專利名稱：在具有共用高壓總線的車輛中避免電諧振的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在高壓推進(jìn)車輛上的功率流控制，具體地涉及在具有高壓(HV)總線 的車輛中避免電諧振的方法和設(shè)備，所述總線由多個(gè)HV功率電子轉(zhuǎn)換器裝置共用。
背景技術(shù)：
在某些高電壓推進(jìn)車輛中，例如混合動(dòng)力-電動(dòng)車輛(HEV)、插電式混合動(dòng)力電動(dòng) 車輛(PHEV)和電動(dòng)車輛(EV)中，相對(duì)高的電壓(HV)功率源(例如蓄電池或其它電化學(xué)能 量存儲(chǔ)裝置)，提供所需推進(jìn)功率的至少一部分的源。如果如此配備，在車輛處于怠速或停 車時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可選擇性地關(guān)閉以節(jié)約燃料，和/或車輛可完全在由HV功率源提供的電功率 下運(yùn)轉(zhuǎn)，這取決于車輛的設(shè)計(jì)。為了提供足夠的電功率以推進(jìn)車輛，并且給車輛上的各種HV部件和系統(tǒng)通電，HV 功率源能夠以相對(duì)高的電壓(通常在大約60伏至高達(dá)300伏或更大的數(shù)量級(jí)上)存儲(chǔ)能 量。常見的HV部件和系統(tǒng)可包括，一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)單元(MGU)、牽引功率逆 變器模塊(TPIM)、空調(diào)壓縮機(jī)逆變器模塊(ACCM)、和/或輔助功率模塊(APM)。HV功率源可以將H V電流傳輸經(jīng)過專用HV電路的HV直流(DC)總線部分的帶正 電和帶負(fù)電的導(dǎo)電軌。HV DC總線可以由多個(gè)功率電子轉(zhuǎn)換器裝置共用，例如上文所述的 TPIM和ACCM。這些功率電子轉(zhuǎn)換器裝置中的每個(gè)可包括DC側(cè)濾波器部件(例如，內(nèi)部電 容器和/或電感器)，以便滿足各種電路要求，例如與脈動(dòng)電壓和電流相關(guān)的要求。DC側(cè)濾 波器部件還可以包括電磁兼容(EMC)部件，例如共模扼流圈或附加電容器。此外，將功率電 子轉(zhuǎn)換器連接的DC電纜具有等效串聯(lián)電感，可增加到DC側(cè)濾波器部件的電感中。電感器和電容器形成具有電諧振頻率的電路，即，在電路輸入和輸出之間的等效 串聯(lián)阻抗處于最小值時(shí)在電路中振蕩的具體高幅值交流電流(AC)。如果HV系統(tǒng)內(nèi)的任何 功率電子轉(zhuǎn)換器在共用DC總線上產(chǎn)生落入諧振頻率范圍內(nèi)的頻率分量，那么DC總線將被 激勵(lì)，且導(dǎo)致電諧振。在一些DC總線控制算法中，可以使得脈寬調(diào)制(PWM)開關(guān)頻率曲線 隨電動(dòng)機(jī)速度和扭矩變化。例如，PWM開關(guān)頻率對(duì)于給定電動(dòng)機(jī)速度可以隨扭矩增加而減 少，且對(duì)于給定電動(dòng)機(jī)扭矩可以隨速度增加而增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此，提供一種在具有上述共用高壓(HV)直流(DC)總線的車輛中避免電諧振的 方法。這種諧振可引起電壓振蕩，電壓振蕩可產(chǎn)生AC電流波動(dòng)，從而潛在地影響一個(gè)或多 個(gè)電路裝置的壽命期限。如果電諧振與車輛上的機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率匹配，也會(huì)發(fā)生聽覺噪音。對(duì)于兩逆變器電路，諧振頻率可經(jīng)由以下方程計(jì)算:\丨2冗仮,其中，C是電容，單 位法拉(F)，L是電感，單位亨利(H)。在該具體方程中使用的電容和電感值將由于部件-部 件公差、電路溫度波動(dòng)和車輛-車輛布局差異而變化。因而，不是單個(gè)諧振頻率，對(duì)于本文 所述的HV電路存在諧振頻率范圍。
