專(zhuān)利名稱(chēng)：用于具有可重新配置多功能功率轉(zhuǎn)換器的混合動(dòng)力車(chē)的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示范性實(shí)施例主要涉及一種控制系統(tǒng)，并且更具體地 涉及一種用于在包括至少兩個(gè)連接至功率轉(zhuǎn)換器的能量存儲(chǔ)設(shè)備的混
合動(dòng)力車(chē)中使用的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明非限制性實(shí)施例的
背景技術(shù)：
在典型的混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)(HEV)中，由高能電池向包含電機(jī)的混 合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)提供功率。在重載狀態(tài)下，高能電池能夠提供額外的 能量以增加通過(guò)車(chē)輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)提供的能量，由此提高性能。由 此，電池能夠在負(fù)載較輕的狀態(tài)期間被再充電，或者利用車(chē)輛減速期 間產(chǎn)生的能量來(lái)充電。由于在電池上設(shè)置的高能約束，因此必須將充 電狀態(tài)(SOC)保持在狹窄的操作范圍內(nèi)以確保長(zhǎng)的使用壽命。而且， 必須保留低于電池完全充電的緩沖以允許在車(chē)輛減速且電池被"完全 充電"時(shí)再次回收能量。因此，這種典型的HEV系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于該 電池的最大容量永遠(yuǎn)不能被完全用于車(chē)輛推進(jìn)。
也可以使用多于一個(gè)能量源給車(chē)輛提供能量。例如，為了提供 高容量和高功率，可以將高能電池組與高容量電池組一起使用。而且，為了獲得太陽(yáng)能電池板的能量產(chǎn)生能力以及電池組的蓄電能力， 也可以將太陽(yáng)能電池板與電池組一起使用。如果能量能夠自由且有效 地在這些能源之間被交換到車(chē)輛或任意其他的負(fù)栽中，則能夠?qū)崿F(xiàn)所 述多個(gè)能源的集成與車(chē)輛自身負(fù)載的結(jié)合。
本發(fā)明非限制性實(shí)施例的

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明示意性的非限制性實(shí)施例是一種操作和控制具有多個(gè)能 量存儲(chǔ)設(shè)備的車(chē)輛內(nèi)的能量流動(dòng)的系統(tǒng)。這種車(chē)輛的一個(gè)例子是具有 至少兩個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備的混合動(dòng)力車(chē)，主能量存儲(chǔ)設(shè)備例如是鎳金屬
氫(NiMH)電池、鋰離子(LI)電池或超級(jí)/超能電容組，其耦合至副能 量存儲(chǔ)設(shè)備，所述副能量存儲(chǔ)設(shè)備例如是用作主設(shè)備的那些設(shè)備中的 任意一種。能夠通過(guò)外部能量源(例如通過(guò)由電網(wǎng)供電的普通電插座 提供的能量)單獨(dú)地或共同地給能量設(shè)備再充電。兩個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備 能夠被直接耦合至車(chē)輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。可選地，能夠通過(guò)多功能功 率轉(zhuǎn)換器進(jìn)行耦合，所述多功能功率轉(zhuǎn)換器允許降壓、升壓或絕緣的 操作模式，其中能量以雙向的方式在能量存儲(chǔ)設(shè)備之間傳輸。
附加的電池使系統(tǒng)能夠提供額外的電能，以及吸收在車(chē)輛減速 期間提供的再生功率的增量。外部能量源接口允許單獨(dú)地或共同地對(duì) 主電池或副電池再充電。通過(guò)利用存儲(chǔ)在電池內(nèi)的外部能量推進(jìn)車(chē) 輛、利用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)或利用兩者的組合，所提供的外部能量?jī)?yōu)化 了車(chē)輛的運(yùn)行。
為了允許在混合動(dòng)力車(chē)和外界功率源或負(fù)載之間自由交換能 量，本發(fā)明非限制性實(shí)施例的一方面可以提供DC到AC和AC到 DC的轉(zhuǎn)換。例如，在沒(méi)有其他的AC插座可用時(shí)，用戶可能期望利 用普通的家用電器。本發(fā)明示意性的非限制性實(shí)施例在系統(tǒng)內(nèi)提供了 AC電插座并且給控制系統(tǒng)提供了切換如下模式的能力，所述模式允 許將能量從能量源傳輸?shù)交旌蟿?dòng)力車(chē)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。因此，混合動(dòng) 力車(chē)的用戶具有在能量沒(méi)有被提供給車(chē)輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)給設(shè)備提 供AC功率的能力。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，可以將普通的AC插座
7連接至副能量源。
而且，根據(jù)示范性實(shí)施例的一個(gè)方面，如果控制系統(tǒng)確定有必 要，則可以給電網(wǎng)提供能量。提供電力的電網(wǎng)偶爾會(huì)經(jīng)歷斷電。如果 發(fā)生這種情況，本發(fā)明的實(shí)施例在插入普通電插座時(shí)可以切換到如下 模式，所述模式允許從主能量電池或副能量電池提取能量并提供給電 網(wǎng)。
