(57)【要約】      （修正有）【課題】車載の蓄電デバイスと外部電源との間のエネルギー伝達専用の構成要素の数を削減し、外部電源からプラグイン自動車の車載蓄電デバイスへの電気エネルギーの伝達を容易にする装置の提供。【解決手段】直流電圧を出力するように構成された第１のエネルギー蓄積デバイス１２、１００、第１のエネルギー蓄積デバイス１２、１００に結合された第１の双方向電圧修正アセンブリ１４、１０２、１０４、１０６、充電バス１６に結合可能な高インピーダンス電圧源６２から供給された充電エネルギーの伝達を監視するように構成されたコントローラ５６を備える。コントローラ５６は、監視された充電エネルギーを閾値と比較して、電圧および電流のうちの１つを修正するように第１の双方向電圧修正アセンブリ１４、１０２、１０４、１０６を制御するように構成される。【選択図】図２
2011055700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ電圧を出力するように構成された第１のエネルギー蓄積デバイス（１２、１００）と、
前記第１のエネルギー蓄積デバイス（１２、１００）に結合された第１の双方向電圧修正アセンブリ（１４、１０２、１０４、１０６）と、
前記第１のエネルギー蓄積デバイス（１２、１００）および前記第１の双方向電圧修正アセンブリ（１４、１０２、１０４、１０６）に結合された充電バス（１６）と、
前記充電バス（１６）に結合可能な高インピーダンス電圧源（６２）と、
前記高インピーダンス電圧源（６２）から前記第１のエネルギー蓄積デバイス（１２、１００）へ供給される充電エネルギーの伝達を監視し、前記監視された充電エネルギーの伝達を閾値と比較して、前記閾値が横切られた後、前記第１のエネルギー蓄積デバイス（１２、１００）に供給される前記充電エネルギーの電圧および電流のうちの１つを修正するように前記第１の双方向電圧修正アセンブリ（１４、１０２、１０４、１０６）を制御するように構成されたコントローラ（５６）とを備える装置。
【請求項２】
前記第１のエネルギー蓄積デバイス（１２、１００）が、前記高インピーダンス電圧源（６２）の瞬時送出能力より大きな瞬時受入れ能力を有する高出力エネルギー蓄積デバイス（１２）を備え、
前記第１の双方向電圧修正アセンブリ（１４、１０２、１０４、１０６）が、双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（１４）を備え、
前記第１の双方向電圧修正アセンブリ（１４、１０２、１０４、１０６）を制御するように構成されている前記コントローラ（５６）が、前記双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（１４）を介して前記充電エネルギーの前記電圧および前記電流のうちの１つをブーストするように構成される請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記高インピーダンス電圧源（６２）が、
複数の２次変圧器巻線（８０）と、
前記複数の２次変圧器巻線（８０）に結合された整流ブリッジ（６６）とを備える請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記第１の双方向電圧修正アセンブリ（１４、１０２、１０４、１０６）を制御するように構成されている前記コントローラ（５６）が、前記双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（１４）の複数のブーストコンバータを同相で制御するように構成される請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（１４）が、閾値が横切られる前に、充電エネルギーの電流を前記高インピーダンス電圧源（６２）から前記充電バス（１６）へ伝達するように構成された複数のダイオード（８２〜９２）を備える請求項２記載の装置。
【請求項６】
前記監視された充電エネルギーの伝達を前記閾値と比較するように構成されている前記コントローラ（５６）が、前記充電バス（１６）の電流を所定の電流閾値と比較するように構成される請求項２記載の装置。
【請求項７】
前記第１のエネルギー蓄積デバイス（１２、１００）が、高インピーダンス電圧源（６２）の瞬時送出能力より大きな瞬時受入れ能力を有する低出力エネルギー蓄積デバイス（１００）を備え、
前記第１の双方向電圧修正アセンブリ（１４、１０２、１０４、１０６）が、双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（１０２、１０４、１０６）を備え、
前記第１の双方向電圧修正アセンブリ（１４、１０２、１０４、１０６）を制御するように構成されている前記コントローラ（５６）が、前記双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（１０２、１０４、１０６）を介して前記充電エネルギーの前記電圧および前記電流のうちの１つに対抗するように構成される請求項１記載の装置。
【請求項８】
開位置および閉位置を有するスイッチ（１２２）をさらに備え、
前記スイッチ（１２２）が、閉位置では前記低出力エネルギー蓄積デバイス（１００）を前記充電バス（１６）に直接結合するように構成され、
