JP6279748B2

JP6279748B2 - 鉄道システム

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Publication number: JP6279748B2
Application number: JP2016545207A
Authority: JP
Inventors: 貴史堂元
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2018-02-14
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Description

本発明による実施形態は、鉄道システムに関する。

近年の鉄道システムでは、省エネルギーのためにハイブリット型車両が導入されている。ハイブリット型車両は、蓄電装置を備え、架線からのエネルギーと蓄電装置からのエネルギーとの両方を利用して走行可能である。このようなハイブリット型車両の蓄電装置は、力行中のアシストのために放電し、あるいは、回生中のエネルギーを吸収し充電する。

特開２０１２−１７５８０３号公報

ハイブリット型車両の蓄電装置は、通常、走行中に自車両のアシストのために放電し、あるいは、自車両の回生エネルギーを充電する。また、ハイブリット型車両の蓄電装置は、架線を介して他の車両のアシストのために放電したり、あるいは、他の車両の回生エネルギーを回収することも考えられる。

しかし、従来の鉄道システムでは、ハイブリット型車両は、自車両および他の車両の状態または蓄電装置の状態に応じた適切なタイミングで蓄電装置の充電と放電とを切り替えることが困難であった。

本実施形態による鉄道システムは、或る電力線に電気的に接続された第１の車両および第２の車両を含む鉄道システムである。第１の車両は、駆動部と、電力線からの電力を得て駆動部を駆動するインバータと、電力線へ電力を供給しあるいは電力線からの電力を蓄積する蓄電装置と、制御部とを備える。制御部は、蓄電装置の電荷蓄積量、第１の車両と第２の車両との間の距離、または、電力線の電圧値のいずれかの検出値に基づいて、蓄電装置の充電または放電の可否を制御する。蓄電装置による充電または放電を許可状態から禁止状態へ切り替えるときの検出値を第１の設定値とし、蓄電装置による充電または放電を禁止状態から許可状態へ切り替えるときの検出値を第２の設定値とすると、第１の設定値と前記第２の設定値とは相違する。制御部は、第１の車両と第２の車両との間の距離の検出値が第１の設定値より大きい場合に、蓄電装置による充電および放電を禁止する。制御部は、第１の車両と第２の車両との間の距離の検出値が第２の設定値より小さい場合に、蓄電装置による充電および放電を許可する。第１の設定値は第２の設定値よりも大きい。制御部は、第１の車両と第２の車両との間の距離の検出値が第１の設定値と第２の設定値との間にある場合には、蓄電装置の充電または放電の可否状態を維持する。

本実施形態による鉄道システム１０の概略的な構成を示す図。第１の実施形態による蓄電装置５の充放電の可否を示すグラフ。第２の実施形態による蓄電装置５の充放電の可否を示すグラフ。第３の実施形態による蓄電装置５の充放電の可否を示すグラフ。第１の実施形態による蓄電装置５の充放電状態の切替えを示すフロー図。第１の実施形態による蓄電装置５の充放電状態の切替えを示すフロー図。第２の実施形態による蓄電装置５の充放電状態の切替えを示すフロー図。第３の実施形態による蓄電装置５の充放電状態の切替えを示すフロー図。

実施形態

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

図１は、本実施形態による鉄道システム１０の概略的な構成を示す図である。鉄道システム１０は、第１の車両１Ａおよび第２の車両１Ｂを含む。第１および第２の車両１Ａ、１Ｂは、電力線１１と電力線１２との間に共通に（並列に）接続されている。電力線１１は、例えば、高電圧の架線であり、第１および第２の車両１Ａ、１Ｂのそれぞれのパンタグラフ２Ａ、２Ｂに接触している。電力線１２は、例えば、接地電圧の線路であり、第１および第２の車両１Ａ、１Ｂのそれぞれの車輪８Ａ、８Ｂに接触している。これにより、第１および第２の車両１Ａ、１Ｂは、電力線１１、１２から電力供給を受ける。

第１の車両１Ａは、パンタグラフ２Ａと、インバータ３Ａと、モータ４Ａと、蓄電装置５と、車輪８Ａと、コントローラ９Ａと、通信部１３Ａと、キャパシタ１４Ａと、フィルタリアクトル１５Ａと、電荷量検出部１６と、電圧検出部１７と、ロータリエンコーダ１８とを備えている。

上述の通り、パンタグラフ２Ａは電力線１１に接触し、車輪８Ａは電力線１２に接触している。これにより、電力が第１の車両１Ａに供給される。

インバータ３Ａは、電力線１１、１２から得た直流電力を交流電力へ変換してモータ４Ａへ供給する。駆動部としてのモータ４Ａは、インバータ３Ａからの交流電力によって駆動される。モータ４Ａは、車輪８Ａを回転させる。

