用于電機(jī)和電能量儲存器的控制方法以及功率電子裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了功率電子裝置，其包括：逆變器（6），電機(jī)能連接到所述逆變器（5）上；以及至少一個半橋（7、8、9），至少兩個電能量儲存器（1、2）能連接到所述半橋上，并且構(gòu)造為，所述至少兩個電能量儲存器（1、2）中的至少一個至少有時(shí)為電機(jī)供電，以及所述電能量儲存器（1、2）中的至少一個通過電機(jī)和所述半橋中的至少一個至少有時(shí)為所述至少兩個電能量儲存器的至少一個另外的能量儲存器充電。為此提出了根據(jù)空間向量調(diào)制原理對功率電子裝置的控制方法。此外，提出了一種車輛，其包括功率電子裝置。
【專利說明】用于電機(jī)和電能量儲存器的控制方法以及功率電子裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于電機(jī)和電能量儲存器的控制方法和功率電子裝置、用于驅(qū)動功率電子裝置的方法以及車輛，該車輛包括功率電子裝置、電機(jī)和電能量儲存器。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動力車輛或電動車輛擁有電氣化的傳動系。該傳動系具有第一能量儲存器，例如二次鋰離子電池，以及具有電機(jī)，例如永磁激勵的同步電機(jī)，其可以以電動機(jī)方式和以發(fā)電機(jī)方式工作。
[0003]在能量儲存器與電機(jī)之間橫置有功率電子裝置，其調(diào)節(jié)電傳動系中的能量流和功率流。該功率電子裝置通常包括雙向整流器或逆變器，用于以電動機(jī)方式和以發(fā)電機(jī)方式驅(qū)動電機(jī)。除了第一能量儲存器之外，混合動力車輛或電動車輛還擁有第二能量儲存器，其首先為在帶有常規(guī)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動器的車輛的車載電網(wǎng)中已知的部件和用電器饋電。這例如可以是無線電或車輛外部照明裝置。
[0004]第二能量儲存器在混合動力車輛或電動車輛中首先通過直流變換器(其也被稱作DC-DC轉(zhuǎn)換器)由高電壓車載電網(wǎng)饋電。直流變換器可以單向或雙向地實(shí)施。第二能量儲存器尤其可以是超級電容儲存器單元或12伏特鉛酸電池。也可以使用燃料電池或鋰離子電池。
[0005]通常，換流器和直流變換器彼此在功能上和在結(jié)構(gòu)上分離地實(shí)施。功率電子部件的可能的協(xié)同作用由此始終未被利用。
[0006]從現(xiàn)有技術(shù)中會得到遇到該缺點(diǎn)的方案。
[0007]例如，在文獻(xiàn)DE 10 2008 037 064 Al中描述了一種電路裝置，兩個電能量儲存器可以連接到該電路裝置上，其中，能量儲存器中的一個至少有時(shí)為電機(jī)供電。能量平衡過程通過該電路裝置能實(shí)現(xiàn)。換言之，至少有時(shí)文獻(xiàn)DE 10 2008 037 064 Al中的電路裝置將直流變換器和換流器的功能統(tǒng)一。在此情況下，繼續(xù)使用用于電機(jī)的換流器的常用調(diào)節(jié)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的任務(wù)是提出一種改進(jìn)的功率電子裝置，并且尤其提出一種改進(jìn)的對用于電機(jī)和電儲存器的功率電子裝置的控制方法。
[0009]該任務(wù)通過權(quán)利要求1及其從屬權(quán)利要求所述的用于電機(jī)的功率電子裝置和控制方法。本發(fā)明的其他實(shí)施形式和改進(jìn)方案同樣從從屬權(quán)利要求中得到。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，功率電子裝置包括電機(jī)可連接到其上的逆變器和至少一個半橋，至少兩個電能量儲存器可連接到所述半橋上，該功率電子裝置的特征在于，所述至少兩個電能量儲存器中的至少一個至少有時(shí)為電機(jī)供電，以及所述電能量儲存器中的至少一個至少有時(shí)通過電機(jī)和至少通過半橋?yàn)樗鲋辽賰蓚€電能量儲存器中的至少一個另外的能量儲存器充電。[0011]這意味著，所述電能量儲存器中的至少一個為電機(jī)饋送電功率并且所述電能量儲存器中的至少一個為所述電能量儲存器的至少一個另外的電能量儲存器充電。在兩個半橋或多于兩個的半橋的情況下，所述半橋的每個都與至少一個電能量儲存器連接，其中，所述半橋的每個開關(guān)和所述電能量儲存器并聯(lián)連接。充電電流于是可以不通過半橋或通過任意多的半橋來引導(dǎo)。
