JP7198284B2 - rail car - Google Patents

rail car Download PDF

Info

Publication number
JP7198284B2
JP7198284B2 JP2020540998A JP2020540998A JP7198284B2 JP 7198284 B2 JP7198284 B2 JP 7198284B2 JP 2020540998 A JP2020540998 A JP 2020540998A JP 2020540998 A JP2020540998 A JP 2020540998A JP 7198284 B2 JP7198284 B2 JP 7198284B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
power storage
storage device
rate
storage battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020540998A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2020049773A1 (en
Inventor
基巳 嶋田
貴志 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of JPWO2020049773A1 publication Critical patent/JPWO2020049773A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7198284B2 publication Critical patent/JP7198284B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L13/00Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/18Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from dc supply lines
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本発明は、車載蓄電池によりエネルギを供給する鉄道車両に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to rail vehicles powered by an on-board storage battery.

リチウムイオン電池など、蓄電池のエネルギ密度の向上に伴い、電気自動車(EV)の普及が徐々に拡大し、1充電の走行距離は、乗用車タイプで400kmを超えている。 As the energy density of storage batteries such as lithium ion batteries improves, the spread of electric vehicles (EVs) is gradually expanding, and the traveling distance of a passenger car type exceeds 400 km on one charge.

車両1両の質量が30~40ton、また機器の車載スペースが限られる鉄道車両においては、リチウムイオン電池の開発当初より、その高出力密度特性を活用して電車(EMU)の回生エネルギの一部を吸収して回生失効を防止する回生エネルギ吸収システム、気動車(DEMU)の回生エネルギを吸収し、力行エネルギをアシストするハイブリッド気動車への適用を進めた。近年では、高エネルギ密度と高出力密度を両立するリチウムイオン電池の開発が進み、1充電で100kmを超える走行を可能とする蓄電装置を車載した電車が導入されている。 Since the beginning of the development of lithium-ion batteries, lithium-ion batteries have been used as part of the regenerative energy of trains (EMUs) by utilizing their high output density characteristics. A regenerative energy absorption system that absorbs energy to prevent regenerative failure, and a hybrid diesel railcar that absorbs regenerative energy of diesel railcars (DEMU) and assists power running energy. In recent years, the development of lithium-ion batteries that achieve both high energy density and high output density has progressed, and trains equipped with power storage devices capable of traveling over 100 km on a single charge have been introduced.

蓄電装置を車載した電車は、通常の電車システムと比較して、架線、変電所等の地上設備が設けられていない非電化区間であっても、始発駅と終端駅、場合によりいくつかの中間駅のみ充電設備を設け、充電設備毎に蓄電池を充電することによって当該区間を走行することができる。電化路線であっても、蓄電装置を車載した電車を導入し、支線等で運用頻度の低い路線は、架線、変電所等の地上設備を廃止し、メンテナンスコストを低減できる。さらに、地上設備の故障時は、橋梁上やトンネル内など、乗客の退避が難しい区間での立ち往生を避けるため、一定距離の走行が可能である点で蓄電装置の導入のニーズは高まりつつある。 Compared to ordinary train systems, electric trains equipped with on-board power storage devices can operate at the starting station, the terminal station, and in some cases, some intermediate stations even in non-electrified sections where ground facilities such as overhead lines and substations are not installed. Charging equipment is provided only at the station, and by charging the storage battery for each charging equipment, it is possible to run the section. Even on electrified lines, electric trains with on-board power storage devices can be introduced, and ground facilities such as overhead lines and substations can be eliminated on lines with low operating frequency, such as branch lines, to reduce maintenance costs. Furthermore, in the event of ground equipment failure, there is a growing need for the introduction of power storage devices that enable vehicles to travel a certain distance in order to avoid getting stuck in sections where it is difficult for passengers to evacuate, such as on bridges and tunnels.

このような、蓄電装置を車載した電車では、一回の充電で所定の距離を走り切るため、高い蓄電率まで充電することが一般的である。特に、蓄電装置を地上設備故障時の車両立ち往生を防ぐことを目的として用いる場合には、万が一発生する故障時に備え、蓄電率が高い状態を長期間維持する必要がある。 A train equipped with such a power storage device is generally charged to a high power storage rate in order to run a predetermined distance on a single charge. In particular, when the power storage device is used for the purpose of preventing the vehicle from being stuck in the event of a ground facility failure, it is necessary to maintain a high power storage rate for a long period of time in preparation for failures that may occur.

電池走行が必要となる場合を考慮して蓄電量を確保しつつ、制動時に発生する回生電力を高効率に吸収するように、蓄電装置に蓄える蓄電量を制御する鉄道車両駆動装置を提供することを目的とした鉄道車両駆動装置としては、特開2009-183079号公報に示されている「鉄道車両駆動装置」が挙げられる。 To provide a railway vehicle driving device that controls the amount of electricity stored in an electricity storage device so as to efficiently absorb regenerative power generated during braking while securing the amount of electricity in consideration of the case where battery running is required. As a railway vehicle drive device for the purpose, there is a “railway vehicle drive device” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-183079.

特開2009-183079号公報の「鉄道車両駆動装置」では、集電装置と、充放電可能な蓄電装置7とを備え、通常状態における鉄道車両の走行は集電装置と蓄電装置を併用し、異常状態における鉄道車両の走行は蓄電装置のみで行う。また、前記公報では、通常状態においては蓄電装置の蓄電量が閾値より大きくなるよう制御し、異常状態においては蓄電装置の蓄電量が閾値より小さくなることを許容し、閾値は鉄道車両の運行条件と車両条件の両方もしくはどちらかに応じて増減するように制御する鉄道車両駆動装置について述べられている。 The "railway vehicle drive device" disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-183079 includes a power collector and a chargeable/dischargeable power storage device 7, and the power collector and the power storage device are used together when the railroad vehicle runs in a normal state. Running of the railway vehicle in an abnormal state is performed only by the power storage device. In addition, in the above publication, the amount of electricity stored in the power storage device is controlled to be greater than the threshold in a normal state, and the amount of power stored in the power storage device is allowed to be less than the threshold in an abnormal state. and/or vehicle conditions.

特開2009-183079号公報JP 2009-183079 A

前述のように、架線等の集電装置からの電力供給がなく、車載蓄電装置の電力により駆動される鉄道車両では、所定の走行区間、あるいは走行距離を走破するために必要なエネルギを蓄電装置に予め蓄えておく必要がある。さらに蓄電池は長時間にわたって充電した状態で維持することが求められる。 As described above, in a railway vehicle that is driven by electric power from an onboard power storage device without power supply from a current collector such as an overhead wire, the power storage device stores the energy necessary to travel a predetermined travel section or travel distance. must be stored in advance. Furthermore, storage batteries are required to be maintained in a charged state for a long period of time.

そこで、本発明は、蓄電池の長期運用に有用な新たな蓄電池の管理方法およびこれを採用した鉄道車両を提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a new storage battery management method that is useful for long-term storage battery operation, and a railway vehicle that employs the method.

上記課題の解決にあたり本発明は様々な実施形態をとり得るが、その一例の鉄道車両は「主変換装置と、前記主変換装置に接続された電動機と、前記主変換装置に接続可能な二次電池型の蓄電装置と、を少なくとも備えた鉄道車両において、前記蓄電装置の蓄電率を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記蓄電装置の利用開始または製造時点からの経過時間の進行に従って増加する蓄電率目標値を照会基準時間毎に記録したメモリを有し、現在時点に一致または近接する前記照会基準時間の前記蓄電率目標値を前記メモリから読み出し、読み出した当該蓄電率目標値と現在時点の蓄電率との差に応じて前記蓄電装置の充電制御または自然放電を含む放電制御を実行する」ことを特徴とする。 The present invention can take various embodiments in order to solve the above problems. A railway vehicle comprising at least a battery-type power storage device, comprising a control device for controlling the power storage rate of the power storage device , wherein the control device controls the progress of elapsed time from the start of use of the power storage device or the time of manufacture. a memory storing a target power storage rate that increases according to each reference time, reading out the target power storage rate at the reference time matching or close to the current time from the memory, and reading out the target power storage rate and the current storage rate, charging control or discharging control including natural discharge of the storage device is executed ."

本発明によれば、蓄電池の長期運用に有用な新たな蓄電池の管理方法およびこれを採用した鉄道車両を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the management method of a new storage battery useful for the long-term operation of a storage battery, and the railway vehicle which employ|adopted the same can be provided.

本発明の一実施形態における、鉄道車両システムの概略構成を示す。1 shows a schematic configuration of a railway vehicle system in one embodiment of the present invention; 駆動システムの概略構成を示す。1 shows a schematic configuration of a drive system; 蓄電池制御ユニットの概略構成を示す。4 shows a schematic configuration of a storage battery control unit; 提案する蓄電率管理方式の基本的な考え方を示す。The basic idea of the proposed storage rate management method is shown. 提案する蓄電池管理方式を実施する場合の処理概要を示す。An outline of processing when implementing the proposed storage battery management method is shown. 提案する蓄電池管理方式における蓄電率と容量維持率の関係を示す。The relationship between the storage rate and the capacity retention rate in the proposed storage battery management method is shown. 提案する蓄電池管理方式における利用初期の蓄電容量および蓄電率の関係を示す。The relationship between the storage capacity and the storage rate in the initial use of the proposed storage battery management method is shown. 提案する蓄電池管理方式における利用終期の蓄電容量および蓄電率の関係を示す。The relationship between the storage capacity and the storage rate at the end of use in the proposed storage battery management method is shown. 提案する蓄電池管理方式における蓄電率の目標値と基準時間との関係を示す。The relationship between the target value of the storage rate and the reference time in the proposed storage battery management method is shown. 比較例における利用初期の蓄電容量および蓄電率の関係を示す。2 shows the relationship between the storage capacity and the storage rate at the initial stage of use in a comparative example. 比較例における利用終期の蓄電容量および蓄電率の関係を示す。2 shows the relationship between the storage capacity and the storage rate at the end of use in a comparative example. 本発明の他の実施形態における、鉄道車両システムの概略構成を示す。1 shows a schematic configuration of a railway vehicle system in another embodiment of the present invention; 駆動システムの変形例の概略構成を示す。4 shows a schematic configuration of a modification of the drive system;

本発明は鉄道車両の走行に利用される蓄電池を管理する手法であって、本手法により管理された蓄電池を搭載した鉄道車両を提供する。管理対象である蓄電池は、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池などが例として挙げられ、その他の充放電可能な化学電池が含まれる。 The present invention is a technique for managing a storage battery used for running a railway vehicle, and provides a railway vehicle equipped with a storage battery managed by this technique. Storage batteries to be managed include lead storage batteries, lithium ion secondary batteries, nickel/hydrogen storage batteries, nickel/cadmium storage batteries, silver oxide/zinc storage batteries, and other chargeable/dischargeable chemical batteries.

