JP2012205495A - 補助駆動部から推進エネルギーを供給するためのシステムおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー・システム、補助システム、およびシステム・コントローラを備える推進システムを提供する。
【解決手段】エネルギー・システム１０２は、直流ＤＣリンクに結合され複数の入力チャネルａ、ｂを備える双方向昇圧コンバータ１１２と、第１のエネルギー貯蔵装置１０８、１１０を備える。補助システム１０４は、補助エネルギー源１１０、１２６、１６４と、補助負荷１３０、１３４、１５８と、補助負荷コントローラ１３２、１３６、１６０とを備える。システム・コントローラ１０６は、補助負荷コントローラ１３２、１３６、１６０に、補助エネルギー源１１０、１２６、１６４からの補助負荷１３０、１３４、１５８の消費電力を減らし、補助エネルギー源１１０、１２６、１６４から供給される電圧を昇圧させて昇圧電圧をＤＣリンク１１４に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は一般的に、車両駆動システムに関し、より具体的には、車両または非車両システムの補助駆動部から推進力を供給することに関する。

電気自動車およびハイブリッド電気自動車は通常、１または複数のエネルギー貯蔵装置によって、単独でまたは内燃機関と組み合わせて、電力供給される。純粋な電気自動車では、１または複数のエネルギー貯蔵装置によって駆動システム全体が電力供給されるため、内燃機関は必要ではない。他方で、ハイブリッド電気自動車は、内燃機関から供給される電力を補うためのエネルギー貯蔵装置電力を備えており、その結果、内燃機関および車両の燃料効率が著しく増加する。従来、電気またはハイブリッド電気推進システムにおけるエネルギー貯蔵装置は、バッテリ、ウルトラキャパシタ、フライホイール、またはこれらの要素の組み合わせを含んでいて、電動モータに電力供給するための十分なエネルギーを供給している。

用途によっては、推進システムに加えて補助駆動部を設けて補助機器を動作させている。このような用途としては、たとえば、ミディアム・デューティ（ＭＤ）およびヘビー・デューティ（ＨＤ）用途、たとえば、輸送バス、トラック、軽量軌道、および他の工業用機器を挙げても良い。多くの場合に、補助装置への電力供給を別個のエンジン駆動交流発電機または補助電源装置（ＡＰＵ）から行なって電力を発生させ、補助装置たとえば空気調節部品（たとえばフレオン圧縮機、ポンプ、ファン、およびヒーター）を動作させることによって、コスト、サイズ、重量の低減、ならびにサブシステムおよび部品パッケージングの改善に加えてシステム効率の向上が起こる。他の可能性がある用途では、補助装置は燃料電池から電力供給される場合がある。発生される電力は、交流（ＡＣ）電力または直流（ＤＣ）電力の場合がある。モータ駆動される補助負荷は、一定速度および周波数で動作される場合もあるし、またはＡＰＵの電気出力周波数および電圧の制御によって可変速度で動作する場合もある。

さらに制御を行なう場合、たとえば空気調節ユニット内のサブシステム部品などは、多くの場合に、必要な温度のレベルに基づいてオン／オフ・モードで動作される。通常、ＡＰＵの電力定格は、すべての補助負荷の最大負荷に対応するようにデザインされている。すべての補助負荷がいつも同時に電力供給されるわけではないので、典型的なＡＰＵシステムは、最適な効率を下回る部分負荷で動作している。

米国特許第５，３７３，１９５号明細書

したがって、ＡＰＵの余剰電力能力を用いて牽引または推進駆動システムの推進負荷の一部を供給することができる電気および／またはハイブリッド電気推進システムを提供することが望ましい。加えて、減速期間の間に回生エネルギーの一部に指示を出して補助負荷に電力供給させることを、従来のブレーキ・システムにおいてこのエネルギーを散逸させる代わりに行なうことが望ましい。あるいは、この回生エネルギーの一部を用いてエネルギー貯蔵システムを部分的に再充電することができる。

本発明の一態様によれば、推進システムが、エネルギー・システム、補助システム、およびシステム・コントローラを備えている。エネルギー・システムは、直流（ＤＣ）リンクに結合された双方向昇圧コンバータであって、複数の入力チャネルを備える双方向昇圧コンバータを備えている。エネルギー・システムはまた、双方向昇圧コンバータの第１の入力チャネルにＤＣバスを介して結合された第１のエネルギー貯蔵装置を備えている。補助システムは、エネルギー・システムに結合され、補助エネルギー源と、補助負荷と、補助エネルギー源および補助負荷に結合された補助負荷コントローラと、を備えている。システム・コントローラは、補助負荷コントローラに、補助エネルギー源からの補助負荷の消費電力を減らさせるように、また双方向昇圧コンバータに、補助エネルギー源から供給される電圧を昇圧させて昇圧電圧をＤＣリンクに供給させるように、構成されている。

本発明の別の態様によれば、推進エネルギー・システムを組み立てる方法が、エネルギー・システムを直流（ＤＣ）リンクに結合することであって、エネルギー・システムは、ＤＣリンクに結合されたマルチ・チャンネル双方向昇圧コンバータと、双方向昇圧コンバータの第１の入力チャネルにＤＣバスを介して結合されたエネルギー貯蔵装置と、を備える、結合することを含んでいる。本方法はまた、エネルギー源と、エネルギー源に結合された負荷コントローラと、負荷コントローラに結合された負荷と、を備える補助システムを、エネルギー・システムに結合することを含んでいる。本方法はまた、コントローラをエネルギー・システムと補助システムとに結合することと、コントローラを、補助システムのエネルギー源からの補助システムの負荷の消費電力を減らすように、およびＤＣリンクに、消費電力の減少に基づいてマルチ・チャンネル双方向昇圧コンバータから昇圧電圧を受け取らせるように、構成することと、を含んでいる。

