JP4841441B2 - 鉄道車両のバッテリ用充電装置 - Google Patents
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Description
車載バッテリ充電装置8は、電圧補償変換器(昇降圧手段)9と、この電圧補償変換器9の電源として機能するインバータ回路からなる単相交流発生器(交流発生手段)10と、充電制御装置11と、車載バッテリ7への充電電流を検出する第1電流検出器35と、車載バッテリ7からDCLINK21に供給される供給電流を検出する第2電流検出器36と、車載バッテリ7の蓄電電圧を検出する蓄電電圧検出器37と、平滑コンデンサ38と、+側,−側パンタグラフ2a,2bから充電用に供給される充電供給電圧Ekを検出する充電電圧検出器39等を備えたものである。
図1に示すように、電圧補償変換器9は、NPN型の第1,第2トランジスタ25,26と、絶縁変圧器27等で構成されている。第1,第2トランジスタ25,26のエミッタが電流断続防止リアクトル28とDCLINK21を介して車載バッテリ7の+端子に夫々接続されている。第1,第2トランジスタ25,26のコレクタは絶縁変圧器27の二次側コイルの左右両端に接続されている。絶縁変圧器27の二次側コイルの中点は、リアクトル29と遮断器30を介して+側パンタグラフ2aに接続されている。
Wp[kWs]−ηWr[kWs]+Wa[kWs]になる。
今、仮に1区間走行当たりのバッテリ放電電力量を5000kWsとすると、全非電化路線を走行するのに必要なバッテリ放電電力量は、
5000×40=2×105kWs
バッテリ電圧を直流600Vとして、バッテリ容量は、
2×105/(600×3600)≒93Ah
平均放電パワーを5000/80=63kWとし、バッテリ電圧を直流600Vとすると、平均放電電流は、
63×103/600≒105A
車載バッテリ7の容量を160Ahとすると、急速充電時間と、充電電流の関係は、図8に示すようになる。
e1:外部電源電圧
e2:補機用インバータ4の電圧
Z1:外部電源内部インピーダンス
Z2:補機用インバータ4の内部インピーダンス
Z3:負荷インピーダンス
i1:外部電源からの流入電流
i2:補機用インバータ4の電流とすると、
e1 = Z1・i1+Z3・(i1+i2)・・・(1)式
e2 = Z2・i2+Z3・(i1+i2)・・・(2)式
I = i1+i2・・・(3)式
e1 = Z1・(I-i2)+Z3・I = -Z1・i2+(Z1+Z3)・I・・・(4)式
e2 = Z2・i2+Z3・I・・・(5)式
i2 = -(e1・Z3-e2・(z1+z3))/(Z1・Z2+Z2・Z3+Z3・Z1)・・・(6)式
I = (e2・Z1+e1・Z2)/(Z1・Z2+Z2・Z3+Z3・Z1)・・・(7)式
(6)式において、i2 = 0 とおく。
e1・Z3 = e2・(Z1+Z3)
e2 = e1・Z3/(Z1+Z3)・・・(6a)式
(7)式に(6a)式を代入すると、
I = e1/(Z1+Z3)
Z1 は外部電源の内部インピーダンスであり、損失を無視すると、Z1 = jX1 になる。
そこで、上式を(6a)式に代入し、更に電圧を複素数で示すと、
e1 = E・exp(jωt)
e2 = (R3/(R3+jX1))・E・exp(jωt)
R3/(R3+jX1) = R3・(R3-jX1)/(R3^2+X1^2) = (R3/√(R3^2+X1^2))・exp(-jφ)
e2 = (R3/√(R3^2+X1^2))・exp(-jφ)・E・exp(jωt)
= (R3/√(R3^2+X1^2))・E・exp(j(ωt-φ))
但し、cosφ= R3/√(R3^2+X1^2)、R3>>X1 なので、√(R3^2+X1^2)≒R3となり、
e2 = E・exp(j(ωt-φ))
補機用インバータ4における電流零の条件は、(6a)式で与えられ、上式の様に書きなおせる。
e1 = E・exp(jωt)で与えられる。
従って、補機用インバータ4の電圧「e2」は、受電した3相交流電圧「e1」より位相角φだけ遅れていることが分かる。即ち、補助インバータ4の電圧位相をφだけ遅らせれば、補助インバータ4から補機へのパワー供給を零に出来ることを意味する。
1A 電動車
1B 電動車
3A 3相誘導電動機
3B 3相誘導電動機
4 補機用インバータ
5 第1駆動用インバータ
6 第2駆動用インバータ
7 車載バッテリ
8 車載バッテリ充電装置
9 電圧補償変換器
10 単相交流発生器
11 充電制御装置
11A 充電制御装置
11B 充電制御装置
27 絶縁変圧器
27a 補機用巻線
40 充電用電源装置
41〜43 剛体架線
45 充電用バッテリ
56 第3トランジスタ
65 第1切換えスイッチ
