用於檢測輔助電源從多相電機的斷開的方法和系統的製作方法
2023-07-02 10:37:11
專利名稱：用於檢測輔助電源從多相電機的斷開的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於驅動多相電機的逆變器系統，它包括由逆變器驅動並產生電力的交流電機以及與所述交流電機的中性點相連接的電源。
背景技術：
傳統上，交流電機已普遍用作各種裝置的電源。在電動車輛和混合動力車輛中，通常使用這樣一種系統，其中通過逆變器將從電池(電池組)中供應的直流電轉變為要求的交流電，然後將所述交流電供給到電機。這種系統允許廣範圍的輸出扭矩並且可實現一個優點，即可利用由再生制動產生的電力給電池充電。
由於高壓電源可有效用於高功率電機，因此電動車輛和混合動力車輛通常使用幾百伏數量級的高壓電源作為連接到所述逆變器輸入側上的主電池。另一方面，在星形連接電機線圈的中性點處通常獲得為逆變器的輸入電壓一半的電壓。因此，當電池與中性點相連接時，從該系統中可獲得兩種類型的直流電壓。而且，通過向電機線圈施加削波器(chopper)控制，可控制這兩個電池之間的電力傳輸。
因此，當電機還用作混合動力車輛等中的發電機時，可使用其中產生的電力用於為兩個電池充電的一種系統，從而獲得兩個電源電壓。具體地說，可使用電容器代替電池。在日本專利公報No.Hei11-178114中描述了這種系統。
在大多數車輛上都安裝有各種電氣裝置，並且通常都設置約12V(當充電時為14V)的輔助電池以便為所述電氣裝置供應電力。由於電機的上述中性點的電壓是逆變器的輸入側上的電壓的約一半，因此在普通電動車輛和混合動力車輛中該中性點電壓較高，這使得在這些車輛中難於將輔助電池與所述中性點相連接。因此，提供獨立的DCDC變頻器為輔助電池充電。
另一方面，已考慮使用其中提供36V電源和12V電源的所謂的「雙電源系統」作為上述系統的實際應用示例。在這種雙電源系統中，由於當為36V電源充電時足以將逆變器輸入電壓設定為約42V並且當為12V電源充電時足以將中性點電壓設定為約14V，因此使用電機線圈可執行這兩個電源之間的電力傳輸。
因此，在上述多相電機驅動逆變器系統中，可使用電機線圈在高壓側電池與低壓側電池之間傳輸電荷。由於可消除提供DCDC變頻器的需要因此這是有利的。
在如上所述的用於驅動多相電機的逆變器系統中，通常為車輛配件或輔助裝置形式的多個輔助裝置與低壓側電池相連接，因此所述低壓側電池用於向這些裝置供應恆定的電力。也就是說，在多相電機驅動逆變器系統中，逆變器中的切換元件的切換是受控的，從而控制中性點電壓。
然而，由於中性點電壓不能連續保持在恆定值下，當不能使用低壓側電池時，要供給到所述輔助裝置的電壓顯著改變並且阻止了所述裝置的恆定操作。因此，當在某些情況下所述低壓側電池斷開(即，中斷電連接)時，所述系統會遭遇上述問題。
此外，為了將所述低壓側電池的充電狀態保持在一預定水平，必須根據由連接到所述低壓側電池的輔助負荷消耗的電力向與所述低壓側電池相連接的電源線路供應電力。因此，傳統上，檢測到低壓電源線路上的電壓，並且由電機產生的電力受到反饋控制以保持檢測的電壓穩定。
然而，上述傳統系統會遭遇這樣的問題，即，在由於斷開等原因導致不能正常執行低壓電源線路上的電壓的檢測的情況下，無法控制產生的電力，從而導致超壓或低壓。
而且，在所述傳統系統中，霍爾傳感器通常用作位置傳感器並且只在60度的間隔下檢測轉子的位置。為了在電機起動時獲得充足的起動轉矩，在電機起動時通常執行180度電流類型(電流在180度電角度期間流動並且然後改變電流的極性)。更具體地說，如圖19所示，三相矩形波電壓指令(由圖19中最上側圖中的實線、虛線以及點劃線所示)用於產生逆變器的矩形波切換控制信號(門信號Su、Sv、Sw)。因此，電機驅動電流為矩形波。當電機為三相電機時，產生了用於驅動電機的具有120度相移的180度傳導門信號Su、Sv和Sw。在此，在作為電流周期的1/6的期間時發生其中兩相都為接通或切斷的期間。而且，對於每個相電流來說，當電流值達到一預定值時通過施加用於切斷相應相的最大電流調整，可產生其中三相都為接通或切斷的期間。
當逆變器已較長時間保持相同的切換狀態並且中性點電勢與低壓目標值之間的差值增加時，所述系統遭遇這樣的問題，即，中性點電流顯著改變並且低壓電源線路也顯著改變。
日本專利公報No.2000-324857中描述了在低壓電源與中性點之間提供繼電器，從而在電機起動時通過所述繼電器使得低壓電源線路與所述中性點相分離。在這種結構下，儘管可降低起動時的低壓電源線路上的電壓改變，但是必須額外提供繼電器並且在需要時接通和切斷所述繼電器。
