车辆和控制车辆的方法与流程

车辆和控制车辆的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术基于2020年9月7日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2020-0113674并要求该申请的优先权权益，通过引用将其公开内容整体并入。
技术领域
3.本发明涉及一种用于有效控制环保车辆的电机的车辆以及控制该车辆的方法。


背景技术：

4.环保车辆是通过利用氢气或电力作为动力源将污染降至最低的下一代车辆。目前，用于逆变器的功率模块中使用的功率元件占据了功率模块材料成本的很大一部分。因此，正在研究通过改善功率元件的电流密度和改善功率模块的冷却性能来提高成本竞争力，从而使功率元件的芯片尺寸最小化。
5.然而，即使冷却性能得到改善，电流密度也会成为减小芯片尺寸的障碍。换句话说，功率元件的饱和电流必须大于系统所需的最大输出电流。在功率元件的饱和区域中，不仅不会产生大于或等于饱和电流的电流，而且由于元件两端的电压(vce)增大而功耗增大并产生大量热量，这可能会损坏元件。因此，正在积极进行解决这些问题的研究。


技术实现要素：

6.本发明的一个方面提供了一种即使在高温下也会向电机供应恒定电流而不改变栅极电压的车辆以及控制该车辆的方法。本发明的其他方面将部分地在下面的描述中进行阐述，并且部分地从描述中将是显而易见的，或者可以通过实践本发明来习得。
7.根据本发明的一方面，一种车辆可以包括：至少一个开关元件，其配置为向电机供应电流；温度传感器，其配置为获取至少一个晶体管的温度信息；至少一个处理器，其配置为发送与电机驱动相对应的时钟信号；驱动器，其配置为接收时钟信号，并将驱动信号发送至晶体管。转换器可以配置为基于从温度传感器接收到的温度信息来确定驱动信号的占空比。
8.所述时钟信号可以包括三角波信号。所述驱动信号可以包括脉宽调制(pwm)信号。所述转换器可以配置为将三角波信号转换为pwm信号。所述处理器可以配置为基于晶体管的温度升高来校正温度传感器的感测电压。所述转换器可以配置为响应于校正的感测电压来增大驱动信号的占空比。
9.所述处理器可以配置为基于晶体管的温度降低来校正温度传感器的感测电压。所述转换器可以配置为响应于校正的感测电压来降低驱动信号的占空比。所述转换器可以配置为基于感测电压和时钟信号的交叉点来确定占空比。所述至少一个开关元件可以设置有至少一个晶体管元件。所述至少一个晶体管元件的饱和电流可以配置为独立于温度信息而确定。所述车辆可以设置为混合动力电动车辆(hev)、电池电动车辆(bev)、插电式混合动力电动车辆(phev)和燃料电池电动车辆(fcev)中的一种。
10.根据本发明的另一方面，一种控制车辆的方法可以包括：由温度传感器获取至少一个晶体管的温度信息；由至少一个处理器发送与电机驱动相对应的时钟信号；由驱动器接收时钟信号，并将驱动信号发送至晶体管，由转换器基于从温度传感器接收到的温度信息来确定驱动信号的占空比。
11.所述时钟信号可以包括三角波信号。所述驱动信号可以包括脉宽调制(pwm)信号。所述方法可以进一步包括由转换器将三角波信号转换为pwm信号。确定驱动信号的占空比可以包括：基于晶体管的温度升高来校正感测电压；响应于校正的感测电压来增大驱动信号的占空比。
12.确定驱动信号的占空比可以包括：基于晶体管的温度降低来校正感测电压；响应于校正的感测电压来降低驱动信号的占空比。确定驱动信号的占空比可以包括基于感测电压和时钟信号的交叉点来确定占空比。
13.所述至少一个开关元件可以设置有至少一个晶体管元件。所述至少一个晶体管元件的饱和电流可以配置为独立于温度信息而确定。所述车辆可以设置为混合动力电动车辆(hev)、电池电动车辆(bev)、插电式混合动力电动车辆(phev)和燃料电池电动车辆(fcev)中的一种。
附图说明
14.根据结合附图所呈现的示例性实施方案的以下描述，本发明的这些和/或其他方面将变得清晰和更容易理解。
15.图1是根据本发明的示例性实施方案的车辆的控制框图。
16.图2和图3是示出根据本发明的示例性实施方案的开关元件的每个温度的电流特性的示意图。
17.图4和图5是用于描述根据本发明的示例性实施方案的时钟信号和脉宽调制(pwm)信号之间的关系的示意图。
18.图6是示出根据本发明的示例性实施方案的车辆中包括的电路的示意图。
19.图7是根据本发明的示例性实施方案的流程图。
具体实施方式
20.应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非化石能源的燃料)。正如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如具有汽油动力和电力动力两者的车辆。
