电驱动系统
阅读：894发布：2020-05-11
专利汇可以提供电驱动系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 电驱动系统 ，包括可充电 电池 和供电总线。第一功率转换器 电路 耦合在可充电电池和供电总线之间。 电机 被配置为耦合至供电总线。控制电路被配置为以其中第一功率转换器电路向供电总线提供交流 电流 和经整流的交流电流中的至少一种的供电模式和其中第一功率转换器电路对可充电电池进行充电的电池充电模式之一对第一功率转换器电路进行操作。，下面是电驱动系统专利的具体信息内容。
1.一种电驱动系统，包括：
可充电电池；
供电总线；
第一功率转换器电路，耦合在所述可充电电池和所述供电总线之间；
电机，被配置为耦合至所述供电总线；以及
控制电路，被配置为以供电模式和电池充电模式之一对所述第一功率转换器电路进行操作，其中在所述供电模式中，所述第一功率转换器电路向所述供电总线提供交流电流和经整流的交流电流中的至少一种，并且其中在所述电池充电模式中，所述第一功率转换器电路对所述可充电电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的电驱动系统，进一步包括：
供电端子；和
开关电路，耦合在所述供电总线和所述供电端子之间并且耦合在所述供电总线和所述电机之间。
3.根据权利要求2所述的电驱动系统，其中所述第一功率转换器电路被配置为向所述供电总线提供经整流的交流电流，并且其中所述电驱动系统进一步包括：
展开桥电路，连接在所述开关电路和所述电机之间；以及
整流器电路，连接在所述供电端子和所述开关电路之间。
4.根据权利要求1所述的电驱动系统，其中所述供电总线包括一相和中性点并且所述电机是单相电机。
5.根据权利要求1所述的电驱动系统，其中所述供电总线包括三相并且其中所述电机是3相电机。
6.根据权利要求1所述的电驱动系统，其中所述第一功率转换器电路在所述充电模式中被配置为以其中所述电池利用基本恒定的充电电流进行供电的恒定电流模式和其中所述电池利用基本恒定的电压进行供电的充电模式之一进行操作。
7.根据权利要求1所述的电驱动系统，其中所述第一功率转换器电路包括：
第一功率转换级，连接至所述供电总线；以及
第二功率转换级，连接在所述可充电电池和所述第一功率转换级之间。
8.根据权利要求7所述的电驱动系统，其中在所述第一功率转换器电路的所述供电模式中，
所述第二功率转换级被配置为向所述第一功率转换级提供直流电压，并且所述第一功率转换级被配置为由从所述第二功率转换级所接收的所述直流电压而生成所述至少一个交流电流。
9.根据权利要求7所述的电驱动系统，其中在所述第一功率转换器电路的所述供电模式中，
所述第二功率转换级被配置为向所述第一功率转换级提供具有经整流的交流波形的电流；并且
所述第一功率转换级被配置为由从所述第二功率转换级所接收的所述电流而生成所述至少一个交流电流。
10.根据权利要求9所述的电驱动系统，其中所述经整流的交流波形是经整流的正弦波形。
11.根据权利要求1所述的电驱动系统，其中所述电池包括多个电池单元并且所述第一转换器电路包括多个子电路，其中每个子电路连接至一个电池单元并且其中所述子电路进行级联。
12.根据权利要求1所述的电驱动系统，包括多个电池以及多个功率转换器电路，其中所述多个功率转换器电路中的每一个功率转换器电路连接在所述多个电池中的一个电池和所述供电总线之间。
13.根据权利要求1所述的电驱动系统，进一步包括：
发电机；以及
第二功率转换器电路，耦合至所述第一功率转换器电路。
14.根据权利要求1所述的电驱动系统，进一步包括耦合至所述供电总线的负载。
15.根据权利要求14所述的电驱动系统，进一步包括耦合在所述负载和所述供电总线之间的另外的功率转换器电路。
16.一种方法，包括：
以其中第一功率转换器电路向供电总线提供交流电流和经整流的交流电流中的至少一种的供电模式和其中所述第一功率转换器电路从被配置为耦合至所述供电总线的外部电源对可充电电池进行充电的电池充电模式之一对耦合在所述可充电电池和所述供电总线之间的所述第一功率转换器电路进行操作；以及
在所述供电模式中对连接至所述供电总线的电机进行驱动。
17.一种电路，包括：
第一功率转换器电路，耦合在用于可充电电池的端子和用于供电总线的端子之间；以及
控制电路，被配置为使得所述第一功率转换器电路以供电模式和电池充电模式之一进行操作，其中在所述供电模式中，所述第一功率转换器电路向用于所述供电总线的所述端子提供交流电流，并且在所述电池充电模式中，所述第一功率转换器电路对所述可充电电池进行充电。
18.根据权利要求17所述的电路，其中所述交流电流包括经整流的交流电流。
19.根据权利要求17所述的电路，其中所述供电总线包括被配置为向电机供电的供电总线。
电驱动系统
技术领域
背景技术
[0002] 随着对可持续能量生产的兴趣的增加，诸如电驱动的汽车或摩托车之类的电动车辆成为关注的焦点，其包括具有可充电电池以及由电池进行供电的电机的驱动系统。在常规的电动汽车中，电池向逆变器提供DC（直流）功率，该逆变器从该DC功率生成AC（交流）功率，并且异步电机接收该AC功率。诸如冷气系统、用于座椅调节的电机、窗户升降器等、音频和导航系统的其它负载也可以附加地连接至电池。
[0003] 常规地，车辆中具有从电池到个体负载的电缆。电池DC电压例如在汽车中为大约400V，在卡车或巴士中则处于600V和800V之间。在诸如事故的紧急情况下，电池和负载之间的连接需要安全地断开。为了对那些具有数百伏的范围内电压水平的DC电压进行切换，需要在切换时安全地防止电弧出现的继电器。那些继电器相对昂贵。
[0004] 为了对电池进行充电，车辆可以包括车载充电器，其可以在车辆泊车时连接至电网。然而，车载充电器通常所能够输送的最大功率与电池容量（最大输出功率）相比相对很低，从而对电池完全充电可能需要数小时。
发明内容
[0005] 第一实施例涉及一种电驱动系统。该电驱动系统包括可充电电池、供电总线、耦合在该可充电电池和供电总线之间的第一功率转换器电路，被配置为耦合至该供电总线的电机，和控制电路。该控制电路被配置为以其中第一功率转换器电路向供电总线提供交流电流的供电模式和其中第一功率转换器电路对可充电电池进行充电的电池充电模式之一对第一功率转换器电路进行操作。
[0006] 第二实施例涉及一种方法。该方法包括以其中第一功率转换器电路向供电总线提供交流电流和经整流的交流电流中的至少一种的供电模式和其中第一功率转换器电路从被配置为耦合至供电总线的外部电源对可充电电池进行充电的电池充电模式之一对耦合在可充电电池和供电总线之间的第一功率转换器电路进行操作。该方法进一步包括在驱动模式中对连接至供电总线的电机进行驱动。附图说明
[0007] 现在将参考附图对示例进行解释。附图用来图示基本原则，从而仅图示出了理解基本原则所必需的方面。附图并非依比例绘制。在图中，相同的附图标记表示同样的特征。
[0009] 图2图示了图1所示的电驱动系统的开关电路的一个实施例；
[0010] 图3图示了功率转换器电路和控制电路的一个实施例；
[0011] 图4图示了功率转换器电路和控制电路的第二实施例；
[0012] 图5示出了图示功率转换器电路和控制电路在供电模式的操作原理的时序图；
[0013] 图6图示了功率转换器和控制电路在电池充电模式的操作原理；
