JP7038469B2 - 複数のエネルギー蓄積装置を有するハイブリッドシステム - Google Patents
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Description
powered)駆動システム(電池式電気自動車、ハイブリッド電気自動車、または
プラグインハイブリッド電気自動車に使用されるものなど)に関する。
電気自動車およびハイブリッド電気自動車は、一般的に、1つ以上のエネルギー蓄積装
置によって(これ単独でまたはエンジン(例えば、内燃エンジン、タービンエンジンなど
)との組み合わせにおいて)動力供給される。この場合、このようなエネルギー蓄積装置
は、電気モータに電力供給するのに十分なエネルギーを供給するために1つ以上の電池、
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む。純粋な
電気自動車において、1つ以上のエネルギー蓄積装置は、駆動システム全体に電力供給し
、その結果、エンジンの必要性を排除している。一方、ハイブリッド電気自動車は、エネ
ルギー蓄積装置の電力およびエンジンによって供給される補助動力を含み、これにより、
エンジンおよび車両の燃料効率が大きく向上されている。
DC/DCコンバータは、電池とモータ駆動DCリンクとのインターフェースとして、
ハイブリッド電気自動車システムおよび電気自動車システムにおいて幅広く使用されてい
る。駆動システムの過渡電力能力を改善するために電力密度のより高いエネルギー蓄積装
置(ウルトラキャパシタのような)を電池と組み合わせて使用すること(このことは、電
池およびDC/DCコンバータの電力要求を低減することによりシステムのコスト全体の
低減を可能にする)が以前から提案されてきた。しかしながら、車両駆動システムにおけ
る電池およびウルトラキャパシタの既存の配置の1つの欠点は、ウルトラキャパシタがD
Cリンクおよび電池に常に接続されていることである。ウルトラキャパシタの大きな静電
容量に起因して、DCリンクキャパシタの電圧は短期間に変化し得ない。したがって、ウ
ルトラキャパシタを使用しないより一般的なシステムと比較して、負荷電力要求が低いと
きにDCリンク電圧を低下させることによってシステム効率を最適化することが困難であ
る。
したがって、システム効率を改善するためにDCリンク電圧の高速変動が達成され得る
電気推進システムおよび/またはハイブリッド電気推進システムを提供することは望まし
い。システムの電力能力に影響を及ぼすことなくこのようなDCリンク電圧が制御可能で
あることならびにウルトラキャパシタが過渡電力(双方向の)を供給し、これにより電池
およびDC/DCコンバータのサイズが最小化され得ることはさらに望ましい。
本発明の一態様によれば、駆動システムは、負荷と、負荷に電気的に結合される直流(
DC)リンクと、直列に配置される第1のエネルギー蓄積装置および第2のエネルギー蓄
積装置を有するエネルギー蓄積システムと、DCリンクおよびエネルギー蓄積システムに
電気的に結合される双方向DC-DCコンバータであって、第1のエネルギー蓄積装置と
第2のエネルギー蓄積装置との間に配置されるノードおよび第2のエネルギー蓄積装置と
DCリンクとを接続するノードに接続される双方向DC-DCコンバータとを含む。
本発明の別の態様によれば、負荷に電力を供給するためのエネルギーシステムは、DC
リンクを介して負荷に電気的に結合可能なエネルギー蓄積システムを含み、エネルギー蓄
積システムは、直列に配置される第1のエネルギー蓄積装置および第2のエネルギー蓄積
装置をさらに含み、第1のエネルギー蓄積装置、第2のエネルギー蓄積装置は、DCリン
クに直接結合される。また、エネルギーシステムは、DCリンクおよびエネルギー蓄積シ
ステムに電気的に結合される双方向DC-DCコンバータを含み、双方向DC-DCコン
バータは、第1のエネルギー蓄積装置への/からの電力が双方向DC-DCコンバータを
介して選択的に送られるように第1のエネルギー蓄積装置とDCリンクとを接続し、双方
向DC-DCコンバータは、第2のエネルギー蓄積装置への/からの電力がDC-DCコ
ンバータをバイパスするように配置される。
本発明のさらに別の態様によれば、駆動システムは、負荷と、負荷に電気的に結合され
る直流(DC)リンクと、第1のエネルギー蓄積装置および第2のエネルギー蓄積装置を
有するエネルギー蓄積システムと、双方向DC-DCコンバータであって、第1のエネル
ギー蓄積装置が双方向DC-DCコンバータを介してDCリンクに接続され、第2のエネ
ルギー蓄積装置がDCリンクに直接結合されるように配置される双方向DC-DCコンバ
ータと、第2のエネルギー蓄積装置とDCリンクとの間に配置されるスイッチであって、
DCリンクへの/からの第2のエネルギー蓄積装置の接続および切断を選択的に行うため
に閉位置および開位置において動作可能なスイッチとを含む。
本発明のさらに別の態様によれば、駆動システムは、負荷と、負荷に電気的に結合され
る直流(DC)リンクと、駆動システムの低電圧側に配置される第1のエネルギー蓄積装
置と、駆動システムの高電圧側に配置される第2のエネルギー蓄積装置と、DCリンクか
ら第1のエネルギー蓄積装置を減結合するために低電圧側と高電圧側との間に配置される
双方向DC-DCコンバータであって、高電圧側のDCリンクに供給するために第1のエ
ネルギー蓄積装置からの電圧を昇圧する双方向DC-DCコンバータとを含む。また、駆
動システムは、第2のエネルギー蓄積装置とDCリンクとの間に配置されるスイッチを含
み、スイッチは、DCリンクへの/からの第2のエネルギー蓄積装置の接続および切断を
選択的に行うために閉位置および開位置において動作可能である。
様々な他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかにされる。
図面は、本発明を実施するために現在考えられる好ましい実施形態を示している。
ハイブリッド電力駆動システムの過渡電力能力を改善する、電力密度の高いエネルギー
蓄積装置およびエネルギー電池の配置が示されている。また、電力密度の高いエネルギー
蓄積装置とエネルギー電池を有する駆動システムとを選択的に接続および切断するための
スイッチング装置であって、DCリンク電圧の高速変動を可能にし、駆動システムの効率
を改善するスイッチング装置が示されている。
最初に図1を参照すると、本発明の実施形態に係る駆動システム10(車両推進システ
ムなど)が示されており、駆動システム10は、エネルギーシステム11を有し、エネル
ギーシステム11は、DC/DCコンバータ12およびエネルギー蓄積システム15を含
む。エネルギー蓄積システム15は、第1のエネルギー蓄積装置14および第2のエネル
ギー蓄積装置20を含む。例示的な実施形態において、第1のエネルギー蓄積装置14は
、高比エネルギー電池であり、第2のエネルギー蓄積装置20は、ウルトラキャパシタで
ある(これらのエネルギー蓄積装置は、以下では電池14およびウルトラキャパシタ20
と呼ぶ)。しかしながら、本発明の他の実施形態において、エネルギー蓄積装置は、異な
る形態で提供されてもよい(第2のエネルギー蓄積装置20が、リチウムイオン電池また
は他の電力密度の高いエネルギー蓄積装置であるなど)ことが理解され、このような代替
的な実施形態は、本発明の範囲内にあると理解される。
駆動システム10において、DC/DCコンバータ12は、システムの低電圧側の電池
14と高電圧DCリンク16とを接続し、また、DCリンクキャパシタ18が、随意に、
フィルタリングを行うためにDCリンクに設けられる(例えば、DC/DCコンバータ1
2の構成に応じて)。また、ウルトラキャパシタ20が、電池14と高電圧DCリンク1
6との間に配置されており、ウルトラキャパシタ20の電圧は、DCリンク16の電圧と
電池14の電圧との差である。ウルトラキャパシタ20は、DCリンク16から充電され
