JP2013209095A - Hybrid railroad vehicle - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the capacity of a storage battery by controlling an engine to minimize fuel consumption in accordance with load, actively produce a state where engine-generated power exceeds the load, and charge/discharge the storage battery for excess and deficiency of the engine-generated power so as to frequently repeat charge and discharge.SOLUTION: A hybrid railroad vehicle travels by power of an engine and a power storage device. The power storage device is provided with a full charge level, and a charge start level where residual power is lower than that in the full charge level. When residual power in the power storage device becomes lower than the charge start level, the power storage device is charged by the engine till the residual power in the power storage devices reaches a charge-complete level.

Description

本発明は、ハイブリッド鉄道車両に関する。 The present invention relates to a hybrid railway vehicle.

従来の装置は、鉄道車両が複数のエンジンと動力用蓄電池を備え、負荷に応じて燃費が
最小になるようエンジンを制御するとともに、エンジンの出力が不足した場合、不足した
エネルギーを蓄電池から補充することを特徴としている。(例えば特許文献1参照)。
The conventional apparatus includes a plurality of engines and a power storage battery in a railway vehicle, and controls the engine so that the fuel consumption is minimized according to the load. When the engine output is insufficient, the insufficient energy is replenished from the storage battery. It is characterized by that. (For example, refer to Patent Document 1).

特開平8−198102号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-198102

従来の装置は、エンジンの出力が不足した場合に蓄電池からエネルギーを補充するため、
蓄電池は常に放電することが求められ、容量の大きな蓄電装置を準備しなければならない
The conventional device replenishes energy from the storage battery when the engine output is insufficient,
The storage battery is always required to be discharged, and a power storage device having a large capacity must be prepared.

そこで本発明の目的は、負荷に応じて燃費が最小になるようエンジンを制御するとともに
、エンジン発電電力が負荷を超過する状態を積極的に作り出し、エンジン発電電力の過不
足分を蓄電池で充放電することで、放電と充電動作を頻繁に繰り返して蓄電池の容量低減
を図ることである。
Therefore, an object of the present invention is to control the engine so that the fuel consumption is minimized according to the load, and to actively create a state where the engine generated power exceeds the load, and to charge / discharge the excess or deficiency of the engine generated power with the storage battery. By doing so, discharging and charging operations are frequently repeated to reduce the capacity of the storage battery.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エ
ンジンの発電電力の過不足電力を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出
来る。
The above-described problem can be achieved in a hybrid railway vehicle that travels with the electric power of the engine and the power storage device by complementing the excess / deficiency power of the power generated by the engine with the power of the power storage device.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは最大効率点付近で動作するよう発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過不足電
力を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出来る。
The above problem is that in a hybrid railway vehicle that runs on the power of the engine and the power storage device, the engine controls the generated power so that the engine operates near the maximum efficiency point, and the power of the power storage device supplements the excess or deficient power of the generated power of the engine. Can be achieved.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは車両の走行電力から発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過不足電力を蓄電装
置の電力で補完することにより達成することが出来る。
The above problem is achieved in a hybrid railway vehicle that runs on electric power of the engine and the power storage device by controlling the generated power from the running power of the vehicle and supplementing the power of the power storage device with excess or deficient power of the engine. I can do it.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは車両の速度から発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過不足電力を蓄電装置の
電力で補完することにより達成することが出来る。
The above-described problem is achieved in a hybrid railway vehicle that runs on the power of the engine and the power storage device by controlling the generated power from the speed of the vehicle and supplementing the power of the power storage device with excess or deficient power of the engine. I can do it.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは車両の加速度からエンジンの発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過不足電力
を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出来る。
In the hybrid railway vehicle that runs on the electric power of the engine and the electric storage device, the engine controls the electric power generated by the engine from the acceleration of the vehicle, and supplements the excess or deficient electric power of the engine with the electric power of the electric storage device. Can be achieved.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは車両のノッチ操作に応じてエンジンの発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過
不足電力を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出来る。
The above problem is that in a hybrid railway vehicle that runs on the electric power of the engine and the power storage device, the engine controls the power generated by the engine according to the notch operation of the vehicle, and the power of the power storage device supplements the excess or deficient power of the engine. Can be achieved.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは車両の走行前に計算した車両の走行電力から発電電力を制御し、エンジンの発電電
力の過不足電力を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出来る。
In the hybrid railway vehicle that travels with the electric power of the engine and the power storage device, the engine controls the generated power from the traveling power of the vehicle that is calculated before the vehicle travels. This can be achieved by supplementing with electricity.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは蓄電装置のエネルギー残量から発電電力を制御することにより達成することが出来
る。
The above-described problem can be achieved in a hybrid railway vehicle that runs on electric power from the engine and the power storage device by controlling the generated power from the remaining energy of the power storage device.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、蓄電
装置が蓄電装置の過放電領域まで放電したときは、蓄電装置の放電を停止してエンジンの
発電電力のみで鉄道車両は走行することにより達成することが出来る。
The above problem is that, in a hybrid railway vehicle that travels with the power of the engine and the power storage device, when the power storage device discharges to the overdischarge region of the power storage device, the discharge of the power storage device is stopped and This can be achieved by running.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、蓄電
装置が蓄電装置の過放電領域まで放電したときは、蓄電装置の放電を停止してエンジンの
発電電力のみで鉄道車両は走行し、またエンジンの余剰発電電力で蓄電装置を充電するこ
とにより達成することが出来る。
The above problem is that, in a hybrid railway vehicle that travels with the power of the engine and the power storage device, when the power storage device discharges to the overdischarge region of the power storage device, the discharge of the power storage device is stopped and It can be achieved by running and charging the power storage device with surplus power generated by the engine.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、蓄電
装置が蓄電装置の過放電領域まで放電したときは、車両の走行を停止して蓄電装置をエン
ジンから充電することにより達成することが出来る。
In the hybrid railway vehicle that runs on the electric power of the engine and the power storage device, when the power storage device discharges to the overdischarge region of the power storage device, the above problem is achieved by stopping the vehicle and charging the power storage device from the engine. I can do it.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、蓄電
装置は満充電レベルと満充電レベルより低いエネルギー残量状態にある充電開始レベルを
設け、蓄電装置のエネルギー残量が満充電レベルと充電開始レベルの間にあるときにはエ
ンジンを停止して蓄電装置から電力を供給することにより達成することが出来る。
The above problem is that, in a hybrid railway vehicle that runs on the power of the engine and the power storage device, the power storage device is provided with a full charge level and a charge start level that is lower than the full charge level, so that the energy remaining in the power storage device is full. This can be achieved by stopping the engine and supplying power from the power storage device when it is between the charge level and the charge start level.