この手法によって管理された蓄電池は主電動機と接続可能に構成され、主電動機の型式は交流電動機と直流電動機のどちらでもよい。あるいは内燃機関を搭載し、これによって発電した電力によって走行する電気式気動車に適用してもよい。また旅客列車に限らず、貨物列車に適用することもでき、軌道上を走行可能に構成された輸送機器であって、蓄電池を走行に利用できる輸送機器に適用できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明していく。なお以降に挙げる実施例は、本発明の適用に関する一例であって、発明はこれらの例に限定されない。適用対象の条件に合わせて実施例同士の全てまたは一部を交換し組み合わせることが可能である。また適宜、採用する部品の種別の変更や組み合わせ、省略が可能である。
A storage battery managed by this method is configured to be connectable to a traction motor, and the type of the traction motor may be either an AC motor or a DC motor. Alternatively, the present invention may be applied to an electric railcar that is equipped with an internal combustion engine and runs on electric power generated by the internal combustion engine. In addition, the present invention can be applied not only to passenger trains but also to freight trains, and can be applied to transportation equipment that is configured to be able to run on tracks and that can use a storage battery for running.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the following examples are examples of application of the present invention, and the invention is not limited to these examples. All or part of the embodiments can be exchanged and combined according to the conditions of application. In addition, it is possible to change, combine, or omit the types of parts to be employed as appropriate.

図1は、本発明の一実施形態である鉄道車両の駆動システムについて概略構成を示す。この鉄道車両は、いわゆる交流電車であって、機械的な駆動装置に対して交流回転機から生じた駆動力を付与し車両が走行する。 FIG. 1 shows a schematic configuration of a railway vehicle drive system that is an embodiment of the present invention. This railway vehicle is a so-called AC electric train, and the vehicle runs by applying a driving force generated from an AC rotary machine to a mechanical driving device.

鉄道車両の基本的構成は、車両1a、1bである。これらは列車編成を構成する車両、またはその一部であって、車両1aと車両1bは車間連結器6で連結され各車両は台車を有する。台車2a(台車2bも同様)は輪軸3a、3bを有し、それぞれの輪軸に車輪が固定され、レール面上を走行する。また車両1bも台車2c、台車2dを有し、それぞれの台車の一部である輪軸3e、3f、3g、3hによりレール面上に支持されている。 The basic configuration of a railroad vehicle is vehicles 1a and 1b. These are vehicles constituting a train set or a part thereof, and a vehicle 1a and a vehicle 1b are connected by an inter-vehicle coupler 6, and each vehicle has a bogie. A bogie 2a (also the bogie 2b) has wheelsets 3a and 3b, and wheels are fixed to the respective wheelsets, and runs on the rail surface. The vehicle 1b also has a bogie 2c and a bogie 2d, and is supported on the rail surface by wheelsets 3e, 3f, 3g, and 3h, which are parts of the respective bogies.

このようにいずれの車両も台車によってレール面から支持され、またいずれか少なくとも一両の車が駆動システムを有し、駆動システムから台車に動力が伝達され、列車編成の走行を実現する。図1に挙げた列車編成においては、車両1aが駆動システムを有した駆動車であって、車両1bは駆動システムを持たない付随車としている。 In this way, every car is supported from the rail surface by the bogie, and at least one car has a drive system, and power is transmitted from the drive system to the bogie to realize running of the train set. In the train formation shown in FIG. 1, the vehicle 1a is a driving vehicle having a driving system, and the vehicle 1b is a trailing vehicle having no driving system.

車両1aに搭載された駆動システムは、集電装置5、変圧装置7(Transformer)、主変換装置8(Traction Converter)、電動機17、蓄電装置9(Traction Battery)および統括制御装置11(Control Unit)を基本的な構成として有する。また、駆動システムには含まれない主要な電力利用機器として、主変換装置8に対して蓄電装置9と並列に補助電源装置10(APS (Auxially equipment Power Supplier))が設けられる。これは主変換装置8の交流電力Pd1を、電圧一定かつ周波数一定(CVCF)な交流電力Pa3に変換し、車両内の照明や空調システムを代表とする車両用補機19に対して電力を供給する。なお駆動システムは、1車両に集中して搭載する必要はなく、編成中のいずれかの車両(両運転台の1両編成を含む)に分散して備えてもよい。 The drive system mounted on the vehicle 1a includes a current collector 5, a transformer 7 (Transformer), a main converter 8 (Traction Converter), an electric motor 17, a power storage device 9 (Traction Battery), and an integrated control device 11 (Control Unit). as a basic configuration. In addition, as a main power-utilizing device that is not included in the drive system, an auxiliary power supply 10 (APS (Auxiliary Equipment Power Supplier)) is provided in parallel with the power storage device 9 for the main converter 8 . This converts the AC power Pd1 of the main converter 8 into a constant voltage and constant frequency (CVCF) AC power Pa3, and supplies power to the vehicle auxiliary equipment 19, which is represented by the lighting and air conditioning system in the vehicle. do. It should be noted that the drive system does not have to be centrally installed in one car, and may be installed in a distributed manner in any one of the cars in the formation (including a one-car formation with both cabs).

また、統括制御装置11は、少なくとも1基のCPU、当該CPUと通信可能に構成された記憶装置および入出力インターフェイスを有し、制御指令を生成する。被制御機器の状態は入力インターフェイスを介して取得され、それらに対する制御指令は出力インターフェイスを介して出力される。これらのインターフェイスは、具体的にはPCIバスやこれに接続されたDI/DOインターフェイス、信号ケーブル、その他に継電器を含む。また、演算機能は、CPUに加えて、ASIC、FPGA、PLD、PLCなどの論理回路を採用し、これらによる実装を含む。 The general control device 11 also has at least one CPU, a storage device configured to communicate with the CPU, and an input/output interface, and generates control commands. The states of controlled devices are obtained through input interfaces, and control commands for them are output through output interfaces. These interfaces specifically include a PCI bus, DI/DO interfaces connected thereto, signal cables, and relays. In addition to the CPU, the arithmetic function employs logic circuits such as ASIC, FPGA, PLD, and PLC, and includes implementation by these.

図1に示す駆動システムにおいて、電力を駆動力に変換する第1の駆動システムによる第1の駆動モードは次のように定められる。まず交流電力Pa0が架線4より集電装置5を介して変圧装置7に供給される。変圧装置7は、交流電力Pa0の電圧Va0を、より低い電圧Va1の交流電力Pa1に変換し、主変換装置8に供給する。主変換装置8は、コンバータ装置14、インバータ装置15で構成され、コンバータ装置14は、交流電力Pa1を直流電力Pd1に変換し、かつ所定の電圧Vd1となるように制御する。 In the drive system shown in FIG. 1, the first drive mode by the first drive system that converts electric power into driving force is defined as follows. First, AC power Pa0 is supplied from the overhead wire 4 to the transformer 7 via the current collector 5 . The transformer 7 converts the voltage Va0 of the AC power Pa0 into the AC power Pa1 of a lower voltage Va1, and supplies the AC power Pa1 to the main converter 8 . The main converter device 8 is composed of a converter device 14 and an inverter device 15. The converter device 14 converts the AC power Pa1 into the DC power Pd1 and controls the DC power Pd1 to a predetermined voltage Vd1.

インバータ装置15は電圧および周波数を可変制御するVVVFインバータであり、直流電力Pd1を交流電力Pa2に変換して、電動機17に対して入力しそのトルクを制御する。電動機17のトルクは、輪軸3a、3b、3c、3dの全て、またはその何れかに回転トルクとして伝達され、輪軸に固定された車輪を回転させる。回転する車輪とレール面間には踏面力が作用し、この踏面力により車両1aは加速、または減速する。 The inverter device 15 is a VVVF inverter that variably controls the voltage and frequency, converts the DC power Pd1 into AC power Pa2, and inputs it to the electric motor 17 to control its torque. The torque of the electric motor 17 is transmitted to all or any of the wheelsets 3a, 3b, 3c, 3d as rotational torque to rotate the wheels fixed to the wheelsets. A tread force acts between the rotating wheel and the rail surface, and this tread force accelerates or decelerates the vehicle 1a.

インバータ装置15はインバータ制御ユニット22によって制御され、統括制御ユニット20からの指令に応じて、車両1a、1bを加速または減速させる電動機17の駆動トルクを発生するトルク電流指令を生成する。より詳細には、交流電流検出器18で検出する電動機電流Imu、Imv、Imwを基に演算するトルク電流をトルク電流指令に追従させる定電流制御を行い、その出力を基にインバータ装置15のスイッチング回路を動作させるPWMパルスを生成し、インバータ装置15に入力する。 The inverter device 15 is controlled by an inverter control unit 22, and according to a command from the overall control unit 20, generates a torque current command for generating drive torque for the electric motor 17 that accelerates or decelerates the vehicles 1a, 1b. More specifically, constant current control is performed so that the torque current calculated based on the motor currents Imu, Imv, and Imw detected by the alternating current detector 18 follows the torque current command, and switching of the inverter device 15 is performed based on the output. A PWM pulse for operating the circuit is generated and input to the inverter device 15 .

蓄電池制御ユニット23は、統括制御ユニット20からの指令に応じて、蓄電電力遮断器23cを投入/釈放して蓄電手段の充放電(入出力)を制限するとともに、蓄電手段より状態情報(蓄電率:SOC、蓄電池温度Tb等)を集約し、統括制御ユニット20に伝える。 In response to a command from the integrated control unit 20, the storage battery control unit 23 restricts charging/discharging (input/output) of the storage means by closing/releasing the storage power circuit breaker 23c. : SOC, storage battery temperature Tb, etc.) are aggregated and transmitted to the integrated control unit 20 .

統括制御ユニット20は、蓄電装置9の電圧Vbatを基に、蓄電装置9を充電する場合にはVbatよりΔVbatだけ大きい電圧指令Vbdを、蓄電装置9を放電する場合にはVbatよりΔVbatだけ小さい電圧指令Vbdを演算する。ΔVbatに対して発生する充放電電流の大きさは蓄電装置9の内部抵抗値により決定する。 Based on the voltage Vbat of the power storage device 9, the integrated control unit 20 sets a voltage command Vbd that is higher than Vbat by ΔVbat when charging the power storage device 9, and a voltage lower than Vbat by ΔVbat when discharging the power storage device 9. Calculate the command Vbd. The magnitude of the charge/discharge current generated with respect to ΔVbat is determined by the internal resistance value of power storage device 9 .

