專利名稱：用于使用車載功率電子設(shè)備轉(zhuǎn)移能量的設(shè)備及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及包括混合動(dòng)力和電動(dòng)車輛的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并且涉及 承受瞬態(tài)或脈沖負(fù)載的平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)裝置，并且更加具體地涉及在車輛或驅(qū)動(dòng)裝置的電力儲(chǔ)存 裝置和車輛或驅(qū)動(dòng)裝置的外部電源之間轉(zhuǎn)移能量。
背景技術(shù)：
混合電動(dòng)車輛可組合內(nèi)燃機(jī)和由例如牽引用蓄電池等能量?jī)?chǔ)存裝置供電的電動(dòng) 機(jī)(electric motor)以推進(jìn)車輛。這樣的組合可通過使燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)能夠各自在 各自增加的效率范圍中運(yùn)轉(zhuǎn)而增加整體燃料效率。例如電動(dòng)機(jī)可在從停止啟動(dòng)加速時(shí)是高 效的，而燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)可在例如公路駕駛等恒定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)期期間是高效的。具有 電動(dòng)機(jī)以促進(jìn)初始加速允許混合動(dòng)力車輛中的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)更小并且更省油。純電動(dòng)車輛使用儲(chǔ)存的電能以向電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)推進(jìn)車輛并且還可操作輔助 驅(qū)動(dòng)裝置。純電動(dòng)車輛可使用儲(chǔ)存的電能的一個(gè)或多個(gè)來源。例如，儲(chǔ)存的電能的第一來 源可用于提供更持久的能量而儲(chǔ)存的電能的第二來源可用于提供更高功率的能量用于例 如加速。無論是混合電動(dòng)類型或純電動(dòng)類型的插入式電動(dòng)車輛配置成使用來自外部來源 的電能對(duì)牽引用蓄電池再充電。這樣的車輛可包括普通道路用車輛和越野車輛、高爾夫車、 短距離電動(dòng)車輛、叉車和實(shí)用類載重汽車作為示例。這些車輛可使用非車載固定蓄電池充 電器或車載蓄電池充電器以從公用電網(wǎng)或可再生能源向車輛的車載牽引用蓄電池轉(zhuǎn)移電 能。插入式車輛可包括電路和連接以便于牽引用蓄電池從例如公用電網(wǎng)或其他外部來源 再充電。然而，蓄電池充電電路包括例如升壓變換器、高頻濾波器、斬波器(chopper)、電感 器和僅專用于在車載電力儲(chǔ)存裝置和外部來源之間轉(zhuǎn)移能量的其他電力部件等專用部件。 這些附加的專用部件增加汽車的額外成本和重量。因此提供一種設(shè)備便于電能從外部來源轉(zhuǎn)移到插入式車輛的車載電力儲(chǔ)存裝置
將是可取的，其減少僅專用于在車載電力儲(chǔ)存裝置和外部來源之間轉(zhuǎn)移能量的部件的數(shù)目。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種設(shè)備包括配置成輸出DC電壓的第一能量?jī)?chǔ)存裝置、 耦合于該第一能量?jī)?chǔ)存裝置的第一雙向電壓修改組件和耦合于該第一能量?jī)?chǔ)存裝置以及 該第一雙向電壓修改組件的充電總線。該設(shè)備還包括可耦合于充電總線的高阻抗電壓源和 配置成監(jiān)測(cè)從該高阻抗電壓源供應(yīng)到第一能量?jī)?chǔ)存裝置的充電能量的轉(zhuǎn)移的控制器。該控 制器還配置成比較監(jiān)測(cè)的充電能量的轉(zhuǎn)移與閾值，以及在已經(jīng)越過該閾值后控制第一雙向 電壓修改組件以修改供應(yīng)給第一能量?jī)?chǔ)存裝置的充電能量的電壓和電流中的一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種方法包括耦合蓄電池到第一電壓總線(該蓄電池 配置成輸出DC電壓)、耦合第一雙向電壓修改組件到第一電壓總線并且耦合第二電壓總線
