JP2015171232A - 駆動制御システムおよび駆動制御システムを備えた移動体 - Google Patents

駆動制御システムおよび駆動制御システムを備えた移動体 Download PDF

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Abstract

【課題】蓄電装置の充電余力に応じてある時間範囲の発熱量を適正にして省エネ効果を得る。
【解決手段】駆動制御システムは移動体に電力を蓄積する電力蓄積手段１０３と、発電装置１０２または架線の少なくともいずれかと、電力蓄積手段１０３とから電力を供給されて移動体を駆動させる駆動装置１０４と、電力蓄積手段１０３で電力を蓄積する際の充電電流値を制御する電力蓄積指令手段１０７とを備え、電力蓄積指令手段１０７は、移動体が制動する際の速度に基づいて、電力蓄積手段１０３の充電電流制限値を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動制御システムおよび駆動制御システムを備えた移動体に関する。
昨今、世界的な環境問題から、移動体の省エネが求められている。例えば、移動体の中でも鉄道システムは省エネであると言われている。鉄道システムにおいて電力を低減する方法として、車両の制動時に発生するエネルギーを他の車両の力行に最大限活用する手法や、蓄電装置を活用する方法などが知られている。また、自動車分野においては、蓄電装置を有したハイブリッドシステムにより、鉄道と同様に制動エネルギーを電力として回生することでエネルギーの有効利用を図ることが知られている。
蓄電装置を利用して省エネ性能を確保するためには、車両の制動時に発生する回生エネルギーをいかに充電するかが重要となる。回生エネルギーの充電においては、車両の制動開始速度が高いほど充電できる回生電力量が多くなるという特徴がある。そこで、特許文献１では、回生エネルギーを効果的に充電する方法として、制動開始速度が高いほど充電できる回生電力量を増加させる技術が開示されている。
特開２０１３−５９１４４号公報
しかし、上記特許文献１では、蓄電装置の発熱量は考慮されておらず、制動開始速度が高い場合には回生電力量を増加させると、ある時間範囲の発熱量も増加してしまう。一般的に、蓄電装置の発熱、特にある時間範囲の発熱量が劣化の要因の１つと考えられるため、単純に回生電力量を増加させると蓄電装置の劣化を促進させてしまうという問題があった。また、蓄電装置の充電余力が十分ではない場合には、充電量が少なくてもある時間範囲の発熱量が大きくなってしまい、結果的に蓄電装置の寿命に悪影響を及ぼしてしまう。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、蓄電装置の充電余力に応じてある時間範囲の発熱量を適正にして省エネ効果を得ることが可能な駆動制御システムおよび駆動制御システムを備えた移動体を提案しようとするものである。
かかる課題を解決するために本発明においては、移動体に電力を蓄積する電力蓄積手段と、発電装置または架線の少なくともいずれかと、前記電力蓄積手段とから電力を供給されて前記移動体を駆動させる駆動装置と、前記電力蓄積手段で電力を蓄積する際の充電電流値を制御する電力蓄積指令手段と、を備え、前記電力蓄積指令手段は、前記移動体が制動する際の速度に基づいて、前記電力蓄積手段の充電電流制限値を決定することを特徴とする、駆動制御システムが提供される。
かかる構成によれば、電力蓄積手段の充電電流を移動体の制動速度に基づいて制御することにより、ある時間範囲の発熱量を一定下に保った範囲で、最大限の省エネ効果を得ることができる。
本発明によれば、蓄電装置の充電余力に応じてある時間範囲の発熱量を適正にして、効率よく省エネ効果を得ることができる。
本発明の第１の実施形態に係る駆動システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態にかかる電力蓄積指令処理の流れを示すフローチャートである。 同実施形態にかかる速度と充電電流の関係の一例を示す説明図である。 同実施形態にかかる速度とある時間範囲の発熱量の関係の一例を示す説明図である。 同実施形態にかかる速度と充電電力量の関係の一例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る駆動システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態にかかる電力蓄積指令処理の流れを示すフローチャートである。 同実施形態にかかる速度と充電電流の関係の一例を示す説明図である。 同実施形態にかかる速度とある時間範囲の発熱量の関係の一例を示す説明図である。 同実施形態にかかる速度と充電電力量の関係の一例を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る駆動システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態にかかる電力蓄積指令処理の流れを示すフローチャートである。 同実施形態にかかる速度と充電電流の関係の一例を示す説明図である。 