專利名稱：具有阻抗源逆變器子系統(tǒng)的雙端逆變器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此描述的主題一般涉及電力牽引系統(tǒng)。更特別地，該主題涉及一 種用在混合
(double ended inverter)系統(tǒng)，
背景技術(shù)：
近些年，技術(shù)進(jìn)步以及不斷變化的品味風(fēng)格已經(jīng)引起汽車設(shè)計中的 重大變化。其中 一個變化包括汽車內(nèi)部各種電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性和電能利 用，特別是代用燃料車輛例如混合動力、電力的和燃料電池車輛。
包括電力和混合電力車輛中使用的電動機的很多電氣部件從交流 (AC)電源接收電功率。然而，這種應(yīng)用中使用的電源(例如電池)僅 提供直流(DC)功率。由此，使用稱為功率逆變器的設(shè)備將DC功率轉(zhuǎn) 換成AC功率。此外，使用雙端逆變器拓樸結(jié)構(gòu)來驅(qū)動具有兩個DC電源 的單個AC發(fā)動機。
高壓電池或電池組通常用于為大部分電力和混合電力車輛中的電 力牽引系統(tǒng)提供電功率存儲。這種高壓電池可具有100伏或更高的額定 電壓。而且，利用電池來給其它車載子系統(tǒng)供電，例如照明子系統(tǒng)、儀 表子系統(tǒng)、娛樂子系統(tǒng)等。例如，4艮多電力和混合電力車輛都采用通過 12伏電池供電的傳統(tǒng)子系統(tǒng)。而且，車輛可采用接近42伏的另一種低 壓系統(tǒng)給諸如電動助力轉(zhuǎn)向(electrical power s teer ing )子系統(tǒng)的 中間功率電負(fù)載供電。
對于利用多于一個電壓電平的車輛而言，可以從一個電壓源向另一 個傳輸能量的設(shè)備是有必要的以在每個源處保持希望的電荷電平。通常 使用DC-DC轉(zhuǎn)換器來保持混合或電力車輛中多個源的電荷電平。雙端 逆變器系統(tǒng)能夠控制兩個電壓源之間的電荷電平狀態(tài)，同時控制傳送到AC電動機的功率。但是，傳統(tǒng)的雙端逆變器拓樸結(jié)構(gòu)在兩個能量源具有 相似電壓電平時完美地運行。因此，傳統(tǒng)的雙端逆變器拓樸結(jié)構(gòu)在具有 明顯不同的電壓源(例如12伏和100 +伏)的混合或電力車輛系統(tǒng)中不 會以有效或最佳方式運行。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種用于車輛的AC電力牽引發(fā)動機(AC electric traction motor)的雙端逆變器系統(tǒng)。該雙端逆變器系統(tǒng)包括具有第一額定DC電 壓的第一能量源，和具有不同于第一額定DC電壓的第二額定DC電壓的 第二能量源。該雙端逆變器系統(tǒng)還包括耦合到第 一能量源的阻抗源逆變 器子系統(tǒng)，和耦合到第二能量源的逆變器子系統(tǒng)。這些逆變器系統(tǒng)被配 置為單獨或者共同驅(qū)動AC電力牽引發(fā)動機。
還提供了一種用于車輛的AC電力牽引發(fā)動機的雙端逆變器系統(tǒng)的 替代實施例。該車輛具有第一能量源和第二能量源，且該雙端逆變器系 統(tǒng)包括被配置為使用第一能量源驅(qū)動AC電力牽引發(fā)動機的阻抗源逆變 器子系統(tǒng)，被配置為使用第二能量源驅(qū)動AC電力牽引發(fā)動機的逆變器 子系統(tǒng)以及耦合到該阻抗源逆變器子系統(tǒng)和該逆變器子系統(tǒng)的控制器。 該控制器被配置為根據(jù)雙端逆變器系統(tǒng)的升壓(boost)操作模式、傳 統(tǒng)逆變器操作模式和再充電(recharge)操作模式控制該阻抗源逆變器 子系統(tǒng)和該逆變器子系統(tǒng)。
還提供了一種用于具有高壓電池和低壓電池的車輛的電力牽引系 統(tǒng)。該電力牽引系統(tǒng)包括AC電動機和耦合到該AC電動機的雙端逆變器 系統(tǒng)。該雙端逆變器系統(tǒng)#1配置為使用從該高壓電池獲得的能量和從該 低壓電池獲得的能量驅(qū)動該AC電動機。該雙端逆變器系統(tǒng)包括耦合到 AC電動機的笫一逆變器部分、耦合在第一逆變器部分和低壓電池之間的 交叉LCX-鏈路(link)，和耦合在高壓電池和AC電動機之間的第二逆
