JP5908254B2 - 電気自動車を充電する装置および方法 - Google Patents
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Description
図4に示されている第1の構成202によれば、EMSまたはESMSは、ポート1に接続されているように示されている低電圧電池204と、ポート2に接続されているウルトラキャパシタバンク206とを含む。この構成では、EVの主エネルギー貯蔵ユニットを示すシングル低電圧電池が、ポート1に接続されている。高電圧ポート2は、ウルトラキャパシタバンクに、またはちょうどモータインバータに供給しているDCリンクコンデンサに接続されている。本発明の実施形態によれば、充電ユニット208が、DC電源または調整AC電源を含んでいてもよいポート3に接続されている。この事例では、ポート3における充電入力電圧がポート1のエネルギー電池204より高い場合、モジュール2は、バックモードで動作する。
ここで図5を参照すると、この構成では、ポート1のエネルギー電池250が、EVの主エネルギー貯蔵ユニットを示し、高電圧または出力電池252が、ポート2に接続されている。統合広入力電圧範囲充電器により、両電池250、252の独立した充電または同時の充電が可能になる。ポート1のエネルギー電池250は、通常、出力(ブースト)電池252より低い公称電圧を有する。しかし、この構成では、ポート1またはポート2の電圧が非常に低い場合でも、やはり充電は可能である。これは、2つの電池(エネルギー側250または出力側252)のどちらか一方が完全に充電されている場合の事例であると考えられる。モジュール2 254はバックモードで動作し、モジュール1 256はブーストモードで動作する。充電入力258(DCまたは調整AC)の電圧がポート1の電圧より低い場合、モジュール2 210はいつでもオンになっており、モジュール1 256は、ポート2の電圧レベルに上昇し、モジュール3 260は、ポート1のエネルギー電池250を充電する。
図7を参照すると、実施形態による、広電圧範囲入力部からの充電を可能にするトリプルエネルギー貯蔵構成が示されている。図示の構成によれば、EMSまたはESMS300が、ポート1に連結されている第1の低電圧電池302と、ポート4に連結されている第2の低電圧電池304と、ポート2に連結されている高電圧またはブースト電池306と、ポート3に連結されているDC電源または調整AC電源308とを含む。一例では、電源308は、不正な極性を有してポート3を横断して不注意に接続することに対して防護することができる調整DC電源である。一例では、第2の低電圧電池304は、セーフティクリティカルな用途のためのより高レベルの重複性を可能にする予備エネルギー電池であってもよい。
図8を参照すると、2つのブースト電池310、312が、ポート4に連結されているDC電源または調整AC電源314を使用して充電されてもよいそれぞれのポート2およびポート3に連結されていてもよい。このように、2つの高出力/高電圧エネルギー貯蔵ユニットを、ある程度のエネルギー管理が依然として維持されている一方で、最大ブースト性能を実現するために、並列接続することができる。但し、2つのユニットを単に並列接続する代わりに、電源供給能力が並列構成と類似している一方で、ESMS316が平衡段(balancing stage)の機能を果たす。
図9を参照すると、EMSまたはESMS350が、図5を参照して前段で例証されているものと殆ど同様に、エネルギーデバイスに連結されている。したがって、低電圧電池352がポート1に連結されており、高電圧電池354がポート2に連結されており、調整AC電源またはDC電源356がポート3に連結されている。但し、このモードでは、モジュール3 358が、出力電流リップルを最小限にするために、ESMS350の動作中に交互配置するのに使用されている。
1、2、3、4 ポート
4 IECモード
2、3、4 レベル
10 ハイブリッド電気自動車(HEV)/電気自動車(EV)
11、100、300、316、350、400、450、500 エネルギー貯蔵管理システム(ESMS)/エネルギー管理システム(EMS)
12 内燃エンジン/ヒートエンジン
14 トランスミッション
16 差動装置
18 ドライブシャフト組立体
20 エンジンコントローラ
22 センサ
24 ホイール
26 電気モータ/発電機ユニット
28 ハイブリッド駆動制御システム/トルクコントローラ
