用于使用車載電力電子裝置快速充電的設(shè)備及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例大體涉及包括混合車輛和電動(dòng)車輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并且涉及經(jīng)受短暫或脈沖負(fù)載的固定驅(qū)動(dòng)器，并且更具體地說，涉及在車輛或驅(qū)動(dòng)器的能量存儲(chǔ)裝置與車輛或驅(qū)動(dòng)器外部的電源之間轉(zhuǎn)移能量，以便對(duì)能量存儲(chǔ)裝置快速充電。
【背景技術(shù)】
[0002]混合電動(dòng)車輛可將內(nèi)燃機(jī)和由能量存儲(chǔ)裝置(如牽引電池)供電的電動(dòng)機(jī)結(jié)合起來以便推進(jìn)所述車輛。這種結(jié)合可通過使內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)能夠在提高效率的相應(yīng)范圍中各自操作來提高整體燃料效率。例如，電動(dòng)機(jī)在從靜止啟動(dòng)進(jìn)行加速時(shí)可為高效的，而內(nèi)燃機(jī)在恒定發(fā)動(dòng)機(jī)操作的持續(xù)時(shí)期(如在高速公路上駕駛)內(nèi)可為高效的。具有用于提升初始加速度的電動(dòng)機(jī)允許混合車輛中的內(nèi)燃機(jī)更小并且燃料效率更高。
[0003]純電動(dòng)車輛使用存儲(chǔ)電能來給電動(dòng)機(jī)供電，所述電動(dòng)機(jī)推進(jìn)所述車輛并且還可操作輔助驅(qū)動(dòng)器。純電動(dòng)車輛可使用存儲(chǔ)電能的一個(gè)或多個(gè)電源。例如，存儲(chǔ)電能的第一電源可用于提供持續(xù)時(shí)間較長的能量，而存儲(chǔ)電能的第二電源例如可用于提供用于加速的較高功率能量。
[0004]插入式電動(dòng)車輛，無論是混合電動(dòng)類型還是純電動(dòng)類型，均被配置成使用來自外部電源的電能來對(duì)牽引電池再充電。例如，所述車輛可包括公路車輛或非公路車輛、高爾夫車、小區(qū)電動(dòng)車輛、叉車和公用卡車。這些車輛可使用非車載固定電池充電器或車載電池充電器，以便將電能從公用電網(wǎng)或可再生能源轉(zhuǎn)移至所述車輛的車載牽引電池。例如，插入式車輛可包括電路和連接以便于對(duì)來自公用電網(wǎng)或其他外部電源的牽引電池再充電。然而，電池充電電路系統(tǒng)可包括專用部件，如升壓轉(zhuǎn)換器、高頻濾波器、斬波器、電感器和專用于僅在車載電存儲(chǔ)裝置與外部電源之間轉(zhuǎn)移能量的其他電部件。這些另外的專用部件給所述車輛添加了額外的成本和重量。
[0005]此外，車載整流器或非車載整流器可用于提供高充電電流，用于對(duì)能量存儲(chǔ)裝置快速充電。然而由于公用基本波形的相移，所述整流具有高公用諧波和低功率因數(shù)的不良影響。AC電力系統(tǒng)的功率因數(shù)定義為實(shí)際功率與表觀功率的比，并且可表示為在O與I之間的數(shù)字或在O與100之間的百分比。實(shí)際功率代表用于在特定時(shí)間內(nèi)電路執(zhí)行工作的能力。表觀功率為所述電路的電流和電壓的乘積。由于存儲(chǔ)在負(fù)載中并且返回至電源的能量，或由于使從電源提取的電流的波形失真的非線性負(fù)載，表觀功率可大于實(shí)際功率。具有較低功率因數(shù)的電路比具有較高功率因數(shù)的電路執(zhí)行更少的工作。因此，為執(zhí)行相同的工作量，使較高的電壓或電流輸入至具有較低功率因數(shù)的電路中。
