CN116317591A - 高压车辆总线系统 - Google Patents

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葛宝明
宋延涛
陈礼华
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

本公开提供“高压车辆总线系统”。一种电力转换器包括多个开关、电连接在所述开关中的一些与另一些之间的变压器、以及电连接在所述开关与所述电力转换器的输出端之间的多个串联连接的电容器。控制器操作所述开关，使得所述电力转换器的输入端处和跨所述电容器中的每一个的电压相同并且所述输出端处的电压是所述输入端处的所述电压的两倍。

Description

高压车辆总线系统
技术领域
本公开涉及一种具有高压总线的车辆系统。
背景技术
电池电动车辆(BEV)依赖于高压(HV)电池来进行电力供应。目前，400V HV电池和DC总线通常用于各种BEV中。增加的HV电池电压可提高BEV的效率。
发明内容
一种车辆电力系统包括电力转换器，所述电力转换器限定从充电器接收电力的输入端和向牵引电池提供电力的输出端。所述电力转换器包括多个开关、电连接在所述开关中的一些与另一些之间的变压器、以及电连接在所述开关与所述输出端之间的多个串联连接的电容器。所述车辆电力系统还包括控制器，所述控制器操作所述开关，使得所述输入端处和跨所述电容器中的每一个的电压相同并且所述输出端处的电压是所述输入端处的所述电压的两倍。
一种车辆包括：电池；电机，所述电机经由与第一电压相关联的电池总线连接到所述电池；充电器，所述充电器经由与小于所述第一电压的第二电压相关联的充电器总线连接到所述电池总线；以及电力转换器，所述电力转换器连接在所述电池总线与所述充电总线之间。所述电力转换器包括：变压器，所述变压器具有连接到所述充电器的初级侧和连接到所述电池的次级侧；第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器串联连接在所述次级侧上的所述驱动总线之间；第三电容器，所述第三电容器连接在所述初级侧上的所述充电总线之间，多个开关，所述多个开关位于所述初级侧和所述次级侧两者上；以及控制器。所述控制器操作所述开关，使得跨所述第一电容器的电压和跨所述第二电容器的电压相等。
一种操作车辆电力转换器的方法包括：操作所述车辆电力转换器的多个开关，使得所述车辆电力转换器的输入端处的电压和跨限定所述车辆电力转换器的输出端的多个串联连接的电容器中的每一个的电压相同并且所述输出端处的电压是所述输入端处的所述电压的两倍。
附图说明
图1描绘电动化车辆的可能配置。
图2描绘电力转换器的示例性电路图。
图3描绘控制方案图。
图4描绘另一控制方案图。
图5A至图5D描绘充电控制方案的波形图。
图6A至图6D描绘车辆到电网控制方案的波形图。
图7A至图7D描绘车辆驱动控制方案的波形图。
具体实施方式
本文描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节并不解释为限制性，而仅解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任一者示出和描述的各种特征可与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。
图1描绘了可被称为插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电动化车辆112。插电式混合动力电动车辆112可包括一个或多个电机114，所述一个或多个电机机械地联接到齿轮箱或混合动力变速器116。电机114可能够作为马达和发电机来操作。此外，混合动力变速器116机械地联接到发动机118。混合动力变速器116可机械地联接到差速器119，所述差速器被配置为调整驱动轴120的转速，所述驱动轴机械地联接到车辆112的驱动轮122。驱动轴120可被称为驱动车桥。在一些配置中，离合器可设置在混合动力变速器116与差速器119之间。电机114可在发动机118开启或关闭时提供推进和减速能力。电机114还可充当发电机，并且可通过回收原本通常在摩擦制动系统中作为热量损失的能量来提供燃料经济性益处。电机114还可通过允许发动机118以更有效的转速操作以及允许在某些状况下在发动机118关断的情况下以电动模式操作混合动力电动车辆112来减少车辆排放。电动化车辆112还可为电池电动车辆(BEV)。在BEV配置中，可能不存在发动机118。在其他配置中，电动化车辆112可以是没有插电能力的强混合动力电动车辆(FHEV)。
