(57)【要約】【課題】自力走行するための蓄電手段を多数搭載しても、客室空間や車両の前面投影面積に与える影響を最小限に抑えることができるとともに、これら蓄電手段の温度を適正に保つことができる鉄道車両を提供する。【解決手段】蓄電手段とこの蓄電手段を冷却する強制空冷手段（ファンモータＦ）とをケースに一体に収め、そのケースの外形や外部接続端子等の規格を標準化した蓄電モジュールＭを形成するとともに、この蓄電モジュールＭを、内部のエアフローを考慮したハウジング１内で複数個組み合わせて蓄電ユニットＵとし、この蓄電ユニットＵを乗客の着席する腰掛の下側に設けられた凹部１１等に、集中的にあるいは分散させて搭載する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口と排気口および該排気口に装着されたファンモータを備える略直方体形状のケースの中に、複数のセルからなる蓄電手段を収納した蓄電モジュールを、複数搭載したことを特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
前記蓄電モジュールを所定位置で固定するフレームと、一方が外部に他方が前記フレームに固定された蓄電モジュールの吸気口に向けて開口する冷却風取入口と、前記蓄電モジュールの排気口からの排気を外部に排出する冷却風排出口とをそれぞれ複数組備えるハウジング内に、該蓄電モジュールを複数個配置して蓄電ユニットを形成するとともに、
この蓄電ユニットが、乗客の着席する腰掛の下部に設けられた車両側面に向かって開口する凹部に、該車両の側面外側から装着されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体内に蓄えた電力により架線のない区間を自力走行する「架線レス」車両や、蓄えた電力によって大出力が必要な時にモータの駆動を補助するハイブリッド車両等、多数の蓄電装置を搭載する鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、通勤等に用いられる近郊型の電気式鉄道車両には、小型の動力（モータ）を複数の客車に分散配置するとともに架線または線路脇に設けられた第三軌条から集電した電気によりこれらのモータを駆動して走行する（動力分散式）鉄道車両が多く用いられている。これら電気式鉄道車両の各車体の下部には、架線やインバータ等からの電気の供給が断たれた場合でも、一定時間、車両の制御系や客室内の換気・照明等の機能を確保するためのバッテリが、その他の外部機器（床下機器）と一緒に配置されている（例えば、特許文献１，２等を参照。）。
【０００３】
一方、市街地における慢性的な交通渋滞を緩和すべく、地球，街，人に優しい公共交通機関として、動力分散式鉄道車両の一種である低床式ＬＲＶ（Ｌｉｇｈｔ  Ｒａｉｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）の導入あるいは検討が進められている。この低床式ＬＲＶは、輸送力に優れ、省エネルギーな運行が可能で、かつ、低床であるため、高齢者や障害者にも乗降しやすい点が注目されている（特許文献３，４等を参照）。
【０００４】
なお、低床式ＬＲＶは、一般的な通勤用車両や新幹線に比べ、床下に外部機器を設置する十分なスペースがないため、通常、その屋根上に前記バッテリを含む外部機器が設置されている（特許文献５等を参照）。また、本出願人らも、低床式の鉄道車両において、車両の床を支持または形成する台枠を床面上に盛上がらせてその裏側に凹部を設け、この凹部内に外部機器（床下機器）類を収容することにより、車両の走行方向で見た投影面積を増大することなく、床下機器を自由度も高く設置できる方法と構造を提案している（特許文献６）。
【特許文献１】特開２００４−２３１０２４号公報
【特許文献２】特開２００５−５９６２１号公報
【特許文献３】特開２００２−２６４８０９号公報
【特許文献４】特開２００６−１４２９８７号公報
【特許文献５】特開平７−１７３９６号公報
【特許文献６】特開２００７−１８２２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、以上のような低床式ＬＲＶにおいては、自身の回生ブレーキによる回収電力を該車両内に蓄えるとともに、一部区間を架線等を用いず（架線レス）走行することにより、従来のＬＲＶより更に省エネルギーで、かつ、走行経路の自由度も高い「環境調和型次世代ＬＲＶ」が研究されている。
【０００６】
この次世代型ＬＲＶが、車両内に蓄積した電力のみで自力走行（区間限定ではあるが）することができれば、架線を設けないことによる景観の保護や、他の輸送機関に対する制約も軽減され、都市環境の改善に貢献することが可能になる。また、地上側設備を削減できることによる導入（イニシャル）コストの低減や、保守コスト等を軽減できるなどのメリットも考えられる。
【０００７】
