混合动力电动车辆的容错运转制造技术

一种混合动力驱动系统具有用作能源的电池和内燃发动机。系统具有牵引马达、发电机、可变电压转换器(VVC)、马达逆变器、发电机逆变器、将VVC连接到逆变器的总线、以及控制器。控制器调节发动机转速、马达扭矩、和发电机扭矩。发动机转速根据驾驶员扭矩需求确定。在正常情况下，1)控制器通过修改发电机扭矩指令来调节发动机转速，并且2)使用VVC和电池调节总线电压。当控制器检测到电池和VVC变得无法调节总线电压的故障时，则控制器调节马达逆变器功率输出使马达逆变器功率输出与发电机逆变器功率输出和逆变器的估计功率损失之和相匹配以调节总线电压。

Fault tolerant operation of hybrid electric vehicles

A hybrid power drive system has batteries and internal combustion engines for energy. The system has traction motor, generator, variable voltage converter (VVC), motor inverter, generator inverter, VC connected to the inverter bus, and controller. The controller regulates engine speed, motor torque and generator torque. The engine speed is determined according to the driver's torque requirements. Under normal conditions, 1) the controller adjusts the engine speed by modifying the generator torque instructions, and 2) the bus voltage is regulated using VC and batteries. When the controller detects that the battery and VC become unable to adjust the bus voltage, the controller adjusts the motor inverter power output so that the motor inverter power output matches the sum of the generator inverter power output and the inverter estimated power loss to adjust the bus voltage.

