JP5328124B2

JP5328124B2 - 蓄電装置を搭載する鉄道車両

Info

Publication number: JP5328124B2
Application number: JP2007246553A
Authority: JP
Inventors: 弘米谷; 勝速水
Original assignee: 近畿車輌株式会社
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: JP2009073439A

Description

本発明は、車体内に蓄えた電力により架線のない区間を自力走行する「架線レス」車両
や、蓄えた電力によって大出力が必要な時にモータの駆動を補助するハイブリッド車両等
、多数の蓄電装置を搭載する鉄道車両に関する。

一般に、通勤等に用いられる近郊型の電気式鉄道車両には、小型の動力（モータ）を複
数の客車に分散配置するとともに架線または線路脇に設けられた第三軌条から集電した電
気によりこれらのモータを駆動して走行する（動力分散式）鉄道車両が多く用いられてい
る。これら電気式鉄道車両の各車体の下部には、架線やインバータ等からの電気の供給が
断たれた場合でも、一定時間、車両の制御系や客室内の換気・照明等の機能を確保するた
めのバッテリが、その他の外部機器（床下機器）と一緒に配置されている（例えば、特許
文献１，２等を参照。）。

一方、市街地における慢性的な交通渋滞を緩和すべく、地球，街，人に優しい公共交通
機関として、動力分散式鉄道車両の一種である低床式ＬＲＶ（ＬｉｇｈｔＲａｉｌＶ
ｅｈｉｃｌｅ）の導入あるいは検討が進められている。この低床式ＬＲＶは、輸送力に優
れ、省エネルギーな運行が可能で、かつ、低床であるため、高齢者や障害者にも乗降しや
すい点が注目されている（特許文献３，４等を参照）。

なお、低床式ＬＲＶは、一般的な通勤用車両や新幹線（登録商標）に比べ、床下に外部
機器を設置する十分なスペースがないため、通常、その屋根上に前記バッテリを含む外部
機器が設置されている（特許文献５等を参照）。また、本出願人らも、低床式の鉄道車両
において、車両の床を支持または形成する台枠を床面上に盛上がらせてその裏側に凹部を
設け、この凹部内に外部機器（床下機器）類を収容することにより、車両の走行方向で見
た投影面積を増大することなく、床下機器を自由度も高く設置できる方法と構造を提案し
ている（特許６等を参照）。
特開２００４−２３１０２４号公報特開２００５−５９６２１号公報特開２００２−２６４８０９号公報特開２００６−１４２９８７号公報特開平７−１７３９６号公報特開２００７−１８２２０８号公報

ところで、以上のような低床式ＬＲＶにおいては、自身の回生ブレーキによる回収電力
を該車両内に蓄えるとともに、一部区間を架線等を用いず（架線レス）走行することによ
り、従来のＬＲＶより更に省エネルギーで、かつ、走行経路の自由度も高い「環境調和型
次世代ＬＲＶ」が研究されている。

この次世代型ＬＲＶが、車両内に蓄積した電力のみで自力走行（区間限定ではあるが）
することができれば、架線を設けないことによる景観の保護や、他の輸送機関に対する制
約も軽減され、都市環境の改善に貢献することが可能になる。また、地上側設備を削減で
きることによる導入（イニシャル）コストの低減や、保守コスト等を軽減できるなどのメ
リットも考えられる。

しかしながら、この「架線レス」走行の実現には、現在の電気式鉄道車両には無い、大
容量（大重量）の充電装置と充放電制御装置などを必要とするため、その搭載スペースと
搭載方法が問題となる。特に、もともと機器搭載スペースの少ない低床式ＬＲＶにおいて
は、これらを搭載するために客室空間や低床性を犠牲にすると、「輸送力」や「乗降し易
い」といった長所を失ってしまう恐れがある。

