(57)【要約】本発明は、電磁的エネルギーの伝達のために互いに電磁的に結合可能な３つの電磁的伝達部（６２、６４、６６）を有する電磁的伝達ユニット（６０）であって、第１の電磁的伝達部（６２）は、第１の双方向変換器回路と接続され、第１の双方向変換器回路は、交流電圧ソースおよび／または交流電圧シンク（５４）を接続するための第１の電圧接続端子対（８０）を有し、第２の電磁的伝達部（６４）は、出力側で電気エネルギー貯蔵器（８８）と接続された整流器・変換器回路と接続され、第３の電磁的伝達部（６６）は、第２の双方向変換器回路と接続され、第２の双方向変換器回路は、直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク（９８）を接続するための第２の電圧接続端子対（９６）を有する、上記電磁的伝達ユニット（６０）と、交流電圧ソースおよび／または交流電圧シンク（５４）、直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク（９８）、および／または、電気エネルギー貯蔵器（８８）の間のエネルギー交換を制御するために、第１の双方向変換器回路、第２の双方向変換器回路、および、整流器・変換器回路と接続された制御ユニット（１００）と、を備える、電気エネルギーを伝達するため、特に車両電力系統（３８、４２）内での適用のための変換器回路（５０）に関する。【選択図】図２
2014525728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁的エネルギーの伝達のために互いに電磁的に結合可能な少なくとも３つの電磁的伝達部（６２、６４、６６）を有する電磁的伝達ユニット（６０）であって、
第１の前記電磁的伝達部（６２）は、第１の双方向変換器回路と接続され、前記第１の双方向変換器回路は、交流電圧ソースおよび／または交流電圧シンク（５４）を接続するための第１の電圧接続端子対（８０）を有し、
第２の前記電磁的伝達部（６４）は、出力側で電気エネルギー貯蔵器（８８）と接続された整流器・変換器回路と接続され、
第３の前記電磁的伝達部（６６）は、第２の双方向変換器回路と接続され、前記第２の双方向変換器回路は、直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク（９８）を接続するための第２の電圧接続端子対（９６）を有する、前記電磁的伝達ユニット（６０）と、
前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）、前記直流電圧ソースおよび／または前記直流電圧シンク（９８）、および／または、前記電気エネルギー貯蔵器（８８）の間のエネルギー交換を制御するために、前記第１の双方向変換器回路、前記第２の双方向変換器回路、および、前記整流器・変換器回路と接続された制御ユニット（１００）と、
を備える、電気エネルギーを伝達するため、特に車両電力系統（３８、４２）内での適用のための変換器回路（５０）。
【請求項２】
前記第１の双方向変換器回路は、
電子的なＨブリッジ回路（７０）または４象限チョッパ（７０）と、インバータ（７４）と、整流器（７８）とを有し、
電力フローの方向にしたがって、前記インバータ（７４）と前記整流器（７８）との間で切り替え可能である、請求項１に記載の変換器回路。
【請求項３】
前記整流器（７８）は、無効電力補正回路（７６）と接続される、請求項２に記載の変換器回路。
【請求項４】
前記第２の双方向変換器回路は、電子的なＨブリッジ回路（９０）または４象限チョッパ（９０）と、直流電圧変換器（９４）とを有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項５】
前記電磁的伝達ユニット（６０）は変圧器（６０）として構成され、前記電磁的伝達部（６２、６４、６６）はコイル（６２、６４、６６）として構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項６】
前記変換器回路は、電力を、前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）から、または、前記直流電圧ソースおよび／または前記直流電圧シンク（９８）から、前記電磁的伝達ユニット（６０）に接続された２つのそれぞれ異なる前記構成要素（５４、８８、９８）へと、または、前記２つの異なる構成要素（５４、８８、９８）のうちの１つへと伝達するよう構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項７】
前記第２の電圧接続端子対（９６）は、高電圧バッテリ（９８）と接続され、
前記電気エネルギー貯蔵器（８８）は、低電圧バッテリ（８８）である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項８】
前記第２の電圧接続端子対（９６）は、多相交流電圧を提供するために多相インバータと接続される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項９】
