(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のエネルギー貯蔵デバイスのための総充電時間を最小化する方法および装置の提供。【解決手段】電気エネルギーを貯蔵するように構成されている１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスと、複数のエネルギーポートを有しかつ複数のＤＣ電気コンバータを含むパワーエレクトロニクス変換システムと、コントローラであり、複数のエネルギーポートの１つに接続されている電源から流れるソース電流を第１の電流と第２の電流とに分割し、ここで、第１の電流および第２の電流はそれぞれ、複数のＤＣコンバータの第１および第２のＤＣコンバータを流れ、第１のＤＣコンバータおよび第２のＤＣコンバータへの電流フローを選択的にオン、オフにすることにより、第１の電流および第２の電流を修正し、複数のエネルギーポートの第２に接続されている１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスの第１に第１の電流および第２の電流を同時に流す。【選択図】図１
2013099247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ）であって、
電気エネルギーを貯蔵するように構成されている１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスと、
複数のエネルギーポートを有するパワーエレクトロニクス変換システムであり、複数のＤＣ電気コンバータを含む、パワーエレクトロニクス変換システムと、
コントローラであり、
前記複数のエネルギーポートの１つに接続されている電源から流れるソース電流を第１の電流と第２の電流とに分割し、ここで、前記第１の電流は前記複数のＤＣコンバータの第１を通って流れかつ前記第２の電流は前記複数のＤＣコンバータの第２を通って流れ、
前記第１のＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣコンバータへの電流フローを選択的にオン、オフにすることにより、前記第１の電流および前記第２の電流を修正し、
前記複数のエネルギーポートの第２に接続されている前記１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスの第１に前記第１の電流および前記第２の電流を同時に流すことにより充電電流を形成する
ように構成されている、コントローラと
を含む、エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ）。
【請求項２】
前記充電電流は１２５Ａより大きい、請求項１記載のＥＳＭＳ。
【請求項３】
各ＤＣ電気コンバータは、
ＤＣ電圧を上昇させ、
ＤＣ電圧を下降させ、
電圧を大幅に変化させることなく電流を流し、ここで、
前記複数のエネルギーポートの各々は、前記１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスの各々に接続可能であり、
前記複数のエネルギーポートの各々は、電源に接続可能である
ように構成されている、請求項１記載のＥＳＭＳ。
【請求項４】
前記コントローラは、
以下のステップ：
（１）前記第１のＤＣコンバータをオンに切り換え；
（２）前記第１のＤＣコンバータをオフに切り換え；
（３）前記第２のＤＣコンバータをオンに切り換え；
（４）前記第２のＤＣコンバータをオフに切り換える
を順番に経時的に実施し、
前記充電電流を生成するために、ステップ（１）から（４）までを繰り返す
ように構成されることにより、前記第１のＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣコンバータを通して前記第１の電流および前記第２の電流それぞれを交互配置するように構成されている、請求項１記載のＥＳＭＳ。
【請求項５】
前記第１のＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣコンバータは各々それぞれ、前記第１の電流および前記第２の電流の各々に対応する受電電圧を上昇させるように構成されている、請求項１記載のＥＳＭＳ。
【請求項６】
前記コントローラは、前記ソース電流を前記第１の電流と前記第２の電流とに分割する前に、前記ソース電流を第３のＤＣコンバータを通して誘導するように構成されている、請求項１記載のＥＳＭＳ。
【請求項７】
前記コントローラは、前記第３のＤＣコンバータが以下の:
前記ソース電流の前記電圧をより低い電圧に下降させること;
前記ソース電流を、その前記電圧を大幅に修正することなく、前記電流が前記第１の電流と前記第２の電流とに分割される場所へ流すこと
のうちの１つを実施するように、前記第３のＤＣコンバータを動作させるように構成されている、請求項６記載のＥＳＭＳ。
【請求項８】
前記１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスの第２が、前記複数のエネルギーポートの第３に接続され、かつ前記第１のエネルギー貯蔵デバイスに供給電流を供給するように構成されている、請求項１記載のＥＳＭＳ。
【請求項９】
エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ）を管理する方法であって、
電源を前記ＥＳＭＳの第１のポートに接続するステップと、
第１のエネルギー貯蔵デバイスを前記ＥＳＭＳの第２のポートに接続するステップと、
ソース電流を前記電源から前記ＥＳＭＳに供給するステップと、
前記ソース電流を第１の電圧での第１の電流と第１の電圧での第２の電流とに分割するステップと、
前記第１の電流を前記ＥＳＭＳの第１のＤＣ電圧コンバータに誘導するステップと、
前記第２の電流を前記ＥＳＭＳの第２のＤＣ電圧コンバータに誘導するステップと、
前記第１の電流の前記第１の電圧を第２の電圧まで上昇させて、前記第１のＤＣ電圧コンバータを選択的にオン、オフすることにより、第１の修正電流を形成するステップと、
前記第２の電流の前記第１の電圧を前記第２の電圧まで上昇させて、前記第２のＤＣ電圧コンバータを選択的にオン、オフすることにより、第２の修正電流を形成するステップと、
前記第１の修正電流を前記第２の修正電流と統合して、前記第２の電圧で前記第１のエネルギー貯蔵デバイスに充電電流を供給するステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記充電電流は１２５Ａより大きい、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
以下のステップ：
（１）前記第１のＤＣ電圧コンバータをオンにし；
（２）前記第１のＤＣ電圧コンバータをオフにし；
（３）前記第２のＤＣ電圧コンバータをオンにし；
（４）前記第２のＤＣ電圧コンバータをオフにする
を順番に経時的に実施し、
ステップ（１）〜（４）を繰り返して、前記充電電流を生成する
ことにより、前記第１のＤＣ電圧コンバータと前記第２のＤＣ電圧コンバータとの交互配置動作を含む、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記ソース電流を前記第１の電流と前記第２の電流とに分割する前に、前記ソース電流を第３のＤＣ電圧コンバータへ誘導するステップを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記第３のＤＣ電圧コンバータ内で前記ソース電流の電圧をより低い電圧に下降させるステップ、または
前記ソース電流を、その電圧を大幅に修正することなく前記第３の電圧コンバータを通して流すステップ
を含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
第２のエネルギー貯蔵デバイスを前記ＥＳＭＳの第３のポートに接続させるステップと、
