KR20090075722A - 전기차의 제어 장치 - Google Patents

Abstract

교류 전동기(7)와의 사이에서 전력을 주고 받는 인버터(8)와, 인버터(8)의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서(1)와, 필터 컨덴서(1)와 가선(4) 사이에 마련된 필터 리액터(3)와, 가선(4)의 전압을 계측하는 가선 전압 계측기(1O)와, 가선 전압 계측기(1O)에 의해 계측되는 가선 전압 Es가 입력되어, 가선 전압 Es가 기준 전압값 Kd를 넘고, 또한 소정의 상승 속도 이상으로 가선 전압 Es가 상승할 때의 전압 상승량 Eser을 검출하는 전압 상승 검출부(11)와, 인버터(8)가 회생 운전시에 전압 상승 검출부(11)가 소정폭 이상의 전압 상승량 Eser을 검출하고 나서 소정 시간의 동안은 외부로부터 입력되는 토크 지령값 PTR을 작아지도록 보정한 보정 토크 지령값 PTR1을 연산하는 보정 토크 지령값 연산부(12)와, 보정 토크 지령값 PTR1에 일치된 토크를 교류 전동기(7)가 출력하도록 인버터(8)를 제어하는 벡터 제어부(9)를 구비하는 전기차의 제어 장치이다.

Description

전기차의 제어 장치{ELECTRIC CAR CONTROL APPARATUS}

본 발명은 전차를 구동하는 교류 회전기를 인버터에 의해 제어하는 전기차의 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 전기차의 제어 장치에서는 직류 필터 컨덴서의 전압(이후는 컨덴서 전압이라 약기함)을 입력으로 하여 회생 운전시에 회생 제어 토크 전류를 연산하는 경부하(輕負荷) 회생 제어 수단을 갖는다. 이 경부하 회생 제어 수단에 컨덴서 전압과 직류 전압 목표값의 편차를 입력으로 하고, 적분 제어 수단과 2개의 비례 제어 수단을 구비하고 있다. 그 때문에, 회생 운전 중에 부하가 변동해도 적분 제어 수단에 의해 가선(架線) 전압을 소정값으로 유지시킬 수 있고, 2개의 비례 제어 수단을 조합하여, 컨덴서 전압으로부터 저주파분(低周波分)을 제외한 것에 비례한 피드백 제어를 행하는 것에 의해 부하 탈락시의 가선 전압의 폭등을 억제할 수 있다. 또한, 부하 탈락시의 가선 전압의 폭등을 억제하는데 있어서, 입력으로서 직류 필터 컨덴서의 전압과 가선 전압 중 어느 것을 사용해도 동양(同樣)의 효과가 있다는 취지가 기재되어 있다.(특허 문헌 1 참조)

특허 문헌 1: 일본 특개 2004-88974호 공보

발명자들은 회생 운전 중에 부하 탈락이 발생한 직후에 정격 1500V의 가선 전압이 200V 정도 이상으로 급상승하고 곧바로 급상승 전의 값으로 되돌아와서, 컨덴서 전압은 부하 탈락의 발생 직후는 변동이 없으나, 가선 전압의 변동이 안정된 후에 컨덴서 전압과 가선 전압이 상승하는 현상이 발생한다는 것을 발견하였다. 컨덴서 전압을 입력으로 하는 경우에는 부하 탈락의 검출이 늦어져, 컨덴서 전압의 상승을 억제하지 못하고 과전압 보호 장치가 동작하는 경우가 있다. 과전압 보호 장치가 동작하면 그 후의 소정의 기간은 회생 브레이크를 동작시킬 수는 없어, 기계 브레이크만이 사용되어 기계 브레이크의 마모가 진행된다.

본 발명은 이상과 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 회생 운전시에 부하 탈락이 발생한 경우에 컨덴서 전압의 상승을 확실하게 억제할 수 있는 전기차의 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 전기차의 제어 장치는, 교류 회전기와의 사이에서 전력을 주고 받는 인버터와; 이 인버터의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서와; 이 필터 컨덴서와 가선 사이에 마련된 필터 리액터(filter reator)와; 상기 가선의 전압을 계측하는 가선 전압 계측기와; 이 가선 전압 계측기에 의해 계측되는 가선 전압이 입력되며, 상기 가선 전압이 기준 전압값을 넘고 또한 소정의 상승 속도 이상으로 상기 가선 전압이 상승할 때의 전압 상승량을 검출하는 전압 상승 검출부와; 상기 인버터가 회생 운전시에 상기 전압 상승 검출부가 소정폭 이상의 전압 상승량을 검출하고 나서 소정 시간의 동안은 외부로부터 입력되는 토크 지령값을 작아지도록 보정한 보정 토크 지령값을 연산하는 보정 토크 지령값 연산부와; 상기 보정 토크 지령값에 일치된 토크를 상기 교류 회전기가 출력하도록 상기 인버터를 제어하는 벡터 제어부를 구비한 것이다.

