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技術 複数の駆動ユニットを車両の別々の部分に配置した電気車両またはハイブリッド電気車両

出願人 ボルボトラックコーポレーション
発明者 ヴィデック,ペール
出願日 2014年8月14日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2017-508055
公開日 2017年8月31日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 2017-525333
状態 特許登録済
技術分野 ハイブリッド電気車両 車両の推進装置の配置または取付け 車両の電気的な推進・制動
主要キーワード 各電気系統 電気系統内 中央電子制御ユニット 路上走行車両 エネルギー回復 電動モータ駆動装置 電気駆動ユニット ガルバニック絶縁
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図面 (4)

課題

ポールシャーシ間静電容量が所定値を超えることなく電気部品点数を増やす。

解決手段

互いに接続され、連結された少なくとも2つの車体部を有する連結式車両に関する。車両は、前車体部と少なくとも1つの後車体部を備え、後車体部は、前車体部に対して車両の長手方向の後方に配置される。前車体部は、少なくとも電動モータと第1エネルギー貯蔵システムを備える第1の駆動ユニットを有する。少なくとも1つの後車体部は、少なくとも電動モータとエネルギー貯蔵システムを備える駆動ユニットを有する。各後車体部は、少なくとも通常の運転状態の下では前車体部および互いからガルバニック絶縁される個別の電気系統を備える。

概要

背景

本発明は、トラックバス建設機械および他の作業車両などの重量型車両に適用することができる。以下、本発明の説明を連結式バスについて行うが、本発明はこの車両に特に限定されるものではない。本発明は、車両の異なる部分に配置される複数の駆動ユニットを用いる、連結式または非連結式のトラックおよび建設機械などの他の車両においても利用することができる。

複数の電気駆動ユニットを備え、含まれる電気部品点数増加傾向にある電気式路上走行車両ハイブリッド電気式路上走行車両における問題として、ポールシャーシ間静電容量に関する問題がある。ポール−シャーシ間の静電容量は、所定の値未満に保つことが望ましい。この点については、複数の規格がポール−シャーシ間の静電容量に制限値を設けている。例えば、ISO6469−3は、エネルギー値で0.2ジュール(J)未満とすることを求める。例えば、高電圧系統を備える車両において、750ボルト(V)時の0.2Jのエネルギーに相当するポール−シャーシ間の静電容量は、750V時の700×10−9ファラド(700nF)である。

概要

ポール−シャーシ間の静電容量が所定値を超えることなく電気部品の点数を増やす。互いに接続され、連結された少なくとも2つの車体部を有する連結式車両に関する。車両は、前車体部と少なくとも1つの後車体部を備え、後車体部は、前車体部に対して車両の長手方向の後方に配置される。前車体部は、少なくとも電動モータと第1エネルギー貯蔵システムを備える第1の駆動ユニットを有する。少なくとも1つの後車体部は、少なくとも電動モータとエネルギー貯蔵システムを備える駆動ユニットを有する。各後車体部は、少なくとも通常の運転状態の下では前車体部および互いからガルバニック絶縁される個別の電気系統を備える。

目的

本発明の目的は、上述の問題を解消する、または少なくとも最小化するよう改良された車両の電気系統を提供する

効果

実績

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牽制数
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請求項1

車両の異なる部分に配置される複数の駆動ユニットを有する電気車両またはハイブリッド電気車両であって、少なくとも1つの電気駆動ユニット(212,312)によって駆動される第1の被駆動軸(211,311)と、少なくとも1つの電気駆動ユニット(232,332)によって駆動される少なくとも1つのさらなる被駆動軸(232,332)と、を備え、各被駆動軸(211,231,311,331)は、ジャンクションボックス(216,236,316,336)および少なくとも1つのエネルギー貯蔵システム(215,235,315,335)に接続されて、一電気系統を形成する少なくとも1つの電気駆動ユニット(212,232,312,332)を有し、各被駆動軸(211,231,311,331)に対して、個別の電気系統がそれぞれ設けられ、少なくとも通常の運転状態の下では、前記個別の電気系統が互いに直流電流的に絶縁されていることを特徴とする車両。

請求項2

少なくとも1つのエネルギー貯蔵システム(215,235,315,335)が外部電源から充電を受けている間は、前記個別の電気系統が接続可能であることを特徴とする請求項1に記載の車両。

請求項3

前記個別の電気系統が、導電機構または誘電機構(251,252,253,351,352,353)を介して、前記外部電源に接続可能であることを特徴とする請求項2に記載の車両。

請求項4

前記個別の電気系統が、共通の充電ユニット(254,354)に接続可能であることを特徴とする請求項2または3に記載の車両。

請求項5

前記共通の充電ユニットが、少なくとも1つのコンタクタ(217,237,317)を介して、少なくとも1つのエネルギー貯蔵システム(215,235,315,335)に接続されることを特徴とする請求項4に記載の車両。

請求項6

前記個別の電気系統が、DC/DCコンバータ(220,341)によって接続可能であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の車両。

請求項7

少なくとも1つのエネルギー貯蔵システム(215,235,315,335)が外部電源から充電を受けている間は前記個別の電気系統に接続するように、前記DC/DCコンバータ(220,341)が構成されていることを特徴とする請求項6に記載の車両。

請求項8

前記個別の電気系統が、少なくとも1つのコンタクタ(217,237,317,337)を備えるDCバス(209,309)によって接続可能であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の車両。

請求項9

前記個別の電気系統は、それぞれエネルギー貯蔵システム(215,235,315,335)を備え、前記個別の電気系統のそれぞれを接続するDCバスに、コンタクタ(217,237,317,337)が設けられることを特徴とする請求項8に記載の車両。

請求項10

前記1つの駆動ユニットがハイブリッド推進ユニット(230,232,330,332)を備えることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の車両。

請求項11

少なくとも1つのさらなる駆動ユニットがハイブリッド推進ユニットを備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の車両。

請求項12

前記ハイブリッド推進ユニットが、電動モータ発電機(232,332)および内燃機関(230,330)を備えることを特徴とする請求項10または11に記載の車両。

請求項13

前記エネルギー貯蔵システム(215,235,315,335)が少なくとも1つの電池を備えることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の車両。

