[发明专利]使用DC-DC转换器的电动驱动系统增强

说明书

电动驱动系统包括携带总线电压的总线导轨、能量存储系统(ESS)和功率逆变器。该系统包括连接到总线导轨并且具有电感器线圈的电压转换器、半导体开关、连接到正总线导轨的旁路开关以及电容器。多相电机电连接到功率逆变器。控制器执行基于电机的功率、转矩和速度值来调节转换器的操作的方法。通过在预定高功率/高转矩条件下闭合旁路开关来选择性地旁路转换器，其中调整总线电压直到其等于电池输出电压。旁路开关断开，并且此后将总线电压调节到预定电压。

背景技术

电机能够在有用于例如在电动驱动系统中执行工作的水平下产生电动机转矩。当电动驱动系统形成混合动力或电池电动车辆的动力系的一部分时，可使用所产生的电动机转矩来推进车辆。替代地，由电机提供的转矩可用于发电。产生的超过所需量的电力可存储在电池组中以备后用。

电机通常被实施为多相/交流装置，并且因此电动驱动系统可包括功率逆变器。功率逆变器的电压输出经由将电子门信号传输到功率逆变器的多组半导体开关来控制(例如，脉宽调制)。在发电模式期间，功率逆变器的开关控制将来自电机的多相电压转换成适合于存储在电池组中的直流电压。同样，功率逆变器的开关控制能够在发动(motoring)模式期间将直流电压转换成多相电压以驱动电机。升压转换器也可用于选择性地增加电池组的输出电压并且由此满足电机和连接的电气部件的峰值功率要求。

发明内容

本文公开了一种电动驱动系统和开关控制方法，该方法旨在使用小型化的直流/直流(DC-DC)转换器来提高电动驱动系统的总体操作效率。为了确保在峰值功率下进行响应性操作，电动驱动系统通常将使用尺寸和额定值被设计为匹配峰值功率要求(例如，示例性电池电动车辆应用中的90kW峰值功率)的DC-DC转换器。然而，在本文应认识到，调整转换器的峰值功率的大小可能会导致转换器和电动驱动系统的其它部件内的非期望的电损耗。

例如，DC-DC转换器包括相对较大且较重的电感器线圈，并且因此倾向于在电感器线圈内遭受与尺寸成比例的电损耗。在较低程度上，这种损耗也出现在转换器的单独的半导体开关的结构和操作中。本公开继续进一步认识到，在一些应用中的驱动循环的大部分时间内，给定的电动驱动系统将以相对低的转矩/功率水平操作。因此，所公开的方法在两个可能的实施例中使用小型转换器(例如，降压-升压转换器或纯升压转换器)来放弃可接受量的转矩响应，以有利于提高总体能量效率。

电动驱动系统的示例实施例包括正负总线导轨，其携带总线电压；能量存储系统或ESS，其连接到总线导轨并且具有与电池单元并联布置的电容器以提供电池输出电压；功率逆变器；DC-DC转换器；电机；以及控制器。功率逆变器具有第一多个半导体开关，其可操作用于将总线电压从DC逆变为AC总线电压。连接到电容器与功率逆变器之间的总线导轨的转换器具有电感器线圈、第二多个半导体开关、连接到正总线导轨的旁路开关以及布置在总线导轨两端的附加电容器。电机具有与功率逆变器电连接的相绕组。

在该示例实施例中，控制器基于电机的转矩/功率和速度值来调节DC-DC转换器的操作。该控制器还被配置为调整总线电压直到总线电压等于电池输出电压，并且此后在电机的预定高功率/高转矩操作条件下选择性地绕过转换器。这是经由命令闭合旁路开关来实现的。该控制器还被配置为调整总线电压直到总线电压等于电池输出电压，并且此后选择性地断开旁路开关并将总线电压调节为预定值。

控制器可进一步被配置为使用校准的性能图(例如，查找表或曲线图)来调节DC-DC转换器的操作，该校准的性能图通过上述转矩/功率和速度值来索引或参考。

DC-DC转换器可被实施为升压转换器，并且旁路开关可选地包括一对双向或反向阻断IGBT。该转换器可替代地被实施为降压-升压转换器。

在一些实施例中，DC-DC转换器可小于电机的峰值功率要求的50％，例如在示例90kW峰值功率应用中为30kW到45kW。

控制器可在闭合旁路开关之后控制第一多个半导体开关的指定低侧(负导轨连接)开关的导通/关断状态，使得存储在转换器的电感器线圈中的能量被耗散，并且此后一旦能量被耗散就暂时禁用转换器。