(57)【要約】      （修正有）【課題】ホイールローダ等、あらゆる種類の実用車に、環境的な効率と経済的な効率を向上させるハイブリッド電気車両を提供する。【解決手段】高電圧ＤＣバスと、内燃機関１０１がスイッチドリラクタンス機である非自励発電機／モータ１０２に機械的に連結される。車両を動かし、電力を回生するために、ＤＣ−ＡＣデュアルインバータ１０８，１０９と、ＡＣスイッチドリラクタンス非自励走行用モータ１１０，１１１，１１２，１１３を高電圧ＤＣバスに電気的且つ双方向に連結する。高電圧ＤＣバスにはウルトラキャパシタ１０４が連結される。低電圧ＤＣバッテリ１０７と高電圧ＤＣバスとの間に介在する双方向のＤＣ−ＤＣコンバータ１０６が、高電圧ＤＣバスおよびウルトラキャパシタ１０４にエネルギーを転送して、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２が内燃機関１０１を確実に始動できるようにする。【選択図】図１Ａ
2014162480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリーズ電気ハイブリッド車両であって、
前記車両の推進および動作のために該車両に電力を提供する非自励発電機／モータと、
前記非自励発電機／モータに連結されたインバータと、
高電圧ＤＣバスと、
前記車両を推進する複数の車輪と、
１つ以上のＡＣ非自励走行用モータ／発電機と、
前記高電圧ＤＣバスと、前記複数の車輪の１つ以上にそれぞれ取り付けられた前記１つ以上のＡＣ非自励走行用モータ／発電機との間で双方向に電力を伝達する１つ以上の小型デュアルインバータと、
内燃機関と、
前記高電圧ＤＣバスに電気的に連結されたウルトラキャパシタバンクと、
少なくとも１つの１２または２４ボルトＤＣバッテリを備えた従来型の低電圧システムと、
前記内燃機関を始動するために、また該内燃機関の始動後に前記１２または２４ボルトＤＣバッテリの充電状態を維持するために、前記ウルトラキャパシタバンクを事前充電することを目的として、前記１２または２４ボルトＤＣバッテリと前記ウルトラキャパシタバンクとの間で電力を伝達する双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと
を含み、
前記ＡＣ非自励走行用モータ／発電機と関連付けられた前記小型デュアルインバータが、発電機モードまたはモータモードで動作するように構成され
前記ＡＣ非自励走行用モータ／発電機が、前記車輪との組み合わせで推進力と回生制動とを提供するように構成され
前記内燃機関が、前記車両に電力を提供して該車両を推進および動作させるために前記非自励発電機／モータに連結され、
前記インバータが、前記非自励発電機／モータが発電機モードで動作しているときに前記高電圧ＤＣバスに電力を供給し、前記非自励発電機／モータがモータモードで動作しているときに該非自励発電機／モータに電力を供給するように、前記高電圧ＤＣバスとの間で双方向に電力を供給し、
前記ウルトラキャパシタバンクが、発電機モードで動作している前記ＡＣ非自励走行用モータ／発電機からの回生エネルギーを格納し、前記内燃機関を始動するためにモータモードで動作している前記非自励発電機／モータに連結された前記インバータにエネルギーを供給する
シリーズ電気ハイブリッド車両。
【請求項２】
発電機モードで動作している前記ＡＣ非自励走行用モータ／発電機からの過剰な回生エネルギーを放散するレジスタバンクをさらに含む請求項１記載のシリーズ電気ハイブリッド車両。
【請求項３】
モータモードで動作している前記非自励発電機／モータを使用して、機関圧縮制動を作動させながら前記内燃機関を逆駆動することにより、前記車両からの過剰な運動エネルギーを放散する請求項１記載のシリーズ電気ハイブリッド車両。
【請求項４】
高電圧ＤＣバスと、
前記高圧ＤＣバスにエネルギーを供給する非自励発電機／モータを駆動する内燃機関と、
２つのＡＣ走行用モータ／発電機／歯車減速機を駆動して前記車両を動かし回生制動からエネルギーを回収する双方向の後車軸ＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータと、
２つのＡＣ走行用モータ／発電機／歯車減速機を駆動して前記車両を動かし回生制動からエネルギーを回収する双方向の前車軸ＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータと、
少なくとも１つの１２または２４ボルトＤＣバッテリと、
前記高電圧ＤＣバスに電気的に連結されたウルトラキャパシタと、
前記１２または２４ボルトＤＣバッテリと前記高電圧ＤＣバスとの間に介在し、該１２または２４ボルトＤＣバッテリと該高電圧ＤＣバスおよび前記ウルトラキャパシタとの間でエネルギーを転送する双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと
を含み、
前記非自励発電機／モータが、前記内燃機関を始動するために該内燃機関に連結され、
前記ウルトラキャパシタが、前記内燃機関を始動するために、前記非自励発電機／モータに連結されたインバータにエネルギーを供給するハイブリッド電気車両。
【請求項５】
レジスタバンクをさらに含み、
前記後車軸および前車軸ＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータが、エネルギーを回生し該エネルギーを前記少なくとも１つの１２または２４ボルトＤＣバッテリおよび／または前記ウルトラキャパシタに格納する整流手段を含む請求項４記載のハイブリッド電気車両。
【請求項６】
高電圧ＤＣバスと、
内燃機関と、
前記内燃機関に機械的に連結したスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータと、
前記スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに連結し、該スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータと前記高電圧ＤＣバスとの間で電力を双方向に伝達するインバータと、
第１前輪を駆動し、推進力および／または回生制動を提供する、スイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機である第１前方ＡＣ走行用モータ／発電機と、
第２前輪を駆動し、推進力および／または回生制動を提供する、スイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機である第２前方ＡＣ走行用モータ／発電機と、
第１後輪を駆動し、推進力および／または回生制動を提供する、スイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機である第１後方ＡＣ走行用モータ／発電機と、
第２後輪を駆動し、推進力および／または回生制動を提供する、スイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機である第２後方ＡＣ走行用モータ／発電機と、
前記高電圧ＤＣバスと電気通信を行い、前記第１前方ＡＣ走行用モータ／発電機および前記第１前輪を駆動するために前記高電圧ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、前記第２前方ＡＣ走行用モータ／発電機および前記第２前輪を駆動するために前記高電圧ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する第１小型デュアルインバータと、
前記高電圧ＤＣバスと電気通信を行い、前記第１後方ＡＣ走行用モータ／発電機および前記第１後輪を駆動するために前記高電圧ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、前記第２後方ＡＣ走行用モータ／発電機および前記第２後輪を駆動するために前記高電圧ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する第２小型デュアルインバータと、
前記高電圧ＤＣバスに電気的に連結されたウルトラキャパシタバンクと、
少なくとも１つの１２または２４ボルトＤＣバッテリを備えた従来型の低電圧システムと、
双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと
を含み、
前記スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータが、発電機モードで電力を供給する発電機として動作し、モータモードで電力を受け取るモータとして動作し、
前記ウルトラキャパシタバンクが、
回生モードで動作している前記第１前方ＡＣ走行用モータ／発電機および前記第２前方ＡＣ走行用モータ／発電機によって供給される回生エネルギーを前記第１小型デュアルインバータから格納し、
回生モードで動作している前記第１後方ＡＣ走行用モータ／発電機および前記第２後方ＡＣ走行用モータ／発電機によって供給される回生エネルギーを前記第２小型デュアルインバータから格納し、
前記スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータが発電機モードで動作しているときに、該スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに連結された前記インバータからエネルギーを格納し、
前記スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータがモータモードで動作しているときに、該スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに連結された前記インバータにエネルギーを供給して前記内燃機関を始動し、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータが、
前記１２または２４ボルトＤＣバッテリの電圧を昇圧し、該１２または２４ボルトＤＣバッテリと前記ウルトラキャパシタバンクとの間で電力を伝達して、前記内燃機関を始動するために前記ウルトラキャパシタバンクを事前充電し、
前記内燃機関が始動した後、前記高電圧ＤＣバスの電圧を降圧して、前記１２または２４ボルトＤＣバッテリの充電状態を維持する
ハイブリッド電気車両。
【請求項７】
発電機モードで動作している前記ＡＣ走行用モータ／発電機からの過剰な回生エネルギーを消費するレジスタバンクをさらに含む請求項６記載のハイブリッド電気車両。
【請求項８】
モータモードで動作している前記スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータを使用して、機関圧縮制動を動作させながら前記内燃機関を逆駆動することにより、前記車両からの過剰な運動エネルギーを放散する請求項６記載のハイブリッド電気車両。
【請求項９】
前記非自励発電機／モータがスイッチドリラクタンス機である請求項１記載のシリーズ電気ハイブリッド車両。
【請求項１０】
前記非自励発電機／モータが前記車両の電気エネルギーの主供給源である請求項１記載のシリーズ電気ハイブリッド車両。
【請求項１１】
前記スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータが車両の電気エネルギーの主供給源である請求項６記載のハイブリッド電気車両。
【請求項１２】
内燃機関と、
発電機モードまたはモータモードで動作するＡＣ非自励発電機／モータと、
高電圧ＤＣバスと、
前記高電圧ＤＣバスに常時接続されたウルトラキャパシタバンクと、
前記ＡＣ非自励発電機／モータからのＡＣ電力を前記高電圧ＤＣバスおよび前記ウルトラキャパシタバンクに供給するためにＤＣ電力に変換するＡＣ−ＤＣインバータと、
低電圧ＤＣバッテリと、
前記低電圧ＤＣバッテリから前記ウルトラキャパシタバンクを充電し、モータモードで動作している前記ＡＣ非自励発電機／モータに初期励起エネルギーを提供して前記内燃機関を起動する手段と
を含むハイブリッド電気システム。
【請求項１３】
前記ウルトラキャパシタバンクが、前記ＡＣ非自励発電機／モータをモータモードで使用して前記内燃機関を始動し、それによって従来型の低電圧機関スタータを置換できるように、前記低電圧ＤＣバッテリからの十分なエネルギーで充電される請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項１４】
前記ウルトラキャパシタバンクを充電するために使用する前記手段が、前記低電圧ＤＣバッテリの充電状態を維持し、それによって従来型の低電圧オルタネータを不要にする双方向のＤＣ−ＤＣコンバータである請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項１５】
小型デュアルインバータと、
複数の車輪と、
前記複数の車輪のいずれかにそれぞれ相互接続された複数の非自励走行用モータ／発電機と
をさらに含み、
前記小型デュアルインバータが、前記ウルトラキャパシタバンクに接続された双方向のＤＣ−ＡＣインバータであり、前記ウルトラキャパシタバンクとの間および前記非自励走行用モータ／発電機との間でエネルギーを転送する請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項１６】
前記ＡＣ非自励発電機／モータが、過剰な回生制動エネルギーを放散するために、モータモードで動作して前記内燃機関と関連する機関制動とを逆駆動する請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項１７】
前記ＡＣ非自励発電機／モータがスイッチドリラクタンス機である請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項１８】
前記ウルトラキャパシタバンクが、通常の動作条件下での前記低電圧ＤＣバッテリからの事前充電に依存せずに迅速な機関始動を実現できるように、機関停止前に所定の最大充電状態まで駆動される請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項１９】
前記低電圧ＤＣバッテリから前記ウルトラキャパシタバンクを充電する前記手段が、モータモードで動作している前記ＡＣ非自励発電機／モータに初期励起エネルギーを提供して前記内燃機関を始動する請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項２０】
１つ以上の前記小型デュアルインバータが、動きを回避できるだけの十分に低い電力で動作するか、または前記非自励走行用モータ／発電機を対向するトルクで動作させることにより、前記ウルトラキャパシタバンク内のエネルギーの一部を前記非自励走行用モータ／発電機の巻線に放電して、前記システムの安全な稼働を実現する請求項１５記載のハイブリッド電気システム。
【請求項２１】
発電機モードまたはモータモードで動作可能な非自励発電機／モータと、
電力インバータと、
高電圧ＤＣバスと、
前記高電圧ＤＣバスに接続されたウルトラキャパシタと、
低電圧ＤＣバッテリと、
双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと
を含み、前記ウルトラキャパシタバンクが、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して前記低電圧ＤＣバッテリからエネルギーを転送することにより使用可能な動作電圧まで充電され、
前記ウルトラキャパシタが使用可能な電圧まで充電されたときに、前記非自励発電機／モータが前記電力インバータによって駆動されるハイブリッド電気システム。
【請求項２２】
前記内燃機関の始動後、前記ＤＣ−ＤＣコンバータが前記低電圧ＤＣバッテリを充電する請求項２１記載のハイブリッド電気システム。
【請求項２３】
走行用モータをさらに含む請求項２１記載のハイブリッド電気システム。
【請求項２４】
複数の走行用モータをさらに含む請求項２２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項２５】
前記走行用モータが、自励永久磁石埋込型モータ、非自励モータ、ＡＣモータ、ＤＣモータのいずれかである請求項２３記載のハイブリッド電気システム。
【請求項２６】
前記走行用モータが、自励永久磁石埋込型モータ、非自励モータ、ＡＣモータ、ＤＣモータのいずれかである請求項２４記載のハイブリッド電気システム。
【請求項２７】
ハイブリッド電気車両の制御方法であって、
ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量を設定するステップと、
高電圧ＤＣバスの最小電圧を設定するステップと、
内燃機関を始動するための十分なエネルギーが前記ウルトラキャパシタバンクにあるか判断するステップと、
前記内燃機関を始動するための十分なエネルギーが前記ウルトラキャパシタバンクにない場合、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して低電圧ＤＣバッテリから前記ウルトラキャパシタバンクにエネルギーを転送するステップと、
前記内燃機関を始動するための十分なエネルギーが前記ウルトラキャパシタバンクにある場合、モータモードで動作している非自励発電機／モータを使用して前記内燃機関を始動するステップと、
前記ハイブリッド電気車両の回収可能なエネルギーを計算するステップと、
前記ハイブリッド電気車両の前記ウルトラキャパシタバンクのエネルギーを計算するステップと、
計算された回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンクのエネルギーとの合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満であるか判断するステップと、
