CN110014981A - 交错转换器电力系统 - Google Patents

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M·N·安瓦尔
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Abstract

电力系统被配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并且以第二电压从ESS传送DC电力。转换器以第二电压耦合到电源。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可以第一交错布置和不同于第一交错布置的第二交错布置来进行配置。在第一交错布置中，转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到电源。

Description

交错转换器电力系统
技术领域
此专利大体上涉及移动的电力系统，并且更具体地涉及包含交错转换器的电力系统。
背景技术
诸如电池系统的能量存储系统(ESS)在移动应用中需要便利的方法来逆转ESS的消耗以及ESS与推进单元的有效耦合。消耗的ESS或其可再充电部分可以与充电单元进行物理交换。交换需要兼容电池组的可用性和设计成适应交换的系统，并且此选择的应用对于更复杂的系统而言可能会在逻辑上具有挑战性。另一种选择可能涉及非车载系统，其中充电系统的主要部件是非车载的。这种方法可以使用充电站或其它类型的充电设施。非车载充电系统需要与移动单元进行可操作连接，因此需要兼容性。另一种选择可以是车载系统，其中充电系统的主要部件由移动单元携带。对于车载充电器而言，主要充电器部件是每个独立移动单元的组成部分，而不是位于通过插入式连接供电的车外站。
机载系统使用电力电子部件来耦合并调节从电源到ESS的电力。电源可以是耦合的外部电源或机载发电源。在使用中，单独的一组车载电力电子部件可操作地耦合ESS以给推进单元通电。每种情况下的电力电子器件均较大且较重，且可能需要冷却才能有效运行。
因此，期望提供用于向ESS提供充电能量和从ESS提供推进能量的系统和技术。还期望提供利用这种技术的方法、系统和车辆。此外，结合附图和前述技术领域和背景技术，充电系统的其他期望的特征和特性将从随后的详细描述和所附权利要求中变得显而易见。
发明内容
在一个示例性实施例中，电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，该转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，该转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到电源。
在另一个示例性实施例中，电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，该转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，该转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到电源。升压转换器和降压转换器均包括电感器和半导体开关。
在另一个示例性实施例中，电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，该转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，该转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到电源。该至少一个开关是半导体开关。
在另一个示例性实施例中，电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，该转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，该转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到电源。第二转换器可操作地设置在电源与该转换器之间。第二转换器具有以第二电压的DC电力输出。
在另一个示例性实施例中，电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，该转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，该转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到电源。电源是交流(AC)电源。
在另一个示例性实施例中，电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，该转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，该转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到电源。将链路电容器设置在该转换器与第二转换器之间。