[0006]盡管功率因數(shù)校正電容器可用于提高使用整流器導(dǎo)致的低功率因數(shù)，但這種校正電容器因公用設(shè)施的低頻率(例如，50或60Hz)而尺寸較大。另外，功率因數(shù)校正電容器對(duì)低頻諧波電流具有最小的影響，所述低頻諧波電流還促成低功率因數(shù)并且可引起意外的系統(tǒng)共振。還可提供專用有源濾波器，然而實(shí)施所述濾波器給處于全功率額定電力電子轉(zhuǎn)換器形式的系統(tǒng)添加了其他成本，所述電力電子轉(zhuǎn)換器使用昂貴的開關(guān)裝置和關(guān)聯(lián)控件來處理完整的充電功率。
[0007]因此，需要提供一種設(shè)備以便于將電能從外部電源快速轉(zhuǎn)移至插入式車輛的車載能量存儲(chǔ)裝置，這使得專用于僅在車載電存儲(chǔ)裝置與外部電源之間轉(zhuǎn)移能量的部件的數(shù)目減少并且使得充電系統(tǒng)成本降低，同時(shí)維持高功率因數(shù)和低諧波電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一方面提供一種設(shè)備，所述設(shè)備包括:DC總線；耦合至所述DC總線的第一能量存儲(chǔ)裝置，所述第一能量存儲(chǔ)裝置被配置成輸出DC電壓；耦合至所述DC總線的第一雙向電壓修正組件；可耦合至所述DC總線的高阻抗電壓源；充電系統(tǒng)，所述充電系統(tǒng)包括:耦合至所述DC總線的第一插座，所述第一插座被構(gòu)造成與耦合至所述高阻抗電壓源的第一連接器配合；以及耦合至所述第一雙向電壓修正組件的第二插座，所述第二插座被構(gòu)造成與耦合至所述高阻抗電壓源的第二連接器配合；以及控制器，所述控制器被編程為控制充電能量通過所述充電系統(tǒng)的所述第一插座和所述第二插座向所述DC總線進(jìn)行的同時(shí)轉(zhuǎn)移。
[0009]所述第一插座和所述第二插座容納在雙輸入充電接口內(nèi)。
[0010]所述第一插座被構(gòu)造成接收DC輸入。
[0011]所述第二插座被構(gòu)造成接收AC輸入。
[0012]所述設(shè)備進(jìn)一步包括耦合至所述高阻抗電壓源的第一多個(gè)二次變壓器繞組的整流器。
[0013]所述設(shè)備進(jìn)一步包括具有打開位置和閉合位置的多個(gè)變壓器接觸器；并且其中所述多個(gè)變壓器接觸器當(dāng)被放置在所述閉合位置時(shí)，被構(gòu)造成將所述高阻抗電壓源的第二多個(gè)二次變壓器繞組連接至所述第一雙向電壓修正組件。
[0014]所述設(shè)備進(jìn)一步包括耦合至所述DC總線的雙向DC至DC電壓轉(zhuǎn)換器；并且其中所述第一雙向電壓修正組件包括雙向DC-AC電壓逆變器。
[0015]所述第一雙向電壓修正組件包括至少一個(gè)雙向電壓DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器。
[0016]所述控制器進(jìn)一步被編程為促使所述第一雙向電壓修正組件將校正電流注入至所述DC總線上。
[0017]所述控制器進(jìn)一步被編程為:監(jiān)視所述高阻抗電壓源的線電流；監(jiān)視所述高阻抗電壓源的線電壓；從所述監(jiān)視線電壓產(chǎn)生參考電流；將所述參考電流與所述監(jiān)視線電流進(jìn)行比較；以及基于所述參考電流與所述監(jiān)視線電流的所述比較來計(jì)算所述校正電流。
[0018]所述設(shè)備進(jìn)一步包括耦合至所述第一雙向電壓修正組件的機(jī)電裝置。
[0019]所述設(shè)備進(jìn)一步包括:耦合至所述DC總線的第二能量存儲(chǔ)裝置，所述第二能量存儲(chǔ)裝置被配置成輸出DC電壓；第一接觸器，所述第一接觸器與所述第一能量存儲(chǔ)裝置串聯(lián)放置并且被配置成將所述第一能量存儲(chǔ)裝置直接耦合至所述DC總線；以及第二接觸器，所述第二接觸器與所述第二能量存儲(chǔ)裝置串聯(lián)放置并且被配置成將所述第二能量存儲(chǔ)裝置直接耦合至所述DC總線。
[0020]所述第一能量存儲(chǔ)裝置包括大功率能量存儲(chǔ)裝置；并且其中所述第二能量存儲(chǔ)裝置包括低功率能量存儲(chǔ)裝置。
