KR20130036745A - 가선 교통 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

가선 교통 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

축전지 제어 장치가, 축전지로부터 출력되는 전류치와 변전소로부터 출력되는 전류치의 합계를 나타내는 가선 송출 전류치를 검출하고, 검출한 가선 송출 전류치가 제 1 임계치 미만인 경우에는, 축전지의 충전율이 충전율 목표치가 되도록 해당 축전지의 충전 또는 방전을 제어한다. 또한 제 1 임계치 이상인 경우에는, 자신의 출력 전압을 정전압으로 유지하도록 축전지의 충전 또는 방전을 제어한다.

Description

가선 교통 시스템 및 그 제어 방법{OVERHEAD WIRE TRANSPORTATION SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREFOR}
본 발명은, 변전소와 접속하는 가선으로부터 얻은 전력에 근거하여 차량이 주행하는 가선 교통 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
본원은, 2010년 7월 30일에, 일본에 출원된 특허 출원 2010-172145호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
변전소로부터 송출된 전력을 가선으로부터 얻어, 해당 전력에 근거하여 주행하는 전차 등의 차량에 있어서의 소비 전력은, 해당 차량에 걸리는 가선 전압과 가선으로부터 차량에 유입되는 전류의 적산(積算)에 의해 구해진다. 여기서, 해당 차량은, 대전류를 유입시키더라도 성능으로서 허용할 수 있는 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)나 리액터, 트랜스포머 등의 차량 기기를 해당 차량에 구비된 전기품(인버터나 SIV 등) 내부에 구비하고 있다.
그러나, 이들 IGBT나 리액터, 트랜스포머 등의 차량 기기는 전류 용량이 크고 고가이기 때문에, 보다 전류 용량이 작은 차량 기기를 이용할 수 있도록 하는 것이 에너지 절약화의 관점에서 바람직하다. 또, 본원에 관련하는 기술로서 특허 문헌 1이 개시되어 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 평11-91415호 공보
그래서 본 발명은, 상술한 과제를 해결할 수 있는 가선 교통 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 변전소와 접속하는 가선으로부터 얻은 전력에 근거하여 차량이 주행하는 가선 교통 시스템으로서, 상기 가선으로부터 얻은 전력을 축적하는 축전지와, 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 축전지 제어 장치를 구비하고, 상기 축전지 제어 장치는, 자신이 출력하는 전류치와 상기 변전소로부터 출력되는 전류치의 합계를 나타내는 가선 송출 전류치를 검출하고, 상기 검출한 가선 송출 전류치가 제 1 임계치 미만인 경우에는, 상기 축전지의 충전율이 충전율 목표치가 되도록 해당 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 충전율 조정 모드, 상기 제 1 임계치 이상인 경우에는, 자신의 출력 전압을 정전압으로 유지하도록 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 정전압 제어 모드로 하는 것을 특징으로 하는 가선 교통 시스템이다.
또한 본 발명은, 상술한 가선 교통 시스템에 있어서, 상기 축전지 제어 장치는, 상기 검출한 가선 송출 전류치가 상기 제 1 임계치보다 큰 전류치를 나타내는 제 2 임계치 이상인 경우에는, 미리 설정된 일정한 최대 전류치로 자신이 방전하도록 상기 축전지의 방전을 제어하는 정전류 제어 모드로 하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상술한 가선 교통 시스템에 있어서, 상기 축전지 제어 장치는, 상기 축전지의 충전율을 검출하고, 상기 검출한 충전율의 상기 충전율 목표치로 향하는 추이의 단위 시간당 속도가 소정의 임계치보다 큰 경우에, 상기 제 1 임계치를 내리는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상술한 가선 교통 시스템에 있어서, 상기 축전지 제어 장치는, 상기 검출한 충전율의 상기 충전율 목표치로 향하는 추이의 단위 시간당 속도가 소정의 임계치보다 작은 경우에, 상기 제 1 임계치를 올리는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상술한 가선 교통 시스템에 있어서, 상기 제 2 임계치는, 상기 제 1 임계치가 나타내는 전류치에 상기 축전지 제어 장치가 출력하는 최대 전류치를 가산한 값인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상술한 가선 교통 시스템에 있어서, 상기 축전지 제어 장치는, 상기 정전압 제어 모드에 있어서, 자신의 출력 전압을 정전압으로 유지하도록 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어함에 있어서, 상기 차량에 걸리는 허용 최저 가선 전압치에, 해당 허용 최저 가선 전압치가 되는 상기 차량의 위치에 있어서의 자신의 출력 전압으로부터의 강하 전압치를 가산한 가선 송출 전압 최저치를 