本発明の別の態様によれば、車両システムが、双方向ＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータの第１のチャンネルに結合された直流（ＤＣ）エネルギー貯蔵装置と、第１の負荷コントローラと双方向ＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータの第２のチャンネルとに結合された補助エネルギー源と、を備えている。車両システムはまた、第１の負荷コントローラに結合された第１の補助負荷と、車両システム・コントローラと、を備えている。車両システム・コントローラは、補助エネルギー源から第１の補助負荷に供給される負荷エネルギーを第１のエネルギー値から第２のエネルギー値に減らすように、および減らしたエネルギーの少なくとも一部を双方向ＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータを介して昇圧して、ＤＣリンクへ供給することを図るように、プログラムされている。

他の種々の特徴および優位性は、以下の詳細な説明および図面から明らかとなる。

図面では、本発明を行なうのに現時点で考えられる好ましい実施形態を例示する。

本発明による推進システムの実施形態を概略的に例示する図である。 本発明による推進システムの別の実施形態を概略的に例示する図である。 本発明による推進システムの別の実施形態を概略的に例示する図である。 本発明による推進システムの別の実施形態を概略的に例示する図である。 本発明による推進システムの別の実施形態を概略的に例示する図である。 本発明の実施形態によるシステム・コントローラの手続きステップを例示するフロー・チャートである。

図１に、本発明の実施形態による推進システム１００を例示する。推進システム１００は車両用途で用いても良い。車両推進システム１００は、一つには、エネルギー・システム１０２、補助エネルギー・システム１０４、および車両システム・コントローラ１０６を備えている。エネルギー・システム１０２は、第１のエネルギー貯蔵装置１０８、第２のエネルギー貯蔵装置１１０、および昇圧コンバータ・アセンブリ１１２を備えている。昇圧コンバータ・アセンブリ１１２は、多入力チャネルが、対応する双方向ＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータに結合されている。第１のエネルギー貯蔵装置１０８をウルトラキャパシタとして例示しているが、別のタイプのエネルギー貯蔵装置たとえばバッテリ、燃料電池、フライホイールなども考えられる。第１のエネルギー貯蔵装置１０８は、低電圧、高エネルギー貯蔵装置であり、ＤＣリンク１１４を介して電気駆動装置１１６に結合されている。電気駆動装置１１６は、ＤＣ−ＡＣインバータ１１８とモータ１２０とを備えている。モータ１２０は好ましくはＡＣモータであるが、このようには限定されない。第２のエネルギー貯蔵装置１１０は、第１のエネルギー貯蔵装置１０８よりも高い電力を供給するように、および電力またはエネルギーをＤＣリンク１１４にそして次に第１のエネルギー貯蔵装置１０８に双方向昇圧コンバータ１１２を介して伝達するように、構成されている。第２のエネルギー貯蔵装置１１０をバッテリとして例示しているが、別のタイプのエネルギー貯蔵装置（たとえば、ウルトラキャパシタ、燃料電池、フライホイールなど）も考えられる。図示しないが、当然のことながら、複数の各モータ１２０を対応するホイールに結合しても良く、または各モータ１２０を差動装置に結合して回転力をホイールに分配することを図っても良い。

図１に例示した実施形態によれば、補助エネルギー・システム１０４が、双方向昇圧コンバータ１１２の第２のチャンネル（ｂ）に、低側バス１２２を介して結合されている。補助エネルギー・システム１０４は、熱機関（または内燃機関）１２４を備え、熱機関１２４はエンジン駆動交流発電機１２６に結合されている。交流発電機１２６は、熱機関１２４から受け取った機械的エネルギーをＡＣ電力またはエネルギーに変換し、ＡＣ電力またはエネルギーを整流器アセンブリ１２８に供給する。整流器アセンブリ１２８は、ＡＣ電力またはエネルギーをＤＣ電力またはエネルギーに変換して、バス１２２への供給を図るように構成されている。あるいは、図示しないが、燃料電池を、熱機関１２４および交流発電機１２６の代わりに用いることができる。

補助エネルギー・システム１０４は、１または複数のＡＣ補助負荷１３０を備えている。１または複数のＡＣ補助負荷１３０は、１または複数のＡＣ補助負荷制御装置１３２によって制御される。ＡＣ補助負荷制御装置１３２は交流発電機１２６に結合されている。加えて、補助エネルギー・システム１０４は、１または複数のＤＣ補助負荷制御装置１３６によって制御される１または複数のＤＣ補助負荷１３４を備えていても良い。ＤＣ補助負荷１３４には、ＡＣ補助負荷に結合されたＤＣ−ＡＣインバータが含まれていても良い。補助ＡＣまたはＤＣ負荷としては、たとえば、空気調節ユニット、空気または他の流体圧縮機ユニット、ポンプ、冷却ファン、ヒーター、照明、および他の電気負荷であって、牽引システムとは別個のものを挙げても良い。一実施形態では、熱機関１２４および交流発電機１２６のサイズを、取り付けられた負荷をすべて動作させるのに必要な最大負荷に対応するように設定しても良い。

