KR101591218B1

KR101591218B1 - 전기차 구동 시스템

Info

Publication number: KR101591218B1
Application number: KR1020147017518A
Authority: KR
Inventors: 요시오 나가츠카
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2016-02-02
Also published as: US20140368134A1; KR20140102257A; EP2792530A4; CN103987561A; WO2013088497A1; JPWO2013088497A1; ES2600510T3; US9225268B2; EP2792530B1; JP5638704B2; CN103987561B; EP2792530A1

Abstract

전기차 구동 시스템은, 전기차용 전력 변환 장치, 개폐 접점부를 가지는 3극단투형의 개폐기인 EGS를 구비한다. 전기차용 전력 변환 장치에는, 가선으로부터의 공급 전력을 수전하여 축적하는 필터 콘덴서를 구비하는 평활 회로부, 평활 회로부의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 전동기를 구동하는 INV, 및 가선측에 회생할 수 없는 잉여 전력을 소비하는 BCH 회로가 마련된다. EGS의 개폐 접점이 폐로될 때에, BCH 회로에 구비되는 브레이크 저항이 필터 콘덴서의 양극과 음극의 사이에 전기적으로 접속되도록 EGS의 개폐 접점부에 연결된다.

Description

전기차 구동 시스템{ELECTRIC VEHICLE DRIVE SYSTEM}

본 발명은 전기차 구동 시스템에 관한 것이다.

전기차용 전력 변환 장치는 가선으로부터의 전력 공급을 받아 동작한다. 가선 전압은, 상당히 고압(예를 들면, DC 1500V)이기 때문에, 가선으로부터의 전력 공급을 차단했다고 하더라도, 주회로 내에 있는 필터 콘덴서 등에는 큰 전하가 축적되어 있어, 그대로는 감전(感電)의 위험성이 있다.

그래서, 예를 들면 하기 특허 문헌 1에 제시된 전기차 제어 장치에서는, 컨버터와 인버터의 사이에 접속되는 복수의 접촉기와 저항기로 이루어진 직렬 회로를 가지고, 전기차의 점검시나 메인터넌스 시에 있어서는, 접촉기 제어부에 의해서 복수의 접촉기를 소정 시간 투입함으로써 필터 콘덴서의 전하를 저항기를 통해서 방전하도록 하고 있다. 이러한 제어를 행함으로써, 전기차의 점검시나 메인터넌스 시 등에 있어서, 작업자가 도전부(導電部)에 닿더라도 감전되지 않도록 배려하고 있다.

특허 문헌 1: 일본국 특개평 08－019101호 공보

그렇지만, 상기 종래의 기술에 의하면, 방전용의 저항기에 직렬 접속되는 복수의 접촉기를 제어하기 위한 로직 회로가 필요하게 됨과 아울러, 로직 회로를 제어하기 위한 전원도 별도로 필요하다. 이 때문에, 전기차의 점검시나 메인터넌스 시 등에 있어서, 필터 콘덴서의 전하 방전을 확실하게 행하기 위해서는, 회로 구성이나 시스템 구성에 다양한 연구를 거듭할 필요가 있어, 회로 규모나 회로 코스트가 증가한다고 하는 과제가 존재한다.

　본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 회로 규모나 회로 코스트의 증가를 억제하면서, 필터 콘덴서의 전하 방전을 간이 또한 확실하게 행할 수 있는 전기차 구동 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 가선으로부터 공급되는 직류 전력 또는 교류 전력을 원하는 교류 전력으로 변환하여 부하인 전동기를 구동하는 전기차용 전력 변환 장치와, 상기 가선과 상기 전기차용 전력 변환 장치의 사이에 흐르는 전류를 차단하는 제1 차단기와, 이 제1 차단기를 접지하는 접지 개폐기를 구비한 전기차 구동 시스템으로서, 상기 전기차용 전력 변환 장치에는, 상기 가선으로부터의 공급 전력을 수전하여 축적하는 필터 콘덴서를 구비하는 평활 회로부와, 이 평활 회로부의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 부하인 전동기를 구동하는 인버터를 적어도 포함하는 주회로부와, 제1 차단기와 상기 인버터 사이의 전력 공급 경로를 차단하는 제2 차단기가 마련되고, 상기 접지 개폐기는 3극 이상의 개폐 접점을 가지는 단투형(單投型)의 개폐기로서 구성되고, 상기 접지 개폐기의 개폐 접점이 폐로(閉路)될 때에 상기 주회로부를 구성하는 회로 요소 중 하나인 소정의 저항기가 상기 필터 콘덴서의 양극(positive electrode)과 음극(negative electrode)의 사이에 전기적으로 접속되도록 상기 접지 개폐기의 개폐 접점에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 회로 규모나 회로 코스트의 증가를 억제하면서, 필터 콘덴서의 전하 방전을 간이 또한 확실하게 행할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.

