JP2014118081A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空調機器に電力を供給する車両用電源装置の温度上昇の低減を可能とする。
【解決手段】実施形態の車両用電源装置は、鉄道車両内の空調機器に電力を供給する車両用電源装置であって、鉄道車両の開閉扉の開閉を検知する開閉検知手段からの出力をもとに、開閉扉が予め設定された時間以上開けられたか否かを判定する扉判定手段と、開閉扉が予め設定された時間以上開けられた場合、空調機器に対して、空調機器の出力を低減させる低減指令を出力する出力手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、車両用電源装置に関する。

従来、鉄道車両の空調機器では、車両用電源装置から供給される電力をもとに、鉄道車両内の室温を一定とするように運転が行われている。空調機器に電力を供給する車両用電源装置は、鉄道車両の床下などに箱形状でぎ装されており、架線などから入力された電力をスイッチング素子を用いたインバータ・コンバータなどによって所定の電圧値・電流値に変換した後に空調機器に配電している。

特開２０１２−１２１４８４号公報

しかしながら、上述した従来技術では、開閉扉（以下、ドア）が開放されて外気が鉄道車両内に侵入する停車中の状態が長時間継続する場合、室温を一定とするために空調機器において高負荷状態が長時間継続することから、車両用電源装置の温度（例えばスイッチング素子の温度）が上昇し、過温度保護により車両用電源装置の運転が一時的に停止することがあった。また、その停車中の状態から一定速度以上に鉄道車両が加速するまでの時間が長くなる場合には、走行風による車両用電源装置の冷却効果が少なくなることから、車両用電源装置の温度が上昇し易かった。

上述した課題を解決するために、実施形態の車両用電源装置は、鉄道車両内の空調機器に電力を供給する車両用電源装置であって、前記鉄道車両の開閉扉の開閉を検知する開閉検知手段からの出力をもとに、前記開閉扉が予め設定された時間以上開けられたか否かを判定する扉判定手段と、前記開閉扉が予め設定された時間以上開けられた場合、前記空調機器に対して、当該空調機器の出力を低減させる低減指令を出力する出力手段と、を備える。

また、実施形態の車両用電源装置は、鉄道車両内の空調機器に電力を供給する車両用電源装置であって、前記鉄道車両の走行速度を検知する速度検知手段からの出力をもとに、前記鉄道車両の走行速度が所定値以下の低速度状態が予め定められた時間以上継続したか否かを判定する速度判定手段と、前記低速度状態が予め設定された時間以上継続した場合、前記空調機器に対して、当該空調機器の出力を低減させる低減指令を出力する出力手段と、を備える。

図１は、実施形態にかかる車両用電源装置の構成を示すブロック図である。 図２は、車両用電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図３は、車両用電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、車両用電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図５は、車両用電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図６は、車両用電源装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図７は、車両用電源装置の回路構成の一例を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照して実施形態にかかる車両用電源装置を詳細に説明する。図１は、実施形態にかかる車両用電源装置１の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、車両用電源装置１は、鉄道車両（図示しない）の床下などに箱形状でぎ装され、架線などから入力された電力をスイッチング素子を用いたインバータ・コンバータ（図示しない）などによって所定の電圧値・電流値に変換し、空調機器２に電力を供給する。空調機器２は、鉄道車両の屋根などに箱形状でぎ装されており、鉄道車両内に設けられた温度センサ（図示しない）をもとに鉄道車両内の室温を一定とするように、車両用電源装置１から供給された電力を駆動源とした冷房運転／暖房運転を行う。

車両用電源装置１には、空調機器２の他、鉄道車両内に設けられたドア開閉センサ３、速度センサ４及び人感知センサ５が、例えばイーサネット（登録商標）のような有線による通信方式の支線系ネットワークを介して通信可能に接続されている。ドア開閉センサ３は、乗客等の人が乗り降りするドア（開閉扉）の開閉を検知するセンサである。速度センサ４は、鉄道車両の車輪（図示しない）の回転速度を検出するパルスジェネレータ等、鉄道車両の速度を検知するセンサである。人感知センサ５は、人が発する赤外線などを検知することで、鉄道車両内の人（例えば乗客等）の有無を検知するセンサである。また、車両用電源装置１内には、自装置内の温度を検出する温度センサ６が設けられている。具体的には、温度センサ６は、スイッチング素子近傍に設置されており、スイッチング素子の温度を検出する。

車両用電源装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）がＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶されたプログラムをＲＡＭ（Random Access Memory）に展開して順次実行することで（ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭについては図示しない）、ドア開閉センサ３、速度センサ４、人感知センサ５、温度センサ６から出力される検出値をもとに、空調機器２に対して、空調機器２の出力にかかる指令を出力する。

