CN110495066B - 用于混合动力电动车辆的π源逆变器-转换器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于降低具有变频驱动器的电机的功率逆变器/转换器的直流总线上的谐振振荡的系统。所述系统包括：电池；与所述电池并联连接的第一电容器；与所述第一电容器串联连接的电感器；与所述电感器串联连接的第一二极管；与所述电感器和所述第一二极管并联连接的第二二极管；与所述第一二极管串联连接的第二电容器；以及连接到所述第二电容器的起动机‑发电机。在用于为电池充电的再生模式期间，再生电流从所述起动机‑发电机流到所述电池，经过所述第一二极管和所述电感器并且绕开所述第二二极管。在电机模式期间，电机电流从所述电池流到所述起动机‑发电机，经过所述第二二极管并且绕开所述第一二极管和所述电感器。

Description

用于混合动力电动车辆的π源逆变器-转换器
相关申请的交叉引用
本美国专利申请根据美国法典第35编第119节要求2017年3月17日提交的美国临时申请62/473,012、2018年1月22日提交的美国临时申请62/620,259以及2018年3月14日提交的美国临时申请15/921284的优先权。这些在先申请的公开内容被认为是本申请公开内容的一部分，并且在此通过引用将它们的全文并入。
技术领域
本公开内容涉及用于混合动力电动车辆（HEV）的π源逆变器-转换器。
背景技术
混合动力电动车辆（HEV）是一种结合常规的内燃机（ICE）推进系统与电动推进系统（混合动力车辆动力传动系统）的混合动力车辆和电动车辆的类型。HEV与常规车辆相比实现了更好的燃油经济性。存在若干种类型的HEV，并且每一类型的HEV用作电动车辆的程度也各不相同。混合动力电动汽车是HEV中最常见的；然而，混合动力电动卡车和公共汽车最近数量急剧上升。
HEV可基于向HEV的动力传动系统供应电力的方式进行分类。例如，HEV可被分类为并联混合动力、串联混合动力或功率分流混合动力。大多数混合动力车辆大都使用再生制动来给电池再充电。
HEV可包括变频驱动器（VFD），变频驱动器（VFD）是一种电机控制器的类型，其通过改变供应给电动机的频率和电压来驱动电动机。VFD也可称为变速驱动器、可调速驱动器、可调频驱动器、AC驱动器、微驱动器和逆变器。频率或赫兹与电机速度直接相关，更具体地与电机每分钟的旋转（RPM）直接相关。在一些示例中，如果车辆不需要电机以全速运行，则可使用VFD来使频率和电压缓降，以满足HEV的负载要求。类似地，当对速度要求的需求改变时，VFD可以调高或调低电机速度，以满足速度要求。
图1示出了HEV的VFD的主电源部分的系统100的常规和常见拓扑。如示出的，VFD包括三相逆变器102，该三相逆变器102具有六个MOSFET M1-M6，每个MOSFET包括二极管。系统100包括起动机-发电机104，其在电机模式期间向发动机轴（未示出）提供机械功率，并且在再生模式期间向电池106提供电力。系统100要求起动机-发电机104和电池106之间的双向功率流。换句话说，基于车辆的操作模式（即，电机模式或再生模式），电流I（例如，IMotor和IRe-Generation）能够在DC-总线108内双向流动。在电机模式期间，功率（即电流IMotor）通过3相逆变器102从电池106流到起动机-发电机104，而在电机再生模式期间，功率（即电流IRe-Generation）通过3相逆变器102从起动机-发电机104（即感应电机）流到电池106。如可以看见的那样，3相逆变器102被配置成基于电机模式而不同地操作。例如，在电机模式期间，3相逆变器102充当从DC到3相AC正弦波的逆变器；而3相逆变器102充当从3相AC正弦波到DC的转换器。
由于汽车工业的EMC规定约束，串联地定位在第一电容器118和第二电容器120之间的电感器110被用于消除在再生模式期间来自转换器102的发射。事实上，电感器110仅在再生模式期间被用于将通过电感器110以及与电感器110串联连接的第一电容器118的电池充电电流IRe-Generation滤波，电感器110以及第一电容器118一起被称为L-C滤波器116。
可如下计算存储在电感器110中的能量：
电机模式：
Figure 481359DEST_PATH_IMAGE001
其中，EL-Motor是在电机模式期间存储在电感器110中的能量，L是电感器110的值，并且IMotor是在电机模式期间经过电感器110的电流。
再生模式：
Figure 748393DEST_PATH_IMAGE002
其中，EL-Re-Generation是在再生模式期间存储在电感器110中的能量，并且L是电感器110的值，并且IRe-Generation是在再生模式期间通过3相转换器102从起动机-发电机104流到电池106的电流。
L-C滤波器116上的谐振振荡：电感器110中流动的电流180°滞后于在第一电容器118和第二电容器120中流动的电流。这样，可如下计算被存储在第一电容器118和第二电容器120中的能量：
Figure 698025DEST_PATH_IMAGE003
以及
