(57)【要約】  プラグイン式ハイブリッド推進システムは、バッテリーの寿命を維持する高速エネルギー蓄積装置を含み、ハイブリッド・駆動系のエネルギー蓄積素子は、外部から供給される電気、ならびにエンジンまたは回生制動からのエネルギーで充電することができる。電子スイッチ、受動電子機器、エンクロージャ、制御装置回路および／または制御アルゴリズムを使用して、燃料エンジン、バッテリー、高速エネルギー蓄積システム、トラクションモータ、充電器、補助システム、電気分配システムおよび／または駆動系の間の電力フローを管理する。【選択図】      なし
2009508763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラグイン式ハイブリッド電気車両に動力を供給するためのシステムであって、内燃機関を有する車両駆動系と、前記駆動系に接続される１つまたは複数の電動発電機とを備え、前記１つまたは複数の電動発電機は、前記駆動系に動力を供給して、前記車両を推進するか、または前記内燃機関を始動するか、または動力を吸収して１つまたは複数のエネルギー蓄積装置を回生充電するように設けられ、前記システムが、第１の電気エネルギー蓄積装置と、第２の電気エネルギー蓄積装置と、パワーエレクトロニクス機器とを備え、
前記第１の電気エネルギー蓄積装置は、牽引力または前記内燃機関の始動のために前記駆動系に電気エネルギーを送出するか、または前記駆動系から電気エネルギーを吸収するバッテリーであり、
前記第２の電気エネルギー蓄積装置は、フライホイール、キャパシタ、ウルトラキャパシタ、スーパーキャパシタ、またはバッテリーであって、前記第２の電気エネルギー蓄積装置は、前記第１の電気エネルギー蓄積装置を、前記第１の電気エネルギー蓄積装置の損傷閾値を超える電流から保護するために必要に応じて電流を吸収または送出するだけであり、
前記パワーエレクトロニクス機器は、複数の相脚部を有する多相電力変換装置を含み、各相脚部が、ダイオードを有する２つの電子スイッチを備え、各相脚部の両端が直流バスに接続され、各相脚部の中心が別の電気装置に接続され、１つまたは複数のキャパシタが前記直流バスの両端に接続され、前記複数の相脚部のうちの第１の相脚部が、前記第２の電気エネルギー蓄積装置のＤＣ−ＤＣコンバータとして使用され、前記電力変換装置からの３つの相脚部のうちの１つまたは複数のセットが、１つまたは複数の３相電動部として機能するシステム。
【請求項２】
内燃機関を有する車両駆動系および前記駆動系に接続される１つまたは複数の電動発電機を備えるプラグイン式ハイブリッド電気車両のパワーエレクトロニクス機器を制御する方法であって、前記１つまたは複数の電動発電機は、前記駆動系に動力を供給して、前記車両を推進するか、または前記内燃機関を始動するか、または動力を吸収して１つまたは複数のエネルギー蓄積装置を回生充電するものにおいて、前記方法は、
バッテリーを備える第１の電気エネルギー蓄積装置を使用して、牽引力または前記内燃機関の始動のために前記駆動系に電気エネルギーを送出し、前記駆動系から電気エネルギーを吸収するステップと、
フライホイール、キャパシタ、ウルトラキャパシタ、スーパーキャパシタ、またはバッテリーを備える第２の電気エネルギー蓄積装置を使用して、必要に応じて電流を吸収または送出し、前記第１の電気エネルギー蓄積装置を、前記第１の電気エネルギー蓄積装置の損傷閾値を超える電流から保護するステップと、
前記第１の電気エネルギー蓄積装置の充電状態、第２の電気エネルギー蓄積装置の充電状態、および牽引エネルギー要求値を入力として受信する制御アルゴリズムを使用するステップであって、前記制御アルゴリズムが、前記牽引エネルギー要求値を充足させ、前記第１の電気エネルギー蓄積装置の損傷を防止し、前記第２の電気エネルギー蓄積装置の損傷を防止し、前記内燃機関の消費する燃料を最小限にするように、電気エネルギーの流れを指向させるステップとを含んで構成されることを特徴とする方法。
【請求項３】
前記第１の電気エネルギー蓄積装置は、前記直流バスに直接接続するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の電気エネルギー蓄積装置は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを通して前記直流バスに接続されたキャパシタであるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の電気エネルギー蓄積装置は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを通して前記直流バスに接続されたバッテリーであるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
相脚部は、前記第１の電気エネルギー蓄積装置および前記第２の電気エネルギー蓄積装置のいずれか一方または両方の充電器として使用されるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、接続されたモータおよび変圧器のインダクタンスを使用して電流リップルを平滑するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記駆動系に接続された１つのモータを備えるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
２つ以上の電動発電機を有する直列ハイブリッドとして構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
別個の前部駆動装置および後部駆動装置を備えるように構成され、前記前部駆動装置および後部駆動装置が機械的に接続されていない、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
エンジン駆動式前輪駆動装置および電動発電機駆動式後輪駆動装置を備えるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
車両機器および車両サブシステムに動力を供給する直流出力ポートを備えるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
交流充電ポートと、前記直流バスに充電電力を供給する能動整流器とを備えるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の電気エネルギー蓄積装置用の別個のバッテリー充電器を備えるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
マイクロプロセッサまたはディジタル信号プロセッサをホストとする制御アルゴリズムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータが単相脚部である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
交流電圧を生成する能動整流器として接続される相脚部を備えて該交流電圧を低いまたは高い電圧に変圧し、直流に整流するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
回生制動エネルギーは、前記第１の電気エネルギー蓄積装置によって吸収される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項１９】
回生制動エネルギーは、前記第２の電気エネルギー蓄積装置によって吸収される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項２０】
回生制動エネルギーは、前記内燃機関にトルクを加えるために電動発電機に通電することによって吸収される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項２１】
回生制動エネルギーは、前記第１の電気エネルギー蓄積装置と前記第２の電気エネルギー蓄積装置との任意の組合せ中で、かつ前記内燃機関にトルクを加えるために電動発電機に通電することによって吸収される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項２２】
牽引エネルギーは、前記第１の電気エネルギー蓄積装置のみによって供給される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項２３】
牽引エネルギーは、前記第２の電気エネルギー蓄積装置のみによって供給される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項２４】
牽引エネルギーは、前記内燃機関のみによって供給される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項２５】
牽引エネルギーは、前記第１の電気エネルギー蓄積装置、前記第２の電気エネルギー蓄積装置の任意の組合せで、前記内燃機関にトルクを加えるために電動発電機に通電することによって供給される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項２６】
エネルギーが、前記第１の電気エネルギー蓄積装置と前記第２の電気エネルギー蓄積装置との間で伝達される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項２７】
前記電動発電機と第１および第２の電気エネルギー蓄積装置とが、電流モード制御を使用して動作する、請求項２に記載の制御方法。
【請求項２８】
前記第１の電気エネルギー蓄積装置が、前記直流バスに直接接続され、前記第１の電気エネルギー蓄積装置の電流が、前記直流バスの電圧を調整することによって制御される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項２９】
