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技术领域

本公开涉及电混合动力传动系统，以及关联的电气架构。

背景技术

本部分中的陈述仅仅提供了关于本公开的背景信息且可不构成现有技 术。

电混合动力传动系统响应于操作者指令以发电机和电动机/发电机的形 式使用多相电机以产生和转换电功率为牵引作用和通过电力发生和再生制 动操作转换内燃机或车辆动量引起的机械扭矩为电力。

发明内容

一种动力传动系统，包括多链路动力分配电力系统，包括第一和第二电 机。该第一电机机械可旋转地联接到驱动轮，第二电机机械可旋转地联接到 内燃机。该第一电机串联电连接在第一和第二逆变器之间。该第一逆变器电 连接到第一高压直流电力总线，第二逆变器电连接到第二高压直流电力总 线。该第二电机电连接到第三逆变器，该第三逆变器电连接到第二高压直流 电力总线。

本发明的另一方面涉及一种动力传动系统，包括：

多链路动力分配电力系统，包括第一和第二电机，所述第一电机机械可 旋转地联接到驱动轮，所述第二电机机械可旋转地联接到内燃机；

所述第一电机串联电连接在第一和第二逆变器之间，所述第一逆变器电 连接到第一高压直流电力总线，且所述第二逆变器电连接到第二高压直流电 力总线；以及

所述第二电机电连接到第三逆变器，所述第三逆变器电连接到第二高压 直流电力总线。

优选地，所述第一高压直流电力总线电连接到第一高压能量存储设备和 所述第二高压直流电力总线电连接到第二高压能量储存设备。

优选地，所述第一高压能量储存设备包括电化学蓄电池，所述第二高压 能量储存设备包括高压电容器。

优选地，所述第一高压能量储存设备可连接到外部充电系统。

优选地，所述第一逆变器电连接到第一高压直流电力总线，所述第二逆 变器电连接到第二高压直流电力总线，还包括所述第一逆变器电连接到第一 高压电力总线，其电连接到在第一电势下操作的第一高压能量储存设备，且 所述第二逆变器电连接到第二高压直流电力总线，其电连接到在第二电势下 操作的第二高压直流能量储存设备，所述第一电势不同于所述第二电势。

优选地，所述第一高压能量储存设备和所述第一高压直流电力总线电独 立于第二高压能量储存设备和第二高压直流电力总线。

优选地，所述第一电机机械可旋转地联接到驱动轮，包括第一电机被配 置为电动机/发电机以产生牵引扭矩和产生再生制动扭矩。

优选地，所述第二电机机械可旋转地联接到内燃机，包括所述第二电机 仅被配置为发电机。

优选地，所述驱动轮永久地从发动机机械脱离。

本发明的另一方面还涉及一种动力传动系统，包括：

第一和第二电机，机械联接到动力分配配制中的混合动力传输装置，包 括第一电机机械联接到驱动轮且第二电机机械联接到内燃机；

所述第一电机串联电连接在第一和第二逆变器之间，所述第一逆变器通 过第一高压直流电力总线电连接到第一高压蓄电池，且所述第二逆变器通过 第二高压直流电力总线电连接到第二高压蓄电池；以及