[0014] 图7示出了图示功率转换器电路和控制电路在电池充电模式的操作原理的时序图；
[0015] 图8图示了以控制电路进行实施并且对电池充电模式进行控制的控制单元的一个实施例；
[0016] 图9图示了包括附加功率转换器电路的电驱动系统的一个实施例；
[0017] 图10图示了图9的功率转换器电路的一个实施例；
[0018] 图11图示了图9的功率转换器电路的另一个实施例；
[0019] 图12图示了图1的功率转换器电路的一个实施例，其包括DC/DC功率转换级和DC/AC功率转换级；
[0021] 图14图示了图12的DC/DC功率转换级的一个实施例；
[0022] 图15图示了附加地包括发电机的电驱动系统的一个实施例；
[0023] 包括图16A和16B的图16示出了将发电机耦合至功率转换器电路的方式；
[0024] 图17图示了包括多个电池以及多个功率转换器电路的电驱动系统的一个实施例；
[0025] 图18图示了功率转换器电路的一个实施例，其包括具有多个电池分区的电池以及具有多个功率转换器子电路的功率转换器电路；
[0026] 图19图示了包括3相供电总线的电驱动系统的实施例；
[0027] 图20图示了图19的功率转换器电路的第一实施例；
[0028] 图21图示了图18的功率转换器电路的第二实施例；
[0029] 图22图示了电驱动系统的又一个实施例；
[0030] 图23示出了图22的系统中的供电电流的实施例的时序图；以及
[0031] 图24图示了图22的系统中的展开桥的一个实施例。
具体实施方式
[0032] 在以下的详细描述中对附图加以参考。该附图形成了描述的一部分并且通过图示展示了可以通过其实践本发明的具体实施例。所要理解的是，除非另外特别指出，这里所描述的各个实施例的特征可以互相结合。
[0033] 本发明的实施例在具体背景下进行公开，即电动汽车中的电驱动系统。然而，这些实施例并不局限于在汽车中使用，而是也可以在诸如卡车、巴士、摩托车、电动踏板车等的任意其它类型的电驱动陆上车辆中使用，在水上车辆或航空器中使用。
[0034] 图1图示了电驱动系统的第一实施例。下文中将简单地被称作驱动系统的电驱动系统包括可充电电池1、供电总线4、耦合在可充电电池1和供电总线4之间的功率转换器电路2、被配置为耦合至供电总线4的电机M，以及被配置为对功率转换器电路2的操作进行控制的控制电路3。可充电电池1在电池端子11、12之间提供电池电压V1。可充电电池可以是常规的可充电电池，诸如包括锂离子电池单元的电池。电池电压V1取决于电池的具体类型。根据一个实施例，电池1被配置为提供数个100V的电池电压。根据一个实施例，电池1被选择为使得最大电池电压为大约400V。具有这种类型的电池的驱动系统例如在电动汽车、电动摩托车等中使用。根据另外的实施例，电池1被选择为使得最大电池电压V1处于600V和800V之间。具有这种类型的电池的驱动系统例如在电驱动卡车或巴士中使用。电池电压V1可以根据电池1的充电状态而变化。
[0035] 耦合在电池1和供电总线4之间的功率转换器电路2被配置为以第一操作模式和第二操作模式之一进行操作。在下文中将被称作供电模式或驱动模式的第一操作模式中，功率转换器电路2从电池1接收功率并且向供电总线4提供电。功率转换器电路2从电池1所接收的电是DC功率，即，电池电压V1是直流电压（DC电压），并且对应的电池电流I1是直流电流（DC）。由功率转换器电路2提供至供电总线4的功率是AC功率，即，由功率转换器电路2向供电总线所提供的供电电压V2是交流电压（AC电压）而对应的供电电流I2是交流电流（AC）。
[0036] 在电池充电模式中，功率转换器电路2从供电总线4接收AC功率并且向电池端子11、12提供DC功率以便对电池1进行充电。控制电路3对功率转换器电路2的操作进行控制。控制电路3与功率转换器电路2进行信号通信并且向功率转换器电路2提供至少一个控制信号（其仅在图1中示意性图示）。
[0037] 参考图1，该驱动系统进一步包括电机M，其被配置为耦合至供电总线4并且被配置为在功率转换器电路2处于供电模式时从供电总线4接收AC功率。电机M可以是常规的异步电机，其中电机M的旋转速度能够由AC电源V2以及由功率转换器电路2在供电模式中所提供的交流电流I2之一的频率进行控制。这在下文中更为详细地进行解释。
[0038] 另外，该驱动系统包括供电端子50、51，其被配置为耦合至供电总线4以便在功率转换器电路2处于电池充电模式时向AC总线4提供AC功率。当在其中实施该驱动系统的车辆处于泊车时，该供电端子50、51能够耦合至诸如常规AC电网的电源（图1中未示出）。
[0039] 参考图1，该驱动系统包括开关电路5，其耦合在供电总线4和电机M之间，并且耦合在供电总线4和供电端子50、51之间。开关电路5被配置为将供电总线4连接至电机M以驱动电机或者将供电总线4连接至供电端子50、51以便从外部电源接收能量。根据一个实施例，控制电路3还对开关电路5进行控制。在该实施例中，控制电路3在功率转换器电路2处于供电模式时控制开关电路5以将供电总线4连接至电机M，并且在功率转换器电路2处于充电模式时控制开关电路5以将供电总线4连接至供电端子50、51。
[0040] 在图1的实施例中，供电总线4还包括两条供电线路，即第一线路41和第二线路42。第一线路41在下文中将被称作第一相，而第二线路40在下文中将被称作中性点（neutral）。这种包括一相的供电总线可以被称作单相（1相）供电总线。
[0041] 图2图示了能够结合单相供电总线4使用的开关电路5的一个实施例。在该实施例中，开关电路5包括两个交叉开关54、55，即被配置为将中性点40连接至第一电机端子M0或者连接至第一供电端子50的第一交叉开关，以及被配置为将第一相51连接至第二电机端子M1或者连接至第二供电端子51的第二交叉开关。当功率转换器电路2处于供电模式时，开关54、55将供电总线4的相41和中性点40连接至电机M。当功率转换器电路2处于电池充电模式时，开关54、55将供电总线4的相41和中性点40连接至供电端子50、51。开关54、55可以被实施为常规开关，诸如继电器或电子开关。电子开关例如为晶体管、或闸流管等。
[0042] 功率转换器电路2可以利用常规的双向功率转换器拓扑来实施。“双向功率转换器拓扑”是允许以两个方向进行功率输送的功率转换器拓扑，在本发明中，这两个方向是从电池1到供电总线4以及从供电总线4到电池1。出于解释的目的，参考图3和4对功率转换器电路2的两个不同实施例进行解释。应当注意的是，图3和4的电路拓扑仅为示例。
也可以使用许多其它的双向功率转换器拓扑，诸如具有VIENNA整流器拓扑或SWISS整流器拓扑的电路。这些拓扑在Kolar,J.W.、Friedli,T.的“The essence of three-phase PFC rectifier systems”，Telecommunications Energy Conference(INTELEC),2011IEEE33rd International,pp.1-27，2011年10月9-13日，其全文通过引用结合于此。
也可以使用许多其它的双向功率转换器拓扑，诸如具有VIENNA整流器拓扑或SWISS整流器拓扑的电路。这些拓扑在Kolar,J.W.、Friedli,T.的“The essence of three-phase PFC rectifier systems”，Telecommunications Energy Conference(INTELEC),2011IEEE33rd International,pp.1-27，2011年10月9-13日，其全文通过引用结合于此。
