(57)【要約】【課題】ハイブリッド気動車列車の柔軟な増解結運用と、蓄電量レベル平準化による蓄電装置の容易なメンテナンス管理を両立できる、ハイブリッド編成制御を実現できる鉄道車両システムを提供する。【解決手段】直流電力を発生する直流電力発生手段５と、直流電力を交流電力に変換するインバータ手段７と、インバータ手段７により駆動される電動機８と、直流電力を充電および放電する機能を持つ電力蓄積手段９と、電力蓄積手段９の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、統括制御手段をそれぞれ備える複数の車両１からなり、車両１は、統括制御手段が有する電力蓄積情報を抽出する情報制御手段１１と、情報制御手段１１と他の車両が備える情報制御手段１１との間で電力蓄積情報の送受を行う情報伝送手段１３とを備える。【選択図】図１
2008042989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を発生する直流電力発生手段と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記インバータ手段により駆動される電動機と、前記直流電力を充電および放電する機能を持つ電力蓄積手段と、前記電力蓄積手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、これらの各手段を制御する統括制御手段をそれぞれ備える複数の車両からなり、
前記車両は、統括制御手段が有する電力蓄積情報を抽出する情報制御手段と、前記情報制御手段と他の車両が備える情報制御手段との間で電力蓄積情報の送受を行う情報伝送手段とを備えることを特徴とする鉄道車両システム。
【請求項２】
直流電力を発生する直流電力発生手段と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記インバータ手段により駆動される電動機と、前記直流電力を充電および放電する機能を持つ電力蓄積手段と、前記電力蓄積手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、これらの各手段を制御する統括制御手段を備え、前記直流電力発生手段、インバータ手段、電動機、電力蓄積手段、蓄電量検出手段及び統括制御手段を、２車両以上で構成する車両構成単位に分割して配置した複数の車両からなり、
前記車両構成単位を構成する車両のうちのいずれかは、統括制御手段が有する電力蓄積情報を抽出する情報制御手段と、前記情報制御手段と他の車両構成単位を構成する車両のいずれかが備える情報制御手段との間で電力蓄積情報の送受を行う情報伝送手段とを備えることを特徴とする鉄道車両システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の鉄道車両システムにおいて、
前記インバータ手段は、前記蓄電量検出手段が検出した前記複数の電力蓄積手段の蓄電量に応じて、所定の基準値又は基準割合に近づくよう調整して駆動出力することを特徴とする鉄道車両システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の鉄道車両システムにおいて、
前記直流電力発生手段は、前記蓄電量検出手段が検出した前記複数の電力蓄積手段の蓄電量に応じて、所定の基準値又は基準割合に近づくよう調整して電力発生することを特徴とした鉄道車両システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両システムに係り、特に、発電手段と電力蓄積手段を設備したうえで、この両手段の発生する電力を利用して鉄道車両を駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、鉄の車輪がレール面上を転がることにより走行するため、走行抵抗が自動車に比べて小さいことが特徴である。特に、最近の電気鉄道車両では、制動時に主電動機を発電機として作用させることで制動力を得ると同時に、制動時に主電動機で発生する電気的エネルギを架線に戻して他車両の力行エネルギとして再利用する回生ブレーキ制御を行なっている。この回生ブレーキを備える電気鉄道車両は、回生ブレーキを備えていない電気鉄道車両に比べて、約半分のエネルギ消費で走行することが可能とされており、走行抵抗が小さい鉄道車両の特徴を生かした省エネ手法といえる。
【０００３】
一方、輸送密度が小さい地方路線などは、架線、変電所等のインフラが要らない気動車（ディーゼルカー）により、きめ細かな乗客サービスを低コストに実現している。しかし、気動車は、架線など他車両にエネルギを渡す手段がないため、電気鉄道車両のような回生エネルギの再利用は行なわれていなかった。このため、気動車で省エネルギを実現するためには、低燃費エンジンの開発に頼らざるを得ないと考えられていた。
【０００４】
このような気動車についても省エネルギを推進する方法のひとつとして、エンジンと蓄電装置を組み合わせたハイブリッド気動車が考案された。ハイブリッド気動車は蓄電装置を設けることにより、制動時に発生する回生エネルギを蓄電装置でいったん吸収することが可能となり、この吸収した回生エネルギを力行時に必要なエネルギの一部として再利用することにより省エネルギを実現することができる。
【０００５】
ハイブリッド気動車の課題の一つは、いわゆる編成列車を構成した場合の蓄電装置のエネルギ管理指針である。編成列車全体としては、駆動システムが大容量となるが、機器搭載スペースの制限から、エンジン、蓄電装置、電力変換装置等の個別機器は編成車両中に分散して搭載することになる。このため、各車両に分散した機器の動作を適切に制御することが重要である。
【０００６】
特に、蓄電装置には２次電池あるいはキャパシタを用いることが一般的である。これらの機器は、おもに使用時の充放電深度、充放電サイクル数、充放電電力、周囲温度等の各パラメータが、その寿命に影響することが知られている。一方、蓄電装置のメンテナンスサイクル（交換周期）は、作業性、作業コストを考慮すると、全ての蓄電装置を一括してメンテナンスできることが望ましい。すなわち、複数の蓄電装置を各車両に分散搭載した場合は、複数の蓄電装置の使用条件をできるだけ等しくすることが、蓄電装置のライフサイクル管理、メンテナンス管理の観点から有利であると言える。
【０００７】
編成列車おけるハイブリッドシステムの構成、制御方式については、例えば特許文献１の鉄道車両駆動システムにおいて述べられている。図６に特許文献１における鉄道車両駆動システムの機器構成図を示す。発電手段１０と電力変換装置２０と駆動電動機と電力蓄積手段５０を搭載した第一の鉄道車両１と、電力変換装置２０と駆動電動機と電力蓄積手段５０を搭載した第二の鉄道車両２と、各手段を電力伝達手段４０によって接続した鉄道車両駆動システムにおいて、発電手段１０の発電電力および電力蓄積手段５０の蓄電量を制御する電力管理手段１００を備え、電力蓄積手段５０が、発電手段１０が発電する電力および回生電力を蓄積し、発電手段１０と電力蓄積手段５０を電源として電力変換装置２０によって駆動電動機を駆動し、列車を駆動する。
【０００８】
このように、特許文献１における鉄道車両駆動システムでは、複数車両に分割搭載した電力蓄積手段５０の全てを、電力伝達手段４０で結合することにより、電力蓄積手段５０の充放電深度、充放電サイクル数、充放電電力を等しくすることを実現している。
【特許文献１】特開２００５−２７４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のようなハイブリッド気動車がおもに適用されると考えられる地方路線では、朝夕のラッシュ時と、昼間深夜の閑散時で、輸送密度が極端に異なる。このため、地方路線における車両は、一両、または数両の比較的小さい車両単位で運用できる仕様とし、複数の車両を連結することにより、輸送量の増減に柔軟に対応できるようにしている。
【００１０】
