CN113511060A - 车辆推进系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的推进电路，包括发动机、发电机、功率整流器、直流电流(DC)母线、推进电池系统和至少一个转换器。所述发电机被配置为耦接至所述发动机，并被配置为从所述发动机接收输入并提供交流电流(AC)输出。所述功率整流器被配置为从所述发电机接收所述AC输出并响应于从所述发电机接收到AC输出而提供DC输出。所述DC母线耦接到所述整流器。所述推进电池系统耦接至所述DC母线。所述至少一个转换器被配置为将直流电流转换为交流电流，并且耦接至所述DC母线。此外，所述推进电路包括至少一个充电组件，所述至少一个充电组件被配置为经由所述至少一个转换器中的至少一个选择性地为所述推进电池系统充电。

Description

车辆推进系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年3月25日提交的题为“车辆推进系统”的美国临时申请No.62/994,648的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本申请涉及用于车辆推进系统的系统和方法，例如，与为推进系统的电池充电结合使用。
背景技术
混合动力车辆使用多种动力源来进行推进。例如，某些混合动力车辆可以使用交流电流(alternating current,AC)源以及直流电流(direct current,DC)源，例如电池。可以使用直流电源为电池充电。一些已知的系统使用由内燃机提供动力的交流电源来提供推进动力和/或为电池充电。然而，当前的方法在发动机高速运转时提供充电，从而导致发动机磨损以及在车辆静止时噪声和排放增加。
发明内容
在一个实施例中，一种用于车辆的推进电路包括发动机、发电机、功率整流器、直流电流(DC)母线(bus)、推进电池系统和至少一个转换器。所述发电机耦接至所述发动机。所述发电机被配置为接收来自所述发动机的输入，并提供交流电流(AC)输出。所述功率整流器被配置为接收来自所述发电机的AC输出并且响应于接收到来自所述发电机的AC输出而提供DC输出。所述DC母线耦接到所述整流器。所述推进电池系统耦接到所述DC母线。所述至少一个转换器被配置为将直流电流转换为交流电流并且耦接到所述DC母线。此外，所述推进电路包括至少一个充电组件，所述至少一个充电组件经由所述至少一个转换器中的至少一个选择性地为所述电池系统充电。
在一个实施例中，一种用于具有发动机的车辆的推进电路包括发电机、功率整流器、DC母线、推进电池系统和至少一个牵引逆变器。所述发电机被配置为耦接至所述发动机，接收来自所述发动机的输入，并提供交流电流(AC)输出。所述功率整流器被配置为接收来自所述发电机的AC输出并响应于接收到来自发电机的AC输出而提供DC输出。所述DC母线耦接到所述整流器。所述推进电池系统耦接至所述DC母线。所述至少一个牵引逆变器耦接到所述DC母线和至少一个对应的牵引电动机。所述推进电路被配置为提供被配置为提供推进能量的第一整流器状态以及被配置为经由所述至少一个转换器中的至少一个为所述推进电池系统充电的第二整流器状态。
在一个实施例中，一种用于具有发动机的车辆的推进电路包括发电机、功率整流器、DC母线、推进电池系统和至少一个转换器。所述发电机被配置为耦接至所述发动机，接收来自所述发动机的输入，并提供交流电流(AC)输出。所述功率整流器被配置为接收来自所述发电机的AC输出并响应于接收到来自所述发电机的AC输出而提供直流电流(DC)输出。所述DC母线耦接到所述整流器。所述推进电池系统耦接至所述DC母线，并包括电池控制器和多个电池单元。所述电池控制器被配置为在第一配置和第二配置之间切换，其中所述电池单元中的至少一些电池单元在所述第二配置下并联连接。所述至少一个转换器耦接至所述DC母线，并被配置为将接收到的直流电流转换为产生的交流电流。所述至少一个转换器还被配置为将接收到的交流电流转换为产生的直流电流并将所述产生的直流电流提供至所述推进电池系统。所述推进电路被配置为经由所述至少一个转换器中的至少一个选择性地为所述电池系统充电。
附图说明
参考附图阅读以下非限制性实施例的描述可理解本发明的主题，其中：
图1示出了推进电路的一个实施例的示意框图。
图2示出了图1的推进电路的示例。
图3示出了图1的推进电路的示例。
图4示出了推进电路的另一实施例的示意框图。
图5示出了推进电路的另一实施例的示意框图。
图6示出了推进电路的另一实施例的示意框图。
图7示出了推进电路的另一实施例的示意框图。
图8示出了推进电路的另一实施例的示意框图。
图9示出了推进电路的另一实施例的示意框图。
图10示出了具有可配置电池的推进电路的另一实施例的示意框图。
图11示出了处于第一配置的电池系统的实施例的示意框图。
图12示出了处于第二配置的图11的电池系统的示意框图。
图13示出了包括多个电池的电池单元的实施例的示意框图。
图14示出了电池的不同串联/并联组合的示意框图。
具体实施方式
本文描述的主题的实施例涉及用于向车辆系统(例如，混合动力车辆系统)的推进电池提供充电的系统和方法。不同的实施例提供了对充电的改进，例如，在较低的发动机转速下充电，从而提供了降低的噪声。
