电动车辆控制系统的制作方法

专利名称：电动车辆控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用蓄电池供电的电动车辆控制系统。更具体地讲，本发明提供了一种由一个简单装置驱动的高度可靠的电动车辆控制系统。
用电池供电的电动车辆控制系统在过去已描述过，包括日本专利公开3-251002和2-133005中的方法。在日本专利公开3-251002中的前一方法，采用了一简单的驱动系统来驱动车辆，其中一单独变换器控制一单独的马达。日本专利公开2-133005中的后一方法为多个马达中的每一个提供了一优化驱动力，以使车辆高效运行，从而增加其每次充电的行驶距离。
用多个电力变换器驱动一个交流马达的方法也是已知的，包括诸如日本专利公开63-323589和63-305792中所公布的方法。这些方法是用相应的电力变换器驱动一个交流(ac)马达的多个绕组，并适用于大容量。
但这些先有技术装置都有至少一个具体的缺点。在上述第一种先有技术控制中，若驱动马达的电力变换器发生故障，马达便无法被驱动，而车辆也无法行驶。
第二种先有技术装置，即使一个电力变换器失效，也能驱动车辆，因为它的电力变换器的数目与马达数一样多。但对多个马达的要求使电动车辆的驱动系统复杂化了。
第三和第四种先有技术装置提供了多个电力变换器。但这些专利文件并未考虑用哪一个或用多少个电力变换器进行驱动。
鉴于上述情况，本发明的第一个目的是提供一种简单的电动车辆控制系统，用于根据车辆的驱动状态，对多个电力变换器进行最佳控制。
本发明的第二个目的，是提供一种即使在电力变换器之一失效时也能安全行驶的电动车辆。
本发明的第三个目的，是提供有效、高度可靠且寿命长的电动车辆控制。
简单地说，上述目的由本发明的电动车辆控制系统实现;后者带有用于驱动车辆的一个马达、用于存储驱动车辆的能量的一个电池、用于转换电池的电压以向马达提供电力的多个电力变换器以及用于控制多个电力变换器的一个控制单元。根据本发明，马达由多个电力变换器中的至少一个驱动，且控制单元根据车辆的驱动状态控制电力变换器的运行状态。若检测到一或多个(但是全部)电力变换器中的故障，则只用未出故障的电力变换器驱动马达，且控制装置控制车辆的最大速度或最大力矩。
在本发明的另一实施例中，进行驱动的电力变换器的数目根据马达的输出力矩或速度而改变。
控制单元根据车辆的加速踏板位置和制动踏板位置，输出一力矩指令。对于力矩指令，控制单元为每个电力变换器的输出确定一功率指令。该功率指令控制各个电力变换器，后者则向马达提供所需的功率。在正常状态下，控制单元(根据输出力矩指令和马达速度)确定待驱动的电力变换器的最优数目，并启动所需数目的电力变换器，并停止其它电力变换器。这种安排，使得车辆总能在电力变换器的最佳容量范围中进行高效的驱动，即使输出力矩指令和马达速度降低，也不会降低电力变换器的效率。即，可增大车辆每次充电的行驶距离。
若控制单元确定一或多个(但不是全部)电力变换器失效，控制单元就断开失效的电力变换器;这样，停止了向失效的电力变换器供应电力，并只让其它正常的电力变换器向马达提供电力，以产一旋转场。该旋转场可驱动马达，以驱动车辆。
从下面结合附图对本发明的详细描述，可进一步理解本发明的其它目的、优点和新颖特征。


图1是本发明一实施例的示意图，其中有两个三相绕组的一个感应马达驱动电动车辆;
图2是图1中的力矩分配部分执行的处理的流程图;
图3是电路图，显示了图1中的带有两个反向变换器的感应马达的两个三相绕组的连接;
图4是本发明另一实施例的示意图，其中感应马达有一个三相绕组驱动电动车辆;
图5是图4的力矩分配部分执行的过程的流程图;
图6是流程图，显示了图4的力矩分配部分执行的处理的另一实施例;
图7是本发明另一实施例的示意图，它有用于检测反向变换器的温度的温度传感器;
图8是流程图，显示了力矩分配处理部分利用图7的温度传感器执行的过程;
图9是图8的反向变换器共用控制执行的处理的流程图。
图10是可获得的马达力矩的两个分隔区间相对图9的马达速度的特性曲线图;
图11是带有一个力矩检测器的本发明另一实施例的示意图;
图12是由采用图11的力矩检测器的力矩分配处理部分执行的过程的流程图;
图13是采用了三个反向变换单元的本发明又一实施例的示意图;
图14是图13的反向变换单元的电路图;
图15是图13的反向变换器共用控制的流程图;
图16是马达力矩指令的三个分隔区间相对图13的马达速度的特性曲线图;
图17是本发明另一实施例的示意图，其中有三个相位独立的绕组的一个感应马达驱动电动车辆;
图18是显示感应马达与图17的三个单相反向变换器的连接的电路图;