變器部分。
化形式的一些選擇的概念。該發(fā)明內(nèi)容不打算識別所要求專利保護(hù)的主 題的關(guān)鍵特征或主要特征，也不打算用于幫助確定所要求專利保護(hù)的主 題的范圍。


結(jié)合以下附圖，通過參考具體實施方式
和權(quán)利要求書可得到對本主 題的更加完整的理解，其中在所有附圖中，相同的參考數(shù)字指的是相似 的元件。
圖1是合并了雙端逆變器系統(tǒng)的實施例的示范性車輛的示意表示；
和
圖2是適于與電力或混合電力車輛一起使用的雙端逆變器系統(tǒng)的示 范性實施例的示意電路圖。
具體實施例方式
以下的詳細(xì)描述本質(zhì)上僅僅是說明性的，且并不打算限制本主題或 本申請的實施例以及這些實施例的使用。如在此所使用的，詞語"示范 性"是指"用作示例、實例或說明"。在此作為示范性描述的任何實施 方式都不必解釋為較其他實施方式優(yōu)選的或有利的。而且，并不打算受 在前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或以下的具體實施方式
中所表達(dá) 或暗示的任何理論的限制。
在此依據(jù)功能和/或邏輯塊部件，且通過參考由各種計算部件或設(shè) 備執(zhí)行的操作、處理任務(wù)和功能的符號表示，描述了技術(shù)和工藝。為了 簡單起見，在此不詳細(xì)描迷與逆變器、AC發(fā)動機控制、電力和混合電力 車輛操作以及系統(tǒng)的其它功能方面(以及系統(tǒng)的各個操作部件)有關(guān)的
常規(guī)技術(shù)。而且，在此包含的于各圖中示出的連接線旨在表示示范性的 功能關(guān)系和/或各元件之間的物理耦合。應(yīng)當(dāng)注意，在本主題的實施例 中存在很多可選的或附加的功能關(guān)系或物理連接。
如在此所使用的，"節(jié)點，，是指內(nèi)部或外部參考點、連接點、交叉 點、信號線、導(dǎo)電元件等，在這里存在給定信號、邏輯電平、電壓、數(shù) 據(jù)才莫式、電流或數(shù)量。而且，通過一個物理元件可以實現(xiàn)兩個或更多個 節(jié)點(并且即使在公共節(jié)點接收或輸出，也可以多路復(fù)用、調(diào)制或以其 他方式區(qū)分兩個或更多個信號)。
以下描述涉及到"連接"或"耦合"到一起的元件或節(jié)點或特征。 如在此所使用的，除非另外明確聲明，否則"連接"是指一個元件/節(jié) 點/特征直接結(jié)合到另一個元件/節(jié)點/特征(或直接與其通信)，不 一定機械連接。相似地，除非另外明確聲明，否則"耦合"是指一個元件/節(jié)點/特征直接或間接結(jié)合到另 一個元件/節(jié)點/特征(或直接或
間接地與其通信)，不一定機械連接。因此，盡管圖2中示出的示意圖 描述了元件的一種示范性布置，但是在所述主題的實施例中也可存在其 他的中間元件、設(shè)備、特征或部件。
在此描述了一種用于車輛的電力牽引系統(tǒng)的雙端逆變器系統(tǒng)。該雙 端逆變器系統(tǒng)利用耦合到一個DC能量源的阻抗源逆變器拓樸結(jié)構(gòu)和耦 合到另一個DC能量源的傳統(tǒng)逆變器拓樸結(jié)構(gòu)。阻抗源逆變器拓樸結(jié)構(gòu) 的使用使得采用具有明顯不同標(biāo)定電壓的電壓源比較經(jīng)濟節(jié)約。在某些 實施例中，設(shè)計牽引系統(tǒng)使得該雙端逆變器系統(tǒng)的兩側(cè)都具有雙向充電 能力。
圖1是合并了雙端逆變器系統(tǒng)的實施例的示范性車輛100的示意 圖。車輛IOO優(yōu)選地合并了雙端逆變器系統(tǒng)的實施例，如以下更詳細(xì)地 描述的。車輛100—般包括底盤102、車體104、四個車輪106和電子 控制系統(tǒng)108。車體104設(shè)置在底盤102上并基本上密封了車輛100的 其它部件。車體104和底盤102可以共同形成車架。車輪106每一個在 車體104的相應(yīng)拐角附近旋轉(zhuǎn)地耦合到底盤102。
