JP2014147280A - 電気駆動システム及びエネルギ管理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】模範的な電気駆動システム10は、エネルギ蓄積システム(ESS)11と、電力変換システム13と、交流(AC)牽引システム15とを含む。ESSは、電力を供給し又は受け取る。ESSは、第1のエネルギ蓄積ユニット12及び第2のエネルギ蓄積ユニット14を含む。電力変換システムは、入力電力を出力電力へ変換するためにESSに電気的に結合される。AC牽引システムは、電力変換システムの出力電力を機械的トルクへ変換するために電力変換システムに電気的に結合される。AC牽引システムは、第1のAC駆動装置20及び第2のAC駆動装置22を含む。エネルギ管理システム(EMS)17が、制御信号を供給するためにESS、AC牽引システム及び電力変換システムと通信する。
【選択図】図1
Description
bTtorque1 =Ttotal (0≦b≦1) (2)
a+b=1 (3)。
Ttorque1 =Taverage (5)
Ttorque2 =Tpeak (6)。
Ploss1 +Ploss2 =min (8)。
11 エネルギ蓄積システム(ESS)
13 電力変換システム
15 AC牽引システム
16 事前充電用スイッチング装置
18 電力変換装置
19 動力分割装置
24 第1の端子
25 電気駆動システム速度信号
26 第2の端子
28 第3の端子
30 第4の端子
31 負荷システム
32 第1の機械端子
34 第2の機械端子
35 歯車
36 第3の機械端子
37 遊星歯車装置
50 電気駆動システム
100 電気駆動システム
104 電力変換システム
106 AC牽引システム
107 電力変換装置
116 第1のAC駆動装置
118 第2のAC駆動装置
121 動力分割装置
122 動力分割装置
171 電力制御信号
173 トルク制御信号
200 電気駆動システム
204 電力変換システム
231 第1の端子
233 第2の端子
235 第3の端子
237 第4の端子
300 電気駆動システム
307 第1の電力変換装置
309 第2の電力変換装置
331 第1の端子
333 第2の端子
335 第3の端子
337 入力端子
339 出力端子
702、704、706、708 枝路
Claims (20)
- 第1の電力を供給し又は受け取るために構成された第1のエネルギ蓄積ユニット、及び第2の電力を供給し又は受け取るために構成された第2のエネルギ蓄積ユニットを含むエネルギ蓄積システム(ESS)と、
入力電力を出力電力へ変換するために前記ESSに電気的に結合された電力変換システムであって、前記第1のエネルギ蓄積ユニットに結合された第1の端子、前記第2のエネルギ蓄積ユニットに結合された第2の端子、第3の端子、及び第4の端子を持つ電力変換装置を含む電力変換システムと、
前記電力変換システムの出力電力を機械的トルクへ変換するために前記電力変換システムに電気的に結合されたAC牽引システムであって、第1の機械的トルクを供給し又は受け取るために前記電力変換装置の前記第3の端子に結合された第1のAC駆動装置、及び第2の機械的トルクを供給し又は受け取るために前記電力変換装置の前記第4の端子に結合された第2のAC駆動装置を含むAC牽引システムと、
制御信号を供給するために前記ESS、前記AC牽引システム及び前記電力変換システムと通信するエネルギ管理システム(EMS)と
を有する電気駆動システム。 - 前記電力変換システムは、前記第1のエネルギ蓄積ユニットと前記第2のエネルギ蓄積ユニットとの間に電力流路を選択的に提供するために前記第1のエネルギ蓄積ユニットと前記第2のエネルギ蓄積ユニットとの間に電気的に結合された事前充電用スイッチング装置を有している、請求項1記載の電気駆動システム。
