JP2014147245A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省電力効果を向上させることができる電気車制御装置を提供することを目的としている。
【解決手段】車両駆動用電動機Ｍを制御するＶＶＶＦインバータ制御装置１０と、
車両が回生ブレーキを作用させたとき、車両駆動用電動機Ｍにて発生する回生電力を低圧直流電力に変換する補助電源装置１１と、
補助電源装置１１にて変換した低圧直流電力を蓄電し、その蓄電した電力を車両内の各種低圧負荷に供給する充放電池１３と、
車両が回生ブレーキを作用させたとき、充放電池１３と車両内の各種低圧負荷との接続線１７を切断状態にすると共に、補助電源装置１１と充放電池１３との接続線１５を接続状態にし、車両が回生ブレーキを作用させていないとき、充放電池１３と車両内の各種低圧負荷との接続線１７を接続状態にすると共に、補助電源装置１１と充放電池１３との接続線１５を切断状態にするコントローラ１２とを有してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気車を駆動制御する電気車制御装置に関し、より詳しくは、省電力効果を向上させることができる電気車制御装置に関する。

従来の電気車制御装置として、架線を介して外部から供給される電力による運行に加え、電気車両の内部に設けられた二次電池又は電気二重層キャパシタ等を含む蓄電装置に、ブレーキ使用時に架線に戻らない回生電力を蓄電装置に蓄積しておき、蓄電装置から供給される電力を運行時に用いるものが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−１９９２０４号公報

しかしながら、上記のような電気車制御装置は、蓄電装置に蓄積されている電力を、電気車駆動用電動機を制御するＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数：ｖａｒｉａｂｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）インバータ制御装置に放電するようにしているため、蓄電装置の定格電圧をＶＶＶＦインバータ制御装置の定格電圧と同程度にする必要があった。そのため、大容量の蓄電装置が必要となり、蓄電装置が大型化してしまうという問題があった。またさらには、この蓄電装置に上記回生電力を蓄電するにあたって、新たな電源装置を別途設ける必要があり、余分なスペースが必要となると共に、重量化してしまうという問題があった。それゆえ、従来の電気車制御装置では、省電力効果が低減してしまうという問題があった。

そこで本発明は、上記問題に鑑み、省電力効果を向上させることができる電気車制御装置を提供することを目的としている。

上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に係る電気車制御装置によれば、架線（２）から供給される直流電力を交流電力に変換して車両駆動用電動機（Ｍ）を制御する電力変換装置（ＶＶＶＦインバータ制御装置１０）と、
車両が回生ブレーキを作用させたとき、前記車両駆動用電動機（Ｍ）にて発生する回生電力を低圧直流電力に変換する補助電源装置（１１）と、
前記補助電源装置（１１）にて変換した低圧直流電力を蓄電し、その蓄電した電力を前記車両内の各種低圧負荷に供給する充放電池（１３）と、
前記車両が回生ブレーキを作用させたとき、前記充放電池（１３）と前記車両内の各種低圧負荷との接続線（１７）を切断状態にすると共に、前記補助電源装置（１１）と前記充放電地（１３）との接続線（１５）を接続状態にし、前記車両が回生ブレーキを作用させていないとき、前記充放電池（１３）と前記車両内の各種低圧負荷との接続線（１７）を接続状態にすると共に、前記補助電源装置（１１）と前記充放電地（１３）との接続線（１５）を切断状態にする制御部（コントローラ１２）とを有してなることを特徴としている。

