CN1973429A - 动力输出装置以及包含该动力输出装置的车辆 - Google Patents

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Abstract

动力输出装置的协调控制装置(50)包含协调控制单元(114)。协调控制单元(114)计算来自AC电压指令产生单元(112)的电压指令(Vacr)以及用于第一电动发电机(MG1)的电压指令(Vu1r，Vv1r，Vw1r)中的最大值与最小值之间的中间值，以便在第一与第二电动发电机(MG1，MG2)的中性点之间产生AC电压，并将一值作为用于第一与第二电动发电机(MG1，MG2)的最终电压指令输出到PWM信号产生单元(116)，其中，所述值为用于第一与第二电动发电机(MG1，MG2)的各相电压指令减去计算得到的中间值。

Description

动力输出装置以及包含该动力输出装置的车辆
技术领域
本发明涉及一种动力输出装置以及一种包含该动力输出装置的车辆。本发明特别涉及一种能产生AC(交流)电压并将该交流电压输出到外部AC负载的动力输出装置，并涉及包含这种动力输出装置的车辆。
背景技术
日本专利公开2002-218793批露了一种动力输出装置，该动力输出装置装在具有作为动力源的电动发电机的电气车辆和混合车辆中。该动力输出装置包含具有在同一定子周围绕制的两个三相线圈的2Y电机或两个电动发电机、分别与两个电动发电机或2Y电机对应的两个变换器、以及连接在2Y电机或两个电动发电机的中性点之间的DC(直流)电源。根据这种动力输出装置，在两个变换器的控制下，通过设置小于或大于DC电源电压的2Y电机或两个电动发电机的中性点之间的电位差，可在宽广的范围内调节变换器的输入电压。
存在这样的传统方法：采用装在混合车辆等等之中的动力输出装置，将混合车辆或电气车辆用作AC电源。具体而言，这种方法被指向在紧急状况和发生灾难的情况下采用混合车辆等等作为后备电源，或者，在附近的商用供电设施不可用时、例如露营时，将混合车辆等等作为商用电源。这种使用方法增加了混合车辆等等的商用价值。
日本专利公开2002-374604批露了允许来自车辆的100V AC输出的方法，该车辆装有二次电池。车辆包含二次电池和专用AC 100V变换器，以便采用来自二次电池的电力提供100V AC输出。基于二次电池的SOC(充电状态)和***的其它状态，允许AC 100V的输出限定。由于通过根据该车辆的AC 100V输出限制，采用来自二次电池的电力，可对驱动电机良好地进行控制，可以保证车辆的良好的驱动控制，并且可采用来自二次电池的电力提供100V的AC输出。
尽管人们希望如上所述地将混合车辆等等用作AC电源，日本专利公开2002-218793中披露的动力输出装置不能产生AC电力并向外部源提供。
尽管日本专利公开2002-374604中公开的车辆在可向外部源提供AC100V的输出、并保证对于该车辆的良好的驱动控制等方面有益，但没有以高效的电压利用为出发点采取任何获取最大AC电力的措施。这种车辆的不利之处在于需要用于AC 100V输出的专用变换器，这导致了可能对车辆成本、重量、大小的缩减造成妨碍。
发明内容
鉴于如上所述，本发明的目标在于提供这样的一种动力输出装置，该装置可高效地利用电压，向外部源输出最大的AC电力。
本发明的另一目标在于提供一种装有动力输出装置的车辆，该装置可高效地利用电压，向外部源输出最大的AC电力。
根据本发明，动力输出装置包含：第一和第二电动发电机、第一和第二变换器以及控制装置。第一和第二变换器分别连接到第一和第二电动发电机，并从电压供给线接收输入电压。控制装置控制第一和第二变换器的运行，使得采用输入电压在第一和第二电动发电机中性点间产生AC电压。控制装置协调地对第一和第二变换器进行控制，使得在用于第一和第二电动发电机的电压指令的最大值与最小值之间的中间值等价于输入电压的中间电位。
优选为：控制装置进一步控制第一变换器和/或第二变换器的运行，使得采用输入电压对第一和第二电动发电机中的至少一个进行驱动。
优选为：控制装置包含协调控制单元，该单元通过计算该中间值并从第一和第二电动发电机的每相电压指令中减去计算得出的中间值来对第一和第二变换器协调地进行控制。
优选为：控制装置包含电压补偿单元，该单元补偿由于第一和第二电动发电机的内部阻抗引起的电压下降。
优选为：电压补偿单元基于流过第一和第二电动发电机中性点间的AC电流来计算电压补偿值，以便采用计算得到的电压补偿值来校正将在第一和第二电动发电机中性点间产生的AC电压的指令值。
优选为：动力输出装置还包含DC电源以及升压转换器，升压转换器对来自DC电源的DC电压输出进行升压并提供到电压供给线上。控制装置进一步对升压转换器的运行进行控制，使得来自DC电源的DC电压被升高到输入电压。
另外，根据本发明，车辆包含上述动力输出装置、内燃机以及驱动轮。内燃机被耦合到动力输出装置的第一电动发电机，驱动轮被耦合到动力输出装置的第二电动发电机，并由第二电动发电机驱动。动力输出装置的控制装置对动力输出装置中的第一和第二变换器的运行进行控制，使得采用输入电压，在第一和第二电动发电机的中性点间产生AC电压，并且第一和第二电动发电机被驱动。第一和第二电动发电机将在其中性点间产生的AC电压输出到电气连接在中性点间的外部电气负载。