バス電圧が、前記電動発電機と、第１および第２の電気エネルギー蓄積装置との吐き出し電流または吸い込み電流を制御することによって調整される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項３０】
前記第１のエネルギー蓄積装置の放電および充電電流制限が可変で、充電状態、温度、充電履歴およびユーザ入力に基づいて前記アルゴリズムによって決定される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項３１】
前記第２のエネルギー蓄積装置の放電および充電電流制限が可変で、充電状態、温度、充電履歴およびユーザ入力に基づいて前記アルゴリズムによって決定される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項３２】
前記第２の電気エネルギー蓄積装置が前記直流バスに直接接続するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド・駆動系のエネルギー蓄積素子を外部供給の電気で、さらにエンジンまたは回生制動からのエネルギーで充電することができる自動車、トラックおよびバスのプラグイン式ハイブリッド推進システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００５年９月２３日出願の「Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  ｆｏｒ  Ｐｌｕｇ−ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｆａｓｔ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ」と題した米国仮特許出願ＵＳ６０／５９６，４４３号、および２００５年１０月２８日出願の「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｏｒ  Ｐｌｕｇ−Ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｆａｓｔ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ」と題した米国仮特許出願ＵＳ６０／５９６，９０９号に基づく優先権を主張する。
【０００３】
市場で一般に見られる既存の製品には、トヨタのプリウス、ホンダのインサイト、およびフォードのエスケープハイブリッドなどの従来のハイブリッド車両がある。本発明にさらに密接に関連するのは、試作品のダイムラークライスラーのスプリンタのプラグイン式ハイブリッドバンである。
【０００４】
既存の従来のハイブリッドの主な問題は、全電気走行方式における限られた走行区間のせいで、従来のハイブリッド推進ではその全能力を実現できないことである。この問題は、全電気走行方式の走行距離区間を拡大できるように、車両のエネルギー蓄積容量を増加させることによって対応されている。エネルギー蓄積システムは、燃料消費を埋め合わせ、かつ低減させるために、外部供給源から充電することができる。このタイプの推進システムは、プラグイン式ハイブリッドとして知られている。
【０００５】
既存のプラグイン式ハイブリッド車両の主な問題は、バッテリーのコストおよびバッテリーの限られた寿命である。車両に合わせたサイズの従来のハイブリッド推進は、約１ｋＷｈの容量のエネルギー蓄積装置を使用し、プラグイン式ハイブリッド車両は、５ｋＷｈを超えるエネルギー蓄積装置を必要とする。プラグイン式ハイブリッドバッテリーシステムは、妥当な物理的重量および容積で有用な全電気式距離を得るためには、深いサイクル、所謂、ディープサイクルにしなければならない。このディープサイクルはバッテリーの寿命を短縮する。プラグイン式ハイブリッドバッテリーは、従来のハイブリッド車両のバッテリーよりはるかに大きく、比例して大変高価になる。したがって、プラグイン式ハイブリッドに関連するコストの上昇は、従来のハイブリッドより深刻である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ハイブリッド車両に使用するバッテリーの他の問題は、使用可能なエネルギー蓄積量を最大限にするには、温度などのバッテリーの環境条件を制約する必要があることである。許容できる耐久性を得るために、バッテリーの環境を調整する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内燃機関と、エンジンに接続されて、エンジンを始動するか、または第２の電動発電機に電気を供給するために使用される第１の電動発電機と、牽引力を車輪に供給する第２の電動発電機と、第１の電気エネルギー蓄積装置と、第２の電気エネルギー蓄積装置と、パワーエレクトロニクス・システムと、制御システムと、充電システムとを備えるハイブリッド電気車両パワートレーンである。
【０００８】
広義の用語では、プラグイン式ハイブリッド推進システムは、バッテリーパックと、エンジンと、トランスミッションと、パワーエレクトロニクス機器と、制御装置とを備える。特に、本明細書で開示するプラグイン式ハイブリッドは、高速エネルギー蓄積装置も含み、これはフライホイール、キャパシタ、または特定のタイプの高出力バッテリーであってもよい。高速エネルギー蓄積装置は、バッテリーが電気のみのモードで駆動するための平均電力を提供できるように、バッテリーを維持する短時間で頻繁な高強度充電および放電機能など、いくつかの機能を実行する。プラグイン式ハイブリッド・駆動系の目的は、乗用車を通常使用するために少なくとも２００，０００マイル（約３２万キロメートル強）の耐久性を獲得することである。プラグイン式ハイブリッドの１つの利点は、バッテリーの充電と放電のサイクル数を減少させ、それに対応してバッテリーの寿命を延長することである。
【０００９】
本発明の装置は、バッテリーおよび高速エネルギー蓄積システムを有するプラグイン式ハイブリッド推進システムの電力変換装置および制御装置である。
【００１０】
電力変換装置および制御装置は、電動発電機と、ＤＣ−ＤＣコンバータと、１２Ｖまたは４２Ｖの直流供給源と、双方向の電力処理能力を有することができる充電回路とを備える（少なくともこれらを含む）。これらのシステム要素は、受動的構成要素およびＤＣバスに接続された電子スイッチを使用して構築される。
【００１１】
電力変換装置および制御装置は、また、ゲート駆動電子機器およびセンサ入力用の信号調整などのディジタル信号処理装置またはマイクロプロセッサと、関連する電子ハードウェアに基づく制御装置電子機器とを含む。制御装置は、車両の性能およびサブシステムの状態を管理するアルゴリズムを実施する。
【００１２】
電力変換装置は、モータ／発電機、バッテリー、フライホイールおよびキャパシタなどの高速エネルギー蓄積装置、優先的にＶ２Ｇの能力を有する充電システム、および車両内の他のシステムへの電源などの接続された装置間の電力フローを管理する。
【００１３】
高速エネルギー蓄積装置には、３つの装置のうち１つを使用することができる。フライホイール装置は、回転子と、電動発電機と、ベアリングと、ハウジングと、電力変換器および制御装置と、補助的サブシステムとを備える。スーパーキャパシタ・バンクは、静電エネルギー蓄積構成要素の一連の並列回路を備える。高率放電バッテリーも使用することができるが、フライホイールおよびスーパーキャパシタが好ましい。
【００１４】
使用時には、本発明の好ましい実施形態は、全てのスイッチ、構成要素および制御装置を１つのエンクロージャ内に配置する。直流バスは、完全にエンクロージャ内に配置され、単一のバス・キャパシタを使用する。実際に、いくつかの電力変換装置および電動部が１つのコンパクトなアセンブリ内に構築される。
【００１５】
本発明の代わりの実施形態では、２つのハウジングを使用し、主要な電力処理構成要素が大きい方のエンクロージャ内に配置され、小さい方のエンクロージャは制御装置の電子機器に使用される。
【００１６】
制御装置は、ホストとなり、制御アルゴリズムを実行するために、１つまたは複数のディジタル信号処理装置またはマイクロプロセッサを使用する。
【００１７】
本発明の利点は、その結果のパッケージが、別個の駆動ユニットと比較して非常にコンパクトで、安価なことである。費用がかかり、空間を消費する相互接続部が省略される。
【００１８】
本発明の第２の利点は、放射されるＥＭＩをさらに容易に封じ込めることができることである。
【００１９】
本発明の他の利点は、液冷などのサブシステムを共有し、車両への統合を簡単にすることである。
【００２０】
本発明のさらに他の利点は、単一の制御装置がｎ相の駆動を実施できることであり、相の数ｎは１８を超えることができる。
【００２１】
本発明によって、電気化学、静電気、および動電学的蓄積テクノロジーを統合することができる。装置およびその機能は、広範囲の車両、さらに分散エネルギー・システムに用途を有する。
【００２２】
本発明の他の実施の態様は、本発明の好ましい実施形態の図面および以下の説明を考察することから明らかになるだろう。当業者であれば、本発明の他の実施形態が可能であり、全て本発明の概念から逸脱することなく、いくつかの点で本発明の詳細を変更できることを理解することができるだろう。したがって、以下の図面および説明は、例示としてのものであり、本発明を制限するものではない。
【００２３】
本発明の方法は、バッテリーおよび高速エネルギー蓄積システムで、プラグイン式ハイブリッド車両内のエネルギー・フローを制御する方法である。該方法は、複数のタイプのエネルギー蓄積装置を使用するハイブリッド車両に適用される。
【００２４】
関連するハイブリッド構成は、発電機を駆動して電気を発生させるエンジンと、１つまたは複数のトラクションモータと、バッテリーと、キャパシタまたはフライホイールなどの高速エネルギー蓄積装置とを含む。様々な補助負荷も存在してもよい。電力変換装置は、１つまたは複数の電源と負荷とエネルギー蓄積装置の間の電気エネルギー・フローを管理する。電力変換器は、発電機およびトラクションモータに接続されたＨブリッジ・モータと、高速エネルギー蓄積システムおよびバッテリーに接続されたＤＣ−ＤＣコンバータとを備える。電力変換装置は全て、共通の直流バスを通してエネルギーを交換する。