在另一个示例性实施例中，电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，该转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，该转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到电源。该推进系统包括耦合到链路电容器的至少一个电动机。
在另一个示例性实施例中，电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，该转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，该转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到电源。该转换器包括多个升压转换器和多个降压转换器，多个升压和降压转换器可配置为第一交错布置和第二交错布置。
在另一个示例性实施例中，电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，该转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，该转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到负载。第一电压小于第二电压。在第一交错布置中，提供从电源到ESS的逐级下降的电压，并且在第二交错布置中，提供从ESS到负载的逐级上升的电压。
在另一个示例性实施例中，电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，该转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，该转换器从ESS提供DC电力以将驱动电力提供到车辆的电力推进系统。
在另一个示例性实施例中，车辆包括电力系统，其配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，该转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，该转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到负载。
在另一个示例性实施例中，车辆包括电力系统，该电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到推进系统。ESS是设置在车辆上的电池存储系统。
在另一个示例性实施例中，车辆包括电力系统，该电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，转换器将DC电力从ESS提供到推进系统，该推进系统包括至少一个电动机。
在另一个示例性实施例中，车辆包括电力系统，该电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，转换器将DC电力从ESS提供到车辆的推进系统。升压转换器和降压转换器中的每一个均包括电感器和半导体开关。
在另一个示例性实施例中，车辆包括电力系统，该电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到车辆的推进系统。该至少一个开关包括半导体开关。
在另一个示例性实施例中，车辆包括电力系统，该电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到车辆的推进系统。第二转换器设置在电源与转换器之间。第二转换器具有以第二电压的DC电力输出。
在另一个示例性实施例中，车辆包括电力系统，该电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到车辆的推进系统。电源是交流(AC)电源。
在另一个示例性实施例中，车辆包括电力系统，该电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到车辆的推进系统。推进系统耦合在转换器和第二转换器之间。
在另一个示例性实施例中，车辆包括电力系统，该电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到车辆的推进系统。该转换器是多个升压转换器和多个降压转换器，多个升压和降压转换器可配置为第一交错布置和第二交错布置。
在另一个示例性实施例中，车辆包括电力系统，该电力系统配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并以与第一电压不同的第二电压从ESS传送DC电力。该系统包括以第二电压可操作地耦合到电源的转换器。该转换器包括升压转换器和降压转换器。升压转换器和降压转换器可经由与升压转换器和降压转换器相关联的至少一个开关以第一交错布置来配置，并可经由至少一个开关以与第一交错布置不同的第二交错布置来配置。在第一交错布置中，转换器以第一电压将DC电力从电源提供到ESS，并且在第二交错布置中，转换器以第二电压将DC电力从ESS提供到电源。第一电压小于第二电压。第一交错布置提供从电源到ESS的逐级下降的电压，并且第二交错布置提供从ESS到车辆的推进系统的逐级上升的电压。
附图说明
