WO2008018135A1 - Appareil de commande de véhicule électrique - Google Patents

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Hidetoshi Kitanaka
Shoichi Kawamoto
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Mitsubishi Electric Corporation
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an inverter-driven electric vehicle, and more particularly to a control device for an inverter-driven electric vehicle equipped with a power storage device that charges and discharges DC power.
  • an inverter-driven electric vehicle is equipped with an electric power storage unit that also serves as a power storage device, such as a notch, in the electric vehicle, and this electric power storage is controlled by an inverter that controls a motor for driving wheels.
  • a battery-powered electric vehicle is known that allows the electric vehicle to travel even in a section without an overhead line by adopting a configuration in which electric power can be supplied from the section. (For example, see Patent Document 1)
  • the capacity of the power storage unit to be mounted must be estimated with a margin on the assumption that the travel time and stop time in a section without an overhead line will be extended, and is larger than the normally required capacity. There is a problem that requires capacity.
  • the air conditioner cooling device, heating device
  • the necessary amount of electricity will be insufficient and the vehicle will not be able to travel, and the electric vehicle will be stuck in a section without an overhead line.
  • Patent Document 1 JP-A-2006-101698 (see FIG. 9 and paragraph (0026))
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to provide overhead power even when an electric vehicle stays in a section where there is no overhead for a longer time than expected.
  • S It provides an electric vehicle control device that can secure the amount of electric power that can travel to a certain section.
  • the electric vehicle control device of the present invention includes a first inverter that drives an electric motor, a second inverter that supplies electric power to a load, and electric power that supplies electric power to the first and second inverters.
  • An electric vehicle equipped with a storage device is characterized in that a load control unit capable of controlling the load amount according to the stored power amount or state quantity of the power storage device is provided. .
  • the control device for an electric vehicle is capable of ensuring the amount of electric power that can be traveled to a section where the overhead line is located even when staying in a section where there is no overhead line for a longer time than expected. .
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a control device for an electric vehicle according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a load control unit in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an operation during cooling of the air blower, the air conditioner, and the ventilator in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an operation during heating of the air blower, the air conditioner, and the ventilator in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an electric vehicle control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • electric power can be taken from overhead line 1 through pantograph 2, wheels 3, and rails 4, and electric motor 6 is driven by electric vehicle control device 20, and blower device 11, air conditioner 12, and ventilator 13 It is now possible to supply power to such loads.
  • Fig. 1 shows a state where the electric vehicle is traveling in a section without the overhead line 1.
  • the electric vehicle control device 20 includes a variable voltage, variable frequency (VWF) inverter 5 for driving the electric motor 6, an electric power storage unit 7 connected to the DC / DC converter 8, the DC / DC converter and electric power.
  • the control unit 9 controls the storage unit 7, the blower 11 that is the load, the air conditioner 12, and the constant voltage (constant frequency (CVCF) inverter 10 that supplies power to the ventilator 13.
  • the control unit 9 includes a load control unit 9A that measures the stored power amount of the power storage unit 7 and controls the load amount of the load.
  • the power that is supplied from the CV CF inverter 10 to the load such as the fluorescent lamp / broadcasting device in the vehicle is omitted here because the power consumption is small.
  • the power storage unit 7 is composed of power storage devices such as electric double layer capacitors and secondary batteries, and the amount of stored power is limited to about 50 KWh with the current technology due to restrictions on mounting space.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the load control unit 9A according to the first embodiment of the present invention.
  • the load control unit 9A is provided inside the control unit 9 and measures the stored power amount (hereinafter referred to as SOC) of the power storage unit 7, and this SOC and the internal set values LVO, LV1 , LV2, and control signals FNC, ACC, VTC are output according to the result.
  • SOC stored power amount
  • LVO, LV1 , LV2, and control signals FNC, ACC, VTC are output according to the result.
  • These operations can be controlled by inputting the air conditioner 12 and the ventilator 13. Specific control logic will be described later with reference to FIGS.
  • SOC is an abbreviation for State of charge, and is the ratio of stored energy when full charge is 100%.
  • SOC 50%
  • SOC 0%
  • the present invention has a configuration in which the blower 11, the air conditioner 12, and the ventilator 13 can be controlled directly or indirectly from the control unit 9 in accordance with the amount of stored power in the power storage unit 7. It is characterized by being.
  • Direct means a configuration in which control signals FNC, ACC, and VTC are given directly to the blower unit 11, the air conditioner unit 12, and the ventilator unit 13 from the load control unit 9A of the control unit 9, as shown in FIG.
  • a vehicle management control device (not shown) that can control each device by collecting information on each device in the vehicle is provided separately from the control unit 9, and the stored power is stored in this vehicle management control device.
