KR20080037014A - 전기차의 제어 장치 - Google Patents

Abstract

직류 전원으로부터 충전용 저항을 통하여 충전되는 평활용 컨덴서와, 이 평활용 컨덴서에 충전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터와, 상기 평활용 컨덴서에 충전된 전압을 방전용 저항을 통하여 방전시키는 방전용 스위치를 구비하고, 상기 충전용 저항과 방전용 저항을 공용하여 회로 구성을 간략화한 전기차 제어 장치에 있어서, 상기 직류 전원으로부터 직류 전력이 공급되는 메인 회로에 삽입된 메인 스위치와; 상기 방전용 스위치에 병렬 접속되어 상기 메인 스위치와 반대인 개폐 동작을 행하는 보조 스위치를 마련한 것이다.

Description

전기차의 제어 장치{ELECTRIC CAR CONTROL APPARATUS}

본 발명은 인버터를 가지는 전기차 제어 장치에 관한 것으로, 특히 평활용 컨덴서의 방전 회로의 개량에 관한 것이다.

종래의 철도 차량이나 전기 자동차 등의 전기차에 있어서는 직류 전원으로부터 평활용 컨덴서를 통하여 교류로 변환하는 인버터를 구비하고, 이에 의해 얻어진 출력을 부하인 교류 전동기에 공급하여 역행(力行) 운전을 행하는 동시에, 교류 전동기에서 발생한 전력을 상기 인버터에 의해 직류로 변환하고 이것을 직류 전원으로 회생(回生)하는 회생 제동 또는 제어 회로내에서 이것을 소비시키는 발전 제동을 행하고 있다. 이렇기 때문에, 상기 인버터에는 평활용 컨덴서가 병렬 접속되어, 역행 운전시에는 충전용 저항을 통하여 상기 컨덴서가 충전되고, 발전 제동시에는 방전용 저항을 통하여 방전되도록 되어 있다.

종래부터 상기 충전용 저항과 방전용 저항을 공용하여 회로 구성을 간략화하는 시도가 이루어지고 있으며(예를 들어 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2를 참조), 그 대표예를 도 2에 나타내고 있다. 도 2는 교류 전동기에 의해 2개의 차륜(車輪)을 구동하는 전기 자동차 시스템에 사용한 예이고, 도면에 있어서, 1은 직류 전원이 되는 2차 전지, 2는 이상시에 회로를 차단하는 퓨즈, 3은 메인 회로 스위치, 4는 예를 들어 3상(相)의 트랜지스터 인버터에 의해 구성되고, 그 양단에 평활용 컨덴서(5)가 접속되어 있는 인버터이다. 6은 교류 전동기, 7은 차동 장치, 8은 차륜이다. 9는 상기 메인 회로 스위치(3)에 병렬로 접속된 충전용 스위치, 10은 충전 저항과 제동 저항을 공용한 저항, 11은 방전용 스위치이고, 이것을 반도체 스위치 소자로 구성할 수도 있다.

다음에, 이 회로의 동작을 간단하게 설명한다. 초기 충전시에 메인 회로 스위치(3) 및 방전용 스위치(11)는 열려 있고, 그 상태에서 충전용 스위치(9)를 닫으면, 2차 전지(1)로부터 퓨즈(2), 충전용 스위치(9), 공용 저항(10)을 통하여 상기 평활용 컨덴서(5)가 충전된다. 충전 완료후에는 충전용 스위치(9)를 열고, 메인 회로 스위치(3)를 닫아, 인버터 운전을 통하여 교류 전동기(6)의 역행 운전을 행한다. 한편, 전기 자동차의 제동시에는 인버터(4)를 정류기로서 작동시키고, 방전용 스위치(11)를 연 상태인 채로, 상기 메인 회로 스위치(3)를 통하여 2차 전지(1)에 전력을 회생시킨다.

2차 전지(1)에 전력이 회생되지 않게 되면, 상기 메인 회로 스위치(3)를 여는 동시에 방전용 스위치(11)를 닫고, 평활용 컨덴서(5)로부터 공용 저항(10), 방전용 스위치(11)를 통한 방전 회로를 동작시켜 제동을 회생 제동으로부터 발전 제동으로 전환하는 것이다. 그러나, 이와 같은 종래의 전기차 제어 장치에 있어서는 상기 발전 제동시에 반드시 방전용 스위치(11)를 닫아서 평활용 컨덴서의 방전 회로를 성립시켜야 한다.

그러나, 이 방전용 스위치(11)가 고장나서 닫히지 않게 된 경우, 상기 평활 용 컨덴서의 방전 회로가 형성되지 않아서, 상기 평활용 컨덴서가 방전할 수 없게 되어 전기차의 제동에 지장을 초래한다고 하는 문제가 있었다. 이 경우, 기계 제동만으로 전기차를 정지해야 하기 때문에 경사면을 주행시 등 사고의 원인이 되는 일도 고려된다.

