JP6134863B2 - 非鉄道車両のためのエネルギー制御システム - Google Patents

Description

本開示は、その車両を駆動する間に外部電力供給軌道から断続的に集電する集電装置を備えたハイブリッド電気車両あるいは電気非鉄道車両のためのエネルギー制御システムであって、外部電力供給軌道から集電するときに、車両の少なくとも一つの電気的な補助負荷に集電装置から電力を供給するように構成されたエネルギー制御システムに関する。本開示はまた、その車両を駆動する間に外部電力供給軌道から断続的に集電するための集電装置を備えたハイブリッド電気車両あるいは電気車両の、少なくとも一つの補助負荷の作動特性を制御する方法に関する。車両推進システム及び対応する方法は、例えばトラック、バス、自動車、建設車両等といった多くの種類の道路車両及び不斉地車両において実施することができる。

内燃機関及び電気牽引機を備えるハイブリッド電気自動車の運転範囲は限られおり、かつ外部電力供給軌道から集電するための集電装置をハイブリッド電気自動車に設け、それによって車両を純粋な電気モードで駆動できるようにすることは、例えば特許文献１から公知である。この態様は、結果的に、推進方式の柔軟性を高めつつ、運転範囲を増大させ、かつエミッションを低下させる。しかしながら、この種の車両のための周知のエネルギー制御システムは、未だ完全には開発されておらず、性能の更なる改良及びコスト低減が可能である。

仏国特許出願公開第２ ８０９ ９９８号明細書

本開示の目的は、その車両を駆動する間に外部電力供給軌道から断続的に集電する集電装置を備えたハイブリッド電気車両あるいは電気非鉄道車両のための改善されたエネルギー制御システムを提供することにある。この目的は、独立請求項の特徴により達成される。

本開示は、その車両を駆動する間に外部電力供給軌道から断続的に集電する集電装置を備えたハイブリッド電気車両あるいは電気車両のためのエネルギー制御システムであって、外部電力供給軌道から集電するときに、その車両の少なくとも一つの電気的な補助負荷に集電装置から電力を供給するように構成されたエネルギー制御システムに関する。

本開示は、その車両が集電モードで作動しているかあるいは非集電モードで作動しているかに応じて、少なくとも一つの補助負荷の作動特性を制御するように構成された制御装置を、そのエネルギー制御システムが備えていることにより特徴付けられる。

本開示はまた、その車両を駆動する間に外部電力供給軌道から断続的に集電するための集電装置を備えたハイブリッド電気車両あるいは電気車両の少なくとも一つの補助負荷の作動特性を制御する方法であって、
外部電力供給軌道から集電するときに、車両の少なくとも一つの電気的な補助負荷に集電装置から電力を供給することができ、
− その車両が集電モードで作動しているかあるいは非集電モードで作動しているかを判定する段階；及び、
− その車両が集電モードで作動しているかあるいは非集電モードで作動しているかに応じて少なくとも一つの補助負荷の作動特性を制御する段階、
を含む方法に関する。

スライドイン運転（ｓｌｉｄｅ−ｉｎ ｄｒｉｖｉｎｇ）の間のエネルギー制御は、推進を実行しつつ満足できる方法で補機を動かすことができるという車両のニーズを満たすために、利用可能なエネルギーを最も効率的な方法で使用することに関連している。車両の、並びに車両の装備の状態に応じ、異なるエネルギー戦略が可能である。本発明は、利用可能な送電設備網のエネルギーを如何にしてより効率的な方法で利用するかに関し、それは長い目で見ると燃料及び／又はバッテリのエネルギー／使用を節約できることになる。

本開示の中心は、車両が外部の送電設備網から電力を集電しているかどうかに応じて、車両の補助負荷の運転特性を制御することにある。この制御戦略の背後にある考えは、電力供給軌道から供給されるエネルギーが、車両の車載内燃機関、又は、例えばバッテリもしくはスーパーキャパシタといった車載電気貯蔵システムから取得するエネルギーに比べると、単位エネルギー当たりのコストが低いと考え得るというものである。この低コストは、部分的には、推進及び補機駆動のために、事実上、燃料エネルギー量のわずか約１５％〜２０％しか使用しない従来のガソリンあるいはディーゼルエンジンの低い効率によるものである。しかしながら、電気駆動車両は、電気モータの高い効率により、典型的に約８０％の車載効率を有している。また、車載バッテリからではなく電力供給軌道からの電気エネルギーを使用することは、さもなければ車載バッテリを使用するときに本質的に発生する、あらゆる充電及び放電のエネルギーロスをなくす。

利用できるときに電力供給軌道からの電力を用いて、電気推進システム及び電気的な補助負荷に従前通りに電力を供給することは、第１の省エネルギー効果に帰着する。本開示は、車両が集電モードで作動しているかあるいは非集電モードで作動しているかに応じた、補助機器のエネルギー使用の特別な制御により、その第１の省エネルギー効果を更に高めることを意図している。その特別な制御は、改善されたエネルギー効率を可能にする。例えば、電力供給軌道からのエネルギーのコストが低いという事実に基づいて、本発明の制御戦略は、システムが外部電力供給軌道に接続されているときに、送電設備網から集電することなしに対応する状況下で運転する間における通常の使用レベルに比べて、相対的により多く補助負荷を使用することを含むことができる。この戦略は、その補助負荷が何らかのエネルギー蓄積能力に関連している場合に、全体的に低下したエネルギー消費に帰着する。例えば、その補助負荷が、車両の空気タンクを充填する空気圧縮器ユニットを駆動するための電気モータである場合、後の使用のために相対的に低コストのエネルギーを一時的に車両上に貯蔵するべく、集電モードにおいては電力供給軌道からの相対的に安価なエネルギーを過度に用いることができる。ここでまた重要なことは、このエネルギー貯蔵システムが、充電、貯蔵、放電の段階において著しいエネルギーロスを呈しないことにある。この態様が、本開示のコスト低減効果を使い切ることができるからである。例えば、保冷車の貯蔵区画の温度を一時的に低下させることは、一般的に、その貯蔵区画の壁を介した大きな熱損失によるエネルギーロスの増加に帰着する。従って、最も好ましくは、電力供給軌道からの付加的なエネルギーは貯蔵され、続いて電力消費の総量を著しく高めること無しに用いられる。