非限制性實(shí)施例的其他方面還可以優(yōu)化多個(gè)設(shè)備(例如主能量 存儲(chǔ)設(shè)備和副能量存儲(chǔ)設(shè)備、外部能量源和混合動(dòng)力車(chē)自身)之間的 能量流動(dòng)。可以通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器來(lái)耦合兩個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備。根據(jù)本發(fā) 明的一個(gè)示范性實(shí)施例，控制器與每個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備、車(chē)輛、可重新 配置的多功能功率轉(zhuǎn)換器以及給控制器提供車(chē)輛和能量存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)據(jù) 的能量管理系統(tǒng)通信?？刂破鞲鶕?jù)車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)三種設(shè)備之間的 能量流動(dòng)。具體地，控制器與功率轉(zhuǎn)換器通信，所述功率轉(zhuǎn)換器使能 或禁用一系列電子開(kāi)關(guān)以根據(jù)從能量管理系統(tǒng)接收的信息產(chǎn)生所期望 的操作模式。
根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例，提供了一種混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包 括給車(chē)輛提供功率的發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)。主能量存儲(chǔ)設(shè)備和副能量存儲(chǔ)設(shè)
備存儲(chǔ)電能。電子控制單元(ECU)監(jiān)測(cè)主能量存儲(chǔ)設(shè)備和副能量存儲(chǔ) 設(shè)備的充電狀態(tài)。功率轉(zhuǎn)換器操作在主能量源和副能量源之間的功率 傳輸。
根據(jù)另 一 個(gè)示范性實(shí)施例，提供了 一種用于給混合動(dòng)力車(chē)的電 機(jī)提供功率的多向功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其包括電子控制單元、給車(chē)輛提供 驅(qū)動(dòng)力的電機(jī)、主能量存儲(chǔ)設(shè)備和副能量存儲(chǔ)設(shè)備。能量管理系統(tǒng)將 能量存儲(chǔ)設(shè)備的參數(shù)傳送至ECU。功率操縱設(shè)備耦合在主能量存儲(chǔ) 設(shè)備和副能量存儲(chǔ)設(shè)備之間并被設(shè)置用于管理送往電機(jī)的功率。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
本發(fā)明非限制性實(shí)施例的其他應(yīng)用將根據(jù)以下結(jié)合附圖進(jìn)行的 說(shuō)明而變得顯而易見(jiàn)

圖1示出了本發(fā)明示意性的非限制性實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)的框
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明示意性的非限制性實(shí)施例的示出確定控制參數(shù)的流程圖3示出了根據(jù)本發(fā)明示意性的非限制性實(shí)施例基于副電池充電限制表的曲線圖4示出了根據(jù)本發(fā)明示意性的非限制性實(shí)施例將副電池的充電限制表示為溫度的函數(shù)的曲線圖5示出了根據(jù)本發(fā)明示意性的非限制性實(shí)施例表示副電池的充電限制的曲線圖6示出了根據(jù)本發(fā)明示意性的非限制性實(shí)施例基于作為主充電狀態(tài)的函數(shù)的主電池電流的曲線圖7示出了根據(jù)本發(fā)明示意性的非限制性實(shí)施例基于作為溫度的函數(shù)的主電池充電限制的曲線圖8示出了根據(jù)本發(fā)明示意性的非限制性實(shí)施例表示副電池電流的三維曲線圖9示出了根據(jù)本發(fā)明示意性的非限制性實(shí)施例表示副充電限制的流程圖IO示出了未受控狀態(tài)下的雙向功率轉(zhuǎn)換器的示意性實(shí)施例；圖ll示出了充電、連網(wǎng)或發(fā)電模式下的雙向功率轉(zhuǎn)換器的示意性實(shí)施例；
圖12示出了功率傳輸模式下的雙向功率轉(zhuǎn)換器的示意性實(shí)施
例；
圖13示出了 DC到AC(電網(wǎng)并網(wǎng))模式下的雙向功率轉(zhuǎn)換器的示意性實(shí)施例，示出了開(kāi)關(guān)部件和相位；
圖14示出了 DC到DC(降壓/升壓)模式下的雙向功率轉(zhuǎn)換器的示意性實(shí)施例，示出了不同的開(kāi)關(guān)部件和相位；
圖15示出了 DC到AC(AC發(fā)電機(jī))模式下的雙向功率轉(zhuǎn)換器的示意性實(shí)施例，示出了不同的開(kāi)關(guān)部件和相位。
具體實(shí)施例方式
以下的詳細(xì)說(shuō)明涉及本發(fā)明的某些實(shí)施例。但是，也可以用多種不同的系統(tǒng)和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)其他的實(shí)施例。
圖1是示意性地示出了安裝在混合動(dòng)力車(chē)體系內(nèi)的兩個(gè)能量存
