KR20120016670A - 전기차의 추진 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

직류 전원에 접속된 인버터 장치와, 인버터 장치의 출력에 접속된 전동기와, 인버터 장치의 입력에 접속된 컨버터 장치와, 컨버터 장치의 출력에 접속된 전력 저장 장치를 가지고, 전동기의 역행 전력 또는 회생 전력의 일부를 전력 저장 장치로부터 방전 또는 전력 저장 장치에 충전하는 구성으로 한 전기차의 추진 제어 장치로서, 컨버터 장치는 상기 회생 전력, 또는 이것과 등가인 회생 토크, 회생 전류의 억제 상태를 나타내는 신호로서의 회생 상태 신호에 기초하여, 컨버터 장치가 전력 저장 장치를 충전하는 전류의 지령값인 충전 전류 지령값을 생성하고, 충전 전류 지령값에 기초하여 컨버터 장치의 충방전 전류 지령값을 생성하고 제어를 행하는 컨버터 제어부(46)를 갖는다.

Description

전기차의 추진 제어 장치{DRIVE-CONTROL DEVICE FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 2차 전지나 전기 2중층 캐패시터 등의 전력 저장 디바이스를 응용한 전기차의 추진 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기차는 가선으로부터의 전력을 집전 장치에 도입하고, 도입한 전력을 이용하여 인버터 장치 등의 전력 변환 장치에서 전동기를 구동하여 주행하는 구성으로 하고 있다. 차량에 브레이크를 걸 때는 전동기를 회생(回生) 운전하여 브레이크 힘을 얻는, 이른바 회생 브레이크가 이용된다. 이 때 발생하는 회생 전력은 가선이나 제3 궤도 등을 통하여, 자차(自車) 부근에 존재하는 다른 차량의 부하에 공급되고, 이곳에서 소비되게 된다.
단, 이른 아침 또는 야간이나, 열차의 운행 갯수가 적은 한산한 선구(線區)에서는 자차 부근에 다른 차량이 존재하지 않는 경우가 발생하고, 자차가 발생한 회생 전력이 충분히 소비되지 않는 경우가 있다. 다른 차량에서 소비되는 전력보다 자차의 회생 전력이 커지면 가선 전압이 상승하게 되고, 가선에 접속되는 각종 기기를 파손할 우려가 있다.
따라서 전기차에 탑재되는 인버터 장치는 가선 전압 등(가선 전압, 또는 가선 전압에 상당하는 예를 들어 인버터 장치의 입력측의 필터 컨덴서 전압)을 검출하는 전압 검출기를 가지고 있고, 가선 전압 등이 상승하여 소정값을 초과한 경우에, 회생 브레이크력을 억제하여 회생 전력의 발생을 억제하는 제어를 행하고, 가선 전압 등을 규정값 이상으로 상승시키지 않도록 동작한다. 이 때, 회생 브레이크력이 억제되어 부족한 차량에서의 브레이크력은 차바퀴나 브레이크 디스크에 브레이크슈를 프레스하는 구성인 기계 브레이크에 의해 보충되고, 차량의 브레이크 에너지(운동 에너지)는 열로 되어 대기 중에 방산된다. 이와 같은 경우, 본래라면 다른 차량의 부하로 이용할 수 있었음이 분명한 브레이크 에너지가 소용없게 되는 것 외에, 기계 브레이크의 브레이크슈의 마모가 발생하는 등의 문제가 있다.
최근, 2차 전지나 전기 2중층 캐패시터 등 전력 저장 디바이스의 성능이 향상되고 있기 때문에, 이들을 전기차에 탑재하고나서 회생 부하가 충분하게 없는 경우에 있어서 브레이크 시 등에서, 과잉으로 된 회생 전력을 전력 저장 디바이스에 저장하고, 역행(力行) 운전 시에 재이용하는 전력 저장 시스템의 개발이 진행되고 있다.
이 전력 저장 시스템은 직류-직류 변환을 행하는 컨버터 장치와, 2차 전지나 전기 2중층 캐패시터 등의 전력 저장 디바이스로 이루어진 전력 저장 장치로 구성된다. 전력 저장 디바이스로의 충방전 방법은 상기의 컨버터 장치를 통하여 전력 저장 장치로의 충방전 전류를 제어하는 구성인 것이 일반적이다.
이와 같은 전력 저장 시스템의 예로서, 예를 들어, 하기 특허 문헌 1에 나타나는 종래 기술은 차량에 전기 2중층 캐패시터를 탑재하고, 자차 부근에 회생 부하로 되는 타열차가 존재하지 않는 경우, 회생 브레이크 시에 가선 전압이나 필터 컨덴서 전압이 상승하는 현상을 이용하여, 필터 컨덴서 전압의 검출값이 소정값을 초과했을 때에, 초과량에 따라 전력 저장 디바이스로의 흡수 전류 지령을 생성하고, 컨버터 장치의 제어를 행하는 것에 의해, 가선 전압 상승 시에 과잉으로 된 회생 전력을 전기 2중층 캐패시터에 회수하여 저장하고, 다음의 역행 운전 시에 방출하는 것에 의해 회생 에너지의 재이용을 도모하는 기술이 개시되어 있다.
선행 기술 문헌
특허 문헌
특허 문헌 1 : 일본 특개 2003－199204호 공보
그렇지만 상기 특허 문헌 1에 나타난 종래 기술은 컨버터 장치의 제어부에 입력되는 가선 전압이나 필터 컨덴서 전압의 검출값에 기초하여 전력 저장 장치로의 충전 전류를 제어하는 구성이지만, 이 경우에는 이하의 과제가 있다.
1. 가선 전압 또는 필터 컨덴서 전압을 검출하는 전압 검출기를 인버터 장치와 컨버터 장치에 각각 구비하는 경우에는, 각 전압 검출기의 검출 오차에 의해, 인버터 장치의 검출하는 가선 전압 또는 필터 컨덴서 전압과, 컨버터 장치의 검출하는 가선 전압 또는 필터 컨덴서 전압에는 오차가 발생한다. 예를 들어, 전기 철도의 가선 전압으로서 일반적으로 1500V를 검출할 수 있는 전압 검출기에서 검출 공차는 3％ 정도이고, ±45V 정도의 검출 오차가 발생하게 된다.
이 경우, 인버터 장치에 마련된 전압 검출기는 가선 전압 또는 필터 컨덴서 전압의 상승이 소정값을 초과했다고 판단하여, 회생 브레이크력을 억제하는 제어를 행하고 있는 상태에 있어서도, 컨버터 장치에 마련된 전압 검출기가 검출한 가선 전압 또는 필터 컨덴서 전압이 소정값에 도달하지 않는 경우가 발생하는 것에 의해 된다. 따라서 컨버터 장치는 전력 저장 장치로의 회생 전력의 회수를 행하지 않기 때문에, 결과로서 회생 브레이크력이 부족한 상태가 계속되어, 기계 브레이크가 동작해 버린다.
2. 인버터 장치나 전력 저장 시스템(전력 저장 장치 ＋ 컨버터 장치)이 열차 편성 중에 복수대 존재하는 경우, 각 전압 검출기의 검출값 사이에는 오차가 존재하기 때문에, 회생 브레이크 시에 있어서 가선 전압 등이 상승하여 소정값을 초과했을 때에, 각 컨버터 장치의 전력 저장 디바이스로의 흡수 전력이 변동하게 되고, 각 컨버터 장치의 가동 상황(통전 전류값)이 달라지게 된다. 즉, 동일한 가선 전압 등(가선 전압 또는 필터 컨덴서 전압)의 조건에 있어서도, 낮게 가선 전압 등을 검출하는 전압 검출기를 갖는 컨버터 장치는 전력 저장 장치로의 흡수 전력이 적어지고, 높게 가선 전압 등을 검출하는 전압 검출기를 갖는 컨버터 장치는 전력 저장 장치로의 흡수 전력이 커진다. 이와 같이 컨버터 장치와 전력 저장 장치의 가동 상태에 격차가 발생하면, 가동 상태가 많은 장치의 수명이 짧아지는 등의 문제가 발생한다.
본 발명은 상기에 감안하여 이루어진 것으로, 2차 전지나 전기 2중층 캐패시터 등의 전력 저장 디바이스를 응용한 전기차의 추진 제어 장치에 있어서, 회생 브레이크 시에 발생하는 회생 전력의 전력 저장 장치로의 회수를 효율적으로 행할 수 있고, 또 열차 편성 중에 복수의 인버터 장치, 컨버터 장치, 전력 저장 장치가 존재하는 경우에 있어서도, 컨버터 장치와 전력 저장 장치의 가동 상태의 격차를 억제할 수가 있는 전기차의 추진 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 직류 전원에 접속된 인버터 장치와, 상기 인버터 장치의 출력에 접속된 전동기와, 상기 인버터 장치의 입력에 접속된 컨버터 장치와, 상기 컨버터 장치의 출력에 접속된 전력 저장 장치를 가지고, 상기 전동기의 역행 전력 또는 회생 전력의 일부를 상기 전력 저장 장치로부터 방전 또는 상기 전력 저장 장치에 충전하는 구성으로 한 전기차의 추진 제어 장치로서, 상기 컨버터 장치는 상기 회생 전력, 또는 이것과 등가인 회생 토크, 회생 전류의 억제 상태를 나타내는 신호로서의 회생 상태 신호에 기초하여, 상기 컨버터 장치가 상기 전력 저장 장치를 충전하는 전류의 지령값인 충전 전류 지령값을 생성하고, 상기 충전 전류 지령값에 기초하여 상기 컨버터 장치의 충방전 전류 지령값을 생성하고 제어를 행하는 컨버터 제어부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전동기의 회생 토크 상태 또는 회생 전력 상태를 나타내는 회생 토크 억제량에 기초하여, 컨버터 장치가 전력 저장 장치를 충전하는 충전 전류 지령값을 생성하고, 충전 전류 지령값에 기초하여 컨버터 장치의 충방전 전류 지령값을 생성하고 제어를 행하는 컨버터 제어부를 가지도록 했으므로, 2차 전지나 전기 2중층 캐패시터 등의 전력 저장 디바이스를 응용한 전기차의 추진 제어 장치에 있어서, 회생 브레이크 시에 발생하는 회생 전력의 전력 저장 장치로의 회수를 효율적으로 행할 수 있고, 또 열차 편성 중에 복수의 인버터 장치, 컨버터 장치, 전력 저장 장치가 존재하는 경우에 있어서도, 컨버터 장치와 전력 저장 장치의 가동 상태의 격차를 억제할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 전기차의 추진 제어 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 컨버터 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 인버터 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 인버터 제어부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 각 신호의 관계예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 컨버터 제어부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 회생 브레이크 시의 전력 플로우를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서 충전 전류 지령 생성부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서 충전 전류 지령 생성부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 4에 있어서 복수대의 인버터 장치, 컨버터 장치를 포함하는 전기차에 있어서 구성예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 4에 있어서 컨버터 제어부의 구성예를 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명에 따른 전기차의 추진 제어 장치의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 전기차의 추진 제어 장치의 구성도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 도시하지 않은 변전소로부터의 전력은 가선(1)으로부터 집전 장치(2)를 통해 인버터 장치(이하 간단히 「인버터」라고 칭함; 50)의 정측(正側) 단자(P), 컨버터 장치(이하 간단히 「컨버터」라고 칭함; 40)의 정측 단자(P1)에 입력된다. 인버터(50) 및 컨버터(40)로부터의 부측(負側) 전류는 각각의 단자(N, N1)를 통해 차바퀴(3)를 경유하여 레일(4)에 접속되고, 도시하지 않은 변전소의 부측으로 돌아온다.