Figure 117636DEST_PATH_IMAGE004
其中，EC1是存储在第一电容器118上的能量，并且EC2是存储在第二电容器120上的能量，C1是第一电容器118的值，并且C2是第二电容器120的值。
电感器110和具有180°相位差的第一电容器118以及第二电容器120之间的能量交换在电机模式和再生模式期间引起电流的谐振振荡，并且在电容器118和电容器120二者上提供纹波电流。
更重要的是，起动机-发电机104的转矩与其绕组的转矩电流直接相关并且成比例，在起动机-发电机104的场定向控制方案下尤其如此，并且因此与DC-总线108上的纹波电流直接相关并且成比例。换句话说，谐振-振荡电流（例如，IRe-Generation、IMotor）与施加到起动机-发电机104的转矩成比例。
如先前所述，DC-总线108上的纹波电流（谐振-振荡电流）与施加到起动机-发电机104的转矩成比例，因此输送到起动机-发电机104的总输出功率和性能极大地受到电感器110和第一电容器118的谐振-振荡限制，电感器110和第一电容器118一起被称为L-C滤波器116。纹波电流效应可能损坏主电源的部件，并且显著降低主电源部件的整体性能。即使在主电源部件的额定功率较大的情况下，如图1中所述的系统100也会降低主电源部件的寿命。此外，从EMC的角度来看，纹波电流效应可能增加向周围区域的发射。这样，系统100可能不稳定并且阻止起动机-发电机104以其全设计功率使用。因而，存在对利用起动机-发电机104的全设计功率的稳定系统的需要。
发明内容
本公开内容的一个方面提供了一种用于降低具有变频驱动器的电机的功率逆变器/转换器的直流总线上的谐振振荡的系统。该系统包括：电池；与所述电池并联连接的第一电容器；与所述第一电容器串联连接的电感器；与所述电感器串联连接的第一二极管；与所述电感器和所述第一二极管并联连接的第二二极管；与所述第一二极管串联连接的第二电容器；以及连接到所述第二电容器的起动机-发电机。在用于为电池充电的再生模式期间，再生电流从起动机-发电机流到电池，经过第一二极管和电感器并且绕开第二二极管。此外，在电机模式期间，电机电流从电池流到起动机-发电机，经过第二二极管并且绕开第一二极管和电感器。
本公开内容的实施方式可包括一个或多个以下任选特征。在一些实施方式中，第一电容器和电感器形成L-C滤波器。在一些示例中，在用于为电池充电的再生模式期间，再生电流分别流过第一电容器和电感器。在一些实施方式中，在电机模式期间，电机电流流过第二二极管。
在一些示例中，该系统进一步包括连接在起动机-发电机和第二电容器之间的功率逆变器/转换器。功率逆变器/转换器可包括六个MOSFET，每个MOSFET包括二极管。在一些实施方式中，在电机模式期间，功率逆变器/转换器包括从DC到3相AC正弦波的逆变器。此外，在再生模式期间，功率逆变器/转换器可包括从3相AC正弦波到DC的转换器。
附图说明
图1是用于起动机-发电机的主电源部分的现有技术拓扑的示意图。
图2是用于起动机-发电机的主电源部分的示例性拓扑的示意图。
图3是具有100KW内部永磁电机变频驱动器的主电源拓扑的顶层Simulink模型视图。
图4A是根据图1的永磁同步电机驱动器的子模型的Simulink模型视图，其示出了图3的π-源逆变器（C-L-C）的详细电路拓扑。
图4B-1至4B-4是示出图4A的模拟结果的曲线图，其示出了大多数参数值上的谐振振荡。
图5A是根据图2用于消除谐振振荡的基于图3的系统的永磁同步电机驱动器的子模型的Simulink模型视图。
图5B-1至图5B-4是示出图5A的模拟结果的曲线图，该模拟结果示出了消除所有参数值上的谐振振荡的效果。
图6是使用场定向控制的3相感应电机变频驱动器的主电源拓扑的顶层Simulink模型视图。
图7A是根据图1的场定向控制感应电机驱动器的子模型的Simulink模型视图，其示出了基于图6的π源逆变器（C-L-C）的详细电路拓扑。
图7B-1至图7B-4是示出图7A的模拟结果的曲线图，其示出了大多数参数值上的谐振振荡。
图8A是基于如图6中所示的系统并且根据图2的系统的用于消除谐振振荡的场定向控制感应电机驱动器的子模型的Simulink模型视图。
图8B-1至图8B-4是示出图8A的模拟结果的曲线图，该模拟结果示出了消除所有参数值上的谐振振荡的效果。
在各个附图中，相同的附图标记指示相同的元件。
具体实施方式
参考图2，在一些实施方式中，系统200显著降低了用于具有变频驱动器（VFD）的电机的功率逆变器/转换器204的DC（直流）总线202上的谐振振荡。DC总线202上谐振振荡的降低导致带式起动机发电机（BSG或SG）206以其全设计功率操作，而没有任何功率降低。这种系统200还可导致系统200的电感器208上的额定电流降低（例如从260A降低到40A），以及导致第一电容器218的额定电流降低。此外，包括DC-BUS 202和逆变器/转换器204以及起动机-发电机206（例如，感应电机）的整体变频驱动系统200全部可在稳定条件下操作。这样，与先前的系统（例如，图1中所示的系统100）相比，系统200是稳定的系统。