[0043] 参考图3，在具有单相供电总线1的驱动系统中的功率转换器电路2包括连接在电池端子11、12和供电总线4之间的一个转换级21。以下进一步对关于3相供电总线能够使用的功率转换器电路2的修改形式进行解释。参考图3，功率转换级21包括具有两个半桥的H桥。第一半桥包括串联连接在电池端子11、12之间的第一开关61和第二开关62。第二半桥包括串联连接在电池端子11、12之间的第三开关63和第四开关64。第一和第二半桥中的每一个均包括输出，其是共用于对应半桥的开关的电路节点。在该实施例中，第一半桥61、62的输出耦合至第一相41，而第二半桥63、64的输出耦合至中性点40。诸如扼流器的电感器65连接至输出。在该实施例中，电感器65连接在第一半桥61、62的输出和第一相41之间。可选地，在转换级21的输出电压V21可用的情况下，输出电容器被连接到那些电路节点之间。
[0044] 转换级21的开关61-64能够被实施为常规的电子开关，诸如MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极晶体管）、BJT（双极结晶体管）、JFET（结型场效应晶体管），基于诸如硅（Si）、碳化硅（SiC）、砷化镓（GaAs）的常规半导体材料。也可能将个体开关实施为HEMT（高电子迁移率晶体管），特别是GaN（氮化镓）HEMT。
[0045] 图4的转换级21基于图3的转换级21，并且与图3的转换级21的区别在于电感器65连接至电池端子11、12之一与半桥之间。在该实施例中，电感器65连接至第一电池端子11和半桥之间。图3和4的转换级的操作原理基本上相同。图3和4的两个转换级之间的区别在于，图3的转换级21在电池充电模式中能够作为升压转换器进行操作，而图
4的转换器电路21在电池充电模式中能够作为降压转换器进行操作。
4的转换器电路21在电池充电模式中能够作为降压转换器进行操作。
[0046] 参考图3和4，转换级21的开关61-64每个均接收驱动信号S61-S64。每个开关所接收的驱动信号被配置为接通或断开对应的开关。控制电路3输出针对个体开关61-64的驱动信号S61-S64。在该实施例中，控制器电路3包括对处于供电模式（驱动模式）的功率转换器电路2的操作进行控制的第一控制单元31，以及对处于充电模式的功率转换器电路2的操作进行控制的第二控制单元32。第一控制单元31在下文中将被称作驱动控制单元，而第二控制单元32在下文中将被称作充电控制单元。中央控制单元30对驱动控制单元31和充电控制单元32进行控制，并且根据整体驱动系统所期望的操作模式来激活驱动控制单元31以输出针对个体开关的驱动信号S61-S64，或者激活充电控制单元32以输出驱动信号S61-S64。应当注意的是，图3和4所示的框图仅用来说明控制电路3的功能而非其实施方式。将在以下更为详细地进行解释的个体功能模块可以使用适于实施驱动控制单元31和充电控制单元32的常规技术来实施。具体地，控制单元31、32以及中央控制单元30可以被实施为模拟电路、数字电路或者可以使用硬件和软件来实施，诸如使用具有专用软件在其上运行以便实施控制电路3的功能的微控制器来实施。
[0047] 以下参考图5对驱动控制单元31的操作原理进行解释，并且以下参考图6对充电控制单元32的操作原理进行解释。
[0048] 图5示出了转换级21的输出电流I21以及个体开关的驱动信号S61-S64的时序图。转换级21的输出电流是由转换级21向供电总线4所提供的电流。出于解释的目的，假设图5中所图示的驱动信号S61-S64的高信号水平表示接通对应开关的信号水平，而低信号水平则表示断开对应开关的信号水平。转换级V21的输出电压对应于具有单相供电总线4的驱动系统中的功率转换器电路2的输出电压V2，并且功率转换器电路2的输出电流I2则对应于转换级21的输出电流。出于解释的目的，假设处于驱动模式的转换级21被配置为分别生成具有图5所示意性图示的正弦波形的供电电流I21和I2。图5示出了具有正弦供电电流I2、I21的正半周期和负半周期的一个周期。以下参考个体驱动信号S61-S64的时序图对控制转换级21以生成正弦供电电流I21的驱动控制单元31的操作原理进行解释。
[0049] 总体上，驱动控制单元31能够控制转换级21以生成具有如图3和4所示的极性的供电电压的正供电电流I2、I21，并且能够控制转换级21以生成具有与图3和4所示极性相反的极性的供电电流I21的负供电电流。在其中驱动控制单元31对转换级21进行控制以生成正输出电流I2、I21的操作模式将被称作第一操作模式，而在其中转换级21生成负输出电流I21的操作模式将被称作驱动控制单元31的第二操作模式。在第一操作模式中，驱动控制单元31断开第三开关63、接通第四开关64，并且以脉冲宽度调制（PWM）的方式接通和断开第一开关61和第二开关62。第一和第二开关61、62被交替地接通和断开从而使得在第一开关61被断开时第二开关62被接通，且反之亦然。供电电流I21的瞬时电流水平能够由第一开关61的PWM操作的占空比进行控制，其中输出电流I21的电流水平随占空比增大而增大。第一开关61的PWM操作的占空比如D61=Ton61/T61所给出，其中D61为占空比，Ton61为第一开关61在一个开关周期中的接通时间段，而T61则是开关周期的持续时间。第二开关的占空比D62基本上为D62=1-D61。
[0050] 供电电流I2、I21的正的正弦半周期通过适当改变第一开关的占空比D61而获得，其中供电电流I2、I21的电流水平随占空比D61增大而增大，并且随占空比D61减小而减小。图5示意性示出了第一开关61在正半周期期间的若干开关周期，从中能够看到占空比D61增大之后接着减小。应当注意的是，图5的时序图仅是示意性的。通常，作为开关周期T61的倒数的第一和第二开关61、62的开关频率（f=1/T61）一般远高于供电电流I21的频率。根据一个实施例，开关频率f为若干10kHz到若干100kHz，而正弦供电电流I21的频率fSIN例如处于10Hz和若干kHz之间。
[0051] 供电电流I21的负半周期的生成对应于正半周期的生成，其区别在于在负半周期期间，第二开关62被接通，第一开关61被断开，而第三和第四开关63、64则以PWM方式接通和断开。供电电流I21的信号水平由第二开关62的PWM操作的占空比D62所定义，其中该信号水平随占空比D62增大而增大。类似于前半周期中的第二开关62，第四开关64在后半周期期间用作续流元件，并且在第三开关63断开时被接通，且反之亦然。第四开关64的占空比D64为D64=1-D63。
[0052] 参考图3和4，个体开关61-64可以利用诸如二极管的续流元件来实施。这些开关能够阻断具有第一极性的电压并且在电压具有相反极性时导通。当开关61-64被实施为MOSFET时，MOSFET的整合主体二极管可以用作续流元件。
[0053] 当开关61-64利用整合续流元件实施时，参考图5所说明的控制方案可以有所修改而使得在正半周期期间，第一和第四开关61、64以PWM方式进行驱动。在这些开关61、64的断开期间，第二和第三开关62、63的续流元件提供电流路径。在负半周期期间，第二和第三开关62、63以PWM方式进行驱动，并且第一和第四开关61、64的续流元件在这些开关62、63的断开期间提供电流路径。
