(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチチャネルＤＣバスを有する車両推進システム及び同システムを製造する方法を提供する。【解決手段】装置は、Ａチャネル１４及びＢチャネル２０を含むマルチチャネルＤＣバスアセンブリと、Ａチャネル１４の正ＤＣリンク１８に結合される第１の電気機械デバイス７４と、Ｂチャネル２０の正ＤＣリンク２４に結合される第２の電気機械デバイス８２と、を含む。第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８はＡチャネルの正ＤＣリンクに結合され、第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータ５０はＢチャネルの正ＤＣリンクに結合される。装置は、Ｂチャネルの正ＤＣリンクに結合される双方向電圧修正アセンブリ３０と、第１の電気機械デバイスに電気的に結合される第１のエネルギー蓄積システム１２と、をさらに含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のチャネル（１４）および第２のチャネル（２０）を含むマルチチャネルＤＣバスアセンブリと、
前記第１のチャネル（１４）の正ＤＣリンク（１８）に結合される第１の電気機械デバイス（７４）と、
前記第２のチャネル（２０）の正ＤＣリンク（２４）に結合される第２の電気機械デバイス（８２）と、
前記第１のチャネル（１４）の前記正ＤＣリンク（１８）に結合される第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（４８）と、
前記第２のチャネル（２０）の前記正ＤＣリンク（２４）に結合される第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（５０）と、
前記第２のチャネル（２０）の前記正ＤＣリンク（２４）に結合される双方向電圧修正アセンブリ（３０）と、
前記第１の電気機械デバイス（７４）に電気的に結合される第１のエネルギー蓄積システム（１２）と、を含む装置。
【請求項２】
前記第１のエネルギー蓄積システム（１２）は、前記第２の電気機械デバイス（８２）にさらに結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２の電気機械デバイス（８２）に電気的に結合される第２のエネルギー蓄積システム（１６２）をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のエネルギー蓄積システム（１２）は、ウルトラキャパシタおよび電力バッテリの少なくとも一方を含み、
前記第２のエネルギー蓄積システム（１６２）は、エネルギーバッテリを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のエネルギー蓄積システム（１６０）の負端子（１６６）は、前記第２のエネルギー蓄積システム（１６２）の負端子（１６８）に結合される、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のエネルギー蓄積システム（１８０）および前記第２のエネルギー蓄積システム（１８２）は、直列配列で互いに結合される、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のチャネル（１４）の前記正ＤＣリンク（１８）に結合される双方向電圧修正アセンブリ（３２）をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のチャネル（１４）の前記正ＤＣリンク（１８）を前記第２のチャネル（２０）の前記正ＤＣリンク（２４）に選択的に結合するように構成される結合デバイス（１７４）をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
回生制動動作モードおよび充電維持動作モードの少なくとも一方の間に前記結合デバイス（１７４）を閉じて、
運転動作モードの間に前記結合デバイス（１７４）を開くように、プログラムされるコントローラ（９６）をさらに含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１のチャネル（１４）の前記正ＤＣリンク（１８）を前記エネルギー蓄積デバイス（１８０、１８２）に選択的に結合するように構成される結合デバイス（１９４）をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の電気機械デバイス（７４）を前記第２の電気機械デバイス（８２）に機械的に結合するように構成されるギヤアセンブリおよびベルトアセンブリの少なくとも一方をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記マルチチャネルＤＣバスアセンブリは、それに結合される補助負荷（１１２）を有する第３のチャネル（１１４）をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
推進システム（１０）を製造する方法であって、
第１の電圧バス（１６）に第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（４８）を結合するステップと、
前記第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（４８）に第１の電気機械デバイス（７４）を結合するステップと、
第２の電圧バス（２２）に第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（５０）を結合するステップと、
前記第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（５０）に第２の電気機械デバイス（８２）を結合するステップと、
前記第２の電圧バス（２２）に双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（３０）を結合するステップと、
前記双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（３０）に第１のエネルギー蓄積システム（１２）を結合するステップと、
前記第１のエネルギー蓄積システム（１２）の電圧を前記第１の電圧バス（１６）の電圧と異なるブースト電圧に昇圧するために、前記双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（３０）のスイッチングを制御するようにコントローラ（９６）をプログラムするステップと、を含む方法。
【請求項１４】
第２のエネルギー蓄積システム（１８２）を前記第１のエネルギー蓄積システム（１８０）と直列に結合するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のエネルギー蓄積システム（１６０）の負端子（１６６）に第２のエネルギー蓄積システム（１６２）の負端子（１６８）を結合するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の電圧バス（１６）に第２の双方向電圧コンバータ（３２）を結合するステップと、
前記第２の双方向電圧コンバータ（３２）に第２のエネルギー蓄積システム（１６２）を結合するステップと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の電圧バス（１６）と前記第２の電圧バス（２２）との間にスイッチングデバイスを結合するステップと、
第１の運転モードでは前記スイッチングデバイスを開いて、第２の運転モードでは前記スイッチングデバイスを開くように前記コントローラ（９６）をプログラムするステップと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
第１のＤＣバス（１６）および第２のＤＣバス（２２）を含むＤＣバスアセンブリと、
前記第１のＤＣバスに結合される第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（３０）と、
前記第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（３０）の低電圧側に結合される高比電力エネルギー蓄積デバイスと、
第１のＤＣ−ＡＣ電圧コンバータを介して前記第１のＤＣバスに結合される第１の電気機械デバイス（７４）と、
