專利名稱：使用共享電力電子器件進(jìn)行快速充電的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般說來，本發(fā)明的實(shí)施例涉及包括混合和電動(dòng)車輛的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，更具體來說， 涉及使用一個(gè)或多個(gè)附加電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的共享電力電子器件(power electronics)對(duì)一個(gè)電 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)快速充電。
背景技術(shù)：
混合電動(dòng)車輛可組合內(nèi)燃機(jī)以及由能量存儲(chǔ)裝置、如牽引用蓄電池供電的電動(dòng) 機(jī)，以便推動(dòng)車輛。通過使內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)能夠各自工作在增加效率的相應(yīng)范圍，這種組合 可提高總?cè)剂闲?。例如，電?dòng)機(jī)在從靜止啟動(dòng)進(jìn)行加速時(shí)會(huì)有效率，而內(nèi)燃機(jī)在恒定發(fā)動(dòng) 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的持續(xù)期中、例如在高速公路行駛中會(huì)有效率。使電動(dòng)機(jī)提升初始加速度允許混合 車輛中的內(nèi)燃機(jī)更小并且具有更大燃料效率。完全電動(dòng)車輛使用存儲(chǔ)的電能向電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)推進(jìn)車輛并且還可操作輔助 驅(qū)動(dòng)裝置(drive)。完全電動(dòng)車輛可使用一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)電能源。例如，第一存儲(chǔ)電能源可 用于提供更持久能量，而第二存儲(chǔ)電能源可用于提供例如用于加速的較高功率能量。無論是混合電動(dòng)類型還是完全電動(dòng)類型的插入式(plug-in)電動(dòng)車輛配置成使 用來自外部源的電能對(duì)牽引用蓄電池再充電。例如，這類車輛可包括道路和越野車輛、高爾 夫球車、社區(qū)電動(dòng)車輛、鏟車和公用卡車等。這些車輛可使用非車載固定電池充電器、車載 電池充電器或者非車載固定電池充電器和車載電池充電器的組合來將電能從公用電網(wǎng)或 可再生能源傳遞到車輛的車載牽引用蓄電池。例如，插入式車輛可包括便于牽引用蓄電池 從公用電網(wǎng)或其它外部源再充電的電路和連接。但是，電池充電電路可包括專用組件，例如 升壓轉(zhuǎn)換器、高頻濾波器、斷路器、電感器以及僅專用于在車載電存儲(chǔ)裝置與外部源之間 傳遞能量的其它電氣組件。這些附加專用組件給車輛增加額外成本和重量。另外，可用于僅使用車輛的車載電池充電電路對(duì)車載電存儲(chǔ)裝置再充電的總電流 被限制到車載電池充電電路可供應(yīng)的總電流。但是，車載電存儲(chǔ)裝置可設(shè)計(jì)成接受比車載 電池充電電路所供應(yīng)的總電流大許多的充電電流。增加車載電池充電電路所供應(yīng)的總電流 通常包括增加電路組件的大小和容量，這又給車輛增加附加成本和重量。因此，希望提供便于將電能從多個(gè)外部源傳遞到插入式車輛的車載電存儲(chǔ)裝置的 設(shè)備，該設(shè)備減少僅專用于在車載電存儲(chǔ)裝置與外部源之間傳遞能量的組件的數(shù)量，并且 增加可用于車載電存儲(chǔ)裝置充電的總電流。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種設(shè)備包括電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述電力電子能 量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括第一能量存儲(chǔ)裝置，配置成存儲(chǔ)DC能量；以及第一電壓轉(zhuǎn)換器，配置成把 來自第一能量存儲(chǔ)裝置的所存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換成配置成驅(qū)動(dòng)機(jī)電裝置的第一電壓。第一電壓轉(zhuǎn) 換器還配置成把來自遠(yuǎn)程電源的第二電壓轉(zhuǎn)換成配置成對(duì)第一能量存儲(chǔ)裝置充電的第一 充電電壓。該設(shè)備還包括第一控制器，配置成控制第一電壓轉(zhuǎn)換器將第二電壓轉(zhuǎn)換成第一充電電壓，以及在充電操作模式期間將第一充電電壓提供給第一能量存儲(chǔ)裝置，并且與定 位于遠(yuǎn)離電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的第二控制器通信，以便在充電操作模式期間使第二充電 電壓被提供給第一能量存儲(chǔ)裝置，從而對(duì)第一能量存儲(chǔ)裝置快速充電。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種方法包括將第一能量存儲(chǔ)裝置耦合到第一電壓轉(zhuǎn)換 器，其中第一能量存儲(chǔ)裝置配置成存儲(chǔ)電能，以及其中第一電壓轉(zhuǎn)換器配置成把來自第一 能量存儲(chǔ)裝置的所存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換成配置成驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的第一電壓，并且把來自第一遠(yuǎn)程 電源的第二電壓轉(zhuǎn)換成配置成對(duì)第一能量存儲(chǔ)裝置充電的第一充電電壓。該方法還包括將 第一控制器耦合到第一電壓轉(zhuǎn)換器，并且將第一控制器配置成使第一電壓轉(zhuǎn)換器將第二電 壓轉(zhuǎn)換成第一充電電壓以及在快速充電操作模式期間將第一充電電壓提供給第一能量存 儲(chǔ)裝置。該方法還包括將第一控制器配置成在快速充電操作模式期間使來自第二遠(yuǎn)程電源 的第二充電電壓被提供給第一能量存儲(chǔ)裝置，以便對(duì)第一能量存儲(chǔ)裝置快速充電。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種系統(tǒng)包括第一電力母線(bus)、第二電力母線和第一 車輛。第一車輛包括第一能量存儲(chǔ)裝置，配置成存儲(chǔ)DC能量；第一電動(dòng)機(jī)；以及第一電壓 轉(zhuǎn)換器，配置成把來自第一能量存儲(chǔ)裝置的所存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換成配置成驅(qū)動(dòng)第一電動(dòng)機(jī)的電 動(dòng)回轉(zhuǎn)(motoring)電壓，并且把來自第一電力母線的第一電壓轉(zhuǎn)換成配置成對(duì)第一能量 存儲(chǔ)裝置充電的第一充電電壓。第一車輛還包括第一控制器，配置成控制第一電壓轉(zhuǎn)換器 將第一電壓轉(zhuǎn)換成第一充電電壓，并且將第一充電電壓提供給第一能量存儲(chǔ)裝置。該系統(tǒng) 還包括定位于遠(yuǎn)離第一車輛并且包括第二電壓轉(zhuǎn)換器的第一能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，所述第二電壓 轉(zhuǎn)換器把來自第一電力母線的第一電壓轉(zhuǎn)換成配置成對(duì)第一車輛的第一能量存儲(chǔ)裝置充 電的第二充電電壓。第一能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還包括第二控制器，配置成控制第二電壓轉(zhuǎn)換器將 第一電壓轉(zhuǎn)換成第二充電電壓，以及將第二充電電壓提供給第二電力母線，并且與第一控 制器通信以使第二充電電壓從第二電力母線被提供給第一能量存儲(chǔ)裝置，從而對(duì)第一能量 存儲(chǔ)裝置快速充電。通過以下詳細(xì)描述和附圖，其它各種特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。