蓄電装置５は、蓄電素子６と、ＤＣ−ＤＣコンバータ７とを備えており、インバータ３Ａの直流電力の入力側に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、蓄電素子６の充電時に、電力線１１、１２またはインバータ３Ａからの直流電力を蓄電素子６へ蓄積する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、蓄電素子６の放電時に、蓄電素子６の電力を電力線１１、１２またはインバータ３Ａへ供給する。蓄電素子６は、特に限定しないが、例えば、二次電池または大容量コンデンサ等でよい。このように、蓄電装置５は、電力線１１、１２またはインバータ３Ａへ電力を供給し、あるいは、電力線１１、１２またはインバータ３Ａからの電力を蓄積する。

コントローラ９Ａは、第１の車両１Ａの各構成要素を制御する。例えば、制御部９Ａは、インバータ３Ａの動作および蓄電装置５の動作を制御する。蓄電装置５の動作制御において、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の電荷蓄積量（ＳＯＣ（State Of Charge））、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとの間の距離、または、電力線１１、１２の電圧値のいずれかの検出値に基づいて、蓄電装置５の充電または放電の可否を制御する。尚、蓄電装置５の制御については後で詳細に説明する。

通信部１３Ａは、第２の車両１Ｂの通信部１３Ｂと通信可能に接続されており、および／または、地上に設置された基地局２１〜２３を介して中央管理部２０と通信可能に接続されている。通信部１３Ａは、第１の車両１Ａの情報を中央管理部２０および／または第２の車両１Ｂへ送信し、あるいは、第２の車両１Ｂの情報を中央管理部２０および／または第２の車両１Ｂから受信することができる。これにより、第１の車両１Ａは、第２の車両１Ｂの位置情報を受信し、自車両１Ａの位置情報と第２の車両１Ｂの位置情報との比較によって自車両１Ａと第２の車両１Ｂとの間の距離（図３に示すＬ）を算出することができる。勿論、第１の車両１Ａは、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して自車両１Ａと第２の車両１Ｂとの間の距離を得てもよい。

キャパシタ１４Ａおよびフィルタリアクトル１５Ａは、インバータ３Ａに入力される直流電力を安定化させるためのローパスフィルタとして機能する。

電荷量検出部１６は、蓄電素子６に蓄積されている電荷量（ＳＯＣ）を検出する。電荷量（ＳＯＣ）の検出は、充電電流または放電電流の積算から算出すればよい。あるいは、蓄電素子６の開回路電圧から算出してもよい。尚、充電電流または放電電流の積算は、コントローラ９Ａが実行してもよい。

電圧検出部１７は、キャパシタ１４Ａにかかる電圧を検出する。キャパシタ１４Ａにかかる電圧は、電圧線１１と電圧線１２との間にかかる電圧に依存する。従って、電圧検出部１７またはコントローラ９Ａは、キャパシタ１４Ａにかかる電圧を検出することによって、電圧線１１と電圧線１２との間にかかる電圧を認識することができる。

ロータリエンコーダ１８Ａは、車輪８Ａの回転を検知して第１の車両１Ａの走行距離を検出する。これにより、第１の車両１Ａは、自車両の位置情報を認識することができ、中央管理部２０を介して、あるいは、直接に第２の車両１Ｂへ第１の車両１Ａの位置情報を送信することができる。

このように、第１の車両１Ａは、所謂、ハイブリット型車両であり、電力線１１、１２から電力供給を受けて走行し、あるいは、蓄電装置５からの電力のアシストを受けて走行することができる。また、第１の車両１Ａは、電力線１１、１２からの電力を蓄電装置５へ蓄積し、あるいは、制動時の回生電力を蓄電装置５へ蓄積することができる。

一方、第２の車両１Ｂは、蓄電装置５を有しない通常の車両であり、パンタグラフ２Ｂと、インバータ３Ｂと、モータ４Ｂと、車輪８Ｂと、コントローラ９Ｂと、通信部１３Ｂと、キャパシタ１４Ｂと、フィルタリアクトル１５Ｂとを備えている。パンタグラフ２Ｂ、インバータ３Ｂ、モータ４Ｂ、車輪８Ｂ、コントローラ９Ｂ、通信部１３Ｂ、キャパシタ１４Ｂおよびフィルタリアクトル１５Ｂの各構成および機能は、それぞれ第１の車両１Ａのパンタグラフ２Ａ、インバータ３Ａ、モータ４Ａ、車輪８Ａ、コントローラ９Ａ、通信部１３Ａ、キャパシタ１４Ａおよびフィルタリアクトル１５Ａの構成および機能と同様でよい。ただし、第２の車両は、蓄電装置５を有しない通常の車両であるので、コントローラ９Ｂは、蓄電装置の制御を必要としない。