  • a load control unit 9A for inputting quantity information is provided, and a blower is provided via the load control unit 9A.
  • the configuration of the present invention may be any of the direct and indirect control configurations described above.
  • the blower 11, air conditioner 12, and ventilator 13 access the control unit 9 or the load control unit 9A in the vehicle management control unit to independently grasp the stored power amount and operate accordingly. It is good also as a structure which controls a rolling state.
  • the air blower 11, the air conditioner 12, and the ventilator 13 can be controlled from the load controller 9A according to the amount of power stored in the power storage unit 7.
  • the electric power stored in the electric power storage unit 7 disposed in the electric vehicle control device 20 is used.
  • the motor 6 is driven by the WVF inverter 5, and the electric power is supplied to the blower 11, the air conditioner 12, and the ventilator 13 by the CVCF inverter 10.
  • charging of the power storage unit 7 may be performed via the DC / DC converter 8 while the electric vehicle is traveling in a section with an overhead line, and although not shown, when the vehicle is stopped at a station, etc.
  • the air conditioner 12 collectively indicates a cooling device and a heating device, and each is a device for maintaining the temperature in the passenger compartment of the electric vehicle at a comfortable temperature.
  • the structure of the cooling device is a device that is configured to be able to transport heat by driving a compressor with an electric motor and circulating a refrigerant to absorb the heat inside the room, It is a structure that dissipates the heat absorbed by the outside heat exchanger.
  • the indoor heat exchanger and outdoor heat exchanger are configured to actively circulate air with an indoor fan and an outdoor fan, respectively.
  • the structure of the heating device is also generally well known, and is composed of a heating wire or a semiconductor heater.
  • a heat pump heating device that transports the outdoor heat indoors and heats it as a configuration opposite to the cooling device may be used.
  • the power consumption of the air conditioner 12 (cooling device, heating device) will be described below.
  • the power consumption of the air conditioner mounted on a single ordinary tram is about 15KW. Therefore, the power consumption during full operation in summer is about 15 KWh. In particular, the power consumption of the motor that drives the compressor is almost 10KW, and the power consumption of outdoor fans and indoor fans is about several tens of watts to one hundred watts. is there. In addition, the power consumption of the heating system mounted on a single ordinary tram is about the same, and the power consumption when the heating system is fully operated in winter is about 15 KWh. In other words, the air conditioner 12 consumes about 15 KWh in summer and winter.
  • the amount of power stored in the power storage unit 7 is about 50 KWh.
  • 50 KWh / 15 KWh 3.3 hours.
  • the secondary battery constituting the power storage unit 7 is permanently deteriorated.
  • the blower 11 is a so-called fan installed in the vehicle
  • the ventilator 13 is a device that discharges the air inside the vehicle and sucks the air outside the vehicle into the vehicle. Its power consumption is about several tens of watts each, which is less than 1Z100, which is sufficiently smaller than that of the air conditioner 12.
  • the power consumption of the indoor fan built into it is as small as several tens to hundreds of watts as described above.
  • the air conditioner 12 Even while the electric vehicle is stopped, the air conditioner 12 continues to consume power to maintain the temperature inside the vehicle. For this reason, the capacity of the power storage unit 7 installed in the electric vehicle must be estimated with a margin assuming that the travel time and the stop time in the section without overhead lines will be extended, and it will be larger than the normally required capacity. There is a problem that requires a large capacity.
  • the air conditioner 12 installed in the electric vehicle consumes the power stored in the power storage unit 7, and the amount of power required to run the electric vehicle.
  • the electric motor 6 cannot be driven due to the shortage of the electric vehicle, and the electric vehicle is stuck in a section without an overhead line.
  • FIG. 3 is a diagram showing operations of the blower 11, the air conditioner 12, and the ventilator 13 in the embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows that in the summer season, with the air conditioner 12 (cooling unit) operating, the electric vehicle stops for a long time in the section without the overhead line 1 due to traffic jams, etc., and the SOC gradually decreases. Indicates the state.
  • Figure 3 As shown, when the SOC of the power storage unit 7 falls below the first set value LVO, the load control unit 9A switches the air conditioner 12 to a strong operation or a weak operation by the signal ACC to the air conditioner 12. As a result, power consumption is reduced, and the rate of decrease in SOC becomes moderate.
  • the load control unit 9A stops the air conditioner 12 by the signal ACC.
  • the blower 11 is activated by the signal FNC, and the ventilator 13 is operated by the signal VTC in order to prevent the temperature inside the vehicle from rising.
  • the air conditioner 12 may stop only the compressor motor and the outdoor fan, and the indoor fan with sufficiently low power consumption may continue to operate. In this way, at least air can be blown into the room, so that the comfort in the vehicle can be kept to a minimum. If the SOC further decreases and falls below the third set value LV2, the load control unit 9A stops the blower 11 by the signal FNC and operates only the ventilator 13.
