JP2011004566A - Auxiliary power supply apparatus for electric vehicle - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an auxiliary power supply apparatus for an electric vehicle with high energy utilization efficiency without enlarging the apparatus or increasing complexity.SOLUTION: A battery 43 is connected to a DC input side of an inverter 42, that is, a DC input side of a converter 41, and charged by a DC power input into the inverter 42 from the converter 41 with a lower voltage than a DC power supplied from a converter 32 to a main motor 31. Accordingly, charging or discharging of the battery 43 is directly controlled by a DC power output from the converter 41 without use of a dedicated DC/DC converter.

Description

本発明は、電気車補助電源装置に関する。   The present invention relates to an electric vehicle auxiliary power supply device.

従来、架線からの電力および主電動機からの回生電力を充電し、充電した電力を必要に応じて主電動機や各種の補助機器に供給する蓄電手段を備える電気車補助電源装置が公知である(例えば、特許文献1、2参照)。交流電気車の場合、例えば図3に示すように電気車100は、架線101から集電装置102によって交流電力を集電する。電気車100は、集電した交流電力を変圧器103により変圧した後、コンバータ104およびインバータ105によって主電動機106へ供給する電力を制御する。コンバータ104の直流出力側には、直流電圧を可変するDC/DCコンバータ107が接続されており、このDC/DCコンバータ107の出力側に例えばリチウムイオン電池などの蓄電手段108が接続されている。蓄電手段108は、比較的充電容量が大きく、一般的に主電動機106を駆動するための電力を充電および放電する。   2. Description of the Related Art Conventionally, an electric vehicle auxiliary power supply device is known that includes power storage means for charging electric power from an overhead line and regenerative electric power from a main motor, and supplying the charged electric power to the main motor and various auxiliary devices as necessary (for example, Patent Documents 1 and 2). In the case of an AC electric vehicle, for example, as shown in FIG. 3, the electric vehicle 100 collects AC power from an overhead wire 101 by a current collector 102. The electric vehicle 100 controls the power supplied to the main motor 106 by the converter 104 and the inverter 105 after the collected AC power is transformed by the transformer 103. A DC / DC converter 107 that varies the DC voltage is connected to the DC output side of the converter 104, and a power storage means 108 such as a lithium ion battery is connected to the output side of the DC / DC converter 107. The power storage means 108 has a relatively large charge capacity, and generally charges and discharges electric power for driving the main motor 106.

特開2004−056934号公報JP 2004-056934 A 特開2008−253084号公報JP 2008-253084 A

しかしながら、このような従来の電気車100の場合、蓄電手段108へ充電および放電するためにはコンバータ104から出力される直流電力の電圧を可変するDC/DCコンバータ107が必要となる。そのため、素子および機器の増加を招き装置の大型化および複雑化を招くという問題がある。一方、蓄電手段108を備えていない電気車100の場合、例えば架線101の停電や、き電区分セクションいわゆる交−交セクションの通過時などのように電力を回生することができないとき、回生によって生じた電力は熱エネルギーとして消費するか、または機械的ブレーキによって制動する必要がある。その結果、エネルギーの無駄が生じるという問題がある。   However, in the case of such a conventional electric vehicle 100, in order to charge and discharge the power storage means 108, a DC / DC converter 107 that varies the voltage of the DC power output from the converter 104 is required. For this reason, there is a problem that the number of elements and devices increases, leading to an increase in size and complexity of the device. On the other hand, in the case of the electric vehicle 100 that does not include the power storage means 108, it is caused by regeneration when power cannot be regenerated, for example, when a power failure occurs in the overhead line 101 or when it passes through a feeder section, so-called cross-intersection section. The electric power must be consumed as thermal energy or braked with a mechanical brake. As a result, there is a problem that energy is wasted.

そこで、本発明は、装置の大型化および複雑化を招くことなく、エネルギーの利用効率が高い電気車補助電源装置を提供することにある。   Therefore, the present invention is to provide an electric vehicle auxiliary power supply device with high energy use efficiency without causing an increase in size and complexity of the device.

