JP4907262B2 - 電気車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気車両の制御装置に係り、特に、発電手段と電力蓄積手段を設備し、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。

近年、鉄道車両において、蓄電技術を活用した省エネルギ化を推進する動きが活発となってきている。この具体的な例として、従来のディーゼルエンジンのみで駆動する気動車については、駆動系を電車と同様にインバータによるモータ制御とし、エンジン発電および蓄電装置により電力を供給するハイブリッド気動車の開発が行われた。ハイブリッド気動車は、駆動系の電気化と蓄電装置の搭載により、従来の気動車では不可能だった回生エネルギの再利用が可能となり、省エネ化を実現できる。また、架線で電力を供給する電車においても、車上に蓄電装置を搭載し、発電ブレーキ時に力行車両が同一セクション内に存在しない場合でも、回生エネルギを蓄電装置で吸収して回生失効を防止すると共に、蓄電エネルギを力行時に再利用することで省エネ化を図るものである。

ハイブリッド気動車については、エンジンにより駆動される発電設備に電力蓄積設備を併用し、また、燃料電池に電力蓄積装置を併用し、メンテナンスに要する人的パワー・コストを抑制すると共に、地球環境にやさしい電気車両の制御装置を提供することを目的としたシステム構成が、提案されている（例えば特許文献１参照）。

図７に、前記特許文献１に提案された鉄道車両用ハイブリッドシステムの基本構成を示す。エンジン１１は、制御装置５１の指令Ｓｅに基づいた軸トルクを出力する。誘導発電機１２は、エンジン１１の軸トルクを入力としてこれを３相交流電力に変換して出力する。コンバータ装置１３は、誘導発電機１２から出力される３相交流電力を入力としてこれを直流電力に変換して出力する。ここで、コンバータ装置１３は、制御装置５１からの指令Ｓｃに基づいた直流電圧となるように電圧制御する。インバータ装置２１は、コンバータ装置１３から出力される直流電力を入力として、これを３相交流電力に変換して出力する。誘導電動機２２は、インバータ装置２１が出力する３相交流電力を入力として、これを軸トルクに変換して出力する。ここで、インバータ装置２１は、誘導電動機２２の出力トルクが制御装置５１からの指令Ｓｉに基づいたトルクを出力するように、インバータ装置２１の出力電圧および交流電流周波数を可変制御する。減速器２３は誘導電動機２２の軸トルク出力を回転数の減速により増幅して出力し、輪軸２４を駆動して電気車を加減速する。

制御装置５１は、蓄電装置３０の内部状態信号Ｓｐ１を入力として、エンジン１１に運転指令Ｓｅ、コンバータ装置１３に運転指令Ｓｃ、インバータ装置２１に運転指令Ｓｉ、遮断器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに動作指令Ｓｂ、蓄電装置３０内に配置する充放電制御装置への動作指令Ｓｐ２を出力し、２次電池蓄電量を一定範囲内とするようにこれらの機器の総合的な動作状態を制御する。

サービス電源用インバータ装置４１は、コンバータ装置１３とインバータ装置２１間の直流電力を入力としてこれを３相交流電力に変換して出力する。さらにサービス電源用変圧器４２により電気車の照明や空調機などに供給するサービス電源電圧に調整して各サービス機器に供給する。

遮断器１４ａは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部のうちコンバータ装置１３の出力端子の直近に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３からインバータ装置２１、蓄電装置３０に供給する電力を遮断する。遮断器１４ｂは、コンバータ装置１３、インバータ装置２１の間の直流電力部とサービス電源用インバータ装置４１の間に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３、インバータ装置２１からサービス電源用インバータ装置４１に供給する電力を遮断する。遮断器１４ｃは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部と蓄電装置３０の入出力端子の間に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３とインバータ装置２１間の直流電力部から蓄電装置３０に供給する電力を遮断する。遮断器１４ｄは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部のうちインバータ装置２１の入力端子の直近に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３および／または蓄電装置３０からインバータ装置２１に供給する電力を遮断する。
特開２００４−２８２８５９号公報

