JP2008245497A

JP2008245497A - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP2008245497A
Application number: JP2007086946A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Ishikawa; 倫章石川; Hiroaki Otani; 浩昭尾谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】故障後における再起動時の停止時間を短縮し、サービスの低下を少なくした車両用電源装置を得ることである。
【解決手段】電気車に電源を供給するインバータ装置４と、インバータ装置を制御するとともに故障が発生したときインバータ装置からの電源供給を停止し故障条件に応じて再起動する制御装置５とを備え、インバータ装置４は、インバータへの供給電圧を安定化させるフィルタコンデンサ７の電圧Ｖｆを検出する電圧検出器１０と、フィルタコンデンサの電荷を放電させるための放電回路とを有し、制御装置５は、インバータ装置に故障が発生したとき故障種類及びフィルタコンデンサ電圧に基づいて放電回路を形成し、フィルタコンデンサの電荷を放電させて待機時間を短縮する。
【選択図】図１

Description

本発明は、架線から電力を受け取り電気車に照明や空調装置などの電源を供給する車両用電源装置に関する。

一般に、車両用電源装置においては、架線から電力を受け取り電気車に照明や空調装置などの電源を供給する。この車両用電源装置は、電圧検出器にて架線電圧の有無を検出し、電圧が印加されている場合に動作を開始する。このような車両用電源装置においては装置の故障を判断し、自動的に電源供給を停止する保護機能を有している。

また、冗長系の車両用電源装置を有し、常用電源装置が故障した場合に待機系電源装置に切り換えるようにしたものがある。特に、２系統の電源装置に各々設けられていた遮断器、フィルタリアクトル、ダイオード、充電抵抗、接触器等を故障率が低いものを共通化し、安定性を確保するとともに小型化及び軽量化を図った待機系電源装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２８７１２９号公報

しかし、冗長系の車両用電源装置を有する場合であっても、待機系の車両用電源装置に切り換える場合に、切り換え時間がかかるため、その切り換え時間においては車両用電源を供給することができずサービスを低下させることとなっていた。

また、冗長系の車両用電源装置を有していない場合、故障が復帰し再起動が可能であっても、故障停止から再起動までに、コンデンサの放電、充放電抵抗の冷却時間、故障情報の送信等により、一定時間待機する必要があり、その間は車両への電源供給が停止しサービスの低下になっていた。

本発明の目的は、故障後における再起動時の停止時間を短縮し、サービスの低下を少なくした車両用電源装置を得ることである。

本発明の車両用電源装置は、電気車に電源を供給するインバータ装置と、前記インバータ装置を制御するとともに故障が発生したときインバータ装置からの電源供給を停止し故障条件に応じて再起動する制御装置とを備えた車両用電源装置において、前記インバータ装置は、インバータへの供給電圧を安定化させるフィルタコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、前記フィルタコンデンサの電荷を放電させるための放電回路とを有し、前記制御装置は、前記インバータ装置に故障が発生したとき故障種類及び前記フィルタコンデンサ電圧に基づいて前記放電回路を形成し、前記フィルタコンデンサの電荷を放電させて待機時間を短縮することを特徴とする。

本発明によれば、故障後における再起動時の停止時間を短縮し、サービスの低下を少なくした車両用電源装置を得ることができる。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる車両用電源装置の構成図である。架線１からの電力はパンタグラフ２を介して車両用電源装置３に入力される。車両用電源装置３は、パンタグラフ２からの電力を入力し、電気車に電源を供給するインバータ装置４とインバータ装置４の動作制御を行う制御装置５とから構成されている。

インバータ装置４は、架線電圧を遮断する遮断器や波形の整流化をする入力回路６を介して架線１からの電力を入力し、インバータ８に供給する電圧を安定化させるフィルタコンデンサ７を介してインバータ８に入力電圧を印加する。

インバータ８では直流電力を交流電力に変換し、出力装置９を介して電気車の照明や空調装置などに交流電力を供給する。出力回路９はインバータ８から出力された交流電力のリップル低減や絶縁をするものである。

