DE102013211140A1

DE102013211140A1 - Elektrische Energieversorgungseinrichtung

Info

Publication number: DE102013211140A1
Application number: DE102013211140A
Authority: DE
Inventors: Manabu Kurokawa; Toshihiro Sone
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2013-12-24
Also published as: JP2014003858A; CN103516205A; US8994212B2; JP5745465B2; US20130342151A1; CN103516205B

Abstract

Eine Steuer-/Regeleinrichtung (18) einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung (1) steuert/regelt eine Spannung, die an einen Wechselrichter (3) angelegt wird, so dass diese in einen Spannungsbereich zwischen einer ersten Spannung, die die Spannung von einer aus einer ersten elektrischen Energieversorgung (11) und einer zweiten elektrischen Energieversorgung (12) ist, und einer zweiten Spannung fällt, die die Summe von der Spannung von der ersten elektrischen Energieversorgung (11) und der Spannung der zweiten elektrischen Energieversorgung (12) ist, indem abwechselnd umgeschaltet wird zwischen einem Reihenschaltungszustand, in dem ein Stromkreis gebildet wird, der die erste elektrische Energieversorgung (11), die zweite elektrische Energieversorgung (12) und eine Spule (14) in Reihe mit den Wechselrichter (3) verbindet, und einem Parallelschaltungszustand, in dem die erste elektrische Energieversorgung (11) und die zweite elektrische Energieversorgung (12) parallel zu dem Wechselrichter (3) als einer elektrischen Last verbunden sind.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Energieversorgungseinrichtung.
Beschreibung des Standes der Technik
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise eine elektrische Energieversorgungseinrichtung bekannt, welche vier Relais (ein erstes bis viertes Relais), zwei wiederaufladbare Batterien und einen Aufwärtswandler umfasst, und welche die zwei wiederaufladbaren Batterien mit einer elektrischen Last verbindet, wobei zwischen einem Reihenverbindungszustand und einem Parallelverbindungszustand umgeschaltet wird, während eine an die elektrische last angelegte Spannung durch den Aufwärtswandler eingestellt wird (vergleiche zum Beispiel die japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2012060838 A ).
Zusätzlich ist aus dem Stand der Technik beispielsweise ein elektrisches Energieversorgungssystem bekannt, welches vier Umschalteinrichtungen (eine erste bis vierte Umschalteinrichtung), zwei Spulen und zwei Gleichstrom-Energieversorgungen (DC-Energieversorgungen) umfasst, und welche die zwei DC-Energieversorgungen mit einer elektrischen Last verbindet, wobei zwischen einem Reihenverbindungszustand und einem Parallelverbindungszustand umgeschaltet wird, während eine an die elektrische Last angelegte Spannung eingestellt wird (vergleiche zum Beispiel die japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2012070514 A ).
Überblick über die Erfindung
Bei der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß dem obigen Stand der Technik nimmt die Anzahl von Komponenten zu, die zur Konfiguration der Einrichtung erforderlich sind, was der Tatsache zuzuschreiben ist, dass sie die vier Relais (das erste bis vierte Relais) und den Aufwärtswandler umfasst, was zu solchen Problemen führt, wie dem, dass die Einrichtung größer wird und die Herstellungskosten steigen.
Währenddessen sind bei dem elektrischen Energieversorgungssystem gemäß dem vorstehenden Stand der Technik in jedem der elektrischen Leitungspfade für den Reihenverbindungszustand und den Parallelverbindungszustand zwei Umschalteinrichtungen vorgesehen, was zu solch einem Problem führt, wie dem, dass die elektrischen Leitungsverluste zunehmen.
Da bei dem elektrischen Energieversorgungssystem gemäß dem obigen Stand der Technik sich ein Gesamt-Verkettung-Magnetfluss der Spule mit einer zunehmenden Tendenz entsprechend einer Zunahme einer Spannung-Verstärkungsrate ändert, nehmen die Verluste zu, und es entsteht ein Erfordernis, die Spule zu vergrößern.
In Anbetracht des Vorstehenden besteht eine Aufgabe von Aspekten der vorliegenden Erfindung darin, eine elektrische Energieversorgungseinrichtung bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, in geeigneter Weise einen Verbindungszustand einer Mehrzahl von elektrischen Energieversorgungen umzuschalten, wobei die Einrichtung daran gehindert wird, größer zu werden, und die Herstellungskosten daran gehindert werden, zuzunehmen.
Um die obige Aufgabe zu lösen nimmt eine elektrische Energieversogungseinrichtung gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung eine der unten beschriebenen Konfigurationen an.

(1) Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektrische Energieversorgungseinrichtung: eine erste elektrische Energieversorgung, die zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten angeschlossen ist, eine zweite elektrische Energieversorgung, die zwischen einem dritten Knoten und einem vierten Knoten angeschlossen ist, einen Umschalt-Schaltkreis mit wenigstens vier Eingabeanschlüssen, die jeweils mit dem ersten Knoten, dem zweiten Knoten, dem dritten Knoten und dem vierten. Knoten verbunden sind, und mit wenigstens zwei Ausgabe anschlüssen, eine elektrische Last, die zwischen den zwei Ausgabeanschlüssen angeschlossen ist, eine Spule (Recktanz-Element, Induktivität), die zwischen der ersten elektrischen Energieversorgung und einem von dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten oder/und zwischen der zweiten elektrischen Energieversorgung und einem von dem dritten Knoten und dem vierten Knoten vorgesehen ist, und einen Spannung-Steuer-/Regelabschnitt, der abwechselnd umschaltet zwischen: (A) einem Reihenschaltungszustand, in welchem eine Spannung zwischen beiden Enden der Spule vergrößert ist, indem der erste Knoten mit dem vierten Knoten verbunden ist, der zweite Knoten mit einem ersten Ausgabeanschluss verbunden ist, und der dritte Knoten mit einem zweiten Ausgabeanschluss verbunden ist, so dass ein Stromkreis gebildet wird, der die erste elektrische Energieversorgung, die zweite elektrische Energieversorgung und die Spule in Reihe mit der elektrischen Last verbindet, und (B) einem Parallelschaltungszustand, in welchem die Spannung zwischen beiden Enden der Spule verringert ist, indem der erste Knoten und der dritte Knoten mit dem zweiten Ausgabeanschluss verbunden ist und der zweite Knoten und der vierte Knoten mit dem ersten Ausgabeanschluss verbunden ist, um die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung parallel mit der elektrischen Last zu verbinden, und der durch das abwechselnde Umschalten eine Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung durchführt, die eine an die elektrische Last angelegte Spannung so steuert/regelt, dass sie in einen Spannungsbereich zwischen einer ersten Spannung, welche die Spannung der ersten elektrischen Energieversorgung oder die Spannung der zweiten elektrischen Energieversorgung ist, und einer zweiten Spannung fällt, welche die Summe aus der Spannung der ersten elektrischen Energieversorgung und der Spannung der zweiten elektrischen Energieversorgung ist.
(2) Bei dem oben beschriebenen Aspekt (1) kann der Umschalt-Schaltkreis einen ersten Schalter umfassen, der zwischen dem ersten Knoten und dem dritten Knoten angeschlossen ist, einen zweiten Schalter, der zwischen dem ersten Knoten und dem vierten Knoten angeschlossen ist, und einen dritten Schalter, der zwischen dem zweiten Knoten und dem vierten Knoten angeschlossen ist, wobei der Spannung-Steuer-/Regelabschnitt abwechselnd zwischen dem Reihenschaltungszustand und dem Parallelschaltungszustand umschalten kann, indem er abwechselnd zwischen einem ersten Zustand, in welchem ein Paar von dem ersten Schalter und dem dritten Schalter geschlossen ist und der zweite Schalter offen ist, und einem zweiten Zustand umschaltet, in welchem ein Paar von dem ersten Schalter und dem dritten Schalter offen ist und der zweite Schalter geschlossen ist.
(3) Bei dem oben beschriebenen Aspekt (1) oder (2) kann die elektrische Energieversorgungseinrichtung einen Elektromotor als die elektrische Last umfassen, wobei der Spannung-Steuer-/Regelabschnitt als einen Betriebsmodus einen Parallelschaltungsmodus umfassen kann, der den ersten Schalter und den dritten Schalter so einstellt, dass diese geschlossen sind, und den zweiten Schalter so einstellt, dass dieser offen ist, um die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung parallel mit dem Elektromotor zu verbinden.
(4) Bei dem oben beschriebenen Aspekt (1) oder (2) kann die elektrische Energieversorgungseinrichtung einen Elektromotor als die elektrische Last umfassen, wobei der Spannung-Steuer-/Regelabschnitt als einen Betriebsmodus einen Reihenschaltungsmodus umfassen kann, der den ersten Schalter und den dritten Schalter so einstellt, dass diese offen sind, und den zweiten Schalter so einstellt, dass dieser geschlossen ist, um die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung in Reihe mit dem Elektromotor zu verbinden.
(5) Bei dem oben beschriebenen Aspekt (1) oder (2) kann die elektrische Energieversorgungseinrichtung einen Elektromotor als die elektrische Last umfassen, wobei der Spannung-Steuer-/Regelabschnitt als Betriebsmodi umfassen kann: einen Parallelschaltungsmodus, der den ersten Schalter und den dritten Schalter so einstellt, dass diese geschlossen sind, und den zweiten Schalter so einstellt, dass dieser offen ist, um die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung parallel mit dem Elektromotor zu verbinden, und einen Reihenschaltungsmodus, welcher den ersten Schalter und den dritten Schalter so einstellt, dass diese offen sind, und den zweiten Schalter so einstellt, dass dieser geschlossen ist, um die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung in Reihe mit dem Elektromotor zu verbinden, und kann die Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung beim Umschalten zwischen dem Parallelschaltungsmodus und dem Reihenschaltungsmodus durchführen.
(6) Bei einem der oben beschriebenen Aspekte (1) bis (5) kann die Spule zwischen der ersten elektrischen Energieversorgung und einem von dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten vorgesehen sein.
(7) Bei dem oben beschriebenen Aspekt (6) kann die elektrische Energieversorgungseinrichtung als die Spule eine zweite Spule umfassen, die zwischen der zweiten elektrischen Energieversorgung und einem von dem dritten Knoten und dem vierten Knoten vorgesehen ist.
(8) Bei dem oben beschriebenen Aspekt (7) kann eine Mehrzahl der Spulen magnetisch gekoppelt sein.
(9) Bei einem der oben beschriebenen Aspekte (1) bis (8) kann die elektrische Energieversorgungseinrichtung eine Spule umfassen, die zwischen der elektrischen Last und irgend einem der zwei Ausgabeanschlüsse vorgesehen ist.
(10) Bei dem oben beschriebenen Aspekt (1) oder (2) kann die elektrische Energieversorgungseinrichtung einen Elektromotor als die elektrische Last umfassen, wobei der Spannung-Steuer-/Regelabschnitt als Betriebsmodi umfassen kann: einen Parallelschaltungsmodus, welcher den ersten Schalter und den dritten Schalter so einstellt, dass diese geschlossen sind, und den zweiten Schalter so einstellt, dass dieser offen ist, um die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung parallel zu dem Elektromotor anzuschließen; einen ersten Konstantstrom-Modus, der bewirkt, dass der erste Schalter geschlossen, der dritte Schalter offen und der zweite Schalter offen ist, bevor der Parallelschaltungsmodus durchgeführt wird, und einen zweiten Konstantstrom-Modus, der bewirkt, dass der erste Schalter offen, der dritte Schalter geschlossen und der zweite Schalter offen ist, bevor der Parallelschaltungsmodus durchgeführt wird.

