JP4576465B2 - 架線レス交通車両の充電方法及び充電システム - Google Patents

架線レス交通車両の充電方法及び充電システム Download PDF

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Description

本発明は、蓄電装置を搭載した車両が軌道上を走行するように構成された架線レス交通システムに関し、詳しくは、架線レス交通車両における蓄電装置を充電する充電方法及び充電システムに関する。
近年、設定された軌道上を車両が走行する交通システムにおいて、車両が架線からの電力の供給を受けずに走行するように構成された架線レス交通システムが実用化されている。
このような架線レス交通システムの車両は、電力を蓄電する蓄電装置(例えば、バッテリ)を備えており、車両は、駅に停車した際に電力を蓄電装置に蓄電し、設定された軌道上を走行するようになっている。一方、軌道上の各駅には充電装置が設けられており、車両が駅に停車した際には、充電装置が車両の充電装置へ電力を供給するようになっている(例えば、特許文献1)。
例えば、特許文献1においては、架線レス交通システムの車両が、蓄電装置と、蓄電装置に対する充電電圧及び充電時間等を制御する車載制御装置とを備えている。一方、軌道上の駅には給電施設(充電装置)が設けられており、車両が受電のために駅に停止した際に、給電施設が、車両に設置された車載制御装置の指令により蓄電装置への充電を開始するようになっている。そして、蓄電装置の電力蓄積量が所定値になった場合には、車載制御装置が受電停止命令を出すことにより蓄電装置への充電が停止されるようになっている。
特開2000−83302号公報
ところで、通常、蓄電装置には、最高電圧許容値と最低電圧許容値とが予め設定されている。蓄電装置においては、蓄電装置の電圧値が最高電圧許容値と最低電圧許容値との間の範囲を外れるような状況になると、蓄電装置内のインターロック機能が作動し、その後、蓄電装置を使用することができなくなってしまう。したがって、車両の運行中においては、蓄電装置の電圧値が最高電圧許容値と最低電圧許容値との間で維持される必要がある。
しかしながら、駅を出発する時点で蓄電装置の電圧値が低いと、以下のような問題が生じる可能性がある。
図4に示すように、車両が駅から出発すると、車両を力行させる際に蓄電装置が大きな電流を出力するので、蓄電装置の電圧値Vが最低電圧許容値VLに向かって大きく下がることになる。図4の例では、駅を出発する時点での蓄電装置の電圧値Vが低い状態にあるので、車両を力行させる際に蓄電装置の電圧値Vが大きく下がると、蓄電装置の電圧値Vと最低電圧許容値VLとの間のマージンVLが小さくなる。
このように、電圧値Vと最低電圧許容値VLとの間のマージンVLが小さくなると、使用状況や環境により蓄電装置の電圧値Vが最低電圧許容値VLより低くなり、これにより、インターロック機能が作動し、蓄電装置が使用できなくなる可能性が高くなる。したがって、蓄電装置を取り替えなければならず、蓄電装置を長期間にわたって使用することができなかった。
また、別の例として、高低差がある駅の間において車両を運行すると、以下のような問題が生じる可能性がある。
例えば、海抜の高い駅から海抜の低い駅に向かって車両が運行される場合、車両が海抜の高い駅から出発すると、車両は海抜の低い方へ向かって走行するので、車両にブレーキをかけるために大きな力が必要となる。したがって、図5に示すように、回生ブレーキにより蓄電装置へ戻される電流も大きくなるので、蓄電装置の電圧値Vが最高電圧許容値VHに向かって大きく上がることになる。図5に示すように、車両に回生ブレーキをかける際に蓄電装置の電圧値Vが大きく上がると、蓄電装置の電圧値Vが最高電圧許容値VHより大きくなるおそれがある。
