專利名稱:用于電動或混合動力車輛的車載電力線調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
在此描述的主題的實施例通常涉及一種機動車輛中的電力系統(tǒng)。更特別地,本主題的實施例涉及一種在至少一個工作模式中起作用的車載車輛系統(tǒng),例如車輛至電網(wǎng)電力線調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù):
矩陣轉(zhuǎn)換器可以在電動和/或混合動力車輛中使用以在相對寬的工作電壓范圍內(nèi)調(diào)節(jié)相對高的電力的傳送,而同時獲得電隔離,相對高的電力因子,低諧波畸變,相對高的電力密度和低成本。例如,雙向隔離的矩陣轉(zhuǎn)換器可以用來傳送來自交流(AC)能量源的能量,例如在大多數(shù)住宅和商業(yè)建筑中普遍的單相電網(wǎng)電力,以對直流(DC)能量儲存元件充電,例如車輛中的高壓可再充電的電池。
發(fā)明內(nèi)容
在此介紹了用于車輛的電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。系統(tǒng)包括直流(DC)能量存儲系統(tǒng)和連接到DC能量存儲系統(tǒng)的雙向矩陣轉(zhuǎn)換器。雙向矩陣轉(zhuǎn)換器包括控制模塊和交流(AC)接口以在車輛至源工作模式期間電力地將雙向矩陣轉(zhuǎn)換器與AC電力源并聯(lián)??刂颇K配置為在車輛至源工作模式期間控制雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的工作以使用來自DC能量存儲系統(tǒng)的能量調(diào)節(jié)在AC接口的AC電壓。還提供了一種用于車輛的電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的另一實施例。系統(tǒng)包括車輛上車載的可充電DC能量存儲系統(tǒng)并且配置為提供DC能量以驅(qū)動車輛的電力牽引馬達。系統(tǒng)還包括車輛上車載并且連接到DC能量存儲系統(tǒng)的電力系統(tǒng),電力系統(tǒng)配置為以充電模式工作從而來自車輛外部的電力電網(wǎng)的AC能量轉(zhuǎn)換為DC能量以為DC能量存儲系統(tǒng)充電。電力系統(tǒng)還以車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式工作從而來自DC能量存儲系統(tǒng)的DC能量轉(zhuǎn)換為AC能量以調(diào)節(jié)電力電網(wǎng)的AC電壓。還介紹了用于車輛的車載電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。系統(tǒng)包括車輛上車載的可充電DC能量存儲系統(tǒng)并且配置為提供DC能量以驅(qū)動車輛的電力牽引馬達。系統(tǒng)還包括車輛上車載并且配置為電力地與AC電力電網(wǎng)并聯(lián)以支持電網(wǎng)至車輛充電模式和車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式的電力系統(tǒng)。系統(tǒng)還包括用于電力系統(tǒng)的車載控制模塊,該控制模塊配置為在車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式期間控制電力系統(tǒng)的工作以調(diào)節(jié)在電力系統(tǒng)與AC電力電網(wǎng)之間在AC接口處的AC電壓。提供了該發(fā)明內(nèi)容從而在以下的具體實施方式
中進一步描述以簡化的形式介紹概念的選擇。該發(fā)明內(nèi)容并不旨在識別要求的主題的關(guān)鍵特征或基本特征,也不是旨在用于幫助確定要求的主題的范圍。本發(fā)明還提供了以下方案1.一種用于車輛的電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括
直流(DC)能量存儲系統(tǒng);以及
雙向矩陣轉(zhuǎn)換器,該雙向矩陣轉(zhuǎn)換器連接到DC能量存儲系統(tǒng)并且包括控制模塊和交流(AC)接口以在車輛至源工作模式期間電力地將雙向矩陣轉(zhuǎn)換器與AC電力源并聯(lián)連接,其中控制模塊配置為在車輛至源工作模式期間控制雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的工作以使用來自DC能量存儲系統(tǒng)的能量調(diào)節(jié)在AC接口處的AC電壓。2.如方案I所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為在車輛至源工作模式期間控制雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的工作以使用來自DC能量存儲系統(tǒng)的能量提供AC功率流動和補償。3.如方案2所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為 獲得在AC接口處的瞬時時間區(qū)域電壓;
獲得在AC接口處的瞬時時間區(qū)域電流;
獲得電力補償請求;以及
處理瞬時時間區(qū)域電壓,瞬時時間區(qū)域電流,以及電力補償請求以產(chǎn)生時間區(qū)域控制電流以控制雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的多個開關(guān)的工作。4.如方案I所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為在車輛至源工作模式期間控制雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的工作以使用來自DC能量存儲系統(tǒng)的能量提供電力諧波控制和補償。5.如方案4所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為
獲得在AC接口處的瞬時時間區(qū)域電壓;
獲得在AC接口處的瞬時時間區(qū)域電流;
