JP6749742B2

JP6749742B2 - 推進システムおよび車両駆動方法

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Publication number: JP6749742B2
Application number: JP2014208468A
Authority: JP
Inventors: トン・ツァオ; シー・ル; ロンフイ・ツォ; フェイ・リ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2020-09-02
Anticipated expiration: 2034-10-10
Also published as: US9895983B2; JP2015084638A; CN104553838B; CN104553838A; US20150102667A1

Description

本発明の実施形態は、主に推進システムと方法に関し、特に推進システムと、エネルギー型エネルギー源とパワー型エネルギー源によって車両に電力を供給する方法に関する。

従来、電気やハイブリッド電気車両において、バッテリ等のエネルギー型のエネルギー源が、牽引駆動システムの電力供給や回生エネルギーを得るために用いられる。しかしながら、エネルギー型のエネルギー源は、運転および回生の際に、高速のドライビングダイナミクスを処理できない。したがって、ウルトラキャパシタ等のパワー型エネルギー源が、相補に好適である。よって、一つまたは複数のＤＣ?ＤＣコンバータと統合されるエネルギー型エネルギー源およびパワー型エネルギー源は、車両に電力を供給する適切な候補となりうる。牽引駆動システムの所要電力は、エネルギー型エネルギー源およびパワー型エネルギー源間で分かれる。現在、所要電力は、エネルギー型エネルギー源およびパワー型エネルギー源の充電状態のみに応じて分けられている。しかしながら、エネルギー制御手段は低い伝動効率（ｄｒｉｖｉｎｇｔｒａｉｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を有する。

上述した課題の少なくとも一つを解決する推進システムと方法を供することが望まれている。

米国特許第８，３７８，６２３号明細書

本開示の一実施形態によると、推進システムが供される。推進システムは、牽引駆動システムと、昇圧コンバータと、エネルギー型エネルギー源と、パワー型エネルギー源と、エネルギー制御システムとを含む。昇圧コンバータは、高電圧側と低電圧側とを含む。昇圧コンバータは、高電圧側で牽引駆動システムと接続される。エネルギー型エネルギー源は、昇圧コンバータとその低電圧側で接続される。パワー型エネルギー源は、昇圧コンバータとその低電圧側で接続される。エネルギー制御システムは、昇圧コンバータと接続され、運転モード中、少なくとも二つの条件において、昇圧コンバータを通ってエネルギー型エネルギー源とパワー型エネルギー源を制御するよう設計される。つまり、牽引駆動システムの所要電力が、電力閾値より低いとき、エネルギー型エネルギー源を制御して牽引駆動システムに電力を供給し、また、牽引駆動システムの所要電力が、電力閾値より高いとき、エネルギー型エネルギー源とパワー型エネルギー源とをともに制御して牽引駆動システムに電力を供給する。

本開示の他の実施形態によると、方法が供される。方法は、エネルギー型エネルギー源と、パワー型エネルギー源とを設けることを含む。方法はさらに、運転モード中少なくとも二つの条件において、エネルギー型エネルギー源と、パワー型エネルギー源とを経て牽引駆動システムに電力を供給することを含む。つまり、牽引駆動システムの所要電力が電力閾値より低いとき、エネルギー型エネルギー源を経て牽引駆動システムへ電力を供給し、そして、牽引駆動システムの所要電力が電力閾値より高いとき、エネルギー型エネルギー源とパワー型エネルギー源とを経て牽引駆動システムに電力を供給する。

以下の詳細な説明は、添付図面を参照することで、これら、および他の要件および本開示の態様をより理解できるであろう。なお、図面を通じて同様の符号は、同様の部材を示す。

一実施形態に係る車両用推進システムの説明図である。一実施形態に係る図１の推進システムのエネルギー制御システムの説明図である。一実施形態に係るエネルギー制御手段のグラフである。他の実施形態に係るエネルギー制御手段のフローチャートである。他の実施形態に係るエネルギー制御手段のフローチャートである。他の実施形態に係るエネルギー制御手段のフローチャートである。他の実施形態に係るエネルギー制御手段のフローチャートである。一実施形態に係る図２のエネルギー制御システムのパワー分岐装置の説明図である。

別段の定義がない限り、本明細書において用いる技術および科学用語は、本開示が属する技術分野の通常の当業者が一般に理解するのと同じ意味である。「一（「ａ」および「ａｎ」）」という用語は、量を限定する記載ではなく、当該部分の少なくとも一つの存在を示す。本明細書において用いる「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」「有する（ｈａｖｉｎｇ）」およびこれらの用語のバリエーションは、それ以降記載した部分とその均等物を、追加的部分と同様に包含する。「接続（「ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ」および「ｃｏｕｐｌｅｄ」）」という用語は、物理的または機械的接続に限定されず、直接または間接に関わらず電気的接続も含む。

図１は、一実施形態に係る車両用推進システム１００の説明図を示す。車両は、例えば、電気車両やハイブリッド車両であってもよい。本明細書において用いられるハイブリッド車両は、電気モータと熱機関との組み合わせを利用して車両の推進力を得る車両を示す。さらに、本明細書において用いる電気車両は、モータと複数のバッテリを含む車両を示し、このようなバッテリは、車両を運転する推進力の少なくとも一部をもたらす。