산출하고, 자신의 출력 전압을, 해당 가선 송출 전압 최저치 이상의 정전압으로 유지하도록, 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상술한 가선 교통 시스템에 있어서, 상기 제 1 임계치는, 상기 축전지 제어 장치의 출력 전압이, 상기 가선 송출 전압 최저치일 때의 가선 전류치인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상술한 가선 교통 시스템에 있어서, 상기 제 1 임계치는, 상기 차량의 위치에 있어서 해당 차량에 걸리는 가선 전압치가 상기 허용 최저 가선 전압치가 되지 않는, 상기 가선 송출 전압 최저치일 때의 가선 전류치인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 변전소와 접속하는 가선으로부터 얻은 전력에 근거하여 차량이 주행하고, 상기 가선으로부터 얻은 전력을 축적하는 축전지와, 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 축전지 제어 장치를 구비한 가선 교통 시스템의 제어 방법으로서, 상기 축전지 제어 장치는, 자신이 출력하는 전류치와 상기 변전소로부터 출력되는 전류치의 합계를 나타내는 가선 송출 전류치를 검출하고, 상기 검출한 가선 송출 전류치가 제 1 임계치 미만인 경우에는, 상기 축전지의 충전율이 충전율 목표치가 되도록 해당 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 충전율 조정 모드, 상기 제 1 임계치 이상인 경우에는, 자신의 출력 전압을 정전압으로 유지하도록 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 정전압 제어 모드로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 차량 기기에 유입되는 전류를 허용량 미만의 소량으로 제어할 수 있고, 이에 의해, 전류 용량이 작은 차량 기기를 사용할 수 있게 된다. 또한, 전류 용량이 작은 차량 기기를 사용하는 것에 의해 차량 제조에 드는 비용을 경감할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 의한 가선 교통 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 전류 전압 제어부의 제어 개요를 나타내는 제 1 도면이다.
도 3은 축전지 제어 장치의 처리 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 제 2 실시형태에 의한 가선 교통 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 전류 전압 제어부의 제어 개요를 나타내는 제 2 도면이다.
도 6은 차량에 걸리는 가선 전압의 산출 처리의 개요를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 가선 교통 시스템에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 제 1 실시형태에 의한 가선 교통 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
이 도면에서 나타내는 바와 같이, 가선 교통 시스템은, 직류 급전 방식(DC feeding system)에 의해 가선에 전력이 공급된다. 구체적으로는, 가선 교통 시스템은, 변전소에 구비된 트랜스포머(1), 해당 트랜스포머(1)로부터 출력된 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류기(2), 전력을 축적하는 축전지(3), 축전지(3)의 충방전을 제어하는 축전지 제어 장치(4)를 구비하고 있다. 또, 도 1에는 나타나 있지 않지만, 전차 등의 차량이, 가선으로부터의 전력을 얻어 역행(power running)(주행)하게 된다.
또한, 가선 교통 시스템에는, 축전지 제어 장치(4)로부터 출력되는 전류치를 계측하는 전류계(5)와, 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압치를 계측하는 전압계(6)와, 변전소의 정류기(2)와 축전지 제어 장치(4)로부터 출력된 전류치의 합계인 가선 송출 전류치 I를 계측하는 전류계(7)가 구비되어 있으며, 축전지 제어 장치(4)는, 그들 전류계(5, 7) 및 전압계(6)와, 신호선에 의해 접속되어 있다. 그리고, 축전지 제어 장치(4)는, 그들 전류계(5, 7)와 전압계(6)로부터 각 전류치나 전압치를 취득한다.
또한, 축전지 제어 장치(4)는, 모드 판정부(41)와, 전류 전압 제어부(42)를 구비하고 있다. 해당 축전지 제어 장치(4)의 모드 판정부(41)는, 전류계(7)로부터 입력된 가선 송출 전류치 I의 값에 근거하여, 축전지(3)를 제어하는 모드를 판정하는 처리부이다. 또한 전류 전압 제어부(42)는, 모드 판정부(41)에 있어서 판정된 모드에 근거하여 축전지(3)의 충방전의 제어를 행한다. 여기서, 전류 전압 제어부(42)가 축전지(3)를 제어하는 모드는, 본 실시형태에 있어서는 SOC(State of Charge) 조정 모드, 정전압 제어 모드(CV 모드), 정전류 제어 모드(CC 모드)의 3개의 모드가 존재한다. 가선 전압은 도 1에 나타내는 바와 같이 부하(차량에 있어서의 전력 소비 등)의 증대 및 감소에 따라 Vw_min~Vw_max의 값의 사이에서 변동한다.
