JP2003134604A - 鉄道車両 - Google Patents
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Hybrid Electric Vehicles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】鉄道車両の運行時において、走行パターンもし
くは減速パターンから、走行中もしくは減速時に得られ
る回生エネルギーを予測し、その回生エネルギーを有効
に使用することで列車を高効率に運転するシステムを提
供すること。 【解決手段】エンジンで発電し、インバータを駆動する
ことで走行する鉄道車両システムに、エネルギー蓄積装
置を加えることで、回生エネルギーをエネルギー蓄積装
置に貯蔵するとともに、エネルギー蓄積装置が、状況に
応じて充放電を行うことによりエンジンを一定に動かす
ことができる。これにより、高効率な運転が可能とな
る。
くは減速パターンから、走行中もしくは減速時に得られ
る回生エネルギーを予測し、その回生エネルギーを有効
に使用することで列車を高効率に運転するシステムを提
供すること。 【解決手段】エンジンで発電し、インバータを駆動する
ことで走行する鉄道車両システムに、エネルギー蓄積装
置を加えることで、回生エネルギーをエネルギー蓄積装
置に貯蔵するとともに、エネルギー蓄積装置が、状況に
応じて充放電を行うことによりエンジンを一定に動かす
ことができる。これにより、高効率な運転が可能とな
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モーター，エンジ
ン，バッテリー，整流器，インバータ，発電機，エネル
ギー蓄積装置によって構成される鉄道車両の制御装置お
よび制御方法に関する。
ン，バッテリー，整流器，インバータ，発電機，エネル
ギー蓄積装置によって構成される鉄道車両の制御装置お
よび制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の鉄道車両としては、ディーゼルエ
ンジンだけで走行するディーゼル車両、もしくはディー
ゼルエンジン，発電機，整流器，インバータ，モーター
から構成される発電機内蔵型電車が使われていた。前者
のディーゼル車両では、エンジンの回転を制御し、動力
伝達装置で車輪へ伝達することで加速運転が行われる。
一方、ブレーキ時は一般にブレーキで制動されること
で、車両のブレーキが行われる。
ンジンだけで走行するディーゼル車両、もしくはディー
ゼルエンジン，発電機，整流器，インバータ，モーター
から構成される発電機内蔵型電車が使われていた。前者
のディーゼル車両では、エンジンの回転を制御し、動力
伝達装置で車輪へ伝達することで加速運転が行われる。
一方、ブレーキ時は一般にブレーキで制動されること
で、車両のブレーキが行われる。
【０００３】後者の発電機内蔵型電車は、次のように加
減速が行われる。加速時は、エンジンで発電機を回し、
交流電力を得る。交流電力は整流器にて直流電力に変換
され、インバータに加えられる。インバータでは、直流
電力を交流電力に変換しモーターに供給することで、電
車の加速が行われる。ブレーキには二通りの方法があ
る。一つは、ディーゼルエンジン車両と同じように、ブ
レーキ装置を使用したブレーキ方法である。もう一つ
は、モーターを発電機として使用する電気ブレーキを使
用した方法がある。これは、モーターからの交流電力を
インバータで直流電力変換し、抵抗などで消費されるこ
とで、ブレーキ力を得る方法である。
減速が行われる。加速時は、エンジンで発電機を回し、
交流電力を得る。交流電力は整流器にて直流電力に変換
され、インバータに加えられる。インバータでは、直流
電力を交流電力に変換しモーターに供給することで、電
車の加速が行われる。ブレーキには二通りの方法があ
る。一つは、ディーゼルエンジン車両と同じように、ブ
レーキ装置を使用したブレーキ方法である。もう一つ
は、モーターを発電機として使用する電気ブレーキを使
用した方法がある。これは、モーターからの交流電力を
インバータで直流電力変換し、抵抗などで消費されるこ
とで、ブレーキ力を得る方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの車両
は、エネルギー蓄積装置がないためにブレーキ時のエネ
ルギーを利用できない。例えば、空気ブレーキを使用し
た場合、運動エネルギーをブレーキにて熱エネルギーに
して捨てるため、エネルギーの無駄が発生する。また、
ブレーキシューが減るために頻繁な交換作業が発生し、
メンテナンスコストがかさむという問題も生じる。電気
ブレーキでブレーキする場合は、発電した電力を抵抗等
で熱に変換して捨てることでブレーキ力を得ることか
ら、エネルギーのロスが発生する。
は、エネルギー蓄積装置がないためにブレーキ時のエネ
ルギーを利用できない。例えば、空気ブレーキを使用し
た場合、運動エネルギーをブレーキにて熱エネルギーに
して捨てるため、エネルギーの無駄が発生する。また、
ブレーキシューが減るために頻繁な交換作業が発生し、
メンテナンスコストがかさむという問題も生じる。電気
ブレーキでブレーキする場合は、発電した電力を抵抗等
で熱に変換して捨てることでブレーキ力を得ることか
ら、エネルギーのロスが発生する。
【０００５】本発明の目的は、ブレーキ時に得られる回
