JP4746531B2 - 電気鉄道システム - Google Patents

Description

この発明は、蓄電手段の電力で車両が走行する電気鉄道システムに関する。

電気鉄道システムにおいて、車両がブレーキ時の回生電力を制御する方式の一例として、車両の主回路を適切に切り替えて、車両に搭載された抵抗器で回生電力を安全に消費させる方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開平１１−１７８２０１号公報

機械ブレーキや抵抗器を用いて車両が減速すると、走行エネルギーは全て熱として消費される。これに対して、車両に蓄電手段を搭載して、回生電力を蓄電手段で吸収することで、車両が減速する際の回生電力を有効利用し、また蓄電手段の電力で車両が走行することで、架線の一部を省略して設備の導入コスト及び維持管理コストを低減する電気鉄道システムは有効な方法であると考えられる。

そこで本発明は、変電所から電力を受電し、該電力で車両が走行する電気鉄道システムにおいて、車両に蓄電手段を搭載し、該蓄電手段の充放電を制御することにより、ブレーキ時の回生電力を有効利用し、部分的に電車線を省略可能な電気鉄道システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するするために本発明の一実施例に係る電気鉄道システムは、変電所からの電力を、電車線を介して車両に供給し、車両が走行する電気鉄道システムにおいて、第１通信手段を有する変電所と、蓄電手段と、前記蓄電手段のエネルギー残量及び前記車両の時間スケジュールを含む運行管理情報を含む情報の授受を前記第１通信手段との間で行う第２通信手段、及び前記蓄電手段の充放電を制御する制御手段を有する車両と、前記変電所と車両の間で電力の伝送を行う電車線とを具備し、前記変電所は、前記蓄電手段のエネルギー残量及び前記車両の時間スケジュールに基づいて、前記変電所と前記車両とが電力の授受を行うことのできる時間を決定する手段を具備し、前記車両は前記電車線が配置された区間では前記電車線を介して変電所と電力の授受を行い、その他の区間では前記蓄電手段のエネルギーのみで走行し、前記制御手段は前記第２通信手段により得られる前記電力の授受を行うことのできる時間に基づいて、前記蓄電手段の充放電を制御する。

車両に蓄電手段を搭載し、該蓄電手段の充放電を制御することにより、ブレーキ時の回生電力を有効利用すると共に、部分的に電車線を省略可能な電気鉄道システムが提供される。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

［第１実施例］
図１は、本発明による電気鉄道システムを実施するためのシステム構成例を示す図である。

図１において、変電所１は商用電源等の電源（図示されず）と電車線２に接続される。また、変電所１は外部との通信を行うための通信手段８を有する。車両３は蓄電手段４と、蓄電手段４の充放電を制御するための制御手段５と、車両（電気車両）３が電車線２からの電力を受電するための集電手段（パンタグラフ）６と、車両が外部との通信を行うための通信手段７を有する。電車線２は、車両３と電力の授受が行えるように、地上に設置される。また、車両３において、集電手段６は電車線２と電力の授受が行えるように設置される。

電車線２の長さは、車両に電力を供給するための通常のき電システムにおける架線のように数十Ｋｍ、あるいは駅のホームに複数車両停車した場合に、それら車両に電力を供給できる長さ、または１車両分の長さである。図１中の架線レス区間は、レールは配置されているが架線は設けられておらず、車両が電力を受電することができない区間、またはレール及び架線は設置されているが架線に電力が供給されない区間を示す。変電所１から電車線２に供給される電圧は、直流でも良いし交流でもよい。

図２は変電所から供給される電圧が直流電圧の場合に適用される車両の内部回路構成を示す図である。

継電器２２、２４、２７、２９、３０は、事故あるいは車輌故障時に開放され、システムの各部を保護すると共に、蓄電要素３９から高電圧がシステムの各部ならびに集電手段に達することを防止するために設けられている。集電手段６から供給される電圧は、継電器２２を通過した後ＬＣフィルタ２３によりノイズ除去され、継電器２４を介してＶＶＦインバータ２５に提供される。ＶＶＦインバータ２５は入力直流電圧を三相交流電圧に変換し、電動機２６を駆動する。

またＬＣフィルタによりノイズ除去された電圧は、継電器２７を通過してＤＣ／ＤＣコンバータ２８に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、電流方向が互いに逆となるように接続されたダイオード３６ａとスイッチング素子３７ａの並列回路３４と、同様に接続されたダイオード３６ｂとスイッチング素子３７ｂの並列回路３５とから構成され、並列回路３４と並列回路３５は直列に接続されている。これら並列回路の接続ノードにはリアクトル３８の一端が接続されている。リアクトル３８の他端（ＤＣ／ＤＣコンバータ２８の出力端）は継電器２９を介して蓄電要素３９に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８、継電器２９、蓄電要素３９は、蓄電手段４を構成する。

