CN101372208B - 具有交叉链接的超级电容器网络的双端逆变器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有交叉链接的超级电容器网络的双端逆变器系统。一种用于车辆的AC牵引电动机的双端逆变器系统,其包括配置为提供DC电压的燃料电池,与燃料电池耦合的阻抗源逆变器子系统,DC电压源和耦合到DC电压源的逆变器子系统。阻抗源逆变器子系统包括超级电容器,其配置为驱动AC牵引电动机。逆变器子系统配置为驱动AC电力牵引电动机。超级电容器在耦合到燃料电池的交叉的LC网络中实现。

Description

具有交叉链接的超级电容器网络的双端逆变器系统
对相关申请的交叉引用
本申请要求在2007年7月30日申请的、序列号为60/952,784的美国临时专利申请的优先权(该临时专利申请的全部内容在此引用以供参考)。
技术领域
这里描述的主题通常涉及电力牵引系统。更特别地,该主题涉及用于混合动力或电动车辆的双端逆变器系统,该双端逆变器系统包括阻抗源逆变器和至少一个超级电容器,该超级电容器提供额外的能量用于驱动车辆。
背景技术
如今,技术上的发展以及在样式上的不断发展的体验,已经在汽车的设计上引起了重大变化。其中一个变化包括汽车中的功率使用和各种电气系统的复杂性,尤其是代用燃料车辆,例如混合动力、电动和燃料电池车辆。
包括用在电动和混合电动车辆中的电动机的许多电气部件从交流(AC)电源接收电功率。然而,在这些应用中使用的功率源(例如,电池(battery))只提供直流(DC)功率。因此,称为功率逆变器的设备被用来将DC功率转换为AC功率。另外,双端逆变器拓扑结构可以用来驱动带有两个DC功率源的单AC电动机。
在双端逆变器系统中可能希望使用燃料电池作为DC功率源。燃料电池(fuel cell)能够以许多低压电池的串联连接实现。这种类型的实施方式有利于低电压、大电流叠加(stack)技术。这些燃料电池动力系统要求升压转换器和另外的能量存储器以高效地运行高压电力牵引部件。然而,在车辆应用中使用单独的、不同的升压转换器和与燃料电池相关的逆变器部件是不现实的,因为这些附加的部件会增加车辆的成本、重量和制造复杂性。
发明内容
提供了一种用于车辆的AC牵引电动机的双端逆变器系统。该双端逆变器系统包括配置为提供DC电压的燃料电池,和耦合到燃料电池的阻抗源逆变器子系统。该阻抗源逆变器子系统包括超级电容器并且配置为驱动AC牵引电动机。该双端逆变器系统还包括DC电压源和耦合到DC电压源的逆变器子系统。该逆变器子系统配置为驱动AC电力牵引电动机。
还提供了用于具有AC牵引电动机的车辆的电力牵引系统的实施例。该电力牵引系统包括燃料电池、超级电容器和双端逆变器系统,其中燃料电池配置为提供驱动AC牵引电动机的DC电压,超级电容器配置为提供驱动AC牵引电动机的DC电压并且双端逆变器系统耦合到AC牵引电动机。该双端逆变器系统配置为使用从燃料电池获得的能量和从超级电容器获得的能量驱动AC牵引电动机。该双端逆变器系统包括耦合到AC牵引电动机的第一逆变器部分,耦合在第一逆变器部分和燃料电池之间的交叉LCX形链路(X-link)和耦合在超级电容器和AC牵引电动机之间的第二逆变器部分,其中交叉LCX形链路包括电池。
提供了用于车辆的AC牵引电动机的电力牵引系统的另一个实施例。该系统的此实施例包括燃料电池、可再充电电池和双端逆变器系统,其中燃料电池配置为提供驱动AC牵引电动机的DC电压,可再充电电池配置为提供驱动AC牵引电动机的DC电压并且双端逆变器系统耦合到AC牵引电动机。该双端逆变器系统配置为使用从燃料电池获得的能量和从可再充电电池获得的能量驱动AC牵引电动机。该双端逆变器系统包括:耦合到AC牵引电动机的第一逆变器部分;耦合在第一逆变器部分和燃料电池之间的交叉LCX形链路,交叉LCX形链路包括配置为提供驱动AC牵引电动机的DC电压的超级电容器;和耦合在可再充电电池和AC牵引电动机之间的第二逆变器部分。
