电动车辆及其控制方法_2

文档序号:8536507阅读:来源:国知局
压转换器20的高电压电路径19相连的公共高电压电路径22,以及与升压转换器20的负侧电路径17相连的公共负侧电路径21。通过操作对从升压转换器20提供的DC电流执行平滑处理的平滑电容器23被连接在高电压电路径22与负侧电路径21之间。作为被提供给逆变器30、40的升压电压的DC高电压VH通过检测跨平滑电容器23的电压的高电压传感器85来检测。因此,通过高电压传感器85检测的DC高电压是实际的升压电压(实际的升压电压VHr)。在该实施例中,同一升压电压VHr被提供给第一和第二逆变器30、40。第一逆变器30将从升压转换器20接收的DC电力转换为第一三相AC电力并将其提供给第一电动发电机50。同时,第一电动发电机50所产生的第一三相AC电力被转换为DC电力以经由升压转换器20给电池10充电。备选地,所转换的DC电力可被提供给第二逆变器40。第二逆变器40将从升压转换器20接收的DC电力转换为第二三相AC电力并将其提供给第二电动发电机60。同时,第二电动发电机60所产生的第二三相AC电力被转换为DC电力以经由升压转换器20给电池10充电。备选地,所转换的DC电力可被提供给第一逆变器30。
[0048]第一逆变器30分别针对U、V和W相包括总共六个上臂和下臂开关元件31。每个开关元件31被设置有以反向并联的方式与其相连的二极管32 (在图1中,仅示出六个开关元件和二极管当中的一个开关元件和一个二极管,其它开关元件和二极管未示出)。
[0049]对于第一逆变器30的U、V和W相,分别用于输出U、V和W相的电流的输出线33、34和35被连接在上臂和下臂开关元件之间。输出线33、34和35分别被连接到U、V和W相的输入端子。在该实施例中,检测电流的电流传感器53、52分别被设置在V和W相的输出线34、35上。U相的输出线33上未附接任何电流传感器,因为U相的电流值可根据在三相交流电中U、V和W相的电流和为零,从V和W相的电流值计算出。
[0050]第二逆变器40 (开关元件41、二极管42、以及输出线43、44和45)和电流传感器62,63以类似于上述第一逆变器30和电流传感器52、53的方式进行配置。混合动力车辆100还设置有加速踏板下压量检测传感器87和制动踏板下压量检测传感器88,以分别检测加速踏板和制动踏板的下压量。
[0051]如图1所示,控制单元90包括执行计算处理的CPU 91、存储单元92和装置/传感器接口 93。控制单元90被配置为计算机,在控制单元90中,执行计算处理的CPU 91、存储单元92和装置/传感器接口 93经由数据总线99相连。存储单元92存储混合动力车辆100的控制数据96、控制程序97、以及被提供作为升压转换器暂停构件(means)的升压转换器暂停程序94和被提供作为载波频率更改构件的载波频率更改程序95,下面将对这两种程序进行描述。上面描述的升压转换器20的开关元件13、14以及第一和第二逆变器30、40的开关元件31、41经由装置/传感器接口 93与控制单元90相连,并且被配置为根据来自控制单元90的指令执行操作。控制单元90还被配置为接收电池电压传感器81、低电压传感器82、高电压传感器85、电池电流传感器83、电抗器电流传感器84、电流传感器52、53、62、63、解角器51、61、71、车速传感器86、加速踏板下压量检测传感器87、以及制动踏板下压量检测传感器88的输出。
[0052]在继续到对如上配置的混合动力车辆100的升压转换器的操作进行描述之前,参考图2简要描述混合动力车辆100的基本操作。尽管混合动力车辆100可通过多种驱动模式执行操作,但是下面描述的驱动模式是通过引擎70和第二电动发电机60的输出来驱动混合动力车辆100。
[0053]引擎70提供引擎输出Pe和引擎转矩Te。引擎转矩Te被分配为用于操作第一电动发电机50的第一转矩Tg、以及用于经由输出轴73和驱动齿轮装置74操作车轮76的引擎直接转矩Td。动力分配机构72例如可使用行星齿轮装置。第一电动发电机50充当发电机,其通过来自动力分配机构72的第一转矩Tg驱动,以将所产生的三相AC电力Pg输出到第一逆变器30。第一逆变器30将输入的AC电力Pg转换为具有DC高电压VH的DC电力,并将所转换的DC电力输出到高电压电路径22和负侧电路径21。输出的DC电流Is经由平滑电容器23被输入第二逆变器40。
[0054]同时,具有从电池10提供的电池电压VB的电池电流IB给升压转换器20的滤波电容器11充电,以提供跨滤波电容器11的DC低电压VL。因此,当滤波电容器11被充电,并且电池10被连接到升压转换器20时,电池电压VB变为等于DC低电压VL。如上所述,升压转换器20首先通过先接通下臂开关元件14并关断上臂开关元件13来将来自电池10的电能存储在电抗器12中,接着关断下臂开关元件14并接通上臂开关元件13。结果,通过存储在电抗器12中的电能升高电压,以将具有DC高电压VH的升压电压输出到高电压电路径19。在这种情况下,电池10为升压转换器20提供由(电池电压VB X电池电流IB)或(DC低电压VL X电抗器电流IL)表示的电力。升压转换器20接收所提供的电力并将其输出为由(DC高电压VH X平均电流Ih)表示的电力。控制单元90控制开关元件13、14的接通-关断占空比,以将DC高电压VH调整为目标升压电压VH1。
