JP5253591B2 - 車両用制御装置およびディーゼルハイブリッド車両システム - Google Patents
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Description
<装置およびシステムの構成>
図1は、本発明の実施の形態1に係る車両用制御装置を含むディーゼルハイブリッド車両システムの一構成例を示す図である。実施の形態1に係るディーゼルハイブリッド車両システムは、図1に示すように、ディーゼルエンジン1、発電機2、コンバータ(CNV)3、第1のインバータとしてのインバータ(INV)4、モータ5、電力貯蔵装置6、第2のインバータとしての補助電源装置(SIV)7、補機8および、ディーゼルハイブリッド車両システム全体の動作を統括する制御部50を主要構成部として構成されると共に、各主要構成部間に介在し、それらの接続関係を自在に変更する第1〜第4の切替器9〜12、第1〜第3の接触器13〜15、電流を検出するセンサである電流検出器22〜24、電圧を検出するセンサである電圧検出器25〜27ならびに、発電機およびモータの回転数を検出する回転検出器28,29を備えている。これらの構成部のうち、実施の形態1に係る車両用制御装置は、コンバータ(CNV)3、インバータ(INV)4および補助電源装置(SIV)7を備えて構成される。なお、図1では、電圧検出器26,27の検出対象であるフィルタコンデンサ20,21を併せて示している。
図4は、コンバータ(CNV)、インバータ(INV)および補助電源装置(SIV)の全てが正常なときのディーゼルハイブリッド車両システムの接続状態を示す図であり、第1〜第4の切替器および第1〜第3の接触器が通常状態(図3のNo.1参照)として制御される場合の接続状態を示している。ここではまず、図1および図4を参照し、ディーゼルハイブリッド車両システムの基本的な動作について説明する。なお、この基本動作説明では、鉄道車両に搭載されたディーゼルハイブリッド車両システムが駅間を走行する場合を一例として取り上げる。
つぎに、インバータの故障時の動作について、図5を参照して説明する。なお、図5において、コンバータ(CNV)3、インバータ(INV)4および補助電源装置(SIV)7の各構成部上に付した“○”印は当該構成部が正常であることを意味し、“×”印は当該構成部が異常であることを意味している(図6以下の各図面においても同様である)。
つぎに、補助電源装置の故障時の動作について説明する。まず、補助電源装置の故障時には、制御部50の制御により、例えば図7に示すように、第1、第4の切替器9,12は接続端b,c間が接続され、第2、第3の切替器10,11は接続端a,b間が接続され、第1,第2の接触器13,14はONに制御され、第3の接触器15はOFFに制御される(図3のNo.4参照)。この制御により、発電機2とコンバータ3は切り離され、インバータ4とモータ5が接続され、コンバータ3と補機8が接続される。また、電力貯蔵装置6は、コンバータ3およびインバータ4のそれぞれに接続される。
つぎに、コンバータの故障時の動作について説明する。まず、コンバータの故障時には、制御部50の制御により、例えば図9に示すように、第1、第2の切替器9,10は接続端a,c間が接続され、第3の切替器11は接続端b,c間が接続され、第4の切替器12は接続端a,b間が接続され、第1の接触器13はOFFに制御され、第2、第3の接触器14,15はONに制御される(図3のNo.6参照)。この制御により、発電機2とコンバータ3は切り離されると共に、インバータ4とモータ5も切り離される。一方、電力貯蔵装置6は、インバータ4を介して発電機2に接続され、補機8は、補助電源装置7を介して電力貯蔵装置6に接続される。
つぎに、コンバータおよびインバータの故障時の動作について説明する。これらの故障時には、制御部50の制御により、例えば図11に示すように、第1の切替器9は接続端a,c間が接続され、第2、第3の切替器10,11は接続端b,c間が接続され、第4の切替器12は接続端a,b間が接続され、第1、第2の接触器13,14はOFFに制御され、第3の接触器15はONに制御される(図3のNo.8参照)。この制御により、発電機2とコンバータ3は切り離され、インバータ4とモータ5も切り離され、さらにコンバータ3およびインバータ4は電力貯蔵装置6とも切り離される。一方、モータ5は発電機2に接続され、補機8は、補助電源装置7を介して電力貯蔵装置6に接続される。
つぎに、コンバータおよび補助電源装置の故障時の動作について説明する。これらの故障時には、制御部50の制御により、例えば図14に示すように、第1の切替器9は接続端a,c間が接続され、第2、第3の切替器10,11は接続端a,b間が接続され、第4の切替器12は接続端b,c間が接続され、第1、第3の接触器13,15はOFFに制御され、第2の接触器14はONに制御される(図3のNo.11参照)。この制御により、コンバータ3は、発電機2、インバータ4および電力貯蔵装置6から切り離され、補助電源装置7は、コンバータ3、インバータ4および電力貯蔵装置6から切り離される。一方、モータ5はインバータ4に接続され、補機8は、発電機2に接続される。