前記スイッチ（１２２）が、開位置では前記低出力エネルギー蓄積デバイス（１００）を前記充電バス（１６）に対して直接切り離すように構成され、
前記コントローラ（５６）が、前記閾値が横切られた後に、前記スイッチ（１２２）を閉位置から開位置に切り換えるようにさらに構成される請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（１０２、１０４、１０６）および前記充電バス（１６）に結合された双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（１４）をさらに備え、前記双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（１４）が、前記高インピーダンス電圧源（６２）から前記充電バス（１６）へ充電エネルギーを伝達するように構成される請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記高インピーダンス電圧源（６２）の瞬時送出能力より大きな瞬時受入れ能力を有する高出力エネルギー蓄積デバイス（１２）をさらに備え、
前記コントローラ（５６）が、前記双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（１４）を介して前記充電エネルギーの前記電圧をブーストするようにさらに構成される請求項９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、ハイブリッド自動車および電気自動車を含む電気駆動システム、および過渡負荷またはパルス負荷を受ける静止駆動装置に関し、より詳細には、自動車または駆動装置の蓄電デバイスと自動車または駆動装置の外部にある電力源との間のエネルギー伝達に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド電気自動車は、自動車を推進するのに、内燃エンジンと主電池などのエネルギー蓄積デバイスによって電力が供給されるモータとを組み合わせることができる。そのような組合せは、内燃機関およびモータがそれぞれ、効率の高いそれぞれの範囲内で動作するのを可能にすることにより、全体の燃料効率を向上することができる。例えば、モータは、スタンディングスタートからの加速時に効率的であり、一方、内燃機関は、ハイウェイ運転中など一定のエンジン運転の持続時間を通じて効率的であり得る。モータに初期加速を後押しさせると、ハイブリッド車両内の内燃機関を、より小さくより低燃費にすることが可能になる。
【０００３】
純粋な電気自動車は、モータに電力を供給するのに蓄積された電気エネルギーを用い、これが自動車を推進し、補助駆動装置を作動させることもできる。純粋な電気自動車は、１つまたは複数の蓄積電気エネルギー源を使用することができる。例えば、第１の蓄積電気エネルギー源は、より長続きするエネルギーを供給するのに使用することができ、一方、第２の蓄積電気エネルギー源は、例えば加速用といった、より高出力のエネルギーを供給するのに使用することができる。
【０００４】
ハイブリッド電気式であれ純粋な電気式であれ、プラグイン電気自動車は、主電池を再充電するのに外部電源からの電気エネルギーを用いるように構成される。そのような自動車には、例として、オンロード車およびオフロード車、ゴルフカート、近距離電気自動車、フォークリフト、および小型トラックが含まれ得る。これらの自動車は、電力系統または再生可能エネルギー源から自動車の車載主電池へ電気エネルギーを伝達するのに、非車載の据置き型電池充電器または車載の電池充電器のいずれかを使用することができる。プラグイン自動車は、例えば、電力系統または他の外部電源からの主電池の充電を容易にするために、回路および接続を含むことができる。しかし、この電池充電回路は、ブーストコンバータ、高周波フィルタ、チョッパ、コイル、および車載の蓄電デバイスと外部電源との間のエネルギー伝達専用の他の電気部品など、専用構成要素を含むことがある。付加的な専用構成要素によって、自動車に追加費用および重量が加わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７０４９７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、車載の蓄電デバイスと外部電源との間のエネルギー伝達専用の構成要素の数を削減し、外部電源からプラグイン自動車の車載蓄電デバイスへの電気エネルギーの伝達を容易にする装置を提供することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、装置は、直流電圧を出力するように構成された第１のエネルギー蓄積デバイス、第１のエネルギー蓄積デバイスに結合された第１の双方向電圧修正アセンブリ、ならびに第１のエネルギー蓄積デバイスおよび第１の双方向電圧修正アセンブリに結合された充電バスを備える。この装置は、充電バスに結合可能な高インピーダンス電圧源および高インピーダンス電圧源から供給された充電エネルギーの第１のエネルギー蓄積デバイスへの伝達を監視するように構成されたコントローラも備える。