JP2016131483A

JP2016131483A - 推進システムおよびエネルギー管理システムとその方法

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Publication number: JP2016131483A
Application number: JP2015235294A
Authority: JP
Inventors: ジンピン・ガオ; Jinping Gao; ハイ・チョウ; Hai Qiu; トン・ツァオ; Tong Zhao; フェイ・シュー; Fei Xu; ホンウー・シェ; Hongwu She
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: US9643513B2; CN105730257A; JP6769706B2; CN105730257B; US20160159244A1

Abstract

【課題】推進システムに電力を供給するエネルギー型および動力型電源を備えるエネルギー管理システムを提供する。
【解決手段】エネルギー管理システムは、第１のレッグ回路を有する第１の電気変圧器と、第２のレッグ回路を有する第２の電気変圧器と、制御装置とを備える。第１のレッグ回路は、エネルギー型電源に連結され、第２のレッグ回路は、動力型電源に連結される。制御装置は、トラクション装置が駆動モードにあるときに、以下の２つの条件下で動作する第１および第２の電気変圧器を制御し、トラクション装置の正の需要電力が、正の閾値電力より小さいかまたは等しいときは、第１の電気変圧器の第１のレッグ回路の一部または全てが有効にされ、かつ第２の電気変圧器の第２のレッグ回路の全てが無効にされ、正の需要電力が、正の閾値電力より大きいときは、第１／第２の電気変圧器の前記第１／第２のレッグ回路の一部または全てがそれぞれ有効にされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、推進システムに関し、特に、推進システム、車両に電力を供給するためのエネルギー型電源および動力型電源を備えるエネルギー管理システム、ならびにその各方法に関する。

エネルギー型電源（バッテリ等）および動力型電源（スーパーキャパシタ等）は、トラクション装置に電力を供給するために、通常は電気自動車またはハイブリッド電気自動車に採用され、再生可能エネルギーを捕捉することができる。車両が駆動モードにあるとき（例えば加速時）は、エネルギー型電源は、大電力を即時に供給することができないが、動力型電源は、即時の大電力の需要を満たすために、これを達成することができる。車両が回生制動モードにあるとき（例えば減速時）は、エネルギー型電源は、速やかにエネルギーを吸収できず、さらに、内部抵抗が大きいために、効率の悪さにもつながるが、動力型電源は、速やかにエネルギーを吸収することができ、高効率である。

エネルギー型電源および動力型電源は、トラクション装置にエネルギーを供給するか、またはトラクション装置から再生可能エネルギーを受けるように、１つ以上のＤＣ／ＤＣ変圧器を介してトラクション装置に接続される。現在、エネルギーは、エネルギー型電源と動力型電源との間で、単にそれぞれの充電状態に基づいて分配されている。このエネルギー管理方法下でのエネルギー型電源および動力型電源は利用率が低く、車両の駆動システムの効率の悪さの原因となっている。

したがって、上述の問題を解決するために、新しい推進システムおよび新しいエネルギー管理システム、ならびにその各方法を提供することが非常に必要とされている。

ここに、本発明の１つ以上の態様が、理解の便宜上要約される。しかしながら、本概要は、本発明の広範な概要ではなく、さらに、その必須の要素のいくつかを特徴づけたり、その範囲を特定したりすることは意図されていない。対照的に、本概要の主な目的は、以下の節で詳細に説明する前に、本発明のいくつかの概念を簡単に提示することである。

一方において、本発明は、
エネルギー型電源に連結された１つ以上の第１のレッグ回路を有する、トラクション装置に連結された第１の電気変圧器と、
動力型電源に連結された１つ以上の第２のレッグ回路を有する、トラクション装置に連結された第２の電気変圧器と、
トラクション装置が駆動モードにあるときに、少なくとも以下の条件下で動作する、第１および第２の電気変圧器を制御するための制御装置であって、
トラクション装置の正の需要電力が、正の閾値電力より小さいかまたは等しいときは、トラクション装置に電力を供給するエネルギー型電源のために、第１の電気変圧器の第１のレッグ回路の一部または全てが有効にされ、かつ第２の電気変圧器の第２のレッグ回路の全てが無効にされ、
正の需要電力が、正の閾値電力より大きいときは、エネルギー型および動力型電源がトラクション装置に電力を供給するために、第１／第２の電気変圧器の第１／第２のレッグ回路の一部または全てがそれぞれ有効にされる、電気変圧器を制御するための制御装置と
を備える、エネルギー管理システムを提供する。