尽管本文中的不同示例可以结合混合动力轨道车辆来讨论，但是可以注意到，并非本文描述的所有实施例都限于混合动力系统或轨道车辆系统。例如，一个或多个实施例可以与电动车辆结合使用。例如，本文描述的检测系统和方法的一个或多个实施例可以与诸如汽车、卡车、公共汽车、采矿车辆、船舶、飞机、农用车辆等其他类型的车辆结合使用。
图1示出了被配置为向混合动力车辆提供推进和充电的推进电路100的示意图。例如，所示的推进电路100可以用于诸如混合动力机车的混合轨道车辆或诸如矿用卡车的越野车辆。在所示的示例中，推进电路100包括发动机110、发电机120、功率整流器130、DC母线140、推进电池系统150和至少一个转换器160。推进电路100还包括控制器101，该控制器101被配置为在本文所讨论的各种状态或模式之间控制推进电路的操作(例如，通过控制诸如开关的各个组件和/或相关组件的操作或设置)。为了便于说明，控制器101被示为耦接至发动机110和充电组件170，但是可以替代地或附加地耦接至其他部件。还可以注意到，控制器101在图1中被描绘为单个单元，但是在各种实施例中可以包括多个不同的单元。
在各个实施例中，发动机110是内燃机。例如，发动机110可以使用诸如柴油和/或天然气的燃料来向发电机120提供机械能输出(例如，轴的旋转)。发电机120耦接至发动机110，并从发动机110接收输入(例如，机械能，例如以旋转轴的形式)。发电机120提供响应于从发动机110接收的输入而产生的AC输出。例如，发电机120可以是包括绕组的永磁发电机。在各个实施例中，AC输出是三相输出。在本公开的图1和其他附图中，通过三条斜线示意性地描绘了包括来自发电机120的AC输出的AC电流。
功率整流器130从发电机120接收AC输出，并且响应于从发电机120接收到AC输出而提供DC输出。来自功率整流器130的电流被提供给DC母线140。DC母线140耦接到功率整流器130以及各种组件，并且用于例如将DC从推进电池系统150提供至耦接到DC母线140的其他组件，以及作为另一示例，提供用于为推进电池系统150充电的DC。
所示推进电池系统150耦接到DC母线140。推进电池系统150包括推进电池152和电池控制器154。通常，推进电池系统150从DC母线140接收DC以对推进电池152充电，并将DC提供给DC母线140以用于推进车辆(例如，向一个或多个逆变器提供DC，该一个或多个逆变器用于向用于推进车辆的电动机提供动力)。可注意到，推进电池152在图1中被描绘为单个单元，但在各实施例中可包括或表示串联和/或并联连接的多个电池。
示例性推进电路100包括耦接到DC母线140的一个或多个转换器160。一个或多个转换器160被配置为将DC转换成AC。例如，一个或多个转换器160可以经由DC母线140从推进电池系统150接收DC，将DC转换成AC，以及将AC提供给一个或多个源，例如电动机或辅助设备。如本文所讨论的，一个或多个转换器160可以被配置为还从源接收AC，将AC转换为DC，以及将DC提供给DC母线140(例如，用于对推进电池152充电)。
在所示实施例中示出了多个转换器。所示示例的一个或多个转换器包括第一牵引逆变器162、第二牵引逆变器164和辅助逆变器166。所示牵引逆变器向相应的牵引电动机提供交流电。例如，第一牵引逆变器162将AC提供给第一牵引电动机163(在所示示例中示出了两个第一牵引电动机163)，并且第二牵引逆变器164将AC提供给第二牵引电动机165(在所示示例中示出了两个分段牵引电动机165)。牵引逆变器的数量取决于车辆中车轴/牵引电动机的数量(例如，许多车辆具有2、4、6或8个车轴/牵引电动机；在所示的实施例中示出了4个车轴/牵引动电机)和由每个逆变器供电的电动机的数量(例如，通常由一个逆变器供电的电动机有1、2或3个；在所示的实施例中，每个牵引逆变器向2个电动机供电)。在制动运行模式期间，牵引逆变器162通过将牵引电动机中的较低电压AC电力转换为较高电压DC电力来对电池充电，该较高电压DC电力可用于为电池充电或向辅助设备供电。作为转换器的另一示例，所示的示例推进电路100还包括辅助逆变器166，该辅助逆变器166经由变压器168耦接到一个或多个辅助负载167。通常，辅助逆变器还将包含电抗器、滤波器等(未示出)，以为负载生成适合的电力质量。在各实施例中，辅助逆变器166利用来自三相AC的较低输出，而牵引逆变器162、164利用来自三相AC的较高输出。
充电能量可经由DC母线140直接从功率整流器130提供给推进电池152。然而，如果功率整流器130是无源的并且发电机120的输出与发动机110的速度同步，则在低发动机速度下可能无法提供高电压，从而仅在高发动机速度下充电，这可能导致非预期的噪声和/或排放物，尤其是在车辆静止时。如果功率整流器130是有源的，或者发电机120与发动机110的速度异步，则它们可能会异常沉重。因此，在图1所示的示例中，推进电路100包括充电组件170。充电组件170(例如，在控制器101的指引下)被配置为经由至少一个转换器160中的至少一个(例如，经由牵引逆变器和/或辅助逆变器)为电池系统150选择性地提供充电。取决于充电组件170的配置方式(例如，充电组件170处于两种或更多种状态中的哪一种)，推进电路100可用于推进车辆和/或为推进电池系统充电。例如，在推进系统100的第一状态(例如，充电组件170或其方面)，一个或多个转换器160可经由DC母线140从推进电池系统150接收DC，将DC转换成AC，并将AC提供给例如电动机或辅助设备的一个或多个源。