  • the ventilator 13 is preferred to continue operation even if the SOC decreases in order to suppress the increase in the temperature inside the vehicle.
  • FIG. 4 is a diagram showing operations of the air blower 11, the air conditioner 12, and the ventilator 13 in the embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows a state where the air conditioner 12 (heating device) is in operation in winter, and the electric vehicle stops for a long time in the section without the overhead line 1 due to traffic jams, etc., and the SOC gradually decreases. Showing
  • the load control unit 9A switches the air conditioner 12 from the strong operation to the weak operation by the signal ACC. As a result, power consumption is reduced, and the rate of decrease in SOC becomes moderate. Furthermore, when the SOC falls below the second set value LV1, the load control unit 9A stops the air conditioner 12 by the signal ACC. Since the blower 11 is unnecessary in the winter, it is preferable to stop it, and the ventilator 13 is also preferably stopped if ventilation is not necessary.
  • the first set value LV0, the second set value LV1, and the third set value LV2 shown above may be fixed values determined by daring or may be variable depending on conditions. Good. For example, if the electric vehicle is made variable according to the remaining distance and time until it reaches the section of the overhead line, the maximum operation of the air conditioner 12 can be secured, so that the in-vehicle environment can be maintained longer. The Even if the stored energy SOC of the power storage device 7 is below the first set value LVO, the second set value L VI, and the third set value LV2, the electric vehicle arrives at the section where the overhead line 1 is located.
  • the operation of the air conditioner 12 may be resumed or returned to the strong operation. Whether the power can be received from the overhead line 1 can be input to the load control unit 9A, and the SOC of the power storage device 7 increases, so the load control unit 9A receives power from the overhead line 1. You can make a decision!
  • the power storage unit 7 can be made as small as possible. It becomes.
  • the air conditioner 12 has three-stage control of strong operation, weak operation, and stop, but the strong operation force may be continuously controlled until the stop.
  • the blower 11 and ventilator 12 are set to operate when the SO C falls below the second set value LV1, but as already mentioned, the power consumption is small, so the SOC is set to the second set value LV1. It is also possible to drive in the above cases.
  • a load control unit 9 A that controls the blower 11, the air conditioner 12, and the ventilator 13 is incorporated in the control unit 9 that controls the DC / DC converter 8 and the power storage unit 7.
  • the configuration is not limited to this, and it is not shown if the configuration can grasp the SOC of the power storage unit 7. ! ⁇ It may be built in the control unit of the VWF inverter 5 or the control unit of the CVCF inverter 10 or may be built in a control unit (not shown) that includes them.
  • the SOC information is transmitted from the load control unit 9A to a vehicle management control device (not shown) having a function of collecting the operation information of each device in the vehicle and controlling each device according to the situation. It is good also as a structure to send. Conversely, the blower 11, air conditioner 12, and ventilator 13 access the load control unit 9A or the vehicle management control device, and autonomously grasp the SOC, and each controls its own operating state accordingly. It is good also as a structure.
  • the configuration is shown in which the load is controlled by the stored energy SOC of the power storage device 7, but the stored power amount can be calculated from the state quantity such as the voltage of the power storage device 7, for example. is there.
  • the electric double layer capacitor suitable for the power storage device 7 can easily calculate the stored power amount with its voltage force. Therefore, the present embodiment is not limited to the form in which the load control is performed by the SOC. It can be implemented even if the SOC is replaced with the state quantity such as the voltage of the power storage device 7. Not to mention.
  • FIG. 1 a device configuration including a control unit 9 having a WVF inverter 5, a DCDC converter 8, a power storage unit 7, a CVCF inverter 10, and a load control unit 9A is shown as a control unit 20 for an electric vehicle.
  • the load control unit 9A is provided in the vehicle management control device (not shown), or when it is provided in at least one of the blower 11, the air conditioner 12, and the ventilator 13.
  • the load control unit 9A of these devices is included in the range of the control device 20 of the electric vehicle.
  • any system configuration can be used as long as at least one of the air blower 11, the air conditioner 12, and the ventilator 13 can be controlled according to the amount of stored power or the state quantity of the power storage unit 7.
  • the load control unit is provided in a device different from the control unit, the stored power amount SOC or the state quantity of the power storage unit is also the power storage device power, the load control unit via the control unit or other device, or It is transmitted directly.
  • the description is given in consideration of application to a streetcar, but the application field is not limited to this, and various energy storages such as automobiles and elevators are applied. Needless to say, it can be applied to a moving body.