附圖示出當(dāng)前預(yù)期用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的充電系統(tǒng)的示意框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中充電系統(tǒng)的一部分的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的圖2所示充電系統(tǒng)的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中充電系統(tǒng)的另一部分的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中充電系統(tǒng)的另一部分的示意圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中充電系統(tǒng)的另一部分的示意圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中充電系統(tǒng)的另一部分的示意圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖7中充電單元的示意圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖7中充電單元的示意圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中充電系統(tǒng)的另一部分的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的充電系統(tǒng)2的基礎(chǔ)設(shè)施示意框圖。充電系統(tǒng)2示出耦 合到充電站16的相應(yīng)充電槽(charging bay)或插座10、12、14的多個(gè)車輛4、6、8。在一個(gè) 實(shí)施例中，充電系統(tǒng)2可包括如以下針對(duì)圖7-9所述的非車輛充電單元18。根據(jù)本發(fā)明的 實(shí)施例，車輛4-8和充電站16配置成共同協(xié)作以在車輛4-8和可選非車載充電單元18之 間共享電力電子器件，以便將充電電流提供給車輛中之一、如車輛6，從而增大和增加由車 輛單獨(dú)生成的充電電流。各車輛4-8包括耦合到至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置22的多個(gè)電力電子器件20。在車 輛4-8的操作期間，控制器M使來自能量存儲(chǔ)裝置22的DC電壓被修改并且在電動(dòng)回轉(zhuǎn)操 作模式期間被傳送給機(jī)械耦合到一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)輪或車軸(axleUS的機(jī)電裝置或電動(dòng)機(jī) 26。在另一實(shí)施例中，來自能量存儲(chǔ)裝置22的DC電壓可被修改并且被傳送給另一負(fù)載 (未示出)，例如空調(diào)壓縮機(jī)、風(fēng)扇、泵或其它輔助驅(qū)動(dòng)裝置。車輛4-8可包括AC電動(dòng)機(jī)26，并且控制器M配置成使來自能量存儲(chǔ)裝置22的 DC電壓經(jīng)由電力電子器件20轉(zhuǎn)化成AC電壓供傳送給電動(dòng)機(jī)沈。在這個(gè)實(shí)施例中，例如， 車輛4-8可以是道路和越野車輛或者公用卡車。在另一實(shí)施例中，車輛4-8可包括DC電動(dòng) 機(jī)沈，并且控制器M配置成在電動(dòng)回轉(zhuǎn)操作模式期間使來自能量存儲(chǔ)裝置22的DC電壓經(jīng) 由電力電子器件20轉(zhuǎn)換成可變DC電壓供傳送給電動(dòng)機(jī)26。在這個(gè)實(shí)施例中，例如，車輛 4-8可以是叉車、高爾夫球車或者社區(qū)電動(dòng)車輛。當(dāng)車輛4-8停放或者未使用時(shí)，可能希望將車輛插入例如公用電網(wǎng)或者插入可再 生能源，以便對(duì)能量存儲(chǔ)裝置22進(jìn)行補(bǔ)充或再充電。相應(yīng)地，車輛4-8可經(jīng)由包括配套 (mating)觸點(diǎn)32、34的連接系統(tǒng)30耦合到充電站16。充電站16包括配置成向車輛4_8 的電力電子器件20供應(yīng)或提供電力的電力母線36。在一個(gè)實(shí)施例中，電力母線36是例如 公用電網(wǎng)的3相AC電力母線。但是，預(yù)期電力母線36可包括任何數(shù)量的相位，并且可供應(yīng) 或接收AC或DC電力。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，充電站16包括配置成增大和增加由耦合到充電站16的車 輛中之一生成的充電電流的共享DC電壓母線38。充電站16還包括控制器40，控制器40 耦合到在充電站16可用的各充電槽10、12、14的多個(gè)接觸器組42、44、46。在一個(gè)實(shí)施例 中，各接觸器組42-46具有耦合到共享DC電壓母線38的接觸器對(duì)48、50以及耦合到電力 母線36的多個(gè)接觸器52、54、56?？刂破?0配置成控制接觸器48-56并且與各車輛控制器 24進(jìn)行通信，以便指導(dǎo)和控制對(duì)耦合到充電站16的車輛的充電。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器 40配置成在電力母線36上經(jīng)由電力線路通信與各車輛控制器M通信。但是，本文中還預(yù) 期其它通信模式，例如無線通信或者經(jīng)由專用通信線路的通信。如圖1所示，車輛4-8耦合到充電站16。根據(jù)所示實(shí)施例，車輛4和8正使用其電 力電子器件20把來自電力母線36的電力提供到共享DC電壓母線38，使得可增大提供給車 輛6中能量存儲(chǔ)裝置22的充電電力。也就是說，當(dāng)車輛6從電力母線36取出電力供轉(zhuǎn)換 成提供給其能量存儲(chǔ)裝置22的充電電力時(shí)，由車輛4和8所提供和控制的附加充電電力也 經(jīng)由共享DC電壓母線38提供給能量存儲(chǔ)裝置22，并且可相應(yīng)地對(duì)車輛6的能量存儲(chǔ)裝置 22快速充電。在一個(gè)實(shí)施例中，車輛主人用于插入充電站16并且從其取出充電電力的費(fèi)用可根據(jù)預(yù)期充電模式等級(jí)按單位充電改變。例如，充電站16可配置成允許選擇快速/共享充 電模式、非快速/非共享充電模式和非快速/共享充電模式。在快速/共享充電模式中，車輛連接到充電站16，并且等待其給其能量存儲(chǔ)裝置 22快速充電的時(shí)機(jī)。在這種模式中，相應(yīng)接觸器48、50閉合，使得車輛的充電母線可耦合到 共享DC電壓母線38。當(dāng)車輛正等待其快速充電的時(shí)機(jī)時(shí)并且其時(shí)機(jī)已完成后，其電力電子 器件20與其它車輛共享，其它車輛經(jīng)由相應(yīng)接觸器48、50耦合到充電站16以對(duì)當(dāng)前被允 許給其能量存儲(chǔ)裝置22快速充電的另一車輛充電。在非快速/非共享充電模式中，車輛連接到充電站16，并且開始僅從車輛的車載 電力電子器件20對(duì)其能量存儲(chǔ)裝置22充電，而沒有將其能量存儲(chǔ)裝置連接到共享DC電壓 母線38。也就是說，在這種充電模式中，相應(yīng)接觸器48、50保持?jǐn)嚅_，并且車輛的能量存儲(chǔ) 裝置22僅經(jīng)由車輛的車載電力電子器件20進(jìn)行充電。在非快速/共享充電模式中，車輛連接到充電站16，并且相應(yīng)接觸器48、50閉合， 使得車輛的充電母線可耦合到共享DC電壓母線38。在這種充電模式中，車輛在另一車輛正 對(duì)其能量存儲(chǔ)裝置22快速充電的同時(shí)參與電力電子器件共享。