JP2022187092A - バス運行管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】電気バスのバッテリの劣化を抑制する。【解決手段】バス２は、第１地点に設けられた充電設備７から充電ケーブルを介して電力を受電可能に構成されたインレット２３と、第１地点から第２の地点までの走行ルートに設けられた送電装置８から非接触で電力を受電可能な受電装置２２とをさらに含む。バス２が走行ルートを走行する場合に、サーバ１は、バス２の座席予約情報または運行履歴に基づいて、バス２の乗客数を取得し、乗客数に応じて、走行ルートにおけるバス２の消費電力量を算出する。サーバ１は、消費電力量に基づいて、充電設備７および送電装置８からバス２への充電電力量を、走行ルートの走行中にバッテリ２１のＳＯＣが、バッテリ２１の劣化が促進されるＳＯＣ領域の下限値を上回らないように決定する。【選択図】図６

Description

本開示は、バス運行管理システムに関し、より特定的には、電気バスの運行管理システムに関する。

特開２０１６－１８１９６５号公報（特許文献１）は、乗員の操作負担を軽減する電気バスを開示する。電気バスは、少なくとも１つのドアが開いたことを検知した場合、蓄電池への充電の開始を指示し、すべてのドアが閉じられたことを検知した場合、蓄電池への充電の停止を指示する。

特開２０１６－１８１９６５号公報

一般に、電気バス等の電動車両においては、電力不足により走行不能になる事態（いわゆる電欠）を避けるため、ＳＯＣ（State Of Charge）が高ＳＯＣ領域内になるまでバッテリを充電する（たとえば満充電する）ことが要望されることがある。その一方で、バッテリのＳＯＣが高ＳＯＣ領域内に維持された場合には、そうでない場合と比べて、バッテリの劣化が促進され得ることが知られている。このようなバッテリの劣化について、特許文献１では特に考慮されていない。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、電気バスのバッテリの劣化を抑制することである。

本開示のある局面に従うバス運行管理システムは、外部からの供給電力により充電可能なバッテリを含む電気バスと、電気バスの運行管理を行うサーバとを備える。電気バスは、第１地点に設けられた充電設備から電力を受電可能に構成された第１の受電装置と、第１地点から第２の地点までの走行ルートに設けられた送電装置から非接触で電力を受電可能な第２の受電装置とをさらに含む。サーバは、電気バスの座席予約情報または運行履歴に基づいて、電気バスの乗客数を取得し、その乗客数に応じて、走行ルートにおける電気バスの消費電力量を算出する。サーバは、消費電力量に基づいて、充電設備および送電装置から電気バスへの充電電力量を、走行ルートの走行中にバッテリのＳＯＣが、バッテリの劣化が促進されるＳＯＣ領域の下限値を上回らないように決定する。

上記構成においては、バッテリのＳＯＣが、バッテリの劣化が促進されるＳＯＣ領域の下限値を上回らないように（すなわち、高ＳＯＣ領域に入らないように）、充電設備および送電装置から電気バスへの充電電力量が決定される。電気バスの電費は、電気バスの乗客数（言い換えると積載重量）に応じて変わる。したがって、上記構成では、電気バスの乗客数に応じた消費電力量を考慮して充電電力量を決定することで、第２の地点までの走行に必要な充電電力量を高精度に求めることができる。よって、上記構成によれば、過剰な充電電力量を確保することなく、バッテリのＳＯＣが高ＳＯＣ領域に入らないようにすることで、電気バスのバッテリの劣化を適切に抑制できる。

本開示によれば、電気バスのバッテリの劣化を抑制できる。

本開示の実施の形態に係る電気バスの運行管理システムの全体構成を概略的に示す図である。 バスおよび送電装置の構成の一例を概略的に示す図である。 バスの走行ルートの一例を示す図である。 比較例におけるバスの充電制御の一例を説明するためのタイムチャートである。 本実施の形態におけるバスの充電制御の一例を説明するためのタイムチャートである。 本実施の形態におけるバスの充電制御の処理手順を示すフローチャートである。 消費電力量の算出に用いられるマップを説明するための概念図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

