CN102130626B - 改进的具有集成电池充电器的可变电压转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改进的具有集成电池充电器的可变电压转换器。具体地，本发明涉及一种设置为从输入侧到输出侧提供双向升压和降压的可变电压转换器(VVC)。VVC可以包括电压控制部分和电池充电部分。当结合到用于混合动力车辆的逆变器控制***(ISC)中时，VVC可以设置为在高的和低的ISC dc总线电压条件下都对电池充电。VVC可以设置为通过插头从ac电源中接收电力，其中插头通过软启动整流器联接到VVC。因此，具有集成电池充电器的VVC可以用于从标准的ac插座为插电式混合动力车辆(PHEV)的电池充电。

Description

改进的具有集成电池充电器的可变电压转换器
技术领域
本发明总体上涉及电力转换电路(power conversion circuits)，尤其涉及用在混合动力车辆的电动驱动***中的电力转换电路的可变电压转换器(variable voltage converter)。
背景技术
混合动力车辆可以利用电力推进***和内燃推进***改进燃油经济性并且降低碳排放。电力推进可以由电动驱动***完成，电动驱动***可以包括多个组件，典型地至少包含电力转换电路和电机。在该布置中，电力转换电路可以可控地将电力从电源转移到电机从而驱动负载。高压电池可以用作电动驱动***的电源。电力转换电路在高压电池和电动机之间提供接口，并且可以将由电池提供的直流电电压升高到驱动用于高速车辆运行的电机所需要的较高电压。当用于将电压从输入侧升高到输出侧时，转换器又被称为升压转换器。
电力转换器还可以用以使电压从输出侧向输入侧降低或下降。例如，为了在转换器的相对侧对电池充电，可以将电力转换器的电机/发电机侧的较高电压降低到较低的电压。在混合动力车辆领域，通过再生制动对电池充电是惯用手段，其中，通过发电机或者通过作为发电机运行的电机将车轮的机械能转化为电能，并且通过电力转换器提供给电池。当用于降低或减小电压时，转换器被称为降压转换器(buck converter)。
尽管单个电力转换器既可以作为升压转换器也可以作为降压转换器运行，并且因此支持双向电力流动，但电力转换典型地是从电池侧到电机侧单向升压和从电机侧到电池侧单向降压。典型的电力转换电路可以包含电源，例如电池，可变电压转换器(VVC)，逆变器和例如电机或发电机这样的机器。总体上，以这样的方式设计用于混合动力车辆的电力转换电路：逆变器或VVC的电机/发电机侧的电压VI必须保持高于VVC的电池侧的电压VB。当电压VB变得高于VI时，会产生VVC控制的损耗，允许在数毫秒内在VVC感应器上建立浪涌电流，并且由此引发由过电流保护机构做出的不需要的***关闭。然而，不幸的是，在低速驱动条件下保持VI大于VB会改变电流输出，其进而会减少车辆控制并且降低车辆性能。高的VI条件还会增加开关电损耗并限制逆变器能力。
因为电动和混合动力车辆利用电池为电动机提供电力，必须对电池再充电以保持作为电源的有效。典型地，当车辆高速运行时，电动驱动***中的发电机为电池提供能量。此外，当车辆的动能转化为电能并提供给电池时，可以在再生制动过程中对电池再充电。然而，因为VVC的VI必须保持在高于VVC的VB的状态，在电压VI低于VB的任何时候能量都不能转移到电池。
可以利用家用插座对插电式混合动力车辆(PHEVs)再充电。再充电单元可以与电池连接并且还可以***标准插座中，允许操作者整晚对电池再充电或者当车辆停放时对电池再充电。然而，PHEV再充电单元笨重并且相对昂贵。此外，只有当车辆熄火并且在未使用状态下才能使用再充电单元。
发明内容
本发明提供一种设置为提供双向升压和降压操作的电力转换***。在示例实施例中，电力转换***包括联接到逆变器控制***(ISC)电路的电源供应器，其中逆变器控制***(ISC)电路设置为对例如永磁同步电机(PMSM)这样的机器提供电力。在至少一个示例实施例中，ISC包含用于与逆变器接口的第一相位脚，联接到所述第一相位脚的、用于与电源供应器接口的第二相位脚，其中ISC设置为执行双向升压和降压。在示例性实施例中，电源供应器可以包含例如高压电池这样的电池。ISC可以联接到软启动二极管和ac插头，以便可以将接受自ac电源的电力提供给电源供应器。
在示例实施例中，本发明提供具有集成电池充电器的逆变器控制***(ISC)。本发明的ISC可以包含具有集成电池充电器的可变电压转换器(VVC)，可变电压转换器(VVC)联接到设置为对例如PMSM这样的机器提供电力的逆变器。VVC设置为从VVC的输入侧向输出侧提供双向升压和降压操作。示例***还可以包括联接到VVC的电池，例如用于混合动力车辆中的高压电池。具有集成电池充电器的VVC设置为在电池和VVC的逆变器侧之间提供双向升压和降压。当结合到电动车辆的电动驱动***中时，具有集成电池充电器的VVC设置为在高车速和低车速运行过程中都对联接到其上的电池充电。在示例实施例中，集成电池充电器包含具有第一开关单元和第二开关单元的相位脚，其中第一开关单元包含与第一二极管成对的第一晶体管，第二开关单元包含与第二二极管成对的第二晶体管。