、またDCリンク16に放電し得る。電池14は、ウルトラキャパシタ20に直列に結合
されており、これにより、電池14およびウルトラキャパシタ20の組み合わされた出力
電力が、ノード21への伝達のためにDCリンク16に供給され得るようになっている。
図1に示されているように、DC/DCコンバータ12は、電池14とウルトラキャパシ
タ20との間に配置されたノード21に接続されており、これにより、電池14の電圧出
力が、DC/DCコンバータ12に供給され得るようになっており、ウルトラキャパシタ
20の電圧出力をDC/DCコンバータ12に流す必要がなくなっている。DC/DCコ
ンバータ12は、ウルトラキャパシタ20とDCリンク16とを接続するノード22にさ
らに接続されており、これにより、例えば、DC/DCコンバータ12の昇圧された出力
が、DCリンク16に直接供給され、DCリンク16に電力を供給するためにウルトラキ
ャパシタ20の出力と組み合わされ得るようになっている。
図1のエネルギー蓄積システム15は、ウルトラキャパシタ20が電池14の上にノー
ド22に隣接して配置されているものとし示されているが、ウルトラキャパシタ20およ
び電池14の配置は逆であってもよいことが理解される。すなわち、別の実施形態によれ
ば、電池14は、ノード22に隣接するようにしてウルトラキャパシタ20の上に配置さ
れてもよい。
DCリンク16を伴う、DC/DCコンバータ12、電池14、およびウルトラキャパ
シタ20の上で説明した配置によって実現される駆動システム10の電力能力が、図2に
示されている。そこから分かるように、電池のみに関して、電力能力は、23に示されて
いるように概略図において単一の線として単純化されている。電池電圧は、簡単にするた
めに一定であると想定されているが、実際には、電池電圧は、放電電力または充電電力が
電池の内部インピーダンスに起因して変動するにつれて低下または上昇する(このとき、
電池電圧および充電状態の両方が変化する)。十分な出力を有するDC/DCコンバータ
を付け加えることによって、システムの動作空間は、24に示されているようにより高い
電圧をカバーするよう拡大され得る。すなわち、DC/DCコンバータを付け加えること
によって、システム電圧の限界は、DC/DCコンバータの電圧限界まで高くなる。DC
/DCコンバータの電力能力によっては、電池の電力能力が完全に利用されない場合があ
る。図1に示され、説明されているように、ウルトラキャパシタが、26に示されている
ようにシステムの電力能力を改善するために付け加えられ得る。理想的には、ウルトラキ
ャパシタの電力能力は、特定の電流定格に関するその端子電圧の線形関数である。その大
きな静電容量に起因して、ウルトラキャパシタは、所望の電圧レベルにプリチャージされ
たら瞬間的に高い電力を供給することができる。一般的に、ウルトラキャパシタの充電電
流または放電電流の最大レベルは、電池よりも大きい。電力が、電池およびウルトラキャ
パシタの直列経路のみを介して供給される場合、ウルトラキャパシタの出力電力は、電池
の最大電流によって制限される。ウルトラキャパシタにまたはウルトラキャパシタからよ
り高い電力を供給するために、DC/DCコンバータは、電池がそれ自体の最大電流内で
充電または放電を行う一方で、ウルトラキャパシタの電流レベルが電池よりも大きくなり
得るようにウルトラキャパシタと電池との間のノードに注入される電流を制御し得る。こ
のように、DC/DCコンバータは、ウルトラキャパシタと電池との電流の差のみを処理
する。同じことが、ウルトラキャパシタの電流能力が電池よりも低い場合にも当てはまる
。
次に図3を参照し、図1に戻って参照すると、駆動システム10の例示的な動作サイク
ル30が示されている。32に示されているように、システム10は、最初は待機モード
にあり、このとき、電力伝送は行われない。負荷要求がない期間中に、34に示されてい
るように、DC/DCコンバータ12は、DCリンク電圧を上昇させ、ウルトラキャパシ
タ20を充電する。最初はゼロ電圧から始まり、ウルトラキャパシタ20に流入する電力
は、ウルトラキャパシタの最大電流によって制限される。また、ウルトラキャパシタ20
に流入する電力は、DC/DCコンバータ12の能力または充電電力コマンドによって制
限され得る。次に、負荷が、36に示されているように電力を要求するとき、電池14は
、DC/DCコンバータ12を介して負荷に電力を供給し、一方で、ウルトラキャパシタ
20は、充電を続ける。38に示されているように、負荷電力が維持され、このときに、
ウルトラキャパシタ20が、電力を供給するために放電するとき、DC/DCコンバータ
12は、電流をバイパスし、電池14は、電力を供給しない。40において、電池14は
、DC/DCコンバータ12を介して負荷電力のすべてを供給し、このとき、ウルトラキ
ャパシタ電圧およびDCリンク電圧は一定のままである。回生電力が、42に示されてい
るように電池14およびウルトラキャパシタ20の両方に供給されるとき、ウルトラキャ
パシタ電圧およびDCリンク電圧は上昇する。DC/DCコンバータ12が、44に示さ
れているように遮断されるとき、電池14およびウルトラキャパシタ20は、一緒に負荷
電力を供給する。次に、46に示されている期間中、回生電力は、ウルトラキャパシタ2
0にのみ供給され、その間、電池の充電状態(SOC:state-of-charge
)は一定のままである。
DCリンク16を伴う、DC/DCコンバータ12、電池14、およびウルトラキャパ
シタ20の配置は、駆動システム10の過渡電力能力を改善するが、ウルトラキャパシタ
20が、駆動システム10ではDCリンク16および電池14に常に接続されていること
が理解される。これを受けて、DCリンク電圧がより良い効率の必要性に応じてより高速
に変動するように制御されることを可能にするためにウルトラキャパシタがDCリンク1
6および電池14から切断され得る代替的な駆動システム100が、図4に示されている
。
図4に示されているように、駆動システム100は、エネルギー蓄積システム106お
よび双方向昇圧コンバータ108から構成されたエネルギーシステム102を含み、エネ
ルギー蓄積システム106は、電池110(例えば、高比エネルギー電池)およびウルト
ラキャパシタ112を含む。しかしながら、図1に関して上で言及したように、本発明の
他の実施形態において、電池110およびウルトラキャパシタ112の代わりに、他の適
切なエネルギー蓄積装置が用いられてもよい(例えば、ウルトラキャパシタが、高電力リ
チウムイオン電池に置き換えられるなど)ことが理解される。エネルギー蓄積システム1
06は、直流(DC)リンク114を介してDC-ACインバータ116および負荷11
8に結合されている。なお、負荷118は、好ましくは、電気駆動装置(ACモータなど
)であるが、これに限定されない。一実施形態において、DCリンクキャパシタ104は
、DCリンク114の電力をフィルタリングするためにDCリンク114に設けられてい
るが、一部の実施形態において、DCリンクキャパシタは必要ないことが理解される。
双方向昇圧コンバータ108は、高比エネルギー電池110およびウルトラキャパシタ
112から受ける、DCリンク114への電圧ならびに/またはDCリンク114から高
比エネルギー電池110およびウルトラキャパシタ112への逆電圧を昇圧するように動
作可能である。昇圧動作モードにおいて、高比エネルギー電池110およびウルトラキャ
パシタ112の組み合わせは、電気エネルギーを双方向昇圧コンバータ108に伝送し、
次に、双方向昇圧コンバータ108は、DCリンク114に昇圧された電圧を供給する。
すなわち、エネルギーシステム102の低電圧側で(電池110によって)供給される電
圧が、双方向昇圧コンバータ108によって昇圧され、これにより、エネルギーシステム
102の高電圧側のDCリンク114に供給される電圧が上昇されるようになっている。
双方向昇圧コンバータ108を介して供給される電気エネルギーは、動的に制御されるも
