JP2006240547A - 電車走行シミュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 電力蓄積装置や燃料電池の評価や最適なシステム構成及び制御方式の立案ができる電車走行シミュレータを提供することを目的とする。
【解決手段】 電車３１はノッチ指令入力４１からノッチ情報を受け取り、インバータ３２を制御してモータ３３を駆動し、レール条件入力４２や電力供給線条件入力４３、車体条件入力４４、変電所条件入力４５といった情報を読み込み、モータ電力や電車速度、位置、電力蓄積装置の電力又はエネルギー量、集電装置の電圧などを演算する。演算結果としては、インバータ電力演算出力４６、モータ３３の回転速度からギア比や車輪径を考慮して計算した電車速度演算出力４７、集電装置の電圧計算結果を出力する集電装置電圧演算出力４８、電車３１の速度を時間積分して求めた位置演算出力４９などを必要に応じて出力する。ノッチ指令１１に基づく電車３１の走行状態に応じて電力蓄積装置４０の電力を時間積分して求めるエネルギー量を計算し、演算結果を電力演算出力５０及びエネルギー量演算出力５１から出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電車走行シミュレータに関する。

一般に電車走行シミュレータは、特開２００３−２６７２２３号公報（特許文献１）に記載のように、電車速度に対するモータの牽引力・制動力をテーブルとして持ち、ある時刻における電車速度とパンタ点電圧から上記テーブルを補間し、電車走行を制御する牽引力・制動力を計算して電車の速度や位置を求めている。

従来のシミュレータは、既存の電車システムを模擬するシミュレータであり、現在検討が進められている電力蓄積装置を適用した新しい電車システムを模擬することはできない。
特開２００３−２６７２２３号公報

本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、電車システムに電力蓄積装置や燃料電池を適用し、電車の走行状態に応じて電力蓄積装置や燃料電池の電力・エネルギー量を計算することで電力蓄積装置や燃料電池の評価や最適なシステム構成及び制御方式の立案ができる電車走行シミュレータを提供することを目的とする。

請求項１の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、電力蓄積装置を備えた電車の走行状態に応じて当該電力蓄積装置の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項２の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、電力蓄積装置を備えた電車の走行状態に応じて当該電力蓄積装置の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項３の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、他の電力蓄積装置搭載車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、電力蓄積装置を備えた電車の走行状態に応じて当該電力蓄積装置の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項４の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、地上に設置された電力蓄積装置の集電装置電流データを入力する地上電力蓄積装置データ入力手段と、電車の走行状態に応じて前記電力蓄積装置の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項５の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、地上に設置された電力蓄積装置の集電装置電流データを入力する地上電力蓄積装置データ入力手段と、電車の走行状態に応じて前記電力蓄積装置の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項６の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、地上の異なる場所に設置された複数の電力蓄積装置それぞれの集電装置電流データを入力する地上電力蓄積装置データ入力手段と、電車の走行状態に応じて前記電力蓄積装置それぞれの電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項７の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、地上に設置された電力蓄積装置の集電装置電流データを入力する地上電力蓄積装置データ入力手段と、電力蓄積装置を備えた電車の走行状態に応じて前記電力蓄積装置それぞれの電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項８の発明は、請求項１〜７の電車走行シミュレータにおいて、前記電力蓄積装置は蓄電素子で構成されたものであることを特徴とするものである。

