車両制御システム
【課題】架線から電力供給を受けて走行する鉄道車両において、その供給元である変電所がダウンした場合や、同一変電区間に車両が大幅に増加した場合に車両の架線電圧が大幅に低下したら、各車両に対して架線電圧の補償を行うように制御する。
【解決手段】外部の電力供給体１０１と電力を送受する送受給部１０３と、車両システムを駆動するための駆動手段１０４と、電力を蓄積する電力蓄積手段１０５と、前記駆動手段に駆動指令を与える統括制御手段１０７とを備える。
【解決手段】外部の電力供給体１０１と電力を送受する送受給部１０３と、車両システムを駆動するための駆動手段１０４と、電力を蓄積する電力蓄積手段１０５と、前記駆動手段に駆動指令を与える統括制御手段１０７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電力供給体からの電力供給を受けて動作するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
架線から電力供給を受けて走行する鉄道車両において、その供給元である変電所がダウンした場合や、同一変電区間に車両が大幅に増加した場合には、車両の架線電圧が大幅に低下してしまい、走行性能の大幅な低下による遅延や、場合によっては走行不能になることがある。これを解決するための技術として、特許文献１に示す様に、地上に蓄電装置を置くことで架線電圧を補償する技術がある。また、特許文献２として地上に電力蓄積手段を、各車両には車両位置検出装置と通信装置を設けて、前記通信装置を用いて前記電力蓄積手段に、各車両が検出した車両位置を伝達することで、電力蓄積手段の充放電スケジュールを決定し運用する方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６２０７６号公報
【特許文献２】特開２００９−６７２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、蓄電装置が地上に設置されているため、蓄電装置によって電圧を補償できる範囲が限られていることから、蓄電装置の設置位置から離れた所を走行する車両は、まったく電圧を補償されないケースが存在する。また、蓄電装置が管理する領域に複数車両が存在する場合であっても、蓄電装置の出力が不足すると、各車両が必要とする電圧補償をすることができないという問題がある。なお、蓄電装置を無限に設置することが可能であれば、この問題は解決するがコスト増や設置スペースの問題があるため限界がある。また、特許文献２では、通信装置を経由して得られる各車両位置を用いて充放電スケジュールを決定しなければ効果的な運用ができないという問題がある。本発明の目的は、車両に対する架線電圧の補償をより確実に行うように制御することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するために、外部の電力供給手段と電力を送受給する電力送受給部と、電力を蓄積する電力蓄積手段と、電力送受給部および電力蓄積手段からの電力により車両を駆動可能な駆動手段と、電力送受給部の電圧に基づき、電力蓄積手段へ充放電制御指令を与える統括制御手段を有することにより実現できる。
【０００６】
好ましくは、統括制御手段は、電力送受給部の電圧と電力蓄積手段の充電量情報を基に、電力蓄積手段に対する充放電制御指令を決定することにより実現できる。
【０００７】
好ましくは、電力送受給部の電圧が第１の電圧閾値よりも小さい場合に、充放電制御指令として電力蓄積手段に放電を行わせる指令を生成する。
【０００８】
好ましくは、電力送受給部の電圧が第２の電圧閾値よりも大きく、第１の電圧閾値よりも小さい場合に、充放電制御指令として、電力蓄積手段の最大放電電力および駆動手段での必要電力よりも小さい電力値の放電指令を生成する。
【０００９】
好ましくは、電力送受給部の電圧が第３の電圧閾値よりも大きい場合に、充放電制御指令として電力蓄積手段に充電を行わせる指令を生成する。
【００１０】
好ましくは、第１乃至第３の電圧閾値の少なくとも一つを、電力蓄積手段の充電量の増減に応じて同様に増減させる。
【００１１】
好ましくは、前記第３の電圧閾値は回生電流の絞込みを開始する電圧とする。
【００１２】
または、統括制御手段は、車両位置を計測する車両位置計測手段と、車両速度を計測する車両速度計測手段とを備え、駆動手段へ送信される駆動指令と、電力送受給部の電圧と、車両位置と、車両速度に基づいて、充放電制御指令を生成する。
【００１３】
または、電力蓄積手段を電力発電手段と置き換え、放電指令を発電指令と、充電指令をエンジンブレーキ指令と置き換えても良い。
【発明の効果】
【００１４】
車両に対する架線電圧の補償をより確実に実施することが可能となり、走行性能の大幅な低下を防ぎダイヤを遵守することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施例を実現するためのシステム構成図の一例。
【図２】本発明の第１の実施例を実現するための統括制御手段のブロック図。
【図３】本発明の第１の実施例を実現するための電圧閾値設定手段での各電圧閾値。
【図４】本発明の第１の実施例を実現するための充放電指令決定手段の処理フロー。
【図５】本発明の第１の実施例を実現するための充放電指令値算出方法の一例。
【図６】本発明の第１の実施例を実現するための充放電指令値算出方法の一例。
【図７】本発明の第１の実施例を実施した場合の結果の一例。
【図８】本発明の第２の実施例を実現するためのシステム構成図の一例。
【図９】本発明の第２の実施例を実現するための統括制御手段のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を用いて、各実施形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明を実現するための車両システム構成図の一例である。
【００１８】
本発明を実現する車両システム１００（例えば、予め定められた軌道上を走行する鉄道車両）は、自車両の外部の電力供給体１０１（例えば、変電所）と電力１０２を送受する送受給部１０３（例えば、集電装置）と、車両システムを駆動するための駆動手段１０４（例えば、インバータ及び電動機）と、電力を蓄積する電力蓄積手段１０５と、前記駆動手段１０４に駆動指令１０６を与える統括制御手段１０７とを備えている。また、前記統括制御手段１０７は、送受給部１０３の電圧１０８および前記電力蓄積手段１０５の充電量情報１０９を基に、前記電力蓄積手段１０５に対して充放電制御指令１１０を与える。本実施例では、統括制御手段１０７が駆動指令１０６および充放電制御指令１１０を出力する例を示すが、充放電制御指令１１０の出力は統括制御手段１０７により行い、駆動指令１０６の出力は他の装置により行っても良い。
【００１９】
図２に、前記統括制御手段１０７の処理ブロックを示す。
【００２０】
前記統括制御手段１０７は、電圧閾値設定手段２０１と、充放電指令決定手段２０２と、駆動指令を生成する駆動指令生成部９０９より構成される。電圧閾値設定手段２０１は、充電量情報１０９を基に、前記電力蓄積手段１０５から電力の供給を実施するかどうかを判断するために使用する第１の電圧閾値２０３、車両システムとして走行時間を遵守するために最低限必要な電圧である第２の電圧閾値２０４および、前記電力蓄積手段１０５に対して充電するかどうかを判断するために使用する第３の電圧閾値２０５を求める。前記充放電指令決定手段２０２は、前記第１の電圧閾値２０３，前記第２の電圧閾値２０４，前記第３の電圧閾値２０５および前記電圧１０８を用いて充放電制御指令１１０を決定する。