作为另一示例，在推进系统100的第二状态(例如，充电组件170或其方面)，一个或多个转换器160可从源(例如，从发电机120经由一个或多个中间组件)接收AC，将AC转换成DC，并经由DC母线140将DC提供给推进电池系统150以对推进电池152充电。充电组件170在图1中示意性地示出为方框；然而，可注意到，充电组件170可表示沿着一个或多个电路路径设置的多个组件，和/或还可与图1所示的其他组件部分或全部结合。此外，充电组件170在图1中示意性地示出为具有开放式连接，这表示充电组件170可耦接到一个或多个附加组件和/或沿着如本文所讨论的一个或多个电路路径设置。在各种实施例中，充电组件170可包括诸如接触器或转换开关之类的路由组件以及诸如布线和/或控制器之类的相关组件(例如，用于操作开关)或由其表示。结合图2至图10讨论不同的示例，所述示例示出用于选择性地为电池充电的特定电路路径和/或组件。图2至图10的示例可大体上类似于图1的示例，并且共享图1的一个或多个方面，下面讨论每个示例的特定特征。可注意到，以下示例的元件240、340、440、510、650、710、850和910在各种实施例中可被理解为表示充电组件170和/或路由组件和/或其方面。
例如，图2描绘了推进系统100的示例，推进系统100提供从发电机120到辅助负载的直接连接(即，不经过功率整流器130)。图2的示例性推进电路100包括电路路径210，电路路径210耦接至第一点220和第二点230(例如，在第一点220和第二点230之间延伸和/或在第一点220和第二点230处具有端点)。第一点220插设在发电机120和功率整流器130之间。第二点230插设在辅助逆变器166和至少一个辅助负载167之间。可以注意到，相对于辅助负载167，第二点230可以在变压器168的任一侧。所示的推进电路100还包括沿电路路径210布置的路由组件240。在各个实施例中，路由组件240包括三相接触器242。路由组件240具有沿电路路径210提供电流的第二状态和沿电路路径210抑制电流的第一状态。因此，在第二状态下，允许电流沿电路路径210从发电机120流到至少一个辅助负载167，但是在第一状态下沿电路路径210的电流被抑制。在第二状态下，在沿电路路径210提供电流的情况下，可以通过在有源整流器模式下运行辅助逆变器166来向推进电池152提供充电(在此模式下，230处的较低电压可以被用来利用通常存在于滤波器(未示出)、变压器的电感或发电机120的固有电感对较高电压电池充电)。在所示的示例中，路由部件240是允许相对较低的功率通过的小型三相连接器。因此，图2的示例可以在低发动机功率水平下使用，例如，当车辆静止时。在各种实施例中，发电机120(例如，同步发电机)被配置为以辅助负载频率提供低功率。图1的示例性推进电路100以相对低的发动机速度向推进电池150提供充电能量，从而降低了充电时(例如，在车辆静止时)的发动机噪声和排放。
作为另一示例，图3描绘了推进电路100的示例，其中，牵引逆变器被用于为推进电池152充电。在图3的示例中，所示的推进电路100包括电路路径310，电路路径310耦接至第一点320和第二点330(例如，在第一点320和第二点330之间延伸和/或在第一点320和第二点330处具有端点)。第一点320插设在发电机120和功率整流器130之间，第二点330插设在第一牵引逆变器162和第一牵引电动机163之间。图3的示例性推进电路100还包括路由组件340(例如，转换开关)，该路由组件340沿着电路路径310设置并且插设在第一牵引逆变器162和第一牵引电动机163之间。路由组件340控制电流的流动并且在第二状态下将电流从发电机120选择性地引导至第一牵引逆变器162，从而允许牵引逆变器162被用于从发电机120接收AC并输出DC，以经由DC母线140对推进电池152充电。在第二状态下，来自交流发电机的输出被提供给第一牵引电动机逆变器162，该第一牵引电动机逆变器162进而经由DC母线140向第二牵引逆变器164、辅助逆变器166和推进电池152供电。在第一状态下，路由组件340允许将来自第一牵引逆变器162的AC提供给第一牵引电动机163。因此，在第二状态下，第一牵引逆变器162可用于为推进电池152充电，而第二牵引逆变器164被用于将AC提供给第二牵引电动机165以推进车辆。在第一状态下，两个牵引逆变器将推进动力提供至它们各自的相应牵引电动机。例如，第二状态可被用于在车辆静止或以较低速度运行时对推进电池152充电，而第一状态可被用于以较高速度推进车辆。
在各种其他示例中，附加于或替代具有如上讨论的使用转换器的能力，推进电路100被配置为提供两个或更多整流器状态(例如，在控制器101的指引下)，用以对推进电池152进行选择性地充电。例如，在各种实施例中，第一整流器状态被配置为提供推进能量(例如，不对推进电池152充电)，并且第二整流器状态被配置为经由至少一个转换器(例如，第一牵引逆变器162、第二牵引逆变器164、辅助逆变器166)为推进电池系统152提供充电。在一些实施例中，在第二整流器状态下提供充电和推进两者。可以注意到，整流器状态可以定义例如单个整流器的条件(例如，给定整流器的电流源)，或者作为另一示例，可以定义特定整流器或所使用的整流器(例如，处于系统的第一整流器状态的第一整流器和处于系统的第二整流器状态的不同的第二整流器)。图4至图9提供了利用第一和第二整流器状态为推进电池152选择性充电的推进电路的示例。
