(57)【要約】【課題】複数のエネルギー蓄積装置を有するハイブリッドシステムを提供する。【解決手段】システムは、負荷（１１８）と、負荷（１１８）に電気的に結合される直流（ＤＣ）リンク（１６、１１４）と、直列に配置される第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）および第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）を有するエネルギー蓄積システム（１５、１０６）と、ＤＣリンク（１６、１１４）およびエネルギー蓄積システム（１５、１０６）に電気的に結合される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）であって、第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）と第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）との間に配置されるノード（２１、１２４）および第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）とＤＣリンク（１６、１１４）とを接続するノード（２２）に接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）とを含む。【選択図】図１
2017046572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動システム（１０、１００）であって、
負荷（１１８）と、
前記負荷（１１８）に電気的に結合された直流（ＤＣ）リンク（１６、１１４）と、
第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）および第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）を備えるエネルギー蓄積システム（１５、１０６）であって、前記第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）および前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）が、直列に配置されているエネルギー蓄積システム（１５、１０６）と、
前記ＤＣリンク（１６、１１４）および前記エネルギー蓄積システム（１５、１０６）に電気的に結合された双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）であって、前記第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）と前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）との間に配置されたノード（２１、１２４）および前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）と前記ＤＣリンク（１６、１１４）とを接続するノード（２２）に接続された双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと
を備える駆動システム（１０、１００）。
【請求項２】
前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）と前記ＤＣリンク（１６、１１４）との間に配置されたスイッチ（１２２）であって、前記ＤＣリンク（１６、１１４）への／からの前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）の接続および切断を選択的に行うために閉位置および開位置において動作可能なスイッチ（１２２）をさらに備える、請求項１に記載の駆動システム（１０、１００）。
【請求項３】
前記負荷（１１８）の電力要求ならびに前記第１のエネルギー蓄積装置（１５）および前記第２のエネルギー蓄積装置（２０）の電圧レベルに基づいて前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）および前記スイッチ（１２２）の動作を制御するように構成されたコントローラ（１２５）をさらに備える、請求項２に記載の駆動システム（１０、１００）。
【請求項４】
前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）が、ウルトラキャパシタを備え、
前記コントローラ（１２５）が、前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）を公称電圧レベルに維持するために前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）の充電および放電を制御するように構成されており、前記公称電圧レベルが、前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）から過渡電力を供給するための蓄積エネルギーの最小量を含む、前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）の要求充電閾値と、エネルギー吸収を可能にする、前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）の最も高い蓄積エネルギーを含む、前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）の要求放電閾値との間の電圧レベルを含む、請求項３に記載の駆動システム（１０、１００）。
【請求項５】
前記コントローラ（１２５）が、
前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）の電圧が前記要求放電閾値よりも高いときに、前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）の電圧を前記公称電圧レベルに下げるために前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）に放電させ、
前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）の電圧が前記要求充電閾値よりも低いときに、前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）の電圧を前記公称電圧レベルに上げるために前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）に充電させる
ように構成されている、請求項４に記載の駆動システム（１０、１００）。
【請求項６】
前記コントローラ（１２５）が、前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）を前記公称電圧レベルに維持するために前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）の動作および前記閉位置と前記開位置との間での前記スイッチ（１２２）の作動を制御する、請求項５に記載の駆動システム（１０、１００）。
【請求項７】
前記コントローラ（１２５）が、
前記負荷（１１８）の負荷電圧要求を求め、
前記負荷電圧要求と、前記ウルトラキャパシタの公称電圧レベルおよび前記第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）の公称電圧値の合計に等しい公称ＤＣリンク電圧値とを比較し、
前記負荷電圧要求が前記公称ＤＣリンク電圧値を下回る場合は前記スイッチ（１２２）を前記開位置で動作させ、
前記負荷電圧要求が前記公称ＤＣリンク電圧値を上回る場合は前記スイッチ（１２２）を前記閉位置で動作させる
ように構成されている、請求項４に記載の駆動システム（１０、１００）。
【請求項８】
前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）の電圧が前記要求放電閾値よりも高いとき、前記コントローラ（１２５）が、前記負荷電圧要求と前記公称ＤＣリンク電圧値との比較に基づいて負荷電力および前記第１のエネルギー蓄積装置の再充電電力の少なくとも一方を供給するために前記ウルトラキャパシタ（２０、１１２）に放電させる、請求項７に記載の駆動システム（１０、１００）。
【請求項９】
