(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチソースエネルギー貯蔵システム（２００）であって、
第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１２）を介して電気負荷（２６０）に選択的に結合され得る充電可能な第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）と、
前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）と前記電気負荷（２６０）の入力端子との間に結合されるバイパス（２３０）と、
第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）を介して前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）と前記電気負荷（２６０）に選択的に結合される第２のエネルギー貯蔵システム（２２０）と、
前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）と前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１２）との間に接続された第１のスイッチ装置（２１４）と、
前記第２のエネルギー貯蔵システム（２２０）と前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）との間に接続された第２のスイッチ装置（２２４）と、
前記マルチソースエネルギー貯蔵システム（２００）を動作させるコントローラ（２５０）であって、前記コントローラ（２５０）が、
プリチャージモードでは、前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）で、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）を介して前記第２のエネルギー貯蔵システム（２２０）を充電し、前記第１のスイッチ装置（２１４）が開かれ、前記第２のスイッチ装置（２２４）が閉じられ、
通常モードでは、前記第２のエネルギー貯蔵システム（２２０）を、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）を介して前記電気負荷（２６０）に結合し、前記第１のスイッチ装置（２１４）と前記第２のスイッチ装置（２２４）が閉じられる、コントローラ（２５０）と、
を含むマルチソースエネルギー貯蔵システム（２００）。
【請求項２】
前記バイパス（２３０）が、前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）と前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１２）との間に配置された第１のノード（２３６）と、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１２）および前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）と前記電気負荷（２６０）との間に配置された第２のノード（２３８）と、に接続される、請求項１に記載のマルチソースエネルギー貯蔵システム（２００）。
【請求項３】
前記バイパス（２３０）が第３のスイッチ装置（２３４）を含み、前記第３のスイッチ装置（２３４）が前記プリチャージモードで閉じられ、前記通常モードで開かれる、請求項２に記載のマルチソースエネルギー貯蔵システム（２００）。
【請求項４】
前記コントローラは、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）の入力電流を前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）の出力負荷に基づいて調整するように構成される、請求項１乃至３のいずれかに記載のマルチソースエネルギー貯蔵システム（２００）。
【請求項５】
前記コントローラは、前記通常モードで前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）の母線電圧を調整して前記母線電圧を一定に保つことをさらに含む、請求項１乃至４のいずれかに記載のマルチソースエネルギー貯蔵システム（２００）。
【請求項６】
前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）が電池を含み、前記第２のエネルギー貯蔵システム（２２０）が超コンデンサを含む、請求項１乃至５のいずれかに記載のマルチソースエネルギー貯蔵システム（２００）。
【請求項７】
第３のエネルギー貯蔵システムと第３のＤＣ／ＤＣコンバータとを含み、前記第３のエネルギー貯蔵システムは、前記第３のＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記電気負荷に選択的に結合される、請求項１乃至６のいずれかに記載のマルチソースエネルギー貯蔵システム（２００）。
【請求項８】
充電可能な第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）、第２のエネルギー貯蔵システム（２２０）、前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）に結合する第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１２）、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１２）をバイパスするバイパス（２３０）及び、第１及び第２のスイッチ装置（２１４、２２４）を含むマルチソースエネルギー貯蔵システム（２００）を運転する方法であって、