請求項14

前記エネルギー貯蔵システム(215,235,315,335)が少なくとも1つのスーパーキャパシタを備えることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の車両。

請求項15

前記エネルギー貯蔵システム(215,235,315,335)が少なくとも1つの機械的エネルギー源および液圧エネルギー源の少なくとも何れか1つを備えることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の車両。

技術分野

0001

本発明は、複数の駆動ユニットを車両の別々の部分に配置した電気車両またはハイブリッド電気車両に関する。複数の駆動ユニットは、車両の車輪または車軸を個別に駆動するように構成される。

背景技術

0002

本発明は、トラックバス建設機械および他の作業車両などの重量型車両に適用することができる。以下、本発明の説明を連結式バスについて行うが、本発明はこの車両に特に限定されるものではない。本発明は、車両の異なる部分に配置される複数の駆動ユニットを用いる、連結式または非連結式のトラックおよび建設機械などの他の車両においても利用することができる。

0003

複数の電気駆動ユニットを備え、含まれる電気部品点数増加傾向にある電気式路上走行車両ハイブリッド電気式路上走行車両における問題として、ポールシャーシ間静電容量に関する問題がある。ポール−シャーシ間の静電容量は、所定の値未満に保つことが望ましい。この点については、複数の規格がポール−シャーシ間の静電容量に制限値を設けている。例えば、ISO6469−3は、エネルギー値で0.2ジュール(J)未満とすることを求める。例えば、高電圧系統を備える車両において、750ボルト(V)時の0.2Jのエネルギーに相当するポール−シャーシ間の静電容量は、750V時の700×10−9ファラド(700nF)である。

発明が解決しようとする課題

0004

電気系統内部品点数が増える毎に、その電気系統の静電容量は増加する。一般的なハイブリッドシステムでは、電池電動モータ、DC/DCコンバータ圧縮機および空調ユニットを備えると考えられるが、これらは1点につき約100nFの静電容量の増加を引き起こす。さらに、ジャンクションボックスコンタクタといった部品は、1点につき10nF、ケーブル配線は1mにつき約1nFの静電容量の増加を引き起こす。このため、1つの電気系統に対して追加できる部品点数の最大値には制限がある。

0005

ポール−シャーシ間の絶縁抵抗についても同様の問題が存在する。例えば、牽引トラクション電圧系統電気回路の任意の部分と、別の電気系統またはシャーシの任意の露出部との間の1V当たりの電気抵抗について、DCコンポーネントの場合100Ω/V以上、ACコンポーネントの場合500Ω/V以上とすべきとの指定があることが考えられる。さらに、牽引電圧系統の電気回路の任意の部分と、別の電気系統またはシャーシの任意の露出部との間のトータルな電気抵抗について、5000kΩ以上とすべきとの指定があることが考えられる。この場合、電気系統に対する要件を500Ω/Vとすると、系統電圧が750Vの時の抵抗値は375kΩとなり、許容される最大部品点数は13点となる。

0006

本発明の目的は、上述の問題を解消する、または少なくとも最小化するよう改良された車両の電気系統を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明の目的は、上述の課題を解決する電気車両またはハイブリッド電気車両を提供することにある。本目的は、請求項1に記載の装置によって達成される。

0008

本発明に係る電気アーキテクチャが設けられた複数の電気駆動ユニットまたは推進ユニットを備える、電気式路上走行車両またはハイブリッド電気式路上走行車両を提供することによって、ポール−シャーシ間の静電容量が所定値を超えることなく電気部品の点数を増やすことができるという利点が得られる。

0009

本発明の第1の態様によると、本目的は、請求項1に記載の電気車両またはハイブリッド電気車両によって達成される。

0010

本発明によると、電気車両またはハイブリッド電気車両は、車両の異なる部分に配置される複数の駆動ユニットを有し、第1の被駆動軸が少なくとも1つの電気駆動ユニットによって駆動され、少なくとも1つのさらなる被駆動軸が少なくとも1つの電気駆動ユニットによって駆動される。電気駆動ユニットは、車軸または車軸上の各車輪を駆動する1以上の電動モータ、および当該1以上の電動モータを制御する電動モータ駆動装置EMD)を備える。各被駆動軸は、ジャンクションボックスおよび少なくとも1つのエネルギー貯蔵システムに接続されて、ある電気系統を形成する少なくとも1つの電気駆動ユニットを有する。ジャンクションボックスは、高電圧DCバスによって、当該個別の電気系統内における電動モータ駆動装置と、エネルギー貯蔵システムと、その他の電気部品とに接続される。

0011

一実施例によると、本発明に係る車両は、車両の異なる部分に配置される複数の電気駆動ユニットを有してもよい。車両は、操舵可能な前車軸と、1以上のさらなる車軸を備え、これら車軸のうち2本以上が被駆動軸である。例えば、車両のある部分に位置する車軸が、少なくとも電動モータと第1エネルギー貯蔵システムを備える第1の駆動ユニットを有することができる。車両の別の部分の少なくとも1つのさらなる車軸は、少なくとも1つのさらなる電動モータとエネルギー貯蔵システムを少なくとも備える第2の駆動ユニットを有することができる。これには、各駆動ユニットが、少なくとも通常の運転状態の下では他の駆動ユニットの電気系統から直流電流的に絶縁(以下、「ガルバニック絶縁」という)される個別の電気系統を備えるという利点がある。

0012

さらなる実施例によると、本発明に係る車両は、互いに接続され、連結された少なくとも2つの車体部を有する。車両は、前車体部と少なくとも1つの後車体部を備える。前車体部は、車両の前端に配置され、操舵可能な前車軸と被駆動の後車軸を有する。後車体部は、1本の車軸を有し、前車体部に対して車両の長手方向の後方に配置される。前車体部は、少なくとも電動モータと第1エネルギー貯蔵システムを備える第1の駆動ユニットを有する。少なくとも1つの後車体部は、少なくとも電動モータとエネルギー貯蔵システムを備える第2の駆動ユニットを有する。これには、各後車体部が、少なくとも通常の運転状態の下では前車体部および互いからガルバニック絶縁される個別の電気系統を備えるという利点がある。