前記第１の双方向変換器回路（７０）、および／または、前記第２の双方向変換器回路は、共振変圧器として構成される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の変換器回路（５０）を用いて電気エネルギーを伝達する方法であって、前記電気エネルギーは、前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）、前記直流電圧ソースおよび／または前記直流電圧シンク（９８）、および／または、前記電気エネルギー貯蔵器（８８）の間で交換される、方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の変換器回路（５０）を備えた車両・電圧電力系統（３８、４２）。
【請求項１２】
前記制御ユニット（１００）は、車両・電力系統ネットワークを介して前記変換器回路（７０、８２、９０）と接続される、請求項１１に記載の車両・電圧電力系統。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁的伝達ユニットを用いて電気エネルギーを伝達するための変換器回路に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、上記の形態の変換器回路を用いて、電気エネルギーを伝達する方法に関する。
【０００３】
最後に、本発明は、上記の形態の電気エネルギーを伝達するための変換器回路を備えた車両・電圧電力系統に関する。
【背景技術】
【０００４】
車両の駆動技術分野では、電動機を駆動部として利用し、高圧バッテリを用いて、この電動機に電気エネルギーを供給することが一般に知られている。一般的に、高電圧バッテリが、１２０Ｖよりも大きい電圧を有する高圧電力系統に割り当てられる。さらに、高電圧電力系統に対して並列に、１２Ｖの直流電圧を有する低電圧電力系統を設けることが一般に知られており、この低電圧電力系統内には、低電圧電力系統に電気エネルギーを供給するために、少なくとも１つの低電圧供給バッテリが設けられる。
【０００５】
さらに、公共エネルギーネットワークを介して、車両の高電圧バッテリおよび／または低電圧バッテリに電気エネルギーを供給し、これにより、対応するバッテリを充電することが一般に知られている。
【０００６】
米国特許出願公開第２００７／０２７６５５６号明細書には、電気的に駆動される車両の電圧電力系統が開示されており、この電圧電力系統では、直流電圧変換器を用いて、電気エネルギーが、高電圧電力系統と低電圧電力系統との間で交換される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
公知のシステムの欠点は、各電力系統または各バッテリに別体の充電装置が割り当てられ、電力系統と外部エネルギー源との間の電気エネルギーのフレキシブルな交換が実現できず、または、当該エネルギー交換は、高い技術的コストを掛けて実現できるということである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明は、電気エネルギーの伝達のために互いに電磁的に結合可能な３つの電磁的伝達部を有する電磁的伝達ユニットであって、第１の電磁的伝達部は、第１の双方向変換器回路と接続され、第１の双方向変換器回路は、交流電圧ソースおよび／または交流電圧シンク（５４）を接続するための第１の電圧接続端子対（８０）を有し、第２の電磁的伝達部（６４）は、出力側で電気エネルギー貯蔵器（８８）と接続された整流器・変換器回路と接続され、第３の電磁的伝達部（６６）は、第２の双方向変換器回路と接続され、第２の双方向変換器回路は、直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク（９８）を接続するための第２の電圧接続端子対（９６）を有する、上記電磁的伝達ユニットと、交流電圧ソースおよび／または交流電圧シンク、直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク、および／または、電気エネルギー貯蔵器の間のエネルギー交換を制御するために、第１の双方向変換器回路、第２の双方向変換器回路、および、整流器・変換器回路と接続された制御ユニットと、を備える、電気エネルギーを伝達するため、特に車両電力系統内で適用するための変換器回路を提供する。
【０００９】
さらに、本発明に基づいて、上記の形態の変換器回路を用いて電気エネルギーを伝達する方法であって、電気エネルギーが、交流電圧ソースおよび／または交流電圧シンク、直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク、および／または、電気エネルギー貯蔵器の間で交換される、上記方法が提供される。
【００１０】
最後に、本発明は、上記の形態の変換器回路を備えた車両・電圧電力系統を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
