JP7331110B2 - 電力を供給するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、動力付き車両によって、動力なし車両にパワー（動力、電力）を供給するシステムに関し、特に、車両連結体（動力付き車両および動力なし車両）用の冗長電力供給アーキテクチャに関する。

商用車におけるブレーキシステムおよび他の安全関連システムの慣用の制御および作動は、エネルギ源としての圧縮空気に基づくことが多い。したがってエネルギは、圧縮空気容器に圧縮空気として貯蔵され、コンプレッサによって生成される。このようなシステムの管理および監視は、電子空気処理装置（ＥＡＣ：electronic air control）またはエアプロセッシングユニット（ＡＰＵ：air processing unit）のような中央制御ユニットによって実行される。

しかしながらエネルギ源としての圧縮空気は、特に電動車両において、電子システムによって置き換えられることがますます多くなっている。したがって全体システムアーキテクチャおよび多くのコンポーネントは、それぞれの電気または電子コンポーネントによって置き換えられ、これにより、システムは、もはやエネルギ源としての圧縮空気に依存しておらず、ゆえに圧縮空気システムに対するのと同じ安全レベルを電動システムに対しても提供することが求められている。

特に、自律動作車両には、車両内の多くの電気ユニットを制御および／または作動させるために冗長な電力供給を提供するアーキテクチャが必要である。さらに、監視が絶えず保証されるべきであり、（特に安全関連のエネルギ蓄積器ユニットに対しては）その情報が車両通信ネットワーク上においていつでも利用できるようにもすべきである。

これらの要求は、車両それ自体だけに関係するのではなく、動力付き車両としての牽引車と、動力なし車両としてのトレーラとのような車両連結体にも関係する。というのは、動力付き車両だけでなく、動力付き車両に接続されておりかつ冗長なパワーが供給されるべき安全関連のコントローラおよび／またはアクチュエータが、連結された車両（例えばトレーラ）にも含まれるからである。安全関連のコンポーネントには、例えば、センサと、ダイナミックコントローラと、パワーが圧縮空気によって供給されるかまたは電源によって供給されるかにかかわらず、動力付き車両からの確実なパワー供給を要する他のコンポーネントとが含まれる。

慣用のパワー供給源は、例えば、独国特許発明第１０２００６０１０７１３号明細書に開示されており、ここでは安全関連の負荷は、並列に配置された第１システムおよび第２システムによってパワー供給される。慣用の別のパワー供給源は、独国特許出願公開第１０２００７０２１２８６号明細書に開示されており、ここでは制御ユニットおよびブレーキアクチュエータは、別々の供給線路によってパワー供給される。しかしながらこれらの慣用のパワー供給源は、互換性の理由から牽引車とトレーラとの間に電力線路を維持すべき車両連結体には単純に適用できない。

したがって、車両連結体に冗長な電力供給を提供しかつ容易に実装可能なシステムが求められている。

上述の課題のうちの少なくともいくつかは請求項１のシステムまたは請求項８による方法によって解決される。従属請求項は、独立請求項の記載事項の別の有利な実現形態に関する。

本発明は、動力付き車両によって動力なし車両に電力を供給するシステムに関する。このシステムは、電力を供給する少なくとも１つの電力線路をそれぞれ有しかつ複数の入力を表す多重線路を備えた線路装置を有する。このシステムはさらに、共通電圧線路上の総電圧に、線路装置の電力線路を組み合わせる統合ユニットを有する。線路装置および統合ユニットは、動力なし車両に電力を供給するために動力付き車両に配置されている。