發明內容
本發明有利地提供了一種用於驅動多相電機的逆變器系統，所述逆變器系統能夠可靠地檢測低壓電池的斷開。
甚至在低壓側電源線路的測量或檢測中發生異常的情況下，本發明也能夠有利地進行適當的發電控制。
本發明還能夠有利地有效減少起動時中性點電流中的顯著改變。
依照本發明的一個方面，基於從交流電機的中性點狀態檢測裝置中獲得的檢測結果判定異常。
由於存在電源，因此中性點電壓或中性點電流是平穩的。然而，當斷開電源時，由於無法從電源中獲得影響(作用)因此中性點電流或中性點電壓易於變化。因此可基於中性點的狀態有效地檢測電源斷開的異常。
而且，依照本發明的另一個方面，當無法測量與電機中性點相連接的電源的電壓時，使用電源電流控制逆變器的中性點電壓。因此，甚至當無法測量與電機中性點相連接的電源的電壓時，也可控制逆變器的中性點電壓。
而且，依照本發明的另一個方面，基於通過正弦波電壓指令與載波之間的比較而獲得的門信號控制逆變器的切換元件的接通/切斷，從而將正弦波電壓指令限制在相對於載波振幅的一預定範圍內。因此，可獲得具有與載波頻率相同頻率的門信號。因此可避免切換模式長時間保持相同並且較大電流作為中性點電流流過的問題。
在以下的描述中將結合附圖解釋本發明的這些和其它目的，其中圖1是示出本發明第一實施例所涉及的系統的結構的視圖；圖2是示出中性點電壓的波形的視圖；圖3是用於解釋異常檢測的操作的流程圖；圖4是示出本發明第一實施例所涉及的另一個系統的結構的視圖；圖5是示出中性點電壓的波形的視圖；圖6是用於解釋異常檢測的操作的流程圖；圖7是示出本發明第二實施例所涉及的系統的結構的視圖；圖8是用於解釋第二實施例的操作的流程圖；圖9是示出圖7中所示實施例的控制電路的結構的視圖；圖10是示出本發明第二實施例所涉及的另一個系統的結構的視圖；圖11是示出圖10中所示系統的控制電路的結構的視圖；圖12是示出本發明第二實施例所涉及的另一個系統的結構的視圖；圖13是示出圖12中所示系統的控制電路的結構的視圖；圖14是示出本發明第三實施例所涉及的系統的結構的視圖；圖15是示出圖14中所示的載波比較的操作的視圖；圖16是示出圖14中所示實施例的控制電路的結構的視圖；
圖17是示出本發明第三實施例所涉及的系統的結構的視圖；圖18是示出圖17中所示系統的控制電路的結構的視圖；以及圖19是示出傳統載波比較的示例操作的視圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細描述本發明的優選實施例。
實施例1圖1示出本發明一個實施例所涉及的用於驅動多相電機的逆變器系統的總體結構的視圖。逆變器12與用作主電源的36V(當充電時為42V)電池10相連接。也就是說，從電池10中輸出的36V電壓被施加到逆變器12的正極總線(母線)和負極總線之間。
逆變器12具有平行設置的三個分支，每個分支包括布置在正極總線和負極總線之間的兩個切換元件(電晶體)。各個分支中的中間電晶體分別連接到三相電機輸出端子。
三相交流電機14的三相電機線圈端子分別連接到逆變器12的三相電機輸出端子。因此，當相繼接通逆變器12的一個上部電晶體時，另一個分支上的電晶體也被相繼地接通，因此具有120°相差的電機電流被施加到交流電機14的每個相線圈上。
而且，輔助電池18的正極和各個輔助負荷20經由電抗器16與交流電機14的中性點相連接。伏特計22被連接到輔助電池18與電抗器16之間用於檢測輔助電池18的電源線路上的電壓。伏特計22的輸出(電池電壓Vbs)被供給到控制電路24。
控制電路24從來自於伏特計22的輸出中判定波紋成分的尺寸，並且當波紋尺寸為一預定水平或更大時檢測諸如輔助電池18的斷開之類的異常。
在所述系統中，可通過改變逆變器12的上部電晶體和下部電晶體之間的佔空比而控制中性點電壓。更具體地說，當兩個電晶體的接通期間相同時，中性點電壓等於逆變器輸入電壓(電池10的電壓)。另一方面，當上部電晶體的接通期間相對於下部電晶體的接通期間1是2時，中性點電壓為電池10的電壓的三分之一。
例如，當電池10的電壓為36V(當充電時為42V)時，輔助電池18的電壓為12V(當充電時為14V)。然後，從電池10中供應的電力用於驅動交流電機14以便例如在車輛起動時執行轉矩輔助，而來自於輔助電池18的電力用於操縱各個輔助負荷20。