コントローラは、また、監視された充電エネルギーの伝達を閾値と比較して、閾値が横切られた後、第１のエネルギー蓄積デバイスに供給される充電エネルギーの電圧および電流のうちの１つを修正するように第１の双方向電圧修正アセンブリを制御するように構成される。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、方法は、直流電圧を出力するように構成された電池を第１の電圧バスに結合するステップと、第１の双方向電圧修正アセンブリを第１の電圧バスに結合するステップと、高インピーダンス電圧源から充電エネルギーを受け取って第１の双方向電圧修正アセンブリおよび第１の電圧バスのうちの１つに充電エネルギーを供給するように構成された第２の電圧バスを第１の電圧バスに結合するステップとを含む。この方法は、コントローラが、電池への充電エネルギーの伝達を監視し、監視された充電エネルギーの伝達を閾値と比較して、閾値が横切られた後、電池に供給される充電エネルギーの電圧および電流のうちの１つを修正するように第１の双方向電圧修正アセンブリを制御するようにコントローラを構成するステップも含む。
【０００９】
本発明のさらに別の態様によれば、システムは、電圧源から充電エネルギーを受け取るように構成された充電バスと、直流電圧を出力するように構成され、充電バスに結合されたエネルギー蓄積デバイスと、充電バスおよびコントローラに結合された第１の双方向電圧修正アセンブリとを備える。コントローラは、エネルギー蓄積デバイスに供給される充電エネルギーの伝達を監視し、監視された充電エネルギーの伝達を、エネルギー蓄積デバイスの電圧および充電バスの整流された電源電圧の平均値のうちの１つから成る閾値と比較して、閾値が横切られた後、第１のエネルギー蓄積デバイスに供給される充電エネルギーの電圧および電流のうちの１つを修正するように第１の双方向電圧修正アセンブリを制御するように構成される。
【００１０】
以下の詳細な説明および図から、様々な他の特徴および利点が明らかになるはずである。
【００１１】
図は、本発明を実行するように現在企図されている実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態によるトラクションシステムの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による別のトラクションシステムの概略図である。
【図３】本発明の一実施形態による別のトラクションシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態によるトラクションシステム１０の概略図である。トラクションシステム１０は、第１のエネルギー蓄積デバイス１２を含む。一実施形態では、第１のエネルギー蓄積デバイス１２は高電圧エネルギー蓄積デバイスであり、電池、フライホイールシステム、燃料電池、ウルトラキャパシタなどでよい。第１のエネルギー蓄積デバイス１２は、ＤＣバス１６を介して双方向電圧修正アセンブリ１４に結合される。一実施形態では、双方向電圧修正アセンブリ１４は、双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータである。双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４は、組み合わせられて３つの相３０、３２および３４を形成する６つの半位相モジュール１８、２０、２２、２４、２６、および２８を含む。各相３０、３２、３４は、ＤＣバス１６の１対の導体３６、３８に結合される。電気機械デバイスすなわちモータ４０は、双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４に結合される。一実施形態では、電気機械デバイス４０は、自動車（図示せず）、またはクレーン、エレベータ、もしくは昇降機を含む他の電気装置の、１つまたは複数の駆動輪または車軸４２に機械的に結合されたトラクションモータである。電気機械デバイス４０は、双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４のそれぞれの相３０、３２、３４に結合された複数の導体５０を有する複数の巻線４４、４６、および４８を含む。巻線４４〜４８は、ともに結合されてノード５４を形成する複数の導体５２も有する。
【００１４】
トラクションシステム１０は、ライン５８を介して半位相モジュール１８〜２８に結合されたコントローラ５６を含む。コントローラ５６は、半位相モジュール１８〜２８を適切に制御することにより双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４を制御して、ＤＣバス１６上のＤＣ電圧またはＤＣ電流を、導体５０を介して巻線４４〜４８に供給するためのＡＣ電圧またはＡＣ電流に変換するように構成される。したがって、第１のエネルギー蓄積デバイス１２からのＤＣ電圧またはＤＣ電流は、ＡＣ電圧またはＡＣ電流に変換され、モータ４０に配送されて車輪４２を駆動する。他の非自動車推進システムでは、駆動輪４２は、ポンプ、ファン、ウィンチ、クレーンまたは他のモータ駆動負荷を含む別のタイプの負荷（図示せず）でよい。回生制動モードでは、電気機械デバイス４０は発電機として動作し、車輪４２にブレーキをかけ、かつ第１のエネルギー蓄積デバイス１２を再充電するのに適切な、ＤＣバス１６へのＤＣ電圧またはＤＣ電流に転換するための、双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４へのＡＣ電圧またはＡＣ電流を供給することができる。
