专利名称：车辆电驱动系统和车辆电力系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及用于车辆的功率变换器。
背景技术：
DC-DC变换器可将直流源从一个电压电平变换为另一电压电平。一些DC-DC变换器通过临时存储输入的能量，随后以不同的电压将所述能量释放给输出，来将一个DC电压电平变换为另一 DC电压电平。存储器可在磁场存储部件(电感器、变压器)或电场存储部件(电容器)中。通过调整充电电压的占空比(接通/断开时间的比率)，可控制传输的电量。这种变换比线性电压调节可具有更大功率效率(一般75%至98 %)，所述线性电压调节以热消耗不期望的电能。
由于功率场效应晶体管的使用，一些DC-DC变换器的效率在近十年增加，其中，功率场效应晶体管能够以高频率切换并且比可引起大量开关损耗且需要复杂的驱动电路的功率双极型晶体管更有效率。由电池(或其它可代替的装置)供电的车辆可包括变换器，所述变换器被布置为升高由电池输出的电压和/或降低输入到电池的电压。
发明内容
一种车辆电驱动系统可包括电源、电机和DC-DC功率变换器。DC-DC功率变换器可电连接在电源与电机之间，且包括分别设置在连接电源和电机的不同的电流路径的电感器和第一开关，其中所述电流路径是电并联连接的。电感器和第一开关可以被电并联连接。DC-DC功率变换器还可包括第二开关和第三开关，其中，DC-DC功率变换器被配置为在第二开关和第三开关选择性地闭合和断开时使得输入电压升高或降低。第一开关可包括电连接在电感器与第二开关之间的端子。所述系统还可包括逆变器，电连接在DC-DC功率变换器与电机之间。第一开关可以是绝缘栅极双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或继电器。DC-DC功率变换器可以是双向DC-DC功率变换器。一种车辆电源系统可包括DC-DC功率变换器，具有电并联连接的第一电流路径和第二电流路径；设置在第一电流路径上的第一开关；设置在第二电流路径上的电感器。车辆电源系统还可包括控制器，被配置为当DC-DC功率变换器的输入电压和输出电压大致相等时闭合一开关。控制器可被进一步配置为当DC-DC功率变换器的输入电压和输出电压不相等时
断开第一开关。电感器和第一开关可以被电并联连接。DC-DC功率变换器还可包括第二开关和第三开关。控制器可被配置为选择性地闭合和断开第二开关和第三开关，以使得DC-DC功率变换器升高或降低输入到DC-DC功率变换器的电压。第一开关可包括电连接在电感器与第二开关之间的端子。一种车辆电源系统可包括DC-DC功率变换器。DC-DC功率变换器可包括电并联连接的第一电流路径和第二电流路径；设置在第一电流路径上的第一开关；设置在第二电流路径上的电感器；第二开关和第三开关，当选择性地闭合和断开第二开关和第三开关时，使得DC-DC功率变换器升高或降低输入到DC-DC功率变换器的电压。电感器和第一开关可以被电并联连接。第一开关可包括电连接在电感器与第二开关之间的端子。第一开关可以是绝缘栅极双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或继电 器。
图I是车辆的电驱动系统的框图。图2是DC-DC功率变换器的框图。
具体实施例方式如所需要的，本发明的详细实施例公开与此；但是，应该理解，公开的实施例仅是以各种和可替代形式实施的本发明的示例。附图不是必需按比例绘制；可夸大或缩小一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制，而是仅作为教导本领域的技术人员不同地实施本发明的代表性基础。参照图I,车辆12 (例如,纯电池车辆(battery electric vehicle)、混合动力电动车辆(hybrid electric vehicle)等)的电驱动系统10可包括电源14 (例如,动力电池(traction battery)、燃料电池等)、电机16 (可用于产生用于车辆12的动力)、功率变换器18和一个或多个控制器19。在该实施例中，功率变换器18被配置为将由动力电池14输出的DC功率变换为AC功率，以输入到电机16，反之亦然。功率变换器18还被配置为升高由动力电池16输入的电压以输出到电机16,并且降低由电机16输入的电压以输出到动力电池14。功率变换器18可包括逆变器20和DC/DC双向降压/升压变换器22。但是，还可使用其它功率变换器布置。例如，特定实施例的功率变换器可缺少逆变器，DC/DC变换器可以是单向的等。如本领域常用的，逆变器20包括电容器24和多个开关26。这样，从DC/DC变换器22接收的DC功率可被转换为AC功率，以传递到电机16，反之亦然。DC/DC变换器22包括电容器28、电感器30和开关32、34、36 (例如，绝缘栅极双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、继电器等)。假设开关36被断开，则(在控制器19的命令下)开关32、34可如本领域所知的被选择性地闭合和断开，使得从动力电池14输入的电压升高以输出到逆变器20或使得从逆变器20输入的电压降低以输出到动力电池14。电感器30 (如作为能量存储装置)试图阻止电流的变化。当被充电时，电感器30用作负载并吸收能量(有些像电阻器)。当放电时，电感器30用作能量源(有些像电池)。(通过控制对电感器30进行充电和放电的比率来控制升高电压。