但是，如果沒有其它車輛處 于快速充電模式，則車輛從共享DC電壓母線38斷開，并且車輛的電力電子器件20用于僅 經(jīng)由車輛的車載電力電子器件20對(duì)車輛的能量存儲(chǔ)裝置22充電。當(dāng)另一車輛在后來進(jìn) 入快速充電模式時(shí)，車輛在這個(gè)時(shí)期再次參與電力電子器件共享。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，快速/共享充電模式可對(duì)車輛主人/操作人員產(chǎn)生每充電單位 最高費(fèi)用，而非快速/共享充電模式可對(duì)車輛主人/操作人員產(chǎn)生每充電單位最低費(fèi)用。因 此，例如對(duì)于以快速/共享充電模式對(duì)車輛能量存儲(chǔ)裝置22快速充電的能力，可按保險(xiǎn)費(fèi) 率(premiumrate)對(duì)車輛主人/操作人員計(jì)費(fèi)，而例如對(duì)于以非快速/共享充電模式對(duì)共 享車輛電力電子器件20，可按降低費(fèi)率對(duì)車輛主人/操作人員計(jì)費(fèi)。對(duì)于非快速/非共享 充電模式，可按例如保險(xiǎn)費(fèi)率與降低費(fèi)率之間的某個(gè)費(fèi)率對(duì)車輛主人/操作人員計(jì)費(fèi)。關(guān) 于選擇哪種充電模式的決定可由車輛主人/操作人員根據(jù)能量存儲(chǔ)裝置22接收快速充電 的需要以及充電模式之間的比較費(fèi)用來進(jìn)行。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中充電系統(tǒng)2的一部分的示意圖。圖2示出各車 輛4、6的示范示意圖。各車輛4、6包括牽引系統(tǒng)58，牽引系統(tǒng)58包括能量存儲(chǔ)裝置22和 電力電子器件20。電力電子器件20包括經(jīng)由DC母線62耦合到能量存儲(chǔ)裝置22的雙向 DC-AC電壓逆變器60。在一個(gè)實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)裝置22是高電壓能量存儲(chǔ)裝置，并且可 以是蓄電池、飛輪系統(tǒng)、燃料電池、超級(jí)電容器等。DC鏈路濾波電容器64耦合在DC母線62 兩端，以便對(duì)DC母線62上的高頻電流進(jìn)行濾波。耦合到DC母線62的接觸器66允許能量 存儲(chǔ)裝置22從DC母線62去耦合(decouple)。雙向DC-AC電壓逆變器60是電壓轉(zhuǎn)換器， 并且包括六個(gè)半相(half phase)模塊68、70、72、74、76和78，它們組對(duì)以形成三相80、82 和84。各相80、82、84耦合到DC母線62的導(dǎo)體對(duì)86、88。電動(dòng)機(jī)沈耦合到雙向DC-AC電壓逆變器60。在一個(gè)實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)沈是牽引 電動(dòng)機(jī)，它機(jī)械耦合到一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)輪或車軸觀(圖1所示)或者包括起重機(jī)、升降機(jī)或 提升機(jī)的其它電氣設(shè)備。機(jī)電裝置26包括耦合到雙向DC-AC電壓逆變器60的相應(yīng)相80、 82、84的多個(gè)繞組90、92和94。繞組90-94還耦合在一起以形成結(jié)點(diǎn)(node)96。在能量 存儲(chǔ)裝置22經(jīng)由充電站16的充電期間并且在接收到來自控制器40的充電模式的傳遞和確認(rèn)之后，控制器M使多個(gè)接觸器98、100、102分別將繞組90-94從雙向DC-AC電壓逆變 器60去耦合，使得電動(dòng)機(jī)沈保持未加電?？刂破鱉經(jīng)由多條線路104耦合到半相模塊68-78。在車輛4、6處于非充電模式 的使用期間，控制器M應(yīng)用半相模塊68-78的適當(dāng)控制，并且控制雙向DC-AC電壓逆變器 60將DC總線62上的DC電壓或電流轉(zhuǎn)換成AC電壓或電流以供應(yīng)給繞組90-94。相應(yīng)地， 來自能量存儲(chǔ)裝置22的DC電壓或電流可轉(zhuǎn)換成AC電壓或電流，并且傳送給電動(dòng)機(jī)沈以 驅(qū)動(dòng)輪觀。在其它非車輛推動(dòng)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)輪觀可以是其它類型的負(fù)載(未示出)，包括 泵、風(fēng)扇、絞車、起重機(jī)、升降機(jī)或其它電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。在再生制動(dòng)模式中，機(jī)電裝置26可 作為發(fā)電機(jī)(generator)進(jìn)行操作以使輪觀制動(dòng)或者對(duì)于非車輛推動(dòng)系統(tǒng)使其它類型的 負(fù)載制動(dòng)，并且向雙向DC-AC電壓逆變器60提供AC電壓或電流供轉(zhuǎn)化成到DC母線62上 的適合對(duì)能量存儲(chǔ)裝置22再充電的DC電壓或電流。接觸器48、50在將車輛4、6耦合到充電站16之前處于斷開狀態(tài)。取決于控制器 40與車輛4、6的控制器M之間的通信介質(zhì)，接觸器52-56可處于斷開或閉合狀態(tài)。例如， 如果控制器40和車輛4、6的控制器M配置成通過電力線路通信，則接觸器52-56可處于 閉合狀態(tài)，以便當(dāng)車輛4、6耦合到充電站16時(shí)允許這類通信。但是，如果控制器40和車輛 4、6的控制器M配置成經(jīng)由不同通信模式通信，則接觸器52-56可處于斷開狀態(tài)?？稍陂] 合接觸器52-56之前將接觸器98-102置于斷開狀態(tài)，使得電動(dòng)機(jī)沈在如上所述連接到充 電站16期間保持未加電。當(dāng)車輛、如車輛6插入或耦合到充電站16時(shí)，控制器40建立與車輛6中控制器M 的通信，以便確定預(yù)期充電模式和其它參數(shù)。其它參數(shù)可包括例如能量存儲(chǔ)裝置22的DC 標(biāo)稱電壓是否在給定閾值之內(nèi)以及在充電站16的最小和最大電壓極限之內(nèi)。如果預(yù)期充 電模式包括共享電力電子器件并且另一車輛處于快速充電模式，則控制器40閉合接觸器 48,50,并且與車輛6的控制器M通信，車輛6的電力電子器件20應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)換來自電力母線 36的電力以便將電力提供給共享DC電壓母線38。如果預(yù)期充電模式包括對(duì)車輛6的能量 存儲(chǔ)裝置22快速充電，則控制器40在車輛6可能閉合接觸器66以開始對(duì)車輛6中能量存 儲(chǔ)裝置22的快速充電時(shí)與車輛6的控制器M通信。其它參數(shù)還可包括當(dāng)前被充電的能量存儲(chǔ)裝置22的狀態(tài)。例如，車輛6的控制器 M可配置成使用已知算法監(jiān)測能量存儲(chǔ)裝置22，以便防止過度充電等。在另一實(shí)施例中， 車輛6的控制器M可配置成通過控制器40將命令傳遞給其它車輛的控制器24。這些命令 可以是例如供其它車輛開始使共享DC電壓母線38上的電流斜升(ramp)、將共享DC電壓母 線38上的電流保持在當(dāng)前值或者將共享DC電壓總線38上的電流降低某個(gè)δ量(delta amount)的命令?？刂破鱉配置成控制半相模塊68-78，以便升高從電力母線36向其供應(yīng)的電力的 電壓，使得充電電力可提供給能量存儲(chǔ)裝置22或者提供給共享DC電壓母線38，充電電力是 比可通過來自電力母線36的電力在未進(jìn)行升壓情況下的簡單全波整流而容許的電壓更高 的電壓。相應(yīng)半相模塊對(duì)68-70、72-74、76-78與多個(gè)相應(yīng)電感器106、108、110共同形成各 個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器，升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行操作以升高從電力母線36向其供應(yīng)的電力的電流和/或電 壓。