JP6775978B2 - 発電システムおよびエネルギー貯蔵システム - Google Patents

Description

本発明は、一般にエネルギー供給技術の分野に関し、特に、電源システム（ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍｓ）ならびに電源システムを有するエネルギー貯蔵システムに関する。

世界的石油消費量の継続的な増大およびますます顕著な環境問題を受けて、エネルギー消費量を減らすとともに、再利用エネルギー源を開発し使用することは急速に加速する開発動向である。これらの開発を受けて、再生可能なエネルギー源を使用する新しいタイプの電気自動車が出現しており、純電気自動車やハイブリッド自動車などがある。

電源システムには、通常は２種類の電圧、すなわち高電圧および低電圧がある。高電圧は、電池電圧の場合、自動車の走行および運転のための全エネルギーがパワー電池によって与えられる。低電圧は制御された電圧であり、この電圧は、モータ制御ユニット、ダッシュボード、種々のランプなどのために使用することができる。電気自動車の電源システムの既存の電源システムでは、別個の補助電源ユニットが通常は高電圧の電池（例えば、低電圧１２Ｖに変換される４８Ｖ）に必要である。しかし、既存の独立した補助電源では、補助的な電力供給を行うために別個のインバータが必要であり、結果として高コストになる。電気自動車の空間制限を考慮して、この独立した電源を追加すると大きなスペースを取ることになる。したがって、この電源システム構成内の限られたスペース内では、別個の補助電源構造は確実に低電力密度の原因となる。

したがって、上述した問題のうちの少なくとも１つを解決するために改良型システムを提供する必要がある。

本発明の一態様は、補助電源出力を与えるために使用される電源システムを提供するものであり、第１のエネルギー貯蔵装置、第１のエネルギー貯蔵装置に結合された第１のインバータ、第１の変圧器、第１のダイオート、およびコンデンサを含む。第１のインバータは、直列の第１のスイッチおよび第２のスイッチを含む。第１の変圧器は、第１のエネルギー貯蔵装置から出力される高電圧を補助電源出力端子から出力される低電圧に変圧し、１次巻線および補助巻線を含む。第１の変圧器の１次巻線は第１のエネルギー貯蔵装置と第１のスイッチおよび第２のスイッチの接続部とに接続され、変圧器の２次巻線のドット付き端子は第１のダイオードを介して補助電源出力に接続され、反対側端子は接地に接続され、コンデンサの一端は第１のダイオードのカソードに接続され、２次巻線の他端は接地に接続される。

本発明の別の態様は、エネルギー管理システムを管理し制御するために使用される、上述した電源システムの品目をすべて含むエネルギー貯蔵システムを提供するものである。電源システム内の第１のコンバータの出力端子は直流母線負荷線路に接続される。

既存の独立した補助電源構造と比較すると、本発明の電源システムおよびエネルギー貯蔵システムでは一体化された補助電源構造を使用する。この一体化構造は、少数の余分の要素を使用するだけであるが、補助電源の必要な機能をすべて実現することができ、したがって電源設計を簡略化することができる。この構造はあまりスペースを取らない。したがって、本発明の電源システムおよびエネルギー貯蔵システムは小型であるが、依然として高電力密度を提供することができる。加えて、本発明の電源システムおよびエネルギー貯蔵システムはコストを大幅に削減することができる。

本発明のこれらおよびその他の特徴、態様、および利点は、下記の詳細な説明を読むときに添付図を参照することにより、より明瞭に理解できるであろう。添付図では、同じ要素の参照番号はすべての図において同じ部分を示すために使用される。

本発明の方法を具体化する１つの可能な電源システムの回路図である。 図１に示されている電源システムに関するいくつかの電圧波形を示す図である。 本発明の方法を具体化する別の可能な電源システムの回路図である。 本発明の方法を具体化する他の可能な電源システムの回路図である。 図４に示されている電源システムに関するいくつかの電圧波形を示す図である。

この分野の技術者が本発明を明瞭に理解するのを助けるために、以下では、図と本発明の特定の実施態様の詳細な説明とを併用する。特定の実施方法の下記の詳細な説明において、本明細書は、本発明の開示に影響を与える不要な詳細を避けるために、いくつかの一般に知られている機能または構成については説明しない。

