JP5491385B2 - バッテリーを冷却するシステム及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、大型バッテリー用途に関し、より詳細には、例えば、ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システム等の大型バッテリーシステムを冷却するシステム及び方法に関する。
例えば、ハイブリッドディーゼル電気機関車等のハイブリッドディーゼル電気自動車は、複数のエネルギー蓄積装置(即ち、バッテリー)を備えたエネルギー蓄積システムを含む。これらのエネルギー蓄積装置は一般的に、走行用モータが蓄積されることになる過剰の電気エネルギーを発生させる発電制動モード中、又は機関車が蓄積されることになる過剰の電気エネルギーを発生させる運転モード中に二次電気エネルギーを蓄積するために利用される。各々の機関車は一般的に、例えば10〜50個の複数のエネルギー蓄積装置を含み、各々のエネルギー蓄積装置は、結合した数百個の個別セルを含む大型の巨大質量物体であり、各々が数百ポンドの重量に達する。
高温の蓄積装置の一部は、所望の動作温度を達成するために加熱する必要がある。機関車の通常運転中、一般的に各々のエネルギー蓄積装置のヒーター端子全体に電圧を印加することによって、エネルギー蓄積装置を加熱するための電気加熱回路を作動させる。各々のエネルギー蓄積装置は、同様の動作条件下で一貫した動作特性によって動作するように製造されているが、エネルギー蓄積装置は実際のところ、同じ動作条件にさらされた時でも様々な動作特性によって動作する。例えば、機関車の運転中、エネルギー蓄積システムのその他のエネルギー蓄積装置と比較して、最高温度蓄積装置は最高温度で動作し、最低温度蓄積装置は最低温度で動作する。図13は、従来のエネルギー蓄積システムの最高温度蓄積装置及び最低温度蓄積装置それぞれに関する最高温度504及び最低温度502の例示的なタイミング図を示す。他の全ての蓄積装置の温度は、一般的に最高及び最低温度蓄積装置それぞれの最高及び最低温度の範囲に入る。その時々において、異なるエネルギー蓄積装置が最高温度を有する最高温度蓄積装置になる場合がある。同様に、その時々において、異なるエネルギー蓄積装置が最低温度を有する最低温度蓄積装置になる場合がある。例示した図において、最高温度504及び最低温度502の時間変化率は、それらが同様に動作するので、一般的にいかなる瞬間でも同じ徴候を共有する(即ち、同時に上がり下がりする)。更に、エネルギー蓄積システムの従来の冷却装置は、最高温度504が、例示した図では摂氏約335度である最高温度閾値506を超えた時に作動する。更に、エネルギー蓄積システムの従来の冷却システムは、最低温度502が、例示した図では摂氏約270度である最低温度閾値508を下回った時に停止する。図13に例示した図及び特定の値は、従来のエネルギー蓄積システムの従来の冷却システムの単なる一例であり、その他のシステムは様々な温度範囲で動作する場合がある。最高温度閾値506と最低温度範囲閾値508の差によって測定される冷却システムの動作範囲が、最高温度504と最低温度502の差よりも大きいので、冷却システムはいかなる瞬間でも作動又は停止するかしないかを明確に決定することができる。しかしながら、最高温度504と最低温度502の差が冷却システムの動作範囲を上回る場合、最高温度504が最高温度閾値506を上回る一方で、最低温度502が同時に最低温度閾値508を下回る可能性があり、冷却システムを作動又は停止するかしないかに関して混乱を招く。
従って、冷却システムを作動又は停止するかどうかを決定する際の混乱を減らす、機関車のエネルギー蓄積装置の冷却システムを提供することが好都合であろう。
本発明の一実施形態において、ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムを提供する。該エネルギー蓄積システムは、最高温度を有する最高温度蓄積装置及び最低温度を有する最低温度蓄積装置を含む少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を含む。該システムは、入口及び該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置と流体連通する冷却流体ダクトを含む。更に、該システムは、該冷却流体ダクト内に配置され、該冷却流体ダクトを通して冷却流体を該入口に吸い込んで該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を通過させる送風機を含む。該システムは更に、該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置と連結された制御装置を含み、該制御装置は、少なくとも所定閾値だけ下げられた最高温度を下回る温度を有する該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置の温度を上昇させるように構成される。
本発明の一実施形態において、ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムを提供する。該エネルギー蓄積システムは、最高温度を有する最高温度蓄積装置及び最低温度を有する最低温度蓄積装置を含む少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を含む。該システムは、入口及び該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置と流体連通する冷却流体ダクトを含む。更に、該システムは、該冷却流体ダクト内に配置され、該冷却流体ダクトを通して冷却流体を該入口に吸い込んで該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を通過させる送風機を含む。該システムは更に、該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置と連結された制御装置を含み、該制御装置は、所定閾値だけ下げられた最高温度を上回る温度を有する該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を該エネルギー蓄積システムから切断して、少なくとも所定閾値だけ下げられた最高温度を下回る温度を有する該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置の温度を上昇させるように構成される。
本発明の一実施形態において、ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却する方法を提供する。該エネルギー蓄積システムは、最高温度を有する最高温度蓄積装置及び最低温度を有する最低温度蓄積装置を含む少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を含む。該方法は、冷却流体ダクトを入口及び該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置に連通させるステップと、該冷却流体ダクト内に送風機を配置して、該冷却流体ダクトを通して冷却流体を該入口に吸い込んで該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を通過させるステップとを含む。該方法は更に、少なくとも所定閾値だけ下げられた最高温度を下回る温度を有する該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置の温度を上昇させるステップを含む。
本発明の一実施形態において、ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却する方法を提供する。該エネルギー蓄積システムは、最高温度を有する最高温度蓄積装置及び最低温度を有する最低温度蓄積装置を含む少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を含む。該方法は、冷却流体ダクトを入口及び該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置に連通可能に連結するステップと、該冷却流体ダクト内に送風機を配置して、該冷却流体ダクトを通して冷却流体を該入口に吸い込んで該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を通過させるステップとを含む。該方法は更に、所定閾値だけ下げられた最高温度を上回る温度を有する該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を該エネルギー蓄積システムから切断して、少なくとも所定閾値だけ下げられた最高温度を下回る温度を有する該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置の温度を上昇させるステップを含む。
本発明の一実施形態において、ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するプログラム命令を含むコンピュータ可読媒体を提供する。該エネルギー蓄積システムは、最高温度を有する最高温度蓄積装置及び最低温度を有する最低温度蓄積装置を含む少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を含む。該コンピュータ可読媒体は、所定閾値だけ下げられた最高温度を上回る温度を有する少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を該エネルギー蓄積システムから切断して、少なくとも所定閾値だけ下げられた最高温度を下回る温度を有する該少なくとも1つのエネルギー蓄積装置の温度を上昇させるコンピュータプログラムコードを含む。
