电动车辆控制系统技术方案

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。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用蓄电池供电的电动车辆控制系统。更具体地讲，本专利技术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，本专利技术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。本专利技术的第二个目的，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。本专利技术的第三个目的，是提供有效、高度可靠且寿命长的电动车辆控制。简单地说，上述目的由本专利技术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。根据本专利技术，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。在本专利技术的另一实施例中，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专利技术的详细描述，可进一步理解本专利技术的其它目的、优点和新颖特征。附图说明图1是本专利技术一实施例的示意图，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是本专利技术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是本专利技术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专利技术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专利技术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是本专利技术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是本专利技术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是本专利技术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，其中显示了本专利技术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和本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
JP 1992-9-17 247582/921.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...

【专利技术属性】
技术研发人员：正木良三，武藤信义，大前力，奥山俊昭，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]