獲得與DC能量存儲系統(tǒng)相關(guān)連的DC電壓;以及
處理瞬時時間區(qū)域電壓,瞬時時間區(qū)域電流,以及DC電壓以產(chǎn)生時間區(qū)域控制電流以控制雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的多個開關(guān)的工作。6.如方案I所述的系統(tǒng),還包括與雙向矩陣轉(zhuǎn)換器連接的數(shù)據(jù)通信模塊以接收在AC接口處影響AC電壓調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)。
率分量。
7.如方案6所述的系統(tǒng),其中,數(shù)據(jù)表示由雙向矩陣轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的請求的實際功
8.如方案6所述的系統(tǒng),其中,數(shù)據(jù)表示由雙向矩陣轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的請求的無功功
9.如方案6所述的系統(tǒng),其中,數(shù)據(jù)源于AC電力電網(wǎng)的分量。
10.如方案I所述的系統(tǒng),其中,DC能量存儲系統(tǒng)包括車輛的電力牽引馬達的DC
率分量。
能量源。11.如方案I所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為在源至車輛工作模式期間控制雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的工作以將來自AC電力源的AC能量轉(zhuǎn)換以為DC能量存儲系統(tǒng)充電。12. 一種用于車輛的電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括
車輛上車載的可充電的直流(DC)能量存儲系統(tǒng),其配置為提供DC能量以驅(qū)動車輛的電力牽引馬達;以及
車輛上車載并且連接到DC能量存儲系統(tǒng)上的電力系統(tǒng),電力系統(tǒng)配置為在充電模式工作從而來自車輛外部的電力電網(wǎng)的交流(AC)能量被轉(zhuǎn)換為DC能量以對DC能量存儲系統(tǒng)充電,并且電力系統(tǒng)配置為在車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式工作從而來自DC能量存儲系統(tǒng)的DC能量轉(zhuǎn)換為AC能量以調(diào)節(jié)電力電網(wǎng)的AC電壓。13.如方案12所述的系統(tǒng),其中,電力系統(tǒng)包括雙向矩陣轉(zhuǎn)換器。14.如方案13所述的系統(tǒng),其中,雙向矩陣轉(zhuǎn)換器包括多個開關(guān)和連接到多個開關(guān)和配置為控制多個開關(guān)的工作的控制模塊。15.如方案14所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為在車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式期間控制多個開關(guān)的工作以提供AC功率流并且補償電力電網(wǎng)。16.如方案15所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為
在電力電網(wǎng)與電力系統(tǒng)之間在AC接口處獲得瞬時時間區(qū)域電壓;
獲得在AC接口處的瞬時時間區(qū)域電流;
獲得電力補償請求;以及
處理瞬時時間區(qū)域電壓,瞬時時間區(qū)域電流,以及電力補償請求以產(chǎn)生時間區(qū)域控制電流以控制多個開關(guān)的工作。17.如方案14所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為在車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式期間控制多個開關(guān)的工作以提供電力諧波控制并且補償電力電網(wǎng)。18.如方案17所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為
在電力電網(wǎng)與電力系統(tǒng)之間在AC接口處獲得瞬時時間區(qū)域電壓;
獲得在AC接口處的瞬時時間區(qū)域電流;
獲得與DC能量存儲系統(tǒng)相關(guān)連的DC電壓;以及
處理瞬時時間區(qū)域電壓,瞬時時間區(qū)域電流,以及DC電壓以產(chǎn)生時間區(qū)域控制電流以控制多個開關(guān)的工作。19. 一種用于車輛的車載電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括
車輛上車載的可充電的直流(DC)能量存儲系統(tǒng),其配置為提供DC能量以驅(qū)動車輛的電力牽引馬達;
電力系統(tǒng),其在車輛上車載并且配置為電力地與交流(AC)電力電網(wǎng)并聯(lián)連接以支持電網(wǎng)至車輛充電模式和車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式;以及
用于電力系統(tǒng)的車載控制模塊,該控制模塊配置為在車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式期間控制電力系統(tǒng)的工作以調(diào)節(jié)在電力系統(tǒng)與AC電力電網(wǎng)之間在AC接口處的AC電壓。20.如方案19所述的系統(tǒng),其中
控制模塊配置為在車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式期間控制電力系統(tǒng)的工作以使用來自DC能量存儲系統(tǒng)的能量在AC接口處提供AC功率流和補償;以及
控制模塊配置為在車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式期間控制電力系統(tǒng)的工作以使用來自DC能量存儲系統(tǒng)的能量在AC接口處提供電力諧波控制和補償。