前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）で前記バイパス（２３０）及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）を介して前記第２のエネルギー貯蔵システム（２２０）をプリチャージし、前記第１のスイッチ装置（２１４）が開き、前記第２のスイッチ装置（２２４）が閉じることにより、プリチャージモードで運転するステップと、
前記第２のエネルギー貯蔵システム（２２０）を前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）を介して電気負荷（２６０）に結合し、前記第１及び第２のスイッチ装置（２１４、２２４）が閉じることにより通常モードで運転するステップと、
を含む方法。
【請求項９】
前記マルチソースエネルギー貯蔵システム（２００）が通常モードのとき、前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）を使用して前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１２）を介して前記電気負荷（２６０）に電力を供給するステップと、
前記マルチソースエネルギー貯蔵システム（２００）がプリチャージモードのとき、前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）が、前記バイパス（２３０）を介して前記電気負荷（２６０）に電力を供給するステップと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記バイパス（２３０）が、前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）と前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１２）との間に配置された第１のノード（２３６）と、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１２）および前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）と前記電気負荷（２６０）との間に配置された第２のノード（２３８）と、に接続され、
前記バイパス（２３０）が第３のスイッチ装置（２３４）を含み、前記第３のスイッチ装置（２３４）が前記プリチャージモードで閉じられ、前記通常モードで開かれる、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のエネルギー貯蔵システム（２２０）、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２１２）、または前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）のいずれかが正常に機能しないとき、前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）が前記バイパス（２３０）を介して前記電気負荷（２６０）に電力を供給し、前記第２のエネルギー貯蔵システム（２２０）が前記電気負荷（２６０）から切り離すステップを含む、請求項８乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記プリチャージモードのとき、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）の入力電流を前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２２）の出力負荷に基づいて調整するステップと、
前記通常モードで前記第１のエネルギー貯蔵システム（２１０）の母線電圧を調整して前記母線電圧を一定に保つステップとを含む、請求項８乃至１１のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として自動車駆動システム（ｖｅｈｉｃｌｅ  ｄｒｉｖｅ  ｓｙｓｔｅｍｓ）などの電気システムで使用する、エネルギー管理制御のためのエネルギー貯蔵システムおよび方法に関し、具体的には、エネルギー管理制御のためのマルチソースエネルギー貯蔵システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染に関する問題が深刻さを増すにつれて、電気自動車および再生可能なエネルギー源がますます魅力的なものになっている。純電気自動車は、貯蔵電気エネルギーを使用して電気モータに供給される電力によって駆動される。純電気自動車は、１つまたは複数の貯蔵電気エネルギー源を使用することができる。例えば、電池エネルギーなどの第１の電気エネルギー貯蔵源は、より長く持続するエネルギーを与えるために使用することができ、パワー電池（ｐｏｗｅｒ  ｂａｔｔｅｒｙ）などの第２の電気エネルギー貯蔵源は、加速させることなどに使用する高出力のエネルギーを供給するために使用することができる。ハイブリッド電気自動車は、内燃機関とエネルギー貯蔵装置（トラクション電池（ｔｒａｃｔｉｏｎ  ｂａｔｔｅｒｙ）など）によって電力供給される電気モータとを組み合わせたものによって駆動される。こうした組合せは、内燃機関および電気モータが共にそれぞれの最高効率で動作するようにすることによって作動して、総合燃料効率を高める。例えば、電気モータの効率は停止状態から加速しているときにより高く、内燃機関の効率はある期間にわたって定速走行しているとき（例えば、ハイウェイで運転しているとき）により高い。電気モータの初期加速度を高めることにより、ハイブリッド自動車内の内燃機関は小型になりかつ燃料効率を上げることが可能になる。
【０００３】