도 2는 전류 전압 제어부의 제어 개요를 나타내는 제 1 도면이다.
이 도면이 나타내는 바와 같이, 전류 전압 제어부(42)는, 전류계(7)에서 검출되는 가선 송출 전류치 I가, 제 1 임계치 미만인 경우에는, SOC 조정 모드에 의한 모드에서 축전지(3)의 충전 또는 방전을 제어한다. 해당 SOC 조정 모드는, 축전지(3)의 충전율이 충전율 목표치가 되도록 해당 축전지(3)의 충전 또는 방전을 제어하는 모드이다. 또 충전율 목표치는, 예컨대, 축전지(3)가 만충전인 경우를 100%로 하면, 45%~60%의 범위의 충전율인 것으로 하지만, 60% 등의 일점을 나타내는 값이더라도 좋다. SOC 조정 모드에 있어서는, 전류 전압 제어부(42)는, 충전율 목표치보다 현재의 축전지(3)의 충전율이 높은 경우에는 방전하고, 충전율 목표치보다 현재의 축전지(3)의 충전율이 낮은 경우에는 충전하는 제어를 행한다. 또 충전율 SOC는, 축전지로부터 출력되는 전류의 적분에 의해 구할 수 있다. 또는 축전지(3)의 개방 전압치를 검출하고, 해당 개방 전압치와 수전율 SOC의 관계를 나타내는 테이블에 기록되어 있는 정보에 근거하여, 축전지 제어 장치(4)가 충전율 SOC를 구하도록 하더라도 좋다.
또한 전류 전압 제어부(42)는, 전류계(7)에서 검출되는 가선 송출 전류치 I가, 제 1 임계치 이상, 제 2 임계치 미만인 경우에는, 정전압 제어 모드(CV 모드)에 의한 모드에서 축전지(3)의 충전 또는 방전을 제어한다. 해당 정전압 제어 모드는, 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압을 정전압으로 유지하도록 축전지(3)의 충전 또는 방전을 제어하는 모드이다. 축전지(3)나 축전지 제어 장치(4)가 구비되어 있지 않았던 종래의 가선 교통 시스템에 있어서는 부하가 증대되는 것에 의해 가선 송출 전류치 I가 증가하면, 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압이 저하되고 있었지만, 정전압 제어 모드의 제어를 행하는 것에 의해, 가선 송출 전류치 I가 증가하더라도, 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압이 일정하게 유지되게 된다.
또한 전류 전압 제어부(42)는, 전류계(7)에서 검출되는 가선 송출 전류치 I가, 제 2 임계치 이상인 경우에는, 정전류 제어 모드(CC 모드)에 의한 모드에서 축전지(3)의 충전 또는 방전을 제어한다. 해당 정전류 제어 모드는, 축전지(3)의 성능에 근거하여 미리 정해져 있는 일정한 최대 전류치에서 축전지 제어 장치(4)가 방전하도록 축전지(3)의 방전을 제어하는 모드이다.
여기서, 가선으로부터 전력을 얻어 주행하는 차량의 소비 전력은, 해당 차량에 걸리는 가선 전압과 가선으로부터 차량에 유입되는 전류의 적산에 의해 구할 수 있다. 그리고, 차량의 소비 전력의 최대치는 정해져 있기 때문에, 차량에 걸리는 가선 전압이 높으면, 그만큼, 차량에 유입되는 전류가 소량이 된다. 따라서, 본 실시형태에 있어서의 가선 시스템의 축전지 제어 장치(4)는, 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압을 높게 유지하는 제어를 행한다. 이에 의해, 축전지 제어 장치(4)의 위치에서 떨어진 차량의 위치에 있어서의 가선 전압도 높아지고, 결과적으로 차량에 유입되는 전류가 소량이 된다. 따라서, 차량에 구비된 전기품 내의 IGBT나 인버터 등의 차량 기기를, 전류 용량이 작은 차량 기기로 할 수 있다.