【技术实现步骤摘要】
混合动力电动车辆的容错运转
本专利技术大体涉及功率分流混合动力车辆驱动系统，并且更具体地，涉及在电池和/或可变电压转换器的连接或功能发生故障之后运转行驶。
技术介绍
一种类型的混合动力电动车辆动力传动系统是在美国专利8,425,377号和美国专利7,686,723号中公开的类型的功率分流驱动系统，两者均通过引用并入本文。功率分流驱动系统有两个动力源。第一源包括内燃发动机，并且第二源是电动马达、发电机、和储存设备(例如电池组)的组合。发动机功率在任何发电机转速和车辆速度下分为两个功率流动路径。发动机转速由发电机控制，因此发动机转速可以在发电机允许的转速范围内与车辆速度分离。当发电机使用来自发动机的机械功率输入来产生电力时，这种运转模式称为正功率分流。由于行星齿轮组的机械特性，发电机可以向行星齿轮组分配功率以驱动车辆。这种运转模式称为“负功率分流”。因此发电机、马达、和行星齿轮组的组合可认为具有电动无级变速器(e-CVT)特性。可以启动发电机制动器，使得发动机输出功率仅通过机械路径以固定的齿轮比传输到动力传动系统的扭矩输出侧。由于没有倒挡，第一动力源只能向前推进车辆。发动机需要发电机控制器或应用发电机制动器来传输向前行驶的输出功率。当第二动力源启动时，电动马达从电池汲取电力并独立于发动机驱动车辆向前行驶和向后行驶。此外，发电机可以从电池中汲取电力并驱动发动机动力输出轴上的单向离合器以向前方推进车辆。这种运转模式称为“发电机驱动模式”。车辆系统控制器协调两个动力源，使它们完美协作以在不超出动力传动系统的系统限制的情况下满足驾驶者的扭矩需求。车辆系统控制器允许为了任何给定的车辆速度和动力请求而连续调节发动机转速。机械动力流动路径通过行星齿轮组向驱动轴提供有效的动力输送。通过优化运转内燃发动机(ICE)并且通过实施再生制动，具有功率分流结构的混合动力电动车辆的燃料经济性显著提高。然而，由于大量额外的车辆部件(例如可变电压转换器(VVC)、马达逆变器、发电机逆变器、电池、马达、和发电机)，整体系统成本增加并且额外产生了对车辆可靠性和耐用性的担忧。应当监测的故障状况包括电气故障，例如VVC、电池、电池接触器(即继电器)故障，或电缆使电力进出电池中断。任何这些故障都会阻碍VVC调节在VVC和逆变器之间的高电压(HV)总线上的电压电平的能力。因此，HV总线上会出现显著的过电压。为了防止这样的过电压，检测到这些故障之一已用于触发车辆驱动系统的关闭。期望获得在VVC故障期间避免车辆驱动关闭的容错运转(fault-tolerantoperation)。还期望在不引起系统成本显著增加的情况下实现这种容错运转。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，一种混合动力驱动系统包括直流(DC)电源、内燃发动机、牵引马达、发电机、选择性地连接到电池的可变电压转换器(VVC)、马达逆变器、发电机逆变器、将VVC的输出端连接到逆变器的总线、以及调节发动机转速、马达扭矩、和发电机扭矩的控制器。调节的发动机转速根据驾驶员扭矩需求而确定。控制器检测电池和VVC无法调节总线上的总线电压的故障。在检测到故障时，控制器调节马达逆变器的功率输出使其等于发电机逆变器的功率输出和逆变器的估计功率损失之和。其结果是，即使电池和VVC不可用，总线电压仍保持在参考水平，并且可以继续单独使用发动机动力来运转车辆。根据本专利技术，提供一种混合动力驱动系统，包括：直流电源；内燃发动机；牵引马达；发电机；选择性地连接到电源的可变电压转换器(VVC)；马达逆变器；发电机逆变器；将VVC的输出端连接到马达逆变器和发电机逆变器的总线；和调节发动机转速、马达扭矩、和发电机扭矩的控制器；其中控制器检测电源和VVC无法调节总线上的总线电压的故障；和其中在检测到故障时，控制器调节马达逆变器功率输出，以使马达逆变器功率输出与发电机逆变器功率输出和逆变器的估计功率损失之和相匹配。根据本专利技术的一个实施例，控制器还根据总线电压与预定的电压之间的偏差来调节马达逆变器功率输出。根据本专利技术的一个实施例，DC电源是电池组，其中根据在未检测到故障时电池组的荷电状态来确定调节的发动机转速，并且其中控制器调节发动机转速而不考虑在检测到故障时电池组的荷电状态。根据本专利技术，提供一种混合动力驱动系统，包括：直流电源；内燃发动机；牵引马达；发电机；选择性地连接到电源的可变电压转换器(VVC)；马达逆变器；发电机逆变器；将VVC的输出端连接到马达逆变器和发电机逆变器的总线；和调节发动机转速、马达扭矩、和发电机扭矩的控制器；其中控制器检测电源和VVC无法调节总线上的总线电压的故障；和其中在检测到故障时，控制器根据A)总线电压与预定的电压之间的偏差、和B)发电机逆变器功率输出来生成马达扭矩指令。根据本专利技术的一个实施例，控制器还在检测到故障期间根据逆变器的估计功率损失来产生马达扭矩指令。根据本专利技术的一个实施例，DC电源是电池组，其中根据在未检测到故障时电池组的荷电状态来确定调节的发动机转速，并且其中控制器调节发动机转速而不考虑在检测到故障时电池组的荷电状态。根据本专利技术，提供一种具有马达逆变器和发电机逆变器的混合动力车辆中的DC平衡控制器，包括：电压调节器，当总线与车辆电池隔离时电压调节器根据逆变器的总线处的电压与参考的电压之间的差提供控制信号；和组合器，组合器根据控制信号与发电机逆变器输出的功率之间的差来产生马达逆变器功率目标。根据本专利技术的一个实施例，组合器根据控制信号与来自发电机逆变器的功率输出和逆变器的估计功率损失之和之间的差来产生马达逆变器功率目标。根据本专利技术的一个实施例，控制器还包括指令发电机，指令发电机使用马达转速将功率目标转换成马达扭矩指令。根据本专利技术，提供一种控制混合动力驱动系统的方法，混合动力驱动系统具有电池、内燃发动机、牵引马达、发电机、选择性地连接到电池的可变电压转换器(VVC)、马达逆变器、发电机逆变器、将VVC的输出端连接到马达逆变器和发电机逆变器的总线、以及控制器，方法包括以下步骤：检测电池和VVC是否可用于调节总线上的电压；当电池和VVC可用时，则执行以下步骤：根据驾驶员扭矩指令、实际车辆速度、和电池荷电状态确定发动机转速指令；通过修改发电机逆变器的发电机扭矩指令来将发动机转速调节为发动机转速指令；和根据驾驶员扭矩指令和发电机扭矩指令确定马达逆变器的马达扭矩指令；和当电池和VVC不可用时，则执行以下步骤：根据驾驶员扭矩指令和实际车辆速度来确定发动机转速指令，而不考虑电池荷电状态；通过修改发电机逆变器的发电机扭矩指令来将发动机转速调节为发动机转速指令；和调节马达扭矩指令以获得马达功率输出，马达功率输出与逆变器的功率损失加上由修改的发电机扭矩指令得到的发电机功率输出相匹配。根据本专利技术的一个实施例，匹配的马达功率输出由以下步骤确定：在总线与电池相隔离的情况下，根据总线上的电压与参考的电压之间的差使用电压调节器来产生控制信号；和根据控制信号与发电机功率输出之间的差来产生马达逆变器功率目标。根据本专利技术的一个实施例，马达逆变器功率目标还根据逆变器的功率损失来确定。附图说明图1是示出具有功率分流混合动力电驱动系统的车辆的框图；图2是示出混合动力电动车辆的电驱动部分的示意性框图；图3是示出功率分流混合动力驱动系统中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合动力驱动系统，包括：直流电源；内燃发动机；牵引马达；发电机；选择性地连接到所述电源的可变电压转换器(VVC)；马达逆变器；发电机逆变器；将所述VVC的输出端连接到所述马达逆变器和所述发电机逆变器的总线；和调节发动机转速、马达扭矩、和发电机扭矩的控制器；其中所述控制器检测所述电源和所述VVC无法调节所述总线上的总线电压的故障；和其中所述控制器在检测到所述故障时，调节马达逆变器功率输出，以使所述马达逆变器功率输出与发电机逆变器功率输出和所述逆变器的估计功率损失之和相匹配。