推進システム１００は、牽引駆動システム１１、昇圧コンバータ１３、エネルギー型エネルギー源１５、パワー型エネルギー源１７、エネルギー制御システム（ＥＭＳ）１９を含む。牽引駆動システム１１は、インバータ２１と、インバータ２１に接続されたモータ２３とを含む。一実施形態において、牽引駆動システム１１は、交流（ＡＣ）牽引駆動システムである。インバータ２１は、直流（ＤＣ）?ＡＣインバータであり、モータ２３はＡＣモータを用いる。ＤＣ?ＡＣインバータ２１は、ＤＣリンク２５、２７の一組を通り昇圧コンバータ１３と接続され、ＡＣモータ２３用にＤＣをＡＣに変換する。ＤＣリンク２５、２７の一つは、正ＤＣリンクであり、他方は負ＤＣリンクである。本明細書において用いるＤＣリンクという用語は、ＤＣバスを指す。他の実施形態において、インバータ２１は、ＤＣチョッパ、またはＤＣを供するパルス幅変調回路であり、モータ２３はＤＣモータである。

昇圧コンバータ１３は、高電圧側１３１と低電圧側１３３とを含む。牽引駆動システム１１は、昇圧コンバータ１３と高電圧側１３１で接続され、エネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７とは、昇圧コンバータ１３と低電圧側１３３で接続される。昇圧コンバータ１３は、低電圧側１３３から高電圧側１３１に電圧を上げるように構成されている。本実施形態では、昇圧コンバータ１３は、多チャネル双方向昇圧コンバータである。エネルギー型エネルギー源１５と、パワー型エネルギー源１７とは、昇圧コンバータ１３の各チャネルに接続され、それぞれ制御される。他の実施形態では、電圧を上げるため昇圧コンバータ１３として機能する昇降圧コンバータが用いられる。

エネルギー型エネルギー源１５は、電力を供給および受けることが可能である。エネルギー型エネルギー源という用語は、本明細書においては、高比エネルギー源または高エネルギー密度エネルギー源（１００Ｗ?ｈｒ／ｋｇオーダーか、それより大きいエネルギー密度をなす）を示す。エネルギー型エネルギー源１５は、高エネルギーを可能にする高容量を有する。エネルギー型エネルギー源１５は、一例において、バッテリまたはバッテリのストリング（例えば燃料電池、鉛蓄電池等）を含んでもよい。パワー型エネルギー源１７もまた、電力を供給および受けることが可能である。パワー型エネルギー源１７は、高電流を直ちに実現可能であり、また、高速のドライビングダイナミクスを処理するよう高レートでエネルギーを受けることができる。パワー型エネルギー源１７は、例えば、ウルトラキャパシタを含む。ウルトラキャパシタは、「二重層」キャパシタや、スーパーキャパシタともしばしば呼ばれる。一例において、ウルトラキャパシタは、直列に接続された６３セルを有し、各セルが約２．７Ｖの定格電圧を有し、また、各セルが１０００ファラドより大きい容量値を有する。

ＥＭＳ１９は、昇圧コンバータ１３と接続され、複数の操作条件（後述）において、昇圧コンバータ１３を通りエネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７とを制御するように構成される。ＥＭＳ１９は、ＤＣリンク２５、２７と接続され、そこからＤＣリンク電圧や電流等の信号を受信する。

図２は、一実施形態に係るＥＭＳ１９の説明図を示す。図１を参照すると、ＥＭＳ１９は、ＤＣリンク２５、２７の指令電圧と、ＤＣリンク２５、２７の測定電圧とに応じ、牽引駆動システム１１の所要電力を決定するように構成される。本明細書において用いる所要電力は、牽引駆動システム１１による所要電力を示す。所要電力は、様々な操作条件において正の値と負の値を有してもよい。ＤＣリンク２５、２７の指令電圧は、一実施形態においては、モータ２３とインバータ２１との損失パラメータに応じ計算できる。指令電圧は、他の実施形態においては、実験により得ることもできる。ＤＣリンク２５、２７の指令電圧は、牽引駆動システム１１の効率を最大とするように決定される。一または複数のセンサー（図示せず）を、ＤＣリンク２５、２７の測定電圧を測定するために設けてもよい。一実施形態において、ＥＭＳ１９は、ＤＣリンク２５、２７の指令電圧と測定電圧とに応じて所要電力を決定するように構成されるＤＣリンク電圧レギュレータ３０を含む。ＤＣリンク電圧レギュレータ３０は、測定電圧を指令電圧に従わせ続けることで所要電力を計算するように構成される制御ループ（図示せず）を含んでよい。

一実施形態において、ＥＭＳ１９は、牽引駆動システム１１の推定負荷電力を推定し、推定負荷電力に応じ所要電力を決定するように、さらに構成されている。ＥＭＳ１９は、モータ２３の指令トルクとモータ回転速度とに応じて、推定負荷電力を推定するように構成される推定装置３２をさらに含む。一例において、指令トルクは入力装置（ペダルやブレーキ等）を経る入力でもよい。一例において、モータ回転速度は、モータ２３で測定されてもよい。所要電力は、推定装置３２の推定負荷電力と、ＤＣリンク電圧レギュレータ３０で発生した電力と、を加えることで決まるため、応答が固定する。

