專利名稱：用于檢測直流電壓母線上的諧振的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的主題的實施例總體上涉及機動車中的電氣系統(tǒng)，更具體地，本主題的 實施例涉及用于識別直流(DC)電壓母線上的諧振頻率的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
近年來，技術(shù)進步以及不斷演變的時尚品味已導致汽車設(shè)計中出現(xiàn)明顯改變。改 變之一涉及汽車內(nèi)，特別是替代燃料車輛，例如混合動力車輛、電動車輛和燃料電池車輛內(nèi) 的動力使用和各種電器系統(tǒng)的復(fù)雜性。許多電氣部件共享共用的直流(DC)電壓母線。DC 電壓母線(或者稱為高壓DC母線，電力母線或電氣母線)配置為從車輛內(nèi)的一個或多個DC 電源(例如，電池)將DC電輸送到車輛內(nèi)的眾多其他電氣部件，例如輔助動力模塊、空氣壓 縮機、電力變換器等。另外，功率逆變器(或另一種合適地配置的電動機驅(qū)動器)經(jīng)常連接 到DC母線，且配置為驅(qū)動車輛內(nèi)的電動機。功率逆變器利用數(shù)個半導體開關(guān)，所述半導體 開關(guān)被以特定的開關(guān)頻率調(diào)制(即，斷開和閉合)，以將來自母線的DC電轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動電 動機的AC電。在運行期間，功率逆變器以所述開關(guān)頻率生成波紋電流(或波紋電壓)，該 波紋電流(或波紋電壓)在某些情況下可能不能被功率逆變器(例如，通過輸入電容器和 /或電感器)完全過濾掉。其結(jié)果是波紋電流被傳輸返回到DC母線上，且可能傳輸?shù)铰?lián)接 于該母線的其他部件中的一個或多個。 —般地，聯(lián)接到DC母線的每個部件均具有輸入濾波器，所述輸入濾波器包括配置 為提供特定輸入阻抗的一個或多個輸入電容器和/或電感器，所述特定輸入阻抗能將由該 部件生成的波紋電流或波紋電壓最小化。各部件的輸入濾波器(例如，電容器和/或電感 器)被選擇為在適合于該部件運行的頻率范圍內(nèi)提供衰減。輸入濾波器的電流額定值(或 該部件的波紋電流額定值)被選擇為使得當該部件在正常運行期間聯(lián)接到母線時該額定 值不被超過，而不考慮可能聯(lián)接到DC母線的其他部件。這是因為其他部件被假定配置為能 將其可能生成的波紋最小化，使得DC母線上的波紋電流總量可忽略。 然而，因為特定部件的輸入阻抗可能隨頻率變化，所以該部件可能在特定頻率處 具有降低的輸入阻抗。在(或靠近)此特定頻率下DC母線上的電流會導致由該特定部件 消耗的波紋電流的量增加，而該波紋電流量的增加轉(zhuǎn)而可能導致該特定頻率處的諧振。當 各具有不同的輸入濾波器頻率響應(yīng)的多個電氣部件聯(lián)接到DC母線時，所得到的電氣系統(tǒng) 經(jīng)常會具有一個或多個潛在的諧振頻率。 在大多數(shù)系統(tǒng)中，功率逆變器利用可變開關(guān)頻率來優(yōu)化該逆變器的一個或多個運
行方面，例如，最小化開關(guān)損耗或最小化由電動機生成的轉(zhuǎn)矩波動。然而，當開關(guān)頻率改變
時，可能潛在地由功率逆變器生成的波紋電流的頻率也改變。取決于開關(guān)頻率，基于與特定
諧振頻率相關(guān)的品質(zhì)因數(shù)和帶寬，波紋電流可能在DC母線上產(chǎn)生諧振電流。此諧振電流可
能超過聯(lián)接到DC母線的一個或多個部件的輸入濾波器的電流額定值。 在一些系統(tǒng)中，功率逆變器可配置為能避開特定的開關(guān)頻率，以防止在運行期間
在DC母線上發(fā)生諧振。然而，聯(lián)接到DC母線的其他部件的特性可能隨車輛而變化(例如，由于各部件容限的原因)，因此要求對于每臺車輛定制功率逆變器配置。另外，聯(lián)接到DC母線的其他部件的特性可能隨時間變化，例如由于部件的老化或改變的原因。因此，如不重復(fù)測試和/或診斷該系統(tǒng)且在每次車輛運行前配置功率逆變器，則難以保證在功率逆變器運行期間避開潛在的諧振頻率。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種用于檢測聯(lián)接到逆變器模塊的母線上的諧振的方法。該方法包括在母線上生成具有第一頻率的第一信號，和從第一頻率到第二頻率對第一信號掃頻。在從第一頻率到第二頻率對第一信號掃頻期間，從母線上獲得第二信號，所述第二信號可能受聯(lián)接到母線的部件的特性影響。該方法進一步包括基于第一信號和第二信號確定諧振頻率，以及更新逆變器模塊使得諧振頻率不被用作逆變器模塊的開關(guān)頻率。 提供了一種用于逆變器模塊的設(shè)備。該逆變器模塊包括配置為聯(lián)接到母線的匯流條裝置和聯(lián)接到匯流條裝置的電流感測元件。電流感測元件配置為從匯流條裝置獲得電流信號。控制器聯(lián)接到匯流條裝置和電流感測元件。控制器和電流感測元件協(xié)同地配置為在母線上生成電壓信號，以及從第一頻率到第二頻率對所述電壓信號掃頻，其中由電流感測元件獲得的電流信號受所述電壓信號的頻率影響?？刂破骱碗娏鞲袦y元件協(xié)同地配置為基于所述電壓信號和所述電流信號識別諧振頻率，以及基于所述諧振頻率更新對逆變器模塊的控制方案。 在另一個實施例中，提供了一種用于車輛內(nèi)的電氣系統(tǒng)的設(shè)備。