(57)【要約】【課題】燃料又はエネルギー節減を可能にするためのハイブリッド発電アーキテクチャ（１００）を制御するシステム及び方法を提供すること。【解決手段】エネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）（１４０）の再充電時間は、制御電位の印加、及びＥＳＤの動作の充電状態ウィンドウ（５１０）の操作を通じたハイブリッドシステム（１００）寿命にわたるＥＳＤ再充電時間管理によって短縮される。燃料又はエネルギーの節減は、ＥＳＤ（１４０）の再充電抵抗プロファイルに基づきＥＳＤ（１４０）の部分充電状態（ＰＳＯＣ）ウィンドウ（５１０）を制御することにより、及びＥＳＤ（１４０）の再充電電流及び／又は推定再充電抵抗プロファイルに基づきＥＳＤ（１４０）に印加される充電電位を制御することにより達成される。【選択図】      図１
2013094050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー貯蔵装置の監視される再充電抵抗値又は監視される再充電電流の少なくとも１つに応答して、前記エネルギー貯蔵装置の印加再充電電位又は充電状態動作ウィンドウの少なくとも１つを制御して、前記エネルギー貯蔵装置の再充電時間を管理するステップを含む、方法。
【請求項２】
前記エネルギー貯蔵装置の放電時間に対して前記再充電時間を低減するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エネルギー貯蔵装置の再充電時間を低減するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値が抵抗閾値を下回ったときに、前記エネルギー貯蔵装置に第１の再充電電位を印加することによって前記エネルギー貯蔵装置を再充電するステップを含む、方法。
【請求項５】
前記エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値が前記抵抗閾値を上回ったときに、前記第１の再充電電位よりも低い第２の再充電電位を前記エネルギー貯蔵装置に印加することによって前記エネルギー貯蔵装置を継続して再充電するステップを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値が前記抵抗閾値を上回ったときに、前記エネルギー貯蔵装置を放電するステップを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
ＤＣ電力を貯蔵して、該ＤＣ電力をＤＣ負荷に提供するよう構成されたエネルギー貯蔵装置と、
エネルギー貯蔵装置に動作可能に接続され、且つＡＣ電源からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換すること、又はＤＣ電源からのＤＣ電力を調整することの少なくとも１つを行い、更に前記エネルギー貯蔵装置及び／又は前記ＤＣ負荷に前記ＤＣ電力を提供するよう構成されたレギュレータと、
前記エネルギー貯蔵装置及び前記レギュレータと通信するコントローラと、
を備え、前記コントローラが、
前記エネルギー貯蔵装置の決定された再充電抵抗値が決定された抵抗閾値を下回ったときに、前記エネルギー貯蔵装置に第１の再充電電位を供給することを前記レギュレータに指示し、
前記エネルギー貯蔵装置の決定された再充電抵抗値が前記決定された抵抗閾値を上回ったときに、前記第１の再充電電位よりも低い第２の再充電電位を前記エネルギー貯蔵装置に供給することを前記レギュレータに指示する、
ように動作可能である、システム。
【請求項８】
前記エネルギー貯蔵装置がバッテリ電源を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラが更に、前記システムの作動中に前記エネルギー貯蔵装置の電位及び再充電電流を監視することによって前記エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値を決定するよう動作可能である、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラが更に、
前記エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値対充電状態の決定されたプロファイル又はマップの少なくとも１つを記憶し、
前記プロファイル又はマップの少なくとも１つに基づいて、ＡＣ電源によって使用される燃料又はエネルギーを変換すること、或いはＤＣ電源によって生成及び／又は貯蔵されるエネルギーを変換することの少なくとも１つを行う前記エネルギー貯蔵装置の動作の充電ウィンドウを決定する、
ように動作可能である、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラは更に、前記動作の充電ウィンドウに基づいて、前記ＡＣ電源又はＤＣ電源の少なくとも１つをサイクル的にオンオフするよう動作可能である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラは更に、前記システムの作動中に前記エネルギー貯蔵装置の電位及び再充電電流を監視することによって前記プロファイル又はマップの少なくとも１つを決定するよう動作可能である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ＡＣ電源が、
燃料を消費することによってＡＣ電力を生成するよう構成されたエンジン−発電機セット、又は風力エネルギーシステムを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ＤＣ電源が、
太陽エネルギーシステム、又は燃料電池エネルギーシステムを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１５】
エネルギー貯蔵装置及び少なくとも１つのエンジンを備えたハイブリッド発電システムの少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の再充電抵抗の経時的な変化に影響を与えるステップと、
前記再充電抵抗の変化によって少なくとも１つのエンジン−発電機セットの燃焼率がどのように影響を受けるかを決定するステップと、
前記決定に基づいて、前記少なくとも１つのエンジンの燃焼率を前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の部分充電状態（ＰＳＯＣ）の複数のウィンドウにマッピングするステップと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記マッピングに基づいて、前記少なくとも１つのエンジンの燃焼率を低減する前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の複数の部分充電状態ウィンドウのうちの１つの部分充電状態（ＰＳＯＣ）ウィンドウを識別するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記識別されたＰＳＯＣウィンドウにわたってエネルギー貯蔵装置を動作させるステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
エネルギー貯蔵装置及びエンジンを備えたシステムのエンジンの燃焼率に対する前記エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗の変化の影響を前記システムのモデルを用いて推定するステップと、
前記推定に基づき燃焼率を前記エネルギー貯蔵装置の部分充電状態（ＰＳＯＣ）のウィンドウにマッピングするステップと、
を含む、方法。
【請求項１９】