第２のＤＣ−ＡＣ電圧コンバータを介して前記第２のＤＣバスに結合される第２の電気機械デバイス（８２）と、
前記第１の電気機械デバイス（７４）の電圧をブースト電圧に昇圧して、前記ブースト電圧を前記第１のＤＣバスに供給するために、前記第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（３０）を制御するようにプログラムされるコントローラ（９６）と、を含み、前記ブースト電圧は前記第２のＤＣバスの電圧とは異なる、車両推進システム（１０）。
【請求項１９】
前記第２のチャネル（２０）に結合される第２の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（３２）をさらに含み、前記第２の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（３２）は、前記第１の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（３０）の定格電圧より低い定格電圧を有する、請求項１８に記載の車両推進システム（１０）。
【請求項２０】
前記第２の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ（３２）の低電圧側に結合される高比エネルギーエネルギー蓄積デバイスをさらに含む、請求項１９に記載の車両推進システム（１０）。
【請求項２１】
前記高比電力エネルギー蓄積デバイスと直列に結合される高比エネルギーエネルギー蓄積デバイスをさらに含む、請求項１８に記載の車両推進システム（１０）。
【請求項２２】
前記高比電力エネルギー蓄積デバイスの負端子に結合される負端子を有する高比エネルギーエネルギー蓄積デバイスをさらに含む、請求項１８に記載の車両推進システム（１０）。
【請求項２３】
前記第１の電気機械デバイス（７４）の出力および前記第２の電気機械デバイス（８２）の出力に結合されるトランスミッションをさらに含む、請求項１８に記載の車両推進システム（１０）。
【請求項２４】
第１のＤＣバス（１６）の正ＤＣリンク（１８）に結合される第１の電気機械デバイス（７４）と、
前記第１の電気機械デバイス（７４）の出力に結合される補助負荷（１１２）と、
前記第１のＤＣバスの前記正ＤＣリンク（１８）に結合される第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（４８）と、
第２のＤＣバス（２２）の正ＤＣリンク（２４）に結合される第２の電気機械デバイス（８２）と、
前記第２の電気機械デバイス（８２）の出力に結合されるトランスミッションと、
前記第２のＤＣバスの前記正ＤＣリンク（２４）に結合される第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータ（５０）と、
前記第２のＤＣバスの前記正ＤＣリンク（２４）に電気的に結合されるエネルギー蓄積システム（１２）と、
前記第２のＤＣバスの前記正ＤＣリンク（２４）に結合され、前記第１のエネルギー蓄積システム（１２）の電圧を前記第１のＤＣバスの電圧と異なる電圧に昇圧するように構成される双方向電圧修正アセンブリ（３０）と、を含む車両推進システム（１０）。
【請求項２５】
前記エネルギー蓄積システムは前記第１のＤＣバスの前記正ＤＣリンク（１８）に電気的に結合される、請求項２４に記載の車両推進システム（１０）。
【請求項２６】
前記第１のＤＣバスの前記正ＤＣリンク（１８）に結合される第２の双方向電圧修正アセンブリ（３２）をさらに含む、請求項２４に記載の車両推進システム（１０）。
【請求項２７】
前記第１のＤＣバスの前記正ＤＣリンク（１８）に直接結合される電気的補助負荷（１５４）をさらに含む、請求項２４に記載の車両推進システム（１０）。
【請求項２８】
第３のＤＣバス（１３６）の正ＤＣリンク（１３８）に結合される第３の電気機械デバイス（１４４）をさらに含み、
前記第３の電気機械デバイスの出力は前記トランスミッションに結合される、請求項２４に記載の車両推進システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般的にはハイブリッドおよび電気自動車を含む電気駆動システムに関し、特に、マルチチャネルＤＣバスを用いる車両の１つまたは複数のエネルギー蓄積装置と複数の電気機械デバイスとの間のエネルギー転送に関する。
【背景技術】
【０００２】
純粋な電気自動車は、蓄積された電気エネルギーを用いて電気モーターに電力を供給し、電気モーターは車両を動かし、また補助駆動装置を動作させることもできる。純粋な電気自動車は、蓄積された電気エネルギーの１つまたは複数の供給源を用いることができる。例えば、蓄積された電気エネルギーの第１の供給源は、より持続性のエネルギーを提供するために用いることができ、一方、蓄積された電気エネルギーの第２の供給源は、例えば加速などのより高出力のエネルギーを提供するために用いることができる。
【０００３】
ハイブリッド電気自動車は、車両を動かすために、内燃機関および走行用バッテリなどのエネルギー蓄積デバイスによって電力を供給される電気モーターを結合することができる。このような組み合わせは、燃焼機関および電気モーターがそれぞれの効率の良い範囲でそれぞれが動作することができるので、全体の燃費効率を高めることができる。例えば、スタンディングスタートからの加速では、電気モーターが効率的であり得るが、一方、ハイウェイでの運転のように一定のエンジン動作が持続する期間では燃焼機関が効率的であり得る。初期加速を高めるための電気モーターを備えることによって、ハイブリッド車の燃焼機関をより小型にし、燃料効率をより高めることができる。
【０００４】
純粋な電気自動車およびハイブリッド電気自動車のための推進システムの構成は、エネルギーもしくは電力密度を増加させるための電気エネルギーの複数の供給源および所望の推進出力を達成するための複数の電力源を含むように開発されてきたが、これらのエネルギー蓄積および電力源を推進システムに組み込むことは、システムの全体のサイズ、重量、およびコストを上昇させる。さらに、１つまたは複数のエネルギー蓄積源と組み合わせて複数の電力源で動作するように推進システムを構成することによって課される制限は、全体のシステム効率を低下させることに加えて、推進システムの個々の構成要素の動作効率および燃料経済を低減させる。
【０００５】
したがって、全体のシステム効率を改善し、推進システムの個々の構成要素がその個々の動作効率を改善するように独立に動作することができる方法で、複数の電気機械デバイスおよび１つもしくは複数のエネルギー蓄積システムを組み込む、電気および／またはハイブリッド電気推進システムを提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８，０２６，６３８号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の一態様によれば、装置は、第１のチャネルおよび第２のチャネルを含むマルチチャネルＤＣバスアセンブリと、第１のチャネルの正ＤＣリンクに結合される第１の電気機械デバイスと、第２のチャネルの正ＤＣリンクに結合される第２の電気機械デバイスと、を含む。第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータは第１のチャネルの正ＤＣリンクに結合され、第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータは第２のチャネルの正ＤＣリンクに結合される。装置は、第２のチャネルの正ＤＣリンクに結合される双方向電圧修正アセンブリと、第１の電気機械デバイスに電気的に結合される第１のエネルギー蓄積システムと、をさらに含む。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、推進システムを製造する方法は、第１の電圧バスに第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータを結合するステップと、第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータに第１の電気機械デバイスを結合するステップと、第２の電圧バスに第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータを結合するステップと、を含む。また本方法は、第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータに第２の電気機械デバイスを結合するステップと、第２の電圧バスに双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータを結合するステップと、双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータに第１のエネルギー蓄積システムを結合するステップと、第１のエネルギー蓄積システムの電圧を第１の電圧バスの電圧と異なるブースト電圧に高めるために、双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータのスイッチングを制御するようにコントローラをプログラムするステップと、を含む。
