JP2006288085A - Electric vehicle controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気車制御装置に関する。 The present invention relates to an electric vehicle control device.
従来の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図○は、従来の電気車制御装置のブロック図である。 A conventional electric vehicle control device will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a conventional electric vehicle control device.
従来の電気車制御装置は、ディーゼル発電機20、制御整流器21、バッテリー22、コンバータ23、インバータ24から構成されていた。
The conventional electric vehicle control device is composed of a
従来の電気車制御装置において、ディーゼル発電機20は、制御整流器21と直列接続される。ディーゼル発電機20と制御整流器21からなる直列回路は、インバータ24と接続される。バッテリー22は、コンバータ23と直列接続される。バッテリー22とコンバータ23からなる直列回路は、インバータ24と接続される。
In the conventional electric vehicle control device, the
このように構成された従来の電気車制御装置は、力行時には、ディーゼル発電機20による発電、若しくはバッテリー23から放電された電力を、制御整流器21及びインバータ24が変換し、主電動機(図示しない)に供給する。回生時には、回生電力をコンバータ23が変換し、コンバータ23により変換された電力をバッテリー22が貯蔵していた。
In the conventional electric vehicle control device configured as described above, during power running, the
このように構成された従来の電気車制御装置は、力行時はディーゼル発電機20が発電した電力とバッテリー22に蓄えられた電力によって駆動することができた。
しかしながら、従来の電気車制御装置のディーゼル発電機20は、排気ガスを発生させるため、環境保護の観点からは好ましくないという問題がある。
However, since the
上記課題を解決するために、ディーゼル発電機20を燃料電池に置き換え、環境に対する負荷を減らすという方法が、近年考案されている。しかし、ディーゼル発電機20の出力と同程度の出力を燃料電池で確保しようとすると、燃料電池の大きさが非常に大きくなってします。
In order to solve the above problems, a method has been devised in recent years in which the
そこで、本発明は、環境に対する負荷を低減し、小型・軽量化が可能な電気車制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electric vehicle control device that can reduce the load on the environment and can be reduced in size and weight.
上記課題は、電力を発電する燃料電池と、前記自律電源の出力を制御する第1のコンバータと、前記燃料電池と接続され、前記燃料電池から供給された電力を変換し、電気車内の空調機器や照明機器に電力を供給する補助電源装置と、前記第1のコンバータから供給された電力の充放電を行うEDLCと、前記EDLCの電圧を基準にインバータ入力電圧を制御する第2のコンバータと、前記第2のコンバータから供給された電力を変換するインバータと、前記インバータから供給される電力により駆動する主電動機とを備えたことによって達成することができる。 An object of the present invention is to provide a fuel cell that generates electric power, a first converter that controls the output of the autonomous power source, and an air conditioner in an electric vehicle that is connected to the fuel cell and converts electric power supplied from the fuel cell. And an auxiliary power supply for supplying power to lighting equipment, an EDLC for charging / discharging the power supplied from the first converter, a second converter for controlling an inverter input voltage based on the voltage of the EDLC, This can be achieved by including an inverter that converts the power supplied from the second converter and a main motor that is driven by the power supplied from the inverter.
本発明により、環境に対する負荷を低減し、小型・軽量化が可能な電気車制御装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electric vehicle control apparatus that can reduce the environmental load and can be reduced in size and weight.
(第1の実施の形態)
本発明に基づく第1の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図1は、本発明に基づく第1の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。図2は、本発明に基づく第1の実施の形態の電気車制御装置のブロック図である。図3は、本発明に基づく第1の実施の形態の電気車制御装置の第1のコンバータの構成図である。
(First embodiment)
An electric vehicle control apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an electric vehicle control apparatus according to a first embodiment based on the present invention. FIG. 2 is a block diagram of the electric vehicle control device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a configuration diagram of a first converter of the electric vehicle control device according to the first embodiment of the present invention.