また、請求項２に係る電気車制御装置によれば、上記請求項１に記載の電気車制御装置（１）において、前記補助電源装置（１１）は、架線（２）から供給される直流電力も低圧直流電力に変換すると共に、その変換した電力を前記車両内の各種低圧負荷に供給し、
前記制御部（コントローラ１２）は、前記充放電池（１３）の充電が必要か否かを検知し充電が必要なとき、前記補助電源装置（１１）と前記車両内の各種低圧負荷との接続線（１８）を接続状態にすると共に、前記充放電池（１３）と前記車両内の各種低圧負荷との接続線（１７）を切断状態にするよう制御してなることを特徴としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に係る発明によれば、制御部（コントローラ１２）によって、力行時又は惰行時は、補助電源装置（１１）と充放電地（１３）との接続線（１５）を切断し、充放電池（１３）と車両内の各種低圧負荷とを接続する。これにより、充放電池（１３）にて蓄電されている電力が放電され、その放電された電力が車両内の各種低圧負荷へ供給されることとなる。また、回生ブレーキ時は、制御部（コントローラ１２）によって、補助電源装置（１１）と充放電池（１３）との接続線（１５）を接続し、充放電池（１３）と車両内の各種低圧負荷とを切断する。これにより、補助電源装置（１１）は、当該補助電源装置（１１）にて車両駆動用電動機（Ｍ）にて発生した回生電力を変換した低圧直流電力を充放電池１３に供給するため、充放電池１３は、その供給された回生電力を蓄電（充電）することとなる。

それゆえ、本発明によれば、制御部（コントローラ１２）によって、接続線を接続／切断する制御をするだけであるため、回生ブレーキ時に発生する回生電力を充放電池１３にて蓄電し、力行時又は惰行時、その蓄電した電力を車両内の各種低圧負荷へ供給することできる。また、充放電池１３にて蓄電した回生ブレーキ時に発生した回生電力を車両内の各種低圧負荷へ供給しているため、小容量の充放電池で対応することができ、サイズも小型のものにすることができる。

また、本発明によれば、従来の電気車内に搭載されている補助電源装置１１を利用して充放電地１３に充電を行っているため、従来装置のように、充放電地を充電するための新たな電源装置を別途設けなくとも良いため、省スペース、軽量化を達成することができる。

したがって、本発明によれば、回生率が確実に向上すると共に、従来装置に比べ、小容量，小スペースの部品で構成でき、もって、省電力効果を向上させることができる。

一方、請求項２に係る発明によれば、力行時又は惰行時、充放電池（１３）の放電が進み充電が必要となったとしても、制御部（コントローラ１２）によって、架線（２）から供給される直流電力も低圧直流電力に変換する補助電源装置（１１）と車両内の各種低圧負荷とが接続されるため、車両内の各種低圧負荷への電力供給を途切れないようにすることができる。

本発明の一実施形態に係る電気車制御装置のブロック図である。 同実施形態に係るコントローラの制御方法の一例を示すフローチャート図である。

以下、本発明に係る電気車制御装置の一実施形態について、図１〜図２を参照して具体的に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る電気車制御装置１は、鉄道車両である電気車両に搭載されており、主に、ＶＶＶＦインバータ制御装置１０と、補助電源装置１１と、コントローラ１２とで構成されている。

ＶＶＶＦインバータ制御装置１０は、図示しない直流変電所から架線２へ出力された直流電力（例えば、１５００Ｖ、又は、６００Ｖ）を受電したパンタグラフ３を介して当該直流電力の供給を受け、その供給された直流電力を三相交流電力に変換するものである。そして、このＶＶＶＦインバータ制御装置１０には、図１に示すように、交流出力側に電気車両駆動用の車両駆動用電動機Ｍが接続されており、当該ＶＶＶＦインバータ制御装置１０は、力行時又は惰行時（運転士により図示しないマスターコントローラが操作され、力行指令又は惰行指令が出された時）、その車両駆動用電動機Ｍに、変換した三相交流電力を供給する。これにより、車両駆動用電動機Ｍが駆動されることとなる。

一方、回生ブレーキ時（運転士により図示しないマスターコントローラが操作され、ブレーキ指令が出された時）、車両駆動用電動機Ｍは、三相交流電力（回生電力）を発生させ、その発生させた三相交流電力をＶＶＶＦインバータ制御装置１０に供給する。これにより、ＶＶＶＦインバータ制御装置１０は、その供給された三相交流電力を直流電力に変換し、その変換した直流電力を補助電源装置１１に供給する。