［実施の形態］
＜システム構成＞
図１は、本開示の実施の形態に係る電気バスの運行管理システムの全体構成を概略的に示す図である。バス運行管理システム１００は、サーバ１と、複数の電気バス（以下、単に「バス」と記載する）２とを備える。サーバ１は、プロセッサ１１と、メモリ１２と、予約データベース１３と、運行履歴データベース１４と、通信モジュール１５と、データ線１６とを含む。

プロセッサ１１は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）であって、プログラムに記述された所定の演算処理を実行するように構成されている。この演算処理は、複数のバス２の運行計画の策定を含む。運行計画の詳細については後述する。

メモリ１２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを含む。ＲＯＭは、プロセッサ１１により実行されるプログラムを格納する。ＲＡＭは、プロセッサ１１におけるプログラムの実行により生成されるデータと、通信モジュール１５を介して入力されたデータとを一時的に格納する。ＲＡＭは、作業領域として利用される一時的なデータメモリとしても機能する。

予約データベース１３は、複数のバス２の各々の座席予約状況に関するデータを格納する。

運行履歴データベース１４は、複数のバス２の各々の運行履歴、より詳細には、各バス２の走行時に測定された消費電力に関するデータを様々な運行条件（走行ルート、日付、曜日、天候、気温など）毎に格納する。運行履歴データベース１４は、過去にバス２に実際に乗車した乗客数に関するデータを様々な運行条件毎に格納していてもよい。

通信モジュール１５は、インターネット等のネットワークとの通信インターフェースを含む。通信モジュール１５は、サーバ１の外部機器（複数のバス２、複数のユーザ端末９、ならびに、後述する充電設備７および送電装置８等）との間で双方向の通信が可能に構成されている。

データ線１６は、サーバ１を構成する機器間で相互にデータをやり取りできるように構成されている。

複数のバス２の各々は、複数の乗客を運送可能な車両である。本実施の構成において、各バス２は、充電設備７から延びる充電ケーブルを介した接触式の充電が可能であるとともに、送電装置８からの非接触での充電も可能に構成されている。以下、充電設備７による接触式の充電を「接触充電」とも称し、送電装置８による非接触式の充電を「非接触充電」とも称する。バス２の、より詳細な構成については図２にて説明する。

ユーザ端末９は、バス２を利用する乗客が操作する端末であって、たとえばスマートホンまたはＰＣ（Personal Computer）である。乗客は、ユーザ端末９を操作することにより、所望の時間帯に所望のルートを走行するバス２の座席を予約できる。そうすると、予約データベース１３に格納された座席予約状況に関するデータが更新される。

＜非接触での電力伝送＞
図２は、バス２および送電装置８の構成の一例を概略的に示す図である。バス２は、バッテリ２１と、受電装置２２と、インレット２３と、ＤＣＭ（Data Communication Module）２４と、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信器２５と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２６とを含む。

バッテリ２１は、複数のセルを含む組電池である。各セルは、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの二次電池である。バッテリ２１は、バス２の駆動力を発生させるための電力を供給する。また、バッテリ２１は、車載のモータジェネレータ（図示せず）により発電された電力を蓄える。バッテリ２１には、ＥＣＵ２６がバッテリ２１のＳＯＣ（State Of Charge）を算出するための電圧センサおよび電流センサ（いずれも図示せず）が設けられている。

受電装置２２は、図２に示す例では、バス２の底面を形成するフロアパネルの下面に配置されている。受電装置２２内には受電コイル２２１が収容されている。受電コイル２２１は、送電装置８から伝送される電力を非接触で受電する。受電装置２２は、本開示に係る「第２の受電装置」に相当する。

インレット２３は、嵌合等の機械的な連結を伴って充電設備７（図３参照）の充電コネクタを挿入可能に構成されている。充電コネクタの挿入に伴い、バス２と充電設備７とが電気的に接続され、充電設備７から供給される電力によってバッテリ２１を充電することが可能になる。なお、インレット２３は、本開示に係る「第１の受電装置」に相当する。