本发明的示例装置是设置为提供双向升压的VVC。VVC可以包括电池充电器部分和通过电感联接到电池充电器部分的电压控制部分。电池充电器和电压控制部分的运行可以是独立控制的，以得到需要的VVC输出电压，从而允许双向电力流动，其中电压可以在贯穿VVC的任何方向上增加。在至少一个示例实施例中，电压控制部分包含具有第一和第二开关单元的第一相位脚，并且电池充电器部分包含具有第三和第四开关单元的第二相位脚。电池充电器部分设置为对联接到VVC的电池充电，并且电压控制部分设置为控制VVC和联接到VVC的逆变器之间的dc总线电压。因此，在车辆高速和低速运行过程中，电力可以从电池提供给由逆变器连接的机器，并且电力可以从该机器提供到电池。此外，VVC可以设置为从通过具有软启动的整流器联接到VVC的插头从ac电源接收电力。插头可以***ac插座中以便VVC可以直接对电池充电，而不需要单独的电池充电单元。
示例VVC可以包括布置为形成第一开关单元的第一晶体管和第一二极管，以及布置为形成第二开关单元的第二晶体管和第二二极管。示例VVC的第二相位脚可以包括布置为形成第三开关单元的第三晶体管和第三二极管，以及布置为形成第四开关单元的第四晶体管和第四二极管。各个开关单元可以是单独控制的以得到需要的VCC输出电压，该VCC输出电压可以改进并优化ISC以及HEV性能。在示例性实施例中，VVC可以执行双向降压和双向升压。
附图说明
图1表示具有电动驱动***的示例车辆的原理图，其中电动驱动***包括具有集成电池充电器的逆变器控制***。
图2表示示例电动驱动***的框图，其包括具有集成电池充电器的逆变器控制***。
图3表示具有集成电池充电器的示例可变电压转换器(VVC)。
图4表示提供双向升压和降压操作的具有集成电池充电器的示例可变电压转换器(VVC)。
具体实施方式
本发明的示例实施例在此进行说明；然而，本发明还可以以多种可替代的形式实现，这对本领域技术人员来说将是显而易见的。为了便于理解本发明，并且为了提供权利要求的基础，将多个附图包括在说明书中。附图不是按比例绘制的并且可能省略了相关的元件以强调本发明的新颖特征。图中所描述的结构和功能细节是为了对本领域技术人员教示本发明的实践的目的，而不应当视为对本发明的限制。例如，为了更好地强调本发明的新颖方面，可以变化地布置和/或结合用于各种***的控制模块，并且可能不在示例实施例的说明中描述这些控制模块。
图1表示示例车辆100的原理图。车辆100可以是任何适合的类型，例如电动、混合动力(HEV)或插电式混合动力车辆(PHEV)。在至少一个实施例中，车辆100可以包括第一车轮组112、第二车轮组114、发动机116、HEV驱动桥118和电动驱动***120。电动驱动***120可以设置为对第一和/或第二车轮组112、114提供转矩。电动驱动***120可以具有任何适当的构造。此外，在混合动力车辆中，电动驱动***120可以是本领域技术人员所公知的并联驱动，串联驱动，或者分离混合驱动(splithybrid drive)。例如，电动驱动***120可以包括联接到永磁同步电机(PMSM)134的电力电子转换器(PEC)122。可以预期的是PMSM 134可以用作电机，将电能转化为动能，或者用作发电机，将动能转化为电能。在示例实施例中，PEC 122可以与用作电机的第一PMSM和用作发电机的第二PMSM连接。
PMSM 134可以设置为由一个或多个电源供电从而驱动车辆牵引轮。PMSM 134可以是任何适合的类型，例如电机，电动发电机，或者启动-发电机(starter-alternator)。此外，PMSM 134可以与用于回收能量的再生制动***联结。
EDS 120可以联接到动力传输单元140，其进而可以联接到差速器(differential)145从而控制车轮组114。动力传输单元140可以选择性地联接到至少一个PMSM 134。动力传输单元140可以是任何适当的类型，例如本领域技术人员所公知的多档“阶跃传动比(step ratio)”变速器、无级变速器或者电子无转换变速器(electronic converterless transmission)。动力传输单元140可以适用于驱动一个或多个车轮。在图1所示的实施例中，动力传输单元140以任何适当的方式，例如利用驱动杆或其它机械装置，与差速器145连接。差速器145可以通过例如轮轴或半轮轴这样的轴147与第二车轮组114的每一个车轮连接。
车辆100还可以包括用于监视和/或控制车辆100的各个方面的车辆控制***(VCS)150。VCS 150可以与电动驱动***120和动力传输单元140以及它们的各种组件相连通以监视和控制运行和性能。VCS 150可以具有任何适当的构造并且可以包括一个或多个控制器或控制模块。
在图1的示例实施例中，PEC 122包括电源供应器123和具有集成电池充电器的逆变器控制***(ISC)124。作为示例，电源供应器123可以是高压电池的形式。ISC 124可以包括设置为从电源供应器123为PMSM134提供电力的硬件电路。ISC 124可以联接到ISC控制器(图中未示出)，其可以是设置为控制ISC 124运行的基于微处理器的装置的形式，并且包含硬件、软件、固件或它们的一些组合。ISC控制器可以电动联接到VCS150，由此可以从有关车辆***运行和控制的其它控制单元中接收信号。