【００１５】
トラクションシステム１０を組み込んだ自動車または装置が、止めておかれる、または使用されないとき、エネルギー蓄積デバイス１２を回復または再充電するために、自動車を例えば電力系統または再生可能エネルギー源に接続するのが望ましいことがある。したがって、図１は、トラクションシステム１０の構成要素が、エネルギー蓄積デバイス１２を再充電し、かつエネルギー蓄積デバイス１２からのエネルギーを負荷の駆動または自動車の推進に利用可能なエネルギーに変換する、といった２つの目的に使用され得るように、エネルギー蓄積デバイス１２を充電するためのトラクションシステム１０に結合された充電システム６０を含む本発明の一実施形態を示す。
【００１６】
充電システム６０は、整流器６６および接点７０、７２を有するレセプタクルまたはプラグの６８に結合された複数の導体６４を有する外部の高インピーダンス電圧源６２を含む。外部の高インピーダンス電圧源６２は、３相を有する多相ユーティリティシステムとして図１〜図３に示されているが、外部の高インピーダンス多相電源は、代わりに、１つ、２つ、６つ、または任意の他の数の相を有することができるように企図されている。プラグ６８は、接点７６、７８を有するトラクションシステム１０のプラグ７４と対合するように構成されている。高インピーダンス電圧源６２は、第２の巻線８０を含む。以下で図３に示されるように、電源６２は、電力系統などの電源に結合することができる図１に示されていない１次巻線も含むことを理解されたい。プラグ７４はノード５４に結合され、モータ４０の各巻線４４〜４８は、高インピーダンス電圧源６２によって供給される充電エネルギーをフィルタリングする。
【００１７】
再充電動作では、電流などの充電エネルギーは、再充電動作の第１ステージの間中、高インピーダンス電圧源６２から、整流器６６、巻線４４〜４８、それぞれの半位相モジュール１８、２２、２６のダイオード８２、８４、８６を通って充電バス１６へ流れる。充電バス１６からの充電エネルギーは第１のエネルギー蓄積デバイス１２に流れ込み、エネルギー蓄積デバイス１２は、一実施形態では、高インピーダンス電圧源６２の瞬時送出能力より大きな瞬時受入れ能力を有する。充電エネルギーは、少なくとも高インピーダンス電圧源６２のインピーダンスによって制限される。ダイオード８２〜８６の定格は、高インピーダンス電圧源６２からの電流が、第１ステージの間中、第１のエネルギー蓄積デバイス１２に直接流れ込むことができるように設定される。この実施形態では、それぞれの半位相モジュール２０、２４、２８のダイオード８８、９０、９２は、第１のエネルギー蓄積デバイス１２から充電バス１６に充電エネルギーを直接供給するようには構成されない。したがって、ダイオード８８〜９２の定格電流は、ダイオード８２〜８６のものより小さくてよく、したがって、トラクションシステム１０のコスト低減を可能にすることができる。
【００１８】
再充電動作に戻って、コントローラ５６は、第１ステージの間中、第１のエネルギー蓄積デバイス１２に供給された充電エネルギーを監視するようにプログラムまたは構成される。一実施形態では、第１ステージの間中、充電エネルギーの電流が、ダイオード８２〜８６を除くと双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４の構成要素の定格電流より大きいので、充電エネルギーは、第１ステージの間中、ダイオード８２〜８６のみを通って流れる。第１のエネルギー蓄積デバイス１２内の電圧上昇につれて、充電電流は漸減する。コントローラ５６は、電流センサ９４を介して充電エネルギーの電流を監視するように構成される。検知電流が、巻腺４８とダイオード８６との間を流れるように示されているが、充電エネルギー電源からの電流を検知することができるように、電流センサ９４がトラクションシステム１０のどこにでも配置され得るように企図されている。
【００１９】
コントローラ５６は、監視された充電エネルギー電流を所定の閾値と比較する。一実施形態では、閾値は、双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４のすべての構成要素の定格電流の範囲内に入る充電エネルギー電流の値である。閾値は、第１のエネルギー蓄積デバイス１２の設計および温度に基づくものでもあり得る。ひとたびコントローラ５６が、閾値が横切られたのを検出すると、コントローラ５６は、再充電動作の第２ステージの間の双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４の能動制御を開始する。このように、第１ステージの間中、第１のエネルギー蓄積デバイス１２を再充電することにより、主として高インピーダンス電圧源６２のインピーダンスによって制限される迅速な充電が可能になる。第２ステージの間中、双方向電圧修正アセンブリ１４の構成要素によって充電が制御される。
【００２０】
