電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括可充電電池和供電總線。第一功率轉(zhuǎn)換器電路耦合在可充電電池和供電總線之間。電機(jī)被配置為耦合至供電總線?？刂齐娐繁慌渲脼橐云渲械谝还β兽D(zhuǎn)換器電路向供電總線提供交流電流和經(jīng)整流的交流電流中的至少一種的供電模式和其中第一功率轉(zhuǎn)換器電路對(duì)可充電電池進(jìn)行充電的電池充電模式之一對(duì)第一功率轉(zhuǎn)換器電路進(jìn)行操作。
【專利說(shuō)明】電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，尤其是在車輛中實(shí)施的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著對(duì)可持續(xù)能量生產(chǎn)的興趣的增加，諸如電驅(qū)動(dòng)的汽車或摩托車之類的電動(dòng)車輛成為關(guān)注的焦點(diǎn)，其包括具有可充電電池以及由電池進(jìn)行供電的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在常規(guī)的電動(dòng)汽車中，電池向逆變器提供DC (直流)功率，該逆變器從該DC功率生成AC (交流)功率，并且異步電機(jī)接收該AC功率。諸如冷氣系統(tǒng)、用于座椅調(diào)節(jié)的電機(jī)、窗戶升降器等、音頻和導(dǎo)航系統(tǒng)的其它負(fù)載也可以附加地連接至電池。
[0003]常規(guī)地，車輛中具有從電池到個(gè)體負(fù)載的電纜。電池DC電壓例如在汽車中為大約400V，在卡車或巴士中則處于600V和800V之間。在諸如事故的緊急情況下，電池和負(fù)載之間的連接需要安全地?cái)嚅_(kāi)。為了對(duì)那些具有數(shù)百伏的范圍內(nèi)電壓水平的DC電壓進(jìn)行切換，需要在切換時(shí)安全地防止電弧出現(xiàn)的繼電器。那些繼電器相對(duì)昂貴。
[0004]為了對(duì)電池進(jìn)行充電，車輛可以包括車載充電器，其可以在車輛泊車時(shí)連接至電網(wǎng)。然而，車載充電器通常所能夠輸送的最大功率與電池容量(最大輸出功率)相比相對(duì)很低，從而對(duì)電池完全充電可能需要數(shù)小時(shí)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]第一實(shí)施例涉及一種電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括可充電電池、供電總線、I禹合在該可充電電池和供電總線之間的第一功率轉(zhuǎn)換器電路，被配置為耦合至該供電總線的電機(jī)，和控制電路。該控制電路被配置為以其中第一功率轉(zhuǎn)換器電路向供電總線提供交流電流的供電模式和其中第一功率轉(zhuǎn)換器電路對(duì)可充電電池進(jìn)行充電的電池充電模式之一對(duì)第一功率轉(zhuǎn)換器電路進(jìn)行操作。
[0006]第二實(shí)施例涉及一種方法。該方法包括以其中第一功率轉(zhuǎn)換器電路向供電總線提供交流電流和經(jīng)整流的交流電流中的至少一種的供電模式和其中第一功率轉(zhuǎn)換器電路從被配置為耦合至供電總線的外部電源對(duì)可充電電池進(jìn)行充電的電池充電模式之一對(duì)耦合在可充電電池和供電總線之間的第一功率轉(zhuǎn)換器電路進(jìn)行操作。該方法進(jìn)一步包括在驅(qū)動(dòng)模式中對(duì)連接至供電總線的電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]現(xiàn)在將參考附圖對(duì)示例進(jìn)行解釋。附圖用來(lái)圖示基本原則，從而僅圖示出了理解基本原則所必需的方面。附圖并非依比例繪制。在圖中，相同的附圖標(biāo)記表示同樣的特征。
[0008]圖1圖示了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其包括可充電電池、功率轉(zhuǎn)換器電路、供電總線、開(kāi)關(guān)電路、電機(jī)和控制電路；
[0009]圖2圖示了圖1所示的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電路的一個(gè)實(shí)施例；
[0010]圖3圖示了功率轉(zhuǎn)換器電路和控制電路的一個(gè)實(shí)施例；
[0011]圖4圖示了功率轉(zhuǎn)換器電路和控制電路的第二實(shí)施例；
[0012]圖5示出了圖示功率轉(zhuǎn)換器電路和控制電路在供電模式的操作原理的時(shí)序圖；
[0013]圖6圖示了功率轉(zhuǎn)換器和控制電路在電池充電模式的操作原理；
[0014]圖7示出了圖示功率轉(zhuǎn)換器電路和控制電路在電池充電模式的操作原理的時(shí)序圖；
[0015]圖8圖示了以控制電路進(jìn)行實(shí)施并且對(duì)電池充電模式進(jìn)行控制的控制單元的一個(gè)實(shí)施例；
[0016]圖9圖示了包括附加功率轉(zhuǎn)換器電路的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
[0017]圖10圖示了圖9的功率轉(zhuǎn)換器電路的一個(gè)實(shí)施例；
[0018]圖11圖示了圖9的功率轉(zhuǎn)換器電路的另一個(gè)實(shí)施例；
[0019]圖12圖示了圖1的功率轉(zhuǎn)換器電路的一個(gè)實(shí)施例，其包括DC/DC功率轉(zhuǎn)換級(jí)和DC/AC功率轉(zhuǎn)換級(jí)；
[0020]圖13示出了可能在圖12中所示的功率轉(zhuǎn)換器電路中出現(xiàn)的信號(hào)的波形；
[0021]圖14圖示了圖12的DC/DC功率轉(zhuǎn)換級(jí)的一個(gè)實(shí)施例；
[0022]圖15圖示了附加地包括發(fā)電機(jī)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
[0023]包括圖16A和16B的圖16示出了將發(fā)電機(jī)耦合至功率轉(zhuǎn)換器電路的方式；
[0024]圖17圖示了包括多個(gè)電池以及多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
[0025]圖18圖示了功率轉(zhuǎn)換器電路的一個(gè)實(shí)施例，其包括具有多個(gè)電池分區(qū)的電池以及具有多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器子電路的功率轉(zhuǎn)換器電路；
[0026]圖19圖示了包括3相供電總線的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施例；
[0027]圖20圖示了圖19的功率轉(zhuǎn)換器電路的第一實(shí)施例；
[0028]圖21圖示了圖18的功率轉(zhuǎn)換器電路的第二實(shí)施例；
[0029]圖22圖示了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的又一個(gè)實(shí)施例；
[0030]圖23示出了圖22的系統(tǒng)中的供電電流的實(shí)施例的時(shí)序圖；以及
[0031]圖24圖示了圖22的系統(tǒng)中的展開(kāi)橋的一個(gè)實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0032]在以下的詳細(xì)描述中對(duì)附圖加以參考。該附圖形成了描述的一部分并且通過(guò)圖示展示了可以通過(guò)其實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例。所要理解的是，除非另外特別指出，這里所描述的各個(gè)實(shí)施例的特征可以互相結(jié)合。
[0033]本發(fā)明的實(shí)施例在具體背景下進(jìn)行公開(kāi)，即電動(dòng)汽車中的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。然而，這些實(shí)施例并不局限于在汽車中使用，而是也可以在諸如卡車、巴士、摩托車、電動(dòng)踏板車等的任意其它類型的電驅(qū)動(dòng)陸上車輛中使用，在水上車輛或航空器中使用。
[0034]圖1圖示了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的第一實(shí)施例。下文中將簡(jiǎn)單地被稱作驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括可充電電池1、供電總線4、耦合在可充電電池I和供電總線4之間的功率轉(zhuǎn)換器電路2、被配置為耦合至供電總線4的電機(jī)M，以及被配置為對(duì)功率轉(zhuǎn)換器電路2的操作進(jìn)行控制的控制電路3?？沙潆婋姵豂在電池端子11、12之間提供電池電壓VI?？沙潆婋姵乜梢允浅Ｒ?guī)的可充電電池，諸如包括鋰離子電池單元的電池。電池電壓Vl取決于電池的具體類型。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電池I被配置為提供數(shù)個(gè)10V的電池電壓。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電池I被選擇為使得最大電池電壓為大約400V。具有這種類型的電池的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)例如在電動(dòng)汽車、電動(dòng)摩托車等中使用。根據(jù)另外的實(shí)施例，電池I被選擇為使得最大電池電壓Vi處于600V和800V之間。具有這種類型的電池的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)例如在電驅(qū)動(dòng)卡車或巴士中使用。電池電壓Vl可以根據(jù)電池I的充電狀態(tài)而變化。
[0035]耦合在電池I和供電總線4之間的功率轉(zhuǎn)換器電路2被配置為以第一操作模式和第二操作模式之一進(jìn)行操作。在下文中將被稱作供電模式或驅(qū)動(dòng)模式的第一操作模式中，功率轉(zhuǎn)換器電路2從電池I接收功率并且向供電總線4提供電。功率轉(zhuǎn)換器電路2從電池I所接收的電是DC功率，S卩，電池電壓Vl是直流電壓(DC電壓)，并且對(duì)應(yīng)的電池電流Il是直流電流(DC)。由功率轉(zhuǎn)換器電路2提供至供電總線4的功率是AC功率，S卩，由功率轉(zhuǎn)換器電路2向供電總線所提供的供電電壓V2是交流電壓(AC電壓)而對(duì)應(yīng)的供電電流12是交流電流(AC)。
[0036]在電池充電模式中，功率轉(zhuǎn)換器電路2從供電總線4接收AC功率并且向電池端子
11、12提供DC功率以便對(duì)電池I進(jìn)行充電?？刂齐娐?對(duì)功率轉(zhuǎn)換器電路2的操作進(jìn)行控制?？刂齐娐?與功率轉(zhuǎn)換器電路2進(jìn)行信號(hào)通信并且向功率轉(zhuǎn)換器電路2提供至少一個(gè)控制信號(hào)(其僅在圖1中示意性圖示)。
[0037]參考圖1，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步包括電機(jī)M，其被配置為耦合至供電總線4并且被配置為在功率轉(zhuǎn)換器電路2處于供電模式時(shí)從供電總線4接收AC功率。電機(jī)M可以是常規(guī)的異步電機(jī)，其中電機(jī)M的旋轉(zhuǎn)速度能夠由AC電源V2以及由功率轉(zhuǎn)換器電路2在供電模式中所提供的交流電流12之一的頻率進(jìn)行控制。這在下文中更為詳細(xì)地進(jìn)行解釋。
