電力蓄積手段を備える鉄道システム
【課題】本発明は、電気車の電力過不足分を電力蓄積手段を搭載した車両が、電力蓄積手段の充放電によって補足し、電力需要と供給の関係を周辺の車両同士で個別に行い、省エネルギを実現し、環境に優しい鉄道車両の駆動システムを提供する。
【解決手段】連続した電車線のある軌道区間において、この軌道区間内を電車線から給電されて走行する複数の鉄道車両と、軌道区間内の複数の鉄道車両のうち少なくともひとつは、電力蓄積手段を搭載した鉄道車両であって、電力蓄積手段を搭載した鉄道車両が、電力蓄積手段の充放電を軌道区間内の他の鉄道車両との電力需給を電車線を通して行い、電力蓄積手段の充放電を行い、特定の編成間で電力のやりとりを行うことを特徴とする鉄道システム。
【解決手段】連続した電車線のある軌道区間において、この軌道区間内を電車線から給電されて走行する複数の鉄道車両と、軌道区間内の複数の鉄道車両のうち少なくともひとつは、電力蓄積手段を搭載した鉄道車両であって、電力蓄積手段を搭載した鉄道車両が、電力蓄積手段の充放電を軌道区間内の他の鉄道車両との電力需給を電車線を通して行い、電力蓄積手段の充放電を行い、特定の編成間で電力のやりとりを行うことを特徴とする鉄道システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の駆動装置に係り、特に、鉄道車両に電力蓄積手段を搭載して、鉄道車両の電力補足をこの電力蓄積手段の蓄電エネルギを利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、鉄の車輪がレール面上を転がることにより走行するため、走行抵抗が自動車に比べて小さいことが特徴である。電気鉄道車両（以下、電気車）は、電車線から電力を給電し、この電力を車両の走行用駆動電力や車内照明などのサービス機器用補機電力にて消費する。また、電気車は燃料を搭載して走行する内燃動車に比較して、加減速性能がよく、メンテナンス性に優れている。最近の電気車では、制動時に主電動機を発電機として作用させることで制動力を得ると同時に、制動時に主電動機で発生する電気的エネルギを電車線に戻して他車両の力行エネルギとして再利用する回生ブレーキ制御を行っている。この回生ブレーキを備える電気車は、回生ブレーキを備えていない電気車に比べて、約半分のエネルギ消費で走行することが可能とされており、走行抵抗が小さい鉄道車両の特徴を生かした省エネ手法といえる。
【０００３】
ところで、電車線は変電所などの地上給電設備の負荷管理によって、電車線にかかる負荷変動があっても電力容量を適切に制御することで電車線電圧の安定化が図られている。地上給電設備からの電力給電が不十分な場合には、電車線の電圧が小さくなり、電気車は走行に必要な駆動電力を確保できず、所望の性能で加速することができなくなる。必要な給電電力を確保するために地上給電設備を増強することは、とくに直流電化の路線においては多くのコストが必要となる。
【０００４】
このため、電力給電設備を地上給電設備に加え、移動体すなわち車両に電力蓄積手段を搭載し、電車線の給電電力と電力蓄積手段からの給電電力と負荷全体の電力を管理制御し、給電設備から適切に電力を配分することで、電車線の電圧安定化と省エネルギを図るものが特許文献１に示されている。
【０００５】
特許文献１には、移動体の電力供給を管理する制御装置が示されている。本発明の移動体電力供給管理制御装置は、地上電力供給設備を用いて移動体に電力を供給するき電設備があり、移動体の一部に蓄電装置を備え、移動体が集電した電力と蓄電装置に内蔵の電力を利用して走行路上を移動する移動体に供給する電力を管理制御するものである。これは、移動体の運行をつかさどる運転ダイヤと移動体の位置とに基づいて移動体運行のための所要電力を予測し、予測所要電力を前記地上電力供給設備との間で最適に配分するための電力管理システムと、前記電力管理システムで配分された電力供給指示に基づいて地上電力供給設備から前記移動体への供給電力を制御する移動体電力制御装置とを備えたものである。これにより、移動体の全体での電力管理を行うことができ、省エネルギ化を実現し、運行の乱れ防止や機器の最適化を図るものである。
【０００６】
また、電気車で回生ブレーキが動作するときには、回生された電力を吸収する相手が必要である。これまでの一般的な鉄道車両は、回生ブレーキで発電した電力を、車両が備える集電装置を通して電車線に戻し、その車両と同じ給電区間を走行する他の車両の力行電力として再利用する。同じ給電区間を複数の車両が走行しているときは、一車両の回生ブレーキが動作するタイミングで、力行する他車両が存在する確率が高い。逆に、同じ給電区間に一車両のみ走行しているときは、その車両の回生ブレーキが動作しても、その電力を吸収する力行車両がいない。このため、架線に戻る回生ブレーキ電流が僅少であるため、回生電力によりインバータ装置の直流電圧が大きくなる。この結果、インバータ装置の許容電圧を上回り、高電圧保護で回生ブレーキ失効が発生し、以降は回生ブレーキが動作せずに空気ブレーキだけで停車するので、回生ブレーキによる省エネルギ効果が得られない。このように、回生ブレーキ電力を架線に戻すには、その電力を吸収する力行車両が必要という制限がある。しかし、回生ブレーキ電力を吸収し、蓄電できる設備を設けられるならば、他の力行車両の存在に関わらず、回生ブレーキによる省エネルギ効果を得ることができる。
【０００７】
例えば、特許文献２には、回生電力を吸収する蓄電装置を車上側のインバータ装置に併設する車両用駆動制御装置の例が開示されている。回生ブレーキ電力を吸収する他のカ行車両がいない場合でも、自車両に搭載した蓄電装置で回生ブレーキ電力を吸収することで回生ブレーキを動作させて省エネルギ効果を得ることが可能である。
【０００８】
また、特許文献３には、架線瞬断が発生した場合など、回生ブレーキ中に集電装置から電力線への電流経路が断たれ、高速に回生ブレーキ電力の充電制御を始めなければならないとき、インバータ直流部の電圧検出値の変化率に基づいて、瞬時に回生電力を蓄電装置で吸収する充電制御を開始し、またその後も連続的に蓄電装置による回生電力の吸収を可能とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２４２０６号公報
【特許文献２】特開２００５−２７８２６９号公報
【特許文献３】特開２００８−２２８４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで特許文献１のシステムでは移動体の電力を、移動体全体での電力管理を中央管理システムによって行うものであり、中央管理システムの不具合時には移動体全体の電力需給が適切に行われるとは限らない。また、運転ダイヤの管理や移動体の運転状況を予測し、給電設備から適切に電力を配分することで、電車線の電圧安定化と省エネルギを図るものであり、車両性能，路線データなどの情報を必要とし、中央管理システムでは多くの情報に基づいた電力管理制御となるため制御構成が複雑になる。そこで、車両間で個別に電力過不足分を電力配分できれば、簡易的に省エネルギ化と電力需給の安定化すなわち電車線電圧の安定化が図れる。
【００１１】
また、とくに制動時の回生ブレーキにおいて、回生電力を吸収する相手がいない場合や電車線瞬断時の電力蓄積手段による回生電力の吸収システムにおいては、特許文献２あるいは特許文献３のシステムでは、電力蓄積手段を搭載した車両が、自車の電力蓄積手段で吸収するものであり、運転状態によって他車の回生ブレーキ動作時に回生電力の吸収を行って、他車の回生電力を負担し、電車線電圧の安定化と省エネ化を図ることについては開示されていない。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、電力蓄積手段を搭載した車両が電力蓄積手段の充放電を行って、電気車の電力過不足分を電車線を介して周辺の車両同士で送受電することにより、省エネルギを実現し、環境に優しい鉄道車両の駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、電車線から電力を得る集電装置と、電車線から電力充電し、または電車線へ電力を放電することが可能な電力蓄積手段と、集電装置および電力蓄積手段と接続されて電動機を駆動するインバータ装置と、を備えた鉄道車両を有する鉄道システムであって、電力蓄積手段を搭載した自車両が停車中あるいは惰行運転中のとき、電車線を介して他の車両の回生電力を電力蓄積手段に充電、または電車線を介して他の鉄道車両へ電力蓄積手段の放電電力を供給する制御装置を備える。
【００１４】
さらに、他の車両の状態情報を含む車両情報信号を車両外部から受信、または自車両の状態情報を含む車両情報信号を車両外部へ送信する車両情報伝達装置を備え、制御装置は、自車両の状態が停車中あるいは惰行運転中のとき、車両外部から受信した車両情報信号の状態情報に基づいて電力蓄積手段の充放電制御を行い、他の車両との前記電車線を介した電力の送受電を行っても良い。
【００１５】
さらに、電車線により印加される自車両の直流電圧を検出する手段を備え、電力蓄積手段を搭載した車両の制御装置は、自車両が停車中あるいは惰行運転中のとき、直流電力の電圧検出値に基づいて、電車線を介して他の車両の回生電力を前記電力蓄積手段に充電、または電車線を介して他の鉄道車両へ電力蓄積手段の放電電力を供給しても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電力蓄積手段を搭載した車両が電力蓄積手段の充放電を行って、電気車の電力過不足分を電車線を介して周辺の車両同士で送受電することにより、省エネルギを実現することができる。
【００１７】
また、全車両の電力を管理する中央管理システムを用いずに、車両間での電力過不足分の電力需給を行うことで、移動体全体の電力を管理する中央管理システムに依らず簡易的に電車線の電圧安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１における第一の状況での電力需給を示す図である。
【図２】実施例２における第一の状況での電力需給を示す図である。
【図３】実施例１における第二の状況での電力需給を示す図である。
【図４】実施例１における第三の状況での電力需給を示す図である。
【図５】実施例１における第四の状況での電力需給を示す図である。
【図６】実施例１における第五の状況での電力需給を示す図である。
【図７】実施例３における第一の状況での電力需給を示す図である。
【図８】車両の種類と運転状態に応じた本発明の車両別動作をまとめた例を示す図である。
【図９】本発明の実施例１または３の機器構成例を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１または３の他の機器構成例を示す図である。
【図１１】本発明の図１に示す機器構成例における制御構成の一実施例を示す図である。
【図１２】本発明の車両の電力蓄積手段の動作判別フローチャートの一実施例を示す図である。
【図１３】本発明の実施例１または３の機器構成例を示す図である。
【図１４】本発明の図１３に示す機器構成例における制御構成例の一実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明していく。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明の実施例１における第一の状況での電力需給を示す図である。
【００２１】
連続した電車線２は図示しない地上の給電設備より電力を給電し、車両１Ａ，車両１Ｂ，車両１Ｃは連続した同一の給電区間にある電車線２のある軌道６の区間にある。車両１Ａは電車線２の電力を集電装置４Ａによって受電し、集電装置４Ａによって受電した電力を車両の駆動用電力として走行する。
【００２２】
図１では車両１Ａは回生ブレーキによる制動運転中であり、この制動時には回生ブレーキによる回生電力を集電装置４Ａによって電車線２へ電力を戻す。このとき車両１Ａは回生ブレーキをかけたときに、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、回生ブレーキ運転中であるという所定の条件を満たしていれば、車両１Ａは車両情報伝達装置１３Ａより車両情報信号１２Ａを出力する。
【００２３】
ここで車両情報信号１２Ａは例えば回生吸収要求信号等の他車への回生電力の吸収要求を意味する情報を含んでいる。車両１Ｂおよび車両１Ｃは、電車線２の電力を集電装置４Ｂ，４Ｃによって受電し、集電装置４Ｂ，４Ｃによって受電した電力を車両の駆動用電力として走行する。また、車両１Ｂ，１Ｃには電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃを搭載しており、集電装置４Ｂ，４Ｃよりとりこんだ電力を電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃにて吸収し蓄電する。
【００２４】
図１では車両１Ｂは惰行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中であり、車両情報伝達装置１３Ｂ，１３Ｃは車両１Ａから送信された車両情報信号１２Ａを車両情報伝達線１４を介して車両情報信号１２Ｂ，１２Ｃとして受信する。車両情報信号１２の伝達には、車両情報伝達線１４として路線に通信回線などのアンテナ線等を敷設し、これを用いて行うようにしてもよい。このとき車両１Ｂ，１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、車両１Ｂ，１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃへの充電動作を開始する。
【００２５】
これにより車両１Ａの回生電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段によって吸収することができる。このとき電気エネルギの流れ１１のように、車両１Ａから車両１Ｂ，１Ｃの方向に電気エネルギが流れる。自車の回生電力を他車の電力蓄積手段で吸収可能とすることで、自車の回性電力を力行電力として負担する他車がいないときでも車両間の情報をやりとりし、回生電力を吸収する相手を同じタイミングで作ることにより、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線２電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。
【００２６】
車両情報信号１２の伝達には、例えば図１に示すように、車両情報伝達線１４として路線に通信回線などのアンテナ線等を敷設し、これを用いて行うようにしてもよい。
【００２７】
また図１では車両１Ｂ惰行運転中、車両１Ｃは駅５に停車中の場合を示しているが、車両１Ｂ，１Ｃは惰行運転，停車の何れの状態であってもよい。ここでは、車両１Ａと車両１Ｂ，１Ｃの３つの車両間の電力需給について記述しているが、例えば車両１Ｂ，１Ｃのような車両が３つ以上あり、電力蓄積手段による回生電力の吸収を行う車両が多数ある場合や、車両１Ａのような回生電力の補足を要求する車両が２つ以上あるように、より複数の車両で電力需給を行ってもよい。
【００２８】
なお、電車線２の抵抗に起因する送電ロス低減させるために、電力の需給は、できるだけ近傍の車両間で行うのが望ましい。これには例えば図１に示すように、車両情報伝達線１４の通信可能範囲をＬ１に設定して、この範囲内で通信できる車両間同士で車両情報の伝達を行って、車両間の電力需給を行う方式としてもよい。あるいは、車両情報伝達線Ｌ１内の情報を基地局Ｐ１７Ａにて操作することにより、車両情報信号を最も近傍の車両間同士で送受信する（図１の場合には車両Ａの車両情報信号１２Ａを車両Ｂにのみ車両情報信号１２Ｂとして送信する）ことで、送電ロスを極力低減する方式としてもよい。基地局の詳細な機能については後述する。
【００２９】
図３は本発明の実施例１における第二の状況での電力需給を示す図である。
【００３０】
図３は図１の実施形態において、車両１Ｂが電力蓄積手段を搭載していない場合を示しており、車両１Ａ，１Ｃの機器構成と走行状態は図１と同様である。
【００３１】
図３では車両１Ｂは惰行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中であり、車両情報伝達装置１３Ｂ，１３Ｃは車両１Ａから送信された車両情報信号１２Ａを車両情報伝達線１４を介して車両情報信号１２Ｂ，１２Ｃとして受信する。このとき車両１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、車両１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｃへの充電動作を開始する。これにより車両１Ａの回生電力を車両１Ｃの電力蓄積手段によって吸収することができる。車両１Ｂは、電力蓄積手段を有していないため、回生吸収動作は行わないため、電気エネルギは電気エネルギの流れ１１のように車両１Ａから車両１Ｃへ流れることとなる。
【００３２】
図４は本発明の実施例１における第三の状況での電力需給を示す図である。
【００３３】
図４は図１の実施形態において、車両１Ｂが力行運転している場合を示しており、車両１Ａ，１Ｃの機器構成と走行状態は図１と同様である。
【００３４】
図４では車両１Ｂは力行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中であり、車両情報伝達装置１３Ｂ，１３Ｃは車両１Ａから送信された車両情報信号１２Ａを車両情報伝達線１４を介して車両情報信号１２Ｂ，１２Ｃとして受信する。このとき車両１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、車両１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｃへの充電動作を開始する。これにより車両１Ａの回生電力を車両１Ｃの電力蓄積手段によって吸収することができる。車両１Ｂは、力行運転中のため、車両１Ａの回生電力の一部または大半を駆動用電力として消費する。これと同時に車両１Ｃでの回生吸収動作が行われるため、電気エネルギは電気エネルギの流れ１１のように車両１Ａから車両１Ｂ，１Ｃへ流れることとなる。
【００３５】
図５は本発明の実施例１における第四の状況での電力需給を示す図である。
【００３６】
図５は図１の実施形態において、車両１Ａが力行運転している場合を示しており、車両１Ａ，１Ｃの機器構成と走行状態は図１と同様である。
【００３７】
図５では車両１Ａは力行運転中であり、このとき車両１Ａは力行運転時に、例えば電車線２の電圧が所定の値以下であり、力行運転中であるという所定の条件を満たしていれば、車両１Ａは車両情報伝達装置１３Ａより車両情報信号１２Ａを出力する。ここで車両情報信号１２Ａは、例えば力行電力要求信号等の他車への力行電力供給の要求を意味する情報を含んでいる。
【００３８】
図５では車両１Ｂは惰行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中であり、車両情報伝達装置１３Ｂ，１３Ｃは車両１Ａから送信された車両情報信号１２Ａを車両情報伝達線１４を介して車両情報信号１２Ｂ，１２Ｃとして受信する。このとき車両１Ｂ，１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以下であり、車両１Ｂ，１Ｃが停車中または惰行中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃの放電動作を開始し、集電装置４Ｂ，４Ｃを介して電車線２へ電力を送る。これにより車両１Ａの駆動電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段によって供給することができる。
【００３９】
このときの電気エネルギは、図５の流れ１１のように車両１Ｂ，１Ｃから車両１Ａへ電気エネルギが流れる。このように車両間で車両情報をやりとりし、自車の力行電力を他車の電力蓄積手段から供給可能とし、電力供給のタイミングを合わせることにより、電車線２の電圧降下を抑制し、電車線２電圧の降下に伴う電気車の駆動電力不足を低減することができる。
【００４０】
図６は本発明の実施例１における第五の状況での電力需給を示す図である。
【００４１】
図６は図１の実施形態において、車両１Ａが電力蓄積手段を搭載している場合を示しており、車両１Ａ，１Ｃの機器構成と走行状態は図１と同様である。
【００４２】
図６に示す状況では、車両１Ａは、回生ブレーキによる制動運転中であり、この制動時には回生ブレーキによる回生電力を集電装置４Ａによって電車線２へ電力を戻す。さらに電力蓄積手段３Ａを充電制御して回生電力を吸収する。ここで車両１Ａは回生ブレーキをかけたときに、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、回生ブレーキ運転中であり、電力蓄積手段３Ａの蓄電量が所定の値以上という所定の条件を満たしていれば、車両１Ａは車両情報伝達装置１３Ａより車両情報信号１２Ａを出力する。ここで車両情報信号１２Ａは例えば回生吸収要求信号等の他車への回生電力の吸収要求を意味する情報を含んでいる。