在此，由於將中性點電壓控制得使其是電池10的電壓的三分之一，因此逆變器12中的上部電晶體和下部電晶體的接通期間是不平衡的，從而導致中性點電壓隨著供給到每個電機相的電流相而振動。電抗器16使得振動的中性點電壓在一定程度上平穩，並且輔助電池18將電抗器16的輸出電壓保持在基本恆定的水平上。
然而，當輔助電池18由於某種原因斷開時，電抗器16的輸出用於向輔助電源線路供給電壓。雖然當輔助電池18連接時由於輔助電池18的容量使得輔助電源線路的電壓基本保持恆定，但是一旦輔助電池18斷開，在輔助電源線路中就會立即出現中性點中的電壓改變的影響。
也就是說，與中性點電壓類似，輔助電源線路也隨電機的每個相電流的峰值改變。更具體地說，輔助電源線路的電壓在作為電機的每個相電流的周期的三倍的周期內改變，如圖2所示。
依照本發明，控制電路24檢測波紋成分的尺寸，並且當檢測值符合或超過一預定水平時判定為異常。下面將參照圖3描述控制電路24所執行的判定操作。
首先判定是否發現了其它異常(S11)。當沒有發現其它異常時，判定通過從14V系統的平均電壓值Vbsave中減去14V系統的目標電壓(電壓指令值)Vbs*所獲得的數值的絕對值是否小於一預定閾值a(S12)。如果結果為「是」，則判定14V電源的波紋，即圖2中所示的交流成分的峰到峰電壓Vbsp-p是否大於一預定閾值b(S13)。當步驟S13的判定結果為是時，則判定輔助電池沒有正常操作(S14)。
在此，14V系統輔助電源線路的平均電壓Vbsave約為13.5V到14.5V，儘管它可根據溫度而變化。根據平均電壓Vbsave，將目標電壓Vbs*確定為14V而將閾值a確定為約1V。而且，將閾值b設定為約0.5V，儘管它取決於電抗器16的電抗。
當步驟S11或S12的判定結果為「否」時，判定不可能進行所述判定(S16)。當在步驟S13判定結果為否時，判定輔助電池正常操作，即不存在異常(S15)。
參照圖4，其中示出另一個示例所涉及的結構，其中取代伏特計22甚至了安培計28。更具體地說，在電抗器16與輔助電池18的正極相連接的連接點的前面設置了安培計28，用於檢測中性點與輔助電池18之間以及中性點與輔助負荷20之間的電流。控制電路24根據安培計28的檢測結果判定異常。
具體地說，如圖6所示，首先判定是否發現了其它異常(S21)。當沒有發現其它異常時，判定由安培計28檢測的中性點電流的波紋，即圖5中所示的交流成分的峰到峰電流值Inp-p是否大於一預定閾值c(S22)。如果判定結果為是，則判定輔助電池在異常操作(S23)。
另一方面，當步驟S21的判定結果為否時，判定不可能進行所述判定(S25)。當在步驟S22的判定結果為否時，判定沒有發現異常(S24)。
如上所述，根據本實施例的系統，可有效地檢測輔助電池的異常。
而且，該控制操作優選可與上述根據載波振幅調節每個相輸出電壓指令的控制操作相組合。
在此，交流電機14優選是車輛用交流電機，並且安裝在車輛上。輔助負荷20可為安裝在車輛上的各種附件中的任意附件。此外，安裝在車輛上的交流電機14可優選為用於在日本專利公報No.2002-155773中描述的EcoRun系統的電動發電機。
更具體地說，該電動發電機用於例如(i)在於車輛停止時執行用於切斷髮動機操作的空轉停止控制以後車輛起動的情況下具有自動致動的發動機的車輛的行駛；(ii)在減小行駛速度時通過經由驅動系統傳輸輪的轉動而獲得的再生發電；(iii)在由於車輛停止而導致發動機停止時空調裝置用壓縮機以及動力轉向裝置用泵的驅動；(iv)發動機被驅動時的發電；(v)控制未被驅動的發動機的轉動以便減小發動機停止時所產生的振動；以及(vi)防止發動機由於在減速期間減少向發動機的燃料供應而導致的失速，直到發動機被恢復並且重新開始正常的燃料供應。
如上所述，根據本實施例，基於中性點處的電流或電壓狀態判定異常。儘管由於電源的存在使得中性點電壓或中性點電流平穩，但是當切斷電源並且因此不影響中性點電壓和電流時，中性點電壓或中性點電流易於改變。因此可根據中性點的狀態有效地檢測電源斷開的異常。
而且，基於電機驅動電流，中性點電壓和中性點電流包含波紋。通過檢測這些波紋的尺寸，可有效地檢測電源的斷開。
實施例2圖7示出本發明第二實施例所涉及的系統的結構。在該實施例中，除伏特計22以外，在輔助電池18與電源線路之間還設置有用於檢測輔助電池18的電流(電池電流Ibs)的安培計26。來自於安培計26的輸出也被供應到控制電路24。
控制電路24測量與異常有關的數值，如圖8所示。具體地說，首先判定在與輔助電池18連接的電源線路(14V系統電源線路)的電壓檢測中是否存在異常(S11)。這是通過判定伏特計22的輸出Vbs是否具有一正常值而判定的。例如，當輸出電壓Vbs為8V或更低時，各個輔助負荷不能被正常驅動，從而判定存在異常。特別是，當電壓Vbs為0V時，判定發生了某種故障。
