[发明专利]具有可重新配置的串/并联电压源的电力推进系统的优化操作

说明书

一种电力推进系统包括将电动机扭矩施加到负载的多相旋转电机、连接到电机的牵引功率逆变器模块（“TPIM”）、连接到TPIM的可重新配置的能量存储系统（“RESS”）以及控制器。RESS具有多个电池模块和开关电路。电池模块能够在第一/低电池电压电平下以串联连接（“P‑连接”）配置连接，并且能够在超过第一电压的第二/高电池电压电平下以串联连接（“S‑连接”）配置连接。控制器确定电力推进系统在第一和第二电池电压电平下的功率损耗，接收电机的所命令的输出扭矩和输出速度，并且基于预定功率损耗和所命令的输出扭矩和速度选择S‑连接或P‑连接配置。

技术领域

本公开涉及用于电池电动车辆、混合动力电动车辆和其它电力推进的移动平台的电力推进系统。电力推进系统包括一个或多个高压多相/交流（“AC”）旋转电机。使用车载电压源，通常是经由功率逆变器向电机输出直流（“DC”）电池电压的多电池单元高压电池组，来顺序地给这种电机的相绕组通电。高功率移动应用通常利用单个电池组来提供适合应用的电池电压电平，其中在一些配置中，电池组可使用外接AC或DC充电站选择性地再充电。

相对于上述单个电池组，某些新兴的可重新配置的电池组配置试图改进例如来自DC快速充电站的较高充电电压的利用。例如，可重新配置的电池组可以配备有多个电池模块，这些电池模块根据需要选择性地并联或串联连接。如将理解的，相对于并联连接（“P-连接”）配置，串联连接（“S-连接”）配置增加电池电压。在DC快速充电过程期间，S-连接的电池模块能够接收相对于P-连接的电池模块更高的DC充电电压。同样，当适当地配备于以S-连接配置输送的电池电压时，电力推进系统可以享有更高性能的推进模式。

发明内容

本文公开了一种电力推进系统，其包括上面大体提及的类型的可再充电且可重新配置的能量存储系统（“RESS”），诸如可串联或并联连接的多模块电池组，以及电机和控制器，该控制器被配置成根据本文阐述的方法优化电力推进系统的操作。控制器配备有必要的控制逻辑/软件和相关硬件，用于在第一/低和第二/高电池电压电平之间切换，以便根据需要获得最大驱动循环效率或高性能操作。默认操作模式可以是平台特定的，并且可以基于例如在电气和/或热调节性能方面检测到的故障或限制来实时调整。

在示例性实施例中的RESS包括多个电池模块，其可以选择性地以并联连接（“P-连接”）配置连接以提供第一/低电池电压电平，在本文缩写为“V_L”。相同的电池模块可以选择性地以串联连接（“S-连接”）配置连接以提供第二/高电池电压电平，其中第二电池电压电平相对于第一/低电池电压为高，并且缩写为“V_H”。如本文所使用的，“低”和“高”是相对的，其中第二/高电池电压电平V_H是第一/低电池电压电平V_L的量值的至少两倍。在非限制性示例性实施例中，第一/低电池电压电平为大约250V，例如在至少250V至350V的范围内，并且第二/高电池电压电平为大约500V，例如至少500V至700V，在其它配置中其它电压或电压范围是可能的。

控制器被配置为在S-连接或P-连接配置之间进行选择，从而建立S-连接或P-连接配置，其中，该选择是使用在两个配置中的每一个中引起的预定功率损耗经由本方法实现的。本方法的使用允许控制器相对于专门在第一/低电压电平下进行的电力传动系的基线操作同时增加驱动循环效率和性能。

如本领域普通技术人员将理解的，旋转电机的宽扭矩带操作受到可用电池电压的限制。对于经常用于产生推进车辆或其它大功率移动平台的扭矩的永磁（“PM”）型电力牵引电动机尤其如此。例如，有限的电池电压或DC总线电压可能触发执行积极的磁通削弱（flux-weakening）或弱磁操作的需要。然而，这样的操作往往增加电气损耗，同时强加性能损耗。另一方面，在持续高的电池电压电平下操作可能导致附加的损耗，特别是在较低的电机速度下，或者可能对例如电机的绝缘系统或机械组件的电机部件施加应力。因此，控制器被配置为经由控制RESS来优化整体性能，以便适应平台特定的扭矩和速度要求，同时最小化驱动循环损耗。