以上の構成により、蓄電装置9の充放電電力Pbatを調整することで、SOCを蓄電率目標値:SOC(t)と一致するように管理する。なお、蓄電率目標値:SOC(t)は、蓄電装置9の使用開始からの経過時間と、蓄電装置9の蓄電池温度Tbを基に決定する。蓄電装置9の使用開始からの経過時間は、統括制御ユニット20が備えるタイマー20bにて、蓄電装置9の使用開始からの時間を積算することで求められるが、簡易的には使用開始からの経過時間値を手動で入力してもよい。蓄電装置9の蓄電池温度Tbは、蓄電装置9からの状態情報として検出できるが、蓄電装置9を使用する環境での平均的な温度を予め記憶させておいてもよい。 By adjusting the charge/discharge power Pbat of the power storage device 9 with the above configuration, the SOC is managed so as to match the target value of the power storage rate: SOC(t). The target value of the power storage rate: SOC(t) is determined based on the elapsed time from the start of use of the power storage device 9 and the storage battery temperature Tb of the power storage device 9 . The elapsed time from the start of use of the power storage device 9 can be obtained by accumulating the time from the start of use of the power storage device 9 with the timer 20b provided in the integrated control unit 20. You can also enter the time value manually. The storage battery temperature Tb of the power storage device 9 can be detected as state information from the power storage device 9, but the average temperature in the environment in which the power storage device 9 is used may be stored in advance.

また電力を駆動力に変換する第2の駆動システムによる第2の駆動モードは次のように定められる。第2の駆動システムは蓄電装置9のみにより走行を実現するものであって、蓄電装置9が主変換装置8(より詳細には主変換装置8のインバータ装置15)に対して電力を供給する。主変換装置8に対する電力の入力以降の構成については第1のシステムと同様の機器構成が採用され、これらを利用して踏面力を発生させる。 The second driving mode by the second driving system that converts electric power into driving force is defined as follows. The second drive system realizes running only by the power storage device 9, and the power storage device 9 supplies electric power to the main converter 8 (more specifically, the inverter device 15 of the main converter 8). The same device configuration as in the first system is adopted for the configuration after the power is input to the main converter 8, and the tread force is generated using these.

第2の駆動システムにおける蓄電装置9は、例えば、電力をためるリチウムイオン型の蓄電池9aを有し、蓄電電力の充放電(入出力)を制限する蓄電電力遮断器23c、蓄電電力遮断器23cを制御する蓄電制御器23aが設けられる。なお蓄電制御器23aは蓄電池9aの状態監視機能を有し、監視対象は例えば蓄電池9aの端子間電圧、蓄電池9aの内部抵抗、蓄電池9aの表面温度またはセル内部温度(いわゆる蓄電池温度)、蓄電池9aの周辺環境温度などが含まれる。図2(b)では、蓄電池9aの表面温度を計測する温度計23bを設置した例を示す。 The power storage device 9 in the second drive system has, for example, a lithium-ion storage battery 9a that stores power, and includes a power storage circuit breaker 23c that limits charging/discharging (input/output) of the stored power, and a storage power circuit breaker 23c. A power storage controller 23a for controlling is provided. The power storage controller 23a has a function of monitoring the state of the storage battery 9a, and the objects to be monitored are, for example, the voltage between the terminals of the storage battery 9a, the internal resistance of the storage battery 9a, the surface temperature or internal cell temperature of the storage battery 9a (so-called storage battery temperature), and the storage battery 9a. ambient temperature, etc. In FIG.2(b), the example which installed the thermometer 23b which measures the surface temperature of the storage battery 9a is shown.

蓄電装置9による充放電は、主変換装置8の直流電力Pd1の電圧Vd1と、蓄電装置9の電圧Vbatとの比較に基づき、いずれの状態を取るかが決定される。充放電が不要な状況においては、蓄電制御器23aが蓄電電力遮断器23cを動作させて蓄電池9aを主変換装置8から切り離した状態とする。 The state of charge/discharge by the power storage device 9 is determined based on a comparison between the voltage Vd1 of the DC power Pd1 of the main converter 8 and the voltage Vbat of the power storage device 9 . In a situation where charging/discharging is unnecessary, the storage battery controller 23a operates the storage power breaker 23c to disconnect the storage battery 9a from the main converter 8. FIG.

充放電制御は次のように実施される。まず主変換装置8におけるコンバータ装置14とインバータ装置15とを接続する電力バスに掛かる電圧の計測または推測に基づき電圧Vd1が取得される。なお電圧Vd1はコンバータ装置14またはインバータ装置15の制御データに基づき推測されてもよい。 Charge/discharge control is performed as follows. First, a voltage Vd1 is acquired based on measurement or estimation of the voltage applied to the power bus connecting the converter device 14 and the inverter device 15 in the main converter device 8 . Voltage Vd1 may be estimated based on control data of converter device 14 or inverter device 15 .

続いて、主変換装置8と接続された蓄電装置9の出力電圧が電圧Vbatとして取得される。電圧Vbatは、蓄電装置9において端子間電圧を計測したり、放電試験等によって事前に取得されたSOC(SOC : State Of Charge)および放電電圧の関係に基づく推測値を採用したりして取得される。 Subsequently, the output voltage of the power storage device 9 connected to the main converter 8 is acquired as the voltage Vbat. The voltage Vbat is obtained by measuring the voltage between the terminals of the power storage device 9, or by adopting an estimated value based on the relationship between the SOC (SOC: State Of Charge) obtained in advance by a discharge test or the like and the discharge voltage. be.

このようにして取得された電圧Vd1および電圧Vbatについて、電圧Vbatが電圧Vd1よりも低くなるように主変換装置8を動作させると蓄電池9aは充電され、反対に電圧Vd1よりも電圧Vbatが高くなるように制御すると蓄電装置9による放電が実行される。 With respect to the voltage Vd1 and the voltage Vbat obtained in this manner, if the main converter 8 is operated so that the voltage Vbat becomes lower than the voltage Vd1, the storage battery 9a is charged, and conversely, the voltage Vbat becomes higher than the voltage Vd1. When the control is performed as described above, the electric storage device 9 discharges.

これらの充放電制御は統括制御装置11による制御指令に基づき実行される。統括制御装置11は、蓄電装置9を、平常時において、充電する場合には電圧VbatよりΔVbatだけ大きい電圧指令Vbdを、蓄電装置9を放電する場合にはVbatよりΔVbatだけ小さい電圧指令Vbdを演算する。続いて統括制御装置11は、演算した電圧指令Vbdを主変換装置8に対して出力し、主変換装置8は電圧指令Vdbへ電圧Vd1を追従する。この際、ΔVbatに対して発生する充放電電流の大きさは蓄電装置9の内部抵抗値により決定される。 These charge/discharge controls are executed based on control commands from the integrated control device 11 . The integrated control device 11 calculates a voltage command Vbd that is higher than the voltage Vbat by ΔVbat when the power storage device 9 is charged, and a voltage command Vbd that is lower than Vbat by ΔVbat when the power storage device 9 is discharged. do. Subsequently, the integrated control device 11 outputs the calculated voltage command Vbd to the main converter 8, and the main converter 8 follows the voltage command Vdb with the voltage Vd1. At this time, the magnitude of the charge/discharge current generated with respect to ΔVbat is determined by the internal resistance value of power storage device 9 .

電圧追従制御は、本実施例において、主変換装置8に含まれるコンバータ装置14が中心的役割を果たす。本実施例のコンバータ装置14は、上位装置であるコンバータ制御ユニット21によって動作を制御される。 In this embodiment, the converter device 14 included in the main converter device 8 plays a central role in the voltage follow-up control. The operation of the converter device 14 of this embodiment is controlled by a converter control unit 21, which is a host device.

コンバータ制御ユニット21は、交流電圧検出器12、交流電流検出器13、直流電圧検出器51、および直流電流検出器52と接続され、これら計測手段による計測結果に基づきコンバータ装置14の動作を制御する。具体的には、交流電圧検出器12によって収集される交流電圧Va0、交流電流検出器13によって収集される交流電流Ia1を基に、直流電圧Vd1が電圧指令Vbdに追従するように制御し、SOCが蓄電率目標値(SOC(t))と一致するように管理する。 Converter control unit 21 is connected to AC voltage detector 12, AC current detector 13, DC voltage detector 51, and DC current detector 52, and controls the operation of converter device 14 based on the measurement results of these measuring means. . Specifically, based on the AC voltage Va0 collected by the AC voltage detector 12 and the AC current Ia1 collected by the AC current detector 13, the DC voltage Vd1 is controlled to follow the voltage command Vbd, and the SOC is managed so as to match the target value of power storage rate (SOC(t)).

一方、平常時ではない、すなわち何らかの事情によって集電装置5から十分な電力供給を受けられず、第2のシステムによって駆動力を得る場合は、必要とされる駆動力および現在のSOCに基づき、インバータ装置15に供給される直流電力が決定される。統括制御装置11は、この直流電力が入力されるようコンバータ装置14を動作させてインバータ装置15に対して電力を供給する。 On the other hand, when it is not normal, that is, when sufficient power cannot be supplied from the current collector 5 for some reason and the driving force is obtained by the second system, based on the required driving force and the current SOC, DC power to be supplied to the inverter device 15 is determined. The integrated control device 11 operates the converter device 14 so as to receive the DC power and supplies power to the inverter device 15 .

ここで、蓄電装置9を充電された状態で長期間にわたって運用するために、蓄電池9aに対して新たな管理手法を適用する。具体的には蓄電率目標値(以下、SOC(t)とする)を適切に調整し、平常時にておける充放電制御によって充電率をSOC(t)と一致もしくはこれに近い値で維持する。このSOC(t)の調整は、少なくとも蓄電装置9の使用開始から現在までの経過時間情報(以下、経過時間とする)を利用し、さらに蓄電装置9の蓄電池温度(Tb)を利用することが好ましい。 Here, in order to operate the power storage device 9 in a charged state for a long period of time, a new management method is applied to the storage battery 9a. Specifically, the charging rate target value (hereinafter referred to as SOC(t)) is appropriately adjusted, and the charging rate is maintained at a value that matches or is close to SOC(t) by charge/discharge control in normal times. The SOC(t) can be adjusted by using at least elapsed time information from the start of use of the power storage device 9 to the present (hereinafter referred to as elapsed time), and further by using the storage battery temperature (Tb) of the power storage device 9. preferable.

それぞれの情報は、自動的に収集する機器を統括制御ユニット20や蓄電池制御ユニット23、あるいは蓄電装置9に持たせてもよいし、手動入力するように構成されてもよい。図2(b)は自動的に情報を収集する場合の一例であり、蓄電装置9の使用開始からの経過時間は、統括制御装置11の一部である統括制御ユニット20によって取得される。統括制御ユニット20はタイマー20bを有し、蓄電装置9の使用開始からの経過時間を積算することができる。時間の積算方法は、例えば、日にち単位、週単位、月単位のいずれが採用されてもよく、あるいは任意に設定した単位でカウントされるものとしてもよい。また、タイマー20bに代わり、使用開始からの経過時間が手動で入力されるように構成してもよいし、蓄電装置9がタイマー20bを有していてもよい。 Each piece of information may be automatically collected by the central control unit 20, the storage battery control unit 23, or the power storage device 9, or may be configured to be manually input. FIG. 2B shows an example of automatically collecting information, and the elapsed time from the start of use of the power storage device 9 is obtained by the integrated control unit 20 which is a part of the integrated control device 11 . The integrated control unit 20 has a timer 20b and can integrate the elapsed time from the start of use of the power storage device 9 . The method of accumulating the time may be, for example, any of days, weeks, and months, or may be counted in arbitrarily set units. Further, instead of the timer 20b, the elapsed time from the start of use may be manually input, or the power storage device 9 may have the timer 20b.

