CN104816641B - 具有多通道dc总线的车辆推进系统和制造该系统的方法 - Google Patents

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Abstract

一种设备，包括：多通道DC总线组件，所述多通道DC总线组件包括第一通道和第二通道；第一机电装置，所述第一机电装置联接到所述第一通道的正DC链接；以及第二机电装置，所述第二机电装置联接到所述第二通道的正DC链接。第一DC至AC电压逆变器联接到所述第一通道的所述正DC链接；第二DC至AC电压逆变器联接到所述第二通道的所述正DC链接。所述设备进一步包括：双向电压修正组件，所述双向电压修正组件联接到所述第二通道的所述正DC链接；以及第一能量储存系统，所述第一能量储存系统电联接到所述第一机电装置。

Description

具有多通道DC总线的车辆推进系统和制造该系统的方法
技术领域
本发明的实施例一般涉及包括混合和电动车辆的电传动系统，并且更具体地涉及在车辆的一个或多个能量储存装置和多个机电装置之间使用多通道DC总线传递能量。
背景技术
纯电动车辆使用储存的电能来对电动机供电，电动机推进车辆，并且还可以操作辅助驱动器。纯电动车辆可以使用一个或多个储存电能源。例如，第一储存电能源可以用来提供更持久的能量，而第二储存电能源可以用来提供用于例如加速的更高功率的能量。
混合电动车辆可以组合内燃机和由能量储存装置(诸如牵引电池)供电的电动机，以推进车辆。这种组合可以通过使内燃机和电动机分别操作在相应的提高效率的范围内，从而提高总的燃料效率。电动机例如可以在从静态发车时的加速是高效的，而内燃机在恒定发动机操作的持续周期(诸如在高速公路驾驶时)可能是高效的。使电动机提升初始的加速度可以使混合车辆中的内燃机更小、燃料更加高效。
尽管用于纯电动车辆和混合电动车辆的推进系统配置已经发展到包括多个电能来源以提高能量或功率密度和多个电源从而获得期望的推进输出，将这些能量储存和功率源合并到推进系统中增大了系统的总体尺寸、重量和成本。进一步地，由配置推进系统以用结合一个或多个能量储存源的多个功率源操作而施加的限制除降低总的系统效率之外，还降低了推进系统的个别组件的操作效率和燃料经济性。
因此，期望提供以提高总的系统效率，允许推进系统的各个组件独立地操作以提高其各自的操作效率的方式合并多个机电装置和一个或多个能量储存系统的电动和/或混合电动推进系统。
发明内容
根据本发明的一个方面，设备包括：多通道DC总线组件，所述多通道DC总线组件包括第一通道和第二通道；第一机电装置，所述第一机电装置联接到所述第一通道的正DC链接；以及第二机电装置，所述第二机电装置联接到所述第二通道的正DC链接。第一DC至AC电压逆变器联接到所述第一通道的所述正DC链接；第二DC至AC电压逆变器联接到所述第二通道的所述正DC链接。所述设备进一步包括双向电压修正组件，所述双向电压修正组件联接到所述第二通道的正DC链接；以及第一能量储存系统，所述第一能量储存系统电联接到所述第一机电装置。
根据本发明的另一方面，制造推进系统的方法包括：将第一DC至AC电压逆变器联接到第一电压总线；将第一机电装置联接到所述第一DC至AC电压逆变器；以及将第二DC至AC电压逆变器联接到第二电压总线。所述方法还包括：将第二机电装置联接到所述第二DC至AC电压逆变器；将双向DC-DC电压变换器联接到所述第二电压总线；将第一能量储存系统联接到所述双向DC-DC电压变换器；以及对控制器编程，以控制所述双向DC-DC电压变换器的开关，从而将所述第一能量储存系统的电压提升到与所述第一电压总线的电压不同的提升电压。
根据本发明的又一方面，车辆推进系统包括：DC总线组件，所述DC总线组件具有第一DC总线和第二DC总线。所述车辆推进系统还包括：第一双向DC至DC电压变换器，所述第一双向DC至DC电压变换器联接到所述第一DC总线；高比功率(specific-power)能量储存装置，所述高比功率能量储存装置联接到所述第一双向DC至DC电压变换器的低电压侧；第一机电装置，所述第一机电装置通过第一DC至AC电压变换器联接到所述第一DC总线；以及第二机电装置，所述第二机电装置通过第二DC至AC电压变换器联接到所述第二DC总线。控制器被编程以控制所述第一双向DC至DC电压变换器，以将所述第一机电装置的电压提升到提升电压，并将所述提升电压供应到所述第一DC总线，所述提升电压与所述第二DC总线的电压不同。
根据本发明的又一方面，车辆推进系统包括：第一机电装置，所述第一机电装置联接到第一DC总线的正DC链接；辅助负载，所述辅助负载联接到所述第一机电装置的输出；以及第一DC至AC电压逆变器，所述第一DC至AC电压逆变器联接到所述第一DC总线的正DC链接。第二机电装置联接到第二DC总线的正DC链接；以及变速器联接到所述第二机电装置的输出。所述车辆推进系统还包括：第二DC至AC电压逆变器，所述第二DC至AC电压逆变器联接到所述第二DC总线的正DC链接；能量储存系统，所述能量储存系统电联接到所述第二DC总线的正DC链接；以及双向电压修正组件，所述双向电压修正组件联接到所述第二DC总线的正DC链接，并被配置成将所述第一能量储存系统的电压提升到与所述第一DC总线的电压不同的电压。