【０００９】
本発明のさらに別の態様によれば、車両推進システムは、第１のＤＣバスおよび第２のＤＣバスを有するＤＣバスアセンブリを含む。また車両推進システムは、第１のＤＣバスに結合される第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータと、第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータの低電圧側に結合される高比電力エネルギー蓄積デバイスと、第１のＤＣ−ＡＣ電圧コンバータを介して第１のＤＣバスに結合される第１の電気機械デバイスと、第２のＤＣ−ＡＣ電圧コンバータを介して第２のＤＣバスに結合される第２の電気機械デバイスと、を含む。コントローラは、第１の電気機械デバイスの電圧をブースト電圧に高めて、ブースト電圧を第１のＤＣバスに供給するために、第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータを制御するようにプログラムされ、ブースト電圧は第２のＤＣバスの電圧とは異なる。
【００１０】
本発明のさらに別の態様によれば、車両推進システムは、第１のＤＣバスの正ＤＣリンクに結合される第１の電気機械デバイスと、第１の電気機械デバイスの出力に結合される補助負荷と、第１のＤＣバスの正ＤＣリンクに結合される第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータと、を含む。第２の電気機械デバイスは第２のＤＣバスの正ＤＣリンクに結合され、トランスミッションは第２の電気機械デバイスの出力に結合される。また車両推進システムは、第２のＤＣバスの正ＤＣリンクに結合される第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータと、第２のＤＣバスの正ＤＣリンクに電気的に結合されるエネルギー蓄積システムと、第２のＤＣバスの正ＤＣリンクに結合され、第１のエネルギー蓄積システムの電圧を第１のＤＣバスの電圧と異なる電圧に高めるように構成される双方向電圧修正アセンブリと、を含む。
【００１１】
様々な他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかになろう。
【００１２】
図面は、本発明を実施するために現在考えられる実施形態を示す。
【００１３】
図面の説明は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による推進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補助負荷を含む推進システムの概略図である。
【図３】本発明の別の実施形態による補助負荷を含む推進システムの概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態による推進システムの概略図である。
【図５】本発明のさらに別の実施形態による推進システムの概略図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態による推進システムの概略図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態による推進システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態による推進システム１０の概略図である。後述するように、推進システム１０は、２つ以上の電気機械デバイスの間で電力出力を分割する純粋な電気（ＥＶ）推進システム構成において、または、複数の電気機械デバイスに加えて内燃機関を含むハイブリッド（ＨＥＶ）推進システムとして、構成することができる。ＥＶまたはＨＥＶの実施形態では、電気機械デバイスはマルチチャネルＤＣバスの独立したチャネルに設けられ、複数の電気機械デバイスのサイズおよび動作の柔軟性を可能にし、電気機械デバイスおよび推進システム全体の動作効率を増加させる。
【００１６】
様々な実施形態によれば、推進システム１０は様々なタイプの車両に組み込まれるように構成され、その例としては、これらに限らないが、自動車、バス、トラック、トラクター、採鉱機器、海洋船舶、およびオフロード車両を含み、例えば採掘作業のように地表および地下の両方で作業可能な材料運搬車両もしくは個人運搬車両、あるいは、例えば非限定的な例として、クレーン、エレベータ、もしくはリフトなどの他のタイプの電気装置を含む。
【００１７】
推進システム１０は、エネルギー蓄積システム１２、および少なくとも２つ以上の独立したＤＣバスチャネルを有するマルチチャネルＤＣバス構成を含む。図１に示す実施形態では、マルチチャネルＤＣバス構成は、２つのチャネルを含む。すなわち、Ａチャネル正ＤＣリンク１８を有するＡチャネルＤＣバス１６を含むＡチャネル１４、および、Ｂチャネル正ＤＣリンク２４を有するＢチャネルＤＣバス２２を含むＢチャネル２０である。エネルギー蓄積システム１２は、正端子２６および負端子２８を含む。一実施形態では、エネルギー蓄積システム１２は、高電圧または高出力エネルギー蓄積デバイスであって、例えばバッテリ、フライホイールシステム、燃料電池、ウルトラキャパシタ、またはウルトラキャパシタ、燃料電池、および／もしくはバッテリの組み合わせであってもよい。エネルギー蓄積システム１２の正端子２６は、第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３０に結合される。一実施形態では、エネルギー蓄積システム１２の正端子２６は、任意の第２の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３２（擬似的に示す）にも結合される。図示するように、第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３０はＢチャネル正ＤＣリンク２４に結合され、一方、第２の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３２はＡチャネル正ＤＣリンク１８に結合される。一実施形態によれば、エネルギー蓄積システム１２は、第２の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３２がＡチャネル１４から削除することができるようにサイズを設定され、その結果、マルチチャネルＤＣバスアセンブリの各チャネルにそれぞれのＤＣ−ＤＣ電圧コンバータを含むシステムよりも、部品が少なく重量が軽い推進システム１０になる。
【００１８】
第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３０および第２の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３２の両方は、使用時に、ＤＣ電圧を降圧または昇圧することによって１つの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３０、３２は、一対のスイッチ３６、３８に結合され、また一対のダイオード４０、４２に結合されるインダクタ３４を含む。各スイッチ３６、３８はそれぞれのダイオード４０、４２に結合され、各スイッチ／ダイオード対はそれぞれの半位相モジュール４４、４６を形成する。スイッチ３６、３８は、説明の便宜上、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）として示す。しかし、本発明の実施形態は、ＩＧＢＴに限定されない。任意の適切な電子スイッチ、例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ＭＯＳＦＥＴ、窒化ガリウム（ＧａＮ）デバイス、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に制御されたサイリスタ（ＭＣＴ）などを用いることができる。
