雙端逆變器系統的高效工作點的製作方法

2023-07-12 21:14:46 2

專利名稱：雙端逆變器系統的高效工作點的製作方法
雙端逆變器系統的高效工作,泉 相關申請的交叉引用本申請要求2007年7月30日提交的美國臨時專利申請序列號 60/952742的權益，在此以引用的方式將該臨時申請的整體內容併入本 文中。技術領域本文描述的主題的實施例通常涉及車輛驅動系統，更具體地，主題 的實施例涉及具有雙端逆變器驅動系統的混合車輛。
背景技術：
近年來，技術的進步以及款式品位的不斷演變，導致車輛設計發生 了重大變化。變化之一涉及汽車，尤其是替代性加油車，如混合車輛、 電動車(electric vehicle )以及燃料電池車，的功率應用以及各種電氣系 統的複雜性。包括應用在這種車輛中的電動機的許多電氣元件，從交流(AC) 電源接收電力。然而，應用在這種裝置中的電源(例如電池)只提供直 流(DC)電。因此，已知的功率逆變器(power inverter)裝置被用於將 DC功率轉換為AC功率，功率逆變器經常使用多個開關或電晶體，使 其以不同的間隔運行，從而將DC功率轉換成AC功率。此外,這種車輛，尤其是燃料電池車通常使用兩個單獨的電壓源(例 如電池(battery)和燃料電池(fuel cell))對驅動車輪的電動機供電。"功 率變換器，，，如直流-直流(DC/DC)變換器通常被用於管理和傳輸來自 所述兩電壓源的功率。現代DC/DC變換器通常包括由電感電氣互連的 電晶體。通過控制不同電晶體的狀態，可以施加通過電感的期望平均電 流，並由此控制所述兩電壓源間的功率流動。使用功率逆變器和功率變換器極大地增加了汽車電氣系統的複雜 性。兩種類型的裝置所需要的附加構件也增加了車輛的總體成本和重 量。已經開發出不用DC/DC變換器，而操作與多個電源耦和的電動機 的系統和方法，該系統和方法通過使用雙逆變器電氣系統能夠使電動機的性能最大化。在雙逆變器系統中，由兩個逆變器來提供產生電動機中
指揮扭矩(commanded torque)所需要的電壓。因此，可以生產電壓的 多種組合來產生所需要的扭矩。
因此，理想的是提供用於確定最優工作條件和電壓組合的方法和系 統，這種最優工作條件和電壓組合可以使逆變器系統的總功率損耗最小 化，與此同時又能夠保持雙逆變器系統的優勢。本發明的其它令人滿意 的特徵和特性將從隨後的詳細描述和附加權利要求，結合附圖和之前的 技術領域和背景中變得清晰。

發明內容
提供了 一種用於控制雙端逆變器系統的方法，該雙端逆變器系統耦 合至第一能源和第二能源。該方法包括確定與雙端逆變器系統的運行相 關的恆定功率線，該恆定功率線表示向第二能源的期望功率流動。該方 法進一步包括確定恆定功率線上的工作點，該工作點在雙端逆變器系統 中產生最小的功率損耗以獲得所需輸出電流，以及使用與所述工作點對 應的第 一 電壓命令和第二電壓命令來調製該雙端逆變器系統。
提供了 一種用於控制雙端逆變器系統的方法，該雙端逆變器系統耦 合至第一能源和第二能源。該方法包括確定與雙端逆變器系統的運行相 關的恆定功率線(constant power line ),該恆定功率線表示向第二能源 的期望功率流動，以及在該恆定功率線上選擇與0°角度相對應的初始 評估點，該0°角度相對於與所需輸出電流對應的向量。該方法進一步 包括確定與所述初始評估點對應的第一電壓命令和第二電壓命令，以及 在所述第一電壓命令和第二電壓命令的基礎上確定初始的系統功率損 耗。對於至少一個額外評估點而言，該方法還包括增加相對於與所需輸 出電流對應的向量的角度，確定對應於所述額外評估點的相應第 一電壓 命令和相應笫二電壓命令，根據所述相應第一電壓命令和相應第二電壓 命令確定相應的系統功率損耗從而獲得多個功率損耗值。該方法包括在 所述初始系統功率損耗值與多個功率損耗值中確定最小功率損耗值，以 及選擇與該最小系統功率損耗對應的指定評估點用作工作點。
提供了 一種用於雙端逆變器系統的裝置，該雙端逆變器系統應用在 具有第一能源和笫二能源的車輛中。該雙端逆變器系統包括耦合至第一 能源的第一逆變器，耦合至第二能源的第二逆變器，以及耦合至第一逆變器與笫二逆變器的控制器，該控制器被配置用於在雙端逆變器系統內