次に、空調機器２に対する指令を出力する車両用電源装置１の動作について詳細を説明する。図２は、車両用電源装置１の動作の一例を示すフローチャートである。より具体的には、図２は、ドア開閉センサ３の出力をもとに、ドアが予め設定された時間以上開けられた場合に、空調機器２に対して出力を低減させる低減指令を出力する動作を示すフローチャートである。

図２に示すように、処理が開始されると、車両用電源装置１のＣＰＵは、ドアの開閉を示すドア開閉センサ３の検出値を取得する（Ｓ１）。次いで、車両用電源装置１のＣＰＵは、ドア開閉センサ３の検出値をもとに、ドアが開いている間のドア開放時間を計測する（Ｓ２）。このドア開放時間は、ドアが一度開いてから閉じるまでの時間であり、内部に設けられたＲＴＣ（Real Time Clock）等の計時機能を用いて計測される。

次いで、車両用電源装置１のＣＰＵは、Ｓ２の計測結果をもとに、ドアが開いている時間がＲＯＭなどに予め設定された時間（ｔ１）以上であるか否かを判定する（Ｓ３）。ここで、ドアが開いている時間がｔ１以上でない場合（Ｓ３：ＮＯ）は、Ｓ２に戻って処理を継続する。

ドアが開いている時間がｔ１以上である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、車両用電源装置１のＣＰＵは、空調機器２に対して、冷房運転／暖房運転を行う際の冷房出力／暖房出力を低減させるための空調負荷低減指令を出力する（Ｓ４）。この空調負荷低減指令は、冷房出力／暖房出力の最大出力に対する割合などであってよい。空調機器２では、車両用電源装置１より指令された割合を上限とする出力範囲で冷房運転／暖房運転が行われる。

このため、例えば、鉄道車両が折り返し運転を行う場合などのドアの開き時間が長くなる場合に、一定とすべき温度と、車内温度との温度差が大きくなり、冷房運転／暖房運転の出力が上がる場合であっても、空調負荷低減指令によって冷房運転／暖房運転の出力が抑えられる。したがって、車両用電源装置１が空調機器２に供給する電力が抑えられることから、車両用電源装置１の温度上昇を低減できる。

（変形例１）
次に、空調機器２に対する指令を出力する車両用電源装置１の動作の変形例１について詳細を説明する。図３は、車両用電源装置１の動作の一例を示すフローチャートであり、より具体的には、変形例１にかかる車両用電源装置１の動作を示すフローチャートである。

図３に示すように、変形例１では、ドアが開いている時間がｔ１以上である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、車両用電源装置１のＣＰＵは、温度センサ６の検出値を取得し（Ｓ５）、温度センサ６の検出値に基づいたスイッチング素子温度を自装置内の温度として計測する（Ｓ６）。

次いで、車両用電源装置１のＣＰＵは、Ｓ６の計測結果をもとに、スイッチング素子温度がＲＯＭなどに予め設定された温度（Ｔ２）以上であるか否かを判定する（Ｓ７）。ここで、スイッチング素子温度がＴ２以上でない場合（Ｓ７：ＮＯ）は、Ｓ６に戻って処理を継続する。

スイッチング素子温度がＴ２以上である場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、車両用電源装置１のＣＰＵは、空調機器２に対して、冷房運転／暖房運転を行う際の冷房出力／暖房出力を低減させるための空調負荷低減指令を出力する（Ｓ４）。このため、例えば、鉄道車両が折り返し運転を行う場合などのドアの開き時間が長くなる場合において、実際に車両用電源装置１内の温度（スイッチング素子温度）が所定値以上であるときに、空調負荷低減指令によって冷房運転／暖房運転の出力が抑えられることとなる。したがって、車両用電源装置１が空調機器２に供給する電力が抑えられることから、車両用電源装置１の温度上昇を低減できる。

（変形例２）
次に、空調機器２に対する指令を出力する車両用電源装置１の動作の変形例２について詳細を説明する。図４は、車両用電源装置１の動作の一例を示すフローチャートであり、より具体的には、変形例２にかかる車両用電源装置１の動作を示すフローチャートである。

図４に示すように、変形例２では、処理が開始されると、車両用電源装置１のＣＰＵは、鉄道車両の車両速度を示す速度センサ４の検出値を取得する（Ｓ１１）。次いで、車両用電源装置１のＣＰＵは、速度センサ４の検出値をもとに、車両速度を計測する（Ｓ１２）。次いで、車両用電源装置１のＣＰＵは、Ｓ１２の計測結果をもとに、車両速度がＲＯＭなどに予め設定された速度（Ｖ３）以下であるか否かを判定する（Ｓ１３）。ここで、車両速度がＶ３以下でない場合（Ｓ１３：ＮＯ）は、Ｓ１２に戻って処理を継続する。

