(57)【要約】対応する方法およびスイッチ制御の機械命令セットと併せて、バックブースト動作および任意選択の車両からグリッドへの（Ｖ２Ｇ）機能を特徴とする一体化された三相ＡＣ充電を備える電気自動車およびプラグインハイブリッド車での使用に向けたパワートレイン。パワートレインは、入力フィルタに関連付けられた三相電流源コンバータ（ＣＳＣ）前端部と、極性反転モジュールと、一実施形態において、デュアルインバータモータドライブとを含み得る。デュアルインバータドライブは、逆起電力およびＣＳＣへの必須ＤＣインダクタンスの両方の源である。したがって、追加の磁気部品が不要なのでコンパクトな設計が提供され、トラクションモードに必要とされる車載冷却システムを充電モードおよびＶ２Ｇモード用に再開発することができる。パワートレインは任意選択の極性反転モジュールによって充電モードとＶ２Ｇモードの間でモード変更される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣグリッドに結合されたときに、一体化された三相ＡＣ充電を提供する電気自動車またはハイブリッド電気自動車用のパワートレインであって、
第１のエネルギー貯蔵器および第１の電圧源コンバータ（ＶＳＣ１）を含む上部充電ステージと、第２のエネルギー貯蔵器および第２の電圧源コンバータ（ＶＳＣ２）を含む下部充電ステージとを含むデュアルインバータドライブシステムであって、前記第１の電圧源コンバータおよび前記第２の電圧源コンバータの間に結合された開放巻線モータに結合され、前記開放巻線モータは、前記第１の電圧源コンバータおよび前記第２の電圧源コンバータのそれぞれの対応するＡＣ端子にそれぞれ結合された３つ以上のモータ巻線を有する、デュアルインバータドライブシステム、ならびに
前記ＡＣグリッドと結合するための３つのＣＳＣ  ＡＣ相端子と、正のＶＳＣ１  ＤＣ端子で前記上部充電ステージに結合された正のＣＳＣ  ＤＣ端子と、負のＶＳＣ２  ＤＣ端子で前記下部充電ステージに結合された負のＣＳＣ端子とを含む電流源コンバータ（ＣＳＣ）を含み、
前記ＣＳＣは第１の回路脚、第２の回路脚、および第３の回路脚を含み、各回路脚は、前記３つのＣＳＣ  ＡＣ相端子の対応するＣＳＣ  ＡＣ相端子に対応し、各回路脚は、対応するＣＳＣ  ＡＣ相端子および前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子に結合された少なくとも１つの上部スイッチと、対応するＣＳＣ  ＡＣ相端子および前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子に結合された少なくとも１つの下部スイッチとを含み、前記上部および下部スイッチのそれぞれはゲート制御信号によって制御され、１つの上部スイッチだけがオン状態にあるとき、そのスイッチは前記３つ以上のモータ巻線の巻線電流の合計に等しい電流を流し、１つの下部スイッチだけが作動されるとき、そのスイッチは前記巻線電流の合計に等しい電流を流し、
前記ゲート制御信号は、前記ＡＣグリッドと前記電気自動車またはハイブリッド電気自動車との間のエネルギーの流れを制御するために使用される、パワートレイン。
【請求項２】
前記パワートレインが前記電気自動車または前記ハイブリッド電気自動車内に存在し、前記開放巻線モータが、移動を提供するように動作可能であり、また、前記開放巻線モータが移動を提供するために使用されていない場合、前記ＡＣグリッドと、別個のＡＣ／ＤＣ変換回路のない前記電気自動車または前記ハイブリッド電気自動車との間のエネルギーの流れを促進するようにも動作可能であり、前記開放巻線モータは、移動の提供と、エネルギーの流れの促進の両方に利用される磁気構成要素を含む、請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項３】
コントローラ回路が、前記開放巻線モータの動作を、移動状態とエネルギー流れ状態との間で切り替えるように構成される、請求項２に記載のパワートレイン。
【請求項４】
前記ＣＳＣと前記上部充電ステージおよび前記下部充電ステージとの間に結合された極性反転回路をさらに含み、前記極性反転回路は、前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子および前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子で前記ＣＳＣに結合され、前記正のＶＳＣ１  ＤＣ端子で前記上部充電ステージに結合され、負のＶＳＣ２  ＤＣ端子で前記下部充電ステージに結合され、
前記極性反転回路は、前記電気自動車または前記ハイブリッド電気自動車が前記ＡＣグリッドに電力を供給できるように、前記デュアルインバータドライブによって提供された逆起電力の極性を反転するように構成される、
請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項５】
前記極性反転回路が、前記負のＶＳＣ１  ＤＣ端子で前記上部充電ステージに結合され、正のＶＳＣ２  ＤＣ端子で前記下部充電ステージに結合され、前記ＣＳＣを前記デュアルインバータドライブとインターフェースさせる少なくとも１つのスイッチを含み、前記極性反転回路は第１の状態および第２の状態を有し；前記第１の状態は、前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記正のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し、前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記負のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し；前記第２の状態は、前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記負のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し、前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記正のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し；前記第１の状態では、電力は前記電気自動車または前記ハイブリッド電気自動車に向けられ、前記第２の状態では、電力は前記ＡＣグリッドに向けられる、請求項４に記載のパワートレイン。
【請求項６】
前記極性反転回路が、少なくとも１つのスイッチを含み、前記ＣＳＣを前記デュアルインバータドライブとインターフェースさせ、前記極性反転回路は、第１の状態および第２の状態を有し、前記第１の状態は、前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記正のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し、前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記負のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し；前記第２の状態は、前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記負のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し、前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記正のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し；前記第１の状態では、電力は前記車両に向けられ、前記第２の状態では、電力は前記グリッドに向けられる、請求項４に記載のパワートレイン。
【請求項７】
前記極性反転回路が、双極単投型の機械的スイッチまたは双極双投型のスイッチを含む、請求項５または６に記載のパワートレイン。
【請求項８】
前記極性反転回路が少なくとも４つの半導体スイッチからなり、前記少なくとも４つの半導体スイッチの各スイッチは、１つのＣＳＣ  ＤＣ端子を１つのＶＳＣ  ＤＣ端子に結合する、請求項５または６に記載のパワートレイン。
【請求項９】
前記ＣＳＣの各相は、２つのスイッチ、すなわちその相に対応する上部スイッチおよびその相に対応する下部スイッチに関連付けられ、その相に対応する前記上部スイッチおよび前記下部スイッチのそれぞれは、アクセス可能な中点を備えた第１および第２の直列接続されたサブスイッチを含み、前記第１のサブスイッチは正の電圧ブロッキング機能を提供し、前記第２のサブスイッチは負の電圧ブロッキング機能を提供し、前記極性反転回路は、第１の三相スイッチネットワークおよび第２の三相スイッチネットワークを含み、各三相スイッチネットワークは、少なくとも４つのスイッチ、すなわち、各相に３つのスイッチ、および制御可能な１つのマスタースイッチを含み、前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記正のＶＳＣ１  ＤＣ端子は電気的に結合され、前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記負のＶＳＣ２  ＤＣ端子は電気的に結合され、
前記第１の三相スイッチネットワークは、前記３つの上部サブスイッチの中点を前記デュアルインバータドライブに結合し、
前記第２の三相スイッチネットワークは、前記３つの下部サブスイッチの中点を前記デュアルインバータドライブに結合し、
前記極性反転回路は、第１の状態および第２の状態を有し、前記第１の状態では、前記第１および第２のマスター制御スイッチはオフになるように制御され、前記第１および第２の相スイッチネットワークはアクティブではなく、前記第２の状態では、前記第１および第２のマスター制御スイッチはオンになるように制御され、前記第１および第２の相スイッチネットワークはアクティブであり、
前記第１の状態では、電力は前記車両に向けられ、
前記第２の状態では、電力は前記ＡＣグリッドに向けられる、請求項４に記載のパワートレイン。
【請求項１０】
前記第１の三相スイッチネットワークが、前記負のＶＳＣ１  ＤＣ端子に結合され、前記第２の三相スイッチネットワークが、前記正のＶＳＣ２  ＤＣ端子に結合される、請求項９に記載のパワートレイン。
【請求項１１】
前記第１の三相スイッチネットワークが、前記負のＶＳＣ２  ＤＣ端子に結合され、前記第２の三相スイッチネットワークが、前記正のＶＳＣ１  ＤＣ端子に結合される、請求項９に記載のパワートレイン。
【請求項１２】
前記ＡＣグリッドが、入力フィルタを介して前記ＣＳＣに結合され、前記入力フィルタは、前記パワートレインによって生成された高調波電流が前記ＡＣグリッドに入るのを除去するように構成されている、請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項１３】
前記ＣＳＣの前記上部スイッチおよび前記下部スイッチが、前記ＡＣグリッドと交換される有効電力および無効電力の両方が別々に制御されるように構成される、請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項１４】
前記デュアルインバータドライブが電圧ブースト機能を提供し、前記エネルギー貯蔵器の電圧の合計がＣＳＣ  ＤＣ端子を横切る最大平均整流電圧よりも大きいときに、前記ＡＣグリッドと前記第１または第２のエネルギー貯蔵器との間で電力を交換することを可能にする、請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項１５】
前記ＣＳＣが電圧バッキング機能を提供し、前記エネルギー貯蔵器の合計が前記ＣＳＣ  ＤＣ端子を横切る最大平均整流電圧よりも小さいときに、前記ＡＣグリッドと前記第１または第２のエネルギー貯蔵器との間で電力を交換することを可能にする、請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項１６】
前記第１の電圧源コンバータの前記第１のエネルギー貯蔵器が、前記第２の電圧源コンバータの前記第２のエネルギー貯蔵器と同じまたは異なるタイプである、請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項１７】
コントローラが、前記ゲート信号を前記第１の電圧源コンバータの前記３つ以上の相のスイッチにインターリーブし、前記ゲート信号を前記第２の電圧源コンバータの前記３つ以上の相のスイッチにインターリーブするように構成され、これにより前記第１または第２のエネルギー貯蔵器へのピーク電流リップルを低減することができる、請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項１８】
コントローラが、同じモータ巻線に結合された前記第１および第２の電圧源コンバータのスイッチの前記ゲート信号をインターリーブするように構成され、その結果、前記巻線電流のピーク電流リップルが低減される、請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項１９】
コントローラが、前記モータ巻線電流がＤＣであり、前記モータ巻線電流のそれぞれが等しいＤＣ値であることを保証するように構成され、その結果、前記開放巻線モータでトルクが発生しない、請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項２０】
コントローラは、前記２つのエネルギー貯蔵装置が異なる電圧にあるときなど、前記第１のエネルギー貯蔵器および前記第２のエネルギー貯蔵器に異なる電力を供給するように構成され、前記コントローラは、前記第２のＶＳＣの前記下部スイッチのデューティサイクルに対して前記第１のＶＳＣの前記上部スイッチの相対的なデューティサイクルを調整することによって、異なる電力を供給するように構成される、請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項２１】
ＡＣグリッドに結合された電気自動車またはハイブリッド電気自動車における一体化された三相ＡＣ充電の方法であって、
第１のエネルギー貯蔵器および第１の電圧源コンバータ（ＶＳＣ１）を含む上部充電ステージと、第２のエネルギー貯蔵器および第２の電圧源コンバータ（ＶＳＣ２）を含む下部充電ステージとを含むデュアルインバータドライブシステムであって、前記第１の電圧源コンバータおよび前記第２の電圧源コンバータの間に結合された開放巻線モータに結合され、前記開放巻線モータは、前記第１の電圧源コンバータおよび前記第２の電圧源コンバータのそれぞれの対応するＡＣ端子にそれぞれ結合された３つ以上のモータ巻線を有する、デュアルインバータドライブシステムを提供すること、
前記ＡＣグリッドと結合するための３つのＣＳＣ  ＡＣ相端子と、正のＶＳＣ１  ＤＣ端子で前記上部充電ステージに結合された正のＣＳＣ  ＤＣ端子と、負のＶＳＣ２  ＤＣ端子で前記下部充電ステージに結合された負のＣＳＣ端子とを含む電流源コンバータ（ＣＳＣ）であって、第１の回路脚、第２の回路脚、および第３の回路脚を含み、各回路脚は、前記３つのＣＳＣ  ＡＣ相端子の対応するＣＳＣ  ＡＣ相端子に対応し、各回路脚は、対応するＣＳＣ  ＡＣ相端子および前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子に結合された少なくとも１つの上部スイッチと、対応するＣＳＣ  ＡＣ相端子および前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子に結合された少なくとも１つの下部スイッチと、を含む、電流源コンバータ（ＣＳＣ）を提供すること、および
ゲート制御信号を介して、前記上部および下部スイッチを操作することによって、前記ＡＣグリッドと前記電気自動車または前記ハイブリッド電気自動車との間のエネルギーの流れを制御することであって、１つの上部スイッチだけがオン状態にあるとき、そのスイッチは前記３つ以上のモータ巻線の巻線電流の合計に等しい電流を流し、１つの下部スイッチだけが作動されるとき、そのスイッチは前記巻線電流の合計に等しい電流を流す、制御すること、
を含む方法。
【請求項２２】