【００２１】
図３に、電圧閾値設定手段２０１における前記第１の電圧閾値２０３，前記第２の電圧閾値２０４，前記第３の電圧閾値２０５の算出方法の一例を示す。横軸は電力蓄積手段の充電量、縦軸は電圧閾値とする。本例では、電力蓄積手段の蓄電量が低ければ低いほど、それぞれの電圧閾値を低くなるようにしている。つまり、電力蓄電手段の充電量の増加に対応して増加し、電力蓄電手段の充電量の減少に対応して減少するように各電圧閾値を設定する。このように設定することで、充電量が少ない場合において、車両が回生中である場合には低い電圧から充電を開始することができ充電量を向上させることが可能となる。また、車両が駆動中である場合には、電圧の補償範囲が下がることになるため、蓄電装置の充電量に応じた電圧補償範囲が設定できることになる。次に、充電量が多い場合において、車両が回生中である場合には、充電開始電圧が高くなるため充電量を一定に保つ効果が得られる。また、車両が駆動中である場合には、電圧の補償範囲が上がり、効果的な運用が期待できる。なお、本例ではそれぞれの電圧閾値（第１〜第３の閾値）が平行となるように設定しているが、お互いが重ならない範囲であれば、必ずしも平行でなくても良い。また、電圧閾値（第１〜第３の閾値）は、充電量に依らず一定値として設定しても問題はない。なお、通常は定格電圧の９０％程度で走行できることを前提としていることから、第１の電圧閾値としては、定格電圧の９０％程度にすることが望ましい。また、第２の電圧閾値としては定格電圧の８０％程度にすることが望ましい。また、回生時はある一定の電圧を超えると回生性能を絞り込む軽負荷回生が行われるのが一般的であるため、軽負荷回生を開始する電圧を第３の電圧閾値とすることが望ましい。
【００２２】
次に、図４に、統括制御手段１０７における充放電制御指令１１３の算出方法の一例について示す。
【００２３】
ステップ４０１では、電圧閾値設定手段１１１によって設定した第１の電圧閾値２０３，第２の電圧閾値２０４，第３の電圧閾値２０５をそれぞれ内部値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３とする。
【００２４】
ステップ４０２では、駆動手段へ与えた駆動指令から駆動手段で必要な電力Ｐ０を算出する。次に、ステップ４０３に進む。
【００２５】
ステップ４０３ではステップ４０２で求めた駆動手段の必要電力Ｐ０が正かどうかを判断し、正であれば駆動であるのでステップ４０４に進む。負であれば回生であるのでステップ４１０に進む。
【００２６】
次に、ステップ４０４では、電力蓄積手段の最大放電電力ＢＤmaxとステップ４０２で得た駆動手段で必要な電力Ｐ０を比較し、小さい方を必要電力Ｐとする。次に、ステップ４０５に進む。
【００２７】
ステップ４０５では、送受給部の電圧Ｖ０がステップ４０１で設定したＶ１以下かどうかをチェックし、Ｙｅｓであればステップ４０６に進む。大きくなければステップ４０８に進む。
【００２８】
ステップ４０６では、送受給部の電圧Ｖ０がＶ２よりも大きいかどうかをチェックし、大きければステップ４０７に進む。大きくなければステップ４０９に進む。
【００２９】
ステップ４０７では、ステップ７０２で算出した必要電力Ｐと、送受給部の電圧Ｖ０とＶ１およびステップ４０１で設定したＶ２を用いて電力蓄積手段への放電電力指令Ｘを決定する。例えば、図５に示す形を用いれば、
Ｘ＝Ｐ・（Ｖ０−Ｖ１）／（Ｖ２−Ｖ１）
で求めることが可能である。以上で終了となる。なお、これは１次曲線で記述している場合であるが、図６のように高次曲線で記述しても本発明の内容を妨げない。
【００３０】
このように送受給部の電圧が第１の閾値と第２の閾値の間の値である場合に、必要電力Ｐ（電力蓄電手段の最大放電電力ＢＤmaxと前記駆動手段で必要な電力Ｐ０の小さい方）よりも小さい電力を放電するように電力蓄電装置へ指令することにより、駆動手段の入力電圧を車両システムとして最低限必要な電圧である第２の閾値電圧よりも高く保つことができる。また、図５と図６に記載の電力決定方法は、どちらも駆動手段の入力電圧をＶ２以上に保つという点では共通している。この２つの電力決定方法による効果の違いとしては、図５の方が、Ｖ２からＶ１の間はＰを高めに制御しているため、より多く電流を出すことになるため、時間的にはよりＶ１に近づきやすいが、図６に比べて蓄電装置の負担が大きくなります。図６は電圧が上がるにつれて、電流の絞りを多くしているため、長時間かけてＶ１に近づけようとするので、図５に比べて蓄電装置の負担は減ります。これらの電力決定方法は、路線／走行本数等に応じて好ましい方を選択すれば良い。
【００３１】
次に、ステップ４０５から派生したステップ４０８では、電力蓄積手段への放電電力指令Ｘは０として終了となる。次に、ステップ４０６から派生したステップ４０９では、電力蓄積手段への放電電力指令ＸはＰとして終了となる。
【００３２】
一方、ステップ４１０では、電力蓄積手段の最大充電電力ＢＣmaxとステップ４０２で得た駆動手段で必要な電力Ｐ０について絶対値を比較し、絶対値の小さい方を必要電力Ｐとする。次に、ステップ４１１に進む。
【００３３】
ステップ４１１では、送受給部の電圧Ｖ０がステップ４０１で設定したＶ３以上かどうかをチェックし、送受給部の電圧Ｖ０がＶ３以上であればステップ４１２に進む。上記が成立しなければステップ４１３に進む。
【００３４】
ステップ４１２では、ステップ４０８で算出した必要電力Ｐを蓄電装置に充電するように指令する。以上で終了となる。
【００３５】
また、ステップ４１３では、電力蓄積手段への放電電力指令Ｘは０として終了となる。
【００３６】
なお、送受給部の電圧Ｖ０を送受給部の電圧の履歴から予測した電圧Ｖｘとしても本発明は差し支えない。
【００３７】
図７に本実施形態を鉄道車両に適用した場合の動作について４つのグラフを用いて説明する。横軸は時刻を表し、縦軸は、速度，架線電圧，充電量，位置を表す。また、本実施形態を実施する場合については実線で示す。また、速度，位置および、架線電圧（時刻ｔ０−ｔ３）については、比較対象として本実施形態を実施しない場合を点線で示す。なお、点線がないところは実線と同じ動きとなる。時刻毎についてそれぞれ示す。
【００３８】
時刻ｔ０−ｔ１間は、車両が加速する場合を表している。この時刻中における架線電圧はＶ１以上であるため、電力蓄積手段からの供給はなしとなることから、充電量は変化しない。このため、本実施形態を実施する、実施しないに関わらず、同じ動きとなる。
【００３９】
次に、時刻ｔ１−ｔ２間になると架線電圧がＶ１よりも下回るため、電力蓄積手段から電力が供給され、架線電圧が一定範囲内に保たれる。このため、本実施形態を適用しない場合に比べて加速性能が上昇する。一方、本実施形態を適用しない場合には架線電圧が下がっていることがわかる。また、基準電圧であるＶ１，Ｖ２，Ｖ３は電力蓄積手段の充電量によって変更しており、その電圧を用いて制御されていることも確認できる。
【００４０】
次に、時刻ｔ２−ｔ３間では、本実施形態を適用しない場合には加速を続けているが、本実施形態を適用した場合には最高速度に到達するため定速走行へと動作が変わっている。定速走行は加速に比べて電力を使用しないため、架線電圧が上昇しＶ１よりも大きいため電力蓄積手段からの供給はなく、電力蓄積手段の充電量は変わらない。このため、基準電圧であるＶ１，Ｖ２，Ｖ３も変わらない。
【００４１】