0013

上記の実施例は共に、各被駆動軸に対して、または被駆動軸上の各車輪を駆動するために、個別の電気系統を有する駆動ユニットを1つ用いるものである。また、各被駆動軸は、1以上の電動モータを備える電気駆動ユニットによって駆動することができ、または、電動モータと内燃機関を備えるハイブリッド駆動ユニットによって駆動することができる。電子制御ユニットは、各車軸の駆動ユニットの複合制御のために設けられる。

0014

本明細書において、「通常の運転状態」という用語は、車両が、内燃機関および電動モータの少なくとも何れか1つを備える牽引システムを使って牽引される状態と定義される。これは、関連づけられた電源から電力を引き出す牽引モードであっても、車両内エネルギー貯蔵ユニットに電力を供給する回生モードであってもよい。

0015

本発明によると、少なくとも1つのエネルギー貯蔵システムが外部電源から充電を受けている間は、車両の異なる部分に配置された個別の電気系統は接続可能になる。この外部電源は、プラグインソケットまたはパンタグラフなどの導電機構、あるいは、路面内の誘導コイルなどの誘電機構を介して、充電器から提供することができる。好ましくは、個別の電気系統は、共通の外部充電ユニットに接続される。上述の実施例においては、個別の電気系統内のエネルギー貯蔵システムの充電を、車両停車中に行うことが主に想定されている。しかしながら、例えば、頭上のパンタグラフや路面内の誘導コイルを用いれば、車両走行中の充電も可能である。

0016

共通の外部充電ユニットは、少なくとも1つのコンタクタを介して、一電気系統のエネルギー貯蔵システムに接続することができる。好ましくは、各電気系統に対して1つのコンタクタを用いる。充電ユニットは、充電時に1または複数のエネルギー貯蔵ユニットに供給する電圧を制御するように構成される。コンタクタは、回路の一部を電力供給の対象から外すために、回路内を流れる電流遮断するように、あるいは回路への電力供給を遮断するように構成される。この目的に適したコンタクタは、充電切換ユニット(CSU)である。

0017

一実施例によると、個別の電気系統はDC/DCコンバータによって接続可能である。DC/DCコンバータは、各電気系統のDC電圧バスの間をガルバニック絶縁する。DC/DCコンバータは、各電気系統のジャンクションボックスの間に接続することができる。DC/DCコンバータは、少なくとも1つのエネルギー貯蔵システムが外部電源から充電を受けている間に各DC電圧バスに供給する電圧を調整するために動作させることができる。例えば、充電器と充電対象の電気系統の間の電圧差が大きすぎる場合は、充電器と当該電気系統間のコンタクタを閉にすることができない。この場合には、充電電流をDC/DCコンバータを通過させて供給電圧を適正化することができる。

0018

更なる一実施例によると、個別の電気系統は、少なくとも1つのコンタクタを備えるDCバスによって接続可能である。必須ではないが、好ましくは、コンタクタは、エネルギー貯蔵システムを備える各車体部を接続するDCバスに設けられる。これにより、1つの車体部の個別の電気系統におけるDCバスを、車両の他の車体部の個別の電気系統を接続するDCバスからガルバニック絶縁することができる。例えば、共通の充電器を、車両のDCバスが各個別の電気系統毎の複数のDCバスに分岐する点より下流の、車両のある位置に接続することができる。充電器から延びる各DCバスはそれぞれ、各個別の電気系統のジャンクションボックスに接続される。コンタクタは、個別の電気系統それぞれに対して設けられ、これにより、外部電源からの充電が行われない場合には、分岐後のDCバスの接続を切り、個別の電気系統をガルバニック絶縁することができる。

0019

上記の通り、各被駆動軸は、1以上の電動モータを備える電気駆動ユニットによって駆動することができる。電動モータのみで駆動される車両は、フル電気車両(FEV)とよく呼ばれる。あるいはまた、少なくとも1本の車軸が、電動モータと内燃機関を備えるハイブリッド駆動ユニットによって駆動されてもよい。内燃機関は、変速機を介して車軸を駆動するために、あるいは電動モータまたは電気エネルギー貯蔵ステムに対して発電するために用いられる。充電器がプラグイン型である車両は、プラグインハイブリッド電気車両(PHEV)とよく呼ばれる。

0020

本発明に係る車両は、エネルギー貯蔵システムがそれぞれに設けられた個別の電気系統を備える。エネルギー貯蔵システムは、少なくとも1つの電池、少なくとも1つのスーパーキャパシタ、少なくとも1つの機械的エネルギー源および液圧エネルギー源のうちの少なくとも何れか1つを備えることができる。本発明の範囲内において、1つのエネルギー貯蔵システムをエネルギー最適化して、複数の電池セルを含むよう構成し、別のシステムをパワー最適化して、スーパーキャパシタ、機械的エネルギー源、および液圧エネルギー源のうちの少なくとも何れか1つを含むように構成することができる。

0021

本発明のさらなる利点および有利な特徴を、以下の説明および従属請求項において開示する。

0022

以下、添付の図面を参照して、例示的に示される本発明の実施形態についてより詳細に説明する。

図面の簡単な説明

0023

本発明に係る推進システムと組み合わせて使用するのに適した車両を示す概略図である。
本発明の第1実施形態に係る車両を示す概略図である。
本発明の第2実施形態に係る車両を示す概略図である。

実施例

0024

図1(a)〜(d)は、本発明に係る推進システムと組み合わせて使用するのに適した車両を示す概略図である。図1(a)は、2本の被駆動軸102,104を有する車両101を概略的に示す。各被駆動軸は、1以上の電動モータを備える、第1電気駆動ユニット103または第2電気駆動ユニット105によって駆動することができる。従って、1つのモータが1本の車軸を駆動するように構成されてもよく、1つのモータが車軸上の1つの車輪を駆動するように構成されてもよい。本実施例においては、第1電気駆動ユニット103および第2電気駆動ユニット105は、それぞれ車両101の前部と後部に配置される。あるいはまた、少なくとも1本の車軸が、電動モータと内燃機関を備えるハイブリッド駆動ユニットによって駆動されてもよい。

