JP5909209B2 - ハイブリッド鉄道車両 - Google Patents
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Description
本発明は、ハイブリッド鉄道車両に関する。
従来の装置は、鉄道車両が複数のエンジンと動力用蓄電池を備え、負荷に応じて燃費が
最小になるようエンジンを制御するとともに、エンジンの出力が不足した場合、不足した
エネルギーを蓄電池から補充することを特徴としている。（例えば特許文献１参照）。
最小になるようエンジンを制御するとともに、エンジンの出力が不足した場合、不足した
エネルギーを蓄電池から補充することを特徴としている。（例えば特許文献１参照）。
従来の装置は、エンジンの出力が不足した場合に蓄電池からエネルギーを補充するため、
蓄電池は常に放電することが求められ、容量の大きな蓄電装置を準備しなければならない
。
蓄電池は常に放電することが求められ、容量の大きな蓄電装置を準備しなければならない
。
そこで本発明の目的は、負荷に応じて燃費が最小になるようエンジンを制御するとともに
、エンジン発電電力が負荷を超過する状態を積極的に作り出し、エンジン発電電力の過不
足分を蓄電池で充放電することで、放電と充電動作を頻繁に繰り返して蓄電池の容量低減
を図ることである。
、エンジン発電電力が負荷を超過する状態を積極的に作り出し、エンジン発電電力の過不
足分を蓄電池で充放電することで、放電と充電動作を頻繁に繰り返して蓄電池の容量低減
を図ることである。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エ
ンジンの発電電力の過不足電力を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出
来る。
ンジンの発電電力の過不足電力を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出
来る。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは最大効率点付近で動作するよう発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過不足電
力を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出来る。
ジンは最大効率点付近で動作するよう発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過不足電
力を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出来る。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは車両の走行電力から発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過不足電力を蓄電装
置の電力で補完することにより達成することが出来る。
ジンは車両の走行電力から発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過不足電力を蓄電装
置の電力で補完することにより達成することが出来る。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは車両の速度から発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過不足電力を蓄電装置の
電力で補完することにより達成することが出来る。
ジンは車両の速度から発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過不足電力を蓄電装置の
電力で補完することにより達成することが出来る。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは車両の加速度からエンジンの発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過不足電力
を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出来る。
ジンは車両の加速度からエンジンの発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過不足電力
を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出来る。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは車両のノッチ操作に応じてエンジンの発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過
不足電力を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出来る。
ジンは車両のノッチ操作に応じてエンジンの発電電力を制御し、エンジンの発電電力の過
不足電力を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出来る。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは車両の走行前に計算した車両の走行電力から発電電力を制御し、エンジンの発電電