計算された回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンクのエネルギーとの合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満でない場合に、前記内燃機関をアイドル状態に設定し、発電機モードで動作している前記非自励発電機／モータからの電力生成をゼロに設定するステップと、前記内燃機関がアイドル状態であり、発電機モードで動作している前記非自励発電機／モータが電力を生成しない状態で、待機するステップと、回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンク内のエネルギーとの合計を再計算し、再計算された合計が、前記ハイブリッド電気車両によるエネルギー消費に起因して、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満であるか再判断するステップと、再計算された合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満でない場合に、前記内燃機関を停止するステップと、
計算された回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンク内のエネルギーとの合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満である場合に、前記内燃機関の速度を最良の正味燃料消費率速度に設定し、発電機モードで動作している前記非自励発電機／モータからの電力を最大に設定するステップと、
制動命令が存在するか判断するステップと、
前記制動命令が存在する場合に、該制動命令に比例し且つ安定限界内で、非自励走行用モータ／発電機に負トルク命令を送るステップと、
前記制動命令が存在しない場合に、前記高電圧ＤＣバスの電圧が該高電圧ＤＣバスの前記最小電圧より大きいか判断するステップと、
前記高電圧ＤＣバスの電圧が該高電圧ＤＣバスの前記最小電圧より大きくない場合に、前記非自励走行用モータ／発電機にゼロトルク命令を送るステップと、
前記高電圧ＤＣバスの電圧が該高電圧ＤＣバスの前記最小電圧より大きい場合に、アクセル命令を読み取るステップと、
車両速度が最大許容速度未満であるか判断するステップと、
車両速度が最大世用速度未満でない場合に、前記非自励走行用モータ／発電機にゼロトルク命令を送るステップと
シフトセレクタが前進ギアである場合に、アクセル信号に比例し且つ安定限度内で、前記非自励走行用モータ／発電機に正トルク命令を送るステップと、
前記シフトセレクタが前進ギアでない場合に、アクセル信号に比例し且つ安定限度内で、前記非自励走行用モータ／発電機に負トルク命令を送るステップと
を含む方法。
【請求項２８】
前記非自励走行用モータ／発電機がスイッチドリラクタンス機である請求項２７記載のハイブリッド電気車両の制御方法。
【請求項２９】
前記内燃機関を始動する前記非自励発電機／モータがスイッチドリラクタンス機である請求項２７記載のハイブリッド電気車両の制御方法。
【請求項３０】
計算された回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンクのエネルギーとの合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満でない場合に、前記内燃機関をアイドル状態に設定し、発電機モードで動作している前記非自励発電機／モータからの電力生成をゼロに設定するステップと、前記内燃機関がアイドル状態であり、発電機モードで動作している前記非自励発電機／モータが電力を生成しない状態で、待機するステップと、回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンク内のエネルギーとの合計を再計算し、再計算された合計が、前記ハイブリッド電気車両によるエネルギー消費に起因して、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満であるか再判断するステップと、再計算された合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満でない場合に、内燃機関を停止するステップとを含む請求項２７記載のハイブリッド電気車両の制御方法。
【請求項３１】
計算された回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンクのエネルギーとの合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満でない場合に、前記内燃機関をアイドル状態に設定し、発電機モードで動作している前記非自励発電機／モータからの電力生成をゼロに設定するステップと、前記内燃機関がアイドル状態であり、発電機モードで動作している前記非自励発電機／モータが電力を生成しない状態で、待機するステップと、回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンク内のエネルギーとの合計を再計算し、再計算された合計が、前記ハイブリッド電気車両によるエネルギー消費に起因して、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満であるか再判断するステップと、再計算された合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満でない場合に、内燃機関を停止するステップとが、小型デュアルインバータが動きを回避できるだけの十分に低い電力で動作するか、または前記非自励走行用モータ／発電機を対向するトルクで動作させることにより、前記ウルトラキャパシタバンクのエネルギーの一部を前記非自励走行用モータ／発電機の巻線に動きなしで放電して前記車両の安全な稼働を実現するステップと組み合わせて実行される請求項２７記載のハイブリッド電気車両の制御方法。
【請求項３２】
前記ウルトラキャパシタバンクが、前記低電圧ＤＣバッテリからの事前充電に依存せずに迅速な機関始動を実現できるように、前記内燃機関の停止前に所定の最大充電状態まで駆動される請求項２７記載のハイブリッド電気車両の制御方法。
【請求項３３】
制御装置と、
内燃機関と機械的に相互接続され、発電機モードまたはモータモードで動作できる非自励発電機／モータと、
電力インバータと、
高電圧ＤＣバスと、
前記高電圧ＤＣバスに相互接続されたウルトラキャパシタと、
低電圧ＤＣバッテリと、
双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと
を含み、
前記非自励発電機／モータが前記電力インバータと電気的に通信し、
前記制御装置が、前記電力インバータと電気的に通信して該電力インバータを制御し、
前記ウルトラキャパシタが、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して前記低電圧ＤＣバッテリからエネルギーを転送することにより使用可能な動作電圧まで充電され、
前記非自励発電機／モータが、前記制御装置によって制御され、前記ウルトラキャパシタが使用可能な電圧まで充電されているときに前記電力インバータによってモータモードで駆動されて前記内燃機関を始動するハイブリッド電気車両。
【請求項３４】
第１小型デュアルインバータおよび第２小型デュアルインバータと、
前記第１小型デュアルインバータおよび前記第２小型デュアルインバータによって駆動される複数の非自励走行用モータ／発電機と
をさらに含み、前記第１小型デュアルインバータおよび前記第２小型デュアルインバータが前記制御装置によって制御される請求項３３記載のハイブリッド電気車両。
【請求項３５】
前記第１小型デュアルインバータおよび前記第２小型デュアルインバータが電力を双方向に供給できる請求項３４記載のハイブリッド電気車両。
【請求項３６】
前記電力インバータが電力を双方向に供給できる請求項３４記載のハイブリッド電気車両。
【請求項３７】
前記第１小型デュアルインバータおよび前記第２小型デュアルインバータが電力を双方向に供給でき、前記電力インバータが電力を双方向に供給できる請求項３４記載のハイブリッド電気車両。
【請求項３８】
シリーズ電気ハイブリッド車両であって、
化学エネルギーを機械エネルギーに変換する内燃機関と、
前記内燃機関に連結されて機械エネルギーを電力に変換し、該電力を推進およびその他の関連機能のために前記車両に提供する非自励発電機／モータと、
高電圧ＤＣバスと
前記非自励発電機／モータと前記高電圧ＤＣバスとの間で電力を双方向に転送するインバータと、
推進力を提供する走行用モータ／発電機と、
前記走行用モータ／発電機と前記高電圧ＤＣバスとの間で電力を双方向に転送する走行用インバータと、
少なくとも１つの１２または２４ボルトＤＣバッテリを備えた従来型の低電圧システムと、
前記高電圧ＤＣバスに電気的に連結されたウルトラキャパシタバンクと、
前記発電機を励起して前記内燃機関を始動し、該内燃機関の始動後は前記低電圧ＤＣバッテリの充電状態を維持するために、十分なエネルギーを提供する必要がある場合に、前記ウルトラキャパシタバンクを事前充電することを目的として、前記１２または２４ボルトＤＣバッテリと前記ウルトラキャパシタバンクとの間で電力を伝達する双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記ウルトラキャパシタバンクの充電状態と、前記車両の推進動作およびその他の関連機能とを管理する制御ロジックと
を含むシリーズ電気ハイブリッド車両。
【請求項３９】
車両に動力を供給するＡＣ走行用モータに動力を供給するＤＣ−ＡＣインバータをさらに含む請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項４０】
前記ＡＣ走行用モータが、前記ウルトラキャパシタバンクに格納するエネルギーを前記ＤＣ−ＡＣインバータに対して回生する発電機として動作する請求項３９のハイブリッド電気システム。
【請求項４１】
第１インバータと、
前記第１インバータによって駆動される走行用モータ／発電機と
をさらに含み、前記第１インバータが前記制御装置によって制御される請求項３３記載のハイブリッド電気車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年２月２５日に提出された米国仮特許出願第６１７６９０９２号の利益および優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、ハイブリッド電気車両に関する。
【背景技術】
【０００３】
ハイブリッド電気車両技術は、あらゆる種類の車両の効率を向上させる。
ホイールローダ、フロントエンドローダ、掘削機、コンバイン、散布車、およびあらゆる種類の実用車では、環境的な効率と財務的な効率とを向上させる必要がある。
【発明の概要】
【０００４】
ホイールローダは、車両を推進すると共にホイールローダの運動エネルギーおよび位置エネルギーから電力を回生するＡＣスイッチドリラクタンス非自励走行用モータ／発電機を４つ備えたシリーズハイブリッドである。
代替として、走行用モータ／発電機は１つだけ使用することも可能であり、またスイッチドリラクタンスモータ／発電機でなくてもよい。
さらに、ホイールローダは、ホイールローダの動作用にホイールローダに主電力を提供するスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータを含む。
関連するエネルギーの量は多くないが、サイクル数がきわめて多い（毎分４〜８サイクル）ため、回生エネルギーの格納にはウルトラキャパシタバンクを使用する。
【０００５】
ＡＣ走行用モータ／発電機には、スイッチドリラクタンス（ＳＲ）技術を使用するのが好ましい。これは、広い定電力領域、良性な故障モード、低コスト、堅牢性、設計上の柔軟性などの理由による。
同じ理由で、機械に主電力を提供する発電機／モータにもスイッチドリラクタンス（ＳＲ）技術を採用するのが望ましい。
しかし、ＩＰＭ発電機と異なり、ＳＲ（スイッチドリラクタンス）発電機は自励ではない。
これは耐障害性機能としては望ましいが、システムを適切に機能させるためには対処を要する。
スイッチドリラクタンス発電機では、何らかの初期量の電力を供給して発電を開始する必要があり、さもないとシステムは動作／発電しない。
システムに高電圧バッテリパックが含まれていれば、それを使用してスイッチドリラクタンス発電機に必要な励起エネルギーを提供できる。
しかし、ウルトラキャパシタの場合は、初期設置時、点検後、長期にわたる運転停止後など、十分なエネルギーを利用できない状況がある。
【０００６】
使用する発電機技術に関係なく、発電機を利用して内燃機関を始動するのが望ましい。
これにより、スタータとそれに関連するソレノイドおよび巻線とが省略され、システムが簡素化される。
また、これによって起動停止運転が現実的なものとなる。なぜなら、典型的なＤＣブラシ型スタータモータ、ソレノイド、およびリングギアは、起動停止運転に必要な大量のサイクル向けに設計されていないからである。
スイッチドリラクタンス発電機／モータは、従来のスタータに比べて大型の機械であり、より大きな始動トルクと始動回転速度とを提供できる。
また、常時連結も望ましい。ピニオンとリングギアの噛み合いを管理する必要がないからである。
【０００７】
ウルトラキャパシタバンクを使用して、機関を始動するためのエネルギーを提供できる。
しかし、初期設置時など、ウルトラキャパシタバンクが放電しているときがある。
ウルトラキャパシタバンクを直接「ジャンプスタート」するのは、きわめて高い電圧が必要であるため（５００ボルト超）、現実的ではない。
【０００８】
（ＳＲの励起および機関の始動のための）解決策は、比較的低出力（５ｋＷ等）のＤＣ−ＤＣコンバータを設けて、車両の１２または２４ボルトＤＣバッテリのエネルギーをウルトラキャパシタバンクに転送することである。
１２または２４ボルトＤＣバッテリが放電している場合は、その１２または２４ボルトＤＣバッテリに「ジャンプスタート」を適用できる。
この方法のもう１つの利点は、比較的低レベルで長時間に及ぶ電力を使用して、エネルギーの転送を処理できることである。
したがって、バッテリが弱っていて機関を始動するための十分な出力を提供できない場合、そのバッテリで、機関を容易に始動できるレベルまでウルトラキャパシタバンクを充電するための十分な出力を提供できる。
また、この方法では、接触器および電流制限プリチャージ抵抗の典型的な配置を必要とせずに、ウルトラキャパシタバンクと電力インバータのＤＣリンクキャパシタバンクとを事前充電する機構が提供される。
【０００９】
上述した低電力レベルでウルトラキャパシタバンクを充電するには１、２分を要するため、この方法で車両を始動するのは好ましいとは限らず、劣悪な状況の下でのみ使用すべきである。
そこで解決策となるのは、通常の状況下で、停止前にウルトラキャパシタバンクを確実に満充電にすることである。
満充電のキャパシタバンクは、通常、始動のための十分な充電を数週間にわたって維持する。
【００１０】
従来の車両では、２４ボルトＤＣバッテリの充電状態がオルタネータによって維持される。
オルタネータは比較的安価であるが、効率が悪く、信頼性も低い。
ＤＣ−ＤＣコンバータを双方向にして、エネルギーがＤＣリンクから１２または２４ボルトシステムに転送されて充電状態が維持されるようにすれば、オルタネータは不要になる。
これにより、ウルトラキャパシタバンクを充電するためのエネルギー転送をたまにしか行わず、寿命の大半を２４ボルトシステムの充電に費やすＤＣ−ＤＣコンバータを使用することが正当化される。
【００１１】
本発明は、オフハイウェイ（ｏｆｆ−ｈｉｇｈｗａｙ）用途のためのエネルギー均衡工程を含む。
本発明は、ハイブリッドシステムの総エネルギーを、ウルトラキャパシタバンクの最大エネルギー格納容量と等価のレベルに保つ。
たとえば、システムの総エネルギーは、実際のウルトラキャパシタエネルギーに、車両の回収可能な運動エネルギーと、回収可能な補機エネルギーとを加えた値と等価である。
【００１２】
内燃機関とスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータとが発電機モードで動作している状況で、車両の運動エネルギーが低く（車両が動いていない）、且つ油圧システムの潜在的エネルギーが低い（バケットを下げた状態）場合は、ウルトラキャパシタバンクを最大に充電する必要があり、回収可能なエネルギーが車両に存在する場合は、そのエネルギーを後で回収できる程度まで、ウルトラキャパシタバンクの充電状態を下げる必要がある。
つまり、主エネルギー源である発電機による実際のウルトラキャパシタエネルギーは、ウルトラキャパシタエネルギーの最大容量から、車両の運動エネルギーと、回収可能な油圧エネルギー（補機エネルギー）とを差し引いた値と等価である。
【００１３】
回収可能な車両運動エネルギー＝（ｍＶ２/２）−転がり抵抗損失
【００１４】
再生可能な油圧エネルギー＝ｍｇＨ
ここで、ｍはバケットの質量、ｇは重力加速度、Ｈはバケットの高さである。
【００１５】
この方法を使用すると、ウルトラキャパシタバンクで維持される実際のエネルギーレベルは、減数である車両速度の２乗に関連付けられる。
内燃機関が稼働しておらず、車両が動いていない場合、ＤＣ−ＤＣコンバータは、ウルトラキャパシタバンクの充電状態を、必要なときに内燃機関を確実に始動できるレベルに維持する。
【００１６】
機関を始動するためにウルトラキャパシタバンクに必要なエネルギーレベルは、機関冷却液の温度に基づいて推測され、機関が暖まっている場合の約１４ｋＪから、機関が冷えている場合の約２００ｋＪまでの範囲に及ぶ。
２つのタイプ３１（９５ＡＨｒ）２４ＶＤＣバッテリで利用可能なエネルギーは、約７ＭＪである。
１２００ファラドのキャパシタを使用する８００ＶＤＣのウルトラキャパシタバンクは、約１．３ＭＪのエネルギーを格納する。これは、冷えた内燃機関を始動するには十分以上である。
格納された１．３ＭＪのうち、使用できるのは約７００ｋＪだけである。これは、７００ｋＪを使用すると、共通高電圧ＤＣバスの電圧が５００ＶＤＣ未満に低下するからである。
５００ＶＤＣは、インバータが動作できるほぼ最低の電圧である。
【００１７】
ハイブリッド電気車両は、高電圧ＤＣバスと、内燃機関とを含む。
内燃機関は、好ましくはスイッチドリラクタンス機である非自励発電機／モータに機械的に連結される。
