JP2016534696A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両のハイブリッドエネルギシステムに関し、自律的電力供給源を備えるとともに、前記車両の経路に沿った外部電力供給源インフラストラクチャに接続可能であり、かつ自律的電力供給源モード及び／又は外部電力供給源モードで作動するように構成されている。前記システムは：第１の電力コンバータによって、エネルギ貯蔵システム（２０２、３０２）に接続されて前記車両を推進する第１のトラクションモータ（２０６、３０６）を含んでいる、第１の高電圧回路（２０４、３０４）と、第２の電力コンバータ（２１２、３１２）によって、外部電力供給源（２０３、３０３）に接続可能な、前記車両を推進するための第２のトラクションモータ（２１０、３１０）を含んでいる、第２の高電圧回路（２０５、３０５）と、を備え、前記第１の高電圧回路（２０４、３０４）及び前記第２の高電圧回路（２０５、３０５）は、前記第１及び第２の電力コンバータ（２０７、２１２；３０７、３１２）の間の第３の電力コンバータ（２１４、３１４）によって、接続可能である。本発明は、ハイブリッドエネルギシステムを作動させる方法も含んでいる。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、車両用のハイブリッドエネルギシステムであって、自律的電力供給源を備えるとともに車両のルートに沿った外部の電源供給インフラストラクチャに接続可能な車両用のハイブリッドエネルギシステム、及びそのシステムを作動させる方法に関する。

近年、燃料の消費及び例えば二酸化炭素といった排気ガスの低減に有効な、電気及びハイブリッド車両の開発及び商業化が推し進められてきている。商用使用の電気車両は、その運行範囲が限られている。車両に搭載される電池の寸法及び容量に限度があるからである。

電気モータと組み合わされた内燃機関あるいはＩＣＥを装備するハイブリッド車においても、電気エネルギの供給はまた、車両に搭載されている電池に依存している。結果的に、電気モードでのそのような車両の航続範囲は、車両に搭載される電池の寸法及び容量の制限により制限される。従ってハイブリッド車両は、長い航続距離を確保するために、内燃機関とモータを組み合わせて用いなければならない。

他方、電気エネルギを用いる軌道走行車両の航続範囲は制限されない。その車両は、軌道に隣接する架線あるいは電気軌道から受け取る電力で走行するからである。そのような車両については、軌道を敷設して管理する必要があり、高い建設コストと高い維持コストが必要である。従って、それらは任意の場所の間の物品の輸送には適していない。また、障害物が軌道上にあるとき、あるいは電力故障が発生している場合、問題が取り除かれるまで車両は遅延する。

上記の問題に対する解決策は、例えば過去に多くの都市で一般的に用いられていた「トロリーバス」のように、架線から受け取る電力で走行する車両である。以降の文脈において、そのような車両を集電型電気車両と呼ぶ。そのような車両は軌道を必要としないが、それらは架線を必要とし、それらは限られたバッテリ容量のために架線が準備されていない道路を走行することができない。従って、それらは一般的な商用車両の柔軟性を有していない。

架線が準備されていない道路上をそのような集電型電気車両が走行できるようにする技術が開発されてきている。そのような車両は、架線から受け取った電力により駆動される推進用モータ、並びにモータを駆動するための電力を発電し、車両の駆動ユニットに機械的な動力を直接供給し、あるいは車載バッテリを充電する内燃機関を備えている。そのような車両は、集電型電気車両にハイブリッド技術を適用することにより開発されてきた。そのようなハイブリッド車両は、例えば、第７次欧州研究開発フレームワーク計画内のシーメンス社の「ｅハイウェイ」コンセプトにより開発されてきた。

ハイブリッド集電型電気車両における一つの課題は、異なる電圧で稼働する構成要素を伴う電気回路を車両が備えていることである。その回路は、架線に接続可能な高電圧集電システムと、パワー電子部品及び選択的に高電圧バッテリを含むハイブリッド電気システムと、を有している。そのような構造は、車両が架線からの高電圧を用いることができるようにする電力コンバータの使用を必要とする。電力コンバータは、通常はＤＣ／ＤＣコンバータであり、比較的高い電圧、例えば架線の５００〜７００Ｖを扱うことができる。

一実施例によると、ハイブリッド車両は、高電圧集電システムと、電気モータに接続可能な内燃機関を含むハイブリッド推進システムのうちの一つあるいは複数の電気モータに接続された電力コンバータと、を備える。貯蔵バッテリを備えていないハイブリッド車両においては、電力コンバータは、推進システムのピーク時の電力要求、すなわち少なくとも２００〜３００ｋＷに等しい連続定格のために必要な大きさにしなければならない。そのような構造は、主に内燃機関を用いて作動する車両に用いられる。

更なる実施例によると、ハイブリッド車両は、高電圧集電システムと、電気モータに接続可能な内燃機関を含むハイブリッド推進システムにおける貯蔵バッテリ及び一つあるいは複数の電気モータに接続された電力コンバータと、を備えることができる。貯蔵バッテリを備えるハイブリッド車両において、電力コンバータは、推進システムの平均電力要求、すなわち少なくとも１００〜１５０ｋＷに等しい連続定格に必要な大きさとすることができる。そのような構造は、主として集電システムを用いて運転され、そのときに内燃機関は貯蔵バッテリを充電するために用いられる車両に用いることができる。

高電圧集電システムに直接接続されている電力コンバータは、上記の実施例に示したように、全ての電力をその電力コンバータに通す必要がある。これは、変換損失を招くとともに冷却が必要な熱を発生させ、システム全体の効率を低下させるとともに、車両の冷却装置における需要を高める。このタイプの電力コンバータは、比較的大きくかつ高価なものになる。

国際公開第２０１２／０６９４９５号 中国特許出願公開第１０２２７５５１０号明細書

本発明は、上記の問題を解決すると共に、車両の製造コストを低減できる集電装置及び作動システムを有するハイブリッド車両を提供することを目的としている。本発明は、全体的なシステム効率が改善されるとともに変換損失及び熱の発生が少ないハイブリッド車両を提供することを更なる目的としている。

上記の課題は、添付の請求の範囲に記載のハイブリッドエネルギシステムにより解決される。

以降の文脈において、「電気道路システム」あるいはＥＲＳという用語は、車両に電力を供給するための手段が設けられた道路ネットワークについて用いる。下記の実施例は、電力供給源が架線から構成される場合について説明する。しかしながら、本発明は、ボルボトラックによる「電気道路コンセプト」において提案されるような頭上の帯電ワイヤ又は路面上のもしくはそれに隣接する軌道／レールを用いる導電性の電力供給源には限定されず、誘導性の電力供給源を使用することもできる。本発明は、商用のハイウェイトラックあるいはトラクタとの関係において、説明するが、オフハイウェーのトラック／トラクタ、バス、建設車両あるいは他のタイプの作業車両にも等しく適用できる。

以降の文脈では、多くの異なる専門用語及び電気部品の例に言及するが、それらは以下のように簡潔に定義される。

電圧の変動率は、例えば送電あるいは配電ラインといった要素の送る側と受け取る側との間の電圧振幅の一定の変化である。電圧の変動率は、広範囲の負荷条件にわたってほぼ一定な電圧をもたらすシステムの能力を言う。この用語は、様々な負荷条件の下でのより大きいあるいはより小さい電圧降下に帰着する受動的な特性、あるいは電圧を調整するという特定目的の装置との能動的な干渉を指し得る。

電力の変換は、電気エネルギの一つの形態から他の形態への変換、ＡＣとＤＣとの間の変換、電圧あるいは周波数の実際の変化、又はこれらのいくつかの組合せである。この文脈において、「電力コンバータ」という一般用語は、電気エネルギを変換するための電気的なあるいは電気機械的な装置として定義される。これは、交流電力の電圧を変換するトランスとすることができる。しかしながら、この用語はまた、一つの周波数の交流を他の周波数に変換するために用いるある種の電機を指す。電力変換システムは、多くの場合に冗長性と電圧変動を含んでいる。電力変換システムを分類する一つの方法は、入力及び出力が交流電流（ＡＣ）であるか直流電流（ＤＣ）であるかによるものである。

一つの種類の電力コンバータは、ＤＣ〜ＤＣあるいはＤＣ／ＤＣコンバータであり、一つの電圧レベルから他の電圧レベルに直流電流（ＤＣ）の供給源を変換する電子回路である。ＤＣ／ＤＣコンバータは、既存の技術的なデザインを用いるものであり、主な位相幾何学的な分類は、固定周波数パルス幅変調（ＰＷＭ）及び可変周波数疑似共振型ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）である。

ＰＷＭは、多少は簡単な設計とすることができるが、それは作動周波数に対する効率を本質的にトレードオフするものであり、それらは共に電気車両（ＥＶ）あるいはハイブリッド車両（ＨＥＶ）にとって重要なパラメータである。高い周波数での作動は、高い電力密度、例えば、スイッチモードコンバータにおけるより小さい磁気部品、フィルタ及びコンデンサを達成するための主要なキーのうちの一つであると長く認められてきた。しかしながら、固定周波数スイッチモードコンバータでは、スイッチング損失が作動周波数に応じて直接的に高まり、達成可能な出力密度を制限する相応な状態に陥る。可変周波数コンバータは、スイッチのターンオン及びターンオフをゼロ電流で発生させることにより、この周波数の壁を克服する。

固定周波数と可変周波数のＤＣ／ＤＣコンバータの更なる違いは、ノイズである。そして、ＥＶ／ＨＥＶにとって重要なパラメータは、スイッチにより発生するノイズである。ＰＷＭのハードスイッチングは、ＺＣＳのソフトスイッチングよりも大きなノイズを発生させる。

これまでは、主なＥＶ／ＨＥＶのＤＣ／ＤＣコンバータの用途は、高電圧バッテリから１２ボルトの典型的な車両用電圧への変換であるが、例えばパワーステアリングのための４２ボルトといった、より高い電圧も必要である。この用途に用いるＤＣ／ＤＣコンバータは、典型的に入力が２５０〜４５０ボルトであり、調整可能な出力は１２．５〜１５．５ボルト、出力電力は２５０Ｗから３．５ｋＷである。利用可能なＤＣ／ＤＣコンバータの寸法及び重量は、実質的に作動周波数に応じて、かつある程度は入力及び出力の電圧及び電力に応じて変動する。従来の位相幾何学によると、効率は、典型的に８０〜９０％の中間であるが、低ライン電圧での効率は、おそらくは４あるいは５パーセンテージポイント低くなりがちである。その結果、ＡＣ―ＤＣ及びいくつかのワイドレンジＤＣ／ＤＣ製品は、低ライン電圧において、性能を低下させる必要がある。

車両における高電圧／高電力変換は、ＥＶ及びＨＥＶ用途にとって好適な解決策である。そのようなコンバータについての技術的なチャレンジには、それらの多くが相互に関連しているが、寸法、重量、効率、電磁場適合性／電磁障害（ＥＭＣ／ＥＭＩ）、信頼性、高電圧絶縁、熱除去／熱の管理、及びコストが含まれる。加えて、道路車両の熱い、寒い、衝撃、振動の環境において、信頼できる性能が必要である。

商用ＥＶ及びＨＥＶのためのＤＣ／ＤＣコンバータは、高電力密度、効率、及びスケーラビリティを必要とし、それらは低周波の嵩張るコンバータ設計によってはコスト的に効率よくサポートすることができない。２ｋＷのＤＣ／ＤＣコンバータは一般的な設計目標とすることができるが、ハイエンドの車両はより多くの電力を必要とし、より低い電力定格のより小型のＤＣ／ＤＣコンバータはエントリーレベルのＥＶ及びＨＥＶにとって低いコストをもたらす。この範囲の電力ニーズに対処するために、高いパワー密度と、効果的なバス変換、絶縁及び電圧調整ができるモジュラコンバータを用いる柔軟で、スケーラブルな電力システムの方法論は、より高い性能、費用対効果、及び市場投入までの時間を早める。