提供发明内容以简单的形式介绍一些精选的概念,这些概念将在下面进行详细的描述。此发明内容并不是用来确定所要求保护的主题的关键特征或者实质特征,也不打算用来帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
结合以下附图,通过参考具体实施方式和权利要求书可以对本主题有更全面的了解,其中在所有附图中相同的附图标记表示相似的元件。
图1是合并了双端逆变器系统的实施例的示例性车辆的示意图。
图2是适于与电动或者混合电动车辆一起使用的双端逆变器系统的第一实施例的示意性电路图。
图3是适于与电动或者混合电动车辆的双端逆变器系统的第二实施例的示意性电路图。
图4是适用于电动或者混合电动车辆的双端逆变器系统的第三实施例的示意性电路图。
具体实施方式
下面的详细描述其本质仅仅是示例性的,并且不打算限制本主题的实施例或者这些实施例的应用和使用。如在这里使用的,词语“示例性的”意味着“作为例子,实例或例证”。在这里作为示例性描述的任何实施方式不必解释成相比其他实施方式是优选的或有利的。另外,并不打算受在前面的技术领域、背景技术、发明内容或者下面的详细描述中给出的明示的或暗含的理论的限制。
这里将根据功能和/或逻辑块部件,并且参考可以由各种计算部件或设备执行的操作、处理任务和功能的符号表示来描述各种技术和工艺。为了简洁起见,与逆变器、AC电动机控制、电动和混合电动车辆操作相关的传统技术,以及系统(和系统的各个操作部件)的其它功能方面将不再这里详细描述。另外,这里包括的各个附图中显示的连接线意在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。值得注意的是,在本主题的实施例中可以存在许多可选或者附加的功能关系或者物理连接。
如在这里使用的,“结点”意味着任何内部或外部的参考点、连接点、接头、信号线、导电元件等,在该点存在给定的信号、逻辑电平、电压、数据模式、电流或者量值。另外,两个或者多个结点可以通过一个物理元件实现(并且两个或者多个信号可以被多路复用、调制或者被区分,即使它们以共用模式被接收或输出)。
下面的描述涉及“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或零件(feature)。如这里所使用的,除非另有明确规定,“连接”表示一个元件/节点/零件直接接合到另一个元件/节点/零件(或者直接与其通信),并且不一定是通过机械方式。同样地,除非另有明确规定,“耦合”表示一个元件/节点/零件直接或间接地接合到另一个元件/节点/零件(或者直接或间接与其通信),并且不一定是通过机械方式。因此,虽然在图2-4中示出的示意图描绘了元件的示例性布置,但是在本主题的实施例中可以存在附加的插入元件、设备、零件或者部件。
这里将描述用于车辆的电力牵引系统的双端逆变器系统。该双端逆变器系统利用耦合到燃料电池的阻抗源逆变器拓扑结构和耦合到诸如可再充电电池的另一个DC能源的传统的逆变器拓扑结构。在某些实施例中,阻抗源逆变器拓扑结构包括在它的其中一个(或两个)交叉链接支路中的超级电容器。交叉链接的网络将燃料电池的电压升高到适合超级电容器的DC链路电压。该双端逆变器向电动机提供更高的电压并且在电池和超级电容器之间提供双向DC功率流(power flow)。在可替代的实施例中,超级电容器和电池互换以形成其中阻抗源逆变器在它的其中一个交叉链接支路中包括电池的拓扑结构。实际上,交叉链接电容器(cross link capacitor)中的一个或两个可以由超级电容器代替。
