知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特表2024-524340太陽光電気車両用のスケーラブルなマルチポートコンバータ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-05
(54)【発明の名称】太陽光電気車両用のスケーラブルなマルチポートコンバータ
(51)【国際特許分類】
H02M 3/28 20060101AFI20240628BHJP
H02J 7/02 20160101ALI20240628BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20240628BHJP
H02J 7/35 20060101ALI20240628BHJP
H02J 7/10 20060101ALI20240628BHJP
H02J 1/00 20060101ALI20240628BHJP
B60L 58/20 20190101ALI20240628BHJP
B60L 8/00 20060101ALI20240628BHJP
B60L 53/20 20190101ALI20240628BHJP
【ＦＩ】
H02M3/28 V
H02J7/02 G
H02J7/00 P
H02J7/35 B
H02J7/10 P
H02J1/00 306B
H02J1/00 306F
B60L58/20
B60L8/00
B60L53/20
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023579808
(86)(22)【出願日】2022-06-28
(85)【翻訳文提出日】2024-02-22
(86)【国際出願番号】 EP2022067665
(87)【国際公開番号】W WO2023275011
(87)【国際公開日】2023-01-05
(31)【優先権主張番号】2028567
(32)【優先日】2021-06-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523281892
【氏名又は名称】ライトイヤー・イーペーセーオー・ベー・フェー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】マラルド・オッテン
(72)【発明者】
【氏名】バスティアーン・ヨアネス・ダニエル・フェルムルスト
(72)【発明者】
【氏名】バルト・フランシスクス・ヨゼフ・ボクマンス
【テーマコード（参考）】
5G165
5G503
5H125
5H730
【Ｆターム（参考）】
5G165CA01
5G165DA02
5G165DA07
5G165EA03
5G165GA09
5G165HA01
5G165HA07
5G165HA09
5G165LA01
5G165LA02
5G165LA03
5G165MA10
5G165NA03
5G165NA04
5G165NA09
5G503AA06
5G503BA02
5G503BB01
5G503CA01
5G503CA11
5G503CC02
5G503FA06
5G503GB03
5H125AA01
5H125AC09
5H125AC12
5H125FF16
5H730AS04
5H730AS05
5H730AS08
5H730AS17
5H730BB24
5H730BB26
5H730BB82
5H730BB86
5H730BB88
5H730BB98
5H730DD04
5H730EE02
5H730EE04
5H730EE07
5H730EE08
5H730EE13
(57)【要約】
本発明は、制御ユニットと、第1の一次側ポートと、第2の一次側ポートと、2つの一次側スイッチング素子と、ブロッキングスイッチと、二次側ポートと、2つの二次側スイッチング素子とを備える3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータに関する。制御ユニットは、電力コンバータの一次側と二次側との間の電力の流れを防止および可能にするために、ブロッキングスイッチを開閉するように構成される。制御ユニットは、一次側ポートと二次側ポートとの間で電力を変換するために、2つの一次側スイッチング素子と2つの二次側スイッチング素子とを制御するように構成される。本発明は、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムと、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータと、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムと、太陽光電力アセンブリと、車両とにさらに関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)であって、複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)であって、各々が、
制御ユニット(102)と、
一次側(103)であって、
単一の第1の一次側ポート(105)と、
単一の第2の一次側ポート(106)と、
2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)と、
一次側コンバータインダクタンス(108)であって、前記2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)および前記一次側コンバータインダクタンス(108)が、前記第1の一次側ポート(105)と前記第2の一次側ポート(106)との間で電力を双方向に変換するためのハーフブリッジ配置を形成するように配置された、一次側コンバータインダクタンス(108)と、
一次側変圧器巻線(109)と
を備え、
前記制御ユニット(102)が、前記第1の一次側ポート(105)と前記第2の一次側ポート(106)との間で電力を変換するように前記2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)を制御するように構成された、一次側(103)と、
二次側(104)であって、
単一の二次側ポート(111)と、
2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)と、
前記一次側変圧器巻線(109)に磁気的に結合された二次側変圧器巻線(113)と
を備え、
前記2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)、前記一次側変圧器巻線(109)、前記2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)、および前記二次側変圧器巻線(113)が、前記一次側(103)と前記二次側(104)との間に絶縁型DC-DCコンバータを形成するように配置された、二次側(104)と、
ブロッキングスイッチ(110)と
を備え、
前記制御ユニット(102)が、前記一次側(103)と前記二次側(104)との間の電力の流れを防止するために前記ブロッキングスイッチ(110)を開き、前記一次側(103)と前記二次側(104)との間の電力の流れを可能にするために前記ブロッキングスイッチ(110)を閉じるように構成され、
前記制御ユニット(102)が、前記一次側ポート(105、106)と前記二次側ポート(111)との間で電力を変換するために、前記2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)と前記2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)とを制御するように構成された、
複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)と、
第1のシステムポート(602)と、
第2のシステムポート(603)と
を備え、
前記複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)が、前記第1のシステムポート(602)を形成するように、前記第2の一次側ポート(106a～106n)を介して並列に結合され、
前記複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)が、前記第2のシステムポート(603)を形成するように、前記二次側ポート(111a～111n)を介して直列に結合され、
前記3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)のうちの1つが、マスタ電力コンバータとして指定され、前記マスタ電力コンバータの前記制御ユニット(102)が、出力電流設定値に基づいて前記マスタ電力コンバータの出力電流を制御するように構成され、前記マスタ電力コンバータの前記出力電流が、前記マスタ電力コンバータの前記二次側ポートに流れる前記出力電流であり、
残りの前記3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)が、スレーブ電力コンバータとして指定され、前記スレーブ電力コンバータの各々の前記制御ユニット(102)が、前記マスタ電力コンバータの出力電圧と一致するようにそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電圧を制御するように構成され、各スレーブ電力コンバータの前記出力電圧が、前記それぞれのスレーブ電力コンバータの前記二次側ポートの前記出力電圧であり、前記マスタ電力コンバータの前記出力電圧が、前記マスタ電力コンバータの前記二次側ポートの前記出力電圧であり、または前記スレーブ電力コンバータの各々の前記制御ユニット(102)が、前記それぞれのスレーブ電力コンバータの前記出力電圧を、前記3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(104)の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)の数と前記第2のシステムポートの前記出力電圧との積の逆数になるように制御するように構成された、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)。
【請求項2】
各3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)が、第1の電力ポートから第2の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、前記第1の電力ポートが、前記第1の一次側ポート(105a～105n)、前記第2の一次側ポート(106a～106n)、および前記二次側ポート(111a-111n)のうちの1つであり、
前記第2の電力ポートが、前記第1の一次側ポート(105a～105n)、前記第2の一次側ポート(106a～106n)、および前記二次側ポート(111a-111n)のうちの1つであり、
前記第1の電力ポートと前記第2の電力ポートとが、異なり、かつ／または
各3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)が、第1の電力ポートおよび第2の電力ポートから第3の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、
前記第1の電力ポートが、前記第1の一次側ポート(105a～105n)、前記第2の一次側ポート(106a～106n)、および前記二次側ポート(111a～111n)のうちの1つであり、
前記第2の電力ポートが、前記第1の一次側ポート(105a～105n)、前記第2の一次側ポート(106a～106n)、および前記二次側ポート(111a～111n)のうちの1つであり、
前記第3の電力ポートが、前記第1の一次側ポート(105a～105n)、前記第2の一次側ポート(106a～106n)、および前記二次側ポート(111a～111n)のうちの1つであり、
前記第1の電力ポートと、前記第2の電力ポートと、前記第3の電力ポートとが、異なり、かつ／または
各3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)が、第1の電力ポートから第2の電力ポートおよび第3の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、
前記第1の電力ポートが、前記第1の一次側ポート(105a～105n)、前記第2の一次側ポート(106a～106n)、および前記二次側ポート(111a～111n)のうちの1つであり、
前記第2の電力ポートが、前記第1の一次側ポート(105a～105n)、前記第2の一次側ポート(106a～106n)、および前記二次側ポート(111a～111n)のうちの1つであり、
前記第3の電力ポートが、前記第1の一次側ポート(105a～105n)、前記第2の一次側ポート(106a～106n)、および前記二次側ポート(111a～111n)のうちの1つであり、
前記第1の電力ポートと、前記第2の電力ポートと、前記第3の電力ポートとが、異なる、請求項1に記載の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)。
【請求項3】
前記第1のシステムポート(602)が、低電圧電力ストレージに接続されるように配置されている低電圧ポートであり、前記第2のシステムポート(603)が、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである、請求項1または2に記載の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)。
【請求項4】
マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)であって、制御ユニット(402)と、
一次側(403)であって、
複数の第1の一次側ポート(405a、405b)と、
第2の一次側ポート(406)と、
各第1の一次側ポート(405a、405b)のための2つの一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)と、
各第1の一次側ポート(405a、405b)のための一次側コンバータインダクタンス(408a、408b)であって、一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)の各対およびそれぞれの一次側コンバータインダクタンス(408a、408b)が、それぞれの第1の一次側ポート(405a、405b)と前記第2の一次側ポート(406)との間で電力を双方向変換するためのハーフブリッジ配置を形成するように配置された、一次側コンバータインダクタンス(408a、408b)と、
各第1の一次側ポート(405a、405b)のための一次側変圧器巻線(409a、409b)と
を備え、
前記制御ユニット(402)が、それぞれの第1の一次側ポート(405a、405b)と前記第2の一次側ポート(406)との間で電力を変換するために、一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)の各対を制御するように構成された、一次側(403)と、
二次側(404)であって、
二次側ポート(411)と、
2つの二次側スイッチング素子(412a、412b)と、
各一次側変圧器巻線(409a、409b)に磁気的に結合された単一の二次側変圧器巻線(413)と
を備え、
前記一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)、前記一次側変圧器巻線(109a、109b)、前記2つの二次側スイッチング素子(412a、412b)、および前記二次側変圧器巻線(413)が、前記一次側(403)と前記二次側(404)との間に絶縁型DC-DCコンバータを形成するように配置された、二次側(404)と
を備え、
前記制御ユニットが、前記一次側ポート(405a、405b、406)と前記二次側ポート(411)との間で電力を変換するために、前記一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)と前記2つの二次側スイッチング素子(412a、412b)とを制御するように構成された、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【請求項5】
一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)の各対および前記それぞれの一次側コンバータインダクタンス(408a、408b)が、降圧コンバータまたは昇圧コンバータを形成するように配置された、請求項4に記載のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【請求項6】
前記一次側(403)が、各第1の一次側ポート(405a、405b)のために2つの追加の一次側スイッチング素子(407e、407f、407g、407h)を備え、各4つ組の一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d、407e、407f、407g、407h)が、各第1の一次側ポート(405a、405b)のために一次側フルブリッジを形成するように配置され、
前記二次側(404)が、2つの追加の二次側スイッチング素子(412c、412d)を備え、
4つの二次側スイッチング素子(412a、412b、412c、412d)が、二次側フルブリッジを形成するように配置された、請求項4または5に記載のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【請求項7】
前記マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)が、各第1の一次側ポート(405a、405b)のためにブロッキングスイッチ(410a、410b)をさらに備え、前記制御ユニットが(402)、前記一次側(403)と前記二次側(404)との間の電力の流れを防止するために前記ブロッキングスイッチ(410a、410b)を開き、前記一次側(403)と前記二次側(404)との間の電力の流れを可能にするために前記ブロッキングスイッチ(410a、410b)を閉じるように構成され、
前記一次側(403)が、前記ブロッキングスイッチ(410a、410b)を備え、
各ブロッキングスイッチ(410a、410b)が、それぞれの一次側変圧器巻線(409a、409b)に直列に接続された、請求項4から6のいずれか一項に記載のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【請求項8】
前記二次側(403)が、ブロッキングスイッチ(410a、410b)をさらに備え、前記制御ユニット(402)が、前記一次側(403)と前記二次側(404)との間の電力の流れを防止するために前記ブロッキングスイッチ(410a、410b)を開き、前記一次側(403)と前記二次側(404)との間の電力の流れを可能にするために前記ブロッキングスイッチ(410a、410b)を閉じるように構成され、
前記ブロッキングスイッチ(410a、410b)が、前記二次側変圧器巻線(413)に直列に接続され、
各ブロッキングスイッチ(410a、410b)が、2つのブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)を備え、ブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)の各対が、逆直列に接続された、請求項4から6のいずれか一項に記載のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【請求項9】
前記制御ユニットが、前記一次側(403)と前記二次側(404)との間の電力伝達を決定する位相シフトを生成するために前記一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d、407e、407f、407g、407h)と前記二次側スイッチング素子(412a、412b、412c、412d)とを制御するように構成された、請求項4から8のいずれか一項に記載のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【請求項10】
前記マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)が、第1の電力ポートから第2の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、前記第1の電力ポートが、前記第2の一次側ポート(406)および前記二次側ポート(411)のうちの1つであり、
前記第2の電力ポートが、前記第2の一次側ポート(406)および前記二次側ポート(411)のうちの1つであり、
前記第1の電力ポートと、前記第2の電力ポートとが、異なり、かつ／または
前記マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)が、第1の一次側電力ポート(405a、405b)の各々から第1の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、
前記第1の電力ポートが、前記第2の一次側ポート(406)および前記二次側ポート(411)のうちの1つであり、かつ／または
前記マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)が、前記第1の一次側電力ポート(405a、405b)の各々および第1の電力ポートから第2の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、
前記第1の電力ポートが、前記第2の一次側ポート(406)および前記二次側ポート(411)のうちの1つであり、
前記第2の電力ポートが、前記第2の一次側ポート(406)および前記二次側ポート(411)のうちの1つであり、
前記第1の電力ポートと前記第2の電力ポートとが、異なり、かつ／または
前記マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)が、第1の電力ポートから前記第1の一次側電力ポート(405a、405b)の各々への電力の流れを可能にするように構成され、
前記第1の電力ポートが、前記第2の一次側ポート(406)および前記二次側ポート(411)のうちの1つであり、かつ／または
前記マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)が、第1の電力ポートから前記第1の一次側電力ポート(405a、405b)の各々および第2の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、
前記第1の電力ポートが、前記第2の一次側ポート(406)および前記二次側ポート(411)のうちの1つであり、
前記第2の電力ポートが、前記第2の一次側ポート(406)および前記二次側ポート(411)のうちの1つであり、
前記第1の電力ポートと前記第2の電力ポートとが、異なる、
請求項4から9のいずれか一項に記載のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【請求項11】
マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)であって、請求項4から10のいずれか一項に記載の複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)と、
第1のシステムポート(602)と、
第2のシステムポート(603)と
を備え、
前記複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)が、前記第1のシステムポート(602)を形成するように、前記第2の一次側ポート(406a～406n)を介して並列に結合され、
前記複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)が、前記第2のシステムポート(603)を形成するように、前記二次側ポート(411a～411n)を介して直列に結合された、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)。
【請求項12】
前記第1のシステムポート(602)が、低電圧電力ストレージに接続されるように配置されている低電圧ポートであり、前記第2のシステムポート(603)が、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである、請求項11に記載のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)。
【請求項13】
