JP7094381B2 - How to charge a railroad vehicle drive system and a power storage device in a railroad vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両に搭載される鉄道車両駆動システム及び鉄道車両における蓄電装置の充電方法に関し、例えば主電動機を駆動するインバータ装置の入力側に設けられた蓄電装置を充電する充電方法に適用して好適なるものである。 The present invention relates to a railway vehicle drive system mounted on a railway vehicle and a charging method for a power storage device in a railway vehicle, and is applied to, for example, a charging method for charging a power storage device provided on the input side of an inverter device for driving a main motor. Is suitable.
電気鉄道システムにおいて車両は、電車線から電力の供給を受けて走行するが、給電設備等の理由で電力の供給を受けられない電力供給不可能区間で停止した場合、以後の走行が不可能になる。電力供給不可能区間を走行することが予め分かっている場合には、車両の運転士は、事前に所定の速度を確保して、惰行で通過する等の運転操作によって電力供給不能区間で車両の走行を行っている。しかし、車両の速度制限等により運転方法が制限されるような場合は、電力供給不可能区間で車両が停止することがないように、運転操作も高度な技術を要することとなり、運転士への負担が大きくなる。 In the electric railway system, the vehicle runs by receiving power from the train line, but if it stops in a section where power cannot be supplied due to power supply equipment, etc., it will not be possible to run further. Become. If it is known in advance that the vehicle will travel in a section where power cannot be supplied, the driver of the vehicle secures a predetermined speed in advance and performs a driving operation such as passing by coasting to drive the vehicle in the section where power cannot be supplied. I'm running. However, if the driving method is restricted due to the speed limit of the vehicle, etc., the driving operation also requires advanced technology so that the vehicle does not stop in the section where power supply is not possible, and it is necessary for the driver. The burden will increase.
また電車線から電力の供給を受けられる電力供給可能区間であっても、何らかの要因により電車線からの電力の供給が一時的に遮断され車両が停止した場合には、車両の運転士が如何なる運転操作を行ったとしても、以後の車両の走行が不可能になる。 Even in the section where power can be supplied from the train line, if the power supply from the train line is temporarily cut off for some reason and the vehicle stops, the driver of the vehicle will do whatever it takes. Even if the operation is performed, the vehicle cannot run after that.
これらのように、車両に電力が供給されず走行不能に陥る状況を回避するために、一定区間の走行を可能にするための電力を供給する2次電池等の蓄電装置を車上に搭載する鉄道車両が実用化されている(例えば特許文献1参照)。 In order to avoid a situation in which electric power is not supplied to the vehicle and the vehicle becomes inoperable, a power storage device such as a secondary battery that supplies electric power to enable driving in a certain section is mounted on the vehicle. Railroad vehicles have been put into practical use (see, for example, Patent Document 1).
ここで、電車線からの電力が遮断される状況においても一定区間の車両の自力走行を可能にするためのエネルギー源を有する車両には、充放電能力が十分にありかつ必要最低限の充電容量を有する2次電池等の蓄電装置と、その蓄電装置を充電制御する例えばチョッパ装置等の充電装置の搭載が必要となる。このような車両においては、電車線から電力の供給を受けられる区間で蓄電装置に充電し、電車線から電力の供給を受けられない区間での自力走行時や電力の供給が遮断された緊急走行時には蓄電装置に蓄えられた電力を駆動装置に供給して走行を行う。 Here, a vehicle having an energy source for enabling the vehicle to run on its own in a certain section even when the power from the train line is cut off has sufficient charge / discharge capacity and the minimum necessary charge capacity. It is necessary to mount a power storage device such as a secondary battery having the above and a charging device such as a chopper device for charging and controlling the power storage device. In such a vehicle, the power storage device is charged in the section where the electric power can be supplied from the train line, and the electric power supply is cut off during self-driving in the section where the electric power cannot be supplied from the train line. Occasionally, the electric power stored in the power storage device is supplied to the drive device for traveling.
しかしながら、蓄電装置に蓄えられたエネルギーを利用する自力走行や緊急走行は頻繁に発生するわけではないため、蓄電装置の充電のための専用の機器を追加で搭載することなく、既に搭載されている機器を再利用した方式を確立するのが望ましい。 However, self-driving and emergency driving that utilize the energy stored in the power storage device do not occur frequently, so it is already installed without installing an additional dedicated device for charging the power storage device. It is desirable to establish a method that reuses the equipment.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、電気鉄道システムにおいて車両の自力走行を可能にするための蓄電装置の充電のための構成及び方法を簡略化可能な鉄道車両駆動システム及び鉄道車両における蓄電装置の充電方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is a railway vehicle drive capable of simplifying a configuration and a method for charging a power storage device for enabling self-driving of a vehicle in an electric railway system. It is an object of the present invention to provide a method of charging a power storage device in a system and a railroad vehicle.
上述の課題を解決するため本発明は、架線と接続可能な第1の電力変換手段及び第2の電力変換手段を有する鉄道駆動システムにおいて、前記第2の電力変換手段と接続可能に設けられた蓄電装置と、前記第1の電力変換手段と前記第2の電力変換手段との間に設けられた開閉器と、前記第2の電力変換手段と前記架線との間に設けられた接触制御器と、前記第2の電力変換手段と前記接触制御器との間に設けられた電流の通電方向切換手段と、前記開閉器、前記接触制御器及び前記通電方向切換手段を制御する制御装置と、を備え、前記第1の電力変換手段及び前記第2の電力変換手段は、それぞれ車上補助機器に電力を供給する装置及び駆動用モータに電力を供給する装置のいずれかであることを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is provided so as to be connectable to the second power conversion means in a railway drive system having a first power conversion means and a second power conversion means that can be connected to the overhead wire. A power storage device, a switch provided between the first power conversion means and the second power conversion means, and a contact controller provided between the second power conversion means and the overhead wire. A means for switching the current energization direction provided between the second power conversion means and the contact controller, a control device for controlling the switch, the contact controller, and the energization direction switching means. The first power conversion means and the second power conversion means are either a device for supplying electric power to an on-board auxiliary device and a device for supplying electric power to a drive motor, respectively . It is a feature.