도 1은 실시 형태 1에 따른 전기차 구동 시스템의 주요부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 도 1과는 다른 전기차 구동 시스템의 주요부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 실시 형태 2에 따른 전기차 구동 시스템의 주요부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시 형태 3에 따른 전기차 구동 시스템의 주요부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시 형태 4에 따른 전기차 구동 시스템의 주요부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시 형태 5에 따른 전기차 구동 시스템의 주요부의 구성을 나타내는 도면이다.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 전기차 구동 시스템에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 　

실시 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전기차 구동 시스템의 주요부의 구성을 나타내는 도면이다. 실시 형태 1에 따른 전기차 구동 시스템은, 도시와 같이, 팬터그래프(1), 제1 차단기로서의 하이 스피드 브레이커(High speed Breaker：이하 「HB」라고 표기)(2), 접지 개폐기로서의 어스 그라운드 스위치(Earth Ground Switch：이하 「EGS」라고 표기)(4), 전기차용 전력 변환 장치(11) 및 전동기(7)를 구비하여 구성된다. 또, 전기차용 전력 변환 장치(11)는 이 장치 내에 마련되는 제2 차단기로서의 라인 브레이커(Line Breaker：이하 「LB」라고 표기)(3), 팬터그래프(1), HB(2) 및 LB(3)를 통해서 가선(50)으로부터 공급되는 직류 전력을 수전하여 축적하는 필터 콘덴서(16a)를 구비하는 평활 회로부(16), 평활 회로부(16)의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 부하인 전동기(7)를 구동하는 인버터(이하 「INV」라고 표기)(12), 및 전동기(7)가 발전기로서 동작할 경우에 가선(50) 측에 회생(回生)할 수 없는 잉여 전력을 소비하는 브레이크 초퍼(Brake CHopper：이하 「BCH」라고 표기) 회로(14)를 구비하여 구성된다. 또한, 이들 평활 회로부(16), INV(12), BCH 회로(14) 등은, 전기차용 전력 변환 장치(11)의 주회로부를 구성한다.

전기차용 전력 변환 장치(11)는, 예를 들면 도시와 같이 차량(6)의 상하부(床下部)에 탑재되고, HB(2) 및 EGS(4)는, 예를 들면 도시와 같이 차량(6)의 상부(上部)에 탑재되며, 이들 각부 간의 전기적 접속은, 차량(6) 내에 배설되는 의장(艤裝, outfitting) 배선을 이용하여 행해진다.

또, 도 1에 있어서, 전기차용 전력 변환 장치(11)의 일단(一端)은 팬터그래프(1), HB(2) 및 LB(3)를 통해서 가선(50)에 접속되고, 타단(他端)은 차륜(9)을 통해서 대지 전위와 동(同) 전위에 있는 레일(54)에 접속되어 있다. 가선(50)으로부터 공급되는 직류 전력은, 필터 콘덴서(16a)에 축적되어서 INV(12)의 동작 전력이 된다.

INV(12)는 도시를 생략한 제어부로부터 출력되는 제어 신호(도시를 생략한 스위칭 소자를 PWM 제어하는 신호)에 기초하여, 원하는 교류 전력(교류 전압)을 발생시켜 전동기(7)를 구동한다. 전동기(7)는 차륜(8)에 연결되어, 구동력을 차륜(8)에 전달한다.

HB(2)는 가선(50)과 전기차용 전력 변환 장치(11)의 사이에 흐르는 전류를 차단하는 개폐기이다. 또, EGS(4)는 개폐 접점부(4a, 4b, 5)를 가지는 3극 단투의 개폐기로서 구성되어, 수동에 의해서 제어되는 개폐기이다. 개폐 접점부(4a, 4b, 5) 중, 개폐 접점부(4a, 4b)는 종래부터 존재하는 개폐 접점부인데 반해, 개폐 접점부(5)는 본 발명의 과제를 해결하기 위해서 마련된 개폐 접점부이다.

개폐 접점부(4a)의 일단은 HB(2)의 일단(팬터그래프(1)측의 접속단)에 접속되고, 타단은 접지된다. 개폐 접점부(4b)의 일단은 HB(2)의 타단(전기차용 전력 변환 장치(11)측의 접속단)에 접속되고, 타단은 접지된다. 한편, 개폐 접점부(5)의 일단은 전기차용 전력 변환 장치(11)에 있어서의 양측 직류 모선(30A)(양측 직류 모선(30A)과 동 전위의 단으로도 가능)에 접속되고, 개폐 접점부(5)의 타단은 BCH 회로(14)에 있어서의 스위칭 소자(15a)와 브레이크 저항(15b)의 접속단(32A)에 접속된다.

다음으로, 실시 형태 1에 따른 전기차 구동 시스템의 주요부 동작에 대해서 도 1을 참조하여 설명한다.

