电动车辆及其控制方法
【专利说明】电动车辆及其控制方法
[0001]优先权?目息
[0002]在2014年2月21日提交的编号为2014-032286的日本专利申请的包括说明书、权利要求书、附图和摘要的全部内容，通过引用的方式在此全部纳入。
技术领域
[0003]本发明涉及安装有电动机和发电机的电动车辆的结构，并且还涉及此类电动车辆的控制方法。
【背景技术】
[0004]近来，与安装有电动机和发电机的电动车辆一样，安装有引擎、电动机和发电机的混合动力车辆也已用于各种场合。混合动力车辆根据其行驶状态进行驱动。例如，混合动力车辆可通过引擎和电动机的输出组合驱动，或者通过以下方式驱动:使用引擎的输出的一部分使发电机工作并给电池充电，同时组合引擎的剩余输出和电动机的输出来驱动车辆。备选地，引擎的输出可被用于驱动发电机，并且所产生的电力被用于操作电动机以驱动车辆。在许多情况下，此类混合动力车辆或电动车辆使用升压转换器将电池的直流(DC)低电压升高到被提供给逆变器(inverter)的DC高电压，其中电力在电动机和发电机之间被接收和供给。逆变器通过将DC电力转换为用于操作电动机的三相交流(AC)电力来操作电动机，或者将发电机所产生的三相AC电力转换为DC电力。
[0005]升压转换器被配置为通过接通和关断开关元件并使用存储在电抗器中的能量来升高电池的DC低电压以输出DC高电压，其中升压损耗通过接通和关断开关元件而产生。当升压转换器的输出电力和升压比率(DC高电压与DC低电压的比率)增加时，升压损耗也增加，反之亦然。但是，即使在升压转换器的输出电力为零的无负荷状态下，只要开关元件执行接通-关断操作，升压损耗(开关损耗)就不会变为零。
[0006]在混合动力车辆或电动车辆中，当车辆以这样的行驶状态驱动时，车辆可在保持逆变器的DC高电压的同时继续行驶，在该行驶状态中，发电机所产生的电力与电动机所消耗的电力达到平衡。这是因为可通过仅使用发电机所产生的电力，而不使用通过升高电池的DC低电压而获取的DC高电压，使电动机在这种状态下被操作。由于升压转换器在这种情况下无负荷，因此可以暂停(suspend)升压转换器的操作以降低升压损耗(开关损耗)，从而提高车辆系统的效率。但是，很难使电动机所消耗的电力与发电机所产生的电力保持完美平衡。例如，如果电动机所消耗的电力稍大于发电机所产生的电力，则在暂停升压转换器时，逆变器的DC高电压可逐渐降低。鉴于此，提出了这样一种方法:其中，当电动机所产生的电力与发电机所消耗的电力达到平衡时，升压转换器的操作被暂停，并且在发电机的输出电力被固定的情况下，校正电动机的输出转矩以减小逆变器的DC高电压与目标电压之间的偏差。因此，发电机所产生的电力与电动机所消耗的电力达到平衡，并且可保持逆变器的DC高电压。
[0007]引用列表
[0008]专利文献
[0009]专利文献I:JP 2011-15603 A
[0010]但是在专利文献I所公开的传统技术中，电动机的输出转矩通过暂停升压转换器的操作进行校正，这样可能改变驱动车辆的转矩并降低其驾驶性能。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是在确保驾驶性能的同时，通过增加升压转换器的暂停时间来提高电动车辆系统的效率。
[0012]本发明的电动车辆包括:电池；升压转换器，其被连接到所述电池；第一逆变器，其被连接到所述升压转换器；第二逆变器，其被连接到所述升压转换器和所述第一逆变器；第一电动发电机，其被连接到所述第一逆变器；第二电动发电机，其被连接到所述第二逆变器；以及控制单元，其被配置为暂停所述升压转换器的激活。在所述升压转换器被暂停时，在实际的升压电压增加时，所述控制单元增加所述第一和第二逆变器中的一者或两者的载波频率。在实际的升压电压降低时，所述控制单元降低所述第一和第二逆变器中的一者或两者的载波频率。
[0013]在本发明的电动车辆中，也可优选地，增加或降低所述第一和第二逆变器中的具有较大逆变器损耗可增加量或可减少量的一者的载波频率，该逆变器损耗可增加量或可减少量是载波频率的增加或降低导致的。
[0014]进一步地，在本发明的电动车辆中，也可优选地，在所述第一和第二逆变器的逆变器损耗可增加量或可减少量之差小于预定的阈值时，被连接到所述第一和第二电动发电机中具有较高旋转次数的一个电动发电机的逆变器的载波频率被降低，该逆变器损耗可增加量或可减少量是所述第一和第二逆变器的载波频率的增加或降低导致的。
[0015]在本发明的电动车辆的载波频率增加期间，甚至可优选地，在载波频率的增加导致的逆变器损耗增加量超过所述升压转换器的暂停导致的升压损耗减少量时，不增加载波频率。
[0016]根据本发明，提供一种电动车辆的控制方法。所述电动车辆包括:电池；升压转换器，其被连接到所述电池；第一逆变器，其被连接到所述升压转换器；第二逆变器，其被连接到所述升压转换器和所述第一逆变器；第一电动发电机，其被连接到所述第一逆变器；以及第二电动发电机，其被连接到所述第二逆变器；以及控制单元，其被配置为暂停所述升压转换器的激活。所述控制方法包括:在所述升压转换器的暂停期间，在实际的升压电压增加时，增加所述第一和第二逆变器的中的一者或两者的载波频率，并且在所述实际的升压电压降低时，降低所述第一和第二逆变器中的一者或两者的载波频率。
[0017]本发明提供了在确保驾驶性能的同时，通过增加升压转换器的暂停时间来提高电动车辆的系统效率的效果。