實現期望的功率流動。該控制器還包括計算機可讀介質，其具有存儲在 其上的計算機可執行指令，用於控制該雙端逆變器系統。該控制器還包 括計算機可執行指令，其可被寫入以確定與雙端逆變器系統的運行相關 的恆定功率線，該恆定功率線表示向第二能源的期望功率流，在恆定功 率線上確定工作點，該工作點可在雙端逆變器中產生最小的功率損耗以 獲得所需輸出電流，並使用與所述工作點對應的第 一 電壓命令和笫二電 壓命令調製該雙端逆變器系統。
提供本發明是以 一種簡單的形式來介紹 一 系列概念，它們將在下面 的內容進行詳細的描述。本發明不是為了確定要求保護的主題的主要特 徵或基本特徵，也不是為了輔助確定要求保護的主題的範圍。


當結合附圖，參考詳細的說明書和權利要求書時，可以獲得對主題 的更加完整的理解，其中在所有附圖中，相同的附圖標記指代相似的元 件。
圖1為根據一個實施例的示例性汽車的示意圖2為根據一個實施例的雙端逆變器系統的示意圖3為用於操作與一個實施例對應的圖2中的雙端逆變器系統的控
制系統的示意圖4和圖5為根據一個實施例的電壓命令的組合的向量圖示；
圖6為一流程圖，示出了用於確定雙端逆變器系統的工作點的方法
的實施例；
圖7為一示例情況下，逆變器功率損耗與峰值相電壓的關係圖表；
以及
圖8-12為 一些圖表，示出了與示例情況的不同評估點對應的雙端逆 變器系統的工作特性。
具體實施例方式
以下詳細描述本質上只是示例性的，並不是為了限制主題的實施例 或這些實施例的申請和應用。此處使用的詞"示例性"意思是"作為例 子、實例或例證，，。此處描述的作為示例的任何實現並不必然:故限定成比其它實現更加優選或有利。此外，也不必受在前的技術領域、背景技 術、發明內容或以下具體描述中所呈現的任何公開的或隱含的理論的束縛。
以下描述涉及"連接"或"耦合"在一起的元件或節點或特徵。除 非公開說明，此處使用的"連接"意味著一個元件/接點/特徵直接結合
(join)至另一元件/節點/特徵(或直接與之通信)，並不一定是機械上 的。同理，除非相反說明，"耦合"意思是一個元件/接點/特徵直接或 間接結合至另一元件/節點/特徵(或直接或間接與之通信)，並不一定 是機械上的。因此，雖然文中示出的示意圖描述了元件的示例性排列， 但是該描述主題的實施例中也可存在其它相干元件、設備、特徵或組件。 除非文中明確表明，否則指代結構的術語"第一，，、"第二"以及其它 此類數字術語並不暗含順序或次序。
此處可能採用功能和/或邏輯塊組件，並參考可由不同的計算組件或 設備實施的功能、處理任務以及運行的符號表示來描述技術。這種運行、 任務和功能有時指的是計算機可執行的、可計算的、軟體可實施的或計 算機可實施的。實際上，通過操作表示系統存儲器中存儲器位置的數字 位的電信號，並對信號進行其它處理， 一個或多個處理器設備就可以實 施所述的操作、任務和功能。數字位被保持在的所述存儲器位置是物理 位置，其具有與數字位對應的特定電、磁、光或有機性質。應當理解的 是，圖中示出的多個塊組件可以通過任意數量被配置用來執行特定功能 的硬體、軟體和/或固件組件實現。例如，系統或元件的實施例可使用多 個集成電路組件，例如存儲器元件、數位訊號處理元件、邏輯元件、查 找表或類似物，其能夠在一個或多個微處理器或其它控制裝置的控制下 執行大量功能。
當用軟體或固件實施時，此處描述的多個系統元件實質上為執行多 個任務的代碼段或指令。程序或代碼段可存儲在處理器可讀介質中或者 通過傳輸介質或通信路徑傳輸由載波中包含的計算機數據信號傳送。所 述"處理器可讀介質"或"機器可讀介質"可包括能夠存儲或傳輸信息 的任意介質。所述處理器可讀介質的實例包括電子電路、半導體存儲器 設備、R0M、快閃記憶體、可擦除ROM(EROM)、軟盤、CD-ROM、光碟、 硬碟、光纖介質、射頻(RF)鏈路(link)或類似物。所述計算機數據 信號可包括可以通過傳輸介質，如電子網絡信道、光纖、空氣、電磁路徑或RF鏈路傳播的任意信號。所述代碼段可以通過計算機網絡，如因 特網(Internet)、企業內部網際網路(intranet) 、 LAN或類似物進行下載。