別段の定義がない限り、特許請求の範囲および本明細書内に用いられる専門用語または科学用語は、本発明の技術分野の技術者によって理解される通常の意味であるものとする。本明細書および特許請求の範囲に用いられている「第１の（Ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」、および類似語は、順序、数量、または重要性を意味するものではなく、単に異なる構成要素を区別するために用いられる。「１つの（Ａ）」または「１つの（ａ）」および類似語は、１単位を意味するものではなく、少なくとも１つの存在を示すものである。「〜を備える（Ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「〜をもつ（ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ）」および他の類似語は、「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「〜をもつ（ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ）」の前に現れる要素または物体が、「〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または「〜をもつ（ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ）」の後に現れる列挙要素または物体とその列挙要素または物体の等価要素とを、他の要素または物体を除外せずに包含することを意味する。「接続される（Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」または「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」および他の類似語は、物理的または機械的接続部に限定されるものではなく、電気接続部を直接的または間接的に含んでいてもよい。

図１は、本発明の方法を具体化する１つの可能な電源システムの回路図である。図１に示されているように、本発明の特定の一実施態様は、補助電源出力Ｏを与えるために使用される電源システム１００であり、第１のエネルギー貯蔵装置１１、第１のエネルギー貯蔵装置１１に結合された第１のインバータ２１、第１の変圧器Ｔ１、第１のダイオードＤ１、および第１のコンデンサＣ１を含む。

第１のエネルギー貯蔵装置１１は、電池、超コンデンサ（ｓｕｐｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、燃料電池、または太陽電池を含むことができる。図１に示されているこの特定の実施態様では、第１のエネルギー貯蔵装置１１は電池である。

第１のインバータ２１は、直列の第１のスイッチＳ１および第２のスイッチＳ２を含む。第１のスイッチＳ１および第２のスイッチＳ２は、並列に接続された半導体スイッチおよびダイオードを含むことができる。半導体スイッチの一例が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）である。もちろん、他のタイプの半導体スイッチを使用することもできる。

第１の変圧器Ｔ１は、第１のエネルギー貯蔵装置１１（電池）からの高電圧を補助電源出力端子Ｏからの低電圧Ｖ_O（例えば、１２Ｖ）に変圧するために使用される。第１の変圧器Ｔ１は１次巻線Ｔ１１および２次巻線Ｔ１２を含む。変圧器Ｔ１の１次巻線Ｔ１１は、第１のエネルギー貯蔵装置１１と第１のコンバータ２１の第１のスイッチＳ１および第２のスイッチＳ２の接続点Ａ１との間に接続される。例えば、図１に示されている例では、第１の変圧器Ｔ１の１次巻線Ｔ１１は第１のエネルギー貯蔵装置１１の正極側に接続され、第１の変圧器Ｔ１の１次巻線Ｔ１１の負極側は、第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２との間の接続点Ａ１に接続される。変圧器Ｔ１の２次巻線Ｔ１２の端子は第１のダイオードＤ１によって補助電源出力端Ｏに接続され、第１の変圧器Ｔ１の補助巻線Ｔ１２の終点は接地に接続される。

第１のコンデンサＣ１の一端がダイオードＤ１のカソードに接続され、第１のコンデンサＣ１の他端が接地に接続される。

本発明のこの特定の実施態様では、図１に示されているように、電源システム１００はフィルタリング回路４も含むことができる。フィルタリング回路４は、第１のダイオードＤ１および第１のコンデンサＣ１の接続点ｍと補助電源出力Ｏとの間に結合される。フィルタ回路４は、第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との間の接続点ｍで微小電圧Ｖ_mのフィルタリングを実行するものである。一例では、フィルタ回路４は、低圧降下電圧安定装置（Ｌｏｗ Ｄｒｏｐｏｕｔ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ、ＬＤＯ）４０および第２のコンデンサＣ２を含むことができる。ＬＤＯ４０の入力は、第１のダイオードＤ１および第１のコンデンサＣ１の接続点ｍに結合される。第２のコンデンサＣ２の一端はＬＤＯ４０の出力に接続され、第２のコンデンサＣ２の他端は接地に接続される。

図１を参照すると、この第１の変圧器Ｔ１Ｎ₁₂の１次巻線Ｔ１１Ｎ₁₁、第１の変圧器Ｔ１の２次巻線Ｔ１２、および第１の変圧器Ｔ１の１次巻線Ｔ１１は、第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との間の接続点ｍのＶ_mに接続される。