這種HV電路可包括牽引功率逆變器模塊(TPIM)形式的功率電子轉(zhuǎn)換器。TPIM 可配置為脈寬調(diào)制(PWM)逆變器裝置，其中，PWM開關(guān)頻率服從在低值和高值之間變化的曲 線，例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例大約2kHz至大約12kHz的范圍。該變化可根據(jù)電動(dòng)機(jī)操作速度 和扭矩而發(fā)生，以實(shí)現(xiàn)某些性能目標(biāo)，例如但不限于減少發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)噪音、改進(jìn)逆變器效率 和降低熱應(yīng)力。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，如上所述的空調(diào)壓縮機(jī)逆變器模塊(ACCM)是可以與TPIM共 用HV DC總線的另一個(gè)PWM逆變器裝置。ACCM必須承載大量的功率流，因而用相對(duì)高的PWM 開關(guān)頻率操作，例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例大約IOkHz或更多。該P(yáng)WM開關(guān)頻率可在ACCM的各 個(gè)功率開關(guān)上產(chǎn)生熱應(yīng)力。因而，為了滿足HV DC電壓和電流脈動(dòng)要求，ACCM的某些電容 器和/或電感器濾波器部件可以被設(shè)計(jì)或選擇，使得其電諧振頻率范圍落入TPIM的PWM開 關(guān)范圍內(nèi)。避免這種電諧振的一種方式是設(shè)計(jì)ACCM濾波器部件以產(chǎn)生低于或高于TPIM的范 圍下限(例如，在上述實(shí)施例低于大約2kHz或高于大約12kHz)的諧振頻率。使用該示例， 為了產(chǎn)生低于2kHz的諧振頻率，濾波器部件可能會(huì)過大而在包裝尺寸和成本方面不能有 效地實(shí)施。類似地，在同一實(shí)施例中，為了產(chǎn)生高于12kHz的諧振頻率，濾波器部件可能會(huì) 過小而不能滿足脈動(dòng)要求，從而不能確保最佳控制穩(wěn)定性。因此，可以算法形式實(shí)施且經(jīng)由車輛上的控制器自動(dòng)地執(zhí)行的本發(fā)明的方法提供 了用于設(shè)計(jì)最佳PWM開關(guān)頻率曲線的基于軟件的方案。該曲線避免在共用電子功率轉(zhuǎn)換器 裝置(例如，TPIM和ACCM)之間的諧振頻率范圍。具體地，該方法在具有高壓(HV)直流(DC)總線的車輛中避免電諧振，所述總線由 第一和第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置共用，例如分別是空調(diào)壓縮機(jī)模塊(ACCM)和牽引功率逆 變器模塊(TPIM)。所述方法包括確定共用DC總線的阻抗特性，阻抗特性限定其諧振點(diǎn)。 選擇第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置的開關(guān)頻率的頻率上限和下限，使得第二裝置不激勵(lì)DC總 線中的諧振。該方法于是防止第二裝置的開關(guān)頻率在范圍(FnF2)內(nèi)操作，從而避免HV DC 總線中的電諧振。一種高壓推進(jìn)的車輛，包括第一功率電子轉(zhuǎn)換器裝置和第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝 置；HV DC總線，所述總線由第一和第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置共用；以及控制器。所述控制 器具有適合于避免HV DC總線中的電諧振的算法，其中，所述算法適合于確定所述HV DC總 線的阻抗特性，從而限定一組諧振點(diǎn)。所述算法還適合于確定第二裝置的開關(guān)頻率上限和 下限，使得第二裝置不激勵(lì)DC總線中的諧振。最后，所述算法防止第二裝置在本文所述的 范圍(FijF2)內(nèi)操作。本發(fā)明涉及下述技術(shù)方案。1. 一種在具有高壓(HV)直流(DC)總線的車輛中避免電諧振的方法，所述總線由 第一和第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置共用，所述方法包括確定所述HV DC總線的阻抗特性；使用所述阻抗特性限定所述HV DC總線的一組諧振點(diǎn)；根據(jù)該組諧振點(diǎn)確定和記錄諧振死區(qū)，所述諧振死區(qū)具有開關(guān)頻率上限和下限； 以及使用控制器來執(zhí)行算法，所述算法自動(dòng)地修正第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置的開關(guān)頻率曲線，使得第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置被防止在由開關(guān)頻率上限和下限限定的頻率范圍內(nèi) 操作。2.根據(jù)方案1所述的方法，其中，第一功率電子轉(zhuǎn)換器裝置配置為脈寬調(diào)制(PWM)裝置。3.