CN115397687A - 具有能量再生的用于车辆的功率分配电路 - Google Patents

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Abstract

一种电力供电车辆，包括DC总线和多个电池，每个电池并联耦合到DC总线。至少一个开关串联耦合在多个电池中的至少一个电池和DC总线之间，并且多个逆变器电路各自并联耦合到DC总线。多个电机各自耦合到多个逆变器电路中的相应逆变器电路。在各种实施例中，电力供电车辆还包括多个开关，每个开关串联耦合在多个电池中的相应电池之间。

Description

具有能量再生的用于车辆的功率分配电路
对其他申请的交叉引用
本申请要求2020年2月3日提交的名为“具有能量再生的用于车辆的功率分配电路”的第62/969,232号美国临时专利申请的优先权，在此全部引入作为参考。
本申请涉及以下于2021年2月2日同时提交并共同转让的编号为17/165,565、题为“包括DC/DC转换器的冗余功率分配电路”和17/165,742、题为“用于电动车辆的冗余功率分配电路”的美国非临时专利申请，为了所有目的将其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
所描述的实施例总体上涉及用于可再充电电动车辆的电路。更具体地讲，本实施例涉及使得能够对电力供电车辆中的电池进行再生充电的功率分配电路。
背景技术
目前，存在多种电力供电车辆，其采用多个电池来存储用于推进的能量。需要新的电路，其能够在保护电池免于故障事件的同时实现电池的再生充电。
发明内容
在一些实施例中，电力供电车辆包括DC总线和多个电池，每个电池并联耦合到DC总线。至少一个开关串联耦合在多个电池中的至少一个电池和DC总线之间，并且多个逆变器电路各自并联耦合到DC总线。多个电机各自耦合到多个逆变器电路中的相应逆变器电路。在各种实施例中，电力供电车辆还包括多个开关，每个开关串联耦合在多个电池中的相应电池之间。
在一些实施例中，电力供电车辆包括与多个电池中的每个电池串联耦合并且被布置成允许电流在一个方向上从多个电池中的每个相应电池流出到DC总线的电路。在各种实施例中，电路包括至少一个二极管。在一些实施例中，多个开关中的每个开关被布置成旁路与多个电池中的每个相应电池串联耦合的电路。在各种实施例中，电力供电车辆还包括控制器，其被配置成检测多个电池中的故障电池，并且作为响应，断开多个开关中的相应开关以将故障电池与DC总线电隔离。
在一些实施例中，电力供电车辆还包括控制器，该控制器被配置成检测再生事件并且作为响应闭合至少一个开关以将电力从DC总线传输到多个电池中的至少一个电池。在各种实施例中，多个逆变器电路中的每一个被配置成生成用于驱动多个电机中的一个或多个的多相AC输出。在一些实施例中，多个逆变器电路中的每一个被配置成生成三相输出。在一些实施例中，由多个逆变器电路中的每一个生成的三相输出以0至3KHz之间的频率在0至400伏AC之间操作。在各种实施例中，多个电机中的每一个被耦合到相应的推进器。
在一些实施例中，多个电机中的每一个是同步AC永磁电机。在各种实施例中，多个电机包括至少12个电机。
在一些实施例中，电路包括多个电池和多个逆变器，其中每个逆变器耦合到多个电池中的相应电池并且被配置成生成多个输入相。多个相间变压器，每个接收所述多个输入相中的一个或多个，生成组合的单个驱动相。电机被配置成从多个相间变压器中的每一个接收组合的单个驱动相。在各种实施例中，多个相间变压器中的至少一个相间变压器从多个逆变器中的每一个接收输入相。
在一些实施例中，多个相间变压器中的每个相间变压器从多个逆变器中的每个逆变器接收输入相。在各种实施例中，多个相间变压器中的每个相间变压器将多个输入相中的每个输入相彼此电隔离。在一些实施例中，该电路还包括控制器，该控制器被配置成控制逆变器中的至少一个的操作以控制电机的速度和功率。在各种实施例中，控制器被配置成检测多个电池中的故障电池，并且作为响应，禁用多个逆变器中的耦合到故障电池的相应逆变器。
在一些实施例中，多个逆变器中的一个或多个被配置成当电机在再生事件期间生成电力时对多个电池中的一个或多个充电。在各种实施例中，电机是同步AC永磁电机。在一些实施例中，电机推进电力供电车辆。在一些实施例中，电机被耦合到推进器。
在一些实施例中，电力供电车辆包括多个电池和多个逆变器，每个逆变器耦合到多个电池中的相应电池并且被配置成生成多个相。电机被配置成从多个逆变器中的每一个接收多个相中的每一个。在各种实施例中，多个逆变器中的每个逆变器被配置成生成三个相。在一些实施例中，电力供电车辆还包括控制器，该控制器被配置成检测故障电池并且作为响应禁用多个逆变器中的耦合到故障电池的相应逆变器。
