JP5550788B2 - 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、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80は、図1に示すように、ディーゼルエンジン1、第1の発電機(「GE1」と表記)11、第2の発電機(「GE2」と表記)21、第1のコンバータ12、第2のコンバータ22、第1のインバータ14、第2のインバータ24、第3のインバータとしての補助電源装置(SIV)34、補機38、第1のモータ(「M1」と表記)15、第2のモータ(「M2」と表記)25、第1の電力貯蔵装置(表記簡略化のため「第1の蓄電池」と称する、以下同じ)13、第2の電力貯蔵装置(表記簡略化のため「第2の蓄電池」と称する、以下同じ)23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、第1のコンバータ12、第2のコンバータ22、第1のインバータ14、第2のインバータ24、補助電源装置34、第1の蓄電池13および、第2の蓄電池23の各部と、これら各部の直流端子間を共通に接続する直流共通部2との間に介在し、直流共通部2への電気的接続を切り替える第1〜第7の接触器41〜47、電流を検出するセンサである電流検出器71〜77、電圧を検出するセンサである電圧検出器83〜89ならびに、第1の発電機11および第2の発電機21の回転数を検出する回転数検出器91,92、第1のモータ15および第2のモータ25の回転数を検出する回転数検出器93,94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、第1のコンバータ12、第2のコンバータ22、第1のインバータ14、第2のインバータ24、第1の蓄電池13、第2の蓄電池23および制御部50を備えて構成される。なお、後述する実施の形態3のように、第1の蓄電池13および第2の蓄電池23を複数の車両に振り分ける場合などを除き、これら第1の蓄電池13および第2の蓄電池23うちの何れか一つを備える構成であっても構わない。
起動指令CMD1が上位制御部60に入力されると、第1の接触器41および第2の接触器42はオンに制御され、第1の蓄電池13および第2の蓄電池23は直流共通部2に接続される。この後、第7の接触器47がオンに制御され、補助電源装置(SIV)3が直流共通部2に接続され、第1の蓄電池13および第2の蓄電池23の電力を合わせた直流電力が補助電源装置(SIV)3にて交流電力に変換され、補機38へ供給される。
車両の速度が所定の速度以上になると、上位制御部60は、エンジン制御部54に対しエンジン始動指令CMD2を出力する。このとき、第3の接触器43はオンに制御され、第1のコンバータ12は直流共通部2に接続される。第1の制御部51は、エンジン始動トルクに応じたゲート信号GSC1を第1のコンバータ12に出力し、第1の発電機11を始動する。第1の発電機11が始動すると、エンジン制御部54は、ディーゼルエンジン1をアイドリング状態とする。この後、第4の接触器44がオンに制御され、第2のコンバータ22も直流共通部2に接続される。第2の制御部52は、第2の発電機21の回転数(発電機回転数FRG2)に基づき、ディーゼルエンジン1の回転数に応じた周波数・電圧の交流電力に変換されるように第2の発電機21を制御する。なお、これらの制御において、第1の発電機11と第2の発電機12の役割を変更してもよいことは無論である。また、第1の発電機11および第2の発電機12の双方を動作させずに、何れか一方の発電機のみを動作させてもよい。
エンジン制御部54によってディーゼルエンジン1がアイドリング状態に制御されると、上位制御部60は、第1の制御部51および第2の制御部52に対し発電電力指令CMD2を出力する。第1の制御部51は、ゲート信号GSC1を第1のコンバータ12に出力し、第1の発電機11の発電電力を制御し、第2の制御部52は、ゲート信号GSC2を第2のコンバータ22に出力し、第2の発電機21の発電電力を制御する。第1の発電機11および第2の発電機21によって発電された電力は、第1のコンバータ12および第2のコンバータ22によってそれぞれ直流電力に変換され、直流共通部2に供給される。この際、第1の発電機11および/または第2の発電機21による発電電力に応じて、直流共通部2に接続されている第1の蓄電池13および/または第2の蓄電池23の放電電力を減少させる制御を行う。なお、1台の発電機のみで発電電力が賄える場合、何れか一方の発電機のみを動作させてもよい。
力行指令CMD1がオフになると、上位制御部60からの発電電力指令CMD2の出力は停止され、もしくは零に制御される。第1の制御部51および第2の制御部52からは、当該発電電力指令CMD2に応じたゲート信号GSC1,GSC2が生成され、それぞれ第1のコンバータ12および第2のコンバータ22を制御する。なお、補機38に対する電力供給は、直流共通部2に接続されている第1の蓄電池13および第2の蓄電池23の放電電力を用いて継続される。