次に、時刻ｔ３−ｔ４間は、架線電圧がＶ１以上Ｖ３以下であることから電力蓄積手段からの電力の供給は行われず、電力蓄積手段の充電量は変わらない。このため、基準電圧であるＶ１，Ｖ２，Ｖ３も変わらない。
【００４２】
次に、時刻ｔ４−ｔ５間では、車両が制動を開始したため、架線電圧が上昇するが、架線電圧がＶ１以上Ｖ３以下であることから電力蓄積手段からの電力の供給は行われず、電力蓄積手段の充電量は変わらない。このため、基準電圧であるＶ１，Ｖ２，Ｖ３も変わらない。
【００４３】
次に、時刻ｔ５−ｔ６間では、車両が制動中であり架線電圧が上昇し、架線電圧がＶ３以上となったことから電力蓄積手段への充電が行われ、電力蓄積手段の充電量が増加する。また、基準電圧であるＶ１，Ｖ２，Ｖ３も変化する。
【００４４】
以上の処理により時刻ｔ６には到着位置に到達する。しかし、本実施形態を適用しない場合には時刻ｔ２−ｔ３間での加速が不足するため時刻ｔ６では到達せず、時刻ｔ７に到達することになる。このように、架線電圧の補償をすることで、走行時間の短縮が可能となり、ダイヤを遵守することが可能となる。
【００４５】
なお、本例では電力蓄積手段を用いているが、例えば、エンジンのような電力発生手段を用いた場合でも本発明は妨げない。その理由は、駆動時はエンジンを用いて発電すれば良く、回生時にはエンジンブレーキをすることで、発生したエネルギーを消費することが可能であるためである。
【実施例２】
【００４６】
図８は本発明を実現するためのシステム構成図の一例である。なお、図１と同じものについては同じ番号を用いて説明する。
【００４７】
本発明を実現する車両システム８００は、外部の電力供給体１０１と電力１０２を送受する送受給部１０３と、車両システムを駆動するための駆動手段１０４と、電力を蓄積する電力蓄積手段１０５と、前記駆動手段１０４に駆動指令１０６を与える統括制御手段８０１と、車両位置８０２を計測する車両位置計測手段８０３，車両速度８０４を計測する車両速度計測手段８０５を備えている。また、前記統括制御手段８０１は、前記駆動指令１０６と前記送受給部１０３の電圧１０８と前記車両位置８０２および前記車両速度８０４とを基に、充放電制御指令８０６を生成し、前記電力蓄積手段１０５に対して当該充放電制御指令８０６を与える。本実施例では、統括制御手段８０１が駆動指令１０６および充放電制御指令８０６を出力する例を示すが、充放電制御指令８０６の出力は統括制御手段８０１により行い、駆動指令１０６の生成は他の装置により行っても良い。
【００４８】
図９に、前記統括制御手段８０１の処理ブロックを示す。
【００４９】
前記統括制御手段８０１は、供給予測変電所位置入手手段９０１と、架線電圧予測手段９０２，充放電指令決定手段９０３およびすべての変電所位置のデータを登録してあるデータベース９０４（さらに架線やレールの抵抗値を登録しても良い。）と、駆動指令を生成する駆動指令生成部９０９により構成される。供給予測変電所位置入手手段９０１は、前記車両位置８０２と前記データベース９０４に基づいて、先頭方向に対して最も近い変電所位置９０５および後尾方向に対して最も近い変電所位置９０６と、変電所位置９０５と変電所位置９０６間の架線／レール抵抗９０７を生成する。また、架線電圧予測手段９０２は、前記駆動指令１０６，前記車両速度８０４，前記車両位置８０２，前記変電所位置９０５および９０６、および架線／レール抵抗９０７から、予測架線電圧９０８を以下のようにして求める。
ＰＶ＝変電所の定格電圧−ＳＱＲＴ（Ｐ×｜Ａ−Ｘ｜／｜Ａ−Ｂ｜×Ｒ）
によって求める。但し、ＰＶ：予測架線電圧，Ｐ：駆動指令１０６および車両速度８０４から求まる電力，Ｘ：車両位置８０２，Ａ：変電所位置９０５，Ｂ：変電所位置９０６，Ｒ：架線／レール抵抗９０７とする。
【００５０】
また、充放電指令決定手段９０３は、駆動指令１０６，車両速度８０４，前記送受給部１０３の電圧１０８，予測架線電圧９０８から充放電制御指令８０６を以下のようにして求める。
ＣＣ＝（ＶＴ／ＰＶ−１）×Ｐ
【００５１】
但し、ＣＣ：充放電制御指令８０６，Ｐ：駆動指令１０６および車両速度８０４から求まる電力，ＰＶ：予測架線電圧９０８，ＶＴ：電圧１０８。この時、ＣＣ＝０であれば、実施例１と同様の判断に基づき実施し、それ以外のケースではＣＣに従い実施する。
【００５２】
以上のように充放電制御することで、他車両の影響を考慮した形で充放電制御指令を生成することができる。すなわち、ＶＴ＜ＰＶ（ＣＣ＜０）なら同一区間を存在している他車両が力行しているため、電圧ＶＴが予測架線電圧ＰＶよりも低い。この時、自車両の蓄電装置から放電することで、架線からの電流を低減し自車両の電圧ＶＴを予測架線電圧ＰＶ付近まで押し上げることで、１車両の時と同様に制御することが可能となる。また、自車両の蓄電装置の充電は、ＶＴ＞ＰＶの時に充電することで行う。ＶＴ＞ＰＶの時は、同一区間に存在している他車両が回生している場合である。この時に、車両の通常の走行に必要な電流だけでなく、車両の蓄電装置に充電するように電流を要求する。これにより、電圧ＶＴが予測架線電圧ＰＶ付近まで落ちるが、車両の蓄電装置の充電が可能となる。これを繰り返せば、車両は常に１車両で走行している場合と同じ電圧変動で走行することができる。また、ＣＣ＝０（ＶＴ＝ＰＶ）なら自車両のみ同一変電区間に存在することになるため、１車両の時と同じように制御すればよい。
【実施例３】
【００５３】
なお、上記した実施例では電力蓄積手段を用いているが、例えば、エンジンのような電力発生手段を用いた場合でも本発明を適用することは可能である。その理由は、上記実施例における電力蓄積手段からの放電時はエンジン／発電機を用いて発電すれば良く、上記実施例における電力蓄積手段への充電時にはエンジンブレーキを利用することで、発生したエネルギーを消費することが可能であるためである。
【００５４】
この実施例の構成について以下に説明する。なお実施例１および２と共通する構成については説明を省略する。
【００５５】
本実施例においては、上記各実施例における充放電制御指令は、発電制御指令に置換わる。また、第１の閾値は発電するか否かを決定するための閾値であり、第３の閾値はエンジンブレーキを実施するか否かを決定するための閾値であり、第２の閾値は車両システムとして補償したい最低電圧である。
【００５６】
送受給部の電圧が第３の閾値よりも大きい場合には、発電制御指令としてエンジンブレーキをかける指令が生成される。送受給部の電圧が第１の電圧閾値よりも小さい場合には、発電制御指令として発電動作を行う指令が生成される。また、送受給部の電圧が第１の電圧閾値より小さく、第２の電圧閾値よりも大きい場合は、図５または図６に示す通り、必要電力Ｐ（電力発電手段の最大発電電力ＢＤmaxと前記駆動手段で必要な電力Ｐ０の小さい方）よりも小さい電力を発電するような発電制御指令が電力発電装置へ出力される。
【００５７】
また、電力発電装置には、充電量の概念が無いため、電圧閾値（第１〜第３の閾値）は一定の値となる。なお、電圧閾値は一定値である必要はなく、充電量以外の他のパラメータに応じて変動させても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１００，８００ 車両システム
１０１ 外部の電力供給体
１０２ 電力
１０３ 送受給部
１０４ 駆動手段
１０５ 電力蓄積手段
１０６ 駆動指令
１０７，８０１ 統括制御手段
１０８ 電圧
１０９ 充電量情報
１１０，８０６ 充放電制御指令
２０１ 電圧閾値設定手段
２０２，９０３ 充放電指令決定手段
２０３ 第１の電圧閾値
２０４ 第２の電圧閾値
２０５ 第３の電圧閾値
８０２ 車両位置
８０３ 車両位置計測手段