【附图说明】
[0018]将参考下面的附图详细地描述本发明的优选实施例，其中
[0019]图1是示出根据本发明的实施例的混合动力车辆的结构的系统图；
[0020]图2是示出根据本发明的实施例的混合动力车辆的动力、电力和电流的流动的说明图；
[0021]图3是示出根据本发明的实施例的混合动力车辆的操作的流程图；
[0022]图4A是示出在图3所示的操作期间电池电流随时间变化的图形；
[0023]图4B是示出在图3所示的操作期间DC高电压随时间变化的图形；
[0024]图4C是示出在图3所示的操作期间载波频率随时间变化的图形；
[0025]图5是定义在图3所示的操作期间载波频率变化量相对于实际升压电压与目标升压电压之间偏差的映射；
[0026]图6是示出根据本发明的实施例的混合动力车辆的另一操作的流程图；
[0027]图7A是示出在图6所示的操作期间电池电流随时间变化的图形；
[0028]图7B是示出在图6所示的操作期间DC高电压随时间变化的图形；
[0029]图7C是示出在图6所示的操作期间载波频率随时间变化的图形；
[0030]图8是示出根据本发明的实施例的混合动力车辆的另一操作的流程图；
[0031]图9是示出根据本发明的实施例的混合动力车辆的另一操作的流程图；
[0032]图1OA是示出在图8和9所示的操作期间电池电流随时间变化的图形；
[0033]图1OB是示出在图8和9所示的操作期间DC高电压随时间变化的图形；
[0034]图1OC是示出在图8和9所示的操作期间第一逆变器的载波频率随时间变化的图形；
[0035]图1OD是示出在图8和9所示的操作期间第二逆变器的载波频率随时间变化的图形；
[0036]图11是示出根据本发明的实施例的混合动力车辆的另一操作的流程图；
[0037]图12是示出根据本发明的实施例的混合动力车辆的另一操作的流程图；
[0038]图13A是示出在图11和12所示的操作期间电池电流随时间变化的图形；
[0039]图13B是示出在图11和12所示的操作期间DC高电压随时间变化的图形；
[0040]图13C是示出在图11和12所示的操作期间第一逆变器的载波频率随时间变化的图形；
[0041]图13D是示出在图11和12所示的操作期间第二逆变器的载波频率随时间变化的图形；以及
[0042]图14是示出根据本发明的实施例的安装在混合动力车辆上的升压转换器的升压损耗特性的图形。
【具体实施方式】
[0043]下面将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，本发明应用于包括引擎和两个电动发电机的混合动力车辆。除了混合动力车辆之外，本发明也可应用于未安装有引擎的电动车辆。如图1所示，该实施例的混合动力车辆100包括:电池10，其为能够充电和放电的二次电池；升压转换器20，其被连接到电池10 ;第一逆变器30，其被连接到升压转换器20 ;第二逆变器40，其被连接到升压转换器20和第一逆变器30 ;第一电动发电机50，其被配置为发电机并且被连接到第一逆变器30 ;第二电动发电机60，其被配置为电动机并且被连接到第二逆变器40 ;引擎70，其能够驱动第一电动发电机50 ;以及控制单元90，其被配置为控制引擎70、升压转换器20、以及第一和第二逆变器30、40。
[0044]如图1所示，混合动力车辆100还包括:动力分配机构72，其被配置为将引擎70的输出转矩分配为要被提供给与第二电动发电机60相连的输出轴73的转矩、以及要被提供以操作第一电动发电机50的转矩；与输出轴73相连的驱动齿轮装置74 ;与驱动齿轮装置74相连的车轴(axle) 75 ；以及被安装到车轴75上的车轮76。被配置为检测转子或机轴(crankshaft)的旋转角或旋转次数的解角器(resolver) 51、61、71被附接在第一和第二电动发电机50、60以及引擎70上。被配置为通过检测车轴的旋转次数而检测混合动力车辆车速的车速传感器被附接在车轴75上。
[0045]升压转换器20包括与电池10的负侧(negative side)相连的负侧电路径17、与电池10的正侧(positive side)相连的低电压电路径18、以及位于升压转换器20的正侧的输出端子处的高电压电路径19。升压转换器20包括设置在低电压电路径18与高电压电路径19之间的上臂开关元件13、设置在负侧电路径17与低电压电路径18之间的下臂开关元件14、被设置为与低电压电路径18串联的电抗器12、检测流过电抗器12的电抗器电流IL的电抗器电流传感器84、被设置在低电压电路径18与负侧电路径17之间的滤波电容器11、以及检测跨滤波电容器11的DC低电压VL的低电压传感器82。二极管15、16与开关元件13、14进行反向并联连接。升压转换器20接通下臂开关元件14并关断上臂开关元件13，以将来自电池10的电能存储在电抗器12中。接下来，升压转换器20关断下臂开关元件14并接通上臂开关元件13以借助存储在电抗器12中的电能增加电压，从而将作为升压电压的DC高电压VH提供给高电压电路径19。
[0046]电池10包括电池电压传感器81，其检测电池电压VB。在位于电池10与升压转换器20之间的低电压电路径18中，设置有检测在电池10与升压转换器20之间流动的电池电流IB的电池电流传感器83。
[0047]第一和第二逆变器30和40包括与升