前記デュアルインバータドライブシステムおよび前記電流源コンバータが、前記電気自動車または前記ハイブリッド電気自動車内に存在するパワートレインの構成要素であり、前記開放巻線モータが、移動を提供するように動作可能であり、また、前記開放巻線モータが移動を提供するために使用されていない場合、前記ＡＣグリッドと、別個のＡＣ／ＤＣ変換回路のない前記電気自動車または前記ハイブリッド電気自動車との間のエネルギーの流れを促進するようにも動作可能であり、前記開放巻線モータは、移動の提供と、エネルギーの流れの促進の両方に利用される磁気構成要素を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
コントローラ回路が、前記開放巻線モータの動作を、移動状態とエネルギー流れ状態との間で切り替えるように構成される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＣＳＣと前記上部充電ステージおよび前記下部充電ステージとの間に結合された極性反転回路であって、前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子および前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子で前記ＣＳＣに結合され、前記正のＶＳＣ１  ＤＣ端子で前記上部充電ステージに結合され、負のＶＳＣ２  ＤＣ端子で前記下部充電ステージに結合された前記極性反転回路を提供すること、および
前記電気自動車または前記ハイブリッド電気自動車が前記ＡＣグリッドに電力を供給できるように、前記デュアルインバータドライブによって提供された逆起電力の極性を、前記極性反転回路によって反転すること、
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記極性反転回路が、前記負のＶＳＣ１  ＤＣ端子で前記上部充電ステージに結合され、正のＶＳＣ２  ＤＣ端子で前記下部充電ステージに結合され、前記ＣＳＣを前記デュアルインバータドライブとインターフェースさせる少なくとも１つのスイッチを含み、前記極性反転回路は第１の状態および第２の状態を有し；前記第１の状態は、前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記正のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し、前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記負のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し；前記第２の状態は、前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記負のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し、前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記正のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し；前記第１の状態では、電力は前記電気自動車または前記ハイブリッド電気自動車に向けられ、前記第２の状態では、電力は前記ＡＣグリッドに向けられる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記極性反転回路が、少なくとも１つのスイッチを含み、前記ＣＳＣを前記デュアルインバータドライブとインターフェースさせ、前記極性反転回路は、第１の状態および第２の状態を有し、前記第１の状態は、前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記正のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し、前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記負のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し；前記第２の状態は、前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記負のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し、前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記正のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し；前記第１の状態では、電力は前記車両に向けられ、前記第２の状態では、電力は前記グリッドに向けられる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記極性反転回路が、双極単投型の機械的スイッチまたは双極双投型のスイッチを含む、請求項２５または２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記極性反転回路が少なくとも４つの半導体スイッチからなり、前記少なくとも４つの半導体スイッチの各スイッチは、１つのＣＳＣ  ＤＣ端子を１つのＶＳＣ  ＤＣ端子に結合する、請求項２５または２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記ＣＳＣの各相は、２つのスイッチ、すなわちその相に対応する上部スイッチおよびその相に対応する下部スイッチに関連付けられ、その相に対応する前記上部スイッチおよび前記下部スイッチのそれぞれは、アクセス可能な中点を備えた第１および第２の直列接続されたサブスイッチを含み、前記第１のサブスイッチは正の電圧ブロッキング機能を提供し、前記第２のサブスイッチは負の電圧ブロッキング機能を提供し、前記極性反転回路は、第１の三相スイッチネットワークおよび第２の三相スイッチネットワークを含み、各三相スイッチネットワークは、少なくとも４つのスイッチ、すなわち、各相に３つのスイッチ、および制御可能な１つのマスタースイッチを含み、前記正のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記正のＶＳＣ１  ＤＣ端子は電気的に結合され、前記負のＣＳＣ  ＤＣ端子と前記負のＶＳＣ２  ＤＣ端子は電気的に結合され、前記第１の三相スイッチネットワークは、前記３つの上部サブスイッチの中点を前記デュアルインバータドライブに結合し、
前記第２の三相スイッチネットワークは、前記３つの下部サブスイッチの中点を前記デュアルインバータドライブに結合し、
前記極性反転回路は、第１の状態および第２の状態を有し、前記第１の状態では、前記第１および第２のマスター制御スイッチはオフになるように制御され、前記第１および第２の相スイッチネットワークはアクティブではなく、前記第２の状態では、前記第１および第２のマスター制御スイッチはオンになるように制御され、前記第１および第２の相スイッチネットワークはアクティブであり、
前記第１の状態では、電力は前記車両に向けられ、
前記第２の状態では、電力は前記ＡＣグリッドに向けられる、
請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の三相スイッチネットワークが、前記負のＶＳＣ１  ＤＣ端子に結合され、前記第２の三相スイッチネットワークが、前記正のＶＳＣ２  ＤＣ端子に結合される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の三相スイッチネットワークが、前記負のＶＳＣ２  ＤＣ端子に結合され、前記第２の三相スイッチネットワークが、前記正のＶＳＣ１  ＤＣ端子に結合される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＡＣグリッドが、入力フィルタを介して前記ＣＳＣに結合され、前記入力フィルタは、前記方法によって生成された高調波電流が前記ＡＣグリッドに入るのを除去するように構成されている、請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ＣＳＣの前記上部スイッチおよび前記下部スイッチが、前記ＡＣグリッドと交換される有効電力および無効電力の両方が別々に制御されるように構成される、請求項２１に記載の方法。
【請求項３４】
前記デュアルインバータドライブが電圧ブースト機能を提供し、前記エネルギー貯蔵器の電圧の合計が前記ＣＳＣ  ＤＣ端子を横切る最大平均整流電圧よりも大きいときに、前記ＡＣグリッドと前記第１または第２のエネルギー貯蔵器との間で電力を交換することを可能にする、請求項２１に記載の方法。
【請求項３５】
前記ＣＳＣが電圧バッキング機能を提供し、前記エネルギー貯蔵器の合計が前記ＣＳＣ  ＤＣ端子を横切る最大平均整流電圧よりも小さいときに、前記ＡＣグリッドと前記第１または第２のエネルギー貯蔵器との間で電力を交換することを可能にする、請求項２１に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の電圧源コンバータの前記第１のエネルギー貯蔵器が、前記第２の電圧源コンバータの前記第２のエネルギー貯蔵器と同じまたは異なるタイプである、請求項２１に記載の方法。
【請求項３７】
コントローラが、前記ゲート信号を前記第１の電圧源コンバータの前記３つ以上の相のスイッチにインターリーブし、前記ゲート信号を前記第２の電圧源コンバータの前記３つ以上の相のスイッチにインターリーブするように構成され、これにより前記第１または第２のエネルギー貯蔵器へのピーク電流リップルを低減することができる、請求項２１に記載の方法。
【請求項３８】
コントローラが、同じモータ巻線に結合された前記第１および第２の電圧源コンバータのスイッチの前記ゲート信号をインターリーブするように構成され、その結果、前記巻線電流のピーク電流リップルが低減される、請求項２１に記載の方法。
【請求項３９】
コントローラが、前記モータ巻線電流がＤＣであり、前記モータ巻線電流のそれぞれが等しいＤＣ値であることを保証するように構成され、その結果、前記開放巻線モータでトルクが発生しない、請求項２１に記載の方法。
【請求項４０】
コントローラは、前記２つのエネルギー貯蔵装置が異なる電圧にあるときなど、前記第１のエネルギー貯蔵器および前記第２のエネルギー貯蔵器に異なる電力を供給するように構成され、前記コントローラは、前記第２のＶＳＣの前記下部スイッチのデューティサイクルに対して前記第１のＶＳＣの前記上部スイッチの相対的なデューティサイクルを調整することによって、異なる電力を供給するように構成される、請求項２１に記載の方法。
【請求項４１】
実行されると、請求項２１〜４０のいずれか一項による、ＡＣグリッドに結合された電気自動車またはハイブリッド電気自動車における一体化された三相ＡＣ充電の方法をプロセッサに実行させる、機械で解釈可能な命令セットを記憶する非一時的な機械可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年８月３０日に提出され「車両用途のための一体化双方向三相ＡＣ充電器」と題された米国仮特許出願第６２／７２５７１１号の非仮出願であり、その優先権を含むすべての利益を主張する。この出願は参照により完全な形で組み込まれる。
【０００２】
概して、本明細書に開示される実施形態は、電気自動車およびプラグインハイブリッド電気自動車用途のためのパワーエレクトロニクスに関する。より具体的には、実施形態は、一体化された充電能力を備えた電気パワートレインに関する。
【背景技術】
【０００３】
電気自動車の普及のボトルネックの１つは、車載バッテリを充電するのに必要な時間である。一般に、自動車のバッテリを充電するための電力は、低電圧の単相交流（ＡＣ）グリッド、三相ＡＣグリッド、または直流（ＤＣ）グリッド接続のいずれかから供給される。
【０００４】
三相ＡＣグリッドとは異なり、低電圧ＤＣグリッドは現在広く利用可能ではなく、単相ＡＣグリッドと比較して、三相ＡＣグリッドは一般的に電力のより高い利用可能性を有する。三相グリッド接続は、例えば、商業ビル、オフィスビル、産業施設など、電力のより高い利用可能性が必要な場所で見つけることができる。さらに、例えば、既存の三相配電線から新しい三相ＡＣグリッド接続を行うことができる。三相ＡＣ充電を可能にする充電器は、非車載型または車載型のいずれかであり得る。
【０００５】
車載型一体化充電器の解決策は、すべてのパワーエレクトロニクスを車両に一体化し、既存の車載冷却システムを活用することによって、外部インフラストラクチャコストを大幅に削減する可能性があるという点で有利である。
【０００６】
一体化された車載型充電器の主な欠点は、車両への追加の重量、体積、およびコストであり、これらは提示された解決策によって対処される。
【発明の概要】
【０００７】
ＤＣ電源からの電気グリッド充電は、ＡＣグリッドインフラストラクチャによる充電と比較してより単純なアプローチであるが、常に利用可能であるとは限らない。
【０００８】
ＡＣグリッドインフラストラクチャは、より容易に利用可能であるが、変換アプローチは、通常、電気自動車またはハイブリッド電気自動車で使用する前に、ＡＣ／ＤＣ変換のために高価または面倒なインフラストラクチャ要素を必要とする。例えば、ＡＣ／ＤＣ変換ステージは、追加の整流回路によって実行可能であり、整流回路は、特定の状況では、電力の流れ／エネルギー伝達の効率を向上させるために、磁気構成要素を利用する。
【０００９】
このタイプのＡＣ／ＤＣ変換ステージは、インフラストラクチャの複雑さを追加し（例えば、電気自動車充電ステーションのすべてのＡＣグリッドインターフェースで必要とされる場合）、磁気構成要素（例えば、インダクタ、コンデンサ）は面倒であり（例えば、これらの構成要素は充電ステーションで限定的なスペースを占め、そして重い）、かつ高価である（例えば、追加のインダクタは特に高価になる可能性がある）。
【００１０】
電気自動車またはハイブリッド電気自動車は、有害な排出物が減少するため、従来の燃焼エンジン車と比較して望ましい。ガソリンまたはディーゼルを利用する燃焼エンジンは、気候変動に寄与する可能性のあるメタン、亜酸化窒素などの有害な排出物の中でもとりわけ、大量の二酸化炭素を排出する可能性がある。電気ハイブリッドエンジンは、ガソリン／ディーゼルと、そこに貯蔵された電力の両方を潜在的に使用するように適合させることができる。
【００１１】
現在、電気自動車の採用は、現行の電気自動車充電ステーションのコストおよびスペース要件（例えば、区画の数を制限する）が高いため、電気自動車充電ステーションのまばらな利用可能性によって制限されている。電気自動車は限定的な１充電走行距離しか有さないため、電気自動車の充電ステーション間の長い距離、または充電されるべき車両の数よりも少ない区画に起因する待ち行列は、電気自動車の存立可能性に深刻な影響を与える可能性がある。
【００１２】
したがって、ＡＣグリッド（例えば、多相ＡＣグリッド）から充電するための改善されたアプローチが望ましい。提案されたアプローチは、電気自動車またはハイブリッド車の存立可能性を改善することによって環境への影響を解決または軽減する一助となり得る環境（グリーン）テクノロジーに向けられた改善された回路トポロジー（および対応する回路、メソッド、および非一時的な機械可読媒体に記憶された機械命令セット）である。電気自動車またはハイブリッド車の存立可能性が向上するにつれて、燃焼エンジンへの依存を減らして、自然環境と石油／ガス資源の保護に一役買うことができる。
【００１３】
非使用時、電気モータの磁気構成要素は、ＡＣ／ＤＣ変換のために利用することができる。本明細書に記載される提案されたアプローチは、ＡＣ／ＤＣ変換ステージとして動作し、モータを横切って（例えばモータ巻線を横切って）接続される２つの充電ステージ（例えば、上部充電ステージおよび下部充電ステージ、これは第１の充電ステージおよび第２の充電ステージと呼ぶこともできる）を有するデュアルインバータドライブシステムに結合される電流源コンバータ回路を含む電気パワートレイン回路トポロジーに向けられる。デュアルインバータドライブシステムはモータ自体を介して接続するため、モータの磁気構成要素がＡＣ／ＤＣ変換に使用され、ＡＣ／ＤＣ変換への潜在的により面倒でない安価なアプローチを提供する。ステージは回路部分であり、物理的な電気回路構成要素を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、電気パワートレイン回路は、電気自動車またはハイブリッド車の構成要素として提供され、例えば、電気自動車またはハイブリッド車の上または内部に存在することができ（例えば、モータおよびエネルギー貯蔵デバイスに直接結合される回路として）、その結果、ＡＣグリッドインターフェースに利用可能なＡＣ／ＤＣ変換ステージがない場合でも、例えば電気自動車またはハイブリッド車のモータが移動に使用されていない場合、電気自動車またはハイブリッド車は３相ＡＣグリッドインターフェースに直接接続することができる。移動状態とエネルギーフロー状態との間で開放巻線モータの動作を切り替えるように構成された追加のコントローラ回路を提供することができる。