當步驟S11的判定結果為否時，判定不存在問題並且基於檢測的Vbs(14V系統電壓)控制逆變器12的切換。
當在步驟S11判定存在異常時，發布異常警告指示(S13)。例如，顯示板可顯示標誌「14V系統電池檢測異常」或者可開啟用於指示輔助電池異常的燈。
然後，檢測安培計26的數值Ibs。由於數值Ibs表示流過輔助負荷的電流與中性點電流之間的差值，因此當控制逆變器12使得數值Ibs為0時，可使得由輔助負荷使用的電力與由電機14產生的電力相匹配。因此，根據本實施例，控制逆變器12使得電流Ibs為0。
當14V系統電壓檢測異常時，不能執行反饋控制並且產生的電壓顯著偏離目標值，從而易於導致過電壓和電壓降低的出現。在這種情況下，由於過量充電或快速放電而導致輔助電池18不能運行，並且輔助負荷遭受由過電壓以及電壓降低所引起的操作過失導致的故障，並且需要重新設定CPU。根據本實施例，通過使用基於電流Ibs的檢測的反饋控制充分地將由電機14產生的電力保持在標準水準可避免這些問題的出現。而且，通過發布異常警告，可適當地恢復電壓檢測，從而可在出現嚴重問題之前恢復正常狀態。
圖9示出控制電路24的結構。測量高壓電池10的電壓Vbm並且將電壓Vbm與目標電壓Vbm*之間的差值供給到Vbm反饋(F/B)部30。Vbm反饋(F/B)部30以使得高壓電池10的電壓Vbm與目標電壓Vbm*相等的方式確定電機14的轉矩指令Tmg*，並且將確定的轉矩指令Tmg*供給到切換演算部32。在此，轉矩指令Tmg*與電機14的發電指令相對應。
電機14的每個相線圈電流Iu、Iv、Iw以及與轉子位置有關的檢測信號θ也被供給到切換演算部32。切換演算部32根據這些輸入信息產生用於控制逆變器每相的切換元件的切換的信號Su、Sv、Sw，從而控制電機14的每個相電流。因此，電機14的輸出轉矩(產生的電力)被控制得與轉矩指令Tmg*相對應。
而且，電機14的中性點電壓的指令值Vn被供給到切換演算部32。因此，逆變器的上部切換元件和下部切換元件之間的接通期間的比率被控制，以便控制中性點電壓。
在正常操作期間，中性點電壓Vn被確定成使得輔助電池18的電壓Vbs與其指令值Vbs*之間的差值經由切換部34供給到反饋(F/B)部36使得Vbs與Vbs*相等。然而，當在圖8的上述步驟S11判定異常存在時，在步驟S14輸出切換信號，使得切換部34將輔助電池電流Ibs與其指令值Ibs*之間的差值供給到反饋(F/B)部36。因此，基於輔助電池電流Ibs在反饋(F/B)部36中產生Vn。由於切換演算部32基於該Vn控制逆變器12的切換，因此將電機4的中性點控制為與由輔助負荷消耗的電力相等的電壓。
下面將簡要描述中性點電壓Vn與電池10的電壓Vbm的控制。
在該系統中，可通過改變逆變器12的上部電晶體和下部電晶體之間的佔空比而控制中性點電壓。更具體地說，當兩個電晶體的接通期間相同時，中性點電壓等於逆變器輸入電壓(電池10的電壓)。另一方面，當上部電晶體的接通期間相對於下部電晶體的接通期間1為2時，中性點電壓為電池10的電壓的三分之一。
例如，當電池10的電壓為36V(當充電時為42V)時，輔助電池18的電壓為12V(當充電時為14V)。然後，從電池10中供應的電力用於驅動交流電機14以便例如在車輛起動時執行轉矩輔助，而來自於輔助電池18的電力用於操縱各個輔助負荷20。
在此，由於將中性點電壓控制得使其是電池10的電壓的三分之一，因此逆變器12中的上部電晶體和下部電晶體的接通期間是不平衡的，從而導致中性點電壓隨著供給到每個電機相的電流相而振動。電抗器16使得振動的中性點電壓平穩在一定程度上，並且輔助電池18將電抗器16的輸出電壓保持在基本恆定水平上。
圖10示出本發明另一個示例所涉及的系統的結構，其中取代安培計26使用用於電機的每個相線圈的每個測量電流的安培計28u、28v、28w。在此，如圖9所示，由於電機14的每個相線圈的電流Iu、Iv、Iw是計算轉矩指令Tmg*所必需的，因此，獨特地設置安培計28u、28v、28w。在本示例中，每個相線圈電流用於控制。
在此，在不存在中性點電流的情況下，每個相線圈電流的總和應為0。因此相應相的電流Iu、Iv、Iw的總和與中性點電流In相等。當如此控制中性點電流In以使其等於連接到14V電源線路的整個輔助負荷所消耗的電流時，適當的電力被供給到14V電源線路。因此，可測量由輔助負荷消耗的電流，基於消耗的電流確定中性點電流的目標值In*，然後控制中性點電流In以使其等於目標值In*。