前記スイッチ（１２２）が、接触器型の機械スイッチおよび電気スイッチの一方を備え、前記スイッチ（１２２）が、そこを通る一方向または双方向の電流の流れを制御する、請求項２に記載の駆動システム（１０、１００）。
【請求項１０】
前記第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）が、電池を備える、請求項１に記載の駆動システム（１０、１００）。
【請求項１１】
負荷（１１８）に電力を供給するためのエネルギーシステム（１１、１０２）であって、
ＤＣリンク（１６、１１４）を介して前記負荷（１１８）に電気的に結合可能なエネルギー蓄積システム（１５、１０６）であって、
第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）、および
前記第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）と直列に配置された第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）であって、前記ＤＣリンク（１６、１１４）に直接結合された第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）
を備えるエネルギー蓄積システム（１５、１０６）と、
前記ＤＣリンク（１６、１１４）および前記エネルギー蓄積システム（１５、１０６）に電気的に結合された双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）であって、該双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）が、前記第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）への／からの電力が前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）を介して選択的に送られるように前記第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）と前記ＤＣリンク（１６、１１４）とを接続し、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）が、前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）への／からの電力が前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）をバイパスするように配置された双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）と
を備えるエネルギーシステム（１１、１０２）。
【請求項１２】
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）が、前記第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）と前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）との間に配置されたノード（２１、１２４）および前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）と前記ＤＣリンク（１６、１１４）とを接続するノード（２２）に接続されている、請求項１１に記載のエネルギーシステム（１１、１０２）。
【請求項１３】
前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）と前記ＤＣリンク（１６、１１４）との間に配置されたスイッチ（１２２）であって、前記ＤＣリンク（１６、１１４）への／からの前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）の接続および切断を選択的に行うために閉位置および開位置において動作可能なスイッチ（１２２）をさらに備える、請求項１１に記載のエネルギーシステム（１１、１０２）。
【請求項１４】
前記第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）が、前記エネルギーシステム（１１、１０２）の低電圧側に配置され、前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）が、前記エネルギーシステム（１１、１０２）の高電圧側に配置されており、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２、１０８）が、前記ＤＣリンク（１６、１１４）に供給するために前記第１のエネルギー蓄積装置（１４、１１０）からの電圧を昇圧し、前記第２のエネルギー蓄積装置（２０、１１２）が、前記スイッチ（１２２）を介して前記ＤＣリンク（１６、１１４）に選択的に直接結合される、請求項１１に記載のエネルギーシステム（１１、１０２）。
【請求項１５】
前記スイッチ（１２２）が、接触器型の機械スイッチおよび電気スイッチの一方を備え、前記スイッチ（１２２）が、そこを通る一方向または双方向の電流の流れを制御する、請求項１１に記載のエネルギーシステム（１１、１０２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に車両駆動システムに関し、より具体的には、電池式（ｂａｔｔｅｒｙ
ｐｏｗｅｒｅｄ）駆動システム（電池式電気自動車、ハイブリッド電気自動車、または
プラグインハイブリッド電気自動車に使用されるものなど）に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車およびハイブリッド電気自動車は、一般的に、１つ以上のエネルギー蓄積装
置によって（これ単独でまたはエンジン（例えば、内燃エンジン、タービンエンジンなど
）との組み合わせにおいて）動力供給される。この場合、このようなエネルギー蓄積装置
は、電気モータに電力供給するのに十分なエネルギーを供給するために１つ以上の電池、
ウルトラキャパシタ、フライホイール、またはこれらの要素の組み合わせを含む。純粋な
電気自動車において、１つ以上のエネルギー蓄積装置は、駆動システム全体に電力供給し
、その結果、エンジンの必要性を排除している。一方、ハイブリッド電気自動車は、エネ
ルギー蓄積装置の電力およびエンジンによって供給される補助動力を含み、これにより、
エンジンおよび車両の燃料効率が大きく向上されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータは、電池とモータ駆動ＤＣリンクとのインターフェースとして、
ハイブリッド電気自動車システムおよび電気自動車システムにおいて幅広く使用されてい
る。駆動システムの過渡電力能力を改善するために電力密度のより高いエネルギー蓄積装
置（ウルトラキャパシタのような）を電池と組み合わせて使用すること（このことは、電
池およびＤＣ／ＤＣコンバータの電力要求を低減することによりシステムのコスト全体の
低減を可能にする）が以前から提案されてきた。しかしながら、車両駆動システムにおけ
る電池およびウルトラキャパシタの既存の配置の１つの欠点は、ウルトラキャパシタがＤ
Ｃリンクおよび電池に常に接続されていることである。ウルトラキャパシタの大きな静電
容量に起因して、ＤＣリンクキャパシタの電圧は短期間に変化し得ない。したがって、ウ
ルトラキャパシタを使用しないより一般的なシステムと比較して、負荷電力要求が低いと
きにＤＣリンク電圧を低下させることによってシステム効率を最適化することが困難であ
る。
したがって、システム効率を改善するためにＤＣリンク電圧の高速変動が達成され得る
電気推進システムおよび／またはハイブリッド電気推進システムを提供することは望まし
い。システムの電力能力に影響を及ぼすことなくこのようなＤＣリンク電圧が制御可能で
あることならびにウルトラキャパシタが過渡電力（双方向の）を供給し、これにより電池
およびＤＣ／ＤＣコンバータのサイズが最小化され得ることはさらに望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８９２２０５７号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様によれば、駆動システムは、負荷と、負荷に電気的に結合される直流（
