三端口dc-dc变换器的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明的实施例通常涉及功率变换器，更具体地，涉及可连接到多个能量源和负载以在它们之间分配功率的DC-DC功率变换器。
[0002]为了结合能量源的优势并以有效的方式利用每个能量源，在许多电力系统应用中集成多个不同的能量源是常见的。例如，双/多能量存储技术最近已经在电动汽车、混合动力电动汽车、插入式混合动力电动汽车和混合动力机车的推进系统中以及在启闭燃料效率系统中被使用。这些汽车/机车中的推进系统和/或启闭燃料效率系统使用大电池、超级电容器、飞轮或者这些元件的组合以便提供足够的能量来为一个或者多个电动机提供动力(和/或获得燃料效率)。
[0003]尽管通常有效，但是与这样的系统有关的挑战是其中的能量存储单元(即电池和/或超级电容器)的额定电压设定了整个系统电压。这样的配置限制了电力推进系统的总体可靠性和效率，因为电动机的电压需求常常比能量存储单元电压大得多。
[0004]为了对抗这个问题，DC-DC电压变换器(例如双向升压变换器)经常被使用来将能量存储单元电压从DC链路电压(其中DC链路耦合至电动机)去耦合，其中一个或者多个变换器被使用来提供这种去耦合。双向升压变换器起作用以增加或“增强”从能量存储单元提供给DC链路的电压从而满足电动机的功率需求。事实上，DC链路电压与能量存储单元电压的比率典型地大于2:1。双向升压变换器使能供给DC链路的电压的这种增加，而无需增大能量存储单元的规模(例如串联连接的能量存储单元的数量)。
[0005]尽管现有的双向升压变换器成功地考虑了在没有能量存储单元的规模相应增大的情况下增加电压供给至DC链路，但是以并联或者串联方式的多个变换器的典型连接(以使多个能量源与全面可控性结合)导致在功率变换过程中使用大量的开关。例如，以并联或者串联方式连接的用以提供电压升压和/或抵消的一对两端口 DC-DC变换器导致总共四个开关被用于执行电压变换。DC-DC变换器的布置中这种大量的开关增加了系统的体积、重量和成本。另外，变换器的这种布置为每个转换路径提供了有限的功率或能量处理能力、提供了非最佳的性能(包括成本、功率密度、能量密度等等)和/或一些源/负载的有限的可控性。
[0006]以并联或者串联方式的多个变换器的典型连接(以使多个能量源与全面可控性结合)还用在其中单个能量存储装置向多个负载(例如电动机)提供功率的布置中，这再次导致在功率变换过程中使用大量的开关。
[0007]因此，期望提供一种可连接到多个能量源的DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括分配功率和使多个能量源/负载与全面可控性结合所必需的最小数量的开关在其中。
【发明内容】
[0008]本发明的实施例的目的在于可连接到多个能量源和负载以在它们之间分配功率的DC-DC功率变换器。
[0009]根据本发明的一个方面，三端口 DC-DC变换器包括由第一开关装置、第二开关装置和第三开关装置组成的开关装置的布置。所述三端口 DC-DC变换器还包括向开关装置的布置提供电流的一对输入通道，其中所述一对输入通道连接到多个能量源或负载并且接收来自多个能量源或负载的功率或者发送功率到多个能量源或负载。所述三端口 DC-DC变换器还包括从三端口 DC-DC变换器输出受控功率或输出受控功率至三端口 DC-DC变换器的输出通道。第一开关装置、第二开关装置和第三开关装置是选择性可控的以从连接到输入通道的多个能量源或负载向输出通道提供受控功率。
[0010]根据本发明的另一方面，三端口 DC-DC变换器包括第一电压变换电路，所述第一电压变换电路具有电感器和耦合至电感器的一对开关装置。所述三端口 DC-DC变换器还包括第二电压变换电路，所述第二电压变换电路具有电感器和耦合至电感器的一对开关装置。所述三端口 DC-DC变换器还包括分别连接到第一电压变换电路和第二电压变换电路的第一输入通道和第二输入通道，其中输入通道中的每一个从连接于此的一个或多个能量源或负载向它的相应的电压变换电路提供功率。第一电压变换电路中的一对开关装置和第二开关装置中的一对开关装置由第一开关装置、第二开关装置和第三开关装置的布置形成，其中第一和第二电压变换电路与三端口 DC-DC变换器的输出通道之间具有共享电流通路。