在本发明的动力输出装置中，控制装置对第一和第二变换器的运行进行控制，使得采用输入电压在第一和第二电动发电机的中性点间产生AC电压。由于控制装置协调地控制第一和第二变换器，使得在用于第一和第二电动发电机的电压指令的最大值与最小值之间的中间值等价于输入电压的中间电位，因此，超过了第一和第二变换器的电压可控范围的、第一与第二变换器的电压指令的产生被抑制为最小，其中，第一和第二变换器的电压可控范围即从第一和第二变换器输入电压的负极侧电位到正极侧电位的电压范围。
因此，根据本发明，可产生具有小失真的最大AC电力，并将之输出到外部AC负载。换言之，由于第一和第二变换器的输入电压可被抑制到最小的所需等级，提高了***的稳定性。
在本发明的动力输出装置中，由于控制装置包含对因第一和第二变换器内部阻抗引起的电压下降进行补偿的电压补偿单元，提高了第一和第二变换器的电压指令的准确度。因此，可以抑制输出AC电压中的变动。
由于装有如上所述的动力输出装置，在根据本发明的车辆中，产生AC电压并将之输出到外部源的专用变换器是可有可无的。因此，本发明在减小车辆大小、重量以及成本方面没有不利之处。
根据本发明的车辆，动力输出装置的控制装置对动力输出装置的第一与第二变换器的运行进行控制，使得被耦合到内燃机的第一电动发电机以及被耦合到驱动轮、用于对驱动轮进行驱动的第二电动发电机被驱动，并且在第一和第二电动发电机的中性点间产生AC电压。因此，AC电压可在第一和第二电动发电机的中性点间产生，用于输出到外部AC负载，同时，完成由第一电动发电机进行的再生发电，并由第二电动发电机产生对于驱动轮的驱动转矩。
附图说明
图1为根据本发明第一实施例的动力输出装置的原理性框图；
图2描述了流到图1中的电动发电机的电流；
图3为AC电压Vac与变换器的占空总和(duty summation)的波形图；
图4为一功能框图，其示出了图1中的协调控制装置中关于协调控制的部分的构造；
图5为电动发电机的第一电压波形图；
图6为电动发电机的第二电压波形图；
图7为电动发电机的第三电压波形图；
图8描述了根据本发明第二实施例在动力输出装置中流到电动发电机的电流；
图9为AC电压与占空总和的波形图；
图10为一功能框图，其示出了根据本发明第二实施例的协调控制装置中关于协调控制的部分的构造；
图11为一功能框图，其示出了根据本发明第三实施例的协调控制装置中关于协调控制的部分的构造；
图12为混合车辆的传动系的框图，在该混合车辆中装有第二或第三实施例的动力输出装置。
具体实施方式
下面将参照附图介绍本发明的实施例。在附图中，为相同或对应的部件分配同样的参考标号，并且不再对其重复进行介绍。
[第一实施例]
图1为根据本发明第一实施例的动力输出装置100的原理性框图。参照图1，动力输出装置100包含电池B、升压转换器10、变换器20与30、AC端口40、协调控制装置50、电容器C、电压传感器52、电流传感器54、56、58、60与62、旋转传感器64与66、电源线PL1与PL2、接地线SL、U相线UL1与UL2、V相线VL1与VL2、W相线WL1与WL2以及AC输出线ACL1与ACL2。
例如，电动发电机MG1由三相AC同步电机构成。电动发电机MG1采用来自发动机ENG的旋转力产生AC电压并将所产生的AC电压提供到变换器20。电动发电机MG1还通过来自变换器20的AC电压产生驱动力以起动发动机ENG。电动发电机MG2也由例如三相AC同步电机构成。电动发电机MG2与电动发电机MG1一起在电动发电机MG1与MG2的中性点之间产生AC电压。经由AC输出线ACL1与ACL2，电动发电机MG1与MG2将在其中性点之间产生的AC电压输出到AC端口40。
例如，等同于DC电源的电池B由镍-氢二次电池或锂离子二次电池构成。电池B将所产生的DC电压输出到升压转换器10，以及由输出自升压转换器10的DC电压进行充电。
升压转换器10包含电抗器L、npn晶体管Q1与Q2以及二极管D1与D2。电抗器L一端连接到电源线PL1，另一端连接到npn晶体管Q1与Q2的连接节点。npn晶体管Q1与Q2串联连接在电源线PL2与接地线SL之间，在其基极接线端上接收来自协调控制装置50的控制信号PWC。二极管D1与D2分别连接在npn晶体管Q1与Q2的集电极与发射极之间，以便从发射极侧向集电极侧传导电流。
变换器20包含U相臂22、V相臂24和W相臂26。U相臂22、V相臂24和W相臂26并联连接在电源线PL2与接地线SL之间。U相臂22由串联连接的npn晶体管Q11、Q12构成。V相臂24由串联连接的npn晶体管Q13、Q14构成。W相臂26由串联连接的npn晶体管Q15、Q16构成。从发射极侧向集电极侧传导电流的二极管D11-D16分别连接在npn晶体管Q11-Q16的集电极和发射极之间。每相臂中相应的npn晶体管的连接节点通过U相线UL1、V相线VL1和W相线WL1在与对应于中性点的末端相反的末端上连接到电动发电机MG1相应的U、V、W相线圈。
变换器30包含U相臂32、V相臂34和W相臂36。U相臂32、V相臂34和W相臂36并联连接在电源线PL2与接地线SL之间。U相臂32由串联连接的npn晶体管Q21、Q22构成。V相臂34由串联连接的npn晶体管Q23、Q24构成。W相臂36由串联连接的npn晶体管Q25、Q26构成。从发射极侧向集电极侧传导电流的二极管D21-D26分别连接在npn晶体管Q21-Q26的集电极和发射极之间。在变换器30中，每相臂中相应的npn晶体管的连接节点通过U相线UL2、V相线VL2和W相线WL2在与对应于中性点的末端相反的末端上连接到电动发电机MG2相应的U、V、W相线圈。
电容器C连接在电源线PL2和接地线SL之间，以便减小变换器20与30以及升压转换器10上的电压波动造成的影响。
