(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線を介して変電設備と送受電することで走行する車両に搭載され、回生電力を発生しうる負荷に接続される蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置であって、
前記架線に送電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である送電ピークカット電力を算出するピークカット電力算出部と、
前記負荷で発生した回生電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した送電ピークカット電力以上である場合に、当該回生電力と当該送電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置に充電させるピークカット部と
を備え、
前記送電ピークカット電力は、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と前記変電設備の回生抵抗にかかる電圧との差を前記車両と前記変電設備との間の距離に対して単調増加する架線の抵抗値で除して得られる電流に、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力である
ことを特徴とする充放電制御装置。
【請求項２】
前記車両が存在する位置に基づいて、前記車両と前記変電設備との間の架線長さを算出する架線長さ算出部を備え、
前記ピークカット電力算出部は、前記架線長さ算出部が算出した架線長さを独立変数とする単調非増加関数を用いて、前記送電ピークカット電力を算出する
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】
前記車両のパンタ点電圧を計測するパンタ点電圧計測部を備え、
前記ピークカット電力算出部は、前記パンタ点電圧計測部が計測したパンタ点電圧を独立変数とする単調非増加関数を用いて、前記送電ピークカット電力を算出する
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４】
前記車両が存在する区間を取得する区間取得部を備え、
前記ピークカット電力算出部は、前記区間取得部が取得した区間内で前記変電設備から最も遠い点の架線抵抗値に対応する送電ピークカット電力を、前記区間取得部が取得した区間内における送電ピークカット電力として算出する
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５】
前記ピークカット電力算出部は、前記架線から受電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である受電ピークカット電力を算出し、
前記ピークカット部は、前記負荷が必要とする必要電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した受電ピークカット電力以上である場合に、当該必要電力と当該受電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置から放電させる
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の充放電制御装置。
【請求項６】
架線を介して変電設備と送受電することで走行する車両に搭載され、回生電力を発生しうる負荷に接続される蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置であって、
前記架線から受電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である受電ピークカット電力を算出するピークカット電力算出部と、
前記負荷が必要とする必要電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した受電ピークカット電力以上である場合に、当該必要電力と当該受電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置から放電させるピークカット部と
を備え、
前記受電ピークカット電力は、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と前記変電設備の回生抵抗にかかる電圧との差を前記車両と前記変電設備との間の距離に対して単調増加する架線の抵抗値で除して得られる電流に、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力である
ことを特徴とする充放電制御装置。
【請求項７】
架線を介して変電設備と送受電することで走行する車両に搭載され、回生電力を発生しうる負荷に接続される蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置を用いた充電制御方法であって、
ピークカット電力算出部は、前記架線に送電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である送電ピークカット電力を算出し、
ピークカット部は、前記負荷で発生した回生電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した送電ピークカット電力以上である場合に、当該回生電力と当該送電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置に充電させ、
前記送電ピークカット電力は、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と前記変電設備の回生抵抗にかかる電圧との差を前記車両と前記変電設備との間の距離に対して単調増加する架線の抵抗値で除して得られる電流に、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力である
ことを特徴とする充電制御方法。
【請求項８】