Gemäß dem oben beschriebenen Aspekt (1) wird ein Stromkreis gebildet, der die erste elektrische Energieversorgung, die zweite elektrische Energieversorgung und die Spule in Reihe mit der elektrischen Last verbindet, um die Spannung von beiden Enden der Spule im Reihenschaltungszustand zu vergrößern, zu dem abwechselnd mit dem Parallelschaltungszustand umgeschaltet wird.
Beispielsweise im Vergleich zu einem Fall, in welchem ein Stromkreis gebildet ist, der jede der elektrischen Energieversorgungen nur mit der Spule in Reihe verbindet, ist es dadurch möglich, eine Zunahme von einem Gesamt-Verkettung-Magnetfluss zu unterdrücken, der einer Zunahme von einer Spannung-Verstärkungsrate zugeordnet ist, um eine Zunahme von Verlusten zu verhindern und die Spule kleiner machen zu können.
Gemäß dem oben beschriebenen Aspekt (2) ist der Umschalt-Schaltkreis konfiguriert, um (genau) drei Schalter, nämlich den ersten bis dritten Schalter zu umfassen. Beispielsweise im Vergleich zu einem Fall, in welchem der Umschalt-Schaltkreis vier oder mehr Schalter umfasst, ist es dadurch möglich, die Vorrichtung daran zu hindern, größer zu werden und die Kosten, die für eine Konfiguration erforderlich sind, daran zu hindern, zuzunehmen.
Weiterhin ist nur einer von dem ersten Schalter bis zu dem dritten Schalter in jedem der elektrischen Leitungspfade für den Reihenschaltungszustand und den Parallelschaltungszustand enthalten. Beispielsweise im Vergleich zu einem Fall, in welchem in jedem der elektrischen Leitungspfade eine Mehrzahl von Schaltern vorgesehen ist, ist es dadurch möglich, zu verhindern, dass elektrische Leitungsverluste zunehmen.
Gemäß dem oben beschriebenen Aspekt (3) oder (4) ist es möglich, eine Spannung an die elektrische Last einschließlich dem Elektromotor anzulegen, ohne Umschalt-Verluste von dem ersten Schalter bis dem dritten Schalter.
Gemäß dem oben beschriebenen Aspekt (5) ist es möglich, zu verhindern, dass Spannungen zunehmen, die an den ersten Schalter bis an den dritten Schalter angelegt werden, und es ist möglich, Umschalt-Verluste zu unterdrücken.
Gemäß dem oben beschriebenen Aspekt (6) wird zu einer Spannung-Zunahme/Abnahme-Zeit, wenn die Spannung an beiden Enden der Spule vergrößert und (bzw.) verkleinert wird, nur bewirkt, dass die erste elektrische Energieversorgung geladen und entladen wird, und daher wird eine Belastung durch Lade- und Entladevorgänge nur der ersten elektrischen Energieversorgung zugeordnet.
Dadurch ist es möglich, die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung als eine Kombination von elektrischen Energieversorgungen mit unterschiedlichen Eigenschaften auszubilden, was eine Flexibilität bei dem Aufbau der Vorrichtung vergrößern kann.
Zu der Spannung-Zunahme/Abnahme-Zeit, wenn die Spannung an beiden Enden der Spule vergrößert bzw. verringert wird, wird gemäß dem oben beschriebenen Aspekt (7) bewirkt, dass sowohl die erste elektrische Energieversorgung als auch die zweite elektrische Energieversorgung gleichermaßen geladen und entladen werden, und dadurch ist es möglich, eine Belastung durch Lade- und Entladevorgänge gleichermaßen auf die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung zu verteilen.
Dadurch ist es möglich, eine Verschlechterung der ersten elektrischen Energieversorgung und der zweiten elektrischen Energieversorgung zu unterdrücken.
Gemäß dem oben beschriebenen Aspekt (8) ist es möglich, eine Konfiguration von einer Mehrzahl der Spulen in der Größe zu reduzieren, was die für eine Konfiguration erforderlichen Kosten reduzieren kann.
Gemäß dem oben beschriebenen Aspekt (9) kann die einzelne Spule, die zwischen der elektrischen Last und irgend einem der zwei Ausgabeanschlüsse vorgesehen ist, bewirken, dass die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung zu der Spannung-Zunahme/Abnahme-Zeit gleichermaßen geladen bzw. entladen werden, wenn die Spannung an beiden Enden der Spule vergrößert bzw. verkleinert wird.
Daher ist es möglich, eine Belastung durch Lade- und Entlade-Vorgänge gleichermaßen auf die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung zu verteilen, was eine Verschlechterung der ersten elektrischen Energieversorgung und der zweiten elektrischen Energieversorgung unterdrücken kann.
Wenn ein Ungleichgewicht zwischen der Spannung der ersten elektrischen Energieversorgung und der Spannung von der zweiten elektrischen Energieversorgung aufgelöst wird, ist es gemäß dem oben beschriebenen Aspekt (10) möglich, ein Auftreten von Lade- und Entladevorgängen zwischen der ersten elektrischen Energieversorgung und der zweiten elektrischen Energieversorgung zu verhindern, die für eine Verteilung elektrischer Energie auf die elektrische Last irrelevant sind (d. h. ein Auftreten von einem Zustand, in dem ein Strom von einer von der ersten elektrischen Energieversorgung und der zweiten elektrischen Energieversorgung mit einer höheren Spannung zu der anderen mit einer niedrigeren Spannung fließt, und sich dadurch die Spannungen der beiden aneinander angleichen).
Dadurch ist es möglich, einen Laststrom gleichermaßen von der ersten elektrischen Energieversorgung und der zweiten elektrischen Energieversorgung auszugeben, und eine effiziente Verteilung elektrischer Energie auf die elektrische Last durchzuführen.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist eine Illustration einer Konfiguration einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2A ist eine Illustration, die einen Parallelschaltungsmodus als einen Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2B ist eine Illustration, die einen Parallelschaltungszustand als den Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2C ist eine Illustration, die einen Reihenschaltungszustand als den Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2D ist eine Illustration, die einen Reihenschaltungsmodus als den Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3A ist eine Illustration, die elektrische Potenziale von jeweiligen Knoten in dem Parallelschaltungsmodus als dem Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3B ist eine Illustration, welche elektrische Potenziale von jeweiligen Knoten in dem Reihenschaltungsmodus als dem Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Illustration, die einen Spulenstrom I1, einen zweiten AN-Tastgrad D2, eine Spannung an beiden Enden der Spule VL und eine Ausgabespannung Vout in dem Parallelschaltungsmodus, dem Parallelschaltungszustand, dem Reihenschaltungszustand und dem Reihenschaltungsmodus als den Betriebsmodi der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5A ist eine Illustration, welche den Spulenstrom I1 in dem Reihenschaltungszustand (SB) als dem Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5B ist eine Illustration, welche den Spulenstrom I1 in dem Parallelschaltungszustand (PB) als dem Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine Illustration einer Konfiguration von einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß einem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Illustration einer Konfiguration von einer Spule und einer zweiten Spule der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9A ist eine Illustration, die einen Parallelschaltungsmodus als einen Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9B ist eine Illustration, die einen Parallelschaltungszustand als den Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9C ist eine Illustration, die einen Reihenschaltungszustand als den Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9D ist eine Illustration, die einen Reihenschaltungsmodus als den Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Illustration, die einen Spulenstrom I1, einen zweiten AN-Tastgrad D2, eine Spannung an beiden Enden der Spule VL und eine Ausgabespannung Vout in dem Parallelschaltungsmodus, dem Parallelschaltungszustand, dem Reihenschaltungszustand und dem Reihenschaltungsmodus als den Betriebsmodi der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11A ist eine Illustration, die den Spulenstrom I1 in dem Reihenschaltungszustand als dem Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11B ist eine Illustration, die den Spulenstrom I1 in dem Parallelschaltungszustand als dem Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12A ist eine Illustration, die eine Haupt-Konfiguration der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12B ist eine Illustration, die eine Haupt-Konfiguration der elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13A ist eine Illustration, die eine Beziehung zwischen einer Spannung-Verstärkungsrate und einem Gesamt-Verkettung-Magnetfluss von einer Spule in dem Beispiel, dem ersten modifizierten Beispiel und einem Vergleichsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13B ist eine Illustration, um die Beziehung zwischen der Spannung-Verstärkungsrate und dem Gesamt-Verkettung-Magnetfluss von der Spule in dem Beispiel, dem ersten modifizierten Beispiel und dem Vergleichsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erklären.
14 ist eine Illustration, die eine Änderung eines Spulenstroms und einer Spannung an beiden Enden einer Spule in einem Verstärkungsbetrieb in einem Parallelverbindungsmodus gemäß dem Vergleichsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist eine Illustration, die eine Änderung des Spulenstroms und der Spannung an beiden Enden der Spule zeigt, wenn abwechselnd zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB in einer Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung gemäß dem Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umgeschaltet wird.
16 ist eine Illustration einer Konfiguration einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß einem zweiten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine Illustration einer Konfiguration einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß einem dritten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung gemäß einem vierten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. zeigt.
19 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren einer statischen Parallelschaltung-Steuerung/-Regelung zeigt, die in 18 dargestellt ist.
20 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren einer statischen Reihenschaltung-Steuerung/-Regelung zeigt, die in 18 dargestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Energieversorgungseinrichtung
2: Elektromotor (elektrische Last)
3: Wechselrichter (elektrische Last)
11: erste elektrische Energieversorgung
12: zweite elektrische Energieversorgung
13: Umschalt-Schaltkreis
14: Spule
15: erster Kondensator
16: zweiter Kondensator
17: dritter Kondensator
18: Steuer-/Regeleinrichtung (Spannung-Steuer-/Regelabschnitt)
31: zweite Spule
41: dritte Spule
42: vierte Spule

