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JP2009278703A - 電気車制御装置 - Google Patents

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文子 田邊
Mitsuhiro Numazaki
光浩 沼崎
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Abstract

【課題】従来の電気車制御装置に対して、昇降圧チョッパを用いずに電圧調整が可能な蓄電回路を構成することで蓄電回路の簡略化が図れる電気車制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の電気車制御装置は、直流電力を供給する主たる電源１〜３と、主たる電源からの直流電力を交流電力に変換して車両駆動用モータ９に供給する電力変換装置８と、主たる電源と電力変換装置との間に並列に配置された直流電力を貯蔵するための電力貯蔵装置７と、電力貯蔵装置に直列に接続され、主たる電源の直流電力及び電力変換装置からの回生直流電力をチョッピングして電力貯蔵装置に給電するチョッパ装置５と、電力貯蔵装置に対して直列に、かつ、チョッパ装置に並列に接続された、電力貯蔵装置から電力変換装置に供給する方向に電流を流すための還流ダイオード６とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回生ブレーキエネルギーの吸収動作を行う電力貯蔵装置と、車両駆動用モータを制御する電力変換装置とを備えた電気車制御装置に関する。
回生ブレーキエネルギーの吸収動作を行う電力貯蔵装置と、車両駆動用モータを制御する電力変換装置とを備えた従来の電気車制御装置は図６に示す構成であり、内燃機関１で発電機２を駆動し、整流器３やフィルタリアクトル４を介して電力変換装置８に電力を供給し、この電力変換装置８にて変換された交流電力にてモータ９を駆動する構成であり、さらに、蓄電回路として昇降圧チョッパ装置１２と整流作用を行う還流ダイオード６と電気二重層キャパシタなどの電力貯蔵装置７を設けている。電力貯蔵装置７は、整流器３から供給された電力の充放電を行う。
このような従来の電気車制御装置では、昇降圧チョッパ装置１２を使用しなければ電圧調整ができず、回路の簡略化が難しい問題点があった。また、電力変換装置８の素子故障などが発生し、電力変換装置８の内部で短絡事故となった場合、大量のエネルギーを蓄積する電力貯蔵装置７に事故電流が流入し放電すると、被害拡大が生じることがある問題点もあった。また、電力貯蔵装置７が短絡故障した場合、車両は運転不能となるという問題点もあった。
また、従来、特開２００５−１７６５２８号公報（特許文献１）に示されているような電力貯蔵装置を搭載した電気車駆動システムが知られている。この従来の電気車駆動システムでは、電力変換装置が故障した場合に電力貯蔵装置から電力変換装置への事故電流を遮断することにより、電力変換装置への被害拡大を防止できる。
さらに、電力貯蔵装置と補助電源装置を搭載した電気車駆動システムの場合、電力貯蔵装置に短絡事故が発生した時に電力貯蔵装置から補助電源装置への事故電流を遮断することにより、補助電源装置の被害防止が図れる。また、電力貯蔵装置が故障した場合に、電流遮断装置で電力貯蔵装置を開放し、主電源の直流電力を補助電源へ直接供給するようにすれば、運転を継続させることができる。
特開２００５−１７６５２８号公報
本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、電力貯蔵装置や昇降圧チョッパ装置及び還流ダイオードなどで構成される蓄電回路を備えた従来の電気車制御装置に対して、昇降圧チョッパを用いずに電圧調整が可能な蓄電回路を構成することで、蓄電回路の簡略化が図れる電気車制御装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、事故電流による被害拡大を防止できる電気車制御装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、電力変換装置の故障が発生した状況でも、電力貯蔵装置への被害拡大が防止でき、同時に還流ダイオードを介して電力貯蔵装置における充電も継続でき、また発電機から力行電力を供給することで運転も継続できる電気車制御装置を提供することを目的とする。
本発明の１つの特徴は、直流電力を供給する電源と、前記電源からの直流電力を交流電力に変換して車両駆動用モータに供給する電力変換装置と、前記電源と電力変換装置との間に並列に配置された直流電力を貯蔵するための電力貯蔵装置と、前記電力貯蔵装置に直列に接続され、前記電源の直流電力及び前記電力変換装置からの回生直流電力をチョッピングして前記電力貯蔵装置に給電するチョッパ装置と、前記電力貯蔵装置に対して直列に、かつ、前記チョッパ装置に並列に接続された、前記電力貯蔵装置から前記電力変換装置に供給する方向に電流を流すための還流ダイオードとを備えた電気車制御装置である。