컨버터(40)에는 직류 출력 단자(P2, N2)가 마련되어 있고, 직류 출력 단자(P2, N2)에 전력 저장 장치(60)가 접속되어 있다. 전력 저장 장치(60)는 2차 전지나 전기 2중층 캐패시터 등의 전력 저장 디바이스를 복수개 직병렬로 접속하여 원하는 전압과 용량을 얻도록 구성한 것이며, 구체적인 구성은 공지되어 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
인버터(50)에는 교류 출력 단자(U, V, W)가 마련되어 있고, 교류 출력 단자(U, V, W)에 전동기(71)는 접속되어 있다. 전동기(71)는 교류 전동기이며, 3상 유도 전동기나 동기 전동기가 매우 적합하다. 전동기(71)에 의해 차바퀴(3)를 구동하여 전기차를 주행시킨다.
전기차의 운전대(도시하지 않음)에 마련된 주간 제어기(10)는 전기차의 운전기사가 차량의 가감 속도를 조정하기 위해서 인버터 장치 등으로의 지령 설정을 행하는 장치이고, 주간 제어기(10)로부터의 운전 지령 신호(MC)는 인버터(50)에 입력되는 구성이다. 운전 지령 신호(MC)는 전기차의 역행 가속이나 브레이크의 온 오프, 또 그 힘에 관한 지령을 포함하는 것이며, 인버터(50)는 운전 지령 신호(MC)에 기초하여 전동기(71)의 토크를 제어한다.
인버터(50)로부터는 컨버터(40)에 대하여 제어 신호(VC)가 출력되는 구성이다. 제어 신호(VC)는 회생 토크의 억제 상태 또는 회생 전력의 억제 상태를 나타내는 양(量)이며, 회생 상태 신호인 회생 토크 억제량(이하 간단히 「억제량」이라고 칭함; VDTELM), 전기차의 속도(VEL; 인버터(50)의 출력 주파수나 전동기(71)의 회전 수 등이어도 좋음), 인버터(50)가 역행 제어 상태인지 회생 브레이크 상태인지를 나타내는 신호인 역행 회생 상태 신호(인버터 상태 신호; PBC), 인버터(50)의 입력 전류(ISV), 및 인버터(50)의 가선 전압(ESV)을 포함하는 신호이다. 제어 신호(VC)와 그 기능에 대한 상세는 후술한다.
다음에, 컨버터(40)의 구성에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 컨버터(40)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 집전 장치(2)로부터의 전력은 입력 단자(P1, N1)에 입력된다. 입력 단자(P1)에는 리액터(41)가 접속되고, 리액터(41)의 후단에는 필터 컨덴서(이하 간단히 「컨덴서」라고 칭함; 42)가 접속된다.
리액터(41)와 컨덴서(42)에 의해 구성된 LC 필터 회로는 후술하는 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 발생하는 노이즈 전류의 가선(1)으로의 유출을 억제하는 것과 아울러, 가선(1)의 전압(가선 전압)에 포함되는 리플 성분(ripple component)을 평활화하여 컨덴서(42)의 양단 전압을 평활화한다.
입력 단자(P1, N1)의 양단 전압(=가선 전압)은 전압 검출기(43a)에서 검출되고, 가선 전압 검출값(ESD)으로서 컨버터 제어부(46)에 입력된다. 컨덴서(42)의 양단 전압은 전압 검출기(43b)에서 검출되고, 컨덴서 전압 검출값(이하 간단히 「전압 검출값」라고 칭함; EFCD)으로서 컨버터 제어부(46)에 입력된다.
컨덴서(42)의 양단에는 컨버터 회로(44)가 접속된다. 컨버터 회로(44)는 스위칭 소자(44H와 44L)로 구성되고, 각각의 스위칭 소자는 컨버터 제어부(46)로부터의 온 오프 신호(DGC)에 의해 온 오프 제어(스위칭 제어)된다. 컨버터 회로(44)는, 이른바 쌍방향 강압 초퍼 회로이며, 전압(EFCD)을 스위칭 소자(44H, 44L)의 스위칭 제어에 의해 강압하여 출력하는 강압 기능과 함께, 출력 전류를 원하는 대로 조정하는 전류 제어 기능을 갖는다. 그 구성과 동작에 대해서는 공지되어 있으므로 설명은 생략한다.
컨버터 회로(44)의 출력에는 출력 전류를 검출하여 컨버터 출력 전류(IB)로서 출력하는 전류 검출기(47)와, 전류를 평활화하는 평활 리액터(45)와, 평활 리액터(45)의 후단 전압(=전력 저장 장치(60)의 전압)을 검출하고, 컨버터 출력 전압(VB)으로서 컨버터 제어부(46)에 출력하는 전압 검출기(43c)가 마련된다.
이상의 전압 검출기(43a, 43b, 43c), 전류 검출기(47)로부터의 각 검출 신호(ESD, EFCD, IB, VB)는 컨버터 제어부(46)에 입력된다. 또, 후술하는 인버터(50)로부터의 제어 신호(VC)가 컨버터 제어부(46)에 입력된다. 제어 신호(VC)의 상세에 관해서는 후술한다. 컨버터 제어부(46)에서는 이들 입력된 신호에 기초하여 컨버터 회로(44)로의 온 오프 신호(DGC)를 생성한다.
다음에, 인버터(50)의 구성에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 인버터(50)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 집전 장치(2)로부터의 전력은 입력 단자(P, N)에 입력된다. 입력 단자(P)에는 입력 전류를 검출하여 인버터 입력 전류(ISV)로서 출력하는 전류 검출기(57)가 배치되고, 전류 검출기(57)의 후단에는 리액터(51)가 접속되고, 리액터(51)의 후단에는 컨덴서(52)가 접속된다.
리액터(51)와 컨덴서(52)에 의해 구성된 LC 필터 회로는 후술하는 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 발생하는 노이즈 전류의 가선(1)으로의 유출을 억제하는 것과 아울러, 가선(1)의 전압(가선 전압)에 포함되는 리플 성분을 평활화하여 컨덴서(52)의 양단 전압을 평활화한다.
입력 단자(P, N)의 양단 전압(=가선 전압)은 전압 검출기(53a)에서 검출되고, 가선 전압(ESV)으로서 인버터 제어부(56)에 입력된다. 컨덴서(52)의 양단 전압은 전압 검출기(53b)에서 검출되고, 전압 검출값(EFCV)으로서 인버터 제어부(56)에 입력된다.
컨덴서(52)의 전압은 인버터 회로(55)에 입력된다. 인버터 회로(55)는 스위칭 소자(54U, 54V, 54W, 54X, 54Y, 54Z)로 구성되고, 각각의 스위칭 소자는 인버터 제어부(56)로부터의 온 오프 신호(IGC)에 의해 온 오프 제어(스위칭 제어)된다. 인버터 회로(55)는 전압형 3상 2레벨 인버터 회로이며, 컨덴서(52)의 전압을 스위칭 소자(54U, 54V, 54W, 54X, 54Y, 54Z)의 스위칭 제어에 의해 임의의 크기와 주파수의 교류 전압으로 변환하여 출력하는 기능을 갖는다. 그 구성과 동작에 대해서는 공지되어 있으므로 설명은 생략한다.
인버터 회로(55)의 출력(U, V, W)은 전동기(71)에 출력된다.
이상의 전압 검출기(53a), 전압 검출기(53b), 및 전류 검출기(57)로부터의 각 검출값(ESV, EFCV, ISV)은 인버터 제어부(56)에 입력된다. 또, 주간 제어기(10)로부터 운전 지령 신호(MC)가 입력된다. 인버터 제어부(56)에서는 이들 입력된 신호에 기초하여 인버터 회로(55)로의 온 오프 신호(IGC)를 생성하고, 전동기(71)의 토크를 원하는 대로 제어한다. 또한, 컨버터(40)에 제어 신호(VC)를 출력한다. 또한, 제어 신호(VC)의 상세는 후술한다.
다음에, 인버터(50)에 있어서 전동기(71)의 토크 제어에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 인버터 제어부(56)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 운전 지령 신호(MC)는 토크 지령 생성부(56a)에 입력된다. 토크 지령 생성부(56a)에서는 운전 지령 신호(MC)에 포함되는 브레이크력의 지령 등에 기초하여, 전동기(71)가 발생해야 할 회생 브레이크 토크의 지령으로 되는 요구 회생 토크 지령(PTRS)을 생성한다.