一方において、本発明は、第１および第２の電気変圧器に連結されたトラクション装置で使用されるエネルギー管理システムおよび方法を提供し、このエネルギー管理方法が、
第１の電気変圧器につながるエネルギー型電源に連結された、１つ以上の第１のレッグ回路を設けるステップと、
第２の電気変圧器につながる動力型電源に連結された、１つ以上の第２のレッグ回路を設けるステップと、
トラクション装置が駆動モードにあるときに、少なくとも以下の２つの条件下で動作する、第１および第２の電気変圧器を制御するステップであって、
トラクション装置の正の需要電力が、正の閾値電力より小さいかまたは等しいときは、トラクション装置に電力を供給するエネルギー型電源のために、第１の電気変圧器の第１のレッグ回路の一部または全てが有効にされ、かつ第２の電気変圧器の第２のレッグ回路の全てが無効にされ、
正の需要電力が、前記正の閾値電力より大きいときは、エネルギー型および動力型電源がトラクション装置に電力を供給するために、第１／第２の電気変圧器の前記第１／第２のレッグ回路の一部または全てがそれぞれ有効にされる、第１および第２の電気変圧器を制御するステップと
を含む。

一方において、
エネルギー型電源と、
動力型電源と、
トラクション装置に連結された電気変圧器であって、エネルギー型電源に連結された第１のレッグ回路、および動力型電源に連結された２つの第２のレッグ回路とを有する、電気変圧器と、
トラクション装置が駆動モードにあるときに、少なくとも以下の３つの条件下で動作する、電気変圧器を制御するように適合された制御装置であって、
正の需要電力が第１の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記第１のレッグ回路が有効にされる一方で、２つの第２のレッグ回路が無効にされ、
正の需要電力が第１の正の閾値電力よりも大きく、かつ第２の正の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記第１のレッグ回路、および２つの第２のレッグ回路のうちの１つが有効にされる一方で、もう１つの第２のレッグ回路が無効にされ、
正の需要電力が第２の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記第１のレッグ回路、および２つの第２のレッグ回路が有効にされる、電気変圧器を制御するように適合された制御装置と
を備える、推進システムを提供する。第１のレッグ回路の一部および／または第２のレッグ回路の一部を無効にできるという理由により、推進システムおよびその方法、ならびにエネルギー管理システムおよびその方法は、トラクション装置の異なる電力の需要を満たし、かつエネルギー利用率を向上させることができ、車両のエネルギー損失を低減し、車両の走行距離を増加させる。

実施形態に添付された図面は、本発明をよりよく理解するのに役立てることができる。

一実施形態の、推進システムの機能モジュールである。図１に示す制御装置の一実施形態の機能モジュールである。図１に示す第１および第２の電気変圧器の一実施形態の回路図である。図１および図３に示す推進システムの簡素化した回路図である。トラクション装置の必要電力と、第１および第２のレッグ回路との間の関係を表すオシログラムである。トラクション装置の必要電力と、推進システムの効率性との間の関係を表す概略図である。

本発明の具体的な実施形態を以下に示す。本明細書では、簡潔にするために、必ずしも実際の実施形態の全ての特徴が詳細に説明されないことに注意するべきである。実際の実施においては、任意の実施形態が、別の実施形態に変更される場合があり、開発者の特定の目標、あるいはシステム上または商業上の制限に見合うように、作製の工程や設計プロジェクトの通りに、様々な判断がなされることが理解されるべきである。開発工程は複雑かつ冗長な場合があるが、開示されている技術に基づく、いくつかの設計、製造または生産の変更は、開示されている発明内容の関連分野の一般の技術者にとっては通常の技術手段であり、開示が不十分であると理解されてはならない。

特に明記しない限り、特許請求の範囲または本明細書中で使用される技術用語または科学用語の定義は、本発明に関連する当業者によって理解されるものとする。本特許出願明細書および特許請求の範囲で使用される「第１の」「第２の」その他類似の語は、順序、数、または重要度を示すものではなく、単に異なる構成要素を分類するためのものである。「１つの」その他類似の語は、量的制限を示すものではなく、少なくとも１つのものを示す。「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」その他類似の語は、「含む」の前の要素または物が、「含む」の後の要素または物、および同等の要素を、他の要素または物を除外することなく網羅することを示す。「接続」その他類似の語は、物理的かつ機械的な接続に限定されないが、直接または間接的な電気的接続を含む。

推進システム９０は、トラクション装置１００、エネルギー型電源２０２、動力型電源２０４、第１の電気変圧器３００、第２の電気変圧器４００、および制御装置５００を含む。トラクション装置１００は、他の実施形態では、推進システム９０から除外されてもよい。この形態において、トラクション装置１００、第１の電気変圧器３００、第２の電気変圧器４００、および制御装置５００は、エネルギー管理システム（図示せず）を構成し、これは、推進システム９０のエネルギー利用効率を向上させるために、トラクション装置１００に電力を供給するか、またはトラクション装置１００から回生エネルギーを受けるように、エネルギー型電源２０２および動力型電源２０４を制御するために使用される。

トラクション装置１００は、インバータ１０２およびモータ１０４を含み、モータ１０４、およびインバータ１０２は、電気的特性において連結される。未定義の例において、トラクション装置１００はＡＣトラクション装置であり、インバータ１０２はＤＣ−ＡＣインバータであり、モータ１０４は、ＡＣモータである。ＤＣ−ＡＣインバータは、一対のＤＣバス３０２および３０４を第１の電気変圧器３００および第２の電気変圧器４００に接続することによって、直流を交流に変換し、交流はＡＣモータ用に使用される。ＤＣバスの対３０２および３０４は、正のＤＣバスおよび負のＤＣバスを含む。