图19是本发明的另一实施例的示意图，它有与单相主电路的不同电池连接;
图20是本发明另一实施例的示意图，其中感应马达的初级绕组的中性点与电池的电压中心相连;
图21是显示图20的开关电路连接的电路图。
参见图1，其中显示了本发明的一个实施例的示意图，其中带有两个三相绕组的感应马达3驱动电动车辆1的前轮2a和2b。前轮2a和2b经差动齿轮4与感应马达3相连。
感应马达3(以后描述)的两个三相绕组的每一个，均经相应的第一和第二直流-交流(DC-AC)反向变换器(inverter)5和6连接。第一和第二反向变换器5和6以一种已知的方式控制，即借助来自控制单元7的相应脉冲宽度调制脉冲Pu1、Pv1及Pw1和Pu2、Pv2和Pw2，把来自电池8的直流电转换成交流电，然后再送到感应马达3。控制单元7可是诸如一个微处理机，它接收来自司机操纵的加速踏板9和制动踏板10的加速踏板位置信号Xa和制动踏板信号Xb。另外，控制单元7还接收模式信号MD、马达速度ωM、来自第一反向变换器5的电流iu1、iv1和iw1及来自第二反向变换器6的电流iu2、iv2和流iw2。当控制单元7为一常规微处理机时，先用任何常规方式将传感器输出信号Xa和Xb、MD、WM和电流iu1-iw2数字化。此外，还可用感应马达的矢量控制领域中的人员所熟知的方式，如美国专利第4，455，522及4，862，343号所述的，用模拟部件来实现控制单元7。
模式信号由驾驶模式杆11提供，后者由司机操纵以使电瓶车1前驶、后驶或停车，而马达速度ωM由马达速度检测器12检测。第一反向变换器5的输出电流iu1、iv1和iw1及第二变换器6的输出电流由iu2、iv2和iw2由相应的电流检测器13a、13b、13c、13d、13e和13f检测。第一和第二反向变换器还向控制单元7输出反向变换器故障信号S1和S2。
控制单元7包括力矩指令发生部分14、力矩分配处理部分15、第一力矩控制部分16、及第二力矩控制部分17。力矩指令发生部分14根据加速踏板位置Xa和制动踏板位置Xb、模式信号MD、及马达速度ωM，输出力矩指令τR。
力矩分配处理部分5的运行在图2的流程图中显示。首先，在步骤101输入马达力矩指令τR和反向变换器故障信号S1和S2。(反向变换器故障信号S1和S2在反向变换器故障期间提供，并继续提供到反向变换器摆脱故障)。在步骤102，根据反向变换器故障信号S1，确定反向变换器5是正常还是已出故障，且在步骤103或104根据信号S2对反向变换器6进行同样判定。若反向变换器均正常，处理进行步骤105，且力矩指令τR所要求的总力矩在分别用于第一和第二变换器的两个力矩指令τR1和τR2之间被相等地分配。即τR1和τR2被设为相等，且它们的和等于τR。若根据反向变换器故障信号S2只有第二反向变换器6被判为故障，处理进行步骤106，第一力矩指令τR1被设为马达力矩指令τR且第二力矩指令τR2被设为0，以停止第二反向变换器6。另一方面，若根据反向变换器故障信号S1，只有第一反向变换器5被判为故障，步骤107把第一力矩的指令τR1设为0并把第二力矩指令τR2设为马达力矩指令τR以停止第一反向变换器5。若两个反向变换器均被判为故障，第一和第二力矩指令τR1和τR2均被设为0，以停止两个反向变换器。这样，一个反向变换器故障(这在其他场合会妨害电动车辆运动)时，通过断开故障的反向变换器而立即得到了补偿，因为另一反向变换器可产生所需的力矩。以此方式，可保证电动车辆的安全，无论哪个变换器均出现故障时，均能避免突然的加速或减速。
如上获得的第一和第二力矩指令τR1和τR2被分别输入第一力矩控制部分16和第二力矩控制部分17。第一力矩控制部分16利用第一力矩指令τR1和马达速度ωM进行矢量控制计算，以产生用于第一反向交换器的相应相U、V和W的电流指令iUIR、iV1R、iw1R。美国专利第4，862，343号中所示的电流指令it＊与力矩指令成比例，因而电流指令iU1R、iV1R、iw1R可以用其中所述的方式获得。
用于反向变换器5的相应相U、V和W的电流iu1、iv1、iw1被反馈到第一力矩控制部分16，而用于各相的电流指令iu1R、iv1R、iw1R与各相应相的电流iu1、iv1、iw1相比较，以产生各相的电流偏差△iu1、△iv1、△iw1。利用上述电流偏差△iu1、△iv1、△iw1作输入数据，进行比例计算或比例积分以获得各相的电压指令。
以与先有技术即美国第4，862，343所述的方式，进行计算，以产生脉宽调制(PWM)信号，以使反向变换器5的各相平均电压与各相的电压指令相同。且PWM脉冲Pu1、Pv1和Pw1被输入第一反向变换器5。第二力矩控制部分17和反向变换器6的运行完全类似。