在一個(gè)實(shí)施例中，電感器106-110是位于充電站16的高頻電感器組件，并且對(duì)于車輛 4、6是非車載的。在另一個(gè)實(shí)施例中，電感器106-110表示電力母線36的線路變壓器的漏電感。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)車輛、如車輛6和/或車輛8用于與車輛6的電力電子器件20共享 其電力電子器件20以對(duì)車輛6的能量存儲(chǔ)裝置22快速充電時(shí)，雙向DC-AC電壓逆變器60 本質(zhì)上并行操作。在充電完成之后或者當(dāng)車輛操作人員希望從充電站16拔出車輛時(shí)，控制器40與 車輛、如車輛6的控制器M建立握手通信，以便確認(rèn)該車輛處于非充電模式并且該車輛與 充電站16斷開。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，僅在相應(yīng)充電槽10-14的接觸器48-56已經(jīng)斷開 之后并且在觸點(diǎn)32、34已經(jīng)解鎖之后，才可使連接系統(tǒng)30的觸點(diǎn)32、34脫離。車輛、連接 系統(tǒng)30或充電站16上的指示器(未示出)可指示連接系統(tǒng)30的鎖定/解鎖狀態(tài)。圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的圖2所示充電系統(tǒng)的示意圖。除了針對(duì)圖2所示 的之外，充電站16還包括用于在充電站16可用的各充電槽10、12的多相變壓器112、114。 多相變壓器112、114提供電力電子器件20與電力母線36的電隔離。另外，雙向DC-AC電 壓逆變器60經(jīng)由接觸器48、50的輸出并行工作，而從并行操作去除經(jīng)由接觸器52-56至雙 向DC-AC電壓逆變器60的輸入。雖然示出Y-Δ (wye-delta)三相變壓器，但是預(yù)期其它布 置(例如Z字形繞組布置)可用于實(shí)現(xiàn)備選的波形相移，以便減小公用電網(wǎng)上的諧波電流。 多相變壓器112、114還允許選擇最需要的AC電壓來給電力電子器件20饋電。車輛4、6還包括充電電阻器116和充電接觸器118。在本發(fā)明的實(shí)施例中，充電接 觸器118可閉合，以便當(dāng)能量存儲(chǔ)裝置22的電壓在能量存儲(chǔ)裝置22的初始充電期間低于 預(yù)定閾值時(shí)限制流入能量存儲(chǔ)裝置22的電流。圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的車輛6的牽引系統(tǒng)120的示意圖。適當(dāng)時(shí)將相 對(duì)于相同參考標(biāo)號(hào)論述牽引系統(tǒng)58和120共同的要素和組件。除了與牽引系統(tǒng)58共同的 組件之外，牽引系統(tǒng)120還包括第二能量存儲(chǔ)裝置122，第二能量存儲(chǔ)裝置122耦合到DC母 線62以將電力提供給雙向DC-AC電壓逆變器60，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)沈和輪觀(圖1所示)。 在一個(gè)實(shí)施例中，第二能量存儲(chǔ)裝置122是低電壓能量存儲(chǔ)裝置，并且可以是蓄電池、燃料 電池、超級(jí)電容器等。第一能量存儲(chǔ)裝置22可配置成提供比第二能量存儲(chǔ)裝置122更高 的電力，以便在例如車輛的加速期期間提供電力。第二能量存儲(chǔ)裝置122可配置成提供比 第一能量存儲(chǔ)裝置22更高的能量，以便向車輛提供更持久電力從而增加其行駛距離。如圖 4所示，在一個(gè)實(shí)施例中，第一能量存儲(chǔ)裝置22是超級(jí)電容器。多個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器124、126、128配置成將一個(gè)DC電壓轉(zhuǎn)換成另一個(gè)DC 電壓。雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器可經(jīng)由與接觸器132耦合的結(jié)點(diǎn)130耦合到第二能 量存儲(chǔ)裝置122，并且耦合到DC母線62。每個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器包括耦合到 半相模塊對(duì)136、138的電感器134。為了便于說明，半相模塊136、138示為包括絕緣柵雙極 晶體管(IGBT)。但是，本發(fā)明的實(shí)施例并不局限于IGBT?？墒褂萌魏芜m當(dāng)?shù)碾娮娱_關(guān)，例 如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、碳化硅(SiC)MOSFET、雙極結(jié)型晶體管(BJT) 和金屬氧化物半導(dǎo)體可控閘流管(MCT)?？刂破鱉經(jīng)由線路104耦合到雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器124-128，并且經(jīng)由第二能 量存儲(chǔ)裝置122提供的能量通過控制雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器來升高，以便向DC母 線62提供更高電壓。經(jīng)由第二能量存儲(chǔ)裝置122提供到DC母線62的能量經(jīng)由雙向DC-AC 電壓逆變器60進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并且被提供給電動(dòng)機(jī)機(jī)電裝置26。類似地，在再生制動(dòng)模式期間所生成的能量也可用于經(jīng)由雙向DC-AC電壓逆變器60并且經(jīng)由雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器 124-128的抵償(bucking)控制來對(duì)第二能量存儲(chǔ)裝置122再充電。如圖4所示，車輛6的雙向DC-AC電壓逆變器60沒有直接并聯(lián)地耦合到第二能量 存儲(chǔ)裝置122。而是如上所述，提供到DC母線62以對(duì)第二能量存儲(chǔ)裝置122充電的電力 經(jīng)由雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器124-128的抵償控制來控制。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第二能量 存儲(chǔ)裝置122的電壓容量低于電力母線36上電壓的整流電壓。相應(yīng)地，雙向DC-AC電壓逆 變器60無需升高電力母線36上的電壓，而是可用于簡單地對(duì)電力母線電壓整流。也就是 說，半相模塊68-78中的開關(guān)在使用充電站16對(duì)第二能量存儲(chǔ)裝置122的充電操作中無需 經(jīng)由控制器M來切換或控制。雖然雙向DC-AC電壓逆變器60無需升高電力母線36上的 電壓，但仍然可控制它來進(jìn)行這種操作。另外，例如圖3中所示多相變壓器112的隔離或多 相變壓器可按如上所述與圖4所示的充電站16配合使用。如果沒有使用半相模塊68-78 的切換控制而使得來自電力母線36的電流沒有經(jīng)由切換控制來整形，則可通過采用隔離 變壓器的各種相移布置來減小諧波以取消諧波電流。為了對(duì)第二能量存儲(chǔ)裝置122快速充電，控制器M和40可共同協(xié)作以閉合接觸 器48、50以及牽引系統(tǒng)120中耦合到第二能量存儲(chǔ)裝置122的接觸器132，使得例如從其它 車輛或者從非車輛充電單元18所提供的來自共享DC電壓母線38的電流可與雙向DC-DC 電壓轉(zhuǎn)換器所提供的充電電流相結(jié)合?？刂破鱉和40還可共同協(xié)作以閉合接觸 器48、50而斷開接觸器132，使得車輛6可共享其電力電子器件20以便對(duì)耦合到充電站16 的另一車輛的能量存儲(chǔ)裝置快速充電。圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的車輛6的牽引系統(tǒng)120的示意圖。