ＤＣ）リンクと、直列に配置される第１のエネルギー蓄積装置および第２のエネルギー蓄
積装置を有するエネルギー蓄積システムと、ＤＣリンクおよびエネルギー蓄積システムに
電気的に結合される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであって、第１のエネルギー蓄積装置と
第２のエネルギー蓄積装置との間に配置されるノードおよび第２のエネルギー蓄積装置と
ＤＣリンクとを接続するノードに接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータとを含む。
本発明の別の態様によれば、負荷に電力を供給するためのエネルギーシステムは、ＤＣ
リンクを介して負荷に電気的に結合可能なエネルギー蓄積システムを含み、エネルギー蓄
積システムは、直列に配置される第１のエネルギー蓄積装置および第２のエネルギー蓄積
装置をさらに含み、第１のエネルギー蓄積装置、第２のエネルギー蓄積装置は、ＤＣリン
クに直接結合される。また、エネルギーシステムは、ＤＣリンクおよびエネルギー蓄積シ
ステムに電気的に結合される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを含み、双方向ＤＣ−ＤＣコン
バータは、第１のエネルギー蓄積装置への／からの電力が双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを
介して選択的に送られるように第１のエネルギー蓄積装置とＤＣリンクとを接続し、双方
向ＤＣ−ＤＣコンバータは、第２のエネルギー蓄積装置への／からの電力がＤＣ−ＤＣコ
ンバータをバイパスするように配置される。
本発明のさらに別の態様によれば、駆動システムは、負荷と、負荷に電気的に結合され
る直流（ＤＣ）リンクと、第１のエネルギー蓄積装置および第２のエネルギー蓄積装置を
有するエネルギー蓄積システムと、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであって、第１のエネル
ギー蓄積装置が双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを介してＤＣリンクに接続され、第２のエネ
ルギー蓄積装置がＤＣリンクに直接結合されるように配置される双方向ＤＣ−ＤＣコンバ
ータと、第２のエネルギー蓄積装置とＤＣリンクとの間に配置されるスイッチであって、
ＤＣリンクへの／からの第２のエネルギー蓄積装置の接続および切断を選択的に行うため
に閉位置および開位置において動作可能なスイッチとを含む。
本発明のさらに別の態様によれば、駆動システムは、負荷と、負荷に電気的に結合され
る直流（ＤＣ）リンクと、駆動システムの低電圧側に配置される第１のエネルギー蓄積装
置と、駆動システムの高電圧側に配置される第２のエネルギー蓄積装置と、ＤＣリンクか
ら第１のエネルギー蓄積装置を減結合するために低電圧側と高電圧側との間に配置される
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであって、高電圧側のＤＣリンクに供給するために第１のエ
ネルギー蓄積装置からの電圧を昇圧する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータとを含む。また、駆
動システムは、第２のエネルギー蓄積装置とＤＣリンクとの間に配置されるスイッチを含
み、スイッチは、ＤＣリンクへの／からの第２のエネルギー蓄積装置の接続および切断を
選択的に行うために閉位置および開位置において動作可能である。
様々な他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかにされる。
図面は、本発明を実施するために現在考えられる好ましい実施形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の実施形態に係る駆動システムを概略的に示している。
【図２】図１の駆動システムの電力能力をグラフで示している。
【図３】図１の駆動システムの動作の様々な状態をグラフで示している。
【図４】本発明の別の実施形態に係る駆動システムを概略的に示している。
【図５】図４の駆動システムの動作の様々な状態をグラフで示している。
【図６】本発明の実施形態に従って図４の駆動システムを動作させる方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の別の実施形態に係る駆動システムを概略的に示している。
【図８】本発明の別の実施形態に従って電力の流れを制御する電気スイッチを組み込んだ駆動システムを概略的に示している。
【図９】本発明の別の実施形態に従って電力の流れを制御する電気スイッチを組み込んだ駆動システムを概略的に示している。
【図１０】本発明の別の実施形態に従って電力の流れを制御する電気スイッチを組み込んだ駆動システムを概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
ハイブリッド電力駆動システムの過渡電力能力を改善する、電力密度の高いエネルギー
蓄積装置およびエネルギー電池の配置が示されている。また、電力密度の高いエネルギー
蓄積装置とエネルギー電池を有する駆動システムとを選択的に接続および切断するための
スイッチング装置であって、ＤＣリンク電圧の高速変動を可能にし、駆動システムの効率
を改善するスイッチング装置が示されている。
最初に図１を参照すると、本発明の実施形態に係る駆動システム１０（車両推進システ
ムなど）が示されており、駆動システム１０は、エネルギーシステム１１を有し、エネル
ギーシステム１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２およびエネルギー蓄積システム１５を含
む。エネルギー蓄積システム１５は、第１のエネルギー蓄積装置１４および第２のエネル
ギー蓄積装置２０を含む。例示的な実施形態において、第１のエネルギー蓄積装置１４は
、高比エネルギー電池であり、第２のエネルギー蓄積装置２０は、ウルトラキャパシタで
ある（これらのエネルギー蓄積装置は、以下では電池１４およびウルトラキャパシタ２０
と呼ぶ）。しかしながら、本発明の他の実施形態において、エネルギー蓄積装置は、異な
る形態で提供されてもよい（第２のエネルギー蓄積装置２０が、リチウムイオン電池また
は他の電力密度の高いエネルギー蓄積装置であるなど）ことが理解され、このような代替
的な実施形態は、本発明の範囲内にあると理解される。
駆動システム１０において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、システムの低電圧側の電池
１４と高電圧ＤＣリンク１６とを接続し、また、ＤＣリンクキャパシタ１８が、随意に、
フィルタリングを行うためにＤＣリンクに設けられる（例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１
２の構成に応じて）。また、ウルトラキャパシタ２０が、電池１４と高電圧ＤＣリンク１
６との間に配置されており、ウルトラキャパシタ２０の電圧は、ＤＣリンク１６の電圧と
電池１４の電圧との差である。ウルトラキャパシタ２０は、ＤＣリンク１６から充電され
、またＤＣリンク１６に放電し得る。電池１４は、ウルトラキャパシタ２０に直列に結合
されており、これにより、電池１４およびウルトラキャパシタ２０の組み合わされた出力
電力が、ノード２１への伝達のためにＤＣリンク１６に供給され得るようになっている。
図１に示されているように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、電池１４とウルトラキャパシ
タ２０との間に配置されたノード２１に接続されており、これにより、電池１４の電圧出
力が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２に供給され得るようになっており、ウルトラキャパシタ
２０の電圧出力をＤＣ／ＤＣコンバータ１２に流す必要がなくなっている。ＤＣ／ＤＣコ
ンバータ１２は、ウルトラキャパシタ２０とＤＣリンク１６とを接続するノード２２にさ
らに接続されており、これにより、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の昇圧された出力
が、ＤＣリンク１６に直接供給され、ＤＣリンク１６に電力を供給するためにウルトラキ
