(57)【要約】【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータ機能および逆極性保護機能のためのスイッチである。【解決手段】回路は、回路を電力供給ユニットに接続するインタフェースと、回路をモーターモードと発電機モードとにおいて動作可能な電気駆動装置に接続する電力段と、インタフェースと電力段との間に接続されているスイッチと、電気駆動装置がモーターモードまたは発電機モードにおいて動作しているのかに応じて、スイッチを第１または第２のモードにおいて操作するように構成されているコントロール回路部品と、を含んでおり、スイッチは、第１のモードでの動作中に、電力段でのＤＣ電圧に関して、ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を提供するように構成されており、スイッチは、第２のモードでの動作中に、インタフェースを介して電力供給ユニットから受け取った供給電圧に関して、逆極性保護機能を提供するように構成されている。【選択図】図１
2019213452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路（１０１）であって、前記回路（１０１）は、
前記回路（１０１）を電力供給ユニット（１０５）に接続するように構成されているインタフェース（１１１）と、
前記回路（１０１）を、モーターモードと発電機モードにおいて動作可能な電気駆動装置（１０６）に接続するように構成されている電力段（１１９）と、
前記インタフェース（１１１）と前記電力段（１１９）との間に接続されている少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）と、
前記電気駆動装置（１０６）が前記モーターモードにおいて動作しているのか、または、前記発電機モードにおいて動作しているのかに応じて、前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）を第１のモード（２０１）または第２のモード（２０２，２０２−１，２０２−２，２０２−３）において操作するように構成されているコントロール回路部品（１１４）と、
を含んでおり、
前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）は、前記第１のモード（２０１）での動作中に、前記電力段（１１９）でのＤＣ電圧（１６２）に関して、ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を提供するように構成されており、
前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）は、前記第２のモード（２０２，２０２−１，２０２−２，２０２−３）での動作中に、前記インタフェース（１１１）を介して前記電力供給ユニット（１０５）から受け取った供給電圧（１６１）に関して、逆極性保護機能を提供するように構成されている、
回路（１０１）。
【請求項２】
前記回路（１０１）は、
電気エネルギー蓄積ユニット（１２１）と、
前記電気エネルギー蓄積ユニット（１２１）に対する放電電流経路を提供するように構成されている択一的な電流経路（１２２）と、
をさらに含んでおり、
前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）、前記電気エネルギー蓄積ユニット（１２１）および前記択一的な電流経路（１２２）は、ＤＣ／ＤＣコンバータトポロジーで配置されている、
請求項１記載の回路（１０１）。
【請求項３】
前記回路（１０１）は、前記択一的な電流経路（１２２）内に配置されている別のスイッチ（１２４）をさらに含んでいる、
請求項２記載の回路（１０１）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）の端子と前記別のスイッチ（１２４）の端子とは、同じ電位差を参照する、
請求項３記載の回路（１０１）。
【請求項５】
前記回路（１０１）は、
前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）を駆動するように構成されており、前記コントロール回路部品（１１４）に接続されている少なくとも１つの駆動装置回路部品と、
前記別のスイッチ（１２４）を駆動するように構成されており、前記コントロール回路部品（１１４）に接続されている別の駆動装置回路部品と、
をさらに含んでおり、
前記少なくとも１つの駆動装置回路部品と前記別の駆動装置回路部品とは、共通の基準電圧を受け取るように構成されている、
請求項３または４記載の回路（１０１）。
【請求項６】
前記コントロール回路部品（１１４）は、前記電気駆動装置（１０６）が前記モーターモードにおいて動作しているのか、または、前記発電機モードにおいて動作しているのかに応じて、前記別のスイッチ（１２４）を前記第１のモード（２０１）または前記第２のモード（２０２，２０２−１，２０２−２，２０２−３）において選択的に操作するように構成されており、
前記別のスイッチ（１２４）は、前記第２のモード（２０２，２０２−１，２０２−２，２０２−３）での動作中に、前記供給電圧（１６１）に関して、前記逆極性保護機能を提供するように構成されている、
請求項３から５までのいずれか１項記載の回路（１０１）。
【請求項７】
前記コントロール回路部品（１１４）は、前記第２のモード（２０２，２０２−１，２０２−２，２０２−３）において、前記別のスイッチ（１２４）を遮断状態（５０２）に永続的にセットするように構成されている、
請求項３から６までのいずれか１項記載の回路（１０１）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）は、第１のスイッチ（１１２）を含んでおり、
前記コントロール回路部品（１１４）は、前記第１のモード（２０１）において、前記電気エネルギー蓄積ユニット（１２１）の充電状態に従って、前記第１のスイッチ（１１２）を交互に、遮断状態（５０２）と伝導状態（５０１）とにセットするように構成されている、
請求項２から７までのいずれか１項記載の回路（１０１）。
【請求項９】
前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）は、前記第１のスイッチ（１１２）および前記電気エネルギー蓄積ユニット（１２１）と並列に結合されている第２のスイッチ（１１３）を含んでおり、
前記コントロール回路部品（１１４）は、前記第１のモード（２０１）において、前記第２のスイッチ（１１３）を永続的に、遮断状態（５０２）において操作するように構成されており、
前記コントロール回路部品（１１４）は、前記第２のモード（２０２，２０２−１，２０２−２，２０２−３）において、前記第２のスイッチ（１１３）を永続的に、伝導状態（５０１）において操作するように構成されている、
請求項８記載の回路（１０１）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）、前記電気エネルギー蓄積ユニット（１２１）および前記択一的な電流経路（１２２）は、バックコンバータトポロジーまたはフライバックコンバータトポロジーで配置されている、
請求項２から９までのいずれか１項記載の回路（１０１）。
【請求項１１】
前記コントロール回路部品（１１４）は、前記供給電圧（１６１）の極性を監視するように構成されており、
前記コントロール回路部品（１１４）は、前記供給電圧（１６１）の極性に応じて、前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）を永続的に、遮断状態（５０２）または伝導状態（５０１）にセットするように構成されている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の回路（１０１）。
【請求項１２】
前記コントロール回路部品（１１４）は、前記回路（１０１）の電気的な特性に基づいて、前記電気駆動装置（１０６）が前記モーターモードにおいて動作しているのか、または、前記発電機モードにおいて動作しているのかを特定するように構成されており、
前記回路（１０１）の電気的な特性は、前記電力段（１１９）での電圧（１６２）、前記供給電圧（１６１）および前記電力供給ユニット（１０５）の極性のうちの少なくとも１つを含んでいる、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の回路（１０１）。