別の未定義の例において、インバータ１０２は、モータ１０４につながるＤＣ電源に直流を供給するＤＣチョッパまたはＰＷＭであり、モータ１０４はＤＣモータである。

第１の電気変圧器３００は、高電圧側と低電圧側とを含む。トラクション装置１００は、第１の電気変圧器３００の高電圧側に連結され、エネルギー型電源２０２は、第１の電気変圧器３００の低電圧側に連結される。この例では、第１の電気変圧器３００は、昇圧コンバータであり、高電圧側で高電圧を出力するのに使用される。他の例では、電圧を上げるために、双方向昇降圧コンバータが第１の電気変圧器３００として使用されてもよい。

同様に、第２の電気変圧器４００は、高圧側と低圧側とを含む。トラクション装置１００は、第２の電気変圧器４００の高圧側に連結され、動力型電源２０４は、第２の電気変圧器４００の低電圧側に連結される。

エネルギー型電源２０２は、エネルギーを供給し、かつ受けることができる。エネルギー型電源２０２は、高比率または高エネルギー密度のエネルギー源と呼ばれ、単位重量エネルギー密度は、１００ワット時／ｋｇ以上に達する。エネルギー型電源２０２は、大容量を有し、高いエネルギーを供給することが可能である。未定義の例において、エネルギー型電源２０２は、燃料電池および鉛蓄電池等のバッテリまたはバッテリパックを含む。

動力型電源２０４もまた、エネルギーを供給し、かつ受けることができる。動力型電源２０４は、急速な動作および変化に対応するように、大電流を速やかに供給し、エネルギーを効率的に受けることができる。未定義の例において、動力型電源２０４は、スーパーキャパシタを含む。一例において、動力型電源２０４は、直列に接続された６３個のユニットを有し、各ユニットの定格電圧は約２．７Ｖであり、静電容量は１０００Ｆを上回る。

制御装置５００は、第１の電気変圧器３００および第２の電気変圧器４００に連結されている。いくつかの事例において、制御装置５００は、トラクション装置１００の必要電力に基づいて、第１の電気変圧器３００および第２の電気変圧器４００を介して、エネルギー型電源２０２および動力型電源２０４を制御するために使用される。このような事例は、続く図２〜図６で説明される。制御装置５００は、ＤＣバスの電圧および電流等の信号を受けるために、ＤＣバス３０２、３０４、３０２、３０４に連結される。

図２は、一例の制御装置５００の概略図である。図１を併せて参照すると、制御装置５００は、ＤＣバス３０２および３０４の指示電圧および測定電圧に基づいて、トラクション装置１００の必要電力を決定するために使用される。必要電力とは、トラクション装置１００の動作に必要な電力を指す。必要電力は、異なる動作条件において、正または負であってもよい。一例において、ＤＣバス３０２および３０４の指示電圧は、モータ１０４およびインバータ１０２の損失パラメータの計算に基づいて得ることができる。別の例において、指示電圧は、試験的な測定を介して得ることができる。ＤＣバス３０２および３０４の指示電圧は、トラクション装置１００の効率を最大化するように設定される。ＤＣバス３０２および３０４の測定電圧は、接続された１つ以上のセンサ（図示せず）の測定を介して得ることができる。一例において、制御装置５００は、ＤＣバス３０２および３０４の指示電圧および測定電圧に基づいて、トラクション装置１００の必要電力を決定するために使用される、ＤＣバス電圧調整器３０を含む。ＤＣバス電圧調整器３０は、必要電力を得るために、測定電圧を指示電圧と等しくすることができる、制御ループ（図示せず）を含む。例えば、ＰＩＤ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御装置である。

この例において、制御装置５００はさらに、トラクション装置１００の負荷電力を推定し、推定結果に基づいて、トラクション装置１００の必要電力を決定するために使用される。図に示されている例において、制御装置５００はまた、推定装置３２を含み、これは、指示トルクおよび回転速度に基づいて、負荷電力を推定するために使用される。未定義の例において、指示トルクは、アクセルペダルやブレーキ等の入力装置によって入力される。未定義の例において、モータ回転速度は、測定を介して得られる。必要電力は、システムの反応速度を向上させるために、推定装置３２の推定負荷電力と、ＤＣバス電圧調整器３０の発電電力を加算することによって計算することができる。

制御装置５００は、また、電力分配装置３４を含み、異なる動作条件に基づいて、エネルギー型電源２０２と、動力型電源２０４との間で必要電力を分配し、エネルギー型電源２０２および動力型電源２０４の指示電力を生成するために使用される。

制御装置５００は、また、電力電流コンバータ３６を含み、これは、電力分配装置３４によって生成された指示電力を指示電流に移行するために使用される。エネルギー型電源２０２の指示電流は、トラクション装置１００に指示電力を供給するエネルギー型電源２０２を制御するように、第１の電気変圧器３００に供給される。動力型電源２０４の指示電流は、トラクション装置１００に指示電力を供給する動力型電源２０４を制御するように、第２の電気変圧器４００に供給される。この例において、エネルギー型電源２０２および動力型電源２０４の指示電力の合計は、トラクション装置１００の必要電力に等しい。別の未定義の例において、内燃機関等の他の電源もまた、トラクション装置１００にエネルギーを供給するために使用される。