[0012]因此實(shí)現(xiàn)了如下優(yōu)點(diǎn):也稱作功率電子裝置并且除了逆變器之外還具有一半橋的功率電子裝置關(guān)于被充電的另外的能量儲存器具有直流變換器的功能，而功率電子裝置不包括直流變換器。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的實(shí)施形式，用于驅(qū)動功率電子裝置的開關(guān)方法根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言已知的空間向量調(diào)制來應(yīng)用，其中，經(jīng)由逆變器的一個時(shí)鐘通過在空間向量模型中的空間向量的向量加法來設(shè)定預(yù)給定的空間向量，用以產(chǎn)生定子轉(zhuǎn)動場。此外，在逆變器的該時(shí)鐘期間針對第一開關(guān)時(shí)間設(shè)定第一空間向量，而在逆變器的該時(shí)鐘期間針對第二開關(guān)時(shí)間設(shè)定與第一空間向量完全相反的調(diào)節(jié)向量。
[0014]特別的優(yōu)點(diǎn)在于，在一個時(shí)鐘期間，在與第一空間向量相關(guān)的定子相中的電流方向一方面被保持，而另一方面，在半橋與換流器之間的電流方向反向。這通過設(shè)定與第一空間向量完全相反的空間向量來實(shí)現(xiàn)。兩個空間向量有助于在該時(shí)鐘期間設(shè)定的所有向量的相加，以便產(chǎn)生針對所涉及的時(shí)鐘預(yù)給定的空間向量。
[0015]優(yōu)選地，在設(shè)定第一空間向量的第一開關(guān)時(shí)間期間或在設(shè)定第二空間向量的第二開關(guān)時(shí)間期間將至少一個半橋切換，以便對能量儲存器充電。
[0016]特別的優(yōu)點(diǎn)在此在于，在該時(shí)鐘期間在半橋與換流器之間在兩個電流方向上出現(xiàn)電流流動。在此，與朝著至少一個電能量儲存器的正電勢方向的技術(shù)電流方向相關(guān)的電流如果能量儲存器與半橋?qū)щ娺B接則可以用于對該能量儲存器充電。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一種變型方案，車輛包括功率電子裝置，電機(jī)和電能量儲存器。功率電子裝置根據(jù)該開關(guān)方法來驅(qū)動以便有目的地為所述電能量儲存器的至少一個能量儲存器充電。
[0018]尤其是針對混合動力車輛和電動車輛，在此有特別的優(yōu)點(diǎn)，即，可節(jié)約安裝空間和節(jié)約重量地構(gòu)建功率電子裝置，其將換流器和直流變換器的功能統(tǒng)一。為了實(shí)現(xiàn)該優(yōu)點(diǎn)，功率電子裝置利用根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)方法來驅(qū)動。
[0019]本發(fā)明涉及如下所述的構(gòu)思:混合動力車輛和電動車輛目前大多數(shù)都具有電壓水平為大約300伏特到400伏特的高電壓電池和低電壓電池。高電壓電池通過換流器即整流器和/或逆變器連接到電動機(jī)上。低電壓電池為帶有用電器譬如無線電、近光燈等的常規(guī)12伏特車載電網(wǎng)饋電。由高電壓電池借助DC-DC轉(zhuǎn)換器或直流變換器為低電壓電池充電。目前的混合動力車輛根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有整流器和/或逆變器和獨(dú)立的DC/DC轉(zhuǎn)換器。此外，存在如下車輛方案，其中兩種技術(shù)上不同的電能量儲存器譬如雙層電容器、鋰離子電池、鉛酸電池或燃料電池在能量管理中組合使得可以實(shí)現(xiàn)其特定的優(yōu)點(diǎn)，其原因大致會在于相應(yīng)儲存器的能量密度或功率密度。一種可能的組合例如是由雙層電容器構(gòu)成的電儲存器，其能夠短時(shí)輸出非常高的功率而鋰離子電池用于提供電能量。