前記マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)のうちの1つが、マスタ電力コンバータとして指定され、前記マスタ電力コンバータの前記制御ユニット(402)が、出力電流設定値に基づいて前記マスタ電力コンバータの出力電流を制御するように構成され、前記マスタ電力コンバータの前記出力電流が、前記マスタ電力コンバータの前記二次側ポートに流れる前記出力電流であり、残りの前記マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)が、スレーブ電力コンバータとして指定され、前記スレーブ電力コンバータの各々の前記制御ユニット(402)が、前記マスタ電力コンバータの出力電圧と一致するようにそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電圧を制御するように構成され、各スレーブ電力コンバータの前記出力電圧が、前記それぞれのスレーブ電力コンバータの前記二次側ポートの前記出力電圧であり、前記マスタ電力コンバータの前記出力電圧が、前記マスタ電力コンバータの前記二次側ポートの前記出力電圧であり、または前記スレーブ電力コンバータの各々の前記制御ユニット(402)が、前記それぞれのスレーブ電力コンバータの前記出力電圧を、前記マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)の数と前記第2のシステムポートの前記出力電圧との積の逆数になるように制御するように構成された、
請求項11または12に記載のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)。
【請求項14】
太陽光電力アセンブリ(701)であって、複数の太陽光発電ユニット(604aa～604nb)と、
請求項1から3のいずれか一項に記載の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)、または請求項11から13のいずれか一項に記載のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)のいずれかである電力コンバータシステムと
を備え、
前記複数の太陽光発電ユニット(702aa～702nb)の各太陽光発電ユニット(702aa～702nb)が、前記電力コンバータシステムの単一の第1の一次側ポート(105a～d、405a～h)に接続された、太陽光電力アセンブリ(701)。
【請求項15】
車両(801)であって、ボディ(802)と、
請求項14に記載の太陽光電力アセンブリ(701)と、
低電圧バッテリ(803)と、
高電圧バッテリ(804)と
を備え、
前記太陽光電力アセンブリ(701)の前記複数の太陽光発電ユニット(702aa-702nb)が、前記ボディ(802)に機械的に取り付けられ、
前記低電圧バッテリ(803)が、前記太陽光電力アセンブリ(701)の前記電力コンバータシステム(601)の前記第1のシステムポート(602)に接続され、前記高電圧バッテリ(804)が、前記太陽光電力アセンブリ(701)の前記電力コンバータシステムの前記第2のシステムポート(603)に接続された、車両(801)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、第1の一次側ポートと、第2の一次側ポートと、二次側ポートとの間で電力を変換するための3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータに関する。本発明はさらに、複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを備える3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムに関する。本発明はさらに、複数の第1の一次側ポートと、第2の一次側ポートと、二次側ポートとの間で電力を変換するためのマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータに関する。本発明はさらに、複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを備えるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムに関する。本発明はさらに、複数の太陽光発電ユニットと電力コンバータシステムとを備える太陽光電力アセンブリに関する。本発明はさらに、太陽光電力アセンブリを備える車両に関する。
【背景技術】
【0002】
車両、特に、再生可能エネルギーによって少なくとも部分的に、オプションでは完全に電力供給される車両、特に、太陽光パネルまたは燃料電池などの発電ユニットによって電力供給される車両は、典型的には、発電機と、電力消費器と、電力貯蔵との間で電力を変換するための電力コンバータを必要とする。例えば、太陽光発電車両の典型的なアーキテクチャは、低電圧バスと高電圧バスとを含む。低電圧バスは、車両の低電圧電気的構成要素に電力を供給し、典型的には、電力を蓄積するための低電圧バッテリを含む。高電圧バスは、高電圧電気的構成要素に電力を供給し、典型的には、電力を蓄積するための高電圧バッテリを含み、典型的には、低電圧バッテリよりも大きい容量を有する。この例示的なアーキテクチャにおいて、典型的には、発電ユニットによって生成された電力が低電圧バスおよび高電圧バスに変換されることが必要とされる。さらに、高電圧バッテリ内に蓄積された電力は、場合によっては低電圧バスに変換される。
【0003】
現況技術において、しばしば、複数の電力コンバータが使用される。例えば、発電ユニットは、太陽光発電ユニットである。この例において、太陽光発電ユニットのエネルギーは、最大電力点トラッカを有する低電圧バッテリまたは高電圧バッテリのいずれかに提供される。低電圧バッテリと高電圧バッテリとの間でエネルギーを変換するために、別個の絶縁型電力コンバータが使用される。屋根の曲率、および太陽光発電ユニット上にかかる影によって、太陽光発電ユニットは、場合によっては異なる日射量を受ける。太陽光発電ユニットによって受け取られる異なる日射量は、太陽光発電ユニットごとに異なる出力電流を結果として生じる。適切な出力電圧を生成するために太陽光発電ユニットが直列に接続された場合、最も少ない照射量の太陽光発電ユニットが、最大電力点電流を制限する。現況技術において見られる特定の解決策において、制限している太陽光発電ユニットは、バイパスされ、結果として、その太陽光発電ユニットのすべての電力が失われる。他の解決策は、太陽光発電ユニットの数を減らすことと、高電圧利得最大電力点トラッカを使用すること、または太陽光発電ユニットの間で電力を再分配するデルタ最大電力点トラッカを使用することとを含む。しかしながら、そのような解決策は、しばしば、太陽光発電ユニットがほぼ同じ日射量を受けるシステムに対して提案される。現況技術において、太陽光照射が高電圧出力を有する他の解決策が提案されており、これは、安全上の懸念を引き起こす。特に、この解決策が組み込まれた車両が衝突に巻き込まれた場合、太陽光発電ユニットは、オフにされることが不可能であり、これは、任意の救助隊員および／または運転者がこれらの高電圧に曝露される可能性があることを意味する。
【0004】
さらに、現況技術から、マルチポート電力コンバータが知られている。これらの解決策のいくつかにおいて、複数の電源とシンクとの間で完全に絶縁された電力変換が提供されるマルチポート電力コンバータについて説明されている。しかしながら、太陽光発電ユニット間の絶縁は、典型的には必要とされず、これらの電力コンバータの効率を低下させる。他の解決策において、複数の電力入力が結合され、入力ごとに単一のスイッチが設けられる。結果として、1つの入力のみ、すなわち1つの太陽光発電ユニットのみが、同時にアクティブにされることが可能である。さらに他の解決策において、2つの非絶縁型電力ポートと1つの絶縁型電力ポートとを有するマルチポート電力コンバータが提示される。しかしながら、これらのアーキテクチャにおいていくつかの問題が残っている。第1に、これらのアーキテクチャの絶縁型ポートは、単方向であり、絶縁型ポートの内外に電力が流れるのを防止する。これらのアーキテクチャにおいて、両方向における電力の流れを可能にするために、追加の電力コンバータが追加される。第2に、追加入力ごとに、すなわち追加太陽光発電ユニットごとに、電力コンバータ内のスイッチング素子の追加のセットを必要とする。第3に、電力を高電圧バスに変換するための高電圧利得により、過剰な損失が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、現況技術を改善するDC-DC電力コンバータを提供すること、または現況技術の代替物を提供することである。本発明のさらなる目的は、DC-DC電力コンバータシステムが複数のDC-DC電力コンバータの組合せであるDC-DC電力コンバータシステムを提供することである。DC-DC電力コンバータシステムは、複数の第1の一次側ポートを提供する。本発明のさらなる目的は、複数の太陽光発電ユニットが電力コンバータシステムに接続された太陽光電力アセンブリを提供することである。本発明のさらなる目的は、車両が低電圧バッテリおよび高電圧バッテリに電力を提供するための太陽光電力アセンブリを備える車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第1の態様によれば、目的は、制御ユニットと、一次側と、二次側と、ブロッキングスイッチとを備える3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータによって達成される。一次側は、第1の一次側ポートと、第2の一次側ポートと、2つの一次側スイッチング素子と、一次側コンバータインダクタンスと、一次側変圧器巻線とを備える。第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートは、別個のポートであり、すなわち、少なくとも2つの一次側ポートが存在する。好ましい実施形態において、一次側は、単一の第1の一次側ポートと、単一の第2の一次側ポートとを備え、すなわち、この実施形態において、一次側は、正確に2つの一次側ポートを備える。2つの一次側スイッチング素子および一次側コンバータインダクタンスは、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間で電力を双方向に変換するためのハーフブリッジ配置を形成するように配置される。制御ユニットは、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間で電力を変換するように2つの一次側スイッチング素子を制御するように構成される。一次側スイッチング素子は、例えば、JFET、IGBT、GaN HEMT、またはMOSFETである。
【0007】
一次側回路は、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間に電力コンバータを形成するように配置される。例えば、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間で電圧が降圧される場合、一次側は、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間に降圧コンバータを形成する。別の例として、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間で電圧が昇圧される場合、一次側は、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間に昇圧コンバータを形成する。電力コンバータの効率を高めるために、第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートは、絶縁なしで接続される。
【0008】
二次側は、二次側ポートと、2つの二次側スイッチング素子と、二次側変圧器巻線とを備える。好ましい実施形態において、二次側は、単一の二次側ポートと、単一の二次側変圧器巻線とを備える。二次側変圧器巻線は、一次側変圧器巻線に磁気的に結合される。2つの一次側スイッチング素子、一次側変圧器巻線、2つの二次側スイッチング素子、および二次側変圧器巻線は、一次側と二次側との間に絶縁型DC-DCコンバータを形成するように配置される。言い換えれば、2つの一次側スイッチング素子、一次側変圧器巻線、2つの二次側スイッチング素子、および二次側変圧器巻線は、一次側ポートと二次側ポートとの間に絶縁型DC-DCコンバータを形成するように配置される。制御ユニットは、一次側ポートと二次側ポートとの間で電力を変換するために、2つの一次側スイッチング素子と2つの二次側スイッチング素子とを制御するようにさらに構成される。二次側スイッチング素子は、例えば、JFET、IGBT、GaN HEMT、またはMOSFETである。
【0009】
第1の一次側ポート、第2の一次側ポート、および二次側ポートは、各々、一対の端子を備え、これらの端子は、例えば、外部電気回路に接続するために使用される。例えば、第2の一次側ポートは、低電圧バスに接続され、この低電圧バスは、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを低電圧バッテリに接続する。例えば、二次側ポートは、高電圧バスに接続され、この高電圧バスは、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを高電圧バッテリに接続する。例えば、第1の一次側ポートは、発電ユニットに接続される。発電ユニットは、例えば、太陽光発電ユニット、または燃料電池、または風力タービンである。例えば、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、風力発電所において使用される。この例において、例えば、風力タービンなどの風力発電ユニットが、第1の一次側ポートに接続される。別の例において、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、太陽光発電所において使用される。この例において、例えば、太陽光パネルなどの太陽光発電ユニットが、第1の一次側ポートに接続される。さらに別の例において、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、燃料電池電気車両において使用される。この例において、燃料電池が、第1の一次側ポートに接続される。
【0010】
したがって、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1の一次側ポートと、二次側ポートと、第2の一次側ポートとの間で双方向電力変換が可能な統合アーキテクチャを提供する。双方向の電力の流れは、双方向の電力の流れを可能にするように構成された一次側スイッチング素子および二次側スイッチング素子の使用によって達成される。さらに、一次側変圧器巻線および二次側変圧器巻線の磁気結合は、一次側と二次側との間に電力が流れるように配置される。
【0011】
3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、ブロッキングスイッチをさらに備える。制御ユニットは、一次側と二次側との間の電力の流れを防止するためにブロッキングスイッチを開き、一次側と二次側との間の電力の流れを可能にするためにブロッキングスイッチを閉じるようにさらに構成される。第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートは、一次側において構成され、二次側ポートは、二次側において構成される。一次側と二次側との間に電力の流れが必要とされない場合、変圧器コアの励磁を防止することが望ましく、この変圧器コアは、一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とによって形成される。変圧器コアの励磁を防止するために、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、ブロッキングスイッチを備える。ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって制御され、この制御ユニットは、ブロッキングスイッチを開閉する。ブロッキングスイッチが閉じられた場合、一次側と二次側との間の電力の流れが可能にされる。これは、例えば、第1の一次側ポートと二次側ポートとの間の電力の流れ、および／または第2の一次側ポートと二次側ポートとの間の電力の流れを可能にする場合である。ブロッキングスイッチが開かれた場合、一次側と二次側との間の電力の流れが防止される。これは、例えば、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間で排他的に電力の流れを可能にする場合である。この場合において、二次側ば、バイパスされ、一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とによって形成された変圧器コアは、励磁されないか、または最小限に励磁される。
【0012】
本発明の第1の態様による実施形態において、第1の一次側ポートは、入力電源に接続されるように配置されている入力電力ポートである。例えば、入力電源は、燃料電池である。別の例として、入力電源は、太陽光発電ユニットである。さらに、本実施形態において、第2の一次側ポートは、低電圧電力ストレージに接続されるように配置されている低電圧ポートである。例えば、低電圧電力ストレージは、車両の低電圧バッテリである。さらに、本実施形態において、二次側ポートは、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである。例えば、高電圧電力ストレージは、車両の高電圧バッテリである。
【0013】
本発明の第1の態様による実施形態において、2つの一次側スイッチング素子および一次側コンバータインダクタンスは、降圧コンバータまたは昇圧コンバータを形成するように配置される。
【0014】
本発明の第1の態様による実施形態において、一次側は、ブロッキングスイッチを備える。
【0015】
本発明の第1の態様による実施形態において、ブロッキングスイッチは、一次側変圧器巻線に直列に接続される。ブロッキングスイッチを一次側変圧器巻線に直列に接続することによって、ブロッキングスイッチは、開いたときに一次側と二次側との間の電力の流れを遮断するように配置される。具体的には、ブロッキングスイッチが開かれると、一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とを通る電力の流れが防止される。ブロッキングスイッチが閉じられると、一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とを通る電力の流れが可能にされる。
【0016】
本発明の第1の態様による実施形態において、二次側は、ブロッキングスイッチを備える。
【0017】
本発明の第1の態様による実施形態において、ブロッキングスイッチは、二次側変圧器巻線に直列に接続される。ブロッキングスイッチを二次側変圧器巻線に直列に接続することによって、ブロッキングスイッチは、開いたときに一次側と二次側との間の電力の流れを遮断するように配置される。具体的には、ブロッキングスイッチが開かれると、一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とを通る電力の流れが防止される。ブロッキングスイッチが閉じられると、一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とを通る電力の流れが可能にされる。
【0018】
本発明の第1の態様による実施形態において、一次側は、2つの追加の一次側スイッチング素子を備える。4つの一次側スイッチング素子は、一次側フルブリッジを形成するように配置される。
【0019】
2つの追加の一次側スイッチング素子を配置し、4つの一次側スイッチング素子が一次側フルブリッジを形成することの利点は、場合によっては、4つの一次側スイッチング素子と2つの二次側スイッチング素子との間の位相シフトを使用して無効電流が最小化されることである。さらなる利点は、完全な入力電圧、すなわち、第1の一次側ポートを介して供給される電圧が一次側巻線において利用され、電流を減少させることである。ハーフブリッジの場合において、入力電圧の半分、すなわち、第1の一次側ポートを介して供給される電圧の半分が利用可能である。代替的には、入力電圧は、変圧器コアを介して一次側に供給される電圧である。
【0020】
本発明の第1の態様による実施形態において、二次側は、2つの追加の二次側スイッチング素子を備える。4つの二次側スイッチング素子は、二次側フルブリッジを形成するように配置される。
【0021】
2つの追加の二次側スイッチング素子を配置し、4つの二次側スイッチング素子が二次側フルブリッジを形成することの利点は、4つの二次側スイッチング素子と一次側スイッチング素子との間の位相シフトを使用して無効電流が最小化されることである。さらなる利点は、完全な入力電圧、すなわち、変圧器コアを介して二次側に供給される電圧が二次側ポートにおいて利用されることである。ハーフブリッジの場合において、入力電圧の半分、すなわち、変圧器コアを介して二次側に供給される電圧の半分が利用可能である。代替的には、入力電圧は、二次側ポートを介して供給される電圧である。
【0022】
本発明の第1の態様による実施形態において、ブロッキングスイッチは、2つのブロッキングスイッチング素子を備える。2つのブロッキングスイッチング素子は、逆直列に接続される。2つのブロッキングスイッチング素子を逆直列に接続することによって、両方向、すなわち、一次側から二次側、および二次側から一次側への電力の流れが防止可能である。ブロッキングスイッチを閉じるために、制御ユニットは、ブロッキングスイッチによって備えられる2つのブロッキングスイッチング素子を閉じるように構成される。ブロッキングスイッチを開くために、制御ユニットは、ブロッキングスイッチによって備えられる2つのブロッキングスイッチング素子を開くように構成される。ブロッキングスイッチング素子は、例えば、JFET、IGBT、GaN HEMT、またはMOSFETである。
【0023】
本発明の第1の態様による実施形態において、制御ユニットは、一次側と二次側との間の電力伝達を決定する位相シフトを生成するために一次側スイッチング素子と二次側スイッチング素子とを制御するように構成される。ブロッキングスイッチが閉じられると、一次側と二次側との間の電力伝達が可能にされる。言い換えれば、一方の第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートと、他方の二次側ポートとの間で電力が伝達される。二次側ポートへの、および二次側ポートからの電力伝達は、主に、一次側ポート、すなわち、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとを備える一次側ポートと、二次側ポートとの間の位相シフトによって制御される。一次側ポートと二次側ポートとの間の位相シフトは、制御ユニットが一次側スイッチング素子のデューティサイクルと二次側スイッチング素子のデューティサイクルとを制御することによって達成される。
【0024】
本発明の第1の態様による実施形態において、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1の電力ポートから第2の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成される。第1の電力ポートは、第1の一次側ポート、第2の一次側ポート、および二次側ポートのうちの1つである。第2の電力ポートは、第1の一次側ポート、第2の一次側ポート、および二次側ポートのうちの1つである。第1の電力ポートと第2の電力ポートとは、異なる。
【0025】
場合によっては、2つのポート間で電力の流れが排他的に望まれる。
【0026】
例えば、第1の一次側ポートから第2の一次側ポートへの電力の流れが望まれる。例えば、これは、第1の一次側ポートに流れ込むすべての電力が、第2の一次側ポートに接続された構成要素に電力を供給するために必要とされる場合である。この例において、ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって開かれ、一次側と二次側との間のいかなる電力の流れも防止する。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子は、第2の一次側ポートから第1の一次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、例えば、降圧コンバータまたは昇圧コンバータとして挙動する。具体的には、一次側スイッチング素子のデューティサイクルは、第1の一次側ポートから第2の一次側ポートへの電力伝達を決定する。
【0027】
別の例として、第1の一次側ポートから二次側ポートへの電力の流れが望まれる。この場合、第1の一次側ポートに流れ込む電力は、二次側に伝達され、例えば、電力ストレージ内、例えばバッテリ内に蓄積されることが可能である。別の例において、この電力は、二次側ポートに接続された構成要素に電力を供給するために使用されることが可能である。この実施形態において、ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって閉じられ、一次側と二次側との間で電力が流れることを可能にする。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子、ならびに二次側回路、特に二次側スイッチング素子は、第1の一次側ポートから二次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、第1の一次側ポートと二次側ポートとの間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして挙動する。二次側ポートへの電力伝達は、主に、第1の一次側ポートと二次側ポートとの間の位相シフトによって制御される。この位相シフトは、制御ユニットが一次側スイッチング素子のデューティサイクルと二次側スイッチング素子のデューティサイクルとを制御することによって達成される。この場合、一次側スイッチング素子と二次側スイッチング素子との間の正の位相シフトが、第1の一次側ポートから二次側ポートへの電力伝達を達成する。