前記第２のエネルギー貯蔵デバイスから前記エネルギー貯蔵デバイスに、かつ前記第１のエネルギー貯蔵デバイスに供給電流を供給するステップと
を含む、請求項９記載の方法。
【請求項１５】
非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ）上に配置されており、そこに、コンピュータにより実行された場合に、前記コンピュータに、
複数のエネルギーポートの第１に接続されている第１の電源から流れるソース電流を第１の電流と第２の電流とに分割させ、ここで、前記第１の電流は複数のＤＣコンバータの第１を通って流れかつ前記第２の電流は前記複数のＤＣコンバータの第２を通って流れ、
前記第１のＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣコンバータの各々が第１の電圧から第２の電圧まで上昇するように、前記第１のＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣコンバータの動作を交互配置させ、
前記複数のエネルギーポートの第２に接続されている１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスの第１に前記第１の電流および前記第２の電流を同時に第２の電圧で流すことにより、充電電流を形成させる
命令を含むコンピュータプログラムを格納している、コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１６】
前記充電電流は１２５Ａより大きい、請求項１５記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１７】
前記コンピュータは、順番に経時的に：
（１）前記第１のＤＣコンバータをオンに切り換え；
（２）前記第１のＤＣコンバータをオフに切り換え；
（３）前記第２のＤＣコンバータをオンに切り換え；
（４）前記第２のＤＣコンバータをオフに切り換え、
前記充電電流を生成するためにステップ（１）から（４）までを連続的に繰り返す
ようにプログラムされていることにより、前記第１のＤＣコンバータおよび前記第２のＤＣコンバータの動作を交互配置するようにされる、請求項１５記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１８】
前記コンピュータは、前記電源から流れる前記ソース電流を分割する前に、前記ソース電流を前記複数のＤＣコンバータの第３を通して導通するようにされる、請求項１５記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１９】
前記コンピュータは、前記第３のＤＣ電圧コンバータが、以下の：
前記ソース電流の電圧を前記第１の電圧に下降させること；および
前記ソース電流を、その電圧を大幅に修正することなく、前記電流が前記第１の電流と前記第２の電流とに分割される場所へ流すこと
のうちの１つを実施するように、前記第３のＤＣコンバータを動作させるようにされる、請求項１８記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２０】
前記コンピュータは、前記複数のエネルギーポートの第２に接続されている第２のエネルギー源から前記第１のエネルギー貯蔵デバイスに供給電流を供給するようにされる、請求項１５記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態が、全般的に、ハイブリッド自動車および電気自動車を含む電気駆動システムに関し、さらに詳細には、複数ポートエネルギー管理システムを使用して電気自動車もエネルギー貯蔵デバイスを迅速に充電することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド電気自動車が、内燃エンジンと、主電池などのエネルギー貯蔵デバイスにより動力を供給される電気モータとを兼ね備え、自動車を推進させてもよい。そのような兼備により、内燃エンジンと電気モータとが各々効率性の高まったそれぞれの範囲内で作動することが可能になることにより、全体的な燃料効率が高まる。例えば、電気モータは、スタンディングスタートからの加速において効率的である可能性があり、一方、内燃エンジン（ＩＣＥ）は、ハイウェイ運転などの一定のエンジン作動の持続時間中に効率的である可能性がある。電気モータの初期加速を上昇させることにより、ハイブリッド自動車の燃焼機関がより小さく、より低燃費であることが可能になる。
【０００３】
純粋な電気自動車は、貯蔵された電気エネルギーを使用して電気モータに動力を供給し、それにより自動車を推進させ、また、補助駆動装置を作動させてもよい。純粋な電気自動車は、１つまたは複数の貯蔵電気エネルギー源を使用してもよい。例えば、第１の貯蔵電気エネルギー源を使用して、（低電圧「エネルギー」電池などの）長持ちするエネルギーを供給してもよく、一方、第２の貯蔵電気エネルギー源を使用して、例えば加速のための、（高電圧「エネルギー」電池またはウルトラキャパシタなどの）高出力エネルギーを供給してもよい。
【０００４】
プラグイン電気自動車は、ハイブリッド電気タイプか純粋な電気タイプかに関わらず、外部電源からの電気エネルギーを使用して、エネルギー貯蔵デバイスを再充電するように構成されている。そのような自動車には、例として、路上走行車およびオフロード車、ゴルフカート、近隣用電気輸送機器、フォークリフト、ならびに小型トラックが含まれてもよい。これらの自動車は、非車載型固定充電器、車載型充電器、または非車載型固定充電器と車載型充電器との組合せのどれかを使用して、電気系統または再生可能エネルギー源から自動車の車載型主電池まで、電気エネルギーを移送してもよい。プラグイン自動車は、例えば電気系統または他の外部電源から主電池を再充電することを容易にするために、回路および接続を含んでいてもよい。
【０００５】
電池充電器は、電気自動車（ＥＶ）の開発において重要な構成要素である。歴史的に、ＥＶ用途のための２種類の充電器が既知である。一方は、機能および様式が、迅速な充電を実施するガソリンスタンドに匹敵し得るスタンドアロン型である。他方は、家庭用差込み口からの、より遅い充電速度（Ｃ−ｒａｔｅ）の充電に使用されてもよい車載型である。ＥＶは、通常、数例を挙げると、（例えば、一充電走行距離および走行のための）低電圧電池、（ブーストおよび加速のための）高電圧電池、ならびに（例えば、ブーストおよび加速のための）ウルトラキャパシタ、などのエネルギー貯蔵デバイスを含む。近年、例として重量がより少なく、エネルギー貯蔵能力がより大きく、コストがより低い電池の開発に大きな前進があり、ＥＶ用途では、再充電を必要とする可能性がある多種類のデバイスがもたらされている。
【０００６】
いくつかの用途では、「ガソリンスタンド」式充電システムを使用して貯蔵デバイスを迅速に充電することが所望されており、一方、他の用途では、従来の家庭用差込み口を使用して貯蔵デバイスをゆっくり充電することが所望されていることを考慮すると、多数のデバイスを有することの影響は、一般に、さらに悪化する。
【０００７】
したがって、車載型充電デバイスは、電気自動車の複数種のエネルギー貯蔵デバイスの充電に適応するために構成可能であるように開発されてきた。通常、そのような充電デバイスは、１つまたは複数の電源に接続可能な複数のポートであり、かつまたＥＶの様々な種類のエネルギー貯蔵デバイスに該ポートを介して接続可能である複数のポートを含んでいてもよい。さらに、充電状況は次から次へと変化する可能性があり、多数の充電状況に適応し、かつ複数種のエネルギー貯蔵デバイスに適応することができるという所望につながる。例えば、１つの充電状態では、エネルギー電池がほとんど完全に枯渇している可能性があり、他のデバイスが全く枯渇していない可能性があり、一方、別の充電状態では、エネルギー電池および１つまたは複数の電源デバイスを「注ぎ足して満タンにする」ことが望ましい可能性がある。どちらかの状況において、やはり例として、再充電を実現するために１つの高電圧のみが利用可能であってもよいか、またはより迅速な充電のために高電圧電源および低電圧電源が二重に利用可能であってもよい。したがって、車載型充電デバイスは、それに接続されている多数の充電装置およびデバイスを管理するために設計されている。