[0020]缺點(diǎn)在于，當(dāng)前的混合動力車輛和電動車輛包括兩個獨(dú)立的裝置，以便能夠?qū)崿F(xiàn)對電儲存器和電機(jī)的最佳能量和功率管理。由于換流器和DC/DC轉(zhuǎn)換器由結(jié)構(gòu)類型所限而具有大的相似性，所以提出了電路裝置的開關(guān)方法，該電路裝置將逆變器和直流變換器組合并且能夠?qū)崿F(xiàn)對儲存器和電機(jī)的有目的的能量和功率管理。
[0021]在此，傳統(tǒng)換流器在其結(jié)構(gòu)上以如下方式和方法略微改變，使得集成另一半橋。如果以該方法應(yīng)用換流器和半橋的確定的控制方法(該控制方法基于空間向量調(diào)制)，可以有目的地在電能量儲存器之間傳送電能量。在所提出的開關(guān)方法中，與現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)開關(guān)方法相比針對每個時(shí)鐘周期在逆變器半橋中僅需要兩個另外的開關(guān)邊沿，使得也使附加的開關(guān)損耗最小。
[0022]所提出的措施提供了如下優(yōu)點(diǎn):不必構(gòu)建獨(dú)立的直流變換器，因?yàn)槠湓趦H略微修改的情況下集成到換流器電子裝置中。利用唯一的功率電子結(jié)構(gòu)部件可驅(qū)動電機(jī)和兩個電儲存器。尤其是，電能量儲存器在不使用獨(dú)立的直流變換器的情況下有目的地并且根據(jù)預(yù)給定的驅(qū)動策略來充電和放電。
[0023]所提出的措施不僅在電機(jī)停止時(shí)而且在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)都能起作用。此外，該系統(tǒng)關(guān)于電(充電)功率的通量方向和電壓水平不受限，即，在儲存器之間的能量運(yùn)輸可以在任何時(shí)刻進(jìn)行，而與其當(dāng)前的電壓水平無關(guān)。升壓或降壓可以如在使用直流變換器的情況下進(jìn)行。該方法不改變電機(jī)的發(fā)動機(jī)位置，使得電機(jī)的運(yùn)行不受影響。DC/DC轉(zhuǎn)換器集成到換流器中能夠?qū)崿F(xiàn)省去諸如DC/DC轉(zhuǎn)換器的電感的電學(xué)部件。由此重量更小，安裝空間需求少并且費(fèi)用較低。此外，改善了電機(jī)的利用率，因?yàn)榭刂品椒ㄅc傳統(tǒng)控制相比在空間向量調(diào)制模型中設(shè)置更少的零向量時(shí)間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]以下借助所附的附圖描述了本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施例。由此得到了本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)、優(yōu)選的實(shí)施形式和改進(jìn)方案。示意性地詳細(xì)示出:
[0025]圖1:功率電子裝置的電路裝置
[0026]圖2:常規(guī)控制方法
[0027]圖3:正相電流的新型控制方法
[0028]圖4:負(fù)相電流的新型控制方法
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1示意性地并且部分地示出了機(jī)動車的車載電網(wǎng)，尤其是混合動力車輛或電動車輛的車載電網(wǎng)。該車載電網(wǎng)擁有第一電能量儲存器(I)和第二電能量儲存器(2)。兩個能量儲存器可以分別并聯(lián)一個電容器。這些電容器稱作中間回路電容器(3)、(4)并且主要用于緩存無功功率、電壓穩(wěn)定和部件保護(hù)。車輛具有電機(jī)(5)，其能以電動機(jī)方式或者以發(fā)電機(jī)方式工作。在該實(shí)施例中，首先觀察電機(jī)的電動機(jī)運(yùn)行。電機(jī)尤其可以是三相電流異步電機(jī)或永磁或他勵同步電機(jī)。