共通の電磁的伝達ユニットによって、特定の構成要素を共有し、別体のコストがかかる変換器ユニットを節約することが可能であり、これにより、車両の技術的なコスト、費用、および重量を下げることが可能である。さらに、変換器回路の様々な構成要素を制御することによって、様々なエネルギーフロー方向を設定することが可能であり、これにより、車両内での、外部の電圧源との電気エネルギーの交換をフレキシブルに実現することが可能である。
【００１２】
第１の双方向変換器回路が、電子的なＨブリッジ回路または４象限チョッパと、インバータと、整流器とを有し、電力フローの方向にしたがって、インバータと整流器との間で切り替え可能である場合には、特に有利である。
【００１３】
これにより、電磁的伝達ユニットが、外部の交流電圧ソースおよび／または交流電圧シンクと接続可能であり、電気エネルギーが、外部ソースから電磁的伝達ユニットへと伝達され、電磁的伝達ユニットから、電気エネルギーが外部のエネルギー源へと伝達されうる。
【００１４】
その際に、整流器が無効電力補正回路と接続される場合には、特に有利である。
【００１５】
これにより、交流電圧ソースおよび／または交流電圧シンクから受け取られる無効電力が低減される。ならならば、これにより、変換器回路全体がオーム負荷抵抗のように作用するからである。
【００１６】
さらに、第２の双方向変換器回路が、電子的なＨブリッジ回路または４象限チョッパと、直流電圧変換器とを有する場合には特に有利である。
【００１７】
これにより、簡単な手段を用いて双方向に、交流電圧を直流電圧に変換することが可能であり、このようにして変換された直流電圧を、接続された電力系統の電圧に対して調整することが可能である。
【００１８】
さらに、電磁的伝達ユニットが変圧器として構成され、電磁的伝達部がコイルとして構成される場合には特に有利である。
【００１９】
これにより、簡単な手段を用いて任意の方向に、電気エネルギーを伝達部から１つまたは２つの他の伝達部へと伝達することが可能である。
【００２０】
さらに、変換器回路が、電力を、交流電圧ソースおよび／または交流電圧シンクから、または、直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンクから、電磁的伝達ユニットに接続された２つのそれぞれ異なる構成要素へと、または、２つの異なる構成要素のうちの１つへと伝達するよう構成される場合には一般に有利である。
【００２１】
これにより、需要と利用可能性に応じて、電気エネルギーを、任意の構成要素から１つまたは２つの他の構成要素へと伝達することが可能であり、これにより一般に、変換器回路全体のフレキシビリティが向上する。
【００２２】
さらに、第１の電圧端子対が、高電圧バッテリと接続され、エネルギー貯蔵器が低電圧バッテリである場合には、有利である。
【００２３】
これにより、変換器回路を用いて簡単な手段によって、高電圧電力系統の高電圧バッテリと、低電圧電力系統の低電圧バッテリとの間で、電気エネルギーを交換することが可能である。
【００２４】
さらに、第１の電圧端子対が、多相交流電圧を提供するために多相インバータと接続される場合には、有利である。
【００２５】
これにより、例えば三相機のような多相式の消費機器にも、変換器回路により電気エネルギーを供給することが可能であり、さらに高い部分負荷効率を実現することが可能である。
【００２６】
さらに、第１の双方向変換器回路、および／または、第２の双方向変換器回路が、共振変圧器として構成される場合には有利である。
【００２７】
これにより、対応する変換器回路の効率を向上させることが可能である。
【００２８】
さらに、本発明に係る車両・電圧電力系統では、制御ユニットが車両・電力系統ネットワークを介して変換器と接続される場合には、特に有利である。
【００２９】
これにより、対応する制御線によって配線コストを削減することが可能であり、制御される変換器回路の構成要素を、配線コストを上げることなく、車両内の任意の位置に組み込むことが可能である。
【００３０】
本発明に係る変換器回路の特徴、特性、および利点は、対応して本発明に係る方法にも該当し、または、本発明に係る方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ハイブリッドドライブトレイン、ならびに、高電圧電力系統および低電圧電力系統を備えた車両を概略的に示す。
【図２】外部の電圧ソースおよび／または電圧シンクと、車両の高電圧電力系統と、車両の低電圧電力系統と、の間で電気エネルギーを交換するための変換器回路を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１には、全体として符号１０で示される車両が概略的に示されている。車両１０はドライブトレイン１２を有し、ドライブトレイン１２は、この場合は、駆動出力を提供するために電動機１４と内燃機関１６とを含んでいる。ドライブトレイン１２は、車両１０の駆動輪１８Ｌ、１８Ｒを駆動する役目を果たす。
【００３３】