該電氣系統(tǒng)包括能量源、聯(lián)接到能量源的母線、聯(lián)接到母線的輔助部件和聯(lián)接到母線的逆變器模塊。信號生成模塊聯(lián)接到母線，且該信號生成模塊配置為在母線上生成注入信號，以及從第一頻率到第二頻率對所述注入信號掃頻。信號檢測模塊聯(lián)接到母線，且該信號檢測模塊配置為在注入信號的掃頻期間從母線獲得響應(yīng)信號。所述響應(yīng)信號可受輔助部件的特性影響?？刂颇K聯(lián)接到信號生成模塊、信號檢測模塊和逆變器模塊，且該控制模塊配置為基于所述注入信號和所述響應(yīng)信號確定諧振頻率，以及更新逆變器模塊使得諧振頻率不被用作逆變器模塊的開關(guān)頻率。 提供此發(fā)明內(nèi)容部分是為了以簡化形式介紹構(gòu)思的選擇，所述構(gòu)思將在下文的具體說明書中作進一步描述。此發(fā)明內(nèi)容部分不意圖確定所要求保護主題的關(guān)鍵特征或根本特征，也不意圖用于輔助確定所要求保護主題的范圍。


結(jié)合以下附圖考慮時，可以通過參考詳細的說明書和權(quán)利要求書，而獲得對本主
題的更全面理解，其中，所有附圖中類似的附圖標號指代類似的元件。
圖1是根據(jù)一個實施例的適合于在車輛內(nèi)使用的電氣系統(tǒng)的框圖； 圖2是根據(jù)一個實施例的適合于與圖1的電氣系統(tǒng)一起使用的示例性逆變器模塊
的示意圖；禾口 圖3是根據(jù)一個實施例的適合于與圖1的電氣系統(tǒng)一起使用的諧振頻率檢測過程的流程圖。
具體實施例方式
以下的具體描述在本質(zhì)上僅是說明性的，并不意圖限制本主題的實施例或這些實 施例的應(yīng)用和使用。在本文中使用時，詞語"示例性的"意味著"用作例子、示例或例證。"任 何在本文中描述為"示例性"的實施方式不一定被解釋為與其他實施方式相比為優(yōu)選或有 利的。此外，不意圖受到在前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)和發(fā)明內(nèi)容部分或以下的具體描述中所 介紹的任何明示或默示的理論限制。 在本文中可能會從功能性和/或邏輯性模塊部件方面并參考由各種計算部件或 裝置可能執(zhí)行的操作、處理任務(wù)和功能的象征性表示來描述技術(shù)和工藝。應(yīng)認識到的是，在 附圖中示出的各種模塊部件可以通過配置為執(zhí)行特定功能的任何數(shù)量的硬件、軟件和/或 固件部件來實現(xiàn)。例如，系統(tǒng)或部件的實施例可以使用各種集成電路部件，例如存儲元件， 數(shù)字信號處理元件，邏輯元件，查詢表等，它們可以在一個或多個微處理器或其他控制裝置 的控制下執(zhí)行多種功能。 以下描述涉及"連接"或"聯(lián)接"到一起的元件或節(jié)點或構(gòu)件。在本文中使用時，除 非另有明確陳述，"連接"意味著一個元件/節(jié)點/構(gòu)件直接結(jié)合到另一個元件/節(jié)點/構(gòu) 件(或直接與之通訊)，而不必是機械地結(jié)合。類似地，除非另有明確陳述，"聯(lián)接"意味著 一個元件/節(jié)點/構(gòu)件直接或間接結(jié)合到另一個元件/節(jié)點/構(gòu)件(或者直接或間接與之 通訊)，而不必是機械地結(jié)合。因此，雖然附圖可能描繪元件的一個示例性布置，但額外的干 預(yù)元件、裝置、構(gòu)件或部件也可以存在于所描繪主題的實施例中。另外，某些術(shù)語也可以在 以下的描述中僅為參考目的使用，因此并不意圖是限制性的。術(shù)語"第一"、"第二"和其他 這樣指代結(jié)構(gòu)的數(shù)字術(shù)語不暗示次序或順序，除非通過上下文清晰地指出。
為簡潔起見，涉及模擬電路設(shè)計、發(fā)送信號、感測、脈寬調(diào)制(P麗)的常規(guī)技術(shù)和 系統(tǒng)(和系統(tǒng)的各運行部件)的其他功能性方面在本文中可能不會詳細描述。此外，在本 文所包含的各附圖中示出的連接線意圖表示各種元件之間的示例性功能性關(guān)系和/或物 理聯(lián)接。應(yīng)注意到，許多替代或額外的功能性關(guān)系或物理連接可以存在于本主題的實施例 中。 本文論述的技術(shù)和構(gòu)思總體上涉及用于檢測由聯(lián)接到DC母線上的部件的頻率特 性所導致的、該DC母線上的潛在諧振頻率的系統(tǒng)和方法。 一旦檢測到潛在的諧振頻率，就 將功率逆變器配置為避免以等于該諧振頻率的開關(guān)頻率運行，以防止來自該功率逆變器的 波紋電流導致DC母線上的諧振。 圖1以示例性實施例描繪了適合于在車輛102內(nèi)使用的電氣系統(tǒng)100。電氣系統(tǒng) 100包括但不限于能量源104、輔助部件106、逆變器模塊108、信號生成模塊110和信號檢 測模塊112。電氣系統(tǒng)100的各種元件聯(lián)接到母線114，所述母線114在本文中可稱為電壓 母線、電力母線、共用(或共享)母線或電氣母線。在示例性實施例中，電氣系統(tǒng)100進一 步包括控制模塊116，其合適地配置為支持用于檢測母線114上的潛在諧振頻率的諧振頻 率檢測過程，如在下文中更詳細描述的。應(yīng)理解的是，圖1是電氣系統(tǒng)100的用于解釋目的 的簡化表示，并不意圖以任何方式限制本文所述主題的范圍或可應(yīng)用性。在此方面，雖然圖 1將信號生成模塊110、信號檢測模塊112和控制模塊116描繪為不同的元件，但實際中，信 號生成模塊110、信號檢測模塊112和控制模塊116可以實施在一起成為集成模塊，或集成 到現(xiàn)有的模塊內(nèi)，例如逆變器模塊108內(nèi)或電子控制模塊(ECM)內(nèi)。