前記マッピングに基づいて、前記エンジンに結合された発電機の電力出力に応じた前記エンジンの最小燃焼率を提供する前記エネルギー貯蔵装置の特定の部分充電状態（ＰＳＯＣ）を識別するステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記識別されたＰＳＯＣウィンドウにわたって前記エネルギー貯蔵装置を作動させるステップを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値のプロファイル対充電状態に少なくとも部分的に基づいて、前記エネルギー貯蔵装置の動作の充電ウィンドウを決定するステップと、
前記動作の充電ウィンドウに基づいて前記エネルギー貯蔵装置の充電を制御するステップと、
を含む、方法。
【請求項２２】
ＤＣ電力を貯蔵して該ＤＣ電力をＤＣ負荷に提供するよう構成されたエネルギー貯蔵装置と、
エネルギー貯蔵装置に動作可能に接続され、且つＡＣ電源からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換すること、又はＤＣ電源からのＤＣ電力を調整することの少なくとも１つを行い、更に前記エネルギー貯蔵装置及び／又は前記ＤＣ負荷に前記ＤＣ電力を提供するよう構成されたレギュレータと、
前記エネルギー貯蔵装置及び前記レギュレータと通信するコントローラと、
を備え、前記コントローラが、
前記エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値対充電状態の決定されたプロファイル又はマップの少なくとも１つを記憶し、
前記プロファイル又はマップの少なくとも１つに基づいて、ＡＣ電源によって使用される燃料又は他のエネルギーを変換すること、或いはＤＣ電源によって生成及び／又は貯蔵されるエネルギーを変換することの少なくとも１つを行う前記エネルギー貯蔵装置の動作の充電ウィンドウを決定する、
よう動作可能である、システム。
【請求項２３】
前記エネルギー貯蔵装置がバッテリ電源を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記コントローラは更に、前記動作の充電ウィンドウに基づいて、前記ＡＣ電源又はＤＣ電源の少なくとも１つをサイクル的にオンオフするよう動作可能である、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記コントローラは更に、前記システムの作動中に前記エネルギー貯蔵装置の電位及び再充電電流を監視することによって前記プロファイル又はマップの少なくとも１つを決定するよう動作可能である、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記コントローラは更に、
前記エネルギー貯蔵装置の決定された再充電抵抗値が決定された抵抗閾値を下回ったときに、前記エネルギー貯蔵装置に第１の再充電電位を供給することを前記レギュレータに指示し、
前記エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値が前記抵抗閾値を上回ったときに、前記第１の再充電電位よりも低い第２の再充電電位を前記エネルギー貯蔵装置に供給することを前記レギュレータに指示する、
ように動作可能である、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２７】
前記コントローラが更に、前記システムの作動中に前記エネルギー貯蔵装置の電位及び再充電電流を監視することによって前記エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値を決定するよう動作可能である、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
リセット事象中にエネルギー貯蔵装置を再充電する方法であって、
少なくとも１つの局所的及び再充電可能エネルギー源を用いてエネルギー貯蔵装置を再充電するステップと、
前記少なくとも１つの局所的及び再充電可能エネルギー源が利用可能でない場合、電力網電源を用いて前記エネルギー貯蔵装置を再充電するステップと、
前記少なくとも１つの局所的及び再充電可能エネルギー源及び電力網電源が利用可能でない場合、エンジン−発電機セット（ＥＧＳ）を用いて前記エネルギー貯蔵装置を再充電するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、ハイブリッド発電機−バッテリシステム及び方法に関する。また、本明細書で開示される主題の実施形態は、ハイブリッド発電機−バッテリシステムのための燃料節減を可能にする制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリの用途は通常、バックアップとハイブリッドの２つのカテゴリーに分けられる。バックアップカテゴリーは、主電源の故障時にバックアップ電源としてバッテリが使用される用途に関する。ハイブリッドカテゴリーは、バッテリが主電源と協働して連続的（又は場合によっては周期的）に充電及び放電される用途に関する。
【０００３】
商用電源が利用可能ではない、又は断続的にしか利用可能ではない区域における通信事業者は、基地局（ＢＴＳ）に電力を供給するのにディーゼル発電機に依存している。設置費用は安価であるが、急騰しつつあるディーゼル燃料の価格及びその遠隔場所への配送によって、全体として維持コストが安い代替案が求められている。ディーゼルバッテリハイブリッド発電システムを使用することにより、燃料使用量を大幅に低減することができる。このような状況では、ディーゼル発電機と負荷とで交互に共用するために製品寿命の長いバッテリが使用される。ディーゼル発電機は断続的に変調され、作動時には、ＢＴＳにのみ電力を供給する場合よりも全体としてより高い効率で、ＢＴＳに電力を供給し且つバッテリを再充電する。バッテリが再充電されると、発電機はオフにされ、ＢＴＳ負荷を維持するためにバッテリが使用される。一部の用途では、最大で５０％の燃料節減が達成された。このようなハイブリッドシステムは、例えば採掘作業のような、他の定置発電用途においても用いることができる。燃料消費量の低減は、通信現場での運用支出に直接的に影響を及ぼし、温室効果ガス排出が削減される。ハイブリッドシステムはまた、自動車のような移動体用途にも適用することができ、ここでは車載発電機がバッテリの充電又はエネルギー状態を維持するためにオンオフが繰り返される。他の定置又は移動用途も実施可能である。
【０００４】
通信基地極で使用される典型的なエンジン及び発電器セットでは、負荷率（ｌｏａｄ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）が増大するほど、エンジン及び発電器セットの効率も増大する。
負荷率＝（バッテリ再充電電力＋ベース負荷）／発電機の定格
である。従って、燃料の節減は、
ベース負荷×バッテリ放電事象時間に放電されたエネルギー／（バッテリ放電事象時間＋バッテリ再充電事象時間）
に正比例する。
【０００５】
ハイブリッド発電機−バッテリシステムが燃料コスト低減に成功した場合でも、このようなハイブリッド発電機−バッテリシステムの機器の潜在的寿命にわたって燃料節減を更に改善することが依然として望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、ハイブリッド装備のためのバッテリの適用に関する。ハイブリッドタイプの装備にバッテリを使用する際のバリュー・プロポジション（価値ある提案）は、バッテリから放電されるエネルギーが比較的高速に且つ最短の時間期間で再充電できるときに最大となる。再充電期間が短縮され、１日当たりにバッテリから負荷に供給されるエネルギーが増大すると、それに続くエネルギー源（例えば、エンジン及び発電機のセット）の負荷率が増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの実施形態において、方法が提供される。本方法は、エネルギー貯蔵装置の監視される再充電抵抗値及び／又は監視される再充電電流の少なくとも１つに応答して、エネルギー貯蔵装置の印加再充電電位及び／又は充電状態ウィンドウの少なくとも１つを制御して、エネルギー貯蔵装置の再充電時間を管理するステップを含む。本方法は更に、エネルギー貯蔵装置の放電時間に対して再充電時間を低減するステップ、又はエネルギー貯蔵装置への特定のエネルギー回収を達成するために再充電時間を単に最小にするステップを含むことができる。
