JP2021132526A - 車両用電力生成システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は車両を駆動し、車両の蓄電装置依存度が下がるようにもできるように使用できる蓄電装置の代替充電システムを提供する。【解決手段】第１発電機１０２、電力処理装置１０４、蓄電装置１０６から成る。第１発電機１０２はＡＣ電力を生産する。電力処理装置１０４は第１発電機１０２と協業しＡＣ電力を取得する。電力処理装置１０４は定常的なＤＣ電力をＡＣ電力から生成し、電力処理装置１０４と接続されている蓄電装置１０６からＤＣ電力を取得し、ＡＣ電力とＤＣ電力のうち少なくとも１つを基に定常的なＡＣ電力を生成する。さらに、電力処理装置１０４は、の蓄電装置１０６に定常的なＤＣ電力を提供し、それと同時に、電力処理装置１０４と接続されている車両モーター１０８に定常的なＡＣ電力を提供する【選択図】図１

Description

本発明はパワーエレクトロニクス分野に関する。
（用語の定義）
本発明で使用される以下の用語は一般的に次の定義の意味を持つものとして意図されている。ただし、文脈上別段の意味を示す場合を除く。
本明細書に使用する用語「蓄電装置」は限定することなくバッテリーセル、コンデンサー等の蓄電部品を意味する。
本明細書に使用する用語「超コンデンサー」は限定することなく容量１０００ファラデーを超す高容量電気化学式コンデンサーを意味する。
本明細書に使用する用語「ＳＯＣ」（充電状態）は限定することなく蓄電部品の中に蓄えられている最大可能な電荷／エネルギーの百分率を意味する。
「電気自動車」、「ハイブリッド車」や「車両」と本明細書でいう場合、乗用車、バッテリー駆動車、道路交通用車両、重量貨物車両（ＨＧＶ）、バス、二輪車、電動機付き自転車、電気スクーター、電気オートバイ、三輪車、電動車椅子、軍事車両、列車、鉱山抽出用車両等を指す。
「ＤＣＤＣコンバーター」と本明細書でいう場合、１つのＤＣ電圧ないし電流を異なる強さのＤＣ電圧ないし電流に変換する電力コンバーターを意味する。
「ＡＣＡＣコンバーター」と本明細書でいう場合、１つのＡＣ電圧ないし電流を異なる強さのＡＣ電圧ないし電流に変換する電力コンバーターを意味する。
「ＤＣＡＣコンバーター」と本明細書でいう場合、ＤＣ信号をＡＣ信号に変換する電力コンバーターを意味する。
「ＡＣＤＣコンバーター」と本明細書でいう場合、ＡＣ信号をＤＣ信号に変換する電力コンバーターを意味する。
「ブースター」と本明細書でいう場合、ＡＣ信号かＤＣ信号を増幅する電子装置を意味する。
以上の定義は本分野での表現に追加される。
従来は、電気自動車／ハイブリッド車のシステムにおいて蓄電装置を使用して電力を車両駆動モーターに送っていた。ここでは電力が蓄電装置から引き出されて車両の電気部品を駆動していた。電気自動車に電力を供給する代替電源がないので、蓄電装置は連続的に放電し、このため蓄電装置の連続充電が必要であった。また、蓄電装置の連続充電・放電は蓄電装置の耐用期間を短くする。蓄電装置の連続充電は蓄電装置の充電設備が限られているので課題でもある。
従って、車両を駆動し、車両の蓄電装置依存度が下がるようにもできるように使用できる蓄電装置の代替充電システムに対する必要性が存在する。
本発明の目的の一部は少なくとも１つの実施例を本明細書において取り上げることで十分であるが、以下のものである。
先行技術の持つ一つまたは複数の課題を改善するかまたは少なくとも有用な代替手段を提供することが本発明の目的である。
本発明の一つの目的は車載蓄電装置の、耐用期間を延ばす車両用発電システムを提供することである。
本発明のさらに一つの目的は車載蓄電装置の過放電を防止する車両用発電システムを提供することである。
本発明のさらに一つの目的はメンテナンス頻度が低く費用対効果の高い車両用発電システムを提供することである。
本発明のさらに一つの目的は安全でセキュアな車両用発電システムを提供することである。
本発明のその他の目的と優位性は本発明の範囲をこれに限定することは意図されていない次の説明によってさらに明らかとなる。
本発明は車両用発電システムを提供する。このシステムは少なくとも１つの第１発電機、電力処理装置、少なくとも１つの蓄電装置から成る。本発明の実施形態に従い、少なくとも１つの第１発電機はＡＣ電力を生産する。電力処理装置は少なくとも１つの第１発電機と協業しＡＣ電力を取得する。電力処理装置は定常的なＤＣ電力をＡＣ電力から生成し、電力処理装置と接続されている少なくとも１つの蓄電装置からＤＣ電力を取得し、ＡＣ電力とＤＣ電力のうち少なくとも１つを基に定常的なＡＣ電力を生成する。さらに、電力処理装置は、少なくとも１つの蓄電装置に定常的なＤＣ電力を提供し、それと同時に、電力処理装置と接続されている車両モーターに定常的なＡＣ電力を提供する。
