發(fā)電系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種電力系統(tǒng)包括引擎、由引擎驅(qū)動的發(fā)電機(jī)、電能存儲設(shè)備、將發(fā)電機(jī)和存儲設(shè)備耦合在一起的功率控制電路、以及耦合到該電路的處理器。發(fā)電機(jī)提供可變AC功率且存儲設(shè)備提供可變DC功率到電路。處理器執(zhí)行操作邏輯來向電路提供控制信號，以便：以第一速度運(yùn)行發(fā)電機(jī)來提供第一電平的AC電，增加從存儲設(shè)備提供的DC功率以將AC電提高到第二電平，將發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度從第一速度增加到大于第一速度的第二速度，當(dāng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度增加時(shí)降低來自存儲設(shè)備的DC功率，以及限制運(yùn)行速度的加速以減少對速度變化的感知。
【專利說明】發(fā)電系統(tǒng)及方法
[0001]本申請是2007年11月16日提交的申請?zhí)枮椤?00780049893.7”、發(fā)明名稱為“發(fā)
電系統(tǒng)及方法”的分案申請。
[0002]相關(guān)申請的交叉引用
[0003]根據(jù)可適用的條約，本申請要求下列專利的外國優(yōu)先權(quán):2006年12月29日提交的美國臨時(shí)專利申請N0.60/877,751和N0.60/877，966 ;2006年11月16日提交的美國專利申請N0.11/600,927 ;以及2007年6月I日提交的美國專利申請N0.11/809，421和N0.11/809，751，通過參考將所有這些申請的全部內(nèi)容并入本文。
【背景技術(shù)】
[0004]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，更具體地而非排他性地，涉及由包括電能存儲設(shè)備和引擎驅(qū)動的變速發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)提供的電功率的管理。
[0005]在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的很多應(yīng)用中，穩(wěn)態(tài)負(fù)載要求一般相對于發(fā)電機(jī)功率容量低。相反，對發(fā)電機(jī)的選擇常常由實(shí)際上可能短暫的峰值功率要求所驅(qū)使。在大部分使用時(shí)間期間，可以認(rèn)為這種發(fā)電機(jī)“尺寸過大”。因此，在某些情況下，發(fā)電系統(tǒng)包括用于在峰值使用期間給發(fā)電機(jī)補(bǔ)充功率的電能存儲設(shè)備，這便于減小發(fā)電機(jī)的尺寸。在一些系統(tǒng)中，選擇具有足夠的容量的發(fā)電機(jī)，以便給存儲設(shè)備充電的同時(shí)給低于給定電平的電力負(fù)載提供功率。
[0006]在某些應(yīng)用中，車輛的動力系統(tǒng)包括專用引擎/發(fā)電機(jī)組和一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池或電池組形式的電存儲設(shè)備。不幸的是，理想地集成和共同地管理發(fā)電機(jī)和電存儲設(shè)備操作的能力可能是挑戰(zhàn)性的?？蛇x地或附加地，可以證明，減小功率系統(tǒng)的尺寸/重量和/或由引擎/發(fā)電機(jī)組運(yùn)行引起的被察覺的噪聲/振動是挑戰(zhàn)性的。因此，持續(xù)地存在對該【技術(shù)領(lǐng)域】做出進(jìn)一步貢獻(xiàn)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式包括涉及電功率產(chǎn)生、存儲、輸送和/或控制的獨(dú)特技術(shù)。其它實(shí)施方式包括涉及電功率產(chǎn)生、存儲、輸送和/或控制的獨(dú)特方法、系統(tǒng)、設(shè)備和裝置。從所提供的說明和所附附圖中，本申請的進(jìn)一步的實(shí)施方式、形式、特征、方面、益處和優(yōu)點(diǎn)應(yīng)變得明顯。
[0008]附圖的簡要說明
[0009]圖1是承載包括發(fā)電機(jī)組的發(fā)電系統(tǒng)的車輛的簡圖。
[0010]圖2是包括在圖1的系統(tǒng)中的電路的示意圖。
[0011]圖3是涉及圖2的電路的進(jìn)一步的圖示。
[0012]圖4是用于從發(fā)電系統(tǒng)獲得受控AC電功率的圖2的電路的逆變器操作控制系統(tǒng)圖。
[0013]圖5是用于儲存來自外部源的電能的圖2的電路的變換器操作的控制系統(tǒng)圖。
[0014]圖6是用于在不同的功率升壓(boost)操作狀態(tài)下操作圖1的系統(tǒng)的一個(gè)過程的流程圖。[0015]圖7是用于在圖5所示的過程的執(zhí)行期間處理不同類型的功率瞬態(tài)的流程圖，并進(jìn)一步涉及不同的功率升壓操作。
【具體實(shí)施方式】
[0016]出于促進(jìn)理解本發(fā)明原理的目的，現(xiàn)在參考在附圖中示出的實(shí)施方式，且使用特定的語言來描述這些實(shí)施方式。然而應(yīng)理解，并不旨在由此來限制本發(fā)明的范圍。設(shè)想本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域中的技術(shù)人員正常地可以獲知在所述實(shí)施方式中進(jìn)行的任何變更和進(jìn)一步的修改，以及對本文所述的本發(fā)明原理的任何進(jìn)一步的應(yīng)用。
[0017]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及發(fā)電和存儲系統(tǒng)，其包括變速發(fā)電機(jī)和電能存儲設(shè)備。在一種形式中，該系統(tǒng)被承載在陸地或海洋車船上，并特別適合于滿足車輛的艙室和/或其它生活空間的電功率需要。對于這樣的空間，電功率一般需要用于照明、廚房用具、空氣調(diào)節(jié)、音頻/視覺裝置等。在其它形式中(只提及幾個(gè)可能性)，該在不能利用電力企業(yè)電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)中提供該系統(tǒng)作為備用電源或作為主要電源。
[0018]圖1示出以電動客車22形式的車輛20。電動客車22包括內(nèi)部生活空間24，并由客車引擎26推動?？蛙囈?6—般是往復(fù)式活塞、內(nèi)燃類型的。為了補(bǔ)充生活空間24，客車26承載各種類型的電子裝置27，例如一個(gè)或多個(gè)空調(diào)88。裝置27可進(jìn)一步包括照明、廚房用具、娛樂設(shè)備和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的此類不同設(shè)備?？蛙?2承載給裝置27選擇性地提供電力的移動發(fā)電系統(tǒng)28。相應(yīng)地，裝置27電力地裝載系統(tǒng)28。在一種形式中，系統(tǒng)28的不同組件分布在整個(gè)車輛20中一安裝在不同隔室和/或其它專用空間中。
[0019]系統(tǒng)28包括兩個(gè)主電源:來自發(fā)電機(jī)組30的交流(AC)功率和來自電能存儲設(shè)備70的直流(DC)功率。發(fā)電機(jī)組30包括專用引擎32和三相AC發(fā)電機(jī)34。引擎32使用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動構(gòu)件36向發(fā)電機(jī)34提供旋轉(zhuǎn)機(jī)械功率。在一個(gè)配置中，引擎32是直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)34的往復(fù)式活塞類型，且發(fā)電機(jī)34是安裝到構(gòu)件36的永磁交流發(fā)電機(jī)(PMA)類型，構(gòu)件36為引擎32的驅(qū)動軸的形式。在其它形式中，發(fā)電機(jī)34可通過機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械地耦合到引擎32，該連桿機(jī)構(gòu)提供期望的匝數(shù)比、變矩器、傳輸和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的不同形式的旋轉(zhuǎn)聯(lián)接機(jī)構(gòu)。引擎32的操作通過引擎控制模塊(ECM)(未示出)來調(diào)節(jié)，引擎控制模塊又響應(yīng)于來自系統(tǒng)28的控制和逆變器組件40的控制信號。
[0020]引擎32的旋轉(zhuǎn)運(yùn)行速度和相應(yīng)地發(fā)電機(jī)34的旋轉(zhuǎn)速度響應(yīng)于系統(tǒng)28的電力加載的變化在選定的運(yùn)行范圍內(nèi)變化。在該范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)速度增加，以滿足與系統(tǒng)28上增加的電力負(fù)載相伴隨的較大的功率要求。發(fā)電機(jī)組30具有對應(yīng)于低功率輸出的該速度范圍的下極值處的穩(wěn)態(tài)最低速度以及對應(yīng)于于高功率輸出的該速度范圍的上極值處的穩(wěn)態(tài)最高速度。當(dāng)發(fā)電機(jī)組30的速度變化時(shí)，其三相電力輸出根據(jù)AC頻率和電壓變化。
[0021]發(fā)電機(jī)組30電耦合到組件40。組件40包括功率控制電路40a，用于管理使用系統(tǒng)28產(chǎn)生并儲存的電功率。電路40a包括三相整流器42、可變電壓DC功率母線44、電橋46、充電和升壓電路50以及處理器100。組件40耦合到存儲設(shè)備70以選擇性地以某些運(yùn)行模式給其充電，并經(jīng)由電路50以其它運(yùn)行模式從存儲設(shè)備70提供電能，這將下文中進(jìn)一步描述。組件40使用電路50來為存儲設(shè)備、一個(gè)或多個(gè)電動客車DC負(fù)載74提供DC電功率，并使用電橋46來提供經(jīng)調(diào)節(jié)的AC電功率。經(jīng)由AC輸出母線80提供AC電負(fù)載。當(dāng)功率經(jīng)由母線44從發(fā)電機(jī)組30和/或設(shè)備70提供到母線80時(shí)，對電橋46進(jìn)行控制，以進(jìn)行在下文中結(jié)合圖4進(jìn)一步描述的DC到AC逆變器操作。母線80連接到系統(tǒng)28的AC電源轉(zhuǎn)換開關(guān)82。經(jīng)由開關(guān)82提供一個(gè)或多個(gè)客車AC電負(fù)載84。系統(tǒng)28也從母線80提供負(fù)載分配86，而在其間沒有介入開關(guān)82。
[0022]如圖1所示，開關(guān)82電耦合到外部AC電源90 (岸電)。應(yīng)認(rèn)識到，當(dāng)車輛20在運(yùn)動中時(shí)岸電通常不能使用，可能在一些地方是不可用的；且即使可利用，岸電一般被斷路器或保險(xiǎn)絲限制。當(dāng)提供來自源90的功率時(shí)，發(fā)電機(jī)組30通常處于非激活。轉(zhuǎn)換開關(guān)82將岸電路由到工作負(fù)載84，以及由逆變器負(fù)載分配86提供的負(fù)載。使用來自源90的外部AC功率的提供，組件40選擇性地用作負(fù)載84之一，將AC岸電轉(zhuǎn)換成適合于給存儲設(shè)備70充電的形式。對于該運(yùn)行模式，控制電橋46來用作如在下文中結(jié)合圖5進(jìn)一步描述的AC到DC變換器。