更なる利益は、従属請求項の一つあるいはいくつかの特徴を実施することにより達成される。

制御装置は、車両を集電モードで運転するときの少なくとも一つの補助負荷の総電力消費レベルを、非集電モードの対応する状況下で車両を運転するときの少なくとも一つの補助負荷の総電力消費レベルに比較して、高めるように構成することができる。この制御戦略は、上述した望ましい改善されたエネルギー効率をもたらす。

エネルギー制御システムは、外部電力供給軌道から集電するときに、車両の少なくとも一つの電気補助負荷に関連するエネルギー貯蔵装置を、予め定められた最大レベルにチャージするように構成することができる。外部電力供給軌道からの相対的に低コストのエネルギーを用いてエネルギー貯蔵装置をチャージすることは、後の使用のための低コストのエネルギーの車載貯蔵を可能にし、それによって車載内燃機関から必要とするエネルギーレベルを低下させて、全体的な燃費が改善される。

エネルギー貯蔵装置は、空気貯蔵タンクに圧縮空気を充填すること、油圧アキュムレータに加圧された作動油を充填すること、貨物冷蔵区画の温度を低下させること、又は運転室の温度を状況に応じて高くしあるいは低くすることによってチャージすることができる。

エネルギー制御システムは、電力供給軌道の利用可能度に関する車両位置を決定すべく構成された車両相対位置決定手段を備えることができる。この車両相対位置決定手段は、相対的に簡単なものとして、現在の車両位置における電力供給軌道の利用可能度を検出するだけのものとすることができる。より複雑な車両相対位置決定手段は、電力供給軌道部分の始点に到達するまでの距離及び／又は時間を算出し、及び／又は電力供給軌道部分の終点に到達するまでの距離及び／又は時間を算出する能力を有することができる。電力供給軌道の利用可能度に関連する車両位置の知識は、車両の電気的な補助負荷のより高機能な制御を可能にする。

車両相対位置決定手段は、現在の車両位置における電力供給軌道の利用可能度を決定するために、地理的な電力供給軌道設備の情報と組合せた全世界測位システム（ＧＰＳ）、電力軌道設備と通信するための専用の短距離通信システム（ＤＳＲＣ）、あるいは無線認証（ＲＦＩＤ）技術もしくは類似の送信機／応答機技術のいずれかを含むことができる。

制御装置は、電力供給軌道の利用可能度の始点に関して決定された車両位置に基づいて、集電装置が集電を開始するまでの時間を推定するように構成することができる。それによって、車両の電気的な補助負荷のより高機能な制御が可能になる。

例えば、制御装置は、集電装置が外部電力供給軌道からの集電を開始するまでの推定される時間が、予め定められた時間ウィンドウの範囲内にあるかどうかにも応じて、少なくとも一つの補助負荷の作動特性を制御するように構成することができる。特に、制御装置は、集電装置が外部電力供給軌道からの集電を開始するまでの推定された時間が、予め定められた時間ウィンドウの範囲内にあるときに、少なくとも一つの補助負荷の総電力消費レベルを、所定時間ウィンドウの範囲外の対応する状況で車両を運転するときの少なくとも一つの補助負荷の総電力消費レベルに比べて低下させるように構成することができる。それによって、内燃機関からの相対的に贅沢なエネルギーは、電力供給軌道からの相対的に低コストのエネルギーで置き換えることができる。

更に、制御装置は、電力供給軌道の利用可能度の終点に関して決定された車両位置に基づいて、集電装置が外部電力供給軌道から分離するまでの時間を推定するように構成することができる。それによって、車両の電気的な補助負荷のより高機能な制御が可能になる。例えば、制御装置は、車両を駆動している間の外部電力供給軌道からの集電に応じて、少なくとも一つの電気的な補助負荷の作動を、集電装置が外部電力供給軌道から分離するまでの推定時間及び関連するエネルギー貯蔵装置のエネルギーチャージレベルに協調させて、関連するエネルギー貯蔵装置が外部電力供給軌道から分離する際に予め定められた最大レベルを達成できるように構成することができる。それによって、最大の省エネルギー効果が実現される。

制御装置は、車両の電気牽引機への集電装置からの電気エネルギーの供給を優先させると共に、少なくとも一つの電気的な補助負荷への集電装置からの電気エネルギーの供給を制限して、集電装置の最大許容送電レベルあるいは電力供給軌道の最大許容電気負荷レベルの超過を防止するように構成することができる。車両の推進機能が優先される。この推進は一般的に車両の最も大きい負荷に相当するので、最も大きい負荷を普通は電力供給軌道からの費用のかからないエネルギーで置き換えることが、一般的に最大のコスト低減に帰着するからである。

電気的な補助負荷は、電気貯蔵システム、運転室、車両の座席、車両の窓、ステアリングホイール、あるいは車両のサイドミラーを加熱する電気加熱装置とすることができる。この電気加熱装置は、エネルギーロスが相対的に高いエネルギー貯蔵装置とみなすことができる。

電気的な補助負荷は、空気圧縮器ユニット／ポンプを駆動する電気機械、車両空気調和システムのコンプレッサユニットを駆動する電気機械、車両上にもしくは車両に接続されたトレーラ上に配置されている少なくとも一つの電気的な負荷を駆動するための動力取出装置、又は車両の水冷システムもしくは空冷システムを駆動する電気機械のいずれかとすることができる。