[0038]另外，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括供電端子50、51，其被配置為耦合至供電總線4以便在功率轉(zhuǎn)換器電路2處于電池充電模式時(shí)向AC總線4提供AC功率。當(dāng)在其中實(shí)施該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車輛處于泊車時(shí)，該供電端子50、51能夠耦合至諸如常規(guī)AC電網(wǎng)的電源(圖1中未示出)。
[0039]參考圖1，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括開(kāi)關(guān)電路5，其耦合在供電總線4和電機(jī)M之間，并且耦合在供電總線4和供電端子50、51之間。開(kāi)關(guān)電路5被配置為將供電總線4連接至電機(jī)M以驅(qū)動(dòng)電機(jī)或者將供電總線4連接至供電端子50、51以便從外部電源接收能量。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，控制電路3還對(duì)開(kāi)關(guān)電路5進(jìn)行控制。在該實(shí)施例中，控制電路3在功率轉(zhuǎn)換器電路2處于供電模式時(shí)控制開(kāi)關(guān)電路5以將供電總線4連接至電機(jī)M，并且在功率轉(zhuǎn)換器電路2處于充電模式時(shí)控制開(kāi)關(guān)電路5以將供電總線4連接至供電端子50、51。
[0040]在圖1的實(shí)施例中，供電總線4還包括兩條供電線路，即第一線路41和第二線路42。第一線路41在下文中將被稱作第一相，而第二線路40在下文中將被稱作中性點(diǎn)(neutral)。這種包括一相的供電總線可以被稱作單相(I相)供電總線。
[0041]圖2圖示了能夠結(jié)合單相供電總線4使用的開(kāi)關(guān)電路5的一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)電路5包括兩個(gè)交叉開(kāi)關(guān)54、55，即被配置為將中性點(diǎn)40連接至第一電機(jī)端子MO或者連接至第一供電端子50的第一交叉開(kāi)關(guān)，以及被配置為將第一相51連接至第二電機(jī)端子Ml或者連接至第二供電端子51的第二交叉開(kāi)關(guān)。當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器電路2處于供電模式時(shí)，開(kāi)關(guān)54、55將供電總線4的相41和中性點(diǎn)40連接至電機(jī)M。當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器電路2處于電池充電模式時(shí)，開(kāi)關(guān)54、55將供電總線4的相41和中性點(diǎn)40連接至供電端子50、51。開(kāi)關(guān)54、55可以被實(shí)施為常規(guī)開(kāi)關(guān)，諸如繼電器或電子開(kāi)關(guān)。電子開(kāi)關(guān)例如為晶體管、或閘流管等。
[0042]功率轉(zhuǎn)換器電路2可以利用常規(guī)的雙向功率轉(zhuǎn)換器拓?fù)鋪?lái)實(shí)施?！半p向功率轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹笔窃试S以兩個(gè)方向進(jìn)行功率輸送的功率轉(zhuǎn)換器拓?fù)洌诒景l(fā)明中，這兩個(gè)方向是從電池I到供電總線4以及從供電總線4到電池I。出于解釋的目的，參考圖3和4對(duì)功率轉(zhuǎn)換器電路2的兩個(gè)不同實(shí)施例進(jìn)行解釋。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖3和4的電路拓?fù)鋬H為示例。也可以使用許多其它的雙向功率轉(zhuǎn)換器拓?fù)?，諸如具有VIENNA整流器拓?fù)浠騍WISS整流器拓?fù)涞碾娐贰＿@些拓?fù)湓?Kolar, J.W.、Friedli, T.的“The essence of three-phase PFCrectifier systems，，，Telecommunications Energy Conference(INTELEC), 2011IEEE33rdInternational, pp.1-27, 2011年10月9-13日，其全文通過(guò)引用結(jié)合于此。
[0043]參考圖3，在具有單相供電總線I的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的功率轉(zhuǎn)換器電路2包括連接在電池端子11、12和供電總線4之間的一個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)21。以下進(jìn)一步對(duì)關(guān)于3相供電總線能夠使用的功率轉(zhuǎn)換器電路2的修改形式進(jìn)行解釋。參考圖3，功率轉(zhuǎn)換級(jí)21包括具有兩個(gè)半橋的H橋。第一半橋包括串聯(lián)連接在電池端子11、12之間的第一開(kāi)關(guān)61和第二開(kāi)關(guān)62。第二半橋包括串聯(lián)連接在電池端子11、12之間的第三開(kāi)關(guān)63和第四開(kāi)關(guān)64。第一和第二半橋中的每一個(gè)均包括輸出，其是共用于對(duì)應(yīng)半橋的開(kāi)關(guān)的電路節(jié)點(diǎn)。在該實(shí)施例中，第一半橋61、62的輸出I禹合至第一相41,而第二半橋63、64的輸出I禹合至中性點(diǎn)40。諸如扼流器的電感器65連接至輸出。在該實(shí)施例中，電感器65連接在第一半橋61、62的輸出和第一相41之間?？蛇x地，在轉(zhuǎn)換級(jí)21的輸出電壓V21可用的情況下，輸出電容器被連接到那些電路節(jié)點(diǎn)之間。
[0044]轉(zhuǎn)換級(jí)21的開(kāi)關(guān)61-64能夠被實(shí)施為常規(guī)的電子開(kāi)關(guān)，諸如MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、BJT (雙極結(jié)晶體管)、JFET (結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，基于諸如硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)的常規(guī)半導(dǎo)體材料。也可能將個(gè)體開(kāi)關(guān)實(shí)施為HEMT (高電子遷移率晶體管)，特別是GaN (氮化鎵)HEMT。
[0045]圖4的轉(zhuǎn)換級(jí)21基于圖3的轉(zhuǎn)換級(jí)21，并且與圖3的轉(zhuǎn)換級(jí)21的區(qū)別在于電感器65連接至電池端子11、12之一與半橋之間。在該實(shí)施例中，電感器65連接至第一電池端子11和半橋之間。圖3和4的轉(zhuǎn)換級(jí)的操作原理基本上相同。圖3和4的兩個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)之間的區(qū)別在于，圖3的轉(zhuǎn)換級(jí)21在電池充電模式中能夠作為升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行操作，而圖4的轉(zhuǎn)換器電路21在電池充電模式中能夠作為降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行操作。
[0046]參考圖3和4，轉(zhuǎn)換級(jí)21的開(kāi)關(guān)61-64每個(gè)均接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)S61-S64。每個(gè)開(kāi)關(guān)所接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被配置為接通或斷開(kāi)對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)?？刂齐娐?輸出針對(duì)個(gè)體開(kāi)關(guān)61-64的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S61-S64。在該實(shí)施例中，控制器電路3包括對(duì)處于供電模式(驅(qū)動(dòng)模式)的功率轉(zhuǎn)換器電路2的操作進(jìn)行控制的第一控制單元31，以及對(duì)處于充電模式的功率轉(zhuǎn)換器電路2的操作進(jìn)行控制的第二控制單元32。第一控制單元31在下文中將被稱作驅(qū)動(dòng)控制單元，而第二控制單元32在下文中將被稱作充電控制單元。中央控制單元30對(duì)驅(qū)動(dòng)控制單元31和充電控制單元32進(jìn)行控制，并且根據(jù)整體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所期望的操作模式來(lái)激活驅(qū)動(dòng)控制單元31以輸出針對(duì)個(gè)體開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S61-S64，或者激活充電控制單元32以輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)S61-S64。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖3和4所示的框圖僅用來(lái)說(shuō)明控制電路3的功能而非其實(shí)施方式。將在以下更為詳細(xì)地進(jìn)行解釋的個(gè)體功能模塊可以使用適于實(shí)施驅(qū)動(dòng)控制單元31和充電控制單元32的常規(guī)技術(shù)來(lái)實(shí)施。具體地，控制單元31、32以及中央控制單元30可以被實(shí)施為模擬電路、數(shù)字電路或者可以使用硬件和軟件來(lái)實(shí)施，諸如使用具有專用軟件在其上運(yùn)行以便實(shí)施控制電路3的功能的微控制器來(lái)實(shí)施。
[0047]以下參考圖5對(duì)驅(qū)動(dòng)控制單元31的操作原理進(jìn)行解釋，并且以下參考圖6對(duì)充電控制單元32的操作原理進(jìn)行解釋。
[0048]圖5示出了轉(zhuǎn)換級(jí)21的輸出電流121以及個(gè)體開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S61-S64的時(shí)序圖。轉(zhuǎn)換級(jí)21的輸出電流是由轉(zhuǎn)換級(jí)21向供電總線4所提供的電流。出于解釋的目的，假設(shè)圖5中所圖示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S61-S64的高信號(hào)水平表示接通對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的信號(hào)水平，而低信號(hào)水平則表示斷開(kāi)對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的信號(hào)水平。轉(zhuǎn)換級(jí)V21的輸出電壓對(duì)應(yīng)于具有單相供電總線4的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的功率轉(zhuǎn)換器電路2的輸出電壓V2，并且功率轉(zhuǎn)換器電路2的輸出電流12則對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)換級(jí)21的輸出電流。出于解釋的目的，假設(shè)處于驅(qū)動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換級(jí)21被配置為分別生成具有圖5所示意性圖示的正弦波形的供電電流121和12。圖5示出了具有正弦供電電流12、121的正半周期和負(fù)半周期的一個(gè)周期。以下參考個(gè)體驅(qū)動(dòng)信號(hào)S61-S64的時(shí)序圖對(duì)控制轉(zhuǎn)換級(jí)21以生成正弦供電電流121的驅(qū)動(dòng)控制單元31的操作原理進(jìn)行解釋。