本発明によれば、電気鉄道システムにおいて車両の自力走行を可能にするための蓄電装置の充電のための構成及び方法を簡略化できる。 According to the present invention, it is possible to simplify the configuration and method for charging the power storage device for enabling the self-driving of the vehicle in the electric railway system.
以下図面について、本発明の実施形態を詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1)実施形態1
(1-1)実施形態1の鉄道車両駆動システムの概略構成
図1は、実施形態1の鉄道車両駆動システムの概略構成例を示すブロック図である。実施形態1の鉄道車両駆動システム1は、電車線から供給される直流電力を変換した交流電力で車両を駆動させる、車両に搭載されるシステムである。電車線は、鉄道車両に駆動のための電気エネルギーを伝達するための架線設備をいう。(1) Embodiment 1
(1-1) Schematic configuration of the railway vehicle drive system of the first embodiment FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of the railway vehicle drive system of the first embodiment. The railway vehicle drive system 1 of the first embodiment is a system mounted on a vehicle that drives the vehicle with AC power converted from DC power supplied from the train line. A train line is an overhead line facility for transmitting electrical energy for driving to a railway vehicle.
鉄道車両駆動システム1は、図1に示すように、電車線と電気的と接続される集電装置101及び102と、高速回路遮断器109及び111それぞれを介し電車線と接続されるインバータ装置104及び106とを有する。また鉄道車両駆動システム1は、高速回路遮断器108及び110を介し電車線と接続される補助電源装置(SIV:静止形インバータともいう)103及び105と、高速回路遮断器112を介し電車線と接続される蓄電装置107と、蓄電装置107を監視する蓄電制御装置117とを有する。
As shown in FIG. 1, the railway vehicle drive system 1 includes
また鉄道車両駆動システム1は、インバータ装置104及び106の出力側に接続される主電動機114及び115を有する。また鉄道車両駆動システム1は、補助電源装置105に接続される補助電源制御装置116を有する。また鉄道車両駆動システム1は、補助電源装置103及び105を接続するための延長給電回路113を有する。鉄道車両駆動システム1は、延長給電回路113と補助電源装置103との接続及び切断を切替える延長給電回路接続用切替器119を有し、延長給電回路113と補助電源装置105との接続及び切断を切替える延長給電回路接続用切替器118を有する。
Further, the railroad vehicle drive system 1 has
車両を力行させる際には、インバータ装置104及び106は、集電装置101及び102から供給された直流電力を変換した交流電力を主電動機114及び115にそれぞれ供給して車両の駆動制御を行う。また車両を力行させる際には、補助電源装置103及び105は、集電装置101及び102から供給された直流電力を変換した交流電力を制御電源や空調、照明等の車上補助機器に供給する。車両を力行させる際には、延長給電回路接続用切替器118及び119は、切断状態に制御される。なお延長給電回路接続用切替器118及び119の何れか一方のみで、補助電源装置103と補助電源装置105との接続及び切断を制御してもよい。
When powering the vehicle, the
電車線からの電力が供給されない電力供給不可能区間における車両の緊急走行時の際には、インバータ装置106は、蓄電装置107から供給された直流電力を変換した交流電力を主電動機115に供給して車両の駆動制御を行う。また車両の緊急走行時の際には、補助電源装置105は、蓄電装置107から供給された直流電力を変換した交流電力を車上補助機器に供給する。さらに車両の緊急走行時の際には、延長給電回路接続用切替器118が接続状態に制御され、補助電源装置105は、蓄電装置107から供給された直流電力を変換した交流電力を、延長給電回路113を介して他の車両の車上補助機器にも供給する。
During an emergency run of a vehicle in a section where power cannot be supplied from the train line, the
なお、車両の緊急走行時の際には、補助電源装置103及びインバータ装置104は、集電装置101を介した電車線及び蓄電装置107からの電力供給がないため、動作しない。
When the vehicle is in an emergency, the auxiliary
次に補助電源装置103及び105を用いて、蓄電装置107の充電を行う動作を説明する。補助電源装置103は、集電装置101から直流電力の供給を受けて本来の動作であるインバータ運転を行い、集電装置101を介した電車線からの直流電力を交流電力に変換する。また補助電源装置105は、補助電源制御装置116からの指令により本来のインバータ運転からコンバータ運転に動作が切り替わる。補助電源装置105は、延長給電回路接続用切替器118及び119が接続状態に制御され、延長給電回路113を介して補助電源装置103から供給される交流電力を直流電力に変換し、蓄電装置107に充電電流を供給することで、蓄電装置107の充電を行う。この際、補助電源装置105は、蓄電装置107の充電電圧を所定の範囲に制御するための半導体スイッチング装置等の装置を介さず蓄電装置107に接続される。
Next, the operation of charging the
その際に、補助電源装置105からの充電電流と集電装置102からの電流の競合を防止するために、集電装置102が電力線から切り離されていない場合には、補助電源装置105がインバータ運転からコンバータ運転へ切り替わることを禁止して充電動作を制限するインターロック機能が有効化される。
At that time, in order to prevent the conflict between the charging current from the auxiliary
(1-2)実施形態1の蓄電装置の充電に関する構成例
図2は、実施形態1の蓄電装置の充電に関する構成例を示すブロック図である。鉄道車両駆動システム1は、図2に示すように、さらに、高速回路遮断器111とインバータ装置106との間に、フィルタリアクトル203と断流器206とが接続される。また鉄道車両駆動システム1は、インバータ装置106の正負の電源線間に、フィルタコンデンサ201が接続される。フィルタコンデンサ201及びフィルタリアクトル203は、フィルタ回路を構成する。インバータ装置106には、3相の交流電力出力側に、1つの制御単位を構成する4つの主電動機115a~115dが接続されている。(1-2) Configuration Example Regarding Charging of the Power Storage Device of the First Embodiment FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of charging of the power storage device of the first embodiment. In the railway vehicle drive system 1, as shown in FIG. 2, a
