[发明专利]具有转换器源模块的基于模块的能量系统及其相关方法

说明书

提供了具有多个转换器‑源模块的基于模块的能量系统。转换器‑源模块可以均包括能量源和转换器。该系统可以进一步包括用于模块的控制电路。模块可以各种方式布置，以提供单相AC、多相AC和/或DC输出。每个模块可以独立地被监视和控制。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年3月29日提交的序列号为62/826，158的美国临时申请、2019年3月29日提交的序列号为62/826，238的美国临时申请和2019年9月25日提交的序列号为62/906，007的美国临时申请的权益和优先权，出于所有目的，所有这些申请通过引用并入本文中。

技术领域

本文中描述的主题总地涉及基于模块的能量系统和供在其中使用的模块，以及促进基于模块的能量系统中的模块的互连和控制的系统、设备和方法。

背景技术

在许多行业中，具有多个能量源或能量汇的能量系统是常见的。一个示例是汽车行业。如在过去的一个世纪里演进的，今天的汽车技术的特征除许多事物外还在于电机、机械元件和电子器件的相互作用。这些是影响车辆性能和驾驶员体验的关键组分。电机具有燃烧型或电动型，并且通常发现每个汽车有一个电机，具有混合动力传动系统的汽车是例外，混合动力传动系统的特征是内燃机与一个或两个电机的组合，或者配备有两个电机的面向性能的电动车辆。几乎在所有情况下，来自（一个或多个）电机的旋转能量都是经由一组高度复杂的机械元件（诸如离合器、变速器、差速器、驱动轴、扭矩管、耦合器等）递送的。这些零件在很大程度上控制轮的扭矩转换和功率分布，并且是限定汽车性能的关键要素。它们也影响道路处置。多年来，个体汽车制造商高度优化了这些机械零件，以提供更好的性能、更高的燃料效率，并最终在市场上提供差异化。在控制侧，除了诸如娱乐、导航和人机界面元素之类的驾驶员舒适性之外，通常只有几个专门的电子硬件和嵌入式软件群集，其控制/优化电机、离合器/变速器操作和道路保持/处置。

EV包括与动力传动系统相关的各种电气系统，其除了其他之外还包括电池、充电器和电机控制。下面描述了这些电气系统目前的能力和缺点的简要清单。

常规电池设计

高压电池包通常被组织成较低压电池模块的串联链。每个这样的模块进一步由串联连接的一组个体电池单元和简单的嵌入式电池管理系统组成，以调节基本的电池单元相关特性，诸如电荷状态和电压。缺乏具有更复杂能力或某种形式智能互连性的电子器件。因此，任何监视或控制功能都由单独的系统来处置，如果就算该系统存在于汽车中的其他地方，也缺少监视个体电池单元的健康、电荷状态、温度和其他影响性能的指标的能力。也没有能力以任何形式调整每个个体电池单元的功耗。一些主要的后果是：（1）最弱的电池单元约束了整个电池包的总体性能，（2）任何电池单元或模块的故障导致需要更换整个电池包，（3）电池的可靠性和安全性大幅降低，（4）电池寿命有限，（5）热管理困难，（6）电池包总是在最大能力之下操作，（7）再生制动衍生的电能突然涌入电池包不能容易地存储在电池中，并且将需要经由倾卸电阻器耗散。

常规充电器设计

充电电路通常在单独的车载系统中实现。它们将来自EV外部的功率以AC信号或DC信号的形式分级（stage），将其转换为DC并将其馈送给（一个或多个）电池包。充电系统监视电压和电流，并且通常供应稳定的恒定馈电。考虑到电池包和典型充电电路的设计，不太有能力基于电池单元的健康、性能特性、温度等为个体电池模块定制充电流程。充电周期通常也很长，因为充电系统和电池包缺少允许脉冲充电或将优化电荷转移或可实现的总电荷的其他技术的电路。

常规电机控制设计