[0054] 图3和4的功率转换级21能够以连续电流模式（CCM）或非连续电流模式（DCM）进行操作。在CCM中，以PWM方式进行操作的那些开关的占空比为使得通过电感器65的电流并不在以PWM方式操作的开关的两个接通周期之间减小为零。在DCM中，以PWM方式进行操作的那些开关的占空比为使得通过电感器65的电流在以PWM方式操作的开关的两个接通周期之间减小为零。在另外的实施例中，该功率转换级能够以零电压开关模式进行操作，其中电流在两个接通周期之间改变其方向。该操作模式在美国专利No.8,026,704中进行描述，其全文通过引用结合于此。
[0055] 参考以上解释，供电电流I2，I21在正半周期的信号水平能够通过改变第一开关61的占空比D61而得以改变，并且供电电压V21在负半周期的信号水平能够通过改变第三开关63的占空比D61而得以改变。驱动控制单元31被配置为依据图5的时序图而改变占空比D61、D63以使得供电电流I21具有正弦波形。电机的反EMF（电磁力）在电机所接收的供电电流具有正弦波形时分别导致了正弦电压V21和V2。
[0056] 另外，驱动控制单元31被配置为根据电机信号SM改变供电电流I21的频率fSIN。电机信号SM可以指示电机M的期望旋转速度，其中驱动控制单元31被配置为对转换级21的开关S61-S64进行控制以使得以所期望的旋转速度对该电机进行驱动。该电机信号可以进一步指示电机M的期望转矩。电机的转矩可以通过调节供电电流I21、I2的幅度进行调节，其中该幅度可以通过调节控制开关的占空比来进行调节。因此，驱动控制单元31可以进一步被配置为对开关S61-S64进行控制而使得供电电流具有如电机信号SM所定义的期望幅度。因此，驱动控制单元31像常规的可变频率驱动器（VFD）控制器那样进行操作。这种类型的控制器是公知的，从而就此不再需要进一步解释。
[0057] 因此，在驱动模式中，如由控制电路3所控制的功率转换器电路2根据电机控制信号SM而改变可在供电总线4处获得的供电电流I2的频率，从而使得以所期望的旋转速度和/或所期望的转矩对电机M进行驱动。根据一个实施例，馈送至电机的正弦电流的角度与反EMF所形成的正弦电压可以具有相位差。
[0058] 图6示意性图示了在充电模式期间由充电控制单元32所控制的电池电流-I1和电池电流V1。在充电模式期间，电池电流I1以与图3和4所示方向相反的方向流动，从而电池电流I1具有图6中的负向符号。根据一个实施例，充电控制单元32被配置为以两种不同充电模式之一对电池进行充电，即在下文中将被称作恒定电流模式的第一充电模式以及在下文中将被称作恒定电压模式的第二充电模式。在恒定电流模式中，充电控制单元32控制功率转换器电路2以基本上恒定的电池电流I1对电池进行充电，而在恒定电压模式中，充电控制单元32控制功率转换器电路2以保持电池电压V1基本上恒定。根据一个实施例，充电控制单元32被配置为根据电池1的充电状态而以恒定电流模式或恒定电压模式进行操作。根据一个实施例，电池1的充电状态由电池电压V1所表示，从而充电控制单元32接收表示电池电压V1的电池电压信号SV1。该电池电压信号SV1可以通过测量电池电压V1而以常规方式获得。
[0059] 参考图6所示的曲线，充电控制单元32在电池电压V1低于最大电池电压V1MAX时以恒定电流模式对功率转换器电路2进行操作。图6示出了随时间的电池电压V1和电池电流-I1，其中图6所示的充电过程在电池电压V1降低至最小电压V1MIN时开始。由于电池1在恒定电流模式中利用恒定的充电电流-I1REF进行充电，所以电池电压V1通常会增加。然而，图6所示的线性增加仅是一个示例。
[0060] 参考图6，充电控制单元32在电池电压V1达到对应于恒定电压模式的基准电压V1REF的最大电压V1MAX时变为恒定电压模式。在该恒定电压模式期间，电池电流-I1下降。根据一个实施例，充电控制单元32在充电电流-I1下降至最小充电电流-I1MIN时停止充电过程。充电电流下降至最小充电电流表示电池1已经被完全充电。
[0061] 参考图7对功率转换器电路2在充电模式中的操作原理进行解释，其中图7图示了功率转换器电路2的开关61-64的驱动信号S61-S64以及供电电压V2的时序图。在图7中，一个驱动信号的高电平表示接通对应开关的接通电平，而低电平则表示断开对应开关的断开电平。
[0062] 在充电模式中，在供电总线处可获得的供电电压V2由耦合至供电端子50、51的外部电源（图1中未示出）所提供。开关电路5在充电模式中将供电端子50、51连接至供电总线4。参考图7，假设供电电压V2具有正弦波形。图7示出了具有供电电压V2的正半周期和负半周期的一个周期。根据充电控制单元32是以恒定电压模式或恒定电流模式对功率转换器电路2进行操作，控制单元32对电池电流I1或电池电压V1进行操作。在每种情况下，控制包括以PWM方式对开关61-64中的至少一个开关进行驱动并且根据所要控制的信号（电池电流I1或电池电压V1）改变PWM操作的占空比。
[0063] 在供电电压V2的正半周期期间，充电控制单元32接通第四开关64并且断开第三开关63。第二开关62以PWM方式被接通以及断开，其中改变第二开关62的PWM操作的占空比D62以对输出信号进行控制。第一和第二开关61、62互补地接通和断开，即，第一开关61在第二开关62断开时接通，反之亦然。第一开关61的占空比基本上为：D61=1-D62。在图
7中，仅示意性图示了第一和第二开关的PWM操作。
7中，仅示意性图示了第一和第二开关的PWM操作。
[0064] 在供电电压V2的负半周期期间，充电控制单元32接通第三开关63并断开第四开关64。第一开关61以PWM方式接通和断开，其中改变第一开关61的占空比D61以便对输出信号（I1或V1）进行控制。第一开关61和第二开关62互补地接通和断开。即，第二开关62在第一开关61断开时接通。因此，第二开关62的占空比D62基本上为：D62=1-D61。
[0065] 当开关61-64以续流元件实施时，第一开关61可以在正半周期期间被断开，而第二开关62可以在负半周期期间被断开，这是因为这些开关61和62各自的续流元件分别在第二开关62和第一开关的断开周期期间取得电流。
[0066] 功率转换器电路2在供电电压V2的正半周期期间的操作原理如下。当第二和第四开关62、64接通时，能量被磁性地存储在电感器65中。当第二开关62断开而第一开关61接通时，存储在电感器65中的能量被输送至电池1。输出信号I1、V1能够通过控制第二开关62的PWM操作的占空比来进行控制。在供电电压V2的负半周期期间，能量在第一开关61和第三开关63接通时被磁性地存储在电感器65中。当第一开关61断开而第二开关
62接通时，之前存储在电感器中的能量经由第三开关63输送至电池1。输出信号I1、V1能够通过控制第一开关61的PWM操作的占空比来进行控制。
62接通时，之前存储在电感器中的能量经由第三开关63输送至电池1。输出信号I1、V1能够通过控制第一开关61的PWM操作的占空比来进行控制。
[0067] 根据一个实施例，充电控制单元32并不仅对恒定电流模式中的电池电流I1和恒定电压模式中的电池电压V1的输出信号进行控制，而且还对进入功率转换器电路2的电流I2进行控制以使得该电流与通过供电端子50、51所提供的供电电压V2同相。即，充电控制单元32具有功率因数校正（PFC）功能。