特許文献１に提案されている方式では、蓄電装置３０の制御は、制御装置５１によるシステムの内部情報のみに基づいて行われている。

実際の鉄道車両の走行では、路線の勾配状況など、車両に作用する負荷は常に変化する。蓄電エネルギにより車両を駆動する場合、蓄電量の増減は車両に作用する負荷により大きく変化する。蓄電装置の制御を、システムの内部情報のみで行う場合、車両に作用する負荷に応じた蓄電量管理ができないため、勾配等の状況により、加速時に所定の加速性能を確保すること、また減速時に有効に回生エネルギを吸収することが困難になる。

本発明の課題は、蓄電装置のエネルギ管理を、路線の勾配状況などの車両に作用する負荷を考慮して行うことにより、勾配など車両に作用する負荷が変化した場合でも、車両の所定の加速性能を確保し、また減速時に有効に回生エネルギを吸収できる電気車両の制御装置を提供することである。

走行位置と勾配量を対応させるデータベースを備え、電動機の基準回転速度（電動機の現実の回転速度）を積算することにより車両の走行位置を算出し、走行位置に応じた前方の勾配量を算出する。この勾配量に適切な蓄電量管理基準を選択し蓄電装置の蓄電量を、前記勾配量に適切な蓄電量管理基準と、前記電動機の基準回転速度に基づいて管理する。

本発明は、エンジンにより駆動される発電手段が発生する交流電力を直流電力に変換するコンバータ手段を有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、これらの各手段を制御する第１の制御手段と、鉄道車両を駆動する電動機を備えた電気車両の制御装置において、前記電動機の回転速度を検出する手段と、前記電動機の回転速度から車両の速度を演算する速度演算部と、前記速度演算部の出力を用いて車両の走行位置を演算する走行位置演算部と、前記車両の走行位置より前方の勾配を平均値演算して算出される平均前方勾配を演算する前方勾配演算部と、前記前方勾配演算部が演算した平均前方勾配をもとに、前記電力蓄電手段における蓄電量と走行速度の関係を規定する蓄電量管理基準パターンを出力するパターン制御部とを備え、前記パターン制御部から出力される前記蓄電量管理基準パターンに従って、第１の制御手段によりエンジンおよびコンバータ装置ならびにインバータ装置を制御するようにした。
また、前記パターン制御部は、前記電力蓄電手段における蓄電量と走行速度の関係を、勾配条件に対応して規定した減速時の放電余力限界パターンと加速時の放電余力限界パターンをそれぞれ複数個有し、平均前方勾配を前記勾配条件として放電余力限界パターンと充電余力限界パターンを選択して出力するようにしてもよい。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明していく。図１は、本発明の電気車両の制御装置における一実施形態の基本構成を示す図である。本発明に係る電気車両の制御装置は、エンジン１１と、誘導発電機１２と、コンバータ装置１３と、インバータ装置２１と、誘導電動機２２と、減速器２３と、輪軸２４と、蓄電装置３０と、第1の制御装置５１と、サービス電源用インバータ装置４１と、変圧器４２と、遮断器１４ａ〜１４ｄを有して構成される。本発明においては、さらに、誘導電動機２２の回転速度を検出する回転速度検出器６１および速度演算部６２と、走行位置演算部５２および前方勾配演算部５３およびパターン選択部５４ならびに前記第1の制御装置５１からなるシステム統括装置５０とを有することを特徴とする。走行位置演算部５２および前方勾配演算部５３およびパターン選択部５４とで、第2の制御装置を構成する。

エンジン１１は、制御装置５１の指令Ｓｅに基づいた軸トルクを出力する。誘導発電機１２は、エンジン１１の軸トルクを入力としてこれを３相交流電力に変換して出力する。コンバータ装置１３は、誘導発電機１２から出力される３相交流電力を入力としてこれを直流電力に変換して出力する。ここで、コンバータ装置１３は、制御装置５１からの指令Ｓｃに基づいた直流電圧となるように電圧制御する。

