JP2010041817A

JP2010041817A - 車両用電源装置

Info

Publication number: JP2010041817A
Application number: JP2008201772A
Authority: JP
Inventors: Hirotada Kira; 浩忠吉良; Hideki Kato; 秀樹加藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】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。
【解決手段】架線１から供給される直流電力を集電器２で受電し、ＶＶＶＦインバータ１７で交流電力に変換して電車の電動機を駆動するとともに、インバータユニット１２で交流電力に変換しインバータユニット１２はフィルタコンデンサ１１を介して直流電力を入力し交流電力に変換し車内負荷１３に電力を供給する。バッテリ２０は、集電器２が架線１から離線したときにフィルタコンデンサ１１に直流電力を供給する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１９は、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。
【選択図】図１

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。

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）。

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。

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。

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。

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
特開平６−２６１４０３号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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。

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’）。

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。

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。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。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。従来の車両用電源装置の一例を示す構成図。従来の車両用電源装置での集電器離線時の動作説明図。

符号の説明

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

Claims

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車両用電源装置。
前記バッテリから前記架線に直流電力が逆流することを防止するための逆流防止用ダイオードを設けたこと特徴とする請求項１記載の車両用電源装置。