【００１５】
電気自動車またはハイブリッド車が、異なる変形実施形態において車両からグリッドへの（Ｖ２Ｇ）充電能力も提供できるように、さらなる実施形態が極性反転について本明細書に記載されている。すべての実施形態が車両からグリッドへの（Ｖ２Ｇ）充電機能を含むわけではなく−ＡＣグリッドから電気自動車またはハイブリッド車両への一方向充電がいくつかの実施形態で企図されている。あるいは、電気自動車またはハイブリッド車からＡＣグリッドへの一方向充電もまた、他の実施形態において企図される。Ｖ２Ｇ充電は、例えば、緊急の状況、またはグリッドが隔離されて離れている状況（例えば、地方のグリッド）で役立つ。グリッドの電力価格によっては、グリッドにエネルギーを供給することはまた経済的に有利な場合がある。
【００１６】
デュアルインバータドライブシステムは、上部充電ステージおよび下部充電ステージを含む。これらのステージのそれぞれは、エネルギー貯蔵器および電圧源コンバータを有する。例えば、上部充電ステージは、第１のエネルギー貯蔵器および第１の電圧源コンバータ（ＶＳＣ１）を有する。下部充電ステージは、第２のエネルギー貯蔵器と第２の電圧源コンバータ（ＶＳＣ２）を有する。デュアルインバータドライブは、電圧ブースト機能を提供するように構成することができ、エネルギー貯蔵電圧の合計がＣＳＣ  ＤＣ端子を横切る最大平均整流電圧よりも大きい場合に、ＡＣグリッドと第１または第２のエネルギー貯蔵器との間で電力を交換できるようにする。
【００１７】
開放巻線モータ（例えば、移動に使用できるモータ）が、第１の電圧源コンバータと第２の電圧源コンバータとの間に結合され、開放巻線モータは、３つ以上のモータ巻線を有する。これらの巻線のそれぞれは、第１の電圧源コンバータおよび第２の電圧源コンバータのそれぞれの対応するＡＣ端子に結合される。
【００１８】
電流源コンバータ（ＣＳＣ）は、ＡＣグリッドと結合するための３つのＣＳＣ  ＡＣ相端子と、正のＶＳＣ１  ＤＣ端子で上部充電ステージに結合された正のＣＳＣ  ＤＣ端子と、負のＶＳＣ２  ＤＣ端子で下部充電ステージに結合された負のＣＳＣ端子とを含む。
【００１９】
ＣＳＣは、第１の回路脚、第２の回路脚、および第３の回路脚を含む。各回路脚は、３つのＣＳＣ  ＡＣ相端子の対応するＣＳＣ  ＡＣ相端子に対応し、少なくとも１つの上部スイッチと１つの下部スイッチを備える。上部スイッチはそれぞれ、対応するＣＳＣ  ＡＣ相端子と正のＣＳＣ  ＤＣ端子に結合される。下部スイッチはそれぞれ、対応するＣＳＣ  ＡＣ相端子と負のＣＳＣ  ＤＣ端子に結合される。
【００２０】
上部および下部スイッチのそれぞれはゲート制御信号によって制御され、１つの上部スイッチだけがオン状態にあるとき、そのスイッチは３つの巻線電流の合計に等しい電流を流し、１つの下部スイッチだけが作動されるとき、そのスイッチは３つの巻線電流の合計に等しい電流を流す。これらのゲート制御信号は、ＡＣグリッドと電気自動車／ハイブリッド電気自動車との間のエネルギーの流れを制御し、動作を可能にするためにモータのインダクタンスを利用する。
【００２１】
ＣＳＣは、別の実施形態では、動作を可能にするためにモータのインダクタンスを利用する入力フィルタとともに、任意選択的に動作することができる三相電流源コンバータ（ＣＳＣ）前端部である。パワートレイン構成要素は、ＣＳＣに可変逆起電力と直列インダクタンスを提供する。ＣＳＣの上部スイッチおよび下部スイッチは、いくつかの実施形態では、ＡＣグリッドと交換される有効電力および無効電力の両方が別々に制御されるように構成することができる。ＣＳＣは電圧バッキング機能を提供でき、エネルギー貯蔵器の合計がＣＳＣ  ＤＣ端子を横切る最大平均整流電圧よりも小さい場合に、ＡＣグリッドと第１または第２のエネルギー貯蔵器の間で電力を交換できるようにする。
【００２２】
一体型充電器の実装のためのパワートレイン磁性体のこの再利用には、３つの利点がある。１）充電器にかなりの重量および体積を追加するであろう追加の磁気構成要素が不要である；２）モータ冷却システムが磁性体の冷却に利用される；３）モータ冷却システムは、パワーエレクトロニクスデバイスの冷却のためにＣＳＣ前端部と共有することができる。
【００２３】
エネルギー貯蔵要素は、特定のタイプであることに限定されず、エネルギー貯蔵要素は、同一のタイプである必要もない。エネルギー貯蔵要素のいくつかの例は、バッテリ、燃料電池、スーパーキャパシタを含む。一実施形態では、一方のエネルギー貯蔵要素はバッテリタイプのものであり得、他方は、スーパーキャパシタタイプのものであり得る。一実施形態における要素の特定の配置により、コンバータは、充電モードおよびＶ２Ｇモードの両方の間、３ポートコンバータとして動作する。３つのポートのそれぞれの起電力は次のとおりである：１）エネルギー貯蔵要素１；２）エネルギー貯蔵要素２；３）整流されたＡＣグリッド電圧。
【００２４】
一実施形態では、インバータを介してモータのいずれかの側に接続された２つの独立したエネルギー貯蔵要素は、充電モードおよび車両からグリッドへのモードのために電気的に直列である。パワートレインはより高いＤＣリンク電圧を実現できるため、起電力を直列接続する機能は非常に有利であり、全体的な効率が向上し、充電電力能力が向上する。
【００２５】
前端部にＣＳＣを使用することの別の利点は、ＣＳＣのスイッチの固有の双方向ブロッキング能力のために、エネルギー貯蔵要素の充電電流が、充電状態および公称エネルギー貯蔵要素電圧に関係なく制御可能であることである。ＣＳＣは、障害ブロッキング機能も特徴とし、ＡＣグリッド障害（ＡＣ短絡など）が発生した場合にエネルギー貯蔵要素を確実に保護する。ＡＣグリッドは、任意選択的に、入力フィルタを介してＣＳＣに結合することができ、入力フィルタは、電気パワートレインによって生成された高調波電流がＡＣグリッドに入るのを除去するように構成される。
【００２６】
差動接続されたデュアルインバータドライブによって提供される可変逆起電力とともにＣＳＣ前端部の構造は、充電のためのバックブースト動作を可能にし、これもまた非常に有利である。バックモードでは、ＣＳＣ前端部がグリッド電圧を下げ、ブーストモードでは、デュアルインバータドライブがグリッド電圧を上げる。
【００２７】
充電器は、ＣＳＣとデュアルインバータドライブとの間の極性反転回路を使用することによって、充電モードと車両からグリッドへのモードとの間で切り替えられる。極性反転回路の役割は、デュアルインバータドライブによって生成されたＤＣ側の逆起電力の極性を反転することである。極性反転回路は任意選択であり、いくつかの実施形態にのみ含まれることに留意されたい。例えば、Ｖ２Ｇ動作が不要な場合、極性反転回路は必要ない。極性反転回路は、ＣＳＣと上部充電ステージおよび下部充電ステージとの間に結合することができ、その結果、極性反転回路が正のＣＳＣ  ＤＣ端子および負のＣＳＣ  ＤＣ端子でＣＳＣに結合され、極性反転回路が正のＶＳＣ１  ＤＣ端子で上部充電ステージに結合され、負のＶＳＣ２  ＤＣ端子で下部充電ステージに結合されるようにする。極性反転回路は、電気自動車またはハイブリッド電気自動車がＡＣグリッドに電力を供給できるように、デュアルインバータドライブによって提供された逆起電力の極性を反転する。
【００２８】
第１の変形例では、極性反転回路は、負のＶＳＣ１  ＤＣ端子で上部充電ステージに結合され、正のＶＳＣ２  ＤＣ端子で下部充電ステージに結合され、少なくとも１つのスイッチを含み、それはＣＳＣをデュアルインバータドライブとインターフェースさせ、極性反転回路は第１の状態および第２の状態を有し；第１の状態は、正のＣＳＣ  ＤＣ端子と正のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し、負のＣＳＣ  ＤＣ端子と負のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し；第２の状態は、正のＣＳＣ  ＤＣ端子と負のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し、負のＣＳＣ  ＤＣ端子と正のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し；ここで、第１の状態では、電力は電気自動車またはハイブリッド電気自動車に向けられ、第２の状態では、電力はＡＣグリッドに向けられる。
【００２９】
第２の変形例では、極性反転回路は、少なくとも１つのスイッチを含み、ＣＳＣをデュアルインバータドライブとインターフェースさせ、極性反転回路は、第１の状態および第２の状態を有し、第１の状態は、正のＣＳＣ  ＤＣ端子と正のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し、負のＣＳＣ  ＤＣ端子と負のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し；第２の状態は、正のＣＳＣ  ＤＣ端子と負のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し、負のＣＳＣ  ＤＣ端子と正のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し；ここで、第１の状態では、電力は車両に向けられ、第２の状態では、電力はグリッドに向けられる。
【００３０】
第１の変形例または第２の変形例のいずれかにおいて、極性反転回路は、双極単投型の機械的スイッチまたは双極双投型のスイッチを含むことができる。第１の変形例または第２の変形例のいずれかにおいて、極性反転回路は、あるいは、少なくとも４つの半導体スイッチからなり得、少なくとも４つの半導体スイッチの各スイッチは、１つのＣＳＣ  ＤＣ端子を１つのＶＳＣ  ＤＣ端子に結合する。
【００３１】
第３の変形例では、ＣＳＣの各相は、２つのスイッチ、すなわちその相に対応する上部スイッチおよびその相に対応する下部スイッチに関連付けられ、その相に対応する上部スイッチおよび下部スイッチのそれぞれは、アクセス可能な中点を備えた第１および第２の直列接続されたサブスイッチを含み、第１のサブスイッチは正の電圧ブロッキング機能を提供し、第２のサブスイッチは負の電圧ブロッキング機能を提供し；極性反転回路は、第１の三相スイッチネットワークおよび第２の三相スイッチネットワークを含み、各三相スイッチネットワークは、少なくとも４つのスイッチ、すなわち、各相に３つのスイッチ、および制御可能な１つのマスタースイッチを含み、正のＣＳＣ  ＤＣ端子と正のＶＳＣ１  ＤＣ端子は電気的に結合され、負のＣＳＣ  ＤＣ端子と負のＶＳＣ２  ＤＣ端子は電気的に結合され；ここで、第１の三相スイッチネットワークは、３つの上部サブスイッチの中点をデュアルインバータドライブに結合し；ここで、第２の三相スイッチネットワークは、３つの下部サブスイッチの中点をデュアルインバータドライブに結合し；極性反転回路は、第１の状態および第２の状態を有し：第１の状態では、第１および第２のマスター制御スイッチはオフになるように制御され、第１および第２の相スイッチネットワークはアクティブではなく；第２の状態では、第１および第２のマスター制御スイッチはオンになるように制御され、第１および第２の相スイッチネットワークはアクティブである。
【００３２】
この変形例では、第１の状態では、電力は車両に向けられ；第２の状態では、電力はＡＣグリッドに向けられる。第１の三相スイッチネットワークは負のＶＳＣ１  ＤＣ端子に結合可能であり、第２の三相スイッチネットワークは正のＶＳＣ２  ＤＣ端子に結合可能である。さらなる変形例では、第１の三相スイッチネットワークは負のＶＳＣ２  ＤＣ端子に結合され、第２の三相スイッチネットワークは正のＶＳＣ１  ＤＣ端子に結合される。
【００３３】
別の実施形態では、ゲート信号を第１の電圧源コンバータの３つ以上の相のスイッチにインターリーブし、第２の電圧源コンバータの３つ以上の相のスイッチにゲート信号をインターリーブするように構成されたコントローラが提供され、これにより第１または第２のエネルギー貯蔵器へのピーク電流リップルを低減することができる。
【００３４】
別の実施形態では、コントローラは、同じモータ巻線に結合された第１および第２の電圧源コンバータスイッチのゲート信号をインターリーブするように構成され、その結果、巻線電流のピーク電流リップルが低減される。
【００３５】
別の実施形態では、コントローラは、モータ巻線電流がＤＣであり、モータ巻線電流のそれぞれが等しいＤＣ値であることを保証するように構成され、その結果、開放巻線モータでトルクが発生しない。
【００３６】
別の実施形態では、コントローラは、２つのエネルギー貯蔵装置が異なる電圧にあるときなど、第１のエネルギー貯蔵器および第２のエネルギー貯蔵器に異なる電力を供給するように構成され、コントローラは、第２のＶＳＣの下部スイッチのデューティサイクルに対して第１のＶＳＣの上部スイッチの相対デューティサイクルを調整することによって異なる電力を提供するように構成される。
【００３７】
対応する方法、プロセス、コントローラ回路（例えば、ゲート制御回路）、および非一時的な機械可読媒体（プロセッサによって実行されると、プロセッサに方法のステップを実行させる命令セットを記憶する）が企図される。非一時的な機械可読媒体は、ゲート制御シーケンスを記憶することもでき、これは、スイッチに伝達されると、スイッチの対応する動作を引き起こす。
【００３８】
様々な実施形態において記載されたパワートレインを組み込んだ電気自動車またはハイブリッド電気自動車が企図される。同様に、他のパワートレイン構成要素に結合するように構成されたスタンドアロン型ＣＳＣ、および他のパワートレイン構成要素（ＣＳＣなど）に結合するように構成されたスタンドアロン型電力反転回路も企図される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ＤＣリンクがインダクタおよび逆起電力源からなる従来の電流源コンバータを提示する。
【図２】いくつかの実施形態の高レベルのブロック図である。トポロジーは、次の要素を含む（左から右へ）：任意選択のインターフェース電力変圧器、入力ＡＣフィルタ、電流源コンバータ前端部、電力方向を反転するための任意選択の極性反転モジュール、２つの独立したエネルギー貯蔵要素、およびモータが開放巻線構成であるデュアルインバータドライブ。
【図３】図２のより詳細な表現であり；ここでは電流源コンバータ、極性反転モジュール、開放巻線モータ、およびドライブインバータがより詳細に示されている。
【図４】極性反転モジュールの実施形態を提示する。
【図５】極性反転モジュールの第２の実施形態を提示する。
【図６】極性反転モジュールの第３の実施形態を提示する。
【図７】極性反転モジュールの第４の好ましい実施形態を提示する。
【図８】図３に提示された実施形態のより具体的な実施形態を提示する。
【図９】いくつかの実施形態による、例示的な極性反転モジュールである。
【図１０】いくつかの実施形態による、別の例示的な極性反転モジュールである。
【図１１】いくつかの実施形態による、極性反転モジュール、図９、の例示的な実施形態である。
【図１２】充電モードおよび車両からグリッドへのモードのための３ポート電気パワートレインの電気入力、制御入力および出力の高レベルの図を提示している。高レベルで説明し、ここに制御入力があり、ここに出力がある。
【図１３】好ましい実施形態の１つの可能な実装を詳述する実施形態を提示する。
【図１４】充電モード中の一体型充電器のＤＣ側のモデルを提示する。
【図１５】ケース１のシミュレーション結果を提示する。ケース１では、いくつかの実施形態によれば、車両は、６００Ｖの三相ＡＣグリッドから力率１にて６０ｋＷで充電される。エネルギー貯蔵要素の端子電圧はそれぞれ３００Ｖである。