同実施形態にかかる速度とある時間範囲の発熱量の関係の一例を示す説明図である。 同実施形態にかかる速度と充電電力量の関係の一例を示す説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る駆動システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係る駆動システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態にかかる電力蓄積指令処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第６の実施形態に係る駆動システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態にかかる電力蓄積指令処理の流れを示すフローチャートである。
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。なお、以下では、本発明にかかる移動体の一例として、鉄道車両を例示して説明する。
（１）第１の実施の形態
（１−１）本実施形態の概要
まず、本実施形態の概要について説明する。上記したように、蓄電装置を利用して省エネ性能を確保するためには、車両の制動時に発生する回生エネルギーをいかに充電するかが重要となる。従来、制動開始速度が高いほど充電できる回生電力量を増加させて回生エネルギーを効果的に充電する方法が開示されているが、この方法では、蓄電装置の発熱量が考慮されていない。
一般的に、蓄電装置の発熱、特に、ある時間範囲の発熱量が劣化の要因の１つとして考えられるため、単純に回生電力量を増加させることは蓄電装置の劣化を促進することになりかねない。また、蓄電装置の充電余力が十分にない場合には、充電量が少ないとしても、ある時間範囲の発熱量が大きくなり、結果として蓄電装置の寿命に悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。
そこで、本実施の形態では、蓄電装置の充電余力に応じてある時間範囲の発熱量を適正にして省エネ効果を得ることを可能としている。具体的に、蓄電装置の充電余力が十分にある場合には、制動開始速度に係わらず、ある時間範囲で考えた場合の発熱量を一定量以下に保ったうえで、最大限の省エネ効果を得る。また、蓄電装置の充電余力が十分にない場合には、蓄電装置の充電余力分の充電量を確保した上で、ある時間範囲で考えた場合の発熱量を最小限にする。
（１−２）鉄道車両の制御装置の構成
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる鉄道車両の制御装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態にかかる鉄道車両の制御装置の構成を示すブロック図である。
まず、制御装置の動力系の構成について説明する。図１に示すように、車両１０１は、発電装置１０２及び電力を蓄積することが可能な電力蓄積手段１０３から電力の供給を受け、駆動装置１０４を介して走行する。また、駆動装置１０４の走行データを基に速度を計測する速度計測手段１０５を有している。
次に、制御装置の制御系の構成について説明する。図１に示すように、運転士が制御するマスコン１０６からの駆動指令１５０を受け取った駆動装置１０４は、発電装置１０２または電力蓄積手段１０３からの電力供給を受けて走行し、それに伴って車両１０１の速度／位置が変化する。
電力蓄積指令手段１０７は、電力蓄積手段１０３で電力を蓄積する際の充電電流値を制御する。具体的に、電力蓄積指令手段１０７は、マスコン１０６からの駆動指令１５０があった場合に、速度１５１に基づいて充電電流制限値を決定する。そして、電力蓄積指令手段１０７は、決定した充電電流制限値を充電電流上限値指令１５２として電力蓄積手段１０３に通知する。電力蓄積手段１０３は、電力蓄積指令手段１０７から通知された充電電流制限値をもとに電力を蓄積する。速度１５１は、変化する速度を計測する速度計測手段１０５により計測される。
（１−３）電力蓄積指令処理
次に、図２を参照して、電力蓄積指令手段１０７における電力蓄積指令処理について説明する。
図２に示すように、電力蓄積指令手段１０７は、マスコン１０６からの駆動指令が制動指令かを判定する（Ｓ２０１）。
ステップＳ２０１において駆動指令が制動指令である場合には、電力蓄積指令手段１０７は、駆動装置１０４の速度に基づいて充電電流の上限値を決定する（Ｓ２０２）。
具体的に、ある時間範囲の発熱量の限界値をQ、蓄電装置の内部抵抗をR、制動開始速度をV、減速度をα、蓄電装置自体の最大充電電流Cとすると、充電電流上限値Xは以下の数式（１）で求められる。
X = min(C, sqrt(Q/R*α/V))・・・（１）
一方、ステップＳ２０１において駆動指令が制動指令ではない場合には、電力蓄積指令手段１０７は、充電電流上限値の変更はせずに（Ｓ２０３）処理を終了する。