制御手段５はスイッチング素子３７ａ、３７ｂ及び継電器２９のオン／オフを制御することにより、蓄電要素３９の充放電を制御する。蓄電要素３９を充電する場合、制御手段５は継電器２９をオン、スイッチング素子３７ｂをオフ、スイッチング素子３７ａをチョッパー制御つまりパルス列信号によりオン／オフ制御する。このパルス列信号の周波数は例えば数百Ｈｚで、そのデューティ比に応じて充電電流の大きさ及び蓄電要素に蓄電される電力の電圧が制御される。このときの充電電流はリアクトル３８により平滑化される。集電手段６から供給される電圧が例えば１５００Ｖ程度の場合、蓄電要素３９の電圧は数百Ｖ〜１０００Ｖ程度に制御される。蓄電要素３９に蓄積された電力を保持する場合、制御手段５はスイッチング素子３７ａ、３７ｂ、継電器２９をオフする。

蓄電要素３９を放電する場合、制御手段５は継電器２９をオン、スイッチング素子３７ａをオフ、スイッチング素子３７ｂをチョッパー制御する。この結果、蓄電要素３９に蓄積されている電力の電圧はリアクトル３８により昇圧され、ダイオード３６ａ、ＬＣフィルタ２７、集電手段６等を介して電車線２に供給される。このとき、スイッチング素子３７ｂを制御するパルス列信号の周波数は充電時と同様に例えば数百Ｈｚで、そのデューティ比に応じて放電電流の大きさが制御される。

またＬＣフィルタによりノイズ除去された電圧は、継電器３０を介して補助電源（ＳＩＶ）３１に入力される。補助電源３１は入力直流電圧を交流電圧に変換し、車両３内に備えられた照明装置、エアコンなどの負荷に電力を変圧器３２を介して供給する。変圧器３２は、補助電源３１により発生された交流電圧を負荷３３に適した大きさの電圧に変換する。

図３は変電所から供給される電圧が交流電圧の場合に適用される車両の内部回路構成を示す図である。図２と同一の構成要素には同一の参照符号が付されている。

集電手段６から供給される電圧は、変圧器４０を介してＡＣ／ＤＣコンバータ４１に供給される。変圧器４０は集電手段６から供給される電力の電圧を下げると共に、集電手段６に接続されているき電系統と車両３とを直流的に遮断する。ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、入力交流電圧を直流電圧に変換する。コンデンサ４２はＡＣ／ＤＣコンバータ４１から発生される直流電圧を平滑化する。コンデンサ４２より後段の回路構成及び動作は図２と同様であるから説明は割愛する。

（作用）
車両３は、電車線２及び集電手段６を介して、変電所１と電力の授受を行う。また車両３に設けられた通信手段７は、変電所１に設けられた通信手段８と充放電に関する情報を含む情報の授受を行い、制御手段５は、通信により得られた情報を基に蓄電手段４の充放電を制御する。

車両３が変電所１に接近すると、車両３から変電所１に当該車両に関する情報（後述される）が送られる。その後、車両３に関する情報と、変電所１に関する情報（後述される）を基に、制御手段５は蓄電手段４の充放電を制御する。ここで制御手段５は、充放電の最大電流が出来るだけ小さくなるように、蓄電手段４を制御する。また、電力の授受を断続的に行うことも可能である。以上の手順により蓄電手段４は充電または放電を完了し、車両３は走行を行う。

（効果）
以上の結果から、本実施例により次の効果を得る。

先ず、車両３に蓄電手段４を搭載することで、ブレーキ時の回生電力で蓄電手段４を充電し、次の力行電力として再利用できる。従来、この回生電力は、当該車両と同じ架線区間に他の車両が存在する場合は、他の車両にて消費することができるが、他の車両が存在しない場合は、抵抗器等を介して無駄に消費されていた。しかし本願システムにおいては、当該車両と同じ架線区間に他の車両が存在しない場合でも、回生電力を蓄電し有効に利用することができる。また、車両３は蓄電手段４のエネルギーのみで走行することも可能であるため、架線レス区間であっても走行でき、電車線を線路上の全ての区間に設ける必要がなく、電車線を部分的に省略することも可能となる。