【請求項１３】
前記コントロール回路部品（１１４）は、前記電気駆動装置（１０６）が前記モーターモードにおいて動作しているのか、または、前記発電機モードにおいて動作しているのかを、前記電力段（１１９）での電圧と前記供給電圧（１６１）との間の比較に基づいて特定するように構成されている、
請求項１２記載の回路（１０１）。
【請求項１４】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ機能は、降圧変換および昇圧変換のうちの少なくとも１つを含んでいる、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の回路（１０１）。
【請求項１５】
システム（１００）であって、前記システム（１００）は、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の回路（１０１）と、
電力供給ユニット（１０５）と、
電気駆動装置（１０６）と、
を含んでいるシステム（１００）。
【請求項１６】
前記電力供給ユニット（１０５）は、バッテリーを含んでおり、
前記コントロール回路部品（１１４）は、さらに、前記バッテリーの充電状態、前記バッテリーの劣化状態および前記バッテリーの温度のうちの少なくとも１つに応じて、前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）を前記第１のモード（２０１）または前記第２のモード（２０２，２０２−１，２０２−２，２０２−３）において選択的に操作するように構成されている、
請求項１５記載のシステム（１００）。
【請求項１７】
車両（９０）であって、前記車両（９０）は、
請求項１５または１６記載のシステム（１００）と、
推進エンジン（５９２）と、
を含んでおり、
前記電気駆動装置（１０６）は、前記推進エンジン（５９２）に結合されており、
前記電気駆動装置（１０６）は、前記推進エンジン（５９２）を始動するように構成されている、
車両（９０）。
【請求項１８】
電力供給ユニット（１０５）と電気駆動装置（１０６）との間に接続されている回路（１０１）の操作方法であって、
前記電気駆動装置（１０６）は、モーターモードおよび発電機モードにおいて動作可能であり、
前記方法は、
前記電気駆動装置（１０６）が前記モーターモードにおいて動作しているのか、または、前記発電機モードにおいて動作しているのかに応じて、前記回路（１０１）の少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）を第１のモード（２０１）または第２のモード（２０２，２０２−１，２０２−２，２０２−３）において操作することを含んでおり、
前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）は、前記第１のモード（２０１）での動作中に、電力段（１１９）でのＤＣ電圧（１６２）に関して、ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を提供し、
前記少なくとも１つのスイッチ（１１２，１１３）は、前記第２のモード（２０２，２０２−１，２０２−２，２０２−３）での動作中に、前記電力供給ユニット（１０５）から受け取った供給電圧（１６１）に関して、逆極性保護機能を提供する、
方法。
【請求項１９】
前記方法は、請求項１から１４までのいずれか１項記載の回路（１０１）のコントロール回路部品（１１４）によって実施される、
請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の実施形態は一般的に、電気駆動装置を操作するための回路およびこの種の回路の操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気駆動装置は、種々の使用ケースにおいて使用されている。例には、例えば自動二輪車または乗用自動車のための推進エンジン、エアコンディショニングコンプレッサー等用の始動モーターが含まれる。
【０００３】
電気駆動装置を操作するために、電力段を含んでいる回路が使用される。電力段は、電気駆動装置を操作するのに必要な電流を切り替えるように構成されていてよい。この種の回路は、回路を電力供給ユニット、例えばバッテリー等のＤＣ電力供給ユニットに接続するインタフェースを含んでいてよい。
【０００４】
例えば、電力段は、回路を電気駆動装置に接続するインバータを含んでいてよい。回路は、ＤＣ供給電圧を、インタフェースを介してＤＣ電力供給ユニットから受け取るように構成されていてよい。この場合、インバータは、ＡＣ供給電圧を電気駆動装置に提供することができる。ＡＣ供給電圧に基づいて、電気駆動装置は、ネットワーク機械力／トルクを出力することができる。これは、電気駆動装置のモーターモードと称されることがある。
【０００５】
電気駆動装置は、ネットワーク機械力／トルクを受け取ることがある。この場合、電気駆動装置は、発電機モードにおいて動作してよい。例えば、電気駆動装置が推進エンジン用の始動モーターとして構成されている場合、推進エンジンは、一度始動すると、ネットワーク機械力／トルクを電気駆動装置へ提供してよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＤＣ電力供給ユニットと電気駆動装置との間の結合に対する回路を操作する高度な技術が望まれている。特に、モーターモードと発電機モードの両方における、電気駆動装置の動作に合わせて調整されている、回路を操作する技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この要求は、独立請求項の特徴によって満たされる。従属請求項の特徴は、実施形態を規定している。
【０００８】
回路はインタフェースを含んでいる。インタフェースは、回路を電力供給ユニットに接続するように構成されている。回路は電力段も含んでいる。電力段は、回路を電気駆動装置に接続するように構成されている。電気駆動装置は、モーターモードと発電機モードにおいて動作可能である。回路は、少なくとも１つのスイッチも含んでいる。少なくとも１つのスイッチは、インタフェースと電力段との間に接続されている。回路は、コントロール回路部品も含んでいる。コントロール回路部品は、電気駆動装置がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかに応じて、少なくとも１つのスイッチを第１のモードまたは第２のモードにおいて操作するように構成されている。少なくとも１つのスイッチは、第１のモードでの動作中に、電力段でのＤＣ電圧に関して、ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を提供するように構成されている。ＤＣ電圧は、少なくとも部分的に電気駆動装置によって生成されている。少なくとも１つのスイッチは、第２のモードでの動作中に、インタフェースを介して電力供給ユニットから受け取る供給電圧に関して、逆極性保護機能を提供するように構成されている。
【０００９】
電力供給ユニットと電気駆動装置との間に接続されている回路の操作方法が示される。電気駆動装置は、モーターモードと発電機モードにおいて動作可能である。この方法は、電気駆動装置がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかに応じて、回路の少なくとも１つのスイッチを第１のモードまたは第２のモードにおいて操作することを含んでいる。少なくとも１つのスイッチは、第１のモードでの動作中に、少なくとも部分的に電気駆動装置によって生成された、電力段でのＤＣ電圧に関して、ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を提供する。少なくとも１つのスイッチは、第２のモードでの動作中に、電力供給ユニットから受け取った供給電圧に関して、逆極性保護機能を提供する。
【００１０】
電力供給ユニットと電気駆動装置の電力段との間に接続されている少なくとも１つのスイッチの操作方法は、電力段の電気的な特性および電力供給ユニットの別の電気的な特性を監視することを含んでいる。この方法は、上記の監視に応じて、（ｉ）遮断状態における少なくとも１つのスイッチの永続的な操作、（ｉｉ）伝導状態における少なくとも１つのスイッチの永続的な操作、（ｉｉｉ）伝導状態と遮断状態における少なくとも１つのスイッチの交互の操作の間で選択を行うことも含んでいる。
