JP6491967B2 - Charge control device for hybrid railway vehicle - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンと発動機と蓄電池とを備えたハイブリッド鉄道車両への充電の制御を行う充電制御装置に関する。   The present invention relates to a charging control device that controls charging of a hybrid railway vehicle including an engine, a motor, and a storage battery.

以前より、エンジン、発電機、発動機および蓄電池を備えたハイブリッド鉄道車両(例えば先行技術文献1を参照)がある。ハイブリッド鉄道車両は、主にシリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載し、エンジンと発電機により電力を発生させ、この電力により発動機を駆動して走行を行ったり、一旦電力を蓄電池に蓄積し、蓄電池の電力により発動機を駆動して走行を行ったりする。
このようなハイブリッド鉄道車両の多くは、エンジンの始動を蓄電池の電力を用いて行う。このような車両は、蓄電池の充電残量がなくなった場合に、燃料が残っていてもエンジンを始動できず、走行不能となる。この場合、外部電源を利用して蓄電池の充電を行う必要がある。
There has been a hybrid railway vehicle (see, for example, Prior Art Document 1) that has been provided with an engine, a generator, a motor, and a storage battery. A hybrid railway vehicle is mainly equipped with a series-type hybrid system, which generates electric power by an engine and a generator and drives the motor with this electric power to run or temporarily accumulates electric power in a storage battery. Drive the motor with electric power to run.
Many of such hybrid railway vehicles start the engine using the power of the storage battery. In such a vehicle, when the remaining charge of the storage battery is exhausted, the engine cannot be started even if fuel remains, and the vehicle cannot run. In this case, it is necessary to charge the storage battery using an external power source.

ハイブリッド鉄道車両では、エンジン、発電機および発動機などの駆動系の構成が車両下部に配置され、蓄電池が屋根上に配置されることが多い。また、蓄電池としては、大電力の出力が可能なように、複数の電池モジュールが直列に接続された構成が採用される。   In hybrid railway vehicles, the structure of a drive system such as an engine, a generator, and a motor is arranged at the lower part of the vehicle, and a storage battery is often arranged on the roof. Moreover, as a storage battery, the structure by which the some battery module was connected in series so that the output of large electric power is possible is employ | adopted.

特開2013−209095号公報JP 2013-209095 A

従来、ハイブリッド鉄道車両に備わる蓄電池の充電は、屋根上に設置されている蓄電池を構成する各電池モジュールに充電ケーブルを接続し、1つの電池モジュールずつ充電を行うのが一般的であった。よって、蓄電池に届く足場を設けられない場所では、充電のセットアップを行うことが困難であった。また、この方法では、個々の電池モジュールに充電ケーブルを接続するため、蓄電池を収容する蓄電池箱の側壁と蓄電池の外装とを取り外す必要があり、また、複数の電池モジュールの充電を完了するまで、充電ケーブルを何度もつなぎ替える必要があった。また、蓄電池の裸の電池モジュールに直接に充電を行うことになるため、電池モジュールの状態を監視しながら充電電流を制御する必要があるなど、高度な操作が必要であった。
本発明は、ハイブリッド鉄道車両の蓄電池の充電を、ハイブリッドシステム外から容易に行うことのできるハイブリッド鉄道車両用の充電制御装置を提供することを目的としている。
Conventionally, charging of a storage battery provided in a hybrid railway vehicle is generally performed by connecting a charging cable to each battery module constituting the storage battery installed on the roof and charging one battery module at a time. Therefore, it is difficult to set up charging in a place where a scaffold for reaching the storage battery cannot be provided. Further, in this method, in order to connect the charging cable to each battery module, it is necessary to remove the side wall of the storage battery box that houses the storage battery and the exterior of the storage battery, and until the charging of the plurality of battery modules is completed, It was necessary to reconnect the charging cable many times. Moreover, since the battery module is directly charged with a bare battery module, it is necessary to perform advanced operations such as controlling the charging current while monitoring the state of the battery module.
An object of the present invention is to provide a charging control device for a hybrid railway vehicle that can easily charge a storage battery of the hybrid railway vehicle from outside the hybrid system.

本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、
エンジンと、エンジンの動力を電力に変換する発電機と、前記発電機の出力電圧を直流電圧に変換するコンバータと、電力を蓄積する蓄電池と、電力により車輪軸を駆動する電動機と、直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機へ出力するインバータとを備え、前記蓄電池が、電力線と前記電力線の断続を行う接触器とを介して、前記コンバータと前記インバータとの中間の結節点に電気的に接続されているハイブリッド鉄道車両における充電制御装置であって、
前記コンバータと前記インバータとの中間の前記結節点に電気的に接続される充電ケーブルと、
外部電源を用いて前記充電ケーブルへ充電電流を供給する電流出力部と、
前記接触器の配線に電気的に接続される低圧用ケーブルと、
前記充電電流を出力させる際、前記低圧用ケーブルを介して前記接触器の接続を閉とする制御信号を出力する制御部と、
を備えていることを特徴としている。
The present invention has been made to achieve the above object,
An engine, a generator that converts engine power into electric power, a converter that converts the output voltage of the generator into DC voltage, a storage battery that stores electric power, an electric motor that drives a wheel shaft by electric power, and a DC voltage An inverter that converts the voltage into an AC voltage and outputs it to the electric motor, and the storage battery is electrically connected to an intermediate node between the converter and the inverter via a power line and a contactor that disconnects the power line. A charging control device in a connected hybrid railway vehicle,
A charging cable electrically connected to the node between the converter and the inverter;
A current output unit for supplying a charging current to the charging cable using an external power source; and
A low voltage cable electrically connected to the wiring of the contactor;
When outputting the charging current, a control unit that outputs a control signal for closing the connection of the contactor via the low-voltage cable;
It is characterized by having.

