(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジン８、発電機４と、電池６から、インバータ３を介して主交流電動機２に給電する鉄道車両１において、省エネルギー運転と電池６の長寿命化を図る。【解決手段】路線データに基き、各地点での目標速度を表わす速度パターン１６１を作成し、この速度パターンと勾配データ１６２を用い、各区間での回生エネルギー量を予測する。この予測回生エネルギーが規定値より大きい前方区間の存在により、力行時に、より低い電池残量範囲まで、放電出力を許容（１６３⇒１６４）するようエンジンと電池の出力分担制御を切替える。これにより、エンジン燃料を無駄に消費せず、回生エネルギーを最大限に活用した省エネルギー運転を実現できる。また、電池残量を極力中間レベルに保つように制御することにより、電池の長寿命化を図ることができる。【選択図】図１６
2009254069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料により発電する発電装置と、電池等のエネルギー蓄積装置と、前記発電装置および／または前記エネルギー蓄積装置からの電力を主電動機に供給する電力変換器とを備え、前記エネルギー蓄積装置のエネルギー残量を考慮して前記発電装置と前記エネルギー蓄積装置とのエネルギー出力分担を制御する鉄道車両の制御方法であって、力行時に、前記エネルギー蓄積装置のエネルギー残量が３以上の基準レベルのうちどのレベルにあるかに応じて、前記エネルギー出力分担を決定するステップと、ブレーキ時に、前記エネルギー蓄積装置の予定値以下のエネルギー残量に応じて前記エネルギー蓄積装置へ電力を回生する回生ブレーキをかけるステップと、ダイヤ情報および路線情報に基いて走行地点に対する速度目標を表わす速度パターンを作成するステップと、この速度パターンおよび／または勾配情報から各区間での回生エネルギーを予測するステップと、予測した回生エネルギーの大きさに基いて各地点での前記基準レベルに対するエネルギー出力分担の関係を調整するステップを備えたことを特徴とする鉄道車両の制御方法。
【請求項２】
燃料により電力を発生する発電装置と、電池等のエネルギー蓄積装置と、前記発電装置または前記エネルギー蓄積装置からの電力を主電動機に供給する電力変換器とを備え、前記エネルギー蓄積装置のエネルギー残量を考慮して前記発電装置と前記エネルギー蓄積装置とのエネルギー出力分担を制御する鉄道車両の制御方法であって、力行時に、前記エネルギー蓄積装置のエネルギー残量が３以上の基準レベルのうちどのレベルにあるかに応じて、前記エネルギー出力分担を決定するステップと、ブレーキ時に、前記エネルギー蓄積装置へ電力を回生する回生ブレーキをかけるステップと、勾配情報を含む路線情報に基いて各区間での回生エネルギーを予測するステップと、予測した回生エネルギーの大きさに基いて各地点での前記基準レベルに対するエネルギー分担の関係を調整するステップを備えたことを特徴とする鉄道車両の制御方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前方に、予測した前記回生エネルギーが規定値より大きい区間が存在するとき、力行時の前記エネルギー蓄積装置からの出力を、より低い残量レベルまで許容するように切替えるステップを含むことを特徴とする鉄道車両の制御方法。
【請求項４】
ディーゼルエンジン等の動力発生装置と、この動力発生装置によって駆動される発電機と、電池等のエネルギー蓄積装置と、前記発電機または前記エネルギー蓄積装置からの電力を主電動機に供給する電力変換器とを備え、前記エネルギー蓄積装置のエネルギー残量を考慮して前記動力発生装置と前記エネルギー蓄積装置とのエネルギー出力分担を制御する鉄道車両の制御装置において、力行時に、前記エネルギー蓄積装置のエネルギー残量に３以上の基準レベルを設定する手段と、前記エネルギー蓄積装置のエネルギー残量が前記３以上の基準レベルのうちどのレベルにあるか判断する手段と、この判断したレベルに応じて、前記エネルギー出力分担を決定する手段と、ブレーキ時に、前記エネルギー蓄積装置の予定値以下のエネルギー残量に応じて前記エネルギー蓄積装置へ電力を回生する回生ブレーキ制御手段と、ダイヤ情報および路線情報に基いて走行地点に対する速度目標を表わす速度パターンを作成する手段と、この速度パターンおよび勾配情報を含む路線情報に基いて各区間での回生エネルギーを予測する手段と、予測した回生エネルギーの大きさに基いて各地点での前記基準レベルに対するエネルギー分担の関係を切替える手段を備えたことを特徴とする鉄道車両の制御装置。