[0030]饋送給電機(jī)的三相交流電流利用換流器(6)在確定的時(shí)刻由兩個電儲存器之一
(I)或(2)的直流電壓產(chǎn)生。也稱作逆變器的換流器擁有并聯(lián)連接的逆變器橋(7)、(8)和(9)。在此分別涉及兩個電開關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)電路。電開關(guān)實(shí)施為可控開關(guān)，例如晶體管、IGBT或M0SFET。逆變器橋的兩個開關(guān)絕不都閉合，或者(以存在時(shí)滯為先決條件)兩個開關(guān)都斷開。因此，每個逆變器橋都僅能占據(jù)兩個開關(guān)狀態(tài)，其中，一個開關(guān)狀態(tài)通過兩個開關(guān)中的一個閉合而兩個開關(guān)的另一個斷開來表征。每個逆變器橋都具有在兩個相應(yīng)的開關(guān)之間的中間抽頭。中間抽頭與電機(jī)的定子的三個例如星形連接的線圈組連接。根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的用于電機(jī)的命名法，電機(jī)的與第一逆變器橋(7)的中間抽頭連接的路徑稱作U相，電機(jī)的與第二逆變器橋(8)的中間抽頭連接的路徑稱作V相，而電機(jī)的與第三逆變器橋(9)的中間抽頭連接的路徑稱作W相。在第一儲存器的正極與換流器之間存在由兩個開關(guān)構(gòu)成的另一開關(guān)裝置，其稱作直流橋(10)并且用作半橋。兩個開關(guān)稱作第一半橋開關(guān)(I)和第二半橋開關(guān)(12)。在直流橋與換流器之間的路徑稱作直流路徑(13)。直流橋根據(jù)兩個半橋開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)而占據(jù)兩個狀態(tài)。在這些狀態(tài)中，半橋的兩個開關(guān)中的一個閉合而兩個開關(guān)中的另一個斷開。絕不設(shè)置如下狀態(tài)，在該狀態(tài)中半橋的兩個開關(guān)要么都閉合要么(以存在時(shí)滯為先決條件)半橋的兩個開關(guān)都斷開。在換流器和直流橋的確定的激勵中(激勵借助圖2和圖3來闡述)，電機(jī)的電感可以與直流橋的開關(guān)狀態(tài)交互地特意引起如下狀態(tài)，在所述狀態(tài)中兩個儲存器中的一個(I)或(2)分別以從兩個儲存器中的另一個(I)或(2)獲取的能量來充電。因?yàn)檫@與兩個儲存器的電壓水平無關(guān)地進(jìn)行，所以電機(jī)的直流橋和電感的確定的共同作用對應(yīng)于直流變換器的功能。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)一方面在于系統(tǒng)成本低，因?yàn)橄到y(tǒng)中不需要單獨(dú)的直流變換器。這表現(xiàn)出其他優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)約混合動力車輛或電動車輛中的安裝空間和重量。
[0031]圖2首先示例性地針對確定的控制時(shí)刻示出了根據(jù)專業(yè)知識的對換流器的常規(guī)控制方法，該方法基于空間向量調(diào)制。首先簡化地假設(shè):第一儲存器(I)的電壓Uliai與第二儲存器(2)的電壓UDa2相同?？臻g向量模型中的換流器(其為電機(jī)的場定向控制裝置的一部分)的激勵在該文獻(xiàn)中對該【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員已知為前提條件。在圖2的橫坐標(biāo)上繪制了時(shí)間t。該時(shí)鐘周期T是換流器的時(shí)鐘頻率f的倒數(shù)。在縱坐標(biāo)上繪制了三個逆變器橋和直流橋的開關(guān)狀態(tài)，其分別通過稱作O和I的兩個狀態(tài)來顯示。