(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ（１１８）と、
前記モータ（１１８）に電気的に接続されるインバータ（１１６）と、
前記インバータ（１１６）に電気的に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ（１１４）と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１１４）を介して前記インバータ（１１６）のＤＣリンクに電気的に接続される第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）と、
前記インバータ（１１６）に結合される第２のエネルギー蓄積ユニット（１１２）と、
所定の電力閾値に応じて前記第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）及び前記第２のエネルギー蓄積ユニット（１１２）から前記インバータ（１１６）への電力の分配を制御するように構成される制御ユニット（１２０）と、
を備え、
前記制御ユニット（１２０）は、前記第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）の温度上昇率に応じて前記電力閾値を調整するように構成される、
エネルギー管理システム（１００）。
【請求項２】
前記制御ユニット（１２０）は、第１の電力量を与えるために前記第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）を制御するように構成され、前記第１の電力量が電力閾値以下である請求項１記載のエネルギー管理システム（１００）。
【請求項３】
前記制御ユニット（１２０）は、第２の電力量を与えるために前記第２のエネルギー蓄積ユニット（１１２）を制御するように構成され、前記第２の電力量は、要求される総電力量と前記電力閾値との間の差分である請求項２記載のエネルギー管理システム（１００）。
【請求項４】
地下材料輸送車両、宅配車両（ＰＤＶ）、又は、都市輸送バスのうちの１つに配備される請求項１記載のエネルギー管理システム（１００）。
【請求項５】
前記第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）又は前記第２のエネルギー蓄積ユニット（１１２）のうちの少なくとも一方がナトリウム金属ハロゲン化物バッテリである請求項１記載のエネルギー管理システム（１００）。
【請求項６】
前記制御ユニット（１２０）は、充電の状態、内部抵抗、及び、端子電圧を含む１つ以上のエネルギー蓄積ユニット特性に応じて前記第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）及び前記第２のエネルギー蓄積ユニット（１１２）からの電力の分配を制御するように構成される請求項１記載のエネルギー管理システム（１００）。
【請求項７】
前記制御ユニット（１２０）は、前記第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）の温度上昇率が所定の温度上昇率を超えるときに前記電力閾値を下げるように構成される請求項１記載のエネルギー管理システム（１００）。
【請求項８】
前記制御ユニット（１２０）は、前記第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）の検出された充電状態に応じて前記電力閾値を調整するように構成される請求項１記載のエネルギー管理システム（１００）。
【請求項９】
電気車両（１２２）で電気エネルギーの分配率を管理するための方法において、
全体の電力需要に応じて、第１の電気エネルギー量をモータ（１１８）に供給するべく第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）を制御するステップであって、前記第１の電気エネルギー量が所定の電力閾値以下であるステップと、
第２の電気エネルギー量を前記モータ（１１８）に供給するべく第２のエネルギー蓄積ユニット（１１２）を制御するステップであって、前記第２の電気エネルギー量が全体の電力需要と前記第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）により前記モータ（１１８）に供給される前記第１の電気エネルギー量との間の差分であるステップと、
前記第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）の検出された温度上昇率に応じて前記所定の電力閾値を調整するステップと、