例如，图4提供了包括升压整流器410的推进电路100的示例。在各个实施例中，升压整流器410类似于功率整流器130，并且是无源(简单的不受控制的二极管)整流器。在第一整流器状态下，电流被引导通过功率整流器130，而在第二状态下，电流被引导通过升压整流器410。如图4所示，示例推进电路100的升压整流器410耦接到DC母线140。电路路径420耦接至第一点430和升压整流器410(例如，在第一点430与升压整流器410之间延伸和/或在第一点430和升压整流器410处具有端点)。第一点430位于发电机120和功率整流器130之间。推进电路100还包括沿电路路径420布置的路由组件440。路由组件440例如可以是小的三相连接器。电流可以以低发动机转速和/或低牵引力经由小型三相连接器流向升压发电机410，例如用于辅助设备和/或静态运行。在所示的示例中，图4的推进电路100包括沿着电路路径420布置的变压器450。在一些实施例中，自动变压器(示出)可以被用于在低发动机转速下提供升压。也可以使用升压变压器(未示出)。由于到410的输入处的电压(由于自耦变压器的作用)高于到130的输入处的电压，因此整流器130将不导通(将被反向偏置)。
作为另一示例，图5提供了推进电路100的示例，推进电路100利用转换开关在低发动机转速下提供升压。图5的推进电路100包括转换开关510，该转换开关510插设在发电机120与功率整流器130之间。所示的示例性推进电路100还包括耦接到发电机120和转换开关510(例如，在它们之间延伸)的电路路径520以及沿着电路路径520设置的变压器530。转换开关510被选择性地操作以将用于相对较高功率操作的电流直接从发电机提供至整流器以用于推进力，或者以较低的发动机转速或功率将电流引导通过变压器530来提供升压以对推进电池152进行充电。
在一些实施例中，整流器状态可以至少部分地由发电机120的绕组限定。例如，在各种实施例中，发电机120包括交流发电机，该交流发电机限定第一绕组部和第二绕组部。第一整流器状态对应于使用第一绕组部或第二绕组部中的一个，并且第二整流器状态对应于使用第一绕组部或第二绕组部中的另一个。可以注意到，在一些实施例中，第一整流器状态或第二整流器状态可以使用绕组的组合。图6至图9提供了使用绕组部限定整流器状态的示例。
例如，图6提供了推进电路100的示例，其中，发电机120包括具有内绕组部620和外绕组部630的交流发电机，这提供了第一绕组部和第二绕组部的示例。在图6的示例中，内绕组部620和外绕组部630串联布线。例如，内绕组部620可以用作牵引绕组，其可以提供比充电通常所需的电压更低的电压，而外绕组部630被添加以扩展用于充电的电压。图6的示例性推进电路100还包括耦接至DC母线140的升压整流器610以及耦接至外绕组部630和升压整流器610(例如，在它们之间延伸)的电路路径640。此外，图6的示例性推进电路100还包括沿电路路径640设置的路由组件650(例如，小型三相接触器)。在第一整流器状态下，将电流从内绕组部620引导至功率整流器130。在第二整流器状态下，将电流从外绕组部630(从而经由内绕组部620和外绕组部630，因其串联布线)经由路由组件650引导至升压整流器610。在一些实施例中，内绕组部620和外绕组部630具有不同的额定电流。例如，内绕组部620可以具有较高的额定电流，因为其在正常操作期间提供更高的牵引要求以及辅助，而外绕组部630可以具有较低的电流能力，因为其仅提供辅助和电池充电。
作为另一示例，图7提供了推进电路100的另一示例，其中，发电机120包括交流发电机，该交流发电机具有串联连接的内绕组部720和外绕组部730，这提供了第一绕组部和第二绕组部的示例。与图6的示例相反，图7的推进电路包括插设在内绕组部720和功率整流器130之间的转换开关710以及耦接到外绕组部730和转换开关710(例如，在二者之间延伸)的电路路径740。在第一整流器状态下，电流仅从内绕组部720直接流向功率整流器130。在第二整流器状态下，电流从外绕组部730流向功率整流器130。可以注意到，内绕组部720和外绕组部730可以具有不同的额定电流。此外，尽管在所示的绕组部720和730中示出了串联绕组，但是应当注意，可以利用改变电压的其他形式，例如三角-星形(delta-star)连接。在三角形-星形配置的情况下，电压比率将固定为1.73，而在所示的情况下，可以使用某一范围的比率。
作为另一示例，图8提供了推进电路100的示例，其中，发电机120包括具有第一绕组部820和第二绕组部830的交流发电机。在图8的示例中，第一绕组部820和第二绕组部830被独立地布线。例如，第一绕组部820可以用作牵引绕组，而第二绕组部830提供单独的低电流、高电压独立辅助绕组。图8的示例性推进电路100还包括耦接到DC母线140的升压整流器810以及耦接到第二绕组部830和升压整流器810(例如，在二者之间延伸)的电路路径820。此外，图8的示例性推进电路100还包括沿电路路径840设置的路由组件850(例如，小型三相接触器)。在第一整流器状态下，将电流从第一绕组部820引导至功率整流器130。在第二整流器状态下，将电流从第二绕组部830经由路由组件850引导至升压整流器810。可以注意到，在各个实施例中，绕组部820和830可以具有不同的额定电流和/或不同的相位角。