内燃機関１６は、クランク軸２０を介して電動機１４と接続されまたは接続可能であり、その際に、内燃機関１６と電動機１４とは、設定可能な回転数で回転する従動軸２２上でトルクｔを提供する。従動軸２２は、トルクｔを駆動輪１８Ｒ、１８Ｌへと伝達するために、トランスミッションユニット２４と接続されまたは接続可能である。クランク軸２０と従動軸２２とはそれぞれ、内燃機関１６を電動機１４と接続するためまたは電動機１４をトランスミッションユニット２４と接続するために、この場合はクラッチ２６、２８を有する。
【００３４】
ドライブトレイン１２は、一般に電動機１６を用いて車両１２０を駆動するよう構成されうる（電気自動車）。代替的に、電動機１６は、この場合のように、ハイブリッドドライブトレイン１２の一部であってもよい。
【００３５】
クランク軸２０は、電動機１４へと回転数またはトルクを伝達するために、クラッチ２６によって電動機１４の回転子と接続されまたは接続可能である。電動機１４の回転子は、トランスミッションユニット２４へとトルクｔを伝達するために、従動軸２２と接続される。その際に、トルクｔは、内燃機関１６により提供される個別のトルクと、電動機１４により提供される個別のトルクとの総計で構成される。
【００３６】
モータとしての動作時には、電動機１４は、例えば加速過程に内燃機関１６を支える駆動トルクを生成する。回生または回収動作時には、電動機１４は、一般に車両１０に提供される電気エネルギーを生成する。
【００３７】
内燃機関１６には、燃料タンク３０によって燃料が供給される。
【００３８】
電動機１４は、単相式または多相式に構成されてもよく、パワーエレクトロニクス３２またはインバータ（Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）３２により駆動され、電気エネルギーが供給される。パワーエレクトロニクス３２は、車両１０の直流電圧供給部（例えば、蓄電器またはバッテリ）３４のようなエネルギー供給ユニット３４と接続され、エネルギー供給ユニット３４により提供された電圧を、一般には交流へと、または、電動機１４の位相のための複数の相電流へと変換する役目を果たす。エネルギー供給ユニット３４は、バッテリ制御装置３６と接続され、バッテリ制御装置３６は、パワーエレクトロニクス３２およびエネルギー供給ユニット３４の充電状態を介して、電動機１４へのエネルギー供給を制御するよう構成される。パワーエレクトロニクス３２は、さらに、電動機１４の回収動作時に、当該電動機１４により生成された電気エネルギーによって、エネルギー供給ユニット３４を充電するよう構成される。
【００３９】
エネルギー供給ユニット３４、パワーエレクトロニクス３２、および、バッテリ制御装置３６は、車両１０の高電圧電力系統３８の一部である。
【００４０】
車両１０はさらに、車両１０の低電圧電力系統４２に適切な電圧を供給する低電圧供給ユニット４０（例えば、バッテリ）を有する。高電圧電力系統３８は、２つの電力系統３８、４２の間で電気エネルギーを交換するために、変換器５０によって低電圧電力系統４２と接続される。
【００４１】
変換器５０はさらに、接続ユニット５２によって、外部のエネルギーソースおよび／またはエネルギーシンク５４と接続可能である。この外部のエネルギーソースおよび／またはエネルギーシンクは、好適に公共交流電圧ネットワーク５４であり、この公共交流電圧ネットワーク５４は、変換器５０を介して、電圧電力系統３８、４２内へと電気エネルギーを伝達することが可能であり、および、この公共交流電圧ネットワーク５４内へと、電圧電力系統３８、４２から電気エネルギーを伝達することが可能である。これにより、過剰なエネルギーを車両１０から放出することが可能であり、または、エネルギー供給ユニット３４、４０は、電気エネルギーソースおよび／またはエネルギーシンクを介して充電することが可能である。
【００４２】
したがって結果として、３つのエネルギーネットワーク３８、４０、５４の間で任意に電気エネルギーを交換することが可能である。
【００４３】
図２は、電気エネルギーを伝達するための変換器５０の一実施形態を概略的な形で示す。
【００４４】
変換器５０は、電磁的伝達ユニット６０を有し、この電磁的伝達ユニット６０は、３つの電磁的伝達部６２、６４、６６を有する。電磁的伝達部６２、６４、６６は、それぞれコイル６２、６４、６６により形成され、好適に鉄心６８を介して電磁的に互いに結合される。
【００４５】
第１のコイル６２は、４象限チョッパ７０としても構成可能な電子的なＨブリッジ回路７０と接続される。Ｈブリッジ回路７０は、直流電圧を交流電圧に変換し、および、電気エネルギーを両方向に伝達するよう構成される。これに対応して、第１のコイル６２のＨブリッジ回路は、交流電圧を提供し、コイル６２の交流電圧を直流電圧に変換することが可能である。Ｈブリッジ回路７０は、中間回路コンデンサ７２と接続され、この中間回路コンデンサ７２に直流電圧を提供する。中間回路コンデンサは、インバータ７４および無効電力補正回路７６と接続可能であり、その際に、電気エネルギーの伝達方向にしたがって、中間回路コンデンサ７２は、インバータ７４または無効電力補正回路７６と接続される。無効電力補正回路７６はさらに、整流器７８を介して、交流電圧端子対８０と接続される。インバータ７４も同様に、交流電圧端子対８０と接続されまたは接続可能である。