を備える方法。
【請求項１０】
前記所定の電力閾値を調整するステップは、前記第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）の温度上昇率が比率閾値を超えるときに閾値量を下げることを含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記電気車両（１２２）が地下材料輸送車両である請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）又は前記第２のエネルギー蓄積ユニット（１１２）のうちの少なくとも一方がナトリウム金属ハロゲン化物バッテリである請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のエネルギー蓄積ユニット（１１０）の検出された充電状態に応じて前記所定の電力閾値を調整するステップを更に備える請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般に電気車両に関する。他の実施形態は、電気車両用のエネルギー管理システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車両は、当該技術分野において知られており、推進のために１つ以上の電気モータ又はトラクションモータを使用する（トラクションモータは、車両の推進のために使用される電気モータである）。一般に、バッテリやウルトラキャパシタなどの車載エネルギー蓄積ユニットに蓄えられる電気エネルギーはインバータへ供給され、このインバータにおいて直流電流（ＤＣ）が交流電流（ＡＣ）へ変換され、この交流電流は、その後、車両の車輪を駆動させる多相（一般に３相）ＡＣモータへ供給される。都市の宅配車両（ＰＤＶ）、都市輸送バス、及び、坑内採鉱車両を含む材料輸送車両においては、電気推進が策定されてしばしば使用され、坑内採鉱車両の場合には、これらの車両が動作する環境の囲繞された地下空洞内で排気も最小に維持されなければならない。これに関連して、電気推進を伴う車両は、内燃機関を利用する車両とは対照的に、空気の質を改善し、生産性を高めるとともに、採鉱作業のコストを低減するために、更にまた、市街地での宅配や公共輸送における排気を減少させるためにしばしば利用される。
【０００３】
坑内採鉱電気車両におけるエネルギー蓄積ユニットの熱制御はしばしば困難である。これは、車載のエネルギー蓄積ユニット（例えば、バッテリ又はウルトラキャパシタ）がしばしば特定の温度範囲を超えて動作しなければならないからである。例えば温度が高すぎる場合には、バッテリ又は他のエネルギー蓄積ユニットの寿命が大きく減らされる可能性がある。加えて、エネルギー蓄積ユニットがかなり高温で動作する場合には、そのような熱状態が潜在的な安全性問題をもたらす場合もある。
【０００４】
逆に、特定のバッテリ技術及び化学反応に応じて、動作温度が低すぎる場合には、バッテリの性能が低下する可能性がある。或いは、例えばナトリウム金属ハロゲン化物化学反応バッテリなどの高温バッテリが利用される場合には、動作温度範囲が２５０°を下回るときにバッテリが適切に機能しない場合がある。また、動作温度範囲の下限での動作が低効率及びパワー能力の減少をもたらす可能性がある。同様に、所定の温度レベルを上回る高温でのバッテリの動作は、バッテリの寿命を短くして、故障等を引き起こす場合がある。
【０００５】
図１は、車両用の従来技術の推進システム１０を示す。ここに示されるように、システムは、単一のエネルギー蓄積ユニット１２と、インバータ１４と、少なくとも１つのモータ１６と、以下で詳しく論じられるようにエネルギー蓄積ユニット１２からの電気エネルギーの分配を制御するための制御ユニット１８とを含む。蓄積ユニット１２は、当該技術分野において知られるタイプ及び化学反応を有するバッテリであってもよく、また、外部の発電所から、当初は外部電源から蓄積された電気から、車載発電機から、或いは、車両が下り坂の勾配で減速している又は速度を保持している間の再生制動エネルギーの取得中に、電気エネルギーを蓄積するように構成される。エネルギー蓄積ユニット１２は、蓄積された電気エネルギーをインバータ１４に供給するように構成され、この場合、電気エネルギーは、特定の電圧でＤＣ電流の形態を成して、特定の時間にわたる電力（すなわちＷｈｒ）として規定され、また、インバータでは、電気エネルギーが交流電流電気励起へ変換される。インバータ１４から、交流電流及び電圧電気励起は、システムが配備される車両２０の車輪を駆動させるモータ１６へ供給される。しかしながら、容易に分かるように、推進システム１０を使用して車両を推進させるための電力及びエネルギーの全ては単一のエネルギー蓄積ユニット１２によって与えられなければならない。
