專利名稱：用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及插電式混合動(dòng)力車(chē)，并且更特別地涉及采用插入式外部AC電力對(duì)電池再充電的用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)，以及用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的控制方法。
背景技術(shù)：
為了滿足加嚴(yán)的車(chē)輛廢氣條例并改善燃料消耗，混合動(dòng)力車(chē)已經(jīng)被研發(fā)。混合動(dòng)力車(chē)通過(guò)電動(dòng)機(jī)在減速情況下反向旋轉(zhuǎn)的再生制動(dòng)來(lái)產(chǎn)生電力，并對(duì)電池再充電。另外，混合動(dòng)力車(chē)可以通過(guò)ISG(怠速停止起動(dòng)，idle stop and go)控制來(lái)改善燃料消耗并減少?gòu)U氣，在ISG控制下，當(dāng)車(chē)輛停止時(shí)停止發(fā)動(dòng)機(jī)并且當(dāng)車(chē)輛開(kāi)始行駛時(shí)通過(guò)使用電動(dòng)機(jī)來(lái)重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。圖3(現(xiàn)有技術(shù))是描繪根據(jù)常規(guī)技術(shù)的用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)的電路圖。參考圖3，常規(guī)插電式混合動(dòng)力車(chē)的充電系統(tǒng)包括具有電動(dòng)機(jī)1、電池2以及布置在電動(dòng)機(jī)1和電池2之間的逆變器3的電路。此外，與電池2的DC鏈路(DC link)并聯(lián)的充電器5可以與插入式外部AC電力4連接。充電器5包括多個(gè)逆變器元件并且配備在混合動(dòng)力車(chē)上。在工作中，當(dāng)商用AC電力連接到充電器5時(shí)，充電器5開(kāi)關(guān)逆變器元件，將插上的 AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓并對(duì)電池2再充電。在這種情況下，布置在電池2和電動(dòng)機(jī)1之間的逆變器3被切換到關(guān)閉狀態(tài)。然而，車(chē)載充電器的使用是不合需要的，因?yàn)槠淇赡軙?huì)昂貴且重量大，這會(huì)增大混合動(dòng)力車(chē)的制造成本并降低混合動(dòng)力車(chē)的燃料效率。另外，由于充電器可能需要安裝在有限空間中，所以可能會(huì)難以將充電器制造為組件。特別地，由于車(chē)載充電器的成本可能是產(chǎn)生相同輸出的逆變器的大約十倍，所以使用這樣的充電器可能是不合需要的。本背景技術(shù)部分中公開(kāi)的上述信息只是為了增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的背景的理解，并且因此可能包含不形成在該國(guó)對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)，其配置成使用逆變器采用所插上的外部AC電力對(duì)電池再充電，而不需要充電器。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)優(yōu)選地包括作為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)工作的電動(dòng)機(jī)，存儲(chǔ)用于向電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的DC電壓的電池，布置在電動(dòng)機(jī)和電池之間的逆變器，供應(yīng)電能的插入式外部AC電源，通過(guò)連接逆變器和電動(dòng)機(jī)的第一電力電纜而布置在逆變器和AC電源之間的單相電感器，將第一電力電纜的接點(diǎn)與電動(dòng)機(jī)電連接或斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)，與未連接到外部AC電源的第二電力電纜連接并且檢測(cè)供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)的電流值的電流傳感器，以及在插上AC電源時(shí)控制開(kāi)關(guān)從而斷開(kāi)電感器和電動(dòng)機(jī)之間的電連接并且控制逆變器不向第二電力電纜供應(yīng)電流的控制器。當(dāng)插上AC電源時(shí)，控制器可以檢測(cè)第二電力電纜的電流，并且控制器可以根據(jù)PI 控制器(比例積分控制器)的控制，來(lái)控制逆變器以控制未連接到外部電源的第二電力電纜的流到電動(dòng)機(jī)的電流值使其為零?？刂破骺梢园ㄓ糜谟?jì)算電流命令和從電流傳感器檢測(cè)到的電流值之間的電流差值的計(jì)算器，用于計(jì)算與計(jì)算器所計(jì)算的電流差值相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流值的PI控制器，以及通過(guò)根據(jù)PI控制器所計(jì)算的補(bǔ)償電流值控制相關(guān)的臂來(lái)控制與外部電源斷開(kāi)的第二電力電纜的電流值使其為零的逆變器控制器，并且逆變器控制器通過(guò)控制其它兩個(gè)臂以將AC 電源轉(zhuǎn)換成DC電壓來(lái)操作對(duì)電池的充電。