【００４３】
車両１Ｂは惰行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中であり、車両情報伝達装置１３Ｂ，１３Ｃは車両１Ａから送信された車両情報信号１２Ａを車両情報伝達線１４を介して車両情報信号１２Ｂ，１２Ｃとして受信する。このとき車両１Ｂ，１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、車両１Ｂ，１Ｃが停車あるいは惰行運転中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃへの充電動作を開始する。これにより車両１Ａの回生電力を自車車両１Ａの電力蓄積手段３Ａに加え車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃによって吸収することができる。このとき電気エネルギは、図６に示す流れ１１のように車両１Ａから車両１Ｂ，１Ｃへ電気エネルギが流れる。
【００４４】
このように、自車の回生電力を自車及び他車の電力蓄積手段３Ａ，３Ｂ，３Ｃで吸収可能とすることで、回生電力を負担する相手がなく、自車の電力蓄積手段で回生電力を全て吸収することができないような場合でも、車両間で車両情報をやりとりし、回生電力を吸収する相手を同じタイミングで作ることにより、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線２電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。
【００４５】
このように回生電力を自車の電力蓄積手段と他車の電力蓄積手段とで分散して吸収できれば、回生電力を発生する車両に搭載する電力蓄積手段の容量を低減でき、搭載する電力蓄積手段を小型，軽量化できる。
【００４６】
また、図６では車両１Ｂ惰行運転中、車両１Ｃは駅５に停車中の場合を示しているが、車両１Ｂ，１Ｃは惰行運転，停車の何れの状態であってもよい。
【００４７】
なお、本実施例では、車両１Ａと車両１Ｂ，１Ｃの３つの車両間の電力需給について記述しているが、例えば車両１Ｂ，１Ｃのような回生電力を吸収する車両が３つ以上あり、電力蓄積手段による回生電力の吸収を行う車両が多数ある場合や、車両１Ａのような回生電力の吸収補足を要求する車両が２つ以上ある場合のように、図６に示す車両数よりも多くの車両間で電力需給を行ってもよい。このように回生電力を吸収する電力蓄積手段を自車の電力蓄積手段と他車の電力蓄積手段とに分散できれば、車両に搭載する電力蓄積手段の容量を低減でき、搭載する電力蓄積手段を小型，軽量化できる。
【実施例２】
【００４８】
図２は本発明の実施例２における第一の状況での電力需給を示す図である。
【００４９】
図２に示す実施例２は、各車両の間で車両情報信号を送受信しない点において実施例１と相違し、車両情報信号に関する機器構成以外は、図１と同様である。
【００５０】
図２では車両１Ａは回生ブレーキ中であり、車両１Ｂは惰行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中である。このとき車両１Ｂ，１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、車両１Ｂ，１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃへの充電動作を開始する。
【００５１】
これにより車両１Ａの回生電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段によって吸収することができる。このとき電気エネルギの流れ１１のように、車両１Ａから車両１Ｂ，１Ｃの方向に電気エネルギが流れる。自車の回生電力を他車の電力蓄積手段で吸収可能とすることで、自車の回性電力を力行電力として負担する他車がいないときでも、回生電力を吸収する相手を同じタイミングで作ることにより、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線２電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。
【００５２】
また図２では車両１Ｂ惰行運転中、車両１Ｃは駅５に停車中の場合を示しているが、車両１Ｂ，１Ｃは惰行運転，停車の何れの状態であってもよい。図１と同様に、車両１Ａと車両１Ｂ，１Ｃの３つの車両間の電力需給について記述しているが、例えば車両１Ｂ，１Ｃのような車両が３つ以上あり、電力蓄積手段による回生電力の吸収を行う車両が多数ある場合や、車両１Ａのような回生電力の補足を要求する車両が２つ以上あるように、より複数の車両で電力需給を行ってもよい。
【００５３】
本実施形態では、車両情報伝達線１４などを介した車両間の情報のやり取りを行わなくても電車線２の電圧を監視することにより、他車で回生吸収動作を行うことができ、本発明を簡易的な構成で実施することが可能となるため、設備コストを抑えることができる。特に回生電力を吸収する車両１Ｂ，１Ｃの回生吸収動作のタイミングを合わせ、また電車線の電圧検出によらずに回生吸収側の動作を可能とし、また近傍の車両と電力需給を行うためには、先に示した図１の実施形態を採用する必要がある。
【００５４】
図２では、車両１Ａの回生電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段によって吸収する例について説明したが、車両１Ａが力行または停車・惰行運転中である場合に、車両１Ａの力行電力または補助機器で必要となる電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段から供給することも可能である。この場合は、車両１Ｂ，１Ｃは、例えば力行電力要求信号を受信し、電車線２の電圧が所定の値以下であり、車両１Ｂ，１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃへの放電動作を開始する。
【実施例３】
【００５５】
図７は本発明の実施例３における第一の状況での電力需給を示す図である。
【００５６】
図７に示す実施例３は、各車両の間での車両情報信号の送受信を無線により行う点において実施例１と相違し、無線通信に関する機器構成以外は、図１と同様である。本実施例では、図１にて説明した車両情報伝達装置１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの代わりに車両情報伝達用アンテナ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを用いて無線によって車両情報信号１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを送受信する例を示している。
【００５７】
図７に示す状況では、車両１Ａは回生ブレーキによる制動運転中であり、この制動時には回生ブレーキによる回生電力を集電装置４Ａによって電車線２へ電力を戻す。このとき車両１Ａは回生ブレーキをかけたときに、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、回生ブレーキ運転中であるという所定の条件を満たしていれば、車両１Ａは車両情報伝達用アンテナ１５Ａから基地局Ｓ１７Ｂへ車両情報信号１２Ａを出力する。ここで車両情報信号１２Ａは例えば回生吸収要求信号等の他車への回生電力の吸収要求を意味する情報を含んでいる。
【００５８】
図７では車両１Ｂは惰行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中であり、車両情報伝達装置１３Ｂ，１３Ｃは車両１Ａから送信された車両情報信号１２Ａを基地局Ｓ１７Ｂを介して車両情報信号１２Ｂ，１２Ｃとして受信する。このとき車両１Ｂ，１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、車両１Ｂ，１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃへの充電動作を開始する。これにより車両１Ａの回生電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段によって吸収することができる。
【００５９】
このとき電気エネルギは、図７の流れ１１のように車両１Ａから車両１Ｂ，１Ｃへ電気エネルギが流れる。このように自車の回生電力を他車の電力蓄積手段にて吸収可能とすることで、自車の回生電力を負担する相手がいないときでも車両間の情報をやりとりし、回生電力を吸収する相手を同じタイミングで作ることにより、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線２電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。
【００６０】
電車線２の抵抗に起因する送電ロス低減させるために、電力の需給は、できるだけ近傍の車両間で行うのが望ましい。そのため、車両情報電波送受信範囲１６内の情報を基地局Ｓ１７Ｂにて操作することにより、車両情報信号を最も近傍の車両間同士で行う（図７の場合には、例えば、車両Ａの車両情報信号１２Ａを車両Ｂにのみ車両情報１２Ｂとして送信する）ことで、送電ロスを極力低減することが可能となる。基地局の詳細な機能については後述する。
【００６１】
図７では、車両１Ａの回生電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段によって吸収する例について説明したが、車両１Ａが力行または停車・惰行運転中である場合に、車両１Ａの力行電力または補助機器で必要となる電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段から供給することも可能である。この場合は、車両１Ｂ，１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以下であり、車両１Ｂ，１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃへの放電動作を開始する。
【００６２】
図８は、車両の種類（電力蓄積手段の搭載の有無）と運転状態（回生，力行，停車・惰行）に応じた本発明の車両別動作をまとめた例を示す図である。図８に示す動作の決定方法は、上述した図１〜図７の各実施例に適用することが可能である。
【００６３】
図８では６つのケース１ａ，１ｂ，１ｃ，２ａ，２ｂ，２ｃについて示している。Ａ車両とＢ車両の２車両間で電車線を介して電力需給を行う場合の、Ａ車両およびＢ車両の電力蓄積手段の有無と運転状態によってケースを分類し、各分類におけるＡ車両とＢ車両の電力蓄積手段の動作状態（回生電力の吸収を行うか、電力供給を行うか）を示している。Ｂ車両は、全ケースにおいて、電力蓄積手段を搭載しており、運転状態は停車あるいは惰行中である。また、Ｂ車両では、後述する回生吸収条件が成立しているものとする。
【００６４】
ケース１ａは、Ａ車両の電力蓄積手段がなくＡ車両の運転状態が回生ブレーキ運転の場合である。このときＢ車両の電力蓄積手段は充電動作を行って、Ａ車両の回生電力の吸収を行う回生吸収動作を行う。これにより、Ａ車両の回生電力をＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、電車線の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。ただし、Ｂ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿ＢがＢ車両の電力蓄積手段の充電可能限界ＳＯＣ＿ＭＡより大きい場合は、過充電となるため充電動作を行わない。
【００６５】
ケース１ｂは、Ａ車両の電力蓄積手段がなくＡ車両の運転状態が停車中あるいは惰行運転中の場合である。このときＢ車両の電力蓄積手段は放電動作を行って、Ａ車両の停車あるいは惰行中のサービス機器等に消費する補機電力の供給を行う電力供給動作を行う。これにより、Ａ車両の補機電力をＢ車両の電力蓄積手段によって供給することができ、車両間の電力蓄積手段のみによる電力需給を行うことにより電車線に電力を供給する外部電源電力に依らないため省エネ効果が図れ、また電車線の電圧降下を抑制し、電車線電圧降下に伴う電気車の駆動電力不足の低減を図ることができる。ただし、Ｂ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿ＢがＢ車両の電力蓄積手段の放電可能限界ＳＯＣ＿ＭＩより小さい場合は、過放電となるため放電動作を行わない。
【００６６】
ケース１ｃは、Ａ車両の電力蓄積手段がなくＡ車両の運転状態が力行運転中の場合である。このときＢ車両の電力蓄積手段は放電動作を行って、Ａ車両の力行運転のための駆動電力の供給を行う電力供給動作を行う。これにより、Ａ車両の駆動電力をＢ車両の電力蓄積手段によって供給することができ、車両間の電力蓄積手段のみによる電力需給を行うことにより電車線に電力を供給する外部電源電力に依らないため省エネ効果が図れ、また電車線の電圧降下を抑制し、電車線電圧降下に伴う電気車の駆動電力不足の低減を図ることができる。ただし、Ｂ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿ＢがＢ車両の電力蓄積手段の放電可能限界ＳＯＣ＿ＭＩより小さい場合は、過放電となるため放電動作を行わない。
【００６７】
ケース２ａは、Ａ車両に電力蓄積手段がありＡ車両の運転状態が回生ブレーキ運転の場合である。このときＡ車両の電力蓄積手段は充電動作を行って、自車であるＡ車両の回生電力の吸収を行うと同時に、他車であるＢ車両の電力蓄積手段も充電動作を行って、Ａ車両の回生電力の吸収を行う回生吸収動作を行う。これにより、Ａ車両の回生電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段とＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、回生吸収負荷を増やすことができ、電車線の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスをさらに低減することができる。このように回生電力を自車の電力蓄積手段と他車の電力蓄積手段とに分散できれば、車両に搭載する電力蓄積手段の容量を低減でき、搭載する電力蓄積手段を小型，軽量化できる。ただし、Ａ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿Ａ、Ｂ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿Ｂが電力蓄積手段の充電可能限界ＳＯＣ＿ＭＡより大きい場合は、過充電となるため充電動作を行わない。
【００６８】
ケース２ｂは、Ａ車両に電力蓄積手段がありＡ車両の運転状態が停車中あるいは惰行運転中の場合である。このときＡ車両の電力蓄積手段は放電動作を行って、自車であるＡ車両の停車あるいは惰行中のサービス機器等に消費する補機電力の供給を行うと同時に、Ｂ車両の電力蓄積手段は放電動作を行って、Ａ車両の補機電力の供給を行う電力供給動作を行う。これにより、Ａ車両の補機電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段とＢ車両の電力蓄積手段によって供給することができ、自車内あるいは車両間の電力蓄積手段のみによる電力需給を行うことにより電車線に電力を供給する外部電源電力に依らないため省エネ効果が図れ、また電車線の電圧降下を抑制し、電車線電圧降下に伴う電気車の駆動電力不足の低減を図ることができる。ただし、Ａ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿Ａ、Ｂ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿Ｂが電力蓄積手段の放電可能限界ＳＯＣ＿ＭＩより小さい場合は、過放電となるため放電動作を行わない。
【００６９】
ケース２ｃは、Ａ車両に電力蓄積手段がありＡ車両の運転状態が力行運転中の場合である。このときＡ車両の電力蓄積手段は放電動作を行って、自車であるＡ車両の力行用の駆動電力の供給を行うと同時に、Ｂ車両の電力蓄積手段は放電動作を行って、Ａ車両の力行運転のための駆動電力の供給を行う電力供給動作を行う。これにより、Ａ車両の駆動電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段とＢ車両の電力蓄積手段によって供給することができ、車両間の電力蓄積手段のみによる電力需給を行うことにより電車線に電力を供給する外部電源電力に依らないため省エネ効果が図れ、また電車線の電圧降下を抑制し、電車線電圧降下に伴う電気車の駆動電力不足の低減を図ることができる。ただし、Ａ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿Ａ、Ｂ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿Ｂが電力蓄積手段の放電可能限界ＳＯＣ＿ＭＩより小さい場合は、過放電となるため放電動作を行わない。
【００７０】
図９は車両情報伝送装置を有する実施例の車両Ａが電力蓄積手段を搭載していない場合における本発明の機器構成例を示す図である。
【００７１】
車両Ａ１Ａの集電装置４Ａから給電した直流電流は、フィルタリアクトル２１Ａ、およびフィルタコンデンサ２４Ａで構成するＬＣ回路（フィルタ回路）により高周波数域の変動分を除去した後、インバータ装置２２Ａに入力する。インバータ装置２２Ａは、入力された直流電力を可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の３相交電力に変換して、交流電動機２３Ａを駆動する。なお、ここではインバータ装置２２Ａが駆動する主電動機が２台の場合を示しているが、インバータ装置２２Ａが駆動する主電動機の台数は限定しない。電圧センサ２６Ａは、フィルタコンデンサ２４Ａの両端の直流部電圧Ｅｃｆ＿Ａを検出する。電流センサ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、インバータ装置２２Ａと、交流電動機２３Ａの間の３相交流電力線を流れる電流を各相毎に検出して、インバータ装置２２Ａに入力する。接地点２５Ａはこの回路の基準電位を決めている。
【００７２】
制御装置３１Ａは、インバータ装置２２Ａの回生電力Ｐ＿ｉｎｖ＿Ａ、電圧センサ２６Ａの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａを入力とし、車両情報伝達装置３２ＡにＡ車両の車両情報としてＡ車両の回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを出力する。車両情報伝達装置３２Ａは他車の車両情報伝達装置と通信を行う。ここでは車両情報伝達装置３２ＡはＢ車両の車両情報伝達装置３２ＢにＡ車両の車両情報ＤＡＴＡ＿０を送信する。
【００７３】
Ｂ車両１Ｂの集電装置４Ｂから給電した直流電流は、フィルタリアクトル２１Ｂ、およびフィルタコンデンサ２４Ｂで構成するＬＣ回路（フィルタ回路）により高周波数域の変動分を除去した後、インバータ装置２２Ｂに入力する。インバータ装置２２Ｂは、入力された直流電力を可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の３相交電力に変換して、交流電動機２３Ｂを駆動する。なお、ここではインバータ装置２２Ｂが駆動する主電動機が２台の場合を示しているが、インバータ装置２２Ｂが駆動する主電動機の台数は限定しない。電圧センサ２６Ｂは、フィルタコンデンサ２４Ｂの両端の直流部電圧Ｅｃｆ＿Ｂを検出する。電流センサ３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆは、インバータ装置２２Ｂと、交流電動機２３Ｂの間の３相交流電力線を流れる電流を各相毎に検出して、インバータ装置２２Ｂに入力する。接地点２５Ｂはこの回路の基準電位を決めている。
【００７４】
スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄは、前述の集電装置４Ｂおよび接地点２５Ｂとインバータ装置２２Ｂの間にある直流電力部のうち、高電位側と低電位側の間に直列配置する。電圧センサ２６Ｄは平滑リアクトル２９Ｂと電流センサ３０Ｈの電力間に配置して、後述の電力蓄積手段３Ｂの端子間電圧Ｖｂ＿Ｂを検出する。なお、電圧センサ２６Ｄは平滑リアクトル２９Ｂ，電流センサ３０Ｈの電力線間に配置しているが、これは電力蓄積手段３Ｂと平滑リアクトル２９Ｂの電力線間に配置しても、電力蓄積手段３Ｂの端子間電圧Ｖｂ＿Ｂを検出できる。
【００７５】