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine elektrische Energieversorgungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
Eine elektrische Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform, wie beispielsweise in 1 gezeigt, weist eine Konfiguration einer elektrischen Energieversorgung auf, welche elektrische Gleichstrom-Energie (DC-Energie) einem Wechselrichter 3 (INV) zuführt, der einen Fahrt- und Regenerationsbetrieb von einem Elektromotor (MOT) 2 steuert/regelt, der eine Antriebskraft erzeugt, um ein Fahrzeug anzutreiben.
Die elektrische Energieversorgungseinrichtung 1 ist beispielsweise so konfiguriert, dass sie eine erste elektrische Energieversorgung 11, eine zweite elektrische Energieversorgung 12, einen Umschalt-Schaltkreis 13, eine Spule 14, einen ersten Kondensator 15, der mit beiden Enden der ersten elektrischen Energieversorgung 11 verbunden ist, einen zweiten Kondensator 16, der mit beiden Enden der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 verbunden ist, einen dritten Kondensator 17, der mit beiden Enden einer Gleichstrom-Seite von dem Wechselrichter 3 verbunden ist, und eine Steuer-/Regeleinrichtung 18 (einen Spannung-Steuer-/Regelabschnitt) umfasst.
Der Wechselrichter 3 ist zwischen zwei Ausgabeanschlüssen 13e und 13f von dem Umschalt-Schaltkreis 13 angeschlossen.
Die erste elektrische Energieversorgung 11 ist beispielsweise eine Batterie oder dergleichen. Ein positiver Anschluss von der ersten elektrischen Energieversorgung 11 ist mit einem ersten Knoten A verbunden. Ein negativer Anschluss von der ersten elektrischen Energieversorgung 11 ist mit einem zweiten Knoten B verbunden.
Die zweite elektrische Energieversorgung 12 ist beispielsweise eine Batterie oder dergleichen. Ein positiver Anschluss von der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 ist mit einem dritten Knoten C verbunden. Ein negativer Anschluss von der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 ist mit einem vierten Knoten D verbunden.
Zusätzlich ist beispielsweise eine Spannung VB1, die von der ersten elektrischen Energieversorgung 11 ausgegeben wird, so eingestellt, dass sie gleich einer Spannung VB2 ist, die von der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 ausgegeben wird (VB1 = VB2).
Der Umschalt-Schaltkreis 13 umfasst einen ersten Eingabeanschluss 13a, einen zweiten Eingabeanschluss 13b, einen dritten Eingabeanschluss 13c und einen vierten Eingabeanschluss 13d (vier Eingabeanschlüsse), die jeweils mit dem ersten Knoten A, dem zweiten Knoten B, dem dritten Knoten C und dem vierten Knoten D verbunden sind. Der Umschalt-Schaltkreis 13 umfasst einen ersten Ausgabeanschluss 13e und einem zweiten Ausgabeanschluss 13f (zwei Ausgabeanschlüsse).
Der zweite Eingabeanschluss 13b wird mit dem ersten Ausgabeanschluss 13e geteilt. Der dritte Eingabeanschluss 13c wird mit den zweiten Ausgabeanschluss 13f geteilt.
Der Umschalt-Schaltkreis 13 umfasst beispielsweise drei Umschalteinrichtungen (beispielsweise IGBT: Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), nämlich eine erste Umschalteinrichtung SW1, eine zweite Umschalteinrichtung SW2 und eine dritte Umschalteinrichtung SW3, die in Reihe verbunden sind.
Ein Kollektor der ersten Umschalteinrichtung SW1 (dem ersten Schalter) ist mit dem dritten Eingabeanschluss 13c verbunden. Ein Emitter der ersten Umschalteinrichtung SW1 ist mit dem ersten Eingabeanschluss 13a verbunden.
Ein Kollektor der zweiten Umschalteinrichtung SW2 (dem zweiten Schalter) ist mit dem ersten Eingabeanschluss 13a verbunden. Ein Emitter der zweiten Umschalteinrichtung SW2 ist mit dem vierten Eingabeanschluss 13d verbunden.
Ein Kollektor der dritten Umschalteinrichtung SW3 (dem dritten Schalter) ist mit dem vierten Eingabeanschluss 13d verbunden. Ein Emitter der dritten Umschalteinrichtung SW3 ist mit dem zweiten Eingabeanschluss 13b verbunden.
Eine Diode ist zwischen dem Emitter und dem Kollektor von jeder von der ersten Umschalteinrichtung SW1, der zweiten Umschalteinrichtung SW2 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 angeschlossen, so dass eine Richtung von dem Emitter zu dem Kollektor einer Vorwärts-Richtung der Diode entspricht.
Der Umschalt-Schaltkreis 13 wird beispielsweise durch ein Signal mit Pulsweitenmodulation (PWM-Signal) angetrieben, das von der Steuer-/Regeleinrichtung 18 ausgegeben und in einen Gate-Anschluss von jeder von der ersten Umschalteinrichtung SW1, der zweiten Umschalteinrichtung SW2 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 eingegeben wird.
Der Umschalt-Schaltkreis 13 stellt, wie beispielsweise in 2A gezeigt, in einem Parallelschaltungsmodus PA als einem Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 die erste Umschalteinrichtung SW1 und die dritte Umschalteinrichtung SW3 so ein, dass diese geschlossen sind (AN), und stellt die zweite Umschalteinrichtung SW2 so ein, dass diese offen ist (AUS). Dadurch sind die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 parallel zu dem Wechselrichter 3 angeschlossen.
Zusätzlich stellt beispielsweise der Umschalt-Schaltkreis 13, wie in 2D gezeigt, in einem Reihenschaltungsmodus SA als einem Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 die erste Umschalteinrichtung SW1 und die dritte Umschalteinrichtung SW3 so ein, dass diese offen sind (AUS), und stellt die zweite Umschalteinrichtung SW2 so ein, dass diese geschlossen ist (EIN). Dadurch sind die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 in Reihe zu dem Wechselrichter 3 angeschlossen.
In einer Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung, die durchgeführt wird, wenn zwischen dem Parallelschaltungsmodus PA und dem Reihenschaltungsmodus SA umgeschaltet wird, schaltet der Umschalt-Schaltkreis 13 abwechselnd zwischen einem Reihenschaltungszustand SB und einem Parallelschaltungszustand PB um.
Im Einzelnen verbindet der Umschalt-Schaltkreis 13 beispielsweise, wie in 2B gezeigt, den ersten Knoten A, den dritten Knoten C und den zweiten Ausgabeanschluss 13f, und er verbindet den zweiten Knoten B, den vierten Knoten D und den ersten Ausgabeanschluss 13e. Dadurch ist es möglich, die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung 12 parallel mit dem Wechselrichter 3 zu verbinden, um den Parallelschaltungszustand PB zu bilden.
Zusätzlich verbindet der Umschalt-Schaltkreis 13 beispielsweise, wie in 2C gezeigt, den ersten Knoten A und den vierten Knoten D, verbindet den zweiten Knoten B und den ersten Ausgabeanschluss 13e, und verbindet den dritten Knoten C und den zweiten Ausgabeanschluss 13f.
Dadurch ist es möglich, einen Stromkreis LSB zu bilden, welcher die erste elektrische Energieversorgung 11, die zweite elektrische Energieversorgung 12 und die Spule 14 in Reihe mit dem Wechselrichter 3 verbindet, um den Reihenschaltungszustand SB zu bilden.
Der Umschalt-Schaltkreis 13 schaltet beispielsweise bei der Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung abwechselnd zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB um, indem er abwechselnd zwischen einem ersten Zustand, in welchem ein Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 geschlossen ist und die zweite Umschalteinrichtung SW2 offen ist, und einem zweiten Zustand umschaltet, in welchem ein Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 offen ist und die zweite Umschalteinrichtung SW2 geschlossen ist.
Die Spule 14 ist zwischen der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und dem ersten Knoten A vorgesehen.
Genauer ist ein erstes Ende der Spule 14 mit dem positiven Anschluss der ersten elektrischen Energieversorgung 11 verbunden. Ein zweites Ende der Spule 14 ist zwischen dem Emitter der ersten Umschalteinrichtung SW1 und dem Kollektor der zweiten Umschalteinrichtung SW2 von dem Umschalt-Schaltkreis 13 angeschlossen.
Der erste Kondensator 15 ist zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss der ersten elektrischen Energieversorgung 11 angeschlossen.
Der zweite Kondensator 16 ist zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 angeschlossen.
Der dritte Kondensator 17 ist zwischen einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss der Gleichstrom-Seite des Wechselrichters 3 angeschlossen.
Die Steuer-/Regeleinrichtung 18 ist beispielsweise so konfiguriert, dass sie eine Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 und eine Elektromotor-Steuer-/Regeleinheit 22 umfasst.
Die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 steuert/regelt beispielsweise, wie in 2A bis 2D gezeigt, den Umschalt-Schaltkreis 13 in dem Parallelschaltungsmodus PA und in dem Reihenschaltungsmodus SA als Betriebsmodi der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1, und in dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB, die abwechselnd bei der Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung umgeschaltet werden, die durchgeführt wird, wenn zwischen dem Parallelschaltungsmodus PA und dem Reihenschaltungsmodus SA umgeschaltet wird.
Genauer schaltet beispielsweise die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 abwechselnd zwischen dem ersten Zustand, in welchem das Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 geschlossen ist (AN), und die zweite Umschalteinrichtung SW2 offen ist (AUS), und dem zweiten Zustand um, in welchem das Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 offen ist (AUS), und die zweite Umschalteinrichtung SW2 geschlossen ist (AN).
Die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 gibt beispielsweise in dem Parallelschaltungsmodus PA eine Anweisung aus, die erste Umschalteinrichtung SW1 und die dritte Umschalteinrichtung SW3 so einzustellen, dass diese geschlossen sind (AN), und die zweite Umschalteinrichtung SW2 so einzustellen, dass diese offen ist (AUS), um die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 parallel zu dem Wechselrichter 3 anzuschließen.
Zusätzlich gibt die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 beispielsweise in dem Reihenschaltungsmodus SA eine Anweisung aus, die erste Umschalteinrichtung SW1 und die dritte Umschalteinrichtung SW3 so einzustellen, dass diese offen sind (AUS) und die zweite Umschalteinrichtung SW2 so einzustellen, dass diese geschlossen ist (AN), um die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 in Reihe zu dem Wechselrichter 3 anzuschließen.
Weiterhin schaltet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 beispielsweise abwechselnd zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB um, in Abhängigkeit von einem ersten AN-Tastgrad D1 und einem zweiten AN-Tastgrad D2 in einer Periode (Umschaltperiode) von dem PWM-Signal bei der Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung beim Umschalten zwischen dem Parallelschaltungsmodus PA und dem Reihenschaltungsmodus SA.
Beispielsweise sind der erste AN-Tastgrad D1 (= Ton1/(Ton1 + Ton2)) und der zweite AN-Tastgrad D2 (= Ton2/(Ton1 + Ton2)) definiert durch eine AN-Zeit Ton1 des Paars von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 und durch eine AN-Zeit Ton2 der zweiten Umschalteinrichtung SW2.
Beispielsweise schaltet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 abwechselnd zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB um, indem abwechselnd umgeschaltet wird zwischen dem ersten Zustand, in welchem das Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 geschlossen ist (AN) und die zweite Umschalteinrichtung SW2 offen ist (AUS), und dem zweiten Zustand, in welchem das Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 offen ist (AUS) und die zweite Umschalteinrichtung SW2 geschlossen ist (AN), in Abhängigkeit von dem ersten AN-Tastgrad D1 und dem zweiten AN-Tastgrad D2.
Dadurch steuert/regelt die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 beispielsweise eine Spannung, die an den Wechselrichter 3 angelegt wird, so dass diese in einen Spannungsbereich fällt zwischen einer ersten Spannung V1 (= VB1, VB2), welche die Spannung der ersten elektrischen Energieversorgung 11 oder die Spannung der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 ist, und einer zweiten Spannung V2 (= VB1 + VB2), welche die Summe aus der Spannung der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der Spannung der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 ist.
Beispielsweise bildet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 in dem Parallelschaltungsmodus PA, wie in 2A gezeigt, einen Stromkreis LPA1, der die erste elektrische Energieversorgung 11 und den ersten Kondensator 15, die Spule 14, die erste Umschalteinrichtung SW1 und den Wechselrichter 3 und den dritten Kondensator 17 in Reihe in dieser Reihenfolge verbindet, indem die zweite Umschalteinrichtung SW2 auf AUS eingestellt wird, und indem die erste Umschalteinrichtung SW1 auf AN eingestellt wird.
Weiterhin bildet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 einen Stromkreis LPA2, der die dritte Umschalteinrichtung SW3, die zweite elektrische Energieversorgung 12 und den Wechselrichter 3 und den dritten Kondensator 17 in Reihe in dieser Reihenfolge verbindet, indem die dritte Umschalteinrichtung SW3 auf AN eingestellt wird.
Beispielsweise werden in dem Parallelschaltungsmodus PA, wie in 3A gezeigt, elektrische Potenziale von dem ersten Knoten A und dem dritten Knoten C gleich, elektrische Potenziale von dem zweiten Knoten B und dem vierten Knoten D werden gleich, und die Spannung VB1 von der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und die Spannung VB2 von der zweiten elektrischen Energieversorgung 12, die einander gleich sind, werden zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss der Gleichstrom-Seite von dem Wechselrichter 3 angelegt.
Zusätzlich bildet beispielsweise die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 in dem Reihenschaltungsmodus SA, wie in 2D gezeigt, einen Stromkreis LSA, der die erste elektrische Energieversorgung 11 und den ersten Kondensator 15, die Spule 14, die zweite Umschalteinrichtung SW2, die zweite elektrische Energieversorgung 12 und den Wechselrichter 3 und den dritten Kondensator 17 in Reihe in dieser Reihenfolge verbindet, indem die zweite Umschalteinrichtung SW2 auf AN eingestellt wird, und indem die erste Umschalteinrichtung SW1 und die dritte Umschalteinrichtung SW3 auf AUS eingestellt werden.
In diesem Reihenschaltungsmodus SA werden beispielsweise, wie in 3B gezeigt, elektrische Potenziale von dem ersten Knoten A und dem vierten Knoten D gleich, und die Summe aus der Spannung VB1 von der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der Spannung VB2 von der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 wird zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss der Gleichstrom-Seite des Wechselrichters 3 angelegt.
Beim Umschalten von dem Parallelschaltungsmodus PA zu dem Reihenschaltungsmodus SA schaltet zusätzlich beispielsweise die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21, wie in 4 gezeigt, von dem Parallelschaltungsmodus PA zuerst zu dem Reihenschaltungszustand SB um, und schaltet dann abwechselnd zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB um. Bei diesem abwechselnden Umschalten wird der erste AN-Tastgrad D1 (= Ton1/(Ton1 + Ton2)) allmählich von 100% auf 0% geändert, und der zweite AN-Tastgrad D2 (= Ton2/(Ton1 + Ton2)) wird allmählich von 0% auf 100% geändert.
Dadurch regen die Lade- und Entlade-Vorgänge der ersten elektrischen Energieversorgung 11 die Spule 14 an, was allmählich eine Spannung VL an beiden Enden der Spule 14 vergrößert. Dann wird eine Ausgabespannung Vout, die zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss auf der Gleichstrom-Seite des Wechselrichters 3 anliegt, von der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 zu der Spannung der Summe (= VB1 + VB2 = 2 × VB1) aus der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der Spannung VB2 der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 vergrößert. Dann, nach diesem abwechselnden Umschalten, wird der Zustand zu dem Reihenschaltungsmodus SA überführt.
Beim Umschalten von dem Reihenschaltungsmodus SA zu dem Parallelschaltungsmodus PA schaltet andererseits die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 beispielsweise zuerst von dem Reihenschaltungsmodus SA zu dem Parallelschaltungszustand PB, und schaltet dann abwechselnd zwischen dem Parallelschaltungszustand PB und dem Reihenschaltungszustand SB um. Bei diesem abwechselnden Umschalten wird der erste AN-Tastgrad D1 (= Tont/(Ton1 + Ton2)) allmählich von 0% zu 100% verändert, und der zweite AN-Tastgrad D2 (= Ton2/(Ton1 + Ton2)) wird allmählich von 100% auf 0% verändert.
Dadurch regen die Lade-und Entlade-Vorgänge der ersten elektrischen Energieversorgung 11 die Spule 14 umgekehrt an, was allmählich die Spannung VL an beiden Enden der Spule 14 verkleinert. Dann wird die Ausgabespannung Vout, die zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss auf der Gleichstrom-Seite des Wechselrichters 3 anliegt, von der Spannung der Summe (= VB1 + VB2 = 2 × VB1) aus der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der Spannung VB2 der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 zu der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 verringert. Dann, nach diesem abwechselnden Umschalten, wird der Zustand zu dem Parallelschaltungsmodus PA überführt.
Beispielsweise bildet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 in dem Reihenschaltungszustand SB, wie in 2C gezeigt, den Stromkreis LSB, der die erste elektrische Energieversorgung 11 und den ersten Kondensator 15, die Spule 14, die zweite Umschalteinrichtung SW2, die zweite elektrische Energieversorgung 12 und den Wechselrichter 3 und den dritten Kondensator 17 in Reihe in dieser Reihenfolge verbindet.
In diesem Fall, wie beispielsweise in 4 gezeigt, wird ein Strom I1, der durch die Spule 14 fließt (Spulenstrom) gleich einem Strom I2, der von dem vierten Knoten D durch die zweite elektrische Energieversorgung 12 zu dem dritten Knoten C fließt.
In diesem Reihenschaltungszustand SB ist eine Beziehung zwischen der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11, einer Induktivität L der Spule 14, dem Spulenstrom I1, der Spannung VB2 der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 und der Ausgabespannung Vout beispielsweise so, wie in Gleichung (1) unten gezeigt.
Dann wird die unten gezeigte Gleichung (1) beispielsweise in eine unten gezeigte Gleichung (2) transformiert. Indem in Gleichung (2) dI1 gleich einem Gradienten ΔI1P, dt gleich dem zweiten AN-Tastgrad D2 und die Spannung VB1 gleich der Spannung VB2 gesetzt wird, geht diese Gleichung über in die unten gezeigte Gleichung (3).
Entsprechend nimmt in dem Reihenschaltungszustand SB der Spulenstrom I1 um den Gradienten ΔI1P zu, wie beispielsweise in 5A gezeigt.
[Gleichung 1]