所述第二电机电连接到第三逆变器，所述第三逆变器通过第二高压直流 电力总线电连接到第二逆变器和第二高压蓄电池。

优选地，所述第一高压直流电力总线电独立于第二高压直流电力总线。

优选地，所述第一电机机械联接到混合动力传输装置的输入构件以产生 牵引扭矩。

优选地，动力传动系统还包括第一电机的转子，所述转子可旋转地联接 到第一构件，所述第一构件可旋转地联接到扭矩联接设备。

优选地，动力传动系统还包括第二电机的转子，所述转子可旋转地联接 到第二构件，所述第二构件可旋转地联接到扭矩联接设备。

优选地，所述扭矩联接设备可旋转地联接到第三构件，所述第三构件可 旋转地联接到驱动轮。

优选地，所述第三构件同中心地延伸穿过第一构件。

优选地，所述扭矩联接设备可旋转地联接到第四构件，所述第四构件可 旋转地联接到内燃机。

优选地，扭矩联接设备包括行星齿轮组。

本发明的另一方面还涉及一种用于电混合动力传动系统的多链路动力 分配电力系统，包括：

第一逆变器模块，通过第一高压直流电力总线电连接到第一电能储存设 备；

第二逆变器模块，通过第二高压直流电力总线电连接到第二电能储存设 备；

第一电机，串联电连接在第一逆变器模块和第二逆变器模块之间；以及

第三逆变器模块，通过第二高压电力总线电连接到第二电气能量储存设 备，所述第三逆变器电连接到第二电机，被配置以从扭矩产生设备产生电力。

优选地，所述第一电能储存设备和所述第一高压直流电力总线电独立于 第二高压能量储存设备和第二高压直流电力总线。

当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本学说的一些 最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本学说的上述特征和优点， 以及其它特征和优点。

附图说明

参考附图，通过举例的方式，一个或多个实施例将被描述，在附图中：

图1示意性地示出了根据本公开的多链路动力分配电力(MLPS)系统，该 系统包括多个逆变器模块和多个电机，该电机包括第一电机和第二电机，该 第一电机串联地电连接在第一和第二逆变器之间，该第二电机电连接到第三 逆变器；

图2示意性地示出了根据本公开的第一动力传动系统，该第一动力传动 系统合并关于图1描述的MLPS系统的实施例(包括多个逆变器模块和多个 电机)，内燃机和驱动轮；以及

图3示意性地示出了根据本公开的第二动力传动系统，该第二动力传动 系统合并关于图1描述的MLPS系统的实施例(包括多个逆变器模块和多个 电机)，内燃机和驱动轮。

具体实施方式

现在参考附图，其中描述仅仅用于描述某些示例性实施例的目的，且不 是限制示例性实施例的目的，图1示意性地示出了多链路动力分配电力系统 100，该系统100包括安装本公开布置的多个逆变器模块和多个电机。“多链 路”是指使用两个电独立的高压直流电力链路或总线，且术语“动力分配” 是指使用两个独立控制的电机，用于产生电功率和扭矩中的一个或两者。如 所示，该MLPS系统100包括第一逆变器模块10，第二逆变器模块20，第 三逆变器模块30，第一电机40和第二电机50，其由控制器90控制操作。 该MLPS系统100被用在各种动力传动系统，该动力传动系统被配置为提供 牵引扭矩，再生制动扭矩，电力发生和相关功能。

该第一电机40和第二电机50是多相，多极电动机/发动机，每个包括转 子和定子，且操作如扭矩马达以转换电功率为机械扭矩，或如发电机以转换 机械扭矩为电功率。第一电机40的转子可旋转地联接到第一构件45以实现 扭矩传递，且第二电机50的转子可旋转地联接到第二构件55以实现扭矩传 递。该第一和第二电机40，50在一个实施例中都为三相设备，如所示，尽 管其他多相配置可被使用，而没有限制。

电连接到第一高压直流电力总线61的第一高压电源60包括正电轨62 和负电轨64。在一个实施例中，该第一高压电源60是电化学蓄电池。在一 个实施例中，外部充电系统80电连接到正电轨62和负电轨64以给第一高 压电源60外部充电。在一个实施例中，在特定情况下，该外部充电系统电 连接到平稳电源以使用AC电源实现充电。电连接到第二高压直流电力总线 71的该第二高压电源70包括正电轨72和负电轨74。在一个实施例中，跨 第一高压直流电力总线61的电势的大小不同于跨过第二高压直流电力总线 71的电势的大小。