ハイブリッド気動車において、このような柔軟な増解結を行なう場合に問題になるのが、蓄電装置を含む複数のハイブリッドシステム同士の連携である。前述のように、特許文献１における鉄道車両駆動システムでは、複数車両に分割搭載した蓄電装置（電力蓄積手段５０）の全てを、直流電力線（電力伝達手段）４０で結合することにより、蓄電装置（電力蓄積手段）５０の充放電深度、充放電サイクル数、充放電電力を等しくして、蓄電装置のライフサイクル管理、メンテナンス管理の容易にできると考えられる。
【００１１】
この構成によるハイブリッド気動車列車について、前記のように柔軟な増解結を実現するため、本発明では、ハイブリッドシステム間を無線等による情報伝送装置により接続し、各ハイブリッドシステムは、他のハイブリッドシステムを含めて編成内全ての蓄電量情報を共有できるようにする。
【００１２】
一方、シンプルな電気設備を目指す場合には、以上のような車両間の直流電力線の引きとおしを省略する方法も考えられる。すなわち、複数の車両に配置する蓄電装置は、直流電力線による電気的な連携は行わない。この場合、照明、空調装置等に用いる補助電源装置（ＳＩＶ）の消費電力が車両毎に異なることから、各蓄電装置の蓄電量は必ずしも同一になるとは限らない。この状態で運用を続けることは、各蓄電装置の充放電深度等にバラツキが生じるため、その結果電池の寿命もばらつくことから、前述にように蓄電装置のライフサイクル管理、メンテナンス管理の面で好ましくない。
【００１３】
この課題に対して、本発明の構成によれば、編成内で共有された共有蓄電量情報を基に、最も蓄電量の多いハイブリッドシステムは、他のハイブリッドシステムよりも駆動出力を増やす一方で、その分、他のハイブリッドシステムは駆動出力を減らすことにより、編成列車全体の駆動出力を加減することなく、蓄電装置の蓄電量を同じレベルに収束させ、最適な充放電深度、充放電サイクル数、充放電電力とする制御手順により解決できる。同じく、この蓄電量情報を基に、最も蓄電量の少ないハイブリッドシステムは、他のハイブリッドシステムよりも発電出力を増やす一方で、その分、他のハイブリッドシステムは駆動出力を減らすことにより、編成列車全体の駆動出力を加減することなく、蓄電装置の蓄電量を同じレベルに収束させ、最適な充放電深度、充放電サイクル数、充放電電力とする制御手順により解決できる。すなわち、これらの制御手順により、蓄電装置のメンテナンスサイクル（交換周期）が各蓄電装置で均等となり、蓄電装置のライフサイクル管理、メンテナンス管理を容易とする。
【００１４】
本発明の目的は、エンジンにより駆動される発電設備に電力蓄積手段を組み合わせ、その両者により供給される直流電力をインバータ装置で交流電力に変換し、モータを駆動するシリーズハイブリッド方式の鉄道車両システムにおいて、複数のハイブリッドシステムの蓄電量情報を情報伝送装置により共有することにより、ハイブリッド気動車列車の柔軟な増解結運用と、蓄電量レベル平準化による蓄電装置の容易なメンテナンス管理を両立できる、ハイブリッド編成制御を実現できる鉄道車両システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、直流電力を発生する直流電力発生手段と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記インバータ手段により駆動される電動機と、前記直流電力を充電および放電する機能を持つ電力蓄積手段と、前記電力蓄積手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、これらの各手段を制御する統括制御手段をそれぞれ備える複数の車両からなり、前記車両は、統括制御手段が有する電力蓄積情報を抽出する情報制御手段と、前記情報制御手段と他の車両が備える情報制御手段との間で電力蓄積情報の送受を行う情報伝送手段とを備える鉄道車両システムである。
【００１６】
また、本発明は、直流電力を発生する直流電力発生手段と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記インバータ手段により駆動される電動機と、前記直流電力を充電および放電する機能を持つ電力蓄積手段と、前記電力蓄積手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、これらの各手段を制御する統括制御手段を備え、前記直流電力発生手段、インバータ手段、電動機、電力蓄積手段、蓄電量検出手段及び統括制御手段を、２車両以上で構成する車両構成単位に分割して配置した複数の車両からなり、前記車両構成単位を構成する車両のうちのいずれかは、統括制御手段が有する電力蓄積情報を抽出する情報制御手段と、前記情報制御手段と他の車両構成単位を構成する車両のいずれかが備える情報制御手段との間で電力蓄積情報の送受を行う情報伝送手段とを備える鉄道車両システムである。
【００１７】
そして、本発明は、前記インバータ手段は、前記蓄電量検出手段が検出した前記複数の電力蓄積手段の蓄電量に応じて、所定の基準値又は基準割合に近づくよう調整して駆動出力する鉄道車両システムである。
【００１８】
更に、本発明は、前記直流電力発生手段は、前記蓄電量検出手段が検出した前記複数の電力蓄積手段の蓄電量に応じて、所定の基準値又は基準割合に近づくよう調整して電力発生する鉄道車両システムである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、エンジンにより駆動される発電設備に電力蓄積手段を組み合わせ、その両者により供給される直流電力をインバータ装置で交流電力に変換し、モータを駆動するシリーズハイブリッド方式の鉄道車両の駆動装置において、エンジン停止を可能とする状況を適切に判断し、またエンジン発電の応答性を考慮して安定した力行性能を確保できるアイドルストップ制御方式を実現し、燃料消費量の低減とエンジン騒音の低減を可能とする、環境に優しい鉄道車両システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
以下、本発明の鉄道車両システムの実施例について、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
実施例１を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である鉄道車両システムの列車構成を示す図である。車両１ａ、１ｂ、１ｃは編成列車を組成している。本実施例においては、本発明の特徴を示すために、特に３両編成の列車を例に上げて説明するが、一編成列車を組成する車両数については限定しない。
【００２２】
車両１ａは台車２ａ、２ｂを備え、台車２ａは輪軸３ａ、３ｂ、台車２ｂは輪軸３ｃ、３ｄにより車両１ａの質量を支える。また、図示していない軸箱により、輪軸の回転を許すことで車両の走行が可能である。さらに、車両１ａと台車２ａおよび台車２ｂの間に設けている、図示していない枕ばね装置により、車両１ａに対する、台車２ａおよび台車２ｂの、線路面に対して垂直軸周りの回転を許すことで、車両全体がスムーズに曲線を走行することが可能である。
【００２３】
ここで、車両１ａは次の駆動システム手段を備える。エンジン４ａは車両１ａの動力源である。発電機５ａは、エンジン４ａの駆動軸と接続し、エンジン４ａの回転出力を３相交流電力に変換する。コンバータ装置６ａは、発電機５ａで発電された３相交流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による整流制御により直流電力に変換して、コンバータ装置６ａとインバータ装置７ａの間に位置する直流電力部に供給する。インバータ装置７ａは前記直流電力部の直流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による電圧・周波数可変(VVVF)制御により３相交流電力に変換する。この３相交流電力により、図示していない電動機を駆動し、さらに減速機により必要な加速性能を得られる駆動トルクを確保した上で、輪軸３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにトルクを伝達して車両１ａを加減速させる。また、前記直流電力部には蓄電装置９ａを接続して、前記直流部分の電圧値と、蓄電装置９ａの開放端電圧値との関係に応じて、蓄電装置９ａが充電または放電される。すなわち、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ａの開放端電圧値より大きいときは、前記直流部分の電力が蓄電装置９ａに充電され、逆に、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ａの開放端電圧値より小さいときは、前記直流部分に蓄電装置９ａの電力が放電される。