車輛IOO可以是多種不同類型汽車中的任一種，例如是轎車、貨車、 卡車、或者運動型多功能汽車(sport utility vehicle) (SUV),且 可以是雙輪驅(qū)動(2WD)(即后輪驅(qū)動或前輪驅(qū)動)、四輪驅(qū)動(4WD) 或全輪驅(qū)動(AWD)。車輛100還可合并多種不同類型引擎和/或牽引 系統(tǒng)中的任一種或其組合，例如，燃汽油或柴油的內(nèi)燃機、"靈活燃料 型車輛(flex fuel vehicle) " ( FFV )引擎(即使用汽油和酒精的混 合物)、燃?xì)怏w化合物(例如氫氣和天然氣)的引擎、燃燒型(combust ion) /電動機混合動力引擎以及電動機。
在圖1中示出的示范性實施例中，車輛IOO是具有電力牽引系統(tǒng)的 完全電力或混合電力車輛，并且車輛IOO還包括電動機(或牽引電動機) 110、具有第一額定電壓的第一 DC能量源112、具有第二額定電壓的第 二DC能量源114、雙端逆變器系統(tǒng)116和散熱器118。如所示出的，第 一DC能量源112和第二DC能量源114處于可操作通信狀態(tài)和/或電連 接到電子控制系統(tǒng)108和雙端逆變器系統(tǒng)116。還應(yīng)當(dāng)注意，在所述實 施例中，車輛100不包括直流-直流(DC/DC)功率轉(zhuǎn)換器作為其電力 牽引推進(jìn)系統(tǒng)的整體部分。車輛100使用的DC能量源可實現(xiàn)為電池、電池組、燃料電池、超 級電容(supercapacitor)等。對于在此描述的實施例，第一 DC能量 源112和第二DC能量源114是具有明顯不同電壓的電池(或電池組)。 盡管不總是需要的，但是該描述假設(shè)第一 DC能量源112和第二 DC能量 源114可再充電。而且，第一DC能量源112和第二DC能量源114可具 有其他不同和不匹配的操作特性，例如額定電流。關(guān)于這一點，第一DC 能量源112可以是具有在約12到42伏范圍內(nèi)的額定工作電壓的相對低 壓的電池。為了描述的目的，車輛100的示范性實施例采用12伏電池 用于笫一DC能量源112。相反，第二DC能量源114可是具有在約42到 350伏范圍內(nèi)的額定工作電壓的相對高壓的電池。為了本描述的目的， 車輛100的示范性實施例采用提供高于60伏(例如100伏)的電池用 于第二 DC能量源114。在此描述的工藝和技術(shù)非常適于用在其中由第一 DC能量源112提供的額定DC電壓小于由第二 DC能量源114提供的額定 DC電壓的一半的實施例中。
發(fā)動機IIO優(yōu)選是三相交流(AC)電力牽引發(fā)動機，不過可采用具 有不同數(shù)量相位的其它類型發(fā)動機。如圖1中所示，發(fā)動機110還可包 括變速器或與其合作，使得發(fā)動機110和變速器通過一個或多個驅(qū)動軸 120機械耦合到車輪106中的至少一些。散熱器118在其外部部分連接 到車架且盡管未詳細(xì)示出，但其包括含有冷卻流體(即冷卻劑)(如水 和/或乙二醇(即防凍劑))的多個冷卻管道。散熱器118耦合到雙端 逆變器系統(tǒng)116和發(fā)動機110,用于將冷卻劑傳送到這些部件。在一個 實施例中，雙端逆變器系統(tǒng)116接收并與發(fā)動機110共享冷卻劑。在可 選實施例中，雙端逆變器系統(tǒng)116可以是氣冷的。
電子控制系統(tǒng)108與發(fā)動機110、第一 DC能量源112、第二 DC能 量源114和雙端逆變器系統(tǒng)116可操作通信。盡管未詳細(xì)示出，但是電 子控制系統(tǒng)108包括各種傳感器和諸如逆變器控制模塊(即圖2中示出 的控制器)以及車輛控制器之類的汽車控制模塊或電子控制單元(ECU), 和包括存儲于其上(或者在另一個計算機可讀介質(zhì)中)的指令的至少一 個處理器和/或存儲器，所述指令用于實施如下所述的過程和方法。
圖2是適合于與電力或混合電力車輛一起使用的雙端逆變器系統(tǒng) 200的實施例的示意電路圖。在某些實施例中，雙端逆變器系統(tǒng)116(圖 1中所示)能以這種方式實施。如圖2中所描述的，雙端逆變器系統(tǒng)200耦合到AC電力牽引發(fā)動機202、低壓電池204、和高壓電池206并與其 合作。雙端逆變器系統(tǒng)200通常包括而非限于耦合到低壓電池204的 阻抗源逆變器子系統(tǒng)208;耦合到高壓電池206的逆變器子系統(tǒng)210和 耦合到阻抗源逆變器子系統(tǒng)208和逆變器子系統(tǒng)210的控制器212。為 了支持低壓電池204的再充電，雙端逆變器系統(tǒng)200可利用耦合在低壓 電池204和阻抗源逆變器子系統(tǒng)208之間的開關(guān)二極管元件214。即使 電池具有明顯不同的額定工作電壓，雙端逆變器系統(tǒng)200也允許AC電 力牽引發(fā)動機202由不同電池供電。如以下更詳細(xì)地說明的，該拓樸結(jié) 構(gòu)能提供低壓電池204和高壓電池206之間的電壓匹配。