VB1 = L dI1 / dt – VB2 + Vout (1)

[Gleichung 2]

dI1 = VB1 + VB2 – Vout / Ldt (2)

[Gleichung 3]

ΔI1P = 2 × VB1 – Vout / LD2 (3)

Zusätzlich bildet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 beispielsweise in dem Parallelschaltungszustand PB, der in 2B gezeigt ist, einen Stromkreis LPB, der die erste elektrische Energieversorgung 11 und den ersten Kondensator 15, die Spule 14, die erste Umschalteinrichtung SW1, und den Wechselrichter 3 und den dritten Kondensator 17 in dieser Reihenfolge verbindet.
In diesem Fall wird, wie beispielsweise in 4 gezeigt, der Strom I2, der von dem vierten Knoten D durch die zweite elektrische Energieversorgung 12 zu dem dritten Knoten C fließt, gleich Null.
In diesem Parallelschaltungszustand PB ist eine Beziehung zwischen der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11, der Induktivität L der Spule 14, dem Spulenstrom I1 und der Ausgabespannung Vout beispielsweise so, wie in Gleichung (4) unten gezeigt.
Dann wird die unten gezeigte Gleichung (4) beispielsweise in eine Gleichung (5) transformiert, wie unten gezeigt. Indem in Gleichung (5) dl1 gleich einem Gradienten ΔI1S und dt gleich dem ersten AN-Tastgrad D1 (= 1 – D2) gesetzt wird, geht diese Gleichung über in die unten gezeigte Gleichung (6).
Entsprechend nimmt in dem Parallelschaltungszustand PB der Spulenstrom I1, wie beispielsweise in 5B gezeigt um den Gradienten ΔI1S ab
[Gleichung 4]

VB1 = L dI1 / dt + Vout (4)

[Gleichung 5]

dI1 = VB1 – Vout / Ldt (5)

[Gleichung 6]

ΔI1S = VB1 – Vout / L(1 – D2) (6)

Dann, bei dem abwechselnden Umschalten zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB, wie beispielsweise in Gleichung (7) unten gezeigt, wird die Summe aus dem Gradienten ΔI1S und dem Gradienten ΔI1P Null, und die unten gezeigte Gleichung (7) wird beispielsweise in die unten gezeigten Gleichungen (8) und (9) transformiert.
Entsprechend wird die Ausgabespannung Vout beschrieben durch die Spannung VB1 von der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und den zweiten AN-Tastgrad D2, wie in der Gleichung (9) unten gezeigt.
[Gleichung 7]

ΔI1P + ΔI1S = 0 (7)

[Gleichung 8]

2 × VB1 – Vout / LD2 + VB1–Vout / L(1 – D2) = 0 (8)

[Gleichung 9]

Vout = (D2 + 1)VB1 (9)