본 발명에 관한 전기차의 제어 장치는, 교류 회전기와의 사이에서 전력을 주고 받는 인버터와; 이 인버터의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서와; 이 필터 컨덴서와 가선 사이에 마련된 필터 리액터와; 상기 가선의 전압을 계측하는 가선 전압 계측기와; 이 가선 전압 계측기에 의해 계측되는 가선 전압이 입력되며, 상기 가선 전압이 기준 전압값을 넘고 또한 소정의 상승 속도 이상으로 상기 가선 전압이 상승할 때의 전압 상승량을 검출하는 전압 상승 검출부와; 상기 인버터가 회생 운전시에 상기 전압 상승 검출부가 소정폭 이상의 전압 상승량을 검출하고 나서 소정 시간의 동안은 외부로부터 입력되는 토크 지령값을 작아지도록 보정한 보정 토크 지령값을 연산하는 보정 토크 지령값 연산부와; 상기 보정 토크 지령값에 일치된 토크를 상기 교류 회전기가 출력하도록 상기 인버터를 제어하는 벡터 제어부를 구비한 것이므로, 회생 운전시에 부하 탈락이 발생한 경우에 컨덴서 전압의 상승을 확실하게 억제할 수 있다고 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1, 3, 5 및 7에 관한 전기차의 제어 장치의 구성예를 설명하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 전기차의 제어 장치에서 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 전기차의 제어 장치에서 전압 상승에 따라 토크 보정량을 결정하는 토크 보정량 테이블을 설명하는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 전기차의 제어 장치에서 회생 운전 중에 부하 탈락이 발생한 경우의 가선 전압, 컨덴서 전압 및 보정 토크 지령값의 변화를 설명하는 도면을 나타낸다. 도 4(a)에 가선 전압을, 도 4(b)에 컨덴서 전압을, 도 4(c)에 보정 토크 지령값을 각각 나타낸다.

도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 전압 상승 검출부의 동작을 설명하는 가선 전압과 전압 상승의 관계를 설명하는 도면을 나타낸다. 도 5(a)에 가선 전압을, 도 5(b)에 전압 상승량을 각각 나타낸다.

도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 전기차의 제어 장치에서 전압 상승에 따라 토크 보정량을 결정하는 토크 보정량 테이블의 다른 예를 설명하는 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시 형태 2, 4, 6 및 8에 관한 전기차의 제어 장치의 구성예를 설명하는 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다.

도 9는 본 발명의 실시 형태 3에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다.

도 10은 본 발명의 실시 형태 3에 관한 토크 보정량 해제 테이블의 예를 설명하는 도면이다.

도 11은 본 발명의 실시 형태 4에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다.

도 12는 본 발명의 실시 형태 5에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다.

도 13은 본 발명의 실시 형태 5에 관한 기준 전압값 테이블의 예를 설명하는 도면이다.

도 14는 본 발명의 실시 형태 6에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다.

도 15는 본 발명의 실시 형태 7에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다.

도 16은 본 발명의 실시 형태 8에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다.

<부호의 설명>

100, 100A 전기차의 제어 장치

1 필터 컨덴서,

2 팬터그래프(pantagraph),

3 필터 리액터,

4 가선,

5 차륜,

6 레일,

7 교류 회전기,

8 인버터,

9 벡터 제어부,

10 가선 전압 계측기,

11, 11A, 11B, 11C 전압 상승 검출부,

12, 12A 보정 토크 지령값 연산부,

13 가선 전압 판단부,

14 변동 제거 필터,

15 감산기,

16 제로 보정 리미터,

17 토크 보정량 테이블,

18, 18A 토크 보정 해제부,

19 감산기,

20 보정량 연산부,

21 감산기,

22 해제 조건 판단부,

23 변환부,

24 전회(前回) 제어량 보존부,

25 가산기,

26 가변 리미터,

30 전기차,

31 컨덴서 전압 계측기,

32 토크 보정 해제량 테이블,

33 기준 전압값 테이블

실시 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 전기차의 제어 장치의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 1에 있어서, 파선으로 둘러싼 범위가 전기차의 제어 장치(100)이다. 전기차의 제어 장치(100)의 직류측에 배치된 필터 컨덴서(1)는 그 정극 단자가 팬터그래프(2)와 필터 리액터(3)를 통하여 가선(4)에 접속하고, 부측 단자는 차륜(5)을 통하여 레일(6), 즉 대지에 접속하고 있다. 도 1에서, 교류 회전기(7)와 차륜(5)은 서로 떨어진 위치에 도시되어 있으나, 실제로는 교류 회전기(7)가 기어를 통하여 차륜(5)에 접속하고 있다. 또한, 교류 회전기(7)는 유도기나 동기기(同期機)이다.