【図１６】いくつかの実施形態による、ケース２のシミュレーション結果を提示する。ケース２では、車両は、６００Ｖの三相グリッドから力率１にて６０ｋＷで充電される。エネルギー貯蔵要素は、それぞれ３２５Ｖおよび３００Ｖにある。定常状態の間、エネルギー貯蔵要素２は、より低い充電状態にあり、デューティ比を１に設定することによって回路内に保持される。エネルギー貯蔵要素１は、より高い充電状態にあり、等しい電力がエネルギー貯蔵要素１および２に供給されるように調節される。
【図１７】いくつかの実施形態による、ケース３のシミュレーション結果を提示する。ケース３では、車両は６００Ｖの三相ＡＣグリッドから０．９５遅れの力率にて７０ｋＷで充電される。エネルギー貯蔵要素はそれぞれ４５０Ｖにある。
【図１８】いくつかの実施形態による、ケース４のシミュレーション結果を提示する。ケース４では、車両は６００Ｖの三相ＡＣグリッドから０．９５進みの力率にて７０ｋＷで充電される。エネルギー貯蔵要素はそれぞれ４５０Ｖにある。
【図１９】いくつかの実施形態による、ケース５のシミュレーション結果を提示する。ケース５では、車両は６００Ｖの三相グリッドから力率１にて７０ｋＷで充電される。エネルギー貯蔵要素はそれぞれ４５０Ｖにある。
【図２０】いくつかの実施形態による、ケース６のシミュレーション結果を提示する。ケース６では、車両は力率１で６００Ｖ三相グリッドに７０ｋＷの電力を供給している。エネルギー貯蔵要素は４５０Ｖにある。
【図２１】いくつかの実施形態による、ケース７のシミュレーション結果を提示する。ケース７では、車両は力率１で６００Ｖ三相グリッドに７０ｋＷの電力を供給している。エネルギー貯蔵要素は３００Ｖにある。
【図２２】いくつかの実施形態による、単相ＡＣグリッド充電用途の変形例を提示する。
【図２３】いくつかの実施形態による、双方向電力能力のない変形例を提示する。
【図２４】いくつかの実施形態による、デュアルインバータドライブを備えた車両使用向けの一体化三相ＡＣ充電器を作動するための方法の方法図である。
【図２５】いくつかの実施形態による、デュアルインバータドライブを備えた車両使用向けの一体化三相ＡＣ充電器を作動するための方法を実施するべくゲーティングを制御するために使用できる例示的なコンピューティングデバイスのコンピューティングデバイス図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
電気自動車またはハイブリッド電気自動車は、有害な排出物が削減されるため、従来の燃焼エンジン車に比べて望ましい。ガソリンまたはディーゼルを利用する燃焼エンジンは、気候変動に寄与する可能性のあるメタン、亜酸化窒素などの有害な排出物の中でもとりわけ大量の二酸化炭素を排出する可能性がある。電気ハイブリッドエンジンは、ガソリン／ディーゼルと、そこに蓄えられた電力との両方を潜在的に使用するように適合させることができる。
【００４１】
ＤＣ電源からの電気グリッド充電は、ＡＣグリッドインフラストラクチャによる充電に比べて簡単なアプローチであるが、常に利用できるとは限らない。ＡＣグリッドインフラストラクチャはより簡単に利用できるが、変換アプローチは通常、電気自動車またはハイブリッド電気自動車で使用する前に、ＡＣ／ＤＣ変換用の高価または面倒なインフラストラクチャ要素を必要とする。例えば、ＡＣ／ＤＣ変換ステージは、追加の整流回路によって実行することができ、これは、特定の状況において、磁気構成要素を利用して電力の流れ／エネルギー伝達の効率を向上させる。
【００４２】
充電用のＡＣグリッドインフラストラクチャの例には、スーパーチャージャーステーションが含まれ、そこでは、電気自動車またはハイブリッド電気自動車が駐車したり、ケーブルを差し込んで充電したりするための多数の区画が利用できる。これらのスーパーチャージャーステーションは、燃焼エンジン車用の従来のガソリンポンプほど分散されておらず、電気自動車またはハイブリッド電気自動車の存立の可能性を大幅に制限する可能性がある。それというのも、電気自動車またはハイブリッド電気自動車の運転範囲は、通常、満タンのガソリンまたはディーゼルを有する燃焼エンジン車の運転範囲よりも狭いためである。
【００４３】
ＡＣ／ＤＣ変換ステージは、インフラストラクチャの複雑さを増し（例えば、電気自動車の充電ステーションにおいてすべてのＡＣグリッドインターフェースで必要とされる場合）、磁気構成要素（例えば、インダクタ、コンデンサ）は面倒であり（例えば、これらの構成要素は、充電ステーションで限られたスペースを占め、そして重い）、かつ高価でもある（例えば、追加のインダクタは特に高価であり得る）。電気自動車の採用は、電気自動車の充電ステーションのまばらな利用可能性によって制限されている。現在の電気自動車の充電ステーションのコストとスペースの要件（例えば、区画数を制限する）が高いためである。電気自動車の１充電走行距離は限られているため、電気自動車の充電ステーション間の距離が長い場合、または充電されるべき車両の数よりも少ない区画に起因する待ち行列は、電気自動車の存立可能性に深刻な影響を与える可能性がある。
【００４４】
図１は、ＤＣリンクがインダクタおよび逆起電力源からなる従来の電流源コンバータ１００を示している。このトポロジーでは、バッテリなどのエネルギー貯蔵要素を三相ＡＣグリッドから充電することが可能である。
【００４５】
電気自動車（ＥＶ）用途向けに検討する場合、この解決策の欠点は、外部パワーインダクタＬｄｃ１０２が必要であり、充電器にかなりのコスト、体積、および重量が追加されることである。さらに、このトポロジーは、Ｖ２Ｇ動作モードで必要とされるような電力の方向を逆にするために必要な起電力源の極性を逆にする方法に対処していない。
【００４６】
Ｙ．Ｈａｎ、Ｍ．Ｒａｎｊｒａｍ、およびＰ．Ｗ．Ｌｅｈｎ、「フィルタ要件が低減された双方向マルチポートＤＣ−ＤＣコンバータ」、パワーエレクトロニクスの制御およびモデリング（ｃｏｍｐｅｌ）に関する２０１５年ＩＥＥＥ第１６回ワークショップ、２０１５年、ｐｐ．１−６［Ｈａｎ］において、３つの独立したＤＣポート間の電力交換を可能にする３ポートＤＣ／ＤＣコンバータ構造が記載されている。ＥＶ用途の場合、この構造は、ＤＣリンクと２つの独立したエネルギー貯蔵源との間の電力を管理するために使用することができる。
【００４７】
Ｒ．Ｓｈｉ、Ｓ．Ｓｅｍｓａｒ、およびＰ．Ｗ．Ｌｅｈｎ、「デュアルインバータドライブを使用するＤＣグリッドを介した電気自動車の定電流急速充電」、産業エレクトロニクスに関するＩＥＥＥ論文誌、ｖｏｌ．６４、ｎｏ．９、ｐｐ．６９４０−６９４９、２０１７年９月において、一体化充電を備えた電気パワートレインが記載されている。このトポロジーは、Ｈａｎの構造を採用するが、ＥＶのパワートレイン構成要素が一体化されている。このトポロジーにより、追加の磁性体を使用することなく高速車載充電が可能になる。しかしながら、充電器はＤＣグリッド充電用途に限定されており、バックブースト充電能力は備えていない。したがって、車両の重量、体積、およびコストを削減するために既存のパワートレイン構成要素を再利用するバックブースト能力を備えた三相ＡＣグリッド充電用の一体化パワートレイン解決策にはギャップが存在する。
【００４８】
したがって、ＡＣグリッド（例えば、多相ＡＣグリッド）から充電するための改善されたアプローチが望ましい。提案されたアプローチは、電気自動車またはハイブリッド車の存立可能性を改善することによって環境への影響を解決または軽減するのに役立つ可能性のある環境（グリーン）テクノロジーに向けられた改善された回路トポロジー（および対応する回路、方法、および非一時的な機械可読媒体に記憶された機械命令セット）である。電気自動車またはハイブリッド車の存立可能性が改善されるにつれて、燃焼エンジンへの依存を減らして、自然環境および石油／ガス資源の保護に一役買うことができる。
【００４９】
好ましい実施形態の主な要素が図２に示されている。電気モータの磁気構成要素は、非使用時には、ＡＣ／ＤＣ変換に流用することができる。他の実施形態も企図される。
【００５０】
モジュールという用語は、この記載において利用することができ、様々な実施形態において、とりわけ、インターフェース端子、電気経路（例えば、ワイヤ）、電気ノード、抵抗器、半導体、スイッチ、エネルギー貯蔵要素、無効電力要素などの物理的構成要素を含む物理的電気回路を含むことができる。
【００５１】
図２に示すように、ブロック図２００において、ＡＣグリッド２０２および任意選択の変圧器２０４は、入力フィルタ２０６を介して車載パワートレインに接続する。車載パワートレインは、電流源コンバータ２０８、および任意選択の極性反転モジュール２１０を含み、極性反転モジュール２１０は、それぞれ２１４Ａ、２１４Ｂの１つの電圧源コンバータを介してモータ２１６に接続する２つのエネルギー貯蔵要素２１２Ａ、２１２Ｂに接続する。
【００５２】
電流源コンバータ２０８は、ＡＣ／ＤＣ変換ステージとして動作し、モータ２１６を横切って（例えば、モータ巻線を横切って）接続された２つの充電ステージ（例えば、上部充電ステージおよび下部充電ステージ）を有するデュアルインバータドライブシステムに結合する回路である。デュアルインバータドライブシステムは、モータ２１６自体を介して接続するので、モータの磁気構成要素は、ＡＣ／ＤＣ変換に使用され、ＡＣ／ＤＣ変換への潜在的により面倒でなく、より安価なアプローチを提供する。これらのステージのそれぞれは、エネルギー貯蔵および電圧源コンバータを有する。
【００５３】
例えば、上部充電ステージは、第１のエネルギー貯蔵器および第１の電圧源コンバータ（ＶＳＣ１）を有する。下部充電ステージは、第２のエネルギー貯蔵器および第２の電圧源コンバータ（ＶＳＣ２）を有する。デュアルインバータドライブは、電圧ブースト機能を提供するように構成可能であり、エネルギー貯蔵器電圧の合計がＣＳＣ  ＤＣ端子を横切る最大平均整流電圧よりも大きい場合に、ＡＣグリッドと第１または第２のエネルギー貯蔵要素（同等にエネルギー貯蔵器と呼ばれる）との間で電力を交換できるようにする。
【００５４】
本開示では、トランクションインバータ１は、電圧源コンバータ１またはＶＳＣ１と交換可能に使用されることに留意されたい。
【００５５】
本開示では、トラクションインバータ２は、電圧源コンバータ２またはＶＳＣ２という用語と交換可能に使用されることに留意されたい。
【００５６】
モータ２１６は、第１の電圧源コンバータと第２の電圧源コンバータとの間に結合された開放巻線モータ（例えば、移動に使用できるモータ）であり得、開放巻線モータは、３つ以上のモータ巻線を有する。これらの巻線のそれぞれは、第１の電圧源コンバータおよび第２の電圧源コンバータのそれぞれの対応するＡＣ端子に結合されている。
【００５７】
一実施形態は、回路図３００として示される図３に詳しく描かれている。極性反転モジュールの４つの別個の実施形態が図４、図５、図６および図７に提示され、それぞれ部分回路図４００、５００、６００および７００で示される。図２３は、極性反転モジュールが存在しない実施形態を示している。
【００５８】
車載された電気パワートレインの要素が図３に示されている。いくつかの実施形態では、電気パワートレイン回路は、電気自動車またはハイブリッド車の構成要素として提供され、例えば、電気自動車またはハイブリッド車上またはその中に存在することができ（例えば、モータおよびエネルギー貯蔵装置に直接結合される回路として）、その結果、ＡＣグリッドインターフェースが利用可能なＡＣ／ＤＣ変換ステージを持たない場合でさえ、例えば、電気自動車またはハイブリッド車のモータが移動用に使用されていない場合、電気自動車またはハイブリッド車が３相ＡＣグリッドインターフェースに直接接続できるようにする。開放巻線モータの動作を移動状態とエネルギーフロー状態との間で切り替えるように構成された追加の制御器回路を提供することができる。例えば、電気自動車またはハイブリッド車のシャーシを電気パワートレイン回路のハウジングとして使用することができる。
【００５９】
車載要素は、三相ＡＣ入力フィルタ３０２、三相ＣＳＣ３０４、極性反転モジュール３０６、２つのエネルギー貯蔵要素３０８、３１０、およびデュアルインバータドライブ３１２からなる。デュアルインバータドライブは、２つの電圧源コンバータと開放巻線モータを特徴とする。
【００６０】
最初に、一実施形態の主な要素について記載する。これに続いて、様々な実施形態をオペレートする手段について記載する。最後に、代表的な動作点の範囲について電気パワートレインの動作を示すシミュレーションケースを提示する。
【００６１】
三相または単相ＡＣグリッドへのインターフェース
【００６２】
様々な実施形態に従って、電気パワートレインを充電して、三相ＡＣおよび単相ＡＣグリッドの両方にＶ２Ｇサービスを提供することができる（すべての実施形態が必ずしもＶ２Ｇサービスを提供するわけではない）。いくつかの実施形態では、ＡＣグリッドから電気自動車またはハイブリッド車への一方向充電が企図されている。あるいは、電気自動車またはハイブリッド車からＡＣグリッドへの一方向充電もまた、他の実施形態において企図される。
【００６３】
車両とＡＣグリッドとの間の変圧器が、隔離に関する地域の規制に応じて、および／またはＡＣグリッド接続電圧の降圧または昇圧が必要かどうかに応じて必要とされ得る。
【００６４】
本文書では、「ＡＣグリッド」という用語は、いくつかの一般的なＡＣネットワークを指すために使用される。したがって、本文脈において、ＡＣグリッドは単なる電気グリッドに限定されず、他のタイプのＡＣネットワーク接続も包含する。Ｖ２Ｇ充電は、例えば、緊急の状況、またはグリッドが隔離されて離れている状況（例えば、地方のグリッド）において役立つ。グリッドのエネルギー価格によっては、グリッドにエネルギーを供給することはまた、経済的に有利な場合がある。
【００６５】
三相入力フィルタ
【００６６】
三相ＡＣ入力フィルタ３０２は、ＡＣグリッドと電流源コンバータ３０４との間に配置される。入力フィルタ３０２の役割は、電流源コンバータの前端部によって生成された電流高調波がＡＣグリッドに入るのを減衰させることである。この減衰は、通常、デバイスを充電モードまたはＶ２Ｇモードで動作させている間に、ローカル高調波規格に準拠するために必要とされる。入力フィルタ３０２は、受動型または能動型のいずれかであることを含む複数の方法で実現することができる。さらに、入力フィルタ３０２は車両から離れて配置することができ、および／または、それは図３に示されるように変圧器と車両との間にあるのではなくＡＣグリッドと変圧器との間に配置することができる。
【００６７】
電流源コンバータ前端部
【００６８】
電流源コンバータ（ＣＳＣ）３０４は、正および負のＤＣ端子を有し、ここで正および負のＤＣ端子は、第１のＶＳＣ３１４の正のＤＣ端子および第２のＶＳＣ３１６の負のＤＣ端子にインターフェースされる。
【００６９】
ＣＳＣの３つのＡＣ端子は、高調波のフィルタリングを提供する任意選択の入力フィルタを介してＡＣネットワークにインターフェースされる。
【００７０】
電流源コンバータ前端部（ＣＳＣ）３０４は、ローパスＡＣフィルタを横切るライン側電圧を、ＣＳＣのＤＣ側のＤＣ成分を有する電圧に変換することによって機能する。この変換は、ＣＳＣ３０４のスイッチのゲーティングによって実現される。
【００７１】
このＤＣ側電圧は、ＣＳＣ３０４のＤＣ側でＤＣ成分を有する一方向電流を駆動する。ＤＣ側電圧を生成するスイッチのゲーティングは、三相ＡＣ側電流をＤＣ側電流へ変換する。ゲート信号の制御により、ＣＳＣ３０４は、例えば充電モードまたはＶ２ＧモードのときにＡＣグリッドと交換される有効電力や無効電力などの量を制御することが可能になる。
【００７２】
またＣＳＣ３０４は本質的に耐障害性であり、ＡＣグリッド障害の場合にエネルギー貯蔵要素が保護されることを保証する。
【００７３】
ＣＳＣ３０４は、第１の回路脚、第２の回路脚、および第３の回路脚を含む。各回路脚は、３つのＣＳＣ  ＡＣ相端子の対応するＣＳＣ  ＡＣ相端子に対応し、少なくとも１つの上部スイッチと１つの下部スイッチを有する。上部スイッチはそれぞれ、対応するＣＳＣ  ＡＣ相端子と正のＣＳＣ  ＤＣ端子に結合される。下部スイッチはそれぞれ、対応するＣＳＣ  ＡＣ相端子と負のＣＳＣ  ＤＣ端子に結合される。
【００７４】
上部および下部スイッチのそれぞれは、ゲート制御信号によって制御され、上部スイッチが１つだけオン状態にあるとき、そのスイッチは、３つの巻線電流の合計に等しい電流を伝導し、下部スイッチが１つだけ作動されるとき、そのスイッチは３つの巻線電流の合計に等しい電流を伝導する。これらのゲート制御信号は、ＡＣグリッドと電気自動車／ハイブリッド電気自動車との間のエネルギーの流れを制御し、モータのインダクタンスを利用して動作を可能にする。