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述車輛包括HV電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)單元(MGU)，且其 中，確定和記錄諧振死區(qū)包括記錄以下中的每一個(gè)MGU的扭矩輸出和MGU的速度。4.根據(jù)方案1所述的方法，包括將第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置的開關(guān)頻率設(shè)定為等 于開關(guān)頻率上限和下限中的一個(gè)。5.根據(jù)方案4所述的方法，還包括確定第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置的預(yù)先計(jì)算的開關(guān)頻率是否在至少標(biāo)定時(shí)段內(nèi)小 于開關(guān)頻率下限；以及僅在預(yù)先計(jì)算的開關(guān)頻率在至少標(biāo)定時(shí)段內(nèi)小于開關(guān)頻率下限時(shí)，將第二功率電 子轉(zhuǎn)換器裝置的開關(guān)頻率設(shè)定為等于開關(guān)頻率上限和下限中的一個(gè)。6. 一種在具有高壓(HV)直流(DC)總線的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)中避免電諧振 的方法，所述總線由HV空調(diào)壓縮機(jī)逆變器模塊(ACCM)和HV牽引功率逆變器模塊(TPIM) 共用，所述方法包括確定所述HV DC總線的阻抗特性；使用所述阻抗特性限定所述HV DC總線的一組諧振點(diǎn)；根據(jù)該組諧振點(diǎn)選擇TPIM的諧振死區(qū)的開關(guān)頻率上限和開關(guān)頻率下限；以及使用控制器來防止TPIM以開關(guān)頻率下限和開關(guān)頻率上限之間的開關(guān)頻率操作， 從而避免電諧振。7.根據(jù)方案6所述的方法，其中，ACCM和TPIM均配置為脈寬調(diào)制(PWM)裝置。8.根據(jù)方案6所述的方法，其中，所述HEV適合經(jīng)由HV電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)單元(MGU) 推進(jìn)，諧振死區(qū)還由以下中的每一個(gè)限定MGU的扭矩輸出和MGU的速度。9.根據(jù)方案6所述的方法，還包括將TPIM的開關(guān)頻率設(shè)定為等于開關(guān)頻率下限 和開關(guān)頻率上限中的一個(gè)。10.根據(jù)方案9所述的方法，還包括確定TPIM的預(yù)先計(jì)算的開關(guān)頻率是否在至少標(biāo)定時(shí)段內(nèi)小于開關(guān)頻率下限；以 及僅在預(yù)先計(jì)算的開關(guān)頻率在至少標(biāo)定時(shí)段內(nèi)小于開關(guān)頻率下限時(shí)，將TPIM的開 關(guān)頻率設(shè)定為等于開關(guān)頻率下限和頻率上限中的一個(gè)。11.根據(jù)方案6所述的方法，還包括基于預(yù)定HEV性能策略來建立諧振死區(qū)。12. —種高壓推進(jìn)的車輛，包括第一功率電子轉(zhuǎn)換器裝置；第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置；高壓(HV)直流(DC)總線，所述HV DC總線由第一和第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置共 用；以及控制器，所述控制器具有適合于避免HV DC總線中的電諧振的算法，其中，所述算法適合于確定所述HV DC總線的阻抗特性；使用所述阻抗特性限定所述HV DC總線的一組諧振點(diǎn)；根據(jù)該組諧振點(diǎn)確定和記錄諧振死區(qū)，所述諧振死區(qū)具有開關(guān)頻率上限和下限； 以及使用控制器來執(zhí)行算法，所述算法自動(dòng)地修正第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置的開關(guān)頻 率曲線，使得第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置被防止在由開關(guān)頻率上限和下限限定的頻率范圍內(nèi) 操作。13.根據(jù)方案12所述的車輛，其中，第一功率電子轉(zhuǎn)換器裝置是空調(diào)壓縮機(jī)模塊 (ACCM)，且其中，第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置是牽引功率逆變器模塊(TPIM)。14.根據(jù)方案12所述的車輛，其中，ACCM和TPIM均配置為脈寬調(diào)制(PWM)裝置。15.