上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、蓄電
装置は満充電レベルと満充電レベルより低いエネルギー残量状態にある充電開始レベルを
設け、蓄電装置のエネルギー残量が充電開始レベルを下回ったら、蓄電装置のエネルギー
残量が充電完了レベルに到達するまでエンジンから蓄電装置を充電することにより達成す
ることが出来る。
The above problem is that, in a hybrid railway vehicle that runs on the power of the engine and the power storage device, the power storage device is provided with a full charge level and a charge start level that is lower than the full charge level, and the energy remaining in the power storage device is charged. If it falls below the start level, it can be achieved by charging the power storage device from the engine until the remaining energy level of the power storage device reaches the charge completion level.

本発明により、放電と充電動作を頻繁に繰り返して蓄電池の容量低減を図ることができ
るハイブリッド鉄道車両を提供することが出来る。
According to the present invention, it is possible to provide a hybrid railway vehicle capable of reducing the capacity of a storage battery by frequently repeating discharging and charging operations.

本発明の実施例1を示す構成図The block diagram which shows Example 1 of this invention 本発明の実施例1を説明するグラフThe graph explaining Example 1 of this invention 本発明の実施例2を説明するグラフGraph explaining Example 2 of the present invention 本発明の実施例3を説明するグラフGraph explaining Example 3 of the present invention 本発明の実施例4を説明するグラフGraph explaining Example 4 of the present invention 本発明の実施例5を説明するグラフGraph explaining Example 5 of the present invention 本発明の実施例6を説明するグラフGraph explaining Example 6 of the present invention 本発明の実施例7を説明するグラフGraph explaining Example 7 of the present invention 本発明の実施例8を説明するグラフGraph explaining Example 8 of the present invention 本発明の実施例9を説明するグラフGraph explaining Example 9 of the present invention 放電制限回路の例Example of discharge limiting circuit 本発明の実施例10を説明するグラフGraph explaining Example 10 of the present invention 本発明の実施例11を説明するグラフGraph explaining Example 11 of the present invention 本発明の実施例12を説明するグラフGraph explaining Example 12 of the present invention 本発明の実施例13、および実施例14を説明するグラフThe graph explaining Example 13 and Example 14 of this invention

本発明に基づく第1の実施の形態のハイブリッド鉄道車両の構成図を図1に示す。図1に
おいて、1は鉄道車両、2はエンジン、3は蓄電装置、4はインバータ、5はモータ、6
は車輪、7はレールである。エンジン2は電力を発電し、蓄電装置3は電力を放電もしく
は充電して、エンジン2と蓄電装置3からインバータ4に電力を供給する。インバータ4
はモータ5を回転させて鉄道車両1を走行させる。また鉄道車両1がモータ5を発電機と
して使用する電気ブレーキをかける場合は、インバータ4から蓄電装置3に電力を供給す
ることで蓄電装置を充電することができる。インバータ4がモータ5を駆動する鉄道車両
1の走行電力は、線路条件や車両重量、車両速度などで決まり電源条件には依存しない。
FIG. 1 shows a configuration diagram of a hybrid railway vehicle according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a railway vehicle, 2 is an engine, 3 is a power storage device, 4 is an inverter, 5 is a motor, 6
Is a wheel and 7 is a rail. The engine 2 generates electric power, the power storage device 3 discharges or charges the power, and supplies power from the engine 2 and the power storage device 3 to the inverter 4. Inverter 4
Rotates the motor 5 to run the railway vehicle 1. When the railway vehicle 1 applies an electric brake that uses the motor 5 as a generator, the power storage device can be charged by supplying power from the inverter 4 to the power storage device 3. The traveling power of the railway vehicle 1 in which the inverter 4 drives the motor 5 is determined by track conditions, vehicle weight, vehicle speed, etc., and does not depend on power supply conditions.

そこでインバータ4が鉄道車両1の走行電力に対して適切な電力供給ができれば、車両は
要求された走行性能を満足することができる。この電力供給に対するエンジン2と蓄電装
置3の電力分配を最適に制御することで、エンジン1の発電容量低減、蓄電装置の低容量
化、といったメリットを得ることができる。
Therefore, if the inverter 4 can supply appropriate power to the traveling power of the railway vehicle 1, the vehicle can satisfy the required traveling performance. By optimally controlling the power distribution between the engine 2 and the power storage device 3 for this power supply, it is possible to obtain merits such as a reduction in the power generation capacity of the engine 1 and a reduction in the capacity of the power storage device.