最新のＤＣ／ＤＣ電力コンバータは、車両内における効果的な高電圧電力の配電をサポートできるとともに、電力システムの設計者に対し、小さい寸法、低い重量、高い電力密度、高い効率、設計の自由度、及び電気的な要求の変化に対する高速な応答を含む鍵となる利点をもたらす。詳しくは、ＥＶ／ＨＥＶ車両に特に適しているＤＣ／ＤＣ電力コンバータには、１ｋＷ／立方インチの出力密度において、効率が９５％であるゼロ電圧スイッチング（ＤＣ／ＺＶＳ）ＤＣ／ＤＣコンバータ、１ｋＷ／立方インチで９７％以上の効率を有するＺＶＳバックブーストレギュレータ、及びＳｉｎｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（登録商標）の１ｋＷ／立方インチにおいて、９７％の効率を有する高電圧（ＳＡＣ ＨＶ）バスコンバータが含まれる。

二重クランプゼロ電圧スイッチング（ＤＣ／ＺＶＳ）コンバータは、極めて広い入力範囲から調整された出力を与える能力を有している。適応型電池発電装置は、広範囲、高電圧、高周波の電力処理をもたらすべくアレイに構成された多数のコンバータを含んでいる。一つのコンバータブロックは、典型的に、選択的に直列あるいは並列に構成された２つの磁気結合コンバータセルを利用する。いずれの構成においても、コモンモードノイズは基本的にキャンセルされ、ＥＶ及びＨＥＶについての主要なフィルタリングの挑戦をなくす。

ＥＶ及びＨＥＶのＤＣ／ＤＣコンバータの性能のためにＤＣ／ＺＶＳ ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて実施されるアダプティブセルトポロジには、正弦波振幅コンバータ（ＳＡＣ）セルを含めることができる。ＳＡＣエンジンは、スイッチング損失を除去するためにゼロ電圧／ゼロ電流スイッチングを利用する。スイッチング損失を取り除くことにより、ＳＡＣは比較的高い周波数、典型的にＭＨｚの範囲において、効率的に作動させることができ、より小さい製品サイズに帰着する。高い動作周波数は多くのコンポーネントの小型化を可能とし、全体的なコンバータ出力密度を高める。高周波で作動するソフトスイッチングコンバータはまた、電磁障害（ＥＭＩ）及び低周波で作動するハードスイッチングコンバータが必要とするフィルタリングコンポーネントを最小化する。

ＳＡＣエンジンは、高電圧分離による定電圧比バス変換をもたらすために典型的に用いられる。ＤＣ―ＺＶＳエンジンは、調整及び分離によるＤＣ／ＤＣ変換をもたらす。

ＺＶＳバックブーストレギュレータは、安定化されていない入力源から安定化された出力をもたらす。ＺＶＳバックブーストレギュレータは、非絶縁型電圧レギュレータとして単独で用いることができるし、あるいは絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを作成するためにＳＡＣ電流増幅器と組み合わせることができる。レギュレータは、効果的な配電と導体の重量及びコストの削減をサポートしつつロードの際の密度を高めるためにＳＡＣ電流増幅器から「因数分解する」ことができる。組合せにより、これらのエンジンは、従来のコンバータより著しく高い密度、柔軟性及び効率を有するＤＣ／ＤＣコンバータシステムを可能にする。ＺＶＳバックブーストレギュレータの能力には、最大で少なくとも６５０Ｖｄｃの入出力電圧と、最大で９８％の変換効率が含まれる。

ユニークなソフトスイッチングトポロジー及びＺＶＳ制御アーキテクチャは、１ＭＨｚにおける効率的なＨＶ動作を可能にする。レギュレータは、出力パワーの増加を達成するために並列化できる。レギュレータ制御アーキテクチャの特徴は、そのスイッチングシーケンスが昇圧モードあるいは降圧モードのいずれにおいても変化しないことである。電圧のステップアップあるいはステップダウンを生じさせるために、各動作サイクルの範囲内の位相の相対的な長さだけが制御される。

ＳＡＣ ＨＶバスコンバータを含む固定比率コンバータは、効果的なＨＶバス変換できる。ＳＡＣ ＨＶバスコンバータの能力には、最大で少なくとも６５０Ｖｄｃの入出力電圧と、最大で９８％の変換効率が含まれる。

低ＱパワートレーンのＺＶＳ―ＺＣＳ正弦波振幅コンバータトポロジーは、高い信号純度とコモンモード対称性を有する固定周波数発振器による効果的な高周波電力の処理をサポートし、基本的にノイズがない作動に帰着する。制御アーキテクチャは、動作周波数をパワートレーンの共振周波数にロックし、効率を最適化し、かつ出力インピーダンスを最小化する。無効成分を有効にキャンセルすることにより、出力インピーダンス、Ｚｏｕｔを相対的に低くすることができる。更にＺｏｕｔを減少させるために、あるいはより大きな電力能力のために、バスコンバータを正確な電流シェアリングで並列化できる。静かで強力なＳＡＣバスコンバータは、最大で約１ＭＨｚまでの平坦な出力インピーダンスを有する基本的に線形な電圧／電流の変換をもたらす。

組合せると、これらの解決策は、小型、軽量、極めて高い効率、低ＥＭＩ性、高圧分離、熱の管理、モジュール性、設計の自由度、スケーラビリティ及びコストを含めて商用のＥＶ及びＨＥＶによく適したパワーコンバータの実例となる。それらは、フォールトトレラントなハイパワーアレイを構成するために、容易に並列化される。

他のタイプの電力コンバータは、ＤＣ〜ＡＣへの、あるいはＤＣ／ＡＣ電源コンバータであり、多くの場合にインバータと称される。これは、直流電流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変換する電力変換装置である。変換される交流は、適切なトランス、切替器及び制御回路を用いて任意の必要電圧及び周波数とすることができる。ソリッドステートインバータは、可動部分を有しておらず、かつコンピュータの小型スイッチング電源から大電力を輸送する大規模電気事業の高圧直流用途に至る広範囲にわたる用途に用いられている。インバータは、一般的に、例えば架線あるいはバッテリといった直流電源からＡＣ電源を供給するために用いられる。

可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）は、モータに供給される電力の周波数と電圧を制御することにより交流電動機の動作速度を制御する。インバータは、制御された電力を供給する。ほとんどの場合、可変周波数ドライブは整流器を含んでいて、インバータのための直流電力は主交流電源から供給できる。発電機として作動するモータから供給される交流電力は、バッテリを充電するために整流することもできる。インバータがキー要素であるので、可変周波数ドライブは、時にはインバータドライブあるいは正にインバータと呼ばれる。最初にそれを直流に変換することなく交流電源で直接作動するＶＦＤは、サイクロコンバータと呼ばれる。それらは、現在ではトラクションモータを駆動するために一般的に用いられている。

可変速モータ制御インバータは、現在、いくつかの電気及びディーゼル発電型の鉄道車両、並びにいくつかのバッテリ電気車両及びハイブリッド電気ハイウェイ車両において、トラクションモータに電力を与えるべく用いられている。インバータ技術の様々な改良は、特に電気自動車の用途のために開発されている。回生制動する自動車において、インバータはまた、発電機として作動しているモータから電力を得て、バッテリあるいは類似の適切なエネルギ貯蔵システムに貯蔵する。

好適な実施形態によると、本発明は車両におけるハイブリッドエネルギシステムに関する。このハイブリッドエネルギシステムは、自律的電力供給源を備えるとともに、その車両の経路に沿った外部電力供給インフラストラクチャあるいは送電網に接続可能である。その車両は、車載のエネルギ貯蔵システムを用いる自律的電力供給源モードで、架線又は路肩軌道からの電力を用いる外部電力供給源モードで、あるいは両方の電力供給源からの電力を用いる自律的電力供給源モードと外部電力供給源モードの組み合わせで作動するように構成される。

本発明によると、ハイブリッドエネルギシステムは、車両内部で二つの部分あるいは高電圧回路に分割された高電圧の推進システムを備える。ハイブリッドエネルギシステムは、第１の電力コンバータによりエネルギ貯蔵システムに接続された車両を推進するための第１のトラクションモータを含む第１の高電圧回路を備えている。ハイブリッドエネルギシステムは、第２の電力コンバータにより外部電力供給源に接続可能な車両を推進するための第２のトラクションモータを含む第２の高電圧回路を更に備えている。第１及び第２のトラクションモータは、車両を推進するためのモータとして、あるいはエネルギの再生のための発電機として、作動させることができる。

第１及び第２のトラクションモータは、例えば一対の車輪が設けられた被駆動車軸といった個々のあるいは共通の地面係合要素に、それぞれ機械的に接続できる。その機械的な接続は、例えば駆動軸及び差動装置又は一対の車輪モータといった直接的な接続とし、あるいは例えば変速機あるいはギアボックスを含む動力伝達経路といった間接的な接続とすることができる。トラックの場合、第１及び第２のトラクションモータは、第１及び第２の被駆動車軸を個別に、あるいは一つの共通の被駆動車軸を駆動できる。第１及び第２のトラクションモータは、発電機として作動させることもできる。

第１の高電圧回路及び第２の高電圧回路は、同一のあるいは類似の電圧で作動し、かつ第１及び第２の高電圧回路と第１及び第２の電力コンバータとの間のブリッジとしての第３の電力コンバータにより接続可能である。この文脈において、「高電圧」という用語は５００〜８００Ｖの好適な範囲の電圧を指す。例えば、第１の高電圧回路は５００〜７００Ｖで作動し、かつ第２の高電圧回路は５５０〜８００Ｖで作動できる。

第１及び第２の電力コンバータは、第１及び第２のトラクションモータを駆動するために用いる交流へと高電圧の直流を変換するように構成された、好ましくはＤＣ／ＡＣ電力コンバータ、あるいはインバータである。第１及び第２のトラクションモータは、好ましくは同期型及び／又は非同期型の三相交流電動機であり、同期型電動機は多くの場合に永久磁石を用いる（ＰＭＳＭ）。本発明のためにはＤＣモータを用いることもでき、そのＤＣモータはブラシ型あるいはブラシレス型（ＢＬＤＣ）とすることができる。

第３の電力コンバータはＤＣ／ＤＣ電力コンバータである。このＤＣ／ＤＣ電力コンバータという独自の構造は、そのような電力コンバータの従来の位置づけに対しＤＣ／ＤＣ電力コンバータの寸法を大幅に減少させるので、有利である。ＤＣ／ＤＣ電力コンバータの相対的な寸法の実例は、下記のテキストに示される。このＤＣ／ＤＣ電力コンバータの位置付けは、極めて柔軟な使用と多くの選択的な作動モードを可能とし、それぞれがより高いエネルギ効率での作動とエネルギ損失の低下を可能にする。そのような作動モードの実例は、下記のテキストに示される。

一つの利点は、外部電力供給源からの電力の全てがブリッジを通過する必要がないことである。それに代えて、電力の主要な部分を車両の第２の高電圧回路において、直接利用できる。他の利点は、高電圧システムを分割することにより、第３のコンバータあるいはブリッジコンバータを、ハイブリッド車両推進システムのフルパワーの範囲とする必要がないことである。このことは、第３のコンバータの寸法とコストを減少させる。そのようなハイブリッド車両の電気エネルギ貯蔵システムは、バッテリ、スーパーコンデンサ、燃料電池及びフライホイールを含む、何れかの適切な技術とすることができる。ハイブリッドシステムにエネルギ貯蔵システムを用いることにより、ハイブリッドシステムのための給電コンバータの必要寸法を更に減少させることができる。

自律的電力供給源は、必ずという訳ではないが好ましくは、第１のトラクションモータに接続された内燃機関を含む。内燃機関は、第１の電力コンバータを整流器として用いつつ第１のトラクションモータを発電機として作動させることにより、エネルギ貯蔵システム、例えばバッテリを充電するために用いることができる。