電気的な補助負荷は、油圧システムの油圧ポンプを駆動する電気機械とすることができる。その油圧システムは、車両を推進するための油圧モータ、車両の機器を作動させるための油圧シリンダ、屈折式車両を操舵するための油圧シリンダ、あるいは油圧エネルギーを一時的に貯蔵する油圧アキュムレータとすることができる。

集電装置は、電力供給軌道の導電体と摺動接触している間に、あるいは集電装置と電力供給軌道との間の誘導結合により、集電するように構成することができる。

上記に加えて、本開示は対応する方法クレームに関する。

以下に記載される本開示の詳細な説明では、以下の図が参照される。

頭上の電力供給軌道に電気的に接続された車両を示している。 埋め込まれた電力供給軌道に電気的に接続された車両を示している。 本開示によるエネルギー制御システムの簡略かつ模式的な配置を示している。 本開示によるエネルギー制御システムのより詳細な模式的配置を示している。 電力供給軌道設備を有する例示的な移動経路を示している。 補助負荷の作動特性を制御するための制御戦略を模式的に示している。 補助負荷の作動特性を制御するための制御戦略を模式的に示している。 補助負荷の作動特性を制御するための制御戦略を模式的に示している。

本開示のさまざまな態様について、本開示を例示はするが限定しない添付の図面と共に以下に説明する。このとき、類似の符号は類似の要素を表しており、かつ発明の態様の変形例は特に示した実施形態には限定されず、本開示の他の変形例にも適用することができる。

図１は、本開示を有利に実施できる代表的な実施例を示している。車両１に固定された集電装置３により外部電力供給軌道２に摺動接続された、ハイブリッド電気あるいは純粋な電気推進システムを備える、例えばトラックといった非鉄道車両１が図示されている。電力供給軌道２は、通常、車両１の全移動経路にわたって利用することはできず、結果的に車両１の集電装置３は、移動経路のうち電力供給軌道２が利用可能な部分において電力供給軌道２から断続的に集電するように構成されなければならない。集電装置３は、車両１の駆動及び停止の間に外部電力供給軌道２から集電すべく構成されている。集電装置３は、更に好ましくは、車両１の駆動及び停止の両方の間に外部電力供給軌道２から集電を開始しかつ終了すべく構成される。電力供給軌道２は、車両１に直流あるいは交流を配電するための少なくとも２つの別々の導体を有している。電力供給軌道２が図１のように車両１の上方に位置するときに、集電装置３はパンタグラフとして設計することができる。並んで配置された２つの別々のパンタグラフは、２つの別々の導体のうちの１つに個別に接触するように構成することができる。

電力供給軌道２の他の構成が図２に示されているが、電力供給軌道２は道路に埋め込まれており、かつ車両１の下側に取り付けられた集電装置３と電力供給軌道２との間に摺動的な電気接続を確立することができる。この解決策は、架設費用が比較的低く、丈夫であり、かつ車両の高さにかかわりなくあらゆる種類の車両を電力供給軌道に接続できるようにする。しかしながら、本開示はまた、例えば車両１の側方に位置する電力供給軌道といった、他の電力供給軌道の解決策も包含している。同様に、集電装置３は、例えば地面に埋められて配置された電力供給軌道と集電装置との間の誘導結合によって集電するように構成することができる。この誘導結合は、２つの対象物の間でエネルギーを転送するための電磁場をベースとするものである。エネルギーが誘導結合によって電気装置に転送されると、その電気装置は車両推進システムを動かすためにそのエネルギーを用いることができる。

本開示によるハイブリッド電気自動車あるいは電気自動車のためのエネルギー制御システムは、図３に模式的に例示されている。このエネルギー制御システムは、車両１を駆動する間に外部電力供給軌道２から断続的に電力を収集するための集電装置３を備えている。エネルギー制御システムは、外部電力供給軌道２から集電するときに、車両の少なくとも一つの電気的な補助負荷４に集電装置３から電力を供給するように構成されており、その供給はコンバータ及び配電系統６によりまかなわれている。エネルギー制御システムは、車両が集電モードで作動しているかあるいは非集電モードで作動しているかどうかに応じて少なくとも一つの補助負荷４の運転特性を制御するように構成された制御装置５を更に備えている。

エネルギー制御システムは、電力供給軌道の利用可能度に関して車両の相対位置を決定するための車両相対位置決定手段７を備えている。この位置決定手段は、典型的に、現在の地理的な測位情報を決定するための全世界測位システムＧＰＳを有している。加えて、制御装置５はまた、電力供給軌道設備の地理的な位置に関する格納データにアクセスすることができ、制御装置５は電力供給軌道の利用可能度に関する現在の車両位置を計算することができる。格納データは車両上に格納し、あるいは据置きサーバー又は類似物に格納し、例えばテレマティックスといった通信手段によって利用することができる。電力供給軌道設備の地理的な位置に関する格納データは、事業者からもたらすことができ、あるいは単純に、電力供給軌道を最初に登録する間に電力供給軌道の利用可能度を登録する自己学習システムによって収集される。複数の車両は、電力供給軌道の登録された地理的位置を内部的に共有することもできる。そのうえ、将来の移動経路についての知識により、制御装置５は、電力供給軌道の利用可能度に関する将来の車両位置を算出することもできる。現在の車両位置において外部電力供給軌道２を利用できるかどうかを決定するために、このシステムは、更に、あるいは、それに代えて、電力供給軌道設備と通信する専用の短距離通信手段、無線認証（ＲＦＩＤ）技術、又は何らかの他の類似の送信機／応答機技術を備えることができる。