作为另一示例，图9提供了推进电路100的另一示例，其中，发电机120包括交流发电机，该交流发电机具有独立地布线的第一绕组部920和第二绕组部930。与图8的示例相反，图9的推进电路100包括插设在第一绕组部920和功率整流器130之间并且将第一绕组部920耦接到功率整流器130的转换开关910以及耦接到第二绕组部930和转换开关910(例如，在二者之间延伸)的电路路径940。在第一整流器状态下，电流直接从第一绕组部920流到功率整流器130。在第二整流器状态下，电流从第二绕组部930流到功率整流器130。可以注意到，类似于图7中讨论的示例，在其他实施例中，可以使用三角-星形连接(或其他配置)。
作为另一示例，图10提供了推进电路100的示例实施例，其中，电池单元之间的连接可以在并联和串联之间切换以提供有利的操作和充电。通常，图10的示例可以与包括不具有有源电压控制的交流发电机的实施例或利用无源整流器的实施例结合使用(例如，在整流器130为无源的示例中)。
如图10所示，图10的示例性推进电路100包括发动机110、发电机120、功率整流器130、DC母线140、推进电池系统150和至少一个逆变器(例如，牵引逆变器162、164；辅助逆变器166)。
通常，发电机120被配置为耦接至发动机110，并从发动机110接收输入。在各种实施例中，发电机120包括不具备有源电压控制的交流发电机。响应于从发动机110接收到输入，发电机提供AC输出。功率整流器130从发电机120接收AC输出，并且响应于从发电机120接收到AC输出而提供DC输出。在一些实施例中，功率整流器130是无源整流器。DC母线140耦接到整流器130，并且推进电池系统150耦接到DC母线140。至少一个转换器耦接到DC母线，并且被配置成将接收到的直流电转换成产生的交流电。至少一个转换器还被配置为将接收到的交流电流转换为产生的直流电流，并且将产生的直流电流提供至推进电池系统150。图10中所示的推进电路100被配置为经由至少一个转换器(例如，牵引逆变器162、164；辅助逆变器166)中的至少一个选择性地对推进电池系统150充电。
图10中描绘的各种元件通常可以在各个方面与本文中其他地方描述的相同编号的元件相似。然而，图10的示例性推进电路100被配置为允许在推进电池系统150的电池单元的不同配置之间切换。例如，各种实施例中的推进电路被配置为在高压连接模式和低压连接模式之间切换。在并联和串联组合连接之间切换提供了实现高电压模式和低电压模式的示例。可替代地，串联连接和并联连接的组合的不同布置可以用于提供高电压模式和低电压模式。举例来说，图14示出了3S2P配置1410，其利用了串联的3个电池1412和并联的2个电池1412的布置。图14中还示出了2S3P配置1420。2S3P配置利用串联的2个电池1412和并联的3个电池1412的布置。通过利用适当配置的开关连接，可以在3S2P配置和2S3P配置之间适当切换一组6个电池，2S3P配置提供的电压是3S2P配置提供的电压的2/3。
返回图10，在所示的实施例中，推进电池系统150包括电池控制器154和多个电池单元151。电池控制器154被配置为在电池单元151之间的连接的第一配置和第二配置之间切换。在第二配置中，至少一些电池单元151并联连接。可以注意到，在各种实施例中，电池控制器154(或其他方面)可以形成控制器101的一部分或与控制器101一起工作。
图11提供了第一配置中的电池单元的示例，图12提供了第二配置中的电池单元的示例。图11和图12的示例性推进电池系统150包括电池单元151a、电池单元151b、开关157和开关159。开关157和开关159可以由电池控制器154(图11和图12中未示出；见图10)控制。应当注意，为了便于说明，图11和图12的示例仅包括2个电池单元。然而，在其他实施例中，可以采用在第二配置中并联连接的其他数量的电池单元和电池单元的布置。例如，在一些实施例中，可以使用两个以上的电池单元，并且在第二配置中，一些电池单元可以并联连接，而一些可以串联连接。还可以注意到，如果使用了两个以上的电池单元，则这些电池单元可以以不同的串联-并联配置连接(例如，如图14所示)。
在图11中，开关157和159被定位成串联连接电池单元151a和电池单元151b。这是示例实施例的第一配置。在图12中，开关157和159处于不同的位置，而电池单元151a和电池单元151b并联连接。这是示例实施例的第二配置。因此，通过将开关控制在适当的位置，可将电池单元选择性地定位成串联或并联连接。应注意，出于说明性目的，以示例的方式提供了图11中描绘的开关布置，并且可以在第一配置(例如，串联连接)和第二配置(例如，并联连接)之间移动的其他布置可在替代实施例中使用。
还可注意到，单个电池单元151可依次包括多个电池。图13描绘了示例性电池单元151，其包括串联连接的第一电池155和第二电池156。应当注意，为了便于说明，图13的示例仅包括2个电池。然而，在其他实施例中(例如，如结合图14所讨论的)，可采用其他数量的电池和电池布置。
继续参考图10，在一些实施例中，电池控制器154被配置为基于车辆的操作模式在第二配置和第一配置之间切换。例如，第一配置可用于车辆的一般操作，第二配置可用于对推进电池系统进行充电。在一些实施例中，示例性操作模式包括仅电池操作的第一模式、混合动力(电池加发动机)操作的第二模式和仅发动机操作的第三模式。在一些实施例中，可仅在仅发动机操作而电池充电的第三模式期间进入第二配置。此外，可仅在充电的特定阶段(例如，电池单元接近充满时)进入第二配置。在一些实施例中，电池控制器154可仅响应于车辆进入不移动的静止充电模式而切换到第二配置。