【００１１】
上述した特徴および以降で説明される特徴は、示されている各組み合わせにおいてのみ使用されるのではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせまたは単独でも使用され得る、ということを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】種々の例に即した、スイッチを含んでいる回路の概略図
【図２】種々の例に即した、図１の回路、ＤＣ電力供給ユニットおよび電気駆動装置を含んでいるシステムの概略図
【図３】種々の例に即した方法のフローチャート
【図４Ａ】種々の例に即した方法のフローチャート
【図４Ｂ】種々の例に即した方法のフローチャート
【図５】例示的な実装に即した図２のシステムの概略図
【図６】例示的な実装に即した図２のシステムの概略図
【図７】種々の例に即した電気駆動装置の動作モードに応じたスイッチの設定の概略図
【図８】例示的な実装に即した図２のシステムの概略図
【図９】例示的な実装に即した図２のシステムの概略図
【図１０】種々の例に即したシステムの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以降では、本発明の実施形態を、添付の図面に関連して詳細に説明する。実施形態の以降の説明は、制限する意味に捉えられるものではないことを理解されたい。本発明の範囲は、以降に記載される実施形態によって、または単に説明のためのものと捉えられる図によって制限されることはない。
【００１４】
図は概略的な表現とみなされるべきであり、図に示されている要素は、縮尺通りに示されている必要はない。むしろ、種々の要素は、それらの機能および一般的な目的が、当業者に明らかになるように表現されている。機能的なブロック、デバイス、部品または図に示されている、または本願に記載されている他の物理的または機能的なユニットも、間接的な接続または結合によって実装されてよい。部品間の結合は、無線接続を介して形成されてもよい。機能的なブロックは、ハードウェアで、ファームウェアで、ソフトウェアで、またはそれらの組み合わせで実装されてよい。
【００１５】
以降では、回路に関する技術が記載される。本願に記載されている回路は、電力供給ユニットと電気駆動装置との間を連結することができる。このために回路は、電力段を含むことができる。
【００１６】
いくつかの例では、回路は、ＤＣ電力供給ユニットとＡＣ電気駆動装置との間に接続されるように構成されていてよい。このために、電力段はインバータを含んでいてよい。インバータは、ＤＣ電圧とＡＣ電圧との間の変換を行うように構成されている。ＤＣ電圧は、インタフェースを介してＤＣ電力供給ユニットから受け取ったＤＣ供給電圧に基づいて得られてよい。ＡＣ電圧は、ＡＣ電気駆動装置へ出力されてよい。
【００１７】
一般的な規則として、本願に記載されている例において、種々のタイプの電力供給ユニットが使用されていてよい。例えば電力供給ユニットは、再充電可能なバッテリーによって実現されていてよい。以降では、簡易化のために、再充電可能なバッテリーとしての電力供給ユニットの実現が参照される。しかし、記載された技術を、別の種類および別のタイプの電力供給ユニット、例えばキャパシタ、ＤＣバスシステム等に適用することが可能であろう。
【００１８】
いくつかの例では、電気駆動装置は、選択的に、モーターモードおよび発電機モードにおいて動作可能である。発電機モードにおける動作の場合、電力段でのＤＣ電圧が、インタフェースを介して再充電可能なバッテリーから受け取ったＤＣ供給電圧を超えることがある。発電機モードでは、ＡＣ電気駆動装置が回転している場合、モーター巻線での交番電圧がインバータによって調整され、電力段でのＤＣ電圧として利用可能にされてよい。したがって、電力段でのＤＣ電圧は、少なくとも部分的にＡＣ電気駆動装置によって生成されている。
【００１９】
このようなシナリオにおいて、電力段での超過ＤＣ電圧に関連するエネルギーが蓄積可能である（回生）。例えば、再充電可能なバッテリーが、（再）充電されてよい。
【００２０】
超過ＤＣ電圧を回生に使用することができるかは、ＤＣ電圧のレベルによるということが観察されている。より詳細には、超過ＤＣ電圧を回生に使用することができるかは典型的に、電力段でのＤＣ電圧とＤＣ供給電圧との間の比による。例えば、電力段でのＤＣ電圧とＤＣ供給電圧との間の比が１に近い場合には、直接的な接続を介した回生が適しているだろう。しかし、電力段でのＤＣ電圧とＤＣ供給電圧との間の差が、特定の閾値Ｔを超えている場合には、例えば再充電可能なバッテリーの特定の動作特性が原因で、直接的な接続を介した回生が適していないことがある、または直接的な接続を介した回生が再充電可能なバッテリーに対する損傷を生じさせることもある。
【００２１】
以降では、電力段でのＤＣ電圧とＤＣ供給電圧との間の差が大きい場合にも、回生を促進する技術が記載されている。本願に記載されている技術の少なくともいくつかは、回路の類似のシンプルな構造を使用することによって回生を促進する。本願に記載されている技術の少なくともいくつかは、ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を提供するために回路のハードウェアを再利用することによって回生を促進する。さらに、種々の技術的が、発電機モードまたはモーターモードにおいて動作するＡＣ電気駆動装置を考慮して、回路の動作を合うように調整することを促進する。
【００２２】
例では、回路は、電力供給ユニットに回路を接続するように構成されているインタフェースを含んでいる。回路は、回路を電気駆動装置に接続するように構成されている電力段も含んでいる。電気駆動装置は、モーターモードと発電機モードにおいて動作可能である。回路は、少なくとも１つのスイッチも含んでいる。少なくとも１つのスイッチは、インタフェースと電力段との間に接続されている。回路は、コントロール回路部品も含んでいる。コントロール回路部品は、電気駆動装置がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかに応じて、少なくとも１つのスイッチを選択的に、第１のモードまたは第２のモードにおいて操作するように構成されている。少なくとも１つのスイッチは、第１のモードにおいて動作している場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を提供するように構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ機能は、電力段でのＤＣ電圧に提供される。電力段でのＤＣ電圧は、少なくとも部分的に電気駆動装置によって生成されている。したがって、第１のモードはＤＣ／ＤＣコンバータモードと称され得る。少なくとも１つのスイッチは、第２のモードでの動作中、インタフェースを介して電力供給ユニットから受け取った供給電圧に関して、逆極性保護機能を提供するように構成されている。したがって、第２のモードは逆極性保護モードと称され得る。逆極性保護回路のシンプルな実装は、電流の流れを所望の方向においてのみ許可し、逆方向におけるあらゆる電流を遮断するダイオードを含んでいてよい。操作中のダイオードにおける電力損失を最小化するために、いくつかの例では、ダイオードは電子スイッチによって置き換えられる。この電子スイッチは、ＤＣ電力供給ユニットの極性が正しい場合に、伝導状態にセットされていてよい。
【００２３】
このような技術は、回路の実装を参照して、少なくとも１つのスイッチが、逆極性保護機能を提供するように設けられているという所見に基づいている。ここでは、少なくとも１つのスイッチは、再充電可能なバッテリーが誤った極性で接続されている場合に、インバータを通じた、意図されていない短絡電流を回避するように構成されている。例えば、逆極性の場合に、少なくとも１つのスイッチは、持続的に、遮断状態にあってよい。これによって、あらゆる短絡電流が遮断される。超過短絡電流が回避される。
【００２４】
本願に記載される種々の例では、コントロール回路部品は、逆極性保護モードにおける少なくとも１つのスイッチの動作を、ＤＣ／ＤＣコンバータモードにおける少なくとも１つのスイッチの動作によって補完するように構成されている。
【００２５】