８０４ 車両速度
８０５ 車両速度計測手段
９０１ 供給予測変電所位置入手手段
９０２ 架線電圧予測手段
９０４ データベース
９０５，９０６ 変電所位置
９０７ 架線／レール抵抗
９０８ 予測架線電圧
９０９ 駆動指令生成部
【技術分野】
【０００１】
電力供給体からの電力供給を受けて動作するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
架線から電力供給を受けて走行する鉄道車両において、その供給元である変電所がダウンした場合や、同一変電区間に車両が大幅に増加した場合には、車両の架線電圧が大幅に低下してしまい、走行性能の大幅な低下による遅延や、場合によっては走行不能になることがある。これを解決するための技術として、特許文献１に示す様に、地上に蓄電装置を置くことで架線電圧を補償する技術がある。また、特許文献２として地上に電力蓄積手段を、各車両には車両位置検出装置と通信装置を設けて、前記通信装置を用いて前記電力蓄積手段に、各車両が検出した車両位置を伝達することで、電力蓄積手段の充放電スケジュールを決定し運用する方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６２０７６号公報
【特許文献２】特開２００９−６７２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、蓄電装置が地上に設置されているため、蓄電装置によって電圧を補償できる範囲が限られていることから、蓄電装置の設置位置から離れた所を走行する車両は、まったく電圧を補償されないケースが存在する。また、蓄電装置が管理する領域に複数車両が存在する場合であっても、蓄電装置の出力が不足すると、各車両が必要とする電圧補償をすることができないという問題がある。なお、蓄電装置を無限に設置することが可能であれば、この問題は解決するがコスト増や設置スペースの問題があるため限界がある。また、特許文献２では、通信装置を経由して得られる各車両位置を用いて充放電スケジュールを決定しなければ効果的な運用ができないという問題がある。本発明の目的は、車両に対する架線電圧の補償をより確実に行うように制御することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するために、外部の電力供給手段と電力を送受給する電力送受給部と、電力を蓄積する電力蓄積手段と、電力送受給部および電力蓄積手段からの電力により車両を駆動可能な駆動手段と、電力送受給部の電圧に基づき、電力蓄積手段へ充放電制御指令を与える統括制御手段を有することにより実現できる。
【０００６】
好ましくは、統括制御手段は、電力送受給部の電圧と電力蓄積手段の充電量情報を基に、電力蓄積手段に対する充放電制御指令を決定することにより実現できる。
【０００７】
好ましくは、電力送受給部の電圧が第１の電圧閾値よりも小さい場合に、充放電制御指令として電力蓄積手段に放電を行わせる指令を生成する。
【０００８】
好ましくは、電力送受給部の電圧が第２の電圧閾値よりも大きく、第１の電圧閾値よりも小さい場合に、充放電制御指令として、電力蓄積手段の最大放電電力および駆動手段での必要電力よりも小さい電力値の放電指令を生成する。
【０００９】
好ましくは、電力送受給部の電圧が第３の電圧閾値よりも大きい場合に、充放電制御指令として電力蓄積手段に充電を行わせる指令を生成する。
【００１０】
好ましくは、第１乃至第３の電圧閾値の少なくとも一つを、電力蓄積手段の充電量の増減に応じて同様に増減させる。
【００１１】
好ましくは、前記第３の電圧閾値は回生電流の絞込みを開始する電圧とする。
【００１２】
または、統括制御手段は、車両位置を計測する車両位置計測手段と、車両速度を計測する車両速度計測手段とを備え、駆動手段へ送信される駆動指令と、電力送受給部の電圧と、車両位置と、車両速度に基づいて、充放電制御指令を生成する。
【００１３】
または、電力蓄積手段を電力発電手段と置き換え、放電指令を発電指令と、充電指令をエンジンブレーキ指令と置き換えても良い。
【発明の効果】
【００１４】
車両に対する架線電圧の補償をより確実に実施することが可能となり、走行性能の大幅な低下を防ぎダイヤを遵守することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施例を実現するためのシステム構成図の一例。
【図２】本発明の第１の実施例を実現するための統括制御手段のブロック図。
【図３】本発明の第１の実施例を実現するための電圧閾値設定手段での各電圧閾値。
【図４】本発明の第１の実施例を実現するための充放電指令決定手段の処理フロー。
【図５】本発明の第１の実施例を実現するための充放電指令値算出方法の一例。
【図６】本発明の第１の実施例を実現するための充放電指令値算出方法の一例。
【図７】本発明の第１の実施例を実施した場合の結果の一例。
【図８】本発明の第２の実施例を実現するためのシステム構成図の一例。
【図９】本発明の第２の実施例を実現するための統括制御手段のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を用いて、各実施形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明を実現するための車両システム構成図の一例である。
【００１８】
本発明を実現する車両システム１００（例えば、予め定められた軌道上を走行する鉄道車両）は、自車両の外部の電力供給体１０１（例えば、変電所）と電力１０２を送受する送受給部１０３（例えば、集電装置）と、車両システムを駆動するための駆動手段１０４（例えば、インバータ及び電動機）と、電力を蓄積する電力蓄積手段１０５と、前記駆動手段１０４に駆動指令１０６を与える統括制御手段１０７とを備えている。また、前記統括制御手段１０７は、送受給部１０３の電圧１０８および前記電力蓄積手段１０５の充電量情報１０９を基に、前記電力蓄積手段１０５に対して充放電制御指令１１０を与える。本実施例では、統括制御手段１０７が駆動指令１０６および充放電制御指令１１０を出力する例を示すが、充放電制御指令１１０の出力は統括制御手段１０７により行い、駆動指令１０６の出力は他の装置により行っても良い。
【００１９】
図２に、前記統括制御手段１０７の処理ブロックを示す。
【００２０】
前記統括制御手段１０７は、電圧閾値設定手段２０１と、充放電指令決定手段２０２と、駆動指令を生成する駆動指令生成部９０９より構成される。電圧閾値設定手段２０１は、充電量情報１０９を基に、前記電力蓄積手段１０５から電力の供給を実施するかどうかを判断するために使用する第１の電圧閾値２０３、車両システムとして走行時間を遵守するために最低限必要な電圧である第２の電圧閾値２０４および、前記電力蓄積手段１０５に対して充電するかどうかを判断するために使用する第３の電圧閾値２０５を求める。前記充放電指令決定手段２０２は、前記第１の電圧閾値２０３，前記第２の電圧閾値２０４，前記第３の電圧閾値２０５および前記電圧１０８を用いて充放電制御指令１１０を決定する。
【００２１】
