DE112013007201T5

DE112013007201T5 - Elektrofahrzeug-Steuerungssystem und Leistungsumwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112013007201T5
Application number: DE112013007201.7T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Yamashita; Kenichi Kusano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2016-03-24
Also published as: WO2015019405A1; JPWO2015019405A1; US9522613B2; US20160152158A1; JP5905166B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Elektrofahrzeug-Steuerungssystem bereit, das den Leistungsverbrauch jedes Elektrofahrzeugs in einem aus einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen bestehenden Zug steuert, der Folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen (VVVF) 4, von denen jede von einer Oberleitung bereitgestellte Leistung umwandelt, um Antriebsleistung für einen AC-Motor zu erzeugen, wenn der Zug fährt, und die durch den AC-Motor erzeugte Regenerativleistung umwandeln, die zur Oberleitung zurückgespeist wird, und bestimmen, ob der Zug in einem Schwachlast-Regenerativzustand ist, wenn der Zug eine Regenerativbremse einsetzt; und eine Mehrzahl von leistungsverbrauchenden Vorrichtungen (CP5), die einen Betriebsmodus ändern, wenn mindestens eine der Leistungsumwandlungsvorrichtungen 4 im Schwachlast-Regenerativzustand ist.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug-Steuerungssystem und eine Leistungsumwandlungsvorrichtung.
Hintergrund
Im Allgemeinen ist ein Elektrofahrzeug derart konfiguriert, dass Leistung aus einer Oberleitung in eine Leistungsabnahmevorrichtung eingespeist wird und ein Wechselstrommotor (im Folgenden einfach als „AC-Motor” bezeichnet) durch eine Leistungsumwandlungsvorrichtung angetrieben wird, wie etwa eine die eingespeiste Leistung nutzende Wechselrichtervorrichtung. Das Elektrofahrzeug setzt eine sogenannte Regenerativbremse bzw. Rekuperationsbremse ein, die eine Bremskraft erhält, indem der AC-Motor in einem Regenerativmodus betrieben wird, wenn ein Fahrzeug bremst. Die während des Bremsens erzeugte Regenerativleistung wird einer Last wie etwa einem weiteren Zug, der nahe dem eigenen bremsenden Zug fährt, über die Oberleitung oder eine dritte Schiene zugeführt und wird darin verbraucht.
Allerdings kann bei einem Leitungsabschnitt mit geringer Aktivität, in dem eine kleine Anzahl von Zügen frühmorgens oder nachts fahren, ein Fall bestehen, in dem sich keine weiteren Züge in der Nähe des eigenen Zugs befinden (eine Regenerativlast ist nicht ausreichend), was bedeutet, dass die durch die Regenerativbremse erzeugte Regenerativleistung möglicherweise nicht ausreichend verbraucht wird. In einem Fall, in dem die Regenerativleistung des eigenen Zugs größer als die von den anderen Zügen verbrauchte Leistung ist, wird die Oberleitungsspannung erhöht, was bedeutet, dass verschiedene Arten von mit der Oberleitung verbundenen Vorrichtungen durch Überspannung ausgelöst oder beschädigt werden können.
Daher detektiert die im Elektrofahrzeug angebrachte Wechselrichtervorrichtung die Oberleitungsspannung (oder eine der Oberleitungsspannung entsprechende Spannung, zum Beispiel eine Filterkondensatorspannung auf der Eingangsseite der Wechselrichtervorrichtung) durch einen Spannungsdetektor. In einem Fall, in dem die Oberleitungsspannung oder dergleichen (wie etwa die Oberleitungsspannung, die Filterkondensatorspannung) erhöht wird und einen vorbestimmten Wert überschreitet, führt die Wechselrichtervorrichtung eine Steuerung derart aus, dass die Regenerativbremskraft verringert wird, um die Regenerativleistung zu verringern und so zu verhindern, dass die Spannung steigt. In diesem Fall wird nur durch die Regenerativbremse erzeugte unzureichende Bremskraft kompensiert, indem eine andere Bremse eingesetzt wird (eine Luftbremse oder dergleichen), da jedoch die andere Bremse durch das Umwandeln der elektrischen Energie in Wärmeenergie Leistung verbraucht, wird der Ausnutzungsgrad der elektrischen Leistung verringert. Daher ist es wünschenswert, dass der Nutzungsgrad der Regenerativbremskraft selbst so weit wie möglich erhöht wird.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme wird in der in Patentliteratur 1 offenbarten Erfindung die Regenerativleistung temporär in einer Leistungsspeichervorrichtung gespeichert und effektiv genutzt, indem sie durch eine Last verbraucht wird, wenn ein Zug fährt oder ausläuft.
Zitierliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 2006-325316

Zusammenfassung
Technisches Problem
In der in Patentliteratur 1 offenbarten Erfindung hat sich jedoch ein Bedarf ergeben, eine Leistungsspeichervorrichtung bereitzustellen, und so ist eine Erhöhung der Gesamtkosten unvermeidbar.
Die Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Probleme getätigt, und es hat sich herausgestellt, dass eines ihrer Ziele darin besteht, ein Elektrofahrzeug-Steuerungssystem und eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zu erhalten, die eine effektive Nutzung der Regenerativleistung umsetzen können, ohne eine neue Vorrichtung wie etwa eine Leistungsspeichervorrichtung zu installieren.
