(57)【要約】【課題】車両に搭載された蓄電装置における充放電電流のピーク値、実効値を低減し、蓄電装置のコスト低減効果が得られる充放電制御装置を提供する。【解決手段】充放電制御装置１は、架線との電力授受に基づいて力行、制動する車両１００のパンタ点電圧を検出するパンタ点電圧検出部１０と、パンタ点電圧が所定の充電電圧閾値以上である場合に車両に備わる蓄電装置３へ充電し、パンタ点電圧が所定の放電電圧閾値未満である場合に蓄電装置３から放電する充放電制御部１１と、車両１００の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かを判定する負荷判定部１２と、車両１００の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、充電電圧閾値、放電電圧閾値、パンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量を表す充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和する充放電制御変更部１３と、を備える。【選択図】図１
2014121246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線との電力授受に基づいて力行、制動する車両のパンタ点電圧を検出するパンタ点電圧検出部と、
前記パンタ点電圧が所定の充電電圧閾値以上である場合に前記車両に備わる蓄電装置へ充電し、前記パンタ点電圧が所定の放電電圧閾値未満である場合に前記蓄電装置から放電する充放電制御部と、
前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かを判定する負荷判定部と、
前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、パンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量を表す充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和する充放電制御変更部と、
を備える充放電制御装置。
【請求項２】
前記充放電制御変更部は、
前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、前記充電電圧閾値と、前記放電電圧閾値との差を縮めるように緩和する
ことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
【請求項３】
前記負荷判定部は、
前記所定の負荷電力閾値を複数記憶し、
前記充放電制御変更部は、
前記負荷電力の絶対値が前記複数の負荷電力閾値のうちいずれの負荷電力閾値未満かに応じて、
前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、前記充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数についての緩和程度を変更する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充放電制御装置。
【請求項４】
外部装置から充放電特性変更許可信号を受信する変更許可信号受信部と、
を備え、
前記充放電制御変更部は、さらに前記変更許可信号受信部が前記充放電特性変更許可信号を入力した場合に、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、前記充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和する
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の充放電制御装置。
【請求項５】
架線との電力授受に基づいて力行、制動する複数の車両と、
前記複数の車両のそれぞれに力行及び制動を指示して、前記複数の車両全体の運行を管理する運行管理装置と、
を備える車両交通システムであって、
前記複数の車両は、
自車両のパンタ点電圧を検出するパンタ点電圧検出部と、
前記パンタ点電圧が所定の充電電圧閾値以上である場合に自車両に備わる蓄電装置へ充電し、前記パンタ点電圧が所定の放電電圧閾値未満である場合に前記蓄電装置から放電する充放電制御部と、
自車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かを判定する負荷判定部と、
自車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、パンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量を表す充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和する充放電制御変更部と、
を備える充放電制御装置
を備えることを特徴とする車両交通システム。
【請求項６】
前記複数の車両が備える充放電制御装置は、
前記運行管理装置から充放電特性変更許可信号を受信する変更許可信号受信部と、
を備え、
前記充放電制御変更部は、さらに前記充放電特性変更許可信号を入力した場合に、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、パンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量を表す充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和し、
前記運行管理装置は、
前記複数の車両それぞれに対して、充放電特性変更許可信号を送信する
ことを特徴とする請求項５に記載の車両交通システム。
【請求項７】
前記複数の車両の少なくとも一つは、前記充放電制御装置が動作可能な状態で一時的または定常的に停止している
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の車両交通システム。
【請求項８】
前記運行管理装置は、
前記複数の車両が備える前記負荷判定部における判定状態を個々に検知するとともに、
前記複数の車両の内の少なくとも一において、当該車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合に、前記一の車両以外の他の車両に力行または制動を指示する
ことを特徴とする請求項５から請求項７の何れか一項に記載の車両交通システム。
【請求項９】
前記運行管理装置はさらに、
