[發明專利]用于減少DC鏈路電流紋波的驅動系統及其操作方法

有效

• 申請號: 201880015264.0
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN110382286B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 尼德希什里·塔帕迪婭;許金剛
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02P5/74
• 分類號: H02P5/74;H02M7/5387;H02P27/08;B60L50/51;H02M1/15;H02M7/5395;H02M1/12;H02M3/158
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 劉彬

公開了一種用于操作可耦接到一個或多個DC和AC電端口的驅動系統的系統和方法。該驅動系統包括DC鏈路、至少一個DC?DC轉換器、至少一個DC?AC轉換器、DC鏈路電容器以及控制系統，該控制系統被配置為基于其操作參數控制相對于彼此的至少一個DC?DC轉換器和至少一個DC?AC轉換器中的一個或多個的操作。在控制至少一個DC?DC轉換器和至少一個DC?AC轉換器中的一個或多個的操作中，控制系統控制以下中的至少一個：至少一個DC?DC轉換器的切換頻率、至少一個DC?AC轉換器的切換頻率、DC?DC轉換器載波信號相位、DC?AC轉換器載波信號相位以及至少一個DC?DC轉換器的工作周期。

技術領域

本發明一般涉及AC驅動系統中的DC-DC和DC-AC功率轉換，并且更具體地，涉及用于減少這種驅動系統中的DC鏈路電流紋波的系統和方法。

背景技術

純電動車輛使用存儲的電能為電動機提供動力，該電動機推動車輛并且還可操作輔助驅動器。純電動車輛可使用一個或多個存儲的電能源。例如，第一儲存電能源可用于提供更持久的能量，而第二儲存電能源可用于提供更高功率的能量，例如用于加速。

混合動力電動車輛可組合內燃發動機和由諸如牽引電池的能量存儲裝置提供動力的電動機來推進車輛。這種組合可通過使內燃機和電動機各自在增加的效率的相應范圍內操作來提高整體燃料效率。例如，電動機可有效地從靜態發車加速，而內燃機在恒定發動機運行的持續時期(例如在高速公路行駛中)可以是高效的。使用電動機來提高初始加速度可允許混合動力車輛中的內燃機更小且更燃燒效率更高。

在混合動力和電動車輛的能量系統中，能量從能量存儲裝置傳遞到DC鏈路，其中DC鏈路電耦接到DC-AC逆變器和電動機。通常，雙向升壓轉換器耦接到DC鏈路以將來自能量系統的低壓側上的能量存儲裝置的電壓升壓到能量系統的高壓側上的較高電平電壓以供應給DC-AC逆變器。涉及電池、DC-DC轉換器、DC-AC逆變器和電機的典型系統在圖1中示出。從中看出，需要DC鏈路電容器來吸收在從DC到AC的逆變期間產生的電流紋波。DC鏈路電容器是系統中一個關鍵且笨重的組件，并且DC鏈路電容器的大小通常適合其所看到的最大紋波電流——其中電容器的壽命取決于隨時間流過的電流。在環境溫度較高的汽車應用中，電容器紋波電流的降低至關重要。

然而，雖然認識到在低成本、緊湊的功率轉換應用中減小電容器尺寸和增加其壽命是至關重要的，但是在使用DC-DC-AC功率轉換方案的電容器最小化方面沒有做太多工作。在迄今為止對這種電容器最小化所做的工作中，現有技術的進步已經僅在非常窄的占空比帶中獲得了紋波減小，使用了一個強有力的(bang-bang)控制器來減小紋波電流并減小電容器尺寸，代價是具有更大的DC電壓紋波，和/或通過使用兩個逆變器來消除電流紋波，從而需要具有分段繞組的電機或兩個單獨的電機。

因此，期望提供一種用于減少包括DC-DC轉換器和DC-AC逆變器的驅動系統中的DC鏈路電流紋波的系統和方法。減小DC鏈路電流紋波將允許減小DC鏈路電容器尺寸并增加電容器的壽命。

發明內容