Lösung des Problems
Um die oben genannten Probleme zu lösen, ist ein Elektrofahrzeug-Steuerungssystem, das den Leistungsverbrauch in jedem Elektrofahrzeug in einem Zug steuert, der durch eine Mehrzahl von Elektrofahrzeugen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist, derart aufgebaut, dass es Folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen, von denen jede durch eine Oberleitung zugeführte Leistung umwandelt, um Antriebsleistung für einen AC-Motor zu erzeugen, wenn der Zug fährt, und die durch den AC-Motor erzeugte Regenerativleistung, die zur Oberleitung zurückgespeist wird, umwandeln und bestimmen, ob der Zug in einem Schwachlast-Regenerativzustand ist, wenn der Zug eine Regenerativbremse einsetzt; und eine Mehrzahl von leistungsverbrauchenden Vorrichtungen, die einen Betriebsmodus ändern, wenn mindestens eine der Leistungsumwandlungsvorrichtungen im Schwachlast-Regenerativzustand ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein Elektrofahrzeug-Steuerungssystem umzusetzen, das Regenerativleistung effektiv nutzen kann, während es einen Kostenanstieg verhindert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Zugzusammensetzung veranschaulicht, in der ein Elektrofahrzeug-Steuerungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform installiert ist.
2 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Schwachlast-Regenerativbestimmungseinheit der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Betrieb eines Kompressors veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, das einen beispielhaften Betrieb des Elektrofahrzeug-Steuerungssystems der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
6 ist ein Diagramm, das einen weiteren beispielhaften Betrieb des Elektrofahrzeug-Steuerungssystems der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
7 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Schwachlast-Regenerativbestimmungseinheit einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen eines Elektrofahrzeug-Steuerungssystems und einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, es ist jedoch anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
Erste Ausführungsform.
1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Zugkonfiguration veranschaulicht, in der ein Elektrofahrzeug-Steuerungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform installiert ist. Der in 1 veranschaulichte Zug ist aus einer Mehrzahl von Fahrzeugen 1 (Fahrzeug 1 ₁, 1 ₂, 1 ₃, 1 ₄, ... und 1 _n) konfiguriert. Wenn der Zug fährt, wird eines der Fahrzeuge 1 ₁ und 1 _n zum Kopffahrzeug und das andere zum Endfahrzeug.
Die am jeweiligen Ende der Zugkonfiguration befindlichen Fahrzeuge 1 ₁ und 1 _n sind mit einer Zentralvorrichtung 2 bereitgestellt, die verschiedene Arten von Zuginformationen verwaltet. Die Fahrzeuge 1 ₂, 1 ₃, ... und 1 _n-1, die Zwischenfahrzeuge sind, sind jeweils mit einem Endgerät 3 bereitgestellt. Die Zentralvorrichtungen 2 und die Endgeräte 3 sind aufeinanderfolgend verbunden, um miteinander über einen Backbone-Übertragungspfad (einen Zwischen-Fahrzeugs-Übertragungspfad) 6 zu kommunizieren, der über die Fahrzeuge hinweg angelegt ist.
In dem in 1 veranschaulichten Zug umfasst Fahrzeug 1 ₂ beispielsweise eine Leistungsumwandlungsvorrichtung (VVVF) 4, die ein VVVF(variable Spannung, variable Frequenz)-Wechselrichter ist. Die Fahrzeuge 1 ₃ und 1 ₄ umfassen jeweils die Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 und einen Kompressor (CP) 5. In einem Fall, in dem der Zug fährt, wandelt die Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 von der Oberleitung bereitgestellte Leistung in eine Antriebsleistung für einen AC-Motor (nicht veranschaulicht) um. Zusätzlich dazu wird in einem Fall, in dem der Zug bremst, die durch den als Regenerativbremse dienenden AC-Motor erzeugte Leistung in die andere Richtung umgewandelt und der Oberleitung zugeführt. Der Kompressor 5 bildet gemeinsam mit einer Luftbremse und einem Lufttank (nicht veranschaulicht) ein Luftbremssystem und erzeugt im Lufftank zu speichernde Druckluft. Ferner sind die Zentralvorrichtung 2 und das Endgerät 3 mit anderen im Zug befindlichen Vorrichtungen (nicht veranschaulicht) verbunden (im Speziellen einer Bremsvorrichtung, einer Klimaanlage, Beleuchtung, einer Anzeigevorrichtung oder dergleichen). Die Zentralvorrichtung 2 sammelt Informationen von verschiedenen Arten von im Zug befindlichen Vorrichtungen einschließlich der Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 und des Kompressors 5 und verwaltet die Vorrichtungen, und sie führt einen Betriebsbefehl hinsichtlich der verschiedenen Arten von im Zug befindlichen Vorrichtungen durch. Die gesammelten Informationen sind beispielsweise Informationen zum Betriebszustand jeder Vorrichtung. Im Betriebsbefehl wird beispielweise ein Steuersignal zum Ändern einer Zieltemperatur an die Klimaanlage abgegeben.
2 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 veranschaulicht. Als ein Beispiel ist die im Fahrzeug 1 ₃ angebrachte Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 veranschaulicht. Die Konfigurationen der in den anderen Fahrzeugen angebrachten Leistungsumwandlungsvorrichtungen 4 sind gleich. In 2 sind auch die anderen mit dem Betrieb der Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 verbundenen Vorrichtungen dargestellt.