【００７５】
パワートレイン構成要素は、ＣＳＣに可変逆起電力および直列インダクタンスを提供する。ＣＳＣの上部スイッチおよび下部スイッチは、いくつかの実施形態では、ＡＣグリッドと交換される有効電力および無効電力の両方が別々に制御されるように構成することができる。ＣＳＣは電圧バッキング機能を提供でき、エネルギー貯蔵電圧の合計がＣＳＣ  ＤＣ端子を横切る最大平均整流電圧よりも小さい場合に、ＡＣグリッドと第１または第２のエネルギー貯蔵器との間で電力を交換できるようにする。
【００７６】
インバータを介してモータのいずれかの側に接続された２つの独立したエネルギー貯蔵要素は、充電モードおよび車両からグリッドへのモードのために電気的に直列にすることができる。パワートレインはより高いＤＣリンク電圧を実現できるため、起電力を直列接続する機能は非常に有利であり、全体的な効率が向上し、充電電力能力が向上する。前端部にＣＳＣを使用するもう１つの利点は、ＣＳＣのスイッチの固有の双方向ブロッキング機能により、エネルギー貯蔵要素の充電電流が、充電状態や公称エネルギー貯蔵要素電圧に関係なく制御できることである。ＣＳＣは、ＡＣグリッド障害（例えばＡＣ短絡）が発生した場合にエネルギー貯蔵要素を確実に保護する障害ブロック機能を特徴とすることもできる。ＡＣグリッドは、任意選択的に入力フィルタを介してＣＳＣに結合でき、入力フィルタは、電気パワートレインによって生成された高調波電流がＡＣグリッドに入るのをフィルタで除去するように構成される。
【００７７】
ＣＳＣ３０４前端部の構造と、差動接続されたデュアルインバータドライブによって提供される可変逆起電力により、充電のためのバックブースト動作が可能になり、これも非常に有利である。バックモードでは、ＣＳＣ前端部はグリッド電圧を下げ、ブーストモードでは、デュアルインバータドライブがグリッド電圧を上げる。
【００７８】
例示的な実施形態では、ＣＳＣ３０４は、図３においてＳａ１、Ｓａ２、Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｃ１およびＳｃ２としてラベル付けされた６つのスイッチからなる。
【００７９】
ＣＳＣ３０４の各脚は２つのスイッチを含み、１つは上部アームに、もう１つは脚の下部アームにある。アームは、ＤＣ端子とＡＣ相端子の間のパスとして定義される。脚またはＣＳＣ相は、ＣＳＣの２つのＤＣ端子間（すなわち、ＣＳＣｐとＣＳＣｎの間）のパスとして定義される。
【００８０】
例示的な実施形態では、各スイッチは、バイポーラ電圧ブロッキング機能および一方向通電機能を必要とし得る。好ましい実施形態では、アクティブおよびパッシブ半導体スイッチの両方の組み合わせを使用して、ＣＳＣ３０４を実現することができる。
【００８１】
ＣＳＣのスイッチがバイポーラ電圧ブロッキング機能を備えている場合、ＡＣグリッドと交換される有効電力と無効電力の両方を個別に制御することができる。
【００８２】
ＣＳＣは、電圧バッキング機能を提供する。これにより、エネルギー貯蔵要素の電圧の合計がＣＳＣ  ＤＣ端子を横切る最大平均整流電圧よりも小さい場合に、グリッドとエネルギー貯蔵要素の間で電力を交換することができる。
【００８３】
いくつかの実施形態では、ＣＳＣのＤＣリンク電流は、充電モードおよびＶ２Ｇモードの両方で単方向である。図７の極性反転モジュールを備えたデバイスの実施形態では、充電モード中のＤＣリンク電流は、ＣＳＣｐ端子からＣＳＣｎ端子に流れる電流である。
【００８４】
図７の極性反転モジュール７００を備えたデバイスの実施形態では、Ｖ２Ｇモード中のＤＣリンク電流は、ＥＳ１ｎ端子からＥＳ２ｐ端子に流れる電流である。図４、図５および図６の極性反転モジュール４００、５００、６００において、充電モードおよび放電モード中のＤＣリンク電流は、ＣＳＣｐ端子からＣＳＣｎ端子に流れる電流である。
【００８５】
１つの上部ＣＳＣスイッチと１つの下部ＣＳＣスイッチのみがアクティブな場合、上部スイッチに流れる電流はＤＣリンク電流に等しくなり、下部スイッチに流れる電流はＤＣリンク電流に等しくなる。ＤＣリンク電流は、モータ巻線電流の合計に等しい。これは数学的に次のように表すことができる：
【００８６】
ｉｄｃ＝ｉｗ＋ｉｖ＋ｉｕ
【００８７】
ＣＳＣの所望の動作が得られるのは、ＣＳＣの上部スイッチおよび下部スイッチの状態を制御することによってである。
【００８８】
電流源コンバータのいくつかの実施形態では、１つの上部スイッチと１つの下部スイッチのみがアクティブである９つの状態が存在する。これらの状態は、９つのＣＳＣ状態のそれぞれについて、ＣＳＣの入力で結果として生じる相電流ｉｔａ、ｉｔｂ、およびｉｔｃとともに次の表に要約されている。
【表１】
2021536724.tif 000003
【００８９】
上記の表で観察できるように、理想的な条件下では、ＣＳＣの入力での相電流は、スイッチの状態に応じて、３つの値、０、ｉｄｃまたは−ｉｄｃ（ここで、ｉｄｃは、ＤＣリンク電流である）の可能性を有する。
【００９０】
ＣＳＣを制御するための１つのアプローチは、変調技術またはＳＶＰＷＭで空間ベクトルパルスを使用することである。これは、いくつかの実施形態のＣＳＣを制御するために使用することができる多くのそのような技術の１つにすぎない。ＳＶＰＷＭ技術では、各スイッチング期間で、ＣＳＣは９つの状態のうち３つを、それぞれ指定された期間経る。次の段落において、いくつかの実施形態に適用されるＳＶＰＷＭについて記載する。しかしながら、これは、ＳＶＰＷＭを実装するためのそのような制御方法およびアプローチの１つにすぎない。
【００９１】
このアプローチでは、制御されるのはグリッド電流の正のシーケンス成分である。正のシーケンス電流基準は、次のように表すことができる正弦波の項である：
Ｉｐ＝｜Ｉｐ｜ｃｏｓ（θ）
【００９２】
ここでＩｐはグリッド基準電流であり、ここで｜Ｉｐ｜は基準の大きさであり、θはグリッド基準電流の位相角である。制御目標に応じて、基準電流を決定する多くの方法が存在する。例えば、グリッドから特定の有効電力と無効電力を引き出すことが望まれる場合、Ｉｐは次のように概算することができる：
Ｉｐ＝（Ｐ＋ｊＱ）＊／ｓｑｒｔ（３）／Ｖｇ＋＊
ここで、「＊」は複素共役を示し、Ｖｇ＋は正のシーケンスグリッド電圧成分である。
【００９３】
しかしながら、変調指数および位相角に関して基準電流を再表現することは便利である。結果は次のとおりである：
ｍｉ＝｜Ｉｐ｜／Ｉｄｃ
θ＝θｖ＋θｒｅｆ
【００９４】
いくつかの実施形態では、ｍｉは約０から１の範囲であり、θは約−１８０から＋１８０度または同等に０から３６０度の範囲であることに留意されたい。
【００９５】
正のシーケンスグリッド電圧位相角θｖを測定するための異なるアプローチが存在する。そのようなアプローチの１つの例は、フェーズロックループ（ＰＬＬ）を使用することである。
【００９６】
ＣＳＣは、スイッチング期間ごとに３つの状態を経る。ＣＳＣが経る３つの状態のセットは、電流基準角度θによって異なる。３つの状態の合計６つの異なるセットが存在する。ＣＳＣがスイッチング期間にわたって同じ３つの状態を特徴とするθ値の範囲は、本開示においてゾーンと呼ばれる。
【００９７】
ゾーンおよび対応するＣＳＣ状態は、以下の表に要約される。
【表２】
2021536724.tif 000004
【００９８】
ここで、状態ｉ、ｉｉおよびｉｉｉは、その特定のゾーンのＣＳＣの３つの状態を示す。状態は前の表で定義されている。例えば、ゾーン４に対応する３つの状態は、状態８、９、および３である。状態ｉ、ｉｉ、およびｉｉｉの滞留時間（それぞれ、Ｔｉ、Ｔｉｉ、およびＴｉｉｉ）は、次の式で概算することができる、
Ｔｉ＝ｍｉ＊ｓｉｎ（３０ｄｅｇ−（θ−ｚ＊６０））
Ｔｉｉ＝ｍｉ＊ｓｉｎ（３０ｄｅｇ＋（θ−ｚ＊６０））
Ｔｉｉｉ＝１−Ｔｉ−Ｔｉｉ
ここで、ｚは特定のゾーンを示す。
【００９９】
スイッチング期間ごとに３つの異なるコンバータ状態を引き起こすために、いくつかの実施形態では、５つの固有のゲート信号が使用され、これらは、ＣＳＣの６つのスイッチに分配される。
【０１００】
以下の表に、５つの固有のゲート信号を記載する。
【表３】
2021536724.tif 000005
【０１０１】
ここで、例えば、Ｇ１は、ｔ＝ＴｉからＴｓまでの低い値（または同等にオフ状態）に対応し、Ｇ１は、ｔ＝０からＴｉまでの高い値（または同等にオン状態）に対応する。Ｔｓはスイッチング期間を表すことに注意されたい。
【０１０２】
５つのゲート信号は、動作ゾーンに応じてＣＳＣスイッチに分配される。動作ゾーンに関するゲート信号の分配は、次の表に要約されている。
【表４】
2021536724.tif 000006
【０１０３】
上記は、ＣＳＣの制御の実装のそのような例の１つにすぎないため、他のタイプの制御も適用できることに留意されたい。
【０１０４】
このコンバータのバッキングを実行するのはＣＳＣである。いくつかの実施形態では、特に、ＣＳＣ  ＤＣ端子を横切る最大平均整流電圧が、エネルギー貯蔵要素１およびエネルギー貯蔵要素２の電圧の合計よりも大きい場合に、バッキングが必要とされる。いくつかの実施形態におけるバッキングは、変調指数ｍｉを調整することによって実行される。
【０１０５】
この場合、変調指数ｍｉを調整することにより、エネルギー貯蔵要素に供給される電力を制御することができる。この場合、変調指数を下げることにより、エネルギー貯蔵要素への電力が減少し、変調指数を上げることにより、エネルギー貯蔵要素への電力が増加する。以下は、ＤＣリンク電流の概算式である：
【数１】
2021536724.tif 000007
ここで、ＲはＤＣ回路の等価抵抗、Ｖｄはデュアルインバータドライブによって提供される逆起電力電圧である。
【０１０６】
したがって、ｍｉを減らすことによって、ＤＣリンク電流Ｉｄｃは減少する。バックモードでは、Ｖｄを最大化することにより、例えば、車両に供給される一定量の電力に対してＤＣリンク電流が最小化される。
【０１０７】
したがって、いくつかの実施形態では、バックモード充電中にデュアルインバータドライブの逆起電力電圧を最大化することが望ましい。したがって、バックモード中にＶｄが比較的固定されている場合、変調指数ｍｉを調整することによって、交換される電力を制御することができる。θ項もＤＣリンク電流に影響を与えるが、その影響は、いくつかの実施形態では、変調指数項よりも小さいことに留意されたい。
【０１０８】
Ｖ２Ｇモードでは、ＡＣグリッドに供給される所与の無効電力Ｑに対して、いくつかの実施形態では、ストリング電流の位相が１８０度だけ位相シフトされることに留意されたい。いくつかの実施形態では、シータ項θｒｅｆを調整することにより、この１８０度の位相シフトを実行することができる。
【０１０９】
また、前述のように、正のシーケンスグリッド電流基準、Ｉｐ＝｜Ｉｐ｜ｃｏｓ（θｒ）は、位相角の項θを有する。θを調整することにより、グリッドに供給される無効電力Ｑを調整することが可能である。注：Ｉｐは、次の式によってＱに関連付けられる。
Ｉｐ＝（Ｐ＋ｊＱ）＊／ｓｑｒｔ（３）／Ｖｇ＋＊
【０１１０】
θｒを調整することにより、Ｑの値を調整することが可能である。
【０１１１】
デュアルインバータドライブと極性反転モジュール
【０１１２】
充電器は、ＣＳＣとデュアルインバータドライブとの間の極性反転回路（例えば、極性反転モジュール３０６）を使用することによって、充電モードと車両からグリッドへのモードとの間で切り替えられる。
【０１１３】
極性反転モジュール３０６の役割は、デュアルインバータドライブによって生成されたＤＣ側逆起電力の極性を反転させることである。極性反転モジュール３０６は任意選択であり、いくつかの実施形態にのみ含まれることに留意されたい。
【０１１４】
極性反転モジュール３０６は、極性反転モジュール３０６が正のＣＳＣ  ＤＣ端子および負のＣＳＣ  ＤＣ端子でＣＳＣに結合されるように、ＣＳＣと上部充電ステージおよび下部充電ステージとの間で結合することができ、極性反転モジュール３０６は、正のＶＳＣ１ＤＣ端子で上部充電ステージに結合され、負のＶＳＣ２ＤＣ端子で下部充電ステージに結合される。
【０１１５】
ＣＳＣは、逆起電力と直列インダクタンスを必要とする。極性反転モジュール３０６は、電気自動車またはハイブリッド電気自動車がＡＣグリッドに電力を供給できるように、デュアルインバータドライブによって提供される逆起電力の極性を反転するように構成される。
【０１１６】
逆起電力は、ＣＳＣの整流された電圧と連動して、ＤＣ側の電流を設定する。直列インダクタンスは、ＤＣ側の電流リップルを減衰させる。すでに車両に搭載されているデュアルインバータドライブは、この逆起電力と直列インダクタンスを提供する。図３に見られるようなデュアルインバータドライブは、開放巻線モータ３１２、および２つの電圧源コンバータまたはインバータ（本文書では、電圧源コンバータは、インバータという用語と交換可能に使用される）からなり、各モータ巻線は、２つのインバータに差動接続される。各インバータのＤＣ端子を横切って接続されているのは、エネルギー貯蔵要素３０８、３１０である。
【０１１７】
２つの電圧源コンバータ（ＶＳＣ）は、３つ以上の相を有する。ここで、各相は関連するＡＣ端子を有する。各ＶＳＣは、ＶＳＣを１つまたは複数のエネルギー貯蔵要素、すなわち、トラクションインバータ１をＥＳ１  ３０８に、トラクションインバータ２をＥＳ２  ３１０に結合する正および負のＤＣ端子を有する。
【０１１８】
開放巻線モータは、３つ以上のモータ巻線を有する。ここで、モータ巻線のそれぞれは２つの端子を有する。ここで、１つのモータ巻線端子は、第１のＶＳＣ３１４のＡＣ端子にインターフェースされ、第２のモータ巻線端子は、第２のＶＳＣ３１６のＡＣ端子にインターフェースされる。この構成では、モータ巻線のそれぞれは、２つのインバータの１つの相に接続される。この構成では、モータ巻線はそれぞれインダクタとしてモデル化することができる。インダクタンス値は、いくつかの実施形態におけるモータ巻線のそれぞれの漏れインダクタンスに起因する。したがって、同じモータ巻線に結合されている第１のＶＳＣのＡＣ端子と第２のＶＳＣのＡＣ端子の間に漏れインダクタンスが存在する。充電およびＶ２Ｇの場合、この漏れインダクタンスは、いくつかの実施形態では十分なインダクタンスであり、パワートレインに追加の外部インダクタンスを追加する必要はない。
【０１１９】
デュアルインバータドライブは、電圧ブースト機能を提供する。これにより、エネルギー貯蔵要素の電圧の合計がＣＳＣ  ＤＣ端子を横切る最大平均整流電圧よりも大きい場合に、ＡＣネットワークとエネルギー貯蔵要素の間で電力を交換することができる。
【０１２０】
極性反転モジュール３０６は、インバータのＤＣ端子をＣＳＣ３０４のＤＣ端子にインターフェースする。極性反転モジュール３０６は、２つのインバータ３１４、３１６によって提供される逆起電力が充電モードおよびＶ２Ｇモードについて同じ極性であるように構成される。
【０１２１】
極性反転モジュール３０６は、一実施形態では、デュアルインバータドライブによって提供される逆起電力の極性を反転することによって、充電モードとＶ２Ｇモードとの間のモード変更を可能にする。
【０１２２】
したがって、ＣＳＣは、Ｖ２Ｇ動作を可能にする極性反転モジュールを介してＶＳＣに結合される。Ｖ２Ｇ動作が不要な場合は、極性反転モジュールを省略することができる。
【０１２３】
上部および下部の充電ステージ要素の記載
【０１２４】
一実施形態では、充電ステージの２つのインバータ３１４、３１６は、それぞれ、６つのスイッチ、すなわち、３つの上部スイッチおよび３つの下部スイッチからなる。いくつかの例では、モータは３つの相を有することができることに留意されたい。スイッチのそれぞれは、双方向の通電機能と単極電圧ブロッキング機能を必要とする。実装例は、逆並列ダイオードを備えたＩＧＢＴである。
【０１２５】
図３で観察できるように、エネルギー貯蔵要素および極性反転モジュールの両方が、インバータ３１４、３１６のＤＣコンデンサに並列に接続される。エネルギー貯蔵要素は、独立しており、異なるタイプおよび充電状態のもの（または同じもの）であり得る。
【０１２６】
例えば、エネルギー貯蔵要素１  ３０８はバッテリタイプであり得、エネルギー貯蔵要素２  ３１０はスーパーキャパシタタイプであり得る。この柔軟性により、例えば、追加のパワーエレクトロニクスステージなしで、トラクションモードで使用するためのより高い電力密度の要素を組み込むことが可能になる。
【０１２７】
トラクションインバータの上部および下部スイッチのゲーティングは、いくつかの実施形態では相補的である。例えば、トラクションインバータ１で相「ｗ」の上部スイッチがオンの場合、トラクションインバータ１で相「ｗ」の下部スイッチがオフになる。