- 前記事前充電用スイッチング装置は、前記第2のエネルギ蓄積ユニットに充電するために一方向電力流路を提供するための一方向スイッチング装置である、請求項2記載の電気駆動システム。
- 前記電力変換装置は単一の電力変換装置である、請求項1記載の電気駆動システム。
- 前記電力変換装置は、
前記第1の端子を介して前記第1のエネルギ蓄積ユニットに電気的に結合され、且つ前記第3の端子を介して前記第1のAC駆動装置に電気的に結合された第1の電力変換装置と、
前記第1の電力変換装置と並列に結合された第2の電力変換装置であって、前記第2の端子を介して前記第2のエネルギ蓄積ユニットに電気的に結合され、且つ前記第4の端子を介して前記第2のAC駆動装置に電気的に結合された第2の電力変換装置と、
を有している、請求項1記載の電気駆動システム。 - 前記電力変換装置は、
前記第1の端子を介して前記第1のエネルギ蓄積ユニットに電気的に結合され、前記第2の端子を介して前記第2のエネルギ蓄積ユニットに電気的に結合され、且つ前記第4の端子を介して前記第2のAC駆動装置に電気的に結合された第1の電力変換装置と、
前記第1の電力変換装置と直列に結合された第2の電力変換装置であって、前記第3の端子を介して前記第1のAC駆動装置に電気的に結合された第2の電力変換装置と、
を有している、請求項1記載の電気駆動システム。 - 前記第1のAC駆動装置は、第1のAC電動機として動作する誘導電動機(IM)及び内部永久磁石電動機(IPM)の少なくとも一方と、AC電力を前記第1のAC電動機へ供給するために前記第1のAC電動機に電気的に結合された第1のDC/ACインバータと、を有しており、また
前記第2のAC駆動装置は、第2のAC電動機として動作するIM及びIPMの少なくとも一方と、AC電力を前記第2のAC電動機へ供給するために前記第2のAC電動機に電気的に結合された第2のDC/ACインバータと、を有している、請求項1記載の電気駆動システム。 - 前記第1のAC駆動装置は、第1の負荷へ前記第1の機械的トルクを独立に供給するように構成されており、また
前記第2のAC駆動装置は、第2の負荷へ前記第2の機械的トルクを独立に供給するように構成されている、請求項1記載の電気駆動システム。 - 前記電気駆動システムは、前記AC牽引システムと負荷との間に機械的に結合された動力分割装置を有し、該動力分割装置は、
前記第1のAC駆動装置から供給される第1の機械的トルクを受け取るために前記第1のAC駆動装置に機械的に結合された第1の機械端子と、
前記第2のAC駆動装置から供給される第2の機械的トルクを受け取るために前記第2のAC駆動装置に機械的に結合された第2の機械端子と、
前記第1の機械的トルク及び前記第2の機械的トルクの組合せである第3の機械的トルクを前記負荷に供給するために前記負荷に機械的に結合された第3の機械端子とを有している、請求項1記載の電気駆動システム。 - 前記動力分割装置は、第3の機械的トルクを第1の機械的トルクと第2の機械的トルクとに分割するように構成されており、
前記第3の機械端子は、前記負荷から前記第3の機械的トルクを受け取るように構成されており、
前記第1の機械端子は、前記ESSを充電するための電力へ変換される前記第1の機械的トルクを供給するように構成されており、更に
前記第2の機械端子は、前記ESSを充電するための電力へ変換される前記第2の機械的トルクを供給するように構成されている、請求項9記載の電気駆動システム。 - 前記動力分割装置は、第1の機械的トルクを第2の機械的トルクと第3の機械的トルクとに分割するように構成されており、
前記第1の機械端子は、前記第1のAC駆動装置から供給される前記第1の機械的トルクを受け取るように構成されており、
前記第2の機械端子は、前記第2の機械的トルクを前記第2のAC駆動装置へ供給して、前記ESSを充電するための電力へ前記第2の機械的トルクを変換するように構成されており、更に