この構成によれば、充電ケーブルの接続先が、多くのハイブリッド鉄道車両で車両下部に配置されているコンバータとインバータとの中間の結節点になるため、充電ケーブルの接続が容易になる。一方、充電ケーブルの接続先を、コンバータとインバータとの中間の結節点に設定すると、この結節点と蓄電池との間に設けられている接触器が電力線を遮断している場合、蓄電池へ電力を送ることができない。しかしながら、上記の構成によれば、制御部が低圧用ケーブルを介して制御信号を出力して、接触器の接続を閉とすることができる。これによって、充電ケーブルを容易に接続できる構成を採用しつつ、充電ケーブルから電流を送って蓄電池の充電を行うことができる。   According to this configuration, the connection destination of the charging cable is an intermediate node between the converter and the inverter arranged at the lower part of the vehicle in many hybrid railway vehicles, so that the charging cable can be easily connected. On the other hand, when the connection destination of the charging cable is set to a node between the converter and the inverter, if the contactor provided between the node and the storage battery cuts off the power line, power is supplied to the storage battery. I can't send it. However, according to said structure, a control part can output a control signal via a low voltage | pressure cable, and can close the connection of a contactor. Accordingly, the storage battery can be charged by sending a current from the charging cable while adopting a configuration in which the charging cable can be easily connected.

好ましくは、前記コンバータと前記インバータとの間には、前記コンバータと前記中間の結節点とを電気的に遮断可能な第1断路器と、前記インバータと前記中間の結節点とを電気的に遮断可能な第2断路器とが設けられ、
前記充電ケーブルの一端は、前記第1断路器と前記第2断路器とが収容される断路器箱内で、前記第1断路器と前記第2断路器との間の導電部に接続されるように設定されているとよい。
この構成によれば、充電ケーブルの接続先が、断路器箱内の第1断路器と第2断路器との間の導電部に設定されている。よって、第1断路器と第2断路器とを遮断状態にして充電ケーブルを接続することで、コンバータとインバータとを切り離した状態で、充電ケーブルを接続することができる。よって、コンバータまたはインバータの状態によらずに、充電ケーブルを簡単に接続することができる。よって、蓄電池を充電するための準備作業を容易に行うことができる。
Preferably, a first disconnector capable of electrically disconnecting the converter and the intermediate node between the converter and the inverter, and electrically disconnecting the inverter and the intermediate node A possible second disconnector is provided,
One end of the charging cable is connected to a conductive portion between the first disconnector and the second disconnector in a disconnector box in which the first disconnector and the second disconnector are accommodated. It is good that it is set as follows.
According to this configuration, the connection destination of the charging cable is set in the conductive portion between the first disconnector and the second disconnector in the disconnector box. Therefore, by connecting the charging cable with the first disconnector and the second disconnector being disconnected, the charging cable can be connected with the converter and the inverter disconnected. Therefore, the charging cable can be easily connected regardless of the state of the converter or the inverter. Therefore, the preparatory work for charging the storage battery can be easily performed.

また好ましくは、前記ハイブリッド鉄道車両には、前記蓄電池を監視して監視結果を外部に通知するバッテリコントローラが設けられ、
前記制御部は、前記低圧用ケーブルを介して前記バッテリコントローラと通信を行い、前記バッテリコントローラの監視結果に基づいて前記蓄電池の充電を制御する構成とするとよい。
この構成によれば、ハイブリッド鉄道車両のバッテリコントローラの監視結果を用いて、蓄電池の充電制御を行える。よって、充電制御装置自体に蓄電池の状態を検知するセンサ等を設けなくても、一般的な制御方式を用いて蓄電池の充電を行える。また、蓄電池が複数の電池モジュールを直列に接続した構成である場合でも、バッテリコントローラの監視に基づいて、これらをまとめて充電することができる。
Preferably, the hybrid railway vehicle is provided with a battery controller that monitors the storage battery and notifies a monitoring result to the outside.
The control unit may be configured to communicate with the battery controller via the low-voltage cable and control charging of the storage battery based on a monitoring result of the battery controller.
According to this configuration, the charging control of the storage battery can be performed using the monitoring result of the battery controller of the hybrid railway vehicle. Therefore, the storage battery can be charged using a general control method without providing a sensor or the like for detecting the state of the storage battery in the charge control device itself. Moreover, even when the storage battery has a configuration in which a plurality of battery modules are connected in series, these can be charged together based on monitoring by the battery controller.

さらに好ましくは、前記低圧用ケーブルを介して前記バッテリコントローラの電源が供給されるように構成するとよい。
この構成によれば、ハイブリッド鉄道車両からバッテリコントローラの電源が供給されない状態でも、充電制御装置からの電力によりバッテリコントローラと通信を行いながら、充電を行うことができる。
More preferably, power is supplied to the battery controller via the low-voltage cable.
According to this configuration, charging can be performed while communicating with the battery controller by the power from the charging control device even when the power of the battery controller is not supplied from the hybrid railway vehicle.

また好ましくは、充電完了時の充電量を設定可能な操作部を備え、
前記制御部は前記操作部の操作により設定された充電量に応じて前記蓄電池の充電を終了するように構成するとよい。
ハイブリッド鉄道車両は、燃料の残量が十分である場合、エンジンを始動させる電力量さえ充電すれば、エンジンの駆動により走行と蓄電池への充電を行うことができる。そこで、上記の構成によれば、操作部の設定により、所望の充電量で充電を終了させることができる。これにより、少ない充電量で十分なときに、過剰な充電を避けて、ハイブリッド鉄道車両の速やかな復旧を実現できる。
ここで、充電量は、例えば充電率により設定してもよいし、充電電圧により設定してもよい。
In addition, preferably, an operation unit capable of setting a charge amount at the time of completion of charging is provided
The said control part is good to comprise so that the charge of the said storage battery may be complete | finished according to the charge amount set by operation of the said operation part.
When the remaining amount of fuel is sufficient, the hybrid railcar can drive and charge the storage battery by driving the engine as long as the amount of electric power for starting the engine is charged. So, according to said structure, charge can be complete | finished with the desired charge amount by the setting of an operation part. As a result, when a small amount of charge is sufficient, it is possible to avoid excessive charging and to quickly recover the hybrid railway vehicle.
Here, the amount of charge may be set by, for example, the charging rate, or may be set by the charging voltage.