在三個逆變器橋的情況下，狀態(tài)I分別描繪了如下狀態(tài)，在該狀態(tài)中在直流路徑(13)與相應(yīng)中間抽頭之間的開關(guān)閉合。在狀態(tài)O中，該開關(guān)斷開并且在中間抽頭與第一儲存器(I)的負(fù)極之間的開關(guān)閉合。由于圖2涉及脈寬調(diào)制控制方法，所以直流橋始終處于開關(guān)位置I中，在該開關(guān)位置中第一半橋開關(guān)(11)閉合而第二半橋開關(guān)(12)斷開。因此，在時(shí)鐘周期T期間絕不會得到來自第二儲存器(2)或在第二儲存器(2)中的電功率流。圖2中的開關(guān)時(shí)鐘時(shí)間上對稱地實(shí)施。這通過對稱軸示出。開關(guān)時(shí)間 ％/2描述了零向量Vtl的設(shè)定，其通過如下方式確定，在三個逆變器橋的情況下設(shè)定狀態(tài)O。接著是開關(guān)時(shí)間段h/2，在該開關(guān)時(shí)間段中橋(7)切換到狀態(tài)I。在所選的空間向量模型中，這在該時(shí)刻對應(yīng)于空間向量1、V1的設(shè)定。隨后為開關(guān)時(shí)間段t2/2，在該開關(guān)時(shí)間段中橋(8)也切換到狀態(tài)I中。這對應(yīng)于空間向量2、\的設(shè)定。在開關(guān)時(shí)間段t7/2中，三個橋(7)、(8)和(9)都切換到狀態(tài)I中，這對應(yīng)于零向量V7。在設(shè)定零向量V7或零向量Vtl時(shí)，在忽略邊緣效應(yīng)的情況下在定子繞組中沒有引起電流流動改變。脈沖tp t7、和t2的持續(xù)時(shí)間遵循如下關(guān)系
[0032]T=t0+t7+t1+t2
[0033]在&和t2的持續(xù)時(shí)間的情況下，根據(jù)如下式子得到空間向量模型的點(diǎn)P1
[0034]P1=V1.?!+ν2.t2+V0.t0+V7.I^=V1.?!+ν2.t2
[0035]圖3描述了根據(jù)圖1的電路裝置的改善的開關(guān)曲線。類似于圖2中示例性選擇的用于開關(guān)狀態(tài)的時(shí)刻，選擇圖3中的觀察時(shí)間段。電機(jī)在圖3中也假設(shè)處于如圖3中相同的運(yùn)行狀態(tài)中。在圖3中利用空間向量模型的向量加法描述了如在圖2中相同的點(diǎn)Pp如在圖2中那樣在該時(shí)鐘開始時(shí)，直流橋(10)切換到狀態(tài)I中。在一個時(shí)鐘開始時(shí)，在圖3中針對開關(guān)時(shí)間的持續(xù)時(shí)間h~/2=t0/2-tDC； Jl設(shè)定零向量Vtl,因?yàn)槿齻€橋(7 )、( 8 )和(9 )分別切換到狀態(tài)O中。接著是時(shí)間段t廠/24/2+^^/2,在該時(shí)間段中逆變器橋(7)切換到狀態(tài)I中而直流橋保持在狀態(tài)O中。隨后是橋(8)切換到狀態(tài)I中的開關(guān)時(shí)間段t2/2。在該控制的進(jìn)一步時(shí)間過程中，出現(xiàn)設(shè)定零向量V7的開關(guān)時(shí)間段t廠/2=t7/2-tDa2/2，因?yàn)闃?br> (9)也切換到狀態(tài)I中。要注意的是，適用tDQ1=tDQ2。
[0036]最后出現(xiàn)開關(guān)時(shí)間tDa2/2=t4/2，在該開關(guān)時(shí)間中橋(7)切換到狀態(tài)O中并且直流橋切換到狀態(tài)O中。由此設(shè)定向量V4，該向量在空間向量模型中與向量V1完全相反。因此，在空間向量模型中點(diǎn)P'利用
[0037]P ~ J=V1.t! ~ /2+V2.t2+V0.t0 ~ +V7.t7 ~ +V4.t4
[0038]來激勵。利用關(guān)系
[0039]V4=-V1，以及
[0040]tDC，F(xiàn)tlic, 2=t4，以及
[0041],得出
[0042]P^1=V1.VV1.tDC；2+V2.t2+V0.t0 ~+V7.t廠-V1.^a2=V1.t!+V2.^=P1 ?