以下、具体的な実施形態を説明する。以下の実施形態において、第１の車両１Ａは、走行中であってもよく、停止（待機）状態であってもよい。第２の車両１Ｂは、走行しており、力行中あるいは回生中でよい。

（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態による蓄電装置５の充放電の可否を示すグラフである。本実施形態では、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の電荷蓄積量の検出値ＳＯＣ（以下、単にＳＯＣともいう）に基づいて、蓄電装置５の充電または放電の可否を制御する。縦軸は、充放電の可否を示す。横軸は、蓄電装置５のＳＯＣを示す。

（ＳＯＣ＞ＳＯＣ１１である場合）
コントローラ９Ａは、蓄電装置５のＳＯＣが第１の設定値ＳＯＣ１１より大きい場合に、蓄電装置５からの放電を許可しかつ蓄電装置５への充電を禁止する。例えば、第１の設定値ＳＯＣ１は、蓄電装置５の満充電状態（ＳＯＣ＝１００％）の８０％に設定されているものとする。この場合、蓄電装置５の電荷蓄積量が満充電状態の８０％を超えると（ＳＯＣがＳＯＣ１１を超えると）、蓄電装置５は、電力線１１、１２へ電力を放電することができるが、電力線１１、１２からの電力を充電することはできない。即ち、蓄電装置５の電荷蓄積量が満充電に近いときには、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電を禁止し、蓄電装置５からの放電を許可する。これにより、蓄電装置５が過充電状態になることを抑制しつつ、電力線１１、１２へ電力を供給することができる。蓄電装置５が過充電状態になることを抑制することによって、蓄電装置５の健全性を維持し、尚且つ、蓄電素子６の寿命を長期化することができる。

第１の車両１Ａの蓄電装置５から電力線１１、１２へ供給された電力は、電力線１１、１２を介して第２の車両１Ｂへ供給される。これにより、第２の車両１Ｂは、第１の車両１Ａの蓄電装置５から電力供給を受けて走行することができる。即ち、第２の車両１Ｂは、ハイブリッド車両ではないが、第１の車両１Ａの蓄電装置５のアシストを受けて走行することができる。

（ＳＯＣ２２＜ＳＯＣ＜ＳＯＣ１２である場合）
コントローラ９Ａは、蓄電装置５のＳＯＣが第２の設定値ＳＯＣ１２より小さく且つ第３の設定値ＳＯＣ２２より大きい場合に、蓄電装置５への充電及び蓄電装置５からの放電を許可する。尚、第２の設定値ＳＯＣ１２は、第１の設定値ＳＯＣ１１よりも小さい。例えば、第２の設定値ＳＯＣ１２および第３の設定値ＳＯＣ２２は、それぞれ蓄電装置５の満充電状態（ＳＯＣ＝１００％）の７０％および３０％に設定されているものとする。つまり、蓄電装置５の電荷蓄積量が満充電状態の３０％より大きく、且つ満充電状態の７０％に満たない場合、蓄電装置５は、電力線１１、１２からの電力の充電および電力線１１、１２への電力の放電の可能とする。即ち、蓄電装置５の電荷蓄積量が充放電の両方に適した状態にあるときには、コントローラ９Ａは、蓄電装置５からの放電と蓄電装置５への充電を共に許可する。これは、蓄電装置５への充放電を適宜行っても、過充電状態や過放電状態になり難い状態にあることを考慮したものである。

第１の車両１Ａの蓄電装置５は、電力線１１、１２を介して、第２の車両１Ｂの制動時における回生電力を回収することができる。これにより、第２の車両１Ｂからの回生電力を無駄にすることなく、第１の車両１Ａの蓄電装置５の充電に利用することができる。即ち、第２の車両１Ｂは、ハイブリッド車両ではないが、第２の車両１Ｂからの回生電力を第１の車両１Ａの蓄電装置５へ充電することができる。さらに、第１の車両１Ａの蓄電装置５から電力線１１、１２へ供給された電力は、電力線１１、１２を介して第２の車両１Ｂへ供給される。これにより、第２の車両１Ｂは、第１の車両１Ａの蓄電装置５から電力供給を受けて走行することができる。