制御装置３１Ｂは、インバータ装置２２Ｂの回生電力Ｐ＿ｉｎｖ＿Ｂ、電圧センサ２６Ｂの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂ、電圧センサ２６Ｄの電圧検出値Ｖｂ＿Ｂ、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを入力とし、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄにスイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄのオン／オフを指令するゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを出力する。ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄは、ゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを入力とし、これを基にスイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄをオン／オフ可能な電圧制御信号に変換し、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄをオン／オフ制御する。電圧センサ２６Ｄは後述の電力蓄積手段３Ｂの端子間電圧を検出する。電流センサ３０Ｈは、後述の電力蓄積手段３Ｂに入出力する電流を検出する。
【００７６】
電力蓄積手段３Ｂとしては、鉄道車両の回生電力量を負担でき、力行電力量を供給できる蓄電量を小容量で実現することが要求され、単位面積あたりの蓄電能力が高いリチウムイオン電池などで構成することが望ましい。
【００７７】
電力蓄積手段３Ｂの充放電制御は、スイッチング素子２７Ｃまたは２７Ｄを周期的にオン／オフすることで実現する。この充放電制御において、平滑リアクトル２９Ｂは、電力蓄積手段３Ｂに通流する電流の変化率を所定値内に抑えるように設計される。
【００７８】
まずスイッチング素子２７Ｄを周期的にオン／オフすることにより、電力蓄積手段３Ｂの電力を放電する制御について説明する。
【００７９】
前述のスイッチング素子２７Ｄを所定時間Ｔｏｎ＿ｂだけオンすると、電力蓄積手段３Ｂの出力端子間は短絡されるが、平滑リアクトル２９Ｂは、電流増加率を一定値内抑えると同時に、Ｔｏｎ＿ｂの期間に通流した電流と、電力蓄積手段３Ｂの端子電圧の積を時間積分した電力エネルギを蓄える。その後、スイッチング素子２７Ｄを所定時間Ｔｏｆｔ＿ｂだけオフすると、直流電力部側に平滑リアクトル２９Ｂに蓄えられた電力エネルギは、スイッチング素子２７Ｃのダイオード部を介して、前述の集電装置４Ｂおよび接地点２５Ｂとインバータ装置２２Ｂの間にある直流電力部側に放出される。このとき、直流電力側で得られる電圧値Ｅｃｆ＿Ｂは、電力蓄積手段３Ｂの端子電圧Ｖｂ＿Ｂを基準として、前述のスイッチング素子２７Ｄをオンする時間Ｔｏｎ＿ｂと、オフする時間Ｔｏｆｔ＿ｂの比率から次式で決定する。
【００８０】
Ｅｃｆ＿Ｂ＝Ｖｂ＿Ｂ×((Ｔｏｎ＿ｂ＋Ｔｏｆｔ＿ｂ)／Ｔｏｆｔ＿ｂ) …式１
次に、スイッチング素子２７Ｃを周期的にオン／オフすることにより、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御について説明する。
【００８１】
前述のスイッチング素子２７Ｃを所定時間Ｔｏｎ＿ａだけオンすると、前述の集電装置４Ｂおよび接地点２５Ｂとインバータ装置２２Ｂの間にある直流電力部の、接地点２５Ｂとインバータ装置２２Ｂの間にある直流電力部の、接地点２５Ｂに対する電位Ｅｃｆ＿Ｂが、電力蓄積手段３Ｂの端子間電圧（接地点２５Ｂに対する電位）Ｖｂ＿Ｂよりも高いとき（Ｅｃｆ＿Ｂ＞Ｖｂ＿Ｂ）、直流電力部から電力蓄積手段３Ｂの向きに電流が流れる。このとき、平滑リアクトル２９Ｂは、その電流増加率を一定値内に抑えると同時に、Ｔｏｎ＿ａの期間に通流した電流と、電力蓄積手段３Ｂの端子電圧の積を時間積分した電力エネルギを蓄える、その後、スイッチング素子２７Ｃを所定時間Ｔｏｆｔ＿ａだけでオフすると、直流電力部側に平滑リアクトル２９Ｂに蓄えられた電力エネルギは、電力蓄積手段３Ｂの高電位側端子から、低電位側端子に抜け、スイッチング素子２７Ｄのダイオード部を経て、平滑リアクトル２９Ｂに戻る一巡の回路が構成される。すなわち、スイッチング素子２７Ｃを所定時間Ｔｏｆｔ＿ａだけオフしている期間は、平滑リアクトル２９Ｂに蓄えられた電力エネルギが放出されるに従い、放電電流は減衰していく。このとき、電力蓄積手段３Ｂで得られる端子間電圧値Ｖｂ＿Ｂは、直流電力側Ｅｃｆ＿Ｂを基準として、前述のスイッチング素子２７Ｃをオンする時間Ｔｏｎ＿ａとオフする時間Ｔｏｆｔ＿ａの比率から次式で決定する。
【００８２】
Ｖｂ＿Ｂ＝Ｅｃｆ＿Ｂ×(Ｔｏｎ＿ａ／(Ｔｏｎ＿ａ＋Ｔｏｆｔ＿ａ)) …式２
以上の構成により、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値を制御装置３１Ｂで監視し、Ｅｃｆ＿Ｂの検出値および電力蓄積手段の充放電を行う所定の条件を満たしていれば、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ…ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄを駆動できる。
【００８３】
制御装置３１Ｂは、インバータ装置２２Ｂの回生電力Ｐ＿ｉｎｖ＿Ｂ、電圧センサ２６Ｂの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂ、車両情報伝達装置３２ＢよりＡ車両の車両情報としてＡ車両の回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを入力する。Ａ車両の回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂは車両情報伝達装置３２Ａから３２Ｂに送信されたＡ車両間の車両情報ＤＡＴＡ＿０に含まれた情報信号である。
【００８４】
以上の構成により、以下の動作を実現する。
【００８５】
Ａ車両の回生ブレーキ中に電圧センサ２６Ａの検出値Ｅｃｆ＿Ａが所定の値以上となった場合に、回生電力を吸収する相手が少なくなり、軽負荷の状態となったことを判断し、制御装置３１Ａより回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを車両情報伝達装置３２Ａを送信する。車両情報伝達装置３２ＡよりＢ車両の車両情報伝達装置３２Ｂへ回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを含むＡ車両の車両情報Ｄａｔａ＿０が送信され車両情報伝達装置３２Ｂは車両情報Ｄａｔａ＿０を受信する。車両情報伝達装置３２ＢはＢ車両の制御装置３１Ｂへ回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを送信し、制御装置３１Ｂは回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを受信する。制御装置３１Ｂは、回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを受信しているとき、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値が所定の値以上で、Ｂ車両の運転状態が停車中あるいは惰行中であり、電力蓄積手段３Ｂの蓄電量が所定の値以下であれば、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。この動作により、Ａ車両の回生電力はＢ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電電力として吸収される。これにより、Ａ車両の回生電力をＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。
【００８６】
ここで、図２に示すような車両情報伝送装置を有さない実施例の機器構成は、図９から車両情報伝送装置を取り除いた構成となる。この際の電力蓄積手段３Ｂの動作決定は、下記のように回生吸収要求信号を用いずに行われる。
【００８７】
つまり、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値が所定の値以上で、Ｂ車両の運転状態が停車中あるいは惰行中であり、電力蓄積手段３Ｂの蓄電量が所定の値以下であることを条件として、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。
【００８８】
図１０は車両情報伝送装置を有する実施例の車両Ａが電力蓄積手段を有するケース（図８のケース２ａ，２ｂ，２ｃ）における本発明の機器構成例を示す図である。
【００８９】
図１０と図９の機器構成の相違点を以下に説明する。図１０と図９で共通する構成については説明を省略する。
【００９０】
スイッチング素子２７Ａ，２７Ｂは、前述の集電装置４Ａおよび接地点２５Ａとインバータ装置２２Ａの間にある直流電力部のうち、高電位側と低電位側の間に直列配置する。電圧センサ２６Ｃは平滑リアクトル２９Ａと電流センサ３０Ｇの電力間に配置して、後述の電力蓄積手段３Ａの端子間電圧Ｖｂ＿Ａを検出する。なお、電圧センサ２６Ｃは平滑リアクトル２９Ａ，電流センサ３０Ｇの電力線間に配置しているが、これは電力蓄積手段３Ａと平滑リアクトル２９Ａの電力線間に配置しても、電力蓄積手段３Ａの端子間電圧Ｖｂ＿Ａを検出できる。
【００９１】
制御装置３１Ａは、インバータ装置２２Ａの回生電力Ｐ＿ｉｎｖ＿Ａ、電圧センサ２６Ａの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａを入力とし、車両情報伝達装置３２ＡにＡ車両の車両情報としてＡ車両の回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを出力する。車両情報伝達装置３２Ａは他車の車両情報伝達装置と通信を行う。ここでは車両情報伝達装置３２ＡはＢ車両の車両情報伝達装置３２ＢにＡ車両の車両情報ＤＡＴＡ＿０を送信する。
【００９２】
電力蓄積手段３Ａとしては、鉄道車両の回生電力量を負担でき、力行電力量を供給できる蓄電量を小容量で実現することが要求され、単位面積あたりの蓄電能力が高いリチウムイオン電池などで構成することが望ましい。
【００９３】
電力蓄積手段３Ａの充放電制御は、スイッチング素子２７Ａまたは２７Ｂを周期的にオン／オフすることで実現する。この充放電制御において、平滑リアクトル２９Ａは、電力蓄積手段３Ａに通流する電流の変化率を所定値内に抑えるように設計される。
【００９４】
まずスイッチング素子２７Ｂを周期的にオン／オフすることにより、電力蓄積手段３Ａの電力を放電する制御について説明する。
【００９５】
前述のスイッチング素子２７Ｂを所定時間Ｔｏｎ＿ｂＡだけオンすると、電力蓄積手段３Ａの出力端子間は短絡されるが、平滑リアクトル２９Ａは、電流増加率を一定値内抑えると同時に、Ｔｏｎ＿ｂＡの期間に通流した電流と、電力蓄積手段３Ａの端子電圧の積を時間積分した電力エネルギを蓄える。その後、スイッチング素子２７Ｂを所定時間Ｔｏｆｔ＿ｂＡだけオフすると、直流電力部側に平滑リアクトル２９Ａに蓄えられた電力エネルギは、スイッチング素子２７Ａのダイオード部を介して、前述の集電装置４Ａおよび接地点２５Ａとインバータ装置２２Ａの間にある直流電力部側に放出される。このとき、直流電力側で得られる電圧値Ｅｃｆ＿Ａは、電力蓄積手段３Ａの端子電圧Ｖｂ＿Ａを基準として、前述のスイッチング素子２７Ｂをオンする時間Ｔｏｎ＿ｂＡと、オフする時間Ｔｏｆｔ＿ｂＡの比率から次式で決定する。
【００９６】
Ｅｃｆ＿Ａ＝Ｖｂ＿Ａ×((Ｔｏｎ＿ｂＡ＋Ｔｏｆｔ＿ｂＡ)／Ｔｏｆｔ＿ｂＡ)…式３
次に、スイッチング素子２７Ａを周期的にオン／オフすることにより、電力蓄積手段３Ａに電力を充電する制御について説明する。
【００９７】
前述のスイッチング素子２７Ａを所定時間Ｔｏｎ＿ａＡだけオンすると、前述の集電装置４Ａおよび接地点２５Ａとインバータ装置２２Ａの間にある直流電力部の、接地点２５Ａとインバータ装置２２Ａの間にある直流電力部の、接地点２５Ａに対する電位Ｅｃｆ＿Ａが、電力蓄積手段３Ａの端子間電圧（接地点２５Ａに対する電位）Ｖｂ＿Ａよりも高いとき（Ｅｃｆ＿Ａ＞Ｖｂ＿Ａ）、直流電力部から電力蓄積手段３Ａの向きに電流が流れる。このとき、平滑リアクトル２９Ａは、その電流増加率を一定値内に抑えると同時に、Ｔｏｎ＿ａＡの期間に通流した電流と、電力蓄積手段３Ａの端子電圧の積を時間積分した電力エネルギを蓄える、その後、スイッチング素子２７Ａを所定時間Ｔｏｆｔ＿ａＡだけでオフすると、直流電力部側に平滑リアクトル２９Ａに蓄えられた電力エネルギは、電力蓄積手段３Ａの高電位側端子から、低電位側端子に抜け、スイッチング素子２７Ｂのダイオード部を経て、平滑リアクトル２９Ａに戻る一巡の回路が構成される。すなわち、スイッチング素子２７Ａを所定時間Ｔｏｆｔ＿ａＡだけオフしている期間は、平滑リアクトル２９Ａに蓄えられた電力エネルギが放出されるに従い、放電電流は減衰していく。このとき、電力蓄積手段３Ａで得られる端子間電圧値Ｖｂ＿Ａは、直流電力側Ｅｃｆ＿Ａを基準として、前述のスイッチング素子２７Ａをオンする時間Ｔｏｎ＿ａＡとオフする時間Ｔｏｆｔ＿ａＡの比率から次式で決定する。
【００９８】
Ｖｂ＿Ａ＝Ｅｃｆ＿Ａ×(Ｔｏｎ＿ａＡ／(Ｔｏｎ＿ａＡ＋Ｔｏｆｔ＿ａＡ)) …式４
以上の構成により、電圧センサ２６Ａの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａの値を制御装置３１Ａで監視し、Ｅｃｆ＿Ａの検出値および電力蓄積手段の充放電を行う所定の条件を満たしていれば、電流センサ３０Ｇの電流検出値Ｉｂ＿Ａを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ａ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ａ，２８Ｂの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ａ，ＧＰ２＿Ａを制御して、スイッチング素子２７Ａ，２７Ｂを駆動できる。
【００９９】
Ｂ車両の機器構成は、図９と同一である。以上の構成により、以下の動作を実現する。
【０１００】
Ａ車両の回生ブレーキ中に電圧センサ２６Ａの検出値Ｅｃｆ＿Ａが電圧目標値Ｖｐ＿Ａ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ａ，２８Ｂの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ａ，ＧＰ２＿Ａを制御して、スイッチング素子２７Ａ，２７Ｂを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。このとき同時に制御装置３１Ａより回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを車両情報伝達装置３２Ａを送信する。車両情報伝達装置３２ＡよりＢ車両の車両情報伝達装置３２Ｂへ回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを含むＡ車両の車両情報Ｄａｔａ＿０が送信され車両情報伝達装置３２Ｂは車両情報Ｄａｔａ＿０を受信する。車両情報伝達装置３２ＢはＢ車両の制御装置３１Ｂへ回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを送信し、制御装置３１Ｂは回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを受信する。制御装置３１Ｂは、回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを受信しているとき、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値が所定の値以上で、Ｂ車両の運転状態が停車中あるいは惰行中であり、電力蓄積手段３Ｂの蓄電量が所定の値以下であれば、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。この動作により、Ａ車両の回生電力はＡ車両自車の電力蓄積手段３Ａの充電電力と、Ｂ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電電力として吸収される。これにより、Ａ車両の回生電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段と他車であるＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。このように回生電力を自車の電力蓄積手段と他車の電力蓄積手段とに分散できれば、車両に搭載する電力蓄積手段の容量を低減でき、搭載する電力蓄積手段を小型，軽量化できる。
【０１０１】
ここで、図２に示すような車両情報伝送装置を有さない実施例の機器構成は、図１０から車両情報伝送装置を取り除いた構成となる。この際の電力蓄積手段３Ｂの動作決定は、下記のように回生吸収要求信号を用いずに行われる。
【０１０２】
つまり、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値が所定の値以上で、Ｂ車両の運転状態が停車中あるいは惰行中であり、電力蓄積手段３Ｂの蓄電量が所定の値以下であることを条件として、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。
【０１０３】
図１１は、図１０に示すように車両情報伝送装置を有する実施形態おける本発明の制御構成の一実施例を示す図である。
【０１０４】
Ａ車両の制御装置３１Ａにて、Ａ車両が回生ブレーキ運転中であるときに電圧センサ２６Ａの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａは、電圧目標値Ｖｐ＿Ａ１と減算を行って定電圧制御器３３に入力される。定電圧制御器３３は前述の電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａを電圧目標値Ｖｐ＿Ａ１に速やかに一致させるための電圧制御操作量Ｄｌｔ＿Ｖｃｍｄ＿Ａを出力する。高位選択器３５Ａと低位選択器３６Ａは、電圧制御操作量Ｄｌｔ＿Ｖｃｍｄ＿Ａの下限値及び上限値を決定する。まず、高位選択器３５Ａは、電圧制御操作量Ｄｌｔ＿Ｖｃｍｄ＿Ａと０のうち大きい値を選んで出力し、低位選択器３６Ａは、高位選択器３５Ａの出力値と、１のうち小さい値を選んで出力する。すなわち、電圧制御操作量Ｄｌｔ＿Ｖｃｍｄ＿Ａは、高位選択器３５Ａと低位選択器３６Ａにより、その範囲を０から１に制限して、制限つき電圧制御操作量Ｄｕｔｙ＿ＧＰ＿Ａを出力する。
【０１０５】
ゲートパルス発生器３７Ａは、制限つき電圧制御操作量Ｄｕｔｙ＿ＧＰ＿Ａをもとに、図１０に示すスイッチング素子２７Ｂのオン／オフを制御するチョッパゲートパルスＧＰ＿Ａを出力する。この動作はＡ車両の電力蓄積手段３Ａの蓄電量が所定の値以下であるときに動作させる。
【０１０６】
比較演算器３４Ａは電圧センサ２６Ａの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａと、電圧目標値Ｖｐ＿Ａ２を入力として、電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａが電圧目標値Ｖｐ＿Ａ２より大きければ回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを「１」にて出力し、この条件を満たしていなければ「０」を出力する。
【０１０７】
図１１では上述した通り、図１０のようにＡ車両に電力蓄積手段３Ａを搭載した機器構成における制御構成を示したが、図９のようにＡ車両に電力蓄積手段３Ａを搭載しない機器構成における制御構成は、Ａ車両の制御構成から、定電圧制御器３３，高位選択器３５Ａ，低位選択器３６Ａ，ゲートパルス発生器３７Ａを取り除き、比較演算器３４Ａを有する構成となる。
【０１０８】
Ｂ車両の制御装置３１Ｂにて、比較演算器３４ＢはＢ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電量ＳＯＣ＿Ｂと充電許可充電量ＳＯＣｐ＿Ｂを入力とし、充電量ＳＯＣ＿Ｂが充電許可充電量ＳＯＣｐ＿Ｂより小さい値であれば「１」を出力し、この条件を満たしていなければ「０」を出力する。比較演算器３４Ｃは電圧センサ２６Ｂの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂと電圧上昇検知レベルＶｕｐｓ＿Ｂを入力とし、電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂが電圧上昇検知レベルＶｕｐｓ＿Ｂより大きければ「１」を出力し、この条件を満たしていなければ「０」を出力する。惰行・停車中フラグＭＤ＿ＮＯＦＦはＢ車両が停車中あるいは惰行運転中のときに「１」を出力し、これ以外のときは「０」を出力する。回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂは先に示した車両情報伝達手段によって例えばＡ車両の回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを「１」出力にて受信した場合に回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂも「１」出力となる。