各个其它特征和优点通过下面的详细描述和附图将变得显然。
附图说明
附图图示目前考虑的用于实现本发明的实施例。
在图中：
图1是根据本发明的实施例的推进系统的示意图。
图2是根据本发明的实施例包括辅助负载的推进系统的示意图。
图3是根据本发明的另一实施例包括辅助负载的推进系统的示意图。
图4是根据本发明的另一实施例的推进系统的示意图。
图5是根据本发明的又一实施例的推进系统的示意图。
图6是根据本发明的又一实施例的推进系统的示意图。
图7是根据本发明的又一实施例的推进系统的示意图。
具体实现方式
图1是根据本发明的实施例的推进系统10的示意图。如下文详细描述的，推进系统10可以配置在纯电动(EV)推进系统布置中，所述布置在两个或更多个机电装置之间分享功率输出，或者配置为混合(HEV)推进系统，所述混合推进系统除多个机电装置之外还包括内燃机。在EV或HEV实施例中，机电装置提供于多通道DC总线的独立通道上，允许多个机电装置的尺寸和操作的灵活性，提高机电装置和总的推进系统的操作效率。
根据各个实施例，推进系统10被配置成合并到各种类型的车辆中，作为非限制性例子包括但不限于能够在地表和地下操作(诸如采矿操作)的汽车、巴士、卡车、拖车、采矿设备、海上船舶和越野车(包括材料传输车辆或个人运载车辆)或者其它类型的电力设备，比方说例如起重机、升降机或电梯。
推进系统10包括能量储存系统12和具有至少两个或更多个独立DC总线通道的多通道DC总线布置。在图1中图示的实施例中，多通道DC总线布置包括两个通道：包括A通道DC总线16的A通道14，A通道DC总线16具有A通道DC链接18；包括B通道DC总线22的B通道20，B通道DC总线22具有B通道DC链接24。能量储存系统12包括正端子26和负端子28。在一个实施例中，作为示例，能量储存系统12是高压或高功率能量储存装置，可以是电池、飞轮系统、燃料电池、超级电容器或超级电容器、燃料电池和/或电池的组合。能量储存系统12的正端子26联接到第一双向DC-DC电压变换器组件30。在一个实施例中，能量储存系统12的正端子26还联接到可选的第二双向DC-DC电压变换器组件32(以虚线显示)。如显示的，第一双向DC-DC电压变换器30联接到B通道正DC链接24，而第二双向DC-DC电压变换器组件32联接到A通道正DC链接18。根据一个实施例，能量储存系统12的尺寸制作成使得第二双向DC-DC电压变换器组件32可以从A通道14中忽略，产生比在多通道DC总线组件的每个通道上包括相应的DC-DC电压变换器的系统包括更少部件和更少重量的推进系统10。
第一双向DC-DC电压变换器30和第二双向DC-DC电压变换器组件32在使用时被配置成通过降低或者提升DC电压来将一个DC电压转换成另一DC电压。双向DC至DC电压变换器30、32各自包括电感器34，电感器34联接到一对开关36、38，并联接到一对二极管40、42。每个开关36、38联接到相应的二极管40、42，每个开关/二极管对形成相应的半相位模块44、46。出于图示目的，开关36、38显示为绝缘栅双极晶体管(IGBT)。然而，本发明的实施例不局限于IGBT。可以使用任何适当的电子开关，比方说例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、碳化硅(SiC)MOSFET、氮化镓(GaN)器件、双极结型晶体管(BJT)和金属氧化物半导体控制的晶闸管(MCT)。
A通道14和B通道20还包括相应的DC至AC电压逆变器48、50，其中的每个逆变器包括六个半相位模块52、54、56、58、60和62，这些模块配对形成三相64、66、68。每一相64、66、68联接在其相应的DC总线22、16的一对导体之间。具体地，DC至AC电压逆变器48的每一相64、66、68联接在A通道DC总线16的A通道正DC链接18和A通道负DC链接70之间，DC至AC电压逆变器50的每一相64、66、68联接在B通道DC总线22的B通道正DC链接24和B通道负DC链接72之间。
机电装置74联接到A通道14上的DC至AC电压逆变器48。机电装置74包括联接到DC至AC电压逆变器48的相应相位64-68的多个绕组76、78、80。推进系统10还包括机电装置82，机电装置82联接到B通道20上的DC至AC电压逆变器50。如所示的，机电装置82包括联接到DC至AC电压逆变器50的相应相位64-68的多个绕组84、86、88。在一个实施例中，机电装置82是牵引电动机，机电装置74是交流发电机或牵引电动机。尽管图1中图示的推进系统10包括三相逆变器48、50和三相机电装置74、84，但在替代性实施例中考虑了推进系统10可以使用任何相位数。