전기차의 제어 장치(100)는 직류 전압을 평활화하는 필터 컨덴서(1)와, 필터 컨덴서(1)에 병렬로 접속되어 교류 회전기(7)와의 사이에서 전력을 주고 받는 인버터(8)와, 인버터(8)가 회전 좌표계에서 원하는 전압 벡터를 출력하도록 제어하는 벡터 제어부(9)와, 가선(4)의 전압을 계측하는 가선 전압 계측기(10)와, 가선 전압 계측기(10)로 계측되는 가선 전압 Es로부터 전압 상승량 Eser을 검출하는 전압 상승 검출부(11)와, 전압 상승 검출부(11)에서 검출된 전압 상승량 Eser이 입력되어, 토크 지령값 PTR(전기차의 운전대 상의 변속 장치인 노치 위치에 대응하여 변화함)을 보정하는 보정 토크 지령값 연산부(12)를 갖는다. 보정 토크 지령값 연산부(12) 가 출력하는 보정 토크 지령값 PTR1은 벡터 제어부(9)에 입력된다. 또한, 도 1에는 도시하지 않으나, 컨덴서 전압 EFC를 소정의 범위로 유지하기 위해 수 100ms의 시정수(時定數)로 동작하는 제어 장치가 존재한다.

전압 상승 검출부(11)와 보정 토크 지령값 연산부(12)의 내부 구성의 일례를 설명하는 도면을 도 2에 나타낸다. 전압 상승 검출부(11)는 가선 전압 Es가 소정의 기준 전압값 KD보다 큰 경우에 가선 전압 Es를 출력하고, 그렇지 않은 경우에는 제로 전압을 출력하는 가선 전압 판단부(13)와, 소정의 시정수보다도 빠른 변동 성분을 가선 전압 Es로부터 제거한 전압을 출력하는 변동 제거 필터(14)와, 가선 전압 판단부(13)의 출력으로부터 변동 제거 필터(14)의 출력을 뺀 값을 출력하는 감산기(15)와, 감산기(15)의 출력이 제로보다 작은 경우에 제로로 치환하는 제로 보정 리미터(16)를 갖는다. 제로 보정 리미터(16)의 출력이 전압 상승량 Eser이고, Eser는 제로 이상인 것이 보증되어 있다. 또한, 도 2의 구성이 아니어도, 가선 전압 Es가 기준 전압값 KD보다 크고, 또한 전압 상승량 Eser이 제로보다 큰 경우에만, 전압 상승량 Eser을 출력하는 구성이면, 다른 구성이어도 무방하다.

보정 토크 지령값 연산부(12)는 전압 상승량 Eser에 따라 토크 보정량 ΔTR을 결정하는 토크 보정량 테이블(17)과, 보정을 해제할 때에 보정 토크 지령값 PTR1을 원활하게 변화시키기 위해 토크 보정량 ΔTR을 입력으로 하여 해제 후 보정치를 출력하는 토크 보정 해제부(18)와, 토크 보정량 ΔTR로부터 토크 보정 해제부(18)의 출력을 빼는 감산기(19)와, 감산기(19)의 출력이 입력되어 가선 전압 Es가 빠르게 소정의 전압 목표값에 일치하는 보정량을 연산하는 보정량 연산부(20) 와, 토크 지령값 PTR로부터 보정량 연산부(20)의 출력을 빼는 감산기(21)를 갖는다. 감산기(21)의 출력이 보정 토크 지령값 PTR1이다.

도 3은 전압 상승량 Eser에 따라 토크 보정량 ΔTR을 결정하는 토크 보정량 테이블(17)을 설명하는 도면이다. 전압 상승량 Eser이 소정폭(KV, 도 3에서는 200V) 이하에서는 토크 보정량 ΔTR이 제로이고, KV 이상에서는 교류 회전기(7)가 출력 가능한 최대 토크값(TRMAX)으로 일정하다. 소정폭 KV는 부하 탈락에 의해 발생하는 가선 전압 ES의 급격한 전압 상승량을 빠짐없이 검출할 수 있도록 표준적인 전압 상승폭보다 조금 작게 설정한다. 토크 보정량 ΔTR의 최대치를 최대 토크값으로 하였으나, 최대 토크값보다도 작은 값으로 해도 된다.

토크 보정 해제부(18)는 해제 조건 판단부(22)와, 해제 조건 판단부(22)의 판단 결과를 입력으로 하여 소정의 정의 값(KDTEP) 또는 제로를 변환하여 출력하는 변환부(23)를 가진다.

보정량 연산부(20)는 소정의 시간 간격 폭(여기서는 500㎲)으로 출력을 변화시키는 것이고, 전회의 출력값을 유지하는 전회 제어량 보존부(24)와, 전회 제어량 보존부(24)가 기억하는 전회의 제어량과 감산기(19)의 출력을 가산하는 가산기(25)와, 가산기(25)의 출력을 제로 이상, 또한 토크 지령값 PTR 이하로 제한하는 가변 리미터(26)를 갖는다. 가변 리미터(26)의 출력이 보정량 연산부(20)의 출력이다. 시간 간격 폭은 제어를 행하는데 있어서 필요한 시간 분해 능력이나 제어를 위한 연산을 행하는 마이크로컴퓨터 등의 성능을 고려하여 적절히 결정한다.

