JP6652553B2 - 複数の駆動ユニットを車両の別々の部分に配置した電気車両またはハイブリッド電気車両 - Google Patents

Description

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

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

複数の電気駆動ユニットを備え、含まれる電気部品の点数が増加傾向にある電気式路上走行車両やハイブリッド電気式路上走行車両における問題として、ポール−シャーシ間の静電容量に関する問題がある。ポール−シャーシ間の静電容量は、所定の値未満に保つことが望ましい。この点については、複数の規格がポール−シャーシ間の静電容量に制限値を設けている。例えば、ＩＳＯ６４６９−３は、エネルギー値で０．２ジュール（Ｊ）未満とすることを求める。例えば、高電圧系統を備える車両において、７５０ボルト（Ｖ）時の０．２Ｊのエネルギーに相当するポール−シャーシ間の静電容量は、７５０Ｖ時の７００×１０^−９ファラド（７００ｎＦ）である。

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

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

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

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

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

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

本発明によると、電気車両またはハイブリッド電気車両は、車両の異なる部分に配置される複数の駆動ユニットを有し、第１の被駆動軸が少なくとも１つの電気駆動ユニットによって駆動され、少なくとも１つの第２の被駆動軸が少なくとも１つの電気駆動ユニットによって駆動される。電気駆動ユニットは、車軸または車軸上の各車輪を駆動する１以上の電動モータ、および当該１以上の電動モータを制御する電動モータ駆動装置（ＥＭＤ）を備える。第１及び第２の被駆動軸は、ＤＣバスによって、ジャンクションボックスおよび少なくとも１つのエネルギー貯蔵システムに接続されて、個別の電気系統を形成する少なくとも１つの電気駆動ユニットを有する。ジャンクションボックスは、高電圧ＤＣバスによって、当該個別の電気系統内における電動モータ駆動装置と、エネルギー貯蔵システムと、その他の電気部品とに接続される。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

前車体部２０１と同様に、後車体部２０３は、牽引電圧系統の形で第２の駆動ユニットを有する。牽引電圧系統は、被駆動軸２３１を駆動する変速機２３４に接続された電動モータ／発電機２３２を備える。電動モータ／発電機２３２は、推進トルクを被駆動軸２３１に供給することができるとともに、エネルギー回生時には、被駆動軸２３１により駆動されて発電する。また、後車体部２０３にはさらに、内燃機関２３０が設けられる。内燃機関２３０は、被駆動軸２３１を駆動する変速機２３４に対して、電動モータ／発電機２３２とは別にまたは一緒に接続される。内燃機関２３０は、機関電子制御ユニット（図示省略）によって制御することができる。電動モータ２３２は、内燃機関２３０のスタータモータとして動作可能な外部のスタータオルタネータモータとして機能することができる。電動機２３２は、変速機２３４によって、または駆動ベルトなどの適切な伝動装置を介して、内燃機関２３０に機械的に連結される。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Claims (15)

1. 車両の異なる部分に配置される複数の駆動ユニットを有する電気車両またはハイブリッド電気車両であって、
   少なくとも１つの電気駆動ユニット（２１２，３１２）によって駆動される第１の被駆動軸（２１１，３１１）と、
   少なくとも１つの電気駆動ユニット（２３２，３３２）によって駆動される少なくとも１つの第２の被駆動軸（２３１，３３１）と、
   を備え、
   前記第１及び第２の被駆動軸（２１１，２３１，３１１，３３１）は夫々、ＤＣバスによって、ジャンクションボックス（２１６，２３６，３１６，３３６）および少なくとも１つのエネルギー貯蔵システム（２１５，２３５，３１５，３３５）に接続されて、個別の電気系統を形成する少なくとも１つの電気駆動ユニット（２１２，２３２，３１２，３３２）を有し、
   少なくとも通常の運転状態の下では、前記個別の電気系統が互いに直流電流を遮断するガルバニック絶縁されていることを特徴とする車両。
2. 少なくとも１つのエネルギー貯蔵システム（２１５，２３５，３１５，３３５）が外部電源から充電を受けている間は、前記個別の電気系統のＤＣバスが互いに接続されることを特徴とする請求項１に記載の車両。
3. 前記個別の電気系統のＤＣバスが、導電機構または誘電機構（２５１，２５２，２５３，３５１，３５２，３５３）を介して、前記外部電源に接続されることを特徴とする請求項２に記載の車両。
4. 前記個別の電気系統のＤＣバスが、共通の充電ユニット（２５４，３５４）に接続されることを特徴とする請求項２または３に記載の車両。
5. 前記共通の充電ユニットが、少なくとも１つのコンタクタ（２１７，２３７，３１７）を介して、少なくとも１つのエネルギー貯蔵システム（２１５，２３５，３１５，３３５）に接続されることを特徴とする請求項４に記載の車両。
6. 前記個別の電気系統のＤＣバスが、ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２０，３４１）によって互いに直流電流が遮断されたガルバニック絶縁状態に保持されて接続されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両。
7. 少なくとも１つのエネルギー貯蔵システム（２１５，２３５，３１５，３３５）が外部電源から充電を受けている間は前記個別の電気系統に接続するように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２０，３４１）が構成されていることを特徴とする請求項６に記載の車両。
8. 前記個別の電気系統が、少なくとも１つのコンタクタ（２１７，２３７，３１７，３３７）を備えるＤＣバス（２０９，３０９）によって互いに接続されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両。
9. 前記個別の電気系統は、それぞれエネルギー貯蔵システム（２１５，２３５，３１５，３３５）を備え、前記個別の電気系統のそれぞれを接続するＤＣバスに、コンタクタ（２１７，２３７，３１７，３３７）が設けられることを特徴とする請求項８に記載の車両。
10. １つの駆動ユニットがハイブリッド推進ユニット（２３０，２３２，３３０，３３２）を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の車両。
11. 少なくとも１つのさらなる駆動ユニットがハイブリッド推進ユニットを備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の車両。
12. 前記ハイブリッド推進ユニットが、電動モータ／発電機（２３２，３３２）および内燃機関（２３０，３３０）を備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載の車両。
13. 前記エネルギー貯蔵システム（２１５，２３５，３１５，３３５）が少なくとも１つの電池を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の車両。
14. 前記エネルギー貯蔵システム（２１５，２３５，３１５，３３５）が少なくとも１つのスーパーキャパシタを備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の車両。
15. 前記エネルギー貯蔵システム（２１５，２３５，３１５，３３５）が少なくとも１つの機械的エネルギー源および液圧エネルギー源の少なくとも何れか１つを備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の車両。