在示例性實施例中，母線114包括正軌線118和負軌線120，且聯(lián)接到能量源104， 以通過如下所述的常規(guī)方式在正軌線118和負軌線120之間建立電勢差。輔助部件106聯(lián) 接到母線114的兩個軌線118、 120。逆變器模塊108的輸入122聯(lián)接到母線114的兩個軌 線118、120，使得逆變器模塊108和輔助部件106電并聯(lián)。在示例性實施例中，信號生成模 塊110在母線114和逆變器模塊108的輸入122之間聯(lián)接到母線114的兩個軌線118、 120， 信號檢測模塊112在信號生成模塊110和母線114之間聯(lián)接到母線114的兩個軌線118、 120，如圖中所示。在示例性實施例中，控制模塊116聯(lián)接到逆變器模塊108、信號生成模塊 110和信號檢測模塊112，且控制模塊116配置為執(zhí)行如下文所述的任務(wù)和/或功能。
在示例性實施例中，車輛102實現(xiàn)為汽車。在替代實施例中，車輛102可以是多種 不同類型的汽車，例如轎車、貨車、卡車或運動型多功能車(SUV)中的任一種，且可以是兩 輪驅(qū)動車(2WD)(即，后輪驅(qū)動或前輪驅(qū)動)、四輪驅(qū)動車(4WD)或全輪驅(qū)動車(AWD)。車輛 102也可以包含多種不同類型發(fā)動機中的任一種或其組合，例如汽油或柴油內(nèi)燃發(fā)動機、 "可變?nèi)剂宪囕v(FFV)"發(fā)動機(即，使用汽油和乙醇混合物)、氣態(tài)化合物(例如，氫氣和天 然氣)燃料發(fā)動機、內(nèi)燃機/電動機混合動力發(fā)動機、以及電動機。在替代實施例中，車輛 102可以是插電式混合動力車輛、全電動車輛、燃料電池車輛(FCV)或其他合適的替代燃料 車輛。 在示例性實施例中，能量源104(或電源)能夠向母線114提供直流(DC)電壓。取 決于實施例，能量源104可以實現(xiàn)為電池、燃料電池、可再充電高壓電池組、超級電容器或 其他合適的能量源。在示例性實施例中，正軌線118和負軌線120每個均配置成聯(lián)接到能 量源104相應(yīng)的正輸出(或稱正端子)和負輸出(或稱負端子)，以便以常規(guī)方式在正軌線 118和負軌線120之間建立電勢差。在示例性實施例中，電氣系統(tǒng)100配置為使得母線114 包括高壓母線。應(yīng)理解的是，措辭"高壓"在本文中使用時一般用于指高于直流60伏特(或 交流30伏特)的電壓水平或電壓額定值。例如，母線114可以具有大約200伏特至550伏 特的標稱電壓范圍。在此方面，如本領(lǐng)域中將會認識到的，取決于特定實施方式的需求，可 以在能量源104和母線114之間聯(lián)接DC-DC轉(zhuǎn)換器(或稱升壓轉(zhuǎn)換器)，以在母線114上建 立希望的電壓。 取決于實施例，輔助部件106可以實現(xiàn)為輔助動力模塊、空氣壓縮機模塊、DC-DC 轉(zhuǎn)換器(或稱升壓轉(zhuǎn)換器)、動力轉(zhuǎn)向電動機驅(qū)動器或其他合適的輔助電氣部件。在此方 面，輔助部件106可以從母線114接收DC電壓，和/或向母線114提供DC電壓。在示例性 實施例中，輔助部件106具有波紋電流額定值(或容限)。在此方面，如本領(lǐng)域中將會認識 到的，輔助部件106可以包括輸入濾波器(例如， 一個或多個輸入電容器和/或電感器)，該 輸入濾波器配置成能最小化由該部件所生成的波紋電流(或電壓)，并能建立輔助部件106 的輸入阻抗，使得在正常運行期間當輔助部件106聯(lián)接到母線114時不超過該輸入濾波器 的波紋電流額定值。這樣，輔助部件106的輸入阻抗可以關(guān)于頻率變化，這取決于包括輔助 部件106的輸入濾波器的電路元件(例如，輸入電容器和/或電感器)的特定組合。應(yīng)理 解的是，雖然圖1描繪出單個輔助部件106，但如本領(lǐng)域中將會認識到的，實際中電氣系統(tǒng) 100可以包括多個輔助部件106。 在示例性實施例中，如本領(lǐng)域中將會認識到的，逆變器模塊108包括功率逆變器， 該功率逆變器配置為以常規(guī)方式將來自母線114的DC電轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動電動機或車輛牽引系統(tǒng)的AC電。如在下文中更詳細描述的，逆變器模塊108包括一個或多個聯(lián)接在母線 114的正軌線118和負軌線120之間的相腳，其中所述相腳的開關(guān)以特定的開關(guān)頻率被調(diào)制 (斷開或閉合)，以產(chǎn)生跨電動機繞組的AC電壓。在示例性實施例中，逆變器模塊108包括 控制器，所述控制器配置為能改變用于調(diào)制逆變器相腳的開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制(P麗)指令 的開關(guān)頻率，以優(yōu)化逆變器模塊108的效率，如在下文中更詳細描述的。各種利用可變開關(guān) 頻率來優(yōu)化功率逆變器的性能的方法和/或技術(shù)已眾所周知，因此為簡潔起見，這些方法 和/或技術(shù)將僅在本文中簡要地提及或完全省略，而不提供眾所周知的細節(jié)。