さらに動力なし車両は、エネルギ管理および監視ユニットに供給される少なくとも２つの冗長電圧に、共通電圧線路上の総電圧を分割する分割ユニットを有していてもよい。

このシステムは、エネルギ管理および監視ユニットに電力を供給可能であり、このエネルギ管理および監視ユニットは、エネルギ蓄積器の動作およびその使用を監視し、制御し、また最適化することが可能な（一般にコンピュータ支援された）任意のユニットであってもよい。同様に線路装置は、広義に理解されるべきであり、また多重線路上に電力を供給可能な、考えられ得る任意のシステムを含む。これらの線路は、いくつかの回路の入力であってもよく、例示的なエネルギ管理および監視ユニットから情報を順方向および逆方向に（例えば、車両の任意の電子制御ユニットに、およびこの電子制御ユニットから）伝送するデータ線路も含んでいてもよい。電力線路の統合は結果的に、多重電圧線路からの電流が流れる、総電圧用の共通電圧線路であってもよい。例えば、バッテリセルまたは車両電力網のような異なる電圧源からのすべての電流に対し、ただ１つの電流パスが存在する。

共通電圧線路は、線路装置の少なくとも１つの電力線路によって電力供給される限り、ゼロでない総電圧が、分割ユニットに供給されることを保証するように適合可能である。選択的には、共通電圧線路は、動力付き車両における第１部分と、動力なし車両における第２部分とを有し、第１部分と第２部分とはプラグによって接続可能である。

したがって、線路装置の少なくとも１つの電力線路によって電力供給される限り、統合ユニットと分割ユニットとの間の単一の共通電圧線路により、ゼロでない総電圧が分割ユニットに供給される。

選択的には、線路装置は、多重線路の少なくとも１つに起こり得る短絡の悪影響を防止するために少なくとも１つのヒューズまたはスイッチを有する。少なくとも１つのヒューズまたはスイッチは、短絡が生じた場合の電圧低下を防止するために少なくとも１つのダイオード（例えばいわゆる保護ダイオード）を有していてもよい。

選択的には、分割ユニットは、総電圧を複数の冗長電圧に電圧変換する、少なくとも２つ電圧変換器、特に１つ以上のＤＣ／ＤＣ変換器を有する。選択的には、統合ユニットおよび／または分割ユニットは、１つのユニットに統合されているか、またより多くのユニットに分散されている。例えば、それぞれの例示的なＤＣ／ＤＣ変換器は、互いに電気的に絶縁された別々のユニットに形成可能である。

別の一実施形態は、上述のシステムを有する車両（特に商用車）に関する。

別の一実施形態は、動力付き車両によって動力なし車両に電力を供給する方法に関する。この方法は、
・入力または出力を表す多重線路を備えた線路装置上の電力を統合ユニットに供給するステップと、
・共通線路上の総電圧に線路装置の多重線路上の電力を統合するステップと、
・動力付き車両から動力なし車両に総電圧を伝送するステップと、を有する。

この方法は、選択的に以下のステップ、すなわち、
・少なくとも２つの冗長電圧に総電圧を分割するステップと、
・エネルギ管理および監視ユニット用に少なくとも２つの冗長電圧を供給するステップと、を含んでいてもよい。

この方法またはその一部は、ソフトウェアまたはコンピュータプログラム製品において実装可能であり、またＥＣＵ（electronic control unit）におけるソフトウェアまたはソフトウェアモジュールによって実現可能である。したがって、実施形態は、コンピュータプログラムがプロセッサ上で実行される場合に、この方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムにも関連する。実施形態は、機械またはコンピュータ読み出し可能でありかつ機械実行可能またはコンピュータ実行可能な、命令のプログラムを符号化する、プログラム記憶装置、例えばデジタルデータ記憶媒体を含むことを意図しており、ここでこれらの命令は、コンピュータまたはプロセッサ上で実行される場合に、上で説明した方法の動作のうちのいくつかまたはすべてを実行する。