在一個實施例中，AC電力牽引發(fā)動機202是三相發(fā)動機，其包括一 組三個繞組(或線圈)216，每一個都與AC電力牽引發(fā)動機202的一個 相位相對應(yīng)，如通常所理解的。在一個實施例中，AC電力牽引發(fā)動機 202的中性點是打開的以使其成為六個端子的三相發(fā)動機。盡管未示出， 但是AC電力牽引發(fā)動機202包括定子總成(包括線圖)和轉(zhuǎn)子總成(包 括鐵磁芯)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。
阻抗源逆變器子系統(tǒng)208包括逆變器部分218,并且逆變器子系統(tǒng) 210包括逆變器部分220。對于該實施例，逆變器部分218和逆變器部 分220每一個都包括具有反向并聯(lián)二極管(即通過晶體管開關(guān)的電流方 向與通過相應(yīng)二極管的可允i午的電流方向相反)的六個開關(guān)(例如半導(dǎo) 體器件，如晶體管)。如所示出的，在阻抗源逆變器子系統(tǒng)208的逆變 器部分218中的開關(guān)被布置成三對(或腳(leg)):對2"、 和"6。 相似地，在逆變器子系統(tǒng)210的逆變器部分220中的開關(guān)被布置成三對 (或腳)對228、 230和232。在該組繞組216中的第 一繞組在其相對 端電耦合在(逆變器部分218中的)對222的開關(guān)和(逆變器部分220 中的)對228的開關(guān)之間。在該組繞組216中的第二繞組耦合在(逆變 器部分218中的)對224的開關(guān)和(逆變器部分220中的)對230的開 關(guān)之間。在該組繞組216中的第三繞組耦合在(逆變器部分218中的) 對226的開關(guān)和(逆變器部分220中的)對232的開關(guān)之間。由此，每 個繞組的一端都耦合到阻抗源逆變器子系統(tǒng)208,且每個繞組的相對端 耦合到逆變器子系統(tǒng)210。
阻抗源逆變器子系統(tǒng)208和逆變器子系統(tǒng)210被配置為(根據(jù)特定 運行條件)單獨地或共同地驅(qū)動AC電力牽引發(fā)動機202。在這一點上，控制器212適于被配置為影響阻抗源逆變器子系統(tǒng)208和逆變器子系統(tǒng) 210的操作，以管理低壓電池204、高壓電池206、和AC電力牽引發(fā)動 機202中的功率傳輸。例如，控制器212優(yōu)選被配置為響應(yīng)于從車輛的 駕駛員接收的命令(例如經(jīng)由加速器踏板)，并提供控制信號或命令到 阻抗源逆變器子系統(tǒng)208的逆變器部分218和逆變器子系統(tǒng)210的逆變 器部分220,以控制逆變器部分218和220的輸出。實際上，可采用高 頻脈寬調(diào)制(P而)技術(shù)來控制逆變器部分218和220并管理由逆變器 部分218和220產(chǎn)生的電壓。
除了逆變器部分218之夕卜，阻抗源逆變器子系統(tǒng)208包括交叉LC X-鏈路234，其耦合在逆變器部分218和低壓電池204之間。交叉LC X-鏈路234的該特定實施例包括笫一電感元件236、第二電感元件238、 第一電容元件240和笫二電容元件242。電感元件236的一端耦合到節(jié) 點244，并且電感元件236的另一端耦合到節(jié)點246。電感元件238的 一端耦合到節(jié)點248，并且電感元件238的另一端耦合到節(jié)點250。逆 變器部分218可連接在節(jié)點246和250之間，如圖2中所描述的。在這 一點上，可認(rèn)為節(jié)點246和250是逆變器部分218的輸入和/或輸出節(jié) 點。電容元件240的一端耦合到節(jié)點246，電容元件240的另一端耦合 到節(jié)點248。電容元件242的一端耦合到節(jié)點244,且電容元件242的 另一端耦合到節(jié)點250。換句話說，電容元件240耦合在電感元件236 的第一端和電感元件238的第二端之間，而電容元件242耦合在電感元 件238的第一端和電感元件236的第二端之間?；诙喾N因素如逆變器 部分218的開關(guān)頻率、輸出頻率、可容許的波紋電流量等來選擇交叉LC X-鏈路234中部件的電感和電容。交叉LCX-鏈路2 34以公知方式操作， 以利于以降壓或升壓模式操作阻抗源逆變器子系統(tǒng)208,如以下更詳細(xì) 描述的。