30 エネルギー貯蔵システム
32 低電圧エネルギー貯蔵部/エネルギー電池
34 高電圧エネルギー貯蔵部/出力電池/高電圧貯蔵デバイス
36 ウルトラキャパシタ
38 アクセルペダル
40 ブレーキペダル
42 充電器
44 電力入力線/電力入力システム
46 コントローラ
102、114、118、120、122 エネルギーポート
104、106、108 DC電気変換デバイス/バックブーストコンバータ
110、112 方向
116、124、126、128 ユニット
202 構成
204、302、304、352 低電圧電池
206 ウルトラキャパシタバンク
208 充電ユニット/充電器
210、254、362、458、466、478 モジュール2
212、256、360、456、468、492 モジュール1
214、260、358、494 モジュール3
250 エネルギー電池
252 高電圧または出力電池
258 充電入力
262 充電システム
264、308、314、356 DC電源/調整AC電源
266 調整AC電源
268 DC電源
306 高電圧またはブースト電池
310、312 ブースト電池
354 高電圧電池
364 パルス幅変調(PWM)切替え
366 電流波形
402、404、406 バックブーストモジュール
408、472 ポート1
410、470 ポート2
412、454、464、476 ポート3
414、474 ポート4
416、482 接触器KU
418、484 接触器KV
420、488 接触器KW
422、490 接触器UPOS
424、486 接触器M
452 1相AC電源
460 調整器フロントエンド
462 3相充電器入力部
480 LUの電流IL4
496 LWの電流IL2
502 内燃エンジン(ICE)
506 LV電池/調整AC電源
508 出力電池
510 AC電源/DC電源
Cin 小さい高周波バイパスコンデンサ
Cout 大量貯蔵コンデンサ/DCバスコンデンサ
M1、M2、M3 モジュール
M2U モジュール2の上部スイッチ
V2、V3 電圧
Claims (12)
- エネルギー貯蔵管理システム(ESMS)(11)であって、
自動車のドライブトレーン(18、26、14、24)に連結されておりかつDCエネルギーを貯蔵するように構成されている1つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイス(32、34、36)と、
複数のエネルギーポート(102)を有するパワーエレクトロニクス変換システム(42)であり、前記パワーエレクトロニクス変換システムは、複数のDC電気コンバータ(104、106、108)を含み、各DC電気コンバータ(104、106、108)は、DC電圧を上げ下げするように構成されており、
前記複数のエネルギーポート(102)の各々は、前記1つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイス(32、34、36)の各々に連結可能であり、
前記複数のエネルギーポート(102)の各々は、DC電気充電システム(44)に連結可能である
パワーエレクトロニクス変換システム(42)と、
コントローラ(46)であり、
前記エネルギー貯蔵デバイス(32、34、36)またはそれに連結されている前記DC電気充電システム(44)のどちらかを有する各エネルギーポート(102)の電圧を決定し、
前記DC電気コンバータ(104、106、108)の少なくとも1つが、各エネルギーポート(102)の前記決定された電圧に基づいて入力DC電圧を上げるかまたは下げるかのどちらかをするように、前記複数のエネルギーポート(102)の少なくとも2つの第1のエネルギーポートを第2のエネルギーポートへ電気的に接続する
ように構成されている、コントローラ(46)と、
を含む、エネルギー貯蔵管理システム(ESMS)(11)。 - 前記コントローラ(46)は、各エネルギーポート(102)の電気計測に基づいて、前記複数のエネルギーポート(102)のどれが、それに連結されているDCまたはAC電気充電システム(266、268)を有するかを判定するように構成されている、請求項1記載のESMS(11)。
- 前記電気計測は、電圧測定および周波数測定の少なくとも1つを含む、請求項2記載のESMS(11)。
