[发明专利]移相载波信号脉宽调控功率变换器的电气系统及操作方法

说明书

关于联邦政府资助研究或研发的声明

美国政府在本发明中享有已付许可和在受限环境中要求 专利权人根据美国能源部裁决的合同号DE-FC26-07NT43123的条款所 提供的合理条款来许可他人的权利。

技术领域

本文所述的本发明实施例总体上涉及车辆驱动系统，且 更具体地，本发明实施例涉及具有变换器驱动系统的电动和/或混合动 力车辆。

背景技术

近年来，技术的发展以及样式的不断尝试已经引起机动 车设计的显著变化。所述变化之一涉及机动车内的各种电气系统的功 率使用和复杂性，尤其是替代燃料车辆，如混合动力、电动和燃料电 池车辆。

许多电气部件，包括用于这些车辆中的电动马达，从交 流(AC)电源接收电功率。然而，用于这种应用中的电源(例如，蓄 电池)仅仅提供直流(DC)功率。因而，称为“功率变换器”的装置 用于将DC功率转换为AC功率，通常采用多个开关或晶体管，以各种 间隔操作以便将DC功率转换为AC功率。

通常，电容器设置成在DC能量源和功率变换器之间电并 联，以减小电压脉动。该电容器(通常称为DC链路电容器或大容量电 容器)必需具有足够大的电容和额定功率来处理操作期间的峰值RMS 脉动电流。这通常导致使用比所需更大的电容器，因为难以找到具有 合适的电容和额定电流的电容器。通常，电容器在从约500微法(体 积约0.9升)到约1000微法(体积约4.0升)的范围内。因而，当与 变换器一起包装时，电容器通常占据功率变换器模块的总体积的30％ -40％。因而，这限制了减小功率变换器模块的尺寸、重量和成本的 能力。

发明内容

提供一种用于车辆中的电气系统的设备。所述电气系统 包括能量源和马达。所述马达具有彼此电绝缘的第一组绕组和第二组 绕组。变换器模块联接在所述能量源和所述马达之间。所述变换器模 块包括联接到所述第一组绕组的第一组相腿和联接到所述第二组绕组 的第二组相腿。控制器联接到所述变换器模块，且设置成通过使用第 一载波信号调制所述第一组相腿和使用第二载波信号调制所述第二组 相腿来在所述能量源和所述马达之间实现期望功率流。所述第二载波 信号相对于所述第一载波信号被移相。

在另一实施例中，提供一种用于机动车驱动系统的设备。 所述机动车驱动系统包括能量源和电动马达。所述电动马达具有第一 绕组和第二绕组。所述第一绕组和所述第二绕组电绝缘且各对应于所 述电动马达的第一相。变换器模块联接到所述能量源，且包括联接到 所述第一绕组的第一相腿和联接到所述第二绕组的第二相腿。控制器 联接到所述变换器模块，且设置成使用第一载波调制所述第一相腿和 使用第二载波调制所述第二相腿。所述第二载波相对于所述第一载波 被移相。

提供一种操作变换器模块的方法，所述变换器模块设置 成驱动电动马达。所述电动马达具有联接到所述变换器模块的第一组 相腿的第一组绕组和联接到所述变换器模块的第二组相腿的第二组绕 组。所述方法包括使用第一载波信号调制所述第一组相腿和使用第二 载波信号调制所述第二组相腿。所述第二载波信号相对于所述第一载 波信号具有相移。

提供该发明内容是为了以简化形式介绍构思的选择，所 述构思在具体实施方式中进一步描述。该发明内容不打算识别要求保 护的主题的关键特征或基本特征，也不打算用来帮助确定要求保护的 主题的范围。

附图说明

通过参考具体实施方式和权利要求书结合附图可以获得 本发明的更完整的理解，在附图中，相同的附图标记表示同样的元件。

图1是根据一个实施例的适合于在车辆中使用的示例性 电气系统的框图；

图2是根据一个实施例的适合于与图1的电气系统一起 使用的移相载波信号的曲线图；

图3是示例性脉宽调制信号相对于切换循环的曲线图， 示出了根据一个实施例的图2的移相载波的效果；

图4是根据一个实施例的适合于与图1的电气系统一起 使用的移相载波信号的曲线图；

图5是示例性脉宽调制信号相对于切换循环的曲线图， 示出了根据一个实施例的图4的移相载波的效果；和

图6是与根据一个实施例的使用移相载波信号的示例性 电气系统相比，用于常规系统的电容器电流与输出电流的比值相对于 调制指数的曲线图。

具体实施方式