図2は実施例1を説明するグラフであり、上段が車両速度Vt、中段が鉄道車両1の走行
電力Ptとエンジン2の発電電力Pe、下段が蓄電装置3の充放電電力量Ubである。車
両速度Vtの加速時に鉄道車両1は走行電力Ptを大きく消費し、エンジン発電電力Pe
が走行電力Ptより小さくなるため、その不足電力を蓄電装置3から出力する。鉄道車両
1の加速が終了し定速走行に移行すると、鉄道車両1の走行電力Ptは加速時より減少す
るため、この期間に鉄道車両1の走行電力Ptよりエンジン2の発電電力Peを大きくす
ることで蓄電装置3を充電できる。鉄道車両1の走行電力に対して、エンジン2はエンジ
ン性能に適した回転数の制御で出力を可変とし、鉄道車両1の走行電力とエンジン発電電
力の過不足分を蓄電装置3の充放電電力で補充することで、鉄道車両1の走行性能を満足
し、エンジン2に負担の少ないハイブリッド鉄道車両の運転方式を選択することができる
。また鉄道車両1の速度が加速から定速に移項した直後から蓄電装置3を充電できるため
、蓄電装置3も容量を低減して小型軽量な蓄電装置構成にすることができる。
FIG. 2 is a graph illustrating the first embodiment, where the upper stage is the vehicle speed Vt, the middle stage is the running power Pt of the railway vehicle 1 and the generated power Pe of the engine 2, and the lower stage is the charge / discharge power amount Ub of the power storage device 3. When the vehicle speed Vt is accelerated, the railway vehicle 1 consumes a large amount of traveling power Pt, and the engine generated power Pe.
Is smaller than the traveling power Pt, the insufficient power is output from the power storage device 3. When the acceleration of the railway vehicle 1 is finished and the vehicle shifts to constant speed traveling, the traveling power Pt of the railway vehicle 1 decreases from the time of acceleration. Therefore, the generated power Pe of the engine 2 is made larger than the traveling power Pt of the railway vehicle 1 during this period. Thus, the power storage device 3 can be charged. With respect to the running power of the railway vehicle 1, the engine 2 makes the output variable by controlling the number of revolutions suitable for the engine performance, and the excess and deficiency of the running power of the railway vehicle 1 and the engine generated power is charged / discharged power of the power storage device 3. By replenishing with the above, it is possible to select a driving method of the hybrid railway vehicle that satisfies the running performance of the railway vehicle 1 and that places less burden on the engine 2. In addition, since the power storage device 3 can be charged immediately after the speed of the railway vehicle 1 shifts from acceleration to constant speed, the power storage device 3 can also be reduced in capacity to have a small and lightweight power storage device configuration.

これにより、エンジンへの負担が軽減され、エンジンの長寿命化やメンテナンスコストの
削減、また冷却設計の簡素化や量産廉価タイプの適用が可能となり、エンジンの低コスト
化を図ることができる。また、蓄電装置の容量を抑えてコストを低減することができる。
As a result, the burden on the engine is reduced, the engine life can be extended, the maintenance cost can be reduced, the cooling design can be simplified and the mass-produced low-priced type can be applied, and the cost of the engine can be reduced. Further, the capacity of the power storage device can be suppressed and the cost can be reduced.

(第2の実施の形態)
本発明に基づく第2の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図3に示す。
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a relationship diagram between the generated power of the engine and the charging / discharging power of the power storage device in the hybrid railway vehicle according to the second embodiment of the present invention.

エンジン2は定格出力に近い高回転で効率が良く、低回転で効率が低くなる特徴を持つ。 The engine 2 is characterized by high efficiency at high revolutions close to the rated output and low efficiency at low revolutions.

エンジン2のエネルギーを効率よく利用するためには、エンジン2を定格出力近傍にある
最大効率点付近で動作させることが有効である。このエンジン2の最大効率点における発
電電力が鉄道車両1の走行電力よりも大きければ、エンジン2の発電電力の一部で蓄電装
置3を充電することができる。鉄道車両1の定速走行における走行電力よりエンジン2の
最大効率点付近の発電電力を大きく設計すれば、エンジン2を常に最大電力点付近で発電
し、鉄道車両1で消費する走行電力との過不足電力を蓄電装置から補うことで、エンジン
を最も効率よく使用して、かつまた鉄道車両1の速度が加速から定速に移項した直後から
蓄電装置3を充電できるため、蓄電装置3も容量を低減して小型軽量な蓄電装置にするこ
とができる。
In order to efficiently use the energy of the engine 2, it is effective to operate the engine 2 near the maximum efficiency point near the rated output. If the generated power at the maximum efficiency point of the engine 2 is larger than the traveling power of the railway vehicle 1, the power storage device 3 can be charged with a part of the generated power of the engine 2. If the generated power in the vicinity of the maximum efficiency point of the engine 2 is designed to be larger than the traveling power in the constant speed traveling of the railway vehicle 1, the engine 2 always generates power in the vicinity of the maximum power point and exceeds the traveling power consumed by the railway vehicle 1. By supplementing the power shortage from the power storage device, the power storage device 3 can also be charged because the engine can be used most efficiently and immediately after the speed of the railway vehicle 1 shifts from acceleration to constant speed. The power storage device can be reduced and reduced in size and weight.

これにより、車両の走行性能を維持したまま、エンジンは効率良く運転することができ、
限られた資源である燃料を有効活用することが可能となる。また、車両走行に伴い蓄電装
置が放電した電力を早い時間にエンジンから再充電することで、蓄電装置の蓄電容量を小
型化とすることができる。
As a result, the engine can be operated efficiently while maintaining the running performance of the vehicle,
It is possible to effectively use fuel, which is a limited resource. In addition, the power stored in the power storage device can be reduced in size by recharging the power discharged from the power storage device as the vehicle travels from the engine at an early time.