前記負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である車両が、前記他の車両から所定の電力伝送可能範囲内にある場合に、前記他の車両に力行または制動を指示する
ことを特徴とする請求項８に記載の車両交通システム。
【請求項１０】
架線との電力授受に基づいて力行、制動する車両のパンタ点電圧を検出し、
前記パンタ点電圧が所定の充電電圧閾値以上である場合には、前記車両に備わる蓄電装置へ充電し、
前記パンタ点電圧が所定の放電電圧閾値未満である場合には、前記蓄電装置から放電し、
前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かを判定し、
前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、パンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量を表す充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和する
ことを特徴とする充放電制御方法。
【請求項１１】
架線との電力授受に基づいて力行、制動する車両のパンタ点電圧を検出するパンタ点電圧検出部と、
前記パンタ点電圧が所定の充電電圧閾値以上である場合に前記車両に備わる蓄電装置へ充電し、前記パンタ点電圧が所定の放電電圧閾値未満である場合に前記蓄電装置から放電する充放電制御部と、
を備える充放電制御装置のコンピュータを、
前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かを判定する負荷判定手段、
前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、パンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量を表す充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和する充放電制御変更手段として機能させる
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載された蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置、充放電制御方法、プログラム、及び、当該蓄電装置を搭載した車両を利用した車両交通システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量で急峻な負荷変動にも対応可能な二次電池が開発されており、このような二次電池を搭載した鉄道車両の開発も進められている。そして、車両の力行時、または制動時に発生する消費電力、または回生電力の急峻な変動を当該二次電池（蓄電装置）が吸収することで、当該電力の変動による電圧変動を架線上に生じさせない電力ピークカット技術が検討されている。このようにすることで、車載電装品や、地上設備の製造・維持費用を低減することができる。
【０００３】
また、これに関連する技術として、架線の電圧変動に基づいて蓄電装置の充電状態（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）を適切に制御することによって、当該蓄電装置を備えた電力系統システムを常に正常運用可能な状態に維持する方法が開示されている（特許文献１）。ここで、蓄電装置の充放電については、特許文献１に記載のように、架線電圧検出装置と充放電制御装置を搭載し、架線電圧に応じて蓄電装置の充放電量を制御する手法が採用されている。
【０００４】
特に、特許文献１に記載の充放電制御装置では、所定の充電電圧閾値及び放電電圧閾値を設定し、検出される架線電圧が当該閾値以上又は未満となった時に、蓄電装置において充放電が行われる手段を取っている。これは、架線における電圧変動によって自由に蓄電装置に充放電され、蓄電装置の寿命を縮めてしまう結果となるのを防止するためである。したがって、架線電圧が、上記放電電圧閾値以上かつ充電電圧閾値未満である場合には、充放電制御装置は、蓄電装置が架線電圧との関係で自由に充放電されないように制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載したような充放電制御方法では、充放電制御装置における制御パラメータ（充電電圧閾値、放電電圧閾値等）は普遍的なものとしている。またこれらの制御パラメータは、原則として、自車両の力行時または制動時に、自車両が搭載する蓄電装置が充放電することを想定して設定されている。
ここで、ある車両の力行時において、その近くに別の車両が停車している状況を考える。力行中の車両における架線電圧は、当該力行中の車両のモータが高負荷となるため電圧降下が生じる。そして当該力行中の車両において架線電圧が所定の放電電圧閾値を下回ることで、自車両に搭載される蓄電装置から放電が開始される。一方、当該力行中の車両における架線電圧の低下に伴い、停車している別の車両における架線電圧も低下するが、架線抵抗の影響により、その低下分は力行中の車両自身における架線電圧ほどは低下しない。したがって、停車中の車両が力行中の車両に電力供給しようとしても、当該停車中の車両において予め設定された放電電圧閾値が低すぎて、力行中の車両のために放電することができない。同様に、ある車両の制動時において、その近くに停車している別の車両に搭載された蓄電装置が、当該制動中の車両にて発生した回生電力で充電しようとしても、当該停車中の車両において予め設定された充電電圧閾値が高すぎて、当該制動中の車両から停車中の車両へと充電することができない。
【０００７】
ここで、自車両の力行・制動に伴って発生する消費電力・回生電力が、専ら自車両が搭載する蓄電装置に対してのみ充放電されるという形態をとると、当該自車両が搭載する蓄電装置にて発生し得る充放電電流のピーク値や実効値が高くなる。そのため、これに起因して促進される蓄電装置の発熱や短寿命化に対応すべく電流定格の高い二次電池を採用する必要性が生じ、結果として当該蓄電装置に要するコストが増加するという問題が生じていた。
【０００８】