如本文中所讨论的，电池控制器154是可配置的，使得多个电池单元151选择性地串联(例如，第一配置)或并联(例如，第二配置)连接。在正常驾驶(电池放电)操作期间，电池单元串联连接。然而，在充电期间，特别是在接近充满时，电池单元并联连接，从而使DC母线140的电压减半，并使发动机速度大致减半。因此，可大大降低发动机的磨损、噪声和排放。可使用各种不同的技术来实现串联连接和并联连接之间的模式切换，包括使用接触器、转换开关等，其位于电池控制器154内和/或在电池控制器154的指引下进行操作。
在一些实施例中，仅当电池电流为零或接近零时，电池控制器154才允许在串联模式和并联模式之间切换。此外，在一些实施例中，仅当单个单元的电压和/或充电状态几乎相同时，电池单元151并联连接，以防止过多的涌入(重新平衡)电流在单元之间流动。
在各种实施例中，电池控制器154被配置为独立地将单个电池单元151与DC母线140连接和断开，包括以并联模式将任何单个电池单元连接至DC母线和/或在高电压模式与低电压模式之间切换单个电池或电池组。通过这样做，电池控制器154使得各个电池单元的充电或放电基本上达到任何期望的水平；从而允许电池单元电压和/或充电状态的匹配。通过将新的电池单元与现有的单元匹配，这可能特别有利于促进电池单元的更换，反之亦然。例如，参考图14，各个电池1412可以独立地连接到DC母线。如果电池1412a的电量低于电池1412b的电量，则在至少一部分充电过程中，如果电池1412a连接到DC母线，则电池1412b可能会与DC母线断开连接，从而使电池1412a中的电量增加到等于电池1412b中的电量。
如本文所使用的，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语，例如“处理设备”、“计算设备”和“控制器”，不仅限于本领域中称为“计算机”的那些集成电路，而指的是微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、现场可编程门阵列以及专用集成电路和其他可编程电路。在各种实施例中，本文讨论的处理器、计算机和控制器(例如，控制器101和/或电池控制器154)包括存储器(例如，有形和非暂时性存储器)。合适的存储器可以包括例如计算机可读介质。计算机可读介质可以是例如随机存取存储器(RAM)、计算机可读非易失性介质(例如，闪存)。术语“非暂时性计算机可读介质”表示为信息的短期和长期存储而实现的基于计算机的有形设备，例如计算机可读指令，数据结构，程序模块和子模块，或任何设备中的其他数据。因此，本文描述的过程或活动可以被编码为体现在有形的，非暂时性的计算机可读介质中的可执行指令，该介质包括但不限于存储设备和/或存储设备。当由处理器执行时，这样的指令使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。这样，该术语包括有形的计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机存储设备，包括但不限于易失性和非易失性介质，以及可移动和不可移动介质，例如固件、物理和虚拟的存储、CD-ROM、DVD和其他数字源，例如网络或互联网。
在一个实施例中，一种用于具有发动机的车辆的推进电路包括发电机、功率整流器、DC母线、推进电池系统、至少一个转换器和至少一个充电组件。所述发电机被配置为耦接至所述发动机，接收来自所述发动机的输入，并提供交流电流(AC)输出。所述功率整流器被配置为接收来自所述发电机的AC输出并响应于接收到来自所述发电机的AC输出而提供直流电流(DC)输出。所述DC母线耦接到所述整流器。所述推进电池系统耦接至所述DC母线。所述至少一个转换器被配置为将接收到的直流电流转换为产生的交流电流，并耦接至所述DC母线。所述至少一个充电组件被配置为经由所述至少一个转换器中的至少一个选择性地为所述推进电池系统充电。
可选地，所述至少一个转换器包括至少一个牵引逆变器和辅助逆变器。所述至少一个牵引逆变器耦接至DC母线，并且耦接至至少一个对应的牵引电动机。辅助逆变器耦接到DC母线和至少一个辅助负载。
可选地，推进电路包括电路路径和路由组件。电路路径耦接到插设在发电机和功率整流器之间的第一点以及辅助逆变器和至少一个辅助负载之间的点。路由组件沿电路路径设置。路由组件具有沿电路路径提供电流的第一状态和沿电路路径抑制电流的第二状态。路由组件可以是三相连接器。
可选地，至少一个牵引逆变器包括耦接到第一牵引电动机的第一牵引逆变器和耦接到第二牵引电动机的第二牵引逆变器，推进电路包括电路路径和路由组件。电路路径耦接到插设在所述发电机和所述功率整流器之间的第一点以及第一牵引逆变器和所述第一牵引电动机之间的点，路由组件插设在所述第一牵引逆变器和所述第一牵引电动机之间。
在一个实施例中，一种用于具有发动机的车辆的推进电路包括发电机、功率整流器、DC母线、推进电池系统和至少一个牵引逆变器。所述发电机被配置为耦接至所述发动机，接收来自所述发动机的输入，并提供AC输出。功率整流器被配置为接收来自发电机的交流电流(AC)输出并响应于接收到来自发电机的AC输出而提供直流电流(DC)输出。DC母线耦接到整流器。推进电池系统耦接至DC母线。至少一个牵引逆变器耦接到所述DC母线和至少一个对应牵引电动机。推进电路被配置为提供被配置为提供推进能量的第一整流器状态以及被配置为经由所述至少一个转换器中的至少一个为所述推进电池系统充电的第二整流器状态。
