本發(fā)明涉及用于控制混合動(dòng)力車輛的高壓側(cè)直流/直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器(HDC)的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于控制混合動(dòng)力車輛的高壓側(cè)DC/DC轉(zhuǎn)換器的裝置和方法，其中高壓側(cè)DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率基于電感器和絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)的溫度可變地調(diào)節(jié)，所述電感器和絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)構(gòu)成高電壓側(cè)DC/DC轉(zhuǎn)換器，從而維持電感器和IGBT開關(guān)元件的溫度之間的平衡。

背景技術(shù)：

為最大化如混合動(dòng)力車輛或電動(dòng)車輛之類的對(duì)環(huán)保型(eco-friendly)車輛的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的效率，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的方法從通過使用逆變器直接轉(zhuǎn)換高壓電池的電壓來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的方法變化為通過首先使用高壓側(cè)DC/DC逆變器增加高壓電池的能量來使用逆變器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的方法。因此，高壓側(cè)DC/DC轉(zhuǎn)換器(在下文，被稱為HDC)安裝在最近已經(jīng)增加需求的插入式混合動(dòng)力車輛、電動(dòng)車輛等內(nèi)部，所述高壓側(cè)DC/DC轉(zhuǎn)換器用于首先增加高壓電池的電壓并且向逆變器施加增加的電壓。HDC配置成幾種類型的如電感器和IGBT之類的半導(dǎo)體元件以增加驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作電壓。

參考圖1，HDC是設(shè)置于高壓電池10和逆變器30之間的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的升壓電路。HDC包括連接至高壓電池10的輸出端的電感器22和轉(zhuǎn)換電流流過電感器22的上部IGBT開關(guān)元件24與下部IGBT開關(guān)元件26。

當(dāng)通過電感器22向電動(dòng)機(jī)供給驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，DHC 20作為升壓轉(zhuǎn)換器工作，當(dāng)執(zhí)行再生制動(dòng)時(shí)，DHC 20作為用于對(duì)高壓電池充電的降壓轉(zhuǎn)換器工作。HDC 20的轉(zhuǎn)換操作通過向上部和下部IGBT開關(guān)元件24和26各自的柵極施加彼此反相的PWM信號(hào)來執(zhí)行。

具體地，在接通/斷開上部和下部IGBT開關(guān)元件的工作中發(fā)生開關(guān)損耗。當(dāng)電動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)時(shí)，開關(guān)損耗發(fā)生在下部IGBT開關(guān)元件。當(dāng)執(zhí)行再生制動(dòng)時(shí)，開關(guān)損耗發(fā)生在上部IGBT開關(guān)元件。開關(guān)損耗隨著HDC開關(guān)頻率的增加而增加。進(jìn)一步，發(fā)生在HDC的IGBT開關(guān)元件的操縱中的損耗量增加了IGBT開關(guān)元件的溫度。隨著發(fā)生在IGBT開關(guān)元件的操縱中的損耗量的增加，被驅(qū)動(dòng)的IGBT開關(guān)元件的數(shù)目應(yīng)當(dāng)增加。而且，單位成本隨IGBT開關(guān)元件增加的數(shù)目增加。

同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，降低開關(guān)頻率的方法用于減小發(fā)生在IGBT開關(guān)元件的開關(guān)損耗的量的方法。當(dāng)降低開關(guān)頻率時(shí)，電感器波紋電路的振幅增加，這導(dǎo)致電感器產(chǎn)生熱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供用于控制混合動(dòng)力車輛的HDC的裝置和方法，其中構(gòu)成HDC的電感器和IGBT開關(guān)元件的溫度被檢測(cè)，并且HDC的開關(guān)頻率基于各個(gè)元件的各個(gè)溫度的狀態(tài)可變地被調(diào)節(jié)，以維持電感器和IGBT開關(guān)元件的溫度之間的平衡，從而提高IGBT開關(guān)元件的利用率。

在一方面，本發(fā)明提供用于控制混合動(dòng)力車輛的HDC的裝置，其可包括：HDC，其包括：連接至高壓電池輸出端的電感器，和配置成轉(zhuǎn)換流經(jīng)電感器的電流的過電感器的上部絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)開關(guān)元件與下部IGBT開關(guān)元件；元件溫度感測(cè)單元，其包括：配置成感測(cè)所述電感器溫度的第一溫度傳感器、配置成感測(cè)所述下部IGBT開關(guān)元件溫度的第二溫度傳感器和配置成感測(cè)所述上部IGBT開關(guān)元件溫度的第三溫度傳感器；以及控制器，其配置成接收所述第一至第三溫度傳感器的溫度感測(cè)值，并響應(yīng)于檢測(cè)所述電感器和各個(gè)IGBT開關(guān)元件之間在溫度上的變化，將IGBT開關(guān)元件的開關(guān)頻率條件成增加或降低，以維持所述電感器和各個(gè)IGBT開關(guān)元件的溫度之間的平衡。