車両速度がＶ３以下である場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、車両用電源装置１のＣＰＵは、車両速度がＶ３以下である時間がＲＯＭなどに予め設定された時間（ｔ４）以上であるか否かを判定する（Ｓ１４）。ここで、車両速度がＶ３以下である時間がＴ４以上でない場合（Ｓ１４：ＮＯ）は、Ｓ１２に戻って処理を継続する。

車両速度がＶ３以下である時間がＴ４以上である場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、車両用電源装置１のＣＰＵは、空調機器２に対して、冷房運転／暖房運転を行う際の冷房出力／暖房出力を低減させるための空調負荷低減指令を出力する（Ｓ１５）。このため、例えば、停車中の状態から一定速度以上に鉄道車両が加速するまでの時間が長くなり、走行風による車両用電源装置１の冷却効果が少なくなる状態において、空調負荷低減指令によって冷房運転／暖房運転の出力が抑えられることとなる。したがって、車両用電源装置１が空調機器２に供給する電力が抑えられることから、車両用電源装置１の温度上昇を低減できる。

（変形例３）
次に、空調機器２に対する指令を出力する車両用電源装置１の動作の変形例３について詳細を説明する。図５は、車両用電源装置１の動作の一例を示すフローチャートであり、より具体的には、変形例３にかかる車両用電源装置１の動作を示すフローチャートである。

図５に示すように、変形例３では、車両速度がＶ３以下である時間がＴ４以上である場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、車両用電源装置１のＣＰＵは、温度センサ６の検出値を取得し（Ｓ１６）、温度センサ６の検出値に基づいたスイッチング素子温度を自装置内の温度として計測する（Ｓ１７）。

次いで、車両用電源装置１のＣＰＵは、Ｓ１７の計測結果をもとに、スイッチング素子温度がＲＯＭなどに予め設定された温度（Ｔ２）以上であるか否かを判定する（Ｓ１８）。ここで、スイッチング素子温度がＴ２以上でない場合（Ｓ１８：ＮＯ）は、Ｓ１７に戻って処理を継続する。

スイッチング素子温度がＴ２以上である場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、車両用電源装置１のＣＰＵは、空調機器２に対して、冷房運転／暖房運転を行う際の冷房出力／暖房出力を低減させるための空調負荷低減指令を出力する（Ｓ１５）。このため、例えば、停車中の状態から一定速度以上に鉄道車両が加速するまでの時間が長くなり、走行風による車両用電源装置１の冷却効果が少なくなる状態において、実際に車両用電源装置１内の温度（スイッチング素子温度）が所定値以上であるときに、空調負荷低減指令によって冷房運転／暖房運転の出力が抑えられることとなる。したがって、車両用電源装置１が空調機器２に供給する電力が抑えられることから、車両用電源装置１の温度上昇を低減できる。

（変形例４）
次に、空調機器２に対する指令を出力する車両用電源装置１の動作の変形例４について詳細を説明する。図６は、車両用電源装置１の動作の一例を示すフローチャートであり、より具体的には、変形例４にかかる車両用電源装置１の動作を示すフローチャートである。

図６に示すように、変形例４では、処理が開始されると、車両用電源装置１のＣＰＵは、空調負荷低減指令の出力の有無を判定する（Ｓ２１）。ここで、Ｓ４、Ｓ１５によって空調負荷停止指令を出力中でない場合（Ｓ２１：ＮＯ）は処理を待機する。

Ｓ４、Ｓ１５によって空調負荷停止指令を出力中である場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、車両用電源装置１のＣＰＵは、人感知センサ５の検出値を取得し（Ｓ２２）、人感知センサ５の検出値をもとに鉄道車両内にいる人（例えば乗客）の有無を判定する（Ｓ２３）。ここで、乗客がいる場合（Ｓ２３：ＮＯ）は処理を待機する。

乗客がいない場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、車両用電源装置１のＣＰＵは、空調機器２に対して、冷房運転／暖房運転を停止させる空調負荷停止指令を出力する（Ｓ２４）。このため、例えば、空調負荷低減指令を出力して冷房運転／暖房運転の出力が抑えられている際に、鉄道車両内に乗客がいない場合には、空調負荷停止指令によって冷房運転／暖房運転を停止することができる。

なお、上述した実施形態は、一例であって、適宜変更可能である。例えば、車両用電源装置１が１編成内の複数の鉄道車両に電力を供給する場合は、鉄道車両間の幹線系ネットワークを介して、鉄道車両ごとに空調機器２に対する指令が出力されるものであってよい。