純電池式電気自動車およびプラグインハイブリッド自動車内の高エネルギー密度電池のサイズが妥当であれば、走行距離要件を満たすのに１回の充電で十分である。しかし、それらの自動車の電力密度は比較的低いため、同じ大きさの高エネルギー密度電池では、瞬時加速または上り運転に起因する電力要件を満たすことができないかもしれない。このことは、特に市内バスやトラックなどのヘビーデューティ用途で明らかである。こうした点を鑑みれば、複数エネルギー源またはハイブリッドエネルギー源が、単一高エネルギー密度電池のサイズを過度に増大させる必要なしに、走行距離要件および電力要件を同時に満たすように使用され得る。パワー電池はより高い電力密度およびより長い実用寿命を有しているので、パワー電池は、ヘビーデューティ電気自動車内のハイブリッド電源として高エネルギー密度電池と組み合わせて使用することができる。しかし、複数エネルギー源またはハイブリッドエネルギー源を自動車の駆動システムに導入すると、これらの複数エネルギー源またはハイブリッドエネルギー源の割当および制御が複雑になる。自動車の駆動システムの効率的運転を改善するとともに種々の動作条件に対応するために、複数エネルギー源またはハイブリッドエネルギー源をいかに適度に割り当てかつ制御するかという問題は、依然として当業界内で解決される必要がある。
【０００４】
したがって、上記問題のうちの少なくとも１つを解決するシステムおよび方法が必要である。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一態様は、第１のエネルギー貯蔵システム、第２のエネルギー貯蔵システム、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、およびコントローラを含むマルチソースエネルギー貯蔵システムを提供する。マルチソースエネルギー貯蔵システムの第１のエネルギー貯蔵システムは電気負荷に結合され得る。第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、第２のエネルギー貯蔵システムおよび第１のエネルギー貯蔵システムの少なくとも一方と電気負荷との間に結合され得る。コントローラの設定は、第１のエネルギー貯蔵システムおよび第２のエネルギー貯蔵システムを制御し、第２のＤＣ／ＤＣコンバータはプリチャージモードと通常モードの両方で作動する。プリチャージモードでは、第１のエネルギー貯蔵システムは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して第２のエネルギー貯蔵システムを充電する。通常モードでは、第２のエネルギー貯蔵システムは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して電気負荷に結合する。
【０００６】
本発明の別の態様は、
第１のエネルギー貯蔵システム、第２のエネルギー貯蔵システム、および第２のＤＣ／ＤＣコンバータを含むマルチソースエネルギー貯蔵システムの運転が、プリチャージモードを使用するとき、第１のエネルギー貯蔵システムが第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して第２のエネルギー貯蔵システムを充電すること、および
マルチソースエネルギー貯蔵システムを通常モードで運転するとき、第２のエネルギー貯蔵システムが第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して電気負荷に電力を供給すること、
を含む方法を提供することである。
【０００７】
本発明のマルチソースエネルギー貯蔵システムおよびエネルギー管理制御方法は、複数の異なる貯蔵システムを用いて自動車駆動システムなどの電気負荷に、電気負荷の種々の電力要件を満たすようにエネルギーを供給して、電気負荷が様々な動作条件で動作できるようにすることができるだけでなく、システムの通常運転に影響を及ぼさずに異なるエネルギー貯蔵システムの間でエネルギーを伝達することもできる。例えば、システムが正常に運転しているとき、高エネルギー密度のエネルギー貯蔵システム（電池など）は、高電力密度のエネルギー貯蔵システム（超コンデンサなど）をプリチャージすることができる。運転者は、電力密度エネルギー貯蔵システムがシステムを起動する前にプリチャージされるまで待つ必要はない。加えて、高効率のプリチャージが追加の抵抗なしに可能であり、システムの電力を節減するとともにシステムの電力密度を高める。
【０００８】
本発明のこれらおよびその他の特徴、態様、および利点のより明瞭に理解は、下記の詳細な説明を読むときに添付図を参照することにより得ることができる。添付図において、同じ要素の参照番号はすべての図で同じ部分を示すために使用される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の方法を具体化する１つの可能なマルチソースエネルギー貯蔵システムの概略ブロック図である。
【図２】図１に示されているマルチソースエネルギー貯蔵システムの具体例の回路図である。
【図３】本発明の方法を具体化する１つの可能なマルチソースエネルギー貯蔵システムの別の概略ブロック図である。
【図４】図３に示されているマルチソースエネルギー貯蔵システムの具体例の回路図であり、このマルチソースエネルギー貯蔵システムの状態をプリチャージモードで示す図である。
【図５】図３に示されているマルチソースエネルギー貯蔵システムの具体例の回路図であり、このマルチソースエネルギー貯蔵システムの状態を通常モードで示す図である。
【図６】図３に示されているマルチソースエネルギー貯蔵システムの具体例の回路図であり、このマルチソースエネルギー貯蔵システムの状態をフェイルセーフモードで示す図である。
【図７】図３に示されているマルチソースエネルギー貯蔵システムコントローラの具体例の概略ブロック図である。
【図８】上述したマルチソースエネルギー貯蔵システムを使用して電気負荷に電力を供給する方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この分野の技術者が本発明を明瞭に理解するのを助けるために、以下では、図と本発明の特定の実施態様の詳細な説明とを併用する。特定の実施方法の下記の詳細な説明において、本明細書は、本発明の開示に影響を与える不要な詳細を避けるために、いくつかの周知の機能または構成については説明しない。
【００１１】