【０００８】
１つの実施形態において、方法が提供される。本方法は、エネルギー貯蔵装置及び少なくとも１つのエンジンを備えたハイブリッド発電システムの少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ電源）の充電抵抗の経時的な変化に影響を与えるステップを含む。本方法は更に、エネルギー貯蔵装置における再充電抵抗の変化によって少なくとも１つのエンジンの燃焼率がどのように影響を受けるかを決定するステップと、決定に基づいて、少なくとも１つのエンジンの燃焼率を少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の複数の部分充電状態（ＰＳＯＣ）ウィンドウにマッピングするステップと、を含む。本方法は更に、マッピングに基づいて、少なくとも１つのエンジンの燃焼率を低減する少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置の複数の部分充電状態ウィンドウのうちの１つの部分充電状態（ＰＳＯＣ）ウィンドウを識別するステップと、識別されたＰＳＯＣウィンドウにわたってエネルギー貯蔵装置を動作させるステップと、を含むことができる。
【０００９】
１つの実施形態において、方法が提供される。本方法は、エネルギー貯蔵装置及びエンジンを備えたシステムのエンジンの燃焼率に対するエネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ電源）の再充電抵抗の変化の影響をシステムのモデルを用いて推定するステップを含む。本方法は更に、推定に基づき燃焼率をエネルギー貯蔵装置の部分充電状態のウィンドウにマッピングするステップを含む。本方法は更に、マッピングに基づいて、エンジンに結合された発電機の電力出力に応じたエンジンの最小燃焼率を提供するエネルギー貯蔵装置の特定の部分充電状態（ＰＳＯＣ）を識別するステップと、識別されたＰＳＯＣウィンドウにわたってエネルギー貯蔵装置を作動させるステップと、を含むことができる。
【００１０】
１つの実施形態において、方法が提供される。本方法は、エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値のプロファイル対充電状態に少なくとも部分的に基づいて、エネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ電源）の動作の充電ウィンドウを決定するステップと、動作の充電ウィンドウに基づいてエネルギー貯蔵装置の充電を制御するステップと、を含む。
【００１１】
１つの実施形態において、方法が提供される。本方法は、エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値が抵抗閾値を下回ったとき（又は同等に、再充電電流値が電流閾値を上回ったとき）に、エネルギー貯蔵装置に第１の再充電電位を印加することによってエネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ電源）を再充電するステップを含む。本方法は更に、エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値が抵抗閾値を上回ったとき（又は同等に、再充電電流値が電流閾値を下回ったとき）に、第１の再充電電位よりも低い第２の再充電電位をエネルギー貯蔵装置に印加することによってエネルギー貯蔵装置を継続して再充電するステップを含む。本方法は代替として、エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値が抵抗閾値を上回ったとき（又は同等に、再充電電流値が電流閾値を下回ったとき）に、エネルギー貯蔵装置を放電するステップを含むことができる。
【００１２】
１つの実施形態において、システムが提供される。本システムは、ＤＣ電力を貯蔵して、該ＤＣ電力をＤＣ負荷に提供するよう構成されたエネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ電源）を含む。本システムは更に、エネルギー貯蔵装置に動作可能に接続され、且つＡＣ電源からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成され、更にエネルギー貯蔵装置及び／又はＤＣ負荷にＤＣ電力を提供するよう構成されたレギュレータを含む。ＡＣ電源は、回転機構により駆動される発電機を含むことができる。例えば、ＡＣ電源は、ＡＣ電力を生成するよう構成されたエンジン及び発電機セットを含むことができる。他の種々の実施形態による、ＡＣ電源の他のタイプも実施可能とすることができる。本システムはまた、エネルギー貯蔵装置及びレギュレータと通信するコントローラを含む。コントローラは、エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値対充電状態の決定されたプロファイル及び／又はマップ記憶し、プロファイル及び／又はマップに基づいて、ＡＣ電源によって使用される燃料を変換するエネルギー貯蔵装置の動作の充電ウィンドウを決定するように動作可能とすることができる。コントローラは更に、動作の充電ウィンドウに基づいて、ＡＣ電源をサイクル的にオンオフするよう動作可能とすることができる。コントローラは更に、システムの作動中にエネルギー貯蔵装置の電位及び再充電電流を監視することによってプロファイル及び／又はマップを決定するよう動作可能とすることができる。コントローラは更に、エネルギー貯蔵装置の決定された再充電抵抗値が抵抗閾値を下回ったとき（又は同等に、再充電電流値が電流閾値を上回ったとき）に、エネルギー貯蔵装置に第１の再充電電位を供給することをレギュレータに指示し、エネルギー貯蔵装置の決定された再充電抵抗値が抵抗閾値を上回ったとき（又は同等に、再充電電流値が電流閾値を下回ったとき）に、第１の再充電電位よりも低い第２の再充電電位をエネルギー貯蔵装置に供給することをレギュレータに指示する、ように動作可能とすることができる。コントローラは更に、システムの作動中にエネルギー貯蔵装置の電位及び再充電電流を監視することによってエネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値を決定するよう動作可能とすることができる。
【００１３】
１つの実施形態において、システムが提供される。本システムは、ＤＣ電力を貯蔵して該ＤＣ電力をＤＣ負荷に提供するよう構成されたエネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ電源）を含む。本システムは更に、エネルギー貯蔵装置に動作可能に接続され、且つＤＣ電源からのＤＣ電力を調整し、更にエネルギー貯蔵装置及び／又はＤＣ負荷にＤＣ電力を提供するよう構成されたレギュレータを含む。ＤＣ電源は、例えば、太陽パネルシステム又は燃料電池エネルギーシステムとすることができる。他の種々の実施形態による、ＤＣ電源の他のタイプも実施可能とすることができる。本システムはまた、エネルギー貯蔵装置及びレギュレータと通信するコントローラを含む。コントローラは、エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値対充電状態の決定されたプロファイル及び／又はマップ記憶し、プロファイル及び／又はマップに基づいて、ＤＣ電源によって生成及び／又は貯蔵用されるエネルギーを変換するエネルギー貯蔵装置の動作の充電ウィンドウを決定するように動作可能である。コントローラは更に、動作の充電ウィンドウに基づいて、ＤＣ電源をサイクル的にオンオフするよう動作可能とすることができる。コントローラは更に、システムの作動中にエネルギー貯蔵装置の電位及び再充電電流を監視することによってプロファイル又はマップを決定するよう動作可能とすることができる。コントローラは更に、エネルギー貯蔵装置の決定された再充電抵抗値が抵抗閾値を下回ったとき（又は同等に、再充電電流値が電流閾値を上回ったとき）に、エネルギー貯蔵装置に第１の再充電電位を供給することをレギュレータに指示し、エネルギー貯蔵装置の決定された再充電抵抗値が抵抗閾値を上回ったとき（又は同等に、再充電電流値が電流閾値を下回ったとき）に、第１の再充電電位よりも低い第２の再充電電位をエネルギー貯蔵装置に供給することをレギュレータに指示する、ように動作可能とすることができる。コントローラは更に、システムの作動中にエネルギー貯蔵装置の電位及び再充電電流を監視することによってエネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値を決定するよう動作可能とすることができる。