また鉄道車両駆動システム1は、高速回路遮断器110と補助電源装置105との間に、フィルタリアクトル204と短絡機能付きダイオード208と断流器207とが接続される。短絡機能付きダイオード208は、集電装置102側から補助電源装置105への順方向にのみ電流を流すダイオード208bとダイオード208bに並列接続されたスイッチであるダイオード短落用コンタクタ208aとを有する。ダイオード短落用コンタクタ208aが、閉状態とされることにより、短絡機能付きダイオード208が短絡して逆方向に電流を流すようになる。また鉄道車両駆動システム1は、補助電源装置105の正負の電源線間に、フィルタコンデンサ202が接続される。フィルタコンデンサ202及びフィルタリアクトル204は、フィルタ回路を構成する。なお短絡機能付きダイオード208は電流の通電方向切換手段の一例であるが、電流の通電方向切換手段は双方向性ダイオードであってもよい。
Further, in the railway vehicle drive system 1, a
また鉄道車両駆動システム1は、高速回路遮断器112と蓄電装置107との間に、フィルタリアクトル205が接続される。
Further, in the railway vehicle drive system 1, a
また図2に示すように、補助電源装置105及びインバータ装置106の各マイナス電源線と、蓄電装置107の一方の出力端とが、接地209に接続されている。
Further, as shown in FIG. 2, each negative power supply line of the auxiliary
なお補助電源装置103が第1の電力変換手段の一例であり、補助電源装置105が第2の電力変換手段の一例である。また延長給電回路113が第1の接続手段の一例であり、短絡機能付きダイオード208を含む補助電源装置105と蓄電装置107とを接続する接続線が第2の接続手段の一例である。
The auxiliary
鉄道車両駆動システム1は、蓄電装置107への充電時の動作の際には、補助電源制御装置116内のCPU(Central Processing Unit)等の処理装置が、車両の運転台等からの車両情報を集約する車両用制御装置210が出力する充電要求を認識すると、次の処理を行う。
In the railroad vehicle drive system 1, when the
(A1)延長給電回路接続用切替器118及び119を閉状態にする指令を出力し、補助電源装置103から延長給電回路113を介して補助電源装置105に交流電力が供給される給電経路が形成されているかを確認する。
(A2)集電装置102と電車線との接続及び切り離しを制御する制御装置に、集電装置102を電車線から切り離す制御指令を出力する。
(A3)短絡機能付きダイオード208に短絡指令を出力し、通常時に行う集電装置102側から補助電源装置105への整流動作を切替えて、補助電源装置105側から蓄電装置107への逆流動作が可能な状態に移行させる。
(A4)補助電源装置105にインバータ運転からコンバータ運転に切り換える切替指令を出力する。(A1) A power supply path is formed in which a command for closing the
(A2) A control command for disconnecting the
(A3) A short-circuit command is output to the
(A4) A switching command for switching from the inverter operation to the converter operation is output to the auxiliary
蓄電制御装置117は、蓄電装置107の充電量を監視して、その情報を補助電源制御装置116に出力することで、蓄電装置107が過不足なく適正な電力を蓄えることを可能にする。
The power
(1-3)実施形態1の処理例
(1-3-1)充電処理
図3は、実施形態1の蓄電装置の充電時の処理例を示すフローチャートである。実施形態1の蓄電装置の充電時の処理は、補助電源制御装置116の処理装置により所定周期で実行される。先ず、補助電源制御装置116は、当該車両が充電モードであるかどうかを車両用制御装置210等で集約される車両情報を基に判定する(ステップS11)。補助電源制御装置116は、充電モードである場合(ステップS11:Yes)、ステップS12へ処理を移す。一方、補助電源制御装置116は、充電モードでない場合(ステップS11:No)、本充電時の処理を終了する。(1-3) Processing Example of Embodiment 1 (1-3-1) Charging Processing FIG. 3 is a flowchart showing a processing example at the time of charging the power storage device of the first embodiment. The processing at the time of charging the power storage device of the first embodiment is executed by the processing device of the auxiliary power
ステップS12では、補助電源制御装置116は、延長給電回路113によって補助電源装置103及び105間に給電経路が確保されているかどうかを、車両情報を基に確認する。
In step S12, the auxiliary power
ステップS13では、補助電源制御装置116は、ステップS12での経路の確保の確認の結果を判定し、経路が確保されている場合(ステップS13:Yes)、ステップS14へ処理を移す。一方、補助電源制御装置116は、経路が確保されていない場合(ステップS13:No)、本充電時の処理を終了する。
In step S13, the auxiliary power
ステップS14では、補助電源制御装置116は、集電装置102と電車線との接続及び切り離しを制御する制御装置に指令を出力して集電装置102を下げて電車線から切り離す。なお集電装置102と電車線との接続及び切り離しの制御は、補助電源装置106と電車線との接続及び切り離しのために行うが、集電装置102と電車線との接続及び切り離しの制御を行う接触制御器は、集電装置102そのものであっても開閉器であっても何れでもよい。
In step S14, the auxiliary power
次にステップS15では、補助電源制御装置116は、短絡機能付きダイオード208のダイオード短落用コンタクタ208aに閉指令を出力して閉状態にし、整流動作を解除し、補助電源装置105側から蓄電装置107側への逆流動作が可能な状態に移行させる。
Next, in step S15, the auxiliary power
次にステップS16では、補助電源制御装置116は、補助電源装置105にゲートスタートしてコンバータ運転をさせる。補助電源装置105がコンバータ運転をすると、交流から直流に変換された電力が、昇降圧回路を介することなく、蓄電装置107に供給されて充電が行われる。
Next, in step S16, the auxiliary power