【００１９】
またＡチャネル１４およびＢチャネル２０は、それぞれのＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８、５０を含み、各インバータ４８、５０は、対になって３つの位相６４、６６、６８を形成する６つの半位相モジュール５２、５４、５６、５８、６０、および６２を含む。各位相６４、６６、６８は、それぞれのＤＣバス２２、１６の一対の導体間に結合される。具体的には、ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８の各位相６４、６６、６８は、ＡチャネルＤＣバス１６のＡチャネル正ＤＣリンク１８とＡチャネル負ＤＣリンク７０との間に結合され、ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ５０の各位相６４、６６、６８は、ＢチャネルＤＣバス２２のＢチャネル正ＤＣリンク２４とＢチャネル負ＤＣリンク７２との間に結合される。
【００２０】
電気機械デバイス７４は、Ａチャネル１４のＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８に結合される。電気機械デバイス７４は、ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８のそれぞれの位相６４〜６８に結合される複数の巻線７６、７８、８０を含む。また推進システム１０は、Ｂチャネル２０のＤＣ−ＡＣ電圧インバータ５０に結合される電気機械デバイス８２を含む。図示するように、電気機械デバイス８２は、ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ５０のそれぞれの位相６４〜６８に結合される複数の巻線８４、８６、８８を含む。一実施形態では、電気機械デバイス８２は走行モーターであり、電気機械デバイス７４は交流発電機または走行モーターである。図１に示す推進システム１０は三相インバータ４８、５０および三相電気機械デバイス７４、８２を含むが、代替的実施形態では、推進システム１０は任意の相数を用いることができると考えられる。
【００２１】
一実施形態によれば、電気機械デバイス８２および関係するＤＣ−ＡＣ電圧インバータ５０は、高出力レベルを提供し受け入れて、電気機械デバイス７４および関係するＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８より高速で動作するようにサイズを設定される。特に高速で高出力動作中のシステム損失を最小にするために、Ｂチャネル２０のＤＣリンク電圧は、エネルギー蓄積システム１２の電圧から分離することができて、Ａチャネル１４のＤＣリンク電圧より高い電圧になるように制御することができる。１つの非限定的な例として、電気機械デバイス７４は、約６５０Ｖの定格のスイッチングデバイスを有するＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８を用いた約４００ＶのＤＣリンク電圧のために設計することができ、一方、電気機械デバイス８２は、９００Ｖまたは１２００Ｖまたはおそらくより高い１８００Ｖの定格電圧のスイッチングデバイスを有するＤＣ−ＡＣ電圧インバータ５０を用いた約６３０Ｖの昇圧されたＤＣリンク電圧で動作するように設計される。さらに、ＢチャネルのＤＣリンク電圧がＡチャネルのＤＣリンク電圧から分離されるので、ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８の動作および電気機械デバイス７４の励磁は、所望の運転特性を達成するためにさらに最適化することができる。
【００２２】
また推進システム１０は、電気機械デバイス７４および電気機械デバイス８２の出力に結合されるトランスミッション９０を含む。トランスミッション９０は、様々な実施形態により、ギヤアセンブリ、ベルトアセンブリ、またはこれらの組み合わせとして構築される。一実施形態によれば、トランスミッション９０は、遊星ギヤおよびクラッチの構成（図示せず）を通して電気機械デバイス７４、８２の出力を結合する電気的に可変なトランスミッション（ＥＶＴ）として構成される。動作中には、電荷減少（ＣＤ）または電荷維持（ＣＳ）動作モードで動作しながら電力損失を最小にして高い全システム効率を維持するために、電気機械デバイス７４、８２は、広範囲の双方向速度、トルク、および電力コマンドにわたって動作することができる。
【００２３】
トランスミッション９０の出力は、差動装置を含むことができるギヤアセンブリ９４を通して車両（図示せず）の１つまたは複数の駆動輪または車軸９２に結合される。トランスミッション９０のクラッチがどのように構成されるかに応じて、電気機械デバイス８２は、トランスミッション９０を通してギヤアセンブリ９４に結合されてもよいし、あるいは電気機械デバイス８２の出力がトランスミッション９０をバイパスするようにギヤアセンブリ９４に直接結合されてもよい。
【００２４】
また推進システム１０は、制御線９８によって双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３０、３２の半位相モジュール４４、４６に動作可能に結合されるコントローラ９６を含む。電圧コンバータ３０、３２のスイッチ３６、３８の適切な制御によって、コントローラ９６は、エネルギー蓄積システム１２の電圧をより高い電圧に昇圧し、ＡチャネルＤＣバス１６により高い電圧を供給するように構成される。同様に、コントローラ９６は、エネルギー蓄積システム１２の電圧をより高い電圧に昇圧し、ＢチャネルＤＣバス２２により高い電圧を供給するために、双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３２のスイッチングを制御するように構成される。いくつかの動作モードでは、ＤＣバス２２はＤＣバス１６より高い電圧で動作することができる。他のモードでは、ＤＣバス１６およびＤＣバス２２は、同じ電圧で動作することができる。またコントローラ９６は、ＡチャネルＤＣバス１６およびＢチャネルＤＣバス２２の電圧を降圧して、エネルギー蓄積システム１２に降圧された電圧を供給するために、それぞれの電圧コンバータ３０、３２のスイッチ３６、３８を制御するように構成される。
【００２５】
またコントローラ９６は、制御線１００によってインバータ４８、５０の半位相モジュール５２〜６２に結合される。コントローラ９６は、走行モードにおける半位相モジュール５２〜６２の適切な制御によって、それぞれのＤＣバス１６、２２のＤＣ電圧または電流をそれぞれの電気機械デバイス７４、８２の巻線７６〜８０、８４〜８８へ供給するためのＡＣ電圧または電流に変換するために、インバータ４８、５０を制御するように構成される。再生モードでは、コントローラ９６は、それぞれのインバータ４８、５０によりその対応する電気機械デバイス７４、８２から受け取ったＡＣ電圧または電流を、ＡチャネルＤＣバス１６またはＢチャネルＤＣバス２２へ供給するＤＣ電圧または電流に変換するために、半位相モジュール５２〜６２を制御するように構成される。
【００２６】
動作中に、コントローラ９６は、制御線１０２を介して推進システム１０内に設けられたいくつかのセンサーからフィードバックを受信する。例えば、コントローラ９６がＡおよびＢチャネル１４、２０のバス電圧をモニターすることができるように、電圧センサー１０４、１０６をＡチャネルＤＣバス１６およびＢチャネルＤＣバス２２にそれぞれ設けることができる。当業者が認識するように、コントローラ９６が、例えばエネルギー蓄積システム１２の充電電圧などの他の動作条件をモニターできるように、付加的な電圧および／または電流センサーを推進システム１０の全体にわたって設けることができる。さらに、コントローラ９６が、例えば内燃機関１０８などの推進システム１０内の他の構成要素からフィードバックを受信し、および／または、それに対して制御コマンドを送信することができることを、当業者は認識するであろう。
【００２７】
一実施形態によれば、推進システム１０は、純粋な電気自動車（ＥＶ）推進システムとして構成される。あるいは、推進システム１０は、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）推進システムにおいて構成され、さらにトランスミッション９０に結合される内燃機関１０８（擬似的に示す）を含む。様々な実施形態によれば、内燃機関１０８は、例えば、内燃ガソリンエンジン、内燃ディーゼルエンジン、天然ガスを燃料とする内燃機関、外燃機関、またはガスタービンエンジンであってもよい。