力の過不足電力を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出来る。
ジンは車両の走行前に計算した車両の走行電力から発電電力を制御し、エンジンの発電電
力の過不足電力を蓄電装置の電力で補完することにより達成することが出来る。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、エン
ジンは蓄電装置のエネルギー残量から発電電力を制御することにより達成することが出来
る。
ジンは蓄電装置のエネルギー残量から発電電力を制御することにより達成することが出来
る。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、蓄電
装置が蓄電装置の過放電領域まで放電したときは、蓄電装置の放電を停止してエンジンの
発電電力のみで鉄道車両は走行することにより達成することが出来る。
装置が蓄電装置の過放電領域まで放電したときは、蓄電装置の放電を停止してエンジンの
発電電力のみで鉄道車両は走行することにより達成することが出来る。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、蓄電
装置が蓄電装置の過放電領域まで放電したときは、蓄電装置の放電を停止してエンジンの
発電電力のみで鉄道車両は走行し、またエンジンの余剰発電電力で蓄電装置を充電するこ
とにより達成することが出来る。
装置が蓄電装置の過放電領域まで放電したときは、蓄電装置の放電を停止してエンジンの
発電電力のみで鉄道車両は走行し、またエンジンの余剰発電電力で蓄電装置を充電するこ
とにより達成することが出来る。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、蓄電
装置が蓄電装置の過放電領域まで放電したときは、車両の走行を停止して蓄電装置をエン
ジンから充電することにより達成することが出来る。
装置が蓄電装置の過放電領域まで放電したときは、車両の走行を停止して蓄電装置をエン
ジンから充電することにより達成することが出来る。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、蓄電
装置は満充電レベルと満充電レベルより低いエネルギー残量状態にある充電開始レベルを
設け、蓄電装置のエネルギー残量が満充電レベルと充電開始レベルの間にあるときにはエ
ンジンを停止して蓄電装置から電力を供給することにより達成することが出来る。
装置は満充電レベルと満充電レベルより低いエネルギー残量状態にある充電開始レベルを
設け、蓄電装置のエネルギー残量が満充電レベルと充電開始レベルの間にあるときにはエ
ンジンを停止して蓄電装置から電力を供給することにより達成することが出来る。
上記課題は、エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、蓄電
装置は満充電レベルと満充電レベルより低いエネルギー残量状態にある充電開始レベルを
設け、蓄電装置のエネルギー残量が充電開始レベルを下回ったら、蓄電装置のエネルギー
残量が充電完了レベルに到達するまでエンジンから蓄電装置を充電することにより達成す
ることが出来る。
装置は満充電レベルと満充電レベルより低いエネルギー残量状態にある充電開始レベルを
設け、蓄電装置のエネルギー残量が充電開始レベルを下回ったら、蓄電装置のエネルギー
残量が充電完了レベルに到達するまでエンジンから蓄電装置を充電することにより達成す
ることが出来る。
本発明により、放電と充電動作を頻繁に繰り返して蓄電池の容量低減を図ることができ
るハイブリッド鉄道車両を提供することが出来る。
るハイブリッド鉄道車両を提供することが出来る。
本発明に基づく第１の実施の形態のハイブリッド鉄道車両の構成図を図１に示す。図１に
おいて、１は鉄道車両、２はエンジン、３は蓄電装置、４はインバータ、５はモータ、６
は車輪、７はレールである。エンジン２は電力を発電し、蓄電装置３は電力を放電もしく
は充電して、エンジン２と蓄電装置３からインバータ４に電力を供給する。インバータ４
はモータ５を回転させて鉄道車両１を走行させる。また鉄道車両１がモータ５を発電機と
して使用する電気ブレーキをかける場合は、インバータ４から蓄電装置３に電力を供給す
ることで蓄電装置を充電することができる。インバータ４がモータ５を駆動する鉄道車両
１の走行電力は、線路条件や車両重量、車両速度などで決まり電源条件には依存しない。
おいて、１は鉄道車両、２はエンジン、３は蓄電装置、４はインバータ、５はモータ、６
は車輪、７はレールである。エンジン２は電力を発電し、蓄電装置３は電力を放電もしく
は充電して、エンジン２と蓄電装置３からインバータ４に電力を供給する。インバータ４
はモータ５を回転させて鉄道車両１を走行させる。また鉄道車両１がモータ５を発電機と
して使用する電気ブレーキをかける場合は、インバータ４から蓄電装置３に電力を供給す
ることで蓄電装置を充電することができる。インバータ４がモータ５を駆動する鉄道車両
１の走行電力は、線路条件や車両重量、車両速度などで決まり電源条件には依存しない。
そこでインバータ４が鉄道車両１の走行電力に対して適切な電力供給ができれば、車両は
要求された走行性能を満足することができる。この電力供給に対するエンジン２と蓄電装
置３の電力分配を最適に制御することで、エンジン１の発電容量低減、蓄電装置の低容量
化、といったメリットを得ることができる。
要求された走行性能を満足することができる。この電力供給に対するエンジン２と蓄電装