【００１４】
以下の説明においてより詳細に説明される本開示の特定の実施形態が例示された添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電気通信用途（例えば、基地局）におけるハイブリッド発電機−バッテリ発電システムの第１の実施形態の図。
【図２】エンジン−発電機により使用される燃料を節減するよう構成された、図１のハイブリッド発電機−バッテリシステムの一部の簡易ブロック図。
【図３】図２に示すシステムのようなハイブリッド発電機−バッテリ発電システムの基本動作のグラフ。
【図４】バッテリ電源に戻される電荷及びバッテリ電源の経年に応じて、バッテリ電源の再充電抵抗がどのように変化するかを示すグラフ。
【図５】図４の再充電抵抗特性に基づき図２のハイブリッド発電機−バッテリ発電システムのためのサイクル充電／放電方法の例示的な実施形態を示すグラフ。
【図６】発電機燃料節減を達成するためにハイブリッド発電機−バッテリ発電システムにおいて部分充電状態（ＰＳＯＣ）ウィンドウを適応させる方法の２つの例示的な実施形態の２つのフローチャート。
【図７】ハイブリッド発電機−バッテリ発電システムの発電機の負荷率と供用年数との比較を示すグラフ。
【図８】ハイブリッド発電機−バッテリ発電システムのバッテリ電源に印加される再充電電位（電圧）がバッテリの再充電電流及び経年に対してどのように制御されるかに関する例示的な実施形態を示すグラフ。
【図９】本明細書で記載される燃料節減方法を実施できる第１の制御アーキテクチャを示す、通信用途でのハイブリッド発電機−バッテリ発電システムの第２の実施形態の図。
【図１０】本明細書で記載される燃料節減方法を実施できる第２の制御アーキテクチャを示す、通信用途でのハイブリッド発電機−バッテリ発電システムの第３の実施形態の図。
【図１１】本明細書で記載される燃料節減方法を実施できる第３の制御アーキテクチャを示す、通信用途でのハイブリッド発電機−バッテリ発電システムの第４の実施形態の図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態は、ハイブリッドエネルギー貯蔵発電システムにおける燃料又はエネルギーの節減を改善し、サイクル運転でのエネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ）を１次電源（例えば、エンジン−発電機セット）の作動時間の変位及び燃料又はエネルギーコストの低減の点でより効率的にすることを可能にすることに関する。各実施形態では、これは、制御電位の印加、及び／又は１次電源の装荷、及び／又はエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）の動作の充電状態ウィンドウの操作を通じたシステム寿命にわたるバッテリ再充電時間管理によってＥＳＤの再充電時間を短縮することで達成される。一般に、１次電源の燃料又はエネルギー節減は、ＥＳＤの再充電抵抗プロファイルに基づきＥＳＤ（例えば、ナトリウム−メタルハライドタイプのバッテリ）の部分充電状態（ＰＳＯＣ）ウィンドウを制御することにより高めることができる。更に、燃料又はエネルギー節減は、ＥＳＤの観測される再充電電流に基づき充電電位（電圧）を制御することにより高めることができる。ＥＳＤユニットと１次電源（ＰＰＳ）コントローラとの間の主要ＥＳＤ挙動情報又はＥＳＤユニットからＰＰＳコントローラへの推奨のターンオン及びターンオフ事象何れかの通信は、適応制御方式を用いてＥＳＤの動作形態の最適化を提供し、ＥＳＤユニットの正常性状態に関係なく燃料又はエネルギー節減を最大にするようにする。
【００１７】
本発明の実施形態は、再充電時間（最大燃料又はエネルギー節減をもたらす）と寿命との間を最適化するＥＳＤ運転手段を提供する。この場合の運転は、例えば、ＥＳＤが低抵抗状態であるとき及びＥＳＤが十分正常である場合に再充電電流に対する制限のない高電位再充電として想定される。ＥＳＤが所定抵抗値に達し、又は経年変化により正常性の異なる状態なると、ＥＳＤユニット（例えば、バッテリ管理システム）から信号が送出されて、放電を開始し、或いは、システムがＥＳＤ放電の準備ができていない場合には再充電電位を引き下げるようにする。本発明の他の実施形態は、マスターコントローラ（例えば、整流器、又はパワーインタフェースユニット（ＰＩＵ））と通信又は統合し、ＥＳＤの正常性の状態に基づいてＰＰＳ運転又は再充電を開始、終了、又は変更する方法に関する。この通信及び／又は統合は、マスターコントローラにロードされる予め定められたアルゴリズム、又はＥＳＤ管理システムとマスターコントローラとの間で通信されるデジタル信号、又は通信バス（例えば、ＣＡＮ又はＭｐｄｂｕｓ）を介した直接統合通信を含む。
【００１８】
各図面に関して、複数の図面にわたって図面同じ参照符号は同一の又は対応する要素を示している。しかしながら、異なる図面において同様の要素を含むことは、所与の実施形態が必ずしもこのような要素を含むこと、又は本発明の全ての実施形態がこのような要素を含むことを意味するものではない。用語「バッテリ」及び「エネルギー貯蔵要素」は本明細書では同義的に使用され、全てのエネルギー貯蔵装置を意味し、種々の実施形態によるバッテリ管理システム（ＢＭＳ）の一部の形態を含む場合があり、又は含まない場合もある。
【００１９】
図１は、電気通信用途（例えば、基地局）におけるハイブリッド発電機−バッテリ発電システム１００の第１の実施形態の図である。この実施形態は、ＡＣ電力網１１０、エンジン−発電機電源又はエンジン発電機セット（ＥＧＳ）１２０、代替エネルギー源（例えば、太陽、風力）１３０、及びエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）であるバッテリ電源１４０を含む、４つの実施可能な電源を示している。トランスファースイッチ１１５は、ＡＣ電力網電源１１０とＥＧＳ１２０との間、並びに利用可能なＡＣ電力の他の代替エネルギー源との間の運転の切り替えを可能にする。ＥＧＳ１２０は、燃料源１２５（例えば、貯蔵タンク）により提供される燃料（例えば、ディーゼル燃料）で動作する。ＥＧＳは、ＡＣ電力源である。例えば、風力エネルギーシステムのような他の種々の実施形態によるＡＣ電力源の他のタイプも実施可能である。本発明の実施形態は、ハイブリッド発電機−バッテリシステム１００を作動させて、燃料消費量を最小限にし（或いは、他の実施可能な運転モードに対して燃料消費量を少なくとも低減し）、システム１００のオペレータに対して燃料節減をもたらすよう構成される。利用可能スイッチ１３５は、利用可能である場合に代替エネルギー源１３０をシステム１００のＤＣバス１４５又はＡＣバス１５５に切り替えるのを可能にする。
【００２０】
システム１００はまた、ＡＣ電力網１１０又はＥＧＳ１２０からＡＣバス１５５にＡＣ電力を分配するパワーインタフェースユニット（ＰＩＵ）を含む。ＡＣバス１５５は、例えば、通信基地局（ＢＴＳ）の照明及び空調のようなシステムのＡＣ負荷１６０を駆動するためのＡＣ電力を提供することができる。更に、ＡＣバス１５５は、整流器及び／又は電圧レギュレータ１７０にＡＣ電力を提供することができ、整流器及び／又は電圧レギュレータ１７０は、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、ＤＣ電力をＤＣバス１４５に提供して、通信基地局（ＢＴＳ）のラジオ、スイッチ、及び増幅器のようなシステムのＤＣ負荷１８０を駆動する。