その他、蓄電装置9が、自身の製造年月日が登録された記憶部、自身の蓄電した電力を使って稼働するタイマー20bを有し、製造年月日から経過した時間を外部へ出力するように構成されていてもよい。この場合、蓄電装置9は経過時間に関する出力インターフェイスを有し、蓄電池制御ユニット23はその出力インターフェイスと接続できる入力インターフェイスを持つことがさらに望ましい。 In addition, the power storage device 9 has a storage unit in which its own date of manufacture is registered, and a timer 20b that operates using the power stored by itself, and outputs the time elapsed from the date of manufacture to the outside. may be configured to In this case, it is more desirable that the power storage device 9 has an output interface for elapsed time, and the storage battery control unit 23 has an input interface that can be connected to the output interface.

また、蓄電装置9の蓄電池温度Tbは、蓄電池制御ユニット23の蓄電制御器23aに温度計23bから信号が入力されるように構成し、取得した信号に基づき把握される。もし温度計測機能が無い場合は、蓄電装置9を使用する環境での平均的な温度を予め記憶させておくことで代替してもよい。特に鉄道車両であれば、運用される路線がある程度限定されるため、インターネットや公共機関によって公開されている過去の気象データを基に、運用路線周辺地域の温度情報を取得することもできる。 Further, the storage battery temperature Tb of the storage battery device 9 is configured so that a signal is input from the thermometer 23b to the storage battery controller 23a of the storage battery control unit 23, and is grasped based on the acquired signal. If there is no temperature measurement function, the average temperature in the environment where the power storage device 9 is used may be stored in advance. In the case of railway vehicles in particular, since the routes on which they are operated are limited to some extent, it is also possible to acquire temperature information for areas around the operating routes based on past weather data published by the Internet or public institutions.

これらの情報を蓄電池制御ユニット23は、蓄電装置9との通信が可能となった時点、すなわち蓄電装置9の運用が開始された時点から取得し、図3に示される蓄電装置9の管理を始める。 The storage battery control unit 23 acquires these pieces of information from the time when communication with the power storage device 9 becomes possible, that is, when the operation of the power storage device 9 is started, and starts managing the power storage device 9 shown in FIG. .

蓄電池制御ユニット23は、蓄電装置9の運用が始まると、蓄電率(SOC)を経過時間に応じて変化させる。図3は、蓄電池9aの容量維持率の推移と、それに応じた蓄電率の推移を示した図である。横軸においてT0が蓄電装置9の利用開始時点を示し、縦軸は蓄電装置9の容量維持率を示す。なお、容量維持率は、利用開始時点における蓄電容量を100とした場合に、それぞれ時点における蓄電容量を相対的に表す容量比である。 The storage battery control unit 23 changes the power storage rate (SOC) according to the elapsed time when the operation of the power storage device 9 is started. FIG. 3 is a diagram showing transitions in the capacity maintenance rate of the storage battery 9a and transitions in the storage rate corresponding thereto. On the horizontal axis, T0 indicates the start point of use of the power storage device 9, and on the vertical axis, the capacity retention rate of the power storage device 9. FIG. Note that the capacity retention rate is a capacity ratio that relatively represents the storage capacity at each point in time when the storage capacity at the start of use is set to 100.

図3に示されるように、蓄電池制御ユニット23は、T0→T1の区間ではSOC(t)を50%に、T1→T2の区間では60%に、T2→T3の区間では70%に、T3→T4の区間では80%に維持する。このような管理を実現するために、蓄電池制御ユニット23は、SOC(t)およびSOC(t)を更新すべき基準時間の情報が登録されたメモリ20c、およびこれらの情報に基づき蓄電装置9に対するSOCを出力する演算装置20aを有する。 As shown in FIG. 3, the storage battery control unit 23 sets the SOC(t) to 50% in the section T0→T1, to 60% in the section T1→T2, to 70% in the section T2→T3, and to T3 → Maintain at 80% in the T4 section. In order to realize such management, storage battery control unit 23 stores information on SOC(t) and reference time for updating SOC(t) in memory 20c. It has an arithmetic unit 20a that outputs an SOC.

基準時間の設定は任意に定めてよい。例えば、蓄電装置9の運用期間を16年とするならば、それぞれの区間を4年としてもよい。あるいは等間隔ではなく、T0→T1を7年、T1→T2を5年、T2→T3を3年、T3→T4を1年と設定してもよい。 The reference time may be set arbitrarily. For example, if the operation period of the power storage device 9 is 16 years, each section may be 4 years. Alternatively, T0→T1 may be set as 7 years, T1→T2 as 5 years, T2→T3 as 3 years, and T3→T4 as 1 year.

SOC(t)の更新処理は、一例として、図4に示すような処理ステップによって実行される。 The SOC(t) update process is executed by the process steps shown in FIG. 4, for example.

まず、蓄電池制御ユニット23は、蓄電装置9の利用開始を示す情報が入力されると、タイマーを動作させる(Step 1)。合わせて、統括制御ユニット20は、メモリ20cに登録された基準時間の中から最も現在に近い基準時間(T1)を呼び出し、照会すべき基準時間(照会基準時間)として保持する(Step 2)。仮に基準時間をシリアル値として保持し、タイマーを周期的なクロック信号のカウント値によって実装する場合は、そのシリアル値を照会基準時間として設定する。その他、統括制御ユニット20が蓄電装置9の利用開始時期を記憶し、適宜、現時点との差分を演算することによって運用期間を取得するように構成してもよい。また利用開始時期は、蓄電装置9の運用を始めた時点に代わって、蓄電池9aの製造年月日を採用してもよい。 First, the storage battery control unit 23 operates a timer when information indicating the start of use of the storage battery device 9 is input (Step 1). At the same time, the central control unit 20 calls the closest reference time (T1) from among the reference times registered in the memory 20c and holds it as the reference time to be queried (inquiry reference time) (Step 2). If the reference time is held as a serial value and the timer is implemented by count values of a periodic clock signal, then that serial value is set as the inquiry reference time. In addition, the integrated control unit 20 may be configured to store the usage start time of the power storage device 9 and appropriately calculate the difference from the current time to acquire the operating period. Further, as the usage start time, the production date of the storage battery 9a may be used instead of the time when the operation of the power storage device 9 is started.

演算装置20aは、周期的にタイマー20bから値(タイマー値)を取得し、タイマー値と照会基準時間とを比較する(Step 3)。比較の結果、タイマー値が照会基準時間と一致または超えた場合に、照会基準時間に対応するSOC(T1)を読み出す(Step 4)。演算装置20aはSOC(T1)の情報を統括制御ユニット20へ送信する(Step 4)。この際に蓄電率の現在値も統括制御ユニット20に対して送信される。蓄電率の現在値は、蓄電池9aの端子間電圧や、既存の推定アルゴリズムを利用して取得される。 The computing device 20a periodically acquires a value (timer value) from the timer 20b and compares the timer value with the inquiry reference time (Step 3). As a result of the comparison, if the timer value matches or exceeds the inquiry reference time, the SOC (T1) corresponding to the inquiry reference time is read (Step 4). The arithmetic unit 20a transmits the information of SOC (T1) to the general control unit 20 (Step 4). At this time, the current value of the charge rate is also transmitted to the integrated control unit 20 . The current value of the power storage rate is acquired using the voltage across the terminals of the storage battery 9a or an existing estimation algorithm.

統括制御ユニット20は、蓄電池制御ユニット23から受信したSOC(T1)および最新の蓄電率の情報を比較し(Step 5)、SOC(T1)が最新のSOCよりも大きい場合は、蓄電装置9の充電制御を実行する(Step 6)。反対にSOC(T1)が最新のSOCよりも小さい場合は、自然放電によってSOC(T1)と最新のSOCが一致することを待つものとし、SOC(t)の更新処理そのものは終了する。もし架線に電力を送ることや走行に利用可能であれば、そちらに向かって蓄電装置9から放電が実行されてもよい。なお比較演算は蓄電池制御ユニット23によって実行されてもよい。 The integrated control unit 20 compares the SOC (T1) received from the storage battery control unit 23 and the latest power storage rate information (Step 5), and if the SOC (T1) is greater than the latest SOC, Charge control is executed (Step 6). Conversely, if the SOC(T1) is smaller than the latest SOC, wait for the SOC(T1) to match the latest SOC due to natural discharge, and the SOC(t) update process itself ends. If power is sent to overhead lines or available for running, the power storage device 9 may be discharged toward them. Note that the comparison operation may be performed by the storage battery control unit 23 .

充電制御または放電制御が実行され、蓄電装置9のSOCがSOC(T1)と一致または予め定められた許容範囲に入った場合は、統括制御ユニット20はSOC(t)の更新処理を終了し、次回の更新を待機する状態へ移行する(Step 7)。 When charge control or discharge control is executed and the SOC of power storage device 9 matches SOC(T1) or enters a predetermined allowable range, overall control unit 20 terminates the update process of SOC(t), It shifts to a state of waiting for the next update (Step 7).

さらに、統括制御ユニット20は照会基準時間を更新する。具体的には、直前まで設定されていた照会基準時間に対して、これに最も近い将来の基準時間をメモリから読み出し、新たな照会基準時間として保持する(Step 8)。すでに利用歴のある基準時間は、誤って再度設定されないようにデータを削除し、あるいは設定不可のフラグを割りつける。その他、SOC(t)や照会基準時間は、現在の設定値よりも増大する場合のみ新たに設定できるとしてもよい。このようにすることで、誤って低いSOC(t)が設定され、必要な蓄電量を下回ってしまう可能性を抑制できる。 Furthermore, the general control unit 20 updates the inquiry reference time. Specifically, the nearest reference time in the future is read from the memory and held as a new reference time (Step 8). For reference times that have already been used, the data is deleted or a setting disabled flag is assigned so as not to be set again by mistake. In addition, the SOC(t) and inquiry reference time may be newly set only when they increase from the current set values. By doing so, it is possible to suppress the possibility that a low SOC(t) is erroneously set and the amount of stored electricity becomes less than the required amount.