なお、減速度αは固定値を用いても、過去の履歴から値を決定してもよい。また、減速度αを、シミュレーションなどを用いて将来の予測値として決定してもよい。また、蓄電装置の内部抵抗Rについては、固定値を用いても、蓄電装置そのものに搭載されているコントローラ（図示せず）などで得られる値から決定してもよい。また、内部抵抗Rを、シミュレーションなどを用いて将来の予測値として決定してもよい。
ここで、図３に、横軸を制動開始速度、縦軸を充電電流上限値としたグラフに、上記数式（１）で算出した充電電流上限値Xを示す。図３に示すように、上記数式（１）により、発熱量に基づいて算出した充電電流上限値は、制動開始速度が高いほど小さくなることが分かる。
なお、上記した電力蓄積指令手段１０７の電力蓄積指令処理は、駆動装置１０４が制動に入った直後のみだけ実施し、制動が継続している状態の場合には実施しないようにしても、毎周期実施するようにしても、何れの場合でも同様の効果を得ることができる。
次に、本実施形態における、制動開始速度に対するある時間範囲の発熱量を図４に示す。図４に示すように、制動開始速度が高くなるにつれて、ある時間範囲の発熱量が上昇していることがわかる。また、制動開始速度がある速度V1に到達すると、ある時間範囲の発熱量の限界値Qになり、それ以降は増加しないことが分かる。
次に、本実施形態における、制動開始速度に対する充電電力量を図５に示す。図５に示すように、制動開始速度が高くなるにつれて、充電電力量が上昇していることがわかる。また、制動開始速度がある速度V1を到達すると、充電電力量の上昇スピードが変化することがわかる。但し、制動開始速度が速度V1を経過した後も、充電電力量は増加する。これは、充電電流が少ないほど瞬時的なロスは少なくなるためである。
以上のように、本実施の形態によれば、ある時間範囲の発熱量を一定下に保った範囲で、最大限の省エネ効果を得ることが可能となることがわかる。なお、本実施の形態は、蓄電装置の充電余力が十分にある場合にも同様の制御となる。このため、充電余力が十分にある場合に、上記数式（１）により求めた充電電流上限値Xを利用することにより、同様の効果を得ることが可能となる。
（２）第２の実施の形態
（２−１）本実施形態の概要
上記した第１の実施の形態では、移動体の制動速度をもとに充電電流制限値を決定しているが、本実施の形態では、さらに、蓄電装置の充電可能電力量を考慮して充電電流制限値を決定している。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と異なる構成について詳細に説明し、第１の実施の形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
（２−２）鉄道車両の制御装置の構成
まず、制御装置の動力系の構成について説明する。図６に示すように、車両６０１は、発電装置１０２及び電力を蓄積することが可能な電力蓄積手段１０３から電力の供給を受け、駆動装置１０４を介して走行する。また、駆動装置１０４の走行データを基に速度を計測する速度計測手段１０５を有している。
次に、制御装置の制御系の構成について説明する。図１に示すように、運転士が制御するマスコン１０６からの駆動指令１５０を受け取った駆動装置１０４は、発電装置１０２または電力蓄積手段１０３からの電力供給を受けて走行し、それに伴って車両６０１の速度／位置が変化する。
電力蓄積指令手段６０２は、電力蓄積手段１０３で電力を蓄積する際の充電電流値を制御する。具体的に、電力蓄積指令手段６０２は、マスコン１０６からの駆動指令１５０があった場合に、速度１５１及び充電量６５１に基づいて充電電流制限値を決定する。
そして、電力蓄積指令手段６０２は、決定した充電電流制限値を充電電流上限値指令１５２として電力蓄積手段１０３に通知する。電力蓄積手段１０３は、電力蓄積指令手段６０２から通知された充電電流制限値をもとに電力を蓄積する。
速度１５１は、変化する速度を計測する速度計測手段１０５により計測される。また、電力蓄積手段１０３の充電量６５１とは、蓄電装置の電池の残存量を意味する。
（２−３）電力蓄積指令処理
次に、図７を参照して、電力蓄積指令手段６０２における電力蓄積指令処理について説明する。
図７に示すように、電力蓄積指令手段６０２は、マスコン１０６からの駆動指令が制動指令かを判定する（Ｓ７０１）。
ステップＳ７０１において駆動指令が制動指令である場合には、電力蓄積指令手段６０２は、駆動装置１０４の速度及び充電可能電力量に基づいて充電電流の上限値を決定する（Ｓ７０２）。
具体的に、ある時間範囲の発熱量の限界値をQ、蓄電装置の内部抵抗をR、制動開始速度をV、減速度をα、蓄電装置自体の最大充電電流C、充電可能電力量Y、架線電圧Volとすると、充電電流上限値Xは以下の数式（２）で求められる。
X = min(C, sqrt(Q/R*α/V), Y/Vol*α/V)・・・（２）
一方、ステップＳ７０１において駆動指令が制動指令ではない場合には、電力蓄積指令手段６０２は、充電電流上限値の変更はせずに（Ｓ７０３）処理を終了する。
なお、減速度α及び架線電圧Volは、固定値を用いても、過去の履歴から値を決定してもよい。また、減速度αを、シミュレーションなどを用いて将来の予測値として決定してもよい。また、蓄電装置の内部抵抗Rについては、固定値を用いても、蓄電装置そのものに搭載されているコントローラ（図示せず）などで得られる値から決定してもよい。また、内部抵抗Rを、シミュレーションなどを用いて将来の予測値として決定してもよい。