生エネルギーのロスとエンジンを一定に動かすことがで
きないことを高効率な運転をすることを可能とするもの
である。
生エネルギーのロスとエンジンを一定に動かすことがで
きないことを高効率な運転をすることを可能とするもの
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、エ
ネルギーロスやブレーキシューの消費を防止することを
目的としたものであり、以下の構成によって課題を解決
する。エンジンに何らかの動力伝達装置を通してつなが
る発電機と、その発電機の出力を直流に変換する整流器
と、整流器につながるインバータとインバータにつなが
るモーターから構成される従来の鉄道車両に、整流器と
インバータの間の配線から分岐してつながるエネルギー
蓄積装置と、整流器とインバータとエネルギー蓄積装置
の間にエネルギー制御装置を加えることによって、以下
のことが可能となる。
ネルギーロスやブレーキシューの消費を防止することを
目的としたものであり、以下の構成によって課題を解決
する。エンジンに何らかの動力伝達装置を通してつなが
る発電機と、その発電機の出力を直流に変換する整流器
と、整流器につながるインバータとインバータにつなが
るモーターから構成される従来の鉄道車両に、整流器と
インバータの間の配線から分岐してつながるエネルギー
蓄積装置と、整流器とインバータとエネルギー蓄積装置
の間にエネルギー制御装置を加えることによって、以下
のことが可能となる。
【０００７】加速時においては、エンジンによって発電
機を回して発電し、その出力電力を整流器にて直流に変
換し、インバータで、直流電力を交流電力に変換し、モ
ーターを駆動して加速する。この時、エネルギー蓄積装
置があることによって、エンジンを一定回転に動かすよ
うに制御することにより高効率な運転をすることが可能
となる。例えば、エンジンの回転数が少なくエネルギー
が足りない場合には、エネルギー蓄積装置から必要とす
るエネルギーを出力する。逆に、エンジンの回転数が多
く、エネルギーが余る場合には、エネルギー蓄積装置に
貯蓄するといったことが可能となる。
機を回して発電し、その出力電力を整流器にて直流に変
換し、インバータで、直流電力を交流電力に変換し、モ
ーターを駆動して加速する。この時、エネルギー蓄積装
置があることによって、エンジンを一定回転に動かすよ
うに制御することにより高効率な運転をすることが可能
となる。例えば、エンジンの回転数が少なくエネルギー
が足りない場合には、エネルギー蓄積装置から必要とす
るエネルギーを出力する。逆に、エンジンの回転数が多
く、エネルギーが余る場合には、エネルギー蓄積装置に
貯蓄するといったことが可能となる。
【０００８】一方、ブレーキ時においては、熱エネルギ
ーとして捨てていたものを回生エネルギーとして、エネ
ルギー蓄積装置に貯蓄することが可能となり、高効率な
運転を行うことが可能となる。
ーとして捨てていたものを回生エネルギーとして、エネ
ルギー蓄積装置に貯蓄することが可能となり、高効率な
運転を行うことが可能となる。
【０００９】そして本発明は、エンジン，発電機，整流
器，インバータ，モーター，エネルギー蓄積装置を有す
るものであって、あらかじめ分かっている走行パターン
を元にエネルギー消費量を予測して、前記エンジンと前
記エネルギー蓄積装置の使用比率を決定し列車を制御す
る機能を有することを特徴とする。
器，インバータ，モーター，エネルギー蓄積装置を有す
るものであって、あらかじめ分かっている走行パターン
を元にエネルギー消費量を予測して、前記エンジンと前
記エネルギー蓄積装置の使用比率を決定し列車を制御す
る機能を有することを特徴とする。
【００１０】また、本発明は、エネルギー蓄積装置の特
性によって決まる充電性能と放電性能から構成されるエ
ネルギー蓄積装置の充電パターンから前記エンジンと前
記エネルギー蓄積装置の使用比率を決定し、制御を行う
機能を有することを特徴とする。
性によって決まる充電性能と放電性能から構成されるエ
ネルギー蓄積装置の充電パターンから前記エンジンと前
記エネルギー蓄積装置の使用比率を決定し、制御を行う
機能を有することを特徴とする。
【００１１】また、本発明は、あらかじめ分かっている
走行パターンとエネルギー蓄積装置の特性によって決ま
る充電性能と放電性能から構成されるエネルギー蓄積装
置の充電パターンを元にエネルギー消費量を予測して、
前記エンジンと前記エネルギー蓄積装置の使用比率を決
定し列車を制御する機能を有することを特徴とする。
走行パターンとエネルギー蓄積装置の特性によって決ま
る充電性能と放電性能から構成されるエネルギー蓄積装
置の充電パターンを元にエネルギー消費量を予測して、
前記エンジンと前記エネルギー蓄積装置の使用比率を決
定し列車を制御する機能を有することを特徴とする。
【００１２】実際に乗った人数を考慮した走行パターン
を元に、前記エンジンと前記エネルギー蓄積装置の使用
比率を決定すること、前記エネルギー蓄積装置の寿命を
最適化するように鉄道車両を制御すること、鉄道車両が
使用するエネルギーを最も省エネとなるように鉄道車両
を制御すること、あらかじめ準備された複数の運転モー
ドを有し、前記エネルギー蓄積装置の充電状態や駅間の
運転時間を考慮して、前記モードの中から適時選択して
走行すること、エネルギー蓄積装置が充放電可能な電池
であること、エンジンが燃料電池であること、重量セン