【技术特征摘要】
2017.03.29 US 15/472,7181.一种混合动力驱动系统，包括：直流电源；内燃发动机；牵引马达；发电机；选择性地连接到所述电源的可变电压转换器(VVC)；马达逆变器；发电机逆变器；将所述VVC的输出端连接到所述马达逆变器和所述发电机逆变器的总线；和调节发动机转速、马达扭矩、和发电机扭矩的控制器；其中所述控制器检测所述电源和所述VVC无法调节所述总线上的总线电压的故障；和其中所述控制器在检测到所述故障时，调节马达逆变器功率输出，以使所述马达逆变器功率输出与发电机逆变器功率输出和所述逆变器的估计功率损失之和相匹配。2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其中所述控制器还根据所述总线电压与预定的电压之间的偏差来调节所述马达逆变器功率输出。3.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其中所述DC电源是电池组，其中调节的发动机转速根据在未检测到所述故障时所述电池组的荷电状态来确定，并且其中所述控制器调节所述发动机转速而不考虑在检测到所述故障时所述电池组的所述荷电状态。4.一种混合动力驱动系统，包括：直流电源；内燃发动机；牵引马达；发电机；选择性地连接到所述电源的可变电压转换器(VVC)；马达逆变器；发电机逆变器；将所述VVC的输出端连接到所述马达逆变器和所述发电机逆变器的总线；和调节发动机转速、马达扭矩、和发电机扭矩的控制器；其中所述控制器检测所述电源和所述VVC无法调节所述总线上的总线电压的故障；和其中所述控制器在检测到所述故障时，根据A)所述总线电压与预定的电压之间的偏差、和B)发电机逆变器功率输出来生成马达扭矩指令。5.根据权利要求4所述的混合动力驱动系统，其中所述控制器还在检测到所述故障期间根据所述逆变器的估计功率损失来产生所述马达扭矩指令。6.根据权利要求4所述的混合动力驱动系统，其中所述DC电源是电池组，其中调节的发动机转速根据在未检测到所述故障时所述电池组的荷电状态来确定，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨水涛，周彦，凯文·劳埃德·纽曼，陈礼华，徐帆，默罕默德·胡尔希德·阿拉姆，
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