また、この「架線レス」走行は、充電装置を構成する二次電池等に短時間で大電流を充
放電することを強いるため、これらの温度上昇および温度上昇に起因する劣化も懸念され
る。なお、これらの二次電池等を車両外部（床下あるいは屋根上等）に設置し、熱を車両
の走行風で冷却する方法も考えられるが、この方法は、車両の走行速度や日照，風向，外
気温の寒暖の影響を受け易く、安定した冷却効果を得られるとは限らない。

なお、この問題は、発電装置（ディーゼル発電機，燃料電池など）や架線等を常用電源
として有するが、加速時等の大出力が必要な場合に、車両に搭載した蓄電手段に蓄えた電
気でモータの駆動を補助する「ハイブリッド車両」にも共通の問題である。

本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、自力走行するための蓄
電手段を多数搭載しても、客室空間や車両の前面投影面積に与える影響を最小限に抑える
ことができるとともに、これら蓄電手段の温度を適正に保つことができる鉄道車両を提供
することを目的としている。

前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、架線のない区間で使用可能な蓄電装置を搭載する鉄道車両において、吸気口、排気口および該排気口に装着された排出用ファンモータ（Ｆ）を備える略直方体形状のケースの中に複数のセルからからなる蓄電手段を収納した蓄電モジュール（Ｍ）を搭載し、該蓄電モジュール（Ｍ）を所定位置で固定するフレーム（３）と、一方が外部に他方が前記フレーム（３）に固定された蓄電モジュール（Ｍ）の吸気口に向けて開口する冷却風取入口（１ａ）と、前記蓄電モジュール（Ｍ）の排気口からの排気を外部に排出する冷却風排出口（２ｂ）と、をそれぞれ複数組備えるハウジング（１）内に該蓄電モジュール（Ｍ）を複数個配置して蓄電ユニット（Ｕ）を形成するとともに、
この蓄電ユニット（Ｕ）が、乗客の着席する腰掛の下部に設けられた車両側面に向かって開口する凹部（１１）に、該車両の側面外側から装着され、蓄電ユニット（Ｕ）の外面と凹部（１１）の内面との間には冷却風導入路（Ｓ）が形成され、冷却風取入口（１ａ）に車両外部の新鮮な空気を流通させることを特徴とする。

以上のように、本発明の蓄電装置を搭載する鉄道車両によれば、架線のない一部区間を走行するための蓄電モジュールを多数搭載した場合でも、これら各蓄電モジュールの温度をそれぞれ適正に保つことができる。また、これら蓄電モジュールの搭載場所の自由度が向上し、客室区間の減少や車両の前面投影面積の増大を抑えることが可能となる。

以下、図面を参照しつつこの発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態における鉄道車両用蓄電ユニットの概略構成図であり、図２
は、この蓄電ユニットの鉄道車両への搭載方法を示す図である。また、図３は、蓄電ユニ
ットを搭載した鉄道車両の側面を表す図である。

本実施形態における鉄道車両は、市街地での走行に適した低床式ＬＲＶ（Ｌｉｇｈｔ
ＲａｉｌＶｅｈｉｃｌｅ）であり、車両としての主要な構成は、従来例（特許文献４等
）と同様である。しかしながら、従来例と大きく異なる点は、この車両の走行経路（路線
）の一部に、架線等が敷設されていない、すなわち架線等から電力供給を受けない「架線
レス」区間があり、その区間においては、この鉄道車両に搭載された蓄電手段に予め蓄え
た電力により、走行（力行）に用いるモータや照明・空調等を作動させなければならない
点である。

先ず、この鉄道車両に搭載される蓄電ユニットＵについて説明する。
図１は、本発明の鉄道車両用蓄電ユニットＵの内部構成を、車両の長手方向（進行方向
）から見た場合を描いたものである。