전회 제어량 보존부(24)와 가산기(25)를 구비하는 것에 의해, 가변 리미 터(26)를 무시하면, 보정량 연산부(20)는 입력을 적분하는 동작을 한다. 적분 동작을 시키는 이유는 주로 토크 보정을 해제할 때에 서서히 해제하기 위함이다.

다음으로, 동작에 대하여 설명한다. 도 4에, 회생 운전 중에 부하 탈락이 발생한 경우의 가선 전압 Es, 컨덴서 전압 EFC 및 보정 토크 지령값 PTR1의 변화를 설명하는 도면을 나타낸다. 실선이 본 발명의 제어를 행한 경우이고, 파선이 종래 수법으로서 컨덴서 전압 EFC를 소정의 범위로 억제하기 위한 비례 적분 제어를 행하는 경우이다. 또한, 도 4는 본 발명과 종래 수법의 차이를 설명하기 위해 가상적으로 작성한 도면이고, 실험이나 시뮬레이션 등에 근거한 것은 아니다.

다른 전기차(30)가 역행(力行) 운전을 행하고 있는 경우에는 본 발명에 관한 전기차의 제어 장치(100)로부터 보면 가선(4)에 접속된 부하로 인식된다. 이 전기차(30)가 갑자기 역행을 정지하면, 전기차의 제어 장치(100)로부터 보면 부하가 갑자기 탈락하게 된다. 전기차(30)가 소비하고 있던 회생 전력의 갈 곳이 없어져, 가선(4)의 전압이 급상승하고 곧바로 급상승 전의 값으로 되돌아온다. 도 4에서는 부하 탈락이 발생한 시점으로부터의 시간을 시간 축에 나타내고 있다. 부하 탈락이 발생하는 원인으로는 다른 전기차(30)에 1차적인 이상이 발생하는 경우 등을 고려할 수 있다. 그와 같은 경우에는 1초 정도 동안에 이상이 리셋되어 회생 전력의 부하로서 동작 가능하다.

부하 탈락 직후의 가선 전압 Es가 변동하는 모습은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 정격 1500V 가선의 경우에 1ms 정도 동안에 200V 정도 이상이나 상승하고, 다시 1ms 정도가 경과하면 원래의 값으로 되돌아온다. 이와 같은 현상이 발생하는 것 을 발명자들은 발견하였다. 또한, 가선 전압 Es가 급변동하는 동안도 컨덴서 전압 EFC는 거의 변동하지 않는다.

자세한 것은 후술하겠으나, 가선 전압 Es가 기준 전압값 KD를 넘은 시점에서 보정 토크 지령값 PTR1은 제로가 되고, 소정 시간(T1, 약 1초) 후부터 보정 토크 지령값 PTR1은 완만하게 상승하고, 소정 시간(T2)에 토크 지령값 PTR과 일치하게 된다. T2는 토크 지령값 PTR이 큰 경우에 길어지지만, 최대 1초 정도로 한다. 부하 탈락을 검출하고 나서 T1+T2 동안은 보정 토크 지령값 PTR1은 토크 지령값 PTR보다 작게 된다. 이 때문에, 회생 전력이 축적되어 컨덴서 전압 EFC가 급상승하는 일은 없다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 컨덴서 전압 EFC와 가선 전압 Es의 변동은 작으며, 소정의 범위로부터 일탈하는 일은 없다.

이에 비해, 컨덴서 전압 EFC를 소정의 범위로 억제하기 위한 비례 적분 제어를 행하는 경우는 가선 전압 Es가 급변동한 후에는 회생 전력량과 필터 컨덴서(1)의 용량으로부터 정해지는 속도로 컨덴서 전압 EFC가 증가하고, 컨덴서 전압 EFC의 전압 상승에 연동되어 가선 전압 Es도 소정의 시간 지연으로 상승한다. 통상의 필터 컨덴서(1)의 용량에서는 회생 전력량이 최대인 경우에, 컨덴서 전압 EFC의 전압 상승의 속도는 1ms에 100V 정도이다. 컨덴서 전압 EFC가 소정 범위의 상한값(여기서는 전압 기준값 KD와 동일한 것으로 함) 이상이 된 뒤부터 컨덴서 전압 EFC를 소정의 범위로 억제하는 제어가 동작하기 시작하여, 상황에 따라 컨덴서 전압 EFC가 과전압 설정값을 넘게 된다. 도 4에서는 그와 같은 경우를 나타내고 있고, 과전압 보호 장치가 동작하고 회생 토크가 제로로 된다.

회생 운전 중에 부하 탈락이 발생해도 컨덴서 전압 EFC가 상한을 일탈하지 않도록 하는 전기차의 제어 장치(100)의 동작을 설명한다. 먼저 전압 상승 검출부(11)부터 설명한다. 도 5에, 전압 상승 검출부(11)의 동작을 설명하는 가선 전압 Es와 전압 상승량 Eser의 관계를 설명하는 도면을 나타낸다. 여기서, 변동 제거 필터(14)는 과거의 소정 시간(T3, 여기서는 1초)의 Es의 평균 Eav를 출력하는 것으로 한다. 도 5에 나타나 있는 바와 같이 Eser은 이하와 같이 된다.