參照圖1,示出了根據本發明的一個實施例的車輛或汽車10。汽車 10包括底盤12、主體14、四個車4侖16以及電子控制系統18。主體14 配置在底盤12上，並且基本上包圍著汽車10的其它構件。主體14與 底盤12可以結合形成框架。車輪16中的每一個在主體14的對應角部 (corner)附件可旋轉地耦合至底盤12。
汽車IO可以是許多不同類型的汽車中的任一個，例如轎車、貨車、 卡車或運動型多用途車(sport utility vehicle, SUV),以及可以是2輪驅 動(2WD)(亦即後輪驅動或前輪驅動)、四輪驅動(4WD)或所有輪 驅動(AWD)。汽車IO還可以結合多種不同類型的發動機，例如汽油 或柴油內燃機、"柔性燃料車"(flex fuel vehicle, FFV)發動機(亦即 使用汽油和酒精的混合物)、氣體混合(gaseous compound)(例如氬 和天然氣)燃料發動機、燃燒/電動機混合發動機以及電動機中的任一種 或幾種的組合。
在圖1示出的示例性實施例中，汽車10還包括電機20(motor)(亦 即電動機/發電機(electricmotor/generator)、牽引電機等)、第一能源22、 第二能源24、功率逆變器組件26以及散熱器28。散熱器28在外部連 接至框架分，雖然沒有詳細說明，它包括多個包含冷卻液(亦即冷卻劑)， 如水和/或乙二醇(ethylene glycol)(亦即防凍劑)的冷卻通道，並耦 合至功率逆變器組件26和電機20。在一個實施例中，功率逆變器組件 26接收並與電機20分享冷卻劑。如圖l所示，電機20還可包括集成在 其中的傳動裝置，使得電機20、與所述傳動裝置通過一個或多個驅動軸 30機械耦合至至少一些車輪16。
如所示，第一能源22與第二能源24與電子控制系統18和功率逆 變器組件26可操作地通信和/或電耦合至電子控制系統18和功率逆變器 組件26。雖然沒有詳細示出，第一能源22和第二能源24可以根據實施 例改變，且可以為相同類型或不同類型。在一個或多個實施例中，第一 能源22和第二能源24可以各自包括電池、燃料電池、超級電容器 (ultracapacitor)或其它適合的電壓源。電池可以是4壬-f可類型適於用在 期望應用中的電池，如鉛酸(lead acid)電池、鋰離子電池、鎳金屬電 池或其他可再充電電池。超級電容器可包括適於期望應用的特等電容(supercapacitor)、電化學雙層電容器或具有高能量密度的任何其它電 化學電容器。
現在參照圖1和2,才艮據一個實施例，雙端逆變器系統32可以適合 於驅動電機20。該雙端逆變器系統32包括電機20、笫一能源22、第二 能源24、功率逆變器組件26以及控制器34。
電機20為多相交流(AC)電機，包括一組繞組36 (或線圈)，其 中每一繞組對應於電機20的一相。在一示例性實施例中，電機20為三 相電才幾，然而此處描述的原理可應用於具有任意相數的電才幾20,並且也 可相應地改變，這在本領域中是容易理解的。雖然未示出，但是電機20 包括定子組件(包括線圈)、轉子組件(包括鐵磁芯)以及冷卻液(亦 即冷卻劑)，這是本領域技術人員容易理解的。電機20可以是感應電 機、永磁體電機或適於期望應用的任意類型的電機。
再次參照圖2,功率逆變器組件26包括第一逆變器38和第二逆變 器40,各自包括反並聯(antiparalell) 二極體(亦即與每一開關反並聯) 的六個開關(例如半導體裝置，如電晶體和/或開關)。如所示，逆變器 38和40的開關排列成三個支路(或對)，支路42、 44和46位於第一 逆變器38中，支路48、 50和52位於第二逆變器40中。電機20的第 一繞組36在其相對端部電連接在第一逆變器38中的支路42和第二部 分的支路48的開關之間。第二繞組36連接在第一逆變器38中的支路 44和笫二逆變器40的支路50的開關之間。第三繞組36連接在支路46 和52的開關之間，如所示。
