机动车电力转换器制造技术

本公开提供“机动车电力转换器”。一种用于车辆的电力系统包括：牵引电池，所述牵引电池具有输出电压；变压器，所述变压器包括线圈；以及电力转换器，所述电力转换器包括多个电容器和多个开关，所述多个电容器和多个开关被布置成使得当所述开关的第一子集接通时，所述电容器中的两个电容器并联，所述线圈两端的AC电压处于正半周期，并且所述电容器中的所述两个电容器中的每个电容器两端的电压都是所述输出电压的一半。电压的一半。电压的一半。

【技术实现步骤摘要】
机动车电力转换器


[0001]本公开涉及用于机动车辆的电力系统。

技术介绍

[0002]电动化车辆可能包括牵引电池和辅助电池。牵引电池可以用于为电机供电以进行推进。辅助电池可以用于为娱乐系统、内部照明系统等供电。牵引电池和辅助电池可以布置成使得一个可以给另一个充电。

技术实现思路

[0003]一种用于车辆的电力系统包括：牵引电池，所述牵引电池具有输出电压；变压器，所述变压器包括线圈；以及电力转换器，所述电力转换器电连接在牵引电池和变压器之间、包括多个电容器和多个开关，所述多个电容器和多个开关被布置成使得当开关的第一子集接通时，电容器中的两个电容器并联，线圈两端的AC电压处于正半周期，并且电容器中的所述两个电容器中的每个电容器两端的电压都是输出电压的一半，并且当开关的第二子集接通时，两个电容器中的一个电容器和所述电容器中的另一个电容器并联，线圈两端的AC电压处于负半周期，并且所述两个电容器中的所述一个电容器和所述电容器中的所述另一个电容器中的每个电容器两端的电压都是输出电压的一半。
[0004]一种操作包括牵引电池、变压器和电力转换器的电力系统的方法包括：命令电力转换器的多个开关的第一子集接通，使得电力转换器的多个电容器的第一子集并联，变压器的线圈两端的AC电压处于正半周期，并且多个电容器的第一子集中的每个电容器两端的电压都是牵引电池的输出电压的一半；以及命令电力转换器的多个开关的第二子集接通，使得多个电容器的第一子集中的至少一个电容器和多个电容器中的至少另一个电容器并联，线圈两端的AC电压处于负半周期，并且多个电容器的第一子集中的至少一个电容器和多个电容器中的至少另一个电容器两端的电压是输出电压的一半。
[0005]一种车辆具有电力系统，所述电力系统包括牵引电池、变压器、电连接在牵引电池和变压器之间的DC/AC电力转换器、负载以及电连接在变压器和负载之间的AC/DC电力转换器。所述车辆还具有控制器，所述控制器生成用于DC/AC电力转换器的多个开关的第一子集的命令，使得所述DC/AC电力转换器的多个电容器的第一子集并联，变压器的线圈两端的AC电压处于正半周期，并且多个电容器的第一子集中的每个电容器两端的电压都是牵引电池的输出电压的一半。控制器还生成用于电力转换器的多个开关的第二子集的命令，使得多个电容器的第一子集中的至少一个电容器和多个电容器中的至少另一个电容器并联，线圈两端的AC电压处于负半周期，并且多个电容器的第一子集中的至少一个电容器和多个电容器中的至少另一个电容器两端的电压是输出电压的一半。
附图说明
[0006]图1是用于机动车辆的电力系统的框图。
[0007]图2是12V电池电压的模拟图。
[0008]图3是牵引电池或DC链路电压的模拟图。
[0009]图4是链路电容器电压的模拟图。
[0010]图5和图6是半导体开关电压的模拟图。
[0011]图7是12V电池电压的模拟图。
[0012]图8是牵引电池或DC链路电压的模拟图。
[0013]图9是链路电容器电压的模拟图。
[0014]图10和图11是半导体开关电压的模拟图。
具体实施方式
[0015]本文描述了实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅是示例并且其他实施例可采用不同和替代的形式。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，本文所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员的代表性基础。
[0016]参考附图中的任何一个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。
[0017]在电动车辆的典型DC
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DC转换器中，车载辅助电力模块将能量从高压电池传送到低压电池，用于低压电子负载。在此布置中，半导体开关是串联连接的对，其限定彼此并联的支路，并且可以是金属氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管或其他有源半导体装置。这些半导体装置上的电压应力由DC链路电压决定，所述DC链路电压是与支路并联的DC链路电容器上的电压。在DC链路电压低于450V的应用中，可以选择具有低于650V的额定电压的半导体装置。如果DC链路电压大于450V，则应选择具有大于650V的额定电压的半导体装置。高压半导体装置的常见问题包括有限的选择、较高的费用和可能较低的性能(例如，电压降、反向恢复损耗、漏电流、减小的开关速度等)。对于必须使用金属氧化物半导体场效应晶体管来提高转换器开关频率和减小转换器尺寸的一些应用，此类具有大于650V的额定电压的源可能具有挑战性。