根據(jù)方案12所述的車輛，其中，所述控制器適合于通過將TPIM的開關(guān)頻率設(shè) 定為等于開關(guān)頻率下限和開關(guān)頻率上限中的一個(gè)來修正TPIM的開關(guān)頻率。參照附圖考慮時(shí)，從下面對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式的詳細(xì)描述中，可以明顯看出 本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)及其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是具有由多個(gè)HV功率電子轉(zhuǎn)換器裝置共用的HV直流(DC)總線的高壓(HV) 推進(jìn)車輛的示意圖；圖2是在圖1所示的車輛上的共用HV DC總線的示意性電路圖，所述總線將牽引 功率逆變器模塊(TPIM)和空調(diào)壓縮機(jī)模塊(ACCM)連接；圖3A是圖2所示的電路的電諧振伯德圖；圖;3B是根據(jù)本發(fā)明的修正TPIM PWM開關(guān)曲線的曲線圖；和圖4是描述本發(fā)明的方法或算法的流程圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中，在多個(gè)附圖中，相同的附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于相同或類似的部件，圖1 示出了高壓(HV)推進(jìn)車輛10。車輛10在所示的一個(gè)實(shí)施例中可以配置為混合動(dòng)力電動(dòng)車 輛(HEV)，車輛10包括控制器(C) 11，控制器11具有適合于避免共用HV直流(DC)總線四 上的電諧振的算法100，如下文所述。在配置成所示HEV時(shí)，車輛10可包括內(nèi)燃機(jī)(E) 12，內(nèi)燃機(jī)12具有輸入構(gòu)件(未 示出)和輸出構(gòu)件15。車輛10包括具有輸入構(gòu)件22和輸出構(gòu)件M的變速器(T) 14。發(fā)動(dòng) 機(jī)12的輸出構(gòu)件15可以經(jīng)由扭矩傳遞機(jī)構(gòu)18選擇性地連接到變速器14的輸入構(gòu)件22。 變速器14可配置成電動(dòng)無級(jí)變速器(EVT)或者能夠經(jīng)由變速器的輸出構(gòu)件M將推進(jìn)扭矩 傳輸給一組道路車輪16的任何其它合適的變速器。輸出構(gòu)件M響應(yīng)于輸出速度請(qǐng)求以輸 出速度(隊(duì))旋轉(zhuǎn)，輸出速度請(qǐng)求最終通過控制器11基于一組駕駛員輸入或指令確定。取決于車輛設(shè)計(jì)，車輛10可包括HV電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)單元(MGU) 26,例如大約60伏 至大約300伏或更高的多相電機(jī)。MGU沈經(jīng)由牽引功率逆變器模塊(TPIM) 27、用于將多相 電流傳導(dǎo)給MGU的HV交流(AC)總線^A、以及HV DC總線四電連接到HV能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(ESS) 25，例如，可再充電蓄電池。在車輛10的正常操作期間，MGU沈可用于在重新起動(dòng)事 件期間選擇性地旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)12的皮帶23或其另一個(gè)合適部分，從而發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)MGU 以其容量操作為發(fā)電機(jī)時(shí)(例如通過在再生制動(dòng)事件期間捕獲能量)，ESS 25可使用MG似6 選擇性地再充電。HV DC總線四由多個(gè)功率電子轉(zhuǎn)換器共用，例如但不限于TPIM27、空調(diào)壓縮機(jī)逆 變器模塊(ACCM) 17和輔助功率模塊(APM) 28 (如，DC-DC轉(zhuǎn)換器)。APM觀可以經(jīng)由低壓 (LV)總線19電連接到輔助蓄電池(AUX) 41，例如，12伏DC蓄電池，且適合于激勵(lì)車輛10上 的一個(gè)或多個(gè)輔助系統(tǒng)45。仍參考圖1，控制器11可配置為單個(gè)或分布式控制裝置，其經(jīng)由控制信道51 (如虛 線所示)電連接到發(fā)動(dòng)機(jī)12、ESS 35,MGU 26,TPIM 27,APM觀和輔助蓄電池41中的每個(gè) 或以其它方式與發(fā)動(dòng)機(jī)12、ESS 35,MGU 26,TPIM 27,APM觀和輔助蓄電池41中的每個(gè)有 線或無線通信?？