第一，第二，第三逆变器模块10、20和30的每个包括多个互补的成对 开关设备，该开关设备在关联的高压直流电力总线的正侧和负侧之间串联电 连接，其中成对开关设备的每个与相应的电机的相中的一个相关联。如所示， 该第一逆变器模块10电连接在第一高压直流电力总线61的正电轨62和负 电轨64之间，且第二和第三逆变器20、30电连接在第二高压直流电力总线 71的正电轨72和负电轨74之间。成对的开关设备的每个是适当的高压开关， 举例来说半导体设备，有效地具有低的开态阻抗，该阻抗优选地对于穿过开 关的平均电流而言为的毫欧大小的量级。在一个实施例中，该成对的开关设 备是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。在一个实施例中，该成对的开关设备是场 效应晶体管(FET)设备。在一个实施例中，该FET设备可为金属氧化物半导 体场效应晶体管(MOSFET)。该成对的开关设备被配置为一对以控制流动 在相应的高压直流电力总线的正侧和，被连接和关联到相应的电机的相中的 一个的电缆以及相应的高压直流电力总线的负侧中的一个之间的电力流。第 一、第二和第三逆变器模块10中的每一个还可包括其它电路元件，譬如高 压DC链电容器、电阻器和有源DC总线放电电路。

该第一逆变器模块10包括第一多相AC电力总线14，该电力总线14电 连接到第一电机40的第一电力联接器42，包括到它的每个相的第一侧的电 连接。该第二逆变器模块20包括第二多相AC电力总线24，该电力总线24 电连接到第一电机40的第二电力联接器44，包括到它的每个相的第二侧的 电连接。在一个实施例中，在第一逆变器模块10，第一电机40和第二逆变 器模块20之间的串联电连接因此被布置。当第一逆变器模块10或第二逆变 器模块20被切换到所有相高的情况下或所有相低的情况下，其他逆变器观 察第一电机在星型结构中。因此，诸如在第一和第二逆变器模块10、20中 的一个中出现故障这样的操作状态不导致第一电机40的被迫的关闭。该第 三逆变器模块30包括第三多相AC电力总线34，该电力总线34电连接到第 二电机50的第一电力联接器52，包括到它的每个相的第一侧的电连接。第 二电机50的相的第二侧电连接以形成星型结构，如所示。替代地，该第二 电机50的相的第二侧通过第一电力联接器52以三角形构造电连接(未在图 1中示出)。该第一，第二和第三逆变器模块10、20、30优选被配置为电压 源逆变器(VSI)，其为脉宽调制(PWM)VSI模式或六步骤VSI模式。此外， 该第一，第二和第三逆变器模块10、20、30在诸如低负载这样的一些操作 条件下可在PWM模式中操作，且可在诸如高负载这样的其他操作条件下在 六步骤VSI模式中操作。替代地，该第一，第二和第三逆变器模块10、20、 30可以以其他方式被配置，而没有限制。

相应的门驱动模块12、22、32每个包括多个成对的门驱动电路，每个 信号独立地连接到第一，第二和第三逆变器模块10、20和30的相应一个的 一个相的互补的成对开关设备中的一个。当相应的电机是三相设备时，存在 三个成对的门驱动电路或全部六个门驱动电路在门驱动模块12、22、32的 每个中。该门驱动模块12、22、32通过通讯总线95从控制器90接收操作 指令，且通过门驱动电路控制每个开关设备的激活和失效以提供响应于操作 指令的电机驱动功能或电力发生功能。当MLPS系统100被配置在车辆上充 当用于产生牵引扭矩的动力传动系统的元件时，操作指令可包括车辆加速度 或车辆制动。在操作期间，门驱动模块12、22、32的每个响应来自控制器 90的控制信号产生脉冲，其激活开关设备的一个且诱发流动穿过相应电机的 定子的半相的电流，以响应操作指令在转子内产生扭矩。

第一，第二门驱动模块12、22电连接到相应的第一和第二逆变器模块 10、20的多个互补的成对的开关设备，且操作以周期性地且重复地激活互补 的成对的开关设备以在关联的高压直流电力总线的正侧和负侧中的一个以 及与第一扭矩机械40的定子的相中的一个关联的多个绕组之间传递电力， 以通过机械地联接到相应转子的轴45将电力转换为机械扭矩和将机械扭矩 转换为电力。相似地，第三门驱动模块32电连接到第三逆变器模块30的多 个互补的成对的开关设备，且操作以周期性地且重复地激活互补的成对的开 关设备，以在第二高压直流电力总线71的正侧和负侧中的一个和与第二扭 矩机械50的定子的相中的一个关联的多个绕组之间传递电力以通过机械地 联接到相应的转子的轴55将电力转换为机械扭矩和将机械扭矩转换为电力。