上述の本発明の実施形態のより詳細な説明は、添付図面に例示されるそれらの特定の実施形態を参照することで表される。これらの図面が本発明の典型的な実施形態のみを表しており、従ってその範囲を限定するものとみなすべきではないことを理解した上で、本発明の実施形態を添付図面を用いることにより更なる特性及び詳細に関して記述及び説明する。
ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムの一実施形態の横断平面図である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムの一実施形態の横断平面図である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却する方法の例示的実施形態を示す流れ図である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムの一実施形態の横断側面図及び横断端面図である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムの一実施形態の横断側面図及び横断端面図である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムの一実施形態の横断側面図及び横断端面図である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムの一実施形態の横断側面図及び横断端面図である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムの一実施形態の横断側面図である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムの一実施形態の横断上面図である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却する方法の例示的実施形態である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却する方法の例示的実施形態である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムの一実施形態の横断側面図である。 エネルギー蓄積システムの従来の冷却システムの最高温度蓄積装置及び最低温度蓄積装置の最高温度及び最低温度の一実施形態を示すタイミング図である。 エネルギー蓄積システムの冷却システムの一実施形態の最高温度蓄積装置及び最低温度蓄積装置の最高温度及び最低温度の一実施形態を示すタイミング図である。 エネルギー蓄積システムの冷却システムの一実施形態の最高温度蓄積装置及び最低温度蓄積装置の最高温度及び最低温度の一実施形態を示すタイミング図である。 エネルギー蓄積システムの例示的実施形態のブロック図である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却する方法の例示的実施形態である。 ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却する方法の例示的実施形態である。
本発明の例示的実施形態は鉄道車両、特にディーゼルエンジンを有するハイブリッド電車及び機関車に関して説明するが、後述する本発明の例示的実施形態は、例えばハイブリッドディーゼル電気オフハイウェー車、船舶、及び固定装置だがこれらに限らないその他の用途にも適用でき、各々が推進用のディーゼルエンジンと1つ以上のエネルギー蓄積装置を備えたエネルギー蓄積システムとを使用する。更に、後述する本発明の実施形態は、ディーゼル式であろうと非ディーゼル式であろうと、ハイブリッド機関車、ハイブリッドオフハイウェー車、ハイブリッド船舶、及び固定用途を含むハイブリッド車に同様に適用できる。また更に、本願の実施形態は、上記のハイブリッド動力車で実行されてもされなくても、あらゆるバッテリー用途に適用できる。更に、本願の実施形態は空気ダクトを通して空気入口に吸い込まれる外気及び冷却空気の使用について述べているが、空気以外の当業者には分かる任意の冷却流体を本願の実施形態で述べる冷却空気又は外気の代わりに利用することができる。
図1は、ハイブリッドディーゼル電気機関車14のエネルギー蓄積システム12を冷却するシステム10の一実施形態を示す。エネルギー蓄積システム12は、機関車14のプラットホーム16より下に配置された複数のエネルギー蓄積装置(即ち、バッテリー)15を例示的に含む。図1はプラットホーム16より下に配置されたエネルギー蓄積装置15を図示しているが、エネルギー蓄積装置15は、例えば、当業者には分かるように、炭水車用途の場合など、機関車プラットホーム16より上に又はそれに接して配置しても良い。システム10の例示的実施形態において、機関車14のプラットホーム16は機関車の車輪より上に配置され、当業者には分かるように、各々の機関車に対して運転室の床と実質的に並置される。しかしながら、プラットホーム16は、運転室以外の機関車14のその他の水平面と並置しても良い。
図1に図示した例示的実施形態において、システム10は、ディーゼル煙、熱風排気等を含む汚染が比較的ない場所において、プラットホーム16より上の機関車14の外面20に配置された空気入口18を含む。空気入口18は、機関車14の放熱器領域52に隣接する機関車14の外面20にある開口部であり、特定のエネルギー蓄積システム12と各々のエネルギー蓄積システムの冷却空気流需要とに基づいた寸法を備えている。図1は放熱器領域52に隣接する外面20の開口部に配置された空気入口18を図示しているが、空気入口18は、プラットホーム16より上の、機関車の任意の領域に隣接する外面20の開口部に配置しても良い。更なる例示的実施形態において、空気入口18は、入口18に流入する外気に最小限の混入物質が含まれるのであれば、機関車プラットホーム16より上又は下の、外面20、21に沿った任意の場所に配置することができる。プラットホーム16より上の機関車14の外面20に沿って空気入口18を配置することにより、空気入口に吸い込まれる外気は、プラットホーム16より下の機関車の外面21に隣接する外気と比較して実質的に少ない量の混入物質を含む。図1は機関車14の外面20の屋根部分44に配置された空気入口18を図示しているが、空気入口は、プラットホーム16より上の外面20の屋根部分44又は側面部分46上の任意の場所を含む、プラットホーム16より上の機関車14の外面20に沿った任意の場所に配置しても良い。更に、図1はプラットホーム16より上の機関車14の外面20に配置された1つの空気入口18を図示しているが、2つ以上の空気入口18を機関車14の外面20に配置しても良い。
図1の例示的実施形態において更に図示するように、濾過媒体32は、空気入口ダクト22内の空気入口18に隣接する濾過位置34に配置される。濾過媒体32は、外気が空気入口ダクト22に入る前に、空気入口18に吸い込まれる外気から混入物質を除去するのを促進する。図1はスクリーン38、スピンフィルター40及びペーパーフィルター42等の2つ以上の濾過層を含む様々な濾過媒体32を図示しているが、あらゆる種類の濾過媒体を利用することができる。更に、システム10の例示的実施形態は機関車プラットホーム16より上の機関車の外面20に沿った空気入口18の配置を特徴とするので、空気入口中に流入する外気の混入物質の量が比較的少なく、それによって過度の濾過の必要性が最小化され、且つ/又はフィルター及びバッテリー構成部品の寿命が延びる。スクリーンフィルター38は、例えば、葉っぱや紙などの大きな物体を除去するための流入外気がぶつかる第1濾過層として配置される。スピンフィルター40は、例えば、空気回転遠心分離装置を用いて密度に基づいて物質を分離するための流入外気の第2濾過層として配置される。更に、ペーパーフィルター42は、例えば、濾過工程中に外気から更なる粒子を収集するための更なる濾過層として利用される。システム10の例示的実施形態は全ての濾過媒体32に対して単一の濾過位置34を特徴とするので、複数の濾過位置におけるのとは対照的に、各々の濾過媒体の定期交換及び/又は洗浄を含む定期保守を単一の濾過位置において都合良く行なうことができる。
図1の例示的実施形態において更に図示するように、システム10は、空気入口18と流体連通する空気入口ダクト22及び空気ダクト24を含む。濾過媒体32は、空気入口ダクト22と空気入口18の間に配置される。空気ダクト24は、送風機26とモータ28(後述する)とダンパー制御装置58(後述する)を介して空気入口ダクト22に連結される。図1は送風機26とそれぞれのモータ28を図示しているが、各々の送風機26は、機械電源によって案内駆動されるか、又は機械電源によって同様に駆動される第2送風機によって駆動される。空気入口ダクト22が例示的に機関車プラットホーム16より上に配置される一方、空気ダクト24は例示的に機関車プラットホーム16より下に配置される。しかしながら、空気入口ダクト及び空気ダクトは、それぞれ機関車プラットホーム16の上下に配置されるとは限定されない。更に、図1は1つの空気入口ダクト及び1つの空気ダクトを図示しているが、2つ以上の空気入口を外面に沿って配置しても良く、それに対してそれぞれ2つ以上の空気入口ダクト及び空気ダクトを利用することができる。