【００４６】
交流電圧端子対８０は、原則的に接続ユニット５２に対応し、好適に公共交流電圧ネットワーク５４により形成される外部の電圧ソースおよび／または電圧シンクと接続可能である。
【００４７】
公共ネットワーク５４から、変換器５０または接続された構成要素へと電気エネルギーが伝送される限りにおいて、交流電圧は、交流電圧端子８０で、整流器７８により直流電圧に変換される。無効電力補正回路７６によって、変換器５０全体が、オーム抵抗負荷のように作用し、この無効電力補正回路７６によって、無効電力の受け取りが防止されうる。無効電力補正回路７６は、この場合は、直流電圧を、第１のコイル６２へと伝達される交流電圧へと変換するために、中間回路コンデンサ７２を介してＨブリッジ回路７０と接続される。したがって、電気エネルギーが、公共交流電圧ネットワーク５４から、変換器５０または電磁的伝達ユニット６０へと伝達されうる。
【００４８】
電気エネルギーが電磁的伝達ユニット６０から公共ネットワーク５４へと伝達される限りにおいて、中間回路キャパシタ７２は、無効電力補正回路７６から分離されて、インバータ７４と接続される。インバータ７４は、交流電圧端子対８０と接続されている。この場合には、Ｈブリッジ回路７０は、第１のコイル６２により提供される交流電圧を直流電圧に変換し、その際に、直流電圧は、インバータ７４によって交流電圧に変換され、交流電圧端子対８０へと伝達される。したがって、電気エネルギーを結合することも、遮断することも可能である。
【００４９】
第２の電磁的伝達部６４は、コイル６４として構成され、インバータ８２と接続されており、インバータ８２は、出力側で、中間回路キャパシタ８４およびフィルタ８６を介して、電気エネルギー貯蔵器８８と接続されている。整流器８２は、第２のコイル６４により提供される交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を、中間回路コンデンサ８４およびフィルタ８６を介して、電気エネルギー貯蔵器８８へと、当該電気エネルギー貯蔵器８８を適切に充電するために伝達する。エネルギー貯蔵器８８は、好適に低電圧バッテリ８８として形成され、基本的に、図１の低電圧供給ユニット４０に対応する。システムの特性により、第２のコイル６４から電気エネルギー貯蔵器８８へと、電気エネルギーが伝達可能であるが、反対の方向には伝達できない。代替的な実施形態において、整流器８２は、電子的なＨブリッジ回路または４象限チョッパとして構成され、したがって、電気エネルギーを、エネルギー貯蔵器８８から電磁的伝達ユニット６０へと、さらに対応して他の構成要素へと伝達することも可能である。
【００５０】
第３の電磁的伝達部６６は第３のコイル６６として構成され、４象限チョッパ９０としても構成可能な第２の電子的なＨブリッジ回路９０と接続される。Ｈブリッジ回路９０は、出力側で、中間回路キャパシタ９２を介して直流電圧変換器９４と接続される。直流電圧変換器９４は、直流電圧端子対９６と接続されている。直流電圧端子対９６には、好適に高電圧バッテリ９８として構成された電気的なエネルギー貯蓄器９８が接続される。さらに直流電圧端子対９６には、対応する整流器、または、例えばパワーエレクトロニクス３２のような、対応するパワーエレクトロニクスを介して、電動機１４が接続されてもよい。Ｈブリッジ回路９０および直流電圧変換器９４によって、電気エネルギーが、直流電圧端子対９６から第３のコイル６６へと伝達可能であり、反対の方向に、第３のコイル６６から直流電圧端子対９６へと伝達可能である。これにより、電気エネルギーは、高電圧バッテリ９８または接続された電動機１４から、電磁的伝達ユニット６０へと、および、接続された構成要素へと伝達することが可能であり、ならびに、電気エネルギーは、電磁的伝達ユニット６０から直流電圧端子対９６および接続された高電圧バッテリ９８へと、または、接続された電動機１４へと伝達可能である。
【００５１】
変換器５０はさらに、インバータ７４、無効電力補正回路７６、Ｈブリッジ回路７０、フィルタ８６、整流器８２、Ｈブリッジ回路９０、および、直流電圧変換器９４と接続された制御ユニット１００を有する。したがって、制御ユニット１００は、対応して、電気エネルギーを任意に構成要素の間で交換するために、変換器５０の全構成要素を制御することが可能である。特に、第１の設定では、電気エネルギーが、公共ネットワークまたは外部の交換電圧ソースおよび／または交流電圧シンク５４から、高電圧バッテリ９８へと、当該高電圧バッテリ９８を適切に充電するために伝達される。さらに、第２の設定において、電気エネルギーが、高電圧バッテリ９８から、低電圧バッテリ８８へと、当該低電圧バッテリ８８を充電するために伝達される。さらに、第３の設定では、電気エネルギーが、外部の交換電圧ソースおよび／または交流電圧シンク５４から、高電圧バッテリ９８へも、低電圧バッテリ８８へも、これらエネルギー貯蔵器を充電するために伝達される。さらに、第４の設定では、電気エネルギーが、高電圧バッテリ９８または電動機１４から、低電圧バッテリ８８へも、公共ネットワーク５４へも伝達され、または当該ネットワーク５４内に供給される。さらに、第５の設定では、電気エネルギーは、高電圧バッテリ９８から、公共ネットワーク５４へと伝達され、または当該ネットワーク５４内に供給される。
