JP2014131486A

JP2014131486A - 車両用制御装置および故障判定方法

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Publication number: JP2014131486A
Application number: JP2014082372A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Uchida; 寿幸内田; Tomoyoshi Makino; 友由牧野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: JP5746781B2

Abstract

【課題】地絡誤検知を検出することができる車両用制御装置および故障検出方法を提供
することである。
【解決手段】実施形態の車両用制御装置は、パンタグラフ１００を介して供給される電
力を車両が走行するための駆動電力に変換する電力変換器１０５と、電力変換器１０とパ
ンタグラフ１００の間に接続され、パンタグラフ１００からの供給される電力の遮断を可
能とする接触器１０４と、電力変換器１０５の筐体と前記筐体にと取り付けられた接地点
１０８との間に接続され、電流を検出する電流検出器１０７と、電流検出器１０７に接続
される電流検出器動作確認回路１０９に、模擬電流を流す電流検出器異常検出手段１００
０と、電流検出器異常検出手段は、電流検出器異常検出手段の結果に基づき、接触器１０
４を開放または投入させる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、車両用制御装置および故障判定方法に関する。

車両内に搭載されている主変換装置は、高電圧配線を介して車両外のパンタグラフと接
続される。パンタグラフの電力は、高電圧配線を通して主変換装置に供給され、主変換装
置は供給された電力を車両が走行するための電力に変換する。車両の走行中、上記の高電
圧配線が何らかの原因によって、主変換装置の筐体に接触すると、その接触部分を介して
短絡が起こり、地絡事故が発生することになる。車両には、このような地絡事故を地絡故
障として検知する制御部を有する車両用制御装置が備えられている。車両用制御装置が地
絡故障を検知すると、パンタグラフと主変圧器を接続する遮断器を開放するように制御す
る。遮断器を開放することで、主変圧器に接続されている主変換装置もパンタグラフから
電気的に切り離され、地絡事故により主変換装置が故障することを防止していた。このよ
うな地絡事故発生に対する対策が取られている。

特開２０１０−４１８９２号公報特開２００９−２２５５２８号公報

しかしながら、従来の車両用制御装置において、上記の開放動作または保護動作は地絡
事故を誤って検出した場合にも発生してしまう。このような誤検知による主変換装置の切
り離しが実行されると、車両走行のための走行力が低下し、車両の運行に支障が出るおそ
れがある。

本発明が解決しようとする課題は、地絡誤検知を検出することができる車両用制御装置
および故障判定方法を提供することである。

実施形態の車両用制御装置は、遮断器、変圧器、および接触器を介して受けた電力を、
モータを駆動するための電力に変換する電力変換部と、前記電力変換部に接続され、地絡
によって流れる電流を検出するための電流検出部と、制御部とを備え、この制御部は、電
源が投入され、かつ前記接触器が開放されているときの、前記電流検出部に模擬電流を流
さない第１の期間および模擬電流を流す第２の期間に、さらに車両の走行中に前記電流検
出部が検出した電流値に基づいて地絡が検出されたときに、前記電流検出部が検出した電
流値による故障判定を行い、前記第１の期間では、前記電流検出部で検出する電流値が故
障判定の第１の条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第１の条件を満たした場合
に故障と判定し、前記第２の期間では、前記電流検出部で検出する電流値が故障判定の第
２の条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第２の条件を満たした場合に故障と判
定し、前記地絡が検出された場合は、前記遮断器が開放されているときに前記電流検出部
で検出する電流値が故障判定の第３の条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第３
の条件を満たした場合に故障と判定する。

第１の実施形態の車両用制御装置の全体構成を示す図。第１の実施形態の車両用制御装置の制御部の動作を示すフローチャート。第１の実施形態の車両用制御装置の制御システムの動作を示すタイムチャート。第２の実施形態の車両用制御装置の制御部の動作を示すフローチャート。

以下、実施形態の制御装置を図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図１は、第１の実施形態の車両
用制御装置の全体構成を示す図である。図２は、第１の実施形態の車両用制御装置の制御
部の動作を示すフローチャートである。図３は、第１の実施形態の車両用制御装置の制御
システムの動作を示すタイムチャートである。