전압 검출값(EFCV)은 감산기(56b)에 입력된다. 감산기(56b)에서는 전압 검출값(EFCV)과 회생 억제 개시 전압 설정값(VDL; 도 4(a)에서는 1800V이지만, 그 외이어도 좋음)과의 차를 출력하고, 부값 커트 리미터(56bb)에 입력하고, 부값 커트 리미터(56bb)에서는 정의 값만을 후단의 게인부(증폭 회로; 56c)에 입력한다.
게인부(56c)에서는 입력된 전압 검출값(EFCV)이 회생 억제 개시 전압 설정값(VDL; 도 4(a)에서는 1800V)을 초과한 경우에, 그 초과량을 증폭하고, 억제량(VDTELM)을 생성하여 출력한다. 또한, 게인부(56c)는 비례 게인이 다른, 적분 요소 등을 포함하는 임의의 함수로 치환해도 상관없다.
요구 회생 토크 지령(PTRS)과 억제량(VDTELM)은 감산기(56d)에 입력되고, 감산기(56d)에서는 이들의 차를 취하여, 회생 토크 지령(PTR)으로서 출력한다.
회생 토크 지령(PTR)은 토크 제어부(56e)에 입력되고, 토크 제어부(56e)는 회생 토크 지령(PTR)에 기초하여 전동기(71)가 발생하는 회생 토크가 회생 토크 지령(PTR)에 일치하도록 인버터 회로(55)로의 온 오프 신호(IGC)를 생성한다.
이와 같이 구성되어 있으므로, 회생 브레이크 중에 가선(1)에 연결되는 다른 전기차 등의 회생 부하가 부족하여 전압 검출값(EFCV)이 상승하고, 회생 억제 개시 전압 설정값(VDL)을 초과한 경우에, 초과의 정도에 따라 억제량(VDTELM)을 발생시켜서 요구 회생 토크 지령(PTRS)으로부터 억제량(VDTELM)을 감산하고, 전동기(71)의 회생 토크의 지령으로 되는 회생 토크 지령(PTR)을 생성할 수 있다.
이와 같은 동작에 의해, 전동기(71)의 회생 브레이크 토크는 요구 회생 토크 지령(PTRS)의 값보다 억제되므로, 전동기(71)로부터의 회생 전력을 억제할 수 있고, 전압 검출값(EFCV)은 회생 억제 개시 전압 설정값(VDL)의 근방으로 유지되게 된다. 가선 전압의 과잉 상승을 억제할 수 있다.
상기한 억제량(VDTELM)은 다른 정보(도면에서는 ISV, ESV)와 함께, 제어 신호(VC)로서 컨버터(40)에 출력된다. 또한, 인버터 제어부(56)는 당연히 역행 토크의 생성도 행하는 구성이지만 도시하고 있지 않다.
다음에, 도 5를 이용하여, 상기한 인버터 제어부(56)의 동작을 시간축으로 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 각 신호의 관계예를 나타내는 도면이다. 구체적으로는 도 5에는 요구 회생 토크 지령(PTRS), 억제량(VDTELM), 회생 토크 지령(PTR), 회생 억제 전력(PSB), 충전 전력 지령(PREF1), 충전 전류 지령(충전 전류 지령값; IREF1)의 관계예가 나타나 있다.
도 5는 상단으로부터 순서에 전동기(71)의 회생 토크 지령(PTR), 억제량(VDTELM), 회생 억제 전력(PSB), 충전 전력 지령(PREF1), 충전 전류 지령(IREF1)을 나타내고 있다. 또한, 회생 억제 전력(PSB), 충전 전력 지령(PREF1), 충전 전류 지령(IREF1)에 대해서는 후술한다.
인버터 제어부(56)는 도 5에서 시각 t0의 타이밍에서, 회생 브레이크의 시작 지령을 포함하는 운전 지령 신호(MC)를 수신하고, 상술한 바와 같이 회생 토크 지령(PTR)을 생성한다. 인버터 제어부(56)는 이 회생 토크 지령(PTR)과 일치한 토크치를 전동기(71)는 출력하도록 온 오프 신호(IGC)를 생성하여 전동기(71)의 제어를 행한다.
시각 t1에 있어서, 가선(1)의 회생 부하가 전동기(71)의 회생 전력에 대하여 부족하고, 전압 검출값(EFCV)이 상승하여 회생 억제 개시 전압 설정값(VDL)을 초과한 상황을 나타낸다. 이 때, 도 4(a)에서 설명한 바와 같이, 억제량(VDTELM)이 생성되므로, 회생 토크 지령(PTR)은 운전 지령 신호(MC)에 의해 요구된 요구 회생 토크 지령(PTRS; 일점 쇄선으로 표시)로부터 억제량(VDTELM)을 뺀 값으로 되고, 토크 제어부(56e)에 있어서 이것에 기초하여 전동기(71)의 제어를 행한다. 이에 의해, 전동기(71)로부터의 회생 전력은 전압 검출값(EFCV)이 회생 억제 개시 전압 설정값 부근으로 억제된다.
시각 t2에서는 가선(1)의 회생 부하가 전동기(71)의 회생 전력에 대하여 부족한 상태가 해소되었으므로, 억제량(VDTELM)은 제로로 되고, 회생 토크 지령(PTR)=요구 회생 토크 지령(PTRS)으로 된다.
다음에, 본 발명의 중심이 되는 컨버터 제어부(46)에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 컨버터 제어부(46)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 억제량(VDTELM)과 전기차의 속도(VEL; 인버터(50)의 출력 주파수나 전동기(71)의 회전 수 등이어도 좋음)는 곱셈기(81)에서 곱해지고, 회생 억제 전력(PSB)으로서 충전 전류 지령 생성부(82)에 출력된다(참고；토크［Nm］×속도［rad／s］=전력［kW］). 또한, 전력을 계산할 때에 필요한 환산 계수 등은 도 6에 나타내지 않는다.
충전 전류 지령 생성부(82)에서는 회생 억제 전력(PSB)에 기초하여 충전 전류 지령(IREF1)을 생성하고 선택부(83)에 출력한다. 충전 전류 지령 생성부(82)는 충전 전력 지령 연산부(82a)와 나눗셈기(88)로 구성된다. 충전 전류 지령 생성부(82)에서 회생 억제 전력(PSB)이 제로인 경우는, 충전 전력 지령(PREF1)을 제로로 유지한다. 회생 억제 전력(PSB)이 발생하면, 그에 따라 충전 전력 지령(PREF1)을 생성한다. 나눗셈기(88)에 의해 충전 전력 지령(PREF1)을 컨버터 출력 전압(VB)으로 나누는 것에 의해 충전 전류 지령(IREF1)으로 환산한다. 도 6에서, 충전 전력 지령(PREF1)은 회생 억제 전력(PSB)에 비례하여 생성하는 구성으로 하고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
회생 억제 전력(PSB)이 P1를 넘으면, 충전 전력 지령(PREF1)은 상한이 P2로 유지된 특성으로 하고 있다. 여기서 P2는 전력 저장 장치(60)에 내장된 전력 저장 디바이스의 충전 수락 전력 상한을 고려한 값이며, 이와 같은 특성으로 하는 것에 의해, 전력 저장 디바이스의 능력 범위 내에서 회생 억제 전력(PSB)에 따른 충전 전력 지령(PREF1)을 생성하는 것이 가능하게 된다. 또한, P2는 전력 저장 디바이스의 충전 수락 전류 상한을 바탕으로 결정해도 좋다.
요구 회생 토크 지령(PTRS), 억제량(VDTELM), 토크 지령(PTR), 회생 억제 전력(PSB), 충전 전력 지령(PREF1), 충전 전류 지령(IREF1)의 관계를 도 5에 나타낸다. 충전 전력 지령(PREF1)은 후술하는 바와 같이 회생 억제 전력(PSB)보다 큰 값으로 되도록(즉 게인＞1로 되도록) 설정하는 것이 바람직하다.
다음에, 인버터(50)의 입력 전류(ISV), 가선 전압(ESV)가 곱셈기(85)에 입력되어 곱하는 것에 의해 역행 전력(PLMX)을 생성한다. 나눗셈기(89)에 의해 역행 전력(PLMAX)을 컨버터 출력 전압(VB)으로 나누는 것에 의해, 컨버터(40)의 출력측(전력 저장 장치(60)측)의 방전 전류 상한값(IREFMAX)으로 환산한다.
컨버터 제어부(46)의 내부에 마련한 최대 방전 전류 설정부(86)는 전력 저장 장치(60)에 내장된 전력 저장 디바이스의 성능에 따라 최대 방전 전류 설정값(허용 최대 전류값; IBM)을 출력한다.
다음에 리미터부(87)에서, 상기한 최대 방전 전류 설정값(IBM)의 상한을 상기한 방전 전류 상한값(IREFMAX)으로 제한하고, 방전 전류 지령(방전 전류 지령값; IREF2)을 출력한다. 즉, 리미터부(87)는 최대 방전 전류 설정값(IBM)와 방전 전류 상한값(IREFMAX) 중 작은 쪽을 방전 전류 지령(IREF2)으로서 생성한다.
선택부(83)에서 제어 신호(VC)에 포함되는 역행 회생 상태 신호(PBC)에 의해, 인버터(50)가 역행 제어 상태인 경우는 IREF2를, 인버터(50)가 회생 브레이크 상태인 경우는 IREF1을 선택하고, 충방전 전류 지령(충방전 전류 지령값; IREF)으로서 출력한다.
충방전 전류 지령(IREF)은 전류 제어부(84)에 입력된다. 전류 제어부(84)에는 컨버터(40)의 출력 전류(IB)의 지령으로 되는 상기한 충방전 전류 지령(IREF) 외에, 컨버터 출력 전류(IB), 컨버터 출력 전압(VB), 및 전압 검출값(EFCD)이 입력된다. 전류 제어부(84)는 이들 신호에 기초하여, 컨버터 출력 전류(IB)가 충방전 전류 지령(IREF)에 일치하도록 전류 제어를 행하고, 각 스위칭 소자로의 온 오프 펄스(DGC)로서 출력한다. 이와 같이 제어하는 것에 의해, 컨버터(40)는 회생 억제 전력(PSB) 또는 역행 전력(PLMX)에 기초하여 전력 저장 장치(60)로부터의 충방전을 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도시하지 않은 나눗셈기(89)와 리미터부(87)의 사이에 새롭게 0 ~ 1의 게인 조건을 마련하여, 예를 들어 전기차가 소정의 속도 이하인 경우는 게인을 제로가 포함된 작은 값으로 해 두고, 소정의 속도 이상인 경우는 게인을 변경(예를 들어 1)하고 방전 전류 상한값(IREFMAX)을 조정하여 출력하는 등의 구성으로 해도 좋다.