また、フィルタコンデンサ７には電圧検出器１０が設けられ、この電圧検出器１０でフィルタコンデンサ７の電圧Ｖｆを検出し制御装置５に出力する。一方、車両用電源装置３を停止する際に、フィルタコンデンサ７の電荷を放電するための放電回路がフィルタコンデンサ７に並列に設けられており、この放電回路は放電抵抗１１と放電接触器１２とが直列接続されて構成されている。

次に、このように構成された車両用電源装置３の動作を説明する。通常運転中は、制御装置５はインバータ装置４に動作制御信号ａを出力してインバータ装置４を制御する。この場合、制御装置５は電圧検出器１０で検出されたフィルタコンデンサ７の電圧Ｖｆを監視している。そして、制御装置５は故障信号ｂを入力すると、フィルタコンデンサ電圧値Ｖｆがすでに放電されている値（所定値）以下であるかどうかを判定し、フィルタコンデンサ電圧値Ｖｆがすでに放電されている値（所定値）以下である場合（保護停止動作中である場合）には、発生した故障種類により放電回路の放電接触器１２を短絡させてフィルタコンデンサ７の電荷の放電を促進させる。これにより、フィルタコンデンサ７の電荷の放電時間を短くして待機時間を短縮する。

すなわち、制御装置５は故障が発生した場合に、故障種類に応じて放電接触器１２を短絡させ放電抵抗１１を介してフィルタコンデンサ７の電荷を放電し、その後、インバータ装置４を一定時間待機もしくは完全停止するように制御する。故障種類が一過的な故障である場合には、インバータ装置４を一定時間待機もしくは完全停止した後に再起動させた場合には正常に運転できるので、放電回路によりフィルタコンデンサ７の電荷を放電させて、インバータ装置４が待機状態になるまでの時間を短縮する。

第１の実施の形態によれば、故障信号の種類とフィルタコンデンサ電圧Ｖｆの条件から待機時間を短縮するので、車両用電源装置３の待機時間を短縮することができ、サービスの低下を軽減することができる。

（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係わる車両用電源装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、稼働系のインバータ装置４ａに加え待機系のインバータ装置４ｂを追加して設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図２に示すように、１台の車両用電源装置３に複数台（２台）のインバータ装置４ａ、４ｂが内蔵されている。図２では２台のインバータ装置４ａ、４ｂを内蔵した場合を示している。

車両用電源装置３の内部にてインバータ装置４ａ、４ｂの２系統に分け、片系を稼動系とし残りの片系を待機系とする。インバータ装置４ａ、４ｂは同一構成であり、いま、インバータ装置４ａを稼働系とし、インバータ装置４ｂを待機系とする。インバータ装置４ａ、４ｂの制御は一つの制御装置５で行う。制御装置５はそれぞれのインバータ装置４ａ、４ｂに動作制御信号ａ１、ａ２を送信する。また、各々のインバータ装置４ａ、４ｂのフィルタコンデンサ７の電圧Ｖｆ１、Ｖｆ２は各々の電圧検出器１０で検出され、そのフィルタコンデンサ電圧Ｖｆ１、Ｖｆ２は制御装置５へ送信される。

ここで、制御装置５はフィルタコンデンサ電圧Ｖｆ１を常時監視しており、故障信号ｂが入力された故障発生時にフィルタコンデンサ電圧Ｖｆ１がすでに放電されている（保護動作中）と判断した場合、故障種類に基づいて、稼働系を再起動できるか否かを判断する。稼働系を再起動できる場合には、待機系の切り換えは実施せず、放電接触器１２を投入して放電回路を形成しフィルタコンデンサ７の電荷を放電する。これにより放電時間を短縮し稼動系の待機状態までの時間を短縮し、待機状態となった後に待機系を再起動することとする。

また、制御装置５には車両用電源装置３の故障信号ｂに加え、外部要因信号ｃも入力されている。故障信号には車両用電源装置３内に問題があって発生する故障信号と、架線電圧の急昇・急降や負荷の急激な増加による外部要因で発生する故障信号との２通りが考えられる。