在示例性實施例中，信號生成模塊110 —般表示配置為能在母線114上生成注入 信號且從第一頻率到第二頻率對該注入信號掃頻的硬件、軟件和/或固件部件(和它們的 各種組合)，如在下文中更詳細描述的。取決于實施例，信號生成模塊iio可以實現(xiàn)為可變 頻率正弦波生成器，該生成器能夠使用合適地配置為能生成連續(xù)波輸出的微控制器或離散 電路振蕩器來實現(xiàn)。注入信號在母線114上產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)信號，該響應(yīng)信號受到注入信 號和聯(lián)接到母線114的各種部件106的頻率特性(或頻率相關(guān)性)的影響，如本領(lǐng)域中將 會認識到且在下文中更詳細描述的。 在示例性實施例中，信號檢測模塊112 —般表示配置為能測量、感測或以其它方 式獲得響應(yīng)信號且將所獲得的響應(yīng)信號提供到控制模塊116的硬件、軟件和/或固件部件 (和它們的各種組合)，如在下文中更詳細描述的。在示例性實施例中，信號檢測模塊112 實現(xiàn)為使用模擬采集電路，所述電路包括合適地配置的傳感器(例如，電流和/或電壓傳感 器)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的組合。用于獲得或測量信號的常規(guī)方法和/或裝置已眾所周 知，因此為簡潔起見，這些方法和/或裝置將僅在本文中簡要地提及或完全省略，而不提供 眾所周知的細節(jié)。雖然圖1將信號生成模塊110和信號檢測模塊112描繪為與逆變器模塊 108電并聯(lián)地聯(lián)接到母線114的獨立元件，但在多種替代實施例中，通過信號生成模塊110 和/或信號檢測模塊112實現(xiàn)的特征、功能和/或硬件可以集成在(或包含在)逆變器模 塊108和/或控制模塊116中，如在下文中更詳細描述的。28在示例性實施例中，控制模塊116可以實施或?qū)崿F(xiàn)為具有通用處理器、內(nèi)容 可尋址存儲器、數(shù)字信號處理器、特定用途集成電路、現(xiàn)場可編程門陣列、任何合適的可編 程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯器件、離散硬件部件、或它們的任何組合，并被設(shè)計為能 執(zhí)行本文所述的功能。在此方面，控制模塊116可以實現(xiàn)為微處理器、控制器、微控制器、狀 態(tài)機等?？刂颇K116也可以實施為計算裝置的組合，例如數(shù)字信號處理器和微處理器的 組合，多個微處理器， 一個或多個與數(shù)字信號處理器芯結(jié)合的微處理器，或任何其他這樣的 配置。在實際中，控制模塊116包括可配置為能執(zhí)行與電氣系統(tǒng)100的運行相關(guān)的功能、技 術(shù)和處理任務(wù)的處理邏輯器件，如在下文中更詳細描述的。此外，關(guān)于本文所公開實施例而 描述的方法或算法的步驟可以直接實施在硬件內(nèi)、固件內(nèi)、由控制模塊116執(zhí)行的軟件模 塊內(nèi)或它們的任何實際組合內(nèi)。 在示例性實施例中，控制模塊116配置為能識別或確定由輔助部件106的輸入阻 抗關(guān)于頻率的改變而在母線114上導致的諧振(或相應(yīng)的諧振頻率)，如在下文中更詳細描 述的。在示例性實施例中，控制模塊116基于由信號生成模塊110生成的注入信號和由信 號檢測模塊112獲得的響應(yīng)信號來識別或確定諧振頻率。作為對識別出諧振頻率的響應(yīng)， 控制模塊116更新或以其它方式配置逆變器模塊108，使得該諧振頻率不被用作逆變器模塊108的相腳的開關(guān)頻率，如在下文中更詳細描述的。雖然圖1將控制模塊116和逆變器 模塊108描繪為不同的且獨立的元件，但在實際中，控制模塊116可以集成在(或包含在) 逆變器模塊108內(nèi)。例如，控制模塊116的特征和功能性可以集成或包含在逆變器模塊108 中現(xiàn)有的控制器內(nèi)。 現(xiàn)在參考圖2，在示例性實施例中，適合于在圖1的電氣系統(tǒng)100內(nèi)使用的逆變器 模塊200包括但不限于匯流條裝置202、功率逆變器204、控制器206和電流感測元件208。 應(yīng)認識到，圖2是逆變器模塊200的簡化表示，并不意圖以任何方式限制本主題的范圍。
在示例性實施例中，匯流條裝置202包括正軌線(或稱正匯流條)210和負軌線 (或稱負匯流條)212。逆變器模塊200的輸入214配置為聯(lián)接到系統(tǒng)母線(例如，母線114)， 使得正軌線210接收或以其它方式建立正的DC電勢，負軌線212接收或以其它方式建立負 的DC電勢。例如，以常規(guī)方式，匯流條裝置202的正軌線210可以聯(lián)接到系統(tǒng)母線114的 正軌線118，匯流條裝置202的負軌線212可以聯(lián)接到系統(tǒng)母線114的負軌線120，如本領(lǐng) 域中將會認識到的。 在圖示的實施例中，功率逆變器204包括多個帶有反并聯(lián)二極管(即，與每個開關(guān) 反并聯(lián)的二極管)的開關(guān)(例如，半導體裝置，如晶體管和/或開關(guān))，所述多個開關(guān)聯(lián)接在 正軌線210和負軌線212之間，且布置在逆變器相腳內(nèi)，如本領(lǐng)域中將會認識到的。