ここで、図８に、横軸を制動開始速度、縦軸を充電電流上限値としたグラフに、上記数式（１）及び（２）で算出した充電電流上限値Xを示す。図８に示すように、発熱量に基づいて算出した充電電流上限値は、制動開始速度が高いほど小さくなることが分かる。また、充電可能電力量に基づく充電電流曲線とある時間範囲の発熱量に基づく充電電流曲線とは、ある速度V2で交差することがわかる。
なお、上記した電力蓄積指令手段６０２の電力蓄積指令処理は、駆動装置１０４が制動に入った直後のみだけ実施し、制動が継続している状態の場合には実施しないようにしても、毎周期実施するようにしても、何れの場合でも同様の効果を得ることができる。
次に、本実施形態における、制動開始速度に対するある時間範囲の発熱量を図９に示す。図９に示すように、制動開始速度が高くなるにつれて、ある時間範囲の発熱量が上昇し、図９に示す速度V2で、ある時間範囲の発熱量の限界値Qとなり、それ以降は徐々に減少する。これは、制動開始速度が速度V2を超えると、充電電流上限値が制限されて、発熱量が低下するためである。
次に、本実施形態における制動開始速度に対する充電電力量を図１０に示す。図１０に示すように、制動開始速度が高くなるにつれて充電電力量が上昇し、図８に示す速度V2で充電可能電力量Yとなる。そして、制動開始速度が速度V2を超えると、速度に関わらず、充電電力量は充電可能電力量Yで一定となる。
次に、本実施形態における制動開始速度に対する充電電力量を図１０に示す。図１０に示すように、制動開始速度が高くなるにつれて充電電力量が上昇し、図８に示した速度V2で充電可能電力量Yとなる。それ以降は、速度に関わらずYで一定となる。
以上のように、本実施の形態によれば、充電余力の充電量を確保した上で、ある時間範囲の発熱量を最小限にすることができる。
（３）第３の実施の形態
（３−１）本実施形態の概要
本実施の形態では、上記した第１の実施の形態及び第２の実施の形態の充電電流制限値の決定方式に加えて、さらに、現在位置と停車目標位置との間の平均勾配を参照して、充電電流制限値を決定している。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と異なる構成について詳細に説明し、第１の実施の形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
（３−２）鉄道車両の制御装置の構成
まず、制御装置の動力系の構成について説明する。図１１に示すように、車両１１０１は、発電装置１０２及び電力を蓄積することが可能な電力蓄積手段１０３から電力の供給を受け、駆動装置１０４を介して走行する。また、駆動装置１０４の走行データを基に速度を計測する速度計測手段１０５を有している。さらに、速度計測手段１０５の情報をもとに車両の位置を計測する位置計測手段１１０２と、車両１１０１が走行する路線のデータベース１１０３とを備える。
次に、制御装置の制御系の構成について説明する。図１１に示すように、運転士が制御するマスコン１０６からの駆動指令１５０を受け取った駆動装置１０４は、発電装置１０２または電力蓄積手段１０３からの電力供給を受けて走行し、それに伴って駆動装置１０４の速度／位置が変化する。
電力蓄積指令手段１１０４は、電力蓄積手段１０３で電力を蓄積する際の充電電流値を制御する。具体的に、電力蓄積指令手段１１０４は、マスコン１０６からの駆動指令１５０があった場合に、速度１５１、電力蓄積手段１０３の充電量６５１及び平均勾配１１５２に基づいて充電電流制限値を決定する。
そして、電力蓄積指令手段１１０４は、決定した充電電流制限値を充電電流上限値指令１５２として電力蓄積手段１０３に通知する。電力蓄積手段１０３は、電力蓄積指令手段１１０４から通知された充電電流制限値をもとに電力を蓄積する。
速度１５１は、変化する速度を計測する速度計測手段１０５により計測される。また、平均勾配１１５２とは、現在位置と停車目標位置との間の平均勾配を意味し、平均勾配１１５２は、位置計測手段１１０２で計測した位置１１５１を入力として、路線のデータベース１１０３を参照してもとめられる。
（３−３）電力蓄積指令処理
次に、図１２を参照して、電力蓄積指令手段１１０４における電力蓄積指令処理について説明する。
図１２に示すように、電力蓄積指令手段１１０４は、マスコン１０６からの駆動指令が制動指令かを判定する（Ｓ１２０１）。
ステップＳ１２０１において駆動指令が制動指令である場合には、電力蓄積指令手段１１０４は、現在位置と停車目標位置とから平均勾配を求める（Ｓ１２０２）。具体的に、電力蓄積指令手段１１０４は、データベース１１０３の位置情報を参照して、位置計測手段１１０２で計測した現在位置に対応する停車目標位置を定める。そして、電力蓄積指令手段１１０４は、データベース１１０３の路線の勾配情報を参照して、現在位置と停車目標位置との路線間の平均勾配を算出する。
そして、電力蓄積指令手段１１０４は、駆動装置１０４の速度、充電可能電力量及び、ステップＳ１２０２で求めた平均勾配に基づいて、充電電流の上限値を決定する（Ｓ１２０３）。