【００２５】
本明細書で開示する制御戦略には、いくつかの目的がある。
＊トラクションモータおよび他の負荷が必要とする電流を提供する。
＊回生制動中にトラクションモータによって発生したエネルギーを吸い込む。
＊バッテリーを過度の電流から保護する。
＊バッテリーを、過度に高い、または低い充電状態における動作から保護する。
＊エンジンの動作を最小限に抑える。
＊走行時にエンジンの効率的動作を使用する。
＊効率的なエンジン動作を使用してバッテリーを再充電する。
【００２６】
車両にはいくつかの状態がある。いくつかの駐車状態は、オフ、グリッドからの充電、および補機をオンに切り換えた状態の駐車を含む。２つの主要動作状態は、電気車両（ＥＶ）モードでの動作、および牽引力を供給することに加えて、または供給することに代わって、バッテリーの充電状態を向上させるためにエンジンを使用する充電モード（ＣＭ）での動作である。本発明の一態様は、車両がＥＶ状態とＣＭ状態の間でいつ移行するか決定するために使用する制御戦略である。本発明は、主にＥＶおよびＣＭ状態での動作に、およびこれらの状態間の移行に適用される制御方法である。
【００２７】
トラクションモータおよび補助負荷は、直流バスとの間で電流を出し入れする。エンジン、バッテリー、および高速エネルギー蓄積システムは、様々な要件を満足しながら、要求に応じてこのエネルギーを吐き出す（ｓｏｕｒｃｅ）か、または吸い込む（ｓｉｎｋ）ように動作する。２つの制御方法が開示される。第１の制御方法は、直流バスの電圧調整を含む。第２の制御方法は、いくつかの装置およびサブシステムからの電流の調整を含む。
【００２８】
第１の制御方法を実施する１つの方法は、バッテリーの許容限界内で電流要求が低下した場合に、バッテリーがバス電圧を維持するように、バッテリーと組み合わせて電力変換装置を使用することである。バッテリーの放電電流限界を超えると、電圧が低下し、高速エネルギー蓄積システムがバス電圧を調整する。逆に、バッテリーの充電電流限界を超えると、バス電圧が上昇し、高速エネルギー蓄積システムが、バス電圧を調整するためにエネルギーを吸収する。
【００２９】
放電中に、電流要求が、バッテリーと高速エネルギー蓄積システムを組み合わせた能力を超えるか、または高速エネルギー蓄積システムが消耗した場合は、バス電圧がさらに低下する。この状態で、エンジンが、発電機からの電気を直流バスに供給するために始動する。
【００３０】
長い坂道を下るなど、回生充電中に、蓄積した電流がバッテリーと高速エネルギー蓄積システムを組み合わせた容量を超えるか、またはバッテリーおよび高速エネルギー蓄積システムが十分に充電された場合は、追加の回生エネルギーをエンジンに向けることができ、ここでエンジンの制動によって吸収される。
【００３１】
本発明のさらなる態様は、本発明の好ましい実施形態の図面と以下の詳細な説明を考察することによって明らかになるだろう。なお、当業者なら、本発明の他の実施形態が可能であり、全て本発明の技術思想から逸脱することなく、いくつかの点で本発明の詳細な点を変更できることを、認識できよう。したがって、以下の図面および説明は、性質上は単なる例示として記載するものであり、本発明をこれらに制限するものではない。
【００３２】
本発明の特徴は、本発明の現在好ましい実施の形態を示す添付の図面を参照することによって、更によく理解することができるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の部品および環境を図面で示すために、以下の参照番号を使用する。
図１では、
１は第１のモータ／発電機（ＭＧ１）、
２は第２のモータ／発電機（ＭＧ２）、
３はエンジン、
４は前部差動装置、
５は前車軸またはスプリット・シャフト、
６は前輪、
７は電力変換装置および制御装置、
８はバッテリー
９は高速エネルギー蓄積キャパシタ、
１０は後部モータ／発電機（ＭＧＲ）、
１１は後部差動装置、
１２は後車軸またはスプリット・シャフト、
１３は後輪、
１４は充電器である。
さらに、図２では、
１５はダイオード、
１６は絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、
１７はスイッチ・モジュール、
２７はゲート・ドライブである。
さらに、図３では、
１８は直流バス、
１９は直流バス共通域、
２０は直流バス・キャパシタ、
２１はインダクタ、
２２は変圧器、
２３は交流リンク、
２４は充電器入出力部、
２５は直流電源、
２８は制御装置である。
さらに、図４では、
２６はフライホイール高速エネルギー蓄積装置である。
【００３４】
図１から図１１を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について開示する。電力変換装置および制御装置７は、接続された装置全部の間の電力フローを処理、調整、かつ配向する。これは、モータと、発電機と、複数のエネルギー蓄積装置と、充電器および補助システムとを含む。電力変換装置および制御装置７は、ある範囲の電圧および電力レベルにわたって直流、単相交流、および多相交流電気を吐き出す（ｓｏｕｒｃｅ）か、または吸い込む（ｓｉｎｋ）。
【００３５】
図１は前輪および後輪ドライブを有する直列ハイブリッド推進システムを示す。この図は例示としてのものであり、本発明を制限するものではない。本明細書で開示する方法は、並列ハイブリッドおよび電力を分割したハイブリッドにも適用することができる。原動力は、第１の電動発電機１を駆動するエンジン３によって生成される。バッテリー８および高速エネルギー蓄積システム９はエネルギーを電気的に蓄積する。これらの装置は全て、前部トラクションモータＭＧ２ ２、および後部トラクションモータＭＧＲ１０に電気を送出するパワーエレクトロニクス機器および制御モジュール７に接続される。
【００３６】
好ましい実施形態では、エンジン３は、ガソリンを燃料とする小型ピストン・エンジン３である。代替的に、エンジン３は、ディーゼル燃料または天然ガス、または水素などの任意の炭化水素燃料を燃料とする内燃機関３であってもよい。エンジン３は、第１の電動発電機ＭＧ１ １に直接接続される。ＭＧ１ １は主に発電機として機能するが、エンジン３の始動に使用することもできる。ＭＧ１ １によって生成または消費される電力は全て、電力変換装置および制御装置７によって処理される。
【００３７】
電力変換装置および制御装置７はバッテリー８に接続される。バッテリー８は電気エネルギーを吐き出す（ｓｏｕｒｃｅ）か、または吸い込む（ｓｉｎｋ）。電力変換装置および制御装置は高速エネルギー蓄積システム９、２６に接続され、これも電気エネルギーを供給するか、または吸い込む。バッテリー８は、車両の推進に使用するエネルギーを提供する。高速エネルギー蓄積システム９、２６も車両を推進し、特に始動、回生制動を使用する減速などの移行事象、通過などの加速事象、およびエンジン３出力の変更中に、エネルギーを供給するか、または吸い込む。電力変換装置および制御装置７は、バッテリー８および高速エネルギー蓄積ユニット９、２６の両方との間のエネルギー・フローを調整する。
【００３８】
トラクションモータＭＧ２ ２およびＭＧＲ１０は、それぞれ前輪および後輪に原動力を供給する。ＭＧ２ ２は、前部差動装置４に接続され、これは前車軸またはスプリット・シャフト５を通して前輪６に接続される。ＭＧＲ１０は後部差動装置１１に接続され、これは後車軸またはスプリット・シャフト１２を通して後輪１３に接続される。電力変換装置および制御装置７は、車両を推進するためにＭＧ２ ２およびＭＧＲ１０に電気を提供する。電力変換装置および制御装置７は、エネルギーを個別に、または任意の組合せでモータに指向させることができる。
【００３９】
バッテリー８は、リチウムの化学的性質を優先的に使用するが、ＮｉＭＨ、ＮｉＣＡＤまたはＰｂ酸も使用することができる。高速エネルギー蓄積システム９、２６はフライホイールまたはキャパシタを備えてよい。フライホイールは、排気した室内に収容された高速回転子、および一体電子機器を使用して、フライホイールを駆動することが好ましい。別の方法としては、フライホイールは、エネルギーを蓄積し、電気的に回収できるように、回転子を組み込み電動発電機に内蔵された任意のタイプであってもよい。キャパシタは、１０ｋＷ超で動作できる任意のタイプであってもよい。これは、スーパーキャパシタ、ウルトラキャパシタおよび電解キャパシタを含むことができる。高速エネルギー蓄積装置９、２６は、バッテリー８の容量より非常に小さいエネルギー蓄積容量を有することができる。
【００４０】
図２、図３および図４は、電力変換装置および制御装置７の詳細を開示している。図２は、ダイオード１５および固体スイッチング素子１６を備えるスイッチ１７の用語を示す。好ましくは、固体スイッチング素子１６は絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）であるが、他のスイッチング素子を使用してもよい。スイッチ１５は、制御装置からゲート・ドライブ２７への信号を通して開閉するように指令される。
【００４１】
図３および図４は、システムの各スイッチ１５に指令を出す制御装置２８を示す。明快さを期して、いくつかの代表的接続部しか図示されていない。実際には、全てのスイッチ１５が制御装置２８から入力を受信する。また、制御装置２８は、温度、状態（開または閉）、および故障状態（クリア、警報、故障）などの情報を各スイッチ１５から受け取ることができる。
【００４２】
各スイッチ１５は、制御装置２８からの指令に応答して開閉される。切り換えは、整流、チョッピングのために構成要素またはサブシステムに通電するか、動作不能にするか、または交流波形を合成するために実施される。付属装置の電力定格は変動する。電力変換装置および制御装置７の全体的サイズ、重量およびコストを最小限にできるように、関連するスイッチ１５の対応する電力定格も変えることができる。
