JP2010041817A - Power supply unit for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はインバータ装置により構成される電気車の車両用電源装置に関する。 The present invention relates to a vehicular power supply device for an electric vehicle constituted by an inverter device.
一般に、電気車の車両用電源装置は、架線から供給される直流電力を集電器で受電し、電車の電動機を駆動するVVVFインバータと並列に接続されたインバータユニットで交流電力に変換し、電車の車内負荷に電力を供給するように構成されている。そして、インバータユニットはフィルタコンデンサを介して直流電力を入力し、交流電力に変換し車内負荷に電力を供給するようにしている(例えば、特許文献1参照)。 In general, a vehicle power supply device for an electric vehicle receives DC power supplied from an overhead wire with a current collector, converts it into AC power with an inverter unit connected in parallel with a VVVF inverter that drives a train motor, It is comprised so that electric power may be supplied to the vehicle interior load. The inverter unit inputs DC power through a filter capacitor, converts it into AC power, and supplies power to the in-vehicle load (see, for example, Patent Document 1).
図4は、従来の車両用電源装置の一例を示す構成図である。架線1から集電器2により直流電力が受電され、集電器2で受電された直流電力は、開閉器3、入力過電流保護用ヒューズ4、入力用電磁接触器5、直流フィルタリアクトル、充電抵抗7、充電抵抗8を介してフィルタコンデンサ11に充電される。フィルタコンデンサ11に一定の電圧が充電されると、充電抵抗短絡用サイリスタ9が閉じられ、インバータユニット12の半導体素子のスイッチングにより、直流電力を三相交流電力に変換し負荷13に電力を供給する。符号10はフィルタコンデンサ放電用接触器である。
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional vehicle power supply device. DC power is received from the overhead line 1 by the
一方、集電器2で受電された直流電力は、VVVF用開閉器14、VVVF用入力過電流保護用ヒューズ15、高速度遮断器16を介して、VVVFインバータ17に供給され、VVVFインバータ17は図示省略の電動機を駆動する。
On the other hand, the DC power received by the
図5は従来の車両用電源装置での集電器離線時の動作説明図である。従来の技術では、集電器2が架線1から離線していない状態でインバータユニット12の運転中において(S1)、集電器2が架線1から離線すると(S2)、集電器2からの直流電力の供給が絶たれ、インバータユニット12は負荷13に交流電力を供給し続けるため、フィルタコンデンサ11に充電されている電圧が低下する(S3)。フィルタコンデンサ11の電圧がフィルタコンデンサ低電圧設定値FCLVDまで低下すると(S4)、インバータユニット12は停止する(S5)。フィルタコンデンサ低電圧設定値FCLVDは、フィルタコンデンサ11が所定の交流電圧を維持できなくなる電圧である。
FIG. 5 is an operation explanatory diagram when the current collector is disconnected in the conventional vehicle power supply device. In the prior art, when the
ここで、集電器2が架線1から離線したことにより直流電力の電力供給が絶たれてから、インバータユニット12が停止するまでの時間(離線保障時間)tは下記の(1)式で示される。
P:インバータユニット負荷容量、φ:力率、n:効率、FCV:フィルタコンデンサ電圧、FCLVD:フィルタコンデンサ低電圧設定値
前述したように、フィルタコンデンサ11に充電されていた電圧がインバータユニット12の負荷13によって消費され、フィルタコンデンサ電圧FCVがフィルタコンデンサ低電圧設定値FCLVDまで下がった時点でインバータユニット12は停止する。そして、集電器2が離線してからインバータユニット12が停止するまでの時間(離線保障時間)tは、(1)式に示すように、フィルタコンデンサ11の容量によって決まる。その離線保障時間は、通常数十ms程度である。従って、走行中にそれ以上の離線が発生した場合はインバータユニット12が停止し、一時的に負荷13側に電力が供給できなくなる。
As described above, the voltage charged in the
このように、電車走行時に架線1から集電器2が離線し時間が経過すると、インバータユニット12への電力供給が断たれ、インバータユニット12が停止してしまうことになる。
As described above, when the
本発明の目的は、集電器が架線から離線した場合においてもフィルタコンデンサで定まる離線保障時間より長くインバータユニットの運転を継続できる車両用電源装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a vehicular power supply device that can continue the operation of an inverter unit for a longer time than a disconnection guarantee time determined by a filter capacitor even when the current collector is disconnected from the overhead line.
本発明の車両用電源装置は、架線から供給される直流電力を集電器で受電し、電車の電動機を駆動するVVVFインバータと並列に接続されたインバータユニットで交流電力に変換し、前記インバータユニットはフィルタコンデンサを介して直流電力を入力し交流電力に変換し車内負荷に電力を供給する車両用電源装置において、前記集電器が前記架線から離線したときに前記フィルタコンデンサに直流電力を供給するためのバッテリと、前記集電器が前記架線から離線していないときに前記架線から供給される直流電力を前記バッテリに充電するためのDC/DCコンバータとを備えたことを特徴とする。 The power supply device for a vehicle according to the present invention receives DC power supplied from an overhead wire by a current collector and converts it into AC power by an inverter unit connected in parallel with a VVVF inverter that drives a train motor. In a vehicle power supply apparatus that inputs DC power through a filter capacitor, converts the AC power into AC power, and supplies power to an in-vehicle load, for supplying DC power to the filter capacitor when the current collector is disconnected from the overhead line A battery and a DC / DC converter for charging the battery with DC power supplied from the overhead line when the current collector is not disconnected from the overhead line.