ＤＣＭ２４は、バス２とサーバ１とが双方向に通信可能なように構成されている。また、ＤＣＭ２４は、バス２と送電装置８とが双方向に通信可能なように構成されている。

ＧＰＳ受信器２５は、人工衛星（図示せず）から送信される電波に基づいて、バス２の位置を特定する。サーバ１は、複数のバス２の各々の位置情報を通信により取得する。

ＥＣＵ２６は、メモリ（図示せず）に格納されたプログラムおよび各センサからの信号等に基づいて、バス２が所望の状態となるように機器類を制御する。

送電装置８は、複数の送電ユニット８１～８６と、コントローラ８０とを含む。なお、図２には送電ユニットの台数が６台の例が示されているが、送電ユニットの台数は特に限定されるものではなく、より多くてもよい。

複数の送電ユニット８１～８６は、バス２の走行ルートの路面（側壁であってもよい）に一列に配置されている。複数の送電ユニット８１～８６は、送電コイル８１１～８６１をそれぞれ含む。各送電コイル８１１～８６１は、交流電源（図示せず）に電気的に接続されている。図示しないが、複数の送電ユニット８１～８６の各々には、バス２の通過を検出するためのセンサ（光学センサ、重量センサ等）が設けられている。

コントローラ８０は、各センサからの検出信号に基づいて、バス２の走行位置を特定する。そして、コントローラ８０は、送電ユニット８１～８６のうちバス２が上方に位置している送電ユニット内の送電コイルに、交流電源からの交流電力を供給する。

より詳細には、たとえば送電ユニット８１の上方にバス２が検出された場合、コントローラ８０は、送電コイル８１１に交流電力を供給する。そうすると、送電コイル８１１に交流電流が流れることで送電コイル８１１の周囲に電磁界が形成される。受電装置２内の受電コイル２２１は、当該電磁界を通して非接触で電力を受電する。その後、送電ユニット８１の上方にバス２が検出されなくなると、コントローラ８０は、送電コイル８１１への交流電力の供給を停止する。このような一連の制御が送電ユニット８１～８６毎に行われることで、走行中のバス２に対して非接触で電力を伝送できる。当然ながら、送電ユニット上で停車中のバス２に対する非接触での電力伝送も可能である。

図３は、バス２の走行ルートの一例を示す図である。この例では、バス２が現在地点（出発地点）から休憩地点を経由して目的地点まで走行する状況を想定する。現在地点と休憩地点との間のバス２の走行予定ルートをＲ１と記載する。現在地点および休憩地点には、たとえば接触式の充電設備７が設置されている。休憩地点と目的地点との間のバス２の走行予定ルートをＲ２と記載する。各走行ルートＲ１，Ｒ２には非接触式の送電装置８が設置されている。

なお、現在地点および休憩地点に、接触式の充電設備７に代えて、停車中のバス２を充電するための非接触式の送電装置８が設置されていてもよい。つまり、バス２に対して、出発前にも走行中にも送電装置８による非接触充電が行われてもよい。この場合、受電装置２２が本開示に係る「第１の受電装置」および「第２の受電装置」の両方に相当する。

＜バッテリの劣化＞
以下では、本実施の形態におけるバス２の充電制御の理解を容易にするため、まず、比較例における充電制御について説明する。ここでは、バス２が現在地点から走行ルートＲ１を走行して休憩地点へと至る場合を例に説明する。この場合、現在地点が本開示に係る「第１地点」に相当し、休憩地点が本開示に係る「第２地点」に相当する。

図４は、比較例におけるバス２の充電制御の一例を説明するためのタイムチャートである。図４および後述する図５において、横軸は経過時間を表す。縦軸は、バッテリ２１のＳＯＣを表す。