可选地，推进电路还包括升压整流器、电路路径、路由组件和变压器。所述升压整流器耦接至所述DC母线。所述电路路径耦接至所述发电机与所述功率整流器之间的第一点以及所述升压整流器。所述路由组件沿所述电路路径布置；以及所述变压器沿所述电路路径布置。
可选地，所述推进电路还包括转换开关、电路路径和变压器。所述转换开关插设在所述发电机和所述功率整流器之间。所述电路路径耦接至所述发电机和所述转换开关。所述变压器沿所述电路路径布置。
可选地，所述发电机包括限定第一绕组部和第二绕组部的交流发电机，其中，所述第一整流器状态对应于所述第一绕组部或所述第二绕组部中的一个，并且所述第二整流器状态对应于所述第一绕组部或所述第二绕组部中的另一个。所述推进电路包括耦接到所述DC母线的升压整流器。所述第一绕组部是内绕组部，所述第二绕组部是外绕组部，所述内绕组部和所述外绕组部串联连接。所述推进电路包括耦接到所述外绕组部和所述升压整流器的电路路径以及沿所述电路路径设置的路由组件。
所述第一绕组部是内绕组部，所述第二绕组部是外绕组部，所述内绕组部和所述外绕组部串联连接。所述推进电路包括插入在所述内绕组部和所述功率整流器之间的转换开关，以及耦接到所述外绕组部和所述转换开关的电路路径。
所述推进电路包括耦接到所述DC母线的升压整流器；所述第一绕组部耦接至所述功率整流器。所述推进电路包括耦接到所述第二绕组部和所述升压整流器的电路路径，以及沿所述电路路径设置的路由组件。
所述第一绕组部可以耦接到所述功率整流器。所述推进电路可以包括插入在第一绕组部和功率整流器之间的转换开关；以及耦接到第二绕组部和转换开关的电路路径。
在一个实施例中，一种用于具有发动机的车辆的推进电路包括发电机、功率整流器、DC母线、推进电池系统和至少一个转换器。所述发电机被配置为耦接至所述发动机，接收来自所述发动机的输入，并提供AC输出。功率整流器被配置为接收来自发电机的交流电流(AC)输出并响应于接收到来自发电机的AC输出而提供直流电流(DC)输出。所述DC母线耦接到所述整流器；所述推进电池系统耦接至DC母线；并且包括电池控制器和多个电池单元。所述电池控制器被配置为在第一配置和第二配置之间切换，其中，所述电池单元中的至少一些电池单元在所述第二配置下并联连接。所述至少一个转换器被配置为将接收到的直流电转换为产生的交流电。所述至少一个转换器还被配置为将接收到的交流电转换为产生的直流电并提供所述产生的直流电进入所述推进电池系统。所述推进电路被配置为经由所述至少一个转换器中的至少一个选择性地为所述电池系统充电。
可选地，所述电池控制器被配置为基于所述车辆的操作模式在所述第二配置和所述第一配置之间切换。所述电池控制器被配置为响应于所述车辆进入静止充电模式而切换到所述第二配置。
可选地，所述发电机包括不具备有源电压控制的交流发电机。
可选地，所述推进电路包括无源整流器。
可选地，每个电池单元包括多个电池。所述电池控制器被配置为独立地连接和断开每个电池单元。
除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数形式。“可选的”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能会或可能不会发生，并且该描述可能包括事件发生的实例和事件没有发生的实例。如在整个说明书和权利要求书中在本文中所使用的，近似语言可以被用于修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致它可能与之相关的基本功能的变化。因此，由诸如“大约”、“基本上”和“近似”的一个或多个术语修饰的值可以不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度。在此以及整个说明书和权利要求书中，可以组合和/或互换范围限制，除非上下文或语言另有说明，否则可以确定这样的范围并包括其中包含的所有子范围。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的实施例，并使本领域的普通技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并的方法。权利要求限定了本公开的专利范围，并且包括本领域的普通技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例应包括在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于具有发动机的车辆的推进电路，包括：
发电机，被配置为耦接至所述发动机，并被配置为从所述发动机接收输入并提供交流电流AC输出；
功率整流器，被配置为从所述发电机接收所述AC输出，并响应于从所述发电机接收到所述AC输出而提供直流电流DC输出；
DC母线，耦接到所述整流器；
推进电池系统，耦接至所述DC母线；
至少一个转换器，被配置为将接收到的直流电流转换为产生的交流电流，所述至少一个转换器耦接到所述DC母线；以及
至少一个充电组件，被配置为经由所述至少一个转换器中的至少一个选择性地为所述推进电池系统充电。
2.根据权利要求1所述的推进电路，其中，所述至少一个转换器包括：