【００２４】
システム制御装置１０ａは、エンジン４ａ、コンバータ装置６ａ、インバータ装置７ａ、蓄電装置９ａの動作状態を監視すると共に、蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣを検出する。また、システム制御装置１０ａは、エンジン４ａ、発電機５ａ、コンバータ装置６ａにより発電される電力と、インバータ装置７ａおよび図示していない電動機で車両１ａを加速することにより消費する電力、あるいは減速することにより回生する電力を調整制御して、蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣを適切な範囲に維持する機能を備える。
【００２５】
車両情報制御装置１１ａは、システム制御装置１０ａと接続することにより、システム制御装置１０ａで総括されるエンジン４ａ、コンバータ装置６ａ、インバータ装置７ａ、蓄電装置９ａの動作状態、および蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣを把握できると同時に、他の車両情報制御装置と情報通信することにより、車両１ｂに搭載されるエンジン４ｂ、コンバータ装置６ｂ、インバータ装置７ｂ、蓄電装置９ｂの動作状態、蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣ、および車両１ｃに搭載されるエンジン４ｃ、コンバータ装置６ｃ、インバータ装置７ｃ、蓄電装置９ｃの動作状態、蓄電装置９ｃの蓄電量ＳＯＣの状態を共有できる。
【００２６】
車両１ｂは台車２ｃ、２ｄを備え、台車２ｃは輪軸３ｅ、３ｆ、台車２ｄは輪軸３ｇ、３ｈにより車両１ｂの質量を支える。また、図示していない軸箱により、輪軸の回転を許すことで車両の走行が可能である。さらに、車両１ｂと台車２ｃおよび台車２ｄの間に設けている、図示していない枕ばね装置により、車両１ｂに対する、台車２ｃおよび台車２ｄの、線路面に対して垂直軸周りの回転を許すことで、車両全体がスムーズに曲線を走行することが可能である。
【００２７】
ここで、車両１ｂは次の駆動システム手段を備える。エンジン４ｂは車両１ｂの動力源である。発電機５ｂは、エンジン４ｂの駆動軸と接続し、エンジン４ｂの回転出力を３相交流電力に変換する。コンバータ装置６ｂは、発電機５ｂで発電された３相交流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による整流制御により直流電力に変換して、コンバータ装置６ｂとインバータ装置７ｂの間に位置する直流電力部に供給する。インバータ装置７ｂは前記直流電力部の直流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による電圧・周波数可変(VVVF)制御により３相交流電力に変換する。この３相交流電力により、図示していない電動機を駆動し、さらに減速機により必要な加速性能を得られる駆動トルクを確保した上で、輪軸３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈにトルクを伝達して車両１ｂを加減速させる。また、前記直流電力部には蓄電装置９ｂを接続して、前記直流部分の電圧値と、蓄電装置９ｂの開放端電圧値との関係に応じて、蓄電装置９ｂが充電または放電される。すなわち、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ｂの開放端電圧値より大きいときは、前記直流部分の電力が蓄電装置９ｂに充電され、逆に、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ｂの開放端電圧値より小さいときは、前記直流部分に蓄電装置９ｂの電力が放電される。
【００２８】
システム制御装置１０ｂは、エンジン４ｂ、コンバータ装置６ｂ、インバータ装置７ｂ、蓄電装置９ｂの動作状態を監視すると共に、蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣを検出する。また、システム制御装置１０ｂは、エンジン４ｂ、発電機５ｂ、コンバータ装置６ｂにより発電される電力と、インバータ装置７ｂおよび図示していない電動機で車両１ｂを加速することにより消費する電力、あるいは減速することにより回生する電力を調整制御して、蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣを適切な範囲に維持する機能を備える。
【００２９】
車両情報制御装置１１ｂは、システム制御装置１０ｂと接続することにより、システム制御装置１０ｂで総括されるエンジン４ｂ、コンバータ装置６ｂ、インバータ装置７ｂ、蓄電装置９ｂの動作状態、および蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣを把握できると同時に、他の車両情報制御装置と情報通信することにより、車両１ａに搭載されるエンジン４ａ、コンバータ装置６ａ、インバータ装置７ａ、蓄電装置９ａの動作状態、蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣ、および車両１ｃに搭載されるエンジン４ｃ、コンバータ装置６ｃ、インバータ装置７ｃ、蓄電装置９ｃの動作状態、蓄電装置９ｃの蓄電量ＳＯＣの状態を共有できる。
【００３０】
車両１ｃは台車２ｅ、２ｆを備え、台車２ｅは輪軸３ｉ、３ｊ、台車２ｆは輪軸３ｋ、３ｌにより車両１ｃの質量を支える。また、図示していない軸箱により、輪軸の回転を許すことで車両の走行が可能である。さらに、車両１ｃと台車２ｅおよび台車２ｆの間に設けている、図示していない枕ばね装置により、車両１ｃに対する、台車２ｅおよび台車２ｆの、線路面に対して垂直軸周りの回転を許すことで、車両全体がスムーズに曲線を走行することが可能である。
【００３１】
ここで、車両１ｃは次の駆動システム手段を備える。エンジン４ｃは車両１ｃの動力源である。発電機５ｃは、エンジン４ｃの駆動軸と接続し、エンジン４ｃの回転出力を３相交流電力に変換する。コンバータ装置６ｃは、発電機５ｃで発電された３相交流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による整流制御により直流電力に変換して、コンバータ装置６ｃとインバータ装置７ｃの間に位置する直流電力部に供給する。インバータ装置７ｃは前記直流電力部の直流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による電圧・周波数可変(VVVF)制御により３相交流電力に変換する。この３相交流電力により、図示していない電動機を駆動し、さらに減速機により必要な加速性能を得られる駆動トルクを確保した上で、輪軸３ｉ、３ｊ、３ｋ、３ｌにトルクを伝達して車両１ｃを加減速させる。また、前記直流電力部には蓄電装置９ｃを接続して、前記直流部分の電圧値と、蓄電装置９ｃの開放端電圧値との関係に応じて、蓄電装置９ｃが充電または放電される。すなわち、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ｃの開放端電圧値より大きいときは、前記直流部分の電力が蓄電装置９ｃに充電され、逆に、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ｃの開放端電圧値より小さいときは、前記直流部分に蓄電装置９ｃの電力が放電される。