【００４３】
電力変換装置および制御装置７は、電位が高い１つのバス・バー１８、および通常電位の第２のバス１９がある直流バスを有する。Ｈブリッジの脚部は、直列に接続された２つのスイッチ１５を備え、スイッチ１５の対は、直流バス１８、１９の２つのバス・バーを接続し、スイッチ間のポイントが、接続された交流装置の一相脚部に接続する。
【００４４】
直流バス・キャパシタ２０は個々に、または同時にいくつかの目的に役立つ。主に、バス・キャパシタ２０は、インバータ脚部によって実施されるモータ駆動およびバック・ブースト機能に必要な動的エネルギー蓄積装置を提供する。１つの直流バス・キャパシタ２０は電力変換装置および制御装置７の全ての相脚部に対応する。
【００４５】
電力変換装置および制御装置７は、電動発電機１、３、１０のフライホイール高速エネルギー蓄積装置２６、および充電ポート２４から交流フォーマットで電力を供給するか、または吸い込む。電力変換装置および制御装置のＨブリッジ脚部は、これらの装置のインタフェースをとるために、整流器、能動整流器、電動部、または交流インバータとして動作することができる。
【００４６】
Ｈブリッジ脚部は、チョッパとして機能するか、またはＤＣ−ＤＣ変換に使用される処理のように、切り換えによって遂行される任意の他の電力処理を実行することもできる。これらの構成は、バッテリー８および高速エネルギー蓄積キャパシタ９のインタフェースに使用される。
【００４７】
バック・ブースト機能のために、モータ駆動回路の一部としてインダクタンスが必要である。モータは、この目的のために十分な無視できないインダクタンスを有する。バッテリー８またはエネルギー蓄積キャパシタ９などの固有インダクタンスが低い装置では、インダクタ２１を回路に組み込むことができる。
【００４８】
モータＭＧ１ １、ＭＧ２ ２、ＭＧＲ１０、およびフライホイール２６の電動発電機では、電力変換装置および制御装置７の一部が双方向電動部として機能する。３相ドライブが典型的であるが、他の数の相も使用することができる。図３および図４は３相駆動構成を示す。トルクを発生させるために、パルス幅変調（ＰＷＭ）、空間ベクトル制御、および簡単な整流など、いくつかの制御戦略を実施することができる。
【００４９】
バック／ブースト・コンバータは、高周波スイッチングを使用して、インダクタンスで動的に応答させることによって、直流から直流電圧への変換を実行する。キャパシタ２０は、コンバータのスイッチング周波数に関連する過渡電流を平滑する。インダクタ２１または固有インダクタンス、キャパシタ２０、およびスイッチ１５は、バックまたはブースト機能を実行するために必要である。図３および図４は、バッテリー８のバック／ブースト回路を示す。図３は、高速エネルギーキャパシタ９のバック／ブースト回路を示す。これらの例では、各バック／ブースト段階に２つのスイッチ１５を使用すると、バックまたはブースト動作のために再構成せずにインダクタ２１およびキャパシタ２０を使用することができる。
【００５０】
バック／ブースト・コンバータは、より高い電力の付属装置のＤＣ−ＤＣ変換に使用される。交流リンク２３および変圧器２２が、充電器ポート２４への交流電圧の変換に使用される。内部交流リンク２３を使用して、より低い電圧へと変圧することができ、したがって個々のインバータ・サブアセンブリが、直流電源ポート２５において、より低い電圧出力（１２Ｖ、４２Ｖ）を提供することができる。
【００５１】
充電器ポート２４は、単相システムとして図示されているが、３相システムを使用してもよい。車両が休止し、電力系統に接続されている場合、充電器回路はエネルギーを直流バス１８、１９に、およびそこから任意の付属装置に送出することができる。Ｖ２Ｇの動作中に、バッテリー８、高速エネルギー・システム９、２６またはエンジン３からのエネルギーは、ＭＧ１ １を介してグリッドに送出することができる。
【００５２】
直流出力ポート２５は、一次直流バス１８、１９の電圧とは異なる電圧で動作する小型の能動整流器によって通電される。この能動整流器は、電力変換装置および制御装置７全体で使用されるタイプのスイッチ１５を使用し、制御装置２８と連通する。図３および図４に示す構成は、２つの電圧、好ましくは１２Ｖおよび４２Ｖで低電力の直流を供給することができる。
【００５３】
制御装置２８は、１組の規則を実施することによって、電力変換装置の動作を指令する。これらの規則は、車両の状態、運転者の入力、動作状態、車両の性能、回生制動、バッテリー８の保護、バッテリー８寿命の延長、燃料消費の管理、バッテリー８および高速エネルギー蓄積システム９、２６の充電状態の管理、充電、Ｖ２Ｇの機能、および補機負荷に関係する。制御装置２８は、加速のための運転者の入力に応答してトラクションモータ２、１０に電力を供給する１組の機能を実施する。惰行（ｃｏａｓｔｉｎｇ）または制動などの減速の指令に応答して、制御装置２８は、一方または両方のトラクションモータ２、１０を発電機として動作させ、回生制動を通して車両を減速する。
【００５４】
トラクションモータは、前部４および後部１１差動装置、および前部５および後部１２駆動軸それぞれを通して前輪６および後輪１３を駆動する。駐車時には、外部から供給した電気を充電器ポート１４に通して送出することができる。
【００５５】
図２は、電力変換装置および制御装置７の詳細を示す略図である。各スイッチ１７は、ダイオードおよび固体スイッチング素子を備える。固体スイッチング素子は絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）であることが好ましいが、他のスイッチング素子を使用してもよい。スイッチは、制御装置からの信号を通して開閉するように指令される。
【００５６】
制御装置２８は、システム内の各スイッチ１７に指令を発する。明快さを期して、いくつかの代表的接続部しか図示されていない。実際には、全てのスイッチ１７が制御装置２８から入力を受信する。また、制御装置２８は、温度、状態（開または閉）、および故障状態（クリア、警報、故障）などの情報を各スイッチ１７から受け取ることができる。切り換えは、整流、チョッピングのために構成要素またはサブシステムに通電するか、動作不能にするか、または交流波形を合成するために実施される。
【００５７】
電力変換装置および制御装置７は、電位が高い１つの直流バス・バー１８、および通常電位の第２のバス１９がある直流バスを有する。Ｈブリッジの脚部は、直列に接続された２つのスイッチ１７を備え、スイッチ１７の対は、直流バス１８、１９の２つのバス・バーを接続し、スイッチ間のポイントが、接続された交流装置の一相脚部に接続する。
【００５８】
直流バス・キャパシタ２０は個々に、または同時にいくつかの目的に役立つ。主に、バス・キャパシタ２０は、インバータ脚部によって実施されるモータ駆動およびバック・ブースト機能に必要な動的エネルギー蓄積装置を提供する。１つの直流バス・キャパシタ２０は電力変換装置および制御装置７の全ての相脚部に対応する。
【００５９】
電力変換装置および制御装置７は、電動発電機１、３、１０のフライホイール高速エネルギー蓄積装置２６、および充電ポート２４から交流フォーマットで電力を吐き出す（ｓｏｕｒｃｅ）か、または吸い込む（ｓｉｎｋ）。電力変換装置および制御装置のＨブリッジ脚部は、これらの装置のインタフェースをとるために、整流器、能動整流器、電動部、または交流インバータとして動作することができる。
【００６０】
Ｈブリッジ脚部は、チョッパとして機能するか、またはＤＣ−ＤＣ変換に使用される処理のように、切り換えによって遂行される任意の他の電力処理を実行することもできる。これらの構成は、バッテリー８および高速エネルギー蓄積キャパシタ９のインタフェースに使用される。
【００６１】
バック・ブースト機能のために、モータ駆動回路の一部としてインダクタンスが必要である。モータは、この目的のために十分な無視できないインダクタンスを有する。バッテリー８またはエネルギー蓄積キャパシタ９などの固有インダクタンスが低い装置では、インダクタ２１を回路に組み込むことができる。
【００６２】
モータＭＧ１ １、ＭＧ２ ２、ＭＧＲ１０、およびフライホイール２６の電動発電機では、電力変換装置および制御装置７の一部が双方向電動部として機能する。３相ドライブが典型的であるが、他の数の相も使用することができる。トルクを発生させるために、パルス幅変調（ＰＷＭ）、空間ベクトル制御、および簡単な整流など、いくつかの制御戦略を実施することができる。
【００６３】
バック／ブースト・コンバータは、高周波スイッチングを使用して、インダクタンスで動的に応答させることによって、直流から直流電圧への変換を実行する。キャパシタ２０は、コンバータのスイッチング周波数に関連する過渡電流を平滑する。インダクタ２１または固有インダクタンス、キャパシタ２０、およびスイッチ１７は、バックまたはブースト機能を実行するために必要である。図３および図４は、バッテリー８のバック／ブースト回路を示す。図３は、高速エネルギーキャパシタ９のバック／ブースト回路を示す。これらの例では、各バック／ブースト段階に２つのスイッチ１７を使用すると、バックまたはブースト動作のために再構成せずにインダクタ２１およびキャパシタ２０を使用することができる。
【００６４】
バック／ブースト・コンバータは、より高い電力の付属装置のＤＣ−ＤＣ変換に使用される。交流リンク２３および変圧器２２が、充電器ポート２４への交流電圧の変換に使用される。内部交流リンク２３を使用して、より低い電圧へと変圧することができ、したがって個々のインバータ・サブアセンブリが、直流電源ポート２５において、より低い電圧出力（１２Ｖ、４２Ｖ）を提供することができる。
【００６５】
充電器ポート２４は、単相システムとして図示されているが、３相システムを使用してもよい。車両が休止し、電力系統に接続されている場合、充電器回路はエネルギーを直流バス１８、１９に、およびそこから任意の付属装置に送出することができる。Ｖ２Ｇの動作中に、バッテリー８、高速エネルギー・システム９またはエンジン３からのエネルギーは、ＭＧ１ １を介してグリッドに送出することができる。