電気的な補助負荷４は、ハイブリッド電気自動車及び電気自動車において普通に利用できる、多くの異なるタイプの電気的負荷とすることができる。例えば、電気的な補助負荷４は電気加熱装置とすることができる。この加熱装置は、例えばバッテリ及び／又はキャパシタといった電気貯蔵システムを加熱するのに適したものとすることができる。あるいは、この加熱装置は、運転室、車両の座席、車両の窓、ステアリングホイールあるいは車両のサイドミラーを加熱するのに適したものとすることができる。接続モードの間に電気加熱装置を過度に用いることは、集電装置からの電力を用いたチャージの直後の相対的に高い熱チャージレベルにより、一般的に、電力供給軌道から分離した後のある一定の期間に加熱装置を使用するニーズが低下することに帰着する。それによってコスト低減効果を達成することができる。

電気的な補助負荷４は、空気圧縮機ユニットを駆動する電気機械とすることができる。圧縮空気は、一般的に、例えばブレーキ装置のために、空気サスペンションシステムのために、例えばバスのドアを開放するといった異なるタイプの動作システムのために、商業車両において多用されている。空気圧縮機は、補助負荷を構成する電気機械によって動かすことができる。

電気的な補助負荷４は、車両の空気調和システムの圧縮機ユニットを駆動する電気機械とすることができる。大部分の最新の車両は、運転室の内部の空気の温度を制御しかつ調整するための空気調和システムを有している。特殊な商業車両、例えば相対的に低い温度で生鮮食品を貨物輸送するトラックは、貨物のための大きな冷蔵区画を有し得るが、その区画は、必要とする低温を達成するための大型の空気調和システムを必要とする。作動流体を圧縮するためのヒートポンプは空気調和及び冷蔵システムの主要部分であるが、そのヒートポンプは補助負荷を形成する電気機械により動かすことができる。例えば、トラックが冷蔵区画を有するトレーラを牽引する場合、電気的な補助負荷は車両の電気的な動力取出装置とすることができ、それはトレーラの少なくとも一つの電気的な負荷のために電力を供給する。

電気的な補助負荷４は、車両の水冷システムあるいは空冷システムを駆動する電気機械とすることができる。車両の多くの構成部分は、車両を使用する間にかなり熱くなり、損傷あるいは性能低下を回避するために冷却する必要がある。例えば、エンジンの冷却手段、並びにハイブリッド電気自動車の電気貯蔵システム及び／又は高圧電力部品の冷却手段は、補助負荷を構成する電気機械によって駆動することができる。冷却手段は、水冷ポンプ及び空気通風機とすることができる。

電気的な補助負荷４は、油圧システムの油圧ポンプを駆動する電気機械とすることができる。油圧システムは、例えばホイールローダ、掘削機、関節式ホーラ及び同類のものといった建設機械車両において一般的である。油圧システムは、多くの場合、推進、操舵、及び建設機械車両に関連する任意の機器の動作のために用いられる。固定容量のあるいは可変容量の油圧ポンプは、システムの作動油を加圧するための油圧モータとして一般的に用いられており、かつ電気機械は油圧ポンプを動かすために用いることができる。油圧アキュムレータもまた、一時的に油圧エネルギーを貯蔵するための油圧システムに含めることができる。

図４は、本開示によるハイブリッド電気自動車のエネルギー制御システムの例示的なレイアウトをより詳細に開示している。このパワートレインは、周知技術の自動摩擦クラッチとし得る主クラッチ１２を介して被駆動輪１１に駆動的に接続された内燃機関１０を有している。電気機械１３は、内燃機関１０と協動してあるいは単独で車両を推進するべく、主クラッチ１２の下流に配置されている。その電気機械１３は、制動の間に運動エネルギーを回生する発電機として機能し、例えば作動電圧が数百ボルトである高電圧電気貯蔵システム１４に電気エネルギーを貯蔵する能力がある。高電圧電気貯蔵システム１４は、例えば電気バッテリ及び／又はスーパーキャパシタから構成することができ、充電されあるいは放電し、交流／直流電力コンバータ２０を介して電気機械１３にあるいは電気機械１３から電力を供給することができる。電気機械１３は、更に、変速機１５、例えば多段自動変速機に駆動的に接続される。変速機１５は、続いて、プロペラシャフト１６を介して被駆動輪１１に接続される。車両推進システムは、推進システムが非集電モードにあるときに、すなわち車両１が電力供給軌道２から集電しないときに内燃機関１０を作動させ、かつ集電モード、すなわち車両の集電装置が電力供給軌道２から集電するときに少なくとも一つの電気牽引機１３を作動させるように構成されている。外部電力供給軌道２から集電すべく構成された集電装置３は、電力変圧器ユニット２１を介して高電圧電気貯蔵システム１４に接続されている。外部電力供給軌道２の電力は高電圧電気貯蔵システム１４の電圧レベルより極めて高い電圧であり、そのために電力変圧器ユニット２１を必要とする。ハイブリッド電気自動車は、多くの場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３を介して高電圧電気貯蔵システム１４に接続された約１２〜４８ボルトの低電圧電気貯蔵システム２２を更に有している。ハイブリッド電気推進システムの複数の部分を制御するために、少なくとも一つの車両システム電子制御装置２４が設けられている。車両相対位置決定手段７は、ＧＰＳ２７と、電力供給軌道設備の地理的位置に関する格納データを有する記憶装置２８の形態で設けることができる。本開示のエネルギー制御システムは、純粋な電気自動車のための詳細なレイアウトが本開示に含まれないとしても、当然に、あるいは小さな変更を加えて、電気貯蔵システムを有する純粋な電気自動車のために用いることもできる。

図４においては、第１の電気的な補助負荷２５が低電圧電気貯蔵システム２２に接続されており、かつ第２の電気的な補助負荷２６が高電圧電気貯蔵システム１４に接続されている。明らかに、複数の電気的な補助負荷を低電圧及び高電圧の電気貯蔵システム２２、１４のそれぞれに接続することができる。大部分の補助負荷は、その補助負荷の相対的に低い電力により、おそらくは低電圧電気貯蔵システム２２に接続され、それによって高電圧電気貯蔵システム１４に対するより高コストな大電力接続を必要としない。

