電気バス車庫向け600A逆パンタグラフ式ディスペンサー充電ソリューション

電気バス車庫向け600A逆パンタグラフ式ディスペンサー充電ソリューション

パンタグラフは、電気バス（Eバス）の臨時充電に一般的に使用されています。充電技術の継続的な発展に伴い、車庫での急速充電のニーズを満たすために、新世代のパンタグラフが登場しました。

本稿ではまず、電気バスの充電に用いられるパンタグラフについて考察し、次に、機会充電におけるパンタグラフの応用について紹介する。最後に、車庫における電気バスの急速充電器としてパンタグラフを活用する可能性を提案する。

パンタグラフとは、バスの屋根をパンタグラフ充電ステーションの固定ポールに接続するために使用される、ハサミ状のアームを備えた装置です。電気バス用のパンタグラフシステムは、路面電車やライトレールのシステムを基に開発されました。電気バスがパンタグラフ充電ステーションに到着すると、パンタグラフが自動的に伸長します。接触すると、電気バスのバッテリーの充電が開始されます。

パンタグラフは高容量充電器で、一般的に出力は150kWから550/650kWの範囲です。これらは、電気バスの電力を補充するために、ルート沿いの指定充電ステーションへの一時的な接続としてよく使用されます。これはオポチュニスティック充電として知られています。

パンタグラフの構成

パンタグラフ式充電装置には2つの構成があります。パンタグラフがバスの屋根から上昇するタイプ（パンタグラフ昇降式）と、充電ステーションから下方に伸びてバスに接続するタイプ（パンタグラフ降下式）です。

パンタグラフ降下システム
パンタグラフ降下システムでは、逆パンタグラフが充電ステーションの上部から降下し、バスの屋根にあるレールに接続することでバッテリーに接続される。

パンタグラフはバスから無線で着信を受信し、接続して充電プロセスを開始する。

パンタグラフ昇降システム
パンタグラフ昇降式システムでは、パンタグラフは電気バスの屋根に取り付けられています。バスが充電ステーションに到着すると、パンタグラフが屋根から上昇し、充電ステーションのコネクタと電気的に接続されます。

2つのシステムのうち、パンタグラフ昇降システムの方が技術的に実装が容易である。このタイプのパンタグラフは運転席から運転士が操作するが、パンタグラフ降下システムは接続を開始するためにWi-Fiインフラを必要とする。

電気バスのオンサイト充電は、特に長距離運行の場合、路線の運行ニーズを満たすには不十分な場合があります。このような場合、電気バスは再充電または急速充電が必要になります。路線に設置されたパンタグラフは、運行中のバスの航続距離を延長できます。そのため、夜間に車庫で電気バスを充電するだけでなく、パンタグラフとその高電圧充電器によって急速充電が可能になり、電気バスは日中、より長い路線を運行できるようになります。パンタグラフは通常、路線沿いのバス停、ターミナル、または主要な停留所に設置されています。

パンタグラフ充電電力
パンタグラフの充電電力は150kWから600kWまでです。電気バスのフル充電には5分から20分かかります。急速充電（必ずしもフル充電とは限りません）は5分から7分で完了します。充電はバス停での停車中に行うことができます。充電中も乗客は通常通り乗降できます。

パンタグラフを急速充電装置として利用する
先進国の中には、終点駅に加えて、路線上の重要な停留所にもパンタグラフが設置されているところもある。電気バスは、乗客がこれらの停留所で乗降している間に急速充電される。ジュネーブにある600キロワットの「フラッシュ充電」パンタグラフ式充電ステーションは、15～20秒でバッテリーを素早く充電できると報告されている。

低速充電ステーションと高速充電ステーション
充電ステーションにおける充電技術は絶えず進化している。当初、充電ステーションではプラグイン式の交流充電器が使用されており、電気バスを完全に充電するには6～8時間かかっていた。この「低速充電」方式は理想的とは言えなかった。

・電気バスを多数保有する企業では、充電需要が高かった。

・夜間の充電可能時間がAC充電器の充電時間よりもはるかに短い場合。

・交流充電器を使用するには、電気バスに車載コンバーターを搭載する必要がある。車載コンバーターは容量が限られているため、通常は小型であり、充電時間が長くなる。

低速の交流充電器から高速充電器への移行を検討している車両基地では、プラグイン式の直流高速充電器を採用するのが自然な流れです。直流充電コンバータは充電装置に搭載されており、電気バスには搭載されていません。そのため、外部コンバータはより大きな変換容量を持つことができます。これにより、充電速度が向上するだけでなく、充電時間も短縮されます。

通常、出力100kW以下のプラグイン式DC急速充電器を使用してバスを充電する場合、バッテリー容量にもよりますが、約4時間かかります。

 

電気バスには、ルート上の停留所や車庫でバッテリーを充電できる急速パンタグラフ充電システムを装備することができ、それによって運行効率と折り返し速度を向上させることができる。

パンタグラフシステムの設置方法には2種類あります。パンタグラフをバスの屋根に取り付けるか、充電台に直接取り付けるか（逆パンタグラフ）のどちらかです。

既存のインフラによって、パンタグラフの種類が決まるのが一般的です。都市に既に架空式パンタグラフ充電ステーションがある場合、事業者は通常、車両のみに充電レールを設置する逆方式を選択します。

パンタグラフ式充電ステーションは、頭上に架設されたフレームを備えた路側充電設備です。バスが到着すると、架設ユニットの接点が下降し、バスの前部屋根にあるレールに接続され、高出力の直流急速充電が可能になります。

iEngineering Groupは、電気バス向けの長距離DC充電ソリューションを提供しています。当社のiPowerシリーズは、充電ステーション本体とパンタグラフを一体化した、コンパクトで効率的なソリューションです。

本システムは、コネクタ充電、パンタグラフ充電、グリッドフィードバック（DCからACへの変換）の3つの機能モジュールをサポートしています。送電線の始点と終点に設置する急速充電ステーションに最適で、最大400kWの出力までカスタマイズ可能です。

・パンタグラフ降下：パンタグラフアクチュエータモーターはバス側ではなく充電器側にあるため、バスが充電器に降下を指示する必要があるため、いくつかの手順が追加されます。バスは充電器とのWi-Fi接続を確立し（できればセキュアな接続）、充電器にパンタグラフを下げるよう信号を送ります。近くに複数の充電器がある可能性があるため、充電器は下のバスがパンタグラフを要求しているバス（隣接するバスではない）であり、かつ適切な位置にあることを確認する必要があります。これは、バスに搭載されたビーコンを備えたRFID測位システムを使用して行います。充電器がバスの位置と識別情報を確認したら、パンタグラフを下げることができます。これらの追加のWi-FiおよびRFID通信コンポーネントと関連するコントローラにより、複雑さがかなり増します。充電器側のパンタグラフコントローラは、パンタグラフ上昇時と比較して追加コンポーネントです。バス専用であるため、少量生産の専門製品であり続けるでしょう。その結果、パンタグラフ降下をサポートできる充電器メーカーは少なくなり、電子機器のコストと複雑さが増すことになります。