本発明の実施形態に従い、少なくとも１つの第１発電機はＤＣ電力を発電する。電力処理装置は少なくとも１つの第１発電機と協業する。電力処理装置は発電されたＤＣ電力を取得し、発電されたＤＣ電力をもとに定常的なＤＣ電力を生成し、電力処理装置と接続されている少なくとも１つの蓄電装置からＤＣ電力を取得し、発電されたＤＣ電力とＤＣ電力のうち少なくとも１つをもとに定常的なＡＣ電力を生成する。さらに、電力処理装置は、定常的なＤＣ電力を少なくとも１つの蓄電装置に提供し、それと同時に、電力処理装置と接続されている車両モーターに定常的なＡＣ電力を提供する。
もう一つの実施例に従い、少なくとも１つの第１発電機は、ソーラーパネルサブシステム、再生型制動サブシステム、希薄空気イオン取得サブシステム、ガラスウィンドウペーンサブシステム、風力タービン駆動サブシステム、熱とサウンドサブシステム、ＤＣ発電機、及び、ＡＣ発電機から構成されるグループから選択される。
もう一つの実施例に従い、電力処理装置は少なくとも１つのＤＣＡＣコンバーター、少なくとも１つのＡＣＤＣコンバーター、少なくとも１つのブースター、少なくとも１つのＤＣＤＣコンバーター、少なくとも１つのＡＣＡＣコンバーター、少なくとも１つの制御装置、プロセッサから成る。
本発明の一実施例に従い、モーターはＡＣブラシレスモーター、誘電モーター、永久磁石モーター、スイッチドリラクタンスモーターから構成されるグループから選択される。
本発明の実施形態に従い、少なくとも１つの蓄電装置は、コンデンサーバンク、フローバッテリー、バナジウム還元バッテリー、亜鉛臭素電池、燃料電池、鉛酸蓄電池、ＶＲＬＡバッテリー、リチウムイオンバッテリー、ＡＧＭバッテリー、ゲルバッテリー、リチウムイオンポリマーバッテリー、溶融塩バッテリー、ニッケルカドミウムバッテリー、ナトリウムイオンバッテリー、スーパー鉄バッテリー、銀亜鉛バッテリー、塩化亜鉛バッテリー、グラフェンバッテリー、ナトリウム金属ハロゲン化物バッテリー、ケイ素バッテリー、ハイブリッドバッテリー、亜鉛炭素バッテリーから構成されるグループから選択される。
もう一つの実施例に従い、ＡＣ発電機を車両の前輪、車両のサスペンション、車両の駆動車輪のうち少なくとも１箇所に設置する。
もう一つの実施例に従い、ソーラーパネルサブシステム、再生型制動サブシステム、希薄空気イオン取得サブシステム、ガラスウィンドウペーンサブシステム、風力タービン駆動サブシステム、熱とサウンドサブシステム、ＤＣ発電機、及びＡＣ発電機が同時に第１の電力を電力処理装置に供給し、これを用いて定常的な第１の電力と定常的な第２の電力を少なくとも１つの蓄電装置とモーターへとそれぞれ供給する。
本発明の実施形態に従い、熱とサウンドサブシステムは振動と音圧による外部からの機械的エネルギーを前記第１の電力に変換する熱電素子を含む。
本発明はさらに車両用発電方法をも提供する。
本発明の車両用発電システム及び方法を、付帯図面を用いて説明する。図面は以下の通りである。
本発明の実施形態に従う車両用発電システムを表す図である。 図１のハイブリッドパワーパックに関して、本発明の一実施形態によるバッテリー管理システムのブロック図を示す。 車両用発電方法を示す図である。
従来は、電気自動車／ハイブリッド車のシステムにおいて蓄電装置を使用して電力を車両駆動モーターに送っていた。ここでは電力が蓄電装置から引き出されて車両の電気部品を駆動していた。電気自動車に電力を供給する代替電源がないので、蓄電装置は連続的に放電し、このため蓄電装置の連続充電が必要であった。また、蓄電装置の連続充電・放電は蓄電装置の耐用期間を短くする。本発明は車両用発電システム及び方法を提供する。本発明は車両を駆動し、車両の蓄電装置依存度が下がるようにもできるように使用できる蓄電装置の代替充電システムを提供する。
図１は本発明の実施形態に従う車両用発電システムを表す図である。発電システム１００は少なくとも１つの第１発電機１０２、電力処理装置１０４、少なくとも１つの蓄電装置１０６を含む。少なくとも１つの第１発電機１０２は第１の電力を生産する。第１の電力はＡＣ電力かＤＣ電力のどちらでもよい。第１の電力は概して少なくとも１つの第１発電機１０２が発電する代替電力である。少なくとも１つの第１発電機１０２は発電サブシステムか発電サブシステムまたは発電サブシステムの組み合わせを含む。発電サブシステムはソーラーパネルサブシステム１０２ａ、再生型制動サブシステム１０２ｂ、希薄空気イオン取得サブシステム１０２ｃ、ガラスウィンドウペーンサブシステム１０２ｄ、風力タービン駆動サブシステム１０２ｅ、熱とサウンドサブシステム１０２ｆ、ＤＣ発電機１０２ｇ、及びＡＣ発電機１０２ｈを含む。