【０１０９】
論理積演算器３８は、回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂと、惰行・停車中フラグＭＤ＿ＮＯＦＦと、比較演算器３４Ｂの出力と、比較演算器３４Ｃの出力を入力とし、この４入力全てが「１」入力の場合「１」を出力する。この論理積演算器３８は電力蓄積手段３Ｂを充電制御する条件を満たしているかを判定している。電力蓄積手段電流指令生成部３９は電力蓄積手段３Ｂの充放電制御のための電力蓄積手段電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂを生成する。例えば電圧センサ２６Ｂの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂと電圧センサ２６Ｄの電圧検出値Ｖｂ＿Ｂを入力とし、電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂと電圧検出値Ｖｂ＿Ｂの時間的変化率から電力蓄積手段電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂを生成する。
【０１１０】
選択器４０は、論理積演算器３８が「０」出力のとき、すなわち電力蓄積手段３Ｂを充電制御する条件にないときは選択器４０の入力を「０」入力の側に選択し「０」出力し、論理積演算器３８が「１」出力のとき、すなわち電力蓄積手段３Ｂを充電制御する条件にあるときは選択器４０の入力を電力蓄積手段電流指令生成部３９の出力する電力蓄積手段電流指令値Ｉｂ＿Ｐ入力の側に選択し、電力蓄積手段電流指令値Ｉｂ＿Ｐを出力する。
【０１１１】
選択器４０の出力は電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂと減算し定電流制御器４１に入力される。定電流制御器４１は、選択器４０の入力が電力蓄積手段電流指令生成部３９の出力する電力蓄積手段電流指令値Ｉｂ＿Ｐ入力の側に選択されている場合、前述の電流検出値Ｉｂ＿Ｂを電力蓄積手段電流指令値Ｉｂ＿Ｐに速やかに一致させるための電流制御操作量Ｄｌｔ＿Ｉｂ＿ｃｍｄ＿Ｂを出力する。高位選択器３５Ｂと低位選択器３６Ｂは、電流制御操作量Ｄｌｔ＿Ｉｂ＿ｃｍｄ＿Ｂの下限値及び上限値を決定する。まず、高位選択器３５Ｂは、電流制御操作量Ｄｌｔ＿Ｉｂ＿ｃｍｄ＿Ｂと０のうち大きい値を選んで出力し、低位選択器３６Ｂは、高位選択器３５Ｂの出力値と、１のうち小さい値を選んで出力する。すなわち、電流制御操作量Ｄｌｔ＿Ｉｂ＿ｃｍｄ＿Ｂは、高位選択器３５Ｂと低位選択器３６Ｂにより、その範囲を０から１に制限して、制限つき電圧制御操作量Ｄｕｔｙ＿ＧＰ＿Ｂを出力する。ゲートパルス発生器３７Ｂは、制限つき電圧制御操作量Ｄｕｔｙ＿ＧＰ＿Ｂをもとに、図６に示すスイッチング素子２７Ｄのオン／オフを制御するチョッパゲートパルスＧＰ＿Ｂを出力する。
【０１１２】
これにより、以下の動作を実現する。
【０１１３】
Ａ車両の回生ブレーキ中に電圧センサ２６Ａの検出値Ｅｃｆ＿Ａが電圧目標値Ｖｐ＿Ａに追従するように、ゲートアンプ２８Ｂの出力であるゲートパルス信号ＧＰ２＿Ａを制御して、スイッチング素子２７Ｂを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。このとき同時に制御装置３１Ａより回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを出力する。Ｂ車両の制御装置３１Ｂは回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを受信する。
【０１１４】
制御装置３１Ｂは、回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを受信しているとき、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値が所定の値以上で、Ｂ車両の運転状態が停車中あるいは惰行中であり、電力蓄積手段３Ｂの蓄電量が所定の値以下であれば、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂに追従するように、ゲートアンプ２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｄを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。
【０１１５】
この動作により、Ａ車両の回生電力はＡ車両自車の電力蓄積手段３Ａの充電電力と、Ｂ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電電力として吸収される。これにより、Ａ車両の回生電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段と他車であるＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。
【０１１６】
図１１では、車両情報伝送装置を有する機器構成の制御について説明したが、図２に示すような車両情報伝送装置を有さない実施例においては、Ｂ車両の制御構成から回生吸収要求フラグを取り除いて、論理積演算器３８が、惰行・停車中フラグＭＤ＿ＮＯＦＦと、比較演算器３４Ｂの出力と、比較演算器３４Ｃの出力を入力とし、この３入力全てが「１」入力の場合「１」を出力する制御構成となる。
【０１１７】
図１２は本発明の車両情報伝送装置を有する実施例における車両の電力蓄積手段の動作判別フローチャートの一実施例を示す図である。図１２により車両の動作状態による回生吸収要求フラグ信号および電力蓄積手段の動作パタンについて説明する。図１２では、車両情報信号として回生吸収要求信号が送受信される場合について説明するが、車両情報信号として力行電力要求信号が送受信される実施形態にも本発明は適用可能である。
【０１１８】
判断５１Ａによって自車両が回生中であれば判断５１Ｄに進み、回生中でなければ判断５１Ｂに進む。自車両が停車中あるいは惰行運転中であれば判断５１Ｅに進み、停車中あるいは惰行運転中でなければ判断５１Ｃに進む。自車両が力行運転中であれば処理５２Ｃに進み電力蓄積手段の放電動作を行い、判断５１Ｍに進む。電力蓄積手段の充電量（ＳＯＣ）が電力蓄積手段の放電限界（ＳＯＣ＿ＭＩ）より大きければ処理５２Ｃを継続し、小さければ処理５２Ｅに進み、電力蓄積手段は動作を停止する。
【０１１９】
判断５１Ｄにて自車両が電力蓄積手段を搭載している場合は判断５１Ｇに進む。電力蓄積手段を搭載していなければ判断５１Ｈに進む。判断５１Ｇにて直流電圧検出値Ｅｃｆが所定の電圧Ｅｃｆ＿１より大きければ、処理５２Ａに進み、電力蓄積手段の充電動作を行い、判断５１Ｋに進む。判断５１Ｇにて直流電圧検出値Ｅｃｆが所定の電圧Ｅｃｆ＿１より小さければ、処理５２Ｅに進み、電力蓄積手段は動作を停止する。判断５１Ｋにて電力蓄積手段の充電量（ＳＯＣ）が電力蓄積手段の充電限界（ＳＯＣ＿ＭＡ）より小さければ処理５２Ａを継続し、大きければ処理５２Ｄに進み回生吸収要求フラグを出力するとともに処理５２Ｅに進み、電力蓄積手段は動作を停止する。判断５１Ｈにて直流電圧検出値Ｅｃｆが所定の電圧Ｅｃｆ＿１より大きければ処理５２Ｄに進み回生吸収要求フラグを出力する。判断５１Ｈにて直流電圧検出値Ｅｃｆが所定の電圧Ｅｃｆ＿１より小さければ回生吸収要求フラグは出力しない。
【０１２０】
判断５１Ｅにて電力蓄積手段を搭載していれば判断５１Ｆに進む。判断５１Ｅにて電力蓄積手段を搭載していなければ処理を終了する。判断５１Ｆにて回生吸収要求フラグを受信していれば、判断５１Ｊに進む。回生吸収要求フラグを受信していなければ処理５２Ｃに進む。判断５１Ｊにて直流電圧検出値Ｅｃｆが所定の電圧Ｅｃｆ＿１より大きければ処理５２Ｂに進み電力蓄積手段の充電動作を行い、判断５１Ｌに進む。直流電圧検出値Ｅｃｆが所定の電圧Ｅｃｆ＿１より小さければ処理５２Ｃに進む。判断５１Ｌにて電力蓄積手段の充電量（ＳＯＣ）が電力蓄積手段の充電限界（ＳＯＣ＿ＭＡ）より小さければ処理５２Ｂを継続し、大きければ処理５２Ｅに進み電力蓄積手段は動作を停止する。
【０１２１】
図１３は本発明の特に図１や図７に示す基地局を有する場合の機器構成例を示す図である。
【０１２２】
図１０の機器構成例とは、基地局によって車両間の電力需給を近傍の車両間で行うことで、電力需給による送電ロスを低減する点が相違している。以下では図１０に対して構成に差のある部分を説明し、共通する構成については説明を省略する。
【０１２３】
車両情報伝達装置３２Ａは基地局と通信を行う。ここでは車両情報伝達装置３２Ａは基地局１７Ｃに車両情報ＤＡＴＡ＿０を送信する。基地局１７Ｃでは、Ａ車両に最も近傍した位置を走行しているＢ車両の車両情報伝達装置３２Ｂ対して、Ａ車両の車両情報ＤＡＴＡ＿０にＢ車両を特定するための車両識別番号信号を加えた車両情報ＤＡＴＡ＿１を送信する。
【０１２４】
制御装置３１Ｂは、車両情報伝達装置３２Ｂより車両情報ＤＡＴＡ＿１を受信し、これに含まれるＡ車両の回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿ＡａとＢ車両を特定するための車両識別番号信号Ｃａｒ＿ＩＤ＿Ｓを入力する。制御装置３１Ｂは、回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿ＡａとＢ車両を特定するための車両識別番号信号Ｃａｒ＿ＩＤ＿Ｓを受信しているとき、回生吸収動作を許可し、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値が所定の値以上で、Ｂ車両の運転状態が停車中あるいは惰行中であり、電力蓄積手段３Ｂの蓄電量が所定の値以下であれば、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。
【０１２５】
この動作により、Ａ車両の回生電力はＡ車両自車の電力蓄積手段３Ａの充電電力と、Ａ車両の最も近傍を走るＢ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電電力として吸収される。これにより、Ａ車両の回生電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段と他車であるＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができ、車両間の送電ロスも低減することができる。
【０１２６】
図１４は、図１３に示すように車両情報伝送装置と基地局を有する実施形態における本発明の制御構成例を示す図である。
【０１２７】
図１１の制御構成例に対して、図１４の制御構成例では、特に基地局によって車両間の電力需給を近傍の車両間で行うことで、電力需給による送電ロスを低減する場合の構成例を示している。以下では図１１に対して構成に差のある部分を説明し、共通する構成については説明を省略する。
【０１２８】
Ｂ車両の制御装置３１Ｂにて、回生吸収許可信号ＲｅｑＳ＿ＡｂＳは図１３に示す基地局から発信された車両情報信号４２（図１３のＤＡＴＡ＿１）に含まれる回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿ＡａとＢ車両を特定するための車両識別番号信号（基地局からの発信信号）Ｃａｒ＿ＩＤ＿Ｓを入力し、回生吸収許可フラグ生成部４３にて、車両識別番号信号（基地局からの発信信号）Ｃａｒ＿ＩＤ＿Ｓと車両識別番号（車両側）信号Ｃａｒ＿ＩＤ＿Ｃとを比較し、この２つの車両識別番号が一致していれば回生吸収許可フラグＲｅｑＳ＿ＡｂＳを「１」出力する。
【０１２９】
論理積演算器３８は、回生吸収許可信号ＲｅｑＳ＿ＡｂＳと、惰行・停車中フラグＭＤ＿ＮＯＦＦと、比較演算器３４Ｂの出力と、比較演算器３４Ｃの出力を入力とし、この４入力全てが「１」入力の場合「１」を出力する。この論理積演算器３８は電力蓄積手段３Ｂを充電制御する条件を満たしているかを判定している。これにより、Ａ車両の回生電力はＡ車両自車の電力蓄積手段３Ａの充電電力と、Ａ車両の最も近傍を走るＢ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電電力として吸収される。
【０１３０】
これにより、Ａ車両の回生電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段と他車であるＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができ、車両間の送電ロスも低減することができる。
【０１３１】
図１４では、図１３のようなＡ車両に電力蓄積手段３Ａを搭載した機器構成における制御構成を示したが、Ａ車両に電力蓄積手段３Ａを搭載しない機器構成における制御構成は、Ａ車両の制御構成から、定電圧制御器３３，高位選択器３５Ａ，低位選択器３６Ａ，ゲートパルス発生器３７Ａを取り除き、比較演算器３４Ａを有する構成となる。
【０１３２】
図９〜図１４における説明では、車両情報信号として回生吸収要求信号が車両間で送受信される実施形態（つまり、図８におけるケース１ａ，２ａ）について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、車両情報信号として力行電力要求信号を車両間で送受信する実施形態（つまり、図８における１ｂ，１ｃ，２ｂ，２ｃ）もある。この場合の実施形態は、図９〜図１４の回生吸収要求信号を力行電力要求信号と置き換えたものとなる。また、この場合の図１１及び図１４における比較演算器３４Ａ，比較演算器３４Ｂ，比較演算器３４Ｃは、それぞれ下記のような機能を有する。
【０１３３】
比較演算器３４Ａは、車両Ａが力行運転状態または停車中・惰行運転中の場合に、電圧センサ２６Ａの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａと、電圧目標値Ｖｐ＿Ａ３を入力として、電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａが電圧目標値Ｖｐ＿Ａ３より小さければ力行電力要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを「１」にて出力し、この条件を満たしていなければ「０」を出力する。
【０１３４】
比較演算器３４ＢはＢ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電量ＳＯＣ＿Ｂと充電許可充電量ＳＯＣｐ＿Ｂを入力とし、充電量ＳＯＣ＿Ｂが放電許可充電量ＳＯＣｐ＿Ｂ（過放電とならない充電量の下限値）より大きい値であれば「１」を出力し、この条件を満たしていなければ「０」を出力する。
【０１３５】
比較演算器３４Ｃは電圧センサ２６Ｂの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂと電圧上昇検知レベルＶｕｐｓ＿Ｂを入力とし、電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂが電圧上昇検知レベルＶｕｐｓ＿Ｂより小さければ「１」を出力し、この条件を満たしていなければ「０」を出力する。
【符号の説明】
【０１３６】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 車両
２ 電車線
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 電力蓄積手段
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 集電装置
５ 駅
６ 軌道
１１ 電気エネルギの流れ
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 車両情報信号
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，３２Ａ，３２Ｂ 車両情報伝達装置
１４ 車両情報伝達線
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 車両情報伝達用アンテナ
１６ 車両情報電波送受信範囲
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ 基地局
２１Ａ，２１Ｂ フィルタリアクトル
２２Ａ，２２Ｂ インバータ装置
２３Ａ，２３Ｂ 交流電動機
２４Ａ，２４Ｂ フィルタコンデンサ
２５Ａ，２５Ｂ 接地点
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ 電圧センサ
２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ スイッチング素子
２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ ゲートアンプ
２９Ａ，２９Ｂ 平滑リアクトル
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ，３０Ｇ，３０Ｈ 電流センサ
３１Ａ，３１Ｂ 制御装置
３３ 定電圧制御器
３４Ａ，３４Ｂ 比較演算器
３５Ａ，３５Ｂ 高位選択器
３６Ａ，３６Ｂ 低位選択器
３７Ａ，３７Ｂ ゲートパルス発生器
３８ 論理積演算器
３９ 電力蓄積手段電流指令生成部
４０ 選択器
４１ 定電流制御器
４２ 基地局からの車両情報信号
４３ 回生吸収許可フラグ生成部
５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ，５１Ｇ，５１Ｈ，５１Ｊ，５１Ｋ，５１Ｌ，５１Ｍ 判断
５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ，５２Ｅ 処理
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の駆動装置に係り、特に、鉄道車両に電力蓄積手段を搭載して、鉄道車両の電力補足をこの電力蓄積手段の蓄電エネルギを利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、鉄の車輪がレール面上を転がることにより走行するため、走行抵抗が自動車に比べて小さいことが特徴である。電気鉄道車両（以下、電気車）は、電車線から電力を給電し、この電力を車両の走行用駆動電力や車内照明などのサービス機器用補機電力にて消費する。また、電気車は燃料を搭載して走行する内燃動車に比較して、加減速性能がよく、メンテナンス性に優れている。最近の電気車では、制動時に主電動機を発電機として作用させることで制動力を得ると同時に、制動時に主電動機で発生する電気的エネルギを電車線に戻して他車両の力行エネルギとして再利用する回生ブレーキ制御を行っている。この回生ブレーキを備える電気車は、回生ブレーキを備えていない電気車に比べて、約半分のエネルギ消費で走行することが可能とされており、走行抵抗が小さい鉄道車両の特徴を生かした省エネ手法といえる。
【０００３】
ところで、電車線は変電所などの地上給電設備の負荷管理によって、電車線にかかる負荷変動があっても電力容量を適切に制御することで電車線電圧の安定化が図られている。地上給電設備からの電力給電が不十分な場合には、電車線の電圧が小さくなり、電気車は走行に必要な駆動電力を確保できず、所望の性能で加速することができなくなる。必要な給電電力を確保するために地上給電設備を増強することは、とくに直流電化の路線においては多くのコストが必要となる。
【０００４】
このため、電力給電設備を地上給電設備に加え、移動体すなわち車両に電力蓄積手段を搭載し、電車線の給電電力と電力蓄積手段からの給電電力と負荷全体の電力を管理制御し、給電設備から適切に電力を配分することで、電車線の電圧安定化と省エネルギを図るものが特許文献１に示されている。
【０００５】
特許文献１には、移動体の電力供給を管理する制御装置が示されている。本発明の移動体電力供給管理制御装置は、地上電力供給設備を用いて移動体に電力を供給するき電設備があり、移動体の一部に蓄電装置を備え、移動体が集電した電力と蓄電装置に内蔵の電力を利用して走行路上を移動する移動体に供給する電力を管理制御するものである。これは、移動体の運行をつかさどる運転ダイヤと移動体の位置とに基づいて移動体運行のための所要電力を予測し、予測所要電力を前記地上電力供給設備との間で最適に配分するための電力管理システムと、前記電力管理システムで配分された電力供給指示に基づいて地上電力供給設備から前記移動体への供給電力を制御する移動体電力制御装置とを備えたものである。これにより、移動体の全体での電力管理を行うことができ、省エネルギ化を実現し、運行の乱れ防止や機器の最適化を図るものである。