のであり、電池110および/またはウルトラキャパシタ112の充電の容量および要求
に依存する。
また、DCリンク114には、動的リターダ120が結合されている。動的リターダ1
20は、電気駆動装置118が回生モードで動作される(このとき、電気エネルギーは、
回生制動事象中にDC-ACインバータ116を介してDCリンク114に戻される)と
きにDCリンク114に生じるDC電圧を制限するように機能する。さらに、電気駆動装
置118が、回生制動モードで動作するとき、駆動システム100は、DCリンク114
を介してマルチチャンネル双方向昇圧コンバータ108を経由して回生電気エネルギーを
供給する(この結果、電気エネルギーは、電池110およびウルトラキャパシタ112の
少なくとも一方において回収および蓄積される)ように構成されている。従来、双方向昇
圧コンバータ108を介して結合される高比エネルギー電池110のみを有するシステム
において、回生エネルギーの大部分は、増加した電流によって高比エネルギー電池110
において回収しなければならなかった。したがって、高い損失が、電池110の電荷受容
量の限界および電圧限界に起因して、高比エネルギー電池の内部抵抗および双方向昇圧コ
ンバータ108の両方で発生していた。しかしながら、図4に示されている構成において
、双方向昇圧コンバータ108および高比エネルギー電池110の両方における損失は大
きく低減される。すなわち、ウルトラキャパシタ112および高比エネルギー電池110
の構成は、回生エネルギーの多くが、高比エネルギー電池110が回生エネルギーを回収
することのみに依存するのではなくウルトラキャパシタ112において回収されることを
可能にする。高比エネルギー電池110とは異なり、ウルトラキャパシタ112は、低い
充電状態(SOC)で動作可能であり、急速な高速電荷受容が可能である。したがって、
ウルトラキャパシタ112は、車両減速中に電気駆動装置118が発生させる高電圧回生
エネルギーから回生電力の多くを受容することが可能であり、これにより、双方向昇圧コ
ンバータ108および高比エネルギー電池110内のより低い電気損失および熱サイクル
ストレス(thermal cycling stress)がもたらされ、この結果、
駆動システム100の全体効率が改善される。
ウルトラキャパシタ112を含めることは、双方向昇圧コンバータ108および高比エ
ネルギー電池110の両方において発生する損失を低減する(ウルトラキャパシタを含ま
ないシステムに比べて)ことを助けるが、ウルトラキャパシタ112の大きな静電容量に
起因して、DCリンク114の電圧は短期間に変化し得ないことが理解される。すなわち
、ウルトラキャパシタ112が、DCリンク114および電池110に常に接続されてい
る場合、DCリンク114の電圧は短期間に変化し得ない。したがって、負荷電力要求が
低いときにDCリンク電圧を低下させることによって駆動システムの効率を最適化するた
めに、スイッチ122が、エネルギーシステム102に設けられ、図4に示されているよ
うにウルトラキャパシタ112と高電圧DCリンク114との間に配置されている。スイ
ッチ122は、DCリンク114に/からウルトラキャパシタ112を選択的に接続およ
び切断するように動作可能であり、したがって、スイッチ122は、DCリンク電圧がよ
り良い効率でより高速に変動することを可能にするためにウルトラキャパシタ112を選
択的に切断することができる。スイッチ122は、図4では単純な接触器型の機械スイッ
チとして示されているが、任意の適切なスイッチが使用されてもよいことが理解される。
また、スイッチ122は、本発明のさらなる実施形態に関してより詳細に説明されるよう
に、そこを通る一方向または双方向の電流の流れを制御する。
駆動システム100の動作において、開位置と閉位置との間でのスイッチ122の作動
は、電気駆動装置118の電力要求ならびにエネルギー蓄積システム106の電池110
およびウルトラキャパシタ112の電力および電圧の要求/レベルに基づいて制御される
。スイッチ122の作動によってウルトラキャパシタ112を選択的に利用する際に、ウ
ルトラキャパシタ112が電力の供給および吸収を行う能力を有することを可能にするた
めに、その電圧は、公称値Vnomに制御される。ウルトラキャパシタ112の公称電圧Vn
omは、ウルトラキャパシタの最低動作電圧V1とウルトラキャパシタの最大電圧V4との
間の電圧値である、と本明細書では定義される。公称電圧Vnomは、ウルトラキャパシタの
要求充電閾値V2(過渡電力の供給に求められる蓄積エネルギーの最小量に依存する)お
よびウルトラキャパシタの要求放電閾値V3(所望のエネルギー吸収を可能にする最も高
い蓄積エネルギーに対応する)との間のものとしてさらに定義される。駆動システム10
0の動作において、ウルトラキャパシタ電圧が、V3よりも高いとき、駆動システムは、
可能なときに、ウルトラキャパシタの電圧がV3からVnomに低下するようにウルトラキャ
パシタを放電させるよう動作する。同様に、ウルトラキャパシタ電圧が、V2よりも低い
とき、駆動システムは、可能なときに、ウルトラキャパシタの電圧がV2からVnomに上昇
するようにウルトラキャパシタを充電するよう動作する。
図4に示されているように、車両システムコントローラ125は、駆動システム100
に含まれ、エネルギーシステム102(DC-DCコンバータ108、電池110、ウル
トラキャパシタ112、およびスイッチ122を含む)、インバータ116、ならびに電
気駆動装置118と、これらから入力を受信し、これらの動作を制御するために動作通信
する。コントローラ125は、電気駆動装置118の電力要求ならびに電池110および
ウルトラキャパシタ112の電圧レベルに基づいてエネルギーシステム102の構成要素
の動作を制御するように動作する。より具体的には、コントローラ125は、DC-DC
コンバータ108の動作を制御し(電圧を昇圧する/逆にするために)、開位置と閉位置
との間でのスイッチ122の作動を制御し、電気駆動装置118の電力要求ならびに電池
110およびウルトラキャパシタ112の電圧レベルに基づいて電池110およびウルト
ラキャパシタ112の充電および放電を制御する。
図4のエネルギー蓄積システム106は、ウルトラキャパシタ112が電池110の上
にスイッチ122に隣接して配置されているものとして示されているが、ウルトラキャパ
シタ112、電池110、およびスイッチ122の配置は逆であってもよいことが理解さ
れる。すなわち、別の実施形態によれば、電池110は、ウルトラキャパシタ112の上
に配置されてもよく(この場合、電池110は、ノード124の上となり、ウルトラキャ
パシタ112は、ノード124の下となる)、この場合、スイッチ122の位置は、ウル
トラキャパシタ112の、DCリンク114との接続を制御するためにウルトラキャパシ
タ112に隣接し続けるように移動される。
次に図5を参照し、引き続き図4を参照すると、駆動システム100の例示的な動作サ
イクル126(車両システムコントローラ125によって制御され得るものなど)が、そ
の動作をより良く示し、説明するために示されている。動作サイクル126は、128に
示されているようにシステム100が最初に待機モードにある状態から始まり、このとき
、電力伝送は行われない。スイッチ122は、待機モード中は開かれている。待機後では
あるが、負荷要求がない期間中、130に示されているように、スイッチ122は閉じら
れ、双方向昇圧コンバータ108は、ウルトラキャパシタ112を公称電圧Vnomに充電す
るためにDCリンク電圧を上昇させる。電池110から得ることができる電力を超えない
負荷電力要求が開始される期間中、132に示されているように、スイッチ122は開か
れ、これにより、ウルトラキャパシタ電圧は、公称値のままとなる。この期間中、双方向
昇圧コンバータ108が、DCリンク電圧を低下させる一方で、電池110は、負荷電力