[0011]根据本发明的又一方面，多能量源系统包括直流(DC)链路、耦合至DC链路并且被配置成接收来自DC链路的能量的负载、包括有耦合至DC链路的输出通道并且包括有第一和第二输入通道的三端口 DC/DC变换器、耦合至所述三端口 DC/DC变换器的第一输入通道的第一能量源以及耦合至所述三端口 DC/DC变换器的第二输入通道的第二能量源。所述三端口 DC/DC变换器还包括由第一开关装置、第二开关装置和第三开关装置组成的开关装置的布置，以及与开关装置的布置进行可操作的通信以便选择性地使第一开关装置、第二开关装置和第三开关装置中的每一个工作在接通(On)状态和断开(Off)状态中的一种的控制器。所述控制器被编程为选择性地使第一开关装置、第二开关装置和第三开关装置中的每一个工作在接通(On)状态和断开(Off)状态中的一种以便控制第一和第二能量源与输出通道之间的电流。
[0012]根据本发明的第一方面，提供了一种三端口 DC-DC变换器，包括:由第一开关装置、第二开关装置和第三开关装置组成的开关装置的布置；向所述开关装置的布置提供电流的一对输入通道，其中所述一对输入通道连接到多个能量源或负载并且接收来自多个能量源或负载的功率或者发送功率到多个能量源或负载；以及从所述三端口 DC-DC变换器输出受控功率或者将受控功率输出到所述三端口 DC-DC变换器的输出通道；其中所述第一开关装置、所述第二开关装置和所述第三开关装置是选择性可控的以便从连接到所述输入通道的所述多个能量源或负载向所述输出通道提供受控功率。
[0013]其中所述一对输入通道中的每一个包括在其上的电感器。
[0014]所述三端口 DC-DC变换器还包括与所述开关装置的布置进行可操作的通信以便选择性地使所述第一开关装置、所述第二开关装置和所述第三开关装置中的每一个工作在导通状态和关断状态中的一种的控制器。
[0015]其中所述多个能量源或负载包括第一能量源和第二能量源，其中所述第一能量源连接到所述一对输入通道中的一个并且所述第二能量源连接到所述一对输入通道中的另一个。
[0016]其中所述第一能量源的电压低于所述第二能量源的电压。
[0017]其中所述控制器被编程为使所述第一开关装置和所述第三开关装置工作在所述导通状态以使功率在所述第一能量源和所述输出通道之间流动。
[0018]其中所述控制器被编程为使所述第一开关装置和所述第二开关装置工作在所述导通状态以使功率在所述第一和第二能量源两者与所述输出通道之间流动。
[0019]其中所述控制器被编程为使所述第二开关装置和所述第三开关装置工作在所述导通状态以使所述第一和第二能量源两者从所述输出通道断开。
[0020]其中通过所述控制器选择性操作所述第一开关装置、所述第二开关装置和所述第三开关装置中的每一个提供了所述多个能量源或负载与所述输出通道之间的共享电流通路。
[0021]其中所述第一开关装置、所述第二开关装置和所述第三开关装置中的每一个包括半相位模块，所述半相位模块包括形成开关/ 二极管对的开关和二极管，使得所述三端口DC-DC变换器是双向降压-升压变换器。
[0022]其中所述开关装置的布置中的两个开关装置包括半相位模块，所述半相位模块包括形成开关/ 二极管对的开关和二极管；并且所述开关装置的布置中的另一个开关装置包括二极管用来控制一个方向上的电流，使得所述三端口 DC-DC变换器是升压变换器或降压变换器中的一种。
[0023]其中所述多个能量源或负载包括:或者所述三端口 DC-DC变换器的或低压侧或高压侧上设置的能量源，使得所述三端口 DC-DC变换器在生成模式下从所述能量源向负载传递功率；或者所述三端口 DC-DC变换器的或低压侧或高压侧上设置的负载，使得所述三端口 DC-DC变换器在再生模式下操作时向所述能量源传递由所述负载提供的功率。
[0024]根据