[发明专利]低压总线稳定性

说明书

技术领域

本发明总体上涉及混合动力电动车辆中使用的电力转换电路，具体涉及使用高压电池为低压车辆负载和起动电动机电路提供电压的电路。

背景技术

混合动力电动车辆使用相比传统内燃机(ICE)驱动系统具有更低能耗和释放更少污染物的电驱动系统。已开发出多种混合动力电动车辆的结构。在第一种结构中，操作者能在电动操作和ICE操作之间选择。在串联式混合动力电动车辆(SHEV)结构中，发动机，典型地为ICE，被连接至称为发电机的电动机。发电机进而为电池和另一个称为牵引电动机的电动机提供电流。在SHEV中，牵引电动机是车轮转矩的唯一来源。在发动机和驱动轮之间没有机械连接。在另一种结构中，即并联式混合动力电动车辆(PHEV)中，发动机与电动机协作提供车轮转矩来驱动车辆。此外，在PHEV结构中，电动机能用作发电机，用ICE产生的电力为电池充电。另一种结构，即并联式/串联式混合动力电动车辆(PSHEV)，具有SHEV和PHEV两者的特征。

HEV中的电推进可以通过可包括多个元件、典型地至少包括电力转换电路和电动机的电驱动系统执行。这种装置中，电力转换电路能可控地从电源向电动机传递电力以驱动负载。典型的电力转换电路可包含电源，例如高压电池，和能向电动机器提供三相电流的倒相电路。如上述，有时混合动力车辆能以电驱动模式操作，仅由电动机推进，其他时候，ICE能协作驱动车辆。过去，当内燃机要协助驱动车辆时，在混合动力车辆中使用行星齿轮装置来启用内燃机。然而，在某些混合动力设计中，行星齿轮装置能引起令人讨厌的表现为车辆震动的转矩扰动。

能使用起动电动机作为混合动力车辆中行星齿轮装置的替代。例如，集成式起动发电机(ISG)可用来既驱动车辆又起动ICE。然而，在多种情况下，起动发动机所必需的ISG电流提取对于驱动系统DC-DC转换器来说太高了，引起电压输出方面的暂降。在另一种结构中，可用单独的低压起动电动机而非ISG来起动ICE。在这种结构中，能通过低压总线将DC-DC转换器与起动电动机偶联。低压总线还可以将车辆的低压电池以及低压负载，例如照明器、外部灯、收音机和其他车辆配件与DC-DC转换器连接。由此，在转换电路中用来向电动机提供动力的高压电池能通过DC-DC转换器用来为低压车辆配件和用于ICE的低压起动电动机提供动力。

遗憾的是，这种结构同样具有缺点。传统的起动电动机能提取相对大的电流，引起显著的电压降，在其他地方沿着电压总线可能降至6-8V。总体上，当驾驶员起动传统的ICE车辆，很少配件，如果有的话，被打开。通电的那些配件可能经历短暂的闪烁或衰减，其随着发动机的开动结束，在驾驶过程中不再发生。因为它们仅在车辆操作开始时暂时发生，大的起动电动机电流提取的影响对于ICE车辆不是显著的问题。然而，在混合动力车辆中，在单个驾驶事件过程中，会频繁地打开和关闭发动机。低压总线上电压不足引起的反复的灯闪烁或收音机音量衰减对于HEV驾驶员来说成为烦恼的令人讨厌的烦扰。

过去，已提出多种方案以解决大的起动电动机要求引起的电压降问题。例如，授予Sarbacker等的公开号为20090107443A1的美国专利公开了用于在车辆空转时关闭发动机的控制器，用于起动发动机的电动机/发电机，用于将源于电池的DC辅助电压转换为AC电压来给电动机/发电机提供动力的逆变器，以及用于将DC电压与DC辅助电压隔离、以防止发动机起动过程中车辆系统中的电压暂降的装置。所设装置包括变压器、整流器/调节器和绝缘体。从单个能量储存装置中，例如低压电池，能够将DC电压与DC辅助电压隔离，并且提供给辅助系统，该辅助系统包含对起动发动机时电压暂降敏感的元件。方法包括检测接受指令的发动机起动，将测定的辅助电压与阈值相比较，当测定的辅助电压小于阈值时将预先确定的DC电压与DC辅助电压隔离，并且应用隔离的DC电压给辅助车辆系统提供动力。能量储存装置可由电动机/发电机充电。Sarbacker的方案依靠为起动电动机和辅助系统两个都提供足够电压的单电池。Sarbacker教导增加变压器、调节器和绝缘体，并且依赖电压的比较和对接受电压暂降的车辆配件和那些不接受电压暂降的车辆配件的区分。