根据一个实施例，机电装置82和关联的DC至AC电压逆变器50的尺寸制作成提供并接受高功率水平，并在比机电装置74和关联的DC至AC电压逆变器48更高的速度下操作。为了减小系统损失，特别是在高速、高功率操作期间，B通道20的DC链接电压可以从能量储存系统12的电压上分离，并且可以被控制成处于比A通道14的DC链接电压更高的电压。作为一个非限制性示例，机电装置74可以设计用于大约400V的DC链接电压，DC至AC电压逆变器48具有额定为大约650V的开关装置，而机电装置82设计成在大约630V的提升的DC链接电压下操作，DC至AC电压逆变器50具有额定为900V或1200V或者可能1800V的较高电压的开关装置。此外，因为B通道的DC链接电压从A通道的DC链接电压分离，DC至AC电压逆变器48的操作和机电装置74的激励可以被进一步优化以获得期望的操作特征。
推进系统10还包括变速器90，变速器90联接到机电装置74和机电装置82的输出。根据各个实施例，变速器90被构造为齿轮组件、皮带组件或其组合。根据一个实施例，变速器90被配置为电动可变变速器(EVT)，其通过行星齿轮和离合器(未显示)的布置联接机电装置74、82的输出。操作中，机电装置74、82可以在宽范围的双向速度、转矩和功率命令下操作，以最小化功率损耗，维持高度的总系统效率，同时在电荷耗尽(CD)或电荷维持(CS)操作模式下操作。
变速器90的输出通过可以包括差速器的齿轮组件94联接到车辆(未显示)的一个或多个驱动轮或轴92。取决于变速器90的离合器如何被配置，机电装置82可以通过变速器90联接到齿轮组件94，或者可以直接地联接到齿轮组件94，使得机电装置82的输出绕过变速器90。
推进系统10还包括控制器96，控制器96通过控制线98操作地联接到双向DC-DC电压变换器30、32的半相位模块44、46。通过适当地控制电压变换器30、32的开关36、38，控制器96被配置成将能量储存系统12的电压提升到更高的电压，以及将更高的电压供应到A通道DC总线16。同样，控制器96被配置成控制双向DC-DC电压变换器32的开关，以将能量储存系统12的电压提升到更高电压，以及将更高的电压供应到B通道DC总线22。在一些操作模式中，DC总线22可以在比DC总线16更高的电压下操作。在其它模式中，DC总线16和DC总线22可以在相同的电压下操作。控制器96还被配置成控制相应的电压变换器30、32的开关36、38，以降低A通道DC总线16和B通道DC总线22的电压，将降低的电压供应到能量储存系统12。
控制器96还通过控制线100联接到逆变器48、50的半相位模块52-62。通过在发动机模式下适当控制半相位模块52-62，控制器96被配置成控制逆变器48、50，以将相应的DC总线16、22上的DC电压或电流转换成AC电压或电流以供应到相应的机电装置74、82的绕组74-80、84-88。在再生模式中，控制器96被配置成控制半相位模块52-62，以将由相应的逆变器48、50从其相应的机电装置74、82接收的AC电压或电流逆变成DC电压或电流以供应到A通道DC总线16或B通道DC总线22。
操作中，控制器96通过控制线102从推进系统10内提供的多个传感器接收反馈。例如，电压传感器104、106可以分别在A通道DC总线16和B通道DC总线22上提供，允许控制器96监控A和B通道14、20的总线电压。本领域技术人员会认识到，附加的电压和/或电流传感器可以在推进系统10中提供以允许控制器96监控其它操作条件，比方说例如能量储存系统12的充电电压。此外，本领域技术人员会认识到控制器96可以从推进系统10内的其它组件接收反馈和/或向推进系统10内的其它组件(比方说例如内燃机108)发送控制命令。
根据一个实施例，推进系统10被配置为纯电动车辆(EV)推进系统。替代性地，推进系统10在混合电动车辆(HEV)推进系统中配置，还包括联接到变速器90的内燃机108(以虚线显示)。根据各个实施例，内燃机108可以是例如内燃汽油发动机、内燃柴油发动机、由天然气提供燃料的内燃机、外燃机或气体涡轮发动机。
现在参照图2，根据替代性实施例图示了双通道推进系统110，其包括车辆附件负载或辅助负载112。推进系统10和推进系统110共有的元件和组件在本文中用相同的零件编号进行引用。与推进系统10类似，推进系统110包括通过DC至AC电压逆变器50联接到B通道20的机电装置82。推进系统110还包括双向DC-DC电压变换器30，双向DC-DC电压变换器30被配置成选择性地在监控模式中将能量储存系统12的电压提升到B通道DC总线22的总线电压，在再生或再充电模式中将B通道DC总线22的电压降低到能量储存系统12的电压。
除了B通道20之外，推进系统110的双通道DC总线组件包括第二通道或C通道114，第二通道或C通道114通过DC至AC电压逆变器116连接到辅助负载112，DC至AC电压逆变器116与DC至AC电压逆变器50相同，包括六个成对的半相位模块118、120、122、124、126、128以形成相应相位130、132、134。如图2中图示，C通道114包括C通道DC总线136，C通道DC总线136具有通过可选的DC-DC变换器142(以虚线显示)联接到能量储存系统12的正端子26的C通道DC链接138和联接到能量储存系统12的负端子28的C通道负DC总线140。