上記の課題を解決するために本発明の電気車補助電源装置は、架線から集電した交流電力を降圧して主電動機に供給する変圧器と、前記変圧器で変圧した交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータの直流電力出力側に接続され、入力された直流電力を交流電力に変換して補助機器へ出力するインバータと、前記インバータの直流入力側において正極と負極との間に接続され、前記架線からの電力および前記主電動機からの回生電力を充電、ならびに前記架線からの電力の供給が停止したとき前記主電動機および前記補助機器へ電力を放電する蓄電手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an electric vehicle auxiliary power supply apparatus of the present invention includes a transformer for stepping down AC power collected from an overhead line and supplying the same to a main motor, and AC power transformed by the transformer as DC power. A converter to be converted, an inverter connected to the DC power output side of the converter, converting the input DC power into AC power and outputting it to an auxiliary device, and between a positive electrode and a negative electrode on the DC input side of the inverter A power storage means connected to charge power from the overhead line and regenerative power from the main motor, and to discharge power to the main motor and the auxiliary device when supply of power from the overhead line is stopped. It is characterized by.

上記の構成により、蓄電手段は、補助機器へ電力を供給するインバータの直流入力側、すなわちコンバータの直流出力側に接続され、コンバータからインバータへ入力される直流電力によって充電される。補助機器へ電力を供給するコンバータから出力される直流電力は、主電動機へ供給される交流電力に変化する直流電力よりも電圧が低い。そのため、蓄電手段は、DC/DCコンバータを用いることなく、コンバータから出力される直流電力によって充電または放電が制御される。これにより、蓄電手段は、架線からの電力および主電動機からの回生電力によって充電される。また、蓄電手段は、放電することにより、主電動機および補助機器へ電力を供給する。そのため、例えばデッドセクションや停電など架線から集電ができない状態で電気車が停止した場合でも、蓄電手段の放電による電力によって電気車は再力行可能である。したがって、装置の大型化および複雑化を招くことなく、エネルギーの利用効率を高めることができる。   With the above configuration, the power storage means is connected to the DC input side of the inverter that supplies power to the auxiliary equipment, that is, the DC output side of the converter, and is charged by the DC power input from the converter to the inverter. The DC power output from the converter that supplies power to the auxiliary equipment has a lower voltage than the DC power that changes to AC power supplied to the main motor. Therefore, charging or discharging of the power storage means is controlled by direct current power output from the converter without using a DC / DC converter. Thereby, the electrical storage means is charged with electric power from the overhead wire and regenerative electric power from the main motor. The power storage means supplies power to the main motor and auxiliary equipment by discharging. Therefore, for example, even when the electric vehicle stops in a state where current cannot be collected from an overhead line such as a dead section or a power failure, the electric vehicle can be repowered by the electric power generated by the discharge of the storage means. Therefore, energy use efficiency can be increased without increasing the size and complexity of the apparatus.

本発明の第1実施形態による電気車補助電源装置の電気的な構成を示す概略図Schematic which shows the electrical structure of the electric vehicle auxiliary power supply device by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による電気車補助電源装置の電気的な構成を示す概略図Schematic which shows the electrical structure of the electric vehicle auxiliary power supply device by 2nd Embodiment of this invention. 従来の電気車補助電源装置の電気的な構成を示す概略図Schematic showing the electrical configuration of a conventional electric vehicle auxiliary power supply

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
(第1実施形態)
図1に示すように、第1実施形態による電気車10は、集電器11および車輪12を備えている。集電器11は、例えばパンタグラフなどで構成され、交流の電力が供給されている架線13に摺動または転がり接触する。電気車10は、車輪12が線路上を転がることにより走行する。電気車10は、架線13に接する集電器11と線路に接する車輪12との間に電気回路を形成することにより、架線13から電力を集電する。集電器11と車輪12との間には、集電器11側から順に遮断器14および変圧器15が接続されている。遮断器14は、集電器11と車輪12との間に形成される電気回路を開閉する。また、変圧器15は、集電器11から集電した交流電力を降圧する。変圧器15は、集電器11と車輪12との間の一次巻線21、二次巻線22および三次巻線23を有している。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in a plurality of embodiments, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the electric vehicle 10 according to the first embodiment includes a current collector 11 and wheels 12. The current collector 11 is composed of, for example, a pantograph or the like, and is in sliding or rolling contact with the overhead wire 13 to which AC power is supplied. The electric vehicle 10 travels when the wheels 12 roll on the track. The electric vehicle 10 collects electric power from the overhead line 13 by forming an electric circuit between the current collector 11 in contact with the overhead line 13 and the wheel 12 in contact with the track. A circuit breaker 14 and a transformer 15 are connected between the current collector 11 and the wheel 12 in this order from the current collector 11 side. The circuit breaker 14 opens and closes an electric circuit formed between the current collector 11 and the wheel 12. Further, the transformer 15 steps down the AC power collected from the current collector 11. The transformer 15 includes a primary winding 21, a secondary winding 22, and a tertiary winding 23 between the current collector 11 and the wheel 12.