Beispielsweise transformiert die Elektromotor-Steuer-/Regeleinheit 22 im Fahrtbetrieb des Elektromotors 2, der ein bürstenloser Drei-Phasen-Gleichstrom-Motor oder dergleichen ist, elektrische Gleichstrom-Energie, die zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss der Gleichstrom-Seite des Wechselrichters 3 anliegt, in eine Drei-Phasen-Wechselstrom-Energie und verteilt jede Phase von Wechselströmen, indem sequenziell die Leitung zu jeder Phase von dem Elektromotor 2 umgeschaltet wird.
Andererseits transformiert im Regenerationsbetrieb des Elektromotors 2 beispielsweise die Elektromotor-Steuer-/Regeleinheit 22 die erzeugte elektrische Wechselstrom-Energie, die von dem Elektromotor 2 ausgegeben wird, in elektrische Gleichstrom-Energie, synchronisiert auf Basis von einem Drehwinkel des Elektromotors 2.
Die elektrische Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die obige Konfiguration und nachfolgend wird ein Betrieb der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 erläutert, insbesondere ein Verfahren welches abwechselnd zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB umschaltet.
Zunächst, beispielsweise in einem Schritt S01, der in 6 gezeigt ist, erhält die Routine einen Verbindungszustand von dem Umschalt-Schaltkreis 13 entsprechend dem Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 (nämlich dem Parallelschaltungsmodus PA oder dem Reihenschaltungsmodus SA).
Danach, in einem Schritt S02, bestimmt die Routine, ob eine Anfrage zum Umschalten des Verbindungszustands von dem Umschalt-Schaltkreis 13 in Übereinstimmung mit einem Umschalten des Betriebsmodus von der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 vorliegt, oder nicht.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”NEIN” ist, schreitet die Routine fort zu ENDE.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”JA” ist, schreitet die Routine andererseits weiter zu einem Schritt S03.
Dann, in dem Schritt S03, bestimmt die Routine, ob die Anfrage zum Umschalten des Verbindungszustands von dem Umschalt-Schaltkreis 13 eine Anfrage zum Umschalten von dem Reihenschaltungsmodus SA zu dem Parallelschaltungsmodus PA ist, oder nicht.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”NEIN” ist, schreitet die Routine weiter zu einem Schritt S06, der später beschrieben ist.
Andererseits schreitet die Routine in einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”JA” ist, zu einem Schritt S04 fort.
Indem abwechselnd zwischen dem ersten Zustand, in welchem das Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 geschlossen ist und die zweite Umschalteinrichtung SW2 offen ist, und dem zweiten Zustand umgeschaltet wird, in welchem das Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 offen ist und die zweite Umschalteinrichtung SW2 geschlossen ist, wird dann, im Schritt S04, der erste AN-Tastgrad D1 allmählich von 0% zu 100% geändert, und der zweite AN-Tastgrad D2 wird allmählich von 100% auf 0% geändert.
Dann bestimmt die Routine, in einem Schritt S05, ob der erste AN-Tastgrad D1 100% ist und der zweite AN-Tastgrad D2 0% ist, oder nicht.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”NEIN” ist, kehrt die Routine zu dem obigen Schritt S04 zurück.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”JA” ist, schreitet andererseits die Routine fort zu „ENDE”.
Zusätzlich bestimmt die Routine im Schritt S06, ob die Anfrage zum Umschalten von dem Verbindungszustand des Umschalt-Schaltkreises 13 eine Anfrage zum Umschalten aus dem Parallelschaltungsmodus PA zu dem Reihenschaltungsmodus SA ist, oder nicht.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”NEIN” ist, schreitet die Routine weiter zu ENDE.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”JA” ist, schreitet die Routine andererseits fort zu einem Schritt S07.
Indem abwechselnd zwischen dem ersten Zustand, in welchem das Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 geschlossen ist und die zweite Umschalteinrichtung SW2 offen ist, und dem zweiten Zustand umgeschaltet wird, in welchem das Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 offen ist und die zweite Umschalteinrichtung SW2 geschlossen ist. wird dann, im Schritt S07, der erste AN-Tastgrad D1 allmählich von 100% auf 0% geändert, und der zweite AN-Tastgrad D2 wird allmählich von 0% auf 100% geändert.
Dann, in einem Schritt S08, bestimmt die Routine, ob der erste AN-Tastgrad D1 0% beträgt und der zweite AN-Tastgrad D2 100% beträgt, oder nicht.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”NEIN” ist, kehrt die Routine zu dem obigen Schritt S07 zurück.
Andererseits schreitet die Routine in einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”JA” ist, weiter zu ENDE.
Erstes modifiziertes Beispiel
Zusätzlich kann bei der oben beschriebenen Ausführungsform, wenn die elektrische Energieversorgungseinrichtung 1, wie beispielsweise in 1 gezeigt, als ein Beispiel betrachtet wird, die elektrische Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß einem ersten modifizierten Beispiel, wie es beispielsweise in 7 gezeigt ist, eine zweite Spule 31 umfassen, die zwischen dem vierten Knoten D und der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 vorgesehen ist.
Genauer ist ein erstes Ende der zweiten Spule 31 zwischen dem Emitter der zweiten Umschalteinrichtung SW2 und dem Kollektor der dritten Umschalteinrichtung SW3 von dem Umschalt-Schaltkreis 13 angeschlossen, und ein zweites Ende der zweiten Spule 31 ist mit dem negativen Anschluss der zweiten elektrischen Energieversorgungseinrichtung 12 verbunden.
Zusätzlich können bei diesem ersten modifizierten Beispiel die Spule 14 und die zweite Spule 31, beispielsweise wie in 8 gezeigt, magnetisch gekoppelt sein, indem sie um einen gemeinsamen Kern 32 gewunden sind, so dass die Magnetpfade geteilt werden.
In diesem ersten modifizierten Beispiel stellt des Umschalt-Schaltkreis 13, beispielsweise wie in 9A gezeigt, in dem Parallelschaltungsmodus PA als dem Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 die erste Umschalteinrichtung SW1 und die dritte Umschalteinrichtung SW3 so ein, dass diese geschlossen sind (AN), und stellt die zweite Umschalteinrichtung SW2 so ein, dass diese offen ist (AUS). Dadurch sind die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 parallel mit dem Wechselrichter 3 verbunden.
Zusätzlich stellt der Umschalt-Schaltkreis 13, wie beispielsweise in 9D gezeigt, in dem Reihenschaltungsmodus SA als dem Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 die erste Umschalteinrichtung SW1 und die dritte Umschalteinrichtung SW3 so ein, dass diese offen sind (AUS), und stellt die zweite Umschalteinrichtung SW2 so ein, dass diese geschlossen ist (AN). Dadurch sind die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 in Reihe mit dem Wechselrichter 3 verbunden.
Dann schaltet der Umschalt-Schaltkreis 13 abwechselnd zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB bei der Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung um, die durchgeführt wird, wenn zwischen dem Parallelschaltungsmodus PA und dem Reihenschaltungsmodus SA umgeschaltet wird.
Genauer verbindet der Umschalt-Schaltkreis 13, beispielsweise wie in 9B gezeigt, den ersten Knoten A, den dritten Knoten C und den zweiten Ausgabeanschluss 13f und verbindet den zweiten Knoten B, den vierten Knoten D und den ersten Ausgabeanschluss 13e.
Dadurch ist es möglich, die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 parallel zu dem Wechselrichter 3 anzuschließen, um den Parallelschaltungszustand PB zu bilden, in welchem die Spannungen an beiden Enden von der Spule 14 und der zweiten Spule 31 verringert sind.
Zusätzlich verbindet der Umschalt-Schaltkreis 13 beispielsweise, wie in 9C gezeigt, den ersten Knoten A und den vierten Knoten D, verbindet den zweiten Knoten B und den ersten Ausgabeanschluss 13e, und verbindet den dritten Knoten C und den zweiten Ausgabeanschluss 13f.
Dadurch ist es möglich, einen Stromkreis zu bilden, welcher die erste elektrische Energieversorgung 11, die zweite elektrische Energieversorgung 12, die Spule 14 und die zweite Spule 31 in Reihe mit dem Wechselrichter 3 verbindet, um den Reihenschaltungszustand SB zu bilden, in welchem die Spannungen von beiden Enden der Spule 14 und der zweiten Spule 31 vergrößert sind.
Dann schaltet der Umschalt-Schaltkreis 13 beispielsweise bei der Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung abwechselnd zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB um, indem abwechselnd zwischen dem ersten Zustand, in welchem das Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 geschlossen ist und die zweite Umschalteinrichtung SW2 offen ist, und dem zweiten Zustand umgeschaltet wird, in welchem das Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 offen ist und die zweite Umschalteinrichtung SW2 geschlossen ist.
In diesem ersten modifizierten Beispiel bildet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 der Steuer-/Regeleinrichtung 18 beispielsweise in dem Parallelschaltungsmodus PA, der in 9A gezeigt ist, den Stromkreis LPA1, der die erste elektrische Energieversorgung 11 und den ersten Kondensator 15, die Spule 14, die erste Umschalteinrichtung SW1 und den Wechselrichter 3 und den dritten Kondensator 17 in Reihe in dieser Reihenfolge verbindet, indem die zweite Umschalteinrichtung SW2 auf AUS eingestellt wird, und indem die erste Umschalteinrichtung SW1 auf AN eingestellt wird.
Weiterhin bildet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 den Stromkreis LPA2, der die dritte Umschalteinrichtung SW3, die zweite elektrische Energieversorgung 12 und den zweiten Kondensator 16 und den Wechselrichter 3 und den dritten Kondensator 17 in Reihe in dieser Reihenfolge verbindet, indem die dritte Umschalteinrichtung SW3 auf AN gestellt wird.
Zusätzlich bildet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 beispielsweise in dem Reihenschaltungsmodus SA, der in 9D gezeigt ist, den Stromkreis LSA, der die erste elektrische Energieversorgung 11 und den ersten Kondensator 15, die Spule 14, die zweite Umschalteinrichtung SW2, die zweite Spule 31, die zweite elektrische Energieversorgung 12 und den zweiten Kondensator 16 und den Wechselrichter 3 und den dritten Kondensator 17 in Reihe in dieser Reihenfolge verbindet, indem die zweite Umschalteinrichtung SW2 so eingestellt wird, dass sie AN ist, und indem die erste Umschalteinrichtung SW1 und die dritte Umschalteinrichtung SW3 so eingestellt werden, dass sie AUS sind.
Zusätzlich schaltet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 beispielsweise, wie in 10 gezeigt, beim Umschalten von dem Parallelschaltungsmodus PA zu dem Reihenschaltungsmodus SA zuerst von dem Parallelschaltungsmodus PA zu dem Reihenschaltungszustand SB um, und schaltet dann abwechselnd zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB um.
Bei diesem abwechselnden Umschalten wird der erste AN-Tastgrad D1 (= Ton1/(Ton1 + Ton2)) allmählich von 100% auf 0% geändert, und der zweite AN-Tastgrad D2 (= Ton2/(Ton1 + Ton2)) wird allmählich von 0% auf 100% geändert.
Dadurch regen die Lade- und Entlade-Vorgänge der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 die Spule 14 und die zweite Spule 31 an, was allmählich die Spannung VL an beiden Enden der Spule 14 und die Spannung an beiden Enden der zweiten Spule 31 vergrößert. Dann wird die Ausgabespannung Vout, die zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss der Gleichstrom-Seite von dem Wechselrichter 3 anliegt, von der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 auf die Spannung der Summe (= VB1 + VB2 = 2 × VB1) aus der Spannung VB1 von der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der Spannung VB2 von der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 erhöht. Dann, nach diesem abwechselnden Umschalten, wird der Zustand zu dem Reihenschaltungsmodus SA überführt.
Andererseits schaltet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 beispielsweise beim Umschalten von dem Reihenschaltungsmodus SA zu dem Parallelschaltungsmodus PA zunächst von dem Reihenschaltungsmodus SA zu dem Parallelschaltungszustand PB, und schaltet danach abwechselnd um zwischen dem Parallelschaltungszustand PB und dem Reihenschaltungszustand SB. Bei diesem abwechselnden Umschalten wird der erste AN-Tastgrad D1 (= Ton1/(Ton1 + Ton2)) allmählich von 0% auf 100% geändert, und der zweite AN-Tastgrad D2 (= Ton2/(Ton1 + Ton2)) wird allmählich von 100% auf 0% geändert.
Dadurch regen die Lade- und Entlade-Vorgänge von der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 die Spule 14 und die zweite Spule 31 umgekehrt an, was allmählich die Spannung VL an beiden Enden der Spule 14 und die Spannung an beiden Enden der zweiten Spule 31 verringert. Dann wird die Ausgabespannung Vout, die zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss von der Gleichstrom-Seite des Wechselrichters 3 anliegt, von der Spannung der Summe (= VB1 + VB2 = 2 × VB1) aus der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der Spannung VB2 der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 zu der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 verringert. Dann, nach diesem abwechselnden Umschalten, wird der Zustand zu dem Parallelschaltungsmodus PA überführt.
Die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 bildet beispielsweise in dem Reihenschaltungszustand SB, der in 9C gezeigt ist, den Stromkreis LSB, der die erste elektrische Energieversorgung 11 und den ersten Kondensator 15, die Spule 14, die zweite Umschalteinrichtung SW2, die zweite Spule 31, die zweite elektrische Energieversorgung 12 und den zweiten Kondensator 16 und den Wechselrichter 3 und den dritten Kondensator 17 in Reihe in dieser Reihenfolge verbindet.
In diesem Fall, zum Beispiel wie in 10 gezeigt, wird der Strom I1, der durch die Spule 14 fließt (Spulenstrom) gleich einem Strom I2, der durch die zweite Spule 31 fließt (zweiter Spulenstrom).
In diesem Reihenschaltungszustand SB ist eine Beziehung zwischen der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11, der Induktivität L1 der Spule 14, dem Spulenstrom I1, der Induktivität L2 der zweiten Spule 31, dem zweiten Spulenstrom I2, der Spannung VB2 der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 und der Ausgabespannung Vout beispielsweise so, wie in Gleichung (10) unten gezeigt.
Danach wird die unten gezeigte Gleichung (10), zum Beispiel indem die Induktivität L1 gleich der Induktivität L2 gesetzt wird, in eine Gleichung (11) transformiert, wie unten gezeigt. In dieser Gleichung (11) geht die unten gezeigte Gleichung (11) beispielsweise in die unten gezeigte Gleichung (12) über, indem dl1 gleich dem Gradienten ΔI1P, dt gleich dem zweiten AN-Tastgrad D2 und die Spannung VB1 gleich der Spannung VB2 gesetzt wird.
Entsprechend nimmt in dem Reihenschaltungszustand SB der Spulenstrom I1, wie beispielsweise in 11A gezeigt, um den Gradienten ΔI1P zu.
[Gleichung 10]