更に、車両３は電車線が配置された区間においても蓄電手段４のエネルギーのみ、または変電所１からの電力と蓄電手段４のエネルギーを併用して走行することにより、変電所１の負荷低減ならびに電車線電圧の安定化を実現できる。また、変電所１と車両３が情報通信を行うことで、通信により得られた情報を基に蓄電手段４の充放電を制御することが可能となる。これにより、蓄電手段４の充放電後のエネルギー残量を最適化し、また変電所１と車両３間の電力の授受を効率的に行うことが可能となる。

次に本発明による電気鉄道システムにおいて、通信にて授受を行う情報について詳細に説明する。

車両３が変電所１と通信にて授受を行う情報には、上記したように車両３に搭載された蓄電手段４のエネルギー残量（ＫＷｈ：キロワットアワー）が含まれる。車両３と変電所１が情報通信を行い、蓄電手段４のエネルギー残量に関する情報を共有することにより、変電所１が車両３と授受を行うエネルギー量を事前に把握することが可能となる。尚、蓄電手段４のエネルギー残量は、蓄電手段４の端子電圧あるいは充放電された電力の累積値に基づいて確認される。

例えば、車両３が電車線２に接近すると、蓄電手段４のエネルギー残量に関する情報が、車両３から変電所１へ、通信手段７及び通信手段８を用いて送られる。この情報を基に、変電所１は、車両３と授受を行うエネルギー量を決定し、制御手段５により蓄電手段４の充放電が制御される。ここで、車両３と変電所１が授受を行うエネルギー量は、車両３が決定することも可能である。

このように、車両と変電所間で授受される情報に、蓄電手段のエネルギー残量を含むことにより、車両と変電所間で授受を行うエネルギー量を正確に把握することが可能となり、エネルギーの効率的な運用と管理ができる。例えば、車両３に搭載された蓄電手段４のエネルギー残量が例えば満充電時の５０％で、充電完了後は満充電時の８０％とする必要がある場合、差分の３０％に相当するエネルギーを変電所１が車両に供給すればよいことがわかる。

また、車両３が変電所１と通信にて授受を行う情報として、車両３の運行管理情報を含めてもよい。ここで、運行管理情報の具体例としては、時間スケジュール、線路データ（路線の地形データ）、車両３の位置情報、及び他車両との位置関係に関する情報などが挙げられる。

車両３と変電所１が情報の授受を行い、車両３の運行管理情報を共有することにより、車両３が変電所１通過後に必要となるエネルギー量、及び車両３と変電所１が電力の授受を行うことのできる時間を事前に把握することが可能となる。

例えば、車両３が電車線２に接近すると、車両３の運行管理情報が車両３から変電所１へ、通信手段７と通信手段８を用いて送られる。この情報を基に、変電所１は蓄電手段４の充放電完了後のエネルギー残量、及び車両３と電力の授受を行うことのできる時間を決定する。その後、制御手段５により蓄電手段４の充放電が制御される。ここで、電力の授受を行うことのできる時間とは、電車線２が駅のホーム程度の長さしかない場合は車両の停車時間、あるいは電車線２が数十キロに及ぶ場合は当該電車線を通過するのに必要な時間である。また、蓄電手段４の充放電完了後のエネルギー残量、及び車両３と変電所１が電力の授受を行う時間は、車両３が決定することも可能である。

以上のように、車両と変電所１間で授受を行う情報に、車両の運行管理情報を含むことにより、運行スケジュールから、車両が電車線と電力の授受を行うことが可能な時間を知ることができる。これにより、与えられた時間内で、蓄電手段の充放電を最も効率よく行うことができる。

また線路データを把握することにより、エネルギーを効率的に利用することが可能となる。例えば、車両が変電所１の通過後に下り勾配を走行し、力行電力以上の回生電力が見込める場合には、車両に設けた蓄電手段のエネルギー残量を、勾配のない場合より少なくした状態で電車線２を離れるよう、蓄電手段の充放電を制御する。これにより、下り勾配区間における回生電力を確実に回収することが可能となる。

［第２実施例］
図４は、本発明による電気鉄道システムの第２実施例の構成を示す図である。第１実施例と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例と第１実施例との違いは、変電所１と電車線２の間に、蓄電手段（蓄電装置）９が並列に接続されている点である。蓄電手段９の構成は車両の蓄電手段４と同様である。すなわち蓄電手段９は、図２のようにＤＣ／ＤＣコンバータ２８、継電器２９、蓄電要素３９を含む。更に蓄電手段９は、当該蓄電手段の充放電を制御するための制御手段１０と、変電所１及び車両３との通信を行うための通信手段１１を有する。