また、これによって、少なくとも１つのスイッチを、逆極性保護モードにおいて逆極性保護を提供するためだけでなく、ＤＣ／ＤＣコンバータモードにおいてＤＣ／ＤＣコンバータ機能も提供するために、再利用することができる。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータモードを使用することによって、回路の動作を、発電機モードまたはモーターモードにおいて動作するＡＣ電気駆動装置を考慮して、調整することが可能になる。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータモードを提供することによって、電力段でのＤＣ電圧を調整（降圧および／または昇圧）することが可能になる。これによって、同等に大きいまたは同等に小さいＤＣ電圧が電力段において存在しているシナリオにおいても、回生が促進される。
【００２７】
一般的な規則として、本願に記載されるスイッチは、電界効果トランジスタ等の固体スイッチによって実現されてよい。遮断状態は、スイッチの２つの端子の間の第１の抵抗を提供することができ、伝導状態は、スイッチの２つの端子の間に第２の抵抗を提供することができ、ここで、第１の抵抗は、第２の抵抗より格段に大きい。
【００２８】
図１は、回路１０１に関する態様を概略的に示している。回路１０１は、回路１０１を、バッテリー（図１に示されていない）等のＤＣ電力供給ユニットに接続するように構成されているインタフェース１１１を含んでいる。回路１０１は、電力段１１９も含んでいる。
【００２９】
ＤＣ供給電圧１６１は、インタフェース１１１に存在している。ＤＣ供給電圧１６１は、バッテリーのバッテリー電圧に関連している（したがって、図１において、参照符号ＶＢａｔが付けられている）。ＤＣ電圧１６２は、電力段１１９に存在している（図１において、参照符号ＶＤＣが付けられている）。
【００３０】
ＤＣ供給電圧１６１のレベルは、電気駆動装置がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかによる。電気駆動装置が発電機モードにおいて動作している場合、ＤＣ電圧１６２はＤＣ供給電圧１６１を超えることがある。
【００３１】
回路１０１は、スイッチ１１２を含んでいる。スイッチ１１２は、逆極性保護モードおよびＤＣ／ＤＣコンバータモードにおいて動作可能である。伝導状態または遮断状態においてスイッチ１１２を適切にセットすることによって、ＤＣ／ＤＣコンバータモードおよび逆極性保護モードを起動させることが可能である。換言すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータモードおよび逆極性保護モードは、伝導状態または遮断状態におけるスイッチ１１２のセットの異なる時間パターンによって特徴付けされ得る。
【００３２】
例えば、逆極性保護モードにおいて動作する場合、ＤＣ供給電圧１６１の逆極性に対する保護が提供される。例えば、スイッチ１１２は、ＤＣ供給電圧１６１の極性に応じて、永続的に、遮断状態または伝導状態において操作されてよい。例えば、ＤＣ供給電圧１６１の逆極性が検出された場合、スイッチ１１２は遮断状態にセットされてよく、これによって、電力インバータ１１９の部品に対する損傷が回避される。
【００３３】
ＤＣ／ＤＣコンバータモードにおいて動作する場合、電流切り替えを提供する、ひいては電圧変換を提供するために、スイッチ１１２は、伝導状態と遮断状態とに交互にセットされてよく、これは、スイッチ１１２の動作のパルス状の時間パターンに相応し得る。
【００３４】
図１のシナリオでは、１つのスイッチ１１２が提供されているが、一般的には、１つよりも多くのスイッチを提供することが可能であろう。
【００３５】
図２は、システム１００に関する態様を示している。システム１００は、電力供給ユニット１０５と電気駆動装置１０６とを含んでいる。図２の例では、ＤＣ電力供給ユニット１０５が、バッテリー１０５によって実現されている。システム１００は、図１の回路１０１も含んでいる。
【００３６】
回路１０１は、コントロール回路部品１１４も含んでいる。コントロール回路部品１１４は、スイッチ１１２の動作をコントロールするように構成されている。例えば、コントロール回路部品１１４は、スイッチ１１２を伝導状態または遮断状態にセットするように構成されていてよい。一般的な規則として、コントロール回路部品１１４は、アナログ部品および／またはデジタル部品を使用して実現されてよい。例えば、コントロール回路部品１１４は、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等を含んでいてよい。コントロール回路部品１１４は、スイッチ１１２のコントロール端子で、コントロール電圧を印加する駆動装置を含んでいてよい。コントロール回路部品１１４は、インタフェース１１１でのＤＣ供給電圧１６１の逆極性を検出するアナログ監視回路を含んでいてよい。
【００３７】
コントロール回路部品１１４は、電気駆動装置がモーターモードにおいて動作しているのかまたは発電機モードにおいて動作しているのかに応じて、スイッチ１１２を逆極性保護モードまたはＤＣ／ＤＣコンバータモードにおいて操作するように構成されている。コントロール回路部品１１４のこの機能性は、図３および図４に関連してより詳細に説明される。
【００３８】
図３は、種々の例に即した方法のフローチャートである。図３は、スイッチ１１２の動作に関する態様を示している。例えば、図３の方法は、コントロール回路部品１１４によって実行されてよい。
【００３９】
はじめに、自由選択的なブロック１００１で、回路１０１の電気的な特性が特定される。例えば、電力段１１９の電気的な特性が特定される。例えば、ＤＣ電圧１６２が特定され得る、またはより詳細には、ＤＣ電圧のレベルが特定され得る。択一的または付加的に、インタフェース１１１の電気的な特性が特定されてよい。例えば、ＤＣ供給電圧１６１、すなわちＤＣ供給電圧１６１のレベルが特定され得る。択一的または付加的に、ＤＣ供給電圧１６１の極性が特定され得る。
【００４０】
次に、ブロック１００２で、電気駆動装置１０６がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかが判断される。
【００４１】
例えば、ブロック１００２は、ブロック１００１で特定された電気的な特性に基づいていてよい。
【００４２】
例えば、ＤＣ供給電圧１６１の極性が反対でない場合、およびＤＣ電圧１６２のレベルが特定の閾値を超えている場合、例えばＤＣ供給電圧１６１を超えている場合、電気駆動装置１０６は、発電機モードにおいて動作していると判断されてよい。そうでない場合、電気駆動装置１０６はモーターモードにおいて動作していると判断されてよい。
【００４３】
したがって、ＤＣ電圧１６２とＤＣ供給電圧１６１との間の比較に基づいて、電気駆動装置１０６がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかを特定することが可能であってよい。
【００４４】
電気駆動装置１０６がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかを判断するために、回路１０１の電気的な特性が特定されることは、すべてのシナリオにおいては必要とされない。説明のために、電気駆動装置１０６の動作モードを示すコントロール信号を考慮することも可能であろう。例えば、電気駆動装置１０６は、この種のコントロール信号を出力してよく、コントロール信号はコントロール回路部品１１４によって受信されてよい。
【００４５】
ブロック１００２で、電気駆動装置１０６が発電機モードにおいて動作しておらず、むしろモーターモードにおいて動作していると判断されると、ブロック１００３が実行される。ブロック１００３では、スイッチ１１２が、ＤＣ供給電圧１６１に関して、逆極性保護機能を提供するように構成されている。したがって、スイッチ１１２は、逆極性保護モード２０２において動作される。
【００４６】
ブロック１００２で、電気駆動装置１０６がモーターモードにおいて動作しておらず、むしろ発電機モードにおいて動作していると判断されると、ブロック１００４が実行される。ブロック１００４では、スイッチ１１２が、ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を提供するように構成されている。したがって、スイッチ１１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１において動作される。これは回生を起動させる。