VB1 = L1 dI1 / dt + L2 dI2 / dt – VB2 + Vout(10)

[Gleichung 11]

dI1 = VB1 + VB2–Vout / 2 × L1dt (11)

[Gleichung 12]

ΔI1P = 2 × VB1 – Vout / 2 × L1D2 (12)

Zusätzlich bildet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 beispielsweise in dem Parallelschaltungszustand PB, der in 9B gezeigt ist, einen Stromkreis LPB1, der die erste elektrische Energieversorgung 11 und den ersten Kondensator 15, die Spule 14, die erste Umschalteinrichtung SW1 und den Wechselrichter 3 und den dritten Kondensator 17 in dieser Reihenfolge verbindet.
Weiterhin bildet die Verbindung-Umschalt-Steuer-/Regeleinheit 21 einen Stromkreis LPB2, der die dritte Umschalteinrichtung SW3, die zweite Spule 31, die zweite elektrische Energieversorgung 12 und den zweiten Kondensator 16 und den Wechselrichter 3 und den dritten Kondensator 17 in dieser Reihenfolge verbindet.
In diesem Fall, wie beispielsweise in 10 gezeigt, wird der Strom I1, der durch die Spule 14 fließt (Spulenstrom) gleich dem Strom I2, der durch die zweite Spule 31 fließt (zweiter Spulenstrom).
In diesem Parallelschaltungszustand PB ist eine Beziehung zwischen der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11, der Induktivität L der Spule 14, dem Spulenstrom I1 und der Ausgabespannung Vout beispielsweise wie in einer Gleichung (13) unten gezeigt.
Danach wird die unten gezeigte Gleichung (13), zum Beispiel in eine Gleichung (14) transformiert, wie unten gezeigt. Die unten gezeigte Gleichung (14) geht beispielsweise in die unten gezeigte Gleichung (15) über, indem dl1 gleich dem Gradienten ΔI1S und dt gleich dem ersten AN-Tastgrad D1 (= 1 – D2) gesetzt wird.
Entsprechend nimmt in dem Parallelschaltungszustand PB der Spulenstrom I1, wie beispielsweise in 11B gezeigt, um den Gradienten ΔI1S ab.
[Gleichung 13]

VB1 = L dI1 / dt + Vout (13)

[Gleichung 14]

dI1 = VB1 – Vout / L1dt (14)

[Gleichung 15]

ΔI1S = VB1 – Vout / L1(1 – D2) (15)

Dann, bei dem abwechselnden Umschalten zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB, wie beispielsweise in einer Gleichung (16) unten gezeigt, wird die Summe aus dem Gradienten ΔI1S und dem Gradienten ΔI1P Null, und die Gleichung (16) unten wird beispielsweise in Gleichungen (17) und (18) unten transformiert.
Entsprechend wird die Ausgabespannung Vout durch die Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und den zweiten AN-Tastgrad D2 beschrieben, wie in der Gleichung (18) unten gezeigt.
[Gleichung 16]

ΔI1P + ΔI1S = 0 (16)

[Gleichung 17]

2 × VB1 – Vout / 2 × L1D2 + VB1 – Vout / L1(1 – D2) = 0 (17)

[Gleichung 18]

Vout = 2 × VB1 / 2 – D2 (18)