阻抗源逆變器子系統(tǒng)208 —般以以下方式操作。由于交叉LC X-鏈 路234在開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)閉狀態(tài)是有效的，因此以逆變器部分218的開關(guān) 頻率的兩倍(或六倍，取決于控制方法)理想地調(diào)制交叉LC X-鏈路234。 在開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)閉狀態(tài)(off state)期間(即所有上開關(guān)或下開關(guān)接 通)，可通過接通在一個、兩個或三個相腳(phase leg)中的兩個開 關(guān)長達(dá)受控的持續(xù)時間而升高阻抗網(wǎng)絡(luò)的有效電壓。該直通 (shoot-through)條件充電電感器，其在逆變器部分218的下一有效狀態(tài)期間加入到可用的有效DC鏈路電壓。在這一點上，阻抗源逆變器 子系統(tǒng)208和交叉LC X-鏈路234可根據(jù)公知的原理和技術(shù)來運行。例 如，已知的阻抗源功率轉(zhuǎn)換器的操作在美國專利號7，130，205中進(jìn)行了 描述，該專利的內(nèi)容在此引入以供參考。
對于示出的實施例，節(jié)點248耦合到低壓電池204的低電勢端子(例 如地或其他參考電壓)，并且節(jié)點244耦合到開關(guān)二極管元件214的一 側(cè)。而且，開關(guān)二極管元件214的另一側(cè)耦合到低壓電池204的高電勢 端子。開關(guān)二極管元件214可包括開關(guān)252和反并聯(lián)耦合到開關(guān)252的 二極管254。對于該特定實施方式，開關(guān)252和二極管254兩者都耦合 在低壓電池204的正端子(positive terminal)和節(jié)點244之間。更 具體地，二極管254的陽極耦合到低壓電池204， 二極管254的陰極耦 合到節(jié)點244?？刂破?12被適當(dāng)?shù)嘏渲脼楦鶕?jù)需要控制開關(guān)252的激 活，從而支持以不同模式操作雙端逆變器系統(tǒng)200。例如，開關(guān)二極管 元件214可被控制成第一狀態(tài)(當(dāng)開關(guān)252閉合時)，從而允許經(jīng)由阻 抗源逆變器子系統(tǒng)208對低壓電池204充電。該第一狀態(tài)與雙端逆變器 系統(tǒng)200的再充電操作模式相對應(yīng)。開關(guān)二極管元件214也可被控制成 第二狀態(tài)(當(dāng)開關(guān)252打開時)，其限制電流流入低壓電池204中。換 句話說，當(dāng)處于第二狀態(tài)時，二極管254允許電流從低壓電池204流入 到交叉LC X-鏈路234中，同時防止或限制電流在相反方向上流動。
根據(jù)雙端逆變器系統(tǒng)200的實施方式和部署方式，控制器212可以 被適當(dāng)?shù)嘏渲脼楦鶕?jù)許多不同的操作模式來控制阻抗源逆變器子系統(tǒng) 208和/或逆變器子系統(tǒng)210。這些操作模式可包括但不限于升壓操作 模式、傳統(tǒng)逆變器操作模式、再充電操作模式等。在升壓操作模式中， 阻抗源逆變器子系統(tǒng)208升高低壓電池204的額定DC電壓，以與高壓 電池206兼容和匹配。為了支持升壓操作模式，控制器212打開開關(guān)252 使得交叉LC X-鏈路234能用于將節(jié)點246和250兩端的電勢增加至超 出低壓電池204的電壓的電壓。更具體地，節(jié)點246和250兩端的電壓 被升高，使得其接近或等于高壓電池206的額定DC電壓。結(jié)果，逆變 器部分218的AC輸出電壓相對于可以通過傳統(tǒng)逆變器拓樸結(jié)構(gòu)以其他 方式獲得的AC輸出電壓較高。通過包括阻抗源逆變器子系統(tǒng)208提供 的該較高電壓可以用于在更有效的工作點操作雙端逆變器系統(tǒng)200。對 于這種類型的操作，低壓電池204給AC電力牽引發(fā)動機202提供有效功率或提供零有效功率使得逆變器部分218僅提供無功功率給AC電力 牽引發(fā)動機202,用于改善雙端逆變器系統(tǒng)200的功率因數(shù)。