図１によれば、変圧器Ｔ１の１次巻線Ｔ１１の両端の電圧Ｖは次式を満たす。

Ｖ₁−Ｖ_PN≦Ｖ_L1≦Ｖ₁
上式で、Ｖ₁は第１のエネルギー貯蔵装置１１の電圧を表し、Ｖ_PNは第１の変圧器２１からの２つの出力ＰおよびＮの間の電圧を表す。

図２は、図１に示されている電源システム１００に関するいくつかの電圧波形を示す。図１および図２を組み合わせると、第１の変圧器Ｔ１の元の巻線Ｔ１１の両端での電圧Ｖ_L1が順電圧Ｖ₁であると、ダイオードＤ１は導通状態であり、第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との間の接続点ｍから電圧Ｖ_mが出力される。第１の変圧器Ｔ１の元の巻線Ｔ１１のＶ_L1が逆電圧Ｖ₁−Ｖ_PNであると、ダイオードＤ１はカットオフされ、第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との間の接続点_mに電圧が出力されない。すなわち、第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との間の接続点での電圧Ｖ_mは０（ゼロ）である。

したがって、第１の変圧器Ｔ１の巻線の補助巻線Ｔ１２の巻数Ｎ₁₂は、次式に従って選定することができる。

Ｎ₁₂＝Ｎ₁₁×Ｖ_m／Ｖ₁
図１に示されている電源システム１００はフィルタ回路４を含まない。補助電源出力端Ｏの出力電圧Ｖ_Oは、第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との間の接続点ｍでの出力電圧Ｖ_mである。図１に示されている電源システム１００がフィルタ回路４を含む場合、補助電源出力Ｏの出力電圧Ｖ_Oは、フィルタリング後の、第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との間の接続点での出力電圧Ｖ_m（図２に＋１２Ｖと示してある）である。したがって、第１のエネルギー貯蔵装置１１の電圧Ｖ₁、補助電源出力端子Ｏの出力電圧Ｖ_O、および第１の変圧器Ｔ１の１次巻線Ｔ１１の巻数Ｎ₁₁が既知であれば、第１の変圧器Ｔ１の補助巻線Ｔ１２の所要巻数Ｎ₁₂は容易に得ることができる。

図１に示されている特定の実施方法では、電源システム１００はマルチソースシステムとすることができる。したがって、電源システム１００は、第２のエネルギー貯蔵装置１２および第２のエネルギー貯蔵装置１２に結合された第２のコンバータ２２も含むことができる。第２の変圧器２２の出力端子と第１の変圧器２１の出力端子ＰおよびＮとは互いに接続される。第２のエネルギー貯蔵装置１２と第２の変圧器２２との間に第２のインダクタＬ２がある。

第２のエネルギー貯蔵装置１２としては、第１のエネルギー貯蔵装置１１のものとは異なる、電池、超コンデンサ、燃料電池、太陽電池などとすることができる。図１に示されている電源システム１００では、第２のエネルギー貯蔵装置１２は超コンデンサである。

第２の変圧器２２は、直列の第３のスイッチＳ３および第４のスイッチＳ４を含む。同様に、第３のスイッチＳ３および第４のスイッチＳ４は、並列に接続された半導体スイッチおよびダイオードを含むことができる。半導体スイッチの一例が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）である。もちろん、他のタイプの半導体スイッチを使用することもできる。

図１の電源システム１００では、補助巻線が、第１の変圧器２１上のインダクタと現在の電気系統との間にタップを介して追加され、それによって元の既存インダクタを変圧器（第１の変圧器Ｔ１）に変える必要がある。ダイオード（第１のダイオードＤ１）およびコンデンサ（第１のコンデンサＣ１）を追加することにより補助電源を実現し、それによって電源システム１００に補助電源構造を組み込むことができる。

既存の独立した補助電源構造と比較すると、本発明は一体化された補助電源構造１００を使用する。この一体化構造は、少数の余分の要素を使用するだけであるが、補助電源の必要な機能をすべて実現することができ、したがって電源設計を簡略化することができる。この構造はあまりスペースを取らない。したがって、本発明の電源システムおよびエネルギー貯蔵システム１００は小型であるが、依然として高電力密度を提供することができる。加えて、本発明の電源システム１００はコストを大幅に削減することができる。