[0049]總體上，驅(qū)動(dòng)控制單元31能夠控制轉(zhuǎn)換級(jí)21以生成具有如圖3和4所示的極性的供電電壓的正供電電流12、121，并且能夠控制轉(zhuǎn)換級(jí)21以生成具有與圖3和4所示極性相反的極性的供電電流121的負(fù)供電電流。在其中驅(qū)動(dòng)控制單元31對(duì)轉(zhuǎn)換級(jí)21進(jìn)行控制以生成正輸出電流12、121的操作模式將被稱作第一操作模式，而在其中轉(zhuǎn)換級(jí)21生成負(fù)輸出電流121的操作模式將被稱作驅(qū)動(dòng)控制單元31的第二操作模式。在第一操作模式中，驅(qū)動(dòng)控制單元31斷開(kāi)第三開(kāi)關(guān)63、接通第四開(kāi)關(guān)64，并且以脈沖寬度調(diào)制(PWM)的方式接通和斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)61和第二開(kāi)關(guān)62。第一和第二開(kāi)關(guān)61、62被交替地接通和斷開(kāi)從而使得在第一開(kāi)關(guān)61被斷開(kāi)時(shí)第二開(kāi)關(guān)62被接通，且反之亦然。供電電流121的瞬時(shí)電流水平能夠由第一開(kāi)關(guān)61的PWM操作的占空比進(jìn)行控制，其中輸出電流121的電流水平隨占空比增大而增大。第一開(kāi)關(guān)61的PWM操作的占空比如D61=Ton61Zt61所給出，其中D61為占空比，Ton61為第一開(kāi)關(guān)61在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的接通時(shí)間段，而T61則是開(kāi)關(guān)周期的持續(xù)時(shí)間。第二開(kāi)關(guān)的占空比D62基本上為D62=1-D61。
[0050]供電電流12、121的正的正弦半周期通過(guò)適當(dāng)改變第一開(kāi)關(guān)的占空比D61而獲得，其中供電電流12、121的電流水平隨占空比D61增大而增大，并且隨占空比D61減小而減小。圖5示意性示出了第一開(kāi)關(guān)61在正半周期期間的若干開(kāi)關(guān)周期，從中能夠看到占空比D61增大之后接著減小。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖5的時(shí)序圖僅是示意性的。通常，作為開(kāi)關(guān)周期T61的倒數(shù)的第一和第二開(kāi)關(guān)61、62的開(kāi)關(guān)頻率(f=l/T61)—般遠(yuǎn)高于供電電流121的頻率。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，開(kāi)關(guān)頻率f為若干1kHz到若干10kHz，而正弦供電電流121的頻率fSIN例如處于1Hz和若干kHz之間。
[0051]供電電流121的負(fù)半周期的生成對(duì)應(yīng)于正半周期的生成，其區(qū)別在于在負(fù)半周期期間，第二開(kāi)關(guān)62被接通，第一開(kāi)關(guān)61被斷開(kāi)，而第三和第四開(kāi)關(guān)63、64則以P麗方式接通和斷開(kāi)。供電電流121的信號(hào)水平由第二開(kāi)關(guān)62的PWM操作的占空比D62所定義，其中該信號(hào)水平隨占空比D62增大而增大。類似于前半周期中的第二開(kāi)關(guān)62，第四開(kāi)關(guān)64在后半周期期間用作續(xù)流元件，并且在第三開(kāi)關(guān)63斷開(kāi)時(shí)被接通，且反之亦然。第四開(kāi)關(guān)64的占空比 D64 為 D64=1-D63。
[0052]參考圖3和4，個(gè)體開(kāi)關(guān)61-64可以利用諸如二極管的續(xù)流元件來(lái)實(shí)施。這些開(kāi)關(guān)能夠阻斷具有第一極性的電壓并且在電壓具有相反極性時(shí)導(dǎo)通。當(dāng)開(kāi)關(guān)61-64被實(shí)施為MOSFET時(shí)，MOSFET的整合主體二極管可以用作續(xù)流元件。
[0053]當(dāng)開(kāi)關(guān)61-64利用整合續(xù)流元件實(shí)施時(shí)，參考圖5所說(shuō)明的控制方案可以有所修改而使得在正半周期期間，第一和第四開(kāi)關(guān)61、64以PWM方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在這些開(kāi)關(guān)61、64的斷開(kāi)期間，第二和第三開(kāi)關(guān)62、63的續(xù)流元件提供電流路徑。在負(fù)半周期期間，第二和第三開(kāi)關(guān)62、63以PWM方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且第一和第四開(kāi)關(guān)61、64的續(xù)流元件在這些開(kāi)關(guān)62、63的斷開(kāi)期間提供電流路徑。
[0054]圖3和4的功率轉(zhuǎn)換級(jí)21能夠以連續(xù)電流模式(CCM)或非連續(xù)電流模式(DCM)進(jìn)行操作。在CCM中，以PWM方式進(jìn)行操作的那些開(kāi)關(guān)的占空比為使得通過(guò)電感器65的電流并不在以PWM方式操作的開(kāi)關(guān)的兩個(gè)接通周期之間減小為零。在DCM中，以PWM方式進(jìn)行操作的那些開(kāi)關(guān)的占空比為使得通過(guò)電感器65的電流在以PWM方式操作的開(kāi)關(guān)的兩個(gè)接通周期之間減小為零。在另外的實(shí)施例中，該功率轉(zhuǎn)換級(jí)能夠以零電壓開(kāi)關(guān)模式進(jìn)行操作，其中電流在兩個(gè)接通周期之間改變其方向。該操作模式在美國(guó)專利N0.8，026，704中進(jìn)行描述，其全文通過(guò)引用結(jié)合于此。
[0055]參考以上解釋，供電電流12，121在正半周期的信號(hào)水平能夠通過(guò)改變第一開(kāi)關(guān)61的占空比D61而得以改變，并且供電電壓V21在負(fù)半周期的信號(hào)水平能夠通過(guò)改變第三開(kāi)關(guān)63的占空比D61而得以改變。驅(qū)動(dòng)控制單元31被配置為依據(jù)圖5的時(shí)序圖而改變占空比D61、D63以使得供電電流121具有正弦波形。電機(jī)的反EMF (電磁力)在電機(jī)所接收的供電電流具有正弦波形時(shí)分別導(dǎo)致了正弦電壓V21和V2。
[0056]另外，驅(qū)動(dòng)控制單元31被配置為根據(jù)電機(jī)信號(hào)Sm改變供電電流121的頻率fSIN。電機(jī)信號(hào)Sm可以指示電機(jī)M的期望旋轉(zhuǎn)速度，其中驅(qū)動(dòng)控制單元31被配置為對(duì)轉(zhuǎn)換級(jí)21的開(kāi)關(guān)S61-S64進(jìn)行控制以使得以所期望的旋轉(zhuǎn)速度對(duì)該電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。該電機(jī)信號(hào)可以進(jìn)一步指示電機(jī)M的期望轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的轉(zhuǎn)矩可以通過(guò)調(diào)節(jié)供電電流121、12的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中該幅度可以通過(guò)調(diào)節(jié)控制開(kāi)關(guān)的占空比來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，驅(qū)動(dòng)控制單元31可以進(jìn)一步被配置為對(duì)開(kāi)關(guān)S61-S64進(jìn)行控制而使得供電電流具有如電機(jī)信號(hào)Sm所定義的期望幅度。因此，驅(qū)動(dòng)控制單元31像常規(guī)的可變頻率驅(qū)動(dòng)器(VFD)控制器那樣進(jìn)行操作。這種類型的控制器是公知的，從而就此不再需要進(jìn)一步解釋。
[0057]因此，在驅(qū)動(dòng)模式中，如由控制電路3所控制的功率轉(zhuǎn)換器電路2根據(jù)電機(jī)控制信號(hào)Sm而改變可在供電總線4處獲得的供電電流12的頻率，從而使得以所期望的旋轉(zhuǎn)速度和/或所期望的轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)M進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，饋送至電機(jī)的正弦電流的角度與反EMF所形成的正弦電壓可以具有相位差。
[0058]圖6示意性圖示了在充電模式期間由充電控制單元32所控制的電池電流-1I和電池電流VI。在充電模式期間，電池電流Il以與圖3和4所示方向相反的方向流動(dòng)，從而電池電流Il具有圖6中的負(fù)向符號(hào)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，充電控制單元32被配置為以兩種不同充電模式之一對(duì)電池進(jìn)行充電，即在下文中將被稱作恒定電流模式的第一充電模式以及在下文中將被稱作恒定電壓模式的第二充電模式。在恒定電流模式中，充電控制單元32控制功率轉(zhuǎn)換器電路2以基本上恒定的電池電流Il對(duì)電池進(jìn)行充電，而在恒定電壓模式中，充電控制單元32控制功率轉(zhuǎn)換器電路2以保持電池電壓Vl基本上恒定。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，充電控制單元32被配置為根據(jù)電池I的充電狀態(tài)而以恒定電流模式或恒定電壓模式進(jìn)行操作。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電池I的充電狀態(tài)由電池電壓Vl所表示，從而充電控制單元32接收表不電池電壓Vl的電池電壓信號(hào)Svi。該電池電壓信號(hào)Svi可以通過(guò)測(cè)量電池電壓Vl而以常規(guī)方式獲得。
[0059]參考圖6所示的曲線，充電控制單元32在電池電壓Vl低于最大電池電壓VImax時(shí)以恒定電流模式對(duì)功率轉(zhuǎn)換器電路2進(jìn)行操作。圖6示出了隨時(shí)間的電池電壓Vl和電池電流-11，其中圖6所示的充電過(guò)程在電池電壓Vl降低至最小電壓VImin時(shí)開(kāi)始。由于電池I在恒定電流模式中利用恒定的充電電流-1Ikef進(jìn)行充電，所以電池電壓Vl通常會(huì)增加。然而，圖6所示的線性增加僅是一個(gè)示例。
[0060]參考圖6，充電控制單元32在電池電壓Vl達(dá)到對(duì)應(yīng)于恒定電壓模式的基準(zhǔn)電壓VIeef的最大電壓VImax時(shí)變?yōu)楹愣妷耗Ｊ?。在該恒定電壓模式期間，電池電流-1l下降。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，充電控制單元32在充電電流-1 I下降至最小充電電流-1 Imin時(shí)停止充電過(guò)程。充電電流下降至最小充電電流表示電池I已經(jīng)被完全充電。