インバータ装置２１は、コンバータ装置１３から出力される直流電力を入力としてこれを３相交流電力に変換して出力する。誘導電動機２２は、インバータ装置２１が出力する３相交流電力を入力としてこれを軸トルクに変換して出力する。ここで、インバータ装置２１は、誘導電動機２２の出力トルクが制御装置５１からの指令Ｓｉに基づいたトルクを出力するように、後述の基準回転速度信号Ｆｒを参照し、インバータ装置２１の出力電圧および交流電流周波数を可変制御する。減速器２３は、誘導電動機２２の軸トルク出力を回転数の減速により増幅して出力し、輪軸２４を駆動して電気車を加減速する。

制御装置５１は、蓄電装置３０の内部状態信号Ｓｐ１を入力として、エンジン１１に運転指令Ｓｅ、コンバータ装置１３に運転指令Ｓｃ、インバータ装置２１に運転指令Ｓｉ、遮断器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに動作指令Ｓｂ、蓄電装置３０内に配置する充放電制御装置への動作指令Ｓｐ２を出力し、２次電池蓄電量を一定範囲内とするようにこれらの機器の総合的な動作状態を制御する。

サービス電源用インバータ装置４１は、コンバータ装置１３とインバータ装置２１間の直流電力を入力としてこれを３相交流電力に変換して出力する。さらにサービス電源用変圧器４２により電気車の照明や空調機などに供給するサービス電源電圧に調整して各サービス機器に供給する。

遮断器１４ａは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部のうちコンバータ装置１３の出力端子の直近に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３からインバータ装置２１および／または蓄電装置３０に供給する電力を遮断する。遮断器１４ｂは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部とサービス電源用インバータ装置４１の間に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３および／またはインバータ装置２１からサービス電源用インバータ装置４１に供給する電力を遮断する。遮断器１４ｃは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部と蓄電装置３０の入出力端子の間に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３とインバータ装置２１間の直流電力部から蓄電装置３０に供給する電力を遮断する。また、遮断器１４ｃは、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいて蓄電装置３０からインバータ装置２１へ供給する電力を遮断する。遮断器１４ｄは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部のうちインバータ装置２１の入力端子の直近に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３および／または蓄電装置３０からインバータ装置２１に供給する電力を遮断する。

回転速度検出器６１は、誘導電動機２２の回転速度を検出し、速度演算部６２において基準回転速度信号Ｆｒに変換する。

走行位置演算部５２は、基準回転速度信号Ｆｒを入力とし、これを積算処理した走行距離と、図示していない駅キロ程データベースを参照して駅到着を認識し、各駅キロ程を基準とした走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈを算出する。

前方勾配演算部５３は、走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈを入力とし、所定距離間隔毎の勾配量である平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈを、図示していない勾配データベースを参照して算出する。

パターン選択部５４は、平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈと基準回転速度信号Ｆｒを入力とし、平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈをもとに、図示していない蓄電量管理基準パターンデータベースに予め用意する複数の管理パターンのうち、適切な回生電力の吸収を可能とする充電余力限界パターンＣｈｇ＿ｐａｔ、放電余力限界パターンＤｃｈ＿ｐａｔを選択する。

この構成により、以下の動作を実現できる。電気車を加速するときは、インバータ装置２１の入力電力をコンバータ装置１３が出力する直流電力と蓄電装置３０が出力する直流電力で負担する。すなわち、誘導電動機２２の軸トルク出力を得るために必要なインバータ装置２１の入力電力をコンバータ装置１３が出力する直流電力だけで負担できない場合には、蓄電装置３０が出力する直流電力で補足する。

また、蓄電装置３０の蓄電量は、前方勾配演算部５３により演算される平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈに関して最適とする放電余力限界パターンＤｃｈ＿ｐａｔをパターン選択部５４にて選択し、蓄電装置３０の蓄電量が放電余力限界パターンＤｃｈ＿ｐａｔを下回らないように制御装置５１を介してエンジン１１およびコンバータ装置１３の出力、またはインバータ装置２１の出力を制御する。これにより、蓄電装置の過放電状態を防止し、適切な蓄電量を維持できる。