しかしながら、この「架線レス」走行の実現には、現在の電気式鉄道車両には無い、大容量（大重量）の充電装置と充放電制御装置などを必要とするため、その搭載スペースと搭載方法が問題となる。特に、もともと機器搭載スペースの少ない低床式ＬＲＶにおいては、これらを搭載するために客室空間や低床性を犠牲にすると、「輸送力」や「乗降し易い」といった長所を失ってしまう恐れがある。
【０００８】
また、この「架線レス」走行は、充電装置を構成する二次電池等に短時間で大電流を充放電することを強いるため、これらの温度上昇および温度上昇に起因する劣化も懸念される。なお、これらの二次電池等を車両外部（床下あるいは屋根上等）に設置し、熱を車両の走行風で冷却する方法も考えられるが、この方法は、車両の走行速度や日照，風向，外気温の寒暖の影響を受け易く、安定した冷却効果を得られるとは限らない。
【０００９】
なお、この問題は、発電装置（ディーゼル発電機，燃料電池など）や架線等を常用電源として有するが、加速時等の大出力が必要な場合に、車両に搭載した蓄電手段に蓄えた電気でモータの駆動を補助する「ハイブリッド車両」にも共通の問題である。
【００１０】
本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、自力走行するための蓄電手段を多数搭載しても、客室空間や車両の前面投影面積に与える影響を最小限に抑えることができるとともに、これら蓄電手段の温度を適正に保つことができる鉄道車両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】
【００１１】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、吸気口と排気口および該排気口に装着されたファンモータを備える略直方体形状のケースの中に、複数のセルからなる蓄電手段を収納した蓄電モジュールを、複数搭載したことを特徴とする鉄道車両である。
【００１２】
また、請求項２に記載の鉄道車両は、前記蓄電モジュールを所定位置で固定する縦横のフレームと、一方が外部に他方が前記フレームに固定された蓄電モジュールの吸気口に向けて開口する冷却風取入口と、前記蓄電モジュールの排気口からの排気を外部に排出する冷却風排出口とをそれぞれ複数組備えるハウジング内に、該蓄電モジュールを複数個配置して蓄電ユニットを形成するとともに、この蓄電ユニットが、乗客の着席する腰掛の下部に設けられた車両側面に向かって開口する凹部に、該車両の側面外側から装着されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、車両内の蓄電手段に蓄えた電力で架線等のない区間を自力走行することを前提とした鉄道車両において、蓄電手段とこの蓄電手段を冷却する強制空冷手段とをケース内に一体に収め、そのケースの外形や外部接続端子等の規格を標準化した蓄電モジュールを形成するとともに、この蓄電モジュールを、内部のエアフローを考慮したハウジング内で複数個組み合わせて１単位（ユニット）とし、これを車両の所定位置に集中的にあるいは分散させて搭載することにより、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１４】
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、吸気口と排気口を有する所定の大きさの略直方体状ケースの中に蓄電手段を収納し、このケースの排気口に、ケース内の空気を強制排気する電動ファンモータを配設することにより、車両の走行風の強弱や気温，日照，風向等に左右されることなく、その蓄電手段から発生する熱をケース外に確実に逃がすことが可能になる。
【００１５】
また、外形等が標準化された蓄電モジュールとすることにより、１車両に多数の蓄電手段の収容を必要とする場合でも、これらモジュールの車両内における配置の自由度が向上する。従って、本発明の鉄道車両は、この蓄電手段を構成する各セルの過熱を防止することができるとともに、架線等のない区間を走行するための蓄電手段を多数搭載しても、客室空間や車両の前面投影面積に与える影響を最小限に抑えることが可能となる。
【００１６】
ここで、従来の高床式車両およびハイブリッド車両のように、車両の床下あるいは屋根上のスペースに余裕がある場合は、前記各蓄電モジュールを、これらのスペースに配置しても良いが、低床式ＬＲＶ等、車両の床下あるいは屋根上のスペースに余裕が無い鉄道車両の場合は、固定用フレームと外気を吸気口に直接供給する冷却風取入口およびその冷却風を排出する排出口を備えるハウジング内に、複数個の蓄電モジュールを配置して蓄電ユニットを構成するとともに、この蓄電ユニットを、腰掛（ロングシート，クロスシート等）の下部に設けられた車両側面に向かって開口する凹部に、該車両の側面外側から挿入して収容（装着）する構造を採用することが望ましい。（請求項２）
【００１７】
この構成により、モジュールの周囲を通過する冷却風がハウジング内部をスムーズに流れ、これら各蓄電手段の温度を適正に維持することができるとともに、客室空間の減少や車両の前面投影面積の増大を招くことなく、鉄道車両に多数の蓄電手段を搭載することが可能になる。