また、以上において説明した処理のうち、充電制御の処理のみを車両にて実行し、その他の処理を車両とは別に設けられた管理装置によって実行することもできる。この場合、管理装置側に、蓄電装置9の識別情報や利用開始時点、当該蓄電装置9が搭載された車両が運用される線区の情報を記憶したデータベースを持たせ、地上―車上の無線通信等によってSOC(t)の更新指令を通知する。管理装置を地上に集約し、車両側は管理装置から通知される情報に基づき動作するように構成することで、タイマーの故障や、メモリの破損といった管理の継続を困難なものとする事象を回避し、長期的な蓄電池の管理をより実現しやすくできる。その他、充電制御以外の処理を、人手によって実行することも可能であり、適用対象に応じて、適宜、人手によって実行する処理と計算機等によって実行する処理を組み合わせてよい。 Further, among the processes described above, only the charging control process can be executed by the vehicle, and the other processes can be executed by a management device provided separately from the vehicle. In this case, the management device is provided with a database that stores the identification information of the power storage device 9, the start time of use, and the information of the line section on which the vehicle equipped with the power storage device 9 is operated. A command to update SOC(t) is notified by communication or the like. By consolidating the management devices on the ground and configuring the vehicle to operate based on the information notified from the management device, events that make it difficult to continue management, such as timer failures and memory corruption, can be avoided. This makes it easier to manage long-term storage batteries. In addition, it is also possible to manually execute processes other than charge control, and depending on the application target, the processes executed manually and the processes executed by a computer or the like may be combined as appropriate.

上述の蓄電池制御ユニット23による蓄電池管理方式によって、蓄電量が適切に保有される機序は次のように説明される。 The mechanism by which the storage battery amount is appropriately retained by the storage battery management method by the storage battery control unit 23 described above will be explained as follows.

図5は、蓄電池について、蓄電率を一定に維持した場合における、経過時間に対する蓄電池の容量維持率の一般的な変化を示した特性図である。図5では、SOCを50%、60%、70%、80%を維持した場合それぞれについて、T0~T4における容量維持率の変化を示している。リチウムイオン電池など、一般的な高容量大出力蓄電池では、容量維持率100%の初期状態(T0)から時間が経つほど(すなわちT0→T1→T2→T3→T4と進むほど)、容量維持率が低下していく傾向を示す。 FIG. 5 is a characteristic diagram showing general changes in the capacity retention rate of a storage battery with respect to elapsed time when the storage rate of the storage battery is maintained constant. FIG. 5 shows changes in the capacity retention rate from T0 to T4 when the SOC is maintained at 50%, 60%, 70%, and 80%. In general high-capacity high-output storage batteries such as lithium-ion batteries, the more time passes from the initial state (T0) with a capacity retention rate of 100% (that is, the more T0 → T1 → T2 → T3 → T4), the more the capacity retention rate shows a decreasing trend.

加えて特にSOCが50%を超すと、SOCを高い状態で維持するほど、時間の経過に対する容量維持率の低下が大きい。このことから、概ねSOCが50%以上の領域では、SOCを下げることにより、時間経過に対する容量維持率の低下を抑えられる。 In addition, especially when the SOC exceeds 50%, the higher the SOC is maintained, the more the capacity retention rate decreases over time. Therefore, in the region where the SOC is approximately 50% or more, the decrease in the capacity retention rate over time can be suppressed by lowering the SOC.

一方で、SOCを下げることは、使用可能な蓄電量を限定することを意味する。したがって時間の経過により容量維持率の低下が進んだ状態において、蓄電率を下げると必要な蓄電量の確保ができなくなる恐れがある。 On the other hand, lowering the SOC means limiting the amount of electricity that can be used. Therefore, if the storage rate is lowered in a state where the capacity retention rate has decreased with the passage of time, there is a risk that the required amount of stored electricity cannot be secured.

この状況を回避するため、必要な蓄電量を確保する範囲内で、蓄電装置9は運用初期においてSOC(t)をできるだけ小さく設定し、SOC(t)を経過時間に応じて変化させることが望ましい。(図5における点線による表記を参照) In order to avoid this situation, it is desirable to set the SOC(t) of the power storage device 9 as small as possible in the initial stage of operation within the range in which the required amount of stored electricity is secured, and to change the SOC(t) according to the elapsed time. . (See dotted line notation in Figure 5)

図3において示した蓄電池管理方式は、時間がT0→T1、T1→T2、T2→T3、T3→T4と進むに従い、SOC(t)を50%、60%、70%、80%と徐々に増加させる。本管理方式を採用することで、運用期間が短いうちは容量維持率の低下を緩慢にでき、蓄電率を80%一定に保つ場合よりも劣化を抑制できる。なお、T0→T1、T1→T2、T2→T3、T3→T4の各区間における容量維持率の変化は、図5の該当するSOCにおける容量維持率の変化と同等である。 In the storage battery management method shown in FIG. 3, as the time progresses from T0→T1, T1→T2, T2→T3, and T3→T4, the SOC(t) is gradually increased to 50%, 60%, 70%, and 80%. increase. By adopting this management method, it is possible to slow the decline in the capacity retention rate while the operation period is short, and to suppress deterioration more than when the storage rate is kept constant at 80%. It should be noted that changes in the capacity retention rate in each section of T0→T1, T1→T2, T2→T3, and T3→T4 are equivalent to changes in the capacity retention rate at the corresponding SOC in FIG.

なお図5に示した、時間経過に対する蓄電池の容量維持率は、蓄電率に加え、蓄電池の温度によっても異なる特性を示す。リチウムイオン蓄電池では、一般的に蓄電率が高いほど、また周囲温度が高いほど、蓄電池の劣化が進行(すなわち容量維持率が低下)しやすい特性があり、SOCが50%、周囲温度25℃で劣化を最小とするように設計されることが多い。 Note that the capacity retention rate of the storage battery with respect to the passage of time shown in FIG. 5 exhibits characteristics that differ depending on the temperature of the storage battery in addition to the storage rate. Lithium ion storage batteries generally have the characteristic that the higher the storage rate and the higher the ambient temperature, the more likely the storage battery will deteriorate (that is, the capacity retention rate will decrease). They are often designed to minimize degradation.

また、図3に示すSOCを時間経過に応じて変化させる場合も、長期間にわたる管理であるため、それぞれの時点に関する蓄電池の容量維持率の推移も蓄電池の温度毎に異なることが想定される。この影響を考慮し、その時の蓄電池の温度に応じてSOC(t)を逐次変更し、または温度変化の長期トレンド(例えば季節変動)に応じて、SOC(t)を補正するように、蓄電池制御ユニット23を構成してもよい。 Also, when the SOC shown in FIG. 3 is changed over time, it is assumed that the transition of the capacity maintenance rate of the storage battery at each point in time also differs for each temperature of the storage battery because the management is over a long period of time. Considering this effect, the storage battery is controlled so as to sequentially change the SOC(t) according to the temperature of the storage battery at that time, or to correct the SOC(t) according to the long-term trend of temperature change (for example, seasonal fluctuation). A unit 23 may be configured.

SOC(t)の設定についてより詳細には、図6(a)(b)に示す蓄電率の管理上限値S1、蓄電率の管理下限値S2(以降、管理上限値S1、管理下限値S2とする)を使う。 More specifically, the setting of SOC(t) will be described with reference to the control upper limit value S1 of the power storage rate and the control lower limit value S2 of the power storage rate shown in FIGS. do).

図6(a)(b)は蓄電池の容量維持率と、利用が許される蓄電率の範囲との関係を示し、図6(a)は蓄電装置9の利用開始時点(T0)における関係を示し、図6(b)は例えば利用終期における関係を示す。図6(b)においては、領域Rに相当する部分が、運用初期における蓄電容量に対して消失した容量である。 6(a) and 6(b) show the relationship between the capacity retention rate of the storage battery and the range of the charge rate that is allowed to be used, and FIG. , and FIG. 6(b) shows the relationship at the end of use, for example. In FIG. 6(b), the portion corresponding to the region R is the lost capacity with respect to the storage capacity at the initial stage of operation.

蓄電池制御ユニット23は、蓄電装置9の運用が開始された時点で、SOCについて管理上限値S1および管理下限値S2が設定される。これら管理上限値S1および管理下限値S2は、蓄電池の安全性、健全性、および車両1a、1bを所定の距離または区間について走行させるために必要な放電電力量E1(以降、電力E1とする)に基づき決定される。 Storage battery control unit 23 sets management upper limit value S1 and management lower limit value S2 for SOC when operation of power storage device 9 is started. These management upper limit value S1 and management lower limit value S2 are used to determine the safety and soundness of the storage battery, and the amount of discharged electric power E1 (hereinafter referred to as electric power E1) required for driving the vehicles 1a and 1b for a predetermined distance or section. determined based on

具体的には、管理上限値S1は、SOC100%を基準として、蓄電池の健全性・安全性の観点から利用が推奨されないSOCの領域(例えば90%以上)からマージンをとった値として設定される。また利用終期はSOCを初期よりも高く維持するため、常温下でも劣化が促進される可能性があり、管理上限値S1はこの可能性を考慮した値を設定することが望ましい。例えば運用環境の周囲温度が例えば-10~40℃で変動するとした場合、40℃を考慮して管理上限値S1が定められると、冷却ファンなどの別段の冷却設備が設けられなくとも、蓄電池9aを劣化しづらい状態に置くことができ、車載時の搭載空間に関する制約が緩和させる。 Specifically, the management upper limit value S1 is set as a value obtained by taking a margin from an SOC range (for example, 90% or higher) whose use is not recommended from the viewpoint of the soundness and safety of the storage battery, based on the SOC of 100%. . Further, since the SOC is maintained higher than the initial period in the final period of use, deterioration may be accelerated even at room temperature, and it is desirable to set the control upper limit value S1 to a value considering this possibility. For example, if the ambient temperature of the operating environment fluctuates, for example, from −10 to 40° C., if the management upper limit value S1 is determined in consideration of 40° C., even if a separate cooling facility such as a cooling fan is not provided, the storage battery 9a can be placed in a state where it is difficult for them to deteriorate, and restrictions on mounting space when mounted on a vehicle can be relaxed.

一方、管理下限値S2は、蓄電装置9による放電が適切に実施できる蓄電率の下限値に対してマージンを付加した値として設定される。なお利用終期は蓄電池9aの内部抵抗が上昇し、端子間電圧が低下する可能性があるため、管理下限値S2を利用初期よりも利用終期において高く設定してもよい。 On the other hand, the management lower limit value S2 is set as a value obtained by adding a margin to the lower limit value of the power storage rate at which the power storage device 9 can appropriately discharge. At the end of use, the internal resistance of the storage battery 9a may increase and the voltage across the terminals may drop, so the control lower limit value S2 may be set higher at the end of use than at the beginning of use.

