專利名稱：用于車輛的能量分配系統的制作方法
用于車輛的能量分配系統發明背景1. 發明領域本發明涉及一種適合與車輛一起使用的能量分配系統，例如但不限于 電力可驅動的車輛。2. 背景技術混合動力電動車(HEV)和電動車(EV)包含部分地和/或完全地由 于電能的作用來驅動車輛的能力。典型地，電能由高壓電源4是供給發動機 或其它電可操作的組件，以便以驅動或另外地移動車輛的方式來開動發動機。
在隨附的權利要求中詳細指出了本發明。然而，通過結合附圖參考下 列詳細描述，本發明的其它特征會變得更明顯，并且本發明會^l最好地理 解，其中圖1示出了根據本發明的一個非限制性方面的電驅動系統；圖2示出了根據本發明的一個非限制性方面的配電系統的特征；圖3示出了根據本發明的一個非限制性方面的逆變器(inverter)和變 換器(converter); 和圖4-6示出了才艮據本發明的一個非限制性方面的附加的逆變器和變換器。
具體實施方式
圖1示出了4艮據本發明的一個非限制性方面的電驅動系統10。驅動系 統IO可配置為或另外地適合于用在HEV或EV中，以支持基于電的操作， 例如但不限于與驅動電力發動機或負載有關的操作。該系統通常包括高壓 電池/能源12，其用于將高壓能量提供給與車輛有關的電負載16。出于示例性的目的，且不旨在限制本發明的范圍和意圖，負載16主 要是關于作為適合于驅動車輛的電力發動機而被描述的。然而，本發明并 不旨在如此限制，而是完全地將負載16設想為AC電源設備，不論其被包 括在車輛上和/或另外地連接到車輛上。可包括配電系統14，以有助于在能源12與負載16,以及可選地連接 到其上的其它設備和網絡之間傳遞能量。配電系統14可被配置為或另外 地適合于在驅動負載時將DC能量轉換為AC能量，并且在對電池重新充 電時將AC能量轉換為DC能量。以這種方式，配電系統14可作為能夠轉 換相對高的電壓的雙向逆變器，以便容易從家用墻壁電源插座或其它電源 給所述能源充電。圖2示出了根據本發明的一個非限制性方面的配電系統14的特征。 這些特征可包括輸入濾波器20、 DC/AC逆變器22、 AC/AC變換器24和 輸出濾波器26。濾波器可配置為濾除噪聲和其它來自所傳遞的能量的變 量。逆變器22和變換器24可以被配置和相應地用控制器或其它部件(沒 有顯示)控制，以有助于期望的轉換過程，也就是說，轉換能量以有助于 給AC負載供能和/或有助于給電池充電。關于依賴于連接到DC/AC變換器的DC/DC的系統，DC/AC逆變器 22和AC/AC變換器24的組合被認為是獲取低的總諧波閾值(total harmonic threshold, THD )的高電壓AC輸出的有效方式。DC/DC DC/AC級逆變器 的輸出濾波器往往體積大，這是因為功率因數校正采用主要是扼流圈 (choke)和電力電容器的無源元件實現。當使用本發明的AC/AC變換器 時，可以以有源方式進行功率因數才交正，從而減少輸出濾波器組件的大小、6重量和成本。圖3示出了才艮據本發明的 一 個非限制性方面的逆變器22和變換器24 。 逆變器22和變換器24可彼此連接以提供集成的結構。逆變器22可構造 為全橋逆變器，變換器24可構造為全橋變換器。逆變器22和變換器24 的這些特殊結構被認為提供了優于其它裝置，如半橋變換器30 (圖4)、 推挽式逆變器32 (圖5)、半橋逆變器34 (圖6)的性能。然而，本發明 并不旨在如此限制，而是充分考慮使用這些其它結構中的任意一個。關于半橋逆變器(圖4 )，盡管設計僅需要兩個功率MOSFET ( Ml和 M2)，但是與全橋變換器相比，需要兩個額外的電力電容(Cpl和Cp2)。 此外，因為電流誘發(solicitation in current )較高,所以相對于半橋逆變器 的較小的相應部件來說，MOSFET和變壓器必須是尺寸特別大的。