當(dāng)結(jié)合以下附圖進行考慮時通過參考具體實施方式
和權(quán)利要求書可以得到本主題的更完全的理解,其中整個附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相似的元件。圖1是用于與電力電網(wǎng)協(xié)作的車輛的示例性工作環(huán)境的示意圖;圖2是車載車輛至電網(wǎng)電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的示例性實施例的示意圖3是適于在車輛中使用的電力系統(tǒng)的示例性實施例的示意圖4是適于與圖3的電力系統(tǒng)一起使用的控制系統(tǒng)的示例性實施例的方框圖;以及圖5是適于與圖3的電力系統(tǒng)一起使用的控制系統(tǒng)的另一示例性實施例的方框圖。
具體實施例方式以下的具體實施方式
實質(zhì)上僅僅是示例性的并且并不旨在限制本主題的實施例或這樣的實施例的應(yīng)用或使用。如在此使用的,文字“示例性”意思是作為例子,舉例,或示例。作為示例在此描述的任何實施方式不需要配置為比其它實施方式更優(yōu)選或更有利的。此外,并不旨在通過在技術(shù)領(lǐng)域,背景技術(shù),發(fā)明內(nèi)容或以下具體實施方式
之前中存在的任何明示或暗示的理論進行限定。技術(shù)和工藝可以根據(jù)功能和/或邏輯塊部件,并且參照操作,處理任務(wù)的符號表示,以及通過各種計算部件或裝置執(zhí)行的功能在此進行描述。這樣的操作,任務(wù),以及功能有時認(rèn)為是計算機執(zhí)行的,計算機處理,軟件實施,或計算機實施的。應(yīng)當(dāng)理解,在附圖中示出的各種塊部件可以通過配置為執(zhí)行具體功能的任意數(shù)目的硬件,軟件,和/或固件部件實現(xiàn)。例如,系統(tǒng)或部件的實施例可以采用在一個或多個微處理器或其它控制裝置的控制下執(zhí)行各種功能的各種集成電路部件,例如,存儲元件,數(shù)字信號處理元件,邏輯元件,查找表等。如在此使用的,“結(jié)點”意思是存在給定信號,邏輯水平,電壓,數(shù)據(jù)模式,電流或量的任意的內(nèi)部或外部參考點,連接點,連接,信號線,傳導(dǎo)元件等。此外,兩個或更多結(jié)點可以通過一個物理元件實現(xiàn)(并且即使通過公共結(jié)點接收或輸出時兩個或更多信號可以多道傳遞,調(diào)整,或以其他方式識別)。以下的描述涉及“連接”或“連結(jié)”在一起的元件或節(jié)點或特色。如在此使用的,除非清楚地指出否則,“連接”意思是一個元件/結(jié)點/特征直接地連接到另一元件/結(jié)點/特征上,而不是必要機械地。同樣地,除非清楚地指出否則,“連結(jié)”意思是一個元件/結(jié)點/特征間接地或間接地連接到(或直接地或間接地連通)另一元件/結(jié)點/特征上,而不是必要機械地。此外,僅僅是為了參考,某些術(shù)語還可以在以下描述中使用并且并不旨在進行限制。例如,術(shù)語“第一”,“第二”以及其他的涉及結(jié)構(gòu)的數(shù)字術(shù)語并不暗示順序或次序,除非由上下文清楚地指出。典型的電力線分配系統(tǒng)必須處理各種真實的世界性問題,例如無功功率,電壓緩解,諧波,相位平衡,斷電和電力系統(tǒng)阻尼。在此展現(xiàn)的系統(tǒng)和技術(shù)涉及在車輛電網(wǎng)電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中使用的基于車輛的雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的改進。調(diào)節(jié)器系統(tǒng)以調(diào)節(jié)電力線的方式使用電動/混合動力車輛的車載能量存儲裝置。車載調(diào)節(jié)器系統(tǒng)使得減輕一些以上認(rèn)定的電力系統(tǒng)分配問題變得可能。圖1是用于與交流(AC)電能的源,例如電力電網(wǎng)102協(xié)作的車輛的示例性工作環(huán)境100的示意圖。該電力電網(wǎng)102可以是作為具有地線104或任何適當(dāng)?shù)膮⒖键c的AC電壓源的概念模型。如更好地理解,電力電網(wǎng)102電力地電力地并聯(lián)到從電力電網(wǎng)102獲得工作電力的非線性負(fù)荷106上。圖1示意地描述了與電力電網(wǎng)102相關(guān)連的線路電感108 ;線路電感108可以是作為在電力電網(wǎng)102與非線性負(fù)荷106之間串聯(lián)的電感器的模型。圖1包括表示車輛的邊界的短劃線110。短劃線110的右邊表示主機車輛,以及短劃線110的左側(cè)表示不認(rèn)為是主機車輛的一部分的元件,特征,和部件。對于該例子,主機車輛包括可以可移除地在結(jié)點114連接到電力電網(wǎng)102上的車載車輛至電網(wǎng)(車輛至源)的電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112。結(jié)點114可以實施為包含線路電感器109的連接板,其提供了至非線性負(fù)荷106的公共連接點(PCC)。在優(yōu)選實施例中,調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112與主機車輛為一體并且與主機車輛合并,并且調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112確定為主機車輛的安裝的,固定的和不可移除部件。車輛輸入或連接可以對應(yīng)于或?qū)崿F(xiàn)為插頭,連接器,或任意合適地構(gòu)成的電接口特征。例如,輸入可以實施為與標(biāo)準(zhǔn)AC電源插座配合的標(biāo)準(zhǔn)的三插腳電源線插頭。當(dāng)連接到如圖1所示的電力電網(wǎng)102時,調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112電力地電力電網(wǎng)102和非線性負(fù)荷106兩者。