JP2006101607A - Hybrid railway rolling stock - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid reduction in accelerating force and the abrupt giving and receiving of battery energy, when a part of power generating equipment becomes faulty in hybrid railway rolling stock that operates with the power generating equipment and the battery, and to prolong the lifetime of the battery. <P>SOLUTION: When only one train controller exists in a train and a part of power generating equipment becomes faulty, all the pieces of sound power generation equipment are started when the output power of the battery exceeds a first threshold, and they are operated at the maximum output point. At the same time, the output power of the battery is so controlled with the sum of the output power of the battery, and the output power of the power generating equipment already started becoming equal to required electrical energy, required for the running of the railway rolling stock and determined, based on a driving command from the driving cab. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、バッテリ等のエネルギー蓄積装置とディーゼルエンジン発電機等の発電装置を搭載した鉄道車両に関する。   The present invention relates to a railway vehicle equipped with an energy storage device such as a battery and a power generation device such as a diesel engine generator.

エンジン発電機のほかにバッテリ等のエネルギー蓄積装置を搭載したハイブリッド車両が知られている。このような列車において、動力を分散して保持する複数のエンジンを、列車の必要とする負荷に応じ、燃費が最小となるように当該複数のエンジンの回転数を個別に制御し、エンジンの出力が不足した場合、不足したエネルギーをバッテリから補充するものが知られている（例えば特許文献１参照）。   Hybrid vehicles equipped with an energy storage device such as a battery in addition to an engine generator are known. In such a train, a plurality of engines that distribute and hold power are controlled individually according to the load required by the train so that the fuel consumption is minimized, and the engine output is controlled. In the case where the battery is insufficient, it is known to replenish the insufficient energy from the battery (see, for example, Patent Document 1).

特開平８−１９８１０２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-198102

上記従来の技術は、エンジンの出力が、起動時や上り坂など一時的に不足した場合にエネルギーをバッテリから補充し、一定の牽引力を得ることにより走行するものであるが、バッテリから出力できる電力は限られているため、車両に搭載されているエンジンの一部分が故障したような場合には、慢性的な牽引力不足のため加速力が低下し、列車遅延が発生する可能性がある。また、バッテリで全てのエンジン不足分をカバーできたとしても、急峻なエネルギー収受により、バッテリの劣化が発生するとともに、故障が発生したエンジンと電気的に接続されているバッテリの充電量は大幅に低下する。   In the above conventional technology, when the engine output is temporarily insufficient, such as when starting up or uphill, the vehicle is driven by replenishing energy from the battery and obtaining a certain traction force. Therefore, when a part of the engine mounted on the vehicle breaks down, there is a possibility that the acceleration force decreases due to chronic lack of traction force, and a train delay occurs. Even if all the engine shortages can be covered by the battery, the battery will be deteriorated due to the rapid energy collection, and the charge amount of the battery that is electrically connected to the engine that has failed will be significantly increased. descend.

バッテリの急峻なエネルギー授受によるエネルギーロスは、そのままバッテリの温度変化につながり、それがバッテリの内部材料の物性を変化させて、バッテリの最大蓄電量の低下や、蓄電速度の遅延化に繋がるといった問題が生じる。また、バッテリの充電量低下は、加速力の低下を招く。   The energy loss due to the sudden energy transfer of the battery directly leads to a change in the temperature of the battery, which changes the physical properties of the internal material of the battery, leading to a decrease in the maximum storage amount of the battery and a delay in the storage speed. Occurs. In addition, a decrease in the charge amount of the battery causes a decrease in acceleration force.

一方、列車の制動時は、バッテリ回生により制動力を発生させ、バッテリを充電する良い機会であるが、バッテリ充電量が一杯の場合にはこれ以上の回生が望めないため、空気ブレーキを作動させる必要がある。   On the other hand, when braking the train, it is a good opportunity to generate braking force by battery regeneration and charge the battery, but when the battery charge is full, no more regeneration can be expected, so the air brake is activated There is a need.