如圖5所 示，第一能量存儲(chǔ)裝置22是例如以上所述的蓄電池、燃料電池等的高電壓能量存儲(chǔ)裝置， 并且具有比電力母線36上電壓的整流電壓更高的電壓容量。在實(shí)施例中，第二能量存儲(chǔ)裝 置122可配置成具有功率極限，該功率極限不允許如以上針對(duì)圖4所述的高功率快速充電。 在這個(gè)實(shí)施例中，通過共享DC電壓母線38供應(yīng)給車輛6的充電電流經(jīng)由雙向DC-DC電壓 轉(zhuǎn)換器的升壓控制，連同經(jīng)由雙向DC-AC電壓逆變器60的相位80-84的升壓控制 提供給DC母線62的充電電流一起，被引導(dǎo)到車輛6的DC母線62。DC母線62上的充電電 流通過接觸器66被引導(dǎo)到能量存儲(chǔ)裝置22，以便對(duì)能量存儲(chǔ)裝置22快速充電。這樣，牽引 系統(tǒng)120的六個(gè)通道可用于對(duì)能量存儲(chǔ)裝置22快速充電。在一個(gè)實(shí)施例中，第二能量存儲(chǔ) 裝置122的充電可通過下列步驟來實(shí)現(xiàn)斷開接觸器48、50，閉合接觸器132，以及抵償通 過能量存儲(chǔ)裝置22向其供應(yīng)或者通過對(duì)來自電力母線36的電力的整流向其供應(yīng)的DC母 線62上充電電流。圖6示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的圖5中牽引系統(tǒng)120的示意圖。接觸器140 耦合到結(jié)點(diǎn)142，結(jié)點(diǎn)142耦合在第二能量存儲(chǔ)裝置122與接觸器132之間。如圖所示，雙 向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器128耦合到結(jié)點(diǎn)142，而雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器124、126保持與結(jié)點(diǎn) 130 華禹ο在這個(gè)實(shí)施例中，能夠經(jīng)由牽引系統(tǒng)120的六個(gè)通道對(duì)能量存儲(chǔ)裝置22充電，如 以上針對(duì)圖5所述。也就是說，通過斷開接觸器140并且通過閉合接觸器132，雙向DC-DC 電壓轉(zhuǎn)換器和雙向DC-AC電壓逆變器60的相位80-84可在升壓模式中進(jìn)行控制， 以便經(jīng)由DC母線62和接觸器66向能量存儲(chǔ)裝置22提供充電電流。
備選地，能夠經(jīng)由牽引系統(tǒng)120的五個(gè)通道向能量存儲(chǔ)裝置22充電，同時(shí)經(jīng)由牽 引系統(tǒng)120的一個(gè)通道對(duì)第二能量存儲(chǔ)裝置122充電。也就是說，控制器M可斷開接觸器 132，并且使雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器124-1 和雙向DC-AC電壓逆變器60的相位80-84處 于升壓模式以向DC母線62提供充電電流?？刂破鱉則可閉合接觸器66，以便控制能量存 儲(chǔ)裝置22的快速充電。另外，控制器M還可閉合接觸器140，并且在抵償模式中控制雙向 DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器128，以便對(duì)第二能量存儲(chǔ)裝置122充電。圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中充電系統(tǒng)2的另一部分的示意圖。圖7示出車輛 6和非車輛充電單元18的示范示意圖。充電單元18包括AC-DC電壓逆變器144，AC-DC電 壓逆變器144可經(jīng)由DC母線146并經(jīng)由接觸器48、50耦合到共享DC電壓母線。DC鏈路濾 波電容器148耦合在DC總線146兩端。AC-DC電壓逆變器144包括六個(gè)半相模塊150、152、 154、156、158和160，它們組對(duì)以形成三相162、164和166。各相162、164、166耦合到DC母 線146的導(dǎo)體對(duì)168、170?？刂破?72經(jīng)由多條線路174耦合到半相模塊150-160，并且連 同多個(gè)相應(yīng)電感器176、178、180 —起控制相應(yīng)半相模塊對(duì)150-152、154-156、158-160，以 便升高從電力母線36向其供應(yīng)的電力的電流和/或電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，電感器176-180 是位于充電系統(tǒng)16中的高頻電感器組件。在另一個(gè)實(shí)施例中，電感器176-180表示電力母 線36的線路變壓器的漏電感。充電單元18可包含在充電系統(tǒng)2中，以便進(jìn)一步增加對(duì)單個(gè)車輛快速充電可用的 電力。另外，充電單元18允許以比從車輛6的車載電力電子器件20可用的更高功率等級(jí) 對(duì)能量存儲(chǔ)裝置22快速充電，即使在沒有其它車輛耦合到充電站16或者沒有其它車輛配 置成共享其電力電子器件時(shí)。與通過使用獨(dú)占非車載電力電子器件進(jìn)行快速充電相比，將 車輛6的車載電力電子器件20與充電單元18的電力電子器件進(jìn)行組合允許從較低費(fèi)用、 較低額定功率的非車載充電器對(duì)車輛6的能量存儲(chǔ)裝置22快速充電。例如，如果車輛6的 車載功率電子器件20額定為99kW并且充電單元18的非車載電力電子器件額定為IOOkW, 則可給車輛6的能量存儲(chǔ)裝置22提供199kW的快速充電電力。如果兩個(gè)其它車輛、如車輛 4和8也耦合到充電站16并且配置成共享其各自額定為99kW的電力電子器件20，則可給 車輛6的能量存儲(chǔ)裝置22提供397kW的快速充電電力。這個(gè)示例中指定的額定功率只是 示范性的，并且預(yù)期其它額定功率。例如，可設(shè)計(jì)充電單元18使得其電力電子器件額定為 高于100kW。充電單元18的額定功率設(shè)計(jì)可部分基于構(gòu)造充電系統(tǒng)2的復(fù)雜度和成本。圖8是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的圖7中充電單元18的示意圖。適當(dāng)時(shí)將相對(duì) 于相同參考標(biāo)號(hào)論述圖7和圖8所示充電單元18共同的要素和組件。除了與圖7的充電 單元18共同的組件之外，圖8的充電單元18還包括可經(jīng)由接觸器186耦合到DC母線184 的能量存儲(chǔ)裝置182。能量存儲(chǔ)裝置182配置成向共享DC電壓母線38提供附加電力。在 一個(gè)實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)裝置182是高電壓能量存儲(chǔ)裝置，并且可以是蓄電池、飛輪系統(tǒng)、 燃料電池、超級(jí)電容器等。多個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器188、190、192配置成將一個(gè)DC電壓轉(zhuǎn)換成另一個(gè)DC 電壓。雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器188-192耦合到DC母線184，并且可經(jīng)由接觸器186耦合到 能量存儲(chǔ)裝置182。每個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器188-192包括電感器194，電感器194耦 合到半相模塊對(duì)196、198。為了便于說明，半相模塊196、198示為包括絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)。但是，本發(fā)明的實(shí)施例并不局限于IGBT?？墒褂萌魏芜m當(dāng)?shù)碾娮娱_關(guān)，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、碳化硅(SiC)MOSFET、雙極結(jié)型晶體管(BJT)和金屬氧 化物半導(dǎo)體可控閘流管(MCT)。雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器188-192可經(jīng)由接觸器200耦合到 接觸器50，并且DC母線146可經(jīng)由接觸器202耦合到接觸器50。接觸器204配置成將DC 母線146耦合到DC母線184。另外，控制器172經(jīng)由線路174耦合到雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換 器 188-192。能量存儲(chǔ)裝置182允許以比單獨(dú)從AC-DC電壓逆變器144可用的更高功率等級(jí) 對(duì)車輛能量存儲(chǔ)裝置、如車輛6的能量存儲(chǔ)裝置22快速充電。在使用AC-DC電壓逆變器 144和能量存儲(chǔ)裝置182的車輛充電操作期間，控制器172使接觸器204斷開，并且使接觸 器186、200和202閉合。然后，控制器172連同電感器176-180 —起控制相應(yīng)半相模塊對(duì) 150-152、154-156、158-160，以便升高從電力母線36向其供應(yīng)的電力的電流和/或電壓，并 且將升高的電流/電壓傳送到共享DC電壓母線38。另外，控制器172控制雙向DC-DC電 壓轉(zhuǎn)換器188-192以抵償來自能量存儲(chǔ)裝置182的電壓，并且將升高的電流傳送到共享DC 電壓母線38?？瑟?dú)立控制DC母線146和DC母線184，以便向共享DC電壓母線38提供能 量。可通過閉合接觸器186、204并且通過斷開接觸器200、202，對(duì)能量存儲(chǔ)裝置182 充電。這樣，控制器172連同電感器176-180 —起控制相應(yīng)半相模塊對(duì)150-152、154-156、 158-160，以便升高從電力母線36向其供應(yīng)的電力的電壓，并且將升高的電壓傳送給能量 存儲(chǔ)裝置182。在本發(fā)明的實(shí)施例中，對(duì)能量存儲(chǔ)裝置182的充電可在例如對(duì)電力母線36 上電力的低需要和低成本時(shí)段期間執(zhí)行。能量存儲(chǔ)裝置182可用于增大在高需要或高成本 的時(shí)段期間、例如在高溫期期間經(jīng)由AC-DC電壓逆變器144提供到共享DC電壓母線38的 電力。圖9是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的圖8中充電單元18的示意圖。適當(dāng)時(shí)將相對(duì) 于相同參考標(biāo)號(hào)論述圖7-9所示充電單元18共同的要素和組件。除了與圖7和圖8的充 電單元18共同的組件之外，圖9的充電單元18還包括可經(jīng)由接觸器208耦合到雙向DC-DC 電壓轉(zhuǎn)換器192的第二能量存儲(chǔ)裝置206。在一個(gè)實(shí)施例中，第二能量存儲(chǔ)裝置206是低電 壓能量存儲(chǔ)裝置，并且可以是蓄電池、燃料電池、超級(jí)電容器等。能量存儲(chǔ)裝置182可配置 成提供比第二能量存儲(chǔ)裝置206更高的電力。第二能量存儲(chǔ)裝置206可配置成提供比能量 存儲(chǔ)裝置182更高的能量。雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器188、190可經(jīng)由接觸器210耦合到接觸 器50。第二能量存儲(chǔ)裝置206允許以比從AC-DC電壓逆變器144和能量存儲(chǔ)裝置182可 用的更高功率等級(jí)對(duì)車輛能量存儲(chǔ)裝置、如車輛6的能量存儲(chǔ)裝置22快速充電。在使用 AC-DC電壓逆變器144、能量存儲(chǔ)裝置182和第二能量存儲(chǔ)裝置206的車輛充電操作期間， 控制器172使接觸器204斷開，并且使接觸器186、202、208和210閉合。然后，控制器172 連同電感器176-180 —起控制相應(yīng)半相模塊對(duì)150-152、154-156、158-160，以便升高從電 力母線36向其供應(yīng)的電力的電壓，并且將升高的電壓傳送到共享DC電壓母線38。控制器 172控制雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器192以升高來自第二能量存儲(chǔ)裝置206的電壓，并且將升 高的電壓傳送到DC母線184?？刂破?72還控制雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器188-190以抵償 來自能量存儲(chǔ)裝置182的電壓和來自第二能量存儲(chǔ)裝置206的升高電壓，并且將升高的電 流/電壓傳送到共享DC電壓母線38。可獨(dú)立控制DC母線146和DC母線184，以便向共享DC電壓母線38提供能量。另外，可獨(dú)立控制接觸器186、208和雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器 188-190，以便轉(zhuǎn)換來自能量存儲(chǔ)裝置182或者第二能量存儲(chǔ)裝置206的能量，供傳送到共 享DC電壓母線38?？赏ㄟ^閉合接觸器204、208并且通過斷開接觸器186、202、210，對(duì)第二能量存儲(chǔ) 裝置206充電。這樣，控制器172連同電感器176-180 —起控制相應(yīng)半相模塊對(duì)150-152、 154-156、158-160，以便升高從電力母線36向其供應(yīng)的電力的電流和/或電壓，并且將升高 的電壓傳送到DC母線184。從DC母線84，經(jīng)由雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器192的抵償控制將 電流/電壓提供給第二能量存儲(chǔ)裝置206。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)能量存儲(chǔ)裝置 182的充電可在例如對(duì)電力母線36上電力的低需求和低成本時(shí)段期間執(zhí)行。能量存儲(chǔ)裝置 182可用于增大在高需求或高成本的時(shí)段期間、例如在高溫期期間經(jīng)由AC-DC電壓逆變器 144提供到共享DC電壓母線38的電力?？刂破?72可斷開接觸器202、204、210并閉合接 觸器186、208，并且控制雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器192以抵償從能量存儲(chǔ)裝置182提供到DC 母線184的能量。圖10是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的充電系統(tǒng)2的示意框圖。如圖10所示，接觸 器組42、44定位在車輛4、6上。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，車輛4、6的控制器M配置成控制接觸器 48-56，并且經(jīng)由電力母線36上的電力線路通信或者經(jīng)由如上所述的其它通信模式相互通 信。這樣，充電站16僅提供到電力母線36和共享DC電壓母線38的連接供充電、快速充電 和共享車輛4、6之間的電力電子器件20。車輛4、6的控制器M配置成針對(duì)快速充電及它 們之間的電力電子器件共享相互通信。雖然圖10中僅示出車輛4和6，但是預(yù)期兩個(gè)以上 車輛可按照所示方式進(jìn)行配置并且耦合在一起。圖10還示出與車輛4、6耦合的連接系統(tǒng)30的實(shí)施例。這樣，耦合到配套觸點(diǎn)34 并且將各車輛4、6耦合到充電站16的接電繩或系繩212可從充電站16延伸并且由充電 站16供應(yīng)而不是設(shè)置在車輛4、6上，以便減少車輛4、6的成本和/或重量。因此，本發(fā)明的實(shí)施例使用已經(jīng)在牽引控制系統(tǒng)上的例如逆變器和轉(zhuǎn)換器的組件 對(duì)牽引控制系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置充電，并且向共享模式中的其它牽引控制系統(tǒng) 提供充電電流。這樣，這些組件可用于對(duì)能量存儲(chǔ)裝置進(jìn)行監(jiān)測和再充電的雙重目的。