図３に、電圧閾値設定手段２０１における前記第１の電圧閾値２０３，前記第２の電圧閾値２０４，前記第３の電圧閾値２０５の算出方法の一例を示す。横軸は電力蓄積手段の充電量、縦軸は電圧閾値とする。本例では、電力蓄積手段の蓄電量が低ければ低いほど、それぞれの電圧閾値を低くなるようにしている。つまり、電力蓄電手段の充電量の増加に対応して増加し、電力蓄電手段の充電量の減少に対応して減少するように各電圧閾値を設定する。このように設定することで、充電量が少ない場合において、車両が回生中である場合には低い電圧から充電を開始することができ充電量を向上させることが可能となる。また、車両が駆動中である場合には、電圧の補償範囲が下がることになるため、蓄電装置の充電量に応じた電圧補償範囲が設定できることになる。次に、充電量が多い場合において、車両が回生中である場合には、充電開始電圧が高くなるため充電量を一定に保つ効果が得られる。また、車両が駆動中である場合には、電圧の補償範囲が上がり、効果的な運用が期待できる。なお、本例ではそれぞれの電圧閾値（第１〜第３の閾値）が平行となるように設定しているが、お互いが重ならない範囲であれば、必ずしも平行でなくても良い。また、電圧閾値（第１〜第３の閾値）は、充電量に依らず一定値として設定しても問題はない。なお、通常は定格電圧の９０％程度で走行できることを前提としていることから、第１の電圧閾値としては、定格電圧の９０％程度にすることが望ましい。また、第２の電圧閾値としては定格電圧の８０％程度にすることが望ましい。また、回生時はある一定の電圧を超えると回生性能を絞り込む軽負荷回生が行われるのが一般的であるため、軽負荷回生を開始する電圧を第３の電圧閾値とすることが望ましい。
【００２２】
次に、図４に、統括制御手段１０７における充放電制御指令１１３の算出方法の一例について示す。
【００２３】
ステップ４０１では、電圧閾値設定手段１１１によって設定した第１の電圧閾値２０３，第２の電圧閾値２０４，第３の電圧閾値２０５をそれぞれ内部値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３とする。
【００２４】
ステップ４０２では、駆動手段へ与えた駆動指令から駆動手段で必要な電力Ｐ０を算出する。次に、ステップ４０３に進む。
【００２５】
ステップ４０３ではステップ４０２で求めた駆動手段の必要電力Ｐ０が正かどうかを判断し、正であれば駆動であるのでステップ４０４に進む。負であれば回生であるのでステップ４１０に進む。
【００２６】
次に、ステップ４０４では、電力蓄積手段の最大放電電力ＢＤmaxとステップ４０２で得た駆動手段で必要な電力Ｐ０を比較し、小さい方を必要電力Ｐとする。次に、ステップ４０５に進む。
【００２７】
ステップ４０５では、送受給部の電圧Ｖ０がステップ４０１で設定したＶ１以下かどうかをチェックし、Ｙｅｓであればステップ４０６に進む。大きくなければステップ４０８に進む。
【００２８】
ステップ４０６では、送受給部の電圧Ｖ０がＶ２よりも大きいかどうかをチェックし、大きければステップ４０７に進む。大きくなければステップ４０９に進む。
【００２９】
ステップ４０７では、ステップ７０２で算出した必要電力Ｐと、送受給部の電圧Ｖ０とＶ１およびステップ４０１で設定したＶ２を用いて電力蓄積手段への放電電力指令Ｘを決定する。例えば、図５に示す形を用いれば、
Ｘ＝Ｐ・（Ｖ０−Ｖ１）／（Ｖ２−Ｖ１）
で求めることが可能である。以上で終了となる。なお、これは１次曲線で記述している場合であるが、図６のように高次曲線で記述しても本発明の内容を妨げない。
【００３０】
このように送受給部の電圧が第１の閾値と第２の閾値の間の値である場合に、必要電力Ｐ（電力蓄電手段の最大放電電力ＢＤmaxと前記駆動手段で必要な電力Ｐ０の小さい方）よりも小さい電力を放電するように電力蓄電装置へ指令することにより、駆動手段の入力電圧を車両システムとして最低限必要な電圧である第２の閾値電圧よりも高く保つことができる。また、図５と図６に記載の電力決定方法は、どちらも駆動手段の入力電圧をＶ２以上に保つという点では共通している。この２つの電力決定方法による効果の違いとしては、図５の方が、Ｖ２からＶ１の間はＰを高めに制御しているため、より多く電流を出すことになるため、時間的にはよりＶ１に近づきやすいが、図６に比べて蓄電装置の負担が大きくなります。図６は電圧が上がるにつれて、電流の絞りを多くしているため、長時間かけてＶ１に近づけようとするので、図５に比べて蓄電装置の負担は減ります。これらの電力決定方法は、路線／走行本数等に応じて好ましい方を選択すれば良い。
【００３１】
次に、ステップ４０５から派生したステップ４０８では、電力蓄積手段への放電電力指令Ｘは０として終了となる。次に、ステップ４０６から派生したステップ４０９では、電力蓄積手段への放電電力指令ＸはＰとして終了となる。
【００３２】
一方、ステップ４１０では、電力蓄積手段の最大充電電力ＢＣmaxとステップ４０２で得た駆動手段で必要な電力Ｐ０について絶対値を比較し、絶対値の小さい方を必要電力Ｐとする。次に、ステップ４１１に進む。
【００３３】
ステップ４１１では、送受給部の電圧Ｖ０がステップ４０１で設定したＶ３以上かどうかをチェックし、送受給部の電圧Ｖ０がＶ３以上であればステップ４１２に進む。上記が成立しなければステップ４１３に進む。
【００３４】
ステップ４１２では、ステップ４０８で算出した必要電力Ｐを蓄電装置に充電するように指令する。以上で終了となる。
【００３５】
また、ステップ４１３では、電力蓄積手段への放電電力指令Ｘは０として終了となる。
【００３６】
なお、送受給部の電圧Ｖ０を送受給部の電圧の履歴から予測した電圧Ｖｘとしても本発明は差し支えない。
【００３７】
図７に本実施形態を鉄道車両に適用した場合の動作について４つのグラフを用いて説明する。横軸は時刻を表し、縦軸は、速度，架線電圧，充電量，位置を表す。また、本実施形態を実施する場合については実線で示す。また、速度，位置および、架線電圧（時刻ｔ０−ｔ３）については、比較対象として本実施形態を実施しない場合を点線で示す。なお、点線がないところは実線と同じ動きとなる。時刻毎についてそれぞれ示す。
【００３８】
時刻ｔ０−ｔ１間は、車両が加速する場合を表している。この時刻中における架線電圧はＶ１以上であるため、電力蓄積手段からの供給はなしとなることから、充電量は変化しない。このため、本実施形態を実施する、実施しないに関わらず、同じ動きとなる。
【００３９】
次に、時刻ｔ１−ｔ２間になると架線電圧がＶ１よりも下回るため、電力蓄積手段から電力が供給され、架線電圧が一定範囲内に保たれる。このため、本実施形態を適用しない場合に比べて加速性能が上昇する。一方、本実施形態を適用しない場合には架線電圧が下がっていることがわかる。また、基準電圧であるＶ１，Ｖ２，Ｖ３は電力蓄積手段の充電量によって変更しており、その電圧を用いて制御されていることも確認できる。
【００４０】
次に、時刻ｔ２−ｔ３間では、本実施形態を適用しない場合には加速を続けているが、本実施形態を適用した場合には最高速度に到達するため定速走行へと動作が変わっている。定速走行は加速に比べて電力を使用しないため、架線電圧が上昇しＶ１よりも大きいため電力蓄積手段からの供給はなく、電力蓄積手段の充電量は変わらない。このため、基準電圧であるＶ１，Ｖ２，Ｖ３も変わらない。
【００４１】
次に、時刻ｔ３−ｔ４間は、架線電圧がＶ１以上Ｖ３以下であることから電力蓄積手段からの電力の供給は行われず、電力蓄積手段の充電量は変わらない。このため、基準電圧であるＶ１，Ｖ２，Ｖ３も変わらない。
【００４２】
次に、時刻ｔ４−ｔ５間では、車両が制動を開始したため、架線電圧が上昇するが、架線電圧がＶ１以上Ｖ３以下であることから電力蓄積手段からの電力の供給は行われず、電力蓄積手段の充電量は変わらない。このため、基準電圧であるＶ１，Ｖ２，Ｖ３も変わらない。
【００４３】