4到第一電壓總線，該第二電壓總線配置成從高阻抗電壓源接收充電能量并且供應(yīng)該充電能 量到第一雙向電壓修改組件和第一電壓總線中的一個(gè)。該方法還包括配置控制器以監(jiān)測(cè)充 電能量到蓄電池的轉(zhuǎn)移、比較監(jiān)測(cè)的充電能量的轉(zhuǎn)移與閾值，以及在已經(jīng)越過該閾值后控 制第一雙向電壓修改組件以修改供應(yīng)給蓄電池的充電能量的電壓和電流中的一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)方面，一種系統(tǒng)包括配置成從電壓源接收充電能量的充電 總線、配置成輸出DC電壓并且耦合于該充電總線的能量?jī)?chǔ)存裝置、耦合于該充電總線的第 一雙向電壓修改組件和控制器。該控制器配置成監(jiān)測(cè)供應(yīng)到該能量?jī)?chǔ)存裝置的充電能量 的轉(zhuǎn)移、比較監(jiān)測(cè)的充電能量的轉(zhuǎn)移與包括能量?jī)?chǔ)存裝置的電壓和充電總線的平均整流線 路電壓中的一個(gè)的閾值，以及在已經(jīng)越過該閾值后控制第一雙向電壓修改組件以修改供應(yīng) 給第一能量?jī)?chǔ)存裝置的充電能量的電壓和電流中的一個(gè)。通過下列詳細(xì)的說明和附圖將使各種其他特征和優(yōu)勢(shì)明顯。


附示目前設(shè)想用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的牽引系統(tǒng)的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一個(gè)牽引系統(tǒng)的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一個(gè)牽引系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的牽引系統(tǒng)10的示意圖。牽引系統(tǒng)10包括第一能量 儲(chǔ)存裝置12。在一個(gè)實(shí)施例中，第一能量?jī)?chǔ)存裝置12是高電壓能量?jī)?chǔ)存裝置并且可以是蓄 電池、飛輪系統(tǒng)(flywheelsystem)、燃料電池、超電容器等。第一能量?jī)?chǔ)存裝置12通過DC 總線16耦合于雙向電壓修改組件14。在一個(gè)實(shí)施例中，雙向電壓修改組件14是雙向DC-AC 電壓逆變器(inverter)。雙向DC-AC電壓逆變器14包括配對(duì)成形成三相30、32和34的六 個(gè)半相模塊18、20、22、24、26和28。每相30、32、34耦合于DC總線16的一對(duì)導(dǎo)體36、38。 電動(dòng)機(jī)械裝置或電機(jī)(motor) 40耦合于雙向DC-AC電壓逆變器14。在一個(gè)實(shí)施例中，電動(dòng) 機(jī)械裝置40是機(jī)械耦合于車輛(沒有示出)或包括起重機(jī)、電梯、升降機(jī)的其他電氣設(shè)備 的一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)輪或軸42的牽引電機(jī)。電動(dòng)機(jī)械裝置40包括多個(gè)繞組44、46和48，其 具有多個(gè)耦合于雙向DC-AC電壓逆變器14的各個(gè)相30、32,34的導(dǎo)體50。繞組44-48還 具有多個(gè)耦合在一起以形成節(jié)點(diǎn)54的導(dǎo)體52。牽引系統(tǒng)10包括通過線路58耦合于半相模塊18-28的控制器?？刂破?6通過 半相模塊18-28的適當(dāng)控制配置成控制雙向DC-AC電壓逆變器14以轉(zhuǎn)換DC總線16上的 DC電壓或電流為AC電壓或電流用于通過導(dǎo)體50供應(yīng)給繞組44-48。因此，來自第一能量 儲(chǔ)存裝置12的DC電壓或電流可轉(zhuǎn)換成AC電壓或電流并且傳遞給電機(jī)40以驅(qū)動(dòng)輪42。在 其他非車輛推進(jìn)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)輪42可以是另一種類型的負(fù)載(沒有示出)，包括泵、風(fēng)扇、 卷揚(yáng)機(jī)、起重機(jī)或其他電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。在再生制動(dòng)模式中，電動(dòng)機(jī)械裝置40可作為發(fā)電機(jī) (generator)運(yùn)轉(zhuǎn)以制動(dòng)輪42并且供應(yīng)AC電壓或電流給雙向DC-AC電壓逆變器14用于逆 變成DC電壓或電流到適合于對(duì)第一能量?jī)?chǔ)存裝置12再充電的DC總線16上。
5
當(dāng)包含牽引系統(tǒng)10的車輛或設(shè)備停放或不在使用中時(shí)，將車輛的插頭插入例如 公用電網(wǎng)或可再生能源以使能量?jī)?chǔ)存裝置12恢復(fù)或再充電可以是可取的。因此，圖1示出 包括耦合于牽引系統(tǒng)10的充電系統(tǒng)60的本發(fā)明的實(shí)施例，其用于對(duì)能量?jī)?chǔ)存裝置12再充 電使得牽引系統(tǒng)10的部件可用于對(duì)能量?jī)?chǔ)存裝置12再充電和將來自能量?jī)?chǔ)存裝置12的 能量轉(zhuǎn)換為可用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載或推進(jìn)車輛的能量的雙重目的。