仍然參照圖2，雙端逆變器系統32還可以包括第一和第二電容器 54和56,它們分別與第一和第二能源22、 24並聯連接以平滑操作中的 電流波動(current ripple)。控制器34與第一和第二逆變器38、 40可 操作地通信和/或電連接至笫一和第二逆變器38、 40。控制器34響應於 從汽車10 (亦即經由加速器踏板)的傳動器(driver)接收的命令，並 向第一逆變器38和第二逆變器40提供該命令，如所述，用於控制逆變 器38、 40的輸出。
再次參照圖1,電子控制系統18與電機20、第一能源22、第二能 源24以及功率逆變器組件26可操作地通信。雖然沒有詳細示出，但是 該電子控制系統18可以包括不同的傳感器和自動控制模塊或電子控制 單元(ECU),如逆變器控制模塊(亦即圖2示出的控制器34)以及車輛控制器和至少一個處理器和/或存儲器，其包括存儲在其上(或在另一 計算機可讀介質中)的用於執行以下描述的過程和方法的指令。
在操作過程中，通過用電機20和/或同時用第一能源22和笫二能源 24向車輪16供電來操作汽車10，其中電機20以交替的方式從第一能 源22和第二能源24接收功率。為了給電機20供電，笫一能源22和第 二能源24分別向第一和笫二逆變器38、 40供應DC功率，第一和第二 逆變器38、 40將該DC功率轉換為AC功率，這是本領域中公知的。第 一和第二逆變器38、 40產生繞組36 (或相)上的AC電壓。眾所周知， 電機20繞組36上所需電壓取決於速度、指揮扭矩(亦即指揮同步幀電 流 )以及其它的電機參數。
圖3示出了用於操作雙端逆變器系統32中的電機20的控制系統 60,其根據一個實施例使用此處描述的原理。控制器34可使用高頻脈 寬調製(PWM)來調製逆變器輸出相電壓，控制逆變器38、 40,並管 理逆變器38、 40產生的電壓。該控制系統60包括第一和第二PWM塊 68和70,以及雙端逆變器系統32。
控制器34提供控制算法，其能夠在第一和第二能源22、 24之間實 現期望的功率流，與此同時在電機20內部產生指揮扭矩。雖然未示出， l旦是控制系統60接收電才幾20的扭矩命令(torque command),才艮據此， 控制器34可以確定用於第一能源22 (和/或第一逆變器38 )和第二能源 24 (和/或第二逆變器40)的功率命令以及電機20內繞組36的同步框 架電5充(frame current)。
繞組36上電壓的多種組合可以產生電才幾20的指揮扭矩並實現向 (或從)能源22、 24以及電機20的期望功率流動。如果電機20不需 要一個能源22或24的最大功率輸出，那麼來自能源22或24的額外功 率可用於向另一能源22或24充電。出於示意的目的和簡潔起見，值得 討論的是雖然第一能源22產生多餘功率用於對笫二能源24充電，然而 本領域技術人員可以理解的是多種替代性的期望功率流動是可能的，並 且這種區別不是限制而只是用於參考目的。選定的工作點確定逆變器 38、 40的端子上的調製電壓。
控制器34向第 一和第二 PWM塊68和70提供調製電壓信號v;和《 以產生PWM信號來操作第一和笫二逆變器38、 40中的開關，從而在電 機20的繞組36上施加期望的輸出電壓以用所需扭矩才喿作電才幾20 。本領域技術人員應當理解的是控制系統60可以進一步改變成引入適當的反 饋信號和本領域已知的其它方法來控制逆變器38和40,這超出了本發 明的範圍。
控制器34可包括本領域中已知的任一類型的控制模塊或車輛控制 器，並且可以配備非揮發存儲器、隨機讀取存儲器(RAM)、離散 (discrete)和模擬輸入/輸出(I/O)、中央處理單元和/或用於在汽車的 通信網絡中連網的通信接口。在這一點上，控制器34、其它可能的示意 性塊、模塊、處理邏輯以及與此處公開的實施例一起描述的電路，可以 用被設計為用於執行此處描述的功能的通用處理器、內容可尋址的存儲 器、數位訊號處理器、專用集成電路、場可編程門陣列、任何適合的可 編程邏輯設備、離散門(discrete gate)或電晶體邏輯、離散硬體組件或 其任意組合來實施或執行。所述處理器可以實現為微處理器、控制器、 微控制器或狀態機(state machine)。處理器還可以實施為計算設備的 組合，例如數位訊號處理器和微處理器、多個微處理器、 一個或多個微 處理器與數位訊號處理器核或任意其它這種構造的組合。