這些差 別增大了系統的尺寸、重量和成本。而且，由于MOSFET中的電流應力較 高，所以該功率MOSFET比全橋變換器的MOSFET消耗更多的能量。后 者增大了半導體中的損耗且產生熱點，這些非常難以控制，因此使得所需 的冷卻臺更加昂貴并且難以進行設計來清除這種能量損耗。由于半導體必 須承受兩倍的DC/AC逆變器的輸入電流的事實，而這可能會導致使用不 常見且昂貴的功率MOSFET，因此進一步加重了成本增加。推"^免式逆變器(圖5)比半橋逆變器更不適用，這是因為半導體必須 承受兩倍的DC/AC逆變器的輸出電流，而這可能會導致使用不常見且昂 貴的功率MOSFET (Ml和M2)。此外，由于初級變壓器的分4妾，在初級因此，為了防止這個電壓峰值的產生，可能需要緩沖器，而由于緩沖器的 存在就使得設計更加復雜、更大、更重并且更加昂貴。因此本發明一個方面的全橋逆變器(圖3 )22的配置被選作解決方案， 這是因為它使用標準的功率MOSFET ( Ml-M4 )并且因為它使用未分接的 初級繞組(LI)以及沒有緩沖器。此外，因為全橋可用作ZVT (零電壓轉 換)，由此當開關兩端的電壓為0時，接通功率MOSFET (Ml-M4)的開 關，使損耗減到最少，因此使本發明的4開關應用得以實現。這項功能對 半橋逆變器和推挽式逆變器不可行，這是因為只使用了 2個功率開關。再來談談變換器，對于單向操作，半橋AC/AC變換器(圖6)可由兩 個開關(Q1，Q4)和兩個二極管(D1,D3)組成。如果需要雙向逆變器/電 池充電器，那么可^f吏用兩個上部開關(Q1,Q2 )和兩個上部二^f及管(D1，D2 ) 以及兩個下部開關(Q3,Q4)和兩個下部二極管(D3,D4)。圖2-3中描繪的配電系統14由DC/AC逆變器22和AC/AC變換器24 組成。DC/AC級可配置為由四個功率MOSFET (Ml-M4)和與四個功率 MOSFET中的每個并聯的四個二極管(Dl-D4)組成的全橋逆變器。單向 全橋AC/AC變換器可由一個右上和左上開關(Q1,Q5 )和一個左上和右上 二極管(D1,D5)以及一個左下和右下開關(Q3，Q7)和一個左下和右下二 極管(D3，D7)組成。如果需要雙向逆變器/電池充電器，那么可使用兩個 左上和右上開關(Q1,Q2，Q5,Q6 )和兩個左上和右上二4及管(D1,D2，D5,D6 ) 以及兩個左下和右下開關(Q3，Q4,Q7，Q8 )和兩個左下和右下二極管 (D3,D4，D7，D8 )。變換器可在輸出處包括由兩個電感(L3和L4 )和電容 C2組成的共模濾波器，其中兩個電感可以耦合或不耦合并且電容C2與負 載并聯。與全橋DC/AC變換器比較，半橋變換器可能需要分接的次級繞組， 使其結構制造起來更加復雜并且產生泄漏電感。為了最小化DC/AC設計 中泄漏電感的眾所周知的不良效應，必須使用復雜的平面變壓器和緩沖器 以最小化橫跨功率IGBT的尖峰信號。此外，由于半導體必須承受兩倍的 DC/AC逆變器的輸入電流，這可能會導致使用不常見且昂貴的功率 MOSFET,這就可能進一步加重了成本增加。如所需要的，這里公開了本發明的詳細的實施例；然而，應理解，所 公開的實施例僅是本發明的示例，本發明可以不同和可選的形式體現。圖 形不必按比例繪制，某些部件可被放大或縮小以顯示特定元件的細節。因 此，這里公開的具體的結構和功能細節不應被解釋為限制性的，而僅是作 為權利要求的代表性基礎和/或作為教導本領域的技術人員的代表性基礎， 以不同地使用本發明。盡管已經示出和描述了本發明的實施例，但是并不旨在這些實施例顯 示和描述本發明的所有可能的形式。更確切地說，說明書中使用的詞語是描述性而不是限制性的詞語，且應理解，可進行各種變化且不背離本發明 的精神和范圍。