【００６６】
直流出力ポート２５は、一次直流バス１８、１９の電圧とは異なる電圧で動作する小型の能動整流器によって通電される。この能動整流器は、制御装置２８と連通する装置のスイッチ１７を使用する。図２に示す構成は、２つの電圧、好ましくは１２Ｖおよび４２Ｖで低電力の直流を吐き出す（ｓｏｕｒｃｅ）ことができる。
【００６７】
バッテリー８の充電状態（ＳＯＣ）は、制御装置によって確立された限界内に維持され、これは８０％〜１００％ＳＯＣの範囲の充電上限、および１０％〜５０％ＳＯＣの充電下限を含む。バッテリー８のＳＯＣが上限に達すると、充電に至るプロセスが停止するか、または高速エネルギー蓄積装置９、２６へと伝達される。バッテリー８のＳＯＣが下限に達すると、バッテリー８の放電につながるプロセスが停止するか、またはバッテリー８が回生充電されるか、またはエンジン８を使用して、バッテリー８が充電される。
【００６８】
バッテリー８の充電または放電率が、制御装置２８で設定された限界を超えた場合は、電力変換装置または制御装置７が高速エネルギー蓄積システム９、２６からエネルギーを吐き出す（ｓｏｕｒｃｅ）か、または吸い込む（ｓｉｎｋ）。
【００６９】
高速エネルギー蓄積システム９、２６が充電の上限または下限に達すると、制御装置はエネルギー・フローを指示して、高速エネルギー９、２６の充電状態を所定の中間レベルまで回復する。このプロセスは、車両の性能を損なわない、またはバッテリー８の寿命を短縮する状態にならない場合のみ実行される。電気故障が発生すると、故障の性質に応じて、いくつかの応答が実施される。可能な応答の範囲の例は、故障のある接続装置を切断するか、消勢するか、または隔離し、制御装置２８を使用不能にし、故障を手動または自動的にリセットし、クリアすることを含む。多くの他の制御戦略が実施され、このような変更は全て、本発明の範囲および精神に入るものとする。
【００７０】
本発明の動作は、いくつかの異なる駆動モードを含む。
【００７１】
第１の動作モードでは、エンジン３が、ＭＧ１ １で電気を発生することによって車輪６、１３に原動力を供給し、これは電力変換装置および制御装置７によって処理され、ＭＧ２ ２およびＭＧＲ１０のいずれか、または両方に送出される。
【００７２】
第２の動作モードは、ＥＶ（電気車両）モードと呼ばれる。このモードでは、全ての原動力は、バッテリー８および高速エネルギー蓄積装置９、２６のいずれか、または両方を使用して提供される。これらの装置からの電気エネルギーは、電力変換装置および制御装置７によって処理され、電力変換装置および制御装置７によって決定された組合せで、ＭＧ２ ２およびＭＧＲ１０のいずれか、または両方に送出される。
【００７３】
第３の動作モードでは、原動力はエンジン３と、バッテリー８および高速エネルギー蓄積システム９、２６のいずれか一方または両方との両方によって提供される。このモードでは、これらの装置のいずれかによって供給される電気エネルギーは、電力変換装置および制御装置７によって処理され、電力変換装置および制御装置７によって決定された組合せで、ＭＧ２ ２およびＭＧＲ１０のいずれか、または両方に送出される。
【００７４】
第４の動作モードでは、回生制動での減速中に、ＭＧ２ ２およびＭＧＲ１０のいずれか、または両方が力を提供し、発電機として作用することによって車両を減速する。このような状態で発生したエネルギーは、電力変換装置および制御装置７によって処理され、制御装置７はエネルギーをバッテリー８に蓄積するか、高速エネルギー蓄積システム９に蓄積するか、またはＭＧ１ １がエンジン３にトルクを加えて、エンジン３がエンジン制動を実行できるように、ＭＧ１ １に送出するように指示することができる。電力変換装置および制御装置７は、エネルギーをいずれかの要素に個々に、または任意の組合せで指向させることができる。
【００７５】
第５の動作モードでは、車両が休止し、充電ポート２４を通して交流電気の外部電源に接続される。外部電源は、電力系統であってよいが、住宅の太陽電池のような系統外の電源を使用することもできる。図は、単相充電ポート２４を示す。３相充電ポートは、単に拡張したもので、１つのＨブリッジ相脚部を追加する必要がある。充電中に、充電ポート２４に関連するＨブリッジ脚部は、直流バス１８、１９に電力を送出する能動または受動整流器として機能する。このエネルギーは主に、バッテリー８の充電に使用されるが、任意の接続サブシステムに供給してもよい。
【００７６】
第６の動作モードでは、車両が休止し、電気系統に接続されている場合、充電器回路がバッテリー８、高速エネルギー・システム９、２６またはエンジン３からＭＧ１ １を介してグリッドへとエネルギーを送出して、Ｖ２Ｇの機能を実行することができる。
【００７７】
高速エネルギー蓄積装置９、２６は、頻繁な周期変動および高出力の動作に耐性があるが、バッテリー８には耐性がない。第２から第４の動作モードでは、電力変換装置および制御装置７は、バッテリー８が経験する充電および放電事象の数が最少になるようにエネルギー・フローを指示する。また、電力変換装置および制御装置７が高速エネルギー蓄積装置９、２６を操作して、バッテリー８の高出力動作の大きさおよび程度を最小限に抑えるように動作させる。バッテリー８を過度の周期変動および過度の高出力動作から保護することによって、いくつかの利点が生じる。組み合わせたエネルギー蓄積システムの耐久性は、高速エネルギー蓄積装置９、２６なしにバッテリー８を使用した場合と比較して改善される。バッテリー８は、高速エネルギー蓄積装置９、２６の保護なしに可能な深さより深い放電深さまで動作することができる。したがって、所与の全電気走行距離を、高速エネルギー蓄積装置９、２６の保護なしに可能な場合よりはるかに小さいバッテリー８で達成することができる。
【００７８】
規定された５つのモードの機能を組み合わせて使用する他の多くのモードが可能である。
【００７９】
本発明の多くの変形が、当業者には想起される。第１の変形は、以上の直列ハイブリッド構成を使用し、燃料電池を使用して発電する。燃料電池がエンジン３および第１の電動発電機１に置き換わる。この変形では、高速エネルギー蓄積装置９、２６およびバッテリー８を電力変換装置および制御装置７に接続する。電力変換装置および制御装置７は、高速エネルギー蓄積装置９、２６とバッテリー８と電動発電機２および１０の間で電力フローを指示する。電気を蓄積または使用する全ての要素（３、７および８）は、電気を吐き出すか（ｓｏｕｒｃｅ）、または吸い込む（ｓｉｎｋ）ことができる。この変形では、高速エネルギー蓄積装置９、２６が、過酷な、または頻繁な充電および放電事象からバッテリー７を保護する。また、この構成では、高速エネルギー蓄積装置９、２６が、加速するために即時電力を供給することによって燃料電池を保護し、燃料電池は、スロットル応答が不十分で、このような事象によって損傷することがある。
【００８０】
第２の変形は、トランスミッションを組み込んでいる。この変形では、トランスミッションは、遊星歯車、およびゼロ、１つまたは２つのクラッチを含むことができる。ＭＧ１ １およびＭＧ２ ２の両方ともトランスミッションに接続され、これによってエンジンから車輪の動力を伝達する並列の機械および電気的経路が可能になる。この装置は、並列ハイブリッドまたはパワー・スプリット（直並列）ハイブリッドとして構成することができる。この変形では、電力変換装置および制御装置７は、元の構成と同じ機能を果たす。
【００８１】
第３の変形では、エンジン３からの動力を車輪に送出するトランスミッションを組み込んでいる。この変形では、ＭＧ１ １がエンジン３に直接またはトランスミッションを介して接続され、ＭＧ２ ２が使用されず、電力変換装置および制御装置７の回路の関連部分が含まれない。これは、１つのモータがある並列ハイブリッドである。任意選択で、この変形の性質を変更せずに、ＭＧＲ１０およびそれに関連する電子機器を含めることができる。この変形では、電力変換装置および制御装置７が、元の構成と同じ機能を多く実行する。
【００８２】
第４の変形は、元の構成の２輪駆動タイプであり、ＭＧＲ１０および電力変換装置および制御装置７の関連回路は使用しない。それ以外は、この変形では電力変換装置および制御装置７が元の構成と同じ機能を果たす。
【００８３】
このような変形は全て、本発明の範囲および精神に入るものとする。
【００８４】
図２に示すシステムは、Ｍ、Ｂ、ＣおよびＥと呼ばれる４つのサブシステム内にまとめられる。サブシステムＭは、電気システムによって支持された全ての電気負荷を備える。これらは、トラクションモータ２、１０、および照明、空調などの補助機器２５への直流電源を含む。
【００８５】
サブシステムＢは、バッテリー８およびその関連電子機器を指す。これらの電子機器は、ＤＣ−ＤＣコンバータを備え、簡単に切断することができるか、またはバッテリーを直流バスに直接接続することができる。
【００８６】
サブシステムＣは、高速エネルギー蓄積システムおよびそれに関連する電子機器を指す。図２は、ＤＣ−ＤＣコンバータを有するキャパシタまたはウルトラキャパシタとして実施される高速エネルギー蓄積装置を示す。代替的に、高速エネルギー蓄積システムは、電動部を通して直流バスに接続するフライホイール装置を使用することもできる。
【００８７】
サブシステムＥは、エンジン３、第１の電動発電機１、およびモータを直流バスに接続するモータ駆動電子機器を指す。
【００８８】
図３は、単線結線図でサブシステムＥ、Ｂ、ＣおよびＭを示す。各サブシステムは、直流バスへの電流を供給するか、または吸い込む。サブシステムＭは主に、バスからの電流を要求するが、回生制動中にバスに電流を蓄積することもできる。Ｍ電流は、車両の動作および性能要求によって確立され、独立パラメータである。本発明は、効率を最大限にし、寿命を短縮するか、損傷をもたらす動作からバッテリーを保護しながら、サブシステムＥ、ＢおよびＣが電流要求Ｉ（Ｍ）を満足する制御方法である。
