KR101627960B1

KR101627960B1 - 전기차 제어장치

Info

Publication number: KR101627960B1
Application number: KR1020147033690A
Authority: KR
Inventors: 히데토시 기타나카
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2016-06-07
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: US9434259B2; KR20150016294A; WO2013183152A1; CN104334392A; US20150266384A1; JP5274723B1; CN104334392B; CA2873919C; EP2860058B1; EP2860058A1; JPWO2013183152A1; EP2860058A4; RU2014153927A; CA2873919A1

Abstract

외부로부터 전력을 받아들이는 복수의 집전장치를 경유하여 입력된 전압을 소정 값의 직류로 변환하여 출력하여, 출력측에 접속된 전력 저장부로의 충방전 동작을 행하는 컨버터부를 가진 전기차 제어장치에 있어서, 상기 컨버터부는, 컨버터 회로와 제어부(14)를 구비하고, 제어부(14)에는, 집전장치가 정상으로 외부로부터 전력을 받아들일 수 있는 상태인지 여부를 나타내는 집전장치 상태 신호가 입력되어, 컨버터 회로의 전류의 지령인 전류 지령을 생성하여, 상기 집전장치 상태 신호에 기초하여, 상기 전류 지령의 크기를 조정하는 전류 조정부(66)와, 상기 전류 지령에 기초하여 컨버터 회로의 전류를 제어하는 전류 제어부(67)를 가진다.

Description

전기차 제어장치{ELECTRIC VEHICLE CONTROL DEVICE}

본 발명은 전기차의 추진 제어를 제공하는 전기차 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기차는, 가선으로부터의 전력을 집전장치에서 받아들여, 받아들인 전력을 사용하여 인버터 등의 전력 변환 장치로 전동기를 구동하여 주행하는 구성으로 하고 있다.

또, 전기차에서는, 차량에 브레이크를 걸 때는, 전동기를 회생(回生) 운전하여 브레이크 힘을 얻는 이른바 회생 브레이크가 이용된다. 이때 발생하는 회생 전력은, 가선이나 제3 궤도(rail) 등을 통해서, 자차 부근에 존재하는 다른 역행(力行) 차량이나 차량의 공조 등의 부하로 공급되어, 그곳에서 소비되게 된다.

그렇지만, 이른 아침, 야간이나, 열차의 운행 대수가 적은 한산선 구간에서는, 자차 부근에 다른 차량이 존재하지 않는(회생 부하가 부족한) 경우가 발생하여, 회생 브레이크에 의해 발생한 회생 전력이 충분히 소비되지 않는 경우가 존재한다. 다른 차량에 의해 소비되는 전력보다도 자차의 회생 전력이 커지게 되면 가선 전압이 상승하게 되어, 가선에 접속되는 여러 가지의 기기를 과전압으로 트립(trip)시키거나 파손시킬 우려가 있다.

이 때문에, 가선 전압이 상승했을 경우, 인버터 장치는 회생 브레이크를 압박하여, 회생 전력의 발생을 억제하는 회생 압박 제어(regeneration squeezing control)를 행한다. 이때, 이 회생 압박 제어에 의해 회생 브레이크력이 감소하므로, 감소하여 부족한 브레이크력은 마찰 브레이크로 보충한다.

한편, 마찰 브레이크를 사용하는 것은, 본래 전력 회생이 가능한 전기차의 운동 에너지의 일부를 열로서 대기 중에 폐기하는 것으로 이어지므로, 에너지 절약성의 관점에서의 문제가 있다.

여기서, 전기차에 2차 전지나 전기 이중층 캐패시터와 같은 전력 저장 소자를 탑재하여, 필요에 따라서 회생 전력을 전력 저장 소자에 저장함으로써, 회생 부하가 부족한 케이스에서도 안정한 회생 브레이크를 얻는 시스템이 개발되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 또한, 전력 저장 소자에 저장된 전력은, 다음에 전기차가 가속할 때에 사용하는 것이 가능하므로, 에너지 절약이 된다.

또, 전력 저장 소자를 탑재한 전기차는, 가선의 설비가 없는 비전화(非電化) 노선을 주행할 수 있다. 이 경우는, 전력 저장 소자로부터의 전력만을 사용하여 전동기를 구동하여 가속하고, 또 브레이크시에 전동기가 생성하는 회생 전력은 모두 전력 저장 소자로 저장하게 된다.

특허 문헌 1: 일본국 특개 2005－278269호 공보

이러한 전력 저장 소자를 탑재한 전기차가, 비교적 장거리의 비전화 구간을 운행하는 경우, 차량에 탑재하는 전력 저장 소자의 수량이 많게 되어 경제적이지 않다. 따라서 비전화 구간의 종착역이나 도중 역, 도중 구간 등에, 전원이 되는 변전소나 충전 설비와 접속된 충전용 도체(이하, 가선이라고도 칭함)를 설치해 두고, 가선과 집전장치(이하 팬터그래프라고도 칭함)를 접촉시킴으로써 비전화 구간의 주행에 의해 충전량이 저하된 전력 저장 소자로의 충전(추가 충전)을 행하는 형태가 고려된다

이 형태에서는, 전기차는 충전용 가선 아래를 주행중에 팬터그래프를 상승시키거나, 혹은, 충전용 가선의 바로 아래에 정차하여, 팬터그래프를 상승시켜서, 팬터그래프를 충전용 가선과 접촉시켜 전기적으로 접속한다. 이것에 의해, 팬터그래프에는 전압이 인가되므로, 이 전압을 전기차 제어장치에서 검출하여, 컨버터 회로 등의 전력 변환부를 통해서 전력 저장 소자로의 충전 동작을 개시한다.