を供給し、これにより、DCリンク114に取り付けられたモータ駆動コンバータ116
のスイッチング損失が低減される。次の期間134中、スイッチ122の位置は同じまま
(すなわち、開かれたまま)であり、負荷電圧要求は、増大するが、依然として電池電圧
よりも低く、電池110は、負荷電力を供給し続ける。
動作サイクル126の次のステップにおいて、136に示されているように、負荷電圧
要求は、電池電圧よりも高いレベルに増大する。この期間中、双方向昇圧コンバータ10
8は、電圧要求を満たすために、電池110によって供給される電圧を昇圧して、DCリ
ンク電圧を上昇させるように機能する。このとき、スイッチ122は、依然として開かれ
たままである。次の期間138中、DCリンク電圧は、公称値に達し、電池110は、負
荷電力のすべてを供給し続け、双方向昇圧コンバータ108は、電池110によって供給
される電圧を昇圧し続ける。また、期間138中に、スイッチ122は、ウルトラキャパ
シタ112とDCリンク114とを接続するために閉じられる。ウルトラキャパシタ11
2が、DCリンク114に接続されると、期間140中に電気駆動装置118に加えられ
る大きな過渡負荷が、電池110およびウルトラキャパシタ112の組み合わせによって
処理され得る。このとき、ウルトラキャパシタ112は、この負荷を満たすために増大し
た電力を共同で供給する目的で、電池110によって供給される電力を補うために電力を
放電する。また、期間140中に、DCリンク電圧は、ウルトラキャパシタ112の放電
に起因して低下する。
142に示されているように、電気駆動装置118に加えられる負荷が低下するとき(
およびウルトラキャパシタ112の放電後)の動作サイクル126の期間中、電池110
は、負荷電力およびウルトラキャパシタ112をその公称電圧に充電する電力を供給する
ように機能する。より具体的には、ウルトラキャパシタ112が、その要求充電閾値V2
に近い電圧にある場合、ウルトラキャパシタ112の再充電が、電池110からの電力に
よって実行される。大きな回生過渡電力(例えば、モータ駆動装置の回生制動中に発生し
得るものなど)が駆動システム100に発生する期間144において、DCリンク電圧が
、公称値を上回り、これにより、再充電電力が、電池110およびウルトラキャパシタ1
12の両方に供給される。期間144の最後に、ウルトラキャパシタ112は、高電圧(
要求放電閾値V3の電圧または最大電圧V4に近い電圧など)に再充電される。これによ
り、負荷電力要求が小さな負荷電圧要求として電気駆動装置118によって再び開始され
る次の期間146において、ウルトラキャパシタ112は、負荷電力を供給するために、
また電池110を充電する小さな電力を供給するために放電する。また、この期間146
中に、DCリンク電圧は、公称値に低下する。
期間138、140、142、144、146のそれぞれにおいて、スイッチ122は
、閉位置にあり、これにより、ウルトラキャパシタ112は、DCリンク114に接続さ
れる。しかしながら、DCリンク電圧が公称値に低下し、負荷電力要求が電池110の能
力よりも低い時点に達すると、期間148が、DCリンク114からウルトラキャパシタ
112を切断するためにスイッチ122を開くことによって開始される。期間148中、
双方向昇圧コンバータ108は、DCリンク電圧を電池電圧に低下させ、このとき、電池
110のみが、負荷電力を供給する。同時に、モータ駆動コンバータ116のスイッチン
グ損失が、低下したDCバス電圧のおかげで低減され得る。DCリンク電圧が電池電圧の
ままであるその後の期間150中、電池110は、負荷電力を供給し続け、次に、動作サ
イクル126は、回生電力が再び発生する期間152で終了する。期間152において、
スイッチ122は開かれたままであり、DCリンク電圧は、電池電圧に等しく、電気駆動
装置118からの回生電力は、低電圧で電池110に供給される。
次に図6を参照し、引き続き図4に戻って参照すると、駆動システム100のエネルギ
ーシステム102を動作させるための手法156が説明されている。なお、手法156は
、例えば車両システムコントローラ125によって実施され得ることが理解される。手法
156の最初に、ステップ158において、システム負荷(すなわち、電気駆動装置11
8)の負荷要求が最初に測定されるか、あるいは求められる。次に、負荷電力要求が、ス
テップ160において電池110の電力能力と比較され、負荷電力に関するコマンドもし
くは要求が電池の電力能力よりも大きいか否か(Pload>Pbatt)または電池の電力が、
負荷が発生させる電力(回生制動中の電力など)を受けることが可能であるものであるか
否か(Pload<P-batt)に関して判定がなされる。
ステップ160において、負荷電力要求が電池の電力よりも大きいか、または、負荷が
回生電力を電池に供給し得ると判定されたら、162に示されているように、手法は、ス
テップ164に進み、そこでは、スイッチ122が現在閉位置にある(すなわち、SW=
1)か否かに関して判定がなされる。ステップ164において、スイッチは閉じられてい
ると判定されたら、166に示されているように、手法は、ステップ168に進み、そこ
では、ウルトラキャパシタ112の電圧がウルトラキャパシタの最低動作電圧V1未満で
あるか否かまたはウルトラキャパシタ112の電圧がウルトラキャパシタの最大電圧V4
よりも大きいか否かについての判定がなされる。ステップ168において、ウルトラキャ
パシタ112の電圧がV1未満であるか、またはV4よりも大きいと判定されたら、17
0に示されているように、手法は、ステップ172に進み、そこでは、ウルトラキャパシ
タ112の充電または放電が阻止される。また、ステップ172において、電気駆動装置
118に電力を供給する電力コマンドが低減される。
上記の代わりに、ステップ168において、ウルトラキャパシタ112の電圧が電圧V
1と電圧V4との間にある(すなわち、V1未満ではないし、V4よりも大きくない)と
判定されたら、174に示されているように、手法は、ステップ176に進み、そこでは
、ウルトラキャパシタ112の規定の限界内で、電気駆動装置118への/からの電力が
、電池110およびウルトラキャパシタ112によって供給される、または受けられる。
すなわち、ステップ176において、ウルトラキャパシタ112の電圧が、ウルトラキャ
パシタの要求充電閾値V2を上回り続ける限り、電気駆動装置118への/からの電力が
、ウルトラキャパシタ112および電池110によって供給されるか、または受けられる
。
次にステップ164に戻って参照すると、ステップ164において、スイッチ122は
開かれていると判定されたら、178に示されているように、手法は、ステップ180に
進み、そこでは、ウルトラキャパシタ112の電圧がウルトラキャパシタの最低動作電圧
V1未満であるか否かまたはウルトラキャパシタ112の電圧がウルトラキャパシタの最
大電圧V4よりも大きいか否かについての判定がなされる。ステップ180において、ウ
ルトラキャパシタ112の電圧がV1未満であるか、またはV4よりも大きいと判定され
たら、182に示されているように、手法は、ステップ184に進み、そこでは、スイッ
チ122は開かれたままにされ、負荷に関する電力コマンドが、電力コマンドを、電池1
10から得ることができる電力未満にするために低減される。
上記の代わりに、ステップ180において、ウルトラキャパシタ112の電圧が電圧V
1と電圧V4との間にある(すなわち、V1未満ではないし、V4よりも大きくない)と
判定されたら、186に示されているように、手法は、ステップ188に進み、そこでは
、DCリンク電圧は、電池110およびウルトラキャパシタ112の電圧の合計に一致す
るレベルに制御され、次に、スイッチ122が閉じられる。スイッチ122が閉じられた
後、電力は、電池110およびウルトラキャパシタ112の組み合わせによって供給また