21.尽管示例性实施方案描述为利用多个单元来进行示例性的过程，但是应当理解的是，示例性的过程也可以由一个或更多个模块进行。此外，应当理解的是，术语“控制器/控制单元”指的是包括存储器和处理器的硬件装置，并且经过专门编程以执行本文中所述的过程。存储器配置为对模块进行存储，并且处理器具体配置为执行所述模块以进行以下进一步描述的一个或更多个过程。
22.此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质，其包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪盘驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机系统上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(can)以分布方式存储和执行。
23.本文所使用的术语仅为了描述特定实施方案的目的，并非旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚的说明。还将理解当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一种或更多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或更多种相关列举项的任何和所有组合。
24.除非特别声明或者从上下文显而易见，本文所使用的术语“大约”理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“大约”可以理解为在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或者0.01％之内。除非上下文另有清楚的说明，否则本文所提供的所有数值通过术语“大约”进行修饰。
25.在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。并非将描述本发明的实施方案的所有元件，而是将省略对本领域中公知的元件或在示例性实施方案中彼此重叠的元件的描述。在整个说明书中所使用的术语，例如“～部件”、“～模块”、“～构件”、“～块”等，可以以软件和/或硬件来实现，并且多个“～部件”、“～模块”、“～构件”或“～块”可以在单个元件中实现，或者单个“～部件”、“～模块”、“～构件”或“～块”可以包括多个元件。
26.还将理解的是，术语“连接”及其衍生词既指直接连接又指间接连接，并且间接连接包括通过无线通信网络的连接。还应当理解的是，术语“构件”及其衍生词指的是当一个构件与另一个构件接触时以及当另一个构件存在于两个构件之间时。
27.此外，当陈述为一层在另一层或底层“之上”时，该层可以直接在另一层或底层之上或者可以在这两者之间设置有第三层。应当理解的是，尽管在本文会使用术语第一、第二、第三等以描述各个元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该由这些术语来限制。这些术语仅用于区分一个元件、组件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。
28.应当理解的是，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数对象，除非在本文中有明确的说明。用于方法步骤的附图标记仅用于方便解释，而并非限制步骤的顺序。因此，除非上下文另有明确说明，否则可以以其它方式实践已写的顺序。
29.下面将参考所附附图对本发明的工作原理和示例性实施方案进行描述。图1是根据本发明的示例性实施方案的车辆的控制框图。根据实施方案的车辆可以包括：开关元件120、温度传感器150、处理器140和转换器130。
30.开关元件120可以配置为向设置在车辆内的电机110供应电流。开关元件120可以设置为包括使用区和饱和电流区的晶体管元件。同时，设置在车辆内的开关元件120可以根据栅极电压或温度而具有不同的饱和电流区。同时，可以独立于电机110的温度信息等来确定开关元件120的输出电流。
31.输出电流可以是由开关元件120发送并发送至电机110等的电流，并且可以以与由
晶体管元件本身确定的饱和电流不同的方式来确定。温度传感器150可以配置为感测设置在车辆内的开关元件120的温度。温度传感器150可以包括至少一个二极管温度传感器150。
