电动车辆驱动系统停用期间电容器的放电的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明总体涉及用于电动车辆的驱动系统，以及更具体地，涉及在电驱动系统关闭时电容器的快速放电。
[0002]例如混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV)这样的电动车辆使用逆变器驱动的电机来提供牵引扭矩和再生制动扭矩。这种逆变器典型地采用储能电容器(或主电容器)作为直流链路(DC link)，该直流链路通常通过可变电压转换器(VVC)、输入电容器以及一对机械接触器(共同形成驱动系统)与高电压(HV)蓄电池相接合。
[0003]驱动系统的关闭可以由例如车辆点火开关关断、高电压DC联锁故障、或者车辆碰撞造成。在关闭期间，HV蓄电池通过打开机械接触器迅速与其他电气系统隔绝。然而，在输入电容器和主电容器上仍然存在HV电荷。出于安全的需求，那些HV电荷应当在特定的时间内被迅速释放。
[0004]一种传统的放电方法操作如下。一旦确认了接触器的打开状态，便禁用VVC的上下开关(例如，IGBT(绝缘栅双极晶体管))。逆变器将主电容器电压转换成机械载荷(可以是马达或发电机的)，以便通过推送可校准的弱磁电流(flux-weakening current)进入马达和/或发电机来耗散主电容器上的电荷。弱磁电流包含负直轴(D-axis)电流分量和零交轴(Q-axis)电流分量，优选控制该零交轴(Q-axis)电流分量以产生机器中的零扭矩。
[0005]由于电流通过逆变器到达机器，储存于主电容器的能量被转化为机器绕组和IGBT开关中的损耗。因此，主电容器上的电压开始下降。一旦主电容器上的电压下降至低于输入电容器的电压，VVC中上桥臂(upper-leg) IGBT的反向阻断二级管(reverse-blockingd1de)便开始导电，迫使两个电容器上的电压大致相同。弱磁电流开始对主电容器和输入电容器同时进行放电。一旦主电容器电压和输入电容器电压下降至低于电压阀值，主电容器电压可以通过主动总线电压调节被保持在该水平，这在当马达或发电机旋转时产生关闭的情况下是可取的，以容许旋转的可控斜降。然后一旦马达和发电机速度降低至低于速度阀值，逆变器继续操作以便使放电电流斜降至零，于是关闭逆变器IGBT并完成放电。
[0006]虽然传统方法在许多情况下足以发挥作用，但其具有一定的局限性。理想地，如果马达/发电机逆变器推送弱磁电流进入马达和发电机，则主电容器上的电压应当下降。然而，由于机器的位置信号中的可能误差，负交轴电流可能被注入机器从而产生再生扭矩。在这种情况下，主电容器上的电压可能会上升而不是下降。这种效果更有可能在马达或发电机速度高时发生。因此，针对位置传感器不精确而言，传统放电策略的稳健性可能会不太理雄
V QjN O
[0007]在传统的方法中，当电压达到预定水平时输入电容器的放电就停止。这个水平的值通常会足够低以确保对人的安全，但是同样必须被选择为足够高以保持永磁机在特定速度范围下稳定的电流控制(由于上文所述的位置传感器误差，这是有必要的)。如果马达和发电机的速度高于这个速度范围，则在DC(直流)总线电压的安全水平下可能不会得到稳定的电流控制。因此，传统放电策略完全发挥功能的操作状态是有限的。
[0008]另外，期望减少电容器放电所需的时间。典型地，主电容器具有比输入电容器更大的电容量，并通常在更高的电压下操作。首先对主电容器进行放电至输入电容器的电压水平，并且然后进一步对两个电容器一起放电，这大大限制了输入电容器的放电速度，即使输入电容器电压的降低对于人的安全考虑来说可能更为重要。
【发明内容】
[0009]为了解决上述这些问题，本发明采用一种能够于驱动系统的任何操作条件下在极短的一段时间内耗散输入电容器上的能量并且隔离主电容器的放电策略。
[0010]在本发明的一方面，一种用于电动车辆的驱动系统，包含输入电容器、具有用于选择性地将输入电容器耦接至直流电源的打开状态和闭合状态的接触器、以及主电容器。可变电压转换器将输入电容器耦接至主电容器，并且包含多个适合升压转换的转换器开关。逆变器将主电容器耦接至机械载荷，并且包含多个桥接配置的逆变器开关装置。控制器与转换器和逆变器耦合，以便在接触器从闭合状态到打开状态时对输入电容器和主电容器进行放电，这通过以下步骤实现:A)以升压模式操作转换器以便将来自输入电容器的电荷转移至主电容器，直到输入电容器放电至低于阀值电压，B)停用转换器开关以防止电荷从主电容器转移至输入电容器，以及C)通过逆变器开关对主电容器进行放电。