少なくとも１つの蓄電装置１０６は電力処理装置１０４と接続されている。少なくとも１つの蓄電装置１０６はコンデンサーバンク、フローバッテリー、バナジウム還元バッテリー、亜鉛臭素電池、燃料電池、鉛酸蓄電池、ＶＲＬＡバッテリー、リチウムイオンバッテリー、ＡＧＭバッテリー、ゲルバッテリー、リチウムイオンポリマーバッテリー、溶融塩バッテリー、ニッケルカドミウムバッテリー、ナトリウムイオンバッテリー、スーパー鉄バッテリー、銀亜鉛バッテリー、塩化亜鉛バッテリー、グラフェンバッテリー、ナトリウム金属ハロゲン化物バッテリー、ケイ素バッテリー、ハイブリッドバッテリー、亜鉛炭素バッテリーから構成されるグループから選択される。コンデンサーバンクには超コンデンサーかスーパーコンデンサーを含むことができる。
ある実施形態においては、車両のモーター１０８はＡＣモーターである。モーター１０８はＡＣブラシレスモーター、誘電モーター、永久磁石モーター、スイッチドリラクタンスモーターから構成されるグループから選択される。
図２は図１の発電システムに関して、本発明の一実施形態に従う電力処理装置のブロック図を示す。電力処理装置１０４は典型的に混合信号専用集積回路（ＡＳＩＣ）である。ある実施形態においては、電力処理装置１０４は強電コンバーターである。電力処理装置１０４は少なくとも１つのＤＣＡＣコンバーター２０２、少なくとも１つのＡＣＤＣコンバーター２０４、少なくとも１つのブースター２０６、少なくとも１つのＤＣＤＣコンバーター２０８、少なくとも１つのＡＣＡＣコンバーター２１０、少なくとも１つの制御装置２１２、プロセッサ２１４を含む。電力処理装置１０４は第１の電力を少なくとも１つの第１発電機１０２から取得する。プロセッサ２１４は混合信号（アナログとデジタル）プロセッサである。プロセッサ２１４は第１の電力を解析する。
ある実施形態においては、少なくとも１つのブースター２０６はＡＣブースターとＤＣブースターである。
別の実施形態において、第１の電力はＡＣ電力である。プロセッサ２１４はＡＣ電力のＡＣ電流成分とＡＣ電圧成分を検出する。プロセッサ２１４はさらに、ＡＣ電流成分とＡＣ電圧成分（通常のＡＣ成分）の強度を計算する。ＡＣ電圧成分がプロセッサ２１４のメモリー（図示されていない）に保存されている初期設定のＡＣ電圧しきい値より低い場合、プロセッサ２１４はＡＣ電圧成分をブースター２０６に送る。ブースター２０６はＡＣ電圧成分を上げ、高くなったＡＣ電圧成分を生成する。プロセッサ２１４は高められたＡＣ電圧成分を取得する。プロセッサ２１４はＡＣ電流成分についても同様の演算を、２１４のメモリー（図示されていない）に保存されている初期設定のＡＣ電流しきい値を使い処理し、プロセッサとブースター２０６は高められたＡＣ電流成分を生成する。高められたＡＣ電圧成分と高められたＡＣ電流成分を高められたＡＣ成分と表記する。プロセッサ２１４は少なくとも１つの蓄電装置１０６の充電レベル（ＳＯＣ）を読み取る。少なくとも１つの蓄電装置１０６のＳＯＣがプロセッサ２１４のメモリー（図示されていない）に保存されている初期設定のＳＯＣ値より低い場合、プロセッサ２１４は高められたＡＣ成分か通常のＡＣ成分またはこれらの組み合わせを利用して定常的な第２の電力（定常的なＡＣ電力）を生成する。プロセッサ２１４は定常的な第２の電力をモーター１０８に送る。定常的な第２の電力（定常的なＡＣ電力）をモーター１０８に送ることによって少なくとも１つの蓄電装置１０６が連続的に放電しなくなるので、少なくとも１つの蓄電装置１０６の耐用期間が延び、車両の少なくとも１つの蓄電装置１０６への依存度が下がる。これと並行してプロセッサ２１４はＡＣＤＣコンバーター２０４を使い、さらに高められたＡＣ成分か通常のＡＣ成分またはこれらの組み合わせを利用して定常的な第１の電力（定常的なＤＣ電力）も生成し、定常的な第１の電力を少なくとも１つの蓄電装置１０６に送る。少なくとも１つの蓄電装置１０６のＳＯＣが初期設定のＳＯＣ値以上であれば、プロセッサ２１４はＤＣＡＣコンバーター２０２を使用して、少なくとも１つの蓄電装置１０６で生産される第２の電力を利用して定常的な第２の電力を生成する。