また好ましくは、前記蓄電池および前記接触器が複数系統設けられているハイブリッド鉄道車両への充電の制御を行う上記の充電制御装置であって、
前記複数系統の蓄電池のうち何れか1系統又は何れか複数系統の蓄電池に充電を実行するか設定可能な充電系統操作部を備え、
前記制御部は、前記充電電流を出力させる際、充電を実行するよう設定された系統の前記接触器の接続を閉とするように構成するとよい。
この構成によれば、蓄電池が複数系統あるハイブリッド鉄道車両の場合、全系統の蓄電池の充電電流に対して外部電源の出力容量が足りない場合、系統ごとに蓄電池の充電率が異なっていて或る系統の蓄電池に多く充電したい場合、或いは、何れかの系統の蓄電池に異常があってこれの充電を避けたい場合など、様々な場合に対応して、充電対象の蓄電池を切り替えることができる。
Preferably, in the above charging control device for controlling charging to a hybrid railway vehicle in which the storage battery and the contactor are provided in a plurality of systems,
A charging system operation unit that can be set or set to charge any one of the plurality of storage batteries or any of the plurality of storage batteries,
The controller may be configured to close the connection of the contactor of the system set to perform charging when outputting the charging current.
According to this configuration, in the case of a hybrid railway vehicle having a plurality of storage batteries, if the output capacity of the external power supply is insufficient with respect to the charging current of the storage batteries of all systems, the charging rate of the storage battery differs for each system. The storage battery to be charged can be switched in response to various cases, such as when it is desired to charge a large number of storage batteries of a system, or when there is an abnormality in any of the storage batteries and it is desired to avoid charging them.

本発明の充電制御装置によれば、ハイブリッド鉄道車両の蓄電池の充電を、ハイブリッドシステム外から容易に行えるという効果が得られる。   According to the charge control device of the present invention, it is possible to easily charge the storage battery of the hybrid railway vehicle from outside the hybrid system.

本発明の実施の形態に係る充電制御装置を鉄道車両に接続した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which connected the charge control apparatus which concerns on embodiment of this invention to the rail vehicle. 本発明の実施の形態に係る充電制御装置の内部構成を説明する図である。It is a figure explaining the internal structure of the charge control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 指示調節計の詳細な一例を示す正面図である。It is a front view which shows a detailed example of an instruction | indication controller.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る充電制御装置を鉄道車両に接続した状態を示す図である。
本発明の実施の形態に係る充電制御装置1は、ハイブリッド鉄道車両100の蓄電池110,111に外部電源E0を用いて充電を行う際に充電制御を行う装置である。
先ず、ハイブリッド鉄道車両100の説明を行う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a state in which a charging control apparatus according to an embodiment of the present invention is connected to a railway vehicle.
The charging control apparatus 1 according to the embodiment of the present invention is an apparatus that performs charging control when charging the storage batteries 110 and 111 of the hybrid railway vehicle 100 using an external power source E0.
First, the hybrid railway vehicle 100 will be described.

ハイブリッド鉄道車両100は、燃料を燃やして動力を発生するエンジン101と、エンジン101の動力を電力に変換する発電機102と、発電機102の出力電圧を直流電圧に変換するコンバータ103と、車両の走行用の車輪を回す車輪軸104と、車輪軸104を回転駆動させる電動機105と、直流電圧から電動機105を駆動する交流電圧を生成するインバータ106と、電力を蓄積する電池ユニット107,108と、車両走行時の電力の流れの切り替え等の制御を行う無接点制御装置130とを備えている。   The hybrid railway vehicle 100 includes an engine 101 that generates power by burning fuel, a generator 102 that converts the power of the engine 101 into electric power, a converter 103 that converts an output voltage of the generator 102 into a DC voltage, A wheel shaft 104 that rotates a wheel for traveling, an electric motor 105 that rotationally drives the wheel shaft 104, an inverter 106 that generates an AC voltage for driving the electric motor 105 from a DC voltage, battery units 107 and 108 that store electric power, And a non-contact control device 130 that performs control such as switching of the flow of electric power when the vehicle is running.

このような構成のハイブリッド鉄道車両100によれば、エンジン101の駆動により発電機102で電力が生成され、これがコンバータ103により直流電圧に変換される。この直流電圧は、無接点制御装置130の制御等により、インバータ106へ出力されて電動機105の駆動により車両が走行する。或いは、上記の直流電圧が電池ユニット107,108へ送られて蓄電池110,111が充電されたりする。また、車両走行の際、エンジン101の駆動による発電電力が足りなくなる期間には、無接点制御装置130の制御等により、電池ユニット107,108の直流電圧がインバータ106に出力されて電力が補充される。或いは、車両走行の際、エンジン101の駆動効率が低くなる期間には、無接点制御装置130の制御等により、エンジン101の駆動が停止され、且つ、電池ユニット107,108の直流電圧がインバータ106に出力されて電動機105の駆動により車両が走行する。   According to hybrid railway vehicle 100 having such a configuration, electric power is generated by generator 102 by driving engine 101, and this is converted into a DC voltage by converter 103. This DC voltage is output to the inverter 106 under the control of the non-contact control device 130 and the vehicle is driven by driving the electric motor 105. Alternatively, the direct current voltage is sent to the battery units 107 and 108, and the storage batteries 110 and 111 are charged. Further, when the vehicle is running, during the period when the generated power due to the driving of the engine 101 is insufficient, the DC voltage of the battery units 107 and 108 is output to the inverter 106 and replenished by the control of the non-contact control device 130 or the like. The Alternatively, during driving of the vehicle, during the period when the driving efficiency of the engine 101 is low, the driving of the engine 101 is stopped by the control of the non-contact control device 130 and the DC voltage of the battery units 107 and 108 is changed to the inverter 106. The vehicle travels by driving the electric motor 105.

電池ユニット107,108は、複数の電池モジュールが直列(或いは直列および並列)に接続された蓄電池110,111と、これら蓄電池110,111の電池状態を監視するバッテリコントローラ112,113とを備えている。上記の電池状態には、蓄電池110,111の温度、出力電圧、充放電電流、充電率、各電池モジュール間の電圧バランスなど、蓄電池110,111の充電制御に必要な様々な電池の状態を含んでいる。充電制御装置1を接続していない通常時、バッテリコントローラ112,113は充電制御に使用される情報を無接点制御装置130へ送信する。
この実施の形態のハイブリッド鉄道車両100には,2系統の電池ユニット107,108が設けられている。
The battery units 107 and 108 include storage batteries 110 and 111 in which a plurality of battery modules are connected in series (or series and parallel), and battery controllers 112 and 113 that monitor the battery states of the storage batteries 110 and 111. . The battery state described above includes various battery states necessary for charge control of the storage batteries 110 and 111, such as the temperature, output voltage, charging / discharging current, charging rate, and voltage balance between the battery modules. It is out. During normal times when the charge control device 1 is not connected, the battery controllers 112 and 113 transmit information used for charge control to the contactless control device 130.
The hybrid railway vehicle 100 of this embodiment is provided with two battery units 107 and 108.

