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公開番号2023043146
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-03-28
出願番号2022119792
出願日2022-07-27
発明の名称電力システムおよび方法
出願人トランスポーテーションアイピーホールディングス,エルエルシー
代理人個人
主分類H02J 7/00 20060101AFI20230320BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力システムを有する車両システム及び方法を提供する。
【解決手段】電力システム350は、モータ304と結合されたインバータデバイス310を含む。インバータデバイスは、モータの発電制動によって生成された電気エネルギーをモータから受け取る。エネルギー貯蔵デバイス312は、インバータデバイスと結合され、可変抵抗構成要素320は、インバータデバイスとエネルギー貯蔵デバイスとの間に配置される。可変抵抗構成要素は、インバータデバイスからエネルギー貯蔵デバイス、抵抗グリッド又はシステム負荷に向かう電気エネルギーの伝導方向を制御する。可変抵抗構成要素は、インバータデバイスから伝導される第1の量の電気エネルギー、インバータデバイスから伝導される電気エネルギーの伝達速度又はエネルギー貯蔵デバイスの1つ以上の特性に基づいて、インバータデバイスからの電気エネルギーの伝導方向を制御する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
電力システムであって、
モータと結合されたインバータデバイスであって、前記モータの発電制動によって生成された電気エネルギーを前記モータから受け取るように構成されたインバータデバイスと、
前記インバータデバイスと結合されたエネルギー貯蔵デバイスと、
前記インバータデバイスと前記エネルギー貯蔵デバイスとの間に配置された可変抵抗構成要素であって、前記インバータデバイスから前記エネルギー貯蔵デバイス、抵抗グリッド、またはシステム負荷のうちの１つ以上に向かう前記電気エネルギーの前記伝導方向を制御するように構成されている、可変抵抗構成要素と、を備え、
前記可変抵抗構成要素が、
前記インバータデバイスから伝導される第１の量の前記電気エネルギー、
前記インバータデバイスから伝導される前記電気エネルギーの伝達速度、または
前記エネルギー貯蔵デバイスの１つ以上の特性のうちの１つ以上に基づいて、前記インバータデバイスからの前記電気エネルギーの前記伝導方向を制御するように構成されている、電力システム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記可変抵抗構成要素が、前記電気エネルギーの第１の部分の伝導を前記エネルギー貯蔵デバイスに向け、前記電気エネルギーの第２の部分の伝導を前記抵抗グリッドまたは前記システム負荷のうちの１つ以上に向けるように構成されている、請求項１に記載の電力システム。
【請求項３】
前記インバータデバイスが、前記モータの前記発電制動の変化に基づいて、前記モータから、第２の変更量の前記電気エネルギーを受け取るように構成されている、請求項２に記載の電力システム。
【請求項４】
前記可変抵抗構成要素が、前記エネルギー貯蔵デバイスの充電状態に基づいて、前記第１の部分の、変更量の前記電気エネルギーを前記エネルギー貯蔵デバイスに向けるように構成されている、請求項２に記載の電力システム。
【請求項５】
前記可変抵抗構成要素が、前記エネルギー貯蔵デバイスの分類に基づいて、前記第１の部分の、変更量の前記電気エネルギーを前記エネルギー貯蔵デバイスに向けるように構成されている、請求項２に記載の電力システム。
【請求項６】
前記エネルギー貯蔵デバイスの１つ以上の特性が、前記エネルギー貯蔵デバイスが受け取ることができる電気エネルギーの総量、または前記エネルギー貯蔵デバイスの伝達速度を含む、請求項１に記載の電力システム。
【請求項７】
前記エネルギー貯蔵デバイスが受け取ることができる電気エネルギーの前記総量、または前記エネルギー貯蔵デバイスの前記伝達速度のうちの１つ以上が、前記エネルギー貯蔵デバイスの充電状態に基づく、請求項６に記載の電力システム。