图3显示了第一和第二反向变换器5和6与感应马达3的连接。第一反向变换器5包括一个三相反向变换器主电路18(电路18有六个功率器件)、脉冲分配电路20a、20b和20c、以及一个故障检测电路22。类似地，第二反向变换器6由一个三相反向变换器主电路19(电路19包括六个功率器件)、脉冲分配电路21a、21b和21c、以及一个故障检测电路23构成。感应马达3由两个三相初级(定子)绕组24和25以及一个次级(转子)绕组26构成。第一反向变换器5的运行如下。来自控制单元7的PWM脉冲Pu1、Pv1和Pw1进入相应的脉冲分配电路20a、20b和20c(它们可是，例如，双稳态多谐振荡器)，后者启动各相的两个功率器件。这两个功率器件输出处于不重叠区间的PWM脉冲。这两个PWM脉冲启动三相反向变换主电路18，电路18把电池8的电压转换成三相交流电压，该电压被加到感应马达3的三相绕组24上。
重要的是第一反向变换器5或第二反向变换器6在单独运行时，能在感应马达3的次级绕组26中感应出旋转场。这样，通过控制反向变换器5和6中的一个，即可驱动感应马达3的转子。
下面描述当三相反向变换主电路18的功率器件之一出现故障时图3的电路图的运行。用于向反向变换主电路18中的功率器件分配脉冲的脉冲分配电路20a、20b和20c，可通过把反向变换主电路18的功率器件(晶体管)上的电压与预定基准电压相比较，检测这种故障。当这些电压中的任何一个超过基准值时，相关的脉冲分配电路向故障检测电路22提供一个功率器件故障信号，电路22则向控制单元7输出一个反向变换器故障信号S1，使第一反向变换器5停止向三相绕组24供电。由于第二反向变换器6正常，电力仍被提供到初始绕组25，后者可产生旋转场。这样，即使第一反向变换器5不能工作，仍可驱动感应马达3，从而使电动车辆1能继续行驶。类似地，若第二反向变换器6出了故障，第一反向变换器5也能单独使电动车辆1继续行驶。
本发明上述实施例的电动车辆控制系统的优点是可用于任何只有一个马达的电动车辆。因而，此实施例可提供低成本的电动车辆，它即使在一个反向变换器出故障的情况下仍能安全运行。由于出故障的反向变换器(在其他场合会妨害电动车辆的运动)可被立即断开，即使反向变换器出故障，车辆也能在不突然加速或减速的情况下继续安全行驶。
图4是本发明另一实施例的示意图，其中感应马达3有单个三相绕组。下面仅描述图4中与图1不同的部分。感应马达3是有一个三相初级绕组的普通类型的马达，且第一和第二反向变换器5和6的输出经电抗器27和28连接。电抗器27和28的输出端与感应马达3的相位相应端相连。以这种方式连接，电抗器27和28可在没有短路电流流过第一反向变换器5和第二反向变换器6的情况下抑制电流，以使反向变换器之一能驱动感应马达3。因而，即使一个反向变换器出了故障感应马达也能被驱动。因此，图4的系统通过可采用常规的通用马达以低成本实现。
图4的控制单元7与图1的不同之处在于力矩分配处理部分15接收作为一个附加输入的马达速度ωM，并输出一个指示信号Sp。图4的力矩分配处理部分15的运行在图5中显示。首先，在步骤111输入马达力矩指令τR、反向变换器故障信号S1和S2，以及马达速度ωM。在步骤112，判定反向变换器故障信号S1和S2是正常还是表示故障。若一切正常，步骤113把第一和第二力矩指令τR1和τR2分别设为马达力矩指令τR的一半。若有故障，步骤114查看是否两个反向变换器都出了故障，若是，步骤115把第一和第二力矩指令均设为0，以停止两个反向变换器。此过程至此与图2的类似。若只有一个反向变换器出了故障，则执行额外的步骤116至125。步骤116和117给感应马达3的最大力矩τMAX和最大速度ωMAX提出限度，该限度低于正常额定值。接着，步骤118把现行马达转速与最大速度ωMAX相比较;若现行马达速度ωM大于最大速度ωMAX，则进到步骤119，在那里把力矩极限值τL设为0，使马达不能产生力矩，直到马达速度ωM低于最大速度ωMAX，则马达可方便而安全地随时停止。步骤120随后比较力矩指令发生部分14产生的马达力矩指令τR与最大力矩τMAX。若τR超过τMAX，在步骤121，力矩极限值τL被设为等于最大力矩τMAX，从而在任一反向变换器出故障时限制感应马达3提供的力矩。若马达力矩指令τR低于最大力矩τMAX，步骤122把力矩极限值τL设为马达力矩指令τR。