控制器202還打開開關(guān)252以支持傳統(tǒng)逆變器操作模式中的操作。 在傳統(tǒng)逆變器操作模式中，控制器212保持低壓電池204的額定DC電 壓。換句話說，不升高該電壓。盡管AC輸出電壓受限，但是所需的發(fā) 動機工作點可能不需要較高電壓，且因此較低的可用電壓(available voltage)就足夠了，由此提供了更有效的整體工作點。如上所述，對 于再充電操作模式控制器212閉合開關(guān)252，并控制逆變器部分218和 220以提供適當(dāng)?shù)脑俪潆娔芰苛鞯降蛪弘姵?04中。在再充電操作;f莫式 期間，阻抗源逆變器子系統(tǒng)208以類似于傳統(tǒng)逆變器的方式操作。在該 模式下，逆變器部分218的AC輸出電壓被限制于傳統(tǒng)逆變器的輸出電 壓。
還是參考圖1，通過經(jīng)由AC電力牽引發(fā)動機202提供功率給車輪 106來操作車輛100,該AC電力牽引發(fā)動機202從低壓電池204和/或 高壓電池206接收其操作能量。為了給發(fā)動機供電，從低壓電池204和 高壓電池206分別向逆變器部分218和逆變器部分220提供DC功率， 逆變器部分218和逆變器部分220將DC功率轉(zhuǎn)換成AC功率，如本領(lǐng)域 中通常理解的。在某些實施例中，如果發(fā)動機不需要低壓電池204的最 大功率輸出，則來自低壓電池204的額外功率可用于充電高壓電池206。 相似地，如果發(fā)動機不需要高壓電池206的最大功率輸出，則來自高壓 電池206的額外功率可用于充電低壓電池204。當(dāng)然，在某些操作條件 下，控制器212可用于使用來自兩個能量源的能量來驅(qū)動發(fā)動機。
在運行中，，控制器212接收用于AC電力牽引發(fā)動機202的轉(zhuǎn)矩 命令，并確定怎樣最佳管理低壓電池204和阻抗源逆變器子系統(tǒng)208之 間、以及高壓電池206和逆變器子系統(tǒng)210之間的功率流動。按照這種 方式，控制器212還調(diào)節(jié)逆變器部分218和逆變器部分220驅(qū)動AC電 動機202的方式。雙端逆變器系統(tǒng)200可利用任一種適合的控制方法、 方案、計劃或技術(shù)。例如，在美國專利號7, 154,237和7， 199,535 (兩 者都轉(zhuǎn)讓給給General Motors Corporation)中描述的工藝和技術(shù)的某 些方面可被雙端逆變器系統(tǒng)200采用。在此將這些專利的相關(guān)內(nèi)容引入 本文以供參考。
實際上，該車輛可包括電池控制器，其可與控制器212分離或與控制器212集成(通常其是分離的)。電池控制器被適當(dāng)?shù)嘏渲脼楸O(jiān)控電 池的充電信息(以及其它信息，如電池均衡(cell balancing))的狀 態(tài)。電池控制器能分析和/或處理這種信息并提供功率能力(power capability)給車輛控制器。車輛控制器與駕駛員命令一起處理從電池 控制器獲得的信息，以確定怎樣最佳滿足駕駛員的需求并滿足任何子系 統(tǒng)的需求如兩個能量源之間的功率均衡。
盡管所示出的實施例利用阻抗源逆變器子系統(tǒng)用于低壓側(cè)，但是替 代實施例可利用阻抗源逆變器子系統(tǒng)用于高壓側(cè)，以代替(或者除此之 外)用于低壓側(cè)的阻抗源逆變器子系統(tǒng)。此外，上述實施例考慮了具有 不同額定電壓的兩個DC能量源。替代實施例可利用一個或兩個阻抗源 逆變器子系統(tǒng)，其中兩個DC能量源具有近似相等的額定電壓。