（ＳＯＣ＜ＳＯＣ２１である場合）
逆に、コントローラ９Ａは、蓄電装置５のＳＯＣが第４の設定値ＳＯＣ２１より小さい場合に、蓄電装置５への充電を許可しかつ蓄電装置５からの放電を禁止する。尚、第４の設定値ＳＯＣ２１は、第３の設定値ＳＯＣ２２よりも小さい。例えば、第４の設定値ＳＯＣ２１は、蓄電装置５の満充電状態（ＳＯＣ＝１００％）の２０％に設定されているものとする。この場合、蓄電装置５の電荷蓄積量が満充電状態の２０％を下回ると（ＳＯＣがＳＯＣ２１を下回ると）、蓄電装置５は、電力線１１、１２からの電力を充電することができるが、電力線１１、１２へ電力を放電することはできない。即ち、蓄電装置５の電荷蓄積量が少ないときには、コントローラ９Ａは、蓄電装置５からの放電を禁止し、蓄電装置５への充電を許可する。これにより、蓄電装置５が過放電状態になることを抑制しつつ、電力線１１、１２からの電力を回収（吸収）することができる。蓄電装置５が過放電状態になることを抑制することによって、第１の車両１Ａが起動不能になることを抑制することができ、尚且つ、蓄電素子６の寿命を長期化することができる。

第１の車両１Ａの蓄電装置５は、電力線１１、１２を介して、第２の車両１Ｂの制動時における回生電力を回収することができる。これにより、第２の車両１Ｂからの回生電力を無駄にすることなく、第１の車両１Ａの蓄電装置５の充電に利用することができる。即ち、第２の車両１Ｂは、ハイブリッド車両ではないが、第２の車両１Ｂからの回生電力を第１の車両１Ａの蓄電装置５へ充電することができる。

（ＳＯＣ１２≦ＳＯＣ≦ＳＯＣ１１またはＳＯＣ２１≦ＳＯＣ≦ＳＯＣ２２である場合）
蓄電装置５のＳＯＣが第２の設定値ＳＯＣ１２以上かつ第１の設定値ＳＯＣ１１以下である場合、またはＳＯＣが第４の設定値ＳＯＣ２１以上かつ第３の設定値ＳＯＣ２２以下である場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電と放電の可否状態を切り替えずに維持する。即ち、蓄電装置５のＳＯＣが第２の設定値ＳＯＣ１２と第１の設定値ＳＯＣ１１との間にある場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充放電が可能な状態または放電のみ可能な状態の履歴を維持する。一方、蓄電装置５のＳＯＣが第４の設定値ＳＯＣ２１と第３の設定値ＳＯＣ２２との間にある場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充放電が可能な状態または充電のみ可能な状態の履歴を維持する。

（充放電状態の切替え）
図５及び図６は、第１の実施形態による蓄電装置５の充放電状態の切替えを示すフロー図である。図２、図５並びに図６を参照して、蓄電装置５の充放電状態の切替えについて説明する。

例えば、図５が示すように、当初、蓄電装置５のＳＯＣが第４の設定値ＳＯＣ２１より小さい場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電を許可し、かつ、蓄電装置５からの放電を禁止とする（Ｓ１０）。その後、蓄電装置５のＳＯＣが上昇して第４の設定値ＳＯＣ２１を超えても、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電を許可し、かつ、蓄電装置５からの放電を禁止したままとする（Ｓ２０のＮＯ）。

そして、蓄電装置５のＳＯＣがさらに上昇して第３の設定値ＳＯＣ２２を超えたときに（Ｓ２０のＹＥＳ）、図２に示すように、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電および放電を共に許可する（Ｓ３０）。

一方、蓄電装置５のＳＯＣが第３の設定値ＳＯＣ２２より大きい状態から低下して第３の設定値ＳＯＣ２２を下回っても、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電および放電を共に許可した状態を維持する（Ｓ４０のＮＯ）。

その後、蓄電装置５のＳＯＣがさらに低下して第４の設定値ＳＯＣ２１を下回ったときに（Ｓ４０のＹＥＳ）、図２に示すように、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電を許可し、かつ、蓄電装置５からの放電を禁止する（Ｓ５０）。ステップＳ５０は、上記ステップＳ１０と同じ状態である。従って、その後、コントローラ９Ａは、継続して蓄電装置５の制御を実行する。

次に、図６が示すように、当初、蓄電装置５のＳＯＣが第３の設定値ＳＯＣ２２より大きく且つ第２の設定値ＳＯＣ１２より小さい場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電および蓄電装置５からの放電を共に許可する（Ｓ１１）。その後、蓄電装置５のＳＯＣが上昇して第２の設定値ＳＯＣ１２を超えても、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充放電を共に許可した状態を維持する（Ｓ２１のＮＯ）。

そして、蓄電装置５のＳＯＣがさらに上昇して第１の設定値ＳＯＣ１１を超えたときに（Ｓ２１のＹＥＳ）、図２に示すように、コントローラ９Ａは、蓄電装置５からの放電を許可し、蓄電装置５への充電を禁止する（Ｓ３１）。