ステップS17では、補助電源制御装置116は、蓄電制御装置117によって監視される充電開始後の蓄電装置107の蓄電量を、例えば蓄電装置107の電圧を閾値V1との比較により監視する。具体的には、ステップS17では、補助電源制御装置116は、蓄電装置107の電圧が閾値V1以下であるかどうかを判定し、蓄電装置107の電圧が閾値V1以下である場合(ステップS17:Yes)、ステップS16へ処理を戻し、蓄電装置107が適正な蓄電量になるまで充電を継続させる。一方、補助電源制御装置116は、蓄電装置107の電圧が閾値V1より大である場合(ステップS17:No)、補助電源装置105のコンバータ運転を終了して蓄電装置107の充電を終了し、本充電時の処理を終了する。
In step S17, the auxiliary power
(1-3-2)緊急走行時の処理
図4は、実施形態1の車両の緊急走行時の処理例を示すフローチャートである。実施形態1の車両の緊急走行時の処理は、補助電源制御装置116の処理装置により所定周期で実行される。先ず、補助電源制御装置116は、当該車両が緊急走行モードであるかどうかを車両用制御装置210等で集約される車両情報を基に判定する(ステップS21)。補助電源制御装置116は、緊急走行モードである場合(ステップS21:Yes)、ステップS22へ処理を移す。一方、補助電源制御装置116は、緊急走行モードでない場合(ステップS21:No)、本緊急走行時の処理を終了する。(1-3-2) Processing at the time of emergency driving FIG. 4 is a flowchart showing an example of processing at the time of emergency driving of the vehicle of the first embodiment. The processing of the vehicle of the first embodiment at the time of emergency traveling is executed by the processing device of the auxiliary power
ステップS22では、補助電源制御装置116は、短絡機能付きダイオード208のダイオード短落用コンタクタ208aに開指令を出力して開状態にし、整流動作を設定し、蓄電装置107側から補助電源装置105側への通常の順方向の整流動作が可能な状態に移行させる。
In step S22, the auxiliary power
次にステップS23では、補助電源制御装置116は、蓄電制御装置117によって監視される車両の緊急走行開始後の蓄電装置107の蓄電量を、例えば蓄電装置107の電圧を閾値V1及びV2との比較により監視する。具体的には、ステップS24では、補助電源制御装置116は、蓄電装置107の電圧が閾値V1以上かつ閾値V2以下である(蓄電量が緊急走行に十分な適正範囲内にある)かどうかを判定する。補助電源制御装置116は、蓄電装置107の電圧が閾値V1以上かつ閾値V2以下である場合(ステップS24:Yes)、ステップS25及びS26に処理を移す。
Next, in step S23, the auxiliary power
ステップS25では、補助電源制御装置116は、インバータ装置106に直流電力を供給する。インバータ装置106は、主電動機115a~115dへ供給する交流電力を制御することで緊急走行を可能にする。同時にステップS26では、補助電源制御装置116は、短絡機能付きダイオード208及び断流器207を介して補助電源装置105に電力を供給する。補助電源装置105は、通常のインバータ運転を行い、車両の車上補助機器に交流電力を供給する。補助電源制御装置116は、ステップS25及びS26が終了すると、ステップS24へ処理を移す。
In step S25, the auxiliary power
一方、補助電源制御装置116は、蓄電装置107の電圧が閾値V1未満又は閾値V2より大である場合(ステップS24:No)、本緊急走行時の処理を終了する。
On the other hand, when the voltage of the
なお補助電源制御装置116は、鉄道車両駆動システム1を搭載した車両の営業運転終了時には、延長給電回路接続用切替器118及び119を開状態にして補助電源装置103及び105の接続を解除し、集電装置102を電車線から切り離して補助電源装置105と電車線との接続を解除した上で、自身の電源を停止する。
At the end of commercial operation of the vehicle equipped with the railroad vehicle drive system 1, the auxiliary power
また補助電源制御装置116は、延長給電回路接続用切替器118及び119を開状態とし、かつ集電装置102等の接触制御器を閉状態とする第一状態(通常走行時)と、延長給電回路接続用切替器118及び119を閉状態とし、かつ接触制御器を開状態とする第二状態(充電状態)と、を切り替える指令を出力することで、通常モードと充電モードとの切り替えを行う。
Further, the auxiliary power
また補助電源制御装置116は、短絡機能付きダイオード208から補助電源装置105に向かう電流を通電させる第一制御と、補助電源装置105から短絡機能付きダイオード208に向かう電流を通電させる第二制御と、を切り替える指令を出力し、第一制御と第二制御との切り替えにおいて、補助電源装置105に対して運転を逆転させる(コンバータ運転させる)指令を出力する。
Further, the auxiliary power
また補助電源制御装置116は、補助電源装置103及び105と電車線との接続の解消が検知されると上記の第一制御を実行し、補助電源装置103と架線との接続が確立されている期間において上記の第二制御を実行する。
Further, the auxiliary power
(1-4)実施形態1の鉄道車両駆動システムの編成車両への適用
図5は、実施形態1の鉄道車両駆動システムの編成車両への適用例を示す図である。図5では、図1と同一の構成要素には同一符号を付与すると共に、図1から構成要素の図示及び符号の付与を適宜追加及び省略している。図5に示すように、例えば7両編成の編成車両100は、制御付随車(Tc)101-1と、動力車(M)100-2及び100-3と、付随車(T)100-4と、動力車(M)100-5及び100-6と、付随車(T)100-7とから編成される。(1-4) Application of the railway vehicle drive system of the first embodiment to a trained vehicle FIG. 5 is a diagram showing an example of application of the railway vehicle drive system of the first embodiment to a trained vehicle. In FIG. 5, the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the components are shown and the reference numerals are appropriately added or omitted from FIG. As shown in FIG. 5, for example, the
制御付随車101-1は、動力車100-3が有する集電装置101を介して電車線から電力が供給される補助電源装置103を搭載している。動力車100-2は、動力車100-3が有する集電装置101を介して電車線から電力が供給され、図示しない主電動機を駆動するインバータ装置104-1を搭載している。動力車100-3は、集電装置101を有し、集電装置101を介して電車線から供給される電力で主電動機114(図1参照)を駆動するインバータ装置104を搭載している。
The control accompanying vehicle 101-1 is equipped with an auxiliary