しかしながら、一定の大電力補助負荷を高電圧電気貯蔵システムに接続することはより役に立つ。このことがより高い出力パワー及び低電流レベルを可能にして、より細くてより低コストな給電ケーブルの使用を可能にするからである。

エネルギー制御システムは、そのエネルギー制御システムの複雑さに応じ、より大きなコスト低減を達成するために異なる制御戦略を有することができる。エネルギー制御システムの制御戦略の実施例について、図５〜図８を参照しつつ以下に説明する。図５は、進行方向が矢印５４である車両の典型的な移動経路５０を例示している。移動経路５０は、電力供給軌道部分５３の始点を意味する第１の地理的位置５１と、電力供給軌道部分５３の終点を意味する第２の地理的位置５２を含んでいる。第１及び第２の地理的位置５１、５２は、緯度と経度、あるいは絶対的な地理的位置を決定するための類似のシステムの観点から定義することができる。電力供給軌道部分５３の長さは大きく変化し得るが、あらゆる実質的に改良された性能をシステムにもたらすために、おそらくは約５００メートルより短いことはない。数キロメートルから最大で数十キロメートルの長さの電力供給軌道部分５３も適切であると考えられる。

より複雑でない車両相対位置決定手段は、車両の現在の地理的位置を必然的に考慮することなしに、現在の車両位置における電力供給軌道の利用可能度を決定することができる。従って、この種の車両相対位置決定手段は、将来の電力供給軌道の利用可能度についての知識なしに、電力供給軌道２がいつ利用可能でありかつ利用可能でないかを検出することが可能であり得る。車両相対位置決定手段は、例えば、電力供給軌道２の存在を検出できる少なくとも一つのセンサデバイスを含むことができる。このセンサデバイスは、例えば、電力供給軌道を視覚的に確認するための一つあるいは複数のカメラ、磁場を感知し得るセンサデバイス、レーダーユニットを含むことができる。センサデバイスは、あるいは、電力供給軌道設備と相互に作用する専用の短距離通信手段とすることができる。

より複雑でない車両相対位置決定手段を用いるエネルギー制御システムの補助機器２５、２６の運転特性を制御するための制御戦略が、図５と共に図６に模式的に例示されている。この制御方法の第１ステップ６１において、このシステムは、典型的に車両の主電気推進機械１３を作動させるために、集電装置３が車両に対して電気エネルギーを集電しているかどうかを調べる。本開示によるエネルギー制御システムを有すると共に図５の矢印５４の方向に移動する車両は、第１の地理的位置５１に最初に到達すると、電力供給軌道２の利用可能度を決定する。将来の供給軌道の利用可能度を推定するための手段を、このシステムは有していないからである。電力供給軌道２の利用可能度を決定すると、車両は集電装置３を用いて電力供給軌道２からの集電を開始し、内燃機関１０は停止し、車両推進システムは電気牽引機１３によって推進される。

この動作に応じて、エネルギー制御システムは図６の方法の第２ステップ６２に進み、制御装置２４は高消費モードに従って補助負荷２５、２６を制御する。高消費モードは、補助負荷２５、２６の一時的なより高いエネルギー消費を実現すべく、補助負荷２５、２６のそれぞれに関連する制御パラメータの調整を典型的に含むことができる。例えば、空気調和装置及び冷却ユニットを駆動する電気モータが少なくとも一時的に高い作業負荷を呈するように、運転室及び／又は冷蔵区画の目標温度レベルを、状況に応じて１度あるいは２、３度高め若しくは低下させることができる。空気圧縮機ポンプを駆動する電気機械が少なくとも一時的に高い作業負荷を呈するように、空気圧縮機の作動を起動させる最低の空気圧レベルを高めることができる。油圧アキュムレータをチャージするために油圧ポンプを駆動している電気モータが少なくとも一時的に高い作業負荷を呈するように、油圧アキュムレータの最低チャージレベルを高めることができる。現時点で断続的にあるいは連続的に作動している電気加熱機能は、より高い目標値に調整することができる。その後、エネルギー制御システムは、図６の方法の第３ステップ６３に進み、送電設備網からの集電をいつ停止するかを決定する。

第２の地理的位置５２を通過すると、車両相対位置決定手段は電力供給軌道２が無くなったことを判定し、それに応じて内燃機関１０が始動し、車両推進システムは内燃機関１０により推進される。電力供給軌道２からの集電が停止したと判定すると、エネルギー制御システムは第４ステップ６４に進み、制御装置２４は再び通常の消費モードに従って補助負荷２５、２６を制御する。

より複雑ではあるがより効率的でもある制御戦略が、図５と共に図７に開示されている。車両相対位置決定手段は、ここでは、ある将来の時点における電力供給軌道の利用可能度に関する車両位置を決定することができる。例えば、電力軌道の始点及び／又は終点までの距離についての予想情報をもたらすために、車両の専用短距離通信システム（ＤＳＲＣ）は電力軌道設備と通信することができる。移動経路５０に沿って電力供給軌道部分５３より前方にある少なくとも一つの通信位置５５は、電力供給軌道の始点及び／又は終点５１、５２までの距離に関する情報を与えることができる。あるいは、車両相対位置決定手段は、計画された移動経路の全体について、電力供給軌道の利用可能度に関する車両位置を決定することができる。これは、例えばドライバの入力に基づいて車両の計画された移動経路の全体を決定し、全世界測位システム（ＧＰＳ）あるいは類似のシステムに基づいて現在の車両の地理的位置を決定し、かつ電力供給軌道設備の地理的位置に関する格納データを使用して実現することができる。ある将来の時点における電力供給軌道の利用可能度に関する車両位置の情報により、制御装置２４は、それに基づいて加熱システムの作動を制御するように構成することができる。ＧＰＳ及びＤＳＲＣに代えて、移動経路の特性に基づいて、あるいは無線認証（ＲＦＩＤ）技術若しくは類似の送信／応答技術を使用して、移動経路の認識を実行することができる。

