JP2008092729A - 鉄道車両のバッテリ用充放電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 DCLINK4とバッテリ11との間に、3相全波整流型のサイリスタ変換器25と、このサイリスタ変換器25の為の3相交流電源26とを有する電圧補償装置16が接続され、充放電制御装置17はこの電圧補償装置16を制御する。サイリスタ変換器25は、3相交流電源26から正弦波交流を受け、6組のサイリスタS1〜S12の制御位相角の変更により、正弦波交流の平均電圧を連続的に昇圧側と降圧側へ調整し、要求に応じた充電電流でバッテリ11に充電する。
【選択図】 図1
Description
最初に、バッテリ11に電力を充電可能で且つバッテリ11からの電力を放電可能なバッテリ用充放電装置15に加え、走行駆動用の3相の誘導電動機9が搭載されている電動車2(鉄道車両)について説明する。
図1に示すように、サイリスタ変換器25は、6つのサイリスタS1〜S6からなるブリッジと、これ等のサイリスタS1〜S6と逆方向に接続したサイリスタS7〜S12からなるブリッジで構成された電流型の変換器である。即ち、6組のサイリスタS1,S4、S2,S5、S3,S6、S7,S10、S8,S11、S9,S12を夫々上下に直列接続した6組のサイリスタ回路30〜32、41〜43で構成されている。
制御位相角αが小さい順変換動作(1)について図2,図3に示し、制御位相角αが順変換動作(1)よりも大きくなった順変換動作(2)について図4,図5に示す。ここで、正弦波の振幅を「1」として表示し、電圧補償制御の基準点が正弦波とX軸(縦軸)との交点である。Y軸(横軸)は位相角を示してある。
図6は、制御位相角αを更に進めて、α=2/3πの場合の波形を示す。基準点から制御位相角αが経過した時点で、U素子S4が点弧され、今までY素子S2からW素子S6に流れていた電流がY素子S2からU素子S4の電流に切換えられる。A点と転流直後のU相,V相の電圧は「+」、W相の電圧は「−」である。電流はV相からU相に向かって流れ、U相電圧は外向きで電流の流れる方向と同じなので、架線電圧Eaに加算され、V相電圧は同じく外向きで電流の流れに逆らう方向である。従って、架線電圧Eaに対して減算となる。
制御位相角αが小さい逆変換動作(1)について図8,図9に示し、制御位相角αが逆変換動作(1)よりも大きくなった逆変換動作(2)について図10,図11に示す。
電圧検出器20は単にモニターとして使用するだけで制御には関係しない、バッテリ電圧が+-の許容値を超えた場合はアラームを出す。
図14に示すように、トランジスタ変換器40は、第1スイッチ回路45と第2スイッチ回路46とを有する。第1スイッチ回路45は、エミッタとコレクタとを互いに接続した2つのNPN型トランジスタT1,T3で構成されている。これら2つのトランジスタT1,T3の上側接続点がDCLINK4に接続され、下側接続点が絶縁変圧器47の二次側コイルの左側端子に接続されている。
充電用トランジスタT1,T2と絶縁変圧器47の二次巻線とバッテリの部分を抜粋したものが図15である。絶縁変圧器47の二次巻線が+、-で示した極性にあり、矢印の方向にトランジスタT2に電流Iが流れているものとする。
電化区間における放電に際して、バッテリ電圧Ebと架線電圧Eaの大小関係で、次のようになる。
100%使用されるDCLINK4の充電効率を100%とし、約30%である補償電圧Ecの充電効率が90%であるとした場合、バッテリ11に充電される総合的な充電効率は約96%になる。
1)実施例1において、昇降圧手段として、複数のサイリスタS1〜S12を用いた他励式のサイリスタ変換器25を採用したが、GTO(ゲート・ターンオフ・サイリスタ)を使用してもよく、また高周波動作が可能なIGBT(インシュレーテッド・ゲート・バイポーラ・トランジスタ)、更には、パワーMOSFET(メタル・オキサイド・セミコンダクタ型FET)を使用するようにしてもよい。
2 電動車
2A 電動車
4 DCLINK
8 VVVFインバータ
9 誘導電動機
11 バッテリ
15 バッテリ用充放電装置
15A バッテリ用充放電装置
16 電圧補償装置
16A 電圧補償装置
17 充放電制御装置
17A 充放電制御装置
18 第1電圧検出器
19 第1電流検出器
20 第2電圧検出器
21 第2電流検出器
25 サイリスタ変換器(昇降圧手段)
26 3相交流電源
36 ゲート駆動回路
37 コントローラ
40 トランジスタ変換器(昇降圧手段)
41 単相交流電源
44 第3電圧検出器
S1〜S12 サイリスタ
T1〜T6 トランジスタ
Claims (7)
- 走行駆動用電動機と、この電動機に架線からの電力を変換供給可能な変換装置と、制動時に電動機で回生した電力を蓄電可能なバッテリとを備えた鉄道車両におけるバッテリに対する充放電装置であって、
前記架線に電気的に接続されるDCLINKと前記バッテリとに接続された電圧補償手段であって、制動時の全回生電力をバッテリへ充電するように充電電圧を調整可能な電圧補償手段と、
前記電圧補償手段を制御する充放電制御手段と、
を備えたことを特徴とする鉄道車両のバッテリ用充放電装置。 - 前記電圧補償手段は、バッテリからの電力を前記DCLINKに放電可能に構成され、且つバッテリからの放電時に架線からの電流に関連付けて放電電流を調整可能に構成されたことを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両のバッテリ用充放電装置。
- 前記電圧補償手段は、バッテリに充電する際の充電電圧を前記DCLINK電圧に対して昇降圧可能に構成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道車両のバッテリ用充放電装置。
- 前記充放電制御手段は、鉄道車両の制動時には、前記電動機で回生した電力をバッテリに蓄電するように前記電圧補償手段を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道車両のバッテリ用充放電装置。
- 前記充放電制御手段は、鉄道車両の加速時には、バッテリからの電力を前記DCLINKに放電するように前記電圧補償手段を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道車両のバッテリ用充放電装置。
- 前記電圧補償手段は、バッテリと直列に接続され、前記DCLINKの電圧とバッテリ電圧の差分に基づいて充放電電流を調整するものであり、鉄道車両に既存の三相交流電源からなる交流発生手段或いは前記DCLINKから直流電力を受けて正弦波交流を発生させる専用の交流発生手段と、これらの交流発生手段から受ける正弦波交流を複数のスイッチング素子を介して変換することにより平均電圧を前記DCLINKの電圧に対して連続的に昇降圧調整可能な昇降圧手段とを有し、
前記充放電制御手段は前記複数のスイッチング素子の制御位相角を変更して前記バッテリへの充電電流を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道車両のバッテリ用充放電装置。 - 前記電圧補償手段は、バッテリと直列に接続され、前記DCLINKの電圧とバッテリ電圧の差分に基づいて充放電電流を調整するものであり、前記DCLINK又は前記バッテリから直流電力を受けて矩形波交流を発生させる交流発生手段と、この交流発生手段から受ける矩形波交流を複数のスイッチング素子を介して変換することにより平均電圧を前記DCLINKの電圧に対して連続的に昇降圧調整可能な昇降圧手段とを有し、
前記充放電制御手段は前記複数のスイッチング素子の制御位相角を変更して前記バッテリへの充電電流を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道車両のバッテリ用充放電装置。
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