【請求項５】
燃料により電力を発生する発電装置と、電池等のエネルギー蓄積装置と、前記発電装置または前記エネルギー蓄積装置からの電力を主電動機に供給する電力変換器とを備え、前記エネルギー蓄積装置のエネルギー残量を考慮して前記発電装置と前記エネルギー蓄積装置とのエネルギー出力分担を制御する鉄道車両の制御装置において、力行時に、前記エネルギー蓄積装置のエネルギー残量に３以上の基準レベルを設定する手段と、前記エネルギー蓄積装置のエネルギー残量が前記３以上の基準レベルのうちどのレベルにあるか判断する手段と、この判断したレベルに応じて、前記エネルギー出力分担を決定する手段と、ブレーキ時に、前記エネルギー蓄積装置へ電力を回生する回生ブレーキ制御手段と、勾配情報を含む路線情報に基いて各区間での回生エネルギーを予測する手段と、予測した回生エネルギーの大きさに基いて各地点での前記基準レベルとエネルギー分担の関係を切替える手段を備えたことを特徴とする鉄道車両の制御装置。
【請求項６】
請求項４または５において、前方に、予測した前記回生エネルギーが規定値より大きい区間が存在するとき、力行時の前記エネルギー蓄積装置からの出力を、より低い残量レベルまで許容するように切替える手段を備えたことを特徴とする鉄道車両の制御装置。
【請求項７】
ディーゼルエンジンと、このエンジンによって駆動される発電機と、電池と、前記発電機または前記電池からの電力を主電動機に供給するインバータとを備え、前記電池の残量を考慮して前記エンジンと前記電池の出力分担を制御する鉄道車両の制御装置において、力行時に、前記電池の残量に３以上の基準レベルを設定する手段と、前記電池の残量が前記３以上の基準レベルのうちどのレベルにあるかを判断する手段と、この判断した第１のレベルに応じて、電池から予定出力、不足分のみをエンジンで補足させ、第２のレベルに応じて、所定回転数でエンジン出力、過不足分を電池に充放電させ、第３のレベルに応じて、エンジン出力を上げ電池を充電する出力分担制御手段と、ブレーキ時に、前記電池の予定値以下の残量に応じて前記電池へ電力を回生する回生ブレーキ制御手段と、ダイヤ情報および／または路線情報に基いて走行地点に対する速度目標を表わす速度パターンを作成する手段と、この速度パターンおよび勾配情報を含む路線情報に基いて各区間での回生エネルギーを予測する手段と、予測した回生エネルギーの大きさに基いて各地点での前記基準レベルに対する出力分担の関係を調整する手段を備えたことを特徴とする鉄道車両の制御装置。
【請求項８】
請求項７において、前記第２の電池の残量は６０〜３０％以内に設定したことを特徴とする鉄道車両の制御装置。
【請求項９】
請求項７または８において、前記インバータと前記発電機との間に接続されたコンバータと、これらインバータとコンバータの接続点と前記電池との間に接続された昇降圧チョッパと、前記出力分担制御手段の出力に応じて前記昇降圧チョッパを制御する充放電制御装置を備えたことを特徴とする鉄道車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池等のエネルギー蓄積装置とディーゼルエンジン発電機等の発電装置を搭載した鉄道車両の制御方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン発電機のほかに、電池等のエネルギー蓄積装置を搭載した電動車両においては、これらいずれかの出力である電力をインバータで可変電圧可変周波数の３相交流に変換し、車両駆動用の主３相交流電動機に給電するものが多い。このとき、車両駆動エネルギーの制御を行う上で、上記の電池を有効に利用することができる。例えば、特許文献１には、主として外部電力で充電した電池の電力で主電動機を駆動する自動車を対象として、ブレーキ時に、電池の充電のために回生することが開示されている。ここでは、機械式ブレーキの負担を軽減するため、主電動機から発電機を介したエンジンブレーキも併用している。
【０００３】