[0011]根据本发明，提供一种用于电动车辆的驱动系统，包含:
[0012]输入电容器；
[0013]具有用于选择性地将输入电容器耦接至直流电源的打开状态和闭合状态的接触器；
[0014]主电容器；
[0015]将输入电容器耦接至主电容器的可变电压转换器，该转换器包含多个适用于升压转换的转换器开关；
[0016]用于将主电容器耦接至机械载荷的逆变器，逆变器包含多个桥接配置的逆变器开关装置；
[0017]控制器，其与转换器和逆变器耦合，以便在接触器从闭合状态到打开状态时对输入电容器和主电容器进行放电，这通过以下步骤实现:A)以升压模式操作转换器以便将来自输入电容器的电荷转移至主电容器，直到输入电容器放电至低于阀值电压，B)停用转换器开关以防止电荷从主电容器转移至输入电容器，以及C)通过逆变器开关对主电容器进行放电。
[0018]根据本发明的一个实施例，其中可变电压转换器以在输入电容器放电期间斜降的占空比来进行操作。
[0019]根据本发明的一个实施例，其中在输入电容器放电期间以主动总线电压调节模式(active bus-voltage regulat1n mode)控制逆变器，以防止主电容器两端的电压过冲。
[0020]根据本发明的一个实施例，其中可变电压转换器包含从输入电容器耦接至转换器开关装置之间连接点的电感器，以及其中转换器开关装置在主电容器两端串联耦合。
[0021]根据本发明的一个实施例，其中机械载荷由牵引马达组成。
[0022]根据本发明的一个实施例，其中机械载荷由发电机组成。
[0023]根据本发明，提供一种关闭电动车辆驱动系统的方法，包括步骤:
[0024]打开驱动系统直流电源和输入电容器之间的接触器；
[0025]以升压模式操作驱动系统的输入电容器和主电容器之间的可变电压转换器，以便将电荷从输入电容器转移至主电容器；
[0026]当输入电容器放电至低于阀值电压时，停用转换器；
[0027]激活在主电容器和机械载荷之间耦合的逆变器开关，以便通过将主电容器上的电荷耗散到机械载荷来使主电容器放电至预定电压。
[0028]根据本发明的一个实施例，其中以升压模式操作可变电压转换器的步骤包含斜降占空比，输入电容器放电期间可变电压转换器在该占空比下被切换。
[0029]根据本发明的一个实施例，进一步包含步骤:
[0030]在输入电容器放电期间以主动总线电压调节模式控制逆变器开关，以防止主电容器两端的电压过冲。
[0031]根据本发明，提供一种使电动车辆驱动系统中的电容器放电的方法，包含:
[0032]响应于直流电源与输入电容器断开，以升压模式操作可变电压转换器，以将电荷从输入电容器转移至主电容器；
[0033]当输入电容器放电至低于阀值电压时，停用转换器；
[0034]操作逆变器，以便使主电容器放电至机械载荷。
[0035]根据本发明的一个实施例，其中以升压模式操作可变电压转换器的步骤包含斜降占空比，输入电容器放电期间可变电压转换器在该占空比下被切换。
[0036]根据本发明的一个实施例，进一步包含步骤:
[0037]在输入电容器放电期间以主动总线电压调节模式控制逆变器，以防止主电容器两端的电压过冲。
[0038]根据本发明的一个实施例，其中操作逆变器给主电容器放电的步骤实质上与以升压模式操作可变电压转换器的步骤同时开始。
[0039]根据本发明的一个实施例，其中操作逆变器给主电容器放电的步骤在停用转换器的步骤之后开始。
【附图说明】
[0040]图1是显示本发明一优选实施例的示意图；
[0041]图2是显示本发明一优选实施例的流程图；
[0042]图3是用在输入电容器放电期间的主动总线电压调节模式的框图；
[0043]图4是采用图3的调节模式的方法的流程图；
[0044]图5和图6分别显示了在采用传统放电方法的驱动系统中的电容器电压和电感电流；
[0045]图7和图8分别显示了在采用依据本发明的放电方法的驱动系统中的电容器电压和电感电流。
【具体实施方式】
[0046]本发明采用遵循“输入电容器第一，主电容器第二”的途径的高性能放电策略。总体来说，发明确认蓄电池接触器为打开，并且然后将VVC置于升压模式(例如，通常使用VVCIGBT开关)。由于VVC的升压操作，大部分储存于输入电容器的能量被注入主电容器。由于主链路电容器没有首先放电，所以输入电容器无关于马达/发电机的速度而很快地放电至非常低的电压。特别地，用于输入电容器的全部放电时间可以被提高两个数量级。