【0028】
さらに別の例として、二次側ポートから第2の一次側ポートへの電力の流れが望まれる。例えば、これは、二次側ポートからの電力が、第2の一次側ポートに接続された構成要素に電力を供給するために必要とされる場合である。この例において、二次側ポートから第2の一次側ポートに電力が伝達される。この例において、ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって閉じられ、一次側と二次側との間で電力が流れることを可能にする。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子、ならびに二次側回路、特に二次側スイッチング素子は、二次側ポートから第2の一次側ポートに電力を伝達するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、二次側ポートと第2の一次側ポートとの間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして挙動する。第2の一次側ポートへの電力伝達は、主に、二次側ポートと第2の一次側ポートとの間の位相シフトによって制御される。この位相シフトは、制御ユニットが一次側スイッチング素子のデューティサイクルと二次側スイッチング素子のデューティサイクルとを制御することによって達成される。この場合、二次側スイッチング素子と一次側スイッチング素子との間の正の位相シフトが、二次側ポートから第2の一次側ポートへの電力伝達を達成する。二次側ポートと第2の一次側ポートとの間の正の位相シフトは、第2の一次側ポートと二次側ポートとの間の負の位相シフトを意味する。
【0029】
他の例において、第2の一次側ポートから第1の一次側ポートへ、または二次側ポートから第1の一次側ポートへの電力の流れが可能にされる。
【0030】
本発明の第1の態様による実施形態において、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1の電力ポートおよび第2の電力ポートから第3の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成される。第1の電力ポートは、第1の一次側ポート、第2の一次側ポート、および二次側ポートのうちの1つである。第2の電力ポートは、第1の一次側ポート、第2の一次側ポート、および二次側ポートのうちの1つである。第3の電力ポートは、第1の一次側ポート、第2の一次側ポート、および二次側ポートのうちの1つである。第1の電力ポートと、第2の電力ポートと、第3の電力ポートとは、異なる。
【0031】
場合によっては、2つのポートから別のポートへの電力の流れが望まれる。
【0032】
例えば、第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートから二次側ポートへの電力の流れが望まれる。この場合、第1の一次側ポートに流れ込む電力および第2の一次側ポートに流れ込む電力は、二次側に伝達され、例えば、電力ストレージ内、例えばバッテリ内に蓄積されることが可能である。別の例において、この電力は、二次側ポートに接続された構成要素に電力を供給するために使用されることが可能である。この実施形態において、ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって閉じられ、一次側と二次側との間で電力が流れることを可能にする。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子、ならびに二次側回路、特に二次側スイッチング素子は、第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートから二次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、2つの一次側ポートと二次側ポートとの間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして挙動する。二次側ポートへの電力伝達は、主に、一次側ポートと二次側ポートとの間の位相シフトによって制御される。この位相シフトは、制御ユニットが一次側スイッチング素子のデューティサイクルと二次側スイッチング素子のデューティサイクルとを制御することによって達成される。この場合、一次側スイッチング素子と二次側スイッチング素子との間の正の位相シフトが、第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートから二次側ポートへの電力伝達を達成する。
【0033】
別の例として、二次側ポートおよび第1の一次側ポートから第2の一次側ポートへの電力の流れが望まれる。例えば、これは、第2の一次側ポートに接続された構成要素に電力を供給するために、二次側ポートおよび第1の一次側ポートからの電力が必要とされる場合である。この例において、二次側ポートおよび第1の一次側ポートから第2の一次側ポートに電力が伝達される。この例において、ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって閉じられ、一次側と二次側との間で電力が流れることを可能にする。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子、ならびに二次側回路、特に二次側スイッチング素子は、二次側ポートから第2の一次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、二次側ポートと第2の一次側ポートとの間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして挙動する。第2の一次側ポートへの電力伝達は、主に、二次側ポートと第2の一次側ポートとの間の位相シフトによって制御される。この位相シフトは、制御ユニットが一次側スイッチング素子のデューティサイクルと二次側スイッチング素子のデューティサイクルとを制御することによって達成される。この場合、二次側スイッチング素子と一次側スイッチング素子との間の正の位相シフトが、二次側ポートから第2の一次側ポートへの電力伝達を達成する。二次側ポートと第2の一次側ポートとの間の正の位相シフトは、第2の一次側ポートと二次側ポートとの間の負の位相シフトを意味する。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子は、第1の一次側ポートから第2の一次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、追加的に、降圧コンバータまたは昇圧コンバータとして挙動する。具体的には、一次側スイッチング素子のデューティサイクルは、第1の一次側ポートから第2の一次側ポートへの電力伝達を決定する。
【0034】
別の例において、第2の一次側ポートおよび二次側ポートから第1の一次側ポートへの電力の流れが可能にされる。
【0035】
本発明の第1の態様による実施形態において、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1の電力ポートから第2の電力ポートおよび第3の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成される。第1の電力ポートは、第1の一次側ポート、第2の一次側ポート、および二次側ポートのうちの1つである。第2の電力ポートは、第1の一次側ポート、第2の一次側ポート、および二次側ポートのうちの1つである。第3の電力ポートは、第1の一次側ポート、第2の一次側ポート、および二次側ポートのうちの1つである。第1の電力ポートと、第2の電力ポートと、第3の電力ポートとは、異なる。
【0036】
場合によっては、単一のポートから他の2つのポートへの電力の流れが望まれる。
【0037】
例えば、第1の一次側ポートから第2の一次側ポートおよび二次側ポートへの電力の流れが望まれる。この場合、第1の一次側ポートに流れ込む電力は、第2の一次側ポートおよび二次側ポートに伝達され、例えば、電力ストレージ内、例えばバッテリ内に蓄積されることが可能である。別の例において、この電力は、二次側ポートに接続された構成要素および／または第2の一次側ポートに接続された構成要素に電力を供給するために使用されることが可能である。この実施形態において、ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって閉じられ、一次側と二次側との間で電力が流れることを可能にする。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子、ならびに二次側回路、特に二次側スイッチング素子は、第1の一次側ポートから二次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、第1の一次側ポートと二次側ポートとの間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして挙動する。二次側ポートへの電力伝達は、主に、第1の一次側ポートと二次側ポートとの間の位相シフトによって制御される。この位相シフトは、制御ユニットが一次側スイッチング素子のデューティサイクルと二次側スイッチング素子のデューティサイクルとを制御することによって達成される。この場合、一次側スイッチング素子と二次側スイッチング素子との間の正の位相シフトが、第1の一次側ポートから二次側ポートへの電力伝達を達成する。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子は、第1の一次側ポートから第2の一次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、追加的に、降圧コンバータまたは昇圧コンバータとして挙動する。具体的には、一次側スイッチング素子のデューティサイクルは、第1の一次側ポートから第2の一次側ポートへの電力伝達を決定する。
【0038】
別の例として、二次側ポートから第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートへの電力の流れが望まれる。例えば、これは、第1の一次側ポートに接続された構成要素および第2の一次側ポートに接続された構成要素に電力を供給するために、二次側ポートからの電力が必要とされる場合である。この例において、二次側ポートから第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートに電力が伝達される。この例において、ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって閉じられ、一次側と二次側との間で電力が流れることを可能にする。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子、ならびに二次側回路、特に二次側スイッチング素子は、二次側ポートから第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、二次側ポートと一次側ポートとの間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして挙動する。第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートへの電力伝達は、主に、二次側ポートと一次側ポートとの間の位相シフトによって制御される。この位相シフトは、制御ユニットが一次側スイッチング素子のデューティサイクルと二次側スイッチング素子のデューティサイクルとを制御することによって達成される。この場合、二次側スイッチング素子と一次側スイッチング素子との間の正の位相シフトが、二次側ポートから第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートへの電力伝達を達成する。二次側ポートと一次側ポートとの間の正の位相シフトは、一次側ポートと二次側ポートとの間の負の位相シフトを意味する。
【0039】
別の例において、第2の一次側ポートから第1の一次側ポートおよび二次側ポートへの電力の流れが可能にされる。
【0040】
本発明の第2の態様によれば、目的は、本発明の第1の態様による複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータと、第1のシステムポートと、第2のシステムポートとを備える3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムによって達成される。複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1のシステムポートを形成するように、それらの第2の一次側ポートを介して並列に結合される。複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第2のシステムポートを形成するように、それらの二次側ポートを介して直列に結合される。
【0041】
より多くの電力入力に対して電力コンバータを拡張するために、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムは、複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを備える。したがって、複数の第1の一次側ポートが3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムに利用可能である。したがって、電力コンバータシステムは、例えば、複数の発電ユニットに接続されるように構成される。発電ユニットは、例えば、太陽光発電ユニット、または燃料電池、または風力タービンである。
【0042】
単一の二次側ポートと単一の第2の一次側ポートとを有する電力コンバータシステムを提供することが目的である。この目的を達成するために、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの二次側ポートは、直列に接続される。これは、第2のシステムポートを形成する。電力コンバータシステムによって備えられる電力コンバータの二次側ポートを直列に接続することによって、一次側と二次側との間に必要とされる電圧利得が低減されることが可能である。さらに、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムの回路において使用される半導体、すなわち、一次側スイッチング素子、二次側スイッチング素子、およびブロッキングスイッチの電圧定格は、低減される。これは、システムの信頼性を向上させ、そのコストを低減させる。さらに、このアーキテクチャにおいて、第2のシステムポートの高ダイナミック出力電圧範囲が達成される。例えば、電力コンバータシステムによって備えられる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの第1の一次側ポートからの電力入力が低減された場合、出力電圧、すなわち二次側ポートの電圧は、補償される。例えば、第1の一次側ポートに接続された太陽光発電ユニットの日射量が低減された場合、第1の一次側ポートからの電力入力は、低減される。一例において、低減された入力電力は、電力を第1の一次側ポートから第2のシステムポートではなく第1のシステムポートに伝達することによって補償される。代替例において、低減された入力電力は、電力を第1のシステムポートから第2のシステムポートに追加的に伝達することによって補償される。さらなる代替例において、低減された入力電力は、電力を第2のシステムポートから第1のシステムポートに追加的に伝達することによって補償される。
【0043】
本発明の第2の態様による実施形態において、第1のシステムポートは、低電圧電力ストレージに接続されるように配置されている低電圧ポートであり、第2のシステムポートは、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである。例えば、高電圧電力ストレージは、車両内の高電圧バッテリであり、低電圧電力ストレージは、車両内の低電圧バッテリである。
【0044】
本発明の第2の態様による実施形態において、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータのうちの1つが、マスタ電力コンバータとして指定される。マスタ電力コンバータの制御ユニットは、出力電流設定値に基づいてマスタ電力コンバータの出力電流を制御するように構成される。残りの3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、スレーブ電力コンバータとして指定される。各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニットは、マスタ電力コンバータの出力電圧と一致するようにそのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電流を制御するように構成される。代替的には、各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニットは、そのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電圧を、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムの3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの数と第2のシステムポートの出力電圧との積の逆数になるように制御するように構成される。
【0045】
電力が一次側ポートから二次側ポートに伝達される場合、電力コンバータシステムによって備えられる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータによって制御方策が用いられる。一次側ポートは、第1の一次側ポートおよび／または第1のシステムポートである。二次側ポートは、第2のシステムポートである。制御方策の制約は、第2のシステムポートの出力電圧が固定されることである。例えば、第2のシステムポートの出力電圧は、380Vである。制御方策は、個々の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの出力電圧が平衡されるように設計される。この目的を達成するために、電力コンバータシステムによって備えられる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータのうちの1つがマスタ電力コンバータとして指定される。マスタ電力コンバータは、出力電流設定値を受け取る。例えば、出力電流設定値は、1A、または2A、または5A、または10Aである。マスタ電力コンバータの制御ユニットは、マスタ電力コンバータの出力電流が出力電流設定値と第2のシステムポートの出力電圧とに基づいて制御されるように構成される。出力電流は、マスタ電力コンバータの二次側ポートに流れる出力電流である。スレーブ電力コンバータは、それらの二次側ポートを介してマスタ電力コンバータの二次側ポートに直列に接続される。マスタ電力コンバータがその出力電流を制御している間、スレーブ電力コンバータは、それらの出力電圧をマスタ電力コンバータの出力電圧に一致するように制御する。各スレーブ電力コンバータの出力電圧は、それぞれのスレーブ電力コンバータの二次側ポートの出力電圧である。マスタ電力コンバータの出力電圧は、マスタ電力コンバータの二次側ポートの出力電圧である。代替的には、スレーブ電力コンバータは、それらの出力電圧を、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムの3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの数と第2のシステムポートの出力電圧との積の逆数になるように制御する。この最後の場合、各スレーブ電力コンバータの電圧出力は、式
【0046】
【数1】
【0047】
に基づき、ここで、nrpcは、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムの3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの数であり、VHVは、第2のシステムポートの出力電圧である。このようにして、個々の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの出力電圧は、平衡される。個々の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの出力電圧は、それらの一次側ポートとそれらの二次側ポートとの間の位相シフトを制御することによって制御される。
【0048】
本発明の第3の態様によれば、目的は、制御ユニットと、一次側と、二次側とを備えるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータによって達成される。
【0049】
一次側は、複数の第1の一次側ポートと、第2の一次側ポートと、各第1の一次側ポートのための2つの一次側スイッチング素子と、各第1の一次側ポートのための一次側コンバータインダクタンスと、各第1の一次側ポートのための一次側変圧器巻線とを備える。一次側スイッチング素子の各対およびそれぞれの一次側コンバータインダクタンスは、それぞれの第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間で電力を双方向変換するためのハーフブリッジ配置を形成するように配置される。制御ユニットは、それぞれの第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間で電力を変換するために、一次側スイッチング素子の各対を制御するように構成される。一次側スイッチング素子は、例えば、JFET、IGBT、GaN HEMT、またはMOSFETである。
【0050】
一次側回路は、第1の一次側ポートごとに、それぞれの一次側ポートと第2の一次側ポートとの間に電力コンバータを形成するように配置される。例えば、それぞれの第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間で電圧が降圧される場合、一次側は、第1の一次側ポートごとに、それぞれの第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間に降圧コンバータを形成する。別の例として、それぞれの第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間で電圧が昇圧される場合、一次側は、第1の一次側ポートごとに、それぞれの第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間に昇圧コンバータを形成する。電力コンバータの効率を高めるために、第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートは、絶縁なしで接続される。
【0051】
二次側は、二次側ポートと、2つの二次側スイッチング素子と、二次側変圧器巻線とを備える。好ましい実施形態において、二次側は、単一の二次側変圧器巻線を備える。二次側変圧器巻線は、一次側変圧器巻線に磁気的に結合される。一次側スイッチング素子、一次側変圧器巻線、2つの二次側スイッチング素子、および二次側変圧器巻線は、一次側と二次側との間に絶縁型DC-DCコンバータを形成するように配置される。言い換えれば、一次側スイッチング素子、一次側変圧器巻線、2つの二次側スイッチング素子、および二次側変圧器巻線は、複数の第1の一次側ポートと二次側ポートとの間に絶縁型DC-DCコンバータを形成するように配置される。制御ユニットは、一次側ポートと二次側ポートとの間で電力を変換するために、一次側スイッチング素子と2つの二次側スイッチング素子とを制御するようにさらに構成される。二次側スイッチング素子は、例えば、JFET、IGBT、GaN HEMT、またはMOSFETである。
【0052】
第1の一次側ポート、第2の一次側ポート、および二次側ポートは、各々、一対の端子を備え、これらの端子は、例えば、外部電気回路に接続するために使用される。例えば、第2の一次側ポートは、低電圧バスに接続され、この低電圧バスは、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを低電圧バッテリに接続する。例えば、二次側ポートは、高電圧バスに接続され、この高電圧バスは、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを高電圧バッテリに接続する。例えば、第1の一次側ポートは、各々、発電ユニットに接続する。発電ユニットは、例えば、太陽光発電ユニット、または燃料電池、または風力タービンである。例えば、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、風力発電所において使用される。この例において、例えば、風力タービンなどの風力発電ユニットが、それぞれの第1の一次側ポートに接続される。別の例において、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、太陽光発電所において使用される。この例において、例えば、太陽光パネルなどの太陽光発電ユニットが、それぞれの第1の一次側ポートに接続される。さらに別の例において、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、燃料電池電気車両において使用される。この例において、燃料電池が、それぞれの第1の一次側ポートに接続される。