初期時刻ｔ１０において、バスは現在地点において接触式の充電設備７に接続されているものとする。比較例では、出発前に充電設備７を用いて満充電に至るまでバッテリが充電される（時刻ｔ１２参照）。その後、走行ルートＲ１の走行中には、非接触式の送電装置８によるバッテリの充電も行われる（時刻ｔ１４と時刻ｔ１５との間を参照）
このような場合、バッテリのＳＯＣが高ＳＯＣ領域内にある期間中にバッテリの劣化が促進され得る。高ＳＯＣ領域とは、上限ＵＬ（たとえばＳＯＣ＝１００％）と下限ＬＬ（たとえばＳＯＣ＝８０％）とにより規定されるＳＯＣ領域である。比較例においては、走行途中での電欠を確実に防ぐことが重視されている一方で、バッテリ２１の劣化については特に考慮されていない。電欠を防止しつつ、バッテリ２１の劣化の抑制を図ることが望ましい。

本発明者らは、バス２においては走行ルートが予め定められているとともに、連続運転時間に制限が設けられている点に着目した。たとえばバス２が高速バスである場合、４時間以上の連続運転を避けて１５分以上の休憩を取得することが求められるので、通常は事前に休憩地点が決められている。さらに、本発明者らは、バス２の消費電力がバス２の乗客数に依存する点にも着目した。バス２の乗客数が多くなるほど、バス２の積載重量が重くなるため、バス２の消費電力が増大する。このような着眼に基づき、本実施の形態においては以下のような充電制御が採用される。

図５は、本実施の形態におけるバス２の充電制御の一例を説明するためのタイムチャートである。本実施の形態において、サーバ１は、充電設備７を用いた接触充電の開始に先立ち、バス２が現在地点から休憩地点まで走行する場合の消費電力量（Ｗｈ３）をバス２の乗客数を考慮して算出する。図５には、乗客数が多い場合（実線参照）と、乗客数が少ない場合（破線参照）の２通りのＳＯＣの推移が模式的に示されている。サーバ１は、算出された消費電力量（Ｗｈ３）に基づき、出発前における接触充電による充電電力量（Ｗｈ２）と、走行ルートＲ１の走行中における非接触充電による充電電力量（Ｗｈ１）とを算出する。

これらの充電電力量の和（Ｗｈ１＋Ｗｈ２）は、以下に詳細に説明するように、バス２のバッテリ２１のＳＯＣが、バス２が休憩地点に到達可能した時点で所定の目標ＳＯＣになるように決定される。目標ＳＯＣは、高ＳＯＣ領域の下限ＬＬよりも低い。したがって、走行ルートＲ１の走行中にバッテリ２１のＳＯＣが高ＳＯＣ領域内に入ることを回避できる。さらに、目標ＳＯＣは、バス２が休憩地点に到達した時点でＳＯＣ＝０に対して一定程度のマージンを有するように定められているので、走行ルートＲ１の走行中の電欠も防止できる。よって、本実施の形態によれば、電欠を防止しつつ、バッテリ２１の劣化を抑制できる。

＜制御フロー＞
図６は、本実施の形態におけるバス２の充電制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、たとえば予め定められた条件成立時にメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。図中、サーバ１（プロセッサ１１）により実行される処理を左側に示し、バス２（ＥＣＵ２６）により実行される処理を右側に示す。各ステップは、サーバ１またはＥＣＵ２６によるソフトウェア処理により実現されるが、サーバ１またはＥＣＵ２６内に配置されたＬＳＩ（Large Scale Integration）等のハードウェアにより実現されてもよい。以下、ステップをＳと略す。

Ｓ２１において、バス２は、充電設備７によるバス２の接触充電の準備ができているかどうかを判定する。バス２は、たとえば、充電ケーブル（図示せず）によってバス２と充電設備７とが接続された場合に接触充電の準備ができたと判定できる。接触充電の準備ができていない場合（Ｓ２１においてＮＯ）には、バス２は、以降の処理を実行することなく処理をメインルーチンに戻す。接触充電の準備ができている場合（Ｓ２１においてＹＥＳ）、バス２は、電力量の演算要求をサーバ１に出力する（Ｓ２２）。なお、バス２の休憩地点は予め定められていてもよいが、休憩地点を指定する情報がバス２からサーバ１に出力されてもよい。

