(57)【要約】【課題】レンジエクステンダーおよび回路保護方法を提供すること。【解決手段】回路保護方法が、レンジエクステンダーを通常モードで動作させるステップを含み、レンジエクステンダーは、入力側および出力側を有する少なくとも１つのＤＣ／ＤＣ変換器と、入力側と出力側との間に結合された少なくとも１つのバイパスデバイスとを備える。レンジエクステンダーを通常モードで動作させるステップは、ＤＣ／ＤＣ変換器によって入力側の入力電圧を出力側の出力電圧に変換するステップを含み、出力電圧は臨界電圧よりも高い。方法は、出力電圧が臨界電圧よりも低いときの安全モードでレンジエクステンダーを動作させるステップをさらに含む。レンジエクステンダーを安全モードで動作させるステップは、バイパスデバイスによってＤＣ／ＤＣ変換器を迂回するステップを含み、臨界電圧は入力電圧以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ／ＤＣ変換器（１１、１２）によって入力側（１０１、１０２）の入力電圧（Ｖi1、Ｖi2）を出力側（１０３、１０４）の出力電圧（Ｖ0）に変換するステップを含む、レンジエクステンダー（１０）を通常モードで動作させるステップであって、前記レンジエクステンダー（１０）が、前記入力側（１０１、１０２）および前記出力側（１０３、１０４）を有する少なくとも１つの前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１１、１２）と、前記入力側（１０１、１０２）と前記出力側（１０３、１０４）との間に結合された少なくとも１つのバイパスデバイス（１３、１４）とを備え、前記出力電圧（Ｖ0）が臨界電圧よりも高い、動作させるステップと、
前記出力電圧（Ｖ0）が前記臨界電圧よりも低いとき、前記バイパスデバイス（１３、１４）によって前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１１、１２）を迂回するステップを含む、前記レンジエクステンダー（１０）を安全モードで動作させるステップとを含む、回路保護方法であって、
前記臨界電圧が前記入力電圧（Ｖi1、Ｖi2）以下である、方法。
【請求項２】
前記バイパスデバイス（１３、１４）がバイパススイッチを備え、前記レンジエクステンダー（１０）を前記通常モードで前記動作せるステップが、前記バイパススイッチを開くステップを含み、前記レンジエクステンダー（１０）を前記安全モードで前記動作させるステップが、前記バイパススイッチを閉じるステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記バイパスデバイス（１３、１４）が、前記入力側（１０１、１０２）に結合されたアノードと前記出力側（１０３、１０４）に結合されたカソードとを有するダイオード（Ｄ１、Ｄ２）を備える、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）が電圧降下を有し、前記臨界電圧が、前記入力電圧（Ｖi1、Ｖi2）と前記電圧降下との差に実質的に等しい、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１１、１２）が、前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１１、１２）の前記出力側（１０３、１０４）の両端間に直列に結合された第１のスイッチデバイス（Ｓ１）および第２のスイッチデバイス（Ｓ２）と、前記第１のスイッチデバイス（Ｓ１）と前記第２のスイッチデバイス（Ｓ２）との間に結合された第１の端部および前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１１、１２）の前記入力側（１０１、１０２）に結合された第２の端部を有するインダクタ（Ｌ１、Ｌ２）とを備える、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１１、１２）が、エネルギー貯蔵デバイス（１５、２０）と電気負荷（３０）との間に結合され、前記レンジエクステンダー（１０）を前記通常モードで前記動作させるステップが、前記インダクタ（Ｌ１、Ｌ２）および前記第１のスイッチデバイス（Ｓ１）を通して前記エネルギー貯蔵デバイス（１５、２０）から前記電気負荷（３０）にエネルギーを伝達するステップを含み、前記レンジエクステンダー（１０）を前記安全モードで前記動作させるステップが、前記バイパスデバイス（１３、１４）によって前記インダクタ（Ｌ１、Ｌ２）および前記第１のスイッチデバイス（Ｓ１）を迂回するステップを含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
入力側（１０１、１０２）および出力側（１０３、１０４）を有する少なくとも１つのＤＣ／ＤＣ変換器（１１、１２）と、