充電系統(tǒng)60包括具有多個(gè)耦合于整流器66并且耦合于具有觸點(diǎn)70、72的插座或 插頭68的導(dǎo)體64的外部高阻抗電壓源62。盡管外部高阻抗電壓源62在圖1_3中示為具 有三相的多相公用系統(tǒng)，可以設(shè)想外部高阻抗多相源可以取而代之地具有一、二、六或任何 其他數(shù)量的相。插頭68配置成與具有觸點(diǎn)76、78的牽引系統(tǒng)10的插頭74緊密配合。高 阻抗電壓源62包括二次繞組80。如在下文在圖3中示出的，要理解源62將還包括沒有在 圖1中示出的可耦合于例如公用電網(wǎng)等源的一次繞組。插頭74耦合于節(jié)點(diǎn)54，并且電機(jī) 40的每個(gè)繞組44-48向由高阻抗電壓源62供應(yīng)的充電能量提供濾波。在再充電操作中，例如電流等充電能量在再充電操作的第一階段期間從高阻抗電 壓源62通過整流器66、繞組44-48和各個(gè)半相模塊18、22、26的二極管82、84、86流到充 電總線16。該充電能量從充電總線16流入第一能量?jī)?chǔ)存裝置12，其在一個(gè)實(shí)施例中具有 大于高阻抗電壓源62的瞬時(shí)輸送能力的瞬時(shí)接受能力。該充電能量至少由高阻抗電壓源 62的阻抗限制。二極管82-86額定為允許來自高阻抗電壓源62的電流在第一階段期間直 接流入第一能量?jī)?chǔ)存裝置12。在該實(shí)施例中，各個(gè)半相模塊20、24、28的二極管88、90、92 沒有配置成直接供應(yīng)來自第一能量?jī)?chǔ)存裝置12的充電能量到充電總線16。因此，二極管 88-92可具有比二極管82-86低的額定電流，并且因此可允許降低牽引系統(tǒng)10的成本?；氐皆俪潆姴僮?，控制器56程序化或配置成監(jiān)測(cè)在第一階段期間供應(yīng)給第一能 量?jī)?chǔ)存裝置12的充電能量。因此在一個(gè)實(shí)施例中，在第一階段期間充電能量的電流大于雙 向DC-AC電壓逆變器14除二極管82-86之外的部件的額定電流，在第一階段期間充電能量 僅流過二極管82-86。當(dāng)電壓在第一能量?jī)?chǔ)存裝置12中升高時(shí)，充電電流逐漸減小?？刂?器56配置成通過電流傳感器94監(jiān)測(cè)充電能量的電流。盡管示為感測(cè)繞組48和二極管86 之間的電流，可以設(shè)想電流傳感器94可放置在牽引系統(tǒng)10中的任何地方使得可感測(cè)來自 充電能源的電流。控制器56比較監(jiān)測(cè)的充電能量電流與預(yù)定的閾值。在一個(gè)實(shí)施例中，閾值是落入 雙向DC-AC電壓逆變器14的所有部件的額定電流內(nèi)的充電能量電流值。該閾值還可基于第 一能量?jī)?chǔ)存裝置12的設(shè)計(jì)和溫度。一旦控制器56檢測(cè)閾值已經(jīng)被越過，控制器56開始對(duì) 雙向DC-AC電壓逆變器14在再充電操作的第二階段期間的主動(dòng)控制。如此，在第一階段期 間第一能量?jī)?chǔ)存裝置12的再充電允許主要通過高阻抗電壓源62的阻抗限制的快速充電。 在第二階段期間，充電由于雙向電壓修改組件14的部件而被控制。在第二階段期間，控制器56控制半相模塊18-28以升高供應(yīng)給其的充電能量的電 流和/或電壓使得第一能量?jī)?chǔ)存裝置12可再充電到大于通過經(jīng)由高阻抗電壓源62的直接 再充電而無升壓所容許的電壓。半相模塊18-20、22-24、26-28的各個(gè)對(duì)形成個(gè)體升壓轉(zhuǎn)換 器，其可以在相同相操作以減小或消除在電機(jī)40中的高頻轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)(ripple)。此外，繞組 44-48在升壓操作期間充當(dāng)升壓電感器?？刂破?6通過電壓傳感器96感測(cè)第一能量?jī)?chǔ)存裝置12的電壓并且調(diào)整第一能量?jī)?chǔ)存裝置12的充電使得它的電壓不超過規(guī)定水平。將近充電結(jié)束時(shí)，當(dāng)再充電電流逐漸 減小到低水平時(shí)控制器56還調(diào)整在DC總線16上的再充電電壓到“浮動(dòng)電壓”。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的牽引系統(tǒng)98的示意圖。對(duì)于牽引系統(tǒng)10 和98共有的元件和部件將視情況關(guān)于相同的標(biāo)號(hào)論述。圖3也將關(guān)于相同標(biāo)號(hào)論述共有 部件。除與牽引系統(tǒng)10共有的部件外，牽引系統(tǒng)98包括耦合于DC總線16以向驅(qū)動(dòng)輪42 提供電力的第二能量?jī)?chǔ)存裝置100。在一個(gè)實(shí)施例中，第二能量?jī)?chǔ)存裝置100是低電壓能 量?jī)?chǔ)存裝置并且可以是蓄電池、燃料電池、超電容器等。第一能量?jī)?chǔ)存裝置12可配置成提 供比第二能量?jī)?chǔ)存裝置100高的功率以在例如車輛的加速時(shí)期提供電力。