請求項９の発明は、請求項１〜７の電車走行シミュレータにおいて、前記電力蓄積装置は蓄電素子と充放電装置で構成されたものであることを特徴とするものである。

請求項１０の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、燃料電池を備えた電車の走行状態に応じて当該燃料電池の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項１１の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、燃料電池を備えた電車の走行状態に応じて当該燃料電池の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項１２の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、他の燃料電池搭載車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、燃料電池を備えた電車の走行状態に応じて当該燃料電池の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項１３の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、地上に設置された燃料電池の集電装置電流データを入力する地上燃料電池データ入力手段と、電車の走行状態に応じて前記燃料電池の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項１４の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、地上の異なる場所に設置された複数の燃料電池それぞれの集電装置電流データを入力する地上燃料電池データ入力手段と、電車の走行状態に応じて前記燃料電池それぞれの電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項１５の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、電力蓄積装置と燃料電池とを備えた電車の走行状態に応じて当該電力蓄積装置と燃料電池の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項１６の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、電力蓄積装置と燃料電池とを備えた電車の走行状態に応じて当該電力蓄積装置と燃料電池の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項１７の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、他の電車に搭載された燃料電池及び電力蓄積装置の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、燃料電池と電力蓄積装置を備えた電車の走行状態に応じて前記電力蓄積装置それぞれの電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

請求項１８の発明の電車走行シミュレータは、演算に必要な諸データを入力する入力手段と、他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、地上に設置された電力蓄積装置の集電装置電流データを入力する地上電力蓄積装置電流データ入力手段と、地上に設置された燃料電池の集電装置電流データを入力する地上燃料電池電流データ入力手段と、電車の走行状態に応じて前記燃料電池及び電力蓄積装置それぞれの電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、演算結果を出力する出力手段とを備えたものである。

本発明によれば、電力蓄積装置又は燃料電池を車載し、あるいは地上に設置して電車走行システムに対して電車の走行を模擬し、その電力蓄積装置又は燃料電池の電力又はエネルギー量を計算することでこれらの評価や最適なシステム構成及び制御方式を立案できる電車走行シミュレータを提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。図１において、１はノッチ指令を入力設定するノッチ指令設定部、２は車両速度を演算する車両速度演算部、３は集電装置電圧を演算する集電装置電圧演算部、４はこれらからモータ牽引力を演算するモータ牽引力演算部、５はインバータ電圧を演算するインバータ電力演算部、６はインバータ電力と集電装置電圧から直流電流を演算する直流電流演算部、７は集電装置電流を演算する集電装置電流演算部、８は電力蓄積装置電流を演算する電力蓄積装置電流演算部、９は電力蓄積装置電力を演算する電力演算部、１０は電力蓄積装置エネルギーを演算するエネルギー量演算部、１１は勾配や曲線といったレール条件を設定するレール条件設定部、１２は車体重量や乗車率といった車体条件を設定する車体条件設定部、１３は変電所からの電圧変動を演算する演算部、１４は変電所電流を演算する変電所電流演算部、１５は変電所電圧を設定する変電所電圧設定部、１６は電力供給線インピーダンスを設定する電力供給線インピーダンス設定部である。

図２は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。図２において３１は電車、３２はインバータ、３３はモータ、３４は集電装置、３５は車輪、３６は運転台、３７は電力供給線、３８はレール、３９は変電所、４０は電力蓄積装置、４１はノッチ指令入力、４２は勾配や曲線といったレール条件入力、４３は抵抗等の電力供給線条件入力、４４は車体重量や乗車率といった車体条件入力、４５は供給電圧等の変電所条件入力、４６はインバータ電力演算出力、４７は電車速度演算出力、４８は集電装置電圧演算出力、４９は電車３１の位置演算出力、５０は電力蓄積装置４０の電力演算出力、５１は電力蓄積装置４０のエネルギー量演算出力である。

図２の画面例では、電車３１内にインバータ３２とモータ３３と集電装置３４と車輪３５と運転台３６と電力蓄積装置４０を備えている。電力蓄積装置４０が無ければ、従来の電車と同等な機器構成である。集電装置３４は電力供給線３７と接続し、電力供給線３７を介して変電所３９から電力の供給を受けることを表示している。

当該シミュレータでは、ノッチ指令入力４１からのノッチ情報を受け取り、インバータ３２を制御してモータ３３を駆動し、レール条件入力４２や電力供給線条件入力４３、車体条件入力４４、変電所条件入力４５といった演算に必要な諸情報を読み込み、インバータ電力、電車速度、位置、電力蓄積装置の電力及びエネルギー量、集電装置電圧を演算する。