如圖1所示,電力電網(wǎng)102,非線性負(fù)荷106,以及調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112全部都參考相同的地線104。因此,調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112表示用于電力電網(wǎng)102的分流電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)器系統(tǒng)。在某些實施例中,調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112包括主機車輛的至少一個直流(DC)能量存儲系統(tǒng)或與主機車輛的至少一個直流(DC)能量存儲系統(tǒng)協(xié)作。此外,調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112可以基于配置為將AC能量轉(zhuǎn)換為DC能量(為了對主機車輛的DC能量存儲系統(tǒng)充電),以及將DC能量轉(zhuǎn)換為實際和/或電抗的AC能量(為了調(diào)節(jié)電力電網(wǎng)的電力線)的電力系統(tǒng)。關(guān)于這一點,圖2是調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112的示例性實施例的示意圖。該調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112的具體實施例通常包括,并不限制為電力系統(tǒng)120 ;DC電力存儲系統(tǒng)(ESS) 122 ;以及數(shù)據(jù)通信模塊124。電力系統(tǒng)120可以根據(jù)需要經(jīng)由結(jié)點114 (見圖1)可移除地連接到電力電網(wǎng)102上。對于該實施例,電力系統(tǒng)120構(gòu)成并且布置為雙向矩陣轉(zhuǎn)換器(BMC)。此外,電力系統(tǒng)120可以以不同模式工作,包括電網(wǎng)至車輛充電模式(其中為了對ESS 122充電來自電力電網(wǎng)102的AC能量被轉(zhuǎn)換)以及車輛至電網(wǎng)電力線調(diào)節(jié)模式(其中來自ESS 122的DC能量轉(zhuǎn)換為布置在電力電網(wǎng)102上的實際和/或電抗AC能量)。ESS 122連接到電力系統(tǒng)120以按需要提供DC能量。在示例性實施例中,ESS 122實現(xiàn)為具有標(biāo)稱上的從約200至約500伏特DC的DC電壓范圍的可充電的高電壓電池組。關(guān)于這一點,ESS 122可以包括用于另一電力系統(tǒng)的主要能量源和/或車輛中的電動機。例如,ESS 122可以連接到電力逆變器上,該電力逆變器配置為提供電壓和/或電流至電動機,該電動機隨后可以與變速箱接合以以傳統(tǒng)的方式驅(qū)動車輛。在其它實施例中,ESS 122可以實現(xiàn)為電池,超級電容,燃料電池,或其它適當(dāng)?shù)哪芰績Υ嬖?。?shù)據(jù)通信模塊124可以配置為接收來自傳送實體,裝置,系統(tǒng)或部件的數(shù)據(jù)(例如,狀態(tài)信息,命令,指令,和/或要求)。例如,數(shù)據(jù)通信模塊124可以經(jīng)由無線的或有形的連接126接收來自部件,站,或電力電網(wǎng)102的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在某些實施方式中,在數(shù)據(jù)通信模塊124接收的數(shù)據(jù)可以識別或以其他方式傳送與電力電網(wǎng)102相關(guān)連的當(dāng)前的電力線狀態(tài)或情況,由調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112將產(chǎn)生的需要或要求的實際電力部件,由調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112將產(chǎn)生的需要或要求的無功功率等。響應(yīng)于接收的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)通信模塊124提供對應(yīng)的命令,工作參數(shù),輸入,或變量至電力系統(tǒng)120。隨后,調(diào)節(jié)器系統(tǒng)112以如下所述的方式被控制布置在電力電網(wǎng)102上的產(chǎn)生所需的實際電力和/或所需的無功功率。圖3描述了電力系統(tǒng)120的不例性實施例,其適于在車輛中使用,例如電動或混合動力車輛。電力系統(tǒng)120包括,并不限制為,第一接口 302,第一能量轉(zhuǎn)換模塊304,隔離模塊306,第二能量轉(zhuǎn)換模塊308,感應(yīng)元件310,電容性元件312,第二接口 314,以及控制模塊316。第一接口 302通常表示用于將電力系統(tǒng)120連接至DC能量源318的物理接口(例如,終端,連接器等等),以及第二接口 314通常表示用于將電力系統(tǒng)120連接至諸如電力電網(wǎng)的AC能量源320的物理接口(例如,終端,連接器等等)。因此,為了方便起見,第一接口302在此可以稱作DC接口以及第二接口 314在此可以稱作AC接口。在示例性實施例中,控制模塊316連接到能量轉(zhuǎn)換模塊304,308并且以充電模式操作能量轉(zhuǎn)換模塊304,308以將來自AC能量源320的能量傳遞至DC能量源318以在DC接口 302獲得所需的DC輸出電壓(Veef)0如在下文中詳細(xì)描述的,控制模塊316還以車輛至電網(wǎng)(V2G)電力調(diào)節(jié)模式操作能量轉(zhuǎn)換模塊304,308。在示例性實施例中,DC能量源318 (或可替換地,能量儲存源或ESS)提供并且維持穿過第一接口 302的特別的DC電壓水平(由箭頭360表示的)。