이 충전 동작에 있어서는, 최대한 급속히 전력 저장 소자의 충전량을 회복시킬 필요가 있기 때문에, 전기차는 팬터그래프를 통해서 대전류로의 충전을 행하게 된다. 또한, 전기차의 주행중에는, 가선과 팬터그래프의 접촉점은 상시 슬라이딩하여 이동하므로 접촉 저항에 의한 발열점이 분산될 수 있고, 또 주행풍에 의한 냉각 효과가 있기 때문에, 팬터그래프에는 비교적 대전류를 흘릴 수 있다.

그렇지만, 정차중인 전력 저장 소자로의 충전시에 있어서는, 가선과 팬터그래프의 접촉점은 변화하지 않기 때문에 발열 위치(箇所)가 국소적으로 되고, 또 주행풍도 없기 때문에, 가선과 팬터그래프의 접촉점의 온도가 상승하기 쉬워진다. 따라서 주행중에 비해 팬터그래프에 흘릴 수 있는 전류의 크기는 감소한다.

가선과 팬터그래프의 접촉점의 온도 상승을 억제하면서, 정차중 대전류로의 충전을 가능하게 하기 위해서, 전기차에, 전기적으로 접속된 팬터그래프를 복수 대 탑재하여, 팬터그래프에 흐르는 전류를 분산시키는 구성이 고려된다.

이와 같은 구성의 과제로서, 상기의 복수의 팬터그래프 중 일부가 정상 동작하지 않는 경우가 상정된다. 예를 들면 일부의 팬터그래프가 고장나거나 하여 충분히 상승하지 않아, 가선에 접촉하지 않는 경우이다. 이 경우에도, 전기적으로 접속된 다른 건전한(normal) 팬터그래프로부터 전력 변환부에는 전압이 인가되므로, 전기차 제어장치는 팬터그래프가 정상으로 가선과 접속되었다고 인식하여, 미리 설정된 전류로 전력 저장 소자로의 충전 동작을 개시해 버린다.

이 경우, 건전한 팬터그래프에는 통상 이상의 전류가 흐르게 되어, 팬터그래프와 가선의 접촉점의 온도가 과대하게 되어, 접촉점의 용손(溶損)이나 용단(溶斷) 등, 건전한 팬터그래프나 가선을 손상시켜 버릴 우려가 있다. 이렇게 되면, 전기차는 전력 저장 소자로의 충전이 불가능하게 되어 주행 불능이 된다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 팬터그래프와 가선의 접촉점의 온도 상승을 억제하면서, 주행중 혹은 정차중에 전력 저장 소자로의 충전을 행하는 것이 가능한 전기차 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 외부로부터 전력을 받아들이는 복수의 집전장치를 경유하여 입력된 전압을 소정 값의 직류로 변환하여 출력하여, 출력측에 접속된 전력 저장부로의 충방전 동작을 행하는 전력 변환부를 가진 전기차 제어장치에 있어서, 상기 전력 변환부는, 주회로부와 제어부를 가지고, 상기 제어부에는, 상기 집전장치가 정상으로 외부로부터 전력을 받아들일 수 있는 상태인지 여부를 나타내는 집전장치 상태 신호가 입력되고, 상기 제어부는, 상기 주회로부의 전류의 지령인 전류 지령을 생성하여, 상기 집전장치 상태 신호에 기초하여, 상기 전류 지령의 크기를 조정하는 전류 조정부와, 상기 전류 지령에 기초하여 상기 주회로부의 전류를 제어하는 전류 제어부를 가진 것을 특징으로 한다.

이 발명에 의하면, 팬터그래프와 가선의 접촉점의 온도 상승을 억제하면서, 주행중 혹은 정차중에 전력 저장 소자로의 충전을 행할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.

도 1은 실시 형태 1에 있어서의 전기차 제어장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 컨버터부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시 형태 1에 있어서의 제어부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시 형태 2에 있어서의 전기차 제어장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시 형태 2에 있어서의 제어부의 구성예를 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명에 따른 전기차 제어장치의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시 형태 1.

도 1은 본 발명에 따른 전기차 제어장치의 실시 형태 1의 구성예를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태의 전기차 제어장치(100)는, 전기차의 구동을 제어하는 제어장치이다. 도 1에 도시한 것처럼, 도시하지 않은 외부 전원인 변전소로부터의 전력은, 가선(도체)(1)으로부터 집전장치(2a, 2b)를 통해서, 전력 변환부이며 예를 들면 DC(Direct Current) DC 컨버터인 컨버터부(10)에, 입력된다. 컨버터부(10)로부터의 리턴 전류는, 전기차의 차륜(3)을 경유하여 레일(4)에 접속되어, 도시하지 않은 변전소의 음측으로 돌아간다.