そこでこの発明は、上述の問題を解決することのできる充放電制御装置、充放電制御方法、プログラム及び車両交通システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決すべくなされたもので、架線との電力授受に基づいて力行、制動する車両のパンタ点電圧を検出するパンタ点電圧検出部と、前記パンタ点電圧が所定の充電電圧閾値以上である場合に前記車両に備わる蓄電装置へ充電し、前記パンタ点電圧が所定の放電電圧閾値未満である場合に前記蓄電装置から放電する充放電制御部と、前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かを判定する負荷判定部と、前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、パンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量を表す充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和する充放電制御変更部と、を備える充放電制御装置である。
【００１０】
また本発明は、前記充放電制御変更部が、前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、前記充電電圧閾値と、前記放電電圧閾値との差を縮めるように緩和することを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、前記負荷判定部が、前記所定の負荷電力閾値を複数有し、前記充放電制御変更部は、前記負荷電力の絶対値が前記複数の負荷電力閾値のうちいずれの負荷電力閾値未満かに応じて、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、前記充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数についての緩和程度を変更することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、外部装置から充放電特性変更許可信号を受信する変更許可信号受信部と、を備え、前記充放電制御変更部は、さらに前記変更許可信号受信部が前記充放電特性変更許可信号を入力した場合に、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、前記充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和することを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、架線との電力授受に基づいて力行、制動する複数の車両と、前記複数の車両のそれぞれに力行及び制動を指示して、前記複数の車両全体の運行を管理する運行管理装置と、を備える車両交通システムであって、前記複数の車両は、自車両のパンタ点電圧を検出するパンタ点電圧検出部と、前記パンタ点電圧が所定の充電電圧閾値以上である場合に自車両に備わる蓄電装置へ充電し、前記パンタ点電圧が所定の放電電圧閾値未満である場合に前記蓄電装置から放電する充放電制御部と、自車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かを判定する負荷判定部と、自車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、パンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量を表す充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和する充放電制御変更部と、を備える充放電制御装置を備えることを特徴とする車両交通システムである。
【００１４】
また本発明は、前記複数の車両が備える充放電制御装置が、前記運行管理装置から充放電特性変更許可信号を受信する変更許可信号受信部と、を備え、前記充放電制御変更部は、さらに前記充放電特性変更許可信号を入力した場合に、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、パンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量を表す充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和し、前記運行管理装置が、前記複数の車両それぞれに対して、充放電特性変更許可信号を送信することを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記複数の車両の少なくとも一つは、前記充放電制御装置が動作可能な状態で一時的または定常的に停止していることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記運行管理装置は、前記複数の車両が備える前記負荷判定部における判定状態を個々に検知するとともに、前記複数の車両の内の少なくとも一において、当該車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合に、前記一の車両以外の他の車両に力行または制動を指示することを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記運行管理装置がさらに、前記負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である車両が、前記他の車両から所定の電力伝送可能範囲内にある場合に、前記他の車両に力行または制動を指示することを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、架線との電力授受に基づいて力行、制動する車両のパンタ点電圧を検出し、前記パンタ点電圧が所定の充電電圧閾値以上である場合には、前記車両に備わる蓄電装置へ充電し、前記パンタ点電圧が所定の放電電圧閾値未満である場合には、前記蓄電装置から放電し、前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かを判定し、前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、パンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量を表す充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和することを特徴とする充放電制御方法である。
【００１９】