は吸収され得る。このようにして、ウルトラキャパシタ112は、充電または放電される
状態となる。
次にステップ160に戻って参照すると、ステップ160において、負荷電力要求が電
池の電力未満であるか、または、負荷が回生電力を電池に供給し得ると判定されたら、1
90に示されているように、手法は、ステップ192に進み、そこでは、スイッチ122
が現在閉位置にある(すなわち、SW=1)か否かに関して判定がなされる。ステップ1
92において、スイッチは閉じられていると判定されたら、194に示されているように
、手法は、ステップ196に進み、そこでは、DCリンク電圧が、公称電池電圧Vbattno
mおよび公称ウルトラキャパシタ電圧Vnomの合計に等しい公称DCリンク電圧値VDCnomに
制御/変更される。DCリンク電圧を公称DCリンク電圧値VDCnomに変更したら、手法は
、ステップ198に進み、そこでは、負荷118の電圧要求が電池110の電圧未満であ
るか否かに関して判定がなされる。ステップ198において、負荷118の電圧要求が電
池110の電圧未満であると判定されたら、200に示されているように、手法は、ステ
ップ202に進み、そこでは、スイッチ122が、DCリンク114からウルトラキャパ
シタを切断するために開かれる。
ステップ192に戻って参照すると、ステップ192において、スイッチ122は開か
れていると判定されたら、204に示されているように、手法は、ステップ206に進み
、そこでは、ウルトラキャパシタ112の電圧が要求放電電圧閾値V3よりも大きいか否
かまたはウルトラキャパシタ112の要求充電電圧閾値V2未満であるか否か(すなわち
、ウルトラキャパシタの電圧はV2とV3との間にあるか否か)についての判定がなされ
る。ステップ206において、ウルトラキャパシタ112の電圧が電圧閾値V2と電圧閾
値V3との間にない(すなわち、V3よりも大きいか、またはV2未満である)と判定さ
れたら、208に示されているように、手法は、ステップ210に進み、そこでは、スイ
ッチ122が閉じられ、エネルギーシステム102は、DCリンク電圧をウルトラキャパ
シタ112の電圧に一致するレベルに変更するために制御される。
ステップ206において、ウルトラキャパシタ112の電圧が電圧閾値V2と電圧閾値
V3との間にあると判定されたら、212に示されているように、手法は、ステップ21
4に進み、そこでは、電気駆動装置118の電圧要求が電池110の電圧未満であるか否
かについての判定がなされる。ステップ214において、電気駆動装置118の電圧要求
が電池110の電圧未満であると判定されたら、216に示されているように、手法は、
ステップ218に進み、そこでは、電気駆動装置118の電圧要求を満たすために双方向
昇圧コンバータ108を通る電圧の径路は必要ないため、双方向昇圧コンバータ108が
遮断される。逆に、ステップ214において、電気駆動装置118の電圧要求が電池11
0の電圧よりも大きいと判定されたら、220に示されているように、手法は、ステップ
222に進み、そこでは、DCリンク電圧が、電気駆動装置118の電圧要求を満たすよ
うに制御/変更され、双方向昇圧コンバータ108が、DCバスに電圧を供給する前に、
電池110によって出力された電圧を変更する(すなわち、昇圧する)。ステップ222
においてDCリンク電圧を制御する間、スイッチ122は開かれたままにされ、これによ
り、ウルトラキャパシタ112は、DCリンク114から切断されたままとなり、この結
果、DCリンク電圧は、ウルトラキャパシタ112がDCリンクに接続されている場合よ
りも高速に変動することが可能である。
手法156を実行する際に、双方向昇圧コンバータ108は、可能なときに、ウルトラ
キャパシタ電圧を公称値Vnomに保つように動作される。ウルトラキャパシタを公称電圧V
nomに維持することによって、ウルトラキャパシタは、特定の時点でエネルギーを供給また
は吸収するために利用可能となる。加えて、負荷が公称DCリンク電圧(Vbattnom+Vn
om)よりも高い電圧を必要としないときは常に、ウルトラキャパシタは、システム効率が
最適化され得るようにDCリンクから切断される。
次に図7を参照すると、図4の駆動システム100とは異なる、エネルギー蓄積装置の
配置においてスイッチ122が利用されてもよいことが理解される。図7では、駆動シス
テムで用いるエネルギーシステム226が、本発明の別の実施形態に従って示されている
。エネルギーシステム226は、エネルギー蓄積システム230および双方向昇圧コンバ
ータ232から構成されており、エネルギー蓄積システム230は、電池236およびウ
ルトラキャパシタ234を含む。図7に示されているように、電池236は、エネルギー
システム226の低電圧側237に配置され、ウルトラキャパシタ234は、エネルギー
システム226の高電圧側239に配置されており、ウルトラキャパシタ234は、スイ
ッチ122を介してDCリンク238に選択的に接続されるようになっている。スイッチ
122は、ウルトラキャパシタ234がDCリンク238に/から選択的に接続および切
断されることを可能にし、これにより、DCリンク電圧がより良い効率の必要性に応じて
より高速に変動するように制御されることを可能にしている。動作において、スイッチ1
22のスイッチングは、図6の手法156に詳細に述べられているように実行されてもよ
い。
図4および図7に示されているエネルギーシステム102、226は、開位置と閉位置
との間で移動可能な機械スイッチまたは機械的接点の形態のスイッチをその中に含むもの
として示されているが、エネルギーシステム102、226は、任意の種類のスイッチ(
すなわち、機械スイッチまたは電子スイッチ)を利用してもよいことが理解される。次に
図8~図10を参照すると、エネルギーシステムに利用され得る異なるスイッチング装置
の例が、本発明の実施形態に従って示されている。エネルギーシステムに設けられるスイ
ッチング装置の種類は、スイッチング装置が一方向または双方向において遮断し、導電さ
せる必要性/要望に基づいて選択されてもよい。
最初に図8を参照すると、双方向の電流を遮断し、導電させるために制御可能なスイッ
チング装置240が示されており、ここでは、スイッチング装置240は、1対のスイッ
チであって、それぞれが逆並列ダイオード244と共に単一のIGBT242を含む1対
のスイッチの配置の形態をとっている。DCリンク114およびウルトラキャパシタ11
2の電圧は、完全に減結合され得る。実現可能な動作DCリンク電圧は、電池電圧と最大
DCリンク電圧との間にある。この構成は、部分負荷状態中のコンバータ効率の最適化の
完全能力を可能にする。ウルトラキャパシタ最大電圧は、最大DCリンク電圧と電池電圧
との差以下に選択されてもよい。高い過渡電力を供給するか、または受けることができる
ためには、DCリンク114は、ウルトラキャパシタ112に接続されなければならない
。したがって、高い過渡電力を供給するための動作DCリンク電圧は、電池電圧足すウル
トラキャパシタ電圧である。負荷の分割は、DC/DCコンバータ108によって自由に
制御されてもよい。駆動システム100およびエネルギーシステム102の全体的な性能
(電力能力およびシステム効率を含む)を最適化するために、充電および放電の任意の組
み合わせが可能である。部分負荷状態において、DCリンク電圧は、システム効率を最適
化するために制御される。部分負荷動作中、負荷電力のすべては、電池110によって供
給されるか、または受けられる。
次に図9および図10を参照すると、逆並列ダイオード244を伴う単一のIGBT2
42の形態のスイッチング装置246、248が提供される。なお、スイッチング装置2
46とスイッチング装置248とでは、ダイオードの方向が反対である。スイッチング装
置246、248は、その中のダイオード244の方向に基づいて一方向においてのみ電
圧を遮断し得る。図9のスイッチング装置246の場合、DCリンク114は、DCリン