ャパシタ２０の出力と組み合わされ得るようになっている。
図１のエネルギー蓄積システム１５は、ウルトラキャパシタ２０が電池１４の上にノー
ド２２に隣接して配置されているものとし示されているが、ウルトラキャパシタ２０およ
び電池１４の配置は逆であってもよいことが理解される。すなわち、別の実施形態によれ
ば、電池１４は、ノード２２に隣接するようにしてウルトラキャパシタ２０の上に配置さ
れてもよい。
ＤＣリンク１６を伴う、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、電池１４、およびウルトラキャパ
シタ２０の上で説明した配置によって実現される駆動システム１０の電力能力が、図２に
示されている。そこから分かるように、電池のみに関して、電力能力は、２３に示されて
いるように概略図において単一の線として単純化されている。電池電圧は、簡単にするた
めに一定であると想定されているが、実際には、電池電圧は、放電電力または充電電力が
電池の内部インピーダンスに起因して変動するにつれて低下または上昇する（このとき、
電池電圧および充電状態の両方が変化する）。十分な出力を有するＤＣ／ＤＣコンバータ
を付け加えることによって、システムの動作空間は、２４に示されているようにより高い
電圧をカバーするよう拡大され得る。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータを付け加えること
によって、システム電圧の限界は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧限界まで高くなる。ＤＣ
／ＤＣコンバータの電力能力によっては、電池の電力能力が完全に利用されない場合があ
る。図１に示され、説明されているように、ウルトラキャパシタが、２６に示されている
ようにシステムの電力能力を改善するために付け加えられ得る。理想的には、ウルトラキ
ャパシタの電力能力は、特定の電流定格に関するその端子電圧の線形関数である。その大
きな静電容量に起因して、ウルトラキャパシタは、所望の電圧レベルにプリチャージされ
たら瞬間的に高い電力を供給することができる。一般的に、ウルトラキャパシタの充電電
流または放電電流の最大レベルは、電池よりも大きい。電力が、電池およびウルトラキャ
パシタの直列経路のみを介して供給される場合、ウルトラキャパシタの出力電力は、電池
の最大電流によって制限される。ウルトラキャパシタにまたはウルトラキャパシタからよ
り高い電力を供給するために、ＤＣ／ＤＣコンバータは、電池がそれ自体の最大電流内で
充電または放電を行う一方で、ウルトラキャパシタの電流レベルが電池よりも大きくなり
得るようにウルトラキャパシタと電池との間のノードに注入される電流を制御し得る。こ
のように、ＤＣ／ＤＣコンバータは、ウルトラキャパシタと電池との電流の差のみを処理
する。同じことが、ウルトラキャパシタの電流能力が電池よりも低い場合にも当てはまる
。
次に図３を参照し、図１に戻って参照すると、駆動システム１０の例示的な動作サイク
ル３０が示されている。３２に示されているように、システム１０は、最初は待機モード
にあり、このとき、電力伝送は行われない。負荷要求がない期間中に、３４に示されてい
るように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、ＤＣリンク電圧を上昇させ、ウルトラキャパシ
タ２０を充電する。最初はゼロ電圧から始まり、ウルトラキャパシタ２０に流入する電力
は、ウルトラキャパシタの最大電流によって制限される。また、ウルトラキャパシタ２０
に流入する電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の能力または充電電力コマンドによって制
限され得る。次に、負荷が、３６に示されているように電力を要求するとき、電池１４は
、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を介して負荷に電力を供給し、一方で、ウルトラキャパシタ
２０は、充電を続ける。３８に示されているように、負荷電力が維持され、このときに、
ウルトラキャパシタ２０が、電力を供給するために放電するとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２は、電流をバイパスし、電池１４は、電力を供給しない。４０において、電池１４は
、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を介して負荷電力のすべてを供給し、このとき、ウルトラキ
ャパシタ電圧およびＤＣリンク電圧は一定のままである。回生電力が、４２に示されてい
るように電池１４およびウルトラキャパシタ２０の両方に供給されるとき、ウルトラキャ
パシタ電圧およびＤＣリンク電圧は上昇する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２が、４４に示さ
れているように遮断されるとき、電池１４およびウルトラキャパシタ２０は、一緒に負荷
電力を供給する。次に、４６に示されている期間中、回生電力は、ウルトラキャパシタ２
０にのみ供給され、その間、電池の充電状態（ＳＯＣ：ｓｔａｔｅ−ｏｆ−ｃｈａｒｇｅ
）は一定のままである。
ＤＣリンク１６を伴う、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、電池１４、およびウルトラキャパ
シタ２０の配置は、駆動システム１０の過渡電力能力を改善するが、ウルトラキャパシタ
２０が、駆動システム１０ではＤＣリンク１６および電池１４に常に接続されていること
が理解される。これを受けて、ＤＣリンク電圧がより良い効率の必要性に応じてより高速
に変動するように制御されることを可能にするためにウルトラキャパシタがＤＣリンク１
６および電池１４から切断され得る代替的な駆動システム１００が、図４に示されている
。
図４に示されているように、駆動システム１００は、エネルギー蓄積システム１０６お
よび双方向昇圧コンバータ１０８から構成されたエネルギーシステム１０２を含み、エネ
ルギー蓄積システム１０６は、電池１１０（例えば、高比エネルギー電池）およびウルト
ラキャパシタ１１２を含む。しかしながら、図１に関して上で言及したように、本発明の
他の実施形態において、電池１１０およびウルトラキャパシタ１１２の代わりに、他の適
切なエネルギー蓄積装置が用いられてもよい（例えば、ウルトラキャパシタが、高電力リ
チウムイオン電池に置き換えられるなど）ことが理解される。エネルギー蓄積システム１
０６は、直流（ＤＣ）リンク１１４を介してＤＣ−ＡＣインバータ１１６および負荷１１
８に結合されている。なお、負荷１１８は、好ましくは、電気駆動装置（ＡＣモータなど
）であるが、これに限定されない。一実施形態において、ＤＣリンクキャパシタ１０４は
、ＤＣリンク１１４の電力をフィルタリングするためにＤＣリンク１１４に設けられてい
るが、一部の実施形態において、ＤＣリンクキャパシタは必要ないことが理解される。
双方向昇圧コンバータ１０８は、高比エネルギー電池１１０およびウルトラキャパシタ
１１２から受ける、ＤＣリンク１１４への電圧ならびに／またはＤＣリンク１１４から高
比エネルギー電池１１０およびウルトラキャパシタ１１２への逆電圧を昇圧するように動
作可能である。昇圧動作モードにおいて、高比エネルギー電池１１０およびウルトラキャ
パシタ１１２の組み合わせは、電気エネルギーを双方向昇圧コンバータ１０８に伝送し、
次に、双方向昇圧コンバータ１０８は、ＤＣリンク１１４に昇圧された電圧を供給する。
すなわち、エネルギーシステム１０２の低電圧側で（電池１１０によって）供給される電
圧が、双方向昇圧コンバータ１０８によって昇圧され、これにより、エネルギーシステム
１０２の高電圧側のＤＣリンク１１４に供給される電圧が上昇されるようになっている。
双方向昇圧コンバータ１０８を介して供給される電気エネルギーは、動的に制御されるも
のであり、電池１１０および／またはウルトラキャパシタ１１２の充電の容量および要求
に依存する。
また、ＤＣリンク１１４には、動的リターダ１２０が結合されている。動的リターダ１
２０は、電気駆動装置１１８が回生モードで動作される（このとき、電気エネルギーは、
回生制動事象中にＤＣ−ＡＣインバータ１１６を介してＤＣリンク１１４に戻される）と
きにＤＣリンク１１４に生じるＤＣ電圧を制限するように機能する。さらに、電気駆動装