如所示 出，功率逆變器204包括三個逆變器相腳。如將能理解的，功率逆變器204的輸出(例如， 逆變器相腳的中點)可以聯(lián)接到電動機，使得功率逆變器204內(nèi)的開關(guān)的調(diào)制(例如，斷開 和閉合)產(chǎn)生跨電動機繞組的交流(AC)電壓。 在示例性實施例中，控制器206與功率逆變器204可運行地通訊和/或電聯(lián)接。 控制器206響應(yīng)于從車輛駕駛員接收的指令(例如，通過加速踏板)且為聯(lián)接到功率逆變 器204的電動機確定希望的轉(zhuǎn)矩輸出?？刂破?06生成或以其它方式提供用以調(diào)制逆變器 相腳內(nèi)的開關(guān)的信號，使得功率逆變器204的輸出AC電壓能使電動機以希望的轉(zhuǎn)矩輸出 運行，如本領(lǐng)域中將會認識到的。在示例性實施例中，控制器206生成高頻脈沖寬度調(diào)制 (P麗)信號(或稱P麗指令)，使得功率逆變器204基于預(yù)定的控制方案以特定的開關(guān)頻率 運行(例如，功率逆變器204的開關(guān)以特定的開關(guān)頻率被調(diào)制)，如本領(lǐng)域中將會認識到的。 在本文中使用時，控制方案應(yīng)理解為是指被逆變器模塊200和/或控制器206用來確定用 于調(diào)制逆變器相腳的開關(guān)頻率的特定方法、算法、技術(shù)或其他過程。用于生成P麗信號的各 種方法和/或技術(shù)已眾所周知，因此為簡潔起見，將僅在本文中簡要地提及或完全省略，而 不提供眾所周知的細節(jié)。功率逆變器204會生成其頻率等于P麗信號(或稱P麗指令)的 特定開關(guān)頻率的波紋電流，如本領(lǐng)域中將會認識到的。 在示例性實施例中，控制器206聯(lián)接在匯流條裝置202的正軌線210和負軌線212 之間。在此方面，雖然未圖示，但控制器206和匯流條裝置202可以通過隔離電路或合適地 配置為能提供電壓隔離的其他元件聯(lián)接，使得控制器206不暴露于可能存在于匯流條裝置 202上的高電壓，如本領(lǐng)域中將會認識到的。如在下文中更詳細描述的，在示例性實施例中， 控制器206配置為能在聯(lián)接到匯流條裝置202的母線(例如，母線114)上生成注入電壓信 號，且能從第一頻率到第二頻率對該電壓信號掃頻，如將在下文中更詳細描述的。
在圖示的實施例中，電流感測元件208在逆變器模塊200的輸入214和控制器206 之間聯(lián)接到匯流條裝置202。如所圖示，電流感測元件208聯(lián)入正軌線210，使得電流感測元
9件208聯(lián)接在逆變器模塊200的輸入214和控制器206之間。在替代的實施例中，電流感測元件208可以聯(lián)入負軌線212或與匯流條裝置202分開(例如，如在圖1中信號檢測模塊112所示那樣)。電流感測元件208配置為能測量、感測或以其它方式獲得由注入電壓信號引起的從控制器206流出、途徑匯流條202且從輸入214流出而流到逆變器模塊200的電流信號，如在下文中更詳細描述的。電流感測元件208可以實現(xiàn)為任何數(shù)量的硬件、軟件和/或固件部件，它們配置為能獲得和/或測量通過匯流條裝置202的軌線210、212的電流。在示例性實施例中，電流感測元件208在從第一頻率到第二頻率對注入電壓信號掃頻期間獲得通過匯流條裝置202的電流，并將獲得的電流信號提供到控制器206。控制器206分析注入電壓信號和響應(yīng)于該注入電壓信號而發(fā)生的電流信號之間的關(guān)系，并確定或識別聯(lián)接到匯流條裝置202的系統(tǒng)母線(例如，母線114)上的諧振(或諧振頻率)，如在下文中更詳細描述的。 現(xiàn)在參考圖3，在示例性實施例中，電氣系統(tǒng)可以配置為能執(zhí)行諧振頻率檢測過程300和下文中描述的額外任務(wù)、功能和操作。所述各種任務(wù)可以通過軟件、硬件、固件或它們的任何組合來執(zhí)行。為說明目的，以下的描述可以對照以上結(jié)合圖1至圖2所提及的元件。在實際中，所述任務(wù)、功能和操作可以通過所述系統(tǒng)的不同元件來執(zhí)行，例如通過逆變器模塊108、200，信號生成模塊IIO，信號檢測模塊112，控制器206或電流感測元件208來執(zhí)行。應(yīng)認識到的是，可以包括任何數(shù)量的額外或替代任務(wù)，且可以將其包含到具有未在本文中詳細描述的額外功能性的、更綜合的程序或過程中。 現(xiàn)在參考圖3，且繼續(xù)參考圖1和圖2，可以執(zhí)行諧振頻率檢測過程300以檢測或確定可能在電氣母線(例如，母線114)上發(fā)生的一個或多個諧振頻率，所述諧振頻率的發(fā)生由可能聯(lián)接到該電氣母線的各種部件的輸入阻抗的各種頻率相關(guān)特性所導致。取決于實施例，諧振頻率檢測過程300可以響應(yīng)于來自車輛控制模塊(S卩，電子控制單元或簡稱ECU)的信號或指令而啟動，或響應(yīng)于檢測到存在聯(lián)接于母線的能量源或電源(例如，能量源104)而啟動。替代地，諧振頻率檢測過程300可以在逆變器模塊最初聯(lián)接到母線時啟動。