[0023]組件40還包括處理器100。處理器100執(zhí)行定義了各種控制、管理和/或調(diào)節(jié)功能的操作邏輯。該操作邏輯可以是專用硬件的形式，例如硬線狀態(tài)機(jī)、編程指令和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的不同形式。處理器100可被提供為單個(gè)組件或操作性耦合組件的集合；并可由數(shù)字電路、模擬電路或這兩種類型的混合組合組成。當(dāng)處理器100是多組件形式時(shí)，處理器100可具有相對其它組件位于遠(yuǎn)處的一個(gè)或多個(gè)組件。處理器100可包括多個(gè)處理單元，其配置為在管道處理配置中、在并行處理配置中和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的此類不同配置中獨(dú)立地運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施方式中，處理器100是固態(tài)集成電路類型的可編程微處理設(shè)備，其包括一個(gè)或多個(gè)處理單元和存儲器。處理器100可包括一個(gè)或多個(gè)信號調(diào)節(jié)器、調(diào)制器、解調(diào)器、算術(shù)邏輯單元(ALU)、中央處理單元(CPU)、限制器、振蕩器、控制時(shí)鐘、放大器、信號調(diào)節(jié)器、濾波器、格式轉(zhuǎn)換器、通信端口、鉗位電路、延遲設(shè)備、存儲器設(shè)備和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的執(zhí)行期望通信的不同電路或功能組件。在一種形式中，處理器100按需要包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口，以便于在不同系統(tǒng)組件和/或未包括在圖示的系統(tǒng)中的組件之間使用控制器局域網(wǎng)(CAN)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信。
[0024]另外參考圖2的電路示意圖和圖3的控制流程圖，進(jìn)一步示出系統(tǒng)28的選定方面；其中相同的附圖標(biāo)記指代前面描述的相同組件。在圖3中，用較重的線加重形成的方框?qū)?yīng)于硬件實(shí)現(xiàn)的功能，而用較輕的線加重形成的方框?qū)?yīng)于通過對處理器100進(jìn)行編程提供的軟件實(shí)現(xiàn)的功能。組件40包括耦合到三相整流器42的電磁干擾(EMI)濾波器38。在一種形式中，由適用于三相AC到DC轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)六二極管配置來實(shí)現(xiàn)整流器42。當(dāng)發(fā)電機(jī)組30運(yùn)行時(shí)，整流器42接收從發(fā)電機(jī)組30輸出的EMI過濾的三相AC電功率。濾波器38從發(fā)電機(jī)組的輸出中移除可能導(dǎo)致不希望有的干擾的某些時(shí)變特征，且整流器42將來自發(fā)電機(jī)組30的經(jīng)過濾的三相AC電功率轉(zhuǎn)換成母線44上的相應(yīng)的DC電壓。
[0025]至少一個(gè)電容器45耦合在DC母線44兩端，以減小殘余的“紋波”和/或其它時(shí)變分量。當(dāng)功率從母線44提供到母線80時(shí)，響應(yīng)于處理器100的功率控制邏輯104，將母線44上的DC電壓通過電橋46轉(zhuǎn)換成AC電壓。電橋46是具有4個(gè)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的標(biāo)準(zhǔn)H橋配置，這些絕緣柵雙極型晶體管由來自處理器100的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號來控制。在其它形式中，電橋46可由一個(gè)或多個(gè)其它開關(guān)類型組成，諸如:場效應(yīng)晶體管(FET)、柵控晶閘管、可控硅整流器(SCR)等。來自邏輯104的PWM控制信號選擇性地且單獨(dú)地驅(qū)動電橋46的柵極/開關(guān)。一般地，這些控制信號輸入與逆變器柵極相耦合的介入功率驅(qū)動電路，且這些控制信號被光隔離器、隔離變壓器等隔離。功率控制邏輯104包括比例積分(PI)控制器，用于合成近似的正弦AC波形。感測裝置45包括AC電壓傳感器46a和AC電流傳感器46b。功率控制邏輯104接收相應(yīng)于從電橋46輸送到母線80的功率的來自電壓傳感器46a的AC電壓(VAC)和來自電流傳感器46b的AC電流(IAC)。將輸入到邏輯104的VAC和IAC用作反饋，以使用PI控制器產(chǎn)生輸出功率的正弦波形。
[0026]圖4更加詳細(xì)地描述了由邏輯104和相應(yīng)的電路104a定義的DC-AC逆變器控制系統(tǒng)204 ;其中相同的附圖標(biāo)記指代相似的組件。電橋46由4個(gè)IGBT104b (更具體地被表示為U、V、X和Y)組成，每個(gè)都具有相應(yīng)的續(xù)流二極管(free-wheeling diode) 104c。傳感器46a和46b監(jiān)控電橋46的VAC和IAC。經(jīng)由控制回路215a，來自傳感器46a的VAC輸入到應(yīng)用傳遞函數(shù)Hv(S)的控制算子216a。來自DC母線44的被表示為信號Vdc的DC電壓也輸入到算子216a。來自算子216a的輸出提供到求和算子217a的負(fù)輸入。求和算子217a的正輸入接收被表不為信號Vac的目標(biāo)AC電壓,從目標(biāo)AC電壓減去負(fù)輸入以提供信號Verr。Verr輸入到應(yīng)用傳遞函數(shù)Gv (s)的控制算子218a,以向求和算子217c的正輸入提供輸出。經(jīng)由控制回路215c，來自傳感器46b的IAC輸入到應(yīng)用傳遞函數(shù)Hitj(S)的控制算子216c。算子216c的輸出提供到求和算子217c的負(fù)輸入以將其從Verr減去。求和算子217c的輸出被表示為信號ierr，并將ierr輸入到控制算子218b。算子218b應(yīng)用傳遞函數(shù)Gi (s)以向電橋46的IGBT104b提供電壓驅(qū)動信號Vdrive。應(yīng)認(rèn)識到，可以使用硬件、軟件、固件或其組合來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)204和相應(yīng)的算子/邏輯。
[0027]還可以分別使用來自于傳感器46a和46b的VAC和IAC輸入以計(jì)算用于控制整個(gè)系統(tǒng)的共享功能所需的功率特性。系統(tǒng)控制邏輯110從逆變器控制邏輯104接收AC功率輸出信息。該信息可用于確定系統(tǒng)功率，并用于與發(fā)電機(jī)組30和設(shè)備70的功率輸送容量進(jìn)行比較，以調(diào)節(jié)在下文中描述的某些操作。而且，邏輯110使用該AC輸出信息來確定是否存在保證在此類操作中的考慮因素的瞬態(tài)功率條件。
[0028]電感器47a和電容器47b將電橋46的輸出進(jìn)一步過濾和轉(zhuǎn)換為期望的AC功率波形。EMI濾波器48對得到的AC功率波形提供干擾過濾，以在母線80上提供調(diào)節(jié)的單相AC功率輸出。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，在母線80上提供標(biāo)稱120VAC、60赫茲(Hz)輸出，到整流器42的發(fā)電機(jī)組三相輸出在150-250伏AC (VAC)的電壓范圍和200-400赫茲(Hz)的頻率范圍內(nèi)變化，且在DC母線44上的可變電壓在200伏DC (Vdc)和300伏DC (Vdc)之間。
[0029]除了邏輯104以外，處理器100包括發(fā)電機(jī)組功率請求控制邏輯102，以相對于系統(tǒng)28的操作來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組30的旋轉(zhuǎn)速度。邏輯102向發(fā)電機(jī)組30提供輸入信號，其表示由發(fā)電機(jī)組30供電的被請求的目標(biāo)負(fù)載。發(fā)電機(jī)組30的發(fā)電機(jī)組調(diào)速器103響應(yīng)于邏輯102來調(diào)節(jié)引擎旋轉(zhuǎn)速度，引擎旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)34的旋轉(zhuǎn)速度。通過邏輯102進(jìn)行控制，使得根據(jù)一個(gè)或多個(gè)條件(如瞬態(tài))產(chǎn)生不同的發(fā)電機(jī)組速度變化率(加速/減速)，這一點(diǎn)將在下文中結(jié)合圖6和7進(jìn)行更充分的解釋。
[0030]在一個(gè)特定的形式中，將調(diào)速器103實(shí)現(xiàn)在發(fā)電機(jī)組30的引擎控制模塊(ECM)中，發(fā)電機(jī)組30通過CAN接口與處理器100通信?？蛇x地或附加地，調(diào)速器103的至少一部分可包括在組件40中。速度控制邏輯102響應(yīng)于包括在處理器100的操作邏輯中的系統(tǒng)控制邏輯110以及引擎速度傳感器112所提供的引擎速度反饋信號?？梢噪S著電力加載的變化和/或設(shè)備70的充電或升壓操作來使用邏輯102進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，這一點(diǎn)將在下文中進(jìn)一步進(jìn)行描述。反過來，邏輯102給充電和功率升壓控制邏輯106提供控制輸入。
[0031 ] 可控DC-DC變換器60電耦合到DC母線44和電能存儲設(shè)備70。在圖2中，以圖2所示的電化學(xué)電池設(shè)備75的形式更具體地示出設(shè)備70。使用電流傳感器76監(jiān)控在設(shè)備70和變換器60之間的電流，以及在節(jié)點(diǎn)78處監(jiān)控設(shè)備70的DC電壓。在一個(gè)實(shí)施方式中，可使用一個(gè)以上的電流傳感器和/或電流傳感器類型(未示出)。例如，在一個(gè)配置中，可以用于功率管理目的使用一個(gè)傳感器(例如霍爾效應(yīng)傳感器類型)來監(jiān)控設(shè)備70的電流，而可以使用另一個(gè)傳感器(例如分流器類型)來監(jiān)控各種充電狀態(tài)。在其它實(shí)施方式中，可利用更多或更少的傳感器和/或傳感器類型。
[0032]變換器60在DC母線44和設(shè)備70之間提供電功率的雙向轉(zhuǎn)換。變換器60用于使用來自DC母線44的功率給設(shè)備70充電，并為母線80上的工作功率要求補(bǔ)充(升壓)可用于DC母線44的功率。變換器60包括在充電和功率升壓控制邏輯106的控制下的DC母線接口電路54和存儲接口電路64。母線接口電路54包括充電逆變器54a和功率升壓整流器54b。存儲接口電路64包括充電整流器64a和功率升壓逆變器64b。變壓器58耦合在電路54和電路64之間。充電逆變器54a和升壓逆變器64b可以是基于IGBT、FET (包括MOSFET類型)、柵控晶閘管、SCR或本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的此類其它適當(dāng)?shù)臇艠O/開關(guān)設(shè)備的H橋類型。進(jìn)一步地，雖然整流器54b和64a每個(gè)都被表示為不同于相應(yīng)的逆變器54a或64b，在其它實(shí)施方式中，可提供全波類型的形式的一個(gè)或多個(gè)整流器54b和64a，其由電耦合在相應(yīng)的逆變器54a或64b組件的輸出兩端的保護(hù)型“續(xù)流” 二極管組成。對于該配置的整流器操作，相應(yīng)的逆變器組件保持不活動而變?yōu)椴粚?dǎo)電。