付随車100-4は、動力車100-6が有する集電装置102を介して電車線から電力が供給される補助電源装置105を搭載している。補助電源装置103及び105間は、延長給電回路113で接続される。動力車100-5は、動力車100-6が有する集電装置102を介して電車線から電力が供給され、図示しない主電動機を駆動するインバータ装置106-1を搭載している。動力車100-6は、集電装置102を有し、集電装置102を介して電車線から供給される電力で主電動機115(図1参照)を駆動するインバータ装置106を搭載している。付随車100-7は、動力車100-6が有する集電装置101を介して電車線から充電電力が供給される蓄電装置107を搭載している。なお、実施形態1の鉄道車両駆動システム1の各装置(補助電源装置103及び105と、インバータ装置104及び106と、蓄電装置107)の数及び各装置を編成車両100の何れの車両に搭載するかは適宜変更可能な設計事項である。
The accompanying vehicle 100-4 is equipped with an auxiliary
(1-5)実施形態1の効果
このように、本実施形態では、1つの編成車両100の鉄道車両駆動システム1は、既存構成として、集電装置101、インバータ装置104、及び補助電源装置103と、集電装置102、インバータ装置106、補助電源装置105、及び蓄電装置107とを有する。蓄電装置を充電する際には、延長給電回路113を介して補助電源装置103及び105を接続し、集電装置102を電車線から切り離して補助電源装置105をコンバータ運転させる。このように、本実施形態によれば、チョッパ装置(充電装置)等を追加せず蓄電装置107も従来装置を用いるように、既存構成を流用してシステム構成を大きく変更することなく、集電装置101を介した電車線からの直流電力で蓄電装置107を充電できる新規な充電方式を提供できる。またチョッパ装置を備える場合においても、チョッパ装置の故障時であっても蓄電装置107を充電できる。(1-5) Effect of the first embodiment As described above, in the present embodiment, the railroad vehicle drive system 1 of one
(2)実施形態2
実施形態2の鉄道車両駆動システム1Bは、実施形態1とは異なり、延長給電回路113を介して補助電源装置103をインバータ装置106に接続し、インバータ装置106をコンバータ運転させることにより、充電装置107を充電するシステムである。以下、実施形態1との相違点を中心に説明する。(2) Embodiment 2
The railroad
(2-1)実施形態2の鉄道車両駆動システムの概略構成
図6は、実施形態2の鉄道車両駆動システムの構成例を示すブロック図である。図6に示すように、実施形態2の鉄道車両駆動システム1Bは、実施形態1の鉄道車両駆動システム1と比較して、補助電源制御装置116の代わりにインバータ装置106の出力側にインバータ制御装置501が接続される。また鉄道車両駆動システム1Bは、延長給電回路113が補助電源装置103及び105間を接続するのではなく、補助電源装置103及びインバータ装置106間を接続する。インバータ装置106は、延長給電回路接続用切替器502が切り替わることにより、主電動機115及び延長給電回路113の何れか一方と接続される。(2-1) Schematic configuration of the railway vehicle drive system of the second embodiment FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the railway vehicle drive system of the second embodiment. As shown in FIG. 6, the railroad
次に補助電源装置103とインバータ装置106を利用して、蓄電装置107を充電する際の動作を説明する。補助電源装置103は、本来の動作であるインバータ運転を行って、集電装置101を介して電車線から供給された直流電力を交流電力に変換する。またインバータ装置106は、インバータ制御装置501からの指令により本来のインバータ運転からコンバータ運転に動作が切り替わる。インバータ装置106は、延長給電回路113と主電動機115との接続を切替える延長給電回路接続用切替器502を介して、補助電源装置103から供給された3相の交流電力を直流電力に変換し、蓄電装置107へ充電電流を供給することで、蓄電装置107の充電を行う。この際、インバータ装置106は、蓄電装置107の充電電圧を所定の範囲に制御するための半導体スイッチング装置等の装置を介さず蓄電装置107に接続される。
Next, the operation when charging the
(2-2)実施形態2の蓄電装置の充電に関する構成例
図7は、実施形態2の蓄電装置の充電に関する構成例を示すブロック図である。図7に示すように、鉄道車両駆動システム1Bは、インバータ装置106の3相の交流電力出力側に、1つの制御単位を構成する4つの主電動機115a~115dと、3相の延長給電回路113(113a、113b、及び113c)との接続をそれぞれ切替える延長給電回路接続用切替器502a、502b、及び502cを備える。(2-2) Configuration Example of Charging the Power Storage Device of the Second Embodiment FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of charging of the power storage device of the second embodiment. As shown in FIG. 7, in the railway
また鉄道車両駆動システム1Bは、高速回路遮断器110と補助電源装置105との間に、フィルタリアクトル204及び断流器207が接続される。また鉄道車両駆動システム1Bは、高速回路遮断器111とインバータ装置106との間に、フィルタリアクトル203と短絡機能付きダイオード208Bと断流器206とが接続される。
Further, in the railway
なお補助電源装置103が第1の電力変換手段の一例であり、インバータ装置106が第2の電力変換手段の一例である。また延長給電回路113が第1の接続手段の一例であり、短絡機能付きダイオード208Bを含むインバータ装置106と蓄電装置107とを接続する接続線が第2の接続手段の一例である。なお延長給電回路接続用切替器502のみで、補助電源装置103とインバータ装置106との接続及び切断を制御してもよい。
The auxiliary
鉄道車両駆動システム1Bは、蓄電装置107への充電時の動作の際には、インバータ制御装置501内のCPU等の処理装置は、車両用制御装置210が出力する充電要求を認識すると、次の処理を行う。
When the railway
(B1)延長給電回路接続用切替器502a、502b、502c、及び119を閉状態にする指令を出力し、補助電源装置103から延長給電回路113を介してインバータ装置106に交流電力が供給される給電経路が形成されているかを確認する。
(B2)集電装置102と電車線との接続及び切り離しを制御する制御装置に、集電装置102を電車線から切り離す制御指令を出力する。
(B3)短絡機能付きダイオード208Bに短絡指令を出力し、通常時に行う集電装置102側からインバータ装置106への整流動作を切替えて、インバータ装置106側から蓄電装置107への逆流動作が可能な状態に移行させる。
(B4)インバータ装置106にインバータ運転からコンバータ運転に切り換える切替指令を出力する。(B1) A command to close the