このように、電圧値Vが最高電圧許容値VHより大きくなると、インターロック機能が作動し、蓄電装置が使用できなくなる。したがって、蓄電装置を取り替えなければならず、蓄電装置を長期間にわたって使用することができなかった。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、充電装置が蓄電装置を充電する際の電圧値を制御することにより蓄電装置の寿命を延ばすことが可能な架線レス交通車両の充電方法及び充電システムを提供することである。
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明の実施態様によれば、蓄電装置を搭載した車両が軌道上の駅で停車した際に前記車両の前記蓄電装置を地上側に設けられた充電装置により充電する架線レス交通車両の充電方法において、前記充電装置が、前記蓄電装置の最高電圧許容値近傍の電圧設定値で前記蓄電装置を充電し、前記電圧設定値が以下の第1の式を満たす値で設定される。
[第1の式]
VS ≦ VL
但し、VS は、前記電圧設定値と最高電圧許容値との間のマージンであり、VL は、車両運行時の蓄電装置の電圧値の最低値と最低電圧許容値との間のマージンである。
また、本発明の別の実施態様によれば、前記充電装置が、前記車両の力行時の前記蓄電装置の電圧値が前記蓄電装置の最低電圧許容値より大きくなり且つ前記車両の回生ブレーキ時の前記蓄電装置の電圧値が前記蓄電装置の最高電圧許容値より小さくなるような電圧設定値で前記蓄電装置を充電し、前記電圧設定値は、前記車両の力行時に最低電圧許容値に対して5から30%分のマージンが確保され、且つ前記車両の回生ブレーキ時に最高電圧許容値に対して5から30%分のマージンが確保されるような値である
また、本発明の別の実施態様によれば、蓄電装置を搭載した車両が軌道上の駅で停車した際に前記車両の前記蓄電装置を地上側に設けられた充電装置により充電する架線レス交通車両の充電システムにおいて、前記充電装置が、制御手段を備えており、該制御手段が、前記蓄電装置の最高電圧許容値近傍の電圧設定値で前記蓄電装置を充電するように制御し、前記電圧設定値が以下の第2の式を満たす値で設定される。
[第2の式]
VS ≦ VL
但し、VS は、前記電圧設定値と最高電圧許容値との間のマージンであり、VL は、車両運行時の蓄電装置の電圧値の最低値と最低電圧許容値との間のマージンである。
また、本発明の別の実施態様によれば、前記制御手段が、前記車両の力行時の前記蓄電装置の電圧値が前記蓄電装置の最低電圧許容値より大きくなり且つ前記車両の回生ブレーキ時の前記蓄電装置の電圧値が前記蓄電装置の最高電圧許容値より小さくなるような電圧設定値で前記蓄電装置を充電するように制御し、前記電圧設定値は、前記車両の力行時に最低電圧許容値に対して5から30%分のマージンが確保され、且つ前記車両の回生ブレーキ時に最高電圧許容値に対して5から30%分のマージンが確保されるような値である
また、本発明に係る架線レス交通車両の充電方法によれば、蓄電装置を搭載した車両が軌道上の駅で停車した際に前記車両の前記蓄電装置を地上側に設けられた充電装置により充電する架線レス交通車両の充電方法において、前記充電装置が、前記蓄電装置の最高電圧許容値近傍の電圧設定値で前記蓄電装置を充電し、前記電圧設定値が以下の第1の式を満たす値で設定される。
[第1の式]
VS ≦ VL
但し、VS は、前記電圧設定値と最高電圧許容値との間のマージンであり、VL は、車両運行時の蓄電装置の電圧値の最低値と最低電圧許容値との間のマージンである。
本発明によれば、駅から出発する時点の蓄電装置の電圧値が従来に比べて高くなる。これにより、車両が駅から出発した際に蓄電装置の電圧値が最低電圧許容値に向かって大きく下がった場合でも、蓄電装置の電圧値が蓄電装置の最低電圧許容値に対して十分なマージンを確保することができ、使用状況や環境により蓄電装置の電圧値が最低電圧許容値より小さくなるおそれがない。
このように、車両が複数の駅間を走行する場合において蓄電装置を許容電圧値の範囲内でより長い期間にわたって使用できるようになり、蓄電装置の寿命(耐用期間)を延ばすことができる。