【００２１】
ＤＣバス１４５はまた、整流器１７０からＤＣ電力を提供してバッテリ電源１４０を充電し、バッテリ電源１４０が放電するときに該バッテリ電源からＤＣ電力をＤＣ負荷１８０に提供する。コントローラ１９０は、システム１００の種々の状態を監視してＥＧＳ１２０と通信し、コントローラ１９０の制御ロジックに従ってＥＧＳ１２０のエンジンをオン及びオフする。種々の実施形態によれば、コントローラ１９０は、別個のユニットとすることができ、又はＰＩＵ１５０の一部とすることができ、或いはバッテリ電源１４０のバッテリ管理システム（ＢＭＳ）の一部とすることができる。
【００２２】
他の実施形態によれば、整流器及びレギュレータ１７０は、ＡＣ電源の代わりにＤＣ電源（例えば、太陽エネルギーシステム又は燃料電池エネルギーシステム）からのＤＣ電力を調節することができる。用語「整流器」及び「レギュレータ」は、本明細書では、１次電源からのエネルギーを整えてＤＣ電力をＤＣ負荷（例えば、ＤＣ負荷１８０）及びＥＳＤ（例えば、バッテリ１４０）に提供する装置を意味するのに広く使用される。ディーゼルエンジンの場合のように、１次電源が燃料を使用するときには、燃料節減は、本明細書で記載される方法及び技術を利用することにより達成することができる。１次電源が、例えば、太陽パネルシステムのようなエネルギーを生成及び／又は貯蔵するときには、エネルギー節減は、本明細書で記載される方法及び技術を利用することにより達成することができる。一般に、１次電源は、システムのＥＳＤにより（例えば、ＤＣバッテリ電源により）使用されるＡＣ又はＤＣ電力を提供することができる。
【００２３】
図２は、エンジン−発電機１２０により使用される燃料を節減するよう構成された、図１のハイブリッド発電機−バッテリシステム１００の一部の簡易ブロック図を示す。図２は、燃料を節減するようにＥＧＳ１２０のエンジンをサイクル的にオンオフすることにより、ＥＧＳ１２０及びバッテリ電源１４０のみを用いてＤＣ電力をＤＣ負荷１８０に提供するための種々のシステム要素を示している。「燃料節減」とは、燃焼率を低減又は最小限にすること（例えば、定められた時間期間にわたってより少ない燃料又はエネルギーを用いること）、及び／又は例えば、発生するＡＣ電力当たりに少ない燃料又はエネルギーを用いることを意味することができる。本発明の種々の実施形態に従って、「燃料節減」の別の意味も適用可能である。
【００２４】
コントローラ１９０は、システム作動の制御ロジックを提供する。コントローラ１９０は、例えば、単にハードウェアに実装されたロジックコントローラ、ファームウェアプログラム可能なデジタル信号プロセッサ、又はプログラム可能プロセッサベースのソフトウェア制御コンピュータとすることができる。同様に、コントローラ１９０は、スタンドアローンユニット、パワーインタフェースユニット（ＰＩＵ））の一部、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）の一部、又はシステムの１つの実施形態の他の何れかの部分の一部とすることができる。
【００２５】
サイクル作動中、ＥＧＳ１２０がオンであるときには、ＥＧＳは、サイクルの充電部分の間に電力をＤＣ負荷１８０及びバッテリ電源１４０に提供する。ＥＧＳ１２０がオフであるときには、バッテリ電源１４０は、サイクルの放電部分の間にＤＣ負荷１８０に電力を提供する。バッテリ電源１４０の状態は、バッテリ電源１４０の電位及び電流を観測することにより推定される。具体的には、直列又は再充電抵抗プロファイルが、充電ステータスに応じて学習又は決定される。次いで、この特性は、バッテリ電源１４０が経年するにつれて監視され更新される。制御方法は、バッテリ電源１４０の電流及び電圧情報にアクセスする、並びにエンジン始動／停止制御信号にアクセスできるあらゆるコントローラ１９０に存在することができる。
【００２６】
図３は、図２に示すシステムのようなハイブリッド発電機−バッテリ発電システムの基本動作のグラフを示す。グラフ３１０は、時間に伴うバッテリ電源１４０からの電力出力又はバッテリ電源１４０への電力入力を示し、ここで正の電力はバッテリ放電を示し、負の電力はバッテリ再充電を示している。グラフ３２０は、時間に伴うバッテリ電源１４０の特定の実施に対する充電状態（ＳＯＣ）を示している。グラフ３３０は、時間に伴うバッテリ電源１４０の比較的安定した動作電圧（例えば、−４８ＶＤＣ）を示す。
【００２７】
グラフ３１０が最大で平坦（例えば、レベル３１５にある）である（例えば、レベル３１５にある）ときには、バッテリ電源１４０は、その貯蔵エネルギーをＤＣバス１４５上でＤＣ負荷１８０に放電中であり、ＥＧＳ１２０のエンジンはオフである。この間、バッテリ電源１４０の充電状態（ＳＯＣ）は、グラフ３２０に示すように、バッテリがＤＣ負荷１８０に放電するにつれて低下する。ある点３１６において、バッテリ電源１４０が特定の量を放電した後、ＥＧＳ１２０のエンジンがコントローラ１９０によりオンにされる。
【００２８】
ＥＧＳ１２０がオンである間、ＥＧＳ１２０は、バッテリ電源１４０を再充電し、且つレギュレータ（整流器）１７０を介してＤＣバス１４５上でＤＣ負荷１８０に電力を提供する。この間、バッテリ電源１４０のＳＯＣは、グラフ３２０に示すように増大し、バッテリ電力はグラフ３１０の負領域にあり、電力がバッテリ電源１４０に流れていることを示している。バッテリ電源１４０が点３１７にて特定状態まで再充電すると、ＥＧＳ１２０は、再度オフになり、プロセスが繰り返してサイクルプロセスを形成する。サイクルプロセスを最適化することによって燃料節減を増大することができる（例えば、ＥＧＳ１２０の燃焼率を低下させることができる）。
【００２９】
図４は、バッテリ電源１４０に戻される電荷及びバッテリ電源１４０の経年に応じて、バッテリ電源１４０の再充電抵抗がどのように変化するかを示すグラフである。一般に、バッテリが低い充電状態にあるときには、再充電抵抗は小さく、バッテリが所与の印加充電電圧（電位）に比較的迅速に電荷を蓄積することができる。しかしながら、戻された電荷がバッテリに蓄積すると、所与の印加充電電圧に対してバッテリの再充電抵抗が増大して充電速度が低下する。更に、バッテリが経年すると、再充電抵抗対戻り電荷の全体曲線は、上方にシフトする傾向がある。結果として、再充電抵抗は、ＥＧＳ１２０のエンジンがオンにされてバッテリ電源１４０を再充電しなければならならい時間量に影響を及ぼすことになり、ＥＧＳ１２０がより長くオンであるほど、燃焼燃料がより多くなる。
【００３０】
詳細には、ナトリウムメタルハライドタイプのバッテリでは、再充電抵抗対戻り電荷を表す曲線は、ナトリウムメタルハライドタイプのバッテリの特性に起因して極めて動的とすることができる。種々の実施形態によれば、ナトリウムメタルハライドタイプのバッテリの金属は、鉄、ニッケル、亜鉛、及び銅の内の１つ又はそれ以上とすることができる。ハロゲン化物は、例えば塩化物とすることができる。一般に、ナトリウムメタルハライドタイプのバッテリは、先入れ／先出し型の動作を提供する。例えば、ナトリウムイオンは、カソード合剤に入ると、ナトリウムイオンは結合できる可能性がある第１の場所を見つけ、結合段階に進む。その結果、ナトリウムメタルハライドタイプのバッテリの再充電抵抗は、充電状態が増大するにつれて大きくなる傾向がある。
【００３１】
再充電抵抗対バッテリ電源１４０への戻り電荷は、これが再充電に要する時間に極めて影響を及ぼすので、本システムに対して極めて重要である。再充電抵抗プロファイルの観測は、最良の又は最も望ましいバッテリ充電ウィンドウのエンジン始動／停止コントローラ１９０に情報を提供することになる。この用途では、バッテリ電源１４０が総充電ウィンドウの小領域にわたって作動されることが多い。これは、部分充電状態（ＰＳＯＣ）動作と呼ばれる。ＥＧＳ１２０は、許容可能なバッテリ電源動作範囲の特定の閾値を用いてオンオフ制御される。再充電抵抗特性が、より小さい充電状態ウィンドウが補償されることを示唆する場合には、ＥＧＳ１２０は、バッテリ電源１４０を適正なＰＳＯＣバンド内で動作させるよう制御されることになる。ナトリウム−メタルハライドタイプのバッテリを使用すると、再充電−抵抗プロファイル又は機能を用いて、高速再充電を維持し、燃料節減を維持するような再充電時間−放電時間比率を提供することができる。
