用于多电池电源中的反馈感测的设备和方法

文档序号:9291977阅读:518来源:国知局
用于多电池电源中的反馈感测的设备和方法
【专利说明】用于多电池电源中的反馈感测的设备和方法
【背景技术】
[0001] 本发明涉及多电池电源。更特别地,本发明涉及用于多电池电源中的反馈感测的 设备和方法。

【发明内容】

[0002] 在本发明的第一方面中,提供了多电池电源,多电池电源用于从源接收电力并且 在输出端子处将电力传递到负载。多电池电源包括被親合到源的第一电力电池和第一电流 传感器电路。第一电力电池提供第一输出电流,并且包括被耦合到多电池电源的参考节点 的第一输出端子、和被親合到输出端子的第二输出端子。第一电流传感器电路包括第一电 流传感器和电源。第一电流传感器被耦合到第一电力电池的第一输出端子,并且测量第一 输出电流。电源被耦合到第一电力电池的参考节点或浮动地节点,并且将电力提供到第一 电流传感器。
[0003] 在本发明的第二方面中,提供了多电池电源,多电池电源用于从源接收电力并且 在输出端子处将电力传递到负载。多电池电源包括被親合到源的第一电力电池。第一电力 电池包括被耦合到多电池电源的参考节点的第一输出端子、被耦合到输出端子的第二输出 端子、以及第一电阻器网络、第二电阻器网络和浮动地节点。第一电阻器网络被耦合在第一 电力电池的第一输出端子和第一电力电池的浮动地节点之间。第二电阻器网络被親合在第 一电力电池的第二输出端子和第一电力电池的浮动地节点之间。第一电阻器网络提供第一 电力电池的第一反馈电压,并且第二电阻器网络提供第一电力电池的第二反馈电压。
[0004] 在本发明的第三方面中,提供了用于与多电池电源一起使用的方法,多电池电源 从源接收电力并且在输出端子处将电力传递到负载。该方法包括:(a)将第一电力电池耦 合到源,第一电力电池提供第一输出电流;(b)将第一电力电池的第一输出端子耦合到多 电池电源的参考节点;(c)将第一电力电池的第二输出端子親合到输出端子;(d)将第一 电流传感器电路耦合到第一电力电池,第一电流传感器电路包括第一电流传感器和电源; (e)将第一电流传感器親合到第一电力电池的第一输出端子;(f)将第一电流传感器电路 的电源耦合到第一电力电池的参考节点或浮动地节点,其中,第一电流传感器电路的电源 将电力提供到第一电流传感器;以及(g)使用第一电流传感器以测量第一输出电流。
[0005] 根据下面的详细描述、所附权利要求和随附附图,本发明的其它特征和方面将变 得更全面地明显。
【附图说明】
[0006] 根据结合后面的附图考虑的后面详细描述,本发明的特征可以被更加清楚地理 解,在附图中,贯穿附图,相同的参考标号指明相同的元件,并且在附图中: 图1A是先前已知的多电池电源的框图; 图1B是图1A的先前已知的多电池电源的更详细的框图; 图2是根据本发明的示例多电池电源的框图; 图3A是图2的多电池电源的示例电力电路的框图; 图3B是图2的多电池电源的替换示例电力电路的框图; 图3C是图2的多电池电源的另一替换示例电力电路的框图; 图4A是图2的多电池电源的示例电流传感器电路和电力电池的框图; 图4B是图2的多电池电源的替换示例电流传感器电路和电力电池的框图; 图5是根据本发明的替换示例多电池电源的框图; 图6是图5的多电池电源的示例电力电路的框图;以及 图7是图5的多电池电源的示例电力电池的框图。
【具体实施方式】
[0007] 诸如在Hammond的美国专利No. 5, 625, 545、Aiello等人的美国专利No. 6, 014, 323、Hammond的美国专利No. 6, 166, 513、Rastogi等人的美国专利No. 7, 508, 147 和Hammond等人的美国专利No. 8, 169, 107中描述的先前已知的多电池电源使用模块化电 力电池来将中等电压电力传递到诸如三相AC马达的负载,上述专利中的每个被针对所有 目的在其整体上通过引用而合并于此。
[0008] 如在此使用的那样,"中等电压"是大于约690V且小于约69kV的电压,并且"低电 压"是小于约690V的电压。本领域普通技术人员将理解的是,其它电压水平可以被指定为 "中等电压"和"低电压"。例如,在一些实施例中,"中等电压"可以是约ikV和约69kV之间 的电压,并且"低电压"可以是小于约lkV的电压。