(第3の実施の形態)
本発明に基づく第3の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図4に示す。鉄道車両1の走行電力に対してエンジ
ン2の発電電力を制御すると、その過不足分を蓄電装置3の充放電電力で補完することか
ら、鉄道車両1の走行電力に依存せずに蓄電装置3の出力を制御するのと同じ効果を得る
ことができる。鉄道車両1の加速時に鉄道車両1が大きな走行電力を使用する場合、その
大きな走行電力に対してエンジン2の発電電力を増やすことで、蓄電装置3を最大出力で
頭打ちにする(出力リミットで最大出力運転する)など、蓄電装置の特性に見合った電力
供給分担が可能となる。
(Third embodiment)
FIG. 4 shows a relationship diagram between the generated power of the engine and the charging / discharging power of the power storage device in the hybrid railway vehicle according to the third embodiment of the present invention. When the generated power of the engine 2 is controlled with respect to the traveling power of the railway vehicle 1, the excess and deficiency is supplemented by the charge / discharge power of the power storage device 3, so that the power storage device 3 does not depend on the traveling power of the railway vehicle 1. The same effect as controlling the output of can be obtained. When the railway vehicle 1 uses a large amount of traveling power when accelerating the railway vehicle 1, the power generation device 3 reaches its maximum output by increasing the generated power of the engine 2 with respect to the large traveling power (maximum output limit). The power supply can be shared in accordance with the characteristics of the power storage device.

これにより、車両の走行電力をエンジンと蓄電装置で効率よく電力を分担することができ
、ハイブリッド鉄道車両の高効率運転のみならず、蓄電装置の充放電電力を必要最小限に
設計し、蓄電装置容量を低減することが可能となる。
As a result, it is possible to efficiently share the driving power of the vehicle between the engine and the power storage device, and to design not only the high efficiency operation of the hybrid railway vehicle but also the charge / discharge power of the power storage device to the minimum necessary, The capacity can be reduced.

(第4の実施の形態)
本発明に基づく第4の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図5に示す。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 shows a relationship diagram between the generated power of the engine and the charging / discharging power of the power storage device in the hybrid railway vehicle according to the fourth embodiment of the present invention.

車両の運動エネルギーは1/2×m×(Vt)2で表すことができる。ここでのmは車両
重量であり、Vtは車両速度である。
The kinetic energy of the vehicle can be expressed as 1/2 × m × (Vt) 2. Here, m is the vehicle weight, and Vt is the vehicle speed.

鉄道車両1の走行電力の一部は風損や発熱などで逃げてしまうが、鉄道車両1の走行電力
の多くは車両の運動エネルギーに変化する。この運動エネルギーは上式からわかるように
車両速度の2乗に比例し、速度が一定であれば同じ運動エネルギーを保持する。鉄道車両
1の運動エネルギーは、車両の走行電力を積分したものであるから、速度に応じてエンジ
ンの発電電力を制御することで、鉄道車両1の運動エネルギーに応じて、または鉄道車両
の走行電力に応じてエンジン2の発電電力を制御したことに相当する。
A part of the traveling power of the railway vehicle 1 escapes due to windage or heat generation, but most of the traveling power of the railway vehicle 1 changes to the kinetic energy of the vehicle. As can be seen from the above equation, this kinetic energy is proportional to the square of the vehicle speed. If the speed is constant, the same kinetic energy is maintained. Since the kinetic energy of the railway vehicle 1 is obtained by integrating the running power of the vehicle, by controlling the power generated by the engine according to the speed, the running power of the railway vehicle 1 or according to the kinetic energy of the railway vehicle 1 This corresponds to controlling the power generated by the engine 2 according to the above.

これにより、エンジンの発電電力を車両の運動エネルギーまたは走行電力に近づけること
ができ、車両が要求する電力に合わせてエンジン発電電力をコントロールして、車両の走
行電力と蓄電装置の発電電力の過不足分を電池から供給し、車両の走行性能を維持したま
ま蓄電装置の機器容量を低減することができる。
As a result, the generated power of the engine can be brought close to the kinetic energy or running power of the vehicle, and the engine generated power is controlled according to the power required by the vehicle, so that the running power of the vehicle and the generated power of the power storage device are insufficient or insufficient. The battery capacity is supplied from the battery, and the device capacity of the power storage device can be reduced while maintaining the running performance of the vehicle.

(第5の実施の形態)
本発明に基づく第5の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図6に示す。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 shows a relationship diagram between the generated power of the engine and the charging / discharging power of the power storage device in the hybrid railway vehicle according to the fifth embodiment of the present invention.

鉄道車両1の走行電力は鉄道車両1の加速および減速時に大きく変化する。そこで鉄道車
両1の加速時にエンジン2の発電電力を増加させ、減速時はエンジンを停止するというよ
うに、鉄道車両1の加速・減速に応じてエンジン2の発電電力を制御する。
The running power of the railway vehicle 1 changes greatly when the railway vehicle 1 is accelerated and decelerated. Therefore, the generated power of the engine 2 is controlled according to the acceleration / deceleration of the railway vehicle 1 such that the generated power of the engine 2 is increased when the railway vehicle 1 is accelerated and the engine is stopped when the railway vehicle 1 is decelerated.

これにより、エンジンの発電電力を鉄道車両の走行電力に近づけることができ、車両が要
求する電力に合わせてエンジン発電電力をコントロールして、車両の走行電力と蓄電装置
の発電電力の過不足分を電池から供給し、車両の走行性能を維持したまま蓄電装置の機器
容量を低減することができる。
As a result, the generated power of the engine can be brought close to the traveling power of the railway vehicle, and the engine generated power is controlled according to the power required by the vehicle, so that the excess or deficiency of the traveling power of the vehicle and the generated power of the power storage device can be reduced. The battery capacity is supplied from the battery, and the capacity of the power storage device can be reduced while maintaining the running performance of the vehicle.