전기차의 점검시나 메인터넌스 시 등에 있어서, HB(2) 및 LB(3)는 개방되고, 팬터그래프(1)는 가선(50)으로부터 절리(切離)된다. 이러한 조작 또는 제어 후에, EGS(4)는 수동 제어에 의해 각 접점이 닫힌다. EGS(4)에 대한 수동 제어에 의해, HB(2)의 양단부는 접지되어 대지 전위가 된다. 또한, 종래의 EGS는 개폐 접점부(5)를 가지지 않고, HB(2)의 양단부를 접지 전위로 하는 동작이 행해짐으로써 목적이 달성된다.

한편, 실시 형태 1의 전기차 구동 시스템에서는, 추가로, 개폐 접점부(5)에 의해서, 양측 직류 모선(30A)과, 스위칭 소자(15a)와 브레이크 저항(15b)의 접속단(32A)의 사이가 전기적으로 접속된다. 이 동작에 의해, 필터 콘덴서(16a)의 양극과 음극은 브레이크 저항(15b)을 통해서 전기적으로 접속되기 때문에, 필터 콘덴서(16a)의 축적 전하를 방전하기 위한 방전 회로가 형성된다. 필터 콘덴서(16a)의 축적 전하는, 필터 콘덴서(16a)의 캐패시턴스와, 브레이크 저항(15b)의 저항값의 곱으로 정해지는 시정수에 따르는 방전 커브로 방전된다.

또한, 종래의 방전 제어에서는, 상술한 특허 문헌 1과 같이, 방전 제어용의 회로를 별도로 구성함과 아울러, 특별한 제어 수단을 구축하여 방전 제어를 행하고 있었다. 이 때문에, 종래의 수법에서는, 방전 제어용의 회로나 제어 수단이 별도로 필요하여, 회로 규모나 회로 코스트가 증가하고 있었다.

이것에 반해, 실시 형태 1에 따른 전기차 구동 시스템에서는, 방전 제어를 위한 특별한 제어 회로와 특별한 제어 수단은 불필요하다. 또, 실시 형태 1에 따른 전기차 구동 시스템의 요지는, 2극 단투의 개폐기로서 구성되어 있던 EGS를 3극 단투의 개폐기로서 구성함과 아울러, 추가하여 마련한 개폐 접점부(5)의 접점을 의장 배선을 통해서 BCH 회로(14)에 전기적으로 접속함으로써 실현할 수 있다. 또한, BCH 회로(14)는 대개의 전기차용 전력 변환 장치(11)에는 마련되어 있는 회로부이다.

이와 같이, 실시 형태 1에 따른 전기차 구동 시스템에 의하면, 회로 규모나 회로 코스트의 증가를 억제하면서, 필터 콘덴서(16a)의 전하 방전을 간이 또한 확실하게 행하는 것이 가능해진다.

또, 실시 형태 1에 따른 전기차 구동 시스템에 의하면, 필터 콘덴서(16a)의 전하 방전을 EGS(3)에 연동시켜 행할 수 있으므로, 전하 방전을 위한 특별한 조작이 필요 없어, 작업자의 부담을 경감하는 것이 가능해진다.

또한, 실시 형태 1에 따른 전기차 구동 시스템에 의하면, 회로 동작에 의존하는 부분이 지극히 적기 때문에, 전하 방전의 제어에 관한 신뢰성을 향상시킬 수 있어, 작업자가 가지는 안심감을 고양할 수 있다고 하는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 BCH 회로(14)가, 복수 개 병렬로 접속되는 구성도 있다. 이와 같은 경우에는, 복수 개의 BCH 회로 중에서 어느 하나의 BCH 회로를 선택하여 개폐 접점부(5)에 연결하면 좋다. 예를 들면, 도 2에 도시된 구성의 경우, 2개의 BCH 회로(14a, 14b) 중에서 BCH 회로(14a)를 선택하여, BCH 회로(14a)가 접속되는 양측 직류 모선(30A)에 개폐 접점부(5)의 일단을 접속하고, BCH 회로(14a)에 있어서의 스위칭 소자(15aa)와 브레이크 저항(15ba)의 접속단에 개폐 접점부(5)의 타단을 접속시키면 좋다.

실시 형태 2.

실시 형태 1에서는, 팬터그래프를 장비(裝備)하고 있는 차량에 전기차용 전력 변환 장치가 탑재되는 경우를 일례로서 나타냈지만, 실시 형태 2에서는, 팬터그래프를 장비하고 있지 않은 차량에 전기차용 전력 변환 장치가 탑재되는 경우에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 실시 형태 2에 따른 전기차 구동 시스템의 주요부의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3에서는, 팬터그래프(1)를 장비하고 있는 차량(6A)과, 팬터그래프(1)를 장비하고 있지 않은 차량(6B)이 도시되어 있다. 차량(6A)에는 전기차용 전력 변환 장치(11A)가 탑재되고, 차량(6B)에는 전기차용 전력 변환 장치(11B)가 탑재되어 있다. 이러한 전기차용 전력 변환 장치(11A, 11B)의 개별적 구성 및 가선(50)과의 접속 구성은, 실시 형태 1과 마찬가지이고, 차량(6A)에 관련된 부위에는 첨자 A를 부여하고, 차량(6B)에 관련된 부위에는 첨자 B를 부여하여 나타내고 있다.