在一些实施例中，控制器被配置成控制多个逆变器中的其他逆变器以减少的相数继续电机的操作。在各种实施例中，多个逆变器中的一个或多个被配置成当电机在再生事件期间生成电力时将电力传输到多个电池中的一个或多个。在一些实施例中，电机被耦合到推进器。在各种实施例中，电机是同步AC永磁电机。在一些实施例中，电力供电车辆包括至少12个电机。
在一些实施例中，电路包括多个电池和多个DC到DC转换器，每个DC到DC转换器耦合到多个电池中的相应电池。DC总线并联耦合到多个DC到DC转换器中的每一个，并且多个逆变器电路中的每一个并联耦合到DC总线。多个电机各自耦合到多个逆变器电路中的相应逆变器电路。在各种实施例中，电路还包括控制器，其被配置成监测DC总线的电压和多个电池中的至少一个电池的电压。在一些实施例中，控制器被配置成基于DC总线的电压与多个电池中的至少一个电池的电压之间的比较来命令多个DC到DC转换器中的至少一个DC到DC转换器将电力从DC总线传输到多个电池中的至少一个电池。
在一些实施例中，控制器被配置成响应于多个电机中的至少一个电机而命令多个DC到DC转换器中的至少一个在再生事件期间生成电力将电力从DC总线传输到多个电池中的至少一个电池。在各种实施例中，控制器被配置成检测多个电池中的至少一个电池的故障，并且作为响应，命令多个DC到DC转换器中的耦合到多个电池中的一个或多个故障电池的一个或多个相应的DC到DC转换器将一个或多个故障电池与DC总线隔离。
在一些实施例中，多个DC到DC转换器中的每一个包括控制电路，该控制电路被配置成监测DC总线的电压，并且当DC总线的电压大于阈值电压时将电力从DC总线传输到相应的电池，其中，阈值电压是基于多个电池中至少一个电池的电压的。在各种实施例中，控制电路被配置成当多个电机中的至少一个电机在再生事件期间生成电力时，将电力从DC总线传输到多个电池中的至少一个。在一些实施例中，控制电路被配置成检测多个电池中的至少一个电池的故障，并且作为响应，命令耦合到多个电池中的一个或多个故障电池的一个或多个相应的DC到DC转换器将一个或多个故障电池与DC总线隔离。在各种实施例中，多个电机中的每一个是AC电机。在一些实施例中，多个电机推进电力供电车辆。在一些实施例中，多个电机中的每一个被耦合到相应的推进器。
在一些实施例中，电力供电车辆包括多个电池和多个DC到DC转换器，每个DC到DC转换器耦合到多个电池中的相应电池并且被配置成生成耦合到公共DC总线的DC电力。多个逆变器电路被耦合到公共DC总线，并且多个电动电机各自耦合到多个逆变器电路中的相应逆变器电路，其中，多个电动电机中的每个电机推进车辆。
在一些实施例中，电力供电车辆还包括控制器，该控制器被配置成监测公共DC总线的电压和多个电池中的每个电池的电压。在各种实施例中，当公共DC总线的电压大于多个电池中的至少一个电池的电压时，控制器命令多个DC到DC转换器中的至少一个DC到DC转换器将电力从公共DC总线传输到多个电池中的相应电池。在一些实施例中，响应于检测到多个电池中的电池的故障，控制器命令多个DC到DC转换器中的耦合到故障电池的相应DC到DC转换器将故障电池与公共DC总线隔离。
在一些实施例中，多个DC到DC转换器中的每个DC到DC转换器包括控制电路，该控制电路被配置成监测公共DC总线的电压，并且当公共DC总线的电压大于阈值电压时，将电力从公共DC总线传输到相应的电池。在各种实施例中，响应于检测到多个电池中的电池的故障，控制电路命令多个DC到DC转换器中的耦合到故障电池的相应DC到DC转换器将故障电池与公共DC总线隔离。在一些实施例中，多个电动电机中的每一个是AC电机。在各种实施例中，多个电动电机中的每一个被耦合到相应的推进器。
在一些实施例中，电路包括耦合到第一DC到DC转换器的第一电池和耦合到第二DC到DC转换器的第二电池。DC总线并联耦合到第一和第二DC到DC转换器。第一逆变器耦合到DC总线，并且第二逆变器耦合到DC总线。第一电机耦合到第一逆变器，并且第二电机耦合到第二逆变器。在各种实施例中，第一和第二逆变器并联耦合到DC总线。
在一些实施例中，该电路还包括控制器，该控制器被配置成监测DC总线的电压、第一电池的电压和第二电池的电压。在各种实施例中，响应于DC总线的电压处于比第一和第二电池中的至少一个的电压更大的电压，控制器命令第一DC到DC转换器将电力从DC总线传输到第一电池。在一些实施例中，响应于检测到第一电池的故障，控制器命令第一DC到DC转换器将第一电池与DC总线隔离。在各种实施例中，控制器被配置成命令第一DC到DC转换器当第一电机在再生事件期间生成电力时将电力传输到第一电池。
在一些实施例中，控制器被配置成命令第一DC到DC转换器在再生事件期间将电力传输到第一电池。在各种实施例中，控制器被配置成检测第一电池的故障，并且作为响应将第一电池与DC总线隔离。在一些实施例中，第一和第二电机是AC电机。在各种实施例中，第一和第二电机推进电力供电车辆。在一些实施例中，第一和第二电机中的每一个都被耦合到相应的推进器。