[0068] 图8中图示了充电控制单元的一个实施例。图8是对功能而不是实施方式进行图示的充电控制单元32的框图。图8的个体功能模块能够使用模拟电路、数字电路、或者硬件和软件来实施。
[0069] 参考图8，充电控制单元32包括第一控制器321，所述第一控制器321接收表示供电电压的供电电压信号SV2以及表示从供电总线4到功率转换器电路2中的电流-I2的供电电流信号SI2。第一控制器321输出第一占空比信号SDC1。第一占空比信号SDC1对供电电流I2的信号波形进行控制以对应于供电电压V2的信号波形。由于供电电压V2的信号波形周期性进行变化，所以也期望使得供电电流I2周期性变化。因此，第一占空比信号SDC1由第一控制器321生成从而使得其也周期性变化以便满足之前所释出的相位要求。
[0070] 参考图8，充电控制单元32进一步包括第二控制器322，所述第二控制器322输出第二占空比信号SDC2。第二占空比信号SDC2用作对输出信号进行控制，所述输出信号在恒定充电模式中是电池电流I1而在恒定电压模式中是电池电压V1。第二控制器322接收表示所要控制的输出信号的期望信号水平的基准信号SREF。在恒定电流模式中，基准信号SREF表示图7的基准电流--I1REF，而在恒定电压模式中，基准信号SREF表示图7中的基准电压V1REF。第二控制器322进一步接收输出信号，所述输出信号是表示电池电流I1的电池电流信号SI1，或者表示电池电压V1的电池电压信号SV1。复用器323接收这些信号SI1、SVI两者并且根据操作模式信号SMOD将这些信号之一转发至第二控制器322。该操作模式信号SMOD例如由中央处理单元30所提供并且表示充电控制单元32的期望操作模式。
[0071] 参考图8，复用器324接收第一占空比信号SDC1和第二占空比信号SDC2，并且输出与第一和第二占空比信号SDC1、SDC2的乘积对应的整体占空比信号SDC。
[0072] PWM生成器325接收整体占空比信号SDC并且依据参考图7所释出的时序图生成驱动信号S61-S64。PWM生成器325进一步接收关于供电电压V2的极性的信息以便决定开关61-64中的哪些开关被接通或被断开，以及哪些开关要利用如占空比信号SDC所定义的占空比以PWM方式进行操作。参考图7，第二开关62在正半周期期间以PWM方式进行操作，从而在供电电压V2的正半周期期间，生成具有如占空比信号SDC所定义的占空比的驱动信号S62。在负半周期期间，占空比信号SDC定义第四开关64的占空比。根据一个实施例，PWM生成器325接收供电电压信号SV2并且从该信号提取极性信息。
[0073] 在根据之前所释出的实施例的电驱动系统中，处于驱动模式的功率转开关电路2所提供的AC功率能够通过相对长的供电总线线路进行传送。不同于包括DC总线的常规电驱动系统，无需将功率转换器电路2置于电机M的附近。因此，电池1和功率转换器电路2能够被实现为一个单元，从而使得电池端子11、12无法被接入。这消除了对电池断连开关的需求，该开关在常规系统中被配置为在事故情况下将电池从DC总线断开连接。在该电驱动系统中，功率转换器电路2可以用作电池断连开关。根据一个实施例，功率转换器电路2以如下方式在给定时间段内限制电流并且在电流水平超过给定阈值或者电流超过给定阈值的时间间隔超过给定时间段的情况下断开。
[0074] 图9图示了根据另一实施例的驱动系统。在该实施例中，另外的负载Z0、Z1、Z2被耦合至供电总线4。根据负载类型，可以将附加负载以不同方式连接至供电总线4。根据一个实施例，负载Z0直接连接至供电总线。该负载Z0例如是基于电阻器的加热系统，其直接接收在供电总线4处可获得的供电电压V2。通过利用例如继电器（未示出）以接通/断开模式对到负载Z0的电压V2进行开关可以对负载Z0进行调节。诸如图9的负载Z1、Z2的其他负载通过功率转换器电路71、72耦合至供电总线4。这些功率转换器电路71，72可以是从供电总线4向个体负载Z1、Z2传送功率而非相反方向传送功率的单向功率转换器电路。功率转换器电路71、72的类型取决于负载的类型。在图9的实施例中，耦合至负载Z1的第一功率转换器电路71为接收交流供电电压V2并向负载Z1输出直流电压V71的AC/DC功
率转换器电路。该功率转换器电路71可以是被配置为接收交流输入电压并输出受控制的直流电压的常规AC/DC功率转换器。图10中示意性图示了该AC/DC功率转换器电路71的一个实施例。
率转换器电路。该功率转换器电路71可以是被配置为接收交流输入电压并输出受控制的直流电压的常规AC/DC功率转换器。图10中示意性图示了该AC/DC功率转换器电路71的一个实施例。
[0075] 图10的功率转换器电路被实施为降压转换器并且包括与开关711、电感器712、以及耦合至诸如桥整流器的整流器电路710的输出的电容器713进行串联的电路。该串联电路接收耦合至供电总线4的整流器电路710的输出电压V710，其中该输出电压是在供电总线4处可获得的供电电压V2的经整流的版本。输出电压V71跨输出电容器714可获得。PWM控制器715根据表示输出电压V71的输出电压信号SV71以PWM方式对开关711进行操作从而使得输出电压V71对应于预定基准电压。续流元件714与具有电感器712和电容器
713的串联电路进行并联连接，其中该续流元件714在开关711断开的那些时间段通过电感器712取得电流。
713的串联电路进行并联连接，其中该续流元件714在开关711断开的那些时间段通过电感器712取得电流。
[0076] 根据一个实施例，功率转换器电路71的DC输出电压V71大约为12V。图9的负载Z1表示能够在车辆中使用的DC负载，诸如用于窗户升降器和座椅调节的电机、灯光、音频和娱乐系统等。
[0077] 参考图9，第二功率转换器电路72可以从供电电压V2提供交流电压V72。接收交流电压V72的负载Z3表示车辆中需要交流供电电压的负载，诸如空调系统。第二功率转换器电路72可以是被配置为从交流供电电压V2供应交流电压的常规AC/AC转换器电路。图11中示意性图示了该功率转换器电路72的一个实施例。
[0078] 参考图11，功率转换器电路72包括第一功率转换级721，所述第一功率转换级721从耦合至供电总线4的整流器电路720接收输出电压V720。输出电压V720是在供电总线处可获得的供电电压V2的经整流的版本。第一功率转换级721从交流供电电压V2生成直流供电电压V721。该供电电压V721在下文中可以被称作DC链路电压。第一功率转换级721可以利用常规的AC/DC转换器拓扑来实施，诸如（如图10所示的）降压转换器拓扑、升压转换器拓扑、或降压-升压转换器拓扑。
[0079] 参考图11，第二功率转换级722接收DC链路电压V721并且生成具有所期望频率和幅度的交流输出电压V72。第二转换级722包括DC/AC转换器拓扑。该拓扑可以是常规的DC/AC转换器拓扑，诸如参考图3和4所释出的拓扑。
[0080] 负载Z0-Z3在驱动系统处于驱动模式时并且在驱动系统处于充电模式时通过功率转换器电路71、72进行供电。在驱动模式中，供电电压V2由连接在电池1和供电总线之间的功率转换器电路2所提供，并且在充电模式中，供电电压V2由连接至供电端子的外部电源所提供。