【００３２】
システム制御装置１０ｃは、エンジン４ｃ、コンバータ装置６ｃ、インバータ装置７ｃ、蓄電装置９ｃの動作状態を監視すると共に、蓄電装置９ｃの蓄電量ＳＯＣを検出する。また、システム制御装置１０ｃは、エンジン４ｃ、発電機５ｃ、コンバータ装置６ｃにより発電される電力と、インバータ装置７ｃおよび図示していない電動機で車両１ｃを加速することにより消費する電力、あるいは減速することにより回生する電力を調整制御して、蓄電装置９ｃの蓄電量ＳＯＣを適切な範囲に維持する機能を備える。
【００３３】
車両情報制御装置１１ｃは、システム制御装置１０ｃと接続することにより、システム制御装置１０aで総括されるエンジン４ｃ、コンバータ装置６ｃ、インバータ装置７ｃ、蓄電装置９ｃの動作状態、および蓄電装置９ｃの蓄電量ＳＯＣを把握できると同時に、他の車両情報制御装置と情報通信することにより、車両１ａに搭載されるエンジン４ａ、コンバータ装置６ａ、インバータ装置７ａ、蓄電装置９ａの動作状態、蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣ、および車両１ｂに搭載されるエンジン４ｂ、コンバータ装置６ｂ、インバータ装置７ｂ、蓄電装置９ｂの動作状態、蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣの状態を共有できる。
【００３４】
ところで、車両１ａと車両１ｂは緩衝器１２ａにより、また、車両１ｂと車両１ｃは緩衝器１２ｂにより連結されており、車両１ａ、１ｂ、１ｃで発生するけん引力を相互に伝達できる。また、車両情報装置１１ａと車両情報装置１１ｂは列車情報伝送装置１３ａにより、また、車両情報装置１１ｂと車両情報装置１１ｃは列車情報伝送装置１３ｂにより接続されており、車両情報装置１ａ、１ｂ、１ｃ内で所有する情報を相互に伝達できる。列車情報伝送装置１３ａ、１３ｂとしては無線通信方式が適切であるが、車内ＬＡＮ方式による実現も可能である。
【００３５】
この構成によれば、複数の車両１ａ、１ｂ、１ｃが蓄電装置９ａ、９ｂ、９ｃの蓄電量情報を列車情報伝送装置１３ａ、１３ｂを介して共有することにより、蓄電装置９ａ、９ｂ、９ｃが接続される直流電力部分の接続、切断作業を伴わないハイブリッド気動車の柔軟な増解結運用と、車両１ａ、１ｂ、１ｃが共有する前記の蓄電量情報基づいてインバータ装置７ａ、７ｂ、７ｃの駆動出力、またはコンバータ装置６ａ、６ｂ、６ｃの駆動出力を加減することにより、蓄電量レベルを平準化して蓄電装置の容易なメンテナンス管理を両立できるハイブリッド編成制御をおこなう鉄道車両の駆動装置を実現できる。
【００３６】
図２は、実施例１の鉄道車両システムの駆動システム構成を示す図である。車両１ａ、１ｂ、１ｃは編成列車を組成している。本実施例においては、本発明の特徴を示すために、特に３両編成の列車を例に上げて説明するが、一編成列車を組成する車両数については限定しない。
【００３７】
車両１ａは次の駆動システム手段を備える。エンジン４ａは車両１ａの動力源である。発電機５ａは、エンジン４ａの駆動軸と接続し、エンジン４ａの回転出力を３相交流電力に変換する。コンバータ装置６ａは、発電機５ａで発電された３相交流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による整流制御により直流電力に変換して、コンバータ装置６ａとインバータ装置７ａの間に位置する直流電力部に供給する。インバータ装置７ａは前記直流電力部の直流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による電圧・周波数可変(VVVF)制御により３相交流電力に変換する。この３相交流電力により、電動機８a、８ｂを駆動し、さらに減速機により必要な加速性能を得られる駆動トルクを確保した上で、輪軸３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにトルクを伝達して車両１ａを加減速させる。ここで、電動機８a、８ｂは一実施形態として２台の場合を示しているが、電動機の台数は限定しない。また、前記直流電力部には蓄電装置９ａを接続して、前記直流部分の電圧値と、蓄電装置９ａの開放端電圧値との関係に応じて、蓄電装置９ａが充電または放電される。すなわち、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ａの開放端電圧値より大きいときは、前記直流部分の電力が蓄電装置９ａに充電され、逆に、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ａの開放端電圧値より小さいときは、前記直流部分に蓄電装置９ａの電力が放電される。
【００３８】
システム制御装置１０ａは、エンジン４ａの動作状態sd_eng、コンバータ装置６ａの動作状態sd_cnv、インバータ装置７ａの動作状態sd_inv、蓄電装置９ａの動作状態sd_btrを監視すると共に、蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣを検出する。また、システム制御装置１０ａは、エンジン４ａ、発電機５ａ、コンバータ装置６ａにより発電される電力と、インバータ装置７ａおよび図示していない電動機で車両１ａを加速することにより消費する電力、あるいは減速することにより回生する電力を調整制御して、蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣを適切な範囲に維持する機能を備える。
【００３９】
車両情報制御装置１１ａは、システム制御装置１０ａと接続することにより、システム制御装置１０ａで総括されるエンジン４ａ、コンバータ装置６ａ、インバータ装置７ａ、蓄電装置９ａの動作状態、および蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣを把握できると同時に、他の車両情報制御装置と情報通信することにより、車両１ｂに搭載されるエンジン４ｂ、コンバータ装置６ｂ、インバータ装置７ｂ、蓄電装置９ｂの動作状態、蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣ、および車両１ｃに搭載されるエンジン４ｃ、コンバータ装置６ｃ、インバータ装置７ｃ、蓄電装置９ｃの動作状態、蓄電装置９ｃの蓄電量ＳＯＣの状態を共有できる。
【００４０】
車両１ｂは次の駆動システム手段を備える。エンジン４ｂは車両１ｂの動力源である。発電機５ｂは、エンジン４ｂの駆動軸と接続し、エンジン４ｂの回転出力を３相交流電力に変換する。コンバータ装置６ｂは、発電機５ｂで発電された３相交流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による整流制御により直流電力に変換して、コンバータ装置６ｂとインバータ装置７ｂの間に位置する直流電力部に供給する。インバータ装置７ｂは前記直流電力部の直流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による電圧・周波数可変(VVVF)制御により３相交流電力に変換する。この３相交流電力により、電動機８ｃ、８ｄを駆動し、さらに減速機により必要な加速性能を得られる駆動トルクを確保した上で、輪軸３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈにトルクを伝達して車両１ｂを加減速させる。ここで、電動機８a、８ｂは一実施形態として２台の場合を示しているが、電動機の台数は限定しない。また、前記直流電力部には蓄電装置９ｂを接続して、前記直流部分の電圧値と、蓄電装置９ｂの開放端電圧値との関係に応じて、蓄電装置９ｂが充電または放電される。すなわち、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ｂの開放端電圧値より大きいときは、前記直流部分の電力が蓄電装置９ｂに充電され、逆に、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ｂの開放端電圧値より小さいときは、前記直流部分に蓄電装置９ｂの電力が放電される。