然而，通常不可能測量在所有輔助負荷中消耗的電流。因此，根據本示例，預先獲得整個輔助負荷的最小消耗電流，並且將目標中性點電流In*設定為最小消耗電流。
以這種方式，可避免輔助電池18的過量充電。儘管當輔助負荷的電力消耗增加時輔助電池18放電，但是仍可避免輔助電池18的迅速放電。
圖11示出本實施例所涉及的控制電路24的結構。如上所述，在出現異常時，在切換部34中選擇中性點電流與其目標值之間的差值(In*-In)並將所述差值供給到反饋(F/B)部36。然後反饋(F/B)部36基於所述差值產生中性點電壓目標值Vn並且將目標值Vn供給到演算部32。
作為更簡單的方法，甚至還可消除電池電流或中性點電流的反饋並且使用開環前饋控制計算中性點電壓指令Vn。例如，將中性點電壓指令Vn設定為14V。使用該系統，儘管電壓產生控制的精確度降低，但是與不執行控制時相比較仍可執行改進的控制。
圖12示出其中在開環控制中增強控制精確度的系統結構示例。在本示例中，在正常操作期間，輔助負荷電源線路電壓指令Vbs*與輔助負荷電源線路電壓Vbs之間的差值被輸入到控制電路24中以便校正(修正)逆變器12的控制。
圖13示出本實施例所涉及的控制電路24的結構。
具體地說，輔助負荷電源線路電壓指令Vbs*與電壓Vbs之間的差值被輸入到反饋(F/B)部36，在反饋(F/B)部36中產生中性點電壓指令Vn並經由切換部34將其供給到切換演算部32。另一方面，在存在異常的情況下，電機轉數的數值Nmg、電機輸出轉矩指令Tmg*以及電池10的電壓Vbm被輸入到映射部(map)38中，所述映射部38輸出校正的中性點電壓指令Vn。然後校正的輸出Vn經由切換部34被供給到切換演算部32。
因此可基於出現異常時的操作狀態等校正Vn，從而可以適合於當前狀況的方式控制逆變器的驅動。
在此，交流電機14優選是車輛用交流電機，並且被安裝在車輛上。輔助負荷20可為安裝在車輛上的各種附件中的任意附件。此外，安裝在車輛上的交流電機14可優選為用於日本專利公報No.2002-155773中描述的EcoRun系統的電動發電機。
更具體地說，更具體地說，該電動發電機用於例如(i)在於車輛停止時執行用於切斷髮動機操作的空轉停止控制以後車輛起動的情況下具有自動致動的發動機的車輛的行駛；(ii)在減小行駛速度時通過經由驅動系統傳輸輪的轉動而獲得的再生發電；(iii)在由於車輛停止而導致發動機停止時空調裝置用壓縮機以及動力轉向裝置用泵的驅動；(iv)發動機被驅動時的發電；(v)控制未被驅動的發動機的轉動以便減小發動機停止時所產生的振動；以及(vi)防止發動機由於在減速期間減少向發動機的燃料供應而導致的失速，直到發動機被恢復並且重新開始正常的燃料供應。
如上所述，根據本實施例，當無法測量連接到電機中性點的電源的電壓時，可使用電源電流連續地執行反饋控制。
而且，通過將中性點電流控制得使其等於輔助負荷的消耗電流，可實現適當逆變器控制。
另外，通過將中性點電壓設定為恰好為輔助負荷的電源電壓的電壓，可以簡單的方式連續進行控制。
實施例3參照圖14，其中示出本發明第三實施例所涉及的系統結構。在該實施例中，設置了用於檢測電機的轉角(迴轉角)的解算器28，並且來自於解算器28的輸出被供給到控制電路24。
如上所述，在正常操作期間，控制電路24基於伏特計22的輸出Vbs控制逆變器12的切換以便控制要供給到電機14的電流，從而控制電機14的發電使得電壓Vbs變為一期望值(例如，14V)。
具體地說，可通過改變逆變器12的上部電晶體和下部電晶體之間的佔空比而控制中性點電壓。更具體地說，當兩個電晶體的接通期間相同時，中性點電壓等於逆變器輸入電壓(電池10的電壓)。另一方面，當上部電晶體的接通期間相對於下部電晶體的接通期間1為2時，中性點電壓為電池10的電壓的三分之一。
例如，當電池10的電壓為36V(當充電時為42V)時，輔助電池18的電壓為12V(當充電時為14V)。然後，從電池10中供應的電力用於驅動交流電機14以便例如在車輛起動時執行轉矩輔助，而來自於輔助電池18的電力用於操縱各個輔助負荷20。根據本實施例，設置了解算器28用於檢測電機14的轉角。解算器28是高精確度的角傳感器，所述角傳感器具有與交流電機相似的結構並且依照主線圈的轉角在次線圈處產生具有90度相差的兩個正弦波。來自於解算器28的輸出被供給到控制電路24並且用於控制電機14的每個相電流。具體地說，在起動時，根據解算器28的輸出產生作為正弦波的每個相電壓指令值。每個相電壓指令值被設定在沒有超過載波振幅或沒有顯著超過載波振幅的一預定範圍內。
