專利名稱：在電或混合式電動(dòng)力系統(tǒng)中使用的混合式電池結(jié)構(gòu)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池動(dòng)力控制系統(tǒng)，尤其涉及在電或混合式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中使用的例如用于電動(dòng)車輛的、實(shí)現(xiàn)高能量密度和高功率密度的混合式電池系統(tǒng)的低成本結(jié)構(gòu)和控制方法。
電動(dòng)機(jī)推動(dòng)車輛(“電動(dòng)車”或EV)的推動(dòng)系統(tǒng)通常使用可充電的牽引電池來為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能，在驅(qū)動(dòng)關(guān)系中電動(dòng)機(jī)連接到車輛的輪子。例如，美國專利No.5373195描述了牽引電池連接到直流電(DC)鏈路的系統(tǒng)，該鏈路連接到電源控制電路，例如控制到DC電動(dòng)機(jī)的電源的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路或控制到交流(AC)電動(dòng)機(jī)的電源的頻率控制變換器。混合式電動(dòng)車(HEV)推動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成類似于EV推動(dòng)系統(tǒng)，而且包括驅(qū)動(dòng)車載發(fā)電機(jī)來補(bǔ)充電池電能的內(nèi)燃機(jī)。
通常，電動(dòng)車和混合式電動(dòng)車的牽引電池在功率密度和能量密度之間進(jìn)行平衡。
本發(fā)明通過高功率密度電池和高能量密度電池的結(jié)合使用來使電動(dòng)車輛的電源系統(tǒng)最佳。例如，很高能量密度電池技術(shù)存在于如鋅-空氣機(jī)械充電電池的形式，與通常僅30-40W-hr/kg的鉛酸電池相比，已表明達(dá)到200W-hr/kg的能量密度。然而，報(bào)道如鋅-空氣電池的功率密度是約80-100W/kg。比較起來，研制的鎳-鎘(Ni-Cd)電池達(dá)到功率密度350W/kg，而能量密度45-50W-hr/kg。相應(yīng)地，使用鋅-空氣電池與Ni-Cd電池相結(jié)合的混合式電池系統(tǒng)將提供高能量密度和高功率密度的最佳組合。
在EV應(yīng)用中使用高能量密度電池的一個(gè)問題是該電池是非電充電的，即，如鋅-空氣電池的電池需要機(jī)械/電化學(xué)充電。然而，既包括高能量密度電池又包括高功率密度電池的系統(tǒng)實(shí)際在工作容量方面有利，該系統(tǒng)既可機(jī)械充電又可電充電，電充電能量不提供給電池的機(jī)械充電部分。而且，該混合式電池系統(tǒng)包括在混合式電池結(jié)構(gòu)中捕獲再生能量的方法，這將增加EV或HEV的給定存儲(chǔ)能量數(shù)量范圍。
如上所述，希望提供在電或混合式車輛推動(dòng)系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)高能量密度和高功率密度的混合式電池系統(tǒng)的低成本結(jié)構(gòu)和控制方法。為此，本發(fā)明提供控制混合式電池充電的方法和裝置，該混合式電池包括如可機(jī)械充電電池的高能量密度電池和高功率密度電池。
本發(fā)明一種形式的混合式電池系統(tǒng)包括防止電充電能量提供給高能量密度電池而同時(shí)能捕獲提供給高功率密度電池的再生能量的部件，從而增加電動(dòng)車的給定存儲(chǔ)能量的數(shù)量范圍。在極大車輛減速以及在下山階段保持速度期間使用吸收再生電能的動(dòng)態(tài)減速功能，以使機(jī)械剎車損耗減至最小并且限制對(duì)電池和電源電子控制裝置的過電壓。