【００４１】
システム制御装置１０ｂは、エンジン４ｂの動作状態sd_eng、コンバータ装置６ｂの動作状態sd_cnv、インバータ装置７ｂの動作状態sd_inv、蓄電装置９ｂの動作状態sd_btrを監視すると共に、蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣを検出する。また、システム制御装置１０ｂは、エンジン４ｂ、発電機５ｂ、コンバータ装置６ｂにより発電される電力と、インバータ装置７ｂおよび図示していない電動機で車両１ｂを加速することにより消費する電力、あるいは減速することにより回生する電力を調整制御して、蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣを適切な範囲に維持する機能を備える。
【００４２】
車両情報制御装置１１ｂは、システム制御装置１０ｂと接続することにより、システム制御装置１０ｂで総括されるエンジン４ｂ、コンバータ装置６ｂ、インバータ装置７ｂ、蓄電装置９ｂの動作状態、および蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣを把握できると同時に、他の車両情報制御装置と情報通信することにより、車両１ａに搭載されるエンジン４ａ、コンバータ装置６ａ、インバータ装置７ａ、蓄電装置９ａの動作状態、蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣ、および車両１ｃに搭載されるエンジン４ｃ、コンバータ装置６ｃ、インバータ装置７ｃ、蓄電装置９ｃの動作状態、蓄電装置９ｃの蓄電量ＳＯＣの状態を共有できる。
【００４３】
車両１ｃは次の駆動システム手段を備える。エンジン４ｃは車両１ｃの動力源である。発電機５ｃは、エンジン４ｃの駆動軸と接続し、エンジン４ｃの回転出力を３相交流電力に変換する。コンバータ装置６ｃは、発電機５ｃで発電された３相交流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による整流制御により直流電力に変換して、コンバータ装置６ｃとインバータ装置７ｃの間に位置する直流電力部に供給する。インバータ装置７ｃは前記直流電力部の直流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による電圧・周波数可変(VVVF)制御により３相交流電力に変換する。この３相交流電力により、電動機８ｅ、８ｆを駆動し、さらに減速機により必要な加速性能を得られる駆動トルクを確保した上で、輪軸３ｉ、３ｊ、３ｋ、３ｌにトルクを伝達して車両１ｃを加減速させる。ここで、電動機８a、８ｂは一実施形態として２台の場合を示しているが、電動機の台数は限定しない。また、前記直流電力部には蓄電装置９ｃを接続して、前記直流部分の電圧値と、蓄電装置９ｃの開放端電圧値との関係に応じて、蓄電装置９ｃが充電または放電される。すなわち、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ｃの開放端電圧値より大きいときは、前記直流部分の電力が蓄電装置９ｃに充電され、逆に、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ｃの開放端電圧値より小さいときは、前記直流部分に蓄電装置９ｃの電力が放電される。
【００４４】
システム制御装置１０ｃは、エンジン４ｃの動作状態sd_eng、コンバータ装置６ｃの動作状態sd_cnv、インバータ装置７ｃの動作状態sd_inv、蓄電装置９ｃの動作状態sd_btrを監視すると共に、蓄電装置９ｃの蓄電量ＳＯＣを検出する。また、システム制御装置１０ｃは、エンジン４ｃ、発電機５ｃ、コンバータ装置６ｃにより発電される電力と、インバータ装置７ｃおよび図示していない電動機で車両１ｃを加速することにより消費する電力、あるいは減速することにより回生する電力を調整制御して、蓄電装置９ｃの蓄電量ＳＯＣを適切な範囲に維持する機能を備える。
【００４５】
車両情報制御装置１１ｃは、システム制御装置１０ｃと接続することにより、システム制御装置１０aで総括される、エンジン４ｃ、コンバータ装置６ｃ、インバータ装置７ｃ、蓄電装置９ｃの動作状態、および蓄電装置９ｃの蓄電量ＳＯＣを把握できると同時に、他の車両情報制御装置と情報通信することにより、車両１ａに搭載されるエンジン４ａ、コンバータ装置６ａ、インバータ装置７ａ、蓄電装置９ａの動作状態、蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣ、および車両１ｂに搭載されるエンジン４ｂ、コンバータ装置６ｂ、インバータ装置７ｂ、蓄電装置９ｂの動作状態、蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣの状態を共有できる。
【００４６】
ところで、車両１ａと車両１ｂは緩衝器１２ａにより、また、車両１ｂと車両１ｃは緩衝器１２ｂにより連結されており、車両１ａ、１ｂ、１ｃで発生するけん引力を相互に伝達できる。また、車両情報装置１１ａと車両情報装置１１ｂは列車情報伝送装置１３ａにより、また、車両情報装置１１ｂと車両情報装置１１ｃは列車情報伝送装置１３ｂにより接続されており、車両情報装置１ａ、１ｂ、１ｃ内で所有する情報を相互に伝達できる。列車情報伝送装置１３ａ、１３ｂとしては無線通信方式が適切であるが、車内ＬＡＮ方式による実現も可能である。
【００４７】
この構成によれば、複数の車両１a、１ｂ、１ｃが蓄電装置９a、９ｂ、９ｃの蓄電量情報を列車情報伝送装置１３a、１３ｂを介して共有することにより、蓄電装置９a、９ｂ、９ｃが接続される直流電力部分の接続、切断作業を伴わないハイブリッド気動車の柔軟な増解結運用と、車両１a、１ｂ、１ｃが共有する前記の蓄電量情報基づいてインバータ装置７a、７ｂ、７ｃの駆動出力、またはコンバータ装置６a、６ｂ、６ｃの駆動出力を加減することにより、蓄電量レベルを平準化して蓄電装置の容易なメンテナンス管理を両立できるハイブリッド編成制御を行う鉄道車両の駆動装置を実現できる。
【００４８】
図３は、実施例１の鉄道車両システムにおける制御動作を示す図である。以下、図面に基づいてハイブリッド編成制御の制御動作について説明する。車両１ａ、１ｂ、１ｃは編成列車を組成している。本実施例においては、本発明の特徴を示すために、特に３両編成の列車を例に上げて説明するが、一編成列車を組成する車両数については限定しない。
【００４９】
図３は、車両１ａ、１ｂ、１ｃの概略構成と共に、各車両におけるインバータ装置７ａ、７ｂ、７ｃの駆動出力Power_trc_a、Power_trc_b、Power_trc_cと、蓄電量SOC_a、SOC_b、SOC_cを、ハイブリッド編成制御なし（Without
control）の場合と、制御あり（With control）の場合、それぞれについて、棒グラフを用いて示している。
【００５０】
ハイブリッド編成制御は、蓄電装置９ａ、９ｂ、９ｃの蓄電量不均衡を解消して、蓄電量が等しくなる方向に、インバータ装置７ａ、７ｂ、７ｃの駆動出力、またはコンバータ装置制御６ａ、６ｂ、６ｃの発電電力を調整し、蓄電装置９ａ、９ｂ、９ｃからの放電電力を制御することにより実現する。
【００５１】
ここでは、ハイブリッド編成制御の制御方式の一例として、インバータ装置７ａ、７ｂ、７ｃの駆動出力を調整することにより、蓄電装置９ａ、９ｂ、９ｃの蓄電量不均衡を解消する方式を説明する。
【００５２】