以下では、単なる実施例としてかつ添付の図面に関し、システムおよび／または方法のいくつかの実施例を説明する。

本発明の一実施形態にしたがい、動力付き車両によって動力なし車両に電力を供給するシステムを示す図である。

図１には、動力なし車両２０および動力付き車両１０を有する車両連結体に電力を供給するシステムが描画されている。電力は、描画されたシステムにより、エネルギ管理および監視ユニット４に供給可能であり、電力を供給する少なくとも１つの電力線路をそれぞれ有しかつ複数の入力を表す多重線路を備えた線路装置５によって供給される。これらの多重線路５により、電力が統合ユニット１に供給され、ここでは、電力線路は、全体（または共通）電圧に組み合わせられ、これが、共通電圧線路１５を介して分割ユニット２に供給される。選択的な分割ユニット２は、共通電圧線路１５上の総電圧を少なくとも２つの冗長電圧に分割するように構成可能であり、これらの冗長電圧は、別々の２つの線路２１、２２上でエネルギ管理および監視ユニット４に供給される。

動力なし車両２０は、例えば、トレーラであり、動力付き車両１０は、対応する牽引車である。統合ユニット１は、例えば、動力付き車両１０に配置されている共通供給線路生成器であり、例示的に保護ダイオードを有する。線路装置５はまた、動力付き車両１０に配置することも可能であるのに対し、分割ユニット２は、動力なし車両２０に配置可能である。ゆえに共通電圧線路１５は、動力付き車両１０における第１部分と、動力なし車両２０における第２部分とを有していてもよく、第１部分と第２部分とは、（トレーラを牽引車に連結するときに）プラグによって接続可能である。共通電圧線路１５は、線路装置５の少なくとも１つの電力線路によって電力供給されていればつねに、ゼロでない総電圧が、分割ユニット２に供給されることが保証されるように適合されている。

したがって、描画された実施形態により、少なくとも１つの電力線路５によって統合ユニット１に電力供給されていればつねに電力を受け取る、例示的な電気エネルギ管理および監視システム４に、２つの冗長電圧線路２１、２２によって電力が供給される。共通電圧線路１５は、統合ユニット１に電力が到達しない場合にのみ電力を有しない。というのは、統合ユニット１は、共通電圧線路に電力を供給するために、システムの異なる入力および／または出力線路の電力を組み合わせる（例えば合算する）からである。

これらの入力および／または出力線路５は、例えば、１つ以上のバッテリもしくはバッテリセルもしくは車両網に接続されている。本発明は、線路装置５に電力を供給するための特定のアーキテクチャに制限されるべきでない。統合ユニット１によって保証することができるのは、独立した入力線路が、互いに直接に接続されることは決してなく、これにより、これらの線路のうちの１つのうちに起こり得る短絡が、全体アーキテクチャに悪影響を及ぼさないことである。さらに線路５または統合ユニット１に至る接続には、多重線路５のうちの少なくとも１つに起こり得る短絡の悪影響を防止する（図１に示されていない）１つ以上のヒューズまたはスイッチが含まれていてもよい。少なくとも１つのヒューズまたはスイッチは、少なくとも１つの保護ダイオードを有していてもよく、この保護ダイオードにより、一方向にだけ電流が流れることが可能になり、これにより、（例えば統合ユニット１の下流で）短絡が生じた場合に電圧低下を防止することができる。

選択的には、分割ユニット２は、少なくとも２つの電圧変換器（例えばＤＣ／ＤＣ変換器）を有し、これらの電圧変換器は、共通線路１５上の総電圧を、電圧線路２１、２２上の冗長電圧に変換するように適合されている。これらの冗長電圧は、同じ値または異なる値を有していてもよい。選択的には、統合ユニット１および／または分割ユニット２は、１つ以上のユニット内（例えば、異なるハウジング内）に組み込まれていてもよい。例えば、それぞれの例示的なＤＣ／ＤＣ変換器は、互いに電気的に絶縁されている別々のユニットに形成されていてもよい。したがって分割ユニット２により、エネルギ管理および監視ユニット４の例示的なマイクロコントローラへの絶縁された少なくとも２つの電力線路２１、２２が設けられる。