架線を介して変電設備と送受電することで走行する車両に搭載され、回生電力を発生しうる負荷に接続される蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置を用いた放電制御方法であって、
ピークカット電力算出部は、前記架線から受電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である受電ピークカット電力を算出し、
ピークカット部は、前記負荷が必要とする必要電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した受電ピークカット電力以上である場合に、当該必要電力と当該受電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置から放電させ、
前記受電ピークカット電力は、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と前記変電設備の回生抵抗にかかる電圧との差を前記車両と前記変電設備との間の距離に対して単調増加する架線の抵抗値で除して得られる電流に、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力である
ことを特徴とする放電制御方法。
【請求項９】
架線を介して変電設備と送受電することで走行する車両に搭載され、回生電力を発生しうる負荷に接続される蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置を、
前記架線に送電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である送電ピークカット電力を算出するピークカット電力算出部、
前記負荷で発生した回生電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した送電ピークカット電力以上である場合に、当該回生電力と当該送電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置に充電させるピークカット部
として機能させ、
前記送電ピークカット電力は、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と前記変電設備の回生抵抗にかかる電圧との差を前記車両と前記変電設備との間の距離に対して単調増加する架線の抵抗値で除して得られる電流に、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力である
プログラム。
【請求項１０】
架線を介して変電設備と送受電することで走行する車両に搭載され、回生電力を発生しうる負荷に接続される蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置を、
前記架線から受電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である受電ピークカット電力を算出するピークカット電力算出部、
前記負荷が必要とする必要電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した受電ピークカット電力以上である場合に、当該必要電力と当該受電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置から放電させるピークカット部
として機能させ、
前記受電ピークカット電力は、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と前記変電設備の回生抵抗にかかる電圧との差を前記車両と前記変電設備との間の距離に対して単調増加する架線の抵抗値で除して得られる電流に、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力である
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生電力を発生しうる負荷に接続される二次電池の充放電を制御する充放電制御装置、充電制御方法、放電制御方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、架線から供給される電力を用いて力行する車両が知られている。このような車両において力行に要する電力（必要電力）は、線路の勾配などの走行する環境により異なる。そのため、架線に電力を供給する変電所の容量や消費電力量は、必要電力による電圧変動量によって決まる。
【０００３】
また、このような車両において制動により回生電力が発生した場合、回生失効を防止するため、回生電力を架線に送電することが行われている。架線に送電された回生電力は、変電所に回収される。そのため、変電所を設けるべき間隔は、回生電力による電圧変動量によって決まる。
【０００４】
そこで、設けるべき変電所の数を減らすことで交通システムのコストダウンを図るために、必要電力及び回生電力のピーク電力を抑えること（ピークカット）が検討されている。必要電力及び回生電力のピークカット方法として、車両に二次電池を搭載し、回生電力の吸収及び必要電力のアシストを行う方法が考えられている。
また、適切にピークカットを行うためには、二次電池の充電率（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：充電率）を適切に管理することが必要となる。
【０００５】
そこで、必要電力または回生電力がピークカット電力以上である場合に、二次電池を用いてピークカットを行うことが考えられる。
なお、特許文献１には、架線レス車両に搭載された二次電池の劣化を抑制するために充電率の増減が適切な充電率の範囲内になるように充電を行う方法が記載されている。
なお、特許文献２には、架線レス車両に搭載された二次電池の充電率を制御する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０５４９５８号公報