第２ステージの間中、第１のエネルギー蓄積デバイス１２が、高インピーダンス電圧源６２によってブーストなしで直接再充電することにより可能な電圧より大きな電圧へ再充電され得るように、コントローラ５６は、半位相モジュール１８〜２８を、それらに供給される充電エネルギーの電流および／または電圧をブーストするように制御する。それぞれの対の半位相モジュール１８と２０、２２と２４、２６と２８は、モータ４０内の高周波のトルクリップルを低減または除去するように同相で動作する個々のブーストコンバータを形成する。さらに、巻線４４〜４８は、ブースト動作の間中、ブーストインダクタとして働く。
【００２１】
コントローラ５６は、電圧センサ９６を介して第１のエネルギー蓄積デバイス１２の電圧を検知し、第１のエネルギー蓄積デバイス１２の電圧が指定レベルを超過しないように第１のエネルギー蓄積デバイス１２の充電を調整する。充電の最後の間近で、再充電電流が低レベルへ漸減するのに従って、コントローラ５６は、ＤＣバス１６上の再充電電圧の「フロート電圧」への調整も行う。
【００２２】
図２は、本発明の別の実施形態によるトラクションシステム９８の概略図を示す。トラクションシステム１０および９８に共通の要素および構成要素は、必要に応じて同じ符号に関連して論じられることになる。図３もまた、同じ符号に関連して共通構成要素について論じることになる。トラクションシステム９８は、トラクションシステム１０と共通の構成要素に加えて、駆動輪４２に電力を供給するようにＤＣバス１６に結合された第２のエネルギー蓄積デバイス１００を含む。一実施形態では、第２のエネルギー蓄積デバイス１００は低電圧エネルギー蓄積デバイスであり、電池、燃料電池、ウルトラキャパシタなどでよい。第１のエネルギー蓄積デバイス１２は、例えば自動車の加速期間を通じて電力を供給するために、第２のエネルギー蓄積デバイス１００より高い電力を供給するように構成することができる。第２のエネルギー蓄積デバイス１００は、自動車の走行距離を増すために、第１のエネルギー蓄積デバイス１２より高いエネルギーを供給して自動車により長持ちする電力を供給するように構成することができる。
【００２３】
複数の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ１０２、１０４、１０６が第２のエネルギー蓄積デバイス１００およびＤＣバス１６に結合され、これらはＤＣ電圧を別のＤＣ電圧に変換するように構成される。各双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ１０２〜１０６は、１対のスイッチ１１０、１１２および１対のダイオード１１４、１１６に結合されたコイル１０８を含む。各スイッチ１１０、１１２が、それぞれダイオード１１４、１１６に結合され、各スイッチ／ダイオード対が、それぞれ半位相モジュール１１８、１２０を形成する。説明の目的のために、スイッチ１１０、１１２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）として示されている。しかし、本発明の諸実施形態はＩＧＢＴに限定されない。例えば金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、および金属酸化物半導体制御サイリスタ（ＭＣＴ）などの任意の適切な電子スイッチも使用することができる。
【００２４】
コントローラ５６は、ライン５８を介して双方向ＤＣ−ＤＣ電圧のコンバータ１０２〜１０６に結合され、第２のエネルギー蓄積デバイス１００を介して供給されたエネルギーは、ＤＣバス１６に高電圧を供給するために、双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ１０２〜１０６のスイッチ１１０、１１２を制御することによりブーストされる。第２のエネルギー蓄積デバイス１００を介してＤＣバス１６に供給されたエネルギーは、双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４によって変換され、モータの電気機械デバイス４０に供給される。同様に、回生制動モードの間に生成されたエネルギーも、双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４により、また双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ１０２〜１０６のスイッチ１１０、１１２のバッキング制御によって第２のエネルギー蓄積デバイス１００を再充電するのに用いることができる。
【００２５】
図２に示されるように、充電システム６０はＤＣ／充電バス１６に結合される。第１のスイッチすなわち接触器１２２は、第２のエネルギー蓄積デバイス１００と充電バス１６との間に結合される。再充電動作では、スイッチ１２２に結合されたコントローラ５６がスイッチ１２２を閉じ、したがって、高インピーダンス電圧源６２からの充電エネルギーが第２のエネルギー蓄積デバイス１００に直接流れ込むことが可能になる。一実施形態では、第２のエネルギー蓄積デバイス１００は、高インピーダンス電圧源６２の瞬時送出能力より大きな瞬時受入れ能力を有する。充電の第１ステージの間中、コントローラ５６は、第２のエネルギー蓄積デバイス１００に供給される充電電圧を電圧センサ１２４によって監視する。
【００２６】