通过将根据npn晶体管Q2的开关运行流动的电流在电抗器L处蓄积为磁场能量，升压转换器10对来自协调控制装置50的控制信号PWC做出响应地对来自电池B的DC电压进行升压，并与npn晶体管Q2的关断定时同步地经由二极管D1将升压电压提供到电源线PL2。升压转换器10对来自协调控制装置50的控制信号PWC做出响应地将经由电源线PL2来自变换器20的DC电压降低到电池B的电压等级，以便对电池B进行充电。
变换器20对来自协调控制装置50的控制信号PWM1做出响应地将从电源线PL2供给的DC电压变换为AC电压，并将该AC电压供到电动发电机MG1。因此，电动发电机MG1被驱动，产生所希望的转矩。变换器20还对来自协调控制装置50的控制信号PWM1做出响应地将由电动发电机MG1再生的AC电压变换为DC电压，该电压被输出到电源线PL2上。变换器30对来自协调控制装置50的控制信号PWM2做出响应地将来自电源线PL2的DC电压变换为AC电压，并将该AC电压输出到电动发电机MG2。
应输出到外部AC负载--其连接到AC端口40--的AC电压的请求，变换器20和30在电动发电机MG1与MG2的中性点之间产生AC电压。换言之，基于来自协调控制装置50的控制信号PWM1与PWM2，以所希望的AC频率，变换器20和30改变电动发电机MG1与MG2的中性点上的电位。
当AC电压在电动发电机MG1与MG2的中性点之间产生时，基于来自协调控制装置50的控制信号PWM1与PWM2，变换器20和30协调运行，使得用于电动发电机MG1与MG2的电压指令的最大值与最小值之间的中间值达到变换器20和30的输入电压的中间电位(变换器20和30的输入电压的正极侧电位与负极侧电位之间的中间电位)。下面将详细介绍变换器20和30的协调运行。
AC端口40是将在电动发电机MG1与MG2的中性点之间所产生的AC电压供到外部AC负载的输出端。电气设备的电源端口或用于紧急情况的家用电源端口可连接到AC端口40。AC端口40连接到AC输出线ACL1与ACL2，AC输出线ACL1与ACL2分别连接到电动发电机MG1与MG2的中性点。
电压传感器52检测电容器C端子之间的电压，即变换器20与30的输入电压Vdc，并将该电压提供给协调控制装置50。电流传感器54与56检测电动发电机MG1的电机电流，并且它们分别被配置在U相线UL1和V相线VL1上。电流传感器54与56检测电动发电机MG1的U相电流Iu1和V相电流Iv1，其被输出到协调控制装置50。电流传感器58与60检测电动发电机MG2的电机电流，并且它们分别被配置在U相线UL2和V相线VL2上。电流传感器58与60检测电动发电机MG2的U相电流Iu2和V相电流Iv2，其被输出到协调控制装置50。配置在AC输出线ACL1上的电流传感器62检测由电动发电机MG1与MG2产生的AC电流Iac，其被输出到协调控制装置50。旋转传感器64与66分别检测电动发电机MG1的旋转位置θ1与电动发电机MG2的旋转位置θ2，其被输出到协调控制装置50。
基于电动发电机MG1的电机旋转数与转矩指令值TR1、电池B的电池电压以及变换器20与30的输入电压Vdc，协调控制装置50产生驱动升压转换器10的控制信号PWC。所产生的控制信号PWC被输出到升压转换器10。电池B的电池电压由未示出的电压传感器进行检测。电动发电机MG1的电机旋转数基于由旋转传感器64检测到的旋转位置θ1进行计算。
基于电动发电机MG1的转矩指令值TR1与电机电流、变换器20的输入电压Vdc以及电动发电机MG1的旋转位置θ1，协调控制装置50还产生用于驱动电动发电机MG1的控制信号PWM1。
应输出到外部AC负载--其连接到AC端口40--的AC电压的请求，协调控制装置50产生控制信号PWM1，同时对变换器20上臂的npn晶体管Q11、Q13与Q15的占空总和以及下臂的npn晶体管Q12、Q14与Q16的占空总和进行控制，使得在电动发电机MG1与MG2的中性点之间产生AC电压。
协调控制装置50对变换器30上臂的npn晶体管Q21、Q23与Q25的导通占空(ON-duty)以及下臂的npn晶体管Q22、Q24与Q26的导通占空进行控制，以便产生控制信号PWM2，使得在电动发电机MG1与MG2的中性点之间产生AC电压。
当在电动发电机MG1与MG2的中性点之间产生AC电压时，协调控制装置50协调地运行变换器20与30，使得在用于电动发电机MG1与MG2的电压指令的最大值与最小值之间的中间值达到变换器20与30的输入电压的中间电位的等级。基于协调控制装置50中关于协调控制的部分的功能框图，下面将详细介绍变换器20与30的协调运行。
图2描述了流到图1中的电动发电机MG1与MG2的电流。图2示出了当电动发电机MG1的再生驱动与AC电压Vac的产生同时进行时流过的电流。图2还对应于这样的情况：从电动发电机MG1的中性点N1向电动发电机MG2的中性点N2传导AC电流Iac。
参照图2，基于来自协调控制装置50(未示出)的控制信号PWM1，连接到U相线UL1、V相线VL1与W相线WL1的变换器20(同样未示出)进行开关，将由电流分量Iu1_t与Iu1_ac构成的U相电流传导到电动发电机MG1的U相线圈，将由电流分量Iv1_t与Iv1_ac构成的V相电流传导到电动发电机MG1的V相线圈，将由电流分量Iw1_t与Iw1_ac构成的W相电流传导到电动发电机MG1的W相线圈。
基于来自协调控制装置50的控制信号PWM2，连接到U相线UL2、V相线VL2与W相线WL2的变换器30(未示出)进行开关，分别将U相电流Iu2_ac、V相电流Iv2_ac与W相电流Iw2_ac传导到电动发电机MG2的U、V与W相线圈。