또, 철도 차량용의 전기차에 이 시스템을 사용하는 경우에 상기 평활용 컨덴서(5)는 전차선으로부터 취입되는 가선 전압(약 1500V) 정도까지 충전되어 있고, 방전용 스위치(11)의 고장에 의해 방전할 수 없게 되면, 점검ㆍ수리시에 있어서도 매우 위험한 상태로 되는 일이 있었다.

특허 문헌 1 : 일본 특개평 3-289362호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특개평 6-276608호 공보

본 발명은 상술한 바와 같은 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 충전용 저항과 방전용 저항을 공용하여 회로 구성을 간략화한 전기차 제어 장치에 있어서, 방전용 스위치가 고장나도 간단한 구성에 의해 평활용 컨덴서의 방전 회로를 확보하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 직류 전원으로부터 공용 저항기를 통하여 충전되는 평활용 컨덴서와, 이 평활용 컨덴서에 충전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터와, 상기 평활용 컨덴서에 충전된 직류 전압을 상기 공용 저항기를 통하여 방전시키는 방전용 스위치를 구비한 전기차 제어 장치에 있어서, 상기 직류 전원으로부터 직류 전력이 공급되는 메인 회로에 삽입된 메인 스위치와; 상기 방전용 스위치에 병렬 접속되어 상기 메인 스위치와 반대인 개폐 상태를 취하는 보조 스위치를 마련한 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 철도 차량에 실시된 전기차 제어 장치의 구성예를 나타낸다.

도 2는 종래의 전기 자동차 시스템에 사용한 구성예를 나타낸다.

실시 형태 1.

이하, 본 발명에 의한 전기차 제어 장치의 실시 형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 도 1에, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 철도 차량에 실시된 전기차 제어 장치의 구성예를 나타낸다. 여기서, 도 2에서 설명한 종래의 구성예와 동일 부분 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하여 나타내고 있다. 도면에 있어서, 1은 전차선이고, 팬터그래프(pantograph) P를 통하여 직류 전력이 취입된다. 2a는 상기 직류 전력 공급 회로의 선두에 삽입된 메인 스위치이고, 상기 공급 회로를 전기적으로 완전하게 개로(開路)하기 위한 것이다.

2b는 방전용 스위치(11)에 병렬 접속된 보조 스위치이고, 상기 메인 스위치(2a)가 닫혀 있을 때는 열리고, 상기 메인 스위치(2a)가 열려 있을 때는 닫히는 관계로 구성되어 있다. 상기 메인 스위치(2a), 보조 스위치(2b)는 도시하지 않는 전자 접촉기 등으로 서로 반전(反轉) 동작하도록 되어 있다. 12는 상기 메인 스위치(2a)의 후단에 삽입된 고속도 차단기이고, 도 2에서 설명한 전기 퓨즈(2)에 상당 하는 것이다. 그곳으로부터 메인 회로 접촉기(3)와 필터 리액터(filter reactor)(13)의 직렬 회로와, 충전용 접촉기(9)와 공용 저항기(10)의 직렬 회로로 분기되어 있다. 상기 방전용 스위치(11)는 상기 충전용 스위치(9)와 공용 저항기(10)의 접속점과 접지 사이에 삽입되어 있고, 예를 들어 제어 전극 부착 반도체 소자가 사용된다. 5는 평활용 컨덴서, 4는 3상의 트랜지스터 인버터, 6은 부하로 되는 교류 전동기이다.

다음에, 이 철도 차량용 전기차 제어 장치의 동작을 설명한다. 먼저, 메인 스위치(2a)를 단락(短絡)한다. 이 때, 보조 스위치(2b)는 열리게 된다. 그리고, 고속도 차단기(12)가 단락되고, 그 후, 충전용 접촉기(9)가 단락된다. 이 때, 전차선(1)으로부터 팬터그래프 P를 통하여 도입된 직류 전압이 메인 스위치(2a), 고속 차단기(12), 충전용 접촉기(9)를 통하여 공용 저항기(10)에 인가되어, 그것에 접속되어 있는 평활용 컨덴서(5)를 충전한다.

그리고, 평활용 컨덴서(5)에 충전된 직류 전압이 소정의 전압에 도달하면, 충전용 접촉기(9)는 열리고 메인 회로 접촉기(3)는 단락된다. 상기 소정의 전압은 메인 회로 접촉기(3)가 단락되었을 때에 흐르는 전류가 평활용 컨덴서(5)의 정전 용량값과 필터 리액터(13)의 인덕턴스 값에 의한 공진 전압에서 댐핑(damping)이 발생하지 않을 정도의 값으로 설정되어 있다.