サーが取り付けられていること、があっても良い。
を元に、前記エンジンと前記エネルギー蓄積装置の使用
比率を決定すること、前記エネルギー蓄積装置の寿命を
最適化するように鉄道車両を制御すること、鉄道車両が
使用するエネルギーを最も省エネとなるように鉄道車両
を制御すること、あらかじめ準備された複数の運転モー
ドを有し、前記エネルギー蓄積装置の充電状態や駅間の
運転時間を考慮して、前記モードの中から適時選択して
走行すること、エネルギー蓄積装置が充放電可能な電池
であること、エンジンが燃料電池であること、重量セン
サーが取り付けられていること、があっても良い。
【００１３】具体的には、以下に述べる実施例にて説明
する。
する。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施例として以下に述べる。
【００１５】図１に示したように、ハイブリット鉄道車
両１１は、エンジン１２に何らかの動力伝達装置を通し
てつながる発電機１３と、その発電機１３の出力を直流
に変換する整流器１４と、整流器につながるインバータ
１５とインバータにつながるモーター１６と整流器１４
とインバータ１５の間の配線から分岐してつながるエネ
ルギー蓄積装置１７から構成される。前記、エネルギー
蓄積装置１７としては、ニッケルカドミウム電池，リチ
ウムイオン電池，鉛電池などのように充放電可能な電池
が考えられる。また、整流器１４とインバータ１５とエ
ネルギー蓄積装置１７にエネルギー制御装置１８が接続
され、エネルギー制御装置１８に重量センサー１９がつ
ながる構成とする。
両１１は、エンジン１２に何らかの動力伝達装置を通し
てつながる発電機１３と、その発電機１３の出力を直流
に変換する整流器１４と、整流器につながるインバータ
１５とインバータにつながるモーター１６と整流器１４
とインバータ１５の間の配線から分岐してつながるエネ
ルギー蓄積装置１７から構成される。前記、エネルギー
蓄積装置１７としては、ニッケルカドミウム電池，リチ
ウムイオン電池，鉛電池などのように充放電可能な電池
が考えられる。また、整流器１４とインバータ１５とエ
ネルギー蓄積装置１７にエネルギー制御装置１８が接続
され、エネルギー制御装置１８に重量センサー１９がつ
ながる構成とする。
【００１６】加速時においては、エンジン１２の回転数
を上げて発電機１３に動力を伝達し、発電機１３にて発
電し、その出力電力を整流器１４にて直流に整流し、そ
の直流電力はインバータ１５に伝達される。インバータ
１５では、直流電力を交流に変換し、モーター１６に供
給し、モーター１６を制御して加速する。また、整流器
１４の直流出力は、エネルギー蓄積装置１７に供給さ
れ、必要に応じて蓄えられる。この時、インバータ１５
とエネルギー蓄積装置１７に電力をどれだけ使用するか
については、エネルギー制御装置１８にて決定する。こ
のエネルギー制御装置１８については後述する。
を上げて発電機１３に動力を伝達し、発電機１３にて発
電し、その出力電力を整流器１４にて直流に整流し、そ
の直流電力はインバータ１５に伝達される。インバータ
１５では、直流電力を交流に変換し、モーター１６に供
給し、モーター１６を制御して加速する。また、整流器
１４の直流出力は、エネルギー蓄積装置１７に供給さ
れ、必要に応じて蓄えられる。この時、インバータ１５
とエネルギー蓄積装置１７に電力をどれだけ使用するか
については、エネルギー制御装置１８にて決定する。こ
のエネルギー制御装置１８については後述する。
【００１７】また、ブレーキ時においては、モーター１
６の出力をインバータ１５の入力とし、インバータ１５
にて直流電力に変換した後、エネルギー蓄積装置１７に
必要に応じて蓄えられる。
６の出力をインバータ１５の入力とし、インバータ１５
にて直流電力に変換した後、エネルギー蓄積装置１７に
必要に応じて蓄えられる。
【００１８】エネルギー制御装置１８について説明す
る。
る。
【００１９】エネルギー制御装置１８は図３〜図５に示
すものが考えられ、走行パターンＤＢ３１，走行パター
ン作成部３２，充電パターンＤＢ３３，運転モード切替
装置３４，運転制御部３５、図９に示すようなダイヤＤ
Ｂ３６と路線ＤＢ３７で構成されている。このうち路線
ＤＢ３７は、図１０に示すように、図１１のように構成
される勾配ＤＢ１０１，図１２のように構成される曲線
ＤＢ１０２，図１３のように構成されるトンネルＤＢ１
０３，図１４のように構成される制限速度ＤＢ１０４，
図１５のように構成される臨時速度制限ＤＢ１０５，図
１６のように構成される閉塞割ＤＢ１０６で構成されて
いる。ここで、述べているＤＢの例では、全体の閉塞番
号□番の閉塞内位置×としているが、たとえば、駅や駅
構内番号◎の閉塞番号〇番の閉塞内位置△とするＤＢで
あってもよい。
すものが考えられ、走行パターンＤＢ３１，走行パター
ン作成部３２，充電パターンＤＢ３３，運転モード切替
装置３４，運転制御部３５、図９に示すようなダイヤＤ
Ｂ３６と路線ＤＢ３７で構成されている。このうち路線
ＤＢ３７は、図１０に示すように、図１１のように構成
される勾配ＤＢ１０１，図１２のように構成される曲線
ＤＢ１０２，図１３のように構成されるトンネルＤＢ１
０３，図１４のように構成される制限速度ＤＢ１０４，
図１５のように構成される臨時速度制限ＤＢ１０５，図
１６のように構成される閉塞割ＤＢ１０６で構成されて