電力インバータにより、高電圧ＤＣバスとスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータとが電気的且つ双方向に連結される。
車両を動かし、電力を回生するために、前車軸と後車軸のＤＣ−ＡＣデュアルインバータが、２つのＡＣスイッチドリラクタンス非自励走行用モータ／発電機／歯車減速機を高電圧ＤＣバスに電気的且つ双方向に連結する。
ウルトラキャパシタが高電圧ＤＣバスに連結される。
ここでは、ウルトラキャパシタとウルトラキャパシタバンクとは同じものを意味し、置き換え可能である。
低電圧ＤＣバッテリと高電圧ＤＣバスとの間に介在する双方向のＤＣ−ＤＣコンバータが、高電圧ＤＣバスおよびウルトラキャパシタにエネルギーを転送して、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータが内燃機関を確実に始動できるようにする。
【００１８】
シリーズハイブリッド電気車両は、車両の推進および動作のための電力を提供する非自励発電機／モータと、高電圧ＤＣバスとを含む。
非自励発電機／モータは、発電機モードまたはモータモードで動作可能なスイッチドリラクタンス発電機／モータであることが好ましい。
複数の車輪が、車両を推進する。
１つ以上のＡＣ非自励走行用モータ／発電機が、車両を推進する。
１つ以上の小型デュアルインバータが、高電圧ＤＣバスと、複数の車輪の１つ以上にそれぞれ取り付けられた１つ以上のＡＣ非自励走行用モータ／発電機との間で電力を双方向に伝達する。
ＡＣ非自励走行用モータ／発電機に関連付けられた小型デュアルインバータは、発電機モードまたはモータモードで動作するように構成される。
ＡＣ非自励走行用モータ／発電機は、車輪との組み合わせで推進力と回生制動とを提供するように構成される。
ＡＣ非自励走行用モータ／発電機は、発電機モードまたはモータモードで動作可能なスイッチドリラクタンスモータ／発電機であることが好ましい。
車両の推進および動作のために、車両に電力を供給する非自励発電機／モータに内燃機関が連結されている。
非自励発電機／モータは、電力インバータに連結されている。
電力インバータは、高電圧ＤＣバスとの間で電力を双方向に供給する。
また電力インバータは、非自励発電機／モータが発電機モードで動作しているときに高電圧ＤＣバスに電力を供給し、非自励発電機／モータがモータモードで動作しているときに非自励発電機／モータに電力を供給する。
高電圧ＤＣバスにはウルトラキャパシタバンクが連結される。
ウルトラキャパシタバンクは、発電機モードで動作しているＡＣ非自励走行用モータからの回生エネルギーを格納する。またウルトラキャパシタバンクは、機関を始動するために、モータモードで動作している非自励発電機／モータに連結されたインバータに電力を供給する。
またシリーズハイブリッド電気車両は、少なくとも１つの１２または２４ボルトＤＣバッテリを備える従来型の低電圧システムを含む。
内燃機関を始動するために、また内燃機関の始動後に１２または２４ボルトＤＣバッテリの充電状態を維持するために、ウルトラキャパシタバンクを事前充電することを目的として、１２または２４ボルトＤＣバッテリとウルトラキャパシタバンクとの間で電力を伝達する双方向のＤＣ−ＤＣコンバータが使用される。
オプションで、シリーズハイブリッド電気車両は、発電機モードで動作しているＡＣ非自励走行用モータ／発電機からの過剰な回生エネルギーを放散するレジスタバンクを含む。
さらに、オプションで、シリーズハイブリッド電気車両は、機関圧縮制動を作動させながら内燃機関を逆駆動することにより、車両からの過剰な運動エネルギーを放散する、モータモードで動作している非自励発電機／モータを含む。
シリーズハイブリッド電気車両では、非自励発電機／モータが車両の電気エネルギーの主供給源である。
【００１９】
この本発明の別の例は、高電圧ＤＣバスと内燃機関とを備えるハイブリッド電気車両を含む。
非自励発電機／モータは、発電機モードまたはモータモードで動作可能なスイッチドリラクタンス発電機／モータであることが好ましい。
内燃機関は、非自励発電機／モータを駆動して高電圧ＤＣバスにエネルギーを供給する。
双方向の後車軸ＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータが、２つのＡＣ走行用モータ／発電機／歯車減速機を駆動して車両を動かし、回生制動からエネルギーを回収する。
双方向の前車軸ＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータが、２つのＡＣ走行用モータ／発電機／歯車減速機を駆動して車両を動かし、回生制動からエネルギーを回収する。
高電圧ＤＣバスにウルトラキャパシタが電気的に連結される。
１２または２４ボルトＤＣバッテリと高電圧ＤＣバスとの間に、双方向のＤＣ−ＤＣコンバータが介在する。
ＤＣ−ＤＣコンバータは、１２または２４ボルトＤＣバッテリと高電圧ＤＣバスとの間でエネルギーを転送する。
非自励発電機／モータは、内燃機関を始動するために内燃機関に機械的に連結される。
非自励発電機／モータは、スイッチドリラクタンス機であることが好ましい。
ウルトラキャパシタは、内燃機関を始動するために、非自励発電機／モータに連結されたインバータにエネルギーを供給する。
オプションで、このハイブリッド電気車両の例は、レジスタバンクを含み、双方向のＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータが、エネルギーを回生し該エネルギーをバッテリおよび／またはウルトラキャパシタに格納する整流手段を含む。
【００２０】
ハイブリッド電気車両の別の例は、高電圧ＤＣバスと内燃機関とを含む。
内燃機関は、スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに機械的に連結されている。
スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータは、発電機モードで、電力を供給する発電機として動作する。
スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータは、モータモードで、電力を受け取るモータとして動作する。
スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータは、電力インバータに連結されている。
電力インバータは、高電圧ＤＣバスとスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータとの間で電力を双方向に伝達する。
第１前方ＡＣ走行用モータ／発電機が第１前輪を駆動する。
第１前方ＡＣ走行用モータ／発電機は、スイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機である。
第１前方ＡＣ走行用モータ／発電機は、推進力および／または回生制動を提供する。
第２前方ＡＣ走行用モータ／発電機が第２前輪を駆動する。
第２前方ＡＣ走行用モータ／発電機は、スイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機である。
第２前方ＡＣ走行用モータ／発電機は、推進力および／または回生制動を提供する。
第１後方ＡＣ走行用モータ／発電機が第１後輪を駆動する。
第１後方ＡＣ走行用モータ／発電機は、スイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機である。
第１後方ＡＣ走行用モータ／発電機は、推進力および／または回生制動を提供する。
第２後方ＡＣ走行用モータ／発電機が第２後輪を駆動する。
第２後方ＡＣ走行用モータ／発電機は、スイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機である。
第２後方ＡＣ走行用モータ／発電機は、推進力および／または回生制動を提供する。
この例には、第１小型デュアルインバータと第２小型デュアルインバータとが含まれる。
第１小型デュアルインバータは、高電圧ＤＣバスと電気通信を行う。
第１小型デュアルインバータは、第１前方ＡＣ走行用モータ／発電機および第１前輪を駆動するために、高電圧ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。
第１小型デュアルインバータは、第２前方ＡＣ走行用モータ／発電機および第２前輪を駆動するために、高電圧ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。
第２小型デュアルインバータは、高電圧ＤＣバスと電気通信を行う。
第２小型デュアルインバータは、第１後方ＡＣ走行用モータ／発電機および第１後輪を駆動するために、高電圧ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。
第２小型デュアルインバータは、第２後方ＡＣ走行用モータ／発電機および第２後輪を駆動するために、高電圧ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。
ウルトラキャパシタバンクが高電圧ＤＣバスに電気的に連結している。
ウルトラキャパシタバンクは、回生モードで動作している第１前方ＡＣ走行用モータ／発電機と第２前方ＡＣ走行用モータ／発電機とによって供給される回生エネルギーを第１小型デュアルインバータから格納する。
ウルトラキャパシタバンクは、回生モードで動作している第１後方ＡＣ走行用モータ／発電機と第２後方ＡＣ走行用モータ／発電機とによって供給される回生エネルギーを第２小型デュアルインバータから格納する。
ウルトラキャパシタバンクは、スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータが発電機モードで動作しているときに、そのスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに連結された電力インバータからエネルギーを格納する。
ウルトラキャパシタバンクは、スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータがモータモードで動作しているときに、そのスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに連結された電力インバータにエネルギーを供給して内燃機関を始動する。
少なくとも１つの１２または２４ボルトＤＣバッテリを備えた従来型の低電圧システムが、双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと組み合わせて使用される。
双方向のＤＣ−ＤＣコンバータは、バッテリの電圧を昇圧し、１２ボルトまたは２４ボルトＤＣバッテリとウルトラキャパシタバンクとの間で電力を伝達して、内燃機関を始動するためにウルトラキャパシタバンクを事前充電する。
双方向のＤＣ−ＤＣコンバータは、内燃機関が始動した後、高電圧ＤＣバスの電圧を降圧して、１２または２４ボルトＤＣバッテリの充電状態を維持する。
オプションで、ハイブリッド電気車両は、レジスタバンクを含む。
レジスタバンクは、発電機モードで動作しているＡＣ非自励走行用モータ／発電機からの過剰な回生エネルギーを放散する。
さらにオプションで、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータを使用して、機関圧縮制動を作動させながら機関を逆駆動することにより、車両からの過剰な運動エネルギーを放散する。
このハイブリッド電気車両の例では、電力インバータに電気的に連結されたスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータが、車両の電力エネルギーの主供給源である。
【００２１】
本発明の別の例は、内燃機関と、ＡＣ非自励発電機／モータとを含むハイブリッド電気システムとして示される。
ＡＣ非自励発電機／モータは、発電機モードまたはモータモードで動作する。
高電圧ＤＣバスにウルトラキャパシタバンクが常時接続される。
ＡＣ−ＤＣインバータが、ＡＣ非自励発電機／モータからのＡＣ電力を、高電圧ＤＣバスおよびウルトラキャパシタバンクに供給するためにＤＣ電力に変換する。
内燃機関を始動するために、従来型の車両用低電圧ＤＣバッテリからウルトラキャパシタバンクを充電して、モータモードで動作している非自励発電機／モータに初期励起エネルギーを提供する手段が設けられる。
ウルトラキャパシタバンクは、非自励発電機／モータをモータモードで使用して機関を始動し、それによって従来型の低電圧機関スタータを置換できるように、低電圧ＤＣバッテリからの十分なエネルギーで充電される。
ウルトラキャパシタの充電に使用される手段は、低電圧ＤＣバッテリの充電状態を維持し、それによって従来型の低電圧オルタネータを不要にする双方向のＤＣ−ＤＣコンバータである。
さらに、本発明のこの例では、小型デュアルインバータが使用される。
複数の車輪のいずれかにそれぞれ相互接続された複数の非自励走行用モータ／発電機が設けられる。
代替として、１つの車輪に相互接続された１つの非自励走行用モータ／発電機を使用してもよい。
自転車およびオートバイを除き、一輪駆動はあまり実用的ではない。
１つの走行用モータ／発電機を含む設計のポイントは、差動装置を備えた従来型の車軸を使用して、少なくとも２つの車輪端部にトルクを提供することである。
【００２２】
小型デュアルインバータは、ウルトラキャパシタバンクに接続される。
小型デュアルインバータは、双方向のＤＣ−ＡＣインバータであり、ウルトラキャパシタバンクとの間および非自励走行用モータ／発電機との間でエネルギーを転送する。
オプションで、本発明のこの例では、過剰な回生制動エネルギーを放散するために、非自励発電機／モータがモータモードで動作して、内燃機関と関連する機関制動とを逆駆動する。
本発明のこの例では、非自励発電機／モータはスイッチドリラクタンス機である。
非自励発電機／モータ以外のさまざまな種類の発電機／モータを使用できる。
さらに、このハイブリッド電気システムの例では、通常の動作状況下での車両の低電圧ＤＣバッテリからの事前充電に依存せずに迅速な機関始動を実現できるように、機関停止前にウルトラキャパシタバンクが所定の最大充電状態まで駆動される。
さらに、このハイブリッド電気システムの例では、オプションで、小型デュアルインバータが、動きを回避できるだけの十分に低い電力で動作するか、または非自励走行用モータ／発電機を対向するトルクで動作させることにより、ウルトラキャパシタバンク内のエネルギーの一部を非自励走行用モータ／発電機の巻線に放電することができる。
【００２３】
本発明の別の例は、制御装置と、内燃機関と機械的に相互接続された非自励発電機／モータと、電力インバータとを備え、非自励発電機／モータが電力インバータと電気的に通信するハイブリッド電気車両を含む。
非自励発電機／モータは、発電機モードまたはモータモードで動作できる。
ウルトラキャパシタが高電圧ＤＣバスと相互接続され、制御装置が電力インバータを制御する。
ウルトラキャパシタバンクは、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して低電圧ＤＣバッテリからエネルギーを転送することにより、使用可能な動作電圧まで充電される。
非自励発電機／モータが、制御装置によって制御され、ウルトラキャパシタが使用可能な電圧まで充電されているときに電力インバータによってモータモードで駆動されて内燃機関を始動する。
さらに、第１小型デュアルインバータおよび第２小型デュアルインバータによって駆動される複数の非自励走行用モータ／発電機が本発明のこの例に含まれる。
第１小型デュアルインバータおよび第２小型デュアルインバータは、制御装置によって制御される。
電力インバータは、電力を双方向で供給できる。
さらに、第１小型デュアルインバータおよび第２小型デュアルインバータは、電力を双方向で供給できる。
【００２４】
ＤＣ−ＤＣコンバータは、４つのポートを備えた装置である。
これらの回線のうち２つが１２または２４ボルトＤＣバッテリに並列で（常時）接続し、残りの２つが高電圧バスに（常時）接続する。
オルタネータと同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータは電流装置である。
車両制御ユニット（制御装置）からの命令に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータは、一方の電圧源から電流を取得し、他方の電圧源に電流を提供する。
この例では、８つのスイッチが存在する。
同時にオンにするスイッチは４つまでにする必要がある（さもないと障害が発生する）。
スタンバイモードでは、すべてのスイッチがオフになる。
【００２５】
走行用モータ／発電機の制御は、システムのエネルギーまたはＤＣリンクの電圧を考慮することなく、走行または制動のための運転者の要求に厳密に応じて行われる。ただし、以下の例外がある。１）関連するインバータは、何らかの最小電圧（たとえば、５００Ｖ）未満では動作できない。したがってそのような状況が生じると、モータが停止する。２）ＤＣリンクの電圧が９００ボルトを超えると、ウルトラキャパシタバンクと電力インバータとに障害が発生する。したがって回生エネルギーの伝達を何らかの上限電圧で停止しなければならない。
【００２６】
ハイブリッド制御装置は、発電機のインバータを制御して、以下になるようにＤＣリンクバスに電流を提供する。１）ＤＣリンクの電圧が、インバータの最小動作電圧よりも高く維持される。２）ウルトラキャパシタバンクの電圧が、車両に現在格納されているすべての運動エネルギーまたは位置エネルギーを回収するための十分な格納容量を維持することを条件に、可能な限り高く保たれる（安全域を含めて９００Ｖの限度未満）。これは、ＤＣリンクの電圧が高いほど、システム電流は低くなり、したがって損失が減少し、システム効率が向上するからである。３）内燃機関が停止する前にウルトラキャパシタバンクを満充電して、ウルトラキャパシタが長時間にわたって放電しても、内燃機関を再始動するための十分なエネルギーが維持されるようにする。
【００２７】