在一个实施例中，能量储存系统12的尺寸制作成使能量储存系统12的正端子26可以直接地联接到C通道DC总线136。替代性地，可选的双向DC-DC电压变换器142(以虚线显示)与双向DC-DC电压变换器30(图1)类似，联接到C通道DC总线136。
推进系统110的辅助负载112联接到机电装置144，机电装置144具有多个绕组146、148、150，这些绕组联接到DC AC电压逆变器116的相应相位130、132、134。作为非限制性示例，辅助负载可以是泵、加热器、冷却风扇、电动空调单元、气动或其它流体压缩机单元。在直接驱动的实施例中，机电装置144直接地联接到辅助负载112。在包括齿轮或皮带驱动的装置(比方说例如使泵运行的高速电动机)的替代性实施例中，机电装置144可以通过可选的齿轮或皮带总成组件152(以虚线显示)联接到辅助负载112。
可选地，推进系统110可以包括联接到C通道正和负DC链接138、140的一个或多个电辅助负载154(以虚线显示)。根据示例性实施例，(若干)电辅助负载154可以包括高功率电负载，比方说例如电阻性加热元件。
推进系统10(图1)和推进系统110(图2)在上文描述为包括两个通道，在推进系统10的情况下，A通道14和B通道20都联接到变速器90，在推进系统110的情况下，A通道14联接到变速器90，C通道114联接到辅助负载112。替代性实施例可以包括超过两个DC总线通道，两个或更多个通道联接到车辆变速器，一个或多个DC总线通道联接到辅助负载。举一个示例，图3的推进系统156包括通过相应的机电装置74、82联接到变速器90的A通道14和B通道20以及通过机电装置144联接到辅助负载112的C通道114。在所示的实施例中，每个通道的DC链接18、24、138联接到能量储存系统12的正端子26。如参照图1和2描述的，A通道14的双向DC-DC电压变换器组件32和/或C通道DC总线136的双向DC-DC电压变换器142是可选组件，根据能量储存系统12的尺寸，可以被省略。
图4是根据本发明的另一实施例的推进系统158的示意图。推进系统10和158共有的元件和组件在适当时将关于相同的附图标记讨论。除了与推进系统10共有的组件之外，推进系统158与推进系统10的不同之外在于推进系统158包括第一能量储存系统160和第二能量储存系统162，来代替图1的单个能量储存系统12。
如图4中所示，第一和第二能量储存系统160、162通过联接到能量储存系统160、162的相应的负端子166、168的共同的负DC链接164连接。第一能量储存系统160的正端子170通过DC-DC变换器32联接到A通道正DC链接18，第二能量储存系统162的正端子172通过DC-DC变换器30联接到B通道正DC链接24。
根据一个实施例，第一能量储存系统160是高比功率(specific-power)能量储存装置，第二能量储存系统162是高比能(specific-energy)储存装置。第一能量储存系统162可以是例如超级电容器，其具有相互联接的多个电容器单元，电容器单元可以分别具有比大约500法拉大的电容。替代性地，第一能量储存系统160可以是具有大约350W/kg的比功率或者更大的高功率电池或者一个或多个超级电容器和电池的组合。在第一能量储存系统160是超级电容器的实施例中，第一双向DC-DC电压变换器32包括于A通道14上。替代性地，在第一能量储存系统160是电池时，根据第一能量储存系统160的尺寸，可选的第一双向DC-DC电压变换器32(以虚线显示)可以被可选地省略。
与第一能量储存系统160相比，第二能量储存系统162具有相对低的比功率。如本文中使用的，低比功率描述示范获得大约200W/kg或更低量级的比功率的能量储存装置。根据各个实施例，第二能量储存系统162例如可以是高比能电池或高能量密度电池。本文中使用的词语“能量电池”描述示范获得100W-hr/kg或更大量级的能量密度的高比能电池或高能量密度电池(例如锂离子、钠金属卤化物、钠镍氯化物、钠-硫、锂-空气或锌-空气电池)。
在一个实施例中，与第一能量储存系统160相比，第二能量储存系统162具有相对高的电阻和阻抗。在另一实施例中，第二能量储存系统162的相对低的比功率可能是由于组成能量储存系统的各个电池单元的不平衡造成的。在一个实施例中，第二能量储存系统162是低成本锂离子电池。替代性地，第二能量储存系统162可以是钠金属卤化物电池、钠硫电池、镍金属卤化物电池、锌-空气电池、铅酸电池等等。
作为一个示例，在第一能量储存系统160被配置为功率电池的实施例中，推进系统158可以合并到运输总线中。在又一个实施例中，第一和第二能量储存系统160、162都被配置为高比能储存装置。
通过用对于多通道DC总线组件的每个通道的单独的能量储存系统(例如A通道14的第一能量储存系统160和B通道20的第二能量储存系统162)配置推进系统158，能量储存系统160、162的尺寸可以分别制作成用于其相应的通道，以最小化总推进系统158的尺寸、重量和成本，承担机电装置74、82在推进系统158中可能扮演的不同角色。例如，机电装置74可以被操作以在加速周期中提供高功率，而机电装置82可以被操作以向车辆提供更长持久力的功率，以提高其行进距离。相应地，因为A通道14的峰值功率可能是B通道20的峰值功率的两倍或更多倍，第一和第二能量储存系统160、162可以相应地分别制作成各尺寸。