ＥＭＳ１９は、様々な操作条件に応じてエネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７とに所要電力を分け、エネルギー型エネルギー源１５（図では「ＥＳ」と省略）とパワー型エネルギー源１７（図では「ＰＳ」と省略）との電力指令を生じるように構成される電力分岐装置３４を含む。ＥＭＳ１９は、電力分岐装置３４の電力指令を電流指令に変換するように構成される電力電流コンバータ３６を含む。電力指令に応じ牽引駆動システム１１に電力を供給するため、エネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７とを各々制御するように、昇圧コンバータ１３に電流指令を適用し、昇圧コンバータ１３の対応チャネルを制御する。

図３は、一実施形態に係るエネルギー制御手段のグラフである。横軸は、牽引駆動システム１１の所要電力を示し、縦軸は、エネルギー型エネルギー源１５またはパワー型エネルギー源１７の電力指令を示す。波形３８は、パワー型エネルギー源１７の電力指令と牽引駆動システム１１の所要電力との関係を示し、波形３９は、エネルギー型エネルギー源１５の電力指令と牽引駆動システム１１の所要電力との関係を示す。

図１を参照すると、推進システム１００は、運転モードおよび回生モードで動作できる。操縦や加速などの運転モードでは、エネルギー源１５および／または１７は、車両を運転するため牽引駆動システム１１に電力を供給する。ブレーキなどの回生モードでは、エネルギー源１５および／または１７は、牽引駆動システム１１から電力を受ける。本実施形態では、牽引駆動システム１１の所要電力が正の場合、推進システム１００は運転モードで動作し、そうでなければ、推進システム１００は回生モードで動作する。本実施形態では、エネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７の電力指令の合計は、所要電力と等しい。他の実施形態では、燃焼機関などの他のエネルギー源が電力を供給するために用いられる。

運転モードにおいて、ＥＭＳ１９は、少なくとも二つの条件で、昇圧コンバータ１３を通りエネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７とを制御する。牽引駆動システム１１の所要電力が電力閾値より小さい一条件では、ＥＭＳ１９は、エネルギー型エネルギー源１５を制御し、牽引駆動システム１１に電力を供給する。本実施形態においては、エネルギー型エネルギー源１５は、所要電力を供給する。

牽引駆動システム１１の所要電力が電力閾値より大きい他の条件では、ＥＭＳ１９は、エネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７とをともに制御し、牽引駆動システム１１に電力を供給する。本実施形態において、パワー型エネルギー源１７から供給された電力がその許容最大電力より小さいとき、牽引駆動システム１１の電力閾値と等しい電力を供給するように、ＥＭＳ１９はエネルギー型エネルギー源１５を制御する。パワー型エネルギー源１７は、本実施形態において、所要電力の残りを供給する。許容最大電力は、パワー型エネルギー源１７が印可する最大電力を示し、パワー型エネルギー源１７の容量に応じて決まる。他の実施形態では、エネルギー型エネルギー源１５は、所要電力の上昇とともに少し上昇する電力を供給し、パワー型エネルギー源１７は所要電力のその残りを供給する。

ＥＭＳ１９は、パワー型エネルギー源１７を制御し、所要電力が電力閾値より大きい条件で、所要電力が許容最大電力と電力閾値の合計より高いとき、その許容最大電力を供給する。ＥＭＳ１９は、エネルギー型エネルギー源１５を制御し、所要電力の残りを供給する。

エネルギー型エネルギー源１５を保護するため、エネルギー型エネルギー源１５の寿命を延ばすため、またパワー型エネルギー源１７の容量を合理的に使用するため、電力閾値は、エネルギー型エネルギー源１５の寿命と、パワー型エネルギー源１７の充放電の性能と、に応じて決まる。電力閾値は、一実施形態では、牽引駆動システム１１の所要電力の平均値の実質的半分である。エネルギー型エネルギー源１５は電力を円滑に供給し、パワー型エネルギー源１７は例えば加速中の負荷電力の速い変化を処理でき、また、パワー型エネルギー源１７は大きい所要電力を分担できる。

回生モードでは、パワー型エネルギー源１７は、本実施形態において、充電のため牽引駆動システム１１から回生電力を受ける。モータ２３は発電機として動作する。他の実施形態では、エネルギー型エネルギー源１５は、回生電力を受けてもよい。パワー型エネルギー源１７は、ほとんどの回生電力を受けてよく、エネルギー型エネルギー源１５は、回生電力のその残りを受けてもよい。パワー型エネルギー源１７は、電力を速やかに受けることができる。

図４から図７は、他の実施形態に係るエネルギー制御手段のフローチャートを示す。図４を参照すると、ブロック４０において、ＥＭＳ１９は所要電力がゼロより大きいか判定する。所要電力がゼロより大ならば、すなわち、所要電力が正ならば、所要電力はブロック４２に示す運転モードに分かれ、そうでなければ、所要電力はブロック４４に示す回生モードに分かれる。