演算した結果は必要に応じて図２の画面に表示出力し、また次の演算で必要となる結果は内部の記憶装置にその値を保持する。演算結果としては、インバータ電力演算出力４６、モータ３３の回転速度からギア比や車輪径を考慮して計算した電車速度演算出力４７、集電装置の電圧計算結果を出力する集電装置電圧演算出力４８、電車３１の速度を時間積分して求めた位置演算出力４９を表示出力する。ノッチ指令入力４１に基づく電車３１の走行状態に応じて電力蓄積装置４０の電力を時間積分して求めるエネルギー量を計算し、演算結果を電力演算出力５０及びエネルギー量演算出力５１に表示出力する。

図３に本実施の形態のフローチャートを示す。電車走行シミュレータは初期設定として現在の位置やモータ特性、また電力蓄積装置のエネルギー蓄積容量といった初期データを読み込む（ステップＳＱ１）。その後ノッチ指令を入力してから（ステップＳＱ２）、レール条件入力等のシミュレーションを実行する上で必要なデータを読み込み（ステップＳＱ３）、モータ電力や電車速度、また電力蓄積装置の電力やエネルギー量を計算する（ステップＳＱ４）。計算結果は演算結果出力から出力され（ステップＳＱ５）、シミュレータの終了指示がきていなければ、再びノッチ指令入力から各種の処理を繰り返す（ステップＳＱ６）。

本実施の形態によれば、電力蓄積装置４０の電力又はエネルギー量を演算することができ、電力蓄積装置４０の充放電動作のタイミングや、電車に適した電力蓄積装置４０の容量や重量を定量的に検討・評価できるようになる。

（第２の実施の形態）図４は本発明の第２の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図４に示す第２の実施の形態の電車走行シミュレータは、他の電車の集電装置電流を設定する他の電車の集電装置電流設定部１７を追加的に備え、これにて設定した他の電車の集電装置電流を変電所電流演算部１４に入力するようにしたことを特徴とし、その他の構成は図１と同様である。

図５は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、同じ電力供給線３７から給電を受ける電車３１が複数存在する場合を模擬するものであり、電車３１の走行ダイヤグラム等を考慮して複数の電車３１の走行状態を模擬することで電力供給線３７の電圧変化をより実際の電圧変動に近い形で模擬することを特徴とする。

本実施の形態によれば、周囲の電車走行状態を考慮して電力蓄積装置４０の電力又はエネルギー量を演算することができ、電力蓄積装置４０の充放電動作のタイミングや、電車３１に適した電力蓄積装置４０の容量や重量をより定量的に検討・評価できるようになる。

（第３の実施の形態）図６は本発明の第３の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図６の実施の形態は同じ線区を走行する他の電力蓄積装置搭載車の集電装置電流が設定できる他の電力蓄積装置搭載車の集電装置電流設定部１８を備え、変電所電流演算部１４にこの他の電力蓄積装置搭載車の集電装置設定電流を入力するようにしたことを特徴とし、その他の構成は図１と同様である。

図７は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、複数の電車３１が電力蓄積装置４０を搭載して同じ線区を走行する場合を模擬し、それぞれの電車３１で電力蓄積装置４０への充電又は放電が行われていることを模擬することを特徴とする。

本実施の形態によれば、将来発生するであろう電力蓄積装置４０を搭載する電車の複数台の電車走行状態を考慮して電力蓄積装置４０の電力又はエネルギー量を演算することができ、電力蓄積装置の充放電動作のタイミングや、電車３１に適した電力蓄積装置４０の容量や重量をより定量的に検討・評価できるようになる。

（第４の実施の形態）図８は本発明の第４の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態は、地上に電力蓄積装置が設置された電車走行システムに対する電車走行シミュレータであり、地上の電力蓄積装置の集電装置電流設定部１９を備えたことを特徴とする。

図９は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図９のシミュレータは地上設備として電力蓄積装置４０を地上に設置する場合のシステムを模擬する。この電力蓄積装置４０は、変電所３９の電気設備としての併設や駅への設置、また電圧変動抑制に対して効果がある変電所３９間に設置される。電車３１への搭載と比較して、地上設備の場合は電力蓄積装置４０に対する大きさや重量の制約が軽いことから、比較的大規模な電力蓄積装置４０のシステムを組むことが可能である。