コントローラ５６は、監視された充電電圧を所定の閾値と比較する。一実施形態では、閾値は、第２のエネルギー蓄積デバイス１００の電圧の値である。閾値は、第２のエネルギー蓄積デバイス１００の設計および温度に基づくものでもあり得る。第２のエネルギー蓄積デバイス１００の瞬時受入れ能力が高インピーダンス電圧源６２の瞬時送出能力より大きいので、コントローラ５６は、第２のエネルギー蓄積デバイス１００の電圧が、その定格電圧を超過しないように監視する。したがって、コントローラ５６は、第２のエネルギー蓄積デバイス１００の監視された電圧を、再充電動作を第２ステージへ切り換えるのに最適な値にあらかじめ決められている電圧閾値と比較する。
【００２７】
電圧閾値が横切られた後、コントローラ５６は、第２のエネルギー蓄積デバイス１００が制御されかつ調整されたペースで所望の再充電レベルへよりゆっくり再充電され得るように、スイッチ１２２を開き、双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ１０２〜１０６の能動制御を開始してそれらに供給される充電エネルギーの電圧に対抗させる。コントローラ５６は、複数の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ１０２〜１０６を、第２のエネルギー蓄積デバイス１００の「フロート電圧」が維持される一方で第２のエネルギー蓄積デバイス１００に流れ込む充電エネルギーの電流が低レベルへ漸減し得るように作動させる。電流センサ１２６によって、コントローラ５６は、第２のエネルギー蓄積デバイス１００に蓄積されるエネルギーが「最高レベルに達する」ように充電エネルギーの電流を設定することができる。
【００２８】
再充電動作の間中、必要に応じて充電バス１６から第１のエネルギー蓄積デバイス１２を切り離すために、スイッチすなわち接触器１２８も導体３６に結合されてよい。第１および第２のエネルギー蓄積デバイス１２、１００の公称電圧が適切に選択されており、各エネルギー蓄積デバイス１２、１００のそれぞれの充電状態（ＳＯＣ）が所定値の範囲内にあるとき、スイッチ１２８も再充電動作の間中、閉じていてよく、その結果、以下で述べるように、第１のエネルギー蓄積デバイス１２が第２のエネルギー蓄積デバイス１００と一緒に同時に再充電される。充電エネルギーが充電バス１６に直接結合されるので、充電エネルギーをブーストして第１のエネルギー蓄積デバイス１２を最大レベルへ再充電するのに、双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４は使用されない。コントローラ５６に結合された電圧センサ１３０により、コントローラ５６が第１のエネルギー蓄積デバイス１２の充電を監視することが可能になる。
【００２９】
別の実施形態では、第２のエネルギー蓄積デバイス１００が、高インピーダンス電圧源６２の瞬時送出能力より小さな瞬時受入れ能力を有してよい。コントローラ５６は、例えばそのＳＯＣを測定することにより、第２のエネルギー蓄積デバイス１００の瞬時受入れ能力を測定することができる。この実施形態では、コントローラ５６は、スイッチ１２２を開いた状態のままにしておき、双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ１０２〜１０６を充電バス１６上の充電エネルギーの電圧に対抗させるように能動制御して、第２のエネルギー蓄積デバイス１００の所望の閾値または再充電レベルが調整されたペースで制御され得るように、第２のエネルギー蓄積デバイス１００に供給される電圧を閾値または所定の値に調整する。双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ１０２〜１０６を制御することにより、コントローラ５６が、第２のエネルギー蓄積デバイス１００の設計またはパラメータに基づいて、第２のエネルギー蓄積デバイス１００に与えられる最大電流を所望の限度または最大限度に調整することが可能になる。
【００３０】
本明細書で説明した実施形態において、コントローラ５６は、第２のエネルギー蓄積デバイス１００の所望の閾値または再充電レベルが達せられたとき再充電のすべてのステージを終了するようにプログラムされてよい。
【００３１】
図３は、本発明の別の実施形態によるトラクションシステム１３２の概略図を示す。トラクションシステム１０、９８および１３２に共通の要素および構成要素は、必要に応じて同じ符号に関連して論じられることになる。図示のように、高インピーダンス電圧源６２は、２次巻線８０に結合された複数の１次巻線１３４を含む。１次巻線１３４は、電力系統に結合されてよい。複数のコイル１３６が２次巻線８０に結合される。図３に示される高インピーダンス電圧源６２が、図１および図２に示された高インピーダンス電圧源６２に適用可能であることを理解されたい。
【００３２】
高インピーダンス電圧源６２は、双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４に結合される。しかし、図１に示されたものと異なり、プラグ７４は、ダイオード８２〜８６と巻線４４〜４８との間の双方向ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１４に結合される。再充電動作の間、充電システム６０がトラクションシステム１３２に結合されたとき、モータ４０がそこから切り離され得るように、複数のスイッチすなわち接触器１３８が巻線４４〜４８に結合され、その結果、充電エネルギーがモータ４０を電気的に励起したりモータ４０にエネルギーを供給したりすることがなく、したがって充電中はモータ４０が自動車を動かすことがない。