ハイブリッド電気車両の制御方法は、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量を設定するステップと、高電圧ＤＣバスの最小電圧を設定するステップと、内燃機関を始動するための十分なエネルギーがウルトラキャパシタバンクにあるか判断するステップとを含む。
この方法はまた、内燃機関を始動するための十分なエネルギーがウルトラキャパシタバンクにない場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して低電圧ＤＣバッテリからウルトラキャパシタバンクにエネルギーを転送するステップを含む。
さらに、この方法は、ウルトラキャパシタバンクに十分なエネルギーがある場合に、モータモードで動作している非自励発電機／モータを使用して内燃機関を始動するステップを含む。
さらに、この方法では、ハイブリッド電気車両の回収可能なエネルギーを計算するステップと、ハイブリッド電気車両のウルトラキャパシタバンクのエネルギーを計算するステップとが必要である。
これらの計算が完了したら、計算された回収可能なエネルギーとウルトラキャパシタのエネルギーとの合計が、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量未満であるか判断するステップが必要である。
【００２８】
この方法はさらに、計算された回収可能なエネルギーとウルトラキャパシタのエネルギーとの合計が、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量未満でない場合に、内燃機関をアイドル状態に設定し、発電機モードで動作している非自励発電機／モータからの電力生成をゼロに設定するステップと、内燃機関がアイドル状態であり、発電機モードで動作している非自励発電機／モータが電力を生成しない状態で、待機するステップと、回収可能なエネルギーとウルトラキャパシタのエネルギーとの合計を再計算し、再計算された合計が、ハイブリッド電気車両によるエネルギー消費に起因して、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量未満であるか再判断するステップと、再計算された合計が、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量未満でない場合に、内燃機関を停止するステップとを必要とする。
さらに、この方法は、計算された回収可能なエネルギーとウルトラキャパシタのエネルギーとの合計が、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量未満である場合に、内燃機関の速度を最良の正味燃料消費率速度に設定し、発電機モードで動作している非自励発電機／モータからの電力を最大に設定するステップを必要とする。
この方法はさらに、制動命令が存在するか判断するステップと、制動命令が存在する場合に、制動命令に比例し且つ安定限界内で、非自励走行用モータ／発電機に負トルク命令を送るステップとを含む。
この方法はさらに、制動命令が存在しない場合に、高電圧ＤＣバスの電圧が高電圧ＤＣバスの最小電圧よりも大きいか判断するステップを必要とする。
【００２９】
次に、この方法は、高電圧ＤＣバスの電圧が高電圧ＤＣバスの最小電圧よりも大きくない場合に、非自励走行用モータ／発電機にゼロトルク命令を送るステップと、高電圧ＤＣバスの電圧が高電圧ＤＣバスの最小電圧よりも大きい場合に、アクセル命令を監視するステップとを必要とする。
さらに、この方法は、車両速度が最大許容速度未満であるか判断するステップと、車両速度が最大許容速度未満でない場合に、非自励走行用モータ／発電機にゼロトルク命令を送るステップと、シフトセレクタが前進ギアである場合に、アクセル信号に比例し且つ安定限界内で、非自励走行用モータ／発電機に正トルク命令を送るステップとを必要とする。
次に、この方法は、シフトセレクタが前進ギアでない場合に、アクセル命令に比例し且つ安定限界内で、非自励走行用モータ／発電機に負トルク命令を送るステップを必要とする。
さらに、この方法では、非自励走行用モータ／発電機がスイッチドリラクタンス機であることが好ましい。
さらに、この方法では、内燃機関を始動する非自励発電機／モータが好ましくはスイッチドリラクタンス機であるハイブリッド電気車両を制御するステップが必要である。
オプションで、ハイブリッド電気車両の制御方法は、計算された回収可能なエネルギーとウルトラキャパシタのエネルギーとの合計が、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量未満でない場合に、内燃機関をアイドル状態に設定し、発電機モードで動作している非自励発電機／モータからの電力生成をゼロに設定するステップと、内燃機関がアイドル状態であり、発電機モードで動作している非自励発電機／モータが電力を生成しない状態で、待機するステップと、回収可能なエネルギーとウルトラキャパシタのエネルギーとの合計を再計算し、再計算された合計が、ハイブリッド電気車両によるエネルギー消費に起因して、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量未満であるか再判断するステップと、再計算された合計が、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量未満でない場合に、内燃機関を停止するステップとを含む。
【００３０】
さらに、ハイブリッド電気車両の制御方法は、計算された回収可能なエネルギーとウルトラキャパシタのエネルギーとの合計が、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量未満でない場合に、内燃機関をアイドル状態に設定し、発電機モードで動作している非自励発電機／モータからの電力生成をゼロに設定するステップと、内燃機関がアイドル状態であり、発電機モードで動作している非自励発電機／モータが電力を生成しない状態で、待機するステップと、回収可能なエネルギーとウルトラキャパシタのエネルギーとの合計を再計算し、再計算された合計が、ハイブリッド電気車両によるエネルギー消費に起因して、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量未満であるか再判断するステップと、再計算された合計が、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量未満でない場合に、内燃機関を停止するステップとが、小型デュアルインバータが動きを回避できるだけの十分に低い電力で動作するか、または非自励走行用モータ／発電機を対向するトルクで動作させることにより、ウルトラキャパシタバンクのエネルギーの一部を非自励走行用モータ／発電機の巻線に動きなしで放電するステップと組み合わせて実行される。
【００３１】
さらに、ハイブリッド電気車両の制御方法は、オプションで、車両の低電圧ＤＣバッテリからの事前充電に依存せずに迅速な機関始動を実現できるように、内燃機関の停止前にウルトラキャパシタバンクを所定の最大充電状態まで駆動するステップを含む。
【００３２】
重体な障害状態が発生した場合、または点検や保守を行う場合、エネルギー格納装置をすばやく放電して、作業者が危険な電圧に曝されないようにすることが必要である。
電子機械のエネルギーを放散する単純な方法は、単相のみをパルス化することである。
その相に関連する極に電磁界が揃い、ロータは機械的に動かずにその場に単純にとどまる。
エネルギーを相の間により適切に分散させるには、すべての相を同時に活性化（パルス化）する。
この場合、第１の相は前進の動きを生成しようとし、第２の相は後退の動きを生成しようとし、第３の相はロータの停止を維持しようとする。
相当量の電力が使用されるが、何も動かない。
これはモータとインバータにとって過酷な動作のように思われるが、ごく短時間である。
たとえば、ウルトラキャパシタバンクが１．２ＭＪに満充電されていて、４つの走行用モータのそれぞれで２．５ｋＷが放散される場合、ウルトラキャパシタバンクを放電するには、約１．２ＭＪ／（４×２５００ジュール秒）＝１２０秒＝２分かかる可能性がある。
各モータは、連続定格４５ｋＷ、効率９５％で、通常は２．２７ｋＷを冷却ジャケットに放散する。
また、もう少し高速な放電が必要な場合、モータは１分間に３．２５ｋＷを放出すると定格される。
同じ態様で発電機を使用できる。
【００３３】
非自励発電機、ウルトラキャパシタバンク、および双方向のＤＣ−ＤＣコンバータは、差動装置を備えた従来型の車軸を駆動する単一の走行用モータと共に使用できる。
走行用モータは、トルク、動力、および速度の要件を満たしている限り、どのような種類の電気機械でも技術的にかまわない。
走行用モータは、自励（ＩＰＭモータ等）でも非自励でもよく、またＡＣでもＤＣでもよい。
走行用モータが発電機として動作するときは必ず、車両が既に動いている。
したがって、必要に応じて励起エネルギーを提供するための十分なエネルギーがシステムのどこかにある。
【００３４】
非自励走行用モータが好ましい理由の１つは、定電力領域が非常に広く、したがって要求される性能仕様を満たす可能性が高いことである。
磁石を効果的な態様で利用するモータは、速度の増加に伴ってより多くの逆ＥＭＦを生成する。それにより、何らかの弱め界磁を使用している場合を除き、高い速度の達成が妨げられる。
永久磁石モータも好ましくない故障モードを備えており、ＡＣＩ機やＳＲ機よりも製造および点検での取り扱いの柔軟性が低い。
【００３５】
本発明の目的は、小型デュアルインバータを使用して、動きを回避できるだけの十分に低い電力で動作するか、または非自励走行用モータ／発電機を対向するトルクで動作させることにより、ウルトラキャパシタバンクのエネルギーの一部を非自励走行用モータ／発電機の巻線に動きなしで放電することである。
【００３６】
本発明のさらなる目的は、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータを双方向の電力インバータと組み合わせて使用して、電気エネルギーの主供給源をハイブリッド電気車両に提供することである。
【００３７】
本発明のさらなる目的は、モータモードで動作している複数のＡＣスイッチドリラクタンス非自励走行用モータ／発電機を使用して、ハイブリッド電気車両の車輪の推進力を提供することである。
【００３８】
本発明のさらなる目的は、発電機モードで動作している複数のＡＣスイッチドリラクタンス非自励走行用モータ／発電機を前車軸および後車軸の小型デュアルインバータと組み合わせて使用して、動いているハイブリッド電気車両に格納された運動エネルギーから電力を回生することである。
【００３９】
本発明のさらなる目的は、内燃機関を始動するには電圧が低すぎるときに、ＤＣ−ＤＣコンバータと組み合わされた低電圧ＤＣバッテリからエネルギーを受け取るウルトラキャパシタを提供することである。
【００４０】
本発明のさらなる目的は、低電圧ＤＣバッテリの充電手段を提供することである。
【００４１】
本発明のさらなる目的は、高電圧ＤＣバスからの電圧をバッテリ電圧レベルに降圧するＤＣ−ＤＣコンバータを提供することである。
【００４２】
本発明のさらなる目的は、高電圧ＤＣバスの電圧を最小電圧レベルよりも高く制御することである。
【００４３】
本発明のさらなる目的は、車両の回収可能なエネルギーを計算し、ウルトラキャパシタのエネルギーを計算し、それらを組み合わせた合計エネルギーをウルトラキャパシタの所望の容量未満に維持することにより回生エネルギーを格納する機能を備えたウルトラキャパシタバンクを提供することである。
【００４４】
本発明のさらなる目的は、車両の回収可能なエネルギーを計算し、ウルトラキャパシタのエネルギーを計算し、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに起因するウルトラキャパシタのエネルギーの量を双方向の電力インバータとの組み合わせで制御することにより回生エネルギーを格納する機能を備えたウルトラキャパシタバンクを提供することである。
【００４５】
本発明のさらなる目的は、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに起因するウルトラキャパシタ内のエネルギーの量を双方向の電力インバータとの組み合わせで制御することにより回生エネルギーを格納する機能を備えたウルトラキャパシタバンクを提供することである。
【００４６】
本発明のさらなる目的は、高電圧バッテリパックを用いずに、非自励発電機／モータをシステムの始動モータとして使用するための装置および方法を提供することである。
【００４７】
本発明のさらなる目的は、高電圧バッテリパックを用いずに、スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータをシステムの始動モータとして使用するための装置および方法を提供することである。
【００４８】
本発明のさらなる目的は、長時間にわたって停止および／または休止していた内燃機関や、過去に始動したことがない内燃機関であっても始動できる機能を備えたハイブリッド電気車両を提供することである。
【００４９】
本発明のさらなる目的は、高効率なハイブリッド電気車両を提供することである。
【００５０】
本発明のさらなる目的は、回収可能なエネルギーをウルトラキャパシタに格納し、内燃機関によるエネルギーを運動エネルギーの格納に十分な容量が提供されるように時間に応じて制御するウルトラキャパシタおよび電気車両制御システムを提供することである。
【００５１】
本発明のさらなる目的は、車両の動作における過渡現象（車両の安定性、振動、速度、加速等）に適応するハイブリッド電気車両制御システムを提供することである。
【００５２】
本発明のさらなる目的は、２つのインバータがコールドプレートと、ＤＣリンクキャパシタバンクと、バスバーと、収容部と、高電圧コネクタおよび巻線と、低電圧電子部品の一部とを共有できるという点で相乗的利点を有する小型デュアルインバータを提供することである。
【００５３】
本発明のこれらの目的およびさらなる目的は、添付の図面、本発明の説明、および特許請求の範囲を参照することで最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１Ａ】ハイブリッド電気車両の概略図であり、特にハイブリッド電気車両を長期にわたり停止していた後に２４ボルトのバッテリでキャパシタを充電している状態を示す。
【図１Ｂ】ハイブリッド電気車両の概略図であり、特にキャパシタが十分に充電されていて、スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータにエネルギーを供給して内燃機関を始動している状態を示す。
【図１Ｃ】ハイブリッド電気車両の概略図であり、特に内燃機関が発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに動力を供給して、ウルトラキャパシタバンクと、ＤＣ−ＤＣコンバータと、２４ボルトＤＣバッテリとに電力を供給している状態を示す。
【図１Ｄ】ハイブリッド電気車両の概略図であり、特に内燃機関が発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに動力を供給し、そのスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータが、ウルトラキャパシタバンクと、走行用モータに電力を供給するデュアルインバータと、低電圧ＤＣバッテリへの供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータとに電力を供給している状態を示す。
【図１Ｅ】ハイブリッド電気車両の概略図であり、特に回生電力がウルトラキャパシタバンクと、ＤＣ−ＤＣコンバータと、低電圧ＤＣバッテリとに供給されている状態を示す。
【図１Ｆ】ハイブリッド電気車両の概略図であり、特に回生電力がウルトラキャパシタバンクと、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータとに供給されている状態を示す。
【図１Ｇ】ウルトラキャパシタバンクを含まず、低電圧ＤＣバッテリを使用して内燃機関を始動するハイブリッド電気車両の概略図。
【図１Ｈ】インバータがコールドプレートと、ＤＣリンクキャパシタバンクと、バスバーと、収容部と、高電圧コネクタおよび巻線と、低電圧電子部品の一部とを共有できるという点で相乗的利点を有する小型デュアルインバータの概略図。
【図２】ハイブリッド電気車両の制御方法の概略図。
【図２Ａ】ハイブリッド電気車両の制御方法の概略図。
【図３】図２および図２Ａの制御方法を実装する電気回路図。
【図４】ウルトラキャパシタ電圧とウルトラキャパシタ総格納エネルギーとの関係を示すグラフ。
【図５】ウルトラキャパシタの使用可能エネルギーと充電時間との関係を示すグラフ。
【図６】車両速度と、３０，０００ｋｇの車両および４０，０００ｋｇの車両の運動エネルギーとの関係を示すグラフ。
【図７】車両速度と、時間と、エネルギー回生の条件とを示すグラフ。
【図８】ウルトラキャパシタの電圧と、さまざまな電力レベルの放電時間との関係を示す片対数グラフ。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１Ａは、ハイブリッド電気車両の概略図１００Ａであり、特にハイブリッド電気車両を長期にわたり停止していた後に２４ボルトのバッテリ１０７でウルトラキャパシタ１０４を充電している状態を示す。
図１Ａ乃至１Ｈでは同じ符号を多数使用しているが、これらの符号は同じ意味を持つ。
特定の符号に関連して一度説明した要素については、反復を避けるために、原則として以降の図面の符号との関連では説明しない。
符号１６１は、低電圧ＤＣバッテリ１０７からＤＣ−ＤＣコンバータ１０６を介してウルトラキャパシタバンク１０４、双方向の電力インバータ１０３、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２、および内燃機関１０１に至る経路１６１に沿ったエネルギーの流れを表す破線を示す。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０６は、５ｋＷの電力を処理できる。