第二能量?jī)?chǔ)存裝 置100可配置成提供比第一能量?jī)?chǔ)存裝置12更高的能量以向車輛提供持續(xù)更久的電力以 增加其行進(jìn)距離。多個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器102、104、106耦合于第二能量?jī)?chǔ)存裝置100和DC總線 16并且配置成轉(zhuǎn)換一個(gè)DC電壓為另一個(gè)DC電壓。每個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器102-106包 括耦合于一對(duì)開關(guān)110、112并且耦合于一對(duì)二極管114、116的電感器108。每個(gè)開關(guān)110、 112耦合于相應(yīng)二極管114、116，并且每個(gè)開關(guān)/ 二極管對(duì)形成相應(yīng)半相模塊118、120。開 關(guān)110、112為了說明性的目的示為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。然而，本發(fā)明的實(shí)施例不限 于IGBT?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)碾娮娱_關(guān)，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、雙極 結(jié)晶體管(BJT)和金屬氧化物半導(dǎo)體控制晶閘管(MCT)?？刂破?6通過線路58耦合于雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器102-106，并且通過第二能量 儲(chǔ)存裝置100供應(yīng)的能量通過雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器102-106的開關(guān)110、112的控制升壓 以向DC總線16供應(yīng)更高電壓。通過第二能量?jī)?chǔ)存裝置100供應(yīng)給DC總線16的能量通過 雙向DC-AC電壓逆變器14逆變并且供應(yīng)給電機(jī)電動(dòng)機(jī)械裝置40。相似地，在再生制動(dòng)模式 期間產(chǎn)生的能量還可用于通過雙向DC-AC電壓逆變器14并且通過雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器 102-106的開關(guān)110、112的降壓(bucking)控制而對(duì)第二能量?jī)?chǔ)存裝置100再充電。如在圖2中示出的，充電系統(tǒng)60耦合于DC/充電總線16。第一開關(guān)或接觸器122 耦合在第二能量?jī)?chǔ)存裝置100和充電總線16之間。在再充電操作中，耦合于開關(guān)122的控 制器56使開關(guān)122閉合，從而允許來自高阻抗電壓源62的充電能量直接流入第二能量?jī)?chǔ) 存裝置100。在一個(gè)實(shí)施例中，第二能量?jī)?chǔ)存裝置100具有大于高阻抗電壓源62的瞬時(shí)輸 送能力的瞬時(shí)接受能力。在充電的第一階段期間，控制器56通過電壓傳感器124監(jiān)測(cè)供應(yīng) 給第二能量?jī)?chǔ)存裝置100的充電電壓?？刂破?6比較監(jiān)測(cè)的充電電壓與預(yù)定的閾值。在一個(gè)實(shí)施例中，閾值是第二能量 儲(chǔ)存裝置100的電壓值。該閾值還可基于第二能量?jī)?chǔ)存裝置100的設(shè)計(jì)和溫度。因?yàn)榈诙?能量?jī)?chǔ)存裝置100的瞬時(shí)接受能力大于高阻抗電壓源62的瞬時(shí)輸送能力，控制器56監(jiān)測(cè) 第二能量?jī)?chǔ)存裝置100的電壓使得它的額定電壓不被超過。因此，控制器56比較監(jiān)測(cè)的第 二能量?jī)?chǔ)存裝置100的電壓與已經(jīng)預(yù)定為切換再充電操作到第二階段的最佳值的電壓閾 值。在電壓閾值已經(jīng)越過后，控制器56使開關(guān)122開路并且開始對(duì)雙向DC-DC電壓 轉(zhuǎn)換器102-106的主動(dòng)控制以降低供應(yīng)給其的充電能量的電壓使得第二能量?jī)?chǔ)存裝置100 可以在受控和調(diào)整的步速更緩慢地再充電到期望的再充電水平?？刂破?6操作多個(gè)雙向 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器102-106使得當(dāng)流入第二能量?jī)?chǔ)存裝置100的充電能量的電流逐漸減小