此外，與此處公開的實施例一起描述的方法或算法的步驟可以直接 用硬體、固件、由處理器執行的軟體模塊或其任意實際的組合來實現。 軟體模塊可以存在於RAM存儲器、快閃記憶體、ROM存儲器、EROM存儲器、 EEPROM存儲器、寄存器、硬碟、可移動》茲盤、CD-ROM或本領域已 知的其它任意形式的存儲介質中。在這一點上，示例性存儲介質可以耦 合至處理器，使得該處理器可以從該存儲介質讀取信息以及向該存儲介 質寫入信息。可替代地，該存儲介質可以集成到所述處理器。作為實例， 所述處理器和存儲介質可以存在於ASIC中。
可以根據被一 個或多個計算模塊、控制器或其它設備執行的通常的 計算機可執行指令(例如程序模塊)來描述技術主題和實施例的某些方 面。通常，程序;f莫塊包括例行程序(routine)、程序、目標、組件、數 據結構和/或執行特定任務或實施特殊的抽象數據類型的其它元件。通 常，在不同的實施例中，程序模塊的功能可以按照想要的進行組合或分 配。執行計算機可執行指令的計算裝置通常包括至少某一形式的計算機 可讀介質。計算機可讀介質可以是可被計算機設備和/或被由計算機設備 執行的應用程式讀取的任意可獲得的介質。
現在參照附圖4,控制器34可以被配置用於確定在電機20中產生指揮扭矩或期望的轉矩所需的電流(亦即繞組36中的期望電流或所需 電流)，用電流向量[表示。電壓向量^表示產生[所必須的繞組36上 的對應電壓。向量牙和^分別表示第一和第二電壓命令(或可替代地， 向/從第一逆變器38和第二逆變器40提供的電壓)，以產生繞組36所 必須的電壓(亦即；和^的差)。控制器34還可以確定朝向第二能源 24的期望的功率流動。所述朝向第二能源24的期望的功率流動可以用 恆定的功率線表示，如圖示記為xy 。該恆定功率線表徵為
其中 a是V2相對於/《的角度,p表示朝向或來自第二能
源的期望功率流。所述恆定功率線表示朝向或來自第二能源24的功率 流，其取決於第二能源24是在充電還是在放電。
參照圖5，沿著恆定功率線的多個操作點(亦即a!、 a2. a3、 a4...an) 可以提供繞組36上的所需電壓(^ )。每個操作點an對應電壓命令(K 和^)的唯一組合。當多個操作點能夠產生相同的電壓^和朝向/來自第 二能源的功率流時，沿著恆定功率線的每個點在雙端逆變器系統32中 引起不同的功率損耗。每個電壓命令與不同的逆變器切換功能(或調製 指數(modulation index))相關聯，並且產生不同的的逆變器切換損耗。
參照圖5和6，在一示例性實施例中，可以確定操作點an,其能夠 降低系統功率損耗，與此同時實現朝向第二能源的期望的功率流並在電 機中產生指揮扭矩。根據一個實施例，向所述控制器提供指揮扭矩或期 望轉矩。控制器也可被配置成用於確定所需的輸出電流[和所需電壓^ 以產生所述指揮扭矩。所述控制器可被配置用於確定朝向第二能源的期 望功率流以及與該期望功率流對應的恆定功率線(任務500)。可以選 擇恆定功率線上的初始點a。作為初始評估點(任務502)。在示例性實
施例中，所述初始評估點可被選擇為^與zY之間的角度^為0° (例如 見附圖4和附圖5,表示a)的地方。所述控制器可以確定與所述評估 點對應的第一逆變器電壓命令(^)和第二逆變器電壓命令(^)(任 務504 )。例如，通過確定第二電壓命令^，並且/人^"減去^以獲得所
需的第一電壓命令^以產生^:。
在示例性實施例中，基於電壓命令；和^計算第一和第二逆變器功 率損耗(任務506 )。此處使用的逆變器功率損耗包括導通功率損耗(基 於每個開關的前向(forward)電壓降和電流)和開關損耗(基於能源的 DC電壓電平、峰值AC相電流以及逆變器切換功率)，這是本領域容易理解的。逆變器的功率損耗可被確定用於輸出相電壓峰值(基於^或 和功率因數(基於相對於[的電壓命令角)。所述功率損耗還基於