次に、時刻ｔ５−ｔ６間では、車両が制動中であり架線電圧が上昇し、架線電圧がＶ３以上となったことから電力蓄積手段への充電が行われ、電力蓄積手段の充電量が増加する。また、基準電圧であるＶ１，Ｖ２，Ｖ３も変化する。
【００４４】
以上の処理により時刻ｔ６には到着位置に到達する。しかし、本実施形態を適用しない場合には時刻ｔ２−ｔ３間での加速が不足するため時刻ｔ６では到達せず、時刻ｔ７に到達することになる。このように、架線電圧の補償をすることで、走行時間の短縮が可能となり、ダイヤを遵守することが可能となる。
【００４５】
なお、本例では電力蓄積手段を用いているが、例えば、エンジンのような電力発生手段を用いた場合でも本発明は妨げない。その理由は、駆動時はエンジンを用いて発電すれば良く、回生時にはエンジンブレーキをすることで、発生したエネルギーを消費することが可能であるためである。
【実施例２】
【００４６】
図８は本発明を実現するためのシステム構成図の一例である。なお、図１と同じものについては同じ番号を用いて説明する。
【００４７】
本発明を実現する車両システム８００は、外部の電力供給体１０１と電力１０２を送受する送受給部１０３と、車両システムを駆動するための駆動手段１０４と、電力を蓄積する電力蓄積手段１０５と、前記駆動手段１０４に駆動指令１０６を与える統括制御手段８０１と、車両位置８０２を計測する車両位置計測手段８０３，車両速度８０４を計測する車両速度計測手段８０５を備えている。また、前記統括制御手段８０１は、前記駆動指令１０６と前記送受給部１０３の電圧１０８と前記車両位置８０２および前記車両速度８０４とを基に、充放電制御指令８０６を生成し、前記電力蓄積手段１０５に対して当該充放電制御指令８０６を与える。本実施例では、統括制御手段８０１が駆動指令１０６および充放電制御指令８０６を出力する例を示すが、充放電制御指令８０６の出力は統括制御手段８０１により行い、駆動指令１０６の生成は他の装置により行っても良い。
【００４８】
図９に、前記統括制御手段８０１の処理ブロックを示す。
【００４９】
前記統括制御手段８０１は、供給予測変電所位置入手手段９０１と、架線電圧予測手段９０２，充放電指令決定手段９０３およびすべての変電所位置のデータを登録してあるデータベース９０４（さらに架線やレールの抵抗値を登録しても良い。）と、駆動指令を生成する駆動指令生成部９０９により構成される。供給予測変電所位置入手手段９０１は、前記車両位置８０２と前記データベース９０４に基づいて、先頭方向に対して最も近い変電所位置９０５および後尾方向に対して最も近い変電所位置９０６と、変電所位置９０５と変電所位置９０６間の架線／レール抵抗９０７を生成する。また、架線電圧予測手段９０２は、前記駆動指令１０６，前記車両速度８０４，前記車両位置８０２，前記変電所位置９０５および９０６、および架線／レール抵抗９０７から、予測架線電圧９０８を以下のようにして求める。
ＰＶ＝変電所の定格電圧−ＳＱＲＴ（Ｐ×｜Ａ−Ｘ｜／｜Ａ−Ｂ｜×Ｒ）
によって求める。但し、ＰＶ：予測架線電圧，Ｐ：駆動指令１０６および車両速度８０４から求まる電力，Ｘ：車両位置８０２，Ａ：変電所位置９０５，Ｂ：変電所位置９０６，Ｒ：架線／レール抵抗９０７とする。
【００５０】
また、充放電指令決定手段９０３は、駆動指令１０６，車両速度８０４，前記送受給部１０３の電圧１０８，予測架線電圧９０８から充放電制御指令８０６を以下のようにして求める。
ＣＣ＝（ＶＴ／ＰＶ−１）×Ｐ
【００５１】
但し、ＣＣ：充放電制御指令８０６，Ｐ：駆動指令１０６および車両速度８０４から求まる電力，ＰＶ：予測架線電圧９０８，ＶＴ：電圧１０８。この時、ＣＣ＝０であれば、実施例１と同様の判断に基づき実施し、それ以外のケースではＣＣに従い実施する。
【００５２】
以上のように充放電制御することで、他車両の影響を考慮した形で充放電制御指令を生成することができる。すなわち、ＶＴ＜ＰＶ（ＣＣ＜０）なら同一区間を存在している他車両が力行しているため、電圧ＶＴが予測架線電圧ＰＶよりも低い。この時、自車両の蓄電装置から放電することで、架線からの電流を低減し自車両の電圧ＶＴを予測架線電圧ＰＶ付近まで押し上げることで、１車両の時と同様に制御することが可能となる。また、自車両の蓄電装置の充電は、ＶＴ＞ＰＶの時に充電することで行う。ＶＴ＞ＰＶの時は、同一区間に存在している他車両が回生している場合である。この時に、車両の通常の走行に必要な電流だけでなく、車両の蓄電装置に充電するように電流を要求する。これにより、電圧ＶＴが予測架線電圧ＰＶ付近まで落ちるが、車両の蓄電装置の充電が可能となる。これを繰り返せば、車両は常に１車両で走行している場合と同じ電圧変動で走行することができる。また、ＣＣ＝０（ＶＴ＝ＰＶ）なら自車両のみ同一変電区間に存在することになるため、１車両の時と同じように制御すればよい。
【実施例３】
【００５３】
なお、上記した実施例では電力蓄積手段を用いているが、例えば、エンジンのような電力発生手段を用いた場合でも本発明を適用することは可能である。その理由は、上記実施例における電力蓄積手段からの放電時はエンジン／発電機を用いて発電すれば良く、上記実施例における電力蓄積手段への充電時にはエンジンブレーキを利用することで、発生したエネルギーを消費することが可能であるためである。
【００５４】
この実施例の構成について以下に説明する。なお実施例１および２と共通する構成については説明を省略する。
【００５５】
本実施例においては、上記各実施例における充放電制御指令は、発電制御指令に置換わる。また、第１の閾値は発電するか否かを決定するための閾値であり、第３の閾値はエンジンブレーキを実施するか否かを決定するための閾値であり、第２の閾値は車両システムとして補償したい最低電圧である。
【００５６】
送受給部の電圧が第３の閾値よりも大きい場合には、発電制御指令としてエンジンブレーキをかける指令が生成される。送受給部の電圧が第１の電圧閾値よりも小さい場合には、発電制御指令として発電動作を行う指令が生成される。また、送受給部の電圧が第１の電圧閾値より小さく、第２の電圧閾値よりも大きい場合は、図５または図６に示す通り、必要電力Ｐ（電力発電手段の最大発電電力ＢＤmaxと前記駆動手段で必要な電力Ｐ０の小さい方）よりも小さい電力を発電するような発電制御指令が電力発電装置へ出力される。
【００５７】
また、電力発電装置には、充電量の概念が無いため、電圧閾値（第１〜第３の閾値）は一定の値となる。なお、電圧閾値は一定値である必要はなく、充電量以外の他のパラメータに応じて変動させても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１００，８００ 車両システム
１０１ 外部の電力供給体
１０２ 電力
１０３ 送受給部
１０４ 駆動手段
１０５ 電力蓄積手段
１０６ 駆動指令
１０７，８０１ 統括制御手段
１０８ 電圧
１０９ 充電量情報
１１０，８０６ 充放電制御指令
２０１ 電圧閾値設定手段
２０２，９０３ 充放電指令決定手段
２０３ 第１の電圧閾値
２０４ 第２の電圧閾値
２０５ 第３の電圧閾値
８０２ 車両位置
８０３ 車両位置計測手段
８０４ 車両速度
８０５ 車両速度計測手段
９０１ 供給予測変電所位置入手手段
９０２ 架線電圧予測手段
９０４ データベース
９０５，９０６ 変電所位置
９０７ 架線／レール抵抗
９０８ 予測架線電圧
９０９ 駆動指令生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の電力供給手段から電力を送受給する車両の車両制御システムにおいて、
前記車両は前記電力供給手段と電力を送受給する電力送受給部と、
電力を蓄積する電力蓄積手段と、