（作用）
本実施例において、車両３への電力供給は、変電所１と蓄電手段９のいずれか一方または両方が利用される。更に、車両３に余剰電力が発生した場合は、当該余剰電力を蓄電手段９で吸収、または変電所１を介して商用電源等に送ることができる。

車両３が電車線２に接近すると、変電所１と蓄電手段４と蓄電手段９は、それぞれが有する通信手段を用いて相互に通信を行い、変電所１に関する情報、蓄電手段９に関する情報、及び車両３に関する情報を共有する。これらの情報を基に、制御手段５により蓄電手段４の充放電が、また制御手段１０により蓄電手段９の充放電が制御される。ここで、充放電電流や所要時間は、電車線における損失が最小となるよう制御を行うものとする。尚、以上の判断は、変電所１または蓄電手段９のいずれにおいても実行することも可能である。

（効果）
以上の結果から、本実施例により次の効果を得る。

変電所１に対して並列に蓄電手段９を設けることにより、車両３において余剰電力が発生した場合、地上に設けた蓄電手段９で吸収することができ、エネルギーの有効利用が可能となる。また、車両３への給電電力が、変電所１の給電能力を一時的に超える場合でも、地上に設けた蓄電手段９からの電力を併用することで、車両への給電を継続することが出来る。また、車両への給電電力が変電所１の給電能力を超えない場合でも、変電所１と地上に設けた蓄電手段を併用することにより、変電所１が商用電源等から受電する電力のピークをカットすることが可能となる。これにより、変電所１の受電電力を平準化し、電力会社との契約料を低く抑えることが可能となる。更に、このように地上に蓄電手段９を設ける場合は、車両への搭載に比べ、蓄電手段の体積及び重量に関する制約を受けにくいため、車載用蓄電手段４よりエネルギー容量の大きい蓄電手段を設けることができる。

［第３実施例］
図５は、本発明による電気鉄道システムの第３実施例の構成を示す図である。第１実施例と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例と第１実施例との違いは、変電所１と電車線２の間に蓄電手段９が直列に接続されている点である。蓄電手段９は、当該蓄電手段の充放電を制御するための制御手段１０と、変電所１及び車両３との通信を行うための通信手段１１を有する。

（作用）
変電所１からの電力は、一度蓄電手段９に蓄えられた後、電車線２へと送られる。また車両に余剰電力が存在する場合は、蓄電手段９で吸収することができる。

車両３が電車線２に接近すると、変電所１と、蓄電手段４と、蓄電手段９は、それぞれの有する通信手段を用いて相互に通信を行い、変電所１に関する情報、蓄電手段９に関する情報、及び車両３に関する情報を共有する。これらの情報を基に、蓄電手段９が車両３と授受を行うエネルギー量や充放電電流値を決定する。そして、これらの情報を基に、制御手段５により蓄電手段４の充放電が、また制御手段１０により蓄電手段９の充放電が制御される。ここで、充放電電流や所要時間は、電車線２における損失が最小となるよう制御を行うものとする。尚、以上の判断は、変電所１または蓄電手段９のいずれにおいても実行することも可能である。

（効果）
以上の結果から、本実施例により次の効果を得る。

（請求項３の効果）
変電所１に対して直列に蓄電手段を設けることにより、車両において余剰電力が発生した場合、地上に設けた蓄電手段で吸収することができ、エネルギーの有効利用が可能となる。 また、蓄電手段９の充放電を制御することにより、変電所１と蓄電手段９間の電流を、蓄電手段９と電車線２間の電流より小さくすることができる。これにより、変電所１の受電電力の平準化や、変電所１と蓄電手段９間の送電設備を簡素化することができる。更に、地上に蓄電手段を設ける場合は、車両への搭載に比べ、蓄電手段の体積及び重量に関する制約を受けにくいため、車載用蓄電手段よりエネルギー容量の大きい蓄電手段を設けることができる。

［第４実施例］
次に本発明による電気鉄道システムにおける通信方法に関する実施例を第４実施例として説明する。

図６は、本発明による電気鉄道システムの第４実施例の構成を示す図である。この構成は図１の第１実施例と同様であり、第１実施例と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第４実施例では、変電所１と車両３間の通信に電車線２が使用される。車両３において、通信手段７は、集電手段６を介して電車線２と情報の授受が行えるように接続される。また、変電所１の通信手段８は、電車線２と情報の授受が行えるように接続される。

（作用）
車両３と変電所１が情報の授受を行う場合、車両３からの情報は図６に両矢印で示すように、集電手段６、電車線２、電車線２と変電所１間の送電線１４を経由して、通信手段８へ送られる。また変電所１からの情報も、電車線２と変電所１間の送電線１４、電車線２、集電手段６を介して通信手段７に送られる。ここで、車両の通信手段７と集電手段６間の通信方法については、有線以外に無線を使用することも可能である。