步骤123检查反向变换器故障信号S1，以确定哪个反向变换器出了故障。即，若反向变换器故障信号S1正常，则只有第二反向变换器6出了故障，且步骤124把第一力矩指令τR1设为力矩极限值τL而把第二力矩指令τR2设为0，从而停止第二反向变换器6。若在步骤123，反向换器故障信号S1表示第一反向变换器5出了故障，在步骤125把第一力矩指令τR1设为0且第二力矩指令τR2设为力矩极限值τR，停止第一反向变换器5。若反向变换器故障信号S1和S2均表示故障，则下一个步骤126输出一信号Sp，后者被从力矩分配处理部分15送至信号单元29，通过一个音响或视觉报警信号警告司机出了故障。司机便知道电动车辆1的最大速度和最大力矩受到限制，因而可保证安全驾驶。
上述实施例(如图5给出的)提供了额外的安全特征，即电动车辆的最大速度和最大力矩可自动得到限制，并在反向变换器有故障时向司机提供一个信号。
图6显示了本发明的另一实施例，它与图5的不同之处在于加了步骤128和129。若反向变换器故障信号S1和S2均表示故障，步骤128把最大力矩τMAX和最大速度ωMAX均设为0。若反向变换器故障信号S1或S2之一出了故障，步骤129向司机通知反向变换器故障，并用指示信号SP显示电动车辆的最大力矩τMAX和最大速度ωMAX。以此特征，司机可知道电动车辆是否可驾驶，及可行驶的距离。司机随后可对反向变换器故障采取补救措施。换言之，本实施例的优点，是可在反向变换器发生故障时帮助司机采取适当行动，从而进一步提高电动车辆的安全性。
图7是本发明另一实施例的示意图，它除了图4所包括的部分外，还有可分别检测第一和第二反向变换器5和6的温度T1和T2的第一和第二温度传感器30和31。检测的温度被送到控制单元7的力矩分配处理部分15。
图8是此实施例的力矩分配处理部分进行的过程的流程图。它与图5的不同之处有两点第一，在步骤130输入了第一和第二反向变换器5和6的温度T1和T2;第二，若第一和第二反向变换器5和6均正常，则执行步骤131而非步骤113，如图9所详细显示的。
在图9中，先在步骤132判定马达力矩指令τR是否大于最大力矩τMAX的一半。图10是可获得的马达力矩对马达速度的特性曲线图，它显示了马达力矩指令τR小于最大力矩τMAX一半的区，即第一区，和马达力矩指令τR大于最大力矩τMAX的一半的区，即第二区。若在步骤132判定马达力矩指令τR大于最大力矩τMAX的一半，则步骤133以与图5中的相同的方式，把第一力矩指令τR1和第二力矩指令τR2都设为力矩信号τR的一半。但若马达力矩指令τR小于最大力矩τMAX的一半(换言之，是在第一区中)，就在步骤134比较第一反向变换器5的温度T1和第二反向变换器6的温度T2。若T1低于T2，则步骤135把第一力矩指令τR1设为马达力矩指令τR的值，并把第二力矩指令τR2设为0以停止第二反向变换器6。若T1大于T2，则步骤136把第一力矩指令τR1设为0并把第二力矩指令τR2设为马达力矩指令τR，以停止第一反向变换器5。
以本实例中所述的方法，当两个反向变换器均正常工作时，反向变换器的数目可由二减到一，并且与额定力矩驱动相比，在低力矩驱动时的反向变换器损耗可被降低。即，当一个反向变换器被停止时，总的反向变换器损耗得到减小，从而提高了效率。由于被停止的反向变换器是温度较高的一个，故可延长反向变换器的使用寿命，从而进一步提高电动车辆的可靠性。由于选择较高温度的反向变换器会造成较大的反向变换器损耗，采用较低的反向变换器损耗能增加效率。图7的设置还使反向变换器的载流容量降低了一半。
图11是本发明的另一实施例，它除了图7的装置外，还有检测感应马达3的输出力矩τM并提供相应的信号至力矩分配处理部分15的力矩检测器32。此实施例的力矩分配处理部分15的运行如图12所示。它与图8的实施例的不同在于增加了步骤137和138。步骤137取代了图8中的步骤130，并有一额外的马达力矩τM输入。将步骤138加入此过程，并比较马达力矩τM和预定力矩故障检测值，后者代表根据马达额定功率的最大允许力矩输出。若马达力矩τM小于力矩故障检测值，步骤112及以后各步骤的处理同图8。但若马达力矩τM等于或大于力矩故障检测值，过程进行到步骤115以停止第一和第二反向变换器。力矩故障检测值被设为在直到反向变换器停止的短时间内不会对车辆1的运行造成有害影响的电平。一般，若一个反向变换器出了故障，反向变换器故障信号S1或S2就使反向变换器停止，以使马达力矩τM不受有害影响。但以图12的设置，即使未检测到反向变换器故障信号S1或S2，马达力矩τ也可被限制。
本实施例的优点，是即使在反向变换器故障信号S1和S2中的任一个出现故障时，也不会产生使车1突然加速或减速的力矩，从而进一步增加了安全性。此外，由于该方法对驱动故障提供了双重防护，系统的可靠性得到进一步增加。