【００８９】
電流の用語は以下の通りである。
ＳＯＣは充電状態を指す。
Ｉ（Ｅ）は、エンジンによって駆動されるＭＧ１からの電流である。
Ｉ（Ｂ）は、バッテリー電流である。
Ｉ（Ｃ）は、高速エネルギー蓄積システムからの電流である。
Ｉ（Ｍ）は、負荷の電流である。
Ｉ（ＢＬ）、Ｉ（ＢＵ）、Ｉ（ＣＬ）、Ｉ（ＣＵ）は、バッテリーおよび高速エネルギー蓄積システムの上方および下方電流設定点である。
記号の規則については、
充電中は、Ｉ（Ｂ），Ｉ（Ｃ）＞０、放電中は、Ｉ（Ｂ），Ｉ（Ｃ）＜０、
エンジン制動中は、Ｉ（Ｅ）＞０、発電中は、Ｉ（Ｅ）＜０、
発電で電力の吐き出し（ｓｏｕｒｃｅ）時には、Ｉ（Ｍ）＞０、負荷で電力の吸い込み（ｓｉｎｋ）中は、Ｉ（Ｍ）＜０である。
【００９０】
バッテリーの動作空間
バッテリーは、充電状態、およびバッテリーが充電中か放電中かの関数である許容電流を有する。図７は、許容可能なバッテリー動作のマップを示す。バッテリー動作空間のマップには、多くの他の変形を実施することができる。許容動作範囲の形状は例示としてのものであり、本発明を制限するものではない。このマップは検索テーブルまたは他のアルゴリズムとして実施することができる。このようなテーブルのファミリーを実施することができる。電流要求がバッテリーの許容電流を超えた場合、電流は制限される。電流が制限される方法は、電流要求がいかに許容電流を超えるかの関数である。
【００９１】
図７を参照すると、放電中に、ＳＯＣ（最低）より低いさらなる放電は許容されない。放電中に、ＳＯＣ＞ＳＯＣ（最低）の場合、最大放電電流が特定のＳＯＣの最大許容電流以下であるように電流が制限される。
【００９２】
充電中には、ＳＯＣ（最大）より高い充電は許容されない。充電中にＳＯＣ＜ＳＯＣ（最大）の場合、最大充電電流が最大許容充電電流以下であるように電流が制限される。
【００９３】
システムの状態
図８は、システムがいくつかの異なる状態を有することを示す。ここでは５つの状態を示すが、これは制限的ではなく、いくつかの他の状態を実施することができる。本明細書で開示される５つの状態は以下の通りである。
オフ−車両が駐車し、全てのシステムがオフに切り換えられている。
Ｖ２Ｇ−（車両をグリッドに）充電するか、グリッドにサービスを提供するために車両をグリッドに接続する。
ホテル−車両は駐車しているが、補助システムを動作させるために、電力が供給されている。
ＥＶ−（電気車両）車両が電気車両として動作し、ピーク電力を提供するために必要な場合を除き、エンジンがオフに切り換えられている。
ＣＭ−（充電モード）バッテリーに充電するために、エンジンをオンに切り換えた状態で車両が動作している。
【００９４】
オフとＶ２Ｇとホテルの間の状態移行は通常、運転者が入力して手動で遂行される。ＥＶとＣＭの間の移行は、車両の動作中に自動的に遂行される。これらの状態および以降で開示する様々な制御モードに加えて、いくつかの他の状態が実施される。これらの他の状態およびモードは、システムおよび装置の保護に関係し、電気的故障、電圧不足および過剰電圧状態、および過剰電流状態に対する応答を含む。
【００９５】
ＣＭの意図は、バッテリーが低充電状態である場合にバッテリーを再充電するためにエンジンを使用することである。ＥＶ状態とＣＭ状態との間の移行は、エンジンをオンに切り換えなければならない回数を最小限にする方法で実行される。これは、バッテリー充電状態の上方および下方設定点を使用して遂行することができる。図７は、これらの設定点Ｓ１およびＳ２をそれぞれ指す。下方設定点まで放電すると、エンジンがオンに切り換えられ、上方設定点に達するまでバッテリーを充電する。
【００９６】
図９は、ＥＶ状態とＣＭ状態の間の移行を管理する論理を示す。動作時には、この状態移行論理を頻繁に評価する。
【００９７】
本発明は、制御戦略の２つの別個のクラスのうちのいずれか一方を実施する。第１の制御方法はＴ１（タイプ１）と指定され、ＤＣ−ＤＣコンバータまたは他の電子機器を使用して、バッテリーの電流を直接制御する。第２の制御方法はＴ２（タイプ２）と指定され、バッテリーが直流バスに接続される構成に基づき、浮動することができる。
【００９８】
いずれの場合も、電流Ｉ（Ｍ）は、駆動負荷および補機負荷によって確立される独立パラメータである。エネルギー管理システムは、要求された電流をバッテリー、高速エネルギー蓄積システムおよびエンジンから供給する。
【００９９】
制御方法タイプ１（Ｔ１）
好ましい実施形態では、ＥＶ状態での動作は、階層状電圧変動率を使用する。図１０は、この方法を実施するために使用できるいくつかの電圧範囲を示す。システム状態ごとにいくつかの制御モードがある。システム状態およびバス電圧に基づいて、特定の制御モードが選択される。
タイプ１制御、機械の状態：ＥＶ
【０１００】
Ｔ１−ＥＶ１（タイプ１電圧変動率、ＥＶモード＃１）：Ｖ（ＢＵ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＢＬ）の場合、バス電圧はバッテリー電流の不感帯範囲の上限と下限の間にある。この状態では、バッテリーおよび高速エネルギー蓄積システムのコンバータが動作せず、バス電圧が浮動することができる。正味負荷ではないこの状態は、車両の動作中に、穏やかな回生制動が車両の補機負荷を相殺し、その結果、動力への正味要求がない場合に生じることがある。このモードは、加速と制動の間の移行中にも生じる。
【０１０１】
Ｔ１−ＥＶ２：Ｖ（ＢＵ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＣＬ）の場合、バスに負荷がかかり、これによってバス電圧が、Ｖ（ＢＬ）以下になるまで低下する。この状態では、バス電圧をＶ（ＢＬ）に調整するために、バッテリーの電力変換装置がバッテリーから電流を抽出し、直流バスに電流を蓄積する。このモードの動作は、電圧がＶ（ＢＵ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＢＬ）に戻るか、図７に示すようなバッテリーの許容動作を超えるまで継続する。前者の場合、システムはＥＶモード１で動作する。後者の場合、バッテリーの出力は、制御装置がバス電圧をＶ（ＢＬ）に調整するには不十分であり、バス電圧はＶ（ＣＬ）に達するまで低下する。
【０１０２】
Ｔ１−ＥＶ３：Ｖ（ＣＬ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＥＬ）の場合、バッテリーの出力は、車両および高速エネルギー蓄積システムによって要求されたエネルギーがバス電圧を調整するには不十分である。この状態では、バッテリーは切断されるか、または電流調整の下にバスにエネルギーを提供する。高速エネルギー・システムの電力変換装置は、次の２つの状態の一方が生じるまで、バス電圧をＶ（ＣＬ）の値に調整する。（１）負荷が低下し、バッテリーの電流が、必要な電力を提供するには十分で、システムがＥＶモード２に戻る。（２）高速エネルギー蓄積システムが消耗し、バス電圧がＶ（ＥＬ）より下まで低下する。
【０１０３】
Ｔ１−ＥＶ４：Ｖ（ＥＬ）＞ＶＢＵＳの場合、バッテリーおよび高速エネルギー蓄積システムは、バス電圧をＶ（ＣＬ）以上に維持するのに十分な電流を提供しない。この状態では、ＭＧ１がピーク電力を提供するように、エンジンがオンに切り換えられる。
【０１０４】
エンジンは、熱効率を最適化するように動作することが好ましい。ピーク効率は通常、エンジン・トルクが最高限トルクの半分を超えるような負荷でエンジンが動作している場合に生じる。エンジンを負荷の下に動作させるために、状況によっては、ＭＧ１が、ピーク電流を提供するのに必要な出力より大きい出力を生成する。この場合、エンジンが必要な電流しか発生しない、またはシステムの状態がＥＶからＣＭに移行できるように、エンジンの出力を低下させることができる。
【０１０５】
Ｉ（Ｂ）＋Ｉ（Ｃ）＋Ｉ（Ｅ）の組合せがＶ（ＥＬ）を維持するのに不十分な場合は、バス電圧が低下して、負荷に送出される動力を減少させる。
【０１０６】
Ｔ１−ＥＶ５：Ｖ（ＣＵ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＢＵ）の場合、回生制動などによってバスに蓄積されるエネルギーは、Ｖ（ＢＵ）に達するか、またはそれを超えるように、バス電圧を上昇させる。この状態では、電圧をＶ（ＢＵ）に調整するために、バッテリーの電力変換装置が直流バスから電力を抽出する。バスから抽出されたエネルギーは、バッテリーの充電に使用される。このモードの動作は、電圧がＶ（ＢＵ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＢＬ）に戻るか、図７に示すようなバッテリーの許容動作を超えるまで継続する。前者の場合、システムはＥＶモード１で動作する。後者の場合、バッテリーの充電は、制御装置がバス電圧をＶ（ＢＵ）に調整するには不十分であり、バッテリーの充電は電流が制限され、バス電圧はＶ（ＣＵ）に達するまで上昇する。
【０１０７】
Ｔ１−ＥＶ６：Ｖ（ＥＵ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＣＵ）の場合、図７に示すバッテリー性能マップに従ってバッテリーの充電受け入れ性が調整される。この調整されたバッテリー充電受け入れ性は、バス電圧をＶ（ＣＵ）より低く維持するには不十分である。高速エネルギー・システムの電力変換装置は、次の２つの状態の一方が生じるまで、バス電圧をＶ（ＣＵ）の値に調整する。（１）充電電流が低下し、バッテリーの充電受け入れ性が、必要な電力を吸収するには十分で、システムがＥＶモード５に戻る。（２）高速エネルギー蓄積システムが最高限度まで充電され、高速エネルギー電流が低下し、バス電圧がＶ（ＣＵ）より上まで上昇して、Ｖ（ＥＵ）に達する。その結果、ＥＶモード７に移行する。
【０１０８】