[0021]本發(fā)明的另一方面提供一種用于在車載能量存儲(chǔ)裝置與外部電壓源之間轉(zhuǎn)移能量的方法，所述方法包括:將所述車載能量存儲(chǔ)裝置耦合至DC充電總線，所述車載能量存儲(chǔ)裝置被配置成輸出DC電壓；將耦合至所述外部電壓源的第一連接器插入到耦合至所述DC充電總線的第一插座中；將耦合至所述外部電壓源的第二連接器通過雙向電壓修正組件插入耦合至所述DC充電總線的第二插座中；以及對(duì)控制器進(jìn)行編程以閉合多個(gè)接觸器，以使通過所述第一連接器和所述第二連接器從所述外部電壓源向所述車載能量存儲(chǔ)裝置進(jìn)行的同時(shí)轉(zhuǎn)移成為可能。
[0022]所述方法進(jìn)一步包括對(duì)所述控制器進(jìn)行編程以控制所述雙向電壓修正組件的開關(guān)，以便將校正電流注入至所述DC充電總線上，使得所述外部電壓源的諧波電流減少。
[0023]所述方法進(jìn)一步包括對(duì)所述控制器進(jìn)行編程以便:監(jiān)視在所述外部電壓源的電壓與所述外部電壓源的電流之間的相差；以及基于所述相差來計(jì)算所述校正電流以便在預(yù)確定單位閾值內(nèi)操作。
[0024]將所述雙向電壓修正組件耦合至所述DC充電總線包括將雙向DC-AC電壓逆變器耦合至所述DC充電總線。
[0025]所述方法進(jìn)一步包括將雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器耦合至所述DC充電總線。
[0026]所述方法進(jìn)一步包括將第二車載能量存儲(chǔ)裝置耦合至所述DC充電總線。
[0027]將所述第一連接器插入至所述第一插座中包括將所述外部電壓源的第一多個(gè)二次繞組的整流輸出耦合至所述DC充電總線；并且其中將所述第二連接器插入至所述第二插座中包括將所述外部電壓源的第二多個(gè)二次繞組耦合至所述雙向電壓修正組件。
[0028]所述方法進(jìn)一步包括:將所述第一多個(gè)二次繞組通過DC連接耦合至所DC充電總線；以及將所述第二多個(gè)二次繞組通過AC連接耦合至所述雙向電壓修正組件。
[0029]本發(fā)明的再一方面提供一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:包括變壓器的遠(yuǎn)程電源；充電系統(tǒng)，所述充電系統(tǒng)包括:耦合至所述遠(yuǎn)程電源的DC連接器；以及耦合至所述遠(yuǎn)程電源的AC連接器；車輛，所述車輛包括:DC總線；耦合至所述DC總線的能量存儲(chǔ)裝置；耦合至所述DC總線的DC插座；以及通過雙向電壓修正組件耦合至所述DC總線的AC插座；以及控制器，所述控制器被編程為控制充電能量從所述遠(yuǎn)程電源至所述DC總線的充電能量轉(zhuǎn)移，所述充電能量具有通過所述DC插座轉(zhuǎn)移的高電流分量，以及通過所述AC插座轉(zhuǎn)移的電流校正分量。
[0030]所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括耦合至所述變壓器的第一多個(gè)二次繞組的整流器；并且其中所述AC連接器耦合至所述變壓器的第二多個(gè)二次繞組。
[0031 ] 所述DC插座和所述AC插座容納在公共充電接口內(nèi)。
[0032]可以從以下【具體實(shí)施方式】和附圖中顯而易見地了解到許多其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0033]附圖示出目前構(gòu)想用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。
[0034]在附圖中:
[0035]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的牽引系統(tǒng)的示意圖。
[0036]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)合可用于圖1的牽引系統(tǒng)的雙輸入充電接口的車輛的一部分的示意圖。