また、特許文献２には、直接車両を駆動するエンジンを備えた鉄道車両を対象として、電池の充電量に応じた電池とエンジンのエネルギー分担制御について提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１３１９０５号公報（全体）
【特許文献２】特開２０００‐３５０３０８号公報（全体）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１では、主として外部電力によって充電された電池を駆動エネルギーとするもので、省エネルギーを主目的とするエンジンと電池のエネルギー出力分担については開示されていない。
【０００６】
一方、特許文献２では、力行時に、車両の加速度と走行速度に応じてエンジンと電池のエネルギー出力分担を決定しており、これでは十分な省エネルギーは期待できない。
【０００７】
また、電池の残量については、前記両特許文献では、その上限と下限を設定しているが、これだけでは電池の長寿命化を図ることは難しい。
【０００８】
本発明の目的は、エンジン発電機等の発電装置と、電池等のエネルギー蓄積装置と、電力変換器および主電動機を搭載した鉄道車両において、路線状況に応じて省エネルギー化を図ることができる鉄道車両の制御方法および装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、電池等のエネルギー蓄積装置の長寿命化を図る鉄道車両の制御方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はその一面において、力行時に、エネルギー蓄積装置のエネルギー残量が３以上の基準レベルのうちどのレベルにあるかに応じて、発電装置とエネルギー蓄積装置のエネルギー出力分担を決定する。また、ブレーキ時には、エネルギー蓄積装置へ電力を回生する回生ブレーキをかける。ここで、ダイヤ情報および路線情報に基いて走行地点に対する速度目標を表わす速度パターンを作成し、この速度パターンおよび勾配情報から各区間での回生エネルギーを予測する。この予測した回生エネルギーの大きさに基いて各地点での前記基準レベルに対するエネルギー出力分担の関係を調整する。
【００１１】
例えば、前方に、予測した回生エネルギーが規定値より大きい区間が存在するとき、力行時のエネルギー蓄積装置からの出力を、より低いエネルギー蓄積装置の残量レベルまで許容するように切替える。
【００１２】
これにより、前方での回生エネルギーを見越して、より低い電池の残量までの放電出力を許可することにより、エンジンから無駄にエネルギーを消費することなく、回生エネルギーを最大限に電池に充電させ、利用することができる。したがって、路線状況に応じて省エネルギー化を図る運転が可能である。
【００１３】
また、採用する電池に適した中間充電量の近くで充放電することが可能で、電池の長寿命化を図ることができる。
【００１４】
本発明は他の一面において、力行時に、前記電池の残量に３以上の基準レベルを設定する手段と、前記電池の残量が前記３以上の基準レベルのうちどのレベルにあるか判断する手段と、この判断した第１のレベルに応じて、電池から最大出力、不足分のみをエンジンで補足させ、第２のレベルに応じて、一定回転数でエンジン出力、過不足分を電池に充放電させ、第３のレベルに応じて、エンジン出力を上げ電池を充電する出力分担制御手段と、ブレーキ時には、前記電池の予定値以下の残量に応じて前記電池へ電力を回生する回生ブレーキ制御手段と、ダイヤ情報および路線情報に基いて走行地点に対する速度目標を表わす速度パターンを作成する手段と、この速度パターンおよび勾配情報を含む路線情報に基いて各区間での回生エネルギーを予測する手段と、予測した回生エネルギーの大きさに基いて各地点での前記基準レベルに対する出力分担の関係を調整する。
【００１５】
なお、前記発電装置には、ディーゼルエンジンと発電機の組合せのほか、マイクロガスタービンと発電機の組合せや、燃料を用いて発電する燃料電池などが考えられる。以下では、発電装置として、動力発生装置（ディーゼルエンジン）と発電機の組合せを用いた場合について説明する。
【００１６】
走行前においては、ディーゼルエンジンの回転数による燃料消費率、電池の充電量、ダイヤ情報と勾配、曲線、速度制限、トンネルなどで構成される地形情報から、ダイヤを遵守する速度パターンを作成する。この速度パターンは、各地点での目標速度を表わす曲線として作成される。なお、走行前に作成した速度パターンは、例えば、遅延が発生してダイヤを遵守できなくなった場合や、予定以上に電池を使用し、また回収できずに予定の走行が不可能であると判断した場合などに、走行中において、リアルタイムで変更することもできる。