電気車10は、主電動機31へ供給する電力を制御するコンバータ32およびインバータ33を備えている。また、電気車10は、電気車補助電源装置(以下、「補助電源装置」という。)40を搭載している。補助電源装置40は、コンバータ41、インバータ42および蓄電手段としてのバッテリ43を備えている。コンバータ32およびコンバータ41は、交流電力を直流電力に変換する、いわゆるPWM(Pulse Width Modulation)制御によるAC/DCコンバータである。具体的には、コンバータ32は、変圧器15の二次巻線22に接続している。また、コンバータ41は、変圧器15の三次巻線23に接続している。これにより、コンバータ32およびコンバータ41は、集電器11により架線13から集電され、変圧器15によって変圧された交流電力を直流電力に変換するとともに、その直流電力の電圧を制御して出力する。   The electric vehicle 10 includes a converter 32 and an inverter 33 that control electric power supplied to the main motor 31. The electric vehicle 10 is equipped with an electric vehicle auxiliary power supply (hereinafter referred to as “auxiliary power supply”) 40. The auxiliary power supply device 40 includes a converter 41, an inverter 42, and a battery 43 as power storage means. The converter 32 and the converter 41 are AC / DC converters by so-called PWM (Pulse Width Modulation) control that converts AC power into DC power. Specifically, the converter 32 is connected to the secondary winding 22 of the transformer 15. Further, the converter 41 is connected to the tertiary winding 23 of the transformer 15. Thus, the converter 32 and the converter 41 convert the AC power collected from the overhead line 13 by the current collector 11 and transformed by the transformer 15 into DC power, and control and output the voltage of the DC power.

インバータ33は、コンバータ32の直流電力出力側に接続されている。インバータ33は、コンバータ32から入力された直流電力を三相交流電力に変換して主電動機31へ出力する。具体的には、インバータ33は、コンバータ32より入力された直流電力から電気車10の走行状態に応じて電圧および周波数を可変した三相交流電力を出力するVVVFインバータで構成されている。また、インバータ42は、コンバータ41の直流電力出力側に接続されている。インバータ42は、コンバータ41から入力された直流電力を三相交流電力または単相交流電力に変換して出力する。インバータ42は、例えばコンバータ41より入力された直流電力から電圧および周波数が一定の交流電力を出力する静止形インバータで構成されている。   The inverter 33 is connected to the DC power output side of the converter 32. Inverter 33 converts the DC power input from converter 32 into three-phase AC power and outputs it to main motor 31. Specifically, inverter 33 is configured by a VVVF inverter that outputs three-phase AC power whose voltage and frequency are variable according to the running state of electric vehicle 10 from DC power input from converter 32. Further, the inverter 42 is connected to the DC power output side of the converter 41. The inverter 42 converts the DC power input from the converter 41 into three-phase AC power or single-phase AC power and outputs it. The inverter 42 is configured by a static inverter that outputs AC power having a constant voltage and frequency from DC power input from the converter 41, for example.

主電動機31は、例えばかご形三相誘導電動機であり、インバータ33の交流出力側から出力された三相交流電力によって駆動される。主電動機31は、図示しない駆動機構を介して車輪12と機械的に接続している。これにより、主電動機31から発生した駆動力は、駆動機構を経由して車輪12へ伝達される。その結果、電気車10は、主電動機31で発生した駆動力によって線路上を走行する。   The main motor 31 is a squirrel-cage three-phase induction motor, for example, and is driven by three-phase AC power output from the AC output side of the inverter 33. The main motor 31 is mechanically connected to the wheels 12 via a drive mechanism (not shown). Thereby, the driving force generated from the main motor 31 is transmitted to the wheels 12 via the driving mechanism. As a result, the electric vehicle 10 travels on the track by the driving force generated by the main motor 31.