电池组或牵引电池124存储可由电机114使用的能量。牵引电池124可提供高压直流(DC)输出。接触器模块123可包括一个或多个接触器，所述一个或多个接触器被配置为在断开时将牵引电池124与高压驱动总线125(又名高压电池总线)隔离并且在闭合时将牵引电池124连接到高压驱动总线125。高压驱动总线125可包括用于在高压驱动总线125上载运电流的电力和返回导体。接触器模块123可位于牵引电池124中。一个或多个电力电子模块126可电联接到高压驱动总线125。电力电子模块126还电联接到电机114，并且提供在牵引电池124与电机114之间双向传递能量的能力。例如，牵引电池124可提供DC电压，而电机114可利用三相交流电(AC)操作以起作用。电力电子模块126可将DC电压转换为三相AC电流来操作电机114。在再生模式中，电力电子模块126可将来自充当发电机的电机114的三相AC电流转换为与牵引电池124兼容的DC电压。
电动化车辆112可被配置为从外部电源136对牵引电池124再充电。外部电源136可以是到电气插座的连接。外部电源136可电联接到充电站或电动车辆供电装备(EVSE)138。外部电源136可以是由电力公共事业公司提供的配电网络或电网。EVSE 138可提供电路和控件以管理在电源136与车辆112之间的能量传递。外部电源136可向EVSE 138提供DC或AC电力。EVSE 138可具有用于联接到车辆112的充电端口134的充电连接器140。充电端口134可以是被配置为将电力从EVSE 138传递到车辆112的任何类型的端口。充电端口134可电联接到车载充电器132。充电器132可调节从EVSE 138供应的电力，以经由高压充电器总线139向牵引电池124提供适当的电压电平和电流电平。充电器总线139上的电力可经由电力转换器142(将在下文详细描述)进行转换并且提供给高压驱动总线125以对牵引电池124充电。充电器132可与EVSE 138对接，以协调向车辆112的电力输送。EVSE连接器140可具有与充电端口134的对应凹槽配合的引脚。替代地，被描述为电联接或连接的各种部件可使用无线感应联接来传递电力。
电力转换器142可与高压充电器总线139以及具有与高压驱动总线125不同的电压的高压车辆公用总线144对接。作为实例，牵引电池124和高压驱动总线125与800V电压相关联，而充电器总线139和公用总线144可仅与400V总线相关联。多电压总线配置可能是有利的，因为驱动总线125上的较高电压可提高车辆电池和传动系的效率，并且充电器总线139和公用总线144上的较低电压可提高EVSE兼容性并且通过使用较低电压兼容部件和装置来减少制造费用。应注意，本公开中讨论的驱动总线125和公用总线144上的特定电压仅是出于说明目的的示例，并且本公开不限于任何特定电压。电力转换器142可被配置为在驱动总线125与公用总线144之间转换电压并且传递电力以适应各种情况。牵引电池124可经由电力转换器142为连接到公用总线144的其他车辆电气系统提供能量。车辆112可包括DC/DC转换器模块146，所述DC/DC转换器模块将来自高压公用总线144的高压DC输出转换为与低压负载150兼容的低压总线148的低压DC电平。DC/DC转换器模块146的输出端可电联接到辅助电池152(例如，12V电池)以对辅助电池152充电。低压负载150可经由低压总线148电联接到辅助电池152。一个或多个高压电气负载154(又名公用负载、车辆负载)可联接到高压公用总线144。高压电气负载154可具有在适当时操作和控制高压电气负载154的相关联的控制器。高压电气负载154的示例可以是风扇、电加热元件和/或空调压缩机。
车辆112中的电子模块可经由一个或多个车辆网络进行通信。车辆网络可包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是串行总线，诸如控制器局域网(CAN)。车辆网络的信道中的一个可包括由电气和电子工程师协会(IEEE)802系列标准定义的以太网网络。车辆网络的另外的信道可包括模块之间的离散连接，并且可包括来自辅助电池152的电力信号。可通过车辆网络的不同信道传递不同的信号。例如，视频信号可通过高速信道(例如，以太网)传递，而控制信号可通过CAN或离散信号传递。车辆网络可包括有助于在模块之间传递信号和数据的任何硬件和软件部件。车辆网络未在图1中示出，但是可暗示车辆网络可连接到车辆112中所存在的任何电子模块。可存在车辆系统控制器(VSC)156来协调各种部件的操作。注意，本文描述的操作和过程可在一个或多个控制器中实现。可被描述为由特定控制器实现的特征的实施方式不一定限于由该特定控制器进行的实施方式。功能可分布在经由车辆网络通信的多个控制器之间。