0025

図1(b)は、3本の被駆動軸112,114,116を有する車両111を概略的に示す。各被駆動軸は、1以上の電動モータを備える電気駆動ユニット113,115,117によって駆動することができる。上述のとおり、1つのモータが1本の車軸を駆動するように構成されてもよく、1つのモータが車軸上の1つの車輪を駆動するように構成されてもよい。本実施例においては、第1電気駆動ユニット113が連結式車両の前部に配置され、第2電気駆動ユニット115および第3電気駆動ユニット117が連結式車両111の後部に配置される。あるいはまた、少なくとも1本の車軸が、電動モータと内燃機関を備えるハイブリッド駆動ユニットによって駆動されてもよい。この構成は、連結式ダンプ車などの建設機械に適している。

0026

図1(c)は、2本の被駆動軸122,124を有する車両121を概略的に示す。各被駆動軸は、1以上の電動モータを備える電気駆動ユニット123,125によって駆動することができる。あるいはまた、少なくとも1本の車軸が、電動モータと内燃機関を備えるハイブリッド駆動ユニットによって駆動されてもよい。1つのモータが1本の車軸を駆動するよう構成されてもよく、1つのモータが車軸上の1つの車輪を駆動するよう構成されてもよい。本実施例においては、第1電気駆動ユニット123が連結式トラックの前部に配置される。前部にはさらに、操舵可能軸126が備えられる。第2電気駆動ユニット125は車両121の後部に配置される。後部にはさらに、従動軸128が備えられる。この構成は、トラクタトレーラーの連結を含んで構成されるトラックに適している。

0027

図1(d)は、2本の被駆動軸132,134を有する車両131を概略的に示す。各被駆動軸は、1以上の電動モータを備える電気駆動ユニット133,135によって駆動することができる。あるいはまた、少なくとも1本の車軸が、電動モータと内燃機関を備えるハイブリッド駆動ユニットによって駆動されてもよい。1つのモータが1本の車軸を駆動するように構成されてもよく、1つのモータが車軸上の1つの車輪を駆動するように構成されてもよい。本実施例においては、第1電気駆動ユニット133が連結式バスの前部に配置される。前部にはさらに、操舵可能軸136が備えられる。第2電気駆動ユニット135は車両131の後部に配置される。後部は、非被駆動軸138を備える中間部に接続される。この構成は、複数の連節部を含んで構成され、当該連節部のうち少なくとも2台に被駆動軸を備えるバスに適している。

0028

図1(a)〜(d)に示す実施例において、各被駆動軸は、ジャンクションボックスおよび少なくとも1つのエネルギー貯蔵システムに接続されて、ある電気系統を形成する少なくとも1つの電気駆動ユニットを有する。この種の電気系統については、図2および図3と関連付けて、以下でさらに詳細に説明する。車両内の1以上のエネルギー貯蔵システムのいずれもが外部電源からの充電を受けない通常動作時には、個別の電気系統は互いにガルバニック絶縁される。

0029

これらは、本発明と組み合わせて使用するのに適した車両の例から選んだものに過ぎず、他にも、被駆動軸を、前車体部および後車体部の少なくとも何れか一方、および1以上の中間車体部の他の場所に取り付けた車両が、本発明の範囲内において複数考えられる。

0030

図2は、本発明の第1実施形態に係る車両を示す概略図である。本実施例では特に、図1(d)に示す種類の連結式車両を選択する。車両は、互いに接続され、連結された前車体部201、中間車体部202および後車体部203を備える。前車体部201は、車両の前端に配置され、操舵可能な前車軸210と被駆動の後車軸(被駆動軸)211を有する。中間車体部202は、1本の非被駆動軸221を有する。後車体部203は、1本の被駆動軸231を有する。

0031

前車体部201は、牽引電圧系統の形で第1の駆動ユニットを有する。牽引電圧系統は、被駆動軸211を駆動する変速機214に接続された電動モータ/発電機212を備える。電動モータ/発電機212は、推進トルクを被駆動軸211に供給することができるとともに、エネルギー回生時には、被駆動軸211により駆動されて発電する。電動モータ/発電機212は、電動モータ駆動装置(EMD)213に接続される。電動モータ駆動装置(EMD)213は、電力変換器(PEC)とも呼ばれ、電動モータ/発電機212に3相AC電流を供給する。3相AC電流を、電圧バス上の3本の平行線で示す。本実施例においては、3相AC電流は、電動モータ/発電機にのみ供給される。2相電流を、電圧バス上の2本の平行線で示す。電動モータ駆動装置(EMD)213は他方で、高電圧のジャンクションボックス216を介して、第1エネルギー貯蔵システム、ここでは、高電圧電池パック215に接続される。当該牽引電圧系統は、複数の高電圧DCバス205,206,207,208,209を備え、これらが1つの高電圧バスとして動作する。これら複数の高電圧バスは、コネクタ(図示省略)によって高電圧ジャンクションボックス216に接続される。図2に示す実施例においては、高電圧ジャンクションボックス216は、複数の異なる電気部品への高電圧バスを合流および分岐させる用途でも用いられている。

0032

第1DCバス205は、高電圧のジャンクションボックス216を電動モータ駆動装置(EMD)213に接続するものであり、究極的には、第2バス206を介して、高電圧ジャンクションボックス216を電動モータ/発電機212に接続する。第1DCバス205は高電圧牽引バスとも呼ばれるものであり、第2バス206は3相ACバスである。電動モータ駆動装置(EMD)213は、電動モータ/発電機212を制御するパワーエレクトロニクス機器を備え、パワーエレクトロニクス機器はモータ制御ユニット(MCU)を備える。同様に、変速機214は、変速機電子制御ユニット(図示省略)によって制御される。本実施例において、電動モータ/発電機212は、電動モータ駆動装置(EMD)213からの供給を受けるACモータである。しかしながら、本発明の範囲内において、DCモータを用いることもできる。