【００１７】
走行中においても、走行前と同様にディーゼルエンジンの回転数による燃料消費率、電池の充電量、勾配、曲線、速度制限、トンネルなどで構成される地形情報を用い、現在列車がいる地点情報からダイヤ情報から決定される行先情報までの速度パターンを再度作成することが望ましい。
【００１８】
以上述べた方法により、走行前および走行中のエネルギーマネジメントを適正に行い、エンジンの燃費を少なくすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、路線状況に応じて省エネルギー化を図ることができる鉄道車両制御方法および装置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】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態による鉄道車両の制御装置の全体を示す概略構成図である。まず、太線で示す動力系から説明する。鉄道車両１は、電動機２によって駆動され走行する。電動機２としては、３相交流電動機（誘導電動機または同期電動機）が一般的である。この３相交流電動機２に給電するために、インバータ３が搭載され、このインバータ３に対して、発電機４とコンバータ５またはエネルギー蓄積装置６とチョッパ７から直流電力が供給される。発電機４は、ディーゼルエンジン等の動力発生装置８（以下、エンジンと略称）と組合され、発電装置を構成しており、３相交流電力を出力する。この３相交流電力は、コンバータ５によって、直流電力に変換され、前記インバータ３に供給される。一方、エネルギー蓄積装置６は、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池、鉛電池などのように充放電可能な電池等で構成されている。チョッパ７は、このエネルギー蓄積装置（以下、電池と略称する）６からインバータ３の直流側への放電、あるいはインバータ３の直流側から電池６への充電の双方向制御機能を持つ昇／降圧チョッパである。
【００２２】
次に、細線で示す制御系を述べる。公知の列車制御装置９は、マスコン１０から運転手の指令を受取ってこの列車を制御する。また、列車重量を検知する重量センサ１１、後述するデータベース１２およびその他からデータを入力し、前記エンジン８やエネルギー制御装置１３に指令を発する。エネルギー制御装置１３は、本実施形態の要部をなすもので、詳細は後述するが、前記列車制御装置９、前記データベース１２、電池６の残量およびその他からのデータを入力し、前記列車制御装置９や、充放電制御装置１４に制御指令を与える。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態による鉄道車両の制御装置のエネルギー制御装置１３を中心とする機能ブロック図である。エネルギー制御装置１３は、回生エネルギー予測部１３１と制御モード決定部１３２からなる。ここでは概要のみを述べておく。まず、回生エネルギー予測部１３１では、データベース１２からの路線情報と、列車制御装置９からの速度パターンを入力し、路線内の各ポイント毎の回生エネルギーを予測する。次に、制御モード決定部１３２は、回生エネルギー予測値と、電池６の残量情報および列車制御装置９からのノッチ情報とから、エンジン出力指令やブレーキ制御指令を決定し、列車制御装置９へ出力する。列車制御装置９は、これらの指令に基き、エンジン８、充放電制御装置（回生ブレーキ制御手段）１４および空気ブレーキ１５を制御する。
【００２４】
列車制御装置９は、予め走行前に、データベース１２から得られる路線情報に基き、各地点における速度目標を表わす速度パターンを作成しておき、上記回生エネルギー予測部１３１に提示する。この列車制御装置９での速度パターン作成方法については後述する。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態におけるエンジンと電池のエネルギー分担制御の説明図である。この図は、電池６の充電量の状況に基いて、どのように省エネルギー運転を実行するかを表わしたもので、縦軸の充電量（残量）に対し、横軸の力行時２種類、ブレーキ時１種類の制御形態を示している。使用する２次電池６の種類に応じて、その長寿命化を図るための最適充放電範囲が決る。この実施形態では、最もエネルギー効率の良い充電量エリアを状態遷移量１〜状態遷移量２とし、長寿命化の観点からは、５０〜３０％の範囲で充放電することが望ましい電池の場合を例に採っている。そして、上限１：６０％、上限２：５０％、状態遷移量１：４０％、状態遷移量２：３０％、下限：２０％と定めている。しかし、一般に、６０〜３０％の範囲で充放電すれば、長寿命化が可能な場合が多いので、上限２を６０％程度としても良い。