【０００８】
ＥＶ用途における従来のエネルギー電池は、通常、レベル４充電レートとして業界で既知のレートなどの高いＣレート充電電流を受け入れることができない。したがって、最近の電池開発は、充電時間を減少させるためにより迅速な充電能力を実現することにある。当該技術分野では既知であるように、充電レートは、通常、電池技術に依存し、それにより制限される。しかし、電池技術が向上してきているのにつれて、電池をより迅速に充電する能力も向上してきている。したがって、いくつかの場合には、電池がいかに迅速に充電され得るかの決定において、電池自体はもはや制限因子ではなく、代わりに充電器自体が制限デバイスである可能性がある。
【０００９】
他の場合には、充電器自体は、電池がいかに迅速に充電され得るかを決定することにおいて機能を制限するものではない。すなわち、充電器は、同様にレベル４充電レートに適応するために適切に設計されてもよい。しかし、レベル４充電レートでエネルギー貯蔵デバイスを再充電する能力にも関わらず、該充電器は、代わりに、高電流再充電中の動作温度の上昇の理由および再充電中に生じるリップル電流の理由で、寿命が短い可能性がある。システム動作では、電流リップルは、通常、接触器が開閉する際に、かつシステムが接触器の動作に過渡的に応答する際に発生する。このように、レベル４充電のより高い電流動作は寿命劣化を悪化させる可能性があるため、接触器および他の充電器構成要素の寿命が危うくなる可能性がある。換言すれば、電流リップルは、通常はより低い充電レート状態で確実に発生するが、全体的な電流はレベル４装置の場合より低いため、リップルは、通常、充電器の寿命に著しく影響を及ぼしかつＨＶ用途において充電器を全体的な寿命を制限するものとするのに十分な大きさではない。
【００１０】
したがって、充電器をレベル４充電レートで動作させる場合、動作温度の上昇に基づくばかりでなく、同様に、電流リップルの影響が電流の増加と組み合わさるために、充電器の構成要素の寿命が危うくなる可能性がある。
【発明の概要】
【００１１】
したがって、ＥＶ用のエネルギー充電デバイスのロバスト性を高める装置および方法を提供することが望ましいと考えられる。
【００１２】
本発明は、ＥＶの複数のエネルギー貯蔵デバイスのための総充電時間を最小化する方法および装置である。
【００１３】
本発明の一態様によれば、エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ）が、電気エネルギーを貯蔵するように構成されている１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスと、複数のエネルギーポートを有するパワーエレクトロニクス変換システム（ｐｏｗｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）であり、複数のＤＣ電気コンバータを含む、パワーエレクトロニクス変換システムと、コントローラであり、複数のエネルギーポートの１つに接続されている電源から流れるソース電流を第１の電流と第２の電流とに分割し、ここで、第１の電流は複数のＤＣコンバータの第１を通って流れかつ第２の電流は複数のＤＣコンバータの第２を通って流れ、第１のＤＣコンバータおよび第２のＤＣコンバータへの電流フローを選択的にオン、オフにすることにより、第１の電流および第２の電流を修正し、複数のエネルギーポートの第２に接続されている１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスの第１に第１の電流および第２の電流を同時に流すことにより充電電流を形成するように構成されている、コントローラとを含む。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ）を管理する方法が、電源をＥＳＭＳの第１のポートに接続するステップと、第１のエネルギー貯蔵デバイスをＥＳＭＳの第２のポートに接続するステップと、ソース電流を電源からＥＳＭＳに供給するステップと、ソース電流を第１の電圧での第１の電流と第１の電圧での第２の電流とに分割するステップと、第１の電流をＥＳＭＳの第１のＤＣ電圧コンバータに誘導するステップと、第２の電流をＥＳＭＳの第２のＤＣ電圧コンバータに誘導するステップと、第１の電流の第１の電圧を第２の電圧まで上昇させて、第１のＤＣ電圧コンバータを選択的にオン、オフすることにより、第１の修正電流を形成するステップと、第２の電流の第１の電圧を第２の電圧まで上昇させて、第２のＤＣ電圧コンバータを選択的にオン、オフすることにより、第２の修正電流を形成するステップと、第１の修正電流を第２の修正電流と統合して、第２の電圧で第１のエネルギー貯蔵デバイスに充電電流を供給するステップとを含む。
【００１５】
本発明のさらに別の態様によれば、非一時的コンピュータ可読記憶媒体が、エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ）上に配置されており、そこに、コンピュータにより実行された場合に、コンピュータに、複数のエネルギーポートの第１に接続されている第１の電源から流れるソース電流を第１の電流と第２の電流とに分割させ、ここで、第１の電流は複数のＤＣコンバータの第１を通って流れかつ第２の電流は複数のＤＣコンバータの第２を通って流れ、第１のＤＣコンバータおよび第２のＤＣコンバータの各々が第１の電圧から第２の電圧まで上昇するように、第１のＤＣコンバータおよび第２のＤＣコンバータの動作を交互配置させ、複数のエネルギーポートの第２に接続されている１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスの第１に第１の電流および第２の電流を同時に第２の電圧で流すことにより充電電流を形成させる命令を含むコンピュータプログラムを格納している。
【００１６】
種々の他の特徴および利点が、以下の詳細な説明および図面から明らかになるであろう。
【００１７】
図面は、本発明を実施するために現在考えられる実施形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態を組み込んでいる電気自動車（ＥＶ）の概略ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による構成可能な複数ポート充電器アーキテクチャの概略図である。
【図３】図２に示されている複数ポート充電器の構成を示す表である。
【図４】本発明の実施形態による複数ポート充電器の電気回路図である。
【図５】本発明の実施形態による、エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ）および電流フローの図である。
【図６】バックブーストコンバータ内での断続的動作中の電流フローの図である。
【図７】本発明の実施形態による、２つのバックブーストモジュール内の交互配置電流フローおよび結果として得られる電流和の図である。