图1是合并了双端逆变器系统的实施例的示例性车辆100的示意图。车辆100优选地合并了如下面详细描述的双端逆变器系统。车辆100通常包括底盘102、车体104,四个车轮106和电子控制系统108。车体104位于底盘102上并且基本封闭车辆100的其它部件。车体104和底盘102可以共同形成车架。车轮106的每一个在靠近车体104的各个拐角与底盘102可转动地耦合。
车辆100可以是许多不同种类汽车中的任何一种,例如私家轿车,货车,卡车或者运动型多功能车(SUV),并且可以是两轮驱动(2WD)(即后轮驱动或者前轮驱动),四轮驱动(4WD),或者全轮驱动(AWD)。车辆100还可以合并许多不同类型的发动机和/或牵引系统中的任何一种或其组合,例如汽油或柴油燃料燃烧机,“灵活燃料型车辆”(FFV)发动机(即使用汽油和酒精的混合物),气体化合物(例如,氢气和天燃气)燃料发动机,燃烧/电动机混合发动机和电动机。
在图1中所示的示例性实施例中,车辆100是带有电力牵引系统的全电动或者混合电动车辆,并且车辆100还包括电动机(或者牵引电动机)110,提供DC电压的燃料电池112,提供另一个DC电压的第二DC能源114,双端逆变器系统116和散热器118。如图所示,燃料电池112和第二DC能源114与电子控制系统108和双端逆变器系统116可操作通信和/或电连接到电子控制系统108和双端逆变器系统116。需要注意的是在描述的实施例中车辆100不包括直流到直流(DC/DC)功率转换器作为其电力牵引推进系统的组成部分。
在一个实施例中,燃料电池112包括阳极、阴极、电解质(electrolyte)和催化剂。正如通常所理解的,阳极(或负电极)传导从例如氢分子中释放出的电子,使得它们可以用在外部电路中。阴极(或者正电极)将电子从外部电路传导回催化剂,在催化剂中电子可以与氢离子和氧重新结合形成水。电解质或者质子交换膜仅传导带正电的离子而阻挡电子,而催化剂促进氧和氢的反应。根据该实施例,可以使用电解质、燃料和氧化剂的不同组合,并且在本领域中可以理解的是这里讨论的主题适用于任何一种燃料电池。
在示例性实施例中,燃料电池112可以实现为通过串联(例如为了达到更高的电压电平)和/或并联(例如为了达到更高的电流)组合单个燃料电池形成的燃料电池堆(stack)或模块。在示例性实施例中,燃料电池112被适当地配置和控制以提供可变的DC电压。可以控制由燃料电池112产生的特定DC电压以符合双端逆变器系统116的需要。在实际的实施例中,适当地配置燃料电池112以提供在大约128到280伏范围内的DC电压。
车辆100使用的第二DC能源114可以实现为电池、电池组、超级电容器(ultracapacitor)、超电容器(supercapacitor)等。对于在这里描述的一个实施例,第二DC能源114是可再充电电池(或电池组),其可以提供在大约200到350伏范围内的DC电压。在可替代的实施例中,第二DC能源114是超级电容器,其可以被实施为相对于普通和一般的电容器具有非常高的能量密度的电化学双层电容器(EDLC)。例如,超级电容器可以具有比传统的电解电容器高数千倍的能量密度。当第二DC能源114被实施为超级电容器时,其提供在大约100到400伏范围内的DC电压。这种超级电容器可以具有范围在大约2到15法拉之间的电容。
电动机110优选地是三相交流(AC)电力牵引电动机,不过也可以采用具有不同相数的其它类型的电动机。如图1所示,电动机110还可以包括变速器或与其协作,使得电动机110和变速器可以通过一个或多个驱动轴120机械耦合到车轮106的至少一些上。散热器118连接到框架的外部,并且虽然没有详细示出,其包括含有例如水和/或乙二醇(即抗冻剂)的冷却流体(即冷却剂)的多冷却通道。散热器118耦合到双端逆变器系统116和电动机110,以便将冷却剂传送到这些部件。在一个实施例中,双端逆变器系统116接收并与电动机110共用冷却剂。在可选实施例中,双端逆变器系统116可以采用空气冷却。