도 1에서는, 집전장치(2a, 2b)는 팬터그래프로서 도시되어 있지만, 이 외의 형상의 집전장치라도 좋다. 예를 들면 가선(1)이 제3 궤도인 경우는 그것에 대응한 집전화(集電靴)가 된다. 또한 집전장치(2a, 2b)는 서로 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 서로 전기적으로 접속된 집전장치의 대수에는 한정은 없고, 복수이면 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 집전장치(2a, 2b)에는, 집전장치 상태 검지부(5a, 5b)가 각각 마련되어 있다. 집전장치 상태 검지부(5a, 5b)는, 집전장치(2a, 2b)가 각각 가선(1)에 정상으로 접촉되어 있는 상태인지 여부(정상으로 외부로부터의 전력을 받아들일 수 있는 상태인지 여부)를 검출 혹은 판단하여, 그 결과를 집전장치 상태 신호 PU로서 출력한다.

구체적으로는, 예를 들어 집전장치(2a, 2b)가 팬터그래프인 경우에는, 집전장치 상태 검지부(5a, 5b)는, 팬터그래프가 접힌 상태가 아닌지, 가선(1)에 접촉하는데 충분할 만큼 상승해 있는지를, 센서 등을 이용하여 검출하고 판단하는 구성으로 하면 좋다.

컨버터부(10)는 직류/직류 변환을 행하는 주회로인 컨버터 회로(13)와 제어부(14)를 구비한다. 예를 들면, 컨버터부(10)는 가선(1)의 직류 1500V 정도의 전압을, 전력 저장부(50)의 전압(예를 들면, 700V 정도)으로 변환하여 출력한다. 또한, 컨버터부(10)가 변환하는 전압치는, 이 예로 한정되지 않는다.

또한, 이상의 설명에서는 가선(1)이 직류 전원인 경우로 설명을 했지만, 가선(1)이 교류 전원인 경우는, 컨버터 회로(13)는 입력된 교류 전력을 직류 전력으로 쌍방향으로 변환 가능한 회로인 PWM(Pulse Width Modulation) 컨버터 회로가 매우 적합하다.

컨버터부(10)의 출력에는 인버터부(30)가 접속된다. 인버터부(30)는 직류/교류 변환을 행하는 주회로인 인버터 회로를 가진다. 인버터 회로는 전압형 PWM 인버터 회로가 매우 적합하고, 그 회로 구성은 공지이므로 설명을 생략한다.

또 컨버터부(10)의 출력에는 전력 저장부(50)가 접속된다. 전력 저장부(50)는 2차 전지나 캐패시터 등의 전력 저장 소자가 내장되어 구성된다. 전력 저장부(50)에는, 전기차가 소정의 거리를 주행하기 위해서 필요한 전력량이 충전 가능하게 구성된다.

인버터부(30)의 교류 출력측에는, 전동기(40)가 접속된다. 전동기(40)는 복수 대를 병렬로 접속해도 좋다. 전동기(40)는 차륜(3)을 구동하여, 전기차를 주행시킨다. 전동기(40)에는, 그 회전 속도를 검출하는 회전 검출기(41)가 마련되고, 전동기(40)의 회전 속도 정보인 속도 VEL을 컨버터 제어부(14)로 입력한다. 또한, 전동기(40)의 회전 속도 정보는 회전 검출기(41)로 얻는 것으로 한정되지 않고, 다른 수단을 이용하여 얻어도 좋다.

또한, 인버터부(30)는 공조 장치 등의 보기(auxiliary machine)로의 전력 공급을 행하는 보조 전원 장치를 포함하는 것으로 해도 좋다.

또, 도 1의 예에서는, 컨버터부(10), 인버터부(30), 전력 저장부(50)를, 각각 1대씩 접속한 형태를 나타내고 있지만, 각각 복수 대가 있더라도 본 발명을 적용할 수 있다.

또, 도 1의 예에서는, 인버터부(30)는 컨버터부(10)의 출력에 접속되어 있는 구성을 나타내고 있지만, 이외의 형태라도 상관없다. 예를 들어 집전장치(2a, 2b)에 대해서 컨버터부(10)와 인버터부(30)를 병렬로 접속하는 형태라도 좋다. 컨버터부(10)의 출력에는 전력 저장부(50)가 접속되어 있으면 본 발명은 적용할 수 있다.

다음으로, 컨버터부(10)의 구성에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 컨버터부(10)의 구성예를 나타내는 도면이다. 컨버터부(10)는 주회로이며 전력 변환 회로인 컨버터 회로(13)와, 컨버터 회로(13)를 구성하는 스위칭 소자(도시하지 않음)를 온 오프 제어하는 제어부(14)를 구비한다.

제어부(14)에는, 컨버터 회로(13)의 입력 전류를 나타내는 신호인 신호 IS, 컨버터 회로(13)의 출력 전류를 나타내는 신호인 신호 IB, 전기차의 속도를 나타내는 신호인 신호 VEL, 집전장치(5a, 5b) 각각의 상태를 나타내는 신호인 집전장치 상태 신호 PU가 입력된다. 집전장치 상태 신호 PU는, 집전장치(5a, 5b)가 팬터그래프인 경우에는, 각각의 팬터그래프가 충분히 상승하여 가선(1)에 접촉되어 있는 상태인지 여부의 검출 결과 혹은 판단 결과인 상태 정보가 포함된 신호이다.