[0043]由此得出，在圖3示意性示出的時(shí)鐘中如在圖2中那樣有效地激勵相同的點(diǎn)。更簡而言之，在圖3中從圖2出發(fā)將向量V1的脈寬延長了開關(guān)時(shí)間段t4。在相同的時(shí)間段t4中，與向量V1相反的向量V4被激勵。在給定`的條件下由此結(jié)果是，時(shí)鐘周期T保持不變，零向量Vtl和V7的開關(guān)時(shí)間必須縮短雙倍的開關(guān)時(shí)間t4。圖3中所示的控制方法實(shí)質(zhì)是，在設(shè)定向量V4的開關(guān)時(shí)間段tDQ2期間，直流路徑(13)中的電流方向反向。由于在相同時(shí)間段tDC；2中直流橋處于狀態(tài)O中，即第二半橋開關(guān)(12)閉合而第一半橋開關(guān)(11)斷開，所以儲存器(2)被充電?？沙涞絻Υ嫫?2)中的能量(其在開關(guān)時(shí)間tDC，2期間從電機(jī)獲取)在開關(guān)時(shí)間tDai期間曾被引入電機(jī)中。因此，根據(jù)圖3的開關(guān)曲線能夠?qū)崿F(xiàn)將功率從第一電儲存器(I)傳送至第二電儲存器(2)中，功率傳送通過電機(jī)來引導(dǎo)。在此，該機(jī)器在時(shí)鐘時(shí)間段T開始和結(jié)束時(shí)處于如圖2中相同的電和機(jī)械狀態(tài)。
[0044]該方法的特別優(yōu)點(diǎn)是，圖3中的第二儲存器(2)本身在如下條件下可被充電:第二儲存器(2)的電壓水平與第一儲存器(I)的電壓水平相比朝向較高電壓的方向。然而在此情況下前提條件是，在直流橋中半橋開關(guān)(11)和(12)構(gòu)造為不帶續(xù)流二極管。代替此，在兩個方向上截止的開關(guān)如兩個反串聯(lián)連接的帶有續(xù)流二極管的MOSFET在該前提條件下被使用。IGBT例如也可以被使用。總之，根據(jù)圖2的控制方法能夠以與直流變換器的使用相對應(yīng)的方式和方法實(shí)現(xiàn)在兩個電能量儲存器(I)和(2)之間的雙向功率傳送。與兩個儲存器(I)和(2)的各個電壓水平無關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)人員已知的電機(jī)的4象限運(yùn)行。
[0045]總之，根據(jù)圖3的關(guān)于第一儲存器(I)和第二儲存器(2)的時(shí)鐘序列能夠借助電機(jī)
(5)的電感和直流橋(10)實(shí)現(xiàn)對直流變換器的功能模仿。
[0046]圖3假設(shè):在所示的時(shí)鐘時(shí)間段T開始時(shí)，如果設(shè)定向量V1，在U相中的電流(其稱作Iu)遵循關(guān)系IuX),并且第二儲存器(2)要由第一儲存器(I)充電。然而，如果第二儲存器(2)要由第一儲存器(I)充電并且在設(shè)置向量V1時(shí)適用1/0，則應(yīng)用根據(jù)圖4的開關(guān)曲線。圖4中的開關(guān)曲線與圖3中的開關(guān)曲線不同在于，直流橋不在設(shè)定向量V4的開關(guān)時(shí)間段tDQ2中被切換到狀態(tài)O中，因?yàn)樵趖Da2期間適用JuXL在該時(shí)間段中，在圖4中電能量被傳送至電機(jī)中，該電能當(dāng)設(shè)定向量V1 (其中I/O)時(shí)在該時(shí)間段tDQ1中被獲取，其中又適用:tDQ1=tDQ2。如果電能反向地要從第二儲存器(2)轉(zhuǎn)載到第一儲存器(I)中，則在IuX)時(shí)對于向量Vl不應(yīng)用根據(jù)圖3的開關(guān)曲線，而是應(yīng)用根據(jù)圖4的開關(guān)曲線。如果要進(jìn)行儲存器(2)到儲存器(I)的轉(zhuǎn)載并且在設(shè)定向量％時(shí)適用1/0，則必須應(yīng)用根據(jù)圖3的開關(guān)曲線。兩個電能量儲存器之一(I)或(2)以來自這兩個能量儲存器的相應(yīng)另一能量儲存器的電能量充電的可能性與兩個電壓UDai和UDa2中的哪個電壓具有相對于公共地較高的電壓無關(guān)。此外，兩個電能量儲存器的規(guī)范不重要。兩個儲存器例如可以是高電壓水平的鋰離子電池或低電壓儲存器，例如12伏鉛酸電池或雙層電容器。只要不需要儲存器的電隔離，也可能任意組合高電壓儲存器和低電壓儲存器。