また本発明は、架線との電力授受に基づいて力行、制動する車両のパンタ点電圧を検出するパンタ点電圧検出部と、前記パンタ点電圧が所定の充電電圧閾値以上である場合に前記車両に備わる蓄電装置へ充電し、前記パンタ点電圧が所定の放電電圧閾値未満である場合に前記蓄電装置から放電する充放電制御部と、を備える充放電制御装置のコンピュータを、前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かを判定する負荷判定手段、前記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、前記充電電圧閾値、前記放電電圧閾値、パンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量を表す充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和する充放電制御変更手段として機能させることを特徴とするプログラムである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、車両に搭載された蓄電装置における充放電電流のピーク値、実効値を低減し、蓄電装置のコスト低減効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一の実施形態による充放電制御装置の機能構成を示す第一の図である。
【図２】本発明の第一の実施形態による充放電制御部の充放電制御の内容を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施形態による充放電制御変更部の具体的な指示内容を示す図である。
【図４】本発明の第一の実施形態による充放電制御変更部の処理フローを示す図である。
【図５】本発明の第一の実施形態による充放電制御装置の効果を説明する第一の図である。
【図６】本発明の第一の実施形態による充放電制御装置の効果を説明する第二の図である。
【図７】本発明の第一の実施形態による充放電制御装置の機能構成を示す第二の図である。
【図８】本発明の第二の実施形態による車両交通システムの機能構成を示す図である。
【図９】本発明の第二の実施形態による運行管理装置の処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第一の実施形態＞
以下、本発明の第一の実施形態による充放電制御装置を、図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による充放電制御装置の機能構成を示す第一の図である。この図において、符号１は充放電制御装置である。
【００２３】
充放電制御装置１は、架線との電力授受に基づいて力行、制動する車両のパンタ点電圧を検出するパンタ点電圧検出部１０と、パンタ点電圧が所定の充電電圧閾値以上である場合に当該車両に備わる蓄電装置３へ充電し、パンタ点電圧が所定の放電電圧閾値未満である場合に蓄電装置３から放電する充放電制御部１１と、を備えている。
ここで「パンタ点電圧」とは、架線の一部に印加される電圧であって、図１に示すパンタ点（架線と車両１００の接点）における電圧値である。パンタ点電圧検出部１０は、例えばＡ／Ｄコンバータ等で構成されるものであり、パンタ点電圧値を情報として充放電制御部１１に出力する機能部である。一方、充放電制御部１１は、上述した通り、パンタ点電圧検出部１０から入力したパンタ点電圧値を参照しながら、充電電圧閾値及び放電電圧閾値等に基づいて、実際に蓄電装置３に所定の電力を充放電させる機能部である。充放電制御部１１の具体的な制御方法については後述する。
なお蓄電装置３は、充放電可能な二次電池を搭載した電力貯蔵部である。例えば、二次電池としてリチウムイオン電池等が用いられる。本実施形態による車両１００は、架線電圧のピークカットの目的で、自車両に蓄電装置３を備えている。
【００２４】
また充放電制御装置１は、上記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かを判定する負荷判定部１２を備えている。そして充放電制御装置１は、上記車両の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、上記充電電圧閾値、放電電圧閾値、パンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量を表す充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和する充放電制御変更部１３と、を備えている。
ここで「負荷電力」とは、負荷２で消費される消費電力のことをいう。負荷２は、例えば車両１００の力行時（加速時）において高い消費電力を要するモータである。また負荷２は、車両１００の制動時（減速時）においては、回生ブレーキによる「回生電力」を生成する発電機としても機能するものとする。なお本稿においては、当該回生電力も上記「負荷電力」の一種であるとし、さらに、負荷２が発電機として機能して生成した電力値を「負荷電力」のマイナス値で表記することとする。
【００２５】
そして負荷判定部１２は、上記「負荷電力」の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かを判定し、その判定結果を示す所定の判定信号を充放電制御変更部１３に出力する。充放電制御変更部１３は当該判定信号に基づき、負荷電力の絶対値が負荷電力閾値未満であることを検知すると、充放電制御部１１に対して上記充電電圧閾値や放電電圧閾値の変更を指示する。具体的な指示内容については後述する。
【００２６】
図２は、本発明の第一の実施形態による充放電制御部の充放電制御の内容を示す図である。
本実施形態による充放電制御部１１は、蓄電装置３について図２に示すような充放電制御を行う。この充放電制御部１１は蓄電装置３とともに、架線電圧の大幅な変動を防ぐ（ピークカット）目的で使用されるものである。図２に示すグラフの縦軸（充放電電流）は、充放電制御変更部１３が、蓄電装置３に流入させる電流（充電電流）または蓄電装置３から流出させる電流（放電電流）の値を示すものである。横軸（パンタ点電圧）は、パンタ点電圧検出部１０が検出した値である。
【００２７】
すなわち充放電制御部１１は、図２に示す通り、車両１００におけるパンタ点電圧が所定の放電電圧閾値を下回った場合には、充放電制御部１１は蓄電装置３から所定の放電を行う。ここでパンタ点電圧が大きく低下するのは、主に負荷２が高い消費電力を必要としているとき、すなわち力行時である。したがって充放電制御部１１は、車両１００の力行時において、蓄電装置３に放電させて消費電力を補うことで架線電圧（パンタ点電圧）の大幅な低下を防ぐ役割を果たしている。
【００２８】
一方、充放電制御部１１は、図２に示す通り、車両１００におけるパンタ点電圧が所定の充電電圧閾値を上回った場合には、充放電制御部１１は蓄電装置３に所定の充電を行う。ここでパンタ点電圧が大きく上昇するのは、主に負荷２が高い回生電力を生成しているとき、すなわち制動時である。したがって充放電制御部１１は、車両１００の制動時において、蓄電装置３に回生電力を吸収させて充電することで架線電圧（パンタ点電圧）の大幅な上昇を防ぐ役割を果たしている。