図３は、本発明の方法を具体化する別の可能な電源システム２００の回路図である。図３では、図１の電源システム１００との違いは、図３に示されている電源システム２００において、第２のエネルギー貯蔵装置１１が超コンデンサであることである。第１の変圧器Ｔ１は、超コンデンサからの高電圧を補助電源出力端子Ｏからの低電圧Ｖ_oに変圧するために使用される。

図３に示されている特定の実施方法では、電源システム２００はマルチソースシステムとすることができる。したがって、電源システム２００は、第２のエネルギー貯蔵装置１２および第２のエネルギー貯蔵装置１２に結合された第２のコンバータ２２も含むことができる。第２の変圧器２２の出力端子と第１の変圧器２１の出力端子ＰおよびＮとは互いに接続される。第２のエネルギー貯蔵装置１２と第２のコンバータ２２との間には別個のインダクタＬ２がある。

しかし、図１の電源システム１００との違いは、図３に示されている電源システム２００において、第２のエネルギー貯蔵装置１２が電池であることである。

図３に示されている電源システムは、図１に示されている電源システム１００に匹敵する効率を達成することができるので、ここでは繰り返さない。

図４は、本発明の方法を具体化する別の可能な電源システム３００の回路図である。図４に示されている特定の実施方法では、電源システム３００はマルチソースシステムである。図１に示されているシステム１００と同様に、電源システム３００は、補助電源出力Ｏを提供するために使用される、図４に示されているマルチソースシステム３００であり、第１のエネルギー貯蔵装置１１、第１のエネルギー貯蔵装置１１に結合された第１のインバータ２１、第１の変圧器Ｔ１、第１のダイオードＤ１、第２のエネルギー貯蔵装置１２、および第２のエネルギー貯蔵装置１２に結合された第２の変圧器２２を含む。

図１に示されているマルチソースシステム１００との違いは、図４に示されている電源システム３００が第２の変圧器Ｔ２も含んでいることである。第２の変圧器Ｔ２は、第２のエネルギー貯蔵装置１２からの高電圧を補助電圧出力からの低電圧Ｖ_Oに変圧する。第２の変圧器Ｔ２は１次巻線Ｔ２１および２次巻線Ｔ２２を含む。変圧器Ｔ２の１次巻線Ｔ２１は、第２のエネルギー貯蔵装置１２と第２のコンバータ２２の第３のスイッチＳ３および第４のスイッチＳ４の接続点Ａ２との間に接続される。例えば、図４に示されている例では、第２の変圧器Ｔ２の１次巻線Ｔ２１は第２のエネルギー貯蔵装置１２の正極側に接続され、第２の変圧器Ｔ２の１次巻線Ｔ２１の負極側は、第３のスイッチＳ３と第４のスイッチＳ４との間の接続点Ａ２に接続される。変圧器Ｔ２の２次巻線Ｔ２２の端子は、第２のダイオードＤ２を介して、第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との間の接続点ｍに接続され、他方の端子は接地に接続される。

本発明のこの特定の実施態様では、図４に示されているように、電源システム３００は、第１のダイオードＤ１およびコンデンサＣ１の接続点ｍと補助電源出力Ｏとの間に結合および接続されたフィルタリング回路４も含むことができる。フィルタ回路４は、第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との間の接続点ｍで微小電圧Ｖ_mのフィルタリングを実行するものである。一例では、フィルタ回路４は、低圧降下電圧安定装置（ＬＤＯ）４０および第２のコンデンサＣ２を含むことができる。ＬＤＯ４０の入力は、第１のダイオードＤ１および第１のコンデンサＣ１の接続点ｍに結合される。第２のコンデンサＣ２の一端はＬＤＯ４０の出力に接続され、第２のコンデンサＣ２の他端は接地に接続される。

図４を参照すると、この第１の変圧器Ｔ１の１次巻線Ｔ１１の巻数はＮ₁₁であり、第１の変圧器Ｔ１の２次巻線Ｔ１２の巻数はＮ₁₂であり、第１の変圧器Ｔ１の１次巻線Ｔ１１の２つの端子間の電圧はＶ_L1であり、第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との間の接続点ｍでの電圧はＶ_mである。第２の変圧器Ｔ２の１次巻線Ｔ２１の巻数はＮ₂₁であり、第２の変圧器Ｔ２の補助巻線Ｔ２２の巻数はＮ₂₂であり、第２の変圧器の１次巻線Ｔ２１上の２つの端子間の電圧はＶ_L2である。