[0047]補(bǔ)充地要注意:該實(shí)施例不限于電機(jī)用作為換流器的負(fù)載。也可以使用其他電感負(fù)載譬如變壓器。
[0048]此外值得注意的是，該時(shí)間Tdc用于有目的地調(diào)節(jié)作為期望量的儲存器的充電電壓，類似于對DC/DC轉(zhuǎn)換器的控制或調(diào)節(jié)。時(shí)間Tdc對應(yīng)于兩個單獨(dú)時(shí)間之和TDC=tDa JTdq215在tDCU=tDa2的情況下，得到Tdc;=2 *tDC；1o此外，作為邊界條件適用允許的時(shí)鐘周期T=Wt1+t2+tDC； i+tDC； 2=t0+t7+t1+t2+tDC,使得Tdc可延長直至最大持續(xù)時(shí)間,在該持續(xù)時(shí)間中零時(shí)間
之和的值減為零。作為另外的邊界條件，要注意:在空間向量模型中設(shè)定預(yù)給定的點(diǎn)P1。借助連續(xù)調(diào)節(jié)器譬如PI調(diào)節(jié)器因此可有目的地影響儲存器(I)或(2)的電壓和能量傳送。
[0049]該實(shí)施例假設(shè):儲存器(I)和(2)的電壓相等，UDai=UDQ2。由此也得到tDai=tDQ2。然而一般而言，情況并非如此，因?yàn)閮蓚€儲存器(I)和(2)與不同的電壓水平耦合。因?yàn)榭臻g向量模型通常歸一化到中間回路電壓上，這例如在圖3中表示+.V1積和因此得到的空間向量與所設(shè)定的空間向量V1的長度有關(guān)。在圖3的情況下，這與第一儲存器(I)的電壓UDC；1的相關(guān)性同義。相應(yīng)適用于向量V4=-V1-U1^2ZUai。因此，還為了在空間向量模型中設(shè)定預(yù)給定的點(diǎn)P1并對儲存器(2)充電，`時(shí)間tDQ1和tDQ2根據(jù)儲存器的電壓UDai和UDC’2按tDC;1.UDC；.UDC，2相關(guān)。如果第二儲存器(2)的電壓例如給定為Udc，2=12伏特并且第一儲存器(I)的電壓給定為UDCU=60V,則適用:tDQ2=5.tDC；! O由于tDCU關(guān)tDa2,零時(shí)間tQ~和t廠根據(jù)如下式子來計(jì)算,針對零時(shí)間始終要遵循對稱條件h~=t7'
[0050]1:^=1:, = (1:0+1:7+1^)/2=(2.t0_TDC) /2=t0-tDC/2
[0051]其中，Tdc-tDC；i+tnc, 2°
[0052]該關(guān)系對于點(diǎn)P '得到:
[0053]P^1=V1.VV1.tDC’ !+V2.t2+V0.t0 ~+V7.t7 ~+V4.tDC’ 2=P ~!=V1.VV1.tDC’ !+V2.t2+
[0054]利用圖3和圖4的具體改進(jìn)方案，即使在電壓水平偏離的情況下設(shè)定預(yù)給定的空間向量Pl并且根據(jù)圖3和圖4的描述為能量儲存器充電。
[0055]在文獻(xiàn)DE 10 2008 037 064 Al中描述了一種方法，根據(jù)該方法基本上以脈寬調(diào)制方式根據(jù)圖2來激勵與圖1中的實(shí)施例類似的電路裝置中的兩個半橋開關(guān)，該電路裝置具有兩個電能量儲存器和電機(jī)。利用這樣的方法可以實(shí)現(xiàn)通過驅(qū)動電機(jī)的時(shí)間裝置對確定的儲存器充電來實(shí)現(xiàn)。相比于該方法，根據(jù)圖3和圖4的控制方法提供了如下優(yōu)點(diǎn):可確保有目的地對能量儲存器進(jìn)行能量管理。由于在電機(jī)中在直流路徑(13)中的電流方向在根據(jù)圖2的常規(guī)開關(guān)方法的情況下根據(jù)機(jī)器狀態(tài)來改變，所以半橋的控制必須根據(jù)直流路徑中的電流方向來進(jìn)行，以便能夠?qū)崿F(xiàn)有目的的儲存器充電。否則，突然的電流反向會導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定，電壓不穩(wěn)定作為過壓或欠壓會干擾或甚至?xí)p傷可能連接的部件(例如控制設(shè)備或單向驅(qū)動的燃料電池)。