[0061]參考圖7對(duì)功率轉(zhuǎn)換器電路2在充電模式中的操作原理進(jìn)行解釋，其中圖7圖示了功率轉(zhuǎn)換器電路2的開(kāi)關(guān)61-64的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S61-S64以及供電電壓V2的時(shí)序圖。在圖7中，一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的高電平表示接通對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的接通電平，而低電平則表示斷開(kāi)對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)電平。
[0062]在充電模式中，在供電總線處可獲得的供電電壓V2由耦合至供電端子50、51的外部電源(圖1中未示出)所提供。開(kāi)關(guān)電路5在充電模式中將供電端子50、51連接至供電總線4。參考圖7，假設(shè)供電電壓V2具有正弦波形。圖7示出了具有供電電壓V2的正半周期和負(fù)半周期的一個(gè)周期。根據(jù)充電控制單元32是以恒定電壓模式或恒定電流模式對(duì)功率轉(zhuǎn)換器電路2進(jìn)行操作，控制單元32對(duì)電池電流Il或電池電壓Vl進(jìn)行操作。在每種情況下，控制包括以PWM方式對(duì)開(kāi)關(guān)61-64中的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)并且根據(jù)所要控制的信號(hào)(電池電流11或電池電壓Vl)改變PWM操作的占空比。
[0063]在供電電壓V2的正半周期期間，充電控制單元32接通第四開(kāi)關(guān)64并且斷開(kāi)第三開(kāi)關(guān)63。第二開(kāi)關(guān)62以PWM方式被接通以及斷開(kāi)，其中改變第二開(kāi)關(guān)62的PWM操作的占空比D62以對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行控制。第一和第二開(kāi)關(guān)61、62互補(bǔ)地接通和斷開(kāi)，S卩，第一開(kāi)關(guān)61在第二開(kāi)關(guān)62斷開(kāi)時(shí)接通，反之亦然。第一開(kāi)關(guān)61的占空比基本上為:D61=1-D62。在圖7中，僅示意性圖示了第一和第二開(kāi)關(guān)的PWM操作。
[0064]在供電電壓V2的負(fù)半周期期間，充電控制單元32接通第三開(kāi)關(guān)63并斷開(kāi)第四開(kāi)關(guān)64。第一開(kāi)關(guān)61以PWM方式接通和斷開(kāi)，其中改變第一開(kāi)關(guān)61的占空比D61以便對(duì)輸出信號(hào)(II或VI)進(jìn)行控制。第一開(kāi)關(guān)61和第二開(kāi)關(guān)62互補(bǔ)地接通和斷開(kāi)。S卩，第二開(kāi)關(guān)62在第一開(kāi)關(guān)61斷開(kāi)時(shí)接通。因此，第二開(kāi)關(guān)62的占空比D62基本上為:D62=1-D61。
[0065]當(dāng)開(kāi)關(guān)61-64以續(xù)流元件實(shí)施時(shí)，第一開(kāi)關(guān)61可以在正半周期期間被斷開(kāi)，而第二開(kāi)關(guān)62可以在負(fù)半周期期間被斷開(kāi)，這是因?yàn)檫@些開(kāi)關(guān)61和62各自的續(xù)流元件分別在第二開(kāi)關(guān)62和第一開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)周期期間取得電流。
[0066]功率轉(zhuǎn)換器電路2在供電電壓V2的正半周期期間的操作原理如下。當(dāng)?shù)诙偷谒拈_(kāi)關(guān)62、64接通時(shí)，能量被磁性地存儲(chǔ)在電感器65中。當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)62斷開(kāi)而第一開(kāi)關(guān)61接通時(shí)，存儲(chǔ)在電感器65中的能量被輸送至電池I。輸出信號(hào)I1、V1能夠通過(guò)控制第二開(kāi)關(guān)62的PWM操作的占空比來(lái)進(jìn)行控制。在供電電壓V2的負(fù)半周期期間，能量在第一開(kāi)關(guān)61和第三開(kāi)關(guān)63接通時(shí)被磁性地存儲(chǔ)在電感器65中。當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)61斷開(kāi)而第二開(kāi)關(guān)62接通時(shí)，之前存儲(chǔ)在電感器中的能量經(jīng)由第三開(kāi)關(guān)63輸送至電池I。輸出信號(hào)I1、V1能夠通過(guò)控制第一開(kāi)關(guān)61的PWM操作的占空比來(lái)進(jìn)行控制。
[0067]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，充電控制單元32并不僅對(duì)恒定電流模式中的電池電流Il和恒定電壓模式中的電池電壓Vl的輸出信號(hào)進(jìn)行控制，而且還對(duì)進(jìn)入功率轉(zhuǎn)換器電路2的電流12進(jìn)行控制以使得該電流與通過(guò)供電端子50、51所提供的供電電壓V2同相。S卩，充電控制單元32具有功率因數(shù)校正(PFC)功能。
[0068]圖8中圖示了充電控制單元的一個(gè)實(shí)施例。圖8是對(duì)功能而不是實(shí)施方式進(jìn)行圖示的充電控制單元32的框圖。圖8的個(gè)體功能模塊能夠使用模擬電路、數(shù)字電路、或者硬件和軟件來(lái)實(shí)施。
[0069]參考圖8，充電控制單元32包括第一控制器321，所述第一控制器321接收表示供電電壓的供電電壓信號(hào)Sv2以及表示從供電總線4到功率轉(zhuǎn)換器電路2中的電流-12的供電電流信號(hào)S12。第一控制器321輸出第一占空比信號(hào)SDa。第一占空比信號(hào)Sdci對(duì)供電電流12的信號(hào)波形進(jìn)行控制以對(duì)應(yīng)于供電電壓V2的信號(hào)波形。由于供電電壓V2的信號(hào)波形周期性進(jìn)行變化，所以也期望使得供電電流12周期性變化。因此，第一占空比信號(hào)Sdci由第一控制器321生成從而使得其也周期性變化以便滿足之前所釋出的相位要求。
[0070]參考圖8，充電控制單元32進(jìn)一步包括第二控制器322，所述第二控制器322輸出第二占空比信號(hào)S.。第二占空比信號(hào)Src2用作對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行控制，所述輸出信號(hào)在恒定充電模式中是電池電流Il而在恒定電壓模式中是電池電壓VI。第二控制器322接收表示所要控制的輸出信號(hào)的期望信號(hào)水平的基準(zhǔn)信號(hào)SKEF。在恒定電流模式中，基準(zhǔn)信號(hào)Skef表示圖7的基準(zhǔn)電流一I Ikef，而在恒定電壓模式中，基準(zhǔn)信號(hào)Skef表示圖7中的基準(zhǔn)電壓V1KEF。第二控制器322進(jìn)一步接收輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)是表示電池電流Il的電池電流信號(hào)S11,或者表示電池電壓Vl的電池電壓信號(hào)SV1。復(fù)用器323接收這些信號(hào)Sn、Svi兩者并且根據(jù)操作模式信號(hào)Sm將這些信號(hào)之一轉(zhuǎn)發(fā)至第二控制器322。該操作模式信號(hào)Sm例如由中央處理單元30所提供并且表示充電控制單元32的期望操作模式。
[0071]參考圖8，復(fù)用器324接收第一占空比信號(hào)Sdci和第二占空比信號(hào)Sdc2，并且輸出與第一和第二占空比信號(hào)SDa、Sdc2的乘積對(duì)應(yīng)的整體占空比信號(hào)SDC。
[0072]PWM生成器325接收整體占空比信號(hào)Sdc并且依據(jù)參考圖7所釋出的時(shí)序圖生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)S61-S64。PWM生成器325進(jìn)一步接收關(guān)于供電電壓V2的極性的信息以便決定開(kāi)關(guān)61-64中的哪些開(kāi)關(guān)被接通或被斷開(kāi)，以及哪些開(kāi)關(guān)要利用如占空比信號(hào)Sdc所定義的占空比以PWM方式進(jìn)行操作。參考圖7，第二開(kāi)關(guān)62在正半周期期間以PWM方式進(jìn)行操作，從而在供電電壓V2的正半周期期間，生成具有如占空比信號(hào)Sdc所定義的占空比的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S62。在負(fù)半周期期間，占空比信號(hào)Sdc定義第四開(kāi)關(guān)64的占空比。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，PWM生成器325接收供電電壓信號(hào)Sv2并且從該信號(hào)提取極性信息。
[0073]在根據(jù)之前所釋出的實(shí)施例的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，處于驅(qū)動(dòng)模式的功率轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)電路2所提供的AC功率能夠通過(guò)相對(duì)長(zhǎng)的供電總線線路進(jìn)行傳送。不同于包括DC總線的常規(guī)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)需將功率轉(zhuǎn)換器電路2置于電機(jī)M的附近。因此，電池I和功率轉(zhuǎn)換器電路2能夠被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)單元，從而使得電池端子11、12無(wú)法被接入。這消除了對(duì)電池?cái)噙B開(kāi)關(guān)的需求，該開(kāi)關(guān)在常規(guī)系統(tǒng)中被配置為在事故情況下將電池從DC總線斷開(kāi)連接。在該電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，功率轉(zhuǎn)換器電路2可以用作電池?cái)噙B開(kāi)關(guān)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，功率轉(zhuǎn)換器電路2以如下方式在給定時(shí)間段內(nèi)限制電流并且在電流水平超過(guò)給定閾值或者電流超過(guò)給定閾值的時(shí)間間隔超過(guò)給定時(shí)間段的情況下斷開(kāi)。