그 외에, 역행 전력(PLMX)이 소정의 크기 이하인 경우는 게인을 제로를 포함하는 작은 값으로 해 두고, 역행 전력(PLMX)이 소정의 크기 이상인 경우는 게인을 변경(예를 들어 1)하고, 방전 전류 상한값(IREFMAX)을 조정하여 출력하는 등의 구성으로 해도 좋다.
이와 같이 하면, 인버터(50)의 제어 상태, 또는 전기차의 주행 상태에 따라, 방전 전류 상한값(IREFMAX)을 조정할 수 있으므로, 역행 전력(PLMX)의 범위 내에서 전력 저장 장치(60)로부터의 방전 전력을 조정하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 역행 전력(PLMX)이 커지는 영역에서 보다 많은 방전 전력이 발생하도록 하고, 인버터(50)의 소비 전력을 보충하고, 가선(1)으로부터 수전하는 전력을 억제하는 등의, 이른바 피크 커트 제어도 가능하게 된다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 컨버터 장치(40)는 전동기의 회생 토크 상태 또는 회생 전력 상태를 나타내는 억제량(VDTELM)에 기초하여, 컨버터 장치(40)가 전력 저장 장치(60)를 충전하는 충전 전류 지령(IREF1)을 생성하고, 충전 전류 지령(IREF1)에 기초하여 컨버터 장치(40)의 충방전 전류 지령(IREF)을 생성하고 제어를 행하는 컨버터 제어부(46)를 가지도록 했으므로, 인버터(50)가 회생 브레이크 운전 중 회생 전력에 대하여 가선(1)의 부하가 작아진 경우, 전압 검출값(EFCV)의 상승에 수반하는 억제량(VDTELM)의 발생과 연동하여, 전력 저장 장치(60)로의 전력의 충전(회생 전력 흡수)을 행할 수 있다. 이 때문에, 조금 억제량(VDTELM)이 발생하면 회생 전력 흡수를 행할 수 있으므로, 보다 많은 브레이크 에너지를 회수하는 것이 가능하게 되어, 억제량(VDTELM)을 억제할 수 있다. 그 결과, 회생 브레이크를 억제하는 빈도가 경감되므로, 기계 브레이크의 마모를 억제하는 것이 가능하다.
또한, 종래의 구성인 가선 전압 또는 컨덴서 전압과 소정값의 편차에 기초하여 전력 저장 장치로의 충전 전류의 지령을 결정하는 방식에서는 인버터(50)와 컨버터(40)에 각각 내장되어 있는 가선 전압 검출기(43a, 53a) 또는 컨덴서 전압 검출기(43b, 53b)의 검출 오차 영향에 의해, 인버터(50)에 있어서 회생 토크가 억제되고 있는 것과는 상관없이, 전력 저장 장치(60)로의 충전(회생 전력 흡수)이 행해지지 않는 케이스가 발생하는 문제가 있다.
구체예로서는, 동일한 가선 전압에 있어서, 컨버터(40)의 컨덴서 전압 검출기(43b)의 전압 검출값(EFCD)의 쪽이 인버터(50)의 컨덴서 전압 검출기(53b)의 전압 검출값(EFCV)의 검출값보다 작은 경우를 생각하면, 인버터(50)가 회생 브레이크 운전 중 회생 전력에 대하여 가선(1)의 부하가 작아지고, 전압 검출값(EFCV)이 상승하여 회생 억제 개시 전압 설정값(VDL)을 초과하고, 이것에 수반하여 억제량(VDTELM)이 발생하여 회생 토크가 억제된 상태가 발생하는 상태에도, 컨버터(40)의 전압 검출기(43b)의 검출값이 소정의 설정값(예를 들어, 회생 억제 개시 전압 설정값(VDL)과 동등한 값)을 초과하고 있지 않기 때문에, 전력 저장 장치(60)로의 회생 전력 흡수를 행할 수 없는 경우가 발생한다.
본 발명의 구성에서 인버터(50)로부터의 억제량(VDTELM)에 기초하여 전력 저장 장치(60)로의 충전(회생 전력 흡수)을 행하므로 상기한 문제는 발생하지 않기 때문에, 억제량(VDTELM)이 조금 생긴 경우에는, 보다 많은 브레이크 에너지를 회수하는 것이 가능하게 되어, 억제량(VDTELM)을 억제할 수 있다. 이에 의해 회생 브레이크가 억제되는 빈도가 경감되고, 기계 브레이크의 동작 빈도를 저하시킬 수 있으므로, 그 결과 브레이크슈의 마모를 저감시키는 것이 가능하다.
또한, 종래의 구성인 가선 전압 또는 컨덴서 전압에 기초하여 충전 전류 지령을 결정하는 방식에서는 다음의 다른 문제도 있다.
인버터(50)의 전압 검출값(EFCV)과 컨버터(40)의 전압 검출값(EFCD)은 각각 가선(1)의 가선 전압(ESV)(=ESD)을 기준으로 리액터(51, 41)에 있어서 전압 강하분을 고려한 값으로 된다. 이 때문에, 인버터(50)의 입력 전류(ISV)와 컨버터(40)의 입력 전류(ISD)가 함께 제로인 경우, 전압 검출값(EFCV)과 전압 검출값(EFCD)은 동등하게 되지만, 동작 중에 있어서 인버터(50)의 입력 전류(ISV)와 컨버터(40)의 입력 전류(ISD)가 제로가 아닌 경우, 리액터(51, 41)에 있어서 전압 강하분이 발생한다. 이 때문에 동일한 가선 전압 아래에 있어서도, 이 전압 강하분만큼 전압 검출값(EFCV)과 전압 검출값(EFCD)의 사이에는 전압차가 발생한다.
이 전압차의 영향에 의해, 인버터(50)에 있어서 회생 토크가 억제되고 있는 것과는 상관없이, 전력 저장 장치(60)로의 충전(회생 전력 흡수)이 행해지지 않는 케이스가 발생하는 문제가 있다.
구체적으로는 컨버터(40)의 컨덴서 전압 검출기(43b)의 전압 검출값(EFCD)의 쪽이 인버터(50)의 컨덴서 전압 검출기(53b)의 전압 검출값(EFCV)보다 작은 경우를 생각하면, 인버터(50)가 회생 브레이크 운전 중 회생 전력에 대하여 가선(1)의 부하가 작아지고, 전압 검출값(EFCV)이 상승하여 회생 억제 개시 전압 설정값(VDL)을 초과하고, 이것에 수반하여 억제량(VDTELM)이 발생하여 회생 토크가 억제된 상태가 발생하는 상태에도, 컨버터(40)의 전압 검출기(43b)의 전압 검출값(EFCD)은 소정의 설정값(예를 들어, 회생 억제 개시 전압 설정값(VDL)과 동등한 값)을 초과하고 있지 않기 때문에, 전력 저장 장치(60)로의 회생 전력 흡수를 행할 수 없는 경우가 발생한다.
본 발명의 구성에서 인버터(50)로부터의 억제량(VDTELM)에 기초하여 전력 저장 장치(60)로의 충전(회생 전력 흡수)을 행하므로 상기한 문제는 발생하지 않기 때문에, 억제량(VDTELM)이 조금 생긴 경우에는, 보다 많은 브레이크 에너지를 회수하는 것이 가능하게 되어, 억제량(VDTELM)을 억제할 수 있다. 이에 의해 회생 브레이크가 억제되는 빈도가 경감되므로, 기계 브레이크의 동작 빈도를 저하시킬 수 있으므로 브레이크슈의 마모를 저감시킬 수 있다.
또, 본 발명의 구성에서는 충전 전류 지령(IREF1)과 방전 전류 지령(IREF2)을, 선택부(83)에서 역행 회생 상태 신호(PBC)에 의해 전환하여 충방전 전류 지령(IREF)을 생성하는 구성으로 했으므로, 인버터(50)의 제어 상태(역행 상태／회생 상태)에 따라 최적으로 충전 전류 지령 또는 방전 전류 지령을 생성하여 선택하고, 컨버터(40)를 제어할 수 있다.
다음에, 충전 전력 지령(PREF1)의 생성에 관해서 유의할 점을 이하에 설명한다. 도 6에 있어서, 회생 억제 전력(PSB)보다 전력 저장 장치(60)로의 충전 전력 지령인 충전 전력 지령(PREF1)이 커지도록 충방전 전류 지령 생성부(82)를 구성하는 것이 매우 적합하다.
이 이유는 이하와 같다. 도 7은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 회생 브레이크 시의 전력 플로우를 설명하는 도면이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 인버터(50)로부터 출력하는 전력(회생 전력)을 PV, 컨버터(40)를 통하여 전력 저장 장치(60)에 충전하는 전력(회생 흡수 전력)을 PD, 집전 장치(2)를 통하여 가선(1)에 유출하는 전력(가선 회생 전력)을 PP라고 정의한다.
또한, 회생 전력(PV)은 회생 토크 지령(PTR)과 전기차의 속도(VEL; 전동기(71)의 회전 속도와 동의(同義))에 기초하여 발생하는 값이다. 또, 회생 전력(PV)은 주간 제어기(10)로부터의 운전 지령 신호(MC) 등에 기초하여 생성된 요구 회생 토크 지령(PTRS)과 전기차의 속도(VEL; 전동기(71)의 회전 속도와 동의)에 기초한 요구 회생 전력(PC)으로부터, 억제량(VDTELM)과 전기차의 속도(VEL; 전동기(71)의 회전 속도와 동의)에 기초한 회생 억제 전력(PSB)을 뺀 값이다.