為了防止這種干擾或損傷，盡管可以使用緩存存儲器，但連續(xù)充電運(yùn)行在該條件下不可能。此外尤其，由于出現(xiàn)無功功率而會引起不必要的功率損失。例如，如果半橋支路(12)在直流路徑中的電流改變電流方向的確定的開關(guān)時(shí)間中被閉合，則當(dāng)通過該時(shí)間裝置在儲存器中形成充電電流時(shí)，出現(xiàn)的無功電流也極大。根據(jù)圖3和圖4的控制方法的另一優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為降低了零向量的開關(guān)時(shí)間。由此，為系統(tǒng)輸送更多功率，而對實(shí)際功能沒有不利影響。附加的功率流表示系統(tǒng)的較高利用率。與兩個能量儲存器(I)和(2)的電壓差無關(guān)，根據(jù)圖3和圖4的控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)在空間向量模型中設(shè)定預(yù)給定的點(diǎn)P1。在一個時(shí)鐘內(nèi)不設(shè)定兩個相反向量的簡單脈寬調(diào)制方法中，儲存器之間的高電壓差會導(dǎo)致，只有當(dāng)在空間向量模型中設(shè)定與點(diǎn)Pl偏離的點(diǎn)時(shí)可以設(shè)定儲存器處具有較高電壓水平的待設(shè)定電壓。因此會導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)動不均勻性或轉(zhuǎn)矩?fù)p失。
[0056]參考標(biāo)記表
[0057]
1第一電能量儲存器
2第二電能量儲存器
3第一中間回路電容器
4第二中間回路電容器
5電機(jī)
[0058]
【權(quán)利要求】
1.功率電子裝置，包括:逆變器，電機(jī)能連接到所述逆變器上；以及至少一個半橋，至少兩個電能量儲存器能連接到所述半橋上，其特征在于，所述至少兩個電能量儲存器中的至少一個至少有時(shí)為電機(jī)供電，以及所述電能量儲存器中的至少一個通過電機(jī)和至少所述半橋至少有時(shí)為所述至少兩個電能量儲存器的至少一個另外的能量儲存器充電。
2.用于根據(jù)空間向量調(diào)制原理驅(qū)動根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電子裝置的開關(guān)方法，其特征在于，經(jīng)過逆變器的一個時(shí)鐘通過空間向量模型中的空間向量的向量加法來設(shè)定預(yù)給定的空間向量，在逆變器的該時(shí)鐘期間針對第一開關(guān)時(shí)間設(shè)定第一空間向量，在逆變器的該時(shí)鐘期間針對第二開關(guān)時(shí)間設(shè)定與第一空間向量相反的空間向量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)方法，其特征在于，在第一開關(guān)時(shí)間期間或在第二開關(guān)時(shí)間期間至少一個半橋被切換以便對所述至少兩個電能量儲存器中的一個充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)方法，其特征在于，在第一開關(guān)時(shí)間與第二開關(guān)時(shí)間之間的比值根據(jù)待充電的能量儲存器的電壓水平與具有進(jìn)行充電的能量儲存器的最高電壓水平的能量儲存器的電壓水平之間的比值來確定，
5.機(jī)動車，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率電子裝置、電機(jī)和至少兩個電能量儲存器，其中，功率電子裝置根據(jù)權(quán)利要求4所述的開關(guān)方法來驅(qū)動。
【文檔編號】B60L11/18GK103517823SQ201280022324
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月10日
【發(fā)明者】M·戈?duì)柨? 申請人:寶馬股份公司