一般的に、巡航モードの運転では、双方向昇圧コンバータ１１２は、エネルギー・システム１０２の低電圧側１３８から供給される電圧をエネルギー・システム１０２の高電圧側１４０まで昇圧するように作動する。すなわち、第１のエネルギー貯蔵装置１０８からの電圧が、双方向昇圧コンバータ１１２に、バス１４２を介して供給される。バス１４２は、エネルギー・システム１０２の低電圧側１３８にある双方向昇圧コンバータ１１２の第１のチャンネル（ａ）に結合されている。供給電圧を双方向昇圧コンバータ１１２によって昇圧して、エネルギー・システム１０２の高電圧側１４０にあるＤＣリンク１１４に供給される電圧が電気駆動装置１１６の作動レベルまで増加されるようにする。加速モードの運転の間、必要な加速力が得られるように、第２のエネルギー貯蔵装置１１０が第１のエネルギー貯蔵装置１０８を支援する。

ＤＣリンク１１４上の電圧および電流の測定値が、電圧測定装置１４４および電流測定装置１４６によって車両システム・コントローラ１０６に、それぞれ供給される。ＤＣリンク１１４上の電圧および電流のフィードバックによって、車両システム・コントローラ１０６は、第１および第２のエネルギー貯蔵装置１０８、１１０が、電気駆動装置１１６が必要とする加速力を供給しているか否かを判定することができる。

加速要求が、第１および第２のエネルギー貯蔵装置１０８、１１０から供給されるものよりも大きい場合、車両システム・コントローラ１０６は、双方向昇圧コンバータ１１２のチャンネルｂに、補助エネルギー・システム１０４からの電圧を変換して必要な超過の加速力を供給させるように、構成されている。ＡＣ補助負荷制御装置１３２および任意のＤＣ補助負荷制御装置１３６からのフィードバックに基づいて、車両システム・コントローラ１０６は、どの負荷１３０、１３４が交流発電機１２６から電力を受け取っているか、および余剰電力が利用可能であるか否か、または熱機関１２４および交流発電機１２６からの追加の電力が必要であるか否かを判定することができる。十分な量の余剰電力が、１または複数の負荷１３０、１３４を止める必要なく利用できる場合、車両システム・コントローラ１０６は、双方向昇圧コンバータ１１２にバス１２２上の利用可能な電圧を昇圧させて加速を図っても良い。

しかし、車両システム・コントローラ１０６が、余剰電力が存在しないかまたは必要な追加の加速力が得られるほど余剰電力は十分には高くないと判定した場合、車両システム・コントローラ１０６は、１または複数の負荷１３０、１３４をターン・オフするかまたはそこからの消費電力を減らすことで、熱機関１２４および交流発電機１２６からの電力を用いて第１のエネルギー貯蔵装置１０８および第２のエネルギー貯蔵装置１１０から供給される電力を補って加速を図っても良いように、構成されている。すなわち、車両システム・コントローラ１０６は、ＡＣまたはＤＣ補助負荷制御装置１３２、１３６を制御して、それぞれに結合された負荷１３０、１３４が交流発電機１２６から消費する電力を減らすようにし、その結果、その電力を解放して変換および加速に用いることを図っても良い。

別の実施形態では、熱機関１２４および交流発電機１２６のサイズを小さくしてすべての負荷よりも小さい電力要求に対応するようにして、車両システム・コントローラ１０６とともに、負荷１３０、１３４を、熱機関１２４および交流発電機１２６からの利用可能な電力に従って優先順位付けし得るようにしても良い。すなわち、加速期間の間にＡＣまたはＤＣ補助負荷制御装置１３２、１３６を制御することに加えて、車両システム・コントローラ１０６を、非加速期間の間に１もしくは複数の負荷１３０、１３４をターン・オフするかまたはそこからの消費電力を減らして、より小さく、より重量の小さい熱機関／交流発電機の組み合わせを利用するように、構成しても良い。このように、車両システム・コントローラ１０６は、負荷制御装置１３２、１３６および負荷１３０、１３４を常にモニタおよび制御しても良く、また追加の加速力が必要であるときには、双方向昇圧コンバータ１１２を作動させて、バス１２２上の電力またはエネルギーをＤＣリンク１１４上の追加の加速力またはエネルギーに変換しても良い。

本発明の一実施形態では、コントローラ１０６を、電気駆動装置１１６を回生モードで動作させるように構成しても良い。回生ブレーキング事象の間に、電力またはエネルギーをＤＣ−ＡＣインバータ１１８を通してＤＣリンク１１４へ戻す。第１の回生ブレーキング・モードでは、コントローラ１０６は、回生電力またはエネルギーを、ＤＣリンク１１４上に直接結合された第２のエネルギー貯蔵装置１１０に部分的に補給しても良いし、または双方向昇圧コンバータ１１２のチャンネルａを通して第１のエネルギー貯蔵装置１０８に部分的に補給しても良い。すなわち、このような回生ブレーキング事象の間に、回生ブレーキング電力またはエネルギーの一部を第２のエネルギー貯蔵装置１１０内に保存することもでき、および双方向昇圧コンバータ１１２の構成を、ＤＣリンク１１４を介して供給される電圧を動的に下げて、最適量の回生電力またはエネルギーを取り込んで第１のエネルギー貯蔵装置１０８内に保存することができるように設定しても良い。またＤＣリンク１１４に結合された動的リターダ１４８を制御して、電気駆動装置１１６を回生モードで動作させているときにＤＣリンク１１４上に現れる回生電力またはエネルギーのレベルを抑えるようにしても良い。