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的控制方法可以包括檢測(cè)被插上以進(jìn)行充電的外部AC電源，斷開(kāi)連接外部AC電源和電動(dòng)機(jī)的兩條電力電纜中的一條電力電纜以便斷開(kāi)所斷開(kāi)的電力電纜和電動(dòng)機(jī)之間的電連接，檢測(cè)未連接到外部AC電源的另一條電力電纜的電流值，通過(guò)PI控制來(lái)計(jì)算補(bǔ)償電流值，以及控制逆變器的切換以將從與外部AC電源斷開(kāi)的電力電纜流到電動(dòng)機(jī)中的電流保持為零值，并通過(guò)對(duì)連接到外部AC電源的兩條電力電纜中的另一條控制逆變器的切換，來(lái)采用外部AC電源對(duì)電池充電。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，由于系統(tǒng)可以使用配備在車(chē)輛上的逆變器對(duì)電池充電而不使用昂貴的充電器，所以混合動(dòng)力車(chē)的制造成本可以得到降低。此外，可以提高容積效率并改善混合動(dòng)力車(chē)的燃料效率。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)的示意圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)的流程圖。圖3(現(xiàn)有技術(shù))是根據(jù)常規(guī)技術(shù)的用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)的電路圖。〈附圖標(biāo)記的描述〉10:電動(dòng)機(jī)20:電池30:逆變器40:電感器50:控制器60:電流傳感器
具體實(shí)施例方式在下文中將參考示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例的附圖，更充分地描述本發(fā)明。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到的那樣，所述實(shí)施例可以以各種不同的方式變更，而所有這些不同的方式都不脫離本發(fā)明的精神或范圍。將省略對(duì)于說(shuō)明本發(fā)明而言不必要的部件的描述，并且相同的構(gòu)成要素在本說(shuō)明書(shū)中將由相同的附圖標(biāo)記表示。
應(yīng)該理解的是，本文中使用的術(shù)語(yǔ)“車(chē)輛”或“車(chē)輛的”或其它類似術(shù)語(yǔ)包括一般的機(jī)動(dòng)車(chē)輛(諸如包括運(yùn)動(dòng)型多功能車(chē)(SUV)、公共汽車(chē)、卡車(chē)、各種商用車(chē)輛在內(nèi)的客車(chē))、 包括各種艇和船在內(nèi)的水運(yùn)工具、飛行器等，并且包括混合動(dòng)力車(chē)、電動(dòng)車(chē)、插電式混合電動(dòng)車(chē)、氫動(dòng)力車(chē)以及其它代用燃料車(chē)(例如從除石油以外的資源中取得的燃料)。如本文中所述，混合動(dòng)力車(chē)是具有兩個(gè)或更多個(gè)動(dòng)力源的車(chē)輛，例如既有汽油動(dòng)力又有電動(dòng)力的車(chē)輛。圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)的示意圖。參考圖1，用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)優(yōu)選地包括電動(dòng)機(jī)10、電池20、 逆變器30、電感器40、控制器50、開(kāi)關(guān)Sl和電流傳感器60。電動(dòng)機(jī)10優(yōu)選地是可以通過(guò)從逆變器30供應(yīng)的3相AC電壓驅(qū)動(dòng)的3相AC電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)10作為可以驅(qū)動(dòng)車(chē)輪(未示出)的電動(dòng)機(jī)工作，并且選擇性地作為再生時(shí)的發(fā)電機(jī)工作。電動(dòng)機(jī)10優(yōu)選地包括3相定子線圈，并且形成3相定子線圈的U、V和W相線圈各自分別設(shè)置有互連的一端(從而形成中性點(diǎn))和連接到逆變器30的相應(yīng)的臂的另一端。電池20優(yōu)選地由DC電力提供動(dòng)力。例如，鎳氫和鋰離子可再充電電池之一和大容量電容器可以用作電池20。電池20優(yōu)選地存儲(chǔ)用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)10的DC電壓。另外，電池20可以通過(guò)由變換器30升高或降低并且施加于電池20的外部商用電力70再充電。逆變器30通過(guò)串聯(lián)連接電開(kāi)關(guān)元件而形成，并且包括U相臂Sau和Sau’，V相臂 Sav 和 Sav’，和 W 相臂 Saw 和 Saw’。NPN晶體管、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)和MOSFET之一可以用作電開(kāi)關(guān)元件。逆變器30優(yōu)選地根據(jù)從逆變器控制器53施加到各臂的PWM信號(hào)來(lái)將電池20的 DC電壓轉(zhuǎn)換成3相AC電壓，并將3相AC電壓供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)10作為驅(qū)動(dòng)電壓。