ウルトラキャパシタバンクが、ウルトラキャパシタ／高電圧ＤＣバス全体の電圧によって表される十分なエネルギーレベルまで充電された場合、スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２をモータモードで動作させて、低電圧ＤＣバッテリを過電流状態から保護することができる。
ウルトラキャパシタバンク１０４と高電圧ＤＣバスとは物理的に接続されているため、常に同じ電圧である。
モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２は、内燃機関１０１に機械的に連結されている。
符号１６３Ｍは、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス発電機／モータ１０２によって内燃機関１０１のクランクシャフトに適用される回転エネルギーを示す概略矢印である。
【００５６】
ここで使用する「ウルトラキャパシタバンク」１０４という用語は、「ウルトラキャパシタ」または「ウルトラ・キャパシタ」と同じ意味である。
好ましい実施形態または実施例では、ウルトラキャパシタを直列に配列して１２００ファラド（Ｆ）の静電容量を実現する。
ウルトラキャパシタバンクは、エネルギーが格納される許容動作範囲を備えていることが好ましい。
直列の静電容量は、加算されず、以下のように計算される。
【００５７】
ウルトラキャパシタは、並列、直列、または並列と直列の組み合わせで使用することが考えられる。
さらに、静電容量は、１２００〜３０００Ｆの範囲になり得ることが考えられる。
図４は、ウルトラキャパシタ電圧４０１とウルトラキャパシタ総格納エネルギー４０２との関係を示すグラフ４００である。
図４では、６５０Ｆの静電容量を表す線４０３と、１２００Ｆの静電容量を表す線４０４と、１５００Ｆの静電容量を表す線４０５と、２０００Ｆの静電容量を表す線４０６と、３０００Ｆの静電容量を表す線４０７とが示されている。
符号４０８は、下方のウルトラキャパシタ動作電圧である５００ＶＤＣを示し、符号４０９は、上方のウルトラキャパシタ動作電圧である８００ＶＤＣを示す。
【００５８】
引き続き図１Ａを参照すると、スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２が内燃機関１０１と共に示されている。
双方向の電力インバータが、高電圧ＤＣバス１０５との間で電力を伝達する（１０３Ａ）。
スイッチドリラクタンス発電機／モータ１０２がＡＣ電力を生成し、双方向のインバータ１０３がＡＣ電力をＤＣ電力に、またＤＣ電力をＡＣ電力にそれぞれ変換する。
高電圧ＤＣバス１０５は、ウルトラキャパシタバンク１０４と相互接続され（１０４Ａ）、さらにＤＣ−ＤＣコンバータ１０６および小型デュアルインバータ１０８、１０９と相互接続されている。
【００５９】
第１小型デュアルインバータ１０８は、ハイブリッド電気車両の前輪を駆動するためにモータモードで動作するＡＣスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１０、１１１を駆動する。
第１小型デュアルインバータ１０８は、発電機モードで動作するＡＣスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１０、１１１からエネルギーを受け取ることもできる。
符号１１０Ａ、１１１Ａは、ＡＣスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１０、１１１と第１小型デュアルインバータ１０８との間の双方向の電力またはエネルギーの流れを示す。
符号１１２Ａ、１１３Ａは、ＡＣスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１２、１１３と第２小型デュアルインバータ１０９との間の双方向の電力またはエネルギーの流れを示す。
【００６０】
第２小型デュアルインバータ１０９は、ハイブリッド電気車両の後輪を駆動するためにモータモードで動作するＡＣスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１２、１１３を駆動する。
第２小型デュアルインバータ１０９は、発電機モードで動作するＡＣスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１２、１１３からエネルギーを受け取ることもできる。
【００６１】
符号１０８Ａは、高電圧ＤＣバス１０５と第１小型デュアルインバータ１０８との間の双方向の相互接続を示す。
符号１０９Ａは、高電圧ＤＣバス１０５と第２小型デュアルインバータ１０９との間の双方向の相互接続を示す。
【００６２】
図１Ｂは、ハイブリッド電気車両の概略図１００Ｂであり、特にウルトラキャパシタバンク１０４が十分に充電されていて、スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２にエネルギーを供給して内燃機関を始動している状態を示す。
符号１６２Ｍは、ウルトラキャパシタバンク１０４からＡＣ−ＤＣインバータ１０３へ、さらにはモータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２へと至る電荷流を示すために使用されている。
符号１６３Ｍは、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２によって内燃機関１０１のクランクシャフトに適用される回転エネルギーを示す概略矢印を表している。
【００６３】
図１Ｃは、ハイブリッド電気車両の概略図１００Ｃであり、特に内燃機関１０１が発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２に動力を供給して、ウルトラキャパシタバンク１０４と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０６と、２４ボルトＤＣバッテリ１０７とに電力を供給している状態を示す。
符号１６３Ｇは、内燃機関１０１のクランクシャフトによって発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス発電機／モータ１０２に供給される回転エネルギーを示す概略矢印である。
内燃機関１０１は、１０．８リッターのディーゼル機関等である。
発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス発電機／モータ１０２は、２２７ｋＷの機械等である。
符号１６２Ｇは、発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２から、ＡＣ−ＤＣインバータ１０３、ウルトラキャパシタバンク１０４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０６、低電圧ＤＣバッテリ１０７、小型デュアルインバータ１０８、１０９、およびハイブリッド電気車両の車輪を駆動する非自励走行用モータ／発電機／歯車減速機１１０、１１１、１１２、１１３への電荷流を示す。
ハイブリッド電気車両の車輪を駆動する非自励走行用モータ／発電機／歯車減速機１１０、１１１、１１２、１１３は、６５ｋＷのスイッチドリラクタンスモータ等であり、図１Ｃに概略的に示されている。
図１Ｄは、ハイブリッド電気車両の概略図１００Ｄであり、特に内燃機関１０１が発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２に動力を供給し、そのスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２が、ウルトラキャパシタバンク１０４と、ＡＣ非自励走行用モータ／発電機／歯車減速機１１０、１１１、１１２、１１３に電力を供給する小型デュアルインバータ１０８、１０９と、低電圧ＤＣバッテリ１０７への供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータ１０６とに電力を供給している状態を示す。
図１Ｄを参照すると、符号１６２Ｇは、ウルトラキャパシタおよび／または高電圧ＤＣバスから小型デュアルインバータ１０８、１０９へ、さらにハイブリッド車両の車輪を駆動する非自励走行用モータ／発電機／歯車減速機１１０、１１１、１１２、１１３へと至るエネルギーの流れを示している。
非自励走行用モータ／発電機／歯車減速機は、ハイブリッド車両の駆動車輪に取り付けられている。
走行用モータの高速且つ低トルクの動力を、車輪端部で低速且つ高トルクの動力に変換するために、歯車減速が使用される。
【００６４】
図１Ｈを参照すると、２つのインバータがコールドプレートと、ＤＣリンクキャパシタバンクと、バスバーと、収容部と、高電圧コネクタおよび巻線と、低電圧電子部品の一部とを共有できるという点で相乗的利点を有する小型デュアルインバータが示されている。
【００６５】
再び図１Ｄを参照すると、符号１６３Ｇは、内燃機関から機械的な回転エネルギーが流れ、スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２により電気的なＡＣ電力が生成され、双方向の電力インバータ１０３によりＤＣ電力に変換されることを示している。
ＤＣ電力は、ウルトラキャパシタバンク１０４に格納され、および／または車両によって使用される。
ＤＣ電力が車両によって使用される場合、小型デュアルインバータ１０８、１０９がＤＣ電力をＡＣ電力に変換してＡＣ非自励走行用モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３を動作させ、車両に動力を提供する。
図１Ｄでは破線で示されていないが、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して高電圧ＤＣバスの高電圧を変換して低電圧ＤＣバッテリを充電することもできる。
高電圧ＤＣバスとウルトラキャパシタバンクとは、５００〜８００ＶＤＣの電圧に維持することが望ましい。
【００６６】
図１Ｅは、ハイブリッド電気車両の概略図１００Ｅであり、特に回生電力がウルトラキャパシタバンク１０４と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０６と、低電圧ＤＣバッテリ１０７とに供給されている状態を示す。
符号１６２Ｒは、ＡＣ非自励走行用モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３からウルトラキャパシタへの電力の流れを表す破線を示す。
より詳細には、符号１６２Ｒは、発電機モードで動作しているＡＣ非自励走行用モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３からＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータ１０８、１０９、高電圧ＤＣバス１０５、およびウルトラキャパシタバンク１０４へと至る電荷流を示す。
図１Ｅに示すように、スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２は、動作していても、アイドル状態でもよい。
【００６７】
図１Ｅに示すように、回生エネルギーを格納するための余地をウルトラキャパシタバンク内に作り出す必要がある。
図３に示す電子制御装置が、ハイブリッド電気車両の動作を制御する。
図３は、図２および図２Ａの制御方法を実装する電気回路図である。
図２および図２Ａは、ハイブリッド電気車両の制御方法の概略図２００、２００Ａである。
図２を参照すると、符号２０３は、キーが「始動」位置にあるか、という判断を表している。
丸で囲まれた「Ａ」は、ハイブリッド電気車両を動作させる工程を制御する制御装置３０１の入力および出力を表す終端である。
ＤＣ−ＤＣコンバータは、４つのポートを備えた装置である。
これらの回線のうち２つが１２または２４ボルトＤＣバッテリに並列で（常時）接続し、残りの２つが高電圧バスに（常時）接続する。
オルタネータと同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータは電流装置である。
車両制御ユニットからの命令に応答して、ＤＣ−ＤＣコンバータは、一方の電圧源から電流を取得し、他方の電圧源に電流を提供する。
この例では、８つのスイッチがある。
同時にオンにするスイッチは４つまでにする必要がある（さもないと障害が発生する）。
スタンバイモードでは、すべてのスイッチがオフになる。
走行用モータの制御は、システムのエネルギーまたはＤＣリンクの電圧を考慮することなく、走行または制動のための運転者の要求に厳密に応じて行われる。ただし、以下の例外がある。１）関連するインバータは、何らかの最小電圧（たとえば、５００Ｖ）未満では動作できない。したがってそのような状況が生じると、モータが停止する。２）ＤＣリンクの電圧が９００ボルトを超えると、ウルトラキャパシタバンクと電力インバータとに障害が発生する。したがって回生エネルギーの伝達を何らかの上限電圧で停止しなければならない。
ハイブリッド制御装置は、発電機のインバータを制御して、以下になるようにＤＣリンクバスに電流を提供する。１）ＤＣリンクの電圧が、インバータの最小動作電圧よりも高く維持される。２）ウルトラキャパシタバンクの電圧が、車両に現在格納されているすべての運動エネルギーまたは位置エネルギーを回収するための十分な格納容量を維持することを条件に、可能な限り高く保たれる（安全域を含めて９００Ｖの限度未満）。これは、ＤＣリンクの電圧が高いほど、システム電流は低くなり、したがって損失が減少し、システム効率が向上するからである。３）内燃機関が停止する前にウルトラキャパシタバンクを満充電して、ウルトラキャパシタが長時間にわたって放電しても、内燃機関を再始動するための十分なエネルギーが維持されるようにする。
【００６８】
車両が走行していない場合、内燃機関を始動する必要がある。
制御装置は、ウルトラキャパシタバンクのエネルギー状態を問い合わせて、ウルトラキャパシタバンク１０４に内燃機関を始動するための十分なエネルギーがあるか判断する（２０５）。
ウルトラキャパシタバンク１０４に内燃機関を始動するための十分なエネルギーがない場合（２０５Ｎ）、ステップ２１０に進み、ウルトラキャパシタバンク１０４にエネルギーを転送（充電）して、好ましくは少なくとも２００Ｖまで充電する。
符号２１１は、ウルトラキャパシタバンクへのエネルギーの伝達を示す線を示す。ウルトラキャパシタバンクでは、十分なエネルギーがあるかどうかの判断が再び行われる（２０５）。
より詳細には、ウルトラキャパシタバンクに機関を始動するための十分なエネルギーがある場合（２０５Ｙ）、ステップ２０３に進み、キーを始動位置に配置する。
始動命令が行われると（２０３Ｙ）、内燃機関に対して通信が行われて、内燃機関が稼働しているか判断される（２０４）。
内燃機関が稼働している場合（２０４Ｙ）、計算を行って車両の回収可能なエネルギーを判断する（２０７）。
内燃機関が稼働していない場合（２０４Ｎ）、キーを再び始動位置に配置して、内燃機関１０１の始動を試みる。
【００６９】
計算により車両の回生可能なエネルギーを判断し（２０７）、次のステップ２０８への通信を行うと（２０７Ａ）、制御装置は回生可能エネルギーをウルトラキャパシタバンク内のエネルギーに加算して、その合計がウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー量未満であるか判断する（２０８）。
ステップ２０８のエネルギー比較が必要な不等式を満たす場合、すなわち車両の回収可能エネルギーＥｒとウルトラキャパシタバンクに現在格納されているエネルギーＥｕｃの合計が、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギーＥｕｃ  ｍａｘ未満である場合（２０８Ｙ）、内燃機関１０１は最良の正味燃料消費率（Ｂｒａｋｅ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｆｕｅｌ  Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ：ＢＳＦＣ）に設定され、制御装置によって発電機１０２の発電電力が最大に設定される（２１４）。
【００７０】
ステップ２０８のエネルギー比較が必要な不等式を満たさない場合、すなわち車両の回収可能エネルギーＥｒとウルトラキャパシタバンクに現在格納されているエネルギーＥｕｃの合計が、ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギーＥｕｃ  ｍａｘ未満でない場合（２０８Ｎ）、内燃機関１０１はアイドル状態に設定され、発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス発電機／モータ１０２は発電電流がゼロに設定される。
次に、この状態が制御装置に伝えられ（２１６Ｙ）、ハイブリッド電気車両がウルトラキャパシタ１０４に格納されているエネルギーを消散（消費／放散）する。
エネルギー消散の待ち時間が開始される（２１７）。
待ち時間が経過し（２１７Ｙ）、十分なエネルギーが消散していなければ、内燃機関を停止する（２１８）。
待ち時間の間、制御装置はデータを定期的に確認（サンプリング）し、エネルギー比較ステップ２０８を実行する。
【００７１】
制御装置によって内燃機関１０１が最良の正味燃料消費率に設定され、発電機１０２が最大出力に設定されると（２１４）、図２Ａに示すように、制御装置がその条件を次のステップに伝え（２１５）、制動命令が存在するか判断する（２２１）。
制動命令は、車両の運転手がハイブリッド電気車両の制動ペダルを踏んでいるときに存在する。
制動命令が存在する場合（２２１Ｙ）、次のステップ２２７に進み、発電機モードで動作している走行用モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３にＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータ１０８、１０９を介して負トルク命令を送る。
【００７２】