置１１８が、回生制動モードで動作するとき、駆動システム１００は、ＤＣリンク１１４
を介してマルチチャンネル双方向昇圧コンバータ１０８を経由して回生電気エネルギーを
供給する（この結果、電気エネルギーは、電池１１０およびウルトラキャパシタ１１２の
少なくとも一方において回収および蓄積される）ように構成されている。従来、双方向昇
圧コンバータ１０８を介して結合される高比エネルギー電池１１０のみを有するシステム
において、回生エネルギーの大部分は、増加した電流によって高比エネルギー電池１１０
において回収しなければならなかった。したがって、高い損失が、電池１１０の電荷受容
量の限界および電圧限界に起因して、高比エネルギー電池の内部抵抗および双方向昇圧コ
ンバータ１０８の両方で発生していた。しかしながら、図４に示されている構成において
、双方向昇圧コンバータ１０８および高比エネルギー電池１１０の両方における損失は大
きく低減される。すなわち、ウルトラキャパシタ１１２および高比エネルギー電池１１０
の構成は、回生エネルギーの多くが、高比エネルギー電池１１０が回生エネルギーを回収
することのみに依存するのではなくウルトラキャパシタ１１２において回収されることを
可能にする。高比エネルギー電池１１０とは異なり、ウルトラキャパシタ１１２は、低い
充電状態（ＳＯＣ）で動作可能であり、急速な高速電荷受容が可能である。したがって、
ウルトラキャパシタ１１２は、車両減速中に電気駆動装置１１８が発生させる高電圧回生
エネルギーから回生電力の多くを受容することが可能であり、これにより、双方向昇圧コ
ンバータ１０８および高比エネルギー電池１１０内のより低い電気損失および熱サイクル
ストレス（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｙｃｌｉｎｇ  ｓｔｒｅｓｓ）がもたらされ、この結果、
駆動システム１００の全体効率が改善される。
ウルトラキャパシタ１１２を含めることは、双方向昇圧コンバータ１０８および高比エ
ネルギー電池１１０の両方において発生する損失を低減する（ウルトラキャパシタを含ま
ないシステムに比べて）ことを助けるが、ウルトラキャパシタ１１２の大きな静電容量に
起因して、ＤＣリンク１１４の電圧は短期間に変化し得ないことが理解される。すなわち
、ウルトラキャパシタ１１２が、ＤＣリンク１１４および電池１１０に常に接続されてい
る場合、ＤＣリンク１１４の電圧は短期間に変化し得ない。したがって、負荷電力要求が
低いときにＤＣリンク電圧を低下させることによって駆動システムの効率を最適化するた
めに、スイッチ１２２が、エネルギーシステム１０２に設けられ、図４に示されているよ
うにウルトラキャパシタ１１２と高電圧ＤＣリンク１１４との間に配置されている。スイ
ッチ１２２は、ＤＣリンク１１４に／からウルトラキャパシタ１１２を選択的に接続およ
び切断するように動作可能であり、したがって、スイッチ１２２は、ＤＣリンク電圧がよ
り良い効率でより高速に変動することを可能にするためにウルトラキャパシタ１１２を選
択的に切断することができる。スイッチ１２２は、図４では単純な接触器型の機械スイッ
チとして示されているが、任意の適切なスイッチが使用されてもよいことが理解される。
また、スイッチ１２２は、本発明のさらなる実施形態に関してより詳細に説明されるよう
に、そこを通る一方向または双方向の電流の流れを制御する。
駆動システム１００の動作において、開位置と閉位置との間でのスイッチ１２２の作動
は、電気駆動装置１１８の電力要求ならびにエネルギー蓄積システム１０６の電池１１０
およびウルトラキャパシタ１１２の電力および電圧の要求／レベルに基づいて制御される
。スイッチ１２２の作動によってウルトラキャパシタ１１２を選択的に利用する際に、ウ
ルトラキャパシタ１１２が電力の供給および吸収を行う能力を有することを可能にするた
めに、その電圧は、公称値Ｖnomに制御される。ウルトラキャパシタ１１２の公称電圧Ｖn
omは、ウルトラキャパシタの最低動作電圧Ｖ１とウルトラキャパシタの最大電圧Ｖ４との
間の電圧値である、と本明細書では定義される。公称電圧Ｖnomは、ウルトラキャパシタの
要求充電閾値Ｖ２（過渡電力の供給に求められる蓄積エネルギーの最小量に依存する）お
よびウルトラキャパシタの要求放電閾値Ｖ３（所望のエネルギー吸収を可能にする最も高
い蓄積エネルギーに対応する）との間のものとしてさらに定義される。駆動システム１０
０の動作において、ウルトラキャパシタ電圧が、Ｖ３よりも高いとき、駆動システムは、
可能なときに、ウルトラキャパシタの電圧がＶ３からＶnomに低下するようにウルトラキャ
パシタを放電させるよう動作する。同様に、ウルトラキャパシタ電圧が、Ｖ２よりも低い
とき、駆動システムは、可能なときに、ウルトラキャパシタの電圧がＶ２からＶnomに上昇
するようにウルトラキャパシタを充電するよう動作する。
図４に示されているように、車両システムコントローラ１２５は、駆動システム１００
に含まれ、エネルギーシステム１０２（ＤＣ−ＤＣコンバータ１０８、電池１１０、ウル
トラキャパシタ１１２、およびスイッチ１２２を含む）、インバータ１１６、ならびに電
気駆動装置１１８と、これらから入力を受信し、これらの動作を制御するために動作通信
する。コントローラ１２５は、電気駆動装置１１８の電力要求ならびに電池１１０および
ウルトラキャパシタ１１２の電圧レベルに基づいてエネルギーシステム１０２の構成要素
の動作を制御するように動作する。より具体的には、コントローラ１２５は、ＤＣ−ＤＣ
コンバータ１０８の動作を制御し（電圧を昇圧する／逆にするために）、開位置と閉位置
との間でのスイッチ１２２の作動を制御し、電気駆動装置１１８の電力要求ならびに電池
１１０およびウルトラキャパシタ１１２の電圧レベルに基づいて電池１１０およびウルト
ラキャパシタ１１２の充電および放電を制御する。
図４のエネルギー蓄積システム１０６は、ウルトラキャパシタ１１２が電池１１０の上
にスイッチ１２２に隣接して配置されているものとして示されているが、ウルトラキャパ
シタ１１２、電池１１０、およびスイッチ１２２の配置は逆であってもよいことが理解さ
れる。すなわち、別の実施形態によれば、電池１１０は、ウルトラキャパシタ１１２の上
に配置されてもよく（この場合、電池１１０は、ノード１２４の上となり、ウルトラキャ
パシタ１１２は、ノード１２４の下となる）、この場合、スイッチ１２２の位置は、ウル
トラキャパシタ１１２の、ＤＣリンク１１４との接続を制御するためにウルトラキャパシ
タ１１２に隣接し続けるように移動される。
次に図５を参照し、引き続き図４を参照すると、駆動システム１００の例示的な動作サ
イクル１２６（車両システムコントローラ１２５によって制御され得るものなど）が、そ
の動作をより良く示し、説明するために示されている。動作サイクル１２６は、１２８に
示されているようにシステム１００が最初に待機モードにある状態から始まり、このとき
、電力伝送は行われない。スイッチ１２２は、待機モード中は開かれている。待機後では
あるが、負荷要求がない期間中、１３０に示されているように、スイッチ１２２は閉じら
れ、双方向昇圧コンバータ１０８は、ウルトラキャパシタ１１２を公称電圧Ｖnomに充電す
るためにＤＣリンク電圧を上昇させる。電池１１０から得ることができる電力を超えない
負荷電力要求が開始される期間中、１３２に示されているように、スイッチ１２２は開か
れ、これにより、ウルトラキャパシタ電圧は、公称値のままとなる。この期間中、双方向
昇圧コンバータ１０８が、ＤＣリンク電圧を低下させる一方で、電池１１０は、負荷電力
を供給し、これにより、ＤＣリンク１１４に取り付けられたモータ駆動コンバータ１１６
のスイッチング損失が低減される。次の期間１３４中、スイッチ１２２の位置は同じまま
（すなわち、開かれたまま）であり、負荷電圧要求は、増大するが、依然として電池電圧
よりも低く、電池１１０は、負荷電力を供給し続ける。
動作サイクル１２６の次のステップにおいて、１３６に示されているように、負荷電圧
要求は、電池電圧よりも高いレベルに増大する。この期間中、双方向昇圧コンバータ１０
８は、電圧要求を満たすために、電池１１０によって供給される電圧を昇圧して、ＤＣリ
ンク電圧を上昇させるように機能する。このとき、スイッチ１２２は、依然として開かれ
たままである。次の期間１３８中、ＤＣリンク電圧は、公称値に達し、電池１１０は、負
荷電力のすべてを供給し続け、双方向昇圧コンバータ１０８は、電池１１０によって供給
される電圧を昇圧し続ける。また、期間１３８中に、スイッチ１２２は、ウルトラキャパ