[0074]圖9圖示了根據(jù)另一實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在該實(shí)施例中，另外的負(fù)載Z0、Z1、Z2被耦合至供電總線4。根據(jù)負(fù)載類型，可以將附加負(fù)載以不同方式連接至供電總線4。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，負(fù)載ZO直接連接至供電總線。該負(fù)載ZO例如是基于電阻器的加熱系統(tǒng)，其直接接收在供電總線4處可獲得的供電電壓V2。通過(guò)利用例如繼電器(未示出)以接通/斷開(kāi)模式對(duì)到負(fù)載ZO的電壓V2進(jìn)行開(kāi)關(guān)可以對(duì)負(fù)載ZO進(jìn)行調(diào)節(jié)。諸如圖9的負(fù)載Zl、Z2的其他負(fù)載通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器電路71、72耦合至供電總線4。這些功率轉(zhuǎn)換器電路71，72可以是從供電總線4向個(gè)體負(fù)載Zl、Z2傳送功率而非相反方向傳送功率的單向功率轉(zhuǎn)換器電路。功率轉(zhuǎn)換器電路71、72的類型取決于負(fù)載的類型。在圖9的實(shí)施例中，耦合至負(fù)載Zl的第一功率轉(zhuǎn)換器電路71為接收交流供電電壓V2并向負(fù)載Zl輸出直流電壓V71的AC/DC功率轉(zhuǎn)換器電路。該功率轉(zhuǎn)換器電路71可以是被配置為接收交流輸入電壓并輸出受控制的直流電壓的常規(guī)AC/DC功率轉(zhuǎn)換器。圖10中示意性圖示了該AC/DC功率轉(zhuǎn)換器電路71的一個(gè)實(shí)施例。
[0075]圖10的功率轉(zhuǎn)換器電路被實(shí)施為降壓轉(zhuǎn)換器并且包括與開(kāi)關(guān)711、電感器712、以及耦合至諸如橋整流器的整流器電路710的輸出的電容器713進(jìn)行串聯(lián)的電路。該串聯(lián)電路接收耦合至供電總線4的整流器電路710的輸出電壓V710，其中該輸出電壓是在供電總線4處可獲得的供電電壓V2的經(jīng)整流的版本。輸出電壓V71跨輸出電容器714可獲得。PWM控制器715根據(jù)表示輸出電壓V71的輸出電壓信號(hào)Sv71以PWM方式對(duì)開(kāi)關(guān)711進(jìn)行操作從而使得輸出電壓V71對(duì)應(yīng)于預(yù)定基準(zhǔn)電壓。續(xù)流元件714與具有電感器712和電容器713的串聯(lián)電路進(jìn)行并聯(lián)連接，其中該續(xù)流元件714在開(kāi)關(guān)711斷開(kāi)的那些時(shí)間段通過(guò)電感器712取得電流。
[0076]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，功率轉(zhuǎn)換器電路71的DC輸出電壓V71大約為12V。圖9的負(fù)載Zl表示能夠在車輛中使用的DC負(fù)載，諸如用于窗戶升降器和座椅調(diào)節(jié)的電機(jī)、燈光、音頻和娛樂(lè)系統(tǒng)等。
[0077]參考圖9，第二功率轉(zhuǎn)換器電路72可以從供電電壓V2提供交流電壓V72。接收交流電壓V72的負(fù)載Z3表示車輛中需要交流供電電壓的負(fù)載，諸如空調(diào)系統(tǒng)。第二功率轉(zhuǎn)換器電路72可以是被配置為從交流供電電壓V2供應(yīng)交流電壓的常規(guī)AC/AC轉(zhuǎn)換器電路。圖11中示意性圖示了該功率轉(zhuǎn)換器電路72的一個(gè)實(shí)施例。
[0078]參考圖11，功率轉(zhuǎn)換器電路72包括第一功率轉(zhuǎn)換級(jí)721，所述第一功率轉(zhuǎn)換級(jí)721從耦合至供電總線4的整流器電路720接收輸出電壓V720。輸出電壓V720是在供電總線處可獲得的供電電壓V2的經(jīng)整流的版本。第一功率轉(zhuǎn)換級(jí)721從交流供電電壓V2生成直流供電電壓V721。該供電電壓V721在下文中可以被稱作DC鏈路電壓。第一功率轉(zhuǎn)換級(jí)721可以利用常規(guī)的AC/DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)鋪?lái)實(shí)施，諸如(如圖10所示的)降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)?、升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)?、或降?升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹?br> [0079]參考圖11，第二功率轉(zhuǎn)換級(jí)722接收DC鏈路電壓V721并且生成具有所期望頻率和幅度的交流輸出電壓V72。第二轉(zhuǎn)換級(jí)722包括DC/AC轉(zhuǎn)換器拓?fù)?。該拓?fù)淇梢允浅Ｒ?guī)的DC/AC轉(zhuǎn)換器拓?fù)?，諸如參考圖3和4所釋出的拓?fù)洹?br> [0080]負(fù)載Z0-Z3在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處于驅(qū)動(dòng)模式時(shí)并且在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處于充電模式時(shí)通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器電路71、72進(jìn)行供電。在驅(qū)動(dòng)模式中，供電電壓V2由連接在電池I和供電總線之間的功率轉(zhuǎn)換器電路2所提供，并且在充電模式中，供電電壓V2由連接至供電端子的外部電源所提供。
[0081]參考以上的解釋，在驅(qū)動(dòng)模式中，功率轉(zhuǎn)換器電路依據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sm對(duì)提供至供電總線的供電電流12進(jìn)行控制，其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sm包括與驅(qū)動(dòng)電流12的諸如頻率和幅度之類的所期望波形參數(shù)相關(guān)的信息。對(duì)負(fù)載Zl、Z2和負(fù)載ZO進(jìn)行供電的功率轉(zhuǎn)換器電路71、72被配置為利用供電電壓V2進(jìn)行操作，該供電電壓V2由于接收供電電流12的電機(jī)M的反EMF而具有變化的頻率和變化的幅度。
[0082]然而，當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器電路2處于驅(qū)動(dòng)模式，但電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)指示電機(jī)M的功耗為零時(shí)，功率轉(zhuǎn)換器電路2將供電電流12的幅度減小為零。在這種情況下，諸如圖9所示的負(fù)載Z0、Z1、Z2的其它負(fù)載將不再被供電。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，控制電路3被配置為使用開(kāi)關(guān)電路5將電機(jī)M從供電總線4斷開(kāi)連接(供電總線4隨后被連接至供電端子50、51，它們?cè)谠摬僮髂Ｊ街锌梢圆唤邮芡獠抗β?，并且對(duì)驅(qū)動(dòng)控制電路31進(jìn)行控制以生成不為零的供電電流12和供電電壓V2之一以便對(duì)負(fù)載Z0、Z1、Z2進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。該供電電壓可以具有固定頻率和固定幅度中的至少一個(gè)。
[0083]圖12圖示了耦合在電池I和供電總線4之間的功率轉(zhuǎn)換器電路2的另一實(shí)施例。除了之前所釋出的功率轉(zhuǎn)換級(jí)21之外，圖12的功率轉(zhuǎn)換器電路12還包括另外的轉(zhuǎn)換級(jí)
20。在下文中，轉(zhuǎn)換級(jí)21將被稱作第一轉(zhuǎn)換級(jí)，而另外的轉(zhuǎn)換級(jí)20將被稱作第二轉(zhuǎn)換級(jí)。第二轉(zhuǎn)換級(jí)20為DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)并且耦合在電池I和第一轉(zhuǎn)換級(jí)21之間。與DC/AC轉(zhuǎn)換級(jí)21相似，DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20是雙向轉(zhuǎn)換級(jí)，其允許功率從電池I向DC/AC轉(zhuǎn)換級(jí)21傳送以及從DC/AC轉(zhuǎn)換級(jí)21向電池I傳送。
[0084]DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20也由控制電路3進(jìn)行控制。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在功率轉(zhuǎn)換級(jí)2的供電模式中，控制電路3對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20進(jìn)行控制以提供輸出電壓V20 (其在下文中將被稱作DC鏈路電壓V20)。DC鏈路電壓V20的信號(hào)水平可以高于電池電壓Vl的信號(hào)水平，或者可以低于電池電壓Vl的信號(hào)水平。根據(jù)另外的實(shí)施例，DC鏈路電壓V20的信號(hào)水平對(duì)應(yīng)于電池電壓Vl的最高信號(hào)水平，其中DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20當(dāng)電池電壓Vl在電池I放電時(shí)下降的同時(shí)保持DC鏈路電壓V20的信號(hào)水平恒定。
[0085]DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20可以利用如本領(lǐng)域已知的常規(guī)DC/DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)鋪?lái)實(shí)施。
[0086]進(jìn)一步地，DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20可以在電池I和DC/AC轉(zhuǎn)換級(jí)21之間提供電流隔離。在這種情況下，DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20包括變壓器，或者用于對(duì)電池I和DC/AC轉(zhuǎn)換級(jí)21進(jìn)行電流隔離并且使得能夠以兩個(gè)方向(雙向)進(jìn)行功率傳輸?shù)钠渌骷Ｔ谶@種情況下，功率轉(zhuǎn)換器電路能夠利用如圖1a和Ib中由Everts, J.、Krismer, F.、Van den Keybus, J.、Driesen, J.> Kolar, J.ff.的“Comparative evaluat1n of soft-switching, bidirect1nal, isolated AC/DC converter topologies,，’Applied Power Electronics Conferenceand Exposit1n (APEC), 2012Twenty-Seventh Annual IEEE,pp.1067-1074,2012 年 2 月 5-9日(“Everts”)所公開(kāi)的拓?fù)鋪?lái)實(shí)施，該文獻(xiàn)通過(guò)引用全文結(jié)合于此。S卩，DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20能夠利用如Everts的圖2a和2b中所示的雙-主動(dòng)橋拓?fù)鋪?lái)實(shí)施，其中根據(jù)第一實(shí)施例的DC/DC轉(zhuǎn)換器20將電壓V20生成為直流電壓。在這種情況下，DC/AC轉(zhuǎn)換器21能夠如本文之前所釋出的來(lái)實(shí)施。