그 후, 팬터그래프 P를 통하여 취입된 직류 전력이 메인 회로 접촉기(3), 필터 리액터(13)를 통하여 직접 평활용 컨덴서(5)를 충전하게 된다.

그 후 인버터(4)를 구성하는 스위칭 소자가 인버터 스위칭 동작을 행하여 교 류 전동기(6)는 회전하고, 이른바 역행 운전이 가능하게 된다. 상기 교류 전동기(6)의 역행 동작시에, 평활용 컨덴서(5)의 전압이 인버터(4)를 구성하는 스위칭 소자의 내압 이하로 설정되는 소정의 전압에 도달하면, 상기 방전용 스위치(11)가 도통(導通) 상태로 되고, 평활용 컨덴서(5)에 충전된 전압은 공용 저항기(10)를 통하여 방전하게 된다. 이에 의해 통상의 발전 제동이 걸리게 된다.

그런데, 예를 들어 과전압 인가 등의 원인으로 상기 방전용 스위치(11)의 절연 파괴가 발생한 경우에는 상기 방전용 스위치(11)가 도통 상태로 되지 않은 상태로 되고, 상기 평활용 컨덴서(5)를 방전할 수 없게 되는 결과로 된다. 평활용 컨덴서(5)에는 상술한 바와 같이 1500V 정도의 전압이 충전된 상태이므로, 이대로는 평활용 컨덴서(5)를 방전시키는 수단이 없고, 점검ㆍ수리 작업을 행할 때에 매우 위험한 상태로 된다.

본 발명의 실시 형태 1에 의하면, 상기 방전용 스위치(11)와 병렬로 메인 스위치(2a)와 반대인 개폐 상태를 취하는 보조 스위치(2b)를 마련하고 있으므로, 이와 같은 경우, 메인 스위치(2a)를 여는 것에 의해 즉시 보조 스위치(2b)가 닫히고, 이것을 통하여 상기 평활용 컨덴서(5)의 방전 회로를 형성시킬 수 있는 것이다. 이에 의해, 방전용 스위치(11)가 고장에 의해 도통 상태로 되지 않는 경우에도, 보조 스위치(2b)를 통하여 평활용 컨덴서(5)는 반드시 방전되기 때문에 시스템의 안전성, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 실시 형태 1에 의하면, 종래부터 사용되는 메인 스위치(2a)에 이와 반대인 개폐 상태를 취하는 보조 스위치(2b)만을 부가하는 간단하고 저가인 수단으로 이것을 실현할 수 있는 효과도 함께 갖는다. 또한, 이 보조 스위치(2b)를 방전용 스위치(11)에 병렬 접속하도록 하고 있기 때문에, 보조 스위치(2b)의 동작시에 있어서 상기 공용 저항기(10)를 사용할 수 있으므로 특별히 방전용 저항기를 준비할 필요는 없다.

이상 기술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 방전용 스위치가 고장나도 평활용 컨덴서를 확실하게 방전시키는 것이 가능하게 되어 전기차 제어 장치의 신뢰성, 안전성의 향상을 도모할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (4)

1. 직류 전원으로부터 공용 저항기를 통하여 충전되는 평활용 컨덴서와, 이 평활용 컨덴서에 충전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터와, 상기 평활용 컨덴서에 충전된 직류 전압을 상기 공용 저항기를 통하여 방전시키는 방전용 스위치를 구비한 전기차 제어 장치에 있어서,

   상기 직류 전원으로부터 직류 전력이 공급되는 메인 회로에 삽입된 메인 스위치와,

   상기 방전용 스위치에 병렬 접속되어 상기 메인 스위치와 반대인 개폐 상태를 취하는 보조 스위치를 마련한 것을 특징으로 하는 전기차 제어 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   기동시에 상기 직류 전원으로부터 공용 저항기를 통하여 상기 평활용 컨덴서를 충전하는 충전 회로를 형성하는 충전용 접촉기를 마련한 것을 특징으로 하는 전기차 제어 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 평활용 컨덴서가 소정 전압으로 충전된 것을 검출하여 상기 직류 전원으로부터 공용 저항기를 통하지 않고 상기 평활용 컨덴서를 충전하는 충전 회로를 형성하는 메인 회로 접촉기를 마련한 것을 특징으로 하는 전기차 제어 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 방전용 스위치는 반도체 스위칭 소자이고, 상기 충전용 접촉기와 공용 저항기의 접속점과 접지 단자 사이에 접속된 것을 특징으로 하는 전기차 제어 장치.

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