在示例性實施例中，諧振頻率檢測過程300在車輛內(nèi)的電動機開始運行前執(zhí)行，使得在執(zhí)行諧振頻率檢測過程300期間，功率逆變器204的開關(guān)為斷開的并且功率逆變器204作為開路運行，如本領(lǐng)域中將會認識到的。以此方式，諧振頻率檢測過程300可以每次在車輛運行前執(zhí)行，以便動態(tài)地且適應(yīng)性地配置逆變器模塊108、200和/或控制器206，以避免在潛在的諧振頻率下運行，如在下文中更詳細描述的。 在示例性實施例中，諧振頻率檢測過程300開始于在母線上生成具有第一頻率的注入信號(任務(wù)302)。在此方面，注入信號是具有預(yù)定頻率的交流(AC)信號，使得注入信號有效地模仿AC波紋電流。由于母線(例如，母線114)主要是DC母線，所以AC注入信號將在母線上產(chǎn)生相應(yīng)的AC響應(yīng)信號，所述響應(yīng)信號可以被獲得、測量或以其它方式識別到，如在下文中更詳細描述的。在示例性實施例中，第一頻率表示聯(lián)接到母線的特定逆變器模塊(或功率逆變器)的潛在開關(guān)頻率的范圍的端點。例如，逆變器模塊108、200內(nèi)的功率逆變器204的開關(guān)頻率的范圍在運行期間可以從四千赫到十二千赫。在此方面，第一頻率可以選擇為四千赫或十二千赫，使得它代表潛在開關(guān)頻率的范圍的端點。取決于實施例，注入信號可以實施為電流信號或電壓信號。 在示例性實施例中，注入信號包括小信號電壓或小信號電流，即注入信號的幅度選擇為相對于母線上的標稱信號水平是小值，使得在聯(lián)接到母線的各種部件運行時所述注入信號的幅度可忽略。例如，根據(jù)一個實施例，在逆變器模塊200內(nèi)的控制器206可以通過生成幅度(或幅值)為一伏特且頻率為四千赫的電壓信號(例如，軌線210和212之間的電壓勢差)來生成注入的信號。替代地，根據(jù)另一個實施例，控制模塊116可以指令、指示或以其它方式致使信號生成模塊110在母線114上生成幅度(或幅值)為一伏特且頻率為四千赫的電壓信號(例如，軌線118和120之間的電壓勢差)。應(yīng)理解的是，雖然諧振頻率檢測過程300在本文中可以在"電壓信號作為注入信號"的背景下進行描述，但諧振頻率檢測過程300可以以類似的方式使用電流信號作為注入信號而實施，如本領(lǐng)域中將會認識到的。 在示例性實施例中，諧振頻率檢測過程300繼續(xù)進行的是從第一頻率到第二頻率對注入信號掃頻(任務(wù)304)。在示例性實施例中，第二頻率表示特定逆變器模塊(或功率逆變器)的潛在開關(guān)頻率的范圍的端點，使得第二頻率對應(yīng)于潛在頻率范圍的、與第一頻率相反的那個端點。例如，如果逆變器模塊的潛在開關(guān)頻率的范圍為從四千赫到十二千赫，且第一頻率選作為四千赫，則第二頻率可以選作為十二千赫，因此表示潛在開關(guān)頻率的范圍的相反端點。 在示例性實施例中，諧振頻率檢測過程300執(zhí)行注入信號的掃頻，這通過將該注入信號的幅度(或幅值)維持在恒定的水平且將該注入信號從第一頻率到第二頻率掃頻來進行。在此方面，注入信號的頻率可以平滑地且連續(xù)地以恒定的速度從第一頻率調(diào)整到第二頻率，如本領(lǐng)域中將會認識到的。例如，控制器206和/或信號生成模塊110可以生成幅度為一伏特的電壓信號，且對該電壓信號從四千赫到十二千赫掃頻。在替代實施例中，諧振頻率檢測過程300可以通過以固定間隔遞增地調(diào)整注入信號的頻率來對該注入信號掃頻。例如，控制器206和/或信號生成模塊110可以生成幅度為一伏特的電壓信號，且以一百赫茲的間隔將該電壓信號的頻率從四千赫遞增地增加到十二千赫。 在示例性實施例中，諧振頻率檢測過程300繼續(xù)進行獲得(或測量)母線上的由于注入信號導致的響應(yīng)信號(任務(wù)306)。例如，如果小的AC電壓信號注入到母線上，則可測量、獲得或以其它方式識別該母線上的由于該AC電壓信號導致的AC電流信號。當從第一頻率到第二頻率對注入信號掃頻期間注入信號的頻率改變時，響應(yīng)信號的幅度(幅值)和/或相位將受到聯(lián)接到母線的各種部件的頻率特性(或頻率相關(guān)性)的影響，如本領(lǐng)域中將會認識到且在下文中更詳細描述的。以此方式，響應(yīng)信號受到注入信號的頻率的影響。在示例性實施例中，電流感測元件208和/或信號檢測模塊112獲得或測量響應(yīng)信號(例如，電流信號)且將與該響應(yīng)信號相關(guān)的信息(例如幅度和/或相位)提供到控制器206和/或控制模塊116，用于進一步分析。根據(jù)一個實施例，如果注入信號的頻率遞增地調(diào)整，則對于第一頻率到第二頻率之間的每個頻率增量會測量到或獲得響應(yīng)信號。
在示例性實施例中，諧振頻率檢測過程300繼續(xù)進行基于注入信號和響應(yīng)信號之間的關(guān)系確定在母線上是否存在諧振頻率(任務(wù)308)。在此方面，諧振頻率檢測過程300分析注入信號和響應(yīng)信號之間的關(guān)系，以確定聯(lián)接到母線的部件(或各部件的總體配置)是否可能在逆變器模塊的可能的開關(guān)頻率范圍內(nèi)的特定頻率下在該母線上導致諧振。例如，聯(lián)接到母線114的輔助部件106可以包括一個或多個輸入電容器和/或電感器，因此，輔助部件106的輸入阻抗將隨頻率改變，如本領(lǐng)域中將會認識到的。因此，從逆變器模塊108、200的輸入122、214(或通過控制器206和/或信號生成模塊110)可見的有效阻抗可 以隨著注入信號的頻率改變而增大或減小，從而導致響應(yīng)信號的幅度和/或相位的相應(yīng)改變。 