図３を参照すると、第１の電気変圧器３００は、より多くの第１のレッグ回路Ｌｇｅ１、Ｌｇｅ２〜Ｌｇｅｎを含む。より多くの第１のレッグ回路Ｌｇｅ１、Ｌｇｅ２〜Ｌｇｅｎのそれぞれは、２つの電気スイッチＳｅ１、Ｓｅ２を含む。第１の電気変圧器３００は、他の実施方法では、より多くの第１のレッグ回路を含むことが理解できる。また、他の例において、より多くの第１のレッグ回路Ｌｇｅ１、Ｌｇｅ２〜Ｌｇｅｎのそれぞれは、少なくとも２つの電気スイッチを含む。

第２の電気変圧器４００は、より多くの第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２〜Ｌｇｐｎを含む。より多くの第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２〜Ｌｇｐｎのそれぞれは、２つの電気スイッチＳｐ１、Ｓｐ２を含む。他の実施方法では、第２の電気変圧器４００は、より多くの第２のレッグ回路を含むことが理解できる。また、他の例において、より多くの第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２〜Ｌｇｐｎのそれぞれは、少なくとも２つの電気スイッチを含む。

トラクション装置１００が駆動モード（走行中および加速中）にあるとき、制御装置５００は、以下の少なくとも２つの条件下で、第１の電気変圧器３００および第２の電気変圧器４００を制御する。

トラクション装置１００の正の需要電力が、正の閾値電力よりも低いかまたは等しいときは、より多くの第１のレッグ回路Ｌｇｅ１、Ｌｇｅ２〜Ｌｇｅｎの一部、または第１のレッグ回路の全てが有効にされ、かつより多くの第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２〜Ｌｇｐｎの一部、および第２のレッグ回路の全てが無効にされ、その結果、エネルギー型電源２０２は、トラクション装置１００に電力を供給することができる。トラクション装置１００の正の需要電力が、正の閾値電力よりも大きいときは、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１、Ｌｇｅ２〜Ｌｇｅｎの一部、または第１のレッグ回路の全て、ならびにより多くの第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２〜Ｌｇｐｎの一部、および第２のレッグ回路の全てが有効にされ、その結果、エネルギー型電源２０２および動力型電源２０４は、共にトラクション装置１００に電力を供給することができる。

その中で、有効にする動作は、第１の電気変圧器３００へと流れる、エネルギー型電源２０２の指示電流の制御によって実現される。第１のレッグ回路の有効動作は、電気スイッチＳｅ１、Ｓｅ２の通常のブレークオーバーまたは遮断を制御することをいう。

無効にする動作は、第２の電気変圧器４００へと流れる、動力型電源２０４の指示電流の制御によって実現される。より多くの第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２〜Ｌｇｐｎの無効動作は、より多くの第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２〜Ｌｇｐｎの電気スイッチＳｅ１、Ｓｅ２の遮断を制御することをいう。

また、トラクション装置１００が回生制動モード（制動して減速する）にあるときは、制御装置５００は、トラクション装置１００で動作する第１の電気変圧器３００および第２の電気変圧器４００が、少なくとも以下の条件下で回生制動モードにあるように制御する。

トラクション装置１００の負の必要電力が、負の閾値電力よりも大きいときは、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１、Ｌｇｅ２〜Ｌｇｅｎの一部、または第１のレッグ回路の全てが有効にされ、かつより多くの第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２〜Ｌｇｐｎの一部、および第２のレッグ回路の全てが無効にされ、その結果、エネルギー型電源２０２は、トラクション装置１００から回生エネルギーを受けることができる。一方で、トラクション装置１００の負の必要電力が、負の閾値電力よりも低いかまたは等しいときは、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１、Ｌｇｅ２〜Ｌｇｅｎの一部、または第１のレッグ回路の全て、ならびにより多くの第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２〜Ｌｇｐｎの一部、および第２のレッグ回路の全てが有効にされ、その結果、エネルギー型電源２０２および動力型電源２０４は、共にトラクション装置１００から回生エネルギーを受けることができる。すなわち、エネルギー型電源２０２および（または）動力型電源２０４は、トラクション装置１００から回生エネルギーを受けることによって充電される。電気機械（モータ）１０４は、発電機として機能する。

さらに、推進システム９０に含まれるより多くのインダクタＬｅ１、Ｌｅ２〜Ｌｅｎは、エネルギー型電源２０２と、より多くの第１のレッグ回路Ｌｇｅ１、Ｌｇｅ２〜Ｌｇｅｎとの間にそれぞれ連結される。

推進システム９０に含まれるより多くのインダクタＬｐ１、Ｌｐ２〜Ｌｐｎは、エネルギー型電源２０２と、より多くの第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２〜Ｌｇｐｎとの間にそれぞれ連結される。