在下文中将结合以下附图来描述本公开，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是根据示例性实施例的包括电力系统的电气化车辆的功能框图；以及
图2是根据在此描述的示例性实施例的与图1的电气化车辆一起示出的电力系统方面的框图。
具体实施方式
以下详细描述在本质上仅仅是示例性的，并不意图限制应用和用途。另外，不存在被任何前述的技术领域、背景技术、发明内容或者下面的详细描述中提出的任何明示的或暗示的理论约束的意图。应该理解，在整个附图部分中，相应的附图标记表示相似或相应的部分及特征。如本文所用，术语“系统”或“模块”可以单独地或以任何组合的方式指代机械和电子硬件、软件、固件、电子控制组件、处理逻辑和/或处理器设备的任何组合或集合，包括但不限于：专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)、包含软件或固件指令的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适组件。
在此可以根据功能块和/或逻辑块组件以及各种处理步骤来描述示例性实施例。应该理解的是，这样的块组件可以通过配置为执行指定功能的机械和电子硬件、软件和/或固件组件的任何数量、组合或集合来实现。例如，本发明的实施例可以采用机械组件和电气组件、集成电路组件、存储器组件、数字信号处理组件、逻辑元件、查找表等的各种组合，其可以在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下执行各种功能。另外，本领域的技术人员将认识到的是，可以结合任何数量的机械和/或电子系统来实践示例性实施例，并且在此描述的车辆系统仅是可能的实施方式的示例性实施例。
为了简洁起见，在此可以不详细描述系统的常规组件和技术以及系统的其他功能方面(以及系统的各个操作组件)。此外，在此包含的各个附图中示出的连接线旨在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应该注意的是，在本发明的实施例中可以存在许多替代或附加的功能关系或物理连接。
根据在此描述的示例性实施例，电力系统10可以用于移动单元，诸如图1中描绘的车辆12，车辆12采用了可能需要充电的ESS14以及对例如来自ESS14的通电力供应作出响应的推进系统16。车辆12可以是许多不同类型的陆地、海洋或空中交通工具中的任何一种，并且在某些实施例中，可以例如是具备任何配置的乘用汽车。如图1所示，除了上述电力系统10、ESS14和推进系统16之外，车辆12还可以包括以下中的任意一个或任意组合：车身24、车轮26、电子控制系统28、转向系统30和制动系统32。车轮26可以各自旋转地耦合到车身24。在各种实施例中，车辆12可以与图1中所描绘的不同。例如，在某些实施例中，车轮26的数量可以发生变化。作为附加示例，在各种实施例中，车辆12可能不会具有压靠在道路上的车轮26，而是可以包括另一种将扭矩转换成运动的方法，例如克服流体而运作的倾斜叶片。
在图1所示的示例中，车辆12包括至少一个推进系统16，在这些示例中，推进系统16可以驱动车轮26。推进系统16可以包括发动机42和/或电机(其可以包括诸如马达36的装置)。在包括马达36的情况下，车辆12是电气化车辆。在许多示例中，马达36可以是电动机-发电机和/或可以是一个以上的马达。马达36可以经由ESS14供电，或者由一个或多个额外的电源通过电力系统10供电。在示例性实施例中，ESS14可以是一个或多个电池。
推进系统16可以包括诸如为与马达36成混合动力布置或为另一种替代配置的内燃机42。在许多示例中，电子控制系统28可以包括可以封装在一起或者分配到车辆12的各个位置的部件或模块的变型。在许多示例中，电子控制系统28可以包括发动机控制模块、车身控制模块、变速器控制模块、电池管理系统、车辆集成控制模块和/或用于控制车辆12的系统、功能或操作的一个或多个其它部件。推进系统16可以通过一个或多个驱动轴40耦合到至少一些车轮26。在一些示例中，推进系统16可以包括发动机42和/或变速器44以提供可变输出。在许多示例中，马达36可以耦合到变速器44。在其它示例中，发动机42和/或变速器44可能不是必需的，并且可以省略。
在图1中所说明的示例中，转向系统30可以控制至少一些车轮26的方向。在某些实施例中，车辆12可以是自主的，利用由处理器(诸如在电子控制系统28中)产生的转向命令。制动系统32可以为车辆12提供制动。制动系统32可以经由制动踏板(未示出)从驾驶员接收输入，该制动踏板可以通过车轮制动器(未示出)来控制车辆减速和/或可以经由马达36在再生模式中的操作来实现。操作员还可以经由加速器踏板(未示出)提供输入以命令车辆12的期望速度或加速度。车辆12对这些输入的响应可以至少部分地通过马达36的输出速度和/或转矩来实现。类似于以上关于车辆12的可能变化的描述，在某些实施例中，转向、制动和/或加速可以由计算机而不是由驾驶员命令，诸如通过自主能力来命令。
参考图2，根据本文所述的示例性实施例，车辆12的车身24可以承载示意地示出的电力系统10的许多部件。当在车辆12上时，这些部件是指车载的。电力系统10可以采用可以与各种充电系统变型兼容的车载充电系统拓扑。在许多示例中，电力系统10的功能可以在图1的电子控制系统28中执行，该电子控制系统可以与电力系统10电耦合。在其它示例中，电力系统10的功能可以在电子控制系统28外部的其它控制器中执行。