【００３２】
図５は、図４の再充電抵抗特性に基づき図２のハイブリッド発電機−バッテリ発電システムのためのサイクル充電／放電方法の例示的な実施形態を示すグラフである。バッテリ電源１４０は、図５に示すようにＰＳＯＣウィンドウ５１０上で動作される。例えば、設定点５１１では、バッテリ電源１４０は、ＤＣ負荷１８０に電力を供給した後、より低い充電状態（ＳＯＣ）レベル５１３まで放電されている。バッテリ電源の充電状態（ＳＯＣ）は、バッテリ電源１４０からコントローラ１９０への電流フィードバックに基づいてコントローラ１９０により決定される。一般に、ＳＯＣは、バッテリ電源１４０内外に流れる電流を決定することにより、コントローラ１９０が推定することができる。これは、例えば、アンペア−時間単位で電荷を効果的にカウントする電荷カウンター機能を実装することにより行うことができる。
【００３３】
設定点５１１は、ＰＳＯＣウィンドウ５１０の下限を定め、ＥＧＳ１２０を始動させるためのコントローラ１９０に対する指標である。ＥＧＳ１２０が設定点５１１で始動すると、バッテリ電源１４０を充電するために、電力がＤＣ負荷１８０及びバッテリ電源１４０の両方に供給される。バッテリ電源１４０は、設定点５１２が上側ＳＯＣレベル５１４に達するまで時間Ｔｃにわたって充電され、ここでＥＧＳは、コントローラ１９０により停止される。設定点５１２において、バッテリ電源が時間Ｔｄにわたって下側設定点５１１に戻るまで放電するので、ＤＣ負荷１８０はバッテリ電源１４０によって駆動される。次いで、ＥＧＳ１２０のエンジンがコントローラ１９０によってオンオフされるので、プロセスは、バッテリ電源１４０がＰＳＯＣウィンドウ５１０上で充放電されるように繰り返される。
【００３４】
本発明の１つの実施形態によれば、バッテリ電源１４０の再充電抵抗プロファイル（例えば、図４を参照）は、コントローラ１９０によって特徴付けられ、ＥＧＳ１２０のエンジンの燃料消費量を低減するように設定点５１１及び５１２を決定するのに用いることができる。例えば、再充電抵抗に基づき設定点５１１及び５１２を確立することによって、バッテリ電源１４０の充電時間Ｔｃを短縮及び／又は最小化し、従って、長い時間期間（例えば、数日間）にわたってＥＧＳ１２０が使用する燃料の量を低減することができる。充電時間Ｔｃの短縮及び／又は最小化は、例えば、バッテリ電源１４０の放電時間Ｔｄに対して達成することができる。一般に、再充電抵抗が、燃料節減を維持するには高くなり始めた場合、ＰＳＯＣウィンドウ設定点は、狭帯域である（すなわち、あまり多くの時間が再充電に使用されないように、狭い範囲にわたって再充電及び放電する）ように適合させることができる。
【００３５】
例証として、バッテリ電源１４０の電流化学的性質及び寄生抵抗に基づき、下側設定点５１１は、３０％ＳＯＣとして決定することができ、上側設定点５１２は、８０％ＳＯＣ（すなわち、５０％ＰＳＯＣウィンドウ）として決定することができる。バッテリ電源１４０が経年し、再充電抵抗プロファイルが上昇（図４を参照）すると、設定点５１１及び５１２は、例えば、３５％ＳＯＣ及び７５％ＳＯＣ（すなわち、４０％ＰＳＯＣウィンドウ）まで漸次的に変化して、電荷利用度が低下し燃料節減を維持できるようになる。
【００３６】
サイクルプロセスの間周期的に、バッテリ電源１４０は、１００％ＳＯＣ（完全充電時間Ｔｆにわたって）まで再充電され、総リセット時間Ｔｒ（リセット事象）にわたって下側充電状態（ＳＯＣ）レベル５１３（又は他の何らかの下側レベル）まで放電されて、バッテリ電源１４０の化学的性質及び／又はバッテリ管理システム（ＢＭＳ）をリセットすることができる。１つの実施形態によれば、コントローラ１９０は、バッテリ電源１４０の再充電抵抗を再特徴付け又は更新を行うのに時間Ｔｒを使用する。
【００３７】
本明細書で検討するように、幾つかの実施形態は、電気機器を稼働するため、及びバッテリ電源を充電するために複数のエネルギー源（例えば、太陽光、風力、電力網、ディーゼル発電機）を有することができる。リセット事象中に使用されるエネルギー源は、種々の選択肢の間で優先順位を付けることができる。場合によっては、ＥＧＳ（例えば、ディーゼル発電機）を唯一の制御可能なエネルギー源とすることができ、他のエネルギー源は、散発的で非制御可能とされる場合がある。しかしながら、本発明の１つの実施形態によれば、エネルギー源は、優先順位に基づき選択され、運用コストを低減及び／又は最小限にすることができる。このような優先順位方式の１つの実施例は、再充電用に太陽発電又は風力発電のような局所的で再生可能なエネルギー源を最初に使用するものである。次に、再生エネルギー源が利用可能ではない場合には、電力網供給源が使用される。最後に、他のエネルギー源が利用可能ではない場合には、ＥＧＳ（例えば、ディーゼル発電機）が使用される。このような便宜的リセット事象（エネルギー源の利用可能性を交代させることに起因した）は、長期にわたるディーゼル発電機使用量の低減の一助とすることができる。
【００３８】
図６は、エンジン燃料節減を達成するためにハイブリッド発電機−バッテリ発電システム１００において部分充電状態（ＰＳＯＣ）ウィンドウ５１０を適応させる方法６００及び６０１の２つの例示的な実施形態の２つのフローチャートを示す。第１の方法６００は、演繹的方法として特徴付けることができ、第２の方法６０１は、オンライン方法として特徴付けることができる。
【００３９】
第１の方法６００は、ステップ６１０として、ＥＳＤ及び少なくとも１つのエンジンを備えたハイブリッド発電システムの少なくとも１つのエネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ電源１４０）の充電抵抗の経時的な変化に影響を与えるステップを含む。充電抵抗の変化に影響を与えるステップは、例えば、ＥＳＤの充電状態を経時的に変化させることを含むことができる。ステップ６２０では、本方法は更に、充電抵抗の変化によって少なくとも１つのエンジンの燃焼率がどのように影響を受けるかを決定するステップを含む。燃焼率を決定するステップは、充電抵抗及び結果として生じる充電電流に基づきＥＳＤを再充電するのに要する時間、従って、ＥＧＳの発電機が燃焼燃料を費やす時間を決定することを含むことができる。ステップ６３０において、本方法は更に、この決定に基づいて、少なくとも１つのエンジンの燃焼率を少なくとも１つのＥＳＤの部分充電状態（ＰＳＯＣ）の複数のウィンドウにマッピングするステップを含む。マッピングは、システム１００に記憶され、例えば、バッテリ電源１４０のリアルタイムの充電抵抗特性に基づき最大燃料節減をもたらすＰＳＯＣウィンドウを選択するために、システム１００のコントローラ１９０が使用することができる。
【００４０】
第２の方法６０１のステップ６４０において、少なくとも１つのＥＳＤを有するハイブリッド発電システムのシステムモデルを生成する。ステップ６５０において、本方法は、ＥＳＤ及びエンジンを備えたシステムのエンジンの燃焼率に対するＥＳＤの充電抵抗の変化の影響をシステムのモデルを用いて推定するステップを含む。ステップ６６０において、本方法は、この推定に基づき燃焼率をＥＳＤのＰＳＯＣのウィンドウにマッピングするステップを含む。最適化されたＰＳＯＣウィンドウは、システム１００に記憶され、最大の燃料節減をもたらすＰＳＯＣウィンドウを選択するためＥＳＤ（例えば、バッテリ電源１４０）のリアルタイム充電抵抗特性に基づきコントローラ１９０によって選択することができる（例えば、マッピングに基づいて、エンジンに結合された発電機の電力出力に応じたエンジンの最小燃焼率を有するエネルギー貯蔵装置の特定の部分充電状態（ＰＳＯＣ）を識別する）。