다음으로 제어부(14)의 구성에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 제어부(14)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시한 것처럼, 제어부(14)는 전류 조정부(66)와 전류 제어부(67)를 가진다. 전류 조정부(66)에는, 전기차의 차속을 나타내는 신호 VEL, 집전장치 상태 신호 PU, 충전 전류 지령 ICREF가 입력되고, 컨버터 회로(13)의 전류 지령치인 신호 IREF를 생성한다. 신호 IREF는 예를 들면 컨버터 회로(13)의 출력 전류 IB의 전류 지령치지만, 이것으로 한정되지 않는다.

전류 조정부(66)의 내부에는, 입력 전류 제한치 ISLIM이 설정되어 있다. ISLIM은 컨버터부(10)의 입력 전류 IS의 제한치를 나타내는 값이다. 예를 들어 컨버터부(10)의 입력 전류 IS의 크기를 최대 100A로 제한하고 싶은 경우는 ISLIM를 100A로 설정한다.

ISLIM은 게인(증폭기)(61), 게인(62), 게인(63)을 통해서 각각 신호 A, B, C로서 선택 처리부(64)에 입력된다. 도 3에서는, 일례로서 게인(61)은 1.0배, 게인(62)은 0.8배, 게인(63)은 0.5배로서 도시되어 있다. 후술과 같이, 신호 A는 집전장치(2a, 2b)가 모두 정상으로 상승하고 있는 경우의 입력 전류의 제한치로서 이용되고, 신호 B는 집전장치(2a, 2b) 중 어느 한쪽이 정상이 아닌 경우의 주행시의 입력 전류의 제한치로서 이용되고, 신호 C는 집전장치(2a, 2b) 중 어느 한쪽이 정상이 아닌 경우의 정차시의 입력 전류의 제한치로서 이용된다. 각 게인의 값은, 도 3의 예로 한정되지 않는다.

선택 처리부(64)는, 차속 신호 VEL과 신호 PU에 기초하여, 신호 A, B, C 중에서 하나를 선택하여 신호 ISLIM1로서 제한부(65)에 출력한다. 신호 A, B, C의 선택 방법에 대해서는 후술한다.

제한부(65)에는, 충전 전류 지령 ICREF가 입력된다. 충전 전류 지령 ICREF는, 전기차가 충전용의 가선(1)으로부터 전력 저장부(50)로 충전을 행할 때의 충전 전류의 지령치이며, 제어부(14)의 내부에 미리 설정되어 있는 값이어도 좋고, 외부로부터 입력된 값이어도 좋다.

제한부(65)에서는, 충전 전류 지령 ICREF의 크기를, 입력 전류 IS와 신호 ISLIM1에 기초하여 제한하여 신호 IREF를 생성한다. 구체적으로는 컨버터부(10)의 입력 전류 IS의 크기가 신호 ISLIM1보다 크게 되지 않도록, 충전 전류 지령 ICREF의 크기를 억제하여 신호 IREF를 생성한다. 또한, 입력 전류 IS는, 도시와 같이 직접 입력되는 것 이외에도, 전류 IB 등으로부터 계산하여 산출하는 것도 가능하므로, 그러한 구성으로 해도 좋다.

신호 IREF는 전류 제어부(67)에 입력된다. 전류 제어부(67)에서는 컨버터부(10)의 전류(예를 들어 IB)가, 신호 IREF가 나타내는 값이 되도록 피드백 제어를 실시하여, 컨버터 회로(13)의 스위칭 소자로의 온 오프 신호인 GD를 생성하여 출력한다.

다음으로, 동작을 설명한다. 여기에서는, 전기차가 비전화 구간의 충전 가능역에 도달하여, 집전장치(2a, 2b)를 상승시켜 가선(1)으로부터의 전력으로 전력 저장부(50)에 충전을 행하는 경우를 상정한다.

전력 저장부(50)로의 충전 전류의 크기의 목표치는, 충전 전류 지령 ICREF에 의해 결정된다. 여기서, 집전장치(2a, 2b)에 각각 흘릴 수 있는 전류치를 예를 들면 100A라고 한다. 이 전류치는 집전장치(2a, 2b)와 가선(1)의 접촉 위치의 접촉 면적과 접촉 압력, 재질 등으로 정해지는 값이며, 접촉 위치의 온도가 과대하게 되지않도록 미리 결정된 값이다. 이 전류치를 넘은 전류를 흘리면, 접촉 위치의 전기 저항에 의해 접촉 위치가 과열되어, 집전장치(2a, 2b)나 가선(1)의 용손이나 용단 등의 손상을 일으킨다.

집전장치(2a, 2b)에 각각 흘릴 수 있는 전류치가 100A인 경우, 입력 전류 제한치 ISLIM로서는, 집전장치(2a, 2b)의 합계 전류인 200A가 설정된다. 따라서 신호 A는 200A를 나타내는 값, 신호 B는 160A를 나타내는 값, 신호 C는 100A를 나타내는 값이 된다.

선택 처리부(64)에서는, 집전장치 상태 신호 PU와 차속 신호 VEL에 의해, 예를 들면, 이하와 같이, 신호 ISLIM1을 결정한다.

＜케이스 A＞

차속 신호 VEL이 소정 값 이하인 경우, 즉 전기차가 정차중이라고 판단되는 경우에 있어서, 집전장치 상태 신호 PU가 집전장치(2a, 2b)의 양쪽이 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있다고 판단되는 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 선택 처리부(64)는 신호 ISLIM1로서 신호 A의 값을 선택하여 출력한다. 즉 신호 ISLIM1=200A가 된다.