7到低水平時(shí)可維持第二能量?jī)?chǔ)存裝置100的“浮動(dòng)電壓”。電流傳感器126允許控制器56 設(shè)置充電能量的電流達(dá)到儲(chǔ)存在第二能量?jī)?chǔ)存裝置100中的能量的頂點(diǎn)。開關(guān)或接觸器128還可耦合于導(dǎo)體36以在再充電操作期間將第一能量?jī)?chǔ)存裝置 12從充電總線16去耦合(如果期望的話)。當(dāng)?shù)谝缓偷诙芰績(jī)?chǔ)存裝置12、100的標(biāo)稱電 壓被適當(dāng)選擇并且每個(gè)相應(yīng)能量?jī)?chǔ)存裝置12、100的各自的荷電狀態(tài)在預(yù)定值內(nèi)時(shí)，開關(guān) 128也可在再充電操作期間是閉合的使得第一能量?jī)?chǔ)存裝置12可與第二能量?jī)?chǔ)存裝置100 一起如下文描述的那樣同時(shí)再充電。因?yàn)槌潆娔芰恐苯玉詈嫌诔潆娍偩€16，雙向DC-AC電 壓逆變器14不用于升壓充電能量以將第一能量?jī)?chǔ)存裝置12再充電到最大水平。耦合于控 制器56的電壓傳感器130允許控制器56監(jiān)測(cè)第一能量?jī)?chǔ)存裝置12的充電。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二能量?jī)?chǔ)存裝置100可具有小于高阻抗電壓源62的瞬時(shí)輸 送能力的瞬時(shí)接受能力?？刂破?6可確定第二能量?jī)?chǔ)存裝置100的瞬時(shí)接受能力(例如 通過測(cè)量它的S0C)。在該實(shí)施例中，控制器56使開關(guān)122處于它的開路狀態(tài)并且主動(dòng)地控 制雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器102-106以降低充電總線16上的充電能量的電壓以調(diào)整供應(yīng)給 第二能量?jī)?chǔ)存裝置100的電壓到閾值或預(yù)定值使得第二能量?jī)?chǔ)存裝置100的期望閾值或再 充電水平可以在調(diào)整的步速控制。雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器102-106的控制允許控制器56 調(diào)整施加到第二能量?jī)?chǔ)存裝置100的最大電流到基于第二能量?jī)?chǔ)存裝置100的設(shè)計(jì)或參數(shù) 的期望或最大極限。當(dāng)在本文描述的實(shí)施例中已經(jīng)達(dá)到第二能量?jī)?chǔ)存裝置100的期望閾值或再充電 水平時(shí)，控制器56可程序化以終止再充電的所有階段。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的牽引系統(tǒng)132的示意圖。對(duì)于牽引系統(tǒng) 10、98和132共有的元件和部件將視情況而關(guān)于相同的標(biāo)號(hào)論述。如示出的，高阻抗電壓 源62包括多個(gè)耦合于二次繞組80的一次繞組134。一次繞組134可耦合于公用電網(wǎng)。多 個(gè)電感器136耦合于二次繞組80。要理解如在圖3中示出的高阻抗電壓源62可應(yīng)用于在 圖1和2中示出的高阻抗電壓源62。高阻抗電壓源62耦合于雙向DC-AC電壓逆變器14。然而，不像在圖1中示出的， 插頭74在二極管82-86和繞組44-48之間耦合于雙向DC-AC電壓逆變器14。多個(gè)開關(guān)或 接觸器138耦合于繞組44-48，使得在當(dāng)充電系統(tǒng)60耦合于牽引系統(tǒng)132時(shí)的再充電操作 期間，電機(jī)40可從其上去耦合使得充電能量不電激發(fā)電機(jī)40或不向電機(jī)40供應(yīng)能量，因 此在充電期間電機(jī)40不使車輛移動(dòng)。在該實(shí)施例中，充電系統(tǒng)60不具有單獨(dú)的整流器66。相反，二極管82-92提供整 流以將通過高阻抗電壓源62供應(yīng)的AC電力轉(zhuǎn)換為充電總線16的DC電力。在該實(shí)施例中， 所有二極管82-92額定為允許來自在充電總線16上的充電能量的電流在第一階段期間直 接流入第一或第二能量?jī)?chǔ)存裝置12、100。與上文關(guān)于圖1描述的那個(gè)相似，在再充電操作中，充電能量在再充電操作的第 一階段期間從高阻抗電壓源62流過二極管82-92到充電總線16。如下文描述的，來自充 電總線16的充電能量流入第一能量?jī)?chǔ)存裝置12并且流入第二能量?jī)?chǔ)存裝置100?？刂破?56如上文描述的監(jiān)測(cè)并且比較監(jiān)測(cè)的充電能量以對(duì)每個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置12、100獨(dú)立確定何 時(shí)改變?cè)俪潆姴僮鞯降诙A段?？砂ǘ鄠€(gè)電感器140 (虛擬示出)以在升壓操作期間輔 助由繞組136代表的變壓器漏電感(如果期望的話)?？梢栽O(shè)想牽引系統(tǒng)10、98或圖1和