通过本发明可以获得优于传统技术的许多益处。例如，本发明的实施例提供了将功率分配电路中的故障与其它组件隔离并且在故障期间维持到推进电机的电力输送的能力。实施例还使得能够实现再生事件以对电池再充电，并且单独的电池电路被隔离以防止电池之间的电荷穿梭。结合下文和附图更详细地描述本发明的这些和其它实施例以及许多其优点和特征。
为了更好地理解本公开的性质和优点，应当参考以下描述和附图。然而，应当理解，提供每个附图仅用于说明的目的，而不是意欲作为对本公开范围限制的定义。而且，作为一般规则，并且除非从描述中明显相反，其中不同附图中的要素使用了相同的附图标记，否则这些要素在功能或目的上通常是相同的或至少类似的。
附图说明
图1描绘根据本发明的实施例的包含保护二极管及旁路开关的功率分配电路的示意图；
图2描绘根据本公开的实施例的包括断路器的功率分配电路的示意图；
图3描绘根据本公开的实施例的包括逆变器和相间变压器的功率分配电路的示意图；
图4描绘根据本公开的实施例的包括逆变器和12相电机的功率分配电路的示意图；
图5描绘根据本公开的实施例的包括经由DC总线耦合到逆变器的DC到DC转换器的功率分配电路的示意图；
图6描绘根据本公开的实施例的包括由多个电机驱动的公共电力轴的功率分配电路的示意图；以及
图7是描绘根据本公开的实施例的包括功率分配电路的电力供电飞行器。
具体实施方式
本文公开的技术总体上涉及用于电力供电车辆的电路。更具体讲，本文公开的技术涉及用于电力供电车辆的功率分配电路，其包括能量再生能力和冗余电池系统。本文描述了各种发明实施例，包括方法、过程、系统、设备等。
为了更好地理解根据本公开的用于电力供电车辆的功率分配电路的特征和方面，通过讨论根据本公开的实施例的电力供电车辆的一个特定实施方式，在以下章节中提供了本公开的进一步背景。这些实施例仅是示例性的，并且其它实施例可以用于其它电力供电车辆，诸如但不限于汽车、火车、公共汽车、摩托车和小型摩托车。
图1描绘了根据本公开的实施例的用于电力供电车辆的功率分配电路100的简化示意图。如图1所示，功率分配电路100包括多个单独的电池105a-105c，每个电池包括多个电池单元。在一个实施例中，每个电池105a-105c产生大约600伏的DC电压，然而在其它实施例中，电池可以产生不同的电压。可以使用任何数量的电池，并且一些实施例包括三到十五个电池。
每个电池并联耦合到公共DC总线110，该公共DC总线耦合到多个逆变器电路115a-115c。每个逆变器电路115a-115c被配置成生成多相AC输出，该多相AC输出可被用于驱动单独的电机120a-120c，在一个实施例中，该电机可以是同步AC永磁型电机。在一些实施例中，每个逆变器电路115a-115c被配置成生成三相输出，该三相输出在0至400伏AC之间以0至3kHz之间的频率工作，然而本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的情况下，也可以使用其它数量的相、输出电压、输出频率和其他类型的电机。
如图1进一步所示，二极管125a-125c串联耦合在每个相应的电池105a-105c和DC总线110之间。二极管125a-125c被定向为允许电池105a-105c向DC总线110提供电流并阻止电流从DC总线流回电池。在电池在短路条件下故障的情况下，这种配置可用于保护电池105a-105c，这将导致其它电池向故障的电池放电。在另外的实施例中，二极管125a-125c可以防止由具有不同充电状态的每个电池引起的电池105a-105c之间的电荷穿梭。更具体讲，在一些实施例中，每个电池105a-105c可以具有不同的使用年限和/或充电特性，使得具有相对较高充电水平的电池将被二极管125a-125c阻止对具有相对较低充电水平的电池进行反向充电。这种电荷穿梭可能导致效率损失、发热和整体系统的不稳定性。
为了使电池105a-105c能够接收由电机120a-120c生成的再生电力，每个电路配备有旁路开关130a-130c，其选择性地旁路每个相应的二极管125a-125c。更具体讲，当接合时，每个相应的旁路开关130a-130c使电力能够从DC总线110传输到电池105a-105c，使得电池可以用由电机120a-120c产生的电力再充电。在一些实施例中，旁路开关130a-130c可以耦合到监测电池105a-105c和DC总线110的参数的控制器135。控制器135可以被配置成当DC总线110状况(例如，当DC总线上的电压电平高于电池中的至少一个的电压电平)指示再生充电事件在进行中时，接合旁路开关130a-130c以旁路相应的二极管125a-125c。