回生ブレーキ指令CMD1が上位制御部60に入力されると、上位制御部60は、第1の制御部51および第2の制御部52に対し当該回生ブレーキ指令CMD1に応じた回生ブレーキ指令CMD2を出力する。第1の制御部51は、回生ブレーキ指令CMD2に応じたゲート信号GSI1を第1のインバータ14に出力する。第1のモータ15が発生するブレーキトルクは回生電力となって第1のインバータ14にて直流電力に変換され、直流共通部2に供給される。同様に、第2の制御部52は、回生ブレーキ指令CMD2に応じたゲート信号GSI2を第2のインバータ24に出力する。第2のモータ25が発生するブレーキトルクは回生電力となって第2のインバータ24にて直流電力に変換され、直流共通部2に供給される。なお、直流共通部2に供給される直流電力は、第1の蓄電池13および第2の蓄電池23に充電される。
車両が減速し、車両の速度が低くなると、空気ブレーキのみの制御となり、車両が停止する。ここで、第1の蓄電池13および第2の蓄電池23が十分充電されている場合、ディーゼルエンジン1を停止させ、直流共通部2の直流電力のみで補助電源装置34を動作させ、補助電源装置34の発生する交流電力を補機38に供給する。
図4は、本発明の実施の形態2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では、ディーゼルエンジン1を形成する軸の一方側に第1の発電機11を接続し、軸の他方側に第2の発電機21を接続する構成としていたが、実施の形態2では、軸の一方側に第1の発電機11および第2の発電機21の双方を接続する構成としている。なお、その他の構成については、図1に示した実施の形態1の構成と同一または同等であり、共通する構成部には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図5は、構成機器を複数の車両に振り分けるように構成した実施の形態3に係る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。図5に示すように、実施の形態3では、ディーゼルハイブリッド車両システム80を構成する機器を車両90Aおよび車両90Bの2つの車両に振り分けている。具体的に説明すると、車両90Aでは、ディーゼルエンジン1、第1の発電機11、第2の発電機21、第1の蓄電池13、第1のコンバータ12、第2のコンバータ22、第1の補助電源装置(第1のSIV)34A、補機38Aおよび第1の制御部51を配置し、車両90Bでは、第2の蓄電池23、第1のインバータ14、第2の補助電源装置(第2のSIV)34B、補機38B、第2のインバータ24、第1のモータ15、第2のモータ25および第2の制御部52を配置している。また、車両90Aおよび車両90Bの双方には直流共通部2がそれぞれ設けられると共に、車両90Aと車両90Bとの間には、双方の直流共通部2を電気的に接続するためのインタフェースである接続部100が設けられている。
実施の形態4は、上述した実施の形態1〜3に共通する実施の形態であり、第1のコンバータと第2のコンバータとでPWMの制御モードを異ならせる実施の形態である。本実施の形態では、例えば、第1のコンバータは非同期PWMモードで制御し、第2のコンバータは1パルスPWMモードで制御する。なお、第1のコンバータは、複数パルスによる同期PWMモードであっても構わない。また、第1のコンバータと第2のコンバータの制御を入れ替えてもよい。このような制御により、一方のコンバータのパルス数を削減できるので、コンバータ2台合わせての損失を低減することができるという効果が得られる。また、一方のコンバータのパルス数を削減できるので、発電機の発電電力を効率よく供給できるという効果が得られる。
2 直流共通部
2A,2B 直流端子
11 第1の発電機(GE1)
12 第1のコンバータ
13 第1の蓄電池
14 第1のインバータ
15 第1のモータ(M1)
21 第2の発電機(GE2)
22 第2のコンバータ
23 第2の蓄電池
24 第2のインバータ
25 第2のモータ(M2)
34 補助電源装置(SIV)
34A 第1の補助電源装置(第1のSIV)
34B 第2の補助電源装置(第2のSIV)
38,38A,38B 補機
41 第1の接触器
42 第2の接触器
43 第3の接触器
44 第4の接触器
45 第5の接触器
46 第6の接触器
47 第7の接触器
50 制御部
51 第1の制御部
52 第2の制御部
53 第3の制御部
54 エンジン制御部
55 蓄電池監視部
56 ブレーキ制御部
60 上位制御部
62 制御部群
64 推進装置群
66 ブレーキ装置
68 ラジエータ
71〜77 電流検出器
80 ディーゼルハイブリッド車両システム
83〜89 電圧検出器
91,92,93,94 回転数検出器