한편, 실시 형태 2에서는, EGS(4)는 개폐 접점부(4a, 4b, 5A, 5B)를 가지는 4극 단투의 개폐기로서 구성되어 있다. 즉, 실시 형태 2의 EGS(4)에서는, 실시 형태 1의 EGS(4)에 대해 개폐 접점부(5B)가 추가되어 있다.

도 3에 있어서, 개폐 접점부(5A)는, 도 1의 개폐 접점부(5)에 대응하여, 그 접속처는 도 1의 경우와 마찬가지이다. 구체적으로 설명하면, 개폐 접점부(5A)의 일단은 전기차용 전력 변환 장치(11A)에 있어서의 양측 직류 모선(30A)(혹은 양측 직류 모선(30A)과 동 전위의 단)에 접속되고, 개폐 접점부(5A)의 타단은 BCH 회로(14a)에 있어서의 스위칭 소자(15aA)와 브레이크 저항(15bA)의 접속단(32A)에 접속된다. 한편, 개폐 접점부(5B)의 일단은 전기차용 전력 변환 장치(11B)에 있어서의 양측 직류 모선(30B)(혹은 양측 직류 모선(30B)과 동 전위의 단)에 접속되고, 개폐 접점부(5B)의 타단은 BCH 회로(14B)에 있어서의 스위칭 소자(15aB)와 브레이크 저항(15bB)의 접속단(32B)에 접속된다.

상기의 접속에 의해, EGS(4)가 수동 제어되면 개폐 접점부(4a, 4b)의 각 접점과 함께, 개폐 접점부(5A, 5B)의 각 접점도 동시에 닫힌다. 개폐 접점부(5A)의 접점이 닫히면, 양측 직류 모선(30A)과 접속단(32A)의 사이가 전기적으로 접속된다. 이 동작에 의해, 필터 콘덴서(16aA)의 양극과 음극이 브레이크 저항(15bA)을 통해서 전기적으로 접속되고, 필터 콘덴서(16aA)의 축적 전하는 신속하게 방전된다. 또, 개폐 접점부(5B)의 접점이 닫히면, 양측 직류 모선(30B)과 접속단(32B)의 사이가 전기적으로 접속된다. 이 동작에 의해, 필터 콘덴서(16aB)의 양극과 음극이 브레이크 저항(15bB)을 통해서 전기적으로 접속되고, 필터 콘덴서(16aB)의 축적 전하는 신속하게 방전된다.

이와 같이, 실시 형태 2에 따른 전기차 구동 시스템에 있어서도, 방전 제어를 위한 특별한 제어 회로는 불필요하다. 또, 실시 형태 2에 따른 전기차 구동 시스템의 요지는, 2극 단투의 개폐기로서 구성되어 있던 EGS를 적어도 4극 단투의 개폐기로서 구성함과 아울러, 추가하여 마련한 개폐 접점부(5A, 5B)의 각 접점을 의장 배선을 통해서 각각 BCH 회로(14A, 14B)에 전기적으로 접속함으로써 실현할 수 있다.

이상과 같이, 실시 형태 2에 따른 전기차 구동 시스템에 의하면, 팬터그래프를 장비하고 있는 차량에 마련되는 EGS에 2개의 개폐 접점부를 추가로 마련하고, 이들 중 하나의 개폐 접점부의 접점과, 팬터그래프를 장비하고 있지 않은 차량에 탑재되는 전기차용 전력 변환 장치의 BCH 회로의 사이를 전기적으로 접속하도록 했으므로, 팬터그래프를 장비하고 있지 않은 차량에 전기차용 전력 변환 장치가 탑재되는 형태의 차량이 혼재하고 있는 경우여도, 실시 형태 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

실시 형태 3.

실시 형태 1에서는, EGS에 새롭게 마련한 개폐 접점부와 전기차용 전력 변환 장치의 BCH 회로의 사이를 전기적으로 접속하는 경우에 대해서 설명했지만, 실시 형태 3에서는, BCH 회로 이외의 다른 회로의 일례로서 충전 회로를 이용하는 경우에 대해서, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 실시 형태 3에 따른 전기차 구동 시스템의 주요부의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 4에 있어서, 도 1과 동일 또는 동등한 구성부에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명에 대해서는 생략한다.