(第6の実施の形態)
本発明に基づく第6の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図7に示す。
(Sixth embodiment)
FIG. 7 shows a relationship diagram between the generated power of the engine and the charging / discharging power of the power storage device in the hybrid railway vehicle of the sixth embodiment based on the present invention.

鉄道車両1の走行電力は鉄道車両1の加速および減速時に大きく変化する。鉄道車両1の
加速・減速は一般に鉄道車両のノッチで操作することから、ノッチで加速状態のときにエ
ンジンの発電電力を増加させ、ノッチで減速状態のとき(ブレーキ時)にエンジンの発電
電力を停止もしくは減少するようエンジン発電電力を制御する。
The running power of the railway vehicle 1 changes greatly when the railway vehicle 1 is accelerated and decelerated. The acceleration / deceleration of the railway vehicle 1 is generally operated with the notch of the railway vehicle. Therefore, the generated power of the engine is increased when the notch is accelerating, and the generated power of the engine is decreased when the notch is decelerating (during braking). The engine power generation is controlled to stop or decrease.

これにより、エンジンの発電電力を鉄道車両の走行電力に近づけることができ、車両が要
求する電力に合わせてエンジン発電電力をコントロールして、車両の走行電力と蓄電装置
の発電電力の過不足分を電池から供給し、車両の走行性能を維持したまま蓄電装置の機器
容量を低減することができる。
As a result, the generated power of the engine can be brought close to the traveling power of the railway vehicle, and the engine generated power is controlled according to the power required by the vehicle, so that the excess or deficiency of the traveling power of the vehicle and the generated power of the power storage device can be reduced. The battery capacity is supplied from the battery, and the capacity of the power storage device can be reduced while maintaining the running performance of the vehicle.

(第7の実施の形態)
本発明に基づく第7の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図8に示す。
(Seventh embodiment)
FIG. 8 shows a relationship diagram between the generated power of the engine and the charging / discharging power of the power storage device in the hybrid railway vehicle according to the seventh embodiment of the present invention.

鉄道車両1は決められた線区を決められた時間に決められた速度で走行するため、鉄道車
両1が実際に走行する前に鉄道車両1の走行電力を計算することができる。そこで車両走
行1の走行前にあらかじめ車両の走行電力を算出し、その走行電力に応じてエンジンの発
電量を予測しておく。実際の車両走行においては、時間経過や位置計測、速度状態から車
両の位置や速度情報を把握し、あらかじめ計算したエンジン発電量に従いエンジンを発電
する。
Since the railway vehicle 1 travels at a determined speed at a determined time in a determined line section, the traveling power of the railway vehicle 1 can be calculated before the railway vehicle 1 actually travels. Therefore, the traveling power of the vehicle is calculated in advance before traveling of the vehicle traveling 1, and the power generation amount of the engine is predicted according to the traveling power. In actual vehicle travel, the vehicle position and speed information is grasped from the passage of time, position measurement, and speed state, and the engine is generated according to the engine power generation amount calculated in advance.

これにより、車両走行に伴うエンジンの発電量を決定する方法を大幅に簡素化でき、信頼
性の向上とともに出力制御用センサー等を省略することができる。エンジンの発電電力は
車両の走行電力に近い出力を得ることができるので、車両の走行電力と電池の発電電力の
過不足分を電池から供給することで、蓄電装置の容量を低減することが可能となる。
As a result, the method for determining the amount of power generated by the engine accompanying vehicle travel can be greatly simplified, and the output control sensor and the like can be omitted while improving reliability. Since the engine generated power can provide an output that is close to the vehicle's running power, it is possible to reduce the capacity of the power storage device by supplying the excess and deficiency of the vehicle's running power and the battery's generated power from the battery. It becomes.

(第8の実施の形態)
本発明に基づく第8の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図9に示す。
(Eighth embodiment)
FIG. 9 shows a relationship diagram between the generated power of the engine and the charging / discharging power of the power storage device in the hybrid railway vehicle according to the eighth embodiment of the present invention.

鉄道装置1または蓄電装置3は蓄電装置3の内部に残っているエネルギー残量を演算し、
そのエネルギー残量に応じてエンジン2の発電電力を制御する。蓄電装置3が放電すると
蓄電装置のエネルギー残量は減少する。蓄電装置3のエネルギー残量の減りが大きい場合
、エンジン2の発電電力を大きくすることで、エンジンの発電電力を制御しないときと比
べて、エネルギー残量の減少を抑制することができる。逆に、蓄電装置3が充電すると蓄
電装置3のエネルギー残量は増加する。蓄電装置3のエネルギー残量の増加が大きい場合
、エンジン2の発電電力を小さくするまたは停止することで、蓄電装置3のエネルギー増
加を抑制することができる。
The railway device 1 or the power storage device 3 calculates the remaining energy remaining in the power storage device 3,
The generated power of the engine 2 is controlled according to the remaining energy. When the power storage device 3 is discharged, the remaining energy of the power storage device decreases. When the decrease in the remaining amount of energy of the power storage device 3 is large, the decrease in the remaining amount of energy can be suppressed by increasing the generated power of the engine 2 compared to when the generated power of the engine is not controlled. Conversely, when the power storage device 3 is charged, the remaining energy of the power storage device 3 increases. When the increase in the remaining amount of energy of the power storage device 3 is large, the increase in energy of the power storage device 3 can be suppressed by reducing or stopping the generated power of the engine 2.

これにより、蓄電装置を過充電や過放電といった負担から軽減でき、蓄電装置が推奨する
蓄電装置のエネルギー残量範囲にエネルギー状態を維持できるようになり、小さな容量の
蓄電装置でもエンジンと走行電力の差分を補完したハイブリッド運転ができるようになる
As a result, the power storage device can be reduced from the burden of overcharge and overdischarge, and the energy state can be maintained within the energy remaining range of the power storage device recommended by the power storage device. Hybrid operation that complements the difference will be possible.