また、本発明に係る架線レス交通車両の充電方法によれば、前記充電装置が、前記車両の力行時の前記蓄電装置の電圧値が前記蓄電装置の最低電圧許容値より大きくなり且つ前記車両の回生ブレーキ時の前記蓄電装置の電圧値が前記蓄電装置の最高電圧許容値より小さくなるような電圧設定値で前記蓄電装置を充電し、前記電圧設定値は、前記車両の力行時に最低電圧許容値に対して5から30%分のマージンが確保され、且つ前記車両の回生ブレーキ時に最高電圧許容値に対して5から30%分のマージンが確保されるような値であるので、例えば、車両が海抜の高い駅から海抜の低い駅に向かって出発した際に蓄電装置の電圧値が最高電圧許容値に向かって大きく上がった場合でも、蓄電装置の電圧値は蓄電装置の最高電圧許容値に対して十分なマージンを確保することができ、使用状況や環境により蓄電装置の電圧値が最高電圧許容値より大きくなるおそれがない。
このように、車両が高低差のある複数の駅間を走行する場合において蓄電装置を許容電圧値の範囲内でより長い期間にわたって使用できるようになり、蓄電装置の寿命を延ばすことができる。
また、本発明に係る架線レス交通車両の充電システムによれば、蓄電装置を搭載した車両が軌道上の駅で停車した際に前記車両の前記蓄電装置を地上側に設けられた充電装置により充電する架線レス交通車両の充電システムにおいて、前記充電装置が、制御手段を備えており、該制御手段が、前記蓄電装置の最高電圧許容値近傍の電圧設定値で前記蓄電装置を充電するように制御し、前記電圧設定値が以下の第2の式を満たす値で設定される。
[第2の式]
VS ≦ VL
但し、VS は、前記電圧設定値と最高電圧許容値との間のマージンであり、VL は、車両運行時の蓄電装置の電圧値の最低値と最低電圧許容値との間のマージンである。
本発明によれば、駅から出発する時点の蓄電装置の電圧値が従来に比べて高くなる。これにより、車両が駅から出発した際に蓄電装置の電圧値が最低電圧許容値に向かって大きく下がった場合でも、蓄電装置の電圧値が蓄電装置の最低電圧許容値に対して十分なマージンを確保することができ、使用状況や環境により蓄電装置の電圧値が最低電圧許容値より小さくなるおそれがない。
このように、車両が複数の駅間を走行する場合において蓄電装置を許容電圧値の範囲内でより長い期間にわたって使用できるようになり、蓄電装置の寿命を延ばすことができる。
また、本発明に係る架線レス交通車両の充電システムによれば、前記制御手段が、前記車両の力行時の前記蓄電装置の電圧値が前記蓄電装置の最低電圧許容値より大きくなり且つ前記車両の回生ブレーキ時の前記蓄電装置の電圧値が前記蓄電装置の最高電圧許容値より小さくなるような電圧設定値で前記蓄電装置を充電するように制御し、前記電圧設定値は、前記車両の力行時に最低電圧許容値に対して5から30%分のマージンが確保され、且つ前記車両の回生ブレーキ時に最高電圧許容値に対して5から30%分のマージンが確保されるような値であるので、例えば、車両が海抜の高い駅から海抜の低い駅に向かって出発した際に蓄電装置の電圧値が最高電圧許容値に向かって大きく上がった場合でも、蓄電装置の電圧値は蓄電装置の最高電圧許容値に対して十分なマージンを確保することができ、使用状況や環境により蓄電装置の電圧値が最高電圧許容値より大きくなるおそれがない。
このように、車両が高低差のある複数の駅間を走行する場合において蓄電装置を許容電圧値の範囲内でより長い期間にわたって使用できるようになり、蓄電装置の寿命を延ばすことができる。
本発明の実施形態に係る架線レス交通システムの車両を走行方向から見た図である。 本発明の第1実施形態に係る架線レス交通車両の充電方法を示した図であり、車両が走行及び停車(充電)している際の蓄電装置の電圧値と時間との関係を示した図である。 本発明の第2実施形態に係る架線レス交通車両の充電方法を示した図であり、車両が海抜の高い駅から海抜の低い駅へ向かって出発した場合において、車両が走行及び停車(充電)している際の蓄電装置の電圧値と時間との関係を示した図である。 従来の架線レス交通車両の充電方法において、車両が駅を出発した場合の蓄電装置の電圧値と時間との関係を示した図である。 従来の架線レス交通車両の充電方法において、車両が海抜の高い駅から海抜の低い駅へ向かって出発した場合の蓄電装置の電圧値と時間との関係を示した図である。