Es

MAX(KD, Eav) 이면, Eser=0 (1)

Es>MAX(KD, Eav) 이면, Eser=Es-Eav (2)

다음으로, 보정 토크 지령값 연산부(12)의 동작을 설명한다. 보정 토크 지령값 연산부(12)에서는 우선 토크 보정량 테이블(17)을 참조하여, 이하와 같이 전압 상승량 Eser이 토크 보정량 ΔTR로 변환된다.

Eser

KV 이면, ΔTR=TRMAX (3)

Eser<KV 이면, ΔTR=0 (4)

도 4의 경우에는 가선 전압 Es가 기준 전압값 KD를 넘어 전압 상승량 Eser이 제로가 아니게 된 시점에서 (3)식이 성립되고 있으므로, 그 시점부터 토크 보정량 ΔTR=TRMAX가 된다.

토크 보정 해제부(18)의 동작은 후술하겠으나, 최초로 토크 보정량 ΔTR=TRMAX가 된 시점에서 토크 보정 해제부(18)의 출력은 제로이고, 감산기(19)의 출력은 ΔTR=TRMAX가 된다. 감산기(19)의 출력이 입력되는 보정량 연산부(20)에서는, 이 시점에서 전회 제어량 보존부(24)에 유지된 전회의 출력값은 제로이고, 가 산기(25)의 출력은 ΔTR=TRMAX가 된다. 토크 지령값 PTR는 최대 토크값 TRMAX 이하이고, 가변 리미터(26)에 의해 PTR로 제한된다. 이렇게 하여, 보정량 연산부(20)는 PTR을 출력하고, 이 값이 전회 제어량 보존부(24)에 격납된다. 그리고, 감산기(21)의 출력인 보정 토크 지령값 PTR1은 제로가 된다. 여기서는 보정 토크 지령값 PTR1이 제로로 되도록 보정하였으나, 컨덴서 전압 EFC의 급격한 상승을 초래하지 않을 정도로 충분히 작아지면, 보정 토크 지령값 PTR1은 제로가 아니어도 된다.

이후, 보정량 연산부(20)에 제로 이상의 값이 입력되는 한, 전회 제어량 보존부(24)에 PTR이 격납되어 있으므로, 보정량 연산부(20)는 PTR을 계속해서 출력하고, 보정 토크 지령값 PTR1은 제로인 상태가 계속된다.

전압 상승 검출부(11)가 전압 상승량 Eser=0을 검출한 후는 ΔTR=0이 되고, 감산기(19)의 출력은 토크 보정 해제부(18)의 출력의 부호를 반전시킨 것으로 된다. 토크 보정 해제부(18)는, 후술하는 바와 같이 하여, 해제 조건 판단부(22)가 토크 보정을 해제해야 한다고 판단하면, 변환부(23)가 소정의 값(KDTEP)을 출력하게 된다. 그러면, 보정량 연산부(20)에 ―KDTEP가 입력되고, 보정량 연산부(20)의 출력은 PTR로부터 1시간 간격 폭마다 KDTEP만큼 감소하고, 보정 토크 지령값 PTR1은 소정의 변화 속도로 제로로부터 차츰 증가해간다.

이제 해제 조건 판단부(22)의 동작에 대하여 설명한다. 해제 조건 판단부(22)에는 토크 보정량 ΔTR이 입력되고, ΔTR이 제로인 것이 소정 시간 T1이상 계속된 경우에 토크 보정을 해제해야 한다고 판단하고, 그 이외의 경우에 토크 보정을 해제해서는 안된다고 판단한다. 변환부(23)는 해제 조건 판단부(22)의 판단이 해제인 경우는 KDTEP를 출력하고, 비해제인 경우는 제로를 출력한다. 전회 제어량 보존부(24)에 PTR이 격납되어 있기 때문에, 토크 보정 해제부(18)가 제로를 출력하는 동안도 보정량 연산부(20)는 PTR을 출력한다.

전기차의 제어 장치(100)가 이와 같이 동작하여, 회생 운전 중에 부하 탈락을 검출하고 나서 소정 시간(=T1+T2)의 동안은 회생의 토크 지령값을 감소시키는 것에 의해 컨덴서 전압 EFC가 상한을 일탈하지 않도록 제어할 수 있다. 보정 토크 지령값 PTR1을 제로로 보정하고 있는 동안에 다른 전기차(30)의 이상이 해소되고, 부하 탈락 전과 같은 전력을 소비할 수 있는 경우에 부하 탈락 후의 토크 지령값 PTR은 부하 탈락 전과 동일하게 된다. 다른 전기차(30)의 이상이 해소되어 있지 않거나, 새롭게 다른 전기차가 전력을 소비하게 되는 등, 부하 탈락 전과 상황이 변화하고 있는 경우에 부하 탈락 후의 토크 지령값 PTR은 부하 탈락 전과 다른 값으로 되는 경우가 있다.