一方、蓄電装置５のＳＯＣが第１の設定値ＳＯＣ１１より大きい状態から低下して第１の設定値ＳＯＣ１１を下回っても、コントローラ９Ａは、蓄電装置５からの放電を許可し且つ蓄電装置５への充電を禁止した状態を維持する（Ｓ４１のＮＯ）。

その後、蓄電装置５のＳＯＣがさらに低下して第２の設定値ＳＯＣ１２を下回ったときに（Ｓ４１のＹＥＳ）、図２に示すように、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電と放電を共に許可する（Ｓ５１）。ステップＳ５１は、上記ステップＳ１１と同じ状態である。従って、その後、コントローラ９Ａは、継続して蓄電装置５の制御を実行する。

このように、第１の設定値ＳＯＣ１１と第２の設定値ＳＯＣ１２、第３の設定値ＳＯＣ２２と第４の設定値ＳＯＣ２１とは、それぞれ互いに相違しており、蓄電装置５の充放電の可否状態とＳＯＣとの関係はヒステリシスを有する。これにより、ＳＯＣが第１の設定値ＳＯＣ１１と第２の設定値ＳＯＣ１２との間にある場合に、蓄電装置５の充放電の可否状態が不安定になることを抑制することができる。ＳＯＣが第３の設定値ＳＯＣ２２と第４の設定値ＳＯＣ２１との間にある場合に、蓄電装置５の充放電の可否状態が不安定になることを抑制することができる。

例えば、もし、第１の設定値ＳＯＣ１１と第２の設定値ＳＯＣ１２とが等しい値に設定された場合、蓄電装置５のＳＯＣが、ＳＯＣ１１およびＳＯＣ１２の近傍において上下すると、蓄電装置５の充放電の可否状態が頻繁に切り替わる。このため、蓄電装置５の充放電の可否状態が非常に不安定になる。また、もし、第３の設定値ＳＯＣ３３と第４の設定値ＳＯＣ２１とが等しい値に設定された場合、蓄電装置５のＳＯＣが、ＳＯＣ２２およびＳＯＣ２１の近傍において上下すると、蓄電装置５の充放電の可否状態が頻繁に切り替わる。このため、蓄電装置５の充放電の可否状態が非常に不安定になる。

これに対し、第１の実施形態のように、蓄電装置５の充放電の可否状態とＳＯＣとの関係がヒステリシスを有することによって、蓄電装置５のＳＯＣが第２の設定値ＳＯＣ１２と第１の設定値ＳＯＣ１１との間あるいは第３の設定値ＳＯＣ２２と第４の設定値ＳＯＣ２１との間にある場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充放電の可否状態の履歴を維持する。これにより、蓄電装置５の充放電の可否状態は頻繁に切り替わることなく、安定化する。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態による蓄電装置５の充放電の可否を示すグラフである。第２の実施形態では、コントローラ９Ａは、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとの間の距離の検出値Ｌ（以下、単に、距離Ｌともいう）に基づいて、蓄電装置５の充電または放電の可否を制御する。縦軸は、充放電の可否を示す。横軸は、距離Ｌを示す。

（Ｌ＞Ｌ１である場合）
コントローラ９Ａは、距離Ｌが第１の設定値Ｌ１より大きい場合に、蓄電装置５による充電および放電を禁止する。第１の車両１Ａが第２の車両１Ｂへ電力を供給し、あるいは、第２の車両１Ｂから電力を回収する場合、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとの間の電力の受け渡しは、電力線１１、１２を介して行われる。よって、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとの間の距離Ｌが大きい場合、電力線１１、１２の抵抗による電力損失が大きくなる。そこで、コントローラ９Ａは、距離Ｌが第１の設定値Ｌ１より大きい場合には、蓄電装置５による充電および放電を禁止する。この場合、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとは、それぞれ独立に走行し、あるいは、待機すればよい。尚、第１の設定値Ｌ１は、電力線１１、１２の抵抗、電圧等の様々な条件を考慮して決定すればよい。

（Ｌ＜Ｌ２である場合）
逆に、コントローラ９Ａは、距離Ｌが第２の設定値Ｌ２より小さい場合に、蓄電装置５による充電および放電を許可する。尚、第２の設定値Ｌ２は、第１の設定値Ｌ１よりも小さい。第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとの間の距離Ｌが小さい場合、電力線１１、１２の抵抗による電力損失が小さい。従って、コントローラ９Ａは、距離Ｌが第２の設定値Ｌ２より小さい場合には、蓄電装置５による充電および放電を許可する。