Ｔ１−ＥＶ７：ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＥＵ）の場合、バッテリーおよび高速エネルギー蓄積装置は、Ｖ（Ｂ）がＶ（ＥＵ）より上まで増加するのを防止するには不十分な充電受け入れ率を有する。このモードでは、エンジンをエンジン制動に使用するために、ＭＧ１がモータとして機能する。ＭＧ１は、Ｖ（Ｂ）をＶ（ＥＵ）まで減少させるために、直流バスから電流を吸い込む。
【０１０９】
タイプ１制御、機械の状態：ＣＭ
機械の状態ＣＭでは、エンジンがオンで、ＭＧ１は直流バスへの電流を吐き出し（ｓｏｕｒｃｅ）供給している。エンジンは高効率で動作していることが好ましい。
【０１１０】
Ｔ１−ＣＭ１（電圧調整タイプ１、充電モード１）：Ｔ１−ＣＭ１は、Ｖ（ＢＵ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＢＬ）の場合にバス電圧が不感帯内にあるという点で、Ｔ１−ＥＶ１に類似している。この状態では、バッテリーおよび高速エネルギー蓄積システムのコンバータは動作せず、バス電圧が浮動することができる。正味負荷ではないこの状態は、車両の動作中に、電流要求Ｉ（Ｍ）＝Ｉ（Ｅ）で、その結果、エンジンによって供給されている動力を超える動力への正味要求がない場合に生じることがある。
【０１１１】
Ｔ１−ＣＭ２：Ｖ（ＢＬ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＣＬ）の場合、バスへの電流要求は、エンジンから入手可能な電流を超え、すなわち、｜Ｉ（Ｍ）｜＞｜Ｉ（Ｅ）｜で、これによってバス電圧は、電圧がＶ（ＢＬ）以下になるまで低下する。この状態で、バス電圧をＶ（ＢＬ）に調整するために、バッテリーの電力変換装置はバッテリーから電流を抽出し、直流バスに電流を蓄積する。このモードの動作は、電圧がＶ（ＢＵ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＢＬ）に戻るか、図７に示すようなバッテリーの許容動作を超えるまで継続する。前者の場合、システムはＣＭモード１で動作する。後者の場合、バッテリーの出力は、制御装置がバス電圧をＶ（ＢＬ）に調整するには不十分であり、バッテリーが電流制御下で電力を吐き出し（ｓｏｕｒｃｅ）、バス電圧はＶ（ＣＬ）に達するまで低下する。
【０１１２】
Ｔ１−ＣＭ３：Ｖ（ＣＬ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＥＬ）の場合、バッテリーおよびエンジンの出力は、車両によって要求されるエネルギーを提供するには不十分であり、高速エネルギー蓄積システムがバス電圧を調整する。この状態では、バッテリーは切断されるか、または電流調整の下にバスにエネルギーを提供する。高速エネルギー・システムの電力変換装置は、次の２つの状態の一方が生じるまで、バス電圧をＶ（ＣＬ）の値に調整する。（１）負荷が低下し、バッテリーおよびエンジンの電流が、必要な電力を提供するには十分で、システムがＣＭモード２に戻る。（２）高速エネルギー蓄積システムが消耗し、バス電圧がＶ（ＥＬ）より下まで低下する。
【０１１３】
Ｔ１−ＣＭ４：Ｖ（ＥＬ）＞ＶＢＵＳの場合、エンジン、バッテリーおよび高速エネルギー蓄積システムは、バス電圧をＶ（ＣＬ）以上に維持するのに十分な電流を提供していない。この状態では、バス電圧が低下し、負荷への動力を減少させる。
【０１１４】
Ｔ１−ＣＭ５：Ｖ（ＣＵ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＢＵ）の場合、正味余剰電流Ｉ（Ｅ）＞Ｉ（Ｍ）は、Ｖ（ＢＵ）に達するまでまたは超えるまでバス電圧を上昇させる。この状態では、電圧をＶ（ＢＵ）に調整するために、バッテリーの電力変換装置が直流バスから電力を抽出する。バスから抽出されたエネルギーは、バッテリーの充電に使用される。モードＴ１−ＣＭ５は、車両が高速道路での運転など、一定の中程度の負荷で動作している普通の動作状態である。このモードの動作は、電圧がＶ（ＢＵ）＞ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＢＬ）に戻るか、図７に示すようなバッテリーの許容動作を超えるまで継続する。前者の場合、システムはＣＭモード１で動作する。後者の場合、バッテリーの充電は、制御装置がバス電圧をＶ（ＢＵ）に調整するには不十分であり、バス電圧はＶ（ＣＵ）に達するまで上昇する。
【０１１５】
Ｔ１−ＣＭ６：ＶＢＵＳ＝Ｖ（ＣＵ）の場合、図７に示すバッテリー性能マップに従ってバッテリーの充電受け入れ性が調整される。この調整されたバッテリー充電受け入れ性は、バス電圧をＶ（ＣＵ）より低く維持するには不十分である。高速エネルギー・システムの電力変換装置は、次の２つの状態の一方が生じるまで、バス電圧をＶ（ＣＵ）の値に調整する。（１）充電電流が低下し、バッテリーの充電受け入れ性が、必要な電力を吸収するには十分で、システムがＣＭモード５に戻る。（２）高速エネルギー蓄積システムが最高限度まで充電され、高速エネルギー電流が低下し、バス電圧がＶ（ＣＬ）より上まで上昇する。その結果、ＣＭモード７に移行する。
【０１１６】
Ｔ１−ＣＭ７：ＶＢＵＳ＞Ｖ（ＣＵ）の場合、バッテリーおよび高速エネルギー蓄積装置は、Ｖ（Ｂ）がＶ（ＣＵ）より上まで上昇するのを防止するには不十分な充電受け入れ率を有する。このモードでは、エンジンをエンジン制動に使用するために、ＭＧ１がモータとして機能する。ＭＧ１は、Ｖ（Ｂ）をＶ（ＣＵ）まで減少させるために、直流バスから電流を吸い込む。
【０１１７】
制御方法タイプ２（Ｔ２）
直流バスに直接接続されたバッテリーについて、階層状電圧調整の代替例を開示する。この場合、バッテリー電流は、バッテリーの充電状態、バス電圧およびバッテリーのインピーダンスの関数である。動作の原理は依然として、バッテリーを規定された動作空間（図７）内に維持しながら、システムが車両によって要求されるエネルギーの吐き出しまたは吸い込みを供与する点にある。この方法は、電圧ではなく電流に基づいてモードが選択されるという点で、制御方法タイプ１とは異なる。
【０１１８】
前述のように、２つのシステム状態、すなわちＥＶおよびＣＭがある（図８）。前述のように、状態間の移行は、主に状態移行論理によって管理される（図９）。
【０１１９】
制御方法Ｔ２は、Ｉ（Ｍ）およびＩ（Ｂ）を監視することによって実施される。高速エネルギー電流Ｉ（Ｃ）およびエンジンが発生した電流Ｉ（Ｅ）を調節して、要求を満足させ、Ｉ（Ｂ）を許容限度内に維持する。図１１は、制御モードの割り当てを決定するために使用される電流範囲およびシステム状態を示す。設定点として使用される電流値はＩ（ＢＵ）、Ｉ（ＢＬ）、Ｉ（ＣＵ）およびＩ（ＣＬ）である。これらの値は動的であり、頻繁に更新される。Ｉ（ＢＵ）およびＩ（ＢＬ）は、バッテリーの動作が図７に規定されたような許容限度内に留まることを確保するために確立される。Ｉ（ＣＵ）およびＩ（ＣＬ）は、高速エネルギー・システムの充電状態に依存する。
【０１２０】
通常は、Ｉ（ＢＵ）＞０およびＩ（ＢＬ）＜０である。極端な動作では、Ｉ（ＢＬ）およびＩ（ＣＬ）で可能な値の範囲の例は以下を含むが、それに限定されない。バッテリーが消耗し、電流を供給する（ｓｏｕｒｃｅ）能力がない場合、Ｉ（ＢＬ）はＩ（ＢＬ）＝０に設定される。バッテリーが最高限度まで充電され、電力を吸い込む能力がない場合、Ｉ（ＢＵ）＝０となる。高速エネルギー蓄積装置が消耗し、電力を供給する能力がない場合、Ｉ（ＣＬ）はＩ（ＣＬ）＝Ｉ（ＢＬ）に設定される。高速エネルギー蓄積装置が最高限度まで充電され、充電受け入れ容量がない場合、Ｉ（ＣＵ）＝Ｉ（ＢＵ）となる。
【０１２１】
本発明の重要な原理は、Ｉ（ＢＬ）、Ｉ（ＢＵ）、Ｉ（ＣＬ）、Ｉ（ＣＵ）、Ｉ（Ｍ）およびＩ（Ｅ）が常に知られており、故障状態などの状態情報とともに、これらの電流値の情報が、Ｉ（Ｃ）、Ｉ（Ｂ）およびＩ（Ｅ）を制御するか、または保護モードに入ることが可能になるのに十分であることである。
【０１２２】
タイプ２制御、機械の状態：ＥＶ
Ｔ２−ＥＶ１：このモードでは、エンジンはオフまたはアイドリング中であり、Ｉ（Ｅ）＝０で、Ｉ（ＢＵ）＞Ｉ（Ｍ）＞Ｉ（ＢＬ）である。負荷への電流が、完全にバッテリーによって提供されるか、または負荷によって回生された電流が、完全にバッテリーに吸収される。したがって、Ｉ（Ｂ）＝Ｉ（Ｍ）である。このモードはＥＶ状態のデフォルト・モードであり、Ｉ（Ｂ）がＩ（ＢＵ）＞Ｉ（Ｂ）＞Ｉ（ＢＬ）によって確立された許容バッテリー電流の範囲内に留まっている限り継続することができ、ここでＩ（ＢＵ）およびＩ（ＢＬ）は図４から得られる。
【０１２３】
Ｔ２−ＥＶ２：このモードでは、エンジンはオフまたはアイドリング中であり、Ｉ（Ｅ）＝０で、Ｉ（ＢＬ）＞Ｉ（Ｍ）＞Ｉ（ＣＬ）である。放電中に、電流が、バッテリー電流マップ（図７）に従って確立された限界Ｉ（ＢＬ）に達する。高速エネルギー・システムが直流バスへ電流を供給し、バッテリー電流を許容限度内に維持する。状態の変化とともに、Ｉ（ＢＵ）＞Ｉ（Ｍ）＞Ｉ（ＢＬ）の場合は、車両がＴ２−ＥＶ１状態に戻る。高速エネルギー蓄積システムが消耗するか、またはＩ（Ｍ）＜０および｜Ｉ（Ｍ）｜＞｜Ｉ（ＢＬ）＋Ｉ（ＣＬ）｜の場合、システムはＴ２−ＥＶ３モードに移行する。
【０１２４】
Ｔ２−ＥＶ３：Ｔ２−ＥＶ３では、エンジンがオンに切り換えられ、ＭＧ１が直流バスに電流を蓄積する。エンジンによって蓄積された電流は、バッテリーおよび高速エネルギー蓄積システムを充電するのに十分な余剰を生成しながら、要求に対応するのに十分である場合もある。システムは、以下の状態のうち１つが満たされるまで、Ｔ２−ＥＶ３モードに留まる。Ｉ（Ｍ）＜０および｜Ｉ（Ｍ）｜＞｜Ｉ（Ｅ）＋Ｉ（ＢＬ）＋Ｉ（ＣＬ）｜の場合、システムは保護モードを実行し、要求が低下する。Ｉ（ＢＵ）＞Ｉ（Ｍ）＞Ｉ（ＢＬ）であるように状態が変化すると、モードはＴ２−ＥＶ１に戻る。Ｉ（ＢＬ）＞Ｉ（Ｍ）＞Ｉ（ＣＬ）であるように状態が変化すると、モードはＴ２−ＥＶ１に戻る。このモードの動作継続時間が短い場合、エンジンは、過度のエンジン始動・停止サイクルを回避するために、特定の時間だけアイドリングまたは他の低動力出力状態で動作することができる。