第２の回生ブレーキング・モードでは、コントローラ１０６は、回生電力またはエネルギーを使って補助負荷１３０、１３４に電力供給しても良い。加えて、余剰の回生電力またはエネルギーが利用できる場合は、コントローラ１０６は、補助負荷１３０、１３４に、消費電力を増加させた状態で動作させても良い。一実施形態では、コントローラ１０６は、電力を補助負荷１３０、１３４に、昇圧コンバータ・アセンブリ１１２のバッキング制御を介して供給して、電力またはエネルギーが昇圧コンバータ・アセンブリ１１２のチャンネルｂ上で利用できるようにしても良い。昇圧コンバータ・アセンブリ１１２のチャンネルｂの電力または電流定格を超え得る高出力の回生事象の間に高い回生電力が利用できる場合には、結合デバイス１５０を作動させて代替的な経路を設けることで、回生電力に対する電力流をＤＣリンク１１４から直接に昇圧コンバータ・アセンブリ１１２に送ってＤＣ補助制御装置１３６および対応するＤＣ補助負荷１３４に実質的に電力供給し得るようにしても良い。結合デバイス１５０は、たとえば、電流および電力流をＤＣリンク１１４からバス１２２へ伝えるような二極を持つダイオードとして具体化することができる。結合デバイス１５０の代替的な具体化は、パワー半導体デバイス（たとえば、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）または接触器）を用いて実施することもできる。加えて、接触器またはパワー半導体デバイスが閉じてＤＣリンク１１４を低側バス１２２に結合しているときに、抵抗器たとえば電力抵抗器を接触器またはパワー半導体デバイスと直列に結合して、低側バス１２２上の電圧を制御しても良い。もし回生事象の間のＤＣリンク１１４の電圧がバス１２２の電圧を超えたときには、結合デバイスが基本的に昇圧コンバータ１１２を迂回するため、高効率の電力伝達が生じる。

前述したように追加の加速力またはエネルギーを供給することに加えて、補助エネルギー・システム１０４を用いて充電電力またはエネルギーを供給して、第１のエネルギー貯蔵装置１０８または第２のエネルギー貯蔵装置１１０を再充電しても良い。すなわち、車両システム・コントローラ１０６の構成を、低電力動作の間に、たとえば一定速度もしくは巡航モードの動作または非推進モーメントの間（たとえば、車両が停止しているとき）に、交流発電機１２６から供給される余剰電力またはエネルギーを用いて、余剰電力またはエネルギーを昇圧して、第２のエネルギー貯蔵装置１１０をＤＣリンク１１４を介して再充電すること、または第１のエネルギー貯蔵装置１０８を双方向昇圧コンバータ１１２のチャンネルａのバッキング制御を介して再充電することを図るように、設定しても良い。

図２に、本発明の別の実施形態を例示する。図２に示す推進システム１５２は、図１のシステム１００に示す部品と同様の部品を備えており、したがって、図１の部品を示すために用いた番号を、図２の同様の部品を示すためにも用いる。

車両推進システム１００と共通の部品に加えて、システム１５２は、バス１２２をバス１４２に選択的に結合するように構成された結合デバイス１５４を備えている。動作中、第１のエネルギー貯蔵装置１０８の最大電圧は、整流器アセンブリ１２８からバス１２２に供給される公称電圧よりも大きい。一実施形態では、第１のエネルギー貯蔵装置１０８の最大電圧は、整流器アセンブリ１２８から供給される公称電圧の約２倍である。しかし、他の値も考えられる。システム１５２の通常動作の間、第１のエネルギー貯蔵装置１０８は、その最大電圧から下がってその最大電圧の約５０％までで動作することで、第１のエネルギー貯蔵装置１０８内の保存または利用可能電力またはエネルギー全体の約７５％が利用されるように、構成されている。第１のエネルギー貯蔵装置１０８に保存された利用可能な電力またはエネルギーがなくなり、追加の推進力による車両の運転が要求され続ける場合には、結合デバイス１５４が伝導することで、補助エネルギー・システム１０４からの電圧のＤＣリンク１１４電圧への昇圧を双方向昇圧コンバータ１１２の２つのチャンネル（ａおよびｂ）を用いて行ない、その結果、双方向昇圧コンバータ１１２の単一チャンネルの場合と比べて約２倍の定格出力によって車両の運転を促進でき得るようになっている。

一実施形態では、結合デバイス１５４は、ダイオードであって、第１のエネルギー貯蔵装置１０８の利用可能な電圧が低下して、整流器アセンブリ１２８の利用可能な電圧およびダイオード内の降下を下回ったときに、バス１２２をバス１４２に自動的に結合するように構成されたダイオードである。別の実施形態では、結合デバイス１５４には電圧センサ（図示せず）および接触器（図示せず）が含まれている。この実施形態では、第１のエネルギー貯蔵装置１０８の検知電圧が規定の閾値以下に下がると、車両システム・コントローラ１０６は接触器に閉じらせることができ、その結果、バス１２２をバス１４２に結合することができる。

図３に、本発明の別の実施形態を例示する。図３に示す推進システム１５６は、図１および２に示す部品と同様の部品を備えており、したがって、図１および２の部品を示すために用いた番号を、図３の同様の部品を示すためにも用いる。