この場合、第１の車両１Ａの蓄電装置５は、電力線１１、１２を介して第２の車両１Ｂへ電力を供給することができる。これにより、第２の車両１Ｂは、第１の車両１Ａの蓄電装置５から電力供給を受けて走行することができる。また、第１の車両１Ａの蓄電装置５は、電力線１１、１２を介して、第２の車両１Ｂの回生電力を回収することができる。これにより、第２の車両１Ｂをからの回生電力を無駄にすることなく、第１の車両１Ａの蓄電装置５の充電に利用することができる。即ち、第２の車両１Ｂは、ハイブリッド車両ではないが、第１の車両１Ａの蓄電装置５のアシストを受けたり、あるいは、蓄電装置５へ回生電力を充電することができる。

尚、第２の設定値Ｌ２も、電力線１１、１２の抵抗、電圧等の様々な条件を考慮して決定すればよい。

（Ｌ２≦Ｌ≦Ｌ１である場合）
距離Ｌが第２の設定値Ｌ２以上かつ第１の設定値Ｌ１以下である場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態を切り替えずに維持する。即ち、距離Ｌが第２の設定値Ｌ２と第１の設定値Ｌ１との間にある場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態の履歴を維持する。

（充放電状態の切替え）
図７は、第２の実施形態による蓄電装置５の充放電状態の切替えを示すフロー図である。図３および図７を参照して、蓄電装置５の充放電状態の切替えについて説明する。

例えば、当初、距離Ｌが第２の設定値Ｌ２より小さい場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電および蓄電装置５からの放電を許可する（Ｓ１２）。この場合、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとが離れて、距離Ｌが第２の設定値Ｌ２を超えても、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態を切り替えず、蓄電装置５への充電および蓄電装置５からの放電を許可したままとする（Ｓ２２のＮＯ）。

そして、距離Ｌがさらに増大し第１の設定値Ｌ１を超えたときに（Ｓ２２のＹＥＳ）、図３に示すように、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態を切り替える。即ち、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電および蓄電装置５からの放電を禁止する（Ｓ３２）。

一方、距離Ｌが第１の設定値Ｌ１より大きい場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電および蓄電装置５からの放電を禁止する。この場合、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとが近づいて距離Ｌが低下し、第１の設定値Ｌ１を下回っても、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態を切り替えず、蓄電装置５への充電および蓄電装置５からの放電を禁止したままとする（Ｓ４２のＮＯ）。

そして、距離Ｌがさらに低下して第２の設定値Ｌ２を下回ったときに（Ｓ４２のＹＥＳ）、図３に示すように、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態を切り替える。即ち、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電および蓄電装置５からの放電を許可する（Ｓ５２）。ステップＳ５２は、上記ステップＳ１２と同じ状態である。従って、その後、コントローラ９Ａは、継続して蓄電装置５の制御を実行する。

このように、第１の設定値Ｌ１と第２の設定値Ｌ２とは互いに相違しており、蓄電装置５の充放電の可否状態と距離Ｌとの関係はヒステリシスを有する。これにより、距離Ｌが第１の設定値Ｌ１と第２の設定値Ｌ２との間にある場合に、蓄電装置５の充放電の可否状態が不安定になることを抑制することができる。

例えば、もし、第１の設定値Ｌ１と第２の設定値Ｌ２とが等しい値に設定された場合、距離Ｌが、Ｌ１およびＬ２の近傍において上下すると、蓄電装置５の充放電の可否状態が頻繁に切り替わる。このため、蓄電装置５の充放電の可否状態が非常に不安定になる。

これに対し、第２の実施形態のように、蓄電装置５の充放電の可否状態と距離Ｌとの関係がヒステリシスを有することによって、距離Ｌが第２の設定値Ｌ２と第１の設定値Ｌ１との間にある場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態の履歴を維持する。これにより、蓄電装置５の充放電の可否状態は頻繁に切り替わることなく、安定化する。

また、第２の実施形態によれば、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとの距離Ｌが近い場合に、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電を許可し、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとの距離Ｌが遠い場合に、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電を禁止する。これにより、第１の車両１Ａは、蓄電装置５の電力を効率良く第２の車両１Ｂへ供給することができ、尚且つ、第２の車両１Ｂからの電力を効率良く蓄電装置５へ回収することができる。

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態による蓄電装置５の充放電の可否を示すグラフである。第３の実施形態では、コントローラ９Ａは、電力線１１（または１２）の電圧値の検出値Ｅ（以下、単に、電圧値Ｅともいう）に基づいて、蓄電装置５の充電または放電の可否を制御する。縦軸は、充放電の可否を示す。横軸は、電圧値Ｅを示す。尚、電圧値Ｅは、電力線１１、１２の電圧差の検出値と言ってもよい。