图2示出了HEV的VFD的主电源系统200。如示出的，系统200包括3相逆变器204，该3相逆变器204具有六个MOSFET M1-M6，每个MOSFET包括二极管。系统200包括也被称为感应电机的起动机-发电机206，其在电机模式期间向发动机轴（未示出）提供机械功率，并且在再生模式期间向电池210提供电功率。因此，系统200基于车辆的操作模式（电机模式或再生模式）来提供双向功率流。在电机模式期间，功率通过3相逆变器204从电池210流到起动机-发电机206，而在再生模式期间，功率通过转换器204从起动机-发电机206流到电池。
系统200被设计成基于两个不同的操作模式（诸如电机模式和再生模式）来操纵流过电感器208的功率。系统200包括DC总线202上的两个二极管212、214（第一二极管212和第二二极管214），二极管212、214是无源部件，即没有驱动器或触发电路。第一二极管212与电感器208串联连接，并且第二二极管214与电感器208和第一二极管212并联连接。因此，在电机模式期间，从电池210流向起动机-发电机206的电流Imotor绕开电感器208。而在再生模式期间，从起动机-发电机206流向电池210的电池充电电流IRe-Generation经过第一二极管212和电感器208。在电机模式期间，由于总线202内的电流IMotor绕开电感器208并且流过第二二极管214，因此不允许电感器208被充电。因此，在电机模式期间，电感器208不存储任何能量，并且因此不发生谐振振荡。由于电感器208中没有存储能量，从而于是将不会有谐振振荡。在再生模式期间，电池充电电流IRe-Generation流过电感器208，以确保电池充电电流IRe-Generation被L-C滤波器216滤波，L-C滤波器216包括电感器208以及与电感器208串联连接的第一电容器218。
系统200确保VFD系统在包括二极管212、214之前与图1中所示的现有系统相比更加稳定和可靠。因此，VFD系统在没有任何功率减额的情况下充分起作用是可能的，这显著有助于客户获得更好的HEV节能效果。
如本公开内容中所述的系统200是一种简单且直接的方法，该方法允许使用便宜的无源部件，诸如使用具有较低电容的电容器218、220，以及使用两个二极管212、214，这导致起动机-发电机206的全额定功率的使用。因此，如图2中所示的系统被配置成利用具有双向功率流的π源逆变器-转换器来消除谐振振荡，以克服如图1中所述的先前系统的困境。
电机电流IMotor不流过电感器208。电感器208仅要求在再生模式下用作L-C滤波器216，以将电池充电电流IRe-Generation保持在最高品质。这样，所示的系统200被配置成允许电机电流IMotor在电机模式期间绕开电感器208通过第二二极管214的流动。这确保在电机模式下在电感器208中没有存储过多的能量，并且因此在电感器208与第一电容器218和第二电容器220之间没有能量交换。
由于EMC约束，需要电感器208，并且因此再生电流IRe-Generation被迫流过第一二极管212和电感器208以及第一电容器218，电感器208以及第一电容器218用作L-C滤波器2016。L-C滤波器216确保再生电流IRe-Generation被滤波，以满足EMC要求并且消除向车辆周围区域以及对电池210的电发射。
如示出的，仅再生电流IRe-Generation流过第二二极管212以及电感器208，因此可以如下计算被存储在电感器208中的能量 EInductor_Re-Generation：
Figure 986366DEST_PATH_IMAGE005
其中，L是电感器208的值。
如示出的，绕开第二二极管214确保在电机模式期间在电感器208中没有存储过多的能量，并且因此确保电感器208与第一电容器218和第二电容器220之间无谐振振荡。在再生模式期间，电池充电电流IRe-Generation被电感器208和第一电容器218（一起被称为L-C滤波器216）的组合滤波，以确保电池充电电流IRe-Generation的品质满足EMC规定约束。在一些示例中，电池210具有48伏的电压，电感器208具有2.2微亨利的电感，第一电容器218具有1200微法拉的电容，并且第二电容220具有470微法拉的电容。其他值也是可能的。
图3至图10C图示了根据图1和图2二者的描述的仿真模型和结果。使用Matlab-Simulink提供两个仿真模型。
图3至图5B图示了使用100KW内部永磁同步电机驱动器的Matlab-Simulink模型。参考图3，图示了具有100KW内部永磁同步电机驱动器的主电源拓扑，并且其大体被称为300。