如參照圖2如上所述的,DC能量源318可以實現(xiàn)為具有標(biāo)稱上的從約200至約500伏特DC的DC電壓的可充電高電壓電池組。AC能量源320(或電源)提供并且維持穿過第二接口 314的特別的AC電壓水平(由箭頭380表示的)。AC能量源320可以實現(xiàn)為用于建筑,住宅或電力電網(wǎng)內(nèi)的其它結(jié)構(gòu)(例如,主要的電力或電網(wǎng)電力)的主要電力供給或主要電力系統(tǒng)。根據(jù)一個實施例,AC能量源320包括對大多數(shù)居住建筑物而言普遍的單相電力供給,其取決于地理區(qū)域而變化。例如,在美國,AC能量源320可以實現(xiàn)為在60 Hz的120伏特(RMS)或240伏特(RMS),而在其它區(qū)域AC能量源320可以實現(xiàn)為在50 Hz的110伏特(RMS)或220伏特(RMS)。在可替換的實施例中,AC能量源320可以實現(xiàn)為適于用電力系統(tǒng)120工作的任意的AC能量源。如在下文中更詳細(xì)地描述的,DC接口 302連接到第一能量轉(zhuǎn)換模塊304和AC接口 314經(jīng)由電感元件310連接到第二能量轉(zhuǎn)換模塊308。隔離模塊306連接在能量轉(zhuǎn)換模塊304,308之間并且提供兩個能量轉(zhuǎn)換模塊304,308之間的電流隔離??刂颇K316連接到能量轉(zhuǎn)換模塊304,308并且操作第一能量轉(zhuǎn)換模塊304和第二能量轉(zhuǎn)換模塊308以將DC能量轉(zhuǎn)換成AC能量(以車輛至電網(wǎng)模式)并且將AC能量轉(zhuǎn)換為DC能量(以電網(wǎng)至車輛模式)。以下的描述集中在以車輛至電網(wǎng)模式中電力系統(tǒng)120的工作上(例如,DC能量源318作為能量源用于提供實際的和電抗AC分量至AC能量源320)。盡管如此,應(yīng)當(dāng)理解該主題可以以電網(wǎng)至車輛模式實施和/或使用(例如,AC能量源320傳送能量至DC能量源318)。在示出的實施例中,第一能量轉(zhuǎn)換模塊304包括四個開關(guān)元件9-12,并且每個開關(guān)元件具有配置為反并聯(lián)的至各自的開關(guān)元件上以調(diào)節(jié)雙向能量傳送的二極管29-32。如所示,如本領(lǐng)域?qū)斫獾?,電容?26配置為電力地并聯(lián)穿過DC接口 302以減小DC接口302處的電壓脈動。在示例性實施例中,開關(guān)元件9-12是晶體管,并且可以實現(xiàn)為使用任意適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體晶體管開關(guān),例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT),場效應(yīng)晶體管(例如,MOSFET等),或在本領(lǐng)域中公知的任意其它可比較的裝置。開關(guān)和二極管是反并聯(lián)的,意思是開關(guān)和二極管電力地反向并聯(lián)或極性相反。如本領(lǐng)域?qū)斫獾?,反并?lián)的結(jié)構(gòu)當(dāng)閉鎖電壓單向時允許雙向電流流動。在該結(jié)構(gòu)中,通過開關(guān)的電流方向與通過各個二極管的容許電流的方向相反。反并聯(lián)二極管穿過每個開關(guān)連接以提供當(dāng)各個開關(guān)閉合時用于對DC能量源318充電的電流至DC能量源318的路徑。在示出的實施例中,開關(guān)9連接在DC接口 302的結(jié)點328與結(jié)點322之間,并且開關(guān)9配置為提供當(dāng)開關(guān)9閉合時用于從結(jié)點328至結(jié)點322的電流流動的路徑。二極管29連接在結(jié)點322與結(jié)點328之間,并且二極管29配置為提供從結(jié)點322至結(jié)點328的電流流動的路徑(例如,二極管29反并聯(lián)至開關(guān)9)。開關(guān)10連接在DC接口 302的結(jié)點330與結(jié)點322之間,并且開關(guān)10配置為提供當(dāng)開關(guān)10閉合時用于從結(jié)點322至結(jié)點330的電流流動的路徑。二極管30連接在結(jié)點322與結(jié)點330之間以提供從結(jié)點330至結(jié)點322的電流流動的路徑。以類似的方式,開關(guān)11連接在結(jié)點328與結(jié)點324之間以提供當(dāng)開關(guān)11閉合時從結(jié)點328至結(jié)點324的電流流動的路徑,二極管31連接在結(jié)點324與DC接口302之間以提供從結(jié)點324至結(jié)點328的電流流動的路徑,開關(guān)12連接在結(jié)點330與結(jié)點324之間以提供當(dāng)開關(guān)12閉合時從結(jié)點324至結(jié)點330的電流流動的路徑,并且二極管32連接在結(jié)點324與DC接口 302之間以提供從結(jié)點330至結(jié)點324的電流流動的路徑。在示例性實施例中,第二能量轉(zhuǎn)換模塊308有利于AC能量源320和/或電感元件310與隔離模塊306之間的電流(或能量)流動。在示出的實施例中,第二能量轉(zhuǎn)換模塊308實現(xiàn)為包括八個開關(guān)元件1-8的前端單相矩陣換算模塊,其中與以上關(guān)于第一能量轉(zhuǎn)換模塊304中可以按類似方式闡述的,每個開關(guān)元件具有配置為與各個開關(guān)元件反并聯(lián)的二極管21-28。為了方便起見,但并不構(gòu)成限制,第二能量轉(zhuǎn)換模塊308可以可替換地在此涉及矩陣變換模塊。如在下文中更詳細(xì)地描述的,控制模塊316根據(jù)需要支持所需的工作模式調(diào)整(例如,斷開和/或閉合)矩陣轉(zhuǎn)換模塊308的開關(guān)1-8。在圖3示出的實施例中,第一對開關(guān)1,2以及二極管21,22連接在結(jié)點332與結(jié)點334之間,其中第一開關(guān)與反并聯(lián)的二極管(例如開關(guān)I與二極管21)配置為與第二開關(guān)和反并聯(lián)的二極管(例如開關(guān)2與二極管22)具有反向極性。