【００２６】
まず、ブレーキ時については、電池６の充電量が上限２（５０％程度）以下であれば、無条件に回生ブレーキを用いる。また、車両が停止に向うブレーキである場合には、停止回生ブレーキ制御により、電池６の充電量上限１（約６０％）まで回生を許容している。これら以上の充電量では、空気ブレーキまたはエンジンブレーキを用いることになる。
【００２７】
次に、力行時について述べると、一般地点と前方に規定値以上の回生が見込まれる地点との２種類に分かれる。まず、一般地点では、電池６の充電量が上限２（例えば５０％）以上であれば、電池６は最大（予定）の放電出力で、不足分をエンジンで補足させる。電池６の充電量が上限２（例えば５０％）から状態遷移量２（例えば３０％）までの理想的領域にあれば、エンジン８はその最良の燃費を発揮する回転数で運転しつつ、過不足分を電池６に充放電する。電池６の充電量が状態遷移量２（例えば３０％）以下であれば、エンジン８はその出力を上げ、余剰分で電池６を充電する。
【００２８】
これにより、エンジンと電池の協調により、回生電力を有効に活用して省エネルギー運転を図ることができ、また、電池６は、過度な充放電を避け、その長寿命化を図ることができる。
【００２９】
ところで、この列車の前方に、規定値以上の回生が見込まれる区間が存在する地点では、電池６の放電を１ランク余分に許容するように制御する。すなわち、電池６の充電量が状態遷移量１（例えば４０％）以上の領域まで、電池６は最大（予定）の放電出力で、不足分をエンジンで補足させる。また、電池６の充電量が状態遷移量１（例えば４０％）から下限（例えば２０％）間での領域まで、エンジン８をその最良の燃費を発揮する回転数で運転させ、過不足分を電池６に充放電する。電池６の充電量が下限（例えば２０％）以下に達したときのみ、エンジン８はその出力を上げ、余剰分で電池６を充電するのである。
【００３０】
これにより、規定値以上の回生エネルギーが見込まれる路線状況を踏まえ、予想される回生電力を有効に活用すべく電池のエネルギーを放出させてその充電余力を広げるのである。この結果、電池へ回生できる回生電力を増やし、その分、エンジン燃料の消費を減らしてより大きな省エネルギー効果を発揮することができる。また、電池６は、過度な充放電を避け、その長寿命化を図ることができる。
【００３１】
図４は、本発明の一実施形態を実現するために必要なデータベースを示す。データベース１２は、路線データベース１６、ダイヤデータベース１７および燃料情報データベース１８を備えている。各々のデータベースについて、図５〜図１２を用いて簡単に説明する。
【００３２】
図５は、路線データベース１６であり、その中には、路線の勾配１９、曲線２０、トンネル２１、速度制限２２、並びに軌道回路２３の各データベースがある。
【００３３】
図６は、路線データベース１６の具体的データ例を示すものである。
【００３４】
図７は、勾配データベース１９の具体的データ例を示す。例えば、図に示すように、軌道回路番号１の左端０ｍから軌道回路番号１の右端２００ｍまでが勾配−２‰であり、軌道回路番号１の左端２００ｍから軌道回路番号２の右端３００ｍまでが勾配−６‰である。以下、軌道回路番号６の左端１００ｍから軌道回路番号６の右端４５０ｍまでが勾配−３２‰である場合、図のように表記する。
【００３５】
図８は、曲線データベースの具体的一例を表わす。これは、図６の路線の曲線値をデータベース化したものである。例えば、軌道回路番号１の左端２２５ｍから軌道回路番号２の右端２００ｍまでが曲線値２５０であり、軌道回路番号２の左端４５０ｍから軌道回路番号３の右端１５０ｍまでが曲線値３００である。以下同様に、軌道回路番号５の左端５０ｍから軌道回路番号６の右端４５０ｍまでが曲線値５００である場合、図のように表記する。