(B2) A control command for disconnecting the
(B3) A short-circuit command is output to the
(B4) A switching command for switching from the inverter operation to the converter operation is output to the
蓄電制御装置117は、蓄電装置107の充電量を監視して、その情報をインバータ制御装置501に出力することで、蓄電装置107が過不足なく適正な電力を蓄えることを可能にする。
The power
(3)実施形態3
実施形態3の鉄道車両駆動システム1Cは、実施形態1とは異なり、インバータ装置104を延長給電回路113を介して補助電源装置105に接続し、補助電源装置105をコンバータ運転させることにより、充電装置107を充電するシステムである。以下、実施形態1との相違点を中心に説明する。(3) Embodiment 3
Unlike the first embodiment, the railroad
(3-1)実施形態3の鉄道車両駆動システムの概略構成
図8は、実施形態3の鉄道車両駆動システムの構成例を示すブロック図である。図8に示すように、実施形態3の鉄道車両駆動システム1Cは、実施形態1の鉄道車両駆動システム1と比較して、延長給電回路113は補助電源装置103及び105間を接続するのではなく、インバータ装置104及び補助電源装置105間を接続する。インバータ装置104は、延長給電回路接続用切替器601が切り替わることにより、主電動機114及び延長給電回路113の何れか一方と接続される。なお延長給電回路接続用切替器601のみで、インバータ装置104と補助電源装置105との接続及び切断を制御してもよい。(3-1) Schematic configuration of the railway vehicle drive system of the third embodiment FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the railway vehicle drive system of the third embodiment. As shown in FIG. 8, in the railroad
次にインバータ装置104と補助電源装置105を利用して、蓄電装置107に充電を行う動作を説明する。インバータ装置104は、本来の動作であるインバータ運転を行って、集電装置101を介して電車線から供給された直流電力を交流電力に変換する。また補助電源装置105は、補助電源制御装置116からの指令により本来のインバータ運転からコンバータ運転に動作が切り替わる。補助電源装置105は、延長給電回路113と主電動機114との接続を切替えるスイッチである延長給電回路接続用切替器118を介してインバータ装置104から供給された3相の交流電力を直流電力に変換し、蓄電装置107へ充電電流を供給することで、蓄電装置107の充電を行う。
Next, an operation of charging the
なおインバータ装置104が第1の電力変換手段の一例であり、補助電源装置105が第2の電力変換手段の一例である。また延長給電回路113が第1の接続手段の一例であり、短絡機能付きダイオード208を含む補助電源装置105と蓄電装置107とを接続する接続線が第2の接続手段の一例である。
The
(4)実施形態4
実施形態4は、実施形態1とは異なり、インバータ装置104を延長給電回路113を介してインバータ装置106に接続し、インバータ装置106をコンバータ運転させることにより、蓄電装置107を充電するシステムである。以下、実施形態1との相違点を中心に説明する。(4) Embodiment 4
The fourth embodiment is different from the first embodiment in that the
(4-1)実施形態4の鉄道車両駆動システムの概略構成
図9は、実施形態4の鉄道車両駆動システムの構成例を示すブロック図である。図9に示すように、実施形態4の鉄道車両駆動システム1Dは、実施形態1の鉄道車両駆動システム1と比較して、補助電源制御装置116の代わりにインバータ装置106の出力側にインバータ制御装置501が接続される。また鉄道車両駆動システム1Dは、延長給電回路113Dが、リアクトル701を含み、インバータ装置104及び106間を接続する。インバータ装置104は、延長給電回路接続用切替器601が切り替わることにより、主電動機114及び延長給電回路113Dの何れか一方と接続される。またインバータ装置106は、延長給電回路接続用切替器502が切り替わることにより、主電動機115及び延長給電回路113Dの何れか一方と接続される。なお延長給電回路接続用切替器502のみで、インバータ装置104とインバータ装置106との接続及び切断を制御してもよい。(4-1) Schematic configuration of the railway vehicle drive system of the fourth embodiment FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the railway vehicle drive system of the fourth embodiment. As shown in FIG. 9, the railroad
次にインバータ装置104とインバータ装置106を利用して、蓄電装置107を充電する際の動作を説明する。インバータ装置104は、本来の動作であるインバータ運転を行って、集電装置101を介して電車線から供給された直流電力を交流電力に変換する。またインバータ装置106は、インバータ制御装置501からの指令により本来のインバータ運転からコンバータ運転に動作が切り替わる。インバータ装置106は、延長給電回路113Dと主電動機115との接続を切替える延長給電回路接続用切替器502を介して、インバータ装置104から供給された3相の交流電力を直流電力に変換し、蓄電装置107へ充電電流を供給することで、蓄電装置107の充電を行う。
Next, the operation when charging the
なおインバータ装置104が第1の電力変換手段の一例であり、インバータ装置106が第2の電力変換手段の一例である。また延長給電回路113Dが第1の接続手段の一例であり、短絡機能付きダイオード208Bを含むインバータ装置106と蓄電装置107とを接続する接続線が第2の接続手段の一例である。
The
なお上述の実施形態1~4では、電車線から供給される電力は直流電力であるとしたが、本発明は、電車線から供給される電力が交流電力であり集電装置を介して取り込んだ電力を交流電力から直流電力に変換後に分配し、インバータ及び補助電源装置で交流電力にさらに変換する構成であっても適用可能である。 In the above-described embodiments 1 to 4, the electric power supplied from the train line is DC power, but in the present invention, the electric power supplied from the train line is AC power and is taken in through the current collector. It is also applicable to a configuration in which electric power is converted from AC electric power to DC electric power and then distributed, and further converted into AC electric power by an inverter and an auxiliary power supply device.