该术语“控制模块”，“控制”，“控制器”，“控制单元”，“处理器”和类 似术语意味着专用集成电路(ISIC)，电路(一个或多个)，执行一个或多个软 件或固件程序或例程的中央处理单元(一个或多个)(优选微处理器)和关联 的记忆和存储器(只读，可编程只读，随机存取、硬盘驱动器等等)，组合逻 辑电路(一个或多个)，时序逻辑电路(一个或多个)、输入/输出电路(一个 或多个)和设备，适当的信号调节和缓冲电路以及提供所述功能的其他部件 中的一个或多个的任何一个或各种组合。“软件”，“固件”，“程序”，“指 令”，“例程”，“编码”，“算法”以及相似术语意味着任何控制器可执行指令 组，包括校准和查找表。该控制器具有控制例程，该控制例程被执行以提供 期望的功能。例程被执行，比如通过中央处理器，且可操作以从传感设备或 其他网络化控制模块监控输入，且执行控制和诊断例程以控制促动器的操 作。通讯总线95可包括任何适当的通讯配置，包括，通过举例的方式，通 过直接布线，通过控制器区域网络，或通过无线网络的通讯。

图2示意性地示出了第一动力传动系统200，该系统合并关于图1描述 的MLPS系统100的实施例，包括多个逆变器模块和多个电机，内燃机和驱 动轮。如所示，该第一动力传动系统200包括第一逆变器模块210，第二逆 变器模块220，第三逆变器模块230，第一电机240，一个或多个驱动轮248， 第二电机250和内燃机290。操作由控制器205控制。该第一电机240和第 二电机250是多相，多极电动机/发动机，每个包括转子和定子，且操作为扭 矩马达以将电力转换为机械扭矩和/或发电机以转换机械扭矩为电力。第一电 机240的转子可旋转地联接到第一构件245，该第一构件245可旋转地联接 到驱动轮248，以实现到它的扭矩传递。扭矩传递可为正牵引扭矩的形式， 以实现车辆加速，或为负的或反作用扭矩的形式，以在再生制动模式中实现 车辆减速。在第一电机240，第一构件245和驱动轮248之间的可旋转联接 可使用其他机械扭矩传递元件，而没有限制，比如行星齿轮，差速齿轮，扭 矩变换器，离合器诸如此类。第二电机250的转子可旋转地联接到第二构件 255，该第二构件255可旋转地联接到内燃机290，以在电力产生模式中实现 扭矩传递。该第一和第二电机240，250在一个实施例中都为三相设备，如 所示，尽管其他多相配置可被使用，而没有限制。该第一动力传动系统200 类似于串联式混合动力车辆，其中由内燃机290产生的所有动力被转换为电 力，该电力由第一电机240使用以产生扭矩或存储为电力。该第一动力传动 系统200不能将内燃机290直接地机械联接到驱动轮248，该驱动轮248从 内燃机290永久地机械脱离联接。

在这个实施例中，第一高压电源260电连接到第一高压直流电力总线 261。在某个实施例中，该第一高压电源260是电化学蓄电池，其具有足够 的电力推动车辆(未示出)。在一个实施例中，外部充电系统280电连接到第 一高压直流电力总线261以在特定条件下外部地充电第一高压电源260。在 一个实施例中，第二高压电源270电连接到第二高压直流电力总线271。在 一个实施例中，该第二高压电源270是电容器。在一个实施例中，跨过第一 高压直流电力总线261的电势的大小不同于跨过第二高压直流电力总线271 的电势大小。在一个实施例中，跨过第二高压直流电力总线271的电势比跨 过第一高压直流电力总线261的电势跨过更大的范围变化。