【０００６】
以上を考慮して、バッテリ動作に関連する熱問題を軽減する電気車両用のエネルギー管理システム及び方法の必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第９１７４５２５号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、モータと、モータに電気的に接続されるインバータと、インバータに電気的に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータを介してインバータのＤＣリンクに電気的に接続される第１のエネルギー蓄積ユニットと、インバータに結合される第２のエネルギー蓄積ユニットと、制御ユニットとを含むエネルギー管理システムに関する。制御ユニットは、所定の電力閾値に応じて第１のエネルギー蓄積ユニット及び第２のエネルギー蓄積ユニットからインバータへの電力の分配を制御するように構成される。
【０００９】
他の実施形態では、電気車両で電気エネルギーの分配率を管理するための方法が提供される。方法は、全体の電力需要に応じて、第１の電気エネルギー量をモータに供給するべく第１のエネルギー蓄積ユニットを制御するステップであって、第１の電気エネルギー量が所定の電力閾値以下であるステップと、第２の電気エネルギー量をモータに供給するべく第２のエネルギー蓄積ユニットを制御するステップであって、第２の電気エネルギー量が全体の電力需要と第１のエネルギー蓄積ユニットによりモータに供給される第１の電気エネルギー量との間の差分であるステップとを含む。
【００１０】
他の実施形態では、エネルギー蓄積ユニットからの電気エネルギーの分配を管理する方法が提供される。方法は、第１の電力分割パラメータにしたがってエネルギー蓄積ユニットのセル内の第１の化学反応からの電気エネルギーの放電率を制御するステップと、第１の決定された特性で、第２の電力分割パラメータにしたがってエネルギー蓄積ユニットのセル内の第１の化学反応からの電気エネルギーの放電率を制御するステップと、第２の決定された特性で、第３の電力分割パラメータにしたがってセル内の第２の化学反応からの電気エネルギーの放電率を制御するステップとを含む。
【００１１】
本発明は、添付図面に関連する非限定的な実施形態の以下の説明を読むことにより更に良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】単一のエネルギー蓄積ユニットを有する車両用の従来技術の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係る複数のエネルギー蓄積ユニットを利用するエネルギー管理システムの概略図である。
【図３】図２のエネルギー管理システムを示す回路図である。
【図４】シフト操作中の電気車両の典型的な電力プロファイルを示す図である。
【図５】電気車両にとって望ましい放電範囲にわたる典型的なエネルギー蓄積温度プロファイルを示すグラフである。
【図６】図１に示される車両などの単一のエネルギー蓄積ユニットを有する車両のための推進システムに関するＤＣ電圧図である。
【図７】高温ナトリウム金属ハロゲン化物バッテリを有する推進システムに関するＤＣ電圧図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の典型的な実施形態について詳しく言及し、実施形態の例が添付図面に示される。可能な限り、図面の全体にわたって使用される同じ参照数字は、同じ又は同様の部分を示す。本発明のシステム及び方法が地下材料輸送車両に関連して説明されて図示されるが、本発明のシステム及び方法は、一般に、電気車両及び他の電気機械に適用できる。
【００１４】
本明細書中で使用される「電気的に接続される」とは、電流が一方から他方へ流れることができるように参照された要素が直接的に或いは間接的に接続されることを意味する。接続は、直接的な導電接続（すなわち、介在する容量素子、誘導素子、又は、能動素子を伴わない）、誘導接続、容量接続、及び／又は、任意の他の適した電気接続を含んでもよい。介在する構成要素が存在してもよい。
【００１５】
