本发明专利技术提供了一种用于控制电气化车辆的牵引马达的方法，其中马达由脉冲宽度调制逆变器来驱动。将来自车辆的驾驶员的驱动命令转化成需求的扭矩。维持来自DC电源的实质上固定的DC链路电压。计算供应至逆变器使马达在扭矩产生的恒定扭矩区域和弱磁区域之间的转变点传递需求的扭矩的输入电压。将来自DC链路的电压转换成至逆变器的输入端的确定的输入电压。通过减低施加到逆变器的电压，降低切换损耗和谐波损耗。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】混合动力车辆可变电压牵引马达驱动
技术介绍
本专利技术总体涉及电气化车辆，例如混合动力电动车辆，并且更具体地涉及具有降 低的逆变器功率切换设备损耗的逆变器驱动牵引马达。 电动车辆，例如混合动力电动车辆（HEV)，插电式混合动力电动车辆（PHEV)和纯 电动车辆，使用逆变器驱动电机来提供牵引扭矩和再生制动扭矩。典型的电驱动系统包括 DC(直流）电源（例如蓄电池组或燃料电池），DC电源通过接触器开关耦接到可变电压转 换器（VVC)以调节主DC链路电容器两端的主总线电压。第一 DC至AC逆变器连接在主总 线和牵引马达之间以驱动车辆。例如，马达可以是感应马达或永磁马达。第二DC至AC逆 变器连接在主总线和发电机之间以将来自内燃发动机的机械动力转换成用于给牵引马达 供能（经由第一逆变器）或用于给蓄电池再充电的DC电压的电能。第二逆变器也可以用 于在制动期间再生能量以通过VVC给蓄电池再充电。 逆变器各自包括以桥式结构连接的晶体管开关（例如绝缘栅双极晶体管，或称 IGBT)。电子控制器接通和断开开关以转变来自总线的DC电压为施加到马达的AC(交流） 电压，或转变来自发电机的AC电压为总线上的DC电压。 逆变器脉冲宽度调制DC链路电压来传递正弦电流输出的近似值以用所需转速和 扭矩驱动牵引马达。由于IGBT的协同切换，逆变器输出一系列脉冲宽度调制（PffM)方波电 压。IGBT和其反向恢复二极管具有关联的切换损耗。此外，脉冲宽度调制在马达中产生谐 波含量损耗。 在通常用在混合动力电动车辆驱动的电路拓扑中，DC链路通常至发电机逆变器、 蓄电池转换器和牵引马达逆变器。因此，所有的三个共享相同的实质上恒定的DC电压。DC 链路电压的大小通常选择用于为发电机和蓄电池提供最佳运行效率且足够高以使马达逆 变器能够达到指定的转速和扭矩范围的上限。 逆变器两端的电压越高，牵引逆变器中的切换损耗则越高。牵引马达的特征是，它 们在低角转速运行点不需要和它们在较高的角转速运行点一样高的电压大小。当逆变器两 端的DC供应恒定时，为了达到较低的转速和扭矩，减小脉冲宽度调制切换的占空比。由于 较高的转速/扭矩运行点需要的较高的电压仍然出现在逆变器两端，在较低的转速/扭矩 运行点导致了同样的损耗。因此，在低速车辆运行期间，如果存在于逆变器的输入端的DC 链路电压降低，将有机会减少损耗。降低存在于至逆变器的输入端的DC链路电压的大小 将减少IGBT中的切换损耗，反向并联二极管中的反向恢复损耗，以及牵引马达中的谐波损 耗。减少能量损耗将提高整体燃料经济性。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，提供了一种用于控制电气化车辆的牵引马达的方法，其中 马达由脉冲宽度调制逆变器来驱动。将来自车辆的驾驶员的驱动命令转换成需求的扭矩。 维持来自DC电源（例如，蓄电池和/或发电机）的实质上固定的DC链路电压。控制器确 定供应到逆变器将导致马达在恒定扭矩区域和扭矩产生的弱磁区域之间的转变点传递需 求的扭矩的输入电压。将来自DC链路的电压转换为至逆变器的输入端的确定的输入电压。 通过降低施加到逆变器上的电压，减少了切换损耗和谐波损耗。 根据本专利技术，提供一种控制电气化车辆的牵引马达的方法，其包含以下步骤： 用可变占空比驱动逆变器以产生来自马达的所需扭矩；以及 调节至逆变器的DC电压，使得扭矩产生追踪恒定扭矩区域和弱磁区域之间的转 变点。 根据本专利技术的一个实施例，其中车辆包括驾驶员需求控制，该方法进一步包含以 下步骤： 监测驾驶员需求控制以确定所需扭矩； 计算在马达中流动的产生所需扭矩的电流；以及 计算产生计算出的电流的最小电压作为DC电压。 