具体的に、ある時間範囲の発熱量の限界値をQ、蓄電装置の内部抵抗をR、制動開始速度をV、減速度をα、蓄電装置自体の最大充電電流C、充電可能電力量Y、架線電圧Vol、平均勾配G[‰]とすると、充電電流上限値Xは以下の数式（３）で求められる。なお、平均勾配G[‰]は、一般的に係数をかけることでG1[km/h/s]と表すことができる。
X = min(C, sqrt(Q/R*(α-G1)/V), Y/Vol*(α-G1)/V)・・・（３）
一方、ステップＳ１２０１において、駆動指令が制動指令ではない場合には、充電電流上限値の変更はせずに（Ｓ１２０４）処理を終了する。
なお、減速度α及び架線電圧Volは、固定値を用いても、過去の履歴から値を決定してもよい。また、減速度αを、シミュレーションなどを用いて将来の予測値として決定してもよい。また、蓄電装置の内部抵抗Rについては、固定値を用いても、蓄電装置そのものに搭載されているコントローラ（図示せず）などで得られる値から決定してもよい。また、内部抵抗Rを、シミュレーションなどを用いて将来の予測値として決定してもよい。
ここで、図１３に、横軸を制動開始速度、縦軸を充電電流上限値としたグラフに、上記数式（３）で、平均勾配Gを０とした場合と、平均勾配Gをマイナスの値（降り勾配）とした場合の充電電流上限値を示す。
図１３に示すように、平均勾配Gがマイナスになればなるほど曲線が左下にずれることがわかる。このため、充電可能電力量に基づく充電電流曲線と、ある時間範囲の発熱量に基づく充電電流曲線の交差点の速度とは、平均勾配Gがマイナスの場合は平均勾配Gが０の場合に比べて小さくなる。また、平均勾配Gがマイナスの場合には、充電可能電力量に基づく充電電流曲線とある時間範囲の発熱量に基づく充電電流曲線とは、速度V3で交差することがわかる。
また、図１３には図示していないが、平均勾配Gがプラスの場合には、曲線が右上にずれることとなる。この場合、充電可能電力量に基づく充電電流曲線とある時間範囲の発熱量に基づく充電電流曲線の交差する点の速度は、平均勾配が０の場合に比べて大きくなる。
また、本実施の形態では、電力蓄積手段１０３の充電量６５１（充電可能電力量Y）を用いて充電電流上限値Xを算出しているが、充電量６５１を用いずに充電電流上限値Xを算出してもよい。この場合、以下の数式（４）により充電電流上限値Xが求められる。
X = min(C, sqrt(Q/R*(α-G1)/V))・・・（４）
次に、本実施形態における、制動開始速度に対するある時間範囲の発熱量を図１４に示す。図１４に示すように、制動開始速度が高くなるにつれて、ある時間範囲の発熱量が上昇し、図１３に示す速度V3で、ある時間範囲の発熱量の限界値Qとなり、それ以降は徐々に減少する。これは、制限開始速度が速度V3を超えると、充電電流上限値が速度V3以降制限されて、発熱量が低下するためである。
次に、本実施形態における制動開始速度に対する充電電力量を図１５に示す。図１５に示すように、制動開始速度が高くなるにつれて充電電力量が上昇し、図１３に示す速度V3で充電可能電力量Yとなる。そして、制限開始速度が速度V3を超えると、速度に関わらず、充電電力量は充電可能電力量Yで一定となる。
以上のように、本実施の形態によれば、充電余力の充電量を確保した上で、ある時間範囲の発熱量を最小限にすることが可能となる。
（４）第４の実施の形態
（４−１）本実施形態の概要
本実施の形態では、車両の駆動装置が、発電装置ではなく、架線から電力を供給される場合について説明する。なお、本実施の形態では、第３の実施の形態と異なる構成について詳細に説明し、第３の実施の形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
（４−２）鉄道車両の制御装置の構成
まず、制御装置の動力系の構成について説明する。図１６に示すように、車両１６０１は、架線１６０２及び電力を蓄積することが可能な電力蓄積手段１０３から電力の供給を受け、駆動装置１０４を介して走行する。また、駆動装置１０４の走行データを基に速度を計測する速度計測手段１０５を有している。さらに、速度計測手段１０５の情報をもとに車両の位置を計測する位置計測手段１１０２と、車両１１０１が走行する路線のデータベース１１０３とを備える。
次に、制御装置の制御系の構成について説明する。図１６に示すように、運転士が制御するマスコン１０６からの駆動指令１５０を受け取った駆動装置１０４は、架線１６０２または電力蓄積手段１０３からの電力供給を受けて走行し、それに伴って駆動装置１０４の速度／位置が変化する。
電力蓄積指令手段１１０４は、電力蓄積手段１０３で電力を蓄積する際の充電電流値を制御する。具体的に、電力蓄積指令手段１１０４は、マスコン１０６からの駆動指令１５０があった場合に、速度１５１、電力蓄積手段１０３の充電量６５１及び平均勾配１１５２に基づいて充電電流制限値を決定する。
そして、電力蓄積指令手段１１０４は、決定した充電電流制限値を充電電流上限値指令１５２として電力蓄積手段１０３に通知する。電力蓄積手段１０３は、電力蓄積指令手段１１０４から通知された充電電流制限値をもとに電力を蓄積する。