例如，如圖15所示，將每個相電壓指令值設定成略小於載波振幅。因此，可獲得具有與載波頻率相同頻率的門信號。因此可防止長時間沒有進行切換以及較大電流作為中性點電流流過的問題。
由於中性點電勢是相電壓指令值的平均值，因此可通過將平均值設定為目標中性點電壓而將中性點電壓控制為目標值。儘管為了方便起見，在圖15中所示的示例中，中性點電壓是逆變器輸入電壓的一半，但是當中性點電壓是逆變器輸入電壓的三分之一時，控制操作基本是相同的。具體地說，可通過調節每個相電壓指令的幅度實現適當的控制，從而可產生在載波頻率下接通和切斷的門信號。
圖16示出設在控制電路24中的用於產生門信號的電路。轉矩指令Tmg*、每個相電流Iu、Iv、Iw以及解算器位置信號θ被供給到電壓指令演算部30。如圖15所示，電壓指令演算部30計算具有120度相移並且具有與矩形波載波振幅相等的振幅的每個相電壓指令Vu、Vv、Vw，並且將每個相電壓指令供給到校正電路32。
中性點電壓指令Vn*和電池10的電壓Vbm被供給到校正電路32。反饋(F/B)部34已從輔助電池18的電源線路電壓Vbs與其目標電壓值Vbs*之間的差值中計算出中性點電壓指令Vn*。然後校正電路32基於Vn*和Vbm使得每個相電壓指令Vu、Vv、Vw的平均值與Vn*相匹配，並且還校正輸出轉矩Tmg*使得Vbm等於目標值Vbm*。因此，每個相的校正的電壓指令Vu′、Vv′、Vw′從校正電路32中輸出並且然後供給到載波比較電路36。
在作為載波的矩形波被供給到其中的載波比較電路36中，將每個相電壓指令Vu′、Vv′、Vw′與載波相比較並且輸出圖15中所示的門信號Su、Sv、Sw。
根據本實施例，由於電壓指令演算部30中的計算而將每個相電壓指令控制在一預定值內。因此，門信號Su、Sv、Sw在載波頻率下重複接通和切斷，以便可防止中性點電壓中的顯著改變。
圖17示出另一個示例所涉及的系統結構，其中設置了用於測量中性點電流In的安培計28。控制電路24使用中性點電流In以便在控制模式切換時向中性點電壓指令施加前饋控制。
在該系統中，電機14的控制模式包括停止模式、開始模式以及發電模式。在切換控制模式例如從停止模式到開始模式或從發電模式到停止模式的控制過渡狀態下，將中性點電壓控制為目標電壓的反饋控制沒有繼續，這導致中性點電壓從輔助電源線路目標電壓過渡地改變並且同時改變中性點電流。
圖18示出本實施例所涉及的控制電路24的結構。如所示的，本實施例所涉及的結構包括Vn演算部38，在Vn演算部38處，輔助電源線路的目標電壓Vbs*和中性點電流In被供給到，並且在考慮電抗器所引起的電壓降的情況下通過公式Vn*＝Vbs*+RI×In來計算中性點電壓指令Vn*。
然後，從Vn演算部38中輸出的Vn*和從反饋(F/B)部34中輸出的Vn*被輸入到切換部40中。切換部40在起動時選擇來自於Vn演算部38中的輸出，並且在起動後選擇來自於反饋(F/B)部34中的輸出，選擇的Vn*被供給到校正電路32。
以這種方式，只有In經受反饋控制，而Vbs*總是校正目標值，因此可執行包括前饋成分(要素)的中性點電壓控制。因此可防止中性點電壓從Vbs*顯著改變，因此在控制過渡期間中可執行穩定控制。
不僅當開始從停止模式切換的發電模式時上述控制是有效的，而且從發電模式改變為停止模式時上述控制也是有效的。
而且，這種控制操作優選與根據載波振幅調節上述每個相輸出電壓指令的控制操作相組合。
在此，交流電機14優選是車輛用交流電機，並且被安裝在車輛上。輔助負荷20可為安裝在車輛上的各種附件中的任意附件。此外，安裝在車輛上的交流電機14可優選為用於日本專利公報No.2002-155773中描述的EcoRun系統的電動發電機。
更具體地說，該電動發電機用於例如(i)在於車輛停止時執行用於切斷髮動機操作的空轉停止控制以後車輛起動的情況下具有自動致動的發動機的車輛的行駛；(ii)在減小行駛速度時通過經由驅動系統傳輸輪的轉動而獲得的再生發電；(iii)在由於車輛停止而導致發動機停止時空調裝置用壓縮機以及動力轉向裝置用泵的驅動；(iv)發動機被驅動時的發電；(v)控制未被驅動的發動機的轉動以便減小發動機停止時所產生的振動；以及(vi)防止發動機由於在減速期間減少向發動機的燃料供應而導致的失速，直到發動機被恢復並且重新開始正常的燃料供應。
如上所述，根據本實施例，通過相對於載波振幅將正弦波電壓指令限制在一預定範圍內，可獲得具有與載波頻率相同頻率的門信號。因此可避免出現切換模式長時間沒有進行切換並且較大電流作為中性點電流流過的問題。