参考图2，示出了描绘电力转换器142的示例性电路图200。继续参考图1，电力转换器142连接在与充电器总线139上的第一电压相关联的充电器132和与驱动总线125上的第二电压相关联的牵引电池124之间。在本示例中，充电器总线139上的第一电压为400V，并且驱动总线125上的第二电压为800V。另外，在本示例中，用于车辆负载154的公用总线144上的电压为400V。电力转换器142可包括被配置为监测和控制电力转换器142的一个或多个电力电子控制器202。控制器200可被配置为基于指示电力转换器142的操作状态的反馈来将电力转换器142的电压和电流输出调整为预定开关频率。
电力转换器142可包括具有彼此磁联接的初级绕组206和次级绕组208的高频电力变压器。初级绕组和次级绕组的变压器绕组电压比(例如，Vp、Vs)可与绕组206和208的绕组匝数比成正比。在本公开中，初级绕组206与次级绕组208之间的绕组匝数比为1:1。因此，初级绕组206上的电压Vp等于次级绕组208上的电压Vs。电力转换器142的初级侧可包括开关电路，所述开关电路包括多个开关装置210、212、214、216(又名初级H桥开关)。开关装置可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极结型晶体管(IGBT)或其他固态开关装置。开关装置可被配置为将充电器总线139的正端子和负端子选择性地联接到初级绕组206。电力转换器142的次级侧可包括开关电路，所述开关电路包括多个开关装置218、220、222、224、226、228、230、232。开关装置218、220、222、224可被称为次级H桥开关，并且开关装置226、228、230、232可被称为充电开关。开关装置可被配置为将次级总线234的正端子和负端子选择性地联接到次级绕组208。电路内的开关装置中的每一个都可具有并联连接的相关联二极管，以在开关装置处于非导通状态时提供用于感应电流的路径。开关装置中的每一个都可具有用于相关联开关装置的控制器操作的控制端子。控制端子可电联接到电力电子控制器202。电力电子控制器202可包括用于驱动并监测控制端子的相关联电路。例如，控制端子可联接到固态开关装置的栅极输入端。
在高频变压器204的初级绕组侧，第一开关装置210可将充电总线的正端子选择性地联接到初级绕组206的负端子。第一二极管可与第一开关装置210并联联接。第二开关装置212可将充电总线的负端子选择性地联接到初级绕组206的负端子。第二二极管可与第二开关装置212并联联接。第三开关装置214可将充电总线的正端子选择性地联接到初级绕组206的正端子。第三二极管可与第三开关装置214并联联接。第四开关装置216可将充电总线的负端子选择性地联接到初级绕组206的正端子。第四二极管可与第四开关装置216并联联接。在高频变压器204的负极绕组侧，第五开关装置218可将次级总线的正端子选择性地联接到次级绕组208的正端子。第五二极管可与第五开关装置218并联联接。第六开关装置220可将次级总线的负端子选择性地联接到次级绕组208的正端子。第六二极管可与第六开关装置220并联联接。第七开关装置222可将次级总线的正端子选择性地联接到次级绕组208的负端子。第七二极管可与第七开关装置222并联联接。第八开关装置224可将次级总线的负端子选择性地联接到次级绕组208的负端子。第八二极管可与第八开关装置224并联联接。第九开关装置226可将驱动总线的正端子选择性地联接到次级总线的正端子。第九二极管可与第九开关装置226并联联接。第十开关装置228可将公用总线的正端子选择性地联接到次级总线的正端子。第十二极管可与第十开关装置228并联联接。第十一开关装置230可将公用总线的正端子选择性地联接到次级总线的负端子。第十一二极管可与第十一开关装置230并联联接。第十二开关装置232可将公用总线的负端子选择性地联接到次级总线的负端子。第十二二极管可与第十二开关装置232并联联接。