【請求項８】
前記可変抵抗構成要素が、前記モータの前記発電制動の変化に応答して変化する、前記インバータデバイスから伝導される前記第１の量の前記電気エネルギーに基づいて、前記電気エネルギーの前記伝導方向を変化させるように構成されている、請求項１に記載の電力システム。
【請求項９】
前記可変抵抗構成要素と前記エネルギー貯蔵デバイスとの間に配置されたブースト回路をさらに備え、前記ブースト回路が、前記エネルギー貯蔵デバイスに向けられた前記電気エネルギーの電圧を変化させるように構成されている、請求項１に記載の電力システム。
【請求項１０】
オペレータが、前記可変抵抗構成要素の動作を制御して、前記電気エネルギーの前記伝導方向、前記エネルギー貯蔵デバイスに向けられた電気エネルギーの量、または前記抵抗グリッドもしくは前記システム負荷のうちの１つ以上に向けられた電気エネルギーの量のうちの１つ以上を変化させるように構成されている、請求項１に記載の電力システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される主題は、電力システムを有する車両システムおよび関連する方法に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
技術の考察
いくつかのバッテリ電気システム（例えば、車両、静止システムなど）では、バッテリは、様々な要因により、様々な例で電力吸収能力が限定されていることもある。このような要因は、充電状態レベル、電力の許容伝達速度などを含むこともある。システムの発電制動中に電気エネルギーを生成するシステムでは、生成される制動電力の一部が、抵抗グリッドに散逸される必要があるか、またはシステム負荷（例えば、推進負荷、非推進負荷など）に向けられる場合もある。固定抵抗値を有する電力システム内では、バッテリ電圧に一定量の電力損失が発生する場合もあり、残りの電力を使用してバッテリを充電することもできる。例えば、バッテリ充電電力に対する制御がない場合もある。追加的に、電力システムが抵抗グリッドに接続されていないシステムでは、電力システムは、（例えば、電池の充電状態に関係なく）電池に供給される電力に対する制御をしない場合もある。
【０００３】
例えば、図１は、車両システムの既存の電力システム１００の概略図を示す。電力システムは、インバータ１０４と電気的に結合されるトラクションモータなどのモータ１０２を含む。電力システムは、インバータ、エネルギー貯蔵デバイス１１０（例えば、バッテリなど）および車両負荷または抵抗グリッド１０６と電気的に結合され、その間に配置された抵抗構成要素１１２をさらに含む。抵抗構成要素は、抵抗構成要素が単一の方向に電気エネルギーを向けることができるように、固定抵抗構成要素であってもよい。
【０００４】
モータは、車両システムのモータの発電制動によって生成される電気エネルギー（例えば、制動電力）を生成することができる。車両システムの移動速度が増加するにつれて、車両システムの移動を制動するまたは遅延させるために必要な電気エネルギーの量が減少し、余分な電気エネルギーは、モータからインバータを通って抵抗構成要素に向けられる。抵抗構成要素は、モータからの電気エネルギーの伝導（例えば、流れ、移動など）の方向を制御するスイッチ１１４を含む。電気エネルギーは、スイッチが開位置にある間、エネルギー貯蔵デバイスに向けて第１の方向１１６に誘導されてもよく、あるいは電気エネルギーは、スイッチが閉位置にある間、車両負荷またはグリッドに向けて第２の方向１１８に誘導されてもよい。任意に、電力システムは、抵抗構成要素および車両負荷または抵抗グリッドを欠いていてもよく、それによって、モータからのすべての電気エネルギーは、エネルギー貯蔵デバイスに向けられてもよい。
【０００５】
開位置と閉位置との間のスイッチの位置は、ＤＣリンク電圧１２０に対するエネルギー貯蔵デバイス１２２の電圧に基づいている。車両負荷またはグリッドがＤＣリンクに接続されている場合（例えば、図１に示すように）、グリッド電力は、エネルギー貯蔵デバイスの電圧およびグリッド抵抗の関数であり、エネルギー貯蔵充電電力は、車両システムの電気エネルギー（例えば、制動電力）およびグリッド電力に基づいている。例えば、グリッド電力は制御できないので、エネルギー貯蔵充電電力はグリッド散逸後の残りの電力である。代替的に、車両負荷またはグリッドがＤＣリンクに接続されていない場合、すべての電気エネルギー（例えば、制動電力）は、エネルギー貯蔵デバイスの充電状態に関係なく、エネルギー貯蔵デバイスに向けられる。