シタ１１２とＤＣリンク１１４とを接続するために閉じられる。ウルトラキャパシタ１１
２が、ＤＣリンク１１４に接続されると、期間１４０中に電気駆動装置１１８に加えられ
る大きな過渡負荷が、電池１１０およびウルトラキャパシタ１１２の組み合わせによって
処理され得る。このとき、ウルトラキャパシタ１１２は、この負荷を満たすために増大し
た電力を共同で供給する目的で、電池１１０によって供給される電力を補うために電力を
放電する。また、期間１４０中に、ＤＣリンク電圧は、ウルトラキャパシタ１１２の放電
に起因して低下する。
１４２に示されているように、電気駆動装置１１８に加えられる負荷が低下するとき（
およびウルトラキャパシタ１１２の放電後）の動作サイクル１２６の期間中、電池１１０
は、負荷電力およびウルトラキャパシタ１１２をその公称電圧に充電する電力を供給する
ように機能する。より具体的には、ウルトラキャパシタ１１２が、その要求充電閾値Ｖ２
に近い電圧にある場合、ウルトラキャパシタ１１２の再充電が、電池１１０からの電力に
よって実行される。大きな回生過渡電力（例えば、モータ駆動装置の回生制動中に発生し
得るものなど）が駆動システム１００に発生する期間１４４において、ＤＣリンク電圧が
、公称値を上回り、これにより、再充電電力が、電池１１０およびウルトラキャパシタ１
１２の両方に供給される。期間１４４の最後に、ウルトラキャパシタ１１２は、高電圧（
要求放電閾値Ｖ３の電圧または最大電圧Ｖ４に近い電圧など）に再充電される。これによ
り、負荷電力要求が小さな負荷電圧要求として電気駆動装置１１８によって再び開始され
る次の期間１４６において、ウルトラキャパシタ１１２は、負荷電力を供給するために、
また電池１１０を充電する小さな電力を供給するために放電する。また、この期間１４６
中に、ＤＣリンク電圧は、公称値に低下する。
期間１３８、１４０、１４２、１４４、１４６のそれぞれにおいて、スイッチ１２２は
、閉位置にあり、これにより、ウルトラキャパシタ１１２は、ＤＣリンク１１４に接続さ
れる。しかしながら、ＤＣリンク電圧が公称値に低下し、負荷電力要求が電池１１０の能
力よりも低い時点に達すると、期間１４８が、ＤＣリンク１１４からウルトラキャパシタ
１１２を切断するためにスイッチ１２２を開くことによって開始される。期間１４８中、
双方向昇圧コンバータ１０８は、ＤＣリンク電圧を電池電圧に低下させ、このとき、電池
１１０のみが、負荷電力を供給する。同時に、モータ駆動コンバータ１１６のスイッチン
グ損失が、低下したＤＣバス電圧のおかげで低減され得る。ＤＣリンク電圧が電池電圧の
ままであるその後の期間１５０中、電池１１０は、負荷電力を供給し続け、次に、動作サ
イクル１２６は、回生電力が再び発生する期間１５２で終了する。期間１５２において、
スイッチ１２２は開かれたままであり、ＤＣリンク電圧は、電池電圧に等しく、電気駆動
装置１１８からの回生電力は、低電圧で電池１１０に供給される。
次に図６を参照し、引き続き図４に戻って参照すると、駆動システム１００のエネルギ
ーシステム１０２を動作させるための手法１５６が説明されている。なお、手法１５６は
、例えば車両システムコントローラ１２５によって実施され得ることが理解される。手法
１５６の最初に、ステップ１５８において、システム負荷（すなわち、電気駆動装置１１
８）の負荷要求が最初に測定されるか、あるいは求められる。次に、負荷電力要求が、ス
テップ１６０において電池１１０の電力能力と比較され、負荷電力に関するコマンドもし
くは要求が電池の電力能力よりも大きいか否か（Ｐload＞Ｐbatt）または電池の電力が、
負荷が発生させる電力（回生制動中の電力など）を受けることが可能であるものであるか
否か（Ｐload＜Ｐ-batt）に関して判定がなされる。
ステップ１６０において、負荷電力要求が電池の電力よりも大きいか、または、負荷が
回生電力を電池に供給し得ると判定されたら、１６２に示されているように、手法は、ス
テップ１６４に進み、そこでは、スイッチ１２２が現在閉位置にある（すなわち、ＳＷ＝
１）か否かに関して判定がなされる。ステップ１６４において、スイッチは閉じられてい
ると判定されたら、１６６に示されているように、手法は、ステップ１６８に進み、そこ
では、ウルトラキャパシタ１１２の電圧がウルトラキャパシタの最低動作電圧Ｖ１未満で
あるか否かまたはウルトラキャパシタ１１２の電圧がウルトラキャパシタの最大電圧Ｖ４
よりも大きいか否かについての判定がなされる。ステップ１６８において、ウルトラキャ
パシタ１１２の電圧がＶ１未満であるか、またはＶ４よりも大きいと判定されたら、１７
０に示されているように、手法は、ステップ１７２に進み、そこでは、ウルトラキャパシ
タ１１２の充電または放電が阻止される。また、ステップ１７２において、電気駆動装置
１１８に電力を供給する電力コマンドが低減される。
上記の代わりに、ステップ１６８において、ウルトラキャパシタ１１２の電圧が電圧Ｖ
１と電圧Ｖ４との間にある（すなわち、Ｖ１未満ではないし、Ｖ４よりも大きくない）と
判定されたら、１７４に示されているように、手法は、ステップ１７６に進み、そこでは
、ウルトラキャパシタ１１２の規定の限界内で、電気駆動装置１１８への／からの電力が
、電池１１０およびウルトラキャパシタ１１２によって供給される、または受けられる。
すなわち、ステップ１７６において、ウルトラキャパシタ１１２の電圧が、ウルトラキャ
パシタの要求充電閾値Ｖ２を上回り続ける限り、電気駆動装置１１８への／からの電力が
、ウルトラキャパシタ１１２および電池１１０によって供給されるか、または受けられる
。
次にステップ１６４に戻って参照すると、ステップ１６４において、スイッチ１２２は
開かれていると判定されたら、１７８に示されているように、手法は、ステップ１８０に
進み、そこでは、ウルトラキャパシタ１１２の電圧がウルトラキャパシタの最低動作電圧
Ｖ１未満であるか否かまたはウルトラキャパシタ１１２の電圧がウルトラキャパシタの最
大電圧Ｖ４よりも大きいか否かについての判定がなされる。ステップ１８０において、ウ
ルトラキャパシタ１１２の電圧がＶ１未満であるか、またはＶ４よりも大きいと判定され
たら、１８２に示されているように、手法は、ステップ１８４に進み、そこでは、スイッ
チ１２２は開かれたままにされ、負荷に関する電力コマンドが、電力コマンドを、電池１
１０から得ることができる電力未満にするために低減される。
上記の代わりに、ステップ１８０において、ウルトラキャパシタ１１２の電圧が電圧Ｖ
１と電圧Ｖ４との間にある（すなわち、Ｖ１未満ではないし、Ｖ４よりも大きくない）と
判定されたら、１８６に示されているように、手法は、ステップ１８８に進み、そこでは
、ＤＣリンク電圧は、電池１１０およびウルトラキャパシタ１１２の電圧の合計に一致す
るレベルに制御され、次に、スイッチ１２２が閉じられる。スイッチ１２２が閉じられた
後、電力は、電池１１０およびウルトラキャパシタ１１２の組み合わせによって供給また
は吸収され得る。このようにして、ウルトラキャパシタ１１２は、充電または放電される
状態となる。
次にステップ１６０に戻って参照すると、ステップ１６０において、負荷電力要求が電
池の電力未満であるか、または、負荷が回生電力を電池に供給し得ると判定されたら、１
９０に示されているように、手法は、ステップ１９２に進み、そこでは、スイッチ１２２
が現在閉位置にある（すなわち、ＳＷ＝１）か否かに関して判定がなされる。ステップ１
９２において、スイッチは閉じられていると判定されたら、１９４に示されているように
、手法は、ステップ１９６に進み、そこでは、ＤＣリンク電圧が、公称電池電圧Ｖbattno
mおよび公称ウルトラキャパシタ電圧Ｖnomの合計に等しい公称ＤＣリンク電圧値ＶDCnomに
制御／変更される。ＤＣリンク電圧を公称ＤＣリンク電圧値ＶDCnomに変更したら、手法は
、ステップ１９８に進み、そこでは、負荷１１８の電圧要求が電池１１０の電圧未満であ
るか否かに関して判定がなされる。ステップ１９８において、負荷１１８の電圧要求が電
池１１０の電圧未満であると判定されたら、２００に示されているように、手法は、ステ
ップ２０２に進み、そこでは、スイッチ１２２が、ＤＣリンク１１４からウルトラキャパ
シタを切断するために開かれる。
ステップ１９２に戻って参照すると、ステップ１９２において、スイッチ１２２は開か
れていると判定されたら、２０４に示されているように、手法は、ステップ２０６に進み