0033

第3DCバス207は、ジャンクションボックス216を高電圧電池パック215に接続するものである。高電圧電池パック215には、電池管理ユニット(BMU)と、電池パックを構成する複数のセルが設けられる。電池管理ユニット(BMU)は、電源コネクタと、高電圧電池パック215を制御する電子機器(図示省略)を備える。一般に、電源コネクタは、負荷への電力増加を制御するプリチャージモジュールを有するプリチャージ回路を備える。プリチャージモジュールは、ソリッドステート型であってよく、プリチャージ抵抗直列に配列されたソリッドステートモジュールとして構成されてよい。プリチャージ抵抗は、例えば、10Ωの抵抗であり、プリチャージモジュールとプリチャージ抵抗は、コンタクタまたはリレー接点を介して互いに接続される。このリレーは、負荷への電力のオンオフを切り替えメインリレーまたはメインコンタクタである。負荷としては、例えば、電動モータ駆動装置(EMD)213またはパワーテイクオフ(PTO)負荷などが考えられる。このリレーによってオンとオフを切り替えられる電力は、高電圧電池パック215から供給される電力である。リレーのオン/オフはBMUによって制御される。

0034

ジャンクションボックスをDC/DCコンバータや低電圧DCバス(図示省略)に接続するために、追加のDCバスを設けることもできる。ここでは、このようなDC/DCコンバータの動作や低電圧DCバスへの電力供給について、さらに詳しい説明は省略する。また、ジャンクションボックスはさらに、1以上の電力テイクオフ負荷(ePTO)または、高電圧電気負荷(図示省略)にも接続することができる。図2では、これらのバスを後車体部についてのみ示す。実際には、1本のDCバスが複数の負荷を供給し、または、複数のDCバスがそれぞれ別の負荷を供給することができる。または、1本のDCバスが複数の負荷を供給するとともに、複数のDCバスがそれぞれ別の負荷を供給することもできる。

0035

ジャンクションボックス216および各制御ユニットは、例えばCANバスを介して、中央電子制御ユニット(図示省略)と通信を行うために、ワイヤハーネスにも接続することができる。ワイヤハーネスは、中央電子制御ユニットに接続可能であり、制御ユニットとの間で制御信号および検知信号の少なくとも何れか一方を送受信するために用いられる。中央電子制御ユニットは、別体のユニットであってもよく、あるいは、ジャンクションボックス216に隣接して、またはジャンクションボックス216の内部に設置されてもよい。

0036

第4DCバス208は、ジャンクションボックス216を充電切換ユニット217に接続するものである。充電切換ユニット217は、前車体部201の牽引電圧系統を、車両の他の部分202,203から切り離すように構成される。これにより、少なくとも通常の運転状態の下では前車体部201が、後車体部203および中間車体部202からガルバニック絶縁される。後述するが、後車体部203には、対応する充電切換ユニットが設けられる。

0037

第5DCバス209は、充電切換ユニット217を充電インターフェースアダプタ220に接続するものである。充電インターフェースアダプタ220は、充電器254を介して送電網に接続される。充電インターフェースアダプタ220はジャンクションボックスであり、図2の例においては、充電器254から延びるDCバスを、前車体部201および後車体部203それぞれのDCバスに分岐させるために用いられる。

0038

あるいはまた、充電インターフェースアダプタの代わりに、DC/DCコンバータと、車両の前部および後部それぞれの牽引電圧系統への出力電圧を制御する制御ユニットを設けることもできる。このようなDC/DCコンバータは、車両の前部および後部それぞれのジャンクションボックスに直接接続することができ、この場合、充電切換ユニットの必要はない。このDC/DCコンバータは、通常の(非充電時の)動作状態においては、後車体部203および中間車体部202から前車体部201をガルバニック絶縁状態に保つものである。

0039

前車体部201と同様に、後車体部203は、牽引電圧系統の形で第1の駆動ユニットを有する。牽引電圧系統は、被駆動軸231を駆動する変速機234に接続された電動モータ/発電機232を備える。電動モータ/発電機232は、推進トルクを被駆動軸231に供給することができるとともに、エネルギー回生時には、被駆動軸231により駆動されて発電する。また、後車体部203にはさらに、内燃機関230が設けられる。内燃機関230は、被駆動軸231を駆動する変速機234に対して、電動モータ/発電機232とは別にまたは一緒に接続される。内燃機関230は、機関電子制御ユニット(図示省略)によって制御することができる。電動モータ232は、内燃機関230のスタータモータとして動作可能な外部のスタータオルタネータモータとして機能することができる。電動機232は、変速機234によって、または駆動ベルトなどの適切な伝動装置を介して、内燃機関230に機械的に連結される。

0040

電動モータ/発電機232は、電動モータ駆動装置(EMD)233に接続される。電動モータ駆動装置(EMD)233は他方で、高電圧ジャンクションボックス236を介して、高電圧電池パック235の形態を有する第1エネルギー貯蔵システムに接続される。当該牽引電圧系統は、複数の高電圧DCバス243,244,245,246,247,248,249を備え、これらが1つの高電圧バスとして動作する。これら複数の高電圧バスは、コネクタ(図示省略)によって高電圧ジャンクションボックス236に接続される。高電圧ジャンクションボックス236は、ハイブリッドジャンクションボックスとも呼ばれ、図2に示す実施例においては、複数の異なる電気部品への高電圧バスを合流および分岐させる用途でも用いられている。

0041

第1DCバス245は、高電圧ジャンクションボックス236を電動モータ駆動装置(EMD)233に接続するものであり、究極的には、第2バス246を介して、高電圧ジャンクションボックス236を電動モータ/発電機232に接続する。第1DCバス245は2相高電圧牽引バスであり、第2バス246は3相ACバスである。電動モータ駆動装置(EMD)233は、電動モータ/発電機232を制御するパワーエレクトロニクス機器を備え、パワーエレクトロニクス機器はモータ制御ユニット(MCU)を備える。前車体部201と同様に、変速機234は、変速機電子制御ユニット(図示省略)によって制御される。本実施例において、電動モータ/発電機232は、電動モータ駆動装置(EMD)233からの供給を受ける3相ACモータである。しかしながら、上述のように、本発明の範囲内において、DCモータおよび第2のDCバスを用いることもできる。