【００２８】
ここで図２を参照すると、車両装備品負荷または補助負荷１１２を含む代替的実施形態による、二重チャネル推進システム１１０を示す。推進システム１０および推進システム１１０に共通する要素および構成要素は、ここでは同様の符号で示す。推進システム１０と同様に、推進システム１１０は、ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ５０を通してＢチャネル２０に結合される電気機械デバイス８２を含む。また推進システム１１０は、走行モードの間にエネルギー蓄積システム１２の電圧をＢチャネルＤＣバス２２のバス電圧に選択的に昇圧し、再生または充電モードの間にＢチャネルＤＣバス２２の電圧をエネルギー蓄積システム１２の電圧に降圧するように構成される双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３０を含む。
【００２９】
Ｂチャネル２０の他に、推進システム１１０の二重チャネルＤＣバスアセンブリは、ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１１６を通して補助負荷１１２に接続される第２のチャネルまたはＣチャネル１１４を含み、ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１１６は、ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ５０と同様に、それぞれの位相１３０、１３２、１３４を形成する６つの半位相モジュール１１８、１２０、１２２、１２４、１２６、１２８を含む。図２に示すように、Ｃチャネル１１４は、任意のＤＣ−ＤＣコンバータ１４２（擬似的に示す）を通して、エネルギー蓄積システム１２の正端子２６に結合されるＣチャネル正ＤＣリンク１３８およびエネルギー蓄積システム１２の負端子２８に結合されるＣチャネル負ＤＣバス１４０を有するＣチャネルＤＣバス１３６を含む。
【００３０】
一実施形態では、エネルギー蓄積システム１２の正端子２６がＣチャネルＤＣバス１３６に直接結合され得るように、エネルギー蓄積システム１２のサイズが設定される。あるいは、任意の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ１４２（擬似的に示す）は、双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３０（図１）と同様に、ＣチャネルＤＣバス１３６に結合される。
【００３１】
推進システム１１０の補助負荷１１２は、複数の巻線１４６、１４８、１５０を有する電気機械デバイス１４４に結合され、複数の巻線１４６、１４８、１５０はＤＣ−ＡＣ電圧インバータ１１６のそれぞれの位相１３０、１３２、１３４に結合される。補助負荷は、非限定的な例として、ポンプ、ヒーター、冷却ファン、電気駆動空調ユニット、および空気もしくは他の流体のコンプレッサユニットなどであってもよい。直接駆動の実施形態では、電気機械デバイス１４４は補助負荷１１２に直接結合される。例えばポンプを動かす高速モーターなどのギヤまたはベルト駆動デバイスを含む代替的実施形態では、電気機械デバイス１４４は、任意のギヤまたはベルトアセンブリ構成要素１５２（擬似的に示す）を介して、補助負荷１１２に結合することができる。
【００３２】
選択的に、推進システム１１０は、Ｃチャネル正ＤＣリンク１３８およびＣチャネル負ＤＣリンク１４０に結合される１つまたは複数の電気的補助負荷１５４（擬似的に示す）を含むことができる。例示的実施形態によれば、電気的補助負荷１５４は、例えば抵抗性発熱素子などの高出力電気的負荷を含むことができる。
【００３３】
推進システム１０（図１）および推進システム１１０（図２）は、２つのチャネルを含むものとして上で説明したが、推進システム１０の場合には、Ａチャネル１４およびＢチャネル２０の両方がトランスミッション９０に結合され、推進システム１１０の場合には、Ａチャネル１４がトランスミッション９０に結合され、Ｃチャネル１１４が補助負荷１１２に結合される。代替的実施形態は、３つ以上のＤＣバスチャネルを含むことができ、車両トランスミッションに結合される２つ以上のチャネルおよび補助負荷に結合される１つまたは複数のＤＣバスチャネルを有する。一例として、図３の推進システム１５６は、それぞれの電気機械デバイス７４、８２を介してトランスミッション９０に結合されるＡチャネル１４およびＢチャネル２０と、電気機械デバイス１４４を介して補助負荷１１２に結合されるＣチャネル１１４と、を含む。図示する実施形態では、各チャネルの正ＤＣリンク１８、２４、１３８は、エネルギー蓄積システム１２の正端子２６に結合される。図１および図２について述べたように、Ａチャネル１４の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３２および／またはＣチャネルＤＣバス１３６の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ１４２は、任意に選択される構成要素であって、エネルギー蓄積システム１２のサイズに基づいて省略することができる。
【００３４】
図４は、本発明の別の実施形態による推進システム１５８の概略図である。推進システム１０および１５８に共通する素子および構成要素は、必要に応じて同じ符号で説明する。推進システム１０と共通の構成要素の他に、図１の単一のエネルギー蓄積システム１２の代わりに、第１のエネルギー蓄積システム１６０および第２のエネルギー蓄積システム１６２を含むという点で、推進システム１５８は推進システム１０と異なる。
【００３５】
図４に示すように、第１および第２のエネルギー蓄積システム１６０、１６２は、エネルギー蓄積システム１６０、１６２のそれぞれの負端子１６６、１６８に結合される共通の負ＤＣリンク１６４によって接続される。第１のエネルギー蓄積システム１６０の正端子１７０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を通してＡチャネル正ＤＣリンク１８に結合され、第２のエネルギー蓄積システム１６２の正端子１７２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を通してＢチャネル正ＤＣリンク２４に結合される。
【００３６】
一実施形態によれば、第１のエネルギー蓄積システム１６０は高比電力エネルギー蓄積デバイスであり、第２のエネルギー蓄積システム１６２は高比エネルギー蓄積デバイスである。第１のエネルギー蓄積システム１６０は、例えば、互いに結合される複数のキャパシタセルを有するウルトラキャパシタであってもよく、キャパシタセルは約５００ファラッドより大きい静電容量を各々有することができる。あるいは、第１のエネルギー蓄積システム１６０は、約３５０Ｗ／ｋｇ以上の比電力を有する高出力バッテリ、または１つもしくは複数のウルトラキャパシタおよびバッテリの組み合わせであってもよい。第１のエネルギー蓄積システム１６０がウルトラキャパシタである実施形態では、第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３２がＡチャネル１４に含まれる。あるいは、第１のエネルギー蓄積システム１６０がバッテリである場合には、任意の第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３２（擬似的に示す）は、第１のエネルギー蓄積システム１６０のサイズに基づいて選択的に省略することができる。
【００３７】
第２のエネルギー蓄積システム１６２は、第１のエネルギー蓄積システム１６０と比較して、比較的低い比電力を有する。本明細書において、低い比電力とは、約２００Ｗ／ｋｇ以下の比電力を達成するように実証されたエネルギー蓄積デバイスを指す。様々な実施形態によれば、第２のエネルギー蓄積システム１６２は、例えば、高い比エネルギーバッテリまたは高エネルギー密度バッテリであってもよい。本明細書において用いられるエネルギーバッテリという用語は、約１００ワット時／ｋｇ以上のエネルギー密度を達成するように実証された高比エネルギーバッテリまたは高エネルギー密度バッテリ（例えば、リチウムイオン、ナトリウム−金属ハロゲン化物、ナトリウム塩化ニッケル、ナトリウム−硫黄、Ｌｉ−空気、または亜鉛−空気電池）を指す。
【００３８】