以下、本発明の実施形態に係る架線レス交通システムの車両を、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態に係る架線レス交通システムの車両を走行方向から見た図である。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る架線レス交通システムの車両1は、予め設定された軌道2上を走行するために台車3を備えており、この台車3の側面3aには、電力を受電するための集電接触子4が設けられている。また、台車3は、集電接触子4で受電した電力を蓄電する蓄電装置5を備えており、車両1は、駅(図示せず)に停車した際に電力を蓄電装置5に蓄電し、設定された軌道2上を走行するようになっている。
また、蓄電装置5は、許容電圧値として最高電圧許容値VHと最低電圧許容値VLとが予め設定されている(図2及び3参照)。蓄電装置5は、電圧値が継続して最高電圧許容値VHと最低電圧許容値VLとの間の範囲外になると、インターロック機能(図示せず)が作動し、電力を供給できないようになっている。
一方、地上側には、軌道2に隣接して立設された支持フレーム6が設けられている。支持フレーム6には、車両1が停車した際に集電接触子4と対向する位置に給電接触子7が設けられている。給電接触子7は、地中に埋設された電力線8により地上側に設けられた充電装置9に接続されている。この充電装置9は、制御手段10を備えており、この制御手段10は、充電装置9から蓄電装置5へ送られる電力を制御するようになっている。
かかる構成により、車両1が駅に停車した際には、集電接触子4と給電接触子7とが接触することにより、地上側の充電装置9から供給される電力が蓄電装置5に蓄電されることになる。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態に係る架線レス交通車両の充電方法を、図面を参照しながら説明する。図2は、本発明の第1実施形態に係る架線レス交通車両の充電方法を示した図であり、車両が走行及び停車(充電)している際の蓄電装置5の電圧値Vと時間tとの関係を示した図である。
図2に示すように、本実施形態では、充電装置9の制御手段10が、蓄電装置5の最高電圧許容値VH近傍の電圧設定値VSで蓄電装置5を充電するように制御している。すなわち、本実施形態では、充電装置9が、蓄電装置5の最高電圧許容値VH近傍の電圧設定値VSで蓄電装置5を充電する。
なお、充電は、通常、CC−CV(定電流−定電圧)充電により行う。ここで、CC−CV充電とは、始めにCC(Constant Current)モードで、設定電圧(CV値)になるまで充電し、設定電圧に達したらCV(Constant Voltage)モードに移行し、電流値が徐々に小さくなっていく充電方法である。本発明の電圧設定値VSは、このCV値のことを言う。図2では、充電直後にCVモードになった例を示している。
本実施形態に係る架線レス交通システムでは、車両1が走行する軌道2が予め決まっているので、各駅の間において蓄電装置5の電圧値Vが力行時や回生ブレーキ時にどのように変動するかは予め知ることができる。したがって、充電装置9における電圧設定値VSは、各駅の間における蓄電装置5の電圧値Vの変動状況に基づいて決定される。例えば、電圧設定値VSは、以下の式を満たすような値で設定される。
(数1)
VS ≦ VL
ここで、図2に示すように、VSは、電圧設定値VSと最高電圧許容値VHとの間のマージンであり、VLは、車両運行時の蓄電装置5の電圧値Vの最低値(力行時の電圧値)と最低電圧許容値VLとの間のマージンである。