电子控制系统108与电动机110,燃料电池112,第二DC能源114和双端逆变器系统116可操作通信。虽然没有详细示出,电子控制系统108包括各种传感器和例如逆变器控制模块,燃料电池控制器和车辆控制器的自动控制模块或者电子控制单元(ECU),和至少一个处理器和/或存储器,所述存储器包括存储在其上(或者在另一种计算机可读介质上)的用于执行如下面将要描述的过程和方法的指令。
图2是适于与电动或混合电动车辆一起使用的双端逆变器系统200的实施例的示意性电路图。在某些实施例中,双端逆变器系统116(图1中示出)可以以这种方式实现。如图2所描述的,双端逆变器系统200耦合到AC牵引电动机202,燃料电池204和电池206并且与它们协作。双端逆变器系统200通常包括但不限于:耦合到燃料电池204的阻抗源逆变器子系统208;耦合到电池206的逆变器子系统210,和耦合到阻抗源逆变器子系统208和逆变器子系统210的控制器212。为了保护燃料电池204,双端逆变器系统200可以使用耦合在燃料电池204和阻抗源逆变器子系统208之间的二极管214。双端逆变器系统200允许AC牵引电动机202由燃料电池204、电池206和阻抗源逆变器子系统208使用的第三能源(下面进行描述)供电。如下面将详细解释的,此拓扑结构还可以提供燃料电池204和电池206之间的电压匹配。
在一个实施例中,AC牵引电动机202是包括一组三个绕组216(或线圈)的三相电动机,每个绕组对应于AC牵引电动机202的一相,如通常所理解的。在一个实施例中,AC牵引电动机202的中性点(neutral point)展开使其形成6端子的三相电动机。虽然未示出,AC牵引电动机202包括定子总成(包括线圈)和转子总成(包括铁磁心),如本领域技术人员所理解的。
阻抗源逆变器子系统208包括逆变器部分218,逆变器子系统210包括逆变器部分220。对于该实施例,逆变器部分218和逆变器部分220每个都包括6个开关(例如,诸如晶体管的半导体器件),该开关具有反并联二极管(即通过晶体管开关的电流的方向与通过相应二极管的所允许的电流方向相反)。如图所示,阻抗源逆变器子系统208的逆变器部分218中的开关被布置为3对(或支路):对222,224和226。类似地,逆变器子系统210的逆变器部分220的开关被布置为3对(或支路):对228,230和232。该组绕组216中的第一绕组在其相对端电耦合在对222(逆变器部分218中)的开关和对228(逆变器部分220中)的开关之间。该组绕组216中的第二绕组耦合在对224(逆变器部分218中)的开关和对230(逆变器部分220中)的开关之间。该组绕组216中的第三绕组耦合在对226(逆变器部分218中)的开关和对232(逆变器部分220中)的开关之间。因此,每一个绕组的一端耦合到阻抗源逆变器子系统208,并且每一个绕组的相对端均耦合到逆变器子系统210。
阻抗源逆变器子系统208和逆变器子系统210配置为(根据特定的运行条件)单独地或共同地驱动AC牵引电动机202。在这方面,控制器212适当地配置为影响阻抗源逆变器子系统208和逆变器子系统210的操作以管理燃料电池204、电池206和AC牵引电动机202之间的功率传递。例如,控制器212优选配置为响应于从车辆驾驶员(例如,通过加速踏板)接收到的命令并且向阻抗源逆变器子系统208的逆变器部分218和逆变器子系统210的逆变器部分220提供控制信号或命令以控制逆变器部分218和220的输出。实际中,可以采用高频脉宽调制(PWM)技术控制逆变器部分218和220并且管理逆变器部分218和220产生的电压。