ハイブリッド鉄道車両100は、さらに、空気調整装置や開閉ドアなどの様々な電気設備(負荷)121と、電気設備121へトランスIvTRを介して電力を供給する静止形インバータ(Static Inverter)122とを備えている。
さらに、ハイブリッド鉄道車両100は、コンバータ103、インバータ106、電池ユニット107,108の間の電力の流れを制御するための様々なスイッチ類を備えている。電池ユニット107,108に入出力される電力を流す電力線と、コンバータ103の電力を流す電力線と、インバータ106へ電力を流す電力線とは、結節点P0において交わっている。そして、コンバータ103と結節点P0との間には電力線を断続するスイッチLB3,LB4が設けられている。インバータ106と結節点P0との間には電力線を断続するスイッチLB1,LB2が設けられている。結節点P0と電池ユニット107,108との間には、電力線を断続する接触器LB5,LB6とトランジスタスイッチBTr1,BTr2とが設けられている。これらのスイッチLB1〜LB4、接触器LB5,LB6、およびトランジスタスイッチBTr1,BTr2は、ハイブリッド鉄道車両100の走行中に、無接点制御装置130の制御等により、或いは、互いに連動して開閉される。これにより、上述したハイブリッドシステムの動作が実現される。
The hybrid railway vehicle 100 further includes various electric facilities (loads) 121 such as an air conditioner and an open / close door, and a static inverter 122 that supplies electric power to the electric facilities 121 via the transformer IvTR. ing.
Furthermore, the hybrid railway vehicle 100 includes various switches for controlling the flow of power between the converter 103, the inverter 106, and the battery units 107 and 108. A power line through which power is input / output to / from the battery units 107, 108, a power line through which the power of the converter 103 is supplied, and a power line through which power is supplied to the inverter 106 intersect at the node P0. Switches LB3 and LB4 that connect and disconnect the power lines are provided between the converter 103 and the node P0. Switches LB1 and LB2 for connecting and disconnecting the power lines are provided between the inverter 106 and the node P0. Between the node P0 and the battery units 107 and 108, contactors LB5 and LB6 for connecting and disconnecting power lines and transistor switches BTr1 and BTr2 are provided. The switches LB1 to LB4, the contactors LB5 and LB6, and the transistor switches BTr1 and BTr2 are opened and closed by the control of the non-contact control device 130 or the like while the hybrid railway vehicle 100 is running. Thereby, the operation of the hybrid system described above is realized.

接触器LB5,LB6とトランジスタスイッチBTr1,BTr2とは,2系統の電池ユニット107,108にそれぞれ対応して2系統設けられている。
さらに、ハイブリッド鉄道車両100は、電池ユニット107,108を電力線から切り離すための断路器BCS11,BCS12,BCS21,BCS22を備えている。また、コンバータ103とインバータ106との間にも、電池ユニット107,108の電力線からコンバータ103とインバータ106とをそれぞれ切り離すための断路器MS1,MS2が設けられている。また、静止形インバータ122を切り離すための断路器BSも設けられている。これら断路器BCS11,BCS12,BCS21,BCS22,MS1,MS2,BSは、メンテナンスの際などに作業者が手動で開閉できる装置であり、ハイブリッド鉄道車両100の車体に固定された断路器箱114,115,116,117に収容されている。
Two contactors LB5 and LB6 and transistor switches BTr1 and BTr2 are provided corresponding to the two battery units 107 and 108, respectively.
Furthermore, the hybrid railway vehicle 100 includes disconnectors BCS11, BCS12, BCS21, and BCS22 for disconnecting the battery units 107 and 108 from the power line. Also, between the converter 103 and the inverter 106, disconnectors MS1 and MS2 are provided for disconnecting the converter 103 and the inverter 106 from the power lines of the battery units 107 and 108, respectively. A disconnector BS for disconnecting the static inverter 122 is also provided. These disconnectors BCS 11, BCS 12, BCS 21, BCS 22, MS 1, MS 2, BS are devices that can be manually opened and closed by an operator during maintenance and the like, and disconnector boxes 114, 115 fixed to the vehicle body of the hybrid railway vehicle 100. , 116, 117.

その他、コンバータ103、インバータ106、静止形インバータ122の周辺には、これらの残留電荷をそれぞれ放電させるための放電回路D1,D2,D3と、突入電流抑制のための充電抵抗器CHRe1,CHRe2とが設けられている。
ハイブリッド鉄道車両100のハイブリッドシステムの各構成要素のうち、コンバータ103、インバータ106、断路器箱116、静止形インバータ122、無接点制御装置130、および、接触器LB5,LB6は、車両下部に配置されている。これらの構成を主変換装置120と呼ぶ。また、電池ユニット107,108と断路器箱114,115とは、ハイブリッド鉄道車両100の屋根上に配置されている。
In addition, around the converter 103, the inverter 106, and the static inverter 122, there are discharge circuits D1, D2, and D3 for discharging these residual charges, and charging resistors CHRe1 and CHRe2 for suppressing inrush current, respectively. Is provided.
Among the components of the hybrid system of the hybrid railway vehicle 100, the converter 103, the inverter 106, the disconnector box 116, the stationary inverter 122, the non-contact control device 130, and the contactors LB5 and LB6 are arranged at the lower part of the vehicle. ing. These configurations are referred to as a main conversion device 120. Battery units 107 and 108 and disconnector boxes 114 and 115 are arranged on the roof of hybrid railway vehicle 100.