【図８】本発明による、エネルギー貯蔵デバイスの充電を実施するための戦略の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の実施形態を組み込んでいる、例えば自動車、トラック、バス、もしくはオフロード車などのハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）または電気自動車（ＥＶ）１０の一実施形態を示す。他の実施形態では、自動車１０は、車両ドライブトレーン、無中断の電源、坑内用車両ドライブトレーン、採掘装置（ｍｉｎｉｎｇ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）、海洋システム、および航空システムの１つを含む。自動車１０は、内燃エンジンまたはヒートエンジン１２と、エンジン１２に連結されているトランスミッション１４と、差動装置１６と、トランスミッション１４と差動装置１６との間に連結されているドライブシャフト組立体１８とを含む。種々の実施形態によれば、エンジン１２は、例として内燃ガソリンエンジン、内燃ディーゼルエンジン、外燃エンジン、またはガスタービンエンジンであってもよい。ＥＶ１０はハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）として示されているが、ＥＶ１０は、本発明の実施形態による、パルス負荷を動作させるのに使用される他のパワーエレクトロニクス駆動を使用するプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）などの任意の電気自動車であってもよいことが分かる。このように、本発明は、従来の電気自動車（ＥＶ）およびグリッド充電ハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）に適用可能である。グリッド充電ＨＥＶは、一定のマイルだけ自動車を駆動する選択肢（すなわち、ＰＨＥＶ２０、ＰＨＥＶ４０、ＰＨＥＶ６０）を提供する。伝統的に、ＰＨＥＶの目標は、運転コストを下げかつ経営戦略を最適化することができる高いオール電力走行（ＡＥＲ：ａｌｌ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ−ｒａｎｇｅ）能力を実現することである。
【００２０】
自動車１０は、エンジン１２の作動を制御するために設けられているエンジンコントローラ２０を含む。一実施形態によれば、エンジンコントローラ２０は、エンジン１２の作動状態を感知するように構成されている１つまたは複数のセンサ２２を含む。センサ２２は、例として、エンジン回転数センサと、トルクセンサと、酸素センサと、温度センサとを含んでいてもよい。したがって、エンジンコントローラ２０は、エンジン１２からデータを送受信するように構成されている。自動車１０はまた、エンジン１２のクランクシャフトスピードを測定するエンジンスピードセンサ（図示せず）を含む。一実施形態によれば、スピードセンサは、１秒当たりのパルスでタコメータ（図示せず）からエンジンクランクシャフトスピードを測定してもよく、それは、１分当たりの回転数（ｒｐｍ）信号に変換されてもよい。
【００２１】
自動車１０はまた、差動装置１６の各端部に連結されている少なくとも２つのホイール２４を含む。一実施形態では、自動車１０は、差動装置１６が自動車１０の後端部近くに配置されておりかつホイール２４の少なくとも１つを駆動するように構成されているように、後輪駆動車として構成されている。適宜、自動車１０は、前輪駆動車として構成されていてもよい。一実施形態では、トランスミッション１４は、エンジン１２から受け取った入力トルクが複数のギア比により増大しかつドライブシャフト組立体１８を介して差動装置１６に伝達されるように複数のギアを含む、手動トランスミッションである。そのような実施形態によれば、自動車１０は、エンジン１２とトランスミッション１４とを選択的に接続し切断するように構成されているクラッチ（図示せず）を含む。
【００２２】
自動車１０はまた、エンジン１２により生成されたトルクがトランスミッション１４および電気モータまたは電気モータ／発電機ユニット２６を介して差動装置１６へ伝達されるように、トランスミッション１４と差動装置１６との間にドライブシャフト組立体１８に沿って連結されている電気モータまたは電気モータ／発電機ユニット２６などの電子機械デバイスを含む。スピードセンサ（図示せず）が、電気モータ２６の作動速度をモニタするために含まれていてもよい。一実施形態によれば、電気モータ２６は、トランスミッション１４に直接連結されており、ドライブシャフト組立体１８は、差動装置１６に連結されている１本の車軸またはドライブシャフトを含む。
【００２３】
ハイブリッド駆動制御システムまたはトルクコントローラ２８が、電気モータ２６の作動を制御するために設けられており、モータ／発電機ユニット２６に連結されている。エネルギー貯蔵システム３０が、例としてトルクコントローラ２８に連結されており、低電圧エネルギー貯蔵部またはエネルギー電池３２と、高電圧エネルギー貯蔵部または出力電池（ｐｏｗｅｒ  ｂａｔｔｅｒｙ）３４と、ウルトラキャパシタ３６とを含む。
【００２４】
さらに、低電圧エネルギー貯蔵部３２と、高電圧エネルギー貯蔵部３４と、ウルトラキャパシタ３６とが示されているが、エネルギー貯蔵システム３０は、当該技術分野では理解される通り、例としてナトリウム金属ハロゲン化物電池、ナトリウム塩化ニッケル電池、ナトリウム硫黄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、複数のウルトラキャパシタセル、ウルトラキャパシタと電池との組合せ、または燃料電池などの、複数のエネルギー貯蔵ユニットを含んでいてもよいことを理解すべきである。また、アクセルペダル３８とブレーキペダル４０とが、自動車１０に含まれていてもよい。アクセルペダル３８は、スロットル命令信号またはアクセルペダル信号をエンジンコントローラ２０およびトルクコントローラ２８へ送信するように構成されている。
【００２５】
本発明の実施形態によれば、システム１０は、エネルギー管理貯蔵システム（ＥＳＭＳ）またはエネルギー貯蔵システム３０のエネルギー貯蔵ユニット３２〜３６に連結されている充電器４２を含む。本発明の実施形態によれば、充電器４２は、図示の通り、複数のエネルギー貯蔵システム３２〜３６に連結されていてもよく、充電器４２は、２つが示されている１つまたは複数の電力入力線４４に連結されていてもよい。すなわち、充電器４２は本発明の実施形態を例証しており、本発明の使用を例証している実施形態によれば、１つまたは複数のエネルギー貯蔵システムに連結されていてもよく、充電器４２は、１つまたは複数の電力入力システム４４に連結されていてもよい。充電器４２は、検討される通り、充電器４２のＤＣ電気デバイスまたはバックブーストモジュールに選択的に係合しそれから外れるように構成されているコントローラ４６を含む。
【００２６】
充電器４２がエネルギー貯蔵システム３２〜３６に連結されているように示されており、充電器４２が１つまたは複数の電力入力線４４に連結されているように示されているが、本発明の実施形態がそのように限定される訳ではないことを理解すべきである。代わりに、充電器４２は、複数の様々な種類のエネルギー貯蔵システムおよび電力入力部に連結されていてもよいことを理解すべきである。さらに、１台の自動車につき複数の充電器４２が並列接続で存在してもよいこと、またはそれぞれがそれに連結されている充電器４２を有する自動車１０の各ホイール２４に適用される電力系統が存在してもよいことを理解すべきである。
【００２７】
作動中、エネルギーが、内燃エンジンまたはヒートエンジン１２からトランスミッション１４を介してドライブシャフト組立体１８に供給されてもよく、エネルギーが、エネルギー貯蔵システム３２〜３６を含む可能性があるエネルギー貯蔵システム３０から引き出されたエネルギーを有する駆動制御システム２８を介して、ドライブシャフト組立体１８に供給されてもよいことが、当該技術分野では理解される。したがって、当該技術分野では理解される通り、エネルギーが、例として、例えば電池を含んでいてもよい高電圧貯蔵デバイス３４から、またはウルトラキャパシタ３６から、自動車１０のブーストまたは加速のために取り出されてもよい。走行（すなわち、一般に非加速運転）中、エネルギーが、低電圧エネルギー貯蔵部３２などの低電圧貯蔵デバイスを介して、自動車１０のために取り出されてもよい。
【００２８】