변동 제거 필터(14)로서 과거 소정 시간의 평균 전압을 사용하였으나, 로우 패스 필터(low pass filter) 등을 사용해도 된다. 전압 상승이라고 판단하는 하한의 소정의 상승 속도로부터 정해지는 소정의 시정수보다도 빠른 변동 성분을 제거할 수 있는 것이면, 어떠한 것이어도 좋다.

토크 보정량 테이블(17)은 도 3에 나타내는 이외의 것이어도 좋다. 예를 들어, 도 6은 토크 보정량 테이블(17)의 다른 예를 설명하는 도면이다. 도 6에서는 전압 상승량 Eser이 제1 소정폭(KV1, 여기서는 100V)과 제2 소정폭(KV2, 여기서는 200V)으로 구분되고, 토크 보정량 ΔTR이 이하의 계산식으로 계산된다.

Eser

KV2 이면, ΔTR=TRMAX (5)

KV2>Eser

KV1 이면, ΔTR=TRMAXㆍ(1/2+(KV2-Eser)/(2ㆍ(KV2-KV1))) (6)

Eser<KV1 이면, ΔTR=0 (7)

도 6의 토크 보정량 테이블(17)에 의하면, 보다 작은 부하 탈락에 대해서도 컨덴서 전압 EFC가 상한을 일탈하지 않도록 제어할 수 있다. 토크 보정량 테이블(17)은 부하 탈락에 의하지 않은 전압 상승이나 부하 탈락이어도 작은 전압 변동밖에 초래하지 않는 것에 대해 토크 보정량 ΔTR이 제로로 되고, 소정의 크기 이상의 전압 변동을 초래하는 부하 탈락에 대해서는 필요량 이상의 토크 보정량 ΔTR을 출력할 수 있는 것이면, 도 3이나 도 6에 나타낸 것 이외의 것이어도 된다.

보정 토크 지령값 연산부(12)는 도 2에 나타내는 구성이 아니어도, 전압 상승 검출부(11)가 소정폭 이상의 전압 상승량을 검출한 경우에 소정 시간 동안, 토크 보정량을 감소시킬 수 있는 것이면, 어떠한 구성이어도 된다. 시간 간격 폭마다 보정 토크량 ΔTR을 변화시키는 구성으로 하였으나, 시간에 대해 연속적으로 변화시키도록 해도 된다.

이상의 것은 이하의 실시 형태에도 들어맞는다.

실시 형태 2.

실시 형태 2는 변동 제거 필터(14)의 출력 전압 대신에 컨덴서 전압 EFC를 사용하도록 실시 형태 1을 변경한 실시 형태이다. 도 7에, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 전기차의 제어 장치의 구성예를 설명하는 도면을 나타낸다. 도 8은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다.

실시 형태 1의 경우와 다른 점만을 설명한다. 도 7에서는 전기차의 제어 장치(100A)에 필터 컨덴서(1)의 전압을 계측하는 컨덴서 전압 계측기(31)가 추가되고, 컨덴서 전압 계측기(31)로 계측된 컨덴서 전압 EFC가 전압 상승 검출부(11A)에 입력되어 있다. 도 8에서, 전압 상승 검출부(11A)에는 변동 제거 필터(14)가 없으며, 컨덴서 전압 EFC가 감산기(15)에 입력되어 있다. 이와 같이 하는 이유는 전술한 바와 같이 회생 운전 중에 부하 탈락이 발생한 직후에, 가선 전압 Es는 급격히 변동하나, 컨덴서 전압 EFC는 그다지 변동하지 않기 때문에, 컨덴서 전압 EFC와 가선 전압 Es의 차이를 전압 변동으로서 파악할 수 있기 때문이다.

본 실시 형태 2에서도, 실시 형태 1의 경우와 동양으로 동작한다. 회생 운전 중에 부하 탈락을 검출하고 나서 소정 시간 동안은 회생의 토크 지령값을 감소시키는 것에 의해 컨덴서 전압 EFC가 상한을 일탈하지 않도록 제어할 수 있다. 또한, 변동 제거 필터(14)가 불필요하게 되는 효과도 있다. 변동 제거 필터(14)를 하드웨어로 실현하는 경우에는 부품 점수가 감소되어 비용 경감으로 이어진다. 소프트웨어로 실현되는 경우에는 제어의 연산량을 경감하여 마이크로컴퓨터 등의 부하를 경감할 수 있고, 변동 제거 필터(14)의 소프트웨어의 개발비가 필요하지 않게 되어 비용 경감으로도 이어진다.

실시 형태 3.

실시 형태 3은 토크 보정을 해제할 때의 보정량의 변화 속도를 토크 지령값 PTR의 크기에 따라 변화시키도록 실시 형태 1을 변경한 실시 형태이다. 도 9는 본 발명의 실시 형태 3에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다. 또한, 전기차의 제어 장치의 구성은 실시 형태 1 경우에서의 도 1과 같다.

도 9를 실시 형태 1 경우에서의 도 2와 비교하면, 보정 토크 지령값 연산부(12A)가 가지는 토크 보정 해제부(18A)에 토크 보정 해제량 테이블(32)이 추가되어 있는 점이 다르다. 토크 보정 해제량 테이블(32)의 예를 도 10에 나타낸다. 도 10에 나타내는 토크 보정 해제량 테이블(32)에서는 토크 지령값 PTR에 비례한 소정값 KDTEP를 출력한다.