第２の高電圧回路は、架線あるいは軌道の形態の外部電力供給源に接続できる。架線は、車両上の適切な位置に搭載された従来のパンタグラフあるいは類似のものでアクセスすることができる。レールは、車両が辿る経路に隣接する路肩の軌道とし、あるいは道路の表面に凹設された軌道とすることができる。そのような解決策の実施例は、ボルボにより提唱される「電気道路コンセプト」、あるいは例えば特許文献１及び特許文献２といった従来技術の文献に見いだすことができる。なお、それらはこの参照によって、本明細書に援用される。

上記したように、第１のトラクションモータ及び第２のトラクションモータは、個々の被駆動車軸に接続することができ、あるいは共通の被駆動車軸に接続できる。モータについて選択された機械的な接続に応じて、異なる作動モードを利用できる。

制御可能なスイッチは、第３の電力コンバータに並列に接続される。そのスイッチは、閉じたときに第３の電力コンバータを迂回するように構成される。制御可能なスイッチの作動は選択された作動モードにより決定されるが、それについては以下に説明する。

本発明は、更に、自律的電力供給源を備えるとともに車両の経路に沿った外部電力供給源インフラストラクチャに接続可能な車両のハイブリッドエネルギシステムを作動させる方法に関する。

上記したように、ハイブリッドエネルギシステムは、第１の電力コンバータによって、エネルギ貯蔵システムに接続されて車両を推進する第１のトラクションモータを含む第１の高電圧回路と、第２の電力コンバータによって、外部電力供給源に接続可能な車両を推進するための第２のトラクションモータを含む第２の高電圧回路とを備える。第１の高電圧回路及び第２の高電圧回路は、第３の電力コンバータにより、かつ第１及び第２の電力コンバータの間の並列な制御可能スイッチにより、接続可能である。

この方法は、多くの選択的なモードのうちの一つにおいて、ハイブリッドエネルギシステムを作動させることを含み、それらの作動モードには、少なくとも、
・ エネルギ貯蔵システムを用いて第１及び第２のトラクションモータを作動させることを含む自律的電力供給源モード、
・ 第３の電力コンバータを接続すると共に、外部電力供給源を用いて第１及び第２のトラクションモータのうちの一方あるいは両方を作動させることを含む外部電力供給源モード、及び、
・ エネルギ貯蔵システムを用いて第１のトラクションモータを作動させること、及び外部電力供給源を用いて第２のトラクションモータを作動させることを含む、自律的電力供給源と外部電力供給源を組み合わせるモード、
が含まれる。

自律的電力供給源モードにおいては、外部電力供給源との接続が断たれたときに、車両の電気作動のためにエネルギ貯蔵システムを用いる。エネルギ貯蔵システムは、第１の電力コンバータを直接介してエネルギ貯蔵システムを用いることで、第１のトラクションモータだけを作動させるために用いることができる。

外部電力供給源モードにおいて、第２のトラクションモータは、第３の電力コンバータに生じる損失なしに、第２の電力コンバータを介して外部電力供給源に直接接続できる。加えて、外部電力供給源は、第１及び第２のトラクションモータの両方を作動させるために、第３及び第１の電力コンバータを介して第１のトラクションモータに接続することもできる。エネルギ貯蔵システムは、後者の作動モードの間に、外部電力供給源により充電できる。

自律的電力供給源と外部電力供給源を組み合わせるモードにおいて、第１のトラクションモータは第１の電力コンバータを介しエネルギ貯蔵システムを用いて作動させることができ、かつ第２のトラクションモータは第１の電力コンバータを介し外部電力供給源を用いて作動させることができる。この場合、第２のトラクションモータは、第３の電力コンバータに生じる損失無しに外部電力供給源により直接作動させることができる。

上記したように、本発明の方法は、第３の電力コンバータの使用を最小化しつつ、複数の選択的なモードで作動させることができる柔軟なハイブリッドエネルギシステムを可能にする。この柔軟さは、ＤＣ／ＤＣコンバータである第３の電力コンバータの配置により可能となる。このＤＣ／ＤＣコンバータの低い電力要求は、比較的小さい電力定格の寸法決めを可能にする。このことは、翻って、ＤＣ／ＤＣコンバータが極めて高い効率と低い発熱でありながら小さなサイズ及び低い重量であることを可能にする。

更なる実施例によると、ハイブリッドエネルギシステムは、第３の電力コンバータを迂回させること及びエネルギ貯蔵システムを用いて第１及び第２のトラクションモータの両方を作動させることを含む、選択的な自律的電力供給源モードで作動させることができる。この実施例において、エネルギ貯蔵システムは、第３の電力コンバータを迂回すべく並列に接続されたスイッチを制御することにより、第１及び第２のトラクションモータの両方を作動させるために用いることができる。エネルギ貯蔵システムは、第２の電力コンバータを直接介してエネルギ貯蔵システムを用いることにより、第２のトラクションモータを作動させるために用いることもできる。後者の場合、第２のトラクションモータは、第３の電力コンバータに生じる損失無しに、エネルギ貯蔵システムによって、直接駆動できる。車両の動力伝達系路の設計に応じ、第１及び第２のトラクションモータは、独立した第１及び第２の被駆動車軸をそれぞれ駆動するために、あるいは共通の被駆動車軸を駆動するために用いることができる。

更なる実施例によると、ハイブリッドエネルギシステムは、第３の電力コンバータを迂回することにより、選択的な外部電力供給源モードで作動させることができる。この実施例は、エネルギ貯蔵システムを第１の高電圧回路に接続する既存の接触器あるいはサーキットブレーカを用いるとともに、各電力コンバータを介して外部電力供給源を用いつつ第１及び第２のトラクションモータの両方を作動させることにより、エネルギ貯蔵システムを切り離すことを含んでいる。前の実施例におけるように、第１及び第２のトラクションモータは、独立した第１及び第２の被駆動車軸をそれぞれ駆動するために、あるいは共通の被駆動車軸を駆動するために用いることができる。

この両方の選択的な作動モードは、ＤＣ／ＤＣコンバータである第３の電力コンバータにおける損失を招くことなしに、車載のエネルギ貯蔵システムあるいは外部電力供給源から、第１及び第２のトラクションモータに直接電力を供給できるようにすることにより、ハイブリッドエネルギシステムの柔軟性を高めることに貢献する。

本発明のハイブリッドエネルギシステムは、システムの柔軟性を追加する多数の選択的な再生作動モードで作動させることもできる。

更なる実施例によれば、ハイブリッドエネルギシステムは、第１の選択的な再生作動モードで作動させることができる。この第１の選択的な再生モードにおいて、第２のトラクションモータは、地面係合要素を駆動すべく、外部電力供給源を用いて駆動される。上述したように、第１及び第２のトラクションモータは、例えば一対の車輪が設けられている被駆動車軸といった、個別のあるいは共通の地面係合要素にそれぞれ機械的に接続できる。従って、第１及び第２のトラクションモータが個別の地面係合要素に機械的に接続されているときに、第２のトラクションモータは、地面係合要素を介して第１のトラクションモータを間接的に駆動できる。第２のトラクションモータが一つの地面係合要素を駆動すると、それによって、更なる地面係合要素がエネルギ貯蔵システムを充電するために第１のトラクションモータを駆動する。第１の電力コンバータは、このための整流器として用いることができる。

第１の選択的な再生モードは、第３の（ＤＣ／ＤＣ）パワーコンバータがこのために充分な電力を供給できないときにエネルギ貯蔵システムを充電するために用いることができる。

更なる実施例によると、このハイブリッドエネルギシステムは、第２の選択的な再生作動モードで作動させることができる。第２の選択的な再生モードにおいては、第３の電力コンバータを迂回するために並列に搭載された制御可能なスイッチを用いることにより、かつ第１及び第２のトラクションモータのうちの一つあるいは両方を地面係合要素を用いて発電機として作動させることにより、外部電力供給源に電力が供給される。上述したように、第１及び第２のトラクションモータは、例えば一対の車輪が設けられている被駆動車軸といった個別のあるいは共通の地面係合要素に、それぞれ機械的に接続できる。第２の選択的な再生モードは、常用ブレーキを用いることなしに、あるいは下り坂を進行するときに、車両を制動するために用いることができる。運動エネルギは、一つあるいは両方のトラクションモータにより電気エネルギに変換されるとともに、第１及び／又は第２の各電力コンバータを介して外部電力供給源に直接供給される。

第２の選択的な再生モードは、再生された電力を、第３の（ＤＣ／ＤＣ）電力コンバータを用いることなしに送電網に戻すことができるようにする。

更なる実施例によれば、ハイブリッドエネルギシステムは、第３の選択的な再生作動モードで作動させることができる。第３の選択的な再生モードにおいては、電力は、第３の（ＤＣ／ＤＣ）電動コンバータを迂回するために並列に搭載された制御可能なスイッチを用いることにより、かつ第１及び第２のトラクションモータのうちの一つあるいは両方を地面係合要素を用いて発電機として作動させることにより、エネルギ貯蔵システムに供給される。上述したように、第１及び第２のトラクションモータは、例えば一対の車輪が設けられている被駆動車軸といった個別のあるいは共通の地面係合要素に、それぞれ機械的に接続できる。第２の選択的な再生モードは、常用ブレーキを用いることなしに、あるいは下り坂を進行するときに、圧縮ブレーキを用いることに代えて車両を制動するために用いることができる。運動エネルギは、一つあるいは両方のトラクションモータにより電気エネルギに変換されるとともに、第１及び／又は第２の各電力コンバータを介してエネルギ貯蔵システムに直接供給される。この作動の間、外部電力供給源は切り離さなければならない。

第３の選択的な再生モードは、再生された電力を、第３の（ＤＣ／ＤＣ）電力コンバータを用いることなしにエネルギ貯蔵システムに戻すことができるようにする。

更なる実施例によると、このハイブリッドエネルギシステムは、第４の選択的な再生作動モードで作動させることができる。第４の選択的な再生作動モードにおいて、第２のトラクションモータは、外部電力供給源を用いて駆動される。第１及び第２のトラクションモータが共通の地面係合要素に機械的に接続されているときに、第２のトラクションモータは、エネルギ貯蔵システムを充電するために、変速機の内部の機械的な接続を介して第１のトラクションモータを直接駆動できる。このことは、それらを地面係合要素に接続している車両変速機の一部から両方のトラクションモータを分離することを含む。次いで、第１のトラクションモータは、エネルギ貯蔵システムを充電すべく第２のトラクションモータを用いて駆動される。

第４の選択的な再生モードは、車両が静止しているときに、第３の（ＤＣ／ＤＣ）電動コンバータを用いることなしにエネルギ貯蔵システムを充電するために用いることができる。

本発明は、上述した、かつ上記のテキストに従って作動するハイブリッドエネルギシステムを備える、好ましくは商用自動車であるが必ずしもそうではない車両に更に関する。

本発明はまた、上記した実施例のいずれかに記載した方法を実行するために全てをコンピュータに用いる、コンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品、及びコンピュータ用記憶媒体に関する。

上述したハイブリッドエネルギシステムは、ＤＣ／ＤＣコンバータにより接続されるとともに異なる許容度レベルで作動させることができる２つの高電圧回路を備える。例えば、例示的なシステムにおいて、２つの電気回路の名目上の電圧は例えば６５０Ｖとすることができるが、それらの第１の回路における実電圧は５００Ｖ〜９００Ｖの間で変化し得る。第２の回路の許容偏差が５５０Ｖ〜８００Ｖに限定される場合、干渉あるいはシステムの損傷のリスクを冒すことなしにパワー伝達を可能にするために、二つの回路の間にＤＣ／ＤＣコンバータを接続できる。

この構造による更なる利点は、車両のシャシから直流電気絶縁する必要がある部品が少ないことである。本発明によると、ＤＣ／ＤＣコンバータ、第２の電気モータ、及びそのインバータ（第２の電力コンバータ）を直流電気絶縁すれば充分である。例えば図４において説明した従来システムは、第１の電気モータ及びエネルギ貯蔵システムを含むシステム全体を直流電気絶縁する必要がある。二つの高電圧回路を接続するＤＣ／ＤＣコンバータの形態の電力コンバータを設けることにより、このシステムは、全ての電力をＤＣ／ＤＣコンバータに通す必要なしに複数の異なるモードで作動できる。このことは変換損失及び冷却を必要とする発熱の低減に帰着し、これは翻ってシステム全体の効率を改善すると共に、車載の冷却システムの必要性を低下させる。ＤＣ／ＤＣコンバータの電力定格を低くすることもでき、それはコンバータの寸法の減少を可能にすると共に、よりコンパクトな取付けに寄与する。