（構成）
まず、本実施形態の構成について説明する。図１は、パンタグラフ１００、遮断器１０
１、主変圧器１０２、主接地１０３、接触器１０４、電力変換器１０５、モータ１０６、
電流検出器１０７、電力変換装置用接地１０８、電流検出器動作確認回路１０９、電力変
換装置１１０、制御部１０００、地絡検出演算部１００１、模擬電流出力部１００２、接
触器状態検出部１００３、ＣＴ故障検出部１００４、開放指令出力部１００５で構成され
る。

パンタグラフ１００は、遮断器１０１を介して主変圧器１０２と接続される。主変圧器
１０２のパンタグラフ１００と反対側には主接地１０３が接続される。主変圧器１０２の
二次側には、主変換装置１１０が接続される。主変換装置１１０は、主変圧器１０２と反
対側に接触器１０４を介して電力変換器１０５および、モータ１０６が接続される。電力
変換器１０５には電流検出器１０７、電力変換器１０５の筐体を介して電力変換装置用接
地１０８が接続されている。

また電力変換装置１１０は、遮断器１０１、接触器１０４、電流検出器１０７、電流検
出器動作確認回路１０９接続され、地絡検出演算部１００１、模擬電流出力部１００２、
接触器状態検出部１００３、ＣＴ故障検出部１００４、開放指令出力部１００５を内蔵す
る制御部１０００を有している。

制御部１０００の地絡検出演算部１００１は、電流検出器１０７、開放指令出力部１０
０５、ＣＴ故障検出部１００４、模擬電流出力部１００２と接続される。模擬電流出力部
１００２は、電流検出器動作確認回路１０９、接触器状態検出部１００３と接続される。
接触器状態検出部１００３は、接触器１０４、模擬電流状態検出部１００２、電流検出器
ＣＴ故障検出部１００４と接続される。開放出力指令部１００５は、地絡検出演算部１０
０１、遮断器１０１、接触器１０４と接続される。

このような構成を有する車両は、以下のように動作する。架線から送られてくる電力は
パンタグラフ１００及び、通常の走行時は投入状態にある遮断器１０１を通り、主変圧器
１０２へ送られ、主変圧器１０２で降圧される。主変圧器１０２で降圧された電圧は、通
常列車の走行時には投入状態にある接触器１０４を介して電力変換器１０５に送られる。
電力変換器１０５は、電力をモータ１０６が駆動可能な状態に変換し、モータ１０６に供
給する。電力を得たモータ１０６は、駆動力を発生し、車両を走行させる。

（動作）
このような車両の駆動時または走行時に、電力変換装置１１０とパンタグラフ１００を
接続する高電圧配線が、電力変換装置１１０の筐体と接触することで地絡事故が起きた場
合、地絡検出システムが作動する。地絡事故が起きると、主変圧器１０２から、電力変換
器１０５、電力変換装置用接地１０８、主接地１０３という、地絡電流が流れる循環経路
を形成する。地絡電流が発生すると、モータ１０６が駆動力を得られない、電力変換器１
０５が破損するなど、車両の安全な走行の障害となる様々な問題が生じる。

そのため、通常の地絡検出システムは、地絡事故が起きた場合には、電流検出器１０７
によって検出されている電流（Ｉｃｔ）を地絡検出演算部１００１で予め設定された所定
値（α）を超えているかどうかを算出する。超えていると地絡事故と判断され、地絡検知
信号が開放指令出力部１００５に入力される。地絡検知信号を受け取った開放指令出力部
１００５は、遮断器１０１が開放するように開放指令を出力する。

開放指令出力部１００５からの開放指令信号を受けた遮断器１０１が開放すると、架線
からパンタグラフ１００を介して電力変換装置１１０に流れる電流を遮断するため、地絡
事故により電力変換器１０５の破損を防止し、出力が低下しながらも車両の安全な走行は
保たれる。このように地絡検出システムが正常に動作している場合は、車両の安全は維持
できる。