Wie in 2 dargestellt, ist die Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 konfiguriert, um eine Wechselrichtersteuerungseinheit 41, einen Wechselrichter 42 und einen Spannungsdetektor 43 zu umfassen. Der Wechselrichter 42 ist aus einer Mehrzahl von Schaltelementen aufgebaut. Das in 2 veranschaulichte Fahrzeug 1 ₃ ist neben der Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 mit einem Oberleitungsstromabnehmer 10, einer Filterdrossel 20, einem Filterkondensator 30, einem AC-Motor 50, einer Hilfsleistungsquelle (SIV) 60 und dem Kompressor 5 ausgestattet. Es ist allerdings anzumerken, dass die Beschreibung des in 1 veranschaulichten Endgeräts 3 weggelassen wurde.
In einem Fall, in dem der Zug fährt, wandelt die Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 eine Gleichspannung um, die von einer Oberleitung 100 über den Oberleitungsstromabnehmer 10 angelegt ist und durch die Filterdrossel 20 und den Filterkondensator 30 geglättet wird, um Antriebsleistung für den AC-Motor 50 zu erzeugen. Im Speziellen steuert die Wechselrichtersteuerungseinheit 41 jedes der Schaltelemente des Wechselrichters 42 gemäß der Spannung (entsprechend der Eingangsspannung) an beiden Enden des Filterkondensators 30, die durch den Spannungsdetektor 43 detektiert wird, und erzeugt Antriebsleistung für den AC-Motor 50. Zusätzlich dazu wird in einem Fall, in dem der Zug bremst, die Wechselrichtersteuerungseinheit 41 als Regenerativbremse zusammen mit dem AC-Motor 50 betrieben. Anders ausgedrückt steuert in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 die Wechselrichtersteuerungseinheit 41 jedes der Schaltelemente des Wechselrichters 42, um die durch den als Leistungsgenerator dienenden AC-Motor 50 erzeugte Leistung in eine für die Oberleitung 100 rückzugewinnende Gleichspannung umzuwandeln. Zu diesem Zeitpunkt bestimmt die Wechselrichtersteuerungseinheit 41, ob eine Last (ein anderer Zug oder dergleichen) besteht, die Regenerativleistung für die Oberleitung 100 verbraucht. Wenn bestimmt wird, dass der Zug in einem Schwachlast-Regenerativzustand ist, gibt die Wechselrichtersteuerungseinheit 41, wenn keine Last (oder eine geringe Last, wenn überhaupt) besteht, ein Steuersignal an den Kompressor 5 aus, um den Leistungsverbrauch zu erhöhen. Da die vom eigenen Zug verbrauchte Leistung erhöht wird, wird es ermöglicht zu verhindern, dass eine Bremskraft der Regenerativbremse verringert wird, und die Regenerativleistung effizient zu nutzen. Ferner wird in der vorliegenden Beschreibung ein Zustand, in dem die gesamte während der Verwendung der Regenerativbremse erzeugte Regenerativleistung in einer Last wie etwa anderen Zügen nicht verbraucht wird, „Schwachlast-Regenerativzustand” genannt. Da der Ausnutzungsgrad der Leistung im Schwachlast-Regenerativzustand verringert ist, ist es wünschenswert, den Schwachlast-Regenerativzustand zu vermeiden. Wenn der Schwachlast-Regenerativzustand detektiert wird, gibt die Wechselrichtersteuerungseinheit 41 ein Signal aus, um einen Anstieg der Menge an verbrauchter Leistung in Bezug auf die in anderen Fahrzeugen bereitgestellten Kompressoren 5, zusätzlich zum eigenen Kompressor 5 des Fahrzeugs, anzuweisen.
Beispielsweise umfasst die Wechselrichtersteuerungseinheit 41 eine wie in 3 konfigurierte Schwachlast-Regenerativbestimmungseinheit 411 und detektiert den Schwachlast-Regenerativzustand unter Verwendung der Schwachlast-Regenerativbestimmungseinheit 411. Die in 3 veranschaulichte Schwachlast-Regenerativbestimmungseinheit 411 besteht aus den Betriebseinheiten 411A und 411B und einer Komparatoreinheit 411C. In der Betriebseinheit 411A werden eine durch den Spannungsdetektor 43 detektierte Filterkondensatorspannung und eine Grenzanfangsspannung, die ein unterer Grenzwert der Spannung ist, bei der eine Regenerativbremskraft notwendigerweise begrenzt wird, eingegeben und die Betriebseinheit 411A zieht die Grenzanfangsspannung von der Filterkondensatorspannung ab. Die Betriebseinheit 411B berechnet einen Regenerativdrehmoment-Grenzwert durch Multiplizieren des Berechnungsergebnisses (der Differenz zwischen der Filterkondensatorspannung und der Grenzanfangsspannung) bei der Betriebseinheit 411A mit einen Koeffizienten k (> 0). Der Regenerativdrehmoment-Grenzwert wird nach außen ausgegeben und wird auch der Komparatoreinheit 411C eingegeben. Die Komparatoreinheit 411C vergleicht den Regenerativdrehmoment-Grenzwert mit einem Schwachlast-Bestimmungswert und bestimmt, dass er der Schwachlast-Regenerativzustand im Fall von „Regenerativdrehmoment-Grenzwert > Schwachlast-Bestimmungswert” ist. Das Bestimmungsergebnis wird als ein Schwachlast-Regenerativzustandssignal ausgegeben. Beispielsweise wird im Fall des Schwachlast-Regenerativzustands der Ausgang des Schwachlast-Regenerativzustandssignals auf einen H-Pegel (Hochpegel) eingestellt. Das Schwachlast-Regenerativzustandssignal wird an andere leistungsverbrauchende Vorrichtungen wie etwa den Kompressor 5 in der in 1 veranschaulichten Konfiguration übertragen. Dieses Signal wird durch Übertragen oder Senden durch Kontaktstellen gesendet. Beispielsweise muss in einem Fall, in dem das Endgerät bereits als eine Fahrzeuginformationsübertragungsvorrichtung bereitgestellt ist, keine neue Vorrichtung unter Verwendung dieser bereits bereitgestellten Vorrichtung hinzugefügt werden. Das Schwachlast-Regenerativzustandssignal wird an die leistungsverbrauchenden Vorrichtungen übertragen, die jeweils im eigenen Fahrzeug und in anderen Fahrzeugen angebracht sind.