【００２９】
また、図２における充電インピーダンス、放電インピーダンスは、蓄電装置３におけるパンタ点電圧の増減量に応じた充放電電流の増減量の比率（グラフの傾き）である。この充放電インピーダンスが高い（グラフの傾きが小さい）と、パンタ点電圧の増減量に対する充放電電流の増減量は小さく、逆に充放電インピーダンスが低い（グラフの傾きが大きい）と、パンタ点電圧の増減量に対する充放電電流の増減量は大きくなる。
【００３０】
なお充放電制御部１１は、図２に示す通り、充電電圧閾値と放電電圧閾値を同一とはせず、所定の幅を設けて定めている。これは、架線電圧（パンタ点電圧）の変動が小さい場合にまで蓄電装置３の充放電を自由にさせてしまうと、蓄電装置３の寿命（経時的劣化）の面で好ましくないことを考慮したものである。また蓄電装置３が架線電圧に対して充放電を行わない状態（蓄電装置が架線から切り離されている状態）を設けることで、オペレータが蓄電装置３のメンテナンス（例えばＳＯＣの調整作業）を簡便に行えるようにするためである。
【００３１】
図３は、本発明の第一の実施形態による充放電制御変更部の具体的な指示内容を示す図である。
次に、本実施形態による充放電制御変更部１３の動作について、図３を参照しながら説明する。まず充放電制御変更部１３は、負荷判定部１２から負荷２における負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かの通知を受ける。そして充放電制御変更部１３は、負荷判定部１２からの当該通知に応じて、充放電制御部１１において設定される上記制御特性の変更を指示する。
【００３２】
充放電制御変更部１３が、負荷判定部１２から荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満であることの通知を受けた場合には、充放電制御変更部１３は充放電制御部１１に対し、充放電条件を緩和するように制御特性の変更を指示する。ここで「充放電条件を緩和する」とは、（１）放電電圧閾値を上昇させる、（２）充電電圧閾値を低下させる、（３）放電インピーダンスを低下させる、（４）充電インピーダンスを低下させる、のうちいずれか一つまたは複数の組み合わせを行うこととする。
【００３３】
図３（ａ）は「重負荷時」における充放電制御部１１の充放電制御特性である。ここで「重負荷時」とは、車両１００が「負荷２における負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値以上である」という条件を満たす状態にある時を指す。具体的には、負荷２において高い消費電力を消費しているとき、すなわち車両１００が力行中にあるとき、当該車両１００は上記条件を満たす「重負荷時」にあるといえる。また、上記条件において「所定の負荷電力閾値以上である」のは「負荷電力の絶対値」であるから、負荷２において高い回生電力（マイナスの負荷電力）を生成しているとき、すなわち車両１００が制動中にあるとき、当該車両１００は上記条件を満たす「重負荷時」にあるといえる。
なお本実施の形態においては、上述した負荷電力閾値が一種類である必要はない。例えば、負荷電力がプラスの際（負荷２にて電力が消費される際）に参照される負荷電力閾値と、負荷電力がマイナスの際（負荷２にて電力が生成される際）に参照される負荷電力閾値がそれぞれ異なった値であっても構わない。
【００３４】
そして充放電制御変更部１３は、車両１００が当該「重負荷時」にある時、充放電制御部１１に対し図３（ａ）に示すような充放電制御特性を設定する旨の指示を出力する。なお図３（ａ）に示す充放電特性は、主に「第一の放電電圧閾値」、「第一の充電電圧閾値」、「第一の放電インピーダンス」、「第一の充電インピーダンス」の四つのパラメータによって定義されるものである。
【００３５】
一方、図３（ｂ）は「軽負荷時」における充放電制御部１１の充放電制御特性である。ここで「軽負荷時」とは、負荷２における負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である状態を指す。すなわち、負荷２において高い消費電力を消費していないとき、または高い回生電力を生成していないときであり、より具体的には車両１００が停車中、または惰行中（定速走行中）である状態に該当する。そして充放電制御変更部１３は、当該「軽負荷時」において、充放電制御部１１に対し図３（ｂ）に示すような充放電制御特性を設定する旨の指示を出力する。
なお図３（ｂ）に示す充放電特性は、主に「第二の放電電圧閾値」、「第二の充電電圧閾値」、「第二の放電インピーダンス」、「第二の充電インピーダンス」の四つのパラメータによって定義される。ここで、これら四つのパラメータは少なくとも、上述した四つの条件の何れかひとつまたは複数を満たすように設定される。例えば、充放電制御変更部１３は、車両１００の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合には、充電電圧閾値と、放電電圧閾値との差を縮めるように充放電条件を緩和してもよい。より具体的には、例えば充放電制御変更部１３は、第二の放電電圧閾値は、第一の放電電圧閾値よりも高い値に設定し、第二の充電電圧閾値は、第一の充電電圧閾値よりも低い値に設定する。また充放電制御変更部１３は、第二の放電インピーダンスは、第一の放電インピーダンスよりも低い値に設定し、第二の充電インピーダンスは、第一の充電インピーダンスよりも低い値に設定してもよい。
【００３６】
図４は、本発明の第一の実施形態による充放電制御変更部の処理フローを示す図である。
上述した充放電制御変更部１３における具体的な処理の流れを、順を追って説明する。まず充放電制御変更部１３は、自車両の負荷電力の絶対値が負荷電力閾値未満か否かを、負荷判定部１２を介して検知する（ステップＳ１１）。そして、負荷電力の絶対値が負荷電力閾値未満である場合には、充放電制御変更部１３は、充放電制御部１１に対し「軽負荷時」の充放電制御特性の設定を指示し、充放電制御部１１にその充放電条件を緩和させる（ステップＳ１２）。一方、負荷電力の絶対値が負荷電力閾値以上である場合には、充放電制御変更部１３は、充放電制御部１１に対し「重負荷時」の充放電制御特性の設定を指示し、充放電制御部１１に充放電条件を強化させる（ステップＳ１３）。
充放電制御変更部１３がこのような処理フローを実施することにより、充放電制御装置１は、自車両の負荷状況に応じて、蓄電装置３についての充放電制御特性を動的に変更することができるようになる。
【００３７】