실시 형태 3에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 리액터(21)와 충전 회로(22)의 직렬 회로가, LB(3)에 병렬로, 또한, HB(2)와 INV(12)의 사이에 직렬로 접속되는 구성이 도시되어 있다. 충전 회로(22)는 필터 콘덴서(16a)의 충전을 제어하는 회로로서, 충전 저항(22a)과, 충전 회로(22)를 회로로부터 절리하기 위한 접촉기(22b)를 구비하여 구성된다. 또한, 충전 회로(22)의 동작은 공지이기 때문에, 당해 동작과 관련된 설명은 생략한다.

또, 도 4에 있어서, 실시 형태 3에 따른 EGS(4)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 개폐 접점부(4a, 4b, 5)를 가지는 3극 단투의 개폐기로서 구성되어 있다. 개폐 접점부(5)의 일단은 충전 회로(22)에 있어서의 충전 저항(22a)과 접촉기(22b)의 접속단(36)에 접속되고, 개폐 접점부(5)의 타단은 대지 전위에 접지된다.

상기의 접속에 의해, EGS(4)가 수동 제어되어 개폐 접점부(5)의 접점이 닫히면, 충전 저항(22a)과 접촉기(22b)의 접속단(36)은, 대지 전위에 접지된다. 이때, 필터 콘덴서(16a)의 양극과 음극은, 충전 저항(22a) 및 레일(54)을 통해서 전기적으로 접속되고, 필터 콘덴서(16a)의 축적 전하는 신속하게 방전된다.

이와 같이, 실시 형태 3에 따른 전기차 구동 시스템에 있어서도, 방전 제어를 위한 특별한 제어 회로는 불필요하다. 또, 실시 형태 3에 따른 전기차 구동 시스템의 요지는, 2극 단투의 개폐기로서 구성되어 있던 EGS를 적어도 3극 단투의 개폐기로서 구성함과 아울러, 추가하여 마련한 개폐 접점부(5)의 일단을 접지함과 아울러, 개폐 접점부(5)의 타단을 의장 배선을 통해서 충전 저항(22a)에 전기적으로 접속함으로써 실현할 수 있다.

이상과 같이, 실시 형태 3에 따른 전기차 구동 시스템에 의하면, 팬터그래프를 장비하고 있는 차량에 마련되는 EGS에 1개의 개폐 접점부를 추가로 마련하여, 당해 개폐 접점부의 일단을 접지하고, 타단을 장치 내의 충전 회로에 구비되는 충전 저항에 전기적으로 접속하도록 했으므로, 실시 형태 1에서 설명한 BCH 회로를 이용하는 경우와 마찬가지인 효과를 얻을 수 있다.

또한, 실시 형태 3에서는, EGS에 새롭게 마련한 개폐 접점부와 팬터그래프를 장비하고 있는 차량에 탑재되는 전기차용 전력 변환 장치의 충전 회로의 사이를 전기적으로 접속하는 형태를 일례로서 설명했지만, 실시 형태 2와 마찬가지로, 팬터그래프를 장비하고 있지 않은 차량에 전기차용 전력 변환 장치가 탑재되는 경우에 대해서도 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

실시 형태 4.

실시 형태 1~3에서는, 전기차가 직류 전기차의 경우에 대해서 설명했지만, 실시 형태 4에서는, 전기차가 교류 전기차의 경우의 실시 형태에 대해서, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 실시 형태 4에 따른 전기차 구동 시스템의 주요부의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 5에 있어서, 도 1과 동일 또는 동등한 구성부에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명에 대해서는 생략한다.

교류 전력을 수전하여 동작하는 전기차 구동 시스템에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 전기차용 전력 변환 장치(11)의 입력측에 변압기(20)가 마련되고, 전기차용 전력 변환 장치(11)에는 교류 전압이 인가된다. 이 때문에, 전기차용 전력 변환 장치(11)에서는, INV(12)의 입력측에 변압기(20)가 강압한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터(이하 「CNV」라고 표기)(18)가 마련된다. 또한, 도 5에 도시된 평활 회로부(16)에서는, 로우 사이드(low side)의 필터 콘덴서(16a)와 하이 사이드(high side)의 필터 콘덴서(16b)를 직렬로 접속하여 직류 모선간에 접속하고 있다.

또, 교류 전기차의 경우, 도시와 같이, 직렬 접속되어 있는 필터 콘덴서(16a, 16b)의 중점(中点)은, 접지 저항(28)을 통해서 접지됨과 아울러, 평활 회로부(16)와 INV(12)의 사이에 과전압 억제 사이리스터(26a)와 과전압 억제 저항(26b)을 직렬 접속한 과전압 억제 회로(26)가 마련되는 것이 일반적이다. 또한, 과전압 억제 회로(26)의 동작은 공지이기 때문에, 당해 동작과 관련된 설명은 생략한다.