ハイブリッド編成制御なしの場合、車両１ａが備えるインバータ装置７ａの駆動出力Power_trc_a0、車両１ｂが備えるインバータ装置７ｂの駆動出力Power_trc_b0、車両１ｃが備えるインバータ装置７ｃの駆動出力Power_trc_b0は、駆動出力図５１ａに示すように、全てを等しくして車両１ａ、１ｂ、１ｃを加速する。すなわち、インバータ装置７ａ、７ｂ、７ｃの駆動出力Power_trc_a0、Power_trc_b0、Power_trc_c0の関係は次の通りである。
Power_trc_a0＝Power_trc_b0＝Power_trc_c0（式１−１）
【００５３】
いま、インバータ装置７ａ、７ｂ、７ｃの駆動出力が（式１−１）の関係にて車両１ａ、１ｂ、１ｃを加速する状況において、車両１ａが備える蓄電装置９ａの蓄電量SOC_a0、車両１ｂが備える蓄電装置９ｂの蓄電量SOC_a0、車両１ｃが備える蓄電装置９ｃの蓄電量SOC_a0が蓄電量図５２ａに示す状態、すなわち、次式の通りであったとする。
SOC_b0＜SOC_b0＜SOC_c0（式１−２）
【００５４】
蓄電装置９ａ、９ｂ、９ｃの蓄電量が（式１−２）のように車両１ａ、１ｂ、１ｃで差が生じるひとつの理由は、照明、空調装置等に用いる補助電源装置（SIV）の消費電力が車両毎に異なることである。例えば、各車両の乗車人員、乗降口や窓の開閉状況により空調装置の負荷に差が生じることが考えられる。
【００５５】
ハイブリッド編成制御ありの場合、車両１ａ、１ｂ、１ｃが備えるインバータ装置７ａ、７ｂ、７ｃの駆動出力Power_trc_a1、Power_trc_b1、Power_trc_c1は、（式１−２）に示した蓄電装置９ａ、９ｂ、９ｃの蓄電量の大小関係に応じて設定する。
【００５６】
すなわち、車両１ａ、１ｂ、１ｃの蓄電量SOC_a0、SOC_b0、SOC_c0のうち、車両１ｂの蓄電量SOC_b0が最も高いことから、駆動出力図５１ｂに示すように、車両１ｂの駆動出力をPower_trc_b0よりも、delta_Power_trcだけ大きいPower_trc_b1とする。すなわち次式の通りである。
Power_trc_b1＝Power_trc_b0＋delta_Power_trc（式１−３）
【００５７】
ここで、delta_Power_trcの設定は、Power_trc_b1がインバータ装置７ｂの出力容量を超えない範囲で設定することが重要である。
【００５８】
また、車両１ｂのインバータ装置７ｂにて調整した駆動出力delta_Power_trcについては、車両１ａ、１ｂ、１ｃの走行性能を不変とするため、ハイブリッド編成制御がある場合の各車両の駆動出力Power_trc_a1、Power_trc_b1、Power_trc_c1の総和は、ハイブリッド編成制御がない場合の各車両の駆動出力Power_trc_a0、Power_trc_b0、Power_trc_c0の総和に等しくする。すなわち次式の通りである。
Power_trc_a1+Power_trc_b1+Power_tr
＝Power_trc_a0+Power_trc_b0+Power_trc_c0（式１−４）
【００５９】
ハイブリッド編成制御時の車両１ａの駆動出力Power_trc_a1、および車両１ｃの駆動出力Power_trc_c1は、前述の（式１−３）（式１−４）を満たすように決めればよいが、その一例として、次式により決定することが考えられる。
Power_trc_a1＝Power_trc_a0−delta_Power_trc/2（式１−５）
Power_trc_c1＝Power_trc_c0−delta_Power_trc/2（式１−６）
【００６０】
（式１−５）（式１−６）によれば、Power_trc_a1、Power_trc_c1は、ハイブリッド編成制御がない場合の駆動出力Power_trc_a0、Power_trc_c0よりもそれぞれ小さくなることから、インバータ装置７ａ、７ｃの出力容量を超えることはない。
【００６１】
前記（式１−３）（式１−５）（式１−６）に基づいて、車両１ａ、１ｂ、１ｃの駆動出力Power_trc_a1、Power_trc_b1、Power_trc_c1を決めることにより、蓄電量図５２ｂに示すように、最も大きかった車両１ｂの蓄電量は減少し、車両１ａ、１ｃの蓄電量は増加する。その結果、車両１ａ、１ｂ、１ｃの蓄電量SOC_a1、SOC_b1、SOC_c1の関係は次式のようになる。
SOC_a1＜SOC_b1＜SOC_c1（式１−７）
【００６２】
このように、（式１−３）（式１−５）（式１−６）に従い、車両１ａ、１ｂ、１ｃの駆動出力Power_trc_a1、Power_trc_b1、Power_trc_c1を決めた場合、車両１ａ、１ｂ、１ｃの蓄電量の不平衡は減少する方向の制御できるが、これを直ちに解消することは出来ない。しかし、（式１−７）にて最も大きい車両１ｃの蓄電量SOC_c1を基準として、（式１−３）（式１−５）（式１−６）と同様に車両１ａ、１ｂ、１ｃの駆動出力を繰返し更新することにより、次第に車両１ａ、１ｂ、１ｃの蓄電量の不平衡が収束するように制御できる。
【００６３】
この制御方式によれば、複数の車両１a、１ｂ、１ｃが蓄電装置９a、９ｂ、９ｃの蓄電量情報を列車情報伝送装置１３a、１３ｂを介して共有することにより、蓄電装置９a、９ｂ、９ｃが接続される直流電力部分の接続、切断作業を伴わないハイブリッド気動車の柔軟な増解結運用と、車両１a、１ｂ、１ｃが共有する前記の蓄電量情報基づいてインバータ装置７a、７ｂ、７ｃの駆動出力を加減することにより、蓄電量レベルを平準化して蓄電装置の容易なメンテナンス管理を両立できるハイブリッド編成制御をおこなう鉄道車両の駆動装置を実現できる。
【００６４】
図４は、実施例１の鉄道車両システムにおける制御動作を示す図である。以下、図面に基づいてハイブリッド編成制御の制御動作について説明する。車両１ａ、１ｂ、１ｃは編成列車を組成している。本実施例においては、本発明の特徴を示すために、特に３両編成の列車を例に上げて説明するが、一編成列車を組成する車両数については限定しない。
【００６５】
図４は、車両１ａ、１ｂ、１ｃの概略構成と共に、各車両におけるコンバータ装置６ａ、６ｂ、６ｃの駆動出力Power_gen_a、Power_gen_b、Power_gen_cと、蓄電量SOC_a、SOC_b、SOC_cを、ハイブリッド編成制御なし（Without  control）の場合と、制御あり（With  control）の場合それぞれについて、棒グラフを用いて示している。
【００６６】
ハイブリッド編成制御は、蓄電装置９ａ、９ｂ、９ｃの蓄電量不均衡を解消して、蓄電量が等しくなる方向に、インバータ装置７ａ、７ｂ、７ｃの駆動出力、またはコンバータ装置制御６ａ、６ｂ、６ｃの発電電力を調整し、蓄電装置９ａ、９ｂ、９ｃからの放電電力を制御することにより実現する。
【００６７】
ここでは、ハイブリッド編成制御の制御方式の一例として、コンバータ装置６ａ、６ｂ、６ｃの駆動出力を調整することにより、蓄電装置９ａ、９ｂ、９ｃの蓄電量不均衡を解消する方式を説明する。
【００６８】
ハイブリッド編成制御なしの場合、車両１ａが備えるコンバータ装置６ａの駆動出力Power_gen_a0、車両１ｂが備えるコンバータ装置６ｂの駆動出力Power_gen_b0、車両１ｃが備えるコンバータ装置６ｃの駆動出力Power_gen_b0は、発電出力図５３ａに示すように、全てを等しくして発電制御する。すなわち、コンバータ装置６ａ、６ｂ、６ｃの発電出力Power_gen_a0、Power_gen_b0、Power_gen_c0の関係は次の通りである。
Power_gen_a0＝Power_gen_b0＝Power_gen_c0（式２−１）
【００６９】
いま、コンバータ装置６ａ、６ｂ、６ｃの発電出力が、（式２−１）の関係にて車両１ａ、１ｂ、１ｃを加速する状況において、車両１ａが備える蓄電装置９ａの蓄電量SOC_a0、車両１ｂが備える蓄電装置９ｂの蓄電量SOC_a0、車両１ｃが備える蓄電装置９ｃの蓄電量SOC_a0が蓄電量図５２ｃに示す状態、すなわち、次式の通りであったとする。