儲(chǔ)設(shè)備的框圖。主能量存儲(chǔ)(例如電池)7通過(guò)可重新配置的多功能功率轉(zhuǎn)換器6耦合至副能量存儲(chǔ)器11?？刂破骰駿CU 1與電池管理系統(tǒng)(BMS)2和BMS 3通信并監(jiān)測(cè)電流傳感器4和5。 ECU 1還通過(guò)通信總線與車(chē)輛8的各部分(包括燃燒式發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、用于發(fā)動(dòng)機(jī)的控制元件、車(chē)輛的內(nèi)部ECU等)通信，以建立起控制器局域網(wǎng)(CAN)。 ECU 1連接至功率轉(zhuǎn)換器6，功率轉(zhuǎn)換器6根據(jù)來(lái)自ECU l的通信操作功率。例如，從副能量存儲(chǔ)器ll傳輸?shù)街髂芰看鎯?chǔ)器7或車(chē)輛8的功率以及從電網(wǎng)12傳輸?shù)墓β示蒃CU 1控制。AC/DC功率轉(zhuǎn)換器10連接至車(chē)輛8的充電插座并在連接至電網(wǎng)12時(shí)給ECU 1提供輔助功率，并且向ECU 1指示電網(wǎng)功率的存在。
副能量存儲(chǔ)器11可以包含多個(gè)以串聯(lián)或其他方式連接的電池模塊。每個(gè)模塊都可以包括并聯(lián)、串聯(lián)或其組合的電池單元結(jié)構(gòu)。BMS 2被連接至副能量存儲(chǔ)器11并監(jiān)測(cè)各種電池參數(shù)，隨后它將這些參數(shù)傳送給ECU 1并通過(guò)ECU 1傳送給車(chē)輛8。 ECU 1還根據(jù)它從BMS 2接收到的參數(shù)(包括例如電池單元電壓、溫度或電流傳感器4的數(shù)據(jù)等的信息)來(lái)監(jiān)測(cè)副能量存儲(chǔ)器或模塊11的充電狀態(tài)(Ssoc)。
可重新配置的功率轉(zhuǎn)換器6可以被連接至外部能量源，例如電網(wǎng)12。 ECU l控制轉(zhuǎn)換器6并且可以在它檢測(cè)到存在電網(wǎng)12時(shí)禁用混合動(dòng)力車(chē)或負(fù)載。在檢測(cè)到存在電網(wǎng)12時(shí)，可以對(duì)能量源7和11充電，或者可選地能夠通過(guò)可重新配置的功率轉(zhuǎn)換器6給電網(wǎng)12提供AC功率。
圖2是控制器或ECU 1的流程圖。當(dāng)ECU 1確定存在電網(wǎng)12時(shí)(操作S20:是)，系統(tǒng)處于充電模式。由此，功率轉(zhuǎn)換器6被設(shè)為
10充電允許狀態(tài)(操作S21)，并且禁用車(chē)輛驅(qū)動(dòng)(DVD)信號(hào)也被設(shè)定為在連接至電網(wǎng)12時(shí)防止車(chē)輛移動(dòng)(操作S22)。 ECU 1將副電池11的充電狀態(tài)與副電池11的目標(biāo)設(shè)定值(SsocTrgt)相比較(操作S23)。如果Ssoc小于SsocTrgt(操作S23:是)，則允許對(duì)副電池11充電(SchEn)(操作S24)。在一種實(shí)施方式中，根據(jù)表明電網(wǎng)12的電壓與SchrgLmt之間關(guān)系(圖3)的充電限制表確定充電限制值(SchargLmt)。如圖4所示，根據(jù)高溫(StmpMax)或低溫(StmpMin)對(duì)SchrgLmt進(jìn)行進(jìn)一步修正(操作S25)。根據(jù)由表明電壓和電流之間關(guān)系的表確定的電池單元電壓，對(duì)SchargLmt進(jìn)行進(jìn)一步修正(操作S25)(圖5)。功率控制器6被設(shè)定用于通過(guò)設(shè)置充電設(shè)定值(SPset)的副狀態(tài)(操作S26)或根據(jù)電流條件設(shè)置充電的優(yōu)化狀態(tài)而將充電電流(Scrnt)保持在SchrgLmt。
在Ssoc上升到大于SsocTrgt之后，檢查主能量存儲(chǔ)器或電池7的充電狀態(tài)(Psoc)(操作S27)。如果Psoc小于充電目標(biāo)值的主狀態(tài)(PsocTc)(操作27:是)，則從Pchrg表中獲取主電池充電設(shè)定值(圖6)(操作S28)，該P(yáng)chrg表表明了電流以及最小和最大充電狀態(tài)之間的關(guān)系。此外，根據(jù)由溫度以及最小或最大充電之間的關(guān)系(圖7)確定的充電溫度限制(PchrgLmt)對(duì)PsocTc進(jìn)4亍進(jìn)一步的修正。然后主能量存儲(chǔ)器7被使能(PchEn)(操作S29),并且功率轉(zhuǎn)換器6被設(shè)定用于通過(guò)設(shè)置PPset來(lái)將充電電流保持到PchrgLmt。
然后，功率轉(zhuǎn)換器6停止其充電操作(操作S30)，并且流程返回操作S22。在操作S27，當(dāng)Psoc變得大于PsocTc時(shí)(操作27:否)，Ssoc被再次檢驗(yàn)，并在對(duì)能量存儲(chǔ)器7和11的充電都完成時(shí)禁用功率轉(zhuǎn)換器6的充電。
如果ECU 1確定不存在電網(wǎng)12(操作S20:否)，則DVD信號(hào)被設(shè)定為允許車(chē)輛移動(dòng)(操作S31)。 ECU 1等待車(chē)輛總線被預(yù)充電(BusPrChrg)(操作S32:是)，并通過(guò)將SpreChrg設(shè)定為真對(duì)副總線預(yù)充電進(jìn)行初始化(操作S33)。 一旦副電池總線被預(yù)充電，ECU 1就通過(guò)確定主電池連接(PbattConnect)信號(hào)是否存在(操作S34:是)來(lái)等待主電池7連接至車(chē)輛總線。此時(shí)，也可以通過(guò)將Sconnect設(shè)定為真而連接副電池11 (Sconnect)(操作S35)。然后，如果Ssoc大于最小設(shè)定值(SsocMin)(操作S36:是)，那么ECU 1就從圖8所示的表中獲取副電池電流設(shè)定值(Scrnt)。根據(jù)車(chē)輛信息來(lái)確定該值(操作S37),所述車(chē)輛信息例如是車(chē)輛速度(VS),車(chē)輛負(fù)載(VL)、內(nèi)燃發(fā)動(dòng)才幾的溫度(Etmp)和主電流(Pcrnt)。