[0033]充電比例積分(PI)控制電路52電耦合到充電逆變器54a，且功率升壓PI控制電路電耦合到功率升壓逆變器64b。電路52和62每個(gè)都接收相應(yīng)的充電和升壓電流參考值106a和106b作為輸入。通過充電和功率升壓控制邏輯106使用處理器100來計(jì)算電流參考值106a和106b。這些參考值被確定為功率要求、可用系統(tǒng)功率和任何瞬態(tài)功率條件的存在的函數(shù)?？傁到y(tǒng)功率被提供為電橋46提供到母線80的功率(逆變器功率)、發(fā)電機(jī)組30的發(fā)電容量和設(shè)備70的功率輸出容量的函數(shù)。逆變器功率對應(yīng)于由VAC電壓、IAC電流和從母線80的電力加載產(chǎn)生的相應(yīng)功率因數(shù)所指示的AC電負(fù)載“功率要求”。參考由邏輯102要求的發(fā)電機(jī)組功率/負(fù)載來確定發(fā)電機(jī)組發(fā)電容量。當(dāng)母線80上的功率要求可以由具有剩余容量的發(fā)電機(jī)組30進(jìn)行提供時(shí)并具有剩余容量時(shí)，則可以利用PI控制電路52調(diào)節(jié)變換器60來使用該剩余容量為來給設(shè)備70充電；并且當(dāng)功率要求超過發(fā)電機(jī)組30的容量時(shí)，則可以利用PI控制電路62調(diào)節(jié)變換器60來將補(bǔ)充功率從設(shè)備70提供到母線80。在下文中結(jié)合圖6和7進(jìn)一步描述了系統(tǒng)28的動態(tài)“功率共享”操作的不同方面；然而，首先如下描述變換器60的進(jìn)一步的方面及其操作。
[0034]使用系統(tǒng)控制邏輯110來控制變換器60，以啟用/禁止充電和升壓操作。在邏輯110的控制下，充電操作模式和升壓操作模式相互排斥一即，它們不能被同時(shí)啟用。當(dāng)啟用充電模式時(shí)，根據(jù)幾種不同模式中的一個(gè)模式并依賴于其充電級對電化學(xué)電池形式的設(shè)備70進(jìn)行充電。這些充電級可以是標(biāo)準(zhǔn)類型，并且可以在硬件、軟件或其組合中實(shí)現(xiàn)這些充電級。在一種形式中，三級方法包括成批、吸收和浮充電。當(dāng)充電時(shí)，電路52輸出PWM控制信號，所述PWM控制信號以標(biāo)準(zhǔn)方式來驅(qū)動充電逆變器54a的柵極。典型地，將PWM控制信號輸入到與每個(gè)柵極輸入相耦合的標(biāo)準(zhǔn)功率驅(qū)動電路(未示出)，并且可以通過光隔離器、隔離變壓器等將PWM控制信號與標(biāo)準(zhǔn)功率驅(qū)動電路隔離。響應(yīng)于PWM輸入控制信號，逆變器54a將來自DC母線44的DC功率轉(zhuǎn)換到AC形式，其經(jīng)由變壓器58提供到電路64的整流器64a。整流器64a將來自變壓器58的AC功率轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)腄C形式，以給電池設(shè)備75充電。在涉及電池設(shè)備75的標(biāo)稱12Vdc輸出的一種形式中，變壓器58將逆變器54a所輸出的AC電壓逐步降低到適合于給存儲設(shè)備70充電的較低電平。對于非電池類型的設(shè)備70而言，視情況對“充電模式”中的再充電/能量存儲進(jìn)行相應(yīng)的修改。
[0035]當(dāng)啟用功率升壓模式時(shí)，升壓PI控制電路62向升壓逆變器64b提供PWM控制信號，以控制從設(shè)備70輸送的功率。電路62的輸出是PWM控制信號的形式，該信號以變壓器升壓配置的標(biāo)準(zhǔn)方式驅(qū)動升壓逆變器64b的柵極。典型地，按需要或要求將這些控制信號輸入到具有適當(dāng)隔離的功率驅(qū)動電路(未示出)。當(dāng)補(bǔ)充由發(fā)電機(jī)32所提供的功率時(shí)，使用電路62來實(shí)現(xiàn)電流控制的功率升壓技術(shù)。響應(yīng)于(I)升壓電流參考值106b和(2)使用電流傳感器76檢測的存儲設(shè)備70的電流這兩個(gè)輸入之間的差異，電路62提供比例積分輸出調(diào)節(jié)。在響應(yīng)中，逆變器64b將來自設(shè)備70的DC功率轉(zhuǎn)換成AC形式，其經(jīng)由變壓器58提供到電路54的整流器54b。整流器64b將來自變壓器58的AC功率轉(zhuǎn)換成用于DC母線44的適當(dāng)?shù)腄C形式。在涉及設(shè)備70的標(biāo)稱12Vdc輸出的一種形式中，變壓器58逐步升高從逆變器64b輸出的AC電壓，AC電壓被轉(zhuǎn)換回用于母線44的DC功率。
[0036]應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在DC母線44上的DC電壓是可變的，而不是調(diào)節(jié)的。隨著發(fā)電機(jī)組30的速度和/或來自設(shè)備70的升壓功率或到設(shè)備70的充電功率的變化，將AC功率提供到母線80時(shí)DC44上的電壓變化延伸到較大范圍。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)向母線80上的電力負(fù)載提供功率的時(shí)候，所述變化范圍的下極值至少是該范圍的上極值的75%。在更優(yōu)選的形式中，下極值至少是上極值的66%。在甚至更加優(yōu)選的形式中，下極值至少是上極值的50%。
[0037]電橋46也可雙向地進(jìn)行操作。具體而言地，當(dāng)提供來自源90的可選岸電時(shí)，電橋46可以用于通過將岸電的AC功率波形轉(zhuǎn)換成母線44上的DC功率來給設(shè)備70充電。圖5示出由控制邏輯104和相應(yīng)的電路104a所定義的AC到DC變換器控制系統(tǒng)304，其使用岸電通過電橋46實(shí)現(xiàn)充電；其中相同的附圖標(biāo)記表不相同的組件。對于系統(tǒng)304,傳感器46a和46b分別提供電橋46輸入VAC和IAC。將VAC和IAC輸入到零交叉檢測器電路114，電路114用于確定來自源90的岸電的功率因數(shù)。該功率因數(shù)用于在岸電轉(zhuǎn)換到母線44上的DC功率期間動態(tài)地控制橋46。系統(tǒng)204定義DC母線電壓反饋回路115a、AC輸出電壓反饋回路115b和AC輸出電流反饋回路115c。相應(yīng)地，回路115a、115b和115c分別包括應(yīng)用傳遞函數(shù) Hv (s)、Hvq(S)和 Hio (s)的控制算子 116a、116b 和 116c。
[0038]算子116a提供DC電壓反饋；算子116b提供AC電壓反饋，以及算子116c提供AC電流反饋。算子116a的輸出提供到求和算子117a的負(fù)輸入。求和算子117a的正輸入接收被表不為信號Vdcref的DC電壓參考值。求和算子117a輸出輸入的差作為信號Verr,將信號Verr輸入到控制算子118a。算子118a應(yīng)用傳遞函數(shù)Gv(S)并輸出信號Vvpi。信號Vvpi提供到乘法器117b。此外，算子116b提供信號Vo作為乘法器117b的輸入。VvpiX Vo的作為結(jié)果的乘積提供到求和算子117c的負(fù)輸入。求和算子117c的正輸入接收算子116c的輸出。求和算子117c的輸出被表示為信號ierr,將信號ierr輸入到控制算子118b。算子118b應(yīng)用傳遞函數(shù)Gi (s)來產(chǎn)生輸出Vdrive信號，以使用橋46的IGBT104b來控制從源90輸入的AC功率到母線44上的DC功率的轉(zhuǎn)換。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以使用硬件、軟件、固件或其組合來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)304和相應(yīng)的算子/邏輯。
[0039]來自算子116b的電壓反饋信號Vo用于同步波形輸出。電橋46雙向地使用單相H橋輸出級，電感器47a充當(dāng)用于功率因數(shù)控制的升壓電感器。零交叉電路114參考中性波形來檢測正或負(fù)波形。IGBT104b的轉(zhuǎn)換根據(jù)下列內(nèi)容執(zhí)行:(a) IGBT V和IGBT X接入正向正弦波，同時(shí)兩個(gè)續(xù)流二極管104c使用在關(guān)斷狀態(tài)中的IGBT U和IGBT Y提供升壓，以及(b) IGBT U和IGBT Y接入負(fù)向正弦波，同時(shí)兩個(gè)續(xù)流二極管104c使用在關(guān)斷狀態(tài)中的IGBT V和IGBT X提供升壓。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，電壓和電流的PI控制器118a和118b可具有不同的類型(例如比例積分微分(PID)類型、比例(P)類型或比例微分(PD)類型，僅僅列舉幾種可能性)和/或可如本領(lǐng)域技術(shù)人員獲知的可以利用的正弦輸出波形和/或功率因數(shù)控制的不同方法。
[0040]圖6示出了根據(jù)處理器100所執(zhí)行的操作邏輯來執(zhí)行的系統(tǒng)28的功率管理過程120 ;其中相同的附圖標(biāo)記表示與前面所述相同組件。此外還參考圖1-圖5，過程120以條件122開始，條件122測試是否應(yīng)用了來自外部源90的岸電。如果條件122的測試為真(是)，則執(zhí)行岸電操作124。在操作124中，應(yīng)用來自于母線80的岸電，以在控制系統(tǒng)304的控制下給裝置170充電。如結(jié)合圖5解釋的，來自母線80的AC岸電使用電感器47a和電路46來提供功率因數(shù)校正，并通過電耦合在電橋46的每個(gè)柵極兩端的保護(hù)性“續(xù)流”二極管被整流。母線44上的因而形成的DC電壓被調(diào)節(jié)到相對恒定的值，使得母線80上的AC岸電的量值保持恒定。將從岸電得到的DC電壓提供到變換器60，以給電池76充電。在操作124期間，還將岸電提供到客車AC負(fù)載84、通過轉(zhuǎn)換開關(guān)82提供到逆變器分配86的負(fù)載以及提供到客車DC負(fù)載74。
[0041]如果條件122的測試為假(否)，則過程120以條件126繼續(xù)。條件126測試是否系統(tǒng)28在無噪聲模式中操作。如果條件126的測試為真(是)，則執(zhí)行只有存儲器/電池的操作128。當(dāng)從發(fā)電機(jī)組30的操作產(chǎn)生的噪聲水平不被允許的或是不希望有的情況下以及當(dāng)岸電不可用或否則不被提供的情況下，一般利用無噪聲模式。相應(yīng)地，在操作128中，發(fā)電機(jī)組30是不起作用的，且僅從存儲設(shè)備70提供功率。對于在該無噪聲模式中的操作，存儲設(shè)備70所輸送的功率是電壓控制的，而不是電流控制的，將大致恒定的電壓提供到DC母線44，以便于在組件40的母線80上輸送大致恒定的AC電壓。在一種形式中，從組件40得到的AC功率僅提供到逆變器分配86的負(fù)載，開關(guān)82配置成阻止到客車AC負(fù)載84的功率分配。DC客車負(fù)載74在操作128期間也被提供服務(wù)。
