的第四PI (或PID)控制器112比较电池充电电压限制 (CAN—HVbattHighVlim)与测量的电池电压(Vbatt)来控制电池充电电 压限制(CAN_HVbattHighVlim)。加法器118的输出在块120处#:限 制在零和最大可允许FCPM电流(Iwim)之间。如上所简述的，块72选择块108和120的两个输出值中的最小值 并且将它用作块70的正极限(L2p)。因此，如杲达到块108或块120的电压限制中的任一个，命令的FCPM电流将会减小。仍然参考图3，加法器122接收电池放电电压限制值 (CAN-HVbattLowVlim)和测量的电池电压(Vb。u)作为输入。加法器122、 第五PID控制器124(包括块126和128以及加法器130)、限制块132、 以及负块74以与上述类似的方式操作以控制负极限(L2n)并且实现电 池;改电控制。同样地，加法器134、第六PID控制器136 (包括块138和140以 及加法器142)、以及限制块144控制FCPM充电电压限制值 (CAN—HV一FCPMHighVl im)。因为在连接FCPM之前FCPM总线被预充电， 所以系统和/或方法62允许空载操作并且表现为真正的电压源(即零 阻抗或电阻)而不是电压限制器。第六PID控制器136的输出^^皮块144限制在+ 1和-1之间并且然 后^l发送到乘法器块76。在块144的输出处的命令的FCPM电流因此可 以改变符号(即在正和负之间)以允许系统和/或方法62在命令的电 流的限制内提供和接收(sink)电流。该操作模式将允许DC/DC变换 器系统26将FCPM输入上的电压维持在由FCPM充电电压限制值 (CAN — HV—FCPMHighVlim)身见定的值处。上述系统和/或方法的一个优点是，在不改变DC/DC变换器系统内 的任何硬件的情况下，可以根据期望的DBC的性能，连同车辆的其它 部件一起，调整DBC内的晶体管的占空因数。因此，DC/DC变换器系统 可以用在多种类型的车辆中，因此减少了制造车辆的成本同时维持了 最优性能。其它实施例完全可以在不同类型的汽车中或不同的电气系统中使 用上述方法和系统，因为它可以在其中两个电源在宽的范围内动态变 化的任何情形下执行。例如，在另一个实施例中，电池可以被超电容 器替代。虽然在前面的详细描述中已经介绍了至少一个示范性实施例，但 是应当理解的是，还存在很多个变化。也应当理解的是，示范性实施 例仅仅是实例，并且并不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性、 或配置。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供实施所述示 范性实施例的便利的路线图。应当理解的是，正如所附权利要求和其 法律等效物中所述的，在不脱离本发明的范围的情况下，元件的功能和设置可以进行多种变化。
权利要求
1.一种用来操作包括电部件和耦合到电压源的开关的功率变换器的方法，该方法包括接收表示通过所述电部件的期望电流的信号；产生表示通过所述电部件的期望电流与实际电流之间的差的信号；以及根据表示所述差的信号和由所述电压源产生的电压计算所述开关的占空因数。
2. 如权利要求l所述的方法，其中功率变换器进一步包括耦合到 第二电压源的第二开关，并且该方法进一步包括根据表示所述差的信 号和由第二电压源产生的第二电压计算第二开关的第二占空因数。
3. 如权利要求2所述的方法，进一步包括 接收表示来自所述电压源中的至少一个的期望电流的信号； 确定来自所述电压源中的所述至少一个的实际电流；以及根据来自所述电压源中的所述至少 一个的期望电流与来自所述电 压源中的所述至少 一 个的实际电流之间的差产生表示流过所述电部件 的期望电流的信号。
4. 如权利要求3所述的方法，其中计算所述开关的占空因数包括 用由所述电压源产生的电压除通过所述电部件的期望电流和实际电流 之间的差。
5. 如权利要求4所述的方法，其中计算第二开关的第二占空因数 包括用由第二电压源产生的第二电压除通过所述电部件的期望电流和 实际电流之间的差。
6. 如权利要求5所述的方法，进一步包括根据来自所述电压源中 的所述至少一个的期望电流、由所述电压源产生的电压、以及由第二 电压源产生的第二电压估计通过所述电部件的电流。
7. 如权利要求6所述的方法，其中表示通过所述电部件的期望电 流和实际电流之间的差的信号的产生以通过所述电部件的电流的估计 为基础。
8. 如权利要求7所述的方法，进一步包括产生表示来自所述电压 源中的所述至少一个的期望电流的信号，并且其中表示来自所述电压 源中的所述至少一个的期望电流的信号的产生包括根据所述电压源的放电电压限制、所述电压源的充电电压限制、第二电压源的放电电压 限制、以及第二电压源的充电电压限制中的至少 一 个限制来自所述电 压源中的所述至少一个的期望电流。