用這樣的方式,開關(guān)I和二極管22配置為當(dāng)開關(guān)I閉合,打開,或以其他方式啟動時提供通過開關(guān)I從結(jié)點334和二極管22至結(jié)點332的電流流動的路徑,并且在結(jié)點334的電壓比在結(jié)點332的電壓更正向。開關(guān)2和二極管21配置為當(dāng)開關(guān)2閉合,打開,或以其他方式啟動時提供通過開關(guān)2從結(jié)點332和二極管21至結(jié)點334的電流流動的路徑,并且在結(jié)點332的電壓比在結(jié)點334的電壓更正向。以按類似方式,第二對開關(guān)3,4和二極管23,24連接在結(jié)點336與結(jié)點338之間,第三對開關(guān)5,6以及二極管25,26連接在結(jié)點332與結(jié)點336之間,以及第一對開關(guān)7,8以及二極管27,28連接在結(jié)點334與結(jié)點338之間。在示出的實施例中,如在下文中更詳細(xì)地描述的,開關(guān)1,3,5,7包括對一類開關(guān),當(dāng)通過電感元件310的電流以反方向(例如,k〈0)流動時其能夠整流從結(jié)點338至結(jié)點332的通過電感元件310 (的電流(由箭頭390示出),并且開關(guān)2,4,6,8包括第二類開關(guān),當(dāng)通過電感元件310的電流以正方向(例如,iJO)流動時其能夠整流從節(jié)點332至節(jié)點338的通過電感元件310的電流。換句話說,開關(guān)1,3, 5, 7能夠通過電感元件310傳導(dǎo)在反方向流動的至少一部分電流,以及開關(guān)2,4,6,8能夠通過電感元件310傳導(dǎo)在正方向流動的至少一部分電流。如在此使用的,整流將應(yīng)被理解為通過矩陣變換模塊308的開關(guān)和二極管通過電感元件310循環(huán)電流的處理,從而通過電感元件310的電流的流動不會被中斷。在示例性實施例中,隔離模塊306包括連接在第一能量轉(zhuǎn)換模塊304的結(jié)點322,324之間的第一組繞組344,以及連接在結(jié)點334,336之間的第二組繞組346。為了解釋目的,繞組346在此可以包括初級繞組階段(或初級繞組)并且繞組344在此可以包括次級繞組階段(或次級繞組)。如本領(lǐng)域?qū)斫獾?繞組344,346提供了電感元件,以傳統(tǒng)的方式磁性地連接以形成變壓器。在示例性實施例中,隔離模塊306實現(xiàn)為高頻變壓器。關(guān)于這一點,隔離模塊306包括設(shè)計為在高頻率的特別的電力水平的變壓器,例如能量轉(zhuǎn)換模塊304,308的開關(guān)的切換頻率(例如,50 kHz),使得變壓器的實際尺寸相對于為相同電力水平的低頻率變壓器,例如,AC能量源320的頻率(例如,主頻率)減小。在示例性實施例中,電感元件310實現(xiàn)為電感器,其配置為電力地串聯(lián)在矩陣變換模塊308的結(jié)點332與AC接口 314的結(jié)點340之間。因此,為了方便起見,但并不構(gòu)成限制,電感元件310在此指的是電感器。在電力系統(tǒng)120的工作期間電感器310起高頻率的電感能量儲存元件的作用。電容元件312實現(xiàn)為連接在AC接口 314的結(jié)點340與結(jié)點342之間的電容器,即,電容器312配置為電力地與AC接口 314并聯(lián)。電容器312與電感器310協(xié)作地配置為提供高頻濾波器以將由調(diào)整開關(guān)1-8產(chǎn)生的在AC接口 314處的電壓脈動最小化??刂颇K316通常表示硬件,固件和/或軟件,其配置為操作和/或調(diào)整能量轉(zhuǎn)換模塊304,308的開關(guān)以獲得從DC能量源318至AC能量源320的所需的功率流。取決于實施例,控制模塊316可以實施或?qū)崿F(xiàn)為設(shè)計為支持和/或執(zhí)行在此描述的功能的通用處理器,微處理器,微控制器,按內(nèi)容訪問存儲器,數(shù)字信號處理器,專用集成電路,字段可編程門陣列,任意適當(dāng)?shù)目删幊踢壿嬈骷?,不連續(xù)的門或晶體管邏輯,不連續(xù)的硬件部件,或其任意的組合。在用于電網(wǎng)至車輛應(yīng)用的操作期間,控制模塊316確定PWM指令信號,該PWM指令信號控制矩陣變換模塊308的開關(guān)1-8的正時和任務(wù)循環(huán)以產(chǎn)生穿過隔離模塊306的初級繞組346的高頻率的AC電壓。穿過初級繞組346的高頻率的AC電壓在結(jié)點322,324感應(yīng)穿過次級繞組344的電壓,其產(chǎn)生了流入DC接口 302的所需電流以對DC能量源318充電或以其他方式傳送能量至DC能量源318??刂颇K316產(chǎn)生PWM工作循環(huán)控制值,其影響,控制,或以其他方式控制開關(guān)1-8的任務(wù)循環(huán)以在切換間隔期間(例如,切換頻率的反相)實施適當(dāng)?shù)拈_關(guān)模式。在切換間隔期間(或PWM循環(huán)),控制模塊316在操作開關(guān)1-8之間交替以有效地短路結(jié)點332,338并且通過矩陣變換模塊308循環(huán)能量以在操作開關(guān)1_8之前作用穿過電感器310的電壓從而釋放電感器310的儲存的能量和/或電壓(可替換地,回掃電壓)?;貟唠妷旱目偤团c在AC接口 314處的AC電壓水平380作用到隔離模塊306的初級繞組346上,使得電力傳送至結(jié)點322,324和/或DC能量源318。以這樣的方式,控制模塊316操作矩陣變換模塊308的開關(guān)1-8以通過電感器310循環(huán)能量與傳送能量至DC接口 302之間交替。在各自的切換間隔期間,矩陣變換模塊308傳送能量至DC接口 302的切換間隔的百分比(或PWM循環(huán))對應(yīng)于矩陣變換模塊308的工作循環(huán)。