前記電力送受給部および前記電力蓄積手段からの電力により車両を駆動可能な駆動手段と、
前記電力送受給部の電圧に基づき、前記電力蓄積手段へ充放電制御指令を与える統括制御手段を有することを特徴とする車両制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、前記電力送受給部の電圧と前記電力蓄積手段の充電量情報を基に、前記電力蓄積手段に対する前記充放電制御指令を決定する充放電指令決定手段を有することを特徴とする車両制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の車両制御システムにおいて、
前記充放電指令決定手段は、前記電力蓄積手段の充電量の増加に対応して増加し、前記電力蓄積手段の充電量の減少に対応して減少する第１の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第１の電圧閾値よりも小さい場合に、前記充放電制御指令として前記電力蓄積手段に放電を行わせる指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の車両制御システムにおいて、
前記充放電指令決定手段は、前記電力蓄積手段の充電量の増加に対応して増加し、前記電力蓄積手段の充電量の減少に対応して減少する第２の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第２の電圧閾値よりも大きく、前記第１の電圧閾値よりも小さい場合に、前記充放電制御指令として、前記電力蓄積手段の最大放電電力および前記駆動手段での必要電力よりも小さい電力値の放電指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の車両制御システムにおいて、
前記充放電指令決定手段は、前記電力蓄積手段の充電量の増加に対応して増加し、前記電力蓄積手段の充電量の減少に対応して減少する第３の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第３の電圧閾値よりも大きい場合に、前記充放電制御指令として前記電力蓄積手段に充電を行わせる指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項６】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、前記電力蓄積手段の放電開始の要否を決定するための第１の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第１の電圧閾値よりも小さい場合に、前記充放電制御指令として前記電力蓄積手段に放電を行わせる指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項７】
請求項６に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、第２の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第２の電圧閾値よりも大きく、前記第１の電圧閾値よりも小さい場合に、前記充放電制御指令として、前記電力蓄積手段の最大放電電力および前記駆動手段での必要電力よりも小さい電力値の放電指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項８】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、充電開始の要否を決定するための第３の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第３の電圧閾値よりも大きい場合に、前記充放電制御指令として前記電力蓄積手段に充電を行わせる指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項９】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、車両位置を計測する車両位置計測手段と、車両速度を計測する車両速度計測手段とを備え、
前記駆動手段へ送信される駆動指令と、前記電力送受給部の電圧と、前記車両位置と、前記車両速度に基づいて、前記充放電制御指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項１０】
請求項９の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、変電所の位置が登録されたデータベースと、
前記車両位置および前記データベースから得られる変電所の位置に基づいて、先頭方向で最も近い変電所位置と後尾方向で最も近い変電所位置と、前記２つの変電所間の架線およびレール抵抗と、を求める供給予測変電所位置入手手段と、
前記駆動指令，前記車両速度，前記車両位置，前記２つの変電所位置、および前記２つの変電所間の架線およびレール抵抗から予測架線電圧を求める架線電圧予測手段と、
前記予測架線電圧と、前記電力送受給部の電圧と、前記駆動指令と、前記車両速度と、から求まる電力を基に、前記充放電制御指令を決定する充放電指令決定手段により構成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
前記電力蓄積手段に換えて、電力を発生させる電力発生手段を有し、
前記統括制御部は、前記電力送受給部の電圧に基づき、前記充放電制御指令に換えて発電制御指令を前記電力発生手段に与えることを特徴とする車両制御システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、前記電力発電手段の発電開始の要否を決定するための第１の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第１の電圧閾値よりも小さい場合に、前記発電制御指令として前記発電手段に電力を発電させる指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、エンジンブレーキ開始の要否を決定するための第３の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第３の電圧閾値よりも大きい場合に、前記発電制御指令としてエンジンブレーキを行う指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項１４】
請求項５または請求項８または請求項１３に記載の車両において、
前記第３の電圧閾値は回生電流の絞込みを開始する電圧とすることを特徴とする車両制御システム。
【請求項１５】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
前記車両は、予め定められた軌道上を走行する鉄道車両であり、
前記外部の電力供給手段は、変電所であり、
前記電力送受給部は、前記変電所からの電力を電力線を介して授受する集電装置であり、
前記駆動手段は、車両駆動用の電動機および当該電動機を制御する電力変換器であることを特徴とする車両制御システム。
【請求項１】
外部の電力供給手段から電力を送受給する車両の車両制御システムにおいて、
前記車両は前記電力供給手段と電力を送受給する電力送受給部と、
電力を蓄積する電力蓄積手段と、
前記電力送受給部および前記電力蓄積手段からの電力により車両を駆動可能な駆動手段と、