82可還包括電感器140以在升壓操作期間輔助變壓器漏電感(如果期望的話)。如果接觸器122是開路的并且接觸器128是閉合的，那么能量?jī)?chǔ)存裝置12直接從 高阻抗電壓源62充電同時(shí)能量?jī)?chǔ)存裝置100由采用降壓模式操作的雙向轉(zhuǎn)換器102、104 和106充電，從而能量?jī)?chǔ)存裝置12和100兩者可以同時(shí)充電。如果接觸器128是開路的并 且接觸器122是閉合的，那么能量?jī)?chǔ)存裝置100正如在上文圖2中描述的在階段1期間直 接從高阻抗電壓源62充電。當(dāng)進(jìn)入階段2時(shí)，接觸器122開路，并且階段2繼續(xù)，其中雙向 轉(zhuǎn)換器102、104和106控制充電同時(shí)采用降壓模式操作。能量?jī)?chǔ)存裝置12然后可以稍后從 高阻抗電壓源62充電(其中接觸器122開路并且接觸器128閉合)，或如果高阻抗電壓源 62從牽引系統(tǒng)132拔去插頭，則直接通過采用升壓模式操作的雙向轉(zhuǎn)換器102、104和106 從能量?jī)?chǔ)存裝置100充電(其典型地具有顯著大于能量?jī)?chǔ)存裝置12的能量)。雙向轉(zhuǎn)換器 102,104和106可以操作且它們的開關(guān)相位移動(dòng)以便減小在兩個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置中的電壓和 電流脈動(dòng)水平。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在能量?jī)?chǔ)存裝置100的充電期間同時(shí)在第二階段或 操作模式中(其中128閉合)，控制器56使用由AC電壓源62供應(yīng)的能量操作DC-AC逆變 器14以控制或調(diào)整DC充電總線16上的電壓到如使用電壓傳感器130感測(cè)的閾值。能量 儲(chǔ)存裝置100能夠同時(shí)通過采用降壓模式操作的雙向轉(zhuǎn)換器102、104和106或其的子集的 控制來充電。本發(fā)明的實(shí)施例從而使用例如逆變器、轉(zhuǎn)換器、濾波器和/或已經(jīng)裝載在牽引控 制系統(tǒng)上的機(jī)器電感等部件以對(duì)該牽引控制系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置再充電。如 此，這些部件可用于開動(dòng)汽車和對(duì)能量?jī)?chǔ)存裝載充電的雙重目的。使用車輛的車載部件允 許非車載充電站以具有簡(jiǎn)單、低成本和高功率設(shè)計(jì)。另外，高電流充電可采用成本有效的方 式獲得。從而可實(shí)現(xiàn)車載能量?jī)?chǔ)存裝置的迅速、高速充電使得大電流在第一充電階段中流 入能量?jī)?chǔ)存裝置，這主要由變壓器的阻抗限制且初始電流不被具有更高電流限制性質(zhì)的電 子開關(guān)元件控制。公開的設(shè)備的技術(shù)貢獻(xiàn)是它提供使用車載功率電子設(shè)備轉(zhuǎn)移能量的控制器實(shí)現(xiàn) 的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種設(shè)備包括配置成輸出DC電壓的第一能量?jī)?chǔ)存裝 置、耦合于該第一能量?jī)?chǔ)存裝置的第一雙向電壓修改組件和耦合于該第一能量?jī)?chǔ)存裝置 以及該第一雙向電壓修改組件的充電總線。該設(shè)備還包括可耦合于充電總線的高阻抗電壓 源和配置成監(jiān)測(cè)從該高阻抗電壓源供應(yīng)到第一能量?jī)?chǔ)存裝置的充電能量的轉(zhuǎn)移的控制器。 該控制器還配置成比較監(jiān)測(cè)的充電能量的轉(zhuǎn)移與閾值，以及在該閾值已經(jīng)被越過后控制第 一雙向電壓修改組件以修改供應(yīng)給第一能量?jī)?chǔ)存裝置的充電能量的電壓和電流中的一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種方法包括耦合蓄電池到第一電壓總線(該蓄電 池配置成輸出DC電壓)、耦合第一雙向電壓修改組件到第一電壓總線并且耦合第二電壓總 線到第一電壓總線，該第二電壓總線配置成從高阻抗電壓源接收充電能量并且供應(yīng)該充電 能量到第一雙向電壓修改組件和第一電壓總線中的一個(gè)。該方法還包括配置控制器以監(jiān)測(cè) 充電能量到蓄電池的轉(zhuǎn)移、比較監(jiān)測(cè)的充電能量的轉(zhuǎn)移與閾值，以及在該閾值已經(jīng)被越過 后控制第一雙向電壓修改組件以修改供應(yīng)給蓄電池的充電能量的電壓和電流中的一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)方面，一種系統(tǒng)包括配置成從電壓源接收充電能量的充電總線、配置成輸出DC電壓并且耦合于該充電總線的能量?jī)?chǔ)存裝置、耦合于該充電總線的第 一雙向電壓修改組件和控制器。