Ferner steuert die Wechselrichtersteuerungseinheit 41 den Wechselrichter 42 gemäß dem Regenerativdrehmoment-Grenzwert. Wenn die Filterkondensatorspannung die Grenzanfangsspannung überschreitet, ist „0 < Regenerativdrehmoment-Grenzwert” erfüllt, und dann steuert die Wechselrichtersteuerungseinheit 41 den Wechselrichter 42 derart, dass er die Regenerativbremskraft begrenzt (um die Regenerativbremskraft abzuschwächen). Im Falle von „Regenerativdrehmoment-Grenzwert ≤ 0” begrenzt die Wechselrichtersteuereinheit die Regenerativbremskraft nicht.
Die Erklärung von 2 wird hier fortgesetzt. Die Hilfsleistungsquelle 60 wandelt die Gleichstromspannung um, die von der Oberleitung 100 durch den Oberleitungsstromabnehmer 10 angelegt ist und durch die Filterdrossel 20 und dann den Filterkondensator 30 geglättet wird, um Antriebsleistung für den Kompressor 5 zu erzeugen. Ferner wird die Leistungsabgabe von der Hilfsleistungsquelle 60 auch den im Zug befindlichen Vorrichtungen (einer Beleuchtung, einer Klimaanlage oder dergleichen) außer dem Kompressor 5 bereitgestellt.
Der Kompressor 5 überwacht den verbleibenden Wert (Luftdruck) von im Lufttank (nicht veranschaulicht) des Luftbremssystems gespeicherter Luft. Wenn der verbleibende Wert der Luft einer vorbestimmten Schwelle (einer ersten Schwelle) gleich oder kleiner wird oder (beispielsweise wenn der verbleibende Wert 60% gleich oder kleiner als 60% wird), beginnt der Kompressor 5 die Erzeugung von zu speichernder Druckluft. Diese Operation des Erzeugens von Druckluft wird beendet, wenn die verbleibende Luftmenge eine zweite Schwelle erreicht (in diesem Fall ist erste Schwelle < zweite Schwelle). Zusätzlich dazu werden Schwachlast-Regenerativzustandssignale von der eigenen Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 des Fahrzeugs, die darin angebracht ist, und der Leistungsumwandlungsvorrichtung 4, die in den anderen Fahrzeugen angebracht ist, dem Kompressor 5 eingegeben. Wenn mindestens eines der Schwachlast-Regenerativzustandssignale, die jeweils von der Mehrzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen 4 eingegeben wurden, den Schwachlast-Regenerativzustand anzeigt, wird der Kompressor 5 in einen Betriebsmodus mit hohem Leistungsverbrauch umgeschaltet. Beispielsweise wird die Schwelle (die erste Schwelle), bei der die Erzeugung von Druckluft beginnt, geändert, um den Zeitpunkt zum Beginnen der Erzeugung von Druckluft nach vorne zu verschieben. Anders ausgedrückt wird die erste Schwelle zu einem Wert, der höher ist als zuvor, geändert. In einem Fall, in dem die zweite Schwelle zu einem höheren Wert geändert wird, ohne ein Problem zu verursachen, kann der Zeitpunkt zum Beenden der Operation verzögert werden, indem die zweite Schwelle zusätzlich zur ersten Schwelle zu einem höheren Wert geändert wird.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Betrieb des Kompressors 5 veranschaulicht. In einem Zustand, in dem die Kompressionsoperation (die Erzeugungsoperation von Druckluft) nicht durchgeführt wird, überprüft der Kompressor 5, ob es eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 gibt, die den Schwachlast-Regenerativzustand detektiert hat (Schritt S11). Anders ausgedrückt wird in einem Fall, in dem es kein Signal gibt, das den Schwachlast-Regenerativzustand als ein Ergebnis des Überwachens anzeigt, ob unter den Schwachlast-Regenerativzustandssignalen, die von den jeweiligen Leistungsumwandlungsvorrichtungen 4 im Zug eingegeben werden, ein Signal ist, das den Schwachlast-Regenerativzustand anzeigt (Schritt S11: nein), überprüft, ob ein die verbleibende Luftmenge anzeigender Luftdruck P niedriger als eine erste Operationsbeginnschwelle TH1A ist (Schritt S12). Im Fall von TH1A ≤ P (Schritt S12: nein) springt der Prozess zu Schritt S11 zurück, um die jeweiligen Schwachlast-Regenerativzustandssignale zu überprüfen. Im Fall von P < TH1A (Schritt S12: ja) beginnt die Kompressionsoperation (Schritt S14). In einem Fall, in dem unter der Mehrzahl von so eingegebenen Schwachlast-Regenerativzustandssignalen ein Signal ist, das den Schwachlast-Regenerativzustand anzeigt (Schritt S11: ja), wird überprüft, ob der Luftdruck P niedriger als eine zweite Operationsbeginnschwelle TH1B ist (Schritt S13). Hierin wird angenommen, dass TH1A < TH1B ist. Anders ausgedrückt wird in einem Fall, in dem eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 im Schwachlast-Regenerativzustand besteht, eine hohe Operationsbeginnschwelle (die zweite Operationsbeginnschwelle) verglichen mit dem Fall, in dem keine besteht, verwendet. Im Fall von TH1B ≤ P (Schritt S13: nein) springt der Prozess zu Schritt S11 zurück, um die jeweiligen Schwachlast-Regenerativzustandssignale zu überprüfen. Im Fall von P < TH1B (Schritt S13: ja) beginnt die Kompressionsoperation (Schritt S14).