【0053】
したがって、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1の一次側ポートと、二次側ポートと、第2の一次側ポートとの間で双方向電力変換が可能な統合アーキテクチャを提供する。双方向の電力の流れは、双方向の電力の流れを可能にするように構成された一次側スイッチング素子および二次側スイッチング素子の使用によって達成される。さらに、一次側変圧器巻線および二次側変圧器巻線の磁気結合は、一次側と二次側との間に電力が流れるように配置される。
【0054】
本発明の第3の態様による実施形態において、各第1の一次側ポートは、入力電源に接続されるように配置されている入力電力ポートである。例えば、入力電源は、燃料電池である。別の例として、入力電源は、太陽光発電ユニットである。さらに、本実施形態において、第2の一次側ポートは、低電圧電力ストレージに接続されるように配置されている低電圧ポートである。例えば、低電圧電力ストレージは、車両の低電圧バッテリである。さらに、本実施形態において、二次側ポートは、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである。例えば、高電圧電力ストレージは、車両の高電圧バッテリである。
【0055】
本発明の第3の態様による実施形態において、一次側スイッチング素子の各対およびそれぞれの一次側コンバータインダクタンスは、降圧コンバータまたは昇圧コンバータを形成するように配置される。
【0056】
本発明の第3の態様による実施形態において、一次側は、第1の一次側ポートごとに2つの追加の一次側スイッチング素子を備える。各4つ組の一次側スイッチング素子は、第1の一次側ポートごとに一次側フルブリッジを形成するように配置される。
【0057】
第1の一次側ポートごとに2つの追加の一次側スイッチング素子を配置し、各4つ組の一次側スイッチング素子が第1の一次側ポートごとに一次側フルブリッジを形成することの利点は、場合によっては、4つ組の一次側スイッチング素子と2つの二次側スイッチング素子との間の位相シフトを使用して無効電流が最小化されることである。さらなる利点は、完全な入力電圧、すなわち、それぞれの第1の一次側ポートを介して供給される電圧がそれぞれの一次側巻線において利用され、電流を減少させることである。ハーフブリッジの場合において、入力電圧の半分、すなわち、それぞれの第1の一次側ポートを介して供給される電圧の半分が利用可能である。代替的には、入力電圧は、変圧器コアを介して一次側に供給される電圧である。
【0058】
本発明の第3の態様による実施形態において、二次側は、2つの追加の二次側スイッチング素子を備える。4つの二次側スイッチング素子は、二次側フルブリッジを形成するように配置される。
【0059】
2つの追加の二次側スイッチング素子を配置し、4つの二次側スイッチング素子が二次側フルブリッジを形成することの利点は、4つの二次側スイッチング素子と一次側スイッチング素子との間の位相シフトを使用して無効電流が最小化されることである。さらなる利点は、完全な入力電圧、すなわち、変圧器コアを介して二次側に供給される電圧が二次側ポートにおいて利用されることである。ハーフブリッジの場合において、入力電圧の半分、すなわち、変圧器コアを介して二次側に供給される電圧の半分が利用可能である。代替的には、入力電圧は、二次側ポートを介して供給される電圧である。
【0060】
本発明の第3の態様による実施形態において、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1の一次側ポートごとにブロッキングスイッチを備える。制御ユニットは、一次側と二次側との間の電力の流れを防止するためにブロッキングスイッチを開き、一次側と二次側との間の電力の流れを可能にするためにブロッキングスイッチを閉じるようにさらに構成される。
【0061】
一次側は、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとを備え、二次側ポートは、二次側によって備えられる。一次側と二次側との間で電力の流れが必要とされない場合、変圧器コアの励磁が防止されることが望ましく、この変圧器コアは、一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とによって形成される。変圧器コアの励磁を防止または最小化するために、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1の一次側ポートごとにブロッキングスイッチを備える。ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって制御され、この制御ユニットは、ブロッキングスイッチを開閉する。ブロッキングスイッチが閉じられた場合、一次側と二次側との間の電力の流れが可能にされる。これは、例えば、第1の一次側ポートと二次側ポートとの間の電力の流れ、および／または第2の一次側ポートと二次側ポートとの間の電力の流れを可能にする場合である。ブロッキングスイッチが開かれた場合、一次側と二次側との間の電力の流れが防止される。これは、例えば、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間で排他的に電力の流れを可能にする場合である。この場合において、二次側は、バイパスされ、一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とによって形成された変圧器コアは、励磁されないか、または最小限に励磁される。
【0062】
本発明の第3の態様による実施形態において、一次側は、ブロッキングスイッチを備える。
【0063】
本発明の第3の態様による実施形態において、各ブロッキングスイッチは、それぞれの一次側変圧器巻線に直列に接続される。各ブロッキングスイッチをそれぞれの一次側変圧器巻線に直列に接続することによって、ブロッキングスイッチは、ブロッキングスイッチの各々1つが、開いたときに一次側の単一の第1の一次側ポートと二次側との間の電力の流れを遮断するように配置される。具体的には、ブロッキングスイッチが開かれると、それぞれの一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とを通る電力の流れが防止される。ブロッキングスイッチが閉じられると、それぞれの一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とを通る電力の流れが可能にされる。すべてのブロッキングスイッチが開かれている場合、一次側と二次側との間の電力の流れが防止される。すべてのブロッキングスイッチが閉じられている場合、すべての一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とを通る電力の流れが可能にされる。
【0064】
本発明の第3の態様による実施形態において、二次側は、ブロッキングスイッチをさらに備える。制御ユニットは、一次側と二次側との間の電力の流れを防止するためにブロッキングスイッチを開き、一次側と二次側との間の電力の流れを可能にするためにブロッキングスイッチを閉じるようにさらに構成される。一次側は、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとを備え、二次側ポートは、二次側によって備えられる。一次側と二次側との間に電力の流れが必要とされない場合、変圧器コアの励磁を防止または最小化することが望ましく、この変圧器コアは、一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とによって形成される。変圧器コアの励磁を防止するために、二次側は、ブロッキングスイッチを備える。ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって制御され、この制御ユニットは、ブロッキングスイッチを開閉する。ブロッキングスイッチが閉じられた場合、一次側と二次側との間の電力の流れが可能にされる。これは、例えば、第1の一次側ポートと二次側ポートとの間の電力の流れ、および／または第2の一次側ポートと二次側ポートとの間の電力の流れを可能にする場合である。ブロッキングスイッチが開かれた場合、一次側と二次側との間の電力の流れが防止される。これは、例えば、第1の一次側ポートと第2の一次側ポートとの間で排他的に電力の流れを可能にする場合である。この場合において、二次側ば、バイパスされ、一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とによって形成された変圧器コアは、励磁されないか、または最小限に励磁される。
【0065】
本発明の第3の態様による実施形態において、ブロッキングスイッチは、二次側変圧器巻線に直列に接続される。ブロッキングスイッチを二次側変圧器巻線に直列に接続することによって、ブロッキングスイッチは、ブロッキングスイッチが開いたときに二次側と一次側との間の電力の流れを遮断するように配置される。具体的には、ブロッキングスイッチが開かれると、二次側変圧器巻線と一次側変圧器巻線とを通る電力の流れが防止される。ブロッキングスイッチが閉じられると、一次側変圧器巻線と二次側変圧器巻線とを通る電力の流れが可能にされる。
【0066】
本発明の第3の態様による実施形態において、各ブロッキングスイッチは、2つのブロッキングスイッチング素子を備える。ブロッキングスイッチング素子の各対は、逆直列に接続される。2つのブロッキングスイッチング素子を逆直列に接続することによって、両方向、すなわち、一次側から二次側、および二次側から一次側への電力の流れが防止可能である。ブロッキングスイッチを閉じるために、制御ユニットは、各ブロッキングスイッチによって備えられるブロッキングスイッチング素子の対を閉じるように構成される。ブロッキングスイッチを開くために、制御ユニットは、各ブロッキングスイッチによって備えられるブロッキングスイッチング素子の対を開くように構成される。ブロッキングスイッチング素子は、例えば、JFET、IGBT、GaN HEMT、またはMOSFETである。
【0067】
本発明の第3の態様による実施形態において、制御ユニットは、一次側と二次側との間の電力伝達を決定する位相シフトを生成するために一次側スイッチング素子と二次側スイッチング素子とを制御するように構成される。ブロッキングスイッチング素子が閉じられると、一次側と二次側との間の電力伝達が可能にされる。言い換えれば、一方の第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートと、他方の二次側ポートとの間で電力が伝達される。二次側ポートへの、および二次側ポートからの電力伝達は、主に、一次側ポート、すなわち、第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートと、二次側ポートとの間の位相シフトによって制御される。一次側ポートと二次側ポートとの間の位相シフトは、制御ユニットが一次側スイッチング素子のデューティサイクルと二次側スイッチング素子のデューティサイクルとを制御することによって達成される。
【0068】
本発明の第3の態様による実施形態において、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1の電力ポートから第2の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成される。第1の電力ポートは、第2の一次側ポートおよび二次側ポートのうちの1つである。第2の電力ポートは、第2の一次側ポートおよび二次側ポートのうちの1つである。第1の電力ポートと、第2の電力ポートとは、異なる。
【0069】
場合によっては、2つのポート間で電力の流れが排他的に望まれる。
【0070】
例えば、二次側ポートから第2の一次側ポートへの電力の流れが望まれる。例えば、これは、二次側ポートからの電力が、第2の一次側ポートに接続された構成要素に電力を供給するために必要とされる場合である。この例において、電力が、二次側ポートから第2の一次側ポートに伝達される。この例において、ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって閉じられ、一次側と二次側との間で電力が流れることを可能にする。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子、ならびに二次側回路、特に二次側スイッチング素子は、二次側ポートから第2の一次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、二次側ポートと第2の一次側ポートとの間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして挙動する。第2の一次側ポートへの電力伝達は、主に、二次側ポートと第2の一次側ポートとの間の位相シフトによって制御される。この位相シフトは、制御ユニットが一次側スイッチング素子のデューティサイクルと二次側スイッチング素子のデューティサイクルとを制御することによって達成される。この場合、二次側スイッチング素子と一次側スイッチング素子との間の正の位相シフトが、二次側ポートから第2の一次側ポートへの電力伝達を達成する。二次側ポートと第2の一次側ポートとの間の正の位相シフトは、第2の一次側ポートと二次側ポートとの間の負の位相シフトを意味する。
【0071】
別の例において、第2の一次側ポートから二次側ポートへの電力の流れが可能にされる。
【0072】
本発明の第3の態様による実施形態において、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1の一次側電力ポートの各々から第1の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成される。第1の電力ポートは、第2の一次側ポートおよび二次側ポートのうちの1つである。
【0073】
場合によっては、第1の一次側ポートと別のポートとの間の電力の流れが排他的に望まれる。
【0074】
例えば、第1の一次側ポートの各々から第2の一次側ポートへの電力の流れが望まれる。例えば、これは、第1の一次側ポートに流れ込むすべての電力が、第2の一次側ポートに接続された構成要素に電力を供給するために必要とされる場合である。この例において、ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって開かれ、一次側と二次側との間のいかなる電力の流れも防止する。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子は、第1の一次側ポートから第2の一次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、例えば、降圧コンバータまたは昇圧コンバータとして挙動する。具体的には、一次側スイッチング素子のデューティサイクルは、第1の一次側ポートの各々から第2の一次側ポートへの電力伝達を決定する。
【0075】
別の例において、第1の一次側ポートの各々から二次側ポートへの電力の流れが可能にされる。
【0076】
本発明の第3の態様による実施形態において、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1の一次側電力ポートの各々および第1の電力ポートから第2の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成される。第1の電力ポートは、第2の一次側ポートおよび二次側ポートのうちの1つである。第2の電力ポートは、第2の一次側ポートおよび二次側ポートのうちの1つである。第1の電力ポートと第2の電力ポートとは、異なる。
【0077】
場合によっては、第1の一次側ポートの各々および電力ポートから別の電力ポートへの電力の流れが望まれる。
【0078】
例えば、第1の一次側ポートの各々および第2の一次側ポートから二次側ポートへの電力の流れが望まれる。この場合、第1の一次側ポートの各々に流れ込む電力および第2の一次側ポートに流れ込む電力は、二次側ポートに伝達され、例えば、電力ストレージ内、例えばバッテリ内に蓄積されることが可能である。別の例において、この電力は、二次側ポートに接続された構成要素に電力を供給するために使用されることが可能である。この実施形態において、ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって閉じられ、一次側と二次側との間で電力が流れることを可能にする。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子、ならびに二次側回路、特に二次側スイッチング素子は、第1の一次側ポートの各々および第2の一次側ポートから二次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、一次側ポートと二次側ポートとの間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして挙動する。二次側ポートへの電力伝達は、主に、第1の一次側ポートの各々と、第2の一次側ポートと、二次側ポートとの間の位相シフトによって制御される。この位相シフトは、制御ユニットが一次側スイッチング素子のデューティサイクルと二次側スイッチング素子のデューティサイクルとを制御することによって達成される。この場合、一次側スイッチング素子と二次側スイッチング素子との間の正の位相シフトが、第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートから二次側ポートへの電力伝達を達成する。
【0079】
別の例として、第1の一次側ポートの各々および二次側ポートから第2の一次側ポートへの電力の流れが望まれる。例えば、これは、第2の一次側ポートに接続された構成要素に電力を供給するために、二次側ポートおよび第1の一次側ポートの各々からの電力が必要とされる場合である。この例において、二次側ポートおよび第1の一次側ポートから第2の一次側ポートに電力が伝達される。この例において、ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって閉じられ、一次側と二次側との間で電力が流れることを可能にする。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子、ならびに二次側回路、特に二次側スイッチング素子は、二次側ポートから第2の一次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、二次側ポートと第2の一次側ポートとの間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして挙動する。第2の一次側ポートへの電力伝達は、主に、二次側ポートと第2の一次側ポートとの間の位相シフトによって制御される。この位相シフトは、制御ユニットが一次側スイッチング素子のデューティサイクルと二次側スイッチング素子のデューティサイクルとを制御することによって達成される。この場合、二次側スイッチング素子と一次側スイッチング素子との間の正の位相シフトが、二次側ポートから第2の一次側ポートへの電力伝達を達成する。二次側ポートと第2の一次側ポートとの間の正の位相シフトは、第2の一次側ポートと二次側ポートとの間の負の位相シフトを意味する。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子は、第1の一次側ポートの各々から第2の一次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、追加的に、降圧コンバータまたは昇圧コンバータとして挙動する。具体的には、一次側スイッチング素子のデューティサイクルは、第1の一次側ポートの各々から第2の一次側ポートへの電力伝達を決定する。
【0080】
本発明の第3の態様による実施形態において、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1のポートから第1の一次側ポートの各々への電力の流れを可能にするように構成される。第1の電力ポートは、第2の一次側ポートおよび二次側ポートのうちの1つである。
【0081】
本発明の第3の態様による実施形態において、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1の電力ポートから第1の一次側ポートの各々および第2の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成される。第1の電力ポートは、第2の一次側ポートおよび二次側ポートのうちの1つである。第2の電力ポートは、第2の一次側ポートおよび二次側ポートのうちの1つである。第1の電力ポートと第2の電力ポートとは、異なる。
【0082】
場合によっては、単一のポートから第1の一次側ポートの各々および別の電力ポートへの電力の流れが望まれる。
【0083】
例えば、二次側ポートから第1の一次側ポートの各々および第2の一次側ポートへの電力の流れが望まれる。例えば、これは、二次側ポートからの電力が、第1の一次側ポートに接続された構成要素および第2の一次側ポートに接続された構成要素に電力を供給するために必要とされる場合である。この例において、電力が、二次側ポートから第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートに伝達される。この例において、ブロッキングスイッチは、制御ユニットによって閉じられ、一次側と二次側との間で電力が流れることを可能にする。さらに、一次側回路、特に一次側スイッチング素子、ならびに二次側回路、特に二次側スイッチング素子は、二次側ポートから第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートに電力を変換するために制御ユニットによって制御される。この場合、コンバータは、二次側と一次側との間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして挙動する。第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートへの電力伝達は、主に、二次側ポートと一次側ポートとの間の位相シフトによって制御される。この位相シフトは、制御ユニットが一次側スイッチング素子のデューティサイクルと二次側スイッチング素子のデューティサイクルとを制御することによって達成される。この場合、二次側スイッチング素子と一次側スイッチング素子との間の正の位相シフトが、二次側ポートから第1の一次側ポートおよび第2の一次側ポートへの電力伝達を達成する。二次側ポートと一次側ポートとの間の正の位相シフトは、一次側ポートと二次側ポートとの間の負の位相シフトを意味する。
【0084】
別の例として、第2の一次側ポートから第1の一次側ポートおよび二次側ポートへの電力の流れが可能にされる。
【0085】
本発明の第4の態様によれば、目的は、本発明の第3の態様による複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータと、第1のシステムポートと、第2のシステムポートとを備えるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムによって達成される。複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第1のシステムポートを形成するように、それらの第2の一次側ポートを介して並列に結合される。複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、第2のシステムポートを形成するように、それらの二次側ポートを介して直列に結合される。
【0086】
より多くの電力入力に対して電力コンバータを拡張するために、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムは、複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを備える。したがって、複数の第1の一次側ポートがマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムに利用可能である。したがって、電力コンバータシステムは、例えば、複数の発電ユニットに接続されるように構成される。発電ユニットは、例えば、太陽光発電ユニット、または燃料電池、または風力タービンである。
【0087】