  • the configuration shown in the present embodiment is an example of the content of the present invention, and can be combined with another known technique. For example, a part of the configuration is omitted without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it is possible to change the configuration.

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Description

明 細 書
電気車の制御装置
技術分野
[0001] 本発明は、インバータ駆動電気車の制御装置、特に直流電力を充放電する電力貯 蔵装置を搭載したインバータ駆動電気車の制御装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、インバータ駆動電気車にお!、て、ノ ッテリ等の電力貯蔵デバイス力もなる電 力貯蔵部を電気車に搭載し、車輪駆動用の電動機を制御するインバータに、この電 力貯蔵部から電力を供給できる構成とすることで、架線のない区間においても電気 車の走行を可能とするバッテリ駆動電気車が知られている。（例えば、特許文献 1参 照）
[0003] 昨今、二次電池 ·電気二重層キャパシタ等の電力貯蔵デバイスの開発が盛んとな つており、貯蔵電力量の増大が図られてはいるものの、電気車を走行させるのに十分 な電力量を得るためには、現在の技術では、力なり大型で重量のある電力貯蔵部が 必要となる。ところが、電気車への搭載スペースは床下等に限られているため、極力 、電力貯蔵部のサイズ、質量を抑えることが必要となり、余裕を持った貯蔵電力量を 確保するのは困難であることが多い。このため、限られた貯蔵電力を有効に利用する ことが必要不可欠となる。
[0004] 一方、架線のない区間を走行する電気車の適用例としては、たとえば路面電車が 有力視されており、路面電車用の電気車を上記電力貯蔵部からの電力で走行できる 構成とすることで、既設路線の一部区間の架線を取り除くことが可能となり、架線や支 柱が不要となることから景観が向上する。特に歴史的建造物や景勝地の周囲に敷設 された路線では、架線や支柱を取り外すことの景観上のメリットは大きい。また、既設 路線から路線を延長する場合、長距離でなければ線路のみを延長して架線の敷設 を不要とでき、工事費用や期間を短縮できるメリットも生じる。
[0005] し力しながら、路面電車は自動車と走行路を共有することになるため、自動車の渋 滞等の影響を受けて、架線のない区間での走行時間、停車時間が延びる等、あらか じめ決められたダイヤで走行することのできる通常の鉄道路線の電気車とは異なる運 行形態となる。
[0006] このため、搭載する電力貯蔵部の容量は、架線のない区間での走行時間、停止時 間が延びることを想定して余裕を持って見積もらねばならず、通常必要な容量よりも 大きな容量が必要となる問題がある。
さらに、渋滞がひどぐ長時間の停車を強いられた場合、電気車に搭載されている空 調装置 (冷房装置、暖房装置）により電力貯蔵部の貯蔵電力を消耗してしまい、電気 車の走行に必要な電力量が不足して走行が不能となり、電気車が架線のない区間 で立ち往生してしまう事態も考えられる。
[0007] 特許文献 1 :特開 2006— 101698 (図 9及び段落 (0026)参照）
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 本発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、架 線がない区間に電気車があらかじめ想定した時間よりも長く滞在する場合でも、架線 力 Sある区間まで走行できる電力量を確保することができる電気車の制御装置を提供 するものである。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明の電気車の制御装置は、電動機を駆動する第 1のインバータと、負荷に電 力を供給する第 2のインバータと、前記第 1及び第 2のインバータに電力を供給する 電力貯蔵装置とを備えた電気車において、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量あるい は状態量に応じて前記負荷量を制御することができる負荷制御部を設けたことを特 徴とするちのである。
発明の効果
[0010] この発明の電気車の制御装置は、架線のない区間に、あら力じめ想定した時間以 上長く滞在する場合でも、架線がある区間まで走行できる電力量を確保できるよう〖こ なる。
図面の簡単な説明 [0011] [図 1]本発明の実施の形態 1における電気車の制御装置の構成例を示す図である。
[図 2]本発明の実施の形態 1における負荷制御部の構成例を示す図である。
[図 3]本発明の実施の形態 1における送風装置と空調装置と換気装置の冷房時の動 作を示す図である。
[図 4]本発明の実施の形態における送風装置と空調装置と換気装置の暖房時の動 作を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 実施の形態 1.
