JP5953663B2 - 交通信号制御機 - Google Patents

Description

本発明は、信号灯器の点灯又は消灯などを制御する交通信号制御機に関する。

交差点又は横断歩道には、信号灯器の青、黄、赤、青矢印等の点灯又は消灯を所定の時間間隔で繰り返すように制御する、交通信号制御機が設置されている。

また、この種の交通信号制御機として、商用電源が災害等で遮断された場合でも電源を確保して交通信号制御の信頼性を高めるため、信号灯器を含む機器の電源に商用電源のＡＣ１００Ｖを用いる通常運転と、バッテリの直流電圧を用いるバッテリ運転とのいずれかに切り替え可能なものが知られている（特許文献１参照）。
バッテリが設けられていることで、商用電源が遮断された場合であっても、バッテリ運電を行うことで、交通信号制御機の動作を維持することができる。

また、特許文献１記載の交通信号機では、太陽電池が接続されており、太陽電池で発電された電力によりバッテリを充電することができる。

特開２００８−７１１７６号公報

バッテリを、太陽電池で発電した電力で充電できるように構成されていても、バッテリが満充電の場合は、太陽電池が発電しても電力を貯めることができない。このため、発電したエネルギーを使用せず、商用電源を利用することとなり、無駄が発生する。

そこで、本発明は、太陽電池などの自然エネルギーによって発電する発電装置が発電する電力を蓄える際の無駄を少なくするとともに、商用電源の利用を抑制することを目的とする。

（１）本発明は、信号灯器の灯色切り替えタイミングを制御する交通信号制御機であって、商用電源及び自然エネルギーによって発電する発電装置から充電可能なバッテリと、前記発電装置による発電量が所定の発電基準量を超えている場合に、前記信号灯器を前記バッテリで駆動させることで、前記バッテリの充電量の一部を放電させる部分放電を実行する制御部と、を備えていることを特徴とする交通信号制御機である。

上記本発明によれば、バッテリの充電量が多くても、バッテリの充電量の一部を放電させる部分放電を実行することで、充電量が少なくなり、さらなる充電が可能となる。したがって、自然エネルギーによって発電する発電装置が発電する電力を蓄える機会が増えるとともに、商用電源の利用を抑制できるため、無駄が少なくなる。

（２）前記制御部は、前記発電装置による発電量が所定の発電基準量を超え、かつ、前記バッテリの充電量が所定の充電基準量に達している場合に、前記部分放電を実行するのが好ましい。この場合、バッテリの充電量が所定の充電基準量に達しているほどに多い場合に、部分放電が実行される。バッテリの充電量が少ない場合に部分放電を行うと、再充電までに非常に長い時間がかかり、バッテリ駆動が必要とされる事態が発生したときに、十分な充電量が確保できないおそれがある。これに対し、バッテリの充電量が所定の充電基準量に達しているほどに多い場合に、部分放電が実行されるのであれば、部分放電を行っても充電され易く、バッテリ駆動が必要とされる事態が発生したときにでも、十分な充電量を確保するのが容易である。

（３）前記制御部は、前記発電装置による発電量又は前記発電装置による発電量に影響を与える要因に関する情報に基づいて放電量を調整するのが好ましい。この場合、放電量を適切に調整することができる。

（４）前記発電装置による発電量に影響を与える要因に関する前記情報は、日射に関する情報であるのが好ましい。太陽光発電の発電量は日射の状況によって左右されるため、放電量も、日射に関する情報に基づいて調整すると、過放電とならないように調整できる。

（５）前記制御部は、前記部分放電の完了後、前記信号灯器を前記商用電源で駆動させるのが好ましい。

この場合、部分放電の完了後に、信号灯器を商用電源で駆動することにより、発電装置によるバッテリの再充電を効率的に行うことができる。

（６）前記充電基準量は、前記バッテリがほぼ満充電であるときの充電量であるのが好ましい。この場合、バッテリがほぼ満充電であるときに部分放電が行われるため、バッテリの残容量が少なくなり難く、停電時バックアップというバッテリの機能を損なうところが少ない。