さらにもう一つの実施例に従い、第１の電力はＤＣ電力である。プロセッサ２１４はＤＣ電力のＤＣ電流成分とＤＣ電圧成分を検出する。プロセッサ２１４はさらにＤＣ電流成分とＤＣ電圧成分（通常のＤＣ成分）の強さを計算する。ＤＣ電圧成分がプロセッサ２１４のメモリー（図示されていない）に保存されている初期設定のＤＣ電圧しきい値より低い場合、プロセッサ２１４はＤＣ電圧成分をブースター２０６に送る。ブースターはＤＣ電圧成分を上げ高められたＤＣ電圧成分を生成する。プロセッサ２１４は高められたＤＣ電圧成分を取得する。プロセッサ２１４はＤＣ電流成分についても同様の演算を、２１４のメモリー（図示されていない）に保存されている初期設定のＤＣ電流しきい値を使い処理し、プロセッサとブースター２０６は高められたＤＣ電流成分を生成する。高められたＤＣ電圧成分と高められたＤＣ電流成分を高められたＤＣ成分と表記する。プロセッサ２１４は少なくとも１つの蓄電装置１０６の充電レベル（ＳＯＣ）を読み取る。少なくとも１つの蓄電装置１０６のＳＯＣがプロセッサ２１４のメモリー（図示されていない）に保存されている初期設定のＳＯＣ値より小さいと、プロセッサ２１４は制御装置２１２と高められたＤＣ成分か通常のＤＣ成分またはこれらの組み合わせを使用して定常的な第１の電力を生成する。プロセッサ２１４は定常的な第１の電力を少なくとも１つの蓄電装置１０６に送る。これと並行して、プロセッサ２１４はＤＣＡＣコンバーター２０４を利用し高められたＤＣ成分か通常のＤＣ成分またはこれらの組み合わせを使用して定常的な第２の電力も生成し、を定常的な第２の電力をモーター１０８に送る。定常的な第２の電力をモーター１０８に送ることによって少なくとも１つの蓄電装置１０６が連続的に放電しなくなるので、少なくとも１つの蓄電装置１０６の耐用期間が延び、車両の少なくとも１つの蓄電装置１０６への依存度が下がる。少なくとも１つの蓄電装置１０６のＳＯＣが初期設定のＳＯＣ値以上であれば、プロセッサ２１４はＤＣＡＣコンバーター２０２を使用して、少なくとも１つの蓄電装置１０６で生産される第２の電力を利用して定常的な第２の電力を生成する。さらに別の実施形態において、少なくとも１つの蓄電装置１０６のＳＯＣが初期設定のＳＯＣ値以上あれば、プロセッサ２１４はＤＣＡＣコンバーター２０２を利用して高められたＤＣ成分の組み合わせ、または通常のＤＣ成分さらに少なくとも１つの蓄電装置１０６によって生成される第２の電力定常的な第２の電力を生成する。
本発明の実施形態に従い、ソーラーパネルサブシステム１０２ａ、再生型制動サブシステム１０２ｂ、希薄空気イオン取得サブシステム１０２ｃ、ガラスウィンドウペーンサブシステム１０２ｄ、風力タービン駆動サブシステム１０２ｅ、熱とサウンドサブシステム１０２ｆ、ＤＣ発電機１０２ｇ、ＡＣ発電機１０２ｈは第１の電力を電力処理装置１０４に並列的に送り、これによって定常的な第１の電力と定常的な第２の電力をそれぞれ少なくとも１つの蓄電装置１０６とモーター１０８に送る。上記すべてのサブシステムを車両に搭載する。上記サブシステムを並べる任意の順序や組み合わせにより第１の電力を発電できる。
本発明の別の実施形態に従い、ソーラーパネルサブシステム１０２ａは少なくとも１つのソーラーパネル（図示されていない）を含む。太陽光のエネルギーを車両の任意の位置に搭載する少なくとも１つのソーラーパネルによって取得する。少なくとも１つのソーラーパネルはＤＣ電力を生成する。発電されたＤＣ電力は第１の電力であるかまたは第１の電力の一部をなす。電力処理装置１０４は発電されたＤＣ電力を取得し、定常的な第１の電力と定常的な第２の電力をそれぞれ少なくとも１つの蓄電装置１０６とモーター１０８に送ることによって車両を駆動する。
本発明のさらに別の実施形態に従い、風力タービン駆動サブシステム１０２ｅは少なくとも２つの風力タービン（図示されていない）を含む。少なくとも２つの風力タービンは車両の側面か上に配置される。少なくとも２つの風力タービンは風によって駆動されるように構成され、車両の移動中にＡＣ電力を発電する。発電されたＡＣ電力は第１の電力であるかまたは第１の電力の一部をなす。電力処理装置１０４は発電されたＤＣ電力を取得し、定常的な第１の電力と定常的な第２の電力をそれぞれ少なくとも１つの蓄電装置１０６とモーター１０８に送ることによって車両を駆動する。
本発明の実施形態に従い、再生型制動サブシステム１０２ｂはコントロールユニットを使用する（図示されていない）。再生型制動サブシステム１０２ｂは車両に搭載される。コントロールユニットにより車両モーター１０８が車両の制動中にその運動エネルギーを吸収して発電機として機能する。この運動エネルギーはＤＣ電力に変換される。変換されたＤＣ電力は第１の電力または一部の第１の電力をなす。電力処理装置１０４は発電されたＤＣ電力を取得し、定常的な第１の電力と定常的な第２の電力をそれぞれ少なくとも１つの蓄電装置１０６とモーター１０８に送ることによって車両を駆動する。
さらに、本発明の一実施形態に従い、希薄空気イオン取得サブシステム１０２ｃは無線信号とＲＦ信号を取得する制御デバイス（図示されていない）を使用しており、取得した無線信号とＲＦ信号を基にＡＣ電力を生成する。希薄空気イオン取得サブシステム１０２ｃは車両の任意の部分に搭載される。発電されたＡＣ電力は第1の電力であるかまたは第１の電力の一部をなす。電力処理装置１０４は発電されたＤＣ電力を取得し、定常的な第１の電力と定常的な第２の電力をそれぞれ少なくとも１つの蓄電装置１０６とモーター１０８に送ることによって車両を駆動する。