図５は、本発明の第一の実施形態による充放電制御装置の効果を説明する第一の図である。また、図６は、本発明の第一の実施形態による充放電制御装置の効果を説明する第二の図である。
ここで本実施形態による充放電制御装置１の具体的な効果について、従来の充放電制御装置と比較しながら説明する。
図５は、車両１００及び車両１０１が従来の充放電制御装置を搭載していた場合における、蓄電装置の充放電状況を示している。ここで図５（ａ）は、車両１００が駅Ａに一時的に停止している状態（停車中）であり、車両１０１が駅Ｂから出発して力行中である状態を示している。ここで、車両１００及び車両１０１に搭載された従来の充放電制御装置は、その充放電特性が図３（ａ）に示す特性に固定されたままであるとする。
【００３８】
まず図５（ａ）の状態では、車両１０１の力行に伴って車両１０１自身のパンタ点電圧が低下する。そして当該パンタ点電圧が車両１０１自身に設定された放電電圧閾値を下回ると、車両１０１が搭載する蓄電装置３から放電が開始される。しかし、車両１０１の力行は、停車中の車両１００におけるパンタ点電圧を、当該車両１００に設定された放電電圧閾値未満にまで低下させるには至らない（架線抵抗の影響による）。したがって、車両１０１の力行中に、車両１００に搭載された蓄電装置３から放電されることはない。つまり車両１０１の力行中は、専ら車両１０１に搭載された蓄電装置３のみから放電されることとなる（図５（ｂ）期間Ｔ１１）。同様に、車両１０１が駅Ａに停車しようと制動を開始した場合も、専ら車両１０１に搭載された蓄電装置３のみに充電されることとなる（期間Ｔ１２）。
【００３９】
また、車両１００の力行・制動時にも同様のことがいえる。すなわち、車両１００の力行に伴って車両１００自身のパンタ点電圧は、（車両１００自身に設定された）放電電圧閾値を下回るものの、車両１０１のパンタ点電圧を、（車両１０１自身に設定された）放電電圧閾値未満にまで低下させるには至らない。したがって上記と同様、車両１００の力行中は、専ら車両１００に搭載された蓄電装置３のみから放電されることとなる（図５（ｂ）期間Ｔ１３）。同様に、車両１００が駅Ｂに停車しようと制動を開始した場合も、専ら車両１００に搭載された蓄電装置３のみに充電されることとなる（期間Ｔ１４）。
【００４０】
一方図６は、車両１００及び車両１０１が本実施形態による充放電制御装置１を搭載していた場合における、蓄電装置３の充放電状況を示している。ここで図６（ａ）は、図５（ａ）と同様、車両１００が駅Ａに一時的に停止している状態（停車中）であり、車両１０１が駅Ｂから出発して力行中である状態を示している。ここで、車両１００及び車両１０１に搭載された充放電制御装置１は、その充放電制御特性が、図３（ａ）に示す「重負荷時」における特性と図３（ｂ）に示す「軽負荷時」における特性を遷移させるものである。
【００４１】
ここで、力行中の車両１０１の負荷２の負荷電力は所定の負荷電力閾値を上回り、その結果、車両１０１の放電電圧閾値は、充放電制御装置１により「重負荷時」における充放電制御特性（第一の放電電圧閾値、第一の充電電圧閾値）に設定されている。一方、車両１００の放電電圧閾値は、当該車両１００が停車中であるから、充放電制御装置１により「軽負荷時」における充放電制御特性（第二の放電電圧閾値、第二の充電電圧閾値）に設定されている。
【００４２】
この状態において、まず車両１０１の力行に伴って自車両のパンタ点電圧が低下する。そして当該パンタ点電圧が車両１０１自身に設定された第一の放電電圧閾値を下回ると、車両１０１自身における蓄電装置３から放電が開始される。さらに車両１０１の力行は、停車中の車両１００におけるパンタ点電圧を、当該車両１００に設定された「第二の放電電圧閾値」未満にまで低下させることとなる。その結果、車両１０１の力行中に、車両１００に搭載された蓄電装置３からも放電されることとなる（これを力行アシストと呼ぶ（図６（ａ）））。つまり本実施形態による充放電制御装置１を搭載した場合、車両１０１の力行中は、車両１０１に搭載された蓄電装置３のみならず、同時に、停車中の車両１００に搭載された蓄電装置３からも放電されることとなる（図６（ｂ）期間Ｔ２１）。
【００４３】
同様に、車両１０１が駅Ａに停車しようと制動を開始した場合を考える。このとき、車両１０１の制動に伴って自車両のパンタ点電圧が上昇する。そして当該パンタ点電圧が車両１０１自身に設定された第一の充電電圧閾値を上回ると、車両１０１自身における蓄電装置３へと充電が開始される。さらに車両１０１の制動は、停車中の車両１００におけるパンタ点電圧を、当該車両１００に設定された「第二の充電電圧閾値」以上にまで上昇させることとなり、結果として、車両１０１の制動中に、車両１００に搭載された蓄電装置３へも充電されることとなる。つまり車両１０１の制動中は、車両１０１に搭載された蓄電装置３のみならず、同時に、停車中の車両１００に搭載された蓄電装置３へも充電されることとなる（期間Ｔ２２）。
【００４４】
その後車両１０１が駅Ａに到着したとする。この時、車両１０１における負荷２の負荷電力は、所定の負荷電力閾値未満となる。したがって、車両１０１における充放電制御変更部１３は、充放電制御部１１の充放電制御特性を、「重負荷時」における充放電制御特性（第一の放電電圧閾値、第一の充電電圧閾値）から、「軽負荷時」における充放電制御特性（第二の放電電圧閾値、第二の充電電圧閾値）に変更する。一方、車両１００が駅Ａを出発しようと力行を開始したとする。この時、車両１００における充放電制御変更部１３は、充放電制御部１１の充放電制御特性を、「軽負荷時」における充放電制御特性から、「重負荷時」における充放電制御特性に変更（緩和）する。
以降の両車両１００、１０１の蓄電装置３における充放電特性については、上述した内容と同一である（図６（ｂ）期間Ｔ２３、Ｔ２４）。
【００４５】
ここで図５に説明した従来の充放電制御装置を用いた場合と、図６に説明した本実施形態による充放電制御装置１を用いた場合を比較する。すると、図６（ｂ）では、力行時に消費する消費電力及び制動時に生成する回生電力を、二つの蓄電装置に並列かつ同時に作用させているため、それぞれにおける充放電電流のピーク値及び実効値が、図５（ｂ）よりも小さくなる。したがって、本実施形態による充放電制御装置１を用いた場合の方が、各蓄電装置における充放電電流のピーク値及び実効値が低減されていることがわかる。
【００４６】
以上、本実施形態による充放電制御装置１によれば、車両に搭載された蓄電装置における充放電電流のピーク値、実効値を低減する効果が得られる。したがって、蓄電装置にかかるコストを低減させることが可能となる。
【００４７】
なお本実施形態による充放電制御装置１は、さらに以下の機能を有していても構わない。