しかしながら、電流検出器１０７が故障している場合は、地絡事故が起きていても地絡
検出ができないケースや、または、地絡事故が起きていないにもかかわらず、地絡事故が
検出してしまうケースがある。その場合、車両の安全で安定的な走行が損なわれる恐れが
あった。そのため、以下に、地絡検出システムの正常な動作を維持するための本実施形態
の車両用制御装置の電流検出器異常検出手段について図２、図３を参照して説明する。

図２または図３（ａ）に示すように、電源をＯＮにすると電流検出器異常検出手段の動
作が開始する電源投入信号を模擬電流出力部１００２が受け取る（Ｓ１）。電源投入信号
を受け取った模擬電流出力部１００２は、接触器状態検出部１００３からの接触器１０４
の開放状態を示す信号を入力されているかどうかを判定する（Ｓ２）。電源投入信号を受
け取り、さらに接触器１０４の開放状態を示す信号が入力されている場合、図３（ｂ）に
示すように模擬電流出力部１００２は一定時間後、電流検出器動作確認回路１０９の接触
器を投入し、電流検出器動作確認回路１０９に模擬電流が流れるようにする。模擬電流検
出部１００２では、模擬電流を電流検出器動作確認回路１０９に流すと同時に、この動作
を行ったことを示す模擬電流出力信号を地絡検出演算部１００１に出力する。また、地絡
検出演算部１００１には、電流検出器１０７により検出された電流値も入力される。図３
（ｃ）に示すように正常に動作している場合は、一定時間後に電流検出器動作確認回路１
０９に模擬電流が流れるため、電流検出器１０７では０以上の電流値を検出することにな
る。このような模擬電流を流しているかどうかを判断するため、模擬電流出力部１００２
から地絡検出演算部１００１へ模擬電流信号を入力し、地絡検出演算部１００１では模擬
電流出力信号が入力されるかどうかを判定する（Ｓ３）。また、接触器開放信号が無いと
判定された場合は（Ｓ２）は、接触器に異常があるとする（Ｓ６）。

図３のＡ点からＢ点のように模擬電流出力信号が入力されない期間において、地絡検出
かあるかどうかは以下のように判断される。地絡検出演算部１００１では、電流検出器１
０７より検出される電流値（Ｉｃｔ）が０以上の値であるかどうかを判定する（Ｓ４）。
検出された電流値（Ｉｃｔ）が０以上である場合、地絡検出演算部１００１より接触器開
放信号・有、模擬出力信号・無、Ｉｃｔ＞０の情報を持った第１地絡検出信号がＣＴ故障
検出部１００４へ入力される。第１地絡検出信号を受け取ったＣＴ故障検出部１００４は
、第１パターンの電流検出器１０７の故障が発生していると判断する（Ｓ７）。図３（ｄ
）に示すように、電流検出器１０７が短絡等により地絡検出演算部１００１に電流が送ら
れる状態になることを第１パターンＣＴ故障とする。ＣＴ故障第１パターンの信号を受け
取ったＣＴ故障検出部１００４は、接触器１０４へ開放信号を出力し、接触器１０４を開
放する。また、この時の地絡検出演算部１００１で電流値（Ｉｃｔ）と比較する値は、予
め設定する０以外の所定値でもよい。

一方で、検出された電流値（Ｉｃｔ）が０以下である場合、地絡検出信号がＣＴ故障検
出部１００４に入力されない。ＣＴ故障検出部１００４で地絡検出信号を受けとらなけれ
ば接触器１０４の開放指令は出力されず、制御部１０００では電流検出器１０７は正常に
動作している判断される（Ｓ８）。