置３の電力分配を最適に制御することで、エンジン１の発電容量低減、蓄電装置の低容量
化、といったメリットを得ることができる。
図２は実施例１を説明するグラフであり、上段が車両速度Ｖｔ、中段が鉄道車両１の走行
電力Ｐｔとエンジン２の発電電力Ｐｅ、下段が蓄電装置３の充放電電力量Ｕｂである。車
両速度Ｖｔの加速時に鉄道車両１は走行電力Ｐｔを大きく消費し、エンジン発電電力Ｐｅ
が走行電力Ｐｔより小さくなるため、その不足電力を蓄電装置３から出力する。鉄道車両
１の加速が終了し定速走行に移行すると、鉄道車両１の走行電力Ｐｔは加速時より減少す
るため、この期間に鉄道車両１の走行電力Ｐｔよりエンジン２の発電電力Ｐｅを大きくす
ることで蓄電装置３を充電できる。鉄道車両１の走行電力に対して、エンジン２はエンジ
ン性能に適した回転数の制御で出力を可変とし、鉄道車両１の走行電力とエンジン発電電
力の過不足分を蓄電装置３の充放電電力で補充することで、鉄道車両１の走行性能を満足
し、エンジン２に負担の少ないハイブリッド鉄道車両の運転方式を選択することができる
。また鉄道車両１の速度が加速から定速に移項した直後から蓄電装置３を充電できるため
、蓄電装置３も容量を低減して小型軽量な蓄電装置構成にすることができる。
電力Ｐｔとエンジン２の発電電力Ｐｅ、下段が蓄電装置３の充放電電力量Ｕｂである。車
両速度Ｖｔの加速時に鉄道車両１は走行電力Ｐｔを大きく消費し、エンジン発電電力Ｐｅ
が走行電力Ｐｔより小さくなるため、その不足電力を蓄電装置３から出力する。鉄道車両
１の加速が終了し定速走行に移行すると、鉄道車両１の走行電力Ｐｔは加速時より減少す
るため、この期間に鉄道車両１の走行電力Ｐｔよりエンジン２の発電電力Ｐｅを大きくす
ることで蓄電装置３を充電できる。鉄道車両１の走行電力に対して、エンジン２はエンジ
ン性能に適した回転数の制御で出力を可変とし、鉄道車両１の走行電力とエンジン発電電
力の過不足分を蓄電装置３の充放電電力で補充することで、鉄道車両１の走行性能を満足
し、エンジン２に負担の少ないハイブリッド鉄道車両の運転方式を選択することができる
。また鉄道車両１の速度が加速から定速に移項した直後から蓄電装置３を充電できるため
、蓄電装置３も容量を低減して小型軽量な蓄電装置構成にすることができる。
これにより、エンジンへの負担が軽減され、エンジンの長寿命化やメンテナンスコストの
削減、また冷却設計の簡素化や量産廉価タイプの適用が可能となり、エンジンの低コスト
化を図ることができる。また、蓄電装置の容量を抑えてコストを低減することができる。
削減、また冷却設計の簡素化や量産廉価タイプの適用が可能となり、エンジンの低コスト
化を図ることができる。また、蓄電装置の容量を抑えてコストを低減することができる。
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図３に示す。
本発明に基づく第２の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図３に示す。
エンジン２は定格出力に近い高回転で効率が良く、低回転で効率が低くなる特徴を持つ。
エンジン２のエネルギーを効率よく利用するためには、エンジン２を定格出力近傍にある
最大効率点付近で動作させることが有効である。このエンジン２の最大効率点における発
電電力が鉄道車両１の走行電力よりも大きければ、エンジン２の発電電力の一部で蓄電装
置３を充電することができる。鉄道車両１の定速走行における走行電力よりエンジン２の
最大効率点付近の発電電力を大きく設計すれば、エンジン２を常に最大電力点付近で発電
し、鉄道車両１で消費する走行電力との過不足電力を蓄電装置から補うことで、エンジン
を最も効率よく使用して、かつまた鉄道車両１の速度が加速から定速に移項した直後から
蓄電装置３を充電できるため、蓄電装置３も容量を低減して小型軽量な蓄電装置にするこ
とができる。
最大効率点付近で動作させることが有効である。このエンジン２の最大効率点における発
電電力が鉄道車両１の走行電力よりも大きければ、エンジン２の発電電力の一部で蓄電装
置３を充電することができる。鉄道車両１の定速走行における走行電力よりエンジン２の
最大効率点付近の発電電力を大きく設計すれば、エンジン２を常に最大電力点付近で発電
し、鉄道車両１で消費する走行電力との過不足電力を蓄電装置から補うことで、エンジン
を最も効率よく使用して、かつまた鉄道車両１の速度が加速から定速に移項した直後から
蓄電装置３を充電できるため、蓄電装置３も容量を低減して小型軽量な蓄電装置にするこ
とができる。
これにより、車両の走行性能を維持したまま、エンジンは効率良く運転することができ、
限られた資源である燃料を有効活用することが可能となる。また、車両走行に伴い蓄電装
置が放電した電力を早い時間にエンジンから再充電することで、蓄電装置の蓄電容量を小
型化とすることができる。
限られた資源である燃料を有効活用することが可能となる。また、車両走行に伴い蓄電装
置が放電した電力を早い時間にエンジンから再充電することで、蓄電装置の蓄電容量を小
型化とすることができる。
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図４に示す。鉄道車両１の走行電力に対してエンジ
ン２の発電電力を制御すると、その過不足分を蓄電装置３の充放電電力で補完することか
ら、鉄道車両１の走行電力に依存せずに蓄電装置３の出力を制御するのと同じ効果を得る
ことができる。鉄道車両１の加速時に鉄道車両１が大きな走行電力を使用する場合、その