その一例として、負荷判定部１２は、上記所定の負荷電力閾値を複数記憶し、充放電制御変更部１３は、負荷電力の絶対値が当該複数の負荷電力閾値のうちいずれの負荷電力閾値未満かに応じて、充電電圧閾値、放電電圧閾値、充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数についての緩和程度を変更するような態様であっても構わない。
具体的には、負荷判定部１２は、「第一の負荷電力閾値（Ｐｔｈ１）」、「第二の負荷電力閾値（Ｐｔｈ２）」（Ｐｔｈ１＞Ｐｔｈ２）を有しており、負荷電力の絶対値がＰｔｈ１以上の場合、Ｐｔｈ１未満かつＰｔｈ２以上の場合、Ｐｔｈ２未満の場合、のいずれに該当するかを充放電制御変更部１３に出力する。そして、充放電制御変更部１３は、各状態に応じて、それぞれ異なる充放電制御特性を充放電制御部１１に設定させる。
このようにすれば、充放電制御装置１は、例えば車両１００が「停車中」よりも更に負荷電力が小さい「静止中」の状態（当該車両１００が定常的に停止していて、日数単位で運行に関わらない状態、例えば車庫に格納されている状態等）を識別して、これに応じてより充放電条件が緩和された充放電制御特性を設定することもできる。ただし、本実施形態による車両１００は、上記「静止中」の状態であっても、少なくとも充放電制御装置１が動作可能な状態にあることを前提とする。
【００４８】
図７は、本発明の第一の実施形態による充放電制御装置の機能構成を示す第二の図である。
充放電制御装置１は、図７に示す通り、パンタ点電圧検出部１０、充放電制御部１１、負荷判定部１２、充放電制御変更部１３に加え、さらに外部装置から充放電特性変更許可信号を受信する変更許可信号受信部１４を備えていても構わない。そして、充放電制御変更部１３は、さらに変更許可信号受信部１４が当該充放電特性変更許可信号を受信した場合に、充電電圧閾値、放電電圧閾値、充放電インピーダンスの何れか一つまたは複数を緩和するような態様であっても構わない。
具体的には、充放電制御変更部１３は、負荷判定部１２からの判定信号だけでなく、さらに変更許可信号受信部１４を介して、車両１００を含む複数の運行を管理する外部装置（例えば運行管理装置）から、所定の充放電特性変更許可信号を受信した場合に限り、充放電制御部１１の充放電制御特性の変更を指示する態様であっても構わない。
このようにすることで、充放電制御装置１は、単に自車両における負荷電力の絶対値のみを判断材料とせず、さらに外部装置からの判断に基づいて、より適切に充放電制御特性を変更することができる。
【００４９】
また、本実施形態による充放電制御装置１は、自車両１００に搭載された蓄電装置３のＳＯＣに応じて充放電制御特性を変更させるか否かを決定してもよい。具体的には、充放電制御変更部１３はさらに蓄電装置３のＳＯＣを検知する手段を有しており、負荷判定部１２からの入力と合わせて、当該検知手段が検知したＳＯＣに応じて充放電制御部１１への変更指示内容を決定する態様であっても構わない。
このようにすることで、本実施形態による充放電制御装置１は、自車両１００の蓄電装置３のＳＯＣに適合した充放電制御を行うことができる。例えば、蓄電装置３の蓄電量が不足した状態のときに自車両が停止中にあったとしても、他の車両の力行をアシストすることはできない。したがってこの場合、充放電制御変更部１３は、放電電力閾値を変更させず、充電電力閾値のみを低下させる指示を出力してもよい。逆に、蓄電装置３が満充電に近い状態であった場合は、他車両において生成された回生電力を受け付けるべきではない。したがってこの場合、充放電制御変更部１３は、充電電力閾値を変更させず、放電電力閾値のみを上昇させる指示を出力してもよい。
【００５０】
＜第二の実施形態＞
以下、本発明の第二の実施形態による車両交通システムを、図面を参照して説明する。
図８は同実施形態による車両交通システムの機能構成を示す図である。この図において、符号４は車両交通システムである。
車両交通システム４は、第一の実施形態による充放電制御装置１を備えた複数の車両１０ｎ（１００、１０１、１０２、・・・）と、当該複数の車両１０ｎのそれぞれに力行及び制動を指示して、複数の車両１０ｎ全体の運行を管理する運行管理装置２００と、を備えている。ここで運行管理装置２００は、各車両１０ｎの運行状況（力行、制動等）、位置を所定の通信網にて把握し、状況に応じて各車両１０ｎに対し種々の指令を送信することができる。なお本実施形態においては、当該通信網は無線・有線を限定せず、さらにその通信方式の種別も限定されない。
【００５１】
そして、車両１０ｎが備える充放電制御装置１は、運行管理装置２００から充放電特性変更許可信号を受信する変更許可信号受信部１４を備えており、充放電制御変更部１３は、さらに上記充放電特性変更許可信号を入力した場合に、充放電制御部１１の充放電特性を緩和する。一方、運行管理装置２００は、複数の車両１０ｎそれぞれに対して、充放電特性変更許可信号を送信する。
【００５２】
このようにすることで、運行管理装置２００が、複数の車両１０ｎ全体に渡る配置状況を把握しながら、個々の車両１０ｎにおける充放電制御特性の変更を適切に指示することができる。例えば、ある停車中の車両１００の周囲に、効果的に力行アシストを実施できる他の車両１０ｎが存在しない場合には、当該車両１００については、充放電制御特性を緩和させる必要はない。すなわち運行管理装置２００が、個々の車両１０ｎについて逐次、充放電制御特性を緩和させる必要があるか否かを判断し、高いアシスト効果が期待できる場合にのみ、充放電制御特性を緩和させる、という制御が可能になる。
ここで、運行管理装置２００が「効果的に力行アシストを実施できる他の車両１０ｎが存在するか否か」を判断する手段としては、例えば運行管理装置２００が、別途用いられる有線または無線による通信手段により、常に車両ごとの位置情報をモニタリングする手法を用いる。そして運行管理装置２００は、当該車両ごとの位置情報を利用して、力行指示を送る車両（車両１００）の周囲に、効果的に力行アシストを実施できると想定される所定の範囲内に他の車両が存在するか否かを判定する判定手段を備える。
【００５３】
図９は、本発明の第二の実施形態による運行管理装置の処理フローを示す図である。
ここで、本実施形態による車両交通システム４は、さらに以下の機能を有していても構わない。例えば運行管理装置２００は、複数の車両１０ｎが備える負荷判定部１２における判定状態を個々に検知するとともに、複数の車両１０ｎの内の少なくとも一において、当該車両（例えば車両１００）の負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合に、車両１００以外の他の車両（例えば車両１０１）に力行または制動を指示するようにしてもよい。