図４によれば、変圧器Ｔ１の１次巻線Ｔ１１の両端の電圧Ｖは次式を満たす。

Ｖ₁−Ｖ_PN≦Ｖ_L1≦Ｖ₁
上式で、Ｖ₁は第１のエネルギー貯蔵装置１１の電圧を表し、Ｖ_PNは第１の変圧器２１からの２つの出力ＰおよびＮの間の電圧を表す。

図４によれば、変圧器Ｔ２の１次巻線Ｔ２１の両端の電圧Ｖ_L2は次式を満たす。

Ｖ₂−Ｖ_PN≦Ｖ_L2≦Ｖ₂
上式で、Ｖ₂は第２のエネルギー貯蔵装置１２の電圧を表す。

図５は、図４に示されている電源システム３００に関するいくつかの電圧波形を示す。図４および図５に示されている参照と組み合わされると、第１の変圧器Ｔ１の１次側巻線Ｔ１１の両端での電圧Ｖ_L1が高電圧であり、第２の変圧器Ｔ２の１次側Ｔ２１の両側での電圧Ｖ_L2が低電圧であるとき、第１のダイオードＤ１は導通し、第２のダイオードＤ２はデッドライン（ｄｅａｄｌｉｎｅ）であり、この時点で、第１のダイオードＤ１およびコンデンサＣ１の接続部ｍの電圧Ｖ_mは、変圧器Ｔ１の第１の副巻線Ｔ１２の両端の電圧に等しく、第１の変圧器Ｔ１の電圧Ｖ_L1が元の巻線Ｔ１１の両端での低電圧であり、第２の変圧器Ｔ２の１次側Ｔ２１の両端での電圧Ｖ_L2が高電圧であるとき、第１のダイオードＤ１はデッドラインであり、第２のダイオードＤ２は導通し、この時点で、第１のダイオードＤ１およびコンデンサＣ１の接続部ｍの電圧Ｖ_mは、第２の変圧器Ｔ２の副側Ｔ２２の両端での電圧に等しく、第１の変圧器Ｔ１の１次側Ｔ１１の両端での電圧Ｖ_L1および第２の変圧器Ｔ２の元の巻線の巻線Ｔ２１の両端での電圧Ｖ_L2が低電圧であるとき、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２はデッドラインであり、この時点で、第１のダイオードＤ１およびコンデンサＣ１の接続部ｍの電圧出力はない、すなわち第１のダイオードＤ１およびコンデンサＣ１の接続部ｍの電圧Ｖ_mはゼロである。

したがって、第１の変圧器Ｔ１の巻線の補助巻線Ｔ１２の巻数Ｎ₁₂は、次式に従って選定することができる。

Ｎ₁₂＝Ｎ₁₁×Ｖ_m／Ｖ₁
したがって、第２の変圧器Ｔ２の巻線の補助巻線Ｔ２２の巻数Ｎ₂₂は、次式に従って選定することができる。

Ｎ₂₂＝Ｎ₂₁×Ｖ_m／Ｖ₂
図４に示されている電源システム３００はフィルタ回路４を含まない。補助電源出力端Ｏの出力電圧Ｖ_Oは、第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との間の接続点ｍでの出力電圧Ｖ_mである。図４に示されている電源システム３００がフィルタ回路４を含む場合、補助電源出力Ｏの出力電圧Ｖ_Oは、フィルタリング後の、第１のダイオードＤ１と第１のコンデンサＣ１との間の接続点での出力電圧Ｖ_m（図５に＋１２Ｖと示してある）である。したがって、第１のエネルギー貯蔵装置１１の既知の電圧Ｖ₁、第２のエネルギー貯蔵装置１２の電圧Ｖ₂、補助電源出力Ｏの出力電圧Ｖ_Oで、第１の変圧器Ｔ１の元の巻線Ｔ１１の巻数Ｎ₁₁および第２の変圧器Ｔ２の元の巻線Ｔ２１の巻数Ｎ₂₁を必要とし、第１の変圧器Ｔ１の副巻線コイルＴ１２の所要巻数Ｎ１２、および第２の変圧器Ｔ２の副巻線コイルＴ２２の所要巻数Ｎ₂₂が容易に得られる。