つぎに、インバータおよび補助電源装置の故障時の動作について説明する。これらの故障時には、制御部50の制御により、例えば図17に示すように、第1、第2の切替器9,10は接続端b,c間が接続され、第3、第4の切替器11,12は接続端a,b間が接続され、第1の接触器13はONに制御され、第2、第3の接触器14,15はOFFに制御される(図3のNo.14参照)。この制御により、インバータ4は、コンバータ3および電力貯蔵装置6から切り離され、補助電源装置7は、コンバータ3および電力貯蔵装置6から切り離される。一方、モータ5はコンバータ3に接続される。
つぎに、コンバータ、インバータおよび補助電源装置の故障時の動作について説明する。これらの故障時には、制御部50の制御により、例えば図20に示すように、第1の切替器9は接続端a,c間が接続され、第2の切替器10は接続端b,c間が接続され、第3、第4の切替器11,12は接続端a,b間が接続され、第1〜第3の接触器13〜15は全てOFFに制御される(図3のNo.17参照)。この制御により、コンバータ3は、発電機2および電力貯蔵装置6から切り離され、インバータ4は、モータ5および電力貯蔵装置6から切り離され、補助電源装置7は、コンバータ3、インバータ4および電力貯蔵装置6から切り離される。一方、モータ5は発電機2に接続される。
図22は、実施の形態1に係るディーゼルハイブリッド車両システムに用いられて好適な実施の形態2に係るディーゼルエンジンシステムの一構成例を示す図である。実施の形態2に係るディーゼルエンジンシステムは、図22に示すように、ディーゼルエンジン60、冷却装置61、熱電発電素子62、制御電源63、制御電源負荷64、ダイオード65、冷却水供給管67および、冷却水還流管68を備えて構成されている。
2 発電機
3 コンバータ
4 インバータ(第1のインバータ)
5 モータ
6 電力貯蔵装置
7 補助電源装置(第2のインバータ)
8 補機
9 第1の切替器
10 第2の切替器
11 第3の切替器
12 第4の切替器
13 第1の接触器
14 第2の接触器
15 第3の接触器
20,21 フィルタコンデンサ
22,23,24 電流検出器
25〜27 電圧検出器
28,29 回転検出器
30 接続部
50 制御部
61 冷却装置
62,62a,62b 熱電発電素子
63 制御電源
64 制御電源負荷
65 ダイオード
67 冷却水供給管
68 冷却水還流管
71,87 過給器
71a,87a 圧縮機(C)
71b,87b タービン(T)
74,88 ラジエータ
75,89 アフタークーラー
76,90 ウォータポンプ(W/P)
77,91 プロペラファン
78,92 第1の圧縮空気供給管
79a,94 第1の冷却水供給管
79b 第2の冷却水供給管
79c 第3の冷却水供給管
80c 第4の冷却水供給管
80a,95 第1の冷却水排出管
80b,96 第2の冷却水排出管
81 第3の冷却水排出管
83,93 第2の圧縮空気供給管
Claims (11)
- ディーゼルエンジンの出力により交流電力を発電する発電機が発電した交流電力を交流端側から入力し、直流電力に変換して直流端側から出力するコンバータと、
直流電力を充放電する電力貯蔵装置が放電する直流電力または前記コンバータが出力する直流電力を直流端側から入力して交流電力に変換し、交流端側から出力して車両を駆動するモータに出力する第1のインバータと、
前記電力貯蔵装置が放電する直流電力または前記コンバータが出力する直流電力を直流端側から入力して交流電力に変換し、交流端側から出力して補機に供給する第2のインバータと、
前記発電機と前記コンバータの交流端側とを接続する機能と、前記コンバータの交流端側の接続先を前記モータもしくは前記補機に接続する機能と、前記発電機の接続先を前記モータもしくは前記補機に接続する機能とを有する第1の切替器と、
前記第1のインバータの交流端側と前記モータとを接続する機能と、前記第2のインバータの交流端側と前記補機とを接続する機能と、前記モータの接続先を前記第1の切替器に接続する機能と、前記第2のインバータの交流端側の接続先を前記第1の切替器に接続する機能と、前記補機に接続されていた前記第2のインバータの交流端側の接続先を前記モータに接続する機能と、前記補機の接続先を前記第1の切替器に接続する機能と、前記第1のインバータの交流端側の接続先を前記第1の切替器に接続する機能と、前記第1のインバータの交流端側の接続先を前記補機に接続する機能と、を有する第2の切替器と、