도 2의 파선으로 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 축전지(3)나 축전지 제어 장치(4)가 가선 시스템에 구비되어 있지 않은 경우에는, 부하의 증대에 의한 가선 송출 전류치 I의 증가에 따라, 가선 전압은 반비례적으로 감소한다. 그러나, 본 실시형태에 있어서는, 가선 교통 시스템의 부하가 증대되어 가선 송출 전류치 I가 증가하고, 제 1 임계치를 넘은 경우, 축전지 제어 장치(4)의 전류 전압 제어부(42)가, 정전압 제어 모드에 의해 전압을 높게 유지하는 제어를 행한다. 이에 의해, 차량의 위치에 있어서의 가선 전압도 높게 유지되고, 차량에 유입되는 전류량이 소량이 된다. 또한, 가선 교통 시스템의 부하가 증대되어 가선 송출 전류치 I가 증가하고, 제 2 임계치를 넘은 경우, 축전지 제어 장치(4)의 전류 전압 제어부(42)가, 정전류 제어 모드로 이행한다. 정전류 제어 모드로 천이하기 전에는 정전압 제어 모드에 의해 가선 전압이 높게 유지되어 있기 때문에, 이 영향으로부터 정전류 제어 모드로 천이한 후에도, 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압이 높게 유지되게 된다. 따라서, 가선 송출 전류치 I가 제 2 임계치를 넘어 정전류 제어 모드로 천이한 경우에도, 전압 제어 모드를 행한 것에 의해, 차량의 위치에 있어서의 가선 전압도 높게 유지되고, 차량에 유입되는 전류량이 소량이 된다.
도 3은 축전지 제어 장치의 처리 흐름을 나타내는 도면이다.
다음으로, 도 3을 이용하여 축전지 제어 장치(4)의 처리 흐름에 대하여 순서대로 설명한다.
우선, 축전지 제어 장치(4)의 모드 판정부(41)는, 전류계(7)로부터 가선 송출 전류치 I를 입력받고(단계 S101), 그 값이 제 1 임계치 미만인지, 또는 제 1 임계치 이상이고 제 2 임계치 미만인지, 또는 제 2 임계치 이상인지를 판정한다(단계 S102). 그리고, 모드 판정부(41)는, 가선 송출 전류치 I의 값이 제 1 임계치 미만이면 SOC 조정 모드로 천이한다고 판정하고(단계 S103), 가선 송출 전류치 I의 값이 제 1 임계치 이상이고 제 2 임계치 미만이면 정전압 제어 모드로 천이한다고 판정하고(단계 S104), 가선 송출 전류치 I의 값이 제 2 임계치 이상이면 정전류 제어 모드로 천이한다고 판정한다(단계 S105). 모드 판정부(41)는 판정 결과의 모드를 나타내는 정보를 전류 전압 제어부(42)에 출력한다. 다음으로 전류 전압 제어부(42)가 판정 결과의 모드를 나타내는 정보를 입력받으면, 해당 입력된 모드에서의 축전지(3)의 제어를 개시한다(단계 S106).
또, 가선 교통 시스템에 있어서의 부하의 감소에 의해 가선 송출 전류치 I가 낮아지면, 축전지 제어 장치(4)는 SOC 조정 모드로 천이하고, 축전지(3)의 충전율이 충전율 목표치가 되도록 제어한다. 여기서, 단위 시간당 축전지(3)의 충전율의 충전율 목표치에 도달하고 있는 시간이, 미리 정한 소망하는 시간 이상이 되도록 제어하기 위해서는, 가선 송출 전류치 I가 제 1 임계치 미만이 되는 상황을 어느 정도 확보할 필요가 있다. 따라서, 차량의 운행 스케줄이나, 전류계(7)의 위치에 근거하는 차량의 위치 등에 의해, 시간의 경과에 따른 가선 송출 전류치 I의 천이의 시뮬레이션을 행하고, 또한, 그 가선 송출 전류치 I의 천이에 의한 축전지(3)의 단위 시간당 충전율의 천이를, 제 1 임계치를 변화시켜 시뮬레이션을 별도로 행한다. 또, 이 시뮬레이션 처리를 축전지 제어 장치(4)가 행하도록 하더라도 좋다. 이에 의해, 단위 시간당 축전지(3)의 충전율의 충전율 목표치에 도달하고 있는 시간이, 미리 정한 소망하는 시간 이상이 되는 경우의, 제 1 임계치를 미리 구하고, 축전지 제어 장치(4)에 설정하여 축전지 제어 장치(4) 내의 메모리 등에 기록하여 둔다. 제 2 임계치가 나타내는 값은, 축전지(3)의 성능에 근거하여 미리 정해져 있는 축전지(3)가 출력할 수 있는 최대 전류치를, 제 1 임계치에 가산한 값이며, 해당 제 2 임계치의 값도 축전지 제어 장치(4) 내의 메모리 등에 기록하여 둔다.