在車輛至電網(wǎng)工作期間,控制模塊316操作第一能量轉(zhuǎn)換模塊304從而以指定的切換率,例如50 kHz產(chǎn)生穿過隔離模塊306的第一組繞組344的高頻矩形波電壓。高頻電壓經(jīng)由第二組繞組346磁性地連接到結(jié)點334,336。控制模塊316提供正弦波PWM,SPWM,切換模式以控制能量轉(zhuǎn)換模塊308的開關(guān)裝置。SPWM控制開關(guān)模式的結(jié)果是將在結(jié)點334,336處的高頻電壓50 kHz轉(zhuǎn)換為在結(jié)點340,342處的低頻電壓(例如,60 Hz)。在示例性實施例中,控制模塊316獲得或以其他方式監(jiān)控通過電感器310的電流390 (例如,經(jīng)由電力地與電感器310串聯(lián)的電流傳感器測量的電感器電流(ij);通過電容器312的電流390 (由箭頭385表示的)(例如,經(jīng)由電力地與電容器312串聯(lián)的電流傳感器測量的電容器電流(iCAP));在八(接口 314的AC電壓水平380 ;以及在DC接口 302處的DC電壓水平360??刂颇K316實施為控制系統(tǒng)以根據(jù)需要確定用于操作矩陣變換模塊308的開關(guān)1-8和第一能量轉(zhuǎn)換模塊304的開關(guān)9-12的PWM任務(wù)循環(huán)控制值。在示例性實施例中,控制模塊316獲得在電流PWM循環(huán)期間在特別的及時的瞬間采樣,測量,或以其他方式獲得的電感器電流(iL),電容器電流(iCAP),在AC接口 314的電壓(VAC),在DC接口 302的電壓(VD。)的瞬時值,其中由控制模塊316確定的PWM任務(wù)循環(huán)控制值決定在隨后的PWM循環(huán)期間電力系統(tǒng)120的工作。應(yīng)當(dāng)理解,為了解釋目的并且并不旨在以任何方式限制在此描述的主題的范圍和應(yīng)用性,圖3是電力系統(tǒng)120的簡化表示。因此,整個圖3描述了電路元件和/或末端之間的直接電氣連接,可替換的實施例可以采用當(dāng)以實質(zhì)上類似的方式起作用的同時采用插入電路元件和/或部件。此外,盡管在此描述的電力系統(tǒng)120在上下文中是用于車輛的矩陣 變換模塊308,但本主題并不旨在限制為車的和/或汽車的應(yīng)用,并且在此描述的主題可以以其它應(yīng)用實施,其中能量轉(zhuǎn)換模塊用來使用開關(guān)元件傳送能量或在其它電力系統(tǒng)中,其中使用前饋控制方案以通過將輸入口作為無損耗的電阻器的模式而獲得電力因數(shù)修正。圖4描述了適于通過圖3的控制模塊316使用的控制系統(tǒng)400的示例性實施例??刂葡到y(tǒng)400調(diào)節(jié)并且管理電力系統(tǒng)120中開關(guān)的工作以提供在車輛至電網(wǎng)電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)模式中功率流控制和補償。該控制系統(tǒng)400的示例性實施例包括,但并不限制為瞬時相位角度檢測器402 ;坐標(biāo)變換模塊404 ;瞬時電力計算單元406 ;效率補償選擇器408 ;電力至電流轉(zhuǎn)換器410 ;電流回路模塊412 ;控制電流產(chǎn)生器414 ;以及柵極驅(qū)動器模塊416。控制系統(tǒng)400的元件,模塊,和示出的部件可以實現(xiàn)為由控制模塊316執(zhí)行的處理邏輯。相位角度檢測器402獲得在結(jié)點114的瞬時電壓和流出車輛至在結(jié)點114的電網(wǎng)的瞬時電流(見圖1)。瞬時時間區(qū)域電壓,m ,以及瞬時時間區(qū)域電流坤)作為至相位角度檢測器402的輸入。相位角度檢測器402基于瞬時電壓和電流檢測電網(wǎng)電壓的相位和頻率。坐標(biāo)變換模塊404將單相電壓和電流變換為d-q框架坐標(biāo),其中d分量表示現(xiàn)實分量以及q分量是與d分量成90度的相位差。因此,坐標(biāo)變換模塊404接收相位角度檢測器402的輸出并且產(chǎn)生電壓(在d-q坐標(biāo)中表示)以及電流(用d-q坐標(biāo)表示)。坐標(biāo)變換模塊404的輸出作為輸入至瞬時電力計算單元406。瞬時電力計算單元406由用d-q坐標(biāo)表示的電壓和電流計算實際電力的瞬時值,5以及無功功率β。尤其是
P = Vi1-Ji
Q = V9 .H Λ
P和Q的值提供作為電力補償選擇器408的輸入,其還獲得影響活性或無功功率補償?shù)倪x擇的命令,指令,或請求420。請求420可以表示由電力系統(tǒng)120產(chǎn)生的請求的實際功率分量,請求的無功功率分量由電力系統(tǒng)120等產(chǎn)生。如參照圖2所述的,請求420可以源于電力電網(wǎng)的系統(tǒng)或部件。取決于請求420的類別,為了車輛至電網(wǎng)電力電網(wǎng)補償,電力補償選擇器408選擇活性(實際)電力,無功功率,或兩者。因此,數(shù)據(jù)通信模塊124 (見圖2)可以用來接收影響AC電壓和AC接口 314的調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)(例如,電力補償或調(diào)節(jié)請求420)。響應(yīng)于接收的請求420,電力補償選擇器408確定并且產(chǎn)生實際電力控制命令,p*c ,和/或無功功率控制命令,Q*c (星號記法表示量是命令或請求的量)。這些量表示車輛應(yīng)當(dāng)布置在電力電網(wǎng)上的電力。電力至電流轉(zhuǎn)換器410認(rèn)為瞬時電力(P和6)存在在結(jié)點114并且在d-q框架中產(chǎn)生電流命令作為輸出。為了該特別的實施例,電力至電流轉(zhuǎn)換器執(zhí)行以下操作以產(chǎn)生d-q電流命令分量