図 1は本発明の実施の形態 1による電気車の制御装置の構成例を示す図である。 図 1において、架線 1からパンタグラフ 2、車輪 3、レール 4を通して電力を取り入れる ことができる構成とし、電気車の制御装置 20により電動機 6を駆動すると共に、送風 装置 11、空調装置 12、換気装置 13等の負荷に電力を供給することができるようにな つている。なお、図 1は、電気車が架線 1のない区間を走行している状態を示している
[0013] 上記電気車の制御装置 20は、電動機 6を駆動する可変電圧，可変周波数 (VWF )インバータ 5、 DC/DCコンバータ 8に接続された電力貯蔵部 7、前記 DC/DCコン バータと電力貯蔵部 7を制御する制御部 9、前記負荷である送風装置 11、空調装置 12、換気装置 13に電力を供給する一定電圧'一定周波数 (CVCF)インバータ 10か ら構成されている。上記制御部 9には前記電力貯蔵部 7の貯蔵電力量を測定し、前 記負荷の負荷量を制御する負荷制御部 9Aを備えている。なお、図示しないが、 CV CFインバータ 10からは車内の蛍光灯 ·放送装置等の負荷にも電力が供給されてい る力 その消費電力は小さいため、ここでは割愛している。上記電力貯蔵部 7は、電 気二重層キャパシタゃ二次電池等の電力貯蔵デバイスで構成されており、貯蔵電力 量は、搭載スペースの制約から、現在の技術では 50KWh程度が限度である。
[0014] 図 2は本発明の実施の形態 1の負荷制御部 9Aの構成例を示す図である。図に示 すとおり、負荷制御部 9Aは、制御部 9の内部に設けられ、電力貯蔵部 7の貯蔵電力 量（以下 SOCと表記する）を測定し、この SOCと内部の設定値 LVO、 LV1、 LV2とを 比較して、その結果に応じて制御信号 FNC、 ACC、 VTCを出力し、送風装置 11、 空調装置 12、換気装置 13へ入力することでこれらの運転を制御可能な構成としてい る。具体的な制御論理については、図 3、図 4により後述する。 SOCとは、 State of chargeの略であり、満充電を 100%としたときの貯蔵電力量の割合である。貯蔵電 力量の 1Z2消費すると SOC = 50%となり、完全放電では SOC = 0%となる。この S OCは、電力貯蔵部 7の端子電圧ゃ充放電電流力 演算して算出することができ、種 々の構成が公知技術として存在する。
[0015] 本発明は、上記電力貯蔵部 7の貯蔵電力量に応じて、制御部 9から直接的、あるい は間接的に送風装置 11、空調装置 12、換気装置 13を制御可能な構成としているこ とを特徴とする。
直接的とは、図 1に示す構成のように、制御部 9の負荷制御部 9Aから直接、送風装 置 11、空調装置 12、換気装置 13に制御信号 FNC、 ACC、 VTCを与える構成を示 し、間接的とは、制御部 9とは別に車両内の各機器の情報を集約して各機器を制御 できる車両管理制御装置（図示せず)を設け、この車両管理制御装置内に貯蔵電力 量の情報を入力する負荷制御部 9Aを設け、上記負荷制御部 9Aを介して送風装置
11、空調装置 12、換気装置 13を制御するようにする構成を示す。
[0016] 本発明の構成は、上記直接的、間接的な制御構成のいずれでもよい。なお、送風 装置 11、空調装置 12、換気装置 13が、制御部 9あるいは車両管理制御装置内の負 荷制御部 9Aにアクセスし、貯蔵電力量を自立的に把握してそれに応じて各々が運 転状態を制御する構成としてもよい。要するに、電力貯蔵部 7の貯蔵電力量に応じて 、負荷制御部 9Aから送風装置 11、空調装置 12、換気装置 13を制御可能な構成と したものである。
[0017] このように構成された電気車の制御装置 20の動作を、図 1を参照しながら以下に説 明する。電気車が架線のある区間を走行する場合は、架線 1とレール 4とからパンタ グラフ 2と車輪 3を介して、電気車の制御装置 20に直流電力を取り入れ、 VWFイン バータ 5により電動機 6を駆動し、 CVCFインバータ 10により送風装置 11、空調装置
12、換気装置 13へ電力を供給することにより運転を行う。
一方、電気車が架線のない区間を走行する場合（図 1に示している状態の場合）は、 電気車の制御装置 20内部に配置された電力貯蔵部 7に貯蔵された電力を使用して 、 WVFインバータ 5により電動機 6を駆動し、 CVCFインバータ 10により送風装置 1 1、空調装置 12、換気装置 13へ電力を供給する構成である。
[0018] なお、電力貯蔵部 7への充電は、電気車が架線のある区間を走行中に DC/DCコ ンバータ 8を介して実施してもよいし、図示しないが、駅に停車中等に外部の充電装 置を介して充電する構成でもよいし、駅に停車中等に、すでに充電済みの電力貯蔵 部と交換する構成でもよぐその形態は限定されない。