对每个相应通道的DC链接电压的控制由相应的双向DC-DC电压变换器30、32来提供。此外，推进系统158可以被控制，以进一步优化效率和成本，同时满足操作期间的峰值功率需求，管理来自第一和第二能量储存系统160、162的可用能量以用于各个车辆驱动周期。包括单独的第一和第二能量储存系统160、162还可以导致另外节省第一和/或第二双向DC-DC电压变换器30、32中包括的功率电子和无源组件以及能量储存系统160、162中的一个或两者中的功率电子模块和无源组件。此外，每个通道包括单独的能量储存系统可以通过允许一个或多个能量储存系统160、162在比包括尺寸被制作成满足多通道的峰值功率需求的单个能量储存系统(诸如图1的能量储存系统12的尺寸制作成满足A和B通道14、20的峰值功率需求)的系统更低的电压下操作，产生改进的操作效率。
可选地，推进系统158包括位于A通道14和B通道20的正DC链接18、24之间的开关元件或联接装置174(以虚线显示)。根据各个实施例，作为非限制性示例，联接装置174可以被构造成机电开关装置、固态类型的开关装置、二极管、电阻器和接触器或固态开关的组合。控制器96通过控制线176连接到联接装置174，操作联接装置174处于打开状态或闭合状态，使得A和B通道14、20在某些操作模式下可以在不同的DC链接电压下操作，以及可以在其它操作模式中选择性联接在一起，以在相同的DC链接电压下操作。例如，在电动机操作模式中，联接装置174可以配置处于打开状态，以允许A通道14在比B通道20更低的DC链接电压下操作，使得机电装置82可以在比电机装置74更高的操作电压下高效地运行。此外，在能量储存系统160、162之一的再生制动事件中或发动机再充电事件中，控制器96可以被配置成闭合联接装置174，使得由机电装置74产生的AC电压或电流由DC至AC电压逆变器48逆变成DC电压或电流，供应到第二双向DC-DC电压变换器组件30，以对第二能量储存系统162再充电。
现在参照图5，图示根据本发明的另一实施例的推进系统178。推进系统178与推进系统10、158共有的元件和组件在适当时将关于相同的附图标记讨论。
与图4的推进系统158类似，推进系统178包括第一能量储存系统180和第二能量储存系统182，根据其相应的通道14、20的峰值功率需求，第一能量储存系统180和第二能量储存系统182可以分别制作成各尺寸，从而允许推进系统的尺寸、总重量和成本降低。此外，第一能量储存系统180可以选择为具有比第二能量储存系统182更高的比功率(和更低的内阻抗)，第二能量储存系统182的尺寸可以制作成比第一能量储存系统180更高的额定电压。相应地，在一个实施例中，第一能量储存系统180被配置为与第一能量储存系统160(图4)相似的高比功率能量储存装置，第二能量储存系统182被配置为与第二能量储存系统162(图4)类似的高比能储存装置。
然而，与图4的推进系统158的配置不同，推进系统178的第一能量储存系统180和第二能量储存系统182以串联配置排列，如图5所示，第一能量储存系统180的正端子184联接到第二能量储存系统182的负端子186。如所示的，第二能量储存系统182的正端子188连接到第一双向DC-DC电压变换器30，第一能量储存系统180的负端子190连接到A通道负DC链接70，还连接到B通道负DC链接72。通过串联连接第一和第二能量储存系统180、182，能量储存系统180、182之间的功率共享是两个能量储存系统的相对电压的函数。换言之，由于串联配置，每个能量储存系统180、182的功率输出是相应的能量储存系统180、182的电压的函数。因为能量储存系统180、182的串联连接允许两个系统的相对电压求和，能量储存系统180、182的尺寸可以制作成比具有相当的总电压输出的单个能量储存系统的推进系统(诸如图1中所示的)有更低的电压。
操作中，第一能量储存系统180和第二能量储存系统182两者的电荷状态(SOC)通过控制器96发射到第一和第二双向DC-DC电压变换器30、32的开关命令被维持在预定的阈值内以及预定的操作范围内。对A通道14和B通道20的DC链接电压的独立控制由双向DC-DC电压变换器30、32以及来自DC至AC电压逆变器48、50和机电装置74、82的关联负载提供。
可选地，推进系统178还可以包括位于A通道14和B通道20的DC链接18、24之间的可选的联接装置174(以虚线显示)。联接装置174可以由推进系统178中的控制器96以上文参照推进系统158描述的类似方式操作，使得A和B通道14、20的DC链接电压在一些操作模式中是相同的，在其它操作模式中是不同的。
图6图示根据本发明的又一实施例的推进系统192。由于推进系统192包括与图5的推进系统178相同的许多组件和元件，系统178和192共有的元件和组件在适当时将关于相同的附图标记讨论。