一実施形態では、第２のエネルギー蓄積システム１６２は、第１のエネルギー蓄積システム１６０と比較して、比較的高い抵抗率およびインピーダンスを有する。別の実施形態では、第２のエネルギー蓄積システム１６２の比較的低い比電力は、エネルギー蓄積システムを構成する個々のバッテリセルの不均衡による場合がある。一実施形態では、第２のエネルギー蓄積システム１６２は、低コストのリチウムイオン電池である。あるいは、第２のエネルギー蓄積システム１６２は、ナトリウム金属ハロゲン化物電池、ナトリウム硫黄電池、ニッケル金属ハロゲン化物電池、亜鉛−空気電池、および鉛蓄電池などであってもよい。
【００３９】
第１のエネルギー蓄積システム１６０が電力バッテリとして構成される実施形態では、推進システム１５８は、例えばトランジットバスに組み込むことができる。さらに別の実施形態では、第１および第２のエネルギー蓄積システム１６０、１６２の両方は、高比エネルギー蓄積デバイスとして構成される。
【００４０】
マルチチャネルＤＣバスアセンブリ（例えば、Ａチャネル１４の第１のエネルギー蓄積システム１６０およびＢチャネル２０の第２のエネルギー蓄積システム１６２）の各チャネルに別々のエネルギー蓄積システムを有する推進システム１５８を構成することによって、それぞれのチャネルが推進システム１５８全体のサイズ、重量、およびコストを最小にし、電気機械デバイス７４、８２が推進システム１５８で果たすことができる異なる役割を説明するために、エネルギー蓄積システム１６０、１６２は個別にサイズを設定することができる。例えば、電気機械デバイス７４は、加速期間に高出力を提供するように動作することができ、一方、電気機械デバイス８２は走行距離を増加させるために車両により持続性の出力を提供するように動作することができる。したがって、Ａチャネル１４のピーク電力をＢチャネル２０のピーク電力より２倍以上大きくすることができ、第１および第２のエネルギー蓄積システム１６０、１６２はそれに応じて個別にサイズを設定することができる。
【００４１】
各チャネルのＤＣリンク電圧の制御は、それぞれの双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３０、３２によって提供される。さらに、動作中のピーク電力需要を満たし、様々な車両の運転サイクルについて第１および第２のエネルギー蓄積システム１６０、１６２からの使用可能なエネルギーを管理しながら、効率およびコストをさらに最適化するように推進システム１５８を制御することができる。別々の第１および第２のエネルギー蓄積システム１６０、１６２を含むことによって、第１のおよび／または第２の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３０、３２、ならびにエネルギー蓄積システム１６０、１６２の一方または両方の電力電子モジュールおよび受動部品を含む電力エレクトロニクスおよび受動部品をさらに節約することもできる。さらに、例えばＡおよびＢチャネル１４、２０の両方のピーク電力需要を満たすようにサイズを設定された図１のエネルギー蓄積システム１２などのように、複数のチャネルのピーク電力需要を満たすようにサイズを設定された単一のエネルギー蓄積システムを含むシステムと比べて、各チャネルに別々のエネルギー蓄積システムを含むことにより、エネルギー蓄積システム１６０、１６２の１つまたは複数がより低い電圧で動作することができるので、動作効率を改善することができる。
【００４２】
選択的に、推進システム１５８は、Ａチャネル１４およびＢチャネル２０の正ＤＣリンク１８、２４の間に配置されるスイッチング素子または結合デバイス１７４（擬似的に示す）を含む。様々な実施形態によれば、非限定的な例として、結合デバイス１７４は、電気機械スイッチングデバイス、固体型スイッチングデバイス、ダイオード、抵抗器および接触器もしくは固体スイッチの組み合わせとして構築することができる。コントローラ９６は、制御線１７６を介して結合デバイス１７４に接続され、ＡおよびＢチャネル１４、２０が特定の動作モードの間に異なるＤＣリンク電圧で動作することができ、他の運転モードの間に同じＤＣリンク電圧で動作するように互いに選択的に結合され得るように、結合デバイス１７４を開いた状態または閉じた状態に作動させる。例えば、運転動作モードの間では、電気機械デバイス８２が電気機械デバイス７４より高い動作電圧で効率的に動作できるように、Ａチャネル１４がＢチャネル２０より低いＤＣリンク電圧で動作できるようにするために、結合デバイス１７４は開いた状態に構成することができる。さらに、エネルギー蓄積システム１６２、１６０の一方の回生制動事象の間、またはエンジン再充電事象の間では、コントローラ９６は結合デバイス１７４を閉じるように構成することができて、そのようにして、電気機械デバイス７４によって生成されたＡＣ電圧または電流がＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８によってＤＣ電圧または電流に変換されて、第２のエネルギー蓄積システム１６２を再充電するために第２の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３０に供給される。
【００４３】
ここで図５を参照して、本発明の別の実施形態による推進システム１７８を示す。推進システム１０、１５８に共通する推進システム１７８の素子および構成要素は、必要に応じて同じ符号で説明する。
【００４４】
図４の推進システム１５８と同様に、推進システム１７８は、第１のエネルギー蓄積システム１８０および第２のエネルギー蓄積システム１８２を含み、それらはそれぞれのチャネル１４、２０のピーク電力需要に基づいて個別にサイズを設定することができ、それによって推進システムのサイズ、全重量、およびコストの低減を可能にする。さらに、第１のエネルギー蓄積システム１８０は、第２のエネルギー蓄積システム１８２より高い比電力（およびより低い内部インピーダンス）を有するように選択することができ、第２のエネルギー蓄積システム１８２は第１のエネルギー蓄積システム１８０より高い公称電圧を有するようにサイズが設定される。したがって、一実施形態では、第１のエネルギー蓄積システム１８０は、第１のエネルギー蓄積システム１６０（図４）と同様の高比電力エネルギー蓄積デバイスとして構成され、第２のエネルギー蓄積システム１８２は、第２のエネルギー蓄積システム１６２（図４）と同様の高比エネルギー蓄積デバイスとして構成される。
【００４５】
しかし、図４の推進システム１５８の構成とは異なり、推進システム１７８の第１のエネルギー蓄積システム１８０および第２のエネルギー蓄積システム１８２は、図５に示すように、直列に配置され、第１のエネルギー蓄積システム１８０の正端子１８４は第２のエネルギー蓄積システム１８２の負端子１８６に結合される。図示するように、第２のエネルギー蓄積システム１８２の正端子１８８は第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３０に接続され、第１のエネルギー蓄積システム１８０の負端子１９０はＡチャネル負ＤＣリンク７０に接続され、さらにＢチャネル負ＤＣリンク７２にも接続される。第１および第２のエネルギー蓄積システム１８０、１８２を直列に接続することによって、エネルギー蓄積システム１８０、１８２間の電力分配は、２つのエネルギー蓄積システムの相対的な電圧の関数となる。言い換えれば、各エネルギー蓄積システム１８０、１８２からの電力は、直列配置の結果として、それぞれのエネルギー蓄積システム１８０、１８２の電圧の関数である。エネルギー蓄積システム１８０、１８２の直列接続によって２つのシステムの相対的な電圧を合計することができるので、図１に示したような、同等な全電圧出力を有する単一のエネルギー蓄積システムを有する推進システムと比べて、エネルギー蓄積システム１８０、１８２はより低い電圧を有するようにサイズを設定することができる。
【００４６】
動作中には、第１のエネルギー蓄積システム１８０および第２のエネルギー蓄積システム１８２の電荷状態（ＳＯＣ）は、コントローラ９６が第１および第２の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３０、３２に送信するスイッチングコマンドによって、定められたしきい値内に、および定められた動作範囲内に維持される。Ａチャネル１４およびＢチャネル２０のＤＣリンク電圧の独立した制御は、双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３０、３２ならびにＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８、５０および電気機械デバイス７４、８２からの関連する負荷によって提供される。