図1の例示的実施形態において図示した空気ダクト24は機関車14の全長に沿って通っており、機関車プラットホーム16より下の各々のエネルギー蓄積装置15と流体連通している。図1は空気ダクトの反対側に配置された4つのエネルギー蓄積装置を図示しているが、例えば、空気ダクトの反対側又は空気ダクトの片側を含む任意の数のエネルギー装置を空気ダクトと流体連通させても良い。更に、図1は機関車プラットホーム16より下に配置された1つの空気ダクトを図示しているが、2つ以上の空気ダクトをプラットホーム16より下に配置しても良く、従って2組以上のエネルギー蓄積装置を各々の各空気ダクトとそれぞれ流体連通させることができる。
図1の例示的実施形態において更に図示するように、システム10は空気入口ダクト22内に配置されたモータ28によって駆動される送風機26を含む。動作中、モータ28への電力の供給と送風機26の作動に応じて、送風機は、単一の濾過位置34における濾過媒体32を介して、空気入口ダクト22及び空気ダクト24を通して、機関車プラットホーム16の上からの外気を空気入口18に吸い込む。送風機26は続いて、外気を各々のエネルギー蓄積装置15を通過させて、機関車14の共通通気領域30に入れる。図1の図示した例示的実施形態において、共通通気領域30は、当業者には分かるように、機関車エンジンからの相当量の熱を受けるエンジン室領域である。送風機26は、ダクトカップリング53から外気を送って各々のエネルギー蓄積装置15を通過させ、更に各通気カップリング54からエンジン室30に外気を吸い込む。エンジン室30は、外気がエンジン室に入ると機関車の外側に排出するために、機関車14の外面に沿って1つ以上の既存の通気孔(図示せず)を含む。図1は1つの送風機とそれぞれのモータを図示しているが、2つ以上の送風機とそれぞれのモータを各々の空気ダクト内で利用しても良く、又は代替的には、後述するように、1つの送風機とそれぞれのモータを複数の空気ダクトの各々の内部に配置しても良い。図1の例示的実施形態において図示するように、二次ダクト57は、空気ダクト24と、各々のエネルギー蓄積装置15とエンジン室領域30の間の各々の通気カップリング54との間に例示的に連結される。二次ダクト57は、空気ダクト24からの冷たい外気を各々の通気カップリング54に送って、各々のエネルギー蓄積装置15を通過して各々の通気カップリング54に入った熱い空気と冷たい空気を混ぜ合わせるために設けられる。各々の通気カップリング54内では、各々の空気ダクト24からの冷たい外気が各々のエネルギー蓄積装置15を通過した熱い冷却空気と混ざり合うことによって、エンジン室領域30に送られる外気の温度を低下させる。更に、例示的実施形態において、二次ダクト57は、空気ダクト24からの冷たい外気を機関車の外部の各通気孔(図示せず)と混ぜ合わせるように配置される。二次ダクトを利用する例示的実施形態では、外気が機関車の外側に排出される時に大量の冷たい外気が各々のエネルギー蓄積装置を通過した熱い外気と混ざり合うことになり、外気は人間と接触する可能性が高いので、排出された外気の温度が容認できないほど高いレベルである場合に安全性の問題が生じる。
図1の例示的実施形態において図示するように、システム10は、送風機26及びモータ28に電力を供給するための電源56を含む。例示的実施形態において、電源56は、送風機26及びモータ28に電力を供給するための補助電源であり、濾過媒体32を介して、空気入口ダクト22及び空気ダクト24を通して空気入口18に外気を吸い込んで、各々のエネルギー蓄積装置15を通過させて機関車14の共通通気領域30に入れる。例示的実施形態において、送風機26は、機関車14の運転中の機械的振動による送風機26のモータ軸受の故障を防ぐために、機関車14の運転中の長期間にわたる送風機モータの非回転を避けるように連続的に動作する。
電源56に加えて、ダンパー制御装置58が空気入口ダクト22内に配置されて、送風機26への外気の供給を選択的に遮断する。ダンパー制御装置58は機関車制御装置62によって制御され、開放(外気の供給が送風機26へ流れる)及び閉鎖(送風機26への外気の供給が遮断される)位置の間で切換可能である。機関車制御装置62はダンパー制御装置58に例示的に連結されており、機関車制御装置が機関車制御装置に同様に連結された各々のエネルギー蓄積装置の、例えば温度計等の各温度センサ64から読み取った各々のエネルギー蓄積装置15の温度に基づいて開放及び閉鎖位置の間でダンパー制御装置を切り換える。更に、機関車制御装置62はダンパー制御装置を開放及び閉鎖位置の間の中間位置に切り換えて、送風機26へ流れる外気の供給を制御することができる。システム10の効率を最大限にするために、機関車制御装置62は、送風機は回転し続ける(モータが電力を受けていると仮定する)が外気は送風機に供給されないように、ダンパー制御装置58を閉鎖位置に切り換えることによって、送風機が行なうあらゆる仕事を最小限にする。例示的実施形態において、エネルギー蓄積装置の動作温度範囲は、例えば摂氏270〜330度であるが、機関車制御装置は、例えば、各々のエネルギー蓄積装置から最低温度の摂氏270度を読み取るとダンパー制御装置を閉鎖位置に変え、送風機への外気の供給を遮断することによって、冷却システムを遮断することができる。摂氏270〜330度の例示的な温度範囲は単なる一例であり、エネルギー蓄積装置は様々な温度範囲で動作する。更に、機関車制御装置は、例えば、各々のエネルギー蓄積装置から摂氏300度の最高温度を読み取るとダンパー制御装置を開放位置に変え、送風機への外気の供給を再開して冷却システムを再始動することができる。図1は1つの電源及びダンパー制御装置を図示しているが、2つ以上の電源及び2つ以上のダンパー制御装置を利用しても良い。図示した電源56は補助電源であるが、モータ28は機関車エンジン電源によって電力を供給される。機関車制御装置62は、各々のエネルギー蓄積装置15に連結された温度センサ64を監視するためにシステム10の例示的実施形態に含まれている。ダンパー制御装置を選択的に動作させるのに加えて、機関車制御装置62は、連続速度送風機、電源56の速度の倍速送風機、可変速度送風機/直接駆動送風機、又は切換可能送風機を選択的に動作させることができる。機関車制御装置62は、各々のエネルギー蓄積装置15の温度センサ64からの監視された温度と、機関車制御装置メモリに保存された各々のエネルギー蓄積装置15のそれぞれの所定温度閾値の比較に基づいて、各々の送風機を選択的に動作させることができる。
送風機26は、連続速度送風機、電源56の速度の倍速送風機、又は送風機のオンオフを切り換えるスイッチを含む切換可能な送風機であって良い。例えば、倍速送風機は、送風機に対する電源の速度の倍速(即ち、1/2、1/4、1/8等)で動作する、即ち反転駆動モータのような可変速度駆動機である。
図2は、エネルギー蓄積システム12’を冷却するシステム10’の別の実施形態を示す。システム10’は、空気入口18’と流体連通する空気入口ダクト22’及び空気ダクト24’を含む。図2の例示的実施形態において図示するように、システム10’は、送風機26’及びモータ28’を制御可能に動作させるための電源56’を含む。例示的実施形態において、電源56’は、送風機26’及びモータ28’を制御可能に動作させるための補助電源を含み、濾過媒体32’を介して空気入口ダクト22’及び空気ダクト24’を通して外気を空気入口18’に吸い込む。空気ダクト24’を通過すると、外気は、空気ダクト24’から各々のエネルギー蓄積装置15’へダクトカップリング53’内に配置されたそれぞれのダンパー制御装置58’を通過する。各々のダンパー制御装置58’は、各々のエネルギー蓄積装置15’に隣接するダクトカップリング53’内に配置されて、各々のエネルギー蓄積装置への外気の供給を選択的に遮断する。各々のダンパー制御装置58’は機関車制御装置62’によって制御されて、各通気カップリング54’を通って、例えばエンジン室等の共通通気領域30’に入る、各々のエネルギー蓄積装置15’への外気の供給を選択的に遮断する。各々のダンパー制御装置58’は、機関車制御装置62’によって、開放(外気の供給が各々のエネルギー蓄積装置15’へ流れる)及び閉鎖(各々のエネルギー蓄積装置15’への外気の供給が遮断される)位置の間で切換可能である。更に、制御装置62’はダンパー制御装置58’を開放及び閉鎖位置の間の中間位置に切り換えて、各々のエネルギー蓄積装置15’へ供給される外気の供給を選択的に制御することができる。機関車制御装置62’は各々のダンパー制御装置58’に例示的に連結されており、機関車制御装置に同様に連結される各々のエネルギー蓄積装置の各温度センサ64’から読み取った各々のエネルギー蓄積装置15’の温度に基づいて開放及び閉鎖位置の間でダンパー制御装置を切り換える。例示的実施形態において、エネルギー蓄積装置の動作温度範囲は摂氏270〜330度であるが、機関車制御装置は、各々のエネルギー蓄積装置から最低温度の摂氏270度を読み取るとダンパー制御装置を閉鎖位置に変え、エネルギー蓄積装置への外気の供給を遮断する。摂氏270〜330度の温度範囲の例は単なる例示であり、エネルギー蓄積装置は様々な温度範囲で動作する。更に、機関車制御装置は、各々のエネルギー蓄積装置から摂氏300度の最低温度を読み取るとダンパー制御装置を開放位置に変え、各々のエネルギー蓄積装置への外気の供給を再開する。図2は各々のエネルギー蓄積装置に対して1つの電源及び1つのダンパー制御装置を図示しているが、各々のエネルギー蓄積装置に対して2つ以上の電源及び2つ以上のダンパー制御装置を利用しても良い。図示した電源56’は補助電源であるが、モータ28’は機関車エンジン電源によって電力を供給される。本明細書に記載しないシステム10’のそれらの他の要素は、ダッシュ表記を伴わずに上述した先の実施形態のそれらの要素と同様であり、本明細書において更なる説明を必要としない。