評(píng)估所獲得的Scrnt，如果Scrnt為負(fù)(操作S38:是)，則檢查Ssoc以確定其是否小于副狀態(tài)的充電最大值(SsocMax)(操作S39)。如果Ssoc小于SsocMax(操作S39:否)，則將SPset設(shè)定為Scrnt(操作S40)。否則(操作S39:是)，就將SPset設(shè)定為O(操作S41)。
另一方面，如果Scrnt為正(操作S38:否)，則將SPset設(shè)定為Scrnt(操作S40)。
如果Ssoc小于SsocMin(操作S36:否)，則通過(guò)將Sprechrg和Sconnect設(shè)定為假并將SPset設(shè)定為0來(lái)關(guān)閉該系統(tǒng)(操作S42-S44)。
圖9是ECU 1確定車(chē)輛8是否處于車(chē)輛使能(EVenbl)模式的流程圖，該模式允許將電池功率從主電池7和/或副電池11提供給車(chē)輛8。如圖所示，如果ECU 1確定Ssoc大于SsocMin(操作S90:是)，則檢查Psoc的值(操作S91)。如果Psoc大于主狀態(tài)的充電最小值(PsocMin)(操作S91:是)，則ECU 1確定Pcrnt是否小于主電流設(shè)定值的最大值(PcrntMax)(操作S92)。如果確實(shí)如此(操作S92:是)，則驗(yàn)證用戶可選擇的旁路(EVbypass)輸入，該旁路輸入將ECU 1設(shè)定為只使用電池電源而不啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和催化器(操作S93)。非限制性的實(shí)施例可以包括位于車(chē)輛8內(nèi)部的用戶可操作按鈕，該按鈕可以允許操作ECU 1，包括觸發(fā)EVbypass功能。如果用戶選擇了旁路(操作S93:是)，就將EVenabl設(shè)定為真(操作S97)。否則(操作S93:否)，ECU 1將檢查以查看發(fā)動(dòng)機(jī)溫度(Etmp)是否高于其目標(biāo)值(EtempTrgt)(操作S94),催化器溫度(Ctmp)是否處于最大催化器溫度(CtempMax)和目標(biāo)溫度(CtmpTrgt)之間(操作S95)，以及車(chē)輛設(shè)定值(VS)是否小于最大的車(chē)輛速度設(shè)定值(操作S96)。如果確實(shí)如此(操作 S94:是，S95:是，且S96:是)，則車(chē)輛處于車(chē)輛使能模式(操作 S97)。另一方面，如圖9中所示，如果沒(méi)有滿足各種條件(操作S90: 否，S91:否，S92:否，S94:否，S95:否，或S96:否)，則車(chē)輛 不處于車(chē)輛使能模式(操作S98)。
圖10是功率轉(zhuǎn)換器6結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。其由通常的三相H橋電 路和六個(gè)接觸器Kl-K6構(gòu)成。該設(shè)備根據(jù)接觸器Kl-K6的致動(dòng)和由 ECU l施加的切換方案而具有不同的操作模式。根據(jù)各開(kāi)關(guān)S1-S6的 操作，作為各種開(kāi)關(guān)算法的結(jié)果，能夠在主能量存儲(chǔ)器7和副能量存 儲(chǔ)器11之間傳輸DC總線電壓，或者可選地能夠通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器6 產(chǎn)生AC波形3。
圖11是功率轉(zhuǎn)換器6示意性的非限制性實(shí)施例的一個(gè)例子。在 這種結(jié)構(gòu)中，接觸器K1， K3和K6閉合，接觸器K2， K4和K5斷 開(kāi)，并且轉(zhuǎn)換器能夠以電池充電模式、連網(wǎng)模式和發(fā)電模式運(yùn)行。
在電池充電模式下，H橋的開(kāi)關(guān)S1、 S2、 S3和S4被用于整流 AC波形40并產(chǎn)生電流分布以確保保持整功率因數(shù)(unity power factor)。通過(guò)控制器1對(duì)該電流波形進(jìn)行釆樣以便確保保持整功率 因數(shù)。開(kāi)關(guān)S6被用于將DC總線電壓降壓至用于副能量存儲(chǔ)器11的 電壓水平并給存儲(chǔ)器11充電。
在連網(wǎng)模式下，開(kāi)關(guān)Sl、 S2、 S3和S4被用于產(chǎn)生所需的電流 分布。開(kāi)關(guān)S5和S6被用作雙向的DC到DC轉(zhuǎn)換器，其能夠?qū)C 總線電壓調(diào)節(jié)為預(yù)定值或控制去往和來(lái)自副能量存儲(chǔ)器11的功率
流o
發(fā)電模式類(lèi)似于電池充電或連網(wǎng)模式。但是，轉(zhuǎn)換器6從存儲(chǔ) 器11接收DC功率，而開(kāi)關(guān)Sl、 S2、 S3和S4 4皮用作電壓源以產(chǎn)生 AC波形40。開(kāi)關(guān)S6被用作升壓轉(zhuǎn)換器以將副能量存儲(chǔ)設(shè)備的電壓 設(shè)定到用于產(chǎn)生AC波形所需的水平。
圖12是轉(zhuǎn)換器6在以多相雙向功率轉(zhuǎn)換器模式運(yùn)行時(shí)的一個(gè)例 子，該模式允許能量存儲(chǔ)器7和副能量存儲(chǔ)器11之間的DC到DC的傳輸。在該操作模式下，接觸器K1、 K2、 K4和K5閉合，而接觸 器K3和K6斷開(kāi)。此外，開(kāi)關(guān)S3、 S4、 S5和S6被用于控制主能量 存儲(chǔ)器7和副能量存儲(chǔ)器11之間的功率流。在輕載的情況下，為了 提高效率，設(shè)有只使能一相的選項(xiàng)。只使用一相降低了作為系統(tǒng)內(nèi)功 耗的主要原因的開(kāi)關(guān)損耗。這就允許系統(tǒng)從能量存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)最大功 率?？蛇x地，可以加入另一個(gè)電感/接觸器，以使得還能夠如圖14中 所示的那樣使用開(kāi)關(guān)Sl和S2。