【００４７】
ブロック１００２において、ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１または逆極性保護モード２０２におけるスイッチ１１２の動作を起動するための判断基準は、電気駆動装置１０６がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかである。一般的な規則として、１つまたは複数の別の判断基準が、ブロック１００２で考慮されてよい。例えば、バッテリー１０５の充電状態（ＳｏＣ、残容量）および劣化状態（ＳｏＨ）のうちの少なくとも１つを考慮することが可能であろう。これは、過度の充電を回避するために、バッテリー１０５の超過が回避されるべきであるという所見に基づいていてよく、充電の状態が考慮可能である。劣化状態が低い、古いバッテリー１０５の場合、同様に充電が無力化することがある。別の例示的な判断基準は、温度である。例えば、バッテリー１０５の温度が高い場合、充電が無力化することがある。
【００４８】
ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１および逆極性保護モード２０２におけるスイッチ１１２の動作に関する詳細は、図４Ａおよび図４Ｂに関連して示されている。
【００４９】
図４Ａは、種々の例に即したフローチャートである。図４Ａは、スイッチ１１２の動作に関する態様を示している。特に、図４Ａは、スイッチ１１２がＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１において動作しているのか、または逆極性保護モード２０２において動作しているのかに従った、伝導状態または遮断状態へのスイッチ１１２のセットに関する態様を示している。
【００５０】
図４Ａは、一般的に、図３のシナリオに相当している。しかし、図４Ａの例では、逆極性保護モード２０２に関するさらなる詳細が示されている。
【００５１】
この方法は、ブロック１０３１で始まる。ブロック１０３１は、ブロック１００１に相当する。
【００５２】
ブロック１０３２で、ＤＣ電力供給ユニット１０５が正しい極性で接続されているか否かが判断される。例えば、ＤＣ供給電圧１６１がゼロより大きいか、または小さいかが特定され得る。
【００５３】
ＤＣ電力供給ユニット１０５が正しい極性で接続されていない場合、スイッチ１１２は永続的に遮断状態にセットされる。スイッチ１１２を遮断状態にセットすることによって、短絡電流が阻止される。したがって、これは、逆極性保護モード２０２に相当する。その後、ブロック１０３１が再び実行される。
【００５４】
ＤＣ電力供給ユニット１０５が正しい極性で接続されている場合、ブロック１０３４で、モーターモードが望まれているか否かが判断される。
【００５５】
モーターモードが望まれている場合、ブロック１０３５で、スイッチ１１２が永続的に、伝導状態にセットされる。ダイオードを用いてブロック１０３３、１０３５を実行する基準実行と比較した場合、スイッチ１１２を用いることによって損失が低減可能である。その後、ブロック１０３１が再び実行される。
【００５６】
モーターモードが望まれていない場合、ブロック１０３６で、電気駆動装置は、発電機モードにある。ブロック１０３６で、回生が望まれているか否かが判断される。
【００５７】
ブロック１０３６で回生が望まれていない場合、方法はブロック１０３７に続く。ブロック１０３７では、スイッチ１１２は永続的に遮断状態にセットされる。ここでは、回生が全く所望されていなくてよい、または電力段１１９の動作が全く望まれていなくてよい。
【００５８】
一般的な規則として、種々の判断基準がブロック１０３６で考慮されてよい。例には、バッテリー１０５の充電状態、バッテリー１０５の劣化状態および／またはバッテリー１０５の温度が含まれる。
【００５９】
ブロック１０３６で回生が望まれている場合、方法はブロック１０３８に続く。ブロック１０３８では、ＤＣ電圧１６２とＤＣ供給電圧１６１との間の差が所定の閾値Ｔを下回っているか否かが判断される。
【００６０】
ＤＣ電圧１６２とＤＣ供給電圧１６１との間の差が所定の閾値Ｔを下回っている場合、ブロック１０３９で、スイッチ１１２が永続的に伝導状態にセットされる。ここでは、ＤＣ電圧１６２とＤＣ供給電圧１６１との間の比が小さいので、ＤＣ／ＤＣ変換が望まれていなくてよい。
【００６１】
ＤＣ電圧１６２とＤＣ供給電圧１６１との間の差が所定の閾値Ｔを下回っていない場合、ブロック１０３９で、スイッチ１１２が伝導状態と遮断状態に交互にセットされる。これは、スイッチ１１２のパルス状動作に相当する。ＤＣ／ＤＣコンバータ機能は、ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１において提供される。
【００６２】
図４Ｂは、種々の例に即した方法のフローチャートである。図４Ｂは、スイッチ１１２の動作に関する態様を示している。特に、図４Ｂは、スイッチ１１２がＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１において動作しているのか、または逆極性保護モード２０２において動作しているのかに従った、伝導状態または遮断状態へのスイッチ１１２のセットに関する態様を示している。
【００６３】
図４Ｂは、一般的に、図３のシナリオに相当している。しかし、図４Ｂの例では、逆極性保護モード２０２に関するさらなる詳細が示されている。特に、逆極性保護モード２０２の２つのサブモードが示されている。
【００６４】
この方法は、ブロック１０１１で始まる。スイッチ１１２は通常はオフである。したがって、最初、スイッチ１１２は遮断状態にセットされている。スイッチ１１２を遮断状態にセットすることによって、短絡電流が阻止される。したがって、これは逆極性保護モード２０２に相当する。ブロック１０１１は逆極性保護モード２０２のサブモード２０２−１に相当する。
【００６５】
次に、ブロック１０１２で、ＤＣ供給電圧１６１が正のレベルであるか否か、すなわち、バッテリー１０５が正しい極性で接続されているか否かが検査される。ＤＣ供給電圧１６１が正のレベルでない場合、スイッチ１１２は継続的に、遮断状態にセットされる。１０１２で、ＤＣ供給電圧１６１の正のレベルが検出されると、方法はブロック１０１３に続く。
【００６６】
ブロック１０１３で、スイッチ１１２は伝導状態にセットされる。ブロック１０１３は、逆極性保護モード２０２のサブモード２０２−２に相当する。
【００６７】
図４Ｂから見て分かるように、ＤＣ供給電圧の極性を監視し、極性に応じて、スイッチ１１２を永続的にサブモード２０２−１において遮断状態にセットする、またはサブモード２０２−２において伝導状態にセットすることが可能である。
【００６８】
次に、ブロック１０１４で、電気駆動装置１０６が発電機モードにあるか否かが判断される。電気駆動装置１０６が発電機モードにない場合、ブロック１０１２が再実行される。電気駆動装置１０６が発電機モードにある場合、方法はブロック１０１５に続く。
【００６９】
ブロック１０１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１を実行する。ブロック１０１５では、スイッチ１１２は、遮断状態と伝導状態に交互にセットされる。
【００７０】
次に、ブロック１０１６が実行される。ここでは再び、ＤＣ供給電圧１６１が正のレベルを有しているか否か、すなわち、バッテリー１０５が正しい極性で接続され続けているか否かが検査される。ＤＣ供給電圧１６１が正のレベルを有している場合、ブロック１０１４が再び実行される。ＤＣ供給電圧１６１が正のレベルを有していない場合、ブロック１０１１が実行され、スイッチ１１２が永続的に遮断状態２０２にセットされる。
【００７１】
見て分かるように、ブロック１０１６、１０１４および１０１２の判断ポイントで、逆極性保護モード２０２（ブロック１０１１または１０１３を実行することによる）とＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１（ブロック１０１５を実行することによる）との間で選択が行われる。したがって、これらのブロック１０１６、１０１４、１０１２は、図３のブロック１００２を実行する。
【００７２】