作動中、当該技術分野では理解される通り、エネルギーが、エネルギー貯蔵部３０を供給するかまたはドライブシャフト組立体１８に動力を供給するために、内燃またはヒートエンジン１２から取り出されてもよい。さらに、いくつかのシステムは、エネルギーが制動動作から回収されかつエネルギー貯蔵部３０を再充電するのに使用されてもよい、再生動作（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を含む。さらに、いくつかのシステムは、制動から再生エネルギーを回収しない可能性があり、いくつかのシステムは、内燃エンジンまたはヒートエンジン１２などのヒートエンジンを設けない可能性がある。いくつかのシステムのエネルギー貯蔵部３０を再充電する能力にも関わらず、エネルギー貯蔵部３０は、例として１１５Ｖの家庭用供給源または２３０Ｖの３相電源などの外部電源からの再充電を、定期的に必要とする。エネルギー貯蔵部３０を再充電する必要性は、動力を供給するヒートエンジンを有さず、かつ広い範囲の駆動動作を有するプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）では特に重大である。
【００２９】
したがって、本発明の実施形態は、複数のエネルギーポートを有するように柔軟性があり、構成可能であり、１つまたは複数のエネルギー貯蔵型を充電するために複数の電源および電源型に接続されていてもよい。さらに、例証されるように、本発明の実施形態は、エネルギー貯蔵ユニット３０の複数のエネルギーシステム３２〜３６の効率的かつバランスのとれた充電を可能にし、複数のエネルギーシステムは、様々なレベルの枯渇を有する。
【００３０】
最新のＰＨＥＶおよびＥＶの要求を満たすために、インフラは、２時間または３時間の充電時間（家庭充電）で、（２５ｋＷｈ電池を仮定して）８０％の充電状態（ＳＯＣ）ゲインを達成するために、通常７ｋＷを供給すべきである。より強引な急停車急速充電の状況（例えば、「ガソリンスタンド」）では、著しくより高い電力レベルが、１０分間で所望の８０％の（充電状態）ＳＯＣを達成するために必要とされる可能性がある。車両インターフェース（ｖｅｈｉｃｌｅ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）は、既存の基準に従って設計される必要がある。パイロット信号が、そのデューティサイクルにより最大許容電力を決定する。高度の統合に加えて、また、提案されているシステムにより、機器の単相または三相ＡＣ入力、高効率、低高調波、略単一の入力力率、低コスト、低重量、および安全インターロックがもたらされる。当該技術分野では既知の通り、力率補正（ＰＦＣ）要件が、ＩＥＣ／ＩＳＯ／ＩＥＥＥ方針の高調波電流規則により強く推進される可能性がある。
【００３１】
３つの双方向バックブースト段と充電器フロントエンドから成る統合充電器ユニットを備えたエネルギー管理システムが、後の図に示されている。システムはまた、高圧ＤＣおよび標準ＡＣの差込み口充電のための充電器モジュールを含む。
【００３２】
バックブースト段に関して、充電器のフロントエンドおよびインターフェースは、ＥＶまたはＰＨＥＶ用途のために設計される場合、一般に違いがない。ＤＣ／ＤＣコンバータの役割は、継続的なピーク電力需要に対して信頼できる、２つ以上のエネルギー源間の効率的なエネルギー移送である。充電器ユニットの統合は、より少ない構成要素を備えたより高い出力密度の設計およびしたがってより高い信頼性に向かう次のステップである。したがって、本発明の実施形態は、例としてオール電力ハイブリッド電気自動車を含む、一般に広く「ＥＶ」と表される複数の電気自動車に適用可能である。そのようなＥＶには、自動車の動きを生じさせる電気構成要素を含む電気系統を有することができる路上走行車、ゴルフカート、列車等が含まれる可能性があるが、それらに限定されない。
【００３３】
従来の実施では、一般に、別個の充電器、相互に接続されている電池管理制御ユニットを含むために、多数の別個のユニットが共存する。進化した電池を用いた自動車環境では、充電器と電池との間の通信または異なる供給メーカからの他の自動車システムのシームレス統合が、考慮すべき重要な事柄である。統合充電器を備えたエネルギー管理システムは、必要とされる統合の苦労が殆どなくかつより少ない構成要素によって信頼性が向上するという側面で有利である。
【００３４】
ここで図２を参照すると、充電器４２などの、構成可能な複数ポート統合充電器アーキテクチャ、エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ、またはエネルギー管理システム（ＥＭＳ）とも呼ばれる）１００が、４つのエネルギーポート１０２と、それぞれモジュール１、２、３としての３つのＤＣ電気変換デバイスまたはバックブーストコンバータ（１０４、１０６、１０８）とを有して示されている。当該技術分野では既知の通り、バックブーストコンバータ１０４〜１０８は、第１の方向１１０に、それに電気エネルギーを流すことによるバックモード（すなわち電圧の減少）（バックブーストコンバータ１０４に関して示されているが、コンバータ１０６および１０８にも等しく適用可能である）、または第２の方向１１２に、それに電気エネルギーを流すことによるブーストモード（すなわち電圧の上昇）（やはり、バックブーストコンバータ１０４に関して示されているが、コンバータ１０６および１０８にも等しく適用可能である）のどちらかで動作するように構成されていてもよい。やはり当該技術分野で既知であるように、バックブーストコンバータ１０４〜１０８はまた、その電圧を大幅に修正することなく電流が流れる通電モードで動作するように構成されていてもよい。
【００３５】
図示の通り、エネルギーポート１０２が、それに取り付けられているかまたは電気的に結合されている第１のユニット１１６を有するように構成可能な第１のエネルギーポートＰ１  １１４を含む。同様に、エネルギーポート１０２は、それに取り付けられているかまたは電気的に結合されているそれぞれ第４のユニット１２８、第２のユニット１２４、および第３のユニット１２６を有するように構成可能な第４のエネルギーポートＰ１  １１８、第２のエネルギーポートＰ２  １２０、および第３のエネルギーポートＰ３  １２２を含む。
【００３６】
本発明によれば、充電器は、自動車設計の一部であり、車載式に取り付けられている。統合車載型充電器は、例えば、充電するためにそれに接続されているデバイスの様々なＳＯＣの結果として、エネルギーポート１１４および１１８〜１２０への入力電流を継続的に調節することができる。
【００３７】
図２のＥＳＭＳ１００は、同時にまたは一斉に、（例として、低電圧エネルギー電池、高電圧電池、ウルトラキャパシタを含む）最多３つのエネルギー源まで充電するように構成されていてもよい。あるいは、本発明の実施形態によれば、ＥＳＭＳ１００は、１２５Ａ以上の充電のレベル４レートなどの、エネルギー貯蔵デバイスの急速充電のために使用されてもよい。さらに例証されるように、ＥＳＭＳ１００は、その中に、リップル電流を低減するために交互配置されるように構成されているモジュールを有する。ＥＳＭＳ１００はまた、異なる電池技術および貯蔵デバイス型に対して、例として、ＳＯＣと温度の関数としての複数の充電プロファイルを有することができる。ＥＳＭＳ１００は、図１のコンピュータ／コントローラ４６により集中的に制御される集中エネルギー流制御を含み、ＥＳＭＳ１００は、広範な入力電圧および出力電圧を管理することができる。
【００３８】