耦合至逆變器的能源電壓、電機的峰值相電流以及所述逆變器的切換頻
率，對於所有的操作點^，其保持不變。
圖7為一圖表，示出了在一示例性情況中，不同功率因數的情況下，
逆變器功率損耗與輸出相電壓峰值(亦即電壓命令的峰值)之間的關係。
在一示例性實施例中，逆變器功率損耗值可由能源電壓、電機的峰值相
電流以及逆變器的切換頻率確定。在圖7中，能源DC電壓是300VDc, 電機的峰值相電流(Ip)為400A,並且逆變器的切換功率(fsw)為10kHz。 所述功率損耗值可以預先確定和/或存儲在耦合至控制器、處理器或某一 其它控制模塊的資料庫、查找表、圖表或某一其它計算機可讀介質中。 本領域技術人員應當理解的是逆變器功率損耗計算的某些線性關係部 分考慮外推值(extrapolating value)(以應用在查找表、資料庫、圖表 等等中)，並且不需要計算或測量每一個輸出相電壓峰值和功率因數， 這是容易理解的。
再次參照圖6,在一示例性實施例中，通過將第一和第二逆變器損 耗加起來就能確定雙端逆變器系統的總的功率損耗(任務508)。根據 一個實施例預先確定的和/或存儲的第一和第二逆變器損耗可以基於電
壓命令(^或^)以及與評估點對應的相對於[的角度獲得。
在一示例性實施例中，所述控制器被配置用於確定，為了對應的預 期電機電流[和理想功率流，對於選定的評估點而言，雙端逆變器系統 的功率損耗是否最小(任務510)。根據一個實施例，如果最小系統功 率損耗還沒有確定，那麼該控制器可以通過在恆定功率線上選擇另一評 估點來重複該過程(任務502)。這可以逐步(incrementally)增加恆定 功率線上的評估點相對於f的角度A (A仁A + A")。可以重複由任務 502、 504、 506、 508、 510限定的循環，直到確定雙端逆變器系統的最 小功率損耗。對於本領域技術人員而言顯而易見的是可以根據系統的設
計或者需要改變用於確定最小值的不同方法或手段以及選擇評估點的 方式。
在一示例性實施例中，控制器可以選擇對應於最小功率損耗的評估 點作為雙端逆變器系統的工作點(任務514)。控制器可以使用與所述 工作點對應的電壓命令(^和^ )來調製第一和笫二逆變器(任務516)。當朝向/來自第二能源24的期望功率流或所需要(或期望的)電機電流〖 隨著時間改變時，控制器可以動態地重複整個過程。
圖8-12為一些圖表，示出了與 一示例情況的不同評估點對應的雙端 逆變器系統的工作特性，該示例情況使用來自圖7的值。如圖ll所示， 通過選擇^與[之間的角度為0。(垂直軸)選擇初始評估點作為疊代 的第一點(位於水平軸上的疊代點1)。通過多個疊代點，^與[之間 的角度可以從0。到90°逐步增加，如所示。增加^與[之間的角度還 可以使^和第一和第二逆變器的調製指數產生對應的變化，如圖8-10所 示。如圖12所示，當把每一個疊代點的第一逆變器損耗和第二逆變器 損耗做加法時，就可以識別出產生最小雙端逆變器系統功率損耗的有效 工作點。與該工作點對應的第一和第二電壓命令(^和^)可用於調製 第一和第二逆變器。
以上描述的系統和/或方法提供了一種用兩個獨立的能源22、 24向 電機20供電的電系統，並且能夠降低開關損耗，由此降低總的系統損 耗。還可以實現雙端逆變器系統32的其它特徵，如不同的功率流動或 功率傳輸。如上所述，當電機20內部可以產生指揮扭矩時，不但沒有 削弱電機20的性能，反而允許多餘功率在能源22、 24之間流動。
其它實施例可以將以上描述的系統和方法應用在不同類型的汽車、 不同的車輛(例如船隻和飛機)或不同的電氣系統中，因為它可以在兩 個源的電壓在大範圍內動態變化的任何情況下實施。電機20和逆變器 38、 40可以具有不同的相數，此處描述的系統不應當只限制為三相設計。 也可以使用其它形式的能源22、 24,如電流源和負載，其包括二極體整 流器、晶閘管變換器、燃料電池、電感器、電容器和/或它們的任意組合。 基於設計的偏愛，系統元件和方法可以實施成硬體和/或軟體的不同組 合，這在本領域中是容易理解的。