他方、補助電源装置１１は、パンタグラフ３を介して図示しない直流変電所から架線２へ出力された直流電力を低圧の直流電力（例えば、１００Ｖ、又は、２４Ｖ）に変換し、車両内の各種低圧負荷に供給する。そしてさらに、補助電源装置１１は、上記ＶＶＶＦインバータ制御装置１０より供給された回生電力である直流電力を低圧の直流電力（例えば、１００Ｖ、又は、２４Ｖ）に変換し、充放電池１３に供給する。なお、車両内の各種低圧負荷とは、低圧（例えば、１００Ｖ、又は、２４Ｖ）直流電力で動作する制御回路、ブレーキ回路、ドア回路、前尾灯等を示すものである。

この補助電源装置１１と充放電池１３とは、図１に示すように、接続線１５によって接続されており、この接続線１５にはダイオードＤ１が設けられている。このダイオードＤ１は、アノードが補助電源装置１１側に接続され、カソードが充放電池１３側に接続されている。そしてさらに、接続線１５には、補助電源装置１１と充放電池１３との接続又は切断を切替える第１スイッチＳＷ１が設けられている。この第１スイッチＳＷ１は、上記ダイオードＤ１のアノード側に接続されている。また、補助電源装置１１とバックアップ電池１４とは、接続線１６により接続されており、この接続線１６にはダイオードＤ３が設けられている。このダイオードＤ３は、アノードが補助電源装置１１側に接続され、カソードがバックアップ電池１４側に接続されている。

一方、充放電池１３は、さらに、車両内の各種低圧負荷と接続線１７によって接続されており、この接続線１７にはダイオードＤ２が設けられている。このダイオードＤ２は、アノードが充放電池１３側に接続され、カソードが車両内の各種低圧負荷側に接続されている。そしてさらに、接続線１７には、充放電池１３と車両内の各種低圧負荷との接続又は切断を切替える第２スイッチＳＷ２が設けられている。この第２スイッチＳＷ２は、上記ダイオードＤ２のアノード側に接続されている。

他方、バックアップ電池１４は、さらに、車両内の各種低圧負荷と接続線１８によって接続されており、この接続線１８には、バックアップ電池１４と車両内の各種低圧負荷との接続又は切断を切替える第３スイッチＳＷ３が設けられている。

ところで、上記第１スイッチＳＷ１，第２スイッチＳＷ２，第３スイッチＳＷ３のＯＮ，ＯＦＦ制御は、コントローラ１２によって制御されている。

ここで、このコントローラ１２の制御方法の一例を、図２も用いて詳しく説明する。コントローラ１２には、ブレーキ信号が入力されており（図１参照）、運転士により図示しないマスターコントローラが操作され、ブレーキ指令が出されたか否かを検知している（ステップＳ１）。ブレーキを検知していない場合（すなわち、力行時又は惰行時）には（ステップＳ１：ＮＯ）、コントローラ１２は、第１スイッチＳＷ１，第３スイッチＳＷ３をＯＦＦに制御し、補助電源装置１１と充放電池１３との接続を切断し、バックアップ電池１４と車両内の各種低圧負荷との接続を切断する。そしてさらに、第２スイッチＳＷ２をＯＮに制御し、充放電池１３と車両内の各種低圧負荷とを接続する。これにより、充放電池１３にて蓄電されている電力が放電され、その放電された電力が車両内の各種低圧負荷へ供給されることとなる（ステップＳ２）。