この制御戦略の第１ステップ７１において、車両は、電力供給軌道部分５３の始点５１を通過しており、内燃機関１０を停止モードとしつつ集電モードで作動して電力供給軌道２の終点に接近する。制御装置２４は、予め定められた最大レベルを達成すべく補助負荷をチャージするために必要な、推定される第１の時間Ｔ１を算出するように構成されている。推定される第１の時間Ｔ１は、従って、各補助負荷２５、２６について個別的であり、時間と共に変化し得る。例えば上り勾配の道路部分の間における、及び／又は複数の補助負荷２５、２６の推定される同時作動による、電力供給軌道２からの電力供給が不足するあらゆる可能性を予測するために、第１の時間Ｔ１を推定するときには、やがて現れる道路状態に注意を払いつつ考慮する。従って、電力供給軌道からの電力供給の不足が起こり得る地理的な位置を決定するために、移動経路の標高データが必要となり得る。電力供給軌道２からの電力供給の起こり得る不足の算出を改善するために、例えば現在の車両総重量といった追加データを有利に与えることができる。

第２ステップ７２において、内燃機関１０を再始動するための推定される第２の時間Ｔ２を算出するように、制御装置は構成されている。この算出は、現在の車両位置と電力供給軌道の終点５２との間の道路の距離、その距離を移動した過去の履歴、及び／又は車両の現在の速度、及び推定される速度に基づくことができる。第３ステップ７３において、制御装置は、第１及び第２の時間Ｔ１、Ｔ２を比較し、第１の時間Ｔ１が第２の時間Ｔ２より長い場合は第４ステップ７４に進むことを決定する。そうでなければ、第１ステップ７１に戻る。

第４ステップ７４においては、図５の中間の地理的な位置５６に対応して、制御装置２４は、図６の第２ステップ６２と同一の高消費モードに従って補助負荷２５、２６を制御し始め、車両が終点５２に到達するときに補助負荷が予め定められた最大レベルを達成するようにする。また、本制御戦略の残りの第５及び第６ステップ７５、７６は、図６に関連して先に説明した制御戦略の対応する第３及び第４ステップ６３、６４と同一である。本制御戦略は、例えば高い熱的ロスといった、高消費モードで補助負荷を作動させることにより生じる高いエネルギーロスを防止するために、必要とする以上の高消費モードに従って補助負荷２５、２６を制御しないという利点を有している。

更に他の複雑ではあるがより効率的でもある制御戦略が、図５と共に図８に開示されている。車両相対位置決定手段は、ある将来の時点における電力供給軌道の利用可能度に関して車両位置を決定することができる。この制御戦略の第１ステップ８１においては、車両が非収集モードで作動すると共に内燃機関１０が作動している状態で電力供給軌道部分５３の始点５１に車両が到達する前に、制御装置は電力供給軌道２からの集電を車両が開始するまでの残り推定時間を算出する。制御装置２４はまた、この推定された時間を所定の時間ウィンドウと比較する。この所定の時間ウィンドウは、個々の負荷が異なる運転特性を有していることから、個々の負荷毎に異なるものとすることができる。所定の時間ウィンドウの範囲内に送電設備網から電力が集電される場合、この制御戦略は、低消費モードによる補助負荷２５、２６の制御を含む第２ステップ８２に進む。より低コストの電気エネルギーが電力供給軌道を介して利用可能となるまでのある期間について、補助負荷の一定の作動を遅延させることにより、コスト低減効果を達成することができる。

低消費モードは、補助負荷の一時的な低エネルギー消費を実現すべく、典型的に、補助負荷２５、２６のそれぞれに関連する制御パラメータの調整を含むことができる。例えば、運転室及び／又は冷蔵区画の温度目標レベルを、状況に応じて、１度あるいは２、３度高めあるいは低下させて、空気調和ユニット及び冷却ユニットを駆動する電気モータが少なくとも一時的に減少した作業負荷を呈するようにすることができる。空気圧縮機ポンプを駆動している電気機械が少なくとも一時的に減少した作業負荷を呈するように、空気タンクを充填する間の空気圧縮機の作動の終了を起動させる圧縮空気タンクの最大空気圧レベルを低下させることができ、かつ安全リスクが生じない場合には充填を遅延させることができる。また、油圧アキュムレータを充填するために油圧ポンプを駆動している電気モータが少なくとも一時的に増加した作業負荷を呈するように、油圧アキュムレータの最大充填レベルを低下させることができ、かつ安全リスクが生じない場合には電気モータによる油圧アキュムレータの充填を遅延させることができる。現時点で断続的にあるいは連続的に作動している電気加熱機能は、低い目標値となるように調整することができる。

第１の地理的位置５１に到達し、かつ電力供給軌道２の利用可能度を決定すると、制御装置２４は第３ステップ８３において、集電装置３を用いて電力供給軌道２から集電することを決定する。その結果、制御装置２４は、内燃機関１０を制御して停止させると共に推進のために電気牽引機１３を使用し、並びに制御戦略の第４ステップ８４に入る。この戦略の第４〜第６ステップ８４、８５、８６は、図６に関連して開示した制御戦略の第２〜第４ステップ６２、６３、６４と同一であり、かつその文章が参照される。

請求の範囲に記載した参照符号は、請求の範囲によって保護される事項の範囲を制限するものとみなされてはならず、それらの唯一の機能は、請求の範囲の理解をより容易なものとすることにある。添付の請求の範囲の要旨を逸脱しない範囲において、本開示を様々な明らかな観点において修正できることは、理解されるところである。従って、図面及びその説明は、本来は例証的なものであって、限定的なものではないと考えられるべきである。

