[發(fā)明專利]多相電機(jī)的部分負(fù)載相去激活

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910430151.3
• 申請(qǐng)日: 2019-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111200389A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·法特米;D·F·拉爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H02P25/22
• 分類號(hào): H02P25/22;H02P29/20;H02P23/02;B60R16/02
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

一種電氣系統(tǒng)包括多電平牽引功率逆變器模塊(TPIM)、多相電機(jī)和控制器。該TPIM具有多個(gè)開(kāi)關(guān)組，這些開(kāi)關(guān)組可共同工作將DC電壓總線上的DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓總線上的AC電壓。電機(jī)具有(m)多個(gè)電相。所述(m)多個(gè)電相中的每一個(gè)與TPIM的開(kāi)關(guān)組中的相應(yīng)一個(gè)相連并由其驅(qū)動(dòng)。控制器確定電機(jī)何時(shí)進(jìn)入預(yù)定的部分負(fù)載工作區(qū)域，并且響應(yīng)于進(jìn)入預(yù)定的部分負(fù)載區(qū)域，選擇性地去激活(m)多個(gè)電相中的預(yù)定數(shù)量(n個(gè))。這可通過(guò)發(fā)往開(kāi)關(guān)組中對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)組的開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中n≤m?2。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多相電機(jī)的部分負(fù)載相去激活。

背景技術(shù)

電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)、發(fā)電廠和其他系統(tǒng)采用提供遠(yuǎn)超過(guò)12伏輔助電平的電壓等級(jí)的高壓電氣系統(tǒng)。例如，當(dāng)用作電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一部分時(shí)，高壓總線可向牽引電動(dòng)機(jī)提供60-300伏或更高的電壓。這種高壓總線的直流(DC)側(cè)可與整流器系統(tǒng)相連，或可與可再充電能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(RESS)相連，RESS包含具有專用數(shù)量的高能電池單元的電池組，以及相關(guān)聯(lián)的熱調(diào)節(jié)硬件和其他電力電子器件。

當(dāng)使用多相電機(jī)作為電氣系統(tǒng)的一部分時(shí)，功率逆變器模塊插置在RESS和電機(jī)之間。脈寬調(diào)制、脈沖密度調(diào)制或其他常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)控制技術(shù)用于建立功率逆變器模塊的各個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的相應(yīng)開(kāi)/關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)。以這種方式，當(dāng)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，需向電機(jī)的相導(dǎo)線提供交流(AC)電壓。功率逆變器模塊還可工作于將來(lái)自電機(jī)的AC輸出電壓轉(zhuǎn)換成適合于對(duì)RESS的電池單元充電的DC電壓，該電機(jī)在該實(shí)例中作為發(fā)電機(jī)操作。因此，根據(jù)從電機(jī)請(qǐng)求的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，通常根據(jù)需要推送或多或少的電流通過(guò)組合相繞組。

發(fā)明內(nèi)容

具有上述類型的多相電機(jī)和功率逆變器模塊的高壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在部分負(fù)載工況下工作時(shí)相對(duì)于在滿負(fù)載工況下工作時(shí)，往往效率較低。“部分負(fù)載工況”可被認(rèn)為是電機(jī)的大體上小于電機(jī)可用最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩工作點(diǎn)的集合組。因此，在節(jié)氣門全開(kāi)的電當(dāng)量下，即當(dāng)需要大體上所有電機(jī)可用最大轉(zhuǎn)矩來(lái)滿足瞬時(shí)請(qǐng)求的轉(zhuǎn)矩工作點(diǎn)時(shí)，可出現(xiàn)“滿負(fù)載工況”。例如，當(dāng)從靜止快速加速或在高速公路上經(jīng)過(guò)另一車輛時(shí)，電氣化車輛可能在滿負(fù)載工況下工作。

一個(gè)說(shuō)明性示例應(yīng)用可以是車輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用，其在正常駕駛工況下工作，例如在通勤或走走停停的城市駕駛期間。在這種情況下，請(qǐng)求的轉(zhuǎn)矩可能只是電機(jī)總轉(zhuǎn)矩容量或額定轉(zhuǎn)矩的一小部分。大多數(shù)時(shí)候，請(qǐng)求的轉(zhuǎn)矩可小到額定轉(zhuǎn)矩的20％或更小。因此，電機(jī)壽命的大部分耗費(fèi)在“有損耗”部分負(fù)載區(qū)域工作時(shí)。因此，所文公開(kāi)的策略可用于在這種部分負(fù)載工況下提高效率。

具體地，本公開(kāi)涉及一種用于響應(yīng)于進(jìn)入電機(jī)的預(yù)定部分負(fù)載區(qū)域而選擇性地去激活多相電機(jī)的一些可用電相的方法。在部分負(fù)載工況下的普遍電損耗是(I)相應(yīng)繞組以及電機(jī)本身的磁結(jié)構(gòu)內(nèi)的銅損耗和鐵芯損耗，以及(II)在功率逆變器模塊的開(kāi)關(guān)和電路部件內(nèi)發(fā)生的開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。因此，可為離線電機(jī)預(yù)先確定此類損耗的比率以作為一組校準(zhǔn)的部分負(fù)載區(qū)域，這些部分負(fù)載區(qū)域中的每一個(gè)與電機(jī)的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩速度工作點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。響應(yīng)于實(shí)時(shí)確定電機(jī)正在這些預(yù)先識(shí)別的部分負(fù)載區(qū)域之一中工作，控制器可禁用多至電機(jī)除兩個(gè)電相外的所有可用電相。

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，一種電氣系統(tǒng)包括連接到高壓總線的可再充電能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(RESS)。該電氣系統(tǒng)包括牽引功率逆變器模塊(TPIM)、多相電機(jī)和控制器，該控制器被配置為響應(yīng)于進(jìn)入預(yù)定的部分負(fù)載區(qū)域而選擇性地去激活電機(jī)的可用相的其中一些。在TPIM的二電平結(jié)構(gòu)中，TPIM包含多個(gè)開(kāi)關(guān)組，例如IGBT、MOSFET或其他半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其中每個(gè)開(kāi)關(guān)組在示例性雙層逆變器拓?fù)渲芯哂猩祥_(kāi)關(guān)和下開(kāi)關(guān)。如在功率逆變器控制領(lǐng)域中將理解的，給定開(kāi)關(guān)對(duì)的上開(kāi)關(guān)和下開(kāi)關(guān)彼此連接并且連接到高壓總線的相應(yīng)的正總線軌和負(fù)總線軌。替代性的多電平TPIM(諸如中性點(diǎn)鉗位(NPC)逆變器、級(jí)聯(lián)h橋逆變器、快速電容逆變器或其他功率轉(zhuǎn)換器配置)每相具有兩個(gè)以上的開(kāi)關(guān)。這種逆變器拓?fù)湟部稍诒究刂撇呗缘姆秶鷥?nèi)使用，因此術(shù)語(yǔ)“開(kāi)關(guān)對(duì)”在引用示例性雙層TPIM時(shí)可與術(shù)語(yǔ)“開(kāi)關(guān)組”互換使用，其中“開(kāi)關(guān)組”可能包含三個(gè)或更多個(gè)開(kāi)關(guān)。