JP4049601B2 - 外部電源モードまたは自立電源モードで動作するように構成された電動車両への電力供給を制御する方法とシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の走行経路に沿った外部電源インフラストラクチャーの有無に応じて、外部電源モードまたは自己電源モードで動作するように構成された電動車両への電力供給を制御するための方法とシステムとに関する。本発明は特に、路面電車への電力供給に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人の特許出願ＦＲ−Ａ１−２７８２６８０は、架空接触線路を介して無停電電源を使用することなく大容量路面電車といった公衆輸送車両の運転を可能にする、電動車両に電力を供給するシステムを開示している。このシステムは、重いフライホィールを有する電動機からなる、車両に搭載された自立電源システムと、車両に担持されたパンタグラフを介してこの自立電源システムを再充電するための架空接触線路を装備した停留所とを含んでいる。
【０００３】
上記の電源システムは、一方の電源モードから他方の電源モードへの切換えの管理とこの電源システムの性能とを最適化するために、架空接触線路へのパンタグラフの接続の検出が必要であるという欠点を持っている。車両の性能を最適化するためには更に、この車両が常に自立電源システムによるか、または架空接触線路によって電力を供給されていることが必要であり、これは車両が自立電源システムと架空接触線路との両方に接続されている遷移段階につながることになる。この遷移段階の間中は、自立電源システムはアクティブであって、すなわち架空接触線路電圧よりも高い出力電圧を持った発電機として使われており、これは自立電源システムから架空接触線路への電力の損失を引き起し、自立電源システムのコスト高で急速な放電を招く。上記の電源システムのもう一つの欠点は、パンタグラフが架空接触線路から離れるときに電弧放電の可能性があり、これがこれらの部品の急速な磨耗を引き起こす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明は、自己電源モードまたは外部電源モードで動作する電動車両への電力供給を制御するための方法およびシステムであって、外部電源インフラストラクチャーへの車両の接続を検出することと、二つの電源モード間の遷移段階の管理を最適化することとに適応しており、実用化が簡単で経済的であることを特徴とする、方法とシステムとを提案することによって上記の欠点を改善することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両に搭載された自立電源システムと、接続部材を用いて外部電源インフラストラクチャーに接続できる外部電源線路との両方に接続される無停電電源バスを含む、車両の走行経路に沿った外部電源インフラストラクチャーの有無に応じて、外部電源モードまたは自立電源モードで動作するように構成された電動車両への電力供給を制御する方法であって、前記接続部材の前記外部電源インフラストラクチャーへの接続は、外部電源線路を流れる電流を測定することによって検出され、外部電源線路の非ゼロ電流存在が、前記接続部材に接続された外部電源インフラストラクチャーの存在を示すことを特徴とする方法を提供する。
【０００６】
本発明による方法の一つの特徴によれば、無停電電源バスが、自立電源システムよってエネルギーを供給されていて同時に外部電源インフラストラクチャーに接続されている電源遷移段階に車両があるときには、自立電源システムの出力電圧が、外部電源線路を流れる電流が実質的にゼロになるように制御される。
【０００７】
本発明による方法のもう一つの特徴によれば、車両が、走行中であって、自立電源システムだけから電力を供給され、かつ外部電源インフラストラクチャーを装備した区域に到達したときに、
外部電源線路における非ゼロ電流の出現によって、外部電源インフラストラクチャーへの接続部材の接続を検出するステップと、
外部電源線路を流れる電流が実質的に無くなるように、自立電源システムの出力電圧を制御するステップと
自立電源システムによる無停電電源バスへの電力の供給を停止するステップとが実行される。
【０００８】
本発明による方法の更なる特徴によれば、車両が、走行中であって、外部電源線路だけから電力を供給され、かつ外部電源インフラストラクチャーから接続部材を切り離す前に、外部電源インフラストラクチャーを装備していない区域に到達したときに、
自立電源システムが無停電電源バスに電力を供給するように、この自立電源システムを起動するステップと、