在示例性實(shí)施例中，下部IGBT開關(guān)元件用于所述轉(zhuǎn)換器的升壓模式，并且所述上部IGBT開關(guān)元件用于所述轉(zhuǎn)換器的降壓模式。另外，當(dāng)由所述第二溫度傳感器感測(cè)的所述下部IGBT開關(guān)元件的溫度或由所述第三溫度傳感器感測(cè)的所述上部IGBT開關(guān)元件的溫度高于由所 述第一溫度傳感器感測(cè)的所述電感器的溫度時(shí)，所述控制器配置成將所述開關(guān)頻率降低至預(yù)定水平。

進(jìn)一步，當(dāng)由所述第一溫度傳感器感測(cè)的所述電感器的溫度高于由所述第二溫度傳感器感測(cè)的所述下部IGBT開關(guān)元件的溫度或由所述第三溫度傳感器感測(cè)的所述上部IGBT開關(guān)元件的溫度時(shí)，所述控制器配置成將所述開關(guān)頻率增加至預(yù)定水平。

在另一方面，本發(fā)明提供用于控制混合動(dòng)力車輛的HDC的方法，其可包括：除HDC的電感器的溫度外，由感測(cè)單元還感測(cè)下部絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)開關(guān)元件和上部IGBT開關(guān)元件的溫度；以及

響應(yīng)于確定所述電感器和各個(gè)IGBT開關(guān)元件之間的溫度變化，由控制器將IGBT開關(guān)元件的開關(guān)頻率調(diào)節(jié)成增加或降低以維持所述電感器和各個(gè)IGBT開關(guān)元件的溫度之間的平衡。

在調(diào)節(jié)所述開關(guān)頻率的步驟中，當(dāng)所述下部IGBT開關(guān)元件的溫度或所述上部IGBT開關(guān)元件的溫度高于所述電感器的溫度時(shí)，將開關(guān)頻率調(diào)節(jié)成降低至所述預(yù)定水平，以降低各個(gè)IGBT開關(guān)元件的溫度。當(dāng)所述開關(guān)頻率降低至所述預(yù)定水平時(shí)，考慮到所述轉(zhuǎn)換器的輸出波紋，將所述開關(guān)頻率固定到臨界頻率范圍內(nèi)的最小值。

進(jìn)一步，在調(diào)節(jié)開關(guān)頻率的步驟中，當(dāng)所述電感器的溫度高于所述下部IGBT開關(guān)元件的溫度或所述上部IGBT開關(guān)元件的溫度時(shí)，將開關(guān)頻率增加至預(yù)定水平以降低所述電感器的溫度。當(dāng)所述開關(guān)頻率被增加至所述預(yù)定水平時(shí)，考慮到各個(gè)開關(guān)元件IGBT的轉(zhuǎn)換速度，將所述開關(guān)頻率固定到臨界頻率范圍內(nèi)的最大值。

如上所述，本發(fā)明提供如下優(yōu)點(diǎn)：

第一，可檢測(cè)構(gòu)成HDC的電感器和IGBT開關(guān)元件的溫度。響應(yīng)于檢測(cè)電感器和IGBT開關(guān)元件之間在溫度上的變化，HDC的開關(guān)頻率可被可變地調(diào)節(jié)，以維持電感器和IGBT開關(guān)元件的溫度之間的平衡。因此，有可能維持適度利用電感器和IGBT開關(guān)元件的溫度，從而提高IGBT開關(guān)元件的利用率。

第二，隨著電感器和IGBT開關(guān)元件的溫度的適度利用被維持，有可能防止在電感器中產(chǎn)生熱并且減小IGBT開關(guān)元件的開關(guān)損耗。

附圖說明

本發(fā)明的上述和其他特征將參考示例性實(shí)施例及說明其的附圖進(jìn)行詳細(xì)地描述，所述附圖在下文中僅以說明的方式給出，并因此不限制本發(fā)明，以及其中：

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)說明混合動(dòng)力車輛的逆變器和HDC之間關(guān)系的電路圖；

圖2是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)成混合動(dòng)力車輛的HDC的IGBT開關(guān)元件和電感器的溫度飽和時(shí)間的圖；