【特許文献２】特開２００９−２７３１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、車両と変電所との送受電を媒介する架線にも抵抗値があるため、車両と変電所との間の架線長さが長いほど抵抗値は大きくなる。つまり、車両と変電所との位置関係に応じて、ピークカットが必要となる電力は異なる。そのため、特許文献１、２に開示されているように一定値のピークカット電力に基づいてピークカットを行う場合、必要とされる量より多い電力で二次電池の充放電がされてしまうという問題がある。これにより、二次電池の寿命が短くなり、また充放電制御装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、必要最低限の充放電によりピークカットを行う充放電制御装置、充電制御方法、放電制御方法、及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、架線を介して変電設備と送受電することで走行する車両に搭載され、回生電力を発生しうる負荷に接続される蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置であって、前記架線に送電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である送電ピークカット電力を算出するピークカット電力算出部と、前記負荷で発生した回生電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した送電ピークカット電力以上である場合に、当該回生電力と当該送電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置に充電させるピークカット部とを備え、前記送電ピークカット電力は、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と前記変電設備の回生抵抗にかかる電圧との差を前記車両と前記変電設備との間の距離に対して単調減少する架線の抵抗値で除して得られる電流に、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明においては、前記車両が存在する位置に基づいて、前記車両と前記変電設備との間の架線長さを算出する架線長さ算出部を備え、前記ピークカット電力算出部は、前記架線長さ算出部が算出した架線長さを独立変数とする単調非増加関数を用いて、前記送電ピークカット電力を算出することが好ましい。
【００１２】
また、本発明においては、前記車両のパンタ点電圧を計測するパンタ点電圧計測部を備え、前記ピークカット電力算出部は、前記パンタ点電圧計測部が計測したパンタ点電圧を独立変数とする単調非増加関数を用いて、前記送電ピークカット電力を算出することが好ましい。
【００１３】
また、本発明においては、前記車両が存在する区間を取得する区間取得部を備え、前記ピークカット電力算出部は、前記区間取得部が取得した区間内で前記変電設備から最も遠い点の架線抵抗値に対応する送電ピークカット電力を、前記区間取得部が取得した区間内における送電ピークカット電力として算出することが好ましい。
【００１４】
また、本発明においては、前記ピークカット電力算出部は、前記架線から受電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である受電ピークカット電力を算出し、前記ピークカット部は、前記負荷が必要とする必要電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した受電ピークカット電力以上である場合に、当該必要電力と当該受電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置から放電させることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、架線を介して変電設備と送受電することで走行する車両に搭載され、回生電力を発生しうる負荷に接続される蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置であって、前記架線から受電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である受電ピークカット電力を算出するピークカット電力算出部と、前記負荷が必要とする必要電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した受電ピークカット電力以上である場合に、当該必要電力と当該受電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置から放電させるピークカット部とを備え、前記受電ピークカット電力は、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と前記変電設備の回生抵抗にかかる電圧との差を前記車両と前記変電設備との間の距離に対して単調増加する架線の抵抗値で除して得られる電流に、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、架線を介して変電設備と送受電することで走行する車両に搭載され、回生電力を発生しうる負荷に接続される蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置を用いた充電制御方法であって、ピークカット電力算出部は、前記架線に送電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である送電ピークカット電力を算出し、ピークカット部は、前記負荷で発生した回生電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した送電ピークカット電力以上である場合に、当該回生電力と当該送電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置に充電させ、前記送電ピークカット電力は、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と前記変電設備の回生抵抗にかかる電圧との差を前記車両と前記変電設備との間の距離に対して単調増加する架線の抵抗値で