[0081] 参考以上的解释，在驱动模式中，功率转换器电路依据电机驱动信号SM对提供至供电总线的供电电流I2进行控制，其中电机驱动信号SM包括与驱动电流I2的诸如频率和幅度之类的所期望波形参数相关的信息。对负载Z1、Z2和负载Z0进行供电的功率转换器电路71、72被配置为利用供电电压V2进行操作，该供电电压V2由于接收供电电流I2的电机M的反EMF而具有变化的频率和变化的幅度。
[0082] 然而，当功率转换器电路2处于驱动模式，但电机驱动信号指示电机M的功耗为零时，功率转换器电路2将供电电流I2的幅度减小为零。在这种情况下，诸如图9所示的负载Z0、Z1、Z2的其它负载将不再被供电。根据一个实施例，控制电路3被配置为使用开关电路5将电机M从供电总线4断开连接（供电总线4随后被连接至供电端子50、51，它们在该操作模式中可以不接受外部功率），并且对驱动控制电路31进行控制以生成不为零的供电电流I2和供电电压V2之一以便对负载Z0、Z1、Z2进行驱动。该供电电压可以具有固定频率和固定幅度中的至少一个。
[0083] 图12图示了耦合在电池1和供电总线4之间的功率转换器电路2的另一实施例。除了之前所释出的功率转换级21之外，图12的功率转换器电路12还包括另外的转换级
20。在下文中，转换级21将被称作第一转换级，而另外的转换级20将被称作第二转换级。
第二转换级20为DC/DC转换级并且耦合在电池1和第一转换级21之间。与DC/AC转换级
21相似，DC/DC转换级20是双向转换级，其允许功率从电池1向DC/AC转换级21传送以及从DC/AC转换级21向电池1传送。
20。在下文中，转换级21将被称作第一转换级，而另外的转换级20将被称作第二转换级。
第二转换级20为DC/DC转换级并且耦合在电池1和第一转换级21之间。与DC/AC转换级
21相似，DC/DC转换级20是双向转换级，其允许功率从电池1向DC/AC转换级21传送以及从DC/AC转换级21向电池1传送。
[0084] DC/DC转换级20也由控制电路3进行控制。根据一个实施例，在功率转换级2的供电模式中，控制电路3对DC/DC转换级20进行控制以提供输出电压V20（其在下文中将被称作DC链路电压V20）。DC链路电压V20的信号水平可以高于电池电压V1的信号水平，或者可以低于电池电压V1的信号水平。根据另外的实施例，DC链路电压V20的信号水平对应于电池电压V1的最高信号水平，其中DC/DC转换级20当电池电压V1在电池1放电时下降的同时保持DC链路电压V20的信号水平恒定。
[0085] DC/DC转换级20可以利用如本领域已知的常规DC/DC转换器拓扑来实施。
[0086] 进一步地，DC/DC转换级20可以在电池1和DC/AC转换级21之间提供电流隔离。在这种情况下，DC/DC转换级20包括变压器，或者用于对电池1和DC/AC转换级21进行电流隔离并且使得能够以两个方向（双向）进行功率传输的其它器件。在这种情况下，功率转换器电路能够利用如图1a和1b中由Everts,J.、Krismer,F.、Van den Keybus,J.、Driesen,J.、Kolar,J.W.的“Comparative evaluation of soft-switching,bidirectional,isolated AC/DC converter topologies,”Applied Power Electronics Conference and Exposition(APEC),2012Twenty-Seventh Annual IEEE，pp.1067-1074，2012年2月5-9日（“Everts”）所公开的拓扑来实施，该文献通过引用全文结合于此。即，DC/DC转换级20能够利用如Everts的图2a和2b中所示的双-主动桥拓扑来实施，其中根据第一实施例的DC/DC转换器20将电压V20生成为直流电压。在这种情况下，DC/AC转换器21能够如本文之前所释出的来实施。
[0087] 根据第二实施例，由控制电路3所控制的DC/DC转换级20被配置为在驱动模式中提供具有如图13所示的经整流的正弦波形的电流，并且在充电模式中接收经整流的正弦电压V20。在这种情况下，DC/AC转换器21用作从经整流的供电电流I21生成交流供电电流I21的展开桥。该交流电流I21的波形也在图23中示出。DC/AC转换器21能够利用如图3所示的拓扑来实施，其中可以省略电感器65。用作展开桥的转换器21的操作原理如下。转换器21在周期性供电电流I20的一个周期中闭合第一和第四开关61、64，并且在下一个周期中闭合第二和第三开关62、63。
[0088] 在第二实施例中，驱动控制单元32根据电机信号SM对DC/DC转换器20进行驱动以根据电机信号SM以便改变经整流的供电电流I20的幅度和频率中的至少一个。
[0089] 图14中图示了利用如Everts中所公开的双-主动桥拓扑所实施的DC/DC转换器的一个实施例。应当注意的是，图14的DC/DC转换器拓扑仅为示例。也可以使用其它的双向DC/DC转换器拓扑。
[0090] 参考图14，DC/DC转换级20包括具有两个半桥的第一桥电路201，每个半桥均包括连接在用于接收电池电压V1的输入端子之间的高侧开关2011、2013以及低侧开关2012、2014。具有电感性存储元件203和变压器204的初级绕组204P的串联电路连接在两个半桥的输出节点之间，其中一个输出节点为共用于一个半桥的高侧开关2011、2013以及低侧开关2012、2014的电路节点。变压器204进一步包括与初级绕组204P电感地耦合的次级绕组204S。第二桥电路205具有两个半桥，每个半桥均包括耦合至次级绕组204S的高侧开关
2051、2053以及低侧开关2052、2054。这些半桥中的每一个半桥连接在输出（那里提供有DC链路电压V20或经整流的电流I20）之间并且包括输入。该输入为共用于一个半桥的高侧开关2051、2053以及低侧开关2052、2054的电路节点。半桥2051、2052的输入连接至次级绕组204的第一端子，而半桥2053、2054的输入连接至次级绕组的第二端子。
2051、2053以及低侧开关2052、2054。这些半桥中的每一个半桥连接在输出（那里提供有DC链路电压V20或经整流的电流I20）之间并且包括输入。该输入为共用于一个半桥的高侧开关2051、2053以及低侧开关2052、2054的电路节点。半桥2051、2052的输入连接至次级绕组204的第一端子，而半桥2053、2054的输入连接至次级绕组的第二端子。
[0091] 桥电路201、205的开关2011-2014、2051-2054可以实施为常规电子开关，诸如MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、JFET（结型场效应晶体管）、或HEMT（高电子迁移率晶体管）等。当开关205-207被实施为MOSFET时，该MOSFET的内部主体二极管可以被用作整流器元件，从而不需要附加的整流器元件。
[0092] 根据一个实施例，两个半桥中的第一桥电路201的个体开关2011-2014的接通和断开的时序为使得开关2011-2014中的至少一些开关在跨相应开关的电压为零时被接通和/或断开。这被称作零电压开关（ZVS）。