【０００６】
また、電気車で回生ブレーキが動作するときには、回生された電力を吸収する相手が必要である。これまでの一般的な鉄道車両は、回生ブレーキで発電した電力を、車両が備える集電装置を通して電車線に戻し、その車両と同じ給電区間を走行する他の車両の力行電力として再利用する。同じ給電区間を複数の車両が走行しているときは、一車両の回生ブレーキが動作するタイミングで、力行する他車両が存在する確率が高い。逆に、同じ給電区間に一車両のみ走行しているときは、その車両の回生ブレーキが動作しても、その電力を吸収する力行車両がいない。このため、架線に戻る回生ブレーキ電流が僅少であるため、回生電力によりインバータ装置の直流電圧が大きくなる。この結果、インバータ装置の許容電圧を上回り、高電圧保護で回生ブレーキ失効が発生し、以降は回生ブレーキが動作せずに空気ブレーキだけで停車するので、回生ブレーキによる省エネルギ効果が得られない。このように、回生ブレーキ電力を架線に戻すには、その電力を吸収する力行車両が必要という制限がある。しかし、回生ブレーキ電力を吸収し、蓄電できる設備を設けられるならば、他の力行車両の存在に関わらず、回生ブレーキによる省エネルギ効果を得ることができる。
【０００７】
例えば、特許文献２には、回生電力を吸収する蓄電装置を車上側のインバータ装置に併設する車両用駆動制御装置の例が開示されている。回生ブレーキ電力を吸収する他のカ行車両がいない場合でも、自車両に搭載した蓄電装置で回生ブレーキ電力を吸収することで回生ブレーキを動作させて省エネルギ効果を得ることが可能である。
【０００８】
また、特許文献３には、架線瞬断が発生した場合など、回生ブレーキ中に集電装置から電力線への電流経路が断たれ、高速に回生ブレーキ電力の充電制御を始めなければならないとき、インバータ直流部の電圧検出値の変化率に基づいて、瞬時に回生電力を蓄電装置で吸収する充電制御を開始し、またその後も連続的に蓄電装置による回生電力の吸収を可能とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２４２０６号公報
【特許文献２】特開２００５−２７８２６９号公報
【特許文献３】特開２００８−２２８４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで特許文献１のシステムでは移動体の電力を、移動体全体での電力管理を中央管理システムによって行うものであり、中央管理システムの不具合時には移動体全体の電力需給が適切に行われるとは限らない。また、運転ダイヤの管理や移動体の運転状況を予測し、給電設備から適切に電力を配分することで、電車線の電圧安定化と省エネルギを図るものであり、車両性能，路線データなどの情報を必要とし、中央管理システムでは多くの情報に基づいた電力管理制御となるため制御構成が複雑になる。そこで、車両間で個別に電力過不足分を電力配分できれば、簡易的に省エネルギ化と電力需給の安定化すなわち電車線電圧の安定化が図れる。
【００１１】
また、とくに制動時の回生ブレーキにおいて、回生電力を吸収する相手がいない場合や電車線瞬断時の電力蓄積手段による回生電力の吸収システムにおいては、特許文献２あるいは特許文献３のシステムでは、電力蓄積手段を搭載した車両が、自車の電力蓄積手段で吸収するものであり、運転状態によって他車の回生ブレーキ動作時に回生電力の吸収を行って、他車の回生電力を負担し、電車線電圧の安定化と省エネ化を図ることについては開示されていない。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、電力蓄積手段を搭載した車両が電力蓄積手段の充放電を行って、電気車の電力過不足分を電車線を介して周辺の車両同士で送受電することにより、省エネルギを実現し、環境に優しい鉄道車両の駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、電車線から電力を得る集電装置と、電車線から電力充電し、または電車線へ電力を放電することが可能な電力蓄積手段と、集電装置および電力蓄積手段と接続されて電動機を駆動するインバータ装置と、を備えた鉄道車両を有する鉄道システムであって、電力蓄積手段を搭載した自車両が停車中あるいは惰行運転中のとき、電車線を介して他の車両の回生電力を電力蓄積手段に充電、または電車線を介して他の鉄道車両へ電力蓄積手段の放電電力を供給する制御装置を備える。
【００１４】
さらに、他の車両の状態情報を含む車両情報信号を車両外部から受信、または自車両の状態情報を含む車両情報信号を車両外部へ送信する車両情報伝達装置を備え、制御装置は、自車両の状態が停車中あるいは惰行運転中のとき、車両外部から受信した車両情報信号の状態情報に基づいて電力蓄積手段の充放電制御を行い、他の車両との前記電車線を介した電力の送受電を行っても良い。
【００１５】
さらに、電車線により印加される自車両の直流電圧を検出する手段を備え、電力蓄積手段を搭載した車両の制御装置は、自車両が停車中あるいは惰行運転中のとき、直流電力の電圧検出値に基づいて、電車線を介して他の車両の回生電力を前記電力蓄積手段に充電、または電車線を介して他の鉄道車両へ電力蓄積手段の放電電力を供給しても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電力蓄積手段を搭載した車両が電力蓄積手段の充放電を行って、電気車の電力過不足分を電車線を介して周辺の車両同士で送受電することにより、省エネルギを実現することができる。
【００１７】
また、全車両の電力を管理する中央管理システムを用いずに、車両間での電力過不足分の電力需給を行うことで、移動体全体の電力を管理する中央管理システムに依らず簡易的に電車線の電圧安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１における第一の状況での電力需給を示す図である。
【図２】実施例２における第一の状況での電力需給を示す図である。
【図３】実施例１における第二の状況での電力需給を示す図である。
【図４】実施例１における第三の状況での電力需給を示す図である。
【図５】実施例１における第四の状況での電力需給を示す図である。
【図６】実施例１における第五の状況での電力需給を示す図である。
【図７】実施例３における第一の状況での電力需給を示す図である。
【図８】車両の種類と運転状態に応じた本発明の車両別動作をまとめた例を示す図である。
【図９】本発明の実施例１または３の機器構成例を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１または３の他の機器構成例を示す図である。
【図１１】本発明の図１に示す機器構成例における制御構成の一実施例を示す図である。
【図１２】本発明の車両の電力蓄積手段の動作判別フローチャートの一実施例を示す図である。
【図１３】本発明の実施例１または３の機器構成例を示す図である。
【図１４】本発明の図１３に示す機器構成例における制御構成例の一実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明していく。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明の実施例１における第一の状況での電力需給を示す図である。
【００２１】
連続した電車線２は図示しない地上の給電設備より電力を給電し、車両１Ａ，車両１Ｂ，車両１Ｃは連続した同一の給電区間にある電車線２のある軌道６の区間にある。車両１Ａは電車線２の電力を集電装置４Ａによって受電し、集電装置４Ａによって受電した電力を車両の駆動用電力として走行する。
【００２２】
図１では車両１Ａは回生ブレーキによる制動運転中であり、この制動時には回生ブレーキによる回生電力を集電装置４Ａによって電車線２へ電力を戻す。このとき車両１Ａは回生ブレーキをかけたときに、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、回生ブレーキ運転中であるという所定の条件を満たしていれば、車両１Ａは車両情報伝達装置１３Ａより車両情報信号１２Ａを出力する。
【００２３】
ここで車両情報信号１２Ａは例えば回生吸収要求信号等の他車への回生電力の吸収要求を意味する情報を含んでいる。車両１Ｂおよび車両１Ｃは、電車線２の電力を集電装置４Ｂ，４Ｃによって受電し、集電装置４Ｂ，４Ｃによって受電した電力を車両の駆動用電力として走行する。また、車両１Ｂ，１Ｃには電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃを搭載しており、集電装置４Ｂ，４Ｃよりとりこんだ電力を電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃにて吸収し蓄電する。
【００２４】
図１では車両１Ｂは惰行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中であり、車両情報伝達装置１３Ｂ，１３Ｃは車両１Ａから送信された車両情報信号１２Ａを車両情報伝達線１４を介して車両情報信号１２Ｂ，１２Ｃとして受信する。車両情報信号１２の伝達には、車両情報伝達線１４として路線に通信回線などのアンテナ線等を敷設し、これを用いて行うようにしてもよい。このとき車両１Ｂ，１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、車両１Ｂ，１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃへの充電動作を開始する。
【００２５】
これにより車両１Ａの回生電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段によって吸収することができる。このとき電気エネルギの流れ１１のように、車両１Ａから車両１Ｂ，１Ｃの方向に電気エネルギが流れる。自車の回生電力を他車の電力蓄積手段で吸収可能とすることで、自車の回性電力を力行電力として負担する他車がいないときでも車両間の情報をやりとりし、回生電力を吸収する相手を同じタイミングで作ることにより、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線２電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。
【００２６】
車両情報信号１２の伝達には、例えば図１に示すように、車両情報伝達線１４として路線に通信回線などのアンテナ線等を敷設し、これを用いて行うようにしてもよい。
【００２７】
また図１では車両１Ｂ惰行運転中、車両１Ｃは駅５に停車中の場合を示しているが、車両１Ｂ，１Ｃは惰行運転，停車の何れの状態であってもよい。ここでは、車両１Ａと車両１Ｂ，１Ｃの３つの車両間の電力需給について記述しているが、例えば車両１Ｂ，１Ｃのような車両が３つ以上あり、電力蓄積手段による回生電力の吸収を行う車両が多数ある場合や、車両１Ａのような回生電力の補足を要求する車両が２つ以上あるように、より複数の車両で電力需給を行ってもよい。
【００２８】
なお、電車線２の抵抗に起因する送電ロス低減させるために、電力の需給は、できるだけ近傍の車両間で行うのが望ましい。これには例えば図１に示すように、車両情報伝達線１４の通信可能範囲をＬ１に設定して、この範囲内で通信できる車両間同士で車両情報の伝達を行って、車両間の電力需給を行う方式としてもよい。あるいは、車両情報伝達線Ｌ１内の情報を基地局Ｐ１７Ａにて操作することにより、車両情報信号を最も近傍の車両間同士で送受信する（図１の場合には車両Ａの車両情報信号１２Ａを車両Ｂにのみ車両情報信号１２Ｂとして送信する）ことで、送電ロスを極力低減する方式としてもよい。基地局の詳細な機能については後述する。
【００２９】
図３は本発明の実施例１における第二の状況での電力需給を示す図である。
【００３０】
図３は図１の実施形態において、車両１Ｂが電力蓄積手段を搭載していない場合を示しており、車両１Ａ，１Ｃの機器構成と走行状態は図１と同様である。
【００３１】
図３では車両１Ｂは惰行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中であり、車両情報伝達装置１３Ｂ，１３Ｃは車両１Ａから送信された車両情報信号１２Ａを車両情報伝達線１４を介して車両情報信号１２Ｂ，１２Ｃとして受信する。このとき車両１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、車両１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｃへの充電動作を開始する。これにより車両１Ａの回生電力を車両１Ｃの電力蓄積手段によって吸収することができる。車両１Ｂは、電力蓄積手段を有していないため、回生吸収動作は行わないため、電気エネルギは電気エネルギの流れ１１のように車両１Ａから車両１Ｃへ流れることとなる。
【００３２】
図４は本発明の実施例１における第三の状況での電力需給を示す図である。
【００３３】
図４は図１の実施形態において、車両１Ｂが力行運転している場合を示しており、車両１Ａ，１Ｃの機器構成と走行状態は図１と同様である。
【００３４】
図４では車両１Ｂは力行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中であり、車両情報伝達装置１３Ｂ，１３Ｃは車両１Ａから送信された車両情報信号１２Ａを車両情報伝達線１４を介して車両情報信号１２Ｂ，１２Ｃとして受信する。このとき車両１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、車両１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｃへの充電動作を開始する。これにより車両１Ａの回生電力を車両１Ｃの電力蓄積手段によって吸収することができる。車両１Ｂは、力行運転中のため、車両１Ａの回生電力の一部または大半を駆動用電力として消費する。これと同時に車両１Ｃでの回生吸収動作が行われるため、電気エネルギは電気エネルギの流れ１１のように車両１Ａから車両１Ｂ，１Ｃへ流れることとなる。
【００３５】
図５は本発明の実施例１における第四の状況での電力需給を示す図である。
【００３６】
図５は図１の実施形態において、車両１Ａが力行運転している場合を示しており、車両１Ａ，１Ｃの機器構成と走行状態は図１と同様である。
【００３７】
図５では車両１Ａは力行運転中であり、このとき車両１Ａは力行運転時に、例えば電車線２の電圧が所定の値以下であり、力行運転中であるという所定の条件を満たしていれば、車両１Ａは車両情報伝達装置１３Ａより車両情報信号１２Ａを出力する。ここで車両情報信号１２Ａは、例えば力行電力要求信号等の他車への力行電力供給の要求を意味する情報を含んでいる。
【００３８】
図５では車両１Ｂは惰行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中であり、車両情報伝達装置１３Ｂ，１３Ｃは車両１Ａから送信された車両情報信号１２Ａを車両情報伝達線１４を介して車両情報信号１２Ｂ，１２Ｃとして受信する。このとき車両１Ｂ，１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以下であり、車両１Ｂ，１Ｃが停車中または惰行中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃの放電動作を開始し、集電装置４Ｂ，４Ｃを介して電車線２へ電力を送る。これにより車両１Ａの駆動電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段によって供給することができる。
【００３９】
このときの電気エネルギは、図５の流れ１１のように車両１Ｂ，１Ｃから車両１Ａへ電気エネルギが流れる。このように車両間で車両情報をやりとりし、自車の力行電力を他車の電力蓄積手段から供給可能とし、電力供給のタイミングを合わせることにより、電車線２の電圧降下を抑制し、電車線２電圧の降下に伴う電気車の駆動電力不足を低減することができる。
【００４０】
図６は本発明の実施例１における第五の状況での電力需給を示す図である。
【００４１】
図６は図１の実施形態において、車両１Ａが電力蓄積手段を搭載している場合を示しており、車両１Ａ，１Ｃの機器構成と走行状態は図１と同様である。
【００４２】
図６に示す状況では、車両１Ａは、回生ブレーキによる制動運転中であり、この制動時には回生ブレーキによる回生電力を集電装置４Ａによって電車線２へ電力を戻す。さらに電力蓄積手段３Ａを充電制御して回生電力を吸収する。ここで車両１Ａは回生ブレーキをかけたときに、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、回生ブレーキ運転中であり、電力蓄積手段３Ａの蓄電量が所定の値以上という所定の条件を満たしていれば、車両１Ａは車両情報伝達装置１３Ａより車両情報信号１２Ａを出力する。ここで車両情報信号１２Ａは例えば回生吸収要求信号等の他車への回生電力の吸収要求を意味する情報を含んでいる。
【００４３】
車両１Ｂは惰行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中であり、車両情報伝達装置１３Ｂ，１３Ｃは車両１Ａから送信された車両情報信号１２Ａを車両情報伝達線１４を介して車両情報信号１２Ｂ，１２Ｃとして受信する。このとき車両１Ｂ，１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、車両１Ｂ，１Ｃが停車あるいは惰行運転中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃへの充電動作を開始する。これにより車両１Ａの回生電力を自車車両１Ａの電力蓄積手段３Ａに加え車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃによって吸収することができる。このとき電気エネルギは、図６に示す流れ１１のように車両１Ａから車両１Ｂ，１Ｃへ電気エネルギが流れる。
【００４４】
このように、自車の回生電力を自車及び他車の電力蓄積手段３Ａ，３Ｂ，３Ｃで吸収可能とすることで、回生電力を負担する相手がなく、自車の電力蓄積手段で回生電力を全て吸収することができないような場合でも、車両間で車両情報をやりとりし、回生電力を吸収する相手を同じタイミングで作ることにより、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線２電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。
【００４５】
このように回生電力を自車の電力蓄積手段と他車の電力蓄積手段とで分散して吸収できれば、回生電力を発生する車両に搭載する電力蓄積手段の容量を低減でき、搭載する電力蓄積手段を小型，軽量化できる。
【００４６】
また、図６では車両１Ｂ惰行運転中、車両１Ｃは駅５に停車中の場合を示しているが、車両１Ｂ，１Ｃは惰行運転，停車の何れの状態であってもよい。
【００４７】
なお、本実施例では、車両１Ａと車両１Ｂ，１Ｃの３つの車両間の電力需給について記述しているが、例えば車両１Ｂ，１Ｃのような回生電力を吸収する車両が３つ以上あり、電力蓄積手段による回生電力の吸収を行う車両が多数ある場合や、車両１Ａのような回生電力の吸収補足を要求する車両が２つ以上ある場合のように、図６に示す車両数よりも多くの車両間で電力需給を行ってもよい。このように回生電力を吸収する電力蓄積手段を自車の電力蓄積手段と他車の電力蓄積手段とに分散できれば、車両に搭載する電力蓄積手段の容量を低減でき、搭載する電力蓄積手段を小型，軽量化できる。
【実施例２】
【００４８】
図２は本発明の実施例２における第一の状況での電力需給を示す図である。
【００４９】
図２に示す実施例２は、各車両の間で車両情報信号を送受信しない点において実施例１と相違し、車両情報信号に関する機器構成以外は、図１と同様である。
【００５０】
図２では車両１Ａは回生ブレーキ中であり、車両１Ｂは惰行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中である。このとき車両１Ｂ，１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、車両１Ｂ，１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃへの充電動作を開始する。
【００５１】
これにより車両１Ａの回生電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段によって吸収することができる。このとき電気エネルギの流れ１１のように、車両１Ａから車両１Ｂ，１Ｃの方向に電気エネルギが流れる。自車の回生電力を他車の電力蓄積手段で吸収可能とすることで、自車の回性電力を力行電力として負担する他車がいないときでも、回生電力を吸収する相手を同じタイミングで作ることにより、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線２電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。