、そこでは、ウルトラキャパシタ１１２の電圧が要求放電電圧閾値Ｖ３よりも大きいか否
かまたはウルトラキャパシタ１１２の要求充電電圧閾値Ｖ２未満であるか否か（すなわち
、ウルトラキャパシタの電圧はＶ２とＶ３との間にあるか否か）についての判定がなされ
る。ステップ２０６において、ウルトラキャパシタ１１２の電圧が電圧閾値Ｖ２と電圧閾
値Ｖ３との間にない（すなわち、Ｖ３よりも大きいか、またはＶ２未満である）と判定さ
れたら、２０８に示されているように、手法は、ステップ２１０に進み、そこでは、スイ
ッチ１２２が閉じられ、エネルギーシステム１０２は、ＤＣリンク電圧をウルトラキャパ
シタ１１２の電圧に一致するレベルに変更するために制御される。
ステップ２０６において、ウルトラキャパシタ１１２の電圧が電圧閾値Ｖ２と電圧閾値
Ｖ３との間にあると判定されたら、２１２に示されているように、手法は、ステップ２１
４に進み、そこでは、電気駆動装置１１８の電圧要求が電池１１０の電圧未満であるか否
かについての判定がなされる。ステップ２１４において、電気駆動装置１１８の電圧要求
が電池１１０の電圧未満であると判定されたら、２１６に示されているように、手法は、
ステップ２１８に進み、そこでは、電気駆動装置１１８の電圧要求を満たすために双方向
昇圧コンバータ１０８を通る電圧の径路は必要ないため、双方向昇圧コンバータ１０８が
遮断される。逆に、ステップ２１４において、電気駆動装置１１８の電圧要求が電池１１
０の電圧よりも大きいと判定されたら、２２０に示されているように、手法は、ステップ
２２２に進み、そこでは、ＤＣリンク電圧が、電気駆動装置１１８の電圧要求を満たすよ
うに制御／変更され、双方向昇圧コンバータ１０８が、ＤＣバスに電圧を供給する前に、
電池１１０によって出力された電圧を変更する（すなわち、昇圧する）。ステップ２２２
においてＤＣリンク電圧を制御する間、スイッチ１２２は開かれたままにされ、これによ
り、ウルトラキャパシタ１１２は、ＤＣリンク１１４から切断されたままとなり、この結
果、ＤＣリンク電圧は、ウルトラキャパシタ１１２がＤＣリンクに接続されている場合よ
りも高速に変動することが可能である。
手法１５６を実行する際に、双方向昇圧コンバータ１０８は、可能なときに、ウルトラ
キャパシタ電圧を公称値Ｖnomに保つように動作される。ウルトラキャパシタを公称電圧Ｖ
nomに維持することによって、ウルトラキャパシタは、特定の時点でエネルギーを供給また
は吸収するために利用可能となる。加えて、負荷が公称ＤＣリンク電圧（Ｖbattnom＋Ｖn
om）よりも高い電圧を必要としないときは常に、ウルトラキャパシタは、システム効率が
最適化され得るようにＤＣリンクから切断される。
次に図７を参照すると、図４の駆動システム１００とは異なる、エネルギー蓄積装置の
配置においてスイッチ１２２が利用されてもよいことが理解される。図７では、駆動シス
テムで用いるエネルギーシステム２２６が、本発明の別の実施形態に従って示されている
。エネルギーシステム２２６は、エネルギー蓄積システム２３０および双方向昇圧コンバ
ータ２３２から構成されており、エネルギー蓄積システム２３０は、電池２３６およびウ
ルトラキャパシタ２３４を含む。図７に示されているように、電池２３６は、エネルギー
システム２２６の低電圧側２３７に配置され、ウルトラキャパシタ２３４は、エネルギー
システム２２６の高電圧側２３９に配置されており、ウルトラキャパシタ２３４は、スイ
ッチ１２２を介してＤＣリンク２３８に選択的に接続されるようになっている。スイッチ
１２２は、ウルトラキャパシタ２３４がＤＣリンク２３８に／から選択的に接続および切
断されることを可能にし、これにより、ＤＣリンク電圧がより良い効率の必要性に応じて
より高速に変動するように制御されることを可能にしている。動作において、スイッチ１
２２のスイッチングは、図６の手法１５６に詳細に述べられているように実行されてもよ
い。
図４および図７に示されているエネルギーシステム１０２、２２６は、開位置と閉位置
との間で移動可能な機械スイッチまたは機械的接点の形態のスイッチをその中に含むもの
として示されているが、エネルギーシステム１０２、２２６は、任意の種類のスイッチ（
すなわち、機械スイッチまたは電子スイッチ）を利用してもよいことが理解される。次に
図８〜図１０を参照すると、エネルギーシステムに利用され得る異なるスイッチング装置
の例が、本発明の実施形態に従って示されている。エネルギーシステムに設けられるスイ
ッチング装置の種類は、スイッチング装置が一方向または双方向において遮断し、導電さ
せる必要性／要望に基づいて選択されてもよい。
最初に図８を参照すると、双方向の電流を遮断し、導電させるために制御可能なスイッ
チング装置２４０が示されており、ここでは、スイッチング装置２４０は、１対のスイッ
チであって、それぞれが逆並列ダイオード２４４と共に単一のＩＧＢＴ２４２を含む１対
のスイッチの配置の形態をとっている。ＤＣリンク１１４およびウルトラキャパシタ１１
２の電圧は、完全に減結合され得る。実現可能な動作ＤＣリンク電圧は、電池電圧と最大
ＤＣリンク電圧との間にある。この構成は、部分負荷状態中のコンバータ効率の最適化の
完全能力を可能にする。ウルトラキャパシタ最大電圧は、最大ＤＣリンク電圧と電池電圧
との差以下に選択されてもよい。高い過渡電力を供給するか、または受けることができる
ためには、ＤＣリンク１１４は、ウルトラキャパシタ１１２に接続されなければならない
。したがって、高い過渡電力を供給するための動作ＤＣリンク電圧は、電池電圧足すウル
トラキャパシタ電圧である。負荷の分割は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８によって自由に
制御されてもよい。駆動システム１００およびエネルギーシステム１０２の全体的な性能
（電力能力およびシステム効率を含む）を最適化するために、充電および放電の任意の組
み合わせが可能である。部分負荷状態において、ＤＣリンク電圧は、システム効率を最適
化するために制御される。部分負荷動作中、負荷電力のすべては、電池１１０によって供
給されるか、または受けられる。
次に図９および図１０を参照すると、逆並列ダイオード２４４を伴う単一のＩＧＢＴ２
４２の形態のスイッチング装置２４６、２４８が提供される。なお、スイッチング装置２
４６とスイッチング装置２４８とでは、ダイオードの方向が反対である。スイッチング装
置２４６、２４８は、その中のダイオード２４４の方向に基づいて一方向においてのみ電
圧を遮断し得る。図９のスイッチング装置２４６の場合、ＤＣリンク１１４は、ＤＣリン
ク電圧が電池およびウルトラキャパシタの電圧の合計よりも高いときにウルトラキャパシ
タ１１２を自動的に充電する。ＤＣリンクの静電容量は、ウルトラキャパシタ１１２より
もかなり小さいため、ＤＣリンク電圧は迅速に変化し得る。一方、ウルトラキャパシタ１
１２は、充電または放電を行って所望の電圧に達するために、かなりのエネルギーおよび
時間を必要とする。すなわち、ＤＣリンク電圧は、電池およびウルトラキャパシタの電圧
の合計未満にしかなり得ず、最大ＤＣリンク電圧は、電池電圧およびウルトラキャパシタ
の最大電圧の合計である。スイッチング装置２４６の場合、ウルトラキャパシタ１１２の
放電は自由に制御され得る。このようにして、スイッチング装置２４６は、ＤＣリンク電
圧を低下させることによってスイッチング損失の低減を行いながらも、スイッチング装置
２４０（図８）のより低コストの代替形態を提供する。スイッチング装置２４０と同様に
、スイッチング装置２４６は、高電力の過渡電力がウルトラキャパシタ１１２および電池
１１０によって供給されるか、または受けられることならびに部分負荷が電池１１０によ
ってのみ供給されることを可能にする。
図１０において、スイッチング装置２４８は、ＤＣリンク電圧が電池およびウルトラキ
ャパシタの電圧の合計よりも低いときにウルトラキャパシタ１１２を自動的に放電する。
ＤＣリンク電圧は、電池およびウルトラキャパシタの電圧の合計と最大ＤＣリンク電圧と
の間に制御され得る。スイッチング装置２４０と同様に、ウルトラキャパシタ最大電圧は
、最大ＤＣリンク電圧と電池電圧との差以下に選択されてもよい。このようにして、スイ
ッチング装置２４８の場合、ＤＣリンク電圧は、負荷電流を低減するために上昇される。
システムであって、その効率が低減された電流の恩恵を受けるシステムは、スイッチング
装置２４０（図８）に比べてコストが低減されるスイッチング装置２４８を利用し得る。