第一，第二，第三逆变器模块210、220、230的每个以类似于关于图1 描述的第一，第二和第三逆变器模块10、20、30的方式被构造和控制。如 所示，第一逆变器模块210电连接到第一高压直流电力总线261，且第二和 第三逆变器模块220、230电连接到第二高压直流电力总线271。该第一逆变 器模块210包括第一多相AC电力总线，该电力总线电连接到第一电机240， 包括到电机的每个相的第一侧的电连接。该第二逆变器模块220包括第二多 相AC电力总线，该电力总线电连接到第一电机240，包括到电机的每个相 的第二侧的电连接。在第一逆变器模块210，在一个实施例中，第一电机240 和第二逆变器模块220之间的串联电连接因此被配置。该第三逆变器模块 230包括第三多相AC电力总线，该电力总线电连接到第二电机250，包括 到它的每个相的第一侧的电连接。第二电机250的相的第二侧电连接以形成 三角形构造。替代地，第二电机250的相的第二侧被连接以形成星型结构(图 2中未示出)。门驱动模块，类似于关于图1描述的门驱动模块12、22、32， 被使用以周期性地且重复地激活互补的成对开关设备以在关联的高压直流 电力总线的正侧和负侧中一个和与相应的第一扭矩机械240或第二扭矩机械 250的相中的一个关联的多个绕组之间传递电力，以将电力转换为机械扭矩 和将机械扭矩转换为电力。

图3示意性地示出了第二动力传动系统300，该系统300合并关于图1 描述的MLPS系统100的实施例，包括多个逆变器模块和多个电机，内燃机 和驱动轮。如所示，该第二动力传动系统300包括第一逆变器模块310，第 二逆变器模块320，第三逆变器模块330，第一电机340，驱动轮348，内燃 机390和扭矩联接设备395。操作由控制器305控制。该第一电机340和第 二电机350是多相，多极电动机/发动机，每个包括转子和定子，且操作为扭 矩电机以转换电力为机械扭矩和/或为发电机以转换机械扭矩为电力。第一电 机340的转子可旋转地联接到第一构件347，该第一构件347可旋转地联接 到扭矩联接设备395以实现到那的扭矩传递。扭矩联接设备395可旋转地联 接到第三构件345，该第三构件345可旋转地联接到驱动轮348以实现到它 的扭矩传递。在所示的实施例中，第三构件345的一部分同中心地延伸穿过 第一构件347。在第一电机340，第一构件347，扭矩联接设备395，第三构 件345和驱动轮348之间的联接可使用其他机械扭矩传递元件，而没有限制， 比如行星齿轮，差速齿轮，离合器诸如此类。第二电机350的转子可旋转地 联接到第二构件357，该第二构件357可旋转地联接到扭矩联接设备395以 实现到它的扭矩传递。扭矩联接设备395可旋转地联接到第四构件355，该 第四构件355可旋转地联接到内燃机390以实现到它的扭矩传递。在所示的 实施例中，第四构件355的一部分同中心地延伸穿过第二构件357。在第二 电机350，第二构件357，扭矩联接设备395，第四构件355和内燃机390 之间可旋转的联接可使用其他机械扭矩传递元件，而没有限制，比如行星齿 轮，差速齿轮，离合器诸如此类。该第一和第二电机340，350在一个实施 例中都为三相设备，如所示，尽管其他多相配置可被使用，而没有限制。该 扭矩联接设备395机械地联接第一构件347和第二构件357，且可包括行星 或其他齿轮组，带驱动，离合器，扭矩变换器，或其他设备中的一个或组合。 该扭矩联接设备395机械地联接驱动轮和发电机390以实现他们之间的扭矩 传递，其中该机械联接被布置为永久地或为使用可控制的元件(比如离合器) 选择性激活的布置。在一些实施例中，该扭矩联接设备395包括互连的成对 的行星齿轮组，其中第一构件347，第二构件357，第三构件345和第四构 件355的速度是两个独立速度的彼此的线性组合。在一个实施例中，该第一 构件347的速度可第三构件345的速度的倍数，且第四构件355的速度是第 二构件357和第三构件345的速度的加权平均值。该第二动力传动系统300 可为多模式动力分配动力传动系统，其可在固定齿轮状态，连续可变齿轮状 态或电动车辆状态中操作，其中由内燃机390产生的机械功率选择性地用于 提供牵引扭矩到驱动轮348和/或转换为由第一电机340使用的电力以产生扭 矩或被存储为电力。该第二动力传动系统300包括内燃机290到驱动轮248 通过扭矩联接设备395的直接机械联接。