インバータ42の交流電力出力側には、一つ以上の補助機器44が接続している。補助機器44は、例えば空調機器、照明およびコンプレッサなどの各種の機器が含まれる。空調機器および照明は、電気車10の客室内の空調および客室内や外部の照明を行う。コンプレッサは、電気車10の制動装置、空気ばね、あるいは扉開閉装置などへ供給するための圧縮空気を生成する。補助機器44は、インバータ42から供給される三相交流電力または単相交流電力によって駆動される。   One or more auxiliary devices 44 are connected to the AC power output side of the inverter 42. The auxiliary equipment 44 includes various equipment such as air conditioning equipment, lighting, and a compressor, for example. The air conditioner and the lighting perform air conditioning in the cabin of the electric vehicle 10 and lighting in the cabin and outside. The compressor generates compressed air to be supplied to a braking device, an air spring, a door opening / closing device or the like of the electric vehicle 10. The auxiliary device 44 is driven by three-phase AC power or single-phase AC power supplied from the inverter 42.

蓄電手段としてのバッテリ43は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池で構成されている。また、蓄電手段は、バッテリ43に代えて、電気二重層コンデンサで構成してもよい。このようなバッテリ43や電気二重層コンデンサは、繰り返される充放電に対する耐久性が高く、かつ充電容量も十分に確保される。バッテリ43は、コンバータ41の直流出力側において正極と負極との間に接続されている。架線13から集電された交流電力の一部は、変圧器15の三次巻線23およびコンバータ41を経由してバッテリ43に充電される。また、電気車10の制動時に主電動機31で発生した回生電力は、必要に応じてバッテリ43に充電される。   The battery 43 as the power storage means is configured by a secondary battery such as a lithium ion battery. Further, the power storage means may be constituted by an electric double layer capacitor instead of the battery 43. Such a battery 43 or an electric double layer capacitor has high durability against repeated charge and discharge, and a sufficient charge capacity is ensured. Battery 43 is connected between the positive electrode and the negative electrode on the DC output side of converter 41. A part of the AC power collected from the overhead line 13 is charged to the battery 43 via the tertiary winding 23 of the transformer 15 and the converter 41. Further, the regenerative power generated in the main motor 31 during braking of the electric vehicle 10 is charged in the battery 43 as necessary.

コンバータ41は、出力する直流電圧を制御する。この場合、コンバータ41は、検出されたバッテリ43の充電容量に基づいてバッテリ43に印加する直流電圧を変更する。これにより、コンバータ41から出力される直流電圧によって、バッテリ43の充電および放電が制御される。変圧器15の三次巻線23から取り出される電圧は、二次巻線22から取り出される電圧に比較して低く設定されている。そのため、三次巻線23からコンバータ41、およびコンバータ41からバッテリ43へ入力される電圧も低く設定される。その結果、三次巻線23からバッテリ43へ至る電気回路の絶縁仕様は簡略化される。このように、バッテリ43の充電および放電を、補助機器44に電力を供給するために設けたコンバータ41から出力する直流電圧によって制御することにより、例えばバッテリに専用のDC/DCコンバータなどが不要になり、かつバッテリ43周辺における回路の絶縁仕様も簡略化される。したがって、機器の小型化および軽量化が図られる。   Converter 41 controls the output DC voltage. In this case, converter 41 changes the DC voltage applied to battery 43 based on the detected charge capacity of battery 43. Thereby, charging and discharging of battery 43 are controlled by the DC voltage output from converter 41. The voltage extracted from the tertiary winding 23 of the transformer 15 is set lower than the voltage extracted from the secondary winding 22. Therefore, the voltage input from tertiary winding 23 to converter 41 and from converter 41 to battery 43 is also set low. As a result, the insulation specification of the electric circuit from the tertiary winding 23 to the battery 43 is simplified. Thus, by controlling the charging and discharging of the battery 43 by the DC voltage output from the converter 41 provided to supply power to the auxiliary equipment 44, for example, a dedicated DC / DC converter or the like is unnecessary for the battery. In addition, the insulation specification of the circuit around the battery 43 is also simplified. Accordingly, the device can be reduced in size and weight.

次に、上記の構成による電気車10の補助電源装置40の作動について説明する。
電気車10が架線13から集電可能な状態にあるとき、バッテリ43は集電した電力の一部によって充電される。バッテリ43の充電率は、コンバータ41から出力される直流電圧によって制御される。第1実施形態の場合、バッテリ43の充電率は、100%未満となるように充電容量に余裕が確保されている。すなわち、バッテリ43は、常に充電可能な状態に制御されている。
Next, the operation of the auxiliary power supply device 40 of the electric vehicle 10 having the above configuration will be described.
When the electric vehicle 10 is in a state where current can be collected from the overhead line 13, the battery 43 is charged by a part of the collected power. The charging rate of the battery 43 is controlled by a DC voltage output from the converter 41. In the case of the first embodiment, a margin is secured in the charging capacity so that the charging rate of the battery 43 is less than 100%. That is, the battery 43 is controlled so as to be always rechargeable.