いる。ここで、述べているＤＢの例では、全体の閉塞番
号□番の閉塞内位置×としているが、たとえば、駅や駅
構内番号◎の閉塞番号〇番の閉塞内位置△とするＤＢで
あってもよい。
【００２０】エネルギー制御装置１８の動作例を図６を
用いて説明する。
用いて説明する。
【００２１】ステップ６０１では、走行パターンＤＢ３
１に、図２に示しているような、鉄道車両がどのように
加速⇔定速⇔惰行⇔ブレーキをするかを示す走行パター
ン（ランカーブ）２１もしくは鉄道車両がどのように停
止するかを示す停止パターン２２があるかどうかを調べ
る。前記走行パターン（ランカーブ）２１もしくは前記
停止パターン２２があればステップ６０２へ進む。なけ
ればステップ６０３へ進む。
１に、図２に示しているような、鉄道車両がどのように
加速⇔定速⇔惰行⇔ブレーキをするかを示す走行パター
ン（ランカーブ）２１もしくは鉄道車両がどのように停
止するかを示す停止パターン２２があるかどうかを調べ
る。前記走行パターン（ランカーブ）２１もしくは前記
停止パターン２２があればステップ６０２へ進む。なけ
ればステップ６０３へ進む。
【００２２】ステップ６０２では、ＤＢ上にある前記走
行パターン（ランカーブ）２１もしくは前記停止パター
ン２２から最も良いと思われるものを選択する。この選
択の方法としては、例えば、図１に示す重量センサー１
９などを用い乗車数を推定して、その乗車数に最も近い
ものを選択する方法や、天候条件などを考慮して推定す
る方法や、それらを組み合わせて推定する方法がある。
また、前記走行パターン（ランカーブ）２１もしくは前
記停止パターン２２を選択するのは、運転手，車掌に行
わせるといった方法でもよい。次にステップ６０５に進
む。
行パターン（ランカーブ）２１もしくは前記停止パター
ン２２から最も良いと思われるものを選択する。この選
択の方法としては、例えば、図１に示す重量センサー１
９などを用い乗車数を推定して、その乗車数に最も近い
ものを選択する方法や、天候条件などを考慮して推定す
る方法や、それらを組み合わせて推定する方法がある。
また、前記走行パターン（ランカーブ）２１もしくは前
記停止パターン２２を選択するのは、運転手，車掌に行
わせるといった方法でもよい。次にステップ６０５に進
む。
【００２３】ステップ６０３では、前記走行パターン作
成部３２があるかどうかを調べる。もし、あればステッ
プ６０４に進む。ない場合、この場合走行するパターン
もしくは停止パターンがわからないため、推定した走行
をすることは不可能であることから終了となる。
成部３２があるかどうかを調べる。もし、あればステッ
プ６０４に進む。ない場合、この場合走行するパターン
もしくは停止パターンがわからないため、推定した走行
をすることは不可能であることから終了となる。
【００２４】ステップ６０４では、前記走行パターン作
成部３２にて、前記走行パターン（ランカーブ）２１も
しくは前記停止パターン２２を作成する。前記走行パタ
ーン（ランカーブ）２１は自動列車制御装置（ＡＴＯ）
などを用いてオンラインで作成することや、オフライン
であらかじめ作成しておくことが考えられる。また、前
記停止パターン２２だけを考慮して、それ以外は運転手
に任せる方法でもよい。次にステップ６０５に進む。
成部３２にて、前記走行パターン（ランカーブ）２１も
しくは前記停止パターン２２を作成する。前記走行パタ
ーン（ランカーブ）２１は自動列車制御装置（ＡＴＯ）
などを用いてオンラインで作成することや、オフライン
であらかじめ作成しておくことが考えられる。また、前
記停止パターン２２だけを考慮して、それ以外は運転手
に任せる方法でもよい。次にステップ６０５に進む。
【００２５】ステップ６０５では、前記走行パターン
（ランカーブ）２１もしくは前記停止パターン２２か
ら、走行中に回生されるエネルギー量を推定する。次に
ステップ６０６に進む。
（ランカーブ）２１もしくは前記停止パターン２２か
ら、走行中に回生されるエネルギー量を推定する。次に
ステップ６０６に進む。
【００２６】ステップ６０６では、運転制御部３５に
て、処理を行い、運行に支障が出ない運転モードを選択
する。この運転制御部３５については後述する。次にス
テップ６０７に進む。
て、処理を行い、運行に支障が出ない運転モードを選択
する。この運転制御部３５については後述する。次にス
テップ６０７に進む。
【００２７】ステップ６０７では、運転モード切替装置
３４に選択した運転モードにするように転送し運転モー
ドを切り替える。この運転モードは図９に示す４つのモ
ードでエネルギー蓄積装置優先モード８２，エネルギー
蓄積装置運行モード８３，省エネ優先モード８４，速達
優先モード８５で構成されている。エネルギー蓄積装置
優先モード８２はエネルギー蓄積装置の寿命を優先する
方法である。前記エネルギー蓄積装置エネルギー蓄積装
置の寿命を優先する方法は、一般的に、充電と放電を短
い間隔で繰り返したほうがエネルギー蓄積装置の寿命が
よいと言われるため、加速モードと定速モードと惰行モ
ードを繰り返しながら運行することとなる。そのため、
運転時分は遅くなる。これについて図１７を用いてその
動作例を説明する。
３４に選択した運転モードにするように転送し運転モー
ドを切り替える。この運転モードは図９に示す４つのモ
ードでエネルギー蓄積装置優先モード８２，エネルギー
蓄積装置運行モード８３，省エネ優先モード８４，速達