(第9の実施の形態)
本発明に基づく第9の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図10に示す。
(Ninth embodiment)
FIG. 10 shows a relationship diagram between the generated power of the engine and the charging / discharging power of the power storage device in the hybrid railway vehicle according to the ninth embodiment of the present invention.

蓄電装置3のエネルギー残量が蓄電装置3の過放電領域まで放電した場合、蓄電装置3を
電気的もしくは機械的にエンジン2およびインバータと切り離し、それ以上放電しないよ
う蓄電装置を保護する。図11は放電制限回路の例であり、図中8は放電制限回路である
。この放電制限回路は電気スイッチとダイオードを並列接続して成り、電気スイッチは通
常はオンしているが、蓄電装置のエネルギー残量が過放電領域まで放電したとき電気スイ
ッチをオフする。電気スイッチがオフの状態でもダイオードを解して蓄電装置を充電する
ことができ、蓄電装置のエネルギー残量が過充電領域からそれよりもエネルギー残量の高
い状態に復帰したときは、電気スイッチをオンする。
When the remaining energy of the power storage device 3 is discharged to the overdischarge region of the power storage device 3, the power storage device 3 is electrically or mechanically disconnected from the engine 2 and the inverter to protect the power storage device from further discharge. FIG. 11 shows an example of a discharge limiting circuit, and 8 in the figure is a discharge limiting circuit. This discharge limiting circuit is formed by connecting an electric switch and a diode in parallel. The electric switch is normally turned on, but the electric switch is turned off when the remaining energy of the power storage device is discharged to the overdischarge region. Even when the electrical switch is off, the power storage device can be charged via the diode, and when the remaining energy level of the power storage device returns from the overcharge area to a state where the remaining energy level is higher than that, Turn on.

蓄電装置3が過放電領域で放電を停止したときでも、エンジン2はインバータ4に発電電
力を供給できるので、鉄道車両1は蓄電装置が停止していてもエンジン2の発電電力のみ
で鉄道車両を走行することができる。
Even when the power storage device 3 stops discharging in the overdischarge region, the engine 2 can supply the generated power to the inverter 4, so that the railcar 1 can be used only by the power generated by the engine 2 even when the power storage device is stopped. You can travel.

これにより、蓄電装置を過剰放電状態から回避することができ、小さな容量の蓄電装置で
も蓄電装置を保護してエンジンと走行電力の差分を補完したハイブリッド運転ができるよ
うになる。
As a result, the power storage device can be avoided from an excessive discharge state, and even a power storage device having a small capacity can be protected to protect the power storage device and perform hybrid operation that complements the difference between the engine and the running power.

(第10の実施の形態)
本発明に基づく第10の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図12に示す。
(Tenth embodiment)
FIG. 12 shows a relationship diagram between the generated power of the engine and the charging / discharging power of the power storage device in the hybrid railway vehicle of the tenth embodiment based on the present invention.

蓄電装置3のエネルギー残量が蓄電装置3の過放電領域まで放電した場合、蓄電装置3を
電気的もしくは機械的にエンジン2およびインバータと切り離し、それ以上放電しないよ
う蓄電装置を保護する。蓄電装置3が過放電領域に至ったとき、エンジン2の発電電力に
余力があれば、エンジンの発電電力を増大させて、鉄道車両1の走行電力供給と平行して
蓄電装置の充電も積極的に実施する。
When the remaining energy of the power storage device 3 is discharged to the overdischarge region of the power storage device 3, the power storage device 3 is electrically or mechanically disconnected from the engine 2 and the inverter to protect the power storage device from further discharge. When the power storage device 3 reaches the overdischarge region, if there is a surplus in the power generated by the engine 2, the power generated by the engine is increased, and the power storage device is also actively charged in parallel with the travel power supply of the railway vehicle 1 To implement.

これにより、蓄電装置を過剰放電状態から積極的に回避することができ、小さな容量の蓄
電装置でも蓄電装置を保護してエンジンと走行電力の差分を補完したハイブリッド運転が
できるようになる。
As a result, the power storage device can be actively avoided from the excessive discharge state, and even a power storage device with a small capacity can protect the power storage device and perform a hybrid operation that complements the difference between the engine and the running power.

(第11の実施の形態)
本発明に基づく第11の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図13に示す。
(Eleventh embodiment)
FIG. 13 shows a relationship diagram between the generated power of the engine and the charging / discharging power of the power storage device in the hybrid railway vehicle of the eleventh embodiment based on the present invention.

蓄電装置3のエネルギー残量が蓄電装置3の過放電領域まで放電した場合、蓄電装置3を
電気的もしくは機械的にエンジン2およびインバータと切り離し、それ以上放電しないよ
う蓄電装置を保護する。蓄電装置3が過放電領域に至ったとき、鉄道車両1は減速して走
行を停止する。蓄電装置3はエネルギー残量を回復するため、エンジン2から充電を行い
、早急に過放電状態から定常状態または満充電状態へとエネルギー残量の回復を図る。
When the remaining energy of the power storage device 3 is discharged to the overdischarge region of the power storage device 3, the power storage device 3 is electrically or mechanically disconnected from the engine 2 and the inverter to protect the power storage device from further discharge. When the power storage device 3 reaches the overdischarge region, the railway vehicle 1 decelerates and stops traveling. In order to recover the remaining amount of energy, the power storage device 3 is charged from the engine 2 and promptly recovers the remaining energy from the overdischarged state to the steady state or the fully charged state.

これにより、蓄電装置を過剰放電状態から積極的に回避することができ、小さな容量の蓄
電装置でも蓄電装置を保護してエンジンと走行電力の差分を補完したハイブリッド運転が
できるようになる。
As a result, the power storage device can be actively avoided from the excessive discharge state, and even a power storage device with a small capacity can protect the power storage device and perform a hybrid operation that complements the difference between the engine and the running power.