0042

第3DCバス247は、ジャンクションボックス236を高電圧電池パック235に接続するものである。高電圧電池パック235には、電池管理ユニット(BMU)と、電池パックを構成する複数のセルが設けられる。電池管理ユニット(BMU)は、電源コネクタと、高電圧電池パック235を制御する電子機器(図示省略)を備える。一般に、電源コネクタは、負荷への電力を制御するプリチャージモジュールを有するプリチャージ回路を備える。プリチャージモジュールは、ソリッドステート型であってもよく、プリチャージ抵抗と直列に配列されたソリッドステートモジュールとして構成されてもよい。プリチャージ抵抗は、例えば、10Ωの抵抗であり、プリチャージモジュールとプリチャージ抵抗は、コンタクタまたはリレーの接点を介して互いに接続される。このリレーは、負荷への電力のオンとオフを切り替えるメインリレーまたはメインコンタクタである。負荷としては、電動モータ駆動装置233に配置されたインバータなどが考えられる。このリレーによってオンとオフを切り替えられる電力は、高電圧電池パック235から供給される電力である。リレーのオン/オフはBMUによって制御される。

0043

第4DCバス248は、ジャンクションボックス236を充電切換ユニット237に接続するものである。充電切換ユニット237は、後車体部203の牽引電圧系統を、車両の他の部分201,202から切り離すように構成される。これにより、少なくとも通常の運転状態の下では、前車体部201および中間車体部202から後車体部203がガルバニック絶縁される。

0044

第5DCバス249は、充電切換ユニット237を、充電インターフェースアダプタ220に接続するものである。充電インターフェースアダプタ220は、送電網に接続される。上述の通り、本実施例においては、充電インターフェースアダプタ220はジャンクションボックスである。

0045

ジャンクションボックスをDC/DCコンバータ238や1以上の電力テイクオフ負荷(ePTO)239に接続するために、追加のDCバス243,244を設けることもできる。DC/DCコンバータ238は、12/24Vバスなどの低電圧DCバス(図示省略)に供給を行う。ここでは、このようなDC/DCコンバータの動作や低電圧DCバスへの電力供給について、さらに詳しい説明は省略する。図2では、これらのバスを後車体部についてのみ示す。実際には、1本のDCバスが複数の負荷を供給し、または、複数のDCバスがそれぞれ別の負荷を供給することができる。または、1本のDCバスが複数の負荷を供給するとともに、複数のDCバスがそれぞれ別の負荷を供給することもできる。低電圧DCバスは、種々の12Vまたは24Vの負荷(図示省略)や、12Vまたは24Vの補助蓄電池に接続することができる。低電圧DCバスは、DCバス電圧を維持するためDC/DCコンバータ238を介して高電圧バスに接続される。

0046

上記の通り、前部牽引バスおよび後部牽引バスは、それぞれDCバス209,249を介して、共通の充電インターフェースアダプタ220に接続される。この構成により、通常の運転状態の下では、各車体部の牽引電圧系統を互いにガルバニック絶縁することができる。エネルギー貯蔵システム215,235のうち1つまたはそれ以上を充電したい場合には、充電インターフェースアダプタ220を外部のエネルギー源に接続する。この外部のエネルギー源は、パンタグラフ251またはプラグイン機器252などの導電手段、あるいは、誘電手段253を介して車両に接続することができる。これら外部のエネルギー源はまた、充電器254を備える。

0047

充電インターフェースアダプタ220が外部のエネルギー源に接続されると、前車体部201および後車体部203の各牽引電圧系統へのDCバス209,249において、電力が供給可能な状態になる。そして、充電切換ユニット217,237の一方または両方をコントロールすることにより、各エネルギー貯蔵システム215,235に対して、充電電流を供給することができる。充電が完了すると、前部牽引バスおよび後部牽引バスを確実に互いにガルバニック絶縁するため、充電切換ユニット217,237を開にして充電電流を遮断する。

0048

図3は、本発明の第2実施形態に係る二連節車両を示す概略図である。車両は、互いに接続され、連結された前車体部301、中間車体部302および後車体部303を備える。前車体部301は、車両の前端に配置され、操舵可能な前車軸310と被駆動の後車軸(被駆動軸)311を有する。中間車体部302は、1本の非被駆動軸321を有する。後車体部303は、1本の被駆動軸331を有する。

0049

前車体部301は、牽引電圧系統の形で第1の駆動ユニットを有する。牽引電圧系統は、被駆動軸311を駆動する変速機314に接続された電動モータ/発電機312を備える。電動モータ/発電機312は、推進トルクを被駆動軸311に供給することができるとともに、エネルギー回生時には、被駆動軸311により駆動されて発電する。電動モータ/発電機312は、電動モータ駆動装置(EMD)313に接続される。電動モータ駆動装置(EMD)313は、電力変換器(PEC)とも呼ばれ、他方で、高電圧ジャンクションボックス316を介して、第1エネルギー貯蔵システム、ここでは、高電圧電池パック315の形態を有する前部エネルギー貯蔵システムに接続される。当該牽引電圧系統は、複数の高電圧バス305,306,307,308,309を備え、これらが1つの高電圧バスとして動作する。これら複数の高電圧バスは、コネクタ(図示省略)によって高電圧ジャンクションボックス316に接続される。図3に示す実施例においては、高電圧ジャンクションボックス316は、複数の異なる電気部品への高電圧バスを合流および分岐させる用途でも用いられている。