除して得られる電流に、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、架線を介して変電設備と送受電することで走行する車両に搭載され、回生電力を発生しうる負荷に接続される蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置を用いた放電制御方法であって、ピークカット電力算出部は、前記架線から受電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である受電ピークカット電力を算出し、ピークカット部は、前記負荷が必要とする必要電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した受電ピークカット電力以上である場合に、当該必要電力と当該受電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置から放電させ、前記受電ピークカット電力は、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と前記変電設備の回生抵抗にかかる電圧との差を前記車両と前記変電設備との間の距離に対して単調増加する架線の抵抗値で除して得られる電流に、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、架線を介して変電設備と送受電することで走行する車両に搭載され、回生電力を発生しうる負荷に接続される蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置を、前記架線に送電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である送電ピークカット電力を算出するピークカット電力算出部、前記負荷で発生した回生電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した送電ピークカット電力以上である場合に、当該回生電力と当該送電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置に充電させるピークカット部として機能させ、前記送電ピークカット電力は、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と前記変電設備の回生抵抗にかかる電圧との差を前記車両と前記変電設備との間の距離に対して単調増加する架線の抵抗値で除して得られる電流に、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力であるプログラムである。
【００１９】
また、本発明は、架線を介して変電設備と送受電することで走行する車両に搭載され、回生電力を発生しうる負荷に接続される蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置を、前記架線から受電可能な電力であって、前記車両と前記変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である受電ピークカット電力を算出するピークカット電力算出部、前記負荷が必要とする必要電力が、前記ピークカット電力算出部が算出した受電ピークカット電力以上である場合に、当該必要電力と当該受電ピークカット電力との差分の電力を前記蓄電装置から放電させるピークカット部として機能させ、前記受電ピークカット電力は、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と前記変電設備の回生抵抗にかかる電圧との差を前記車両と前記変電設備との間の距離に対して単調増加する架線の抵抗値で除して得られる電流に、前記負荷の回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力であるプログラムである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、必要電力または回生電力が、車両と変電設備との間の架線の抵抗値に対して単調非増加な電力である受電ピークカット電力以上である場合に、蓄電装置を用いてピークカットを行う。これにより、必要最低限の充放電によりピークカットを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態による充放電制御装置を備える車両の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による充放電制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】車両と変電所との関係をモデル化した図である。
【図４】第１の実施形態における車両と変電所との間の架線長さとピークカット率の関係の例を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態による充放電制御装置を備える車両の構成を示す概略ブロック図である。
【図６】第２の実施形態における車両と変電所との間の架線長さとピークカット率の関係の例を示すグラフである。
【図７】本発明の第３の実施形態による充放電制御装置を備える車両の構成を示す概略ブロック図である。
【図８】第３の実施形態におけるパンタ点電圧とピークカット率の関係の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
【００２３】
《第１の実施形態》
図１は、本発明の第１の実施形態による充放電制御装置１５０を備える車両１００の構成を示す概略ブロック図である。
本実施形態による車両１００は、インバータ１１０、負荷１２０、ＤＣＤＣコンバータ１３０、二次電池１４０（蓄電装置）、充放電制御装置１５０を備える。なお、車両１００は、架線２００を介して変電所（変電設備）との送受電を行うことで、走行する。
【００２４】
インバータ１１０は、架線２００から供給される直流電力及びＤＣＤＣコンバータ１３０を介して二次電池１４０から供給される直流電力を、交流電力に変換する。