SOC_b0＜SOC_b0＜SOC_c0（式２−２）
【００７０】
蓄電装置９ａ、９ｂ、９ｃの蓄電量が（式２−２）のように車両１ａ、１ｂ、１ｃで差が生じるひとつの理由は、照明、空調装置等に用いる補助電源装置（SIV）の消費電力が車両毎に異なることである。例えば、各車両の乗車人員、乗降口や窓の開閉状況により空調装置の負荷に差が生じることが考えられる。
【００７１】
ハイブリッド編成制御ありの場合、車両１ａ、１ｂ、１ｃが備えるコンバータ装置６ａ、６ｂ、６ｃの駆動出力Power_gen_a1、Power_gen_b1、Power_gen_c1は、（式２−２）に示した蓄電装置９ａ、９ｂ、９ｃの蓄電量の大小関係に応じて設定する。
【００７２】
すなわち、車両１ａ、１ｂ、１ｃの蓄電量SOC_a0、SOC_b0、SOC_c0のうち、車両１ａの蓄電量SOC_a0が最も高いことから、発電出力図53bに示すように、車両１ａの駆動出力をPower_trc_a0よりも、delta_Power_genだけ大きいPower_gen_a1とする。すなわち次式の通りである。
Power_gen_a1＝Power_gen_a0＋delta_Power_gen（式２−３）
【００７３】
ここで、delta_Power_genの設定は、Power_gen_a1がコンバータ装置６ｂの出力容量を超えない範囲で設定することが重要である。
【００７４】
また、車両１ａのコンバータ装置６ａにて調整した駆動出力delta_Power_genについては、車両１ａ、１ｂ、１ｃの保持エネルギ（運動エネルギ＋蓄電エネルギ）を不変とするため、ハイブリッド編成制御がある場合の各車両の発電出力Power_gen_a1、Power_gen_b1、Power_gen_c1の総和は、ハイブリッド編成制御がない場合の各車両の駆動出力Power_gen_a0、Power_gen_b0、Power_gen_c0の総和に等しくする。すなわち次式の通りである。
Power_gen_a1+Power_gen_b1+Power_gen_c1=Power_gen_a0+Power_gen_b0+ Power_gen_c0(式２−４)
【００７５】
ハイブリッド編成制御時の車両１ｂの駆動出力Power_gen_b1、および車両１ｃの駆動出力Power_gen_c1は、前述の（式２−３）（式２−４）を満たすように決めればよいが、その一例として、次式により決定することが考えられる。
Power_gen_b1＝Power_gen_b0−delta_Power_gen/2（式２−５）
Power_gen_c1＝Power_gen_c0−delta_Power_gen/2（式２−６）
【００７６】
（式２−５）（式２−６）によれば、Power_gen_b1、Power_gen_c1は、ハイブリッド編成制御がない場合の駆動出力Power_gen_b0、Power_gen_c0よりもそれぞれ小さくなることから、コンバータ装置６ｂ、６ｃの出力容量を超えることはない。
【００７７】
前記（式２−３）（式２−５）（式２−６）に基づいて、車両１ａ、１ｂ、１ｃの発電出力Power_gen_a1、Power_gen_b1、Power_gen_c1を決めることにより、蓄電量図52dに示すように、最も小さかった車両１ａの蓄電量は増加し、車両１ｂ、１ｃの蓄電量は減少する。その結果、車両１ａ、１ｂ、１ｃの蓄電量SOC_a1、SOC_b1、SOC_c1の関係は次式のようになる。
SOC_c1＜SOC_a1＜SOC_b1（式２−７）
【００７８】
このように、（式２−３）（式２−５）（式２−６）に従い、車両１ａ、１ｂ、１ｃの駆動出力Power_gen_a1、Power_gen_b1、Power_gen_c1を決めた場合、車両１ａ、１ｂ、１ｃの蓄電量の不平衡は減少する方向の制御できるが、これを直ちに解消することは出来ない。しかし、（式２−７）にて最も小さい車両１ｃの蓄電量SOC_c1を基準として、（式２−３）（式２−５）（式２−６）と同様に車両１ａ、１ｂ、１ｃの駆動出力を繰返し更新することにより、次第に車両１ａ、１ｂ、１ｃの蓄電量の不平衡が収束するように制御できる。
【００７９】
この制御方式によれば、複数の車両１a、１ｂ、１ｃが蓄電装置９a、９ｂ、９ｃの蓄電量情報を列車情報伝送装置１３a、１３ｂを介して共有することにより、蓄電装置９a、９ｂ、９ｃが接続される直流電力部分の接続、切断作業を伴わないハイブリッド気動車の柔軟な増解結運用と、車両１a、１ｂ、１ｃが共有する前記の蓄電量情報基づいてコンバータ装置６a、６ｂ、６ｃの駆動出力を加減することにより、蓄電量レベルを平準化して蓄電装置の容易なメンテナンス管理を両立できるハイブリッド編成制御をおこなう鉄道車両の駆動装置を実現できる。
【実施例２】
【００８０】
実施例２を説明する。図５は、本発明の第２の実施形態である鉄道車両システムにおける列車構成を示す図である。車両１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは編成列車を組成している。本実施例においては、本発明の特徴を示すために、特に４両編成の列車を例に上げて説明するが、一編成列車を組成する車両数については限定しない。
【００８１】
車両１ａは台車２ａ、２ｂを備え、台車２ａは輪軸３ａ、３ｂ、台車２ｂは輪軸３ｃ、３ｄにより車両１ａの質量を支える。また、図示していない軸箱により、輪軸の回転を許すことで車両の走行が可能である。さらに、車両１ａと台車２ａおよび台車２ｂの間に設けている、図示していない枕ばね装置により、車両１ａに対する、台車２ａおよび台車２ｂの、線路面に対して垂直軸周りの回転を許すことで、車両全体がスムーズに曲線を走行することが可能である。
【００８２】
車両１ｂは台車２ｃ、２ｄを備え、台車２ｃは輪軸３ｅ、３ｆ、台車２ｄは輪軸３ｇ、３ｈにより車両１ｂの質量を支える。また、図示していない軸箱により、輪軸の回転を許すことで車両の走行が可能である。さらに、車両１ｂと台車２ｃおよび台車２ｄの間に設けている、図示していない枕ばね装置により、車両１ｂに対する、台車２ｃおよび台車２ｄの、線路面に対して垂直軸周りの回転を許すことで、車両全体がスムーズに曲線を走行することが可能である。
【００８３】
ここで、車両１ａは次の駆動システム手段を備える。エンジン４ａは車両１ａの動力源である。発電機５ａは、エンジン４ａの駆動軸と接続し、エンジン４ａの回転出力を３相交流電力に変換する。コンバータ装置６ａは、発電機５ａで発電された３相交流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による整流制御により直流電力に変換して、コンバータ装置６ａと、後述の車両１ｂに備えるインバータ装置７ａの間に位置する直流電力部に供給する。
【００８４】
一方、車両１ｂは次の駆動システム手段を備える。インバータ装置７ａは前記直流電力部の直流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による電圧・周波数可変(VVVF)制御により３相交流電力に変換する。この３相交流電力により、図示していない電動機を駆動し、さらに減速機により必要な加速性能を得られる駆動トルクを確保した上で、輪軸３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈのいずれか、または全てにトルクを伝達して、車両１ａ、１ｂを加減速させる。
【００８５】
また、前記直流電力部には蓄電装置９ａを接続して、前記直流部分の電圧値と、蓄電装置９ａの開放端電圧値との関係に応じて、蓄電装置９ａが充電または放電される。すなわち、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ａの開放端電圧値より大きいときは、前記直流部分の電力が蓄電装置９ａに充電され、逆に、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ａの開放端電圧値より小さいときは、前記直流部分に蓄電装置９ａの電力が放電される。