また、本発明の実施形態に従い、ガラスウィンドウペーンサブシステム１０２ｄは車両の進行中に少なくとも１つのガラスウィンドウペーンの中の少なくとも１つのガラスの発振を感知するように構成されている少なくとも１つのセンサー（図示されていない）を含み、このため振幅エネルギーを生成する。電力処理装置１０４は発電されたＤＣ電力を取得し、定常的な第１の電力と定常的な第２の電力をそれぞれ少なくとも１つの蓄電装置１０６とモーター１０８に送ることによって車両を駆動する。
本発明の別の実施形態に従い、熱とサウンドサブシステム１０２ｆは熱センサーとサウンドセンサーを含む。サウンドセンサーは振動と音圧の外部機械的エネルギーを第１の電力または一部の第１の電力に変換する熱電素子を含む。別の実施形態において、サウンドセンサーは電力変換用ファイバー本体を含む。熱センサーは熱か光を第１電力または第１電力の一部に変換する熱電子発電機を含む。
本発明の実施形態に従い、ＡＣ発電機１０２ｈは車両の前輪、車両のシャーシ、車両の駆動ホイールのうち少なくとも１つに固定されている。ＡＣ発電機１０２ｈは以下のうち少なくとも１つの要素を基にＡＣ電力を発電するように構成されている。
・車両前輪の動作（またはその他任意の車輪）
・車両シャーシの動作（車体の上下加速）
・車両の駆動ホールの動作
本発明のさらに別の実施形態に従い、ＤＣ発電機１０２ｇは車両の前輪（単数も複数も含む）に固定されている。ＤＣ発電機１０２ｇはＤＣ電力を発電するように構成されている。
本発明はさらに車両用発電方法をも提供する。方法３００は、コンピュータで実行可能な命令の一般的コンテキストにおいて説明し得る。方法３００は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらを組み合わせたものに実装することができる。付帯図面の図３は車両用発電方法を表す。
ブロック３０２において、方法３００は少なくとも１つの第１発電機による第１の電力の発電を含む。ブロック３０４において、方法３００は第１の電力を電力処理装置で取得することを含む。ブロック３０６において、方法３００は第１の電力を利用する定常的な第１の電力の発電を含む。ブロック３０８において、方法３００は電力処理装置と接続されている少なくとも１つの蓄電装置からの第２の電力の取得を含む。ブロック３１０において、方法３００は第１の電力と第２の電力のうち少なくとも１つに基づく定常的な第２の電力の発電を含む。ブロック３１２において、方法３００は定常的な第１の電力を少なくとも１つの蓄電装置に、さらに電力処理装置と接続されている車両のモーターに定常的な第２の電力を同時に送ることを含む。
（技術的優位性）
本発明の車両用発電システムには、限定することなく、以下のようないくつかの技術的優位性がある。
・車両の少なくとも1つの蓄電装置の寿命を長くする
・車両の少なくとも1つの蓄電装置の過放電防止
・メンテナンス頻度が低く費用対効果が高い
・安全でセキュア
本明細書のこれまでの説明においては発明の範囲と目的を制限しない付帯実施形態を参照しつつ説明してきた。説明はあくまでも例示および図解のために行われる。
本発明の実施例ならびに様々な特長および優位性の詳細を限定することのない実施例を参照することによって以下に説明する。確立している既存のコンポーネントならびに処理技術についての説明は省略し、本発明の実施例についての理解を不要に困難にしないようにした。本発明に使用されている例は単に本発明の実施例を実用化可能にする方法の理解を容易にし、この分野の技能を持つ者が本発明の実施例を実施することを可能にすることのみを目的としている。従って、例によって本発明の実施例の範囲を限定するものと解釈されてはならない。
前記の具体的実施形態に関する記述は、本発明の実施形態が持つ一般的性質を十分に明らかにしているので、現状の知識を適用することにより、前記の一般的概念から乖離することなく前記の具体的実施形態を異なる用途のために変更および／または適合することができ、従って、適合や変更は本発明の実施形態と同等の物としての意味およびその範囲で理解されることが意図されるべきであり、意図されている。本明細書に使用されている句節の用法や用語は説明目的のためであって限定するために使用されてはいない。従って、本明細書に記載された実施例は優先的実施例に基いて説明されていると同時に、同分野の技能を有する者は本明細書に記載された実施例が本明細書で説明された実施例の意図および範囲で変更しても実践可能であることが認められる。