図3は、ハイブリッドディーゼル電気機関車14のエネルギー蓄積システム12を冷却する方法100の例示的実施形態を示す。エネルギー蓄積システム12は、機関車14のプラットホーム16より下に配置された複数のエネルギー蓄積装置15を含む。エネルギー蓄積装置15は、同様に機関車又はその他の車両14のプラットホーム16より上に配置しても良い。方法100の開始(ブロック101)は、プラットホーム16より上の車両の外面に空気入口を配置するステップ(ブロック102)による。より詳細には、この方法は、空気ダクトを空気入口及び各々のエネルギー蓄積装置に連通させるステップ(ブロック104)を含む。更に、この方法は、モータによって電力を供給される送風機を空気ダクト内に配置するステップ(ブロック106)を含む。この方法は更に、空気ダクトを通して外気を空気入口に吸い込むステップ(ブロック108)と、外気を各々のエネルギー蓄積装置を通過させて車両の共通通気領域に入れるステップ(ブロック110)とを含み、ブロック111において終了する。
この方法は更に、空気ダクト24と流体連通する空気入口ダクト22内の空気入口18に隣接する濾過位置34に濾過媒体32を提供するステップを含み、濾過媒体32は、濾過スクリーン38、スピンフィルター40、ペーパーフィルター42、及び当業者には既知のその他の種類の濾過媒体を含み得る。更に、この方法は、空気入口ダクト18に入る前の外気から混入物質を除去するステップを更に含む。この方法は更に、空気入口ダクト22内にダンパー制御装置58を配置して、各々のエネルギー蓄積装置15への外気の供給を選択的に遮断するステップを含む。
図4はエネルギー蓄積システム312を冷却するシステム310の更なる実施形態を示しており、エネルギー蓄積システム312は1つ以上のエネルギー蓄積装置315を含む。図4は1つのエネルギー蓄積装置を図示しているが、図5において図示するように、システム310は、複数のエネルギー蓄積装置315で利用することができる。
システム310は、エネルギー蓄積システム312のエネルギー蓄積装置315の内部コア322を封入するように構成された内部ケーシング320を例示的に含む。エネルギー蓄積装置315の内部コア322は、冷却空気ダクト、入口及び出口を除いた、エネルギー蓄積装置の全ての構成部品を含む。内部ケーシング320は、エネルギー蓄積装置315の内部コア322の周囲に気密封じ込めを形成するものであり、例えば、耐久性ボックスであっても良い。エネルギー蓄積装置315の内部電子機器を含む、エネルギー蓄積装置の全ての内部コア322構成部品は、内部ケーシング320内に収容される。システム310は更に、内部ケーシング320を取り囲むように構成された外層324を例示的に含む。外層324は、例えば、WDS等の絶縁材から作られる絶縁層であっても良い。一対の取付ブラケット323は外層324を貫通し、内部コアの対向する端面333、334に隣接する内部ケーシング320に連結されて、外層324内で内部ケーシング320を空間的に懸架する。図5は、2つのエネルギー蓄積装置315の2つの内部コア322を封入するように構成された内部ケーシング320と、内部ケーシング320を取り囲むように構成された外層324とを図示する。
外層324と内部ケーシング320の間には、外層324にある入口318を介して冷却流体328を受けるように構成される内部空間326がある。図4の端面図において図示するように、内部空間326は内部ケーシング320を取り囲んでおり、これは内部ケーシング320の周囲の外層324の間隔に起因するが、外層324は内部ケーシング320から様々な間隔を有し得る。更に、図4は、入口318に隣接して配置される外層324にある出口336を図示しているが、出口336は外層324に沿った位置に配置しても良い。図4は外層にある1つの入口及び1つの出口を図示しているが、2つ以上の入口及び/又は出口を外層324内に配置しても良い。
図4において図示するように、内部ケーシング320は、4つの側面329、330、331、332及び2つの端面333、334を含む6つの外面329、330、331、332、333、334を備えた長方形ケーシングである。図4において図示した内部ケーシングは長方形ケーシングであるが、内部ケーシング320の外面に沿った外気の対流中に外気が内部コアの内側に入らずに封じ込められた状態であれば、任意の形状をとることができる。
図6の例示的実施形態において図示するように、内部ケーシング320は更に、内部ケーシングの底部外面332に沿った内側絶縁層337を含む。内側絶縁層337は、内部空間326内の底部外面332に沿った冷却流体328の対流を制御するように構成される。図6の例示的実施形態において、底部外面332は底部外面332に近接するエネルギー蓄積装置の内部セルとより密接に接触する可能性があるため、底部外面332の伝熱特性はその他の外面よりも高くなっており、その他の外面と比較して、内部空間326内の外気と底部外面の対流との不均衡が生じる。従って、底部外面332に沿って内側絶縁層337を配置することによって、内部ケーシング320の各々の外面に沿った外気の対流の均衡がとれる。図7の更なる例示的実施形態において図示するように、内側絶縁層337を内部ケーシング320の3つ(2つ以上)の外面329、330、331に沿って配置して、外面の間で内部空間326内の冷却流体328の対流の均衡をとることもできる。図6及び7は外面の間で、及び各々の外面に沿って一定の厚さの内側絶縁層337を図示しているが、内側絶縁層は、各々の各外面に沿った冷却流体のそれぞれの対流を安定させるために、外面の間で様々な厚さ、及び/又は単一の外面に沿って様々な厚さを有しても良い。
図4において図示するように、制御可能出口341が外層324内に配置される。制御可能出口341は例示的に可動ゲートであり、内部空間326内の冷却流体328の流れを制御するために出口336を選択的に開閉するように構成される。図4、6〜7は可動ゲートを図示しているが、制御可能出口は出口を選択的に開閉する複数の異なる形態をとっても良い。更に、制御装置342は制御可能出口341に連結され、メモリ344に保存された最高温度閾値及び最低温度閾値を含む。最高及び最低温度閾値は、それに関して冷却システムがそれぞれオンオフを切り換える最高及び最低温度を表す最高及び最低温度閾値である。しかしながら、このシステムはそのような最高及び最低温度閾値を必要としない。制御装置342は、内部コア322の温度を監視するように構成される。制御装置342は、内部コア322の温度がメモリ344に保存された最低温度閾値を下回ると判断すると、内部空間326内の冷却流体328の流れを停止するために制御可能出口341を閉鎖する(即ち、可動ゲートを閉鎖する)ように構成される。制御装置342が制御可能出口341を閉鎖し、冷却流体328の流れを遮断した場合、外側絶縁層324が内部空間326内の冷却流体328を絶縁する役目を果たすことで、冷却流体328とエネルギー蓄積装置315の内部コア322の温度を安定させて熱平衡を達成する。外側絶縁層324が内部コア322の温度と冷却流体328の温度を安定させないと、内部コア322は冷却流体328を絶えず加熱していることから絶えず熱エネルギーを失うことになり、最終的に意図しない加熱サイクルを必要とすることになる。制御装置342は、内部コア322の温度がメモリ344に保存された最高温度閾値を上回ると判断すると、制御可能出口341を開放し、内部空間326内の冷却流体328の流れを開始するように構成される。例示的実施形態において、制御可能入口318及び制御可能出口341は、例えば、内部空間326への冷却流体328の流れを制御するために制御装置342によって選択的に開閉することのできる可動ゲートである。制御装置342が内部空間326内の冷却流体328の流れを開始すると、内部ケーシング320の各々の外面329、330、331、332、333、334は、入口318を介して受け入れた冷却流体328の対流と接触するように構成される。システム310の例示的実施形態において、入口318への冷却流体328の流れは機関車の動きに基づいているため、入口318が開いて機関車が移動している時に冷却流体328が内部空間326に入る。スクープ装置(図示せず)は、機関車の移動中に内部空間326への外気の案内を促進するために、入口318の外部に取り付けられる。しかしながら、冷却流体328の流れは機関車の動きとは無関係であり、代わりに、例えば、モータによって電力を供給され、各々の入口に隣接して配置された送風機によって促進される。
図8は、ハイブリッドディーゼル電気機関車のエネルギー蓄積システム412を冷却するシステム410の更なる実施形態を示す。エネルギー蓄積システム412は、1つ以上のエネルギー蓄積装置415を含む。図8は1つのエネルギー蓄積装置415を図示しているが、システム410は複数のエネルギー蓄積装置415で利用することができる。システム410は、エネルギー蓄積システム412のエネルギー蓄積装置415の内部コア422を封入するように構成された内部ケーシング420を例示的に含む。エネルギー蓄積装置415の内部コア422は、冷却空気ダクト、入口及び出口を除いた、エネルギー蓄積装置の全ての構成部品を含む。内部ケーシング420は、エネルギー蓄積装置415の内部コア422の周囲に気密封じ込めを形成する。内部電子機器を含むエネルギー蓄積装置の全ての内部コア422構成部品は、内部ケーシング420内に収容される。