更具体讲，在一些实施例中，电机120a-120c被配置成用作发电机，使得当电机通过外部机械力转动时，电机生成电力，所述电力通过逆变器电路115a-115c返回并到达DC总线110。当这种情况发生时，DC总线110上的电压可以增加到电池105a-105c的电压以上，并且控制器135可以检测这种增加，并且通过闭合一个或多个旁路开关130a-130c来响应，从而，使电流从DC总线流到一个或多个电池。当再生事件结束时，DC总线110上的电压下降到电池105a-105c的电压以下，并且控制器135通过断开旁路开关来响应。在一些实施例中，控制器135仅在DC总线110上的电压高于阈值电压时启用电池105a-105c的再生充电，其中，阈值电压可基于任一电池中的最大电压来设置，使得一旦旁路开关闭合时就不再发生电荷穿梭。在另外的实施例中，控制器135可以一次仅接合一个旁路开关，或者接合旁路开关的子集，以对单独的电池再充电，这可以在一些实施例中用于例如“加满”具有相对低充电水平的任何电池。
在另外的实施例中，一个或多个旁路开关130a-130c可以由外部电路来接合，诸如在操作者专门接合再生操作时，诸如例如在飞机中下降或压下制动踏板时。在其它实施例中，控制器130可以具有逻辑电路，该逻辑电路可以选择性地接合旁路开关130a-130c，以仅对具有低于特定阈值的充电水平的那些电池105a-105c再充电，或者以预定的顺序对特定电池充电以保持它们的寿命。受益于本公开的本领域普通技术人员应当可以认识到关于何时以及如何接合旁路开关130a-130c的许多变化、修改和替代技术。
在一些实施例中，旁路开关130a-130c是具有通过电磁体接合和脱离的金属接触的机电继电器式开关。在其它实施例中，旁路开关130a-130c是固态的，并且由硅、氮化镓、碳化硅或其它半导体材料制成。
在一些实施例中，控制器135可包括故障监测和检测电路，使得在再生操作期间，当旁路开关130a-130c中的一个或多个闭合(如果检测到故障(例如电池短路故障))时，该特定电池105a-105c的旁路开关断开，防止其它电池向故障电池放电。受益于本公开的本领域技术人员应当可以认识到使用旁路开关的许多变化、修改和替代。
在一些实施例中，图1的功率分配电路100对于出于冗余目的需要多个单独的电池105a-105c的飞行器可能特别有用。在这样的实施例中，如图1所示的隔离电路逆变器和电机电路可以提供额外的冗余和改进的可靠性。例如，在从一个电池到DC总线110的DC电源线中发生电短路或故障的情况下，单独的逆变器/电机和电池电路将可以提供冗余。在一些实施例中，旁路开关130a-130c的位置可以靠近电池105a-105c(如图1所示)，而在其它实施例中，它们可以靠近逆变器电路115a-115c。
电池105a-105c可以是铅酸、镍金属氢化物、锂离子、锂离子聚合物、碱性电池或任何其它类型的电池。电机120a-120c可以是任何类型的AC电机，包括但不限于有刷、无刷、感应或同步的。逆变器115a-115c可以是将DC电力转换为AC电力的任何类型的模拟或固态逆变器电路。为了简单起见，在功率分配电路100中未示出各种有源和无源电路组件。
图2示出了与图1所示的功率分配电路100类似的功率分配电路200，然而，该实施例不包括位于每个电池和DC总线之间的二极管。相反，如图2所示，断路器230a-230c位于每个电池105a-105c和DC总线110之间。在正常操作期间，断路器230a-230c处于闭合位置，因此DC电力可以从电池105a-105c流到DC总线110，通过逆变器电路115a-115c，并流到电机120a-120c。控制器235被配置成检测系统故障，并且作为响应，它可以如以下更详细地描述的断开断路器230a-230c中的一个或多个以防止进一步的故障。
在一个示例中，控制器235被配置成检测在短路条件下发生故障的电池105a-105c的故障。控制器235然后命令与该特定电池105a-105c相关联的断路器230a-230c断开，从而保护电池不从耦合到DC总线110的其它电池接收电流。在这种故障期间，控制器235被配置成保持其它断路器230a-230c闭合，使得电力可以继续被提供给电机120a-120c。在另外的实施例中，控制器235被配置成仅断开必要的断路器230a-230c，并且保持所有其它断路器闭合，使得电力可以继续被供应到电机120a-120c。这种操作模式对于飞行器特别有用，其中，电机120a-120c的连续不间断工作是重要的安全考虑。
在一些实施例中，断路器230a-230c可以位于电池105a-105c附近(如图2所示)，而在其它实施例中，它们可以位于电机120a-120c附近。在另外的实施例中，可以有靠近每个电池105a-105c的一组断路器230a-230c和靠近每个电机120a-120c的一组单独的断路器，它们的组合可以用来隔离从电池延伸到电机的线束中的故障。
在一些实施例中，断路器230a-230c是具有金属接触的机电式开关。在其它实施例中，断路器230a-230c是固态的，并且由硅、氮化镓、碳化硅或其它半导体材料制成。