图2表示示例***200。作为示例，***200可以作为用于车辆的EDS使用。***200可以包括用于为电机/发电机装置220提供并转换电力的PEC 202。可以理解的是车辆EDS还可以包括附加的组件，例如ISC控制器、附加的控制单元以及其它计划使用所必需的元件和接口。然而，为了更好地强调本发明的新颖特征，这些附加的元件没有表示在图2中。PEC202可以包括电源供应器以及具有集成电池充电器的ISC 210，在本例中电源供应器具体为电池205。ISC 210包括可变电压转换器(VVC)212以及逆变器装置218。VVC 212设置为从电池205为逆变器装置218提供电力，逆变器装置218设置为对电机/发电机装置220提供电力。电机/发电机装置220可以实施为至少一个PMSM，其可以作为电机运行从而驱动HEV的车轮。因此，VVC 212设置为根据驱动实施为电机的电机/发电机装置220的需要，将电压VB升高到较高的电压VI。电机/发电机装置220可以包含PMSM，PMSM可以设置为作为电机运行以外还作为发电机运行。VVC 212还可以设置为通过逆变器装置218从电机/发电机装置220对电池205提供电力从而对其充电。VVC 212设置为当VVC 212的逆变器侧上的电压VI低于VVC 212的电池侧上的电压VB时保持稳定。因此，示例VVC 212包括电池充电器部分214以及可控地配合控制电压VB和VI的电压控制装置216。VVC 212可以在高速和低速车辆运行条件下都提供双向升压和双向降压。
图3表示本发明的示例***300，可以将其结合到用于电动车辆或HEV的EDS中。***300包括联接到机械部分303的PEC 302，如本例子所示，机械部分303可以包含电机340和发电机342。在至少一个示例实施例中，电机340和发电机342每个都是PMSM的形式。PEC 302包括电源或电源供应器，在该例子中实施为通过输入电容Ci联接到ISC 306的高压电池304。ISC 306包括设置为对电池304提供电力的集成电池充电器；例如，由发电机342产生的电能可以通过ISC 360传输到电池304。
ISC 306包括通过输出电容Co联接到逆变器330的VVC 310。VVC 310包括通过电感318联接到电池充电器部分320的电压控制部分312。电压控制部分312包含联接到第二开关单元316的第一开关单元314。电池充电器部分320包含第三开关单元322和第四开关单元324。感应器318提供用于在VVC 310中存储能量的装置，以便可变电压和电流可以作为VVC 310输出而提供，并且可以实现需要的功率因子修正。输出电容Co还可以用作用于ISC 306的能量存储装置，将能量可控地从VVC 310传输到逆变器330。如示例***300所示，逆变器330可以包括用于对电机340提供电流的电机逆变器332以及用于对发电机342提供电流的发电机逆变器334。如之前所讨论的，具有集成电池充电器的VVC 310设置为当VI低于VB时保持稳定，由于VVC 310设置为提供双向升压，增加了ISC 306的能力和性能并且使VVC 310能够在低和高车辆速度运行过程中都对电池304充电。
图4表示包括具有集成电池充电器的电力转换器的示例***400。***400可以作为用于例如HEV或PHEV这样的电动车辆的EDS的一部分使用。示例***400包括设置为向机械部分403提供动力的电力转换部分401。电力转换部分401包括电池402、输入电容404和具有集成电池充电器的ISC 405。ISC 405包含VVC 410、输出电容434和逆变器435。
在示例性实施例中，VVC 410包括通过感应器413联接到第二相位脚(phase leg)412的第一相位脚411。第一相位脚411通过第一开关单元414和第二开关单元415提供电压控制。在示例实施例中，第一晶体管418与第一二极管419并联配对以形成第一开关单元414，并且第二晶体管420与第二二极管421并联配对以形成第二开关单元415。第二相位脚412用作电池充电器部分并且包含第三开关单元416和第四开关单元417。在示例实施例中，第三开关单元416与第三二极管423并联配对的第三晶体管422，并且第四开关单元417包含与第四二极管425并联配对的第四晶体管424。在示例性实施例中，晶体管418、420、422和424包含任何类型的可控开关，例如，绝缘栅双极性晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等等，并且二极管419、421、423、425包含任何类型的二极管，例如硅(Si)二极管、碳化硅(SiC)二极管等等。
在运行中，第一相位脚411和第二相位脚412配合以控制VVC 410的输入和输出位置的电压。四个开关单元414、415、416和417中的每一个都可以单独地控制，从而控制VVC 410处的电流和电压，以便可以根据驱动机械部分403的需要将电流提供到逆变器435，并且可以根据对电池402再充电的需要将能量提供到电池402。通过控制开关单元414-417，DC总线电压VI和VVC输入电压VB可以单独控制并且独立保持。因为VI和VB水平可以独立控制，可以将DC总线电压优化从而在低车辆速度的条件下降低开关电损耗，藉此增加了效能和VVC运行周期。甚至当VVC410的逆变器侧上的DC总线电压VI低于VVC 410的电池侧的电压VB时，VVC 410仍然保持稳定。