前記コンバータ、前記第1のインバータおよび前記第2のインバータの動作ならびに前記第1および第2の切替器を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ディーゼルエンジンが起動中であり、
前記コンバータおよび前記第1のインバータが故障したとき、または、前記コンバータおよび前記第2のインバータが故障したときには、前記第1および第2の切替器を制御して、前記コンバータの交流端側に接続されていた前記発電機の接続先を前記第1および第2の切替器を介して前記コンバータから前記モータに切り替えると共に、前記ディーゼルエンジンの回転数を制御して前記発電機が発電した交流電力を所望の交流電力に制御して前記モータを駆動する制御を行うことを特徴とする車両用制御装置。 - ディーゼルエンジンの出力により交流電力を発電する発電機が発電した交流電力を交流端側から入力し、直流電力に変換して直流端側から出力するコンバータと、
直流電力を充放電する電力貯蔵装置が放電する直流電力または前記コンバータが出力する直流電力を直流端側から入力して交流電力に変換し、交流端側から出力して車両を駆動するモータに出力する第1のインバータと、
前記電力貯蔵装置が放電する直流電力または前記コンバータが出力する直流電力を直流端側から入力して交流電力に変換し、交流端側から出力して補機に供給する第2のインバータと、
前記発電機と前記コンバータの交流端側とを接続する機能と、前記コンバータの交流端側の接続先を前記モータもしくは前記補機に接続する機能と、前記発電機の接続先を前記モータもしくは前記補機に接続する機能とを有する第1の切替器と、
前記第1のインバータの交流端側と前記モータとを接続する機能と、前記第2のインバータの交流端側と前記補機とを接続する機能と、前記モータの接続先を前記第1の切替器に接続する機能と、前記第2のインバータの交流端側の接続先を前記第1の切替器に接続する機能と、前記補機に接続されていた前記第2のインバータの交流端側の接続先を前記モータに接続する機能と、前記補機の接続先を前記第1の切替器に接続する機能と、前記第1のインバータの交流端側の接続先を前記第1の切替器に接続する機能と、前記第1のインバータの交流端側の接続先を前記補機に接続する機能と、を有する第2の切替器と、
前記コンバータ、前記第1のインバータおよび前記第2のインバータの動作ならびに前記第1および第2の切替器を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ディーゼルエンジンが起動中であり、
前記コンバータおよび前記第1のインバータが故障したとき、または、前記コンバータおよび前記第2のインバータが故障したときには、前記第1および第2の切替器を制御して、前記コンバータの交流端側に接続されていた前記発電機の接続先を前記第1および第2の切替器を介して前記コンバータから前記補機に切り替えると共に、前記ディーゼルエンジンの回転数を制御して前記発電機が発電した交流電力を所望の交流電力に制御して前記補機を動作させることを特徴とする車両用制御装置。 - 前記第1のインバータが故障しているときには、
前記制御部は、前記第1および第2の切替器を制御して、前記発電機の接続先を前記モータから前記第2のインバータの交流端側に切り替えると共に、前記第2のインバータをコンバータとして動作させ、前記発電機が発電した交流電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵装置への充電を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の車両用制御装置。 - 前記第2のインバータが故障しているときには、
前記制御部は、前記第1および第2の切替器を制御して、前記発電機の接続先を前記モータから前記第1のインバータの交流端側に切り替えると共に、前記第1のインバータをコンバータとして動作させ、前記発電機が発電した交流電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵装置への充電を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の車両用制御装置。 - 前記第1のインバータが故障しているときには、
前記制御部は、前記第1および第2の切替器を制御して、前記第2のインバータの交流端側の接続先を前記補機から前記モータに切り替えると共に、前記第2のインバータを動作させ、前記電力貯蔵装置が放電する直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給する制御を行うことを特徴とする請求項3に記載の車両用制御装置。 - 前記第2のインバータが故障しているときには、