同様に、誘導電動機２２の軸トルク出力を得るために必要なインバータ装置２１の入力電力を蓄電装置３０が出力する直流電力だけで負担できない場合には、コンバータ装置１３が出力する直流電力で補足することできる。また、誘導電動機２２で必要な出力軸トルクを得るために必要なインバータ装置２１の入力電力に対してコンバータ装置１３が出力する直流電力が過剰な場合には、蓄電装置３０により余剰な電力を吸収する。特に、この構成によると、コンバータ装置１３または蓄電装置３０の一方から電力を得られない場合でも他方から電力を得ることができ、次駅まで退避する等の必要最小限の運転を継続できる。

一方、電気車を減速するときは、誘導電動機２２がブレーキトルクを出力するようにインバータ装置２１を回生動作させ、インバータ装置２１が出力する回生電力を蓄電装置３０で吸収する。減速時に蓄電装置３０で吸収した電力は、前述の電気車を加速するときに優先的に活用することにより、電気車の運転に必要なエネルギを有効活用できる。

また、蓄電装置３０の蓄電量は、前方勾配演算部５３によりされる前方平均勾配Ｉｎｃ＿ｈに関して最適とする充電余力限界パターンＣｈｇ＿ｐａｔをパターン選択部５４にて選択し、蓄電装置３０の蓄電量が充電余力限界パターンＣｈｇ＿ｐａｔを下回らないように制御装置５１を介してインバータ装置２１の回生電力を制御する。これにより、蓄電装置の過充電状態を防止し、適切な蓄電量を維持できる。

エンジン１１およびコンバータ装置１３が故障等により動作しない間は、遮断器１４ａのオフによりコンバータ装置１３への電力供給を遮断して機器の安全性を確保する。また、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部の電圧が過大になったとき、遮断器１４ａのオフによりコンバータ装置１３への電力供給を遮断してコンバータ装置１３の故障を防止する。

直流電力部の電圧がサービス電源用インバータ装置４１の入力許容電圧を超過したとき、遮断器１４ｂのオフによりコンバータ装置１３および／またはインバータ装置２１からサービス電源用インバータ装置４１に供給する電力を遮断して電源用インバータ装置４１の故障を防止する。

蓄電装置３０の蓄電許容量が超過したとき、あるいは、直流電力部との入出力電流が蓄電装置３０の入出力許容電流値を超過したとき、遮断器１４ｃのオフによりコンバータ装置１３とインバータ装置２１間の直流電力部から蓄電装置３０に供給する電力を遮断して蓄電装置３０の故障を防止する。

インバータ装置２１が故障等により動作しない間は、遮断器１４ｄのオフによりインバータ装置２１への電力供給を遮断して誤動作を防止する。また、コンバータ装置１３および／または蓄電装置３０からインバータ装置２１への供給電力が過大になったとき、遮断器１４ｄのオフによりインバータ装置２１への電力供給を遮断して故障を防止する。

図２は、本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における走行位置演算部５２の構成を示す図である。走行位置演算部５２は、積分器５２１と、駅番号カウンタ５２２と、繰り上げ駅数５２３と、第１の加算器５２４−１と、駅キロ程データベース５２５と、駅判定最大値５２６と、第２の加算器５２４−２と、駅判定最小値５２７と、駅到着判定部５２８と、減算器５２９とを有している。

積分器５２１は、基準回転速度信号Ｆｒを積算して走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈを算出する。ここで、積分器５２１は駅到着フラグＦｌｇ＿ａｒｒにより、出発駅キロ程Ｄｉｓ＿ｄｅｐを初期値設定する機能を設ける。