[0087]根據(jù)第二實(shí)施例，由控制電路3所控制的DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20被配置為在驅(qū)動(dòng)模式中提供具有如圖13所示的經(jīng)整流的正弦波形的電流，并且在充電模式中接收經(jīng)整流的正弦電壓V20。在這種情況下，DC/AC轉(zhuǎn)換器21用作從經(jīng)整流的供電電流121生成交流供電電流121的展開(kāi)橋。該交流電流121的波形也在圖23中示出。DC/AC轉(zhuǎn)換器21能夠利用如圖3所示的拓?fù)鋪?lái)實(shí)施，其中可以省略電感器65。用作展開(kāi)橋的轉(zhuǎn)換器21的操作原理如下。轉(zhuǎn)換器21在周期性供電電流120的一個(gè)周期中閉合第一和第四開(kāi)關(guān)61、64，并且在下一個(gè)周期中閉合第二和第三開(kāi)關(guān)62、63。
[0088]在第二實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)控制單元32根據(jù)電機(jī)信號(hào)Sm對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器20進(jìn)行驅(qū)動(dòng)以根據(jù)電機(jī)信號(hào)Sm以便改變經(jīng)整流的供電電流120的幅度和頻率中的至少一個(gè)。
[0089]圖14中圖示了利用如Everts中所公開(kāi)的雙-主動(dòng)橋拓?fù)渌鶎?shí)施的DC/DC轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，圖14的DC/DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)鋬H為示例。也可以使用其它的雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹?br> [0090]參考圖14，DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20包括具有兩個(gè)半橋的第一橋電路201，每個(gè)半橋均包括連接在用于接收電池電壓Vl的輸入端子之間的高側(cè)開(kāi)關(guān)201^2013以及低側(cè)開(kāi)關(guān)2012、2014。具有電感性存儲(chǔ)元件203和變壓器204的初級(jí)繞組204P的串聯(lián)電路連接在兩個(gè)半橋的輸出節(jié)點(diǎn)之間，其中一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)為共用于一個(gè)半橋的高側(cè)開(kāi)關(guān)2011、2013以及低側(cè)開(kāi)關(guān)2012、2014的電路節(jié)點(diǎn)。變壓器204進(jìn)一步包括與初級(jí)繞組204P電感地耦合的次級(jí)繞組204s。第二橋電路205具有兩個(gè)半橋，每個(gè)半橋均包括耦合至次級(jí)繞組204s的高側(cè)開(kāi)關(guān)205^2053以及低側(cè)開(kāi)關(guān)2052、2054。這些半橋中的每一個(gè)半橋連接在輸出(那里提供有DC鏈路電壓V20或經(jīng)整流的電流120)之間并且包括輸入。該輸入為共用于一個(gè)半橋的高側(cè)開(kāi)關(guān)205^2053以及低側(cè)開(kāi)關(guān)2052、2054的電路節(jié)點(diǎn)。半橋205^2052的輸入連接至次級(jí)繞組204的第一端子，而半橋2053、2054的輸入連接至次級(jí)繞組的第二端子。
[0091]橋電路201、205的開(kāi)關(guān)201^201^205^2054可以實(shí)施為常規(guī)電子開(kāi)關(guān)，諸如MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)、JFET (結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、或HEMT (高電子遷移率晶體管)等。當(dāng)開(kāi)關(guān)205-207被實(shí)施為MOSFET時(shí)，該MOSFET的內(nèi)部主體二極管可以被用作整流器元件，從而不需要附加的整流器元件。
[0092]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，兩個(gè)半橋中的第一橋電路201的個(gè)體開(kāi)關(guān)201^2014的接通和斷開(kāi)的時(shí)序?yàn)槭沟瞄_(kāi)關(guān)201^2014中的至少一些開(kāi)關(guān)在跨相應(yīng)開(kāi)關(guān)的電壓為零時(shí)被接通和/或斷開(kāi)。這被稱作零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)。
[0093]DC/DC轉(zhuǎn)換器20可以進(jìn)行雙向操作。即，在驅(qū)動(dòng)模式中，DC/DC轉(zhuǎn)換器20能夠進(jìn)行操作以從電池電壓V3提供基本上恒定的DC鏈路電壓，或者提供具有經(jīng)整流的交流波形的供電電流120。在充電模式中，DC/DC轉(zhuǎn)換器20可以接收具有基本上恒定電壓水平或具有經(jīng)整流的交流波形的電壓V20，并且以恒定電壓模式和恒定電流模式之一對(duì)電池進(jìn)行充電。
[0094]圖15圖示了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的另外的實(shí)施例。圖14的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)附加地包括發(fā)電機(jī)G以及耦合至發(fā)電機(jī)G的另外的功率轉(zhuǎn)換器8。發(fā)電機(jī)G例如是由內(nèi)燃機(jī)所驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)并被配置為提供交流輸出電壓\。另外的功率轉(zhuǎn)換器電路8接收該發(fā)電機(jī)電壓Ve并且在耦合至功率轉(zhuǎn)換器電路2的輸出端子81、82處提供DC電壓V8。
[0095]根據(jù)圖16A所示的一個(gè)實(shí)施例，另外的轉(zhuǎn)換器電路8的輸出81、82耦合至功率轉(zhuǎn)換器電路2的輸入，并且因此耦合至電池端子11、12。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，功率轉(zhuǎn)換器電路8被配置為根據(jù)電池I的充電狀態(tài)而提供恒定輸出電壓V8和恒定輸出電流18之一。功率轉(zhuǎn)換器電路2可以依據(jù)之前所釋出的每個(gè)實(shí)施例來(lái)實(shí)施。根據(jù)圖16B所示的另外的實(shí)施例，功率轉(zhuǎn)換器電路2包括DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20和DC/AC轉(zhuǎn)換級(jí)21。在這種情況下，另外的功率轉(zhuǎn)換器電路8的輸出81、82連接至DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20的DC鏈路電容器209。
[0096]另外的功率轉(zhuǎn)換器電路8可以利用常規(guī)的AC/DC功率轉(zhuǎn)換器拓?fù)鋪?lái)實(shí)施，諸如升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹⒔祲恨D(zhuǎn)換器拓?fù)?、或降?升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹?br> [0097]圖17圖示了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)另外的實(shí)施例。圖17的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括多個(gè)電池1工、1?、lm，以及對(duì)應(yīng)的多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路連接至多個(gè)電池I1-1m之一的輸出Il1UZ1Ul11UZ11UlllPUllltj雖然圖17示出了具有三個(gè)電池和三個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路的系統(tǒng)，但是該系統(tǒng)并不局限于三個(gè)電池和功率轉(zhuǎn)換級(jí)。甚至可能實(shí)施僅具有兩個(gè)或者具有多于三個(gè)的電池和對(duì)應(yīng)數(shù)量的功率轉(zhuǎn)換器電路的系統(tǒng)。功率轉(zhuǎn)換器電路Z1I111中的每一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路包括輸出，其中個(gè)體功率轉(zhuǎn)換器電路3^3^的輸出共同連接至供電總線4。在圖17的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，諸如第一功率轉(zhuǎn)換器電路的功率轉(zhuǎn)換器電路之一用作主轉(zhuǎn)換器，所述主轉(zhuǎn)換器在驅(qū)動(dòng)模式中對(duì)其供電電流的頻率和幅度進(jìn)行控制。其它功率轉(zhuǎn)換器電路則用作從轉(zhuǎn)換器，它們對(duì)其耦合至主轉(zhuǎn)換器的輸出電流的輸出電流進(jìn)行控制。在這種情況下，每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路的輸出電流是整體供電電流12的I/η。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，從功率轉(zhuǎn)換器電路的每一個(gè)可以生成具有頻率和幅度的供電電流Ι212-Ι21η，所述頻率對(duì)應(yīng)于主功率轉(zhuǎn)換器電路的輸出電流Ul1的頻率，并且所述幅度取決于與之連接的電池I2- 1n的容量，并且從而使得整體輸出電流12具有預(yù)定的幅度(以便控制電機(jī)M的轉(zhuǎn)矩)。
[0098]個(gè)體功率轉(zhuǎn)換器電路2^2^中的每一個(gè)可以依據(jù)本文之前所釋出的功率轉(zhuǎn)換器電路2的實(shí)施例之一來(lái)實(shí)施，并且能夠如關(guān)于這些實(shí)施例所描述的那樣進(jìn)行操作。
[0099]在充電模式中，每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路2i_2n接收(外部電源所提供的)供電電壓V2并且依據(jù)以上所描述的技術(shù)之一對(duì)電池進(jìn)行充電。
[0100]參考圖17，控制電路16對(duì)個(gè)體功率轉(zhuǎn)換器電路Z1I111進(jìn)行控制，其中如控制電路3所控制的這些功率轉(zhuǎn)換器電路Z1I111的每一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路以驅(qū)動(dòng)模式或充電模式進(jìn)行操作?？刂齐娐?以驅(qū)動(dòng)模式或充電模式同時(shí)對(duì)個(gè)體功率轉(zhuǎn)換器電路Z1Ini進(jìn)行操作。
[0101]圖18圖示了在本文之前所釋出的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之一中所使用的電池I和功率轉(zhuǎn)換器電路2的另外實(shí)施例。在圖17的實(shí)施例中，電池I包括多個(gè)電池單元(電池分區(qū)H1U2Un,其中這些電池單元I1-1n中的每一個(gè)電池單元被配置為在電池電源端子