次に、スイッチ１１２がＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１においてどのようにＤＣ／ＤＣコンバータ機能を提供することができるのかを示すために、回路１０１の例示的な実装が、以降の図に関連して記載される。
【００７３】
図５は、回路１０１に関する態様を示している。図５では、バッテリー１０５が、インタフェース１１１を介して電力段１１９、この例示的な実装では、三相電気駆動装置１０６に対するインバータに接続されている。
【００７４】
回路１０１は、ここではインダクタンス１２１によって実現されている電気エネルギー蓄積ユニットを含んでいる。択一的な電流経路１２２が、スイッチ１１２のＤＣ／ＤＣ動作に対して提供されている（自由経路と称される場合がある）。ダイオード１２３が、択一的な電流経路１２２内に配置されている。
【００７５】
図５の例では、スイッチ１１２は、ゲート駆動装置（図５に示されていない）に接続されているゲート端子、択一的な電流経路１２２およびインダクタンス１２１に接続されているソース端子、ならびに電力段１１９に接続されているドレイン端子を有している電界効果トランジスタによって実現されている。
【００７６】
ここでは「〜に接続されている」とは、電流がこの接続を介して流れることができることを意味している。付加的な要素、例えば分流抵抗器がデバイスの間に配置されていてよいが、これは回路の範囲を変えない。
【００７７】
インダクタンス１２１、択一的な電流経路１２２およびスイッチ１１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータトポロジー、特にバックコンバータトポロジーで配置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータトポロジーの択一的な例は、フライバックコンバータトポロジーであってよい（図５に示されていない）。
【００７８】
バックコンバータトポロジーによって、高い電圧レベル（ここでは電気駆動装置１０６の発電機モードにおけるＤＣ電圧１６２）の供給源（ここでは電力段１１９）から、低い電圧レベル（ここではＤＣ供給電圧１６１）のシンク（ここではインタフェース１１１およびバッテリー１０５）へ、エネルギーを供給することができる。バックコンバータは、時間で変化するＤＣ電圧１６２に基づいて、発電機電流１５２を生成するようにコントロールされ得る。したがって、例えば電気駆動装置１０６の回転速度の変化によるＤＣ電圧１６２での変化は、バックコンバータトポロジーによって補償可能である。これは、例えばバッテリー１０５を充電することによって、エネルギーの効率的な回生を促進する。
【００７９】
次に、バックコンバータトポロジーの機能を短く説明する。スイッチ１１２が伝導状態にセットされると、ダイオード１２３にわたる電圧が、ＤＣ電圧１６２に相当する。インダクタンス１２１が充電される。スイッチ１１２が遮断状態にセットされると、インダクタンス１２１を通る電流が流れ続け、ダイオード１２３にわたる電圧は、ダイオード１２３が伝導状態になるまで低下する。これは約０Ｖである。インダクタンス１２１が放電される。その後、インダクタンス１２１によって支持される電流が択一的な電流経路１２２を通って流れる。すなわち、択一的な電流経路１２２はインダクタンスに放電電流経路１２２を提供するように構成されている。しばらくして、スイッチ１１２は再び、伝導状態にセットされる。これは、ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１におけるスイッチ１１２のパルス状動作に相当する。見て分かるように、スイッチを伝導状態と遮断状態に交互にセットすることによって、インダクタンス１２１は、交互に、充電され、放電される。一般的に、ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１において、インダクタンス１２１の充電状態に従って、スイッチ１１２を、遮断状態と伝導状態に交互にセットすることが可能である。これによって、インダクタンス１２１を通る電流をコントロールすることができ、したがって、バッテリーに対する充電電流をコントロールすることができる。
【００８０】
一般的な規則として、ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１における、スイッチ１１２のパルス状動作のスイッチング周波数および／またはデューティサイクルを、種々の基準に応じて設定することができる。例えば、スイッチング周波数および／またはデューティサイクルに応じて、いわゆるバックコンバータ連続モードまたはバックコンバータ不連続モードが起動されてよい。スイッチ１１２のパルス状動作のスイッチング周波数および／またはデューティサイクルによって変換率が設定され得る。したがって、スイッチ１１２のパルス状動作のスイッチング周波数および／またはデューティサイクルを、ＤＣ電圧１６２のレベルとＤＣ供給電圧１６１のレベルとの間の差および所望の発電機電流に応じて設定することができる。誘導率は、インダクタンス１２１の放電率に関連しているので、スイッチング周波数および／またはデューティサイクルをインダクタンス１２１の誘導率に応じて設定することができる。スイッチング周波数および／またはデューティサイクルを、発電機電流１５２の所望のレベルならびに電圧１６１と１６２との差に応じて設定することができる。
【００８１】
したがって、インダクタンス１２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を促進する。インダクタンス１２１は、モーターモードにおいて電磁妨害（ＥＭＩ）フィルター機能も提供することができる。
【００８２】
図６は、回路１０１に関する態様を示している。図６の例は一般的に、図５の例に相当する。図６の例では、回路１０１は、択一的な電流経路１２２内に配置されている別のスイッチ１２４を含んでいる。別のスイッチ１２４によって、バックコンバータトポロジーの部品が、バッテリー１０５の逆極性から保護される。
【００８３】
図６のシナリオにおいて、スイッチ１２４の端子およびスイッチ１１２の端子は、同じ電位差を参照している。特に、スイッチ１１２、１２４のソース端子は同じ電位差を参照している。これは、２つのスイッチ１１２、１２４に対して、同じゲート駆動装置供給電圧または基準電圧を使用することを促進する（図６では、ゲート駆動装置は図示されていない）。例えば、スイッチ１１２を駆動するように構成されているゲート駆動装置およびスイッチ１２４を駆動するように構成されている別のゲート駆動装置は共通の基準電圧を受け取るように構成されていてよい。これによって、回路１０１の設計がシンプルになる。それにもかかわらず一般的に、図６のシナリオと比べて、択一的な電流経路１２２におけるダイオード１２３におけるスイッチ１２４の配置を相互交換することが可能であろう。
【００８４】
図７に関して、スイッチ１１２、１２４の動作に関する詳細が示される。
【００８５】
図７は、伝導状態５０１および遮断状態５０２におけるスイッチ１１２、１２４（図６を参照）のセットに関する態様を概略的に示している。詳細には、図７のプロット（ａ）は、電力段１１９でのＤＣ供給電圧１６１のレベル（実線）と、ＤＣ電圧１６２のレベル（破線）と、を示している。図７のプロット（ｂ）は、電力段１１９からインタフェース１１１へ流れる発電機電流１５２（実線）およびインタフェース１１１から電力段１１９へ流れるモーター電流１５１も示している。図７のプロット（ｃ）は、スイッチ１１２のスイッチング状態５０１、５０２を示しており、プロット（ｄ）は、スイッチ１２４のスイッチング状態５０１、５０２を示している。
【００８６】
初めは、時間間隔Ｔ０において、スイッチ１１２とスイッチ１２４が遮断状態５０２において操作される。なぜなら、ＤＣ供給電圧１６１のレベルが０Ｖよりも低いからである。これは、誤った極性で回路１０１に接続されているバッテリー１０５に相当する。図４Ｂのブロック１０１１も比較されたい。
【００８７】
次に、Ｔ１で、バッテリー１０５が正しい極性で接続され、ＤＣ供給電圧１６１のレベルが０Ｖを上回る。例えば、コントロール回路部品１１４は、ＤＣ供給電圧１６１の極性を監視するように構成されていてよい。この監視に基づいて、極性の反転が検出されてよい。この結果、スイッチ１１２が伝導状態５０１にセットされる。電力段１１９でのＤＣ電圧１６２は、Ｔ１で、ＤＣ供給電圧１６１に相当する。
【００８８】