【００５２】
また図２では車両１Ｂ惰行運転中、車両１Ｃは駅５に停車中の場合を示しているが、車両１Ｂ，１Ｃは惰行運転，停車の何れの状態であってもよい。図１と同様に、車両１Ａと車両１Ｂ，１Ｃの３つの車両間の電力需給について記述しているが、例えば車両１Ｂ，１Ｃのような車両が３つ以上あり、電力蓄積手段による回生電力の吸収を行う車両が多数ある場合や、車両１Ａのような回生電力の補足を要求する車両が２つ以上あるように、より複数の車両で電力需給を行ってもよい。
【００５３】
本実施形態では、車両情報伝達線１４などを介した車両間の情報のやり取りを行わなくても電車線２の電圧を監視することにより、他車で回生吸収動作を行うことができ、本発明を簡易的な構成で実施することが可能となるため、設備コストを抑えることができる。特に回生電力を吸収する車両１Ｂ，１Ｃの回生吸収動作のタイミングを合わせ、また電車線の電圧検出によらずに回生吸収側の動作を可能とし、また近傍の車両と電力需給を行うためには、先に示した図１の実施形態を採用する必要がある。
【００５４】
図２では、車両１Ａの回生電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段によって吸収する例について説明したが、車両１Ａが力行または停車・惰行運転中である場合に、車両１Ａの力行電力または補助機器で必要となる電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段から供給することも可能である。この場合は、車両１Ｂ，１Ｃは、例えば力行電力要求信号を受信し、電車線２の電圧が所定の値以下であり、車両１Ｂ，１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃへの放電動作を開始する。
【実施例３】
【００５５】
図７は本発明の実施例３における第一の状況での電力需給を示す図である。
【００５６】
図７に示す実施例３は、各車両の間での車両情報信号の送受信を無線により行う点において実施例１と相違し、無線通信に関する機器構成以外は、図１と同様である。本実施例では、図１にて説明した車両情報伝達装置１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの代わりに車両情報伝達用アンテナ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを用いて無線によって車両情報信号１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを送受信する例を示している。
【００５７】
図７に示す状況では、車両１Ａは回生ブレーキによる制動運転中であり、この制動時には回生ブレーキによる回生電力を集電装置４Ａによって電車線２へ電力を戻す。このとき車両１Ａは回生ブレーキをかけたときに、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、回生ブレーキ運転中であるという所定の条件を満たしていれば、車両１Ａは車両情報伝達用アンテナ１５Ａから基地局Ｓ１７Ｂへ車両情報信号１２Ａを出力する。ここで車両情報信号１２Ａは例えば回生吸収要求信号等の他車への回生電力の吸収要求を意味する情報を含んでいる。
【００５８】
図７では車両１Ｂは惰行運転中で、車両１Ｃは駅５に停車中であり、車両情報伝達装置１３Ｂ，１３Ｃは車両１Ａから送信された車両情報信号１２Ａを基地局Ｓ１７Ｂを介して車両情報信号１２Ｂ，１２Ｃとして受信する。このとき車両１Ｂ，１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以上であり、車両１Ｂ，１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃへの充電動作を開始する。これにより車両１Ａの回生電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段によって吸収することができる。
【００５９】
このとき電気エネルギは、図７の流れ１１のように車両１Ａから車両１Ｂ，１Ｃへ電気エネルギが流れる。このように自車の回生電力を他車の電力蓄積手段にて吸収可能とすることで、自車の回生電力を負担する相手がいないときでも車両間の情報をやりとりし、回生電力を吸収する相手を同じタイミングで作ることにより、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線２電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。
【００６０】
電車線２の抵抗に起因する送電ロス低減させるために、電力の需給は、できるだけ近傍の車両間で行うのが望ましい。そのため、車両情報電波送受信範囲１６内の情報を基地局Ｓ１７Ｂにて操作することにより、車両情報信号を最も近傍の車両間同士で行う（図７の場合には、例えば、車両Ａの車両情報信号１２Ａを車両Ｂにのみ車両情報１２Ｂとして送信する）ことで、送電ロスを極力低減することが可能となる。基地局の詳細な機能については後述する。
【００６１】
図７では、車両１Ａの回生電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段によって吸収する例について説明したが、車両１Ａが力行または停車・惰行運転中である場合に、車両１Ａの力行電力または補助機器で必要となる電力を車両１Ｂ，１Ｃの電力蓄積手段から供給することも可能である。この場合は、車両１Ｂ，１Ｃは、例えば電車線２の電圧が所定の値以下であり、車両１Ｂ，１Ｃが惰行中または停車中であるという所定の条件を満たしていれば電力蓄積手段３Ｂ，３Ｃへの放電動作を開始する。
【００６２】
図８は、車両の種類（電力蓄積手段の搭載の有無）と運転状態（回生，力行，停車・惰行）に応じた本発明の車両別動作をまとめた例を示す図である。図８に示す動作の決定方法は、上述した図１〜図７の各実施例に適用することが可能である。
【００６３】
図８では６つのケース１ａ，１ｂ，１ｃ，２ａ，２ｂ，２ｃについて示している。Ａ車両とＢ車両の２車両間で電車線を介して電力需給を行う場合の、Ａ車両およびＢ車両の電力蓄積手段の有無と運転状態によってケースを分類し、各分類におけるＡ車両とＢ車両の電力蓄積手段の動作状態（回生電力の吸収を行うか、電力供給を行うか）を示している。Ｂ車両は、全ケースにおいて、電力蓄積手段を搭載しており、運転状態は停車あるいは惰行中である。また、Ｂ車両では、後述する回生吸収条件が成立しているものとする。
【００６４】
ケース１ａは、Ａ車両の電力蓄積手段がなくＡ車両の運転状態が回生ブレーキ運転の場合である。このときＢ車両の電力蓄積手段は充電動作を行って、Ａ車両の回生電力の吸収を行う回生吸収動作を行う。これにより、Ａ車両の回生電力をＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、電車線の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。ただし、Ｂ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿ＢがＢ車両の電力蓄積手段の充電可能限界ＳＯＣ＿ＭＡより大きい場合は、過充電となるため充電動作を行わない。
【００６５】
ケース１ｂは、Ａ車両の電力蓄積手段がなくＡ車両の運転状態が停車中あるいは惰行運転中の場合である。このときＢ車両の電力蓄積手段は放電動作を行って、Ａ車両の停車あるいは惰行中のサービス機器等に消費する補機電力の供給を行う電力供給動作を行う。これにより、Ａ車両の補機電力をＢ車両の電力蓄積手段によって供給することができ、車両間の電力蓄積手段のみによる電力需給を行うことにより電車線に電力を供給する外部電源電力に依らないため省エネ効果が図れ、また電車線の電圧降下を抑制し、電車線電圧降下に伴う電気車の駆動電力不足の低減を図ることができる。ただし、Ｂ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿ＢがＢ車両の電力蓄積手段の放電可能限界ＳＯＣ＿ＭＩより小さい場合は、過放電となるため放電動作を行わない。
【００６６】
ケース１ｃは、Ａ車両の電力蓄積手段がなくＡ車両の運転状態が力行運転中の場合である。このときＢ車両の電力蓄積手段は放電動作を行って、Ａ車両の力行運転のための駆動電力の供給を行う電力供給動作を行う。これにより、Ａ車両の駆動電力をＢ車両の電力蓄積手段によって供給することができ、車両間の電力蓄積手段のみによる電力需給を行うことにより電車線に電力を供給する外部電源電力に依らないため省エネ効果が図れ、また電車線の電圧降下を抑制し、電車線電圧降下に伴う電気車の駆動電力不足の低減を図ることができる。ただし、Ｂ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿ＢがＢ車両の電力蓄積手段の放電可能限界ＳＯＣ＿ＭＩより小さい場合は、過放電となるため放電動作を行わない。
【００６７】
ケース２ａは、Ａ車両に電力蓄積手段がありＡ車両の運転状態が回生ブレーキ運転の場合である。このときＡ車両の電力蓄積手段は充電動作を行って、自車であるＡ車両の回生電力の吸収を行うと同時に、他車であるＢ車両の電力蓄積手段も充電動作を行って、Ａ車両の回生電力の吸収を行う回生吸収動作を行う。これにより、Ａ車両の回生電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段とＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、回生吸収負荷を増やすことができ、電車線の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスをさらに低減することができる。このように回生電力を自車の電力蓄積手段と他車の電力蓄積手段とに分散できれば、車両に搭載する電力蓄積手段の容量を低減でき、搭載する電力蓄積手段を小型，軽量化できる。ただし、Ａ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿Ａ、Ｂ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿Ｂが電力蓄積手段の充電可能限界ＳＯＣ＿ＭＡより大きい場合は、過充電となるため充電動作を行わない。
【００６８】
ケース２ｂは、Ａ車両に電力蓄積手段がありＡ車両の運転状態が停車中あるいは惰行運転中の場合である。このときＡ車両の電力蓄積手段は放電動作を行って、自車であるＡ車両の停車あるいは惰行中のサービス機器等に消費する補機電力の供給を行うと同時に、Ｂ車両の電力蓄積手段は放電動作を行って、Ａ車両の補機電力の供給を行う電力供給動作を行う。これにより、Ａ車両の補機電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段とＢ車両の電力蓄積手段によって供給することができ、自車内あるいは車両間の電力蓄積手段のみによる電力需給を行うことにより電車線に電力を供給する外部電源電力に依らないため省エネ効果が図れ、また電車線の電圧降下を抑制し、電車線電圧降下に伴う電気車の駆動電力不足の低減を図ることができる。ただし、Ａ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿Ａ、Ｂ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿Ｂが電力蓄積手段の放電可能限界ＳＯＣ＿ＭＩより小さい場合は、過放電となるため放電動作を行わない。
【００６９】
ケース２ｃは、Ａ車両に電力蓄積手段がありＡ車両の運転状態が力行運転中の場合である。このときＡ車両の電力蓄積手段は放電動作を行って、自車であるＡ車両の力行用の駆動電力の供給を行うと同時に、Ｂ車両の電力蓄積手段は放電動作を行って、Ａ車両の力行運転のための駆動電力の供給を行う電力供給動作を行う。これにより、Ａ車両の駆動電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段とＢ車両の電力蓄積手段によって供給することができ、車両間の電力蓄積手段のみによる電力需給を行うことにより電車線に電力を供給する外部電源電力に依らないため省エネ効果が図れ、また電車線の電圧降下を抑制し、電車線電圧降下に伴う電気車の駆動電力不足の低減を図ることができる。ただし、Ａ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿Ａ、Ｂ車両の電力蓄積手段の充電量ＳＯＣ＿Ｂが電力蓄積手段の放電可能限界ＳＯＣ＿ＭＩより小さい場合は、過放電となるため放電動作を行わない。
【００７０】
図９は車両情報伝送装置を有する実施例の車両Ａが電力蓄積手段を搭載していない場合における本発明の機器構成例を示す図である。
【００７１】
車両Ａ１Ａの集電装置４Ａから給電した直流電流は、フィルタリアクトル２１Ａ、およびフィルタコンデンサ２４Ａで構成するＬＣ回路（フィルタ回路）により高周波数域の変動分を除去した後、インバータ装置２２Ａに入力する。インバータ装置２２Ａは、入力された直流電力を可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の３相交電力に変換して、交流電動機２３Ａを駆動する。なお、ここではインバータ装置２２Ａが駆動する主電動機が２台の場合を示しているが、インバータ装置２２Ａが駆動する主電動機の台数は限定しない。電圧センサ２６Ａは、フィルタコンデンサ２４Ａの両端の直流部電圧Ｅｃｆ＿Ａを検出する。電流センサ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、インバータ装置２２Ａと、交流電動機２３Ａの間の３相交流電力線を流れる電流を各相毎に検出して、インバータ装置２２Ａに入力する。接地点２５Ａはこの回路の基準電位を決めている。
【００７２】
制御装置３１Ａは、インバータ装置２２Ａの回生電力Ｐ＿ｉｎｖ＿Ａ、電圧センサ２６Ａの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａを入力とし、車両情報伝達装置３２ＡにＡ車両の車両情報としてＡ車両の回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを出力する。車両情報伝達装置３２Ａは他車の車両情報伝達装置と通信を行う。ここでは車両情報伝達装置３２ＡはＢ車両の車両情報伝達装置３２ＢにＡ車両の車両情報ＤＡＴＡ＿０を送信する。
【００７３】
Ｂ車両１Ｂの集電装置４Ｂから給電した直流電流は、フィルタリアクトル２１Ｂ、およびフィルタコンデンサ２４Ｂで構成するＬＣ回路（フィルタ回路）により高周波数域の変動分を除去した後、インバータ装置２２Ｂに入力する。インバータ装置２２Ｂは、入力された直流電力を可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の３相交電力に変換して、交流電動機２３Ｂを駆動する。なお、ここではインバータ装置２２Ｂが駆動する主電動機が２台の場合を示しているが、インバータ装置２２Ｂが駆動する主電動機の台数は限定しない。電圧センサ２６Ｂは、フィルタコンデンサ２４Ｂの両端の直流部電圧Ｅｃｆ＿Ｂを検出する。電流センサ３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆは、インバータ装置２２Ｂと、交流電動機２３Ｂの間の３相交流電力線を流れる電流を各相毎に検出して、インバータ装置２２Ｂに入力する。接地点２５Ｂはこの回路の基準電位を決めている。
【００７４】
スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄは、前述の集電装置４Ｂおよび接地点２５Ｂとインバータ装置２２Ｂの間にある直流電力部のうち、高電位側と低電位側の間に直列配置する。電圧センサ２６Ｄは平滑リアクトル２９Ｂと電流センサ３０Ｈの電力間に配置して、後述の電力蓄積手段３Ｂの端子間電圧Ｖｂ＿Ｂを検出する。なお、電圧センサ２６Ｄは平滑リアクトル２９Ｂ，電流センサ３０Ｈの電力線間に配置しているが、これは電力蓄積手段３Ｂと平滑リアクトル２９Ｂの電力線間に配置しても、電力蓄積手段３Ｂの端子間電圧Ｖｂ＿Ｂを検出できる。
【００７５】
制御装置３１Ｂは、インバータ装置２２Ｂの回生電力Ｐ＿ｉｎｖ＿Ｂ、電圧センサ２６Ｂの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂ、電圧センサ２６Ｄの電圧検出値Ｖｂ＿Ｂ、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを入力とし、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄにスイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄのオン／オフを指令するゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを出力する。ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄは、ゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを入力とし、これを基にスイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄをオン／オフ可能な電圧制御信号に変換し、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄをオン／オフ制御する。電圧センサ２６Ｄは後述の電力蓄積手段３Ｂの端子間電圧を検出する。電流センサ３０Ｈは、後述の電力蓄積手段３Ｂに入出力する電流を検出する。
【００７６】
電力蓄積手段３Ｂとしては、鉄道車両の回生電力量を負担でき、力行電力量を供給できる蓄電量を小容量で実現することが要求され、単位面積あたりの蓄電能力が高いリチウムイオン電池などで構成することが望ましい。
【００７７】
電力蓄積手段３Ｂの充放電制御は、スイッチング素子２７Ｃまたは２７Ｄを周期的にオン／オフすることで実現する。この充放電制御において、平滑リアクトル２９Ｂは、電力蓄積手段３Ｂに通流する電流の変化率を所定値内に抑えるように設計される。
【００７８】
まずスイッチング素子２７Ｄを周期的にオン／オフすることにより、電力蓄積手段３Ｂの電力を放電する制御について説明する。
【００７９】
前述のスイッチング素子２７Ｄを所定時間Ｔｏｎ＿ｂだけオンすると、電力蓄積手段３Ｂの出力端子間は短絡されるが、平滑リアクトル２９Ｂは、電流増加率を一定値内抑えると同時に、Ｔｏｎ＿ｂの期間に通流した電流と、電力蓄積手段３Ｂの端子電圧の積を時間積分した電力エネルギを蓄える。その後、スイッチング素子２７Ｄを所定時間Ｔｏｆｔ＿ｂだけオフすると、直流電力部側に平滑リアクトル２９Ｂに蓄えられた電力エネルギは、スイッチング素子２７Ｃのダイオード部を介して、前述の集電装置４Ｂおよび接地点２５Ｂとインバータ装置２２Ｂの間にある直流電力部側に放出される。このとき、直流電力側で得られる電圧値Ｅｃｆ＿Ｂは、電力蓄積手段３Ｂの端子電圧Ｖｂ＿Ｂを基準として、前述のスイッチング素子２７Ｄをオンする時間Ｔｏｎ＿ｂと、オフする時間Ｔｏｆｔ＿ｂの比率から次式で決定する。
【００８０】
Ｅｃｆ＿Ｂ＝Ｖｂ＿Ｂ×((Ｔｏｎ＿ｂ＋Ｔｏｆｔ＿ｂ)／Ｔｏｆｔ＿ｂ) …式１
次に、スイッチング素子２７Ｃを周期的にオン／オフすることにより、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御について説明する。
【００８１】
前述のスイッチング素子２７Ｃを所定時間Ｔｏｎ＿ａだけオンすると、前述の集電装置４Ｂおよび接地点２５Ｂとインバータ装置２２Ｂの間にある直流電力部の、接地点２５Ｂとインバータ装置２２Ｂの間にある直流電力部の、接地点２５Ｂに対する電位Ｅｃｆ＿Ｂが、電力蓄積手段３Ｂの端子間電圧（接地点２５Ｂに対する電位）Ｖｂ＿Ｂよりも高いとき（Ｅｃｆ＿Ｂ＞Ｖｂ＿Ｂ）、直流電力部から電力蓄積手段３Ｂの向きに電流が流れる。このとき、平滑リアクトル２９Ｂは、その電流増加率を一定値内に抑えると同時に、Ｔｏｎ＿ａの期間に通流した電流と、電力蓄積手段３Ｂの端子電圧の積を時間積分した電力エネルギを蓄える、その後、スイッチング素子２７Ｃを所定時間Ｔｏｆｔ＿ａだけでオフすると、直流電力部側に平滑リアクトル２９Ｂに蓄えられた電力エネルギは、電力蓄積手段３Ｂの高電位側端子から、低電位側端子に抜け、スイッチング素子２７Ｄのダイオード部を経て、平滑リアクトル２９Ｂに戻る一巡の回路が構成される。すなわち、スイッチング素子２７Ｃを所定時間Ｔｏｆｔ＿ａだけオフしている期間は、平滑リアクトル２９Ｂに蓄えられた電力エネルギが放出されるに従い、放電電流は減衰していく。このとき、電力蓄積手段３Ｂで得られる端子間電圧値Ｖｂ＿Ｂは、直流電力側Ｅｃｆ＿Ｂを基準として、前述のスイッチング素子２７Ｃをオンする時間Ｔｏｎ＿ａとオフする時間Ｔｏｆｔ＿ａの比率から次式で決定する。