図示したように、補助エネルギー・システム１０４を、１または複数のＤＣ補助負荷に、対応するＤＣ補助負荷制御装置１３６が伴ったＤＣシステムとして示す。図示したように、１つのＤＣ補助負荷１５８は、ＡＣ負荷１６２を制御するＤＣ−ＡＣインバータ１６０を備えていても良い。ＡＣ負荷１６２は、たとえば、補助負荷（たとえば、空気調節圧縮機、空気圧縮機、冷却ファン負荷など）を動作させるように構成されたモータである。ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４（バッテリとして例示する）は、ＤＣ電力またはエネルギーを電力負荷１３４および制御装置１３６に供給するように構成されている。ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４はバッテリとして例示しているが、他のタイプのエネルギー貯蔵装置（たとえば、ウルトラキャパシタ、燃料電池、フライホイールなど）も考えられる。

この実施形態では、車両システム・コントローラ１０６は、前述と同様の方法で動作するように構成されている。すなわち、車両システム・コントローラ１０６は、システム１５６の加速または非加速期間の間に負荷１３４にとって必要な電力またはエネルギーを制御しても良い。加速要求の間、ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４からの余剰電力またはエネルギーを適切に利用することができない場合には、車両システム・コントローラ１０６は、１または複数の負荷１３４を止めるかまたはそこに供給される電力を減らすことで、ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４からの電力またはエネルギーを双方向昇圧コンバータ１１２のチャンネルｂを介して昇圧して、加速期間中の支援を図るようにしても良い。その結果、負荷１３４に供給される負荷電力またはエネルギーを、第１の電力またはエネルギー値から第２の電力またはエネルギー値へ下げても良い。負荷１３４を停止する点まで負荷電力またはエネルギーを下げる場合には、第２の電力またはエネルギー値はゼロであっても良い。また、再充電電力またはエネルギーの供給に関して前述したように、車両推進システム１５６の補助エネルギー・システム１０４を車両システム・コントローラ１０６によって制御して電力またはエネルギーを供給して、第１のエネルギー貯蔵装置１０８または第２のエネルギー貯蔵装置１１０を双方向昇圧コンバータ１１２を介して再充電することを図っても良い。

推進システム１５６はまた、結合デバイス１５０を備えていても良い。前述したように、第１の回生ブレーキング・モードでは、コントローラ１０６は、回生電力またはエネルギーを、ＤＣリンク１１４上に直接結合された第２のエネルギー貯蔵装置１１０に部分的に補給しても良いし、または双方向昇圧コンバータ１１２のチャンネルａを通して第１のエネルギー貯蔵装置１０８に部分的に補給しても良い。加えて、第２の回生ブレーキング・モードでは、コントローラ１０６は、回生電力またはエネルギーを使って補助負荷１３４、１５８に電力供給しても良い。補助負荷１３４、１５８用に低側バス１２２に電力またはエネルギーを供給することを、昇圧コンバータ・アセンブリ１１２のバッキング制御を介して行なって、電力またはエネルギーが、昇圧コンバータ・アセンブリ１１２のチャンネルｂ上で利用できるように、または結合デバイス１５０を介してＤＣリンク１１４から直接供給することで利用できるようにしても良い。

高出力の回生電力が低側バス１２２に結合デバイス１５０を介して伝達された場合、高出力の回生電力を、比較的大きなエネルギーおよび電力定格のエネルギー貯蔵装置１６４に取り込むことができるとともに、補助負荷１３４、１５８に供給することができる。このように、回生電力が動的リターダ１４８内で損失または熱として散逸することを回避することができ、また回生電力をＤＣエネルギー貯蔵装置１６４内に取り込むことによって、車両用途における推進システム１５６の動作範囲が広がる。

また、前述したように、第１のエネルギー貯蔵装置１０８に保存された利用可能な電力またはエネルギーがなくなり、追加の推進力による車両の運転が要求され続ける場合には、結合デバイス１５４が作動してバス１２２をバス１４２に結合することで、ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４からの電圧のＤＣリンク１１４電圧への昇圧を双方向昇圧コンバータ１１２の２つのチャンネル（ａおよびｂ）を用いて行ない、その結果、双方向昇圧コンバータ１１２の単一チャンネルの場合と比べて約２倍の定格出力によって車両の運転を促進でき得るようになっている。

図４に、本発明の別の実施形態を例示する。図４に示す推進システム１６６は、図１〜３に示す部品と同様の部品を備えており、したがって、図１〜３の部品を示すために用いた番号を、図４の同様の部品を示すためにも用いる。

例示したように、別個の補助電源（たとえば、図３に示すＤＣエネルギー貯蔵装置１６４）は、推進システム１６６には含まれていない。したがって、推進システム１６６は、単一の高比出力バッテリ１１０が設けられているとして動作する。バッテリ１１０のサイズは、電気駆動装置１１６ならびにＤＣ補助負荷および制御装置１３４、１３６、１６２に対して電力またはエネルギーを供給するように設定されている。したがって、ＤＣ補助負荷および制御装置１３４、１３６が用いる電力またはエネルギーを、昇圧コンバータ・アセンブリ１１２のチャンネルｂへ、バッテリ１１０からＤＣリンク１１４上の電圧のバッキング制御を介して供給しても良い。

前述したように、余剰電力が、たとえば電気駆動装置１１６からの加速要求の間に必要とされる場合には、車両システム・コントローラ１０６は、１または複数の負荷１３４、１６２からの消費電力を減らすかまたは止めることで、このような余剰電力がバッテリ１１０から電気駆動装置１１６へ送出され得るようにしても良い。

電気駆動装置１１６から回生電力を用いる場合がある期間の間、結合デバイス１５０に、ＤＣリンク１１４を低側バス１２２に結合させて、回生電力が電力をＤＣ補助負荷および制御装置１３４、１３６、１６２に直接供給し得るようにしても良い。加えて、結合デバイス１５４も、このような回生電力期間の間に、低側バス１２２上の電力をバス１４２に供給して、第１のエネルギー貯蔵装置１０８の再充電を図っても良い。