雖然在前面的詳細(xì)描述中已經(jīng)給出了至少一個示范性實施例，但是 應(yīng)當(dāng)理解存在大量變形。還應(yīng)當(dāng)理解，在此描述示范性的一個或多個實 施例不打算以任何方式限制所要求專利保護(hù)的主題的范圍、適用性或配 置。相反，前面的詳細(xì)描迷將為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實施前迷一個或多 個實施例的常規(guī)指示。應(yīng)當(dāng)理解，在元件的功能和布置方面可作出各種 變化而不脫離由權(quán)利要求書限定的范圍，所述范圍包括在申請該專利申 請時公知的等同物和可預(yù)見到的等同物。
權(quán)利要求
1. 一種用于車輛的AC電力牽引發(fā)動機的雙端逆變器系統(tǒng)，該雙端逆變器系統(tǒng)包括具有第一額定DC電壓的第一能量源；耦合到該第一能量源并被配置為驅(qū)動該AC電力牽引發(fā)動機的阻抗源逆變器子系統(tǒng)；具有不同于第一額定DC電壓的第二額定DC電壓的第二能量源；和耦合到該第二能量源且被配置為驅(qū)動該AC電力牽引發(fā)動機的逆變器子系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1的雙端逆變器系統(tǒng)，還包括耦合到該阻抗源逆變器 子系統(tǒng)和該逆變器子系統(tǒng)的控制器，該控制器被配置為影響該阻抗源逆 變器子系統(tǒng)和該逆變器子系統(tǒng)的操作，以管理在第一能量源、第二能量 源和AC電力牽引發(fā)動機之間的功率傳輸。
3. 如權(quán)利要求1的雙端逆變器系統(tǒng)，其中第一額定DC電壓小于第 二額定DC電壓的一半。
4. 如權(quán)利要求1的雙端逆變器系統(tǒng)，該阻抗源逆變器子系統(tǒng)包括 逆變器部分；和耦合在該逆變器部分和第一能量源之間的交叉LC X-鏈路。
5. 如權(quán)利要求4的雙端逆變器系統(tǒng)，該交叉LC X-鏈路包括 具有相應(yīng)的第一和第二端的第一電感元件； 具有相應(yīng)的笫一和第二端的笫二電感元件； 第一電容元件；和第二電容元件；其中第一電容元件耦合在第一電感元件的第二端和第二電感元件的第 一端之間；和第二電容元件耦合在第一電感元件的第一端和笫二電感元件的笫 二端之間。
6. 如權(quán)利要求1的雙端逆變器系統(tǒng)，其中 第一能量源可再充電；并且該雙端逆變器系統(tǒng)還包括耦合在第 一 能量源和該阻抗源逆變器子 系統(tǒng)之間的開關(guān)二極管元件，該開關(guān)二極管元件具有允許經(jīng)由該阻抗源 逆變器子系統(tǒng)對第 一 能量源充電的第 一 狀態(tài)且具有限制電流流入到第一能量源中的第二狀態(tài)。
7. 如權(quán)利要求6的雙端逆變器系統(tǒng)，該開關(guān)二極管元件包括 耦合在第一能量源的正端子和該阻抗源逆變器子系統(tǒng)的參考節(jié)點之間的開關(guān)；和具有耦合到第 一 能量源的正端子的陽極和耦合到該阻抗源逆變器 子系統(tǒng)的參考節(jié)點的陰極的二極管。
8. 如權(quán)利要求1的雙端逆變器系統(tǒng)，其中笫一能量源和第二能量源 都是可再充電的。
9. 如權(quán)利要求1的雙端逆變器系統(tǒng)，其中該阻抗源逆變器子系統(tǒng)被 配置為升高第一額定DC電壓。
10. —種用于車輛的AC電力牽引發(fā)動機的雙端逆變器系統(tǒng)，該車輛 具有第一能量源和第二能量源，該雙端逆變器系統(tǒng)包括阻抗源逆變器子系統(tǒng)，其被配置為使用第一能量源驅(qū)動該AC電力 牽引發(fā)動機；逆變器子系統(tǒng)，其被配置為使用第二能量源驅(qū)動該AC電力牽引發(fā) 動機；和耦合到該阻抗源逆變器子系統(tǒng)和該逆變器子系統(tǒng)的控制器，該控制 器被配置為根據(jù)雙端逆變器系統(tǒng)的升壓操作模式、傳統(tǒng)逆變器操作模式 和再充電操作模式控制該阻抗源逆變器子系統(tǒng)和該逆變器子系統(tǒng)。
11. 如權(quán)利要求10的雙端逆變器系統(tǒng)，該控制器被配置為影響該阻 抗源逆變器子系統(tǒng)和該逆變器子系統(tǒng)的操作，以管理第一能量源、第二 能量源和AC電力牽引發(fā)動機之間的功率傳輸。
12. 如權(quán)利要求10的雙端逆變器系統(tǒng)，其中 第一能量源具有第一額定DC電壓； 第二能量源具有笫二額定DC電壓；并且 第一額定DC電壓小于第二額定DC電壓的一半。