前記入力側（１０１、１０２）と前記出力側（１０３、１０４）との間に結合された少なくとも１つのバイパスデバイス（１３、１４）と、
前記入力側（１０１、１０２）の入力電圧（Ｖi1、Ｖi2）を通常モードにおいて臨界電圧よりも高い前記出力側（１０３、１０４）の出力電圧（Ｖ0）に変換するために前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１１、１２）を有し、前記出力電圧（Ｖ0）が前記臨界電圧よりも低いときの安全モードにおいて前記バイパスデバイス（１３、１４）によって前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１１、１２）を迂回させるように構成された制御器（１８）であって、前記臨界電圧が前記入力電圧（Ｖi1、Ｖi2）以下である、制御器（１８）とを備える、レンジエクステンダー（１０）。
【請求項８】
前記バイパスデバイス（１３、１４）が、前記通常モードにおいて開いており、前記安全モードにおいて閉じているバイパススイッチを備える、請求項７記載のレンジエクステンダー（１０）。
【請求項９】
前記出力電圧（Ｖ0）が前記臨界電圧よりも低いかどうかを決定するように構成された比較器をさらに備える、請求項７記載のレンジエクステンダー（１０）。
【請求項１０】
第１の入力側（１０１）および第１の出力側（１０３）を有する第１のＤＣ／ＤＣ変換器（１１）と、
第２の入力側（１０２）および第２の出力側（１０４）を有する第２のＤＣ／ＤＣ変換器（１２）であって、前記第２の出力側（１０４）が、前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器（１１）の前記第１の出力側（１０３）に結合される、第２のＤＣ／ＤＣ変換器（１２）と、
前記第１の入力側（１０１）と前記第１の出力側（１０３）との間に結合された第１のバイパスデバイス（１３）と、
前記第２の入力側（１０２）と前記第２の出力側（１０４）との間に結合された第２のバイパスデバイス（１４）と、
それぞれ前記第１の入力側（１０１）の第１の入力電圧（Ｖi1）および前記第２の入力側（１０２）の第２の入力電圧（Ｖi2）を通常モードにおいて臨界電圧よりも高い出力電圧（Ｖ0）に変換するために前記第１および第２のＤＣ／ＤＣ変換器（１１、１２）を有し、前記出力電圧（Ｖ0）が前記臨界電圧よりも低いときの安全モードにおいて、対応するバイパスデバイスによって、より高い入力電圧を有する前記第１および第２のＤＣ／ＤＣ変換器（１１、１２）のうちの一方を迂回させるように構成された制御器（１８）であって、前記臨界電圧が、前記第１および第２の入力電圧（Ｖi1、Ｖi2）のうちの高い方の電圧以下である、制御器（１８）とを備える、レンジエクステンダー（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、レンジエクステンダーおよび回路保護方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンジエクステンダーとは、電気自動車上に搭載され、電気自動車の走行距離を増加させるように構成された追加のエネルギー貯蔵構成部品のことである。昇圧直流変換器を備えたレンジエクステンダーの通常動作モードにおいて、レンジエクステンダーの出力電圧は、入力電圧よりも高く、レンジエクステンダーの出力電圧を安定させるために比例積分制御器によって閉ループ制御が実施される。しかし、電気負荷の突然の増加、例えば、電気自動車の加速過程の場合、出力電圧は、突然減少し、次いで、比例積分制御器が出力電圧を引き上げるためにレンジエクステンダーの送電路に配置されたスイッチデバイスをオンにする。その結果、送電路におけるインダクタの両端間に正電圧があり、それによって、インダクタおよびスイッチデバイス中を流れる電流が急増する。スイッチデバイスは、電流がスイッチデバイスの最大電流よりも高い値まで増加したとき壊れる。いくつかの従来の方法において、この問題は、過電流保護デバイスを設けることによって回避される。電流が既定値よりも高い値まで増加するとき、過電流保護デバイスが、電気負荷に働きを停止させるためにレンジエクステンダーの主スイッチをオフにするようにトリガされ、それによって、電気負荷の通常動作が影響される。特に電気自動車の場合、これは、使用者の安全走行に非常に有害となる。
【０００３】
したがって、上述の問題のうちの少なくとも１つを解決するために、新たなレンジエクステンダーおよび回路保護方法を提供することが必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８６４８５７２号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