【００８２】
Ｖｂ＿Ｂ＝Ｅｃｆ＿Ｂ×(Ｔｏｎ＿ａ／(Ｔｏｎ＿ａ＋Ｔｏｆｔ＿ａ)) …式２
以上の構成により、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値を制御装置３１Ｂで監視し、Ｅｃｆ＿Ｂの検出値および電力蓄積手段の充放電を行う所定の条件を満たしていれば、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ…ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄを駆動できる。
【００８３】
制御装置３１Ｂは、インバータ装置２２Ｂの回生電力Ｐ＿ｉｎｖ＿Ｂ、電圧センサ２６Ｂの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂ、車両情報伝達装置３２ＢよりＡ車両の車両情報としてＡ車両の回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを入力する。Ａ車両の回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂは車両情報伝達装置３２Ａから３２Ｂに送信されたＡ車両間の車両情報ＤＡＴＡ＿０に含まれた情報信号である。
【００８４】
以上の構成により、以下の動作を実現する。
【００８５】
Ａ車両の回生ブレーキ中に電圧センサ２６Ａの検出値Ｅｃｆ＿Ａが所定の値以上となった場合に、回生電力を吸収する相手が少なくなり、軽負荷の状態となったことを判断し、制御装置３１Ａより回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを車両情報伝達装置３２Ａを送信する。車両情報伝達装置３２ＡよりＢ車両の車両情報伝達装置３２Ｂへ回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを含むＡ車両の車両情報Ｄａｔａ＿０が送信され車両情報伝達装置３２Ｂは車両情報Ｄａｔａ＿０を受信する。車両情報伝達装置３２ＢはＢ車両の制御装置３１Ｂへ回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを送信し、制御装置３１Ｂは回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを受信する。制御装置３１Ｂは、回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを受信しているとき、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値が所定の値以上で、Ｂ車両の運転状態が停車中あるいは惰行中であり、電力蓄積手段３Ｂの蓄電量が所定の値以下であれば、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。この動作により、Ａ車両の回生電力はＢ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電電力として吸収される。これにより、Ａ車両の回生電力をＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。
【００８６】
ここで、図２に示すような車両情報伝送装置を有さない実施例の機器構成は、図９から車両情報伝送装置を取り除いた構成となる。この際の電力蓄積手段３Ｂの動作決定は、下記のように回生吸収要求信号を用いずに行われる。
【００８７】
つまり、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値が所定の値以上で、Ｂ車両の運転状態が停車中あるいは惰行中であり、電力蓄積手段３Ｂの蓄電量が所定の値以下であることを条件として、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。
【００８８】
図１０は車両情報伝送装置を有する実施例の車両Ａが電力蓄積手段を有するケース（図８のケース２ａ，２ｂ，２ｃ）における本発明の機器構成例を示す図である。
【００８９】
図１０と図９の機器構成の相違点を以下に説明する。図１０と図９で共通する構成については説明を省略する。
【００９０】
スイッチング素子２７Ａ，２７Ｂは、前述の集電装置４Ａおよび接地点２５Ａとインバータ装置２２Ａの間にある直流電力部のうち、高電位側と低電位側の間に直列配置する。電圧センサ２６Ｃは平滑リアクトル２９Ａと電流センサ３０Ｇの電力間に配置して、後述の電力蓄積手段３Ａの端子間電圧Ｖｂ＿Ａを検出する。なお、電圧センサ２６Ｃは平滑リアクトル２９Ａ，電流センサ３０Ｇの電力線間に配置しているが、これは電力蓄積手段３Ａと平滑リアクトル２９Ａの電力線間に配置しても、電力蓄積手段３Ａの端子間電圧Ｖｂ＿Ａを検出できる。
【００９１】
制御装置３１Ａは、インバータ装置２２Ａの回生電力Ｐ＿ｉｎｖ＿Ａ、電圧センサ２６Ａの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａを入力とし、車両情報伝達装置３２ＡにＡ車両の車両情報としてＡ車両の回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを出力する。車両情報伝達装置３２Ａは他車の車両情報伝達装置と通信を行う。ここでは車両情報伝達装置３２ＡはＢ車両の車両情報伝達装置３２ＢにＡ車両の車両情報ＤＡＴＡ＿０を送信する。
【００９２】
電力蓄積手段３Ａとしては、鉄道車両の回生電力量を負担でき、力行電力量を供給できる蓄電量を小容量で実現することが要求され、単位面積あたりの蓄電能力が高いリチウムイオン電池などで構成することが望ましい。
【００９３】
電力蓄積手段３Ａの充放電制御は、スイッチング素子２７Ａまたは２７Ｂを周期的にオン／オフすることで実現する。この充放電制御において、平滑リアクトル２９Ａは、電力蓄積手段３Ａに通流する電流の変化率を所定値内に抑えるように設計される。
【００９４】
まずスイッチング素子２７Ｂを周期的にオン／オフすることにより、電力蓄積手段３Ａの電力を放電する制御について説明する。
【００９５】
前述のスイッチング素子２７Ｂを所定時間Ｔｏｎ＿ｂＡだけオンすると、電力蓄積手段３Ａの出力端子間は短絡されるが、平滑リアクトル２９Ａは、電流増加率を一定値内抑えると同時に、Ｔｏｎ＿ｂＡの期間に通流した電流と、電力蓄積手段３Ａの端子電圧の積を時間積分した電力エネルギを蓄える。その後、スイッチング素子２７Ｂを所定時間Ｔｏｆｔ＿ｂＡだけオフすると、直流電力部側に平滑リアクトル２９Ａに蓄えられた電力エネルギは、スイッチング素子２７Ａのダイオード部を介して、前述の集電装置４Ａおよび接地点２５Ａとインバータ装置２２Ａの間にある直流電力部側に放出される。このとき、直流電力側で得られる電圧値Ｅｃｆ＿Ａは、電力蓄積手段３Ａの端子電圧Ｖｂ＿Ａを基準として、前述のスイッチング素子２７Ｂをオンする時間Ｔｏｎ＿ｂＡと、オフする時間Ｔｏｆｔ＿ｂＡの比率から次式で決定する。
【００９６】
Ｅｃｆ＿Ａ＝Ｖｂ＿Ａ×((Ｔｏｎ＿ｂＡ＋Ｔｏｆｔ＿ｂＡ)／Ｔｏｆｔ＿ｂＡ)…式３
次に、スイッチング素子２７Ａを周期的にオン／オフすることにより、電力蓄積手段３Ａに電力を充電する制御について説明する。
【００９７】
前述のスイッチング素子２７Ａを所定時間Ｔｏｎ＿ａＡだけオンすると、前述の集電装置４Ａおよび接地点２５Ａとインバータ装置２２Ａの間にある直流電力部の、接地点２５Ａとインバータ装置２２Ａの間にある直流電力部の、接地点２５Ａに対する電位Ｅｃｆ＿Ａが、電力蓄積手段３Ａの端子間電圧（接地点２５Ａに対する電位）Ｖｂ＿Ａよりも高いとき（Ｅｃｆ＿Ａ＞Ｖｂ＿Ａ）、直流電力部から電力蓄積手段３Ａの向きに電流が流れる。このとき、平滑リアクトル２９Ａは、その電流増加率を一定値内に抑えると同時に、Ｔｏｎ＿ａＡの期間に通流した電流と、電力蓄積手段３Ａの端子電圧の積を時間積分した電力エネルギを蓄える、その後、スイッチング素子２７Ａを所定時間Ｔｏｆｔ＿ａＡだけでオフすると、直流電力部側に平滑リアクトル２９Ａに蓄えられた電力エネルギは、電力蓄積手段３Ａの高電位側端子から、低電位側端子に抜け、スイッチング素子２７Ｂのダイオード部を経て、平滑リアクトル２９Ａに戻る一巡の回路が構成される。すなわち、スイッチング素子２７Ａを所定時間Ｔｏｆｔ＿ａＡだけオフしている期間は、平滑リアクトル２９Ａに蓄えられた電力エネルギが放出されるに従い、放電電流は減衰していく。このとき、電力蓄積手段３Ａで得られる端子間電圧値Ｖｂ＿Ａは、直流電力側Ｅｃｆ＿Ａを基準として、前述のスイッチング素子２７Ａをオンする時間Ｔｏｎ＿ａＡとオフする時間Ｔｏｆｔ＿ａＡの比率から次式で決定する。
【００９８】
Ｖｂ＿Ａ＝Ｅｃｆ＿Ａ×(Ｔｏｎ＿ａＡ／(Ｔｏｎ＿ａＡ＋Ｔｏｆｔ＿ａＡ)) …式４
以上の構成により、電圧センサ２６Ａの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａの値を制御装置３１Ａで監視し、Ｅｃｆ＿Ａの検出値および電力蓄積手段の充放電を行う所定の条件を満たしていれば、電流センサ３０Ｇの電流検出値Ｉｂ＿Ａを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ａ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ａ，２８Ｂの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ａ，ＧＰ２＿Ａを制御して、スイッチング素子２７Ａ，２７Ｂを駆動できる。
【００９９】
Ｂ車両の機器構成は、図９と同一である。以上の構成により、以下の動作を実現する。
【０１００】
Ａ車両の回生ブレーキ中に電圧センサ２６Ａの検出値Ｅｃｆ＿Ａが電圧目標値Ｖｐ＿Ａ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ａ，２８Ｂの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ａ，ＧＰ２＿Ａを制御して、スイッチング素子２７Ａ，２７Ｂを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。このとき同時に制御装置３１Ａより回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを車両情報伝達装置３２Ａを送信する。車両情報伝達装置３２ＡよりＢ車両の車両情報伝達装置３２Ｂへ回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを含むＡ車両の車両情報Ｄａｔａ＿０が送信され車両情報伝達装置３２Ｂは車両情報Ｄａｔａ＿０を受信する。車両情報伝達装置３２ＢはＢ車両の制御装置３１Ｂへ回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを送信し、制御装置３１Ｂは回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを受信する。制御装置３１Ｂは、回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを受信しているとき、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値が所定の値以上で、Ｂ車両の運転状態が停車中あるいは惰行中であり、電力蓄積手段３Ｂの蓄電量が所定の値以下であれば、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。この動作により、Ａ車両の回生電力はＡ車両自車の電力蓄積手段３Ａの充電電力と、Ｂ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電電力として吸収される。これにより、Ａ車両の回生電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段と他車であるＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。このように回生電力を自車の電力蓄積手段と他車の電力蓄積手段とに分散できれば、車両に搭載する電力蓄積手段の容量を低減でき、搭載する電力蓄積手段を小型，軽量化できる。
【０１０１】
ここで、図２に示すような車両情報伝送装置を有さない実施例の機器構成は、図１０から車両情報伝送装置を取り除いた構成となる。この際の電力蓄積手段３Ｂの動作決定は、下記のように回生吸収要求信号を用いずに行われる。
【０１０２】
つまり、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値が所定の値以上で、Ｂ車両の運転状態が停車中あるいは惰行中であり、電力蓄積手段３Ｂの蓄電量が所定の値以下であることを条件として、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。
【０１０３】
図１１は、図１０に示すように車両情報伝送装置を有する実施形態おける本発明の制御構成の一実施例を示す図である。
【０１０４】
Ａ車両の制御装置３１Ａにて、Ａ車両が回生ブレーキ運転中であるときに電圧センサ２６Ａの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａは、電圧目標値Ｖｐ＿Ａ１と減算を行って定電圧制御器３３に入力される。定電圧制御器３３は前述の電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａを電圧目標値Ｖｐ＿Ａ１に速やかに一致させるための電圧制御操作量Ｄｌｔ＿Ｖｃｍｄ＿Ａを出力する。高位選択器３５Ａと低位選択器３６Ａは、電圧制御操作量Ｄｌｔ＿Ｖｃｍｄ＿Ａの下限値及び上限値を決定する。まず、高位選択器３５Ａは、電圧制御操作量Ｄｌｔ＿Ｖｃｍｄ＿Ａと０のうち大きい値を選んで出力し、低位選択器３６Ａは、高位選択器３５Ａの出力値と、１のうち小さい値を選んで出力する。すなわち、電圧制御操作量Ｄｌｔ＿Ｖｃｍｄ＿Ａは、高位選択器３５Ａと低位選択器３６Ａにより、その範囲を０から１に制限して、制限つき電圧制御操作量Ｄｕｔｙ＿ＧＰ＿Ａを出力する。
【０１０５】
ゲートパルス発生器３７Ａは、制限つき電圧制御操作量Ｄｕｔｙ＿ＧＰ＿Ａをもとに、図１０に示すスイッチング素子２７Ｂのオン／オフを制御するチョッパゲートパルスＧＰ＿Ａを出力する。この動作はＡ車両の電力蓄積手段３Ａの蓄電量が所定の値以下であるときに動作させる。
【０１０６】
比較演算器３４Ａは電圧センサ２６Ａの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａと、電圧目標値Ｖｐ＿Ａ２を入力として、電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａが電圧目標値Ｖｐ＿Ａ２より大きければ回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを「１」にて出力し、この条件を満たしていなければ「０」を出力する。
【０１０７】
図１１では上述した通り、図１０のようにＡ車両に電力蓄積手段３Ａを搭載した機器構成における制御構成を示したが、図９のようにＡ車両に電力蓄積手段３Ａを搭載しない機器構成における制御構成は、Ａ車両の制御構成から、定電圧制御器３３，高位選択器３５Ａ，低位選択器３６Ａ，ゲートパルス発生器３７Ａを取り除き、比較演算器３４Ａを有する構成となる。
【０１０８】
Ｂ車両の制御装置３１Ｂにて、比較演算器３４ＢはＢ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電量ＳＯＣ＿Ｂと充電許可充電量ＳＯＣｐ＿Ｂを入力とし、充電量ＳＯＣ＿Ｂが充電許可充電量ＳＯＣｐ＿Ｂより小さい値であれば「１」を出力し、この条件を満たしていなければ「０」を出力する。比較演算器３４Ｃは電圧センサ２６Ｂの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂと電圧上昇検知レベルＶｕｐｓ＿Ｂを入力とし、電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂが電圧上昇検知レベルＶｕｐｓ＿Ｂより大きければ「１」を出力し、この条件を満たしていなければ「０」を出力する。惰行・停車中フラグＭＤ＿ＮＯＦＦはＢ車両が停車中あるいは惰行運転中のときに「１」を出力し、これ以外のときは「０」を出力する。回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂは先に示した車両情報伝達手段によって例えばＡ車両の回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを「１」出力にて受信した場合に回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂも「１」出力となる。
【０１０９】
論理積演算器３８は、回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂと、惰行・停車中フラグＭＤ＿ＮＯＦＦと、比較演算器３４Ｂの出力と、比較演算器３４Ｃの出力を入力とし、この４入力全てが「１」入力の場合「１」を出力する。この論理積演算器３８は電力蓄積手段３Ｂを充電制御する条件を満たしているかを判定している。電力蓄積手段電流指令生成部３９は電力蓄積手段３Ｂの充放電制御のための電力蓄積手段電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂを生成する。例えば電圧センサ２６Ｂの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂと電圧センサ２６Ｄの電圧検出値Ｖｂ＿Ｂを入力とし、電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂと電圧検出値Ｖｂ＿Ｂの時間的変化率から電力蓄積手段電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂを生成する。
【０１１０】
選択器４０は、論理積演算器３８が「０」出力のとき、すなわち電力蓄積手段３Ｂを充電制御する条件にないときは選択器４０の入力を「０」入力の側に選択し「０」出力し、論理積演算器３８が「１」出力のとき、すなわち電力蓄積手段３Ｂを充電制御する条件にあるときは選択器４０の入力を電力蓄積手段電流指令生成部３９の出力する電力蓄積手段電流指令値Ｉｂ＿Ｐ入力の側に選択し、電力蓄積手段電流指令値Ｉｂ＿Ｐを出力する。
【０１１１】
選択器４０の出力は電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂと減算し定電流制御器４１に入力される。定電流制御器４１は、選択器４０の入力が電力蓄積手段電流指令生成部３９の出力する電力蓄積手段電流指令値Ｉｂ＿Ｐ入力の側に選択されている場合、前述の電流検出値Ｉｂ＿Ｂを電力蓄積手段電流指令値Ｉｂ＿Ｐに速やかに一致させるための電流制御操作量Ｄｌｔ＿Ｉｂ＿ｃｍｄ＿Ｂを出力する。高位選択器３５Ｂと低位選択器３６Ｂは、電流制御操作量Ｄｌｔ＿Ｉｂ＿ｃｍｄ＿Ｂの下限値及び上限値を決定する。まず、高位選択器３５Ｂは、電流制御操作量Ｄｌｔ＿Ｉｂ＿ｃｍｄ＿Ｂと０のうち大きい値を選んで出力し、低位選択器３６Ｂは、高位選択器３５Ｂの出力値と、１のうち小さい値を選んで出力する。すなわち、電流制御操作量Ｄｌｔ＿Ｉｂ＿ｃｍｄ＿Ｂは、高位選択器３５Ｂと低位選択器３６Ｂにより、その範囲を０から１に制限して、制限つき電圧制御操作量Ｄｕｔｙ＿ＧＰ＿Ｂを出力する。ゲートパルス発生器３７Ｂは、制限つき電圧制御操作量Ｄｕｔｙ＿ＧＰ＿Ｂをもとに、図６に示すスイッチング素子２７Ｄのオン／オフを制御するチョッパゲートパルスＧＰ＿Ｂを出力する。
【０１１２】
これにより、以下の動作を実現する。
【０１１３】
Ａ車両の回生ブレーキ中に電圧センサ２６Ａの検出値Ｅｃｆ＿Ａが電圧目標値Ｖｐ＿Ａに追従するように、ゲートアンプ２８Ｂの出力であるゲートパルス信号ＧＰ２＿Ａを制御して、スイッチング素子２７Ｂを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。このとき同時に制御装置３１Ａより回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを出力する。Ｂ車両の制御装置３１Ｂは回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを受信する。
【０１１４】