在所示實(shí)施例中，本發(fā)明包括混合式電池系統(tǒng)，它包括在電路中與升壓變換器連接的高能量密度電池、高功率密度電池、動(dòng)態(tài)減速器和AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。通過從汽車系統(tǒng)控制器接收信號(hào)的混合式電源控制器來控制混合式電池系統(tǒng)?；旌鲜诫娫纯刂破魇褂秒娏骱碗妷簜鞲衅鱽頌殚]環(huán)混合式電池控制功能提供反饋參數(shù)。對(duì)高功率密度電池充電是通過捕獲從電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的再生能量和從高能量密度電池的充電相結(jié)合來完成。
通過參照結(jié)合附圖進(jìn)行的如下描述將更好理解本發(fā)明，其中

圖1示意說明用DC-AC變換器和牽引電池的傳統(tǒng)AC牽引驅(qū)動(dòng)；圖2示意說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用動(dòng)態(tài)減速器和可機(jī)械充電電池的AC牽引驅(qū)動(dòng)；圖3示意說明根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例用升壓變換器控制、動(dòng)態(tài)減速器和可機(jī)械充電電池的AC牽引驅(qū)動(dòng)；圖4示意說明根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例用升壓變換器控制、動(dòng)態(tài)減速器和兩個(gè)電池的AC牽引驅(qū)動(dòng)；圖5示意說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的混合式電池控制系統(tǒng)；圖6是圖3的一部分驅(qū)動(dòng)器電路的改進(jìn)實(shí)施例的示意圖；圖7示意說明本發(fā)明的又一實(shí)施例；以及圖8是多個(gè)電池和升壓變換器的示意圖。
圖1示意說明從電充電電池12如鉛酸電池或在牽引電動(dòng)機(jī)應(yīng)用中使用的其它高功率密度電池供電的傳統(tǒng)AC電動(dòng)機(jī)牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10。牽引電池12連接到DC鏈路14，DC鏈路14把電能供給電牽引負(fù)載或電動(dòng)機(jī)16，或從電牽引負(fù)載或電動(dòng)機(jī)16接收再生電能，電牽引負(fù)載或電動(dòng)機(jī)16通過牽引驅(qū)動(dòng)變換器18連接到DC鏈路14，牽引驅(qū)動(dòng)變換器18在圖1中表示成倒相器。
電動(dòng)機(jī)16表示成需要變頻激勵(lì)的交流(AC)電動(dòng)機(jī)，它通過倒相器18從DC鏈路14中引出，但是電動(dòng)機(jī)16也能是直流(DC)電動(dòng)機(jī)，通過DC控制電路如脈沖寬度調(diào)制(PWM)變換器連接到鏈路14。AC電動(dòng)機(jī)16可包括任何適當(dāng)類型的AC裝置，包括例如電感裝置、永磁鐵同步裝置、電整流式電動(dòng)機(jī)或開關(guān)磁阻式電動(dòng)機(jī)。倒相器18的輸入濾波電容器20連接在DC鏈路14的兩端，用于對(duì)DC鏈路14上的電壓VDC濾波。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)16優(yōu)選是3相電動(dòng)機(jī)，倒相器18是每個(gè)相位腳有兩個(gè)串聯(lián)連接開關(guān)裝置的3相倒相器，即，裝置T1和T2形成第一相位腳，裝置T3和T4形成第二相位腳以及裝置T5和T6形成第三相位腳。裝置T1-T6是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體開關(guān)裝置，如IGBT、MOSFET、GTO、SCR或IGCT類裝置。二極管D1-D6以逆平行關(guān)系連接在開關(guān)裝置T1-T6的各個(gè)兩端。