刂菩诺?1可包括任何所需傳輸導(dǎo)體，例如適合于傳輸和接收所需電控制 信號(hào)的有線或無線控制鏈路或路徑，用于車輛10上的合適功率流控制和協(xié)調(diào)?？刂破?1 可包括以期望方式執(zhí)行車輛10上的所有需要功率流控制功能所需的控制模塊和能力?？刂破?1可配置為數(shù)字計(jì)算機(jī)裝置或多個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)裝置，通常包括微處理器 或中央處理單元(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、電可擦除可編程只讀存 儲(chǔ)器(EEPROM)、高速時(shí)鐘、模擬數(shù)字(A/D)和數(shù)字模擬(D/A)電路、輸入/輸出電路和裝置 (I/O)以及合適的信號(hào)調(diào)節(jié)及緩沖器電路。駐留在控制器11中或者能由控制器11訪問的 任何算法，包括如下所述根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)停止/自動(dòng)啟動(dòng)循環(huán)頻率優(yōu)化算法100，可以存 儲(chǔ)在ROM中且被執(zhí)行以提供相應(yīng)功能。控制器11包括上文所述且在下文參考圖4描述的 算法100或可訪問算法100，且適合于執(zhí)行算法100以避免共用HV DC總線四中的電諧振。TPIM 27可配置為脈寬調(diào)制(PWM)逆變器裝置，其中，其PWM開關(guān)頻率服從在低值 和高值之間變化的曲線，例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例大約2kHz至大約12kHz。該頻率變化可根據(jù) 電動(dòng)機(jī)操作速度和扭矩(即，MGU 26的旋轉(zhuǎn)輸出速度和扭矩)而發(fā)生，以實(shí)現(xiàn)某些性能目 標(biāo)。這種目標(biāo)可包括但不必限于安靜的車輛發(fā)動(dòng)、改進(jìn)或優(yōu)化的逆變器效率和降低的熱應(yīng) 力。ACCM 17與TPIM 27共用HV DC總線四，且承載大的功率流。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例， ACCM 17可以具有大約IOkHz的PWM開關(guān)頻率，且在內(nèi)部功率開關(guān)上可包含熱應(yīng)力。因而， 為了滿足HV DC電壓和電流脈動(dòng)要求，即在由AC功率源提供的峰值電壓和最小電壓之間的 差，可以選擇諸如電感器和電容器的濾波器部件，使得在上文背景技術(shù)部分中所述的電諧 振頻率落入TPIM 27的PWM開關(guān)范圍的界限內(nèi)。避免電諧振的一種方法是設(shè)計(jì)或選擇ACCM 17的濾波器部件，從而將諧振頻率減 少低于預(yù)定TPIM開關(guān)范圍的低端(例如，在上述實(shí)施例中，低于大約^Hz)或高于開關(guān)范 圍的高端(例如，在上述示例中，高于12kHz)。例如，為了產(chǎn)生低于2kHz的諧振頻率，濾 波器部件可能過大而在包裝尺寸以及成本方面不能實(shí)施。類似地，產(chǎn)生使得諧振頻率高于 12kHz，濾波器部件可能會(huì)過小而不能滿足脈動(dòng)要求，從而不能確保ACCM 17的控制穩(wěn)定性 和電流調(diào)節(jié)。因而，控制器11適合于提供以本文所述的算法100形式的基于軟件的方案， 所述算法100在由控制器執(zhí)行時(shí)提供最佳PWM開關(guān)頻率曲線，即，避免在共用HVDC總線四 上的TPIM 27和ACCM 17之間的諧振頻率范圍的曲線。
參考圖2，HV電路30的簡(jiǎn)圖示出了 HV DC總線29、ACCM 17和TPIM 27，其中，ACCM 和TPIM是上述的一對(duì)代表性功率電子轉(zhuǎn)換器裝置。在TPIM 27內(nèi)，集成電路部件可包括電 容器34A和等效串聯(lián)電感裝置32A，例如，母線、電感器、共模扼流圈裝置等。類似地，與TPIM 27共用DC總線四的ACCM 17包括以電容器34B和等效串聯(lián)電感裝置32B形式的類似集成 電路部件。HV電纜36用于將ACCMl7和TPM連接，從而完成HV電路30。對(duì)于所示的兩逆變器電路可以經(jīng)由以下方程計(jì)算諧振頻率Fff=l/2;rVZ^，其 中，C是電容，單位法拉(F)，L是電感，單位亨利(H)，如上所述。在該具體方程中使用的電 容和電感值將由于部件-部件公差、電路溫度波動(dòng)和車輛-車輛布局差異而變化，很大程度 上由于HV電路30中的各個(gè)部件的部件-部件公差和溫度變化，得到的諧振頻率(Fk)是頻 率范圍的形式，而不是離散頻率。