回路保護方法が、レンジエクステンダーを通常モードで動作させるステップを含み、レンジエクステンダーは、入力側および出力側を有する少なくとも１つのＤＣ／ＤＣ変換器と、入力側と出力側との間に結合された少なくとも１つのバイパスデバイスとを備える。レンジエクステンダーを通常モードで動作させるステップは、ＤＣ／ＤＣ変換器によって入力側の入力電圧を出力側の出力電圧に変換するステップを含み、出力電圧は臨界電圧よりも高い。方法は、出力電圧が臨界電圧よりも低いときの安全モードでレンジエクステンダーを動作させるステップをさらに含む。レンジエクステンダーを安全モードで動作させるステップは、バイパスデバイスによってＤＣ／ＤＣ変換器を迂回するステップを含み、臨界電圧は入力電圧以下である。
【０００６】
レンジエクステンダーが、入力側および出力側を有する少なくとも１つのＤＣ／ＤＣ変換器と、入力側と出力側との間に結合された少なくとも１つのバイパスデバイスと、制御器とを備える。通常モードでは、制御器は、入力側の入力電圧を出力側の出力電圧に変換するためにＤＣ／ＤＣ変換器を制御するように構成され、出力電圧は臨界電圧よりも高い。安全モードでは、すなわち、出力電圧が臨界電圧よりも低いとき、制御器は、バイパスデバイスによってＤＣ／ＤＣ変換器を迂回させるように構成され、臨界電圧は入力電圧以下である。
【０００７】
レンジエクステンダーが、第１のＤＣ／ＤＣ変換器と、第２のＤＣ／ＤＣ変換器と、第１のバイパスデバイスと、第２のバイパスデバイスと、制御器とを備える。第１のＤＣ／ＤＣ変換器は、第１の入力側と第１の出力側とを有する。第２のＤＣ／ＤＣ変換器は、第２の入力側と第２の出力側とを有し、第２の出力側は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器の第１の出力側に結合される。第１のバイパスデバイスは、第１の入力側と第１の出力側との間に結合される。第２のバイパスデバイスは、第２の入力側と第２の出力側との間に結合される。通常モードでは、制御器は、それぞれ第１の入力側の第１の入力電圧および第２の入力側の第２の入力電圧を臨界電圧よりも高い出力電圧に変換するために第１および第２のＤＣ／ＤＣ変換器を制御するように構成される。安全モードでは、すなわち、出力電圧が臨界電圧よりも低いとき、制御器は、対応するバイパスデバイスによって迂回された、より高い入力電圧を有する、第１および第２のＤＣ／ＤＣ変換器のうちの一方を有するように構成され、臨界電圧は、第１および第２の入力電圧のうちの高い方の電圧以下である。
【０００８】
本開示のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を、図面全体を通して同様の文字が同様の部分を表す添付の図面を参照して読んだとき、より良く理解されることになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の例示的な実施形態によるレンジエクステンダーの概略図である。
【図２】本開示の別の例示的な実施形態によるレンジエクステンダーの概略図である。
【図３】本開示の例示的な実施形態による回路保護方法を示す流れ図である。
【図４】本開示の別の例示的な実施形態による回路保護方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下は、これらの実施形態の簡潔な説明である。任意の工学または設計プロジェクトと同様に任意の実際の実装形態の開発において、実装形態によって異なることがあるシステム関連およびビジネス関連の制約の順守など、開発業者特有の目的を達成するために、数多くの実装形態特有の決定をしなければならないことを理解されたい。さらに、そのような開発努力は、本開示の利益を有する当業者にとっては設計、製作、および製造の日常の仕事であるはずであることを理解されたい。
【００１１】
特に他の定義がない限り、本明細書に使用される技術および科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で使用される場合、「第１の（ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」、「第３の（ｔｈｉｒｄ）」、「第４の（ｆｏｕｒｔｈ）」などの用語は、いかなる順序、数量、または重要度を表すのでもなく、１つの要素を別の要素と区別するのに使用される。また、「１つの（ａ）」」および「１つの（ａｎ）」という用語は、数量の限度を表すのではなく、参照された品目のうちの少なくとも１つの存在を表す。「または（ｏｒ）」という用語は、包含的であり、列挙された品目のうちのいずれか、いくつか、またはすべてのいずれかを意味することが意図される。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」およびそれらの変形の使用は、それの後に列挙された品目、およびそれと同等のもの、ならびに追加の品目を包含することを意味する。