【００８６】
システム制御装置１０ａは、エンジン４ａ、コンバータ装置６ａ、インバータ装置７ａ、蓄電装置９ａの動作状態を監視すると共に、蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣを検出する。また、システム制御装置１０ａは、エンジン４ａ、発電機５ａ、コンバータ装置６ａにより発電される電力と、インバータ装置７ａおよび図示していない電動機で車両１ａ、１ｂを加速することで消費する電力、あるいは減速することにより回生する電力を調整制御することにより、蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣを適切な範囲に維持する機能を備える。
【００８７】
車両情報制御装置１１ａは、システム制御装置１０ａと接続することにより、システム制御装置１０ａで総括される車両１ａに搭載されるエンジン４ａ、コンバータ装置６ａ、蓄電装置９ａ、および車両１ｂに搭載されるインバータ装置７ａの動作状態、蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣを把握できると同時に、他の車両情報制御装置と情報通信することにより、車両１ｄに搭載されるエンジン４ｂ、コンバータ装置６ｂ、蓄電装置９ｂの動作状態、蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣの状態、および車両１ｃに搭載されるインバータ装置７ｂの動作状態を共有できる。
【００８８】
車両１ｃは台車２ｅ、２ｆを備え、台車２ｅは輪軸３ｉ、３ｊ、台車２ｆは輪軸３ｋ、３ｌにより車両１ｃの質量を支える。また、図示していない軸箱により、輪軸の回転を許すことで車両の走行が可能である。さらに、車両１ｃと台車２ｅおよび台車２ｆの間に設けている、図示していない枕ばね装置により、車両１ｃに対する、台車２ｅおよび台車２ｆの、線路面に対して垂直軸周りの回転を許すことで、車両全体がスムーズに曲線を走行することが可能である。
【００８９】
車両１ｄは台車２ｇ、２ｈを備え、台車２ｇは輪軸３ｍ、３ｎ、台車２ｈは輪軸３ｏ、３ｐにより車両１ｄの質量を支える。また、図示していない軸箱により、輪軸の回転を許すことで車両の走行が可能である。さらに、車両１ｄと台車２ｇおよび台車２ｈの間に設けている、図示していない枕ばね装置により、車両１ｄに対する、台車２ｇおよび台車２ｈの、線路面に対して垂直軸周りの回転を許すことで、車両全体がスムーズに曲線を走行することが可能である。
【００９０】
ここで、車両１ｄは次の駆動システム手段を備える。エンジン４ｂは車両１ｄの動力源である。発電機５ｂは、エンジン４ｂの駆動軸と接続し、エンジン４ｂの回転出力を３相交流電力に変換する。コンバータ装置６ｂは、発電機５ｂで発電された３相交流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による整流制御により直流電力に変換して、コンバータ装置６ｂと、後述の車両１ｃに備えるインバータ装置７ｂの間に位置する直流電力部に供給する。
【００９１】
一方、車両１ｃは次の駆動システム手段を備える。インバータ装置７ｂは前記直流電力部の直流電力を入力とし、図示していないスイッチング素子による電圧・周波数可変(VVVF)制御により３相交流電力に変換する。この３相交流電力により、図示していない電動機を駆動し、さらに減速機により必要な加速性能を得られる駆動トルクを確保した上で、輪軸３ｉ、３ｊ、３ｋ、３ｌ、３ｍ、３ｎ、３ｏ、３ｐのいずれか、または全てにトルクを伝達して、車両１ｃ、１ｄを加減速させる。
【００９２】
また、前記直流電力部には蓄電装置９ｂを接続して、前記直流部分の電圧値と、蓄電装置９ａの開放端電圧値との関係に応じて、蓄電装置９ｂが充電または放電される。すなわち、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ｂの開放端電圧値より大きいときは、前記直流部分の電力が蓄電装置９ｂに充電され、逆に、前記直流部分の電圧値が、蓄電装置９ｂの開放端電圧値より小さいときは、前記直流部分に蓄電装置９ｂの電力が放電される。
【００９３】
システム制御装置１０ｂは、エンジン４ｂ、コンバータ装置６ｂ、インバータ装置７ｂ、蓄電装置９ｂの動作状態を監視すると共に、蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣを検出する。また、システム制御装置１０ａは、エンジン４ｂ、発電機５ｂ、コンバータ装置６ｂにより発電される電力と、インバータ装置７ｂおよび図示していない電動機で車両１ｃ、１ｄを加速することにより消費する電力、あるいは減速することにより回生する電力を調整制御して、蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣを適切な範囲に維持する機能を備える。
【００９４】
車両情報制御装置１１ｂは、システム制御装置１０ｂと接続することにより、システム制御装置１０ｂで総括される車両１ｄに搭載されるエンジン４ｂ、コンバータ装置６ｂ、蓄電装置９ｂ、および車両１ｃに搭載されるインバータ装置７ｂの動作状態、蓄電装置９ｂの蓄電量ＳＯＣを把握できると同時に、他の車両情報制御装置と情報通信することにより、車両１ａに搭載されるエンジン４ａ、コンバータ装置６ａ、蓄電装置９ａの動作状態、蓄電装置９ａの蓄電量ＳＯＣの状態、および車両１ｂに搭載されるインバータ装置７ａの動作状態を共有できる。
【００９５】
ところで、車両１ａと車両１ｂは緩衝器１２ａにより、また、車両１ｂと車両１ｃは緩衝器１２ｂ、車両１ｃと車両１ｄは緩衝器１２ｃ、により連結されており、車両１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄで発生するけん引力を相互に伝達できる。また、車両情報装置１１ａと車両情報装置１１ｂは列車情報伝送装置１３により接続されており、車両情報装置１ａ、１ｂ内で所有する情報を相互に伝達できる。列車情報伝送装置１３としては無線通信方式が適切であるが、車内ＬＡＮ方式による実現も可能である。
【００９６】
この構成によれば、複数の車両１a、１ｂ、１ｃ、１ｄが蓄電装置９a、９ｂの蓄電量情報を列車情報伝送装置１３を介して共有することにより、蓄電装置９a、９ｂが接続される直流電力部分の接続、切断作業を伴わないハイブリッド気動車の柔軟な増解結運用と、車両１a、１ｂ、１ｃ、１ｄが共有する前記の蓄電量情報基づいてインバータ装置７a、７ｂの駆動出力、またはコンバータ装置６a、６ｂの駆動出力を加減することにより、蓄電量レベルを平準化して蓄電装置の容易なメンテナンス管理を両立できるハイブリッド編成制御を行う鉄道車両の駆動装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】実施例１の鉄道車両システムにおける列車構成を示す図。
【図２】実施例１の鉄道車両システムにおけるシステム構成を示す図。
【図３】実施例１の鉄道車両システムにおける第１の制御動作例を示す図。
【図４】実施例１の鉄道車両システムにおける第２の制御動作例を示す図。
【図５】実施例２の鉄道車両システムにおける列車構成を示す図。
【図６】従来の鉄道車両システムを示す図。
【符号の説明】
【００９８】
1…車両、２…台車、３…輪軸、４…エンジン、５…発電機、６…コンバータ装置、７…インバータ装置、８…主電動機、９…蓄電装置、１０…ハイブリッドシステム制御装置、１１…情報制御装置、１２…緩衝器、１３…列車情報伝送装置、１０１…第一の鉄道車両、１０２…第二の鉄道車両、１１０…発電手段、１２０…電力変換装置、１３０…駆動輪、１４０…電力伝達手段、１５０…蓄電手段、２００、２０１…電力管理手段。
【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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