図２を参照すると、本発明の一実施形態に係るエネルギー管理システム１００が示される。この図に示されるように、システムは、ロー側エネルギー蓄積ユニット１１０及びハイ側エネルギー蓄積ユニット１１２を含む複数のエネルギー蓄積ユニットと、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１４と、インバータ１１６と、少なくとも１つのモータ１１８とを含む。エネルギー蓄積ユニット１１０、１１２は、当該技術分野において知られる任意のタイプのエネルギー蓄積装置であってもよく、また、当該技術分野において知られる任意の技術及び化学反応を有することができる。一実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１４は双方向ブーストコンバータである。ロー側エネルギー蓄積ユニット１１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１４を介してインバータ１１６のＤＣリンクに電気的に結合され、一方、ハイ側エネルギー蓄積ユニット１１２はインバータ１１６のＤＣリンクに直接に結合される。容易に分かるように、インバータ１１６は、（コンバータ１１４を介した）ロー側エネルギー蓄積ユニット１１０からの直流電流及びハイ側エネルギー蓄積ユニット１１２からの直流電流をモータ１１８へ供給される交流電流へ変換する。モータ１１８は、システム１００が配備される車両１２２の車輪を駆動させて、車両１２２を推進させる。この図に示されるように、システム１００は、以下で詳しく論じられるように、電気エネルギーの分配及び利用を制御するように構成される制御ユニット１２０も含む。
【００１６】
図３は、図２のシステム１００の構成要素の相互接続を例示する回路図であって、特に、インバータ１１６のＤＣリンクに直接に結合されるハイ側エネルギー蓄積ユニット１１２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１４を介してインバータ１１６のＤＣリンクに電気的に結合されるロー側エネルギー蓄積ユニット１１０とを示す回路図である。一実施形態では、制御ユニット１２０は、ロー側エネルギー蓄積ユニット１１０とハイ側エネルギー蓄積ユニット１１２との間で分けられる動的電力を与えるためにメモリに記憶された制御アルゴリズムにしたがって動作する。特に、制御ユニット１２０は、充電状態、内部抵抗、及び、端子電圧を含む１つ以上のバッテリ特性に応じて、及び／又は、周囲温度状態、車両冷却システムパラメータ、並びに、車両荷重及びデューティサイクル持続時間の変化を含む、システム１００が配備される車両１２２のための１つ以上の車両動作パラメータに応じて、ロー側バッテリ１１０及びハイ側バッテリ１１２からの電気エネルギー分配を制御するように構成される。
【００１７】
一実施形態では、制御ユニット１２０は、予め決定された電力閾値に応じてインバータ１１６へのエネルギー分配を制御するように構成される。例えば、一実施形態では、７５ｋＷの一定の予め設定された／予め決定された電力閾値が利用されてもよい。一実施形態では、負荷電力が７５ｋＷ閾値未満であるときに、制御ユニット１２０は、全体の負荷電力要件を満たすように電力を供給するべくロー側エネルギー蓄積ユニット１１０を制御してもよい。負荷電力が所定の閾値よりも大きい場合には、負荷電力と閾値電力との間の差分がハイ側エネルギー蓄積ユニット１１２によって供給されてもよい。したがって、制御ユニット１２０は、車両動作中の電力需要に応じて、電力を所定の閾値に至るまで供給するべくロー側エネルギー蓄積ユニット１１０を制御するとともに、車両１２２の全体の電力需要を満たすために所定の閾値量を超えて補助電力を供給するべくハイ側エネルギー蓄積ユニット１１２を制御する。そのため、容易に分かるように、ロー側エネルギー蓄積ユニット１１０とハイ側エネルギー蓄積ユニット１１２との間で所要電力を分けることにより、車両の電力需要全体を満たそうとする単一バッテリに起因し得る熱問題が予め回避される。
【００１８】
図４を参照すると、図１に示される車両などの単一のエネルギー蓄積ユニットを有する地下材料輸送電気車両のシフト操作中における典型的な電力プロファイルがその左側に１５０で示される。ここに示されるように、単一のエネルギー蓄積ユニットは、車両の電力需要全体を満たさなければならない。単一の蓄積ユニットは、全シフトの間中にわたって電力の全てを供給しなければならないため、エネルギー蓄積ユニット／バッテリの動作温度が全シフト時間の一部にわたって高くなる場合があり、それにより、潜在的な寿命問題等がもたらされる。図４の右側に示されるように、図２及び図３に示されるシステム１００を有する車両１２２における典型的な電力プロファイルが１６０で示される。