【０１２８】
デュアルインバータドライブの差動接続により、トラクションインバータの３つの相は、図１４の図１４００に示されるように、３つの別個の分岐としてモデル化することができる。各分岐は、いくつかの実施形態におけるデュアルインバータドライブの３つの相の１つ、すなわち相ｗ、ｖ、およびｕに対応する。
【０１２９】
一実施形態では、充電モードにおいて、相「ｗ」の上部充電ステージの上部スイッチがオン（または同等に導通またはアクティブ）の場合、ＥＳ１はその分岐においてバイパスされる。逆に、相「ｗ」の上部充電ステージの下部スイッチがオンの場合、ＥＳ１はその分岐に挿入される。
【０１３０】
この原理は、他の相「ｖ」および「ｕ」に適用される。逆に、充電モードでは、相「ｗ」の下部充電ステージの上部スイッチがオン（または同等に導通またはアクティブ）の場合、ＥＳ２はその分岐に挿入される。また、相「ｗ」の下部充電ステージの下部スイッチが  である場合、ＥＳ２はその分岐においてバイパスされる。この原理は、他の相「ｖ」および「ｕ」にも適用される。
【０１３１】
Ｖ２Ｇモードでは、図１１の極性反転モジュール１１００の例示的な実施形態において、相「ｗ」の上部充電ステージの上部スイッチがオン（または同等に導通またはアクティブ）である場合、ＥＳ１はその分岐に挿入される。相「ｗ」の上部充電ステージの下部スイッチが  である場合、ＥＳ１はその分岐においてバイパスされる。この原理は、他の相「ｖ」および「ｕ」にも適用される。逆に、Ｖ２Ｇモードでは、図１１の極性反転モジュールの例示的な実施形態において、相「ｗ」の下部充電ステージの上部スイッチがオン（または同等に導通またはアクティブ）である場合、ＥＳ２はその分岐でバイパスされる。相「ｗ」の下部充電ステージの下部スイッチがオンの場合、ＥＳ２はその分岐において挿入される。この原理は、他の相「ｖ」と「ｕ」にも適用される。
【０１３２】
ＥＳ１またはＥＳ２が分岐に挿入される所与のスイッチング期間における持続時間またはデューティサイクルを減少させることにより、その分岐の平均逆起電力が減少する。逆起電力電圧を低減するこの機能は、ＥＳ１電圧とＥＳ２電圧の合計がＣＳＣ  ＤＣ端子を横切る最大平均整流電圧よりも大きい場合に電力を交換することができるように、デュアルインバータドライブがブースト機能を実行することを可能にする。
【０１３３】
エネルギー貯蔵要素がいくつかの実施形態で分岐に挿入されるとき、そのエネルギー貯蔵要素は、充電モード中に充電され、放電モード中にその分岐電流によって放電される。その分岐電流は、その分岐のモータ巻線の電流である。
【０１３４】
逆に、エネルギー貯蔵要素が特定の分岐のためにバイパスされる場合、いくつかの実施形態では、そのエネルギー貯蔵要素は、その分岐電流によって充電も放電もされない。したがって、例として、ＥＳ１が３つの分岐すべてに挿入された場合、それは３つのモータ巻線電流すべてによって、充電モードで充電されるか、放電モードで放電される。
【０１３５】
逆に、ＥＳ１が３つの分岐すべてでバイパスされた場合、それは、分岐電流によって充電も放電もされないだろう。エネルギー貯蔵要素に供給される、またはエネルギー貯蔵要素によって供給される電力は、エネルギー貯蔵要素の電圧およびそのエネルギー貯蔵要素を流れる電流によって決定されることに留意されたい。
【０１３６】
したがって、エネルギー貯蔵要素が特定の電流によって充電または放電されると言及される場合、それは、エネルギー貯蔵要素に供給される、またはエネルギー貯蔵要素から除去される電力が、エネルギー貯蔵要素の電圧にそのエネルギー貯蔵要素を流れる電流を乗じたものに等しいことを意味する。損失が考慮されない場合、エネルギー貯蔵要素１およびエネルギー貯蔵要素２への電力の合計は、いくつかの実施形態では、ＡＣグリッドと交換される電力である。
【０１３７】
デュアルインバータドライブの構造を考えると、ＥＳ１およびＥＳ２に異なる電力を供給することが可能である。特定の分岐において、ＥＳ１が所与のスイッチング期間にＥＳ２よりも長い時間挿入された場合、その分岐のモータ巻線電流はＥＳ２よりも長い時間ＥＳ１に流れる。ＥＳ１とＥＳ２の電圧値がほぼ同じである場合、ＥＳ１への電力はＥＳ２への電力よりも大きくなる。特定の相のＥＳ１およびＥＳ２への電力は、次の式で概算することができる。
ＰＥＳ１，ｗ＝ｄｗ１＊Ｅｓ１
ＰＥＳ２，ｗ＝ｄｗ２＊Ｅｓ２
【０１３８】
したがって、ｄｗ２に関してデューティサイクルｄｗ１を調整することにより、ＥＳ２に関してＥＳ１に電力差を供給することが可能である。同じ原理が他のトラクションインバータ相にも適用される。
【０１３９】
極性反転モジュール要素の記載
【０１４０】
極性反転モジュール３０６の役割は、デュアルインバータドライブによって提供される逆起電力の極性を反転させることである。Ｖ２Ｇ機能を有効にするには、極性反転が必要である。
【０１４１】
極性反転モジュール３０６の３つの変形例が図４、図５および図６に概説されている。これらの変形は、図３に示されるＣＳＣ前端部トポロジー３０４に適用可能である。極性反転モジュールの第４の変形例が図７に示されている。この第４の変形例は、図８の図８００に提示されたものの構造を共有するＣＳＣトポロジーのサブセットに適用可能である。このＣＳＣ構造では、各アームの各スイッチペアの中点は、極性反転モジュール３０６にアクセス可能である。
【０１４２】
極性反転モジュール変形例１
【０１４３】
極性反転モジュールの第１の実施形態は、図４に概説されている。
【０１４４】
この変形例では、極性反転回路は、負のＶＳＣ１  ＤＣ端子で上部充電ステージに結合され、正のＶＳＣ２  ＤＣ端子で下部充電ステージに結合され、少なくとも１つのスイッチを含み、それはＣＳＣをデュアルインバータドライブとインターフェースさせ、極性反転回路は第１の状態および第２の状態を有し；第１の状態は正のＣＳＣ  ＤＣ端子と正のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し、負のＣＳＣ  ＤＣ端子と負のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し；第２の状態は正のＣＳＣ  ＤＣ端子と負のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し、負のＣＳＣ  ＤＣ端子と正のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し；ここで、第１の状態では、電力は電気自動車またはハイブリッド電気自動車に向けられ、第２の状態では、電力はＡＣグリッドに向けられる。
【０１４５】
例示的な機械的スイッチ解決策が４００に示されている。この実施形態では、ＣＳＣをデュアルインバータドライブとインターフェースする双極双投スイッチ（ＤＰＤＴ）が存在する。ＤＰＤＴスイッチには２つのスイッチ状態がある。
【０１４６】
そのは、第１の状態および第２の状態に適合させることができる。第１の状態は、正のＣＳＣ  ＤＣ端子と正のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し、負のＣＳＣ  ＤＣ端子と負のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し；第２の状態は、正のＣＳＣ  ＤＣ端子と負のＶＳＣ２  ＤＣ端子を結合し、負のＣＳＣ  ＤＣ端子と正のＶＳＣ１  ＤＣ端子を結合し；ここで、第１の状態では電力は車両に向けられ、第２の状態では電力はグリッドに向けられる。
【０１４７】
図４を参照すると、スイッチ状態１において、ＣＳＣｐ端子とＥＳ１ｐ端子が接続され；ＣＳＣｎ端子とＥＳ２ｎ端子が接続される。スイッチ状態２において、ＣＳＣｐ端子とＥＳ１ｎ端子が接続され；ＣＳＣｎ端子とＥＳ２ｐ端子が接続される。逆起電力電圧を反転できる代替スイッチ状態の可能性があることに留意されたい。提示された事例は、そのような例の１つにすぎない。
【０１４８】
第１のスイッチ位置では、ＣＳＣの正のＤＣ端子が第１のＶＳＣの正のＤＣ端子に接続され、ＣＳＣの負のＤＣ端子が第２のＶＳＣの負の端子に接続され；第２のスイッチ位置では、ＣＳＣの正のＤＣ端子が第１のＶＳＣの負のＤＣ端子に接続され、ＣＳＣの負のＤＣ端子が第２のＶＳＣの正の端子に接続されることに留意されたい。
【０１４９】
ＣＳＣの正のＤＣ端子が第２のＶＳＣの負の端子に接続され、ＣＳＣの負のＤＣ端子が第１のＶＳＣの正のＤＣ端子に接続されるように第２の位置をすることも可能ではない。
【０１５０】
さらに、４００で示される機械的スイッチ解決策はＤＰＤＴスイッチのものであるが、これをＤＰＳＴスイッチで実施することも可能であろう。
【０１５１】
前のセクションで記載したように、上部トラクションインバータスイッチの状態に応じて、ＥＳ１はトラクションインバータ相に挿入またはバイパスされ、下部トラクションインバータスイッチの状態に応じて、ＥＳ２はトラクションインバータ相に挿入またはバイパスされる（または同等に分岐と呼ばれる）。
【０１５２】
極性反転モジュールの変形例のそれぞれについて、極性反転モジュールは、第１の状態および第２の状態を有する。ＥＳ１とＥＳ２に流れる電流は、第１の状態では正であり、第２の状態では、ＥＳ１とＥＳ２に流れる電流は負である。
【０１５３】
ＥＳ１およびＥＳ２に流れる電流の方向を逆転させるこの能力は、極性反転モジュールに、ＥＳ１およびＥＳ２の極性を事実上逆転させる能力を与える。
【０１５４】
したがって、第１の状態では、デュアルインバータの逆起電力を正の電圧値としてモデル化することができ、第２の状態では、デュアルインバータの逆起電力を負の電圧値としてモデル化することができる。極性反転モジュールの変形例１のいくつかの実施形態では、ＥＳ１ｐがＣＳＣｐに結合され、ＥＳ２ｎがＣＳＣｎに結合される場合、ＥＳ１およびＥＳ２への電流は正であり、逆に、ＣＳＣｐがＥＳ１ｎに結合され、ＣＳＣＮがＥＳ２ｐに結合される場合、ＥＳ１およびＥＳ２への電流は負である。
【０１５５】
この極性反転モジュール変形例をＶＳＣ  ＤＣ端子に接続する他の方法があり得ることに留意されたい。
【０１５６】
極性反転モジュールのこの変形例の利点は、それが、半導体スイッチベースの解決策よりも容易であり、実施するのに費用効果が高い可能性がある機械的解決策であるということである。
【０１５７】
この変形例の制限は、機械的解決策であるため、いくつかの実施形態では、半導体スイッチが使用される極性反転モジュールよりも、充電モジュールと放電モジュールとの間の切り替え速度が遅いことである。
【０１５８】
極性反転モジュール変形例２
【０１５９】
図５は、極性反転モジュールの代替の実施形態を提示する。極性反転回路は、代替的に、少なくとも４つの半導体スイッチからなり得、ここで少なくとも４つの半導体スイッチの各スイッチは、１つのＣＳＣ  ＤＣ端子を１つのＶＳＣ  ＤＣ端子に結合する。
【０１６０】
スイッチはそれぞれ、機械的スイッチおよび／または電子スイッチのいずれかを介して実現することができる。ブロッキング電圧と通電の制約の概要は次のとおりである。
スイッチＳｐｒ１：Ｖｐｒ１＞０Ｖ、Ｉｐｒ１＜０Ａ
スイッチＳｐｒ２：Ｖｐｒ２＞０Ｖ、Ｉｐｒ２＞０Ａ
スイッチＳｐｒ３：Ｖｐｒ３＞０Ｖ、Ｉｐｒ３＞０Ａ
スイッチＳｐｒ４：Ｖｐｒ４＞０Ｖ、Ｉｐｒ４＜０Ａ
【０１６１】
１つのスイッチは、ＣＳＣの正のＤＣ端子を第１のＶＳＣの正の端子に結合し；１つのスイッチは、ＣＳＣの正のＤＣ端子を第２のＶＳＣの負の端子に結合し；１つのスイッチは、ＣＳＣの負のＤＣ端子を第１のＶＳＣの正の端子に結合し；１つのスイッチは、ＣＳＣの負のＤＣ端子を第２のＶＳＣの負の端子に結合する。
【０１６２】
各スイッチは、正極性の単極電圧をブロックし、一方向電流を流す必要がある。ある相の上部および下部スイッチでは、電流の方向が逆になる。極性反転モジュールのこの実施形態の例示的な実装は、図９の部分回路図９００に示されている。
【０１６３】
前のセクションで記載したように、上部トラクションインバータスイッチの状態に応じて、ＥＳ１はトラクションインバータ相において挿入またはバイパスされ、下部トラクションインバータスイッチの状態に応じて、ＥＳ２はトラクションインバータ相において挿入またはバイパスされる（または同等にブランチと呼ばれる）。極性反転モジュールの変形のそれぞれについて、極性反転モジュールは第１の状態および第２の状態を有する。
【０１６４】
ＥＳ１とＥＳ２に流れる電流は、第１の状態では正であり、第２の状態では、ＥＳ１とＥＳ２に流れる電流は負である。ＥＳ１とＥＳ２に流れる電流の方向を逆転するこの能力は、極性反転モジュールに、ＥＳ１とＥＳ２の極性を事実上逆転する能力を与える。
【０１６５】
したがって、第１の状態では、デュアルインバータの逆起電力を正の電圧値としてモデル化することができ、第２の状態では、デュアルインバータの逆起電力を負の電圧値としてモデル化することができる。極性反転モジュールの変形例２のいくつかの実施形態では、ＥＳ１ｐがＣＳＣｐに結合され、ＥＳ２ｎがＣＳＣｎに結合される場合、ＥＳ１およびＥＳ２への電流は正であり、逆に、ＣＳＣｐがＥＳ２ｎに結合され、ＣＳＣｎがＥＳ１ｐに結合される場合、ＥＳ１およびＥＳ２への電流は負である。
【０１６６】
この極性反転モジュールの変形例をＶＳＣ  ＤＣ端子に接続する他の方法が存在し得ることに留意されたい。
【０１６７】
極性反転モジュールのこの変形例の利点は、それがパワーエレクトロニクス解決策であり、したがって、充電モードと放電モードの間の切り替えを迅速に行うことができることである。さらに、極性反転モジュールと上部および下部充電ステージとの間の電気的接続は、いくつかの実施形態においてＥＳ１ｐおよびＥＳ２ｎ端子上でのみ必要とされる。この変形例の制限は、極性反転モジュールスイッチのブロッキング電圧がＥＳ１とＥＳ２の電圧の合計であるということである。
【０１６８】
極性反転モジュールの変形例３
【０１６９】
図６は、極性反転モジュールの代替の実施形態を提示する。スイッチはそれぞれ、機械的スイッチおよび／または電子スイッチのいずれかによって実現することができる。ブロッキング電圧と通電の制約の概要は次のとおりである。
スイッチＳｐｒ１：Ｖｐｒ１＜０Ｖ、Ｉｐｒ１＞０Ａ
スイッチＳｐｒ２：Ｖｐｒ２＞０Ｖ、Ｉｐｒ２＞０Ａ
スイッチＳｐｒ３：Ｖｐｒ３＞０Ｖ、Ｉｐｒ３＞０Ａ
スイッチＳｐｒ４：Ｖｐｒ４＜０Ｖ、Ｉｐｒ４＞０Ａ
【０１７０】
１つのスイッチは、ＣＳＣの正のＤＣ端子を第１のＶＳＣの正の端子に結合し；１つのスイッチは、ＣＳＣの正のＤＣ端子を第１のＶＳＣの負の端子に結合し；１つのスイッチは、ＣＳＣの負のＤＣ端子を第２のＶＳＣの正の端子に結合し；１つのスイッチは、ＣＳＣの負のＤＣ端子を第２のＶＳＣの負の端子に結合する。
【０１７１】
各スイッチは、単極電圧をブロックし、正の方向の電流を流す必要がある。極性反転モジュールのこの実施形態の例示的な実装は、図１０の図１０００に示されている。
【０１７２】
前のセクションで記載したように、上部トラクションインバータスイッチの状態に応じて、ＥＳ１はトラクションインバータ相において挿入またはバイパスされ、下部トラクションインバータスイッチの状態に応じて、ＥＳ２はトラクションインバータ相（または同等にブランチと呼ばれる）において挿入またはバイパスされる（または同等にブランチと呼ばれる）。極性反転モジュールの変形例のそれぞれについて、極性反転モジュールは、第１の状態および第２の状態を有する。
【０１７３】
ＥＳ１とＥＳ２に流れる電流は、第１の状態では正であり、第２の状態では、ＥＳ１とＥＳ２に流れる電流は負である。ＥＳ１とＥＳ２に流れる電流の方向を逆転するこの能力は、極性反転モジュールに、ＥＳ１とＥＳ２の極性を事実上逆転する能力を与える。
【０１７４】
したがって、第１の状態では、デュアルインバータの逆起電力を正の電圧値としてモデル化することができ、第２の状態では、デュアルインバータの逆起電力を負の電圧値としてモデル化することができる。極性反転モジュール変形例３のいくつかの実施形態では、ＥＳ１ｐがＣＳＣｐに結合され、ＥＳ２ｎがＣＳＣｎに結合される場合、ＥＳ１およびＥＳ２への電流は正であり、逆に、ＣＳＣｐがＥＳ１ｎに結合され、ＣＳＣｎがＥＳ２ｐに結合される場合、ＥＳ１およびＥＳ２への電流は負である。
【０１７５】
極性反転モジュールのこの変形例の利点は、それがパワーエレクトロニクス解決策であり、したがって、充電モードと放電モードの間の切り替えを迅速に行うことができることである。さらに、極性反転モジュールスイッチのブロッキング電圧は、それぞれＥＳ１またはＥＳ２電圧に等しい。この変形例の欠点は、極性反転モジュールがＥＳ１ｐ、ＥＳ１ｎ、ＥＳ２ｐ、およびＥＳ２ｎに接続することである。