參考圖3A和3B，頻率響應(yīng)曲線40 (圖3A)相對(duì)于開關(guān)頻率曲線50 (圖3B)示出。 在圖3A中，針對(duì)圖1的ACCM 17示出了最小諧振頻率53、典型諧振頻率M和最大諧振頻率 55的情況，連同關(guān)于這些值產(chǎn)生的諧振區(qū)域57。最大電流或ACCM帽電流44分開諧振區(qū)域 57，如圖所示。在圖3A所示的實(shí)施例中，避免圖2中的HV電路30的電諧振的方案應(yīng)當(dāng)考 慮所有這些組合，包括外包絡(luò)線，即點(diǎn)70處的大約2kHz至點(diǎn)72處的大約12kHz。圖3A示 出了諧振電流(U相對(duì)于諧振頻率變化。對(duì)于在大約600rpm的電動(dòng)機(jī)速度下370Nm的示例性最大驅(qū)動(dòng)扭矩，經(jīng)由分別與圖 3B的頻率F1和F2相對(duì)應(yīng)的線47和48可以確定大約120安培的最大電流44。由此，可以 看到，可以確定流經(jīng)圖2所示的所有濾波器部件的最差情況諧振電流(Ires),如上所述。其 中，在承受諧振電流振蕩的能力方面，ACCM 17內(nèi)的電容器34B可能是最弱部件。在上文所述的示例性數(shù)據(jù)集中，應(yīng)當(dāng)避免大約120安培的峰值電流或ACCM帽電流 44。經(jīng)由圖:3B的開關(guān)頻率曲線50示出了所提出的對(duì)TPIM開關(guān)頻率曲線的修正以避免該 電流44。對(duì)于小于175Nm的電動(dòng)機(jī)扭矩，即，點(diǎn)65，諧振電流(Ires)小于120A,從圖3A和3B 之間的跟蹤線48可以看出。對(duì)于該具體扭矩范圍，不需要PWM開關(guān)曲線修正。然而，應(yīng)當(dāng)避免的諧振死區(qū)80可以由角點(diǎn)62、63、64、65按照相應(yīng)開關(guān)頻率(F1和 I72)、電動(dòng)機(jī)扭矩0\和1~2)和電動(dòng)機(jī)速度(ω1、ω2、ω3和ω4)限定。這些頻率、扭矩和速 度角點(diǎn)可以基于期望車輛控制策略標(biāo)定。對(duì)于不同車輛，死區(qū)80可以不同。此外，對(duì)于車 輛內(nèi)的不同電動(dòng)機(jī)，策略可以基于性能折衷而不同。選擇TPIM開關(guān)頻率的策略可以通過考慮以下性能相關(guān)折衷來確定(a) TPIM效率 和最大結(jié)溫變化；(b)控制動(dòng)態(tài)性質(zhì)、電流調(diào)節(jié)器帶寬和空載時(shí)間效應(yīng)；(C)AC相電流的質(zhì) 量和扭矩脈動(dòng)變化；(d)DC電流/電壓脈動(dòng)和濾波器電容器均方根(冊(cè)幻電流；(e)開關(guān)頻 率實(shí)施的滯后；以及⑴車輛性能。參考圖4，控制器11可配置成基于與死區(qū)80參數(shù)的關(guān)系來修正預(yù)先計(jì)算的TPIM PWM開關(guān)頻率(Fsw)。這種確定可以在圖1的車輛10標(biāo)定期間基于性能相關(guān)的折衷來進(jìn)行， 如上所述?？梢詫?shí)施至少三個(gè)選項(xiàng)(即，選項(xiàng)I、II和III)，如下文關(guān)于步驟106所述。在步驟101，參考圖2，算法100首先確定共用HV DC總線四的阻抗特性以最終確 定一組諧振點(diǎn)。例如，可以計(jì)算圖2的電路30的等效阻抗。步驟101可以針對(duì)參數(shù)值范圍 執(zhí)行，即，阻抗和電容值可以在圖2的電路內(nèi)變化，從而導(dǎo)致圖3A所示的不同頻率響應(yīng)曲 線。一旦確定共用HV DC總線四的阻抗特性，算法100就前進(jìn)到步驟102。
在步驟102，參考圖3A，算法100限定圖2的HV電路30的諧振區(qū)域57，最終目標(biāo) 是在車輛10操作期間避免該諧振區(qū)域。一旦確定諧振區(qū)域57，算法100就前進(jìn)到步驟104。在步驟104，參考圖3B，限定和記錄死區(qū)80的點(diǎn)62、63、64和65使用圖3A所示的 諧振區(qū)域57確定。S卩，死區(qū)80按照開關(guān)頻率(F1和F2)(分別經(jīng)由線47和48限定死區(qū)的 頻率下限和上限)、圖1所示的MGU 26的電動(dòng)機(jī)扭矩(T1和T2)和電動(dòng)機(jī)速度(ω 1、ω2、 ω3和ω4)來限定。步驟102選擇圖1的TPIM 27的開關(guān)頻率的頻率下限和上限(即F1 和F2)，使得TPIM不會(huì)激勵(lì)該共用HV DC總線四上的諧振。