更に、システム410は、内部ケーシング420の底部外面432と熱的に係合するように構成された伝熱面446を含む。伝熱面446は例示的に、内部ケーシング420内に底部外面432に隣接して配置される。伝熱面446は、内部コア422内部から伝熱面446へ熱エネルギーを抽出するように構成されており、対流中に抽出した熱エネルギーを冷却流体に引き続き伝達する(後述する)。図8は内部ケーシング420内に内部ケーシング420の底部外面432に沿って配置された伝熱面446を図示しているが、伝熱面は内部ケーシングの外部に内部ケーシング420の底部外面に沿って配置しても良い。更に、図8は内部ケーシングの底部外面に沿って配置された伝熱面を図示しているが、後述するように、特定のパラメータが冷却システムの入口及び出口の配置に関して満たされていれば、内部ケーシングの任意の外面、又は内部ケーシングの2つ以上の外面に沿って配置することができる。伝熱面446は、例えば導電性材料及び熱吸収材料、又は後述するように、後の冷却流体の対流のために内部コアの内部から熱エネルギーを抽出することができる任意の材料のうちの1つであって良い。更に、例えば、底部外面432等の外面への熱伝達を促進するために、熱媒液を伝熱面446の代わりに内部ケーシング420内及び内部コア422内で利用しても良い。
図8において更に図示するように、外層424は各々の内部ケーシング420を取り囲むように構成される。外層424は、例えば、WDS及び/又はVAC等の絶縁材から作られる絶縁層であって良い。入口418は、外層424内に例示的に配置されており、冷却ダクト447内で冷却流体428を受け入れるように構成される。冷却ダクト447は、底部外面432に隣接する伝熱面446での冷却流体428の対流を促進するように構成される。伝熱面446は内部コア422内部からの熱エネルギーを抽出するので、伝熱面が加熱される一方、内部コア422の内部は冷却される。機関車の動きが冷却流体を入口418に押し込むので、冷却流体428は機関車の移動中に伝熱面446と熱的に係合する。冷却流体428が伝熱面446での対流を起こした後に、冷却流体428は入口418より上に配置された出口436を通過する。出口436は入口418より上に配置されるので、冷却流体428の自然対流(即ち、煙突効果)が促進される。従って、伝熱面446が内部ケーシング420の代わりの外面に再配置された場合、入口とその上の出口の高低差を確実に維持するために、冷却ダクト及び入口の再配置に基づいて出口を再配置する必要がある。図8は外層424内の1つの入口及び1つの出口を図示しているが、2つ以上の入口、出口及び冷却ダクトを利用しても良い。
図8は、外層424内に配置され、冷却ダクト447内の冷却流体428の流れを制御するために入口418を選択的に開閉するように構成された制御可能入口419を図示する。制御装置442は例示的に、メモリ444に保存された最低及び最高温度閾値を有する制御可能入口419に連結される。最高及び最低温度閾値は、それに関して冷却システムがそれぞれオンオフを切り換える最高及び最低温度を表す最高及び最低温度閾値である。しかしながら、システム410は、動作するのにそのような最高及び最低温度閾値を必要としない。制御装置442は、内部コア422の温度を監視するように構成される。図8は更に、制御可能入口419より上に配置され、制御可能入口419と共に選択的に開閉するように構成された外層424内の制御可能出口437を図示する。例示的実施形態において、制御可能入口及び制御可能出口は、例えば、内部空間への冷却流体の流れを制御するために制御装置によって選択的に開閉することのできる可動ゲートであるが、それぞれの入口及び出口を選択的に開閉するためのその他の機構を利用しても良い。制御装置442は、内部コア422の温度が最低温度閾値を下回ると判断すると、入口418を閉鎖し、冷却ダクト447内の冷却流体428の流れを停止するように構成される。
制御装置が冷却ダクト447内の冷却流体428の流れを停止した場合、外側絶縁層424は、冷却ダクト447から冷却流体428を絶縁することによって、冷却流体428とエネルギー蓄積装置415の内部コア422の温度を安定させて熱平衡を達成するように構成される。制御装置442は、内部コア422の温度が最高温度閾値を上回ることを判断すると、入口418を開放し、冷却ダクト447内の冷却流体428の流れを開始するように構成される。
図10はハイブリッドディーゼル電気自動車のエネルギー蓄積システム312を冷却する方法500の例示的実施形態を示しており、エネルギー蓄積システム312は1つ以上のエネルギー蓄積装置315を含む。方法500の開始(ブロック501)は、内部ケーシング320によってエネルギー蓄積装置315の内部コア322を封入するステップ(ブロック502)により、外層324によって内部ケーシング320を取り囲むステップ(ブロック504)が続く。この方法は更に、外層324にある入口318を介して、内部ケーシング320と外層324の間に配置された内部空間326内に冷却流体を受け入れるステップ(ブロック506)を含む。
図11は、ハイブリッドディーゼル電気自動車のエネルギー蓄積システム412を冷却する方法600の例示的実施形態を示しており、エネルギー蓄積システム412は1つ以上のエネルギー蓄積装置415を含む。方法600の開始(ブロック601)は、内部ケーシング420によってエネルギー蓄積装置415の内部コア422を封入するステップ(ブロック602)による。方法600は更に、内部ケーシング420の外面432を伝熱面446と熱的に係合させるステップ(ブロック604)を含む。方法600は更に、外層424によって内部ケーシング420を取り囲むステップ(ブロック606)と、外層424内の入口418を介して冷却ダクト447内に冷却流体428を受け入れるステップ(ブロック608)とを含む。この方法は更に、伝熱面446に隣接し、入口418より上に配置された出口436を介する冷却流体428の対流を促進するステップ(ブロック610)を含む。
図12は、ハイブリッドディーゼル電気機関車714のエネルギー蓄積システム712を冷却するシステム710の一実施形態を示す。エネルギー蓄積システム712は複数のエネルギー蓄積装置715を例示的に含み、エネルギー蓄積装置の中でも最高温度721を有する最高温度蓄積装置717及び最低温度723を有する最低温度蓄積装置719を含む。図12は機関車プラットホーム716より下に配置されたエネルギー蓄積装置715を図示しているが、エネルギー蓄積装置715は機関車プラットホーム716に接して、又はそれよりも上に配置しても良い。図12に図示したシステム710の例示的実施形態は、空気入口718及び各々のエネルギー蓄積装置715と流体連通する空気ダクト724を更に含む。空気入口718は、図12の例示的実施形態において、機関車714の外面720に沿って、機関車プラットホーム716より上に配置されているが、機関車プラットホーム716より上か下の外面に沿った任意の場所に配置しても良い。更に、システム710は空気ダクト724内に配置された送風機726を含み、空気ダクト724を通して外気を空気入口718内に吸い込んで、各々のエネルギー蓄積装置715を通過させる。図12において図示され、本明細書には記載されないシステム710のそれらの他の要素は、700の表記を伴って上述したそれらの要素と同様であり、本明細書において更なる説明を必要としない。
更に、図12の例示的実施形態において図示するように、システム710は更に各々のエネルギー蓄積装置715と連結した制御装置762を含む。制御装置762は、各々のエネルギー蓄積装置715の各温度センサ764に連結される。制御装置762は、制御装置762のメモリ763に保存された所定閾値だけ下げられた最高温度721を下回る各々のエネルギー蓄積装置715の温度を上昇させるように構成される。例えば、最高温度蓄積装置717が摂氏300度の最高温度721を有しており、制御装置762のメモリ763に保存された所定閾値が摂氏15度である場合、制御装置762は、後述するように、様々な熱源の1つを用いて、摂氏285度を下回る温度を有する各々のエネルギー蓄積装置715の温度を上昇させ続ける。しかしながら、摂氏300度の最高温度を有する最高温度蓄積装置717の例示的実施形態は単なる一例であり、最高温度蓄積装置717は任意の最高温度721の値を有し得る。図12の例示的実施形態において図示した制御装置762は、エネルギー蓄積装置715の温度が最高温度閾値を上回った時に制御装置が送風機726を作動させるように、各々のエネルギー蓄積装置715の温度を監視するように構成される。更に、制御装置は、エネルギー蓄積装置715の温度が最低温度閾値を下回った時に送風機726を停止する。
図12は1つの空気入口に連通可能に連結された1つの空気ダクト、空気ダクト内に配置された1つの送風機、及び各々のエネルギー蓄積装置に連結された1つの制御装置を図示しているが、2つ以上の空気ダクトを各入口に連通可能に連結しても良く、2つ以上の送風機を各々の空気ダクト内にそれぞれ配置しても良く、2つ以上の制御装置を各々のエネルギー蓄積装置に連結しても良い。