而且，在模式過渡狀態中，在中性點電壓指令中包含有前饋成分，因此可避免中性點電壓控制的延遲，從而實現穩定控制。
權利要求
1.一種用於驅動多相電機的逆變器系統，所述系統包括由逆變器驅動用於輸出驅動力或發電的交流電機；與所述交流電機的中性點相連接的電源；以及用於檢測所述中性點處的電流或電壓的狀態的中性點狀態檢測裝置，其中，基於所述中性點狀態檢測裝置的檢測結果執行異常判定。
2.根據權利要求1所述的逆變器系統，其特徵在於，所述中性點狀態檢測裝置檢測所述中性點處的電壓的波紋。
3.根據權利要求1或2所述的逆變器系統，其特徵在於，消耗電力的輔助電氣裝置與所述電源相連接，並且，所述中性點狀態檢測裝置檢測供給到所述輔助電氣裝置的電流的波紋。
4.根據權利要求2或3所述的逆變器系統，其特徵在於，當由所述中性點狀態檢測裝置檢測的所述波紋等於或大於一預定值時判定為異常。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的逆變器系統，其特徵在於，所述中性點與所述電源之間連接有電抗器，並且，所述中性點狀態檢測裝置檢測所述電源的相對於所述電抗器的一側上的電流或電壓的狀態。
6.一種在用於驅動多相電機的逆變器系統中的異常檢測方法，所述系統包括由逆變器驅動並發電的交流電機，以及與所述交流電機的中性點相連接的電源，其中，檢測所述中性點處的電流或電壓的狀態，並基於檢測結果執行異常判定。
7.一種在用於驅動多相電機的逆變器系統中的異常檢測程序，所述系統包括由逆變器驅動並發電的交流電機，與所述交流電機的中性點相連接的電源，以及用於監控所述中性點的電流或電壓的異常檢測裝置，其中，所述異常檢測程序使得所述異常檢測裝置俘獲所述中性點處的電流或電壓的狀態並基於俘獲的狀態執行異常判定。
8.根據權利要求1到7中任一項所述的用於驅動多相電機的逆變器系統、用於多相電機驅動逆變器系統的異常檢測方法或用於多相電機驅動逆變器系統的異常檢測程序，其特徵在於，所述交流電機是車輛用交流電機。
9.一種用於驅動多相電機的逆變器系統，它包括由逆變器驅動用於輸出驅動力和發電的交流電機以及與所述交流電機的中性點相連接的電源，所述電源由所述交流電機產生的電力充電並且將電力供給到多個電氣裝置，所述逆變器系統包括用於檢測與所述電源連接的電源線路上的電壓的電源線路電壓檢測裝置；以及用於檢測所述電源的電流的電源電流檢測裝置，其中，在正常操作期間，根據所述電源線路電壓檢測裝置的輸出控制所述逆變器，以及當判定所述電源線路電壓檢測裝置異常操作時，根據所述電源電流檢測裝置的輸出控制所述逆變器。
10.根據權利要求9中所述的逆變器系統，其特徵在於，在所述電源線路電壓檢測裝置中發生異常的情況下，根據所述電源電流檢測裝置的輸出執行控制，以使得電源電流變為0。
11.一種用於驅動多相電機的逆變器系統，它包括由逆變器驅動用於輸出驅動力和發電的交流電機以及與所述交流電機的中性點相連接的電源，所述電源由所述交流電機產生的電力充電並將電力供給到多個電氣裝置，所述逆變器系統包括用於檢測與所述電源連接的電源線路上的電壓的電源線路電壓檢測裝置；以及用於檢測相對於所述交流電機的所述中性點輸入和輸出的中性點電流的中性點電流檢測裝置，其中，在正常操作期間，根據所述電源線路電壓檢測裝置的輸出控制所述逆變器，以及當所述電源線路電壓檢測裝置異常操作時，根據所述中性點電流檢測裝置的輸出控制所述逆變器。
12.根據權利要求11所述的逆變器系統，其特徵在於所述中性點電流檢測裝置檢測所述交流電機的三相中的每相的電流，並基於檢測值檢測所述中性點電流。
13.一種用於驅動多相電機的逆變器系統，它包括由逆變器驅動用於輸出驅動力和發電的交流電機以及與所述交流電機的中性點相連接的電源，所述電源由所述交流電機產生的電力充電並將電力供給到多個電氣裝置，所述逆變器系統包括用於檢測與所述電源連接的電源線路上的電壓的電源線路電壓檢測裝置；並且其中，在正常操作期間，根據所述電源線路電壓檢測裝置的輸出控制所述逆變器，以及當所述電源線路電壓檢測裝置異常操作時，根據與所述電源的目標電壓相對應的中性點電壓指令控制所述逆變器。
14.根據權利要求13所述的逆變器系統，其特徵在於，基於所述交流電機的轉數、輸出轉矩指令以及逆變器輸入側電壓中的至少一個校正所述中性點電壓指令。