図５は、一実施形態に係る図４のブロック４２において、運転モードでの電力分岐のサブフローチャートを示す。ブロック４２０において、ＥＭＳ１９は、所要電力が電力閾値より高いかどうかを判定する。ブロック４２２において、所要電力が電力閾値より高いとき、ＥＭＳ１９は、パワー型エネルギー源１７が所要電力と電力閾値との差である電力を供給可能かをさらに判定する。すなわち、ＥＭＳ１９は、パワー型エネルギー源１７の許容最大電力が所要電力と電力閾値との差より高いかを判定する。

ブロック４２４において、パワー型エネルギー源１７が電力を供給できる場合、ＥＭＳ１９は、牽引駆動システム１１に電力閾値と等しい電力を供給するため、エネルギー型エネルギー源１５を制御し、牽引駆動システム１１に所要電力の残りを供給するため、パワー型エネルギー源１７を制御する。所要電力の残りは所要電力と電力閾値との差であり、これはパワー型エネルギー源１５の許容最大電力より小さい。そうでない場合、ブロック４２６において、ＥＭＳ１９は、許容最大電力を供給するため、パワー型エネルギー源１７を制御し、電力閾値より高い所要電力の残りを供給するため、エネルギー型エネルギー源１５を制御する。この条件では、所要電力は許容最大電力と電力閾値との合計より高い。

ブロック４２８において、所要電力が電力閾値より低い条件で、エネルギー型エネルギー源１５は牽引駆動システム１１に電力を供給し、また、ＥＭＳ１９はパワー型エネルギー源１７を制御して、その充電状態（ＳｏＣ）に応じて、電力を供給、または充電する。本明細書において用いる「ＳｏＣ」は、パーセンテージで表現したパワー型エネルギー源１７の最大充電レベルと比較して、パワー型エネルギー源１７の充電レベル（パワー型エネルギー源１７の残存エネルギー）を示す。パワー型エネルギー源１７のＳｏＣは、その最大電圧容量の平方と比較して、パワー型エネルギー源１７の電圧の平方のパーセンテージを示す。

エネルギー型エネルギー源１５は、パワー型エネルギー源１７の電圧が所要電圧より低い場合、すなわち、パワー型エネルギー源１７のＳｏＣが所望のＳｏＣより低い場合、パワー型エネルギー源１７を充電するため、電力を供給する。そして、パワー型エネルギー源１７の電圧が所望電圧より高い場合、すなわち、パワー型エネルギー源１７のＳｏＣが所望のＳｏＣより高い場合、牽引駆動システム１１に電力を供給するため、ＥＭＳ１９は、エネルギー型エネルギー源１５と協働し、パワー型エネルギー源１７を制御する。その結果、パワー型エネルギー源１７の電圧はおよそ所要電圧に維持され、よってパワー型エネルギー源１７のＳｏＣはおよそ所望のＳｏＣに維持される。

パワー型エネルギー源１７の電圧は、一例では、電圧センサー（図示せず）を経て測定される。所要電圧と所望のＳｏＣは、車両速度に応じて決まり、車両速度に反比例する。所要電圧と所望のＳｏＣは、車両速度の変化とともに変化する。車両が速い速度で走る場合、パワー型エネルギー源１７の所要電圧と所望のＳｏＣは低く決定され、車両が遅い速度で走る場合、所要電圧と所望のＳｏＣは高く決定される。よって、車両速度が速い場合、パワー型エネルギー源１７が回生ブレーキから十分エネルギーを受けられるようＳｏＣは低く維持される。逆に車両速度が遅い場合、車両を加速するため、パワー型エネルギー源１７が電力の高バーストをすぐ実現できるように、ＳｏＣは高く維持される。

図６は、一実施形態に係る図５のブロック４２８において、ＳｏＣスケジュールのサブフローチャートを示す。ブロック４３０では、ＥＭＳ１９は、パワー型エネルギー源１７の電圧が所要電圧より低いかを判定する。本実施形態において、所要電圧付近に電圧範囲があり、これは上限および下限を備える狭帯域を有する。上限は、所要電圧より少し高く、下限は、所要電圧より少し低い。例えば、上限は、マージン（非限定的例では、５ボルト（Ｖ））を加えた所要電圧であり、下限は、マージンまたは他の小さい値を減じた所要電圧である。本実施形態において、ＥＭＳ１９が、パワー型エネルギー源１７の電圧が下限より低いか判定する。

ブロック４３２において、パワー型エネルギー源１７の電圧が下限より低い場合、エネルギー型エネルギー源１５はパワー型エネルギー源１７に充電するためさらなる電力を供給する。エネルギー型エネルギー源１５のみが、この条件で牽引駆動システム１１に所要電力を供給する。ブロック４３４において、パワー型エネルギー源１７の電圧が下限より低くない場合、ＥＭＳ１９は、パワー型エネルギー源１７の電圧が上限より高いかどうかをさらに判定する。ブロック４３６において、パワー型エネルギー源１７の電圧が上限より高いとき、ＥＭＳ１９は、エネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７とをともに制御し、牽引駆動システム１１に所要電力を供給する。ブロック４３８において、パワー型エネルギー源１７の電圧が電圧範囲にあるとき、エネルギー型エネルギー源１５だけが牽引駆動システム１１に電力を供給する。パワー型エネルギー源１７の電圧は電圧範囲に維持される。推進システム１００の安定性は電圧範囲によって向上する。