図１および図２のＥＳＭＳ１００は、そのいくつかが表２００として図３に示されている複数の構成で構成可能である。ＥＳＭＳ１００の各構成は、当該技術分野では理解される通り、接触器（図示せず）により選択可能であってもよく、ハイブリッド自動車１０のコントローラ４６において実施されるＥＳＭＳ制御アルゴリズムにより、エネルギーの流れが制御される。コントローラ４６は、ポート１０２に接続されているエネルギー貯蔵デバイスおよび充電デバイスの両方の存在を感知することができかつエネルギーの流れの方向を適宜調節することができる。例えば、制御アルゴリズムは、エネルギー貯蔵デバイスまたは電気充電システム（例として、ＤＣまたは調整ＡＣ）が連結されている各ポートの電圧を決定してもよく、（例として）決定された電圧および測定された周波数または両方に基づいて、ＥＳＭＳ１００を適宜動作させてもよい。整流器を含む利点は、間違った極性を有してＤＣが接続された場合でも、整流器が保護を行ない、単相整流器が使用された場合でも、またはＤＣ入力が３相整流器に３相入力のうちの２つに使用された場合でも、整流器が保護を行なうことである。
【００３９】
広入力電圧統合充電器は、ＥＳＭＳ構成要素の電圧制限の範囲内で、任意の入力電圧レベルからの、任意のＳＯＣレベルの２つ以上の電池それぞれの独立した同時の充電を可能にする。入力電圧は、通常の単相電圧（１１０Ｖ／１２０Ｖ）から２０８Ｖ／２４０Ｖに、最高４００Ｖまたはそれ以上の高さ（レベル１．．．４）に、及ぶ可能性がある。現在特定されている最高電圧は、迅速なＤＣ充電では４００Ｖであるが、適正なＥＳＭＳ構成要素の選択および本発明によれば、最高４８０Ｖの単相もしくは３相ＡＣ、またはさらには６００ＶのＤＣを利用して、より短い継続時間（すなわち、急速充電）で、例えば１２５Ａ以上での、より高いレベルの充電を実現することができる。エネルギー電池が、第１のエネルギーポート１１４または第４のエネルギーポート１１８のどちらかに接続されており、通常、第２のエネルギーポート１２０の出力電池より低い公称電圧を有する。
【００４０】
図４は、本発明の実施形態による、複数ポートＥＳＭＳのブロック図を示す。簡潔にするために、制御エレクトロニクス構成要素が省略されている。このように、ＥＳＭＳ２００は、第１のバックブーストモジュール２０２と、第２のバックブーストモジュール２０４と、第３のバックブーストモジュール２０６とを示す。ＥＳＭＳ２００はまた、接続されている低電圧電池を有するポートＰ１  ２０８と、接続されている高電圧ユニットを有するポートＰ２  ２１０と、接続されている整流ＡＣまたはＤＣ電圧を有するポートＰ３  ２１２と、接続されている低電圧ウルトラキャパシタを有するポートＰ４  ２１４とを示す。このように、図示の例では、一構成による動作を例証するために、エネルギー貯蔵デバイスおよびエネルギー充電器がＥＳＭＳ２００に接続されている。しかし、検討されている通り、ＥＳＭＳ２００は、複数の充電器／エネルギー貯蔵装置に適応するために、多数の配列で構成されていてもよい。したがって、ＥＳＭＳ２００は、上記の例示によれば、充電のための構成を完成するために選択的に係合または解除される接触器Ｋ３  ２１６、Ｋ１  ２１８、Ｋ２  ２２０、Ｋ４  ２２２、およびＭ２２４を含む。
【００４１】
３つのバックブーストモジュールＭ１  ２０２、Ｍ２  ２０４、Ｍ３  ２０６の各々は、ＩＧＢＴレッグ（上部および下部スイッチ）とインダクタとを含む。高電圧ＤＣバスは、複数の電力コンデンサにより緩衝されていてもよい。各バックブーストコンバータ段の出力部には、インダクタ電流を測定する電流センサが備え付けられている。ポートＰ３  ２１２に示されている電圧制限は、米国およびヨーロッパの両方における通常の単相ＡＣ出口電圧に由来する。しかし、より高いレベルの充電電力を必要とする用途では、ポートＰ３は、２０８Ｖ、２４０Ｖ、もしくは４８０Ｖの３相、または４００ＶのＤＣもしくは最高６００ＶのＤＣのどちらかに接続することができる。
【００４２】
ＥＳＭＳ２００は、メインバスおよび個々のモジュールスイッチとして接触器を使用する。事前充電回路が、２つの電力抵抗器（例えば、１２０ｏｈｍ、１００Ｗ、ＲＨ−５０）および接触器またはＦＥＴを使用して実現される。付加的な接触器（図４のＫ４  ２２２）が、２つの場合において機能する。１つは、Ｐ１  ２０８の電池のあるＳＯＣ状態下において、２つ目は、モジュール１  ２０２およびモジュール３  ２０６の交互配置が可能である場合である。図４は、統合充電器を有するＥＳＭＳ２００の電圧および電流の感知点を示す。
【００４３】
本明細書に示されているデュアル電池構成における充電が、両電池に関して任意のＳＯＣレベルを有する電池の広入力電圧範囲からの充電を可能にする。そのソフトウェア特徴を備えた複数ポート統合充電器の内部構造がこのことを可能にする。電源を入れると、ＥＳＭＳ２００の制御部が、使用されているエネルギー貯蔵ユニットの型、それらのエネルギー定格、ならびに充電電流および充電電力に関する制限を取り戻す。通信インターフェースから電気自動車充電設備（ＥＶＳＥ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｖｅｈｉｃｌｅ  ｓｕｐｐｌｙ  ｓｔａｔｉｏｎ）へ、ＥＳＭＳは、入力電流および最終的には電源型（ＡＣまたはＤＣ）の制限を設定する。
【００４４】
ここで図５を参照すると、ＥＳＭＳ装置が、本発明の実施形態による出力電池のレベル４充電を実現する交互配置動作に関する電流フローを示す。すなわち、ＥＳＭＳ３００は、所望の電圧で充電電流を出力電池に誘導するように動作してもよい。ＥＳＭＳ３００の動作は、種々の充電装置、および完全な枯渇からほぼフル充電まで、それらが出力電池の充電レベルにどのように関連するかを調節するように制御されてもよい。ＥＳＭＳ３００の動作はまた、所望の充電電圧より下のまたは所望の電圧を超えるソース電圧に適応するように制御されてもよい。したがって、ＥＳＭＳ３００は、入力電圧および充電電圧の範囲に亘って動作してもよく、したがって、本発明によれば、ＥＳＭＳ３００の制御は、充電器およびソース電圧の多くの構成に適応するように調整されてもよい。
【００４５】
ＥＳＭＳ３００は、図２に関して示されておりかつ図４に関して同様に検討されているモジュール１、２および３（１０４、１０６、１０８）を含む。ＥＳＭＳ３００は、ポートＰ２  １２０に接続されている出力電池３０２を含み、ポートＰ３  １２２は、接続されている整流ＡＣまたはＤＣ電圧３０４を有する。適宜、ポートＰ１  １１４およびポートＰ４  １１８の一方または両方が、接続されているエネルギー電池またはウルトラキャパシタ３０６、３０８のどちらかを含んでいてもよい。
【００４６】
本発明によれば、ソース電流３１０がポートＰ３  １２２において供給され、該ソース電流はモジュールＭ２  １０６を通って誘導される。充電電流が、点３１２で分割され、第１の電流３１４としてモジュールＭ１  １０４に向かって第１の方向に、第２の電流３１６としてモジュールＭ３  １０８に向かって第２の方向に流動させられる。各モジュールＭ１  １０４およびＭ３  １０８を通過した後、第１の電流３１４および第２の電流３１６が、ポートＰ２  １２０の方へ誘導され、モジュールＭ１  １０４およびＭ３  １０８を通過した総統合充電電流を供給するために再統合される。検討されている通り、モジュールＭ１  １０４〜Ｍ３  １０８は、電流フローの方向および選択された動作モードに応じて、バックモード、ブーストモード、または電流モードで動作してもよい。このように、モジュールＭ２  １０６は電流モードまたはバックモードで動作して、図示の方向にそこを通過する電圧を低下させてもよい。同様に、本発明に基づいて、モジュールＭ１  １０４およびＭ３  １０８の各々は、ブーストモードおよび交互配置型式で動作してもよい。
【００４７】