电流分量Iu1_t、Iv1_t与Iw1_t是在电动发电机MG1中产生再生转矩的电流。电流分量Iu1_ac、Iv1_ac与Iw1_ac是将AC电流Iac从电动发电机MG1的中性点N1传导到AC输出线ACL1的电流。U相电流Iu2_ac、V相电流Iv2_ac与W相电流Iw2_ac是将AC电流Iac从AC输出线ACL2传导到电动发电机MG2的中性点N2的电流。电流分量Iu1_ac、Iv1_ac、Iw1_ac与U、V、W相电流Iu2_ac、Iv2_ac、Iw2_ac处于彼此相等的等级，并且不影响电动发电机MG1与MG2的转矩。U、V、W相的电流分量Iu1_ac、Iv1_ac、Iw1_ac的合计值以及电流Iu2_ac、Iv2_ac、Iw2_ac的合计值各自用AC电流Iac表示。
图3为AC电压Vac与变换器20、30的占空总和的波形图。参照图3，曲线k1表示变换器20开关控制期间占空总和上的变化，曲线k2表示变换器30开关控制期间占空总和上的变化。如这里所用的，“占空总和”为各变换器从上臂的导通占空中减去下臂的导通占空的值。在图3中，正的占空总和表示对应的电动发电机的中性点电位高于变换器输入电压Vdc的中间电位即Vdc/2，而负的占空总和表示中性点电位低于中间电位Vdc/2。
在第一实施例的动力输出装置100中，协调控制装置50按照曲线k1以商用AC频率周期性地改变变换器20的占空总和。另外，协调控制装置50对变换器30的开关进行控制，使得以商用AC频率具有相等相位的U、V、W各相电流Iu2_ac、Iv2_ac、Iw2_ac被传导到电动发电机MG2，且变换器30的占空总和遵循曲线k2。
以与变换器20占空总和变化的相位相反的相位周期性地改变变换器30的占空总和。由于变换器30将具有相同相位的U、V、W各相电流Iu2_ac、Iv2_ac、Iw2_ac传导到电动发电机MG2，协调控制装置50对变换器30进行控制，使得：当占空总和为正时，按照曲线k2控制变换器30中上臂的导通占空并且每相臂的下臂为关断，当占空总和为负时，按照曲线k2控制变换器30中下臂的导通占空并且每相臂的上臂为关断。
因此，电动发电机MG1的中性点N1上的电位变为高于变换器输入电压的中间电位Vdc/2，而电动发电机MG2的中性点N2上的电位变为低于中间电位Vdc/2，导致在时间t0-t1期间，在中性点N1与N2之间产生正的AC电压Vac。当外部AC负载被连接到AC端口40时，不能从变换器20上臂流到下臂的额外电流通过AC输出线ACL1、外部AC负载以及AC输出线ACL2从中性点N1流到中性点N2，接着，从中性点N2流到变换器30中每相臂的下臂。
在时间t1-t2期间，中性点N1上的电位变为低于中间电位Vdc/2，而中性点N2上的电位变为高于中间电位Vdc/2，导致在中性点N1与N2之间产生负的AC电压Vac。因此，电流从变换器30中每相臂的上臂通过中性点N2、AC输出线ACL2、外部AC负载以及AC输出线ACL1流向中性点N1，接着，从中性点N1流向变换器20的下臂。
因此，变换器20与30导致在电动发电机MG1和MG2的中性点N1和N2之间产生AC电压Vac。
下面介绍变换器20与30的协调运行。
图4为一功能框图，其示出了图1的协调控制装置50中关于协调控制的部分的构造。参照图4，协调控制装置50包含电流转换单元102、MG1电流指令计算单元104、PI控制单元106与108、转换器110、AC电压指令产生单元112、协调控制单元114以及PWM信号产生单元116。最大值计算单元118、最小值计算单元120以及平均值计算单元122构成协调控制单元114。
采用由旋转传感器64检测到的、电动发电机MG1的旋转位置θ1，电流转换单元102分别将由传感器54和56检测到的U相电流Iu1和V相电流Iv1转换为d轴电流Id1和q轴电流Iq1。基于电动发电机MG1的转矩指令值TR1，MG1电流指令计算单元104计算d轴和q轴上的、电动发电机MG1的电流指令值Id1r和Iq1r。
PI控制单元106接收来自电流转换单元102的d轴电流Id1与来自MG1电流指令计算单元104的电流指令值Id1r之间的偏差，用此偏差作为输入进行比例积分运算。计算得到的结果被输出到转换器110。PI控制单元108接收来自电流转换单元102的q轴电流Iq1与来自MG1电流指令计算单元104的电流指令值Iq1r之间的偏差，用此偏差作为输入进行比例积分运算。计算得到的结果被提供到转换器110。
转换器110采用电动发电机MG1的旋转位置θ1将接收自PI控制单元106与108的电压指令转换为电动发电机MG1的U相电压指令Vu1r、V相电压指令Vv1r与W相电压指令Vw1r。
AC电压指令产生单元112产生AC电压的电压指令Vacr，该电压将在电动发电机MG1与MG2的中性点之间产生。所产生的电压指令Vacr作为电动发电机MG2的U相电压指令Vu2r、V相电压指令Vv2r以及W相电压指令Vw2r被输出。
协调控制单元114的最大值计算单元118获取来自AC电压指令产生单元112的电压指令Vacr以及来自转换器110的U相电压指令Vu1r、V相电压指令Vv1r与W相电压指令Vw1r中的最大值，以便进行输出。最小值计算单元120获取电压指令Vacr以及U相电压指令Vu1r、V相电压指令Vv1r与W相电压指令Vw1r中的最小值，以便进行输出。平均值计算单元122接收来自最大值计算单元118的输出与来自最小值计算单元120的输出的相加值，并将所接收到的相加值乘以1/2，提供作为协调控制输出Vco的计算结果。