본 실시 형태 3에서도, 실시 형태 1의 경우와 거의 동양으로 동작한다. 회생 운전 중에 부하 탈락을 검출하고 나서 소정 시간 동안은 회생의 토크 지령값을 감소시키는 것에 의해, 컨덴서 전압 EFC가 상한을 일탈하지 않도록 제어할 수 있다.

동작이 실시 형태 1과 다른 점은 실시 형태 1에서는 토크 보정을 해제할 때의 보정량의 변화 속도가 토크 지령값 PTR에 관계없이 소정값 KDTEP로 일정한데 비해, 본 실시 형태 3에서는 보정량의 변화 속도가 토크 지령값 PTR에 비례하는 점이다. 그 때문에, 실시 형태 1에서는 토크 보정이 해제하기까지 필요한 시간이 토크 지령값 PTR이 커지면 길어진데 비해, 본 실시 형태 3에서는 토크 지령값 PTR에 관계없이 같은 값으로 된다. 토크 보정을 해제하는데 필요로 하는 시간이 짧으면, 교류 회전기가 빨리 회생 운전으로 복귀하게 되어 토크 보정을 행하는 것에 따른 회생율의 저하를 필요 최소한으로 할 수 있다.

토크 보정 해제량 테이블(32)은 토크 지령값 PTR이 커져 소정값 KDTEP가 커 지면, 비례가 아니어도 동양의 효과를 얻을 수 있다.

실시 형태 4.

실시 형태 4는 토크 보정을 해제할 때의 보정량의 변화 속도를 토크 지령값 PTR의 크기에 따라 변화시키도록 실시 형태 2를 변경한 실시 형태이다. 도 11은 본 발명의 실시 형태 4에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다. 또한, 전기차의 제어 장치의 구성은 실시 형태 2 경우에서의 도 7과 같다.

도 11을 실시 형태 2 경우에서의 도 8과 비교하면, 보정 토크 지령값 연산부(12A)가 가지는 토크 보정 해제부(18A)에 토크 보정 해제량 테이블(32)이 추가되어 있는 점이 다르다. 토크 보정 해제량 테이블(32)은 실시 형태 3의 경우와 동양의 것이고, 토크 지령값 PTR에 비례시켜 소정값 KDTEP를 출력한다.

본 실시 형태 4에서도, 실시 형태 3의 경우와 동양으로 동작하고 동양의 효과가 있다.

실시 형태 5.

실시 형태 5는 전압 상승량을 판단하는 기준 전압값 KD를 토크 지령값 PTR의 크기에 따라 변화시키도록 실시 형태 1을 변경한 실시 형태이다. 도 12는 본 발명의 실시 형태 5에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다. 또한, 전기차의 제어 장치의 구성은 실시 형태 1 경우에서의 도 1과 같다.

도 12를 실시 형태 1 경우에서의 도 2와 비교하면, 전압 상승 검출부(11B)에 기준 전압값 테이블(33)을 추가하고 있는 점이 다르다. 기준 전압값 테이블(33)은 토크 지령값 PTR에 대해 변화하는 기준 전압값 KD를 출력하는 것이다. 기준 전압값 테이블(33)의 일례를, 도 13에 나타낸다. 도 13에서는 토크 지령값 PTR에 대해 KD를 이하와 같이 출력한다.

PTR

P1 이면, KD=KD1 (7)

P1<PTR<P2 이면, KD=KD1+((KD2-KD1)/(P2-P1))ㆍ(PTR-P1) (8)

P2

PTR 이면, KD=KD2 (9)

여기서, KD1>KD2이고, 토크 지령값 PTR이 작은 경우에 가선 전압 Es의 전압 상승을 판단하는 기준인 기준 전압값 KD를, 토크 지령값 PTR이 큰 경우보다도 크게 하고 있다. 이렇게 하는 이유는 토크 지령값 PTR이 작고, 부하 탈락이 발생했을 때에 회생을 유지해도 컨덴서 전압 EFC의 상승 속도가 작으므로, 컨덴서 전압 EFC가 과전압으로 될 가능성이 적기 때문이다. 이렇게 하는 것에 의해, 회생 운전 중의 교류 회전기의 토크 지령값을 감소시키는 경우가 적어져서, 회생율의 저하를 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

본 실시 형태 5에서도, 토크 지령값 PTR이 큰 경우에는 실시 형태 1과 동양으로 동작하고, 토크 지령값 PTR이 작은 경우에는 큰 경우보다 높은 기준 전압값 KD 이상이 되는 전압 상승에 대해서만 토크 지령값을 감소시킨다. 그 때문에, 회생 운전 중에 부하 탈락이 발생하여 컨덴서 전압 EFC의 과전압이 발생할 가능성이 높은 경우에만, 부하 탈락을 검출하고 나서 소정 시간의 동안은 회생의 토크 지령값을 감소시키는 것에 의해, 컨덴서 전압 EFC가 상한을 일탈하지 않도록 제어하면서 회생율의 저하를 작게 할 수 있다.