したがって、電気駆動装置１０６はモーターモードにある。これが、スイッチ１１２が持続的に、Ｔ１で伝導状態５０１において操作される理由である（図４Ｂのブロック１０１３も参照）。
【００８９】
モーターモードでは、スイッチ１２４は、Ｔ１の間、遮断状態５０２にセットされていてよい。
【００９０】
見て分かるように、時間間隔Ｔ０およびＴ１において、スイッチ１１２は、遮断状態５０２において永続的に操作される、または伝導状態５０１において永続的に操作される。スイッチ１２４は永続的に遮断状態５０２において操作される。コントロール回路部品１１４は、ＤＣ供給電圧１６１の極性を監視してよく、その後、極性に応じて、スイッチ１１２を遮断状態５０２または伝導状態５０１にセットしてよく、極性に無関係に、スイッチ１２４を遮断状態５０２にセットしてよい。したがって、２つのスイッチ１１２、１２４は、逆極性保護機能を実行し、逆極性保護モード２０２において操作される。
【００９１】
次に、時間間隔Ｔ２において、ＤＣ電圧１６２がバッテリー電圧１６１を上回る。これは、電気駆動装置１０６の動作および発電機モードに相当する。例えば、ＤＣ電圧１６２のレベルおよびＤＣ供給電圧１６１のレベルを特定し、これらを相互に比較することによって（図４Ａのブロック１０３８を参照）、発電機モードにおける電気駆動装置１０６の動作が検出されると、エネルギーの回生が望まれている場合（図４Ａのブロック１０３６を参照）、ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１を実行するために、スイッチ１１２が、伝導状態５０１と遮断状態５０２に交互にセットされる。対応するスイッチング周波数５５０が示されている。図４Ｂのブロック１０１５も比較されたい。スイッチ１２４は永続的に伝導状態５０１にセットされる。エネルギーの回生が望まれていない場合（図４Ａのブロック１０３６を参照）、スイッチ１１２および１２４が遮断状態５０２にセットされてよい。
【００９２】
図７は、プロット（ｃ）および（ｄ）において、ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１の起動が別の判断基準に依存するシナリオを示している。これは例えば、バッテリー１０５の充電状態、バッテリー１０５の劣化状態および／またはバッテリー１０５の温度である。この別の判断基準に対する検査は、図４Ａのブロック１０３６によって実行されてよい。ここで、電気駆動装置１０６が時間間隔Ｔ２において発電機モードにある場合、ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１が起動されなくてよい。すなわち、スイッチ１１２、１２４のパルス状動作が使用されず、代わりに、逆極性保護モード２０２、特に逆極性保護モード２０２の別のサブモード２０２−３に従って、スイッチ１１２、１２４が永続的に、遮断状態５０２にセットされてよい（図７における一点鎖線）。これによって、回生が無力化される。
【００９３】
図７においては、両方のスイッチ、すなわちスイッチ１１２および別のスイッチ１２４の動作が示されているが、スイッチ１２４が省かれている場合でも（図５を参照）、スイッチ１１２の動作に対する同様の時間パターンが得られてよい。
【００９４】
図８は、回路１０１に関する態様を示している。図８の例では、回路１０１は、第１のスイッチ１１２を含んでおり、さらに第２のスイッチ１１３を含んでいる。スイッチ１１２、１１３は、電力段１１９とインタフェース１１１との間で、相互に並列に結合されている。特に、スイッチ１１３は、スイッチ１１２およびインダクタンス１２１と並列に結合されている。
【００９５】
逆極性保護モード２０２では、ＤＣ供給電圧１６１の極性と無関係に、コントロール回路部品１１４が永続的にスイッチ１１２を遮断状態において操作する。これとは異なって、ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１において、コントロール回路部品１１４は交互に、スイッチ１１２を遮断状態と伝導状態５０１において操作する。
【００９６】
逆極性保護モード２０２では、ＤＣ供給電圧１６１の極性に応じて、コントロール回路部品１１４は永続的に、スイッチ１１３を遮断状態５０２または伝導状態５０１において操作する。ＤＣ／ＤＣコンバータモード２０１において、コントロール回路部品１１４はスイッチ１１３を永続的に遮断状態５０２において操作する。
【００９７】
これによって、モーター電流１５１と発電機電流１５２を分離させることができる。図８に示されているように、モーター電流１５１はスイッチ１１３を通って流れ、発電機電流１５２はスイッチ１１２を通って流れる。
【００９８】
図８の実装は、発電機電流１５２が一般的にモーター電流１５１を下回るという所見に基づいている。このような場合、損失を低減するために、スイッチ１１３と直列結合されているインダクタンスを使用しないことが可能である。モーターモードにおいてＥＭＩ低減機能が望まれていないことがある。
【００９９】
さらに、一般的に発電機電流１５２がモーター電流１５１より低いという所見に基づいて、スイッチ１１２、１１３の電流切り替え能力が異なって定められてよい。例えば、スイッチ１１２は、スイッチ１１２の電流容量よりも低い最大電流に相当する電流切り替え能力を有していてよい。これは、回路１０１の設計をシンプルにすることができる。なぜなら、より小さいスイッチ１１２を使用することができるからである。
【０１００】
図８のシナリオにおいて示されているように、スイッチ１２４は、択一的な電流経路１２２内に設けられており、これによって、バックコンバータトポロジーに逆極性保護機能を提供する。
【０１０１】
これまで、スイッチ１１２、インダクタンス１２１および択一的な電流経路１２２が、バックコンバータトポロジーで実装されている種々の例を記載した。バックコンバータトポロジーによって、ＤＣ電圧１６２の降圧変換を提供することが可能である。別の例では、ＤＣ電圧１６２の昇圧変換を提供するＤＣ／ＤＣコンバータトポロジーを、スイッチ１１２、インダクタンス１２１および択一的な電流経路１２２を用いて実装することも可能である。この種の例は、図９に示されている。
【０１０２】
図９は、回路１０１に関する態様を示している。図９の例では、変圧器によって実現されているインダクタンス１２１、スイッチ１１２および択一的な電流経路１２２が、フライバックコンバータトポロジーで配置されている。これによって、電圧１６２の昇圧変換が提供可能である。
【０１０３】
再び、図９の例では、スイッチ１１２、１１３を提供することによって、別個の電流経路が、モーター電流１５１および発電機電流１５２に対して実現されているが、別の例では、共通の電流経路が、フライバックコンバータトポロジーに基づいて、モーター電流１５１と発電機電流１５２に対して実現されていてよい。
【０１０４】
図１０は、システム１００に関する態様を示している。図１０は、システム１００の回路１０１の使用例を示している。図１０の例は一般的に、図２の例に相当する。図１０の例では、電気駆動装置１０６は、ギヤ５９１を介して車両９０の推進エンジン５９２に結合されていてよい。電気駆動装置１０６は、推進エンジン５９２、例えば燃焼機関のための始動モーターとして使用される。
【０１０５】
この例では、ギヤ５９１は、固定されているギヤであってよい。したがって、クラッチが設けられていなくてよい。電気駆動装置１０６によって推進エンジン５９２が始動された後でも、推進エンジン５９２と電気駆動装置１０６は、ギヤ５９１を介して相互に接続されている。ここでは、推進エンジン５９２は、ネットワーク機械力を、ギヤ５９１を介して電気駆動装置１０６に提供し、したがって、これは、発電機モードにおいて動作する。車両９０の動作中、推進エンジン５９２は迅速に回転することができるので、高いＤＣ電圧１６２が生じ得る。これが、ＤＣ／ＤＣコンバータトポロジーの降圧機能が、バッテリー１０５を再充電するために有用である理由である。
【０１０６】
要約すると、従来のように逆極性保護機能を提供するスイッチが、ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を提供するために再利用可能である技術をこれまで記載してきた。このＤＣ／ＤＣコンバータ機能は、電気エネルギー蓄積部品にエネルギーを与える。これは例えばＤＣ／ＤＣコンバータトポロジーのコイルである。スイッチは、バッテリー等の、再充電可能な電力供給ユニットと電気駆動装置との間に接続されている。