도 4는 제 2 실시형태에 의한 가선 교통 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
제 2 실시형태에 있어서의 가선 교통 시스템의 기능 구성은, 제 1 실시형태에 있어서의 가선 교통 시스템에, 모드 판정부(41) 및 전류 전압 제어부(42)가, 축전지(3)의 충전율을 검출하여, 시간 경과에 따른 그 충전율의 천이에 근거하여, SOC 조정 모드로 천이한다고 판정하기 위한 제 1 임계치를 변경하는 기능을 더 부가한 것이다.
여기서 SOC 조정 모드로 판정되는 제 1 임계치 미만의 가선 송출 전류치 I가, 전류계(7)로부터 빈번하게 검출되는 경우, 축전지 제어 장치(4)의, SOC 조정 모드의 제어를 행하는 빈도도 높아지고, 이에 의해 축전지(3)의 충전율이 충전율 목표치가 되도록 제어되는 시간이 길어진다. 따라서, 제 1 임계치 미만의 가선 송출 전류치 I가, 전류계(7)로부터 빈번하게 검출되는 상황이 현저하게 많은 경우에는, 축전지(3)의 충전율의 단위 시간당 충전율 목표치에 도달하고 있는 시간이, 미리 정한 소망하는 시간을 크게 넘게 된다. 따라서, 제 1 임계치를 내려, SOC 조정 모드로 판정되는 가선 송출 전류치 I의 범위를 좁혀도, 축전지(3)의 충전율의 단위 시간당 충전율 목표치에 도달하고 있는 시간이, 미리 정한 소망하는 시간 이상이 된다.
그리고, 제 1 임계치를 내리는 것에 의해, 정전류 제어 모드에 있어서의 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압치가 증가하고, 이에 의해, 차량에 유입되는 전류가 더 소량이 되도록 제어할 수 있고, 에너지 절약화의 관점에서 효과적이다.
이러한 처리를 행함에 있어서, 제 2 실시형태에 의한 축전지 제어 장치(4)에 있어서, 모드 판정부(41)는, 우선, 축전지(3)가 나타내는 충전율을 입력받는다. 모드 판정부(41)는, 시간의 경과에 따라 소정의 간격 등으로 입력받은 각 충전율의 값을 메모리 등에 기록한다. 그리고, 모드 판정부(41)는, 최근의 복수의 시각에 있어서 취득한 각 충전율을 이용하여, 예컨대, 시간과 충전율의 관계를 나타내는 좌표계에 있어서, 최소이승법에 의한 충전율의 근사 직선을 구한다.
그리고 모드 판정부(41)는, 그 근사 직선의 시간 경과 방향의 연장선상이 충전율 목표치가 되는지를 판정한다. 해당 판정은, 구체적으로는, 예컨대, 구한 근사 직선과, 충전율 목표치를 나타내는 직선이, 근사 직선의 산출에 이용한 시각 이후에 있어서 교차하는지를 연산하고, 교차하는 경우에는, 근사 직선의 연장선상이 충전율 목표치와 일치한다고 판정하는 처리를 행한다.
또한, 모드 판정부(41)는, 근사 직선의 기울기가, 일정 이상인지를 판정한다. 근사 직선의 기울기가 정이고 소정의 값보다 큰 경우에는, 충전율의 추이의 단위 시간당 속도가 크다고 판정할 수 있다. 그리고, 모드 판정부(41)는, 근사 직선의 연장선상에 충전율 목표치가 일치하고, 또한, 근사 직선의 기울기가 정이고 소정의 임계치보다 큰 경우에는, 제 1 임계치를 내리고, SOC 조정 모드로 판정되는 가선 송출 전류치 I의 범위를 좁혀도, 축전지(3)의 충전율의 단위 시간당 충전율 목표치에 도달하고 있는 시간이, 미리 정한 소망하는 시간 이상이 된다고 판정한다. 따라서, 모드 판정부(41)는, 예컨대, 제 1 임계치를 소정의 값 내리고, 그 값을 메모리 등에 기록한다. 그리고, 이후, 모드 판정부(41)는, 새롭게 메모리에 기록된 제 1 임계치에 근거하여, SOC 조정 모드인지, 정전압 제어 모드인지를 판정한다.