本発明の推進システム９０は、第１の電気変圧器３００の第１のレッグ回路の一部を有効または無効にすることができ、かつ第２のアーム回路の一部または全ての、第２の電気変圧器４００の第２のレッグ回路の一部または全てを有効または無効にすることができる。したがって、トラクション装置１００の需要電力が低い場合は、第１の電気変圧器３００の第１のレッグ回路の一部、および（または）第２の電気変圧器４００の第２のレッグ回路の一部のみが有効にされてもよく、これにより、第１の電気変圧器３００および第２の電気変圧器４００のエネルギー損失が低減され、推進システム９０全体のエネルギー利用効率が向上する。

具体的な図が図４に示されており、第１の電気変圧器３００は、１つの第１のレッグ回路Ｌｇｅ１を含む。第２の電気変圧器４００は、２つの第２のレッグ回路Ｌｇｐ１およびＬｇｐ２を含む。

図５を参照すると、特に、正の閾値電力の上には、第１の正の閾値電力Ｐ＿ｍｏｔ＿ｔｈ１および第２の正の閾値電力Ｐ＿ｍｏｔ＿ｔｈ２が含まれる。

正の需要電力が、第１の正の閾値電力Ｐ＿ｍｏｔ＿ｔｈ１より低いかまたは等しいときは、すなわち、トラクション装置１００の正の需要電力が低く、制御装置５００は、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１を有効にし、第２のレッグ回路Ｌｇｐ１およびＬｇｐ２を無効にする。

正の需要電力が、第１の正の閾値電力Ｐ＿ｍｏｔ＿ｔｈ１より大きく、第２の正の閾値電力Ｐ＿ｍｏｔ＿ｔｈ２よりも低いかまたは等しいときは、すなわち、トラクション装置１００の正の需要電力が中位であり、制御装置５００は、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１および第２のレッグ回路を有効にするが、第２のレッグ回路Ｌｇｐ１およびＬｇｐ２は無効にする。

また、正の需要電力が、第２の閾値電力Ｐ＿ｍｏｔ＿ｔｈ２より大きいときは、すなわち、トラクション装置１００の正の需要電力が高く、制御装置５００は、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１、ならびに第２のレッグ回路Ｌｇｐ１およびＬｇｐ２を有効にする。

特に、負の閾値電力の上には、第１の閾値電力Ｐ＿ｒｅｇ＿ｔｈ１および第２の閾値電力Ｐ＿ｒｅｇ＿ｔｈ２が含まれる。

負の需要電力が、第１の負の閾値電力Ｐ＿ｒｅｇ＿ｔｈ１より大きいときは、すなわち、トラクション装置１００の正の需要電力が低く、制御装置５００は、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１を有効にし、第２のレッグ回路Ｌｇｐ１およびＬｇｐ２を無効にする。

負の需要電力が、第１の負の閾値電力Ｐ＿ｒｅｇ＿ｔｈ１より低いかまたは等しく、かつ第２の負の閾値電力Ｐ＿ｒｅｇ＿ｔｈ２よりも大きいときは、トラクション装置１００の負の需要電力が中位であり、制御装置５００は、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１および第２のレッグ回路Ｌｇｐ１を有効にするが、第２のレッグ回路Ｌｇｐ１およびＬｇｐ２は無効にする。

また、負の需要電力が、第２の負の閾値電力Ｐ＿ｒｅｇ＿ｔｈ２より低いかまたは等しいときは、すなわち、トラクション装置１００の負の需要電力が高く、制御装置５００は、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１、ならびに第２のレッグ回路Ｌｇｐ１およびＬｇｐ２を有効にする。

図６の検証結果および既存の技術（従来技術）に基づいて、トラクション装置１００の正の需要電力が低いときは、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１および２つの第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２が有効にされ、推進システムのエネルギー利用効率が９２％〜９２．５％であり、これは、エネルギー利用効率がかなり低いことを示している。

しかしながら、本発明の実施形態では、トラクション装置１００の正の需要電力が低いときは、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１のみが有効にされ、第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２は無効にされる。この時点で、推進システム９０のエネルギー利用効率は９５％近くであり、これは、エネルギー利用効率がきわめて高い（すなわち既存の技術よりも高い）ことを示している。

同様に、既存の技術において、トラクション装置１００の正の需要電力が中位のときは、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１、および第２のレッグ回路Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２が有効にされる。この時点で、推進システムのエネルギー利用効率は９６％より低く、これは、エネルギー利用効率がかなり低いことを示している。

しかしながら、本発明の実施形態では、トラクション装置１００の正の需要電力が中位のときは、第１のレッグ回路Ｌｇｅ１および第２のレッグ回路Ｌｇｐ１が有効にされ、第２のレッグ回路Ｌｇｐ２は無効にされる。この時点で、推進システムのエネルギー利用効率は９６％より高く、これは、エネルギー利用効率がかなり高い（すなわち既存の技術よりも高い）ことを示している。