圖3是說明根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例用于控制混合動(dòng)力車輛的HDC的裝置的電路圖；以及

圖4是說明根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例用于控制混合動(dòng)力車輛的HDC的方法的流程圖。

應(yīng)當(dāng)理解，附圖不一定是按照比例繪制的，其呈現(xiàn)說明本發(fā)明原理的各種特征的稍微簡(jiǎn)化的表示。如在此公開的包括例如特定的大小、方向、位置和形狀的本發(fā)明的特定設(shè)計(jì)特征將部分地由具體預(yù)期應(yīng)用和使用環(huán)境來確定。圖中，在所有附圖中標(biāo)識(shí)號(hào)指的是本發(fā)明的相同或者等價(jià)部件。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該理解，本文所使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或其他類似的術(shù)語包括通常的機(jī)動(dòng)車輛，例如包括運(yùn)動(dòng)型多功能汽車(SUV)的乘用汽車、公共汽車、卡車、各種商業(yè)車輛、包括各種船只和船舶的水上車輛、飛行器等，并包括混合動(dòng)力車輛、電動(dòng)車輛、插入式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛、氫動(dòng)力車輛，以及其他代用燃料車輛(例如衍生自石油資源之外的燃料)。如本文所參考，混合動(dòng)力交通工具為具有兩種或更多種能源的交通工具，例如汽油動(dòng)力交通工具和電動(dòng)交通工具。

雖然示例性實(shí)施例被描述為使用了多個(gè)部件以執(zhí)行所述示例性過程，但應(yīng)該理解的是，示例性過程也可由一個(gè)或多個(gè)模塊執(zhí)行。另外，應(yīng)該理解的是，術(shù)語控制器/控制部件指的是包括存儲(chǔ)器和處理器的硬件設(shè)備。所述存儲(chǔ)器配置成存儲(chǔ)經(jīng)特定配置執(zhí)行所述模塊以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)過程的模塊和處理器，這將在下文進(jìn)一步描述。。

本文所用的術(shù)語僅為了描述特定實(shí)施例的目的，并非傾向于限制本發(fā)明。如本文所使用，單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“該”也傾向于包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確說明。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解，當(dāng)在本說明書中使用時(shí)，術(shù)語“包括”和/或“包括著”指定所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其集合的存在或附加。如本文所使用，術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出項(xiàng)中的任何和全部組合。

除非明確地陳述或從上下文顯而易見的，本文所用的，術(shù)語“約”應(yīng)理解為在本領(lǐng)域中正常的公差范圍內(nèi)，例如在平均值的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差內(nèi)?！凹s”可被理解為在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、或0.01％之內(nèi)。除非從上下文另外清楚的明確，本文提供的所有數(shù)值都被術(shù)語“約”所修飾。

在下文將具體參考本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出并在下文描述。雖然本發(fā)明將結(jié)合示例性實(shí)施例進(jìn)行描述，但應(yīng)該理解的是，本說明書不傾向于將本發(fā)明限制于所述實(shí)施例。正相反，本公開旨在不僅涵蓋示例性實(shí)施例，而是也涵蓋包括在隨附權(quán)力要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種替代、修改、等效物和其它實(shí)施例。

用于驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力車輛的電動(dòng)機(jī)的最大輸出在10秒內(nèi)產(chǎn)生，并且HDC可在此期間配置成增加高壓電池的功率。具體地，HDC的IGBT開關(guān)元件的溫度立即飽和，但是HDC的電感器的溫度不是立即飽和。

參考現(xiàn)有技術(shù)的圖2，說明HDC的電感器和IGBT開關(guān)元件在車輛達(dá)10秒的突然啟動(dòng)內(nèi)的熱力曲線，即在用于驅(qū)動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)的最大輸出內(nèi)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)從連續(xù)輸出狀態(tài)進(jìn)入最大輸出狀態(tài)時(shí)，IGBT開關(guān)元件的溫度在約10秒內(nèi)增加至40℃。

具體地，因?yàn)殡姼衅鞯臒崛萘渴浅渥愕?，所以電感器的溫度不是立即飽和的，且相?yīng)地，與IGBT開關(guān)元件不同，電感器的溫度不是迅速地增加?？紤]到電感器溫度飽和的時(shí)間大于IGBT開關(guān)元件溫度飽和的時(shí)間，在本發(fā)明中，HDC的開關(guān)頻率和基于構(gòu)成HDC的電感器和開關(guān)元件的溫度狀態(tài)被可變地調(diào)節(jié)以維持電感器和IGBT開關(guān)元件的溫度之間的平衡，從而提高IGBT開關(guān)元件的利用率。如下將描述根據(jù)本發(fā)明的用于控制混合動(dòng)力車輛的HDC的裝置和方法。