制動命令が存在しない場合（２２１Ｎ）、次のステップ２２２に進み、ＤＣリンクの電圧がＤＣリンクの最小電圧よりも大きいか判断する。
このＤＣリンクは、高電圧バス１０５である。
ＤＣリンクの電圧がＤＣリンクの最小電圧よりも大きくない場合（２２２Ｎ）、その状態を通知して次のステップ２２８に進み、アクセル信号に比例し且つ安定限界内で、車輪を駆動する走行用モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３にゼロトルク命令を送る。
ＤＣリンクの電圧は、高電圧ＤＣバスの電圧と同じものである。
【００７３】
ＤＣリンクの電圧がＤＣリンクの最小電圧よりも大きい場合（２２２Ｙ）、次のステップ２２３に進み、電子制御装置からアクセル命令を読み取る。
次に、シフトセレクタを読み取り、車両の速度がセレクタ位置の最大速度未満であるか判断する（２２５）。
車両の速度がセレクタ位置の最大速度未満でない場合（２２５Ｎ）、ステップ２２８に進み、車輪を駆動する走行用モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３にゼロトルク命令を送る。
【００７４】
車両の速度がセレクタ位置の最大速度未満である場合（２２５Ｙ）、次のステップ２２６に進み、ハイブリッド電気車両が前進ギアであるか判断する（２２６）。
車両が前進ギアでない場合（２２６Ｎ）、次のステップ２３０に進み、アクセル信号に比例し且つ安定限界内で、車輪を駆動する走行用モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３に負トルク命令を送って車両を後方（後ろ向き）に駆動する。
車両が前進ギアである場合（２２６Ｙ）、次のステップ２２９に進み、アクセル信号に比例し且つ安定限界内で、車輪を駆動する走行用モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３に正トルク命令を送って車両を前方に駆動する。
【００７５】
図１Ｆは、ハイブリッド電気車両の概略図１００Ｆであり、特に回生電力１６２Ｒがウルトラキャパシタバンク１０４と、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２とに供給されている状態を示す。
符号１６２Ｍは、ウルトラキャパシタバンク１０４からＤＣ−ＡＣ電力インバータ１０３へ、さらにはモータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２へと至る電荷流を示す。
符号１６３Ｍは、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス発電機／モータ１０２によって内燃機関１０１のクランクシャフトに適用される回転エネルギーを示す概略矢印である。
【００７６】
図１Ｆはまた、スイッチ１９０Ｓによる相互接続１９０Ａで高電圧ＤＣバス１０５に接続するレジスタバンク１９０を概略的に示している。
レジスタバンク１９０は、過剰なエネルギーの放散を支援するためにオプションで含まれる。
さらに、レジスタバンク１９０は、ハイブリッド電気車両の制御と安定した動作とを支援する。
また図１Ｆは、エネルギーの回収に貢献し得る油圧システム等の補機１８０も示している。
双方向の補機インバータ１８５は、ＤＣ電力からＡＣ電力へ、およびＡＣ電力からＤＣ電力への変換を可能にする。
図１Ｆは、電気通信回線１８０Ａ、１８５Ａも示している。
【００７７】
図１Ｇは、ウルトラキャパシタバンクを含まず、低電圧ＤＣバッテリ１０７を使用して内燃機関１０１を始動するハイブリッド電気車両の概略図１００Ｇである。
符号１７１は、内燃機関１０１を機械的に駆動および始動するモータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２を駆動するために、低電圧ＤＣバッテリ１０７からＤＣ−ＤＣコンバータ１０６を介し、高電圧ＤＣバス１０５を通って、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換する電力インバータ１０３へと至るエネルギーの流れを表す破線である。
符号１７３は、始動用の機械的な連結によって内燃機関１０１に供給されるエネルギーを示す概略矢印である。
【００７８】
図１Ｈは、２つのインバータがコールドプレートと、ＤＣリンクキャパシタバンクと、バスバーと、収容部と、高電圧コネクタおよび巻線と、低電圧電子部品の一部とを共有できるという点で相乗的利点を有する小型デュアルインバータの概略図である。
共有により、小型で効率的なパッケージングが実現する。
【００７９】
ハイブリッド制御装置の唯一の物理Ｉ／Ｏは、一対のデータリンクである。
すべての制御は、これらのリンクを通じて実行される。
あらゆる種類の制御接続がデータフロー制御図に表示され得るが、これらの制御接続はすべてデータリンク上に存在する。
【００８０】
図３を参照すると、図示されている電子制御装置３０１がハイブリッド電気車両の動作を制御する。
図３は、図２および図２Ａの制御方法を実装する電気回路図３００である。
図３は、電流源であるスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２を示している。
また図３は、電流源であるスイッチドリラクタンス非自励走行用モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３を示している。
負荷３２０が図３に示されており、車両を推進するために、またバケットで負荷を持ち上げるために必要な力を表している。
ハイブリッドデータリンクからの入力３１０と、車両データリンクからの入力３１１とが図３に示されている。
【００８１】
さまざまなアルゴリズムを制御装置３０１で採用できる。
さらに、回生によって利用可能になるエネルギーが制御装置によって継続的に監視および計算される。それにより、非自励発電機／モータ１０２からのエネルギー出力の量を減らすことができる。
制御装置３０１は、非自励発電機／モータ１０２を制御する出力ｒ１を含む。
制御装置３０１は、複数のＡＣ非自励走行用モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３を制御する出力ｒ２を含む。
さらに、回生によって利用可能になるエネルギーが制御装置によって継続的に監視および計算される。それにより、非自励発電機／モータ１０２からのエネルギー出力の量を、制御信号出力ｒ１に応じて減らすことができる。
言い換えると、制御装置の出力、すなわち出力ｒ１および出力ｒ２は、ハイブリッド電気車両の状況に基づいて継続的に変更され得る動的な出力である。
たとえば、車両が動いていて、バケットで持ち上げられた負荷を運んでいる場合、車両は該車両の速度による運動エネルギーを持ち、また持ち上げられた負荷による位置エネルギーを持つ。
運動エネルギーと位置エネルギーとを格納するための空き領域をウルトラキャパシタ内に作ることができる。このとき、制御装置３０１は、車両からの運動エネルギーおよび位置エネルギーの回収を予測して、発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２の出力を減らす。
【００８２】
さらに図３を参照すると、車両が長時間停止しているか、または車両が新しい場合、低電圧ＤＣバッテリ１０７およびＤＣ−ＤＣコンバータ１０６は、ウルトラキャパシタ１０４を充電して、スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２を使用して車両を始動できるようにする。
使用する低電圧ＤＣバッテリは、ウルトラキャパシタが格納できるエネルギーの約６倍のエネルギーを格納できる。
たとえば、図４を参照すると、符号４０９は、１２００ファラドのキャパシタに８００ＶＤＣで約１．２ＭＪを格納できることを示している。
３０００ファラドのキャパシタを８００ＶＤＣで使用した場合は、約２．８ＭＪを格納できる。
２つの好ましい低電圧ＤＣバッテリ１０７では、２４ＶＤＣで約７ＭＪを格納できる。
【００８３】
図５は、ウルトラキャパシタの使用可能エネルギー５０１と、充電速度５ｋＷの場合の充電時間５０２との関係を示すグラフ５００である。
符号５０４は、１２００ファラドのキャパシタストリングの充電時間を示している。
詳細には、０．２ＭＪの使用可能エネルギーが約１２０秒でウルトラキャパシタ１０４に格納される。このエネルギー量は、冷えた状態の内燃機関を始動するのに十分以上である。
冷えた状態の内燃機関を始動するには、２００ｋＪの使用可能エネルギーが必要である。
符号５０３は６５０ファラドのキャパシタストリングの充電時間、符号５０５は１５００ファラドのキャパシタストリングの充電時間、符号５０６は２０００ファラドのキャパシタストリングの充電時間、符号５０７は３０００ファラドのキャパシタストリングの充電時間をそれぞれ示している。
【００８４】
図６は、ｋｍ／ｈｒ単位の車両速度６０１と、３０，０００ｋｇの車両および４０，０００ｋｇの車両の運動エネルギー６０２との関係を示すグラフ６００である。
符号６０３は３０，０００ｋｇの車両のプロット、符号６０４は４０，０００ｋｇの車両のプロットをそれぞれ示している。
符号６０５は、運動エネルギーの格納限度が７００ｋＪであることを示している。これは、図４に示すように、キャパシタの総格納エネルギーの大きな部分を占める。
【００８５】
図７は、車両速度７０２と、動作時間７０１と、エネルギー回生の条件とを示すグラフ７００である。
符号７１３、７１４、７１５、７１６は、エネルギーが回生される時間を表す。
詳細には、符号７０３は、４秒間を表す。
この４秒間で、車両は加速して１２ｋｍ／ｈに達する。
次に、符号７０４は、車両が１２ｋｍ／ｈから０ｋｍ／ｈまで減速する２秒間を表す。
この２秒間で、車両が１２．０ｋｍ／ｈから０．０ｋｍ／ｈまで減速するときにエネルギーが回生される（７１６）。
エネルギーの回生は、車輪がＡＣ非自励走行用モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３を発電機モードで駆動したときに生じる。
ここに示すものとは異なる種類の走行用モータ／発電機を使用することもできる。
【００８６】
次に、符号７０５は、急速な加速に続く速度ゼロの３秒間を示している。
符号７０６は、４秒間を表す。
この４秒間で、車両は後退方向で１０ｋｍ／ｈまで加速する。
１秒間で１０ｋｍ／ｈに達した後、車両は１０ｋｍ／ｈを３秒間保つ。
次に、符号７０７の２秒間で、車両は１０ｋｍ／ｈから０ｋｍ／ｈに減速する。
この２秒間で、車両が１０ｋｍ／ｈから０ｋｍ／ｈに減速するときにエネルギーが回生される（７１３）。
次に、符号７０８の４秒間がある。そのうちの２秒は、１２ｋｍ／ｈまで加速する時間である。
１２ｋｍ／ｈに達した後、車両は１２ｋｍ／ｈを２秒間維持する。
符号７０９は、車両が１２ｋｍ／ｈから０ｋｍ／ｈまで減速する２秒間である。
この２秒間で、車両が１２．０ｋｍ／ｈから０．０ｋｍ／ｈまで減速するときにエネルギーが回生される（７１４）。
【００８７】
車両は停止した後、停止状態を２秒間維持する（７１０）。
次に、車両は後退方向に０．５秒間急加速して１０ｋｍ／ｈに達する。
符号７１０は、車両が動いていないときの２秒間を表す。
符号７１１は、車両が後退方向で１０ｋｍ／ｈの速度で動いている４秒間である。
その後、次の２秒間７１２で車両は１０ｋｍ／ｈから０ｋｍ／ｈまで減速し、エネルギーが回収／回生される（７１５）。
【００８８】
図８は、ウルトラキャパシタの電圧８１３と、さまざまな電力レベルの放電時間８１２との関係を示す片対数グラフ８００である。
符号８０１は最大安全電圧を表し、符号８０２はウルトラキャパシタが動作できる最小正常動作電圧である。
符号８０３は１ｋＷでの８００ＶＤＣからの放電時間、符号８０４は２ｋＷでの８００ＶＤＣからの放電時間、符号８０５は４ｋＷでの８００ＶＤＣからの放電時間、符号８０６は８ｋＷでの８００ＶＤＣからの放電時間、符号８０７は１６ｋＷでの８００ＶＤＣからの放電時間、符号８０８は３３ｋＷでの８００ＶＤＣからの放電時間、符号８０９は６５ｋＷでの８００ＶＤＣからの放電時間、符号８１０は１３０ｋＷでの８００ＶＤＣからの放電時間、符号８１１は２６０ｋＷでの８００ＶＤＣからの放電時間をそれぞれ示す。
【００８９】
当業者は、本発明が例を用いて説明されたに過ぎないこと、および請求項の精神および範囲から逸脱することなく本発明に変更を加えられることを認識するであろう。
【符号の説明】
【００９０】
１００Ａ  ハイブリッド電気車両の概略図であり、特にハイブリッド電気車両を長期にわたり停止していた後に２４ボルトのバッテリでキャパシタを充電している状態を示す
１００Ｂ  ハイブリッド電気車両の概略図であり、特にキャパシタが十分に充電されていて、スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータにエネルギーを供給して内燃機関を始動している状態を示す
１００Ｃ  ハイブリッド電気車両の概略図であり、特に内燃機関が発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに動力を供給して、ウルトラキャパシタバンクと、ＤＣ−ＤＣコンバータと、２４ボルトＤＣバッテリとに電力を供給している状態を示す
１００Ｄ  ハイブリッド電気車両の概略図であり、特に内燃機関が発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに動力を供給し、そのスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータが、ウルトラキャパシタバンクと、走行用モータ／発電機に電力を供給するデュアルインバータと、低電圧ＤＣバッテリへの供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータとに電力を供給している状態を示す
１００Ｅ  ハイブリッド電気車両の概略図であり、特に回生電力がウルトラキャパシタバンクと、ＤＣ−ＤＣコンバータと、低電圧ＤＣバッテリとに供給されている状態を示す
１００Ｆ  ハイブリッド電気車両の概略図であり、特に回生電力がウルトラキャパシタバンクと、モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータとに供給されている状態を示す
１００Ｇ  ウルトラキャパシタバンクを含まず、低電圧ＤＣバッテリを使用して内燃機関を始動するハイブリッド電気車両の概略図
１００Ｈ  ２つのインバータがコールドプレートと、ＤＣリンクキャパシタバンクと、バスバーと、収容部と、高電圧コネクタおよび巻線と、低電圧電子部品の一部とを共有できるという点で相乗的利点を有する小型デュアルインバータの概略図
１０１  内燃機関
１０１Ａ  スイッチドリラクタンス発電機／モータ１０２と内燃機関１０１との間の電気通信
１０２  スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ
１０３  インバータ、発電機モードではＡＣからＤＣ、モータモードではＤＣからＡＣ
１０３Ａ  スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータとＡＣ−ＤＣインバータとの間の電気通信
１０４  ウルトラキャパシタバンク
１０４Ａ  ウルトラキャパシタバンク１０４と高電圧ＤＣバスとの間の電気通信
１０５  高電圧ＤＣバス
１０６  車両の低電圧ＤＣバッテリと高電圧ＤＣバスとの間に介在する５ｋＷのＤＣ−ＤＣコンバータ
１０６Ａ  車両の低電圧ＤＣバッテリとＤＣ−ＤＣコンバータとの間の電気通信
１０７  車両の低電圧ＤＣバッテリ、好ましくは２４ボルトのバッテリ
１０８  ハイブリッド車両の前輪を駆動する２つのＡＣモータ／発電機／歯車減速機１１０、１１１を駆動するＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータ
１０９  ハイブリッド車両の後輪を駆動する２つのＡＣモータ／発電機／歯車減速機１１２、１１３を駆動するＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータ
１０８Ａ  高電圧ＤＣバス１０５と小型デュアルインバータ１０８との間の電気通信
１０９Ａ  高電圧ＤＣバス１０５と小型デュアルインバータ１０９との間の電気通信
１１０、１１１、１１２、１１３  ハイブリッド車両の車輪を駆動するスイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機／歯車減速機
１１０Ａ  ＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータ１０８と走行用モータ／発電機１１０との間の電気通信
１１１Ａ  ＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータ１０８と走行用モータ／発電機１１１との間の電気通信
１１２Ａ  ＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータ１０９と走行用モータ／発電機１１２との間の電気通信
１１３Ａ  ＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータ１０９と走行用モータ／発電機１１３との間の電気通信
１６１  低電圧ＤＣバッテリ１０７からＤＣ−ＤＣコンバータ１０６へ、さらにはウルトラキャパシタバンク１０４へと至る電荷流
１６２Ｇ  発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータから、ＡＣ−ＤＣインバータ１０３、ウルトラキャパシタバンク１０４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０６、低電圧ＤＣバッテリ１０７、小型デュアルインバータ１０８、１０９、およびハイブリッド車両の車輪を駆動するＡＣ走行用モータ／発電機／歯車減速機１１０、１１１、１１２、１１３へと至る電荷流
１６２Ｍ  ウルトラキャパシタバンク１０４からＡＣ−ＤＣインバータ１０３へ、さらにはモータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２へと至る電荷流