単一の二次側ポートと単一の第2の一次側ポートとを有する電力コンバータシステムを提供することが目的である。この目的を達成するために、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの二次側ポートは、直列に接続される。これは、第2のシステムポートを形成する。二次側ポートを直列に接続することによって、一次側と二次側との間に必要とされる電圧利得が低減されることが可能である。さらに、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムの回路において使用される半導体、すなわち、一次側スイッチング素子、二次側スイッチング素子、およびブロッキングスイッチの電圧定格は、低減される。これは、システムの信頼性を向上させ、そのコストを低減させる。さらに、このアーキテクチャにおいて、第2のシステムポートの高ダイナミック出力電圧範囲が達成される。例えば、電力コンバータシステムによって備えられるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの第1の一次側ポートのいずれかからの電力入力が低減された場合、出力電圧、すなわち二次側ポートの電圧は、補償される。例えば、第1の一次側ポートに接続された太陽光発電ユニットの日射量が低減された場合、その第1の一次側ポートからの電力入力は、低減される。一例において、低減された入力電力は、電力を第1の一次側ポートから第2のシステムポートではなく第1のシステムポートに伝達することによって補償される。代替例において、低減された入力電力は、電力を第1のシステムポートから第2のシステムポートに追加的に伝達することによって補償される。さらなる代替例において、低減された入力電力は、電力を第2のシステムポートから第1のシステムポートに追加的に伝達することによって補償される。
【0088】
本発明の第4の態様による実施形態において、第1のシステムポートは、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートであり、第2のシステムポートは、低電圧電力ストレージに接続されるように配置されている低電圧ポートである。例えば、高電圧電力ストレージは、車両内の高電圧バッテリであり、低電圧電力ストレージは、車両内の低電圧バッテリである。
【0089】
本発明の第4の態様による実施形態において、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータのうちの1つが、マスタ電力コンバータとして指定される。マスタ電力コンバータの制御ユニットは、出力電流設定値に基づいてマスタ電力コンバータの出力電流を制御するように構成される。残りのマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータは、スレーブ電力コンバータとして指定される。各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニットは、マスタ電力コンバータの出力電圧と一致するようにそのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電圧を制御するように構成される。代替的には、各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニットは、そのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電圧を、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムのマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの数と第1のシステムポートの出力電圧との積の逆数になるように制御するように構成される。
【0090】
電力が一次側ポートから二次側ポートに伝達される場合、電力コンバータシステムによって備えられるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータによって制御方策が用いられる。一次側ポートは、第1の一次側ポートおよび／または第1のシステムポートである。二次側ポートは、第2のシステムポートである。制御方策の制約は、第2のシステムポートの出力電圧が固定されることである。例えば、第2のシステムポートの出力電圧は、380Vである。制御方策は、個々のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの出力電圧が平衡されるように設計される。この目的を達成するために、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータのうちの1つがマスタ電力コンバータとして指定される。マスタ電力コンバータは、出力電流設定値を受け取る。例えば、出力電流設定値は、1A、または2A、または5A、または10Aである。マスタ電力コンバータの制御ユニットは、マスタ電力コンバータの出力電流が出力電流設定値と第2のシステムポートの出力電圧とに基づいて制御されるように構成される。出力電流は、マスタ電力コンバータの二次側ポートに流れる出力電流である。スレーブ電力コンバータは、それらの二次側ポートを介してマスタ電力コンバータの二次側ポートに直列に接続される。マスタ電力コンバータがその出力電流を制御している間、スレーブ電力コンバータは、それらの出力電圧をマスタ電力コンバータの出力電圧に一致するように制御する。各スレーブ電力コンバータの出力電圧は、それぞれのスレーブ電力コンバータの二次側ポートの出力電圧である。マスタ電力コンバータの出力電圧は、マスタ電力コンバータの二次側ポートの出力電圧である。代替的には、スレーブ電力コンバータは、それらの出力電圧を、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムのマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの数と第2のシステムポートの出力電圧との積の逆数になるように制御する。この最後の場合、各スレーブ電力コンバータの電圧出力は、式
【0091】
【数2】
【0092】
に基づき、ここで、nrpcは、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムのマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの数であり、VHVは、第2のシステムポートの出力電圧である。このようにして、個々のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの出力電圧は、平衡される。個々のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータの出力電圧は、それらの一次側ポートとそれらの二次側ポートとの間の位相シフトを制御することによって制御される。
【0093】
本発明の第5の態様によれば、目的は、複数の太陽光発電ユニットと電力コンバータシステムとを備える太陽光電力アセンブリによって達成される。電力コンバータシステムは、本発明の第2の態様による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム、または本発明の第4の態様によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムのいずれかである。複数の太陽光発電ユニットの各太陽光発電ユニットが、電力コンバータシステム第1の一次側ポートに接続される。
【0094】
電力コンバータシステムは、複数の第1の一次側ポート、例えば、2個、または4個、または10個、または24個の第1の一次側ポートを備える。第1の一次側ポートは、電力コンバータシステムによって備えられる電力コンバータによって構成される。例えば、電力コンバータシステムの24個の第1の一次側ポートが、各々が2個の第1の一次側ポートを備える12個のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムによって構成される。各第1の一次側ポートは、発電ユニットに接続されるように構成される。例えば、発電ユニットは、太陽光発電ユニット、または燃料電池、または風力タービンである。本発明の第5の態様によれば、太陽光発電ユニットは、太陽光発電ユニットである。例えば太陽光発電ユニットは、太陽光パネル、または太陽電池のストリップである。例えば、太陽光発電ユニットは、例えば車両のボディなどの表面上に配置されるように構成される。個々の太陽光発電ユニットによって生成された電力は、さらなる使用のために変換される。この目標を達成するために、各太陽光発電ユニットは、電力コンバータシステムの第1の一次側ポートに電気的に接続される。電力コンバータシステムは、太陽光発電ユニットによって生成された入力電力を出力電力に変換し、その第1のシステムポートおよび／またはその第2のシステムポートから流出するように構成される。
【0095】
本発明の第6の態様によれば、目的は、ボディと、本発明の第5の態様による太陽光電力アセンブリと、低電圧バッテリと、高電圧バッテリとを備える車両によって達成される。太陽光電力アセンブリの複数の太陽光発電ユニットは、ボディに機械的に取り付けられる。低電圧バッテリは、太陽光電力アセンブリの電力コンバータシステムの第1のシステムポートに接続され、高電圧バッテリは、太陽光電力アセンブリの電力コンバータシステムの第2のシステムポートに接続される。
【0096】
車両は、低電圧バッテリを備え、この低電圧バッテリは、低電圧バスに接続され、低電圧バスは、車両の特定の電気的構成要素に電力を供給する。低電圧バッテリによって電力を供給される電気的構成要素は、例えば、車両の電動窓およびライトを含む。車両は、高電圧バッテリをさらに備え、この高電圧バッテリは、高電圧バスに接続される。高電圧バスは、車両の特定の電気的構成要素に電力を供給する。高電圧バスによって電力を供給される電気的構成要素は、例えば、HVACシステム、および車両を推進するための電気モータまたは複数の電気モータを含む。低電圧バッテリは、低電圧バスを介して電力コンバータシステムの第1のシステムポートに電気的に接続される。これは、低電圧バッテリとの間で電力が流れることを可能にする。高電圧バッテリは、高電圧バスを介して電力コンバータシステムの第2のシステムポートに電気的に接続される。これは、高電圧バッテリとの間で電力が流れることを可能にする。
【0097】
太陽光電力アセンブリの複数の太陽光発電ユニットを車両のボディに機械的に取り付け、それらを電力コンバータシステムに電気的に接続することによって、太陽光発電ユニットは、それらが日光に曝露されると電力を生成する。太陽光発電ユニットによって生成された電力は、太陽光発電ユニットが電力コンバータシステムに電気的に接続された状態で、第1の一次側ポートを通って流れる。電力コンバータシステムは、太陽光発電ユニットによって生成された電力を、車両、特にその低電圧バッテリおよび高電圧バッテリによって使用されることが可能になるように変換するように構成される。
【0098】
このようにして、半自律的車両が提供され、この車両は、その太陽光発電ユニットによって生成された電力を使用してその電気的構成要素に電力を供給するように構成される。
【0099】
以下、図を参照して本発明について説明する。これらの図は、本発明を説明するための例として機能し、特許請求の範囲を現定するものとして解釈されるべきではない。異なる図において、同様の特徴は、同様の参照番号によって示される。
【図面の簡単な説明】
【0100】
【図1】本発明の第1の態様の第1の実施形態による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを概略的に示す図である。
【図2】本発明の第1の態様の第2の実施形態による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを概略的に示す図である。
【図3】本発明の第1の態様の第3の実施形態による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを概略的に示す図である。
【図4】本発明の第3の態様の第1の実施形態によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを概略的に示す図である。
【図5】本発明の第3の態様の第2の実施形態によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを概略的に示す図である。
【図6a】本発明の第2の態様の一実施形態による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムを概略的に示す図である。
【図6b】本発明の第4の態様の一実施形態によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステムを概略的に示す図である。
【図7】本発明の第5の態様の一実施形態による太陽光電力アセンブリを概略的に示す図である。
【図8】本発明の第6の態様の一実施形態による車両を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0101】
図1、図2、および図3は、本発明の第1の態様の第1、第2、および第3の実施形態による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)を概略的に示す。この図において、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、制御ユニット(102)と、一次側(103)と、二次側(104)とを備える。
【0102】
一次側は、第1の一次側ポート(105)と、第2の一次側ポート(106)と、2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)と、一次側コンバータインダクタンス(108)と、一次側変圧器巻線(109)と、ブロッキングスイッチ(110)とを備える。2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)および一次側コンバータインダクタンス(108)は、第1の一次側ポート(105)と第2の一次側ポート(106)との間で電力を変換するための降圧コンバータを形成するように配置される。制御ユニット(102)は、第1の一次側ポート(105)と第2の一次側ポート(106)との間で電力を変換するために2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)を制御するように構成される。
【0103】
二次側(104)は、二次側ポート(111)と、2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)と、一次側変圧器巻線(109)に磁気的に結合された二次側変圧器巻線(113)とを備える。2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)、一次側変圧器巻線(109)、2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)、および二次側変圧器巻線(113)は、一次側ポート(105、106)と二次側ポート(111)との間に絶縁型DC-DCコンバータを形成するように配置される。制御ユニット(102)は、一次側(103)と二次側(104)との間の電力の流れを防止するためにブロッキングスイッチ(110)を開き、一次側(103)と二次側(104)との間の電力の流れを可能にするためにブロッキングスイッチ(110)を閉じるように構成される。制御ユニット(102)は、一次側ポート(105、106)と二次側ポート(111)との間で電力を変換するための2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)と2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)とを制御するようにさらに構成される。
【0104】
ブロッキングスイッチ(110)は、2つのブロッキングスイッチング素子(114a、114b)を備え、2つのブロッキングスイッチング素子(114a、114b)は、逆直列に接続される。2つのブロッキングスイッチング素子(114a、114b)は、一次側変圧器巻線(109)に直列に接続される。ブロッキングスイッチング素子(114a、114b)は、それらが開いたときに一次側(103)と二次側(104)との間の電力の流れを遮断するように配置される。ブロッキングスイッチング素子(114a、114b)が開かれると、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、第1の一次側ポート(105)から第2の一次側ポート(106)への電力の流れを防止または最小化するように構成される。
【0105】
ブロッキングスイッチング素子(114a、114b)は、それらが閉じたときに一次側(103)と二次側(104)との間の電力の流れを可能にするように配置される。ブロッキングスイッチング素子(114a、114b)が閉じられると、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、第1の一次側ポート(105)から二次側ポート(111)への電力の流れを可能にするように構成される。さらに、ブロッキングスイッチング素子(114a、114b)が閉じられると、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、二次側ポート(111)から第2の一次側ポート(106)への電力の流れを可能にするように構成される。さらに、ブロッキングスイッチング素子(114a、114b)が閉じられると、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、第2の一次側ポート(106)から二次側ポート(111)への電力の流れを可能にするように構成される。さらに、ブロッキングスイッチング素子(114a、114b)が閉じられると、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、第2の一次側ポート(106)および第1の一次側ポート(105)から二次側ポート(111)への電力の流れを可能にするように構成される。さらに、ブロッキングスイッチング素子(114a、114b)が閉じられると、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、二次側ポート(111)および第1の一次側ポート(105)から第2の一次側ポート(106)への電力の流れを可能にするように構成される。さらに、ブロッキングスイッチング素子(114a、114b)が閉じられると、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、第1の一次側ポート(105)から第2の一次側ポート(106)および二次側ポート(111)への電力の流れを可能にするように構成される。さらに、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、第2の一次側ポート(106)および／または二次側ポート(111)から第1の一次側ポート(105)への電力の流れを可能にするように構成される。
【0106】
3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)における電力の流れは、制御ユニット(102)が一次側スイッチング素子(107a、107b)および二次側スイッチング素子(112a、112b)のスイッチングを制御することによって制御される。電力が第1の一次側ポート(105)から第2の一次側ポート(106)に変換されるとき、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、第1の一次側ポート(105)と第2の一次側ポート(106)との間で降圧コンバータとして機能する。追加的に、電力が一次側(103)と二次側(104)との間で変換されるとき、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、一次側(103)と二次側(104)との間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして機能する。具体的には、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、そのすべてのポートとの間、特に第2の一次側ポート(106)との間、および二次側ポート(111)との間、および第1の一次側ポート(105)との間の双方向の電力の流れを可能にするように構成される。これらの双方向に電力の流れを可能にするために、制御ユニット(102)は、一次側(103)と二次側(104)との間の電力伝達を決定する位相シフトを生成するために、一次側スイッチング素子(107a、107b)と二次側スイッチング素子(112a、112b)とを制御するように構成される。特に、一次側ポート(105、106)と二次側ポート(111)との間の正の位相シフトは、二次側ポート(111)への電力の流れを結果として生じる。一次側ポート(105、106)と二次側ポート(111)との間の負の位相シフトは、第2の一次側ポート(106)および／または第1の一次側ポート(105)への電力の流れを結果として生じる。
【0107】
図2は、本発明の第1の態様の第2の実施形態による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)を概略的に示す。第1の実施形態が図1において概略的に示されている本発明の第1の態様の第1の実施形態と比較して、一次側(103)は、2つの追加の一次側スイッチング素子(107c、107d)を備える。4つの一次側スイッチング素子(107a、107b、107c、107d)は、一次側フルブリッジを形成するように構成される。2つの追加の一次側スイッチング素子(107c、107d)を追加し、4つの一次側スイッチング素子(107a、107b、107c、107d)が一次側フルブリッジを形成することの利点は、4つの一次側スイッチング素子(107a、107b、107c、107d)と2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)との間の位相シフトを使用して、無効電流が最小化されることが可能であることである。さらなる利点は、完全な入力電圧、すなわち第1の一次側ポート(105)および／または第2の一次側ポート(106)を介して供給される電圧が一次側巻線(109)において利用可能であることである。ハーフブリッジの場合、入力電圧の半分が利用可能である。
【0108】
3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)における電力の流れは、制御ユニット(102)が一次側スイッチング素子(107a、107b、107c、107d)および二次側スイッチング素子(112a、112b)のスイッチングを制御することによって制御される。電力が第1の一次側ポート(105)から第2の一次側ポート(106)に変換されるとき、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、第1の一次側ポート(105)と第2の一次側ポート(106)との間で降圧コンバータとして機能する。追加的に、電力が一次側(103)と二次側(104)との間で変換されるとき、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、一次側(103)と二次側(104)との間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして機能する。具体的には、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、そのすべてのポートとの間、特に第2の一次側ポート(106)および二次側ポート(111)との間の双方向の電力の流れを可能にするように構成される。これらの双方向に電力の流れを可能にするために、制御ユニット(102)は、一次側(103)と二次側(104)との間の電力伝達を決定する位相シフトを生成するために、一次側スイッチング素子(107a、107b、107c、107d)と二次側スイッチング素子(112a、112b)とを制御するように構成される。特に、一次側ポート(105、106)と二次側ポート(111)との間の正の位相シフトは、二次側ポート(111)への電力の流れを結果として生じる。一次側ポート(105、106)と二次側ポート(111)との間の負の位相シフトは、第2の一次側ポート(106)および／または第1の一次側ポート(105)への電力の流れを結果として生じる。
【0109】
図3は、本発明の第1の態様の第3の実施形態による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)を概略的に示す。第1の実施形態が図1において概略的に示されている本発明の第1の態様の第1の実施形態と比較して、二次側(104)は、2つの追加の二次側スイッチング素子(112c、112d)を備える。4つの二次側スイッチング素子(112a、112b、112c、112d)は、二次側フルブリッジを形成するように構成される。
【0110】
2つの追加の二次側スイッチング素子(112c、112d)を追加し、4つの二次側スイッチング素子(112a、112b、112c、112d)が二次側フルブリッジを形成することの利点は、4つの二次側スイッチング素子(112a、112b、112c、112d)と一次側スイッチング素子(107a、107b)との間の位相シフトを使用して、無効電流が最小化されることが可能であることである。さらなる利点は、完全な入力電圧、すなわち変圧器コアを介して二次側(104)に供給される電圧が二次側ポート(111)において利用可能であることである。ハーフブリッジの場合、入力電圧の半分、すなわち変圧器コアを介して二次側(104)に供給される電圧の半分が利用可能である。
【0111】