為了簡潔起見，此處就不再詳細描述有關信號處理、數據傳輸、發 信號、網絡控制以及系統的其它功能方面(以及系統的獨立工作元件) 的常規技術。此外，此處包含的在不同附圖示出的連接線旨在表示不同 元件間的示例性功能關係和/或物理耦合。應當注意主題的實施例中可以
存在許多替代或額外的功能關係或物理連接。
雖然之前的詳細描述中已經介紹了至少一個實施例，但是應當理解 的是可以存在多種變化。還應當理解的是此處描述的示例實施例並不是為了以任意方式限制要求保護的主題的範圍、適用性或結構。然而，前 面的詳細描述向本領域技術人員提供了執行上述實施例的便利指示。應 當理解的是在不偏離權利要求書所限定的範圍的情況下可對元件的功 能和排列做多種改變，其中權利要求書所限定的範圍包括提交該專利申 請時的已知等同方式和可預知的等同方式。
權利要求
1.一種用於控制耦合至第一能源和第二能源的雙端逆變器系統的方法，該方法包括確定與雙端逆變器系統的運行相關聯的恆定功率線，該恆定功率線表示朝向第二能源的期望功率流；在所述恆定功率線上確定工作點，該工作點對於所需的輸出電流在雙端逆變器系統中產生最小的功率損耗；以及用與所述工作點對應的第一電壓命令和第二電壓命令來調製該雙端逆變器系統。
2. 根據權利要求1的方法，其中在所述恆定功率線上確定工作點 進一步包括在恆定功率線上選擇多個評估點； 對於多個評估點中的每一個確定與評估點對應的相應第一電壓命令和相應第二電壓命令； 基於所述相應笫一電壓命令和相應第二電壓命令確定相應的 功率損耗值，以獲得多個功率損耗值； 從所述多個功率損耗值中識別最小功率損耗值；以及 選擇與最小功率損耗值對應的指定評估點用作工作點。
3. 根據權利要求2的方法，還包括基於所述相應笫一電壓命令的峰值、所述相應第一電壓命令相對於 所需輸出電流的角度、第一能源的電壓電平以及第一逆變器切換頻率來 計算第一逆變器損耗；以及基於所述相應笫二電壓命令的峰值、所述相應第二電壓命令相對於 所需輸出電流的角度、第二能源的電壓電平以及第二逆變器切換頻率來 計算第二逆變器損耗。
4. 根據權利要求3的方法，其中確定所述相應的功率損耗值還包 括將第一逆變器損耗和第二逆變器損耗相加。
5. 根據權利要求3的方法，還包括存儲表示所述第一逆變器損耗 和第二逆變器損耗的數據。
6. 根據權利要求5的方法，還包括獲取存儲的第一逆變器損耗，該存儲的第一逆變器損耗與所述相應 第一電壓命令的峰值以及相應第一電壓命令相對於所需輸出電流的角度相對應；以及獲取存儲的第二逆變器損耗，該存儲的第二逆變器損耗與所述相應 第二電壓命令的峰值以及相應第二電壓命令相對於所需輸出電流的角度相對應。
7. 根據權利要求6的方法，其中確定所述相應功率損耗值還包括 將所述存儲的第一逆變器損耗和存儲的第二逆變器損耗相加。
8. —種用於控制耦合至笫 一 能源和第二能源的雙端逆變器系統的 方法，該方法包4舌確定與雙端逆變器系統的運行相關聯的恆定功率線，該恆定功率線 表示朝向第二能源的期望功率流；在恆定功率線上選擇初始評估點，其與相對於對應所需輸出電流的 向量的0°角度相對應；確定與該初始評估點對應的第一電壓命令和第二電壓命令；基於該第一電壓命令和第二電壓命令確定初始系統功率損耗；對於至少 一 個額外評估點增加相對於與所需輸出電流對應的向量的角度；確定與該額外評估點對應的相應第 一 電壓命令和相應第二電 壓命令；以及根據所述相應第一電壓命令和相應第二電壓命令確定相應的 系統功率損耗，以獲得多個功率損耗值；在所述初始系統功率損耗值與多個功率損耗值中識別最小功率損 身毛值；以及選擇與該最小功率損耗值對應的指定評估點用作工作點。
9. 根據權利要! 8的方法，其f確定第二電壓命令基於 P二3l^ll。sin^,其中^是第二電壓命令，^是所需輸出電流，^是相對 於所需輸出電流的角度，屍是基於恆定功率線的常數。
10. 根據權利要求9的方法，其中基於所述第二電壓命令和所需輸 出電壓，通過從所需輸出電壓中減去所述第二電壓命令來確定第一電壓 命令。