【００４１】
図７は、ハイブリッド発電機−バッテリ発電システム１００の発電機の負荷率と供用年数との比較を示すグラフである。
負荷率＝（再充電電力＋ベース負荷）／発電機の最大定格
である。従って、再充電期間が短くなるほど、１日当たりの放電エネルギーが大きくなり、再充電負荷を供給する発電機のその後の負荷率が増大する。典型的な発電機では、負荷率が増大するほど、発電機の効率も高くなる。従って、本発明の実施形態は、ＰＳＯＣ設定点を調整することにより再充電電力とベース負荷の合計を比較的高い平均レベルで維持することを試みている。
【００４２】
本明細書で記載される燃料節減方法を利用しないシステムでは、発電機の負荷率は、図７のプロット７１０に示すように、時間の経過と共に減少する傾向がある。本明細書で記載される燃料節減方法を利用したシステムでは、発電機の負荷率は、図７のプロット７２０に示すように、時間の経過と共に一定のままである。従って、本明細書で記載されるＰＳＯＣウィンドウを適応させることによって、ＥＧＳ１２０の発電機の負荷率は、プロット７２０に従って維持することができる。
【００４３】
図８は、ハイブリッド発電機−バッテリ発電システム１００のバッテリ電源１４０に印加される再充電電位（電圧）がバッテリの再充電電流及び経年に対してどのように制御されるかに関する例示的な実施形態を示すグラフである。再充電電流が大きいときにより高い再充電電位（電圧）をバッテリ電源１４０に印加すると、バッテリの反応前端（化学的性質）でより一貫した電位を生じる結果となる。この電位増大に対する推論は、高電流によって、配線集電体、及びバッテリ電源１４０内の他の寄生要素内の直列寄生抵抗での電位降下を引き起こし、バッテリ電源１４０の再充電用に低い電位が印加される状態になることに基づいている。
【００４４】
本発明の実施形態は、再充電電流が高いとき（例えば、エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値が抵抗閾値を下回るとき）に印加電圧を上昇させ、従って、より迅速な再充電を維持する（すなわち、再充電時間を短くする）のを助けるためにバッテリ電源１４０の化学的性質にわたって一貫した電位を印加することにより、これらの寄生抵抗損失を補償する。その後、再充電電流が低くなると（例えば、エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値が抵抗閾値を上回ると）、エネルギー貯蔵装置は、印加電圧を下げることにより継続して充電することができる。或いは、エネルギー貯蔵装置は、再充電抵抗値が抵抗閾値を上回ったときに放電することができる。この直列抵抗補正方法は、バッテリ電源１４０からの電圧及び電流フィードバック情報に基づきコントローラ１９０によって提供される。
【００４５】
この再充電電位の直列抵抗補償は、再充電を加速するために一定の高電圧を印加する従来の方法とは異なる。一定の高電圧を印加すると、高い再充電電流でバッテリの化学的性質に過電圧応力をもたらす可能性がある。同様に、図８に示すように、印加電圧対再充電電流の曲線は、バッテリの経年に伴って増大する可能性がある寄生抵抗項を補償するために経時的に上方にシフトする傾向があり、従って、バッテリ電源のカソード電位が一貫したレベルに維持される（すなわち、バッテリ電源の化学的性質にわたって電位が維持される）。
【００４６】
本発明の１つの実施形態によれば、バッテリ電源１４０のＰＳＯＣウィンドウを適応させる方法と、バッテリ電源１４０に印加される再充電電位を適応させる方法とが組み合わされて、燃料節減を更に提供することができる。例えば、図５を参照すると、バッテリ電源１４０が設定点５１１と５１２との間で時間Ｔｃにわたって再充電されていると、設定点５１１において再充電電流がより高くなるので、コントローラ１９０は、設定点５１１において印加再充電電位をより高いレベル（例えば、５８ボルト）で開始し、再充電電流が減少すると、低いレベル（例えば、５６ボルト）まで印加再充電電位を漸次的に低下させる。
【００４７】
図９は、本明細書で記載される燃料節減方法を実施できる第１の制御アーキテクチャを示す、通信又は他の用途でのハイブリッド発電機−バッテリ発電システム９００の第２の実施形態の図である。図９の実施形態において、パワーインタフェースユニット（ＰＩＵ））９１０は、本明細書で記載される燃料節減方法及び制御ロジックを実施するコントローラとして機能する。また、図９の実施形態において、ＡＣ電力（ＡＣ電力網９２０又はエンジン−発電機セット９３０からの）は、整流器／切り替えモード電力供給装置（ＳＭＰＳ）９４０によりＤＣ電力に変換される。ＳＭＰＳ９４０は、電力の高効率変換を提供するスイッチングレギュレータを組み込んだ電力供給装置である。整流器／ＳＭＰＳ９４０から出力されるＤＣ電力は、バッテリ９５０を充電し、ＤＣ負荷９６０（例えば、ＢＴＳ）を駆動するのに使用される。エンジン−発電機セット９３０がオフのときには、バッテリ９５０は、ＤＣ負荷９６０にＤＣ電力を提供する。ＡＣ電力は、ＰＩＵ９１０を介してＡＣ電力網９２０又はエンジン−発電機９３０からＡＣ負荷９７０に提供される。
【００４８】
図１０は、本明細書で記載される燃料節減方法を実施できる第２の制御アーキテクチャを示す、通信又は他の用途でのハイブリッド発電機−バッテリ発電システム１０００の第３の実施形態の図である。図１０の実施形態は、図９に示す実施形態よりも更にバッテリ中心のものである。すなわち、図１０の実施形態は、互いと（例えば、ＲＳ４８５／Ｍｏｄｂｕｓを介して）及び整流器コントローラ１０２０と通信するよう構成された複数のバッテリモジュール１０１０を備える。図１０のシステムはまた、図９のシステム９００と同様に、エンジン−発電機１０３０、ＰＩＵ１０４０、整流器／ＳＭＰＳ１０５０、及びＢＴＳ１０６０を含む。一般に、図１０の実施形態は、図９の実施形態よりもより高機能な通信アーキテクチャを提供し、正常性、電力実行能力特性、及びＳＯＣ動作範囲に関するバッテリ間モジュール通信を可能にする。このようなバッテリ間通信は、バッテリモジュールの良好な動作、制御、及びバランシングを可能にすることができる。整流器コントローラ１０２０は、バッテリモジュール１０１０とＰＩＵ１０４０との間の通信を提供し、また整流器／ＳＭＰＳと通信して、ＡＣ／ＤＣ電力変換の制御を行うことができる。また、ＰＩＵ１０４０は、複数のセンサ入力を受け取るよう構成される。システム１０００の種々の要素間のインタフェース及び通信は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（商標），Ｒ２３２、ＲＳ４８５、Ｍｏｄｂｕｓ、及びＣＡＮプロトコルを介して提供することができる。
【００４９】
図１１は、本明細書で記載される燃料節減方法を実施できる第３の制御アーキテクチャを示す、通信又は他の用途でのハイブリッド発電機−バッテリ発電システム１１００の第４の実施形態の図である。図１１の実施形態は、ＰＩＵ及び整流器コントローラを排除し、エンジン−発電機１１２０、整流器／ＳＭＰＳ１１３０、及び複数のバッテリモジュール１０４０と通信可能にインタフェース接続されるマスターコントローラ１１１０を提供することにより、図１０の実施形態よりも先進的なものである。マスターコントローラ１１１０は、複数のセンサ入力を受け取るよう構成される。同様に、システム１１００の種々の要素間のインタフェース及び通信は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ，Ｒ２３２、ＲＳ４８５、Ｍｏｄｂｕｓ、及びＣＡＮプロトコルを介して提供することができる。ＤＣ負荷（例えば、ＢＴＳ１１５０）は、依然として整流器／ＳＭＰＳ１１３０により駆動される。
【００５０】
一般に、図９の実施形態から図１０の実施形態、及び図１１の実施形態への発展は、維持がより容易で、よりコスト効果があり、更により中央制御方式になった、より統合されより高機能のアーキテクチャに向けて押し進められている。
【００５１】