出発駅キロ程Ｄｉｓ＿ｄｅｐは、駅番号カウンタ５２２の出力する出発駅番号Ｎｕｍ＿ｄｅｐをもとに、駅キロ程データベース５２５を参照することにより算出する。また、出発駅番号Ｎｕｍ＿ｄｅｐに第１の加算器５２４−１により繰り上げ駅数Ｎｕｍ＿ｓｔｎを加算した到着駅番号Ｎｕｍ＿ａｒｒをもとに、駅キロ程データベース５２５を参照することにより、到着駅キロ程Ｄｉｓ＿ａｒｒを算出する。繰り上げ駅数Ｎｕｍ＿ｓｔｎには通常、「１」とすればよい。

駅範囲最小値Ｓｐｃ＿ｍｉｎは、減算器５２９で到着駅キロ程Ｄｉｓ＿ａｒｒから駅判定距離最小値５２７を減算することにより算出する。駅範囲最大値Ｓｐｃ＿ｍａｘは、第２の加算器５２４−２で駅到着キロ程Ｄｉｓ＿ａｒｒから駅判定距離最大値５２６を加算することにより算出する。ここで、駅判定距離最大値５２６および駅判定距離最小値５２７は、駅ホーム中心（駅位置キロ程）からホーム両端までの距離を想定して１００〜２００ｍの範囲で設定する。

駅到着判定部５２８では、基準回転速度信号Ｆｒ、駅範囲最小値Ｓｐｃ＿ｍｉｎ、駅範囲最大値Ｓｐｃ＿ｍａｘおよび走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈを入力とし、走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈが、駅範囲最小値Ｓｐｃ＿ｍｉｎと駅範囲最大値Ｓｐｃ＿ｍａｘの範囲内にある状態で、基準回転速度信号Ｆｒが零、あるいは零近傍の所定値以下となったときに、駅到着判定フラグＦｌｇ＿ａｒｒを出力する。

この構成により、以下の動作を実現する。走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈは、基準回転速度信号Ｆｒを積分器５２１で積算することで得られるが、駅に到着した時点で、駅キロ程データベース５２５の駅位置キロ程データを初期値として、積分器をリセットする。これにより、精度よい走行位置キロ程の演算を可能とする。

図３は、本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における平均前方勾配演算部５３の構成を示す図である。平均前方勾配演算部５３は、データ間隔５３１と、複数の加算器５３２と、勾配データベース５３３と、勾配データ数５３４と、乗・除算器５３５とを有している。

前方位置データＸ００は、平均前方勾配算出の基点として、走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈをそのまま設定する。

前方位置データＸ０１は、加算器５２４において前方位置データＸ００とデータ間隔２８を加算することにより算出する。同じく。前方位置データＸ０２は、加算器５２４において前方位置データＸ０１とデータ間隔２８を加算することにより算出する。以下、同様に前方位置データＸ３０まで算出する。この例では、前方位置データ数はＸ００〜Ｘ３０までの３１点としたが、これは算出する前方位置データ数を限定するものではない。前方位置データ数は平均前方勾配を求める距離およびその間隔により総合的に決定する。鉄道車両では、制動距離は６００ｍ以内であること、また台車間距離（約１０ｍ）の２倍以下の距離間隔の勾配変化は、車両側から見たとき判別できないことから、前方位置データ数を６００ｍ／２０ｍ＋１＝３１としたものである。

前方位置データＸ００〜Ｘ３０をもとに、勾配データベース２９を参照することで、前方勾配データＩｎｃ００〜Ｉｎｃ３０を算出する。平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈは、加算器５２４で前方勾配データＩｎｃ００〜Ｉｎｃ３０を全加算し、さらに乗・除算器３１で全加算した前方勾配データＩｎｃ＿ｓｕｍに対して、勾配データ数３０を除算することで算出する。

この構成により、以下の動作を実現する。平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈは、走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈをベースに算出する前方位置データＸ００〜Ｘ３０に対応する前方勾配データＩｎｃ００〜Ｉｎｃ３０をもろに、これを平均化することで求められる。これにより、前方６００ｍまでの起伏状態を含めた線路状態を考慮した平均前方勾配の様子を把握できる。