圖3是說明根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于控制混合動(dòng)力車輛的HDC的裝置的電路圖。圖4說明根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于控制混合動(dòng)力車輛的HDC的方法的流程圖。如圖3所示，HDC 20，即高壓側(cè)DC/DC轉(zhuǎn)換器可包括電感器22，以及轉(zhuǎn)換電流流過電感器22的上部IGBT開關(guān)元件24和下部IGBT開關(guān)元件26，

當(dāng)向電動(dòng)機(jī)供給驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，HDC 20可配置成作為升壓轉(zhuǎn)換器工作，并且當(dāng)執(zhí)行再生制動(dòng)時(shí)作為減壓轉(zhuǎn)換器用于對(duì)高壓電池充電。相應(yīng)地，下部IGBT開關(guān)元件26可用于轉(zhuǎn)換器的升壓模式，以及上部IGBT開關(guān)元件24可用于轉(zhuǎn)換器的降壓模式。具體地，元件溫度感測(cè)單元將配置感測(cè)設(shè)置在HDC20內(nèi)部的電感器22和IGBT開關(guān)元件24與26的溫度。

更具體地，元件溫度感測(cè)單元可包括第一溫度傳感器T1、第二溫度傳感器T2和第三溫度傳感器T3，所述第一溫度傳感器T1配置成感測(cè)電感器22的溫度，所述第二溫度傳感器T2配置成感測(cè)下部IGBT開關(guān)元件26的溫度，所述第三溫度傳感器T3配置成感測(cè)上部IGBT開關(guān)元件24的溫度。另外，第一至第三溫度傳感器T1至T3的溫度感測(cè)值可實(shí)時(shí)地向控制器40輸入。

控制器40可配置成接收第一至第三溫度傳感器T1至T3的溫度感測(cè)值。進(jìn)一步，響應(yīng)于確定電感器22和各個(gè)IGBT開關(guān)元件24和26之間在溫度上的變化，控制器40可配置成增加或降低IGBT開關(guān)元件的開關(guān)頻率，以維持電感器22與各個(gè)IGBT開關(guān)元件24和26的溫度之間的平衡。

當(dāng)由第二溫度傳感器T2感測(cè)的下部IGBT開關(guān)元件26的溫度或由第三溫度傳感器T3感測(cè)的上部IGBT開關(guān)元件24的溫度高于由第一溫度傳感器T1感測(cè)的電感器22的溫度時(shí)，控制器40可配置成通過降低開關(guān)頻率至預(yù)定水平來降低IGBT開關(guān)元件的溫度。

此外，因?yàn)榘l(fā)生在驅(qū)動(dòng)各個(gè)HDC 20的IGBT開關(guān)元件24和26中的開關(guān)損耗量增加IGBT開關(guān)元件的溫度，并且因?yàn)楦鱾€(gè)IGBT開關(guān)元件24和26的溫度高于電感器22的溫度，所以IGBT開關(guān)元件的溫度可基于開關(guān)損耗量增加。因此，開關(guān)頻率可降低至預(yù)定水平，從而降低IGBT開關(guān)元件的溫度。

當(dāng)由溫度傳感器T1感測(cè)的電感器22的溫度高于由溫度傳感器T2感測(cè)的下部IGBT開關(guān)元件26的溫度或由溫度傳感器T3感測(cè)的上部IGBT開關(guān)元件24的溫度時(shí)，控制器40可配置成通過增加開關(guān)頻率至預(yù)定水平來降低電感器22的溫度

此外，降低開關(guān)頻率的方法可用于用于減小發(fā)生在IGBT開關(guān)元件中的開關(guān)損耗量的方法。當(dāng)開關(guān)頻率降低時(shí)，電感器波紋電流的振幅增加，這導(dǎo)致電感器產(chǎn)生熱。相應(yīng)地，因?yàn)殡姼衅?2的溫度高于下部IGBT開關(guān)元件26的溫度或上部IGBT開關(guān)元件24的溫度，由于開關(guān)頻率的降低，熱量可在電感器中產(chǎn)生。因此，開關(guān)頻率可變?cè)黾拥筋A(yù)定水平，從而降低電感器的溫度。

在下文，將參考圖4描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于控制混合動(dòng)力車輛的HDC的方法。如本文下面所述的方法可由控制器執(zhí)行。