次に、このようなハイブリッド鉄道車両100に外部電源E0を用いて蓄電池110,111の充電を行う構成について説明する。
図2は、本発明の実施の形態に係る充電制御装置の内部構成を説明する図である。
本実施の形態においてハイブリッド鉄道車両100に充電を行う構成は、電源装置2と充電制御装置1とを含んで構成される。
電源装置2は、例えば交流100Vなどの外部電源E0から充電用の直流高電圧を生成する。
充電制御装置1は、ハイブリッド鉄道車両100に充電ケーブル3と低圧用ケーブル4とを介して接続し、蓄電池110,111の充電制御を行う。なお、低圧用ケーブル4は、複数本のケーブルに分かれていてもよい。
Next, the structure which charges the storage batteries 110 and 111 using the external power supply E0 to such a hybrid rail vehicle 100 is demonstrated.
FIG. 2 is a diagram illustrating the internal configuration of the charging control apparatus according to the embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the configuration for charging hybrid railway vehicle 100 includes power supply device 2 and charge control device 1.
The power supply device 2 generates a DC high voltage for charging from an external power source E0 such as AC 100V.
The charging control device 1 is connected to the hybrid railway vehicle 100 via the charging cable 3 and the low-voltage cable 4 and performs charging control of the storage batteries 110 and 111. The low voltage cable 4 may be divided into a plurality of cables.

低圧用ケーブル4は、例えば、主変換装置120に設けられているコネクタに接続され、必要な箇所に制御電圧と電源電圧とを供給し、また、バッテリコントローラ112,113からの通信信号を伝送する。電源電圧は、例えば、電池ユニット107,108のファン用電源f1,f2と、バッテリコントローラ112,113とに、主変換装置120の電源線h1を介して供給される。制御電圧は、接触器LB5,LB6を接続状態にするコイルM5,M6(図1を参照)へ無接点制御装置130の出力線h2,h3を介して供給される。また、バッテリコントローラ112,113の通信信号は、無接点制御装置130とバッテリコントローラ112,113とを結ぶ通信線h4,h5から取得する。   The low-voltage cable 4 is connected to, for example, a connector provided in the main converter 120, supplies a control voltage and a power supply voltage to necessary places, and transmits a communication signal from the battery controllers 112 and 113. . The power supply voltage is supplied to the fan power supplies f1 and f2 of the battery units 107 and 108 and the battery controllers 112 and 113 via the power supply line h1 of the main converter 120, for example. The control voltage is supplied to the coils M5 and M6 (see FIG. 1) that connect the contactors LB5 and LB6 via the output lines h2 and h3 of the contactless control device 130. The communication signals of the battery controllers 112 and 113 are acquired from the communication lines h4 and h5 that connect the contactless control device 130 and the battery controllers 112 and 113.

充電ケーブル3,3は、蓄電池110,111を充電するために電源装置2から供給される直流の高電圧を出力するケーブルである。
2本の充電ケーブル3,3のうち陽極側は、図1および図2に示すように、コンバータ103とインバータ106との中間、より具体的には、断路器箱116内の2つの断路器MS1,MS2の中間の結節点に電気的に接続される。充電ケーブル3は、例えば接続用クリップを介して2つの断路器MS1,MS2の中間の導電部に接続される。
2本の充電ケーブル3,3のうち陰極側は、図1および図2に示すように、断路器箱115の電力線、或いは、車体アースに接続される。
The charging cables 3 and 3 are cables that output a high DC voltage supplied from the power supply device 2 to charge the storage batteries 110 and 111.
As shown in FIGS. 1 and 2, the anode side of the two charging cables 3 and 3 is intermediate between the converter 103 and the inverter 106, more specifically, the two disconnectors MS1 in the disconnector box 116. , MS2 is electrically connected to an intermediate node. The charging cable 3 is connected to an intermediate conductive portion between the two disconnectors MS1 and MS2 through, for example, a connection clip.
The cathode side of the two charging cables 3 and 3 is connected to the power line of the disconnector box 115 or the vehicle body ground as shown in FIGS.

充電制御装置1は、図2に示すように、低圧電源装置11と、操作スイッチ12および表示ランプ13と、指示調節計14と、制御部17と、直流電圧検知部18と、スイッチSW1,SW2等を備えている。
低圧電源装置11は、充電制御装置1の各ブロックの動作電圧とともに、電池ユニット107,108のバッテリコントローラ112,113およびファン用電源f1,f2の動作電源を生成する。
As shown in FIG. 2, the charging control device 1 includes a low-voltage power supply device 11, an operation switch 12 and a display lamp 13, an indicating controller 14, a control unit 17, a DC voltage detection unit 18, and switches SW1 and SW2. Etc.
The low-voltage power supply device 11 generates operating power supplies for the battery controllers 112 and 113 of the battery units 107 and 108 and the power supplies f1 and f2 for the fans together with the operating voltages of the respective blocks of the charging control device 1.

操作スイッチ12は、例えば、外部電源E0の投入スイッチ、高圧電源の出力スイッチ、充電対象を第1系統の電池ユニット107、第2系統の電池ユニット108、またはこれら両方に切り替える選択スイッチ(充電系統操作部に相当)などが含まれる。外部電源E0の投入スイッチの切り替えによりスイッチSW1が開閉され、高圧電源の出力スイッチの切り替えによりスイッチSW2が開閉される。本実施の形態では、スイッチSW2の出力側が、充電電流を出力する電流出力部となっている。
表示ランプ13は、操作スイッチ12の切り替え状況を表示する。
The operation switch 12 is, for example, a selection switch (charging system operation) for switching an external power source E0 switch, a high voltage power source output switch, a charging target to the first system battery unit 107, the second system battery unit 108, or both. Equivalent). The switch SW1 is opened and closed by switching the input switch of the external power supply E0, and the switch SW2 is opened and closed by switching the output switch of the high-voltage power supply. In the present embodiment, the output side of the switch SW2 is a current output unit that outputs a charging current.
The display lamp 13 displays the switching status of the operation switch 12.