別段の定義がない限り、特許請求の範囲および本明細書内に用いられる専門用語または科学用語は、本発明の技術分野の技術者によって理解される通常の意味を有する。本明細書および特許請求の範囲に用いられている「第１の（Ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」、および他の類似語は、順序、数量、または重要性を意味するものではなく、単に異なる構成要素を区別するために用いられる。「１つの（Ａ）」または「１つの（ａ）」および類似語は、１単位を意味するものではなく、少なくとも１つの単位の存在を示すものである。「〜を備える（Ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「〜をもつ（ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ）」および他の類似語は、「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「〜をもつ（ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ）」の前に現れる要素または物体が、「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「〜をもつ（ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ）」の後に現れる列挙要素または物体とその列挙要素または物体の等価要素とを、他の要素または物体を除外せずに包含することを意味する。「接続される（Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」または「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」および他の類似語は、物理的または機械的接続部に限定されるものではなく、電気接続部を直接的または間接的に含んでいてもよい。
【００１２】
本発明の諸例の一態様は、電気自動車、スマートネットワーク、マイクロネットワーク、太陽エネルギー、および風力の分野で電力を電気負荷に供給するために使用され得るマルチソースエネルギー貯蔵システムを必要とする。
【００１３】
図１は、本発明の方法を具体化する１つの可能なマルチソースエネルギー貯蔵システムの概略ブロック図を示す。図１に示されているように、マルチソースエネルギー貯蔵システム１００は、電気負荷１６０に選択的に結合され得る第１のエネルギー貯蔵システム１１０とＤＣ／ＤＣコンバータ１２２を介して電気負荷１６０に結合され得る第２のエネルギー貯蔵システム１２０とを含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２の一方の端子は第２のエネルギー貯蔵システム１２０に結合され、他方の端子は第１のエネルギー貯蔵システム１１０および電気負荷１６０に結合される。
【００１４】
マルチソースエネルギー貯蔵システム１００は、第１のエネルギー貯蔵システム１１０、第２のエネルギー貯蔵システム１２０、およびコンバータ１２２の動作を異なるモードで制御するために使用されるコントローラ１５０も含む。例えば、いくつかの例では、マルチソースエネルギー貯蔵システム１００は、コントローラ１５０の制御下で少なくとも１つのプリチャージモードおよび１つの通常モードで動作することができる。プリチャージモードでは、第１のエネルギー貯蔵システム１１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２を介して第２のエネルギー貯蔵システム１２０を充電する。通常モードでは、第２のエネルギー貯蔵システム１２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２を介して電気負荷１６０に結合する。図１に示されているような例では、プリチャージモードおよび通常モードのとき、第１のエネルギー貯蔵システム１１０もまた電気負荷１６０と結合し、電気負荷１６０に電力を供給する。
【００１５】
第１のエネルギー貯蔵システム１１０と電気負荷１６０との間の選択的結合を可能にするために、第１のエネルギー貯蔵システム１１０と電気負荷１６０との間にスイッチ装置１１４を取り付けることができる。同様に、第２のエネルギー貯蔵システム１２０と電気負荷１６０との間にスイッチ装置を取り付けることもできる。具体的には、第２のエネルギー貯蔵システム１２０とＤＣ／ＤＣコンバータ１２２との間の選択的結合を可能にするために、第２のエネルギー貯蔵システム１２０とＤＣ／ＤＣコンバータ１２２との間にスイッチ装置１２４を取り付けることができる。
【００１６】
ここに記載されている第１のエネルギー貯蔵システムは、高エネルギー電池（鉛蓄電池など）、発電機、燃料電池、太陽光発電インバータなどの高エネルギー密度エネルギー貯蔵システムとすることができる。第２のエネルギー貯蔵システムは、超コンデンサなどの大電力貯蔵システムとすることができる。スイッチ装置は、任意の種類のスイッチまたはスイッチ要素を組み合わせたものとすることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、固定直流電圧を可変直流電圧に変換するために使用される電圧コンバータのことを言う。コンバータは一般に、パルス幅変調（ＰＷＭ）モジュール、誤差増幅器モジュール、比較器モジュールなどの主要機能モジュールを複数含む。
【００１７】