優先モード８５で構成されている。エネルギー蓄積装置
優先モード８２はエネルギー蓄積装置の寿命を優先する
方法である。前記エネルギー蓄積装置エネルギー蓄積装
置の寿命を優先する方法は、一般的に、充電と放電を短
い間隔で繰り返したほうがエネルギー蓄積装置の寿命が
よいと言われるため、加速モードと定速モードと惰行モ
ードを繰り返しながら運行することとなる。そのため、
運転時分は遅くなる。これについて図１７を用いてその
動作例を説明する。
【００２８】ステップ１７０１では、充電パターンＤＢ
３３から、エネルギー蓄積装置の特性情報を得る。次に
ステップ１７０２に進む。
３３から、エネルギー蓄積装置の特性情報を得る。次に
ステップ１７０２に進む。
【００２９】ステップ１７０２では、ステップ１７０１
で得たエネルギー蓄積装置の特性情報から、鉄道車両が
どのように放電・充電を繰り返すのがよいかを決定し、
それを元にランカーブを作成するエネルギー蓄積装置運
行モード８３はエネルギー蓄積装置だけで動作する方法
である。この方法は、架線がない場所を走行する場合な
どに使用する。これについて図１８を用いてその動作例
を説明する。
で得たエネルギー蓄積装置の特性情報から、鉄道車両が
どのように放電・充電を繰り返すのがよいかを決定し、
それを元にランカーブを作成するエネルギー蓄積装置運
行モード８３はエネルギー蓄積装置だけで動作する方法
である。この方法は、架線がない場所を走行する場合な
どに使用する。これについて図１８を用いてその動作例
を説明する。
【００３０】ステップ１８０１では、充電パターンＤＢ
３３から、エネルギー蓄積装置の特性情報および充電容
量を得る。次にステップ１８０２に進む。
３３から、エネルギー蓄積装置の特性情報および充電容
量を得る。次にステップ１８０２に進む。
【００３１】ステップ１８０２では、ステップ１８０１
で得たエネルギー蓄積装置の特性情報および充電容量か
ら、エネルギー蓄積装置のエネルギーが０にならないよ
うに、加速，定速，惰行，ブレーキを組み合わせたラン
カーブを作成する。
で得たエネルギー蓄積装置の特性情報および充電容量か
ら、エネルギー蓄積装置のエネルギーが０にならないよ
うに、加速，定速，惰行，ブレーキを組み合わせたラン
カーブを作成する。
【００３２】省エネ優先モード８４は全体としてのエネ
ルギー省力化であり、エネルギー蓄積装置とモーターを
うまく配分する運転を行う。この時は、運転時分を遵守
する範囲で列車全体としてエネルギーが最も省力化され
る。これについて図１９を用いてその動作例を説明す
る。
ルギー省力化であり、エネルギー蓄積装置とモーターを
うまく配分する運転を行う。この時は、運転時分を遵守
する範囲で列車全体としてエネルギーが最も省力化され
る。これについて図１９を用いてその動作例を説明す
る。
【００３３】ステップ１９０１では、自列車がどのくら
いで走行すればよいのかという運転時分情報をダイヤＤ
Ｂ３６から得る。次にステップ１９０２に進む。
いで走行すればよいのかという運転時分情報をダイヤＤ
Ｂ３６から得る。次にステップ１９０２に進む。
【００３４】ステップ１９０２では、充電パターンＤＢ
３３から、エネルギー蓄積装置の特性情報および充電容
量を得る。次にステップ１９０３に進む。
３３から、エネルギー蓄積装置の特性情報および充電容
量を得る。次にステップ１９０３に進む。
【００３５】ステップ１９０３では、ステップ１９０２
で得たエネルギー蓄積装置の特性情報および充電容量か
ら、エネルギー蓄積装置がどれだけ放電できるかを求め
る。次にステップ１９０４に進む。
で得たエネルギー蓄積装置の特性情報および充電容量か
ら、エネルギー蓄積装置がどれだけ放電できるかを求め
る。次にステップ１９０４に進む。
【００３６】ステップ１９０４では、ステップ１９０１
で得た運転時分を遵守しつつ、最も省エネルギーとなる
ように、ステップ１９０３で求めたエネルギー蓄積装置
の放電量とモーターの配分を決定し、省エネランカーブ
を求める。
で得た運転時分を遵守しつつ、最も省エネルギーとなる
ように、ステップ１９０３で求めたエネルギー蓄積装置
の放電量とモーターの配分を決定し、省エネランカーブ
を求める。
【００３７】最速運転（速達優先モード）モード８５
は、できるだけ速い運転をする必要がある場合、例えば
遅延回復を行う場合などに用いることができる。これに
ついて図２０を用いてその動作例を説明する。
は、できるだけ速い運転をする必要がある場合、例えば
遅延回復を行う場合などに用いることができる。これに
ついて図２０を用いてその動作例を説明する。
【００３８】ステップ２００１では、充電パターンＤＢ
３３から、エネルギー蓄積装置の特性情報および充電容
量を得る。次にステップ２００２に進む。
３３から、エネルギー蓄積装置の特性情報および充電容
量を得る。次にステップ２００２に進む。
【００３９】ステップ２００２では、ステップ２００１
で得たエネルギー蓄積装置の特性情報および充電容量か
ら、エネルギー蓄積装置がどれだけ放電できるかを求め
る。次にステップ２００３に進む。
で得たエネルギー蓄積装置の特性情報および充電容量か
ら、エネルギー蓄積装置がどれだけ放電できるかを求め
る。次にステップ２００３に進む。
【００４０】ステップ２００３では、ステップ２００２
で求めたエネルギー蓄積装置の放電量をどこで放出する
のが最速の運転パターンになるかを決定し、最速ランカ
ーブを求める。