圖13是本發(fā)明中的功率轉(zhuǎn)換器以DC到AC的連網(wǎng)模式運(yùn)行的 一個(gè)例子。在此模式下，AC功率能夠被直接從混合動(dòng)力車(chē)的副能量 存儲(chǔ)器11 (SEC)提供給電網(wǎng)12或者從電網(wǎng)12直接提供給混合動(dòng) 力車(chē)的副能量存儲(chǔ)器11。在該示出的實(shí)施例中，副能量存儲(chǔ)器11利 用雙向功率轉(zhuǎn)換器6耦合至外部能量源，例如電網(wǎng)12。在一種實(shí)施 方式中，二極管與六個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備Sl-S6以并聯(lián)關(guān)系耦合。電網(wǎng)或充電 口 12被連接至電磁千擾(EMI)濾波器15，其能夠可選地通過(guò)調(diào)節(jié)能 量流或電流的電感14連接至功率轉(zhuǎn)換器6。
圖13(a)—圖13(g)示出了在轉(zhuǎn)換器6輸入AC功率并將其轉(zhuǎn)化為 DC功率用于給副能量存儲(chǔ)器11充電時(shí)的AC波形以及開(kāi)關(guān)Sl-S6的 開(kāi)/關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。如圖中所示，當(dāng)轉(zhuǎn)換器6在轉(zhuǎn)換的第一相II期間 接收AC功率時(shí)，在AC功率處于波形的"正值"部分(圖13(a))時(shí)， 開(kāi)關(guān)Sl打開(kāi)和閉合多次(圖13(b))。在另一種實(shí)施方式中，開(kāi)關(guān)Sl 可以按非周期性的間隔打開(kāi)和閉合。另外，在第一相II期間，開(kāi)關(guān) S2、 S4和S5斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)S3閉合，而開(kāi)關(guān)S6打開(kāi)和閉合多次(但是 次數(shù)少于開(kāi)關(guān)Sl)(圖13(c)-13(g))。
在轉(zhuǎn)換的第二相12期間，在AC功率處于波形的"負(fù)值"部分 (圖13(a))時(shí)，開(kāi)關(guān)S3打開(kāi)和閉合多次(圖13(d))。另外，在第二相12 期間，開(kāi)關(guān)S2、 S4和S5斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)Sl閉合，而開(kāi)關(guān)S6打開(kāi)和閉 合多次(但是次數(shù)少于開(kāi)關(guān)S3)(圖13(b), 13(c)和13(e)-13(g))。
在轉(zhuǎn)換的第三相13期間，在AC功率處于波形的"正值"部分 (圖U(a))時(shí)，開(kāi)關(guān)S4打開(kāi)和閉合多次(圖U(e))。另外，在第三相I3
14期間，開(kāi)關(guān)Sl、 S3和S5斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)S2閉合，而開(kāi)關(guān)S6打開(kāi)和閉 合多次(但是次數(shù)少于開(kāi)關(guān)S3)(圖13(b)-13(d)，13(f)和13(g))。
最后，在轉(zhuǎn)換的第四相14期間，在AC功率處于波形的"負(fù) 值"部分(圖13(a))時(shí)，開(kāi)關(guān)S2以周期性的間隔打開(kāi)和閉合多次(圖 13(c))。另外，在第四相14期間，開(kāi)關(guān)Sl、 S3和S5斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)S4 閉合，而開(kāi)關(guān)S6打開(kāi)和閉合多次(但是次數(shù)少于開(kāi)關(guān)S3)(圖13(b)和 13(e)國(guó)13(g))。
在相I4之后，重復(fù)第一相II到第四相14。
圖13(h)-圖13(n)示出了在轉(zhuǎn)換器6將來(lái)自源11的DC功率轉(zhuǎn) 化為輸出AC功率時(shí)的AC波形以及開(kāi)關(guān)Sl-S6的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。轉(zhuǎn)換器 6的操作類(lèi)似于結(jié)合圖13(a)-13(g)介紹的操作，只是開(kāi)關(guān)S1-S6的開(kāi)/ 關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)有所不同。
圖14是示出了開(kāi)關(guān)Sl-S6在兩種DC到DC的傳輸操作模式期 間的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)的示意圖。圖14(a)-(c)和(g)-(i)(或(g')-(i'))示出了在第 一模式或升壓模式期間的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其中能量從副能量存儲(chǔ)器11傳 輸至主能量存儲(chǔ)器7。而且，如果系統(tǒng)采用了同步整流技術(shù)，則通過(guò) 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和二;f及管來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)Sl-S6，如圖中所示，MOSFET和二極管分別被并聯(lián)連接。該技術(shù)凈皮用 于提高功率轉(zhuǎn)換期間的效率。圖14(g)-(i)示出了系統(tǒng)沒(méi)有在升壓模式 中使用同步整流技術(shù)時(shí)開(kāi)關(guān)S2、 S4和S6的狀態(tài)，而圖14(g')-(i')示 出了系統(tǒng)使用該技術(shù)時(shí)開(kāi)關(guān)S2、 S4和S6的狀態(tài)。