本実施の形態によれば、電車３１の走行状態に応じた電力蓄積装置４０の電力又はエネルギー量を演算することができ、電力蓄積装置４０の充放電動作のタイミングや、地上設備に適した電力蓄積装置４０の容量や重量を定量的に検討・評価できるようになる。

（第５の実施の形態）図１０は本発明の第５の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６、図８と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、同じ線区を走行する他の電車が存在し、また地上設備として電力蓄積装置が設置されている場合を模擬するものとして、他の電車の集電装置電流設定部１７と地上の電力蓄積装置の集電装置電流設定部１９とを備えたことを特徴とする。

図１１は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７、図９と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図１１のシミュレータ画面例では、第４の実施の形態のように地上に電力蓄積装置４０が設置されている状況で、同じ電力供給線３７から給電を受ける電車３１が複数存在する場合を模擬している。複数の電車３１の走行状態を模擬することで電力供給線３７の電圧変化をより実際の電圧変動に近い形で模擬できるようになる。

本実施の形態によれば、電車３１の走行状態に応じた電力蓄積装置４０の電力又はエネルギー量を演算することができ、電力蓄積装置４０の充放電動作のタイミングや、地上設備に適した電力蓄積装置４０の容量や重量をより実際に近くまた定量的に検討・評価できるようになる。

（第６の実施の形態）図１２は本発明の第６の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６、図８、図１０と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、地上に電力蓄積装置が複数台設置され、また同じ線区を他の電車が走行する場合のシステムを模擬すべく、他の電車の集電装置電流設定部１７と共に、地上の電力蓄積装置の集電装置電流設定部１９、電力演算部９及びエネルギー量演算部１０のそれぞれを複数備えている。

図１３は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７、図９、図１１と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図１３のシミュレータ画面例は地上に設置された電力蓄積装置４０が複数ある場合を模擬する画面である。地上の複数の電力蓄積装置４０の電力、エネルギー量を複数の電車３１の走行状態も含めて模擬することで、地上に置かれた複数の電力蓄積装置４０で行われる充放電動作を電車の走行状態に応じて模擬できる。

本実施の形態によれば、地上に設置された複数の電力蓄積装置４０の電力又はエネルギー量を演算することができ、電力蓄積装置４０の充放電動作のタイミングや、地上設備に適した電力蓄積装置４０の容量や重量を定量的に検討・評価できるようになる。

（第７の実施の形態）図１４は本発明の第７の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６、図８、図１０、図１２と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、電車に電力蓄積装置を搭載すると共に、地上設備としても電力蓄積装置を設置したシステムを模擬すべく、地上の電力蓄積装置の集電装置電流設定部１９を備え、かつ電力蓄積装置搭載車における電力蓄積装置電流演算部８と電力演算部９、エネルギー量演算部１０を備えると共に、さらに地上設備の電力蓄積装置に対する電力演算部９、エネルギー量演算部１０を備えている。

図１５は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７、図９、図１１、図１３と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図１５のシミュレータ画面は電力蓄積装置４０を搭載した電車３１が地上に電力蓄積装置４０が設置された線区を走行する場合を模擬する。これにより、電車３１の走行状態に対する電車搭載の電力蓄積装置４０と地上設備である電力蓄積装置４０とのエネルギー分配等を演算することができる。

本実施の形態によれば、電車３１には当該電車を駆動する上で最小容量の電力蓄積装置４０を搭載し、下り勾配や高速走行線区では地上に大容量の電力蓄積装置４０を設置するといった電力蓄積装置４０の最適配置・最適容量を検討することができる。