他の実施形態では、ＥＭＳ１９は、パワー型エネルギー源１７の電圧が上限より高いかどうかを判定してもよく、電圧が上限より高くない場合、パワー型エネルギー源１７の電圧が下限より低いかどうかを判定する。異なる条件における推進システム１００の動作は、上述の実施形態の動作と同様である。

図７は、一実施形態に係る図４のブロック４４において、回生モードでの電力分岐のサブフローチャートを示す。ブロック４４０において、ＥＭＳ１９は、パワー型エネルギー源１７の電圧が電圧閾値より低いかどうかを判定する。電圧閾値に対応するＳｏＣ閾値が１００％より低いように、電圧閾値はパワー型エネルギー源１７の最大電圧容量より低い。例えば、ＳｏＣ閾値は９０％である。この例は単なる説明であり、非制限的であることに留意しなければならない。ブロック４４２において、パワー型エネルギー源１７の電圧が電圧閾値より低くない場合、牽引駆動システム１１の回生電力の一部をエネルギー型エネルギー源１５で受ける。パワー型エネルギー源１７は、高レートで回生電力を受け、エネルギー型エネルギー源１５は低レートで回生電力を受ける。本条件では、パワー型エネルギー源１７の電圧上昇を減速させるため、エネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７とをともに充電しており、したがってパワー型エネルギー源１７は常に電力を受けることが可能である。

回生モード中、パワー型エネルギー源１７の電圧が電圧閾値より低い場合、牽引駆動システム１１からの回生電力で充電されるように、ＥＭＳ１９は、パワー型エネルギー源１７を制御するように構成される。本条件では、パワー型エネルギー源１７のみが回生電力を受ける。本実施形態では、ブロック４４４において、パワー型エネルギー源１７の電圧が電圧閾値より低い場合、ＥＭＳ１９は、パワー型エネルギー源１７の電圧が所要電圧より低いかどうかさらに判定する。電圧閾値は所要電圧より大きい。ブロック４４６で、パワー型エネルギー源１７の電圧が所要電圧より低いとき、エネルギー型エネルギー源１５はパワー型エネルギー源１７を充電するため電力を供給する。本明細書において記載した本動作は、運転モードにおいてエネルギー型エネルギー源１５によってパワー型エネルギー源１７が充電される対応動作に類似する。ブロック４４８において、パワー型エネルギー源１７の電圧が所要電圧と電圧閾値との間である場合、回生電力のみがパワー型エネルギー源１７を充電する。

上述した実施形態では、所要電力、電力閾値、所要電圧、電圧範囲の上限および下限、電圧閾値等のように、複数の閾値があり、様々な操作条件に分けるため用いられる。閾値にちょうど及ぶとき、推進システム１００は、様々な操作条件の一つ、または様々な操作条件の他の一つで動作可能である。例えば、図５に示す実施形態では、所要電力が電力閾値に及ぶとき、ＥＭＳ１９は、ブロック４２８で動作する。他の実施形態では、所要電力が電力閾値に及ぶとき、ＥＭＳ１９は、ブロック４２２で動作する。上述の実施形態におけるエネルギー制御手段は、エネルギー制御手段の動作効率を向上するため、一定のルールと、エネルギー源の十分考慮した特徴および状態に従い定まる。

図８は、一実施形態に係る図２の電力分岐装置３４の説明図を示す。本実施形態において、電力分岐装置３４は、電力決定ユニット３４１と電力最適化ユニット３４３とを含む。エネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７との電力要求を生じるため、図３から図７におけるエネルギー制御手段に基づき、電力決定ユニット３４１は所要電力を分けるように構成される。電力最適化ユニット３４３は、エネルギー型エネルギー源１５の電力指令を生じるため、エネルギー型エネルギー源１５の電力要求の動的変化率を制限するように構成されるスルー・レート・リミッタ３４５を含む。本明細書において用いるエネルギー型エネルギー源１５の電力要求は、エネルギー型エネルギー源１５によって供給および受ける電力を含む。したがって、エネルギー型エネルギー源１５の所要電力の減少または増加率は、スルー・レート・リミッタ３４５で決まる特定の値より大きくない。特定の値は、エネルギー型エネルギー源１５の特徴に応じて決まり、様々なエネルギー型エネルギー源１５に対し規定されうる。

エネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７との電力要求の合計が、エネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７との電力要求の合計と等しいように、電力要求とエネルギー型エネルギー源１５の電力指令との差が、パワー型エネルギー源１７の電力要求に加えられ、パワー型エネルギー源１７の電力指令を生じる。パワー型エネルギー源１７は、例えば加速または急なブレーキの際に所要電力が高い変化率を有せるように、電力の高バーストを処理できる。

図５から図８を参照すると、図５のブロック４２４と４２６、図６のブロック４３２、４３６および４３８、図７のブロック４４２、４４６および４４８で、エネルギー型エネルギー源１５の電力の動的変化率は、スルー・レート・リミッタ３４５を通り制限され、エネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７の電力指令は上述の通り決まる。エネルギー型エネルギー源１５とパワー型エネルギー源１７は、対応する電力指令に従い電力を供給または受ける。