図４の電源システム３００では、補助巻線が、第１の変圧器２１上のインダクタと現在の電気系統上の第２の変圧器２２内の各変圧器との間にタップを介して追加され、それによって第１の変圧器２１および第２の変圧器２２上の元のインダクタを２つの変圧器（第１の変圧器Ｔ１および第２の変圧器Ｔ２）に変える必要がある。２つのダイオード（第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２）およびコンデンサ（第１のコンデンサＣ１）を追加することにより補助電源を実現し、それによって電源システム３００に補助電源構造を組み込むことができる。

既存の独立した補助電源構造と比較すると、本発明は、図４に示されているように、一体化された補助電源構造３００を使用する。この一体化構造は、少数の余分の要素を使用するだけであるが、補助電源の必要な機能をすべて実現することができ、したがって電源設計を簡略化することができる。この構造はあまりスペースを取らない。したがって、本発明の電源システムおよびエネルギー貯蔵システム３００は小型であるが、依然として高電力密度を提供することができる。加えて、本発明の電源システム３００はコストを大幅に削減することができる。

加えて、本発明は一種のエネルギー貯蔵システムも提供する。エネルギー貯蔵システムは、図１の電源システム１００、図３の電源システム２００、または図４の電源システム３００のいずれかを含むことができる。システム１００、２００および３００では、第１のコンバータの出力端子ＰおよびＮは直流母線負荷（図示せず）に接続される。

エネルギー貯蔵システムは、エネルギー管理システム（図示せず）の管理および制御のための電源システムに使用される１００、２００、３００も含む。電源システム１００、２００、３００が第１のエネルギー貯蔵装置１１を含む場合、エネルギー管理システムは第１のエネルギー貯蔵装置１１を制御するために使用され、電源システム１００、２００、３００が第１のエネルギー貯蔵装置１１および第２のエネルギー貯蔵装置１２を含む場合、エネルギー管理システムは、第２のエネルギー貯蔵装置１２を制御するために、第１のエネルギー貯蔵装置１１内で使用される。

エネルギー貯蔵システムは、電気自動車に適用される動的アプリケーションとして使用することができ、あるいは、エネルギー貯蔵システムは、電力網に適用される静的アプリケーションとして使用することができる。

本発明のエネルギー貯蔵システムが電気自動車に適用される場合、エネルギー貯蔵システムの直流母線負荷線路は電気自動車の駆動システムを含むことができる。

本発明のエネルギー貯蔵システムが静的アプリケーションとして使用される場合、本発明のエネルギー貯蔵システムの直流母線負荷線路は、インバータおよびインバータの電力網を含むことができる。

上述した本発明のエネルギー貯蔵システムは、電源システム１００、２００および３００に示されているように使用されると、より小型になり、より高い電力密度を有する。加えて、本発明のエネルギー貯蔵システムはコストを大幅に削減することができる。

本発明は特定の実施方法を参照して記述されているが、この分野の技術者なら、本発明に対して多くの修正および変更がなされ得ることを理解するであろう。したがって、特許請求の範囲の意図は、本発明の実際のコンセプトおよび範囲で網羅されるすべての修正および変更にあることを認識すべきである。

４ フィルタリング回路、フィルタ回路
１１ 第１のエネルギー貯蔵装置
１２ 第２のエネルギー貯蔵装置
２１ 第１のインバータ、第１のコンバータ、第１の変圧器
２２ 第２のインバータ、第２のコンバータ、、第２の変圧器
４０ 低圧降下電圧安定装置
１００ システム、補助電源構造
２００ システム
３００ システム、補助電源構造
Ａ１ 接続点
Ａ２ 接続点
Ｃ１ 第１のコンデンサ
Ｃ２ 第２のコンデンサ
Ｌ２ 第２のインダクタ
ｍ 接続点
Ｎ 出力端子
Ｏ 補助電源出力端子、補助電源出力端、補助電源出力
Ｐ 出力端子、出力
Ｓ１ 第１のスイッチ
Ｓ２ 第２のスイッチ
Ｓ３ 第３のスイッチ
Ｓ４ 第４のスイッチ
Ｔ１ 第１の変圧器
Ｔ２ 第２の変圧器
Ｔ１１ １次巻線、１次側
Ｔ１２ ２次巻線、補助巻線、副巻線コイル
Ｔ２１ １次巻線
Ｔ２２ ２次巻線、補助巻線、副側、副巻線コイル
Ｖ₁ 電圧
Ｖ₂ 電圧
Ｖ_L1 電圧
Ｖ_L2 電圧
Ｖ_m 電圧
Ｖ_O 出力電圧
Ｖ_PN ＰＮ間出力電圧
ｍ 接続部、接続点