Nachdem die Kompressionsoperation in Schritt S14 gestartet ist, überprüft der Kompressor 5, ob der Luftdruck P eine Operationsendschwelle TH2 überschreitet (Schritt S15). Im Fall von P ≤ TH2 (Schritt S15: nein) setzt der Kompressor 5 die Kompressionsoperation fort und im Fall von TH2 < P (Schritt S15: ja) beendet er die Kompressionsoperation (Schritt S16) und der Prozess springt zu Schritt S11 zurück, um das Schwachlast-Regenerativzustandssignal zu überprüfen.
In einem Fall, in dem die Leistungsumwandlungsvorrichtung 4, die den Schwachlast-Regenerativzustand detektiert hat, vorhanden ist, bestimmt der Kompressor 5 auf diese Weise, ob die Kompressionsoperation mittels einer Schwelle beginnt, die höher ist als eine normale Zeit (in einem Fall, in dem keine Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 vorhanden ist, die den Schwachlast-Regenerativzustand detektiert hat). Daher tritt in einem Fall, in dem die Leistungsumwandlungsvorrichtung 4, die den Schwachlast-Regenerativzustand detektiert hat, vorhanden ist, der Zeitpunkt zum Beginnen der Kompressionsoperation früher auf und die im eigenen Fahrzeug verbrauchte Leistung wird erhöht.
5 ist ein Diagramm, das einen beispielhaften Betrieb des Elektrofahrzeug-Steuerungssystems gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht, und veranschaulicht eine Beziehung zwischen der Filterkondensatorspannung, die die Spannung an beiden Enden des in 2 veranschaulichten Filterkondensators 30 ist, einem Regenerativdrehmomentmuster, dem Schwachlast-Regenerativzustandssignal und der Operationszeitgebung der leistungsverbrauchenden Vorrichtung auf der Zeitachse. In einem Zustand, in dem die Last, die die Regenerativleistung verbraucht, im Schwachlast-Regenerativzustand ist, wird die Filterkondensatorspannung erhöht, wenn die Regenerativbremse eingesetzt wird, und so wird die Regenerativleistung erzeugt. Dann wird, wie in 5 veranschaulicht, das Regenerativdrehmomentmuster begrenzt, wenn die Filterkondensatorleistung größer als eine Schwachlast-Regenerationsbeginnspannung gemacht wird. Wenn die Filterkondensatorspannung erhöht und dadurch das Regenerativdrehmomentmuster begrenzt wird, wird das Schwachlast-Regenerativzustandssignal „H”, und zwar aufgrund des Betriebs der Schwachlast-Regenerativbestimmungseinheit 411 (siehe 3), die in der Wechselrichtersteuerungseinheit 41 bereitgestellt ist. In einem Fall, in dem das Schwachlast-Regenerativzustandssignal „H” ist, werden die anderen leistungsverbrauchenden Vorrichtungen wie etwa der Kompressor 5 in ihrem Betriebsmodus verändert, um den Leistungsverbrauch zu erhöhen. Beispielsweise verwendet der Kompressor 5, wie mittels 4 beschrieben, die Operationsbeginnschwelle (das heißt, die Operationsbeginnschwelle, die den Beginn der Kompressionsoperation zu einem früheren Zeitpunkt als zuvor auslöst), die sich von der bislang verwendeten Operationsbeginnschwelle unterscheidet. Daher wird die Operation zu einem Operationszeitpunkt durchgeführt, der zuvor nicht verwendet wurde. Ein Teil der durch die Regenerativbremse verursachten Energie wird von der leistungsverbrauchenden Vorrichtung wie etwa dem Kompressor 5 verwendet, indem zu einem frühen Zeitpunkt begonnen wird, und eine Regenerativlast ist sichergestellt. Folglich wird die Filterkondensatorspannung verringert, sodass der Grenzwert des Regenerativdrehmomentmusters verringert wird.
Wenn der Grenzwert des Regenerativdrehmomentmusters verringert wird, wird ein Zusatzwert der Regenerativbremse verringert. Folglich wird die Belastung der Regenerativbremse erhöht und der energiesparende Effekt kann aus der Perspektive aller Fahrzeuge erhöht werden.