負荷１２０は、インバータ１１０が変換した交流電力により車両１００を力行させる。また、負荷１２０は、車両１００の回生制動を行い、回生電力を発生させる。当該回生電力は、インバータ１１０を介して架線２００及び二次電池１４０に供給される。
ＤＣＤＣコンバータ１３０は、充放電制御装置１５０の指令に基づき、架線２００及び負荷１２０から二次電池１４０に供給される充電電力量、並びに、二次電池１４０から架線２００及び負荷１２０に供給する放電電力量を制御する。
二次電池１４０は、ＤＣＤＣコンバータ１３０を介して架線２００及び負荷１２０に接続され、架線２００及び負荷１２０から供給される電力を充電する。また、二次電池１４０は、ＤＣＤＣコンバータ１３０を介して負荷１２０に電力を供給する。
【００２５】
充放電制御装置１５０は、二次電池１４０に対する充放電を制御する装置であって、位置情報取得部１５１、変電所位置記憶部１５２、架線長さ算出部１５３、ピークカット電力算出部１５４、負荷電力監視部１５５、ピークカット部１５６を備える。
【００２６】
位置情報取得部１５１は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）、モータの回転数、地上子から受信する情報などに基づいて、車両１００の現在位置を取得する。
変電所位置記憶部１５２は、架線２００の位置、及び当該架線２００に接続される変電所の位置を記憶する。
架線長さ算出部１５３は、位置情報取得部１５１が取得した位置情報と変電所位置記憶部１５２が記憶する情報とに基づいて、車両１００と変電所との間の架線長さを算出する。
ピークカット電力算出部１５４は、架線長さ算出部１５３が算出した架線長さに基づいてピークカット電力を算出する。具体的には、ピークカット電力算出部１５４は、架線２００から受電可能な電力の最大値である受電ピークカット電力及び、架線２００に送電可能な電力の最大値である送電ピークカット電力を算出する。
【００２７】
負荷電力監視部１５５は、負荷１２０による力行に要求される必要電力、及び負荷１２０から発生する回生電力の電力値を監視する。以下、必要電力及び回生電力を総称して負荷電力という。
ピークカット部１５６は、架線２００から受電する電力または架線２００に送電する電力が所定のピークカット電力を超えないように、二次電池１４０が充放電する電力の制御指示を、ＤＣＤＣコンバータ１３０に出力する。具体的には、ピークカット部１５６は、車両１００の力行時、必要電力と受電ピークカット電力との差の電力値となる電力を二次電池１４０に放電させる放電指示を出力する。他方、ピークカット部１５６は、車両１００の制動時、回生電力と送電ピークカット電力との差の電力値となる電力を二次電池１４０に充電させる充電指示を出力する。
【００２８】
次に、本実施形態による充放電制御装置１５０の動作について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による充放電制御装置１５０の動作を示すフローチャートである。
車両１００の運行を開始すると、位置情報取得部１５１は、ＧＰＳ、モータの回転数、地上子から受信する情報などに基づいて、現在位置を示す位置情報を取得する（ステップＳ１）。次に、架線長さ算出部１５３は、位置情報取得部１５１が取得した現在位置を示す情報と、変電所位置記憶部１５２が記憶する架線２００の位置及び変電所の位置から、当該車両１００が送受電を行う変電所までの架線２００の長さを算出する（ステップＳ２）。具体的には、架線長さ算出部１５３は、現在位置に存在する架線２００に接続された変電所を当該車両１００が送受電を行う変電所として特定し、当該変電所までの架線２００の長さを算出する。
【００２９】
次に、負荷電力監視部１５５は、負荷電力を取得する（ステップＳ３）。次に、負荷電力監視部１５５は、負荷１２０の動作が力行であるか回生であるかを判定する（ステップＳ４）。
【００３０】
負荷電力監視部１５５が、負荷１２０が回生中であると判定した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ピークカット電力算出部１５４は、架線長さ算出部１５３が算出した架線長さに基づいて、負荷１２０から発生する回生電力のピーク値に対してピークカットを行う割合を示す送電ピークカット率を算出する（ステップＳ５）。
【００３１】
ここで、具体的なピークカット率の算出方法について説明する。
図３は、車両１００と変電所との関係をモデル化した図である。
図３（Ａ）に示すように、車両１００と変電所とが架線２００によって接続されることで、図３（Ｂ）に示すような閉回路が形成される。図３（Ｂ）に示すように、変電所には、電力供給装置に並列に、スイッチを介して回生抵抗Ｒが設けられている。当該スイッチは、当該スイッチの一端に所定の閾値電圧ｖＲ以上の電圧がかかったときに、ＯＮになり、当該スイッチの一端にかかる電圧が閾値電圧ｖＲ未満である場合には、スイッチはＯＦＦとなる。つまり、変電所のスイッチの一端にかかる電圧が閾値電圧ｖＲ以上となった場合に、車両１００の負荷１２０から発生した回生電力が変電所において回収されることとなる。
また、車両１００と変電所との間の架線２００にも抵抗値（以下、架線抵抗ｒという）があり、当該架線抵抗ｒは、車両１００と変電所との間の架線長さに対して単調増加する値である。
【００３２】
このとき、図３（Ｂ）に示すモデルにおいて、以下の２式が成り立つ。
【００３３】
【数１】
0005901318.tif 000002
【００３４】
【数２】
0005901318.tif 000003
【００３５】
但し、Ｐは、負荷１２０から発生し得る最大の回生電力を示し、ｘは、送電ピークカット率を示す。
【００３６】
ここで、回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧をｖＰｍａｘとすると、回生失効を起こさないために必要な送電ピークカット率ｘは、式（３）に示す通りとなる。
【００３７】
【数３】
0005901318.tif 000004
【００３８】