で求めたエネルギー蓄積装置の放電量をどこで放出する
のが最速の運転パターンになるかを決定し、最速ランカ
ーブを求める。
【００４１】次に運転制御部３５の処理について図７を
用いて説明する。
用いて説明する。
【００４２】ステップ７０１では、充電パターンＤＢか
らエネルギー蓄積装置の充電容量，エネルギー蓄積装置
の特性情報を取得する。次にステップ７０２に進む。
らエネルギー蓄積装置の充電容量，エネルギー蓄積装置
の特性情報を取得する。次にステップ７０２に進む。
【００４３】ステップ７０２では、ダイヤＤＢより列車
の運転時分を取得する。ステップ７０３に進む。
の運転時分を取得する。ステップ７０３に進む。
【００４４】ステップ７０３では、ステップ７０１で得
たエネルギー蓄積装置の充電容量，エネルギー蓄積装置
の特性情報とステップ７０２で得たダイヤ上の運転時分
を考慮して、運行に支障が出ないよう運転モードを選択
する。
たエネルギー蓄積装置の充電容量，エネルギー蓄積装置
の特性情報とステップ７０２で得たダイヤ上の運転時分
を考慮して、運行に支障が出ないよう運転モードを選択
する。
【００４５】第２の実施例として、図３のエネルギー制
御装置１８における運転モードをあらかじめ決定し、エ
ネルギー蓄積装置の充電容量，エネルギー蓄積装置の特
性，運行の余裕時間から考慮される走行パターンもしく
は停止パターンを作成し、その走行パターンもしくは停
止パターンに基づく運転をさせることも可能である。こ
の場合は図６の処理でステップ６０１からステップ６０
６までの処理を行う。
御装置１８における運転モードをあらかじめ決定し、エ
ネルギー蓄積装置の充電容量，エネルギー蓄積装置の特
性，運行の余裕時間から考慮される走行パターンもしく
は停止パターンを作成し、その走行パターンもしくは停
止パターンに基づく運転をさせることも可能である。こ
の場合は図６の処理でステップ６０１からステップ６０
６までの処理を行う。
【００４６】第３の実施例としては、図１で述べたエン
ジン１２，発電機１３，整流器１４を燃料電池にした場
合であり、図２１のように構成される。前記燃料電池２
１２は、水の電気分解の逆を利用したもので、水素と酸
素を電気的に化学反応させることで、電気を得る電池で
あり、リン酸型，溶融炭酸塩型，固体電解質型，アルカ
リ型などがある。図２１の動作を説明する。加速時にお
いては、前記燃料電池２１２は、直流電力を作り出す。
この直流電力をインバータ２１３では、交流電力に変換
し、モーター２１４に供給し、モーター２１４を制御し
て加速する。また、前記燃料電池２１２の直流電力は、
エネルギー蓄積装置２１５に供給され、必要に応じて蓄
えられる。この時、インバータ２１３とエネルギー蓄積
装置215に電力をどれだけ使用するかについては、エネ
ルギー制御装置２１６にて決定する。このエネルギー制
御装置２１６については、第１の実施例で述べた前記エ
ネルギー制御装置１８と同じである。
ジン１２，発電機１３，整流器１４を燃料電池にした場
合であり、図２１のように構成される。前記燃料電池２
１２は、水の電気分解の逆を利用したもので、水素と酸
素を電気的に化学反応させることで、電気を得る電池で
あり、リン酸型，溶融炭酸塩型，固体電解質型，アルカ
リ型などがある。図２１の動作を説明する。加速時にお
いては、前記燃料電池２１２は、直流電力を作り出す。
この直流電力をインバータ２１３では、交流電力に変換
し、モーター２１４に供給し、モーター２１４を制御し
て加速する。また、前記燃料電池２１２の直流電力は、
エネルギー蓄積装置２１５に供給され、必要に応じて蓄
えられる。この時、インバータ２１３とエネルギー蓄積
装置215に電力をどれだけ使用するかについては、エネ
ルギー制御装置２１６にて決定する。このエネルギー制
御装置２１６については、第１の実施例で述べた前記エ
ネルギー制御装置１８と同じである。
【００４７】また、ブレーキ時においては、モーター２
１４の出力をインバータ２１３の入力とし、インバータ
２１３にて直流に変換した後、エネルギー蓄積装置２１
５に必要に応じて蓄えられる。以降の処理は、第１の実
施例で述べたものと同じになる。
１４の出力をインバータ２１３の入力とし、インバータ
２１３にて直流に変換した後、エネルギー蓄積装置２１
５に必要に応じて蓄えられる。以降の処理は、第１の実
施例で述べたものと同じになる。
【００４８】本発明者は、これらのシステムを実現する
ことにより、約２０％の省エネルギー効果が得られるこ
とを発見した。具体的に、検討した例について述べる。
例えば最高時速１３０ｋｍ／ｈの線区で勾配も曲線もな
い２０ｋｍを走行したとする。この時に用いた車両性能
が加速度１.６ｋｍ／ｈ／ｓ，減速度２.０ｋｍ／ｈ／ｓ
だとすると加速時に使用するエネルギーが約２５０ｋｗ
ｈ、定速走行時は、走行抵抗のみを考慮したエネルギー
量があればよいため約１００ｋｗｈ、ブレーキ時に回生
して得られるエネルギーは約２００ｋｗｈ程度となる。
実際に運行した場合、従来の鉄道車両では、回生エネル
ギーが得られないことから、全体で約３５０ｋｗｈかか
ることになる。本発明では、回生エネルギーを充電する
ことでエネルギーを再利用することが目的である。この
効率を約４０％程度とすると、回生エネルギーで約８０
ｋｗｈ程度得られるので、実際に使用するエネルギー量
は約２７０ｋｗｈとなる。このことから、従来鉄道車両
に比べて、約２０％の省エネ効果が得られるといえる。