Zusätzlich dazu erfordert eine Vorrichtung wie der Kompressor des Luftbremsensystems, der im mechanischen Betrieb läuft, eine Zeit zum Beginnen einer tatsächlichen Operation ab der Zeit, wenn ein Operationsbeginn-Steuersignal ausgegeben wird. Daher kann er, wie in 6 veranschaulicht, derart aufgebaut sein, dass eine Schwachlast-Vorhersagespannung zuerst als eine Spannung festgelegt ist, die niedriger als die Schwachlast-Regenerationsbeginnspannung ist, und anschließend kann das Schwachlast-Regenerativzustandssignal auf „H” festgelegt werden, wenn die Filterkondensatorspannung größer als die Schwachlast-Vorhersagespannung wird. Daher kann das Schwachlast-Regenerativzustandssignal ausgegeben werden, bevor das tatsächliche Regenerativdrehmomentmuster beginnt, begrenzt zu sein. Folglich kann der Operationszeitpunkt der leistungsverbrauchenden Vorrichtung vorgerückt werden und es besteht insofern ein Vorteil, als der Grenzwert des Regenerativdrehmomentmusters verringert wird.
Auf diese Weise informiert die Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 im Elektrofahrzeug-Steuerungssystem gemäß dieser Ausführungsform in einem Fall, in dem ein Schwachlast-Bestimmungszustand detektiert wird, die leistungsverbrauchende Vorrichtung in ihrem eigenen Zug von diesem Umstand und führt eine Erhöhung des Leistungsverbrauchs der leistungsverbrauchenden Vorrichtung herbei. Daher kann der Nutzungsgrad der Regenerativbremskraft erhöht und die Regenerativleistung kann effektiv verwendet werden. Da es nicht erforderlich ist, eine neue Vorrichtung wie etwa eine Leistungsspeichervorrichtung bereitzustellen, wird zusätzlich dazu ermöglicht, eine Kostenerhöhung zu vermeiden. Da die Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 alle leistungsverbrauchenden Vorrichtungen im Zug darüber informiert, dass sie im Schwachlast-Regenerativzustand ist, wird, auch wenn keine Vorrichtungen in einem Zustand sind, in dem der Leistungsverbrauch in ihrem eigenen Fahrzeug erhöht werden kann, zusätzlich dazu die Möglichkeit erzeugt, den Leistungsverbrauch der Vorrichtung im anderen Fahrzeug zu erhöhen. Beispielsweise kann, auch wenn die verbleibende Luftmenge im Lufttank des eigenen Fahrzeugs, in dem der Lufttank installiert ist, hoch ist und der Kompressor nicht angetrieben werden kann, die Leistung durch Antreiben des Kompressors des anderen Fahrzeugs verbraucht werden, wenn die verbleibende Luftmenge im Lufttank des anderen Fahrzeugs gering ist.
Zweite Ausführungsform.
In der ersten Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in dem die Wechselrichtersteuerungseinheit 41 jeder der im Zug installierten Mehrzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen 4 ein Schwachlast-Regenerativzustandssignal erzeugt und das Signal an die leistungsverbrauchenden Vorrichtungen im Zug ausgibt. In einem Fall, in dem eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 vorhanden ist, die den Schwachlast-Regenerativzustand detektiert hat, erhöht zusätzlich dazu jede leistungsverbrauchende Vorrichtung den Leistungsverbrauch durch Ändern der Operationsbeginnschwelle oder dergleichen.
Die Bestimmung, ob der Zug im Schwachlast-Regenerativzustand ist, kann jedoch nicht einzeln von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 durchgeführt werden, sondern zum Beispiel von der Zentralvorrichtung 2 vollständig durchgeführt werden. In diesem Fall umfasst die Zentralvorrichtung 2 eine Schwachlast-Regenerativbestimmungseinheit 70, die beispielsweise wie in 7 veranschaulicht konfiguriert ist, und die Schwachlast-Regenerativbestimmungseinheit 70 bestimmt, ob eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 4 besteht, die im Schwachlast-Regenerativzustand ist.
Die Bestimmung, ob der Zug im Elektrofahrzeug-Steuerungssystem gemäß dieser Ausführungsform im Schwachlast-Regenerativzustand ist, wird nachfolgend beschrieben.
Im Elektrofahrzeug-Steuerungssystem gemäß dieser Ausführungsform informiert jede der Leistungsumwandlungsvorrichtungen 4 im Zug die Zentralvorrichtung 2 über den detektierten Wert einer Spannung an beiden Enden des Filterkondensators 30 als eine Filterkondensatorspannung. Jede Filterkondensatorspannung, über die die Zentralvorrichtung 2 informiert wird, wird der Schwachlast-Regenerativbestimmungseinheit 70 eingegeben. Jede der Mehrzahl von Komparatoreinheiten 70A der Schwachlast-Regenerativbestimmungseinheit 70 vergleicht die eingegebene Filterkondensatorspannung mit dem Schwachlast-Bestimmungswert und gibt das Vergleichsergebnis dann an eine ODER-Operationseinheit 70B aus. Im Speziellen gibt die Komparatoreinheit 70 ein „H” aus, wenn die Filterkondensatorspannung höher als der Schwachlast-Bestimmungswert ist, und wenn nicht, gibt sie ein „L” aus. Die ODER-Operationseinheit 70B führt eine ODER-Operation an den Vergleichsergebnissen in den jeweiligen Komparatoreinheiten 70A aus und sie gibt das Ergebnis als ein Schwachlast-Regenerativzustandssignal aus. In einem Fall, in dem das Schwachlast-Regenerativzustandssignal der leistungsverbrauchenden Vorrichtung wie dem Kompressor 5 eingegeben wird und das Schwachlast-Regenerativzustandssignal „H” ist, das heißt, in einem Fall, in dem eine oder mehrere Spannungen der von den jeweiligen Leistungsumwandlungsvorrichtungen 4 detektierten Filterkondensatorspannungen höher als der Schwachlast-Bestimmungswert sind, wird die leistungsverbrauchende Vorrichtung so betrieben, dass der Leistungsverbrauch erhöht wird.