図２は、図１に示されているマルチソースエネルギー貯蔵システム１００の具体例の回路図を示す。図２に示されているように、鉛蓄電池１１０は、スイッチ装置１１４を用いて電気負荷１６０に選択的に結合することができる第１のエネルギー貯蔵システムとして使用される。超コンデンサ１２０は、スイッチ装置１２４を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ１２２に選択的に結合するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２を介して電気負荷１６０または鉛蓄電池１１０に結合することができる第２のエネルギー貯蔵システムとして使用される。したがって、プリチャージモードでは、鉛蓄電池１１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２を介して超コンデンサ１２０を充電するようにコントローラ１５０によって制御することができる。通常モードでは、超コンデンサ１２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２２を介して電気負荷１６０に電力を供給するために使用することができる。加えて、マルチソースエネルギー貯蔵システム１００は、第１のエネルギー貯蔵システム１１０および第２のエネルギー貯蔵システム１２０と並列に接続されたコンデンサ１４０も含み、マルチソースエネルギー貯蔵システム１００の出力電圧を安定化させるために使用される。
【００１８】
図３は、本発明の方法を具体化する別の可能なマルチソースエネルギー貯蔵システムの概略ブロック図を示す。図３に示されているように、マルチソースエネルギー貯蔵システム２００は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２および第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２を介して電気負荷２６０にそれぞれ結合され得る第１のエネルギー貯蔵システム２１０および第２のエネルギー貯蔵システム２２０を含む。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２および第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２はまた互いに結合される。具体的には、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２の一方の端子は第１のエネルギー貯蔵システム２１０に結合され、他方の端子は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２と電気負荷２６０との間のノードを介して第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２および電気負荷２６０に結合される。第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２の一方の端子は第２のエネルギー貯蔵システム２２０に結合され、他方の端子は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２と電気負荷２６０との間のノードを介して第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２および電気負荷２６０に結合される。第１のスイッチ装置２１４は第１のエネルギー貯蔵システム２１０と第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２との間に接続され、第２のスイッチ装置２２４は第２のエネルギー貯蔵システム２２０と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２との間に接続される。
【００１９】
マルチソースエネルギー貯蔵システム２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１２と並列にバイパス２３０も含む。このバイパスを介して、第１のエネルギー貯蔵システム２１０は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２を通過することなく第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２と電気負荷２６０との間のノードに結合することができる。したがって、第１のエネルギー貯蔵システム２１０は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して第２のエネルギー貯蔵システムに結合する、または電気負荷２６０に直接結合することができる。図３に示されている具体例では、バイパス２３０は、第１のエネルギー貯蔵システム２１０と第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２との間に配置された第１のノード２３６と、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２および第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２と電気負荷２６０との間に配置された第２のノード２３８と、に接続する。バイパス２３０はスイッチ装置（第３のスイッチ装置）２３４も含むことができる。コンバータ２１２および２２２と比べて、バイパス２３０の抵抗は無視することができる。具体例では、バイパス２３０はスイッチ装置２３４だけを含み、さらに大きい抵抗を有する他の要素を含まない。したがって、第１のエネルギー貯蔵システム２１０を使用してバイパス２３０を介して第２のエネルギー貯蔵システム２２０をプリチャージすると、エネルギー損失を最小限に抑えることができる。
【００２０】
マルチソースエネルギー貯蔵システム２００は、第１のエネルギー貯蔵システム２１０、第２のエネルギー貯蔵システム２２０、コンバータ２１２、コンバータ２２２、およびバイパス２３０の動作を少なくとも１つのプリチャージモードおよび１つの通常モードで制御するために使用されるコントローラ２５０も含む。プリチャージモードでは、第１のエネルギー貯蔵システム２１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２２を介して第２のエネルギー貯蔵システム２２０を充電する。通常モードでは、第２のエネルギー貯蔵システム２２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２２を介して電気負荷２６０に結合する。