本明細書全体において、用語「成す」「構成する」やその類語としての「組成する」または「なしている」、は記載されている要素、整数または手順または要素、整数または手順の群を含むがその他の要素、整数または手順またはその他の要素、整数または手順の群を除くことなくこれらを含むことを含意している。
「少なくとも」または「少なくとも１つの」という表現の使用は、１つまたは複数の目的物質または結果を得るために本発明の実施例において使用される場合があることに従い、１つまたは複数の要素または成分または数量の使用を示唆している。
本明細書に含まれている文書、行為、要素、素子、デバイス、商品または同類のものについての議論は本発明開示のための文脈を成す目的のためにのみ含まれている。任意のまたはすべての以上の事項が既知の発明技術の基礎の一部を構成するまたは本出願優先日以前に任意の場所に存在していた本発明関連分野における共有されている一般的知識であるという是認と解釈されてはならない。
異なる物理的パラメータ、変数、寸法や数量を表す数値は概数であって、パラメータ、変数、寸法や数量に代入された数値より高い／低い値は本発明の範囲に含まれることが意図されている。但し、明細書に異なる記載がなされている場合はこの限りではない。
優先実施形態の異なる構成要素及び構成要素の部分を相当強調してきたが、多くの実施形態が可能であって、発明の原理から乖離することなく優先実施形態には多くの変更も可能である。本発明または優先実施形態ならびにその他の実施形態の特質を修正できることは本発明分野の専門的技能を有する者には明らかであって、この際、以上の説明的事項が単に本発明を説明するためのものであり、限定的なものとして解釈されてはならないことを明確に理解する必要がある。
１００ 発電システム
１０２ 少なくとも１つの第１発電機
１０２ａ ソーラーパネルサブシステム
１０２ｂ 再生型制動サブシステム
１０２ｃ 希薄空気イオン取得サブシステム
１０２ｄ ガラスウィンドウペーンサブシステム
１０２ｅ 風力タービン駆動サブシステム
１０２ｆ 熱とサウンドサブシステム
１０２ｇ ＤＣ発電機
１０２ｈ ＡＣ発電機
１０４ 電力処理装置
１０６ 少なくとも１つの蓄電装置
１０８ モーター
２０２ 少なくとも１つのＤＣＡＣコンバーター
２０４ 少なくとも１つのＡＣＤＣコンバーター
２０６ ブースター
２０８ 少なくとも1つのＤＣＤＣコンバーター
２１０ 少なくとも１つのＡＣＡＣコンバーター
２１２ 少なくとも1つの制御装置
２１４ プロセッサ
３００ 発電方法
先行技術の持つ一つまたは複数の課題を改善するかまたは少なくとも有用な代替手段を提供することが本発明の目的である。
本発明の一つの目的は車載蓄電装置の、耐用期間を延ばす車両用電力生成システムを提供することである。
本発明のさらに一つの目的は車載蓄電装置の過放電を防止する車両用電力生成システムを提供することである。
本発明のさらに一つの目的はメンテナンス頻度が低く費用対効果の高い車両用電力生成システムを提供することである。
本発明のさらに一つの目的は安全でセキュアな車両用電力生成システムを提供することである。
本発明は車両用電力生成システムを提供する。このシステムは少なくとも１つの第１発電機、電力処理装置、少なくとも１つの蓄電装置から成る。本発明の実施形態に従い、少なくとも１つの第１発電機はＡＣ電力を生産する。電力処理装置は少なくとも１つの第１発電機と協業しＡＣ電力を取得する。電力処理装置は定常的なＤＣ電力をＡＣ電力から生成し、電力処理装置と接続されている少なくとも１つの蓄電装置からＤＣ電力を取得し、ＡＣ電力とＤＣ電力のうち少なくとも１つを基に定常的なＡＣ電力を生成する。さらに、電力処理装置は、少なくとも１つの蓄電装置に定常的なＤＣ電力を提供し、それと同時に、電力処理装置と接続されている車両モーターに定常的なＡＣ電力を提供する。
本発明はさらに車両用電力生成方法をも提供する。
本発明の車両用電力生成システム及び方法を、付帯図面を用いて説明する。図面は以下の通りである。
本発明の実施形態に従う車両用電力生成システムを表す図である。 図１の車両用電力生成システムに関して、本発明の一実施形態によるバッテリー管理システムのブロック図を示す。 車両用電力生成方法を示す図である。
従来は、電気自動車／ハイブリッド車のシステムにおいて蓄電装置を使用して電力を車両駆動モーターに送っていた。ここでは電力が蓄電装置から引き出されて車両の電気部品を駆動していた。電気自動車に電力を供給する代替電源がないので、蓄電装置は連続的に放電し、このため蓄電装置の連続充電が必要であった。また、蓄電装置の連続充電・放電は蓄電装置の耐用期間を短くする。本発明は車両用電力生成システム及び方法を提供する。本発明は車両を駆動し、車両の蓄電装置依存度が下がるようにもできるように使用できる蓄電装置の代替充電システムを提供する。