根據(jù)一個實施例，諧振頻率檢測過程300通過基于注入信號和響應(yīng)信號計算輸入 阻抗來確定或識別諧振頻率。在此方面，計算出的輸入阻抗代表來自逆變器模塊108、200 的輸入122、214的、母線114的有效阻抗。例如，諧振頻率檢測過程300可以用注入的電壓 信號(例如，由控制器206和/或信號生成模塊110生成的電壓信號)除以響應(yīng)電流信號 (例如，由電流感測元件208和/或信號檢測模塊112獲得的電流信號)。諧振頻率檢測過 程300然后可以通過分析輸入阻抗的幅度和/或相位相對于頻率的變化來識別諧振頻率。 根據(jù)一個實施例，諧振頻率檢測過程300對輸入阻抗進行傅立葉分析(例如，快速傅立葉變 換或簡稱FFT)，以獲得母線的諧振頻率。在另一個實施例中，諧振頻率檢測過程300可以 使用圖形識別來確定或識別諧振頻率。例如，在不存在諧振頻率的情況下，響應(yīng)信號相對于 注入信號的衰減會隨注入信號的頻率的升高而增加。然而，如果存在諧振頻率，則在諧振頻 率附近會出現(xiàn)突然的峰值(或衰減的降低)?？焖俑盗⑷~分析可以用于分析注入信號和響 應(yīng)信號的頻率組成并構(gòu)建一個圖形，隨后將該圖形與表示不具有諧振頻率的電氣系統(tǒng)的參 考圖形進行對比。雖然本主題在本文中可以在單個諧振頻率的背景下進行描述，但在實際 的實施例中，對于給定的實施方式，在母線上可能存在多個諧振頻率，且諧振頻率檢測過程 300可以適合于適應(yīng)多個諧振頻率，如本領(lǐng)域中將會認識到的。 在示例性實施例中，如果諧振頻率檢測過程300識別到在母線上的諧振頻率，則 諧振頻率檢測過程300繼續(xù)進行將更新用于..逆變器模塊的控制方案，以避免將該諧振 頻率用作開關(guān)頻率(任務(wù)310)。所述控制方案被更新，使得諧振頻率在隨后的運行期間不 用作逆變器模塊108、200的開關(guān)頻率，從而降低逆變器模塊在該諧振頻率下產(chǎn)生波紋電流 的可能性，否則該諧振頻率可能會潛在地導致超過一個或多個部件的波紋電流額定值。換 言之，諧振頻率檢測過程300將控制器206和/或逆變器模塊108、200配置或更新為使得 在隨后的運行期間用于調(diào)制逆變器相腳204的開關(guān)頻率不會等于諧振頻率。在示例性實施 例中，在合適地更新了控制方案且將控制器206和/或逆變器模塊108、200配置為能避免 以諧振頻率作為開關(guān)頻率之后，諧振頻率檢測過程300退出，且電氣系統(tǒng)和/或逆變器模塊 可以繼續(xù)正常運行。 簡要地總結(jié)，以上所述系統(tǒng)和/或方法的一個優(yōu)點在于，潛在的諧振頻率可以被 動態(tài)地識別，從而逆變器模塊可以動態(tài)地配置為能適應(yīng)聯(lián)接到(或共享)DC母線的其他部 件中的改變。通過實現(xiàn)逆變器模塊的適應(yīng)性頻率選擇，所述系統(tǒng)和/或方法提供了對于輔 助部件的增強的保護，以防由于部件容限變化、老化和其他對電氣系統(tǒng)的更新或修改而導 致的潛在地有害的母線諧振。 雖然至少一個示例性實施例已在以上詳細描述中給出，但應(yīng)認識到的是存在很多 變型。也應(yīng)認識到，本文所述的示例性實施例不意圖以任何方式限制所要求保護的主題的 范圍、可應(yīng)用性或配置。相反，以上的詳細描述將為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供用于實施所述實施 例的方便路線圖。應(yīng)理解的是，在不偏離由權(quán)利要求所限定范圍的情況下，可以在元件的功 能和布置上進行多種改變，其中所述范圍包括在此專利申請?zhí)峤粫r已知的等同物和可預(yù)見 的等同物。
權(quán)利要求
一種用于檢測母線上的諧振的方法，所述母線聯(lián)接到第一部件和逆變器模塊，該方法包括在母線上生成第一信號，該第一信號具有第一頻率；從第一頻率到第二頻率對第一信號掃頻；在從第一頻率到第二頻率對第一信號掃頻期間，從母線上獲得第二信號，該第二信號受第一部件的特性影響；基于第一信號和第二信號確定諧振頻率；和更新逆變器模塊，使得所述諧振頻率不被用作逆變器模塊的開關(guān)頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中 在母線上生成第一信號包括在母線上生成電壓信號； 對第一信號掃頻包括從第一頻率到第二頻率對所述電壓信號掃頻；禾口 獲得第二信號包括響應(yīng)于從第一頻率到第二頻率對所述電壓信號的掃頻而獲得母線上的電流信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中從第一頻率到第二頻率對所述電壓信號掃頻包 括從第一頻率到第二頻率遞增地調(diào)整所述電壓信號的頻率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中獲得母線上的電流信號包括對于從第一頻率到 第二頻率的每個頻率增量，測量母線上的電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中確定諧振頻率包括 基于所述電壓信號和所述電流信號計算輸入阻抗；禾口 基于所述輸入阻抗識別諧振頻率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中識別諧振頻率包括分析所述輸入阻抗以獲得諧振頻率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中分析所述輸入阻抗包括對所述輸入阻抗進行傅 立葉分析。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中逆變器模塊包括控制器，其中更新逆變器模塊包括更新對控制器的控制方案，使得逆變器模塊的相腳的開關(guān)頻率不等于諧振頻率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中更新逆變器模塊包括更新對逆變器模塊的控制 方案，使得諧振頻率不被用作逆變器模塊的開關(guān)頻率。