[0019] 図 1において、空調装置 12は、冷房装置と、暖房装置を総称して示しており、それ ぞれ電気車の客室内の温度を快適温度に維持するための装置である。冷房装置の 構成は、一般によく知られているとおり、電動機によりコンプレッサを駆動して冷媒を 循環させて熱を輸送できる構成とした装置であり、室内側熱交 力 室内の熱を 吸収し、室外側熱交 カゝら吸収した熱を放熱する構成である。室内側熱交^^、 室外側熱交換器はそれぞれ室内ファン、室外ファンにて積極的に空気を循環させる 構成となっていることも周知である。暖房装置の構成も一般に良く知られているもので あり、電熱線によるものや、半導体ヒータなどで構成される。なお、冷房装置と逆の構 成として室外の熱を室内に輸送して暖房するヒートポンプ式暖房装置でも良い。
[0020] ここで、空調装置 12 (冷房装置、暖房装置)の消費電力量について以下に説明す る。
一般的な路面電車 1両に搭載される冷房装置の消費電力は 15KW程度である。従 つて、夏季にフル運転している場合の消費電力量は 15KWh程度となる。特にコンプ レッサを駆動する電動機の消費電力は 10KW前後とほとんどを占めており、室外ファ ン、室内ファンの消費電力は数十 W〜百 W程度であり、全体の消費電力に対する割 合は僅かである。また、一般的な路面電車 1両に搭載される暖房装置の消費電力も 同程度であり、冬季に暖房装置をフル運転した場合の消費電力量も 15KWh程度と なる。つまり、空調装置 12は、夏季、冬季には 15KWh程度の電力量を消費する。
[0021] 一方、上記したとおり、電力貯蔵部 7の貯蔵電力量は 50KWh程度であり、空調装 置 12のみをフル稼働させた場合、 50KWh/15KWh= 3. 3時間で、電力貯蔵部 7 に貯蔵された電力をすベて消費してしまう計算となる。実際には、電力貯蔵部 7の貯 蔵電力をすベて放電すると、電力貯蔵部 7を構成する二次電池を永久劣化させてし まうため、最大でも全容量の 70%程度し力放電できない。したがって、二次電池を永 久劣化させない範囲で貯蔵電力量を使い切るまでの時間は、 3. 3時間 X O. 7 = 2. 3時間となる。
[0022] なお、送風装置 11は車内に設置された所謂扇風機であり、換気装置 13は車内の 空気を車外へ排出したり、車外の空気を車内へ吸気する装置である。その消費電力 は、各々数十 W程度であり、空調装置 12のそれと比較して十分に小さぐ 1Z100以 下である。空調装置 12として冷房装置を考える場合、それに内蔵される室内ファンの 消費電力は数十 W〜百 W程度と十分に小さいのは上述したとおりである。
[0023] 次に、走行に要する電力量を以下に説明する。
一般的な路面電車の電動機 6の定格出力は 120KW程度であり、この出力を連続し た場合、二次電池を永久劣化させない範囲で貯蔵電力を使い切るまでの時間は、 5 OKWhX O. 7/120KWh= 17. 5分程度である。このように、空調装置 12が消費す る電力量は、走行に要する電力量の 16%を超える量であり、無視できない程大きい ことが分力ゝる。
[0024] また、電気車が停車中でも、空調装置 12は車内温度を維持するために電力を消費 し続ける。このため、電気車に搭載する電力貯蔵部 7の容量は、架線のない区間で の走行時間と、停止時間が延びることを想定して余裕を持って見積もらねばならず、 通常必要な容量よりも大きな容量が必要となる問題がある。
さらに、渋滞がひどぐ長時間の停車を強いられた場合、電気車に搭載されている空 調装置 12により電力貯蔵部 7の貯蔵電力を消耗してしまい、電気車の走行に必要な 電力量が不足して電動機 6の駆動が不可となり、電気車が架線のない区間で立ち往 生してしまう事態も考えられる。
[0025] そこで、本発明では、電力貯蔵部 7の SOCに応じて、空調装置 12、送風装置 11、 換気装置 13を制御する構成とすることで上記の課題を解決するものである。
以下に具体的な制御方法について説明する。図 3は、本発明の実施に形態における 送風装置 11と空調装置 12と換気装置 13の動作を示す図である。図 3は、夏季にお いて、空調装置 12 (冷房装置)を稼動させた状態で、渋滞等の影響で電気車が架線 1のない区間で長時間停車し、 SOCが徐々に低下している状態を示している。図 3に 示すとおり、電力貯蔵部 7の SOCが最初の設定値 LVOを下回ると、負荷制御部 9A は空調装置 12に信号 ACCにより、空調装置 12を強運転力も弱運転に切替える。こ れにより、消費電力量が低減されるので、 SOCの減少率は緩やかになる。