Ｓ１１において、サーバ１は、バス２から演算要求を受けたかどうかを判定する。演算要求を受けていない場合（Ｓ１１においてＮＯ）、サーバ１は、処理をメインルーチンに戻す。演算要求を受けた場合（Ｓ１１においてＹＥＳ）、サーバ１は、処理をＳ１２に進める。

Ｓ１２において、サーバ１は、予約データベース１３に格納されたバス２の座席予約状況に関するデータを参照することで、走行ルートＲ１におけるバス２の乗客数を取得する。なお、予約データベース１３がサーバ１に設けられていない場合、サーバ１は、バス２の運行履歴データベース１４を参照することで、過去にバス２と同じ運行条件で走行したバスの乗客数を用いてもよい。

Ｓ１３において、サーバ１は、Ｓ１２にて取得された乗客数と、バス２の走行ルートとに応じて、休憩地点（図３の休憩地点から目的地点に向かう他の例では目的地点）までのバス２の消費電力量Ｗｈ３を算出する。この算出には、たとえば、以下に説明するようなマップＭＰを用いることができる。

図７は、消費電力量Ｗｈ３の算出に用いられるマップＭＰを説明するための概念図である。マップＭＰにおいては走行ルート毎に、乗客数に応じた消費電力量Ｗｈ３が定められている。消費電力量Ｗｈ３としては、これから走行予定の走行ルート（この例ではＲ１）を、対象とするバス２（バス２と同型のバスであってもよい）が過去に走行した場合に得られた実測値を用いることができる。同一の走行ルートに関する消費電力量Ｗｈ３は、図７に示すように、乗客数が多いほど大きくなるように定められている。

なお、図７には乗客数と消費電力量Ｗｈ３との間の関係が定められた例が示されているが、マップＭＰは、乗客数以外のパラメータを含む多次元マップであってもよい。つまり、マップＭＰは、たとえば、走行ルートの気温、走行ルートにおける交通渋滞の度合いを表す指数などのパラメータをさらに含んでもよい。

図６を再び参照して、Ｓ１４において、サーバ１は、休憩地点までの非接触充電による充電電力量Ｗｈ１を算出する。どのような送電装置８が走行ルートＲ１に設置されているかは既知であるので、サーバ１は、たとえば図示しないマップを参照することで、走行ルートＲ１に応じた充電電力量Ｗｈ１を読み出すことができる。サーバ１は、運行履歴データベース１４を参照することで、対象とするバス２（または同型バス）が走行ルートに過去に走行した場合の充電電力量の実測値を用いてもよい。サーバ１は、算出された充電電力量Ｗｈ１をバス２に送信する。

Ｓ１５において、サーバ１は、バッテリ２１の休憩地点におけるＳＯＣが目標ＳＯＣになるように、接触充電による充電電力量Ｗｈ２を算出する。より具体的には、サーバ１は、現在地点でバッテリ２１に蓄えられている電力量Ｗｈ０を現在地点でのＳＯＣから算出する。また、サーバ１は、目標ＳＯＣに対応する目標電力量Ｗｈ（ｔａｇ）を算出する。前述のように、目標ＳＯＣは、高ＳＯＣ領域の下限ＬＬよりも低いものの、バス２が休憩地点に到達するまでの電欠が生じないようにある程度は高く定められている。

下記式（１）に示すように、現在地点での電力量Ｗｈ０に、非接触充電による充電電力量Ｗｈ１と、接触充電による充電電力量Ｗｈ２とを加算し、走行中の消費電力量Ｗｈ３を減算したものが目標電力量Ｗｈ（ｔａｇ）に一致する。よって、サーバ１は、上記式（１）に基づいて、接触充電による充電電力量Ｗｈ２を算出できる。サーバ１は、算出された充電電力量Ｗｈ２をバス２に送信する。

Ｗｈ０＋Ｗｈ１＋Ｗｈ２－Ｗｈ３＝Ｗｈ（ｔａｇ） ・・・（１）
Ｓ２３において、バス２は、Ｓ１５にて算出された充電電力量がバス２に充電されるように、充電設備７によるバス２の接触充電を実行する。接触充電が完了し、出発時刻が到来すると、バス２は、休憩地点に向けて走行を開始する（Ｓ２４）。