ことにより、約２０％の省エネルギー効果が得られるこ
とを発見した。具体的に、検討した例について述べる。
例えば最高時速１３０ｋｍ／ｈの線区で勾配も曲線もな
い２０ｋｍを走行したとする。この時に用いた車両性能
が加速度１.６ｋｍ／ｈ／ｓ，減速度２.０ｋｍ／ｈ／ｓ
だとすると加速時に使用するエネルギーが約２５０ｋｗ
ｈ、定速走行時は、走行抵抗のみを考慮したエネルギー
量があればよいため約１００ｋｗｈ、ブレーキ時に回生
して得られるエネルギーは約２００ｋｗｈ程度となる。
実際に運行した場合、従来の鉄道車両では、回生エネル
ギーが得られないことから、全体で約３５０ｋｗｈかか
ることになる。本発明では、回生エネルギーを充電する
ことでエネルギーを再利用することが目的である。この
効率を約４０％程度とすると、回生エネルギーで約８０
ｋｗｈ程度得られるので、実際に使用するエネルギー量
は約２７０ｋｗｈとなる。このことから、従来鉄道車両
に比べて、約２０％の省エネ効果が得られるといえる。
【００４９】従来の鉄道車両システムに、エネルギー蓄
積装置を加えることで、回生エネルギーをエネルギー蓄
積装置に貯蔵するとともに、エネルギー蓄積装置が、状
況に応じて充放電を行うことによりエンジンを一定に動
かすことができる。これにより、高効率な運転が可能と
なる。
積装置を加えることで、回生エネルギーをエネルギー蓄
積装置に貯蔵するとともに、エネルギー蓄積装置が、状
況に応じて充放電を行うことによりエンジンを一定に動
かすことができる。これにより、高効率な運転が可能と
なる。
【００５０】そして、鉄道車両の運行時において、走行
パターンもしくは減速パターンから、走行中もしくは減
速時に得られる回生エネルギーを予測し、その回生エネ
ルギーを有効に使用することで列車を高効率に運転する
システムを提供することもできる。
パターンもしくは減速パターンから、走行中もしくは減
速時に得られる回生エネルギーを予測し、その回生エネ
ルギーを有効に使用することで列車を高効率に運転する
システムを提供することもできる。
【００５１】エンジンで発電し、インバータを駆動する
ことで走行する鉄道車両システムに、エネルギー蓄積装
置を加えることで、回生エネルギーをエネルギー蓄積装
置に貯蔵するとともに、エネルギー蓄積装置が、状況に
応じて充放電を行うことによりエンジンを一定に動かす
ことができる。これにより、高効率な運転が可能とな
る。
ことで走行する鉄道車両システムに、エネルギー蓄積装
置を加えることで、回生エネルギーをエネルギー蓄積装
置に貯蔵するとともに、エネルギー蓄積装置が、状況に
応じて充放電を行うことによりエンジンを一定に動かす
ことができる。これにより、高効率な運転が可能とな
る。
【００５２】
【発明の効果】以上のシステムおよび制御方法を実現す
ることにより、エネルギー蓄積装置の充電状態や運転時
分の余裕などを考慮して、その運転モードを切り替える
ことによりエネルギー蓄積装置の寿命を伸ばすことや省
エネルギーの運転をすることが可能となる。
ることにより、エネルギー蓄積装置の充電状態や運転時
分の余裕などを考慮して、その運転モードを切り替える
ことによりエネルギー蓄積装置の寿命を伸ばすことや省
エネルギーの運転をすることが可能となる。
【図１】ハイブリット鉄道車両の１例。
【図２】走行パターンと停止パターンの１例。
【図３】エネルギー制御装置の１例。
【図４】エネルギー制御装置の１例。
【図５】エネルギー制御装置の１例。
【図６】エネルギー制御装置の動作例。
【図７】運転制御部の動作例。
【図８】運転モード切替装置の１例。
【図９】ダイヤＤＢの１例。
【図１０】路線ＤＢの１例。
【図１１】勾配ＤＢの１例。
【図１２】曲線ＤＢの１例。
【図１３】トンネルＤＢの１例。
【図１４】制限速度ＤＢの１例。
【図１５】臨時速度制限ＤＢの１例。
【図１６】閉塞割ＤＢの１例。
【図１７】エネルギー蓄積装置優先モードの動作例。
【図１８】エネルギー蓄積装置運行モードの動作例。
【図１９】省エネ優先モードの動作例。
【図２０】速達優先モードの動作例。
【図２１】燃料電池を用いた場合のハイブリット鉄道車
両。
両。
１１，２１１…ハイブリット鉄道車両、１２…エンジ
ン、１３…発電機、１４…整流器、１５，２１３…イン
バータ、１６，２１４…モーター、１７，２１５…エネ
ルギー蓄積装置、１８,３１,２１６…エネルギー制御装
置、１９，２１７…重量センサー、２１…ランカーブ、
３２…走行パターン作成部、３３…充電パターンＤＢ、
３４…運転モード切替装置、３５…運転制御部、３６…
ダイヤＤＢ、３７…路線ＤＢ、８１…モード切替、８２
…エネルギー蓄積装置優先モード、８３…エネルギー蓄
積装置運行モード、８４…省エネルギー優先モード、８
５…速達優先モード、１０１…勾配ＤＢ、１０２…曲線
ＤＢ、１０３…トンネルＤＢ、１０４…制限速度ＤＢ、
１０５…臨時速度制限ＤＢ、１０６…閉塞割ＤＢ、２１
２…燃料電池。
ン、１３…発電機、１４…整流器、１５，２１３…イン
バータ、１６，２１４…モーター、１７，２１５…エネ
ルギー蓄積装置、１８,３１,２１６…エネルギー制御装
置、１９，２１７…重量センサー、２１…ランカーブ、
３２…走行パターン作成部、３３…充電パターンＤＢ、
３４…運転モード切替装置、３５…運転制御部、３６…
ダイヤＤＢ、３７…路線ＤＢ、８１…モード切替、８２
…エネルギー蓄積装置優先モード、８３…エネルギー蓄