ここに示されるように、車両１２２における全体の電力需要は図１に示される単一エネルギーユニット形態の場合と同じとなり得るが、電力需要は、ユニット１０、１１２のうちのいずれか一方により供給される電力のピークレベルが単一エネルギー蓄積ユニットが使用された場合よりもかなり低くなるようにロー側エネルギー蓄積ユニット１１０とハイ側エネルギーユニット１１２との間で分けられ得る。ピーク電力負荷の減少の結果として、各バッテリ１１０、１１２の動作温度を低下させることができ、それにより、バッテリ寿命を延ばして、安全性を高めることができる。すなわち、図２及び図３に示されるデュアルエネルギー蓄積形態では、エネルギー蓄積の熱問題を解決するために、複数のエネルギー蓄積ユニット間で、或いは、この実施形態に記載されるように２つのエネルギー蓄積ユニット１１０、１１２間で所要電力を分けて動的に制御することができる。
【００１９】
図５は、電気的な材料ハンドラ車両にとって望ましい放電範囲にわたる典型的なエネルギー蓄積温度プロファイル１７０を示す。ここに示されるように、エネルギー蓄積ユニット／バッテリ温度は、一貫して増大するが、異なる勾配を伴う。充電の状態、セル温度、サーマルマス、周囲温度、エネルギー蓄積冷却システム有効性、化合物、並びに、負荷電力要件及びデューティサイクル要件を含む、バッテリ及び関連するシステムのパラメータ及び特性に応じて、温度上昇率に対応する異なる温度勾配１７２、１７４が存在する。例えば、複数のエネルギー蓄積ユニットのうちの１つが２つの異なる化学反応を含むバッテリセル、例えば高温ナトリウム金属ハロゲン化物バッテリから構成される場合には、２つの温度上昇率が存在する。一実施形態では、前述のようなマルチエネルギー形態を成すそれぞれのエネルギー蓄積ユニット又はバッテリの温度を最小にするために動的な制御アルゴリズムを制御ユニット１２０によって実施できる。
【００２０】
他の実施形態では、制御ユニット１２０は、バッテリの熱問題を解決するために使用される多重セグメント制御法を伴う制御アルゴリズムにしたがって動作するように構成される。容易に分かるように、負荷プロファイルの高い電力需要部分の間中においては、それぞれのバッテリにおける温度上昇率も高い。一実施形態では、制御ユニット１２０は、ロー側バッテリ１１０における温度上昇率の方が低いときには、ハイ側エネルギー蓄積ユニット／バッテリ１１２と比べて多くの電気エネルギーをロー側エネルギー蓄積ユニット／バッテリ１１０から供給するように構成される。また、制御ユニット１２０は、ロー側バッテリ１１０における温度上昇率の方が高いときには、ロー側バッテリ１１０における所要電力／電力閾値を調整した後に、車両１２２における長い方の残存所要電力部分を供給するべくハイ側バッテリを制御するように構成される。様々なセグメントを伴うこの制御法は、ロー側バッテリが急速な温度上昇を受けるときに、より低い温度上昇をロー側バッテリ１１０において維持できる。
【００２１】
ここで、図６を参照すると、典型的なＤＣバッテリ電圧線図２００が示される。図１のシステムなどの単一のエネルギー蓄積ユニットを有するシステムにおいては、図示のようなＤＣバッテリ電圧がＤＣリンク電圧に対応する。破線２０２は、単一の化学反応を伴うバッテリセルの放電深度を示し、一方、破線２０４は、２つの化学反応を伴うバッテリセルの放電深度を示す。ここに示されるように、バッテリ充電状態が減少するにつれて、バッテリ放電深度が増大するとともに、ＤＣリンク電圧も減少する。単一の化学反応を伴うバッテリにおいては、線２０２により示されるように、充電状態が減少するとき或いは放電深度が増大するときに、バッテリＤＣリンク電圧が滑らかに単調減少している。しかしながら、２つ以上の化学反応を伴うバッテリにおいては、異なる化学反応が異なる開回路電圧を有するため、電圧の滑らかな或いは一貫した減少を見出すことができない。
【００２２】
本明細書中で使用される、２つ以上の化学反応を伴うバッテリとは、２つ以上の化学反応をバッテリのセル内に伴うバッテリを意味する。特に、従来のバッテリとは異なり、２つ以上の化学反応を伴うバッテリ（例えば、ナトリウム金属ハロゲン化物バッテリ）は、放電の最初の部分の間にわたって一方の（第１の）化学反応が利用されるとともに、特定の予定された放電能力後に第２の化学反応が利用されるという特徴を有する。セル内の第１の化学反応を利用して放電している間、セルは、セル内の第２の化学反応を使用して放電しているときよりも高い開回路電圧を有する。また、セル内のこの多重の化学反応は、セル故障中に低いインピーダンス又は本質的に「電気的短絡」を化学反応がもたらし、それにより、低いインピーダンスを有する故障したセルを通じて電流が流れることができるという固有の特性もナトリウム金属ハロゲン化物セルに与える。大部分の他のバッテリにおいて、個々のセルの故障は、一般に、高いインピーダンスで又は電気的に「開回路」で機能しなくなる。