图3示出了根据本公开的实施例的功率分配电路300。如图3所示，每个电池105a-105d耦合到生成相应的三相AC输出的单独的逆变器310a-310d。还有三个单独的相间变压器315a-315c，每个接收来自每个逆变器310a-310d的一个输入相，并将这些输入组合成耦合到电机330的一个相应驱动相320a-320c。在每个相间变压器315a-315c内，所述四个相输入中的每一个彼此电隔离，因此一个输入中的故障不会导致其他三个输入中的任何一个中的故障。在一些实施例中，每个相间变压器315a-315c被配置成感应地组合由其四个相应的输入中的每个输入输送的电力，以生成用于电机320的统一的单个驱动相320a-320c。
因此，电机320的每个相是由相应的相间变压器315a-315c驱动的，所述相间变压器从四个单独的逆变器/电池组中的每一个接收其电力的大约25%。当一个电池105a-105d或逆变器310a-310d发生故障时，电机330的每一相将接收大约25%的更少的电力，但是电机将仍然操作。在一些实施例中，可以使用主控制器(图3中未示出)，其控制每个逆变器310a-310c的每个相，以便使到相间变压器315a-315c的输入同步。在一些实施例中，电机控制器电路可以仅包括逆变器310a-310d，而在其他实施例中，它还可以包括相间变压器315a-315c。由于每个电路之间的电绝缘，电池105a-105d之间的电荷穿梭就不是问题了。
在电机330被外部机械力转动的再生事件期间，电机将电力输送到每个相间变压器315a-315c，其然后通过单独的逆变器310a-310d将电力输送回电池105a-105d。每个电池105a-105d彼此隔离，因此如果一个电池故障，则来自其它电池的电力就不能流向故障的电池。基本上每个电池和每个AC信号都是隔离的，因此每个都作为隔离的系统来操作。如受益于本公开的本领域技术人员所理解的，电池的数量、逆变器的数量和相间变压器的数量不限于图3中所示的数量，并且其他实施例可以具有不同数量的这些设备或配置。例如，六个电池可以与每个组合六个输入的相间变压器一起使用。受益于本公开的本领域技术人员应当可以认识到许多变化、修改和替代。
图4示出了与图3中示出的功率分配电路300类似的功率分配电路400，然而在该实施例中，没有相间变压器，并且电机包括了十二个单独的绕组。如图4所示，存在四个单独的电池105a-105d，每个电池具有耦合到其上的单独的逆变器310a-310d。每个逆变器310a-310d生成三个单独的相，每个相被直接耦合到电机405。因此，利用四个三相逆变器310a-310d，生成十二相，它们都单独地耦合到电机405。
在该实施例中，当一个电池105a-105d故障时，电机405中十二相中的三相将不接收电力，因此电机将仍然操作，但是仅以电力的大约75%来操作。在一些实施例中，该电路可以包括控制器，该控制器被配置成控制多个逆变器中的其他逆变器(例如，未发生故障的逆变器)以在相数减少的情况下继续电机的操作。控制器还可以控制耦合到故障电池的逆变器以将故障电池与电路隔离。此外，每个电池105a-105d和逆变器310a-310d彼此电隔离，因此如果电池在短路状态下发生故障，则来自其它电池的电流将不会流到故障的电池。基本上，每个电池105a-105d和逆变器310a-310d组与每个其他电池和逆变器组电隔离。由于隔离，电池105a-105d之间的电荷穿梭也就不是问题了。
在再生事件期间，转动能量被加在作为发电机而操作的电机405，从而通过每个相应的逆变器310a-310d将电流输送到每个电池105a-105d。在其它实施例中，电机405可以具有任意数量的相，并且逆变器310a-310d可以生成任意数量的相输出。
图5示出了根据本公开的实施例的功率分配电路500。功率分配电路500分别类似于图1和2中所示的使用DC总线的功率分配电路100和200，然而，图5中所示的实施例使用与每个电池串联的DC到DC转换器来向公共DC总线供应能量。如图5所示，单独的电池105a-105各自耦合到单独的DC到DC转换器505a-505d，所述DC到DC转换器将从每个相应的电池接收的DC能量转换和调节为耦合到公共DC总线510的DC能量。DC总线510并联耦合到多个逆变器515a-515c，每个逆变器产生驱动各个电机520a-520c的三相AC信号。
每个DC到DC转换器505a-505d都被配置成仅从其相应的电池105a-105d接收电力，并且基于施加在DC总线的负载将经调节的电力传输到DC总线510。更具体讲，在一些实施例中，每个DC到DC转换器505a-505d可以被独立地调节并且可以使用DC总线510的电压来控制DC到DC转换器从其相应的电池105a-105d提取的电量。在其它实施例中，控制器525可以控制每个DC到DC转换器505a-505d，并且根据需要循环开和关它们以调节输送到DC总线510的电力。更具体讲，每个DC到DC转换器505a-505d可以工作在工作周期上，其中，它在给定的时段内开启，并且在给定的时段内关闭。