电力转换器142还可包括在初级绕组侧和次级绕组侧两者上跨各种总线连接的一个或多个电容器。在本示例中，第一电容器240跨驱动总线的正端子和公用总线的正端子连接，以维持端子之间的电压降。第二电容器242跨公用总线144连接，以维持公用总线144的正端子与负端子之间的电压降。第三电容器244跨充电总线139连接，以维持充电总线139的正端子和负端子之间的电压降。尽管第一电容器240、第二电容器242和第三电容器244中的每一者在图2中示为单个电容器，但应注意，本公开不限于此，并且第一电容器240、第二电容器242和第三电容器244中的每一者可包括在各种配置下的多个电容器。在本示例中，第一电容器240、第二电容器242和第三电容器244中的每一者被配置为维持跨其相应的端子的400V电压降。由于第一电容器240和第二电容器242跨驱动总线125串联连接，因此跨驱动总线125的正端子和负端子的电压降为800V。然而，由于电路的配置，800V电压不直接施加到开关装置中的任一个。而是，在每个单个开关装置的两个端子之间施加400V电压。由于降低的电压，在本示例中，较低的额定电压晶体管可用于开关装置。作为示例，图2所示的本示例中的每个开关装置可与600V的最大额定电压相关联。电力转换器142可被配置为自适应地操作开关以维持跨各种总线的预定义电压。可利用脉冲宽度调制(PWM)信号来驱动开关装置的控制端子以控制电力转换器142的电压和功率。
参考图3，示出了本公开的一个实施例的控制示意图300。控制方案300可以是在充电过程期间操作电力转换器142的闭环方案。另外，在基本上类似的概念下，控制方案300也可应用以在车辆到电网(V2G)或车载发电机(OBG)过程期间操作电力转换器142。在本示例中，控制方案300可经由控制器202来实现。如图3所示，控制方案300依赖于包括电池电流I电池、跨第一电容器的电压VC1和跨第二电容器的电压VC2的反馈来控制电力转换器142的初级绕组侧上的初级H桥开关装置210、212、214、216的操作。经由第一求和点302将电池电流(例如，取决于使用的场景的充电电流或输出电流)I电池与参考电流I参考进行比较，并且将指示与参考电流I参考的电流偏差的结果输出到第一比例积分调节器(PIR，又名比例积分微分控制器)以进行进一步处理。PIR 304被配置为计算作为期望的设定点与测量值之间的差值的误差值，并且基于比例项、积分项和/或微分项应用校正以将校正应用于控制变量。将PIR的输出发送到第二求和点。在控制方案300的另一个分支上，在第三求和点308处比较跨第一电容器240和跨第二电容器242的电压，将指示电压差的结果输出到第二PIR310以进行误差校正。PIR 310将所校正的控制变量输出到第二求和点306。在接收到根据电流偏差的所校正的控制变量和根据电压差的所校正的控制变量作为输入之后，第二求和点306处理输入以确定指示初级绕组206的正端子和负端子之间的相移的相移角Φ。相移角Φ确定输出到初级绕组206的电压和电流。因此，高频变压器204的传输功率取决于相移角Φ。PWM脉冲发生器312使用相移角Φ作为输入来生成用于初级绕组侧上的初级H桥开关装置210、212、214、216的控制信号。如图3的底部部分所示，使用第一电容器VC1与第二电容器VC2之间的电压差来计算电力转换器142的次级绕组侧上的充电开关装置226、228、230、232的控制信号。经由第三PIR 314处理所述差值，并且将根据电压差的所校正的控制变量输出到比较器316以与三角载波进行比较。在本示例中，当根据电压差的所校正的控制变量的值大于载波的值时，激活开关装置228和232以将第二电容器242连接到次级总线234。当根据电压差的所校正的控制变量的值小于载波的值时，激活开关装置226和230以将第一电容器240连接到次级总线234。在车辆充电模式中，开关装置218、220、222、224作为整流器操作以将来自次级绕组208的AC电流转换为次级总线234上的DC电流。
控制方案300可应用于各种情况。例如，在其中电力转换器142被配置为将电力从EVSE 138传递到牵引电池124的充电模式中，高频变压器204将电力从初级绕组206传递到次级绕组208。控制器202操作初级H桥开关装置210、212、214、216以预定频率和相移角Φ断开和闭合，以将充电器总线139上的DC电力(例如，400V)转换为AC电力以对高频变压器204的初级绕组206充电，所述高频变压器继而生成次级绕组208上的对应的AC电力。控制器202将次级H桥开关装置218、220、222、224操作为整流器，以将AC电力转换为DC电力以对次级总线234充电。控制器202操作充电开关装置226、228、230、232以将电压均等地分配给第一电容器240和第二电容器242。在本示例中，由于第二电容器242也被配置为维持跨车辆负载154的电压，因此可调整充电开关装置226、228、230、232的占空比以平衡电压。