除了逆变器部分218,阻抗源逆变器子系统208包括耦合在逆变器部分218和燃料电池204之间的交叉的LC X形链路234。该交叉的LC X形链路234的特定实施例包括第一电感元件236,第二电感元件238,电容元件240和超级电容器242。电感元件236的一端耦合到结点244,电感元件236的另一端耦合到结点246。电感元件238的一端耦合到结点248,电感元件238的另一端耦合到结点250。如图2所示,逆变器部分218可以连接在结点246和250之间。在这方面,可以认为结点246和250是逆变器部分218的输入和/或输出结点。电容元件240的一端耦合到结点244,电容元件240的另一端耦合到结点250。超级电容器元件242的一端耦合到结点246,超级电容器元件242的另一端耦合到结点248。换言之,电容元件240耦合在电感元件236的第一端和电感元件238的第二端之间,而超级电容器242耦合在电感元件236的第二端和电感元件238的第一端之间。交叉的LC X形链路234中的部件的电感和电容基于例如逆变器部分218的开关频率,输出频率,可承受的波纹电流量等因素选择。如下面将详细描述的,交叉的LC X形链路234被配置和控制为促进阻抗源逆变器子系统208在升压或降压模式中的操作。
阻抗源逆变器子系统208通常以下面的方式操作。交叉的LC X形链路234理想地以逆变器部分218的开关频率的2倍(或6倍,基于控制方法)进行调制,因为在开关网络的关闭状态期间,交叉的LC X形链路234是有效的。在开关网络的关闭(off)状态期间(即所有上、下开关接通(on)),可以通过接通(turnon)相脚中的一个、两个或三个中的两个开关长达受控的持续时间而升高阻抗网络的有效电压。该导通状况(shoot-through condition)对电感器充电,在逆变器部分218的下一个有效状态期间,该电感器增加可用的有效DC链路电压。在这方面,阻抗源逆变器子系统208和交叉的LC X形链路234将根据已知的原理和技术工作。例如,已知的阻抗源功率逆变器的操作在美国专利号7,130,205中有所描述,其内容在此引入作为参考。
超级电容器242合适地配置为在某些条件下提供DC电压用于驱动AC牵引电动机202。换言之,超级电容器242代表第三能源(除了燃料电池204和电池206之外)。在优选的车辆配置中,超级电容器242可以用来存储再生制动能量。因此,为了容纳再生能量,可以控制双端逆变器系统200使得在超级电容器242中保持一定的最小容量。因此,控制器212还可以配置为影响阻抗源逆变器子系统208和逆变器子系统210的操作,以管理到超级电容器242和来自超级电容器242的功率传输。
对于示出的实施例,结点248耦合到燃料电池204的低电势端子(即地或其它参考),并且结点244耦合到二极管214的阴极。另外,二极管214的阳极耦合到燃料电池204的高电势端子。对于该特定的实施方式,二极管214连接在燃料电池204的正端子和结点244之间。在双端逆变器系统200操作期间,二极管214限制流入燃料电池204的电流。
燃料电池204可以由适当配置的燃料电池控制器252监控,管理和/或控制。燃料电池控制器252独立地控制和调节燃料电池204产生的电压。在这方面,燃料电池控制器252可以与控制器212通信,使得控制器212可以考虑燃料电池204产生的能量值进而根据需要控制双端逆变器系统200。换言之,燃料电池控制器252在此方案中起“引导者”的作用。