大きな走行電力に対してエンジン２の発電電力を増やすことで、蓄電装置３を最大出力で
頭打ちにする（出力リミットで最大出力運転する）など、蓄電装置の特性に見合った電力
供給分担が可能となる。
本発明に基づく第３の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図４に示す。鉄道車両１の走行電力に対してエンジ
ン２の発電電力を制御すると、その過不足分を蓄電装置３の充放電電力で補完することか
ら、鉄道車両１の走行電力に依存せずに蓄電装置３の出力を制御するのと同じ効果を得る
ことができる。鉄道車両１の加速時に鉄道車両１が大きな走行電力を使用する場合、その
大きな走行電力に対してエンジン２の発電電力を増やすことで、蓄電装置３を最大出力で
頭打ちにする（出力リミットで最大出力運転する）など、蓄電装置の特性に見合った電力
供給分担が可能となる。
これにより、車両の走行電力をエンジンと蓄電装置で効率よく電力を分担することができ
、ハイブリッド鉄道車両の高効率運転のみならず、蓄電装置の充放電電力を必要最小限に
設計し、蓄電装置容量を低減することが可能となる。
、ハイブリッド鉄道車両の高効率運転のみならず、蓄電装置の充放電電力を必要最小限に
設計し、蓄電装置容量を低減することが可能となる。
（第４の実施の形態）
本発明に基づく第４の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図５に示す。
本発明に基づく第４の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図５に示す。
車両の運動エネルギーは１／２×ｍ×（Ｖｔ）２で表すことができる。ここでのｍは車両
重量であり、Ｖｔは車両速度である。
重量であり、Ｖｔは車両速度である。
鉄道車両１の走行電力の一部は風損や発熱などで逃げてしまうが、鉄道車両1の走行電力
の多くは車両の運動エネルギーに変化する。この運動エネルギーは上式からわかるように
車両速度の２乗に比例し、速度が一定であれば同じ運動エネルギーを保持する。鉄道車両
１の運動エネルギーは、車両の走行電力を積分したものであるから、速度に応じてエンジ
ンの発電電力を制御することで、鉄道車両１の運動エネルギーに応じて、または鉄道車両
の走行電力に応じてエンジン２の発電電力を制御したことに相当する。
の多くは車両の運動エネルギーに変化する。この運動エネルギーは上式からわかるように
車両速度の２乗に比例し、速度が一定であれば同じ運動エネルギーを保持する。鉄道車両
１の運動エネルギーは、車両の走行電力を積分したものであるから、速度に応じてエンジ
ンの発電電力を制御することで、鉄道車両１の運動エネルギーに応じて、または鉄道車両
の走行電力に応じてエンジン２の発電電力を制御したことに相当する。
これにより、エンジンの発電電力を車両の運動エネルギーまたは走行電力に近づけること
ができ、車両が要求する電力に合わせてエンジン発電電力をコントロールして、車両の走
行電力とエンジンの発電電力の過不足分を蓄電装置から供給し、車両の走行性能を維持し
たまま蓄電装置の機器容量を低減することができる。
ができ、車両が要求する電力に合わせてエンジン発電電力をコントロールして、車両の走
行電力とエンジンの発電電力の過不足分を蓄電装置から供給し、車両の走行性能を維持し
たまま蓄電装置の機器容量を低減することができる。
（第５の実施の形態）
本発明に基づく第５の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図６に示す。
本発明に基づく第５の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図６に示す。
鉄道車両１の走行電力は鉄道車両１の加速および減速時に大きく変化する。そこで鉄道車
両１の加速時にエンジン２の発電電力を増加させ、減速時はエンジンを停止するというよ
うに、鉄道車両１の加速・減速に応じてエンジン２の発電電力を制御する。
両１の加速時にエンジン２の発電電力を増加させ、減速時はエンジンを停止するというよ
うに、鉄道車両１の加速・減速に応じてエンジン２の発電電力を制御する。
これにより、エンジンの発電電力を鉄道車両の走行電力に近づけることができ、車両が要
求する電力に合わせてエンジン発電電力をコントロールして、車両の走行電力とエンジン
の発電電力の過不足分を蓄電装置から供給し、車両の走行性能を維持したまま蓄電装置の
機器容量を低減することができる。
求する電力に合わせてエンジン発電電力をコントロールして、車両の走行電力とエンジン
の発電電力の過不足分を蓄電装置から供給し、車両の走行性能を維持したまま蓄電装置の
機器容量を低減することができる。
（第６の実施の形態）
本発明に基づく第６の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図７に示す。
本発明に基づく第６の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図７に示す。
鉄道車両１の走行電力は鉄道車両１の加速および減速時に大きく変化する。鉄道車両１の
加速・減速は一般に鉄道車両のノッチで操作することから、ノッチで加速状態のときにエ
ンジンの発電電力を増加させ、ノッチで減速状態のとき（ブレーキ時）にエンジンの発電
電力を停止もしくは減少するようエンジン発電電力を制御する。
加速・減速は一般に鉄道車両のノッチで操作することから、ノッチで加速状態のときにエ