本実施形態における低床式ＬＲＶに搭載される蓄電ユニットＵは、車両側面（図示右方
）に向けて開口するハウジング１と、このハウジング１の車両側面側開口をカバーする水
切り板２と、このハウジング１の内部に縦横に配設されたフレーム３，３・・・と、これ
らフレーム３によって形成された架台に収納された複数個の蓄電モジュールＭ，Ｍ・・・
と、を主体として構成されている。

蓄電モジュールＭは、全体として略直方体形状の樹脂製ケースの内部に、蓄電手段とし
てのリチウムイオン電池（８セル）を収納したものであり、その車両幅方向中央側（図示
左方）の端面には、空気を取り入れるための吸気口が形成され、その車両幅方向外側（図
示右方）の端面には、冷却後の空気を排出するための排気口が形成されている。また、前
記排気口の外側には、この排気口に密着して、内部の空気を排出するファン（ファンモー
タ）Ｆが取り付けられている。

なお、詳細な図面は省略するが、蓄電モジュールＭは、そのケースの外形形状や、接続
用外部端子（電力供給用正負極やファンモータの制御端子等）および前記吸・排気口の位
置・形状などが、社内規格により標準化（共通化）されており、交換や入れ替え等が容易
となるように設計されている。

蓄電モジュールＭを収納する金属性ハウジング１は、車両側面（図示右方）に向けて開
口する略コの字状であり、車両にかかる雨水等の内部への浸入を防止するため、その開口
には、取り外し可能な水切り板２が配設されている。なお、この水切り板２には、前述の
蓄電モジュールＭの排気ファンＦからの排気を整流する多数のベーン２ａ，２ａ，・・・
と、整流後の排気を外部へ排出する冷却風排出口２ｂ，２ｂとが設けられている。

また、このハウジング１の車両幅方向中央側（図示左方）の端面には、蓄電モジュール
冷却用の外部空気（冷却風）を取り入れるための冷却風取入口１ａ，１ａが設けられてい
るとともに、ハウジング１と鉄道車両の車体との間には、これら冷却風取入口１ａに車両
外部の新鮮な空気を流通させる冷却風導入路Ｓが形成されている。

なお、冷却風導入路Ｓの有無や形状は、本発明において特に限定されるものではなく、
例えば、冷却風取入口１ａは、車内側に開口するように形成しても良い。また、これら冷
却風取入口１ａには、通常、ハウジング内部への雨水や塵埃等の侵入を防止する防塵フィ
ルターが取り付けられる。

ハウジング１の内部には、縦横に配設されたフレーム３，３・・・が所定の間隔で配設
されており、各蓄電モジュールＭを収納する架台として構成されている。また、この架台
に収容された各蓄電モジュールＭは、図示しない固定具により所定位置に固定され、車両
の振動等による移動が規制されているとともに、モジュールの吸気口とハウジングの冷却
風取入口、および、モジュールの排気口（排気ファン）とハウジングの冷却風排出口とが
対向する状態となっている。従って、この鉄道車両には、図１の矢印に示すように、鉄道
車両の車体外から取り入れられた空気（冷却用空気）が、蓄電モジュールＭ内の各セルを
冷却した後、スムーズに外部まで排出されるエアフロー（冷却風経路）が形成されること
となる。

さて、以上のような構成の蓄電ユニットＵは、例えば図２，３に示すように、車両長手
方向（進行方向）に伸びるボックス状ハウジング内に、１ブロックあたり６個の蓄電モジ
ュールＭを収納したものであり、乗客の着席する腰掛（ロングシート１０）の下部に設け
た凹部１１に搭載されている。

この凹部１１は、車両の床を支持または形成する台枠１２を床面上（図示上方）に盛り
上がらせ、その裏側（図示下方）に設けられており、車体の側構体に沿って配設されたロ
ングシート１０の下部にあたる部位に、車両の下側および側面に向かって開放された形状
に形成されている。また、各蓄電ユニットＵは、車両の側面外側からこの凹部１１に挿入
され、ねじ止め等により装着・固定されているとともに、これら各蓄電ユニットＵの外面
と凹部１１の内面との間には、前述の冷却風導入路Ｓが形成されている。