由于電感器40布置在逆變器30和外部AC電源之間，所以可以避免電源的并聯(lián)連接。逆變器30和電動(dòng)機(jī)10通過(guò)電力電纜82、84和86連接，并且電感器40布置在逆變器30和連接到電力電纜82和84的外部AC電源之間。如本文中使用的那樣，電力電纜 82,84和86可以取決于各個(gè)電力電纜如何被連接，而按任意順序被稱為第一、第二和第三電力電纜?？刂破?0控制外部AC電源和電動(dòng)機(jī)10之間的絕緣，并在插上外部AC電源時(shí)控制對(duì)電池20的再充電。當(dāng)插上外部AC電源時(shí)，控制器50斷開(kāi)布置在連接到外部AC電源的電力電纜82 和84之一上的開(kāi)關(guān)Si，并且因此物理地?cái)嚅_(kāi)外部AC電源和電動(dòng)機(jī)10之間的連接。在逆變器30、電動(dòng)機(jī)10和電感器40所連接到的兩個(gè)電力電纜82和84上，分別形成有兩個(gè)接點(diǎn)a和b，并且在這些接點(diǎn)上，例如具有“U”相和“V”相的電流分別流過(guò)。例如，開(kāi)關(guān)Sl布置在具有“U”相的電流所流過(guò)的電纜82上。當(dāng)插上AC電源70時(shí)，控制器50通過(guò)使用電流傳感器60檢測(cè)電力電纜(例如未連接到外部電源70的電力電纜86)的電流，并且控制器50在PI控制器(比例積分控制器)的控制下控制逆變器30以控制電力電纜86的流到電動(dòng)機(jī)10的電流值使其為零。例如，流過(guò)未連接到外部電源70的電力電纜86的電流具有“W”相。控制器50包括計(jì)算器51、PI控制器52和逆變器控制器53 (例如PWM (脈寬調(diào)制) 發(fā)生器53)。計(jì)算器51計(jì)算電流命令(例如“零命令”)和從電流傳感器60檢測(cè)到的未連接到外部電源70(例如“W”相)的電流值之間的電流差值。PI控制器52計(jì)算與計(jì)算器51所計(jì)算的電流差值相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流值以保持“零” 電流。逆變器控制器53 (PWM發(fā)生器)通過(guò)根據(jù)PI控制器52所計(jì)算的補(bǔ)償電流值控制相關(guān)的臂，來(lái)控制與外部電源70斷開(kāi)的電力電纜86的電流值使其為零，并且逆變器控制器 53通過(guò)控制其它兩個(gè)臂以將AC電源70轉(zhuǎn)換成DC電壓，來(lái)操作電池20的充電。外部電源70可以是商用電源并且具有單一相位?？蛇x地，外部電源70可以是AC電源。此外，可以使用DC電力。開(kāi)關(guān)Sl布置在(連接到外部電源70的兩個(gè)電力電纜82和84中的)例如與具有 “U”相的電流相關(guān)的一個(gè)電力電纜82上，并且在插上外部AC電源時(shí)被斷開(kāi)。因此，例如，外部電源70和電動(dòng)機(jī)10對(duì)于“U”相是斷開(kāi)的。電流傳感器60布置在(三個(gè)電力電纜82、84和86中的)一個(gè)電力電纜86 (例如電流具有‘V”相的電力電纜86)上，并且檢測(cè)電流值。在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)的控制方法。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)的流程圖。應(yīng)用于本發(fā)明的控制器50檢測(cè)是否插上了外部AC電源70來(lái)對(duì)電池20再充電 (SlOl)。當(dāng)插上了外部AC電源70時(shí)，控制器50控制開(kāi)關(guān)Sl使其斷開(kāi)以便斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)10、 外部AC電源70和(例如“U”相電流所流過(guò)的)電力電纜82之間的電連接(S102)。電流傳感器60檢測(cè)未連接到外部AC電源70的電力電纜86的電流值(S103)，并且通過(guò)PI控制來(lái)計(jì)算補(bǔ)償電流值。此外，控制逆變器30以將從與外部AC電源70斷開(kāi)的電力電纜86流到電動(dòng)機(jī)10中的電流保持為零值以使電動(dòng)機(jī)10不運(yùn)轉(zhuǎn)(S104)。設(shè)置在控制器50中的計(jì)算器51計(jì)算電流命令(例如“零命令”)和從電流傳感器 60檢測(cè)到的、未連接到外部電源70(例如 ”相)的電流值之間的電流差值，并且計(jì)算器 51將其發(fā)送至PI控制器52。PI控制器52計(jì)算與計(jì)算器51所計(jì)算的電流差值相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流值以保持“零” 電流，并然后將差值發(fā)送到逆變器控制器53 (PWM發(fā)生器)。隨后，PWM發(fā)生器53控制逆變器30的“W”相臂并將具有“W”相的電流保持為零， 因此具有“ ν ”相的電流不流動(dòng)。艮P，具有“U”相的電流處于斷開(kāi)狀態(tài)，具有“W”相的電流是零，此外具有“V”相的電流沒(méi)有值，使得外部電源70與電動(dòng)機(jī)10絕緣。接著，控制器50的PWM發(fā)生器53控制逆變器30的連接到“U”相和“V”相的兩個(gè)臂的PWM切換控制，使得電池20由外部AC電源70充電(S105)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，由于系統(tǒng)可以使用配備在車(chē)輛上的逆變器對(duì)電池進(jìn)行充電而不使用昂貴的充電器，所以混合動(dòng)力車(chē)的制造成本可以得到降低。