絶縁された少なくとも２つの電力線路２１、２２は、互いに別々でありかつ独立していてもよく、これにより、これらの電力線路２１、２２のうちの一方の障害（例えば中断または短絡）が、他方のラインに悪影響を及ぼすことはない。その結果、例示的な安全関連管理ユニット４には、２つの線路のいずれかを介して電力供給されることになり、エネルギ管理および監視システムの制御および通信は、高度の信頼性によって保証可能である。

実施形態の利点は特に、（特に安全関連電気消費装置に対して）電気エネルギ蓄積管理および監視タスクを実行できるようにするために、管理および監視ユニットのマイクロコントローラに冗長な電力供給を提供する能力に関連する。さらに、エネルギ蓄積ユニットの状態に関する情報が、車両システムに確実に供給される。したがって、線路装置における少なくとも１つの線路が利用可能である限り、電力供給が保証されるため、複数の実施形態により、高レベルの安全性が提供される。それゆえに、開示されたシステムは、圧縮空気ベースの公知の冗長なエネルギ供給を置き換えることができる。最後に、信頼性の高い電力供給により、システムは、スタンバイモードにあることが可能であり、線路装置の少なくとも１つの線路上に信号が存在すればいつでも起動可能である。

したがって本発明の実施形態により、改善された電力供給が車両連結体１０、２０に行われる。動力なし車両２０は、動力付き車両の冗長な電源を使用し、この動力付き車両により、車両連結体の動力なし車両２０に、共通または統合された供給線路１５が提供される。結果的に、連結された車両には、動力付き車両１０の供給回路の１つ（すなわち線路５の１つ）がダウンした場合であっても電力が供給される。

本発明の別の実施形態は、特に以下に関する。

すなわち、冗長な電力供給システムを備えた動力付き車両１０を有する車両連結体であって、連結された動力なし車両２０（例えばトレーラなど）には、動力付き車両１０の電力供給回路のいずれかがダウンした場合であっても電力が供給される車両連結体に関する。

また冗長な電力供給システム５を備えた動力付き車両１０を有する車両連結体であって、連結された動力なし車両２０（例えばトレーラなど）が、連結された車両に共通電圧線路を提供するために、異なる電力供給線路を統合する役割を担う共通電圧生成ユニット１を有する車両連結体に関する。

共通電圧線路生成ユニット１は、異なる電力線路５を統合可能な保護ダイオードによって実現可能である。共通電圧線路生成ユニット１は、独立した電力入力線路が直接に接続されてないことを保証可能である。独立した電力入力線路５は、任意のアクティブ遮断構成部材のヒューズによって実現可能である。

上記の説明および図面は単に、本開示の原理を説明している。したがって、ここでは明示的に説明されていないかまたは示されていないが、本開示の原理を実現しかつその範囲内に含まれるさまざまな装置を当業者が考え出すことができることを了解されたい。

さらに、それぞれの実施形態は、別々の一実施例としてそれ自体で独立していてもよいが、定められた特徴は、別の実施形態において、異なって組み合わせることが可能であり、すなわち、一実施形態において説明した特定の特徴は、別の実施形態においても実現可能であることに留意されたい。このような組み合わせは、特定の組み合わせを意図していないことが述べられていない限り、本開示によって含まれるものである。

１ 統合ユニット
２ 分割ユニット
３ 電圧変換器
４ エネルギ管理および監視ユニット
５ 線路装置
１０ 動力付き車両
１５ 共通電圧線路
２０ 動力なし車両
２１、２２ 冗長電圧供給線路

Claims (8)