【００１８】
なお、蓄電手段として通常用いられる二次電池は、多数を設置した場合その重量が嵩むため、この構成は（特に低床式ＬＲＶにおいて）車両の重心位置を下げるというメリットもある。
【００１９】
また、前記蓄電モジュールを構成する蓄電手段としては、例えばニッケル水素電池，リチウムイオン電池等の二次電池、または、電気二重層キャパシタ（高容量コンデンサ）等を好適に採用することができる。ニッケル水素電池，リチウムイオン電池および電気二重層キャパシタは、エネルギー密度が高いにも関わらず、いわゆるメモリー効果が無いため、大容量で大出力かつ長寿命が求められる鉄道車両用の蓄電手段として適している。しかしながら、これらの蓄電手段も、他の種類の二次電池と同様、使用時におけるセルの温度（積算熱量）により寿命が変化するため、前記請求項１に係る構成のように、各蓄電モジュールの個々に冷却ファンを設置して、その内部を適切な温度に個別に制御することが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明の鉄道車両によれば、架線等のない一部区間を走行するための蓄電モジュールを多数搭載した場合でも、これら各蓄電モジュールの温度をそれぞれ適正に保つことができる。また、これら蓄電モジュールの搭載場所の自由度が向上し、客室空間の減少や車両の前面投影面積の増大を抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつこの発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態における鉄道車両用蓄電ユニットの概略構成図であり、図２は、この蓄電ユニットの鉄道車両への搭載方法を示す図である。また、図３は、蓄電ユニットを搭載した鉄道車両の側面を表す図である。
【００２２】
本実施形態における鉄道車両は、市街地での走行に適した低床式ＬＲＶ（Ｌｉｇｈｔ  Ｒａｉｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）であり、車両としての主要な構成は、従来例（特許文献４等）と同様である。しかしながら、従来例と大きく異なる点は、この車両の走行経路（路線）の一部に、架線等が敷設されていない、すなわち架線等から電力供給を受けない「架線レス」区間があり、その区間においては、この鉄道車両に搭載された蓄電手段に予め蓄えた電力により、走行（力行）に用いるモータや照明・空調等を作動させなければならない点である。
【００２３】
先ず、この鉄道車両に搭載される蓄電ユニットＵについて説明する。
図１は、本発明の鉄道車両用蓄電ユニットＵの内部構成を、車両の長手方向（進行方向）から見た場合を描いたものである。
【００２４】
本実施形態における低床式ＬＲＶに搭載される蓄電ユニットＵは、車両側面（図示右方）に向けて開口するハウジング１と、このハウジング１の車両側面側開口をカバーする水切り板２と、このハウジング１の内部に縦横に配設されたフレーム３，３・・・と、これらフレーム３によって形成された架台に収納された複数個の蓄電モジュールＭ，Ｍ・・・と、を主体として構成されている。
【００２５】
蓄電モジュールＭは、全体として略直方体形状の樹脂製ケースの内部に、蓄電手段としてのリチウムイオン電池（８セル）を収納したものであり、その車両幅方向中央側（図示左方）の端面には、空気を取り入れるための吸気口が形成され、その車両幅方向外側（図示右方）の端面には、冷却後の空気を排出するための排気口が形成されている。また、前記排気口の外側には、この排気口に密着して、内部の空気を排出するファン（ファンモータ）Ｆが取り付けられている。
【００２６】
なお、詳細な図面は省略するが、蓄電モジュールＭは、そのケースの外形形状や、接続用外部端子（電力供給用正負極やファンモータの制御端子等）および前記吸・排気口の位置・形状などが、社内規格により標準化（共通化）されており、交換や入れ替え等が容易なように設計されている。
【００２７】
蓄電モジュールＭを収納する金属性ハウジング１は、車両側面（図示右方）に向けて開口する略コの字状であり、車両にかかる雨水等の内部への浸入を防止するため、その開口には、取り外し可能な水切り板２が配設されている。なお、この水切り板２には、前述の蓄電モジュールＭの排気ファンＦからの排気を整流する多数のベーン２ａ，２ａ，・・・と、整流後の排気を外部へ排出する冷却風排出口２ｂ，２ｂとが設けられている。
【００２８】
また、このハウジング１の車両幅方向中央側（図示左方）の端面には、蓄電モジュール冷却用の外部空気（冷却風）を取り入れるための冷却風取入口１ａ，１ａが設けられているとともに、ハウジング１と鉄道車両の車体との間には、これら冷却風取入口１ａに車両外部の新鮮な空気を流通させる冷却風導入路Ｓが形成されている。
【００２９】
なお、冷却風導入路Ｓの有無や形状は、本発明において特に限定されるものではなく、例えば、冷却風取入口１ａは、車内側に開口するように形成しても良い。また、これら冷却風取入口１ａには、通常、ハウジング内部への雨水や塵埃等の侵入を防止する防塵フィルターが取り付けられる。