本発明の実施形態のエネルギー管理方法は、車両のエネルギー損失を低減して走行距離を増やすように、（電気自動車またはハイブリッド電気自動車等の）車両のエネルギー利用効率を著しく向上させる、きわめて有益な技術効率を有する。

さらに、この方法は、第１のレッグ回路の一部および（または）第２のレッグ回路の一部を無効にすることができ、これによって、熱のボトルネックが解消するように、動作時に第１の電気変圧器３００におよび（または）第２の電気変圧器４００によって生成される熱を低減する。

具体的な実施形態に基づいて、本発明が紹介されてきたが、当業者であれば、本発明に多くの修正および変更が実施され得ると理解することができる。したがって、特許請求の範囲の意図は、本発明の実際の概念および範囲内で、全ての修正および変更を網羅することであると理解される。

３０ＤＣバス電圧調整器
３２推定装置
３４電力分配装置
３６電力電流変圧器
９０推進システム
１００トラクション装置
１０２インバータ
１０４モータ
２０２エネルギー型電源
２０４動力型電源
３００第１の電気変圧器
３０２、３０４ＤＣバス
４００第２の電気変圧器
５００制御装置
Ｌｅ１、Ｌｅ２〜Ｌｅｎインダクタ
Ｌｇｅ１、Ｌｇｅ２〜Ｌｇｅｎ第１のレッグ回路
Ｌｇｐ１、Ｌｇｐ２〜Ｌｇｐｎ第２のレッグ回路
Ｌｐ１、Ｌｐ２〜Ｌｐｎインダクタ
Ｓｅ１、Ｓｅ２電気スイッチ
Ｓｐ１、Ｓｐ２電気スイッチ
Ｐ＿ｍｏｔ＿ｔｈ１第１の正の閾値電力
Ｐ＿ｍｏｔ＿ｔｈ２第２の正の閾値電力
Ｐ＿ｒｅｇ＿ｔｈ１第１の負の閾値電力
Ｐ＿ｒｅｇ＿ｔｈ２第２の負の閾値電力

