[发明专利]停用矩阵转换器的系统和方法

说明书

关于联邦资助研究或开发的声明

本发明通过在协议DE-FC26-07NT43123下由美国能源部给予的政府支持而进行。政府对于本发明具有特定权利。

技术领域

在此描述的发明主题的实施例一般涉及机动交通工具中的电气系统，且更具体地，本发明主题的实施例涉及具有电流隔离的能量传输系统。

背景技术

矩阵转换器(或循环换流器)可用于电动交通工具和/或混合动力交通工具中，以适应在相对较宽范围的操作电压下的相对较高的功率传输，而同时实现电流隔离、相对较高的功率因数、低谐波畸变、相对较高功率密度和低成本。矩阵转换器可用于将能量从交流(AC)能量源(例如，在大多数住宅和商用建筑物中常用的单相电网电力)传输到直流(DC)能量储存元件(例如在交通工具中的可再充电电池)。

在实践中，希望可关停或以其它方式停用矩阵转换器，以便例如停止对交通工具的电池传输充电功率或者减少开关损耗。在一些矩阵转换器系统中，一个或多个电抗性部件(例如，电感器和/或电容器)存在于AC能量源与矩阵转换器之间。当矩阵转换器停用时，流动到矩阵转换器/自矩阵转换器流出的电流被中断或以其它方式停止。不过，突然停止流动到电抗性部件/自电抗性部件流出的电流可能使得在矩阵转换器的部件上由于电抗性部件所储存的势能而导致潜在损害性的电压峰值。例如，突然停止流动通过电感器的电流可能导致超过半导体器件击穿电压的瞬时电压峰值。

许多现有技术系统采用一个或多个缓冲器，以防止或以其它方式减轻在矩阵转换器部件上的可能由于电压峰值所致的损害。缓冲器是减小总体操作效率的额外的损耗性部件。因此，希望被电抗性部件储存的任何势能以这样的方式被释放，即：在关停时保护矩阵转换器部件，而不需要使用缓冲器或其它损耗性部件。

发明内容

根据一个实施例，提供一种电气系统。所述电气系统包括：交流(AC)接口；第一转换模块，其联接到所述AC接口；电感元件，其联接在所述AC接口与所述第一转换模块之间；和控制模块。该控制模块联接到所述第一转换模块，而且，响应于关停状况(或关停条件)，所述控制模块被设置为当通过所述电感元件的电流量小于阈值时停用所述第一转换模块。

根据另一实施例，提供一种用于控制电气系统的方法，所述电气系统包括第一转换模块、和被设置为电串联在所述第一转换模块与AC接口之间的电感元件。所述方法包括：操作所述第一转换模块，以实现所希望的从所述AC接口的能量流动；确认关停状况。响应于确认所述关停状况，所述方法如下继续：监测通过所述电感元件的电流；和当通过所述电感元件的电流的量小于阈值时，停用所述第一转换模块。

在另一实施例中，提供一种交通工具电气系统。所述交通工具电气系统包括：DC接口，其被设置以联接到DC能量源；AC接口，其被设置以联接到AC能量源。能量转换模块联接到所述DC接口；而矩阵转换器联接到所述AC接口。电感元件被设置成电串联在所述AC接口的第一节点与所述矩阵转换器之间。隔离模块联接在所述能量转换模块与所述矩阵转换器之间，以在所述能量转换模块与所述矩阵转换器之间提供电流隔离。控制模块联接到所述矩阵转换器，并被设置为操作所述矩阵转换器以将能量从所述AC接口传输到所述DC接口，以及确认(或识别)关停状况。响应于确认所述关停状况，控制模块根据关停占空因数来操作所述矩阵转换器；当通过所述电感元件的电流的量小于阈值时，操作所述矩阵转换器使所述电感元件放电，以及在使所述电感元件放电之后，停用所述矩阵转换器。

本发明还包括以下方案：

方案1.一种电气系统，包括：

交流AC接口；

第一转换模块，其联接到所述AC接口；

电感元件，其联接在所述AC接口与所述第一转换模块之间；和

控制模块，其联接到所述第一转换模块，其中，响应于关停状况，所述控制模块被设置为当通过所述电感元件的电流的量小于阈值时停用所述第一转换模块。

方案2.如方案1所述的电气系统，其中，当通过所述电感元件的电流的量小于所述阈值时，所述控制模块被设置为操作所述第一转换模块，以便在停用所述第一转换模块之前使所述电感元件放电。

方案3.如方案2所述的电气系统，其中，所述控制模块被设置为：响应于所述关停状况，利用关停占空因数来操作所述第一转换模块。

方案4.如方案3所述的电气系统，其中，所述第一转换模块包括多个开关元件，其中所述控制模块被设置为利用所述关停占空因数来通过以下方式操作所述第一转换模块：

产生具有减小的占空因数的脉宽调制PWM命令信号；和

根据所述PWM命令信号操作所述多个开关元件。