逆变器435包含联接到设置为作为电机运行的PMSM 460的电机逆变器部分436。电机逆变器部分436包含三个相位脚，每一个相位脚包含多个开关元件，并且逆变器部分436将三相电流提供给PMSM 460。电机逆变器部分436包括具有开关部444和开关部445的第一相位脚441。类似地，第二相位脚442包括开关部446和开关部447，并且第三相位脚443可以包括开关部448和开关部449。在示例实施例中，各个开关部包含与二极管并联配对的晶体管。类似地，发电机逆变器部分438也可以包括三个相位脚以将三相电流提供给PMSM 462。在图4的示例实施例中，第一相位脚450包含开关部453和454。第二相位脚451包含开关部455和开关部456。第三相位脚452包含开关部457和开关部458。在示例性实施例中，开关部453、454、455、456、457和458每一个都可以包含与二极管配对的晶体管。在示例实施例中，电机逆变器部分436和发电机逆变器部分438包含作为开关部元件的绝缘栅双极性晶体管(IGBT)装置。
具有集成电池充电器的VVC 410可以用作双向升压转换器，以便甚至当DC总线电压VI低于电压VB时仍可以对电池403充电。因此，具有VVC310的ISC不仅是高压电池和逆变器之间的接口，而且还可以用作电池充电器，从而消除了对单独的电池充电单元的需要。例如软启动二极管整流器这样的软启动整流器470可以与兼容标准ac电源插座的插头472一起提供。在示例实施例中，具有软启动470的整流器在节点432处具有第一连接，在节点434处具有第二连接。因此，可以将配备有包括VVC 410的ISC的PHEV直接***壁装电源插座并且在没有笨重且昂贵的单独的独立再充电单元的情况下对其再充电。除了提供双向升压以外，VVC 410还可以作为双向降压转换器运行。可以通过控制VVC 410的开关单元得到多种运行模式，即，控制各个晶体管418、420、422和424以及二极管419、421、423和425是否正在传导或者没有正在传导。
在此对具有集成电池充电器的可变电压转换器以及可以结合有该可变电压转换器的***的示例实施例进行说明。附加实施例对本领域技术人员来说是可以想到的。尽管已经讨论了本发明的具体的实施例，但这些实施例仅仅是用于说明，而不是限制本发明。提供了许多具体的细节，例如组件和方法的例子，从而提供对本发明的全面理解。然而，本领域技术人员将认识到本发明的实施例可以在不具有一个或多个具体细节、或者具有其它装置、***、方法、组件和/或类似部件等的情况下实施。在其它例子中，公知的结构或操作并没有具体表示或详细说明，以避免模糊本发明的实施例的各个方面。本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”或者“具体实施例”的提及不一定是对同一实施例的提及，此外结合实施例描述的特定特征、结构或者特点的装置包括在本发明的至少一个实施例中，但不一定包括在所有实施例中。
应当理解的是图中表示的一个或多个元件还可以以更加单独或集成的方式实施，甚或根据特定的应用将其去掉也是有益的。说明书和整个权利要求书所使用的单数形式，除非上下文表明之外，其包括复数个指代对象。
因此，尽管本发明已经在此参照本发明的特定实施例进行了说明，但修改的范围、各种改变和替换也应在前述说明书的范围内。应当理解的是，本发明不限于权利要求中所使用的特定术语，而是，本发明将包括权利要求范围内的所有实施例和等同物。

Claims (2)

1.一种电力转换***，其特征在于包含：
可变电压转换器，其具有设置为对电动车辆的牵引电池提供电力的集成电池充电器部分以及具有通过电感连接到所述集成电池充电器部分的电压控制部分；以及
联接到所述可变电压转换器的逆变器，所述逆变器设置为对所述电动车辆的永磁同步电机提供电力； 
其中所述牵引电池联接到所述可变电压转换器，所述可变电压转换器设置为从所述牵引电池接收DC动力输入，可变电压转换器设置为在牵引电池和逆变器侧之间提供双向升压和降压，当结合到电动车辆的电动驱动***中时，可变电压转换器设置为在高车速和低车速运行过程中都对联接到其上的牵引电池充电，集成电池充电器部分和电压控制部分的运行是独立控制的，以得到需要的可变电压转换器输出电压，从而允许双向电力流动，其中电压能够在贯穿可变电压转换器的任何方向上增加。
2.根据权利要求1所述的电力转换***，其特征在于，进一步包含联接到所述可变电压转换器的软启动二极管，所述软启动二极管设置为通过ac电源插头接收ac电力。
3. 根据权利要求1所述的电力转换***，其特征在于，所述集成电池充电器包含具有第一晶体管和第二晶体管的相位脚，所述第一晶体管与第一二极管并联配对，并且所述第二晶体管与第二二极管并联配对。
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2523822B1 (de) * 2010-01-15 2017-02-08 MAGNA STEYR Engineering AG & Co KG Energieuebertragungsstrang