当期望ESS14充电时，车辆12和电源54可以诸如通过电缆连接52和/或电感耦合(未示出)彼此靠近以实现连接。充电过程可以通过电力系统10来控制，该电力系统例如可以包括以下的任何一种或任意组合：浪涌保护；滤波；在交流电(AC)和直流电(DC)之间转换；功率因子校正(PFC)；和/或DC-DC降压或升压转换。在许多示例中，可以控制充电以提供具有不同电流和/或电压模式的多个级。可以通过电力系统10提供诸如隔离等系统保护。因此，在许多示例中，当从电源54接收电力并且将电力传送到ESS14时，电力系统10可以提供对充电过程中的许多因素的车载控制。
电源54可以是在住宅中通常可用的类型，诸如具有接地的120V或240V，60Hz电源。AC电压可以通过诸如浪涌保护器60等保护装置在车辆12上被接收，以提供对电源中的电压变化的保护。AC电压可以从浪涌保护器60传导到滤波器62，这可以减少电磁噪声的传递。AC电路可以从滤波器62继续流到整流器64，其中AC电压可以被转换为DC。整流器64可以包括以桥配置连接的任何合适的整流布置，诸如二极管、可控硅整流器(SCR)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。DC总线66开始于整流器64与滤波器62的相对侧上。DC总线66包括DC总线导轨68、70。
转换器72可以连接在DC总线66中与整流器64相邻。转换器72可以是N相无变压器转换器，以提供逐级上升的(升压的)DC电力以对耦合到导轨68和70之间的DC总线66的DC链路电容器76进行充电。转换器包括开关78、80和82。开关78、80和92可以包括诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、门极可关断晶闸管(GTO)或如开关元件的另一个电子开关装置等半导体装置。开关78、80和82可以被设置有反并联二极管。对于导通(ON)和阻断(OFF)模式，开关74、76和78是可控的。开关74可以连接在DC总线导轨68中以提供开-关控制。另外，转换器72可以包括多个交错电感器级74，并且描绘了两个交错电感器级84和86。电感器级84包括电感器88、二极管90和开关80。电感器级86包括电感器92、二极管94和开关82。
DC链路电容器76可以通过转换器72从电源54充电。转换器72可以与控制器和栅极驱动器96电耦合。控制器96可以由低电压源100供电。控制器和栅极驱动器96可操作以提供用于开关78、80和82的半导体装置的栅极的驱动输入。控制器96对转换器72提供开关控制以根据可以被编程为提供期望输出的控制逻辑以及对于对操作模式、电压状态和其它因素的响应来控制开关78、80和82。虽然转换器72采用N相无变压器转换器结构，但是在电力系统10中可以采用其它转换器拓扑结构，诸如电感器-电容器(LC)网络。
在示例性实施例中，第二转换器100可以连接在DC链路电容器76与ESS14之间的DC总线66中。转换器100包括以交错配置106布置的单向升压转换器102和单向降压转换器104。应当明白的是，可以在交错配置106内提供另外的升压和/或降压转换器。转换器100包括被设置在DC导轨68内的开关108。
升压转换器102包括开关110、电感器112和开关114。降压转换器104包括开关116、电感器118和开关120。在DC导轨68与DC导轨70之间的转换器100内提供链路电容器122。开关108、110、114、116和120可以包括诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、门极可关断晶闸管(GTO)或如开关元件的另一个电子开关装置等半导体装置，并且可以被设置有反并联二极管。另外，对于用于导通(ON)和阻断(OFF)模式，开关108、110、114、116和120可以是可控的。
转换器100可以与控制器和栅极驱动器122电耦合。控制器122可以由低电压源100供电。控制器和栅极驱动器122可操作以提供用于开关108、110、114、116和120的半导体装置的栅极的驱动输入。控制器122对转换器100提供开关控制以根据可以被编程为提供期望输出的控制逻辑以及对于对操作模式、电压状态和其它因素的响应来控制开关108、110、114、116和120。
ESS14通过隔离螺线管开关124连接到DC总线66。而且，电力模块126可选地连接到DC总线66，该电力模块向车辆12内的各种低电压负载128提供低电压源132和低压DC电力。
一个或多个马达控制模块130在链路电容器76处耦合到DC总线66。另外的高电压(超过大约15伏DC)部件132可以耦合到DC总线66。马达控制模块130可以已知方式操作以响应于链路电容器76处的DC总线66上的电压并且响应于来自一个或多个电子控制装置28的控制信号而向马达36提供驱动DC或AC电力。