前記制御部は、前記第1および第2の切替器を制御して、前記第1のインバータの交流端側の接続先を前記モータから前記補機に切り替えると共に、前記第1のインバータを動作させ、前記電力貯蔵装置が放電する直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給する制御を行うことを特徴とする請求項4に記載の車両用制御装置。 - 前記制御部は、前記ディーゼルエンジンが起動中であり、且つ、前記第1のインバータの故障中に、さらに前記第2のインバータが故障し、且つ、前記第2のインバータが前記モータを駆動しているとき、前記第1および第2の切替器を制御して前記発電機を前記モータに接続し、前記ディーゼルエンジンの回転数を制御して前記発電機が発電した交流電力を所望の交流電力に制御して前記モータの駆動を継続することを特徴とする請求項3または5に記載の車両用制御装置。
- 前記制御部は、前記ディーゼルエンジンが起動中であり、且つ、前記第2のインバータの故障中に、さらに前記第1のインバータが故障し、且つ、前記第1のインバータが前記補機に交流電力を供給しているとき、前記第1および第2の切替器を制御して前記発電機を前記補機に接続し、前記ディーゼルエンジンの回転数を制御して前記発電機が発電した交流電力を所望の交流電力に制御して前記補機への電力供給を継続することを特徴とする請求項4または6に記載の車両用制御装置。
- 前記制御部は、前記ディーゼルエンジンが起動中であり、且つ、前記第1のインバータの故障中に、さらに前記第2のインバータが故障し、且つ、前記第2のインバータが前記補機に交流電力を供給しているとき、前記第1および第2の切替器を制御して前記発電機を前記補機に接続し、前記ディーゼルエンジンの回転数を制御して前記発電機が発電した交流電力を所望の交流電力に制御して前記補機への電力供給を継続することを特徴とする請求項3または5に記載の車両用制御装置。
- 前記制御部は、前記ディーゼルエンジンが起動中であり、且つ、前記第2のインバータの故障中に、さらに前記第1のインバータが故障し、且つ、前記第1のインバータが前記モータを駆動しているとき、前記第1および第2の切替器を制御して前記発電機を前記モータに接続し、前記ディーゼルエンジンの回転数を制御して前記発電機が発電した交流電力を所望の交流電力に制御して前記モータの駆動を継続することを特徴とする請求項4または6に記載の車両用制御装置。
- ディーゼルエンジンと、
車両を駆動するモータと、
前記ディーゼルエンジンの出力により交流電力を発電する発電機と、
直流電力を充放電する電力貯蔵装置と、
前記発電機が発電した交流電力を交流端側から入力し、直流電力に変換して直流端側から出力するコンバータと、
前記電力貯蔵装置が放電する直流電力または前記コンバータが出力する直流電力を直流端側から入力して交流電力に変換し、交流端側から出力して車両を駆動するモータに出力する第1のインバータと、
前記電力貯蔵装置が放電する直流電力または前記コンバータが出力する直流電力を直流端側から入力して交流電力に変換し、交流端側から出力して補機に供給する第2のインバータと、
前記発電機と前記コンバータの交流端側とを接続する機能と、前記コンバータの交流端側の接続先を前記モータもしくは前記補機に接続する機能と、前記発電機の接続先を前記モータもしくは前記補機に接続する機能とを有する第1の切替器と、
前記第1のインバータの交流端側と前記モータとを接続する機能と、前記第2のインバータの交流端側と前記補機とを接続する機能と、前記モータの接続先を前記第1の切替器に接続する機能と、前記第2のインバータの交流端側の接続先を前記第1の切替器に接続する機能と、前記補機に接続されていた前記第2のインバータの交流端側の接続先を前記モータに接続する機能と、前記補機の接続先を前記第1の切替器に接続する機能と、前記第1のインバータの交流端側の接続先を前記第1の切替器に接続する機能と、前記第1のインバータの交流端側の接続先を前記補機に接続する機能と、を有する第2の切替器と、
前記コンバータ、前記第1のインバータおよび前記第2のインバータの動作ならびに前記第1および第2の切替器を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記ディーゼルエンジンが起動中であり、
前記コンバータおよび前記第1のインバータが故障したとき、または、前記コンバータおよび前記第2のインバータが故障したときには前記第1および第2の切替器を制御して、前記コンバータの交流端側に接続されていた前記発電機の接続先を前記第1および第2の切替器を介して前記コンバータから前記モータに切り替えると共に、前記ディーゼルエンジンの回転数を制御して前記発電機が発電した交流電力を所望の交流電力に制御して前記モータを駆動する制御を行うことを特徴とするディーゼルハイブリッド車両システム。
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