또, 도 5에 있어서, 실시 형태 4에 따른 EGS(4)는, 개폐 접점부(4a, 4b, 5a, 5b)를 가지는 4극 단투의 개폐기로서 구성되어 있다. 여기서, 개폐 접점부(4a, 4b)의 접속은 실시 형태 1~3과 동일하다. 한편, 개폐 접점부(5A)의 일단은 음측 직류 모선(40)(혹은 음측 직류 모선(40)과 동 전위의 단)에 접속되고, 개폐 접점부(5a)의 타단은 접지 저항(28)의 일단(접지측단)에 접속된다. 또, 개폐 접점부(5b)의 일단은 필터 콘덴서(16a, 16b)의 중점(혹은 접지 저항(28)의 타단)에 접속되고, 개폐 접점부(5B)의 타단은 과전압 억제 회로(26)에 있어서의 과전압 억제 사이리스터(26a)와 과전압 억제 저항(26b)의 접속단에 접속된다.

상기의 접속에 의해, EGS(4)가 수동 제어되어 개폐 접점부(5a, 5b)의 각 접점이 동시에 닫히면, 음측 직류 모선(40)과 접지 저항(28)의 일단(접지측단)의 사이가 전기적으로 접속된다. 이 동작에 의해, 제1 필터 콘덴서인 필터 콘덴서(16a)의 양극과 음극이 접지 저항(28)을 통해서 전기적으로 접속되고, 필터 콘덴서(16a)의 축적 전하는 신속하게 방전된다. 또, 개폐 접점부(5b)의 접점이 닫히면, 필터 콘덴서(16a, 16b)의 중점과, 과전압 억제 사이리스터(26a)와 과전압 억제 저항(26b)의 접속단이 전기적으로 접속된다. 이 동작에 의해, 제2 필터 콘덴서인 필터 콘덴서(16b)의 양극과 음극이 과전압 억제 저항(26b)을 통해서 전기적으로 접속되고, 필터 콘덴서(16b)의 축적 전하는 신속하게 방전된다.

이와 같이, 실시 형태 4에 따른 전기차 구동 시스템에 있어서도, 방전 제어를 위한 특별한 제어 회로는 불필요하다. 또, 실시 형태 4에 따른 전기차 구동 시스템의 요지는, 2극 단투의 개폐기로서 구성되어 있던 EGS를 적어도 4극 단투의 개폐기로서 구성함과 아울러, 제1 필터 콘덴서인 필터 콘덴서(16a)의 양극과 음극이 접지 저항(28)의 양단에 전기적으로 접속되도록 추가하여 마련한 개폐 접점부(5a)에 접속하고, 제2 필터 콘덴서인 필터 콘덴서(16b)의 양극과 음극이 과전압 억제 저항(26b)의 양단에 전기적으로 접속되도록 추가하여 마련한 개폐 접점부(5b)에 접속함으로써 실현할 수 있다.

이상과 같이, 실시 형태 4에 따른 전기차 구동 시스템에 의하면, 팬터그래프를 장비하고 있는 차량에 마련되는 EGS에 2개의 개폐 접점부를 추가로 마련하고, 이들 중 한쪽의 개폐 접점부의 폐로 동작에 의해서 제1 필터 콘덴서의 양극과 음극이 접지 저항에 전기적으로 접속되도록 구성하고, 다른 쪽의 개폐 접점부의 폐로 동작에 의해서 제2 필터 콘덴서의 양극과 음극이 과전압 억제 저항에 전기적으로 접속되도록 구성했으므로, 전기차가 교류 전기차여도, 실시 형태 1과 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 실시 형태 4에서는, 평활 회로부의 필터 콘덴서가 제1, 제2 필터 콘덴서로 분할되어 있는 경우를 일례로서 설명했지만, 제1, 제2 필터 콘덴서의 중점이 접지되지 않는 단일의 필터 콘덴서로서 구성되어 있는 경우이면, EGS에 추가되는 개폐 접점부는 1개로 좋고, 또, 이 경우, 단일의 필터 콘덴서의 양극과 음극이, 접지 저항 혹은 과전압 억제 저항 중 어느 하나에 접속되도록 구성하면 좋다.

실시 형태 5.

실시 형태 1~4에서는, 전동기를 구동하는 INV가 2 레벨 INV인 경우에 대해 설명했지만, 실시 형태 5에서는, 전동기를 구동하는 INV가 3 레벨 INV인 경우에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 실시 형태 5에 따른 전기차 구동 시스템의 주요부의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 6에 있어서, 도 1과 동일 또는 동등한 구성부에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명에 대해서는 생략한다.

실시 형태 5에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 전동기(7)를 구동하는 변환기로서 3 레벨 INV(12a)가 마련되어 있다. 이 구성에 맞추어, 평활 회로부(16)에서는, 필터 콘덴서(16c, 16d)가 직렬로 접속되어 직류 모선 사이에 접속되어 있다. 또, 평활 회로부(16)의 구성에 맞추어, BCH 회로(14)에서는, BCH 회로(14c, 14d)가 직렬로 접속되어 직류 모선 사이에 접속되어 있다. 또한, 3 레벨 INV(12a)의 동작은 공지이기 때문에, 당해 동작과 관련된 설명은 생략한다.