图13是本发明另一实施例的示意图，它有三个反向变换单元33、34和35，而不是前述实施例中的两个。在此实施例中，控制单元7只包括力矩指令发生部分14和力矩分配处理部分15，力矩控制部分包括在反向变换单元33、34和35中。如图14中所示，反向变换单元33(它也代表了其他两个)由第一力矩控制部分16、第一反向变换器5、电流检测器13a、13b和13c、电抗器27、及温度传感器30构成。这些装置的每一个的特征与图7中的相同。每个反向变换单元均与电池的电压端VB+和VB-及感应马达3的三相输入端u、v和w相连，并接收马达力矩指令和马达速度ωM作为输入。每个均输出反向变换器故障信号和反向变换器温度。以此安排，力矩控制所需的装置都装入反向变换单元。因此仅通过扩展力矩分配处理部分15，就能有附加的反向变换单元。因此只通过增加反变换单元，就能使电动车辆有高功率。该实施例的运行与图8所示的基本相同，后者可以直接的方式扩展为三个反向变换器。
图15是流程图，显示了反向变换器共用控制。在步骤139，根据图16确定的区，判定三相感应马达3的运行区(根据力矩指令τR和马达速度ωM)。图16是马达力矩指令τR与马达速度ωM的特性的曲线表示，它显示出在较高的马达速度下，与图10相比，可使用多个反向变换器的区增大了。换言之，即使以低力矩，对于高速度也需要高的功率。采用多个反向变换器的优点是可降低反向变换器的发热。
再看图15，在步骤140，过程按区进行到步骤141、142或143。对负载较轻的第一区，控制进到步骤141;对有较高负载的第二区，控制进到步骤142;对负载最大的第三区，控制进到步骤143。步骤141比较检测的反向变换器温度T1、T2和T3，并选取温度最低的反向变换器，并停止其它两个反向变换器，以使反向变换器温度均匀。步骤142则停止温度最高的反向变换器，并控制力矩指令以使其它反向变换器的负载分配可按它们的温度差进行调节。在步骤143，通过减小温度最高的反向变换器的负载并增加温度最低的反向变换器的负载，调节各反向变换器的负载分配，从而在控制相应的力矩指令τR1、τR2和τR3之前，使三个反和变换器的温度达到相同。这些控制因而可在最低的可能温度下驱动反向变换器，从而增加它们的可靠性和对温度变化的容限。在较低温度下，反向变换器中所用的功率器件的接通电压也较低，这增加了效率。即使反向变换器对相同负载有不同的效率，也可在高强度下以更高的效率使用反向变换器，因为反向变换器在较低温度下效率更高。
图17是本发明的另一实施例，它与图1和4中的不同处在于感应马达3的绕组结构。即，本实施例的感应马达3有相位独立的绕组U、V及W，如图18所示。各绕组分别由三个单相反向变换器36、37和38中的一个激励。反向变换器由与前述实施例中的不同的控制单元7控制。图17中的控制单元7由力矩指令发生部分14、力矩控制部分39、U相电流控制部分40、V相电流控制部分41、及W相电流控制部分42组成。力矩指令发生部分14与图1中的实施例的相同。
图17的系统以适当方式控制三个单相反向变换器36、37及38，以产生可控制力矩的旋转场。为此，力矩控制部分39为马达力矩指令τR执行矢量控制操作，以便以美国专利第4，455，522和4，862，343号中所述的方式获得用于感应马达3的三个相的电流指令iUR、iVR和iWR。根据这些电流指令及来自反向变换器36、37和38的反馈相电流iU、iV和iW，U相电流控制部分40、V相电流控制部分41及W相电流控制部分42提供输出PWM脉冲PU、PV和PW，以控制三个单相反向变换器36、37和38。
图18显示了感应马达3与三个单相反向变换器36、37和38的连接。感应马达3的初级绕组是相位独立的绕组43、44和45，它们每一个均有两个端子。三个单相反向变换器36、37和38中的每一个，均分别由单相主桥电路46、47和48、脉冲分配电路49、50、51及故障检测电路52、53和54组成。单相主桥电路46、47和48分别与相绕组43、44和45相连，以按力矩控制运行部分39的指令输出电流以驱动感应马达3。若单相主电路46的任一个功率器件出了故障，相联的故障检测电路52、53或54检测故障并输出反向变换器故障信号S1、S2或S3到力矩控制运行部分39。例如，对于反向变换器故障信号S1，力矩控制运行部分39停止单相主电路46并使其余单相主电路47和48各自去驱动感应马达3。虽然不能达到额定力矩，但感应马达3可产生移动车1所需的旋转场。
本实施例可借助三个电流传感器，在一个反向变换器故障时移动电动车辆。因而本实施例的优点在于该系统可在进一步降低成本的情况下提供高可靠性。