(第12の実施の形態)
本発明に基づく第12の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図14に示す。
(Twelfth embodiment)
FIG. 14 shows a relationship diagram between the generated power of the engine and the charging / discharging power of the power storage device in the hybrid railway vehicle of the twelfth embodiment based on the present invention.

蓄電装置3のエネルギー残量がそれ以上充電できない満タンの状態を満充電レベル(例え
ばSOCが100%)と定義し、その満充電レベルより低いエネルギー残量状態にある充
電開始レベル(例えばSOCが50%)を設けて、蓄電装置3のエネルギー残量が満充電
レベルと充電開始レベルの間にあるときは、エンジン2を停止して蓄電装置3からインバ
ータ4へ電力を供給する。蓄電装置3のエネルギー残量が充電開始レベルを下回ったとき
は、エンジン2を起動して蓄電装置を充電するとともに必要に応じてはインバータ4にも
電力を供給する。
A state in which the remaining amount of energy of the power storage device 3 cannot be charged any more is defined as a fully charged level (for example, SOC is 100%), and a charge start level (for example, SOC is lower than the fully charged level). 50%), and when the remaining energy of the power storage device 3 is between the full charge level and the charge start level, the engine 2 is stopped and power is supplied from the power storage device 3 to the inverter 4. When the remaining amount of energy of the power storage device 3 falls below the charge start level, the engine 2 is activated to charge the power storage device and supply power to the inverter 4 as necessary.

これにより、蓄電装置が放電もしくは充電できるときには、積極的に蓄電装置を充放電し
てエンジンの使用頻度を低減することで、エンジンの燃料供給を減らして排出するCO2
の量を削減し地球環境に易しいハイブリッド鉄道車両を提供することができる。
Thus, when the power storage device can be discharged or charged, the CO2 is discharged by reducing the fuel supply of the engine by actively charging and discharging the power storage device to reduce the frequency of use of the engine.
It is possible to provide a hybrid railway vehicle that is easy to the global environment by reducing the amount of the vehicle.

(第13の実施の形態)
本発明に基づく第13の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図15に示す。
(Thirteenth embodiment)
FIG. 15 shows a relationship diagram between the generated power of the engine and the charging / discharging power of the power storage device in the hybrid railway vehicle of the thirteenth embodiment based on the present invention.

満充電レベル(例えばSOCが100%)と充電開始レベル(例えばSOCが50%)の
間に充電完了レベル(例えばSOCが80%)を設けて、蓄電装置3のエネルギー残量が
充電開始レベルを下回ったことでエンジン2が起動して蓄電装置3の充電を開始した場合
、蓄電装置のエネルギー残量が充電完了レベルに回復するまでエンジン2で蓄電装置を充
電する。二次電池で構成する蓄電装置の場合、二次電池の満充電付近や完全放電付近は電
圧の変動が大きく二次電池のインピーダンスも大きくなることから、エネルギー残量がS
OCで60〜70%程度を中心使用することが多く、本提案方式を適用することで、蓄電
装置のエネルギー残量は多くの場合で、充電完了レベルと充電開始レベルの間に維持する
ことが可能となる。
A charge completion level (e.g., SOC is 80%) is provided between a full charge level (e.g., SOC is 100%) and a charge start level (e.g., SOC is 50%). When the engine 2 starts and charging of the power storage device 3 starts, the power storage device is charged by the engine 2 until the remaining energy of the power storage device recovers to the charge completion level. In the case of a power storage device configured with a secondary battery, the voltage level is large and the impedance of the secondary battery is large near the fully charged or fully discharged secondary battery.
In most cases, about 60 to 70% is used in OC, and by applying the proposed method, the remaining energy of the power storage device is often maintained between the charge completion level and the charge start level. It becomes possible.

これにより、蓄電装置が放電もしくは充電できるときには、積極的に蓄電装置を充放電し
てエンジンの使用頻度を低減し、蓄電装置のエネルギー残量が減少した場合は、蓄電装置
のエネルギー残量を回復することができ、エンジンの燃料供給を減らして排出するCO2
の量を削減し地球環境に易しいハイブリッド鉄道車両を提供することができる。
As a result, when the power storage device can be discharged or charged, the power storage device is actively charged and discharged to reduce the frequency of use of the engine, and when the remaining energy of the power storage device decreases, the remaining energy of the power storage device is recovered. CO2 that can be exhausted by reducing engine fuel supply
It is possible to provide a hybrid railway vehicle that is easy to the global environment by reducing the amount of the vehicle.

(第14の実施の形態)
本発明に基づく第14の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図は図15と同じである。
(Fourteenth embodiment)
The relationship diagram between the power generated by the engine and the charge / discharge power of the power storage device in the hybrid railway vehicle of the fourteenth embodiment based on the present invention is the same as FIG.

鉄道車両1は走行時に運動エネルギーを持っており、鉄道車両が減速時に電気ブレーキを
使用すると、蓄電装置3に電力が戻りエネルギー残量は回復する。もし鉄道車両1が走行
中に蓄電装置3のエネルギー残量が満充電レベルもしくは満充電レベルに近い状態にある
と、蓄電装置3はブレーキで発生する回生エネルギーを吸収しきれず、運動エネルギーを
機械ブレーキにて熱消費することで鉄道車両を減速させる。そこで、満充電レベル(例え
ばSOCが100%)に対して鉄道車両1の速度から、その運動エネルギーを十分吸収で
きるエネルギーレベルに充電完了レベル(例えばSOCが75%)を設定することで、鉄
道車両の回生エネルギーを確実に蓄電装置で吸収してエネルギーを有効に利用することが
できる。
The railway vehicle 1 has kinetic energy when traveling, and when the railway vehicle decelerates, electric power is returned to the power storage device 3 and the remaining energy is recovered. If the remaining amount of energy of the power storage device 3 is at or near the full charge level while the railway vehicle 1 is traveling, the power storage device 3 cannot absorb the regenerative energy generated by the brake, and the kinetic energy is mechanically braked. The train is decelerated by consuming heat. Therefore, by setting the charge completion level (for example, SOC is 75%) to the energy level that can sufficiently absorb the kinetic energy from the speed of the railway vehicle 1 with respect to the full charge level (for example, SOC is 100%), the railway vehicle. The regenerative energy can be reliably absorbed by the power storage device and the energy can be used effectively.