또, 도 6에 있어서, 실시 형태 5에 따른 EGS(4)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 개폐 접점부(4a, 4b, 5)를 가지는 3극 단투의 개폐기로서 구성되어 있다. 여기서, 개폐 접점부(4a, 4b)의 접속은 실시 형태 1~4와 동일하다. 한편, 개폐 접점부(5)의 일단은 양측 직류 모선(30A)(혹은 양측 직류 모선(30A)과 동 전위의 단)에 접속되고, 개폐 접점부(5)의 타단은 로우 사이드측에 있는 BCH 회로(14c)에 있어서의 스위칭 소자(15ac)와 브레이크 저항(15bc)의 접속단에 접속된다.

상기의 접속에 의해, EGS(4)가 수동 제어되어 개폐 접점부(5)의 접점이 닫히면, 평활 회로부(16)의 양극과 음극이 브레이크 저항(15bc)을 통해서 전기적으로 접속되고, 필터 콘덴서(16c, 16d)의 축적 전하는 신속하게 방전된다.

이와 같이, 실시 형태 5에 따른 전기차 구동 시스템에 있어서도, 방전 제어를 위한 특별한 제어 회로는 불필요하다. 또, 실시 형태 5에 따른 전기차 구동 시스템의 요지는, 2극 단투의 개폐기로서 구성되어 있던 EGS를 적어도 3극 단투의 개폐기로서 구성함과 아울러, 평활 회로부(16)의 양극과 음극이 브레이크 저항(15bc)의 양단에 전기적으로 접속되도록 추가하여 마련한 개폐 접점부(5)에 접속함으로써 실현할 수 있다.

이상과 같이, 실시 형태 5에 따른 전기차 구동 시스템에 의하면, 팬터그래프를 장비하고 있는 차량에 마련되는 EGS에 1개의 개폐 접점부를 추가로 마련하고, 당해 개폐 접점부의 폐로 동작에 의해서 평활 회로부의 양극과 음극이 브레이크 저항 중 하나에 전기적으로 접속되도록 구성했으므로, 2 레벨 INV를 대신하여 3 레벨 INV를 이용하는 구성이어도, 실시 형태 1과 마찬가지인 효과를 얻을 수 있다.

[산업상의 이용 가능성]

이상과 같이, 본 발명은 필터 콘덴서의 전하 방전을 간이 또한 확실하게 행할 수 있는 전기차 구동 시스템으로서 유용하다.

　1:　팬터그래프
　2:　하이 스피드 브레이커(HB)
　3:　라인 브레이커(LB)
　4:　어스 그라운드 스위치(EGS)
　4a, 4b, 5, 5A, 5B, 5a, 5b:　개폐 접점부
　6, 6A, 6B:　차량
　7:　전동기
　8, 9: 차륜
　11, 11A, 11B:　전기차용 전력 변환 장치
　12:　인버터(INV)
　12a:　3 레벨 인버터(3 레벨 INV)
　14, 14a~14d, 14A, 14B:　브레이크 초퍼 회로(BCH 회로)
　15a, 15aa, 15ac, 15aA, 15aB:　스위칭 소자
　15b, 15ba, 15bc, 15bA, 15bB:　브레이크 저항
　16:　평활 회로부
　16a~16d, 16aA, 16aB:　필터 콘덴서
　20:　변압기
　21:　리액터
　22:　충전 회로
　22a:　충전 저항
　22b:　접촉기
　26:　과전압 억제 회로
　26a:　과전압 억제 사이리스터
　26b:　과전압 억제 저항
　28:　접지 저항
　30A, 30B:　양측 직류 모선
　40:　음측 직류 모선
　50:　가선
　54:　레일