lln、12n之間供應(yīng)電池電壓VlrVl2Jlnt5功率轉(zhuǎn)換器電路2包括多個(gè)子電路2p22、2n，其中子電路2p22、2n中的每一個(gè)子電路耦合至電池單元l「ln之一的輸出。子電路2p22、2n中的每一個(gè)子電路由控制電路3進(jìn)行控制，其中控制電路3以驅(qū)動(dòng)模式或充電模式同時(shí)對(duì)個(gè)體功率轉(zhuǎn)換器電路21-2n進(jìn)行操作。在驅(qū)動(dòng)模式中，每個(gè)子電路21-2n輸出具有如控制電路3所定義的頻率的供電電壓￥2,2#將個(gè)體子電路2「2n進(jìn)行級(jí)聯(lián)從而使得供電總線4的供電電壓V2對(duì)應(yīng)于子電路的個(gè)體輸出電壓供電電壓V2rV2n之和。
[0102]在充電模式中，個(gè)體子電路輸出電容器形成電容分壓器，從而使得每個(gè)子電路輸出處的電壓V21-V2n為由外部電源經(jīng)由供電端子(圖17中未示出)所提供的供電電壓V2的一部分。子電路21-2n的每一個(gè)子電路可以通過(guò)參考圖1-16如本文之前所釋出的第一功率轉(zhuǎn)換器電路2來(lái)實(shí)施。例如，當(dāng)個(gè)體子電路21-2n利用參考圖3和4所釋出的轉(zhuǎn)換級(jí)21來(lái)實(shí)施時(shí)，圖16中所不的輸出電容器對(duì)應(yīng)于圖3和4的可選輸出電容器66。
[0103]在充電模式中，子電路Z1In*的每一個(gè)子電路由控制電路3如本文之前參考圖1至16所釋出的第一功率轉(zhuǎn)換器電路2那樣進(jìn)行操作，其區(qū)別在于子電路21-2n并不接收整體供電電壓V2，而是僅接收整體供電電壓V2的一部分。
[0104]圖19圖示了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)另外的實(shí)施例。在圖19的實(shí)施例中，供電總線4是3相供電總線，其包括第一相41 (其也被稱作R)、第二相42 (其也被稱作S)和第三相43 (其也被稱作T)。在該實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器電路2在驅(qū)動(dòng)模式中被配置為提供三個(gè)輸出電流I2K、I2S、I2T,每相41、42、43中一個(gè),它們每一個(gè)均具有由電機(jī)控制信號(hào)(SM,圖19中未不出)所定義的頻率和幅度。這三個(gè)供電電流^卜^”巧中的兩個(gè)之間的相位差大約為口。。。功率轉(zhuǎn)換器電路2如常規(guī)的3相電機(jī)逆變器那樣進(jìn)行操作，所述3相電機(jī)逆變器被配置為供應(yīng)具有如電機(jī)控制信號(hào)所定義的頻率和幅度的3相供電電流。
[0105]中性點(diǎn)(N)在該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中是可選的。例如，如果電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括另外的負(fù)載，諸如圖9所示的一個(gè)或多個(gè)負(fù)載Z0、Z1、Z2，則負(fù)載或?qū)?yīng)的功率轉(zhuǎn)換器能夠被連接至中性點(diǎn)和相 41、42、43 之一。
[0106]電機(jī)M在該實(shí)施例中是三相異步電機(jī)，其中開(kāi)關(guān)電路5被配置為將該電機(jī)連接至三相41、42、43。外部電源可以是3相電源。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括四個(gè)端子，即針對(duì)電源的第一相的第一端子 51，針對(duì)電源的第二相的第二端子52，針對(duì)電源的第三相的第三端子53，以及針對(duì)電源的中性點(diǎn)40的第四端子50。開(kāi)關(guān)電路5被配置為將供電總線4連接至外部功率，其中三相51-53中的每一相被連接至相41-43中的每一相，或者將供電總線4連接至電機(jī)M。
[0107]在外部電源僅為單相電源的情況下，外部電源僅連接至三相端子51-53之一和中性點(diǎn)50，并且開(kāi)關(guān)電路5在充電模式中被配置為將三相端子51-53之一連接至供電總線4的相41-43之一，并且將中性端子50連接至中性點(diǎn)40。
[0108]在圖19的實(shí)施例中，只有一個(gè)電機(jī)能夠通過(guò)開(kāi)關(guān)電路5耦合至供電總線4。然而，該系統(tǒng)可以被輕易地修改以包括多個(gè)電機(jī)，諸如直接安裝在車輛的車輪內(nèi)的無(wú)刷永磁體電機(jī)。在該實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括多個(gè)電路，每個(gè)電路均包括電池1、功率轉(zhuǎn)換器電路2、控制電路3、供電總線、和電機(jī)M。這些電路的開(kāi)關(guān)電路可以被配置為將對(duì)應(yīng)的供電總線連接至對(duì)應(yīng)的電機(jī)(在驅(qū)動(dòng)模式中)或者將對(duì)應(yīng)的供電總線連接至供電端子。其中個(gè)體電路可以共享供電端子。
[0109]以下參考圖20和21對(duì)圖19的功率轉(zhuǎn)換器電路2的兩個(gè)不同實(shí)施例進(jìn)行解釋。參考圖20，功率轉(zhuǎn)換器電路2包括三個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換級(jí)21p212、213，其中這些功率轉(zhuǎn)換級(jí)21p212、213中的每一個(gè)功率轉(zhuǎn)換級(jí)耦合在電池I和供電總線4的三相41-43中的一相之間?？蛇x地，DC/DC功率轉(zhuǎn)換級(jí)20連接在電池I和功率轉(zhuǎn)換級(jí)21i_213之間。功率轉(zhuǎn)換級(jí)21^2“中的每一個(gè)功率轉(zhuǎn)換級(jí)包括具有高側(cè)開(kāi)關(guān)611-613和低側(cè)開(kāi)關(guān)621-623的半橋，并且包括電感器65^653，其中每個(gè)功率轉(zhuǎn)換級(jí)21i_213的電感器耦合在對(duì)應(yīng)半橋的輸出和對(duì)應(yīng)的相41-43之間。個(gè)體開(kāi)關(guān)61^61^62^623能夠利用如參考圖3和4所釋出的開(kāi)關(guān)的續(xù)流元件(未示出)來(lái)實(shí)施。
[0110]與之前所釋出的第一功率轉(zhuǎn)換器電路2相似，圖20的功率轉(zhuǎn)換器電路2能夠以驅(qū)動(dòng)模式(供電模式)進(jìn)行操作，其中功率轉(zhuǎn)換器電路2的個(gè)體功率轉(zhuǎn)換級(jí)211-213W電池電壓Vl或DC鏈路電壓V20分別生成供電電壓V2K、V2S、V2T?？刂齐娐?對(duì)個(gè)體功率轉(zhuǎn)換級(jí)21r213進(jìn)行控制以使得供電電壓V2K、V2S、V2T擁有具可調(diào)節(jié)頻率的正弦波形，其中個(gè)體的V2K、V2s、V2Ti間的相位差基本上為120°。
[0111]另外，功率轉(zhuǎn)換器電路2能夠以充電模式進(jìn)行操作，其中功率轉(zhuǎn)換器電路2從供電總線接收供電電壓并且對(duì)電池電流Il或者電池電壓Vl進(jìn)行控制，或者對(duì)DC鏈路電壓V20進(jìn)行控制。
[0112]圖21示出了根據(jù)另外實(shí)施例的第一功率轉(zhuǎn)換器電路2。圖20的實(shí)施例基于圖19的實(shí)施例，差別在于圖20的功率轉(zhuǎn)換器電僅包括分別連接在電池I或DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)20與功率轉(zhuǎn)換級(jí)211H3的半橋之間的一個(gè)電感器65。即，個(gè)體功率轉(zhuǎn)換級(jí)211H3共享電感器65。另外，每個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)包括電容器671、672、673，它們連接在對(duì)應(yīng)相和共用于個(gè)體電容器67p672、673的電路節(jié)點(diǎn)之間。對(duì)于雙向電流動(dòng)而言，開(kāi)關(guān)611-613和621-623可以被實(shí)施為雙向鎖定和導(dǎo)通開(kāi)關(guān)。
[0113]圖20和21的功率轉(zhuǎn)換器拓?fù)浼捌洳僮髟碓谝陨纤岬降腒olar，J.W.、Friedli, T.的“The essence of three-phase PFC rectifier systems，，中公開(kāi)。
[0114]3相功率轉(zhuǎn)換器電路可以進(jìn)一步通過(guò)使用三個(gè)參考圖3和4所釋出的功率轉(zhuǎn)換器電路并且通過(guò)驅(qū)動(dòng)這些功率轉(zhuǎn)換器電路從而使得在驅(qū)動(dòng)模式中每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路生成到一相的一個(gè)供電電流并且這些電流具有基本上120°的相位差來(lái)實(shí)施。
[0115]圖22圖示了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器電路2在驅(qū)動(dòng)模式中被配置為生成具有經(jīng)整流的交流電壓的波形(諸如經(jīng)整流的正弦電壓V2)的供電電流12，并且在充電模式中被配置為接收經(jīng)整流的交流電壓。具有經(jīng)整流的正弦波形的供電電流12的一個(gè)實(shí)施例在圖22中示意性示出。
[0116]功率轉(zhuǎn)換器電路2能夠利用基于參考圖3和4所釋出的拓?fù)涞耐負(fù)鋪?lái)實(shí)施，并且這通過(guò)省略第三開(kāi)關(guān)63并且利用永久性連接替換第四開(kāi)關(guān)64而得以簡(jiǎn)化。功率轉(zhuǎn)換器電路2隨后如本文之前參考輸出電壓V2的正半周期所釋出的那樣進(jìn)行操作。
[0117]參考圖22，該電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步包括整流器電路91，其耦合至供電端子50、51并且被配置為從內(nèi)部電源(未圖示)所提供的交流供電電壓生成經(jīng)整流的電壓。進(jìn)一步地，該電系統(tǒng)包括展開(kāi)橋，所述展開(kāi)橋被配置為從第一功率轉(zhuǎn)換器電路2在驅(qū)動(dòng)模式中所提供的經(jīng)整流的供電電流12生成交流電壓。根據(jù)圖24所圖示的一個(gè)實(shí)施例，該展開(kāi)橋包括具有兩個(gè)半橋的橋電路，每個(gè)半橋包括聞側(cè)開(kāi)關(guān)921、923以及低側(cè)開(kāi)關(guān)922、924。每個(gè)半橋包括輸出，其中一個(gè)輸出耦合至第一電機(jī)端子MO，而另一個(gè)輸出則耦合至第二電機(jī)端子M2。開(kāi)關(guān)921-924以經(jīng)整流的供電電壓V2的頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)從而使得在經(jīng)整流的供電電壓V2的一個(gè)周期中，第一和第四開(kāi)關(guān)921、924導(dǎo)通，而在下一個(gè)周期中，展開(kāi)橋92的第二和第三開(kāi)關(guān)922,923 導(dǎo)通。
[0118]在之前所釋出的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，功率轉(zhuǎn)換器電路2用于提供具有變化頻率的供電電壓V2并且用于對(duì)電池進(jìn)行充電。因此，不需要附加的電池充電器。另外，功率轉(zhuǎn)換器電路2被設(shè)計(jì)為具有至少為電機(jī)的最大輸入功率的最大輸出功率。然而,功率轉(zhuǎn)換器電路2不僅被配置為在驅(qū)動(dòng)模式中向電機(jī)提供最大功率，而且還被配置為在充電模式中向電池I提供最大功率，從而使得與利用常規(guī)電池充電器相比能夠更快地對(duì)電池進(jìn)行充電。