【００３６】
図９は、トンネルデータベースの具体的一例を表わす。これは、図５にある路線のトンネル値をデータベース化したものである。例えば、図６にも示したように、軌道回路番号１の左端２００ｍから軌道回路番号３の右端７５ｍまで、並びに、軌道回路番号４の左端２５０ｍから軌道回路番号６の右端１５０ｍまでがトンネルであるケースを表わしている。
【００３７】
図１０は、速度制限データベースの具体的一例を表わす。これは、図６に示した路線の速度制限値をデータベース化したものである。例えば、軌道回路番号１の左端０ｍから軌道回路番号４の右端１５０ｍまでが７５ｋｍ／ｈの速度制限があり、以下、軌道回路番号５の左端２００ｍから軌道回路番号６の右端４５０ｍまでが９５ｋｍ／ｈの速度制限がある。
【００３８】
図１１は、軌道回路データベースの具体的一例を表わす。これは、図６に示した路線の軌道回路図に、軌道回路１〜軌道回路６の長さとそれぞれの左右接続軌道回路を示している。
【００３９】
図１２は、ダイヤデータベースを示す。ダイヤデータベース１７は、何時にどの駅を出発して、何時にどの駅を通過する、もしくは到着するといった情報で構成されている。
【００４０】
先に述べたように、列車制御装置９は、データベース１２から入手した路線情報を基にして、次のようにして各地点における速度目標を表わす速度パターンを作成する。ダイヤデータベース１７から入手したダイヤ情報、路線データベース１６から入手した勾配、曲線、速度制限、トンネル情報などで構成される路線の地形情報の制約の下で、ダイヤを遵守する速度パターンを作成する。この速度パターンは、複数のポイント（地点、速度、時刻）を結んだ曲線で作成される。
【００４１】
さて、以上のデータベースを用いて、図２の回生エネルギー予測部１３１と、制御モード決定部１３２の処理につき、詳細に説明する。
【００４２】
図１３は、回生エネルギー予測部１３１の処理フロー図である。まず、回生エネルギー予測部１３１では、ステップ１０１において、与えられた速度パターンと勾配情報等から、各区間での回生エネルギー量を予測する。次に、ステップ１０２では、予測した各区間毎の回生エネルギーを規定値と比較し、規定値を超える区間を表わすデータテーブルを作成する。
【００４３】
図１４は、制御モード決定部１３２の出力分担制御手段としての処理フロー図である。ステップ２０１では、列車制御装置９から与えられたノッチ情報から回生かどうかを確認する。回生の場合には、ステップ２０２に進んで、駅間での回生か、駅に向う停止回生かを判断する。停止回生の場合にはステップ２０３にて、電池６の残量（充電量）が上限１（図３参照）以上か否かを判定する。上限１（６０％）以上であればステップ２０４でエンジンブレーキまたは空気ブレーキ指令を発する。上限１以下の範囲にあれば、ステップ２０５で、エンジン８はアイドリングとし、回生ブレーキにより電池を充電する。
【００４４】
ステップ２０２の判定が駅間の回生であった場合には、ステップ２０６にて電池残量が上限２（５０％）以上か否かを判定し、上限２以上であればステップ２０４でエンジンブレーキまたは空気ブレーキ指令を発する。他方、上限２以下の範囲にあれば、ステップ２０５でエンジン８はアイドリングとし、回生ブレーキにより電池を充電する。
【００４５】
ステップ２０１に戻って、ここでの判定が力行・その他であった場合には、ステップ２０７において、前述した回生エネルギー予測部１３１の結果を参照する。すなわち、図１３のステップ１０２で作成したデータテーブルに基き、前方５Ｋｍの範囲に規定値以上の回生エネルギーの存在が見込まれるか否かを判断する。その見込がなければ、ステップ２０８で電池の残量を調べ、上限２以上つまり図３の充電禁止状態（１）または充電過多の運転状態（１）にあった場合には、ステップ２０９に進んで、電池のみで十分な加速力を発揮できるか否かを判断する。十分な加速力が得られる場合には、ステップ２１０で、エンジンはアイドリングとし、電池のみで走行させる。ステップ２０９の判定が加速力不足であれば、ステップ２１１で、電池は最大（予定）出力として不足分をエンジンで補足する。ステップ２０８に戻って、電池残量の判定が、上限２〜状態遷移量２までの充電過多予備軍である運転状態（２）または均衡状態である運転状態（３）にあったとする。この場合、ステップ２１２において、エンジン８は最良燃費の回転数で運転し、その過不足分を電池６への充放電で補足する。さらに、ステップ２０８の電池残量の判定が、状態遷移量２〜ゼロまでの放電過多である運転状態（４）または禁止状態（２）にある場合、ステップ２１３において、エンジン８の出力を上げ、電池６を充電する。