本発明の他の特徴は、直流電力を供給する電源と、前記電源からの直流電力を交流電力に変換して車両駆動用モータに供給する電力変換装置と、前記電源と電力変換装置との間に並列に配置された直流電力を貯蔵するための電力貯蔵装置と、前記電力貯蔵装置に直列に接続された、前記電源から電力貯蔵装置に供給する方向に電流を流すための還流ダイオードと、前記電力貯蔵装置に直列に、かつ前記還流ダイオードと並列に接続された電流遮断装置としてのスイッチ又は接触器とを備えた電気車制御装置である。
本発明のさらに他の特徴は、直流電力を供給する電源と、前記電源からの直流電力を交流電力に変換して車両駆動用モータに供給する電力変換装置と、前記電源と電力変換装置との間に並列に配置された直流電力を貯蔵するための電力貯蔵装置と、前記電力貯蔵装置に直列に接続された、前記電源から電力貯蔵装置に供給する方向に電流を流すための還流ダイオードと、前記電力貯蔵装置に直列に、かつ前記還流ダイオードと並列に接続された電流遮断装置としてのヒューズとを備えた電気車制御装置である。
本発明によれば、電力貯蔵装置や昇降圧チョッパ装置及び還流ダイオードなどで構成された従来の蓄電回路を簡略化し、小型化したシステムを提供することができる。
本発明によれば、また、電力変換装置の故障が発生した状況でも、電流遮断装置により電力貯蔵装置への被害拡大を防止することができ、同時に、還流ダイオードを介して電力貯蔵装置における充電を継続し、また電源から力行電力を供給することで運転を継続することができる。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。なお、以下の各図において、同一部分又は対応部分には同一の符号は付して示し、重複する説明は省略する。
（第１の実施の形態）図１に、本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置の構成を示す。この実施の形態の電気車制御装置は、内燃機関１で発電機２を駆動し、整流器３やフィルタリアクトル４を介して電力変換装置８に電力を供給し、この電力変換装置８にて電力変換した交流にてモータ９を駆動する回路構成である。そして、電気二重層キャパシタのような電力貯蔵装置７と、この電力貯蔵装置７の充放電のためのチョッパ装置５及び整流作用を行う還流ダイオード６とを設けている。
モータ９の回生ブレーキ時には、回生エネルギーは電力変換装置８からチョッパ装置５を介して電力貯蔵装置７に蓄積される。また、回生エネルギーは整流器３で阻止されるため、発電機２の電源側に流入することはない。
モータ９の力行時、内燃機関１の機関速度が低い時には整流器３の出力電圧が低くなり、この電圧が電力貯蔵装置７より低くなると、電力蓄電装置７に蓄積された力行エネルギーが還流ダイオード６を介して電力変換装置８へ供給される。
機関速度が高くなり、整流器３の出力電圧が高くなると、電力貯蔵装置７から電力変換装置８への電力供給は自動的に発電機側２からの供給に切り換わる。
この実施の形態によれば、以上の構成において、図６に示した電力貯蔵装置７や昇降圧チョッパ装置１２及び還流ダイオード６で構成された従来の蓄電回路を簡略化し、小型化したシステムが提供できる。
（第２の実施の形態）図２に、本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置の構成を示す。この実施の形態の電気車制御装置は、上述の第１の実施の形態における電気車制御装置に対して、主たる電源（すなわち内燃機関１や発電機２及び整流器３）と電力変換装置８とを切り離すための電力遮断装置として、スイッチ１０又は接触器を設けたことを特徴としている。
この実施の形態の電気車制御装置では、電力変換装置８の故障が発生した状況ではチョッパ装置５及び還流ダイオード６に接続された電力遮断装置としてのスイッチ１０又は接触器を開放し、大電流がチョッパ装置５、電力貯蔵装置７に流れ込むのを遮断する。
これにより、本実施の形態の電車制御装置では、電力変換装置８の故障が発生した状況でも大電流がチョッパ装置５、電力貯蔵装置７に流れ込むのを遮断することができ、電力貯蔵装置７への拡大被害を防止することができる。また、電力貯蔵装置７の短絡が発生して電力変換装置８への電力が供給できなくなった状況でも、発電機２から力行電力を供給することでモータ９を駆動でき、電気車の運転を継続することができる。
そして、これにより、図６に示した電力貯蔵装置７や昇降圧チョッパ装置１２及び還流ダイオード６で構成された従来の蓄電回路を簡略化し、小型化したシステムが提供できる。
（第３の実施の形態）図３に、本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置の構成を示す。この実施の形態の電気車制御装置は、上述の第２の実施の形態の電気車制御装置において、主たる電源（すなわち内燃機関１や発電機２及び整流器３）と電力変換装置８とを切り離すための手段として、スイッチ１０に代えてヒューズ１１を設けたことを特徴とする。
この実施の形態によれば、以上の構成により、電力変換装置８が故障を発生した状況でも、チョッパ装置５及び還流ダイオード６に接続されたヒューズ１１の溶断により大電流を高速で遮断して、電力貯蔵装置７への拡大被害を瞬時に防止することができる。また、電力貯蔵装置７の短絡が発生した状況でも、発電機２から力行電力を供給することで運転を継続することができる。
そして、これにより、図６に示した電力貯蔵装置７や昇降圧チョッパ装置１２及び還流ダイオード６で構成された従来の蓄電回路を簡略化し、小型化したシステムが提供できる。