[0093] DC/DC转换器20可以进行双向操作。即，在驱动模式中，DC/DC转换器20能够进行操作以从电池电压V3提供基本上恒定的DC链路电压，或者提供具有经整流的交流波形的供电电流I20。在充电模式中，DC/DC转换器20可以接收具有基本上恒定电压水平或具有经整流的交流波形的电压V20，并且以恒定电压模式和恒定电流模式之一对电池进行充电。
[0094] 图15图示了电驱动系统的另外的实施例。图14的驱动系统附加地包括发电机G以及耦合至发电机G的另外的功率转换器8。发电机G例如是由内燃机所驱动的发电机并被配置为提供交流输出电压VG。另外的功率转换器电路8接收该发电机电压VG并且在耦合至功率转换器电路2的输出端子81、82处提供DC电压V8。
[0095] 根据图16A所示的一个实施例，另外的转换器电路8的输出81、82耦合至功率转换器电路2的输入，并且因此耦合至电池端子11、12。根据一个实施例，功率转换器电路8被配置为根据电池1的充电状态而提供恒定输出电压V8和恒定输出电流I8之一。功率转换器电路2可以依据之前所释出的每个实施例来实施。根据图16B所示的另外的实施例，功率转换器电路2包括DC/DC转换级20和DC/AC转换级21。在这种情况下，另外的功率转换器电路8的输出81、82连接至DC/DC转换级20的DC链路电容器209。
[0096] 另外的功率转换器电路8可以利用常规的AC/DC功率转换器拓扑来实施，诸如升压转换器拓扑、降压转换器拓扑、或降压-升压转换器拓扑。
[0097] 图17图示了电驱动系统另外的实施例。图17的电驱动系统包括多个电池1I、1II、1III，以及对应的多个功率转换器电路2I、2II、2III。每个功率转换器电路2I、2II、2III连接至多个电池1I-1III之一的输出11I、12I、11II、12II、11III、12III。虽然图17示出了具有三个电池和三个功率转换器电路的系统，但是该系统并不局限于三个电池和功率转换级。甚至可能实施仅具有两个或者具有多于三个的电池和对应数量的功率转换器电路的系统。功率转换器电路2I-2III中的每一个功率转换器电路包括输出，其中个体功率转换器电路3I-3III的输出共同连接至供电总线4。在图17的驱动系统中，诸如第一功率转换器电路21的功率转换器电路之一用作主转换器，所述主转换器在驱动模式中对其供电电流I21的频率和幅度进行控制。其它功率转换器电路则用作从转换器，它们对其耦合至主转换器的输出电流的输出电流进行控制。在这种情况下，每个功率转换器电路的输出电流是整体供电电流I2的1/n。根据另一个实施例，从功率转换器电路的每一个可以生成具有频率和幅度的供电电流I212-I21n，所述频率对应于主功率转换器电路的输出电流I211的频率，并且所述幅度取决于与之连接的电池12-1n的容量，并且从而使得整体输出电流I2具有预定的幅度（以便控制电机M的转矩）。
[0098] 个体功率转换器电路2I-2III中的每一个可以依据本文之前所释出的功率转换器电路2的实施例之一来实施，并且能够如关于这些实施例所描述的那样进行操作。
[0099] 在充电模式中，每个功率转换器电路21-2n接收（外部电源所提供的）供电电压V2并且依据以上所描述的技术之一对电池进行充电。
[0100] 参考图17，控制电路16对个体功率转换器电路2I-2III进行控制，其中如控制电路3所控制的这些功率转换器电路2I-2III的每一个功率转换器电路以驱动模式或充电模式进行操作。控制电路3以驱动模式或充电模式同时对个体功率转换器电路2I-2III进行操作。
[0101] 图18图示了在本文之前所释出的驱动系统之一中所使用的电池1和功率转换器电路2的另外实施例。在图17的实施例中，电池1包括多个电池单元（电池分区）11、12、1n，其中这些电池单元11-1n中的每一个电池单元被配置为在电池电源端子111、121、112、122、11n、12n之间供应电池电压V11、V12、V1n。功率转换器电路2包括多个子电路21、22、2n，其中子电路21、22、2n中的每一个子电路耦合至电池单元11-1n之一的输出。子电路21、22、2n中的每一个子电路由控制电路3进行控制，其中控制电路3以驱动模式或充电模式同时对个体功率转换器电路21-2n进行操作。在驱动模式中，每个子电路21-2n输出具有如控制电路
3所定义的频率的供电电压V21-V2n。将个体子电路21-2n进行级联从而使得供电总线4的供电电压V2对应于子电路的个体输出电压供电电压V21-V2n之和。
3所定义的频率的供电电压V21-V2n。将个体子电路21-2n进行级联从而使得供电总线4的供电电压V2对应于子电路的个体输出电压供电电压V21-V2n之和。
[0102] 在充电模式中，个体子电路21-2n的输出电容器形成电容分压器，从而使得每个子电路21-2n的输出处的电压V21-V2n为由外部电源经由供电端子（图17中未示出）所提供的供电电压V2的一部分。子电路21-2n的每一个子电路可以通过参考图1-16如本文之前所释出的第一功率转换器电路2来实施。例如，当个体子电路21-2n利用参考图3和4所释出的转换级21来实施时，图16中所示的输出电容器对应于图3和4的可选输出电容器66。
[0103] 在充电模式中，子电路21-2n中的每一个子电路由控制电路3如本文之前参考图1至16所释出的第一功率转换器电路2那样进行操作，其区别在于子电路21-2n并不接收整体供电电压V2，而是仅接收整体供电电压V2的一部分。
[0104] 图19图示了电驱动系统另外的实施例。在图19的实施例中，供电总线4是3相供电总线，其包括第一相41（其也被称作R）、第二相42（其也被称作S）和第三相43（其也被称作T）。在该实施例中，功率转换器电路2在驱动模式中被配置为提供三个输出电流I2R、I2S、I2T，每相41、42、43中一个，它们每一个均具有由电机控制信号（SM，图19中未示出）所定义的频率和幅度。这三个供电电流I2R、I2S、I2T中的两个之间的相位差大约为120°。功率转换器电路2如常规的3相电机逆变器那样进行操作，所述3相电机逆变器被配置为供应具有如电机控制信号所定义的频率和幅度的3相供电电流。
[0105] 中性点（N）在该驱动系统中是可选的。例如，如果电驱动系统包括另外的负载，诸如图9所示的一个或多个负载Z0、Z1、Z2，则负载或对应的功率转换器能够被连接至中性点和相41、42、43之一。
[0106] 电机M在该实施例中是三相异步电机，其中开关电路5被配置为将该电机连接至三相41、42、43。外部电源可以是3相电源。在这种情况下，驱动系统包括四个端子，即针对电源的第一相的第一端子51，针对电源的第二相的第二端子52，针对电源的第三相的第三端子53，以及针对电源的中性点40的第四端子50。开关电路5被配置为将供电总线4连接至外部功率，其中三相51-53中的每一相被连接至相41-43中的每一相，或者将供电总线4连接至电机M。
[0107] 在外部电源仅为单相电源的情况下，外部电源仅连接至三相端子51-53之一和中性点50，并且开关电路5在充电模式中被配置为将三相端子51-53之一连接至供电总线4的相41-43之一，并且将中性端子50连接至中性点40。
[0108] 在图19的实施例中，只有一个电机能够通过开关电路5耦合至供电总线4。然而，该系统可以被轻易地修改以包括多个电机，诸如直接安装在车辆的车轮内的无刷永磁体电机。在该实施例中，该系统包括多个电路，每个电路均包括电池1、功率转换器电路2、控制电路3、供电总线、和电机M。这些电路的开关电路可以被配置为将对应的供电总线连接至对应的电机（在驱动模式中）或者将对应的供电总线连接至供电端子。其中个体电路可以共享供电端子。