도 7에 있어서, 회생 브레이크 중에 인버터(50)의 억제량(VDTELM)이 발생하고 있는 경우, 이것을 제로로 하여 회생 토크의 억제 상태를 해소하려면, 가선(1)에 회생할 수 없는 분의 전력인 회생 억제 전력(PSB)과 동일한 전력을 회생 흡수 전력(PD)으로서 전력 저장 장치(60)가 흡수하면 좋다.
여기서, 충전 전력 지령(PREF1)을 회생 억제 전력(PSB)과 동등한 값으로 설정한 경우를 생각하면, 이하의 거동으로 되어, 상기에서 의도한 바와 같게는 동작하지 않는다.
동작 상태예로서 컨버터(40)를 정지하고 있는 상태로서, 가선(1)에 회생 부하가 500kW 정도 존재하고 있는 상태에 있어서, 인버터(50)가 요구 회생 전력(PC)=1000kW로 회생 브레이크 운전하고 있는 케이스를 상정한다. 이 때의 동작 상태는 이하로 된다.
요구 회생 전력(PC)=1000kW, 가선 회생 전력(PP)=500kW, 회생 전력(PV)(=PC－PSB)=500kW, 회생 억제 전력(PSB)=500kW, 회생 흡수 전력(PD)=0kW.
이 때, 컨버터(40)의 운전을 개시하고, 충전 전력 지령(PREF1)을 회생 억제 전력(PSB)과 동일한 500kW로 하여 운전하면, 컨버터(40)는 회생 흡수 전력(PD)으로서 전력 저장 장치(60)에 500kW를 충전하도록 동작한다.
이 직후, 회생 흡수 전력(PD)이 500kW로 되는 것에 의해, 인버터(50)로부터 본 회생 부하가 증가하게 되고, 회생 가능한 전력이 증가하고, 회생 억제 전력(PSB)이 500kW로부터 감소하게 된다. 그런데 충전 전력 지령(PREF1)도 회생 억제 전력(PSB)과 동등하게 되도록 설정하고 있기 때문에 당초의 500kW로부터 감소하게 되므로, 회생 흡수 전력(PD)도 500kW로부터 감소해 버린다.
결국, 회생 억제 전력(PSB)과 회생 흡수 전력(PD)이 밸런스하는 점인 회생 억제 전력(PSB)=250kW, 회생 흡수 전력(PD)=250kW의 동작점에서 평형하게 된다. 즉, 평형 후의 동작 상태는 요구 회생 전력(PC)=1000kW, 가선 회생 전력(PP)=500kW, 회생 전력(PV)(=PC－PSB)=750kW, 회생 억제 전력(PSB)=250kW, 회생 흡수 전력(PD)=250kW로 된다. 또한, 초기 상태로부터 평형 상태에 도달하는 움직임은 극히 단시간(수십 ms)에 발생하는 과도적 현상이다.
이상과 같이, 충전 전력 지령(PREF1)을 회생 억제 전력(PSB)과 동등한 값으로 설정한 경우, 회생 흡수 전력(PD)이 부족하여 회생 억제 전력(PSB; 억제량(VDTELM))을 제로로는 할 수 없다.
상기 불편을 회피하기 위해서는 충전 전력 지령(PREF1)을 회생 억제 전력(PSB)보다 크게 설정하는 것이 바람직하다. 일례로서 충전 전력 지령(PREF1)을 회생 억제 전력(PSB)의 9배로 설정한 경우를 예로 하여 이하에 설명한다.
동작 상태예로서는 전술한 케이스와 동일하게, 컨버터(40)를 정지하고 있는 상태로서, 가선(1)의 회생 부하가 500kW인 상태에 있어서, 인버터(50)를 요구 회생 전력(PC)=1000kW 상태로 회생 브레이크 운전하고 있는 케이스를 상정한다. 이 때의 동작 상태는 상술한 경우와 동일하며 이하와 같다.
요구 회생 전력(PC)=1000kW, 가선 회생 전력(PP)=500kW, 회생 전력(PV)(=PC－PSB)=500kW, 회생 억제 전력(PSB)=500kW, 회생 흡수 전력(PD)=0kW.
이 때, 컨버터(40)의 운전을 개시하고, 충전 전력 지령(PREF1)을 PSB의 9배인 4500kW로 설정하면, 컨버터(40)는 회생 흡수 전력(PD)으로서 전력 저장 장치(60)에 4500kW를 충전하도록 동작한다.
이 직후, 회생 흡수 전력(PD)이 4500kW로 되는 것에 의해, 인버터(50)로부터 본 회생 부하가 증가하게 되고, 회생 가능한 전력이 증가하고, 회생 억제 전력(PSB)이 500kW로부터 감소하게 된다. 이것에 따라, 회생 억제 전력(PSB)의 9배로 설정한 충전 전력 지령(PREF1)도 4500kW로부터 감소하게 되므로, 회생 흡수 전력(PD)도 4500kW로부터 감소한다.
결국, 회생 억제 전력(PSB)과 회생 흡수 전력(PD)이 밸런스하는 점인 회생 억제 전력(PSB)=50kW, 회생 흡수 전력(PD)=450kW의 동작점에서 평형하게 된다. 즉, 평형 후의 동작 상태는 요구 회생 전력(PC)=1000kW, 가선 회생 전력(PP)=500kW, 회생 전력(PV)(=PC－PSB)=950kW, 회생 억제 전력(PSB)=50kW, 회생 흡수 전력(PD)=450kW로 된다.
또한, 초기 상태로부터 평형 상태에 도달하는 움직임은 극히 단시간(수십 ms)에 발생하는 과도적 현상이며, 실제로는 회생 흡수 전력(PD) 등이 상기한 4500kW에 도달하는 일 없이, 신속하게 상기한 평형 상태로 이행한다.
이상과 같이, 충전 전력 지령(PREF1)을 회생 억제 전력(PSB)보다 크게 설정한 경우, 충전 전력 지령(PREF1)을 회생 억제 전력(PSB)과 동등한 값으로 설정한 경우와 비교하여, 회생 흡수 전력(PD)이 커지고, 회생 전력(PV)도 커지고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 충전 전력 지령(PREF1)을 회생 억제 전력(PSB)보다 크게 설정함으로써 인버터(50)의 억제량(VDTELM)을 감소시키고, 요구 회생 전력(PC)에 대하여 보다 많은 전력을 회생할 수 있어, 보다 많은 회생 전력을 전력 저장 장치(60)에 회수하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 전력 저장 장치(60)에 회수한 전력을 역행 시 등에 있어서 재이용하는 것에 의해 전기차의 추진 제어 장치의 에너지 절약성을 높이는 것이 가능하게 되어, 기계 브레이크의 동작 빈도를 저하시킬 수 있으므로 브레이크슈의 마모를 저감시킬 수 있다.
또한, 상기에서는 설명의 용이화를 위해서, 충전 전력 지령(PREF1)을 회생 억제 전력(PSB)의 9배로 설정했지만 이것으로 한정되는 것은 아니며, 제어계의 안정성이 확보되는 한, 충전 전력 지령(PREF1)을 회생 억제 전력(PSB)보다 극력 크게 설정하는 것이 바람직하다.
상기에서는 컨버터 제어부(46)의 내부에서 회생 토크 상태를 나타내는 회생 상태 신호인 억제량(VDTELM)과 속도(VEL)의 곱을 취하여 회생 억제 전력(PSB)을 생성하는 구성으로 설명했지만 그 외의 구성이어도 좋으며, 예를 들어, 인버터(50)에 있어서 회생 상태 신호인 회생 억제 전력(PSB)을 생성하고, 이것을 컨버터 제어부(46)에 출력하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 설명에 있어서, 회생 토크의 억제 상태를 나타내는 억제량(VDTELM)과 회생 전력의 억제 상태를 나타내는 회생 억제 전력(PSB)을 총칭하여 나타내는 경우는 회생 상태 신호라고 기재하고 있다.
또, 회생 억제 신호를 인버터(50)로부터 직접 컨버터(40)에 입력하는 지금까지 설명한 방법 외에, 인버터(50)가 회생 상태 신호를 도시하지 않은 외부의 통괄 제어 장치에 송신하고, 이 통괄 제어 장치가 컨버터(40)에 대하여 인버터(50)의 회생 상태 신호를 송신하는 구성으로 해도 좋다.
실시 형태 2.
도 8은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서 충전 전류 지령 생성부(82)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 충전 전류 지령 생성부(82)는 충전 전류 지령 연산부(82b)로 구성된다. 이와 같이, 회생 억제 전력(PSB)으로부터 직접 게인 테이블 등을 통하여 충전 전류 지령(IREF1)을 생성하는 구성으로 해도 좋다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 충전 전류 지령 생성부(82)는 충전 전류 지령 연산부(82b)에 의해 회생 억제 전력(PSB)으로부터 충전 전류 지령(IREF1)을 생성하도록 했으므로, 실시 형태 1에 있어서 존재하고 있던 나눗셈기(88)를 제거할 수 있어, 연산부의 간략화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
실시 형태 3.
도 9는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서 충전 전류 지령 생성부(82)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 충전 전류 지령 생성부(82)를 비례 적분 제어기(82c)로 구성하도록 하고, 회생 억제 전력(PSB)을 입력하고, 비례 적분 요소를 통하여 충전 전류 지령(IREF1)을 생성하는 구성으로 해도 좋다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 충전 전류 지령 생성부(82)는 비례 적분 제어기(82c)에 의해 회생 억제 전력(PSB)으로부터 충전 전류 지령(IREF1)을 생성하도록 했으므로, 실시 형태 1의 구성예와 비교하여, 회생 억제 전력(PSB)이 완전히 제로로 되는 충전 전류 지령(IREF1)을 생성할 수 있으므로, 보다 많은 회생 전력을 전력 저장 장치(60)에 회수하는 것이 가능하게 된다.
실시 형태 4.
도 10은 본 발명의 실시 형태 4에 있어서 복수대의 인버터 장치, 컨버터 장치를 포함하는 전기차에 있어서 구성예를 나타내는 도면이다. 도 10에는 4량의 전기차로 열차 편성이 구성되어 있는 예를 나타내고 있고, 열차는 1량째 차량(101)과 2량째 차량(102)과 3량째 차량(103)과 4량째 차량(104)으로 구성되어 있다.