（効果）
以上の結果から、本実施例により次の効果を得る。

変電所１と車両間における情報の授受を、電車線を用いて行うことにより、通信ケーブルを設ける必要がなくなるため、通信のための設備コストを低減することができる。

［第５実施例］
次に本発明による電気鉄道システムにおける通信方法に関する他の実施例を第５実施例として説明する。

図７は、本発明による電気鉄道システムの第５実施例の構成を示す図である。この構成は図１の第１実施例と同様であり、第１実施例と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第５実施例では、変電所１と車両３間の通信にレールが使用される。車両３において、通信手段７は、レールと情報の授受を行う機能を持つ。通信ケーブル１２は、レールを介して変電所１に設けた通信手段８に接続される。

（作用）
車両３は、通信手段７を用いて、レール上の任意の場所で変電所１と通信を行うことが可能である。車両３と変電所１が情報の授受を行う場合、車両３からの情報は、図７に両矢印で示すように、車両３の車輪、レール、通信ケーブル１２を経由して通信手段８へ送られる。また、変電所１からの情報についても、通信ケーブル１２、レール、車両３の車輪を介して通信手段７に送られる。ここで、通信手段７とレール間の通信方法については、車輪以外に無線を使用することも可能である。その場合、レールには必要に応じて送受信器が設けられる。

（効果）
以上の結果から、本実施例により次の効果を得る。

変電所１と車両間における情報の授受を、レールを用いて行うことにより、電車線の存在しない区間においても、通信を行うことが可能となる。また、既存の設備を活用することが可能となり、通信のための設備コストを低減することができる。

［第６実施例］
次に本発明による電気鉄道システムにおける通信方法に関する更に他の実施例を第６実施例として説明する。図８は、本発明による電気鉄道システムの第６実施例の構成を示す図である。この構成は図１の第１実施例と同様であり、第１実施例と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第６実施例では、変電所１と車両３間の通信に専用の通信ケーブルが使用される。図８において、通信ケーブル１３は、車両の走行経路に沿って配置され、更に変電所１に設けた通信手段８に接続される。また、車両の通信手段７と通信ケーブル１３は、無線を用いて相互に情報の授受を行う機能を持つ。通信ケーブル１３には、必要に応じて送受信器（図示されず）が設けられる。

（作用）
通信ケーブル１３を使用することにより、車両３は、電車線２の存在しない区間においても、変電所１と情報の授受を行うことが可能である。車両３と変電所１が情報の授受を行う場合、車両３からの情報は、図８に両矢印で示すように、通信ケーブル１３を経由して変電所１の通信手段８へ送られる。また、変電所１からの情報も、通信ケーブル１３を介して通信手段７に送られる。車両の通信手段７と通信ケーブル１３間の通信は無線を使用する。

（効果）
以上の結果から、本実施例により次の効果を得る。

変電所１と車両間における情報の授受を、専用の通信ケーブルを用いて行うことにより、車両や変電所１に設けた電気機器から発生する高調波や電磁ノイズの影響を受けることなく、安定した通信を行うことが可能となる。更に、レールを使用しない新交通システムや、無軌条電車（トロリーバス）などにも適用可能である。

［第７実施例］
次に本発明による電気鉄道システムにおける通信に関する更に他の実施例を第７実施例として説明する。図９は、本発明による電気鉄道システムの第７実施例の構成を示す図である。この構成は図１の第１実施例と同様であり、第１実施例と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第７実施例では、変電所１と車両３間の通信に無線が使用される。車両３に設けた通信手段７、及び変電所１に設けた通信手段８は、無線を用いて直接に通信を行う機能を持つ。

（作用）
車両３と変電所１間の通信に無線を使用することで、電車線やレール、その他通信ケーブルの有無に関わらず、通信を行うことが可能となる。

車両３と変電所１が情報の授受を行う場合、車両３からの情報は図９に両矢印で示すように、車両３の通信手段７から変電所１の通信手段８へ無線で送られる。また、変電所１からの情報についても、無線により通信手段７に送られる。

（効果）
以上の結果から、本実施例により次の効果を得る。

変電所１と車両間における情報の授受を、無線を用いて行うことにより、通信ケーブルの敷設が不要となり、通信のための設備を簡素化することができる。また、車両や変電所１に設けた電気機器から発生する高調波や電磁ノイズの影響を受けることなく、安定した通信を行うことが可能となる。更に、レールを使用しない新交通システムや、無軌条電車（トロリーバス）などにも適用可能である。