使 用一個(gè)或多個(gè)車輛的車載組件對(duì)另一個(gè)車輛的能量存儲(chǔ)裝置快速充電允許非車載充電站 具有簡單的低成本設(shè)計(jì)。另外，充電可按照節(jié)省費(fèi)用的定價(jià)計(jì)劃來組織，使得當(dāng)選擇共享其 它車輛的車輛電力電子器件的選項(xiàng)時(shí)，充電變得更具成本效益。因此，車載能量存儲(chǔ)裝置的 快速、迅速充電可通過車輛電力電子器件共享來實(shí)現(xiàn)，使得與構(gòu)建成為單獨(dú)快速充電而提 供高級(jí)別電流和電力的非車載充電站相比，非車載充電站可按照更具成本效益的方式構(gòu)成 和操作。所公開設(shè)備的技術(shù)貢獻(xiàn)在于，它提供通過使用一個(gè)或多個(gè)附加電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的共享 電力電子器件來對(duì)一個(gè)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)快速充電的控制器實(shí)現(xiàn)技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種設(shè)備包括電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第 一能量存儲(chǔ)裝置，配置成存儲(chǔ)DC能量；以及第一電壓轉(zhuǎn)換器，配置成把來自第一能量存儲(chǔ) 裝置的所存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換成配置成驅(qū)動(dòng)機(jī)電裝置的第一電壓。第一電壓轉(zhuǎn)換器還配置成把來 自遠(yuǎn)程電源的第二電壓轉(zhuǎn)換成配置成對(duì)第一能量存儲(chǔ)裝置充電的第一充電電壓。該設(shè)備還 包括第一控制器，配置成控制第一電壓轉(zhuǎn)換器將第二電壓轉(zhuǎn)換成第一充電電壓，以及在充電操作模式期間將第一充電電壓提供給第一能量存儲(chǔ)裝置，并且與定位于遠(yuǎn)離電力電子能 量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的第二控制器通信，以便在充電操作模式期間使第二充電電壓被提供給第一能 量存儲(chǔ)裝置，從而對(duì)第一能量存儲(chǔ)裝置快速充電。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種方法包括將第一能量存儲(chǔ)裝置耦合到第一電壓 轉(zhuǎn)換器，其中第一能量存儲(chǔ)裝置配置成存儲(chǔ)電能，以及其中第一電壓轉(zhuǎn)換器配置成把來自 第一能量存儲(chǔ)裝置的所存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換成配置成驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的第一電壓，并且把來自第一遠(yuǎn) 程電源的第二電壓轉(zhuǎn)換成配置成對(duì)第一能量存儲(chǔ)裝置充電的第一充電電壓。該方法還包括 將第一控制器耦合到第一電壓轉(zhuǎn)換器，并且將第一控制器配置成使第一電壓轉(zhuǎn)換器將第二 電壓轉(zhuǎn)換成第一充電電壓，以及在快速充電操作模式期間將第一充電電壓提供給第一能量 存儲(chǔ)裝置。該方法還包括將第一控制器配置成在快速充電操作模式期間使來自第二遠(yuǎn)程電 源的第二充電電壓被提供給第一能量存儲(chǔ)裝置，以便對(duì)第一能量存儲(chǔ)裝置快速充電。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，一種系統(tǒng)包括第一電力母線、第二電力母線和第一 車輛。第一車輛包括第一能量存儲(chǔ)裝置，配置成存儲(chǔ)DC能量；第一電動(dòng)機(jī)；以及第一電壓 轉(zhuǎn)換器，配置成把來自第一能量存儲(chǔ)裝置的所存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換成配置成驅(qū)動(dòng)第一電動(dòng)機(jī)的電 動(dòng)回轉(zhuǎn)電壓，并且把來自第一電力母線的第一電壓轉(zhuǎn)換成配置成對(duì)第一能量存儲(chǔ)裝置充電 的第一充電電壓。第一車輛還包括第一控制器，配置成控制第一電壓轉(zhuǎn)換器將第一電壓轉(zhuǎn) 換成第一充電電壓，并且將第一充電電壓提供給第一能量存儲(chǔ)裝置。該系統(tǒng)還包括第一能 量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，定位于遠(yuǎn)離第一車輛并且包括第二電壓轉(zhuǎn)換器，第二電壓轉(zhuǎn)換器配置成把來 自第一電力母線的第一電壓轉(zhuǎn)換成配置成對(duì)第一車輛的第一能量存儲(chǔ)裝置充電的第二充 電電壓。第一能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還包括第二控制器，配置成控制第二電壓轉(zhuǎn)換器將第一電壓轉(zhuǎn) 換成第二充電電壓，以及將第二充電電壓提供給第二電力母線，并且與第一控制器通信以 使第二充電電壓從第二電力母線被提供給第一能量存儲(chǔ)裝置，從而對(duì)第一能量存儲(chǔ)裝置快 速充電。雖然僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)易于理解，本發(fā)明并 不局限于這類公開的實(shí)施例。相反，可修改本發(fā)明以結(jié)合前面沒有描述的任何數(shù)量的變化、 變更、替換或等效配置，但它們與本發(fā)明的精神和范圍一致。另外，雖然已經(jīng)描述本發(fā)明的 各個(gè)實(shí)施例，但是要理解，本發(fā)明的方面可以僅包含所述實(shí)施例的一部分。因此，本發(fā)明不 能被看作受到以上描述限制，而僅由所附權(quán)利要求書的范圍來限制。部件清單
2充電系統(tǒng)
4多個(gè)車輛
6多個(gè)車輛
8多個(gè)車輛
10相應(yīng)充電__或插座
12相應(yīng)充電__或插座
14相應(yīng)充電__或插座
16充電站
18非車輛充電單元
20多個(gè)電力電子器件
22至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置24控制器26機(jī)電裝置或電動(dòng)機(jī)28機(jī)械耦合到一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)輪或車軸30連接系統(tǒng)32包括配套觸點(diǎn)34包括配套觸點(diǎn)36電力母線38共享DC電池母線40控制器42多個(gè)接觸器組44多個(gè)接觸器組46多個(gè)接觸器組48接觸器對(duì)50接觸器對(duì)52多個(gè)接觸器54多個(gè)接觸器56多個(gè)接觸器58牽引系統(tǒng)60雙向DC-AC電壓逆變器62DC 母線64DC鏈路濾波電容器66接觸器68包括六個(gè)半相模塊70包括六個(gè)半相模塊72包括六個(gè)半相模塊74包括六個(gè)半相模塊76包括六個(gè)半相模塊78包括六個(gè)半相模塊80組對(duì)以形成三相82組對(duì)以形成三相84組對(duì)以形成三相86導(dǎo)體對(duì)88導(dǎo)體對(duì)90多個(gè)繞組92多個(gè)繞組94多個(gè)繞組96 結(jié)點(diǎn)98 多個(gè)接觸器
100多個(gè)接觸器102多個(gè)接觸器104多條線路106多個(gè)相應(yīng)電感器108多個(gè)相應(yīng)電感器110多個(gè)相應(yīng)電感器112多相變壓器114多相變壓器116充電電阻器118充電接觸器120牽引系統(tǒng)122第二能量存儲(chǔ)裝置124多個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器126多個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器128多個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器130132接觸器134電感器136半相模塊對(duì)138半相模塊對(duì)140接觸器142