指示調節計14は、充電完了の充電率の設定が可能な操作部15と、現在の充電率および出力電圧などを表示する表示器16とを備えている。
図3には、指示調節計14の詳細な一例を示す正面図を示す。
表示器16は、例えば、図3に示すように、充電率を表示する主表示部16aと、出力電圧を表示する副表示部16bとを有する構成を採用できる。また、操作部15は、例えば、設定内容を選択する選択キー15aと、充電完了の充電率の値を変化させるアップダウンキー15bとを有する構成を採用できる。
The instruction controller 14 includes an operation unit 15 that can set a charging rate when charging is complete, and a display 16 that displays a current charging rate, an output voltage, and the like.
FIG. 3 is a front view showing a detailed example of the indicating controller 14.
For example, as shown in FIG. 3, the display 16 can employ a configuration including a main display unit 16 a that displays a charging rate and a sub display unit 16 b that displays an output voltage. For example, the operation unit 15 may have a configuration including a selection key 15a for selecting setting contents and an up / down key 15b for changing the value of the charging rate at the completion of charging.

制御部17は、主に、操作スイッチ12に応じて充電対象を切り替える制御と、バッテリコントローラ112,113との通信により充電を停止する制御と、操作部15からの信号に基づく設定処理および表示器16の表示処理とを行う。
具体的には、制御部17は、操作スイッチ12による充電対象の系統の切り替えにより、第1系統の電池ユニット107の充電が選択されている場合には、接触器LB5の接続を閉、接触器LB6の接続を開に切り替える信号を出力する。逆に、第2系統の電池ユニット108の充電が選択されている場合には、接触器LB6の接続を閉、接触器LB5の接続を開に切り替える信号を出力する。また、両方が選択されていれば、接触器LB5,LB6の両方の接続を閉に切り替える信号を出力する。これらにより充電電流を出力する充電対象の電池ユニット107,108が切り替えられる。
The control unit 17 is mainly configured to control charging according to the operation switch 12, control to stop charging through communication with the battery controllers 112 and 113, setting processing based on a signal from the operation unit 15, and display 16 display processes.
Specifically, the control unit 17 closes the contactor LB5 when the charging of the battery unit 107 of the first system is selected by switching the system to be charged by the operation switch 12, and the contactor LB5 is closed. A signal for switching the connection of LB6 to open is output. On the other hand, when charging of the battery unit 108 of the second system is selected, a signal for closing the connection of the contactor LB6 and opening the connection of the contactor LB5 is output. Moreover, if both are selected, the signal which switches both connection of contactor LB5, LB6 to a close will be output. Thus, the battery units 107 and 108 to be charged that output the charging current are switched.

制御部17は、操作部15により充電終了時の充電率の設定が行われた場合に、この値を保持する。
制御部17は、充電動作中、バッテリコントローラ112,113から各種の監視情報を入力し、蓄電池110,111に異常が生じたら、電源装置2に動作停止(OFF)の信号を出力して充電を停止する。また、制御部17は、バッテリコントローラ112,113から充電率の情報を入力し、この値を表示器16に表示する。さらに、充電率の値が予め設定されている充電終了時の充電率に達したら、電源装置2に動作停止(OFF)の信号を出力して充電を停止する。
直流電圧検知部18は、電源装置2の出力電圧を検出して、この値を表示器16に出力する。
The control unit 17 holds this value when the operation unit 15 sets the charging rate at the end of charging.
The controller 17 inputs various types of monitoring information from the battery controllers 112 and 113 during the charging operation, and outputs an operation stop (OFF) signal to the power supply device 2 when an abnormality occurs in the storage batteries 110 and 111 for charging. Stop. In addition, the control unit 17 inputs information on the charging rate from the battery controllers 112 and 113 and displays this value on the display 16. Further, when the charging rate value reaches a preset charging rate at the end of charging, an operation stop (OFF) signal is output to the power supply device 2 to stop charging.
The DC voltage detector 18 detects the output voltage of the power supply device 2 and outputs this value to the display 16.

<充電動作>
続いて、充電動作について説明する。
ハイブリッド鉄道車両100の停車中または走行中、何らかの理由によって、蓄電池110,111の充電残量が低くなり、エンジン101を始動することができなくなったとする。
このような場合、ハイブリッド鉄道車両100の復旧員は、先ず、充電制御装置1と電源装置2とをハイブリッド鉄道車両100の近くまで運び、これらを路線に用意された外部電源E0に接続する。
<Charging operation>
Subsequently, the charging operation will be described.
It is assumed that the remaining amount of charge of the storage batteries 110 and 111 becomes low and the engine 101 cannot be started for some reason while the hybrid railway vehicle 100 is stopped or traveling.
In such a case, the restoration person of the hybrid railway vehicle 100 first carries the charging control device 1 and the power supply device 2 to the vicinity of the hybrid railway vehicle 100 and connects them to the external power supply E0 prepared on the route.

次に、復旧員は、充電ケーブル3の一方を断路器箱116の指定の導電部に接続し、充電ケーブル3の他方を断路器箱115または車体アースに接続する。このとき、断路器箱116の断路器MS1,MS2は開としておくとよい。また、復旧員は、低圧用ケーブル4を主変換装置120とコネクタを介して接続する。これらの接続先のほとんどは車両下部に配置されており、復旧員は容易に接続処理を行うことができる。   Next, the restoration worker connects one end of the charging cable 3 to the designated conductive portion of the disconnector box 116 and connects the other end of the charging cable 3 to the disconnector box 115 or the vehicle body ground. At this time, the disconnectors MS1 and MS2 of the disconnector box 116 are preferably opened. The restoration worker connects the low-voltage cable 4 to the main converter 120 via a connector. Most of these connection destinations are arranged in the lower part of the vehicle, so that the restoration worker can easily perform the connection process.

また、復旧員は、充電制御装置1の操作部15を操作して充電完了の充電率を適宜設定する。燃料残量があり、エンジン101の始動ができてハイブリッドシステムを復旧できる場合には、例えば、低い充電率に設定される。これにより、充電の時間を短くして、速やかに復旧作業を完了できる。また、復旧員は、必要があれば、操作スイッチ12を操作して充電対象の電池ユニット107,108の選択を行う。ここでは、両方の電池ユニット107,108を充電対象として選択した場合を説明する。   In addition, the restoration worker operates the operation unit 15 of the charging control device 1 to appropriately set the charging rate at the completion of charging. If the remaining amount of fuel is present and the engine 101 can be started and the hybrid system can be restored, for example, a low charging rate is set. Thereby, the time for charging can be shortened, and the restoration work can be completed promptly. If necessary, the restoration worker operates the operation switch 12 to select the battery units 107 and 108 to be charged. Here, a case will be described in which both battery units 107 and 108 are selected as charging targets.