【００３３】
この実施形態では、充電システム６０には個別の整流器６６がない。その代わりに、ダイオード８２〜９２が、高インピーダンス電圧源６２を介して供給されたＡＣ電力を充電バス１６向けのＤＣ電力に変換するように整流する。この実施形態では、すべてのダイオード８２〜９２の定格は、充電バス１６上の充電エネルギーからの電流が、第１ステージの間中、第１または第２のエネルギー蓄積デバイス１２、１００に直接流れ込むことができるように設定される。
【００３４】
図１に関して上記で説明されたものと同様に、再充電動作では、充電エネルギーは、再充電動作の第１ステージの間中、高インピーダンス電圧源６２からダイオード８２〜９２を通って充電バス１６へ流れる。以下で述べるように、充電バス１６からの充電エネルギーは、第１のエネルギー蓄積デバイス１２および第２のエネルギー蓄積デバイス１００に流れ込む。コントローラ５６は、各エネルギー蓄積デバイス１２、１００に対して、再充電動作を第２ステージへ切り換えるべき時間を別々に決定するために、前述のように、監視された充電エネルギーを監視して比較する。ブースト動作の間中、巻線１３６によって表された変圧器漏れインダクタンスを支援するために、必要に応じて複数のコイル１４０（２点鎖線で示されている）が含まれてよい。トラクションシステム１０、９８または図１および図２も、ブースト動作の間中、変圧器漏れインダクタンスを支援するために、必要に応じてコイル１４０を含み得るように企図されている。
【００３５】
接触器１２２が開で接触器１２８が閉であると、エネルギー蓄積デバイス１２は高インピーダンス電圧源６２から直接充電され、一方、エネルギー蓄積デバイス１００は対抗モードで動作している双方向コンバータ１０２、１０４、および１０６によって充電され、したがって両方のエネルギー蓄積デバイス１２および１００が同時に充電され得る。接触器１２８が開で接触器１２２が閉であると、エネルギー蓄積デバイス１００は、第１ステージの間中、まさに図２で上述のように高インピーダンス電圧源６２から直接充電される。第２ステージに入ったとき、接触器１２２が開き、第２ステージは、双方向コンバータ１０２、１０４、および１０６が対抗モードで動作しながら充電を制御して継続する。次いで、後に、エネルギー蓄積デバイス１２は、接触器１２２が開で接触器１２８が閉の状態で高インピーダンス電圧源６２から充電することができ、あるいは、高インピーダンス電圧源６２のトラクションシステム１３２からの接続が外れている場合、エネルギー蓄積デバイス１００（一般にエネルギー蓄積デバイス１２よりかなり大きなエネルギーを有する）からブーストモードで動作している双方向コンバータ１０２、１０４、および１０６を介して直接充電することができる。双方向コンバータ１０２、１０４、および１０６は、両エネルギー蓄積デバイスにおける電圧および電流のリップルレベルを低下させるように、切換えの位相をシフトさせて動作することができる。
【００３６】
本発明の別の実施形態では、エネルギー蓄積デバイス１００の充電の間中、第２ステージすなわち動作モードの間、接触器１２８が閉じ、コントローラ５６は、ＤＣ−ＡＣインバータ１４を動作させ、ＡＣ電圧源６２によって供給されるエネルギーを用いる電圧センサ１３０を使用して検知されるＤＣ充電バス１６上の電圧を閾値に制御または調整するようにＤＣ−ＡＣインバータ１４を動作させる。エネルギー蓄積デバイス１００は、対抗モードで動作している双方向コンバータ１０２、１０４、および１０６またはそれらのサブセットを制御することにより、同時に充電することができる。
【００３７】
したがって、本発明の実施形態は、トラクションコントロールシステムの１つまたは複数のエネルギー蓄積デバイスを再充電するのに、トラクションコントロールシステムに既に搭載されているインバータ、コンバータ、フィルタおよび／または装置のインダクタンスなどの構成要素を利用する。このように、これらの構成要素は、エネルギー蓄積デバイスの監視および再充電の両目的に使用され得る。自動車の車載構成要素を使用することで、非車載の充電ステーションに対して、簡単、低価格、高出力の設計が可能になる。また、費用対効果が大きいやり方で大電流充電を得ることができる。したがって、第１の再充電ステージでエネルギー蓄積デバイスに大電流が流れ込むようにして、車載エネルギー蓄積デバイスの迅速な急速充電を達成することができ、電流は、より高い電流制限特性を有する電子スイッチング要素による初期電流制御なしで、主として電圧変成器のインピーダンスによって制限される。
【００３８】
開示された装置に関する技術的な寄与は、車載パワーエレクトロニクスを使用してエネルギーを伝達するための、コントローラによって実施される技法が提供されることである。
【００３９】