第一，用于HDC20的初始驅(qū)動(dòng)的開關(guān)頻率可被設(shè)為預(yù)定值(例如，約10KHz)，從而啟動(dòng)HDC 20的驅(qū)動(dòng)(S101)。具體地，HDC 20的轉(zhuǎn)換操作可通過向上部和下部IGBT開關(guān)元件24和26各自的柵極施加彼此反相的PWM信號(hào)來執(zhí)行。其后，除電感器22的溫度之外，上部和下部IGBT開關(guān)元件24和26的溫度可被感測(cè)(例如，使用各電感器種溫度)(S102)。換言之，由第一溫度傳感器T1、第二溫度傳感器T2和第三溫度傳感器T3感測(cè)的溫度感測(cè)值可實(shí)時(shí)地輸入控制器40，所述第一溫度傳感器T1配置成感測(cè)電感器22的溫度，所述第二溫度傳感器T2配置成感測(cè)下部IGBT開關(guān)元件26的溫度，以及所述第三溫度傳感器T3配置成感測(cè)上部IGBT開關(guān)元件24的溫度。

此外，控制器40可配置成確定電感器22和各個(gè)IGBT開關(guān)元件24和26之間在溫度上的變化(S103)。當(dāng)由第二溫度傳感器T2感測(cè)的下部IGBT開關(guān)元件26的溫度或由第三傳感器T3感測(cè)的上部IGBT開關(guān)元件24的溫度高于由第一傳感器T1感測(cè)的電感器22的溫度時(shí)，控制器40可配置成降低各個(gè)IGBT開關(guān)元件的開關(guān)頻率至預(yù)定水平(例如，約10KHz至-1KHz的初始頻率)(S104)

當(dāng)如上所述各個(gè)IGBT開關(guān)元件24和26的溫度高于電感器22的溫度時(shí)，控制器可配置成基于IGBT開關(guān)元件的開關(guān)損耗量來確定增加IGBT開關(guān)元件的溫度。因此，各個(gè)IGBT開關(guān)元件的開關(guān)頻率可被降 低至預(yù)定水平，從而降低IGBT開關(guān)元件的溫度。當(dāng)所述開關(guān)頻率連續(xù)不斷地降低至在控制器40中的預(yù)定水平時(shí)，由于考慮到轉(zhuǎn)換器的輸出波紋，控制器可配置成調(diào)節(jié)各個(gè)IGBT開關(guān)元件的開關(guān)頻率至固定到臨界頻率范圍內(nèi)的最小值(例如，約7KHz)(S105和S106)。

另外，當(dāng)由第一溫度長(zhǎng)安器T1感測(cè)的電感器22的溫度高于由第二溫度傳感器T2感測(cè)的下部IGBT開關(guān)元件26的溫度或由第三溫度傳感器T3感測(cè)的上部IGBT開關(guān)元件24的溫度時(shí)，控制器可配置成增加各個(gè)IGBT開關(guān)元件的開關(guān)頻率至預(yù)定水平(例如，約10KHz至+1KHz的初始頻率)(S107)。

當(dāng)如上所述電感器22的溫度高于下部IGBT開關(guān)元件26的溫度或上部IGBT開關(guān)元件24的溫度時(shí)，可以認(rèn)為熱量可由于開關(guān)頻率的降低在電感器中產(chǎn)生。因此，各個(gè)IGBT開關(guān)元件的開關(guān)頻率可被降低至預(yù)定水平，從而降低電感器的溫度。當(dāng)所述開關(guān)頻率連續(xù)不斷地增加至在控制器40中的預(yù)定水平時(shí)，由于考慮到各個(gè)IGBT開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換速度，控制器40可配置成調(diào)節(jié)各個(gè)IGBT開關(guān)元件的開關(guān)頻率至被固定于臨界頻率范圍內(nèi)的最大值(例如，約13KHz)(S108和S109)。

如上所述，可檢測(cè)構(gòu)成HDC的電感器和IGBT開關(guān)元件的溫度。當(dāng)電感器和IGBT開關(guān)元件之間的在溫度上的變化被檢測(cè)時(shí)，可可變地調(diào)節(jié)HDC的開關(guān)頻率，以維持電感器和IGBT開關(guān)元件之間在溫度上的平衡。相應(yīng)地，有可能維持適度利用電感器和IGBT開關(guān)元件的溫度，從而提高IGBT開關(guān)元件的利用率。

已參考其示例性實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可不偏離本發(fā)明的原理和精神對(duì)這些實(shí)施例做出改變，本發(fā)明的范圍由隨附的權(quán)利要求和其等價(jià)物限定。