これらの設定と選択が行われると、制御部17は、低圧用ケーブル4を介して、充電対象として選択された系統の接触器LB5,LB6に、制御電圧を出力する。これにより、選択された系統の接触器LB5,LB6の接続が閉となる。さらに、低圧用ケーブル4の接続により、電池ユニット107,108に電源電圧が供給されていない状況でも、充電制御装置1の低圧電源装置11から電池ユニット107,108に電源電圧が供給される。これにより、ファン用電源f1,f2およびバッテリコントローラ112,113が起動する。   When these settings and selections are made, the control unit 17 outputs a control voltage to the contactors LB5 and LB6 of the system selected as the charging target via the low voltage cable 4. Thereby, the connection of the contactors LB5 and LB6 of the selected system is closed. Furthermore, even when the power supply voltage is not supplied to the battery units 107 and 108 due to the connection of the low voltage cable 4, the power supply voltage is supplied from the low voltage power supply device 11 of the charging control device 1 to the battery units 107 and 108. As a result, the fan power supplies f1 and f2 and the battery controllers 112 and 113 are activated.

続いて、復旧員は、充電制御装置1の操作スイッチ12を操作して、充電を開始する。これにより、充電ケーブル3を介して主変換装置120の結節点P0から閉となった接触器LB5,LB6を介して、充電対象の蓄電池110,111に電流が供給されて、充電が行われる。また、バッテリコントローラ112,113は、充電中、蓄電池110,111の状態を監視して低圧用ケーブル4を介して充電制御装置1の制御部17へ監視結果を通知する。   Subsequently, the restoration worker operates the operation switch 12 of the charging control device 1 to start charging. Thereby, electric current is supplied to the storage batteries 110 and 111 to be charged through the contactors LB5 and LB6 that are closed from the node P0 of the main converter 120 via the charging cable 3, and charging is performed. In addition, the battery controllers 112 and 113 monitor the state of the storage batteries 110 and 111 during charging and notify the control unit 17 of the charging control device 1 of the monitoring result via the low-voltage cable 4.

そして、充電が進んで充電対象の蓄電池110,111の充電率が設定値に達すると、充電制御装置1の制御部17は、バッテリコントローラ112,113の通知により、これを認識し、電源装置2に電圧出力を停止させる信号(OFF)を出力する。これにより、充電が終了する。充電が終了したら、制御部17は、接触器LB5,LB6への制御電圧の出力と、低圧電源装置11からの電池ユニット107,108への電源供給とを停止してもよい。   When the charging progresses and the charging rate of the storage batteries 110 and 111 to be charged reaches the set value, the control unit 17 of the charging control device 1 recognizes this by the notification of the battery controllers 112 and 113, and the power supply device 2. Outputs a signal (OFF) for stopping the voltage output. Thereby, charge is complete | finished. When the charging is finished, the control unit 17 may stop the output of the control voltage to the contactors LB5 and LB6 and the power supply from the low voltage power supply device 11 to the battery units 107 and 108.

その後、復旧員は、充電ケーブル3と低圧用ケーブル4とをハイブリッド鉄道車両100から外して復旧処理を完了する。
このような復旧処理により、蓄電池110,111に必要な電力が蓄積されるので、ハイブリッド鉄道車両100は、例えば、この電力を用いてエンジン101を始動させて、通常の運転が可能となる。
Thereafter, the restoration worker removes the charging cable 3 and the low-voltage cable 4 from the hybrid railway vehicle 100 to complete the restoration process.
By such a restoration process, necessary electric power is stored in the storage batteries 110 and 111, so that the hybrid railway vehicle 100 can start normal operation by, for example, starting the engine 101 using this electric power.

以上のように、この実施の形態の充電制御装置によれば、充電ケーブル3の接続先が、多くのハイブリッド鉄道車両で車両下部に配置されているコンバータ103とインバータ106との中間の結節点P0に設定されている。このため、充電ケーブル3の接続が容易になる。一方、充電ケーブル3の接続先を、コンバータ103とインバータ106との中間の結節点P0に設定すると、この結節点P0と蓄電池110,111との間に設けられる接触器LB5,LB6が電力線を遮断している場合、蓄電池110,111へ電力を送ることができない。しかしながら、上記の構成によれば、制御部17が低圧用ケーブル4を介して制御電圧を出力して、接触器LB5、LB6の接続を閉とする。よって、充電ケーブル3を容易に接続できる構成を採用しつつ、充電ケーブル3から電流を送って蓄電池110,111の充電を行うことができる。よって、本実施の形態の充電制御装置1によれば、ハイブリッド鉄道車両100の蓄電池110,111の充電を容易に行うことができる。   As described above, according to the charging control apparatus of this embodiment, the connection destination of the charging cable 3 is a node node P0 between the converter 103 and the inverter 106 arranged at the lower part of many hybrid railway vehicles. Is set to For this reason, the connection of the charging cable 3 becomes easy. On the other hand, when the connection destination of the charging cable 3 is set to the intermediate node P0 between the converter 103 and the inverter 106, the contactors LB5 and LB6 provided between the node P0 and the storage batteries 110 and 111 cut off the power line. If it is, power cannot be sent to the storage batteries 110 and 111. However, according to said structure, the control part 17 outputs a control voltage via the low voltage | pressure cable 4, and closes the connection of contactor LB5, LB6. Therefore, it is possible to charge the storage batteries 110 and 111 by sending current from the charging cable 3 while adopting a configuration in which the charging cable 3 can be easily connected. Therefore, according to the charging control device 1 of the present embodiment, the storage batteries 110 and 111 of the hybrid railway vehicle 100 can be easily charged.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限られるものではない。例えば、上記実施の形態では、電源装置2と充電制御装置1とを別構成とした例を示したが、これらを一体構成としてもよい。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in the above-described embodiment, an example in which the power supply device 2 and the charging control device 1 are separately configured has been shown, but these may be integrated. In addition, the details shown in the embodiments can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.

