JP2010124549A - Movable body - Google Patents
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Description
本発明は、直流電源により発生した直流電力をインバータで交流に変換して交流モータの駆動電源として用いる移動体に関する。 The present invention relates to a moving body that is used as a drive power source of an AC motor by converting DC power generated by a DC power source into AC by an inverter.
直流電源により発生した直流電力をインバータで交流に変換して交流モータの駆動電源として用いる移動体としては鉄道車両がある。例えば、ディーゼルエンジンで直流電力を発生させてインバータで交流電力に変換し、交流モータを駆動する車両では、回生動作を行った場合に、インバータの直流リンクに接続されているコンデンサに回生エネルギーを吸収させていた。 There is a railway vehicle as a moving body that converts DC power generated by a DC power source into AC by an inverter and uses it as a driving power source for an AC motor. For example, in a vehicle in which DC power is generated by a diesel engine and converted to AC power by an inverter and an AC motor is driven, the regenerative energy is absorbed by a capacitor connected to the DC link of the inverter when a regenerative operation is performed. I was letting.
コンデンサにエネルギーが蓄積され電圧が上昇すると、規定の電圧値を超える恐れがあり、一部のエネルギーはコンデンサに蓄積されずに放電されていた。このため、回生エネルギーの損失となり回生失効が発生していた。そこで、一部の車両では、コンデンサよりも多くのエネルギーを蓄積することが可能な蓄電装置が接続されているが、安全性の確保が求められている。 When energy is stored in the capacitor and the voltage rises, there is a risk that the specified voltage value may be exceeded, and some energy is discharged without being stored in the capacitor. For this reason, regenerative energy was lost, and regenerative revocation occurred. Therefore, in some vehicles, a power storage device that can store more energy than a capacitor is connected, but ensuring safety is required.
図2は、蓄電装置を備えた従来の移動体の電源駆動部の一例を示す構成図である。直流電源11は直流電力を発生するものであり、例えば、交流発電機12で交流電圧を発生させて、ダイオード整流器13で直流に変換し、インダクタンス14及びコンデンサ15で直流平滑電圧を発生する。この直流電圧を利用してインバータ16は交流モータ17を駆動する。そして、直流リンク回路にはチョッパ18を介して蓄電装置19が接続されている。蓄電装置19は、交流発電機12の出力可能電力では交流モータ17の駆動が不足の場合に不足電力を補給したり、交流モータ17の回生エネルギーを蓄電したりするものである。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a power supply driving unit of a conventional mobile body including a power storage device. The
蓄電装置を備えたものとして、発生した回生電力を動力負荷で吸収しきれない場合でも、この回生電力を蓄電することにより、受電点への電力逆供給や回生失効が発生せず、高効率で省エネ効果に優れた回生電力蓄電システムがある(例えば、特許文献1参照)。
しかし、従来のものでは、チョッパ18を介して蓄電装置19とインバータ16とを接続しているので、チョッパ18の半導体素子が短絡故障すると蓄電装置19を短絡させてしまう。そのため、蓄電装置19からの発火や発煙の事故に至る可能性がある。
However, since the
このように、インバータ16と蓄電装置19とを接続する際には電力変換器(主に昇圧チョッパ18)が利用されているが、電力用半導体素子で短絡故障が発生すると蓄電装置19に過剰なエネルギーを注入することになる。さらに、蓄電装置19でも故障が発生するとインバータ16の直流リンク回路を短絡させてしまう恐れがある。
As described above, when the
本発明の目的は、蓄電装置で内部短絡や外部短絡が生じても、インバータの直流リンク回路を短絡させてしまうことのない安全性を向上させた移動体を提供することである。 An object of the present invention is to provide a moving body with improved safety without causing a DC link circuit of an inverter to be short-circuited even if an internal short circuit or an external short circuit occurs in a power storage device.
直流電源の直流電力をインバータで交流電力に変換し交流モータの駆動電源として用いる移動体において、前記インバータの直流リンク回路に前記直流電源及び前記インバータに並列に接続され前記直流電源からの電力を蓄電するとともに前記インバータの回生動作時には回生エネルギーを蓄電するための蓄電装置と、前記蓄電装置と前記直流リンク回路との間に接続され前記蓄電装置と前記直流リンク回路とを絶縁して接続する双方向絶縁型DC/DCコンバータと、前記蓄電装置に短絡故障が発生した場合には前記蓄電装置または前記双方向絶縁型DC/DCコンバータを停止させて前記直流電源から前記インバータに電力を供給し前記直流電源に故障が発生した場合には前記直流電源を停止させ前記蓄電装置から前記インバータに電力を供給する制御装置とを備えたことを特徴とする移動体。 In a moving body that converts DC power of a DC power source into AC power by an inverter and uses it as a drive power source for an AC motor, the DC link circuit of the inverter is connected in parallel to the DC power source and the inverter, and stores power from the DC power source And at the time of regenerative operation of the inverter, a power storage device for storing regenerative energy, and a bidirectional connection connected between the power storage device and the DC link circuit to insulate and connect the power storage device and the DC link circuit When a short circuit failure occurs in the insulated DC / DC converter and the power storage device, the power storage device or the bidirectional insulated DC / DC converter is stopped to supply power from the DC power source to the inverter. When a failure occurs in the power supply, the DC power supply is stopped and power is transferred from the power storage device to the inverter. Mobile, characterized in that a supply controller.
本発明によれば、蓄電装置で内部短絡や外部短絡が生じても、インバータの直流リンク回路を短絡させてしまうことがなく安全性を向上できる。 According to the present invention, even if an internal short circuit or an external short circuit occurs in the power storage device, the DC link circuit of the inverter is not short-circuited, and safety can be improved.