【００２１】
図４および図５は、図３に示されているマルチソースエネルギー貯蔵システム２００の具体例の回路図を示す。図４はプリチャージモードでの状態を示し、図５は通常モードでの状態を示す。
【００２２】
プリチャージモードでは、図４に示されているように、第１のスイッチ装置２１４は断路され、第２のスイッチ装置２２４および第３のスイッチ装置２３４は閉じられる。第１のエネルギー貯蔵システム２１０は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２を介して電気負荷２６０に電力を供給し、同時に、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２を介して第２のエネルギー貯蔵システム２２０を充電する。通常モードでは、図５に示されているように、第１のスイッチ装置２１４および第２のスイッチ装置２２４は閉じられ、第３のスイッチ装置２３４は断路される。第１のエネルギー貯蔵システム２１０および第２のエネルギー貯蔵システム２２０は電気負荷２６０に結合し、それぞれ第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２および第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２に電力を供給する。
【００２３】
加えて、いくつかの例では、コントローラ２５０の制御下で、マルチソースエネルギー貯蔵システム２００は別のフェイルセーフモードで動作することができる。第２のエネルギー貯蔵システム２２０、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２、または第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２のいずれかが正常に機能しない場合、フェイルセーフモードが起動して第２のエネルギー貯蔵システム２２０、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１２および第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２の使用を中止し、第１のエネルギー貯蔵システム２１０だけを使用して電気負荷２６０に電力を直接供給することができる。図６に示されているように、フェイルセーフモードでは、第１のスイッチ装置２１４および第２のスイッチ装置２２４は断路され、第３のスイッチ装置２３４は閉じられる。第１のエネルギー貯蔵システム２１０は、バイパス２３０を介して電気負荷２６０に電力を供給するために使用され、第２のエネルギー貯蔵システム２２０は電気負荷２６０から切り離される。
【００２４】
図７は、マルチソースエネルギー貯蔵システム２００のコントローラ２５０の具体例の概略ブロック図を示す。図７に示されているように、コントローラ２５０は、基準電流Ｉrefおよび第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２からの入力電流サンプルから得られるサンプル電流Ｉfbを受け取り、基準電流Ｉrefに基づいて第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２の入力を調整するために使用される調整器２５１を含むことができる。例えば、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２の入力電流は基準電流Ｉrefに応じて調節することができる。コントローラ２５０は調整器２５２および２５３も含むことができる。調整器２５２は、第１のエネルギー貯蔵システム２１０の母線電圧Ｖbusを基準電圧Ｖbus_refに基づいて調整して基準電圧Ｖi_refを生成するために使用される。調整器２５３は、第２のエネルギー貯蔵システム２２０の２つの端子間の電圧Ｖi_fbを基準電圧Ｖi_refに基づいて調整するために使用される。
【００２５】
図７に示されている具体例では、コントローラ２５０は、調整器２５１、２５２および２５３に加えて、モード選定ユニット２５５および比較器２５７も含む。モード選定ユニット２５５は、必要電圧Ｖcompを得るために、マルチソースエネルギー貯蔵システム２００が動作しているモード（プリチャージモードまたは通常モード）に応じて調整器２５１か２５３のどちらかからのデータを選定する。比較器２５７は、ＰＷＭ制御を行うために、この電圧ＶcompをＰＷＭコントローラによって与えられる基準のこぎり波電圧Ｖrampと比較する。
【００２６】
具体的には、プリチャージモードでは、調整器２５１は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２の入力電流を第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２からの出力負荷の関連出力電圧に基づいて調整し、モード選定ユニット２５５は、ＰＷＭ制御を行うために使用される、調整器２５１によって生成されたデータに基づいて適切な電圧Ｖcompを得る。通常モードでは、調整器２５２は、第１のエネルギー貯蔵システム２１０の母線電圧Ｖbusを基準電圧Ｖbus_refに基づいて調整して、基準電圧Ｖi_refを生成する。調整器２５３は、この基準電圧Ｖi_refに基づいて第２のエネルギー貯蔵システム２２０の２つの端子間の電圧Ｖi_fbを調整する。モード選定ユニット２５５は、調整器２５３によって生成されたデータに基づいて、ＰＷＭ制御を行うために使用される適切な電圧Ｖcompを得る。
【００２７】
すべてのマルチソースエネルギー貯蔵システム例で、第１および第２のエネルギー貯蔵システムと並列に１つまたは複数の余分のエネルギー貯蔵システムを使用することができる。例えば、いくつかの例では、マルチソースエネルギー貯蔵システムは、第３のＤＣ／ＤＣコンバータを介して電気負荷に選択的に結合され得る第３のエネルギー貯蔵システムをさらに含むことができる。第３のエネルギー貯蔵システムは、燃料電池、太陽光発電インバータ、発電機、またはこれらの３つをすべて組み合わせたものとすることができる。