【０１０７】
いくつかの実施例では、別のスイッチが、ＤＣ／ＤＣコンバータトポロジーに対する逆極性保護機能を実現するために提供されてよい。この別のスイッチは、ＤＣ／ＤＣコンバータトポロジーの択一的な電流経路内に配置されていてよい。スイッチのゲート駆動装置の結合された電力供給部と別のスイッチが実装され得る例が記載されている。
【０１０８】
スイッチと、自由選択的に別のスイッチの操作方法が記載されている。例えば、電力供給ユニットが誤った極性で接続されている場合、スイッチは、永続的に遮断状態において操作され得る。電力供給ユニットが正しい極性で接続され、電気駆動装置がモーターモードにおいて動作する場合、スイッチは、永続的に伝導状態において操作され得る。電気駆動装置が発電機モードにおいて動作する場合、スイッチは、伝導状態と遮断状態において交互に操作され得る（パルス状動作）。これによって、昇圧または降圧ＤＣ／ＤＣ変換が実現され得る。
【０１０９】
さらに、以下の例は、いくつかの、制限しない実施形態を規定している。
【０１１０】
例１
回路であって、
回路を電力供給ユニットに接続するように構成されているインタフェースと、
回路を、モーターモードと発電機モードにおいて動作可能な電気駆動装置に接続するように構成されている電力段と、
インタフェースと電力段との間に接続されている少なくとも１つのスイッチと、
電気駆動装置がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかに応じて、少なくとも１つのスイッチを第１のモードまたは第２のモードにおいて操作するように構成されているコントロール回路部品を含んでおり、
少なくとも１つのスイッチは、第１のモードでの動作中に、電力段でのＤＣ電圧に関して、ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を提供するように構成されており、
少なくとも１つのスイッチは、第２のモードでの動作中に、インタフェースを介して電力供給ユニットから受け取った供給電圧に関して、逆極性保護機能を提供するように構成されている、回路。
【０１１１】
例２
電気エネルギー蓄積ユニットと、
電気エネルギー蓄積ユニットに対する放電電流経路を提供するように構成されている択一的な電流経路をさらに含んでおり、
少なくとも１つのスイッチ、電気エネルギー蓄積ユニットおよび択一的な電流経路は、ＤＣ／ＤＣコンバータトポロジーで配置されている、例１に記載の回路。
【０１１２】
例３
択一的な電流経路内に配置されている別のスイッチをさらに含んでいる、例２に記載の回路。
【０１１３】
例４
少なくとも１つのスイッチの端子と別のスイッチの端子は、同じ電位差を参照する、例３に記載の回路。
【０１１４】
例５
少なくとも１つのスイッチを駆動するように構成されており、かつコントロール回路部品に接続されている少なくとも１つの駆動装置回路部品と、
別のスイッチを駆動するように構成されており、かつコントロール回路部品に接続されている別の駆動部回路部品をさらに含んでおり、
少なくとも１つの駆動装置回路部品と、別の駆動装置回路部品は、共通の基準電圧を受け取るように構成されている、例３に記載の回路。
【０１１５】
例６
コントロール回路部品は、電気駆動装置がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかに応じて、別のスイッチを第１のモードまたは第２のモードにおいて選択的に操作するように構成されており、
別のスイッチは、第２のモードでの動作中に、供給電圧に関して、逆極性保護機能を提供するように構成されている、例３から例５までのいずれか１例に記載の回路。
【０１１６】
例７
コントロール回路部品は、第２のモードにおいて、別のスイッチを遮断状態に永続的にセットするように構成されている、例３から例６までのいずれか１例に記載の回路。
【０１１７】
例８
少なくとも１つのスイッチは第１のスイッチを含んでおり、
コントロール回路部品は、第１のモードにおいて、電気エネルギー蓄積ユニットの充電状態に従って、第１のスイッチを交互に、遮断状態と伝導状態にセットするように構成されている、例２から例７までのいずれか１例に記載の回路。
【０１１８】
例９
少なくとも１つのスイッチは、第１のスイッチおよび電気エネルギー蓄積ユニットと並列に結合されている第２のスイッチを含んでおり、
コントロール回路部品は、第１のモードにおいて、第２のスイッチを永続的に、遮断状態において操作するように構成されており、
コントロール回路部品は、第２のモードにおいて、第２のスイッチを永続的に、伝導状態において操作するように構成されている、例８に記載の回路。
【０１１９】
例１０
少なくとも１つのスイッチ、電気エネルギー蓄積ユニットおよび択一的な電流経路は、バックコンバータトポロジーまたはフライバックコンバータトポロジーで配置されている、例２から例９までのいずれか１例に記載の回路。
【０１２０】
例１１
コントロール回路部品は、供給電圧の極性を監視するように構成されており、
コントロール回路部品は、供給電圧の極性に応じて、少なくとも１つのスイッチを永続的に、遮断状態または伝導状態にセットするように構成されている、例１から例１０までのいずれか１例に記載の回路。
【０１２１】
例１２
コントロール回路部品は、回路の電気的な特性に基づいて、電気駆動装置がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかを特定するように構成されており、
回路の電気的な特性は、電力段での電圧、供給電圧および電力供給ユニットの極性のうちの少なくとも１つを含んでいる、例１から例１１までのいずれか１例に記載の回路。
【０１２２】
例１３
コントロール回路部品は、電気駆動装置がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかを、電力段での電圧と供給電圧との間の比較に基づいて特定するように構成されている、例１２に記載の回路。
【０１２３】
例１４
ＤＣ／ＤＣコンバータ機能は、降圧変換および昇圧変換のうちの少なくとも１つを含んでいる、例１から例１３までのいずれか１例に記載の回路。
【０１２４】
例１５
システムであって、
例１から例１４までのいずれか１例に記載の回路と、
電力供給ユニットと、
電気駆動装置を含んでいる、システム。
【０１２５】
例１６
電力供給ユニットはバッテリーを含んでおり、
コントロール回路部品はさらに、バッテリーの充電状態、バッテリーの劣化状態およびバッテリーの温度のうちの少なくとも１つに応じて、少なくとも１つのスイッチを第１のモードまたは第２のモードにおいて選択的に操作するように構成されている、例１５に記載のシステム。
【０１２６】
例１７
車両であって、
例１５または例１６に記載のシステムと、
推進エンジンを含んでおり、
電気駆動装置は推進エンジンに結合されており、
電気駆動装置は推進エンジンを始動するように構成されている、車両。
【０１２７】
例１８
電力供給ユニットと電気駆動装置との間に接続されている回路の操作方法であって、
電気駆動装置は、モーターモードと発電機モードにおいて動作可能であり、
この方法は、
電気駆動装置がモーターモードにおいて動作しているのか、または発電機モードにおいて動作しているのかに応じて、回路の少なくとも１つのスイッチを第１のモードまたは第２のモードにおいて操作することを含んでおり、
少なくとも１つのスイッチは、第１のモードでの動作中に、電力段でのＤＣ電圧に関して、ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を提供し、
少なくとも１つのスイッチは、第２のモードでの動作中に、電力供給ユニットから受け取った供給電圧に関して、逆極性保護機能を提供する。
【０１２８】
例１９
方法は、例１から例１４までのいずれか１例に記載の回路のコントロール回路部品によって実施される、例１８に記載の方法。
【０１２９】
本発明を、特定の有利な実施形態に関連して示し、説明したが、等価物および修正は、明細書を読み、理解すれば、当業者に自明であろう。本発明は、このようなすべての等価物および修正を含んでおり、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【外国語明細書】
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