（第８の実施の形態）図１６は本発明の第８の実施の形態の電力蓄積装置４０の構成を示す図である。図１６において５２は蓄電素子であり、蓄電素子５２を直列接続して電力蓄積装置４０を構成する。蓄電素子５２にはリチウムイオン電池やニッケル水素電池といった二次電池や、電気二重層キャパシタ等の大容量キャパシタが適用できる。電力蓄積装置４０は直流電圧と接続され、直流電圧が上昇すると電力蓄積装置４０に電力が流れ込み、直流電圧が減少すると電力蓄積装置４０から電力が放出される。直流電圧は通常、電車３１の減速で回生エネルギーにて上昇し、電車３１の加速で力行エネルギーによって減少する。電池の充放電動作は直流電圧の変動を妨げる方向で充放電を行うため、電車３１の力行と回生に合わせて充放電を行うことができる。

本実施の形態によれば、充放電装置を併用しなくても電車３１の動きで変動する電力供給線３７の電圧で電力蓄積装置４０は充放電動作を行い、電力蓄積装置４０の構成を簡単化することができる。

（第９の実施の形態）図１７は本発明の第９の実施の形態の電力蓄積装置４０の構成を示す図である。図１７において５３は充放電装置である。電力蓄積装置４０は直列に接続した蓄電素子５２と充放電装置５３を備え、蓄電素子５２の充放電動作を充放電装置５３で制御することを特徴とする。

本実施の形態によれば、電力蓄積装置４０の電力は充放電装置５３を制御することで自由に充電又は放電することができ、電力蓄積装置４０の利用形態が飛躍的に向上する。

（第１０の実施の形態）図１８は本発明の第１０の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、電車が燃料電池を搭載している電車走行システムを模擬するもので、燃料電池電流演算部２０を備え、また電力演算部９は燃料電池の電力を演算し、またエネルギー量演算部１０は燃料電池のエネルギー量を演算する構成である。

図１９は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７、図９、図１１、図１３、図１５と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図１９のシミュレータ画面において、５４は燃料電池、５５は燃料電池５４の電力演算出力、５６は燃料電池５４のエネルギー量演算出力である。燃料電池５４は水素と酸素の供給を受けて、電気を発電して水を出力する。本シミュレータは、この発電電力をノッチ指令入力４１や車体条件入力４４から演算し、演算結果を電力演算出力５５及びエネルギー量演算出力５６として表示する。

本実施の形態によれば、燃料電池５４の電力又はエネルギー量を演算することができ、燃料電池５４の充放電動作のタイミングや、電車３１に適した燃料電池５４の容量や重量を定量的に検討・評価できるようになる。

（第１１の実施の形態）図２０は本発明の第１１の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４、図１８と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、電力蓄積装置搭載車に対する第３の実施の形態のシミュレータに対して、燃料電池搭載車の車載燃料電池の電力、エネルギー量を模擬することを特徴とし、燃料電池電流演算部２０と共に、他の電車の集電装置電流設定部１７を備えている。

図２１は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７、図９、図１１、図１３、図１５、図１９と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図２１のシミュレータ画面は、燃料電池５４を搭載した電車３１に対して他の電車３１が同一給電線区にいる場合を模擬している。燃料電池５４を搭載した電車３１に対して他の電車３１が同一給電線区に存在することで、燃料電池５４を搭載した電車３１の電力給電線電圧は実際の電圧変動に近い動きとなる。

本実施の形態によれば、燃料電池５４を搭載した電車に対して同一給電線区の電車の動きを考慮したシミュレータを構築することができる。

（第１２の実施の形態）図２２は本発明の第１２の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４、図１８、図２０と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、複数の燃料電池搭載車が同じ線区を走行するシステムを模擬するもので、他の燃料電池搭載車の集電装置電流設定部２３を備えている。

図２３は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７、図９、図１１、図１３、図１５、図１９、図２１と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図２３のシミュレータ画面は、複数の電車が燃料電池５４を搭載し、それぞれの燃料電池５４が各々の電車３１の走行状態に合わせて発電を行うシステムを模擬している。