在这个实施例中，第一高压电源360电连接到第一高压直流电力总线 361。在一些实施例中，该第一高压电源360是电化学蓄电池，其具有足够 的电力推动车辆(未示出)。在一个实施例中，外部充电系统380电连接到第 一高压直流电力总线361以在特定条件下外部地充电第一高压电源360。在 一个实施例中，第二高压电源370电连接到第二高压直流电力总线371。在 一个实施例中，该第二高压电源370是电容器。在一个实施例中，跨过第一 高压直流电力总线361的电势的大小不同于跨过第二高压直流电力总线371 的电势的大小。在实施例中，跨过第二高压直流电力总线371的电势比跨过 第一高压直流电力总线361的电势跨过更大的范围变化。

第一，第二，第三逆变器模块310、320、330的每个以类似于关于图1 描述的第一，第二和第三逆变器模块10、20、30的方法中被构造和控制。 如所示，第一逆变器模块310电连接到第一高压直流电力总线361，且第二 和第三逆变器模块320,330电连接到第二高压直流电力总线371。该第一逆 变器模块310包括第一多相AC电力总线314，该电力总线314电连接到第 一电机340，包括到它的每个相的第一侧的电连接。该第二逆变器模块320 包括第二多相AC电力总线324，该电力总线324电连接到第一电机340， 包括电连接到它的每个相的第二侧的电连接。在一个实施例中，在第一逆变 器模块310，第一电机340和第二逆变器模块320之间的串联联接因此被配 置。该第三逆变器模块330包括第三多相AC电力总线334，该电力总线334 电连接到第二电机350，包括到它的每个相的第一侧的电连接。第二电机350 的相的第二侧电连接以形成星型配置。门驱动模块，类似于关于图1描述的 门驱动模块12、22、32，被使用以周期性地且重复地激活互补的成对的开关 设备，以在关联的高压直流电力总线的正侧和负侧中一个和与相应的第一扭 矩机械340或第二扭矩机械350的相中的一个关联的多个绕组之间传递电 力，以将电力转换为机械扭矩和将机械扭矩转换为电力。

合并关于图1描述的MLPS系统100的实施例的动力传动系统以一方式 配置，该方式允许第一电机可旋转地联接到驱动轮以在发电机模式下运行的 同时具有到来自于第一高压电源的电力和来自于第二电机的电力的直接访 问，包括在两个不同的直流电压水平处操作。可旋转地联接到驱动轮的第一 电机可由第一高压电源直接地驱动用于电动汽车操作，且来自第一电机的电 力可在再生制动期间被直接地存储在第一高压电源中。此外，该第一电机可 由在发电机模式的第二电机直接地驱动用于动力分配传输操作。此外，两个 不同的总线电压水平可被合并到动力分配混合操作中，而不使用用于DC-DC 变换器的独立电感器。连接第一和第二电机的电力总线的电压可被控制以优 化他们之间的电力传递的效率，同时连接第一电机和高压电源的电力总线的 电压可被控制以控制它的充电和放电。此外，到和来自第二高压电源的电力 仅仅遭受在第二电机中形成星点的两个开关的传导损耗，而没有附加开关或 电感损耗，由此最小化电路传导损耗。

详细的说明书和附图支持和描述了本教导，但是本教导的范围仅受到权 利要求的限定。尽管用于执行本教导的一些最佳模式和其他实施例已经详细 地描述，存在用于实施所附权利要求中限定的本教导的各种替代设计和实施 例。