以下の本文では、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。これらの概略的図面は例示目的でのみ使用され、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明の一実施形態による集電装置を有したハイブリッド車両の側面図を示している。 本発明の選択的な実施形態によるハイブリッド車両の側面図を示している。 第１実施例のエネルギシステムの概略図を示している。 第２実施例のエネルギシステムの概略図を示している。 第３実施例のエネルギシステムの概略図を示している。 第４実施例のエネルギシステムの概略図を示している。 第５実施例のエネルギシステムの概略図を示している。 従来のハイブリッドエネルギシステムの概略図を示している。 コンピュータ構造に適用される本発明を示している。

図１Ａは本実施形態の集電装置を備えるハイブリッド車両を示す側面図であり、かつ図１Ｂは他のハイブリッド車両を示す側面図である。図１Ａ〜図１Ｂに示すように、その集電装置を備えたハイブリッド車両は、以下のテキストにおいて、「車両」と呼ぶ大型トラックにあてはまる。

図１Ａは、前車軸１０２と、二つの駆動される第１及び第２の後車軸１０３、１０４を有するトラックの形態の車両１０１を示している。車両１０１には、第１の電動発電機（ＥＭ１）１０６に接続されている内燃機関（ＩＣＥ）１０５と、第１の駆動軸１０８を介して第１の後車軸１０３にトルクを伝達するための例えば自動化手動変速機（ＡＭＴ）といった変速機１０７とを含む、自律的電力供給源が設けられている。第１の電動発電機（ＥＭ）１０６は、以下第１のモータと呼ぶが、例えばバッテリといった車載のエネルギ貯蔵システム、あるいは例えば架線といった外部電力供給源から電力を供給できる。このことは、以下に詳述する。内燃機関１０５、第１のモータ１０６、変速機１０７及び第１の駆動軸１０８は、内燃機関１０５及び／又は第１のモータ１０６の回転駆動力を第１の後車軸１０３に伝達する第１の駆動力伝達システムを構成している。

図面は架線を用いる実施例を説明しているが、本発明の概念は、例えば路側レールあるいは軌道といった他の導電性の構造、あるいは路面に位置する誘導性の構造にも適用できる。

第２の電動発電機（ＥＭ２）１１０は、第２の後車軸１０４に隣接して設けられており、かつ第２の駆動軸１１１を介してその車軸に接続されている。第２のモータ１０６及び第２の駆動軸１１１は、第２の後車軸１０４に第２のモータ１０６の回転駆動力を伝達する第２の駆動力伝達システムを構成している。第２の電動発電機１１０は、以下第２のモータと呼ぶが、例えば架線といった外部電力供給源及び／又は例えばバッテリ（図示せず）といった車載のエネルギ貯蔵システムから電力を供給できる。

第１及び／又は第２のモータ１０６、１１０に電力を供給するために、集電装置１１３の電力回収ユニットとしての複数のパンタグラフ１１２（一つが示されている）が車両１０１の上部に設けられている。パンタグラフ１１２は、図１Ａに示すように運転席１０９の後方あるいは図１Ｂに示すように運転席自体の上において、車両１０１の上部に搭載できる。電力は、道路の上方に配置されている架線１１４からパンタグラフ１１２を介して第１の及び／又は第２のモータ１０６、１１０に供給される。架線１１４は一対の架線（一つが示されている）から構成され、かつパンタグラフ１１２は一対のパンタグラフから構成されている。パンタグラフ１１２は、それぞれ架線１１４に接続されている。ここで、架線１１４に直流電流（ＤＣ）が供給されていて、二つの架線のうちの一方は直流電流が供給される電力供給線であり、他方は電気戻り線として作用するものとする。集電装置１１３は、パンタグラフ１１２と、矢印Ａで示すようにパンタグラフ１１２を昇降させるアクチュエータ１１５とを含んでいる。パンタグラフ１１２は、図１Ａ中に実線で示すように架線１１４から電力を受け取る作動位置と、図１Ａ中に一点鎖線で示すように電力を受け取らない収納位置との間で、駆動されるように適合されている。

内燃機関電子制御装置（図示せず）は、内燃機関１０５及び変速機１０７を制御するための内燃機関制御手段として設けられている。第１及び第２のモータ１０６、１１０を制御するためのモータ制御手段としてモータ電子制御装置（図示せず）が設けられ、かつ集電装置１１３を制御するための集電装置制御手段として集電装置電子制御装置（図示せず）が設けられている。全体的な制御のために、内燃機関電子制御装置、内燃機関電子制御装置及び集電装置電子制御装置の統合制御を実行する電子制御装置（ＥＣＵ、図示せず）が、統合制御手段として設けられている。電子制御装置は車両の電力供給システム１２０の一部であり、そのシステムは第１及び第２のモータ１０６、１１０と例えばバッテリといったエネルギ貯蔵システムへの／からの電力の供給を制御する。電力供給システム１２０は、車両のハイブリッドエネルギシステムと一体な部分であり、かつ集電装置１１３、第１及び第２のモータ１０６、１１０及びエネルギ貯蔵システムを接続するために不可欠なパワーエレクトロニクスを含んでいる。電力供給システム１２０については以下に詳述する。内燃機関１０５は望ましくはディーゼル機関であり、その燃料噴射量は出力要求に応答して内燃機関電子制御装置により電子制御される。変速機１０７は、使用する変速ギヤを選択するためのギアシフトアクチュエータ（図示せず）により作動する自動化手動変速機として適合されている。クラッチ（図示せず）は、クラッチアクチュエータ（図示せず）により係合しかつ分離するように適合されている。これらのアクチュエータは、ギアシフト要求に応答して内燃機関電子制御装置により電子制御され、クラッチが係合しかつ分離し、シフトギアが変更されるようになっている。ハイブリッド車両におけるこの種の変速機の構造及び作動は周知であるから、詳細には説明しない。

第１及び第２のモータ１０６、１１０は、好ましくは三相交流（ＡＣ）モータであり、それらの回転状態は出力要求に応答してモータ電子制御装置によって、電子制御される。ここで留意されるべきことは、第１及び第２のモータ１０６、１１０が、発電機としての再生動作と、トラクションモータとしての通常の駆動動作との、両方を実行することである。モータ電子制御装置は、モータ１０６、１１０の回生制御を実行する機能（再生制御手段）を有していて、例えば制動あるいは下り坂を移動する間に再生エネルギがバッテリ（あるいは他の電力貯蔵手段）に電気エネルギとして貯蔵される。バッテリあるいは類似のものに貯蔵された電力は、集電装置１１３が集電のために作動していないときに、例えば少なくとも第１のモータ１０６を作動させるために用いることができる。異なる作動モードについては以下に詳細に説明する。

電子制御装置は、統合制御手段として、道路からの情報、ＧＰＳ情報、送受信ユニットを介して受け取ったその他の情報、アクセルペダル及び図示しないブレーキペダルからの出力要求（制動要求を含む）、及び駆動モードの選択を可能とする選択スイッチ（駆動モード選択手段、図示せず）からの選択情報に基づいて、車両駆動モードを設定し、かつ内燃機関電子制御装置、モータ電子制御装置及び集電装置電子制御装置の統合制御を実行できる。メインの車両駆動モードは、少なくとも一つのモータからの回転駆動力だけにより車両が駆動される外部電力供給源モードと、内燃機関及び／又は電力貯蔵手段を用いる少なくとも一つのモータからの回転駆動力により車両が駆動される自律的電力供給源モードである。選択スイッチは、これらの駆動モードのうちのいずれかをドライバが選択できるようにすると共に、駆動モードが電子制御装置によって自動的に選択される自動選択モードを選択できるようにする。

自動選択モードが選択スイッチを用いて選択されたときに、電子制御装置は駆動モード選択手段として作用できる。道路に架線１１４が設けられており、架線１１４を備える駆動レーンを車両１０１が走行していて、かつ架線１１４から集電できるときには、外部電力供給源モードが主として選択される。電力が特に必要である場合において、電力を架線１１４から集電できる状態においては、複合駆動モードが自動的に選択される。架線１１４から集電できない状態においては、自律的電力供給源モードが主として選択される。電子制御装置は、少なくとも一つのモータからの回転駆動力と内燃機関からの回転駆動力の組み合わせにより車両が駆動される複合駆動モードを選択することもできる。

架線１１４から集電できるかどうかは、パンタグラフ１１２の近傍に配置されて架線１１４の存在を検出する、例えばカメラといったセンサを用いて決定できる。センサから検出情報が得られるときには架線１１４から集電できると決定され、かつ検出情報がセンサから得られないときには架線１１４から集電できないと決定される。架線１１４から電力を受け取ることができる位置にパンタグラフ１１２があるか否かを決定するために、電子制御装置には車両位置測定手段を設けることができる。電子制御装置はまた、電子制御装置に入力される道路からの情報及びＧＰＳ情報に基づいて、車両１０１が走行しているレーンに架線１１４が配置されているか否かを決定する、架線決定手段を有している。車両１０１が少なくとも一つのモータを用いて（外部電力供給源モードあるいは複合駆動モード）外部電力供給源モードで現在走行しているレーンにおいて、架線１１４が中断していると架線決定手段が決定すると、電子制御装置は、選択スイッチによりどの駆動モードが選択されているかに関わらず、架線１１４が設けられていない領域に車両１０１が入る前に、自律的電力供給源モードへ自動的に切り替える。架線１１４から電力を受け取ることができる位置にパンタグラフ１１２があると車両位置測定手段が決定すると、上記の手順は逆に実行される。モータを用いない内燃機関駆動モードが選択されている場合は、内燃機関が停止していると内燃機関は始動され、かつアクチュエータ１１５はパンタグラフ１１２を収納位置にセットすべく制御されてそれらが集電することを妨げる。

図１Ｂは、前車軸１３２及び１つの被駆動後車軸１３３を有するトラックの形態の車両１３１を示している。図１Ａのように、車両１３１には、第１の電動発電機（ＥＭ）１３６に接続されている内燃機関（ＩＣＥ）１３５と、駆動軸１３８を介して後車軸１３３にトルクを伝達する、例えば自動化手動トランスミッション（ＡＭＴ）といった変速機１３７とを含む自律的電力供給源が設けられている。第１の電動発電機（ＥＭ１）１３６は、以下モータと呼ぶが、例えばバッテリといった車載のエネルギ貯蔵システムから、あるいは例えば架線といった外部電力供給源から、電力を供給できる。このことは以下により詳細に説明する。内燃機関１３５、モータ１３６、変速機１３７及び駆動軸１３８は、内燃機関１３５及び／又は第１のモータ１３６の回転駆動力を後車軸１３３に伝達する第１の駆動力伝達システムを構成している。第２の電動発電機（ＥＭ２）１４０は、変速機１３７の後駆動軸１３８を駆動するために設けられている。

代わりに、図１Ａに示されている解決策と同様に、第２のモータを後車軸１３３に隣接して配置し、第２の駆動軸を介してその車軸に接続できる。

第２の電動発電機１３６は、第２の電動発電機１３６の回転駆動力を後車軸１３３に伝達する第２の駆動力伝達システムを構成している。第２の電動発電機１４０は、以下第２のモータと呼ぶが、例えば架線といった外部電力供給源から、及び／又は例えばバッテリ（図示せず）といった車載のエネルギ貯蔵システムから、電力を供給できる。