Auf diese Weise wird in dieser Ausführungsform die Bestimmung, ob ein Schwachlast-Regenerativzustand besteht, von der Zentralvorrichtung 2 durchgeführt. Es kann derselbe Effekt wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden, auch in einem Fall, in dem diese Ausführungsform angewendet wird. Da die Schaltung für die Bestimmung ganzheitlich konfiguriert sein kann, wird zusätzlich dazu ermöglicht, den Kostenzuwachs zu vermeiden.
In jeder der Ausführungsformen wurde ein Fall beschrieben, in dem die Operation des Erzeugens der im Lufttank des Luftbremssystems zu speichernden Druckluft vom Kompressor durchgeführt wird, um den Leistungsverbrauch der Regenerativleistung zu erhöhen, es kann jedoch auch eine andere Vorrichtung als der Kompressor betrieben werden oder die andere Vorrichtung kann zusätzlich zum Kompressor betrieben werden. Als Beispiel für einen anderen Kompressor ist eine Klimaanlage möglich. Der Leistungsverbrauch der Regenerativleistung kann mittels der Klimaanlage erhöht werden. Wenn beispielsweise die Klimaanlage in einem Kühlbetrieb ist, wenn der Schwachlast-Regenerativzustand detektiert wird, wird eine Einstellungstemperatur (eine Zieltemperatur) der Klimaanlage temporär gesenkt, und wenn die Klimaanlage in einem Heizbetrieb ist, wird die Einstellungstemperatur temporär erhöht, um den Leistungsverbrauch zu erhöhen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, wird das Elektrofahrzeug-Steuerungssystem gemäß der Erfindung in einem Bahnnetz verwendet, in dem Züge fahren, die jeweils aus eine Regenerativbremse verwendenden Elektrofahrzeugen bestehen.
Bezugszeichenliste

1₁, 1₂, 1₃, 1₄: FAHRZEUG
2: ZENTRALVORRICHTUNG
3: ENDGERÄT
4: LEISTUNGSUMWANDLUNGSVORRICHTUNG (VVVF)
5: KOMPRESSOR (CP)
10: OBERLEITUNGSSTROMABNEHMER
20: FILTERDROSSEL
30: FILTERKONDENSATOR
41: WECHSELRICHTERSTEUERUNGSEINHEIT
42: WECHSELRICHTER
43: SPANNUNGSDETEKTOR
50: AC-MOTOR
60: HILFSLEISTUNGSQUELLE (SIV)
70, 411: SCHWACHLAST-REGENERATIVBESTIMMUNGSEINHEIT
100: OBERLEITUNG
70B, 411A, 411B: BETRIEBSEINHEIT
70A, 411C: KOMPARATOREINHEIT

Claims

Elektrofahrzeug-Steuerungssystem, das den Leistungsverbrauch jedes Elektrofahrzeugs in einem Zug steuert, der aus einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen konfiguriert ist, wobei das Elektrofahrzeug-Steuerungssystem Folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen, von denen jede von einer Oberleitung bereitgestellte Leistung umwandelt, um Antriebsleistung für einen AC-Motor zu erzeugen, wenn der Zug fährt, und Regenerativleistung umwandelt, die durch den AC-Motor erzeugt wird, um zur Oberleitung zurückgespeist zu werden und zu bestimmen, ob der Zug in einem Schwachlast-Regenerativzustand ist, wenn der Zug eine Regenerativbremse einsetzt; und eine Mehrzahl von leistungsverbrauchenden Vorrichtungen, die einen Betriebsmodus ändern, wenn mindestens eine der Leistungsumwandlungsvorrichtungen im Schwachlast-Regenerativzustand ist.
Elektrofahrzeug-Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die leistungsverbrauchenden Vorrichtungen entweder einen Kompressor oder eine Klimaanlage umfassen, wobei der Kompressor in einem Lufttank eines Luftbremssystems zu speichernde Druckluft erzeugt, wenn eine verbleibende Menge der im Lufttank gespeicherten Luft geringer als eine vorbestimmte Schwelle wird.
Elektrofahrzeug-Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die leistungsverbrauchenden Vorrichtungen sowohl einen Kompressor als auch eine Klimaanlage umfassen, wobei der Kompressor in einem Lufttank eines Luftbremssystems zu speichernde Druckluft erzeugt, wenn eine verbleibende Menge der im Lufttank gespeicherten Luft geringer als eine vorbestimmte Schwelle wird.
Elektrofahrzeug-Steuerungssystem nach Anspruch 3, wobei der Kompressor die Schwelle zu einem höheren Wert als gewöhnlich ändert, wenn mindestens eine der Leistungsumwandlungsvorrichtungen im Schwachlast-Regenerativzustand ist.
Elektrofahrzeug-Steuerungssystem nach Anspruch 3, wobei, wenn mindestens eine der Leistungsumwandlungsvorrichtungen im Schwachlast-Regenerativzustand ist, die Klimaanlage eine Zieltemperatur zu einem Wert ändert, der niedriger als zuvor ist, wenn die Klimaanlage in einem Kühlbetrieb ist, und die Zieltemperatur zu einem Wert ändert, der höher als zuvor ist, wenn die Klimaanlage in einem Heizbetrieb ist.