交互配置ブーストモードの動作をさらに例証するために、以下は、全般的に、モジュール１、２および３（１０４、１０６、１０８）などのバックブーストコンバータに適用される。ここで図６を参照すると、バックブーストモジュールが「ＯＮ」位置および「ＯＦＦ」位置に切り換えられた時のその動作に関する過渡応答曲線が示されている。時間３１８において、バックブーストモジュールが「ＯＮ」モードに切り換えられた後に電流は増加しており、時間３２０において「ＯＦＦ」モードに切り換えられた後、電流は経時的に減少している。すなわち、ＯＦＦにされると、インダクタ内に貯蔵されたエネルギーが負荷へ放出されるにつれて、バックブーストモジュールを通過する電流は減衰し３２２、オンにされると、インダクタは接地に短絡し、電流は増加する３２４。したがって、電流は時間枠３２６の間に増加し、時間枠３２８の間に減少し、負荷が、放電中に、インダクタが放電中に発生するより高いインピーダンスを発生するため、時間枠３２６、３２８は異なる継続時間を有する。換言すれば、電流Ａ３３０から電流Ｂ３３２まで上昇する時間分３２６は、電流Ｂ３３２から電流Ａ３３０まで減少する時間分３２８とは異なり、かつそれより短い。したがって、図５に戻って参照すると、ソース電流３１０は、やはり異なる時間枠３２６、３２８を説明する交互配置型式にあるモジュールＭ１  １０４とモジュールＭ３  １０８とを交互に切り換えることにより、分割されてもよい。
【００４８】
図７を参照すると、概して図６に示されている電流に対応する第１の電流３３４が示されている。また、第１の電流３３４に形状が類似しているが、本発明によれば、ポートＰ２  １２０において再統合された場合に充電電流３３８を形成する２つの電流３３４、３３６を交互配置するために時間がずれている第２の電流３３６が示されている。第１の電流３３４は、モジュールＭ１  １０４およびＭ３  １０８の一方を通過する電流に対応し、第２の電流３３６は、モジュールＭ１  １０４およびＭ３  １０８の他方を通過する電流に対応する。すなわち、第１の電流３３４は、点３１８でオンにされかつ点３２０でオフにされた場合に、その各モジュールを通過する電流を表す。同様に、第２の電流３３６は、点３４０でオンにされかつ点３４２でオフにされた場合に、その各モジュールを通過する電流を表す。電流３３４、３３６は、一般に、ポートＰ２  １２０において、一実施形態では１２５Ａより大きい電流である充電電流３３８を形成するために加算する。
【００４９】
したがって、動作中、（例示目的で）第１の電流３３４がモジュールＭ１  １０４を通過する図５の電流３１４に対応すると仮定し、第２の電流３３６がモジュールＭ３  １０８を通過する図５の電流３１６に対応すると仮定すれば、電流３１４および３１６は、ポートＰ２  １２０に誘導され、充電電流３３８などの交互配置電流を供給するために統合される。第１の電流３３４がオンにされる３４４と同時に第１の電流３３４が上昇し、オフに切り換えられる３４６と同時に第１の電流３３４が下降し、次いで短い継続時間の後、第２の電流３３６が、３４８においてオンに切り換えられ、３５０においてオフに切り換えられる。該オンオフパターンは繰り返し、当業者は、電流変化の低減および交互配置動作を得るために、信号のタイミング、各モジュールを通過する電圧を上昇させるかつ／または下降させるかどうかおよびどのくらいそうするか、切換え回数が、回路の仕様に左右されることを認識するであろう。
【００５０】
したがって、各モジュールＭ１  １０４およびＭ３  １０８は、充電電流の全てが両モジュールのうちの１つだけを通過して誘導された場合にそうなると考えられるより低い電流を有して動作させられる。さらに、モジュールが交互配置されておらず、代わりにモジュールＭ２  １０６を通過した後に全電流が単一のモジュールを通過して駆動された場合、そうでなければ発生するであろうものと比較すると、充電電流３３８の総電流変化量３５２は大幅に減少する。同様に動作中、モジュールＭ２  １０６は、通電モードまたはバックモードで動作させられてもよく、モジュールＭ１  １０４およびＭ３  １０８は、充電状況（すなわち、ポートＰ３  １２２における電圧入力、ポートＰ２  １２０における出力電池３０２のＳＯＣ）の要求に応じて、ブーストモードで動作させられてもよい。
【００５１】
さらに、図５に戻って参照すると、降圧動作および／または昇圧動作に起因する電流変化および増大する電流フローを担うために、追加の供給電流が、エネルギー電池またはウルトラキャパシタから、ポートＰ１  １０４およびＰ４  １１８の一方または両方において供給されてもよい。供給電流は、点３１２を含む回路内の種々の点に加えて、モジュールＭ１  １０４およびＭ３  １０８、またはポートＰ２  １２０のどちらかに、直接供給されてもよい。
【００５２】
したがって、ここで図８を参照すると、本発明による、エネルギー貯蔵デバイスを迅速に充電する方法が示されている。ＥＳＭＳの迅速な充電は、ステップ４００で開始する。各バックブーストモジュールが独立状態の機械を作動させ、該状態は、動作しない／待機、バックモード使用可能、ブーストモード使用可能、または（図２に示されているモジュール２  １０６に特定される）使用可能な永久通電上部スイッチである。ステップ４０２において、パワーオンセルフテストが起こり、ステップ４０４において、モジュール状態の選択が起こる。すなわち、モジュールＭ２  １０６が選択されて、バックモードまたは永久通電モードで動作してもよく、モジュールＭ１  １０４およびＭ３  １０８が選択されて、それらのオンオフ動作のタイミングが前述の検討および回路のパラメータに基づいて選択されている状態で、交互配置モードで動作してもよい。ステップ４０６において、充電戦略が、システム知識、ＳＯＣ等に基づいて、設定、電流分割等を含むように選択される。ステップ４０８において、モジュールＭ１およびＭ３に対して電力が制御され、ＳＯＣが変化するにつれて、例として、ステップ４１０において、充電戦略が評価される。調整が所望された場合４１２、ステップ４０６において、充電戦略は再度評価される。調整が所望されなかった場合４１４、出力電池のＳＯＣが評価される４１６。ＳＯＣ基準が満たされていなかった場合４１８、制御はステップ４０６に戻り、戦略は再度評価される。ＳＯＣ基準が満たされていた場合４２０、ステップ４２２において、該過程は終了する。
【００５３】
開示された装置の技術的貢献は、該装置が、ハイブリッド電気自動車を含む電気駆動システムのためのコントローラ実施型の技術（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を提供することであり、さらに詳細には、複数ポートエネルギー管理システムを使用して電気自動車のエネルギー貯蔵デバイスを迅速に充電することである。
【００５４】
当業者には当然のことながら、本発明の実施形態は、コンピュータプログラムを格納したコンピュータ可読記憶媒体に接続され、それにより制御されてもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、電子構成要素、ハードウェア構成要素、および／またはコンピュータソフトウェア構成要素の１つまたは複数などの複数の構成要素を含む。これらの構成要素は、一般に、ある順序の１つまたは複数の実施または実施形態の１つまたは複数の部分を実施するためのソフトウェア、ファームウェアおよび／またはアセンブリ言語などの命令を格納している１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体を含んでいてもよい。これらのコンピュータ可読記憶媒体は、一般に、非一時的かつ／または有形である。そのようなコンピュータ可読記憶媒体の例には、コンピュータおよび／または記憶装置の記録可能なデータ記憶媒体が含まれる。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、磁気データ記憶媒体、電気データ記憶媒体、光学データ記憶媒体、生物学的データ記憶媒体、および／またはアトミックデータ記憶媒体の１つまたは複数を使用していてもよい。さらに、そのような媒体は、例えば、フロッピディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスクドライブ、および／または電子メモリの形をとってもよい。列挙されていない、非一時的かつ／または有形のコンピュータ可読記憶媒体の他の形態が、本発明の実施形態に使用されてもよい。
【００５５】