[0119]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，繼電器(未示出)連接至功率轉(zhuǎn)換器電路2和電源4的每一相之間。與包括DC總線的常規(guī)系統(tǒng)不同，簡(jiǎn)單且廉價(jià)的繼電器(其并不必被配置為防止電弧)可以在具有如之前所釋出的AC總線4的系統(tǒng)中使用。
[0120]在之前的描述中，諸如“頂部”、“底部”、“前部”、“后部”、“超前”、“后續(xù)”等的方向性術(shù)語(yǔ)作為對(duì)于所描述附圖的方位的參考來(lái)使用。由于實(shí)施例的組件能夠以多種不同方向定位，所以該方向術(shù)語(yǔ)是用于說(shuō)明的目的而并非進(jìn)行限制。所要理解的是，可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下利用其它實(shí)施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)上或邏輯上的變化。因此，以下的詳細(xì)描述并不以限制的含義進(jìn)行理解，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)所限定。
[0121]雖然已經(jīng)公開(kāi)了本發(fā)明的各個(gè)示例性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員所要意識(shí)到的是，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的某些優(yōu)勢(shì)的各種變化和修改。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，可以適當(dāng)?shù)貙?duì)執(zhí)行相同功能的其它組件進(jìn)行替換。應(yīng)當(dāng)提到的是，即使在那些并未明確提及的情況下，參考具體附圖所釋出的特征也可以與其它附圖的特征相結(jié)合。另外，本發(fā)明的方法可以使用適當(dāng)處理器指令以完全軟件的實(shí)施方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者以硬件邏輯和軟件邏輯的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)相同結(jié)果的混合實(shí)施方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于本發(fā)明概念的這些修改旨在被所附權(quán)利要求書(shū)所覆蓋。
[0122]諸如“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等的空間相關(guān)術(shù)語(yǔ)被用于描述以便對(duì)一個(gè)元件關(guān)于第二元件的定位進(jìn)行解釋。這些術(shù)語(yǔ)旨在包含與圖中所描繪的設(shè)備的那些方位之外的不同方位。另外，諸如“第一”、“第二”等的術(shù)語(yǔ)也被用來(lái)描述各種要素、區(qū)域、分區(qū)等而同樣并非旨在進(jìn)行限制。同樣的術(shù)語(yǔ)貫穿說(shuō)明書(shū)而指代同樣的要素。
[0123]如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“具有”、“包括”、“包含”是開(kāi)放端術(shù)語(yǔ)，其指示存在所提到的要素或特征，但是并不排除額外的要素或特征。除非上下文明確地另外指出，否則冠詞“一”、“一個(gè)”、和“所述”意在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)。
[0124]考慮到以上變化形式和應(yīng)用的范圍，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不被以上描述所限制，也并不被附圖所限制。相反，本發(fā)明僅被以下權(quán)利要求書(shū)及其法律等同形式所限制。
【權(quán)利要求】
1.一種電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),包括: 可充電電池； 供電總線； 第一功率轉(zhuǎn)換器電路，耦合在所述可充電電池和所述供電總線之間； 電機(jī)，被配置為耦合至所述供電總線；以及 控制電路，被配置為以供電模式和電池充電模式之一對(duì)所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路進(jìn)行操作，其中在所述供電模式中，所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路向所述供電總線提供交流電流和經(jīng)整流的交流電流中的至少一種，并且其中在所述電池充電模式中，所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路對(duì)所述可充電電池進(jìn)行充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 供電端子；和 開(kāi)關(guān)電路，耦合在所述供電總線和所述供電端子之間并且耦合在所述供電總線和所述電機(jī)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路被配置為向所述供電總線提供經(jīng)整流的交流電流，并且其中所述電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步包括: 展開(kāi)橋電路，連接在所 述開(kāi)關(guān)電路和所述電機(jī)之間；以及 整流器電路，連接在所述供電端子和所述開(kāi)關(guān)電路之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述供電總線包括一相和中性點(diǎn)并且所述電機(jī)是單相電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述供電總線包括三相并且其中所述電機(jī)是3相電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路在所述充電模式中被配置為以其中所述電池利用基本恒定的充電電流進(jìn)行供電的恒定電流模式和其中所述電池利用基本恒定的電壓進(jìn)行供電的充電模式之一進(jìn)行操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路包括: 第一功率轉(zhuǎn)換級(jí)，連接至所述供電總線；以及 第二功率轉(zhuǎn)換級(jí)，連接在所述可充電電池和所述第一功率轉(zhuǎn)換級(jí)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中在所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路的所述供電模式中， 所述第二功率轉(zhuǎn)換級(jí)被配置為向所述第一功率轉(zhuǎn)換級(jí)提供直流電壓，并且 所述第一功率轉(zhuǎn)換級(jí)被配置為由從所述第二功率轉(zhuǎn)換級(jí)所接收的所述直流電壓而生成所述至少一個(gè)交流電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中在所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路的所述供電模式中， 所述第二功率轉(zhuǎn)換級(jí)被配置為向所述第一功率轉(zhuǎn)換級(jí)提供具有經(jīng)整流的交流波形的電流；并且 所述第一功率轉(zhuǎn)換級(jí)被配置為由從所述第二功率轉(zhuǎn)換級(jí)所接收的所述電流而生成所述至少一個(gè)交流電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述經(jīng)整流的交流波形是經(jīng)整流的正弦波形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述電池包括多個(gè)電池單元并且所述第一轉(zhuǎn)換器電路包括多個(gè)子電路，其中每個(gè)子電路連接至一個(gè)電池單元并且其中所述子電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括多個(gè)電池以及多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路，其中所述多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路中的每一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器電路連接在所述多個(gè)電池中的一個(gè)電池和所述供電總線之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 發(fā)電機(jī)；以及 第二功率轉(zhuǎn)換器電路，耦合至所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合至所述供電總線的負(fù)載。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合在所述負(fù)載和所述供電總線之間的另外的功率轉(zhuǎn)換器電路。
16.—種方法,包括: 以其中第一功率轉(zhuǎn)換器電路向供電總線提供交流電流和經(jīng)整流的交流電流中的至少一種的供電模式和其中所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路從被配置為耦合至所述供電總線的外部電源對(duì)可充電電池進(jìn)行充電的電池充電模式之一對(duì)耦合在所述可充電電池和所述供電總線之間的所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路進(jìn)行操作；以及 在所述供電模式中對(duì)連接至所述供電總線的電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
17.—種電路,包括: 第一功率轉(zhuǎn)換器電路，耦合在用于可充電電池的端子和用于供電總線的端子之間；以及 控制電路，被配置為使得所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路以供電模式和電池充電模式之一進(jìn)行操作，其中在所述供電模式中，所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路向用于所述供電總線的所述端子提供交流電流，并且在所述電池充電模式中，所述第一功率轉(zhuǎn)換器電路對(duì)所述可充電電池進(jìn)行充電。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其中所述交流電流包括經(jīng)整流的交流電流。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其中所述供電總線包括被配置為向電機(jī)供電的供電總線。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK104044481SQ201410095358
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
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