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加又は他の構成との置換、もしくは削除をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, replace, or delete a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
1,1B,1C,1D…鉄道車両駆動システム、100…編成車両、100-1…制御付随車、100-2,100-3,100-5,100-6…動力車、100-4,100-7…付随車、101,102…集電装置、103,105…補助電源装置、104,104-1,106,106-1…インバータ装置、107…蓄電装置、108,109,110,111,112…高速回路遮断器、113、113a、113b、113c、113d、113D…延長給電回路、114,115,115a,115b,115c,115d…主電動機、116…補助電源制御装置、117…蓄電制御装置、118,119…延長給電回路接続用切替器、201,202,203,204,205…フィルタリアクトル、206,207…断流器、208,208B…逆流機能付きダイオード、208a…ダイオード短落用コンタクタ、208b…ダイオード、209…接地、210…車両用制御装置、501…インバータ制御装置、502,502a,5002b,601…延長給電回路接続用切替器、701…リアクトル。 1,1B, 1C, 1D ... Railway vehicle drive system, 100 ... Organization vehicle, 100-1 ... Control accompanying vehicle, 100-2,100-3,100-5,100-6 ... Motor vehicle, 100-4,100 -7 ... Accompanying vehicle, 101, 102 ... Current collector, 103, 105 ... Auxiliary power supply device, 104, 104-1, 106, 106-1 ... Inverter device, 107 ... Power storage device, 108, 109, 110, 111, 112 ... High-speed circuit breaker, 113, 113a, 113b, 113c, 113d, 113D ... Extended power supply circuit, 114, 115, 115a, 115b, 115c, 115d ... Main motor, 116 ... Auxiliary power supply control device, 117 ... Power storage control device , 118, 119 ... Switch for extension power supply circuit connection, 201, 202, 203, 204, 205 ... Filter reactor, 206, 207 ... Breaker, 208, 208B ... Diode with backflow function, 208a ... Diode short drop contactor , 208b ... Diode, 209 ... Grounding, 210 ... Vehicle control device, 501 ... Inverter control device, 502, 502a, 5002b, 601 ... Extension power supply circuit connection switch, 701 ... Reactor.
Claims (15)
前記第2の電力変換手段と接続可能に設けられた蓄電装置と、
前記第1の電力変換手段と前記第2の電力変換手段との間に設けられた開閉器と、
前記第2の電力変換手段と前記架線との間に設けられた接触制御器と、
前記第2の電力変換手段と前記接触制御器との間に設けられた電流の通電方向切換手段と、
前記開閉器、前記接触制御器及び前記通電方向切換手段を制御する制御装置と、
を備え、
前記第1の電力変換手段及び前記第2の電力変換手段は、
それぞれ車上補助機器に電力を供給する装置及び駆動用モータに電力を供給する装置のいずれかである
ことを特徴とする鉄道車両駆動システム。 In a railway drive system having a first power conversion means and a second power conversion means that can be connected to an overhead line.
A power storage device provided so as to be connectable to the second power conversion means,
A switch provided between the first power conversion means and the second power conversion means, and
A contact controller provided between the second power conversion means and the overhead wire, and
A current energization direction switching means provided between the second power conversion means and the contact controller, and
A control device that controls the switch, the contact controller, and the energization direction switching means, and
Equipped with
The first power conversion means and the second power conversion means are
A railway vehicle drive system characterized in that it is either a device that supplies electric power to an on-board auxiliary device or a device that supplies electric power to a drive motor, respectively .
前記開閉器及び前記接触制御器を開状態としてから自身の電源を停止する
ことを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両駆動システム。 The control device is
The railway vehicle drive system according to claim 1, wherein the switch and the contact controller are opened and then the power supply thereof is stopped.
前記開閉器を開状態とし、かつ前記接触制御器を閉状態とする第一状態と、
前記開閉器を閉状態とし、かつ前記接触制御器を開状態とする第二状態と、
を切り替える指令を出力する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道車両駆動システム。 The control device is
The first state in which the switch is in the open state and the contact controller is in the closed state, and
The second state in which the switch is closed and the contact controller is in the open state, and
The railway vehicle drive system according to claim 1 or 2, wherein a command for switching between the two is output.