[0026] さらに SOCが第二の設定値 LV1を下回ると、負荷制御部 9Aは信号 ACCにより、 空調装置 12を停止させる。同時に、車内の温度環境を維持するため、信号 FNCに より送風装置 11を起動し、さらに車内温度上昇を防ぐために、信号 VTCにより換気 装置 13を運転する。このとき、空調装置 12は、コンプレッサ用の電動機と室外ファン のみを停止し、消費電力が十分に小さい室内ファンは運転を継続するようにしても良 い。このようにすれば、少なくとも室内への送風は可能となるので、車内の快適性を 最低限維持することが可能となる。さらに SOCが低下し、第三の設定値 LV2を下回 つた場合、負荷制御部 9Aは信号 FNCにより送風装置 11を停止して換気装置 13の みの運転とする。
換気装置 13は、車内温度上昇が増加するのを抑制するために SOCが低下しても運 転を継続させるのが好まし 、。
[0027] 図 4は、本発明の実施に形態における送風装置 11と空調装置 12と換気装置 13の 動作を示す図である。図 4は、冬季において、空調装置 12 (暖房装置)を稼動させた 状態で、渋滞等の影響で電気車が架線 1のない区間で長時間停車し、 SOCが徐々 に低下して 、る状態を示して 、る。
図 4に示すとおり、電力貯蔵部 7の SOCが最初の設定値 LV0を下回ると、負荷制御 部 9Aは信号 ACCにより、空調装置 12を強運転から弱運転に切替える。これにより、 消費電力量が低減されるので、 SOCの減少率は緩やかになる。さらに SOCが第二 の設定値 LV1を下回ると、負荷制御部 9Aは信号 ACCにより、空調装置 12を停止さ せる。なお、送風装置 11は冬季には不要であるので停止させておき、換気装置 13も 特に換気の必要がな 、場合は停止させておくのが好ま 、。
[0028] なお、以上に示した第一の設定値 LV0、第二の設定値 LV1、第三の設定値 LV2 は、あら力じめ決定した一定の値としてもよいし、条件により可変としてもよい。たとえ ば、電気車が架線のある区間に到達するまでの残距離や時間により可変にすれば、 空調装置 12の運転を最大限確保できるので、車内環境をより長く維持できることにな る。また、電力貯蔵装置 7の貯蔵電力量 SOCが第一の設定値 LVO、第二の設定値 L VI、第三の設定値 LV2を下回っていても、電気車が架線 1のある区間に到着し、架 線 1から電力を受電可能な場合は、空調装置 12の運転を再開したり、強運転へ戻し たりする構成としてもよいことは言うまでもない。架線 1から受電可能かどうかを負荷制 御部 9Aに入力してもよ 、し、電力貯蔵装置 7の SOCが増加して 、ることから負荷制 御部 9Aが架線 1から受電して 、ると判断するようにしてもよ!、。
[0029] このようにして電気車が架線のない区間に長時間停車した場合においても、空調 装置 12による貯蔵電力量の消耗を抑制し電力貯蔵装置 7の SOCの低下を抑制する ことで、車内温度環境を極力維持しつつ、電気車が走行するための電力量を確保す ることが可能となる。
これにより、電気車の走行に必要な電力量を確保することで、電気車を架線のある区 間まで走行させることが可能となる。さらに、架線のない区間での長時間停車に備え て、電力貯蔵部 7の貯蔵電力量に大きな余裕を見込む必要がなくなるため、電力貯 蔵部 7を必要最小限に小形ィ匕することが可能となる。
[0030] 本実施の形態では、空調装置 12を強運転、弱運転、停止の 3段制御としたが、強 運転力も停止まで連続して制御してもよい。また、送風装置 11、換気装置 12は、 SO Cが第二の設定値 LV1を下回った場合に運転することとしたが、すでに述べたとおり 消費電力が小さいので、 SOCが第二の設定値 LV1以上の場合にも運転することとし ても良い。
[0031] また、図 1においては、送風装置 11と空調装置 12と換気装置 13を制御する負荷制 御部 9Aは、 DC/DCコンバータ 8と電力貯蔵部 7を制御する制御部 9に内蔵し、電力 貯蔵装置 7の貯蔵電力量を上記負荷制御部 9Aに伝送する構成として示しているが 、これに限定されるわけではなぐ電力貯蔵部 7の SOCを把握できる構成であれば、 図示しな!ヽ VWFインバータ 5の制御部や CVCFインバータ 10の制御部に内蔵して も良いし、これらを包含する制御部（図示しない）に内蔵する構成でも良い。
[0032] この他、負荷制御部 9Aから、車両内の各機器の動作情報を集約し状況に応じて 各機器を制御する機能を有する車両管理制御装置 (図示せず)に SOCの情報を伝 送する構成としても良い。 逆に、送風装置 11、空調装置 12、換気装置 13が負荷制御部 9A、あるいは車両管 理制御装置にアクセスし、 SOCを自立的に把握してそれに応じてそれぞれが自身の 運転状態を制御する構成としても良い。