図５に、本発明の別の実施形態を例示する。図５に示す推進システム１６８は、図１〜４に示す部品と同様の部品を備えており、したがって、図１〜４の部品を示すために用いた番号を、図５の同様の部品を示すためにも用いる。

図示したように、補助エネルギー・システム１０４は、熱機関１２４、交流発電機１２６、整流器アセンブリ１２８、ならびにＡＣ補助負荷および制御装置１３０、１３２を備えている。車両推進システム１６８は、ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４を備えている。しかしこの実施形態では、ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４を、エネルギー・システム１０２の一部として用いて、第１のエネルギー貯蔵装置１０８が車両を推進する推進力またはエネルギーを供給することを支援している。ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４は好ましくは、高比エネルギー・バッテリである。

図５に示す実施形態では、第１のエネルギー貯蔵装置１０８の最大電圧は、双方向昇圧コンバータ１１２のチャンネルｂに結合されたバス１７０にＤＣエネルギー貯蔵装置１６４から供給される公称電圧よりも大きく、また整流器アセンブリ１２８からバス１２２に供給される公称電圧よりも大きい。加えて、ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４の最大電圧は、整流器アセンブリ１２８からバス１２２に供給される公称電圧よりも大きい。第１のエネルギー貯蔵装置１０８に保存された利用可能なエネルギーがなくなり、追加の推進力による車両の運転が要求され続ける場合には、結合デバイス１５４が伝導することで、ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４からの電圧のＤＣリンク１１４電圧への昇圧を双方向昇圧コンバータ１１２の２つのチャンネル（ａおよびｂ）を用いて行ない、その結果、双方向昇圧コンバータ１１２の単一チャンネルの場合と比べて約２倍の定格出力によって車両の運転を促進でき得るようになっている。さらに、ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４に保存された利用可能なエネルギーもなくなり、追加の推進力による車両の運転が要求され続ける場合には、バス１７０とバス１２２との間に結合された別の結合デバイス１７２が伝導することで、ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４からの電圧のＤＣリンク１１４電圧への昇圧を、双方向昇圧コンバータ１１２の３つのチャンネル（ａ、ｂ、およびｃ）を用いて行ない、その結果、双方向昇圧コンバータ１１２の単一チャンネルの場合と比べて約３倍の定格出力によって車両の運転を促進でき得るようになっている。

第１および第２のエネルギー貯蔵装置１０８、１１０をウルトラキャパシタとして例示し、ＤＣエネルギー貯蔵装置１６４をバッテリとして例示しているが、エネルギー貯蔵装置の他の組み合わせも考えられることに注意されたい。

次に、図６を参照して、本発明の実施形態による車両システム・コントローラ１０６の動作を記述するフローチャート１７４を示す。ステップ１７６では、車両システム・コントローラが、車両を推進するのに推進システムが必要とする電力またはエネルギー要求を決定する。たとえば、車両が推進巡航モード、推進加速モード、非推進モード（たとえば、車両が停止しているとき）、または減速モードにあることを、判定しても良い。ステップ１７８では、車両システム・コントローラが判定することは、推進が必要であるということである。そうでない場合（１８０）、非推進作用を行なっても良い（ステップ１８２）。たとえば回生ブレーキング電力もしくはエネルギーの取り込みまたはエネルギー貯蔵装置の再充電を補助システムを介して行なう。

車両システム・コントローラが同様に、推進が必要であると判定した場合には（１８４）、推進にとって必要な電力またはエネルギーのエネルギー・システムからの利用可能性が判定される（ステップ１８６）。エネルギー・システムは、双方向昇圧コンバータの低側に結合された第１のエネルギー貯蔵装置を備えている。第２のエネルギー貯蔵装置が、双方向昇圧コンバータの高側に結合されていても良い。電力またはエネルギーの利用可能性は、電力またはエネルギーを電動モータに供給するＤＣリンクからのフィードバック情報から判定しても良い。フィードバックは、電流および／または電圧センサから与えても良い。フィードバック情報に基づいて、少なくとも第１のエネルギー貯蔵装置が所望の電力またはエネルギーを供給できることを判定しても良い。ステップ１８８では、エネルギー・システムが推進要求を満たすことができるか否かが判定される。エネルギー・システムの電力またはエネルギーが、必要な推進力またはエネルギーを供給するのに十分である場合（１９０）、車両システム・コントローラは、エネルギー・システムに、電力またはエネルギーを供給させる（ステップ１９２）。そうでない場合（１９４）、車両システム・コントローラは、余剰電力またはエネルギーが補助システムから利用できるか否かを判定する（ステップ１９６）。必要な追加の電力またはエネルギーの量を、推進要求が必要とする電力またはエネルギーと第１および／または第２のエネルギー貯蔵装置から供給できる電力またはエネルギーとの差から決定しても良い。