以上の構成によって、この鉄道車両は、蓄電モジュールＭの周囲を通過する冷却風がハ
ウジング１内部をスムーズに流れ、車両の走行風の強弱や気温，日照，風向等に左右され
ることなく、その蓄電モジュールから発生する熱を外部に確実に逃がすことができる。従
って、本実施形態における鉄道車両は、各蓄電手段のセルの温度を適正に維持することが
可能になる。

また、この蓄電ユニットＵは、乗客の着席する腰掛の下部に設けられた凹部１１に搭載
可能なことから、自力走行するための蓄電手段を多数搭載しても、低床式ＬＲＶにおける
客室空間や車両の前面投影面積に与える影響を最小限に抑えることができる。

なお、本実施形態においては、車両長手方向（進行方向）に長い形状のハウジング内に
蓄電モジュールを収容した例を示したが、本発明の鉄道車両における蓄電ユニットの形状
は、これに限定されるものではない。例えば、図４のように、車両長手方向に分割された
複数の蓄電ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３としても良い。

また、蓄電ユニットを搭載する場所も、特に限定されるものではなく、車両構体の妻部
に別途スペースを設けて搭載しても良いし、あるいは、床下スペースに余裕のある高床式
車両の場合は、その床下に懸架しても良い。

更にまた、本発明の蓄電ユニットを搭載する車両の種類も限定されるものではなく、低
床式ＬＲＶやハイブリッド車両等、架線のない区間を自力走行する鉄道車両の他、通勤車
両や地下鉄，新幹線車両など、架線等から常時給電される鉄道車両に搭載した場合も、回
生ブレーキから回収される電気をこの蓄電ユニットに蓄えることで、回生失効の防止や更
なる省エネルギー化を図ることができ、好適である。

本発明の実施形態における鉄道車両用蓄電ユニットの構成を示す図である。本発明の実施形態における蓄電ユニットの鉄道車両への搭載方法を示す図である。本発明の実施形態における蓄電ユニットが鉄道車両に搭載された状態を示す図である。本発明の実施形態における蓄電ユニットの鉄道車両への別の搭載方法を示す図である。

１ハウジング
１ａ冷却風取入口
２水切り板
２ａベーン２ｂ冷却風排出口
３フレーム
１０ロングシート
１１凹部
１２台枠
Ｆ排気ファン
Ｓ冷却風導入路
Ｍ蓄電モジュール
Ｕ蓄電ユニット
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３蓄電ユニット

Claims

架線のない区間で使用可能な蓄電装置を搭載する鉄道車両において、吸気口、排気口および該排気口に装着された排出用ファンモータ（Ｆ）を備える直方体形状のケースの中に複数のセルからからなる蓄電手段を収納した蓄電モジュール（Ｍ）を搭載し、該蓄電モジュール（Ｍ）を所定位置で固定するフレーム（３）と、一方が外部に他方が前記フレーム（３）に固定された蓄電モジュール（Ｍ）の吸気口に向けて開口する冷却風取入口（１ａ）と、前記蓄電モジュール（Ｍ）の排気口からの排気を外部に排出する冷却風排出口（２ｂ）と、をそれぞれ複数組備えるハウジング（１）内に該蓄電モジュール（Ｍ）を複数個配置して蓄電ユニット（Ｕ）を形成するとともに、
この蓄電ユニット（Ｕ）が、乗客の着席する腰掛の下部に設けられた車両側面に向かって開口する凹部（１１）に、該車両の側面外側から装着され、蓄電ユニット（Ｕ）の外面と凹部（１１）の内面との間には冷却風導入路（Ｓ）が形成され、冷却風取入口（１ａ）に車両外部の新鮮な空気を流通させることを特徴とする蓄電装置を搭載する鉄道車両。