【００１２】
本開示の実施形態は、電気自動車、例えば、純粋電気自動車に適用することができるレンジエクステンダーに関する。レンジエクステンダーは、電気負荷が急増した場合に正常に動作することができ、電気負荷の連続および安定動作を確実にする。レンジエクステンダーは、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣ変換器と、ＤＣ／ＤＣ変換器に並列に接続された少なくとも１つのバイパスデバイスと、ＤＣ／ＤＣ変換器およびバイパスデバイスを制御するように構成された制御器とを備える。
【００１３】
図１を参照すると、図１に示す実施形態において、レンジエクステンダー１０が、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０と電気負荷３０との間に結合される。第１のエネルギー貯蔵デバイス２０は、レンジエクステンダー１０を通してエネルギーを電気負荷３０に提供することができる。レンジエクステンダー１０は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１と、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１に並列に接続された第１のバイパスデバイス１３と、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２と、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２に並列に接続された第２のバイパスデバイス１４と、第２のエネルギー貯蔵デバイス１５と、制御器１８とを備える。
【００１４】
第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１は、第１の入力側１０１と第１の出力側１０３とを有し、第１のバイパスデバイス１３は、第１の入力側１０１と第１の出力側１０３との間に結合される。図１に示すように、第１の入力側１０１は、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０に結合され、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１は、第１の入力側１０１を介して第１の入力電圧Ｖi1を第１のエネルギー貯蔵デバイス２０から受け取る。第１の出力側１０３は、電気負荷３０に結合され、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１は、第１の出力側１０３を介して出力電圧Ｖ0を電気負荷３０に提供する。第１のエネルギー貯蔵デバイス２０は、高エネルギー電池（鉛酸蓄電池などの）、スーパーキャパシタ、発電機、燃料電池、太陽光発電インバータ電力供給装置またはそれらの組合せを備えることができる。
【００１５】
第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２は、第２の入力側１０２と第２の出力側１０４とを有し、第２のバイパスデバイス１４は、第２の入力側１０２と第２の出力側１０４との間に結合される。第２の入力側１０２は、第２のエネルギー貯蔵デバイス１５に結合され、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２は、第２の入力側１０２を介して第２の入力電圧Ｖi2を第２のエネルギー貯蔵デバイス１５から受け取る。第２の出力側１０４は、第１の出力側１０３に結合され、電気負荷３０にも結合される。第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２は、第２の出力側１０４を介して出力電圧Ｖ0を電気負荷３０に提供する。第２のエネルギー貯蔵デバイス１５は、スーパーキャパシタを備えることができる。
【００１６】
第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１および第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２は、昇圧モードで働く昇圧変換器または昇降圧変換器でよい。第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１および第１のバイパスデバイス１３は第１の変換ユニットを構成し、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２および第２のバイパスデバイス１４は第２の変換ユニットを構成する。
【００１７】