ク電圧が電池およびウルトラキャパシタの電圧の合計よりも高いときにウルトラキャパシ
タ112を自動的に充電する。DCリンクの静電容量は、ウルトラキャパシタ112より
もかなり小さいため、DCリンク電圧は迅速に変化し得る。一方、ウルトラキャパシタ1
12は、充電または放電を行って所望の電圧に達するために、かなりのエネルギーおよび
時間を必要とする。すなわち、DCリンク電圧は、電池およびウルトラキャパシタの電圧
の合計未満にしかなり得ず、最大DCリンク電圧は、電池電圧およびウルトラキャパシタ
の最大電圧の合計である。スイッチング装置246の場合、ウルトラキャパシタ112の
放電は自由に制御され得る。このようにして、スイッチング装置246は、DCリンク電
圧を低下させることによってスイッチング損失の低減を行いながらも、スイッチング装置
240(図8)のより低コストの代替形態を提供する。スイッチング装置240と同様に
、スイッチング装置246は、高電力の過渡電力がウルトラキャパシタ112および電池
110によって供給されるか、または受けられることならびに部分負荷が電池110によ
ってのみ供給されることを可能にする。
図10において、スイッチング装置248は、DCリンク電圧が電池およびウルトラキ
ャパシタの電圧の合計よりも低いときにウルトラキャパシタ112を自動的に放電する。
DCリンク電圧は、電池およびウルトラキャパシタの電圧の合計と最大DCリンク電圧と
の間に制御され得る。スイッチング装置240と同様に、ウルトラキャパシタ最大電圧は
、最大DCリンク電圧と電池電圧との差以下に選択されてもよい。このようにして、スイ
ッチング装置248の場合、DCリンク電圧は、負荷電流を低減するために上昇される。
システムであって、その効率が低減された電流の恩恵を受けるシステムは、スイッチング
装置240(図8)に比べてコストが低減されるスイッチング装置248を利用し得る。
スイッチング装置240と同様に、スイッチング装置248は、高電力の過渡電力がウル
トラキャパシタ112および電池110によって供給されるか、または受けられることな
らびに部分負荷が電池110のみによって供給されることを可能にする。
このように、有益にも、本発明の実施形態は、DC/DCコンバータ、電池、およびウ
ルトラキャパシタの配置であって、ウルトラキャパシタが、駆動システムの過渡電力能力
の改善を可能にし、これにより電池およびDC/DCコンバータのサイズが最小化され得
る配置を提供する。機械スイッチまたは電気スイッチは、ウルトラキャパシタのためのス
イッチを有さないシステムに比べて効率の改善を可能にするためにDCリンクに/からウ
ルトラキャパシタを選択的に結合および減結合するように実施されてもよい。このような
スイッチは、スイッチング装置が一方向または双方向において遮断し、導電させる必要性
/要望に基づいて選択されてもよい。
したがって、本発明の一実施形態によれば、駆動システムは、負荷と、負荷に電気的に
結合される直流(DC)リンクと、直列に配置される第1のエネルギー蓄積装置および第
2のエネルギー蓄積装置を有するエネルギー蓄積システムと、DCリンクおよびエネルギ
ー蓄積システムに電気的に結合される双方向DC-DCコンバータであって、第1のエネ
ルギー蓄積装置と第2のエネルギー蓄積装置との間に配置されるノードおよび第2のエネ
ルギー蓄積装置とDCリンクとを接続するノードに接続される双方向DC-DCコンバー
タとを含む。
本発明の別の実施形態によれば、負荷に電力を供給するためのエネルギーシステムは、
DCリンクを介して負荷に電気的に結合可能なエネルギー蓄積システムを含み、エネルギ
ー蓄積システムは、直列に配置される第1のエネルギー蓄積装置および第2のエネルギー
蓄積装置をさらに含み、第1のエネルギー蓄積装置、第2のエネルギー蓄積装置は、DC
リンクに直接結合される。また、エネルギーシステムは、DCリンクおよびエネルギー蓄
積システムに電気的に結合される双方向DC-DCコンバータを含み、双方向DC-DC
コンバータは、第1のエネルギー蓄積装置への/からの電力が双方向DC-DCコンバー
タを介して選択的に送られるように第1のエネルギー蓄積装置とDCリンクとを接続し、
双方向DC-DCコンバータは、第2のエネルギー蓄積装置への/からの電力がDC-D
Cコンバータをバイパスするように配置される。
本発明のさらに別の実施形態によれば、駆動システムは、負荷と、負荷に電気的に結合
される直流(DC)リンクと、第1のエネルギー蓄積装置および第2のエネルギー蓄積装
置を有するエネルギー蓄積システムと、双方向DC-DCコンバータであって、第1のエ
ネルギー蓄積装置が双方向DC-DCコンバータを介してDCリンクに接続され、第2の
エネルギー蓄積装置がDCリンクに直接結合されるように配置される双方向DC-DCコ
ンバータと、第2のエネルギー蓄積装置とDCリンクとの間に配置されるスイッチであっ
て、DCリンクへの/からの第2のエネルギー蓄積装置の接続および切断を選択的に行う
ために閉位置および開位置において動作可能なスイッチとを含む。
本発明のさらに別の実施形態によれば、駆動システムは、負荷と、負荷に電気的に結合
される直流(DC)リンクと、駆動システムの低電圧側に配置される第1のエネルギー蓄
積装置と、駆動システムの高電圧側に配置される第2のエネルギー蓄積装置と、DCリン
クから第1のエネルギー蓄積装置を減結合するために低電圧側と高電圧側との間に配置さ
れる双方向DC-DCコンバータであって、高電圧側のDCリンクに供給するために第1
のエネルギー蓄積装置からの電圧を昇圧する双方向DC-DCコンバータとを含む。また
、駆動システムは、第2のエネルギー蓄積装置とDCリンクとの間に配置されるスイッチ
を含み、スイッチは、DCリンクへの/からの第2のエネルギー蓄積装置の接続および切
断を選択的に行うために閉位置および開位置において動作可能である。
この記載された説明では、最良の態様を含めて本発明を開示するために、さらには、任
意の当業者が任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込み方法の
実行を含めて本発明を実施することを可能にするために、例が使用されている。本発明の
特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されており、また、当業者によって想到
される他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造
的要素を有する場合または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な構造的要素
を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
本発明について、限られた数の実施形態のみに関連して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るわけではないことが容易に理解されるべ
きである。それどころか、本発明は、これまでに説明されていないが、本発明の精神およ
び範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換、または同等の配置を取り入れるために修
正されてもよい。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態
様が、説明されている実施形態の一部しか含まなくてもよいことが理解されるべきである
。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されるものとして理解されるべきでは
なく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
11 エネルギーシステム
12 DC/DCコンバータ
14 第1のエネルギー蓄積装置、電池