第１及び／又は第２のモータ１３６、１４０に電力を供給するために、集電装置１４３の電力回収ユニットとしてのパンタグラフ１４２（一つだけ示す）が車両１３１の上部に設けられている。パンタグラフ１４２は、図１Ａに示すように運転席１３９の後方で車両１３１の上部に、あるいは図１Ｂに示すように運転席自体の上に搭載できる。電力は、第１及び／又は第２のモータ１３６、１４０に対し、道路の上方に配置されている架線１４４からパンタグラフ１４２を介して供給される。架線１４４は一対の架線（一つだけ示す）から構成され、かつパンタグラフ１４２もまた一対のパンタグラフから構成される。各パンタグラフ１４２はそれぞれ架線１４４に接続されている。直流電流（ＤＣ）が架線１４４に供給され、かつ二つの架線のうちの一方は直流電流が供給される電力供給線であり、他方は電気戻り線として作用するものとする。集電装置１４３はパンタグラフ１４２と、パンタグラフ１４２を昇降させるアクチュエータ１４５を含んでいる。パンタグラフ１４２は、図１Ｂ中に実線で示す架線１４４から電力を受け取る作動位置と、図１Ｂ中に一点鎖線で示す電力を受け取らない収納位置との間で、駆動されるように適合されている。

図１Ｂの車両１３１には、内燃機関１３５及び変速機１３７を制御するための内燃機関制御手段としての内燃機関電子制御装置（図示せず）が設けられている。第１及び第２のモータ１３６、１４０を制御するためのモータ制御手段としてモータ電子制御装置（図示せず）が設けられており、かつ集電装置１４３を制御するための集電装置制御手段として集電装置電子制御装置（図示せず）が設けられている。全体的な制御のために、内燃機関電子制御装置、内燃機関電子制御装置及び集電装置電子制御装置の統合制御を実行する電子制御装置（ＥＣＵ、図示せず）が、統合制御手段として設けられている。電子制御装置は車両の電力供給システム１５０の一部であり、そのシステムは第１及び第２のモータ１３６、１４０と例えばバッテリといったエネルギ貯蔵システムへの／からの電力の供給を制御する。電力供給システム１５０は、車両のハイブリッドエネルギシステムと一体な部分であり、かつ集電装置１４３、第１及び第２のモータ１３６、１４０及びエネルギ貯蔵システムを接続するために不可欠なパワーエレクトロニクスを含んでいる。ハイブリッドエネルギシステムの作動は、図１Ａについて説明したシステムと同じやり方で実行され、両方のモータが同一の後車軸１３３を駆動するように構成されている点で相違している。

図２Ａは、第１の実施例によるハイブリッドエネルギシステムを備える車両２０１の概略図を示している。この実施例において、ハイブリッドエネルギシステムは、自律的電力供給源を含むとともに、外部電力供給源インフラストラクチャあるいは車両の経路に沿った送電網に接続可能である。車両２０１は、車載エネルギ貯蔵システム２０２を用いる自律的電力供給源モードにおいて、架線２０３からの電力を用いる外部電力供給源モードにおいて、あるいは両方の電源からの電力を用いる自律的電力供給源と外部電力供給源を組み合わせたモードにおいて、作動するように構成されている。このハイブリッド車両の電気エネルギ貯蔵システムはバッテリを含んでいるが、例えばスーパーコンデンサ、燃料電池及びフライホイールといった何らかの適切な技術を用いることができる。

図２Ａのハイブリッドエネルギシステムは、車両２０１の内部で二つの部分あるいは高電圧回路２０４、２０５に分割された高電圧推進システムを含んでいる。第１の高電圧回路２０４は、第１の電力コンバータ２０７によって、エネルギ貯蔵システムに接続された、車両を推進するための第１のトラクションモータ２０６を含んでいる。この場合、エネルギ貯蔵システムはバッテリ２０２であり、従来のリレー及び接触器２０８により第１の高電圧システムに接続されていて、バッテリ２０２をシステムに接続しあるいは分離できるようになっている。第２の高電圧回路２０５は、第２の電力コンバータ２１２に直接接続されている集電装置２１１により外部電力供給源２０３に接続可能な、車両を推進するための第２のトラクションモータ２１０を含んでいる。集電装置２１１は、従来のリレー及び接触器２１３により第２の高電圧回路２０５に接続されていて、集電装置２１１をシステムに接続しあるいは分離できるようになっている。第１及び第２の電力コンバータ２０７、２１２は、各高電圧回路２０４、２０５におけるＤＣ高電圧を第１及び第２の交流電動機を駆動するための交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣコンバータである。第１及び第２のトラクションモータは三相交流電動機である。第１及び第２のトラクションモータ２０６、２１０は、車両を推進するためのモータとして、あるいはエネルギの再生のための発電機として作動させることができる。モータが発電機モードで作動するときに、第１及び第２の電力コンバータのそれぞれは整流器として作動する。

第１及び第２のトラクションモータ２０６、２１０は、一対の車輪２１７、２１８がそれぞれ設けられている個々の第１及び第２の被駆動車軸２１５、２１６に、それぞれ機械的に接続されている。第１のトラクションモータ２０６は、自動化手動変速機２１９、第１の駆動軸２２０及び差動装置２２１を含む動力伝達系路を介して第１の被駆動車軸２１５に間接的に接続されている。第２のトラクションモータ２１０は、第２の駆動軸２２２及び差動装置２２３を介して第２の被駆動車軸２１６に直接接続されている。この動力伝達系路レイアウトは、図１Ａに概略的に示されている。代わりとして、第２の車軸には一対のホイールモータを設けることができる。

第１の高電圧回路２０４及び第２の高電圧回路２０５は、同一のあるいは類似の電圧で作動し、かつ第１及び第２の高電圧回路２０４、２０５と第１及び第２のＤＣ／ＡＣコンバータ２０７、２１２の間のブリッジとして配置されている第３の電力コンバータ２１４によって、接続可能である。第３の電力コンバータ２１４は、ＤＣ／ＤＣ電力コンバータである。この文脈において、「高電圧」という用語は５００〜８００Ｖの好適な範囲の電圧を指す。例えば、第１の高電圧回路は５００〜７００Ｖで作動することができ、第２の高電圧回路は５５０〜８００Ｖで作動できる。

利点は、外部電力供給源からの全ての電力をブリッジに通す必要がないことである。代わりに、電力の主な部分は、第２の高電圧回路において、車両により直接利用できる。ハイブリッドシステムのエネルギ貯蔵システムを用いることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータの必要サイズを低減できる。他の利点は、高電圧システムを分割することにより、第３のコンバータあるいはＤＣ／ＤＣコンバータがハイブリッド車両の推進システムのフルパワー範囲にある必要がないことである。このことは第３のコンバータの寸法及びコストを更に低減する。例えば、本発明のシステムにおいては、ＤＣ／ＤＣコンバータの連続定格は従来のシステムと比較して５０〜１００ｋＷとすることができる。外部電力供給源からの全ての電力を扱うＤＣ／ＤＣコンバータを備える従来のシステムにおいては、連続定格は、システムレイアウトに応じて１５０〜３００ｋＷとすることができる。ＤＣ／ＤＣ電力コンバータの位置もまた、極めて柔軟な使用及び多くの選択的な作動モードを可能とし、エネルギ効率がより高い作動及びエネルギ損失の低減をそれぞれ可能とする。そのようなオペレーティングモードの実例は、下記のテキストにおいて与えられる。

自律的電力供給源は、クラッチ（図示せず）を介して第１のトラクションモータ２０６に接続された内燃機関２２４を更に含んでいる。内燃機関２２４は、動力伝達系路を介して第１の被駆動車軸を駆動するために、あるいは第１の電力コンバータ２０７を整流器として用いつつ第１のトラクションモータ２０６を発電機として作動させることによりエネルギ貯蔵システム２０２を充電するために、用いることができる。

第２の高電圧回路２０５は、この場合は架線２２５、２２６の形態の外部電力供給源２０３に接続可能である。架線２２５、２２６は、車両上の適切な位置に搭載された従来のパンタグラフによって、アクセスすることができる（図１Ａ及び図１Ｂを参照）。直流電流（ＤＣ）が架線２２５、２２６に供給され、二つの架線の一方は直流電流が供給される電力供給線であり、他方は電気戻り線として作用する。代わりに、車両が辿る経路に隣接する路側レール、あるいは路面に凹設された軌道を用いることができる。

図２Ｂは、第２の実施例のハイブリッドエネルギシステムを備える車両の概略図を示している。図２Ｂに示されているシステムは図２Ａのそれと基本的に同一であり、同一の要素に同一の参照符号が用いられている。図２Ｂのシステムは、制御可能なスイッチ２３０が第３の電力コンバータ２１４と並列に接続されている点において、相違している。スイッチ２３０は閉じられたときに第３の電力コンバータ２１４を迂回するように構成されていて、追加の作動モードの使用を可能にしている。この迂回は、第１及び第２の高電圧回路２０４、２０５の間に直結を生じさせ、それによって、ＤＣ／ＤＣコンバータにおける損失を回避できる。制御可能なスイッチ２３０の作動は選択された作動モードにより決定されるが、それらのモードについては以下に説明する。

図３Ａは、第３の実施例のハイブリッドエネルギシステムを備えた車両３０１の概略図を示している。この実施例においては、ハイブリッドエネルギシステムは、自律的電力供給源を備えるとともに、車両の経路に沿った外部電力供給源インフラストラクチャあるいは送電網に接続可能である。車両３０１は、車載エネルギ貯蔵システム３０２を用いる自律的電力供給源モードにおいて、架線３０３からの電力を用いる外部電力供給源モードにおいて、あるいは両方の電源からの電力を用いる自律的電力供給源及び外部電力供給源を組み合わせるモードにおいて、作動するように構成されている。このハイブリッド車両の電気エネルギ貯蔵システムは、バッテリを含んでいるが、例えばスーパーコンデンサ、燃料電池及びフライホイールといった何らかの適切な技術を用いることができる。

図３Ａのハイブリッドエネルギシステムは、車両３０１の内部で二つの部分あるいは高電圧回路３０４、３０５に分割された高電圧推進システムを備えている。第１の高電圧回路３０４は、第１の電力コンバータ３０７によって、エネルギ貯蔵システムに接続された、車両を推進するための第１のトラクションモータ３０６を含んでいる。この場合、エネルギ貯蔵システムは、従来のリレー及び接触器３０８により第１の高電圧システムに接続されたバッテリ３０２であり、バッテリ３０２をシステムに接続しかつ分離できるようにしている。第２の高電圧回路３０５は、第２の電力コンバータ３１２に直接接続されている集電装置３１１により外部電力供給源３０３に接続可能な、車両を推進するための第２のトラクションモータ３１０を含んでいる。集電装置３１１は、従来のリレー及び接触器３１３により第２の高電圧回路３０５に接続されていて、集電装置３１１をシステムに接続しかつ分離できるようにしている。第１及び第２の電力コンバータ３０７、３１２は、各高電圧回路３０４、３０５のＤＣ高電圧を第１及び第２の交流電動機を駆動するための交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣコンバータである。第１及び第２のトラクションモータは三相交流電動機である。第１及び第２のトラクションモータ３０６、３１０は、車両を推進するためのモータとして、あるいはエネルギの再生のための発電機として作動させることができる。モータが発電機モードで作動するときに、第１及び第２の電力コンバータはそれぞれ整流器として作動する。

第１及び第２のトラクションモータ３０６、３１０は、一対の車輪３１７が設けられた共通の第１の被駆動車軸３１５に、それぞれ機械的に接続されている。第１のトラクションモータ３０６は、自動化手動トランスミッション３１９、第１の駆動軸３２０及び差動装置３２１を含む動力伝達系路を介して、第１の被駆動車軸３１５に間接的に接続されている。第２のトラクションモータ３１０は、第２の駆動軸３２８及び共通の差動装置３２１を介して第１の被駆動車軸３１５に直接接続されている。この動力伝達系路のレイアウトは、図１Ｂに概略的に示されている。