圖14(d)-(f)和(JHl)(或(j')-(l'))示出了在第二模式或降壓模式期間 的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其中能量從主能量存儲(chǔ)器7傳輸至副能量存儲(chǔ)器11。 圖14(j)-(l)示出了系統(tǒng)沒(méi)有在降壓模式中使用同步整流技術(shù)時(shí)開(kāi)關(guān) Sl、 S3和S5的狀態(tài)，而圖14(j')-(l')示出了系統(tǒng)使用該技術(shù)時(shí)開(kāi)關(guān) Sl、 S3和S5的狀態(tài)。
在升壓模式中，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有使用同步整流技術(shù)時(shí)，在第一相II 期間控制器或ECU 1將開(kāi)關(guān)Sl閉合，在第二相12期間斷開(kāi)，在第 三相I3期間閉合，以及在第四相14期間斷開(kāi)(圖14(a))。此外，開(kāi)關(guān)S3在第一相II和第二相12的起始時(shí)間之間閉合，在第二相12和第 三相13的起始時(shí)間之間斷開(kāi)，以及在第三相13和第四相14的起始 時(shí)間之間閉合(圖14(b))。與開(kāi)關(guān)S3的情況類(lèi)似，開(kāi)關(guān)S5在各相II-14的起始時(shí)間之間被閉合和斷開(kāi)，只是開(kāi)關(guān)S5的閉合和斷開(kāi)時(shí)間發(fā) 生在開(kāi)關(guān)S3對(duì)應(yīng)的閉合和斷開(kāi)時(shí)間之后(圖14(c))。通過(guò)交錯(cuò)開(kāi)關(guān) Sl、 S3和S5的閉合和斷開(kāi)時(shí)間(或者交錯(cuò)閉合和斷開(kāi)時(shí)間的相位)， 降低了輸出中的波紋。此外，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有在升壓模式中使用同步整流 技術(shù)時(shí)，開(kāi)關(guān)S2、 S4和S6在相11-14期間斷開(kāi)(圖14(g)-(i))。另一 方面，當(dāng)系統(tǒng)使用了該技術(shù)時(shí)，如圖14(g')-(i')中所示，開(kāi)關(guān)S2、 S4 和S6在相11-14期間的閉合和斷開(kāi)時(shí)間是交錯(cuò)的。
在降壓模式中，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有使用同步整流技術(shù)時(shí)，控制器或 ECU 1將開(kāi)關(guān)S2在第一相II期間閉合，在第二相12期間斷開(kāi)，在 第三相I3期間閉合，以及在第四相14期間斷開(kāi)(圖14(d))。此外，開(kāi) 關(guān)S4在第一相II和第二相12的起始時(shí)間之間凈皮閉合，在第二相12 和第三相13的起始時(shí)間之間;陂斷開(kāi)，以及在第三相13和第四相14 的起始時(shí)間之間被閉合(圖14(e))。與開(kāi)關(guān)S4的情況類(lèi)似，開(kāi)關(guān)S6 在各相11-14的起始時(shí)間之間被閉合和斷開(kāi)，只是開(kāi)關(guān)S6的閉合和 斷開(kāi)時(shí)間發(fā)生在開(kāi)關(guān)S4對(duì)應(yīng)的閉合和斷開(kāi)時(shí)間之后(圖14(f))。此 外，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有在降壓模式中使用同步整流技術(shù)時(shí)，開(kāi)關(guān)Sl、 S3和 S5在相11-14期間斷開(kāi)(圖14(j)-(1))。另一方面，當(dāng)系統(tǒng)使用了該技 術(shù)時(shí)，如圖14(j')-(l')中所示，開(kāi)關(guān)S1、 S3和S5在相11-14期間的閉 合和斷開(kāi)時(shí)間是交錯(cuò)的。
圖15是示出了開(kāi)關(guān)Sl-S6在DC到AC的傳輸操作模式期間的 開(kāi)/關(guān)狀態(tài)的示意圖，其中車(chē)輛8的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)被用于產(chǎn)生AC 功率輸出。圖15(a)示出了輸出的AC功率，而圖15(b)-(g)示出了在 從ICE產(chǎn)生AC功率時(shí)開(kāi)關(guān)Sl-S6的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。如圖中所示，控制 器1通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器6被耦合至主電池7和副電池11，而AC功率 被送至AC插座16，該插座可以被物理地設(shè)置在副能量源11上。此 外，在通過(guò)插座16輸出之前，可以通過(guò)EMI濾波器15對(duì)功率進(jìn)行濾波，而且可以安裝電感14以調(diào)節(jié)到AC插座16的電流。
作為從車(chē)輛8的ICE接收到的動(dòng)能的結(jié)果，圖15(a)示出了 AC
功率信號(hào)在其通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器6之后的波形。為了產(chǎn)生AC功率，在
第一相II期間，控制器1指示轉(zhuǎn)換器6多次閉合和斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2(圖