図14は、エネルギー蓄積システム712の最高温度蓄積装置717及び最低温度蓄積装置719それぞれの最高温度721及び最低温度723の例示的なタイミング図を示す。図14の例示的なタイミング図において図示するように、およそt=150の時、後述するように、制御装置762から最低温度蓄積装置719の加熱装置756への信号を表す制御装置のオン/オフ加熱波形727によって示すように、制御装置762は最低温度蓄積装置719の温度を上昇させ続けて、最低温度蓄積装置を加熱する。図14の例示的実施形態において、t=150の時の最低温度723が、例えば10度等の、メモリ763に保存された所定閾値だけ下げられた最高温度721を下回るので、制御装置762は、最低温度723を有する最低温度蓄積装置719の温度を上昇させるように構成される。制御装置762は、最高温度721の、例えば摂氏5度等の所定範囲内に最低温度蓄積装置719(及び適正基準に合った任意のエネルギー蓄積装置715)の温度を上昇させるように構成される。図14の例示的実施形態において、最低温度723が、最高温度721の、例えば摂氏5度等の所定範囲内にある時、制御装置762は、およそt=310まで定期的に最低温度蓄積装置719の温度を上昇させる。制御装置762は、各々のエネルギー蓄積装置の温度と各時間増分の温度閾値を有する最高温度721の間の温度差の手動評価に基づいて、上記の基準に合った各々のエネルギー蓄積装置715の温度を手動で上昇させる。図14において図示するように、制御装置762が最低温度蓄積装置719の温度を上昇させないと、最低温度723の曲線は、代わりに図14において示した別の最低温度725の曲線をとることになり、最高温度721と最低温度725の間の温度差によって測定されるエネルギー蓄積システムの動作範囲は、最高温度721と最低温度723の間の温度差の減少した動作範囲よりも著しく大きくなる。図14の例示的なタイミング図において、最高温度721及び最低温度723の時間変化率は、送風機速度726、各々のエネルギー蓄積装置715に対するエネルギー負荷、各々の蓄積装置の内部特性(例えば、内部抵抗、充填状態)、漏れ熱流量及び各々のエネルギー蓄積装置715の周囲温度に依存する。
上述したように、制御装置762がエネルギー蓄積装置の温度を上昇させる時、制御装置762は、各々のエネルギー蓄積装置715の、例えば加熱回路等の加熱装置756を作動させるように構成される。制御装置762は、機関車の発電制動モード中に機関車714の走行用モータから各々の加熱装置756に熱エネルギーを供給する(発電制動動作中は、車内で利用可能な余剰エネルギーが存在しており、さもなければシステム内の他の場所で熱として散逸することになるためである)。しかしながら、例示的実施形態において、制御装置762は、例えば、機関車の運転モード又は停止モード中に機関車エンジンから供給される熱エネルギーによって、各々のエネルギー蓄積装置715の、例えば加熱回路等の加熱装置756を作動させるように構成される。
制御装置762のメモリ763内に、その他のエネルギー蓄積装置と比較して一貫して低い温度の履歴を有する特定のエネルギー蓄積装置715の識別が保存される。システム710の動作中、制御装置762は、低い温度の前歴を有するメモリ763に保存されたそれらの予め識別されたエネルギー蓄積装置715の温度を、所定閾値だけ下げられた最高温度721を下回る温度から所定範囲だけ上げられた最高温度721を上回る温度まで上昇させるように構成される。従って、制御装置762は、低い温度の前歴を有するそれらのエネルギー蓄積装置715を、それらの温度が予想を下回ることを予測して、最高温度721を超えて加熱することによって過剰修正するように構成される。制御装置762は、走行用モータから供給された熱エネルギーを用いて発電制動モード中の低い温度の前歴によって識別されたエネルギー蓄積装置715の温度を上昇させるように構成されるが、機関車エンジンから供給された熱エネルギーを用いて運転モード又は停止モード中にそれらの温度を上昇させることもできる。
制御装置762は、所定閾値だけ下げられた最高温度721を下回る温度を有する各々のエネルギー蓄積装置715の温度を最高温度の所定範囲内まで予熱するように構成される。例えば、制御装置762は、摂氏10度の所定閾値だけ下げられた摂氏330度の最高温度を下回る摂氏280度の温度から、摂氏325度、即ち330度の最高温度の5度の所定範囲内まで、エネルギー蓄積装置715の温度を予熱する。制御装置762は、機関車の発電制動モード中及び発電制動モードの終了前に、各々のエネルギー蓄積装置715を予熱するように構成される。
上述したように、エネルギー蓄積装置の予熱に加えて、制御装置762は更に、所定閾値だけ上げられた最低温度723を上回る温度から最低温度の所定範囲内まで、各々のエネルギー蓄積装置715の温度を予冷するように構成される。例えば、制御装置762は、摂氏10度の所定閾値だけ上げられた摂氏270度の最低温度を上回る温度であるので、エネルギー蓄積装置を摂氏320度の温度から予冷し、エネルギー蓄積装置を摂氏275度、即ち摂氏270度の最低温度の摂氏5度の所定範囲内まで予冷する。制御装置762は、エネルギー蓄積装置が加熱される次の機会が迫っているので、次に予測される発電制動モードに直面する前に各々のエネルギー蓄積装置715を予冷するように構成される。
各々のエネルギー蓄積装置715は充填状態を有しており、制御装置762は各々のエネルギー蓄積装置715の温度を予熱するように構成される。予熱は、充電状態に基づいている。上記の説明は前歴に基づいており、蓄積装置の充電状態に基づいて熱放散/温度逸脱の伝達関数を得ることも可能である(例えば、高SOC(充電状態)装置は熱をより早く伝達する傾向がある一方、低SOC装置は異なる温度を補償するように加熱される)。各々のエネルギー蓄積装置の最適動作温度がSOCの関数であることも、別の選択肢である。従って、最高温度蓄積装置と最低温度蓄積装置の間の温度差の代わりに、SOCの差を調整しても良い。
図15はシステム710の更なる実施形態を示しており、制御装置762は、所定閾値だけ下げられた最高温度721を上回る温度を有する各々のエネルギー蓄積装置715をエネルギー蓄積システム712から切断するように構成される。上記の基準に合った各々のエネルギー蓄積装置715を切断すると、制御装置762は、所定閾値だけ下げられた最高温度721を下回る温度を有する各々のエネルギー蓄積装置715の温度を上昇させるように構成される。例示的実施形態において、最高温度が摂氏300度であり、最低温度が摂氏270度であり、所定閾値が摂氏10度である場合、制御装置762は、摂氏290度を上回る温度を有する各々のエネルギー蓄積装置715を切断するように構成され、更に摂氏290度を下回る温度を有する各々のエネルギー蓄積装置715の温度を上昇させるように構成される。更なる例示的実施形態において、制御装置は、最高温度蓄積装置717を切断して、最低温度蓄積装置719の温度を上昇させるように構成される。制御装置762は、各々のエネルギー蓄積装置に対する電力需要が低い間に、前述の基準を備えた各々のエネルギー蓄積装置715を切断して、前述の基準を備えた各々のエネルギー蓄積装置715の温度を上昇させるように構成される。各々のエネルギー蓄積装置715に対する低電力需要は、機関車714の発電又は制動推進モード中に生じる。例えば、機関車714が40のエネルギー蓄積装置から400HPの二次エネルギーを要求する場合、エネルギー蓄積装置毎に10HPに達することになり、制御装置762が最も熱い温度を有する20のエネルギー蓄積装置を切断する場合、残りの20のエネルギー蓄積装置が必然的に以前の負荷の2倍、即ち各々20HPを引き受けることになることによって、それらのそれぞれの温度が上昇する。従って、制御装置762は、各々のエネルギー蓄積装置715に対する電力需要を増大させることによって、上記の基準に合う各々のエネルギー蓄積装置715の温度を上昇させるように構成される。しかしながら、制御装置762は、各々のエネルギー蓄積装置のそれぞれの負荷を増大させる以外の方法を用いて、エネルギー蓄積システムからエネルギー蓄積装置の温度を上げることができる。発電制動モード中、熱エネルギーが走行用モータから供給されて、その後各々のエネルギー蓄積装置715の各加熱装置756に供給される。代替的には、各々のエネルギー蓄積装置715に対する低電力需要は運転モード又は停止モード中に生じ、その場合、各々の各加熱装置756に供給された熱エネルギーは機関車エンジンに由来するものである。
図15の例示的なタイミング図において図示するように、制御装置762は、最大エネルギー721が所定閾値だけ下げられた最大エネルギーを上回るので、およそt=120の時にエネルギー蓄積システム712から最高温度蓄積装置717を切断する。同時に、最低温度723が所定閾値(例えば、摂氏10度)だけ下げられた最高温度721を下回るので、制御装置762は最低温度蓄積装置719の温度を上昇させ始める。最高温度蓄積装置717はエネルギー蓄積システム712から切断されているが、最高温度721は制御装置762によって観測され続け、図15に示される。最低温度蓄積装置719内の加熱装置756の作動は、およそt=120、300及び360の時の波形729によって示される。図15の例示的実施形態において図示するように、制御装置762は、最高温度蓄積装置717及び最低温度蓄積装置719それぞれに関して時間をかけて最高温度721と最低温度723の間の差を最小化するように構成される。この最小化は、制御装置762が最高温度蓄積装置717を切断して最低温度蓄積装置719の温度を上昇させた後の最高温度721及び最低温度723の曲線と、制御装置762が最大温度蓄積装置717及び最低温度蓄積装置719それぞれの切断や加熱を行なわなかった場合に生じるであろう最低温度733の曲線及び最高温度731の曲線を比較した時に表される。図15において示すように、最大エネルギー721と最小エネルギー723の間の温度差によって測定されるエネルギー蓄積システム712の動作範囲は、制御装置762が最高温度蓄積装置717を切断して、最低温度蓄積装置719の温度を上昇させた後に著しく減少する。図15は単一の最大エネルギー装置717及び最小エネルギー装置719のエネルギーを停止及び増加させる制御装置762を示しているが、制御装置は、エネルギー蓄積システムの動作温度範囲を狭めるために、複数のエネルギー装置を切断し、複数のエネルギー装置の温度を上昇させることができる。従って、図15の例示的な図は例示的な値及び範囲を含み、本発明の実施形態は図15又は本願のその他の例示的な図に示す例示的な値及び範囲に限定されるものではない。エネルギー蓄積システムから切断されるエネルギー蓄積装置は予め温度差が増加しており、最高温度蓄積装置ではなくなる。これは、一部の動作範囲が吸熱反応を引き起こすのに対して、その他の動作範囲が発熱反応を引き起こすためである。システム710は更に、例えば、エネルギー蓄積装置を冷却する以外の時間に、エネルギー蓄積装置を加熱するために利用される。