图4A图示了根据图1（现有技术）的实施方式的图3中所示的永磁同步电机驱动器的子模型，其示出了π源逆变器（C-L-C）的详细电路拓扑。图4B-1至图4B-4示出了模拟结果，该模拟结果示出了大多数参数值上的谐振振荡。图4B-1示出了电机转矩参考值402、电机转矩测量值404、起动机发电机104的转子速度406以及大体被称为408的流过电容器C1的电流IC1的曲线图。如可以看见的那样，随着电机转矩参考值402和电机转矩测量值减小，起动机发电机104的转子速度406增加，而大体被称为408的流过电容器C1 218的电流IC1保持恒定。图4B-2示出了起动机发电机104的机械功率（W）的曲线图，并且图示了参考机械功率410和所测量的机械功率412。图4B-3和图4B-4分别图示了电流和电压。I是经过DC总线108以及电感器110的电流，并且V是电机（即起动机发电机104）的相电压。Iq是在正交轴上去耦的起动机发电机104的相电流，并且Vq是在正交轴上去耦的起动机发电机104的相关联的相电压。Id是在直轴上去耦的起动机发电机104的相电流，并且Vd是在直轴上去耦的起动机发电机104的相关联的相电压。
图5A示出了基于图2中所示的系统200的用于消除谐振振荡的图3中示出的永磁同步电机驱动器的子模型。图5B1至图5B-4示出了仿真结果，该仿真结果（与图4B中所示的现有技术结果相比）示出了由于添加了两个二极管212和214而消除在所有参数值上的谐振振荡的效果（图2、图5A分别与图1和图4A相比）。图5B-1示出了电机转矩测量值504、起动机发电机206的转子速度506以及大体被称为508的流过电容器C1 218的电流IC1的曲线图。如可以看见的那样，随着电机转矩测量值504降低，起动机发电机206的转子速度506增加，而大体被称为508的流过电容器C1 218的电流IC1保持恒定。图5B-2示出了起动机发电机206的机械功率（W）的曲线图，并且图示了参考机械功率510和所测量的机械功率512。图5B-3和图5B-4分别图示了电流和电压。I是流过DC总线202以及电感器208的电流，并且V是起动机发电机206的相电压。Iq是在正交轴上去耦的电机的相电流，并且Vq是在正交轴上去耦的起动机发电机206的相关联的相电压。Id是在直轴上去耦的起动机发电机206的相电流，并且Vd是在直轴上去耦的起动机发电机206的相关联的相电压。如先前所提及的，在图5A-5至图5B-4中的所有参数值上，谐振振荡显著降低。
图6至图8B图示了使用具有场定向控制（FOC）的3相感应电机的变频驱动器的Matlab-Simulink模型。图6示出了使用FOC（场定向控制）的3相感应电机的变频驱动器的Simulink顶层模型。图7A示出了图6中所示的“场定向控制感应电机驱动器”的子模型，其示出了基于图1中所述的现有技术的π源逆变器（C-L-C）的详细电路拓扑。图7B-1至图7B-4示出了图7A的模拟结果，其示出了大多数参数值上的谐振振荡。图7B-1示出了包括定子电流（即来自起动机发电机104的电流）的曲线图。图7B-2示出了参考转子速度702对所测量的转子速度704的曲线图。转子速度是起动机发电机104的转子速度。图7B-3示出了起动机发电机206的轴上的所测量的电磁转矩708和参考电磁转矩706的曲线图。图7B-4示出了DC-总线电压V108和相关联的电流I108。
图8A示出了基于如图2中所述的系统的用于消除谐振振荡的图6中所示的“场定向控制感应电机驱动器”的子模型。图8B示出了图8A的模拟结果，该模拟结果示出了消除所有参数值上的谐振振荡的效果。图8A-1示出了包括定子电流（即来自起动机发电机206）的电流的曲线图。图8B-2示出了参考转子速度802对所测量的转子速度804的曲线图。转子速度是起动机发电机206的转子速度。图8B-3示出了起动机发电机206的轴上的所测量的电磁转矩808和参考电磁转矩806的曲线图。图8B-4示出了DC-总线电压V202和相关联的电流I202。如先前所提及的，在图8A至图8B-4中，谐振振荡在所有参数值上都显著降低。
因此并且基于以上模拟，图2中所示的系统的益处包括：通过消除谐振振荡增加了主电源部分的可靠性并且使所有电源部分稳定；降低主电源部分上的功率损耗和热，并且因此延长主电源部件的寿命；将电感器208的额定电流从260A降低到40A；将第一电容器218电容器的额定电流从9.5A（RMS）降低到更小，并且不需要使BSG逆变器204和电机/再发电机的额定功率减额。这样，包括逆变器204和电机/再发电机的起动机-发电机206可以以其全功率额定值使用。也被称为载流能力或载流量的额定电流是导体或装置在承受立即或逐渐劣化之前可以承载的最大电流量。
此外并且基于所讨论的模拟结果，与图1中所示的现有技术相比，由于图2的设计，不同类型的模拟结果已经示出了处于相同水平的谐振振荡以及纹波电流消除效果。
如参考图2和讨论图2的模拟的相关联的各图所示和所讨论的，系统200基于两个不同的操作模式（电机模式和再生模式）而更好地控制电感器208上的电流流动。这样，所公开的系统200满足了汽车级EMC的约束，并且显著消除了由电感器208引起的谐振振荡。因此，起动机-发电机206可以在没有任何减额的情况下以全功率操作，这增加了BSG系统的稳定性、可靠性和寿命。
由于两个二极管212、214是无源部件，因此没有对触发电路或控制装置的需要。因此，不需要其他附加的电路或部件。
以上公开可用于采用电机的变频驱动器的所有类型的HEV中，因为所有类型的HEV在中断或下坡模式下都要求再生模式，以便捕捉车辆的动能，并且通过转换器将其转换为电能并为电池210充电。所述的公开内容不限于48V BSG，而是也适用于使用逆变器和转换器204的任何类型的HEV。