3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)における電力の流れは、制御ユニット(102)が一次側スイッチング素子(107a、107b)および二次側スイッチング素子(112a、112b、112c、112d)のスイッチングを制御することによって制御される。電力が第1の一次側ポート(105)から第2の一次側ポート(106)に変換されるとき、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、第1の一次側ポート(105)と第2の一次側ポート(106)との間で降圧コンバータとして機能する。追加的に、電力が一次側(103)と二次側(104)との間で変換されるとき、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、一次側(103)と二次側(104)との間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして機能する。具体的には、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)は、そのすべてのポートとの間、特に第2の一次側ポート(106)および二次側ポート(111)との間の双方向の電力の流れを可能にするように構成される。これらの双方向に電力の流れを可能にするために、制御ユニット(102)は、一次側(103)と二次側(104)との間の電力伝達を決定する位相シフトを生成するために、一次側スイッチング素子(107a、107b)と二次側スイッチング素子(112a、112b、112c、112d)とを制御するように構成される。特に、一次側ポート(105、106)と二次側ポート(111)との間の正の位相シフトは、二次側ポート(111)への電力の流れを結果として生じる。一次側ポート(105、106)と二次側ポート(111)との間の負の位相シフトは、第2の一次側ポート(106)および／または第1の一次側ポート(105)への電力の流れを結果として生じる。
【0112】
図4は、本発明の第3の態様の第1の実施形態によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)を概略的に示す。この図において、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)は、制御ユニット(402)と、一次側(403)と、二次側(404)とを備える。
【0113】
一次側(403)は、2つの第1の一次側ポート(405a、405b)と第2の一次側ポート(406)とを備える。一次側(403)は、4つの一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)と2つの一次側コンバータインダクタンス(408a、408b)とをさらに備える。2つの一次側スイッチング素子(407a、407b)および第1の一次側コンバータインダクタンス(408a)は、第1の第1の一次側ポート(405a)と第2の一次側ポート(406)との間で電力を変換するための降圧コンバータを形成するために、第1の第1の一次側ポート(405a)と関連付けられる。他の2つの一次側スイッチング素子(407c、407d)および第2の一次側コンバータインダクタンス(408b)は、第2の第1の一次側ポート(405b)と第2の一次側ポート(406)との間で電力を変換するための降圧コンバータを形成するために、第2の第1の一次側ポート(405b)と関連付けられる。制御ユニット(402)は、第1の第1の一次側ポート(405a)と第2の一次側ポート(406)との間で電力を変換するために一次側スイッチング素子の第1の対(407a、407b)を制御するように構成される。制御ユニット(402)は、第2の第1の一次側ポート(405b)と第2の一次側ポート(406)との間で電力を変換するために一次側スイッチング素子の第2の対(407c、407d)を制御するようにさらに構成される。一次側(403)は、2つの一次側変圧器巻線(409a、409b)をさらに備え、第1の一次側変圧器巻線(409a)は、第1の第1の一次側ポート(405a)に関連付けられ、第2の一次側変圧器巻線(409b)は、第2の第1の一次側ポート(405b)に関連付けられる。
【0114】
二次側(404)は、二次側ポート(411)と、2つの二次側スイッチング素子(412a、412c)と、一次側変圧器巻線(409a、409b)、すなわち各一次側変圧器巻線(409a、409b)に磁気的に結合された単一の二次側変圧器巻線(413)とを備える。一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)、一次側変圧器巻線(409a、409b)、2つの二次側スイッチング素子(412a、412b)、および二次側変圧器巻線(413)は、一次側ポート(405a、405b、406)と二次側ポート(411)との間に絶縁型DC-DCコンバータを形成するように配置される。制御ユニットは、一次側ポート(405a、405b、406)と二次側ポート(411)との間で電力を変換するための一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)と2つの二次側スイッチング素子(412a、412b)とを制御するようにさらに構成される。
【0115】
一次側(403)は、2つのブロッキングスイッチ(410a、410b)をさらに備え、第1のブロッキングスイッチ(410a)は、第1の第1の一次側ポート(405a)に関連付けられ、第2のブロッキングスイッチ(410b)は、第2の第1の一次側ポート(405b)に関連付けられる。制御ユニット(402)は、一次側(403)と二次側(404)との間の電力の流れを防止するためにブロッキングスイッチ(410a、410b)を開き、一次側(403)と二次側(404)との間の電力の流れを可能にするためにブロッキングスイッチ(410a、410b)を閉じるようにさらに構成される。各ブロッキングスイッチ(410a、410b)は、2つのブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)を備える。ブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)は、逆直列に接続される。ブロッキングスイッチング素子の第1の対(414a、414b)は、第1の一次側変圧器巻線(409a)に直列に接続される。ブロッキングスイッチング素子の第2の対(414c、414d)は、第2の一次側変圧器巻線(409b)に直列に接続される。
【0116】
ブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)は、それらが開いたときに一次側(403)と二次側(404)との間の電力の流れを遮断するように配置される。ブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)は、それらが閉じたときに一次側(403)と二次側(404)との間の電力の流れを可能にするように配置される。
【0117】
ブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)が閉じられると、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)は、第1の一次側ポート(405a、405b)から二次側ポート(411)への電力の流れを可能にするように構成される。さらに、ブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)が閉じられると、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)は、二次側ポート(411)から第2の一次側ポート(406)への電力の流れを可能にするように構成される。さらに、ブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)が閉じられると、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)は、第2の一次側ポート(406)から二次側ポート(411)への電力の流れを可能にするように構成される。さらに、ブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)が閉じられると、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)は、第2の一次側ポート(406)および第1の一次側ポート(405a、405b)から二次側ポート(411)への電力の流れを可能にするように構成される。さらに、ブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)が閉じられると、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)は、二次側ポート(411)および第1の一次側ポート(405)から第2の一次側ポート(406)への電力の流れを可能にするように構成される。さらに、ブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)が閉じられると、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)は、第1の一次側ポート(405a、405b)から第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)への電力の流れを可能にするように構成される。さらに、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)は、第2の一次側ポート(406)および／または二次側ポート(411)から第1の一次側ポート(405a、405b)への電力の流れを可能にするように構成される。
【0118】
マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)における電力の流れは、制御ユニット(402)が一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)および二次側スイッチング素子(412a、412b)のスイッチングを制御することによって制御される。電力が第1の一次側ポート(405a、405b)から第2の一次側ポート(406)に変換されるとき、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)は、第1の一次側ポート(405a、405b)と第2の一次側ポート(406)との間で降圧コンバータとして機能する。追加的に、電力が一次側(403)と二次側(404)との間で変換されるとき、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)は、一次側(403)と二次側(404)との間で絶縁型DC-DC電力コンバータとして機能する。具体的には、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)は、そのすべてのポートとの間、特に第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)との間の双方向の電力の流れを可能にするように構成される。これらの双方向に電力の流れを可能にするために、制御ユニット(402)は、一次側(403)と二次側(404)との間の電力伝達を決定する位相シフトを生成するために、一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)と二次側スイッチング素子(412a、412b)とを制御するように構成される。特に、一次側ポート(405a、405b、406)と二次側ポート(411)との間の正の位相シフトは、二次側ポート(411)への電力の流れを結果として生じる。一次側ポート(405a、405b、406)と二次側ポート(411)との間の負の位相シフトは、第2の一次側ポート(406)および／または第1の一次側ポート(405a、405b)への電力の流れを結果として生じる。
【0119】
図5は、本発明の第3の態様の第2の実施形態によるマルチポートポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータを概略的に示す。
【0120】
第1の実施形態が図4において概略的に示されている本発明の第3の態様の第1の実施形態と比較して、一次側(403)は、4つの追加の一次側スイッチング素子(407e、407f、407g、407h)を備える。第1の4つ組の一次側スイッチング素子(407a、407b、407e、407f)は、第1の第1の一次側ポート(405a)に関連付けられた第1の一次側フルブリッジを形成するように配置される。第2の4つ組の一次側スイッチング素子(407c、407d、407g、407h)は、第2の第1の一次側ポート(405b)に関連付けられた第2の一次側フルブリッジを形成するように配置される。追加的に、二次側(404)は、2つの追加の二次側スイッチング素子(412c、412d)を備える。4つの二次側スイッチング素子(412a、412b、412c、412d)は、二次側フルブリッジを形成するように配置される。
【0121】
一次側フルブリッジと二次側フルブリッジとを形成することの利点は、8つの一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d、407e、407f、407g、407h)と二次側スイッチング素子(412a、412b、412c、412d)との間の位相シフトを使用して無効電流が最小化されることが可能になることである。さらなる利点は、完全な入力電圧、すなわち第1の第1の一次側ポート(405a)と第2の第1の一次側ポート(405b)とを介して供給される電圧が、それぞれ、第1の一次側巻線(409a)および第2の一次側巻線(409b)において利用可能であることである。ハーフブリッジの場合、入力電圧の半分、すなわち第1の一次側ポート(405a、405b)を介して供給される電圧の半分が利用可能である。さらなる利点は、変圧器コアを介して二次側(404)に供給される完全な電圧が二次側ポート(411)において利用可能であることである。ハーフブリッジの場合、変圧器コアを介して二次側(404)に供給される電圧の半分が利用可能である。
【0122】
図6aは、本発明の第2の態様の一実施形態による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)を概略的に示す。この図において、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)は、本発明の第1の態様による4つの3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a、101b、101c、101d)と、第1のシステムポート(602)と、第2のシステムポート(603)とを備える。
【0123】
4つの3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a、101b、101c、101d)は、第2のシステムポート(603)を形成するために、それらの二次側ポート(111a、111b、111c、111d)を介して直列に結合される。追加的に、4つの3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a、101b、101c、101d)は、第1のシステムポート(602)を形成するために、それらの第2の一次側ポート(106a、106b、106c、106d)を介して並列に結合される。
【0124】
3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)は、4つの発電ユニットがその4つの第1の一次側ポート(105a、105b、105c、105d)に接続されるように構成される。さらに、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)は、単一の第1のシステムポート(602)と単一の第2のシステムポート(603)とを備える。第1のシステムポート(602)は、車両の低電圧バスに接続されるように配置される。第2のシステムポート(603)は、車両の高電圧バスに接続されるように配置される。
【0125】
図6bは、本発明の第4の態様の一実施形態によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)を概略的に示す。この図において、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)は、本発明の第3の態様による4つのマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a、401b、401c、401d)と、第1のシステムポート(602)と、第2のシステムポート(603)とを備える。
【0126】
4つのマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a、401b、401c、401d)は、第2のシステムポート(603)を形成するために、それらの二次側ポート(411a、411b、411c、411d)を介して直列に結合される。追加的に、4つのマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a、401b、401c、401d)は、第1のシステムポート(602)を形成するために、それらの第2の一次側ポート(406a、406b、406c、406d)を介して並列に結合される。
【0127】
マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)は、8つの発電ユニットがその8つの第1の一次側ポート(405a～405h)に接続されるように構成される。さらに、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)は、単一の第1のシステムポート(602)と単一の第2のシステムポート(603)とを備える。第1のシステムポート(602)は、車両の低電圧バスに接続されるように配置される。第2のシステムポート(603)は、車両の高電圧バスに接続されるように配置される。
【0128】
図7は、本発明の第5の態様の一実施形態による太陽光電力アセンブリ(701)を概略的に示す。この図において、太陽光電力アセンブリ(701)は、28個の太陽光発電ユニット(604aa-604nb)と、本発明の第4の態様によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)とを備える。マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)によって備えられる14個のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)は、各々、2つの太陽光発電ユニット(604aa-604nb)に接続される。
【0129】
マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)によって備えられるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)のうちの1つは、マスタ電力コンバータとして指定される。マスタ電力コンバータの制御ユニットは、出力電力設定値に基づいてマスタ電力コンバータの出力電流を制御するように構成される。例えば、第1のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a)は、マスタ電力コンバータとして指定される。残りのマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401b～401n)は、スレーブ電力コンバータとして指定される。各々のスレーブ電力コンバータ(401b～401n)の制御ユニットは、マスタ電力コンバータ(401a)の出力電圧と一致するようにそのそれぞれのスレーブ電力コンバータ(401b～401n)の出力電圧を制御するように構成される。代替的には、各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニットは、そのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電圧を、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401b～401n)の数と第1のシステムポート(602)の出力電圧との積の逆数になるように制御するように構成される。
【0130】
太陽光電力アセンブリによって備えられるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)は、単一の第1のシステムポート(602)と単一の第2のシステムポート(603)とを備える。第1のシステムポート(602)は、車両の低電圧バスに接続されるように配置される。第2のシステムポート(603)は、車両の高電圧バスに接続されるように配置される。
【0131】
図8は、本発明の第6の態様の一実施形態による車両(801)を概略的に示す。この図において、車両(801)は、ボディ(802)と、本発明の第5の態様による太陽光電力アセンブリ(701)と、低電圧バッテリ(803)と、高電圧バッテリ(804)とを備える。
【0132】
太陽光電力アセンブリの太陽光発電ユニット(702aa～702nb)は、ボディ(802)に機械的に取り付けられる。低電圧バッテリ(803)は、太陽光電力アセンブリ(701)の電力コンバータシステム(601)の第1のシステムポート(602)に接続され、高電圧バッテリ(803)は、太陽光電力アセンブリ(701)のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)の第2のシステムポート(603)に接続される。
【0133】
車両は、低電圧バッテリ(803)を備え、低電圧バッテリ(803)は、低電圧バスに接続され、低電圧バスは、車両(801)の低電圧電気的構成要素に電力を供給する。車両は、高電圧バッテリ(804)をさらに備え、高電圧バッテリ(804)は、高電圧バスに接続され、高電圧バスは、車両(801)の高電圧電気的構成要素に電力を供給する。低電圧バッテリ(803)は、低電圧バスを介してマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)の第1のシステムポート(602)に電気的に接続される。これは、低電圧バッテリ(803)との間で電力が流れることを可能にする。高電圧バッテリ(804)は、高電圧バスを介してマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)の第2のシステムポート(603)に電気的に接続される。これは、高電圧バッテリ(804)との間で電力が流れることを可能にする。
【0134】
太陽光電力アセンブリ(701)の太陽光発電ユニット(702aa～702nb)を車両(801)のボディ(802)に機械的に取り付けることによって、太陽光発電ユニット(702aa～702nb)は、それらが日光に曝露されると電力を生成する。太陽光発電ユニット(702aa～702nb)によって生成された電力は、太陽光発電ユニット(702aa～702nb)の各々1つがマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)に電気的に接続された状態で、それぞれの第1の一次側ポート(405a-405h)を通って流れる。マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)は、太陽光発電ユニット(702aa～702nb)によって生成された電力を、車両(801)、特にその低電圧バッテリ(803)および高電圧バッテリ(804)によって使用されることが可能になるように変換するように構成される。車両(801)は、例えば市販の車両、例えば公道上で使用するための車両である。
【0135】
本開示による発明について、以下の項においても説明する。
【0136】
1. 3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)であって、
制御ユニット(102)と、
一次側(103)であって、
第1の一次側ポート(105)と、
第2の一次側ポート(106)と、
2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)と、
一次側コンバータインダクタンス(108)であって、2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)および一次側コンバータインダクタンス(108)が、第1の一次側ポート(105)と第2の一次側ポート(106)との間で電力を双方向に変換するためのハーフブリッジ配置を形成するように配置された、一次側コンバータインダクタンス(108)と、
一次側変圧器巻線(109)と
を備え、
制御ユニット(102)が、第1の一次側ポート(105)と第2の一次側ポート(106)との間で電力を変換するように2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)を制御するように構成された、一次側(103)と、
二次側(104)であって、
二次側ポート(111)と、
2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)と、
一次側変圧器巻線(109)に磁気的に結合された二次側変圧器巻線(113)と