このように利用終期において電力E1を確保可能な管理上限値S1、管理上限値S2を決定した後に、この条件を満たす蓄電池の容量を特定する。例えば、利用終期における蓄電容量が、利用初期における蓄電容量に対して20%小さくなり、その時点における管理上限値S1を70%、管理下限値S2を20%とするのであれば、利用初期(すなわち導入時)蓄電池に求められる容量は電力E1の2.5倍と求められる。なお搭載した蓄電池に応じて走行距離を決定する場合、電力E1、管理上限値S1および管理下限値S2は、蓄電装置9が車両に搭載された後に設定してもよい。 After determining the management upper limit value S1 and the management upper limit value S2 that can secure the electric power E1 at the end of use in this manner, the capacity of the storage battery that satisfies these conditions is specified. For example, if the storage capacity at the end of use is 20% smaller than the storage capacity at the beginning of use, and the control upper limit value S1 at that time is set to 70% and the control lower limit value S2 is set to 20%, the initial use (that is, At the time of introduction) The capacity required for the storage battery is required to be 2.5 times the power E1. When the travel distance is determined according to the installed storage battery, the electric power E1, the management upper limit value S1 and the management lower limit value S2 may be set after the power storage device 9 is installed in the vehicle.

管理上限値S1、管理下減値S2の設定後、原則として、蓄電装置9の運用はSOCが管理上限値S1を超える充電がされること、または管理下限値S2を下回るような放電が生じないように管理される。すなわち、SOCにおいて領域N1および領域N2で表される部分は、蓄電装置9の運用上は利用されない容量である。 After the management upper limit value S1 and the management lower limit value S2 are set, in principle, the operation of the power storage device 9 does not cause the SOC to be charged to exceed the management upper limit value S1 or to be discharged so as to fall below the management lower limit value S2. managed as That is, the portions of the SOC represented by regions N1 and N2 are capacities that are not used in the operation of power storage device 9 .

電力E1、管理上限値S1、管理下限値S2の設定後、統括制御ユニット20は図6(a)に示すように、管理下限値S2を基準として電力E1を確保するように利用上限値LC(Limit of Charge)を設定する。この利用上限値LCは図6(c)に示すように、基準時間の個数(T0、T1、T2・・・)に応じて保持し、基準時間と関連付けた状態でSOC(T1、T2、T3・・・)として保有する。利用初期のおける利用上限値LCは、SOC(T0)に相当する。利用上限値LCは基準時間ごとに異なる値を設定してもよいし、利用開始から運用中期まではSOCの設定によっては一定の値を保持してもよい。 After setting the power E1, the management upper limit value S1, and the management lower limit value S2, the overall control unit 20, as shown in FIG. Limit of Charge). As shown in FIG. 6(c), this utilization upper limit value LC is held according to the number of reference times (T0, T1, T2, . . . ), and SOC (T1, T2, T3 …). The usage upper limit value LC at the initial stage of usage corresponds to SOC (T0). The use upper limit value LC may be set to a different value for each reference time, or may be held at a constant value depending on the SOC setting from the start of use to the middle period of operation.

図6(b)は蓄電池の使用終期を示し、時間経過により容量維持率は低下している。しかし、管理下限値S2に対して利用上限値LCを基準時間(T0)のときよりも高く設定し、ほぼ管理上限値S1と同等とすることで電力E1は確保される。この状態は容量維持率がより低下しやすい状態でもあるが、使用終期であるため蓄電装置9の利用目的上は問題となりづらい。 FIG. 6(b) shows the end of use of the storage battery, and the capacity retention rate has decreased over time. However, the electric power E1 is ensured by setting the utilization upper limit LC to be higher than the control upper limit S2 than at the time of the reference time (T0) and making it approximately equal to the control upper limit S1. This state is also a state in which the capacity retention rate is more likely to decrease.

一方、比較例として図7(a)(b)に、管理上限値S1を基準として利用下限値LD(Limit of discharge)を更新するケースを挙げる。図7(a)(b)においても、確保すべき電力E1は同様である。しかし、このような管理方法を採用すると、SOCが蓄電装置9の運用初期から高く設定されてしまい、蓄電装置9はより劣化しやすい。初期段階から劣化しやすい状態に置かれた蓄電装置9を長期にわたって運用しようとするため、必然的に蓄電池の容量は大きなものが求められ、初期段階においては過剰な蓄電量を持つことになる。 On the other hand, as a comparative example, FIGS. 7A and 7B show a case where the utilization lower limit value LD (Limit of discharge) is updated based on the management upper limit value S1. The electric power E1 to be secured is the same in FIGS. 7(a) and 7(b). However, if such a management method is adopted, the SOC will be set high from the beginning of operation of the power storage device 9, and the power storage device 9 will be more likely to deteriorate. In order to operate the power storage device 9 which is easily degraded from the initial stage for a long period of time, the storage battery is inevitably required to have a large capacity, resulting in an excessive amount of stored power in the initial stage.

より具体的には、リチウムイオン蓄電池やニッケル水素蓄電池といった二次電池は、一般的に蓄電率が高いほど、さらに周囲温度が高いほど、蓄電池の劣化が進行しやすい特性があり、この劣化の進行を考慮し、例えば、蓄電率50%、周囲温度25℃で劣化の進行が最小となるように製造されることが多い。ここで、劣化の進行を最小とする場合、例えば蓄電率を50%で維持するためには、蓄電システムとして蓄電率50%における蓄電容量の倍の容量を準備することが求められる。 More specifically, secondary batteries such as lithium-ion batteries and nickel-metal hydride batteries generally have the characteristic that the higher the storage rate and the higher the ambient temperature, the more likely the deterioration of the battery progresses. Considering the above, for example, it is often manufactured so that the progress of deterioration is minimized at a storage rate of 50% and an ambient temperature of 25°C. Here, when minimizing the progress of deterioration, for example, in order to maintain the power storage rate at 50%, it is required that the power storage system have a capacity twice as large as the power storage capacity at the power storage rate of 50%.

しかし、提案する新たな管理手法、すなわち蓄電池使用初期における管理下限値S2を基準として、必要な電力E1を確保できる利用上限値LCを設定し、蓄電量使用終期に向けて徐々に利用上限値LCを管理上限値S1に向かって近づけるように調整することによって、容量維持率の低下を抑制し、長期にわたる蓄電池の運用が可能となる。 However, the proposed new management method, that is, based on the management lower limit value S2 at the beginning of use of the storage battery as a reference, sets the use upper limit value LC that can secure the necessary power E1, and gradually sets the use upper limit value LC toward the end of the use of the storage amount. is adjusted toward the control upper limit value S1, a decrease in the capacity retention rate is suppressed, and the storage battery can be operated for a long period of time.

また、本管理方法によれば、電力E1を保持するために適した蓄電容量を持つように蓄電装置9を設計することができる。これによって蓄電容量のマージンを小さくすることができ、それに伴い蓄電装置9の小型化を図ることができるため、鉄道車両の車載機器の小型化、軽量化にも寄与する。特に、鉄道車両の場合は、車載スペースが限定的であるため、蓄電池の大きさは小型であることが望ましく、その点において提案する管理方法は有用である。 Further, according to this management method, the power storage device 9 can be designed to have a power storage capacity suitable for holding the power E1. As a result, the margin of the power storage capacity can be reduced, and the size of the power storage device 9 can be reduced accordingly, which contributes to the size reduction and weight reduction of on-vehicle equipment of the railway vehicle. In particular, in the case of railcars, since the on-vehicle space is limited, it is desirable that the size of the storage battery is small, and in this respect the proposed management method is useful.

なお、図6(a)(b)に示す例は、管理上限値S1と利用上限値LCとを別個のパラメータとしたが、これらを区別せず一つの蓄電率に関する上限値として取り扱ってもよい。また管理下限値S2は固定せず、時間経過に応じて変更するように構成してもよい。 In the example shown in FIGS. 6A and 6B, the management upper limit value S1 and the use upper limit value LC are separate parameters, but they may be treated as the upper limit value for one power storage rate without distinction. . Alternatively, the control lower limit value S2 may be configured to be changed according to the passage of time instead of being fixed.

図8は本発明の第二実施形態における、鉄道車両駆動システムの概略構成を示す。実施例1と異なり、この駆動システム直流電力が架線4から供給され駆動するタイプの電車である。 FIG. 8 shows a schematic configuration of a railway vehicle drive system according to a second embodiment of the present invention. Unlike Embodiment 1, this drive system is a type of electric train that is driven by being supplied with DC power from an overhead wire 4 .

大まかな構成は実施例1と同様であって、車両1a、1bは、列車編成を構成する車両、またはその一部である。車両1aと車両1bは車間連結器6で連結されている。 The general configuration is the same as that of the first embodiment, and the vehicles 1a and 1b are vehicles or parts thereof that constitute a train formation. The vehicle 1a and the vehicle 1b are connected by an inter-vehicle coupler 6. As shown in FIG.

車両1aは、台車2aを介して輪軸3a、3bにより、また、台車2bを介して輪軸3c、3dにより、図示していないレール面上に支持されている。車両1bは、台車2cを介して輪軸3e、3fにより、また、台車2dを介して輪軸3g、3hにより、図示していないレール面上に支持されている。 The vehicle 1a is supported on a rail surface (not shown) by wheelsets 3a and 3b via a truck 2a and wheelsets 3c and 3d via a truck 2b. The vehicle 1b is supported on a rail surface (not shown) by wheelsets 3e and 3f via a truck 2c and wheelsets 3g and 3h via a truck 2d.

また直流電力Pd0は、架線4より集電装置5を介して、インバータ装置15、直流コンバータ装置25、補助電源装置10に供給される。 The DC power Pd0 is supplied from the overhead wire 4 to the inverter device 15, the DC converter device 25, and the auxiliary power supply device 10 via the collector device 5. FIG.

インバータ装置15は、直流電力Pd0を、電圧可変、周波数可変(VVVF)な交流電力Pa2に変換し、図示していない電動機17のトルクを制御する。電動機17のトルクは、輪軸3a、3b、3c、3dの全て、またはその何れかに回転トルクを伝達し、輪軸とレール面間に踏面力を作用させ、この踏面力により車両1aを加速、または減速させる。 The inverter device 15 converts the DC power Pd0 into a voltage-variable, frequency-variable (VVVF) AC power Pa2 to control the torque of the electric motor 17 (not shown). The torque of the electric motor 17 transmits rotational torque to all or any of the wheelsets 3a, 3b, 3c, and 3d, and exerts a tread force between the wheelset and the rail surface, and the tread force accelerates or accelerates the vehicle 1a. slow down.

直流コンバータ装置25は、直流電力Pd0の電圧Vd0を、電圧Vd1の直流電力Pd1に変換する。 DC converter device 25 converts voltage Vd0 of DC power Pd0 into DC power Pd1 of voltage Vd1.

蓄電装置9は、リチウムイオンバッテリ等の蓄電手段、蓄電電力の充放電(入出力)を制限する蓄電電力遮断器、蓄電手段の状態を監視し、蓄電電力遮断器を制御する蓄電制御器で構成される。蓄電手段は、直流コンバータ装置25の出力する直流電力Pd1の電圧Vd1と、蓄電装置9の電圧Vbatとの大/小に応じて、充電/放電される。 The power storage device 9 includes a power storage means such as a lithium ion battery, a power storage circuit breaker that limits charging and discharging (input/output) of stored power, and a power storage controller that monitors the state of the power storage means and controls the power storage circuit breaker. be done. The power storage means is charged/discharged according to the magnitude of voltage Vd1 of DC power Pd1 output from DC converter device 25 and voltage Vbat of power storage device 9 .