外部電源線路の電流が実質的に無くなるように、自立電源システムの出力電圧を制御するステップとが実行される。
【０００９】
本発明はまた、車両に搭載された自立電源システムと、接続部材を用いて外部電源インフラストラクチャーに接続できる外部電源線路との両方に接続される無停電電源バスを含む、車両の走行経路に沿った外部電源インフラストラクチャーの有無に応じて、自立電源モードまたは外部電源モードで動作するように構成された電動車両への電力供給を制御するためのシステムであって、前記接続部材の前記外部電源インフラストラクチャーへの接続を検出するために、外部電源線路を流れる電流を測定するための電流センサーを含むことを特徴とするシステムを提供する。
【００１０】
車両への電力の供給を制御するための本システムの特定の実施形態は、下記の特徴、
前記自立電源システムが、自立電源システムの出力電圧を修正するための制御モジュールを含んでいることと、
前記自己電源システムが、運動エネルギーを蓄積するためのフライホィールを含むシステムであることと、
前記接続部材が、車両によって担持され、架空接触線路からなる外部電源インフラストラクチャーと協働するように構成されたパンタグラフであることと
のうちの一つ以上を個別に、あるいは技術的に実行可能な何らかの組合せで含むことができる。
【００１１】
本発明の目的と態様と利点は、単なる例として、また付属の図面を参照しながら与えられる本発明の一実施形態の下記の説明から、更によく理解されるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、レール上を走行する、可逆式の、すなわち牽引時に電気エネルギーを吸収し、制動時に電気エネルギーを供給する主電動機４を装備した、路面電車の電源構成の図である。
【００１３】
主電動機は、外部電源線路２を介しての通常条件下と、路面電車に搭載された自立電源システム６による自立条件下とで、電力が供給される無停電電源バス１に接続された牽引モジュール３によって制御される。主電動機４は、例えば三相電動機であって、これは本発明を限定するものではないがその場合、牽引モジュール３はインバーターである。牽引モジュール３は、路面電車の車輪と軌道のレールとを介した伝導による電流のために地面への戻り経路を与えるケーブル１０に接続されている。
【００１４】
外部電源線路２は、路面電車の屋根のパンタグラフ５で終端しており、路面電車が、前述の種類のインフラストラクチャーを装備した軌道の一部分の上を走行しているときに、架空接触線路７と協働するように構成されている。外部電源線路２は、パンタグラフ５と無停電電源バス１との間にフィルタインピーダンス８と、無停電バス１と接地戻りケーブル１０との間に接続されたコンデンサ９とを持っている。
【００１５】
自立電源システム６は、回転子がフライホィールを駆動する永久磁石式同期電動機を含む、運動エネルギーを蓄積するシステムであって、この電動機は、自立電源システムの出力電圧を制御するための２コドラント（ｔｗｏ−ｑｕａｄｒａｎｔ）チョッパを有するコンバータまたはアキュムレータに結合されている。充電時には、フライホィールは電動機によって高速度で駆動され、放電時には、電動機は発電機として機能して牽引モジュール３に電力を供給する。
【００１６】
自立電源システム６の出力電圧は、外部電源線路２上の電流センサー１３から情報を受け取る制御モジュール１２によって制御される。制御モジュール１２は、自立電源システム６によって直接電力を供給されるか、あるいは架空接触線路７を介して電力を供給されるかに関わらず、牽引モジュール３の同じ動作を可能にするように、架空接触線路の電圧範囲（代表的には７５０Ｖ）に近い電圧範囲内で出力電圧を調整する。
【００１７】
次に、路面電車への電力供給を制御する方法を説明する。
【００１８】
路面電車が、架空接触線路７の装備されていない軌道の一部分の上を走行しているとき、この路面電車の牽引モジュールは、もっぱら自立電源システムによって電力を供給されており、その時この自立電源システムは、アクティブモードになっている、すなわち例えば運転者の指令でパンタグラフが下げられて、発電機として動作している。この段階の時にパンタグラフ５は、架空接触線路に接続されておらず、路面電車の外部電源線路２に電流は流れない。それから制御モジュール１２は、外部線路２の電流Ｉ_ｅｘｔがゼロであるという情報をセンサー１３から受け取って、出力電圧をほぼ７５０Ｖ程度の公称値に調整する。
【００１９】
路面電車が架空接触線路７を装備した区域に到達すると、運転者は、パンタグラフ５が架空接触線路に接触するように、パンタグラフ５の展開を指令する。この段階の時に、自立電源システム６は未だアクティブモードになっていて、電流センサー１３を流れる電流の値を受け取って連続的に分析する自立電源システム６の制御モジュール１２は、パンタグラフ５が架空接触線路７に接触した瞬間に実質的に対応する、電流Ｉ_ｅｘｔが非ゼロになる瞬間を検出する。