なお、本実施形態では、充電装置9が電圧設定値VSで蓄電装置5を充電するが、上記数式1の条件を満たす電圧設定値VSを固定して定電圧で充電する場合に限らず、上記数式1の条件を満たす範囲で電圧設定値VSを変動させて蓄電装置5を充電してもよい。
本実施形態に係る架線レス交通車両の充電方法によれば、充電装置9が、蓄電装置5の最高電圧許容値VH近傍の電圧設定値VSで蓄電装置5を充電するので、図2に示すように、駅から出発する時点の蓄電装置5の電圧値Vが従来(図4の場合)に比べて高くなる。これにより、車両1が駅から出発した際に蓄電装置5の電圧値Vが最低電圧許容値VLに向かって大きく下がった場合でも、蓄電装置5の電圧値Vが蓄電装置5の最低電圧許容値VLに対して十分なマージンVLを確保することができ、使用状況や環境により蓄電装置5の電圧値Vが最低電圧許容値VLより小さくなるおそれがない。
このように、車両1が複数の駅間を走行する場合において蓄電装置5を許容電圧値の範囲内でより長い期間にわたって使用できるようになり、蓄電装置5の寿命(耐用期間)を延ばすことができる。
また、全般に電圧が高くなるので、その分電流値が小さくなり、消費電力が減るという省エネ効果を得ることができる。
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態に係る架線レス交通車両の充電方法を、図面を参照しながら説明する。図3は、本発明の第2実施形態に係る架線レス交通車両の充電方法を示した図であり、車両が走行及び停車(充電)している際の蓄電装置5の電圧値Vと時間tとの関係を示した図である。
図3に示すように、本実施形態では、充電装置9の制御手段10が、電圧設定値VSで蓄電装置5を充電するように制御している。すなわち、本実施形態では、充電装置9が電圧設定値VSで蓄電装置を充電する。ここで、電圧設定値VSは、車両1の力行時の蓄電装置5の電圧値Vが蓄電装置5の最低電圧許容値VLより大きくなり且つ車両1の回生ブレーキ時の蓄電装置5の電圧値Vが蓄電装置5の最高電圧許容値VHより小さくなるような電圧値で設定されている。
なお、本実施形態に係る架線レス交通システムでは、車両1が走行する軌道2が予め決まっているので、各駅の間において蓄電装置5の電圧値Vが力行時や回生ブレーキ時にどのように変動するかは予め知ることができる。したがって、充電装置9における電圧設定値VSは、駅の間における蓄電装置5の電圧値Vの変動状況に基づいて決定される。例えば、電圧設定値VSは、車両1の力行時に最低電圧許容値VLに対して5〜30%分のマージンVLが確保され、且つ車両1の回生ブレーキ時に最高電圧許容値VHに対して5〜30%分のマージンVHが確保されるような値で設定する。
また、本実施形態に係る制御方法は、上述した第1実施形態に係る方法と組み合わせることも可能である。
例えば、第1実施形態に係る方法で蓄電装置5を充電しておき、回生ブレーキ時の電圧値Vが最高電圧許容値VHに近づくような場合には、回生ブレーキ時のピークをカットして、最高電圧許容値VHに対して5〜30%分のマージンVHが確保されるように制御してもよい。ここでピークをカットする構成の例としては、抵抗器を積んでピークをカットする構成がある。
本実施形態に係る架線レス交通車両の充電方法によれば、充電装置9が、車両1の力行時の蓄電装置5の電圧値Vが蓄電装置5の最低電圧許容値VLより大きくなり且つ車両1の回生ブレーキ時の蓄電装置5の電圧値Vが蓄電装置5の最高電圧許容値VHより小さくなるような電圧設定値VSで蓄電装置5を充電するので、例えば、図3に示すように、車両1が海抜の高い駅から海抜の低い駅に向かって出発した際に蓄電装置5の電圧値Vが最高電圧許容値VHに向かって大きく上がった場合でも、蓄電装置5の電圧値Vは蓄電装置5の最高電圧許容値VHに対して十分なマージンVHを確保することができ、使用状況や環境により蓄電装置5の電圧値Vが最高電圧許容値VHより大きくなるおそれがない。