Claims

エネルギー型電源（２０２）に連結された１つ以上の第１のレッグ回路を有する、トラクション装置（１００）に連結された第１の電気変圧器（３００）と、
動力型電源（２０４）に連結された１つ以上の第２のレッグ回路を有する、前記トラクション装置（１００）に連結された第２の電気変圧器（４００）と、
前記トラクション装置（１００）が駆動モードにあるときに、少なくとも以下の条件下で動作する前記第１および第２の電気変圧器（３００、４００）を制御するための制御装置（５００）であって、
前記トラクション装置（１００）の正の需要電力が、正の閾値電力より小さいかまたは等しいときは、前記トラクション装置（１００）に電力を供給する前記エネルギー型電源（２０２）のために、前記第１の電気変圧器（３００）の前記第１のレッグ回路の一部または全てが有効にされ、かつ前記第２の電気変圧器（４００）の前記第２のレッグ回路の全てが無効にされ、
前記正の需要電力が、前記正の閾値電力より大きいときは、前記トラクション装置（１００）に電力を供給する前記エネルギー型電源（２０２）および前記動力型電源（２０４）のために、前記第１／第２の電気変圧器（３００、４００）の前記第１／第２のレッグ回路の一部または全てがそれぞれ有効にされる、第１／第２の電気変圧器（３００、４００）を制御するための制御装置（５００）と
を備える、エネルギー管理システム。
前記制御装置（５００）が、前記トラクション装置（１００）が回生制動モードにあるときに、少なくとも以下の２つの条件下で動作する前記第１および第２の電気変圧器（３００、４００）を制御し、
前記トラクション装置（１００）の負の需要電力が、負の閾値電力より大きいときは、前記トラクション装置（１００）の回生エネルギーを受ける前記エネルギー型電源（２０２）のために、前記第１の電気変圧器（３００）の前記第１のレッグ回路の一部または全てが有効にされ、かつ前記第２の電気変圧器（４００）の前記第２のレッグ回路の全てが無効にされ、
前記負の需要電力が、前記負の閾値電力より小さいかまたは等しいときは、前記トラクション装置（１００）の前記回生エネルギーを受ける前記エネルギー型電源（２０２）および前記動力型電源（２０４）を接続するために、前記第１／第２の電気変圧器（３００、４００）の前記第１／第２のレッグ回路の一部または全てがそれぞれ有効にされる、
請求項１に記載のエネルギー管理システム。
前記第１の電気変圧器（３００）が、１つの第１のレッグ回路を備え、前記第２の電気変圧器（４００）が、２つの第２のレッグ回路を備え、
前記正の需要電力が前記正の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記制御装置（５００）が、前記１つの第１のレッグ回路を有効にし、かつ前記２つの第２のレッグ回路を無効にし、
前記正の需要電力が前記正の閾値電力よりも大きいときは、前記制御装置（５００）が、前記１つの第１のレッグ回路および前記２つの第２のレッグ回路を有効にする、
請求項１に記載のエネルギー管理システム。
前記正の閾値電力が、第１の正の閾値電力、および第２の正の閾値電力を含み、
前記正の需要電力が前記第１の正の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記制御装置（５００）が、前記１つの第１のレッグ回路を有効にし、かつ前記２つの第２のレッグ回路を無効にし、
前記正の需要電力が前記第１の正の閾値電力よりも大きく、かつ前記第２の正の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記制御装置（５００）が、前記１つの第１のレッグ回路、および前記２つの第２のレッグ回路のうちの１つを有効にし、かつ別の第２のレッグ回路を無効にし、
前記正の需要電力が前記第２の閾値電力よりも大きいときは、前記制御装置（５００）が、前記１つの第１のレッグ回路および前記２つの第２のレッグ回路を有効にする、
請求項３に記載のエネルギー管理システム。
前記第１の電気変圧器（３００）が、１つの第１のレッグ回路を備え、前記第２の電気変圧器（４００）が、２つの第２のレッグ回路を備え、
前記負の需要電力が前記負の閾値電力よりも大きいときは、前記制御装置（５００）が、前記１つの第１のレッグ回路を有効にし、かつ前記２つの第２のレッグ回路を無効にし、
前記負の需要電力が前記負の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記制御装置（５００）が、前記１つの第１のレッグ回路、および前記２つの第２のレッグ回路のうちの１つを有効にする、
請求項２に記載のエネルギー管理システム。
前記負の閾値電力が、第１の負の閾値電力、および第２の負の閾値電力を含み、
前記負の需要電力が前記第１の負の閾値電力よりも大きいときは、前記制御装置（５００）が、前記１つの第１のレッグ回路を有効にし、かつ前記２つの第２のレッグ回路を無効にし、
前記負の需要電力が前記第１の負の閾値電力よりも小さいかまたは等しく、かつ前記第２の負の閾値電力よりも大きいときは、前記制御装置（５００）が、前記１つの第１のレッグ回路、および前記２つの第２のレッグ回路のうちの１つを有効にし、かつ別の第２のレッグ回路を無効にし、
前記負の需要電力が前記第２の負の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記制御装置（５００）が、前記１つの第１のレッグ回路、および前記２つの第２のレッグ回路を有効にする、
請求項５に記載のエネルギー管理システム。
前記第１の電気変圧器（３００）が、第１のレッグ回路から構成され、前記第２の電気変圧器（４００）が、２つの第２のレッグ回路から構成され、
前記第１の電気変圧器（３００）が、また、第１のインダクタを備え、前記第２の電気変圧器（４００）が、また、第２のインダクタおよび第３のインダクタを備え、
前記第１のレッグ回路および前記２つの第２のレッグ回路のそれぞれが、前記トラクション装置（１００）の両端にそれぞれ直列に接続された２つの電子スイッチを備え、
前記第１のインダクタの１つの端部が、前記エネルギー型電源（２０２）に連結され、もう１つの端部が、前記第１のレッグ回路の前記２つの電子スイッチ同士の間のジョイントに連結され、
前記第２のインダクタの１つの端部が、前記動力型電源（２０４）に連結され、もう１つの端部が、前記２つの第２のレッグ回路のうちのいずれか１つの、前記２つの電子スイッチ同士の間のジョイントに連結され、
前記第３のインダクタの１つの端部が、前記動力型電源（２０４）に連結され、もう１つの端部が、前記２つの第２のレッグ回路のうちのもう１つの、前記２つの電子スイッチ同士の間のジョイントに連結される、
請求項１に記載のエネルギー管理システム。
前記第１および第２の電気変圧器（３００、４００）に連結された、前記トラクション装置（１００）を使用するエネルギー管理方法であって、
前記第１の電気変圧器（３００）につながるエネルギー型電源（２０２）に連結された、１つ以上の第１のレッグ回路を設けるステップと、