在示意的EV驅(qū)動(dòng)器中牽引電池12通常有超過300Vdc的端電壓并且短時(shí)間期間能產(chǎn)生幾百安培的電流。更具體地，電動(dòng)車的牽引電池12其通常大小有足夠的功率密度以滿足車輛加速和坡度要求。然而，該電池生產(chǎn)邊界范圍的能量密度是電動(dòng)車未廣泛接受的主要原因。
圖2示意說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，從而導(dǎo)致圖1的AC牽引驅(qū)動(dòng)器的改進(jìn)，在圖1的AC牽引驅(qū)動(dòng)器中引入能利用高能量密度電池24的動(dòng)態(tài)減速器22，在圖2的實(shí)施例中電池24是可機(jī)械充電電池。電池24連接到DC鏈路14，代替高功率密度的電充電電池12。如鋅空氣電池的機(jī)械充電電池24可有200W-hr/kg能量密度。然而，該電池僅供能給負(fù)載并且不會(huì)接收車輛減速期間的再生能量。為此，單向?qū)w如所示二極管26連接在機(jī)械充電電池和倒相器18之間的DC鏈路14的正總線，以便防止電能流到機(jī)械充電電池。動(dòng)態(tài)減速器22連接在鏈路的倒相器18末端上的DC鏈路14兩端。
動(dòng)態(tài)減速器22包括高功率耗散柵格電阻器28和串聯(lián)連接開關(guān)裝置30。回掃二極管32與裝置30逆平行連接。裝置30在脈沖寬度調(diào)制(PWM)模式下工作以便可控制地改變電阻器28施加在DC鏈路14上的有效電阻，從而當(dāng)電動(dòng)機(jī)16在通過倒相器18使電能回到鏈路的再生模式下工作時(shí)限制在鏈路14上產(chǎn)生的DC電壓。通過控制裝置T1-T6的傳導(dǎo)相角，電動(dòng)機(jī)16可在再生模式下運(yùn)轉(zhuǎn)。再生模式允許電動(dòng)機(jī)16起負(fù)載作用以制動(dòng)或減速車輛并將車輛機(jī)械剎車的磨損減至最小。另外，如燈、空調(diào)、和電源轉(zhuǎn)向助力泵的附件可連接到DC鏈路并用于吸收再生能量。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，示意說明作為圖2的驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)一步改進(jìn)而實(shí)施的本發(fā)明另一實(shí)施例，引入了升壓變換器電路34來升高從機(jī)械充電高能電池24提供的電壓。升壓變換器電路34是美國專利No.5710699所示的電路的簡化并且基本包括連接在正DC鏈路電壓總線的電感器38和連接在DC鏈路兩端的半導(dǎo)體開關(guān)裝置40。在此使用的術(shù)語DC鏈路14指由于升壓變換器34(且由于圖4中的電池48)有在不同電壓電平部分的正負(fù)DC總線。每個(gè)部分集中包含在DC鏈路14中。
逆流二極管42與開關(guān)裝置40平行地連接在反向極。通過將開關(guān)裝置40選通，升壓變換器34工作，從而使電感器38有效置于電池24的端子兩端。該作用導(dǎo)致電感器中電流快速升高。然后，當(dāng)開關(guān)裝置40不導(dǎo)通時(shí)電感器38的電感效應(yīng)迫使電流以同樣方向流過電感器，這樣電感器起電流源的作用，產(chǎn)生在電池24和電感器38的組合兩端的電壓，該電壓大于電池電壓。這迫使電流繼續(xù)流過串聯(lián)二極管26并升高在DC鏈路14上的有效電壓。當(dāng)裝置40不導(dǎo)通時(shí)逆流二極管42為瞬變電壓提供電流通路以保護(hù)裝置40。該實(shí)施例還包括連接在DC鏈路兩端的緩沖器電路36以限制鏈路上的瞬變電壓。緩沖電路可包括電阻器44和電容器46的串聯(lián)組合。圖3的驅(qū)動(dòng)電路的剩余部分基本同圖2所示。