【０００６】
図２は、図１に示された電力システムの動作を示すグラフ１３０を示す。図２の例示された実施形態では、車両負荷またはグリッドは、ＤＣリンクと接続されている。グラフは、電力（例えば、ボルト）を表す縦軸１３２と、車両システムの移動速度（例えば、マイル／時）を表す横軸１３４とを含む。データ線１３６は、モータからの電気エネルギーのＤＣリンク電圧を表し、データ線１３８は、車両システムのモータの発電制動によって生成される利用可能な電気エネルギーの量（例えば、制動電力）を表し、データ線１４０は、車両負荷または抵抗グリッドに向けられた電気エネルギーの量を表し、データ線１４２は、車両システムのエネルギー貯蔵デバイスに向けられた電気エネルギーの量を表す。
【０００７】
エネルギー貯蔵デバイスの電圧がＤＣリンク電圧よりも大きい間、スイッチは閉位置にあり、電気エネルギーは車両負荷またはグリッドに向けられる。車両システムの移動速度が増加するにつれて、車両システムによって生成される制動電力および対応するＤＣリンク電圧が増加する。スイッチの位置は、ＤＣリンク電圧が、エネルギー貯蔵デバイスの電圧と実質的に等しいまたはそれよりも大きいレベルまで増加することに応答して、開位置に移動する。
【０００８】
例えば、車両システムの速度が増加するにつれて、モータからインバータを通ってくる電力の量が変化する。速度Ｓ０から速度Ｓ１まで、ＤＣリンクの両端電圧は、エネルギー貯蔵デバイスの電圧よりも小さく、したがって、抵抗構成要素のスイッチは閉位置に留まり、電気エネルギーは、車両負荷またはグリッドに向けられる（例えば、データ線１４０）。車両システムの移動速度が増加するにつれて、ＤＣリンクの両端電圧が変化する。移動速度Ｓ１で、ＤＣリンクの両端電圧がエネルギー貯蔵デバイスの電圧よりも大きくなるようにＤＣリンクの両端電圧が変化し、図１に示される抵抗構成要素のスイッチが閉位置から開位置に変わり、電気エネルギーがエネルギー貯蔵デバイスに向けられる。
【０００９】
しかしながら、エネルギー貯蔵デバイスは、エネルギー貯蔵デバイスに向けられるよりも大きい電気エネルギーを吸収することが可能であってもよい。例えば、電気エネルギーは、グリッドまたは負荷散逸の後にエネルギー貯蔵デバイスにのみ向けられ、したがって、エネルギー貯蔵デバイスに向けられたモータからの電力の量は最適化されない場合がある。代替的に、車両負荷またはグリッドがＤＣリンクに接続されていない場合、モータからエネルギー貯蔵デバイスへの電気エネルギーは制御されない場合がある。例えば、エネルギー貯蔵デバイスは、エネルギー貯蔵デバイスの充電状態に関係なく、一定量の電気エネルギーを受け取ってもよく、またはエネルギー貯蔵デバイスは、エネルギー貯蔵デバイスが受け取り可能な速度よりも大きい速度で電気エネルギーを受け取ってもよい。現在利用可能なものとは異なるシステムおよび方法を有することが望ましい。
【発明の概要】
【００１０】
本明細書に記載される主題の１つ以上の実施形態では、電力システムは、モータと結合されたインバータデバイスを含む。インバータデバイスは、モータの発電制動によって生成された電気エネルギーをモータから受け取る。エネルギー貯蔵デバイスは、インバータデバイスと結合され、可変抵抗構成要素は、インバータデバイスとエネルギー貯蔵デバイスとの間に配置される。可変抵抗構成要素は、インバータデバイスからエネルギー貯蔵デバイス、抵抗グリッド、またはシステム負荷の１つ以上に向かう電気エネルギーの伝導方向を制御する。可変抵抗構成要素は、インバータデバイスから伝導される第１の量の電気エネルギー、インバータデバイスから伝導される電気エネルギーの伝達速度、またはエネルギー貯蔵デバイスの１つ以上の特性のうちの１つ以上に基づいて、インバータデバイスからの電気エネルギーの伝導方向を制御する。
（【００１１】以降は省略されています）

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