前記第２の電気変圧器（４００）につながる動力型電源に連結された、１つ以上の第２のレッグ回路を設けるステップと、
前記トラクション装置（１００）が駆動モードにあるときに、少なくとも以下の２つの条件下で動作する前記第１および第２の電気変圧器（３００、４００）を制御するステップであって、
前記トラクション装置（１００）の正の需要電力が、正の閾値電力より小さいかまたは等しいときは、前記トラクション装置（１００）に電力を供給する前記エネルギー型電源（２０２）のために、前記第１の電気変圧器（３００）の前記第１のレッグ回路の一部または全てが有効にされ、かつ前記第２の電気変圧器（４００）の前記第２のレッグ回路の全てが無効にされ、
前記正の需要電力が、前記正の閾値電力より大きいときは、前記トラクション装置（１００）に電力を供給する前記エネルギー型電源（２０２）および前記動力型電源（２０４）のために、前記第１／第２の電気変圧器（３００、４００）の前記第１／第２のレッグ回路の一部または全てがそれぞれ有効にされる、第１および第２の電気変圧器（３００、４００）を制御するステップと
を含むエネルギー管理方法。
前記エネルギー管理方法が、また、
前記トラクション装置（１００）が回生制動モードにあるときに、少なくとも以下の２つの条件下で動作する前記第１および第２の電気変圧器（３００、４００）を制御するステップであって、
前記トラクション装置（１００）の負の需要電力が、負の閾値電力より大きいときは、前記トラクション装置（１００）の回生エネルギーを受ける前記エネルギー型電源（２０２）のために、前記第１の電気変圧器（３００）の前記第１のレッグ回路の一部または全てが有効にされ、かつ前記第２の電気変圧器（４００）の前記第２のレッグ回路の全てが無効にされ、
前記負の需要電力が、前記負の閾値電力より小さいかまたは等しいときは、前記トラクション装置（１００）の前記回生エネルギーを受ける前記エネルギー型電源（２０２）と前記動力型電源（２０４）とを接続するために、前記第１／第２の電気変圧器（３００、４００）の前記第１／第２のレッグ回路の一部または全てがそれぞれ有効にされる、第１および第２の電気変圧器（３００、４００）を制御するステップ
を含む、請求項８に記載のエネルギー管理方法。
前記正の閾値電力が、第１の正の閾値電力、および第２の正の閾値電力を含み、前記エネルギー管理方法が、また、
前記第１の電気変圧器（３００）に１つの第１のレッグ回路、および前記第２の電気変圧器（４００）に２つの第２のレッグ回路を設けるステップであって、
前記正の需要電力が前記第１の正の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記１つの第１のレッグ回路を有効にし、かつ前記２つの第２のレッグ回路を無効にし、
前記正の需要電力が前記第１の正の閾値電力よりも大きく、かつ前記第２の正の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記１つの第１のレッグ回路、および前記２つの第２のレッグ回路のうちの１つを有効にし、かつ前記２つの第２のレッグ回路のうちのもう１つを無効にし、
前記正の需要電力が前記第２の正の閾値電力よりも大きいときは、前記１つの第１のレッグ回路および前記２つの第２のレッグ回路を有効にする、レッグ回路を設けるステップ
を含む、請求項８に記載のエネルギー管理方法。
前記負の閾値電力が、前記第１の負の閾値電力、および前記第２の負の閾値電力を含み、前記エネルギー管理方法が、また、
前記第１の電気変圧器（３００）に１つの第１のレッグ回路、および前記第２の電気変圧器（４００）に２つの第２のレッグ回路を設けるステップであって、
前記負の需要電力が前記第１の負の閾値電力よりも大きいときは、前記第１のレッグ回路が有効にされる一方で、前記２つの第２のレッグ回路が無効にされ、
前記負の需要電力が前記第１の負の閾値電力よりも小さいかまたは等しく、かつ前記第２の負の閾値電力よりも大きいときは、前記第１のレッグ回路、および前記２つの第２のレッグ回路のうちの１つが有効にされる一方で、前記もう１つの第２のレッグ回路が無効にされ、
前記負の需要電力が前記第２の負の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記第１のレッグ回路、および前記２つの第２のレッグ回路が有効にされる、レッグ回路を設けるステップ
を含む、請求項９に記載のエネルギー管理方法。
１つの推進システム（９０）であって、
エネルギー型電源（２０２）と、
動力型電源（２０４）と、
トラクション装置（１００）に連結された電気変圧器（３００、４００）であって、前記電気変圧器（３００、４００）が、前記エネルギー型電源（２０２）に連結された第１のレッグ回路、および前記動力型電源（２０４）に連結された２つの第２のレッグ回路を有する、電気変圧器（３００、４００）と、
制御装置（５００）であって、前記トラクション装置（１００）が駆動モードにあるときに、少なくとも以下の３つの条件下で動作する、前記電気変圧器（３００、４００）を制御するように適合され、
正の需要電力が第１の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記第１のレッグ回路が有効にされる一方で、前記２つの第２のレッグ回路が無効にされ、
前記正の需要電力が前記第１の正の閾値電力よりも大きく、かつ前記第２の正の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記第１のレッグ回路、および前記２つの第２のレッグ回路のうちの１つが有効にされる一方で、もう１つの前記第２のレッグ回路が無効にされ、
前記正の需要電力が前記第２の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記第１のレッグ回路、および前記２つの第２のレッグ回路が有効にされる、電気変圧器（３００、４００）を制御するように適合された制御装置（５００）と
を備える、推進システム（９０）。
前記制御装置（５００）が、前記トラクション装置（１００）が回生制動モードにあるときに、少なくとも以下の３つの条件下で動作する、前記電気変圧器（３００、４００）を制御するように適合され、
正の需要電力が第１の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記第１のレッグ回路が有効にされる一方で、前記２つの第２のレッグ回路が無効にされ、
前記負の需要電力が前記第１の負の閾値電力よりも小さいかまたは等しく、かつ前記第２の負の閾値電力よりも大きいときは、前記第１のレッグ回路、および前記２つの第２のレッグ回路のうちの１つが有効にされる一方で、もう１つの前記第２のレッグ回路が無効にされ、
前記負の需要電力が前記第２の負の閾値電力よりも小さいかまたは等しいときは、前記第１のレッグ回路、および前記２つの第２のレッグ回路が有効にされる、
請求項１２に記載の推進システム（９０）。