いくつかの実施形態において、制御器１８は、第１の変換ユニットおよび第２の変換ユニットを別々に制御することができ、したがって、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０または第２のエネルギー貯蔵デバイス１５だけがエネルギーを電気負荷３０に提供する場合に適用することができる。例えば、制御器１８によって第１の変換ユニットを制御するための方法は、以下のように説明される。制御器１８によって第２の変換ユニットを制御するための方法は、第１の変換ユニットを制御するための方法と同様である。
【００１８】
通常モードでは、制御器１８は、第１の入力側１０１の第１の入力電圧Ｖi1を第１の出力側１０３の出力電圧Ｖ0に変換するために第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１を制御し、出力電圧Ｖ0は臨界電圧よりも高く、臨界電圧は第１の入力電圧Ｖi1以下である。一定の電気負荷の場合、出力電圧Ｖ0の値は、制御器１８の制御下で基本的に一定である。
【００１９】
電気負荷が急に増加する場合、出力電圧Ｖ0が急に減少する。出力電圧Ｖ0が臨界電圧まで減少するとき、安全モードがトリガされ、制御器１８は、第１のバイパスデバイス１３によって第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１を迂回させる。本明細書に記述する「迂回する（Ｂｙｐａｓｓ）」は、構成部品の入力側と出力側とを接続し、その結果、構成部品中を流れる電流が何もないことを表す。図１に示すように、制御器１８は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１を迂回するために第１のバイパスデバイス１３をオンにすることによって第１の入力側１０１と第１の出力側１０３とを接続する。この実施形態において、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１が迂回された後、ほとんどの電流は第１のバイパスデバイス１３中を流れ、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１中を流れる電流はほとんどなく、したがって、その中の構成部品は損傷されず、過電流保護デバイスは、電気負荷３０をさらに停止するためにトリガはされない。その一方で、第１のバイパスデバイス１３は第１の入力側１０１と第１の出力側１０３とを接続するので、第１の出力側１０３の出力電圧Ｖ0が急激に引き上げられる。出力電圧Ｖ0が臨界電圧よりも高い値まで増加したとき、制御器１８は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１を再度通常モードで動作させる。例えば、制御器１８は、第１のバイパスデバイス１３をオフにすることによって第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１をまた通常モードに切り替えさせることができる。このようにして、出力電圧Ｖ0は、増加時間の後はもう増加せず、次いで安定状態を維持する。
【００２０】
上記の実施形態において、通常モードの動作条件は、出力電圧Ｖ0が臨界電圧よりも高くなるように設定される。出力電圧Ｖ0が臨界電圧以下であるとき、安全モードが動作される。特定の動作において、出力電圧Ｖ0が臨界電圧まで降下したとき、安全モードがトリガされ、すなわち、安全モードのトリガ条件は出力電圧Ｖ0が臨界電圧まで減少するように設定される。上記の実施形態において、臨界電圧は、第１の入力電圧Ｖi1よりも低くてよい。
【００２１】
他の実施形態において、通常モードおよび安全モードの動作方法は、上記の実施形態において説明された方法と同様である。上記の実施形態と異なり、通常モードの動作条件は、出力電圧Ｖ0が臨界電圧以上であるように設定され、出力電圧Ｖ0が臨界電圧よりも低いとき、安全モードが動作させられる。特定の動作において、出力電圧Ｖ0が臨界電圧よりも低い値まで降下したとき、安全モードがトリガされ、すなわち、安全モードのトリガ条件は、出力電圧Ｖ0が臨界電圧よりも低い値まで減少することである。
【００２２】
いくつかの実施形態において、臨界電圧は、第１の入力電圧Ｖi1に等しい。出力電圧が第１の入力電圧Ｖi1よりも低い値まで減少したとき、制御器１８は、第１の変換ユニットを通常モードから安全モードに切り替える。出力電圧が第１の入力電圧Ｖi1まで増加したとき、制御器１８は、第１の変換ユニットを安全モードから通常モードに切り替える。
【００２３】
他の実施形態において、臨界電圧は、第１の入力電圧Ｖi1よりも低い。出力電圧が第１の入力電圧Ｖi1よりも低い値まで減少したとき、および同時に、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１中を流れる電流が第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１の過電流保護をトリガさせるのに十分な電流値または最大電流値に達しないとき、制御器は第１の変換ユニットを通常モードから安全モードに切り替える。