［第８実施例］
図１０は、本発明による電気鉄道システムの第８実施例の構成を示す図である。第１実施例と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例と第１実施例との違いは、変電所１が電力の授受を行う車両が２両存在する点である。各車両は、変電所１と情報の授受を行うほか、車両間相互の通信も行えるよう構成される。

（作用）
変電所１が２両の車両と電力の授受を行う場合、変電所１が各車両と情報通信を行うことにより、変電所１と車両間における電力の授受を効率的に行うことができる。

２両の車両が電車線２に接近すると、変電所１と各車両はそれぞれの有する通信手段を用いて相互に通信を行い、変電所１及び各車両に関する情報を共有する。これらの情報を基に、変電所１は、各車両の蓄電手段の充放電が最も効率的に行えるように制御する。例えば、電車線２が駅のホーム程度の長さしかなく、２車両が駅に停車し、一方の車両の発車時刻の方が早い場合等、当該車両と優先的に電力授受を行うことが必要となった場合は、他の車両との電力の授受を一時的に停止する場合もある。また、充放電の制御に関する上記の判断は、各車両で行うことも可能である。更に、車両が３両以上の場合でも、同様の手法により、本発明を実施することができる。

（効果）
以上の結果から、本実施例により次の効果を得る。

１つの変電所１が複数の車両と電力の授受を行う場合、車両と変電所１、または各車両間相互において通信を行うことで、各車両の蓄電手段のエネルギー残量や、蓄電手段の充放電にどれくらいの時間をかけられるかがを知ることが出来る。これらの情報を基に、各車両の蓄電手段について充電するか放電するかの判断、及び充放電電流の値を、車両ごとに決定することが出来る。よって、ある車両が変電所１と授受を行うエネルギー量が多く、しかも短時間での充放電が必要な場合は、当該車両と優先的に電力の授受を行い、他の車両は充放電を行わないということも可能である。また、変電所１が複数の車両と同時に電力の授受を行う場合は、変電所１の給電能力や、各車両が充放電のために使える時間を基に、充放電が最も効率的に行えるよう、充放電電流の値を車両ごとに決定することが出来る。このように、エネルギーを効率的に運用することが可能となる。
［第９実施例］
図１１は、本発明による電気鉄道システムの第９実施例の構成を示す図である。第１実施例と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例と第１実施例との違いは、変電所１が複数存在する点である。図１１において、給電ポイントＡ及び給電ポイントＢは同一の構成で、各給電ポイントは変電所１及び電車線２を含み、各変電所１は車両及び他の変電所１との通信を行うための通信手段８を含む。

（作用）
２つの変電所１と車両３が相互に通信を行い、変電所１や車両３に関する情報を共有することで、各変電所１と車両３が授受を行うエネルギー量を事前に把握することができる。

例えば、車両３が図中左側から給電ポイントＡに接近すると、給電ポイントＡの変電所１は、車両３及び給電ポイントＢと通信を行い、車両３に関する情報及び各給電ポイントに関する情報を共有する。これらの情報を基に、車両３が各給電ポイントと授受を行うエネルギー量が決定される。ここで、何らかの理由により給電ポイントＢでの電力の授受が行えない場合は、給電ポイントＡにて蓄電手段４のエネルギー残量を調整する。尚、変電所１が３箇所以上の場合にも、同様の手法にて、本発明を実施することができる。車両３が各給電ポイントと授受を行うエネルギー量の決定は、変電所１が行っても良いし車両３が行っても良い。

（効果）
以上の結果から、本実施例により次の効果を得る。

変電所１が複数存在する場合に、変電所間相互で情報の授受を行うことにより、車両に送る電力を複数の変電所１で分担することが可能となる。これにより、車両が通過予定の変電所１が、事故等で給電不能となった場合でも、車両及び他の変電所１が通信により情報を得ることで、車両は給電不能となった給電ポイントの手前の給電ポイントにおいて給電を受けることが可能となる。また図４のように各変電所１に蓄電手段９を設けた場合、蓄電手段９のエネルギー残量に過不足が生じた時には、車両に搭載した蓄電手段４を介して、ある変電所１の蓄電手段９から別の変電所１の蓄電手段９へエネルギーの移動が可能となる。こうすることで、変電所１が電力会社から受電する電力を低減でき、またエネルギーの効率的な運用が可能となる。