本発明の一実施形態によれば、装置は、ＤＣ電圧を出力するように構成された第１のエネルギー蓄積デバイスと、第１のエネルギー蓄積デバイスに結合された第１の双方向電圧修正アセンブリと、第１のエネルギー蓄積デバイスおよび第１の双方向電圧修正アセンブリに結合された充電バスとを備える。この装置は、充電バスに結合することができる高インピーダンス電圧源および高インピーダンス電圧源から第１のエネルギー蓄積デバイスへ供給される充電エネルギーの伝達を監視するように構成されたコントローラも備える。コントローラは、また、監視された充電エネルギーの伝達を閾値と比較して、閾値が横切られた後、第１のエネルギー蓄積デバイスに供給される充電エネルギーの電圧および電流のうちの１つを修正するように第１の双方向電圧修正アセンブリを制御するように構成される。
【００４０】
本発明の別の実施形態によれば、方法は、直流電圧を出力するように構成された電池を第１の電圧バスに結合するステップと、第１の双方向電圧修正アセンブリを第１の電圧バスに結合するステップと、高インピーダンス電圧源から充電エネルギーを受け取って第１の双方向電圧修正アセンブリおよび第１の電圧バスのうちの１つに充電エネルギーを供給するように構成された第２の電圧バスを第１の電圧バスに結合するステップとを含む。この方法はまた、コントローラが、電池への充電エネルギーの伝達を監視し、監視された充電エネルギーの伝達を閾値と比較して、閾値が横切られた後、電池に供給される充電エネルギーの電圧および電流のうちの１つを修正するように第１の双方向電圧修正アセンブリを制御するようにコントローラを構成するステップを含む。
【００４１】
本発明のさらに別の実施形態によれば、システムは、電圧源から充電エネルギーを受け取るように構成された充電バスと、ＤＣ電圧を出力するように構成され、充電バスに結合されたエネルギー蓄積デバイスと、充電バスおよびコントローラに結合された第１の双方向電圧修正アセンブリとを備える。コントローラは、エネルギー蓄積デバイスに供給される充電エネルギーの伝達を監視し、監視された充電エネルギーの伝達を、エネルギー蓄積デバイスの電圧および充電バスの整流された電源電圧の平均値のうちの１つから成る閾値と比較して、閾値が横切られた後、第１のエネルギー蓄積デバイスに供給される充電エネルギーの電圧および電流のうちの１つを修正するように第１の双方向電圧修正アセンブリを制御するように構成される。
【００４２】
本発明を、限定された数の実施形態だけに関連して詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。むしろ、本発明は、これまでに説明されていない、しかし本発明の趣旨および範囲と相応するものである任意の数の変形、改変、置換または均等な構成を組み込むように変更することができる。さらに、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の諸態様が、説明された実施形態のうちのいくつかしか含まないことがあることを理解されたい。したがって、本発明は前述の説明によって限定されるものと見なされるべきでなく、添付の特許請求の範囲の適用範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００４３】
１０  トラクションシステム
１２  第１のエネルギー蓄積デバイス
１４  双方向電圧修正アセンブリ
１６  ＤＣバス
１８  半位相モジュール
２０  半位相モジュール
２２  半位相モジュール
２４  半位相モジュール
２６  半位相モジュール
２８  半位相モジュール
３０  相
３２  相
３４  相
３６  導体の対
３８  導体の対
４０  電気機械デバイスまたはモータ
４２  駆動輪または車軸
４４  複数の巻線
４６  複数の巻線
４８  複数の巻線
５０  複数の導体
５２  複数の導体
５４  ノード
５６  コントローラ
５８  それぞれの対のライン
６０  充電システム
６２  外部の高インピーダンス電圧源
６４  複数の導体
６６  整流器
６８  レセプタクルまたはプラグ
７０  接点
７２  接点
７４  プラグ
７６  接点
７８  接点
８０  ２次巻線
８２  アンドダイオード
８４  アンドダイオード
８６  アンドダイオード
８８  ダイオード
９０  ダイオード
９２  ダイオード
９４  電流センサ
９６  電圧センサ
９８  トラクションシステム
１００  第２のエネルギー蓄積デバイス
１０２  複数の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ
１０４  複数の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ
１０６  複数の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ
１０８  コイル
１１０  スイッチの対
１１２  スイッチの対
１１４  ダイオードの対
１１６  ダイオードの対
１１８  それぞれの半位相モジュール
１２０  それぞれの半位相モジュール
１２２  第１のスイッチすなわち接触器
１２４  電圧センサ
１２６  電圧センサ
１２８  スイッチすなわち接触器
１３０  電圧センサ
１３２  トラクションシステム
１３４  複数の１次巻線
１３６  複数のコイル
１３８  複数のスイッチすなわち接触器
１４０  複数のコイル
【図１】
2011055700.tif 000003
【図２】
2011055700.tif 000004
【図３】
2011055700.tif 000005