また、空調機器２に対する指令を出力する車両用電源装置１の機能構成は、プログラムで実現してもよいし、論理回路で実現してもよい。図７は、車両用電源装置１の回路構成の一例を示すブロック図である。図７に示すように、車両用電源装置１は、ＯＮＴＤ回路１０、１５、１８（ＯＮＴＤ：オンタイムディレイ）、ＯＲ回路１１、ＡＮＤ回路１３、１６、１７、比較回路１２、１４を備えてよい。

ＯＮＴＤ回路１０は、ドア開閉センサ３からの出力を受けて、ドアが所定時間開いている場合にＯＮ信号をＯＲ回路１１、ＡＮＤ回路１３に出力する。ＯＲ回路１１は、ＯＮＴＤ回路１０、ＡＮＤ回路１３、ＯＮＴＤ回路１５、又はＡＮＤ回路１６がＯＮ信号を出力している場合に、空調負荷低減指令を出力する。比較回路１２は、温度センサ６の出力に基づいた値（ｘ）と、所定温度としてＲＯＭなどに設定された値（ｓ）とを比較し、ｘがｓ以上である場合にＯＮ信号をＡＮＤ回路１３、１６に出力する。ＡＮＤ回路１３は、ＯＮＴＤ回路１０及び比較回路１２がＯＮ信号を出力している場合にＯＲ回路１１に対してＯＮ信号を出力する。

比較回路１４は、速度センサ４の出力に基づいた値（ｘ）と、所定速度としてＲＯＭなどに設定された値（ｓ）とを比較し、ｘがｓ以下である場合に、ＯＮ信号をＯＮＴＤ回路１５に出力する。ＯＮＴＤ回路１５は、比較回路１４がＯＮ信号を出力している時間が所定時間継続している場合に、ＯＲ回路１１、ＡＮＤ回路１６に対してＯＮ信号を出力する。ＡＮＤ回路１６は、比較回路１２及びＯＮＴＤ回路１５がＯＮ信号を出力している場合にＯＲ回路１１に対してＯＮ信号を出力する。

ＡＮＤ回路１７は、人感知センサ５からの出力、及び空調負荷低減指令を受けて、空調負荷低減指令の出力があり、鉄道車両内に人がいない場合に、ＯＮＴＤ回路１８にオン信号を出力する。ＯＮＴＤ回路１８は、ＡＮＤ回路１７がＯＮ信号を出力している時間が所定時間継続している場合に、空調負荷停止指令を出力する。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１…車両用電源装置、２…空調機器、３…ドア開閉センサ、４…速度センサ、５…人感知センサ、６…温度センサ、１０、１５、１８…ＯＮＴＤ回路、１１…ＯＲ回路、１２、１４…比較回路、１３、１６、１７…ＡＮＤ回路

Claims (5)

1. 鉄道車両内の空調機器に電力を供給する車両用電源装置であって、
   前記鉄道車両の開閉扉の開閉を検知する開閉検知手段からの出力をもとに、前記開閉扉が予め設定された時間以上開けられたか否かを判定する扉判定手段と、
   前記開閉扉が予め設定された時間以上開けられた場合、前記空調機器に対して、当該空調機器の出力を低減させる低減指令を出力する出力手段と、
   を備える車両用電源装置。
2. 自装置内の温度を検出する温度検出手段を更に備え、
   前記出力手段は、前記開閉扉が予め設定された時間以上開けられた場合であって、前記検出された温度が所定値以上である場合に前記低減指令を出力する、
   請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 鉄道車両内の空調機器に電力を供給する車両用電源装置であって、
   前記鉄道車両の走行速度を検知する速度検知手段からの出力をもとに、前記鉄道車両の走行速度が所定値以下の低速度状態が予め定められた時間以上継続したか否かを判定する速度判定手段と、
   前記低速度状態が予め設定された時間以上継続した場合、前記空調機器に対して、当該空調機器の出力を低減させる低減指令を出力する出力手段と、
   を備える車両用電源装置。
4. 自装置内の温度を検出する温度検出手段を更に備え、
   前記出力手段は、前記低速度状態が予め設定された時間以上継続した場合であって、前記検出された温度が所定値以上である場合に前記低減指令を出力する、
   請求項３に記載の車両用電源装置。
5. 前記出力手段は、前記低減指令を出力して前記空調機器の出力を低減させている間、前記鉄道車両内の人の有無を検知する人検知手段からの出力をもとに、前記鉄道車両内に人がいない場合に、前記空調機器に対して、当該空調機器を停止させる停止指令を出力する、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車両用電源装置。

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