一旦限定死區(qū)80，算法100就 前進(jìn)到步驟106。在步驟106，算法100執(zhí)行預(yù)定多個(gè)控制動(dòng)作中的一個(gè)以防止ΤΡΙΜ27在范圍(F1, F2)內(nèi)操作且避免共用HV DC總線四上的諧振。例如，使用選項(xiàng)I，控制器11可以作出以下 判定如果預(yù)先計(jì)算的TPIM開關(guān)頻率(Fsw) >= F1且(Fsw) <= F2，那么算法可修正TPIM 開關(guān)頻率，使得(Fsw) * = F1,其中，(Fsff) *表示修正的避免諧振的TPIMPWM開關(guān)頻率，其中，F(xiàn)1 和F2指的是與死區(qū)80的下限和上限相對(duì)應(yīng)的頻率。對(duì)于選項(xiàng)II，如果Fsw >= F1且Fsw <= F2，那么算法100可以修正TPIM開關(guān)頻 率，使得Fs/= F2。對(duì)于選項(xiàng)III，如果Fsw > =F1且Fsw <= (FjF2)/2，那么算法100可以修正TPIM 開關(guān)頻率，使得Fs/ = F1 ；否則如果Fsw > = (FfF2) /2且Fsw < = F2，那么Fs/ = F2。也可以與選項(xiàng)I-III 一起實(shí)施基于時(shí)間的滯后。在該實(shí)施例中，如果預(yù)先計(jì)算的 TPIM開關(guān)頻率(Fsw)落入死區(qū)80內(nèi)，算法100可自動(dòng)地限制為(clamp to)死區(qū)的上限或 下限，即F1或&。如果TPIM開關(guān)頻率(Fsw)在大于標(biāo)定時(shí)段內(nèi)小于下限(圖郎的&)，那 么可繼續(xù)使用預(yù)先計(jì)算的TPIM開關(guān)頻率(Fsw)，否則，算法100分別限制為上邊或下邊(或 者上限或下限)，或圖3A的線47或48。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了實(shí)施本發(fā)明的最佳方式，但本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn) 識(shí)到在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明的多種可替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種在具有高壓(HV)直流(DC)總線的車輛中避免電諧振的方法，所述總線由第一 和第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置共用，所述方法包括確定所述HV DC總線的阻抗特性；使用所述阻抗特性限定所述HV DC總線的一組諧振點(diǎn)；根據(jù)該組諧振點(diǎn)確定和記錄諧振死區(qū)，所述諧振死區(qū)具有開關(guān)頻率上限和下限；以及 使用控制器來執(zhí)行算法，所述算法自動(dòng)地修正第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置的開關(guān)頻率 曲線，使得第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置被防止在由開關(guān)頻率上限和下限限定的頻率范圍內(nèi)操 作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述車輛包括HV電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)單元(MGU)，且其 中，確定和記錄諧振死區(qū)包括記錄以下中的每一個(gè)MGU的扭矩輸出和MGU的速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括將第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置的開關(guān)頻率設(shè)定為等 于開關(guān)頻率上限和下限中的一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括確定第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置的預(yù)先計(jì)算的開關(guān)頻率是否在至少標(biāo)定時(shí)段內(nèi)小于開 關(guān)頻率下限；以及僅在預(yù)先計(jì)算的開關(guān)頻率在至少標(biāo)定時(shí)段內(nèi)小于開關(guān)頻率下限時(shí)，將第二功率電子轉(zhuǎn) 換器裝置的開關(guān)頻率設(shè)定為等于開關(guān)頻率上限和下限中的一個(gè)。