本発明によれば、集電器が架線から離線した場合においてもフィルタコンデンサで定まる離線保障時間より長くインバータユニットの運転を継続できる車両用電源装置を提供することである。 According to the present invention, it is an object of the present invention to provide a vehicular power supply device that can continue the operation of an inverter unit for a longer time than the wire separation guarantee time determined by the filter capacitor even when the current collector is disconnected from the overhead wire.
図1は本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置の一例を示す構成図である。本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置は、図4に示した従来例に対し、逆流防止用ダイオード18、DC/DCコンバータ19、バッテリ20、ダイオード21を追加して設けたものである。図4と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a vehicle power supply apparatus according to an embodiment of the present invention. The vehicle power supply apparatus according to the embodiment of the present invention is provided by adding a
DC/DCコンバータ19はVVVFインバータ17の入力側に接続され、集電器2で受電された直流電力を入力する。DC/DCコンバータ19は、集電器2で受電された直流電力をバッテリ20に蓄電可能な直流電力に変換するものであり、集電器2が架線1から離線していないときに架線1から供給される直流電力をバッテリ20に充電する。
The DC /
バッテリ20は、集電器2が架線1から離線していないときに、集電器2で受電した直流電力がDC/DCコンバータ19によりバッテリ20に適合した直流電力に変換されて充電される。そして、集電器2が架線1から離線したときに、ダイオード21を介してインバータユニット12の入力側に設けられたフィルタコンデンサ11に直流電力を供給する。逆流防止用ダイオード18はバッテリ20からフィルタコンデンサ11に直流電力を供給する際に、集電器2側に直流電力が逆流することを防止するものである。
When the
図2は本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置での集電器離線時の動作の一例を示す説明図である。集電器2が架線1から離線していない状態でインバータユニット12の運転中においては(S1)、DC/DCコンバータ19にてバッテリ20に直流電力が充電されている。この状態で、集電器2が架線1から離線すると(S2)、集電器2からの直流電力の供給が絶たれ、インバータユニット12は負荷13に交流電力を供給し続けるため、フィルタコンデンサ11に充電されている電圧が低下する(S3)。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the operation at the time of disconnecting the current collector in the vehicle power supply device according to the embodiment of the present invention. During the operation of the
フィルタコンデンサ11の電圧が低下し、バッテリ電圧がフィルタコンデンサ11の電圧以下となると、ダイオード21を介してバッテリ20からフィルタコンデンサ11に直流電力が供給される(S4)。そして、バッテリ20の蓄電量が減少し、フィルタコンデンサ電圧がフィルタコンデンサ低電圧設定値FCLVDになるまでインバータユニット12を運転継続する(S5)。
When the voltage of the
この一例によれば、バッテリ20を設け、集電器2が架線1から離線したときは、バッテリ20からフィルタコンデンサ11に直流電力を供給するので、フィルタコンデンサ11で定まる離線保障時間より長くインバータユニット12の運転を継続できる。例えば、従来においては数十msの離線でインバータユニット12が停止していたが、この一例では数秒の離線でもインバータユニット12が運転継続し、インバータユニット12の負荷が停止することを防止できる。
According to this example, when the
図3は本発明の実施の形態に係わる車両用電源装置での集電器離線時の動作の他の一例を示す説明図である。この他の一例は、図2に示した一例のステップS5に代えて、バッテリ20の蓄電量が減少しフィルタコンデンサ電圧が低下したときは、バッテリ電圧がフィルタコンデンサ低電圧設定値FCLVDになる前に、インバータユニット12を停止する(S5’)ようにしたものである。図2と同一ステップには、同一符号を付し重複する説明は省略する。
インバータユニット12は、バッテリ電圧を監視し、集電器2が架線1から離線した状態のときに、バッテリ電圧がフィルタコンデンサ低電圧設定値FCLVDに余裕値を加えた値となったとき、すなわち、バッテリ電圧がフィルタコンデンサ低電圧設定値FCLVDになる前にインバータユニット12を停止する(S5’)。
FIG. 3 is an explanatory view showing another example of the operation at the time of disconnecting the current collector in the vehicle power source apparatus according to the embodiment of the present invention. In another example, instead of step S5 of the example shown in FIG. 2, when the storage amount of the
The
この他の一例によれば、図2に示した一例の効果に加え、集電器2が架線1から離線した状態のときに、バッテリ20の過剰放電を防止でき、バッテリ電圧が下がり過ぎることを防止できる。
According to another example, in addition to the effect of the example shown in FIG. 2, when the
1…架線、2…集電器、3…開閉器、4…入力過電流保護用ヒューズ、5…入力用電磁接触器、6…直流フィルタリアクトル、7…充電抵抗、8…充電抵抗、9…充電抵抗短絡用サイリスタ、10…フィルタコンデンサ放電用接触器、11…フィルタコンデンサ、12…インバータユニット、13…負荷、14…VVVF用開閉器、15…VVVF用入力過電流保護用ヒューズ、16…高速度遮断器、17…VVVFインバータ、18…逆流防止用ダイオード、19…DC/DCコンバータ、20…バッテリ、21…ダイオード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Overhead wire, 2 ... Current collector, 3 ... Switch, 4 ... Input overcurrent protection fuse, 5 ... Input magnetic contactor, 6 ... DC filter reactor, 7 ... Charging resistor, 8 ... Charging resistor, 9 ... Charging Resistor short-circuit thyristor, 10 ... Filter capacitor discharge contactor, 11 ... Filter capacitor, 12 ... Inverter unit, 13 ... Load, 14 ... VVVF switch, 15 ... VVVF input overcurrent protection fuse, 16 ... High speed Circuit breaker, 17 ... VVVF inverter, 18 ... Backflow prevention diode, 19 ... DC / DC converter, 20 ... Battery, 21 ... Diode
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