1량째 차량(101)에는 No.1의 컨버터 장치(40－1)와 No.1의 전력 저장 장치(61)가 탑재되고, 2량째 차량(102)에는 No.1의 인버터 장치(50－1)가 탑재되고, 3량째 차량(103)에는 No.2의 인버터 장치(50－2)가 탑재되고, 4량째 차량(104)에는 No.2의 컨버터 장치(40－2)와 No.2의 전력 저장 장치(62)가 탑재된다.
No.1의 컨버터 장치(40－1), No.1의 전력 저장 장치(61), No.1의 인버터 장치(50－1), No.2의 인버터 장치(50－2), No.2의 컨버터 장치(40－2), No.2의 전력 저장 장치(62)의 구성은 이하에 설명하는 부분을 제외하고, 실시 형태 1에서 설명한 컨버터 장치(40), 인버터 장치(50), 전력 저장 장치(60)의 구성과 동일하다.
또한, 본 실시 형태에서는 4량의 전기차에 있어서, 인버터 장치와 컨버터 장치와 전력 저장 장치가 각각 2대 탑재되어 있는 구성예를 나타내지만, 대수나 구성은 이것에 한정되지 않으며, 복수의 컨버터 장치와 복수의 인버터 장치와 복수의 전력 저장 장치를 포함하여 구성되어 있으면 동일한 아이디어를 적용할 수 있다.
컨버터 장치(40－1, 40－2)와 전력 저장 장치(61, 62)는 실시 형태 1에 나타낸 바와 같이 접속되고, 컨버터 장치(40－1, 40－2)의 정측 단자(P1)와 인버터 장치(50－1, 50－2)의 정측 단자(P)는 집전 장치(2)를 통하여 가선(1)에 공통으로 접속된다. 컨버터 장치(40－1, 40－2)의 부측 단자(N1)와 인버터 장치(50－1, 50－2)의 부측 단자(N)는 차바퀴(3)를 통하여 레일(4)에 공통으로 접속된다.
인버터 장치(50－1, 50－2)로부터는 각각 제어 신호(VC1, VC2)가 출력되고, 각각이 컨버터 장치(40－1)와 컨버터 장치(40－2)에 입력된다. 제어 신호(VC1, VC2)의 내용은 실시 형태 1에 나타낸 것과 동일하다.
도 11은 실시 형태 4에 있어서 컨버터 제어부(46a)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 11에 나타내는 컨버터 제어부(46a)가 각각의 컨버터(40－1, 40－2)에 탑재된다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 컨버터 제어부(46a)에는 제어 지령(VC1)에 포함되는 억제량(VDTELM1)과 제어 지령(VC2)에 포함되는 억제량(VDTELM2)이 입력되고, 가산기(110)에서는 이들의 합을 취하고, 억제량(VDTELM)을 생성한다. 곱셈기(81)에서는 억제량(VDTELM)과 속도(VEL)를 곱하고, 회생 억제 전력(PSB)을 생성 출력한다. 이 이후는 실시 형태 1에서 설명을 행했으므로 생략한다.
또한, 컨버터 제어부(46a)에는 제어 지령(VC1)에 포함되는 역행 회생 상태 신호(PBC1)와 제어 지령(VC2)에 포함되는 역행 회생 상태 신호(PBC2)가 입력되고, 논리합 회로(113)에서는 이들의 논리합을 취하여, 역행 회생 상태 신호(PBC)를 생성한다. 이 이후는 실시 형태 1에서 설명을 행했으므로 생략한다.
또한, 컨버터 제어부(46a)에는 제어 지령(VC1)에 포함되는 인버터(50－1, 50－2)의 입력 전류(ISV1)와 가선 전압(ESV1), 제어 지령(VC2)에 포함되는 인버터(50－1, 50－2)의 입력 전류(ISV2)와 가선 전압(ESV2)이 입력되고, 가산기(111)가 입력 전류(ISV1)와 입력 전류(ISV2)의 합을 취하고, 그 결과를 입력 전류(ISV)로서 출력하고, 가산기(112)는 가선 전압(ESV1)과 가선 전압(ESV2)의 합을 취하고, 그 결과를 나눗셈기(114)에서 2(열차 중 컨버터(40)의 대수)로 나누어 평균화하고, 가선 전압(ESV)으로서 출력한다. 입력 전류(ISV)와 가선 전압(ESV)은 곱셈기(85)에서 곱하고, 그 결과를 나눗셈기(115)에서 2(열차 중 컨버터(40)의 대수)로 나누는 것에 의해 평균화하고, 역행 전력(PLMX)을 생성한다.
상기와 같이 생성한 회생 억제 전력(PSB)과 역행 회생 상태 신호(PBC)와 역행 전력(PLMX)을 이용하여 실시 형태 1과 동일하게 충방전 전류 지령(IREF)을 생성하고, 컨버터(40)를 제어한다.
상기와 같이 구성하는 것에 의해, 종래예와 비교하여 이하의 효과가 있다. 종래의 구성인 가선 전압 또는 컨덴서 전압과 소정값의 편차에 기초하여 전력 저장 장치로의 충전 전류의 지령을 결정하는 방식에서는 인버터 장치나 컨버터 장치, 전력 저장 장치가 열차 편성 중에 복수대 존재하는 경우, 각각의 장치가 개별적으로 가지는 가선 전압 또는 컨덴서 전압 검출기의 검출 전압을 기준으로 인버터 장치의 회생 토크 억제량, 컨버터 장치의 회생 흡수 전력을 제어하게 된다. 그렇지만 전압 검출기의 검출값에는 지금까지 설명한 바와 같이 오차가 존재한다. 이 때문에, 회생 브레이크 시에 있어서 가선 전압이나 컨덴서 전압이 상승한 경우에, 장치마다 소정의 설정값과의 관계(소정의 설정값을 초과했는지의 여부, 또는 초과의 정도)가 다르게 되므로, 각 컨버터 장치의 회생 흡수 전류값은 변동되게 되고, 각 컨버터 장치나 전력 저장 장치의 가동 상황에 언밸런스가 발생하는 것에 의해 된다. 즉, 동일한 가선(1)에 접속된 시스템이어도, 진치보다 낮게 가선 전압이나 컨덴서 전압을 검출하는 전압 검출기를 갖는 컨버터 장치는 회생 흡수 전력이 작아지고, 조금 높게 가선 전압이나 컨덴서 전압을 검출하는 전압 검출기를 갖는 컨버터 장치는 회생 흡수 전력이 커진다.
또 가선 전압이나 컨덴서 전압이 소정의 설정값의 근방에 존재하는 경우는, 검출값이 소정의 설정값을 초과하고 있는 컨버터 장치와 검출값이 소정의 설정값보다 작은 컨버터 장치가 발생하고, 일부의 컨버터 장치만이 회생 전력 흡수 동작을 행하여 가동 상태로 되는 케이스도 발생한다. 이와 같이 컨버터 장치와 전력 저장 장치의 가동 상태에 격차가 발생하면 가동 상태가 많은 장치의 수명이 짧아지는 등의 문제가 발생한다.
또, 인버터가 회생 브레이크 중에 컨덴서 전압이 소정의 설정값을 초과하여 회생 토크 억제량이 발생하고 있는 것과는 상관없이, 컨버터 장치의 컨덴서 전압은 소정의 설정값보다 작은 상태로 되고, 회생 전력 흡수 동작을 행하지 않는 케이스도 발생한다. 이와 같은 케이스에서는 불필요하게 회생 토크가 억제된 채로 되므로, 기계 브레이크슈의 마모나 회생 전력의 낭비가 발생한다.
본 실시 형태 4에 나타낸 구성에서는 복수 인버터(50－1, 50－2) 각각의 전압 검출기(53b)의 검출 특성의 격차 등에 기인하여, 복수의 인버터(50－1, 50－2)가 각각이 다른 억제량(VDTELM)을 발생시킨 경우에 있어서, 각 컨버터(40－1, 40－2)는 복수 인버터(50－1, 50－2)의 억제량(VDTELM)의 합에 상당하는 충전 전류 지령(IREF1)을 각각에서 생성할 수 있으므로, 각각의 컨버터(40－1, 40－2)에서 회생 흡수의 전력을 동일하게 분담할 수 있다. 이 때 각 컨버터(40－1, 40－2)의 회생 흡수 전력(PD)은 동등하게 되므로, 복수의 컨버터(40－1, 40－2)와 전력 저장 장치(60)의 가동 상태를 균일하게 하는 것이 가능하게 되어, 일부의 컨버터(40－1, 40－2)와 전력 저장 장치(60)에 부하가 집중되는 것을 회피할 수 있다.
또, 복수의 인버터(50－1, 50－2) 중 어느 것에 억제량(VDTELM)을 발생시킨 시점에서, 각 컨버터(40)는 각각 충전 전류 지령(IREF1)을 생성하여 컨버터(40－1, 40－2)와 전력 저장 장치(60)로의 회생 전력 흡수를 행할 수 있으므로, 일부의 컨버터 장치만이 가동 상태로 되는 케이스를 회피할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 전기차의 추진 제어 장치는 각 컨버터(40－1, 40－2)가 복수 인버터(50－1, 50－2)의 억제량(VDTELM)을 입력으로 하여 충전 전류 지령(IREF1)을 생성하도록 했으므로, 복수의 차량으로 이루어진 열차 편성 중에 복수의 인버터(50－1, 50－2), 컨버터(40－1, 40－2), 및 전력 저장 장치(60)가 탑재되어 있는 경우에 있어서도, 보다 많은 회생 전력을 전력 저장 장치(60)에 회수하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 전력 저장 장치(60)에 회수한 전력을 역행 시 등에 재이용하는 것에 의해 전기차의 추진 제어 장치의 에너지 절약을 개선하는 것이 가능하게 되어, 기계 브레이크의 동작 빈도를 저하시킬 수 있으므로 브레이크슈의 마모를 저감시킬 수 있다. 추가로 일부의 컨버터 장치만이 가동 상태로 되는 케이스를 회피할 수 있고, 또, 일부의 컨버터(40)와 전력 저장 장치(60)에 부하가 집중되는 것을 회피할 수 있기 때문에, 가동 상태의 격차에 기인하는 장치의 단수명화 등의 문제를 해소할 수 있다.