图19显示了本发明的又一实施例，它有与图18的实施例不同的电池连接布置和不同的单相主电路。在图19中，三个电池8a、8b和8c分别与相应的单相主电路46、47和48相连。各单相主电路46、47和48均是由两个功率器件和两个电容构成的桥电路。该系统的优点是与图18的系统相比，所用功率器件的数目少了一半，但在一个反向变换器出故障时仍能移动车1。另外，即使一个电池的电压下降，仍可开动电动车辆1。
图20是本发明另一实施例，其中使用了感应马达3的初级绕组的中性点。该系统与图4中的不同之处，是单个的反向变换器5驱动感应马达3，且在反向变换器5和感应马达3之间插入了开关电路55。开关电路55由来自力矩控制部分16的接通信号SSO、SSU、SSV和SSW控制。由于驱动由单个反向变换器控制，控制单元7没有力矩分配处理部分15。力矩控制部分16从反向变换器5接收用于反向变换器输入的U、V和W相的相故障信号SU、SV和SW。
图21显示了反向变换器5、开关电路55以及感应马达3的连接。感应马达3的初级绕组的中性点，响应于通-断信号SSO，可经一开关与一跨接电池的两个串联电容的连接处相连。在正常运行中，信号SU、SV和SW被接通，而信号SSO被断开，以使控制与没有感应马达3的初级绕组中性点一样的方式进行。(信号SSO通常是断开的，因为当其接通时一零相位电流可从感应马达3的初级绕组的中性点流出)。
若对应U相的功率器件出了故障，力矩控制部分16接收相故障信号SU以断开通-断信号SSU并接通SSO、SSV和SSW。这使电流得以继续流通，以产生使感应马达3转动的旋转场，尽管有零相位电流流过。或者，感应马达3的初级绕组的中性点可持续地与电池的中点相连，而在正常运行时零相位电流可被控制为0，以提高效率。
该实施例提供了一简单的控制设备，它不用多个反向变换器，可使电动车辆低速行驶并有更高的可靠性。
至此所述的本发明实施例包含驱动车辆1的感应马达3。但同样的原理也适用于用同步交流马达和直流马达驱动的实施例。对最大速度和最大力矩的限制，可根据故障或温度来改变。此外，虽然上述的实施例均有一单个马达，本发明也可适用于具有多个驱动马达的电动车辆中具有一个或多个装置的车辆控制系统，在该装置中多个反向变换器驱动一单独的马达。
如上所述，在具有由电力变换装置驱动的马达的电动车辆中，本发明的车辆控制系统具有即使在电力变换装置出现故障时也能开动车辆的特征，因而可实现简单、高度可靠的电动车辆系统。
虽然详细描述和显示了本发明，应明确理解的是，这些只是以说明和举例的方式进行的，而不应被理解为对本发明的限定。本发明的精神和范围只受所附权利要求书的限定。
权利要求
1.控制电动马达的运行的装置，包括至少两个向所述马达提供电力的电力变换器；一个控制单元，用于控制所述电力变换器以同时向所述马达提供电力；用于检测所述至少两个电力变换器中任一个的故障和提供指示变换器故障信号的装置；所述控制单元包括用于根据所述变换器故障信号断开任何所述电力变换器的装置。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于所述控制单元包括用于根据所述马达的所需力矩输出设定每个所述电力变换器的功率输出的装置。
3.根据权利要求2的装置，其特征在于用于设定每个所述电力变换器的功率输出的所述装置包括一个力矩指令发生单元，它确定所述马达的所需力矩输出并产生一个表示其特征的马达力矩指令信号;一个力矩分配单元，它根据所述马达力矩指令信号控制各所述电力变换器的功率输出。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于在没有变换器故障信号时，所述力矩分配单元使各所述变换器以相同的功率输出电平运转，从而使提供给所述马达的总功率使之产生所需的力矩输出。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于当所述用于检测故障的装置提供了一个电力变换器故障信号时，所述控制单元断开出了故障的所述电力变换器，并调节未出故障的电力变换器的功率输出，以提供所需的力矩输出。
6.根据权利要求3的装置，其特征在于所述电动马达被用于驱动车辆，所述装置还包括用于检测来自所述车辆的司机的输入操作信号的装置;所述力矩指令发生单元包括用于接收所述操作信号并用于根据其来产生所述马达力矩指令信号的装置。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于所述操作信号包括加速踏板位置信号、制动踏板位置信号及驾驶模式信号中的至少一个。