【００２３】
図６を更に参照すると、２つ以上の化学反応を伴うバッテリにおいて、ＤＣバッテリ電圧は、２０６に示されるように、バッテリセルが第１の化学反応から第２の化学反応へと移行するときに、低い方の電圧レベルへと移行する。セル内に２つの化学反応を伴う単一のエネルギー蓄積ユニット１２を有する図１のシステムの場合、高い方の開回路電圧を伴う化学反応が最初に放電され、その後、低い方の開回路電圧を伴う化学反応が放電される。したがって、バッテリが特定の充電状態値まで放電された後、放電電圧が低い方のレベルまで大きく減少される。制御ユニット１２０により実施される多重セグメント動的制御法は、電力分割パラメータの組に応じてＤＣリンク電圧におけるこの下向きの移行を遅らせることができる。この利点以外に、図２及び図３に記載される回路概念を使用するＤＣリンク電圧の制御における更なる利点は、多重セグメント制御法がＤＣリンク電圧を単純な固定された電力分割閾値よりも高いレベルに維持する傾向があるという点である。また、高い方のＤＣリンク電圧は、バッテリ、パワーエレクトロニクスインバータ、及び、電気モータを含むシステム内の幾つかの他の構成要素からの電力及びエネルギーの損失を減少させ、それにより、システム効率を高め、最終的に充電ごとのレンジを増大させ、したがって生産性を高める。
【００２４】
一実施形態では、バッテリから、特にバッテリの第１及び第２の化学反応からの電気エネルギーの放電は、バッテリ内の第１及び第２の化学反応の決定された特性に応じて制御される。決定された特性は、第１の化学反応の充電状態及び／又は放電深度、並びに、第２の化学反応の充電状態及び又は放電深度を含んでもよい。
【００２５】
図７は、多重化学反応バッテリ、特に、本発明の一実施形態にしたがってバッテリセルを適した動作温度範囲内に維持するための熱状態及び電圧状態をもたらす３つの電力分割パラメータと２つの充電状態分割パラメータとを含む３セグメント動的制御法を伴う高温ナトリウム金属ハロゲン化物バッテリに関するＤＣ電圧線図３００を示す。３つの電力分割パラメータを含む３つのセグメントが３０２、３０４、３０６で示されており、また、２つの充電状態分割パラメータが３０８、３１０で示される。一例として、２つの異なる化学反応をそのセル内で使用する比エネルギーが高いバッテリ、すなわち、ロー側バッテリが利用される。重要なパラメータは、３つの電力分割パラメータと２つの充電状態分割パラメータとを含み、この場合、放電深度は１−充電状態に等しい。図７に示されるように、３０２及び３０４で示される第１の化学的放電を制御するために３つの電力分割パラメータのうちの２つが使用され、また、３０６で示される第２の化学的放電を制御するために３番目の電力分割パラメータが使用される。２つの充電状態分割パラメータは、３０８及び３１０で示されるように、バッテリが特定の充電状態へと放電されるときに電力分割パラメータを一方から他方へ切り換えるために使用される。一実施形態では、これらのパラメータは、カスタマイズできるとともに電力分割を動的に制御するために使用でき、それにより、バッテリの熱状態を改善できる。増大したＤＣリンク電圧での動作によるこの多重セグメント動的制御法の大きな利点は、バッテリセル内の高い温度を防止して、パワーエレクトロニクスインバータにおける損失を減らすとともに、モータにおける損失を低減し、それにより、システム効率を向上させることである。
【００２６】
容易に分かるように、本発明のシステム及び方法は、バッテリの熱問題を解決する結果としてバッテリ寿命の増大をもたらすとともに、ピーク電力性能を高め、また、動作時間及び生産性を高める。加えて、本発明のシステムは、バッテリ動作温度を下げることにより、従来のシステムよりも安全である。また、動的な制御法によりバッテリの熱問題を扱うことによって、バッテリ冷却システムの過大設計が排除され、温度上昇を制限するための断熱の再設計がもはや不要である。
【００２７】
以上に関連して、制御ユニットにより実施される多重セグメント制御法は、停止或いは特別な冷却のための要件を何ら伴うことなく給電される材料輸送車両がシフト又はミッションの全体にわたって連続的に作動できるようにする。前述したように、これは、より長い持続時間のシフトをもたらし、したがって、生産性を高めて、電気推進バッテリシステムからの使用可能なエネルギーを増大させ、電気モータ及びトラクションインバータなどの他のシステム構成要素におけるエネルギー損失を低減させるとともに、より長い動作時間にわたるＤＣリンク電圧レベルのレベル増大の結果として電気モータピーク電力性能を向上させる。