また、コントローラ１２には、充放電池１３より出力される充電検知信号が入力されており（図１参照）、充電が必要か否かを検知している（ステップＳ３）。充電が必要な場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、コントローラ１２は、第３スイッチＳＷ３をＯＮに制御し、補助電源装置１１と車両内の各種低圧負荷とを接続する。そしてさらに、第１スイッチＳＷ１をＯＦＦに制御し、補助電源装置１１と充放電池１３とを切断し、第２スイッチＳＷ２をＯＦＦに制御し、充放電池１３と車両内の各種低圧負荷とを切断する。これにより、補助電源装置１１は、パンタグラフ３を介して図示しない直流変電所から架線２へ出力された直流電力から変換した低圧の直流電力（例えば、１００Ｖ、又は、２４Ｖ）を車両内の各種低圧負荷に供給する。そして、充放電地１３の放電が中止されることとなる（ステップＳ４）。

しかして、このようにすれば、力行時又は惰行時、充放電池１３の放電が進み充電が必要となったとしても、補助電源装置１１により車両内の各種低圧負荷へ電力が供給されるから、車両内の各種低圧負荷への電力供給を途切れないようにすることができる。なお、架線２が停電したり、パンタグラフ３が離線したりして、補助電源装置１１より低圧の直流電力（例えば、１００Ｖ、又は、２４Ｖ）が出力されなくなった場合は、バックアップ電池１４より、車両内の各種低圧負荷へ電力が供給される。これにより、補助電源装置１１に何らかのトラブルが発生したとしても、車両内の各種低圧負荷への電力供給を途切れないようにすることができる。

一方、充電が必要でない場合（ステップＳ３：ＮＯ）、及び、上記ステップＳ４の処理を終えた後、コントローラ１２は、再度、ブレーキ信号を確認し、運転士により図示しないマスターコントローラが操作され、ブレーキ指令が出されたか否かを検知している。

他方、ブレーキ信号にてブレーキを検知した場合には（ステップＳ１：ＹＥＳ）、コントローラ１２には、充放電池１３より出力される蓄電満検知信号も入力されているため（図１参照）、コントローラ１２は、この蓄電満検知信号を確認し、充放電池１３の蓄電が満タンか否かを検知している（ステップＳ５）。充放電池１３の蓄電が満タンでなければ（ステップＳ５：ＮＯ）、コントローラ１２は、第１スイッチＳＷ１をＯＮに制御し、補助電源装置１１と充放電池１３とを接続し、第３スイッチＳＷ３をＯＮに制御し、補助電源装置１１と車両内の各種低圧負荷とを接続する。そしてさらに、第２スイッチＳＷ２をＯＦＦに制御し、充放電地１３と車両内の各種低圧負荷とを切断する。これにより、補助電源装置１１は、上記ＶＶＶＦインバータ制御装置１０より供給された回生電力である直流電力を充放電池１３に供給する。そして、充放電池１３は、その供給された回生電力を蓄電（充電）する。これにより、回生ブレーキ時のみ、第１スイッチＳＷ１をＯＮに制御しているため、車両駆動用電動機Ｍにて発生する回生電力により充放電池１３を蓄電（充電）することができる。それゆえ、回生率が確実に向上することとなる。また、補助電源装置１１は、パンタグラフ３を介して図示しない直流変電所から架線２へ出力された直流電力から変換した低圧の直流電力（例えば、１００Ｖ、又は、２４Ｖ）を車両内の各種低圧負荷に供給する。なお、コントローラ１２は、この処理後、再度、ブレーキ信号を確認し、運転士により図示しないマスターコントローラが操作され、ブレーキ指令が出されたか否かを検知している。

一方、充放電池１３の蓄電が満タンであれば（ステップＳ５：ＹＥＳ）、コントローラ１２は、第１スイッチＳＷ１をＯＦＦに制御し、補助電源装置１１と充放電池１３とを切断し、第２スイッチＳＷ２をＯＦＦに制御し、充放電池１３と車両内の各種低圧負荷とを切断する。そしてさらに、第３スイッチＳＷ３をＯＮに制御し、補助電源装置１１と車両内の各種低圧負荷とを接続する。これにより、補助電源装置１１は、パンタグラフ３を介して図示しない直流変電所から架線２へ出力された直流電力から変換した低圧の直流電力（例えば、１００Ｖ、又は、２４Ｖ）を車両内の各種低圧負荷に供給する。なお、コントローラ１２は、この処理後、再度、ブレーキ信号を確認し、運転士により図示しないマスターコントローラが操作され、ブレーキ指令が出されたか否かを検知している。