ンジンの発電電力を増加させ、ノッチで減速状態のとき（ブレーキ時）にエンジンの発電
電力を停止もしくは減少するようエンジン発電電力を制御する。
これにより、エンジンの発電電力を鉄道車両の走行電力に近づけることができ、車両が要
求する電力に合わせてエンジン発電電力をコントロールして、車両の走行電力とエンジン
の発電電力の過不足分を蓄電装置から供給し、車両の走行性能を維持したまま蓄電装置の
機器容量を低減することができる。
求する電力に合わせてエンジン発電電力をコントロールして、車両の走行電力とエンジン
の発電電力の過不足分を蓄電装置から供給し、車両の走行性能を維持したまま蓄電装置の
機器容量を低減することができる。
（第７の実施の形態）
本発明に基づく第７の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図８に示す。
本発明に基づく第７の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図８に示す。
鉄道車両１は決められた線区を決められた時間に決められた速度で走行するため、鉄道車
両１が実際に走行する前に鉄道車両1の走行電力を計算することができる。そこで鉄道車
両１の走行前にあらかじめ車両の走行電力を算出し、その走行電力に応じてエンジンの発
電量を予測しておく。実際の車両走行においては、時間経過や位置計測、速度状態から車
両の位置や速度情報を把握し、あらかじめ計算したエンジン発電量に従いエンジンを発電
する。
両１が実際に走行する前に鉄道車両1の走行電力を計算することができる。そこで鉄道車
両１の走行前にあらかじめ車両の走行電力を算出し、その走行電力に応じてエンジンの発
電量を予測しておく。実際の車両走行においては、時間経過や位置計測、速度状態から車
両の位置や速度情報を把握し、あらかじめ計算したエンジン発電量に従いエンジンを発電
する。
これにより、車両走行に伴うエンジンの発電量を決定する方法を大幅に簡素化でき、信頼
性の向上とともに出力制御用センサー等を省略することができる。エンジンの発電電力は
車両の走行電力に近い出力を得ることができるので、車両の走行電力とエンジンの発電電
力の過不足分を蓄電装置から供給することで、蓄電装置の容量を低減することが可能とな
る。
性の向上とともに出力制御用センサー等を省略することができる。エンジンの発電電力は
車両の走行電力に近い出力を得ることができるので、車両の走行電力とエンジンの発電電
力の過不足分を蓄電装置から供給することで、蓄電装置の容量を低減することが可能とな
る。
（第８の実施の形態）
本発明に基づく第８の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図９に示す。
本発明に基づく第８の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図９に示す。
鉄道装置１または蓄電装置３は蓄電装置３の内部に残っているエネルギー残量を演算し、
そのエネルギー残量に応じてエンジン２の発電電力を制御する。蓄電装置３が放電すると
蓄電装置のエネルギー残量は減少する。蓄電装置３のエネルギー残量の減りが大きい場合
、エンジン２の発電電力を大きくすることで、エンジンの発電電力を制御しないときと比
べて、エネルギー残量の減少を抑制することができる。逆に、蓄電装置３が充電すると蓄
電装置３のエネルギー残量は増加する。蓄電装置３のエネルギー残量の増加が大きい場合
、エンジン２の発電電力を小さくするまたは停止することで、蓄電装置３のエネルギー増
加を抑制することができる。
そのエネルギー残量に応じてエンジン２の発電電力を制御する。蓄電装置３が放電すると
蓄電装置のエネルギー残量は減少する。蓄電装置３のエネルギー残量の減りが大きい場合
、エンジン２の発電電力を大きくすることで、エンジンの発電電力を制御しないときと比
べて、エネルギー残量の減少を抑制することができる。逆に、蓄電装置３が充電すると蓄
電装置３のエネルギー残量は増加する。蓄電装置３のエネルギー残量の増加が大きい場合
、エンジン２の発電電力を小さくするまたは停止することで、蓄電装置３のエネルギー増
加を抑制することができる。
これにより、蓄電装置を過充電や過放電といった負担から軽減でき、蓄電装置が推奨する
蓄電装置のエネルギー残量範囲にエネルギー状態を維持できるようになり、小さな容量の
蓄電装置でもエンジンと走行電力の差分を補完したハイブリッド運転ができるようになる
。
蓄電装置のエネルギー残量範囲にエネルギー状態を維持できるようになり、小さな容量の
蓄電装置でもエンジンと走行電力の差分を補完したハイブリッド運転ができるようになる
。
（第９の実施の形態）
本発明に基づく第９の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図１０に示す。
本発明に基づく第９の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力と
蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図１０に示す。
蓄電装置３のエネルギー残量が蓄電装置３の過放電領域まで放電した場合、蓄電装置３を
電気的もしくは機械的にエンジン２およびインバータと切り離し、それ以上放電しないよ
う蓄電装置を保護する。図１１は放電制限回路の例であり、図中８は放電制限回路である
。この放電制限回路は電気スイッチとダイオードを並列接続して成り、電気スイッチは通
常はオンしているが、蓄電装置のエネルギー残量が過放電領域まで放電したとき電気スイ