なお、本実施の形態では、電力貯蔵装置 7の貯蔵電力量 SOCにより負荷の制御を 行う構成を示しているが、たとえば電力貯蔵装置 7の電圧等の状態量からも貯蔵電 力量は算出可能である。一例として、電力貯蔵装置 7に好適な電気二重層キャパシ タは、その電圧力も容易に貯蔵電力量を算出することができる。従って、本実施の形 態は、負荷制御を SOCにより行う形態に限定されるものではなぐ SOCを電力貯蔵 装置 7の電圧等の状態量に読み替えて構成しても実施が可能であることは言うまでも ない。
[0033] 図 1においては、 WVFインバータ 5、 DCDCコンバータ 8、電力貯蔵部 7、 CVCF インバータ 10、負荷制御部 9Aを有する制御部 9を含む機器構成を電気車の制御装 置 20として示しているが、前述したように負荷制御部 9Aを、車両管理制御装置（図 示しない）に設けた場合、あるいは送風装置 11、空調装置 12、換気装置 13のいず れカ少なくとも一つに設けた場合は、それらの装置の負荷制御部 9Aが電気車の制 御装置 20の範囲に含まれる。要するに、電力貯蔵部 7の貯蔵電力量あるいは状態 量に応じて送風装置 11、空調装置 12、換気装置 13のいずれか少なくとも一つを制 御することができれば、どのようなシステム構成をとつてもよぐ図 1の構成に限定され るものではない。なお、負荷制御部を制御部とは異なる装置に設けた場合は、電力 貯蔵部の貯蔵電力量 SOCあるいは状態量が電力貯蔵装置力も負荷制御部に、制 御部または他の装置を介してあるいは直接に伝送される。
[0034] なお、本実施の形態では、路面電車への適用を考慮して説明を実施しているが、 適用分野はこれに限られるものではなぐ自動車、エレベータ等の種々のエネルギー 貯蔵を応用した移動体への適用が可能であることも言うまでもない。また、本実施の 形態に示した構成は、本発明の内容の一例であり、別の公知の技術と組み合わせる ことも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、例えば一部を省略する等、 変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

Claims

請求の範囲
[1] 車両を駆動する電動機に電力を供給する第 1のインバータと、前記車両に搭載され た負荷に電力を供給する第 2のインバータと、前記第 1及び第 2のインバータに電力 を供給する電力貯蔵装置と、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量あるいは状態量に応 じて前記負荷を制御する負荷制御部を備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
[2] 前記負荷制御部は、貯蔵電力量あるいは状態量に応じて前記負荷の一部または 全部を停止させるようにしたことを特徴とする請求項 1記載の電気車の制御装置。
[3] 前記負荷制御部は、貯蔵電力量あるいは状態量に応じて前記負荷である空調装 置を通常運転時よりも弱めて運転させる、ある 、は完全に停止させるようにしたことを 特徴とする請求項 1記載の電気車の制御装置。
[4] 前記負荷制御部は、貯蔵電力量あるいは状態量に応じて前記負荷である空調装 置に内蔵されたコンプレッサ駆動用電動機と室外ファンを停止させ、室内ファンを運 転させるようにしたことを特徴とする請求項 1記載の電気車の制御装置。
[5] 前記負荷制御部は、貯蔵電力量あるいは状態量に応じて前記負荷である送風装 置の運転、停止の制御を可能としたことを特徴とする請求項 1記載の電気車の制御 装置。
[6] 前記負荷制御部は、貯蔵電力量あるいは状態量に応じて前記負荷である換気装 置を運転、停止の制御を可能としたことを特徴とする請求項 1記載の電気車の制御 装置。
[7] 前記負荷制御部は、前記電力貯蔵装置を制御する制御部内に設けられたことを特 徴とする請求項 1に記載の電気車の制御装置。
[8] 前記負荷制御部は、車両内の機器情報を集約して各機器を制御する車両管理制 御装置内に設けられたことを特徴とする請求項 1に記載の電気車の制御装置。
[9] 前記負荷制御部は、前記負荷である空調装置、送風装置、換気装置のうち少なくと も一つに設けられたことを特徴とする請求項 1に記載の電気車の制御装置。
[10] 前記負荷制御部が前記電力貯蔵装置を制御する制御部とは異なる装置であり、前 記電力貯蔵装置から前記負荷制御部に前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量あるいは 状態量を伝送することを特徴とする請求項 1記載の電気車の制御装置。
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