しかして、本実施形態によれば、コントローラ１２によって、力行時又は惰行時は、第１スイッチＳＷ１，第３スイッチＳＷ３をＯＦＦに、第２スイッチＳＷ２をＯＮに制御することで、補助電源装置１１と充放電池１３との接続を切断し、補助電源装置１１と車両内の各種低圧負荷との接続を切断し、充放電池１３と車両内の各種低圧負荷とを接続する。これにより、充放電池１３にて蓄電されている電力が放電され、その放電された電力が車両内の各種低圧負荷へ供給されることとなる。また、回生ブレーキ時は、コントローラ１２によって、第１スイッチＳＷ１をＯＮに制御することで、補助電源装置１１と充放電池１３とを接続する。これにより、補助電源装置１１は、上記ＶＶＶＦインバータ制御装置１０より供給された回生電力である直流電力を充放電池１３に供給するため、充放電池１３は、その供給された回生電力を蓄電（充電）することとなる。

それゆえ、本実施形態によれば、コントローラ１２によって、第１スイッチＳＷ１，第２スイッチＳＷ２，第３スイッチＳＷ３をＯＮ／ＯＦＦ制御するだけで、回生ブレーキ時に発生する回生電力を充放電池１３にて蓄電し、力行時又は惰行時、その蓄電した電力を車両内の各種低圧負荷へ供給することできる。また、充放電池１３にて蓄電した回生ブレーキ時に発生した回生電力を車両内の各種低圧負荷へ供給しているため、小容量の充放電池１３で対応することができ、サイズも小型のものにすることができる。

さらに、本実施形態によれば、従来の電気車内に搭載されている補助電源装置１１を利用して充放電地１３に充電を行っているため、従来装置のように、充放電地を充電するための新たな電源装置を別途設けなくとも良いため、省スペース、軽量化を達成することができる。

したがって、本実施形態によれば、回生率が確実に向上すると共に、従来装置に比べ、小容量，小スペースの部品で構成でき、もって、省電力効果を向上させることができる。

１ 電気車制御装置
２ 架線
１０ ＶＶＶＦインバータ制御装置（電力変換装置）
１１ 補助電源装置
１２ コントローラ（制御部）
１３ 充放電池
１４ バックアップ電池
１５，１７，１８ 接続線

Claims (2)

1. 架線から供給される直流電力を交流電力に変換して車両駆動用電動機を制御する電力変換装置と、
   車両が回生ブレーキを作用させたとき、前記車両駆動用電動機にて発生する回生電力を低圧直流電力に変換する補助電源装置と、
   前記補助電源装置にて変換した低圧直流電力を蓄電し、その蓄電した電力を前記車両内の各種低圧負荷に供給する充放電池と、
   前記車両が回生ブレーキを作用させたとき、前記充放電池と前記車両内の各種低圧負荷との接続線を切断状態にすると共に、前記補助電源装置と前記充放電地との接続線を接続状態にし、前記車両が回生ブレーキを作用させていないとき、前記充放電池と前記車両内の各種低圧負荷との接続線を接続状態にすると共に、前記補助電源装置と前記充放電地との接続線を切断状態にする制御部とを有してなることを特徴とする電気車制御装置。
2. 前記補助電源装置は、架線から供給される直流電力も低圧直流電力に変換すると共に、その変換した電力を前記車両内の各種低圧負荷に供給し、
   前記制御部は、前記充放電池の充電が必要か否かを検知し充電が必要なとき、前記補助電源装置と前記車両内の各種低圧負荷との接続線を接続状態にすると共に、前記充放電池と前記車両内の各種低圧負荷との接続線を切断状態にするよう制御してなる請求項１に記載の電気車制御装置。

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