權利要求
1.一種配電系統，其用于轉換在車輛電池和車輛負載之間傳遞的能量，所述系統包括DC/AC逆變器，其與所述電池電連通，所述逆變器被配置為將DC能量轉換為AC能量；和AC/AC變換器，其與所述逆變器和車輛負載電連通，所述變換器被配置為變換來自所述逆變器的所述AC能量輸出，以用于到所述車輛負載的輸出。
2. 如權利要求1所述的系統，其中所述逆變器直接連接到所述變換器。
3. 如權利要求l所述的系統，其中所述逆變器是全橋逆變器。
4. 如權利要求3所述的系統，其中所述全橋逆變器包括四個開關。
5. 如權利要求l所述的系統，其中所述變換器是全橋變換器。
6. 如權利要求5所述的系統，其中所述全橋變換器包括有助于單向 操作的兩個開關。
7. 如權利要求5所述的系統，其中所述全橋變換器包括有助于雙向 才喿作的四個開關。
8. 如權利要求1所述的系統，其中所述變換器是全橋變換器且所述 逆變器是全橋逆變器。
9. 如權利要求1所述的系統，其中所述車輛負載是電力發動機，所 述電力發動機被配置為由于所述變換器的所述AC能量輸出的作用而驅動 所述車輛。
10. 如權利要求9所述的系統，其中所述發動機、變換器和逆變器為 雙向的，以便有助于用來自所述發動機的能量對所述電池充電。
11. 如權利要求l所述的系統，其中所述負載通過包括在所述車輛上的插頭連接到所述變換器，所述負載是與所述車輛相分離的。
12. 如權利要求l所述的系統，其中所述變換器和逆變器為雙向的， 以便有助于用來自連接到車輛插頭的家用墻壁電源插座的能量對所述電 池充電。
13. 如權利要求l所述的系統，其進一步包括用于對所述DC能量進 行濾波的輸入濾波器和用于對從所述變換器輸出的所述AC能量進行濾波 的的輸出濾波器。
14. 如權利要求l所述的系統，其進一步包括連接在所述變換器和所 述車輛負載之間的共模輸出濾波器。
15. 如權利要求14所述的系統，其中在所述車輛電池與逆變器之間 連接有共模濾波器。
16. 如權利要求15所述的系統，其中所述濾波器、逆變器和變換器 是通過接線盒而被包括在所述系統內的。
17. —種配電系統，其用于轉換在車輛電池與車輛負載之間傳遞的能 量，所述系統包括全橋DC/AC逆變器，其與所述電池電連通，所述逆變器被配置為將 DC能量轉化為AC能量；和全橋AC/AC變換器，其與所述逆變器和車輛負載電連通，所述變換 器被配置為變換來自所述逆變器的所述AC能量輸出，以用于到所述車輛 負載的輸出。
18. —種配電系統，其用于轉換在車輛電池與車輛負載之間傳遞的能 量，所述系統包括DC/AC逆變器，其與所述電池電連通，所述逆變器被配置為將DC能 量轉化為AC能量；AC/AC變換器，其與所述逆變器和車輛負載電連通，所述變換器被配 置為變換來自所述逆變器的所述AC能量輸出，以用于到所述車輛負載的 輸出；和其中所述變換器和逆變器是雙向的，以便有助于用來自連接到車輛插 頭的家用墻壁電源插座的能量和來自用于驅動所述車輛的電力發動機的 能量給所述電池充電。
19. 如權利要求18所述的系統，其中所述逆變器是全橋逆變器。
20. 如權利要求18所述的系統，其中所述變換器是全橋逆變器。
全文摘要
本發明涉及用于車輛的能量分配系統。一種配電系統，其被配置為有助于在能源與負載之間傳遞能量。該配電系統可配置為或另外地適合于在驅動該負載時將DC能量轉換為AC能量，以及在對該能源重新充電時將AC能量轉換為DC能量。
文檔編號B60L1/00GK101254757SQ20081000594
公開日2008年9月3日 申請日期2008年2月18日 優先權日2007年2月26日
發明者伊格納西奧·艾瓦雷茲-特隆科斯克, 雅恩·達羅曼 申請人:李爾公司