前記電力送受給部の電圧に基づき、前記電力蓄積手段へ充放電制御指令を与える統括制御手段を有することを特徴とする車両制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、前記電力送受給部の電圧と前記電力蓄積手段の充電量情報を基に、前記電力蓄積手段に対する前記充放電制御指令を決定する充放電指令決定手段を有することを特徴とする車両制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の車両制御システムにおいて、
前記充放電指令決定手段は、前記電力蓄積手段の充電量の増加に対応して増加し、前記電力蓄積手段の充電量の減少に対応して減少する第１の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第１の電圧閾値よりも小さい場合に、前記充放電制御指令として前記電力蓄積手段に放電を行わせる指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の車両制御システムにおいて、
前記充放電指令決定手段は、前記電力蓄積手段の充電量の増加に対応して増加し、前記電力蓄積手段の充電量の減少に対応して減少する第２の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第２の電圧閾値よりも大きく、前記第１の電圧閾値よりも小さい場合に、前記充放電制御指令として、前記電力蓄積手段の最大放電電力および前記駆動手段での必要電力よりも小さい電力値の放電指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の車両制御システムにおいて、
前記充放電指令決定手段は、前記電力蓄積手段の充電量の増加に対応して増加し、前記電力蓄積手段の充電量の減少に対応して減少する第３の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第３の電圧閾値よりも大きい場合に、前記充放電制御指令として前記電力蓄積手段に充電を行わせる指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項６】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、前記電力蓄積手段の放電開始の要否を決定するための第１の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第１の電圧閾値よりも小さい場合に、前記充放電制御指令として前記電力蓄積手段に放電を行わせる指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項７】
請求項６に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、第２の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第２の電圧閾値よりも大きく、前記第１の電圧閾値よりも小さい場合に、前記充放電制御指令として、前記電力蓄積手段の最大放電電力および前記駆動手段での必要電力よりも小さい電力値の放電指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項８】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、充電開始の要否を決定するための第３の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第３の電圧閾値よりも大きい場合に、前記充放電制御指令として前記電力蓄積手段に充電を行わせる指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項９】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、車両位置を計測する車両位置計測手段と、車両速度を計測する車両速度計測手段とを備え、
前記駆動手段へ送信される駆動指令と、前記電力送受給部の電圧と、前記車両位置と、前記車両速度に基づいて、前記充放電制御指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項１０】
請求項９の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、変電所の位置が登録されたデータベースと、
前記車両位置および前記データベースから得られる変電所の位置に基づいて、先頭方向で最も近い変電所位置と後尾方向で最も近い変電所位置と、前記２つの変電所間の架線およびレール抵抗と、を求める供給予測変電所位置入手手段と、
前記駆動指令，前記車両速度，前記車両位置，前記２つの変電所位置、および前記２つの変電所間の架線およびレール抵抗から予測架線電圧を求める架線電圧予測手段と、
前記予測架線電圧と、前記電力送受給部の電圧と、前記駆動指令と、前記車両速度と、から求まる電力を基に、前記充放電制御指令を決定する充放電指令決定手段により構成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
前記電力蓄積手段に換えて、電力を発生させる電力発生手段を有し、
前記統括制御部は、前記電力送受給部の電圧に基づき、前記充放電制御指令に換えて発電制御指令を前記電力発生手段に与えることを特徴とする車両制御システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、前記電力発電手段の発電開始の要否を決定するための第１の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第１の電圧閾値よりも小さい場合に、前記発電制御指令として前記発電手段に電力を発電させる指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の車両制御システムにおいて、
前記統括制御手段は、エンジンブレーキ開始の要否を決定するための第３の電圧閾値を有し、
前記電力送受給部の電圧が前記第３の電圧閾値よりも大きい場合に、前記発電制御指令としてエンジンブレーキを行う指令を生成することを特徴とする車両制御システム。
【請求項１４】
請求項５または請求項８または請求項１３に記載の車両において、
前記第３の電圧閾値は回生電流の絞込みを開始する電圧とすることを特徴とする車両制御システム。
【請求項１５】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
前記車両は、予め定められた軌道上を走行する鉄道車両であり、
前記外部の電力供給手段は、変電所であり、
前記電力送受給部は、前記変電所からの電力を電力線を介して授受する集電装置であり、
前記駆動手段は、車両駆動用の電動機および当該電動機を制御する電力変換器であることを特徴とする車両制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１３９０１３（Ｐ２０１２−１３９０１３Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８９０９３（Ｐ２０１０−２８９０９３）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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