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括 直流(DC)能量存儲系統(tǒng);以及 雙向矩陣轉(zhuǎn)換器,該雙向矩陣轉(zhuǎn)換器連接到DC能量存儲系統(tǒng)并且包括控制模塊和交流(AC)接口以在車輛至源工作模式期間電力地將雙向矩陣轉(zhuǎn)換器與AC電力源并聯(lián)連接,其中控制模塊配置為在車輛至源工作模式期間控制雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的工作以使用來自DC能量存儲系統(tǒng)的能量調(diào)節(jié)在AC接口處的AC電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為在車輛至源工作模式期間控制雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的工作以使用來自DC能量存儲系統(tǒng)的能量提供AC功率流動和補償。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為 獲得在AC接口處的瞬時時間區(qū)域電壓; 獲得在AC接口處的瞬時時間區(qū)域電流; 獲得電力補償請求;以及 處理瞬時時間區(qū)域電壓,瞬時時間區(qū)域電流,以及電力補償請求以產(chǎn)生時間區(qū)域控制電流以控制雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的多個開關(guān)的工作。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為在車輛至源工作模式期間控制雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的工作以使用來自DC能量存儲系統(tǒng)的能量提供電力諧波控制和補償。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其中,控制模塊配置為 獲得在AC接口處的瞬時時間區(qū)域電壓; 獲得在AC接口處的瞬時時間區(qū)域電流; 獲得與DC能量存儲系統(tǒng)相關(guān)連的DC電壓;以及 處理瞬時時間區(qū)域電壓,瞬時時間區(qū)域電流,以及DC電壓以產(chǎn)生時間區(qū)域控制電流以控制雙向矩陣轉(zhuǎn)換器的多個開關(guān)的工作。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括與雙向矩陣轉(zhuǎn)換器連接的數(shù)據(jù)通信模塊以接收在AC接口處影響AC電壓調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng),其中,數(shù)據(jù)表示由雙向矩陣轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的請求的實際功率分量。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng),其中,數(shù)據(jù)表示由雙向矩陣轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的請求的無功功率分量。
9.一種用于車輛的電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括 車輛上車載的可充電的直流(DC)能量存儲系統(tǒng),其配置為提供DC能量以驅(qū)動車輛的電力牽引馬達;以及 車輛上車載并且連接到DC能量存儲系統(tǒng)上的電力系統(tǒng),電力系統(tǒng)配置為在充電模式工作從而來自車輛外部的電力電網(wǎng)的交流(AC)能量被轉(zhuǎn)換為DC能量以對DC能量存儲系統(tǒng)充電,并且電力系統(tǒng)配置為在車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式工作從而來自DC能量存儲系統(tǒng)的DC能量轉(zhuǎn)換為AC能量以調(diào)節(jié)電力電網(wǎng)的AC電壓。
10.一種用于車輛的車載電力線質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括 車輛上車載的可充電的直流(DC)能量存儲系統(tǒng),其配置為提供DC能量以驅(qū)動車輛的電力牽引馬達; 電力系統(tǒng),其在車輛上車載并且配置為電力地與交流(AC)電力電網(wǎng)并聯(lián)連接以支持電網(wǎng)至車輛充電模式和車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式;以及 用于電力系統(tǒng)的車載控制模塊, 該控制模塊配置為在車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式期間控制電力系統(tǒng)的工作以調(diào)節(jié)在電力系統(tǒng)與AC電力電網(wǎng)之間在AC接口處的AC電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電動或混合動力車輛的車載電力線調(diào)節(jié)系統(tǒng)。具體地,用于車輛的動力線質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括車載可充電直流(DC)能量存儲系統(tǒng)和連接到能量存儲系統(tǒng)上的車載電力系統(tǒng)。能量存儲系統(tǒng)提供DC能量以驅(qū)動車輛的電力牽引馬達。電力系統(tǒng)以充電模式工作從而來自車輛外部的電力電網(wǎng)的交流(AC)能量被轉(zhuǎn)換為DC能量以對DC能量存儲系統(tǒng)充電。電力系統(tǒng)還以車輛至電網(wǎng)電力調(diào)節(jié)模式工作從而來自DC能量存儲系統(tǒng)的DC能量轉(zhuǎn)換為AC能量以調(diào)節(jié)電力電網(wǎng)的AC電壓。
文檔編號B60L11/00GK103010035SQ20121035105
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者L.A.卡尤克, M.佩里西克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司