本発明の実施形態を本明細書において記載したが、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者には様々な変更および均等物がその要件に代替え可能なことが理解されよう。加えて、本発明の必須範囲から逸脱することなく、特定の状況や物質を発明の教示に適合させるため、多くの修正が可能である。したがって、本発明は、本発明を理解するためベストモードと考え開示した特定の実施形態に限定されないが、本発明が添付のクレームの範囲内にある限りにおいて、全実施形態を含むことが意図される。

さらに、当業者は異なる実施形態の様々な特徴の互換性を認識するであろう。記載した様々な特徴は、各特徴に対し他の既知の均等物と同様に、本開示の原則に従いさらなるシステムや技術を構築するため、当業者が組み合わせ可能である。

１１牽引駆動システム
１３昇圧コンバータ
１５エネルギー型エネルギー源
１７パワー型エネルギー源
１９エネルギー制御システム（ＥＭＳ）
２１インバータ
２３モータ
２５ＤＣリンク
２７ＤＣリンク
３０ＤＣリンク電圧レギュレータ
３２推定装置
３４電力分岐装置
３６電力電流コンバータ
３８波形
３９波形
４０ブロック
４２ブロック
４４ブロック
１００推進システム
１３１高電圧側
１３３低電圧側
３４１電力決定ユニット
３４３電力最適化ユニット
３４５スルー・レート・リミッタ
４２０ブロック
４２２ブロック
４２４ブロック
４２６ブロック
４２８ブロック
４３０ブロック
４３２ブロック
４３４ブロック
４３６ブロック
４３８ブロック
４４０ブロック
４４２ブロック
４４４ブロック
４４６ブロック
４４８ブロック
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Claims