第二转换器100内的转换器102和104的交错配置106可以取决于ESS14相对于链路电容器76处的DC总线电压的额定电压以及包括马达36的推进系统16的配置。取决于ESS14的额定电压和由转换器72传送的电压，转换器100可以是降压转换器或升压转换器。例如，转换器100可以被配置为降压转换器，其被构造为当ESS14的电压低于从转换器72输出的电压时提供电压的逐级下降(降压)。替代地，转换器100可以是升压转换器，其被构造为提供来自ESS14的逐级上升的电压(升压)以对应于转换器72的较高电压输出和链路电容器76处的DC总线上的电压。将明白的是，在替代布置中，如果ESS14的电压高于转换器72的输出，则转换器100可以被配置为升压转换器以提供从转换器72到ESS14的电压的逐级上升以用于充电，并且被配置为降压转换器以提供从ESS14到链路电容器76处的DC总线的电压的逐级下降。
响应于由控制器96和122提供的信号，在电力系统10对链路电容器76进行充电的操作期间，开关108可以被设定为关断(断开)以将转换器100以及因此ESS14与包括链路电容器76和电源54的DC总线66断开连接。耦合到电源54的转换器72适当地将电压逐级上升到链路电容器76处的DC总线66的目标电压，从而有效地对链路电容器76进行充电。开关108可以被设定为导通(闭合)状态以将转换器100以及因此ESS114连接到DC总线66和电源54。在充电操作模式中，DC电通过转换器100耦合到ESS14，并且在推进模式中，DC电通过转换器100从ESS14耦合到链路电容器76。
转换器100可通过布置开关108、110、114、116和120来操作，以提供从ESS14到链路电容器76的逐级上升的电压或从链路电容器76到ESS14的逐级下降的电压，反之亦然，视具体情况而定。在一个示例性实施例中，ESS电压14小于链路电容器76处的DC总线66的电压。在推进模式期间，转换器102和104都交错在一起以形成(升压)较高额定逐级上升转换器以将来自ESS14的电压(例如V2＝350V)升压到较高电压(例如V1＝600V)。在充电模式期间，转换器102和104都交错以将电压(例如，V1＝600V)逐级下降(降压)到ESS14电压，例如V2＝350V。
转换器102和104交错增强了波纹性能并且因此简化了转换器100的设计。输入和输出电感器112都不是118(分别为升压和降压)针对交错和双向操作进行了优化。另外，转换器100经由固态半导体开关110、114、116和120提供无变压器隔离。作为另外的优点，根据示例性实施例的电力系统10的布置使得马达控制模块130能够耦合到转换器72与转换器100之间的DC链路电容器76处的DC总线76。
通过前述示例，具有减少的部件数量和系统质量的电力系统布置允许围绕ESS和链路电容器设计进行转换器优化。虽然在前面的详细描述中已经产生了示例，但是应当明白存在大量的变化。还应当明白的是，细节仅仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本公开的范围、实用性或配置。实情是，上面的详细描述将给本领域技术人员提供用于实施本发明的示例的便捷指引。应当理解的是，在不脱离如所附权利要求中所阐述的范围的情况下，可对示例中描述的元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (10)

1.一种电力系统，其被配置为以第一电压将直流(DC)电力传送到能量存储系统(ESS)并且以与所述第一电压不同的第二电压从所述ESS传送DC电力，所述系统包括：
转换器，其以所述第二电压可操作地耦合到电源，所述转换器包括：
升压转换器和降压转换器，所述升压转换器和所述降压转换器可经由与所述升压转换器和所述降压转换器相关联的至少一个开关的选择性配置以第一交错布置来配置并且可经由所述至少一个开关的选择性配置以不同于所述第一交错布置的第二交错布置来配置，并且其中，
在所述第一交错布置中，所述转换器以所述第一电压将DC电力从所述电源提供到所述ESS，并且在所述第二交错布置中，所述转换器以所述第二电压将DC电力从所述ESS提供到负载。
2.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述升压转换器和所述降压转换器中的每一个均包括可操作地耦合的电感器和半导体开关。
3.根据权利要求1所述的电力系统，其中所述至少一个开关包括半导体开关。
4.根据权利要求1所述的电力系统，进一步包括可操作地设置在所述电源与所述转换器之间的第二转换器，所述第二转换器具有处于所述第二电压的DC电输出。
5.根据权利要求4所述的电力系统，所述电源是交流(AC)电源。
6.根据权利要求4所述的电力系统，链路电容器被设置在所述转换器与所述第二转换器之间，并且所述负载包括推进系统，所述推进系统包括耦合到所述链路电容器的至少一个电动机。
7.根据权利要求1所述的电力系统，所述升压转换器和所述降压转换器中的每一个均是单向的。
8.根据权利要求1所述的电力系统，所述转换器包括多个升压转换器和多个降压转换器，所述多个升压转换器和降压转换器可被配置为所述第一交错布置和所述第二交错布置。
9.根据权利要求1所述的电力系统，所述第一电压小于所述第二电压，所述第一交错布置提供从所述电源到所述ESS的逐级下降的电压，并且所述第二交错布置提供从所述ESS到所述负载的逐级上升的电压。
10.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的电力系统的车辆。
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