第１の高電圧回路３０４及び第２の高電圧回路３０５は、同一のあるいは類似の電圧で作動し、かつ第１及び第２の高電圧回路３０４、３０５と第１及び第２のＤＣ／ＡＣコンバータ３０７、３１２との間のブリッジとして配置されている第３の電力コンバータ３１４により接続可能である。第３の電力コンバータ３１４は、ＤＣ／ＤＣ電力コンバータである。この文脈において、「高電圧」という用語は５００〜８００Ｖの好適な範囲の電圧に関連する。例えば、第１の高電圧回路は５００〜７００Ｖで作動することができ、第２の高電圧回路は５５０〜８００Ｖで作動できる。

上記したように、利点は、外部電力供給源からの全ての電力をブリッジに通す必要がないことである。代わりに、電力の主な部分は、第２の高電圧回路において、車両により直接利用できる。ハイブリッドシステムのエネルギ貯蔵システムを用いることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータの必要サイズを低減できる。他の利点は、高電圧システムを分割することにより、第３のコンバータあるいはＤＣ／ＤＣコンバータがハイブリッド車両の推進システムのフルパワー範囲にある必要がないことである。このことは第３のコンバータの寸法及びコストを更に低減する。例えば、本発明のシステムにおいては、ＤＣ／ＤＣコンバータの連続定格は従来のシステムと比較して５０〜１００ｋＷとすることができる。外部電力供給源からの全ての電力を扱うＤＣ／ＤＣコンバータを備える従来のシステムにおいては、連続定格は、システムレイアウトに応じて１００〜３００ｋＷとすることができる。ＤＣ／ＤＣ電力コンバータの位置もまた、極めて柔軟な使用及び多くの選択的な作動モードを可能とし、エネルギ効率がより高い作動及びエネルギ損失の低減をそれぞれ可能とする。そのようなオペレーティングモードの実例は下記のテキストにおいて、与えられる。

自律的電力供給源は、クラッチ（図示せず）を介して第１のトラクションモータ３０６に接続された内燃機関３２４を更に備える。内燃機関３２４は、動力伝達系路を介して第１の被駆動車軸３１５を駆動するために、あるいは第１の電力コンバータ３０７を整流器として用いつつ第１のトラクションモータ３０６を発電機として作動させることによりエネルギ貯蔵システム３０２を充電するために、用いることができる。

第２の高電圧回路３０５は、この場合は架線３２５、３２６の形態の外部電力供給源３０３に接続可能である。架線３２５、３２６は、車両上の適切な位置に搭載された従来のパンタグラフによって、アクセスすることができる（図１Ａ及び図１Ｂを参照）。直流電流（ＤＣ）が架線３２５、３２６に供給され、二つの架線の一方は直流電流が供給される電力供給線であり、他方は電気戻り線として作用する。代わりに、車両が辿る経路に隣接する路側レール、あるいは路面に凹設された軌道を用いることができる。

図３Ｂは、第４の実施例によるハイブリッドエネルギシステムを備える車両の概略図を示している。図３Ｂに示されているシステムは図３Ａのそれと基本的に同一であり、同一の構成要素のために同一の参照符号が用いられている。図３Ｂのシステムは、制御可能なスイッチ３３０が第３の電力コンバータ３１４と並列に接続されている点において、相違する。スイッチ３３０は閉じられたときに第３のパワーコンバータ３１４を迂回するように構成されていて、追加の運転モードを用い得るようにしている。その迂回は、第１及び第２の高電圧回路３０４、３０５の間の直接接続を生じさせ、それによって、ＤＣ／ＤＣコンバータにおける損失を回避できる。制御可能なスイッチ３３０の動作は選択された運転モードにより決定されるが、そのモードについては以下に記載する。

図３Ｃは、第５の実施例によるハイブリッドエネルギシステムを備える車両の概略図を示している。図３Ｃに示されているシステムは図３Ａのそれと基本的に同一であり、同一の構成要素のために同一の参照符号が用いられている。図３Ｃのシステムは、第２のトラクションモータ３１０がパワーテイクオフ変速機３２９によって、第１の被駆動車軸３１５に直接接続されている点において、相違する。このようにして、第２のトラクションモータは、第１の駆動軸３２０及び共通の差動装置３２１を介して第１の被駆動車軸３１５に、かつ変速機３１９を介して第１のトラクションモータ３０６へと、その両方に接続されている。

図３Ｃの構成は、車両が静止しているときに第１のトラクションモータ３０６を発電機として作動させることによりエネルギ貯蔵システム３０２を充電するために用いることができる。次いで、第２のトラクションモータ３１０は外部電力供給源３０３を用いて作動する。このモードにおいて、第２のトラクションモータ３１０は、第１の駆動軸３２０と、変速機３１９の適切な歯車対を介して第１のトラクションモータ３０６を駆動する。パワーテイクオフ変速機３２９はまた、必要であれば、第２のトラクションモータ３１０が第１のトラクションモータ３０６及び／又は内燃機関３２４を助けるようにする。

上記のハイブリッドエネルギシステムは、自律的電力供給源を備えるとともに、車両２０１、３０１の経路に沿った外部電力供給源インフラストラクチャに接続可能である。図１Ａ〜図１Ｂ及び図２Ａ〜図２Ｂに示すように、ハイブリッドエネルギシステムは、第１のＤＣ／ＡＣコンバータ２０７、３０７によって、エネルギ貯蔵システム２０２、３０２に接続されて車両を推進する第１のトラクションモータ２０６、３０６を含む第１の高電圧回路２０４、３０４と、第２のＤＣ／ＡＣコンバータ２１２、３１２によって、外部電力供給源２０３、３０３に接続可能な、車両を推進するための第２のトラクションモータ２１０、３１０を含む第２の高電圧回路２１２、３１２と、を備えている。第１の高電圧回路及び第２の高電圧回路２０４、３０４；２０５、３０５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４により接続可能である。選択的に、第１及び第２のＤＣ／ＡＣコンバータ２０７、３０７；２１２、３１２の間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を迂回して、並列な制御可能スイッチ２３０、３３０が設けられる。

本発明は、多くの選択的なモードのいずれか一つにおいて、ハイブリッドエネルギシステムを作動させることを含んでおり、その運転モードには少なくとも以下が含まれる：
・ エネルギ貯蔵システム２０２を用いて第１のトラクションモータ２０７を作動させることを含む自律的電力供給源モード、
・ ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を接続すること、及び外部電力供給源２０３、３０３を用いて第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０のうちの一方あるいは両方を作動させることを含む、外部電力供給源モード、及び、
・ エネルギ貯蔵システム２０２、３０２を用いて第１のトラクションモータ２０６、３０６を作動させること、及び外部電力供給源２０３、３０３を用いて第２のトラクションモータ２１０、３１０を作動させることを含む、自律的電力供給源と外部電力供給源を組み合わせるモード。

自律的電力供給源モードにおいて、エネルギ貯蔵システム２０２、３０２は車両を電気的に作動させるために用いられ、そのとき外部電力供給源２０３、３０３は切り離される。第１のＤＣ／ＡＣコンバータ２０７、３０７を直接介在させてエネルギ貯蔵システム２０２、３０２を使用することにより、第１のトラクションモータ２０６、３０６だけを作動させるためにエネルギ貯蔵システム２０２、３０２を用いることができる。

外部電力供給源モードにおいて、第２のトラクションモータ２１０、３１０は、第２のＤＣ／ＡＣコンバータ２１２、３１２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４に生じる損失なしに、外部電力供給源２０３、３０３に直接接続できる。加えて、外部電力供給源２０３、３０３は、第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０の両方を作動させるために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４及び第１のＤＣ／ＡＣコンバータ２０７、３０７を介して、第１のトラクションモータ２０６、３０６に接続することもできる。エネルギ貯蔵システム２０２、３０２は、後者の運転モードの間に外部電力供給源２０３、３０３により充電できる。

自律的電力供給源と外部電力供給源を組み合わせるモードにおいて、第１のトラクションモータ２０６、３０６は、第１のＤＣ／ＡＣコンバータ２０７、３０７を介してエネルギ貯蔵システム２０２、３０２を用いつつ作動させることができ、かつ第２のトラクションモータ２１０、３１０は、第１のＤＣ／ＡＣコンバータ２０７、３０７を介して外部電力供給源２０３、３０３を用いつつ作動させることができる。この場合、第２のトラクションモータ２１０、３１０は、外部電力供給源２０３、３０３により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４に生じる損失なしに、直接駆動できる。

上記したように、本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４の使用を最小化しつつ、複数の選択的なモードで作動させることができる、柔軟なハイブリッドエネルギシステムを可能とする。上で説明した３つの基本モードは、図１Ａ〜図１Ｂ及び図２Ａ〜図２Ｂに示されている実施例のうちのいずれか一つによって、実施できる。この柔軟性は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４の位置によって、可能になる。ＤＣ／ＤＣコンバータにおける減少した電力要求は、比較的小さい電力定格において、ＤＣ／ＤＣコンバータを寸法決めできるようにする。このことは、翻って、きわめて高い効率でかつ発熱が減少した、より小さいサイズでより小さい重量のＤＣ／ＤＣコンバータを可能にする。

追加の実施例によると、ハイブリッドエネルギシステムは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を迂回すること、及びエネルギ貯蔵システム２０２、３０２を使用して第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０の両方を作動させることを含む、選択的な自律的電力供給源モードで作動させることができる。この実施例において、エネルギ貯蔵システム２０２、３０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を迂回するために並列に接続されているスイッチ２３０、３３０を制御することにより、第１及び第２のトラクションモータの両方を作動させるために用いることができる。エネルギ貯蔵システム２０２、３０２はまた、第２のＤＣ／ＡＣコンバータ２１２、３１２を直接介してエネルギ貯蔵システム２０２、３０２を用いることにより、第２のトラクションモータ２１０、３１０を作動させるために用いることができる。後者の場合、第２のトラクションモータ２１０、３１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４に生じる損失なしに、エネルギ貯蔵システム２０２、３０２により直接作動させることができる。車両の動力伝達装置の設計に応じて、別個の第１及び第２の被駆動車軸２１５、２１６；３１５、３１６（図２Ｂ）をそれぞれ駆動するために、あるいは共通の被駆動車軸３１５（図３Ｂ）を駆動するために、第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０を用いることができる。

更なる追加の実施例によると、ハイブリッドエネルギシステムは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を迂回することにより、選択的な外部電力供給源モードで作動させることができる。この実施例は、エネルギ貯蔵システム２０２、３０２を第１の高電圧回路に接続している既存のコンタクタ２０８、３０８を用いてエネルギ貯蔵システム２０２、３０２を切り離すこと、及びそれらの各電力コンバータ２０７、２１２；３０７、３１２を介して外部電力供給源２０３、３０３を用いることで第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０の両方を作動させること、を含んでいる。前の実施例のように、第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０は、個別の第１及び第２の被駆動車軸２１５、２１６；３１５、３１６（図２Ｂ）をそれぞれ駆動するために、あるいは共通の被駆動車軸３１５（図３Ｂ）を駆動するために用いることができる。

第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０に対する、車載のエネルギ貯蔵システム２０２、３０２あるいは外部電力供給源２０３、３０３からの、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４における損失を生じさせることのない、直接的な電力供給を可能とすることにより、これらの選択的な運転モードの両方がハイブリッドエネルギシステムの柔軟性を高めることに貢献する。上で説明した選択的なモードは、制御可能なスイッチ２３０、３３０がＤＣ／ＤＣコンバータを迂回するために設けられている、図２Ｂ及び図３Ｂに示されている実施例のうちのいずれか一つにより、実行できる。

本発明のハイブリッドエネルギシステムは、システムの柔軟性に追加して、多くの選択的な再生運転モードで作動させることもできる。

更なる実施例によると、ハイブリッドエネルギシステムは、第１の選択的な再生作動モードで作動させることができる。この第１の選択的な再生モードにおいて、第２のトラクションモータ２１０、３１０は、地面係合要素を駆動すべく、外部電力供給源２０３、３０３を用いて駆動される。上述したように、第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０は、例えば一対の車輪２１７、２１８を有している被駆動車軸２１５、２１６といった個別のあるいは共通の地面係合要素に、それぞれ機械的に接続できる。