在该实施例中，如果电池105a-105d发生故障，则用于该电池的DC/DC转换器505a-505d将不允许电力从DC总线510传输到故障的电池(例如，如果电池在短路条件下发生故障)。在一个示例中，每个DC/DC转换器505a-505d(或控制器525)可以监测每个相应电池105a-105d两端的电压，以检测电池内的短路或故障，并且作为响应，中断从该电池到DC总线510的电力传输。在另外的实施例中，DC/DC转换器505a-505d可检测再生事件并将电力从DC总线510传输到电池105a-105d以便用于再充电。在一些实施例中，相应的DC/DC转换器505a-505d可以通过监测与相应电池105a-105d处可用的电压相比的DC总线510上的电压电位来检测再生事件。在一些实施例中，当DC总线510上的电压超过阈值电压时，该阈值电压就可以被用于进行再生充电。
在一些实施例中，DC/DC转换器505a-505d可以调节电池105a-105d中的每一个之间的负载分配，以将每个电池维持在类似的充电状态。在一个实施例中，每个DC/DC转换器505a-505d监测相应的电池105a-105d电压和DC总线510上的电压。如果控制器525检测到相对地高于其它电池电压的电池105a-105d的电压，则控制器可以命令相应的DC/DC转换器505a-505d从该电池汲取更多的电力，以使其充电状态与其它电池一致。在进一步的实施例中，每个DC/DC转换器505a-505d可以从控制器525接收相同的PWM(脉冲宽度调制)信号，该控制器控制从每个相应的电池105a-105d到DC总线510的电力传输。在一些实施例中，相同的PWM信号可通过从具有相对地较高充电的电池(由于其较高的电压电平)传输较多的电力并从具有相对地较低充电的电池(由于其较低的电压电平)传输相对较少的电力来“自动”补偿电池105a-105d中的不同充电水平。
在一些实施例中，DC/DC转换器505a-505d可以靠近电池105a-105d放置，而在其它实施例中，它们也可以靠近电机520a-520c放置。在进一步的实施例中，可以去除DC总线510，并且每个DC/DC转换器505a-505d可以耦合到相应的逆变器515a-515c，并且每个相应的逆变器可被耦合到相应的电机520a-520c，如图3和4所示。
在一些实施例中，DC/DC转换器505a-505d可为隔离或非隔离的开关模式转换器。在各种实施例中，隔离的DC/DC转换器505a-505d可优选地将下游电路与电池105a-105d的潜在故障隔离。在一些实施例中，DC/DC转换器505a-505d可为但不限于以下架构：降压、升压、SEPIC、升降压或反激。在进一步的实施例中，DC/DC转换器505a-505d可以采用一个或多个固态开关，所述固态开关可以包括硅、碳化硅、氮化镓或任何其它类型的固态开关。
图6示出了根据本公开的实施例的功率分配电路600。功率分配电路600类似于图3和4中公开的功率分配电路，每个逆变器耦合到一个电池，然而在图6中，每个逆变器为耦合到单个轴的冗余电机供电。如图6所示，三个单独的电机605a-605c被耦合到单个推进器轴610。三个电机605a-605c中的每一个被单独的电池105a-105c驱动，使得如果一个电池发生故障，则其余的电机和电池被电隔离并且可向推进器轴610供应电力。当推进器615在再生事件期间通过外部机械力转动时，单独的电机605a-605c中的每一个都产生反馈到每个相应电池105a-105c的电力。如果一个电池105a-105c或逆变器310a-310c发生故障，则推进器615将仍然可以由两个剩余的电机605a-605c来供电，然而功率大约减少33%。在其它实施例中，每个轴可以使用少于三个单独的电机，并且在一些实施例中，轴可以使用多于三个电机。在另外的实施例中，每个电机605a可以经由诸如图1-3或图5中所示的冗余功率分配系统来供电。
图7示出了根据本公开的实施例的一种飞行器700的简化平面图。如图7所示，飞行器700包括十二个电机705a-705l，其经由线束715耦合到电池组710。飞行器700可以使用上面讨论的和图1-6中示出的功率分配电路中的一个或任何组合。
尽管电动车辆700被描述和示出为一个特定的电动车辆，但是本公开的实施例适用于多种电动车辆。例如，从一个或多个电池接收其电力的至少一部分的任何电力供电车辆都可以与本公开的实施例一起使用。在一些情况下，由于电力输送电路的可靠性和故障隔离，本公开的实施例特别适用于飞行器。尽管在图1-6所示的每个电路中没有示出控制电路，但是可以将一个或多个控制电路添加到这里所述的任何电路中，以控制各种组件的操作，所述组件包括但不限于逆变器、相间变压器、开关、电机、反馈回路等。