速度１５１は、変化する速度を計測する速度計測手段１０５により計測される。また、平均勾配１１５２とは、現在位置と停車目標位置との間の平均勾配を意味し、平均勾配１１５２は、位置計測手段１１０２で計測した位置１１５１を入力として、路線のデータベース１１０３を参照してもとめられる。
本実施の形態では、制動時に発生する回生電力を蓄電装置に優先的に返すように制御しているため、電力蓄積指令処理は、架線に接続されていない第３の実施の形態と同様の処理となる。したがって、第３の実施の形態で説明した図１２〜図１５と同様に、本実施の形態による効果を得ることが可能となるため、詳細な説明は省略する。
（５）第５の実施の形態
（５−１）本実施形態の概要
本実施の形態では、鉄道車両が所定位置を超えた場合に充電指令を行う場合について説明する。なお、本実施の形態では、第３の実施の形態と異なる構成について詳細に説明し、第３の実施の形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
（５−２）鉄道車両の制御装置の構成
まず、制御装置の動力系の構成について説明する。図１７に示すように、車両１７０１は、架線１６０２及び電力を蓄積することが可能な電力蓄積手段１０３から電力の供給を受け、駆動装置１０４を介して走行する。また、駆動装置１０４の走行データを基に速度を計測する速度計測手段１０５を有している。さらに、速度計測手段１０５の情報をもとに車両の位置を計測する位置計測手段１１０２と、車両１７０１が走行する路線のデータベース１７０２とを備える。
次に、制御装置の制御系の構成について説明する。図１６に示すように、運転士が制御するマスコン１０６からの駆動指令１５０を受け取った駆動装置１０４は、架線１６０２または電力蓄積手段１０３からの電力供給を受けて走行し、それに伴って駆動装置１０４の速度／位置が変化する。
電力蓄積指令手段１７０３は、電力蓄積手段１０３で電力を蓄積する際の充電電流値を制御する。具体的に、電力蓄積指令手段１７０３は、マスコン１０６からの駆動指令１５０があった場合に、速度１５１、電力蓄積手段１０３の充電量６５１、平均勾配１１５２及びデータベース１７０２を参照して得られる充電指令情報１７５１に基づいて充電電流制限値を決定する。
そして、電力蓄積指令手段１７０３は、決定した充電電流制限値を充電電流上限値指令１５２として電力蓄積手段１０３に通知する。電力蓄積手段１０３は、電力蓄積指令手段１７０３から通知された充電電流制限値をもとに電力を蓄積する。
速度１５１は、変化する速度を計測する速度計測手段１０５により計測される。また、平均勾配１１５２とは、上記したように、現在位置と停車目標位置との間の平均勾配を意味する。平均勾配１１５２は、位置計測手段１１０２で計測した位置１１５１を入力として、路線のデータベース１１０３を参照してもとめられる。また、データベース１７０２には、予め、鉄道列車が何れの位置を超えた場合に充電指令を行うかについての情報が設定されている。これにより、架線及び蓄電装置からの電力の供給を総合的に管理することが可能となる。
（５−３）電力蓄積指令処理
次に、図１８を参照して、電力蓄積指令手段１７０３における電力蓄積指令処理について説明する。
図１８に示すように、電力蓄積指令手段１７０３は、充電指令があったかを判定する（Ｓ１８０１）。
ステップＳ１８０１において、充電指令があったと判定された場合には、電力蓄積指令手段１７０３は、マスコン１０６からの駆動指令が制動指令かを判定する（Ｓ１２０１）。一方、ステップＳ１８０１において、充電指令がなかったと判定された場合には、電力蓄積指令手段１７０３は、ステップＳ１２０４の処理を実行する。
ステップＳ１２０１において駆動指令が制動指令である場合には、電力蓄積指令手段１７０３は、現在位置と停車目標位置とから平均勾配を求める（Ｓ１２０２）。具体的に、電力蓄積指令手段１７０３は、データベース１１０３の位置情報を参照して、位置計測手段１１０２で計測した現在位置に対応する停車目標位置を定める。そして、電力蓄積指令手段１７０３は、データベース１１０３の路線の勾配情報を参照して、現在位置と停車目標位置との路線間の平均勾配を算出する。
そして、電力蓄積指令手段１７０３は、駆動装置１０４の速度、充電可能電力量及び、ステップＳ１２０２で求めた平均勾配に基づいて、充電電流の上限値を決定する（Ｓ１２０３）。
具体的に、ある時間範囲の発熱量の限界値をQ、蓄電装置の内部抵抗をR、制動開始速度をV、減速度をα、蓄電装置自体の最大充電電流C、充電可能電力量Y、架線電圧Vol、平均勾配G[‰]とすると、充電電流上限値Xは以下の数式（３）で求められる。なお、平均勾配G[‰]は、一般的に係数をかけることでG1[km/h/s]と表すことができる。
X = min(C, sqrt(Q/R*(α-G1)/V), Y/Vol*(α-G1)/V)・・・（３）
一方、ステップＳ１２０１において、駆動指令が制動指令ではない場合には、充電電流上限値の変更はせずに（Ｓ１２０４）処理を終了する。