【００２８】
本発明のもう１つの態様は、複数のエネルギー貯蔵システムから電気負荷に電力を供給するためのエネルギー管理制御方法である。一具体例では、図８に示されているように、この方法は下記のステップを含む。
【００２９】
ステップＳ１で、マルチソースエネルギー貯蔵システムは、第１のエネルギー貯蔵システム、第２のエネルギー貯蔵システム、および第２のＤＣ／ＤＣコンバータを含み、プリチャージモード状態にされる。このステップでは、第１のエネルギー貯蔵システムは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して第２のエネルギー貯蔵システムを充電する。
【００３０】
ステップＳ２で、マルチソースエネルギー貯蔵システムは通常モード状態にされる。このステップでは、第２のエネルギー貯蔵システムは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して電気負荷に電力を供給する。
【００３１】
いくつかの例では、ステップＳ１は、第１のエネルギー貯蔵システムを使用して、第１のＤＣ／ＤＣコンバータと並列のバイパスを介して電気負荷に電力を供給することも含む。これらの例のうちのいくつかでは、バイパスは、第１のエネルギー貯蔵システムと第１のＤＣ／ＤＣコンバータとの間に配置された第１のノードならびに第１および第２のＤＣ／ＤＣコンバータと電気負荷との間に配置された第２のノードに接続される。バイパスの抵抗は、第１または第２のＤＣ／ＤＣコンバータと比べて無視することができる。バイパスはスイッチ装置も含むことができる。
【００３２】
いくつかの例では、ステップＳ２は、第１のエネルギー貯蔵システムを使用して、第１のＤＣ／ＤＣコンバータを介して電気負荷に電力を供給することも含む。
【００３３】
いくつかの例では、マルチソースエネルギー貯蔵システムは、第１のエネルギー貯蔵システムと第１のＤＣ／ＤＣコンバータとの間に配置された第１のスイッチ装置、第２のエネルギー貯蔵システムと第２のＤＣ／ＤＣコンバータとの間に配置された第２のスイッチ装置、ならびにバイパス内に配置された第３のスイッチ装置をさらに含む。ステップＳ１で、第１のスイッチ装置は断路され、第２および第３のスイッチ装置は閉じられ、ステップＳ２で、第１および第２のスイッチ装置は閉じられ、第３のスイッチ装置は断路される。
【００３４】
いくつかの例では、ステップＳ１は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流を第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力負荷に基づいて調整することをさらに含む。
【００３５】
いくつかの例では、ステップＳ２は、通常モードのときに第１のエネルギー貯蔵システムの母線電圧を調整してこの母線電圧を基本的に一定のままにするようにすることを含む。
【００３６】
いくつかの例では、エネルギー管理制御方法は、第２のエネルギー貯蔵システム、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、または第２のＤＣ／ＤＣコンバータのいずれかが正常に機能しないとき、第１のエネルギー貯蔵システムがバイパスを介して電気負荷に電力を供給し、第２のエネルギー貯蔵システムおよび電気負荷が切り離されることをさらに含む。
【００３７】
このエネルギー管理制御システムは、前述した方法または上記例からのマルチソースエネルギー貯蔵システムのいずれかを使用することができる。特定の特徴についてここでは繰り返されない。
【００３８】
本発明の上記例でのマルチソースエネルギー貯蔵システムおよびエネルギー管理制御方法により、高エネルギー密度エネルギー貯蔵システムは、通常条件下で動作するときに高電力密度エネルギー貯蔵システムをプリチャージすることが可能になる。運転者は、電力密度エネルギー貯蔵システムがシステムを起動する前にプリチャージされるまで待つ必要はない。加えて、充電回路はプリチャージモードで追加の抵抗を必要とせず、このことは、系統電力を節減するとともにシステムの電力密度を高める。
【００３９】
本発明は特定の実施方法を参照して記述されているが、この分野の技術者なら、本発明に対して多くの修正および変更がなされ得ることを理解するであろう。したがって、特許請求の範囲の意図は、本発明の実際のコンセプトおよび範囲で網羅されるすべての修正および変更にあることを認識すべきである。
【符号の説明】
【００４０】
１００  マルチソースエネルギー貯蔵システム
１１０  第１のエネルギー貯蔵システム、鉛蓄電池
１１４  スイッチ装置
１２０  第２のエネルギー貯蔵システム、超コンデンサ
１２２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２４  スイッチ装置
１４０  コンデンサ
１５０  コントローラ
１６０  電気負荷
２００  マルチソースエネルギー貯蔵システム
２１０  第１のエネルギー貯蔵システム
２１２  第１のＤＣ／ＤＣコンバータ
２１４  第１のスイッチ装置
２２０  第２のエネルギー貯蔵システム
２２２  第２のＤＣ／ＤＣコンバータ
２２４  第２のスイッチ装置
２３０  バイパス
２３４  第３のスイッチ装置
２３６  第１のノード
２３８  第２のノード
２５０  コントローラ
２５１、２５２、２５３  調整器
２５５  モード選定ユニット
２５７  比較器
２６０  電気負荷
Ｉfb  サンプル電流
Ｉref  基準電流
Ｖbus  母線電圧
Ｖbus_fb  母線電圧
Ｖbus_ref  基準電圧
Ｖcom  必要電圧
Ｖi_fb  電圧
Ｖi_ref  基準電圧
Ｖremp  基準のこぎり波電圧
【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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