注意到在圖3的實(shí)施例中，阻塞二極管26引入在升壓變換器電路34中，在一些應(yīng)用中希望使用在電路34和機(jī)械充電電池24之間串聯(lián)的第二二極管。例如，參照?qǐng)D6，示出使用兩個(gè)阻塞二極管26、27的圖3的一部分系統(tǒng)，二極管27是隔離電池24與電路34的分離二極管。二極管26存在于升壓變換器電路34中，但現(xiàn)在包括有與二極管26平行連接的可控電子開關(guān)29(如MOSFET、IGBT或其它開關(guān)裝置)并適用于在繞二極管26的逆平行方向上傳導(dǎo)電流。該實(shí)施例使升壓變換器34起反向變換器的作用，用于從倒相器18的再生電能流動(dòng)，從而再生電能能用于車輛附件電能(AUX LOAD 31)，而不是作為動(dòng)態(tài)減速器22中的熱量散失。
電池24包括單個(gè)電池或多個(gè)并聯(lián)電池。而且，希望電分離多個(gè)電池并且每個(gè)電池通過分離的升壓變換器/二極管電路連接到DC鏈路，即，每個(gè)平行的機(jī)械充電電池通過多個(gè)升壓變換器電路34中對(duì)應(yīng)的一個(gè)連接到DC鏈路。暫時(shí)參照?qǐng)D8，示出了多個(gè)電池裝置的一種形式，其中電池24a、24b、24c經(jīng)對(duì)應(yīng)的二極管27a、27b、27c連接到變換器電路34a、34b、34c中對(duì)應(yīng)的一個(gè)。在該實(shí)施例中二極管27a、27b、27c的使用是任選的。多個(gè)電池和升壓變換器電路提供容錯(cuò)。如果一個(gè)電池出現(xiàn)故障，能利用使升壓變換器無效來有效地從部件中去除缺陷電池。
圖4是圖3實(shí)施例的又一改進(jìn)并且與該實(shí)施例的不同在于在DC鏈路的兩端在阻塞二極管26的倒相器側(cè)上增加了高功率密度電池48。圖4的實(shí)施例產(chǎn)生混合式電池結(jié)構(gòu)，能夠使用電池48為加速或重負(fù)載情況提供高功率響應(yīng)，同時(shí)使用高能量密度電池24能供給車輛的持續(xù)工作行程。在該實(shí)施例中，當(dāng)使用電動(dòng)機(jī)來影響車輛的電減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的再生能量能轉(zhuǎn)移到高功率密度電池48以對(duì)該電池有效充電并延長車輛的工作行程。優(yōu)選地，高能量密度電池24的端電壓小于高功率密度電池48的端電壓，這樣即使沒有升壓變換器34，也不會(huì)有電能從電池24流到電池48。這能夠以調(diào)節(jié)從電池24提取的能量數(shù)量的方式來控制升壓變換器34。當(dāng)負(fù)載所需電能大于電池48能供給的時(shí)或需要從電池24對(duì)電池48充電時(shí)也能從電池24獲得能量。
圖4的混合式電池結(jié)構(gòu)的特別優(yōu)點(diǎn)是升壓變換器34和動(dòng)態(tài)減速器22的控制方案能使DC鏈路電壓保持在窄的控制電壓范圍，這是因?yàn)檫B接在DC鏈路兩端的功率電池48有低的有效串聯(lián)電阻并且能吸收電動(dòng)機(jī)16產(chǎn)生的大量再生電能。如上所述，能使用動(dòng)態(tài)減速器電路22來控制DC鏈路電壓在高功率密度電池48額定工作電壓上的可接受范圍內(nèi)。然而，此類電壓控制在其中不使用動(dòng)態(tài)減速器22而從PC鏈路中獲取輔助能量的應(yīng)用也可是有效的。例如，在該系統(tǒng)中DC鏈路電能連接來運(yùn)行燈、空氣壓縮機(jī)、空調(diào)、電源轉(zhuǎn)向助力泵和其它車輛附件(未示出)，這些附件負(fù)載與充電電池48的組合可提供足夠的能力來吸收任何再生能量，而無須使用動(dòng)態(tài)減速器。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，示出了控制系統(tǒng)50的作用方框圖，控制系統(tǒng)50用于控制圖4的混合式電池牽引驅(qū)動(dòng)電路的工作。