参考图5A至图5D，示出了充电控制方案的波形图。继续参考图1至图4，在本示例中，车辆牵引电池的电压为600V。由于第一电容器240和第二电容器242在驱动总线125上均分600V，因此每个电容器维持300V电压。因此，次级总线234上的电压也为300V。在本示例中，充电总线139上的从EVSE 138接收的电压仍然可以是400V。变压器204可被配置为以适当的匝数比(例如，4:3)将初级绕组206上的400V电流转换为次级绕组208上的300V电流。替代地，在变压器绕组具有固定匝数比1:1的情况下，变压器204仍然可以较小的损耗工作。如参考图5A和图5B所示，初级绕组206上的电压Vp具有+/-400V的峰值，并且次级绕组208上的电压Vs具有+/-300V的峰值。初级绕组206上的峰值的占空比可调整相移角Φ，使得可根据需要调整次级绕组208上的充电功率。在本示例中，高频变压器204上的开关频率为30kHz。车辆负载的电流为25A并且功率为7.5kW。电池充电电流为85A并且功率为51kW。由于车辆负载并联连接到第二电容器242，因此控制器202需要调整充电开关装置226、228、230、232的占空比以比第一电容器240更频繁地对第二电容器242充电。参考图5C和图5D，可看出，与对第一电容器240充电的开关装置226、230相比，对第二电容器242充电的开关装置228、232以更高的占空比操作(跨开关装置的零电压指示闭合状态)。
类似地，在V2G模式下，电力转换器142通过经由充电器132将电力从牵引电池124和/或电力电子模块126传递到电网而沿相反方向操作。参考图6A至图6D，示出了V2G控制方案的波形图。在此示例中，电池电压为800V，并且次级总线234上的电压为400V。具有1:1匝数比并且以30kHz频率切换的高频变压器204被配置为将次级总线234上的电池电力传递到初级总线139以供应给电网。如参考图6B和图6A所示，次级绕组208上的电压Vs具有+/-400V的峰值，并且初级绕组206上的电压Vp具有约+/-390V的峰值。在此示例中，车辆负载154汲取25A电流(即，10KW)并且V2G功率输出为15.2kW。即使第二电容器242向车辆负载154提供25A电流，第一电容器240和第二电容器242在电压平衡控制下也维持相同的400V电压，如参考图6C和图6D所示。
参考图4，示出了本公开的另一个实施例的控制方案图400。控制方案400可以是在其中牵引电池124经由电力电子模块126向电机114供应电力的驱动模式期间操作电力转换器142的闭环方案。在驱动模式下，初级H桥开关装置210、212、214、216和次级H桥开关装置220、222中的两者被关断(即，断开)，因为没有电力将被传递到充电器132。经由控制方案400控制其他两个次级H桥开关装置218、224和充电开关装置226、228、230、232的操作，以维持跨第一电容器240和跨第二电容器242的相同电压。在第一求和点402处比较跨第一电容器240和跨第二电容器242的电压。将指示电压差的结果输出到第一PIR 404以进行误差校正，并且将根据电压差的所校正的控制变量输出到比较器406以与三角载波进行比较。在本示例中，当根据电压差的所校正的控制变量的值大于载波的值时，激活开关装置218、224、226、230。当根据电压差的所校正的控制变量的值小于载波的值时，激活开关装置228、232。
参考图7A至图7D，示出了车辆驱动控制方案的波形图。在本示例中，牵引电池124以800V电压操作，并且车辆负载154为10kW。电机114消耗200A电流(即，160kW)。在本示例中，由于开关装置210、212、214、216、220、222被关断，因此跨次级绕组208的电压在预定开关频率下在+400V与-400V之间切换，类似于方波，并且次级总线234上的电压维持在400V处，如参考图7A和图7B所示。图7C和图7D分别示出开关装置226、230和开关装置228、232的电压波形。