13. 如權(quán)利要求12的雙端逆變器系統(tǒng)，該控制器被配置為通過升高 用于該阻抗源逆變器子系統(tǒng)的第一額定DC電壓來支持升壓操作模式。
14. 如權(quán)利要求12的雙端逆變器系統(tǒng)，該控制器被配置為通過保持 用于該阻抗源逆變器子系統(tǒng)的第一額定DC電壓來支持傳統(tǒng)逆變器操作 模式。
15. 如權(quán)利要求10的雙端逆變器系統(tǒng)，該阻抗源逆變器子系統(tǒng)包括具有相應(yīng)的第一和第二端的第一電感元件； 具有相應(yīng)的笫一和笫二端的笫二電感元件； 第一電容元件；和 第二電容元件；其中第一電容元件耦合在第一電感元件的第二端和第二電感元件的第 一端之間；和第二電容元件耦合在笫一電感元件的第一端和第二電感元件的第 二端之間。
16. 如權(quán)利要求10的雙端逆變器系統(tǒng)，其中 第一能量源是可再充電的；且該雙端逆變器系統(tǒng)還包括耦合在第一能量源和該阻抗源逆變器子 系統(tǒng)之間的開關(guān)二極管元件，該開關(guān)二極管元件具有對應(yīng)于再充電操作 模式的第一狀態(tài)，其允許經(jīng)由該阻抗源逆變器子系統(tǒng)對第一能量源充 電，且具有限制電流流入第 一能量源中的笫二狀態(tài)。
17. —種用于具有高壓電池和低壓電池的車輛的電力牽引系統(tǒng)，該 電力牽引系統(tǒng)包括AC電動才幾；和耦合到該AC電動機且被配置為使用從高壓電池獲得的能量和從低 壓電池獲得的能量驅(qū)動該AC電動機的雙端逆變器系統(tǒng)，該雙端逆變器 系統(tǒng)包括耦合到該AC電動機的笫一逆變器部分；耦合在第一逆變器部分和低壓電池之間的交叉LC X-鏈路；和 耦合在高壓電池和該AC電動機之間的第二逆變器部分。
18. 如權(quán)利要求17的電力牽引系統(tǒng)，還包括耦合到第 一逆變器部分 和第二逆變器部分的控制器，該控制器被配置為影響第一逆變器部分和 第二逆變器部分的操作以管理高壓電池、低壓電池和AC電動機之間的 功率傳輸。
19. 如權(quán)利要求17的電力牽引系統(tǒng)，該交叉LC X-鏈路包括 具有相應(yīng)的第一和第二端的第一電感元件； 具有相應(yīng)的第一和第二端的第二電感元件； 第一電容元件；和第二電容元件；其中笫一電容元件耦合在笫一電感元件的第二端和第二電感元件的第一端之間；且第二電容元件耦合在第一電感元件的第一端和第二電感元件的第 二端之間。
20.如權(quán)利要求19的電力牽引系統(tǒng)，其中 第一電感元件的第二端耦合到第一逆變器部分的第一輸入節(jié)點； 第二電感元件的第二端耦合到第一逆變器部分的第二輸入節(jié)點； 笫二電感元件的第一端耦合到低壓電池的低電勢端子；且 該雙端逆變器系統(tǒng)還包括耦合在笫一電感元件的第一端和低壓電 池的高電勢端子之間的開關(guān)二極管元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有阻抗源逆變器子系統(tǒng)的雙端逆變器系統(tǒng)。提供了一種適合于與車輛的AC電力牽引發(fā)動機一起使用的雙端逆變器系統(tǒng)。該雙端逆變器系統(tǒng)與具有不同額定電壓的第一DC能量源和第二DC能量源合作。該雙端逆變器系統(tǒng)包括被配置為使用第一能量源驅(qū)動AC電力牽引發(fā)動機的阻抗源逆變器子系統(tǒng)，和被配置為使用第二能量源驅(qū)動AC電力牽引發(fā)動機的逆變器子系統(tǒng)。該雙端逆變器系統(tǒng)還利用耦合到阻抗源逆變器子系統(tǒng)和逆變器子系統(tǒng)的控制器。該控制器被配置為根據(jù)雙端逆變器系統(tǒng)的升壓操作模式、傳統(tǒng)逆變器操作模式和再充電操作模式控制阻抗源逆變器子系統(tǒng)和逆變器子系統(tǒng)。
文檔編號B60L11/18GK101420184SQ200810130168
公開日2009年4月29日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者B·A·維爾奇科, G·S·史密斯, G·約翰, J·M·納加施馬, M·佩里西克, S·查克拉巴蒂 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司