ッチをオフする。電気スイッチがオフの状態でもダイオードを解して蓄電装置を充電する
ことができ、蓄電装置のエネルギー残量が過充電領域からそれよりもエネルギー残量の高
い状態に復帰したときは、電気スイッチをオンする。
電気的もしくは機械的にエンジン２およびインバータと切り離し、それ以上放電しないよ
う蓄電装置を保護する。図１１は放電制限回路の例であり、図中８は放電制限回路である
。この放電制限回路は電気スイッチとダイオードを並列接続して成り、電気スイッチは通
常はオンしているが、蓄電装置のエネルギー残量が過放電領域まで放電したとき電気スイ
ッチをオフする。電気スイッチがオフの状態でもダイオードを解して蓄電装置を充電する
ことができ、蓄電装置のエネルギー残量が過充電領域からそれよりもエネルギー残量の高
い状態に復帰したときは、電気スイッチをオンする。
蓄電装置３が過放電領域で放電を停止したときでも、エンジン２はインバータ４に発電電
力を供給できるので、鉄道車両１は蓄電装置が停止していてもエンジン２の発電電力のみ
で鉄道車両を走行することができる。
力を供給できるので、鉄道車両１は蓄電装置が停止していてもエンジン２の発電電力のみ
で鉄道車両を走行することができる。
これにより、蓄電装置を過剰放電状態から回避することができ、小さな容量の蓄電装置で
も蓄電装置を保護してエンジンと走行電力の差分を補完したハイブリッド運転ができるよ
うになる。
も蓄電装置を保護してエンジンと走行電力の差分を補完したハイブリッド運転ができるよ
うになる。
（第１０の実施の形態）
本発明に基づく第１０の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図１２に示す。
本発明に基づく第１０の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図１２に示す。
蓄電装置３のエネルギー残量が蓄電装置３の過放電領域まで放電した場合、蓄電装置３を
電気的もしくは機械的にエンジン２およびインバータと切り離し、それ以上放電しないよ
う蓄電装置を保護する。蓄電装置３が過放電領域に至ったとき、エンジン２の発電電力に
余力があれば、エンジンの発電電力を増大させて、鉄道車両１の走行電力供給と平行して
蓄電装置の充電も積極的に実施する。
電気的もしくは機械的にエンジン２およびインバータと切り離し、それ以上放電しないよ
う蓄電装置を保護する。蓄電装置３が過放電領域に至ったとき、エンジン２の発電電力に
余力があれば、エンジンの発電電力を増大させて、鉄道車両１の走行電力供給と平行して
蓄電装置の充電も積極的に実施する。
これにより、蓄電装置を過剰放電状態から積極的に回避することができ、小さな容量の蓄
電装置でも蓄電装置を保護してエンジンと走行電力の差分を補完したハイブリッド運転が
できるようになる。
電装置でも蓄電装置を保護してエンジンと走行電力の差分を補完したハイブリッド運転が
できるようになる。
（第１１の実施の形態）
本発明に基づく第１１の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図１３に示す。
本発明に基づく第１１の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図１３に示す。
蓄電装置３のエネルギー残量が蓄電装置３の過放電領域まで放電した場合、蓄電装置３を
電気的もしくは機械的にエンジン２およびインバータと切り離し、それ以上放電しないよ
う蓄電装置を保護する。蓄電装置３が過放電領域に至ったとき、鉄道車両１は減速して走
行を停止する。蓄電装置３はエネルギー残量を回復するため、エンジン２から充電を行い
、早急に過放電状態から定常状態または満充電状態へとエネルギー残量の回復を図る。
電気的もしくは機械的にエンジン２およびインバータと切り離し、それ以上放電しないよ
う蓄電装置を保護する。蓄電装置３が過放電領域に至ったとき、鉄道車両１は減速して走
行を停止する。蓄電装置３はエネルギー残量を回復するため、エンジン２から充電を行い
、早急に過放電状態から定常状態または満充電状態へとエネルギー残量の回復を図る。
これにより、蓄電装置を過剰放電状態から積極的に回避することができ、小さな容量の蓄
電装置でも蓄電装置を保護してエンジンと走行電力の差分を補完したハイブリッド運転が
できるようになる。
電装置でも蓄電装置を保護してエンジンと走行電力の差分を補完したハイブリッド運転が
できるようになる。
（第１２の実施の形態）
本発明に基づく第１２の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図１４に示す。
本発明に基づく第１２の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図１４に示す。
蓄電装置３のエネルギー残量がそれ以上充電できない満タンの状態を満充電レベル（例え
ばＳＯＣが１００％）と定義し、その満充電レベルより低いエネルギー残量状態にある充
電開始レベル（例えばＳＯＣが５０％）を設けて、蓄電装置３のエネルギー残量が満充電
レベルと充電開始レベルの間にあるときは、エンジン２を停止して蓄電装置３からインバ
ータ４へ電力を供給する。蓄電装置３のエネルギー残量が充電開始レベルを下回ったとき
は、エンジン２を起動して蓄電装置を充電するとともに必要に応じてはインバータ４にも
電力を供給する。
ばＳＯＣが１００％）と定義し、その満充電レベルより低いエネルギー残量状態にある充