電気車10が力行時にあるとき、電気車10は集電器11により架線13から交流電力を集電する。集電した交流電力は、変圧器15、コンバータ32およびインバータ33を経由して主電動機31に供給される。これにより、主電動機31は車輪12を駆動する駆動力を発生し、電気車10は走行する。一方、電気車10が制動時にあるとき、電気車10は主電動機31を発電機として機能させて回生制動を行う。制動時において主電動機31で発生した電力は、力行時とは逆にインバータ33およびコンバータ32を経由して変圧器15の二次巻線22へ印加される。ここで、回生が有効に機能しているとき、二次巻線22へ印加された交流電力は、一次巻線21から集電器11を経由して架線13へ戻される。その結果、電気車10の制動によって主電動機31で発生した電力は、同一のき電区間すなわち同一のセクション内を走行する他の電気車によって消費されることにより回生される。   When the electric vehicle 10 is in power running, the electric vehicle 10 collects AC power from the overhead line 13 by the current collector 11. The collected AC power is supplied to the main motor 31 via the transformer 15, the converter 32, and the inverter 33. Thereby, the main motor 31 generates a driving force for driving the wheels 12, and the electric vehicle 10 travels. On the other hand, when the electric vehicle 10 is in braking, the electric vehicle 10 performs regenerative braking by causing the main motor 31 to function as a generator. The electric power generated in the main motor 31 at the time of braking is applied to the secondary winding 22 of the transformer 15 via the inverter 33 and the converter 32 contrary to the power running. Here, when the regeneration is functioning effectively, the AC power applied to the secondary winding 22 is returned from the primary winding 21 to the overhead wire 13 via the current collector 11. As a result, the electric power generated in the main motor 31 by braking the electric vehicle 10 is regenerated by being consumed by another electric vehicle traveling in the same feeding section, that is, in the same section.

一方、回生が有効に機能していないとき、すなわち回生失効が生じているとき、二次巻線22へ印加された交流電力は、三次巻線23からコンバータ41を経由してバッテリ43に充電される。例えば同一のセクション内で力行する他の電気車の消費電力が自電気車の回生電力を下回るとき、交−交セクションを通過するとき、あるいは停電しているとき、主電動機31で発生した電力を十分に回生することができない回生失効が生じる。このように回生失効が生じると、電気車10は例えば図示しない抵抗器などで主電動機31で発生した電力を熱として消費したり、機械的なブレーキを用いて制動する必要がある。そのため、エネルギー効率の低下や機械的なブレーキの不必要な摩耗を招くことになる。本実施形態の場合、上述のようにバッテリ43の充電率は常に余裕が確保されている。そのため、このように回生失効が生じた場合でも、主電動機31で発生した電力はバッテリ43に充電することによって回生される。   On the other hand, when the regeneration is not functioning effectively, that is, when the regeneration is invalidated, the AC power applied to the secondary winding 22 is charged to the battery 43 from the tertiary winding 23 via the converter 41. The For example, when the power consumption of another electric vehicle that is powered in the same section is lower than the regenerative power of the own electric vehicle, when passing through the cross-intersection section, or when there is a power failure, the power generated in the main motor 31 is Regeneration expires that cannot be fully regenerated. When regenerative invalidation occurs in this way, the electric vehicle 10 needs to consume the electric power generated in the main motor 31 as heat, for example, using a resistor (not shown) or the like, and to brake using a mechanical brake. This results in reduced energy efficiency and unnecessary wear on the mechanical brake. In the present embodiment, as described above, a sufficient margin is always secured for the charging rate of the battery 43. Therefore, even when regeneration invalidation occurs in this way, the electric power generated in the main motor 31 is regenerated by charging the battery 43.

バッテリ43に充電された電力は、補助機器44あるいは主電動機31の駆動によって消費される。例えば停電などによって架線13からの電力の供給が停止したとき、電気車10の空調、照明および圧縮空気を生成するコンプレッサは、バッテリ43に充電された電力によって駆動される。この場合、バッテリ43に充電された電力は、インバータ42で交流電力に変換された後、補助機器44へ供給される。   The electric power charged in the battery 43 is consumed by driving the auxiliary device 44 or the main motor 31. For example, when the supply of power from the overhead line 13 is stopped due to a power failure or the like, the air conditioner, illumination, and compressed air of the electric vehicle 10 are driven by the power charged in the battery 43. In this case, the power charged in the battery 43 is converted into AC power by the inverter 42 and then supplied to the auxiliary device 44.