本文所公开的过程、方法或算法可能够递送到处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可作为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令来存储，所述形式包括但不限于：永久存储在不可写存储介质(诸如只读存储器(ROM)装置)上的信息以及可变更地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、光盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置以及其他磁性和光学介质)上的信息。所述过程、方法或算法也可以软件可执行对象来实施。替代地，可以使用合适的硬件部件或者硬件、软件和固件部件的组合全部或部分地实施所述过程、方法或算法，所述硬件部件诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置。
尽管上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可做出各种改变。
如先前所述，各种实施例的特征可进行组合以形成可能未明确描述或示出的另外的实施例。尽管各种实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员应认识到，可折衷一个或多个特征或特性来实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可包括但不限于费用、强度、耐久性、生命期费用、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实施方式期望的实施例处在本公开的范围内，并且对于特定应用来说可能是期望的。
根据本发明，提供了一种车辆电力系统，所述车辆电力系统具有：电力转换器，所述电力转换器限定被配置为从充电器接收电力的输入端和被配置为向牵引电池提供电力的输出端，并且包括多个开关、电连接在所述开关中的一些与另一些之间的变压器、以及电连接在所述开关与所述输出端之间的多个串联连接的电容器；以及控制器，所述控制器被编程为操作所述开关，使得所述输入端处和跨所述电容器中的每一个的电压相同并且所述输出端处的电压是所述输入端处的所述电压的两倍。
根据实施例，所述开关中的所述一些限定DC至AC转换器。
根据实施例，所述开关中的所述另一些限定AC至DC转换器。
根据实施例，所述开关中的所述另一些是八个开关并且其中所述八个中的四个串联连接。
根据实施例，所述四个和所述电容器并联连接。
根据实施例，所述电容器是两个电容器。
根据实施例，所述输出端处的所述电压是800伏。
根据本发明，提供了一种车辆，其具有：电池；电机，所述电机经由与第一电压相关联的电池总线连接到所述电池；充电器，所述充电器经由与小于所述第一电压的第二电压相关联的充电器总线连接到所述电池总线；以及电力转换器，所述电力转换器连接在所述电池总线与所述充电总线之间，其包括：变压器，所述变压器具有连接到所述充电器的初级侧和连接到所述电池的次级侧；第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器串联连接在所述次级侧上的所述驱动总线之间；第三电容器，所述第三电容器连接在所述初级侧上的所述充电总线之间，多个开关，所述多个开关位于所述初级侧和所述次级侧两者上；以及控制器，所述控制器被编程为操作所述开关，使得跨所述第一电容器的电压和跨所述第二电容器的电压相等。
根据实施例，本发明的特征还在于公用总线，所述公用总线并联连接到所述第二电容器。
根据实施例，所述多个开关包括初级H桥开关，所述初级H桥开关被配置为将所述变压器的初级绕组选择性地连接到所述充电器总线；次级H桥开关，所述次级H桥开关被配置为将所述变压器的次级绕组选择性地连接到次级总线；以及充电器开关，所述充电器开关被配置为将所述第一电容器和所述第二电容器选择性地连接到所述次级总线。
根据实施例，在其中所述充电器向所述电池供电的充电模式或所述车辆经由所述充电器向电网供电的车辆到电网模式期间，所述控制器被编程为：将电池充电电流与参考电流进行比较以确定电流差；将跨所述第一电容器的所述电压与跨所述第二电容器的所述电压进行比较以确定电压差，并且基于所述电流差和所述电压差来确定相移角以控制所述初级H桥开关的切换。
根据实施例，在充电模式或所述车辆到电网模式期间，所述控制器被编程为基于所述电压差来控制所述充电器开关中的每一个的占空比。
根据实施例，在其中所述电池向电机供电的驱动模式期间，所述控制器被编程为：禁用所述初级H桥开关、和所述次级H桥开关中的一些；将跨所述第一电容器的所述电压与跨所述第二电容器的所述电压进行比较以确定电压差，并且基于所述电压差来操作所述充电器开关和所述次级H桥开关中的另一些。