従って、第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０が個別の地面係合要素に機械的に接続されているときに、第２のトラクションモータ２１０、３１０は、地面係合要素を介して第１のトラクションモータ２０６、３０６を間接的に駆動できる。第２のトラクションモータ２１０、３１０が一つの地面係合要素を駆動すると、それによって、更なる地面係合要素が第１のトラクションモータ２０６、３０６を駆動して、エネルギ貯蔵システム２０２、３０２を充電する。第１のＤＣ／ＡＣコンバータ２０７、３０７は、このための整流器として用いることができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４がこのために充分な電力を供給できないときに、エネルギ貯蔵システム２０２、３０２を充電するために、第１の選択的な再生モードを用いることができる。上で説明したこの第１の再生モードは、二つの個別の車軸２１５、２１６が設けられている、図２Ａ及び図２Ｂに示されている実施例のうちのいずれか一つにより、実行できる。

更なる実施例によると、ハイブリッドエネルギシステムは、第２の選択的な再生作動モードで作動させることができる。第２の選択的再生モードにおいては、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を迂回するために並列に取り付けられている制御可能なスイッチ２３０、３３０を用いるとともに、第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０の一方又は両方を地面係合要素を用いて発電機として作動させることにより、外部電力供給源２０３、３０３に電力が供給される。上述したように、第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０は、例えば一対の車輪２１７、２１８；３１７が設けられている被駆動車軸２１５、２１６；３１５といった個別のあるいは共通の地面係合要素に、それぞれ機械的に接続できる。常用ブレーキを用いることなしに車両を制動するために、あるいは下り坂を移動するときに圧縮ブレーキを用いることに代えて、第２の選択的な再生モードを用いることができる。運動エネルギは、一つあるいは両方のトラクションモータ２０６、２１０；３０６、３１０により電気エネルギに変換され、第１及び／又は第２の各電力コンバータを介して外部電力供給源２０３、３０３に直接供給される。

第２の選択的な再生モードは、再生された電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を用いることなしに送電網に戻すことができるようにする。この第２の選択的な再生モードは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を迂回するために制御可能なスイッチ２３０、３３０が設けられている、図２Ｂ及び図３Ｂに示されている実施例のうちのいずれか一つにより、実行できる。

更なる実施例によると、ハイブリッドエネルギシステムは、第３の選択的な再生運転モードで作動させることができる。この第３の選択的な再生モードにおいては、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を迂回するために並列に取り付けられている制御可能なスイッチ２３０、３３０を用いるとともに、第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０の一方あるいは両方を地面係合要素を用いて発電機として作動させることにより、エネルギ貯蔵システム２０２、３０２に電力が供給される。上述したように、第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０は、例えば一対の車輪２１７、２１８；３１７が設けられている被駆動車軸２１５、２１６；３１５といった個別のあるいは共通の地面係合要素に、それぞれ機械的に接続できる。常用ブレーキを用いることなしに車両を制動するために、あるいは下り坂を移動するときに圧縮ブレーキを用いることに代えて、第２の選択的な再生モードを用いることができる。運動エネルギは、一つあるいは両方のトラクションモータ２０６、２１０；３０６、３１０により電気エネルギに変換され、第１及び／又は第２の各電力コンバータを介してエネルギ貯蔵システム２０２、３０２に直接供給される。この作動の間は、外部電力供給源２０３、３０３を切り離さなければならない。

第３の選択的再生モードは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を使用することのないエネルギ貯蔵システム２０２、３０２に返される再生された電力を許容する。図２Ｂ及び３Ｂにおいて示される実施例の何らかの一つにより、この第２の選択的再生モードを、実行できる。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を迂回するために、制御可能スイッチ２３０、３３０は設けられている。

更なる実施例によれば、ハイブリッドエネルギシステムは、第４の選択的再生運転モードで作動させることができる。この第４の選択的再生運転モードにおいて、第２のトラクションモータ２１０、３１０は外部電力供給源２０３、３０３を用いて駆動される。第１及び第２のトラクションモータ２０６、３０６；２１０、３１０が共通の地面係合要素に機械的に接続されているときに、第２のトラクションモータ２１０、３１０は、エネルギ貯蔵システム２０２、３０２を充電するために、変速機における機械的結合を直接介して第１のトラクションモータ２０６、３０６を駆動できる。このことは、それらを地面係合要素に接続している車両の変速機の一部から、両方のトラクションモータを分離することを含む。それから、第１のトラクションモータ２０６、３０６は、エネルギ貯蔵システム２０２、３０２を充電するために、第２のトラクションモータを用いて駆動される。

車両が静止しているときにエネルギ貯蔵システム２０２、３０２を充電するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を用いることなしに、第４の選択的な再生モードを用いることができる。上で説明したこの第４の再生モードは、共通の車軸３１５が設けられている、図３Ａ及び図３Ｂに示されている実施例のうちのいずれか一つにより、実行できる。

車両が静止しているときにエネルギ貯蔵システム２０２、３０２を充電するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１４、３１４を用いることなしに、第５の選択的な再生モードを用いることもできる。上で説明したこの第５の再生モードは、トラクションモータ３０６、３１０の両方が第１の駆動軸に接続されている、図３Ｃに示されている実施例により、実行できる。この構造は、車両がバス停、交通信号、あるいは待ち行列において、頻繁に止まる、都市での作動条件の下において有利である。

図４は、従来のハイブリッドエネルギシステムを備えた車両４０１の概略図を示している。この車両４０１は、内燃機関４０２、第１のトラクションモータ４０３、変速機４０４、及び第１の被駆動車軸４０６を駆動するための駆動軸４０５を含む自律的電力供給源を有したハイブリッド動力伝達装置を備えている。外部電力供給源４０７は、従来のリレー及びコンタクタ４１３及びＤＣ／ＤＣコンバータ４１４により高電圧回路４１２に接続されている集電装置４１１に接続可能な架空線４０８、４０９から電力を供給する。第１のトラクションモータ４０３は、第１のＤＣ／ＡＣコンバータ４１６を介してモータ４０３に接続されているバッテリ４１５あるいは外部電力供給源４０７による高電圧回路４１２によって、駆動できる。第２のトラクションモータ４１７は、第２のＤＣ／ＡＣコンバータ４１８を介してモータ４１７に接続されているバッテリ４１５あるいは外部電力供給源４０７による高電圧回路４１２によって、駆動できる。

貯蔵バッテリを備えているこの種のハイブリッド車において、パワーコンバータは、推進システムの平均的な電力要求に等しい連続定格について寸法決めされなければならない。例えばトラックや、図１Ａ〜図１Ｂに示されているそれらの類似物といった商用自動車においては、その連続定格は少なくとも１００〜１５０ｋＷである。そのような構造は、貯蔵バッテリを充電するために内燃機関を用いることができ、主に集電システムを用いて作動する車両のために用いられる。貯蔵バッテリを備えていない類似の構造においては、ＤＣ／ＤＣコンバータは、推進システムのピークパワー要求、すなわち少なくとも２００〜３００ｋｗに等しい連続定格について寸法決めされなければならない。高電圧集電システム４０７に直接接続されている高電圧回路４１２においては、図４に示すように、外部電力供給源４０７からのすべての電力がＤＣ／ＤＣコンバータ４１４を通過しなければならない。このことは変換損失を招いて冷却が必要な熱を発生させ、全体のシステム効率を低下させるとともに、車両の冷却システムに対する要求を増加させる。このタイプの電力コンバータは、比較的大きく、かつ高価でもある。

本発明はまた、上記の実施例のうちのいずれか一つにおいて、説明した方法を実行するためにコンピュータと共にすべて用いられる、コンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品、及びコンピュータの記憶媒体に関する。

図５は、不揮発性メモリ５２０、プロセッサ５１０及び読出し及び書込みメモリ５６０を含む、本発明の一実施例の装置５００を示している。メモリ５２０は、第１のメモリ部分５３０を有しており、装置５００を制御するためのコンピュータプログラムがそこに格納されている。装置５００を制御するためのメモリ部分５３０内のコンピュータプログラムは、オペレーティングシステムとすることができる。

装置５００は、例えば制御装置４５といった制御装置に同封できる。データ処理ユニット５１０は、例えば、マイクロコンピュータから構成できる。

メモリ５２０はまた、第２のメモリ部分５４０を有しており、本発明による目標ギヤ選択機能を制御するためのプログラムがそこに格納されている。代わりの実施形態において、変速機を制御するためのプログラムは、例えばＣＤあるいは交換可能な半導体メモリといった、データのための別個の不揮発性記憶媒体５５０に格納されている。プログラムは、実行可能な形態で、あるいは圧縮状態で格納できる。

データ処理ユニット５１０が特定の機能を実行すると以下において述べるときに、データ処理ユニット５１０が、メモリ５４０に格納されているプログラムの特定の部分、あるいは不揮発性記憶媒体５５０に格納されているプログラムの特定の部分を実行することは、明らかでなければならない。

データ処理ユニット５１０は、データバス５１４による貯蔵メモリ５５０とのコミュニケーションのために適合されている。データ処理ユニット５１０はまた、データバス５１２によるメモリ５２０とのコミュニケーションのために適合されている。加えて、データ処理ユニット５１０は、データバス５１１によるメモリ５６０とのコミュニケーションのために適合されている。データ処理ユニット５１０はまた、データバス５１５の使用によるデータポート５９０とのコミュニケーションのために適合されている。

本発明による方法は、メモリ５４０に格納されているプログラム、あるいは不揮発性記憶媒体５５０に格納されているプログラムを実行するデータ処理ユニット５１０によって、実行できる。

説明した本発明は、上記の課題を解決すると共に、従来のハイブリッド電気自動車のシステムに対しいくつかの利点を有している。例えば：
ｉ． 車両を駆動するために必要な平均電力は、外部電力供給源から引き出すと共に、外部電力供給源に直接接続されている機械によりＤＣ−ＤＣコンバータの損失なしに直接負荷できる。
ｉｉ． 回収された制動エネルギは、車両の電気回路に接続されている機械により、ＤＣ−ＤＣコンバータ効率損失なしに、エネルギ層に貯蔵し、あるいはエネルギ層から直接引き出すことができる。
ｉｉｉ． 一つのミッションにおける電力及びエネルギの必要量に関して寸法決めされたエネルギ層により、外部電力供給源から車両の電気回路に伝達する必要がある電力は、制動エネルギと補助負荷のサイクルにおいて、生じるロスが最小である。このレベルの電力は、従来システムよりも非常に小さいＤＣ−ＤＣコンバータにより、あるいは極端な場合には、外部電力供給源に直接接続されている機械の電力定格を増加させるとともに他の電機により電力を回収することにより、外部電力供給源から車両電気回路に伝達できる。このようにして、効率におけるペナルティは小さいものの、ＤＣ−ＤＣコンバータの追加がない経路を介した、外部電力供給源から車両の電気回路への、直流的に分離された電力の伝達を生じさせることができる。
ｉｖ． 従来のハイブリッド動力伝達系路におけるより大きな電気モータを用いることに代えて別個の電気推進力を追加することの追加の利点は、車両メーカが、外部電力供給源のために設計されあるいは設計されない用途について、オリジナルのハイブリッドシステムにおけるこの部分と同じプラットフォームを使用できることにある。例えばＥＲＳ（電気道路システム）といった外部電力供給源については、高電圧の要素及びその周囲の電気絶縁が必要であり、かつ外部電力供給源の要素が車両のシャシから適切に絶縁されていることを確認するために、伝統的にインピーダンスモニタが外部電力供給源電圧システムに追加される。第１次高電圧回路のベースとなるハイブリッドシステムの絶縁コストを追加する代わりに、外部電力供給源の適用が必要とする少ない特別な構成要素にそのような絶縁（及びモニタ）を追加することは、ほとんど難しくなく、かつよりコストがかからない。外部電力供給源の用途は最初はボリュームが小さいので、伝統的に多くの他の製品に用いられているプラットフォーム設計にコストを追加する代わりに、外部電力供給源の構成要素に特別な絶縁コストを追加することは、より良好でより効率的である。