[0042]操作員輸入控制和顯示設(shè)備115操作性地連接到處理器100，以向系統(tǒng)28提供各種操作員輸入并輸出狀態(tài)信息。在一種形式中，設(shè)備115包括鍵盤或其它操作員輸入控制，其選擇/取消選擇“無噪聲模式”操作，開啟/關(guān)閉系統(tǒng)28，規(guī)定系統(tǒng)28的預(yù)置自動開始/停止時(shí)間、一個(gè)或多個(gè)超控(override)命令,和/或指導(dǎo)系統(tǒng)的其它操作方面。設(shè)備115還包括一個(gè)或多個(gè)輸出設(shè)備(諸如可視顯示器、可聽到的警報(bào)等)，以提供系統(tǒng)28的操作有關(guān)的信息、各種預(yù)置或其它操作員輸入的操作參數(shù)等。在一個(gè)非限制性的形式中，設(shè)備115安裝在客車22的車艙內(nèi)，并經(jīng)由CAN接口與組件40中的處理器100通信。
[0043]如果條件126的測試為假(否)，則進(jìn)行條件130。條件130測試岸電共享模式是否有效。響應(yīng)于系統(tǒng)28的電力加載的變化，功率共享模式根據(jù)系統(tǒng)28的總功率容量和瞬時(shí)狀態(tài)而動態(tài)地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組30的速度和升壓/充電操作。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，總功率含有:(a)使用逆變器電壓和電流測量的電橋46輸出的ac功率，(b)在存儲設(shè)備測量的dc功率，以及(C)逆變器組件40固有的功率損耗。損耗計(jì)算便于目標(biāo)發(fā)電機(jī)組速度和穩(wěn)態(tài)操作的升壓速率的確定，這一點(diǎn)結(jié)合操作138進(jìn)一步地進(jìn)行討論。
[0044]如果條件130的測試為真(是)，則執(zhí)行條件132。條件132測試在功率共享模式中的操作期間是否已經(jīng)檢測到功率水平變化或瞬態(tài)。如果條件132的測試為真(是)，則執(zhí)行瞬態(tài)處理例程150，這一點(diǎn)將結(jié)合圖7進(jìn)一步進(jìn)行描述。如果條件132的測試為假(否)，則功率處于功率共享模式中的穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)功率輸送以兩種方式之一出現(xiàn)，視穩(wěn)態(tài)電力負(fù)載大小而定。條件134實(shí)現(xiàn)了這種可能性。條件134測試電力負(fù)載是否低于與可用發(fā)電機(jī)組30的功率有關(guān)的選定閾值(穩(wěn)態(tài)發(fā)電機(jī)組額定值)。該測試包括增加dc和ac功率水平，解決損耗，并比較總功率與發(fā)電機(jī)組功率額定值以確定是否可執(zhí)行設(shè)備70的同時(shí)充電。如果是這樣，條件134的測試為真(是)，并執(zhí)行操作136。
[0045]在操作136中，根據(jù)需要(充電啟用/升壓禁止)來支持“發(fā)電機(jī)組加充電”功率共享模式，其使用用于給設(shè)備70充電的額外的發(fā)電機(jī)組容量。操作136的發(fā)電機(jī)組加充電功率共享模式一般從瞬態(tài)條件到達(dá)穩(wěn)態(tài)，將結(jié)合例程150對這一點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步描述。將發(fā)電機(jī)組加充電模式中的總發(fā)電機(jī)組功率確定為所測量的ac功率輸出加上所測量的dc充電功率減去所估計(jì)的充電器損耗。在一種形式中，通過參考包含充電器電路的損耗的一個(gè)或多個(gè)表來將充電器損耗估計(jì)為電池電壓和充電電流的函數(shù)。然后，根據(jù)上面的方法所計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化負(fù)載來確定目標(biāo)發(fā)電機(jī)組速度。將發(fā)電機(jī)組速度設(shè)置成支持dc和ac負(fù)載。當(dāng)發(fā)電機(jī)組到達(dá)額定充電電平時(shí)，其速度可減小。當(dāng)ac功率要求接近發(fā)電機(jī)組額定值時(shí)，充電速率可減小，以便使用發(fā)電機(jī)組30維持負(fù)載支持。
[0046]如果條件134的測試為假(否)，則導(dǎo)致操作138。在操作138中，發(fā)電機(jī)組30和設(shè)備70都用于在“發(fā)電機(jī)組加升壓”功率共享模式下、在穩(wěn)態(tài)時(shí)向電力負(fù)載提供功率。根據(jù)總ac和dc功率要求減去損耗來計(jì)算期望升壓速率。該升壓速率控制升壓電流，以達(dá)到發(fā)電機(jī)組和存儲設(shè)備之間的期望功率共享。通過確定對系統(tǒng)負(fù)載的期望存儲功率貢獻(xiàn)并參考一個(gè)或多個(gè)表來計(jì)算升壓速率，這些表將升壓電路的損耗表示為電池電壓和電流的函數(shù)。
[0047]典型地，對于該穩(wěn)態(tài)條件，發(fā)電機(jī)組30以速度上限操作，在升壓啟用模式中從設(shè)備70提供額外的功率。應(yīng)當(dāng)理解，該發(fā)電機(jī)組加升壓功率共享操作一般地也從瞬態(tài)條件到達(dá)穩(wěn)態(tài)，下文將結(jié)合例程150進(jìn)一步進(jìn)行描述。在一種形式中，將負(fù)載計(jì)算歸一化到百分比系統(tǒng)額定值、百分比升壓容量和百分比發(fā)電機(jī)組負(fù)載，以便于對不同的發(fā)電機(jī)組和升壓規(guī)模的系統(tǒng)定標(biāo)。作為非限制性的實(shí)例，幾個(gè)代表性的實(shí)現(xiàn)包括7.5kW發(fā)電機(jī)組和2.5kff升壓，總共10kW，5.5kW發(fā)電機(jī)組和2.5kff升壓，總共8kW，12kW發(fā)電機(jī)組和3kW升壓，總共15kff,以及12kW發(fā)電機(jī)組和6kW升壓，總共18kW。在其它實(shí)施方式中通常可以利用不同的配置。
[0048]圖7示出了流程圖形式的瞬態(tài)處理例程150。當(dāng)條件132為真(是)時(shí)，由過程120執(zhí)行例程150，這相應(yīng)于檢測瞬態(tài)。如在過程120和例程150中描述的，“瞬態(tài)”操作指系統(tǒng)28所輸送的電功率的變化，其一般由電力負(fù)載的變化引起。相反，“穩(wěn)態(tài)”操作指大致恒定的負(fù)載電平和系統(tǒng)28所輸送的電功率的相應(yīng)的恒定電平。為了清楚的目的，在所描繪的序列中，過程120和例程150在分立的邏輯層次處區(qū)分這些操作模式；然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可用各種不同的方法來實(shí)現(xiàn)實(shí)施，這些方法可以涉及具有以不同順序和/或并行執(zhí)行的各種操作的類似和/或分立的技術(shù)，以響應(yīng)于電力負(fù)載條件提供穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)操作之間的動態(tài)切換。
[0049]例程150根據(jù)與多個(gè)閾值有關(guān)的輸出功率的一個(gè)或多個(gè)特性中的變化來區(qū)分不同類型的功率瞬態(tài)。進(jìn)一步地，如圖7的流程圖中所示的，僅僅示出了對應(yīng)于增加的功率水平的瞬態(tài)(“正”瞬態(tài));然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以使用互補(bǔ)的方式或不同的方式來處理對應(yīng)于降低的功率水平的瞬態(tài)(“負(fù)”瞬態(tài))?？偲饋碚f，通過例程150來區(qū)分正瞬態(tài)的4種類別:表示逐漸變小的功率偏移/電平的類型1、類型I1、類型III和類型IV。也描述了選定的負(fù)瞬態(tài)操作。
[0050]例程150以條件152開始，條件152測試類型I瞬態(tài)是否已經(jīng)出現(xiàn)。類型I瞬態(tài)是瞬態(tài)功率增加的最極端的類型，其一般對應(yīng)于大電抗性負(fù)載的增加，諸如:由同時(shí)啟動的多個(gè)空調(diào)88的電機(jī)的感應(yīng)電流所呈現(xiàn)的負(fù)載，或當(dāng)應(yīng)用超過發(fā)電機(jī)組的額定值的電阻性負(fù)載的情況。為了檢測這種類型的負(fù)載，對電流的變化進(jìn)行監(jiān)控。在輸出電流中非常大的變化指示類型I瞬態(tài)。如果條件152的測試為真(是)，執(zhí)行操作154，其通過在設(shè)備70的最大可用功率輸出電平時(shí)立即禁止充電模式(如果可應(yīng)用)并啟用功率升壓模式來調(diào)節(jié)到較高的功率水平。同時(shí)，發(fā)電機(jī)組30以其最大可用加速度來提高速度，以處理瞬態(tài)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，即使以最大加速度，發(fā)電機(jī)組30到達(dá)其最大發(fā)電容量也比存儲設(shè)備70慢得多。假定目標(biāo)穩(wěn)態(tài)功率水平小于設(shè)備70和發(fā)電機(jī)組30 —起的穩(wěn)態(tài)功率容量(系統(tǒng)功率容量)，則來自設(shè)備70的功率水平隨著發(fā)電機(jī)組速度的增加而降低，以維持所需的功率水平。繼續(xù)進(jìn)行來自設(shè)備70/發(fā)電機(jī)組30的功率的這種互補(bǔ)的降低/增加直到達(dá)到發(fā)電機(jī)組30的最大功率容量位置。對于這種類型的瞬態(tài)，穩(wěn)態(tài)功率水平一般保持大于單獨(dú)的發(fā)電機(jī)組30的容量，所以還提供了來自存儲設(shè)備70的補(bǔ)充功率。在通過操作154完成了對瞬態(tài)類型I的處理之后，例程150返回到過程120。沒有任何其它瞬態(tài)的情況下，當(dāng)穩(wěn)態(tài)功率水平大于發(fā)電機(jī)組功率容量時(shí)，接著是在操作138下的穩(wěn)態(tài)功率共享模式；然而，假定不需要升壓功率(穩(wěn)態(tài)功率小于發(fā)電機(jī)組30的功率容量)，則導(dǎo)致操作136下的功率共享模式。
[0051]如果條件152的測試為假(否)，則執(zhí)行條件156。條件156測試類型II瞬態(tài)。類型II瞬態(tài)取決于與電流充電和升壓速率有關(guān)的瞬態(tài)規(guī)模。在一種形式中，如果其規(guī)模超過連續(xù)升壓額定值和電流充電電平的總和，則產(chǎn)生類型II瞬態(tài)?？梢允褂霉β室驍?shù)變量來進(jìn)一步地限定類型II瞬態(tài)。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，如果功率因數(shù)低于選定閾值，則將瞬態(tài)分類為類型III瞬態(tài)，而不是類型II瞬態(tài)。在下文中結(jié)合操作166進(jìn)一步討論類型III瞬態(tài)。