为了简单起见，各种有源和无源电路组件未在图中示出。在前述说明书中，已经参考可以随实施方式而变化的许多具体细节描述了本公开的实施例。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。本公开的范围的唯一且排他的标志以及本申请人旨在作为本公开的范围的标志是以权利要求书发布的具体形式从本申请发布的一组权利要求的字面和等效范围，包括任何后续修正。特定实施例的具体细节可以以任何适当的方式组合，而不脱离本公开的实施例的精神和范围。
另外，空间相对术语，例如“底部”或“顶部”等可被用于描述一个要素和/或特征与另一个或多个要素和/或特征的关系，例如如附图中所示。应当理解，空间相对术语旨在包括除了附图中所示的取向之外的装置在使用和/或操作中的不同取向。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为“底部”表面的要素然后可以被定向为在其他要素或特征的“上方”。装置可以以其他方式定向(例如，旋转90度或在其他定向)并且本文使用的空间相关描述符也应相应地解释。
如本文所使用的术语“和”、“或”和“和/或”可以包括多种含义，其也被预期至少部分地取决于使用这些术语的上下文。通常，“或”如果用于关联列表，诸如A、B或C，则意于表示A、B和C，此处以包含的意义使用，以及A、B或C，此处以排他的意义使用。另外，如本文所使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数形式的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述特征、结构或特性的某种组合。然而，应当注意，这仅是说明性示例，且所要求保护的主题并不局限于此示例。此外，如果用于关联列表，诸如A、B或C，则术语“至少一个”可被解释为表示A、B和/或C的任何组合，诸如A、B、C、AB、AC、BC、AA、AAB、ABC、AABBCCC等。
在整个说明书中对“一个示例”、“示例”、“某些示例”或“示例性实施方式”的引用意味着结合该特征和/或示例描述的特定特征、结构或特性可被包括在所要求保护的主题的至少一个特征和/或示例中。因此，在本说明书通篇的各个地方出现的短语“在一个示例中”、“一个示例”、“在某些示例中”、“在某些实施方式中”或其它类似短语未必全部指代相同特征、示例和/或限制。此外，特定特征、结构或特性可以组合在一个或多个示例和/或特征中。

Claims (41)

1.一种电路，包括：
多个电池；
多个DC到DC转换器，每个DC到DC转换器耦合到所述多个电池中的相应电池；
DC总线，所述DC总线并联耦合到所述多个DC到DC转换器中的每一个；
多个逆变器电路，每个逆变器电路并联耦合到所述DC总线；以及
多个电机，每个电机耦合到所述多个逆变器电路中的相应逆变器电路。
2.根据权利要求1所述的电路，还包括控制器，所述控制器被配置成监测所述DC总线的电压和所述多个电池中的至少一个电池的电压。
3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述控制器被配置成基于所述DC总线的电压与至少一个电池的电压之间的比较来命令所述多个DC到DC转换器中的至少一个DC到DC转换器将电力从所述DC总线传输到所述多个电池中的至少一个。
4.根据权利要求2所述的电路，其中，所述控制器被配置成响应于所述多个电机中的至少一个电机在再生事件期间生成电力而命令所述多个DC到DC转换器中的至少一个DC到DC转换器将电力从所述DC总线传输到所述多个电池中的至少一个电池。
5.根据权利要求2所述的电路，其中，所述控制器被配置成检测所述多个电池中的至少一个电池的故障，并且作为响应，命令所述多个DC到DC转换器中的耦合到所述多个电池中的一个或多个故障电池的一个或多个相应的DC到DC转换器将所述一个或多个故障电池与所述DC总线隔离。
6.根据权利要求1所述的电路，其中，所述多个DC到DC转换器中的每一个包括控制电路，所述控制电路被配置成监测所述DC总线的电压，并且当所述DC总线的电压大于阈值电压时，将电力从所述DC总线传输到相应的电池，其中，所述阈值电压是基于所述多个电池中的至少一个电池的电压的。
7.根据权利要求6所述的电路，其中，所述控制电路被配置成当所述多个电机中的至少一个电机在再生事件期间生成电力时，将电力从所述DC总线传输到所述多个电池中的至少一个。
8.根据权利要求6所述的电路，其中，所述控制电路被配置成检测所述多个电池中的至少一个电池的故障，并且作为响应，命令耦合到所述多个电池中的一个或多个故障电池的所述一个或多个相应的DC到DC转换器将所述一个或多个故障电池与所述DC总线隔离。
9.根据权利要求1所述的电路，其中，所述多个电机中的每一个是AC电机。
10.根据权利要求1所述的电路，其中，所述多个电机推进电力供电车辆。