66 第2切換えスイッチ
70 バッテリ用充電装置
Claims (7)
- 走行駆動用の複数の3相誘導電動機と、直流電力を蓄電可能な車載バッテリと、この車載バッテリの電力を3相交流に変換して複数の誘導電動機に供給可能な可変電圧・可変周波数型の複数のインバータとを備え、
鉄道車両のターミナル又は走行経路途中の停留所に、前記車載バッテリに充電するための充電用バッテリと、この充電用バッテリに定電流充電する充電用電源装置と、充電用バッテリから供給される直流電力を鉄道車両に供給可能な剛体架線とを設け、
鉄道車両に、前記剛体架線に接触して充電用バッテリから受電可能な集電器と、この集電器により受電した受電電力で車載バッテリに充電させる充電装置と、車載バッテリへの充電に際して充電装置を充電制御する充電制御手段とを設け、
前記充電装置は、変圧器を有し充電用バッテリから直流電力を受けて矩形波交流を発生させる交流発生手段と、この交流発生手段から前記変圧器を介して受ける矩形波交流を複数のスイッチング素子を介して変換することにより充電平均電圧を昇降圧調整可能な昇降圧手段とを有し、
前記充電制御手段は、充電用バッテリからの受電電圧と車載バッテリの電圧の電圧差に基づいて、前記昇降圧手段の複数のスイッチング素子の制御位相角を調整して車載バッテリへの充電電流を制御することを特徴とする鉄道車両のバッテリ用充電装置。 - 前記昇降圧手段は、前記交流発生手段により発生させた前記矩形波交流を充電する為の変圧器を備え、前記車載バッテリに蓄電されている電力を前記交流発生手段に供給する為のスイッチング素子と、前記変圧器に設けられた補機用巻線とを設け、前記交流発生手段により発生する矩形波交流を前記補機用巻線を介して補機類に給電する補機用給電系に供給することを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両のバッテリ用充電装置。
- 走行駆動用の複数の3相誘導電動機と、直流電力を蓄電可能な車載バッテリと、この車載バッテリの直流電力を3相交流に変換して複数の誘導電動機に供給可能で走行時にはPWM制御される可変電圧・可変周波数型の複数の駆動用インバータと、補機類に作動電力を供給する定電圧・定周波数型の少なくとも1つの補機用インバータとを備え、
鉄道車両のターミナル又は走行経路途中の停留所に、交流電力を鉄道車両に供給可能な電源設備と剛体架線を設け、
鉄道車両に、前記剛体架線から交流電力を受電可能な集電器と、充電時には集電器を介して剛体架線から供給される交流電力を直流に変換して車載バッテリに充電するように前記複数の駆動用インバータと補機用インバータを同時にコンバータとして動作させる充電制御手段とを備えたことを特徴とする鉄道車両のバッテリ用充電装置。 - 前記充電制御手段は、所定の充電開始指令を受けて、前記補機用インバータから出力される交流電力と前記集電器を介して剛体架線から供給される交流電力とが自動並列運転となるように前記補機用インバータを制御し、前記剛体架線からの交流電力を補機類へ供給しながら前記補機用インバータをコンバータとして動作させることを特徴とする前記請求項3に記載の鉄道車両のバッテリ用充電装置。
- 前記複数の駆動用インバータからの交流を前記誘導電動機に供給する電力供給線の途中部に、充電時には、その電力供給線を前記誘導電動機から前記集電器に切換える切換え手段を設けたことを特徴とする請求項3又は4に記載の鉄道車両のバッテリ用充電装置。
- 走行駆動用の複数の3相誘導電動機と、直流電力を蓄電可能な車載バッテリと、この車載バッテリの直流電力を3相交流に変換して複数の誘導電動機に供給可能な可変電圧・可変周波数型の複数の駆動用インバータと、補機類に作動電力を供給する定電圧・定周波数型の少なくとも1つの補機用インバータとを備え、
鉄道車両のターミナル又は走行経路途中の停留所に、交流電力を鉄道車両に供給可能な電源設備と剛体架線を設け、
鉄道車両に、前記剛体架線から交流電力を受電可能な集電器と、充電時に前記集電器を介して剛体架線から供給される交流電力を直流に変換して前記車載バッテリに充電するように前記補機用インバータをコンバータとして動作させる充電制御手段とを備えたことを特徴とする鉄道車両のバッテリ用充電装置。 - 前記充電制御手段は、運行途中における前記車載バッテリの蓄電状態を検出可能な蓄電状態検出手段を有し、前記鉄道車両の1日分の運行情報と前記蓄電状態検出手段から出力される蓄電状態とに基づいて1日の運行終了時に前記車載バッテリの蓄電量を許容範囲の最小蓄電量にして運行時以外の深夜にフル充電できるように、1日の運行中の充電量を制御することを特徴とする請求項6に記載の鉄道車両のバッテリ用充電装置。
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