【００４６】
ステップ２０７に戻って、前方５Ｋｍの範囲に規定値以上の回生エネルギーの存在が見込まれる場合を想定する。この場合には、ステップ２１４で電池残量を判断し、近い将来に規定値以上の回生エネルギーが発生することを見込んで、電池６からの放電を１ランク余分に許容する。図３に示したように、電池残量が状態遷移量１（４０％）以上つまり運転状態（２）以上の範囲にあれば、ステップ２０９に進んで、電池のみで十分な加速力を発揮できるか否かを判断する。十分な加速力が得られる場合には、ステップ２１０で、エンジンはアイドリングとし、電池のみで走行させる。ステップ２０９の判定が加速力不足であれば、ステップ２１１で、電池は最大出力として不足分をエンジンで補足する。ステップ２１４での電池残量の判定が、状態遷移量１〜下限までの均衡状態である運転状態（３）または放電過多である運転状態（４）にあったとする。この場合、ステップ２１２において、エンジン８は最良燃費の回転数で運転し、その過不足分を電池６への充放電で補足する。さらに、ステップ２１４の電池残量の判定が、下限〜ゼロまでの放電禁止状態（２）にある場合、ステップ２１３において、エンジン８の出力を上げ、電池６を充電する。
【００４７】
これらの結果は、図２の制御モード決定部１３２から列車制御装置９への、エンジン出力指令および／またはブレーキ制御指令として出力される。
【００４８】
図１５は、列車制御装置９での本実施形態に関係する処理部分のみの処理フロー図である。ステップ３０１では、図２の制御モード決定部１３２から与えられたエンジン出力指令量が、ノッチに基く出力指令量よりも大きいかどうかをチェックする。大きい場合には、ステップ３０２へ進む。小さい場合にはステップ３０３へ進む。ステップ３０２では、エンジン出力の過剰分で電池６を充電するために、充放電制御装置１４に充電指令を発する。他方、ステップ３０３では、エンジン８の出力不足分を電池６から補うために、充放電制御装置１４に放電指令を発する。
【００４９】
図１６は、本発明の一実施形態における具体的制御例を示す区間・勾配対速度パターンおよび電池充電量説明図である。列車制御装置９で作成した速度パターン１６１と、路線データのひとつである勾配データ１６２ほかに基き、前記回生エネルギー量が区間毎に予測され、以下に述べるように、その結果がエンジンと電池のエネルギー分担制御に活かされる。
【００５０】
図１７は、図１６における各制御区間（１）〜（５）での制御状況を説明する図である。まず、路線データなしで制御された場合には、力行時には図３の一般地点での制御状態１種類と、同じく図３のブレーキ時の制御状態となる。この結果、電池残量１６３（細線）は、（４）減速の開始時点で上限１に達しており、地点Ｐ３以降、回生ブレーキを用いることはできない。
【００５１】
一方、本発明の一実施形態により、路線データを活用して、回生エネルギーの存在を予測して制御した場合には、（１）加速の時点から電池の放電を１ランク大きく許容し、その分エンジンからの出力を少なくして運転する。この結果、電池残量１６４（太線）は、（１）、（２）の力行エネルギーのほか、（３）惰行時の補機等で消費するエネルギーをも電池から放電出力し、（４）、（５）の減速停止時に、電池への回生ブレーキを用いることができる。
【００５２】
すなわち、路線データを活用しない制御では、図１６の制動時の領域１６５が、エンジンブレーキあるいは空気ブレーキによって発散するロスである。これに対して、路線データを活用した本発明の一実施形態によれば、回生予測に基き、予め電池エネルギーを多く使用した分、太線１６４で示すように減速・停止時に回生エネルギーで電池を充電でき、省エネルギー効果は大きくなる。
【００５３】
また、極力、電池残量の大きな変動を抑制することにより、電池の長寿命化を図ることも可能である。
【００５４】
以上の本発明の一実施形態を要約すると次の通りである。
【００５５】