【００２８】
したがって、本明細書中に記載されるシステム及び方法は、電気車両にエネルギー管理をもたらす。１つの実施形態では、エネルギー管理システムは、モータと、モータに電気的に接続されるインバータと、インバータに電気的に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータを介してインバータのＤＣリンクに電気的に接続される第１のエネルギー蓄積ユニットと、インバータに結合される第２のエネルギー蓄積ユニットと、制御ユニットとを含む。制御ユニットは、所定の電力閾値に応じて第１のエネルギー蓄積ユニット及び第２のエネルギー蓄積ユニットからインバータへの電力の分配を制御するように構成される。
【００２９】
一実施形態では、制御ユニットは、第１の電力量を与えるために第１のエネルギー蓄積ユニットを制御するように構成され、この場合、第１の電力量は電力閾値以下である。制御ユニットは、第２の電力量を与えるために第２のエネルギー蓄積ユニットを制御するように構成され、この場合、第２の電力量は、要求される総電力量と電力閾値との間の差分である。
【００３０】
一実施形態では、システムが地下材料輸送車両に配備される。
【００３１】
一実施形態では、第１のエネルギー蓄積ユニット及び第２のエネルギー蓄積ユニットのうちの少なくとも一方がナトリウム金属ハロゲン化物バッテリである。
【００３２】
一実施形態では、制御ユニットは、充電の状態、内部抵抗、及び、端子電圧を含む１つ以上のエネルギー蓄積ユニット特性に応じて第１のエネルギー蓄積ユニット及び第２のエネルギー蓄積ユニットからの電力の分配を制御するように構成される。
【００３３】
一実施形態では、制御ユニットは、第１のエネルギー蓄積ユニットの温度上昇率に応じて電力閾値を調整するように構成される。一実施形態では、制御ユニットは、第１のエネルギー蓄積ユニットの温度上昇率が所定の温度上昇率を超えるときに電力閾値を下げるように構成される。
【００３４】
一実施形態では、制御ユニットは、第１のエネルギー蓄積ユニットの検出された充電状態に応じて電力閾値を調整するように構成される。
【００３５】
他の実施形態では、電気車両で電気エネルギーの分配を管理するための方法が提供される。方法は、全体の電力需要に応じて、第１の電気エネルギー量をモータに供給するべく第１のエネルギー蓄積ユニットを制御するステップであって、第１の電気エネルギー量が所定の電力閾値以下であるステップと、第２の電気エネルギー量をモータに供給するべく第２のエネルギー蓄積ユニットを制御するステップであって、第２の電気エネルギー量が全体の電力需要と第１のエネルギー蓄積ユニットによりモータに供給される第１の電気エネルギー量との間の差分であるステップとを含む。
【００３６】
また、方法は、第１のエネルギー蓄積ユニットの検出された温度上昇率に応じて所定の電力閾値を調整するステップを含んでもよい。
【００３７】
一実施形態では、電気車両が地下材料輸送車両である。
【００３８】
一実施形態では、第１のエネルギー蓄積ユニット及び第２のエネルギー蓄積ユニットのうちの少なくとも一方がナトリウム金属ハロゲン化物バッテリである。
【００３９】
一実施形態では、方法は、第１のエネルギー蓄積ユニットの検出された充電状態に応じて所定の電力閾値を調整するステップを含んでもよい。一実施形態では、所定の電力閾値を調整するステップは、第１のエネルギー蓄積ユニットの温度上昇率が比率閾値を超えるときに閾値量を下げることを含む。
【００４０】
他の実施形態では、エネルギー蓄積ユニットからの電気エネルギーの分配を管理する方法が提供される。方法は、第１の電力分割パラメータにしたがってエネルギー蓄積ユニットのセル内の第１の化学反応からの電気エネルギーの放電を制御するステップと、第１の特性で、第２の電力分割パラメータにしたがってエネルギー蓄積ユニットのセル内の第１の化学反応からの電気エネルギーの放電を制御するステップと、第２の特性で、第３の電力分割パラメータにしたがってセル内の第２の化学反応からの電気エネルギーの放電を制御するステップとを含む。
【００４１】
一実施形態では、第１の特性は、セル内の第１の化学反応の第１の決定された充電状態である。一実施形態では、第２の特性は、セル内の第１の化学反応の第２の決定された充電状態である。
【００４２】