US9302588B2 (en) 2012-06-29 2016-04-05 Ford Global Technologies, Llc Vehicle system for evaluating a voltage converter
CN103066666B (zh) * 2013-01-22 2015-08-26 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 一种升压型电池充电管理***及其控制方法
US9566916B2 (en) * 2013-03-11 2017-02-14 Ford Global Technologies, Llc Hybrid electric vehicle power-up sequencing with VVC test
US20140265945A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Infineon Technologies Austria Ag Electric Drive System
US9766052B2 (en) 2013-04-22 2017-09-19 Ford Global Technologies, Llc System and method for determining rotor position offset of an electric machine
DE102013208287A1 (de) 2013-05-06 2014-11-06 Robert Bosch Gmbh Hochvolt-Bordnetzstruktur für Fahrzeuge
JP5742879B2 (ja) * 2013-05-21 2015-07-01 トヨタ自動車株式会社 車両用の回転電機の制御装置
US9527402B2 (en) * 2014-01-23 2016-12-27 Johnson Controls Technology Company Switched passive architectures for batteries having two different chemistries
US9527401B2 (en) * 2014-01-23 2016-12-27 Johnson Controls Technology Company Semi-active architectures for batteries having two different chemistries
WO2015016966A2 (en) 2013-07-31 2015-02-05 Johnson Controls Technology Company Switched passive architectures for batteries having two different chemistries
US8994215B1 (en) * 2013-10-08 2015-03-31 Percy Davis Self-recharging electric generator system
US10020721B2 (en) 2013-10-08 2018-07-10 Percy Davis Self-recharging electric generator system
US9853544B2 (en) * 2013-11-25 2017-12-26 Ford Global Technologies, Llc Switching overlap avoidance system for controlling power supply system
US9834098B2 (en) * 2014-01-30 2017-12-05 General Electric Company Vehicle propulsion system with multi-channel DC bus and method of manufacturing same
KR102308028B1 (ko) * 2014-06-09 2021-09-30 엘지전자 주식회사 모터 구동장치 및 이를 구비하는 공기조화기
KR102350484B1 (ko) * 2014-12-01 2022-01-17 삼성전자주식회사 모터 구동 장치, 이를 포함하는 공기조화기 및 그의 제어방법
US11476044B2 (en) 2015-03-09 2022-10-18 Ford Global Technologies, Llc Electrified vehicle cable having an inductor portion
US10189574B2 (en) 2015-12-10 2019-01-29 General Electric Company Electric vehicle propulsion systems and methods of assembling the same
US10351253B2 (en) 2015-12-30 2019-07-16 General Electric Company Battery integrated isolated power converter and systems for electric vehicle propulsion