- 前記複数のエネルギーポート(102)の第1のポート(114)に連結されている第1のエネルギー源(264)と、前記複数のエネルギーポート(102)の第2のポート(122)に連結されている第2のエネルギー源(266)と、を含み、前記第1のエネルギー源(264)および前記第2のエネルギー源(266)から、前記1つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイス(32、34、36)の各々に、電気エネルギーが同時に供給されるようになっている、請求項1記載のESMS(11)。
- 前記第2のエネルギー源(266)は、調整AC電源、調整DC電源、およびDC電源の1つである、請求項4記載のESMS(11)。
- 前記コントローラ(46)は、前記第1のエネルギーポート(476)から、前記DC電気コンバータ(104、106、108)の前記少なくとも1つの第1のDC電気コンバータ(478)を介して、前記第2のエネルギーポート(472)へ電気エネルギーを送るように構成されており、前記第1のDC電気コンバータ(478)は、前記入力DC電圧を下げるように構成されている、請求項1乃至5のいずれかに記載のESMS(11)。
- 前記コントローラ(46)は、前記第1のエネルギーポート(476)から、前記第1のDC電気コンバータ(478)を介して、入力電圧を上げるように構成されている第2のDC電気コンバータへ、かつ第3のエネルギーポートへ、前記電気エネルギーを同時に送るように構成されている、請求項6記載のESMS(11)。
- 前記複数のDC電気コンバータ(104、106、108)の少なくとも1つがバックブーストコンバータである、請求項1乃至7のいずれかに記載のESMS(11)。
- トランスミッション(14)に連結されている内燃エンジン(ICE)(12)を含み、前記トランスミッション(14)は、前記自動車のドライブトレーンの1つまたは複数の駆動輪(24)に連結され、
前記ESMS(11)のエネルギーポートに連結されている内燃エンジン(502)からの電気出力を含む、請求項1乃至8のいずれかに記載のESMS(11)。 - 前記コントローラ(46)は、
前記複数のエネルギーポート(102)のどれが、それに連結されている前記1つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイス(32、34、36)の1つを有するかを判定し、
前記複数のエネルギーポート(102)のどれが、それに連結されている電気充電システムを有するかを判定する
ように構成されている、請求項1乃至9のいずれかに記載のESMS(11)。 - 前記コントローラ(46)は、前記複数のエネルギーポート(102)の第1のエネルギーポートおよび第2のエネルギーポートへ同時に進むようにエネルギーを方向付けることにより、前記1つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイス(32、34、36)の2つを同時に充電するように構成されており、
前記コントローラ(46)は、前記複数のDC電気コンバータの2つを通してエネルギーを送るように構成されており、前記2つのDC電気コンバータの一方がそこに印加された電圧を上げるように動作し、かつ前記2つのDC電気コンバータの他方がそこに印加された電圧を下げるように動作するようになっている、請求項1乃至10のいずれかに記載のESMS(11)。 - エネルギー貯蔵管理システム(ESMS)を製造する方法であって、
1つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスを自動車のパワートレーンに連結するステップと、
複数のバックブーストコンバータを有する充電デバイスを製造するステップと、
該充電デバイスを自動車に取り付けるステップであり、充電デバイスは複数のエネルギーポートを含み、該複数のエネルギーポートの各々は、1つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスの各々に連結可能である、取り付けるステップと、
複数のエネルギーポートの各々を通る電圧を感知するステップと、
該感知された電圧に基づいて、エネルギー貯蔵デバイスおよび電気充電システムが複数のエネルギーポートのいずれかに連結されているかどうかを判定するステップと、
複数のバックブーストコンバータの1つまたは複数を通って流れるように電流を選択的に方向付けることにより、エネルギー貯蔵デバイスを有する複数のエネルギーポートのいずれかに電気充電システムを電気的に接続するステップと、
を含む方法。
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