図１は本発明の実施形態に従う車両用電力生成システムを表す図である。電力生成システム１００は少なくとも１つの第１発電機１０２、電力処理装置１０４、少なくとも１つの蓄電装置１０６を含む。少なくとも１つの第１発電機１０２は第１の電力を生産する。第１の電力はＡＣ電力かＤＣ電力のどちらでもよい。第１の電力は概して少なくとも１つの第１発電機１０２が発電する代替電力である。少なくとも１つの第１発電機１０２は発電サブシステムか発電サブシステムまたは発電サブシステムの組み合わせを含む。発電サブシステムはソーラーパネルサブシステム１０２ａ、再生型制動サブシステム１０２ｂ、希薄空気イオン取得サブシステム１０２ｃ、ガラスウィンドウペーンサブシステム１０２ｄ、風力タービン駆動サブシステム１０２ｅ、熱とサウンドサブシステム１０２ｆ、ＤＣ発電機１０２ｇ、及びＡＣ発電機１０２ｈを含む。
図２は図１の電力生成システムに関して、本発明の一実施形態に従う電力処理装置のブロック図を示す。電力処理装置１０４は典型的に混合信号専用集積回路（ＡＳＩＣ）である。ある実施形態においては、電力処理装置１０４は強電コンバーターである。電力処理装置１０４は少なくとも１つのＤＣＡＣコンバーター２０２、少なくとも１つのＡＣＤＣコンバーター２０４、少なくとも１つのブースター２０６、少なくとも１つのＤＣＤＣコンバーター２０８、少なくとも１つのＡＣＡＣコンバーター２１０、少なくとも１つの制御装置２１２、プロセッサ２１４を含む。電力処理装置１０４は第１の電力を少なくとも１つの第１発電機１０２から取得する。プロセッサ２１４は混合信号（アナログとデジタル）プロセッサである。プロセッサ２１４は第１の電力を解析する。
本発明はさらに車両用電力生成方法をも提供する。方法３００は、コンピュータで実行可能な命令の一般的コンテキストにおいて説明し得る。方法３００は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらを組み合わせたものに実装することができる。付帯図面の図３は車両用電力生成方法を表す。
ブロック３０２において、方法３００は少なくとも１つの第１発電機による第１の電力の発電を含む。ブロック３０４において、方法３００は第１の電力を電力処理装置で取得することを含む。ブロック３０６において、方法３００は第１の電力を利用する定常的な第１の電力の生成を含む。ブロック３０８において、方法３００は電力処理装置と接続されている少なくとも１つの蓄電装置からの第２の電力の取得を含む。ブロック３１０において、方法３００は第１の電力と第２の電力のうち少なくとも１つに基づく定常的な第２の電力の生成を含む。ブロック３１２において、方法３００は定常的な第１の電力を少なくとも１つの蓄電装置に、さらに電力処理装置と接続されている車両のモーターに定常的な第２の電力を同時に送ることを含む。
（技術的優位性）
本発明の車両用電力生成システムには、限定することなく、以下のようないくつかの技術的優位性がある。
・車両の少なくとも１つの蓄電装置の寿命を長くする
・車両の少なくとも１つの蓄電装置の過放電防止
・メンテナンス頻度が低く費用対効果が高い
・安全でセキュア
１００ 電力生成システム
１０２ 少なくとも１つの第１発電機
１０２ａ ソーラーパネルサブシステム
１０２ｂ 再生型制動サブシステム
１０２ｃ 希薄空気イオン取得サブシステム
１０２ｄ ガラスウィンドウペーンサブシステム
１０２ｅ 風力タービン駆動サブシステム
１０２ｆ 熱とサウンドサブシステム
１０２ｇ ＤＣ発電機
１０２ｈ ＡＣ発電機
１０４ 電力処理装置
１０６ 少なくとも１つの蓄電装置
１０８ モーター
２０２ 少なくとも１つのＤＣＡＣコンバーター
２０４ 少なくとも１つのＡＣＤＣコンバーター
２０６ ブースター
２０８ 少なくとも１つのＤＣＤＣコンバーター
２１０ 少なくとも１つのＡＣＡＣコンバーター
２１２ 少なくとも１つの制御装置
２１４ プロセッサ
３００ 電力生成方法

Claims (9)

  1. 第１の電力を発電する少なくとも１つの第１発電機と、
    前記少なくとも１つの第１発電機と協業するように適合される電力処理装置と、を具備し、
    前記電力処理装置は、
    前記第１の電力を取得し、
    定常的な第１の電力を前記第１の電力を基に発電し、
    第２の電力を前記電力処理装置と接続されている少なくとも１つの蓄電装置から取得し、
    前記少なくとも１つの蓄電装置の充電状態（ＳＯＣ）を読み取り、
    前記少なくとも１つの蓄電装置の前記読み込まれたＳＯＣが所定のＳＯＣ値未満の場合は前記第１の電力から定常的な第２の電力を発電し、