US10454381B2 (en) * 2016-09-15 2019-10-22 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Variable DC link converter and transformer for wide output voltage range applications
US10173534B2 (en) 2017-01-12 2019-01-08 Ford Global Technologies, Llc Variable voltage converter control in vehicles
CN106985671B (zh) * 2017-05-31 2019-07-26 北京新能源汽车股份有限公司 一种车载双向充电机、车载双向供电方法及装置
JP6904185B2 (ja) * 2017-09-13 2021-07-14 株式会社村田製作所 Ｄｃ−ｄｃコンバータおよび電源システム
US10611363B2 (en) 2017-10-12 2020-04-07 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for operating a variable voltage controller
KR20220127370A (ko) * 2017-10-13 2022-09-19 디씨벨 인크. 전기 자동차 배터리 충전기
US10759287B2 (en) 2017-10-13 2020-09-01 Ossiaco Inc. Electric vehicle battery charger
US10965207B2 (en) 2018-02-26 2021-03-30 Ford Global Technologies, Llc Interleaved variable voltage converter
US11040632B2 (en) 2018-06-04 2021-06-22 Ford Global Technologies, Llc Interleaved variable voltage converter
US10790763B2 (en) * 2018-06-12 2020-09-29 Ford Global Technologies, Llc HEV e-drives with HV boost ratio and wide DC bus voltage range
DE102019200875A1 (de) 2019-01-24 2020-07-30 Audi Ag Hochvoltbatterieeinheit für ein Elektrofahrzeug
US10790680B1 (en) * 2019-05-13 2020-09-29 James Nguyen Fast charging battery pack and methods to charge fast
US11084388B2 (en) 2019-05-13 2021-08-10 James Nguyen Fast charging battery pack and methods to charge fast

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5694307A (en) * 1996-09-30 1997-12-02 Alliedsignal Inc. Integrated AC/DC and DC/DC converter
US5710699A (en) * 1996-05-28 1998-01-20 General Electric Company Power electronic interface circuits for batteries and ultracapacitors in electric vehicles and battery storage systems
CN1815870A (zh) * 2004-11-15 2006-08-09 通用电气公司 双向降压－升压功率变换器、电起动机－发电机***及方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4956762A (en) * 1989-01-13 1990-09-11 S-V Technology, Inc Controlled switched bridge-based power reconfiguring apparatus
US5229650A (en) * 1990-11-07 1993-07-20 Yuasa Battery Company Limited Uniterruptible power system
US5373195A (en) * 1992-12-23 1994-12-13 General Electric Company Technique for decoupling the energy storage system voltage from the DC link voltage in AC electric drive systems