一実施形態では、第１の特性は、セル内の第１の化学反応の第１の決定された放電深度である。一実施形態では、第２の特性は、セル内の第１の化学反応の第２の決定された放電深度である。
【００４３】
先の説明が例示的であって限定しようとするものでないことが理解されるべきである。例えば、前述の実施形態（及び／又はその態様）は互いに組み合わせて使用されてもよい。また、本発明の範囲から逸脱することなく特定の状況又は材料を本発明の教示内容に適合させるべく多くの変更がなされてもよい。本明細書中に記載される材料の寸法及びタイプは、本発明のパラメータを規定しようとするものであるが、それらは決して限定ではなく典型的な実施形態である。多くの他の実施形態は、先の説明を見直せば当業者に明らかである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求項をそのような特許請求項に与えられる範囲と等価な全範囲と共に参照して決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、用語「含む」及び「この場合（in which）」は、それぞれの用語「備える」及び「この場合（wherein）」のプレインイングリッシュ相当語句として使用される。また、以下の特許請求の範囲において、用語「第１」、「第２」、「第３」、「上側」、「下側」、「下端」、「上端」等は、単にラベルとして使用されるにすぎず、それらの対象物に対して数値要件又は位置要件を課そうとするものではない。更に、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズプラスファンクション形式で書かれておらず、そのような特許請求項の限定が「〜のための手段」の表現を使用した後に更なる構造に欠ける機能の記述を明示的に続けない限り３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２の第６項に基づいて解釈されるように意図されていない。
【００４４】
書かれた説明は、最良の形態を含む本発明の幾つかの実施形態を開示するため、及び、任意の装置又はシステムを形成して使用すること並びに任意の組み入れられた方法を実行することを含めて本発明の実施形態を当業者が実施できるようにするために、実施例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想起する他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とは異ならない構造的要素を有する場合、或いは、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉との実態のない差異を伴う等価な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内に入るように意図される。
【００４５】
本明細書中で使用されるような、単数形で挙げられて単語「１つ（a又はan）」を伴って続けられる要素又はステップは、複数の要素又はステップを排除しないように理解されるべきである。ただし、そのような排除が明確に述べられる場合を除く。また、本発明の「１つの実施形態」への言及は、挙げられた特徴も組み入れる更なる実施形態の存在を排除するべく解釈されるように意図されない。更に、逆のことが明確に述べられなければ、特定の特性を有する要素又は複数の要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」実施形態は、その特性を有さない更なるそのような要素を含んでもよい。
【００４６】
本明細書中に含まれる発明の思想及び範囲から逸脱することなく車両用のエネルギー管理システム及び方法において特定の変更がなされてもよいため、先の説明の或いは添付図面に示される主題の全てが本明細書中の発明概念を示す単なる例として解釈されるべきであって発明を限定するように解釈されるべきでないことが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１００  エネルギー管理システム
１１０  ロー側エネルギー蓄積ユニット
１１２  ハイ側エネルギー蓄積ユニット
１１４  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１６  インバータ
１１８  モータ
１２０  制御ユニット
１２２  車両
【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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