差よりも大きな余剰電力またはエネルギーが利用できる場合には（１９８）、車両システム・コントローラは、エネルギー・システムおよび補助システムの両方に、必要な推進力またはエネルギーを供給させる（ステップ２００）。余剰電力またはエネルギーが利用できないかまたは差よりも小さい場合には（２０２）、車両システム・コントローラは、１または複数の補助負荷に、補助システムからの電力またはエネルギーに対する要求を減らさせる（２０４）。電力またはエネルギーに対する要求の減少量は、少なくとも、推進要求が必要とする電力またはエネルギーと第１および／または第２のエネルギー貯蔵装置から供給できる電力またはエネルギーとの差から決定される電力量またはエネルギーに等しい。車両システム・コントローラは、補助負荷に優先順位を付けて、負荷に対して消費される電力またはエネルギーを止めるかまたは減らしても良い。優先順位付けは、小さい方の必要な負荷から始まって重要な負荷で終わっても良い。一例として、車両システム・コントローラは、車両加速の間に空気調節負荷を一時的に止めて、追加の補助電力またはエネルギーを、エネルギー・システムが必要な推進力またはエネルギーを供給することの支援に利用できるようにしても良い。空気調節負荷を止めることは、車両運転者に気付かれない場合さえある。別の例としては、空気圧式ニーリング・システムの圧縮機を、補助システムからの電力またはエネルギーがもはや推進にとって必要でなくなるまで止めることが挙げられる。止めるかまたは減らすことが可能な他のシステムも考えられる。

ステップ２０６では、以前に止めたかまたは減らした任意の負荷を、それらの電力またはエネルギー消費削減（たとえば、加速モードの間など）に対する理由が終わったらすぐに、それらの当初の状態に戻しても良い。すなわち、第１の電力またはエネルギー値から第２のより低い電力またはエネルギー値に以前に減らした負荷電力またはエネルギーを、減らす前の第１の電力またはエネルギー値状態に戻しても良いし、または異なる電力またはエネルギー値状態に戻しても良い。

当業者であれば分かるように、車両システム・コントローラ１０６は、複数の部品（たとえば電子部品、ハードウェア部品、および／またはコンピュータ・ソフトウェア部品のうちの１または複数）によって実施しても良い。これらの部品には、一般的に、１または複数の具体化または実施形態のうちの１または複数の部分を実行する命令たとえばソフトウェア、ファームウェア、および／またはアセンブリ言語を記憶する１または複数の有形のコンピュータ読取可能な記憶媒体が含まれていても良い。有形のコンピュータ読取可能な記憶媒体の例としては、記録可能なデータ記憶媒体および／または大容量記憶装置が挙げられる。このような有形のコンピュータ読取可能な記憶媒体は、たとえば、磁気、電気、光学、生物学、および／または原子データ記憶媒体のうちの１または複数を用いても良い。さらに、このような媒体は、たとえば、フロッピィ・ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハード・ディスク・ドライブ、および／または電子メモリという形態を取っても良い。列記していない他の形態の有形のコンピュータ読取可能な記憶媒体を、本発明の実施形態とともに用いても良い。

ある数のこのような部品を組み合わせることもまたは分割することも、本明細書で説明したシステムを実施する際に可能である。さらに、このような部品に、ある数のプログラミング言語のいずれかに書き込まれるかまたはそれによって実施される一組および／または一連のコンピュータ命令が含まれていても良いことは、当業者に理解される通りである。

開示した方法および装置に対する技術的貢献があれば、車両または非車両システムの補助駆動部から推進力を供給することができるコンピュータ実施の装置が提供される。

したがって、本発明の実施形態によれば、推進システムは、エネルギー・システム、補助システム、およびシステム・コントローラを備えている。エネルギー・システムは、直流（ＤＣ）リンクに結合された双方向昇圧コンバータであって、複数の入力チャネルを備える双方向昇圧コンバータを備えている。エネルギー・システムはまた、双方向昇圧コンバータの第１の入力チャネルにＤＣバスを介して結合された第１のエネルギー貯蔵装置を備えている。補助システムは、エネルギー・システムに結合され、補助エネルギー源と、補助負荷と、補助エネルギー源および補助負荷に結合された補助負荷コントローラと、を備えている。システム・コントローラは、補助負荷コントローラに、補助エネルギー源からの補助負荷の消費電力を減らさせるように、また双方向昇圧コンバータに、補助エネルギー源から供給される電圧を昇圧させて昇圧電圧をＤＣリンクに供給させるように、構成されている。

本発明の別の実施形態によれば、推進エネルギー・システムを組み立てる方法が、エネルギー・システムを直流（ＤＣ）リンクに結合することであって、エネルギー・システムは、ＤＣリンクに結合されたマルチ・チャンネル双方向昇圧コンバータと、双方向昇圧コンバータの第１の入力チャネルにＤＣバスを介して結合されたエネルギー貯蔵装置と、を備える、結合することを含んでいる。本方法はまた、エネルギー源と、エネルギー源に結合された負荷コントローラと、負荷コントローラに結合された負荷と、を備える補助システムを、エネルギー・システムに結合することを含んでいる。本方法はまた、コントローラをエネルギー・システムと補助システムとに結合することと、コントローラを、補助システムのエネルギー源からの補助システムの負荷の消費電力を減らすように、およびＤＣリンクに、消費電力の減少に基づいてマルチ・チャンネル双方向昇圧コンバータから昇圧電圧を受け取らせるように、構成することと、を含んでいる。

本発明のさらに別の実施形態によれば、車両システムが、双方向ＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータの第１のチャンネルに結合された直流（ＤＣ）エネルギー貯蔵装置と、第１の負荷コントローラと双方向ＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータの第２のチャンネルとに結合された補助エネルギー源と、を備えている。車両システムはまた、第１の負荷コントローラに結合された第１の補助負荷と、車両システム・コントローラと、を備えている。車両システム・コントローラは、補助エネルギー源から第１の補助負荷に供給される負荷エネルギーを第１のエネルギー値から第２のエネルギー値に減らすように、および減らしたエネルギーの少なくとも一部を双方向ＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータを介して昇圧して、ＤＣリンクに供給することを図るように、プログラムされている。