１ 非鉄道車両
２ 電力供給軌道
３ 集電装置
４ 補助負荷
５ 制御装置
６ 配電系統
７ 車両相対位置決定手段
１０ 内燃機関
１１ 被駆動輪
１２ 主クラッチ
１３ 電気機械
１４ 高電圧電気貯蔵システム
１５ 変速機
１６ プロペラシャフト
２０ 直流電力コンバータ
２１ 電出変圧器ユニット
２２ 低電圧電気貯蔵システム
２３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４ 制御装置
２５ 補助負荷
２６ 補助負荷
２７ ＧＰＳ
２８ 記憶装置
５０ 移動経路
５１ 始点
５２ 終点
５３ 電力供給軌道部分
５４ 矢印
５５ 通信位置

Claims (20)

1. 車両（１）を駆動する間に外部電力供給軌道（２）から断続的に集電するべく適合された集電装置（３）を備えるハイブリッド電気車両あるいは電気非鉄道車両（１）のエネルギー制御システムであって、
   前記エネルギー制御システムは、前記外部電力供給軌道（２）から集電するときに、前記車両の少なくとも一つの電気的な補助負荷（４、２５、２６）に前記集電装置（３）から電力を供給するように構成されており、
   前記エネルギー制御システムは、前記車両（１）が、前記車両を駆動している間に前記外部電力供給軌道（２）から電力が集電される集電モードで作動しているか、あるいは前記車両を駆動する間に電力が集電されない非集電モードで作動しているかに応じて、前記少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の作動特性を制御するように構成された制御装置（５、２４）を備えており、
   前記エネルギー制御システムは、前記電力供給軌道の利用可能度に関して前記車両の位置を決定するように構成された車両相対位置決定手段（７）を備え、かつ、
   前記エネルギー制御システムは、
   前記車両が集電モードで作動するときに：
   前記車両（１）の少なくとも一つの電気的な補助負荷（４、２５、２６）に関連するエネルギー貯蔵装置を予め定められた最大レベルにチャージするために必要な、推定される第１の時間（Ｔ１）を算出し；
   前記電力供給軌道（２）の終点（５２）に関して決定された車両位置に基づいて、前記集電装置（３）が前記外部電力供給軌道（２）から分離するまでの第２の時間（Ｔ２）を推定し、及び、
   前記第１及び第２の時間（Ｔ１、Ｔ２）を比較し、かつ、
   前記第１の時間（Ｔ１）が前記第２の時間（Ｔ２）より長い場合に、
   前記制御装置（５、２４）は、前記少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の総電力消費レベルを、非集電モードの対応する状況で前記車両（１）を運転するときの前記少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の総電力消費レベルに比べて高くして、前記外部電力供給軌道（２）からの分離の際に前記関連するエネルギー貯蔵装置が予め定められた最大レベルを達成できるように構成されており、
   前記エネルギー貯蔵装置は、空気貯蔵タンクを有すると共に前記空気貯蔵タンクに圧縮空気を充填することによりチャージされ、
   あるいは油圧アキュムレータを有すると共に前記油圧アキュムレータに加圧された作動油を充填することによりチャージされ、
   あるいは貨物冷蔵区画を有すると共に前記貨物冷蔵区画の温度を低下させることによりチャージされ、
   あるいは運転室の温度を含むと共に前記運転室の温度を状況に応じて高くしあるいは低くすることによりチャージされる、エネルギー制御システム。
2. 前記車両相対位置決定手段（７）は、電力供給軌道設備の地理的な情報と組合せた全世界測位システム（２７）、前記電力供給軌道設備と通信するための専用の短距離通信システム（ＤＳＲＣ）、あるいは現在の車両位置における前記電力供給軌道（２）の利用可能度を決定するための無線認証（ＲＦＩＤ）技術もしくは類似の送信機／応答機技術のいずれかを含んでいる、請求項１に記載のエネルギー制御システム。
3. 前記制御装置（５、２４）は、前記電力供給軌道（２）の始点（５１）に関して決定された車両位置に基づいて、前記集電装置（３）が集電を開始するまでの時間を推定するように構成されている、請求項１又は２に記載のエネルギー制御システム。
4. 前記制御装置（５、２４）は、前記集電装置（３）が前記外部電力供給軌道（２）からの集電を開始するまでの前記推定された時間が、予め定められた時間ウィンドウの範囲内にあるかどうかにも応じて、前記少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の作動特性を制御するように構成されている、請求項３に記載のエネルギー制御システム。
5. 前記制御装置（５、２４）は、前記集電装置（３）が前記外部電力供給軌道（２）からの集電を開始するまでの前記推定された時間が、予め定められた時間ウィンドウの範囲内にあるときに、前記少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の総電力消費レベルを、前記所定時間ウィンドウの範囲外の対応する状況で前記車両を運転するときの前記少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の総電力消費レベルに比べて、低くするように構成されている、請求項３又は４に記載のエネルギー制御システム。
6. 前記制御装置（５，２４）は、前記集電装置（２）から前記車両（１）の電気牽引機（１３）への電気エネルギーの供給を優先させると共に、前記少なくとも一つの電気的な補助負荷（４、２５、２６）への前記集電装置（３）からの電気エネルギーの供給を制限して、前記集電装置の最大許容送電レベルあるいは前記電力供給軌道（２）の最大許容電気負荷レベルの超過を防止するように構成されている、請求項１乃至５のいずれかに記載のエネルギー制御システム。
7. 前記電気的な補助負荷（４、２５、２６）は、電気貯蔵システム、運転室、車両の座席、車両の窓、ステアリングホイール、あるいは車両のサイドミラーを加熱する電気加熱装置から構成されている、請求項１乃至６のいずれかに記載のエネルギー制御システム。
8. 前記一つの電気的な補助負荷（４、２５、２６）は、空気圧縮機ユニット／ポンプを駆動する電気機械により構成されている、請求項１乃至７のいずれかに記載のエネルギー制御システム。