15(c))。另外，在第一相I1期間，開(kāi)關(guān)Sl和S4-S6斷開(kāi)，而開(kāi)關(guān)S3
閉合(圖15(b)和15(d)-15(g))。
在第二相12期間，開(kāi)關(guān)Sl閉合和斷開(kāi)多次(圖15(b))。同樣，
在第二相12期間，開(kāi)關(guān)S2、 S3、 S5和S6斷開(kāi)，而開(kāi)關(guān)S4閉合(圖
15(c) -15(g))。
在第三相13期間，開(kāi)關(guān)S3閉合和斷開(kāi)多次(圖15(d))。此外， 在第三相13期間，開(kāi)關(guān)Sl和S4-S6斷開(kāi)，而開(kāi)關(guān)S2閉合(圖 15(b)，15(c)和15(e) -15(g))。
在第四相14期間，開(kāi)關(guān)S4閉合和斷開(kāi)多次(圖15(e))。此外， 在第四相14期間，開(kāi)關(guān)S2、 S3、 S5和S6斷開(kāi)，而開(kāi)關(guān)Sl閉合(圖 15(b)國(guó)15(d),15(f)和15(g))。
在相I4之后，重復(fù)第一相II到第四相14。
另外，功率轉(zhuǎn)換器6的操作可以被改變，以將來(lái)自車(chē)輛8的 ICE的能量和來(lái)自副能量存儲(chǔ)器11的功率都轉(zhuǎn)換為AC功率。除了 控制器1指示轉(zhuǎn)換器6如圖13(i)中所示那樣閉合和斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S5之 外，該操作與前述的操作相同。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以領(lǐng)會(huì)出很多其他的優(yōu)點(diǎn)或變形。因 此，應(yīng)該理解本發(fā)明并不受限于所公開(kāi)的非限制性實(shí)施例而應(yīng)該在所 附權(quán)利要求的完整精神和范圍內(nèi)加以解釋。
1權(quán)利要求
1、一種混合動(dòng)力車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括給車(chē)輛提供功率的發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)；存儲(chǔ)電能的主能量存儲(chǔ)設(shè)備；存儲(chǔ)電能的副能量存儲(chǔ)設(shè)備；監(jiān)測(cè)所述主能量存儲(chǔ)設(shè)備和所述副能量存儲(chǔ)設(shè)備的充電狀態(tài)的電子控制單元；操縱所述主能量存儲(chǔ)設(shè)備和所述副能量存儲(chǔ)設(shè)備之間的功率傳輸?shù)墓β兽D(zhuǎn)換器。
2、 如權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述功率轉(zhuǎn)換 器與外部電網(wǎng)相連。
3、 如權(quán)利要求2所述的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述主能量存 儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)來(lái)自所述發(fā)動(dòng)機(jī)和所述電網(wǎng)的能量。
4、 如權(quán)利要求2所述的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述副能量存 儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)來(lái)自所述發(fā)動(dòng)機(jī)和所述電網(wǎng)的能量。
5、 如權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述功率轉(zhuǎn)換 器被設(shè)置為操縱用于在充電模式、驅(qū)動(dòng)模式和電網(wǎng)模式之間交替。
6、 如權(quán)利要求5所述的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述充電模式 執(zhí)行AC到DC的功率轉(zhuǎn)換，其通過(guò)AC壁裝插座對(duì)所述主能量源和 所述副能量源中的至少其中之一充電。
7、 如權(quán)利要求5所述的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)模式 執(zhí)行DC到AC的功率轉(zhuǎn)換，從而通過(guò)所述主能量存儲(chǔ)設(shè)備和所述副能量存儲(chǔ)設(shè)備中的至少其中之一產(chǎn)生AC功率。
8、 如權(quán)利要求5所述的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)模式 允許單獨(dú)或共同地通過(guò)所述能量存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行DC功率轉(zhuǎn)換以推進(jìn)所 述混合動(dòng)力車(chē)。
9、 如權(quán)利要求5所述的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述電網(wǎng)模式 執(zhí)行DC到AC的功率轉(zhuǎn)換，其允許所述能量存儲(chǔ)設(shè)備產(chǎn)生電網(wǎng)所使 用的能量。
10、 一種用于給混合動(dòng)力車(chē)的電機(jī)提供功率的多向功率轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)，包括電子控制單元； 給車(chē)輛提供驅(qū)動(dòng)力的電機(jī)； 主能量存儲(chǔ)設(shè)備； 副能量存儲(chǔ)設(shè)備；能量管理系統(tǒng)，其將所述主能量存儲(chǔ)設(shè)備和所述副能量存儲(chǔ)設(shè) 備的參數(shù)傳送至所述電子控制單元；和功率操縱設(shè)備，耦合在所述主能量存儲(chǔ)設(shè)備和所述副能量存儲(chǔ) 設(shè)備之間，所述功率操縱設(shè)備被設(shè)置用于管理送往所述電機(jī)的功率。