根据双端逆变器系统200的实施方式和配置方式,控制器212可以合适地配置成根据许多不同的操作模式控制阻抗源逆变器子系统208和/或逆变器子系统210。这样的操作模式可以包括但不限于:升压操作模式,传统的逆变器操作模式,再充电操作模式等。在升压操作模式中,阻抗源逆变器子系统208升高由燃料电池204产生的DC电压,以便与超级电容器242和/或电池206相兼容和匹配。为了维持升压操作模式,交叉的LC X形链路234运行以将结点246和250两端的电势增加到超过燃料电池204的电压的电压。更具体地说,升高结点246和250两端的电压使得其接近或者等于电池206的额定DC电压。结果,逆变器部分218的AC输出电压相对于通过传统的逆变器拓扑结构得到的AC输出电压更高。通过包括阻抗源逆变器子系统208而提供的该更高的电压可以用于在更有效的工作点操作双端逆变器系统200。对于这种类型的操作,燃料电池204或者向AC牵引电动机202提供有功功率或者提供零有功功率,使得逆变器部分218仅仅向AC牵引电动机202提供无功功率,用来改善双端逆变器系统200的功率系数。
控制器212还可以维持以传统的逆变器操作模式运行。在传统的逆变器操作模式中,控制器212维持由燃料电池204提供的DC电压。换言之,不升高燃料电池204的电压。虽然限制了AC输出电压,但希望的电动机工作点并不要求更高的电压,因此,较低的可用电压就足够了,这样提供更有效的整体工作点。控制器212还可以维持以再充电模式运行,以便对电池206和/或超级电容器242进行再充电。
再次参考图1,通过经由AC牵引电动机202向车轮106提供功率来操作车辆100,AC牵引电动机202从燃料电池204、电池206和/或超级电容器242获得运行的能量。为了给电动机供电,从燃料电池204和超级电容器242向逆变器部分218提供DC功率,和/或从电池206向逆变器部分220提供DC功率。如本领域通常所理解的,逆变器部分218和220将DC功率转化为AC功率。在某些实施例中,如果电动机不要求燃料电池204的最大功率输出,来自燃料电池204的额外功率可以用来对电池206充电。类似地,如果电动机不要求电池206的最大功率输出,来自电池206的额外功率可以用来对超级电容器242充电。当然,在某些操作条件下,控制器212可以用来使用来自可用能源的任意组合驱动电动机。
在运行中,控制器212接收用于AC牵引电动机202的转矩命令,并且确定如何最好地管理燃料电池204和阻抗源逆变器子系统208之间,以及电池206和逆变器子系统210之间的功率流。通过这种方式,控制器212还调节逆变器部分218和逆变器部分220驱动AC牵引电动机202的方式。双端逆变器系统200可以使用任何合适的控制方法、协议、方案或者技术。例如,在美国专利号为7,154,237和7,199,535(均转让给General Motors Corporation)中描述的技术和工艺的某些方面可以被双端逆变器系统200使用。这些专利的相关内容在此引入以供参考。
实际中,车辆可以包括电池(battery)控制器,该电池控制器可以与控制器212分开或者与其集成(通常是分开的)。电池控制器适当地配置为监控电池206荷电状态信息(以及诸如电池均衡之类的其它信息)。电池控制器可以分析和/或处理这样的信息并且向车辆控制器提供功率能力。车辆控制器处理从电池控制器得到的信息以及驾驶者的命令,以确定如何最好地满足驾驶者的要求和满足任意子系统的要求,例如两个能源之间的功率均衡。
虽然示出的实施例在燃料电池侧使用阻抗源逆变器子系统,但是在可选的实施例中可以在电池侧使用阻抗源逆变器子系统以代替(或者除了)在燃料电池侧使用阻抗源逆变器子系统。
图3是适于与电动或混合电动车辆一起使用的双端逆变器系统300的第二实施例的示意性电路图。双端逆变器系统300与双端逆变器系统200在很多方面相似,并且共同的特征,操作特性和元件在这里将不再赘述。双端逆变器系统300使用另一个超级电容器302,以取代电容元件240。虽然不要求,但优选的实施例可以使用对称的拓扑结构,其中超级电容器242和302相互匹配。换言之,超级电容器242和302的电容、额定值和其它电气特性在优选实施例中是相同的。