【００５２】
したがって、変換器５０を用いて電気エネルギーを任意に個別の構成要素間で交換することが可能である。
【００５３】
本発明に係る変換器回路１０は、基本的に、３個の電磁的伝達部６２、６４、６６に限定されない。一実施形態において、電気エネルギーを伝達ユニット６０から受け取り、または伝達ユニット６０に電気エネルギーを供給するために、電磁的伝達ユニット６０は、対応する変換器回路と接続されるより多くの伝達部６２、６４、６６を有してもよい。
【００５４】
適切なアダプタモジュールを電磁的伝達ユニット６０または対応する電圧端子対８０、９６に接続することによって、変換器は代替的に、多段式の、損失が伴うインバータまたは中間変換器を避けて、太陽光発電所、燃料電池、クイックチャージャ（Ｑｕｉｃｋ−Ｃｈａｒｇｅｒ、急速充電器）充電ユニット等のような任意の直流電圧ソースおよび／または交流電圧ソースに接続可能である。変換器５０の適切な設計によって、交流電圧端子対８０は、全世界の任意の電圧ネットワークに接続することが可能である。
【００５５】
さらに、高い部分負荷効率を実現するために、全ての原則を多相変換器に転用することが可能である。対応して、制御ユニット１００のための制御コストも調整する必要があるであろう。基本的に、対応して効率を上げるために、コイル６２、６４、６６を共振変圧器と接続することが可能である。
【００５６】
制御ユニット１００は、対応する構成要素と、好適に車両通信ネットワーク（ＬＥＮ、ＣＡＮ、ＦｌｅｘＲａｙ等）を介して接続される。
【００５７】
システム制御（Ｓｙｓｔｅｍ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ）、および、オンラインでの制御タスクの同時実行のための、対応して性能の高いマイクロコントローラが使用可能であり、したがってハードウェアコストが低い全体制御となりうる。同様に、制御ユニット側では、リセット始動または再始動のような安全性に関わる車両に典型的な措置が取られる。制御ユニットの電流供給は、電力系統を介して行われ、個々の半導体回路に対する直流的に分離された制御が、市販の絶縁ゲートドライバを介して行われる。
【００５８】
変換器７０、８２、９０、または接続されたコイル６２、６４、６６による部分電力フローの総計は、システム設計により定められた所定値よりも常に小さい。したがって、電力フローの総計は、常に所定最大値よりも小さい。
【図１】
2014525728.tif 000003
【図２】
2014525728.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月27日(2014.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁的エネルギーの伝達のために互いに電磁的に結合可能な少なくとも３つの電磁的伝達部（６２、６４、６６）を有する電磁的伝達ユニット（６０）であって、
第１の前記電磁的伝達部（６２）は、第１の双方向変換器回路と接続され、前記第１の双方向変換器回路は、交流電圧ソースおよび／または交流電圧シンク（５４）を接続するための第１の電圧接続端子対（８０）を有し、
第２の前記電磁的伝達部（６４）は、出力側で電気エネルギー貯蔵器（８８）と接続された整流器・変換器回路と接続され、
第３の前記電磁的伝達部（６６）は、第２の双方向変換器回路と接続され、前記第２の双方向変換器回路は、直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク（９８）を接続するための第２の電圧接続端子対（９６）を有する、前記電磁的伝達ユニット（６０）と、
前記第１の双方向変換器回路、前記第２の双方向変換器回路、および、前記整流器・変換器回路と接続された制御ユニット（１００）と、
を備え、
前記制御ユニット（１００）は、
前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）から、前記直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク（９８）、
または、
前記直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク（９８）から、前記電気エネルギー貯蔵器（８８）、
または、
前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）から、前記直流電圧ソースおよび／または前記直流電圧シンク（９８）、および、前記電気エネルギー貯蔵器（８８）、