また、例えば交−交セクションや交−直セクションなどの無電区間(デッドセクション)で電気車10が停止した場合、電気車10はバッテリ43の放電による電力によって無電区間を自力で脱出する。この場合、バッテリ43に充電された電力は、コンバータ41で交流電力に変換された後、変圧器15の三次巻線23へ印加される。そして、変圧器15の二次巻線22から取り出された電力は、コンバータ32で直流電力に変換された後、インバータ33で再び交流電力に変換されて主電動機31に供給される。主電動機31は、上記の手順でバッテリ43から供給された電力によって駆動力を発生し、電気車10を駆動する。これにより、無電区間に停止した電気車10は、この無電区間から自力で脱出することができる。   For example, when the electric vehicle 10 stops in a non-electric section (dead section) such as an alternating-intersection section or an alternating-direct section, the electric vehicle 10 escapes from the non-electric section by the electric power generated by the discharge of the battery 43. In this case, the power charged in the battery 43 is converted into AC power by the converter 41 and then applied to the tertiary winding 23 of the transformer 15. Then, the electric power extracted from the secondary winding 22 of the transformer 15 is converted into DC power by the converter 32, and then converted into AC power again by the inverter 33 and supplied to the main motor 31. The main motor 31 generates driving force by the electric power supplied from the battery 43 in the above procedure, and drives the electric vehicle 10. Thereby, the electric vehicle 10 stopped in the non-electric section can escape from the non-electric section by itself.

以上、説明した第1実施形態では、バッテリ43は、インバータ42の直流入力側、すなわちコンバータ41の直流出力側に接続され、コンバータ41からインバータ42へ入力される直流電力によって充電される。補助機器44へ電力を供給するためのコンバータ41から出力される直流電力は、主電動機31へ電力を供給するためのコンバータ32から出力される直流電力よりも電圧が低い。そのため、バッテリ43は、専用のDC/DCコンバータを用いることなく、コンバータ41から出力された直流電力によって直接充電または放電が制御される。これにより、バッテリ43は、架線13からの電力および主電動機31からの回生電力によって充電される。特に回生失効が生じているとき、主電動機31で発生した電力は、バッテリ43の充電によって回収される。したがって、装置の大型化および複雑化を招くことなく、エネルギーの利用効率を高めることができる。また、主電動機31で発生した電力をバッテリ43に回収することにより、制動時における機械的なブレーキの使用が低減される。したがって、機械的なブレーキの摩耗を低減することができる。   As described above, in the first embodiment described above, the battery 43 is connected to the DC input side of the inverter 42, that is, the DC output side of the converter 41, and is charged by DC power input from the converter 41 to the inverter 42. The DC power output from the converter 41 for supplying power to the auxiliary device 44 is lower in voltage than the DC power output from the converter 32 for supplying power to the main motor 31. Therefore, charging or discharging of the battery 43 is directly controlled by the DC power output from the converter 41 without using a dedicated DC / DC converter. Thereby, the battery 43 is charged with the electric power from the overhead wire 13 and the regenerative electric power from the main motor 31. In particular, when regeneration is invalidated, the electric power generated by the main motor 31 is recovered by charging the battery 43. Therefore, energy use efficiency can be increased without increasing the size and complexity of the apparatus. Further, by collecting the electric power generated by the main motor 31 in the battery 43, the use of a mechanical brake during braking is reduced. Therefore, mechanical brake wear can be reduced.