11.根据权利要求1所述的电路，其中，所述多个电机中的每一个耦合到相应的推进器。
12.一种电力供电车辆，包括：
DC总线：
多个电池，每个电池并联耦合到所述DC总线；
至少一个开关，串联耦合在所述多个电池中的至少一个电池与所述DC总线之间；
多个逆变器电路，每个逆变器电路并联耦合到所述DC总线；以及
多个电机，每个电机耦合到所述多个逆变器电路中的相应逆变器电路。
13.根据权利要求12所述的电力供电车辆，还包括多个开关，每个开关串联耦合在所述多个电池中的相应电池之间。
14.根据权利要求13所述的电力供电车辆，还包括与所述多个电池中的每个电池串联耦合并且被布置成使电流在一个方向上从所述多个电池中的每个相应电池流出到所述DC总线的电路。
15.根据权利要求14所述的电力供电车辆，其中，所述电路包括至少一个二极管。
16.根据权利要求14所述的电力供电车辆，其中，所述多个开关中的每个开关被布置成旁路与所述多个电池中的每个相应电池串联耦合的电路。
17.根据权利要求13所述的电力供电车辆，还包括控制器，所述控制器被配置成检测所述多个电池中的故障电池，并且作为响应，断开所述多个开关中的相应开关以将所述故障电池与所述DC总线电隔离。
18.根据权利要求12所述的电力供电车辆，还包括控制器，所述控制器被配置成检测再生事件，并且作为响应，闭合所述至少一个开关以将电力从所述DC总线传输到所述多个电池中的至少一个电池。
19.根据权利要求12所述的电力供电车辆，其中，所述多个逆变器电路中的每一个被配置成生成用于驱动所述多个电机中的一个或多个的多相AC输出。
20.根据权利要求12所述的电力供电车辆，其中，所述多个逆变器电路中的每一个被配置成生成三相输出。
21.根据权利要求20所述的电力供电车辆，其中，由所述多个逆变器电路中的每一个生成的三相输出以0至3KHz之间的频率在0至400伏AC之间操作。
22.根据权利要求12所述的电力供电车辆，其中，所述多个电机中的每一个耦合到相应的推进器。
23.根据权利要求13所述的电力供电飞行器，其中，所述多个电机中的每一个耦合到所述多个电力供电飞行器的相应的推进器。
24.根据权利要求12所述的电力供电车辆，其中，所述多个电机包括至少12个电机。
25.一种电路，包括：
多个电池；
多个逆变器，每个逆变器耦合到所述多个电池中的相应电池并且被配置成生成多个输入相；
多个相间变压器，每个接收所述多个输入相中的一个或多个，并且生成组合的单个驱动相；以及
电机，所述电机被配置成从所述多个相间变压器中的每一个接收所述组合的单个驱动相。
26.根据权利要求24所述的电路，其中，所述多个相间变压器中的至少一个相间变压器从所述多个逆变器中的每一个接收输入相。
27.根据权利要求24所述的电路，其中，所述多个相间变压器中的每个相间变压器从所述多个逆变器中的每个逆变器接收输入相。
28.根据权利要求24所述的电路，其中，所述多个相间变压器中的每个相间变压器将所述多个输入相中的每个输入相彼此电隔离。
29.根据权利要求24所述的电路，还包括控制器，所述控制器被配置成控制所述逆变器中的至少一个逆变器的操作，以控制所述电机的速度和功率。
30.根据权利要求28所述的电路，其中，所述控制器被配置成检测所述多个电池中的故障电池，并且作为响应，禁用所述多个逆变器中的耦合到所述故障电池的相应逆变器。
31.根据权利要求24所述的电路，其中，所述多个逆变器中的一个或多个被配置成当所述电机在再生事件期间生成电力时对所述多个电池中的一个或多个充电。
32.根据权利要求24所述的电路，其中，所述电机是同步AC永磁电机。
33.根据权利要求24所述的电路，其中，所述电机推进电力供电车辆。
34.根据权利要求24所述的电路，其中，所述电机被耦合到推进器。
35.一种电力供电车辆，包括：
多个电池；
多个逆变器，每个逆变器耦合到所述多个电池中的相应电池并且被配置成生成多个相；以及
电机，所述电机被配置成从所述多个逆变器中的每一个接收所述多个相中的每一个。
36.根据权利要求34所述的电力供电车辆，其中，所述多个逆变器中的每一个逆变器被配置成生成三相。
37.根据权利要求34所述的电力供电车辆，还包括控制器，所述控制器被配置成检测故障电池，并且作为响应，禁用所述多个逆变器中的耦合到所述故障电池的相应逆变器。
38.根据权利要求36所述的电力供电车辆，其中，所述控制器被配置成控制所述多个逆变器中的其他逆变器以减少的相数继续所述电机的操作。
39.根据权利要求34所述的电力供电车辆，其中，所述多个逆变器中的一个或多个被配置成当所述电机在再生事件期间生成电力时将电力传输到所述多个电池中的一个或多个。
40.根据权利要求34所述的电力供电车辆，其中，所述电机被耦合到推进器。
41.根据权利要求34所述的电力供电车辆，其中，所述电机是同步AC永磁电机。
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