[0052]如果條件156的測試為真(是)，則例程150繼續(xù)進(jìn)行到條件158，以確定類型II瞬態(tài)是否是與電抗性相對的電阻性。為了在條件152中識別類型I瞬態(tài)的大電抗性負(fù)載，在AC波形周期的僅僅一部分上檢查某些極端條件下的電流，以促進(jìn)充電模式禁止和升壓模式啟用(除非升壓模式已經(jīng)是有效的)。相反地，條件158根據(jù)對應(yīng)于不太極端的瞬態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的AC波形的相對較長的部分來評估實(shí)際功率因數(shù)。典型地，根據(jù)條件158測試來評估兩個(gè)AC周期。如果條件158的測試為真(是)，則標(biāo)明電阻性負(fù)載類型并執(zhí)行操作160。在操作160中，來自設(shè)備70的所需升壓功率和發(fā)電機(jī)組30的最大加速度用于快速地滿足瞬態(tài)負(fù)載要求。對于類型II瞬態(tài)，穩(wěn)態(tài)功率水平保持高于單獨(dú)的發(fā)電機(jī)組30的容量，所以通常使用存儲設(shè)備70對其進(jìn)行補(bǔ)充。在操作160進(jìn)行的瞬態(tài)類型II處理完成之后，例程150返回到過程120。沒有任何其它瞬態(tài)的情況下，在操作138中產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)功率共享模式(穩(wěn)態(tài)功率>發(fā)電機(jī)組功率容量);然而，假定在穩(wěn)態(tài)時(shí)不需要升壓功率(穩(wěn)態(tài)功率〈發(fā)電機(jī)組功率容量)，則在穩(wěn)態(tài)時(shí)的功率共享模式在操作136中繼續(xù)。如果條件158的測試為假(否)，則執(zhí)行操作162，其在下面被更詳細(xì)地描述。
[0053]如果條件156的測試為假(否)，則條件164測試類型III瞬態(tài)是否已經(jīng)發(fā)生。如果條件164的測試為真(是)，則執(zhí)行操作162。在操作162中，應(yīng)用來自裝置170的升壓功率并增加發(fā)電機(jī)組速度，以滿足受速度變化率限制影響的目標(biāo)功率水平，將在下文中進(jìn)行進(jìn)一步描述。對于一個(gè)實(shí)施方式，升壓電路配置成在相對短的持續(xù)時(shí)間的瞬態(tài)期間提供其連續(xù)額定值的兩倍。該持續(xù)時(shí)間通常對應(yīng)于支持類型I和類型II瞬態(tài)并幫助引擎32在大電阻性負(fù)載期間更快地進(jìn)行加速所需的升壓量，所述類型I和類型II瞬態(tài)由受到初始突入電流影響的電抗性負(fù)載所引發(fā)。對于電抗性負(fù)載，例如單個(gè)空調(diào)88，持續(xù)時(shí)間長到足以支持低功率因數(shù)負(fù)載(如空調(diào)壓縮機(jī)電機(jī))的初始進(jìn)入，并允許較慢地提高發(fā)電機(jī)速度。在啟動之后因而產(chǎn)生的負(fù)載可以小于發(fā)電機(jī)組額定值，這允許緩慢地提高到發(fā)電機(jī)組最終速度，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組加充電的最終穩(wěn)態(tài)模式。
[0054]如果瞬態(tài)是電阻性的，或者具有足夠的規(guī)模，使得在緩慢提高期間不能維持兩倍的額定升壓電平，則需要發(fā)電機(jī)組的快速加速。如果大負(fù)載是電阻性的，則最終模式是發(fā)電機(jī)組加升壓，并且升壓速率將仍然從其較高的瞬態(tài)電平降低到其最大連續(xù)額定電平。多個(gè)空調(diào)一般引起此類足夠大的負(fù)載，使得引起立即加速，如結(jié)合操作154的類型I瞬態(tài)所描述那樣。
[0055]類型III瞬態(tài)對應(yīng)于可以通過將所需升壓功率與發(fā)電機(jī)組30已經(jīng)可用的功率輸出相加和來處理的功率要求。當(dāng)發(fā)電機(jī)組30的速度提高時(shí)，由設(shè)備70提供的功率水平降低，以維持給定的功率水平。例程150從操作162返回到過程120。如果穩(wěn)態(tài)功率水平大于或等于發(fā)電機(jī)組30的功率容量，則發(fā)電機(jī)組30以最大容量/速度運(yùn)行，并被來自存儲設(shè)備70的補(bǔ)充功率補(bǔ)充，導(dǎo)致操作138的穩(wěn)態(tài)功率共享模式。相反，如果穩(wěn)態(tài)功率水平小于發(fā)電機(jī)組功率容量，則升壓功率到達(dá)零，并在發(fā)電機(jī)組30達(dá)到對應(yīng)于穩(wěn)態(tài)功率水平的速度時(shí)被禁用。在這種情況下，充電模式被啟用，從而導(dǎo)致操作136的穩(wěn)態(tài)功率共享模式。
[0056]如果條件164為假(否)，則采取默認(rèn)的類型IV瞬態(tài)。類型IV瞬態(tài)對應(yīng)于功率變化和小于發(fā)電機(jī)組30的發(fā)電容量的目標(biāo)瞬態(tài)后穩(wěn)態(tài)電平。相應(yīng)地,執(zhí)行操作166。在操作166中，在充電模式中設(shè)備70充電電平降低，且發(fā)電機(jī)組速度提高。當(dāng)功率負(fù)荷的發(fā)電機(jī)組份額隨著發(fā)電機(jī)組的速度增加時(shí)，充電水平可增加，直到電力負(fù)載和充電的功率共同地達(dá)到發(fā)電機(jī)組30的發(fā)電容量為止，則達(dá)到最大期望充電電平，或者產(chǎn)生發(fā)電機(jī)組30的期望功率輸出。
[0057]在操作162和操作166中的發(fā)電機(jī)組速度的增加受到選定的加速度限制，所述加速度分別小于響應(yīng)于類型I和類型II瞬態(tài)的操作154和160中發(fā)電機(jī)組30的加速度。在某些情況下，與發(fā)電機(jī)組的操作相關(guān)的振動和/或噪聲可以擾亂具有正常感覺和認(rèn)知能力的用戶一特別是在停置的車輛中。在一些情況下，可以通過使用隔聲、機(jī)械隔離器等減小該干擾。即使是這樣，發(fā)電機(jī)組操作在某些條件下仍然會出現(xiàn)干擾。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與較慢的速度變化相比，發(fā)電機(jī)組速度的突然變化一般更明顯。對于操作162和166的類型III和IV瞬態(tài)，將發(fā)電機(jī)組30的旋轉(zhuǎn)速度限制為選定的變化率，以減少人類對發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的感知，速度的更快速的增加會產(chǎn)生人類對發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的感知。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于一般電動客車和船舶應(yīng)用，負(fù)載瞬態(tài)主要是類型III或類型IV瞬態(tài)。因此，用于此類應(yīng)用的例程150的方法在正常使用期間顯著地減少了突然的速度變化。
[0058]操作162和166中的加速度限制通常實(shí)質(zhì)上低于發(fā)電機(jī)組30可用的最大加速度。在一個(gè)優(yōu)選形式中，選定的速度變化率限制小于或等于每秒每分鐘100轉(zhuǎn)(rpm) (IOOrpm/
S)。在較優(yōu)選的形式中，選定的速度變化率限制小于或等于50rpm/s。在更優(yōu)選的形式中，該限制小于或等于20rpm/s。在最優(yōu)選的形式中，該限制大約為lOrpm/s。在用于類型III或IV瞬態(tài)的充電電平和發(fā)電機(jī)組速度穩(wěn)定之后，例程150返回到過程120。在沒有進(jìn)一步的介入瞬態(tài)時(shí)，取決于相對于發(fā)電機(jī)組30的發(fā)電容量的穩(wěn)態(tài)功率水平,穩(wěn)態(tài)功率共享模式導(dǎo)致操作136和/或操作138。
[0059]響應(yīng)于在功率共享模式中較低的目標(biāo)功率水平的負(fù)瞬態(tài)，特定的例程通常依賴于在負(fù)瞬態(tài)之前提供功率的方式。對于由來自設(shè)備70的最大升壓功率和發(fā)電機(jī)組30的最大功率輸出所提供的初始穩(wěn)態(tài)電平，通過相應(yīng)地降低來自設(shè)備70的升壓功率輸出將數(shù)值減少到大于或等于發(fā)電機(jī)組30的發(fā)電容量的值。對于從操作138中的穩(wěn)態(tài)功率水平到操作136中的穩(wěn)態(tài)功率水平的負(fù)瞬態(tài)，來自升壓模式的功率降低到零，其后啟用充電模式，且發(fā)電機(jī)組速度降低的變化率限制小于最大可用減速度，類似于和操作162和166有關(guān)的發(fā)電機(jī)組30的受限加速度。因此，延緩升壓功率水平的降低，以維持給定的功率水平。一旦啟用充電，則通常將發(fā)電機(jī)組30的減速停止在維持到負(fù)載的穩(wěn)態(tài)功率并在期望電平處執(zhí)行充電電平所需的速度。為了從穩(wěn)態(tài)功率加充電模式降低負(fù)載瞬態(tài)，響應(yīng)于負(fù)載減小，來增加充電和/或降低發(fā)電機(jī)組速度，該速度降低的速率的選定限度小于可用的最大減速度。在升壓有效時(shí)的負(fù)瞬態(tài)期間，通過進(jìn)行到較低的升壓速率的逐步變化或禁止升壓可降低升壓速率。如果升壓被禁止，充電一般增加到可用容量所允許的期望充電速率。作為結(jié)果，由于期望充電電平，發(fā)電機(jī)組30在穩(wěn)態(tài)可以以比維持因而形成的負(fù)載所需的更快的速度運(yùn)行。在負(fù)瞬態(tài)期間，引擎速度通常陡升以減小對速度變化的感知，但是，如果負(fù)瞬態(tài)大到使得它預(yù)示將在DC母線44上產(chǎn)生不可接受的高電壓，則可以以其最大速率降低該速度。在一個(gè)實(shí)施方式中，該閾值DC電壓大約為300伏。
[0060]對于類型1-1II瞬態(tài)而言，一般序列最初以發(fā)電機(jī)組加充電模式開始，禁止充電模式，啟用具有期望升壓電平的升壓模式，使發(fā)電機(jī)組斜升到支持最終目標(biāo)AC負(fù)載加期望充電負(fù)載所需的速度，降低升壓同時(shí)增加發(fā)電機(jī)組速度直到升壓達(dá)到零，接著重新啟用充電模式，當(dāng)發(fā)電機(jī)組繼續(xù)斜升時(shí)使充電電平斜升，直到總系統(tǒng)負(fù)載(ac+dc)由發(fā)電機(jī)組來支持。在總系統(tǒng)負(fù)載超過發(fā)電機(jī)組容量的情況下，充電接著減少，或替代地，升壓用于支持ac負(fù)載。
[0061]在一個(gè)實(shí)施方式中，如果在類型III或IV瞬態(tài)所產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)組速度的逐漸加速期間出現(xiàn)額外的瞬態(tài)事件，則系統(tǒng)繼續(xù)更新總系統(tǒng)負(fù)載并更新升壓和目標(biāo)發(fā)電機(jī)組速度。如果額外的瞬態(tài)事件出現(xiàn)，則瞬態(tài)可被重新分類為類型II或I瞬態(tài)，且系統(tǒng)將依照正確的分類來處理。應(yīng)注意，在一般電動客車或船舶應(yīng)用中，負(fù)載瞬態(tài)一般主要導(dǎo)致類型III或類型IV瞬態(tài)。