１６２Ｒ  発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３からＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータ１０８、１０９、高電圧ＤＣバス１０５、およびウルトラキャパシタバンク１０４へと至る電荷流
１６３Ｇ  内燃機関１０１のクランクシャフトによって発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス発電機／モータに供給される回転エネルギーを示す概略矢印
１６３Ｍ  モータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータによって内燃機関１０１のクランクシャフトに適用される回転エネルギーを示す概略矢印
１７１  内燃機関を機械的に駆動および始動するモータモードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータを駆動するために、低電圧ＤＣバッテリからＤＣ−ＤＣコンバータを介し、高電圧ＤＣバスを通って、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換する電力インバータへと至るエネルギーの流れを表す破線
１７３  内燃機関１０１に供給されるエネルギーを示す概略矢印
１８０Ａ  補機との電気通信
１８０  補機
１８５  補機インバータ
１８５Ａ  補機インバータとの電気通信
１９０  レジスタバンク
１９０Ａ  高電圧ＤＣバスとレジスタバンク１９０との間の電気通信回線
１９０Ｓ  電気通信回線１９０Ａに介在するスイッチ
２００、２００Ａ  ハイブリッド電気車両の制御方法の概略図
２０３  キーが「始動」位置にあるか？
２０３Ｙ  キーが「始動」位置にある
２０４  内燃機関が稼働しているか？
２０４Ｎ  機関が稼働していない
２０４Ｙ  機関が稼働している
２０５  機関を始動するための十分なエネルギーがウルトラキャパシタバンクにあるか？
２０５Ｎ  機関を始動するための十分なエネルギーがウルトラキャパシタバンクにない場合、ステップ２１０に進み、エネルギー（電荷）をウルトラキャパシタに転送して、好ましくは少なくとも２００ＶＤＣまで充電する
２０５Ｙ  機関を始動するための十分なエネルギーがウルトラキャパシタバンクにある場合、ステップ２０３に進み、キーを始動位置に配置する
２０７  機械の速度と、機械の動作状態とに基づいて、回収可能なエネルギーＥｒを計算する
２０７Ａ  計算された回収可能なエネルギーの量を次のステップ２０８に伝える
２０８  回収可能なエネルギーとウルトラキャパシタバンクのエネルギーの合計が、ウルトラキャパシタバンクに格納される最大許容エネルギー未満か（Ｅｒ＋Ｅｃ＜Ｅｕｃ  ｍａｘ）？
２０８Ｎ  回収可能なエネルギーとウルトラキャパシタバンクのエネルギーの合計が、ウルトラキャパシタバンクに格納される最大許容エネルギー未満でない場合、つまり、Ｅｒ＋Ｅｃ＜Ｅｕｃ  ｍａｘの関係が成り立たない場合、次のステップ２１６に進み、内燃機関をアイドル状態に設定する
２０８Ｙ  回収可能なエネルギーとウルトラキャパシタバンクのエネルギーの合計が、ウルトラキャパシタバンクに格納される最大許容エネルギー未満である場合、つまり、Ｅｒ＋Ｅｃ＜Ｅｕｃ  ｍａｘの関係が成り立つ場合、次のステップ２１４に進み、機関の速度を最良の正味燃料消費率に設定し、発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータ１０２からの発電電力を最大に設定する
２１０  ＤＣ−ＤＣコンバータ１０６を使用して、ウルトラキャパシタが２００ＶＤＣまで充電されるように、低電圧ＤＣバッテリからウルトラキャパシタにエネルギーを徐々に転送する
２１１  ウルトラキャパシタバンクへのエネルギーの伝達を示す線
２１４  機関を最良の正味燃料消費率（ＢＳＦＣ）速度に設定し、発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータからの発電電力を最大に設定する
２１５  次のステップ２２１「制動命令が存在するか？」への通信回線
２１６  回収可能なエネルギーとウルトラキャパシタバンクのエネルギーの合計が、ウルトラキャパシタバンクに格納される最大許容エネルギー未満でない場合、内燃機関をアイドル状態に設定し、発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス発電機／モータの発電電流をゼロに設定する
２１６Ａ  内燃機関がアイドル状態に設定され、発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス発電機／モータの発電電流がゼロであることを合図する通信回線
２１７  待ち時間が経過したか、つまり、待ち時間後にＥｒ＋Ｅｕｃ＜Ｅｕｃ  ｍａｘの関係が満たされていないか？
２１７Ｙ  待ち時間が経過した。ステップ２１８に進み、内燃機関を停止する
２１８  燃料を止めて機関を停止する
２２１  制動命令が存在するか？
２２１Ｎ  制動命令が存在しない場合、次のステップ２２２に進み、ＤＣリンクの電圧がＤＣリンクの最小電圧より大きいか判断する
２２１Ｙ  制動命令が存在する場合、次のステップ２２７に進み、発電機モードで動作しているスイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３にＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータ１０８、１０９を介して負トルク命令を送る
２２２  ＤＣリンクの電圧＞ＤＣリンクの最小電圧？
２２２Ｎ  ＤＣリンクの電圧がＤＣリンクの最小電圧より大きくない場合、次のステップ２２８に進み、車輪を駆動するスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３に、アクセル信号に比例し且つ安定限界内で、ゼロトルク命令を送る
２２２Ｙ  ＤＣリンクの電圧がＤＣリンクの最小電圧より大きい場合、次のステップ２２３に進み、電子制御装置からアクセル命令を読み取る
２２３  電子制御装置からアクセル命令を読み取る
２２５  車両の速度がセレクタ位置の最大速度未満か？
２２５Ｎ  車両の速度がセレクタ位置の最大速度未満でない場合、次のステップ２２８に進み、車輪を駆動するスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３にゼロトルク命令を送る
２２５Ｎ  車両の速度がセレクタ位置の最大速度未満である場合、次のステップ２２６に進み、前進ギアであるか判断する
２２６  車両が前進ギアか？
２２６Ｎ  車両が前進ギアでない場合、次のステップに進み、アクセス信号に比例し且つ安定限界内で、車輪を駆動するスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３に負トルク命令を送って車両を後方に駆動する
２２６Ｙ  車両が前進ギアの場合、次のステップ２２９に進み、アクセス信号に比例し且つ安定限界内で、車輪を駆動するスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３に正トルク命令を送って車両を前方に駆動する
２２７  車輪を駆動するスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３に、制動命令２２５Ｙに比例し且つ安定限界内で、負トルク命令を送る
２２８  車輪を駆動するスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３にゼロトルク命令を送る
２２９  車輪を駆動するスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３に正トルク命令を送る
２３０  車両の車輪を駆動するスイッチドリラクタンスモータ／発電機１１０、１１１、１１２、１１３に、アクセス信号に比例し且つ安定限界内で、負トルク命令を送る
３００  図２および図２Ａの制御方法を実装する電気回路図
３０１  制御装置
３１０  ハイブリッドデータリンクからの入力
３１１  車両データリンクからの入力
４００  ウルトラキャパシタ電圧とウルトラキャパシタ総格納エネルギーとの関係を示すグラフ
４０１  ウルトラキャパシタ電圧
４０２  ウルトラキャパシタ総格納エネルギー（ＭＪ）
４０３  ６５０ファラドのキャパシタストリング
４０４  １２００ファラドのキャパシタストリング
４０５  １５００ファラドのキャパシタストリング
４０６  ２０００ファラドのキャパシタストリング
４０７  ３０００ファラドのキャパシタストリング
４０８  ５００ボルトの横座標マーク
４０９  ８００ボルトの横座標マーク
５００  ウルトラキャパシタの使用可能エネルギーと充電時間との関係を示すグラフ
５０１  利用可能なエネルギーバンク
５０２  ５ＫＷでの充電時間
５０３  ６５０ファラドのキャパシタストリング
５０４  １２００ファラドのキャパシタストリング
５０５  １５００ファラドのキャパシタストリング
５０６  ２０００ファラドのキャパシタストリング
５０７  ３０００ファラドのキャパシタストリング
６００  車両速度と、３０，０００ｋｇの車両および４０，０００ｋｇの車両の運動エネルギーとの関係を示すグラフ
６０１  ｋｍ／ｈ単位の車両速度
６０２  ｋＪ単位の運動エネルギー
６０３  負荷を含まない３０，０００ｋｇの車両
６０４  負荷を含む４０，０００ｋｇの車両
６０５  エネルギー格納限度、７００ＶＤＣ
７００  車両速度と、時間と、エネルギー回生の条件とを示すグラフ
７０１  時間
７０１  車両速度ｋｍ／ｈ
７０３  車両が加速し１２ｋｍ／ｈに達する４秒間
７０４  車両が１２ｋｍ／ｈから０ｋｍ／ｈに減速する２秒間
７０５  ３秒間
７０６  車両が後退方向に加速する４秒間
７０７  車両が−１０ｋｍ／ｈから０ｋｍ／ｈに減速する２秒間
７０８  車両が加速し１２ｋｍ／ｈに達する４秒間
７０９  車両が１２ｋｍ／ｈから０ｋｍ／ｈに減速する２秒間
７１０  ２秒間
７１１  車両が後退方向で加速する４秒間
７１２  車両が−１０ｋｍ／ｈから０ｋｍ／ｈに減速する２秒間
７１３、７１４、７１５、７１６  エネルギーの回生を表す領域
８００  ウルトラキャパシタの電圧と、さまざまな電力レベルの放電時間との関係を示す片対数グラフ
８０１  最大安全電圧
８０２  最小正常動作電圧
８０３  １ｋＷ
８０４  ２ｋＷ
８０５  ４ｋＷ
８０６  ８ｋＷ
８０７  １６ｋＷ
８０８  ３３ｋＷ
８０９  ６５ｋＷ
８１０  １３０ｋＷ
８１１  ２６０ｋＷ
８１２  時間、秒
８１３  電圧、ＤＣ
【図１Ａ】
2014162480.tif 000003
【図１Ｂ】
2014162480.tif 000004
【図１Ｃ】
2014162480.tif 000005
【図１Ｄ】
2014162480.tif 000006
【図１Ｅ】
2014162480.tif 000007
【図１Ｆ】
2014162480.tif 000008
【図１Ｇ】
2014162480.tif 000009
【図１Ｈ】
2014162480.tif 000010
【図２】
2014162480.tif 000011
【図２Ａ】
2014162480.tif 000012
【図３】
2014162480.tif 000013
【図４】
2014162480.tif 000014
【図５】
2014162480.tif 000015
【図６】
2014162480.tif 000016
【図７】
2014162480.tif 000017
【図８】
2014162480.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月15日(2014.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリーズ電気ハイブリッド車両であって、
前記車両の推進および動作のために該車両に電力を提供する非自励発電機／モータと、
前記非自励発電機／モータに連結されたインバータと、
高電圧ＤＣバスと、
前記車両を推進する複数の車輪と、
１つ以上のＡＣ非自励走行用モータ／発電機と、
前記高電圧ＤＣバスと、前記複数の車輪の１つ以上にそれぞれ取り付けられた前記１つ以上のＡＣ非自励走行用モータ／発電機との間で双方向に電力を伝達する１つ以上の小型デュアルインバータと、
内燃機関と、
前記高電圧ＤＣバスに電気的に連結されたウルトラキャパシタバンクと、
少なくとも１つの１２または２４ボルトＤＣバッテリを備えた従来型の低電圧システムと、
前記内燃機関を始動するために、また該内燃機関の始動後に前記１２または２４ボルトＤＣバッテリの充電状態を維持するために、前記ウルトラキャパシタバンクを事前充電することを目的として、前記１２または２４ボルトＤＣバッテリと前記ウルトラキャパシタバンクとの間で電力を伝達する双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと
を含み、
前記ＡＣ非自励走行用モータ／発電機と関連付けられた前記小型デュアルインバータが、発電機モードまたはモータモードで動作するように構成され
前記ＡＣ非自励走行用モータ／発電機が、前記車輪との組み合わせで推進力と回生制動とを提供するように構成され
前記内燃機関が、前記車両に電力を提供して該車両を推進および動作させるために前記非自励発電機／モータに連結され、
前記インバータが、前記非自励発電機／モータが発電機モードで動作しているときに前記高電圧ＤＣバスに電力を供給し、前記非自励発電機／モータがモータモードで動作しているときに該非自励発電機／モータに電力を供給するように、前記高電圧ＤＣバスとの間で双方向に電力を供給し、
前記ウルトラキャパシタバンクが、発電機モードで動作している前記ＡＣ非自励走行用モータ／発電機からの回生エネルギーを格納し、前記内燃機関を始動するためにモータモードで動作している前記非自励発電機／モータに連結された前記インバータにエネルギーを供給する
シリーズ電気ハイブリッド車両。
【請求項２】
前記発電機モードで動作している前記ＡＣ非自励走行用モータ／発電機からの過剰な回生エネルギーを放散するレジスタバンクをさらに含む請求項１記載のシリーズ電気ハイブリッド車両。
【請求項３】
前記モータモードで動作している前記非自励発電機／モータを使用して、機関圧縮制動を作動させながら前記内燃機関を逆駆動することにより、前記車両からの過剰な運動エネルギーを放散する請求項１記載のシリーズ電気ハイブリッド車両。
【請求項４】
前記非自励発電機／モータがスイッチドリラクタンス機である請求項１記載のシリーズ電気ハイブリッド車両。
【請求項５】
前記非自励発電機／モータが前記車両の電気エネルギーの主供給源である請求項１記載のシリーズ電気ハイブリッド車両。
【請求項６】
高電圧ＤＣバスと、
前記高圧ＤＣバスにエネルギーを供給する非自励発電機／モータを駆動する内燃機関と、
２つのＡＣ走行用モータ／発電機／歯車減速機を駆動して前記車両を動かし回生制動からエネルギーを回収する双方向の後車軸ＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータと、
２つのＡＣ走行用モータ／発電機／歯車減速機を駆動して前記車両を動かし回生制動からエネルギーを回収する双方向の前車軸ＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータと、
少なくとも１つの１２または２４ボルトＤＣバッテリと、
前記高電圧ＤＣバスに電気的に連結されたウルトラキャパシタと、
前記１２または２４ボルトＤＣバッテリと前記高電圧ＤＣバスとの間に介在し、該１２または２４ボルトＤＣバッテリと該高電圧ＤＣバスおよび前記ウルトラキャパシタとの間でエネルギーを転送する双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと
を含み、
前記非自励発電機／モータが、前記内燃機関を始動するために該内燃機関に連結され、
前記ウルトラキャパシタが、前記内燃機関を始動するために、前記非自励発電機／モータに連結されたインバータにエネルギーを供給するハイブリッド電気車両。
【請求項７】
前記後車軸および前車軸ＤＣ−ＡＣ小型デュアルインバータが、エネルギーを回生し該エネルギーを前記少なくとも１つの１２または２４ボルトＤＣバッテリおよび／または前記ウルトラキャパシタに格納する整流手段を含み、さらにレジスタバンクを含む請求項６記載のハイブリッド電気車両。
【請求項８】
高電圧ＤＣバスと、
内燃機関と、
前記内燃機関に機械的に連結したスイッチドリラクタンス非自励発電機／モータと、
前記スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに連結し、該スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータと前記高電圧ＤＣバスとの間で電力を双方向に伝達するインバータと、
第１前輪を駆動し、推進力および／または回生制動を提供する、スイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機である第１前方ＡＣ走行用モータ／発電機と、
第２前輪を駆動し、推進力および／または回生制動を提供する、スイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機である第２前方ＡＣ走行用モータ／発電機と、
第１後輪を駆動し、推進力および／または回生制動を提供する、スイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機である第１後方ＡＣ走行用モータ／発電機と、
第２後輪を駆動し、推進力および／または回生制動を提供する、スイッチドリラクタンス非自励モータ／発電機である第２後方ＡＣ走行用モータ／発電機と、