該控制系統(tǒng)分成兩部分，即車輛系統(tǒng)控制器52和混合式電源控制器54。系統(tǒng)控制器52基本上從如線56上的扭矩反饋和線58上的速度基準(zhǔn)反饋這樣的變量來監(jiān)控電動(dòng)機(jī)操作。或許僅僅是加速器位置的扭矩指令提供給控制器52并且通過適當(dāng)操作作為扭矩控制指令輸出給牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供信號(hào)來控制倒相器18中的各個(gè)開關(guān)裝置和動(dòng)態(tài)減速器22中的開關(guān)裝置。開關(guān)裝置信號(hào)的產(chǎn)生不是本發(fā)明的部分并且在現(xiàn)有技術(shù)中公知。
混合式電源控制器54監(jiān)控高功率密度電池48的電壓和高能量密度電池24的電壓并使用這些變量控制升壓變換器34，從而調(diào)節(jié)從電池24轉(zhuǎn)移到DC鏈路14的電能數(shù)量。混合式電源控制器52利用在美國專利No.5659240中描述的一些技術(shù)。在其基本操作中，該系統(tǒng)控制器中的乘法器60組合扭矩反饋和速度反饋信號(hào)以產(chǎn)生通過濾波電路62耦合并提供給功率限制電路64的功率反饋信號(hào)。功率限制電路64的輸出提供給另一乘法器66，在此與代表高能量密度電池24的端電壓的信號(hào)結(jié)合。該信號(hào)僅是提供給乘法器增益調(diào)控電路68的監(jiān)控電池電壓信號(hào)，乘法器增益調(diào)控電路68產(chǎn)生代表驅(qū)動(dòng)電路所需電池功率的調(diào)整乘法器VAC。通過監(jiān)控經(jīng)過高功率密度電池的電流和其兩端的電壓，該值在結(jié)點(diǎn)70中與代表傳送給高功率密度電池48的實(shí)際功率的另一反饋信號(hào)求和。在乘法器72中得到的這些值的積提供給求和結(jié)點(diǎn)70。然后使用差值信號(hào)來控制升壓變換器的操作。然而，首先通過代表求和結(jié)點(diǎn)74中電池48供給的平均功率的信號(hào)來修正它。然后所得信號(hào)提供給調(diào)節(jié)器76，產(chǎn)生代表來自電池24所需電流的指令。電流反饋信號(hào)與該信號(hào)在結(jié)點(diǎn)78中結(jié)合，然后差值信號(hào)提供給調(diào)節(jié)器80，調(diào)節(jié)器80提供信號(hào)給脈沖寬度調(diào)制信號(hào)發(fā)生電路82。電路82提供控制信號(hào)給升壓變換器電路34中的開關(guān)裝置40。以此方式，該電路用于控制從電池24傳送到DC鏈路14上的能量數(shù)量。
通過監(jiān)控電48端電壓和在傳感器86中輸出的電池48電流就能得到電池48正在生產(chǎn)的平均功率。這些信號(hào)提供給乘法器88以提供功率信號(hào)，然后功率信號(hào)在部件90濾波并提供給求和結(jié)點(diǎn)92。在求和結(jié)點(diǎn)92，來自電池48的平均功率與采用充電算法部件94、96的電池狀態(tài)而得到的信號(hào)求和。充電算法狀態(tài)使用DC鏈路電壓和電池48的電流來計(jì)算電池48正產(chǎn)生的凈安培。利用算法來控制電池48的充電循環(huán)以使電池壽命最長。充電算法的電池狀態(tài)的更詳細(xì)討論在美國專利No.5659240中提供。
圖7示意說明根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的混合式電池控制系統(tǒng)，包括電充電高能量密度電池。
因?yàn)殡姵?4能接收充電電能，除了電池24的變化和不再需要的阻塞二極管27的刪除外，圖7的實(shí)施例基本上與圖6的實(shí)施例相同。