5.一種在具有高壓(HV)直流(DC)總線的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)中避免電諧振的方 法，所述總線由HV空調(diào)壓縮機(jī)逆變器模塊(ACCM)和HV牽引功率逆變器模塊(TPIM)共用， 所述方法包括確定所述HV DC總線的阻抗特性； 使用所述阻抗特性限定所述HV DC總線的一組諧振點(diǎn)； 根據(jù)該組諧振點(diǎn)選擇TPIM的諧振死區(qū)的開關(guān)頻率上限和開關(guān)頻率下限；以及 使用控制器來防止TPIM以開關(guān)頻率下限和開關(guān)頻率上限之間的開關(guān)頻率操作，從而 避免電諧振。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，ACCM和TPIM均配置為脈寬調(diào)制(PWM)裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述HEV適合經(jīng)由HV電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)單元(MGU) 推進(jìn)，諧振死區(qū)還由以下中的每一個(gè)限定MGU的扭矩輸出和MGU的速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括確定TPIM的預(yù)先計(jì)算的開關(guān)頻率是否在至少標(biāo)定時(shí)段內(nèi)小于開關(guān)頻率下限；以及 僅在預(yù)先計(jì)算的開關(guān)頻率在至少標(biāo)定時(shí)段內(nèi)小于開關(guān)頻率下限時(shí)，將TPIM的開關(guān)頻 率設(shè)定為等于開關(guān)頻率下限和頻率上限中的一個(gè)。
9.一種高壓推進(jìn)的車輛，包括 第一功率電子轉(zhuǎn)換器裝置； 第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置；高壓(HV)直流(DC)總線，所述HV DC總線由第一和第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置共用；以及控制器，所述控制器具有適合于避免HV DC總線中的電諧振的算法，其中，所述算法適 合于確定所述HV DC總線的阻抗特性；使用所述阻抗特性限定所述HV DC總線的一組諧振點(diǎn)；根據(jù)該組諧振點(diǎn)確定和記錄諧振死區(qū)，所述諧振死區(qū)具有開關(guān)頻率上限和下限；以及 使用控制器來執(zhí)行算法，所述算法自動(dòng)地修正第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置的開關(guān)頻率 曲線，使得第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置被防止在由開關(guān)頻率上限和下限限定的頻率范圍內(nèi)操 作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的車輛，其中，所述控制器適合于通過將TPIM的開關(guān)頻率設(shè)定 為等于開關(guān)頻率下限和開關(guān)頻率上限中的一個(gè)來修正TPIM的開關(guān)頻率。
全文摘要
本發(fā)明涉及在具有共用高壓總線的車輛中避免電諧振的方法和設(shè)備。一種在具有高壓(HV)直流(DC)總線的車輛中避免電諧振的方法，所述總線由第一和第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置共用，例如空調(diào)壓縮機(jī)模塊(ACCM)和牽引功率逆變器(TPIM)，所述方法包括確定總線的阻抗特性；限定總線的諧振點(diǎn)；選擇TPIM的開關(guān)頻率上限和下限；以及防止TPIM在由這些邊界限定的范圍內(nèi)操作。車輛包括第一和第二功率電子轉(zhuǎn)換器裝置，如APPM和TPIM；共用的HV DC；以及控制器，所述控制器具有上述算法，其中，控制器適合于通過執(zhí)行所述算法了避免HV DC總線中的電諧振。
文檔編號(hào)B60L9/02GK102055309SQ20101054561
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者J·E·塔欽斯基, M·N·安瓦, S·E·舒爾茨, S·N·格林 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司