まず、動力系には、ディーゼルエンジン８と、このエンジン８によって駆動される発電機４と、電池６と、発電機４または電池６からの電力を主電動機２に供給するインバータ３とを備えている。そして、電池６の残量（充電量）を考慮して、エンジン８と電池６との出力分担を制御する鉄道車両の制御装置において、力行時に、電池６の残量に３以上の基準レベルを設定している。電池６の残量が３以上の基準レベルのうちどのレベルにあるか判断し、この判断した第１のレベル（１００〜５０％）に応じて、電池から最大（予定）出力、不足分のみをエンジンで補足させている。また、第２のレベル（５０〜３０％）に応じて、所定回転数でエンジン出力、過不足分を電池に充放電させ、さらに、第３のレベル（３０〜０％）に応じて、電池を充電するレベルまでエンジン出力を上げる出力分担制御を行っている。ここで、エンジンの所定回転数とは、燃費が優れた一定の回転数であることが望ましい。一方、ブレーキ時には、電池６の予定値以下の残量に応じて電池６へ電力を回生する回生ブレーキ制御を行う。ここで、ダイヤ情報および路線情報に基いて走行地点に対する速度目標を表わす速度パターン１６１を作成する手段９と、この速度パターンおよび勾配情報１９を含む路線情報１６に基いて各区間での回生エネルギーを予測する手段１３１を備える。そして、予測した回生エネルギーの大きさに基いて各地点での基準レベルに対する出力分担の関係を、図３の一般地点での制御から、前方に規定値以上の回生が見込まれる地点での制御へ切替える手段１３２を備えているのである。
【００５６】
この結果、前方での回生エネルギーを見越して、より低い電池の残量までの放電出力を許可することにより、エンジン燃料を無駄に消費することなく、回生エネルギーを最大限に電池に充電させ、活用することができる。したがって、省エネルギー効果に優れた運転が可能である。また、採用する電池に適した中間充電量の近くで充放電することが可能で、電池の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態による鉄道車両制御装置の全体概略構成図。
【図２】本発明の一実施形態による鉄道車両制御装置のエネルギー制御装置を中心とする機能ブロック図。
【図３】本発明の一実施形態におけるエンジンと電池のエネルギー分担制御の説明図。
【図４】本発明の一実施形態におけるデータベースの１例。
【図５】本発明の一実施形態における路線データベースの項目説明図。
【図６】本発明の一実施形態における路線データベースの具体的データ例。
【図７】本発明の一実施形態における勾配データベースの１例。
【図８】本発明の一実施形態における曲線データベースの１例。
【図９】本発明の一実施形態におけるトンネルデータベースの１例。
【図１０】本発明の一実施形態における速度制限データベースの１例。
【図１１】本発明の一実施形態における軌道回路データベースの１例。
【図１２】本発明の一実施形態におけるダイヤデータベースの１例。
【図１３】本発明の一実施形態における回生エネルギー予測部の処理フロー図。
【図１４】本発明の一実施形態における制御モード決定部の処理フロー図。
【図１５】本発明の一実施形態における列車制御装置の要部の処理フロー図。
【図１６】本発明の一実施形態における具体的制御例を示す区間、勾配対速度パターンおよび電池充電量の説明図。
【図１７】本発明の一実施形態における具体的制御例を示す区間、運転状態および制御状態の説明図。
【符号の説明】
【００５８】
１…鉄道車両、２…主電動機、３…インバータ（電力変換装置）、４…発電機、５…コンバータ、６…エネルギー蓄積装置（電池）、７…昇降圧チョッパ、８…動力発生装置（ディーゼルエンジン）、９…列車制御装置、１０…マスコン、１１…重量センサ、１２…データベース、１３…エネルギー制御装置、１３１…回生エネルギー予測部、１３２…制御モード決定部、１４…充放電制御装置、１５…空気ブレーキ、１６…路線データベース、１７…ダイヤデータベース、１８…燃料情報データベース、１９…勾配データベース、２０…曲線データベース、２１…トンネルデータベース、２２…速度制限データベース、２３…軌道回路データベース、１６１…速度パターン、１６２…勾配データ、１６３…路線データなしで制御時の電池残量、１６４…路線データありで制御時の電池残量、１６５…ロス。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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