100 接続部
Claims (7)
- ディーゼルエンジンの出力により第1および第2の発電機が発電した交流電力、ならびに、電力貯蔵装置による直流電力のうちの少なくとも一つを用いて第1および第2のモータを駆動するディーゼルハイブリッド車両システムであって、
前記ディーゼルハイブリッド車両システムを構成する1または複数の車両には、各車両の一方側の端部に設けられる第1の直流端子と当該各車両の他方側の端部に設けられる第2の直流端子との間を電気的に接続する電気配線が各車両の床下中央部に敷設されて直流共通部を構成すると共に、
前記第1の発電機の発電電力を直流電力に変換する第1のコンバータと、
前記第2の発電機の発電電力を直流電力に変換する第2のコンバータと、
直流電力を交流電力に変換して前記第1のモータに供給する第1のインバータと、
直流電力を交流電力に変換して前記第2のモータに供給する第2のインバータと、
前記第1のコンバータ、前記第2のコンバータ、前記第1のインバータおよび前記第2のインバータの各動作を制御すると共に、前記電力貯蔵装置の充放電を制御する制御部と、
を有し、
前記直流共通部で区切られる各車両の床下の一方側には、前記第1および第2のインバータ、前記第1および第2のコンバータ、ならびに、補助電源装置を配置し、
前記直流共通部で区切られる各車両の床下の他方側には、前記電力貯蔵装置、前記ディーゼルエンジン、ならびに、前記第1および第2の発電機を配置し、
前記第1および第2のコンバータ、前記第1および第2のインバータ、ならびに、前記電力貯蔵装置における各直流端子を前記直流共通部に接続し、
前記第1および第2のコンバータと、前記第1および第2のインバータと、前記電力貯蔵装置との間を流出入する電力は前記直流共通部を介して授受するように構成した
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。 - 前記制御部は、力行指令が入力された場合、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記直流共通部に出力すると共に、前記第1のインバータおよび前記第2のインバータのうちの少なくとも一つを前記直流共通部に接続し、当該直流共通部に接続した前記第1のインバータおよび前記第2のインバータのうちの少なくとも一つを動作させて車両を駆動することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルハイブリッド車両システム。
- 前記制御部は、エンジン始動指令が入力された場合、前記第1のコンバータおよび前記第2のコンバータのうちの少なくとも一つを前記直流共通部に接続すると共に、当該直流共通部に接続されたコンバータに接続される前記第1の発電機および/または前記第2の発電機を動作させ、その発電電力を直流電力に変換して前記直流共通部に供給することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルハイブリッド車両システム。
- 前記第1の発電機および前記第2の発電機を動作させている場合、
前記制御部は、前記第1の発電機および/または前記第2の発電機による発電電力に応じて、前記電力貯蔵装置の放電電力を減少させる制御を行うことを特徴とする請求項3に記載のディーゼルハイブリッド車両システム。 - 前記制御部は、回生ブレーキ指令が入力された場合、前記第1のインバータおよび前記第2のインバータを前記直流共通部に接続すると共に、前記第1のモータおよび前記第2のモータが発生する回生電力をそれぞれ前記第1のインバータおよび前記第2のインバータにて直流電力に変換し、変換した直流電力を前記直流共通部に供給して前記電力貯蔵装置を充電することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルハイブリッド車両システム。
- 前記電力貯蔵装置に対する回生電力の充電によって前記電力貯蔵装置が略満充電状態になった場合、
前記制御部は、前記第1のコンバータおよび前記第2のコンバータのうちの少なくとも一つを前記直流共通部に接続すると共に、当該直流共通部に接続されたコンバータに接続される前記第1の発電機および/または前記第2の発電機をモータとして動作させ、前記第1のモータおよび前記第2のモータが発生する回生電力を前記ディーゼルエンジンにて消費させることを特徴とする請求項5に記載のディーゼルハイブリッド車両システム。 - 前記制御部は、前記第1のコンバータおよび第2のコンバータの双方を動作させる場合、前記第1のコンバータと前記第2のコンバータとでPWMの制御モードを異ならせることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルハイブリッド車両システム。
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