これにより、鉄道車両の回生エネルギーを捨てることなく回収し、エンジンの燃料供給を
減らして排出するCO2の量を削減し地球環境に易しいハイブリッド鉄道車両を提供する
ことができる。
As a result, the regenerative energy of the railway vehicle can be recovered without being discarded, and the amount of CO2 emitted can be reduced by reducing the fuel supply of the engine, thereby providing a hybrid railway vehicle that is easy for the global environment.

このように構成されたハイブリッド鉄道車両は、車両の走行電力とは独立してエンジンの
出力を調整することができるので、エンジンの高効率運転やCO2の排出量を減らして地
球環境にやさしいハイブリッド鉄道車両を構成することができる。
The hybrid railway vehicle configured in this way can adjust the engine output independently of the running power of the vehicle. Therefore, the hybrid railway is friendly to the global environment by reducing the amount of CO2 emissions and high-efficiency operation of the engine. A vehicle can be configured.

1・・・・鉄道車両
2・・・・エンジン
3・・・・蓄電装置
4・・・・インバータ
5・・・・モータ
6・・・・車輪
7・・・・レール
8・・・・放電制限回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Railway vehicle 2 ... Engine 3 ... Power storage device 4 ... Inverter 5 ... Motor 6 ... Wheel 7 ... Rail 8 ... Discharge Limit circuit

Claims (9)

電力を発電するエンジンと
電力を充放電する蓄電装置と、
前記エンジ
ンと前記蓄電装置と接続するインバータと、
前記エンジンは、車両の走行前に計算した車両の走行電力から発電し、前記インバータに
その発電電力を供給し、
前記蓄電装置は、前記エンジンの発電電力が前記車両の走行電力を下回った場合に、前記
蓄電装置の電力で走行電力を補完するハイブリッド鉄道車両。
An engine for generating electric power and a power storage device for charging and discharging electric power;
An inverter connected to the engine and the power storage device;
The engine generates power from the vehicle travel power calculated before the vehicle travels, and supplies the generated power to the inverter,
The power storage device is a hybrid railway vehicle that supplements the travel power with the power of the power storage device when the power generated by the engine falls below the travel power of the vehicle.
前記エンジンは定格容量近傍の最大効率点付近で動作する請求項1記載のハイブリッド鉄
道車両。
The hybrid railway vehicle according to claim 1, wherein the engine operates near a maximum efficiency point near a rated capacity.
前記エンジンは、前記蓄電装置のエネルギー残量から電力を発電する請求項1または2記
載のハイブリッド鉄道車両。
The hybrid railway vehicle according to claim 1, wherein the engine generates electric power from the remaining energy of the power storage device.
前記蓄電装置が過放電領域まで放電したときは、前記エンジンの発電電力により走行電力
を補うことを特徴とする請求項1または3のいずれか1項に記載のハイブリッド鉄道車両
4. The hybrid railway vehicle according to claim 1, wherein when the power storage device is discharged to an overdischarge region, travel power is supplemented by power generated by the engine. 5.
前記エンジンの発電電力が車両の走行電力を上回った余剰発電電力で蓄電装置を充電する
請求項4記載のハイブリッド鉄道車両。
The hybrid railway vehicle according to claim 4, wherein the power storage device is charged with surplus generated power in which the generated power of the engine exceeds the traveling power of the vehicle.
前記充電装置への充電は、車両の走行を停止してから行われる請求項5記載のハイブリ
ッド鉄道車両。
The hybrid railway vehicle according to claim 5, wherein the charging device is charged after the vehicle stops traveling.
前記蓄電装置は、満充電レベルと満充電レベルより低いエネルギー残量状態にある充電開
始レベルを有し、蓄電装置のエネルギー残量が満充電レベルと充電開始レベルの間にある
ときにはエンジンを停止する請求項1から3のいずれか1項に記載のハイブリッド鉄道車
両。
The power storage device has a full charge level and a charge start level that is lower than the full charge level, and stops the engine when the power storage device energy level is between the full charge level and the charge start level. The hybrid railway vehicle according to any one of claims 1 to 3.
前記蓄電装置は、満充電レベルと満充電レベルより低いエネルギー残量状態にある充電開
始レベルを有し、前記蓄電装置のエネルギー残量が前記充電開始レベルを下回ると、前記
蓄電装置のエネルギー残量が充電完了レベルに到達するまで、エンジンから発電電力によ
り蓄電装置を充電する請求項1、2、3、7のいずれか1項に記載のハイブリッド鉄道車
両。
The power storage device has a full charge level and a charge start level that is lower than a full charge level, and when the remaining energy level of the power storage device falls below the charge start level, the remaining energy level of the power storage device The hybrid railway vehicle according to any one of claims 1, 2, 3, and 7, wherein the power storage device is charged by the generated power from the engine until reaches a charge completion level.
前記充電完了レベルは、満充電レベルより低く設定されている請求項8に記載のハイブリ
ッド鉄道車両。
The hybrid railway vehicle according to claim 8, wherein the charge completion level is set lower than a full charge level.
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