11、 如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述功率操縱設(shè) 備根據(jù)所述混合動(dòng)力車(chē)的不同操作模式來(lái)管理功率。
12、 如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述電子控制單 元控制所述功率操縱設(shè)備，以根據(jù)由所述能量管理系統(tǒng)提供的參數(shù)在 所述副能量存儲(chǔ)設(shè)備、所述主能量存儲(chǔ)設(shè)備和所述電機(jī)之間傳輸能
13、 如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述電子控制單 元與所述能量管理系統(tǒng)通信以改變車(chē)輛的操作模式。
14、 如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述電子控制單 元根據(jù)從所述能量管理系統(tǒng)接收的信息保持所述主能量存儲(chǔ)設(shè)備和所 述副能量存儲(chǔ)設(shè)備的充電狀態(tài)。
15、 如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述設(shè)備改變所 述車(chē)輛的操作模式以單獨(dú)或共同地利用來(lái)自所述主能量存儲(chǔ)設(shè)備和所述副能量存儲(chǔ)設(shè)備的功率。
16、 如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述能量管理系 統(tǒng)給所述電子控制單元提供參數(shù)，所述參數(shù)包括車(chē)輛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù) 載、電池溫度和所述能量存儲(chǔ)設(shè)備的電壓量。
17、 如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述電子控制單 元根據(jù)從所述能量管理系統(tǒng)接收的信息改變所述能量存儲(chǔ)設(shè)備和所述 電機(jī)之間的能量流，以保持所述能量存儲(chǔ)設(shè)備的充電狀態(tài)。
18、 如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述電子控制單 元在所述功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)連接至外部能量系統(tǒng)時(shí)禁用所述混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)。
19、 如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述功率操縱設(shè) 備包括降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。
20、 如權(quán)利要求19所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述功率操縱設(shè) 備提供DC到DC轉(zhuǎn)換，以升高所述主能量存儲(chǔ)設(shè)備的DC電壓。
21、 如權(quán)利要求19所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述功率操縱設(shè) 備提供DC到DC轉(zhuǎn)換，以降低從所述主能量存儲(chǔ)設(shè)備到所述副能量 存儲(chǔ)設(shè)備的DC電壓或從所述主能量存儲(chǔ)設(shè)備向所述副能量存儲(chǔ)設(shè)備 傳輸DC電壓。
22、 如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述功率操縱設(shè) 備提供AC到DC轉(zhuǎn)換以允許對(duì)所述能量存儲(chǔ)設(shè)備充電。
23、 如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述功率操縱設(shè) 備被設(shè)置為提供DC到AC轉(zhuǎn)換用于將交流電輸送到車(chē)輛外部。
24、 如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述功率操縱設(shè) 備被設(shè)置用于提供DC到AC轉(zhuǎn)換，其中交流電被提供給車(chē)輛外部的 負(fù)載。
全文摘要
一種用于給混合動(dòng)力車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)提供功率的多向功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括電子控制單元、給車(chē)輛提供驅(qū)動(dòng)力的電機(jī)、主能量存儲(chǔ)設(shè)備和副能量存儲(chǔ)設(shè)備。能量管理系統(tǒng)將能量存儲(chǔ)設(shè)備的參數(shù)傳送至電子控制單元。功率操縱設(shè)備被耦合在主能量存儲(chǔ)設(shè)備和副能量存儲(chǔ)設(shè)備之間，其被設(shè)置用于管理能量源之間的功率和向車(chē)輛外部輸送電力。
文檔編號(hào)B60K1/00GK101674948SQ200880009239
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
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