電開始レベル（例えばＳＯＣが５０％）を設けて、蓄電装置３のエネルギー残量が満充電
レベルと充電開始レベルの間にあるときは、エンジン２を停止して蓄電装置３からインバ
ータ４へ電力を供給する。蓄電装置３のエネルギー残量が充電開始レベルを下回ったとき
は、エンジン２を起動して蓄電装置を充電するとともに必要に応じてはインバータ４にも
電力を供給する。
これにより、蓄電装置が放電もしくは充電できるときには、積極的に蓄電装置を充放電し
てエンジンの使用頻度を低減することで、エンジンの燃料供給を減らして排出するＣＯ２
の量を削減し地球環境に易しいハイブリッド鉄道車両を提供することができる。
てエンジンの使用頻度を低減することで、エンジンの燃料供給を減らして排出するＣＯ２
の量を削減し地球環境に易しいハイブリッド鉄道車両を提供することができる。
（第１３の実施の形態）
本発明に基づく第１３の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図１５に示す。
本発明に基づく第１３の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図を図１５に示す。
満充電レベル（例えばＳＯＣが１００％）と充電開始レベル（例えばＳＯＣが５０％）の
間に充電完了レベル（例えばＳＯＣが８０％）を設けて、蓄電装置３のエネルギー残量が
充電開始レベルを下回ったことでエンジン２が起動して蓄電装置３の充電を開始した場合
、蓄電装置のエネルギー残量が充電完了レベルに回復するまでエンジン２で蓄電装置を充
電する。二次電池で構成する蓄電装置の場合、二次電池の満充電付近や完全放電付近は電
圧の変動が大きく二次電池のインピーダンスも大きくなることから、エネルギー残量がＳ
ＯＣで６０〜７０％程度を中心使用することが多く、本提案方式を適用することで、蓄電
装置のエネルギー残量は多くの場合で、充電完了レベルと充電開始レベルの間に維持する
ことが可能となる。
間に充電完了レベル（例えばＳＯＣが８０％）を設けて、蓄電装置３のエネルギー残量が
充電開始レベルを下回ったことでエンジン２が起動して蓄電装置３の充電を開始した場合
、蓄電装置のエネルギー残量が充電完了レベルに回復するまでエンジン２で蓄電装置を充
電する。二次電池で構成する蓄電装置の場合、二次電池の満充電付近や完全放電付近は電
圧の変動が大きく二次電池のインピーダンスも大きくなることから、エネルギー残量がＳ
ＯＣで６０〜７０％程度を中心使用することが多く、本提案方式を適用することで、蓄電
装置のエネルギー残量は多くの場合で、充電完了レベルと充電開始レベルの間に維持する
ことが可能となる。
これにより、蓄電装置が放電もしくは充電できるときには、積極的に蓄電装置を充放電し
てエンジンの使用頻度を低減し、蓄電装置のエネルギー残量が減少した場合は、蓄電装置
のエネルギー残量を回復することができ、エンジンの燃料供給を減らして排出するＣＯ２
の量を削減し地球環境に易しいハイブリッド鉄道車両を提供することができる。
てエンジンの使用頻度を低減し、蓄電装置のエネルギー残量が減少した場合は、蓄電装置
のエネルギー残量を回復することができ、エンジンの燃料供給を減らして排出するＣＯ２
の量を削減し地球環境に易しいハイブリッド鉄道車両を提供することができる。
（第１４の実施の形態）
本発明に基づく第１４の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図は図１５と同じである。
本発明に基づく第１４の実施の形態のハイブリッド鉄道車両におけるエンジンの発電電力
と蓄電装置の充電・放電電力の関係図は図１５と同じである。
鉄道車両１は走行時に運動エネルギーを持っており、鉄道車両が減速時に電気ブレーキを
使用すると、蓄電装置３に電力が戻りエネルギー残量は回復する。もし鉄道車両１が走行
中に蓄電装置３のエネルギー残量が満充電レベルもしくは満充電レベルに近い状態にある
と、蓄電装置３はブレーキで発生する回生エネルギーを吸収しきれず、運動エネルギーを
機械ブレーキにて熱消費することで鉄道車両を減速させる。そこで、満充電レベル（例え
ばＳＯＣが１００％）に対して鉄道車両１の速度から、その運動エネルギーを十分吸収で
きるエネルギーレベルに充電完了レベル（例えばＳＯＣが７５％）を設定することで、鉄
道車両の回生エネルギーを確実に蓄電装置で吸収してエネルギーを有効に利用することが
できる。
使用すると、蓄電装置３に電力が戻りエネルギー残量は回復する。もし鉄道車両１が走行
中に蓄電装置３のエネルギー残量が満充電レベルもしくは満充電レベルに近い状態にある
と、蓄電装置３はブレーキで発生する回生エネルギーを吸収しきれず、運動エネルギーを
機械ブレーキにて熱消費することで鉄道車両を減速させる。そこで、満充電レベル（例え
ばＳＯＣが１００％）に対して鉄道車両１の速度から、その運動エネルギーを十分吸収で
きるエネルギーレベルに充電完了レベル（例えばＳＯＣが７５％）を設定することで、鉄
道車両の回生エネルギーを確実に蓄電装置で吸収してエネルギーを有効に利用することが
できる。
これにより、鉄道車両の回生エネルギーを捨てることなく回収し、エンジンの燃料供給を
減らして排出するＣＯ２の量を削減し地球環境に易しいハイブリッド鉄道車両を提供する
ことができる。
減らして排出するＣＯ２の量を削減し地球環境に易しいハイブリッド鉄道車両を提供する
ことができる。
このように構成されたハイブリッド鉄道車両は、車両の走行電力とは独立してエンジンの
出力を調整することができるので、エンジンの高効率運転やＣＯ２の排出量を減らして地