（Ｅ＞Ｅ１である場合）
コントローラ９Ａは、電圧値Ｅが第１の設定値Ｅ１より大きい場合に、蓄電装置５への充電を許可しかつ蓄電装置５からの放電を禁止する。電圧値Ｅが高いことは、第２の車両１Ｂが第１の車両１Ａの付近で電力を回生していることを意味する。即ち、コントローラ９Ａは、電圧Ｅが第１の設定値Ｅ１より高いことによって、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとの距離が近いこと、並びに、第２の車両１Ｂが電力を回生していることを判断できる。従って、この場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５による充電を許可しかつ放電を禁止する。

これにより、第２の車両１Ｂからの回生電力を無駄にすることなく、第１の車両１Ａの蓄電装置５の充電に利用することができる。即ち、第２の車両１Ｂは、ハイブリッド車両ではないが、第１の車両１Ａの蓄電装置５へ回生電力を充電することができる。また、電力線１１の電圧が過剰に高くなることを抑制することができる。尚、第１の設定値Ｅ１は、電力線１１、１２の抵抗、電圧等の様々な条件を考慮して決定すればよい。

（Ｅ＜Ｅ２である場合）
逆に、コントローラ９Ａは、電圧値Ｅが第２の設定値Ｅ２より小さい場合に、蓄電装置５からの放電を許可しかつ蓄電装置５への充電を禁止する。尚、第２の設定値Ｅ２は、第１の設定値Ｅ１よりも小さい。電圧値Ｅが低いことは、第２の車両１Ｂが第１の車両１Ａの付近で走行しており力行中であることを意味する。即ち、コントローラ９Ａは、電圧値Ｅが第２の設定値Ｅ２より低いことによって、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとの距離が近いこと、並びに、第２の車両１Ｂが力行中であることを判断できる。従って、この場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５による放電を許可しかつ充電を禁止する。

これにより、第２の車両１Ｂは、第１の車両１Ａの蓄電装置５から電力供給を受けて走行することができる。即ち、第２の車両１Ｂは、ハイブリッド車両ではないが、第１の車両１Ａの蓄電装置５のアシストを受けて走行することができる。また、電力線１１の電圧が過剰に低くなることを抑制することができる。尚、第２の設定値Ｅ２も、電力線１１、１２の抵抗、電圧等の様々な条件を考慮して決定すればよい。

（Ｅ２≦Ｅ≦Ｅ１である場合）
電圧値Ｅが第２の設定値Ｅ２以上かつ第１の設定値Ｅ１以下である場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態を切り替えずに維持する。即ち、電圧値Ｅが第２の設定値Ｅ２と第１の設定値Ｅ１との間にある場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態の履歴を維持する。

（充放電状態の切替え）
図８は、第３の実施形態による蓄電装置５の充放電状態の切替えを示すフロー図である。図４および図８を参照して、蓄電装置５の充放電状態の切替えについて説明する。

例えば、当初、電圧値Ｅが第２の設定値Ｅ２より小さい場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５からの放電を許可し、かつ、蓄電装置５への充電を禁止とする（Ｓ１３）。この場合、電圧値Ｅが上昇して第２の設定値Ｅ２を超えても、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態を切り替えず、蓄電装置５からの放電を許可し、かつ、蓄電装置５への充電を禁止したままとする（Ｓ２３のＮＯ）。

そして、電圧値Ｅがさらに上昇して第１の設定値Ｅ１を超えたときに（Ｓ２３のＹＥＳ）、図４に示すように、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態を切り替える。即ち、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電を許可し、かつ、蓄電装置５からの放電を禁止する（Ｓ３３）。

一方、電圧値Ｅが第１の設定値Ｅ１より大きい場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５への充電を許可し、かつ、蓄電装置５からの放電を禁止とする。この場合、電圧値Ｅが低下して第１の設定値Ｅ１を下回っても、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態を切り替えず、蓄電装置５への充電を許可し、かつ、蓄電装置５からの放電を禁止したままとする（Ｓ４３のＮＯ）。

そして、電圧値Ｅがさらに低下して第２の設定値Ｅ２を下回ったときに（Ｓ４３のＹＥＳ）、図４に示すように、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態を切り替える。即ち、コントローラ９Ａは、蓄電装置５からの放電を許可し、かつ、蓄電装置５への充電を禁止する（Ｓ５３）。ステップＳ５３は、上記ステップＳ１３と同じ状態である。従って、その後、コントローラ９Ａは、継続して蓄電装置５の制御を実行する。

このように、第１の設定値Ｅ１と第２の設定値Ｅ２とは互いに相違しており、蓄電装置５の充放電の可否状態と電圧値Ｅとの関係はヒステリシスを有する。これにより、電圧値Ｅが第１の設定値Ｅ１と第２の設定値Ｅ２との間にある場合に、蓄電装置５の充放電の可否状態が不安定になることを抑制することができる。

