[发明专利]电力变换器系统的DC母线电容的放电

说明书

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

美国政府在本发明中具有已付清的许可，并且在有限的情况中享有这样的权利，即：要求专利所有人以合理的条件许可其他人，这些合理的条件如根据由美国能源部授予的合同号DE-FC26-07NT43123的条款所规定的那样。

技术领域

本文所述主题的实施例总体涉及一种车辆中的电力变换系统。更具体地，本文主题的实施例涉及车辆的电力变换器系统的母线电容的放电。

背景技术

矩阵变换器可用于电动和/或混合动力车辆中，以适应在相对宽范围的操作电压下的相对高功率传输，同时实现电气隔离、相对高功率因数、低谐波畸变、相对高功率密度和低成本。例如，双向隔离矩阵变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）传输以便给直流（DC）能量存储元件（例如，在车辆中的高压可再充电电池）充电。

双向矩阵变换器包括联接在AC输入接口上的高压DC母线电容。在某些条件下，需要将DC母线电容上的电压放电。例如，如果高压DC能量源（电池）从AC输入接口断开连接或如果双向矩阵变换器从车辆移除，则DC母线电容应该放电到安全的电压水平。

发明内容

电力系统的示例性实施例包括直流（DC）接口、交流（AC）接口、电并联地联接到DC接口的DC母线电容、包括多个开关元件的第一能量变换模块、包括多个开关元件的第二能量变换模块、和在第一能量变换模块和第二能量变换模块之间联接以提供在第一能量变换模块和第二能量变换模块之间的电气隔离的隔离模块。电力系统还包括联接在第二能量变换模块和AC接口之间的感性元件、与AC接口电并联地联接以选择性地短路AC接口的接口短路开关、和联接到第一能量变换模块、第二能量变换模块和接口短路开关的控制模块。控制模块配置成检测指示需要对DC母线电容放电的条件，致动接口短路开关以电短路AC接口，并操作第一能量变换模块的多个开关元件和第二能量变换模块的多个开关元件以至少部分地对DC母线电容放电。在实践中，在AC功率源从AC接口断开连接之后，AC接口被短路。

还提供了操作电力系统的方法的示例性实施例。电力系统包括DC接口、AC接口，电并联地联接到DC接口的DC母线电容、包括多个开关元件的第一能量变换模块、包括多个开关元件的第二能量变换模块、在第一能量变换模块和第二能量变换模块之间联接以提供第一能量变换模块和第二能量变换模块之间的电气隔离的隔离模块、和联接在第二能量变换模块和AC接口之间的感性元件。方法包括检测指示需要对DC母线电容放电的条件，电短路AC接口，将第二能量变换模块的多个开关元件设置为放电配置，以建立从隔离模块的第一端子，经过感性元件，到隔离模块的第二端子的电流通路，调节第一能量变换模块的多个开关元件中的一个或多个以交替地对感性元件中的电流充电和放电，同时保持第二能量变换模块的多个开关元件的放电配置。在实践中，在AC功率源从AC接口断开连接之后，AC接口被短路。

还提供对具有DC能量源的车辆的双向矩阵变换器的母线电容放电的方法的示例性实施例。双向矩阵变换器包括用于DC能量源的DC接口、用于AC能量源的AC接口以通过双向矩阵变换器给DC能量源充电、第一能量变换模块、第二能量变换模块、在第一能量变换模块和第二能量变换模块之间联接的隔离模块、在第二能量变换模块和AC接口之间联接的感性元件。方法包括在AC能量源从AC接口断开连接之后，电短路AC接口，将第二能量变换模块的多个开关元件设置为放电配置，以建立从隔离模块的第一端子，经过感性元件，到隔离模块的第二端子的电流通路，在保持第二能量变换模块的放电配置的同时，调节第一能量变换模块的多个开关元件，以至少部分地对DC母线电容放电。

此外，本发明还涉及以下技术方案。

1. 一种电力系统，包括：

直流（DC）接口；

交流（AC）接口；

与所述DC接口电并联地联接的DC母线电容；

包括多个开关元件的第一能量变换模块；

包括多个开关元件的第二能量变换模块；

联接在所述第一能量变换模块和所述第二能量变换模块之间以提供在所述第一能量变换模块和所述第二能量变换模块之间的电气隔离的隔离模块；

联接在所述第二能量变换模块与所述AC接口之间的感性元件；

与所述AC接口电并联地联接以选择性地短路所述AC接口的接口短路开关；以及

联接到所述第一能量变换模块、所述第二能量变换模块、和所述接口短路开关的控制模块，所述控制模块配置成：