本発明を限られた数の実施形態に関してのみ詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。むしろ、これまで説明してはいないが本発明の趣旨および範囲に見合う任意の数の変形、変更、置換、または均等な配置を取り入れるように、本発明を変更することができる。さらに加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様には、説明した実施形態の一部のみが含まれる場合があることを理解されたい。したがって本発明は、前述の説明によって限定されると考えるべきではなく、添付の請求項の範囲のみによって限定される。

Claims (10)

1. エネルギー・システム（１０２）であって、
   直流（ＤＣ）リンク（１１４）に結合され、複数の入力チャネル（ａ、ｂ）を備える双方向昇圧コンバータ（１１２）と、
   前記双方向昇圧コンバータ（１１２）の第１の入力チャネル（ａ、ｂ）にＤＣバスを介して結合された第１のエネルギー貯蔵装置（１０８、１１０）と、を備えるエネルギー・システム（１０２）と、
   前記エネルギー・システム（１０２）に結合された補助システム（１０４）であって、
   補助エネルギー源（１１０、１２６、１６４）と、
   補助負荷（１３０、１３４、１５８）と、
   前記補助エネルギー源（１１０、１２６、１６４）と前記補助負荷（１３０、１３４、１５８）とに結合された補助負荷コントローラ（１３２、１３６、１６０）と、を備える補助システム（１０４）と、
   システム・コントローラ（１０６）であって、
   前記補助負荷コントローラ（１３２、１３６、１６０）に、前記補助エネルギー源（１１０、１２６、１６４）からの前記補助負荷（１３０、１３４、１５８）の消費電力を減らさせるように、および
   前記双方向昇圧コンバータ（１１２）に、前記補助エネルギー源（１１０、１２６、１６４）から供給される電圧を昇圧させて前記昇圧電圧を前記ＤＣリンク（１１４）に供給させるように、構成されたシステム・コントローラ（１０６）と、を備える推進システム。
2. 前記ＤＣリンク（１１４）に結合された電気駆動装置（１１６）をさらに備え、
   前記システム・コントローラ（１０６）はさらに、
   前記電気駆動装置（１１６）に供給されることが要求される推進力量を決定し、
   電流センサ（１４６）および電圧センサ（１４４）の一方から前記ＤＣリンク（１１４）のフィードバック情報を受け取り、および
   前記フィードバック情報に基づいて、前記推進力量を前記ＤＣリンク（１１４）へ供給する前記第１のエネルギー貯蔵装置（１０８、１１０）の能力を決定するように、構成されている請求項１に記載の推進システム。
3. 前記システム・コントローラ（１０６）はさらに、
   前記前記電気駆動装置（１１６）に供給されることが要求される推進力量と前記第１のエネルギー貯蔵装置（１０８、１１０）から供給することができる電力量との間の電力差を決定し、および
   前記補助負荷コントローラ（１３２、１３６、１６０）に、前記補助負荷（１３０、１３４、１５８）の前記消費電力を少なくとも前記電力差に等しい量だけ減らさせるように、構成されている請求項２に記載の推進システム。
4. 前記システム・コントローラ（１０６）は、前記補助負荷コントローラ（１３２、１３６、１６０）に、前記補助エネルギー源（１１０、１２６、１６４）からの前記補助負荷（１３０、１３４、１５８）の前記消費電力を止めさせるように、構成されている請求項１に記載の推進システム。
5. 前記補助エネルギー源（１１０、１２６、１６４）は、
   内燃機関（１２４）と、
   前記内燃機関（１２４）に結合された交流発電機（１２６）と、
   前記交流発電機（１２６）と前記双方向昇圧コンバータ（１１２）の第２の入力チャネル（ａ、ｂ）とに結合された整流器（１２８）と、を含む請求項１に記載の推進システム。
6. 前記補助負荷（１３０、１３４、１５８）は、前記交流発電機（１２６）からＡＣエネルギーを受け取るように結合された交流（ＡＣ）負荷を含む請求項５に記載の推進システム。
7. 前記補助負荷（１３０、１３４、１５８）は、前記整流器（１２６）からＤＣエネルギーを受け取るように結合されたＤＣ負荷（１３４、１５８）を含む請求項５に記載の推進システム。
8. 前記ＤＣ負荷（１３４、１５８）は、ＡＣ負荷（１６２）に結合されたＤＣ−ＡＣインバータ（１６０）を含む請求項７に記載の推進システム。
9. 前記補助エネルギー源（１１０、１２６、１６４）は、前記双方向昇圧コンバータ（１１２）の第２の入力チャネル（ａ、ｂ）に結合された第２のエネルギー貯蔵装置（１６４）を含み、
   前記補助負荷（１３０、１３４、１５８）は、前記第２のエネルギー貯蔵装置（１６４）からＤＣエネルギーを受け取るように結合されたＤＣ負荷（１３４、１５８）を含む請求項１に記載の推進システム。
10. 前記ＤＣリンク（１１４）と前記補助システム（１０４）とに結合された結合デバイス（１５０）をさらに備え、
    前記システム・コントローラ（１０６）は、前記結合デバイス（１５０）を制御して、前記ＤＣリンク（１１４）を前記補助システム（１０４）に選択的に結合し、前記ＤＣリンク（１１４）から前記補助システム（１０４）への電力の伝達を前記双方向昇圧コンバータ（１１２）を迂回させるように、構成されている請求項１に記載の推進システム。