10. —種逆變器模塊，包括 配置為聯(lián)接到母線的匯流條裝置；聯(lián)接到匯流條裝置的電流感測元件，該電流感測元件配置為從匯流條裝置獲得電流信 號；和聯(lián)接到匯流條裝置和電流感測元件的控制器，其中該控制器和電流感測元件協(xié)同地配 置為在母線上生成電壓信號，該電壓信號具有頻率；從第一頻率到第二頻率對所述電壓信號掃頻，其中由電流感測元件獲得的電流信號受 所述電壓信號的頻率影響；基于所述電壓信號和所述電流信號識別諧振頻率；禾口 基于所述諧振頻率更新對逆變器模塊的控制方案。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的逆變器模塊，進一步包括聯(lián)接到匯流條裝置和控制器的功率逆變器，其中控制器配置為基于所述控制方案使功率逆變器在開關(guān)頻率下運行。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的逆變器模塊，其中控制器配置為更新所述控制方案，使得開關(guān)頻率不等于諧振頻率。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的逆變器模塊，其中控制器配置為從第一頻率到第二頻率遞增地調(diào)整所述電壓信號的頻率；禾口對于從第一頻率到第二頻率的每個頻率增量獲得母線上的電流信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的逆變器模塊，其中控制器配置為通過以下方式識別諧振頻率基于所述電壓信號和所述電流信號計算阻抗；禾口分析所述阻抗以識別諧振頻率。
15. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的逆變器模塊，其中控制器配置為從四千赫到十二千赫對所述電壓信號掃頻。
16. —種車輛內(nèi)的電氣系統(tǒng)，所述電氣系統(tǒng)包括能量源；聯(lián)接到能量源的母線；聯(lián)接到母線的輔助部件；聯(lián)接到母線的逆變器模塊；聯(lián)接到母線的信號生成模塊，該信號生成模塊配置為在母線上生成注入信號，該注入信號具有頻率；禾口從第一頻率到第二頻率對所述注入信號掃頻；聯(lián)接到母線的信號檢測模塊，該信號檢測模塊配置為在注入信號的掃頻期間從母線獲得響應(yīng)信號，該響應(yīng)信號受輔助部件的特性影響；禾口聯(lián)接到信號生成模塊、信號檢測模塊和逆變器模塊的控制模塊，其中該控制模塊配置為基于所述注入信號和所述響應(yīng)信號確定諧振頻率；禾口更新逆變器模塊，使得所述諧振頻率不被用作逆變器模塊的開關(guān)頻率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電氣系統(tǒng)，其中信號生成模塊配置為在母線上生成電壓信號；禾口從第一頻率到第二頻率對所述電壓信號掃頻。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電氣系統(tǒng)，其中信號檢測模塊配置為響應(yīng)于從第一頻率到第二頻率對所述電壓信號的掃頻而獲得母線上的電流信號。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電氣系統(tǒng)，其中控制模塊配置為基于所述注入信號和所述響應(yīng)信號計算輸入阻抗；禾口基于所述輸入阻抗識別諧振頻率。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電氣系統(tǒng)，其中信號生成模塊配置為從四千赫到十二千赫對所述注入信號掃頻。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于檢測直流電壓母線上的諧振的系統(tǒng)和方法。提供了一種用于檢測聯(lián)接到逆變器模塊的母線上的諧振的系統(tǒng)和方法。該方法包括在母線上生成具有第一頻率的第一信號和從第一頻率到第二頻率對第一信號掃頻。在從第一頻率到第二頻率對第一信號掃頻期間，從母線上獲得第二信號，所述第二信號可能受聯(lián)接到母線的部件的特性影響。該方法進一步包括基于第一信號和第二信號確定諧振頻率，以及更新逆變器模塊使得諧振頻率不被用作逆變器模塊的開關(guān)頻率。
文檔編號G01R23/02GK101788606SQ20101010583
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者L·A·卡朱克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司