协调控制单元114从电动发电机MG1的U相电压指令Vu1r、V相电压指令Vv1r与W相电压指令Vw1r中的每一个中减去协调控制输出Vco，并从电动发电机MG2的U相电压指令Vu2r、V相电压指令Vv2r以及W相电压指令Vw2r中的每一个中减去协调控制输出Vco。将各个计算结果作为电动发电机MG1与MG2的最终电压指令输出到PWM信号产生单元116。
基于来自协调控制单元114的、电动发电机MG1与MG2的每相电压指令以及变换器20与30的输入电压Vdc，PWM信号产生单元116产生对应于变换器20的PWM(脉宽调制)信号Pu1、Pv1、Pw1以及对应于变换器30的PWM信号Pu2、Pv2、Pw2。所产生的PWM信号Pu1、Pv1、Pw1作为控制信号PWM1被输出到变换器20。PWM信号Pu2、Pv2、Pw2作为控制信号PWM2被输出到变换器30。
在协调控制装置50中，协调控制单元114计算对于电动发电机MG1的电压指令Vu1、Vv1与Vw1以及对于电动发电机MG2的电压指令Vu2、Vv2与Vw2的最大值和最小值之间的中间值，并从电动发电机MG1与MG2的各相指令值中减去计算得到的中间值，将结果作为电动发电机MG1与MG2的最终电压指令进行输出。换言之，协调控制装置50协调地控制变换器20与30，使得对于电动发电机MG1与MG2的电压指令值的最大值与最小值之间的中间值等价于变换器20与30的输入电压Vdc的中间电位。
图5-7为电动发电机MG1与MG2的电压波形图。图5对应于假设不进行电动发电机MG1与MG2的协调控制的情况。图6对应于通过协调控制装置50进行电动发电机MG1与MG2的协调控制的情况。图6表示在不进行协调控制的情况下AC电压Vac失真时的电压波形。注意，图5-7表示当在电动发电机MG1被再生驱动的同时、在电动发电机MG1与MG2的中性点之间产生AC电压Vac的情况下的电压波形，其典型地仅为电动发电机MG1与MG2的U相电压。
参照图5，曲线k3表示没有协调控制时、电动发电机MG1的U相电压Vu1。线k31与k32表示没有协调控制时、电动发电机MG1相电压的包络。曲线k4表示没有协调控制时、电动发电机MG2的U相电压Vu2。曲线k8表示没有协调控制时的AC电压Vac。如果不进行变换器20与30的协调控制，变换器20对电动发电机MG1的中性点电位进行控制，以便达到输入电压Vdc的中间电位的等级(图中的电压0)，而变换器30对电动发电机MG2的中性点电位进行控制，以便达到AC电压Vac的等级，如曲线k3与k4所示。换言之，在AC电压Vac的产生中仅涉及对应于电动发电机MG2的变换器30，而仅电动发电机MG1的再生驱动涉及对应于电动发电机MG1的变换器20。
结果，施加到电动发电机MG1上的最大电压V1与施加到电动发电机MG2上的最大电压V2之间的平衡受到扰动，因此，在图中所示的情况下，施加到电动发电机MG2上的最大电压V2变为大于施加到电动发电机MG1上的最大电压V1。如果最大电压V2超过***电压(变换器20与30的输入电压Vdc)，AC电压Vac将由电压不足引起失真。
参照图6，曲线k5表示进行协调控制时、电动发电机MG1的U相电压Vu1。曲线k51和k52表示进行协调控制时、电动发电机MG1的相电压的包络。曲线k6表示进行协调控制时、电动发电机MG2的U相电压Vu2。曲线k7表示图4所示协调控制单元114的协调控制输出Vco。曲线k9表示进行协调控制时的AC电压Vac。在进行电动发电机MG1与MG2的协调控制的第一实施例的情况下，协调控制装置50协调地对变换器20与30进行控制，使得对于电动发电机MG1与MG2的电压指令的最大值与最小值之间的中间值总是等价于变换器20与30的输入电压Vdc的中间电位(电压0)，如曲线k5和k6所示。换言之，在AC电压Vac的产生中总是涉及对应于电动发电机MG1的变换器20。
结果，施加到电动发电机MG1与MG2的最大电压均达到电压V3的等级。因此，施加到电动发电机MG2的最大电压从电压V2被抑制到电压V3。换言之，将施加到电动发电机MG1与MG2的最大电压超过对应于可控范围的、变换器20与30的输入电压Vdc的等级的情况抑制为最小，并且最有效地利用了输入电压Vdc。AC电压Vac中因电压不足导致的失真的发生被抑制到最少。
曲线k7所示的协调控制输出Vco对应于当不进行电动发电机MG1与MG2的协调控制时，电动发电机MG1与MG2的电压(曲线k3与k4)最大值与最小值之间的中间值。当进行电动发电机MG1与MG2的协调控制时，从电动发电机MG1与MG2的电压(曲线k3与k4)中减去协调控制输出Vco(曲线k7)对应于电动发电机MG1与MG2的电压(曲线k5与k6)。
尽管在进行协调控制时，电动发电机MG1与MG2的电压表现出失真的波形(曲线k5与k6)，这对AC电压Vac(曲线k9)没有影响，其中，AC电压Vac是电动发电机MG1与MG2的中性点N1与N2之间的电位差；并且，由于以相同的协调控制输出Vco运行电动发电机MG1与MG2的电压的零相分量，其对电动发电机MG1与MG2的运行也没有影响。
从图7可以看出，在不进行协调控制的情况下，当AC电压Vac的输出值增大且对于电动发电机MG2的电压指令值变为大于***电压Vdc时，对于电动发电机MG2的电压指令值是失真的，如曲线k10所示。结果，AC电压Vac是失真的，如曲线k11所示。相反，当进行协调控制时，由于对于电动发电机MG2的电压指令值如上所述地受到抑制，电动发电机MG2的电压不会超过***电压Vdc。因此，正确地产生了AC电压Vac，如图6中的曲线k9所示。