なお、減速度α及び架線電圧Volは、固定値を用いても、過去の履歴から値を決定してもよい。また、減速度αを、シミュレーションなどを用いて将来の予測値として決定してもよい。また、蓄電装置の内部抵抗Rについては、固定値を用いても、蓄電装置そのものに搭載されているコントローラ（図示せず）などで得られる値から決定してもよい。また、内部抵抗Rを、シミュレーションなどを用いて将来の予測値として決定してもよい。
なお、本実施の形態においても、第１の実施の形態で示した図３〜図５、第２の実施の形態で示した図８〜図１０及び第３の実施の形態で示した図１４〜図１５と同様の効果を得ることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、鉄道車両が所定位置を超えた場合に充電指令を行うことで、架線及び蓄電装置からの電力の供給を総合的に管理し、架線と蓄電装置の充電余力の充電量を確保した上で、ある時間範囲の発熱量を最小限にすることが可能となる。
（６）第６の実施の形態
（６−１）本実施形態の概要
上記した第５の実施の形態では、鉄道車両が所定位置を超えた場合に充電指令を行う場合について説明したが、本実施の形態では、架線電圧が所定電圧を超えた場合に充電を開始する場合について説明する。なお、本実施の形態では、第５の実施の形態と異なる構成について詳細に説明し、第５の実施の形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
（６−２）鉄道車両の制御装置の構成
まず、制御装置の動力系の構成について説明する。図１９に示すように、車両１９０１は、架線１６０２及び電力を蓄積することが可能な電力蓄積手段１０３から電力の供給を受け、駆動装置１０４を介して走行する。また、駆動装置１０４の走行データを基に速度を計測する速度計測手段１０５を有している。さらに、速度計測手段１０５の情報をもとに車両の位置を計測する位置計測手段１１０２と、車両１７０１が走行する路線のデータベース１７０２とを備える。さらに、架線電圧を計測する架線電圧計測手段１９０２を備える。
次に、制御装置の制御系の構成について説明する。図１９に示すように、運転士が制御するマスコン１０６からの駆動指令１５０を受け取った駆動装置１０４は、架線１６０２または電力蓄積手段１０３からの電力供給を受けて走行し、それに伴って駆動装置１０４の速度／位置が変化する。
電力蓄積指令手段１９０３は、電力蓄積手段１０３で電力を蓄積する際の充電電流値を制御する。具体的に、電力蓄積指令手段１９０３は、マスコン１０６からの駆動指令１５０があった場合に、速度１５１、電力蓄積手段１０３の充電量６５１及び平均勾配１１５２に基づいて充電電流制限値を決定する。
そして、電力蓄積指令手段１９０３は、決定した充電電流制限値を充電電流上限値指令１５２として電力蓄積手段１０３に通知する。電力蓄積手段１０３は、電力蓄積指令手段１９０３から通知された充電電流制限値をもとに電力を蓄積する。
速度１５１は、変化する速度を計測する速度計測手段１０５により計測される。また、平均勾配１１５２とは、現在位置と停車目標位置との間の平均勾配を意味し、平均勾配１１５２は、位置計測手段１１０２で計測した位置１１５１を入力として、路線のデータベース１１０３を参照してもとめられる。
また、平均勾配１１５２とは、上記したように、現在位置と停車目標位置との間の平均勾配を意味する。平均勾配１１５２は、位置計測手段１１０２で計測した位置１１５１を入力として、路線のデータベース１１０３を参照してもとめられる。
また、本実施の形態では、架線電圧計測手段１９０２で得られる架線電圧１９５０をもとに、電力蓄積指令手段１９０３が充電指令を行う構成としている。上記したように、本実施の形態では、架線電圧が所定電圧を超えた場合に充電指令を行うこととしている。これにより、架線電圧が所定電圧を超えて、回生電力を蓄電装置に返すことができる場合に充電指令を行うようにすることができるため、回生電力の充電を効率的に開始することが可能となる。
（６−３）電力蓄積指令処理
次に、図２０を参照して、電力蓄積指令手段１９０３における電力蓄積指令処理について説明する。
図２０に示すように、電力蓄積指令手段１９０３は、架線電圧が充電開始電圧を超えたかを判定する（Ｓ２００１）。
ステップＳ２００１において、架線電圧が充電開始電圧を超えたと判定された場合には、電力蓄積指令手段１９０３は、マスコン１０６からの駆動指令が制動指令かを判定する（Ｓ１２０１）。一方、ステップＳ２００１において、架線電圧が充電開始電圧を超えていないと判定された場合には、電力蓄積指令手段１９０３は、ステップＳ１２０４の処理を実行する。
ステップＳ１２０１において駆動指令が制動指令である場合には、電力蓄積指令手段１９０３は、現在位置と停車目標位置とから平均勾配を求める（Ｓ１２０２）。具体的に、電力蓄積指令手段１９０３は、データベース１１０３の位置情報を参照して、位置計測手段１１０２で計測した現在位置に対応する停車目標位置を定める。そして、電力蓄積指令手段１７０２は、データベース１１０３の路線の勾配情報を参照して、現在位置と停車目標位置との路線間の平均勾配を算出する。
そして、電力蓄積指令手段１９０３は、駆動装置１０４の速度、充電可能電力量及び、ステップＳ１２０２で求めた平均勾配に基づいて、充電電流の上限値を決定する（Ｓ１２０３）。