本実施の形態によれば、燃料電池搭載電車３１が他の燃料電池搭載電車３１に及ぼす影響や、他の燃料電池５４も考慮した最適な燃料電池制御方式等を検討することができる。

（第１３の実施の形態）図２４は本発明の第１３の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４、図１８、図２０、図２２と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、地上設備として燃料電池を設置したシステムを模擬するために、地上の値根の集電装置電流設定部２１を備えたことを特徴とする。

図２５は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７、図９、図１１、図１３、図１５、図１９、図２１、図２３と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図２５のシミュレータ画面は、燃料電池５４を地上設備として設置し、この燃料電池５４を地上設備として利用するシステムによる模擬画面である。地上設備として燃料電池を設置する場合、燃料電池に対する燃料の供給が簡単となり、容量や重量の制約がないことから大きな装置でも導入することが可能となる。

本実施の形態によれば、燃料電池５４を地上に設置した場合の発電電力やエネルギー量を計算することができ、燃料電池システムの最適容量や定量的な導入効果を算出することができる。

（第１４の実施の形態）図２６は本発明の第１４の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４、図１８、図２０、図２２、図２４と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、同じ区間を他の電車が走行し、また地上設備として複数の燃料電池が設置されているシステムを模擬するもので、他の電車の集電装置電流設定部１７と共に、複数の地上の燃料電池の集電装置電流設定部２１を備え、また地上設備としての燃料電池各々に対する電力演算部９、エネルギー量演算部１０を備えている。

図２７は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７、図９、図１１、図１３、図１５、図１９、図２１、図２３、図２５と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図２７のシミュレータ画面は、地上の異なる場所に複数の燃料電池５４を設置し、複数の電車の走行状態を考慮して複数の燃料電池５４それぞれの発電電力及びエネルギー量を演算するシステムを模擬する画面である。

本実施の形態によれば、複数の燃料電池５４の設置ポイントや最適な容量等を検討することができる。

（第１５の実施の形態）図２８は本発明の第１５の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４、図１８、図２０、図２２、図２４、図２６と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、電車が集電装置を有さず、電力蓄積装置と燃料電池とを共に搭載するシステムを模擬するもので、電力蓄積装置電流演算部８と燃料電池電流演算部２０を共に備えている。

図２９は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７、図９、図１１、図１３、図１５、図１９、図２１、図２３、図２５、図２７と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図２９のシミュレータ画面は電車３１に電力蓄積装置４０と燃料電池５４を搭載し、電車３１の走行状態に応じて電力蓄積装置４０の発電電力及びエネルギー量と燃料電池５４の電力及びエネルギー量を演算するシステムによる模擬画面である。

本実施の形態によれば、電車３１に搭載する電力蓄積装置４０及び燃料電池５４の動作タイミングや最適容量を検討することができる。

（第１６の実施の形態）図３０は本発明の第１６の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４、図１８、図２０、図２２、図２４、図２６、図２８と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、電車が電力蓄積装置と燃料電池を共に搭載し、また同じ線区を他の電車が走行するシステムを模擬するもので、図２８に対して集電装置電流演算部７と他の電車の集電装置電流設定部１７を追加的に備えている。

図３１は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７、図９、図１１、図１３、図１５、図１９、図２１、図２３、図２５、図２７、図２９と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図３１のシミュレータ画面は、電車３１に電力蓄積装置４０と燃料電池５４を搭載し、同一線区を走行する他の電車３１の走行状態も含めて電力又はエネルギー量を計算するシステムによる模擬画面である。

本実施の形態によれば、電車３１に搭載した電力蓄積装置４０と燃料電池５４の動作や容量を他の電車の走行状態を含めて検討することが可能となり、より詳細な電力蓄積装置４０と燃料電池５４の検討が可能になる。

（第１７の実施の形態）図３２は本発明の第１７の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４、図１８、図２０、図２２、図２４、図２６、図２８、図３０と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、電力蓄積装置４０と燃料電池５４を搭載した電車３１が複数台同じ線区を走行するシステムを模擬するもので、他の燃料電池及び電力蓄積装置搭載車の集電装置電流設定部２２を備えている。