32.同时，车辆可以包括配置为操作电机110的至少一个处理器140。处理器140可以配置为生成与电机110的驱动相对应的时钟信号。时钟信号可以是指基于用户输入的指令来驱动电机110的信号，并且可以设置为如下文所述的交流(ac)信号和三角波形信号。同时，车辆可以包括转换器130。转换器130可以设置为反激式(fly-back)控制器。具体地，转换器130可以设置为交流(ac)-直流(dc)转换器130。
33.转换器130可以配置为从处理器140接收时钟信号并将驱动信号发送至开关元件120。时钟信号可以包括三角波信号，驱动信号可以包括脉宽调制(pwm)信号。转换器130可以配置为基于从温度传感器150接收到的温度信息来确定驱动信号的占空比。具体地，响应于确定出开关元件120的温度大于阈值温度，开关元件120的饱和电流降低，因此，转换器130可以配置为增大占空比以保持温度升高之前供应给电机110的电流量。
34.转换器130可以配置为将由三角波信号构成的时钟信号改变为包括pwm信号的驱动信号。下文将详细描述将时钟信号改变为pwm信号的操作。温度传感器150可以配置为基于晶体管的温度升高来降低感测电压。转换器130可以配置为响应于降低的感测电压来增大驱动信号的占空比。相反，温度传感器150可以配置为基于开关元件120的温度降低来增大感测电压。转换器130可以配置为响应于增大的感测电压来降低驱动信号的占空比。
35.感测电压是从温度传感器150输出的电压。当开关元件120的温度大于阈值温度时，感测电压可以输出低电压，而当开关元件120的温度小于阈值温度时，感测电压可以输出高电压。该操作可以由设置在车辆中的处理器140执行。具体地，设置在车辆内的处理器140可以配置为基于晶体管温度的升高来校正温度传感器150的感测电压。具体地，随着温度的升高，感测电压可能会降低。
36.此外，处理器140可以配置为基于晶体管温度的降低来校正温度传感器150的感测电压。具体地，当温度降低时，温度传感器150的感测电压可以增大。转换器130可以配置为基于感测电压和时钟信号的交叉点来确定驱动信号的占空比。同时，上述配置可以设置于诸如混合动力电动车辆(hev)、电池电动车辆(bev)、插电式混合动力电动车辆(phev)和燃料电池电动车辆(fcev)的环保车辆。
37.对应于图1示出的车辆组件的性能，可以添加或删除至少一个组件。本领域技术人员容易理解的是，组件的相互位置可以对应于车辆1的性能或结构而改变。同时，图1中示出的每个组件可以指的是硬件组件，例如软件和/或现场可编程门阵列(fpga)和专用集成电路(asic)。
38.图2和图3是示出根据本发明的示例性实施方案的开关元件的每个温度的电流特性的示意图。图2是示出开关元件120在常温下的操作的图，图3是示出开关元件120在高温下的操作的图。
39.具体地，图2中的z2-1和图3中的z3-1可以表示igbt的使用区域，区域z2-2和z3-2表示igbt的饱和电流区。参照图2和图3，示出了根据开关元件120的栅极电压的电压和电流特性。具体地，图2是示出在常温(25℃)下的电压和电流特性的示意图，图3是示出在高温(175℃)下的电压和电流特性的示意图。
40.开关元件120可以配置为根据栅极电压来差异地发送电流。栅极电压越高，可以发
送至开关元件120的电流量越大，而开关元件120的温度越高，可以传送的电流越小。根据示例性实施方案，用于驱动开关元件120的栅极驱动电压可以确定为15v。
41.参照图2，当开关元件120的栅极电压为15v时，可以确定在常温下的饱和电流为大约1900a。同时，参照图3，当结温增大至高温时，饱和电流可以限制在大约1300a。因此，当考虑高温使用时，从开关元件120输出的电流为大约1300a。
42.通常，为了解决该问题，可以考虑增大开关元件120的栅极电压的方法。具体地，当施加到开关元件120的栅极电压被补偿并在高温下使用时，可以放宽饱和电流限制。具体地，参照图3，当栅极电压从15v增大到17v时，饱和电流可以增大到1600a左右。同时，在这种情况下，芯片尺寸必须增大。以下，将描述用于解决此问题的本发明的操作。
43.图4和图5是用于描述根据本发明的示例性实施方案的时钟信号和脉宽调制(pwm)信号之间的关系的示意图。参照图4，其示出了在常温下的时钟信号、感测电压和基于时钟信号得到的驱动信号。
44.车辆内包括的处理器140可以配置为将时钟信号发送至转换器130从而驱动电机110。转换器130可以配置为从设置在开关元件120中的温度传感器150获取温度信息。温度信息可以包括基于开关元件120的温度确定的感测电压。当开关元件120的温度高时，感测电压可以确定为低，当开关元件120的温度低时，感测电压可以确定为高。