具体的に、ある時間範囲の発熱量の限界値をQ、蓄電装置の内部抵抗をR、制動開始速度をV、減速度をα、蓄電装置自体の最大充電電流C、充電可能電力量Y、架線電圧Vol、平均勾配G[‰]とすると、充電電流上限値Xは以下の数式（３）で求められる。なお、平均勾配G[‰]は、一般的に係数をかけることでG1[km/h/s]と表すことができる。
X = min(C, sqrt(Q/R*(α-G1)/V), Y/Vol*(α-G1)/V)・・・（３）
一方、ステップＳ１２０１において、駆動指令が制動指令ではない場合には、充電電流上限値の変更はせずに（Ｓ１２０４）処理を終了する。
なお、減速度α及び架線電圧Volは、固定値を用いても、過去の履歴から値を決定してもよい。また、減速度αを、シミュレーションなどを用いて将来の予測値として決定してもよい。また、蓄電装置の内部抵抗Rについては、固定値を用いても、蓄電装置そのものに搭載されているコントローラ（図示せず）などで得られる値から決定してもよい。また、内部抵抗Rを、シミュレーションなどを用いて将来の予測値として決定してもよい。
なお、本実施の形態においても、第１の実施の形態で示した図３〜図５、第２の実施の形態で示した図８〜図１０及び第３の実施の形態で示した図１４〜図１５と同様の効果を得ることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、架線電圧が所定電圧を超えた場合に充電指令を行うことで、架線電圧が所定電圧を超えて回生電力を蓄電装置に返すことができときに充電指令を行うようにすることができ、回生電力の充電を効率的に開始することが可能となる。
１０１、６０１、１１０１、１７０１、１９０１ 車両
１０２ 発電装置
１０３ 電力蓄積手段
１０７、１１０４、１７０３、１９０３ 電力蓄積指令手段
１０４ 駆動装置
１０５ 速度計測手段
１０６ マスコン
１１０２ 位置計測手段
１１０３、１７０２ データベース
１６０２ 架線
１９０２ 架線電圧計測手段

Claims (7)

  1. 移動体に電力を蓄積する電力蓄積手段と、
    発電装置または架線の少なくともいずれかと、前記電力蓄積手段とから電力を供給されて前記移動体を駆動させる駆動装置と、
    前記電力蓄積手段で電力を蓄積する際の充電電流値を制御する電力蓄積指令手段と、
    を備え、
    前記電力蓄積指令手段は、前記移動体が制動する際の速度に基づいて、前記電力蓄積手段の充電電流制限値を決定することを特徴とする、駆動制御システム。
  2. 前記駆動装置は、前記電力蓄積手段及び架線から電力を供給され、
    前記電力蓄積指令手段は、前記移動体が制動する際の速度に基づいて、前記電力蓄積手段の充電電流制限値を決定する
    ことを特徴とする、請求項１に記載の駆動制御システム。
  3. 前記駆動装置は、前記電力蓄積手段及び架線から電力を供給され、
    前記電力蓄積手段における充電開始位置の情報が設定されたデータベースを備え、
    前記電力蓄積指令手段は、前記移動体が制動する際の速度及び前記移動体が制動する際の位置情報に対応する、前記データベースに設定された充電開始位置の情報をもとに、前記電力蓄積手段の充電電流制限値を決定する
    ことを特徴とする、請求項２に記載の駆動制御システム。
  4. 前記駆動装置は、前記電力蓄積手段及び架線から電力を供給され、
    前記架線の電圧を計測する架線電圧計測手段と、
    前記電力蓄積手段における充電開始電圧の情報が設定されたデータベースを備え、
    前記電力蓄積指令手段は、前記移動体が制動する際の速度及び前記移動体が制動する際の電圧に対応する、前記データベースに設定された充電開始電圧の情報をもとに、前記電力蓄積手段の前記充電電流制限値を決定する、
    ことを特徴とする、請求項２に記載の駆動制御システム。
  5. 前記電力蓄積指令手段は、
    前記移動体が制動する際の速度及び前記電力蓄積手段の充電量を考慮して、前記電力蓄積手段の前記充電電流制限値を決定する
    ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の駆動制御システム。
  6. 前記電力蓄積指令手段は、
    前記移動体が制動する際の位置及び制動が終了する際の位置に基づいて定まる平均勾配を考慮して、前記電力蓄積手段の前記充電電流制限値を決定する
    ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の駆動制御システム。
  7. 移動体に電力を蓄積する電力蓄積手段と、
    発電装置または架線の少なくともいずれかと、前記電力蓄積手段とから電力を供給されて前記移動体を駆動させる駆動装置と、
    前記電力蓄積手段で電力を蓄積する際の充電電流値を制御する電力蓄積指令手段と、
    を備え、
    前記電力蓄積指令手段は、前記移動体が制動する際の速度に基づいて、前記電力蓄積手段の充電電流制限値を決定することを特徴とする、駆動制御システムを備えた移動体。
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