本発明によれば、バッテリの充電量が多くても、バッテリの充電量の一部を放電させる部分放電を実行することで、充電量が少なくなり、さらなる充電が可能となる。したがって、自然エネルギーによって発電する発電装置が発電する電力を蓄える機会が増えるとともに、商用電源の利用を抑制できるため、無駄が少なくなる。

本発明に係る交通信号制御機の構成例を示すブロック図である。 交通信号制御機の電源制御の第１の処理のフローチャートである。 交通信号制御機の電源制御の第２の処理（部分放電処理）のフローチャートである。 変形例に係る部分放電処理のフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
〔交通信号制御機の構成〕
図１は、本発明に係る交通信号制御機１の構成例を示すブロック図である。
本実施形態の交通信号制御機１は、通信部２、制御部３、電源部４、バッテリ１０、灯器駆動部１１、及びインタフェース部１２を備えている。なお、図１では、信号灯器５１を駆動する灯器駆動部１１が１つだけ図示されているが、実際の灯器駆動部１１は、信号灯器５１の数に応じて複数設けられている。
また、交通信号制御機１は、外部装置と信号をやり取りするためのインタフェース部１２を備えている。インタフェース部１２には、超音波車両感知器５２、光ビーコン５３、画像処理式車両感知器５４、交通情報板５５、押しボタン装置５６、他の交通信号制御機１０１などが接続されており、これらの機器との間でデータのやりとりを行うことができる。

交通信号制御機１の通信部２には、交通管制センターに設置された中央装置６（交通管制装置ともいう。）が所定の通信回線を通じて接続されている。なお、中央装置６は、交通管制センター以外の建物に設置されていてもよい。
中央装置６は、自装置の管轄エリア内の複数の集中型の交通信号制御機１と通信回線を通じて接続されており、この中央装置６と集中型の各交通信号制御機１とから、交通信号制御システムが構成されている。
なお、交通信号制御機１は、中央装置６との通信を行わずに単独で信号灯器の制御を行う地点型であってもよい。

交通信号制御機１の制御部３は、信号灯器５１等を制御するためのものであり、信号灯器５１の点灯又は消灯の切り替えタイミングを決定する処理などを行う。

交通信号制御機１の電源部４には、外部電源として商用電源７（例えば、ＡＣ１００Ｖの交流電源）と、内部電源としてのバッテリ１０と、が接続されている。また、電源部４には、太陽電池（ソーラーパネル）８及び／又は風力発電装置９などの、自然エネルギー（再生可能エネルギー）を利用した発電装置８，９が接続されている。発電装置８，９は、発電電力計２０を介して、電源部４に接続されている。なお、太陽電池（ソーラーパネル）８及び／又は風力発電装置９などの発電装置は、信号灯器１５の近傍に設置されている。

電源部４は、バッテリ１０の充電のための電力供給源を切り替える第１切替部４１、及び、信号灯器５１及び交通信号制御機１を駆動するための電源を切り替える第２切替部４２を備えている。

第１切替部４１は、スイッチ回路よりなり、充電のための電力供給源として商用電源７を用いる第１充電モード（通常モード）と、充電のための電力供給原として発電装置８，９を用いる第２充電モードと、を切り替えることができる。
第２切替部４２は、スイッチ回路よりなり、信号灯器５１等の駆動のための電源として商用電源を用いる第１駆動モード（通常モード）と、信号灯器５１等の駆動のための電源としてバッテリ１０を用いる第２駆動モードと、を切り替えることができる。

電源部４は、第１切替部４１及び第２切替部４２などの制御のために電源制御部４３を備えている。
電源制御部４３は、第１切替部４１及び第２切替部４２に対して、切替制御信号を出力することで、各切替部４１，４２のモードを切り替えることができる。