JPH0835713A (ja) * 1994-07-26 1996-02-06 Fujitsu General Ltd 空気調和機の制御方法およびその装置
US5659240A (en) * 1995-02-16 1997-08-19 General Electric Company Intelligent battery charger for electric drive system batteries
GB9821434D0 (en) 1998-10-03 1998-11-25 Grant Duncan A battery management system
US6160722A (en) * 1999-08-13 2000-12-12 Powerware Corporation Uninterruptible power supplies with dual-sourcing capability and methods of operation thereof
EP1211791B1 (en) * 2000-12-04 2011-02-16 Nec Tokin Corporation Symmetrical DC/DC converter with synchronous rectifiers having an operational amplifier in the driver circuit
US6548985B1 (en) 2002-03-22 2003-04-15 General Motors Corporation Multiple input single-stage inductive charger
AU2003243627A1 (en) * 2002-06-18 2003-12-31 Ingersoll-Rand Energy Systems Corporation Microturbine engine system
US6788033B2 (en) * 2002-08-08 2004-09-07 Vlt, Inc. Buck-boost DC-DC switching power conversion
JP4665809B2 (ja) * 2006-03-24 2011-04-06 トヨタ自動車株式会社 電動機駆動制御システム
US20080205109A1 (en) 2007-02-26 2008-08-28 Lear Corporation Energy distribution system for vehicle
WO2009055474A1 (en) * 2007-10-23 2009-04-30 And, Llc High reliability power systems and solar power converters
US7889524B2 (en) 2007-10-19 2011-02-15 Illinois Institute Of Technology Integrated bi-directional converter for plug-in hybrid electric vehicles
US20090108677A1 (en) 2007-10-29 2009-04-30 Linear Technology Corporation Bidirectional power converters
US8080973B2 (en) * 2008-10-22 2011-12-20 General Electric Company Apparatus for energy transfer using converter and method of manufacturing same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5710699A (en) * 1996-05-28 1998-01-20 General Electric Company Power electronic interface circuits for batteries and ultracapacitors in electric vehicles and battery storage systems
US5694307A (en) * 1996-09-30 1997-12-02 Alliedsignal Inc. Integrated AC/DC and DC/DC converter
CN1815870A (zh) * 2004-11-15 2006-08-09 通用电气公司 双向降压－升压功率变换器、电起动机－发电机***及方法

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Publication number Publication date
US20110170318A1 (en) 2011-07-14
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