【０１７６】
この極性反転モジュールの変形例をＶＳＣ  ＤＣ端子に接続する他の方法が存在し得ることに留意されたい。
【０１７７】
極性反転モジュール変形例４
【０１７８】
図７は、極性反転モジュールの代替の実施形態を提示する。
【０１７９】
ＣＳＣの各相は、２つのスイッチ、すなわち、相に対応する上部スイッチおよび相に対応する下部スイッチに関連付けられ、相に対応する上部スイッチおよび下部スイッチのそれぞれは、アクセス可能な中点を有する第１および第２の直列に接続されたサブスイッチを含む。
【０１８０】
第１のサブスイッチは正の電圧ブロッキング機能を提供し、第２のサブスイッチは負の電圧ブロッキング機能を提供する。
【０１８１】
極性反転モジュールは、第１の三相スイッチネットワークおよび第２の三相スイッチネットワークを含み、各三相スイッチネットワークは、少なくとも４つのスイッチ、すなわち、相ごとに３つのスイッチ、および制御可能な１つのマスタースイッチを含む。
【０１８２】
この例では、正のＣＳＣ  ＤＣ端子と正のＶＳＣ１  ＤＣ端子は電気的に結合されており、負のＣＳＣ  ＤＣ端子と負のＶＳＣ２  ＤＣ端子は電気的に結合されている。
【０１８３】
第１の三相スイッチネットワークは、３つの上位サブスイッチの中点をデュアルインバータドライブに結合する。
【０１８４】
第２の三相スイッチネットワークは、３つの下位サブスイッチの中点をデュアルインバータドライブに結合し；極性反転回路は、第１の状態および第２の状態を有し；第１の状態では、第１および第２のマスター制御スイッチはオフになるように制御され、第１および第２の相スイッチネットワークはアクティブではなく；第２の状態では、第１および第２のマスター制御スイッチはオンになるように制御され、第１および第２の相スイッチネットワークはアクティブである。
【０１８５】
第１の状態では、電力は車両に向けられ；第２の状態では、電力はＡＣグリッドに向けられる。第１の三相スイッチネットワークは負のＶＳＣ１  ＤＣ端子に結合することができ、第２の三相スイッチネットワークは正のＶＳＣ２  ＤＣ端子に結合することができる。
【０１８６】
さらなる変形例では、第１の三相スイッチネットワークは、負のＶＳＣ２  ＤＣ端子に結合され、第２の三相スイッチネットワークは、正のＶＳＣ１  ＤＣ端子に結合される。
【０１８７】
いくつかのスイッチを使用する例示的な実装として、極性反転モジュールは、Ｓｐｒ１、Ｓｐｒ２、．．．、Ｓｐｒ８として示される８つのスイッチを含むことができる。スイッチＳｐｒ１は、対応する相スイッチＳａ１に必要なものと同じ極性と方向の電圧をブロックし、電流を流す機能を備えている必要がある。スイッチＳｐｒ５は、対応する相スイッチＳａ４に必要なものと同じ極性と方向の電圧をブロックし、電流を流す機能を備えている必要がある。同様の要件が、相ｂスイッチ（Ｓｐｒ２およびＳｐｒ６）および相ｃスイッチ（Ｓｐｒ３およびＳｐｒ７）に適用される。
【０１８８】
Ｓｐｒ１、Ｓｐｒ２およびＳｐｒ３が逆電圧ブロッキング機能を備えたスイッチ（ＩＧＢＴなど）で実装される場合、Ｓｐｒ４は必要ではなく、代わりに導電性要素で置き換えることができる。同様に、Ｓｐｒ５、Ｓｐｒ６、およびＳｐｒ７に逆電圧ブロッキング機能を備えたスイッチが実装されている場合、Ｓｐｒ８は不要であり、代わりに導電性要素で置き換えることができる。この極性反転モジュール変形例は、Ｓａ１、Ｓｂ１、およびＳｃ１が導通するか、Ｓｐｒ１、Ｓｐｒ２、...、Ｓｐｒ４が導通するように構成される。
【０１８９】
同じ原理が下部アームスイッチに適用される。一実施形態では、充電モードにおいて、極性反転要素Ｓｐｒ１、Ｓｐｒ２、...、Ｓｐｒ８は非導電性である。このモードでは、ＣＳＣの正の端子はエネルギー貯蔵要素１の正の端子に接続され、ＣＳＣの負の端子は、エネルギー貯蔵要素２の負の端子に接続される。
【０１９０】
例示的な実施形態では、Ｖ２Ｇモードにおいて、極性反転要素Ｓｐｒ１、Ｓｐｒ２、…、Ｓｐｒ８は導通している。このモードでは、ＣＳＣの中点であるＣＳＣｐ＿ａ、ＣＳＣｐ＿ｂ、およびＣＳＣｐ＿ｃは、エネルギー貯蔵要素１の負の端子に接続され、ＣＳＣの中点であるＣＳＣｎ＿ａ、ＣＳＣｎ＿ｂ、およびＣＳＣｎ＿ｃは、エネルギー貯蔵要素２の正の端子に接続される。
【０１９１】
スイッチＳｐｒ４およびＳｐｒ８は、機械型スイッチまたは半導体型スイッチのいずれかで実装できることに留意されたい。
【０１９２】
極性反転モジュールのこの実施形態の例示的な実装は、図１１の図１１００に提示されている。
【０１９３】
このモードでは、ＣＳＣの各相は２つのスイッチを特徴とし、第１のスイッチは上部スイッチと呼ばれ、第２のスイッチは下部スイッチと呼ばれることに留意されたい。ＣＳＣスイッチのそれぞれは２つのサブスイッチで構成され、第１のサブスイッチは正の電圧ブロッキング機能を提供し、第２のサブスイッチは負の電圧ブロッキング機能を提供する。
【０１９４】
第１、第２および第３のスイッチは、ＣＳＣの３つの上部サブスイッチの中点を第４のスイッチにインターフェースする。第４のスイッチは、第１のＶＳＣの負のＤＣ端子にインターフェースされる。
【０１９５】
第５、第６および第７のスイッチは、ＣＳＣの３つの上部サブスイッチの中点を第８のスイッチにインターフェースする。第８のスイッチは、第２のＶＳＣの正のＤＣ端子にインターフェースされる。
【０１９６】
前のセクションで記載したように、上部トラクションインバータスイッチの状態に応じて、ＥＳ１はトラクションインバータ相において挿入またはバイパスされ、下部トラクションインバータスイッチの状態に応じて、ＥＳ２はトラクションインバータ相において挿入またはバイパスされる（または同等に分岐と呼ばれる）。
【０１９７】
極性反転モジュール変形例のそれぞれについて、極性反転モジュールは、第１の状態および第２の状態を有する。ＥＳ１とＥＳ２に流れる電流は、第１の状態では正であり、第２の状態では、ＥＳ１とＥＳ２に流れる電流は負である。ＥＳ１とＥＳ２に流れる電流の方向を逆転するこの能力は、極性反転モジュールに、ＥＳ１とＥＳ２の極性を事実上逆転する能力を与える。
【０１９８】
したがって、第１の状態では、デュアルインバータの逆起電力を正の電圧値としてモデル化することができ、第２の状態では、デュアルインバータの逆起電力を負の電圧値としてモデル化することができる。極性反転モジュール変形例４のいくつかの実施形態では、Ｓｐｒ４およびＳｐ８がオフの場合（すなわち、相スイッチネットワークが電流を流していない場合）、ＥＳ１およびＥＳ２への電流は正であり、逆に、Ｓｐｒ４およびＳｐ８がオンの場合（すなわち、相スイッチネットワークが電流を流している場合）、ＥＳ１とＥＳ２への電流は負である。
【０１９９】
この極性反転モジュール変形例をＶＳＣ  ＤＣ端子に接続する他の方法が存在し得ることに留意されたい。
【０２００】
他の極性反転モジュール変形例を凌ぐこの変形例の利点は、充電モードでの損失が、極性反転モジュールを特徴としない電気パワートレインの充電モードでの損失に匹敵するはずであるということである。これは、充電モード中に回路に追加のスイッチが挿入されないためである。この変形例では、ＣＳＣｐはＥＳ１ｐに電気的に結合され、ＣＳＣｎはＥＳ２ｎに電気的に結合されることに留意されたい。この変形例の制限は、より多くのスイッチが必要になることである。
【０２０１】
この極性反転モジュールの変形例をＶＳＣ  ＤＣ端子に接続する他の方法が存在し得ることに留意されたい。
【０２０２】
動作メカニズム
【０２０３】
動作メカニズムの概要
【０２０４】
充電動作モードおよびＶ２Ｇ動作モード中の動作メカニズムの概要がダイアグラム１２００に示されるように図１２に提示される。確認できるように、コンバータへの入力は次のとおりである：１）三相ＡＣグリッド電圧；２）エネルギー貯蔵要素１  起電力；および３）エネルギー貯蔵要素２  起電力。制御される量は、三相ＡＣ入力電流とエネルギー貯蔵要素１および２への充電電流である。したがって、このコンバータは、２ポートコンバータとして動作する従来の電流源コンバータとは異なり、３ポートコンバータとして動作する。コンバータは、動作メカニズムおよびその変形を実装するために使用できる機械である。
【０２０５】
充電用の一体化パワートレインの制御
【０２０６】
充電モードでのコンバータの動作を記載するために、回路図１３００で図１３に提示されるような例示的な実装を参照することが最良である。
【０２０７】
制御により、ＶＳＣおよびＣＳＣ内の１つまたは複数のスイッチの１つまたは複数の状態は、エネルギー貯蔵要素とＡＣネットワークとの間で交換される有効電力を調整するように制御される。
【０２０８】
充電モードでは、極性反転モジュール３０６の２つのアクティブスイッチは導通していない。この構成では、エネルギー貯蔵要素１の正端子ＥＳ１ｐは、電流源コンバータの正レールＣＳＣｐに接続され；エネルギー貯蔵要素２の負端子ＥＳ２ｎは、電流源コンバータの負レールＣＳＣｎに接続される。したがって、このモードでは、正極性の逆起電力が電流源コンバータに適用される。Ｖ２Ｇ動作が不要な場合は、極性反転モジュールを完全に省略することができる。
【０２０９】
充電（およびＶ２Ｇ）モードの間、デュアルインバータドライブは、事実上、３つの並列分岐からなる。ここで、各分岐は２つの起電力源と直列インダクタンスからなる。直列インダクタンスは、モータ巻線の漏れインダクタンスである。
【０２１０】
分岐の上部充電ステージの上部スイッチおよび下部スイッチを交互にゲート制御することにより、エネルギー貯蔵要素１は、充電モードにおいて、それぞれ交互にバイパスおよび分岐に挿入され、下部充電ステージの上部スイッチと下部スイッチをゲート制御することにより、エネルギー貯蔵要素２は、充電モードにおいて、それぞれ交互に分岐において挿入およびバイパスされる。逆に、Ｖ２Ｇモードでは、上部充電ステージの上部スイッチと下部スイッチを交互にゲート制御することにより、エネルギー貯蔵要素１はそれぞれ交互に分岐において挿入およびバイパスされ、下部充電ステージの上部スイッチと下部スイッチをゲート制御することにより、エネルギー貯蔵要素２はそれぞれ交互にバイパスおよび分岐に挿入される。
【０２１１】
したがって、ゲート信号を変調することにより、各分岐は、２つの可変起電力源（理想的なケースでは、エネルギー貯蔵要素の完全起電力から０ボルトまでの範囲）を有する。
【０２１２】
上記は、図１４の回路図１４００に示されている。図１４の回路図の電圧源は、極性が充電モードに対応するように描かれていることに留意されたい。
【０２１３】
Ｖ２Ｇモードの場合、図１４の回路図の各電圧源は、反対の極性を有する。図１４に示される可変起電力は、数学的に次のように表すことができる。
ｖｕ１＝ｖＥＳ１・ｄｕ１（１）
ｖｖ１＝ｖＥＳ１・ｄｖ１（２）
ｖｗ１＝ｖＥＳ１・ｄｗ１（３）
ｖｕ２＝ｖＥＳ２・ｄｕ２（４）
ｖｖ２＝ｖＥＳ２・ｄｖ２（５）
ｖｗ２＝ｖＥＳ２・ｄｗ２（６）
ここで、ｄｕ１、．．．、ｄｗ２は、０から最大値１までの範囲のデューティ比を示し、ｖＥＳ１はエネルギー貯蔵要素１の起電力であり、ｖＥＳ２はエネルギー貯蔵要素２の起電力である。充電中のトルク生成を回避するために、三相巻線のＤＣ電流は等しくなるように制御される。対応して、三相巻線電流のＤＣ電流成分は次のように表される。
Ｉｖ，ｄｃ＝Ｉｗ，ｄｃ＝Ｉｕ，ｄｃ＝Ｉｄｃ／３  （７）
【０２１４】
したがって、２つのエネルギー貯蔵要素への平均電力は次のように計算することができる。
【数２】
2021536724.tif 000008
【数３】
2021536724.tif 000009
ｄｕ１＝ｄｖ１＝ｄｗ１＝ｄ１、およびｄｕ２＝ｄｖ２＝ｄｗ２＝ｄ２の場合、
ＰＥＳ１＝Ｉｄｃ・ＶＥＳ１・ｄ１  （１０）
ＰＥＳ２＝Ｉｄｃ・ＶＥＳ２・ｄ２  （１１）
【０２１５】
したがって、２つのエネルギー源の充電電流は次にように計算することができる。
ＩＥＳ１＝Ｉｄｃ・ｄ１  （１２）
ＩＥＳ２＝Ｉｄｃ・ｄ２  （１３）
【０２１６】
グリッドからの三相ＡＣ電力は次のように表すことができる。
【数４】
2021536724.tif 000010
【０２１７】
ここで、Ｖｓ，ｒｍｓはライン間グリッド電圧であり、Ｉｓ，ｒｍｓはグリッドライン電流であり、θは、グリッド電圧の正のシーケンス成分とライン電流の間の角度である。
【０２１８】
コンバータの力率は、θを調整することによって制御される。ＣＳＣ３０６を制御するために使用できる複数の変調方式があり、１つのアプローチは、空間ベクトルＰＷＭ（ＳＶＰＷＭ）技術を使用することである。ＳＶＰＷＭ制御の場合、ＡＣ側のライン電流の大きさは次のように表すことができる。
【数５】
2021536724.tif 000011
【０２１９】
ここで、ｍｉは、最小０から最大１までの範囲であり得るＣＳＣの変調インデックスである。
【０２２０】
式１５を式１４に代入すると、次式がもたらされる。
【数６】
2021536724.tif 000012
【０２２１】
損失を無視する場合、式Ｐａｃ＝Ｖｄ・Ｉｄｃを式１６に代入し、ＤＣリンク電圧のＤＣ成分について次の式を生成することができる。
【数７】
2021536724.tif 000013
ここで、ＶｄはＤＣリンク電圧のＤＣ電圧成分である。
【０２２２】
コンバータのＤＣ側の抵抗が無視できる程度であり、損失も無視できると仮定すると、ＡＣ電力とＤＣ電力は、次の式で関連付けることができる。
Ｐａｃ＝ＰＥＳ１＋ＰＥＳ２  （１８）
【０２２３】
式１０と１１は式１８に代入することができる。結果は、式Ｐａｃ＝Ｖｄ・Ｉｄｃと同等である。次に、この式が再構成され、Ｖｄの代替式が生成される。
Ｖｄ＝ｄ１・ＶＥＳ１＋ｄ２・ＶＥＳ２  （１９）
【０２２４】
上記の式は、充電およびＶ２Ｇ動作中の電気パワートレインの動作を管理する基本的な関係の概要を提供する。発展された式が、次のセクションで参照される。
【０２２５】
ブーストモード充電
【０２２６】
ブーストモード充電では、エネルギー貯蔵要素１と２の起電力の合計は、設計の最大変調指数でＣＳＣによって生成された起電力のＤＣ成分よりも大きい。
ＶＥＳ１＋ＶＥＳ２＞Ｖｄ（ｍｉ＝ｍｉ、ｍａｘ）  （２１）
【０２２７】
ここで、Ｖｄは式１７で定義され、ｍｉ、ｍａｘは通常１に近い。
【０２２８】
この動作ケースの場合、変調指数は最大値で一定に保つことができる。エネルギー貯蔵要素１および要素２の充電電流は、デューティ比ｄ１およびｄ２を調整することによって制御される。
【０２２９】
シミュレーションケース３、４、５および６は、この動作ケースに対応する。シミュレーション結果については、図１７、図１８、図１９、図２０のダイアグラム１７００、１８００、１９００、および２０００を参照されたい。シミュレーションケースの高レベルの記載については、表１を参照されたい。
【０２３０】
ケース３、４、および５では、車両は、それぞれ、０．９５遅れ、０．９５進み、および力率１の力率にて７０ｋＷで充電される。エネルギー貯蔵要素はそれぞれ４５０Ｖにある。これらのケースは、コンバータのＤＣ側で同様の挙動を示す。これは、図１７、図１８および図１９の間のプロットｃ）からｇ）を比較すると観察することができる。しかしながら、これらのケースはＣＳＣのＡＣ側に関して異なる。図１７および図１８のプロットａ）およびｂ）で観察できるように、相電流は相電圧に対して変位する。電圧と電流の間の位相変位は、それぞれ遅れ力率と進み力率に対応する。
【０２３１】
ケース５の場合、相電流および相電圧は同相である（図１９）。さらに、相電流は、無効電力ＡＣ成分の追加により、力率が１の場合（図１９）と比較して、力率が０．９５の場合（図１７および図１８）の方が大きい。ケース６では、電力は、それぞれ４５０Ｖのエネルギー貯蔵要素電圧に対して力率１で車両からグリッドに供給される。ケース５とケース６は、ケース６がＶ２Ｇ動作モードのケースであるのに対し、ケース５は充電動作モードのケースであるという点で異なる。
【０２３２】
したがって、図１９および図２０を比較すると、相電流は、ケース６において対応する相電圧から１８０度変位され、逆に、相電流は、ケース５において対応する相電圧と同相である。さらに、ＤＣリンク電圧は、Ｖ２Ｇケース、ケース６の場合、プロットｄにおいて負の極性である。
【０２３３】
バックモード充電
【０２３４】
バックモード充電では、エネルギー貯蔵要素１と２の起電力の合計は、設計の最大変調指数ｍｉ＝ｍｉ，ｍａｘにおいてＣＳＣのＤＣ端子を横切って生成される起電力のＤＣ成分よりも小さい。