積装置運行モード、８４…省エネルギー優先モード、８
５…速達優先モード、１０１…勾配ＤＢ、１０２…曲線
ＤＢ、１０３…トンネルＤＢ、１０４…制限速度ＤＢ、
１０５…臨時速度制限ＤＢ、１０６…閉塞割ＤＢ、２１
２…燃料電池。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 渡部 悌
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株
式会社日立製作所日立研究所内
Ｆターム(参考） 5H115 PA12 PC02 PG01 PI24 PO02
PO06 PO10 PO17 PU08 PU26
PV07 PV09 PV22 QI04 QN03
RE11 SE03 SE06 SF05 SF07
SF21 TO10
Claims (10)
- 【請求項１】エンジン，発電機，整流器，インバータ，
モーター，エネルギー蓄積装置を有する鉄道車両におい
て、あらかじめ分かっている走行パターンを元にエネル
ギー消費量を予測して、前記エンジンと前記エネルギー
蓄積装置の使用比率を決定し列車を制御する機能を有す
ることを特徴とする鉄道車両。 - 【請求項２】エンジン，発電機，整流器，インバータ，
モーター，エネルギー蓄積装置を有する鉄道車両におい
て、エネルギー蓄積装置の特性によって決まる充電性能
と放電性能から構成されるエネルギー蓄積装置の充電パ
ターンから前記エンジンと前記エネルギー蓄積装置の使
用比率を決定し、制御を行う機能を有することを特徴と
する鉄道車両。 - 【請求項３】エンジン，発電機，整流器，インバータ，
モーター，エネルギー蓄積装置を有する鉄道車両におい
て、あらかじめ分かっている走行パターンとエネルギー
蓄積装置の特性によって決まる充電性能と放電性能から
構成されるエネルギー蓄積装置の充電パターンを元にエ
ネルギー消費量を予測して、前記エンジンと前記エネル
ギー蓄積装置の使用比率を決定し列車を制御する機能を
有することを特徴とする鉄道車両。 - 【請求項４】請求項１〜３記載の鉄道車両において、実
際に乗った人数を考慮した走行パターンを元に、前記エ
ンジンと前記エネルギー蓄積装置の使用比率を決定する
ことを特徴とする鉄道車両。 - 【請求項５】請求項１〜３記載の鉄道車両において、前
記エネルギー蓄積装置の寿命を最適化するように鉄道車
両を制御することを特徴とする鉄道車両。 - 【請求項６】請求項１〜３記載の鉄道車両において、鉄
道車両が使用するエネルギーを最も省エネとなるように
鉄道車両を制御することを特徴とする鉄道車両。 - 【請求項７】請求項１〜６記載の鉄道車両において、あ
らかじめ準備された複数の運転モードを有し、前記エネ
ルギー蓄積装置の充電状態や駅間の運転時間を考慮し
て、前記モードの中から適時選択して走行することを特
徴とする鉄道車両。 - 【請求項８】請求項１〜７記載の鉄道車両において、エ
ネルギー蓄積装置が充放電可能な電池であることを特徴
とする鉄道車両。 - 【請求項９】請求項１〜８の鉄道車両において、エンジ
ンが燃料電池であることを特徴とする鉄道車両。 - 【請求項１０】請求項１〜９の鉄道車両において、重量
センサーが取り付けられていることを特徴とする鉄道車
両。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001321392A JP2003134604A (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 鉄道車両 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001321392A JP2003134604A (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 鉄道車両 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005321681A Division JP2006074998A (ja) | 2005-11-07 | 2005-11-07 | 鉄道車両 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003134604A true JP2003134604A (ja) | 2003-05-09 |
Family
ID=19138613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001321392A Withdrawn JP2003134604A (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 鉄道車両 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003134604A (ja) |
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-
2001
- 2001-10-19 JP JP2001321392A patent/JP2003134604A/ja not_active Withdrawn
Cited By (34)
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