複数のそのような構成要素は、システムの実装において統合されるかまたは分割されることが可能である。さらに、当業者には当然のことながら、そのような構成要素は、複数のプログラミング言語のいずれかで書かれているかまたはそれを用いて実施される一組のまたは一連のコンピュータ命令を含んでいてもよい。さらに、搬送波などのコンピュータ可読記憶媒体の他の形態が使用されて、１つまたは複数のコンピュータにより実行された場合に、１つまたは複数のコンピュータに、ある順序の１つまたは複数の実施または実施形態の１つまたは複数の部分を実施させる一連の命令を表すコンピュータデータ信号を具体化してもよい。
【００５６】
本発明の一実施形態によれば、エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ）が、電気エネルギーを貯蔵するように構成されている１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスと、複数のエネルギーポートを有するパワーエレクトロニクス変換システムであり、複数のＤＣ電気コンバータを含む、パワーエレクトロニクス変換システムと、コントローラであり、複数のエネルギーポートの１つに接続されている電源から流れるソース電流を第１の電流と第２の電流とに分割し、ここで、第１の電流は複数のＤＣコンバータの第１を通って流れかつ第２の電流は複数のＤＣコンバータの第２を通って流れ、第１のＤＣコンバータおよび第２のＤＣコンバータへの電流フローを選択的にオン、オフにすることにより、第１の電流および第２の電流を修正し、複数のエネルギーポートの第２に接続されている１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスの第１に第１の電流および第２の電流を同時に流すことにより充電電流を形成するように構成されている、コントローラと、を含む。
【００５７】
本発明の別の態様によれば、エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ）を管理する方法が、電源をＥＳＭＳの第１のポートに接続するステップと、第１のエネルギー貯蔵デバイスをＥＳＭＳの第２のポートに接続するステップと、電源からソース電流をＥＳＭＳに供給するステップと、ソース電流を第１の電圧での第１の電流と第１の電圧での第２の電流とに分割するステップと、第１の電流をＥＳＭＳの第１のＤＣ電圧コンバータに誘導するステップと、第２の電流をＥＳＭＳの第２のＤＣ電圧コンバータに誘導するステップと、第１の電流の第１の電圧を第２の電圧まで上昇させて、第１のＤＣ電圧コンバータを選択的にオン、オフすることにより、第１の修正電流を形成するステップと、第２の電流の第１の電圧を第２の電圧まで上昇させて、第２のＤＣ電圧コンバータを選択的にオン、オフすることにより、第２の修正電流を形成するステップと、第１の修正電流を第２の修正電流と統合して、第２の電圧で第１のエネルギー貯蔵デバイスに充電電流を供給するステップとを含む。
【００５８】
本発明のさらに別の態様によれば、非一時的コンピュータ可読記憶媒体が、エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ）上に配置されており、そこに、コンピュータにより実行された場合に、コンピュータに、複数のエネルギーポートの第１に接続されている第１の電源から流れるソース電流を第１の電流および第２の電流へ分割させ、ここで、第１の電流は複数のＤＣコンバータの第１を通って流れかつ第２の電流は複数のＤＣコンバータの第２を通って流れ、第１のＤＣコンバータおよび第２のＤＣコンバータの各々が第１の電圧から第２の電圧まで上昇するように、第１のＤＣコンバータおよび第２のＤＣコンバータの動作を交互配置させ、複数のエネルギーポートの第２に接続されている１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスの第１に第１の電流および第２の電流を同時にかつ第２の電圧で流すことにより充電電流を形成させる命令を含むコンピュータプログラムを格納している。
【００５９】
本明細書は、例を用いて、最良の形態を含む本発明を開示しており、また、任意のデバイスまたはシステムを作製することおよび使用することならびに任意の援用された方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実践することを可能にしている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲により定められており、当業者に思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言と僅かしか異ならない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内に入るものとする。
【００６０】
本発明は、限られた数の実施形態のみに関連して詳細に記載されてきたが、本発明はそのような開示された実施形態に限定されないことが、容易に理解されるはずである。むしろ、本発明は、前述されていないが本発明の精神および範囲に見合う、任意の数の変形形態、代替形態、置換形態、または等価の装置を援用するように修正することができる。さらに、本発明の種々の実施形態が記載されたが、本発明の態様は、記載された実施形態のいくつかのみを含んでもよいことを理解すべきである。したがって、本発明は、上記記載により限定されていると見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００６１】
１０  自動車／ＥＶ
１２  エンジン
２０  エンジンコントローラ
２２  センサ
３０  エネルギー貯蔵ユニット
３２〜３６  エネルギーシステム
１００、２００、３００  エネルギー貯蔵管理システム（ＥＳＭＳ）
１０４  バックブーストコンバータ／モジュールＭ１
１０６  バックブーストコンバータ／モジュールＭ２
１０８  バックブーストコンバータ／モジュールＭ３
２０２  第１のバックブーストモジュール／バックブーストモジュールＭ１
２０４  第２のバックブーストモジュール／バックブーストモジュールＭ２
２０６  第３のバックブーストモジュール／バックブーストモジュールＭ３
１１４、２０８  第１のエネルギーポート／ポートＰ１
１２０、２１０  第２のエネルギーポート／ポートＰ２
１２２、２１２  ポートＰ３
１１８、２１４  第４のエネルギーポート／ポートＰ４
２１６  接触器Ｋ３
２１８  接触器Ｋ１
２２０  接触器Ｋ２
２２２  接触器Ｋ４
２２４  接触器Ｍ
３０２  出力電池
３０４  整流ＡＣ電圧／整流ＤＣ電圧
３０６、３０８  ウルトラキャパシタ
３１０  ソース電流
３１２、３１８、３２０、３４０、３４２  点
３１４、３３４  第１の電流
３１６、３３６  第２の電流
３１８、３２０  時間
３２２  （バックブーストモジュールを通過する電流の）減衰
３２４  （バックブーストモジュールを通過する電流の）増加
３２６、３２８  時間枠
３３０  電流Ａ
３３２  電流Ｂ
３３８  充電電流
３４４  第１の電流３３４がオンにされる
３４６  第１の電流３３４がオフに切り換えられる
３４８  第２の電流３３６がオンに切り換えられる
３５０  第２の電流３３６がオフに切り換えられる
３５２  総電流変化量
４００  ＥＭＳ迅速充電制御
４０２  パワーオンセルフテスト
４０４  Ｍ２、Ｍ１およびＭ３交互配置モードの状態選択
４０６  充電戦略を決定する
４０８  Ｍ１およびＭ３に関して電流フローを調整する
４１０  戦略の調整
【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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【外国語明細書】
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