前記高電圧ＤＣバスと電気通信を行い、前記第１前方ＡＣ走行用モータ／発電機および前記第１前輪を駆動するために前記高電圧ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、前記第２前方ＡＣ走行用モータ／発電機および前記第２前輪を駆動するために前記高電圧ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する第１小型デュアルインバータと、
前記高電圧ＤＣバスと電気通信を行い、前記第１後方ＡＣ走行用モータ／発電機および前記第１後輪を駆動するために前記高電圧ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、前記第２後方ＡＣ走行用モータ／発電機および前記第２後輪を駆動するために前記高電圧ＤＣバスからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換する第２小型デュアルインバータと、
前記高電圧ＤＣバスに電気的に連結されたウルトラキャパシタバンクと、
少なくとも１つの１２または２４ボルトＤＣバッテリを備えた従来型の低電圧システムと、
双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと
を含み、
前記スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータが、発電機モードで電力を供給する発電機として動作し、モータモードで電力を受け取るモータとして動作し、
前記ウルトラキャパシタバンクが、
回生モードで動作している前記第１前方ＡＣ走行用モータ／発電機および前記第２前方ＡＣ走行用モータ／発電機によって供給される回生エネルギーを前記第１小型デュアルインバータから格納し、
回生モードで動作している前記第１後方ＡＣ走行用モータ／発電機および前記第２後方ＡＣ走行用モータ／発電機によって供給される回生エネルギーを前記第２小型デュアルインバータから格納し、
前記スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータが発電機モードで動作しているときに、該スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに連結された前記インバータからエネルギーを格納し、
前記スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータがモータモードで動作しているときに、該スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータに連結された前記インバータにエネルギーを供給して前記内燃機関を始動し、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータが、
前記１２または２４ボルトＤＣバッテリの電圧を昇圧し、該１２または２４ボルトＤＣバッテリと前記ウルトラキャパシタバンクとの間で電力を伝達して、前記内燃機関を始動するために前記ウルトラキャパシタバンクを事前充電し、
前記内燃機関が始動した後、前記高電圧ＤＣバスの電圧を降圧して、前記１２または２４ボルトＤＣバッテリの充電状態を維持する
ハイブリッド電気車両。
【請求項９】
前記発電機モードで動作している前記ＡＣ走行用モータ／発電機からの過剰な回生エネルギーを消費するレジスタバンクをさらに含む請求項８記載のハイブリッド電気車両。
【請求項１０】
前記モータモードで動作している前記スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータを使用して、機関圧縮制動を動作させながら前記内燃機関を逆駆動することにより、前記車両からの過剰な運動エネルギーを放散する請求項８記載のハイブリッド電気車両。
【請求項１１】
前記スイッチドリラクタンス非自励発電機／モータが車両の電気エネルギーの主供給源である請求項８記載のハイブリッド電気車両。
【請求項１２】
内燃機関と、
発電機モードまたはモータモードで動作するＡＣ非自励発電機／モータと、
高電圧ＤＣバスと、
前記高電圧ＤＣバスに常時接続されたウルトラキャパシタバンクと、
前記ＡＣ非自励発電機／モータからのＡＣ電力を前記高電圧ＤＣバスおよび前記ウルトラキャパシタバンクに供給するためにＤＣ電力に変換するＡＣ−ＤＣインバータと、
低電圧ＤＣバッテリと、
前記低電圧ＤＣバッテリから前記ウルトラキャパシタバンクを充電し、モータモードで動作している前記ＡＣ非自励発電機／モータに初期励起エネルギーを提供して前記内燃機関を起動する手段と
を含むハイブリッド電気システム。
【請求項１３】
前記ウルトラキャパシタバンクが、前記ＡＣ非自励発電機／モータをモータモードで使用して前記内燃機関を始動し、それによって従来型の低電圧機関スタータを置換できるように、前記低電圧ＤＣバッテリからの十分なエネルギーで充電される請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項１４】
前記ウルトラキャパシタバンクを充電するために使用する前記手段が、前記低電圧ＤＣバッテリの充電状態を維持し、それによって従来型の低電圧オルタネータを不要にする双方向のＤＣ−ＤＣコンバータである請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項１５】
小型デュアルインバータと、
複数の車輪と、
前記複数の車輪のいずれかにそれぞれ相互接続された複数の非自励走行用モータ／発電機と
をさらに含み、
前記小型デュアルインバータが、前記ウルトラキャパシタバンクに接続された双方向のＤＣ−ＡＣインバータであり、前記ウルトラキャパシタバンクとの間および前記非自励走行用モータ／発電機との間でエネルギーを転送する請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項１６】
前記１つ以上の小型デュアルインバータが、動きを回避できるだけの十分に低い電力で動作するか、または前記非自励走行用モータ／発電機を対向するトルクで動作させることにより、前記ウルトラキャパシタバンク内のエネルギーの一部を前記非自励走行用モータ／発電機の巻線に放電して、前記システムの安全な稼働を実現する請求項１５記載のハイブリッド電気システム。
【請求項１７】
前記ＡＣ非自励発電機／モータが、過剰な回生制動エネルギーを放散するために、モータモードで動作して前記内燃機関と関連する機関制動とを逆駆動する請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項１８】
前記ＡＣ非自励発電機／モータがスイッチドリラクタンス機である請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項１９】
前記ウルトラキャパシタバンクが、通常の動作条件下での前記低電圧ＤＣバッテリからの事前充電に依存せずに迅速な機関始動を実現できるように、機関停止前に所定の最大充電状態まで駆動される請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項２０】
車両に動力を供給するＡＣ走行用モータに動力を供給するＤＣ−ＡＣインバータをさらに含む請求項１２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項２１】
前記ＡＣ走行用モータが、前記ウルトラキャパシタバンクに格納するエネルギーを前記ＤＣ−ＡＣインバータに対して回生する発電機として動作する請求項２０記載のハイブリッド電気システム。
【請求項２２】
発電機モードまたはモータモードで動作可能な非自励発電機／モータと、
電力インバータと、
高電圧ＤＣバスと、
前記高電圧ＤＣバスに接続されたウルトラキャパシタと、
低電圧ＤＣバッテリと、
双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと
を含み、前記ウルトラキャパシタバンクが、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して前記低電圧ＤＣバッテリからエネルギーを転送することにより使用可能な動作電圧まで充電され、
前記ウルトラキャパシタが使用可能な電圧まで充電されたときに、前記非自励発電機／モータが前記電力インバータによって駆動されるハイブリッド電気システム。
【請求項２３】
前記内燃機関の始動後、前記ＤＣ−ＤＣコンバータが前記低電圧ＤＣバッテリを充電する請求項２２記載のハイブリッド電気システム。
【請求項２４】
ハイブリッド電気車両の制御方法であって、
ウルトラキャパシタバンクの最大許容エネルギー含量を設定するステップと、
高電圧ＤＣバスの最小電圧を設定するステップと、
内燃機関を始動するための十分なエネルギーが前記ウルトラキャパシタバンクにあるか判断するステップと、
前記内燃機関を始動するための十分なエネルギーが前記ウルトラキャパシタバンクにない場合、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して低電圧ＤＣバッテリから前記ウルトラキャパシタバンクにエネルギーを転送するステップと、
前記内燃機関を始動するための十分なエネルギーが前記ウルトラキャパシタバンクにある場合、モータモードで動作している非自励発電機／モータを使用して前記内燃機関を始動するステップと、
前記ハイブリッド電気車両の回収可能なエネルギーを計算するステップと、
前記ハイブリッド電気車両の前記ウルトラキャパシタバンクのエネルギーを計算するステップと、
計算された回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンクのエネルギーとの合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満であるか判断するステップと、
計算された回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンクのエネルギーとの合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満でない場合に、前記内燃機関をアイドル状態に設定し、発電機モードで動作している前記非自励発電機／モータからの電力生成をゼロに設定するステップと、前記内燃機関がアイドル状態であり、発電機モードで動作している前記非自励発電機／モータが電力を生成しない状態で、待機するステップと、回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンク内のエネルギーとの合計を再計算し、再計算された合計が、前記ハイブリッド電気車両によるエネルギー消費に起因して、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満であるか再判断するステップと、再計算された合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満でない場合に、前記内燃機関を停止するステップと、
計算された回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンク内のエネルギーとの合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満である場合に、前記内燃機関の速度を最良の正味燃料消費率速度に設定し、発電機モードで動作している前記非自励発電機／モータからの電力を最大に設定するステップと、
制動命令が存在するか判断するステップと、
前記制動命令が存在する場合に、該制動命令に比例し且つ安定限界内で、非自励走行用モータ／発電機に負トルク命令を送るステップと、
前記制動命令が存在しない場合に、前記高電圧ＤＣバスの電圧が該高電圧ＤＣバスの前記最小電圧より大きいか判断するステップと、
前記高電圧ＤＣバスの電圧が該高電圧ＤＣバスの前記最小電圧より大きくない場合に、前記非自励走行用モータ／発電機にゼロトルク命令を送るステップと、
前記高電圧ＤＣバスの電圧が該高電圧ＤＣバスの前記最小電圧より大きい場合に、アクセル命令を読み取るステップと、
車両速度が最大許容速度未満であるか判断するステップと、
車両速度が最大世用速度未満でない場合に、前記非自励走行用モータ／発電機にゼロトルク命令を送るステップと
シフトセレクタが前進ギアである場合に、アクセル信号に比例し且つ安定限度内で、前記非自励走行用モータ／発電機に正トルク命令を送るステップと、
前記シフトセレクタが前進ギアでない場合に、アクセル信号に比例し且つ安定限度内で、前記非自励走行用モータ／発電機に負トルク命令を送るステップと
を含む方法。
【請求項２５】
前記非自励走行用モータ／発電機がスイッチドリラクタンス機である請求項２４記載のハイブリッド電気車両の制御方法。
【請求項２６】
前記内燃機関を始動する前記非自励発電機／モータがスイッチドリラクタンス機である請求項２４記載のハイブリッド電気車両の制御方法。
【請求項２７】
計算された回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンクのエネルギーとの合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満でない場合に、前記内燃機関をアイドル状態に設定し、発電機モードで動作している前記非自励発電機／モータからの電力生成をゼロに設定するステップと、前記内燃機関がアイドル状態であり、発電機モードで動作している前記非自励発電機／モータが電力を生成しない状態で、待機するステップと、回収可能なエネルギーと前記ウルトラキャパシタバンク内のエネルギーとの合計を再計算し、再計算された合計が、前記ハイブリッド電気車両によるエネルギー消費に起因して、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満であるか再判断するステップと、再計算された合計が、前記ウルトラキャパシタバンクの前記最大許容エネルギー含量未満でない場合に、内燃機関を停止するステップとが、小型デュアルインバータが動きを回避できるだけの十分に低い電力で動作するか、または前記非自励走行用モータ／発電機を対向するトルクで動作させることにより、前記ウルトラキャパシタバンクのエネルギーの一部を前記非自励走行用モータ／発電機の巻線に動きなしで放電して前記車両の安全な稼働を実現するステップと組み合わせて実行される請求項２４記載のハイブリッド電気車両の制御方法。
【請求項２８】
前記ウルトラキャパシタバンクが、前記低電圧ＤＣバッテリからの事前充電に依存せずに迅速な機関始動を実現できるように、前記内燃機関の停止前に所定の最大充電状態まで駆動される請求項２４記載のハイブリッド電気車両の制御方法。
【請求項２９】
制御装置と、
内燃機関と機械的に相互接続され、発電機モードまたはモータモードで動作できる非自励発電機／モータと、
電力インバータと、
高電圧ＤＣバスと、
前記高電圧ＤＣバスに相互接続されたウルトラキャパシタと、
低電圧ＤＣバッテリと、
双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと
を含み、
前記非自励発電機／モータが前記電力インバータと電気的に通信し、
前記制御装置が、前記電力インバータと電気的に通信して該電力インバータを制御し、
前記ウルトラキャパシタが、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して前記低電圧ＤＣバッテリからエネルギーを転送することにより使用可能な動作電圧まで充電され、
前記非自励発電機／モータが、前記制御装置によって制御され、前記ウルトラキャパシタが使用可能な電圧まで充電されているときに前記電力インバータによってモータモードで駆動されて前記内燃機関を始動するハイブリッド電気車両。
【請求項３０】
第１小型デュアルインバータおよび第２小型デュアルインバータと、
前記第１小型デュアルインバータおよび前記第２小型デュアルインバータによって駆動される複数の非自励走行用モータ／発電機と
をさらに含み、前記第１小型デュアルインバータおよび前記第２小型デュアルインバータが前記制御装置によって制御される請求項２９記載のハイブリッド電気車両。
【請求項３１】
前記第１小型デュアルインバータおよび前記第２小型デュアルインバータが電力を双方向に供給できる請求項３０記載のハイブリッド電気車両。
【請求項３２】
前記電力インバータが電力を双方向に供給できる請求項３０記載のハイブリッド電気車両。
【請求項３３】
前記第１小型デュアルインバータおよび前記第２小型デュアルインバータが電力を双方向に供給でき、前記電力インバータが電力を双方向に供給できる請求項３０記載のハイブリッド電気車両。
【請求項３４】
第１インバータと、
前記第１インバータによって駆動される走行用モータ／発電機と
をさらに含み、前記第１インバータが前記制御装置によって制御される請求項２９記載のハイブリッド電気車両。
【請求項３５】
シリーズ電気ハイブリッド車両であって、
化学エネルギーを機械エネルギーに変換する内燃機関と、
前記内燃機関に連結されて機械エネルギーを電力に変換し、該電力を推進およびその他の関連機能のために前記車両に提供する非自励発電機／モータと、
高電圧ＤＣバスと
前記非自励発電機／モータと前記高電圧ＤＣバスとの間で電力を双方向に転送するインバータと、
推進力を提供する走行用モータ／発電機と、
前記走行用モータ／発電機と前記高電圧ＤＣバスとの間で電力を双方向に転送する走行用インバータと、
少なくとも１つの１２または２４ボルトＤＣバッテリを備えた従来型の低電圧システムと、
前記高電圧ＤＣバスに電気的に連結されたウルトラキャパシタバンクと、
前記発電機を励起して前記内燃機関を始動し、該内燃機関の始動後は前記低電圧ＤＣバッテリの充電状態を維持するために、十分なエネルギーを提供する必要がある場合に、前記ウルトラキャパシタバンクを事前充電することを目的として、前記１２または２４ボルトＤＣバッテリと前記ウルトラキャパシタバンクとの間で電力を伝達する双方向のＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記ウルトラキャパシタバンクの充電状態と、前記車両の推進動作およびその他の関連機能とを管理する制御ロジックと
を含むシリーズ電気ハイブリッド車両。