控制器304适当地配置成操作双端逆变器系统300,使得两个超级电容器可以提供DC电压一年关于驱动AC牵引电动机202,并且使得可以根据需要对两个超级电容器再充电。另外,控制器304影响逆变器部分218和逆变器部分220的操作以根据需要在主车辆运行期间管理燃料电池204、超级电容器302、超级电容器242、电池206和AC牵引电动机202之间的功率传递。在此方面,双端逆变器系统300可以使用燃料电池204、超级电容器302、超级电容器242、和/或从制动得到的再生能量对电池206再充电。
图4是适于与电动或混合电动车辆一起使用的双端逆变器系统400的第三实施例的示意性电路图。双端逆变器系统400与双端逆变器系统200在很多方面相似,并且共同的特征,操作特性和元件在这里将不再赘述。双端逆变器系统400使用超级电容器402作为第二DC能源(而不是图2和图3中描绘的电池206)。另外,双端逆变器系统400采用电池404取代超级电容器242。
控制器406适当地配置成操作双端逆变器系统400,使得超级电容器402可以提供DC电压用于驱动AC牵引电动机202,并且使得可以根据需要对超级电容器402再充电。另外,控制器406影响逆变器部分218和逆变器部分220的操作以根据需要在主车辆运行期间管理燃料电池204、超级电容器402、电池404和AC牵引电动机202之间的功率传递。在此方面,双端逆变器系统400可以使用燃料电池204、超级电容器402和/或从制动得到的再生能量对电池404再充电。虽然没有在图4中单独示出,然而另一个实施例使用超级电容器作为电容元件240。在这样的实施例中,控制器406可以使用如上面描述的技术和方法管理和调节燃料电池204、(超级)电容元件240、超级电容器402和AC牵引电动机202之间的能量流。
虽然在上面的详细描述中给出了至少一个示例性实施例,应该理解还存在大量的变形。同样应理解的是,这里描述的示例性实施例并不打算以任何方式限制所要求保护的主题的范围、适用性或配置。相反,上述详细的描述将为本领域技术人员提供实现描述的一个或多个实施例的方便的指导方针。应该理解的是在不脱离权利要求书所限定的范围的前提下,可以在元件的功能和布置方面做出各种变化,所述范围包括在提交本专利申请时已知的等同物和可预知的等同物。

Claims (14)

1.一种用于车辆的AC牵引电动机的双端逆变器系统,所述双端逆变器系统包括:
配置为提供DC电压的燃料电池;
阻抗源逆变器子系统,其耦合到燃料电池并被配置成驱动AC牵引电动机,所述阻抗源逆变器子系统包括超级电容器、逆变器部分和耦合在逆变器部分和燃料电池之间的交叉的LC X形链路,其中所述交叉的LC X形链路包括:
超级电容器;
具有相应的第一端和第二端的第一电感元件;
具有相应的第一端和第二端的第二电感元件;和
耦合在第一电感元件的第一端和第二电感元件的第二端之间的电容元件;
DC电压源;和
逆变器子系统,其耦合到DC电压源的并被配置成驱动AC电力牵引电动机;其中
超级电容器耦合在第一电感元件的第二端和第二电感元件的第一端之间;
第一电感元件的第二端耦合到逆变器部分的第一输入结点;
第二电感元件的第二端耦合到逆变器部分的第二输入结点;
第二电感元件的第一端耦合到燃料电池的低电势端子;和
双端逆变器系统还包括二极管,该二极管的阳极耦合到燃料电池的高电势端子并且阴极耦合到第一电感元件的第一端。
2.如权利要求1所述的双端逆变器系统,还包括耦合到阻抗源逆变器子系统和逆变器子系统的控制器,所述控制器配置为影响阻抗源逆变器子系统和逆变器子系统的操作,以管理燃料电池、DC电压源、超级电容器和AC牵引电动机之间的功率传递。