スイッチング装置２４０と同様に、スイッチング装置２４８は、高電力の過渡電力がウル
トラキャパシタ１１２および電池１１０によって供給されるか、または受けられることな
らびに部分負荷が電池１１０のみによって供給されることを可能にする。
このように、有益にも、本発明の実施形態は、ＤＣ／ＤＣコンバータ、電池、およびウ
ルトラキャパシタの配置であって、ウルトラキャパシタが、駆動システムの過渡電力能力
の改善を可能にし、これにより電池およびＤＣ／ＤＣコンバータのサイズが最小化され得
る配置を提供する。機械スイッチまたは電気スイッチは、ウルトラキャパシタのためのス
イッチを有さないシステムに比べて効率の改善を可能にするためにＤＣリンクに／からウ
ルトラキャパシタを選択的に結合および減結合するように実施されてもよい。このような
スイッチは、スイッチング装置が一方向または双方向において遮断し、導電させる必要性
／要望に基づいて選択されてもよい。
したがって、本発明の一実施形態によれば、駆動システムは、負荷と、負荷に電気的に
結合される直流（ＤＣ）リンクと、直列に配置される第１のエネルギー蓄積装置および第
２のエネルギー蓄積装置を有するエネルギー蓄積システムと、ＤＣリンクおよびエネルギ
ー蓄積システムに電気的に結合される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであって、第１のエネ
ルギー蓄積装置と第２のエネルギー蓄積装置との間に配置されるノードおよび第２のエネ
ルギー蓄積装置とＤＣリンクとを接続するノードに接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバー
タとを含む。
本発明の別の実施形態によれば、負荷に電力を供給するためのエネルギーシステムは、
ＤＣリンクを介して負荷に電気的に結合可能なエネルギー蓄積システムを含み、エネルギ
ー蓄積システムは、直列に配置される第１のエネルギー蓄積装置および第２のエネルギー
蓄積装置をさらに含み、第１のエネルギー蓄積装置、第２のエネルギー蓄積装置は、ＤＣ
リンクに直接結合される。また、エネルギーシステムは、ＤＣリンクおよびエネルギー蓄
積システムに電気的に結合される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを含み、双方向ＤＣ−ＤＣ
コンバータは、第１のエネルギー蓄積装置への／からの電力が双方向ＤＣ−ＤＣコンバー
タを介して選択的に送られるように第１のエネルギー蓄積装置とＤＣリンクとを接続し、
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、第２のエネルギー蓄積装置への／からの電力がＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータをバイパスするように配置される。
本発明のさらに別の実施形態によれば、駆動システムは、負荷と、負荷に電気的に結合
される直流（ＤＣ）リンクと、第１のエネルギー蓄積装置および第２のエネルギー蓄積装
置を有するエネルギー蓄積システムと、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであって、第１のエ
ネルギー蓄積装置が双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを介してＤＣリンクに接続され、第２の
エネルギー蓄積装置がＤＣリンクに直接結合されるように配置される双方向ＤＣ−ＤＣコ
ンバータと、第２のエネルギー蓄積装置とＤＣリンクとの間に配置されるスイッチであっ
て、ＤＣリンクへの／からの第２のエネルギー蓄積装置の接続および切断を選択的に行う
ために閉位置および開位置において動作可能なスイッチとを含む。
本発明のさらに別の実施形態によれば、駆動システムは、負荷と、負荷に電気的に結合
される直流（ＤＣ）リンクと、駆動システムの低電圧側に配置される第１のエネルギー蓄
積装置と、駆動システムの高電圧側に配置される第２のエネルギー蓄積装置と、ＤＣリン
クから第１のエネルギー蓄積装置を減結合するために低電圧側と高電圧側との間に配置さ
れる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであって、高電圧側のＤＣリンクに供給するために第１
のエネルギー蓄積装置からの電圧を昇圧する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータとを含む。また
、駆動システムは、第２のエネルギー蓄積装置とＤＣリンクとの間に配置されるスイッチ
を含み、スイッチは、ＤＣリンクへの／からの第２のエネルギー蓄積装置の接続および切
断を選択的に行うために閉位置および開位置において動作可能である。
この記載された説明では、最良の態様を含めて本発明を開示するために、さらには、任
意の当業者が任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込み方法の
実行を含めて本発明を実施することを可能にするために、例が使用されている。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ており、また、当業者によって想到
される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造
的要素を有する場合または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素
を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
本発明について、限られた数の実施形態のみに関連して詳細に説明してきたが、本発明
は、このような開示された実施形態に限定されるわけではないことが容易に理解されるべ
きである。それどころか、本発明は、これまでに説明されていないが、本発明の精神およ
び範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換、または同等の配置を取り入れるために修
正されてもよい。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態
様が、説明されている実施形態の一部しか含まなくてもよいことが理解されるべきである
。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されるものとして理解されるべきでは
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】
【０００７】
１０、１００  駆動システム
１１  エネルギーシステム
１２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４  第１のエネルギー蓄積装置、電池
１５、１０６、２３０  エネルギー蓄積システム
１６、１１４、２３８  高電圧ＤＣリンク
１８、１０４  ＤＣリンクキャパシタ
２０  第２のエネルギー蓄積装置、ウルトラキャパシタ
３０、１２６  動作サイクル
２１、２２、１２４  ノード
１０２、２２６  エネルギーシステム
１０８、２３２  双方向昇圧コンバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１０、２３６  高比エネルギー電池
１１２、２３４  ウルトラキャパシタ
１１６  ＤＣ−ＡＣインバータ、インバータ、モータ駆動コンバータ
１１８  負荷、電気駆動装置
１２０  動的リターダ
１２２  スイッチ
１２５  車両システムコントローラ
１３４、１３８、１４０、１４２、１４４、１４６、１４８、１５０、１５２  期間
１５６  手法
１５８、１６０、１６４、１６８、１７２、１７６、１８０、１８４、１８８、１９２、１９６、１９８、２０２、２０６、２１０、２１４、２１８、２２２  ステップ
２３０  エネルギー蓄積システム
２３７  低電圧側
２３９  高電圧側
２４０、２４６、２４８  スイッチング装置
２４２  ＩＧＢＴ
２４４  逆並列ダイオード
【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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【外国語明細書】
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