已经描述了许多实施方式。然而，应当理解的是，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实施方式也在以下权利要求书的范围内。例如，权利要求书中列举的动作可以以不同的顺序执行，并仍然实现合期望的结果。

Claims (7)

1.一种用于降低具有变频驱动器的电机的功率逆变器/转换器的直流总线上的谐振振荡的系统，所述系统包括：
电池；
与所述电池并联连接的第一电容器；
与所述第一电容器串联连接的电感器；
与所述电感器串联连接的第一二极管；
与所述电感器和所述第一二极管并联连接的第二二极管；
与所述第一二极管串联连接的第二电容器；以及
连接到所述第二电容器的起动机-发电机；
其中：
在用于为电池充电的再生模式期间，再生电流从所述起动机-发电机流到所述电池，经过所述第一二极管和所述电感器并且绕开所述第二二极管；并且
在电机模式期间，电机电流从所述电池流到所述起动机-发电机，经过所述第二二极管并且绕开所述第一二极管和所述电感器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一电容器和所述电感器形成L-C滤波器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，在用于为电池充电的所述再生模式期间，所述再生电流分别流过所述第一电容器和所述电感器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述电机模式期间，所述电机电流流过所述第二二极管。
5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括连接在所述起动机-发电机和所述第二电容器之间的功率逆变器/转换器。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述功率逆变器/转换器包括六个MOSFET，其中每个MOSFET包括二极管。
7.根据权利要求5所述的系统，其中：
在所述电机模式期间，所述功率逆变器/转换器包括从DC到3相AC正弦波的逆变器；并且
在所述再生模式期间，所述功率逆变器/转换器包括从3相AC正弦波到DC的转换器。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102591323B1 (ko) * 2018-10-11 2023-10-20 한온시스템 주식회사 모터 제어 장치

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH411109A (de) * 1962-01-12 1966-04-15 Licentia Gmbh Anordnung zur Energieübertragung von einem Leitungssystem grösserer Gleichspannung auf ein Leitungssystem kleinerer Gleichspannung und umgekehrt
JPH09312904A (ja) * 1996-05-23 1997-12-02 Toyota Autom Loom Works Ltd 直流電動機の駆動制御装置
CA2591696A1 (en) * 1998-11-12 2000-05-12 General Electric Company Method and apparatus for a hybrid battery configuration for use in an electric or hybrid electric motive power system
JP2004266505A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Mitsubishi Electric Corp 電圧制御発振器
JP2005184942A (ja) * 2003-12-17 2005-07-07 Mitsubishi Electric Corp 電気車制御装置
DE102007028083A1 (de) * 2007-06-09 2008-12-11 Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg pi-Filter mit Begrenzung des Eingangsstroms
CN102166963A (zh) * 2011-03-29 2011-08-31 重庆长安汽车股份有限公司 一种纯电动汽车制动能量回馈控制方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3820006A (en) * 1972-11-24 1974-06-25 Programmed Power Power converter apparatus and silicon controlled rectifier switching circuit therefor