該控制器配置成監(jiān)測(cè)供應(yīng)到該能量?jī)?chǔ)存裝置的充電能量的 轉(zhuǎn)移、比較監(jiān)測(cè)的充電能量的轉(zhuǎn)移與包括能量?jī)?chǔ)存裝置的電壓和充電總線的平均整流線路 電壓中的一個(gè)的閾值，以及在該閾值已經(jīng)被越過后控制第一雙向電壓修改組件以修改供應(yīng) 給第一能量?jī)?chǔ)存裝置的充電能量的電壓和電流中的一個(gè)。 盡管本發(fā)明已經(jīng)連同僅有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)說明，應(yīng)該容易理解本發(fā)明不限于 這樣公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明可以修改以包含任何數(shù)量在此之前沒有描述的變化、改 動(dòng)、代替或等同設(shè)置，但這些設(shè)置與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)。另外，盡管本發(fā)明的各種實(shí) 施例已經(jīng)描述，要理解本發(fā)明的方面可僅包括描述的實(shí)施例中的一些。因此，本發(fā)明不被視 為被先前的說明限制，而僅被附上的權(quán)利要求的范圍限制。部件列表
10牽引系統(tǒng)76具有觸點(diǎn)
12第一能量?jī)?chǔ)存裝置78具有觸點(diǎn)
14雙向電壓修改組件80包括二次繞組
16DC總線82和二極管
18半相模塊84和二極管
20半相模塊86和二極管
22半相模塊88 二極管
24半相模塊90 二極管
26半相模塊92 二極管
28半相模塊94電流傳感器
30相96 電壓傳感器
32相98牽引系統(tǒng)
34相100第二能量?jī)?chǔ)存裝置
36導(dǎo)體對(duì)102多個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器
38導(dǎo)體對(duì)104多個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器
40電動(dòng)機(jī)械裝置或電機(jī)106多個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器
42驅(qū)動(dòng)輪或軸108電感器
44多個(gè)繞組110開關(guān)對(duì)
46多個(gè)繞組112開關(guān)對(duì)
48多個(gè)繞組114 二極管對(duì)
50多個(gè)導(dǎo)體116 二極管對(duì)
52多個(gè)導(dǎo)體118相應(yīng)半相模塊
54節(jié)點(diǎn)120相應(yīng)半相模塊
56控制器122第一開關(guān)或接觸器
58相應(yīng)線路對(duì)124電壓傳感器
60充電系統(tǒng)126電壓傳感器
62外部高阻抗電壓源128開關(guān)或接觸器
64多個(gè)導(dǎo)體130電壓傳感器
66整流器132牽引系統(tǒng)68插座或插頭134多個(gè)一次繞組70具有觸點(diǎn)136多個(gè)電感器72具有觸點(diǎn)138多個(gè)開關(guān)或接觸器74插頭140多個(gè)電感器。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括配置成輸出DC電壓的第一能量?jī)?chǔ)存裝置(12、100)；耦合于所述第一能量?jī)?chǔ)存裝置(12、100)的第一雙向電壓修改組件(14、102、104、 106)；耦合于所述第一能量?jī)?chǔ)存裝置(12、100)以及耦合于所述第一雙向電壓修改組件(14、 102、104、106)的充電總線(16)；可耦合于所述充電總線(16)的高阻抗電壓源(62)；以及控制器(56)，其配置成監(jiān)測(cè)從所述高阻抗電壓源(62)供應(yīng)到所述第一能量?jī)?chǔ)存裝置(12、100)的充電能量的 轉(zhuǎn)移；比較所述監(jiān)測(cè)的充電能量的轉(zhuǎn)移與閾值；以及在所述閾值已經(jīng)越過后控制所述第一雙向電壓修改組件(14、102、104、106)以修改供 應(yīng)給所述第一能量?jī)?chǔ)存裝置(12、100)的充電能量的電壓和電流中的一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一能量?jī)?chǔ)存裝置(12、100)包括具有大于所述 高阻抗電壓源(62)的瞬時(shí)輸送能力的瞬時(shí)接受能力的高功率能量?jī)?chǔ)存裝置(12)；其中所述第一雙向電壓修改組件(14、102、104、106)包括雙向DC-AC電壓逆變器(14)；以及其中所述控制器(56)在配置成控制所述第一雙向電壓修改組件(14、102、104、106)時(shí) 配置成通過所述雙向DC-AC電壓逆變器(14)升高所述充電能量的電壓和電流中的一個(gè)。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述高阻抗電壓源(62)包括多個(gè)二次變壓器繞組(80)；耦合于所述多個(gè)二次變壓器繞組(80)的整流器電橋(66)。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述控制器(56)在配置成控制所述第一雙向電壓修 改組件(14、102、104、106)時(shí)配置成控制同相的所述雙向DC-AC電壓逆變器(14)的多個(gè)升 壓轉(zhuǎn)換器。