[0055]从升压转换器20输出的具有DC高电压VH的DC电流Ih被加入具有DC高电压VH的DC电流Is,并且被提供给第二逆变器40。第二逆变器40将具有DC高电压VH的输入DC电流(Is+Ih)转换为三相AC供给电力Pm,然后将该AC供给电力Pm提供给充当电动机的第二电动发电机60。第二电动发电机60通过供给电力Pm驱动以将电动机转矩Tm输出到输出轴73。输出轴73接收上述引擎直接转矩Td、以及电动机转矩Tm,以将这两个转矩之和Ta传输到驱动齿轮装置74。因此,车轮76通过已经分别从引擎70和第二电动发电机60输出的转矩Td和Tm的转矩和Ta来驱动。如此处所用,去往电动发电机50、60的电力被视为正电力,去往逆变器30、40的电力被视为负电力。也就是说,第一电动发电机50的发电电力Pg为负,给第二电动发电机60的供给电力Pm为正。
[0056]当混合动力车辆100仅需要少量驱动力时,具有已经从第一逆变器30输出的高电压VH和DC电流Is的DC电力被升压转换器20降低电压,并且被充入电池10中。为了制动混合动力车辆100,第二电动发电机60还充当发电机,并且所产生的AC电力(负)在第二逆变器40中被转换为DC电力并且被充入电池10。
[0057]接下来,参考图3到5,将描述本发明的混合动力车辆100,其中涉及以下操作:包括暂停升压转换器20的操作,在升压转换器20暂停时调整载波频率的操作,以及重启升压转换器20的操作,在上述调整载波频率的操作中,供给电力Pm(正)的绝对值大于第一电动发电机50所产生的供给电力Pg (负)的绝对值。
[0058]在图4A中的时间O (初始状态)处,升压转换器20执行操作。如图4B中的线r所示,作为高电压传感器85检测到的DC高电压VH的实际升压电压VHr是目标升压电压VH-引擎70处于操作状态并且驱动作为发电机的第一电动发电机50,其中所产生的电力Pg为Pg0(负)。如上参考图2所述,所产生的电力Pgtl被转换为根据目标升压电压VH jP DC电流Is的DC电力(VH1 X Is) = Pg0X n i,并且被输入到第二逆变器40,其中n i表示第一逆变器30的转换效率,并且根据第一逆变器30的载波频率F。/变化。当载波频率F。^曾加时,开关损耗(逆变器损耗)增加,且H1降低。当载波频率Fcl降低时,开关损耗(逆变器损耗)降低,且H1增加。
[0059]在时间0(初始状态)处,电池电流^被从电池10输出作为电池电流IB。当电池10的电压为电池电压VB时,由(电池电压VB X I1)表示的DC电力被从电池10提供给升压转换器20。来自第一逆变器30的DC电力(VH1 X Is) = Pg0X n i与来自电池10的DC电力(电池电压VB X I1)之和被提供给第二逆变器40。第二逆变器40通过以下方式输出接收到的DC电力之和:将该DC电力之和转换为被提供给第二电动发电机60的供给电力Pm (正)。因此,要被提供给第二电动发电机60的电力是Pm = ((VH1 x Is)+ (电池电压VBX I1Dxn2= (PgQx η P n2) + (电池电压VB x I1Xn2),其中η2是第二逆变器40的转换效率并且根据第二逆变器40的载波频率Fe2变化。当载波频率F。2增加时,开关损耗(逆变器损耗)增加,且η2降低。当载波频率Fe2降低时,开关损耗(逆变器损耗)降低,且Tl 2增加。为了补偿被提供给第二电动发电机60的供给电力Pm(正)的绝对值与第一电动发电机50所产生的发电电力Pgtl(负)中的被提供给第二电动发电机60的电力(PgtlXn1Xn2)的绝对值之差,电池10将DC电力(电池电压VB X I1)提供给升压转换器20。在时间O处,第一和第二逆变器30、40的载波频率。和F。2为C 0?
[0060]控制单元90执行图1所示的升压转换器暂停程序(升压转换器暂停构件)94。首先,控制单元90通过电池电流传感器83获取电池电流IB,如图3中的步骤SlOl所示。
[0061]接下来,控制单元90将通过电池电流传感器83获取的电池电流IB与阈值I。进行比较,如图3中的步骤S102所示。阈值I。是这样的电流值:在该值上,电池电流IB如此之小,使得从升压转换器20输出的DC电力(S卩,电池电压VB X 10)被视为大致为O。除非电池电流IB等于或小于阈值I。,否则处理返回到图3中的步骤S101,并且控制单元90继续监视电池电流IB。
[0062]从时间O到时间h,如图4A到4C所示,当被提供给第二电动发电机60的供给电力Pm逐渐从初始状态电力?1^减小时,电池电流IB也逐渐从时间O处的I i减小,如图4A所示。当电池电流IB在时间h处为I挪,如图4A所示,控制单元90判定电池电流IB变得等于或小于阈值Ιο,如图3中的步骤S102所示。控制单元90然后输出指令以暂停升压转换器20,如图3中的步骤S103示。根据指令,升压转换器20的上下臂开关元件13、14被关断并且保持关断状态,升压转换器20与第一和第二逆变器30、40之间的连接被切断,升压转换器暂停程序(升压转换器暂停构件)94的执行结束。
[0063]如上所述,由于当升压转换器20暂停时,被提供给第二电动发电机60的供给电力Pm1(正)的绝对值大于第一电动发电机50在时间h处所产生的发电电力Pgtl(负)中的被提供给第二电动发电机60的电力(PgtlX Il1X Il2)的绝对值,因此,平滑电容器23释放等同于?1^与(PgtlXn1Xn2)之差的电力。因此,如图4B中的线r所示,在时间L之处或之后,实际升压电压VHr从目标升压电压VH1开始逐渐降低。
[0064]在图4A到4C中的时间h处,控制单元90开始执行图1所示的载波频率更改程序(载波频率更改构件)95。如图3中的步骤S104所
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