根据第一实施例的动力输出装置100，协调控制装置50协调地对变换器20与30进行控制，使得对于电动发电机MG1与MG2的电压指令的最大值与最小值之间的中间值达到变换器20与30的输入电压Vdc的中间电位。因此，可将这种情况的发生抑制到最少：所产生的变换器20与30的电压指令等级超出变换器20与30的电压可控范围。
因此，可产生具有很小失真的最大AC电力，并将之提供给连接到AC端口40的外部AC负载。
从其他方面来看，由于可将变换器20与30的输入电压Vdc抑制到最小，***稳定性得到了提高。
[第二实施例]
在前面的第一实施例中，电动发电机MG2仅被用于产生AC电压Vac，对电动发电机MG2的驱动转矩没有特别的控制。在第二实施例中，可在适当地控制电动发电机MG2的驱动转矩的同时，在电动发电机MG1与MG2的中性点之间产生AC电压Vac。
再次参照图1，根据第二实施例的动力输出装置100A包含协调控制装置50A而不是第一实施例的动力输出装置100的构造中的协调控制装置50。第二实施例的动力输出装置100A的其它构造与第一实施例的动力输出装置100相同。
例如，动力输出装置100A被装在混合车辆之中。电动发电机MG2被耦合到混合车辆的驱动轮(未示出)，并作为驱动该驱动轮的电机被装在该混合车辆中。具体而言，电动发电机MG2由来自变换器30的AC电压产生车辆的驱动转矩，以及在再生制动模式下产生供到变换器30的AC电压。被耦合到发动机ENG的电动发电机MG1被装在混合车辆之中，作为由发动机ENG驱动的发电机以及可进行发动机起动的电动机运行。
应输出到外部AC负载--其连接到AC端口40--的AC电压的请求，变换器20和30在电动发电机MG1与MG2的中性点之间产生AC电压。电动发电机MG1与MG2将在其中性点之间所产生的AC电压经由AC输出线ACL1与ACL2供到AC端口40。
在第二实施例中，基于来自协调控制装置50A的控制信号PWM2，变换器30将来自电源线PL2的DC电压变换为AC电压，以便输出到电动发电机MG2。相应地，电动发电机MG2被驱动以产生所希望的转矩。在电动发电机MG2的再生制动模式下，基于来自协调控制装置50A的控制信号PWM2，变换器30将输出自电动发电机MG2的AC电压转换为DC电压，以便输出到电源线PL2上。
对应于电动发电机MG1的升压转换器10及变换器20的运行与第一实施例中所介绍的类似。
基于电动发电机MG1与MG2的电机旋转数以及转矩指令值TR1与TR2、电池B的电池电压以及变换器20与30的输入电压Vdc，协调控制装置50A产生驱动升压转换器10的控制信号PWC。所产生的控制信号PWC被输出到升压转换器10。基于由旋转传感器66检测到的旋转位置θ2计算电动发电机MG2的旋转数。
类似于第一实施例中的协调控制装置50，协调控制装置50A产生控制信号PWM1以驱动电动发电机MG1。
基于电动发电机MG2的转矩指令值TR2和电机电流、输入电压Vdc以及电动发电机MG2的旋转位置θ2，协调控制装置50A还产生控制信号PWM2以驱动电动发电机MG2。
应输出到外部AC负载--其连接到AC端口40--的AC电压的请求，协调控制装置50A产生控制信号PWM1和PWM2，同时对变换器20与30的上臂以及下臂的占空总和进行控制，使得在电动发电机MG1与MG2的中性点之间产生AC电压。
协调控制装置50A协调地运行变换器20与30，使得用于电动发电机MG1与MG2的电压指令的最大值与最小值之间的中间值达到变换器20与30的输入电压的中间电位。下面将详细介绍协调控制装置50A的协调控制。
图8描述了在第二实施例的动力输出装置100A中流到电动发电机MG1与MG2的电流。图8示出了当以再生模式驱动电动发电机MG1并以动力运行模式驱动电动发电机MG2时的电流以及AC电压Vac的产生。图8还对应于AC电流Iac从电动发电机MG1的中性点N1流到电动发电机MG2的中性点N2的情况。
参照图8，基于来自协调控制装置50A(未示出)的控制信号PWM1，连接到U相线UL1、V相线VL1与W相线WL1的变换器20(同样未示出)进行开关，将由电流分量Iu1_t与Iu1_ac构成的U相电流传导到电动发电机MG1的U相线圈，将由电流分量Iv1_t与Iv1_ac构成的V相电流传导到电动发电机MG1的V相线圈，将由电流分量Iw1_t与Iw1_ac构成的W相电流传导到电动发电机MG1的W相线圈。
基于来自协调控制装置50A的控制信号PWM2，连接到U相线UL2、V相线VL2与W相线WL2的变换器30(未示出)进行开关，分别将由电流分量Iu2_t与Iu2_ac构成的U相电流传导到电动发电机MG2的U相线圈，将由电流分量Iv2_t与Iv2_ac构成的V相电流传导到电动发电机MG2的V相线圈，将由电流分量Iw2_t与Iw2_ac构成的W相电流传导到电动发电机MG2的W相线圈。
电流分量Iu2_t、Iv2_t与Iw2_t是在电动发电机MG2中产生动力运行转矩的电流。电流分量Iu2_ac、Iv2_ac与Iw2_ac是将AC电流Iac从AC输出线ACL2传导到电动发电机MG2的中性点N2的电流。电流分量Iu1_ac、Iv1_ac、Iw1_ac的合计值以及电流分量Iu2_ac、Iv2_ac、Iw2_ac的合计值各自用AC电流Iac表示。