別の実施形態は、ＤＣ電力を貯蔵し、ＤＣ電力をＤＣ負荷に提供するよう構成されたエネルギー貯蔵装置を備えたシステムに関する。本システムは更に、エネルギー貯蔵装置に動作可能に接続され、且つＡＣ電源からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換すること、又はＤＣ電源からのＤＣ電力を調整することの少なくとも１つを行い、更にエネルギー貯蔵装置及び／又はＤＣ負荷にＤＣ電力を提供するよう構成されたレギュレータを備える。本システムは更に、エネルギー貯蔵装置及びレギュレータと通信するコントローラを備え、該コントローラは、エネルギー貯蔵装置の決定された再充電抵抗値が決定された抵抗閾値を下回ったときに、該エネルギー貯蔵装置に第１の再充電電位を供給することをレギュレータに指示するよう動作可能である。コントローラは更に、エネルギー貯蔵装置の決定された再充電抵抗値が決定された抵抗閾値を上回ったときに、第１の再充電電位よりも低い第２の再充電電位をエネルギー貯蔵装置に供給することをレギュレータに指示するよう動作可能である。
【００５２】
別の実施形態では、コントローラは更に、エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値対充電状態に関する決定されたプロファイル又はマップの少なくとも１つを記憶し、更に、プロファイル又はマップの少なくとも１つに基づいて、ＡＣ電源によって使用される燃料又はエネルギーを変換すること、或いはＤＣ電源によって生成及び／又は貯蔵されるエネルギーを変換することの少なくとも１つを行うエネルギー貯蔵装置の動作の充電ウィンドウを決定するよう動作可能である。
【００５３】
別の実施形態において、コントローラは更に、動作の充電ウィンドウに基づいて、ＡＣ電源又はＤＣ電源の少なくとも１つをサイクル的にオンオフするよう動作可能である。
【００５４】
別の実施形態は、ＤＣ電力を貯蔵し且つＤＣ電力をＤＣ負荷に提供するよう構成されたエネルギー貯蔵装置を備えたシステムに関する。本システムは更に、エネルギー貯蔵装置に動作可能に接続され、且つＡＣ電源からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換すること、又はＤＣ電源からのＤＣ電力を調整することの少なくとも１つを行い、更にエネルギー貯蔵装置及び／又はＤＣ負荷にＤＣ電力を提供するよう構成されたレギュレータを備える。本システムは更に、エネルギー貯蔵装置及びレギュレータと通信するコントローラを備え、該コントローラは、エネルギー貯蔵装置の再充電抵抗値対充電状態に関する決定されたプロファイル又はマップの少なくとも１つを記憶するよう動作可能である。コントローラは更に、プロファイル又はマップの少なくとも１つに基づいて、ＡＣ電源によって使用される燃料又は他のエネルギーを変換すること、或いはＤＣ電源によって生成及び／又は貯蔵されるエネルギーを変換することの少なくとも１つを行うエネルギー貯蔵装置の動作の充電ウィンドウを決定するよう動作可能である。
【００５５】
別の実施形態において、コントローラは更に、動作の充電ウィンドウに基づいて、ＡＣ電源又はＤＣ電源の少なくとも１つをサイクル的にオンオフするよう動作可能である。
【００５６】
添付の請求項において、用語「含む」及び「有する」は、用語「備える」の一般的な同義的表現として使用され、用語「ｉｎ  ｗｈｉｃｈ」は「ｗｈｅｒｅｉｎ」と同等である。その上、添付の請求項において、用語「第１の」、「第２の」、「第３の」、「上側」、「下側」、「下部」、「上部」、その他は、単なる標識として使用され、これらの対象物に対して数値的又は位置的要件を課すことを意図するものではない。更に、添付の請求項の限定は、ミーンズ・プラス・ファンクションの形式で記載されておらず、かかる請求項の限定が語句「〜するための手段」に続けて他の構造を含まない機能の表明を記載したものでない限り、米国特許法第１１２条第６項に基づいて解釈されるべきではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本発明の「１つの実施形態」という表現は、記載された特徴要素を組み込む追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではない。その上、そうではないことを明記しない限り、特定の特性を有する１つ又は複数の要素を「備える」、「含む」又は「有する」実施形態は、その特性を有しないそのような追加的な要素を含むことができる。更に、特定の実施形態は、同じ又は同様の要素を有するように図示する場合があるが、これは単に例証の目的に過ぎず、請求項に指定のない限り、このような実施形態は必ずしも同じ要素を有する必要はない。
【００５７】
本明細書で使用される用語「することができる」及び「であってもよい」とは、一連の状況内で起こる可能性があること、或いは、特定の特性、特徴又は機能を有することを示し、及び／又は修飾される動詞に関連する技量、能力、又は可能性の１つ又はそれ以上を表現することにより別の動詞を修飾する。従って、「することができる」及び「であってもよい」の使用は、場合によっては、修飾用語が適切ではない、可能ではない、又は好適ではない場合もあることを考慮に入れながら、修飾の用語が示された技量、機能、又は利用に明らかに適切であり、可能であり、又は好適であることを示している。例えば、一部の状況においては、ある事象又は性質が予想できるが、他の状況ではこの事象又は性質が起こらない可能性があり、この差違は、用語「できる」及び「であってもよい」によって表現される。
【００５８】
本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本発明の様々な実施形態を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作し且つ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００５９】
１００  ハイブリッド発電機−バッテリ電力システム
１１０  ＡＣ電力網
１１５  トランスファースイッチ
１２０  エンジン−発電機セット（ＥＧＳ）
１２５  燃料源
１３０  代替エネルギー源
１３５  利用可能スイッチ
１４０  バッテリ電源
１４５  ＤＣバス
１５０  パワーインタフェースユニット（ＰＩＵ）
１５５  ＡＣバス
１６０  ＡＣ負荷
１７０  整流器又は電圧レギュレータ
１８０  ＤＣ負荷
１９０  コントローラ
３１０  電力のグラフ
３１５  最大レベル
３１７  再充電点
３２０  ＳＯＣグラフ
３３０  動作電圧グラフ
５１０  ＰＳＯＣウィンドウ
５１１  下側設定点
５１２  上側設定点
５１３  下側ＳＯＣレベル
５１４  上側ＳＯＣレベル
６００  方法
６０１  方法
６１０  方法のステップ
６２０  方法のステップ
６３０  方法のステップ
６４０  方法のステップ
６５０  方法のステップ
６６０  方法のステップ
７１０  プロット
７２０  プロット
９００  ハイブリッド発電機−バッテリ電力システム
９１０  パワーインタフェースユニット
９２０  ＡＣ電力網
９３０  エンジン−発電機セット
９４０  整流器／切り替えモード電力供給装置
９５０  バッテリ
９６０  ＤＣ負荷
９７０  ＡＣ負荷
１０００  ハイブリッド発電機−バッテリ電力システム
１０１０  バッテリモジュール
１０２０  整流器  コントローラ
１０３０  エンジン−発電機
１０４０  パワーインタフェースユニット
１０５０  整流器／切り替えモード電力供給装置
１０６０  基地局
１１００  ハイブリッド発電機−バッテリ電力システム
１１１０  マスターコントローラ
１１２０  エンジン−発電機
１１３０  整流器／切り替えモード電力供給装置
１１４０  バッテリモジュール
１１５０  基地局
【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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