図３３は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７、図９、図１１、図１３、図１５、図１９、図２１、図２３、図２５、図２７、図２９、図３１と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図３３のシミュレータ画面は、電力蓄積装置４０と燃料電池５４を搭載した電車３１を複数台用意し、それぞれの電車３１が走行した場合の電力やエネルギー量を演算するシステムによる模擬画面である。

本実施の形態によれば、電力蓄積装置４０と燃料電池５４を搭載した電車３１がそれぞれ及ぼす影響を定量的に検討することができる。

（第１８の実施の形態）図３４は本発明の第１８の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示すブロック図である。尚、図１、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１４、図１８、図２０、図２２、図２４、図２６、図２８、図３０、図３２と同一の要素には同一の符号を用いて示している。本実施の形態のシミュレータは、地上設備として電力蓄積装置と燃料電池が設置されている線区を複数の電車が走行するシステムを模擬するもので、他の電車の集電装置電流設定部１７と共に、地上の電力蓄積装置の集電装置電流設定部１９と地上の燃料電池の集電装置電流設定部２１を備え、またこれらの電力、エネルギー量を演算する電力演算部９とエネルギー量演算部１０をそれぞれ備えている。

図３５は本実施の形態の入出力の画面例を示す図である。尚、図２、図５、図７、図９、図１１、図１３、図１５、図１９、図２１、図２３、図２５、図２７、図２９、図３１、図３３と同一の要素には同一の符号を用いて示している。図３５のシミュレータ画面は、地上に電力蓄積装置４０と燃料電池５４を設置し、電車３１の走行状態に応じて電力蓄積装置４０と燃料電池５４の電力及びエネルギー量を演算するシステムによる模擬画面である。

本実施の形態によれば、電車３１の走行状態にあわせて地上に設置した電力蓄積装置４０及び燃料電池５４の電力やエネルギー量を計算することができ、電力蓄積装置４０及び燃料電池５４を定量的に評価することができる。

尚、すべての実施の形態において、電車動作シミュレータの条件入力として、上述の条件以外にも気象条件や周囲温度、風速、また電力蓄積装置や燃料電池の劣化条件等を入力することで、より詳細な電車走行シミュレータを構築することができる。

本発明の第１の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第１の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第１の実施の形態の電車走行シミュレータが実行する演算処理のフローチャート。 本発明の第２の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第２の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第３の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第３の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第４の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第４の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第５の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第５の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第６の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第６の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第７の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第７の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第８の実施の形態の電車走行シミュレータにおける電力蓄積装置のブロック図。 本発明の第９の実施の形態の電車走行シミュレータにおける電力蓄積装置のブロック図。 本発明の第１０の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第１０の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第１１の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第１１の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第１２の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第１２の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第１３の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第１３の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第１４の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第１４の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第１５の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第１５の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第１６の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第１６の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第１７の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第１７の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図。 本発明の第１８の実施の形態の電車走行シミュレータの構成を示す図。 本発明の第１８の実施の形態の電車走行シミュレータによるシミュレータ画面の説明図

符号の説明

１ ノッチ指令設定部
２ 車両速度演算部
３ 集電装置電圧演算部
４ モータ牽引力演算部
５ インバータ電力演算部
６ 直流電流演算部
７ 集電装置電流演算部
８ 電力蓄積装置電流演算部
９ 電力演算部
１０ エネルギー量演算部
１１ レール条件設定部
１２ 車体条件設定部
１３ 変電所からの電圧変動演算部
１４ 変電所電流演算部
１５ 変電所電圧設定部
１６ 電力供給線インピーダンス設定部
１７ 他の電車の集電装置電流設定部
１８ 他の電力蓄積装置搭載車の集電装置電流設定部
１９ 地上の電力蓄積装置の集電装置電流設定部
２０ 燃料電池電流演算部
２１ 地上の燃料電池の集電装置電流設定部
２２ 他の燃料電池及び電力蓄積装置搭載車の集電装置電流設定部
２３ 他の燃料電池搭載車の集電装置電流設定部
３１ 電車
３２ インバータ
３３ モータ
３４ 集電装置
３５ 車輪
３６ 運転台
３７ 電力供給線
３８ レール
３９ 変電所
４０ 電力蓄積装置
４１ ノッチ指令入力
４２ レール条件入力
４３ 電力供給線条件入力
４４ 車体条件入力
４５ 変電所条件入力
４６ インバータ電力演算出力
４７ 電車速度演算出力
４８ 集電装置電圧演算出力
４９ 位置演算出力
５０ 電力演算出力
５１ エネルギー量演算出力
５２ 蓄電素子
５３ 充放電装置
５４ 燃料電池
５５ 電力演算出力
５６ エネルギー量演算出力