图9为AC电压Vac与占空总和的波形图。参照图9，曲线k1表示占空总和根据变换器20的开关控制的变化，曲线k2表示占空总和根据变换器30的开关控制的变化。
在第二实施例的动力输出装置100A中，协调控制装置50A按照曲线k1以商用AC频率周期性地改变变换器20的占空总和，并且，按照曲线k2以商用AC频率周期性地改变变换器30的占空总和。以与变换器20的占空总和变化的相位相反的相位周期性地改变变换器30的占空总和。因此，在时间t0-t1期间，在电动发电机MG1与MG2的中性点N1与N2之间产生正侧的AC电压Vac。在时间t1-t2期间，在中性点N1与N2之间产生负侧的AC电压Vac。
图10为一功能框图，其示出了根据第二实施例的协调控制装置50A中关于协调控制的部分的构造。参照图10，协调控制装置50A基于图4所示第一实施例的协调控制装置50的构造，并另外包含了电流转换单元103、MG2电流指令计算单元105、PI控制单元107与109以及转换器111。协调控制装置50A还包含取代协调控制单元114的协调控制单元114A。协调控制单元114A基于第一实施例的协调控制单元114的构造，并包含最大值计算单元118A与最小值计算单元120A，它们分别取代最大值计算单元118与最小值计算单元120。
采用由旋转传感器66检测到的、电动发电机MG2的旋转位置θ2，电流转换单元103将分别由传感器58和60检测到的U相电流Iu2和V相电流Iv2转换为d轴电流Id2和q轴电流Iq2。基于电动发电机MG2的转矩指令值TR2，MG2电流指令计算单元105计算d轴和q轴上的、电动发电机MG2的电流指令Id2r和Iq2r。
PI控制单元107接收来自电流转换单元103的d轴电流Id2与来自MG2电流指令计算单元105的电流指令值Id2r之间的偏差，用此偏差作为输入进行比例积分运算。计算得到的结果被输出到转换器111。 PI控制单元109接收来自电流转换单元103的q轴电流Iq2与来自MG2电流指令计算单元105的电流指令值Iq2r之间的偏差，用此偏差作为输入进行比例积分运算。计算得到的结果被输出到转换器111。
转换器111采用电动发电机MG2的旋转位置θ2将来自PI控制单元107与109的电压指令值转换为电动发电机MG2的U相电压指令值Vu2r、V相电压指令值Vv2r与W相电压指令值Vw2r。
协调控制单元114A的最大值计算单元118A获取来自转换器110的U相电压指令值Vu1r、V相电压指令值Vv1r与W相电压指令值Vw1r以及U相电压指令值Vu2r、V相电压指令值Vv2r与W相电压指令值Vw2r中的最大值，以便进行输出。U相电压指令值Vu2r、V相电压指令值Vv2r与W相电压指令值Vw2r是来自转换器111的输出与来自AC电压指令产生单元112的电压指令值Vacr相加算出的。最小值计算单元120A获取U相电压指令值Vu1r、V相电压指令值Vv1r与W相电压指令值Vw1r以及U相电压指令Vu2r、V相电压指令Vv2r与W相电压指令Vw2r中的最小值，以便进行输出。
协调控制单元114A从电动发电机MG1的U相电压指令值Vu1r、V相电压指令值Vv1r与W相电压指令值Vw1r中的每一个中减去协调控制输出Vco，并从电动发电机MG2的U相电压指令值Vu2r、V相电压指令值Vv2r与W相电压指令值Vw2r中的每一个中减去协调控制输出Vco。每一计算结果作为电动发电机MG1与MG2的最终电压指令值被输出到PWM信号产生单元116。
在第二实施例中的协调控制装置50A中，协调控制单元114A协调地对变换器20与30进行控制，同时，电动发电机MG2的驱动转矩由电流转换单元103、MG2电流指令计算单元105、PI控制单元107与109以及转换器111进行控制。
根据第二实施例的动力输出装置100A，在电动发电机MG1与MG2的中性点之间产生具有很小失真的最大AC电力，该电力可被输出到连接到AC端口40的外部AC负载，同时，由连接到发动机ENG的电动发电机MG1进行再生发电，并在驱动轮上由与之耦合的电动发电机MG2产生驱动转矩。
[第三实施例]
第三实施例的目标在于：通过对由电动发电机MG1与MG2的内部阻抗导致的电压下降进行补偿，对在电动发电机MG1与MG2的中性点之间所产生的AC电压Vac中的偏差进行抑制。
再次参照图1，根据本发明第三实施例的动力输出装置100B基于第一实施例的动力输出装置100的构造，并包含取代协调控制装置50的协调控制装置50B。第三实施例的动力输出装置100B的其余构造与第一实施例的动力输出装置100的类似。
图11为一功能框图，其示出了第三实施例的协调控制装置50B中关于协调控制的部分的构造。参照图11，协调控制装置50B基于图10所示第二实施例的协调控制装置50A的构造，并包含取代协调控制单元114A的协调控制单元114B。协调控制单元114B基于协调控制单元114A的构造，并进一步包含电压补偿单元123。
电压补偿单元123相应地包含第一至第三计算单元124、126和128。第一计算单元124用电动发电机MG1与MG2的电枢电阻R乘以由未示出的电流传感器62检测到的AC电流Iac，输出计算得到的结果。第二计算单元126进行AC电流Iac的求导运算，将计算得到的结果输出到第三计算单元128。第三计算单元128用电动发电机MG1与MG2的电枢电感L乘以来自第二计算单元126的计算结果，进行输出。
如这里所用的，电动发电机MG1与MG2的电枢电阻R为电动发电机MG1的电枢电阻R1与电动发电机MG2的电枢电阻R2之和。电动发电机MG1与MG2的电枢电感L为电动发电机MG1的电枢电感L1与电动发电机MG2的电枢电感L2之和。