[0062]當(dāng)ac功率變得低于發(fā)電機(jī)組額定容量時(shí)通常在負(fù)瞬態(tài)上啟用充電，且充電速率斜升以匹配發(fā)電機(jī)組的減速度，直到發(fā)電機(jī)組速度與總系統(tǒng)負(fù)載(ac+dc )匹配。此外，如果負(fù)瞬態(tài)明顯大到足以使DC母線44上的電壓超過上閾值，則發(fā)電機(jī)組速度可以其最大速率降低。該限制減小了 DC母線44超過期望上電平(例如在一個(gè)非限制性的例子中為300伏)的時(shí)期(如果存在)。
[0063]返回到過程120，操作124、128、136和138繼續(xù)進(jìn)行到條件140。條件140測試是否繼續(xù)過程120的操作。如果條件140為真(是)，則過程120返回到條件122以再次執(zhí)行剩余的邏輯。如果條件140為假(否)，則過程120停止。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，過程120和例程150每個(gè)都是各種從屬和獨(dú)立功能的象征性邏輯表示，這些功能可用很多不同的方法來實(shí)施和/或?qū)崿F(xiàn)。例如，雖然以有序的連續(xù)方式來示出這些功能，但是可以對多個(gè)條件和操作進(jìn)行重新排序、合并、分離、并行操作和/或以本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的不同方式配置。這樣的可選方案包括類似和/或分立的實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在其它實(shí)施例中，可以使用不同的標(biāo)準(zhǔn)來檢測瞬態(tài)和/或可以提供不同的瞬態(tài)響應(yīng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)組30的有限的加速度和/或減速度根本不被使用，或者通過操作員輸入控制和顯示器115提供的操作員命令被移除?？蛇x地或附加地，可以識別/檢測更多或更少的瞬態(tài)類型和/或由不同的標(biāo)準(zhǔn)來定義各種瞬態(tài)類型中的一個(gè)或多個(gè)。在某些操作模式中，可以減少或消除充電以在穩(wěn)態(tài)降低發(fā)電機(jī)組速度。可選地或附加地，可以使用升壓功率來代替在存儲設(shè)備70的升壓功率容量下較低穩(wěn)態(tài)功率水平處的發(fā)電機(jī)組30。該操作可能受制于存儲設(shè)備70的被監(jiān)控的備用功率水平。升壓功率也可用于減小否則可由發(fā)電機(jī)組30提供的功率，以將發(fā)電機(jī)組30維持在較低的速度。
[0064]預(yù)想了本申請的很多其它實(shí)施例。例如，一個(gè)或多個(gè)燃料電池設(shè)備、基于電容的存儲設(shè)備和/或不同形式的可再充電電能存儲裝置可用作存儲設(shè)備70的電化學(xué)電池或電池組的可選或附加形式。而且，一個(gè)或多個(gè)燃料電池(包括但不限于氫/氧反應(yīng)物類型)可用于提供來自發(fā)電機(jī)組30和/或能量存儲設(shè)備70的一些或全部功率。引擎32可為汽油、柴油、氣體或混合供燃料的；或以本領(lǐng)域技術(shù)人員將獲知的不同方式被供以燃料。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，引擎32可不同于往復(fù)式活塞、斷續(xù)燃燒類型，和/或可使用客車引擎26來代替引擎32給發(fā)電機(jī)34提供機(jī)械功率或補(bǔ)充引擎32所提供的機(jī)械功率。在又一實(shí)施例中，車輛運(yùn)送系統(tǒng)28是船舶。在該實(shí)施例的一個(gè)變形中，在有或沒有引擎32的情況下，發(fā)電機(jī)34的旋轉(zhuǎn)機(jī)械功率從推進(jìn)軸(例如傳動軸)提供?？蛇x地或附加地，發(fā)電機(jī)34可按需要具有不同的類型，包括但不限于線繞磁場交流發(fā)電機(jī)等，其適合于適應(yīng)不同發(fā)電機(jī)類型的電路/控制。
[0065]另一實(shí)施例包括一個(gè)以上的整流器/DC母線/逆變器電路，以將來自變速發(fā)電機(jī)的電力轉(zhuǎn)換到固定頻率電力輸出。在一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)電機(jī)構(gòu)造有兩個(gè)隔離的三相輸出，每個(gè)向不同的逆變器電路提供電力，但相同的引擎用作原動機(jī)。當(dāng)以這種方式使用多個(gè)整流器/DC母線/逆變器電路時(shí)，它們的一些或全部可以包括通過相應(yīng)的DC母線進(jìn)行操作的充電/升壓電路。
[0066]其它實(shí)施例包括:轉(zhuǎn)換來自DC母線的DC電功率以向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供AC電；將來自變速發(fā)電機(jī)的AC功率輸出整流以向DC母線提供可變數(shù)量的電功率；測量提供到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的AC電功率；確定隨著AC電功率和發(fā)電機(jī)的容量之間的差異的變化而變化的功率控制參考值，以向DC母線提供功率；以及響應(yīng)于功率控制參考值的變化而調(diào)節(jié)從電能存儲設(shè)備到DC母線的DC電功率輸出。[0067]另一個(gè)實(shí)施例包括:轉(zhuǎn)換來自DC母線的DC電功率以向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供AC電；將來自變速發(fā)電機(jī)的AC功率整流以向DC母線提供第一可變數(shù)量的電功率；檢測施加到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的電壓和電流；將功率控制參考值確定為電壓和電流的函數(shù)；以及響應(yīng)于功率控制參考值而調(diào)節(jié)來自電能存儲設(shè)備的DC功率，以向DC母線提供第二可變數(shù)量的電功率。
[0068]再一個(gè)實(shí)施例涉及一種系統(tǒng)，其包括:向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供AC電功率的逆變器；電耦合到逆變器以向逆變器提供DC電功率的可變電壓DC母線；向可變電壓DC母線提供DC電功率的第一部分的電耦合到可變電壓DC母線的可控變換器和電耦合到可控變換器的電能存儲裝置；提供可變AC功率輸出的變速發(fā)電機(jī)；電耦合在變速發(fā)電機(jī)和可變電壓DC母線之間以提供從AC功率輸出整流的DC電功率的第二部分的整流器；以及檢測從可變電壓DC母線提供到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的電壓和電流的感測裝置。還包括耦合到可控變換器和感測裝置的控制電路。控制電路響應(yīng)于電壓和電流來產(chǎn)生表示提供到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的AC電功率的變化的功率控制信號，且可控變換器響應(yīng)于功率控制信號來改變從可控變換器提供到可變電壓DC母線的DC電功率的第一部分。
[0069]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種裝置包括:變速發(fā)電機(jī)；電能存儲設(shè)備；耦合到變速發(fā)電機(jī)和電能存儲設(shè)備的DC母線；用于轉(zhuǎn)換來自DC母線的DC電功率以向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供AC電的模塊；用于將來自變速發(fā)電機(jī)的AC功率輸出進(jìn)行整流以向DC母線提供可變數(shù)量的電功率的模塊；用于測量提供到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的AC電功率的模塊；用于確定隨著AC電功率和發(fā)電機(jī)的容量之間的差異而變化的功率控制參考值以向DC母線提供功率的模塊；以及，響應(yīng)于功率控制參考值的變化而調(diào)節(jié)從電能存儲設(shè)備到DC母線的DC電功率輸出的模塊。
[0070]另一個(gè)實(shí)施例包括具有發(fā)電系統(tǒng)的車輛。該系統(tǒng)包括:用于轉(zhuǎn)換來自DC母線的DC電功率以向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供AC電的模塊；用于將來自變速發(fā)電機(jī)的AC功率進(jìn)行整流以向DC母線提供第一可變數(shù)量的電功率的模塊；用于檢測施加到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的電壓和電流的模塊；用于將功率控制參考值確定為電壓和電流的函數(shù)模塊；以及，用于響應(yīng)于該參考值而調(diào)節(jié)來自電能存儲設(shè)備的DC功率以向DC母線提供第二可變數(shù)量的電功率的模塊。
[0071]另一個(gè)實(shí)施例包括:驅(qū)動具有引擎的變速發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)以第一旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行以在初始電平處向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供電功率；響應(yīng)于電力負(fù)載增加，通過增加從電能存儲設(shè)備提供的電能來增加提供到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的電功率；當(dāng)將電功率維持在比初始電平高的電平處時(shí)，減少從存儲設(shè)備提供到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的電能，并將發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度從第一旋轉(zhuǎn)速度提高到高于第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度；以及，在運(yùn)行速度的提高期間，將運(yùn)行速度的變化率限制到選擇為減少速度變化的人類感知的速度變化率。
[0072]本申請的又一個(gè)實(shí)施例涉及安裝在車輛中的發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括由引擎驅(qū)動的變速發(fā)電機(jī)和電能存儲設(shè)備。還包括:用于以第一旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行發(fā)電機(jī)以在初始電平處向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供電功率的模塊；用于通過增加來自于電能存儲設(shè)備提供的電能來增加提供到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的電功率的模塊；用于當(dāng)將電功率維持在比初始電平高的電平處時(shí)減少從存儲設(shè)備提供到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的電能并將發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度從第一旋轉(zhuǎn)速度提高到高于第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度的模塊；以及，用于將運(yùn)行速度的變化率限制到小于運(yùn)行速度提高時(shí)可由系統(tǒng)執(zhí)行的另一速度變化率的速度變化率。