前記通電方向切換手段から前記第2の電力変換手段に向かう電流を通電させる第一制御と、
前記第2の電力変換手段から前記通電方向切換手段に向かう電流を通電させる第二制御と、
を切り替える指令を出力し、
前記第一制御と前記第二制御との切り替えにおいて、前記第2の電力変換手段に対して運転を逆転させる指令を出力する
ことを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の鉄道車両駆動システム。 The control device is
The first control for energizing the current from the energization direction switching means to the second power conversion means,
A second control for energizing a current directed from the second power conversion means to the energization direction switching means, and
Outputs a command to switch between
The invention according to any one of claims 1 to 3, wherein when switching between the first control and the second control, a command for reversing the operation is output to the second power conversion means. Rail vehicle drive system.
前記第1の電力変換手段及び前記第2の電力変換手段と前記架線との接続の解消が検知されると前記第一制御を実行し、
前記第1の電力変換手段と前記架線との接続が確立されている期間において前記第二制御を実行する
ことを特徴とする請求項4に記載の鉄道車両駆動システム。 The control device is
When the disconnection between the first power conversion means and the second power conversion means and the overhead wire is detected, the first control is executed.
The railway vehicle drive system according to claim 4, wherein the second control is executed during a period in which the connection between the first power conversion means and the overhead line is established.
ことを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の鉄道車両駆動システム。 The railway according to any one of claims 1 to 5, wherein the first power conversion means and the second power conversion means are auxiliary power supply devices for supplying power to on-board auxiliary equipment. Vehicle drive system.
前記第2の電力変換手段が、駆動用モータに電力を供給するインバータ装置である
ことを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の鉄道車両駆動システム。 The first power conversion means is an auxiliary power supply device that supplies power to an on-board auxiliary device.
The railway vehicle drive system according to any one of claims 1 to 5, wherein the second power conversion means is an inverter device that supplies electric power to a drive motor.
前記第2の電力変換手段が、車上補助機器に電力を供給する補助電源装置である
ことを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の鉄道車両駆動システム。 The first power conversion means is an inverter device that supplies electric power to a drive motor.
The railway vehicle drive system according to any one of claims 1 to 5, wherein the second power conversion means is an auxiliary power supply device that supplies electric power to an on-board auxiliary device.
ことを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の鉄道車両駆動システム。 The railroad vehicle drive according to any one of claims 1 to 5, wherein the first power conversion means and the second power conversion means are inverter devices that supply power to a drive motor. system.
ことを特徴とする請求項9に記載の鉄道車両駆動システム。 The railroad vehicle drive system according to claim 9, further comprising a reactor connected in series with the switch.
前記制御装置は、
前記架線から前記第2の電力変換手段へ電流を流すときには前記スイッチをオフにし、
前記蓄電装置を充電するときには前記スイッチをオンにする
ことを特徴とする請求項1~10の何れか1項に記載の鉄道車両駆動システム。 The configuration includes at least a diode and a switch for short-circuiting the input and output of the diode connected in parallel to the diode.
The control device is
When a current is passed from the overhead wire to the second power conversion means, the switch is turned off.
The railway vehicle drive system according to any one of claims 1 to 10, wherein the switch is turned on when the power storage device is charged.
ことを特徴とする請求項7~10の何れか1項に記載の鉄道車両駆動システム。 7. The seventh aspect of the present invention is characterized in that, on the output side of the first power conversion means and the second power conversion means, a switch for opening and closing a connection with a connection means for supplying power to the on-board auxiliary equipment is provided. The railway vehicle drive system according to any one of 10 to 10.
ことを特徴とする請求項1~12の何れか1項に記載の鉄道車両駆動システム。 The second power conversion means is any one of claims 1 to 12, characterized in that the second power conversion means is connected to the power storage device without going through a device for controlling the charging voltage of the power storage device within a predetermined range. The railroad vehicle drive system described in.
前記鉄道車両駆動システムは、
前記第2の電力変換手段と接続可能に設けられた蓄電装置と、
前記第1の電力変換手段と前記第2の電力変換手段との間に設けられた開閉器と、
前記第2の電力変換手段と前記架線との間に設けられた接触制御器と、
前記第2の電力変換手段と前記接触制御器との間に設けられた電流の通電方向切換手段と、
前記開閉器、前記接触制御器及び前記通電方向切換手段を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置が、
前記開閉器を閉状態にして前記第1の電力変換手段と前記第2の電力変換手段とを接続し、
前記接触制御器を開状態にして前記第2の電力変換手段と前記架線との接続を解消し、
前記通電方向切換手段を制御して前記第2の電力変換手段から前記通電方向切換手段に向かう電流を通電させ、
前記第2の電力変換手段に対して運転を逆転させる指令を出力する、
各処理を含んだことを特徴とする蓄電方法。 In a method of storing electricity in a power storage device in a railway vehicle drive system provided with a first power conversion means and a second power conversion means that can be connected to an overhead wire.
The railroad vehicle drive system is
A power storage device provided so as to be connectable to the second power conversion means,
A switch provided between the first power conversion means and the second power conversion means, and
A contact controller provided between the second power conversion means and the overhead wire, and
A current energization direction switching means provided between the second power conversion means and the contact controller, and
A control device that controls the switch, the contact controller, and the energization direction switching means, and
Equipped with
The control device
With the switch closed, the first power conversion means and the second power conversion means are connected to each other.
The contact controller is opened to disconnect the connection between the second power conversion means and the overhead wire.
By controlling the energization direction switching means, a current directed from the second power conversion means to the energization direction switching means is energized.
A command to reverse the operation is output to the second power conversion means.
A storage method characterized by including each process.
ことを特徴とする請求項14に記載の蓄電方法。 The first power conversion means and the second power conversion means are either an auxiliary power supply device that supplies power to an on-board auxiliary device or an inverter device that supplies power to a drive motor. The power storage method according to claim 14.
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