図４は、本発明の電気車両の制御装置の一実施形態におけるパターン選択部５４の構成を示す図である。パターン選択部５４は、蓄電量管理基準データベース５４１と、最適パターン判断部５４２と、第１の選択器５４３ａと、第２の選択器５４３ｂとを有している。

蓄電量管理基準データベース５４１は、走行速度と蓄電量の関係を記述した管理基準データである管理パターン（０）から管理パターン（ｎ）までの、複数の蓄電量管理データを備える。任意の管理基準データ（ｎ）は、基準回転速度信号Ｆｒを入力として、充電管理基準Ｃｈｇ＿ｂａｓｅ（ｎ）、放電管理基準Ｄｃｈ＿ｂａｓｅ（ｎ）を出力する。それぞれｎ＋１通りの充電管理基準Ｃｈｇ＿ｂａｓｅ（ｎ）、放電管理基準Ｄｃｈ＿ｂａｓｅ（ｎ）については、走行する区間の勾配量の大きさに対応して決定する。すなわち、ｎ＋１通りの異なる勾配量をもつ区間を想定し、それぞれの区間を走行した際の蓄電量の動きを予め算出しておくことにより充電管理基準Ｃｈｇ＿ｂａｓｅ（ｎ）、放電管理基準Ｄｃｈ＿ｂａｓｅ（ｎ）を設定する。

最適パターン判断部５４２は、平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈを入力とし、その大きさに応じてパターン選択信号Ｓｅｌ＿ｐａｔを出力する。第１の選択器５４３ａはパターン選択信号Ｓｅｌ＿ｐａｔを入力とし、蓄電量管理基準データベース５４１が出力する充電管理基準Ｃｈｇ＿ｂａｓｅ（ｎ）の内、パターン選択信号Ｓｅｌ＿ｐａｔに対応したひとつを選択し、充電余力限界パターンＣｈｇ＿ｐａｔを出力する。また、第２の選択器５４３ｂはパターン選択信号Ｓｅｌ＿ｐａｔを入力とし、蓄電量管理基準データベース５４１が出力する放電管理基準Ｄｃｈ＿ｂａｓｅ（ｎ）の内、パターン選択信号Ｓｅｌ＿ｐａｔに対応したひとつを選択し、充電余力限界パターンＤｃｈ＿ｐａｔを出力する。

充電余力限界パターンＣｈｇ＿ｐａｔおよび放電余力限界パターンＤｉｓ＿ｐａｔは、平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈを基に、最適な複数の蓄電量管理基準データベースのパターンの中から選択する。これにより、蓄電装置の過充電、過放電を防止できる。

図５は、本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における前方平均勾配の算出を示す図である。車両の走行位置キロ程を前方位置データＸ００として、これを基点として２０ｍ毎にＸ０２、Ｘ０３・・・と前方位置データを順次算出し、前方位置データＸ３０まで算出する。ここで、前方位置データ数はＸ００〜Ｘ３０までの３１点としたが、これは算出する前方位置データ数を限定するものではない。前方位置データ数は平均前方勾配を求める距離およびその間隔により総合的に決定する。鉄道車両では、制動距離は６００ｍ以内であること、また台車間距離（約１０ｍ）の２倍以下の距離間隔の勾配変化は、車両側から見たとき判別できないことから、前方位置データ数を６００ｍ／２０ｍ＋１＝３１としたものである。

前方位置データＸ００〜Ｘ３０をもとに、図示していない勾配データベース２９を参照することで、前方勾配データＩｎｃ００〜Ｉｎｃ３０を算出する。前方平均勾配Ｉｎｃ＿ｈは、前方勾配データＩｎｃ００〜Ｉｎｃ３０の平均値演算により算出する。

図６は、本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における充放電余力限界パターンの選択方法を示す図である。図６は蓄電管理基準データベース５４１において、管理基準データ（０）から管理基準データ（ｎ）までを同一の座標系に示したものである。