本発明に基づく第1の実施の形態の電気車制御装置は、燃料電池1、燃料電池1の出力を制御し一定の出力を行う第1のコンバータ2、コンバータ2の制御を行うコンバータ制御装置2a、コンバータ2から供給された電力を貯蔵し、貯蔵した電力を負荷へ供給する電気二重層キャパシタ3(以後、「EDLC3」と記載する)、EDLC3の電圧を基準にインバータ入力電圧を制御する第2のコンバータ4及びコンバータ4の制御を行うコンバータ制御装置4a、主電動機の制御をするインバータ5及びインバータの制御を行うインバータ制御装置5a、主電動機6、空調機器や照明機器に電力を供給する補助電源装置10(以後、「SIV10」と記載する)から構成されている。
The electric vehicle control device according to the first embodiment of the present invention includes a
このように構成された電気車制御装置において、燃料電池1は、コンバータ2と直列接続される。コンバータ2には、EDLC3接続される。EDLC3には、コンバータ4が接続される。コンバータ4にはインバータ5が接続される。インバータ5には、主電動機6が接続される。SIV10の入力側は、燃料電池1と接続され、SIV10の出力側は空調機器や照明機器と接続されている。
In the electric vehicle control apparatus configured as described above, the
このように構成された電気車制御装置において、燃料電池1は、第1のコンバータ2とSIV10に電力を供給する。第1のコンバータ2は、燃料電池1から供給された電力を変換し、一定の電力をEDLC3に供給する。コンバータ2はEDLC3が十分に充電された時点(EDLC3の電圧から求めまれるEDLC3の充電量が所定値を超えた場合)では運転を停止し、過充電からの保護を行なう。EDLC3は、自機に蓄えられた電力をコンバータ4に供給する。コンバータ4は、EDLC3の電圧を昇圧し、一定の電圧に保ち、インバータ5に供給する。インバータ5が力行の動作をするとインバータ5の入力電圧は低下に向かうが、コンバータ4の制御により、この電圧を一定にする電力をインバータ5に移行させる。回生時は逆にインバータ5の入力電圧が上昇に向かうが、コンバータ4はこの電圧を一定にする電力をEDLC3に移行し充電する。この際EDLC3が十分充電された電圧になればコンバータ4は停止する。同時に燃料電池から充電していたコンバータ2も停止し、充電を止める。SIV10は、燃料電池1から供給される電力を変換し、空調機器や照明機器に電力を供給する。
In the electric vehicle control apparatus configured as described above, the
このように構成された電気車制御装置において、電気車が力行時に、主電動機6から要求される電力が、燃料電池1の出力より数倍大きな負荷変動である場合には、EDLC3に蓄積されている電力を主電動機6からの要求に従って、第2のコンバータ4に供給する。EDLC3の電圧はコンバータ4の昇圧モードでインバータ5の入力電圧をある電圧に制御する。そのため、主電動機6からの大きな電力の要求があっても、コンバータ4の制御により、インバータ5の入力電圧は維持される。また、電気車が回生時にも、インバータ5の入力電圧を一定にするように制御するので、回生電力をEDLC3に充電することが出来る(図2及び図4参照)。つまり、第2のコンバータ4は、電気車が力行時にはEDLC3の放電電流を制御し前記インバータ5への入力電圧を一定の電圧に制御し、電気車が回生時には、EDLC3への充電電流をせいぎょすることで前記インバータ5への入力電圧を一定の電圧に制御する。尚、コンバータ4の昇降圧チョッパの制御により、インバータの入力電圧が自由に選択できることから力行では750Vに制御、回生では1000Vに制御する。
In the electric vehicle control device configured as described above, when the electric vehicle is powered, the power required from the
一般的に、入力電源が一定なインバータ装置では、高速域でのブレーキでその運動エネルギーを電気にすべて帰ることができず、一部は機械ブレーキの作用を強いられている。それに対して、本実施の形態の電気車制御装置は、回生時のインバータ入力電圧の上昇は高速からの全電力回生または近い値を実現するので、高効率化が可能となる。 In general, an inverter device with a constant input power source cannot return all of its kinetic energy to electricity by braking in a high speed range, and some of them are forced to act as mechanical brakes. On the other hand, in the electric vehicle control apparatus according to the present embodiment, the increase in the inverter input voltage during regeneration realizes full power regeneration from a high speed or a close value, so that high efficiency can be achieved.
本実施の形態のコンバータ2は、図3に示すように、入力側には逆L形LCフィルタ(リアクトル7、コンデンサ9)をもち、後段に降圧チョッパと昇圧チョッパ(リアクトル7、半導体素子、ダイオード11等から構成される)と備える。前記EDLCの充電が入力電圧まで充電され、昇圧チョッパ領域で動作する際は逆LC形LCフィルタとそれに直列接続されたスイッチデバイスは接触器で短絡して損失を少なくすることもできる。
As shown in FIG. 3,
コンバータ2の制御装置2aは燃料電池1の電圧と駆動回路への出力電流を入力し、その出力を計算する。この実出力は予め設定している基準出力Pとの比較で動作し、Pの電力がEDLCに充電される。したがって燃料電池の出力は補助電源で使用する電力にPの電力が加算される。
The control device 2a of the
一般に鉄道車両は留置時には制御用の100Vバッテリ以外は無電圧にする。したがって初起動時にはEDLC3は電圧が0Vの状態であり、EDLCの充電量は所定値よりも低くなっている。この場合、燃料電池1を動作させ、コンバータ2は燃料電池1の電力を降圧動作でEDLC3の充電をはじめる。充電が進み、EDLC3の電圧が燃料電池1の出力電圧相当になると、動作モードを昇圧モードに切り替えて充電を継続し設定の電圧までその動作を続ける。この動作が初動時の準備動作となり、これが確立すると、走行準備完了となる。つまり、初起動時にはEDLC3の充電状況を確認し、不足している場合は十分に充電する動作を行なう。ここまでの動作を短時間で達成する必要がある場合は停電コンバータ2の定電力制御基準値を選ぶことで、急速充電モードに切り替えることもできる。電気車の起動時には、通常の運転モードと定電力制御基準値を選ぶ初期充電のモードを切り替えることが好ましい。
Generally, when a railway vehicle is detained, no voltage is applied except for a control 100V battery. Therefore, when EDLC3 is initially activated, the voltage is 0 V, and the amount of charge of EDLC is lower than a predetermined value. In this case, the
本発明に基づく第1の実施の形態の電気車制御装置は、燃料電池1の出力が、インバータ5の入力電圧までに2段のコンバータを介しているので、出力電圧が低いという特性を持つ燃料電池1と入力電圧は適度な高電圧の方が装置構成にとって好ましいという特性を持つインバータ5とを同じシステム内に組み入れることが出来る。