を備え、
2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)、一次側変圧器巻線(109)、2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)、および二次側変圧器巻線(113)が、一次側(103)と二次側(104)との間に絶縁型DC-DCコンバータを形成するように配置された、二次側(104)と、
ブロッキングスイッチ(110)と
を備え、
制御ユニット(102)が、一次側(103)と二次側(104)との間の電力の流れを防止するためにブロッキングスイッチ(110)を開き、一次側(103)と二次側(104)との間の電力の流れを可能にするためにブロッキングスイッチ(110)を閉じるように構成され、
制御ユニット(102)が、一次側ポート(105、106)と二次側ポート(111)との間で電力を変換するために、2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)と2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)とを制御するように構成された、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
制御ユニット(102)と、
一次側(103)であって、
第1の一次側ポート(105)と、
第2の一次側ポート(106)と、
2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)と、
一次側コンバータインダクタンス(108)であって、2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)および一次側コンバータインダクタンス(108)が、第1の一次側ポート(105)と第2の一次側ポート(106)との間で電力を双方向に変換するためのハーフブリッジ配置を形成するように配置された、一次側コンバータインダクタンス(108)と、
一次側変圧器巻線(109)と
を備え、
制御ユニット(102)が、第1の一次側ポート(105)と第2の一次側ポート(106)との間で電力を変換するように2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)を制御するように構成された、一次側(103)と、
二次側(104)であって、
二次側ポート(111)と、
2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)と、
一次側変圧器巻線(109)に磁気的に結合された二次側変圧器巻線(113)と
を備え、
2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)、一次側変圧器巻線(109)、2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)、および二次側変圧器巻線(113)が、一次側(103)と二次側(104)との間に絶縁型DC-DCコンバータを形成するように配置された、二次側(104)と、
ブロッキングスイッチ(110)と
を備え、
制御ユニット(102)が、一次側(103)と二次側(104)との間の電力の流れを防止するためにブロッキングスイッチ(110)を開き、一次側(103)と二次側(104)との間の電力の流れを可能にするためにブロッキングスイッチ(110)を閉じるように構成され、
制御ユニット(102)が、一次側ポート(105、106)と二次側ポート(111)との間で電力を変換するために、2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)と2つの二次側スイッチング素子(112a、112b)とを制御するように構成された、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0137】
2. 第1の一次側ポート(105)が、入力電源に接続されるように配置されている入力電力ポートであり、
第2の一次側ポート(106)が、低電圧電力ストレージに接続されるように配置されている低電圧ポートであり、
二次側ポート(111)が、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである、項1による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
第2の一次側ポート(106)が、低電圧電力ストレージに接続されるように配置されている低電圧ポートであり、
二次側ポート(111)が、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである、項1による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0138】
3. 2つの一次側スイッチング素子(107a、107b)および一次側コンバータインダクタンス(108)が、降圧コンバータまたは昇圧コンバータを形成するように配置された、項1または項2による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0139】
4. 一次側(103)が、ブロッキングスイッチ(110)を備える、項1～3のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0140】
5. ブロッキングスイッチ(110)が、一次側変圧器巻線(109)に直列に接続された、項4による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0141】
6. 二次側(104)が、ブロッキングスイッチ(110)を備える、項1～3のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0142】
7. ブロッキングスイッチ(110)が、二次側変圧器巻線(113)に直列に接続された、項6による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0143】
8. 一次側(103)が、2つの追加の一次側スイッチング素子(107c、107d)を備え、
4つの一次側スイッチング素子(107a、107b、107c、107d)が、一次側フルブリッジを形成するように配置された、前項のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
4つの一次側スイッチング素子(107a、107b、107c、107d)が、一次側フルブリッジを形成するように配置された、前項のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0144】
9. 二次側(104)が、2つの追加の二次側スイッチング素子(112c、112d)を備え、
4つの二次側スイッチング素子(112a、112b、112c、112d)が、二次側フルブリッジを形成するように配置された、前項のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
4つの二次側スイッチング素子(112a、112b、112c、112d)が、二次側フルブリッジを形成するように配置された、前項のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0145】
10. ブロッキングスイッチ(110)が、2つのブロッキングスイッチング素子(114a、114b)を備え、2つのブロッキングスイッチング素子(114a、114b)が、逆直列に接続された、前項のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0146】
11. 制御ユニット(102)が、一次側(103)と二次側(104)との間の電力伝達を決定する位相シフトを生成するために一次側スイッチング素子(107a、107b、107c、107d)と二次側スイッチング素子(112a、112b、112c、112d)とを制御するように構成された、前項のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0147】
12. 3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)が、第1の電力ポートから第2の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、
第1の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第2の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第1の電力ポートと第2の電力ポートとが、異なる、前項のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
第1の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第2の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第1の電力ポートと第2の電力ポートとが、異なる、前項のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0148】
13. 3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)が、第1の電力ポートおよび第2の電力ポートから第3の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、
第1の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第2の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第3の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第1の電力ポートと、第2の電力ポートと、第3の電力ポートとが、異なる、前項のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
第1の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第2の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第3の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第1の電力ポートと、第2の電力ポートと、第3の電力ポートとが、異なる、前項のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0149】
14. 3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)が、第1の電力ポートから第2の電力ポートおよび第3の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、
第1の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第2の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第3の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第1の電力ポートと、第2の電力ポートと、第3の電力ポートとが、異なる、前項のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
第1の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第2の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第3の電力ポートが、第1の一次側ポート(105)、第2の一次側ポート(106)、および二次側ポート(111)のうちの1つであり、
第1の電力ポートと、第2の電力ポートと、第3の電力ポートとが、異なる、前項のいずれか1つによる3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101)。
【0150】
15. 前項のいずれか1つによる複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)と、
第1のシステムポート(602)と、
第2のシステムポート(603)と
を備え、
複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)が、第1のシステムポート(602)を形成するように、それらの第2の一次側ポート(106a～106n)を介して並列に結合され、
複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)が、第2のシステムポート(603)を形成するように、それらの二次側ポート(111a～111n)を介して直列に結合された、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)。
第1のシステムポート(602)と、
第2のシステムポート(603)と
を備え、
複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)が、第1のシステムポート(602)を形成するように、それらの第2の一次側ポート(106a～106n)を介して並列に結合され、
複数の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)が、第2のシステムポート(603)を形成するように、それらの二次側ポート(111a～111n)を介して直列に結合された、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)。
【0151】
16. 第1のシステムポート(602)が、低電圧電力ストレージに接続されるように配置されている低電圧ポートであり、
第2のシステムポート(603)が、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである、項15による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)
第2のシステムポート(603)が、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである、項15による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)
【0152】
17. 3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)のうちの1つが、マスタ電力コンバータとして指定され、マスタ電力コンバータの制御ユニット(102)が、出力電流設定値に基づいてマスタ電力コンバータの出力電流を制御するように構成され、
残りの3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)が、スレーブ電力コンバータとして指定され、各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニット(102)が、マスタ電力コンバータの出力電圧と一致するようにそのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電圧を制御するように構成されるか、または各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニット(102)が、そのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電圧を、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(104)の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)の数と第2のシステムポートの出力電圧との積の逆数になるように制御するように構成された、項15または項16による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(301)
残りの3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)が、スレーブ電力コンバータとして指定され、各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニット(102)が、マスタ電力コンバータの出力電圧と一致するようにそのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電圧を制御するように構成されるか、または各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニット(102)が、そのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電圧を、3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(104)の3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(101a～101n)の数と第2のシステムポートの出力電圧との積の逆数になるように制御するように構成された、項15または項16による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(301)
【0153】
18. 制御ユニット(402)と、
一次側(403)であって、
複数の第1の一次側ポート(405a、405b)と、
第2の一次側ポート(406)と、
各第1の一次側ポート(105a、105b)のための2つの一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)と、
各第1の一次側ポート(405a、405b)のための一次側コンバータインダクタンス(408a、408b)であって、一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)の各対およびそれぞれの一次側コンバータインダクタンス(408a、408b)が、それぞれの第1の一次側ポート(405a、405b)と第2の一次側ポート(406)との間で電力を双方向変換するためのハーフブリッジ配置を形成するように配置された、一次側コンバータインダクタンス(408a、408b)と、
各第1の一次側ポート(405a、405b)のための一次側変圧器巻線(409a、409b)と
を備え、
制御ユニット(402)が、それぞれの第1の一次側ポート(405a、405b)と第2の一次側ポート(406)との間で電力を変換するために、一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)の各対を制御するように構成された、一次側(403)と、
二次側(404)であって、
二次側ポート(404)と、
2つの二次側スイッチング素子(412a、412b)と、
各一次側変圧器巻線(409a、409b)に磁気的に結合された二次側変圧器巻線(413)と
を備え、
一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)、一次側変圧器巻線(109a、109b)、2つの二次側スイッチング素子(412a、412b)、および二次側変圧器巻線(413)が、一次側(403)と二次側(404)との間に絶縁型DC-DCコンバータを形成するように配置された、二次側(404)と
を備えるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)であって、
制御ユニットが、一次側ポート(405a、405b、406)と二次側ポート(411)との間で電力を変換するために、一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)と2つの二次側スイッチング素子(412a、412b)とを制御するように構成された、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
一次側(403)であって、
複数の第1の一次側ポート(405a、405b)と、
第2の一次側ポート(406)と、
各第1の一次側ポート(105a、105b)のための2つの一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)と、
各第1の一次側ポート(405a、405b)のための一次側コンバータインダクタンス(408a、408b)であって、一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)の各対およびそれぞれの一次側コンバータインダクタンス(408a、408b)が、それぞれの第1の一次側ポート(405a、405b)と第2の一次側ポート(406)との間で電力を双方向変換するためのハーフブリッジ配置を形成するように配置された、一次側コンバータインダクタンス(408a、408b)と、
各第1の一次側ポート(405a、405b)のための一次側変圧器巻線(409a、409b)と
を備え、
制御ユニット(402)が、それぞれの第1の一次側ポート(405a、405b)と第2の一次側ポート(406)との間で電力を変換するために、一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)の各対を制御するように構成された、一次側(403)と、
二次側(404)であって、
二次側ポート(404)と、
2つの二次側スイッチング素子(412a、412b)と、
各一次側変圧器巻線(409a、409b)に磁気的に結合された二次側変圧器巻線(413)と
を備え、
一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)、一次側変圧器巻線(109a、109b)、2つの二次側スイッチング素子(412a、412b)、および二次側変圧器巻線(413)が、一次側(403)と二次側(404)との間に絶縁型DC-DCコンバータを形成するように配置された、二次側(404)と
を備えるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)であって、
制御ユニットが、一次側ポート(405a、405b、406)と二次側ポート(411)との間で電力を変換するために、一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)と2つの二次側スイッチング素子(412a、412b)とを制御するように構成された、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0154】
19. 各第1の一次側ポート(405)が、入力電源に接続されるように配置されている入力電力ポートであり、
第2の一次側ポート(406)が、低電圧電力ストレージに接続されるように配置されている低電圧ポートであり、
二次側ポート(411)が、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである、項18によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
第2の一次側ポート(406)が、低電圧電力ストレージに接続されるように配置されている低電圧ポートであり、
二次側ポート(411)が、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである、項18によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0155】
20. 一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d)の各対およびそれぞれの一次側コンバータインダクタンス(408a、408b)が、降圧コンバータまたは昇圧コンバータを形成するように配置された、項18または項19によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0156】
21. 一次側(403)が、各第1の一次側ポート(405a、405b)のために2つの追加の一次側スイッチング素子(407e、407f、407g、407h)を備え、
各4つ組の一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d、407e、407f、407g、407h)が、各第1の一次側ポート(405a、405b)のために一次側フルブリッジを形成するように配置された、項18～20のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
各4つ組の一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d、407e、407f、407g、407h)が、各第1の一次側ポート(405a、405b)のために一次側フルブリッジを形成するように配置された、項18～20のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0157】