1 充電制御装置
2 電源装置
3 充電ケーブル
4 低圧用ケーブル
11 低圧電源装置
12 操作スイッチ(充電系統操作部)
13 表示ランプ
14 指示調整計
15 操作部
16 表示部
17 制御部
18 直流電圧検知部
100 ハイブリッド鉄道車両
101 エンジン
102 発電機
103 コンバータ
104 車輪軸
105 電動機
106 インバータ
107,108 電池ユニット
110,111 蓄電池
112,113 バッテリコントローラ
116 断路器箱
120 主変換装置
MS1,MS2 断路器
LB5,LB6 接触器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charging control apparatus 2 Power supply apparatus 3 Charging cable 4 Low voltage cable 11 Low voltage power supply apparatus 12 Operation switch (charging system operation part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Indicator lamp 14 Indicator adjuster 15 Operation part 16 Display part 17 Control part 18 DC voltage detection part 100 Hybrid railway vehicle 101 Engine 102 Generator 103 Converter 104 Wheel shaft 105 Electric motor 106 Inverter 107,108 Battery unit 110,111 Storage battery 112, 113 Battery controller 116 Disconnector box 120 Main converter MS1, MS2 Disconnector LB5, LB6 Contactor

Claims (6)

エンジンと、エンジンの動力を電力に変換する発電機と、前記発電機の出力電圧を直流電圧に変換するコンバータと、電力を蓄積する蓄電池と、電力により車輪軸を駆動する電動機と、直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機へ出力するインバータとを備え、前記蓄電池が、電力線と前記電力線の断続を行う接触器とを介して、前記コンバータと前記インバータとの中間の結節点に電気的に接続されているハイブリッド鉄道車両における充電制御装置であって、
前記コンバータと前記インバータとの中間の前記結節点に電気的に接続される充電ケーブルと、
外部電源を用いて前記充電ケーブルへ充電電流を供給する電流出力部と、
前記接触器の配線に電気的に接続される低圧用ケーブルと、
前記充電電流を出力させる際、前記低圧用ケーブルを介して前記接触器の接続を閉とする制御信号を出力する制御部と、
を備えていることを特徴とするハイブリッド鉄道車両の充電制御装置。
An engine, a generator that converts engine power into electric power, a converter that converts the output voltage of the generator into DC voltage, a storage battery that stores electric power, an electric motor that drives a wheel shaft by electric power, and a DC voltage An inverter that converts the voltage into an AC voltage and outputs it to the electric motor, and the storage battery is electrically connected to an intermediate node between the converter and the inverter via a power line and a contactor that disconnects the power line. A charging control device in a connected hybrid railway vehicle,
A charging cable electrically connected to the node between the converter and the inverter;
A current output unit for supplying a charging current to the charging cable using an external power source; and
A low voltage cable electrically connected to the wiring of the contactor;
When outputting the charging current, a control unit that outputs a control signal for closing the connection of the contactor via the low-voltage cable;
A charging control device for a hybrid railway vehicle, comprising:
前記コンバータと前記インバータとの間には、前記コンバータと前記中間の結節点とを電気的に遮断可能な第1断路器と、前記インバータと前記中間の結節点とを電気的に遮断可能な第2断路器とが設けられ、
前記充電ケーブルの一端は、前記第1断路器と前記第2断路器とが収容される断路器箱内で、前記第1断路器と前記第2断路器との間の導電部に接続されるように設定されている特徴とする請求項1記載のハイブリッド鉄道車両の充電制御装置。
Between the converter and the inverter, a first disconnector capable of electrically disconnecting the converter and the intermediate node, and a first disconnector capable of electrically disconnecting the inverter and the intermediate node. With two disconnectors,
One end of the charging cable is connected to a conductive portion between the first disconnector and the second disconnector in a disconnector box in which the first disconnector and the second disconnector are accommodated. The charging control apparatus for a hybrid railway vehicle according to claim 1, wherein the charging control apparatus is configured as described above.
前記ハイブリッド鉄道車両には、前記蓄電池を監視して監視結果を外部に通知するバッテリコントローラが設けられ、
前記制御部は、前記低圧用ケーブルを介して前記バッテリコントローラと通信を行い、前記バッテリコントローラの監視結果に基づいて前記蓄電池の充電を制御することを特徴とする請求項1記載のハイブリッド鉄道車両の充電制御装置。
The hybrid railway vehicle is provided with a battery controller that monitors the storage battery and notifies the monitoring result to the outside.
2. The hybrid railway vehicle according to claim 1, wherein the control unit communicates with the battery controller via the low-voltage cable and controls charging of the storage battery based on a monitoring result of the battery controller. Charge control device.
前記低圧用ケーブルを介して前記バッテリコントローラの電源が供給されることを特徴とする請求項3記載のハイブリッド鉄道車両の充電制御装置。   The charging control device for a hybrid railway vehicle according to claim 3, wherein power of the battery controller is supplied through the low-voltage cable. 充電完了時の充電量を設定可能な操作部を備え、
前記制御部は前記操作部の操作により設定された充電量に応じて前記蓄電池の充電を終了することを特徴とする請求項1記載のハイブリッド鉄道車両の充電制御装置。
It has an operation unit that can set the amount of charge when charging is completed,
The charging control device for a hybrid railway vehicle according to claim 1, wherein the control unit ends charging of the storage battery according to a charge amount set by an operation of the operation unit.
前記蓄電池および前記接触器が複数系統設けられているハイブリッド鉄道車両への充電の制御を行う請求項1記載の充電制御装置であって、
前記複数系統の蓄電池のうち何れか1系統又は何れか複数系統の蓄電池に充電を実行するか設定可能な充電系統操作部を備え、
前記制御部は、前記充電電流を出力させる際、充電を実行するよう設定された系統の前記接触器の接続を閉とすることを特徴とするハイブリッド鉄道車両の充電制御装置。
The charging control device according to claim 1, wherein the charging control device controls charging to a hybrid railway vehicle in which the storage battery and the contactor are provided in a plurality of systems.
A charging system operation unit that can be set or set to charge any one of the plurality of storage batteries or any of the plurality of storage batteries,
The control unit closes the connection of the contactor of the system set to execute charging when outputting the charging current.
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