在該實(shí)施例中，電池24是代替機(jī)械充電電池的電充電電池。雖然傳統(tǒng)電充電電池同傳統(tǒng)機(jī)械充電電池沒有相同多的能量存儲(chǔ)，但電充電電池的優(yōu)點(diǎn)是它們能就地充電，而不象機(jī)械充電電池為了充電必須從EV中取出。適當(dāng)?shù)碾姵潆姼吣芰棵芏入姵乩绨ㄤ囯x子電池、鎳金屬氫化物電池或鈉-氯化鎳電池。
在本發(fā)明已公開目前所認(rèn)為的優(yōu)選實(shí)施例的同時(shí)，各種變形對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，本發(fā)明不限于所公開的特定實(shí)施例，而是由附加權(quán)利要求的全部精神和范圍來解釋。
權(quán)利要求
1.一種電源系統(tǒng)的混合式電池裝置，其中電池負(fù)載是間歇高功率負(fù)載，該系統(tǒng)包括經(jīng)DC鏈路提供電能給負(fù)載的混合式電池和控制電能提供給負(fù)載的控制系統(tǒng)，混合式電池裝置包括連接到DC鏈路的高能量密度(HED)電池；連接到DC鏈路的高功率密度(HED)電池；以及升壓變換器，包括連接在HED電池和HPD電池之間的電路中的單向?qū)w，用于選擇性地從HED電池升高電壓到足夠使電流經(jīng)過單向耦合器到HPD電池的電平。
2.如權(quán)利要求1的混合式電池裝置，其中HED電池包括HED電池的組合以及升壓變換器包括多個(gè)升壓變換器，每個(gè)升壓變換器連接在對(duì)應(yīng)的一個(gè)HED電池和HPD電池之間。
3.如權(quán)利要求1的混合式電池裝置，還包括連接在HPD電池和HED電池之間的電路中的動(dòng)態(tài)減速器，用于控制DC鏈路的電壓在HPD電池的額定工作電壓的選擇范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3的混合式電池裝置，其中HED電池包括至少一個(gè)機(jī)械充電電池，以及其中單向耦合器防止電流從HPD電池流到HED電池。
5.如權(quán)利要求3的混合式電池裝置，其中升壓電路包括連接在HED電池和單向?qū)w之間的電感器連接在電感器和單向?qū)w的結(jié)點(diǎn)處的第一開關(guān)；控制系統(tǒng)，用于選擇性地使第一開關(guān)導(dǎo)通，形成經(jīng)過電感器的電流，以及用于使第一開關(guān)不導(dǎo)通，從而迫使電感器電流經(jīng)過單向?qū)w。
6.如權(quán)利要求3的混合式電池裝置，其中動(dòng)態(tài)減速器包括功率耗散電阻與具有控制系統(tǒng)的第二開關(guān)的串聯(lián)組合，可操作的控制系統(tǒng)以控制HPD電池兩端電壓的方式選擇性地使第二開關(guān)導(dǎo)通和不導(dǎo)通。
7.如權(quán)利要求1的混合式電池裝置，其中HED電池包括電充電電池。
8.如權(quán)利要求7的混合式電池裝置，其中HED電池包括鈉-氯化鎳電池、鋰離子電池或鎳金屬氫化物電池。
9.如權(quán)利要求7的混合式電池裝置，還包括與單向?qū)w平行連接的開關(guān)，用于選擇性地使電流傳送到HED電池。
10.權(quán)利要求1的混合式電池，還包括串聯(lián)連接在HED電池和升壓變換器之間的二極管，該二極管的極性阻止電流從升壓變換器到HED電池。
11.權(quán)利要求10的混合電池裝置，其中HED電池包括機(jī)械充電電池的組合，二極管包括多個(gè)二極管，以及升壓變換器包括多個(gè)升壓變換器，每個(gè)機(jī)械充電電池通過對(duì)應(yīng)的一個(gè)二極管與其它機(jī)械充電電池隔離，每個(gè)二極管將相關(guān)的一個(gè)機(jī)械充電電池連接到對(duì)應(yīng)的一個(gè)升壓變換器，以及每個(gè)升壓變換器連接到HPD電池。
12.權(quán)利要求10的混合式電池，還包括與單向?qū)w平行連接的開關(guān)，用于選擇性地使電流以相反方法經(jīng)過升壓變換器，該系統(tǒng)包括連接在二極管和升壓變換器之間的電路中的輔助負(fù)載裝置，用于利用反向電流。