本発明は上で説明した実施形態に限定されると考えられてはならず、以下の特許請求の範囲内において、多くの更なる変形及び修正を考えることができる。

４５ ：制御装置
１０１ ：車両
１０２ ：前車軸
１０３ ：第１の後車軸
１０４ ：第２の後車軸
１０５ ：内燃機関
１０６ ：第１のモータ
１０７ ：変速機
１０８ ：第１の駆動軸
１０９ ：運転席
１１０ ：第２のモータ
１１１ ：第２の駆動軸
１１２ ：パンタグラフ
１１３ ：集電装置
１１４ ：架線
１１５ ：アクチュエータ
１２０ ：電力供給システム
１３１ ：車両
１３２ ：前車軸
１３３ ：後車軸
１３５ ：内燃機関
１３６ ：第１のモータ
１３７ ：変速機
１３８ ：駆動軸
１３９ ：運転席
１４０ ：第２のモータ
１４２ ：パンタグラフ
１４３ ：集電装置
１４４ ：架線
１４５ ：アクチュエータ
１５０ ：電力供給システム
２０１ ：車両
２０２ ：エネルギ貯蔵システム
２０３ ：架線
２０４ ：第１の高電圧回路
２０５ ：第２の高電圧回路
２０６ ：第１のトラクションモータ
２０７ ：第１のＤＣ／ＡＣコンバータ
２０８ ：接触器、コンタクタ
２１０ ：第２のトラクションモータ
２１１ ：集電装置
２１２ ：第２のＤＣ／ＡＣコンバータ
２１３ ：接触器
２１４ ：第３のＤＣ／ＤＣコンバータ
２１５ ：第１の被駆動車軸
２１６ ：第２の被駆動車軸
２１７ ：車輪
２１８ ：車輪
２１９ ：自動化手動変速機
２２０ ：第１の駆動軸
２２１ ：差動装置
２２２ ：第２の駆動軸
２２３ ：差動装置
２２４ ：内燃機関
２２５ ：架線
２２６ ：架線
２３０ ：スイッチ
３０１ ：車両
３０２ ：バッテリ
３０３ ：架線
３０４ ：第１の高電圧回路
３０５ ：第２の高電圧回路
３０６ ：第１のトラクションモータ
３０７ ：第１の電力コンバータ
３０８ ：接触器、コンタクタ
３１０ ：第２のトラクションモータ
３１１ ：集電装置
３１２ ：第２のＤＣ／ＡＣコンバータ
３１３ ：接触器
３１４ ：第３のＤＣ／ＤＣコンバータ
３１５ ：第１の被駆動車軸
３１６ ：第２の被駆動車軸
３１７ ：車輪
３１９ ：変速機
３２０ ：第１の駆動軸
３２１ ：差動装置
３２４ ：内燃機関
３２５ ：架線
３２６ ：架線
３２８ ：第２の駆動軸
３２９ ：パワーテイクオフ変速機
３３０ ：スイッチ
４０１ ：車両
４０２ ：内燃機関
４０３ ：第１のトラクションモータ
４０４ ：変速機
４０５ ：駆動軸
４０６ ：第１の被駆動車軸
４０７ ：高電圧集電システム
４０７ ：外部電力供給源
４０８ ：架空線
４０９ ：架空線
４１１ ：集電装置
４１２ ：高電圧回路
４１３ ：コンタクタ
４１４ ：ＤＣ／ＤＣコンバータ
４１５ ：バッテリ
４１６ ：第１のＤＣ／ＡＣコンバータ
４１７ ：第２のトラクションモータ
４１８ ：第２のＤＣ／ＡＣコンバータ
５００ ：装置
５１０ ：データ処理ユニット
５１１ ：データバス
５１２ ：データバス
５１４ ：データバス
５１５ ：データバス
５２０ ：メモリ
５３０ ：第１のメモリ部分
５４０ ：第２のメモリ部分
５５０ ：メモリ
５６０ ：書込みメモリ
５９０ ：データポート

Claims (20)

1. 車両のハイブリッドエネルギシステムであって、自律的電力供給源を備えるとともに、前記車両の経路に沿った外部電力供給源インフラストラクチャに接続可能であり、かつ自律的電力供給源モード及び／又は外部電力供給源モードで作動するように構成されているハイブリッドエネルギシステムにおいて、前記システムは：第１の電力コンバータによって、エネルギ貯蔵システム（２０２、３０２）に接続されて前記車両を推進する第１のトラクションモータ（２０６、３０６）を含んでいる、第１の高電圧回路（２０４、３０４）と、第２の電力コンバータ（２１２、３１２）によって、外部電力供給源（２０３、３０３）に接続可能な、前記車両を推進するための第２のトラクションモータ（２１０、３１０）を含んでいる、第２の高電圧回路（２０５、３０５）と、を備え、前記第１の高電圧回路（２０４、３０４）及び前記第２の高電圧回路（２０５、３０５）は、前記第１及び第２の電力コンバータ（２０７、２１２；３０７、３１２）の間の第３の電力コンバータ（２１４、３１４）によって、接続可能である、ハイブリッドエネルギシステム。
2. 前記第１及び第２の電力コンバータ（２０７、２１２、３０７、３１２）がＤＣ／ＡＣ電力コンバータである、請求項１に記載のハイブリッドエネルギシステム。
3. 前記第３の電力コンバータ（２１４、３１４）がＤＣ／ＤＣ電力コンバータである、請求項１又は２に記載のハイブリッドエネルギシステム。
4. 前記エネルギ貯蔵システム（２０２、３０２）が高電圧バッテリである、請求項１乃至３のいずれかに記載のハイブリッドエネルギシステム。
5. 前記自律的電力供給源が、前記第１のトラクションモータ（２０６、３０６）に接続された内燃機関を含んでいる、請求項１乃至４のいずれかに記載のハイブリッドエネルギシステム。
6. 前記第２の高電圧回路（２０５、３０５）が、架線あるいは軌道の形態の外部電力供給源（２０３、３０３）に接続可能である、請求項１乃至５のいずれかに記載のハイブリッドエネルギシステム。
7. 前記第１のトラクションモータ（２０６、３０６）及び前記第２のトラクションモータ（２１０、３１０）が個別の被駆動車軸に接続されている、請求項１乃至６のいずれかに記載のハイブリッドエネルギシステム。
8. 前記第１のトラクションモータ（２０６、３０６）及び前記第２のトラクションモータ（２１０、３１０）が一つの被駆動車軸に接続されている、請求項１乃至６のいずれかに記載のハイブリッドエネルギシステム。
9. 制御可能なスイッチ（２３０、３３０）が前記第３の電力コンバータ（２１４、３１４）に並列に接続されており、かつ前記スイッチは、閉じたときに前記第３の電力コンバータ（２１４、３１４）を迂回するように構成されている、請求項１乃至８のいずれかに記載のハイブリッドエネルギシステム。
10. − 自律的電力供給源を備えるとともに、前記車両の経路に沿った外部電力供給源インフラストラクチャに接続可能であり、
    − 第１の電力コンバータ（２０７、３０７）によって、エネルギ貯蔵システム（２０２、３０２）に接続されて前記車両を推進する第１のトラクションモータ（２０６、３０６）を含む第１の高電圧回路（２０４、３０４）と、
    − 第２の電力コンバータ（２１２、３１２）によって、外部電力供給源（２０３、３０３）に接続可能な、前記車両を推進するための第２のトラクションモータ（２１０、３１０）を含む第２の高電圧回路（２０５、３０５）と、
    を備え、
    − 前記第１の高電圧回路（２０４、３０４）及び前記第２の高電圧回路（２０５、３０５）が、第３の電力コンバータ（２１４； ３１４）及び前記第１及び第２の電力コンバータ（２０７、２１２、３０７、３１２）の間の並列な制御可能スイッチにより接続可能である、
    車両のハイブリッドエネルギシステムを作動させる方法であって、少なくとも、
    − 前記エネルギ貯蔵システム（２０２、３０２）を用いて前記第１のトラクションモータ（２０６、３０６）を作動させることを含む自律的電力供給源モード、
    − 前記第３の電力コンバータ（２１４、３１４）を接続すると共に、前記外部電力供給源（２０３、３０３）を用いて前記第１及び第２のトラクションモータ（２０６、２１０、３０６、３１０）のうちの一方あるいは両方を作動させることを含む外部電力供給源モード、及び、
    − 前記エネルギ貯蔵システム（２０２、３０２）を用いて前記第１のトラクションモータ（２０６、３０６）を作動させること、及び前記外部電力供給源（２０３、３０３）を用いて前記第２のトラクションモータ（２１０、３１０）を作動させることを含む、自律的電力供給源と外部電力供給源を組み合わせるモード、
    のいずれかを選択するモードで前記ハイブリッドエネルギシステムを作動させる方法。
11. 前記第３の電力コンバータ（２１４、３１４）を迂回すること、及び前記エネルギ貯蔵システム（２０２、３０２）を用いて前記第１及び第２のトラクションモータ（２０６、２１０、３０６、３１０）の両方を作動させることを含む、選択的な自律的電力供給源モードで前記ハイブリッドエネルギシステムを作動させる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第３の電力コンバータ（２１４、３１４）を迂回すること、前記エネルギ貯蔵システム（２０２、３０２）を切り離すこと、及び前記外部電力供給源（２０３、３０３）を用いて前記第１及び第２のトラクションモータ（２０６、２１０、３０６、３１０）の両方を作動させることにより、前記ハイブリッドエネルギシステムを選択的な外部電力供給源モードで作動させる、請求項１０に記載の方法。
13. 地面係合要素を駆動すべく外部電力供給源（２０３、３０３）を用いて前記第２のトラクションモータ（２１０、３１０）を作動させるとともに、前記エネルギ貯蔵システム（２０２、３０２）を充電するために更なる地面係合要素を用いて前記第１のトラクションモータ（２０６、３０６）を作動させる再生モードで前記ハイブリッドエネルギシステムを作動させる、請求項１０に記載の方法。
14. 外部電力供給源（２０３、３０３）に電力を供給する再生モードで前記ハイブリッドエネルギシステムを作動させるとともに、前記第３の電力コンバータ（２１４、３１４）を迂回し、地面係合要素を用いて前記第１及び第２のトラクションモータ（２０６、２１０、３０６、３１０）の一方あるいは両方を作動させる、請求項１０に記載の方法。
15. 前記エネルギ貯蔵システム（２０２、３０２）に電力を供給する再生モードで前記ハイブリッドエネルギシステムを作動させ、前記外部電力供給源（２０３、３０３）を切り離し、前記第３の電力コンバータ（２１４、３１４）を迂回させ、地面係合要素を用いて前記第１及び第２のトラクションモータ（２０６、２１０、３０６、３１０）の一方あるいは両方を作動させる、請求項１０に記載の方法。
16. 前記第１及び第２のトラクションモータ（２０６、２１０、３０６、３１０）を接続し、それらを前記車両の動力伝達経路から切り離し、かつ前記エネルギ貯蔵システム（２０２、３０２）を充電するために前記第２のトラクションモータを用いて前記第１のトラクションモータ（２０６、３０６）を作動させることにより、前記ハイブリッドエネルギシステムを外部電力供給源モードで作動させる、請求項１０に記載の方法。
17. 請求項１乃至９のいずれかに記載のハイブリッドエネルギシステムを備える商用自動車である車両。
18. コンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに請求項１０乃至１６のいずれかに記載したあらゆるステップを実行するためのプログラムコード手段を含んでいるコンピュータプログラム。
19. コンピュータプログラム製品であって、前記プログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに請求項１０乃至１６のいずれかに記載したあらゆるステップを実行するためのコンピュータ可読媒体上に記憶されたプログラムコード手段を含んでいるコンピュータプログラム製品。
20. 例えばコンピュータメモリー（５２０）あるいは不揮発性データ記憶媒体（５５０）といった、計算機環境において使用するための記憶媒体であって、前記メモリが、請求項１０乃至１６の方法を実行するための計算機可読プログラムコードを含んでいる記憶媒体。

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