Ｖｅｓ１＋Ｖｅｓ２＜Ｖｄ（ｍｉ＝ｍｉ，ｍａｘ）  （２０）
ここで、Ｖｄは式１９で定義され、ｍｉ、ｍａｘは通常１に近い。
【０２３５】
この動作ケースでは、デューティ比（ｄ１およびｄ２）を最大値で一定に保つことができる。次に、ＣＳＣの変調指数を調整することによって電力は制御される。シミュレーションケース１、２、および７は、この動作ケースに対応する。シミュレーション結果については、図１５、図１６および図２１のダイアグラム１５００、１６００、および２１００を参照されたい。シミュレーションケースの記載については、表１を参照されたい。
【０２３６】
ケース１と２では、車両は力率１にて６０ｋＷで充電される。どちらのケースも、エネルギー貯蔵要素２は３００Ｖの電圧である。ケース１では、エネルギー貯蔵要素１は３００Ｖの電圧であり、ケース２では、エネルギー貯蔵要素１は３２５Ｖの電圧である。ケース１では、エネルギー貯蔵要素１は、図１７のプロットｇ）で観察されるように、変調指数を最大値１に設定することによって回路内に維持される。ケース２では、図１６に示されるように、電圧バランス制御の形態は、等しい電力がエネルギー貯蔵要素１および要素２に供給されるように実施される。
【０２３７】
この電圧バランス制御により、エネルギー貯蔵要素１は回路の内外に切り替えられ（すなわち、変調指数は１未満である）、上部充電ステージに３００Ｖの等価電圧が生成される。エネルギー貯蔵要素１のこの切り替えは、図１６のプロットｇ）で観察することができ、図１５および図１６のプロットｆ）を比較することにより、モータ巻線電圧へのその影響を観察することができる。ケース７は、ケース７がＶ２Ｇ動作と７０ｋＷの電力交換（ケース１で６０ｋＷの電力が交換されるのと比較して）を伴うことを除いてケース１と同様である。
【０２３８】
観察できるように、ＡＣライン側電流（プロットｂ）とＤＣ側電流（プロットｃおよびプロットｅ）の大きさは、ケース１と比較してケース７の方が大きい。さらに、ＡＣライン電流は、ケース７の対応するライン側電圧に対して１８０°位相がずれている。さらに、ＤＣ側電圧（プロットｄ）は、ケース１と比較してケース７では反対の極性である。
【０２３９】
エネルギーバランス制御
【０２４０】
２つの独立したエネルギー貯蔵要素で動作するために、ある形態のエネルギーバランス制御が必要である。
【０２４１】
いくつかの可能な実装には、電圧バランス制御および循環電流制御が含まれる。
【０２４２】
電圧バランス制御の可能な実装は、例示の目的で次のセクションで詳述される。
【０２４３】
電圧バランス制御解決策の例
【０２４４】
前のセクションにおいて、エネルギー貯蔵要素１および２に供給される電力を計算するために使用できる式１０および１１が導出された。読みやすさの理由から、ここでそれらの式を繰り返す。
ＰＥＳ１＝Ｉｄｃ・ＶＥＳ１・ｄ１
ＰＥＳ２＝Ｉｄｃ・ＶＥＳ２・ｄ２
【０２４５】
ＰＥＳ１＝ＰＥＳ２が等しい場合、式１０と１１は同等であるため、次のようになる。
ＶＥＳ１・ｄ１＝ＶＥＳ２・ｄ２  （２２）
【０２４６】
エネルギー貯蔵要素１がエネルギー貯蔵要素２よりも大きな起電力を有する場合、デューティ比は、以下のように設定することができる。
【数８】
2021536724.tif 000014
【０２４７】
起電力電圧の比率でｄ１を減らすことにより、２つのエネルギー貯蔵要素に等しい電力が供給される。これは、２つのエネルギー貯蔵要素に等しいエネルギーが確実に供給されるようにするための１つの可能なアプローチにすぎないことに留意されたい。別のアプローチは２つのエネルギー貯蔵要素に不均等な電力を供給し得ることに留意されたい。これは、例えば、エネルギー貯蔵要素の電圧を均等化するために使用することができる。
【０２４８】
インターリーブ
【０２４９】
デュアルインバータドライブの構造により、次のゲート信号をインターリーブすることができる。
・同じモータ巻線にインターフェースするＶＳＣ２のスイッチに対するＶＳＣ１のスイッチ
・トラクションインバータ１（または同等のＶＳＣ１）の相のスイッチ
・トラクションインバータ２（または同等のＶＳＣ２）の相のスイッチ
【０２５０】
同じモータ巻線にインターフェースするＶＳＣ２のスイッチに対してＶＳＣ１のスイッチにゲート信号をインターリーブすると、巻線電流のピークリップル電流が減少するので有利である。ゲート信号をＶＳＣ相のスイッチに相互にインターリーブすると、エネルギー貯蔵要素へのピークリップル電流が減少するので有利である。
【０２５１】
さらに、両方のタイプのインターリーブの結果、ピークリップルＤＣリンク電流が減少する。
【０２５２】
このリップル電流の減少は、ピーク電流の減少、エネルギー貯蔵要素への高周波電流の減少、ＡＣグリッドに注入される高調波電流の減少など、いくつかの利点がある。ＡＣグリッドに注入される高調波電流を減らすことにより、例えば、ＡＣフィルタのサイズを低減することができる。また、スイッチング周波数の選択は、いくつかの実施形態ではピークリップル電流によって影響を受けるので、例えば、このインターリーブを介してスイッチング周波数を低減することが可能である。
【０２５３】
ゲート信号を生成する１つの方法は、スイッチに対応するデューティサイクルを鋸歯状のキャリアなどのキャリアと比較することである。次に、この比較の出力がスイッチに供給される。このような方法では、鋸歯状のキャリアを位相シフトすることにより、ゲート信号のインターリーブを実現することができる。
【０２５４】
例えば、トラクションインバータ１の位相の３つのゲート信号を互いに対してインターリーブするために、キャリアは、互いに対してそれぞれ１２０度位相シフトすることができる。同様に、トラクションインバータ２の位相の３つのゲート信号を互いに対してインターリーブするために、キャリアは、互いに対してそれぞれ１２０度位相シフトすることができる。ＶＳＣ１のスイッチのゲート信号を同じモータ巻線にインターフェースするＶＳＣ２のものに対してインターリーブするために、いくつかの実施形態では、キャリアを１８０度位相シフトすることができる。これは、ゲート信号のインターリーブを実行するための１つの方法にすぎないことに留意されたい。
【０２５５】
要約すると、コントローラは、第１のＶＳＣおよび第２のＶＳＣの３つ以上の相のスイッチングをインターリーブして、電流高調波を低減することができる。
【０２５６】
コントローラは、第１および第２のＶＳＣ（３１４および３１６）スイッチのスイッチングをインターリーブして、電流高調波を低減することができる。
【０２５７】
コントローラはまた、モータ巻線電流がＤＣでありかつ等しいことを保証することにより、充電中にモータドライブにトルクが生成されないことを保証することができる。
【０２５８】
コントローラは、第１のＶＳＣ３１４の１つまたは複数のエネルギー貯蔵要素および第２のＶＳＣ３１６の１つまたは複数のエネルギー貯蔵要素に異なる電力を供給することができる。
【０２５９】
シミュレーション結果
【０２６０】
動作原理を実証するために、シミュレーション結果が提供される。シミュレートされたコンバータが図１３に示されている。
【０２６１】
入力フィルタは、デルタ接続されたコンデンサバンクとして表される。ＣＳＣの各スイッチは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）と、バイポーラブロッキング機能および一方向通電機能の両方を提供する直列ダイオードとを含む、またはこれらからなる。エネルギー貯蔵要素は、公称電圧が５００Ｖのバッテリと見なされる。
【０２６２】
モータインバータは、三相電圧源コンバータとして表される。電圧源コンバータの各スイッチは、双方向通電機能と単極電圧ブロッキング機能の両方を提供する逆並列ダイオードを備えたＩＧＢＴである。モータは、開放巻線構成の三相モータとして表される。シミュレーション向けに考慮された主な回路パラメータの概要は次のとおりである。
ＡＣグリッド電圧、Ｖｓ（ライン間）＝６００Ｖ
ＡＣグリッドリアクタンス、Ｌａｃ＝７５０ｕＨ
充電器の定格電力、Ｐｃｏｎｖ＝７０ｋＷ
フィルタキャパシタンス、Ｃｆ＝３００ｕＦ
ＣＳＣのスイッチング周波数、ｆｓｗ＝２５．５ｋＨｚ
デュアルインバータドライブのスイッチング周波数、ｆｓｗ＝９．０５ｋＨｚ
バッテリの公称電圧＝５００Ｖ
【０２６３】
各ケースの概要を以下の表１に示す。シミュレーションケースの結果を図１５から２１に示す。
【表５】
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【０２６４】
＊注記、＋ｖｅ記号は遅れ力率を示し、−ｖｅ記号は進み力率を示す。
【０２６５】
図１５またはケース１は、バックモード動作ケース、充電モード、およびＥＳ１とＥＳ２に供給される等しい電力を示す。充電電力は約６０ｋＷで、力率は１に等しい。充電電力と力率は、システム電圧をＡＣライン電流と比較することによってプロットから決定することができる。
【０２６６】
図１６またはケース２は、バックモード動作ケース、充電モード、およびＥＳ１およびＥＳ２に供給される電力差を示す。充電電力は約６０ｋＷで、力率は１に等しい。充電電力と力率は、システム電圧をＡＣライン電流と比較することで決定することができる。図１５と図１６を比較すると、同じ平均電力が車両に供給されていることがわかるが、この電力の２つのエネルギー貯蔵器ＥＳ１およびＥＳ２への分配は異なる。図１５では、同じ電力がエネルギー貯蔵要素に供給されている。図１６では、図１５に示されるものと比較して、より多くの電力がＥＳ２に供給され、より少ない電力がＥＳ１に供給される。
【０２６７】
図１７またはケース３は、ブーストモード動作ケース、充電モード、およびＥＳ１およびＥＳ２に供給される等しい電力を示している。充電電力は約７０ｋＷで、力率は０．９５に等しい。充電電力と力率は、システム電圧をＡＣライン電流と比較することで決定することができる。
【０２６８】
図１８またはケース４は、ブーストモード動作ケース、充電モード、およびＥＳ１およびＥＳ２に供給される等しい電力を示す。充電電力は約７０ｋＷで、力率は−０．９５に等しい。充電電力と力率は、システム電圧をＡＣライン電流と比較することで決定することができる。
【０２６９】
図１９またはケース５は、ブーストモード動作ケース、充電モード、およびＥＳ１とＥＳ２に供給される等しい電力を示す。充電電力は約７０ｋＷで、力率は１に等しい。充電電力と力率は、システム電圧をＡＣライン電流と比較することで決定することができる。図１７、図１８および図１９のケースは、力率の変化を除いて同様である。図１７では、無効電力はグリッドから吸収され、図１８では、無効電力はグリッドに供給され、図１９では、無効電力はグリッドと交換されない。これは、相電圧に対する相電流の位相角を比較することで観察することができる。相電流の位相角が進んでいるとき、無効電力はグリッドに供給される。位相角が遅れている場合、無効電力はグリッドから吸収される。位相角が同相の場合、無効電力は交換されない。したがって、これらのケースは、車両とグリッドの間で交換される電力とは無関係に力率を制御する能力を示している。
【０２７０】
図２０またはケース６は、ブーストモード動作ケース、Ｖ２Ｇモード（または同等に放電モード）、およびＥＳ１およびＥＳ２に供給される等しい電力を示している。充電電力は約７０ｋＷで、力率は１に等しい。充電電力と力率は、システム電圧をＡＣライン電流と比較することで決定することができる。
【０２７１】
図２１またはケース７は、バックモード動作ケース、Ｖ２Ｇモード（または同等に放電モード）、およびＥＳ１およびＥＳ２に供給される等しい電力を示している。充電電力は約７０ｋＷで、力率は１に等しい。充電電力と力率は、システム電圧をＡＣライン電流と比較することで決定することができる。
【０２７２】
すべてのシミュレーションケースにおいて、同じモータ巻線にインターフェースするＶＳＣ２のスイッチに対するＶＳＣ１のスイッチのゲーティングのインターリーブが実行される。さらに、ＶＳＣ１の相のスイッチのゲーティングのインターリーブが実行される。さらに、ＶＳＣ２の相のスイッチのゲーティングのインターリーブが実行される。
【０２７３】
代替実施形態
単相ＡＣトポロジー変形例
【０２７４】
単相ＡＣグリッドからの双方向充電のみを可能にする代替のより制限された実施形態が、図２２に提供されている。この代替の実施形態では、ＣＳＣには２つの相と４つのスイッチしかない。
【０２７５】
一方向トポロジー変形例
【０２７６】
グリッドから電気自動車への一方向の電力の流れのみを可能にする（すなわち、Ｖ２Ｇ機能なし）、より制限的な代替の実施形態が、図２３に提示されている。この代替の実施形態は、図３の実施形態と同様であるが、極性反転モジュールは省略されている。ＣＳＣスイッチの可能な実装には、例えば、ＩＧＢＴと直列ダイオードの組み合わせ、あるいはＩＧＣＴが含まれる場合がある。
【０２７７】
ＳＣＲ前端部を備えた双方向トポロジー変形例
【０２７８】
電流源コンバータの前端部はまた、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）によって実現することができる。この実現は動作範囲を制限し、三相ＡＣローパスフィルタの設計に影響を与し得る。
【０２７９】
グリッドから電気自動車への一方向の電力の流れのみを可能にする（すなわち、Ｖ２Ｇ機能なし）、より制限的な代替の実施形態が、図１６に提示されている。この代替の実施形態は、図３の実施形態と同様であるが、極性反転モジュールは省略されている。ＣＳＣスイッチの可能な実装には、例えば、ＩＧＢＴと直列ダイオードの組み合わせ、あるいはＩＧＣＴが含まれる場合がある。
【０２８０】
図２４は、ステップ２４０２、２４０４、および２４０６を有する、いくつかの実施形態による、デュアルインバータドライブを備えた車両用途向けの一体化三相ＡＣ充電器を動作させるための方法２４００の方法ダイアグラムである。
【０２８１】
図２５は、いくつかの実施形態による、ゲーティングを制御して、デュアルインバータドライブを備えた車両用途向けの一体化三相ＡＣ充電器を動作させるための方法を実装するために使用できる例示的なコンピューティングデバイス２５００のコンピューティングデバイス図である。
【０２８２】
コンピューティングデバイス２５００は、コンピュータプロセッサ２５０２、コンピュータメモリ２５０４、入力／出力インターフェース２５０６、およびネットワークインターフェース２５０８を含むゲート信号コントローラデバイスを含むことができる。コンピューティングデバイス２５００は、本明細書に記載されたスイッチに結合され、スイッチの１つまたは複数のゲート態様を制御して、スイッチの動作を制御することができる。
【０２８３】
機械解釈可能な命令は、スイッチ制御シーケンスを含めてメモリ２５０４に記憶され得、これらは、インターフェース２５０６または２５０８で受信された更新に基づいて随時更新または修正され得る。
【０２８４】
「接続された」または「結合された」という用語は、直接結合（互いに結合された２つの要素が互いに接触する）および間接結合（少なくとも１つの追加の要素が２つの要素の間に配置される）の両方を含み得る。
【０２８５】
実施形態を詳細に記載してきたが、範囲から逸脱することなく、様々な変更、置換、および修正を本明細書で行うことができることを理解されたい。さらに、本出願の範囲は、本明細書に記載されているプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。
【０２８６】
当業者であれば本開示から容易に理解するように、本明細書に記載される対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行するかまたは実質的に同じ結果を達成する現在存在するまたは後に開発されるプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、またはステップが利用され得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、そのようなプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、またはステップを含むことを意図している。
【０２８７】
理解され得るように、上に記載され、図示された例は、例示のみを意図している。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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