根据本专利技术的一个实施例，其中响应于计算出的电流和马达的旋转转速来计算最 小DC电压。 根据本专利技术的一个实施例，其中调节DC电压的步骤包含： 比较可变占空比和目标占空比；以及 调节DC电压以减小可变占空比和目标占空比之间的误差。 根据本专利技术，提供一种控制电气化车辆的牵引马达的方法，其中，马达由脉冲宽度 调制逆变器来驱动，该方法包含： 将来自车辆的驾驶员的驱动命令转化成需求的扭矩； 维持来自DC电源的实质上固定的DC链路电压；以及 将DC链路电压转换成至逆变器的输入端的转变电压，转变电压使马达在扭矩产 生的恒定扭矩区域和弱磁区域之间的转变点传递需求的扭矩。 根据本专利技术的一个实施例，其中转变电压使用需求的扭矩和马达的转速来确定。 根据本专利技术的一个实施例，其中转变电压具有对应于以下式子的值： 其中Rs为定子电阻，L q是正交轴电感，I s是对应于需求的扭矩的定子电流，ω ^是 转速，以及Xaf是电枢磁链（armature flux linkage)。 根据本专利技术的一个实施例，该方法进一步包含以下步骤： 确定对应于所需扭矩的目标定子电流； 测量实际的定子电流； 调制用于切换逆变器的脉冲宽度以减小实际的定子电流和目标定子电流之间的 误差； 其中转变电压具有最大化调制脉冲宽度的值。 根据本专利技术，提供一种混合动力电动车辆，其包含： 发电机； 牵引马达； DC 电源； DC链路电容器； 第一逆变器，其耦接在发电机和DC链路电容器之间； 第一 DC至DC转换器，其耦接在DC电源和DC链路电容器之间，其中在DC链路电 容器两端提供实质上恒定的DC链路电压； 第二DC至DC转换器，其耦接到DC链路电容器并用于产生可变DC电压； 第二逆变器，其耦接在第二DC至DC转换器和牵引马达之间，其中第二逆变器用产 生对应于所需马达扭矩的目标马达电流的脉冲宽度调制（PWM)占空比进行切换；以及 DC-DC控制器，其调节第二DC至DC转换器以产生允许第二逆变器产生目标马达电 流而不在马达中减弱磁场的实质上最小值的可变电压。 根据本专利技术的一个实施例，其中DC-DC控制器包含比例-积分控制器，比例-积分 控制器比较可变电压和最小值并且通过修改第二DC至DC转换器的脉冲宽度调制占空比减 小通过比较检测的任何误差。 根据本专利技术的一个实施例，其中最小值由DC-DC控制器响应于在马达的转速产生 所需扭矩的计算出的在马达中的电流来确定。 根据本专利技术的一个实施例，其中最小值等于： 其中Rs为定子电阻，Lq是正交轴电感，I 3是计算出的对应于所需扭矩的电流，ω ^ 是转速，以及Aaf是电枢磁链。 根据本专利技术的一个实施例，其中最小值由DC-DC控制器通过比较可变占空比和目 标占空比并调节最小值以减小可变占空比和目标占空比之间的误差来确定。 根据本专利技术的一个实施例，其中DC电源包含蓄电池和由内燃发动机驱动的发电 机。 根据本专利技术的一个实施例，其中第二DC至DC转换器包含降压转换器。 根据本专利技术，提供一种混合动力电动车辆，其包含： 牵引马达； 逆变器，其用可变占空比驱动马达以产生所需扭矩； DC链路，其接收实质上恒定的DC电压；以及 DC转换器，其将恒定电压转换为逆变器使用的可变DC电压以驱动马达，使得扭矩 产生追踪恒定扭矩区域和弱磁区域之间的转变点。 根据本专利技术的一个实施例，其中逆变器用产生对应于所需扭矩的目标马达电流的 脉冲宽度调制（PWM)占空比进行切换，并且其中该车辆进一步包含： 控制器，其调节DC转换器以产生允许逆变器产生目标马达电流的实质上最小值 的可变DC电压。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种控制电气化车辆的牵引马达的方法，其包含以下步骤：用可变占空比驱动逆变器以产生来自马达的所需扭矩；以及调节至逆变器的DC电压，使得扭矩产生追踪恒定扭矩区域和弱磁区域之间的转变点。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克雷格·B·罗杰斯，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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