図16の例示的実施形態において図示するように、制御装置762は1つ以上のエネルギー蓄積装置715を切断するように構成される。制御装置は並列バス回路764に連結されており、各々の並列バス回路は、各々の並列バス回路764内に並列配置される各々のエネルギー蓄積装置715を選択的に接続するように構成された1つ以上のスイッチ766を含む。制御装置762は、先に開示したように、各々のスイッチ766のオンオフを選択的に切り換えて、各々のエネルギー蓄積装置715をそれぞれエネルギー蓄積システム712に接続及びエネルギー蓄積システム712から切断するように構成される。
図17は、ハイブリッドディーゼル電気機関車714のエネルギー蓄積システム712を冷却する方法800の例示的実施形態を示す。エネルギー蓄積システム712は、最高温度721を有する最高温度蓄積装置717及び最低温度723を有する最低温度蓄積装置719を含む、複数のエネルギー蓄積装置715を含む。方法800の開始(ブロック801)は、空気ダクト724を空気入口718及び各々のエネルギー蓄積装置715に連通可能に連結するステップ(ブロック802)による。方法800は更に、空気ダクト724内に送風機726を配置して、空気ダクト724を通して外気を空気入口718に吸い込んで各々のエネルギー蓄積装置715を通過させるステップ(ブロック804)を含む。この方法は更に、少なくとも所定閾値だけ下げられた最高温度721を下回る温度を有する各々のエネルギー蓄積装置715の温度を上昇させるステップ(ブロック806)を含み、ブロック807において終了する。
図18は、ハイブリッドディーゼル電気機関車714のエネルギー蓄積システム712を冷却する方法900の例示的実施形態を示す。エネルギー蓄積システム712は、最高温度721を有する最高温度蓄積装置717及び最低温度723を有する最低温度蓄積装置719を含む、複数のエネルギー蓄積装置715を含む。方法900の開始(ブロック901)は、空気ダクト724を空気入口718及び各々のエネルギー蓄積装置715に連通可能に連結するステップ(ブロック902)による。方法900は続いて、空気ダクト924内に少なくとも1つの送風機926を配置して、空気ダクト924を通して外気を空気入口718に吸い込んで各々のエネルギー蓄積装置715を通過させるステップ(ブロック904)を含む。この方法は更に、所定閾値だけ下げられた最高温度721を上回る温度を有する1つ以上のエネルギー蓄積装置715をエネルギー蓄積システム712から切断して、所定閾値だけ下げられた最高温度721を下回る温度を有する各々のエネルギー蓄積装置715の温度を上昇させるステップ(ブロック906)を含み、ブロック907において終了する。
先の詳述に基づいて、本発明の上述の実施形態は、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア或いはそれらの任意の組み合わせ又は一部を含むコンピュータプログラミング又はエンジニアリング技術を用いて実行することができ、その技術的効果はハイブリッドディーゼル電気自動車の各々のエネルギー蓄積装置を冷却することである。コンピュータ可読コード手段を有する、そのような得られたプログラムを1つ以上のコンピュータ可読媒体内で実施又は提供することによって、本発明の説明した実施形態に従ったコンピュータプログラム製品、即ち製造品を製造することができる。コンピュータ可読媒体は、例えば、固定(ハード)ドライブ、ディスケット、光ディスク、磁気テープ、リード・オンリー・メモリ(ROM)等の半導体メモリなど、或いはインターネットやその他の通信ネットワーク又はリンク等の任意の送受信媒体であって良い。コンピュータコードを含む製造品は、1つの媒体から直接コードを実行することによって、1つの媒体から別の媒体へコードをコピーすることによって、又はネットワークを介してコードを送信することによって、製造及び/又は使用することができる。
コンピュータサイエンスの当業者は、上記のように作成したソフトウェアを、マイクロプロセッサ等の適切な汎用又は専用コンピュータハードウェアと組み合わせて、本発明の方法実施形態のコンピュータシステム又はコンピュータサブシステムを容易に構築することができるであろう。本発明の実施形態を製造、使用又は販売する装置は、これらに限定されないが、中央処理装置(CPU)、メモリ、記憶装置、通信リンク及び装置、サーバ、入出力装置、若しくはソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア或いはそれらの任意の組み合わせ又は一部を含む1つ以上の処理装置の任意の従属部品を含む1つ以上の処理装置であって良く、本発明のそれらの説明した実施形態を実現するものである。
本明細書は、実例を使用して最良の形態を含む本発明の実施形態を開示し、当業者が本発明の実施形態を活用できるようにしている。本発明の実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含んでも良い。構成要素が特許請求の範囲に記載のものと相違ない場合、又は特許請求の範囲に記載のものとそれほど相違ない同等の構成要素を含む場合、このような他の例は特許請求の範囲内であるものとする。

Claims (20)

  1. エンジンを備えるハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムであって、前記エネルギー蓄積システムは、最高温度を有する最高温度蓄積装置及び最低温度を有する最低温度蓄積装置を含む複数のエネルギー蓄積装置を含み、前記システムは、
    入口、出口及び前記複数のエネルギー蓄積装置と流体連通し、各々がダンパー制御装置(58’)を備える複数のダクトカップリング(53’)と、
    前記複数のダクトカップリング(53’)に流体連通する冷却流体ダクトと、
    前記冷却流体ダクト内に配置され、前記冷却流体ダクトを通して冷却流体を前記入口に吸い込んで前記複数のエネルギー蓄積装置を通過させ、前記出口から前記エンジンが配置されたエンジン室(30)に送る送風機と、
    前記複数のエネルギー蓄積装置の各々の温度を検出する温度センサ(64’)と、
    前記複数のエネルギー蓄積装置と連結され、少なくとも所定閾値だけ下げられた前記最高温度を下回る温度を有する前記複数のエネルギー蓄積装置の温度を上昇させるように構成される制御装置とを含み、
    前記冷却流体ダクトと送風機は連結されて、前記複数のエネルギー蓄積システムの共通冷却システムを形成し、
    前記ダンパー制御装置(58’)の各々が、対応するエネルギー蓄積装置の温度に基づいて、前記ダクトカップリング(53’)を開放する開放位置と前記ダクトカップリング(53’)を閉鎖する閉鎖位置との間で切り換えられることを特徴とする、エネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  2. エンジンを備えるハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムであって、前記エネルギー蓄積システムは、最高温度を有する最高温度蓄積装置及び最低温度を有する最低温度蓄積装置を含む複数のエネルギー蓄積装置を含み、前記システムは、
    入口、出口及び前記複数のエネルギー蓄積装置と流体連通し、各々がダンパー制御装置(58’)を備える複数のダクトカップリング(53’)と、
    前記複数のダクトカップリング(53’)に流体連通する冷却流体ダクトと、
    前記冷却流体ダクト内に配置され、前記冷却流体ダクトを通して冷却流体を前記入口に吸い込んで前記複数のエネルギー蓄積装置を通過させ、前記出口から前記エンジンが配置されたエンジン室(30)に送る送風機と、
    前記複数のエネルギー蓄積装置の各々の温度を検出する温度センサ(64’)と、
    前記複数のエネルギー蓄積装置と連結され、所定閾値だけ下げられた前記最高温度を上回る温度を有する少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を前記エネルギー蓄積システムから切断して、少なくとも所定閾値だけ下げられた前記最高温度を下回る温度を有する各々のエネルギー蓄積装置の温度を上昇させるように構成される制御装置とを含み、
    前記冷却流体ダクトと送風機は連結されて、前記複数のエネルギー蓄積システムの共通冷却システムを形成し、