例えば、もし、第１の設定値Ｅ１と第２の設定値Ｅ２とが等しい値に設定された場合、電圧Ｅが、Ｅ１およびＥ２の近傍において上下すると、蓄電装置５の充放電の可否状態が頻繁に切り替わる。このため、蓄電装置５の充放電の可否状態が非常に不安定になる。

これに対し、第３の実施形態のように、蓄電装置５の充放電の可否状態と電圧Ｅとの関係がヒステリシスを有することによって、電圧Ｅが第２の設定値Ｅ２と第１の設定値Ｅ１との間にある場合、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電の可否状態の履歴を維持する。これにより、蓄電装置５の充放電の可否状態は頻繁に切り替わることなく、安定化する。

また、第３の実施形態によれば、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとの距離が近い場合に、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電または放電を許可し、第１の車両１Ａと第２の車両１Ｂとの距離が遠い場合に、コントローラ９Ａは、蓄電装置５の充電および放電を禁止する。

さらに、第３の実施形態は、電力線１１、１２の電圧差が過剰に大きくなったり、あるいは、過剰に小さくなることを抑制する。これにより、電力線１１、１２の電圧差が安定する。

第１〜第３の実施形態の少なくとも２つを組み合わせてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims

或る電力線に電気的に接続された第１の車両および第２の車両を含む鉄道システムであって、
前記第１の車両は、
駆動部と、
前記電力線からの電力を得て前記駆動部を駆動するインバータと、
前記電力線へ電力を供給し、あるいは、前記電力線からの電力を蓄積する蓄電装置と、
前記蓄電装置の電荷蓄積量、前記第１の車両と前記第２の車両との間の距離、または、前記電力線の電圧値のいずれかの検出値に基づいて、前記蓄電装置の充電または放電の可否を制御する制御部とを備え、
前記蓄電装置による充電または放電を許可状態から禁止状態へ切り替えるときの前記検出値を第１の設定値とし、前記蓄電装置による充電または放電を禁止状態から許可状態へ切り替えるときの前記検出値を第２の設定値とすると、前記第１の設定値と前記第２の設定値とは相違し、
前記制御部は、前記第１の車両と前記第２の車両との間の距離の検出値が第１の設定値より大きい場合に、前記蓄電装置による充電および放電を禁止し、
前記制御部は、前記第１の車両と前記第２の車両との間の距離の検出値が第２の設定値より小さい場合に、前記蓄電装置による充電および放電を許可し、
前記第１の設定値は前記第２の設定値よりも大きく、
前記制御部は、前記第１の車両と前記第２の車両との間の距離の検出値が前記第１の設定値と前記第２の設定値との間にある場合には、前記蓄電装置の充電または放電の可否状態を維持する、鉄道システム。
前記検出値が前記第１の設定値と前記第２の設定値との間にある場合、前記制御部は、前記蓄電装置の充電または放電の可否状態を切り替えることなく維持している、請求項１に記載の鉄道システム。
前記検出値と前記蓄電装置の充電または放電の可否との関係は、ヒステリシスを有する、請求項１または請求項２に記載の鉄道システム。
前記制御部は、前記蓄電装置の電荷蓄積量の検出値が第１の設定値より大きい場合に、前記蓄電装置による放電を許可しかつ充電を禁止し、
前記制御部は、前記蓄電装置の電荷蓄積量の検出値が第２の設定値より小さい場合に、前記蓄電装置による充電を許可しかつ放電を禁止し、
前記制御部は、前記蓄電装置の電荷蓄積量の検出値が前記第１の設定値と前記第２の設定値との間にある場合には、前記蓄電装置の充電または放電の可否状態を維持する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の鉄道システム。
前記制御部は、前記電力線の電圧値の検出値が第１の設定値より大きい場合に、前記蓄電装置による充電を許可しかつ放電を禁止し、
前記制御部は、前記電力線の電圧値の検出値が第２の設定値より小さい場合に、前記蓄電装置による放電を許可しかつ充電を禁止し、
前記第１の設定値は前記第２の設定値よりも大きく、
前記制御部は、前記電力線の電圧値の検出値が前記第１の設定値と前記第２の設定値との間にある場合には、前記蓄電装置の充電または放電の可否状態を維持する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の鉄道システム。
前記蓄電装置は、前記インバータへ電力を供給し、あるいは、前記インバータからの電力を蓄積する、請求項１に記載の鉄道システム。
前記第１の車両は、前記第２の車両または地上に設置された基地局と通信可能な通信部をさらに備え、
前記制御部は、該第１の車両の位置情報と前記第２の車両または前記基地局から得た前記第２の車両の位置情報とから前記第１の車両と前記第２の車両との距離を算出する、請求項１に記載の鉄道システム。