[0009] 例如,图1A-1B图解从AC源接收三相电力并且将电力传递到负载12 (例如,三相 AC马达)的先前已知的多电池电源10。如图1A中示出的那样,多电池电源10包括变压器 14、电力电路16、控制器18、电流传感器20和电阻器网络,电阻器网络包括电阻器R1和R2。
[0010] 如图1B中示出的那样,变压器14包括激发九个次级绕组14sl_14s9的初级绕 组14p,并且电力电路16包括分别被耦合到变压器14的次级绕组14sl-14s9的电力电池 16al、16bl、…、16c3。电力电池16al、16bl、…、16c3被配置为将中等电压输出电力提供 到负载12。
[0011] 特别是,由一组串联连接的电力电池16al、16bl、…、16c3对电力电路16的每个 输出相进行馈送。电力电池16al、16a2和16a3被串联親合在第一相组中,电力电池16bl、 16b2和16b3被串联耦合在第二相组中,并且电力电池16cl、16c2和16c3被串联耦合在 第三相组中。每个相输出电压是相组中的电力电池的输出电压之和。例如,如果电力电池 16al、16bl、…、16c3中的每个具有约600V的最大输出电压幅度,贝lj电力电路16的每个相 可以产生在中性之上的约1800V的最大输出电压幅度。在这点上,电力电路16使用电力电 池16al、16bl、."、16c3将中等电压电力传递到负载12,电力电池16al、16bl、."、16c3包 括被额定用于比额定输出电压基本上更低的电压的部件。
[0012] 电力电池16al、16bl、…、16c3中的每个被耦合(例如,经由光纤通信链路)到控制 器18,控制器18使用电流反馈和电压反馈以控制电力电池16al、16bl、…、16c3的操作。 特别是,电流传感器20b和20c感测电力电路16的输出电流,并且把与感测到的电流对应 的输出信号提供到控制器18。通过如下等式来确定与相A对应的电流: iA= -iB-iC 电流传感器20b和20c的每个可以包括被耦合到低电压供给(例如,± 15V)的霍尔效 应换能器,并且提供与测量到的电流成比例的低电压输出信号。电流传感器20b和20c的 低电压供给和输出信号被直接连接到控制器18。因此,电流传感器20b和20c要求针对用 于正常操作的额定输出线路到地电压(例如,2400V)的隔离、以及针对用于在地故障下的操 作的额定的线路到线路电压(例如,4160V)的隔离。
[0013] 然而,在商业上可获得的电流传感器典型地不具有这样的高隔离额定值。作为结 果,先前已知的多电池电源典型地使用专门的技术以提供针对电流传感器20b和20c的中 等电压隔离,诸如使用通过电流传感器的被屏蔽的线缆。这样的技术要求具有大孔径的电 流传感器以容纳被屏蔽的线缆的更大导体尺寸,这增加电流传感器实现的成本和复杂度。
[0014] 此外,电阻器R1和R2被耦合到电力电路16的输出总线,并且将电压反馈提供到 控制器18。典型地,R2 >>R1,以使得被衰减的反馈电压信号比电力电路16的额定输出电 压更小得多。例如,R1可以是约4.8kQ,并且取决于多电池电源10的所要求的输出电压, R2可以在约1.7MQ到约21 之间。为了避免使附图模糊,在图1B中,电阻器R1和R2 的单个集合被示出被耦合到电力电路16的单个相输出。典型地,分离的电阻器R1和R2的 集合被耦合到电力电路16的每个输出相。
[0015] 典型地使用高电压电阻器来实现电阻器R2,高电压电阻器包括多个串联耦合的电 阻器以缓解潜在的故障效果。高电压电阻器是笨重的,并且包括R1和R2的电阻器网络要求 专门的测试以够格用于高电压操作,并且要求多电池电源10的高电压区段中的专用空间。 此外,因为多电池电源10可以被用于提供一定范围的输出电压,所以必须取决于所要求的 输出电压而使用不同的R2值。
[0016] 进一步地,到电阻器R2的高电压连接、以及到电阻器R1和控制器18的低电压反 馈连接要求通过其中存在高电压的机柜的小心的路线。低电压布线的这样的路线可能将噪 声引入到反馈信号中。所有这些因素增加使用衰减器电阻器来实现电压感测的成本和复杂 度。
[0017] 根据本发明的设备和方法使用由其电流正在被测量的电力电池供电并且被耦合 到该电力电池的电流传感器电路来提供用于多电池电源的电流
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