15.一種用於驅動多相電機的逆變器系統的控制方法，所述逆變器系統包括由逆變器驅動用於輸出驅動力和發電的交流電機以及與所述交流電機的中性點相連接的電源，所述電源由所述交流電機產生的電力充電並將電力供給到多個電氣裝置，其中，在正常操作期間，根據與所述電源連接的電源線路的電壓控制所述逆變器，以及在電源線路電壓的檢測中發生異常的情況下，根據所述電源的電流控制所述逆變器。
16.一種用於驅動多相電機的逆變器系統的控制方法，所述逆變器系統包括由逆變器驅動用於輸出驅動力和發電的交流電機以及與所述交流電機的中性點相連接的電源，所述電源由所述交流電機產生的電力充電並將電力供給到多個電氣裝置，其中，在正常操作期間，根據與所述電源連接的電源線路的電壓控制所述逆變器，以及在電源線路電壓的檢測中發生異常的情況下，根據所述中性點的電流控制所述逆變器。
17.一種用於驅動多相電機的逆變器系統的控制方法，所述逆變器系統包括由逆變器驅動用於輸出驅動力和發電的交流電機以及與所述交流電機的中性點相連接的電源，所述電源由所述交流電機產生的電力充電並將電力供給到多個電氣裝置，其中，在正常操作期間，根據電源線路的電壓控制所述逆變器，以及在電源線路電壓的檢測中發生異常的情況下，根據與所述電源的目標電壓相對應的中性點電壓指令控制所述逆變器。
18.一種用於驅動多相電機的逆變器系統的控制程序，所述控制程序使得一系統執行權利要求15至17中任一項所述的多相電機驅動逆變器系統的控制方法。
19.根據權利要求9至18中任一項所述的用於驅動多相電機的逆變器系統、用於多相電機驅動逆變器系統的異常檢測方法或用於多相電機驅動逆變器系統的異常檢測程序，其特徵在於，所述交流電機是車輛用交流電機。
20.一種用於驅動多相電機的逆變器系統，它包括高壓電源，其輸入側連有所述高壓電源且輸出側連有交流電機的逆變器，以及連接到所述交流電機的中性點的低壓電源，所述逆變器系統通過控制所述逆變器的驅動來控制所述交流電機的驅動以及所述高壓電源與所述低壓電源之間的電力傳輸，其中，通過基於從作為正弦波的電壓指令與載波之間的比較而獲得的門信號控制所述逆變器的切換元件的接通和切斷而執行所述逆變器的切換，並且作為正弦波的所述電壓指令被相對於載波振幅限制在一預定範圍內。
21.一種用於驅動多相電機的逆變器系統，它包括高壓電源，其輸入側連有所述高壓電源且輸出側連有交流電機的逆變器，以及連接到所述交流電機的中性點的低壓電源，所述逆變器系統通過控制所述逆變器的驅動來控制所述交流電機的驅動以及所述高壓電源與所述低壓電源之間的電力傳輸，其中，所述交流電機的驅動控制至少包括停止模式和發電模式，並且在這些模式的過渡狀態中，在中性點電壓指令中包括前饋成分。
22.一種用於驅動多相電機的逆變器系統的控制方法，所述逆變器系統包括高壓電源，在輸入側連有所述高壓電源並在輸出側連有交流電機的逆變器，以及連接到所述交流電機的中性點的低壓電源，其中通過控制所述逆變器的驅動來控制所述交流電機的驅動以及所述高壓電源與所述低壓電源之間的電力傳輸，其中，通過基於從作為正弦波的電壓指令與載波之間的比較而獲得的門信號控制所述逆變器的切換元件的接通和切斷而執行所述逆變器的切換，並且作為正弦波的所述電壓指令被相對於載波振幅限制在一預定範圍內。
23.一種用於驅動多相電機的逆變器系統的控制方法，所述逆變器系統包括高壓電源，其輸入側連有所述高壓電源且輸出側連有交流電機的逆變器，以及連接到所述交流電機的中性點的低壓電源，其中通過控制所述逆變器的驅動來控制所述交流電機的驅動以及所述高壓電源與所述低壓電源之間的電力傳輸，其中，所述交流電機的驅動控制至少包括停止模式和發電模式，並且在這些模式的過渡狀態中，在中性點電壓指令中包括前饋成分。
24.根據權利要求20至23中任一項所述的用於驅動多相電機的逆變器系統或用於驅動多相電機的逆變器系統的控制方法，其特徵在於，所述交流電機是車輛用交流電機。
全文摘要
本發明涉及用於檢測輔助電源從多相電機的斷開的方法和系統。輔助電池(18)和輔助負荷(20)的正極與電機(14)的中性點相連接。檢測連接到輔助負荷(20)的電源線路上的電壓即中性點電壓，並且當檢測出中性點電壓的波紋的增加時判定輔助電池(18)斷開。當不能使用伏特計時，通過測量輔助電池的電流並執行控制使得電流值為0而繼續進行中性點電壓的控制。在起動時，控制電路依照檢測的轉角為其振幅與載波振幅相同的每個相電流產生電壓控制信號，並且將電壓控制信號與載波相比較以獲得具有與載波頻率相同頻率的門信號。防止大中性點電流。
文檔編號B60L11/00GK1669199SQ0381653
公開日2005年9月14日 申請日期2003年7月1日 優先權日2002年7月12日
發明者日下康 申請人:豐田自動車株式會社