また、第1実施形態では、バッテリ43は、放電することにより主電動機31へ電力を供給することもできる。そのため、例えば交−交セクションなどのデッドセクションや停電など架線13から集電ができない状態で電気車10が停止した場合でも、バッテリ43の放電による電力によって電気車10は再力行可能である。さらに、第1実施形態では、バッテリ43は、放電することにより空調、照明およびコンプレッサなどの補助機器44へ電力を供給する。そのため、架線13から集電ができない状態で電気車10が停止した場合でも、電気車10は再力行可能であるとともに、必要な補助機器44にはバッテリ43から電力が供給される。したがって、緊急時に対する電気車10の安全性を高めることができる。   In the first embodiment, the battery 43 can also supply power to the main motor 31 by discharging. Therefore, for example, even when the electric vehicle 10 stops in a state where current cannot be collected from the overhead line 13 such as a dead section such as a cross-intersection section or a power failure, the electric vehicle 10 can be repowered by the electric power generated by the discharge of the battery 43. Furthermore, in 1st Embodiment, the battery 43 supplies electric power to auxiliary equipment 44, such as an air conditioning, illumination, and a compressor, by discharging. Therefore, even when the electric vehicle 10 stops in a state where current cannot be collected from the overhead line 13, the electric vehicle 10 can be repowered and power is supplied from the battery 43 to the necessary auxiliary equipment 44. Therefore, the safety of the electric vehicle 10 in an emergency can be improved.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態による補助電源装置を図2に示す。
図2に示すように、第2実施形態の場合、補助機器44は二つ以上の機器441、442から構成されている。なお、図2では、説明の簡単のため、補助機器44が二つの機器441、442を有する例を示している。インバータ42と機器441とを接続する回路には接触器51が設けられ、インバータ42と機器442とを接続する回路には接触器52が設けられている。また、補助電源装置40は、電圧検出部61および制御部62をさらに備えている。電圧検出部61は、集電器11に接続され、架線13の電圧を検出する。制御部62は、電圧検出部61で検出した架線13の電圧に基づいて機器441の接触器51または機器442の接触器52を制御する。
(Second Embodiment)
An auxiliary power supply according to a second embodiment of the present invention is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, in the case of the second embodiment, the auxiliary device 44 is composed of two or more devices 441 and 442. 2 shows an example in which the auxiliary device 44 includes two devices 441 and 442 for ease of explanation. A contactor 51 is provided in a circuit connecting the inverter 42 and the device 441, and a contactor 52 is provided in a circuit connecting the inverter 42 and the device 442. Further, the auxiliary power supply device 40 further includes a voltage detection unit 61 and a control unit 62. The voltage detector 61 is connected to the current collector 11 and detects the voltage of the overhead wire 13. The control unit 62 controls the contactor 51 of the device 441 or the contactor 52 of the device 442 based on the voltage of the overhead wire 13 detected by the voltage detection unit 61.

バッテリ43は充電容量に限りがある。そのため、架線13からの交流電力の供給が停止した後、補助機器44を構成するすべての機器441、442に対しバッテリ43から電力を供給すると、バッテリ43の充電容量は早期に低下する。その結果、補助機器44を構成する機器441または機器442は、いずれも駆動できない状態となる。そこで、第2実施形態では、制御部62は、電圧検出部61によって架線13の電圧を検出し、架線13からの集電が可能であるか否かを判断する。例えば架線13の電圧が低下したり、停電によって架線13の電圧が0になると、制御部62は架線13からの集電が不可能であると判断する。そして、制御部62は、架線13からの集電が不可能であると判断すると、補助機器44を構成する機器441および機器442のうち必要性のより低い機器441の接触器51または機器442の接触器52を開放する。   The battery 43 has a limited charge capacity. For this reason, when power is supplied from the battery 43 to all the devices 441 and 442 constituting the auxiliary device 44 after the supply of AC power from the overhead line 13 is stopped, the charge capacity of the battery 43 is quickly reduced. As a result, neither the device 441 or the device 442 constituting the auxiliary device 44 can be driven. Therefore, in the second embodiment, the control unit 62 detects the voltage of the overhead line 13 by the voltage detection unit 61 and determines whether or not current collection from the overhead line 13 is possible. For example, when the voltage of the overhead line 13 decreases or the voltage of the overhead line 13 becomes 0 due to a power failure, the control unit 62 determines that current collection from the overhead line 13 is impossible. Then, when the control unit 62 determines that the current cannot be collected from the overhead line 13, the contactor 51 of the device 441 or the device 442 of the device 441 that is less necessary among the devices 441 and 442 constituting the auxiliary device 44. The contactor 52 is opened.