一般に、回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧ｖＰｍａｘ、スイッチの閾値電圧ｖＲ、負荷１２０から発生し得る最大の回生電力Ｐは、変電所や車両１００によって固有の値である。そのため、式（３）から、必要な送電ピークカット率ｘが、架線抵抗ｒの大きさによって変化することがわかる。また、架線抵抗ｒの大きさは、車両１００と変電所との間の架線長さによって決まるため、送電ピークカット率ｘは、車両１００と変電所との間の架線長さによって決まることが分かる。つまり、ピークカット電力算出部１５４は、車両１００と変電所との間の架線長さから架線抵抗ｒを算出し、当該架線抵抗ｒを、上記式（３）に代入することで、送電ピークカット率ｘを算出することができる。なお、式（３）に示すとおり、送電ピークカット率ｘは、架線抵抗ｒに対して単調非減少である。なお、図３を用いて説明した方法は、車両１００と送受電を行う変電所が１つである場合における送電ピークカット率ｘの算出方法である。実際には、車両１００は複数の変電所との送受電を行うため、当該複数の変電所それぞれとの間の架線長さによって重みづけを行い、同様の方法により、送電ピークカット率ｘを算出する。
【００３９】
ピークカット電力算出部１５４は、ステップＳ５で送電ピークカット率ｘを算出すると、１から当該送電ピークカット率ｘを減じた割合を、負荷１２０から発生し得る最大の回生電力Ｐに乗じることで、送電ピークカット電力を算出する（ステップＳ６）。すなわち、ピークカット電力算出部１５４は、Ｐ（１−ｘ）を送電ピークカット電力として算出する。なお、送電ピークカット率は、架線長さに対して単調非減少であることから、送電ピークカット電力は架線長さに対して単調非増加であることが分かる。
なお、本実施形態では、ステップＳ５で架線長さから架線抵抗ｒを算出し、次に架線抵抗ｒから送電ピークカット率ｘを算出し、そしてステップＳ６で送電ピークカット率ｘから送電ピークカット電力を算出したが、これは、架線長さ算出部１５３が算出した架線長さを独立変数とする単調非増加関数を用いて、送電ピークカット電力を算出することと等価である。
【００４０】
図４は、第１の実施形態における車両１００と変電所との間の架線長さとピークカット率の関係の例を示すグラフである。
図４に示すように、架線長さが所定の長さになるまではピークカットを行わなくても、回生失効が生じず、当該所定の長さを超えてからは、図４に示すピークカット率でピークカットを行うことで、回生失効が発生しない最大の電力を架線２００に送電することができる。これにより、二次電池１４０に充電する電力を必要最低限に抑えつつ、ピークカットを行うことができる。なお、図４に示すように、架線長さ算出部１５３が算出した架線長さに対して、送電ピークカット電力が単調非増加であることが分かる。
【００４１】
次に、ピークカット部１５６は、回生電力と送電ピークカット電力との差の電力に、ＤＣＤＣコンバータ１３０の効率を乗じて得られる電力値で二次電池１４０を充電させることを指示する充電指示を、ＤＣＤＣコンバータ１３０に出力する（ステップＳ７）。そしてステップＳ１に戻り、充放電制御装置１５０は、次の時刻における充放電制御を行う。
【００４２】
他方、ステップＳ４において負荷電力監視部１５５が、負荷１２０が力行中であると判定した場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ピークカット電力算出部１５４は、架線長さ算出部１５３が算出した架線長さに基づいて、負荷１２０が必要とする必要電力のピーク値に対してピークカットを行う割合を示す受電ピークカット率を算出する（ステップＳ８）。なお、受電ピークカット率の計算は、上述したステップＳ５の方法と同様の方法であり、算出される受電ピークカット率は、架線抵抗に対して単調非減少である。
【００４３】
ピークカット電力算出部１５４は、受電ピークカット率を算出すると、１から当該受電ピークカット率を減じた割合を、負荷１２０が必要とし得る最大の必要電力に乗じることで、受電ピークカット電力を算出する（ステップＳ９）。つまり、受電ピークカット電力は架線長さに対して単調非増加であることが分かる。すなわち、ステップＳ８〜Ｓ９におけるピークカット電力算出部１５４の処理は、架線長さ算出部１５３が算出した架線長さを独立変数とする単調非増加関数を用いて、受電ピークカット電力を算出することと等価である。
【００４４】
次に、ピークカット部１５６は、必要電力と受電ピークカット電力との差の電力を、ＤＣＤＣコンバータ１３０の効率で除して得られる電力値で二次電池１４０を放電させることを指示する放電指示を、ＤＣＤＣコンバータ１３０に出力する（ステップＳ１０）。そしてステップＳ１に戻り、充放電制御装置１５０は、次の時刻における充放電制御を行う。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、ピークカット電力算出部１５４は、架線２００に送電可能なピークカット電力を、車両１００と変電所との間の架線２００の抵抗値に対して単調非増加な電力として算出する。また、ピークカット部１５６は、負荷電力がピークカット電力以上である場合に、負荷電力と送電ピークカット電力との差分の電力で、二次電池１４０の充放電を制御する。これにより、二次電池１４０に充電する電力を必要最低限に抑えつつ、ピークカットを行うことができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、ピークカット電力は、式（３）によって算出されるピークカット電力を１から減じた割合を、負荷１２０から発生し得る最大の回生電力Ｐに乗じたものである。すなわち、送電ピークカット電力は、回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧と変電所の回生抵抗にかかる電圧との差を、車両１００と変電所との間の距離に対して単調減少する架線２００の抵抗値で除して得られる電流に、回生失効が発生しない最大のパンタ点電圧を乗じて得られる電力である。したがって、充放電制御装置１５０は、回生失効が発生しない最大の電力で架線２００との送受電を行うことができる。
【００４７】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態による充放電制御装置１５０を備える車両１００の構成を示す概略ブロック図である。