＜케이스 B＞

차속 신호 VEL이 소정 값 이하인 경우, 즉 전기차가 정차중이라고 판단되는 경우에 있어서, 집전장치 상태 신호 PU가 집전장치(2a, 2b) 중 어느 한쪽이 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있지 않다고 판단되는 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 선택 처리부(64)는 신호 ISLIM1로서 신호 C의 값을 선택하여 출력한다. 즉 신호 ISLIM1=100A가 된다.

＜케이스 C＞

차속 신호 VEL이 소정 값보다 크고, 즉 전기차가 주행중이라고 판단되는 경우에 있어서, 집전장치 상태 신호 PU가 집전장치(2a, 2b) 중 어느 한쪽이 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있지 않다고 판단되는 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 선택 처리부(64)는 신호 ISLIM1로서 신호 B의 값을 선택하여 출력한다. 즉 신호 ISLIM1=160A가 된다.

이와 같이 생성한 신호 ISLIM1에 기초하여, 제한부(65)에서는 컨버터부(10)의 입력 전류 IS가 신호 ISLIM1 이하가 되도록, 충전 전류 지령 ICREF의 크기를 조정하여 신호 IREF를 생성한다. 그리고, 전류 제어부(67)가, 신호 IREF에 기초하여 컨버터 회로(13)의 스위칭 소자의 제어를 행한다.

이와 같이 동작함으로써, 예를 들면 전기차가 정차중에 있어서의 충전시에, 집전장치(2a)가 고장나 상승할 수 없는 경우에 있어서, 컨버터부(10)의 입력 전류를 다른 1대의 건전한 집전장치(2b)가 흘릴 수 있는 전류치 이하가 되도록 제한하는 것이 가능하게 되므로, 나머지의 건전한 집전장치(2b)가 과대 전류로 손상되는 것을 회피할 수 있다. 즉, 건전한 집전장치(2b)의 능력의 범위 내에서 전력 저장부(50)를 충전하는 것이 가능해진다.

또, 전기차가 주행중에 충전을 행할 때에, 집전장치(2a)가 고장나 상승할 수 없는 경우 등에 있어서, 컨버터부(10)의 입력 전류를 다른 1대의 건전한 집전장치(2b)가 주행중에 흘릴 수 있는 전류치 이하가 되도록 제한하는 것이 가능하게 된다. 여기서, 주행중에 있어서는, 정차시와 비교해서, 주행풍에 의한 냉각 효과가 있고, 또 가선(1)과의 접촉 위치가 슬라이딩하면서 이동하는 것으로부터 접촉 위치의 온도 상승이 억제되기 때문에, 집전장치에 흘릴 수 있는 전류치는 커진다. 상기의 예에서는, 집전장치(2a, 2b)에 주행중에 각각 흘릴 수 있는 전류치를 160A로 하고 있다. 또한, 집전장치(2a, 2b)에, 정차중에 흘릴 수 있는 전류치와 주행중에 흘릴 수 있는 전류치의 비율은 이 예(100A：160A)로 한정되지 않는다.

이와 같이, 주행중에서는 건전한 집전장치(2b)의 전류를 가능한 범위(손상되는 일 없는 범위)에서 증가시킬 수 있어, 건전한 집전장치(2b)의 능력의 범위 내에서 전력 저장부(50)를 충전하는 것이 가능해진다.

또한, 간이하게는, 차속 신호 VEL의 조건을 사용하지 않는 구성으로 해도 좋다. 예를 들면, 집전장치 상태 신호 PU의 상태만을 사용하여 이하와 같이 제어하는 구성이라도 좋다. 또한, 이 경우, 게인(61), 게인(62), 게인(63) 중 게인(62)을 삭제해도 좋다.

＜케이스 D＞

집전장치 상태 신호 PU가 집전장치(2a, 2b)의 양쪽이 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있다고 판단되는 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 선택 처리부(64)는 신호 ISLIM1로서 신호 A의 값을 선택하여 출력한다. 즉 신호 ISLIM1=200A가 된다.

＜케이스 E＞

집전장치 상태 신호 PU가 집전장치(2a, 2b) 중 어느 한쪽이 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있지 않다고 판단되는 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 선택 처리부(64)는 신호 ISLIM1로서 신호 C의 값을 선택하여 출력한다. 즉 신호 ISLIM1=100A가 된다.

이와 같이 생성한 신호 ISLIM1에 기초하여, 제한부(65)에서는, 컨버터부(10)의 입력 전류 IS가 신호 ISLIM1 이하가 되도록, 충전 전류 지령 ICREF의 크기를 조정하여 신호 IREF를 생성한다. 그리고 전류 제어부(67)가, 신호 IREF에 기초하여 컨버터 회로(13)의 스위칭 소자의 제어를 행한다.

이와 같이 동작함으로써, 예를 들면 전기차가 정차중에 있어서의 충전시에, 집전장치(2a)가 고장나 상승할 수 없는 경우 등에 있어서, 컨버터부(10)의 입력 전류를 다른 1대의 건전한 집전장치(2b)가 흘릴 수 있는 전류치 이하가 되도록 제한하는 것이 가능하게 되므로, 나머지의 건전한 집전장치(2b)가 과대 전류로 손상되는 것을 회피할 수 있다. 즉, 건전한 집전장치(2b)의 능력의 범위 내에서 전력 저장부(50)를 충전하는 것이 가능해진다.