交通信号制御機１は、通常時においては、通常モードである第１駆動モード及び第１充電モードにある。つまり、通常時においては、商用電源７によって信号灯器５１などが動作し、商用電源７にてバッテリ１０が充電される。なお、商用電源７からの交流電力は、コンバータ４５によって直流電力に変換され、第１切替部４１を介して、バッテリ１０に与えられる。

電源制御部４３は、必要に応じて、第２充電モード及び／又は第２駆動モードに切り替える制御を行い、バッテリ１０にて信号灯器５１などを動作させ、発電装置８，９にてバッテリ１０を充電させることもできる。バッテリ１０による信号灯器５１などの動作と、発電装置８，９によるバッテリ１０の充電とは、同時に実施してもかまわない。
なお、バッテリ１０から放電された直流電力は、インバータ４４によって交流電力に変換され、第２切替部４２を介して、交通信号制御機１内の機器２，３，１１，１２及び信号灯器５１に供給される。

バッテリ１０は、節電のために商用電源７の電力を使用すべきでないとき、又は停電のために商用電源７を利用できないときのためのバックアップ用電源である。バッテリ１０は、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、或いは、ニッケル水素電池などの二次電池よりなる。バッテリ１０は、交通信号制御機１の筐体内に内蔵していてもよいし、その筐体の外部に別体で設けられていてもよい。

バッテリ１０は、充放電制御部１０ａを備えており、充放電制御部１０ａは、充電制御、過充電保護のための制御、及び過放電保護のための制御を行う。充放電制御部１０ａは、バッテリ１０が満充電（所定の充電基準量に達した状態）になると、バッテリ１０への充電を停止させる。充放電制御部１０ａは、満充電でないときに、バッテリ１０への電力供給があると、所定の充電制御手順に従って、バッテリ１０への充電を制御する。また、充放電制御部１０ａは、バッテリ１０の充電量を示す信号を、電源制御部４３に対して出力する。

〔電源制御処理〕
バッテリ１０は、節電時又は停電時などにおけるバックアップ用電源であるため、商用電源７が利用可能であるときに、充電量が十分に多い状態（満充電）にしておき、その状態を保って、節電時又は停電時に備えることが望まれる。つまり、信号灯器５１などがバッテリ１０にて駆動されてバッテリ１０の電力が放電される第２駆動モードとなるのは、節電が必要となったとき又は商用電源７が遮断され停電になったときなど、商用電源７の利用が制限されたときに限られるべきである、というのが本来的な考え方である。

しかし、バッテリ１０が満充電であると、太陽電池８や風力発電装置９などの自然エネルギーを利用した発電装置８，９が発電しても、バッテリ１０にそれ以上電力を貯めることができない。
そこで、本実施形態の電源制御部４３は、節電時又は停電時にだけ信号灯器５１などをバッテリ１０にて駆動する第２駆動モードに切り替えるのではなく、商用電源７を利用可能なときであっても、所定の条件に合致した場合には、信号灯器５１などをバッテリ１０にて駆動する第２駆動モードに切り替える。これにより、バッテリ１０の電力が放電され、自然エネルギーを利用した発電装置８，９が発電した電力を、バッテリ１０に蓄える余地が生じる。しかも、バッテリ１０の電力放電によって信号灯器５１などを駆動できるため、その分、商用電源７の電力利用を抑制することができる。
なお、節電のために信号灯器５１などをバッテリ１０にて駆動するよう切り替えるのは、中央装置１からの指令（節電のためにバッテリ駆動とする指令）を契機として行っても良いし、交通信号制御機１が有するタイマーによって節電すべき時間になったことが検出されたことを契機として行っても良い。

図２は、電源制御部４３が行う電源制御の第１の処理（第１切替部の切替処理）のフローチャートを示し、図３は、電源制御部４３が行う電源制御の第２の処理（第２切替部の切替処理）のフローチャートを示している。
なお、図２及び図３に示す処理は、周期的に実行される。また、図２及び図３に示す電源制御の処理は、バッテリ１０の充放電制御部１０ａが行っても良い。