9. 前記一つの電気的な補助負荷（４、２５、２６）は、車両空気調和システムのコンプレッサユニットを駆動する電気機械により構成されている、請求項１乃至８のいずれかに記載のエネルギー制御システム。
10. 前記一つの電気的な補助負荷（４、２５、２６）は、少なくとも一つの電気的負荷を作動させるための車両電気出力取出装置から構成されている、請求項１乃至９のいずれかに記載のエネルギー制御システム。
11. 前記一つの電気的な補助負荷（４、２５、２６）は、前記車両の水冷システムあるいは空冷システムを駆動する電気機械により構成されている、請求項１乃至１０のいずれかに記載のエネルギー制御システム。
12. 前記一つの電気的な補助負荷（４、２５、２６）は、油圧システムの油圧ポンプを駆動する電気機械により構成されている、請求項１乃至１１のいずれかに記載のエネルギー制御システム。
13. 前記油圧システムは、前記車両を推進するための油圧モータ、車両の機器を作動させるための油圧シリンダ、屈折式車両を操舵するための油圧シリンダ、あるいは油圧エネルギーを一時的に貯蔵する油圧アキュムレータにより構成されている、請求項１２に記載のエネルギー制御システム。
14. 前記集電装置（３）は、前記電力供給軌道（２）の導電体と摺動接触している間に、あるいは前記集電装置（３）と前記電力供給軌道（２）との間の誘導結合により、集電するように構成されている、請求項１乃至１３のいずれかに記載のエネルギー制御システム。
15. 車両（１）を駆動する間に外部電力供給軌道（２）から断続的に集電するための集電装置（３）を備えたハイブリッド電気車両あるいは電気非鉄道車両（１）の少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の作動特性を制御する方法であって、
    前記外部電力供給軌道（２）から集電するときには前記車両の少なくとも一つの電気的な補助負荷（４、２５、２６）に対し前記集電装置（３）から電力を供給することができ、
    前記方法は、
    − 前記車両（１）が、前記車両を駆動している間に前記外部電力供給軌道（２）から集電する集電モードで作動しているか、あるいは駆動の間に電力が集電されない非集電モードで作動しているかを判定する段階；及び、
    − 前記車両（１）が前記集電モードで作動しているかあるいは前記非集電モードで作動しているかに応じて、前記少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の作動特性を制御する段階、を含み、
    前記車両が集電モードにある場合：
    − 前記電力供給軌道（２）に関する車両位置を決定し、
    − 前記車両（１）の少なくとも一つの電気的な補助負荷（４、２５、２６）に関連するエネルギー貯蔵装置を予め定められた最大レベルにチャージするために必要な、推定される第１の時間（Ｔ１）を算出し；
    − 前記電力供給軌道（２）の終点（５２）に関して決定された車両位置に基づいて、前記集電装置が前記外部電力供給軌道から分離するまでの時間（Ｔ２）を推定し、
    − 前記第１及び第２の時間（Ｔ１、Ｔ２）を比較し、かつ、
    − 前記第１の時間（Ｔ１）が前記第２の時間（Ｔ２）より長い場合には、前記車両（１）を前記集電モードで運転するときの前記少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の総電力消費レベルを、非集電モードの対応する状況で前記車両（１）を運転するときの前記少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の総電力消費レベルに比べて高くして、前記外部電力供給軌道（２）からの分離の際に前記関連するエネルギー貯蔵装置が予め定められた最大レベルを達成できるようにし、
    − 前記エネルギー貯蔵装置が空気貯蔵タンクを有していて、前記エネルギー貯蔵装置のチャージは前記空気貯蔵タンクに圧縮空気を充填することを含み、
    あるいは前記エネルギー貯蔵装置が油圧アキュムレータを有していて、前記エネルギー貯蔵装置のチャージは前記油圧アキュムレータに加圧された作動油を充填することを含み、
    あるいは前記エネルギー貯蔵装置が貨物冷蔵区画を有していて、前記エネルギー貯蔵装置のチャージが前記貨物冷蔵区画の温度を低下させることを含み、
    あるいは前記エネルギー貯蔵装置が運転室を有していて、前記エネルギー貯蔵装置のチャージが前記運転室の温度を状況に応じて高めあるいは低くすることを含んでいる、方法。
16. 前記電力供給軌道（２）の始点（５１）に関して決定された車両位置に基づいて、前記集電装置（３）が集電を開始するまでの時間を推定する段階、を含んでいる請求項１５に記載の方法。
17. 前記集電装置（３）が前記外部電力供給軌道（２）からの集電を開始するまでの前記推定された時間が、予め定められた時間ウィンドウの範囲内にあるかどうかにも応じて、前記少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の作動特性を制御する段階を含んでいる、請求項１６に記載の方法。
18. 前記集電装置（３）が前記外部電力供給軌道（２）からの集電を開始するまでの前記推定された時間が、予め定められた時間ウィンドウの範囲内にあるときに、前記所定時間ウィンドウの範囲外の対応する状況で前記車両（１）を運転するときの前記少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の総電力消費レベルに比べて、前記少なくとも一つの補助負荷（４、２５、２６）の総電力消費レベルを低下させる段階を含んでいる、請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 前記集電装置（３）から前記車両の電気牽引機（１３）への電気エネルギーの供給を優先させる段階、及び、
    前記集電装置（３）から前記少なくとも一つの電気的な補助負荷（４、２５、２６）への電気エネルギーの供給を制限して、前記集電装置（３）の最大許容送電レベルあるいは前記電力供給軌道（２）の最大許容電気負荷レベルの超過を防止する段階、
    を含んでいる請求項１５乃至１８のいずれかに記載の方法。
20. 前記電力供給軌道（２）の導電体と摺動接触している間に前記集電装置（３）を用いて、あるいは前記集電装置（３）と前記電力供給軌道（２）の間の誘導結合により集電する段階を含んでいる、請求項１５乃至１９のいずれかに記載の方法。

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