除了与推进系统178共有的组件之外，推进系统192包括联接装置194，联接装置194代替推进系统178在A通道14上的双向DC-DC电压变换器32，联接装置194被控制器96通过控制线196控制。与联接装置174类似，作为非限制性示例，联接装置194可以被构造成机电开关装置、固态类型的开关装置、二极管、电阻器和接触器或固态开关的组合。因为联接装置194是比双向DC-DC电压变换器更低成本的组件，所以推进系统192可以以比图5的推进系统178更低的成本制造。进一步地，因为联接装置194以比双向DC-DC电压变换器更高的效率操作，用联接装置194代替图1的A通道双向DC-DC电压变换器32，提高了推进系统192的总效率。
与图5的推进系统178类似，推进系统192包括串联排列的第一和第二能量储存系统180、182，使得第一能量储存系统180的正端子184联接到第二能量储存系统182的负端子186。第一能量储存系统180根据推进系统192的期望加速度制作尺寸，而第二能量储存系统182根据使用电驱动操作的期望的行进距离来制作尺寸。在图6图示的实施例中，第一能量储存系统180被配置为功率电池而不是超级电容器，以便当联接装置194闭合时，维持用于DC至AC电压逆变器48的DC链接电压在预定的额定电压的阈值内。此外，第一能量储存系统180的额定电压选择成使得第一能量储存系统180的额定操作电压范围在用于A通道14的优化DC链接电压的阈值内，所述阈值是基于机电装置74的设计参数确定的。
参照图7，显示根据又一实施例的双通道推进系统198。与推进系统10、198共有的元件用相似的编号引用。与图1的推进系统10类似，推进系统198包括联接到A通道14和B通道20的单个能量储存系统200。与能量储存系统12(图1)类似，根据各个实施例，能量储存系统200可以是高电压或高功率能量储存装置，可以是电池、飞轮系统、燃料电池、超级电容器或超级电容器、燃料电池和/或电池的组合。如所示的，能量储存系统200的正端子202通过第一双向DC-DC电压变换器30联接到B通道正DC链接24。A通道正DC链接18通过第二双向DC-DC电压变换器组件32联接到正端子202。
可选的旁路接触器204(以虚线显示)包括于能量储存系统200和DC至AC电压逆变器48之间的A通道14上。根据各个实施例，作为非限制性示例，旁路接触器204可以被构造为机电开关装置、固态类型的开关装置、二极管、电阻器和接触器或固态开关的组合。
在一个实施例中，能量储存系统200的尺寸制作成使得能量储存系统200的正端子202可以通过可选的旁路接触器直接地联接到A通道正DC链接18。替代性地，可选的双向DC-DC电压变换器组件32(以虚线显示)联接到A通道DC总线16。在此实施例中，使用可选的DC-DC变换器32或可选的旁路接触器204中的至少一个。
控制器96通过控制线206连接到旁路接触器204。在一些操作模式下，控制器96操作旁路接触器204处于打开状态，从而在能量储存系统200和DC至AC电压逆变器48之间产生功率流动路径，行进通过可选的双向DC-DC电压变换器组件32，双向DC-DC电压变换器组件32被控制器96控制以将能量储存系统200的电压提升到A通道DC总线16的电压。在其它操作模式下，控制器96操作可选的旁路接触器204处于闭合状态，以在能量储存系统200和DC至AC电压逆变器48之间产生绕过可选的双向DC-DC电压变换器组件32的功率流动路径。当旁路联接装置204操作于闭合状态以绕过双向DC-DC电压变换器组件32时，推进系统198经历相对于简单的关断斩波的效率的提高，原因是双向DC-DC电压变换器组件32中的损失被消除。
如上文描述的，本发明的实施例使用多通道DC总线组件，所述多通道DC总线组件被配置成允许个别DC总线通道在相同电压或不同电压下操作，同时连接到一个或多个共同的能量储存系统。在一些实施例中，联接到DC总线组件的相应通道的机电装置的输出通过共同的变速器组件(诸如电可变变速器)联接在一起。总之，与多通道DC总线组件的每个通道关联的机电装置、DC-AC逆变器和双向DC-DC变换器连同能量储存系统在宽范围的双向速度、转矩和功率上操作，双向速度、转矩和功率可以被控制以在能量储存系统操作于电荷耗尽和电荷维持模式时最小化功率损失和维持高度的总系统效率。可选地，热发动机可以联接到变速器组件，以维持能量储存系统上的电荷，一个或多个DC总线通道的输出可以联接到辅助负载。有益的是，本文中公开的推进系统能够使能量储存系统设计成使尺寸、重量和成本最小，同时通过独立控制多通道DC总线组件的每个DC总线通道上的DC链接电压提供改进的效率。
所公开设备的技术贡献是它提供控制器实现的技术，将能量储存系统的电压提升到提升电压，将提升电压供应给电压总线。