0050

第1DCバス305は、高電圧ジャンクションボックス316を電動モータ駆動装置(EMD)313に接続するものであり、究極的には、第2バス306を介して、高電圧ジャンクションボックス316を電動モータ/発電機312に接続する。第1DCバス305は2相DC電圧牽引バスの一部を成し、第2バス306は3相ACバスである。電動モータ駆動装置(EMD)313は、電動モータ/発電機312を制御するパワーエレクトロニクス機器を備え、パワーエレクトロニクス機器はモータ制御ユニット(MCU)を備える。同様に、変速機314は、変速機電子制御ユニット(図示省略)によって制御される。本実施例において、電動モータ/発電機312は、インバータからの供給を受けるACモータである。しかしながら、本発明の範囲内において、DCモータを用いることもできる。

0051

第3DCバス307は、ジャンクションボックス316を高電圧電池パック315に接続するものである。高電圧電池パック315には、電池管理ユニット(BMU)と、電池パックを構成する複数のセルが設けられる。電池管理ユニット(BMU)は、電源コネクタと、高電圧電池パック315を制御する電子機器(図示省略)を備える。一般に、電源コネクタは、負荷への電力を制御するプリチャージモジュールを有するプリチャージ回路を備える。プリチャージモジュールは、ソリッドステート型であってもよく、プリチャージ抵抗と直列に配列されたソリッドステートモジュールとして構成されてもよい。プリチャージ抵抗は、例えば、10Ωの抵抗であり、プリチャージモジュールとプリチャージ抵抗は、コンタクタまたはリレーの接点を介して互いに接続される。このリレーは、負荷への電力のオンとオフを切り替えるメインリレーまたはメインコンタクタである。負荷としては、例えば、電動モータ駆動装置(EMD)313に配置されたインバータなどが考えられる。このリレーによってオンとオフを切り替えられる電力は、高電圧電池パック315から供給される電力である。リレーのオン/オフはBMUによって制御される。

0052

ジャンクションボックスをDC/DCコンバータや低電圧DCバス(図示省略)に接続するために、追加のDCバスを設けることもできる。ここでは、このようなDC/DCコンバータの動作や低電圧DCバスへの電力供給について、さらに詳しい説明は省略する。また、ジャンクションボックスはさらに、1以上の電力テイクオフ負荷(ePTO)または、高電圧電気負荷(図示省略)にも接続することができる。図3では、これらのバスを後車体部についてのみ示す。実際には、1本のDCバスが複数の負荷を供給し、または、複数のDCバスがそれぞれ別の負荷を供給することができる。または、1本のDCバスが複数の負荷を供給するとともに、複数のDCバスがそれぞれ別の負荷を供給することもできる。

0053

ジャンクションボックス316および各制御ユニットは、例えばCANバスを介して、中央電子制御ユニット(図示省略)と通信を行うために、ワイヤハーネスにも接続することができる。ワイヤハーネスは、中央電子制御ユニットに接続可能であり、制御ユニットとの間で制御信号および検知信号の少なくとも何れか一方を送受信するために用いられる。中央電子制御ユニットは、別体のユニットであってもよく、あるいは、ジャンクションボックス316に隣接して、またはジャンクションボックス316の内部に設置されてもよい。

0054

第4DCバス308は、ジャンクションボックス316を第1充電切換ユニット317に接続するものである。この第1(前部)充電切換ユニット317は、前車体部301の牽引電圧系統を、車両の他の部分302,303から切り離すように構成される。第5DCバス309は、第1充電切換ユニット317を、後車体部303において対応する第2(後部)充電切換ユニット337に接続するものである。実用的な目的上は、充電切換ユニット317,337のうち一方は余分である。しかしながら、安全上の理由から、前車体部301および後車体部303のそれぞれに1つの充電切換ユニット317,337を配置し、車両が外部のエネルギー源から充電を受けていない場合には、第5DCバス309において、いずれの部分にも電流が流れていないことを保証することが望ましい。これにより、少なくとも通常の運転状態の下では、後車体部303および中間車体部302から前車体部301がガルバニック絶縁される。

0055

あるいはまた、充電切換ユニット317,337の代わりに、DC/DCコンバータ341(破線で示す)と、車両の前部および後部それぞれの牽引電圧系統への出力電圧を制御する制御ユニットを設けることもできる。このようなDC/DCコンバータは、車両の前部および後部それぞれのジャンクションボックスに直接接続することができ、この場合、充電切換ユニットの必要はない。このDC/DCコンバータは、通常動作時においては、後車体部303および中間車体部302から前車体部301をガルバニック絶縁状態に保つものである。

0056

前車体部301と同様に、後車体部303は、牽引電圧系統の形で第1の駆動ユニットを有する。牽引電圧系統は、被駆動軸331を駆動する変速機334に接続された電動モータ/発電機332を備える。電動モータ/発電機332は、推進トルクを被駆動軸331に供給することができるとともに、エネルギー回生時には、被駆動軸331により駆動されて発電する。また後車体部303にはさらに、内燃機関230が設けられる。また、後車体部303にはさらに、内燃機関330の形で第2の駆動ユニットが設けられる。内燃機関330は、被駆動軸331を駆動する変速機334に対して、電動モータ/発電機332とは別にまたは一緒に接続される。内燃機関330は、機関電子制御ユニット(図示省略)によって制御することができる。電動モータ332は、内燃機関330のスタータモータとして動作可能な外部のスタータオルタネータモータとして機能することができる。電動機332は、変速機334によって、または駆動ベルトなどの適切な伝動装置を介して、内燃機関330に機械的に連結される。

0057

電動モータ/発電機332は、電動モータ駆動装置(EMD)333に接続される。電動モータ駆動装置(EMD)333は他方で、高電圧ジャンクションボックス336を介して、高電圧電池パック335の形態を有する後部エネルギー貯蔵システムに接続される。当該牽引電圧系統は、複数の高電圧DCバス342,343,344,345,346,347,348,349を備え、これらが1つの高電圧バスとして動作する。これら複数の高電圧バスは、コネクタ(図示省略)によって高電圧ジャンクションボックス336に接続される。高電圧ジャンクションボックス336は、ハイブリッドジャンクションボックスとも呼ばれ、図3に示す実施例においては、複数の異なる電気部品への高電圧バスを合流および分岐させる用途でも用いられている。