Zusätzlich kann bei dem Beispiel und dem ersten modifizierten Beispiel der oben beschriebenen Ausführungsform die Spule 14 zwischen der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und dem zweiten Knoten B vorgesehen sein.
Außerdem kann in dem ersten modifizierten Beispiel der oben beschriebenen Ausführungsform die zweite Spule 31 zwischen der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 und dem dritten Knoten C vorgesehen sein.
Wie oben beschrieben umfasst die elektrische Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß dem Beispiel und dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielsweise, wie in 12A und 12B gezeigt, die erste elektrische Energieversorgung 11, die zwischen dem ersten Knoten A und dem zweiten Knoten B angeschlossen ist, die zweite elektrische Energieversorgung 12, die zwischen dem dritten Knoten C und dem vierten Knoten D angeschlossen ist, den Umschalt-Schaltkreis 13, der vier Eingabeanschlüsse 13a, 13b, 13c und 13d aufweist, die jeweils mit dem ersten Knoten A, dem zweiten Knoten B, dem dritten Knoten C und dem vierten Knoten D verbunden sind, und zwei Ausgabeanschlüsse 13e und 13f aufweist, die elektrische Last, die aus dem Wechselrichter 3 besteht und die zwischen den zwei Ausgabeanschlüssen 13e und 13f angeschlossen ist, und die Spule 14, die zwischen der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und einem von dem ersten Knoten A und dem zweiten Knoten B vorgesehen ist.
Zusätzlich schaltet die elektrische Energieversorgungseinrichtung 1 abwechselnd um zwischen dem Reihenschaltungszustand SB, in welchem die Spannung zwischen beiden Enden der Spule 14 vergrößert ist, indem der erste Knoten A mit dem vierten Knoten D verbunden ist, der zweite Knoten B mit dem ersten Ausgabeanschluss 13e verbunden ist und der dritte Knoten C mit dem zweiten Ausgabeanschluss 13f verbunden ist, um den Stromkreis zu bilden, der die erste elektrische Energieversorgung 11, die zweite elektrische Energieversorgung 12 und die Spule 14 in Reihe mit der elektrischen Last verbindet, und dem Parallelschaltungszustand PB, in welchem die Spannung zwischen beiden Enden der Spule 14 verringert ist, indem der erste Knoten A und der dritte Knoten C mit dem zweiten Ausgabeanschluss 13f verbunden ist, und indem der zweite Knoten B und der vierte Knoten D mit dem ersten Ausgabeanschluss 13e verbunden ist, um die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 parallel mit der elektrischen Last zu verbinden.
Mit der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 des Beispiels und des ersten modifizierten Beispiels dieser Ausführungsform ist es möglich, die an den Wechselrichter 3 angelegte Spannung fein einzustellen, entsprechend einer Last des Elektromotors 2, der die elektrische Last darstellt, und dadurch kann ein gewünschtes Energie-Verhalten erhalten werden. Zusätzlich ist es möglich, zu verhindern, dass die angelegte Spannung übermäßig groß wird, und dadurch kann eine Antriebseffizienz des Elektromotors 2 und des Wechselrichters 3 verbessert werden.
Weiterhin ist es möglich, zu verhindern, dass die elektrische Energieversorgungseinrichtung 1 größer wird, und es ist möglich, zu verhindern, dass die für einen Aufbau erforderlichen Kosten steigen, im Vergleich zu einem Fall, in dem beispielsweise vier oder mehr Umschalteinrichtungen vorgesehen sind, indem der Umschalt-Schaltkreis 13 so konfiguriert wird, dass er drei Umschalteinrichtungen umfasst, d. h. die erste Umschalteinrichtung SW1, die zweite Umschalteinrichtung SW2 und die dritte Umschalteinrichtung SW3.
Weiterhin ist in jedem der Stromkreise LPA1, LPA2, LSA, LPB, LPB1, LPB2 und LSB, die in dem Parallelschaltungsmodus PA, dem Reihenschaltungsmodus SA, dem Parallelschaltungszustand PB und dem Reihenschaltungszustand SB gebildet sind, nur eine Umschalteinrichtung in jedem der elektrischen Leitungspfade vorgesehen. Dadurch ist es möglich, zu verhindern, dass elektrische Leitungsverluste ansteigen, im Vergleich zu einem Fall, in dem beispielsweise eine Mehrzahl von Umschalteinrichtungen in dem elektrischen Leitungspfad vorgesehen sind.
Wenn zusätzlich zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB bei der Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung zum Umschalten zwischen dem Parallelschaltungsmodus PA und dem Reihenschaltungsmodus SA umgeschaltet wird, beispielsweise im Vergleich zu einem Fall, in dem ein Stromkreis gebildet ist, der jede der elektrischen Energieversorgungen in Reihe nur mit der Spule verbindet, ist es möglich, die Zunahme des Gesamt-Verkettung-Magnetfluss zu unterdrücken, der der Zunahme der Spannung-Verstärkungsrate zugeordnet ist, die Zunahme der Verluste zu verhindern, und die Spule 14 und die zweite Spule 31 zu verkleinern.
Wenn, beispielsweise, wie in 13A und 13B gezeigt, ein Umschalt-Vorgang zwischen einem Spannungsverstärkung-Betrieb in dem Parallelverbindungsmodus und einem Spannungsverstärkung-Betrieb in dem Reihenverbindungsmodus von dem elektrischen Energieversorgungssystem gemäß der obigen japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2012070514 A als ein Vergleichsbeispiel betrachtet wird, ändert sich bei diesem Vergleichsbeispiel der Gesamt-Verkettung-Magnetfluss bei einer Stromspitze der Spule mit einer zunehmenden Tendenz, entsprechend einer Zunahme der Spannungsverstärkung-Rate.
Andererseits ändert sich gemäß dem Beispiel und dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, der Gesamt-Verkettung-Magnetfluss bei einer Stromspitze der Spule mit einer abnehmenden Tendenz, wenn die Spannungsverstärkung-Rate ungefähr 1,5 überschreitet. Dadurch ist es im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel möglich, eine Änderung von einem maximalen Magnetfluss und den Verluste der Spule 14 und der zweiten Spule 31 zu unterdrücken und den Wandler in der Größe zu verkleinern.
Insbesondere bei Betrachtung der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 als einer elektrischen Energieversorgung für Fahrzeuge kann, da in den meisten Fällen eine erforderliche Spannungsverstärkung-Rate in einen Bereich von 1,5 bis 2 fällt, daher die Anwendbarkeit für die Fahrzeuge verbessert werden.
Bei dem Spannungsverstärkung-Betrieb in dem Parallelverbindungsmodus von dem Vergleichsbeispiel, beispielsweise wie in 14(A) bis (C) gezeigt, werden ein Stromkreis, der eine einzelne elektrische Energieversorgung (eine Spannung = V1) in Reihe mit einer Spule (R) verbindet, und ein Stromkreis, der die einzelne elektrische Energieversorgung (eine Spannung = V1) und die Spule (R) in Reihe mit einem Ausgabe-Abschnitt (eine Ausgabespannung Vout) verbindet, jeweils mit einem Tastgrad D und einem Tastgrad (1 – D) umgeschaltet. Dadurch wird ein Gesamt-Verkettung-Magnetfluss (= cV0 × Zeit) bei einer Stromspitze der Spule (R) gleich der Spannung V1 × Tastgrad D.
Wenn andererseits abwechselnd umgeschaltet wird zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB bei der Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung gemäß dem Beispiel der Ausführungsform wird beispielsweise, wie in 15(A) bis (C) gezeigt, der Gesamt-Verkettung-Magnetfluss (= die Spannung V0 an beiden Enden der Spule 14 × Zeit) bei einer Stromspitze von der Spule 14 gleich einer Spannung (= VB1 + VB2 – Vout) × dem zweiten AN-Tastgrad D2.
Zusätzlich sind bei der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß dem Beispiel und dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein geschlossener Zustand und ein offener Zustand von dem Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 und von der zweiten Umschalteinrichtung SW2 in dem Parallelschaltungsmodus und in dem Reihenschaltungsmodus als Betriebsmodi der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 fixiert. Dadurch ist es möglich, eine Spannung an den Wechselrichter 3 und den Elektromotor 2 anzulegen, welche die elektrische Last bilden, und sie ohne Umschalt-Verluste anzutreiben.
Zusätzlich ist bei der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß dem Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Spule 14 zwischen der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und einem von dem ersten Knoten A und dem zweiten Knoten B vorgesehen, und daher wird bei der Spannung-Zunahme/Abnahme-Zeit, wenn die Spannung an beiden Enden der Spule 14 vergrößert bzw. verkleinert wird, bewirkt, dass nur die erste elektrische Energieversorgung 11 geladen und entladen wird, und dadurch wird eine Belastung durch die Lade- und Entlade-Vorgänge nur der ersten elektrischen Energieversorgung 11 zugeordnet.
Dadurch ist es möglich, die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 als eine Kombination von elektrischen Energieversorgungen mit unterschiedlichen Eigenschaften auszubilden, und dadurch die Flexibilität in der Konfiguration der Einrichtung zu vergrößern.
Zusätzlich ist bei der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zweite Spule 31 zwischen der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 und einem von dem dritten Knoten C und dem vierten Knoten D vorgesehen, und daher wird zu der Spannung-Zunahme/Abnahme-Zeit, wenn die Spannungen an beiden Enden der Spule 14 und der zweiten Spule 31 verringert und vergrößert werden, bewirkt, dass die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 gleichermaßen geladen und entladen werden, und dadurch ist möglich, die Belastung der Lade- und Entlade-Vorgänge gleichermaßen auf die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 zu verteilen.
Dadurch ist es möglich, eine Verschlechterung der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 zu unterdrücken.
Weiterhin sind bei der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß dem ersten modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Spule 14 und die zweite Spule 31 magnetisch gekoppelt, und dadurch ist es möglich, die Spule 14 und die zweite Spule 31 in der Größe zu reduzieren.
Zweites modifiziertes Beispiel, drittes modifiziertes Beispiel Bei der oben beschriebenen Ausführungsform können anstelle der Spule 14 bei der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß einem zweiten modifizierten Beispiel, zum Beispiel wie in 16 gezeigt, oder bei der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß einem dritten modifizierten Beispiel, beispielsweise wie in 17 gezeigt, eine dritte Spule 41 oder eine vierte Spule 42 vorgesehen sein, die zwischen dem Wechselrichter 3 als elektrischer Last und einem von den zwei Ausgabeanschlüssen 13e und 13f vorgesehen ist.
Gemäß diesem zweiten und dritten modifizierten Beispiel, macht die einzelne Spule (insbesondere die dritte Spule 41 oder die vierte Spule 42) es möglich, die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 in gleicher Weise zu der Spannung-Zunahme/Abnahme-Zeit zu laden und zu entladen, wenn die Spannung an beiden Enden der Spule vergrößert und (bzw.) verringert wird.
Dadurch ist es möglich, die Last der Lade- und Entladevorgänge gleich auf die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 zu verteilen, und es ist möglich, eine Verschlechterung der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 zu unterdrücken.
Viertes modifiziertes Beispiel
Zusätzlich sind bei der oben beschriebenen Ausführungsform in dem Parallelschaltungsmodus PA die erste Umschalteinrichtung SW1 und die dritte Umschalteinrichtung SW3 so eingestellt, dass sie geschlossen sind (AN), und die zweite Umschalteinrichtung SW2 ist so eingestellt, dass diese offen ist (AUS), aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann in einem Fall, in welchem der Reihenschaltungsmodus SA zu dem Parallelschaltungsmodus PA umgeschaltet wird oder dergleichen eine Konstantstrom-Steuerung/Regelung zum Auflösen eines Ungleichgewichts zwischen der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der Spannung VB2 der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 weiter durchgeführt werden.
Ein Betrieb der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 gemäß dem vierten modifizierten Beispiel der Ausführungsform die oben beschrieben wurde, insbesondere ein Verfahren, das abwechselnd zwischen dem Reihenschaltungszustand SB und dem Parallelschaltungszustand PB umschaltet, wird unten beschrieben.
Zuerst, beispielsweise im Schritt S01, wie in 18 gezeigt, erhält die Routine einen Verbindungszustand von dem Umschalt-Schaltkreis 13 entsprechend dem Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 (nämlich dem Parallelschaltungsmodus PA oder dem Reihenschaltungsmodus SA).
Danach, in einem Schritt S02, bestimmt die Routine, ob eine Anfrage zum Umschalten des Verbindungszustands von dem Umschalt-Schaltkreis 13 in Übereinstimmung mit einem Umschalten des Betriebsmodus der elektrischen Energieversorgungseinrichtung 1 vorliegt, oder nicht.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”NEIN” ist, schreitet die Routine fort zu ENDE.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”JA” ist, schreitet die Routine andererseits weiter zu einem Schritt S03.
Dann, im Schritt S03, bestimmt die Routine, ob die Anfrage zum Umschalten des Verbindungszustands von dem Umschalt-Schaltkreis 13 eine Anfrage zum Umschalten von dem Reihenschaltungsmodus SA zu dem Parallelschaltungsmodus PA ist, oder nicht.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis „NEIN” ist, schreitet die Routine fort zu einem Schritt S06, der später beschrieben wird.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”JA” ist, schreitet die Routine andererseits weiter zu einem Schritt S04.
Dann, im Schritt S04, wird durch abwechselndes Umschalten zwischen dem ersten Zustand, in dem das Paar von der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 geschlossen ist und die zweite Umschalteinrichtung SW2 offen ist, und dem zweiten Zustand, in welchem das Paar der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 offen ist und die zweite Umschalteinrichtung SW2 geschlossen ist, der erste AN-Tastgrad D1 allmählich von 0% auf 100% geändert, und der zweite AN-Tastgrad D2 wird allmählich von 100% auf 0% geändert.
Dann bestimmt in einem Schritt S05 die Routine, ob der erste AN-Tastgrad D1 100% ist und der zweite AN-Tastgrad D2 0% ist, oder nicht.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis „NEIN” ist, kehrt die Routine zurück zu dem obigen Schritt S04.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”JA” ist, geht die Routine andererseits zu einem Schritt S11 weiter. In diesem Schritt S11 wird eine statische Parallelschaltung-Steuerung/-Regelung durchgeführt, und die Routine schreitet fort zu ENDE.
Zusätzlich bestimmt die Routine im Schritt S06, ob die Anfrage zum Umschalten des Verbindungszustands von dem Umschalt-Schaltkreis 13 eine Anfrage zum Umschalten aus dem Parallelschaltungsmodus PA zu dem Reihenschaltungsmodus SA ist, oder nicht.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”NEIN” ist, geht die Routine weiter zu „ENDE”.
In einem Fall, in dem dieses Bestimmungsergebnis ”JA” ist, geht die Routine andererseits weiter zu einem Schritt S07.
Dann, in dem Schritt S07, wird durch abwechselndes Umschalten zwischen dem ersten Zustand, in dem das Paar aus der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 geschlossen ist und die zweite Umschalteinrichtung SW2 offen ist, und dem zweiten Zustand, in welchem das Paar aus der ersten Umschalteinrichtung SW1 und der dritten Umschalteinrichtung SW3 offen ist und die zweite Umschalteinrichtung SW2 geschlossen ist, der erste AN-Tastgrad D1 allmählich von 100% auf 0% geändert, und der zweite AN-Tastgrad D2 wird allmählich von 0% auf 100% geändert.
Dann, in einem Schritt S08, bestimmt die Routine, ob der erste AN-Tastgrad D1 0% ist und der zweite AN-Tastgrad D2 100% ist, oder nicht.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”NEIN” ist, kehrt die Routine zu dem obigen Schritt S07 zurück.
Andererseits, in einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis ”JA” ist, geht die Routine weiter zu einem Schritt S12.
In diesem Schritt S12 wird eine statische Reihenschaltung-Steuerung/-Regelung durchgeführt, und die Routine geht weiter zu „ENDE”.
Die statische Parallelschaltung-Steuerung/-Regelung in dem obigen Schritt S11 wird unten beschrieben.
Zuerst, zum Beispiel in einem Schritt S21, der in 19 gezeigt ist, bestimmt die Routine, ob der Spulenstrom I1 größer als ein Laststrom I0 ist (d. h. ein Strom, der zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss von der Gleichstrom-Seite des Wechselrichters 3 fließt), oder nicht.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis „NEIN” ist, geht die Routine weiter zum Schritt S23, der später beschrieben ist. Andererseits geht in einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis „JA” ist, die Routine weiter zu einem Schritt S22.
Da ein Nicht-Gleichgewicht-Zustand eingetreten ist, in dem die Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 höher ist als die Spannung VB2 der zweiten elektrischen Energieversorgung 12, wird dann, im Schritt S22, ein Stromfluss von der ersten elektrischen Energieversorgung 11 zu der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 abgeschnitten, indem die erste Umschalteinrichtung SW1 so eingestellt wird, dass sie geschlossen ist (AN), die dritte Umschalteinrichtung SW3 so eingestellt wird, dass diese offen ist (AUS) und die zweite Umschalteinrichtung SW2 so eingestellt wird, dass diese offen ist (AUS).
Dadurch wird die Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 um einen Stromverbrauch an der elektrischen Last verringert. Daher gleichen sich der Spulenstrom I1 und der Laststrom I0 aneinander an, die Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und die Spannung VB2 der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 gleichen sich aneinander an, und der Nicht-Gleichgewicht-Zustand geht in einen Zustand über, in welchem die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 gleichermaßen den Laststrom I0 ausgeben.
Dann, im Schritt S23, bestimmt die Routine, ob ein Strom I2, (d. h., ein Strom I2, der von dem vierten Knoten D durch die zweite elektrische Energieversorgung 12 zu dem dritten Knoten C fließt) größer ist als der Laststrom I0, oder nicht.
In einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis „NEIN” ist, geht die Routine weiter zu einem Schritt S25, der später beschrieben wird.
Andererseits geht die Routine in einem Fall, in welchem dieses Bestimmungsergebnis „JA” ist, weiter zu einem Schritt S24.
Dann, im Schritt S24, da ein Nicht-Gleichgewicht-Zustand entstanden ist, in welchem die Spannung VB2 der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 höher ist als die Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11, wird ein Stromfluss von der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 zu der ersten elektrischen Energieversorgung 11 abgeschnitten, indem die erste Umschalteinrichtung SW1 so eingestellt wird, dass diese offen ist (AUS), die dritte Umschalteinrichtung SW3 so eingestellt wird, dass sie geschlossen ist (AN) und die zweite Umschalteinrichtung SW2 so eingestellt wird, dass sie offen ist (AUS).
Dadurch wird die Spannung VB2 der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 um einen Stromverbrauch an der elektrischen Last verringert. Daher gleichen sich der Strom I2 und der Laststrom I0 aneinander an, die Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und die Spannung VB2 der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 gleichen sich aneinander an und der Nicht-Gleichgewicht-Zustand geht zu einem Zustand über, in welchem die erste elektrische Energieversorgung 11 und die zweite elektrische Energieversorgung 12 gleichermaßen den Laststrom I0 ausgeben.
Dann werden, im Schritt S25, die erste Umschalteinrichtung SW1 und die dritte Umschalteinrichtung SW3 so eingestellt, dass diese geschlossen sind (AN), und die zweite Umschalteinrichtung SW2 wird so eingestellt, dass sie offen ist (AUS) und die Routine geht weiter zu „RETURN”.
Die statische Reihenschaltung-Steuerung/-Regelung in dem obigen Schritt S12 wird unten beschrieben.
Beispielsweise werden in einem Schritt S31, der in 20 gezeigt ist, die erste Umschalteinrichtung SW1 und die dritte Umschalteinrichtung SW3 so eingestellt, dass sie offen sind (AUS), und die zweite Umschalteinrichtung SW2 wird so eingestellt, dass sie geschlossen ist (AN) und die Routine geht weiter zu „RETURN”.
Gemäß diesem vierten modifizierten Beispiel ist es möglich, wenn ein Ungleichgewicht zwischen der Spannung VB1 der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der Spannung VB2 der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 aufgelöst wird, ein Auftreten von Lade- und Entlade-Vorgängen zwischen der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 zu verhindern, die irrelevant sind für die Verteilung der elektrischen Energie auf die elektrische Last (d. h., ein Auftreten von einem Zustand, in dem ein Strom von einer von der ersten elektrischen Energieversorgung 11 und der zweiten elektrischen Energieversorgung 12 mit einer höheren Spannung zu der anderen mit einer niedrigeren Spannung fließt und dadurch die Spannungen VB1, VB2 der beiden sich aneinander angleichen).
Dadurch ist es möglich, eine effiziente Verteilung der elektrischen Energie auf den Elektromotor 2 und den Wechselrichter 3 zu erreichen, die die elektrische Last bilden.
Zusätzlich können in der oben beschriebenen Ausführungsform beispielsweise ein Wechselrichter für einen Generator, der parallel zu dem Wechselrichter 3 angeschlossen ist, und ein Generator, der durch diesen Wechselrichter für einen Generator gesteuert/geregelt wird, vorgesehen sein.
Während oben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und illustriert wurden, sollte klar sein, dass diese nur Beispiele der Erfindung und nicht als beschränkend zu verstehen sind. Ergänzungen, Auslassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen können durchgeführt werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung und nur als durch den Umfang der angefügten Ansprüche beschränkt zu verstehen.
Eine Steuer-/Regeleinrichtung (18) einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung (1) steuert/regelt eine Spannung, die an einen Wechselrichter (3) angelegt wird, so dass diese in einen Spannungsbereich zwischen einer ersten Spannung, die die Spannung von einer aus einer ersten elektrischen Energieversorgung (11) und einer zweiten elektrischen Energieversorgung (12) ist, und einer zweiten Spannung fällt, die die Summe von der Spannung von der ersten elektrischen Energieversorgung (11) und der Spannung der zweiten elektrischen Energieversorgung (12) ist, indem abwechselnd umgeschaltet wird zwischen einem Reihenschaltungszustand, in dem ein Stromkreis gebildet wird, der die erste elektrische Energieversorgung (11), die zweite elektrische Energieversorgung (12) und eine Spule (14) in Reihe mit den Wechselrichter (3) verbindet, und einem Parallelschaltungszustand, in dem die erste elektrische Energieversorgung (11) und die zweite elektrische Energieversorgung (12) parallel zu dem Wechselrichter (3) als einer elektrischen Last verbunden sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012060838 A [0002]
JP 2012070514 A [0003, 0173]