Elektrofahrzeug-Steuerungssystem, das den Leistungsverbrauch jedes Elektrofahrzeugs in einem Zug steuert, der aus einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen konfiguriert ist, wobei das Elektrofahrzeug-Steuerungssystem Folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen, von denen jede von einer Oberleitung bereitgestellte Leistung umwandelt, um Antriebsleistung für einen AC-Motor zu erzeugen, wenn der Zug fährt, und die durch den AC-Motor erzeugte Regenerativleistung, die zur Oberleitung zurückgespeist wird, umwandelt und eine Spannung an der Oberleitungsseite misst, um den gemessenen Wert auszugeben, wenn der Zug eine Regenerativbremse einsetzt; eine Zentralvorrichtung, die bestimmt, ob irgendeine Leistungsumwandlungsvorrichtung in einem Schwachlast-Regenerativzustand vorhanden ist, gemäß dem gemessenen Wert, der von jeder der Leistungsumwandlungsvorrichtungen ausgegeben wird; und eine Mehrzahl von leistungsverbrauchenden Vorrichtungen, die einen Betriebsmodus ändern, wenn die Zentralvorrichtung bestimmt, dass eine Leistungsumwandlungsvorrichtung im Schwachlast-Regenerativzustand vorhanden ist.
Elektrofahrzeug-Steuerungssystem gemäß Anspruch 6, wobei die leistungsverbrauchenden Vorrichtungen entweder einen Kompressor oder eine Klimaanlage umfassen, wobei der Kompressor in einem Lufttank eines Luftbremssystems zu speichernde Druckluft erzeugt, wenn eine verbleibende Menge der im Lufttank gespeicherten Luft geringer als eine vorbestimmte Schwelle wird.
Elektrofahrzeug-Steuerungssystem nach Anspruch 6, wobei die leistungsverbrauchenden Vorrichtungen sowohl einen Kompressor als auch eine Klimaanlage umfassen, wobei der Kompressor in einem Lufttank eines Luftbremssystems zu speichernde Druckluft erzeugt, wenn eine verbleibende Menge der im Lufttank gespeicherten Luft geringer als eine vorbestimmte Schwelle wird.
Elektrofahrzeug-Steuerungssystem nach Anspruch 8, wobei der Kompressor die Schwelle zu einem Wert ändert, der höher als gewöhnlich ist, wenn die Zentralvorrichtung bestimmt, dass eine Leistungsumwandlungsvorrichtung im Schwachlast-Regenerativzustand vorhanden ist.
Elektrofahrzeug-Steuerungssystem nach Anspruch 8, wobei in einem Fall, in dem die Zentralvorrichtung bestimmt, dass eine Leistungsumwandlungsvorrichtung im Schwachlast-Regenerativzustand vorhanden ist, die Klimaanlage eine Zieltemperatur zu einem Wert ändert, der niedriger als zuvor ist, wenn die Klimaanlage in einem Kühlbetrieb ist, und die Zieltemperatur zu einem Wert ändert, der höher als zuvor ist, wenn die Klimaanlage in einem Heizbetrieb ist.
Leistungsumwandlungsvorrichtung, die in einem aus einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen konfigurierten Zug bereitgestellt ist und die Antriebsleistung für einen AC-Motor erzeugt, wenn der Zug fährt, und durch den AC-Motor erzeugte Leistung umwandelt, die zur Oberleitung zurückgespeist wird, wenn der Zug eine Regenerativbremse einsetzt, wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung bei Detektieren eines Schwachlast-Regenerativzustands alle spezifischen Arten von leistungsverbrauchenden Vorrichtungen, die in ihrem eigenen Zug installiert sind, von diesem Umstand informiert, um herbeizuführen, dass der Betriebsmodus geändert wird.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung bei Detektieren des Schwachlast-Regenerativzustands verursacht, dass ein Betriebsmodus eines Kompressors geändert wird, der in einem Lufttank zu speichernde Druckluft erzeugt, wenn eine verbleibende Menge der im Lufttank eines Luftbremssystems gespeicherten Luft geringer als eine vorbestimmte Schwelle wird, oder verursacht, dass ein Betriebsmodus einer Klimaanlage geändert wird.
Leistungsumwandlungssystem nach Anspruch 11, wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung bei Detektieren des Schwachlast-Regenerativzustands verursacht, dass ein Betriebsmodus eines Kompressors geändert wird, der in einem Lufttank zu speichernde Druckluft erzeugt, die geändert wird, wenn eine verbleibende Menge der im Lufttank eines Luftbremssystems gespeicherten Luft geringer als eine vorbestimmte Schwelle wird, und verursacht, dass ein Betriebsmodus einer Klimaanlage geändert wird.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung bei Detektieren des Schwachlast-Regenerativzustands verursacht, dass die Schwelle zu einem Wert geändert wird, der höher als gewöhnlich ist.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung bei Detektieren des Schwachlast-Regenerativzustands verursacht, dass eine Zieltemperatur zu einem Wert geändert wird, der niedriger als zuvor ist, wenn eine Klimaanlage in einem Kühlbetrieb ist, und verursacht, dass die Zieltemperatur zu einem Wert geändert wird, der höher als zuvor ist, wenn die Klimaanlage in einem Heizbetrieb ist.