또한, 이상의 설명에서는 컨버터 제어부(46a)에서 억제량(VDTELM)과 속도(VEL)의 곱에 기초하여 회생 억제 전력(PSB)을 생성하는 구성으로 설명했지만 그 외의 구성이어도 좋으며, 예를 들어, 인버터(50)의 내부에서, 회생 억제 전력(PSB)을 생성하고, 이것을 컨버터 제어부(40a)에 출력하는 구성으로 해도 좋다.
또, 도 11에서는 컨버터 제어부(46a)에 있어서, 제어 지령(VC1)에 포함되는 회생 상태 신호인 억제량(VDTELM1)과, 제어 지령(VC2)에 포함되는 회생 상태 신호인 억제량(VDTELM2)의 합을 연산하여 억제량(VDTELM)을 생성하고 있지만, 제어 지령(VC1)에 포함되는 회생 상태 신호와 제어 지령(VC2)에 포함되는 회생 상태 신호 중 큰 쪽을 추출하여 제어에 이용하는 회생 상태 신호로 해도 좋다.
이와 같이 구성해도, 복수 중 인버터(50) 중 어느 것에 억제량(VDTELM)을 발생시킨 시점에서, 각 컨버터(40)는 각각 충전 전류 지령(IREF1)을 생성하여 컨버터(40)와 전력 저장 장치(60)로의 회생 전력 흡수를 행할 수 있으므로, 일부의 컨버터 장치만이 가동 상태로 되는 케이스를 회피할 수 있다.
또한, 도 11에서는 컨버터 제어부(46a)에 있어서, 제어 지령(VC1)에 포함되는 회생 상태 신호인 억제량(VDTELM1)과, 제어 지령(VC2)에 포함되는 회생 상태 신호인 억제량(VDTELM2)의 합을 연산하여 억제량(VDTELM)을 생성하고 있지만, 제어 지령(VC1)에 포함되는 회생 상태 신호와 제어 지령(VC2)에 포함되는 회생 상태 신호의 평균값을 연산하여 제어에 이용하는 회생 상태 신호로 해도 좋다.
이와 같이 구성해도, 복수 중 인버터(50) 중 어느 것에 억제량(VDTELM)을 발생시킨 시점에서, 각 컨버터(40)는 각각 충전 전류 지령(IREF1)을 생성하여 컨버터(40)와 전력 저장 장치(60)로의 회생 전력 흡수를 행할 수 있으므로, 일부의 컨버터 장치만이 가동 상태로 되는 케이스를 회피할 수 있다.
그 외에, 각 인버터(50)의 회생 상태 신호를 각 인버터(50)로부터 직접 각 컨버터(40)에 입력하는 지금까지 설명한 방법 외에, 각 인버터(50)가 도시하지 않은 외부의 통괄 제어 장치에 회생 상태 신호를 송신하고, 이 통괄 제어 장치가 각 컨버터(40)에 대하여 각 인버터(50)의 회생 상태 신호를 송신하는 구성으로 해도 좋다. 이와 같이 하면, 개개의 인버터(50)에서 개개의 컨버터(40)를 배선으로 접속하는 경우에 비해, 각 인버터(50)에서 각 컨버터(40)를 접속하는 배선의 수를 줄일 수 있다.
또한, 각 인버터(50)의 회생 상태 신호의 가산 연산, 최대값의 추출, 평균값의 연산 등은 상기한 통괄 제어 장치에서 실시하고, 그 연산 결과를 각 컨버터 제어부(46a)에 송신하는 구성으로 해도 좋다. 이와 같이 하면, 컨버터 제어부(46a)에서 인버터의 대수에 따른 가산 연산, 최대값의 추출, 평균값의 연산을 할 필요가 없어지므로 연산량을 줄일 수 있는 것 외에, 열차 중 인버터(50) 대수의 변동에 의한 연산 구성의 차(평균을 취하는 경우 분모의 차 등)는 통괄 제어 장치측에서 부담할 수 있으므로, 각 컨버터 제어부(46a)의 구성을 동일하게 할 수 있다.
본 발명의 실시 형태는 이상에 설명한 구성으로 한정되지 않으며, 각 인버터(50)의 회생 토크의 억제 상태 또는 회생 전력의 억제 상태를 나타내는 양인 회생 상태 신호 그 자체, 또는 회생 상태 신호에 기초하여 얻은 가산값, 최대값, 평균값 등을 각 컨버터 제어부(46a)가 인식할 수 있는 구성이면 좋다.
또한, 상기의 설명에서는 컨버터 제어부(46a)에는 제어 지령(VC1)에 포함되는 인버터(50)의 입력 전류(ISV1)와 제어 지령(VC2)에 포함되는 인버터(50)의 입력 전류(ISV2)가 입력되고, 이들 평균값에 기초하여 역행 전력(PLMX)을 연산하는 구성으로 하고 있지만, 각 인버터(50)로부터 외부의 통괄 제어 장치에 대하여 입력 전류를 송신하고, 통괄 제어 장치에서 이들 평균값의 연산을 행하고, 연산된 평균값에 기초하여 역행 전력(PLMX)을 연산하여 각 컨버터 제어부(46a)에 입력하는 구성으로 해도 좋다.
이와 같이 하면, 컨버터 제어부(46a)에서 컨버터(40)의 대수에 따른 평균값의 연산을 할 필요가 없어지므로 연산량을 줄일 수 있는 것 외에, 열차 중 컨버터(40) 대수의 변동에 의한 연산 구성의 차(평균을 취하는 경우 분모의 차 등)는 통괄 제어 장치측에서 부담할 수 있으므로, 각 컨버터 제어부(46a)의 구성을 동일하게 할 수 있다.
인버터(50)와 전동기(71)의 조(組)가 복수 존재하는 경우, 컨버터 제어부(46a)는 복수 인버터(50)의 입력 전력의 합에 기초하여 방전 전류 지령(IREF2)을 생성하도록 구성하는 것이 바람직하다.
컨버터(40)와 전력 저장 장치(60)의 조가 복수 존재하는 경우, 각각의 컨버터 제어부(46a)는 인버터(50)의 입력 전력을 컨버터(40)의 대수로 평균화한 값에 기초하여 방전 전류 지령(IREF2)을 생성하는 것이 바람직하다.
컨버터(40)와 전력 저장 장치(60)의 조가 복수 존재하고, 또한 인버터(50)와 전동기(71)의 조가 복수 존재하는 경우, 각각의 컨버터 제어부(46a)는 입력된 복수 인버터(50)의 입력 전력의 합에 기초하여 방전 전류 지령(IREF2)을 생성하는 것이 바람직하다.
컨버터(40)와 전력 저장 장치(60)의 조가 복수 존재하고, 또한 인버터(50)와 전동기(71)의 조가 복수 존재하는 경우, 각각의 컨버터 제어부(46a)는 입력된 복수 인버터(50)의 입력 전력의 합을 컨버터(40)의 대수로 평균화한 값에 기초하여 방전 전류 지령(IREF2)을 생성하는 것이 바람직하다.
인버터(50)와 컨버터(40)와 전력 저장 장치(60)는 각각이 개별의 장치로 하여 도시하고 설명했지만, 이들을 동일한 수납 상자에 수납하는 등 일체로 한 장치로 하여 구성해도 상관없다.
또한 지금까지의 실시 형태의 설명에서는 예를 들어 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 운전 지령 신호(MC)가 토크 지령 생성부(56a)에 입력되고, 토크 지령 생성부(56a)에서는 운전 지령 신호(MC)에 포함되는 브레이크력의 지령 등에 기초하여, 전동기(71)가 발생해야 할 회생 브레이크 토크의 지령으로 되는 요구 회생 토크 지령(PTRS)을 생성하는 구성으로 하여 설명했다. 또, 요구 회생 토크 지령(PTRS)과 억제량(VDTELM)은 감산기(56d)에 입력되고, 감산기(56d)에서는 이들의 차를 취하여, 회생 토크 지령(PTR)으로서 출력하는 구성으로 하여 설명했다. 다음에, 회생 토크 지령(PTR)은 토크 제어부(56e)에 입력되고, 토크 제어부(56e)는 회생 토크 지령(PTR)에 기초하여 전동기(71)가 발생하는 회생 토크가 회생 토크 지령(PTR)에 일치하도록 인버터 회로(55)로의 온 오프 신호(IGC)를 생성하는 구성으로 하여 설명했다. 즉, 운전 지령 신호(MC)와 전압 검출값(EFCV)에 기초하여 전동기의 토크를 원하는 대로 제어하는 구성을 예시하여 설명했다.
당업자 주지대로, 전동기의 토크는 전동기의 전류와 직접적으로 관계가 있다. 따라서 예를 들어 도 4(b)와 같이, 상기에 설명한 토크를 제어하는 구성을, 전동기(71)의 전류를 제어하는 구성으로 치환하는 것도 물론 가능하다. 즉, 토크에 상당하는 양을 전동기(71)의 전류에 상당하는 양으로 치환해도 발명을 실시할 수 있다. 이 경우, 토크 지령 생성부(65a)는 전류 지령 생성부(56a)로 바꿔 읽는다. 같이 요구 회생 토크 지령(PTRS)은 요구 회생 전류 지령(PIRS), 회생 토크 지령(PTR)은 회생 전류 지령(PIR), 토크 제어부(56e)는 전류 제어부(56e)로 바꿔 읽는다.
따라서 회생 상태 신호인 회생 토크의 억제 상태를 나타내는 억제량(VDTELM)은 회생 전류의 억제 상태를 나타내는 양이기도 하다.