[0073]又一個(gè)實(shí)施例包括:從電能存儲設(shè)備和以第一旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行的變速發(fā)電機(jī)向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供電功率；降低從存儲設(shè)備提供到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的電功率的數(shù)量，同時(shí)將發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度從第一旋轉(zhuǎn)速度提高到大于第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度；將發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度的提高限制到小于或等于第一變化率；以及，響應(yīng)于功率瞬態(tài)而以大于第一變化率的第二變化率加快發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度。
[0074]又一個(gè)實(shí)施例涉及一種系統(tǒng)，其包括:引擎，機(jī)械地耦合到引擎的變速發(fā)電機(jī)，電能存儲設(shè)備，電耦合到發(fā)電機(jī)和電能存儲設(shè)備的功率控制電路，以及處理器。引擎構(gòu)造成驅(qū)動發(fā)電機(jī)以提供可變AC功率。處理器操作性地耦合到功率控制電路并執(zhí)行操作邏輯來向功率控制電路提供控制信號，以便:以第一旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行發(fā)電機(jī)來在第一電平處提供AC電，響應(yīng)于電力負(fù)載變化而增加從電能存儲設(shè)備提供的DC功率以將AC電增加到第二電平，響應(yīng)于負(fù)載變化而將發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度從第一旋轉(zhuǎn)速度增加到大于第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度增加時(shí)降低來自電能存儲設(shè)備的DC功率，以及，將發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度的變化率限制到小于發(fā)電機(jī)的第二速度變化率的第一速度變化率。
[0075]本申請的再一個(gè)實(shí)施例包括一種裝置，其包括:具有發(fā)電系統(tǒng)的車輛，該發(fā)電系統(tǒng)包括由功率控制電路耦合在一起的弓丨擎、變速發(fā)電機(jī)和電能存儲設(shè)備。該功率控制電路還包括:用于從電能存儲設(shè)備和以第一旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行的變速發(fā)電機(jī)向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供電功率的模塊；用于在系統(tǒng)的第一操作模式期間降低從存儲設(shè)備提供到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的電功率的數(shù)量同時(shí)將發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度從第一旋轉(zhuǎn)速度增加到大于第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度的裝置；用于在系統(tǒng)的第一操作模式期間將運(yùn)行速度限制到小于或等于第一變化率的變化率的模塊；以及用于在系統(tǒng)的第二操作模式期間以大于第一變化率的第二變化率將發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度加速到第三旋轉(zhuǎn)速度的模塊。
[0076]另一個(gè)實(shí)施例包括:使用引擎驅(qū)動變速發(fā)電機(jī)以向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供電功率的第一部分；從電能存儲設(shè)備向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供電功率的第二部分；通過電能存儲設(shè)備監(jiān)控電流；以及，當(dāng)提供電功率的第二部分時(shí)，根據(jù)電流來控制來自電能存儲設(shè)備的電功率輸出。在一種形式中，實(shí)施例還包括:測量提供到一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的電功率，將電流控制參考值確定為電功率和發(fā)電機(jī)容量的函數(shù)，以及，根據(jù)電流和電流控制參考值之間的差異執(zhí)行電功率輸出的控制。
[0077]另一個(gè)實(shí)施例包括:對耦合到可變電壓DC母線的變速發(fā)電機(jī)和電能存儲設(shè)備進(jìn)行操作；從DC母線向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供電功率；確定電能存儲設(shè)備和DC母線之間的電流；以及，將從電能存儲設(shè)備提供到DC母線的電功率調(diào)節(jié)為電流的函數(shù)。在一種形式中，該實(shí)施例還包括:在功率調(diào)節(jié)期間，允許DC母線上的電壓在從非零最小值延伸到非零最大值的范圍內(nèi)變化，非零最小值是非零最大值的75%或更少。可選地或附加地，實(shí)施例還可以包括:將發(fā)電機(jī)、引擎和存儲設(shè)備安裝在電動客車中；用電動客車承載一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載；以及將一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載電耦合到逆變器，該逆變器耦合到DC母線。
[0078]另一個(gè)實(shí)施例涉及一種系統(tǒng)，其包括:引擎，機(jī)械地耦合到引擎的變速發(fā)電機(jī)，選擇性地提供可變DC功率的電能存儲設(shè)備，耦合到發(fā)電機(jī)和存儲設(shè)備的可變電壓DC母線，耦合到DC母線以提供AC功率輸出的逆變器，通過能量存儲設(shè)備監(jiān)控電流以提供相應(yīng)的檢測器信號的檢測器，以及，耦合到DC母線以將來自電能存儲設(shè)備的功率輸出調(diào)節(jié)為檢測器信號和電流控制參考值的函數(shù)的控制電路。在一種形式中，引擎驅(qū)動發(fā)電機(jī)來提供被整流以提供到DC母線的可變AC功率輸出。
[0079]再一個(gè)實(shí)施例涉及一種裝置，其包括:變速發(fā)電機(jī)以及用于使用弓丨擎來驅(qū)動發(fā)電機(jī)以向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供電功率的第一部分的模塊，用于從電能存儲設(shè)備向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供電功率的第二部分的模塊，用于通過存儲設(shè)備監(jiān)控電流的模塊，以及，用于當(dāng)向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供電功率的第二部分時(shí)根據(jù)使用監(jiān)控模塊確定的電流來控制來自存儲設(shè)備的電功率輸出的模塊。
[0080]一個(gè)不同的實(shí)施例涉及一種裝置，其包括:耦合到可變電壓DC母線的可變發(fā)電機(jī)和電能存儲設(shè)備。還包括:用于從DC母線向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供電功率的模塊；用于確定存儲設(shè)備和DC母線之間的電流的模塊；以及，用于將從存儲設(shè)備提供到DC母線的電功率調(diào)節(jié)為電流的函數(shù)的模塊。
[0081]本文所陳述的任何理論、操作機(jī)制、論證或發(fā)現(xiàn)意指進(jìn)一步增強(qiáng)對本發(fā)明的理解，且不旨在使本發(fā)明以任何方式依賴于這些理論、操作機(jī)制、論證或發(fā)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上面的描述中對詞語“優(yōu)選的”、“優(yōu)選地”或“優(yōu)選”的使用指示所描述的特征可能是期望的，但是它可以不是必需的，且將缺少這些特征的實(shí)施例設(shè)想在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該范圍由所附的權(quán)利要求限定。在閱讀權(quán)利要求中，除非在權(quán)利要求中特別地指出相反的情況，當(dāng)使用諸如“一”、“一個(gè)”、“至少一個(gè)”、“至少一部分”的詞語時(shí)，并不旨在將權(quán)利要求僅限制到一個(gè)項(xiàng)目。此外，除非特別地指出相反的情況，當(dāng)使用語言“至少一部分”和/或“一部分”時(shí)，項(xiàng)目可包括一部分和/或整個(gè)項(xiàng)目。雖然在附圖和前述說明中詳細(xì)示出和描述了本發(fā)明，相稱地，將附圖和前述說明作為例證性而不是限制性的，應(yīng)當(dāng)理解，僅示出和描述了選定的實(shí)施例，而且在本文或由任何一項(xiàng)所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神內(nèi)進(jìn)行的所有變化、更改和等價(jià)物都要求保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 對來自DC母線的DC電功率進(jìn)行逆變，以向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供AC電； 對來自變速發(fā)電機(jī)的AC功率輸出進(jìn)行整流，以向所述DC母線提供可變數(shù)量的電功率； 對提供給所述一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的AC電功率進(jìn)行測量； 確定隨著所述AC電功率和所述發(fā)電機(jī)的容量之間的差異的變化而變化的功率控制參考值，以向所述DC母線提供功率；以及 響應(yīng)于所述功率控制參考值的變化而調(diào)節(jié)從電能存儲設(shè)備到所述DC母線的DC電功率輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括: 利用車輛來承載一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括所述發(fā)電機(jī)、所述DC母線、所述存儲設(shè)備和所述一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，包括: 禁用來自所述存儲設(shè)備的所述DC電功率輸出；以及 在禁用所述DC電功率輸出之后使用來自所述發(fā)電機(jī)的電給所述存儲設(shè)備充電。