电感器30在充电阶段期间产生的电压与电流的变化率相关，而与原始充电电压不相关，因此允许不同的输入和输出电压。)因此，每当电流流过电感器30时，通过电感器30可发生(影响电驱动系统效率的)显著传导损耗，其可影响驱车辆12的驱动范围和/或燃料经济性。在DC/DC变换器22被操作以升高或降低输入电压的情形下，无法避免这种显著传导损耗，其中，在大多数驱动循环期间仅对于有限的时间进行所述操作。通常，DC/DC变换器22仅用作动力电池14与逆变器12之间的电流路径(即，DC/DC变换器22的输入电压和输出电压大致相等)。在这些时间期间的开关36的选择性激活可减少通过DC/DC变换器22的传导损耗，从而如下面解释的，提高车辆12的驱动范围和/或燃料经济性。为了减小当DC/DC变换器22仅用作动力电池14与逆变器20之间的电流路径的时间段期间流过电感器30的电流，控制器19可命令开关34、36闭合且可命令开关32断开。因此，电流可以(通过包括电感器30和开关34的路径，并通过包括开关36的路径)在动力电池14与逆变器20 (和电机16)之间的并联路径中流动。 在其它实施例中，控制器19可命令开关36闭合，并且可命令开关32、34断开。因此，如果电流从逆变器20流入到动力电池14，则电流可绕过电感器30。(在图I的实施例中，开关34包括二极管，该二极管被配置为当开关34断开时阻止电流从逆变器20流入到动力电池14而允许电流从动力电池14流入到逆变器20。)如上所述，通过全部绕过电感器30，可能无法最小化与DC/DC变换器22相关的传导损耗。例如，传导损耗仍可以与每一个开关32、34、46相关(虽然,对于正常通过DC/DC变换器22的电流,这些开关的传导损耗基本小于电感器30的传导损耗)。此外，电感器30和开关34、36的等效并联电阻小于开关36自身的电阻I/ (I/R36+1/ (R30+R34)) < R36其中，R3tl是与电感器30相关的电阻，R34是与开关34相关的等效电阻，R36是与开关36相关的等效电阻。电流流经电感器30和开关34、36中的每一个时与电感器30和开关34、36相关的传导损耗之和可小于所有电流流经开关36时与开关36相关的传导损耗。换句话说，相比于提供电流在动力电池14与逆变器20之间流动的单个路径，提供用于电流在动力电池14与逆变器20之间流动的并联路径可最小化通过DC/DC变换器22的传导损耗。逆变器20和开关34、36共用公共端38。因此，流经开关36的电流不流经开关34。参照具有相似附图标号的元件共用相似描述的图2，电感器130和开关136共用公共端140。(电感器130和开关136并联。)流过开关136的电流还流经开关134。因此，与DC/DC变换器122相关的传导损耗可大于与图I的DC/DC变换器22相关的传导损耗。但是,其它布置也是可行的。进行了运行与针对图I描述的DC/DC功率变换器相似的DC/DC功率变换器的混合动力车辆的计算机仿真。相对于(如现有技术的)运行缺少开关36的DC/DC功率变换器的混合动力车辆的计算机仿真，观察到大约0. 2%至1%的能量使用的下降。虽然上面描述了示例性实施例，但是意图不是这些实施例描述本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词汇是描述性的词汇，而不是限制性的词汇，并且应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种改变。此外，可组合各种实现实施例的特征，以形成本发明的进一步的实施例。
权利要求
1.一种车辆电驱动系统,包括 电源； 电机； DC-DC功率变换器，电连接在电源与电机之间，且包括分别设置在连接电源和电机的不同的电流路径的电感器和第一开关，其中所述电流路径是电并联连接。
2.如权利要求I所述的系统，其中，电感器和第一开关是电并联连接。
3.如权利要求I所述的系统，其中，DC-DC功率变换器还包括第二开关和第三开关，其中，DC-DC功率变换器被配置为在第二开关和第三开关选择性地闭合和断开时使得输入电压升高或降低。
4.如权利要求3所述的系统，其中，第二开关通过与电感器串联连接而与第一开关并联连接。
5.如权利要求I所述的系统，所述系统还包括逆变器，电连接在DC-DC功率变换器与电机之间。
6.如权利要求I所述的系统，其中，第一开关是绝缘栅极双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或继电器。
7.如权利要求I所述的系统，其中，DC-DC功率变换器是双向DC-DC功率变换器。
8.一种车辆电力系统，包括 DC-DC功率变换器，包括电并联的第一电流路径和第二电流路径，第一开关布置在第一电流路径上，电感器布置在第二电流路径上； 控制器，被配置为当DC-DC功率变换器的输入电压和输出电压成为相同时闭合第一开关。
全文摘要
公开了一种车辆电驱动和电源系统。一种汽车电驱动系统可包括电源；电机；DC-DC功率变换器，电连接在电源与电机之间。所述DC-DC功率变换器可包括分别设置在连接电源和电机的不同的电流路径的电感器和第一开关。所述电流路径可以被电并联连接。
文档编号H02M3/335GK102810987SQ20121017497
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月30日 优先权日2011年6月3日
发明者唐宇清, 吴宏杰, 威廉·保罗·伯金斯 申请人:福特全球技术公司