制御装置３１Ｂは、回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿Ａｂを受信しているとき、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値が所定の値以上で、Ｂ車両の運転状態が停車中あるいは惰行中であり、電力蓄積手段３Ｂの蓄電量が所定の値以下であれば、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂに追従するように、ゲートアンプ２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｄを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。
【０１１５】
この動作により、Ａ車両の回生電力はＡ車両自車の電力蓄積手段３Ａの充電電力と、Ｂ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電電力として吸収される。これにより、Ａ車両の回生電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段と他車であるＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができる。
【０１１６】
図１１では、車両情報伝送装置を有する機器構成の制御について説明したが、図２に示すような車両情報伝送装置を有さない実施例においては、Ｂ車両の制御構成から回生吸収要求フラグを取り除いて、論理積演算器３８が、惰行・停車中フラグＭＤ＿ＮＯＦＦと、比較演算器３４Ｂの出力と、比較演算器３４Ｃの出力を入力とし、この３入力全てが「１」入力の場合「１」を出力する制御構成となる。
【０１１７】
図１２は本発明の車両情報伝送装置を有する実施例における車両の電力蓄積手段の動作判別フローチャートの一実施例を示す図である。図１２により車両の動作状態による回生吸収要求フラグ信号および電力蓄積手段の動作パタンについて説明する。図１２では、車両情報信号として回生吸収要求信号が送受信される場合について説明するが、車両情報信号として力行電力要求信号が送受信される実施形態にも本発明は適用可能である。
【０１１８】
判断５１Ａによって自車両が回生中であれば判断５１Ｄに進み、回生中でなければ判断５１Ｂに進む。自車両が停車中あるいは惰行運転中であれば判断５１Ｅに進み、停車中あるいは惰行運転中でなければ判断５１Ｃに進む。自車両が力行運転中であれば処理５２Ｃに進み電力蓄積手段の放電動作を行い、判断５１Ｍに進む。電力蓄積手段の充電量（ＳＯＣ）が電力蓄積手段の放電限界（ＳＯＣ＿ＭＩ）より大きければ処理５２Ｃを継続し、小さければ処理５２Ｅに進み、電力蓄積手段は動作を停止する。
【０１１９】
判断５１Ｄにて自車両が電力蓄積手段を搭載している場合は判断５１Ｇに進む。電力蓄積手段を搭載していなければ判断５１Ｈに進む。判断５１Ｇにて直流電圧検出値Ｅｃｆが所定の電圧Ｅｃｆ＿１より大きければ、処理５２Ａに進み、電力蓄積手段の充電動作を行い、判断５１Ｋに進む。判断５１Ｇにて直流電圧検出値Ｅｃｆが所定の電圧Ｅｃｆ＿１より小さければ、処理５２Ｅに進み、電力蓄積手段は動作を停止する。判断５１Ｋにて電力蓄積手段の充電量（ＳＯＣ）が電力蓄積手段の充電限界（ＳＯＣ＿ＭＡ）より小さければ処理５２Ａを継続し、大きければ処理５２Ｄに進み回生吸収要求フラグを出力するとともに処理５２Ｅに進み、電力蓄積手段は動作を停止する。判断５１Ｈにて直流電圧検出値Ｅｃｆが所定の電圧Ｅｃｆ＿１より大きければ処理５２Ｄに進み回生吸収要求フラグを出力する。判断５１Ｈにて直流電圧検出値Ｅｃｆが所定の電圧Ｅｃｆ＿１より小さければ回生吸収要求フラグは出力しない。
【０１２０】
判断５１Ｅにて電力蓄積手段を搭載していれば判断５１Ｆに進む。判断５１Ｅにて電力蓄積手段を搭載していなければ処理を終了する。判断５１Ｆにて回生吸収要求フラグを受信していれば、判断５１Ｊに進む。回生吸収要求フラグを受信していなければ処理５２Ｃに進む。判断５１Ｊにて直流電圧検出値Ｅｃｆが所定の電圧Ｅｃｆ＿１より大きければ処理５２Ｂに進み電力蓄積手段の充電動作を行い、判断５１Ｌに進む。直流電圧検出値Ｅｃｆが所定の電圧Ｅｃｆ＿１より小さければ処理５２Ｃに進む。判断５１Ｌにて電力蓄積手段の充電量（ＳＯＣ）が電力蓄積手段の充電限界（ＳＯＣ＿ＭＡ）より小さければ処理５２Ｂを継続し、大きければ処理５２Ｅに進み電力蓄積手段は動作を停止する。
【０１２１】
図１３は本発明の特に図１や図７に示す基地局を有する場合の機器構成例を示す図である。
【０１２２】
図１０の機器構成例とは、基地局によって車両間の電力需給を近傍の車両間で行うことで、電力需給による送電ロスを低減する点が相違している。以下では図１０に対して構成に差のある部分を説明し、共通する構成については説明を省略する。
【０１２３】
車両情報伝達装置３２Ａは基地局と通信を行う。ここでは車両情報伝達装置３２Ａは基地局１７Ｃに車両情報ＤＡＴＡ＿０を送信する。基地局１７Ｃでは、Ａ車両に最も近傍した位置を走行しているＢ車両の車両情報伝達装置３２Ｂ対して、Ａ車両の車両情報ＤＡＴＡ＿０にＢ車両を特定するための車両識別番号信号を加えた車両情報ＤＡＴＡ＿１を送信する。
【０１２４】
制御装置３１Ｂは、車両情報伝達装置３２Ｂより車両情報ＤＡＴＡ＿１を受信し、これに含まれるＡ車両の回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿ＡａとＢ車両を特定するための車両識別番号信号Ｃａｒ＿ＩＤ＿Ｓを入力する。制御装置３１Ｂは、回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿ＡａとＢ車両を特定するための車両識別番号信号Ｃａｒ＿ＩＤ＿Ｓを受信しているとき、回生吸収動作を許可し、電圧センサ２６Ｂの直流電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂの値が所定の値以上で、Ｂ車両の運転状態が停車中あるいは惰行中であり、電力蓄積手段３Ｂの蓄電量が所定の値以下であれば、電流センサ３０Ｈの電流検出値Ｉｂ＿Ｂを、所定の充電電流指令値Ｉｂｐ＿Ｂ（図示しない）に追従するように、ゲートアンプ２８Ｃ，２８Ｄの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１＿Ｂ，ＧＰ２＿Ｂを制御して、スイッチング素子２７Ｃ，２７Ｄを駆動し、電力蓄積手段３Ｂに電力を充電する制御を行う。
【０１２５】
この動作により、Ａ車両の回生電力はＡ車両自車の電力蓄積手段３Ａの充電電力と、Ａ車両の最も近傍を走るＢ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電電力として吸収される。これにより、Ａ車両の回生電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段と他車であるＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができ、車両間の送電ロスも低減することができる。
【０１２６】
図１４は、図１３に示すように車両情報伝送装置と基地局を有する実施形態における本発明の制御構成例を示す図である。
【０１２７】
図１１の制御構成例に対して、図１４の制御構成例では、特に基地局によって車両間の電力需給を近傍の車両間で行うことで、電力需給による送電ロスを低減する場合の構成例を示している。以下では図１１に対して構成に差のある部分を説明し、共通する構成については説明を省略する。
【０１２８】
Ｂ車両の制御装置３１Ｂにて、回生吸収許可信号ＲｅｑＳ＿ＡｂＳは図１３に示す基地局から発信された車両情報信号４２（図１３のＤＡＴＡ＿１）に含まれる回生吸収要求信号ＲｅｑＳ＿ＡａとＢ車両を特定するための車両識別番号信号（基地局からの発信信号）Ｃａｒ＿ＩＤ＿Ｓを入力し、回生吸収許可フラグ生成部４３にて、車両識別番号信号（基地局からの発信信号）Ｃａｒ＿ＩＤ＿Ｓと車両識別番号（車両側）信号Ｃａｒ＿ＩＤ＿Ｃとを比較し、この２つの車両識別番号が一致していれば回生吸収許可フラグＲｅｑＳ＿ＡｂＳを「１」出力する。
【０１２９】
論理積演算器３８は、回生吸収許可信号ＲｅｑＳ＿ＡｂＳと、惰行・停車中フラグＭＤ＿ＮＯＦＦと、比較演算器３４Ｂの出力と、比較演算器３４Ｃの出力を入力とし、この４入力全てが「１」入力の場合「１」を出力する。この論理積演算器３８は電力蓄積手段３Ｂを充電制御する条件を満たしているかを判定している。これにより、Ａ車両の回生電力はＡ車両自車の電力蓄積手段３Ａの充電電力と、Ａ車両の最も近傍を走るＢ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電電力として吸収される。
【０１３０】
これにより、Ａ車両の回生電力を自車であるＡ車両の電力蓄積手段と他車であるＢ車両の電力蓄積手段によって吸収することができ、電車線２の電圧上昇を抑制し、電車線電圧の上昇に伴う電気車のブレーキロスを低減することができ、車両間の送電ロスも低減することができる。
【０１３１】
図１４では、図１３のようなＡ車両に電力蓄積手段３Ａを搭載した機器構成における制御構成を示したが、Ａ車両に電力蓄積手段３Ａを搭載しない機器構成における制御構成は、Ａ車両の制御構成から、定電圧制御器３３，高位選択器３５Ａ，低位選択器３６Ａ，ゲートパルス発生器３７Ａを取り除き、比較演算器３４Ａを有する構成となる。
【０１３２】
図９〜図１４における説明では、車両情報信号として回生吸収要求信号が車両間で送受信される実施形態（つまり、図８におけるケース１ａ，２ａ）について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、車両情報信号として力行電力要求信号を車両間で送受信する実施形態（つまり、図８における１ｂ，１ｃ，２ｂ，２ｃ）もある。この場合の実施形態は、図９〜図１４の回生吸収要求信号を力行電力要求信号と置き換えたものとなる。また、この場合の図１１及び図１４における比較演算器３４Ａ，比較演算器３４Ｂ，比較演算器３４Ｃは、それぞれ下記のような機能を有する。
【０１３３】
比較演算器３４Ａは、車両Ａが力行運転状態または停車中・惰行運転中の場合に、電圧センサ２６Ａの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａと、電圧目標値Ｖｐ＿Ａ３を入力として、電圧検出値Ｅｃｆ＿Ａが電圧目標値Ｖｐ＿Ａ３より小さければ力行電力要求信号ＲｅｑＳ＿Ａａを「１」にて出力し、この条件を満たしていなければ「０」を出力する。
【０１３４】
比較演算器３４ＢはＢ車両の電力蓄積手段３Ｂの充電量ＳＯＣ＿Ｂと充電許可充電量ＳＯＣｐ＿Ｂを入力とし、充電量ＳＯＣ＿Ｂが放電許可充電量ＳＯＣｐ＿Ｂ（過放電とならない充電量の下限値）より大きい値であれば「１」を出力し、この条件を満たしていなければ「０」を出力する。
【０１３５】
比較演算器３４Ｃは電圧センサ２６Ｂの電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂと電圧上昇検知レベルＶｕｐｓ＿Ｂを入力とし、電圧検出値Ｅｃｆ＿Ｂが電圧上昇検知レベルＶｕｐｓ＿Ｂより小さければ「１」を出力し、この条件を満たしていなければ「０」を出力する。
【符号の説明】
【０１３６】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 車両
２ 電車線
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 電力蓄積手段
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 集電装置
５ 駅
６ 軌道
１１ 電気エネルギの流れ
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 車両情報信号
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，３２Ａ，３２Ｂ 車両情報伝達装置
１４ 車両情報伝達線
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 車両情報伝達用アンテナ
１６ 車両情報電波送受信範囲
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ 基地局
２１Ａ，２１Ｂ フィルタリアクトル
２２Ａ，２２Ｂ インバータ装置
２３Ａ，２３Ｂ 交流電動機
２４Ａ，２４Ｂ フィルタコンデンサ
２５Ａ，２５Ｂ 接地点
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ 電圧センサ
２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ スイッチング素子
２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ ゲートアンプ
２９Ａ，２９Ｂ 平滑リアクトル
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ，３０Ｇ，３０Ｈ 電流センサ
３１Ａ，３１Ｂ 制御装置
３３ 定電圧制御器
３４Ａ，３４Ｂ 比較演算器
３５Ａ，３５Ｂ 高位選択器
３６Ａ，３６Ｂ 低位選択器
３７Ａ，３７Ｂ ゲートパルス発生器
３８ 論理積演算器
３９ 電力蓄積手段電流指令生成部
４０ 選択器
４１ 定電流制御器
４２ 基地局からの車両情報信号
４３ 回生吸収許可フラグ生成部
５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ，５１Ｇ，５１Ｈ，５１Ｊ，５１Ｋ，５１Ｌ，５１Ｍ 判断
５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ，５２Ｅ 処理
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電車線から電力を得る集電装置と、
前記電車線から電力充電し、または前記電車線へ電力を放電することが可能な電力蓄積手段と、
前記集電装置および前記電力蓄積手段と接続されて電動機を駆動するインバータ装置と、を備えた鉄道車両を有する鉄道システムであって、
前記電力蓄積手段を搭載した自車両が停車中あるいは惰行運転中のとき、前記電車線を介して他の車両の回生電力を前記電力蓄積手段に充電、または前記電車線を介して他の鉄道車両へ前記電力蓄積手段の放電電力を供給する制御装置を備えることを特徴とする鉄道システム。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道システムにおいて、
他の車両の状態情報を含む車両情報信号を車両外部から受信、または自車両の状態情報を含む車両情報信号を車両外部へ送信する車両情報伝達装置を備え、
前記制御装置は、自車両の状態が停車中あるいは惰行運転中のとき、車両外部から受信した前記車両情報信号の状態情報に基づいて前記電力蓄積手段の充放電制御を行い、他の車両との前記電車線を介した電力の送受電を行うことを特徴とする鉄道システム。
【請求項３】
請求項２に記載の鉄道システムにおいて、
前記車両情報信号を受信して、前記車両情報信号の送信元の車両の近傍に存在する車両を示す車両識別信号を前記車両情報信号に付加する基地局を地上側に備え、
前記基地局から前記車両情報信号を受信した車両は、前記車両情報信号の前記車両識別信号と自車両の識別信号とが一致する場合に、前記車両情報信号の状態情報に基づいた前記電力蓄積手段の充放電制御を行うことを特徴とする鉄道システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の鉄道システムにおいて、
前記電車線により印加される自車両の直流電圧を検出する手段を備え、
前記車両情報伝達手段は、前記直流電圧の電圧検出値に基づいて、前記状態情報として回生吸収要求信号または力行電力要求信号を車両外部へ送信することを特徴とする鉄道システム。
【請求項５】
請求項４に記載の鉄道システムにおいて、
自車両が回生運転状態である場合に、前記直流電圧の電圧検出値が所定値よりも大きければ、前記状態情報として回生吸収要求信号を車両外部へ送信することを特徴とする鉄道システム。
【請求項６】
請求項４に記載の鉄道システムにおいて、
自車両が力行運転状態または停車状態・惰行運転状態である場合に、前記直流電圧の電圧検出値が所定値よりも小さければ、前記状態情報として力行電力要求信号を車両外部へ送信することを特徴とする鉄道システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の鉄道システムにおいて、
前記電車線により印加される自車両の直流電圧を検出する手段を備え、
前記電力蓄積手段を搭載した車両の前記制御装置は、自車両が停車中あるいは惰行運転中のとき、前記直流電力の電圧検出値に基づいて、前記電車線を介して他の車両の回生電力を前記電力蓄積手段に充電、または前記電車線を介して他の鉄道車両へ前記電力蓄積手段の放電電力を供給することを特徴とする鉄道システム。
【請求項１】
電車線から電力を得る集電装置と、
前記電車線から電力充電し、または前記電車線へ電力を放電することが可能な電力蓄積手段と、
前記集電装置および前記電力蓄積手段と接続されて電動機を駆動するインバータ装置と、を備えた鉄道車両を有する鉄道システムであって、
前記電力蓄積手段を搭載した自車両が停車中あるいは惰行運転中のとき、前記電車線を介して他の車両の回生電力を前記電力蓄積手段に充電、または前記電車線を介して他の鉄道車両へ前記電力蓄積手段の放電電力を供給する制御装置を備えることを特徴とする鉄道システム。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道システムにおいて、
他の車両の状態情報を含む車両情報信号を車両外部から受信、または自車両の状態情報を含む車両情報信号を車両外部へ送信する車両情報伝達装置を備え、
前記制御装置は、自車両の状態が停車中あるいは惰行運転中のとき、車両外部から受信した前記車両情報信号の状態情報に基づいて前記電力蓄積手段の充放電制御を行い、他の車両との前記電車線を介した電力の送受電を行うことを特徴とする鉄道システム。
【請求項３】
請求項２に記載の鉄道システムにおいて、
前記車両情報信号を受信して、前記車両情報信号の送信元の車両の近傍に存在する車両を示す車両識別信号を前記車両情報信号に付加する基地局を地上側に備え、
前記基地局から前記車両情報信号を受信した車両は、前記車両情報信号の前記車両識別信号と自車両の識別信号とが一致する場合に、前記車両情報信号の状態情報に基づいた前記電力蓄積手段の充放電制御を行うことを特徴とする鉄道システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の鉄道システムにおいて、
前記電車線により印加される自車両の直流電圧を検出する手段を備え、
前記車両情報伝達手段は、前記直流電圧の電圧検出値に基づいて、前記状態情報として回生吸収要求信号または力行電力要求信号を車両外部へ送信することを特徴とする鉄道システム。
【請求項５】
請求項４に記載の鉄道システムにおいて、
自車両が回生運転状態である場合に、前記直流電圧の電圧検出値が所定値よりも大きければ、前記状態情報として回生吸収要求信号を車両外部へ送信することを特徴とする鉄道システム。
【請求項６】
請求項４に記載の鉄道システムにおいて、
自車両が力行運転状態または停車状態・惰行運転状態である場合に、前記直流電圧の電圧検出値が所定値よりも小さければ、前記状態情報として力行電力要求信号を車両外部へ送信することを特徴とする鉄道システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の鉄道システムにおいて、
前記電車線により印加される自車両の直流電圧を検出する手段を備え、
前記電力蓄積手段を搭載した車両の前記制御装置は、自車両が停車中あるいは惰行運転中のとき、前記直流電力の電圧検出値に基づいて、前記電車線を介して他の車両の回生電力を前記電力蓄積手段に充電、または前記電車線を介して他の鉄道車両へ前記電力蓄積手段の放電電力を供給することを特徴とする鉄道システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１７５８０３（Ｐ２０１２−１７５８０３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３５３０３（Ｐ２０１１−３５３０３）
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【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９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【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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