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，包括: 在調(diào)節(jié)所述DC電功率輸出期間減少所述存儲設(shè)備的所述DC電功率輸出； 在調(diào)節(jié)來自所述存儲設(shè)備的所述DC電功率輸出期間增加所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度；以及 在增加所述旋轉(zhuǎn)速度期間，將所述旋轉(zhuǎn)速度的變化率限制到不大于比可用最大變化率小的預(yù)定水平。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，包括: 檢測功率瞬態(tài)；以及 響應(yīng)于所述功率瞬態(tài)，以高于所述預(yù)定水平的水平對所述發(fā)電機(jī)的所述旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行加速。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，包括: 在同時(shí)提供來自所述發(fā)電機(jī)的所述AC電功率輸出和來自所述存儲設(shè)備的所述DC電功率輸出時(shí)，允許所述DC母線上的電壓在最小非零電壓與最大非零電壓之間變化，從而給所述一個(gè)或多個(gè)負(fù)載供電，所述最小非零電壓是所述最大非零電壓的75%或更小。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，包括: 將所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度控制為調(diào)節(jié)的DC電功率輸出的函數(shù)。
8.一種系統(tǒng),包括: 逆變器，用于向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供AC電功率； 可變電壓DC母線，其電耦合到所述逆變器以向所述逆變器提供DC電功率； 可控變換器和電能存儲裝置，所述可控變換器電耦合到所述可變電壓DC母線，所述電能存儲裝置電耦合到所述可控變換器，以向所述可變電壓DC母線提供所述DC電功率的第一部分； 變速發(fā)電機(jī)，用于提供可變AC功率輸出； 整流器，其電耦合在所述變速發(fā)電機(jī)和所述可變電壓DC母線之間，以提供從所述AC功率輸出整流的所述DC電功率的第二部分； 感測裝置，用于檢測從所述可變電壓DC母線提供給所述一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的電壓和電流；以及 控制電路，其耦合到所述可控變換器和所述感測裝置，所述控制電路響應(yīng)于所述電壓和所述電流來產(chǎn)生表示提供給所述一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的所述AC電功率的變化的功率控制信號，所述可控變換器響應(yīng)于所述功率控制信號來改變從所述可控變換器提供給所述可變電壓DC母線的所述DC電功率的第一部分。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括: 承載所述逆變器、DC母線、變換器、發(fā)電機(jī)、整流器、感測裝置和控制電路的車輛。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括: 用于調(diào)節(jié)所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的模塊。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中， 所述調(diào)節(jié)模塊包括用于限制所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的變化率的模塊。
12.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中， 所述能量存儲裝置包括至少一個(gè)電化學(xué)電池。
13.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中， 所述控制電路包括處理器，所述處理器具有用于動態(tài)地控制所述發(fā)電機(jī)和所述存儲裝置之間的功率共享的模塊。
14.一種方法,包括: 使用引擎來驅(qū)動變速發(fā)電機(jī)以向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供電功率的第一部分； 從電能存儲設(shè)備向所述一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供所述電功率的第二部分； 通過所述電能存儲設(shè)備監(jiān)控電流；以及 在提供所述電功率的所述第二部分期間，根據(jù)所述電流來控制來自所述電能存儲設(shè)備的電功率輸出。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，包括: 對提供給所述一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的所述電功率進(jìn)行測量； 將電流控制參考確定為所述電功率和所述發(fā)電機(jī)的容量的函數(shù)；以及 根據(jù)所述電流和所述電流控制參考值之間的差異而對所述電功率輸出進(jìn)行控制。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，包括: 通過整流器將所述電功率的所述第一部分從所述發(fā)電機(jī)提供給DC母線； 通過DC-DC變換器將所述電功率的所述第二部分從所述電能存儲設(shè)備提供給所述DC母線；以及 對來自所述DC母線的DC功率進(jìn)行逆變，以向所述一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供AC功率。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，包括: 在向所述一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供AC功率的同時(shí)，在從非零最小值到非零最大值的范圍內(nèi)改變所述DC母線上的電壓，所述非零最小值是所述非零最大值的75%或更小。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，包括: 檢測功率瞬態(tài)條件；以及 響應(yīng)于所述功率瞬態(tài)條件而調(diào)節(jié)來自所述電能存儲設(shè)備的電功率輸出。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，包括: 將所述發(fā)電機(jī)、所述引擎和所述存儲設(shè)備安裝在車輛中； 利用所述車輛來承載所述一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載；以及 將所述一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載電耦合到逆變器，所述逆變器耦合到DC母線，所述DC母線耦合到安裝在所述車輛中的所述發(fā)電機(jī)和所述存儲設(shè)備。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述存儲設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池，且所述方法包括: 對提供給所述一個(gè)或多個(gè)負(fù)載的所述電功率的數(shù)量進(jìn)行確定； 響應(yīng)于所述電功率的數(shù)量而向所述一個(gè)或多個(gè)電池提供電流控制的調(diào)節(jié)； 禁用來自所述一個(gè)或多個(gè)電池的電功率輸出；以及 在禁用所述電功率輸出之后使用來自所述發(fā)電機(jī)的電力給所述一個(gè)或多個(gè)電池充電。
21.—種系統(tǒng),包括: 引擎； 變速發(fā)電機(jī)，其機(jī)械地耦合到所述引擎，所述引擎被構(gòu)造為驅(qū)動所述發(fā)電機(jī)來提供可變AC功率； 電能存儲設(shè)備，其用于選擇性地提供可變DC功率；` 可變電壓DC母線，其耦合到所述發(fā)電機(jī)和所述電能存儲設(shè)備； 逆變器，其耦合到所述DC母線以提供AC功率輸出； 檢測器，其對通過所述電能存儲設(shè)備的電流進(jìn)行監(jiān)控，以提供相應(yīng)的檢測器信號；以及控制電路，其耦合到所述DC母線，以將來自所述電能存儲設(shè)備的功率輸出調(diào)節(jié)為所述檢測器信號和電流控制參考的函數(shù)。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中， 所述控制電路限定了比例積分調(diào)節(jié)器。
23.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中， 所述控制電路包括用于對所述電流和所述電流參考值進(jìn)行比較的模塊。
24.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中， 所述控制電路包括處理器，所述處理器被編程為提供所述比較模塊和電流控制參考值確定模塊，所述電流控制參考值確定模塊用于根據(jù)對所述AC功率輸出的功率要求和所述發(fā)電機(jī)的功率容量來確定所述電流控制參考值。
25.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，還包括: 耦合在所述DC母線和所述存儲設(shè)備之間的雙向DC-DC變換器。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中， 所述檢測器包括沿著所述存儲設(shè)備和所述雙向DC-DC變換器之間的導(dǎo)電路徑放置的電流互感器。
27.一種裝置，包括: 變速發(fā)電機(jī)； 電能存儲設(shè)備； DC母線，其耦合到所述變速發(fā)電機(jī)和所述電能存儲設(shè)備； 用于對來自所述DC母線的DC電功率進(jìn)行逆變以向一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載提供AC電的模塊； 用于對來自所述變速發(fā)電機(jī)的AC功率輸出進(jìn)行整流以向所述DC母線提供可變數(shù)量的電功率的模塊； 用于對提供給所述一個(gè)或多個(gè)電力負(fù)載的AC電功率進(jìn)行測量的模塊； 用于對隨著所述AC電功率和所述發(fā)電機(jī)的容量之間的差異而變化的功率控制參考值進(jìn)行確定以向所述DC母線提供功率的模塊；以及 用于響應(yīng)于所述功率控制參考值的變化而調(diào)節(jié)從所述電能存儲設(shè)備到所述DC母線的DC電功率輸出 的模塊。
【文檔編號】B60L15/00GK103560576SQ201310467198
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2006年11月16日
【發(fā)明者】M·E·彼得森, R·L·巴克斯, M·內(nèi)登 申請人:康明斯發(fā)電Ip公司