図２の電源制御の第１の処理では、まず、発電装置８，９による発電量が、所定の充電切替基準値（第１の閾値）を超えているか否かが判定される（ステップＳ１）。電源制御部４３は、発電電力計２０が出力した発電量に基づいて、判定を行う。充電切替基準値は、バッテリ１０へ充電するための十分な発電量を示す値である。

悪天候である場合や無風である場合などの原因により発電装置８，９による発電量が、充電切替基準値に満たない場合には、商用電源７にてバッテリ１０が充電されるように、電源制御部４３は、第１切替部４１を商用電源７側に切り替え、第１充電モードにする（ステップＳ２）。第１モードでは、商用電源７から電力がバッテリ１０に与えられ、バッテリ１０が満充電になると、充放電制御部１０ａによって充電が停止する。

晴天である場合や風が吹いている場合などの原因により発電装置８，９による発電量が、充電切替基準値を超えた場合には、発電装置８，９にてバッテリ１０が充電されるように、電源制御部４３は、第１切替部４１を発電装置８，９側に切り替え、第２充電モードにする（ステップＳ３）。

図３の電源制御の第２の処理（部分放電処理）では、まず、バッテリ１０が満充電（所定の充電基準量に達した状態）であるか否かを判定する（ステップＳ４１）。電源制御部４３は、充放電制御部１０ａから出力された充電量を示す信号に基づいて、満充電であるか否かを判定する。

バッテリ１０が満充電でなければ、部分放電処理を終了し、満充電であれば、次のステップＳ４２に進む。
なお、ステップＳ４２への処理の移行は、バッテリ１０が満充電である場合に限る必要はなく、バッテリ１０が所定の充電基準量に達している場合に行っても良い。なお、所定の充電基準量は、ほぼ満充電であると評価できる充電量（例えば、満充電の９９％又は９８％程度の充電量）であるのが好ましい。
バッテリの充電量が少ない場合に部分放電を行うと、再充電までに非常に長い時間がかかり、節電時又は停電時などのようにバッテリ駆動が必要とされる事態が発生したときに、十分な充電量が確保できないおそれがある。これに対し、バッテリの充電量がほぼ満充電であるときに、部分放電が実行されるのであれば、節電時又は停電時などのようにバッテリ駆動が必要とされる事態が発生したときにでも、十分な充電量を確保するのが容易である。

ステップＳ４２では、発電装置８，９の発電量が、所定の発電基準量（第２の閾値）を超えているか否かの判定が行われる。この発電基準量は、バッテリ１０から電力を部分放電しても、発電装置８，９によって再充電するための十分な発電量を示す値である。発電基準量は、前述の充電切替基準値と同じ値であっても良いし、異なる値であってもよい。

発電装置８，９の発電量が発電基準量を下回った場合には、バッテリ１０の放電を行うと、自然エネルギーによる再充電に支障があるとみなし、バッテリ１０の部分放電を行わずに、部分放電処理は終了する。発電装置８，９の発電量が発電基準量を超えた場合には、次のステップＳ４３に移行する。

ステップＳ４３では、部分放電による放電量を決定するために、発電装置８，９の発電量と、所定の閾値（第３の閾値；第３の閾値＞発電基準量（第２の閾値））と、の比較を行う。発電装置８，９による発電量が比較的多い場合（晴天時・強風時）には、バッテリ１０の放電を多めに行っても、確実な再充電が期待できる。一方、発電装置８，９による発電量が比較的少ない場合（曇天時・弱風時）には、バッテリ１０の放電を少なめにしたほうが再充電を確実に行える。

そこで、ステップＳ４３にて、発電量が所定の閾値以上であると判定されると、放電量として、充電量の９０％までの放電（比較的多い放電量）を決定する（ステップＳ４４）。一方、ステップＳ４３にて、発電量が所定の閾値未満であると判定されると、放電量として、充電量の９５％までの放電（比較的少ない放電量）を決定する（ステップＳ４５）。なお、ステップＳ４３〜Ｓ４５では、２種類の放電量のうちの一つが決定されるが、決定される放電量の候補は、３以上あってもよい。また、複数の放電量の候補から選択するのではなく、発電量から放電量を算出する演算式に基づいて、放電量を決定してもよい。