[0109] 以下参考图20和21对图19的功率转换器电路2的两个不同实施例进行解释。参考图20，功率转换器电路2包括三个DC/AC转换级211、212、213，其中这些功率转换级211、212、213中的每一个功率转换级耦合在电池1和供电总线4的三相41-43中的一相之间。可选地，DC/DC功率转换级20连接在电池1和功率转换级211-213之间。功率转换级211-213中的每一个功率转换级包括具有高侧开关611-613和低侧开关621-623的半桥，并且包括电感器651-653，其中每个功率转换级211-213的电感器耦合在对应半桥的输出和对应的相
41-43之间。个体开关611-613、621-623能够利用如参考图3和4所释出的开关的续流元件（未示出）来实施。
41-43之间。个体开关611-613、621-623能够利用如参考图3和4所释出的开关的续流元件（未示出）来实施。
[0110] 与之前所释出的第一功率转换器电路2相似，图20的功率转换器电路2能够以驱动模式（供电模式）进行操作，其中功率转换器电路2的个体功率转换级211-213从电池电压V1或DC链路电压V20分别生成供电电压V2R、V2S、V2T。控制电路3对个体功率转换级211-213进行控制以使得供电电压V2R、V2S、V2T拥有具可调节频率的正弦波形，其中个体的V2R、V2S、V2T之间的相位差基本上为120°。
[0111] 另外，功率转换器电路2能够以充电模式进行操作，其中功率转换器电路2从供电总线接收供电电压并且对电池电流I1或者电池电压V1进行控制，或者对DC链路电压V20进行控制。
[0112] 图21示出了根据另外实施例的第一功率转换器电路2。图20的实施例基于图19的实施例，差别在于图20的功率转换器电仅包括分别连接在电池1或DC/DC转换级20与功率转换级211-213的半桥之间的一个电感器65。即，个体功率转换级211-213共享电感器65。另外，每个转换级包括电容器671、672、673，它们连接在对应相和共用于个体电容器671、
672、673的电路节点之间。对于双向电流动而言，开关611-613和621-623可以被实施为双向锁定和导通开关。
672、673的电路节点之间。对于双向电流动而言，开关611-613和621-623可以被实施为双向锁定和导通开关。
[0113] 图20和21的功率转换器拓扑及其操作原理在以上所提到的Kolar,J.W.、Friedli,T.的“The essence of three-phase PFC rectifier systems”中公开。
[0114] 3相功率转换器电路可以进一步通过使用三个参考图3和4所释出的功率转换器电路并且通过驱动这些功率转换器电路从而使得在驱动模式中每个功率转换器电路生成到一相的一个供电电流并且这些电流具有基本上120°的相位差来实施。
[0115] 图22图示了电驱动系统的另一个实施例。在该实施例中，功率转换器电路2在驱动模式中被配置为生成具有经整流的交流电压的波形（诸如经整流的正弦电压V2）的供电电流I2，并且在充电模式中被配置为接收经整流的交流电压。具有经整流的正弦波形的供电电流I2的一个实施例在图22中示意性示出。
[0116] 功率转换器电路2能够利用基于参考图3和4所释出的拓扑的拓扑来实施，并且这通过省略第三开关63并且利用永久性连接替换第四开关64而得以简化。功率转换器电路2随后如本文之前参考输出电压V2的正半周期所释出的那样进行操作。
[0117] 参考图22，该电驱动系统进一步包括整流器电路91，其耦合至供电端子50、51并且被配置为从内部电源（未图示）所提供的交流供电电压生成经整流的电压。进一步地，该电系统包括展开桥，所述展开桥被配置为从第一功率转换器电路2在驱动模式中所提供的经整流的供电电流I2生成交流电压。根据图24所图示的一个实施例，该展开桥包括具有两个半桥的桥电路，每个半桥包括高侧开关921、923以及低侧开关922、924。每个半桥包括输出，其中一个输出耦合至第一电机端子M0，而另一个输出则耦合至第二电机端子M2。开关921-924以经整流的供电电压V2的频率进行开关从而使得在经整流的供电电压V2的一个周期中，第一和第四开关921、924导通，而在下一个周期中，展开桥92的第二和第三开关922、923导通。
[0118] 在之前所释出的电驱动系统中，功率转换器电路2用于提供具有变化频率的供电电压V2并且用于对电池进行充电。因此，不需要附加的电池充电器。另外，功率转换器电路2被设计为具有至少为电机的最大输入功率的最大输出功率。然而，功率转换器电路2不仅被配置为在驱动模式中向电机提供最大功率，而且还被配置为在充电模式中向电池1提供最大功率，从而使得与利用常规电池充电器相比能够更快地对电池进行充电。
[0119] 根据一个实施例，继电器（未示出）连接至功率转换器电路2和电源4的每一相之间。与包括DC总线的常规系统不同，简单且廉价的继电器（其并不必被配置为防止电弧）可以在具有如之前所释出的AC总线4的系统中使用。
[0120] 在之前的描述中，诸如“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“超前”、“后续”等的方向性术语作为对于所描述附图的方位的参考来使用。由于实施例的组件能够以多种不同方向定位，所以该方向术语是用于说明的目的而并非进行限制。所要理解的是，可以在不脱离本发明范围的情况下利用其它实施例并且可以进行结构上或逻辑上的变化。因此，以下的详细描述并不以限制的含义进行理解，并且本发明的范围由所附权利要求书所限定。
[0121] 虽然已经公开了本发明的各个示例性实施例，但是本领域技术人员所要意识到的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行实现本发明的某些优势的各种变化和修改。对于本领域技术人员而言明显的是，可以适当地对执行相同功能的其它组件进行替换。应当提到的是，即使在那些并未明确提及的情况下，参考具体附图所释出的特征也可以与其它附图的特征相结合。另外，本发明的方法可以使用适当处理器指令以完全软件的实施方式来实现，或者以硬件逻辑和软件逻辑的组合来实现相同结果的混合实施方式来实现。对于本发明概念的这些修改旨在被所附权利要求书所覆盖。
[0122] 诸如“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等的空间相关术语被用于描述以便对一个元件关于第二元件的定位进行解释。这些术语旨在包含与图中所描绘的设备的那些方位之外的不同方位。另外，诸如“第一”、“第二”等的术语也被用来描述各种要素、区域、分区等而同样并非旨在进行限制。同样的术语贯穿说明书而指代同样的要素。
[0123] 如这里所使用的，术语“具有”、“包括”、“包含”是开放端术语，其指示存在所提到的要素或特征，但是并不排除额外的要素或特征。除非上下文明确地另外指出，否则冠词“一”、“一个”、和“所述”意在包括复数以及单数。
[0124] 考虑到以上变化形式和应用的范围，应当理解的是，本发明并不被以上描述所限制，也并不被附图所限制。相反，本发明仅被以下权利要求书及其法律等同形式所限制。
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