［第１０実施例］
図１２は、本発明による電気鉄道システムの第１０実施例の構成を示す図である。第１実施例と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例と第１実施例との違いは、２つの変電所１において、蓄電手段９が変電所１に対して直列に接続されている点である。図１２において、各給電ポイントに設けた蓄電手段９は、当該蓄電手段の充放電を制御する制御手段１０と、各給電ポイントの変電所１、他の給電ポイントに設けた蓄電手段、及び車両３との通信を行うための通信手段８を有する。

（作用）
２つの給電ポイントにそれぞれ設けた変電所１と蓄電手段９、更に車両３が相互に通信を行い、変電所１や蓄電手段９、車両３に関する情報を共有することで、各給電ポイントにおいて、変電所１及び蓄電手段９と車両３が授受を行うエネルギー量を事前に把握することができる。

例えば車両３が図中左側から車両３が給電ポイントＡに接近すると、給電ポイントＡの変電所１は、給電ポイントＡに設けた蓄電手段９、車両３、及び給電ポイントＢに設けた変電所１、蓄電手段と通信を行い、車両３に関する情報及び各給電ポイントに関する情報を共有する。これらの情報を基に、車両３が各給電ポイントと授受を行うエネルギー量が決定される。ここで、前記エネルギー量の決定は、変電所１、蓄電手段９、または車両３が行うことが可能である。尚、変電所１が３箇所以上の場合にも、同様の手法にて、本発明を実施することができる。

（効果）
以上の結果から、本実施例により次の効果を得る。

変電所１に対して直列に蓄電手段を設けることにより、車両において余剰電力が発生した場合、地上に設けた蓄電手段で吸収することができ、エネルギーの有効利用が可能となる。また、蓄電手段９の充放電を制御することにより、変電所１と蓄電手段９間の電流を、蓄電手段９と電車線２間の電流より小さくすることができる。これにより、変電所１の受電電力の平準化や、変電所１と蓄電手段９間の送電設備を簡素化することができる。更に、地上に蓄電手段を設ける場合は、車両への搭載に比べ、蓄電手段の体積及び重量に関する制約を受けにくいため、車載用蓄電手段よりエネルギー容量の大きい蓄電手段を設けることができる。
また変電所１が複数存在する場合に、変電所間相互で情報の授受を行うことにより、変電所１または蓄電手段９から車両に送る電力を、複数の変電所で分担して供給することが可能となる。従って、車両が通過予定の変電所が、事故等で給電不能となった場合でも、車両及び他の変電所が通信により情報を授受することで、車両は給電不能となった変電所の手前の変電所において給電を受けることが可能となる。また変電所に蓄電手段を設ける場合、蓄電手段のエネルギー残量に過不足が生じた時には、車両に搭載した蓄電手段を介して、ある変電所１の蓄電手段から別の変電所の蓄電手段へエネルギーの移動が可能となる。こうすることで、変電所が受電する電力を低減でき、またエネルギーの効率的な運用が可能となる。
［第１１実施例］
本発明の第１１実施例について、図１を用いて説明する。尚、本実施例と第１実施例との構造上の差異はない。

（作用）
本実施例では、変電所１と車両３の間の通信を繰り返し行うことにより、車両３及び変電所１に関する情報が更新される。これにより、変電所１と車両３間のエネルギーの授受を効率的に行うことが可能となる。

車両３が電車線２に接近し、一度通信を行った後に運行スケジュールが変更となった場合、再び通信を行うことで、変更後の運行スケジュールにあわせて蓄電手段４の充放電制御を行うことが可能となる。尚、変電所１と車両３間の通信の回数及び頻度は任意に設定することができる。

（効果）
以上の結果から、本実施例により次の効果を得る。
車両と変電所１間、車両間相互、及び変電所１間相互の通信を繰り返し行うことで、変電所１及び車両が有する情報を最新のものに更新することが出来る。これにより、蓄電手段４のエネルギー残量や運行スケジュール等の情報が更新前と異なる場合に、最新の情報を基に蓄電手段４の充放電を制御することができ、情報の更新を行わない場合と比べ、エネルギーの管理を効率的に行うことが可能となる。

以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。

本発明の第１実施例に係るシステムの構成を示す図である。 変電所から供給される電圧が直流電圧の場合に適用される車両の内部回路構成を示す図である。 変電所から供給される電圧が交流電圧の場合に適用される車両の内部回路構成を示す図である。 本発明の第２実施例に係るシステムの構成を示す図である。 本発明の第３実施例に係るシステムの構成を示す図である。 本発明の第４実施例に係るシステムの構成を示す図である。 本発明の第５実施例に係るシステムの構成を示す図である。 本発明の第６実施例に係るシステムの構成を示す図である。 本発明の第７実施例に係るシステムの構成を示す図である。 本発明の第８実施例に係るシステムの構成を示す図である。 本発明の第９実施例に係るシステムの構成を示す図である。 本発明第１０実施例に係るシステムの構成を示す図である。