In the electric vehicle control apparatus according to the first embodiment of the present invention, since the output of the
本実施の形態の電気車制御装置は、燃料電池1の出力は化学反応による出力でありすばやい出力変化は難しいという特性にも、コンバータ2の制御により、数分という短時間の単位で見て一定出力にすること可能であるので、燃料電池を安定に使用する事ができる。
The electric vehicle control apparatus according to the present embodiment has a characteristic that the output of the
このように構成された電気車制御装置は、環境に対する負荷を低減し、小型・軽量化が可能となる。 The electric vehicle control device configured as described above can reduce the environmental load, and can be reduced in size and weight.
1 燃料電池
2 第1のコンバータ
3 EDLC(電気二重層キャパシタ)
4 第2のコンバータ
5 インバータ
6 主電動機
7 リアクトル
8 半導体素子
9 コンデンサ
10 SIV
11 ダイオード
20 ディーゼル発電機
21 制御整流器
22 バッテリー
23 コンバータ
24 インバータ
1
4
11
Claims (6)
前記自律電源の出力を制御する第1のコンバータと、
前記燃料電池と接続され、前記燃料電池から供給された電力を変換し、電気車内の空調機器や照明機器に電力を供給する補助電源装置と、
前記第1のコンバータから供給された電力の充放電を行うEDLCと、
前記EDLCの電圧を基準にインバータ入力電圧を制御する第2のコンバータと、
前記第2のコンバータから供給された電力を変換するインバータと、
前記インバータから供給される電力により駆動する主電動機とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。 A fuel cell for generating electric power;
A first converter for controlling the output of the autonomous power source;
An auxiliary power supply device connected to the fuel cell, converting power supplied from the fuel cell, and supplying power to an air conditioner or lighting device in an electric vehicle;
EDLC that charges and discharges the power supplied from the first converter;
A second converter for controlling an inverter input voltage based on the voltage of the EDLC;
An inverter that converts electric power supplied from the second converter;
An electric vehicle control device comprising: a main motor driven by electric power supplied from the inverter.
前記第1のコンバータは、前記燃料電池の出力を一定に制御しすることを特徴とする電気車制御装置。 In the electric vehicle control device according to claim 1,
The electric vehicle control device, wherein the first converter controls the output of the fuel cell to be constant.
前記第2のコンバータは、電気車が力行時には前記インバータへの入力電圧を一定の電圧にするように前記EDLCの放電電流を制御し、電気車が回生時には、前記インバータへの入力電圧を一定の電圧にするように前記EDLCの充電電流を制御することを特徴とする電気車制御装置。 In the electric vehicle control device according to claim 2,
The second converter controls the discharge current of the EDLC so that the input voltage to the inverter is a constant voltage when the electric vehicle is powered, and the input voltage to the inverter is constant when the electric vehicle is regenerated. An electric vehicle control device that controls a charging current of the EDLC so as to be a voltage.
前記EDLCの充電量が所定値を超えた場合には、前記第1及び第2のコンバータは停止することを特徴とする電気車制御装置。 In the electric vehicle control device according to any one of claims 1 to 3,
The electric vehicle control device according to claim 1, wherein when the charge amount of the EDLC exceeds a predetermined value, the first and second converters are stopped.
電気車が力行動作時に、前記EDLCの充電量が所定値以下である場合には、前記第1のコンバータにより前記EDLCを充電し前記第2のコンバータは停止することを特徴とする電気車制御装置。 In the electric vehicle control device according to any one of claims 1 to 4,
When the electric vehicle is in a power running operation, if the charge amount of the EDLC is equal to or less than a predetermined value, the EDLC is charged by the first converter and the second converter is stopped. .
電気車が回生動作時に、前記EDLCの充電量が所定値を超えた場合には、前記第1のコンバータと前記第2のコンバータの動作を停止することを特徴とする電気車制御装置。 In the electric vehicle control device according to any one of claims 1 to 5,
When the electric vehicle is in a regenerative operation, when the charge amount of the EDLC exceeds a predetermined value, the operation of the first converter and the second converter is stopped.
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