WO2004009397A1 (en) * 2002-07-19 2004-01-29 Ballard Power Systems Corporation Apparatus and method employing bi-directional converter for charging and/or supplying power
US7327113B2 (en) * 2004-11-15 2008-02-05 General Electric Company Electric starter generator system employing bidirectional buck-boost power converters, and methods therefor
US7606053B2 (en) 2006-04-06 2009-10-20 Ford Global Technologies, Llc DC-to-DC converter and electric motor drive system using the same
JP4127314B1 (ja) 2007-02-13 2008-07-30 トヨタ自動車株式会社 電動車両制御装置
EP2269290B1 (en) * 2008-03-24 2018-12-19 Solaredge Technologies Ltd. Switch mode converter including active clamp for achieving zero voltage switching
CN101277074A (zh) 2008-05-16 2008-10-01 北京工业大学 车用集成起动/发电系统功率变换器及其控制方法
WO2010030957A1 (en) * 2008-09-11 2010-03-18 Eetrex Incorporated Bi-directional inverter-charger
EP2358623B1 (en) 2008-11-21 2016-05-04 Otis Elevator Company Operation of a three-phase regenerative drive from mixed dc and single phase ac power sources
US9088224B2 (en) 2010-07-21 2015-07-21 Lihua Chen Variable voltage converter with stabilized output voltage

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH411109A (de) * 1962-01-12 1966-04-15 Licentia Gmbh Anordnung zur Energieübertragung von einem Leitungssystem grösserer Gleichspannung auf ein Leitungssystem kleinerer Gleichspannung und umgekehrt
JPH09312904A (ja) * 1996-05-23 1997-12-02 Toyota Autom Loom Works Ltd 直流電動機の駆動制御装置
CA2591696A1 (en) * 1998-11-12 2000-05-12 General Electric Company Method and apparatus for a hybrid battery configuration for use in an electric or hybrid electric motive power system
JP2004266505A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Mitsubishi Electric Corp 電圧制御発振器
JP2005184942A (ja) * 2003-12-17 2005-07-07 Mitsubishi Electric Corp 電気車制御装置
DE102007028083A1 (de) * 2007-06-09 2008-12-11 Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg pi-Filter mit Begrenzung des Eingangsstroms
CN102166963A (zh) * 2011-03-29 2011-08-31 重庆长安汽车股份有限公司 一种纯电动汽车制动能量回馈控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
电动汽车永磁同步电机最优制动能量回馈控制;卢东斌 等;《中国电机工程学报》;20130125;第33卷(第3期);第83-91页 *

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