1. 動力付き車両（１０）によって動力なし車両（２０）に電力を供給するシステムであって、前記システムは、
   電力を供給する少なくとも１つの電力線路をそれぞれ有しかつ複数の線路からの電力の入力を表す多重線路を備えた線路装置（５）と、
   前記線路装置（５）の前記電力線路から供給される電力によって生ずる電圧を、共通電圧線路（１５）上の総電圧として加算する統合ユニット（１）と、を有し、
   前記線路装置（５）および前記統合ユニット（１）は、前記動力なし車両（２０）に電力を供給するために前記動力付き車両（１０）に配置されており、
   前記共通電圧線路（１５）は、前記動力付き車両（１０）における第１部分と、前記動力なし車両（２０）における第２部分とを有し、前記第１部分と前記第２部分とはプラグによって接続可能であり、
   エネルギ管理および監視ユニット（４）に供給される少なくとも２つの冗長電圧に、前記共通電圧線路（１５）から供給される前記総電圧を分岐するように構成されている、前記動力なし車両（２０）における分割ユニット（２）を有し、
   前記動力付き車両（１０）に配置された前記統合ユニット（１）と前記動力なし車両（２０）に配置された前記分割ユニット（２）とは、単一の前記共通電圧線路（１５）により接続されており、
   前記共通電圧線路（１５）は、前記線路装置（５）の少なくとも１つの電力線路によって電力供給される限り、ゼロでない総電圧が前記分割ユニット（２）に供給されることを保証するように適合されている、
   ことを特徴とする、動力付き車両（１０）によって動力なし車両（２０）に電力を供給するシステム。
2. 前記線路装置（５）は、前記多重線路の少なくとも１つに起こり得る短絡の悪影響を防止するために少なくとも１つのヒューズまたはスイッチを有する、ことを特徴とする、請求項１記載のシステム。
3. 少なくとも１つの前記ヒューズまたは前記スイッチは、前記短絡が生じた場合の電圧低下を防止するために少なくとも１つのダイオードを有する、ことを特徴とする、請求項２記載のシステム。
4. 前記分割ユニット（２）は、前記共通電圧線路（１５）上の前記総電圧を、別々の電圧線路（２１、２２）に供給される前記冗長電圧に変換する、少なくとも２つの電圧変換器（３）を有する、ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のシステム。
5. 前記統合ユニット（１）は、１つ以上のユニットに組み込まれており、かつ前記分割ユニット（２）は、１つ以上のユニットに組み込まれている、ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のシステム。
6. 請求項１から５までのいずれか１項記載のシステムを有する、ことを特徴とする、車両または車両連結体。
7. 動力付き車両（１０）によって動力なし車両（２０）に電力を供給する方法において、
   複数の線路からの電力の入力を表す多重線路を備えた線路装置上の電力を統合ユニットに供給するステップであって、前記多重線路のそれぞれは、電力を供給するための少なくとも１つの電力線路を有する、ステップと、
   前記線路装置の前記電力線路から供給される電力によって生ずる電圧を、共通電圧線路（１５）上の総電圧として加算することにより、前記多重線路上の電力を統合するステップと、
   前記動力付き車両（１０）から前記共通電圧線路（１５）を介して前記動力なし車両（２０）に前記総電圧を伝送するステップと、
   分割ユニット（２）によって、前記共通電圧線路（１５）上の前記総電圧を、エネルギ管理および監視ユニット（４）に供給される少なくとも２つの冗長電圧に、前記動力なし車両（２０）において分岐するステップとを有し、
   前記動力付き車両（１０）に配置された前記統合ユニット（１）と前記動力なし車両（２０）に配置された前記分割ユニット（２）とは、単一の前記共通電圧線路（１５）により接続されており、
   前記共通電圧線路（１５）は、前記線路装置の少なくとも１つの電力線路によって電力供給される限り、ゼロでない総電圧が供給されることを保証し、
   前記電力が統合される前記共通電圧線路（１５）は、前記動力付き車両における第１部分と、前記動力なし車両における第２部分とを有し、前記第１部分と前記第２部分とはプラグによって接続可能である、
   ことを特徴とする、方法。
8. エネルギ管理および監視ユニット用に、前記分岐された少なくとも２つの前記冗長電圧を供給するステップと、を有する、ことを特徴とする、請求項７記載の方法。

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