または、
前記直流電圧ソースおよび／または前記直流電圧シンク（９８）から、前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）、または、前記直流電圧ソースおよび／または前記直流電圧シンク（９８）から、前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）、および、前記電気エネルギー貯蔵器（８８）、
または、
前記直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク（９８）から、前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）、
の間のエネルギー伝達を制御する、電気エネルギーを伝達するための変換器回路（５０）。
【請求項２】
前記第１の双方向変換器回路は、
電子的なＨブリッジ回路（７０）または４象限チョッパ（７０）と、インバータ（７４）と、整流器（７８）とを有し、
電力フローの方向にしたがって、前記電子的なＨブリッジ回路（７０）または前記４象限チョッパ（７０）は、前記インバータ（７４）または前記整流器（７８）と接続される、請求項１に記載の変換器回路。
【請求項３】
前記整流器（７８）は、無効電力補正回路（７６）と接続される、請求項２に記載の変換器回路。
【請求項４】
前記第２の双方向変換器回路は、電子的なＨブリッジ回路（９０）または４象限チョッパ（９０）と、直流電圧変換器（９４）とを有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項５】
前記電磁的伝達ユニット（６０）は変圧器（６０）として構成され、前記電磁的伝達部（６２、６４、６６）はコイル（６２、６４、６６）として構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項６】
前記変換器回路は、
電力を、前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）から、前記電磁的伝達ユニット（６０）に接続された２つのそれぞれ異なる前記構成要素（８８、９８）へと、または、前記２つの異なる構成要素（８８、９８）のうちの１つへと伝達するよう構成され、
または、
電力を、前記直流電圧ソースおよび／または前記直流電圧シンク（９８）から、前記電磁的伝達ユニット（６０）に接続された２つのそれぞれ異なる前記構成要素（５４、８８）へと、または、前記２つの異なる構成要素（５４、８８）のうちの１つへと伝達するよう構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項７】
前記第２の電圧接続端子対（９６）は、高電圧バッテリ（９８）と接続され、
前記電気エネルギー貯蔵器（８８）は、低電圧バッテリ（８８）である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項８】
前記第２の電圧接続端子対（９６）は、多相交流電圧を提供するために多相インバータと接続される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項９】
前記第１の双方向変換器回路（７０）、および／または、前記第２の双方向変換器回路は、共振変圧器として構成される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項１０】
前記変換器回路は、車両電力系統（３８、４２）内での適用のための変換器回路である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の変換器回路。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の変換器回路（５０）を用いて電気エネルギーを伝達する方法であって、
前記電気エネルギーは、
前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）から、前記直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク（９８）、
または、
前記直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク（９８）から、前記電気エネルギー貯蔵器（８８）、
または、
前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）から、前記直流電圧ソースおよび／または前記直流電圧シンク（９８）、および、前記電気エネルギー貯蔵器（８８）、
または、
前記直流電圧ソースおよび／または前記直流電圧シンク（９８）から、前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）、または、前記直流電圧ソースおよび／または前記直流電圧シンク（９８）から、前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）、および、前記電気エネルギー貯蔵器（８８）、