5.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述雙向DC-AC電壓逆變器(14)包括多個(gè)二極管 (82-92)，其配置成在所述閾值已經(jīng)越過之前從所述高阻抗電壓源(62)轉(zhuǎn)移所述充電能量 的電流到所述充電總線(16)。
6.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述控制器(56)在配置成比較所述監(jiān)測(cè)的充電能量 的轉(zhuǎn)移與所述閾值時(shí)配置成比較所述充電總線(16)的電流與預(yù)定電流閾值。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一能量?jī)?chǔ)存裝置(12、100)包括具有大于所述 高阻抗電壓源(62)的瞬時(shí)輸送能力的瞬時(shí)接受能力的低功率能量?jī)?chǔ)存裝置(100)；其中所述第一雙向電壓修改組件(14、102、104、106)包括雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器(102、 104、106)；以及其中所述控制器(56)在配置成控制所述第一雙向電壓修改組件(14、102、104、106)時(shí) 配置成通過所述雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器(102、104、106)降低所述充電能量的電壓和電流中 的一個(gè)。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括具有開路位置和閉合位置的開關(guān)(122)；其中所述開關(guān)(122)當(dāng)位于所述閉合位置時(shí)，配置成直接耦合所述低功率能量?jī)?chǔ)存裝置(100)到所述充電總線(16)；其中所述開關(guān)(122)當(dāng)位于所述開路位置時(shí)，配置成直接將所述低功率能量?jī)?chǔ)存裝置 (100)從所述充電總線(16)去耦合；以及其中所述控制器(56)進(jìn)一步配置成在所述閾值已經(jīng)越過后使所述開關(guān)(122)從所述 閉合位置改變到所述開路位置。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括耦合于所述雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器(102、 104,106)并且耦合于所述充電總線(16)的雙向DC-AC電壓逆變器(14)，其中所述雙向 DC-AC電壓逆變器(14)配置成從所述高阻抗電壓源(62)轉(zhuǎn)移充電能量到所述充電總線 (16)。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括具有大于所述高阻抗電壓源(62)的瞬時(shí)輸送能力的瞬時(shí)接受能力的高功率能量?jī)?chǔ)存 裝置(12)；以及其中所述控制器(56)進(jìn)一步配置成通過所述雙向DC-AC電壓逆變器(14)升高所述充 電能量的電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于使用車載功率電子設(shè)備轉(zhuǎn)移能量的設(shè)備及其制造方法。一種設(shè)備包括配置成輸出DC電壓的第一能量?jī)?chǔ)存裝置(12、100)、耦合于該第一能量?jī)?chǔ)存裝置(12、100)的第一雙向電壓修改組件(14、102、104、106)，和耦合于該第一能量?jī)?chǔ)存裝置(12、100)以及耦合于該第一雙向電壓修改組件(14、102、104、106)的充電總線(16)。該裝置還包括可耦合于該充電總線(16)的高阻抗電壓源(62)和配置成監(jiān)測(cè)從該高阻抗電壓源(62)供應(yīng)到該第一能量?jī)?chǔ)存裝置(12、100)的充電能量的轉(zhuǎn)移的控制器(56)。該控制器(56)還配置成比較監(jiān)測(cè)的充電能量的轉(zhuǎn)移與閾值，以及在該閾值已經(jīng)被越過后控制第一雙向電壓修改組件(14、102、104、106)以修改供應(yīng)給第一能量?jī)?chǔ)存裝置(12、100)的充電能量的電壓和電流中的一個(gè)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102005789SQ20101027743
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者R·D·金, R·L·施泰格瓦爾德 申請(qǐng)人:通用電氣公司