【００２４】
第１のバイパスデバイス１３は、通常モードでオフにされ、安全モードでオンにされるバイパススイッチを備えることができる。バイパススイッチは、トランジスタやＭＯＳＦＥＴなどの能動スイッチでよい。制御器１８は、制御信号を能動スイッチに送ることによって能動スイッチをオンまたはオフとするように制御することができる。
【００２５】
図２を参照すると、いくつかの実施形態において、第１の変換ユニットは、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１と、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１に並列に接続された第１のバイパスデバイスとを備える。第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１は、第１のスイッチデバイスＳ１と、第２のスイッチデバイスＳ２と、第１のインダクタＬ１とを備える。第１のスイッチデバイスＳ１および第２のスイッチデバイスＳ２は、直列におよび第１の出力側１０３の両端間に結合される。インダクタＬ１は、第１の端部と第２の端部とを有し、第１の端部は、第１のスイッチデバイスと第２のスイッチデバイスとの間の点Ａに結合され、第２の端部は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１の第１の入力側１０１に結合される。第１のバイパスデバイスは、第１の入力側１０１に結合されたアノードと、第２の出力側１０３に結合されたカソードとを有するダイオードＤ１を備える。通常モードでは、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０は、インダクタＬ１および第１のスイッチデバイスＳ１を通してエネルギーを電気負荷３０に提供する。安全モードでは、インダクタＬ１および第１のスイッチデバイスＳ１は、ダイオードＤ１によって迂回され、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０は、ダイオードＤ１を通してエネルギーを電気負荷３０に提供する。
【００２６】
いくつかの実施形態において、ダイオードの電圧降下は、無視できるほどであり得、したがって、臨界電圧は、第１の入力電圧Ｖi1に等しい。通常モードでは、ダイオードＤ１は、遮断され、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１を通してエネルギーを電気負荷３０に提供する。安全モードでは、ダイオードＤ１は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１を迂回するためにオンにされる。
【００２７】
他の実施形態において、ダイオードの電圧降下は、考慮に入れられ、したがって、臨界電圧は、実質的に第１の入力電圧Ｖi1と電圧降下との差に等しく、ダイオードの電圧降下は、約０Ｖから約２Ｖの範囲にある。
【００２８】
第２の変換ユニットは、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２と、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２に並列に接続された第２のバイパスデバイスとを備える。第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２は、第３のスイッチデバイスＳ３と、第４のスイッチデバイスＳ４と、第２のインダクタＬ２とを備える。第２のバイパスデバイスは、ダイオードＤ２を備える。第２の変換ユニットの構造および機能は、第１の変換ユニットの構造および機能と同様であり、ここでは繰り返さない。制御器１８は、第２の変換ユニットを単独で制御することもできる。第２の変換ユニットを制御するための方法は、第１の変換ユニットの方法と同様であり、ここでは繰り返さない。
【００２９】
他の実施形態において、制御器１８は、第１の変換ユニットおよび第２の変換ユニットを同時に制御することができ、したがって、第１のエネルギー貯蔵デバイス２０および第２のエネルギー貯蔵デバイス１５がエネルギーを電気負荷３０に同時に提供する場合に適用することができる。この場合、臨界電圧は、第１および第２の入力電圧のうちの高い方の電圧以下となるように設定することができる。
【００３０】
図１を再度参照すると、通常モードでは、制御器１８は、第１の入力側１０１の第１の入力電圧Ｖi1および第２の入力側１０２の第２の入力電圧Ｖi2をそれぞれ出力電圧Ｖ0に変換するために第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１および第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２を制御し、出力電圧Ｖ0は臨界電圧よりも高い。いくつかの実施形態において、臨界電圧は、第１および第２の入力電圧のうちの高い方の電圧に等しくてよい。通常モードでは、出力電圧Ｖ0は、第１および第２の入力電圧のうちの高い方の電圧よりも高い。