15、106、230 エネルギー蓄積システム
16、114、238 高電圧DCリンク
18、104 DCリンクキャパシタ
20 第2のエネルギー蓄積装置、ウルトラキャパシタ
30、126 動作サイクル
21、22、124 ノード
102、226 エネルギーシステム
108、232 双方向昇圧コンバータ、DC-DCコンバータ
110、236 高比エネルギー電池
112、234 ウルトラキャパシタ
116 DC-ACインバータ、インバータ、モータ駆動コンバータ
118 負荷、電気駆動装置
120 動的リターダ
122 スイッチ
125 車両システムコントローラ
134、138、140、142、144、146、148、150、152 期間
156 手法
158、160、164、168、172、176、180、184、188、192、196、198、202、206、210、214、218、222 ステップ
230 エネルギー蓄積システム
237 低電圧側
239 高電圧側
240、246、248 スイッチング装置
242 IGBT
244 逆並列ダイオード
Claims (15)
- 駆動システム(10、100)であって、
負荷(118)と、
前記負荷(118)に電気的に結合されたDCリンク(16、114)と、
第1のエネルギー蓄積装置(14、110)および第2のエネルギー蓄積装置(20、112)を備えるエネルギー蓄積システム(15、106)であって、前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)および前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)が、直列に配置されているエネルギー蓄積システム(15、106)と、
前記DCリンク(16、114)および前記エネルギー蓄積システム(15、106)に電気的に結合された双方向DC-DCコンバータ(12、108)であって、前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)と前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)との間に配置されたノード(21、124)および前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)と前記DCリンク(16、114)とを接続するノード(22)に接続された双方向DC-DCコンバータと、
前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)と前記DCリンク(16、114)との間に配置されたスイッチ(122)であって、前記DCリンク(16、114)への/からの前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)の接続および切断を選択的に行うために閉位置および開位置において動作可能なスイッチ(122)と、
前記負荷(118)の電力要求ならびに前記第1のエネルギー蓄積装置(15)および前記第2のエネルギー蓄積装置(20)の電圧レベルに基づいて前記双方向DC-DCコンバータ(12、108)および前記スイッチ(122)の動作を制御するように構成されたコントローラ(125)と、
を備え、
前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)が、前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)よりも高い電力密度を有し、
前記負荷(118)の電圧要求が前記第1のエネルギー蓄積装置(15)の電圧よりも低いときに前記スイッチ(122)が開かれ、前記スイッチ(122)による前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)の切断により、前記DCリンク(16、114)のDCリンク電圧が低下する、駆動システム(10、100)。 - 駆動システム(10、100)であって、
負荷(118)と、
前記負荷(118)に電気的に結合されたDCリンク(16、114)と、
第1のエネルギー蓄積装置(14、110)および第2のエネルギー蓄積装置(20、112)を備えるエネルギー蓄積システム(15、106)と、
双方向DC-DCコンバータであって、前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)が、前記双方向DC-DCコンバータを介して前記DCリンク(16、114)に接続され、前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)が前記DCリンク(16、114)に接続される、前記双方向DC-DCコンバータと、
前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)と前記DCリンク(16、114)との間に配置されたスイッチ(122)であって、前記DCリンク(16、114)への/からの前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)の接続および切断を選択的に行うために閉位置および開位置において動作可能なスイッチ(122)と、
前記負荷(118)の電力要求ならびに前記第1のエネルギー蓄積装置(15)および前記第2のエネルギー蓄積装置(20)の電圧レベルに基づいて前記双方向DC-DCコンバータ(12、108)および前記スイッチ(122)の動作を制御するように構成されたコントローラ(125)と、
を備え、
前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)が、前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)よりも高い電力密度を有し、
前記負荷(118)の電圧要求が前記第1のエネルギー蓄積装置(15)の電圧よりも低いときに前記スイッチ(122)が開かれ、前記スイッチ(122)による前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)の切断により、前記DCリンク(16、114)のDCリンク電圧が低下する、駆動システム(10、100)。 - 前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)が、ウルトラキャパシタを備え、
前記コントローラ(125)が、前記ウルトラキャパシタ(20、112)を公称電圧レベルに維持するために前記ウルトラキャパシタ(20、112)の充電および放電を制御するように構成されており、前記公称電圧レベルが、前記ウルトラキャパシタ(20、112)から過渡電力を供給するための蓄積エネルギーの最小量を含む、前記ウルトラキャパシタ(20、112)の要求充電閾値と、エネルギー吸収を可能にする、前記ウルトラキャパシタ(20、112)の最も高い蓄積エネルギーを含む、前記ウルトラキャパシタ(20、112)の要求放電閾値との間の電圧レベルを含む、請求項1または2に記載の駆動システム(10、100)。 - 前記負荷(118)が、前記コントローラ(125)に電圧要求を送信し、前記電圧要求に対応した可変の電圧により動作するように構成され、
前記コントローラ(125)が、
前記ウルトラキャパシタ(20、112)の電圧が前記要求放電閾値よりも高いときに、前記ウルトラキャパシタ(20、112)の電圧を前記公称電圧レベルに下げるために前記ウルトラキャパシタ(20、112)に放電させ、
前記ウルトラキャパシタ(20、112)の電圧が前記要求充電閾値よりも低いときに、前記ウルトラキャパシタ(20、112)の電圧を前記公称電圧レベルに上げるために前記ウルトラキャパシタ(20、112)に充電させる