推進システム（１００）であって、
高電圧側（１３１）と低電圧側（１３３）とを有する昇圧コンバータ（１３）と、
前記昇圧コンバータ（１３）の前記高電圧側（１３１）に接続された牽引駆動システム（１１）と、
前記昇圧コンバータ（１３）とその前記低電圧側（１３３）で接続されたエネルギー型エネルギー源（１５）と、
前記昇圧コンバータ（１３）とその前記低電圧側（１３３）で接続されたパワー型エネルギー源（１７）と、
前記推進システム（１００）が運転モード中に、前記昇圧コンバータ（１３）を制御するように構成されるエネルギー制御システム（１９）と、を備え、
前記エネルギー制御システム（１９）は、
前記牽引駆動システム（１１）の所要電力が電力閾値より低いとき、前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するよう前記エネルギー型エネルギー源（１５）を制御し、
前記牽引駆動システム（１１）の前記所要電力が電力閾値より高いとき、前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するよう前記エネルギー型エネルギー源（１５）と前記パワー型エネルギー源（１７）とをともに制御し、
前記エネルギー型エネルギー源（１５）と前記パワー型エネルギー源（１７）とから前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するときに、
前記エネルギー型エネルギー源（１５）から前記電力閾値と等しい電力を供給させ、
前記パワー型エネルギー源（１７）の許容最大電力が、前記所要電力の残りの電力よりも大きいとき、前記パワー型エネルギー源（１７）から前記所要電力の前記残りの電力を供給させ、
前記パワー型エネルギー源（１７）の前記許容最大電力が、前記所要電力の残りの電力よりも小さいとき、前記パワー型エネルギー源（１７）から前記所要電力の前記許容最大電力を供給させ、
前記推進システム（１００）が回生モード中に、前記パワー型エネルギー源（１７）の電圧が回生電圧閾値より低くないとき、前記エネルギー型エネルギー源（１５）と前記パワー型エネルギー源（１７）とをともに、前記牽引駆動システム（１１）からの回生電力により充電し、前記パワー型エネルギー源（１７）が、高レートで回生電力を受け、前記エネルギー型エネルギー源（１５）が低レートで回生電力を受けるようにするため、前記エネルギー制御システム（１９）が制御するように構成され、
前記パワー型エネルギー源（１７）のＳｏＣが車両速度に応じて変化する所望のＳｏＣより低いとき、前記パワー型エネルギー源（１７）を充電するため、前記エネルギー型エネルギー源（１５）が電力を供給するように構成される、推進システム（１００）。
推進システム（１００）であって、
高電圧側（１３１）と低電圧側（１３３）とを有する昇圧コンバータ（１３）と、
前記昇圧コンバータ（１３）の前記高電圧側（１３１）に接続された牽引駆動システム（１１）と、
前記昇圧コンバータ（１３）とその前記低電圧側（１３３）で接続されたエネルギー型エネルギー源（１５）と、
前記昇圧コンバータ（１３）とその前記低電圧側（１３３）で接続されたパワー型エネルギー源（１７）と、
前記推進システム（１００）が運転モード中に、前記昇圧コンバータ（１３）を制御するように構成されるエネルギー制御システム（１９）と、を備え、
前記エネルギー制御システム（１９）は、
前記牽引駆動システム（１１）の所要電力が電力閾値より低いとき、前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するよう前記エネルギー型エネルギー源（１５）を制御し、
前記牽引駆動システム（１１）の前記所要電力が電力閾値より高いとき、前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するよう前記エネルギー型エネルギー源（１５）と前記パワー型エネルギー源（１７）とをともに制御し、
前記エネルギー型エネルギー源（１５）と前記パワー型エネルギー源（１７）とから前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するときに、
前記エネルギー型エネルギー源（１５）から前記電力閾値と等しい電力を供給させ、
前記パワー型エネルギー源（１７）の許容最大電力が、前記所要電力の残りの電力よりも大きいとき、前記パワー型エネルギー源（１７）から前記所要電力の前記残りの電力を供給させ、
前記パワー型エネルギー源（１７）の前記許容最大電力が、前記所要電力の残りの電力よりも小さいとき、前記パワー型エネルギー源（１７）から前記所要電力の前記許容最大電力を供給させ、
前記推進システム（１００）が回生モード中に、前記パワー型エネルギー源（１７）の電圧が回生電圧閾値より低くないとき、前記エネルギー型エネルギー源（１５）と前記パワー型エネルギー源（１７）とをともに、前記牽引駆動システム（１１）からの回生電力により充電し、前記パワー型エネルギー源（１７）が、高レートで回生電力を受け、前記エネルギー型エネルギー源（１５）が低レートで回生電力を受けるようにするため、前記エネルギー制御システム（１９）が制御するように構成され、
前記パワー型エネルギー源（１７）の電圧が車両速度に応じて変化する所要電圧より低いとき、前記パワー型エネルギー源（１７）を充電するため、前記エネルギー型エネルギー源（１５）が電力を供給するように構成される、推進システム（１００）。
前記所要電力が前記電力閾値より低いとき、前記パワー型エネルギー源（１７）の電圧が所要電圧より高いとき、前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するため、前記エネルギー制御システム（１９）が前記パワー型エネルギー源（１７）を制御するように構成される、請求項１または２に記載の推進システム（１００）。
前記推進システム（１００）が回生モード中に、前記パワー型エネルギー源（１７）の電圧が回生電圧閾値より低いとき、前記牽引駆動システム（１１）からの回生電力により前記パワー型エネルギー源（１７）を充電するため、前記エネルギー制御システム（１９）が前記パワー型エネルギー源（１７）を制御するように構成される、請求項１乃至３のいずれかに記載の推進システム（１００）。
前記昇圧コンバータ（１３）が、一組の直流リンク（２５、２７）を介して前記牽引駆動システム（１１）と接続され、前記エネルギー制御システム（１９）が所要電力を前記直流リンク（２５、２７）への指令電圧と前記直流リンク（２５、２７）の測定電圧とに応じて決定するように構成される、請求項１乃至４のいずれかに記載の推進システム（１００）。
前記エネルギー制御システム（１９）が、前記牽引駆動システム（１１）の推定負荷電力を推定し、前記所要電力を前記推定負荷電力に応じて決定するように構成される、請求項５に記載の推進システム（１００）。
前記エネルギー制御システム（１９）が、スルー・レート・リミッタ（３４５）を備える請求項１乃至６のいずれかに記載の推進システム（１００）。
エネルギー型エネルギー源（１５）とパワー型エネルギー源（１７）から牽引駆動システム（１１）に電力を供給する方法であって、
前記牽引駆動システム（１１）の所要電力が電力閾値より低いとき、前記エネルギー型エネルギー源（１５）から前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するステップと、
前記牽引駆動システム（１１）の前記所要電力が前記電力閾値より高いとき、前記エネルギー型エネルギー源（１５）と前記パワー型エネルギー源（１７）の両方から、前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するするステップと、
を含み、