실시 형태 6.

실시 형태 6은 전압 상승을 판단하는 기준 전압값 KD를 토크 지령값 PTR의 크기에 따라 변화시키도록 실시 형태 2를 변경한 실시 형태이다. 도 14는 본 발명의 실시 형태 6에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다. 또한, 전기차의 제어 장치의 구성은 실시 형태 2 경우에서의 도 7과 같다.

도 14를 실시 형태 1 경우에서의 도 8과 비교하면, 전압 상승 검출부(11C)에 기준 전압값 테이블(33)을 추가하고 있는 점이 다르다. 기준 전압값 테이블(33)은 실시 형태 5의 경우와 동양인 것이고, 도 13에 나타내는 바와 같이, 토크 지령값 PTR에 대해 기준 전압값 KD를 출력한다.

본 실시 형태 6에서도, 실시 형태 5와 동양으로 동작하고, 동양의 효과가 있다.

실시 형태 7.

실시 형태 7은 실시 형태 5 및 실시 형태 3의 특징을 함께 갖도록 실시 형태 1을 변경한 실시 형태이다. 도 15는 본 발명의 실시 형태 7에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다. 또한, 전기차의 제어 장치의 구성은 실시 형태 1 경우에서의 도 1과 같다.

본 실시 형태 7에서 토크 지령값 PTR을 감소시킬 때까지는 실시 형태 5와 동양으로 동작하고, 감소시킨 토크 지령값 PTR을 원래대로 되돌릴 때에는 실시 형태 3과 동양으로 동작한다. 그 때문에, 실시 형태 3과 실시 형태 5의 효과를 함께 갖는다.

실시 형태 8.

실시 형태 8은 실시 형태 5 및 실시 형태 3의 특징을 함께 갖도록 실시 형태 2를 변경한 실시 형태이다. 도 16은 본 발명의 실시 형태 8에 관한 전압 상승 검출부와 보정 토크 지령값 연산부의 구성예를 설명하는 도면이다. 또한, 전기차의 제어 장치의 구성은 실시 형태 2 경우에서의 도 7과 같다.

본 실시 형태 7에서는 실시 형태 6과 동양으로 동작하고, 동양의 효과가 있다.

이상의 실시 형태에 나타낸 구성은 본 발명의 내용의 일례이고, 다른 공지된 기술과 조합하는 것도 가능하고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않은 범위에서 일부를 생략하는 등 변경하여 구성하는 것도 가능하다.

본 발명에 의하면, 회생 운전시에 부하 탈락이 발생한 경우에 컨덴서 전압의 상승을 확실하게 억제할 수 있는 전기차의 제어 장치를 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 교류 회전기와의 사이에서 전력을 주고 받는 인버터와,

   이 인버터의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서와,

   이 필터 컨덴서와 가선(架線) 사이에 마련된 필터 리액터(filter reator)와,

   상기 가선의 전압을 계측하는 가선 전압 계측기와,

   이 가선 전압 계측기에 의해 계측되는 가선 전압이 입력되며, 상기 가선 전압이 기준 전압값을 넘고 또한 소정의 상승 속도 이상으로 상기 가선 전압이 상승할 때의 전압 상승량을 검출하는 전압 상승 검출부와,

   상기 인버터가 회생 운전시에 상기 전압 상승 검출부가 소정폭 이상의 전압 상승량을 검출하고 나서 소정 시간 동안은, 외부로부터 입력되는 토크 지령값을 작아지도록 보정한 보정 토크 지령값을 연산하는 보정 토크 지령값 연산부와,

   상기 보정 토크 지령값에 일치된 토크를 상기 교류 회전기가 출력하도록 상기 인버터를 제어하는 벡터 제어부를 구비하는 전기차의 제어 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 전압 상승 검출부는 상기 소정의 상승 속도로부터 정해지는 시정수(時定數)보다 빠른 변동 성분을 상기 가선 전압으로부터 제거하는 변동 제거 필터를 갖고, 상기 기준 전압값보다 큰 상기 가선 전압으로부터 상기 변동 제거 필터의 출력을 빼서 상기 전압 상승량을 구하는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 필터 컨덴서의 전압을 계측하는 컨덴서 전압 계측기를 구비하고,

   상기 전압 상승 검출부는 상기 기준 전압값보다 큰 상기 가선 전압으로부터 상기 컨덴서 전압 계측기의 출력을 빼서 상기 전압 상승량을 구하는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 보정 토크 지령값을 상기 토크 지령값으로 되돌릴 때의 변화 속도를 상기 토크 지령값에 따라 변화시키는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 보정 토크 지령값을 상기 토크 지령값으로 되돌리기까지 필요한 시간을 상기 토크 지령값에 관계없이 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 기준 전압값을 상기 토크 지령값에 따라 변화시키는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 토크 지령값이 증가하면 상기 기준 전압값을 감소시키는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.

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