第２の実施形態による充放電制御装置１５０は、第１の実施形態による充放電制御装置１５０の構成のうち架線長さ算出部１５３及び変電所位置記憶部１５２を備えず、所定の区間（例えば駅間）毎に、当該区間で用いるピークカット率を記憶するピークカット率記憶部１５７を備えるものである。
なお、ピークカット率記憶部１５７が記憶するピークカット率は、区間毎に、当該区間の中で変電所から最も遠い点の架線抵抗値を用いて、第１の実施形態に示した方法により算出されたピークカット率である。
【００４８】
また、第２の実施形態による充放電制御装置１５０は、位置情報取得部１５１及びピークカット電力算出部１５４の処理が第１の実施形態と異なる。
位置情報取得部１５１（区間取得部）は、車両１００が存在する区間を示す位置情報を、地上子から取得する。
ピークカット電力算出部１５４は、位置情報取得部１５１が取得した位置情報に関連付けられたピークカット率をピークカット率記憶部１５７から読み出し、当該ピークカット率に基づいてピークカット電力を算出する。
【００４９】
図６は、第２の実施形態における車両１００と変電所との間の架線長さとピークカット率の関係の例を示すグラフである。
図６に示すように、各区間におけるピークカット率は、第１の実施形態で算出したピークカット率以上になる。すなわち、各区間におけるピークカット率は、架線２００との送受電をする際に回生失効が必ず発生しないための最小のピークカット率となる。これにより、本実施形態によれば、第１の実施形態と比較して効率は落ちるものの、より簡易な構成でピークカットを行うことができる。
【００５０】
《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態による充放電制御装置１５０を備える車両１００の構成を示す概略ブロック図である。
第３の実施形態による充放電制御装置１５０は、第１の実施形態による充放電制御装置１５０の構成のうち位置情報取得部１５１、変電所位置記憶部１５２及び架線長さ算出部１５３を備えず、パンタ点電圧計測部１５８を備えるものである。また、第３の実施形態による充放電制御装置１５０は、ピークカット電力算出部１５４の処理が第１の実施形態と異なる。
【００５１】
パンタ点電圧計測部１５８は、電圧センサなどによって構成され、車両１００のパンタ点電圧を計測する。
ピークカット電力算出部１５４は、パンタ点電圧計測部１５８が取得したパンタ点電圧に基づいてピークカット電力を算出する。
【００５２】
図８は、第３の実施形態におけるパンタ点電圧とピークカット率の関係の例を示すグラフである。
図８に示すように、ピークカット電力算出部１５４は、パンタ点電圧が所定の閾値（回生失効電圧以下の閾値）以下である場合に、ピークカット率をゼロとする。他方、ピークカット電力算出部１５４は、パンタ点電圧が所定の閾値を超える場合に、パンタ点電圧と閾値との差の電圧に比例するピークカット率を算出する。そして、ピークカット電力算出部１５４は、当該ピークカット率に基づいてピークカット電力を算出する。すなわち、ピークカット電力算出部１５４は、パンタ点電圧計測部１５８が計測したパンタ点電圧を独立変数とする単調非増加関数を用いて、送電ピークカット電力を算出する。
【００５３】
オームの法則から、パンタ点電圧は架線抵抗に対して単調増加する。そして第１の実施形態で説明したとおり、ピークカット電力は架線抵抗に対して単調非増加である。このことから、パンタ点電圧に基づいてピークカット電力を算出しても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができることが分かる。
【００５４】
以上、図面を参照してこの発明のいくつかの実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述した各実施形態では、蓄電装置として二次電池１４０を用いる場合について説明したが、これに限られず、例えばキャパシタなどの他の蓄電装置を用いても良い。
【００５５】
また、上述した各実施形態では、ピークカット電力算出部１５４が一旦ピークカット率を算出した後に、当該ピークカット率に基づいてピークカット電力を算出する場合について説明したが、これに限られず、ピークカット率を算出することなく直接ピークカット電力を算出しても良い。
【００５６】
また、上述した各実施形態では、負荷電力監視部１５５が負荷１２０に接続され、直接負荷電力を監視する場合を説明したが、これに限られない。例えば、付加電力監視部１５５は、インバータ１１０の効率を考慮し、監視している負荷電力に基づいてインバータ１１０の入力側の電力を算出し、当該電力を負荷電力として用いることで、精度を向上させることができる。また、負荷電力監視部１５５は負荷１２０でなく、インバータ１１０の入力側の電力を直接監視することで、精度を向上させることができる。
【００５７】
また、上述した各実施形態では、充放電制御装置１５０とＤＣＤＣコンバータ１３０とを別個の装置として設ける場合について説明したが、これに限られず、充放電制御装置１５０がＤＣＤＣコンバータ１３０の内部機能として実装されても良い。
【００５８】
上述の充放電制御装置１５０は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理部の動作は、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良い。
【００５９】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１００…車両  １１０…インバータ  １２０…負荷  １３０…ＤＣＤＣコンバータ  １４０…二次電池  １５０…充放電制御装置  １５１…位置情報取得部  １５２…変電所位置記憶部  １５３…架線長さ算出部  １５４…ピークカット電力算出部  １５５…負荷電力監視部  １５６…ピークカット部  １５７…ピークカット率記憶部  １５８…パンタ点電圧計測部  ２００…架線
【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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