上り勾配区間で加速する場合、最高速度（基準速度Ｖａｖ）に達するためには、平坦区間よりも多くの蓄電エネルギの放電を必要とする。このため、上り勾配区間ではより高位の管理基準データを選択することにより、速度零では高蓄電量を確保する蓄電管理基準とする。同様に上り勾配で回生ブレーキにより減速する場合、ある速度（基準速度Ｖａｖ）から速度零となるまでに、平坦区間よりも回生ブレーキによる蓄電エネルギの充電は少ない。このため、上り勾配区間ではより高位の管理基準データを選択することにより、最高速度で高蓄電量となる蓄電管理基準とする。

一方、下り勾配区間で加速する場合、最高速度（基準速度Ｖａｖ）に達するためには、平坦区間よりも蓄電エネルギの放電は少なくなる。このため、下り勾配区間ではより低位の管理基準データを選択することにより、速度零では低蓄電量を確保する蓄電管理基準とする。同様に下り勾配で回生ブレーキにより減速する場合、ある速度（基準速度Ｖａｖ）から速度零となるまでに、平坦区間よりも多くの回生ブレーキによる蓄電エネルギを充電できる。このため、下り勾配区間ではより低位の管理基準データを選択することにより、最高速度で低蓄電量となる蓄電管理基準とする。

本発明の電気車両の制御装置における一実施形態の基本構成を示す図。 本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における走行位置算出部の構成を示す図。 本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における平均前方勾配算出部の構成を示す図。 本発明の電気車両の制御装置の一実施形態におけるパターン算出部の構成を示す図。 本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における前方平均勾配の算出を示す図。 本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における充放電余力限界パターンの選択方法を示す図。 従来の鉄道車両用ハイブリッドシステムの基本構成を示す図。

符号の説明

１１…エンジン、１２…誘導発電機、１３…コンバータ装置、１４…遮断器、２１…インバータ装置、２２…誘導電動機、２３…減速機、２４…輪軸、３０…蓄電装置、４１…サービス電源用インバータ装置、４２…変圧器、５０…システム統括装置、５１…制御装置、５２…走行位置演算部、５３…前方勾配演算部、５４…パターン選択部、５２１…積分器、５２２…駅番号カウンタ、５２３…繰り上げ駅数、５２４…加算器、５２５…駅キロ程データベース、５２６…駅判定最大値、５２７…駅判定最小値、５２８…駅到着判定部、５２９…減算器、５３１…データ間隔設定器、５３２…加算器、５３３…勾配データベース、５３４…演算データ数、５３５…乗・除算器、５４１…蓄電量管理基準データベース、５４２…最適パターン判定部、５４３…選択器

Claims (2)

1. エンジンにより駆動される発電手段が発生する交流電力を直流電力に変換するコンバータ手段を有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、これらの各手段を制御する第１の制御手段と、鉄道車両を駆動する電動機を備えた電気車両の制御装置において、
   前記電動機の回転速度を検出する手段と、
   前記電動機の回転速度から車両の速度を演算する速度演算部と、
   前記速度演算部の出力を用いて車両の走行位置を演算する走行位置演算部と、
   前記車両の走行位置より前方の勾配を平均値演算して算出される平均前方勾配を演算する前方勾配演算部と、
   前記前方勾配演算部が演算した平均前方勾配をもとに、前記電力蓄電手段における蓄電量と走行速度の関係を規定する蓄電量管理基準パターンを出力するパターン制御部とを備え、
   前記パターン制御部から出力される前記蓄電量管理基準パターンに従って、第１の制御手段によりエンジンおよびコンバータ装置ならびにインバータ装置を制御する
   ことを特徴とする電気車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の電気車両の制御装置において、
   前記パターン制御部は、前記電力蓄電手段における蓄電量と走行速度の関係を、勾配条件に対応して規定した減速時の放電余力限界パターンと加速時の放電余力限界パターンをそれぞれ複数個有し、平均前方勾配を前記勾配条件として放電余力限界パターンと充電余力限界パターンを選択して出力することを特徴とする電気車両の制御装置。

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