または、
前記直流電圧ソースおよび／または直流電圧シンク（９８）から、前記交流電圧ソースおよび／または前記交流電圧シンク（５４）、
の間で伝達される、方法。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の変換器回路（５０）を備えた車両・電圧電力系統（３８、４２）。
【請求項１３】
前記変換器回路（５０）が備える制御ユニット（１００）は、車両・電力系統ネットワークを介して、前記変換器回路（５０）が備える第１の双方向変換器回路、第２の双方向変換器回路、および、整流器・変換器回路と接続される、請求項１２に記載の車両・電圧電力系統。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
さらに、第２の電圧端子対が、高電圧バッテリと接続され、エネルギー貯蔵器が低電圧バッテリである場合には、有利である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
さらに、第２の電圧端子対が、多相交流電圧を提供するために多相インバータと接続される場合には、有利である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
ドライブトレイン１２は、一般に電動機１４を用いて車両１２０を駆動するよう構成されうる（電気自動車）。代替的に、電動機１４は、この場合のように、ハイブリッドドライブトレイン１２の一部であってもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
電気エネルギーが電磁的伝達ユニット６０から公共ネットワーク５４へと伝達される限りにおいて、中間回路コンデンサ７２は、無効電力補正回路７６から分離されて、インバータ７４と接続される。インバータ７４は、交流電圧端子対８０と接続されている。この場合には、Ｈブリッジ回路７０は、第１のコイル６２により提供される交流電圧を直流電圧に変換し、その際に、直流電圧は、インバータ７４によって交流電圧に変換され、交流電圧端子対８０へと伝達される。したがって、電気エネルギーを結合することも、遮断することも可能である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
第２の電磁的伝達部６４は、コイル６４として構成され、整流器８２と接続されており、整流器８２は、出力側で、中間回路コンデンサ８４およびフィルタ８６を介して、電気エネルギー貯蔵器８８と接続されている。整流器８２は、第２のコイル６４により提供される交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を、中間回路コンデンサ８４およびフィルタ８６を介して、電気エネルギー貯蔵器８８へと、当該電気エネルギー貯蔵器８８を適切に充電するために伝達する。エネルギー貯蔵器８８は、好適に低電圧バッテリ８８として形成され、基本的に、図１の低電圧供給ユニット４０に対応する。システムの特性により、第２のコイル６４から電気エネルギー貯蔵器８８へと、電気エネルギーが伝達可能であるが、反対の方向には伝達できない。代替的な実施形態において、整流器８２は、電子的なＨブリッジ回路または４象限チョッパとして構成され、したがって、電気エネルギーを、エネルギー貯蔵器８８から電磁的伝達ユニット６０へと、さらに対応して他の構成要素へと伝達することも可能である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
第３の電磁的伝達部６６は第３のコイル６６として構成され、４象限チョッパ９０としても構成可能な第２の電子的なＨブリッジ回路９０と接続される。Ｈブリッジ回路９０は、出力側で、中間回路コンデンサ９２を介して直流電圧変換器９４と接続される。直流電圧変換器９４は、直流電圧端子対９６と接続されている。直流電圧端子対９６には、好適に高電圧バッテリ９８として構成された電気的なエネルギー貯蓄器９８が接続される。さらに直流電圧端子対９６には、対応する整流器、または、例えばパワーエレクトロニクス３２のような、対応するパワーエレクトロニクスを介して、電動機１４が接続されてもよい。Ｈブリッジ回路９０および直流電圧変換器９４によって、電気エネルギーが、直流電圧端子対９６から第３のコイル６６へと伝達可能であり、反対の方向に、第３のコイル６６から直流電圧端子対９６へと伝達可能である。これにより、電気エネルギーは、高電圧バッテリ９８または接続された電動機１４から、電磁的伝達ユニット６０へと、および、接続された構成要素へと伝達することが可能であり、ならびに、電気エネルギーは、電磁的伝達ユニット６０から直流電圧端子対９６および接続された高電圧バッテリ９８へと、または、接続された電動機１４へと伝達可能である。
【国際調査報告】
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