11. 根據權利要求10的方法，還包括基於所述第一電壓命令的峰值、所述第一電壓命令相對於所需輸出 電流的角度、第 一能源的電壓電平以及笫 一逆變器切換頻率來計算第一逆變器損耗；以及基於所述第二電壓命令的峰值、所述第二電壓命令相對於所需輸出 電流的角度、第二能源的電壓電平以及第二逆變器切換頻率來計算第二 逆變器損耗。
12. 根據權利要求11的方法，其中確定系統功率損耗還包括將第一 逆變器損耗與第二逆變器損耗相加。
13. 根據權利要求11的方法，還包括存儲表示所述第一逆變器損耗 和第二逆變器損耗的數據。
14. 根據權利要求13的方法，還包括獲取存儲的第 一逆變器損耗，該存儲的第 一逆變器損耗對應於所述 第一電壓命令的峰值以及第一電壓命令相對於所需輸出電流的角度；以 及獲取存儲的第二逆變器損耗，該存儲的第二逆變器損耗對應於所述 笫二電壓命令的峰值以及第二電壓命令相對於所需輸出電流的角度。
15. 根據權利要求14的方法，其中確定系統功率損耗還包括將所述 存儲的第 一逆變器損耗和存儲的第二逆變器損耗相加。
16. 根據權利要求8的方法，還包括使用與所述工作點對應的笫一 電壓命令和第二電壓命令來調製該雙端逆變器系統。
17. —種應用在具有第一能源和第二能源的車輛中的雙端逆變器系 統，該雙端逆變器系統包括第一逆變器，其耦合至第一能源； 第二逆變器，其耦合至第二能源；以及控制器，其耦合至第一逆變器和第二逆變器，該控制器被配置用於 實現雙端逆變器系統內期望的功率流，並且該控制器包括計算機可讀介 質，其具有其上存儲的用於控制該雙端逆變器系統的計算機可執行指 令，所述計算機可執行指令^皮寫入以確定與該雙端逆變器系統的運行相關聯的恆定功率線，該恆定功率 線表示朝向第二能源的期望功率流；在所述恆定功率線上確定工作點，該工作點對於所需的輸出電流在 雙端逆變器系統中產生最小的功率損耗；以及用與該工作點對應的第一電壓命令和笫二電壓命令來調製該雙端 逆變器系統。
18. 根據權利要求17的雙端逆變器系統，所述計算機可執行指令被 寫入以在恆定功率線上選擇多個評估點； 對於多個評估點中的每一個確定與評估點對應的相應第一電壓命令和相應笫二電壓命令； 基於所述相應第一電壓命令和相應第二電壓命令確定相應的 功率損耗值，以獲得多個功率損耗值； 從所述多個功率損耗值中識別最小功率損耗值；以及 選擇與最小功率損耗值對應的指定評估點用作工作點。
19. 根據權利要求18的雙端逆變器系統，所述計算機可執行指令被 寫入以基於所述相應第一電壓命令的峰值、所述相應第一電壓命令相對於 所需輸出電流的角度、第一能源的電壓電平以及第一逆變器的切換頻率來計算第一逆變器損耗；以及基於所述相應笫二電壓命令的峰值、所述相應第二電壓命令相對於 所需輸出電流的角度、笫二能源的電壓電平以及第二逆變器的切換頻率 來計算笫二逆變器損耗；以及存儲該第一逆變器損耗和笫二逆變器損耗。
20. 根據權利要求19的雙端逆變器系統，所述計算機可執行指令被 寫入以獲取存儲的第一逆變器損耗，該存儲的第一逆變器損耗與所述相應 第一電壓命令的峰值以及相應第一電壓命令相對於所需輸出電流的角 度相對應；以及獲取存儲的笫二逆變器損耗，該存儲的第二逆變器損耗與所述相應 第二電壓命令的峰值以及相應笫二電壓命令相對於所需輸出電流的角度相對應；以及將所述存儲的第一逆變器損耗和存儲的第二逆變器損耗相加。
全文摘要
本發明涉及雙端逆變器系統的高效工作點。本發明提供了用於控制耦合至第一能源和第二能源的雙端逆變器系統的系統和方法。該方法包括確定與該雙端逆變器系統的運行相關聯的恆定功率線，該恆定功率線表示朝向第二能源的理想功率流。該方法還包括在恆定功率線上確定工作點，該工作點在雙端逆變器系統中產生最小的功率損耗，以獲得所需的輸出電流，並且用與該工作點對應的第一電壓命令和第二電壓命令來調製該雙端逆變器系統。
文檔編號B60L15/00GK101409498SQ20081013118
公開日2009年4月15日 申請日期2008年7月30日 優先權日2007年7月30日
發明者B·A·維爾奇科, G·S·史密斯, G·約翰, J·M·納加施馬, M·佩裡西克, S·查克拉巴蒂 申請人:通用汽車環球科技運作公司