【０１２５】
Ｔ２−ＥＶ４：このモードでは、エンジンはオフまたはアイドリング中であり、Ｉ（Ｅ）＝０で、Ｉ（ＣＵ）＞Ｉ（Ｍ）＞Ｉ（ＢＵ）である。回生制動中に、電流は電流限界Ｉ（ＢＵ）を超えて直流バスに蓄積される。高速エネルギー・システムが余剰電流を吸い込む。Ｉ（Ｍ）＞Ｉ（ＢＵ）＋Ｉ（ＣＵ）の場合、システムはＴ２−ＥＶ５に移行する。他の場合、Ｔ２−ＥＶ４が継続し、Ｉ（ＢＵ）＞Ｉ（Ｍ）＞Ｉ（ＢＬ）になると、車両がＴ２−ＥＶ１に戻る。
【０１２６】
Ｔ２−ＥＶ５：このモードでは、エンジンがオンであり、エンジン制動に使用され、Ｉ（Ｅ）≠０であり、Ｉ（Ｍ）＞Ｉ（ＢＵ）＞Ｉ（ＣＵ）である。エンジン制動は、過度の電流の吸込みに使用される。Ｉ（Ｍ）が減少するにつれ、システムはＴ２−ＥＶ１またはＴ２−ＥＶ４に移行する。Ｉ（Ｍ）＞Ｉ（Ｅ）＋Ｉ（ＢＬ）＋Ｉ（ＣＬ）の場合、システムは保護モードを実行し、直流バスに蓄積される電流が減少する。
【０１２７】
タイプ２制御、機械の状態：ＣＭ
機械の状態ＣＭでは、エンジンがオンで、ＭＧ１は直流バスへの電流を供給している。
【０１２８】
Ｔ２−ＣＭ１：エンジンがオンで、直流バスへの電流を供給し、Ｉ（Ｅ）＜０である。電流レベルはＩ（ＢＵ）＞［Ｉ（Ｍ）−Ｉ（Ｅ）］＞Ｉ（ＢＬ）であるようなレベルである。正味電流はバッテリーの許容範囲内にあるので、高速エネルギー蓄積システムは電力を供給せず、吸い込まない。すなわち、Ｉ（Ｃ）＝０である。したがって、Ｉ（Ｂ）＋Ｉ（Ｅ）＝Ｉ（Ｍ）である。０＞Ｉ（Ｅ）および｜Ｉ（Ｅ）｜＞｜Ｉ（Ｍ）｜である状態では、電池の充電が生じる。また、Ｉ（Ｍ）とＩ（Ｅ）の両方がバッテリーの充電に寄与するように、電流が回生される。このモードは、ＣＭ状態のデフォルト・モードであり、Ｉ（Ｂ）がＩ（ＢＵ）＞［Ｉ（Ｍ）−Ｉ（Ｅ）］＞Ｉ（ＢＬ）によって与えられた許容バッテリー電流範囲内に留まる限り継続することができる。
【０１２９】
Ｔ２−ＣＭ２：エンジンがオンで、直流バスへの電流を供給し、Ｉ（Ｅ）＜０であり、システムに負荷がかかり、Ｉ（Ｍ）＜０である。要求は高く、Ｉ（ＢＬ）＞［Ｉ（Ｍ）−Ｉ（Ｅ）］＞Ｉ（ＣＬ）である。この状態で、高速エネルギー蓄積システムは直流バスへの電流を供給する。電流要求が減少し、Ｉ（ＢＵ）＞［Ｉ（Ｍ）−Ｉ（Ｅ）］＞Ｉ（ＢＬ）である場合、システムはＴ２−ＥＶ１に移行する。電流要求が、負荷を満足するために組み合わせたエネルギー蓄積装置の能力を超える、すなわちＩ（ＣＬ）＞［Ｉ（Ｍ）−Ｉ（Ｅ）］の場合、システムは保護モードに入り、要求が低下する。
【０１３０】
Ｔ２−ＣＭ３：エンジンがオンで、直流バスへの電流を供給し、エンジン電流および回生制動が、Ｉ（ＣＵ）＞［Ｉ（Ｍ）−Ｉ（Ｅ）］＞Ｉ（ＢＵ）であるように、バッテリー容量を超えてさらなる電流を供給する。高速エネルギー蓄積システムが、Ｉ（ＢＵ）を超える電流を供給する。蓄積された電流が減少し、Ｉ（ＢＵ）＞［Ｉ（Ｍ）−Ｉ（Ｅ）］＞Ｉ（ＢＬ）であると、システムはＴ２−ＣＭ１に移行する。バスに供給された電流がバッテリーおよび高速エネルギー蓄積装置の容量を超える、すなわち［Ｉ（Ｍ）−Ｉ（Ｅ）］＞Ｉ（ＣＵ）の場合、システムはＴ２−ＣＭ４に移行する。
【０１３１】
Ｔ２−ＣＭ４：このモードでは、エンジンがオンで、アイドリング中であるか、またはエンジン制動に使用され、すなわち［Ｉ（Ｍ）−Ｉ（Ｅ）］＞Ｉ（ＣＵ）で、Ｉ（Ｅ）が、エンジン制動を通して過度の電流を吸収するように確立される。Ｉ（Ｍ）が減少すると、システムはＴ２−ＣＭ３またはＴ２−ＣＭ１に移行する。Ｉ（Ｍ）＞Ｉ（Ｅ）＋Ｉ（ＢＬ）＋Ｉ（ＣＬ）の場合、システムは保護モードを実行し、直流バスに蓄積される電流が減少する。
【０１３２】
以上のセクションでは、タイプ１およびタイプ２と指定された制御方法について開示し、説明してきた。これらのシステム制御方法に加えて、タイプ１またはタイプ２のシステム制御で使用できる高速エネルギー蓄積装置およびエンジンの他の制御方法がある。このような変形は全て、本発明の精神および範囲に入るものとする。
【０１３３】
高速エネルギー蓄積装置：ＳＯＣの管理
結果となる車両のコストおよび重量を最小限に抑えるために、最少量の高速エネルギー蓄積装置しか使用しない。高速エネルギー蓄積システムは、バッテリーの容量よりはるかに小さい容量を有する。この小さい容量を最大限に活用するために、高速エネルギー蓄積装置の充電状態を管理する方法を実施する。
【０１３４】
この方法では、タイプ１およびタイプ２の制御がＩ（Ｃ）＝０に設定される状態で、高速エネルギー蓄積システムを休止状態で目標のＳＯＣに維持するために、小さい充電または放電電流を加える。車両では、この目標ＳＯＣは、装置が高電流事象にとって十分なエネルギーを蓄積するのに十分なほど高いが、回生制動に使用可能な充電受け入れ容量があるほど十分に低くなければならない。この目標ＳＯＣの典型的な値は、最高限度の充電の５０％〜８０％であるが、正確な値がこの範囲を外れてもよい。
【０１３５】
高速エネルギー蓄積装置のＳＯＣがこの目標値より高い場合は、細流放電を実施する。高速エネルギー蓄積装置のＳＯＣがこの目標値より低い場合は、細流充電を実施する。いずれの場合も過度の周期変動、または車両のシステム制御装置の多大な摂動を回避するために、細流電流は小さい値に設定される。
【０１３６】
高速エネルギーＳＯＣのこの管理方法を、動作原理を変更せずに、タイプ１およびタイプ２制御方法内で特定のモードに適用することができる。タイプ１およびタイプ２制御の説明を参照し、高速エネルギーＳＯＣの管理を以下のモードに適用することができる。すなわち、Ｔ１−ＥＶ１、Ｔ１−ＥＶ２、Ｔ１−ＥＶ５、Ｔ１−ＣＭ１、Ｔ１−ＣＭ２、Ｔ１−ＣＭ５、Ｔ２−ＥＶ１、Ｔ２−ＥＶ３、Ｔ２−ＣＭ１およびＴ２−ＣＭ４である。
【０１３７】
エンジン制御
本明細書で開示される制御方法は、主に、ハイブリッド車両のパワーエレクトロニクス機器の動作に関係する。また、制御方法は、エンジン動作のパラメータを規定する。制御のタイプ、システムの状態および制御モードに応じて、エンジンにいくつかの機能を実行するように指令することができる。これらの指令は以下を含むが、それに制限されない。
【０１３８】
停止：エンジンに停止するように指令する。
始動：エンジンに始動するように指令する。ＭＧ１ １を使用してエンジン３を始動する場合は、バッテリーまたは高速エネルギー蓄積装置内にこの機能を実行するのに十分な電荷があり、バッテリーまたは高速エネルギー蓄積システムからこの機能を実行するのに十分な電流容量を使用可能であるように、エンジン始動を実施しなければならない。別個のバッテリーおよびスタータ・モータを使用する場合は、始動動作に関連する遅れの後、制御モードのうち１つによって要求された場合にエンジン出力が使用可能であるように、エンジン始動のタイミングを合わせなければならない。
【０１３９】
ピーク効率：エンジンは広範囲のトルクおよび速度で動作することができるが、ピーク効率は、はるかに狭い範囲のトルクおよび速度で達成される。ピーク効率での動作の指令に応答して、スロットル設定およびＭＧ１ １によってエンジン３に与えられるトルクは、エンジン３がピーク効率で動作するように設定される。代替的に、スロットル設定ではなく、速度設定を確立してもよい。
【０１４０】
アイドル：過度のエンジン始動・停止サイクルを回避するために、トルクを与えずに、最低速度で動作するようにエンジンに指令することができる。
【０１４１】
負荷追従：大部分の動作モードは、エネルギー蓄積システムを使用して、負荷とエンジン出力との差を管理する。エネルギー蓄積システムが損傷した場合、エンジン出力が負荷を追従することができる。このモードでは、プラグイン式ハイブリッド・駆動系が、ＭＧ１、ＭＧ２、ＭＧＲを有する従来の車両のように機能し、電力変換装置および制御装置がトランスミッションに取って代わる。
【０１４２】
エンジン制動：いくつかの動作モードは、バッテリーおよび高速エネルギー蓄積システムの充電受け入れ容量を超えて直流バスに電流を充電することを含む。これらのモードでは、ＭＧ１ １は、エンジン３にトルクを加えるモータとして機能する。エンジンは、エンジンがＭＧ１に制動トルクを加えるように、スロットルを閉じる、火花がない、または他の状態で動作する。
【０１４３】
このような変形は全て、本発明の範囲および精神に入るものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】プラグイン式ハイブリッド・システムの図である。
【図２】電子スイッチ・アセンブリの図である。
【図３】３つのモータ／発電機およびキャパシタ高速エネルギー蓄積システムを使用するシステムの電力変換装置および制御装置および付属装置の略図である。
【図４】３つのモータ／発電機およびフライホイール高速エネルギー蓄積システムを使用するシステムの電力変換装置および制御装置および付属装置の略図である。
【図５】２つのモータ／発電機およびキャパシタ高速エネルギー蓄積システムを使用するシステムの電子機器および付属装置の機能グループを示す電力変換装置および制御装置の略図である。
【図６】サブシステムによって組織化された駆動系およびパワーエレクトロニクス機器の要素を示すサブシステムの略図である。
【図７】充電状態の関数としてバッテリーの許容電流の代表マップを示すバッテリー動作スペースである。
【図８】状態間で可能な移行を示す車両の可能ないくつかの状態の線図である車両状態である。
【図９】２つの主要駆動状態間の移行を決定するために使用される論理を示す状態移行の論理である。
【図１０】タイプ１の制御方法の動作モードを決定する際に使用する電圧範囲の線図を示す電圧範囲である。
【図１１】タイプ２の制御方法の動作モードを決定する際に使用する電流範囲の線図を示す電流範囲である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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