また、図３のＢ点からＣ点のような模擬電流出力信号が入力される期間において、地絡
検出かあるかどうかは以下のように判断される。一定時間経過後、模擬電流出力部１００
２から地絡検出演算部１００１に模擬出力信号が出力される。また同時に、模擬電流出力
部１００１からの指令で電流検出器動作確認回路１０９の接触器は投入され、電流検出器
動作確認回路１０９に模擬電流が流れるようになる。模擬電流が回路内を流れるようにな
ると、電流検出器１０７から電流が検出されるようになる。その電流値（Ｉｃｔ）は、地
絡検出演算部１００１に入力される。検出電流値（Ｉｃｔ）を受け取った地絡検出演算部
１００１では、電流値（Ｉｃｔ）が所定の値（α）を超えているかどうかを判定する（Ｓ
５）。検出された電流値（Ｉｃｔ）が所定の値を超えていない場合、地絡検出演算部１０
０１より接触器開放信号・有、模擬出力信号・有、Ｉｃｔ＜αの情報を持った第２地絡検
出信号がＣＴ故障検出部１００４に入力され、第２パターンの電流検出器１０７の故障が
発生していると判断される（Ｓ１０）。図３（ｅ）に示すように、電流検出器１０７が破
損等により絶縁物となり地絡検出演算部１００１に電流が送られない状態になることを第
２パターンＣＴ故障とする。地絡検出演算部１００１よりＣＴ故障第２パターンの信号を
受け取ったＣＴ故障検出部１００４は、接触器１０４へ開放信号を出力し、接触器１０４
を開放する。

一方で、図３（ｃ）に示すように、検出された電流値（Ｉｃｔ）が所定の値（α）を超
えている場合、地絡検出演算部１００１より地絡検出信号がＣＴ故障検出部１００４へ入
力されない。ＣＴ故障検出部１００４で地絡検出信号を受けとらなければ接触器１０４の
開放指令は出力されず、制御部１０００では、電流検出器１０７は正常に動作している判
断される（Ｓ９）。

このような電流検出器異常検出手段を有することで、故障している電流検出器１０４を
検知し、接触器１０４を開放することで、車両の安全な走行が維持できる。

また、ひとつの主変圧器１０２に複数の電力変換装置１１０が設置されているような場
合には、各電力変換装置１１０の電流検出器１０７の故障を検出することで、故障が発見
された電力変換装置１１０の接触器１０４のみを開放することができる。そのため、不必
要な電力変換装置１１０の切り離しを発生させることがなく、不必要な出力低下を防止で
きる。また、メンテナンス時には故障が発生している電流検出器を特定できるため、作業
効率を向上させることが可能である。また、電流検出器故障第１パターン及び、電流検出
器故障第２パターンと故障状態を特定することで、故障の原因を特定することに役立つ。
また本実施形態は、電圧値を検出して動作させることも可能である。また、走行途中で確
認ボタンにより電流検出器異常検出手段を動作させることもできる。

（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の制御装置によれば、電流検出器異常判定手段
により、地絡誤検知を検出することで、不必要な電力変換器の開放を防止することが可能
となる。そのため、車両の安全な運行を維持することが可能である。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図４は、第２の実施形態の車両
用制御装置の制御部の動作を示すフローチャートである。尚、図１乃至３と同一の構成を
とるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、車両の走行途中に電流検出器１０７が地絡を検知した際に、電流検出器
１０７の故障の有無を検出するためのものである。以下、その点について詳細に説明する
。

（作用）
図４に示すように、地絡検出演算部１００１で地絡が検出されると（Ｓ２００）、開放
指令出力部１００５より接触器１０４へ開放指令が出力される。開放指令受けた接触器１
０４は開放され、その開放状態を接触器状態検出部１００３が受け取る。接触器開放信号
をｃｔ故障検出部１００４に入力する。ｃｔ故障検出部１００４では、接触器１０４が開
放状態にあるかどうかを判断する（Ｓ２０１）。接触器開放信号があると判断されると、
電流検出器１０７で電流値（Ｉｃｔ）が検知されるかどうかを判定する（Ｓ２０２）。電
流値（Ｉｃｔ）が検知されると、第３パターンの電流検出器故障として電流検出器故障が
検知される（Ｓ２０４）。電流検出器１０７が短絡等により地絡検出演算部１００１に電
流が送られる状態になることを第３パターン電流検出器故障とする。そのため、地絡事故
が発生しないとして、電流検出器故障第３パターンの信号を受け取ったＣＴ故障検出部１
００４は、地絡事故は発生していないが、電流検出器１０７が故障してるとし、接触器１
０４を開放したまま遮断器１０１を再投入する。