8.根据权利要求1的装置，其特征在于所述马达是多相感应马达，且其中所述电力变换器是向所述多相感应马达提供多相电流的多相直流-交流反向变换器。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于所述多相感应马达有至少两个初级绕组，各所述初级绕组从所述至少两个电力变换器中的不同的一个接收多相电流。
10.根据权利要求8的装置，其特征在于所述多相感应马达有单个初级绕组，且所述至少两个电力变换器中的每一个均向所述初级绕组提供多相电流。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于所述至少两个电力变换器中的每一个都通过一电抗元件与所述感应马达的所述初级绕组相耦合。
12.根据权利要求1的装置，其特征在于所述控制单元还包括用于产生马达力矩指令的装置，该指令表示来自所述马达的输出力矩的所需电平;用于控制所述电力变换器的功率输出以使提供给所述马达的总功率产生所述所需输出力矩电平的装置。
13.根据权利要求3的装置，其特征在于所述控制单元还包括用于把所述马达的所述所需力矩输出与一个预定最大力矩输出相比较的装置;用于把所述马达的速度与一个预定最大速度值相比较的装置。
14.根据权利要求13的装置，其特征在于所述控制单元还包括用于当所述马达速度超过所述最大速度值时设定输出力矩极限值的装置。
15.根据权利要求14的装置，其特征在于所述力矩极限值为零。
16.根据权利要求14的装置，其特征在于所述力矩极限值是负的。
17.根据权利要求13的装置，其特征在于所述控制单元还包括用于当所述所需力矩大于所述最大力矩输出时设定等于所述最大力矩输出的力矩极限值的装置。
18.根据权利要求1的装置，其特征在于所述控制单元还包括用于响应表示所有所述电力变换器的故障的电力变换器故障信号而启动一报警信号的装置。
19.根据权利要求13的装置，其特征在于所述控制单元包括用于响应表示所有所述电力变换器的故障的变换器故障信号而把所述最大力矩输出和所述最大速度值均设为零的装置。
20.根据权利要求13的装置，其特征在于所述控制单元包括用于响应表示至少一个所述电力变换器的故障的变换器故障信号而向所述马达的操作者显示最大马达输出信息的装置。
21.根据权利要求3的装置，其特征在于还包括至少两个温度检测器，分别与各个所述电力变换器相连接以检测其温度;其中所述控制单元包括用于当所述所需力矩输出小于一个预定阈值电平时只让所有电力变换器中有最低检测温度的一个所述变换器运行的装置。
22.根据权利要求21的装置，其特征在于所述电力变换器的数目是两个，且其中所述用于运行的装置当所需力矩输出小于所述马达的最大力矩输出的一半时断开具有较高检测温度的一个所述电力变换器。
23.根据权利要求1的装置，其特征在于还包括用于检测所述马达的输出力矩的一个输出力矩检测器;用于当所述马达的检测输出力矩超过一个预定最大值时断开所述电力变换器的装置。
24.根据权利要求3的装置，其特征在于包括至少三个电力变换器;至少三个温度检测器，各所述电力变换器均与所述温度检测器的不同一个相耦合以检测其温度;其中所述控制单元包括一装置，该装置当所述所需力矩输出小于一第一阈值时只让有最低检测温度的一个所述电力变换器运行，当所需力矩输出大于所述第一阈值但小于一第二阈值时只让有最低检测温度的两个所述电力变换器运行，且在所需力矩输出大于所述第二阈值时让所有三个电力变换器运行。
25.根据权利要求24的装置，其特征在于所述第一和第二阈值是可变的，并随马达速度的增加而减小。
26.根据权利要求1的装置，其特征在于所述马达有一个包括至少三个相位独立的绕组的初级绕组;且其中所述至少两个电力变换器包括至少三个单相直流-交流反向变换器，每个所述反向变换器向不同的所述相绕组提供场电流。
27.根据权利要求26的装置，其特征在于所述马达是有三个相位独立的绕组的三相感应马达。
28.根据权利要求26的装置，其特征在于所述控制单元包括一个力矩指令发生单元，它确定所述马达的所需力矩输出并产生表示其特征的一个马达力矩指令信号;一个力矩控制单元，它接收所述力矩指令信号并为所述马达的每个所述相绕组产生电流指令;至少三个相电流控制单元，它们接收所述相电流指令并输出信号以控制相应的所述单相反向变换器。
29.根据权利要求28的装置，其特征在于所述单相直流-交流反向变换器均接收来自一个直流电源的电力。
30.根据权利要求29的装置，其特征在于各所述直流-交流反向变换器包括有四个电力开关装置的单相主桥电路。
31.根据权利要求28的装置，其特征在于各所述单相直流-交流反向变换器均有独立的直流电源向其提供电力。