耦接至所述DC母线的至少一个牵引逆变器，所述至少一个牵引逆变器耦接至至少一个对应的牵引电动机；以及
耦接至所述DC母线的辅助逆变器，所述辅助逆变器耦接至至少一个辅助负载。
3.根据权利要求2所述的推进电路，还包括：
电路路径，耦接至插设在所述发电机与所述功率整流器之间的第一点以及在所述辅助逆变器与所述至少一个辅助负载之间的第二点；以及
沿着所述电路路径布置的路由组件，所述路由组件具有沿所述电路路径提供电流的第一状态和沿所述电路路径抑制电流的第二状态。
4.根据权利要求3所述的推进电路，其中，所述路由组件是三相连接器。
5.根据权利要求2所述的推进电路，其中，所述至少一个牵引逆变器包括耦接至第一牵引电动机的第一牵引逆变器以及耦接至第二牵引电动机的第二牵引逆变器，所述推进电路还包括：
电路路径，耦接到插设在所述发电机与所述功率整流器之间的第一点以及在所述第一牵引逆变器与所述第一牵引电动机之间的第二点；以及
插设在所述第一牵引逆变器与所述第一牵引电动机之间的路由组件。
6.一种用于具有发动机的车辆的推进电路，包括：
发电机，被配置为耦接至所述发动机，并被配置为从所述发动机接收输入并提供交流电流AC输出；
功率整流器，被配置为从所述发电机接收所述AC输出，并响应于从所述发电机接收到所述AC输出而提供直流电流DC输出；
DC母线，耦接到所述整流器；
推进电池系统，耦接至所述DC母线；以及
至少一个牵引逆变器，耦接至所述DC母线，所述至少一个牵引逆变器耦接至至少一个对应的牵引电动机；
其中，所述推进电路被配置为提供：
第一整流器状态，被配置为提供推进能量；以及
第二整流器状态，被配置为经由所述至少一个转换器中的至少一个为所述推进电池系统充电。
7.根据权利要求6所述的推进电路，还包括：
升压整流器，耦接至所述DC母线；
电路路径，耦接至所述发电机与所述功率整流器之间的第一点以及所述升压整流器；
路由组件，沿所述电路路径布置；以及
变压器，沿所述电路路径布置。
8.根据权利要求6所述的推进电路，还包括：
插设在所述发电机与所述功率整流器之间的转换开关；
耦接至所述发电机和所述转换开关的电路路径；以及
沿所述电路路径布置的变压器。
9.根据权利要求6所述的推进电路，其中，
所述发电机包括限定第一绕组部和第二绕组部的交流发电机，
所述第一整流器状态对应于所述第一绕组部或所述第二绕组部中的一个，并且所述第二整流器状态对应于所述第一绕组部或所述第二绕组部中的另一个。
10.根据权利要求9所述的推进电路，其中：
所述推进电路包括耦接到所述DC母线的升压整流器；
所述第一绕组部是内绕组部，所述第二绕组部是外绕组部，所述内绕组部和所述外绕组部串联连接；
所述推进电路包括耦接到所述外绕组部和所述升压整流器的电路路径；以及
所述推进电路包括沿所述电路路径布置的路由组件。
11.根据权利要求9所述的推进电路，其中：
所述第一绕组部是内绕组部，所述第二绕组部是外绕组部，所述内绕组部和所述外绕组部串联连接；
所述推进电路包括插设在所述内绕组部与所述功率整流器之间的转换开关；以及
所述推进电路包括耦接到所述外绕组部和所述转换开关的电路路径。
12.根据权利要求9所述的推进电路，其中：
所述推进电路包括耦接到所述DC母线的升压整流器；
所述第一绕组部耦接至所述功率整流器；
所述推进电路包括耦接到所述第二绕组部和所述升压整流器的电路路径；以及
所述推进电路包括沿所述电路路径设置的路由组件。
13.根据权利要求9所述的推进电路，其中：
所述第一绕组部耦接至所述功率整流器；
所述推进电路包括插设在所述第一绕组部和所述功率整流器之间的转换开关；以及
所述推进电路包括耦接到所述第二绕组部和所述转换开关的电路路径。
14.一种用于具有发动机的车辆的推进电路，包括：
发电机，被配置为耦接至所述发动机，并被配置为从所述发动机接收输入并提供交流电流AC输出；
功率整流器，被配置为从所述发电机接收所述AC输出，并响应于从所述发电机接收到所述AC输出而提供直流电流DC输出；
DC母线，耦接至所述整流器；
推进电池系统，耦接至所述DC母线，所述推进电池系统包括电池控制器和多个电池单元，所述电池控制器被配置为在第一配置和第二配置之间切换，其中，所述电池单元中的至少一些电池单元在所述第二配置下并联连接；以及
至少一个转换器，被配置为将接收到的直流电流转换为产生的交流电流，所述至少一个转换器耦接到所述DC母线，其中，所述至少一个转换器还被配置为将接收到的交流电流转换为产生的直流电流并将所述产生的直流电流提供至所述推进电池系统；
其中，所述推进电路被配置为经由所述至少一个转换器中的至少一个选择性地为所述推进电池系统充电。
15.根据权利要求14所述的推进电路，其中，所述电池控制器被配置为基于所述车辆的操作模式在所述第二配置和所述第一配置之间切换。
16.根据权利要求15所述的推进电路，其中，所述电池控制器被配置为响应于所述车辆进入静止充电模式而切换到所述第二配置。
17.根据权利要求14所述的推进电路，其中，所述发电机包括不具备有源电压控制的交流发电机。
18.根据权利要求14所述的推进电路，还包括无源整流器。
19.根据权利要求14所述的推进电路，其中，每个电池单元包括多个电池。
20.根据权利要求19所述的推进电路，其中，所述电池控制器被配置为独立地连接和断开每个电池单元。
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