또, 모드 판정부(41)가 제 1 임계치를 어느 정도의 값 내릴지는, 근사 직선의 기울기에 따라 변경하도록 하더라도 좋다. 예컨대, 근사 직선의 기울기가 정이고 소정의 값보다 큰 경우가 전제가 되지만, 그 기울기의 크기의 범위 내에 있어서도, 근사 직선의 기울기가 비교적 큰 경우(더욱더 값이 큰 임계치 이상인 경우)에는, 제 1 임계치를 내리는 폭을 크게 취하고, 기울기가 비교적 작은 경우(더욱더 값이 큰 임계치 미만인 경우)에는, 제 1 임계치를 내리는 폭을 작게 취한다.
또한, 근시 직선의 기울기가 정이지만 일정치 미만인 경우에는, 충전율의 추이의 단위 시간당 속도가 작다고 판정할 수 있다. 그리고, 모드 판정부(41)는, 이 경우, 제 1 임계치를 높이고, 그 값을 메모리 등에 기록하도록 하더라도 좋다.
도 5는 전류 전압 제어부의 제어 개요를 나타내는 제 2 도면이다.
도 5에서 나타내는 바와 같이 제 1 임계치의 값을 내리는 것에 의해, SOC 조정 모드로 판정되는 가선 송출 전류치 I의 범위를 좁힌다. 이에 의해, 정전압 제어 모드에 있어서의 전압치가 Vw_C2로부터 Vw_C1로 올라간다. 이에 의해, 차량에 유입되는 전류가 더 소량이 되도록 제어할 수 있고, 에너지 절약화의 관점에서 효과적이다.
다음으로, 축전지 제어 장치(4)에 있어서, 차량에 걸리는 가선 전압이 미리 정해진 최저 하선 전압 미만이 되지 않도록 제어하는 경우의 예에 대하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 소비 전력이 일정하면, 차량에 걸리는 가선 전압(팬터그래프에 있어서의 팬터점 전압에 상당)이 낮아지면 낮아질수록, IGBT 등의 차량 기기에 유입되는 전류가 많아진다. 따라서, 통상, 차량 기기의 전류 용량에는 제한이 있기 때문에, 또한 전류 용량이 적은 차량 기기가 보다 비용이 낮기 때문에, 차량에 걸리는 가선 전압을 높게 하고, 차량 기기에 유입되는 전류의 양을 소량으로 제어하는 것이 바람직하다.
한편, 차량 기기가 유입을 허용하는 최대 전류치 It는 미리 정해져 있으며, 또한, 차량에 있어서의 최대 소비 전력 Pt는, 사전의 측정 등에 의해 구해진다. 따라서, 차량 기기가 허용하는 미리 정해진 최대 전류치 It 이상의 전류가 흐르지 않도록 하기 위한, 차량에 걸리는 허용 최저 가선 전압치 Vt를 산출할 수 있다(Vt=Pt÷It).
또한, 가선 교통 시스템 내의 차량 위치에 있어서의, 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압치로부터의 전압 강하의 값도 산출할 수 있다. 따라서, 차량 위치에 있어서의 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압치로부터의 전압 강하를 ΔV로 하면, 차량 기기에 유입되는 전류치를 최대 전류치 It 미만으로 하기 위해서는, 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압은, 차량에 걸리는 허용 최저 가선 전압치 Vt에 ΔV를 가산한 가선 송출 전압 최저치 Vw(Vt+ΔV) 이상의 전압치로 할 필요가 있다. 그리고, 축전지 제어 장치(4)의 전류 전압 제어부(42)는, 가선 송출 전압 최저치 Vw를 메모리 등에 기억하여 두고, 전압계(6)로부터 계측되는 전압치가, 가선 송출 전압 최저치 Vw 미만이 된 경우에는, 정전압 제어 모드로 전환하여, 전압계(6)에서 검출하는 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압치를 가선 송출 전압 최저치 Vw 이상의 정전압으로 유지하도록 축전지(3)의 충전 또는 방전을 제어하도록 하더라도 좋다. 이 경우, 제 1 임계치는, 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압치가, 가선 송출 전압 최저치일 때의 가선 전류치이다.
또, 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압의 계측 지점인 위치 B에서의 해당 출력 전압으로부터의, 차량 위치 A에 있어서의 전압 강하 ΔV는, 축전지 제어 장치(4)의 위치 A와 위치 B의 거리 L(A-B)과, 단위 거리당 저항 R(Ω/m)과, 차량에 최대 부하가 걸리는 위치에서의 피크 전류 Ip를 이용하여, ΔV=Ip×L×R로 산출할 수 있다.