0058

第1DCバス345は、高電圧ジャンクションボックス336を電動モータ駆動装置(EMD)333に接続するものであり、究極的には、第2バス346を介して、高電圧ジャンクションボックス336を電動モータ/発電機332に接続する。第1DCバス345は高電圧牽引バスであり、第2バス346は3相ACバスである。電動モータ駆動装置333は、電動モータ/発電機332を制御するパワーエレクトロニクス機器を備え、パワーエレクトロニクス機器はモータ制御ユニット(MCU)を備える。前車体部301と同様に、変速機334は、変速機電子制御ユニット(図示省略)によって制御される。本実施例において、電動モータ/発電機332はACモータである。しかしながら、上述のように、本発明の範囲内において、DCモータを用いることもできる。

0059

第3DCバス347は、ジャンクションボックス336を高電圧電池パック335に接続するものである。高電圧電池パック335には、電池管理ユニット(BMU)と、電池パックを構成する複数のセルが設けられる。電池管理ユニット(BMU)は、電源コネクタと、高電圧電池パック335を制御する電子機器(図示省略)を備える。一般に、電源コネクタは、負荷への電力を制御するプリチャージモジュールを有するプリチャージ回路を備える。プリチャージモジュールは、ソリッドステート型であってもよく、プリチャージ抵抗と直列に配列されたソリッドステートモジュールとして構成されてもよい。プリチャージ抵抗は、例えば、10Ωの抵抗であり、プリチャージモジュールとプリチャージ抵抗は、コンタクタまたはリレーの接点を介して互いに接続される。このリレーは、負荷への電力のオンとオフを切り替えるメインリレーまたはメインコンタクタである。負荷しては、電動モータ駆動装置333に配置されたインバータなどが考えられる。このリレーによってオンとオフを切り替えられる電力は、高電圧電池パック335から供給される電力である。リレーのオン/オフはBMUによって制御される。

0060

第4DCバス348は、ジャンクションボックス336を、第2充電切換ユニット337に、さらには前車体部301の牽引電圧系統に、接続するものである。第5DCバス349は、ジャンクションボックス336を、充電器354に接続するものである。充電器354は、送電網に接続される。

0061

あるいはまた、充電切換ユニット317,337の代わりに、DC/DCコンバータ341(破線で示す)と、車両の前部および後部それぞれの牽引電圧系統への出力電圧を制御する制御ユニット(図示省略)を設けることもできる。このようなDC/DCコンバータは、車両の前部および後部それぞれのジャンクションボックス316,336に直接接続することができ、この場合、充電切換ユニットの必要はない。このDC/DCコンバータは、通常の(非充電時の)動作時においては、後車体部303および中間車体部302から前車体部301をガルバニック絶縁状態に保つものである。

0062

ジャンクションボックス336をDC/DCコンバータ338や1以上の電力テイクオフ負荷(ePTO)339に接続するために、追加のDCバス343,344を設けることもできる。DC/DCコンバータ338は、低電圧DCバス(図示省略)に供給を行う。ここでは、このようなDC/DCコンバータの動作や低電圧DCバスへの電力供給について、さらに詳しい説明は省略する。図3では、これらのバスを後車体部についてのみ示す。実際には、1本のDCバスが複数の負荷を供給し、および複数のDCバスがそれぞれ別の負荷を供給することができる。または、1本のDCバスが複数の負荷を供給するとともに、複数のDCバスがそれぞれ別の負荷を供給することもできる。低電圧DCバスは、種々の12Vまたは24Vの負荷(図示省略)や、12Vまたは24Vの補助蓄電池に接続することができる。低電圧DCバスは、DCバス電圧を維持するためDC/DCコンバータ338を介して高電圧バスに接続される。

0063

上記の通り、後部牽引バスは、DCバス349を介して、共通の充電器354に接続される。前部牽引バスは、DCバス349、後部のジャンクションボックス336、第2充電切換ユニット337、および前車体部301と後車体部303を接続するDCバス309を介して、共通の充電器354に接続される。

0064

この構成により、通常の運転状態の下では、各車体部の牽引電圧系統を互いにガルバニック絶縁することができる。エネルギー貯蔵システム315,335のうち1つまたはそれ以上を充電したい場合には、充電器354が外部のエネルギー源からの電力を供給する。この外部のエネルギー源は、パンタグラフ351またはプラグイン機器352などの導電手段、あるいは、誘電手段353を介して車両に接続することができる。これら外部のエネルギー源はまた、充電器354を備える。

0065

充電器354が外部のエネルギー源に接続されると、DCバス349、および前車体部301および後車体部303の各牽引電圧系統において、電力が供給可能な状態になる。後車体部303の牽引電圧バスは、後部ジャンクションボックス336を介してDCバス349に接続され、充電電流を後部エネルギー貯蔵システム335に供給する。さらに、後部牽引電圧バスの第2充電切換ユニット337および前部牽引電圧バスの第1充電切換ユニット317をコントロールすることにより、前車体部301の牽引電圧バスが接続され、充電電流を前部エネルギー貯蔵システム315に供給する。充電が完了すると、前部牽引バスおよび後部牽引バスを確実に互いにガルバニック絶縁するため、充電切換ユニット317,337を開にして充電電流を遮断する。

0066

上述の実施形態は、ガルバニック絶縁された牽引バスが独立に動作することを可能にするものであり、これにより、これらの牽引バスは、例えば異なる牽引電圧で動作することができる。さらにあるいは、一方(前部または後部)の系統をエネルギー最適化し、他方をパワー最適化してもよい。エネルギー最適化された系統は、より長い連続時間に亘ってエネルギーの供給と回復を行うことに最適化された電池パックを有するエネルギー貯蔵システムを備える。パワー最適化された系統は、1以上のスーパーキャパシタ、液圧アキュムレータ、およびフライホイールの少なくとも何れか1つを備え、始動停止動作時や短時間の加速に用いられるエネルギーの急速回復または急速回生を可能にするものである。パワー最適化された系統には、急速エネルギー回復のためのユニットに加え、さらに電池パックを設けることもできる。

0067

本発明は、上述した実施形態や図示の実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、多くの変更改変が可能であることが理解されるであろう。

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