Claims (9)

1. 電源システム（１００、２００、３００）であって、
   補助電源を提供するために使用される補助電源出力端子（Ｏ）と、
   第１のエネルギー貯蔵装置（１１）と、
   直列に接続された第１のスイッチ（Ｓ１）および第２のスイッチ（Ｓ２）を含む第１のコンバータ（２１）であって、前記第１のエネルギー貯蔵装置（１１）に結合された第１のコンバータ（２１）と、
   前記第１のエネルギー貯蔵装置（１１）からの高電圧を前記補助電源出力端子（Ｏ）から出力される低電圧に変圧する、１次巻線（Ｔ１１）および２次巻線（Ｔ１２）を含む第１の変圧器（Ｔ１）であって、前記第１の変圧器（Ｔ１）の前記１次巻線（Ｔ１１）が前記第１のエネルギー貯蔵装置（１１）と前記第１のスイッチ（Ｓ１）および前記第２のスイッチ（Ｓ２）の接続部（Ａ１）とに接続され、前記第１の変圧器（Ｔ１）の前記２次巻線（Ｔ１２）の第１の端子が第１のダイオード（Ｄ１）を介して前記補助電源出力（Ｏ）に接続され、反対側端子が接地に接続される、第１の変圧器（Ｔ１）と、
   第１のコンデンサ（Ｃ１）であって、前記第１のコンデンサ（Ｃ１）の一端が前記第１のダイオード（Ｄ１）のカソードに接続され、前記第１のコンデンサ（Ｃ１）の他端が接地に接続される、第１のコンデンサ（Ｃ１）と、
   第２のエネルギー貯蔵装置（１２）と、
   直列に接続された第３のスイッチ（Ｓ３）および第４のスイッチ（Ｓ４）を含む第２のコンバータ（２２）であって、前記第２のコンバータ（２２）が前記第２のエネルギー貯蔵装置（１２）に結合され、前記第２のコンバータ（２２）の出力端子および前記第１のコンバータ（２１）の出力端子が互いに接続される、第２のコンバータ（２２）と、
   前記第２のエネルギー貯蔵装置（１２）からの高電圧を低電圧に変圧する、１次巻線（Ｔ２１）および２次巻線（Ｔ２２）を含む第２の変圧器（Ｔ２）であって、前記第２の変圧器（Ｔ２）の前記１次巻線（Ｔ２１）が前記第２のエネルギー貯蔵装置（１２）と前記第３のスイッチ（Ｓ３）および前記第４のスイッチ（Ｓ４）の接続部（Ａ２）とに接続され、前記第２の変圧器（Ｔ２）の前記２次巻線（Ｔ１２）の第１の端子が第２のダイオード（Ｄ２）を介して前記第１のダイオード（Ｄ１）と前記第１のコンデンサ（Ｃ１）との間の接続点（ｍ）に接続され、反対側端子が接地に接続される、第２の変圧器（Ｔ２）と、
   を備え、
   第１の期間において、前記第１の変圧器（Ｔ１）の前記１次巻線（Ｔ１１）の両端間の電圧（ＶＬ１）が第１の極性を有し、前記第２の変圧器（Ｔ２）の前記１次巻線（Ｔ２１）の両側間の電圧（ＶＬ２）が前記第１の極性と反対の第２の極性を有し、前記第１のダイオード（Ｄ１）は導通し、前記第２のダイオード（Ｄ２）は導通せず、
   第２の期間において、前記第１の変圧器（Ｔ１）の前記１次巻線（Ｔ１１）の両端間の電圧（ＶＬ１）が前記第２の極性を有し、前記第２の変圧器（Ｔ２）の前記１次巻線（Ｔ２１）の両側間の電圧（ＶＬ２）が前記第１の極性を有し、前記第２のダイオード（Ｄ２）は導通し、前記第１のダイオード（Ｄ１）は導通しない、電源システム（１００、２００、３００）。