13.一種AC電動(dòng)機(jī)的混合式電池電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括直流(DC)鏈路；連接在DC鏈路和至少一個(gè)AC電動(dòng)機(jī)之間的倒相器；以及高能量密度(HED)電池和高功率密度(HPD)電池，每個(gè)電池連接在具有DC鏈路的電路中，使電能從相連的電池提供給倒相器，DC鏈路配置成把電動(dòng)機(jī)的再生電能提供給HPD電池而與HED電池隔離。
14.權(quán)利要求13的混合電池電源系統(tǒng)，還包括連接在HED電池和HPD電池之間的DC鏈路中的二極管，該二極管的極性阻止電流從HPD電池到HED電池。
15.權(quán)利要求14的混合式電池電源系統(tǒng)，還包括連接在具有HED電池的電路中的升壓電路，用于選擇性地使電能從HED電池傳送到HPD電池。
16.權(quán)利要求15的混合式電池電源系統(tǒng)，其中升壓電路包括電感器和可控電子開關(guān)的串聯(lián)組合，該電感器串聯(lián)連接在HED電池和二極管之間，開關(guān)連接到電感器和二極管中間的結(jié)點(diǎn)并配置成使電感器位于HED電池兩端的短路位置，當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電流由此通過，控制系統(tǒng)與開關(guān)耦合，用于選擇性地使開關(guān)導(dǎo)通和不導(dǎo)通，用于升高經(jīng)二極管到HPD電池的電流。
17.權(quán)利要求16的混合式電池電源系統(tǒng)，還包括在HPD電池處連接到DC鏈路的動(dòng)態(tài)減速器，用于控制DC鏈路上的電壓。
18.權(quán)利要求17的混合式電池電源系統(tǒng)，其中動(dòng)態(tài)減速器包括功率電阻器和第二電子可控開關(guān)的串聯(lián)組合，第二開關(guān)選擇性地導(dǎo)通和不導(dǎo)通以改變DC鏈路上出現(xiàn)的有效電阻，用于限制該鏈路上的電壓值。
19.權(quán)利要求17的混合式電池電源系統(tǒng)，還包括用于捕獲再生能量的連接到DC鏈路的至少一個(gè)電供能的附加裝置。
20.一種牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括電牽引電動(dòng)機(jī)；供給電能給電動(dòng)機(jī)的牽引驅(qū)動(dòng)變換器；機(jī)械充電電池；用于把來自電池的DC電能耦合到牽引驅(qū)動(dòng)變換器的DC鏈路；連接在DC鏈路中用于阻止電能從牽引驅(qū)動(dòng)變換器傳送到電池的二極管；以及連接到DC鏈路用于利用至少當(dāng)電動(dòng)機(jī)在再生模式下運(yùn)行時(shí)的電能的動(dòng)態(tài)減速器。
21.權(quán)利要求20的牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，還包括連接在DC鏈路中用于增加電池的有效電壓值的升壓變換器。
22.權(quán)利要求21的牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中電動(dòng)機(jī)是三相電動(dòng)機(jī)并且牽引驅(qū)動(dòng)變換器包括用于提供三相受控頻率電能給電動(dòng)機(jī)的三個(gè)相位腳。
23.權(quán)利要求22的牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中牽引驅(qū)動(dòng)變換器包括多個(gè)可控電子開關(guān)裝置并且該系統(tǒng)包括提供選通信號(hào)給每個(gè)開關(guān)裝置的控制系統(tǒng)，用于選擇性地操作牽引驅(qū)動(dòng)變換器在電動(dòng)模式下傳送電能給電動(dòng)機(jī)并且用于在電減速模式下操作電動(dòng)機(jī)以控制來自電動(dòng)機(jī)的電能傳送。