前記エネルギー型エネルギー源（１５）と前記パワー型エネルギー源（１７）の両方からから前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給する前記ステップが、
前記パワー型エネルギー源（１７）の許容最大電力が、前記所要電力の残りの電力よりも大きいとき、前記エネルギー型エネルギー源（１５）から前記電力閾値と等しい電力を供給し、前記パワー型エネルギー源（１７）から前記所要電力の前記残りの電力を供給するステップと、
前記パワー型エネルギー源（１７）の前記許容最大電力が、前記所要電力の残りの電力よりも小さいとき、前記パワー型エネルギー源（１７）から前記所要電力の前記許容最大電力を供給するステップと、
前記パワー型エネルギー源（１７）の電圧が回生電圧閾値より低くないとき、前記牽引駆動システム（１１）からの回生電力により、前記エネルギー型エネルギー源（１５）と前記パワー型エネルギー源（１７）とをともに充電するステップであって、前記パワー型エネルギー源（１７）が、高レートで回生電力を受け、前記エネルギー型エネルギー源（１５）が低レートで回生電力を受けるようにするステップと、
前記パワー型エネルギー源（１７）のＳｏＣが車両速度に応じて変化する所望のＳｏＣより低いとき、前記パワー型エネルギー源（１７）を充電するため、前記エネルギー型エネルギー源（１５）が電力を供給するステップと、
を含む、方法。
エネルギー型エネルギー源（１５）とパワー型エネルギー源（１７）から牽引駆動システム（１１）に電力を供給する方法であって、
前記牽引駆動システム（１１）の所要電力が電力閾値より低いとき、前記エネルギー型エネルギー源（１５）から前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するステップと、
前記牽引駆動システム（１１）の前記所要電力が前記電力閾値より高いとき、前記エネルギー型エネルギー源（１５）と前記パワー型エネルギー源（１７）の両方から、前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するするステップと、
を含み、
前記エネルギー型エネルギー源（１５）と前記パワー型エネルギー源（１７）の両方からから前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給する前記ステップが、
前記パワー型エネルギー源（１７）の許容最大電力が、前記所要電力の残りの電力よりも大きいとき、前記エネルギー型エネルギー源（１５）から前記電力閾値と等しい電力を供給し、前記パワー型エネルギー源（１７）から前記所要電力の前記残りの電力を供給するステップと、
前記パワー型エネルギー源（１７）の前記許容最大電力が、前記所要電力の残りの電力よりも小さいとき、前記パワー型エネルギー源（１７）から前記所要電力の前記許容最大電力を供給するステップと、
前記パワー型エネルギー源（１７）の電圧が回生電圧閾値より低くないとき、前記牽引駆動システム（１１）からの回生電力により、前記エネルギー型エネルギー源（１５）と前記パワー型エネルギー源（１７）とをともに充電するステップであって、前記パワー型エネルギー源（１７）が、高レートで回生電力を受け、前記エネルギー型エネルギー源（１５）が低レートで回生電力を受けるようにするステップと、
前記パワー型エネルギー源（１７）の電圧が車両速度に応じて変化する所要電圧より低いとき、前記エネルギー型エネルギー源（１５）により前記パワー型エネルギー源（１７）を充電するステップとを備える、方法。
前記パワー型エネルギー源（１７）の電圧が回生電圧閾値より低いとき、前記牽引駆動システム（１１）からの回生電力により前記パワー型エネルギー源（１７）を充電するステップをさらに備える、請求項８または９に記載の方法。
前記牽引駆動システム（１１）への指令電圧と、前記牽引駆動システム（１１）に印加された測定電圧に応じ、前記所要電力を決定するステップをさらに備える、請求項８乃至１０のいずれかに記載の方法。
前記所要電力を決定することが、前記牽引駆動システム（１１）の推定負荷電力を推定するステップと、前記推定負荷電力に応じ、前記所要電力を決定するステップと、を備える、請求項１１に記載の方法。
前記昇圧コンバータ（１３）が、多チャネル双方向コンバータである、請求項１乃至７のいずれかに記載の推進システム（１００）。
前記エネルギー型エネルギー源（１５）が、前記昇圧コンバータ（１３）の低電圧側（１３３）の第１のチャネルに結合され、
前記パワー型エネルギー源（１７）が、前記昇圧コンバータ（１３）の低電圧側（１３３）の第２のチャネルに結合され、る、請求項１３に記載の推進システム（１００）。
前記エネルギー型エネルギー源（１５）が、バッテリを含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の推進システム（１００）。
前記パワー型エネルギー源（１７）が、ウルトラキャパシタを含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の推進システム（１００）。
前記牽引駆動システム（１１）が、ＡＣモータに結合されたインバータを含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の推進システム（１００）。
推進システム（１００）であって、
高電圧側（１３１）と低電圧側（１３３）とを有する昇圧コンバータ（１３）と、
前記昇圧コンバータ（１３）の前記高電圧側（１３１）に接続された牽引駆動システム（１１）と、
前記昇圧コンバータ（１３）とその前記低電圧側（１３３）で接続されたバッテリ（１５）と、
前記昇圧コンバータ（１３）とその前記低電圧側（１３３）で接続されたウルトラキャパシタ（１７）と、
前記推進システム（１００）が運転モード中に、前記昇圧コンバータ（１３）を制御するように構成されるエネルギー制御システム（１９）と、を備え、
前記エネルギー制御システム（１９）は、
前記牽引駆動システム（１１）の所要電力が電力閾値より低いとき、前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するよう前記バッテリ（１５）を制御し、
前記牽引駆動システム（１１）の前記所要電力が電力閾値より高いとき、前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するよう前記バッテリ（１５）と前記ウルトラキャパシタ（１７）とをともに制御し、
前記バッテリ（１５）と前記ウルトラキャパシタ（１７）とから前記牽引駆動システム（１１）に電力を供給するときに、
前記バッテリ（１５）から前記電力閾値と等しい電力を供給させ、
前記ウルトラキャパシタ（１７）の許容最大電力が、前記所要電力の残りの電力よりも大きいとき、前記ウルトラキャパシタ（１７）から前記所要電力の前記残りの電力を供給させ、
前記ウルトラキャパシタ（１７）の前記許容最大電力が、前記所要電力の残りの電力よりも小さいとき、前記ウルトラキャパシタ（１７）から前記所要電力の前記許容最大電力を供給させ、
前記推進システム（１００）が回生モード中に、前記ウルトラキャパシタ（１７）の電圧が回生電圧閾値より低くないとき、前記バッテリ（１５）と前記ウルトラキャパシタ（１７）とをともに、前記牽引駆動システム（１１）からの回生電力により充電し、前記ウルトラキャパシタ（１７）が、高レートで回生電力を受け、前記バッテリ（１５）が低レートで回生電力を受けるようにし、
前記ウルトラキャパシタ（１７）のＳｏＣが車両速度に応じて変化する所望のＳｏＣより低いとき、前記ウルトラキャパシタ（１７）を充電するため、前記バッテリ（１５）が電力を供給するように構成され、
前記所望のＳｏＣは、車両速度が速いときに低く設定され、車両速度が遅いときに高く設定される、推進システム（１００）。