144AC-DC電壓逆變器146DC母線148DC鏈路濾波電容器150包括六個(gè)半相模塊152包括六個(gè)半相模塊154包括六個(gè)半相模塊156包括六個(gè)半相模塊158包括六個(gè)半相模塊160包括六個(gè)半相模塊162組對(duì)以形成三相164組對(duì)以形成三相166組對(duì)以形成三相168導(dǎo)體對(duì)170導(dǎo)體對(duì)172控制器174多條線路176多個(gè)相應(yīng)電感器
178多個(gè)相應(yīng)電感器
180多個(gè)相應(yīng)電感器
182能量存儲(chǔ)裝置
184DC母線
186接觸器
188多個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器
190多個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器
192多個(gè)雙向DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器
194電感器
196半相模塊對(duì)
198半相模塊對(duì)
200接觸器
202接觸器
204接觸器
206第二能量存儲(chǔ)裝置
208接觸器
210接觸器
212系繩。
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1權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括第一能量存儲(chǔ)裝置02，182)，配置成存儲(chǔ)DC能量；第一電壓轉(zhuǎn)換器(20，144)，配置成把來自所述第一能量存儲(chǔ)裝置02,18 的所存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換成配置成驅(qū)動(dòng)機(jī)電裝置 (26)的第一電壓；并且把來自遠(yuǎn)程電源(36)的第二電壓轉(zhuǎn)換成配置成對(duì)所述第一能量存儲(chǔ)裝置02，182)充 電的第一充電電壓；以及第一控制器(24,40，172)，配置成控制所述第一電壓轉(zhuǎn)換器00，144)將所述第二電壓轉(zhuǎn)換成所述第一充電電壓，并且 在充電操作模式期間將所述第一充電電壓提供給所述第一能量存儲(chǔ)裝置02,18 ；并且與定位于遠(yuǎn)離所述電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的第二控制器(M，40，172)通信，以便在所 述充電操作模式期間使第二充電電壓被提供給所述第一能量存儲(chǔ)裝置02，182)，從而對(duì)所 述第一能量存儲(chǔ)裝置02,18 快速充電。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一控制器(M，40，17 還配置成控制所述第一電壓轉(zhuǎn)換器00，144)在共享操作模式期間將所述第二電壓轉(zhuǎn)換成共享 充電電壓，并且將所述共享充電電壓提供給第二能量存儲(chǔ)裝置(22，182)，所述第二能量存儲(chǔ)裝置 (22,182)定位于遠(yuǎn)離所述電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)并且經(jīng)由共享電壓母線(38)耦合到所述 電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還包括 第二能量存儲(chǔ)裝置(122，206)，配置成存儲(chǔ)DC能量；第二電壓轉(zhuǎn)換器(1^-1 ，188-192)，配置成把來自所述第二能量存儲(chǔ)裝置(122， 206)的所存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換成第三電壓；以及其中，所述第一控制器( ，40，17 還配置成將所述第三電壓轉(zhuǎn)換成所述第一電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述第一控制器(M，40，17 還配置成控制所述第二電壓轉(zhuǎn)換器(124-128,188-19 將所述第一充電電壓轉(zhuǎn)換成第二充電 電壓，并且在所述充電操作模式期間將所述第二充電電壓提供給所述第二能量存儲(chǔ)裝置 (122，206)；以及控制所述第二電壓轉(zhuǎn)換器(124-128,188-19 在共享操作模式期間將所述第一充電 電壓轉(zhuǎn)換成共享充電電壓，并且將所述共享充電電壓提供給第三能量存儲(chǔ)裝置02，182)， 所述第三能量存儲(chǔ)裝置02，182)定位于遠(yuǎn)離所述電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)并且經(jīng)由共享電 壓母線(38)耦合到所述電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還包括 充電電阻器(116)；充電接觸器(118)，耦合到所述充電電阻器(116)；以及其中，所述第一控制器( ，40，17 還配置成控制所述充電接觸器(118)使得引導(dǎo)電 流在流入所述第一能量存儲(chǔ)裝置02,18 之前流經(jīng)所述充電電阻器(116)。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)位于第一車輛(4，6，8)上，并且所述第二控制器(M，40,17 位于與所述第一車輛(4，6，8)不同的第二車輛(4，6， 8)上。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述第一車輛(4，6，8)包括道路車輛、越野車輛、公 用卡車、叉車、高爾夫球車和社區(qū)電動(dòng)車輛中之一。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括 所述機(jī)電裝置06)；耦合到所述機(jī)電裝置06)的輪08)；以及其中，所述第一控制器( ，40，17 還配置成控制所述第一電壓轉(zhuǎn)換器00，144)將所 述所存儲(chǔ)電壓轉(zhuǎn)換成所述第一電壓，并且使所述第一電壓被提供給所述機(jī)電裝置06)以 驅(qū)動(dòng)所述輪08)。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述遠(yuǎn)程電源(36)是公用電網(wǎng)。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一能量存儲(chǔ)裝置02,18 包括蓄電池、飛 輪系統(tǒng)、燃料電池和超級(jí)電容器中之一。
全文摘要
一種設(shè)備包括電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一能量存儲(chǔ)裝置，配置成存儲(chǔ)DC能量；以及第一電壓轉(zhuǎn)換器，配置成把來自遠(yuǎn)程電源的第二電壓轉(zhuǎn)換成配置成對(duì)第一能量存儲(chǔ)裝置充電的第一充電電壓。該設(shè)備還包括第一控制器，配置成控制第一電壓轉(zhuǎn)換器將第二電壓轉(zhuǎn)換成第一充電電壓，以及在充電操作模式期間將第一充電電壓提供給第一能量存儲(chǔ)裝置，并且與定位于遠(yuǎn)離電力電子能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的第二控制器通信，以便在充電操作模式期間使第二充電電壓被提供給第一能量存儲(chǔ)裝置，從而對(duì)第一能量存儲(chǔ)裝置快速充電。
文檔編號(hào)H02J15/00GK102104280SQ20101061609
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者R.D.金, R.L.斯泰格瓦德 申請人:通用電氣公司