また、車両1が駅から出発した際に蓄電装置5の電圧値Vが最低電圧許容値VLに向かって大きく下がった場合でも、蓄電装置5の電圧値Vが蓄電装置5の最低電圧許容値VLに対して十分なマージンVLを確保することができ、使用状況や環境により蓄電装置5の電圧値Vが最低電圧許容値VLより小さくなるおそれがない。
このように、車両1が高低差のある複数の駅間を走行する場合において蓄電装置5を許容電圧値の範囲内でより長い期間にわたって使用できるようになり、蓄電装置5の寿命を延ばすことができる。
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
上述の実施形態では、車両1の蓄電装置5を接触式で充電するように構成しているが、充電装置9を高周波電力を供給する充電電源とし、非接触式で車両1の蓄電装置5を充電するように構成してもよい。
1 車両
2 軌道
3 台車
3a 台車の側面
4 集電接触子
5 蓄電装置
6 支持フレーム
7 給電接触子
8 電力線
9 充電装置
10 制御手段
V 蓄電装置の電圧値
VL 最低電圧許容値
VH 最高電圧許容値
VS 電圧設定値
VL 蓄電装置の電圧値と最低電圧許容値との間のマージン
VH 蓄電装置の電圧値と最高電圧許容値との間のマージン
VS 電圧設定値と最高電圧許容値との間のマージン

Claims (4)

  1. 蓄電装置を搭載した車両が軌道上の駅で停車した際に前記車両の前記蓄電装置を地上側に設けられた充電装置により充電する架線レス交通車両の充電方法において、
    前記充電装置が、前記蓄電装置の最高電圧許容値近傍の電圧設定値で前記蓄電装置を充電し、
    前記電圧設定値が以下の第1の式を満たす値で設定されることを特徴とする架線レス交通車両の充電方法。
    [第1の式]
    VS ≦ VL
    但し、VS は、前記電圧設定値と最高電圧許容値との間のマージンであり、VL は、車両運行時の蓄電装置の電圧値の最低値と最低電圧許容値との間のマージンである。
  2. 前記充電装置が、前記車両の力行時の前記蓄電装置の電圧値が前記蓄電装置の最低電圧許容値より大きくなり且つ前記車両の回生ブレーキ時の前記蓄電装置の電圧値が前記蓄電装置の最高電圧許容値より小さくなるような電圧設定値で前記蓄電装置を充電し、
    前記電圧設定値は、前記車両の力行時に最低電圧許容値に対して5から30%分のマージンが確保され、且つ前記車両の回生ブレーキ時に最高電圧許容値に対して5から30%分のマージンが確保されるような値であることを特徴とする請求項1に記載の架線レス交通車両の充電方法。
  3. 蓄電装置を搭載した車両が軌道上の駅で停車した際に前記車両の前記蓄電装置を地上側に設けられた充電装置により充電する架線レス交通車両の充電システムにおいて、
    前記充電装置が、制御手段を備えており、該制御手段が、前記蓄電装置の最高電圧許容値近傍の電圧設定値で前記蓄電装置を充電するように制御し、
    前記電圧設定値が以下の第2の式を満たす値で設定されることを特徴とする架線レス交通車両の充電システム。
    [第2の式]
    VS ≦ VL
    但し、VS は、前記電圧設定値と最高電圧許容値との間のマージンであり、VL は、車両運行時の蓄電装置の電圧値の最低値と最低電圧許容値との間のマージンである。
  4. 前記制御手段が、前記車両の力行時の前記蓄電装置の電圧値が前記蓄電装置の最低電圧許容値より大きくなり且つ前記車両の回生ブレーキ時の前記蓄電装置の電圧値が前記蓄電装置の最高電圧許容値より小さくなるような電圧設定値で前記蓄電装置を充電するように制御し、
    前記電圧設定値は、前記車両の力行時に最低電圧許容値に対して5から30%分のマージンが確保され、且つ前記車両の回生ブレーキ時に最高電圧許容値に対して5から30%分のマージンが確保されるような値であることを特徴とする請求項3に記載の架線レス交通車両の充電システム。
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