【００４７】
選択的に、推進システム１７８は、Ａチャネル１４およびＢチャネル２０の正ＤＣリンク１８、２４の間に配置される任意の結合デバイス１７４（擬似的に示す）も含むことができる。結合デバイス１７４は、推進システム１５８について上述したように、推進システム１７８と同様にコントローラ９６によって作動させることができ、その結果、ＡおよびＢチャネル１４、２０のＤＣリンク電圧は特定の動作モードの間では同じになり、他の運転モードの間では異なる。
【００４８】
図６は、本発明のさらに別の実施形態による推進システム１９２を示す。推進システム１９２は図５の推進システム１７８と同じ構成要素および素子の多くを含むので、システム１７８および１９２に共通する素子および構成要素は必要に応じて同じ符号で説明する。
【００４９】
推進システム１７８と共通の構成要素の他に、推進システム１９２は、Ａチャネル１４の推進システム１７８の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３２を置き換え、制御線１９６を介してコントローラ９６によって制御される結合デバイス１９４を含む。結合デバイス１７４と同様に、結合デバイス１９４は、非限定的な例として、電気機械スイッチングデバイス、固体型スイッチングデバイス、ダイオード、抵抗器および接触器もしくは固体スイッチの組み合わせとして構築することができる。結合デバイス１９４が双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータより低コストの構成要素なので、推進システム１９２は図５の推進システム１７８より低いコストで製造することができる。さらに、結合デバイス１９４が双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータより高い効率で動作するので、図１のＡチャネル双方向性ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３２を結合デバイス１９４に置き換えることによって、推進システム１９２の全体効率が高くなる。
【００５０】
図５の推進システム１７８と同様に、推進システム１９２は、第１のエネルギー蓄積システム１８０の正端子１８４が第２のエネルギー蓄積システム１８２の負端子１８６に結合されるように、直列に配置される第１および第２のエネルギー蓄積システム１８０、１８２を含む。第１のエネルギー蓄積システム１８０は推進システム１９２の所望の加速に基づいてサイズが設定されるが、一方、第２のエネルギー蓄積システム１８２は電気駆動を用いて動作する際の所望の走行距離に基づいてサイズが設定される。図６に示す実施形態では、結合デバイス１９４が閉じている場合にＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８のＤＣリンク電圧を所定の公称電圧のしきい値内に維持するために、第１のエネルギー蓄積システム１８０は、ウルトラキャパシタよりも、むしろ電力バッテリとして構成される。さらに、第１のエネルギー蓄積システム１８０の公称電圧は、第１のエネルギー蓄積システム１８０の通常の動作電圧範囲が電気機械デバイス７４の設計パラメータに基づいて決定されるＡチャネル１４の最適化されたＤＣリンク電圧のしきい値内であるように選択される。
【００５１】
図７を参照すると、さらに別の実施形態による二重チャネル推進システム１９８を示す。推進システム１０、１９８に共通する要素は、類似の符号によって参照する。図１の推進システム１０と同様に、推進システム１９８は、Ａチャネル１４およびＢチャネル２０に結合される単一のエネルギー蓄積システム２００を含む。エネルギー蓄積システム１２（図１）と同様に、エネルギー蓄積システム２００は、高電圧または高出力エネルギー蓄積デバイスであって、様々な実施形態に応じて、例えばバッテリ、フライホイールシステム、燃料電池、ウルトラキャパシタ、またはウルトラキャパシタ、燃料電池、および／もしくはバッテリの組み合わせであってもよい。図示するように、エネルギー蓄積システム２００の正端子２０２は、第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ３０を通してＢチャネル正ＤＣリンク２４に結合される。Ａチャネル正ＤＣリンク１８は、第２の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３２を通して正端子２０２に結合される。
【００５２】
任意のバイパス接触器２０４（擬似的に示す）は、エネルギー蓄積システム２００とＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８との間のＡチャネル１４に含まれる。様々な実施形態によれば、非限定的な例として、バイパス接触器２０４は、電気機械スイッチングデバイス、固体型スイッチングデバイス、ダイオード、抵抗器および接触器もしくは固体スイッチの組み合わせとして構築することができる。
【００５３】
一実施形態では、エネルギー蓄積システム２００の正端子２０２が任意のバイパス接触器を通してＡチャネル正ＤＣリンク１８に直接結合され得るように、エネルギー蓄積システム２００のサイズが設定される。あるいは、任意の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３２（擬似的に示す）は、ＡチャネルＤＣバス１６に結合される。この実施形態では、任意のＤＣ−ＤＣコンバータ３２または任意のバイパス接触器２０４の少なくとも一方が用いられる。
【００５４】
コントローラ９６は、制御線２０６を介してバイパス接触器２０４に接続される。特定の動作モードでは、コントローラ９６は、バイパス接触器２０４を開いた状態で作動させて、それによって、任意の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３２を通って流れるエネルギー蓄積システム２００とＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８との間の電力流路を生成する。任意の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３２は、エネルギー蓄積システム２００の電圧をＡチャネルＤＣバス１６の電圧に昇圧するようにコントローラ９６によって制御される。他の動作モードでは、コントローラ９６は、任意のバイパス接触器２０４を閉じた状態で作動させて、任意の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３２をバイパスするエネルギー蓄積システム２００とＤＣ−ＡＣ電圧インバータ４８との間の電力流路を生成する。双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３２をバイパスするためのバイパス結合デバイス２０４が閉じた状態で動作する場合には、双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ３２における損失がなくなるので、推進システム１９８は単純なターンオフチョッピングの効率が改善されるのを経験する。
【００５５】
上述したように、本発明の実施形態は、１つまたは複数の共通のエネルギー蓄積システムに接続されると共に、個々のＤＣバスチャネルが共通の電圧または異なる電圧で動作することができるように構成されるマルチチャネルＤＣバスアセンブリを用いる。いくつかの実施形態では、ＤＣバスアセンブリのそれぞれのチャネルに結合される電気機械デバイスの出力は、電気的に可変なトランスミッションなどの共通のトランスミッションアセンブリを通して互いに結合される。合わせて、エネルギー蓄積システムと共にマルチチャネルＤＣバスアセンブリの各チャネルと関係する電気機械デバイス、ＤＣ−ＡＣインバータ、および双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、電荷減少および電荷維持モードでエネルギー蓄積システムが動作する場合に、電力損失を最小にして高い全システム効率を維持するように制御され得る双方向速度、トルク、および電力の広範囲にわたって動作する。選択的に、エネルギー蓄積システムの電荷を維持するために、熱機関をトランスミッションアセンブリに結合することができ、またＤＣバスチャネルの１つまたは複数の出力を補助負荷に結合することができる。有益なことに、本明細書に開示された推進システムは、マルチチャネルＤＣバスアセンブリのＤＣバスチャネルの各々のＤＣリンク電圧を独立に制御することにより効率を改善すると共に、サイズ、重量、およびコストを最小にするようにエネルギー蓄積システムを設計することを可能にする。