도 6은 차량에 걸리는 가선 전압의 산출 처리의 개요를 나타내는 도면이다.
도 6의 섹션 (a)에서 나타내는 예에서는, 변전소에 의해 궤전된 가선 아래를, 2개의 차량(차량(10), 차량(20))이 주행하고, 그 중 한쪽의 차량(10)이 역행(가선으로부터의 전력을 모터 등의 전력으로서 사용하여 주행)하고, 다른 쪽의 차량(20)이 회생 중인 경우를 나타내고 있다. 이러한 경우, 도 6의 섹션 (b)에서 나타내는 회로망으로서 생각할 수 있다. 여기서, 가선 저항 R1이나 R2는, 차량 위치에 근거하는 2개의 차량 사이의 거리, 또는 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압을 계측하는 전압계(6)의 가선에 접속되어 있는 위치와 차량 위치의 거리와, 가선의 단위 길이당 저항치에 의해 구할 수 있다. 그리고, 축전지 제어 장치(4)의 가선 송출 전압 최저치(출력 전압의 최저치)를 Vw, 차량(10)에 있어서의 가선 전압(팬터점 전압)을 V1, 차량(20)에 있어서의 가선 전압(팬터점 전압)을 V2로 하고, 또한, 차량(10)의 팬터점 전류를 I1, 차량(20)의 팬터점 전류를 I2, 차량(20)에 있어서의 회생 전력을 W2로 하면, 차량(10) 또는 차량(20)의 차량 기기에 있어서 허용되는 최대 전류치 It 이하로 할 수 있는, 축전지 제어 장치(4)의 가선 송출 전압 최저치 Vw를 하기의 식에 의해 구한다. 다시 말해, 차량(10)의 차량 기기에 있어서 최대 전류치 It 이하로 할 수 있는 축전지 제어 장치(4)의 가선 송출 전압 최저치를 Vw10, 차량(20)의 차량 기기에 있어서 최대 전류치 It 이하로 할 수 있는 축전지 제어 장치(4)의 가선 송출 전압 최저치를 Vw20으로 하면,
Vw10=V1+R1(I1+I2)
Vw20=V2+R2I2+R1(I1+I2)
로 나타낼 수 있다. 또, V2=-(W2÷I2)이다. 그리고, 축전지 제어 장치(4)의 전류 전압 제어부(42)는, 차량(10)의 허용 최저 가선 전압치를 Vt10, 차량(20)의 허용 최저 가선 전압치를 Vt20으로 하면, Vt10<V1, Vt20<V2를 함께 만족시키는 경우의 가선 송출 전압 최저치 Vw10 및 Vw20 중, 높은 값을 특정한다. 축전지 제어 장치(4)의 전류 전압 제어부(42)는, 특정한 가선 송출 전압 최저치 Vw를 메모리 등에 기억하여 두고, 전압계(6)로부터 계측되는 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압치가, 가선 송출 전압 최저치 Vw 미만이 된 경우에는, 정전압 제어 모드로 전환하여, 전압계(6)에서 검출하는 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압치가 가선 송출 전압 최저치 Vw 이상의 정전압으로 유지하도록 축전지(3)의 충전 또는 방전을 제어하도록 하더라도 좋다. 이 경우, 제 1 임계치는, 차량의 위치에 있어서 가선 전압치가 허용 최저 가선 전압치가 되지 않는 상태일 때이며, 또한, 축전지 제어 장치(4)의 출력 전압치 가선 송출 전압 최저치일 때의 가선 전류치이다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 상술한 축전지 제어 장치(4)의 제어에 의하면, 차량 기기에 유입되는 전류를 허용량 미만의 소량으로 제어할 수 있고, 이에 의해, 전류 용량이 작은 차량 기기를 사용할 수 있게 된다. 또한, 전류 용량이 작은 차량 기기를 사용하는 것에 의해 차량 제조에 드는 비용을 경감할 수 있다.
또, 상술한 축전지 제어 장치(4)는 내부에, 컴퓨터 시스템을 갖고 있다. 그리고, 상술한 각 과정은, 프로그램의 형식으로 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기억되어 있으며, 이 프로그램을 컴퓨터가 판독하여 실행하는 것에 의해, 상기 처리가 행해진다. 여기서 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체란, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등을 말한다. 또한, 이 컴퓨터 프로그램을 통신 회선에 의해 컴퓨터에 배포하고, 이 배포를 받은 컴퓨터가 해당 프로그램을 실행하도록 하더라도 좋다.