Claims

Elektrische Energieversorgungseinrichtung, umfassend: eine erste elektrische Energieversorgung, die zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten angeschlossen ist, eine zweite elektrische Energieversorgung, die zwischen einem dritten Knoten und einem vierten Knoten angeschlossen ist, einen Umschalt-Schaltkreis mit wenigstens vier Eingabeanschlüssen, die jeweils mit dem ersten Knoten, dem zweiten Knoten, dem dritten Knoten und dem vierten Knoten verbunden sind, und mit wenigstens zwei Ausgabeanschlüssen, eine elektrische Last, die zwischen den zwei Ausgabeanschlüssen angeschlossen ist, eine Spule, die zwischen der ersten elektrischen Energieversorgung und einem von dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten oder/und zwischen der zweiten elektrischen Energieversorgung und einem von dem dritten Knoten und dem vierten Knoten vorgesehen ist, und einen Spannung-Steuer-/Regelabschnitt, der abwechselnd umschaltet zwischen: (A) einem Reihenschaltungszustand, in welchem eine Spannung zwischen beiden Enden der Spule vergrößert ist, indem der erste Knoten mit dem vierten Knoten verbunden ist, der zweite Knoten mit einem ersten Ausgabeanschluss verbunden ist, und der dritte Knoten mit einem zweiten Ausgabeanschluss verbunden ist, so dass ein Stromkreis gebildet wird, der die erste elektrische Energieversorgung, die zweite elektrische Energieversorgung und die Spule in Reihe mit der elektrischen Last verbindet, und (B) einem Parallelschaltungszustand, in welchem die Spannung zwischen beiden Enden der Spule verringert ist, indem der erste Knoten und der dritte Knoten mit dem zweiten Ausgabeanschluss verbunden ist, und der zweite Knoten und der vierte Knoten mit dem ersten Ausgabeanschluss verbunden ist, um die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung parallel mit der elektrischen Last zu verbinden, und der durch das abwechselnde Umschalten eine Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung durchführt, die eine an die elektrische Last angelegte Spannung so steuert/regelt, dass sie in einen Spannungsbereich fällt, zwischen einer ersten Spannung, welche die Spannung der ersten elektrischen Energieversorgung oder die Spannung der zweiten elektrischen Energieversorgung ist, und einer zweiten Spannung, welche die Summe aus der Spannung der ersten elektrischen Energieversorgung und der Spannung der zweiten elektrischen Energieversorgung ist.
Elektrische Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Umschalt-Schaltkreis umfasst: einen ersten Schalter, der zwischen dem ersten Knoten und dem dritten Knoten angeschlossen ist, einen zweiten Schalter, der zwischen dem ersten Knoten und dem vierten Knoten angeschlossen ist, und einen dritten Schalter, der zwischen dem zweiten Knoten und dem vierten Knoten angeschlossen ist, und wobei der Spannung-Steuer-/Regelabschnitt abwechselnd zwischen dem Reihenschaltungszustand und dem Parallelschaltungszustand umschaltet, indem er abwechselnd zwischen einem ersten Zustand, in welchem ein Paar von dem ersten Schalter und dem dritten Schalter geschlossen ist und der zweite Schalter offen ist, und einem zweiten Zustand umschaltet, in welchem ein Paar von dem ersten Schalter und dem dritten Schalter offen ist und der zweite Schalter geschlossen ist.
Elektrische Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen Elektromotor als die elektrische Last, wobei der Spannung-Steuer-/Regelabschnitt als einen Betriebsmodus einen Parallelschaltungsmodus umfasst, der den ersten Schalter und den dritten Schalter so einstellt, dass diese geschlossen sind, und den zweiten Schalter so einstellt, dass dieser offen ist, um die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung parallel mit dem Elektromotor zu verbinden.
Elektrische Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen Elektromotor als die elektrische Last, wobei der Spannung-Steuer-/Regelabschnitt als einen Betriebsmodus einen Reihenschaltungsmodus umfasst, der den ersten Schalter und den dritten Schalter so einstellt, dass diese offen sind, und den zweiten Schalter so einstellt, dass dieser geschlossen ist, um die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung in Reihe mit dem Elektromotor zu verbinden.
Elektrische Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen Elektromotor als die elektrische Last, wobei der Spannung-Steuer-/Regelabschnitt als Betriebsmodi umfasst: einen Parallelschaltungsmodus, der den ersten Schalter und den dritten Schalter so einstellt, dass diese geschlossen sind, und den zweiten Schalter so einstellt, dass dieser offen ist, um die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung parallel zu dem Elektromotor anzuschließen, und einen Reihenschaltungsmodus, welcher den ersten Schalter und den dritten Schalter so einstellt, dass diese offen sind, und den zweiten Schalter so einstellt, dass dieser geschlossen ist, um die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung in Reihe mit dem Elektromotor zu verbinden, und der die Spannungseinstellung-Steuerung/Regelung beim Umschalten zwischen dem Parallelschaltungsmodus und dem Reihenschaltungsmodus durchführt.
Elektrische Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Spule zwischen der ersten elektrischen Energieversorgung und einem von dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten vorgesehen ist.
Elektrische Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 6, umfassend eine zweite Spule als die Spule, die zwischen der zweiten elektrischen Energieversorgung und einem von dem dritten Knoten und dem vierten Knoten vorgesehen ist.
Elektrische Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 7, wobei eine Mehrzahl der Spulen magnetisch gekoppelt sind.
Elektrische Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend eine Spule, die zwischen der elektrischen Last und irgend einem der zwei Ausgabeanschlüsse vorgesehen ist.
Elektrische Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen Elektromotor als die elektrische Last, wobei der Spannung-Steuer-/Regelabschnitt als Betriebsmodi umfasst: einen Parallelschaltungsmodus, welcher den ersten Schalter und den dritten Schalter so einstellt, dass diese geschlossen sind, und den zweiten Schalter so einstellt, dass dieser offen ist, um die erste elektrische Energieversorgung und die zweite elektrische Energieversorgung parallel zu dem Elektromotor anzuschließen, einen ersten Konstantstrom-Modus, der bewirkt, dass der erste Schalter geschlossen, der dritte Schalter offen und der zweite Schalter offen ist, bevor der Parallelschaltungsmodus durchgeführt wird, und einen zweiten Konstantstrom-Modus, der bewirkt, dass der erste Schalter offen, der dritte Schalter geschlossen und der zweite Schalter offen ist, bevor der Parallelschaltungsmodus durchgeführt wird.