45.图4示出了在常温下驱动开关元件120的情况。具体地，从温度传感器150接收到的感测电压v4可以确定为相对较高。转换器130可以配置为从处理器140接收用于驱动电机110的时钟信号c4，并基于从温度传感器150接收到的感测电压v4来确定驱动信号d4。驱动信号d4可以确定为时钟信号c4和感测电压的交叉点t41和t42。
46.在图4中，驱动信号d4可以确定为时钟信号c4和感测电压v4的交叉点。具体地，驱动信号d4的占空比可以由感测电压v4和时钟信号c4的交叉点来确定。在常温下，由于开关元件120的饱和电流充足，因此驱动信号的占空比不会增大。
47.图5是示出在高温下开关元件120的电流与电压之间的关系的示意图。参照图5和图4，图5示出了在高温下驱动开关元件120，从而输出低饱和电流。具体地，温度传感器150可以配置为将低感测电压v5发送至转换器130。转换器130可以配置为通过从处理器140接收用于驱动开关元件120的时钟信号c5和从温度传感器150接收感测电压v5来确定驱动信号d5。
48.同时，在图5中，可以接收低感测电压v5。同时，转换器130可以配置为基于时钟信号c5和感测电压v5的交叉点t51和t52来确定驱动信号d5的占空比。具体地，开关元件120的温度高，而感测电压v5低。由于检测电压v5和时钟信号c5的交叉点t51与t52之间的距离比图4的距离宽，在这种情况下，可以输出具有较大占空比的驱动信号。
49.同时，由于图5是开关元件120在高温下并且饱和电流为低时的操作，因此转换器130可以配置为通过输出具有高占空比的驱动信号d5来驱动开关元件120。因此，图5的开关元件120具有比图4的开关元件120更低的饱和电流，但是具有更高的占空比，从而将驱动电机110所需的电流供应给电机110。同时，参考图4和图5描述的操作仅是本发明的示例性实施方案，对基于开关元件120的温度来改变驱动信号的操作没有限制。
50.图6是示出根据本发明的示例性实施方案的车辆中包括的电路的示意图。图6示出了处理器140、转换器130、驱动器160、温度传感器150和开关元件120。根据示例性实施方
案，至少一个处理器140可以配置为基于用户的指令生成用于驱动电机110的时钟信号。生成的时钟信号可以发送至转换器130，转换器130可以配置为基于从温度传感器150接收到的感测电压来生成驱动信号。温度传感器150可以配置为检测开关元件120的结温信息。
51.如上所述，感测信号可以通过开关元件120的温度传感器150发送。转换器130可以设置为反激式控制器。转换器130可以包括配置为生成驱动信号的变压器，转换器130可以配置为利用驱动器160的功率和栅极占空比(pwm_power)来调节功率。转换器130可以配置为接收开关元件120的温度信息(temp_out)，利用配置在其中的比较器将处理器140的时钟信号与感测电压进行比较，并且通过根据温度调节驱动信号的占空比来调节供应给电机110的电流。
52.例如，当温度升高并且感测电压降低时，控制器配置为基于感测电压和时钟信号来增大驱动信号的占空比。因此，与常规的转换器相比，转换器130可以配置为通过增加饱和电流来补偿由于高温引起的饱和电流的降低。
53.同时，至少一个处理器140可以配置为将供应给转换器130的驱动信号发送至驱动器160，驱动器160可以配置为将具有确定的占空比的驱动信号发送至如上所述的开关元件120。开关元件120可以配置为独立于温度而向电机110供应电流。具体地，由于开关元件120的饱和电流可以在常温下维持，因此温度传感器150发送的感测电压被发送为高，从而可以使用低占空比驱动信号来驱动开关元件120。
54.另一方面，在高温下，由于开关元件120的饱和电流维持为低，所以温度传感器150发送的感测电压被发送为低，因此可以使用高占空比驱动信号来驱动开关元件120。当开关元件120的温度升高时，即使开关元件120的饱和电流为低，驱动信号的占空比也会增大，因此可以向电机110供应恒定电流。同时，图6示出的电路图仅仅是本发明的示例性实施方案，并且对用于控制电机110的电流供应的电路图的实施方案没有限制。
55.图7是根据本发明的示例性实施方案的流程图。参照图7，转换器130可以配置为从温度传感器150获取温度信息(步骤1001)。当开关元件120的温度升高时，转换器130可以配置为基于从温度传感器150接收到的感测电压和时钟信号来增大驱动信号的占空比(步骤1002、1003)。同时，转换器130可以配置为利用如上所述的具有增大的占空比的驱动信号向电机110供应电流(步骤1004)。