放電量が決定されると、電源制御部４３は、第２切替部４２をバッテリ１０側に切り替えて、バッテリ１０によって信号灯器５１などが駆動される第２駆動モードにする（ステップＳ４６）。これにより、バッテリ１０の部分放電が実行され、充電量が低下する。

電源制御部４３は、ステップＳ４４，４５で決定した放電量になるまで、ステップＳ４２〜ステップＳ４７の処理を繰り返す（ステップＳ４７）。なお、決定した放電量になるまで、単に、ステップＳ４７だけを繰り返しても良いが、ステップＳ４２〜ステップＳ４７の処理を繰り返すことで、部分放電中に発電装置８，９の発電量が変動した場合に、適切な放電量に変更することが可能となる。

なお、電源制御部４３による放電量の管理は、充放電制御部１０ａから出力された放電量を示す信号に基づいて行っても良いし、放電量を直接的に監視することなく、単に放電時間の長さの管理で行っても良い（放電量は放電時間に応じて増加する）。

決定した放電量までの部分放電が完了すると、電源制御部４３は、第２切替部４２を商用電源７側に切り替えて、商用電源７によって信号灯器５１などが駆動される第１駆動モードに戻す。これにより、バッテリ１０の部分放電が停止し、その後、再充電がなされる。自然エネルギーを利用した発電装置８，９の発電量が十分に大きいときに放電を行ったため、その後の再充電も、自然エネルギーを利用した発電装置８，９から充電が行われることが期待できる（図２参照）。

したがって、自然エネルギーを利用した発電装置８，９が発電する電力を蓄電できる機会が増加し、無駄を少なくすることができる。
しかも、発電装置８，９の発電量が、直ちに再充電が可能なレベルにあるときにだけ放電するため、放電しても直ちに満充電に戻ることが期待でき、バッテリ１０の本来的な機能である節電時又は停電時のバックアップ機能にほとんど影響を及ぼさない。

なお、放電と同時に充電も行えるバッテリ１０であれば、バッテリ１０の部分放電中であっても、第１切替部４１がバッテリ１０側に切り替えられている場合には、部分放電完了前であっても充電が行われる。この結果、自然エネルギーを利用した発電装置８，９の発電量が、信号灯器５１などによる消費電力量以上であるときには、図２のステップＳ４２からステップＳ４７のループが回り続けるため、商用電源７の電力を使用せずに、動作することが可能となる。
また、万が一、部分放電後の再充電時に、自然エネルギーを利用した発電装置８，９の発電量が予想外に低下した場合であっても、商用電源７からの充電が可能であるため、再充電自体は可能である。

〔部分放電処理の変形例〕
図４は、図３に示す部分放電処理の変形例を示している。図３のステップＳ４３では、放電量を決定するために、発電装置８，９の発電量と所定の閾値（第３の閾値）とを比較していたが、図４のステップＳ４３では、発電量を直接的に考慮するのではなく、発電装置８，９による発電量に影響を与える要因に関する情報に基づいて、部分放電を行うか否かを決定する。

放電・再充電にはある程度の時間を要するため、現在の発電量が十分なレベルであっても、再充電が完了するまでの間においても、十分なレベルの発電量が維持できるとは限らない。
例えば、太陽電池の場合、発電量は、日射量に左右されるため、日射量が少ない時間帯（典型的には、夜）においては、十分な発電量を期待できない。したがって、現在の発電量は十分にあっても、日の入が近い場合には、再充電が完了する前に発電量が低下するおそれがある。したがって、現在の発電量だけでなく、将来の発電量をも考慮して、部分放電の実行の可否を決定した方がよい。