補助電源装置10は、主変換装置8の交流電力Pd1を、電圧一定、周波数一定(CVCF)な交流電力Pa3に変換し、図示していない車両用補機(空調、証明、空気圧縮機等)に供給する。 The auxiliary power supply device 10 converts the AC power Pd1 of the main converter 8 into constant voltage, constant frequency (CVCF) AC power Pa3, which is used by vehicle auxiliary equipment (air conditioning, lighting, air compressor, etc.) (not shown). supply to

統括制御装置11は、蓄電装置9の電圧Vbatを基に、蓄電装置9を充電する場合にはVbatよりΔVbatだけ大きい電圧指令Vbdを、蓄電装置9を放電する場合にはVbatよりΔVbatだけ小さい電圧指令Vbdを演算する。ΔVbatに対して発生する充放電電流の大きさは蓄電装置9の内部抵抗値により決定する。 Based on the voltage Vbat of the power storage device 9, the overall control device 11 sets a voltage command Vbd that is higher than Vbat by ΔVbat when charging the power storage device 9, and a voltage lower than Vbat by ΔVbat when discharging the power storage device 9. Calculate the command Vbd. The magnitude of the charge/discharge current generated with respect to ΔVbat is determined by the internal resistance value of power storage device 9 .

直流コンバータ装置25は、直流電圧Vd1が電圧指令Vdbに追従するように定電圧調整し、蓄電量SOCが蓄電量目標値SOC(t)と一致するように管理する。 DC converter device 25 performs constant voltage adjustment so that DC voltage Vd1 follows voltage command Vdb, and manages the amount of stored electricity SOC to match the target value of stored electricity SOC(t).

蓄電量目標値SOC(t)は、実施例1と同様に管理する。すなわち蓄電装置9の使用開始からの経過時間と、蓄電装置9の蓄電池温度Tbを基に、蓄電池容量維持率予測手段を参照して決定する。蓄電装置9の使用開始からの経過時間は、統括制御ユニット23に備える時間計測手段にて、蓄電装置9の使用開始からの時間を積算することで求められるが、簡易的には使用開始を起点とした経過時間値を手動で入力してもよい。蓄電装置9の蓄電池温度Tbは、蓄電装置9からの状態情報として検出できるが、蓄電装置9を使用する環境での平均的な温度を予め記憶させておいても良い。特に鉄道車両は、運用される路線がある程度限定されるため、インターネットなどで公開されている過去の気象データを基に、運用路線周辺地域の温度情報を利用することもできる。 The charged amount target value SOC(t) is managed in the same manner as in the first embodiment. That is, based on the elapsed time from the start of use of the power storage device 9 and the storage battery temperature Tb of the power storage device 9, the storage battery capacity retention rate prediction means is referred to and determined. The elapsed time from the start of use of the power storage device 9 can be obtained by accumulating the time from the start of use of the power storage device 9 by the time measuring means provided in the integrated control unit 23. You may manually enter an elapsed time value such as The storage battery temperature Tb of the power storage device 9 can be detected as state information from the power storage device 9, but the average temperature in the environment in which the power storage device 9 is used may be stored in advance. In particular, since railway vehicles are operated on a limited number of routes, it is also possible to use temperature information in the area around the operating route based on past weather data published on the Internet or the like.

また、本実施例では、車両1a、1bによる2両編成を示しているが、編成車両の両数は限定しない。本発明の鉄道車両駆動システムは、1車両に集中して搭載する必要はなく、編成中のいずれかの車両(両運転台の1両編成を含む)に分散して備えてもよい。 Also, in the present embodiment, a two-car formation of vehicles 1a and 1b is shown, but the number of cars in the formation is not limited. The railway vehicle drive system of the present invention does not need to be centrally installed in one vehicle, and may be installed separately in any one of the vehicles in the train (including a one-car train with both cabs).

図9は、本発明の第二実施形態における、蓄電量管理方式を実現する構成を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a configuration for realizing the stored electricity amount management method in the second embodiment of the present invention.

直流電力Pd0は、図示していない架線4より集電装置5を介して、リアクトル24に供給される。リアクトル24は、コンデンサ16とともにフィルタ回路を構成して直流電力Pd0の高調波を除去し、その出力をインバータ装置15、直流コンバータ装置25、補助電源装置10に供給する。 The DC power Pd0 is supplied to the reactor 24 from the overhead wire 4 (not shown) via the current collector 5 . Reactor 24 forms a filter circuit together with capacitor 16 to remove harmonics of DC power Pd0, and supplies the output to inverter device 15, DC converter device 25, and auxiliary power supply device .

インバータ装置15は、直流電力Pd0を、電圧可変、周波数可変(VVVF)な交流電力Pa2に変換し、図示していない電動機17のトルクを制御する。電動機17のトルクは、輪軸3a、3b、3c、3dの全て、またはその何れかに回転トルクを伝達し、輪軸とレール面間に踏面力を作用させ、この踏面力により車両1aを加速、または減速させる。 The inverter device 15 converts the DC power Pd0 into a voltage-variable, frequency-variable (VVVF) AC power Pa2 to control the torque of the electric motor 17 (not shown). The torque of the electric motor 17 transmits rotational torque to all or any of the wheelsets 3a, 3b, 3c, and 3d, and exerts a tread force between the wheelset and the rail surface, and the tread force accelerates or accelerates the vehicle 1a. slow down.

直流コンバータ装置25は、直流電力Pd0の電圧Vd0を、電圧Vd1の直流電力Pd1に変換する。蓄電装置9は、リチウムイオンバッテリ等の蓄電手段、蓄電電力の充放電(入出力)を制限する蓄電電力遮断器、蓄電手段の状態を監視し、蓄電電力遮断器を制御する蓄電制御器で構成される。蓄電手段は、直流コンバータ装置25の出力する直流電力Pd1の電圧Vd1と、蓄電装置9の電圧Vbatとの大/小に応じて、充電/放電される。 DC converter device 25 converts voltage Vd0 of DC power Pd0 into DC power Pd1 of voltage Vd1. The power storage device 9 includes a power storage means such as a lithium ion battery, a power storage circuit breaker that limits charging and discharging (input/output) of stored power, and a power storage controller that monitors the state of the power storage means and controls the power storage circuit breaker. be done. The power storage means is charged/discharged according to the magnitude of voltage Vd1 of DC power Pd1 output from DC converter device 25 and voltage Vbat of power storage device 9 .

補助電源装置10は、主変換装置8の交流電力Pd1を、電圧一定、周波数一定(CVCF)な交流電力Pa3に変換し、図示していない車両用補機(空調、証明、空気圧縮機等)に供給する。 The auxiliary power supply device 10 converts the AC power Pd1 of the main converter 8 into constant voltage, constant frequency (CVCF) AC power Pa3, which is used by vehicle auxiliary equipment (air conditioning, lighting, air compressor, etc.) (not shown). supply to

統括制御装置11は、コンバータ制御ユニット21、インバータ制御ユニット22、蓄電池制御ユニット23、統括制御ユニット20で構成される。 The integrated control device 11 includes a converter control unit 21 , an inverter control unit 22 , a storage battery control unit 23 and an integrated control unit 20 .

コンバータ制御ユニット21は、統括制御ユニット20からの指令に応じて、直流電圧検出器51で検出する直流電圧Vd1を電圧指令Vdbに追従させる定電圧制御を行い、その出力を基に生成する直流電流指令に直流電流検出器52で検出する直流電流Id1を追従させる定電流制御を行い、その出力を基にコンバータ装置26のスイッチング回路を動作させるPWMパルスを生成し、コンバータ装置26に入力する。 Converter control unit 21 performs constant voltage control in which DC voltage Vd1 detected by DC voltage detector 51 follows voltage command Vdb according to a command from integrated control unit 20, and generates a DC current based on the output. Constant current control is performed so that the DC current Id1 detected by the DC current detector 52 follows the command.

インバータ制御ユニット22は、統括制御ユニット20からの指令に応じて、車両1a、1bを加速または減速させる電動機17の駆動トルクを発生するトルク電流指令を生成し、交流電流検出器18で検出する電動機電流Imu、Imv、Imwを基に演算するトルク電流をトルク電流指令に追従させる定電流制御を行い、その出力を基にインバータ装置15のスイッチング回路を動作させるPWMパルスを生成し、インバータ装置15に入力する。 The inverter control unit 22 generates a torque current command for generating drive torque of the electric motor 17 for accelerating or decelerating the vehicles 1a and 1b in accordance with the command from the overall control unit 20, and detects the electric motor by the alternating current detector 18. Constant current control is performed to make the torque current calculated based on the currents Imu, Imv, and Imw follow the torque current command, and based on the output, a PWM pulse is generated to operate the switching circuit of the inverter device 15, and the inverter device 15 input.

蓄電池制御ユニット23は、統括制御ユニット20からの指令に応じて、蓄電電力遮断器を投入/解放して蓄電手段の充放電(入出力)を制限するとともに、蓄電手段より状態情報(蓄電量、蓄電池温度等)を集約し、統括制御ユニット20に伝える。 In accordance with a command from the integrated control unit 20, the storage battery control unit 23 restricts charging/discharging (input/output) of the storage means by closing/releasing the storage power circuit breaker, and provides state information (storage amount, storage battery temperature, etc.) are aggregated and transmitted to the integrated control unit 20 .

以上の構成により、蓄電装置9の充放電電力Pbatを調整することで、SOCがSOC(t)と一致するように管理する。 With the above configuration, by adjusting the charge/discharge power Pbat of the power storage device 9, the SOC is managed so as to match the SOC(t).

SOC(t)は、蓄電装置9の使用開始からの経過時間と、蓄電装置9の蓄電池温度Tbを基に、蓄電池容量維持率予測手段を参照して決定する。蓄電装置9の使用開始からの経過時間は、統括制御ユニット23に備える時間計測手段にて、蓄電装置9の使用開始からの時間を積算することで求められるが、簡易的には使用開始からの経過時間値を手動で入力してもよい。蓄電装置9の蓄電池温度Tbは、蓄電装置9からの状態情報として検出できるが、蓄電装置9を使用する環境での平均的な温度を予め記憶させておいてもよい。 SOC(t) is determined based on the elapsed time from the start of use of the power storage device 9 and the storage battery temperature Tb of the power storage device 9 with reference to the storage battery capacity maintenance rate prediction means. The elapsed time from the start of use of the power storage device 9 can be obtained by accumulating the time from the start of use of the power storage device 9 by the time measuring means provided in the integrated control unit 23. You can also enter the elapsed time value manually. The storage battery temperature Tb of the power storage device 9 can be detected as state information from the power storage device 9, but the average temperature in the environment in which the power storage device 9 is used may be stored in advance.