    前記少なくとも１つの蓄電装置の前記ＳＯＣが前記所定のＳＯＣ値以上の場合は前記第２の電力から又は前記第１の電力と前記第２の電力との組み合わせから定常的な第２の電力を発電し、
    前記定常的な第１の電力を前記少なくとも１つの蓄電装置に、また前記定常的な第２の電力を前記電力処理装置と接続されている車両のモーターに同時に送り、
    前記電力処理装置は、少なくとも１つのＤＣＡＣコンバーター、少なくとも１つのＡＣＤＣコンバーター、少なくとも１つのブースター、少なくとも１つのＤＣＤＣコンバーター、少なくとも１つのＡＣＡＣコンバーター、少なくとも１つの制御装置、及びプロセッサを含み、
    前記第１の電力はＡＣ電力またはＤＣ電力であり、前記第２の電力はＤＣ電力である、
    ことを特徴とする車両用発電システム。
  2. 前記定常的な第１の電力は定常的なＤＣ電力であり、前記定常的な第２の電力は定常的なＡＣ電力であることを特徴とする請求項１記載の車両用発電システム。
  3. 前記少なくとも１つの第１発電機が、ソーラーパネルサブシステム、再生型制動サブシステム、希薄空気イオン取得サブシステム、ガラスウィンドウペーンサブシステム、風力タービン駆動サブシステム、熱とサウンドサブシステム、ＤＣ発電機、及びＡＣ発電機から構成されるグループの中から選択されることを特徴とする請求項１記載の車両用発電システム。
  4. 前記モーターが、ＡＣブラシレスモーター、誘電モーター、永久磁石モーター、及びスイッチドリラクタンスモーターから構成されるグループの中から選択されることを特徴とする請求項１記載の車両用発電システム。
  5. 前記少なくとも１つの蓄電装置が、コンデンサーバンク、フローバッテリー、バナジウム還元バッテリー、亜鉛臭素電池、燃料電池、鉛酸蓄電池、ＶＲＬＡバッテリー、リチウムイオンバッテリー、ＡＧＭバッテリー、ゲルバッテリー、リチウムイオンポリマーバッテリー、溶融塩バッテリー、ニッケルカドミウムバッテリー、ナトリウムイオンバッテリー、スーパー鉄バッテリー、銀亜鉛バッテリー、塩化亜鉛バッテリー、グラフェンバッテリー、ナトリウム金属ハロゲン化物バッテリー、ケイ素バッテリー、ハイブリッドバッテリー、及び亜鉛炭素バッテリーから構成されるグループの中から選択されることを特徴とする請求項１記載の車両用発電システム。
  6. 前記ＡＣ発電機が車両の前輪、車両のサスペンション又は車両の駆動車輪のうち少なくとも１箇所に固定されていることを特徴とする請求項３記載の車両用発電システム。
  7. 前記ソーラーパネルサブシステム、前記再生型制動サブシステム、前記希薄空気イオン取得サブシステム、前記ガラスウィンドウペーンサブシステム、前記風力タービン駆動サブシステム、前記熱とサウンドサブシステム、前記ＤＣ発電機、及び前記ＡＣ発電機が前記第１の電力を前記電力処理装置へ並列的に送り、その結果前記定常的な第１の電力と前記定常的な第２の電力がそれぞれ前記少なくとも１つの蓄電装置と前記モーターに送られることを特徴とする請求項３記載の車両用発電システム。
  8. 前記熱とサウンドサブシステムが、振動と音圧による外部からの機械的エネルギーを前記第１の電力に変換する熱電素子を含むことを特徴とする請求項３記載の車両用発電システム。
  9. 少なくとも１つの第１発電機を使用して第１の電力を発電し、
    前記第１の電力を電力処理装置で取得し、
    前記電力処理装置が、
    定常的な第１の電力を前記第１の電力を基に発電し、
    第２の電力を前記電力処理装置と接続されている少なくとも１つの蓄電装置から取得し、
    前記少なくとも１つの蓄電装置の充電状態（ＳＯＣ）を読み取り、
    前記少なくとも１つの蓄電装置の前記読み込まれたＳＯＣが所定のＳＯＣ値未満の場合は前記第１の電力から定常的な第２の電力を発電し、
    前記少なくとも１つの蓄電装置の前記ＳＯＣが前記所定のＳＯＣ値以上の場合は前記第２の電力から又は前記第１の電力と前記第２の電力との組み合わせから定常的な第２の電力を発電し、
    前記定常的な第１の電力を前記少なくとも１つの蓄電装置に、また前記定常的な第２の電力を前記電力処理装置と接続されている車両のモーターに同時に送り、
    前記電力処理装置は、少なくとも１つのＤＣＡＣコンバーター、少なくとも１つのＡＣＤＣコンバーター、少なくとも１つのブースター、少なくとも１つのＤＣＤＣコンバーター、少なくとも１つのＡＣＡＣコンバーター、少なくとも１つの制御装置、及びプロセッサを含み、
    前記第１の電力はＡＣ電力またはＤＣ電力であり、前記第２の電力はＤＣ電力である、
    ことを特徴とする車両用発電方法。
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