前記第3の機械端子は、前記第3の機械的トルクを前記負荷へ供給するように構成されている、請求項9記載の電気駆動システム。 - 前記AC牽引システムの出力速度を電気駆動システム速度と整合させるために、前記AC牽引システムと前記動力分割装置との間に機械的に結合された伝動装置を有している請求項9記載の電気駆動システム。
- 電気駆動システム速度信号に少なくとも部分的に基づいて第1のAC駆動装置及び第2のAC駆動装置の内の少なくとも一方を作動する段階と、
第1のエネルギ蓄積ユニット及び第2のエネルギ蓄積ユニットの内の少なくとも一方を作動する段階と、
電気駆動システム内の電力流路を制御するために電力変換システムへ電力制御信号を送る段階であって、前記電力流路を制御することが、
前記電力変換システムの第1の端子及び第2の端子の内の少なくとも一方によって少なくとも1つの入力電力を受け取り又は供給すること、及び
前記電力変換システムの第3の端子及び第4の端子の内の少なくとも一方によって出力電力を供給し又は受け取ることを含んでいる、当該段階と、
を有するエネルギ管理方法(600)。 - 前記電力流路を制御することが、
エネルギ蓄積システム(ESS)から発生された電力を、前記第1のAC駆動装置によって第1の機械的トルクへ変換する段階、
前記第1の機械的トルクを第2の機械的トルク及び第3の機械的トルクへ分割する段階、
前記第2の機械的トルクを前記第2のAC駆動装置へ供給して、前記第2の機械的トルクを、第2のエネルギ蓄積ユニットを充電するための電力へ変換する段階、及び
前記第3の機械的トルクを前記負荷へ供給する段階、
を有している、請求項13記載の方法。 - トルク分配ユニットにより第1のトルク指令信号及び第2のトルク指令信号を計算する段階と、
前記第1のトルク指令信号及び前記第2のトルク制御信号を前記第1のAC駆動装置及び前記第2のAC駆動装置へそれぞれ送る段階と、
を有している請求項13記載の方法。 - 前記方法は、前記電気駆動システム速度信号に少なくとも部分的に基づいて推進システムの動作モードを決定する段階を有し、
前記動作モードは、始動モード、加速モード及び制動モードを含む正規モードと、故障許容モードとを有している、請求項13記載の方法。 - 前記故障許容モードにおいて、前記第1のAC駆動装置及び第2のAC駆動装置の内の少なくとも一方と、前記第1のエネルギ蓄積ユニット及び第2のエネルギ蓄積ユニットの内の少なくとも一方とを作動する段階と、
前記始動モードにおいて、所要の電力Preq が第2のAC駆動装置の能力内にあるときに前記第2のAC駆動装置を作動する段階と、
前記始動モードにおいて、所要の電力Preq が第2のAC駆動装置の能力を超えたときに前記第1のAC駆動装置を作動する段階と、
前記加速モードにおいて、前記第1のAC駆動装置及び第2のAC駆動装置の両方を作動する段階と、
前記クルーズ・モードにおいて、前記第1のAC駆動装置及び第2のAC駆動装置の内の少なくとも一方を作動する段階と、
前記制動モードにおいて、前記第1のAC駆動装置及び第2のAC駆動装置の両方を作動する段階と、
の内の1つの段階を有している請求項16記載の方法。 - 前記トルク分配ユニットは、全損失を低減するために前記第1のAC駆動装置及び前記第2のAC駆動装置内の各々のAC電動機の効率マップに従って、2つのAC電動機の高効率領域を定めるルックアップ・テーブルを持つトルク分配アルゴリズムを有している、請求項15記載の方法。
- 前記トルク分配アルゴリズムを最適化するために伝動装置を介して前記第1のAC駆動装置の動作点を変更する段階を有している請求項18記載の方法。
- 前記第1のエネルギ蓄積ユニットが所要の電力を供給し損なったときに追加の電力を供給する補助手段として前記第2のエネルギ蓄積ユニットを作動する段階を有している請求項13記載の方法。
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