이상의 실시 형태에 나타낸 구성은 본 발명의 내용의 일례를 나타내는 것이며, 다른 공지의 기술과 조합하는 것도 가능하며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 일부를 생략하는 등 변경하여 구성하는 것도 가능하다는 것은 물론이다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명은 전력 저장 디바이스를 응용한 전기차의 추진 제어 장치에 적용 가능하고, 특히 회생 브레이크 시에 발생하는 회생 전력의 전력 저장 장치로의 회수를 효율적으로 행할 수 있는 것이 가능한 발명으로서 유용하다.
1 가선
2 집전 장치
3 차바퀴
4 레일
10 주간 제어기
40 컨버터 장치
40－1 No.1의 컨버터 장치
40－2 No.2의 컨버터 장치
41, 51 리액터
42, 52 필터 컨덴서
43a, 43b, 43 c, 53a, 53b 전압 검출기
44 컨버터 회로
44H, 44L 스위칭 소자
45 평활 리액터
46, 46a 컨버터 제어부
47, 57 전류 검출기
50 인버터 장치
50－1 No.1의 인버터 장치
50－2 No.2의 인버터 장치
54U, 54V, 54W, 54X, 54Y, 54Z 스위칭 소자
55 인버터 회로
56 인버터 제어부
56a 토크 지령 생성부, 전류 지령 생성부
56b, 56d 감산기
56bb 부값 커트 리미터
56c 게인부
56e 토크 제어부, 전류 제어부
60 전력 저장 장치
61 No.1의 전력 저장 장치
62 No.2의 전력 저장 장치
71 전동기
81, 85 곱셈기
82 충전 전류 지령 생성부
82a 충전 전력 지령 연산부
82b 충전 전류 지령 연산부
82c 비례 적분 제어기
83 선택부
84 전류 제어부
86 최대 방전 전류 설정부
87 리미터부
88, 89 나눗셈기
101 1량째 차량
102 2량째 차량
103 3량째 차량
104 4량째 차량
110, 111, 112 가산기
113 논리합 회로
114, 115 나눗셈기
DGC, IGC 온 오프 신호
EFCD, EFCV 필터 컨덴서 전압 검출값
ESD, ESV, ESV1, ESV2 가선 전압
IB 컨버터 출력 전류
IBM 최대 방전 전류 설정값(허용 최대 전류값)
IREF 충방전 전류 지령(충방전 전류 지령값)
IREF1 충전 전류 지령(충전 전류 지령값)
IREF2 방전 전류 지령(방전 전류 지령값)
IREFMAX 방전 전류 상한값
ISV, ISV1, ISV2 입력 전류
MC 운전 지령 신호
N, N1 부측 단자
P, P1 정측 단자
P2, N2 직류 출력 단자
PBC, PBC1, PBC2 역행 회생 상태 신호(인버터 상태 신호)
PC 요구 회생 전력
PD 회생 흡수 전력
PLMX 역행 전력
PP 가선 회생 전력
PREF1 충전 전력 지령
PSB 회생 억제 전력
PTR 회생 토크 지령
PIR 회생 전류 지령
PTRS 요구 회생 토크 지령
PIRS 요구 회생 전류 지령
PV 회생 전력
VB 컨버터 출력 전압
VC, VC1, VC2 제어 신호
VDL 회생 억제 개시 전압 설정값
VDTELM, VDTELM1, VDTELM2 회생 토크 억제량(회생 상태 신호)
VEL 속도

Claims (22)

  1. 직류 전원에 접속된 인버터 장치와, 상기 인버터 장치의 출력에 접속된 전동기와, 상기 인버터 장치의 입력에 접속된 컨버터 장치와, 상기 컨버터 장치의 출력에 접속된 전력 저장 장치를 가지고, 상기 전동기의 역행(力行) 전력 또는 회생(回生) 전력의 일부를 상기 전력 저장 장치로부터 방전 또는 상기 전력 저장 장치에 충전하는 구성으로 한 전기차의 추진 제어 장치로서,
    상기 컨버터 장치는
    상기 회생 전력, 또는 이것과 등가인 회생 토크, 회생 전류의 억제 상태를 나타내는 신호로서의 회생 상태 신호에 기초하여, 상기 컨버터 장치가 상기 전력 저장 장치를 충전하는 전류의 지령값인 충전 전류 지령값을 생성하고, 상기 충전 전류 지령값에 기초하여 상기 컨버터 장치의 충방전 전류 지령값을 생성하고 제어를 행하는 컨버터 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회생 상태 신호는
    상기 인버터 장치가, 상기 전동기가 발생하는 회생 전력을 소정값으로부터 억제하는 양인 회생 전력 억제량, 회생 전력 억제량과 등가인 회생 토크를 소정값으로부터 억제하는 양인 회생 토크 억제량, 또는 회생 전력 억제량과 등가인 회생 전류를 소정값으로부터 억제하는 양인 회생 전류 억제량인 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는 상기 회생 토크 억제량 또는 상기 회생 전력 억제량에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는 상기 회생 토크 억제량과, 상기 전동기의 회전 수 또는 전기차의 속도에 상당하는 양의 곱에 기초하여 상기 회생 전력 억제량을 생성하고, 이것에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는 상기 회생 상태 신호를 증폭한 값에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는 상기 회생 상태 신호를 증폭한 값에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하고,
    상기 증폭한 값은 상기 회생 전력 억제량보다 상기 전력 저장 장치로의 충전 전력이 커지는 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터 장치와 상기 전동기의 조(組)가 복수 존재하는 경우, 상기 컨버터 제어부는
    복수의 상기 인버터 장치의 상기 회생 상태 신호에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터 장치와 상기 전동기의 조가 복수 존재하는 경우, 상기 컨버터 제어부는
    복수의 상기 인버터 장치의 상기 회생 상태 신호의 합에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터 장치와 상기 전동기의 조가 복수 존재하는 경우, 상기 컨버터 제어부는
    복수의 상기 인버터 장치의 상기 회생 상태 신호 중 가장 큰 것에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 인버터 장치와 상기 전동기의 조가 복수 존재하는 경우, 상기 컨버터 제어부는
    복수의 상기 인버터 장치의 상기 회생 상태 신호의 평균값에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨버터 장치와 상기 전력 저장 장치의 조가 복수 존재하는 경우, 각각의 상기 컨버터 제어부는
    상기 인버터 장치가 생성하는 상기 회생 상태 신호에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨버터 장치와 상기 전력 저장 장치의 조가 복수 존재하고, 또한 상기 인버터 장치와 상기 전동기의 조가 복수 존재하는 경우, 복수의 상기 컨버터 제어부는
    각각이 복수의 상기 인버터 장치의 상기 회생 상태 신호에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨버터 장치와 상기 전력 저장 장치의 조가 복수 존재하고, 또한 상기 인버터 장치와 상기 전동기의 조가 복수 존재하는 경우, 복수의 상기 컨버터 제어부는
    각각이 복수의 상기 인버터 장치의 상기 회생 상태 신호의 합에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨버터 장치와 상기 전력 저장 장치의 조가 복수 존재하고, 또한 상기 인버터 장치와 상기 전동기의 조가 복수 존재하는 경우, 복수의 상기 컨버터 제어부는
    각각이 복수의 상기 인버터 장치의 상기 회생 상태 신호 중 가장 큰 것에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨버터 장치와 상기 전력 저장 장치의 조가 복수 존재하고, 또한 상기 인버터 장치와 상기 전동기의 조가 복수 존재하는 경우, 복수의 상기 컨버터 제어부는
    각각이 복수의 상기 인버터 장치의 상기 회생 상태 신호의 평균값에 기초하여 상기 충전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  16. 직류 전원에 접속된 인버터 장치와, 상기 인버터 장치의 출력에 접속된 전동기와, 상기 인버터 장치의 입력에 접속된 컨버터 장치와, 상기 컨버터 장치의 출력에 접속된 전력 저장 장치를 가지고, 상기 전동기의 역행 전력 또는 회생 전력의 일부를 상기 전력 저장 장치로부터 충방전하는 구성으로 한 전기차의 추진 제어 장치로서,
    상기 컨버터 장치는
    상기 인버터 장치의 입력 전력에 기초하여, 상기 컨버터 장치가 상기 전력 저장 장치를 방전하는 전류의 지령값인 방전 전류 지령값을 생성하고, 상기 방전 전류 지령값에 기초하여 상기 컨버터 장치의 충방전 전류 지령값을 생성하고 제어를 행하는 컨버터 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는
    상기 인버터 장치의 입력 전력에 기초하여 방전 전류 상한값을 생성하고, 상기 전력 저장 장치의 허용 최대 전류값과 상기 방전 전류 상한값 중 작은 쪽을 상기 방전 전류 지령값으로서 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 인버터 장치와 상기 전동기의 조가 복수 존재하는 경우, 상기 컨버터 제어부는
    복수의 상기 인버터 장치의 입력 전력의 합에 기초하여 상기 방전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 컨버터 장치와 상기 전력 저장 장치의 조가 복수 존재하는 경우, 각각의 상기 컨버터 제어부는
    상기 인버터 장치의 입력 전력을 상기 컨버터 장치의 대수로 평균화한 값에 기초하여 상기 방전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 컨버터 장치와 상기 전력 저장 장치의 조가 복수 존재하고, 또한 상기 인버터 장치와 상기 전동기의 조가 복수 존재하는 경우, 각각의 상기 컨버터 제어부는
    입력된 복수의 상기 인버터 장치의 입력 전력의 합에 기초하여 상기 방전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  21. 청구항 16에 있어서,
    상기 컨버터 장치와 상기 전력 저장 장치의 조가 복수 존재하고, 또한 상기 인버터 장치와 상기 전동기의 조가 복수 존재하는 경우, 각각의 상기 컨버터 제어부는
    입력된 복수의 상기 인버터 장치의 입력 전력의 합을 상기 컨버터 장치의 대수로 평균화한 값에 기초하여 상기 방전 전류 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
  22. 청구항 1 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 컨버터 제어부는 상기 인버터 장치의 역행 운전 상태 또는 회생 운전 상태를 나타내는 인버터 상태 신호가 입력되고, 상기 인버터 상태 신호에 기초하여, 상기 충전 전류 지령값과 상기 방전 전류 지령값 중 어느 것을 선택하여 상기 충방전 전류 지령값을 생성하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 전기차의 추진 제어 장치.
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