    前記ダンパー制御装置(58’)の各々が、対応するエネルギー蓄積装置の温度に基づいて、前記ダクトカップリング(53’)を開放する開放位置と前記ダクトカップリング(53’)を閉鎖する閉鎖位置との間で切り換えられることを特徴とする、エネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  3. 前記ハイブリッド電気自動車は、ハイブリッド電気機関車、ハイブリッド電気オフハイウェー車又はハイブリッド電気船舶であることを特徴とする、請求項1または2に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  4. 前記冷却流体ダクトは空気ダクトであり、前記冷却流体は冷却空気であり、前記入口は空気入口であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  5. 前記制御装置は、少なくとも所定閾値だけ下げられた前記最高温度を下回る温度を有する前記複数のエネルギー蓄積装置の温度を前記最高温度の所定範囲内まで上昇させるように構成され、
    前記制御装置は、前記ハイブリッド電気自動車の発電制動モード中に少なくとも1つの走行用モータから供給された熱エネルギーを用いて、前記複数のエネルギー蓄積装置の少なくとも1つの加熱装置を作動させるように構成されることを特徴とする、請求項4に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  6. 前記制御装置は、少なくとも所定閾値だけ下げられた前記最高温度を下回る温度を有する前記複数のエネルギー蓄積装置の温度を前記最高温度の所定範囲内まで上昇させるように構成され、
    前記制御装置は、前記ハイブリッド電気自動車のエンジンから供給された熱エネルギーを用いて、前記複数のエネルギー蓄積装置の少なくとも1つの加熱装置を作動させるように構成されることを特徴とする、請求項4に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  7. 前記制御装置は、低い温度の前歴によって識別された少なくとも1つのエネルギー蓄積装置の温度を、少なくとも所定閾値だけ下げられた前記最高温度を下回る前記温度から所定範囲だけ上げられた前記最高温度を上回る温度まで上昇させるように構成されることを特徴とする、請求項3または4に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  8. 前記制御装置は、発電制動モード中に低い温度の前歴によって識別された前記複数のエネルギー蓄積装置の温度を上昇させるように構成されることを特徴とする、請求項7に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  9. 前記制御装置は、少なくとも所定閾値だけ下げられた前記最高温度を下回る温度を有する各々のエネルギー蓄積装置の温度を前記最高温度の所定範囲内まで予熱するように構成され、前記ハイブリッド電気機関車の発電制動モード中及び発電制動モードの終了前に各々のエネルギー蓄積装置を予熱するように構成されることを特徴とする、請求項3に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  10. 各々のエネルギー蓄積装置は充電状態を有しており、前記制御装置は、前記充電状態が所定充電閾値を下回る時は発電制動モード中に少なくとも1つの走行用モータから供給された熱エネルギーを用いて各々のエネルギー蓄積装置の温度を上昇させるように構成され、前記充電状態が前記所定充電閾値を上回る時は各々のエネルギー蓄積装置の加熱装置から供給された熱エネルギーを用いて各々のエネルギー蓄積装置の温度を上昇させるように構成されることを特徴とする、請求項9に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  11. 前記制御装置は、少なくとも所定閾値だけ上げられた前記最低温度を上回る温度から前記最低温度の所定範囲内まで前記複数のエネルギー蓄積装置の温度を予冷するように構成され、次に予測される発電制動モードの前に前記複数のエネルギー蓄積装置を予冷するように構成されることを特徴とする、請求項3または4に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  12. 前記制御装置のメモリに保存された最高温度閾値及び最低温度閾値を含む前記エネルギー蓄積システムに関する動作範囲を有することを特徴とする、請求項3または4に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  13. 前記制御装置は、前記複数のエネルギー蓄積装置の温度を監視するように構成され、エネルギー蓄積装置の温度が前記最高温度閾値を上回ると前記送風機を作動させるように構成され、エネルギー蓄積装置の温度が前記最低温度閾値を下回ると前記送風機を停止するように構成されることを特徴とする、請求項12に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  14. 前記複数のエネルギー蓄積装置に関する温度変化率は、送風機速度、各々のエネルギー蓄積装置に対するエネルギー負荷及び前記複数のエネルギー蓄積装置の周囲温度に依存することを特徴とする、請求項3または4に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  15. 前記複数のエネルギー蓄積装置に対する電力需要が低い場合、前記制御装置は、前記最高温度の所定閾値内の温度を有するエネルギー蓄積装置を切断して、少なくとも所定閾値だけ下げられた前記最高温度を下回る温度を有する各々のエネルギー蓄積装置の温度を上昇させるように構成されることを特徴とする、請求項3または4に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  16. 前記制御装置は、少なくとも1つの並列バス回路に連結された制御装置を含む前記複数のエネルギー蓄積装置を切断するように構成されており、各々の並列バス回路は、各々の並列バス回路内に並列配置された複数のエネルギー蓄積装置を選択的に接続するように構成された少なくとも1つのスイッチを含み、前記制御装置は、各々のエネルギー蓄積装置をそれぞれ前記エネルギー蓄積システムに接続及び前記エネルギー蓄積システムから切断するために各々のスイッチのオンオフを選択的に切り換えるように構成されることを特徴とする、請求項15に記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステム。
  17. 請求項1乃至16のいずれかに記載のエネルギー蓄積システムを冷却するシステムと、
    前記複数のエネルギー蓄積装置と、
    エンジンと、
    走行用モータと
    を備える、ハイブリッド電気自動車。
  18. エンジンを備えるハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却する方法であって、前記エネルギー蓄積システムは、最高温度を有する最高温度蓄積装置及び最低温度を有する最低温度蓄積装置を含む複数のエネルギー蓄積装置を含み、前記方法は、
    各々がダンパー制御装置(58’)を備える複数のダクトカップリング(53’)を介して冷却流体ダクトを入口、出口及び前記複数のエネルギー蓄積装置に連通させるステップと、
    前記冷却流体ダクト内に送風機を配置して、前記冷却流体ダクトを通して冷却流体を前記入口に吸い込んで前記複数のエネルギー蓄積装置を通過させ、前記出口から前記エンジンが配置されたエンジン室(30)に送るステップと、
    前記複数のエネルギー蓄積装置の各々の温度を検出するステップと、
    前記ダンパー制御装置(58’)の各々を、対応するエネルギー蓄積装置の温度に基づいて、前記ダクトカップリング(53’)を開放する開放位置と前記ダクトカップリング(53’)を閉鎖する閉鎖位置との間で切り換えることにより、少なくとも所定閾値だけ下げられた前記最高温度を下回る温度を有する前記複数のエネルギー蓄積装置の温度を上昇させるステップとを含むことを特徴とする、エネルギー蓄積システムを冷却する方法。
  19. エンジンを備えるハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却する方法であって、前記エネルギー蓄積システムは、最高温度を有する最高温度蓄積装置及び最低温度を有する最低温度蓄積装置を含む複数のエネルギー蓄積装置を含み、前記方法は、
    各々がダンパー制御装置(58’)を備える複数のダクトカップリング(53’)を介して冷却流体ダクトを入口、出口及び前記複数のエネルギー蓄積装置に連通させるステップと、
    前記冷却流体ダクト内に少なくとも1つの送風機を配置して、前記冷却流体ダクトを通して冷却流体を前記入口に吸い込んで前記複数のエネルギー蓄積装置を通過させ、前記出口から前記エンジンが配置されたエンジン室(30)に送るステップと、
    前記複数のエネルギー蓄積装置の各々の温度を検出するステップと、
    前記ダンパー制御装置(58’)の各々を、対応するエネルギー蓄積装置の温度に基づいて、前記ダクトカップリング(53’)を開放する開放位置と前記ダクトカップリング(53’)を閉鎖する閉鎖位置との間で切り換えるステップと、
    記最高温度を上回る温度を有する前記複数のエネルギー蓄積装置を前記エネルギー蓄積システムから切断するステップとを含むことを特徴とする、エネルギー蓄積システムを冷却する方法。
  20. ハイブリッド電気自動車のエネルギー蓄積システムを冷却するプログラム命令を含むコンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータに請求項18または19に記載の方法を実行させるコンピュータプログラムコードを含むことを特徴とする、コンピュータ可読媒体。
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