球環境にやさしいハイブリッド鉄道車両を構成することができる。
出力を調整することができるので、エンジンの高効率運転やＣＯ２の排出量を減らして地
球環境にやさしいハイブリッド鉄道車両を構成することができる。
１・・・・鉄道車両
２・・・・エンジン
３・・・・蓄電装置
４・・・・インバータ
５・・・・モータ
６・・・・車輪
７・・・・レール
８・・・・放電制限回路
２・・・・エンジン
３・・・・蓄電装置
４・・・・インバータ
５・・・・モータ
６・・・・車輪
７・・・・レール
８・・・・放電制限回路
Claims (1)
- 電力を発電するエンジンと、
電力を充放電する蓄電装置と、
前記エンジンと前記蓄電装置と接続するインバータとを有し、
エンジンと蓄電装置の電力で走行するハイブリッド鉄道車両において、
前記エンジンは、車両の走行前に計算した車両の走行電力に応じて電力を発電し、前記インバータにその発電電力を供給し、
前記蓄電装置は、前記エンジンの発電電力が前記車両の走行中において実際に車両に消費される走行電力を下回った場合に、前記蓄電装置の電力で前記車両の走行中において実際に車両に消費される走行電力を補完するハイブリッド鉄道車両。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013126956A JP5909209B2 (ja) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | ハイブリッド鉄道車両 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013126956A JP5909209B2 (ja) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | ハイブリッド鉄道車両 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008019298A Division JP2009179155A (ja) | 2008-01-30 | 2008-01-30 | ハイブリッド鉄道車両 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013209095A JP2013209095A (ja) | 2013-10-10 |
| JP5909209B2 true JP5909209B2 (ja) | 2016-04-26 |
Family
ID=49527370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013126956A Active JP5909209B2 (ja) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | ハイブリッド鉄道車両 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5909209B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019038327A (ja) * | 2017-08-23 | 2019-03-14 | 株式会社東芝 | 蓄電池管理装置およびハイブリッド車両 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2003134604A (ja) * | 2001-10-19 | 2003-05-09 | Hitachi Ltd | 鉄道車両 |
| JP4459838B2 (ja) * | 2005-02-23 | 2010-04-28 | 北海道旅客鉄道株式会社 | ハイブリッド鉄道車両 |
| JP2006280113A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Toshiba Corp | 鉄道車両の制御装置 |
| JP4830448B2 (ja) * | 2005-10-28 | 2011-12-07 | 株式会社日立製作所 | 車両駆動システム |
| JP2006074998A (ja) * | 2005-11-07 | 2006-03-16 | Hitachi Ltd | 鉄道車両 |
| JP2009254069A (ja) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Hitachi Ltd | 鉄道車両の制御方法および装置 |
-
2013
- 2013-06-17 JP JP2013126956A patent/JP5909209B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013209095A (ja) | 2013-10-10 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150120 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20150128 |
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| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
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