そこで、制御装置５は、稼働系のインバータ装置４ａに故障が発生したとき、その故障が外部要因であるか否かを判定し、外部要因であるときは稼働系のインバータ装置４ａを再起動するようにする。すなわち、制御装置５は、故障発生時に外部要因である可能性が高いと判断できる場合、例えば、発生した故障の種類を条件、または車両用電源装置３の入出力電圧・電流等の測定値の条件、もしくはその両方の条件にて判断した場合に、インバータ装置４ａは正常である可能性が高いため、時間のかかる待機系のインバータ装置４ｂへの系切り換えではなく再起動とする動作制御信号ａをインバータ装置４ａに送信する。

このように、故障が発生した場合に外部要因の可能性がある故障である場合は稼働系のインバータ装置４ａを再起動することで、車両用電源装置３の待機時間を短縮することができ、サービスの低下を軽減することができる。なお、制御装置５を各系統にわけて制御する場合や、入力回路６、出力回路９を１系統としてフィルタコンデンサ７やインバータ８のみを２系統とした場合も、考え方は同様となる。

前述したように、制御装置５は、故障発生時にフィルタコンデンサ７がすでに放電されている（保護動作中である）と判断した場合には、待機時間を短縮した再起動とする動作制御信号ａを稼働系のインバータ装置４ａに送信するが、再起動を複数回繰り返した場合は、一過的な故障ではない。そこで、故障が発生している稼働系で再起動しても正常動作する可能性は低いと判断し、稼働系での再起動条件が成立していたとしても、待機系に系を切り換えることとする。

第２の実施の形態によれば、故障が発生した場合に、フィルタコンデンサ電圧がすでに放電されている（保護動作中である）と判断した場合は、放電時間を短縮した再起動とするので、車両用電源装置３の待機時間を短縮することができ、サービスの低下を軽減することができる。また、複数回再起動した場合、再起動後正常動作する可能性が低いと判断できる場合は、故障が発生しておらず正常動作の可能性が高い待機系に切り換えることで、車両用電源装置３の待機回数を減少させることができ、サービスの低下を軽減することができる。

本発明の第１の実施の形態に係わる車両用電源装置の構成図。本発明の第２の実施の形態に係わる車両用電源装置の構成図。

符号の説明

１…架線、２…パンタグラフ、３…車両用電源装置、４…インバータ装置、５…制御装置、６…入力回路、７…フィルタコンデンサ、８…インバータ、９…出力回路、１０…電圧検出器、１１…放電抵抗、１２…放電接触器

Claims

電気車に電源を供給するインバータ装置と、前記インバータ装置を制御するとともに故障が発生したときインバータ装置からの電源供給を停止し故障条件に応じて再起動する制御装置とを備えた車両用電源装置において、前記インバータ装置は、インバータへの供給電圧を安定化させるフィルタコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、前記フィルタコンデンサの電荷を放電させるための放電回路とを有し、前記制御装置は、前記インバータ装置に故障が発生したとき故障種類及び前記フィルタコンデンサ電圧に基づいて前記放電回路を形成し、前記フィルタコンデンサの電荷を放電させて待機時間を短縮することを特徴とする車両用電源装置。
稼働系及び待機系を有し稼働系から電気車に電源を供給するインバータ装置と、前記インバータ装置を制御するとともに稼働系のインバータ装置に故障が発生したとき稼働系のインバータ装置からの電源供給を停止し待機系のインバータ装置を起動する制御装置とを備えた車両用電源装置において、各々のインバータ装置は、インバータへの供給電圧を安定化させるフィルタコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、前記フィルタコンデンサの電荷を放電させるための放電回路とを有し、前記制御装置は、稼働系のインバータ装置に故障が発生したとき故障種類または稼働系のインバータ装置のフィルタコンデンサ電圧に基づいて、稼働系を再起動できるか否かを判断することを特徴とする車両用電源装置。
前記制御装置は、稼働系のインバータ装置に故障が発生したとき故障が外部要因であるか否かを判定し、外部要因であるときは稼働系のインバータ装置を再起動することを特徴とする請求項２記載の車両用電源装置。
前記制御装置は、架線電圧、負荷状態、パンタグラフの離線の少なくともいずれか一つまたは故障種類に基づいて外部要因であるか否かを判定することを特徴とする請求項３記載の車両用電源装置。
前記制御装置は、稼働系のインバータ装置を再起動した回数をカウントし、再起動の回数が所定値以上となったときは、動作インバータを待機系のインバータとすることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用電源装置。