また、接触器開放信号が入力されなければ、接触器１０４が異常であると判断される（
Ｓ２０３）。

また、電流（Ｉｃｔ）が検出されなければ、電流検出器正常第３パターンが開放指令出
力部１００５に入力される（Ｓ２０５）。電流検出器正常とされ電流検出器１０７は正常
状態で動作されていることが確認されたことになる。そのため、電流検出器故障第３パタ
ーンの信号を受け取ったＣＴ故障検出部１００４は、接触器１０４へ開放信号を出力し、
接触器１０４の開放を継続することになる。このような動作は遮断器１０１でも適用可能
である。

１００パンタグラフ
１０１遮断器
１０２主変圧器
１０３主接地
１０４接触器
１０５電力変換器
１０６モータ
１０７電流検出器（電流検出器）
１０８電力変換装置用接地
１１０電力変換装置
１０００制御部
１００１地絡検出演算部
１００２模擬電流出力部
１００３接触器状態検出部
１００４電流検出器故障検出部
１００５開放指令出力部

Claims

遮断器、変圧器、および接触器を介して受けた電力を、モータを駆動するための電力に
変換する電力変換部と、
前記電力変換部に接続され、地絡によって流れる電流を検出するための電流検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
電源が投入され、かつ前記接触器が開放されているときの、前記電流検出部に模擬電
流を流さない第１の期間および模擬電流を流す第２の期間に、さらに車両の走行中に前記
電流検出部が検出した電流値に基づいて地絡が検出されたときに、前記電流検出部が検出
した電流値による故障判定を行い、
前記第１の期間では、前記電流検出部で検出する電流値が故障判定の第１の条件を満
たすか判断し、この判断の結果、前記第１の条件を満たした場合に故障と判定し、
前記第２の期間では、前記電流検出部で検出する電流値が故障判定の第２の条件を満
たすか判断し、この判断の結果、前記第２の条件を満たした場合に故障と判定し、
前記地絡が検出された場合は、前記遮断器が開放されているときに前記電流検出部で
検出する電流値が故障判定の第３の条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第３の
条件を満たした場合に故障と判定する
ことを特徴とする車両用制御装置。
前記制御部は、前記第１の期間および前記地絡が検出された場合において、前記電流検
出部で所定の電流値が検出された場合に、それぞれ前記第１の条件および前記第３の条件
を満たしたと判断し、前記第２の期間において、前記電流検出部で所定の電流値が検出さ
れない場合に、前記第２の条件を満たしたと判断することを特徴とする請求項１の記載の
車両用制御装置。
遮断器、変圧器、および接触器を介して受けた電力を、モータを駆動するための電力に
変換する電力変換部に接続され、地絡電流を検出するための電流検出部が検出した電流値
による故障判定方法であって、
電源が投入され、かつ前記接触器が開放されているとき、
電流検出部に模擬電流を流さない第１の期間に、電流検出部で検出する電流値が故障
判定の第１の条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第１の条件を満たした場合に
故障と判定し、
電流検出部に模擬電流を流す第２の期間に、電流検出部で検出する電流値が故障判定
の第２の条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第２の条件を満たした場合に電流
検出部が故障と判定し、
車両の走行中に電流検出部が検出した電流値に基づいて地絡が検出されたとき、
前記遮断器が開放されているときに電流検出部で検出する電流値が故障判定の第３の
条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第３の条件を満たした場合に電流検出部が
故障と判定する
ことを特徴とする故障判定方法。
前記第１の期間および前記地絡が検出された場合において、電流検出部で所定の電流値
が検出された場合に、それぞれ前記第１の条件および前記第３の条件を満たしたと判断し
、前記第２の期間において、電流検出部で所定の電流値が検出されない場合に、前記第２
の条件を満たしたと判断することを特徴とする請求項３に記載の故障判定方法。