또한, 이상의 설명에서는, 전력 저장부(50)로의 충전 동작을 설명했지만, 전력 저장부(50)의 전력을 가선(1)으로 방전하는 동작에도, 마찬가지로 집전장치 상태 신호 PU에 기초하여 제한치를 설정하는 동작을 적용 가능하다. 예를 들면, 비전화 구간에 있어서의 연속한 내리막 구배(downhill grade)를 회생 브레이크로 주행하는 경우 등은, 전력 저장부(50)의 용량을 상회하는 전력량이 회생되는 경우가 상정되지만, 이러한 경우에는 과잉이 되는 전력량을 방전하는 동작이 필요하다. 이 방전 시에, 집전장치(2a, 2b) 중 어느 한쪽이 정상으로 상승하고 있지 않는 경우, 전력 저장부(50)로의 충전 동작의 경우와 마찬가지로, 가선(1)으로 방전할 때의 방전 전류를 제한함으로써, 건전한 집전장치가 과대 전류로 손상되는 것을 회피할 수 있다.

실시 형태 2.

도 4는 본 발명에 따른 전기차 제어장치의 실시 형태 2의 구성예를 나타내는 도면이다. 실시 형태 1과 마찬가지의 기능을 가지는 구성요소는, 실시 형태 1과 동일한 부호를 부여하고 중복하는 설명을 생략한다. 이하, 실시 형태 1과 다른 부분만을 설명한다.

도 4에 도시한 것처럼, 본 실시 형태에서는, 컨버터부는 2대의 병렬 관계로 접속된 컨버터부(10a, 10b)로 이루어지고, 모두 집전장치(2a, 2b)에 접속되어 있다. 또 집전장치 상태 신호 PU는 컨버터부(10a, 10b) 각각에 입력된다. 또한, 도 4에서는 컨버터부를 2대로 구성하는 예로 설명하고 있지만, 2대 이상이면 본 발명을 적용할 수 있다.

또 컨버터부(10a, 10b)의 각각의 내부 구성은 실시 형태 1의 도 2에 도시한 구성과 마찬가지이고, 컨버터 회로(13)와 제어부(14)를 가진다.

도 5는 본 실시 형태의 제어부(14)의 구성예를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태의 제어부(14)는 운전 판단부(74), 개폐기(75) 및 전류 제어부(67)를 구비한다. 본 실시 형태의 제어부(14)는 차속 신호 VEL, 집전장치 상태 신호 PU가 입력되고, 컨버터 회로(13)에 내장되는 스위칭 소자로의 온 오프 신호 GD가 출력된다.

차속 신호 VEL, 집전장치 상태 신호 PU는 운전 판단부(74)에 입력된다. 운전 판단부(74)에서는, 이하의 판단을 헹한다.

＜케이스 A＞

차속 신호 VEL이 소정 값 이하인 경우, 즉 전기차가 정차중이라고 판단되는 경우에 있어서, 집전장치 상태 신호 PU가 집전장치(2a, 2b)의 양쪽이 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있다고 판단되는 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 운전 판단부(74)는 신호 OK를 출력한다. 이것에 의해 개폐기(75)가 닫힘으로 되어, 충전 전류 지령 ICREF는 전류 지령 IREF로서 전류 제어부(67)로 출력된다. 전류 지령 IREF에 기초하여 충전 동작이 실시된다.

＜케이스 B＞

차속 신호 VEL이 소정 값 이하인 경우, 즉 전기차가 정차중이라고 판단되는 경우에 있어서, 집전장치 상태 신호 PU가 집전장치(2a, 2b) 중 어느 한쪽이 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있지 않다고 판단되는 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 컨버터부(10a)(또는 컨버터부(10b))의 운전 판단부(74)는 이하에 설명하는 논리에 의해 신호 OK를 출력하지 않는 구성으로 한다. 이것에 의해 개폐기(75)가 열림으로 되어, 충전 전류 지령 ICREF는 전류 제어부(67)에 출력되지 않고 컷 되며, 전류 지령 IREF는 제로가 된다. 이 때문에, 컨버터부(10a)(또는 컨버터부(10b))의 전류는 거의 제로가 되어, 충전 동작은 정지한다.

신호 OK를 출력하지 않는 논리예로서는, 예를 들면 집전장치와 컨버터부를 쌍으로서 생각하고, 컨버터부(10a)의 제어부(14)는, 집전장치 상태 신호 PU에 기초하여, 집전장치(2a)가 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있지 않다고 판정되는 경우는 신호 OK를 출력하지 않도록 한다. 컨버터부(10b)의 제어부(14)는, 마찬가지로, 집전장치(2b)가 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있지 않다고 판정되는 경우는 신호 OK를 출력하지 않도록 한다.

또한, 집전장치(2a, 2b)의 상태와 충전 동작을 정지시키는 컨버터부(10a, 10b)의 관계는 상기와 반대의 관계라도 좋다.

또, 차속 신호 VEL이 소정 값보다 크고, 또한 집전장치 상태 신호 PU가 집전장치(2a, 2b) 중 어느 한쪽이 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있지 않다고 판단되는 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 신호 OK를 출력하도록 해도 좋고, 신호 OK를 출력하지 않도록 해도 좋다. 예를 들면, 집전장치 상태 신호 PU가 집전장치(2a, 2b) 중 어느 한쪽이 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있지 않은 경우에도 주행중이라면 과열 상태가 되지 않도록 하는 조건이면 신호 OK를 출력하도록 구성하고, 주행중이어도 집전장치 상태 신호 PU가 집전장치(2a, 2b) 중 어느 한쪽이 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있지 않은 경우에 과열 상태가 되는 조건인 경우에는 신호 OK를 출력하지 않도록 구성한다.