【００３１】
出力電圧Ｖ0が臨界電圧まで降下したとき、安全モードがトリガされ、次いで、制御器１８は、対応するバイパスデバイスによって迂回された、より高い入力電圧を有する、第１および第２のＤＣ／ＤＣ変換器のうちの一方を有する。例えば、第１の入力電圧Ｖi1が第２の入力電圧Ｖi2よりも高く、出力電圧Ｖ0が臨界電圧まで降下する場合、第１の変換ユニットの安全モードがトリガされ、制御器１８は、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１１を迂回するように第１のバイパスデバイス１３をオンにする。同時に、第１の入力側１０１および第１の出力側１０３は接続され、出力電圧Ｖ0が急に増加する。出力電圧Ｖ0が臨界電圧よりも高い値まで増加したとき、制御器１８は、第１のバイパスデバイス１３をオフにし、第１の変換ユニットを再度通常モードで動作させる。
【００３２】
上記の実施形態において、通常モードは、出力電圧Ｖ0が臨界電圧よりも高いとき動作させられ、安全モードは、出力電圧Ｖ0が臨界電圧以下であるとき動作させられる。他の実施形態において、通常モードおよび安全モードの動作方法は、上記の実施形態と同様である。通常モードおよび安全モードの動作条件は、上記の実施形態と異なる。これらの実施形態において、通常モードの動作条件は、出力電圧Ｖ0が臨界電圧以上であるように設定され、安全モードの動作条件は、出力電圧Ｖ0が臨界電圧よりも低くなるように設定される。
【００３３】
いくつかの実施形態において、第１の変換ユニットが安全モードであるとき、制御器１８は、第２の変換ユニットに動作を停止させる。具体的には、制御器１８は、第２のバイパスデバイスをオフ状態に維持し、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２に働きを停止させる。例えば、制御器１８は、第３のスイッチデバイスＳ３および第４のスイッチデバイスＳ４をオフにすることによって第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２を停止させることができる。第３のスイッチデバイスＳ３および第４のスイッチデバイスＳ４が能動スイッチである場合、ゼロレベル信号を第３のスイッチデバイスＳ３および第４のスイッチデバイスＳ４に送ることによって第２のＤＣ／ＤＣ変換器１２をオフにすることができる。第１の変換ユニットが安全モードから通常モードにまた切り替わったとき、制御器１８は、第２の変換ユニットをまた通常モードに切り替えさせる。
【００３４】
レンジエクステンダーは、第１の入力電圧Ｖi1、第２の入力電圧Ｖi2および出力電圧Ｖ0の値を検出するように構成された検出器をさらに備えることができる。レンジエクステンダーは、出力電圧Ｖ0と臨界電圧とを実時間で比較して、出力電圧Ｖ0が臨界電圧以下であるかどうかを決定するように構成された比較器をさらに備えることができる。比較器は、第１および第２の入力電圧の値を比較するようにも構成される。
【００３５】
本開示の実施形態は、上記のレンジエクステンダー１０を動作させられることによって実装される回路保護方法にも関する。いくつかの実施形態において、第１の変換ユニットおよび第２の変換ユニットを別々に制御することができる。第１の変換ユニットを例に挙げると、図３に示すように、回路保護方法４０は以下のステップを含む。
【００３６】
ステップ４１において、レンジエクステンダーは通常モードで動作させられる。具体的には、レンジエクステンダー内の第１のＤＣ／ＤＣ変換器が、第１の入力側の入力電圧を第１の出力側の出力電圧に変換し、出力電圧は臨界電圧よりも高く、臨界電圧は第１の入力電圧以下である。
【００３７】
ステップ４２において、出力電圧が臨界電圧以下であるとき、レンジエクステンダーは、第１のバイパスデバイスによって第１のＤＣ／ＤＣ変換器を迂回するステップを含む安全モードで動作させられる。
【００３８】
いくつかの実施形態において、第１のバイパスデバイスはバイパススイッチを備える。ステップ４１はバイパススイッチをオフにするステップをさらに含み、ステップ４２はバイパススイッチをオンにするステップをさらに含む。
【００３９】
方法４０は、出力電圧が臨界電圧以下であるかどうかを判定するステップを含む、判定するステップをさらに含むことができる。出力電圧が臨界電圧よりも高い場合、ＤＣ／ＤＣ変換器を正常に動作させる、すなわち、第１の入力電圧を出力電圧に変換するように制御するステップを含む、ステップ４１が実施される。出力電圧が臨界電圧以下である場合、第１のバイパスデバイスによって第１のＤＣ／ＤＣ変換器を迂回するステップを含む、ステップ４２が実施される。