9. 如权利要求8所述的方法，其中利用比例积分控制器执行表示 通过所述电部件的期望电流和实际电流之间的差的信号的产生以及表 示通过所述电部件的期望电流的信号的产生。
10. 如权利要求9所述的方法，其中功率变换器是汽车直流到直 流(DC/DC)功率变换器，所述电部件是电感器，并且所述开关和第二 开关是晶体管。
11. 一种用来操作汽车直流到直流(DC/DC)功率变换器的方法， 所述汽车直流到直流(DC/DC)功率变换器包括电部件和耦合到相应的 第一和第二电压源的第一和第二开关，所述方法包括接收表示来自第一和第二电压源中的至少一个的期望电流的信号；确定来自所述电压源中的所述至少 一 个的实际电流；根据来自所述电压源中的所述至少 一个的期望电流与来自所述电压源中的所述至少一个的实际电流之间的差产生表示通过所述电部件的期望电流的信号；确定通过所述电部件的实际电流；产生表示通过所述电部件的期望电流与通过所述电部件的实际电 流之间的差的信号；根据表示通过所述电部件的期望电流与通过所述电部件的实际电 流之间的差的信号和由第一电压源产生的第一电压为第一开关计算第 一占空因数；以及根据表示通过所述电部件的期望电流与通过所述电部件的实际电 流之间的差的信号和由第一电压源产生的第二电压为第二开关计算第 二占空因数。
12. 如权利要求11所述的方法，其中为第一开关计算占空因数包 括用由第一电压源产生的第一电压除通过所述电部件的期望电流和实 际电流之间的差，以及为第二开关计算占空因数包括用由第二电压源 产生的第二电压除通过所述电部件的期望电流和实际电流之间的差。
13. 如权利要求12所述的方法，进一步包括根据来自第一和第二电压源中的所述至少一个的期望电流、第一电压、和第二电压估计通 过所述电部件的电流，并且其中表示通过所述电部件的期望电流和实 际电流之间的差的信号的产生以通过所述电部件的电流的估计为基础。
14. 如权利要求13所述的方法，进一步包括产生表示来自第一和 第二电压源中的所述至少一个的期望电流的信号，并且其中表示来自 第一和第二电压源中的所述至少一个的期望电流的信号的产生包括根 据第一电压源的放电电压限制、第一电压源的充电电压限制、第二电 压源的放电电压限制、以及第二电压源的充电电压限制中的至少一个 限制来自第 一 和第二电压源中的所述至少 一 个的期望电流。
15. 如权利要求14所述的方法，其中第一电压源是电池以及第二 电压源是燃料电池，并且第一和第二开关是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
16. —种汽车驱动系统，包括被配置为耦合到第一电压源和第二电压源的功率变换器，所述功 率变换器包括第一和第二开关以及电感器；以及在操作上与功率变换器通信的微处理器，所述微处理器被配置为 接收表示通过电感器的期望电流的信号；产生表示通过电感器的期望电流和实际电流之间的差的信号；以及根据表示所述差的信号和由第一和第二电压源产生的相应的第一 和第二电压为第一和第二开关计算相应的第一和第二占空因数。
17. 如权利要求16所述的汽车驱动系统，其中微处理器被进一步 配置为接收表示来自第一和第二电压源中的至少一个的期望电流的信号；确定来自第一和第二电压源中的所述至少一个的实际电流；以及 根据来自第 一 和第二电压源中的所述至少 一 个的期望电流与来自 第 一和第二电压源中的所述至少 一 个的实际电流之间的差产生表示通过电感器的期望电流的信号。
18. 如权利要求17所述的汽车驱动系统，其中利用比例积分控制 器执行表示通过电感器的期望电流和实际电流之间的差的信号的产 生。
19. 如权利要求18所述的汽车驱动系统，其中第一占空因数的计 算包括用第一电压除通过电感器的期望电流和实际电流之间的差，以 及第二占空因数的计算包括用第二电压除通过电感器的期望电流和实 际电流之间的差。
20. 如权利要求19所述的汽车驱动系统，其中功率变换器是直流 到直流(DC/DC)功率变换器，并且第一电压源是电池以及第二燃料源 是燃料电池。
全文摘要
提供一种用来操作功率变换器方法和系统，所述功率变换器具有电部件和耦合到电压源的开关。接收表示通过所述电部件的期望电流的信号。产生表示通过所述电部件的期望电流和实际电流之间的差的信号。根据表示所述差的信号和由电压源产生的电压为开关计算占空因数。
文档编号B60L11/18GK101262176SQ20081008349
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月7日 优先权日2007年3月9日
发明者C·C·斯坦库, D·L·科瓦莱夫斯基, R·T·道西 申请人:通用汽车环球科技运作公司