符号の説明

１…変電所１、２…電車線、３…車両、４…蓄電手段、５…制御主段、６…集電手段、７…通信手段、８…通信手段、９…蓄電手段、１０…制御手段、１１…通信手段、１２…通信ケーブル、１３…通信ケーブル。

Claims (12)

1. 変電所からの電力を、電車線を介して車両に供給し、車両が走行する電気鉄道システムにおいて、
   第１通信手段を有する変電所と、
   蓄電手段と、前記蓄電手段のエネルギー残量及び前記車両の時間スケジュールを含む運行管理情報を含む情報の授受を前記第１通信手段との間で行う第２通信手段、及び前記蓄電手段の充放電を制御する制御手段を有する車両と、
   前記変電所と車両の間で電力の伝送を行う電車線とを具備し、
   前記変電所は、前記蓄電手段のエネルギー残量及び前記車両の時間スケジュールに基づいて、前記変電所と前記車両とが電力の授受を行うことのできる時間を決定する手段を具備し、
   前記車両は前記電車線が配置された区間では前記電車線を介して変電所と電力の授受を行い、その他の区間では前記蓄電手段のエネルギーのみで走行し、前記制御手段は前記第２通信手段により得られる前記電力の授受を行うことのできる時間に基づいて、前記蓄電手段の充放電を制御することを特徴とする電気鉄道システム。
2. 請求項１記載の電気鉄道システムにおいて、前記運行管理情報は路線データを含み、前記制御手段は前記蓄電手段のエネルギー残量及び前記路線データに基づいて、前記蓄電手段の充放電を制御することを特徴とする電気鉄道システム。
3. 請求項１記載の電気鉄道システムにおいて、前記第１及び第２通信手段のそれぞれと情報の授受を行う第３通信手段を有し、前記電車線に接続され地上に設置された蓄電装置を更に具備することを特徴とする電気鉄道システム。
4. 請求項１記載の電気鉄道システムにおいて、前記車両と前記変電所間の情報通信を、レールを用いて行うことを特徴とする電気鉄道システム。
5. 請求項１項記載の電気鉄道システムにおいて、前記車両と前記変電所間の情報通信を、前記電車線を用いて行うことを特徴とする電気鉄道システム。
6. 請求項１項記載の電気鉄道システムにおいて、前記車両と前記変電所間の情報通信を通信ケーブルを用いて行うことを特徴とする電気鉄道システム。
7. 請求項１項記載の電気鉄道システムにおいて、前記車両と前記変電所間の情報通信を、無線を用いて行うことを特徴とする電気鉄道システム。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項記載の電気鉄道システムにおいて、一つの変電所が複数の車両と電力の授受を行い、前記車両に設けた蓄電手段の充放電電流の値が、車両ごとに個別に決定されることを特徴とする電気鉄道システム。
9. 請求項１乃至７のいずれか１項記載の電気鉄道システムにおいて、複数の変電所を具備し、各変電所及び車両間で相互に情報通信を行うことにより、前記車両に設けた蓄電手段の充放電が制御されることを特徴とする電気鉄道システム。
10. 請求項１乃至７のいずれか１項記載の電気鉄道システムにおいて、前記車両と変電所間で相互に情報の授受を繰り返し、情報の更新を行うことを特徴とする電気鉄道システム。
11. 変電所から電車線を介して供給される電力により走行する電気車両において、
    前記変電所から供給される電力を蓄電する蓄電手段と、
    前記変電所と情報の授受を行う通信手段と、
    前記車両の時間スケジュールを含む運行管理情報及び前記蓄電手段のエネルギー残量に基づいて、前記変電所と前記車両とが電力の授受を行うことのできる時間を決定する手段と、
    前記通信手段により得られる前記情報、又は前記電力の授受を行うことのできる時間に基づいて、前記蓄電手段の充放電を制御する制御手段とを具備し、
    前記制御手段は、前記電車線が配置された区間では、前記車両が前記電車線を介して変電所と電力の授受を行い、その他の区間では前記蓄電手段に蓄電された電力のみで走行するよう前記車両を制御することを特徴とする電気車両。
12. 請求項１１記載の電気車両において、前記運行管理情報は路線データを含み、前記制御手段は前記蓄電手段のエネルギー残量及び前記路線データに基づいて、前記蓄電手段の充放電を制御することを特徴とする電気車両。

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