또한, 상기 프로그램은, 상술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이더라도 좋다.
또한, 상술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기록되어 있는 프로그램과의 조합으로 실현할 수 있는 것, 이른바 차분 파일(차분 프로그램)이더라도 좋다.
1 : 트랜스포머 2 : 정류기
3 : 축전지 4 : 축전지 제어 장치
5, 7 : 전류계 6 : 전압계
41 : 모드 판정부 42 : 전류 전압 제어부

Claims (9)

  1. 변전소와 접속하는 가선으로부터 얻은 전력에 근거하여 차량이 주행하는 가선 교통 시스템으로서,
    상기 가선으로부터 얻은 전력을 축적하는 축전지와,
    상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 축전지 제어 장치
    를 구비하고,
    상기 축전지 제어 장치는,
    자신이 출력하는 전류치와 상기 변전소로부터 출력되는 전류치의 합계를 나타내는 가선 송출 전류치를 검출하고,
    상기 검출한 가선 송출 전류치가 제 1 임계치 미만인 경우에는, 상기 축전지의 충전율이 충전율 목표치가 되도록 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 충전율 조정 모드, 상기 제 1 임계치 이상인 경우에는, 자신의 출력 전압을 정전압으로 유지하도록 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 정전압 제어 모드로 하는
    가선 교통 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 축전지 제어 장치는, 상기 검출한 가선 송출 전류치가 상기 제 1 임계치보다 큰 전류치를 나타내는 제 2 임계치 이상인 경우에는, 미리 설정된 일정한 최대 전류치로 자신이 방전하도록 상기 축전지의 방전을 제어하는 정전류 제어 모드로 하는 가선 교통 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 축전지 제어 장치는, 상기 축전지의 충전율을 검출하고, 상기 검출한 충전율의 상기 충전율 목표치로 향하는 추이의 단위 시간당 속도가 소정의 임계치 이상인 경우에, 상기 제 1 임계치를 내리는 가선 교통 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 축전지 제어 장치는, 상기 검출한 충전율의 상기 충전율 목표치로 향하는 추이의 단위 시간당 속도가 상기 소정의 임계치 미만인 경우에, 상기 제 1 임계치를 올리는 것을 특징으로 하는 가선 교통 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 임계치는, 상기 제 1 임계치가 나타내는 전류치에 상기 축전지 제어 장치가 출력하는 최대 전류치를 가산한 값인 가선 교통 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축전지 제어 장치는, 상기 정전압 제어 모드에 있어서, 자신의 출력 전압을 정전압으로 유지하도록 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어함에 있어서, 상기 차량에 걸리는 허용 최저 가선 전압치에, 상기 허용 최저 가선 전압치가 되는 상기 차량의 위치에 있어서의 자신의 출력 전압으로부터의 강하 전압치를 가산한 가선 송출 전압 최저치를 산출하고, 자신의 출력 전압을, 상기 가선 송출 전압 최저치 이상의 정전압으로 유지하도록, 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 가선 교통 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 임계치는, 상기 축전지 제어 장치의 출력 전압이, 상기 가선 송출 전압 최저치일 때의 가선 전류치인 가선 교통 시스템.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 임계치는, 상기 차량의 위치에 있어서 상기 차량에 걸리는 가선 전압치가 상기 허용 최저 가선 전압치가 되지 않는, 상기 가선 송출 전압 최저치일 때의 가선 전류치인 가선 교통 시스템.
  9. 변전소와 접속하는 가선으로부터 얻은 전력에 근거하여 차량이 주행하고, 상기 가선으로부터 얻은 전력을 축적하는 축전지와, 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 축전지 제어 장치를 구비한 가선 교통 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 축전지 제어 장치는,
    자신이 출력하는 전류치와 상기 변전소로부터 출력되는 전류치의 합계를 나타내는 가선 송출 전류치를 검출하고,
    상기 검출한 가선 송출 전류치가 제 1 임계치 미만인 경우에는, 상기 축전지의 충전율이 충전율 목표치가 되도록 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 충전율 조정 모드, 상기 제 1 임계치 이상인 경우에는, 자신의 출력 전압을 정전압으로 유지하도록 상기 축전지의 충전 또는 방전을 제어하는 정전압 제어 모드로 하는
    제어 방법.
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