また、以上に挙げた各実施例において、統括制御装置11は、統括制御ユニット20、コンバータ制御ユニット21、インバータ制御ユニット22、蓄電池制御ユニット23を個別の制御ユニットを含むものとして例示されているが、この区分は便宜上のものであって、一つの制御ユニットまたは複数の制御ユニットの組み合わせによってそれらの制御が実装されてよい。また、それぞれの制御ユニットにおける制御内容についても、実施例に限られず、任意の実装形態を採用できる。例えば、統括制御ユニット20が、実施例においてそれぞれの制御ユニットが生成していた制御指令を一括して生成するものとし、それぞれの他の制御ユニットは、被制御対象の状態を統括制御ユニット20に対して通知する機能に特化していてもよい。 Further, in each of the above-described embodiments, the integrated control device 11 is illustrated as including individual control units such as the integrated control unit 20, the converter control unit 21, the inverter control unit 22, and the storage battery control unit 23. , this division is for convenience and the controls may be implemented by a single control unit or a combination of control units. Moreover, the content of control in each control unit is not limited to the embodiment, and any mounting form can be adopted. For example, assume that the overall control unit 20 collectively generates the control commands generated by the respective control units in the embodiment, and each of the other control units sends the state of the controlled object to the overall control unit 20. You may specialize in the function of notifying you.

また、統括制御装置11は、基本機能として主変換装置8の動作を列車制御指令に基づき制御し、それに加えて、第1の駆動モードおよび第2の駆動モードの切り替えを実行する。なお、第1の駆動モードおよび第2の駆動モードの切り替え機能は、運転台に指令装置を設け、この指令装置から統括制御装置11に対して出力される指令情報に基づき実現されるものとしてもよい。 In addition, as a basic function, the integrated control device 11 controls the operation of the main converter 8 based on a train control command, and in addition, executes switching between the first drive mode and the second drive mode. Note that the switching function between the first drive mode and the second drive mode may be implemented based on command information output from the command device to the integrated control device 11 by providing a command device in the driver's cab. good.

さらに上述の各実施例は、車載型の蓄電装置が提案する管理方法によって管理される場合を示したが、この管理方法を地上側の電力供給設備に設けられた蓄電装置に適用することも可能である。 Furthermore, each of the above-described embodiments shows the case where the on-vehicle power storage device is managed by the proposed management method, but this management method can also be applied to the power storage device provided in the power supply facility on the ground side. is.

1a、1b…車両、2a、2b、2c、2d…台車3a、3b…輪軸、4…架線、5…集電装置、6…車間連結器、7…変圧装置、8…主変換装置、9…蓄電装置、9a…蓄電池、10…補助電源装置、11…統括制御装置、12…交流電圧検出器、13…交流電流検出器、14…コンバータ装置、15…インバータ装置、16…コンデンサ、17…電動機、18…交流電流検出器、19…車両用補機、20…統括制御ユニット、20a…演算装置、20b…タイマー、20c…メモリ、21…コンバータ制御ユニット、22…インバータ制御ユニット、23…蓄電池制御ユニット、23a…蓄電制御器、23b…温度計、23c…蓄電電力遮断器、24…リアクトル、25…直流コンバータ装置、51…直流電圧検出器、52…直流電流検出器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b... vehicle, 2a, 2b, 2c, 2d... bogie 3a, 3b... wheelset, 4... overhead line, 5... current collector, 6... inter-vehicle coupler, 7... transformer, 8... main converter, 9... Power storage device 9a Storage battery 10 Auxiliary power supply 11 Integrated control device 12 AC voltage detector 13 AC current detector 14 Converter device 15 Inverter device 16 Capacitor 17 Electric motor , 18... AC current detector, 19... Vehicle auxiliary equipment, 20... Integrated control unit, 20a... Arithmetic device, 20b... Timer, 20c... Memory, 21... Converter control unit, 22... Inverter control unit, 23... Storage battery control DESCRIPTION OF SYMBOLS Unit 23a... Electricity storage controller, 23b... Thermometer, 23c... Electricity storage power breaker, 24... Reactor, 25... DC converter apparatus, 51... DC voltage detector, 52... DC current detector.

Claims (4)

主変換装置と、
前記主変換装置に接続された電動機と、
前記主変換装置に接続可能な二次電池型の蓄電装置と、
を少なくとも備えた鉄道車両において、
前記蓄電装置の蓄電率を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記蓄電装置の利用開始または製造時点からの経過時間の進行に従って増加する蓄電率目標値を照会基準時間毎に記録したメモリを有し、
現在時点に一致または近接する前記照会基準時間の前記蓄電率目標値を前記メモリから読み出し、読み出した当該蓄電率目標値と現在時点の蓄電率との差に応じて前記蓄電装置の充電制御または自然放電を含む放電制御を実行する
ことを特徴とする鉄道車両。
a main converter;
an electric motor connected to the main converter;
a secondary battery type power storage device connectable to the main converter;
In a railway vehicle comprising at least
A control device that controls the power storage rate of the power storage device,
The control device has a memory in which a target power storage rate that increases as time elapses from the start of use or manufacture of the power storage device is recorded for each inquiry reference time,
The target value of the charge rate at the reference reference time that matches or is close to the current time is read from the memory , and the charge control or natural control of the power storage device is performed according to the difference between the read target value of charge rate and the charge rate at the current time. A railway vehicle characterized by executing discharge control including discharge.
請求項1に記載の鉄道車両において、
前記蓄電装置の温度を計測する計測手段を有し、
前記制御装置は、前記読み出した蓄電率目標値を現在時点の前記温度に応じて補正する
ことを特徴とする鉄道車両。
In the railway vehicle according to claim 1,
Having a measuring means for measuring the temperature of the power storage device,
The railway vehicle, wherein the control device corrects the read target value of the storage rate according to the current temperature.
請求項1または請求項2に記載の鉄道車両において、
所定区間の走行に必要な放電電力量に基づいて前記蓄電率に対して管理下限値を設け、
前記制御装置は、前記管理下限値を基準として前記放電電力量を確保するための蓄電率である利用上限値を設定し、当該利用上限値に基づいて前記蓄電率を制御する
ことを特徴とする鉄道車両。
In the railway vehicle according to claim 1 or claim 2,
setting a management lower limit value for the power storage rate based on the amount of discharged power required for traveling in a predetermined section;
The control device sets a usage upper limit value, which is a storage rate for securing the discharged power amount, based on the management lower limit value, and controls the storage rate based on the usage upper limit value. rail car.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の鉄道車両において、
前記主変換装置に対して架線からの電力を供給する集電装置と、
前記集電装置からの電力を利用して動作する第一の駆動モードおよび前記蓄電装置からの電力を利用して動作する第二の駆動モードを切り替える制御指令を出力する指令装置と
を備える
ことを特徴とする鉄道車両。
In the railway vehicle according to any one of claims 1 to 3,
a current collector that supplies power from overhead lines to the main converter;
a command device that outputs a control command for switching between a first drive mode operated using power from the current collector and a second drive mode operated using power from the power storage device; Characteristic railway vehicle.
JP2020540998A 2018-09-06 2019-03-11 rail car Active JP7198284B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018166539 2018-09-06
JP2018166539 2018-09-06
PCT/JP2019/009594 WO2020049773A1 (en) 2018-09-06 2019-03-11 Rail vehicle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2020049773A1 JPWO2020049773A1 (en) 2021-08-12
JP7198284B2 true JP7198284B2 (en) 2022-12-28

Family

ID=69723059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020540998A Active JP7198284B2 (en) 2018-09-06 2019-03-11 rail car

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7198284B2 (en)
WO (1) WO2020049773A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008308122A (en) 2007-06-18 2008-12-25 Mazda Motor Corp Control apparatus for vehicle battery
JP2009118664A (en) 2007-11-07 2009-05-28 Fuji Heavy Ind Ltd Charging controller for storage battery
JP2010123503A (en) 2008-11-21 2010-06-03 Honda Motor Co Ltd Charge control device
WO2011061811A1 (en) 2009-11-17 2011-05-26 トヨタ自動車株式会社 Vehicle and method for controlling vehicle
JP2017189062A (en) 2016-04-08 2017-10-12 株式会社日立製作所 Railway vehicle

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6197479B2 (en) * 2013-08-23 2017-09-20 トヨタ自動車株式会社 Power storage system and method for estimating full charge capacity of power storage device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008308122A (en) 2007-06-18 2008-12-25 Mazda Motor Corp Control apparatus for vehicle battery
JP2009118664A (en) 2007-11-07 2009-05-28 Fuji Heavy Ind Ltd Charging controller for storage battery
JP2010123503A (en) 2008-11-21 2010-06-03 Honda Motor Co Ltd Charge control device
WO2011061811A1 (en) 2009-11-17 2011-05-26 トヨタ自動車株式会社 Vehicle and method for controlling vehicle
JP2017189062A (en) 2016-04-08 2017-10-12 株式会社日立製作所 Railway vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020049773A1 (en) 2020-03-12
JPWO2020049773A1 (en) 2021-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11142088B2 (en) Vehicle control system and method
JP5274715B1 (en) Railway vehicle system and non-powered vehicle
CN102196938B (en) Propulsion control device for electric car
Ogasa Application of energy storage technologies for electric railway vehicles—examples with hybrid electric railway vehicles
US9168932B2 (en) Battery charging control apparatus of a train
AU2019210528B2 (en) Locomotive propulsion system
JP4747204B2 (en) Railway system with power supply equipment on the railway line between stations
US20100300780A1 (en) Apparatus and system for low voltage direct current at industrial power recharging of hybrid high occupany capacity on-road transporation vehicles
US20170174099A1 (en) Electric vehicle control device
WO2010011458A2 (en) Method and system for extending life of a vehicle energy storage device
CN101863230A (en) The power storage control apparatus of battery-driven car and method
JP2014075864A (en) Railway vehicle
JP6765208B2 (en) Railroad vehicle
Masamichi Onboard storage in Japanese electrified lines
JP7198284B2 (en) rail car
Ogasa et al. Development of contact-wire/battery hybrid LRV
US11034247B2 (en) Vehicle propulsion system
JP2020137144A (en) Charge/discharge control device and train traffic system
JP5190883B2 (en) Overhead voltage compensation vehicle
CN113928138B (en) Train charging control method, signal system and charging system
JP2022055581A (en) Vehicle control device and vehicle control method
Jeong et al. Efficient energy management for onboard battery-driven light railway vehicle
JP7182018B2 (en) RAILWAY VEHICLE POWER STORAGE SYSTEM AND RAILWAY VEHICLE POWER STORAGE SYSTEM CONTROL METHOD
EP4005854A1 (en) A control unit for controlling an electric vehicle with action plan when charging fault occurs
Hwang et al. Battery monitoring and management system for battery-driven public transit using wireless communication

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201119

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211116

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220113

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220614

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220802

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221213

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221216

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7198284

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150