（第４の実施の形態）図４に、本発明の第４の実施の形態の電気車制御装置の構成を示す。この実施の形態の電気車制御装置は、上述の第１の実施の形態の電気車制御装置において、チョッパ装置５と還流ダイオード６の並列回路に代えて、還流ダイオード６とスイッチ１０又は接触器の並列回路を設け、電力貯蔵装置７に直列接続する構成としたことを特徴とする。
この実施の形態の電気車制御装置では、以上の構成において、電力変換装置８が短絡故障を発生した状況でも、電力貯蔵装置７に接続されたスイッチ１０又は接触器の開放により大電流を高速で遮断する。
これにより、この実施の形態の電気車制御装置によれば、電力変換装置８の故障が発生した状況でも、電力貯蔵装置７への被害拡大を防止することができる。また電力変換装置８の故障が発生した状況でも、還流ダイオード６を介して電力貯蔵装置７における充電を継続し、また発電機２から力行電力を供給することで運転を継続することができる。
そして、これにより、電力貯蔵装置７や昇降圧チョッパ装置１２及び還流ダイオード６で構成された従来の蓄電回路を簡略化し、小型化したシステムを提供できる。
（第５の実施の形態）図５に、本発明の第５の実施の形態の電気車制御装置の構成を示す。この実施の形態の電気車制御装置は、上述の第４の実施の形態の電気車制御装置において、スイッチ１０又は接触器に代えてヒューズ１１を設けたことを特徴とする。
この実施の形態の電気車制御装置では、以上の構成において、電力変換装置８が短絡故障を発生した状況でも、電力貯蔵装置７に接続されたヒューズ１１の溶断により大電流を高速で遮断する。
これにより、この実施の形態の電気車制御装置によれば、電力変換装置８の故障が発生した状況でも、電力貯蔵装置７への被害拡大を瞬時に防止することができる。また電力変換装置８の故障が発生した状況でも、還流ダイオード６を介して電力貯蔵装置７における充電を継続し、また発電機２から力行電力を供給することで運転を継続する電気車制御装置を提供することができる。また、電力貯蔵装置７や昇降圧チョッパ装置１２及び還流ダイオード６で構成された従来の蓄電回路を簡略化し、小型化したシステムを提供できる。
本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の第４の実施の形態の電気車制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の第５の実施の形態の電気車制御装置の構成を示すブロック図。 従来例の電気車制御装置の構成を示すブロック図。
符号の説明
１…内燃機関
２…発電機
３…整流器
４…フィルタリアクトル
５…チョッパ装置
６…還流ダイオード
７…電力貯蔵装置
８…電力変換装置
９…モータ
１０…スイッチ
１１…ヒューズ

Claims (5)

  1. 直流電力を供給する電源と、
    前記電源の直流電力を交流電力に変換して車両駆動用モータに供給する電力変換装置と、
    前記電源と電力変換装置との間に並列に配置された直流電力を貯蔵するための電力貯蔵装置と、
    前記電力貯蔵装置に直列に接続され、前記電源からの直流電力及び前記電力変換装置からの回生直流電力をチョッピングして前記電力貯蔵装置に給電するチョッパ装置と、
    前記電力貯蔵装置に対して直列に、かつ、前記チョッパ装置に並列に接続された、前記電力貯蔵装置から前記電力変換装置に供給する方向に電流を流すための還流ダイオードとを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
  2. 前記チョッパ装置と還流ダイオードとの並列回路に直列に、電流遮断装置としてスイッチ又は接触器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
  3. 前記チョッパ装置と還流ダイオードとの並列回路に直列に、電流遮断装置としてヒューズを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
  4. 直流電力を供給する電源と、
    前記電源の直流電力を交流電力に変換して車両駆動用モータに供給する電力変換装置と、
    前記電源と電力変換装置との間に並列に配置された直流電力を貯蔵するための電力貯蔵装置と、
    前記電力貯蔵装置に直列に接続された、前記電源から電力貯蔵装置に供給する方向に電流を流すための還流ダイオードと、
    前記電力貯蔵装置に直列に、かつ前記還流ダイオードに並列に接続された電流遮断装置としてのスイッチ又は接触器とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
  5. 直流電力を供給する電源と、
    前記電源からの直流電力を交流電力に変換して車両駆動用モータに供給する電力変換装置と、
    前記電源と電力変換装置との間に並列に配置された直流電力を貯蔵するための電力貯蔵装置と、
    前記電力貯蔵装置に直列に接続された、前記電源から電力貯蔵装置に供給する方向に電流を流すための還流ダイオードと、
    前記電力貯蔵装置に直列に、かつ前記還流ダイオードに並列に接続された電流遮断装置としてのヒューズとを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
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