[0018]为了满足高驱动能力电动车辆的日益增长的需求，牵引逆变器和马达的电力能力正在增加。此不断增长的电力需求对逆变器/电机和高压电缆系统的设计提出了挑战。增加电动车辆驱动系统的电力能力的一个选项是增加牵引电池的电压。一些制造商已经将牵引电池电压提高到500V、600V，甚至800V。增加的电池电压在不增加逆变器/马达和高压电缆系统的额定电流的情况下增加了牵引逆变器/马达的电力能力。然而，较高的电池电压对应于较高的DC链路电压，并且增加了半导体装置上的电压应力，即需要使用具有超过650V的额定电压的半导体装置。例如，如果电池电压为800V，则半导体装置上的电压应力为800V，并且因此应使用具有1200V的额定电压的半导体装置。对于辅助电力模块应用，通常选择金属氧化物半导体场效应晶体管来实现高开关频率操作。因此，可以减小无源部件的尺寸并且可以优化辅助电力模块封装尺寸和费用。随着额定电压增加到650V以上，金属氧化物半导体场效应晶体管装置的导通电阻和费用急剧增加，导致辅助电力模块费用更高并且辅助
电力模块效率更低。
[0019]这里，提出了一种三电平DC
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DC变换器，所述三电平DC
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DC变换器减小了电源开关上的电压应力。参考图1，用于车辆12的电力系统10包括牵引电池14、DC/AC转换器16、变压器18、一个或多个AC/DC转换器20、一个或多个负载22(例如，辅助电池等)以及一个或多个控制器23。DC/AC转换器16电连接在牵引电池14和变压器18之间。变压器18电连接在DC/AC转换器16和AC/DC转换器20之间。并且AC/DC转换器20电连接在变压器18和负载22之间。牵引电池14因此可以经由DC/AC转换器16、变压器18和AC/DC转换器20向负载22提供能量。
[0020]DC/AC转换器16包括链路电容器24、26、28和半导体开关30、32、34、36、38、40。链路电容器24、26串联电连接，半导体开关30、32、38、40串联电连接，并且半导体开关34、36串联电连接。链路电容器28、串联连接的半导体开关30、32和串联连接的半导体开关34、36并联电连接。串联本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于车辆的电力系统，其包括：牵引电池，所述牵引电池具有输出电压；变压器，所述变压器包括线圈；以及电力转换器，所述电力转换器电连接在所述牵引电池和所述变压器之间、包括多个电容器和多个开关，所述多个电容器和所述多个开关被布置成使得当所述开关的第一子集接通时，所述电容器中的两个电容器并联，所述线圈两端的AC电压处于正半周期，并且所述电容器中的所述两个电容器中的每个电容器两端的电压都是所述输出电压的一半，并且当所述开关的第二子集接通时，所述两个电容器中的一个电容器和所述电容器中的另一个电容器并联，所述线圈两端的所述AC电压处于负半周期，并且所述两个电容器中的所述一个电容器和所述电容器中的所述另一个电容器中的每个电容器两端的电压都是所述输出电压的一半。2.如权利要求1所述的电力系统，其中所述两个电容器中的另一个电容器和所述电容器中的所述另一个电容器串联连接。3.如权利要求2所述的电力系统，其中所述两个电容器中的所述另一个电容器和所述电容器中的所述另一个电容器与所述牵引电池并联。4.如权利要求1所述的电力系统，其还包括辅助电池和另一个电力转换器，所述另一个电力转换器电连接在所述变压器和所述辅助电池之间。5.如权利要求4所述的电力系统，其中所述电力转换器是DC/AC电力转换器并且所述另一个电力转换器是AC/DC电力转换器。6.如权利要求1所述的电力系统，其还包括控制器，所述控制器被编程为生成用于所述开关的命令。7.如权利要求1所述的电力系统，其中所述开关是晶体管。8.一种操作电力系统的方法，所述电力系统包括牵引电池、变压器和电力转换器，所述方法包括：命令所述电力转换器的多个开关的第一子集接通，使得所述电力转换器的多个电容器的第一子集并联，所述变压器的线圈两端的AC电压处于正半周期，并且所述多个电容器的所述第一子集中的每个电容器两端的电压都是所述牵引电池的输出电压的一半；以及命令所述电力转换器的所述多个开关的第二子集接通，使得所述多个电容器的所述第一子集中的至少一个电容器和所述多个电容器中的至少另一个电容器并联，所述线圈两端的所述AC电压处于负半周期，并且所述多个电容器的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋延涛，葛宝明，陈礼华，塞尔达，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：