【００５４】
具体的には、例えば運行管理装置２００は図９に示すような処理フローを実施する。すなわち運行管理装置２００は、まず所定の車両（例えば図８の車両１０１）における負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満か否かを判定する（ステップＳ２１）。ここで本実施形態による運行管理装置２００は、当該車両１０１における負荷電力の絶対値を直接検知するのではなく、単に車両１０１が負荷電力の絶対値が上昇する状態、すなわち力行中、または制動中であるか否かを検知する、という態様であっても構わない。この場合、運行管理装置２００は、車両１０１が力行中、または制動中であると検知した場合には、当該車両１０１における負荷電力の絶対値は負荷電力閾値以上であると判定し、一方車両１０１が停止中、または惰行中であると検知した場合には、当該車両１０１における負荷電力の絶対値は負荷電力閾値未満であると判定する。
【００５５】
次に、ステップＳ２１にて車両１０１における負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満であった場合には、運行管理装置２００は、停車中であった別の車両（例えば図８の車両１００）の力行を指示する（ステップＳ２２）。一方、車両１０１における負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値以上であった場合には、運行管理装置２００は、車両１００に停止状態を維持する指示を送信し（ステップＳ２３）、車両１０１における負荷電力の絶対値が負荷電力閾値未満か否かを判定する処理（ステップＳ２１）に戻る。
【００５６】
すなわち運行管理装置２００は、車両１０１が力行中にあり、当該車両１０１が停車中の他の車両１００に対して力行アシストできる状況にないときは、停止中の他の車両の力行を指示せず、停止させたままにしておく（ステップＳ２３）。そして運行管理装置２００は、車両１０１が力行を終えて惰行状態に入り、他の車両１００の力行をアシストできる状態になったことを検知してから、車両１００に力行の指示を送信する。このようにすることで、運行管理装置２００は、複数の車両に渡っての力行のタイミングが重なり、互いの力行をアシストできなくなる状況を、各車両の状態に連動して運行制御することにより意図的に回避することができる。すなわち、ある車両における力行時に要する消費電力は、他の車両の蓄電装置がアシストすることを前提として、一の車両に搭載させるべき蓄電容量自体も低減させることができる。
【００５７】
また運行管理装置２００はさらに、負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である車両１０１が、上記他の車両（車両１００）から所定の電力伝送可能範囲内にある場合に、車両１００に力行または制動を指示するようにしてもよい。すなわち上記の場合において、車両１００と車両１０１との距離があまりにも離れている場合には、架線の抵抗損失が大きくなりすぎて、車両１０１が負荷電力の絶対値が所定の負荷電力閾値未満である場合であっても、効果的に車両１００に対して力行アシストを実施することはできない。したがって運行管理装置２００は、全ての車両１０ｎの現在位置を把握しつつ、実効的なアシスト効果が期待できる「所定の電力伝送可能範囲」内にある車両から確実に電力アシストできるように運行制御する。ここで、「所定の電力伝送可能範囲」とは、車両１０ｎに搭載された各蓄電装置３の出力電力と架線抵抗とを考慮して予め求められる距離であり、蓄電装置３における充放電電流のピーク値、実効値を低減する効果が実質的に期待できる距離である。
【００５８】
なお本実施形態による運行管理装置２００は、上述した「ある車両１０ｎが力行中、または制動中であるか否かを検知する」具体的な手段として、以下のような手段を有していてもよい。すなわち運行管理装置２００は、当該車両１０ｎが所定の位置を通過したか否かの信号を検知する手段を有しており、運行管理装置２００は、対象とする車両１０ｎが当該位置を通過したことをもって、当該車両１０ｎが力行状態から惰行状態に遷移し、または、惰行状態から制動状態に遷移したとみなすこととしてもよい。
【００５９】
また本実施形態による車両交通システム４は、複数の車両１０ｎの少なくとも一つにおいて、充放電制御装置１が動作可能な状態で定常的に停止していることを特徴としてもよい。例えば、図８においては、車両１００及び車両１０１が運行に関与している車両であり、車両１０２が運行に関与しない路線上で静止している状態（例えば車庫に格納されている状態）であったとする。すなわち本実施形態による運行管理装置２００は、各車両１０ｎの運行において、運行に関わらない路線上に少なくとも一車両、静止状態にある車両１０ｎを配置するように計画する。このように、車両１０２が常に「静止中」の状態であれば、運行に関与する車両１００及び車両１０１は、それぞれがどのような状態にあったとしても、少なくとも車両１０２からの電力アシストを得ることができる。したがって、車両交通システム４は、車両１０ｎ同士の確実な電力アシストを実現し、より効果的に蓄電装置３における充放電電流のピーク値、実効値を低減することができる。
【００６０】
また運行管理装置２００は、上記の態様においてさらに、運行の過程において何らかのトラブルが生じ運行不能となった車両、または、運行ダイヤに乱れが生じた結果運行に関与しなくなった車両を、運行に関わらない路線上に意図的に配置し、専ら電力アシスト用の車両として上記「静止中」の状態にある車両と同等に扱うようにしてもよい。このようにすることで、運行の過程において偶発的に運行に関与しなくなった車両に搭載された蓄電装置をも、専ら電力アシスト用として有効活用することができる。
【００６１】
なお、上述の充放電制御装置１は、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した充放電制御装置１の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・充放電制御装置
１０・・・パンタ点電圧検出部
１１・・・充放電制御部
１２・・・負荷判定部
１３・・・充放電制御変更部
１４・・・変更許可信号受信部
２・・・負荷
３・・・蓄電装置
４・・・車両交通システム
１００・・・車両
２００・・・運行管理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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