56.根据本发明的示例性实施方案，即使在高温下，车辆以及控制车辆的方法也可以在不改变栅极电压的情况下向电机供应恒定电流。
57.所公开的示例性实施方案可以以存储有可由处理器执行的计算机可执行指令的记录介质的形式实现。这些指令可以以程序代码的形式存储，并且当通过处理器执行时，这些指令可以产生程序模块以执行所公开的示例性实施方案的各个步骤。记录介质可以实现为非易失性的作为非易失性计算机可读记录介质。
58.非易失性计算机可读记录介质可以包括存储有可由计算机解译的命令的所有类型的记录介质。例如，非易失性计算机可读记录介质可以为例如rom、ram、磁带、磁盘、闪存、光学数据存储设备等。
59.已参考附图描述了本发明的实施方案。对本领域普通技术人员来说显而易见的是，本发明可以以上述示例性实施方案以外的其他形式进行实践，而不改变本发明的技术构思或本质特征。上述示例性实施方案仅作为示例，不应解释为限制性的意义。

技术特征：
1.一种车辆，包括：至少一个开关元件，其配置为向电机供应电流；温度传感器，其配置为检测至少一个晶体管的温度信息；至少一个处理器，其配置为发送与电机驱动相对应的时钟信号；驱动器，其配置为接收所述时钟信号，并将驱动信号发送至晶体管；转换器，其配置为基于从温度传感器接收到的温度信息来确定所述驱动信号的占空比。2.根据权利要求1所述的车辆，其中：所述时钟信号包括三角波信号；所述驱动信号包括脉宽调制信号；所述转换器配置为将三角波信号转换为脉宽调制信号。3.根据权利要求1所述的车辆，其中：所述处理器配置为基于晶体管的温度升高来校正温度传感器的感测电压；所述转换器配置为响应于校正的感测电压来增大驱动信号的占空比。4.根据权利要求1所述的车辆，其中：所述处理器配置为基于晶体管的温度降低来校正温度传感器的感测电压；所述转换器配置为响应于校正的感测电压来降低驱动信号的占空比。5.根据权利要求1所述的车辆，其中：所述转换器配置为基于感测电压和时钟信号的交叉点来确定占空比。6.根据权利要求1所述的车辆，其中：所述至少一个开关元件设置有至少一个晶体管元件；所述至少一个晶体管元件的饱和电流配置为独立于温度信息而确定。7.根据权利要求1所述的车辆，其中：所述车辆设置为混合动力电动车辆、电池电动车辆、插电式混合动力电动车辆和燃料电池电动车辆中的一种。8.一种控制车辆的方法，包括：由温度传感器获取至少一个晶体管的温度信息；由至少一个处理器将与电机驱动相对应的时钟信号发送至驱动器；由驱动器接收所述时钟信号，并将驱动信号发送至晶体管，由转换器基于从温度传感器接收到的温度信息来确定所述驱动信号的占空比。9.根据权利要求8所述的方法，其中：所述时钟信号包括三角波信号；所述驱动信号包括脉宽调制信号；所述方法包括由转换器将三角波信号转换为脉宽调制信号。10.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述驱动信号的占空比包括：基于晶体管的温度升高来校正感测电压；响应于校正的感测电压来增大驱动信号的占空比。11.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述驱动信号的占空比包括：基于晶体管的温度降低来校正感测电压；
响应于校正的感测电压来降低驱动信号的占空比。12.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述驱动信号的占空比包括：基于感测电压与时钟信号的交叉点来确定占空比。13.根据权利要求8所述的方法，其中：至少一个开关元件设置有至少一个晶体管元件；所述至少一个晶体管元件的饱和电流配置为独立于温度信息而确定。14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述车辆设置为混合动力电动车辆、电池电动车辆、插电式混合动力电动车辆和燃料电池电动车辆中的一种。

技术总结
本发明涉及车辆和控制车辆的方法。提供了一种车辆，所述车辆即使在高温下也会向电机供应恒定电流而不改变栅极电压。所述车辆包括：至少一个开关元件、温度传感器、至少一个处理器以及驱动器，所述至少一个开关元件向电机供应电流；所述温度传感器检测至少一个晶体管的温度信息；所述至少一个处理器发送与电机驱动相对应的时钟信号；所述驱动器接收时钟信号，并将驱动信号发送至晶体管。随后转换器基于从温度传感器接收到的温度信息来确定驱动信号的占空比。的占空比。的占空比。


技术研发人员：张智雄 申相哲 林英卨 李羑钟 李基宗 郑冈镐
受保护的技术使用者：起亚自动车株式会社
技术研发日：2020.12.23
技术公布日：2022/3/7