32.根据权利要求31的装置，其特征在于各所述直流-交流反向变换器包括一个有两个电力开关装置的单相主桥电路和与其并联的两个电容。
33.用于控制电动马达的运行的装置，该马达有一个包括至少三个相绕组的初级绕组，各所述相绕组均与一个公共中性点相连，所述装置包括向所述马达提供多相电流的一个电力变换器，多相电流的各相被耦合到所述马达的各个相绕组;用于检测所述马达的任一所述相绕组的故障，并提供指示其相故障的信号的装置;用于控制所述电力变换器的一个控制单元，所述控制单元包括用于响应表示所述相绕组的故障的相故障信号而产生断开该绕组的断开信号的装置;一个开关单元，它包括多个把来自所述电力变换器的所述多相电流的所述相耦合到所述马达的所述相绕组的开关元件，各所述开关元件响应所述断开信号以响应所述绕组的故障而将其断开。
34.根据权利要求33的装置，其特征在于所述开关单元还包括当任一所述相绕组被断开时把所述中性点接地的开关元件。
35.根据权利要求33的装置，其特征在于所述中性点与地持续地连接;所述控制单元包括用于当任一所述相绕组被断开时把所述中性相位电流调到零的装置。
36.控制电动马达的方法，包括下列步骤提供至少两个用于向所述马达提供电力的电力变换器单元;操纵所述电力变换器以同时向所述马达提供电力;检测任一所述电力变换器的故障并提供指示其变换器故障的信号;响应所述变换器故障信号断开任一所述电力变换器。
37.根据权利要求36的方法，其特征在于所述操纵步骤还包括确定所述马达的所需力矩输出;控制尚未被断开的各所述电力变换器的电力输出以实现所述所需力矩输出。
38.用于控制电动马达驱动的电动车辆的控制系统，所述控制系统包括至少两个向所述电动马达提供电力的电力变换器;一个控制单元，用于控制所述电力变换器以同时向所述电动马达提供电力;用于检测所述至少两个电力变换器的任一个的故障并提供指示其变换器故障信号的装置;所述控制单元包括用于响应所述变换器故障信号断开任一所述电力变换器并用于响应所述变换器信号调节未断开的至少一个剩余电力变换器的功率输出的装置。
39.根据权利要求38的控制系统，其特征在于所述控制单元包括至少一个输入，用于从所述车辆的操作者接收所需的操作参数;一个力矩指令发生单元，用于响应所述所需的操作参数产生所需的力矩输出信号;一个力矩分配单元，用于把所述未断开的至少一个剩余电力变换器的功率输出调到把提供给所述电动马达的总功率维持在相应于所述所需力矩输出信号的电平的电平。
40.根据权利要求39的控制系统，其特征在于在没有变换器故障信号时，所述力矩分配单元使各所述变换器以相同的功率输出电平运行，从而使提供给所述电动马达的总功率使之产生所述所需的力矩输出。
41.根据权利要求40的控制系统，其特征在于所述至少一个输入包括用于检测所述车辆的制动踏板位置的一个制动踏板传感器及用于检测所述车辆的加速踏板位置的一个加速踏板传感器。
42.根据权利要求38的控制系统，其特征在于所述电动马达是多相感应马达且所述电力变换器是向所述多相感应马达提供多相电流的多相直流-交流反向变换器。
43.根据权利要求42的控制系统，其特征在于所述多相感应马达有至少两个初级绕组，各初组绕组分别接收来自所述至少两个电力变换器的多相电流。
44.根据权利要求42的控制系统，其特征在于所述多相感应马达有一单个初级绕组，且所述至少两个电力变换器的每一个均向所述初级绕组提供多相电流。
45.根据权利要求44的控制系统，其特征在于所述至少两个变换器均通过一个电抗元件与所述感应马达的所述初级绕组耦合。
46.控制电动马达驱动的电动车辆的方法，包括下列步骤提供至少两个向所述电动马达提供电力的电力变换器单元;操纵所述电力变换器以同时向所述电动马达提供电力;检测任一所述电力变换器的故障并提供指示其变换器故障的信号;响应所述变换器故障信号断开任一所述电力变换器。
47.根据权利要求46的方法，其特征在于所述操纵步骤包括确定所述电动马达的所需力矩输出;控制尚未断开的各所述电力变换器的功率输出以实现所述所需力矩输出。
全文摘要
电动车辆控制系统，用于用电力反向变换器驱动电池供电的马达。第一和第二反向变换器与一个感应马达的相应三相初级绕组相连。若一个反向变换器出了故障，故障检测电路检测之，且一个控制单元停止故障的反向变换器并让其它的正常的反向变换器驱动感应马达，以驱动车辆。用多个电力反向变换器驱动一个马达，使得车辆即使在电力反向变换器之一出了故障时也能行驶。
文档编号B60L3/00GK1088521SQ93117399
公开日1994年6月29日 申请日期1993年9月17日 优先权日1992年9月17日
发明者正木良三, 武藤信义, 大前力, 奥山俊昭 申请人:株式会社日立制作所