24.權(quán)利要求22的牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中動(dòng)態(tài)減速器可操作來調(diào)節(jié)DC鏈路上的電壓。
25.權(quán)利要求22的牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，還包括多個(gè)二極管，其中該電池包括機(jī)械充電電池的組合，升壓變換器包括多個(gè)升壓變換器，以及每個(gè)電池通過多個(gè)二極管中對(duì)應(yīng)的一個(gè)與其它電池隔離，每個(gè)二極管將相關(guān)的一個(gè)電池連接到多個(gè)升壓變換器中對(duì)應(yīng)的一個(gè)，并且每個(gè)升壓變換器連接到DC鏈路。
26.一種交流電(AC)電牽引電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括AC電牽引電動(dòng)機(jī)；機(jī)械充電電池；連接到電池的直流(DC)鏈路；連接在DC鏈路和AC電動(dòng)機(jī)之間的DC到AC和AC到DC的雙向變換器；連接在DC鏈路中并且適用于選擇性地升高電池電壓到足以傳送電流給DC鏈路的電平的升壓變換器，升壓變換器包括用于阻止電流從鏈路到電池的二極管，并且還包括與二極管逆平行連接的可控開關(guān)裝置，用于選擇性地使電流以相反方向通過升壓變換器；連接在電池和升壓變換器之間的DC鏈路中的第二二極管，用于阻擋從升壓變換器到電池的電流；以及連接到第二二極管和升壓變換器之間的DC鏈路的附加負(fù)載裝置，用于利用來自升壓變換器的反向電流。
27.權(quán)利要求26的牽引電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，還包括連接到倒相器和升壓變換器之間的DC鏈路的動(dòng)態(tài)減速器，減速電路可選擇性地操作來調(diào)節(jié)DC鏈路上的倒相器電壓。
28.權(quán)利要求27的牽引電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中動(dòng)態(tài)減速器包括連接到可控電子開關(guān)的功率電阻器，可控電子開關(guān)用于調(diào)制該電阻器的有效電阻。
29.權(quán)利要求26的牽引電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中電池包括該電池的部件，該二極管包括多個(gè)二極管，以及升壓變換器包括多個(gè)升壓變換器，每個(gè)電池通過對(duì)應(yīng)的一個(gè)二極管與其它電池隔離，每個(gè)二極管將相關(guān)的一個(gè)電池連接到對(duì)應(yīng)的一個(gè)升壓變換器，以及每個(gè)升壓變換器連接到DC鏈路。
全文摘要
一種混合式電池系統(tǒng)包括防止充電電能提供給高能量密度電池同時(shí)捕獲高功率密度電池的再生能量以增加儲(chǔ)存能量范圍的部件。在車輛減速期間使用吸收再生電能的動(dòng)態(tài)減速功能,減小剎車損耗并限制過量電壓。高能量密度電池與升壓變換器、高功率密度電池、動(dòng)態(tài)減速器和AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接?；旌鲜诫姵叵到y(tǒng)由從使用傳感器的車輛系統(tǒng)控制器接收信號(hào)而為閉環(huán)混合式電池控制功能提供反饋參數(shù)的混合式電源控制器控制。
文檔編號(hào)H01M10/44GK1265534SQ9912432
公開日2000年9月6日 申請(qǐng)日期1999年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月12日
發(fā)明者R·D·金 申請(qǐng)人:通用電氣公司