根据本发明的一个实施例，设备包括：多通道DC总线组件，所述多通道DC总线组件包括第一通道和第二通道；第一机电装置，所述第一机电装置联接到所述第一通道的正DC链接；以及第二机电装置，所述第二机电装置联接到所述第二通道的正DC链接。第一DC至AC电压逆变器联接到所述第一通道的所述正DC链接；第二DC至AC电压逆变器联接到所述第二通道的所述正DC链接。所述设备进一步包括：双向电压修正组件，所述双向电压修正组件联接到所述第二通道的正DC链接；以及第一能量储存系统，所述第一能量储存系统电联接到所述第一机电装置。
根据本发明的另一实施例，制造推进系统的方法包括：将第一DC至AC电压逆变器联接到第一电压总线；将第一机电装置联接到所述第一DC至AC电压逆变器；以及将第二DC至AC电压逆变器联接到第二电压总线。所述方法还包括：将第二机电装置联接到所述第二DC至AC电压逆变器；将双向DC-DC电压变换器联接到所述第二电压总线；将第一能量储存系统联接到所述双向DC-DC电压变换器；以及对控制器编程，以控制所述双向DC-DC电压变换器的开关，从而将所述第一能量储存系统的电压提升到与所述第一电压总线的电压不同的提升电压。
根据本发明的又一实施例，车辆推进系统包括：DC总线组件，所述DC总线组件具有第一DC总线和第二DC总线。所述车辆推进系统还包括：第一双向DC至DC电压变换器，所述第一双向DC至DC电压变换器联接到所述第一DC总线；高比功率能量储存装置，所述高比功率能量储存装置联接到所述第一双向DC至DC电压变换器的低电压侧；第一机电装置，所述第一机电装置通过第一DC至AC电压变换器联接到所述第一DC总线；以及第二机电装置，所述第二机电装置通过第二DC至AC电压变换器联接到所述第二DC总线。控制器被编程为控制所述第一双向DC至DC电压变换器，以将所述第一机电装置的电压提升到提升电压，并将所述提升电压供应到所述第一DC总线，所述提升电压与所述第二DC总线的电压不同。
根据本发明的又一实施例，车辆推进系统包括：第一机电装置，所述第一机电装置联接到第一DC总线的正DC链接；辅助负载，所述辅助负载联接到所述第一机电装置的输出；以及第一DC至AC电压逆变器，所述第一DC至AC电压逆变器联接到所述第一DC总线的正DC链接。第二机电装置联接到第二DC总线的正DC链接；以及变速器联接到所述第二机电装置的输出。所述车辆推进系统还包括：第二DC至AC电压逆变器，所述第二DC至AC电压逆变器联接到所述第二DC总线的正DC链接；能量储存系统，所述能量储存系统电联接到所述第二DC总线的正DC链接；以及双向电压修正组件，所述双向电压修正组件联接到所述第二DC总线的正DC链接，并被配置成将所述第一能量储存系统的电压提升到与所述第一DC总线的电压不同的电压。
尽管只关于有限数目的实施例详细描述了本发明，但应当很容易理解本发明不局限于这些公开的实施例。而是，本发明可以修改为包括到此为止没有被描述但符合本发明的精神和范围的任何数目的变形、修改、替换或等同布置。此外，尽管已经描述了本发明的各个实施例，但要理解本发明的各方面可以只包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不看作是被前述描述限制，而只受所附权利要求的范围限制。

Claims (22)

1.一种推进设备，包括：
多通道DC总线组件，所述多通道DC总线组件包括独立的第一通道和第二通道；
第一机电装置，所述第一机电装置联接到所述第一通道的正DC链接；
第二机电装置，所述第二机电装置联接到所述第二通道的正DC链接；
第一DC至AC电压逆变器，所述第一DC至AC电压逆变器联接到所述第一通道的正DC链接；
第二DC至AC电压逆变器，所述第二DC至AC电压逆变器联接到所述第二通道的正DC链接；
第一双向电压修正组件，所述第一双向电压修正组件联接到所述第二通道的正DC链接；
第一能量储存系统，所述第一能量储存系统电联接到所述第一机电装置；以及
联接装置，所述联接装置联接到所述第一通道的所述正DC链接并且联接到所述第一双向电压修正组件与所述第二DC至AC电压逆变器之间的所述第二通道的所述正DC链接，并且，所述联接装置被配置成选择性地将所述第一通道的正DC链接联接到所述第二通道的正DC链接。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一能量储存系统进一步联接到所述第二机电装置。
3. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括第二能量储存系统，所述第二能量储存系统电联接到所述第二机电装置。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一能量储存系统包括超级电容器和功率电池中的至少一个；以及
其中，所述第二能量储存系统包括能量电池。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一能量储存系统的负端子联接到所述第二能量储存系统的负端子。
6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一能量储存系统和所述第二能量储存系统以串联布置联接在一起。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括第二双向电压修正组件，所述第二双向电压修正组件联接到所述第一通道的正DC链接。
8. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括控制器，所述控制器被编程为：
在再生制动操作模式和充电维持操作模式中的至少一个模式，关闭所述联接装置；以及
在电动机操作模式，打开所述联接装置。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括旁路联接装置，所述旁路联接装置被配置成选择性地将所述第二通道的正DC链接联接到所述第一能量储存系统。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括齿轮组件和皮带组件中的至少一个，所述齿轮组件和皮带组件中的至少一个被配置成将所述第一机电装置机械联接到所述第二机电装置。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多通道DC总线组件进一步包括第三通道，所述第三通道具有与其联接的辅助负载。
12.一种车辆推进系统，包括：
DC总线组件，所述 DC总线组件包括：
第一DC总线；以及
第二DC总线；
第一双向DC至DC电压变换器，所述第一双向DC至DC电压变换器联接到所述第二DC总线；
高比功率能量储存装置，所述高比功率能量储存装置联接到所述第一双向DC至DC电压变换器的低电压侧；
第一机电装置，所述第一机电装置通过第一DC至AC电压变换器联接到所述第一DC总线；
第二机电装置，所述第二机电装置通过第二DC至AC电压变换器联接到所述第二DC总线；
联接装置，所述联接装置联接到所述第一DC总线并且联接到所述第一双向DC至DC电压变换器与所述第二DC至AC电压变换器之间的所述第二DC总线，并且，所述联接装置被配置成选择性地将所述第一DC总线联接到所述第二DC总线；以及
控制器，所述控制器被编程为控制所述第一双向DC至DC电压变换器，以将所述第二DC总线的电压降低到降低的电压，并将所述降低的电压供应到所述高比功率能量储存装置，所述降低的电压与所述第二DC总线的电压不同。
13.根据权利要求12所述的车辆推进系统，其特征在于，进一步包括第二双向DC至DC变换器，所述第二双向DC至DC变换器联接到所述第一DC总线，所述第二双向DC至DC变换器具有比所述第一双向DC至DC变换器的电压额定值低的电压额定值。
14.根据权利要求13所述的车辆推进系统，其特征在于，进一步包括高比能能量储存装置，所述高比能能量储存装置联接到所述第二双向DC至DC变换器的低电压侧。
15.根据权利要求12所述的车辆推进系统，其特征在于，进一步包括高比能能量储存装置，所述高比能能量储存装置与所述高比功率能量储存装置串联联接。
16.根据权利要求12所述的车辆推进系统，其特征在于，进一步包括高比能能量储存装置，所述高比能能量储存装置具有联接到所述高比功率能量储存装置的负端子的负端子。
17.根据权利要求12所述的车辆推进系统，其特征在于，进一步包括变速器，所述变速器联接到所述第一机电装置的输出和所述第二机电装置的输出。
18.一种车辆推进系统，包括：
第一机电装置，所述第一机电装置联接到第一DC总线的正DC链接；
辅助负载，所述辅助负载联接到所述第一机电装置的输出；
第一DC至AC电压逆变器，所述第一DC至AC电压逆变器联接到所述第一DC总线的正DC链接；
第二机电装置，所述第二机电装置联接到第二DC总线的正DC链接；
变速器，所述变速器联接到所述第二机电装置的输出；
第二DC至AC电压逆变器，所述第二DC至AC电压逆变器联接到所述第二DC总线的正DC链接；
能量储存系统，所述能量储存系统电联接到所述第二DC总线的正DC链接；以及
第一双向电压修正组件，所述第一双向电压修正组件联接到所述第二DC总线的正DC链接，并被配置成将所述能量储存系统的电压提升到与所述第一DC总线的电压不同的电压；以及
联接装置，所述联接装置联接到所述第一DC总线的所述正DC链接并且联接到所述第一双向电压修正组件与所述第二DC至AC电压逆变器之间的所述第二DC总线的所述正DC链接，并且，所述联接装置被配置成选择性地将所述第一DC总线的所述正DC链接联接到所述第二DC总线的所述正DC链接。
19.根据权利要求18所述的车辆推进系统，其特征在于，所述能量储存系统电联接到所述第一DC总线的正DC链接。
20.根据权利要求18所述的车辆推进系统，其特征在于，进一步包括第二双向电压修正组件，所述第二双向电压修正组件联接到所述第一DC总线的正DC链接。
21.根据权利要求18所述的车辆推进系统，其特征在于，进一步包括电辅助负载，所述电辅助负载直接地联接到所述第一DC总线的正DC链接。
22. 根据权利要求19所述的车辆推进系统，其特征在于，进一步包括：
第三机电装置，所述第三机电装置联接到第三DC总线的正DC链接；以及
其中，所述第三机电装置的输出联接到所述变速器。
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