此外，可以提高容積效率并改善混合動(dòng)力車(chē)的燃料效率。盡管已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是實(shí)際的示例性實(shí)施例的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，而是相反地，本發(fā)明旨在覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種改型和等效配置。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)，包括 作為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)工作的電動(dòng)機(jī)；存儲(chǔ)用于向所述電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的DC電壓的電池； 布置在所述電動(dòng)機(jī)和所述電池之間的逆變器； 用于供應(yīng)電能的插入式外部AC電源；通過(guò)連接所述逆變器和所述電動(dòng)機(jī)的第一電力電纜而布置在所述逆變器和所述AC電源之間的單相電感器；通過(guò)形成在連接所述逆變器、所述電動(dòng)機(jī)和所述電感器的所述第一電力電纜上的接點(diǎn)來(lái)電連接或斷開(kāi)所述電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)；與未連接到所述外部AC電源的第二電力電纜連接并且檢測(cè)供應(yīng)到所述電動(dòng)機(jī)的電流值的電流傳感器；以及控制所述開(kāi)關(guān)斷開(kāi)所述電感器和所述電動(dòng)機(jī)之間的電連接的控制器，其中在插上所述 AC電源時(shí)所述控制器控制所述逆變器以便不向未連接到所述電感器的所述第二電力電纜供應(yīng)電流。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)插上所述AC電源時(shí)，所述控制器利用所述電流傳感器檢測(cè)未連接到所述外部電源的所述第二電力電纜的電流，并且所述控制器根據(jù)比例積分控制器的控制，來(lái)控制所述逆變器以控制未連接到所述外部電源的電力電纜的流到所述電動(dòng)機(jī)的電流值使其為零。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器包括用于計(jì)算電流命令和從所述電流傳感器檢測(cè)到的電流值之間的電流差值的計(jì)算器； 用于計(jì)算與所述計(jì)算器所計(jì)算的電流差值相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流值的比例積分控制器；以及通過(guò)根據(jù)所述比例積分控制器所計(jì)算的補(bǔ)償電流值控制相關(guān)的臂來(lái)控制與所述外部電源斷開(kāi)的所述第二電力電纜的電流值使其為零的逆變器控制器，其中所述逆變器控制器通過(guò)控制其它兩個(gè)臂以將所述AC電源轉(zhuǎn)換成DC電壓來(lái)對(duì)電池充電。
4.一種用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的控制方法，該控制方法包括 檢測(cè)是否插上了外部AC電源來(lái)進(jìn)行充電；斷開(kāi)連接所述外部AC電源和電動(dòng)機(jī)的兩條電力電纜中的一條電力電纜以便斷開(kāi)所述一條電力電纜和所述電動(dòng)機(jī)之間的電連接；檢測(cè)所斷開(kāi)的電力電纜的電流值，通過(guò)PI控制來(lái)計(jì)算補(bǔ)償電流值，并且控制逆變器的切換以將從與所述外部AC電源斷開(kāi)的電力電纜流到所述電動(dòng)機(jī)中的電流保持為零值；以及通過(guò)對(duì)連接到所述外部AC電源的兩條電力電纜中的另一條控制所述逆變器的切換， 來(lái)采用所述外部AC電源對(duì)電池充電。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于對(duì)插電式混合動(dòng)力車(chē)再充電的系統(tǒng)及控制方法。所述系統(tǒng)包括作為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)工作的電動(dòng)機(jī)，存儲(chǔ)DC電壓的電池，布置在電動(dòng)機(jī)和電池之間的逆變器，供應(yīng)電能的插入式外部AC電源，布置在逆變器和AC電源之間的單相電感器，電連接或斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)，檢測(cè)供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)的電流值的電流傳感器，以及在插上AC電源時(shí)控制開(kāi)關(guān)從而斷開(kāi)電感器和電動(dòng)機(jī)之間的電連接并且控制逆變器不向未連接到電感器的相供應(yīng)電流的控制器。
文檔編號(hào)H01M10/44GK102386666SQ20101055894
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者劉仁弼, 宋泓錫, 張基永, 朱正弘, 李正允, 申相哲 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社