3.如权利要求1所述的双端逆变器系统,其中DC电压源包括可再充电电池。
4.如权利要求1所述的双端逆变器系统,其中所述电容元件包括第二超级电容器。
5.如权利要求1所述的双端逆变器系统,其中阻抗源逆变器子系统配置为升高由燃料电池提供的DC电压。
6.一种用于具有AC牵引电动机的车辆的电力牵引系统,所述系统包括:
配置成提供用于驱动AC牵引电动机的DC电压的燃料电池;
配置成提供用于驱动AC牵引电动机的DC电压的超级电容器;和
双端逆变器系统,其耦合到AC牵引电动机并配置为使用从燃料电池得到的能量和从超级电容器得到的能量驱动AC牵引电动机,所述双端逆变器系统包括:
耦合到AC牵引电动机的第一逆变器部分;
耦合在第一逆变器部分和燃料电池之间的交叉的LC X形链路,所述交叉的LC X形链路包括:
电池;
具有相应的第一端和第二端的第一电感元件;
具有相应的第一端和第二端的第二电感元件;和
耦合在第一电感元件的第一端和第二电感元件的第二端之间的电容元件;
其中该电池耦合在第一电感元件的第二端和第二电感元件的第一端之间;和
耦合在超级电容器和AC牵引电动机之间的第二逆变器部分。
7.如权利要求6所述的电力牵引系统,还包括耦合到第一逆变器部分和第二逆变器部分的控制器,所述控制器配置为影响第一逆变器部分和第二逆变器部分的操作,以管理燃料电池、超级电容器、电池和AC牵引电动机之间的功率传递。
8.如权利要求6所述的电力牵引系统,其中:
第一电感元件的第二端耦合到第一逆变器部分的第一输入结点;
第二电感元件的第二端耦合到第一逆变器部分的第二输入结点;
第二电感元件的第一端耦合到燃料电池的低电势端子;和
双端逆变器系统还包括耦合在第一电感元件的第一端和燃料电池的高电势端子之间的二极管元件。
9.如权利要求6所述的电力牵引系统,其中电容元件包括第二超级电容器。
10.如权利要求6所述的电力牵引系统,其中电池是可再充电的。
11.一种用于车辆的AC牵引电动机的电力牵引系统,该系统包括:
配置为提供用于驱动AC牵引电动机的DC电压的燃料电池;
配置为提供用于驱动AC牵引电动机的DC电压的可再充电电池;和
双端逆变器系统,其耦合到AC牵引电动机并配置为使用从燃料电池得到的能量和从可再充电电池得到的能量驱动AC牵引电动机,所述双端逆变器系统包括:
耦合到AC牵引电动机的第一逆变器部分;
耦合在第一逆变器部分和燃料电池之间的交叉的LC X形链路,所述交叉的LC X形链路包括超级电容器,所述超级电容器配置为提供用于驱动AC牵引电动机的DC电压;和
耦合在可再充电电池和AC牵引电动机之间的第二逆变器部分;其中:
所述交叉的LC X形链路包括:
具有相应的第一端和第二端的第一电感元件;
具有相应的第一端和第二端的第二电感元件;以及
耦合在第一电感元件的第一端和第二电感元件的第二端之间的电容元件;
超级电容器耦合在第一电感元件的第二端和第二电感元件的第一端之间;
第一电感元件的第二端耦合到第一逆变器部分的第一输入结点;
第二电感元件的第二端耦合到第一逆变器部分的第二输入结点;
第二电感元件的第一端耦合到燃料电池的低电势端子;和
所述双端逆变器系统还包括耦合在第一电感元件的第一端和燃料电池的高电势端子之间的二极管元件。
12.如权利要求11所述的电力牵引系统,还包括耦合到第一逆变器部分和第二逆变器部分的控制器,所述控制器配置为影响第一逆变器部分和第二逆变器部分的操作,以管理燃料电池、可再充电电池、超级电容器和AC牵引电动机之间的功率传递。
13.如权利要求11所述的电力牵引系统,其中所述电容元件包括第二超级电容器。
14.如权利要求11所述的电力牵引系统,其中所述双端逆变器系统配置为升高由燃料电池提供的DC电压。
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