走行中のバス２は、バッテリ２１のＳＯＣが高ＳＯＣ領域に入らないように、送電装置８による非接触充電の充電電力量を調整する。より具体的には、バッテリ２１のＳＯＣが高ＳＯＣ領域に近付いた場合には、バス２は、給電電力を０にするように送電装置８に対して要求する。バス２は、バス２に非接触充電により実際に充電された電力量が、サーバ１から受けた充電電力量Ｗｈ１を超えた場合に、給電電力を０にするように送電装置８に対して要求してもよい。これにより、バス２が送電装置８の上方を走行しても、バッテリ２１の劣化を促進し得る過剰な電力が送電装置８から受電装置２２へと伝送されることを防止できる。

なお、複数の走行レーンのうちの一部の走行レーンにのみ送電装置８が設置されている場合もある。バス２は、送電装置８の上方の走行を避けて走行する（送電装置８が非設置の走行レーンを走行する）ようにドライバに報知してもよい。

休憩地点に到着するまで（Ｓ２６においてＮＯ）、バス２は、非接触充電による充電電力量の調整を継続する。休憩地点に到着すると（Ｓ２６においてＹＥＳ）、バス２は、一連の処理を終了し、処理をメインルーチンに戻す。

以上のように、本実施の形態においては、現在地点から休憩地点への走行ルートＲ１の走行中に、バス２のバッテリ２１のＳＯＣが高ＳＯＣ領域の下限ＬＬを上回らないように、非接触充電による充電電力量Ｗｈ１および接触充電による充電電力量Ｗｈ２が決定される。この際、バス２の電費がバス２の乗客数（積載重量）の影響を強く受けることから。バス２の乗客数に応じた消費電力量Ｗｈ３を考慮することで、休憩地点までの走行に必要な充電電力量（Ｗｈ１＋Ｗｈ２）を高精度に決定できる。これにより、バッテリ２１のＳＯＣが高ＳＯＣ領域内に入らなくなるので、バッテリ２１の劣化を抑制できる。さらに、本実施の形態においては、バス２が休憩地点に到達するまでの走行中に電欠が生じない程度に高い値に休憩地点における目標ＳＯＣが設定される。よって、本実施の形態によれば、バス２の電欠を防止しつつ、バッテリ２１の劣化を抑制できる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ サーバ、２ バス、１１ プロセッサ、１２ メモリ、１３ 予約データベース、１４ 運行履歴データベース、１５ 通信モジュール、１６ データ線、２１ バッテリ、２２ 受電装置、２２１ 受電コイル、２３ インレット、２４ ＤＣＭ、２５ 受信器、２６ ＥＣＵ、７ 充電設備、８ 送電装置、９ ユーザ端末、８０ コントローラ、８１～８６ 送電ユニット、８１１～８６１ 送電コイル、１００ 運行管理システム。

Claims (1)

1. 外部からの供給電力により充電可能なバッテリを含む電気バスと、
   前記電気バスの運行管理を行うサーバとを備え、
   前記電気バスは、
   第１地点に設けられた充電設備から電力を受電可能に構成された第１の受電装置と、
   前記第１地点から第２の地点までの走行ルートに設けられた送電装置から非接触で電力を受電可能な第２の受電装置とをさらに含み、
   前記電気バスが前記走行ルートを走行する場合に、前記サーバは、
   前記電気バスの座席予約情報または運行履歴に基づいて、前記電気バスの乗客数を取得し、
   前記乗客数に応じて、前記走行ルートにおける前記電気バスの消費電力量を算出し、
   前記消費電力量に基づいて、前記充電設備および前記送電装置から前記電気バスへの充電電力量を、前記走行ルートの走行中に前記バッテリのＳＯＣが、前記バッテリの劣化が促進されるＳＯＣ領域の下限値を上回らないように決定する、バス運行管理システム。
   

Images