ように構成されている、請求項3に記載の駆動システム(10、100)。 - 前記コントローラ(125)が、前記ウルトラキャパシタ(20、112)を前記公称電圧レベルに維持するために前記双方向DC-DCコンバータ(12、108)の動作および前記閉位置と前記開位置との間での前記スイッチ(122)の作動を制御する、請求項4に記載の駆動システム(10、100)。
- 前記コントローラ(125)が、
前記負荷(118)の負荷電圧要求を求め、
前記負荷電圧要求と、前記ウルトラキャパシタの公称電圧レベルおよび前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)の公称電圧値の合計に等しい公称DCリンク電圧値とを比較し、
前記負荷電圧要求が前記公称DCリンク電圧値を上回る場合は前記スイッチ(122)を前記閉位置で動作させる
ように構成されている、請求項3に記載の駆動システム(10、100)。 - 前記ウルトラキャパシタ(20、112)の電圧が前記要求放電閾値よりも高いとき、前記コントローラ(125)が、前記負荷電圧要求と前記公称DCリンク電圧値との比較に基づいて負荷電力および前記第1のエネルギー蓄積装置の再充電電力の少なくとも一方を供給するために前記ウルトラキャパシタ(20、112)に放電させる、請求項6に記載の駆動システム(10、100)。
- 前記スイッチ(122)が、接触器型の機械スイッチおよび電気スイッチの一方を備え、前記スイッチ(122)が、そこを通る一方向または双方向の電流の流れを制御する、請求項1乃至7のいずれかに記載の駆動システム(10、100)。
- 前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)が、電池を備える、請求項1乃至8のいずれかに記載の駆動システム(10、100)。
- 負荷(118)に電力を供給するためのエネルギーシステム(11、102)であって、
DCリンク(16、114)を介して前記負荷(118)に電気的に結合可能なエネルギー蓄積システム(15、106)であって、
第1のエネルギー蓄積装置(14、110)、および
前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)と直列に配置された第2のエネルギー蓄積装置(20、112)であって、前記DCリンク(16、114)に直接結合された第2のエネルギー蓄積装置(20、112)
を備えるエネルギー蓄積システム(15、106)と、
前記DCリンク(16、114)および前記エネルギー蓄積システム(15、106)に電気的に結合された双方向DC-DCコンバータ(12、108)であって、該双方向DC-DCコンバータ(12、108)が、前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)への/からの電力が前記双方向DC-DCコンバータ(12、108)を介して選択的に送られるように前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)と前記DCリンク(16、114)とを接続し、前記双方向DC-DCコンバータ(12、108)が、前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)への/からの電力が前記双方向DC-DCコンバータ(12、108)をバイパスするように配置された双方向DC-DCコンバータ(12、108)と、
前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)と前記DCリンク(16、114)との間に配置されたスイッチ(122)であって、前記DCリンク(16、114)への/からの前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)の接続および切断を選択的に行うために閉位置および開位置において動作可能なスイッチ(122)と、
前記負荷(118)の電力要求ならびに前記第1のエネルギー蓄積装置(15)および前記第2のエネルギー蓄積装置(20)の電圧レベルに基づいて前記双方向DC-DCコンバータ(12、108)および前記スイッチ(122)の動作を制御するように構成されたコントローラ(125)と、
を備え、
前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)が、前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)よりも高い電力密度を有し、
前記負荷(118)の電圧要求が前記第1のエネルギー蓄積装置(15)の電圧よりも低いときに前記スイッチ(122)が開かれ、前記スイッチ(122)の切断により、前記DCリンク(16、114)のDCリンク電圧が低下する、エネルギーシステム(11、102)。 - 前記双方向DC-DCコンバータ(12、108)が、前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)と前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)との間に配置されたノード(21、124)および前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)と前記DCリンク(16、114)とを接続するノード(22)に接続されている、請求項10に記載のエネルギーシステム(11、102)。
- 前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)が、前記エネルギーシステム(11、102)の低電圧側に配置され、前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)が、前記エネルギーシステム(11、102)の高電圧側に配置されており、前記双方向DC-DCコンバータ(12、108)が、前記DCリンク(16、114)に供給するために前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)からの電圧を昇圧し、前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)が、前記スイッチ(122)を介して前記DCリンク(16、114)に選択的に直接結合される、請求項10または11に記載のエネルギーシステム(11、102)。
- 前記スイッチ(122)が、接触器型の機械スイッチおよび電気スイッチの一方を備え、前記スイッチ(122)が、そこを通る一方向または双方向の電流の流れを制御する、請求項10乃至12のいずれかに記載のエネルギーシステム(11、102)。
- 前記第2のエネルギー蓄積装置(20、112)が、ウルトラキャパシタを備え、
前記コントローラ(125)が、前記ウルトラキャパシタ(20、112)を公称電圧レベルに維持するために前記ウルトラキャパシタ(20、112)の充電および放電を制御するように構成されており、前記公称電圧レベルが、前記ウルトラキャパシタ(20、112)から過渡電力を供給するための蓄積エネルギーの最小量を含む、前記ウルトラキャパシタ(20、112)の要求充電閾値と、エネルギー吸収を可能にする、前記ウルトラキャパシタ(20、112)の最も高い蓄積エネルギーを含む、前記ウルトラキャパシタ(20、112)の要求放電閾値との間の電圧レベルを含む、請求項10乃至13のいずれかに記載のエネルギーシステム(11、102)。 - 前記コントローラ(125)が、
前記負荷(118)の負荷電圧要求を求め、
前記負荷電圧要求と、前記ウルトラキャパシタの公称電圧レベルおよび前記第1のエネルギー蓄積装置(14、110)の公称電圧値の合計に等しい公称DCリンク電圧値とを比較し、
前記負荷電圧要求が前記公称DCリンク電圧値を上回る場合は前記スイッチ(122)を前記閉位置で動作させる
ように構成されている、請求項14に記載のエネルギーシステム(11、102)。
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