根据本发明，一种操作车辆电力转换器的方法包括：操作所述车辆电力转换器的多个开关，使得所述车辆电力转换器的输入端处的电压和跨限定所述车辆电力转换器的输出端的多个串联连接的电容器中的每一个的电压相同并且所述输出端处的电压是所述输入端处的所述电压的两倍。
在本发明的一个方面，所述操作包括切换所述开关中的一些以将DC电力变换为AC电力。
在本发明的一个方面，所述操作包括切换所述开关中的另一些以将AC电力变换为DC电力。

Claims (15)

1.一种车辆电力系统，其包括：
电力转换器，所述电力转换器限定被配置为从充电器接收电力的输入端和被配置为向牵引电池提供电力的输出端，并且包括多个开关、电连接在所述开关中的一些与另一些之间的变压器、以及电连接在所述开关与所述输出端之间的多个串联连接的电容器；以及
控制器，所述控制器被编程为操作所述开关，使得所述输入端处和跨所述电容器中的每一个的电压相同并且所述输出端处的电压是所述输入端处的所述电压的两倍。
2.如权利要求1所述的车辆电力系统，其中所述开关中的所述一些限定DC至AC转换器。
3.如权利要求1所述的车辆电力系统，其中所述开关中的所述另一些限定AC至DC转换器。
4.如权利要求3所述的车辆电力系统，其中所述开关中的所述另一些是八个开关并且其中所述八个中的四个串联连接。
5.如权利要求4所述的车辆电力系统，其中所述四个和所述电容器并联连接。
6.如权利要求1所述的车辆电力系统，其中所述电容器是两个电容器。
7.如权利要求1所述的车辆电力系统，其中所述输出端处的所述电压为800伏。
8.一种车辆，其包括：
电池；
电机，所述电机经由与第一电压相关联的电池总线连接到所述电池；
充电器，所述充电器经由与小于所述第一电压的第二电压相关联的充电器总线连接到所述电池总线；以及
电力转换器，所述电力转换器连接在所述电池总线与所述充电总线之间，其包括：
变压器，所述变压器具有连接到所述充电器的初级侧和连接到所述电池的次级侧；
第一电容器，所述第一电容器连接在所述初级侧上的所述充电总线之间；
第二电容器和第三电容器，所述第二电容器和所述第三电容器串联连接在所述次级侧上的驱动总线之间；
多个开关，所述多个开关位于所述初级侧和所述次级侧两者上；以及
控制器，所述控制器被编程为操作所述开关，使得跨所述第一电容器的电压和跨所述第二电容器的电压相等。
9.如权利要求8所述的车辆，其还包括公用总线，所述公用总线并联连接到所述第二电容器。
10.如权利要求8所述的车辆，其中所述多个开关包括：
初级H桥开关，所述初级H桥开关被配置为将所述变压器的初级绕组选择性地连接到所述充电器总线，
次级H桥开关，所述次级H桥开关被配置为将所述变压器的次级绕组选择性地连接到次级总线，以及
充电器开关，所述充电器开关被配置为将所述第一电容器和所述第二电容器选择性地连接到所述次级总线。
11.如权利要求10所述的车辆，其中在其中所述充电器向所述电池供电的充电模式或所述车辆经由所述充电器向电网供电的车辆到电网模式期间，所述控制器被编程为：
将电池充电电流与参考电流进行比较以确定电流差，
将跨所述第一电容器的所述电压与跨所述第二电容器的所述电压进行比较以确定电压差，并且
基于所述电流差和所述电压差来确定相移角以控制所述初级H桥开关的切换。
12.如权利要求11所述的车辆，其中在充电模式或所述车辆到电网模式期间，所述控制器被编程为基于所述电压差来控制所述充电器开关中的每一个的占空比。
13.如权利要求10所述的车辆，其中在其中所述电池向电机供电的驱动模式期间，所述控制器被编程为：
禁用所述初级H桥开关、和所述次级H桥开关中的一些，
将跨所述第一电容器的所述电压与跨所述第二电容器的所述电压进行比较以确定电压差，并且
基于所述电压差来操作所述充电器开关和所述次级H桥开关中的另一些。
14.一种操作车辆电力转换器的方法，其包括：
操作所述车辆电力转换器的多个开关，使得所述车辆电力转换器的输入端处的电压和跨限定所述车辆电力转换器的输出端的多个串联连接的电容器中的每一个的电压相同并且所述输出端处的电压是所述输入端处的所述电压的两倍。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述操作包括：切换所述开关中的一些以将DC电力变换为AC电力，并且切换所述开关中的另一些以将AC电力变换为DC电力。
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