또, 미리 충전 제어 동작을 정지시키는 컨버터부를 결정해 두고, 집전장치(2a, 2b) 중 어느 쪽이 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있지 않다고 판단되는 경우에는, 당해 컨버터부의 충전 동작을 정지시키는 구성으로 해도 좋다.

즉, 개념으로서는, 복수의 전기적으로 접속된 집전장치의 각각의 상태를 나타내는 신호에 기초하여, 당해 집전장치에 접속된 복수의 컨버터부의 충전 동작의 실시/정지(컨버터부의 전류의 유/무)를 선택하는 구성이면, 상기 설명 이외의 다른 구성이라도 좋다.

본 실시 형태에서는, 운전 판단부(74) 및 개폐기(75)가, 전류 지령 IREF의 값을 조정하는 전류 조정부에 상당하며, 전류 지령 IREF의 값을 ICREF 또는 제로로 함으로써 컨버터부의 충전 동작을 실시/정지시킨다.

도 4에서는 집전장치의 대수와 컨버터부의 대수는 각각 2로 했지만, 집전장치의 대수와 컨버터부의 대수는 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 집전장치와 컨버터부를 각각 3대로 하는 경우, 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있지 않다고 판단된 집전장치의 수의 컨버터부의 충전 동작을 정지시킨다.

또, 간이하게는, 차속 신호 VEL을 사용하지 않고 , 집전장치 상태 신호 PU만에 기초하여 컨버터부의 충전 동작의 실시/정지를 선택하는 구성으로 해도 좋다. 예를 들면, 집전장치 상태 신호 PU가 집전장치(2a, 2b) 중 어느 한쪽이 정상으로 가선(1)에 접촉되어 있지 않다고 판단되는 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 컨버터부(10a, 10b) 중 어느 한쪽을 정지시킨다.

이상과 같이 설명한 것처럼 본 발명은, 제어부(14)가, 주회로부인 컨버터부의 전류의 지령인 전류 지령을 생성하고, 이 전류 지령에 기초하여 컨버터부(10)의 전류를 원하는 대로 제어하는 구성으로서, 제어부(14)에는 적어도 집전장치의 상태를 나타내는 집전장치 상태 신호 PU가 입력되고, 이 집전장치 상태 신호 PU에 기초하여, 상기의 전류 지령의 크기를 조정하는 전류 조정부를 가진 것을 특징으로 한다.

또 본 발명은, 집전장치 상태 신호가, 복수의 집전장치 중 어느 것이 가선(1)과 정상으로 접촉되어 있지 않은 상태, 즉 전력을 받아들일 수 없는 상태인 것을 나타내고 있는 경우에 있어서, 제어부(14)는, 컨버터부의 전류를, 집전장치가 모두 정상적인 상태일 때보다도 저감되도록 전류 지령의 크기를 조정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실시 형태에 나타낸 구성은, 본 발명의 내용의 일례를 나타내는 것이며, 다른 공지의 기술과 조합하는 것도 가능하고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 일부를 생략하는 등, 변경하여 구성하는 것도 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

[산업상의 이용 가능성]

이상과 같이, 본 발명에 따른 전기차 제어장치는, 주행중 혹은 정차중에 전력 저장 소자로의 충전을 행하는 전기차 제어장치의 용도에 유용하다.

1: 가선(도체) 2a, 2b: 집전장치(팬터그래프)
3: 차륜 4: 레일
5a, 5b: 집전장치 상태 검지부 10, 10a, 10b: 컨버터부(전력 변환부)
13: 컨버터 회로 14: 제어부
30: 인버터부 40: 전동기
41: 회전 검출기 50: 전력 저장부
61, 62, 63: 게인 64: 선택 처리부
65: 제한부 66: 전류 조정부
67: 전류 제어부 74: 운전 판단부
75: 개폐기 100: 전기차 제어장치