【００２０】
センサー１３によって非ゼロ電流Ｉ_ｅｘｔが検出されたこの瞬間から、自立電源システム６は未だアクティブモードになっているが、制御モジュール１２は、外部電源線路２を流れる電流Ｉ_ｅｘｔをゼロに近い値に調整するような仕方で、自立電源システム６の出力電圧を制御する。電流Ｉ_ｅｘｔのこの調整は、例えばセンサー１３からの電流値Ｉ_ｅｘｔが第１、第２の分枝に供給される、図２の制御図にしたがって、コンピュータによって行うことができる。第１の分枝は、ゼロになるように選択された基準電流Ｉ_ｒｅｆと電流の測定値Ｉ_ｅｘｔとの間の差を計算するための比較器２０を含んでいる。比較器２０の出力は、電流Ｉ_ｅｘｔを実質的に無くすために架空接触線路電圧に近い設定点電圧を計算するブロック２１に供給され、架空接触線路電圧は、電圧Ｕ_{ｂｕｓ／ｒｅｆ}を架空接触線路電圧付近の値に予めセットするために、センサーによって測定される。センサーは、この設定点電圧Ｕ_{ｂｕｓ／ｒｅｆ}を制御ユニット２２に伝送する。図２に示すように第２の分枝は、電流Ｉ_ｅｘｔの絶対値を計算して、その値を例えば５０ｍＡに等しく選択されたゼロに近いしきい値と比較するためのブロック２３を含んでいる。それから電流Ｉ_ｅｘｔの絶対値がこのしきい値よりも大きいという情報は、電流Ｉ_ｅｘｔが電流しきい値未満である限り、新しい設定点電圧Ｕ_{ｂｕｓ／ｒｅｆ}の送信を阻止している制御ユニット２２の入力に送られる。
【００２１】
無停電電源バス１が、架空接触線路７とアクティブモードにある自立電源システム６とによって同時に電力を供給されている時の自立電源システム６の出力電圧のこの調整は、架空接触線路電圧が、自立電源システム６の出力電圧よりも低い場合に、架空接触線路７を通って自立電源システム６が放電されることを防止する。
【００２２】
架空接触線路７へのパンタグラフ５の接続の検出に続いて、自立電源システム６は、ある時間遅延によって自動的にか、運転者の手動の指令によるかどちらかによって、パッシブモードにされる。自立電源システム６がパッシブモードにあるとき、すなわち無停電電源バス１に電力をもはや供給していないとき、牽引モジュール３は、もっぱら外部電源線路２を介して架空接触線路７から電力を供給されており、また自立電源システム６は、架空接触線路を介して利用可能な電力のすべてが、自立電源システム６を充電するために使用可能であるときに、特に路面電車が停留所に止まっているとき、または制動を掛けているときに、フライホィールの運動エネルギーを満杯にするために外部電源線路２から電流を受け取る。
【００２３】
路面電車が、架空接触線路７を装備した区域を離れてそれを装備していない区域に入る準備をしているとき、自立電源システム６は、運転者の指令か、あるいは自動的に、例えば走行経路に沿って配置されたビーコンとの相互作用を通して、あるいは電車の位置を推定するコンピュータによって、再びアクティブモードに切り換えられる。この段階の時に、無停電電源バス１は、自立電源システム６と外部電源線路２とによって同時に電力を供給されており、それから制御モジュール１２は、外部電源線路を流れる電流Ｉ_ｅｘｔが実質的に無くなり、それによって架空接触線路７を通しての自立電源システム６の放電を防止するように、自立電源システム６の出力電圧を調整する。
【００２４】
それからパンタグラフ５を、架空接触線路７の終わりに達したときに自然に、もしくは運転者の指令で、架空接触線路７から切り離すことができるが、この場合、切り離しは、制御モジュール１２によって行われる調整のために、外部電源線路２の電流が実質的にゼロになっているで電弧放電の危険なしに行われる。
【００２５】
したがって本発明による路面電車電源制御システムと方法は、パンタグラフが架空接触線路に接続される瞬間を検出し、それによって架空接触線路を介しての自立電源システムの急速な放電を防止することによって、自立電源システムの充電を最適化する極めて簡単な方法を提供する。更に本発明による方法は、パンタグラフの切離し時の電弧放電のあらゆる危険を除去して、部品の耐用寿命を著しく延長する。
【００２６】
本発明は、説明および図示され、単に例として示された実施形態に決して限定されるものでなく、また特に種々の部品の構成の観点から、あるいは技術的同等物の代用を通して、本発明の保護の範囲から逸脱せずに、修正が可能であることは無論である。
【００２７】