【００３０】
ハウジング１の内部には、縦横に配設されたフレーム３，３・・・が所定の間隔で配設されており、各蓄電モジュールＭを収納する架台として構成されている。また、この架台に収容された各蓄電モジュールＭは、図示しない固定具により所定位置に固定され、車両の振動等による移動が規制されているとともに、モジュールの吸気口とハウジングの冷却風取入口、および、モジュールの排気口（排気ファン）とハウジングの冷却風排出口とが対向する状態となっている。従って、この鉄道車両には、図１の矢印に示すように、鉄道車両の車体外から取り入れられた空気（冷却用空気）が、蓄電モジュールＭ内の各セルを冷却した後、スムーズに外部まで排出されるエアフロー（冷却風経路）が形成されることとなる。
【００３１】
さて、以上のような構成の蓄電ユニットＵは、例えば図２，３に示すように、車両長手方向（進行方向）に伸びるボックス状ハウジング内に、１ブロックあたり６個の蓄電モジュールＭを収納したものであり、乗客の着席する腰掛（ロングシート１０）の下部に設けられた凹部１１に搭載されている。
【００３２】
この凹部１１は、車両の床を支持または形成する台枠１２を床面上（図示上方）に盛り上がらせ、その裏側（図示下方）に設けられており、車体の側構体に沿って配設されたロングシート１０の下部にあたる部位に、車両の下側および側面に向かって開放された形状に形成されている。また、各蓄電ユニットＵは、車両の側面外側からこの凹部１１に挿入され、ねじ止め等により装着・固定されているとともに、これら各蓄電ユニットＵの外面と凹部１１の内面との間には、前述の冷却風導入路Ｓが形成されている。
【００３３】
以上の構成によって、この鉄道車両は、蓄電モジュールＭの周囲を通過する冷却風がハウジング１内部をスムーズに流れ、車両の走行風の強弱や気温，日照，風向等に左右されることなく、その蓄電モジュールから発生する熱を外部に確実に逃がすことができる。従って、本実施形態における鉄道車両は、各蓄電手段のセルの温度を適正に維持することが可能になる。
【００３４】
また、この蓄電ユニットＵは、乗客の着席する腰掛の下部に設けられた凹部１１に搭載可能なことから、自力走行するための蓄電手段を多数搭載しても、低床式ＬＲＶにおける客室空間や車両の前面投影面積に与える影響を最小限に抑えることができる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、車両長手方向（進行方向）に長い形状のハウジング内に蓄電モジュールを収容した例を示したが、本発明の鉄道車両における蓄電ユニットの形状は、これに限定されるものではない。例えば、図４のように、車両長手方向に分割された複数の蓄電ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３としても良い。
【００３６】
また、蓄電ユニットを搭載する場所も、特に限定されるものではなく、車両構体の妻部に別途スペースを設けて搭載しても良いし、あるいは、床下スペースに余裕のある高床式車両の場合は、その床下に懸架しても良い。
【００３７】
更にまた、本発明の蓄電ユニットを搭載する車両の種類も限定されるものではなく、低床式ＬＲＶやハイブリッド車両等、架線のない区間を自力走行する鉄道車両の他、通勤車両や地下鉄，新幹線車両など、架線等から常時給電される鉄道車両に搭載した場合も、回生ブレーキから回収される電気をこの蓄電ユニットに蓄えることで、回生失効の防止や更なる省エネルギー化を図ることができ、好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態における鉄道車両用蓄電ユニットの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における蓄電ユニットの鉄道車両への搭載方法を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における蓄電ユニットが鉄道車両に搭載された状態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における蓄電ユニットの鉄道車両への別の搭載方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ハウジング
１ａ  冷却風取入口
２  水切り板
２ａ  ベーン      ２ｂ  冷却風排出口
３  フレーム
１０  ロングシート
１１  凹部
１２  台枠
Ｆ  排気ファン
Ｓ  冷却風導入路
Ｍ  蓄電モジュール
Ｕ  蓄電ユニット
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３  蓄電ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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