Claims (18)

1. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
   電力蓄積装置を備えた電車の走行状態に応じて当該電力蓄積装置の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
   演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
2. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
   他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、
   電力蓄積装置を備えた電車の走行状態に応じて当該電力蓄積装置の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
   演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
3. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
   他の電力蓄積装置搭載車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、
   電力蓄積装置を備えた電車の走行状態に応じて当該電力蓄積装置の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
   演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
4. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
   地上に設置された電力蓄積装置の集電装置電流データを入力する地上電力蓄積装置データ入力手段と、
   電車の走行状態に応じて前記電力蓄積装置の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
   演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
5. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
   他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、
   地上に設置された電力蓄積装置の集電装置電流データを入力する地上電力蓄積装置データ入力手段と、
   電車の走行状態に応じて前記電力蓄積装置の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
   演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
6. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
   他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、
   地上の異なる場所に設置された複数の電力蓄積装置それぞれの集電装置電流データを入力する地上電力蓄積装置データ入力手段と、
   電車の走行状態に応じて前記電力蓄積装置それぞれの電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
   演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
7. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
   地上に設置された電力蓄積装置の集電装置電流データを入力する地上電力蓄積装置データ入力手段と、
   電力蓄積装置を備えた電車の走行状態に応じて前記電力蓄積装置それぞれの電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
   演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
8. 前記電力蓄積装置は蓄電素子で構成されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電車走行シミュレータ。
9. 前記電力蓄積装置は蓄電素子と充放電装置で構成されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電車走行シミュレータ。
10. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
    燃料電池を備えた電車の走行状態に応じて当該燃料電池の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
    演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
11. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
    他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、
    燃料電池を備えた電車の走行状態に応じて当該燃料電池の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
    演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
12. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
    他の燃料電池搭載車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、
    燃料電池を備えた電車の走行状態に応じて当該燃料電池の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
    演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
13. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
    地上に設置された燃料電池の集電装置電流データを入力する地上燃料電池データ入力手段と、
    電車の走行状態に応じて前記燃料電池の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
    演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
14. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
    他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、
    地上の異なる場所に設置された複数の燃料電池それぞれの集電装置電流データを入力する地上燃料電池データ入力手段と、
    電車の走行状態に応じて前記燃料電池それぞれの電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
    演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
15. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
    電力蓄積装置と燃料電池とを備えた電車の走行状態に応じて当該電力蓄積装置と燃料電池の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
    演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
16. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
    他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、
    電力蓄積装置と燃料電池とを備えた電車の走行状態に応じて当該電力蓄積装置と燃料電池の電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
    演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
17. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
    他の電車に搭載された燃料電池及び電力蓄積装置の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、
    燃料電池と電力蓄積装置を備えた電車の走行状態に応じて前記電力蓄積装置それぞれの電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
    演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
18. 演算に必要な諸データを入力する入力手段と、
    他の電車の集電装置電流データを入力する他電車電流データ入力手段と、
    地上に設置された電力蓄積装置の集電装置電流データを入力する地上電力蓄積装置電流データ入力手段と、
    地上に設置された燃料電池の集電装置電流データを入力する地上燃料電池電流データ入力手段と、
    電車の走行状態に応じて前記燃料電池及び電力蓄積装置それぞれの電力又はエネルギー量を計算する演算手段と、
    演算結果を出力する出力手段とを備えた電車走行シミュレータ。
    
    

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