したがって図示されない一実施形態では、接続部材は、レールの形の外部電源インフラストラクチャーと協働するシューであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御システムを装備した路面電車の電源構成を示す図。
【図２】路面電車の無停電電源バスが、自立電源システムと架空接触線路とから同時に電力を供給されているときの、本発明の制御方法による外部電源線路の電流の調整を示す図。
【符号の説明】
１ 無停電電源バス
２ 外部電源線路
３ 牽引モジュール
４ 主電動機
５ 接続部材
６ 自立電源システム
７ 外部電源インフラストラクチャー
８ フィルタインピーダンス
９ コンデンサ
１０ ケーブル
１２ 制御モジュール
１３ 電流センサー
２０ 比較器
２１、２３ ブロック
２２ 制御ユニット

Claims (6)

1. 車両に搭載された自立電源システム（６）と、接続部材（５）を用いて外部電源インフラストラクチャー（７）に接続できる外部電源線路（２）との両方に接続される無停電電源バス（１）を含む、前記車両の走行経路に沿った外部電源インフラストラクチャーの有無に応じて、外部電源モードまたは自立電源モードで動作するように構成された電動車両への電力供給を制御する方法であって、前記接続部材（５）の前記外部電源インフラストラクチャー（７）への接続は、外部電源線路（２）を流れる電流を測定することによって検出され、前記線路（２）における非ゼロ電流の存在が、前記接続部材（５）に接続された外部電源インフラストラクチャー（７）の存在を示し、
   前記無停電電源バス（１）が、前記自立電源システム（６）からエネルギーを供給され、同時に前記外部電源インフラストラクチャー（７）に接続されている電源遷移段階に車両がある時に、前記自立電源システム（６）の出力電圧が、前記外部電源線路（２）を流れる電流が実質的にゼロになるように制御されることを特徴とする方法。
2. 車両が、走行中であって、自立電源システム（６）だけから電力を供給され、かつ外部電源インフラストラクチャー（７）を装備している区域に到達したときに、
   外部電源線路における非ゼロ電流の出現によって、前記外部電源インフラストラクチャーへの接続部材（５）の接続を検出するステップと、
   外部電源線路（２）を流れる電流が実質的に無くなるように、自立電源システム（６）の出力電圧を制御するステップと、
   前記自立電源システム（６）による無停電電源バス（１）への電力の供給を停止するステップとが実行されることを特徴とする、請求項１に記載の車両への電力供給を制御する方法。
3. 車両が、走行中であって、外部電源線路（２）だけから電力を供給され、かつ外部電源インフラストラクチャー（７）から前記接続部材を切り離す前に、外部電源インフラストラクチャー（７）を装備していない区域に到達したときに、
   自立電源システム（６）が無停電電源バス（１）に電力を供給するように、前記自立電源システム（６）を起動するステップと、
   外部電源線路（２）の電流が実質的に無くなるように、自立電源システム（６）の出力電圧を制御するステップとが実行されることを特徴とする、請求項１に記載の車両への電力供給を制御する方法。
4. 車両に搭載された自立電源システム（６）と、接続部材（５）を用いて外部電源インフラストラクチャー（７）に接続できる外部電源線路（２）との両方に接続される無停電電源バス（１）を含む、前記車両の走行経路に沿った外部電源インフラストラクチャー（７）の有無に応じて、自立電源モードまたは外部電源モードで動作するように構成された電動車両への電力供給を制御するシステムであって、
   前記接続部材（５）の前記外部電源インフラストラクチャー（７）への接続を検出するために、外部電源線路（２）を流れる電流を測定するための電流センサー（１３）と、
   前記無停電電源バス（１）が、前記自立電源システム（６）からエネルギーを供給され、同時に前記外部電源インフラストラクチャー（７）に接続されている電源遷移段階に車両がある時に、前記自立電源システム（６）の出力電圧が、前記外部電源線路（２）を流れる電流が実質的にゼロになるように制御されるように、前記自立電源システム（６）の出力電圧を調整するための制御モジュール（１２）と、を含むことを特徴とするシステム。
5. 前記自立電源システム（６）は、運動エネルギーを蓄積するためのフライホィールを含むシステムであることを特徴とする、請求項４に記載の車両への電力供給を制御するためのシステム。
6. 前記接続部材（５）は、車両によって担持されていて架空接触線路（７）からなる外部電源インフラストラクチャーと協働するように構成されたパンタグラフであることを特徴とする、請求項４又は５に記載の車両への電力供給を制御するためのシステム。

Images