図1は本発明の実施の形態に係わる移動体の電源駆動部の一例を示す構成図である。直流電源11は直流電力を発生させるものである。すなわち、交流発電機12で交流電力を発生させてダイオード整流器13で直流に変換し、インダクタンス14及びコンデンサ15で平滑して直流平滑電圧を発生させる。なお、ダイオード整流器13はPWM整流器でもよい。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a power supply drive unit of a moving body according to an embodiment of the present invention. The
直流電源11の直流電圧はインバータ16に入力され、インバータ16は移動体の交流モータ17を駆動する。そして、直流リンク回路には双方向絶縁型DC/DCコンバータ20を介して蓄電装置19が接続されている。蓄電装置19は、交流発電機12の出力可能電力では交流モータ17の駆動が不足の場合に不足電力を補給したり、交流モータ17の回生エネルギーを蓄電したりするものであり、大容量コンデンサでも電池でもよい。
The DC voltage of the
このように、蓄電装置19とインバータ16とは双方向絶縁型DC/DCコンバータ20を介して絶縁して接続され、インバータ16または蓄電装置19が故障したときの安全性を確保している。
In this way, the
また、制御装置21はインバータ16や双方向絶縁型DC/DCコンバータ20を制御するとともに、直流電源11や蓄電装置19の故障信号を入力し保護動作を行う。すなわち、蓄電装置19に短絡故障が発生した場合には、蓄電装置19または双方向絶縁型DC/DCコンバータ20を停止させて直流電源11からインバータ16に電力を供給するように制御する。また、直流電源11に故障が発生した場合には直流電源11を停止させ蓄電装置19からインバータ16に電力を供給するように制御する。
In addition, the
このように、本発明の実施の形態では、双方向絶縁型DC/DCコンバータ20を介して、蓄電装置19をインバータ16に接続することで、双方向絶縁型DC/DCコンバータ20にトランスが存在するため、蓄電装置19の故障が発生してもインバータ16の直流リンク部分がインバータ16の直流リンクが短絡になることはなくなる。従って、蓄電装置19に故障が発生しても電流を抑制することができる。
Thus, in the embodiment of the present invention, the
いま、インバータ16の半導体素子に短絡故障が生じた場合を考える。このとき、蓄電装置19の正極・負極が短絡されてしまうが、双方向絶縁型DC/DCコンバータ20によって、蓄電装置19の正極・負極が短絡されることもなくなる。また、双方向絶縁型DC/DCコンバータ20を停止することで、インバータ16の直流リンクを短絡させてしまう恐れはなくなる。
Consider a case where a short circuit failure has occurred in the semiconductor element of the
一方、双方向絶縁型DC/DCコンバータ20が短絡故障しても、インバータ16と蓄電装置19とが双方向絶縁型DC/DCコンバータ20のトランスで絶縁されているために蓄電装置19からのエネルギーがインバータ16に直に流れ込まなくなる。
On the other hand, since the
ここで、制御装置21は、蓄電装置19のエネルギーに蓄電されたエネルギーを放電しても問題ない場合には、直流電源11のエネルギーと蓄電装置19のエネルギーの2つのエネルギーを同時に利用してインバータ16を駆動する。これにより、移動体のエネルギーを直流電源11及び蓄電装置19の双方から直流電源11及び蓄電装置19を併用して移動体を動かすことができる。
Here, if there is no problem even if the energy stored in the energy of the
また、制御装置21は、双方向絶縁型DC/DCコンバータ20でインバータ16の直流電圧を調整したり、双方向絶縁型DC/DCコンバータ20から出力されるエネルギーを調整することで直流電源11から出力されるエネルギーを調整する。例えば、交流発電機12の出力エネルギーと蓄電装置19の出力エネルギーとが均等であっても、蓄電装置19のエネルギーの残量が低下した場合に交流発電機12の出力エネルギーを増加させる。また、交流モータ17の出力として、交流発電機12の出力エネルギーの定格以上のエネルギーが必要な場合には、蓄電装置19の出力エネルギーを加える。
Further, the
また、制御装置21は、移動体が停止・待機している際に、蓄電装置19に交流発電機12の出力エネルギーを双方向絶縁型DC/DCコンバータ20を介して充電する。これによって、蓄電装置19のエネルギーを十分に確保することができる。
Further, the
インバータ16で交流モータ17を駆動する際に、移動体を停止させる場合に回生電流によって交流モータ17を停止させる。この回生エネルギーをコンデンサ15に充電するとともに蓄電装置19にも充電することで、コンデンサ15の電圧が規定値よりも上昇することを抑制する。
When the
本発明の実施の形態よれば、双方向絶縁型DC/DCコンバータ20を介して蓄電装置19とインバータ16とを絶縁して接続するので、インバータ16や蓄電装置19が故障しても安全性を確保できる。例えば、蓄電装置19で内部短絡や外部短絡が生じても、双方向絶縁型DC/DCコンバータ20を停止することで、インバータ16の直流リンクを短絡させてしまう恐れはなくなる。また、双方向絶縁型DC/DCコンバータ20が短絡故障しても、インバータ16と蓄電装置19とが絶縁されているために蓄電装置19からのエネルギーがインバータ16に直に流れ込まなくなる。
According to the embodiment of the present invention, since the
11…直流電源、12…交流発電機、13…ダイオード整流器、14…インダクタンス、15…コンデンサ、16…インバータ、17…交流モータ、18…チョッパ、19…蓄電装置、20…双方向絶縁型DC/DCコンバータ、21…制御装置
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