2. 前記第１の変圧器（Ｔ１）の前記２次巻線（Ｔ１２）の巻数Ｎ_１２が次式に従って計算され、
   Ｎ_１２＝Ｎ_１１×Ｖ_ｍ／Ｖ_１
   前記式中、Ｎ_１１が前記第１の変圧器（Ｔ１）の前記１次巻線（Ｔ１１）の巻数を表し、Ｖ_１が前記第１のエネルギー貯蔵装置（１１）の電圧を表し、Ｖ_ｍが前記第１のダイオード（Ｄ１）と前記第１のコンデンサ（Ｃ１）との間の前記接続点（ｍ）での電圧を表す、請求項１に記載の電源システム（１００、２００、３００）。
3. 前記第１のエネルギー貯蔵装置（１１）が電池を含み、前記第２のエネルギー貯蔵装置（１２）が超コンデンサを含む、または、前記第１のエネルギー貯蔵装置（１１）が超コンデンサを含み、前記第２のエネルギー貯蔵装置（１２）が電池を含む、請求項１または２に記載の電源システム（１００、２００、３００）。
4. 前記第１の期間と前記第２の期間の間の第３の期間において、前記第１の変圧器（Ｔ１）の前記１次巻線（Ｔ１１）の両端での電圧（ＶＬ１）が低電圧であり、前記第２の変圧器（Ｔ２）の前記１次巻線（Ｔ２１）の両側での電圧（ＶＬ２）が低電圧であり、前記第１及び第２のダイオード（Ｄ１、Ｄ２）はデッドラインとなる、請求項１に記載の電源システム（１００、２００、３００）。
5. 前記第２の変圧器（Ｔ２）の前記２次巻線（Ｔ１２）の巻数Ｎ_２２が次式に従って計算され、
   Ｎ_２２＝Ｎ_２１×Ｖ_ｍ／Ｖ_２
   前記式中、Ｎ_２１が前記第２の変圧器（Ｔ２）の前記１次巻線（Ｔ２１）の巻数を表し、Ｖ_２が前記第２のエネルギー貯蔵装置（１２）の電圧を表し、Ｖ_ｍが前記第１のダイオード（Ｄ１）と前記第１のコンデンサ（Ｃ１）との間の前記接続点（ｍ）での電圧を表す、請求項１〜４に記載の電源システム（１００、２００、３００）。
6. 前記第１のダイオード（Ｄ１）および前記第１のコンデンサ（Ｃ１）の前記接続点（ｍ）と前記補助電源出力端子（Ｏ）との間に結合されたフィルタ回路（４）をさらに含む、請求項１〜５に記載の電源システム（１００、２００、３００）。
7. 前記フィルタ回路（４）が、
   ＬＤＯ電圧安定装置（４０）であって、前記ＬＤＯ電圧安定装置（４０）の入力が前記第１のダイオード（Ｄ１）と前記第１のコンデンサ（Ｃ１）との間の前記接続点（ｍ）に結合される、ＬＤＯ電圧安定装置（４０）と、
   第２のコンデンサ（Ｃ２）であって、前記第２のコンデンサ（Ｃ２）の一端が前記ＬＤＯ電圧安定装置（４０）の出力に接続され、他端が接地に接続される、第２のコンデンサ（Ｃ２）と、
   をさらに含む、請求項６に記載の電源システム（１００、２００、３００）。
8. エネルギー管理システムを管理し制御するために使用される、請求項１〜７に記載の電源システム（１００、２００、３００）の品目をすべて含むエネルギー貯蔵システム（１００、２００、３００）であって、前記電源システム（１００、２００、３００）内の前記第１のコンバータ（２１）の前記出力端子が直流母線負荷線路に接続される、エネルギー貯蔵システム（１００、２００、３００）。
9. 前記直流母線負荷線路が、電気自動車用の電気駆動システム、またはインバータおよび前記インバータに接続された電力網を含む、請求項８に記載のエネルギー貯蔵システム（１００、２００、３００）。