ここで、必要性の低い機器とは例えば照明や空調などのように電気車10の走行に直接的な影響が小さいものであり、必要性の高い機器とは例えば制動のための圧縮空気を生成するコンプレッサなどのように電気車10の安全な走行に影響が大きいものである。すなわち、この例の場合、制御部62は、バッテリ43からコンプレッサへの電力の供給を維持するために、照明や空調に接続する接触器を開放する。その結果、バッテリ43に要求される負荷が低減するとともに、バッテリ43の効率的な運用を図ることができる。なお、バッテリ43から電力を供給する補助機器44を構成する機器441、442の優先度は、任意に変更可能である。例えば、電気車10の安全な走行への影響が大きな補助機器44への電力の供給を維持した上で、夏期であれば空調の維持を優先したり、夜間であれば照明を優先したりしてもよい。   Here, a low necessity device is a device that has a small direct influence on the traveling of the electric vehicle 10 such as lighting and air conditioning, and a high necessity device generates compressed air for braking, for example. Such as a compressor that has a great influence on the safe driving of the electric vehicle 10. That is, in the case of this example, the control unit 62 opens a contactor connected to lighting or air conditioning in order to maintain power supply from the battery 43 to the compressor. As a result, the load required for the battery 43 is reduced, and efficient operation of the battery 43 can be achieved. The priorities of the devices 441 and 442 constituting the auxiliary device 44 that supplies power from the battery 43 can be arbitrarily changed. For example, while maintaining the supply of power to the auxiliary equipment 44 that has a large influence on the safe driving of the electric vehicle 10, priority is given to maintaining air conditioning during the summer, and lighting prior to night. May be.

(その他の実施形態)
以上説明した複数の実施形態では、補助機器44の一例としてコンプレッサを示した。従来の電気車は、一般に制動や空気ばねへ圧縮空気を供給するための主コンプレッサと、パンタグラフなどの集電器へ圧縮空気を供給するための補助コンプレッサとを備えている。これは、集電器の格納時に電力が入手できないため、まずバッテリで補助コンプレッサを駆動して集電器を駆動した後、集電器によって架線から集電し主コンプレッサを駆動するためである。これに対し、本発明の複数の実施形態では、補助機器44はバッテリ43によって駆動される。そのため、集電器11の格納時であっても、バッテリ43に蓄えられている電力により主コンプレッサを駆動することができる。したがって、補助コンプレッサを省略することができ、電気車10に搭載する機器を低減することができる。
(Other embodiments)
In the plurality of embodiments described above, a compressor is shown as an example of the auxiliary device 44. Conventional electric vehicles generally include a main compressor for supplying compressed air to a brake and an air spring, and an auxiliary compressor for supplying compressed air to a current collector such as a pantograph. This is because power cannot be obtained when the current collector is stored, so that the auxiliary compressor is first driven by the battery to drive the current collector, and then the current collector is used to collect current from the overhead line to drive the main compressor. In contrast, in the plurality of embodiments of the present invention, the auxiliary device 44 is driven by the battery 43. Therefore, even when the current collector 11 is stored, the main compressor can be driven by the electric power stored in the battery 43. Therefore, the auxiliary compressor can be omitted, and the equipment mounted on the electric vehicle 10 can be reduced.

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。   The present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.

図面中、10は電気車、13は架線、31は主電動機、40は補助電源装置(電気車補助電源装置)、41はコンバータ、42はインバータ、43はバッテリ(蓄電手段)、44は補助機器を示す。   In the drawings, 10 is an electric vehicle, 13 is an overhead wire, 31 is a main motor, 40 is an auxiliary power supply (electric vehicle auxiliary power supply), 41 is a converter, 42 is an inverter, 43 is a battery (power storage means), and 44 is an auxiliary device. Indicates.

Claims (1)

架線から集電した交流電力を降圧して主電動機に供給する変圧器と、
前記変圧器で変圧した交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータの直流電力出力側に接続され、入力された直流電力を交流電力に変換して補助機器へ出力するインバータと、
前記インバータの直流入力側において正極と負極との間に接続され、前記架線からの電力および前記主電動機からの回生電力を充電、ならびに前記架線からの電力の供給が停止したとき前記主電動機および前記補助機器へ電力を放電する蓄電手段と、
を備えることを特徴とする電気車補助電源装置。
A transformer for stepping down the AC power collected from the overhead line and supplying it to the main motor;
A converter that converts AC power transformed by the transformer into DC power;
An inverter connected to the DC power output side of the converter, converting the input DC power into AC power and outputting it to auxiliary equipment;
Connected between a positive electrode and a negative electrode on the DC input side of the inverter, charging the power from the overhead line and regenerative power from the main motor, and when the supply of power from the overhead line is stopped, the main motor and the Power storage means for discharging power to the auxiliary equipment;
An electric vehicle auxiliary power supply device comprising:
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