Claims

외부로부터 전력을 받아들이는 복수의 집전장치를 경유하여 입력된 전압을 소정 값의 직류로 변환하여 출력하여, 출력측에 접속된 전력 저장부로의 충방전 동작을 행하는 전력 변환부를 가진 전기차 제어장치에 있어서,
상기 전력 변환부는, 주회로부와 제어부를 가지고,
상기 제어부에는, 상기 집전장치가 정상으로 외부로부터 전력을 받아들일 수 있는 상태인지 여부를 나타내는 집전장치 상태 신호와 차속을 나타내는 차속 신호가 입력되고,
상기 제어부는, 상기 주회로부의 전류의 지령인 전류 지령을 생성하여, 상기 집전장치 상태 신호와 상기 차속 신호에 기초하여, 상기 전류 지령의 크기를 조정하는 전류 조정부와, 상기 전류 지령에 기초하여 상기 주회로부의 전류를 제어하는 전류 제어부를 가지고,
상기 제어부는 상기 집전장치 상태 신호를 통하여 복수의 집전장치의 상태가 정상인지 여부를 판단하고, 상기 차속 신호를 통하여 상기 전기차가 주행 중인지 정차 중인지 여부를 판단하고,
상기 판단에 기초하여 상기 집전장치 상태 신호가 복수의 상기 집전장치 중 어느 것이 정상으로 전력을 받아들일 수 없는 상태인 것을 나타내고 있는 경우에 있어서, 상기 전력 변환부의 입력 전류가 작게 되도록 상기 전류 지령의 크기를 조정하고, 상기 차속 신호에 기초하여 전기차가 정차중이라고 판단되었을 경우는 전기차가 주행중이라고 판단되었을 경우보다도 상기 전류의 크기를 저감시키도록 상기 전류 지령의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 전기차 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전류 조정부는, 상기 집전장치 상태 신호가, 복수의 상기 집전장치 중 어느 것이 정상으로 전력을 받아들일 수 없는 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 상기 전류가 상기 집전장치가 모두 정상으로 전력을 받아들일 수 있는 상태일 때보다도 저감되도록 상기 전류 지령의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 전기차 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전류 조정부는, 상기 집전장치 상태 신호가, 복수의 상기 집전장치 중 어느 것이 전력을 받아들일 수 없는 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 상기 차속 신호가 소정치보다도 클 때는, 상기 차속 신호가 소정치 이하일 때보다도, 상기 전류의 크기를 증가시키도록 상기 전류 지령의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 전기차 제어장치.
외부로부터 전력을 받아들이는 복수의 집전장치를 경유하여 입력된 전압을 소정 값의 직류로 변환하여 출력하여, 출력측에 접속된 전력 저장부로의 충방전 동작을 행하는 전력 변환부를 복수 개 가진 전기차 제어장치에 있어서,
상기 전력 변환부는, 주회로부와 제어부를 가지고,
상기 제어부에는, 상기 집전장치가 정상으로 외부로부터 전력을 받아들일 수 있는 상태인지 여부를 나타내는 집전장치 상태 신호와 차속을 나타내는 차속 신호가 입력되고,
상기 제어부는, 상기 집전장치 상태 신호를 통하여 복수의 집전장치의 상태가 정상인지 여부를 판단하고, 상기 차속 신호를 통하여 상기 전기차가 주행 중인지 정차 중인지 여부를 판단하고,
상기 판단에 기초하여 상기 주회로부의 전류의 지령인 전류 지령을 생성하여, 상기 전류 지령에 기초하여 상기 주회로부의 전류를 제어하고, 상기 집전장치 상태 신호와 상기 차속 신호에 기초하여, 상기 주회로부의 전류의 유무를 제어하며,
상기 차속 신호가 소정 값 이하인 경우이면서 또한 상기 집전장치 상태 신호가 복수의 상기 집전장치 중 어느 것이 정상으로 전력을 받아들일 수 없는 상태인 것을 나타내고 있는 경우 상기 주회로부의 전류를 억제하여, 상기 전력 저장부로의 충전 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 전기차 제어장치.
외부로부터 전력을 받아들이는 복수의 집전장치를 경유하여 입력된 전압을 소정 값의 직류로 변환하여 출력하여, 출력측에 접속된 전력 저장부로의 충방전 동작을 행하는 전력 변환부를 가진 전기차 제어장치에 있어서,
상기 전력 변환부는, 주회로부와 제어부를 가지고,
상기 제어부에는, 상기 집전장치가 정상으로 외부로부터 전력을 받아들일 수 있는 상태인지 여부를 나타내는 집전장치 상태 신호와, 차속을 나타내는 차속 신호가 입력되고,
상기 제어부는, 상기 집전장치 상태 신호를 통하여 복수의 집전장치의 상태가 정상인지 여부를 판단하고, 상기 차속 신호를 통하여 상기 전기차가 주행 중인지 정차 중인지 여부를 판단하고,
상기 판단에 기초하여 상기 주회로부의 전류의 지령인 전류 지령을 생성하여, 상기 전류 지령의 크기를 조정하는 전류 조정부와, 상기 전류 지령에 기초하여 상기 주회로부의 전류를 제어하는 전류 제어부를 가지고,
상기 전류 조정부는, 상기 집전장치 상태 신호가, 복수의 상기 집전장치 중 어느 것이 전력을 받아들일 수 없는 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 상기 차속 신호가 소정치보다도 클 때는, 상기 차속 신호가 소정치 이하일 때보다도, 상기 전류의 크기를 증가시키도록 상기 전류 지령의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 전기차 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전류 조정부는, 상기 집전장치 상태 신호가 복수의 상기 집전장치의 모두가 정상으로 전력을 받아들일 수 있는 상태인 것을 나타내고 있는 경우의 상기 전류의 크기를 제1 전류치로 하고, 상기 집전장치 상태 신호가 복수의 상기 집전장치 중 어느 것이 정상으로 전력을 받아들일 수 없는 상태인 것을 나타내고 있는 경우이면서 또한 상기 차속 신호가 소정치보다 클 때에, 상기 전류의 크기를 상기 제1 전류치보다 작은 제2 전류치로 하고, 상기 집전장치 상태 신호가 복수의 상기 집전장치 중 어느 것이 정상으로 전력을 받아들일 수 없는 상태인 것을 나타내고 있는 경우이면서 또한 상기 차속 신호가 소정치 이하일 때에, 상기 전류의 크기를 상기 제2 전류치보다 작은 제3 전류치로 하도록 상기 전류 지령의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 전기차 제어장치.