Claims

가선으로부터 공급되는 직류 전력 또는 교류 전력을 원하는 교류 전력으로 변환하여 부하인 전동기를 구동하는 전기차용 전력 변환 장치와, 일단이 상기 전력 변환 장치와 전기적으로 접속되고 타단이 상기 가선과 전기적으로 접속되어 상기 가선과 상기 전기차용 전력 변환 장치의 사이에 흐르는 전류를 차단하는 제1 차단기와, 이 제1 차단기의 상기 일단 및 타단을 접지하는 접지 개폐기를 구비한 전기차 구동 시스템으로서,
상기 전기차용 전력 변환 장치에는, 상기 가선으로부터의 공급 전력을 수전하여 축적하는 필터 콘덴서를 구비하는 평활 회로부와, 이 평활 회로부의 양단에 전기적으로 접속되어 상기 평활 회로부의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 부하인 전동기를 구동하는 인버터를 적어도 포함하는 주회로부와, 일단이 상기 제1 차단기의 상기 타단에 전기적으로 접속되고 타단이 상기 평활 회로부의 일단에 전기적으로 접속되어 상기 제1 차단기와 상기 인버터 사이의 전력 공급 경로를 차단하는 제2 차단기가 마련되고,
상기 접지 개폐기는 3극 이상의 개폐 접점을 가지는 단투형(單投型, single-throw)의 개폐기로서 구성되고,
상기 주회로부는 소정의 저항기를 더 포함하며,
상기 소정의 저항기의 일단은 상기 접지 개폐기의 개폐 접점 중 하나에 연결되고 상기 소정의 저항기의 타단은 상기 필터 콘덴서의 양극과 음극 중 하나에 전기적으로 접속되며,
상기 접지 개폐기의 개폐 접점이 폐로될 때, 상기 소정의 저항기, 상기 접지 개폐기 및 상기 필터 콘덴서가 폐회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 전기차 구동 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 주회로부는, 상기 전동기가 발전기로서 동작하는 때에 상기 가선측에 회생할 수 없는 잉여 전력을 소비하는 브레이크 초퍼 회로를 상기 평활 회로부와 병렬로 가져서 이루어지고,
상기 소정의 저항기로서 상기 브레이크 초퍼 회로에 구비되는 브레이크 저항을 이용하는 것을 특징으로 하는 전기차 구동 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 브레이크 초퍼 회로는, 병렬로 접속되는 복수의 브레이크 초퍼 회로를 가져서 이루어지고,
상기 소정의 저항기로서 상기 복수의 브레이크 초퍼 회로 중 어느 브레이크 초퍼 회로에 구비되는 브레이크 저항을 이용하는 것을 특징으로 하는 전기차 구동 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 주회로부는, 상기 필터 콘덴서의 충전을 제어하는 충전 회로를 가져서 이루어지고,
상기 소정의 저항기로서 상기 충전 회로에 구비되는 충전 저항을 이용하는 것을 특징으로 하는 전기차 구동 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전기차 구동 시스템은, 교류 가선으로부터의 공급 전력을 변압기를 통해서 수전하여 동작하는 구동 시스템이며,
상기 주회로부는, 상기 변압기가 강압한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 상기 평활 회로부의 과전압을 억제하는 과전압 억제 회로를 추가로 가져서 이루어지고,
상기 소정의 저항기로서 상기 과전압 억제 회로에 구비되는 과전압 억제 저항을 이용하는 것을 특징으로 하는 전기차 구동 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전기차 구동 시스템은, 교류 가선으로부터의 공급 전력을 변압기를 통해서 수전하여 동작하는 구동 시스템이며,
상기 주회로부는, 상기 변압기가 강압한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 상기 평활 회로부를 구성하며, 직렬 접속되는 한쪽 및 다른 쪽의 필터 콘덴서 사이의 중점을 접지하는 접지 저항을 추가로 가져서 이루어지고,
상기 소정의 저항기로서 상기 접지 저항을 이용하는 것을 특징으로 하는 전기차 구동 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전기차 구동 시스템은, 교류 가선으로부터의 공급 전력을 변압기를 통해서 수전하여 동작하는 구동 시스템이며,
상기 주회로부는, 상기 변압기가 강압한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 상기 평활 회로부의 과전압을 억제하는 과전압 억제 회로와, 상기 평활 회로부를 구성하며, 직렬 접속되는 로우 사이드 및 하이 사이드의 필터 콘덴서 사이의 중점을 접지하는 접지 저항을 추가로 가져서 이루어지고,
상기 소정의 저항기 중 하나로서 상기 접지 저항을 이용함으로써 상기 로우 사이드의 필터 콘덴서에 관한 방전 회로를 형성하고, 또한, 상기 소정의 저항기 중 하나로서 상기 과전압 억제 회로에 구비되는 과전압 억제 저항을 이용함으로써 상기 하이 사이드의 필터 콘덴서에 관한 방전 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기차 구동 시스템.
청구항 1에 있어서,　
상기 주회로부의 인버터는 3 레벨 인버터로서 구성되고,
상기 주회로부의 평활 회로부는, 직렬로 접속되어 직류 모선 사이에 접속되는 로우 사이드 및 하이 사이드의 필터 콘덴서를 가져서 구성됨과 아울러,
상기 주회로부는, 상기 3 레벨 인버터의 입력측에서 상기 로우 사이드 및 하이 사이드의 필터 콘덴서의 각각에 병렬로 접속되는 브레이크 초퍼 회로를 추가로 가져서 이루어지고,
상기 소정의 저항기로서 로우 사이드의 필터 콘덴서에 구비되는 브레이크 저항을 이용함과 아울러, 상기 브레이크 저항에 있어서의 음측 직류 모선에 접속되지 않은 측의 단과 양측 직류 모선의 일단을 상기 접지 개폐기에 연결함으로써 상기 로우 사이드 및 하이 사이드의 필터 콘덴서에 관한 방전 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기차 구동 시스템.