作为对由电动发电机MG1与MG2的内部阻抗导致的电压下降进行补偿的校正值，第一计算单元124的输出与第三计算单元128的输出的相加值被加到来自AC电压指令产生单元112的电压指令值Vacr上。将校正后的AC电压指令值加到来自转换器111的输出上。
协调控制装置50B的其余运行与第二实施例的协调控制装置50A的类似。
尽管上述介绍基于在用电枢电阻R和电枢电感L表示的电动发电机MG1与MG2的模型的基础上对由电动发电机MG1与MG2的内部阻抗导致的电压下降进行补偿，作为替代地，可通过对在电动发电机MG1与MG2的中性点之间所产生的AC电压Vac进行测量以便用于反馈运行来对电动发电机MG1与MG2的内部阻抗导致的电压下降进行补偿。
根据第三实施例的动力输出装置100B，对电动发电机MG1与MG2的内部阻抗导致的电压下降进行了补偿。因此，提高了对于变换器20和30的电压指令的准确度。结果，可以抑制电动发电机MG1与MG2的中性点之间所产生的AC电压Vac中的偏差。
如上所述，第二实施例的动力输出装置100A或第三实施例的动力输出装置100B可被装在混合车辆之中。
图12为混合车辆的传动系的框图，在该车辆中装有第二实施例的动力输出装置100A或第三实施例的动力输出装置100B。参照图12，电动发电机MG1连接到发动机ENG。电动发电机MG1起动发动机ENG以及通过来自发动机ENG的旋转力进行再生发电。电动发电机MG2被耦合到驱动轮70以便对之进行驱动，以及在混合车辆的再生制动模式下发电。
AC端口40连接到AC负载80的端口45，AC负载80被表示为外部AC负载。动力输出装置100A或100B通过AC端口40和端口45将AC电压Vac供到AC负载80。因此，AC负载80可通过接收由混合车辆供给的AC电压Vac运行。
因此，可将装有本发明的动力输出装置的混合车辆用作商用AC电源。由于不存在产生AC电压的专用变换器，在实现车辆大小、重量以及成本缩减的同时，混合车辆还拥有作为电源装置的附加价值。
上述介绍基于装在混合车辆之中的动力输出装置。本发明并不限于此，且该动力输出装置可装在电气车辆或燃料电池电气车辆之中。
在上面的介绍中，电动发电机MG1与MG2分别对应于“第一电动发电机”与“第二电动发电机”。变换器20与30分别对应于本发明的“第一变换器”与“第二变换器”。协调控制装置50、50A与50B对应于本发明的“控制装置”。电池B对应于本发明的“DC电源”。
应当明了，此处披露的实施例在各方面为说明性而非限制性。本发明的范围由权利要求书的条款而不是由上面的说明书限定，并可包含属于与权利要求书的条款等效的含义和范围内的任何修改。

Claims (7)

1.一种动力输出装置，其包含：
第一电动发电机与第二电动发电机，
第一变换器与第二变换器，其分别连接到所述第一电动发电机与所述第二电动发电机，并从电压供给线接收输入电压，以及
控制装置，该装置对所述第一变换器与所述第二变换器的运行进行控制，使得采用所述输入电压在所述第一电动发电机与所述第二电动发电机的中性点之间产生AC电压，
其中，所述控制装置协调地对所述第一变换器与所述第二变换器进行控制，使得用于所述第一电动发电机与所述第二电动发电机的电压指令的最大值与最小值之间的中间值等价于所述输入电压的中间电位。
2.根据权利要求1的动力输出装置，其中，所述控制装置进一步对所述第一变换器和/或第二变换器的运行进行控制，使得所述第一电动发电机与所述第二电动发电机中的至少一个采用所述输入电压被驱动。
3.根据权利要求1的动力输出装置，其中，所述控制装置包含协调控制单元，该单元通过计算所述中间值并从用于所述第一电动发电机与所述第二电动发电机的各相电压指令中减去所述计算得到的中间值，协调地对所述第一变换器与所述第二变换器进行控制。
4.根据权利要求1的动力输出装置，其中，所述控制装置进一步包含电压补偿单元，该单元对由所述第一电动发电机与所述第二电动发电机的内部阻抗导致的电压下降进行补偿。
5.根据权利要求4的动力输出装置，其中，所述电压补偿单元基于在所述第一电动发电机与所述第二电动发电机的所述中性点间流过的AC电流来计算电压补偿值，以便采用所述计算得到的电压补偿值对在所述第一电动发电机与所述第二电动发电机的所述中性点之间产生的所述AC电压的指令值进行校正。
6.根据权利要求1的动力输出装置，其还包含：
DC电源，以及
升压转换器，该转换器对来自所述DC电源的DC电压输出进行升压，并将所述升压电压供到所述电压供给线，
其中，所述控制装置进一步对所述升压转换器的运行进行控制，使得来自所述DC电源的所述DC电压被升压到所述输入电压。
7.一种车辆，该车辆包含：
权利要求1-6中任意一项所限定的动力输出装置，
内燃机，其耦合到包含在所述动力输出装置中的所述第一电动发电机，以及
驱动轮，其耦合到包含在所述动力输出装置中的所述第二电动发电机，并由所述第二电动发电机驱动，
其中，包含在所述动力输出装置中的所述控制装置对包含在所述动力输出装置中的所述第一变换器与所述第二变换器的运行进行控制，使得：采用所述输入电压，所述第一电动发电机和所述第二电动发电机被驱动，且在所述第一电动发电机和所述第二电动发电机的所述中性点之间产生AC电压，并且，
所述第一电动发电机和所述第二电动发电机将在彼此的中性点之间产生的所述AC电压输出到电气连接在所述中性点之间的外部电气负载。
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