【００４０】
いくつかの実施形態において、第１のＤＣ／ＤＣ変換器は、第１のエネルギー貯蔵デバイスと電気負荷との間に結合される。第１のＤＣ／ＤＣ変換器は、直列におよび出力側の両端間に接続された第１のスイッチデバイスおよび第２のスイッチデバイスと、第１のスイッチデバイスと第２のスイッチデバイスとの間のノードに結合された第１の端部および入力側に結合された第２の端部を有する第１のインダクタとを備える。ステップ４１は、第１のインダクタおよび第１のスイッチデバイスを通して第１のエネルギー貯蔵デバイスから電気負荷にエネルギーを伝達するステップを含む。ステップ４２は、第１のインダクタおよび第１のスイッチデバイスを迂回するステップを含む。ステップ４２は、第１のバイパスデバイスを通して第１のエネルギー貯蔵デバイスから電気負荷にエネルギーを伝達するステップを含む。
【００４１】
上記の実施形態において、通常モードは、出力電圧Ｖ0が臨界電圧よりも高いとき動作させられ、安全モードは、出力電圧Ｖ0が臨界電圧以下であるとき動作させられる。他の実施形態において、通常モードおよび安全モードを動作させるステップは、上記の実施形態に説明する動作させるステップと同様である。動作条件は上記の実施形態と異なる。通常モードの動作条件は、出力電圧Ｖ0が臨界電圧以上であるように設定され、安全モードの動作条件は、臨界電圧よりも低い出力電圧Ｖ0として設定される。
【００４２】
他の実施形態において、制御器１８は、第１の変換ユニットおよび第２の変換ユニットを同時に制御し、臨界電圧は、第１および第２の入力電圧のうちの高い方の電圧以下であるように設定することができる。図４に示すように、回路保護方法５０は、以下のステップを含む。
【００４３】
ステップ５１において、レンジエクステンダーは、それぞれ第１の入力電圧および第２の入力電圧を出力電圧に変換するために第１および第２のＤＣ／ＤＣ変換器を有するステップを含む、通常モードで動作させられ、出力電圧は臨界電圧よりも高い。
【００４４】
ステップ５２において、出力電圧が臨界電圧以下であるとき、レンジエクステンダーは、対応するバイパスデバイスによってより高い入力電圧を有する、第１および第２のＤＣ／ＤＣ変換器のうちの一方を迂回するステップを含む、安全モードで動作させられる。
【００４５】
実施形態において、ステップ５２は、より低い入力電圧を有する変換ユニットを停止させるステップをさらに含むことができる。具体的には、変換ユニットのＤＣ／ＤＣ変換器内のスイッチデバイスがオフにされ、変換ユニットのバイパスデバイスもオフにされる。
【００４６】
方法５０は、出力電圧が第１および第２の入力電圧のうちの高い方の電圧よりも低いかどうかを判定するための判定するステップをさらに含むことができる。
【００４７】
上記の実施形態において、通常モードは、出力電圧Ｖ0が臨界電圧よりも高いとき動作させられ、安全モードは、出力電圧Ｖ0が臨界電圧以下であるとき動作させられる。別の実施形態において、通常モードおよび安全モードの動作させるステップは、上記の実施形態と同様である。通常モードおよび安全モードの動作条件は、上記の実施形態と異なる。通常モードの動作条件は、臨界電圧以上である出力電圧Ｖ0として設定され、安全モードの動作条件は、出力電圧Ｖ0が臨界電圧よりも低くなるように設定される。
【００４８】
当業者によって理解されるように、本開示は、その趣旨または不可欠な特性から逸脱することなく他の特定の形態で具現化することができる。したがって、本明細書における開示および説明は、以下の特許請求の範囲に記載される開示の範囲を例示するものであるが、限定するものではないことが意図される。
【符号の説明】
【００４９】
１０  レンジエクステンダー
１１  第１のＤＣ／ＤＣ変換器
１２  第２のＤＣ／ＤＣ変換器
１３  第１のバイパスデバイス
１４  第２のバイパスデバイス
１５  第２のエネルギー貯蔵デバイス
１８  制御器
２０  第１のエネルギー貯蔵デバイス
３０  電気負荷
１０１  第１の入力側
１０２  第２の入力側
１０３  第１の出力側
１０４  第２の出力側
Ｄ１  ダイオード
Ｄ２  ダイオード
Ｌ１  第１のインダクタ
Ｌ２  第２のインダクタ
Ｓ１  第１のスイッチデバイス
Ｓ２  第２のスイッチデバイス
Ｓ３  第３のスイッチデバイス
Ｓ４  第４のスイッチデバイス
Ｖi1  第１の入力電圧
Ｖi2  第２の入力電圧
Ｖ0  出力電圧
４０  回路保護方法
４１  ステップ
４２  ステップ
５０  回路保護方法
５１  ステップ
５２  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2017175906.tif 000006
【外国語明細書】
2017175906000001.pdf