そこで、例えば、図４のステップＳ４３では、現在時刻が”日の入の２時間以上”であるか否かの判定を行い、”日の入の２時間以上”であれば、充電量の９０％までの放電を決定し（ステップＳ４４）、”日の入の２時間以上”でなければ、部分放電を行わずに、部分放電処理を終了する。

このように、時刻情報という発電量に影響を与える要因に関する情報（日射に関する情報）に基づいて、部分放電を実行するか否かを判定することで、より確実な再充電が行える。すなわち、太陽光発電の発電量は日射の状況によって左右されるため、放電量も、日射に関する情報に基づいて調整すると、過放電とならないように調整できる。
なお、日射の有無を判断する場合、単に時刻で判断するのではなく、例えば、太陽電池の設置位置及び高さ、太陽電池の周辺の建物の位置及び高さ、日時と太陽の位置の関係、現在の日時などの情報を総合して、太陽電池が影に入らないかどうかを考慮してもよい。また、日射の有無を判断する場合、気象情報（天気予報情報）を考慮してもよい。

また、発電量に影響を与える要因に関する情報としては、春夏秋冬の各シーズンの平均日射量や平均風速といった過去の統計データであってもよい。例えば、発電量が所定の閾値以上になる時間帯を統計データに基づいて特定しておき、現在時刻が当該時間帯内であれば、部分放電を行うようにしてもよい。
また、部分放電のための電源制御処理を頻繁に行わない場合には、所定期間（所定期間としては、１又は複数時間、１又は複数日、１又は複数月など）毎の平均日射量又は平均風速が、所定の閾値以上であれば、部分放電を行うようにしてもよい。

なお、図４では、”日の入の２時間以上”でなければ、部分放電を行わずに、部分放電処理を終了していたが、将来の発電量に影響を与える要因に関する情報に基づいて、放電量を調整してもよい。

〔付記〕
今回開示した実施形態（上述の各変形例を含む。）はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 交通信号制御機
４ 電源部
７ 商用電源
８ 太陽電池（発電装置）
９ 風力発電装置
１０ バッテリ
１０ａ 充放電制御部
２０ 発電電力計
４１ 第１切替部
４２ 第２切替部
４３ 電源制御部（制御部）
５１ 信号灯器

Claims (5)

1. 信号灯器の灯色切り替えタイミングを制御する交通信号制御機であって、
   商用電源及び自然エネルギーによって発電する発電装置から充電可能なバッテリを備え、前記信号灯器の駆動のための電源として、前記商用電源及び前記バッテリのいずれか一方に切り替えられるよう構成され、前記バッテリの充電のための電力供給源として前記商用電源及び前記発電装置のいずれが選択されているかにかかわらず、前記信号灯器の駆動のための電源として、前記商用電源を選択可能であり、
   決められた放電量になるまで前記バッテリの充電量の一部を放電させる部分放電のための部分放電処理を実行する制御部を備え、
   前記部分放電処理において、前記制御部は、前記信号灯器の駆動のための電源として前記商用電源が選択されているときに、前記発電装置による発電量が所定の発電基準量を超えると、前記信号灯器の駆動のための電源として、前記バッテリを選択して前記部分放電を行わせ、前記部分放電の完了後、前記信号灯器の駆動のための電源として前記商用電源が選択された状態に戻す
   交通信号制御機。
2. 前記制御部は、前記発電装置による発電量が所定の発電基準量を超え、かつ、前記バッテリの充電量が所定の充電基準量に達している場合に、前記部分放電を実行する
   請求項１記載の交通信号制御機。
3. 前記制御部は、前記発電装置による発電量又は前記発電装置による発電量に影響を与える要因に関する情報に基づいて放電量を調整する
   請求項１又は２記載の交通信号制御機。
4. 前記発電装置は、太陽光発電を行う発電装置を含み、
   前記発電装置による発電量に影響を与える要因に関する前記情報は、日射に関する情報を含む
   請求項３記載の交通信号制御機。
5. 前記充電基準量は、前記バッテリがほぼ満充電であるときの充電量である
   請求項２記載の交通信号制御機。
   

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