【００５６】
開示された装置の技術的な寄与は、それがエネルギー蓄積システムの電圧をブースト電圧に昇圧し、ブースト電圧を電圧バスに供給するための実装された技術をコントローラに提供するということである。
【００５７】
本発明の一実施形態によれば、装置は、第１のチャネルおよび第２のチャネルを含むマルチチャネルＤＣバスアセンブリと、第１のチャネルの正ＤＣリンクに結合される第１の電気機械デバイスと、第２のチャネルの正ＤＣリンクに結合される第２の電気機械デバイスと、を含む。第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータは第１のチャネルの正ＤＣリンクに結合され、第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータは第２のチャネルの正ＤＣリンクに結合される。装置は、第２のチャネルの正ＤＣリンクに結合される双方向電圧修正アセンブリと、第１の電気機械デバイスに電気的に結合される第１のエネルギー蓄積システムと、をさらに含む。
【００５８】
本発明の別の実施形態によれば、推進システムを製造する方法は、第１の電圧バスに第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータを結合するステップと、第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータに第１の電気機械デバイスを結合するステップと、第２の電圧バスに第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータを結合するステップと、を含む。また本方法は、第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータに第２の電気機械デバイスを結合するステップと、第２の電圧バスに双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータを結合するステップと、双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータに第１のエネルギー蓄積システムを結合するステップと、第１のエネルギー蓄積システムの電圧を第１の電圧バスの電圧と異なるブースト電圧に高めるために、双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータのスイッチングを制御するようにコントローラをプログラムするステップと、を含む。
【００５９】
本発明のさらに別の実施形態によれば、車両推進システムは、第１のＤＣバスおよび第２のＤＣバスを有するＤＣバスアセンブリを含む。また車両推進システムは、第１のＤＣバスに結合される第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータと、第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータの低電圧側に結合される高比電力エネルギー蓄積デバイスと、第１のＤＣ−ＡＣ電圧コンバータを介して第１のＤＣバスに結合される第１の電気機械デバイスと、第２のＤＣ−ＡＣ電圧コンバータを介して第２のＤＣバスに結合される第２の電気機械デバイスと、を含む。コントローラは、第１の電気機械デバイスの電圧をブースト電圧に高めて、ブースト電圧を第１のＤＣバスに供給するために、第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータを制御するようにプログラムされ、ブースト電圧は第２のＤＣバスの電圧とは異なる。
【００６０】
本発明のさらに別の実施形態によれば、車両推進システムは、第１のＤＣバスの正ＤＣリンクに結合される第１の電気機械デバイスと、第１の電気機械デバイスの出力に結合される補助負荷と、第１のＤＣバスの正ＤＣリンクに結合される第１のＤＣ−ＡＣ電圧インバータと、を含む。第２の電気機械デバイスは第２のＤＣバスの正ＤＣリンクに結合され、トランスミッションは第２の電気機械デバイスの出力に結合される。また車両推進システムは、第２のＤＣバスの正ＤＣリンクに結合される第２のＤＣ−ＡＣ電圧インバータと、第２のＤＣバスの正ＤＣリンクに電気的に結合されるエネルギー蓄積システムと、第２のＤＣバスの正ＤＣリンクに結合され、第１のエネルギー蓄積システムの電圧を第１のＤＣバスの電圧と異なる電圧に高めるように構成される双方向電圧修正アセンブリと、を含む。
【００６１】
本発明について限られた数の実施形態にのみ関連して詳述しているが、本発明がこのような開示された実施形態に限定されないことが直ちに理解されるべきである。むしろ、これまでに記載されていない任意の数の変形、変更、置換または等価な構成を組み込むために、本発明を修正することができ、それらは本発明の趣旨と範囲に相応している。さらに、本発明の様々な実施形態について記載しているが、本発明の態様は記載した実施形態のうちのいくつかのみを含んでもよいことを理解すべきである。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されるとみなされるのではなく、添付した特許請求の範囲によって限定されるだけである。
【符号の説明】
【００６２】
１０  推進システム
１２  エネルギー蓄積システム
１４  Ａチャネル
１６  ＡチャネルＤＣバス
１８  Ａチャネル正ＤＣリンク
２０  Ｂチャネル
２２  ＢチャネルＤＣバス
２４  Ｂチャネル正ＤＣリンク
２６  正端子
２８  負端子
３０  第１の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ
３２  第２の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータアセンブリ
３４  インダクタ
３６、３８  スイッチ
４０、４２  ダイオード
４４、４６  半位相モジュール
４８、５０  ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ
５２、５４、５６、５８、６０、６２  半位相モジュール
６４、６６、６８  位相
７０  Ａチャネル負ＤＣリンク
７２  Ｂチャネル負ＤＣリンク
７４  電気機械デバイス
７６、７８、８０  巻線
８２  電気機械デバイス
８４、８６、８８  巻線
９０  トランスミッション
９２  車軸
９４  ギヤアセンブリ
９６  コントローラ
９８、１００、１０２  制御線
１０４、１０６  電圧センサー
１０８  内燃機関
１１０  二重チャネル推進システム
１１２  補助負荷
１１４  Ｃチャネル
１１６  ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ
１１８、１２０、１２２、１２４、１２６、１２８  半位相モジュール
１３０、１３２、１３４  位相
１３６  ＣチャネルＤＣバス
１３８  Ｃチャネル正ＤＣリンク
１４０  Ｃチャネル負ＤＣリンク
１４２  任意の双方向ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ
１４４  電気機械デバイス
１４６、１４８、１５０  巻線
１５２  ベルトアセンブリ構成要素
１５４  電気的補助負荷
１５６、１５８  推進システム
１６０  第１のエネルギー蓄積システム
１６２  第２のエネルギー蓄積システム
１６４  共通の負ＤＣリンク
１６６、１６８  負端子
１７０、１７２  正端子
１７４  結合デバイス
１７６  制御線
１７８  推進システム
１８０  第１のエネルギー蓄積システム
１８２  第２のエネルギー蓄積システム
１８４  正端子
１８６  負端子
１８８  正端子
１９０  負端子
１９２  推進システム
１９４  結合デバイス
１９６  制御線
１９８  二重チャネル推進システム
２００  エネルギー蓄積システム
２０２  正端子
２０４  任意のバイパス接触器
２０６  制御線
【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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