22. 二次側(404)が、2つの追加の二次側スイッチング素子(412c、412d)を備え、
4つの二次側スイッチング素子(412a、412b、412c、412d)が、二次側フルブリッジを形成するように配置された、項18～21のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
4つの二次側スイッチング素子(412a、412b、412c、412d)が、二次側フルブリッジを形成するように配置された、項18～21のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0158】
23. マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)が、各第1の一次側ポート(405a、405b)のためにブロッキングスイッチ(410a、410b)を備え、
制御ユニットが、一次側(403)と二次側(404)との間の電力の流れを防止するためにブロッキングスイッチ(410a、410b)を開き、一次側(403)と二次側(404)との間の電力の流れを可能にするためにブロッキングスイッチ(410a、410b)を閉じるように構成された、項18～22のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
制御ユニットが、一次側(403)と二次側(404)との間の電力の流れを防止するためにブロッキングスイッチ(410a、410b)を開き、一次側(403)と二次側(404)との間の電力の流れを可能にするためにブロッキングスイッチ(410a、410b)を閉じるように構成された、項18～22のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0159】
24. 一次側(403)が、ブロッキングスイッチ(410a、410b)を備える、項23によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0160】
25. 各ブロッキングスイッチ(410a、410b)が、それぞれの一次側変圧器巻線(409a、409b)に直列に接続された、項24によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0161】
26. 二次側(403)が、ブロッキングスイッチ(410a、410b)をさらに備え、
制御ユニット(402)が、一次側(403)と二次側(404)との間の電力の流れを防止するためにブロッキングスイッチ(410a、410b)を開き、一次側(403)と二次側(404)との間の電力の流れを可能にするためにブロッキングスイッチ(410a、410b)を閉じるように構成された、項18～22のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
制御ユニット(402)が、一次側(403)と二次側(404)との間の電力の流れを防止するためにブロッキングスイッチ(410a、410b)を開き、一次側(403)と二次側(404)との間の電力の流れを可能にするためにブロッキングスイッチ(410a、410b)を閉じるように構成された、項18～22のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0162】
27. ブロッキングスイッチ(410a、410b)が、二次側変圧器巻線(413)に直列に接続された、項26によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0163】
28. 各ブロッキングスイッチ(410a、410b)が、2つのブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)を備え、ブロッキングスイッチング素子(414a、414b、414c、414d)の各対が、逆直列に接続された、項23～27のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0164】
29. 制御ユニットが、一次側(403)と二次側(404)との間の電力伝達を決定する位相シフトを生成するために一次側スイッチング素子(407a、407b、407c、407d、407e、407f、407g、407h)と二次側スイッチング素子(412a、412b、412c、412d)とを制御するように構成された、項13～28のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0165】
30. マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)が、第1の電力ポートから第2の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、
第1の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つであり、
第2の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つであり、
第1の電力ポートと、第2の電力ポートとが、異なる、項18～29のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
第1の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つであり、
第2の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つであり、
第1の電力ポートと、第2の電力ポートとが、異なる、項18～29のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0166】
31. マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)が、第1の一次側電力ポート(405a、405b)の各々から第1の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、
第1の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つである、項18～30のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
第1の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つである、項18～30のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0167】
32. マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)が、第1の一次側電力ポート(405a、405b)の各々および第1の電力ポートから第2の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、
第1の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つであり、
第2の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つであり、
第1の電力ポートと第2の電力ポートとが、異なる、項18～31のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
第1の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つであり、
第2の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つであり、
第1の電力ポートと第2の電力ポートとが、異なる、項18～31のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0168】
33. マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)が、第1の電力ポートから第1の一次側ポート(405a、405b)の各々への電力の流れを可能にするように構成され、
第1の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つである、項18～32のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
第1の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つである、項18～32のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0169】
34. マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)が、第1の電力ポートから第1の一次側ポート(405a、405b)の各々および第2の電力ポートへの電力の流れを可能にするように構成され、
第1の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つであり、
第2の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つであり、
第1の電力ポートと第2の電力ポートとが、異なる、項18～33のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
第1の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つであり、
第2の電力ポートが、第2の一次側ポート(406)および二次側ポート(411)のうちの1つであり、
第1の電力ポートと第2の電力ポートとが、異なる、項18～33のいずれか1つによるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401)。
【0170】
35. 項18～34のいずれか1つによるによる複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)と、
第1のシステムポート(602)と、
第2のシステムポート(603)と
を備えるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)であって、
複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)が、第1のシステムポート(602)を形成するように、それらの第2の一次側ポート(406a～406n)を介して並列に結合され、
複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)が、第2のシステムポート(603)を形成するように、それらの二次側ポート(411a～411n)を介して直列に結合された、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)。
第1のシステムポート(602)と、
第2のシステムポート(603)と
を備えるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)であって、
複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)が、第1のシステムポート(602)を形成するように、それらの第2の一次側ポート(406a～406n)を介して並列に結合され、
複数のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)が、第2のシステムポート(603)を形成するように、それらの二次側ポート(411a～411n)を介して直列に結合された、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)。
【0171】
36. 第1のシステムポート(602)が、低電圧電力ストレージに接続されるように配置されている低電圧ポートであり、
第2のシステムポート(603)が、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである、項35によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)。
第2のシステムポート(603)が、高電圧電力ストレージに接続されるように配置されている高電圧ポートである、項35によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)。
【0172】
37. マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)のうちの1つが、マスタ電力コンバータとして指定され、マスタ電力コンバータの制御ユニット(402)が、出力電流設定値に基づいてマスタ電力コンバータの出力電流を制御するように構成され、
残りのマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)が、スレーブ電力コンバータとして指定され、各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニット(402)が、マスタ電力コンバータの出力電圧と一致するようにそのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電流を制御するように構成されるか、または各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニット(402)が、そのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電圧を、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)の数と第2のシステムポートの出力電圧との積の逆数になるように制御するように構成された、項35または項36によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)。
残りのマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)が、スレーブ電力コンバータとして指定され、各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニット(402)が、マスタ電力コンバータの出力電圧と一致するようにそのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電流を制御するように構成されるか、または各々のスレーブ電力コンバータの制御ユニット(402)が、そのそれぞれのスレーブ電力コンバータの出力電圧を、マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)のマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ(401a～401n)の数と第2のシステムポートの出力電圧との積の逆数になるように制御するように構成された、項35または項36によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)。
【0173】
38. 複数の太陽光発電ユニット(604aa～604nb)と、
項15～17による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)、または項35～37によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)のいずれかである電力コンバータシステムと
を備える太陽光電力アセンブリ(701)であって、
複数の太陽光発電ユニット(702aa～702nb)の各太陽光発電ユニット(702aa～702nb)が、電力コンバータシステムの単一の第1の一次側ポート(105a～d、405a～h)に接続された、太陽光電力アセンブリ(701)。
項15～17による3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(601)、または項35～37によるマルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム(604)のいずれかである電力コンバータシステムと
を備える太陽光電力アセンブリ(701)であって、
複数の太陽光発電ユニット(702aa～702nb)の各太陽光発電ユニット(702aa～702nb)が、電力コンバータシステムの単一の第1の一次側ポート(105a～d、405a～h)に接続された、太陽光電力アセンブリ(701)。
【0174】
39. ボディ(802)と、
項38による太陽光電力アセンブリ(701)と、
低電圧バッテリ(803)と、
高電圧バッテリ(804)と
を備える車両(801)であって、
太陽光電力アセンブリ(701)の複数の太陽光発電ユニット(702aa～702nb)が、ボディ(802)に機械的に取り付けられ、
低電圧バッテリ(803)が、太陽光電力アセンブリ(701)の電力コンバータシステム(601)の第1のシステムポート(602)に接続され、高電圧バッテリ(804)が、太陽光電力アセンブリ(701)の電力コンバータシステムの第2のシステムポート(603)に接続された、車両(801)。
項38による太陽光電力アセンブリ(701)と、
低電圧バッテリ(803)と、
高電圧バッテリ(804)と
を備える車両(801)であって、
太陽光電力アセンブリ(701)の複数の太陽光発電ユニット(702aa～702nb)が、ボディ(802)に機械的に取り付けられ、
低電圧バッテリ(803)が、太陽光電力アセンブリ(701)の電力コンバータシステム(601)の第1のシステムポート(602)に接続され、高電圧バッテリ(804)が、太陽光電力アセンブリ(701)の電力コンバータシステムの第2のシステムポート(603)に接続された、車両(801)。
【符号の説明】
【0175】
101 3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ
102 制御ユニット
103 一次側
104 二次側
105 第1の一次側ポート、一次側ポート
105a 第1の一次側ポート
105b 第1の一次側ポート
105c 第1の一次側ポート
105d 第1の一次側ポート
106 第2の一次側ポート、一次側ポート
106a 第2の一次側ポート
106b 第2の一次側ポート
106c 第2の一次側ポート
106d 第2の一次側ポート
107a 一次側スイッチング素子
107b 一次側スイッチング素子
107c 一次側スイッチング素子
107d 一次側スイッチング素子
108 一次側コンバータインダクタンス
109 一次側変圧器巻線、一次側巻線
110 ブロッキングスイッチ
111 二次側ポート
111a 二次側ポート
111b 二次側ポート
111c 二次側ポート
111d 二次側ポート
112a 二次側スイッチング素子
112b 二次側スイッチング素子
112c 二次側スイッチング素子
112d 二次側スイッチング素子
113 二次側変圧器巻線
114a ブロッキングスイッチング素子
114b ブロッキングスイッチング素子
401 マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ
401a マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ
401b マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ
401c マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ
401d マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ
402 制御ユニット
403 一次側
404 二次側
405a 第1の一次側ポート、第1の第1の一次側ポート
405b 第1の一次側ポート、第2の第1の一次側ポート
406 第2の一次側ポート
407a 一次側スイッチング素子
407b 一次側スイッチング素子
407c 一次側スイッチング素子
407d 一次側スイッチング素子
407e 一次側スイッチング素子
407f 一次側スイッチング素子
407g 一次側スイッチング素子
407h 一次側スイッチング素子
408a 一次側コンバータインダクタンス
408b 一次側コンバータインダクタンス
409a 一次側変圧器巻線、第1の一次側変圧器巻線
409b 一次側変圧器巻線、第2の一次側変圧器巻線
410a ブロッキングスイッチ、第1のブロッキングスイッチ
410b ブロッキングスイッチ、第2のブロッキングスイッチ
411 二次側ポート
412a 二次側スイッチング素子
412b 二次側スイッチング素子
412c 二次側スイッチング素子
412d 二次側スイッチング素子
413 二次側変圧器巻線
414a ブロッキングスイッチング素子
414b ブロッキングスイッチング素子
414c ブロッキングスイッチング素子
414d ブロッキングスイッチング素子
601 3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム
602 第1のシステムポート
603 第2のシステムポート
604 マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム
604aa-604nb 太陽光発電ユニット
701 太陽光電力アセンブリ
702aa～702nb 太陽光発電ユニット
801 車両
802 ボディ
803 低電圧バッテリ
804 高電圧バッテリ
102 制御ユニット
103 一次側
104 二次側
105 第1の一次側ポート、一次側ポート
105a 第1の一次側ポート
105b 第1の一次側ポート
105c 第1の一次側ポート
105d 第1の一次側ポート
106 第2の一次側ポート、一次側ポート
106a 第2の一次側ポート
106b 第2の一次側ポート
106c 第2の一次側ポート
106d 第2の一次側ポート
107a 一次側スイッチング素子
107b 一次側スイッチング素子
107c 一次側スイッチング素子
107d 一次側スイッチング素子
108 一次側コンバータインダクタンス
109 一次側変圧器巻線、一次側巻線
110 ブロッキングスイッチ
111 二次側ポート
111a 二次側ポート
111b 二次側ポート
111c 二次側ポート
111d 二次側ポート
112a 二次側スイッチング素子
112b 二次側スイッチング素子
112c 二次側スイッチング素子
112d 二次側スイッチング素子
113 二次側変圧器巻線
114a ブロッキングスイッチング素子
114b ブロッキングスイッチング素子
401 マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ
401a マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ
401b マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ
401c マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ
401d マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータ
402 制御ユニット
403 一次側
404 二次側
405a 第1の一次側ポート、第1の第1の一次側ポート
405b 第1の一次側ポート、第2の第1の一次側ポート
406 第2の一次側ポート
407a 一次側スイッチング素子
407b 一次側スイッチング素子
407c 一次側スイッチング素子
407d 一次側スイッチング素子
407e 一次側スイッチング素子
407f 一次側スイッチング素子
407g 一次側スイッチング素子
407h 一次側スイッチング素子
408a 一次側コンバータインダクタンス
408b 一次側コンバータインダクタンス
409a 一次側変圧器巻線、第1の一次側変圧器巻線
409b 一次側変圧器巻線、第2の一次側変圧器巻線
410a ブロッキングスイッチ、第1のブロッキングスイッチ
410b ブロッキングスイッチ、第2のブロッキングスイッチ
411 二次側ポート
412a 二次側スイッチング素子
412b 二次側スイッチング素子
412c 二次側スイッチング素子
412d 二次側スイッチング素子
413 二次側変圧器巻線
414a ブロッキングスイッチング素子
414b ブロッキングスイッチング素子
414c ブロッキングスイッチング素子
414d ブロッキングスイッチング素子
601 3ポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム
602 第1のシステムポート
603 第2のシステムポート
604 マルチポート絶縁型アクティブブリッジDC-DC電力コンバータシステム
604aa-604nb 太陽光発電ユニット
701 太陽光電力アセンブリ
702aa～702nb 太陽光発電ユニット
801 車両
802 ボディ
803 低電圧バッテリ
804 高電圧バッテリ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6a】
【図6b】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】