そこで本発明は、列車に搭載されているエンジンの一部分が故障した場合に、当該バッテリの急峻なエネルギー授受を回避し、バッテリの長寿命化を図り、エンジン出力不足分による加速力低下を防ぐことを目的とする。   Therefore, the present invention avoids sudden energy transfer of the battery when a part of the engine mounted on the train breaks down, extends the life of the battery, and prevents a decrease in acceleration force due to insufficient engine output. With the goal.

本発明は、燃料により発電する複数の発電装置と、発電装置の電力を変換する第１の電力変換機と、第１の電力変換機によって変換された電力を蓄えるバッテリと、第１の電力変換機の出力電力及び／又は前記バッテリの電力と車両を駆動する電動機の電力とを相互に変換する第２の電力変換機と、発電装置並びに第１および第２の電力変換機を制御する列車制御装置と、列車制御装置に駆動指令を出力する運転台とを有するハイブリッド鉄道車両であって、列車制御装置は、発電装置の１部分が故障した場合には、運転台に故障表示を出すとともに、バッテリの出力が急峻であると判断した場合には、発電装置のうち故障していないすべての発電装置の出力を最大出力とする。   The present invention includes a plurality of power generation devices that generate power using fuel, a first power converter that converts power of the power generation device, a battery that stores the power converted by the first power converter, and a first power conversion. The second power converter for mutually converting the output power of the machine and / or the power of the battery and the power of the electric motor driving the vehicle, and the train control for controlling the power generator and the first and second power converters A hybrid railway vehicle having a device and a cab that outputs a drive command to the train control device, and the train control device displays a failure indication on the cab when a part of the power generation device fails, When it is determined that the output of the battery is steep, the outputs of all the power generating devices that are not out of the power generating devices are set to the maximum output.

また、列車制御装置は、バッテリの入力電力が急峻であると判断した場合に、その入力電力に応じて最大出力点で運転している発電装置のいくつかを高効率点で運転させる、あるいは、全ての発電装置が高効率点で運転している場合は、その入力電力に応じて発電装置のいくつかを停止することである。   In addition, when the train control device determines that the input power of the battery is steep, it causes some of the power generation devices that are operating at the maximum output point according to the input power to operate at the high efficiency point, or When all the power generators are operating at a high efficiency point, some of the power generators are stopped according to the input power.

また本発明は、燃料により発電する複数の発電装置と、発電装置の電力を変換する第１の電力変換機と、第１の電力変換機によって変換された電力を蓄えるバッテリと、第１の電力変換機の出力電力及び／又はバッテリの電力と車両を駆動する電動機の電力とを相互に変換する第２の電力変換機と、発電装置並びに第１および第２の電力変換機を制御する複数の列車制御装置と、複数の列車制御装置を統括する列車統括制御装置と、列車統括制御装置に駆動指令を出力する運転台とを有するハイブリッド鉄道車両であって、列車統括制御装置は、鉄道車両の複数の発電装置のうち一部分の発電装置が故障などにより出力低下した場合に、その発電装置が故障している列車制御装置に対する出力指令を減少し、当該発電装置が故障していない列車制御装置に対する出力指令を増加させることである。   The present invention also provides a plurality of power generation devices that generate power using fuel, a first power converter that converts power of the power generation device, a battery that stores power converted by the first power converter, and first power. A second power converter that mutually converts the output power of the converter and / or the power of the battery and the power of the electric motor that drives the vehicle; and a plurality of power generators and a plurality of power generators that control the first and second power converters A hybrid railway vehicle having a train control device, a train control device that controls a plurality of train control devices, and a cab that outputs a drive command to the train control device. When a part of a plurality of power generation devices has a reduced output due to a failure or the like, the output command for the train control device in which the power generation device has failed is reduced, and the power generation device has not failed. It is to increase the output command to the control unit.

また本発明は、複数の発電装置の一部分が故障した場合に故障表示を運転台に表示する。   Moreover, this invention displays a failure display on a driver's cab when some of several power generators fail.

本発明によれば、列車に搭載されているエンジンの一部分が故障した場合に、当該バッテリの急峻なエネルギー授受を回避し、バッテリの長寿命化を図り、エンジン出力不足分による加速力低下を防ぐことができる。   According to the present invention, when a part of an engine mounted on a train breaks down, the sudden energy transfer of the battery is avoided, the life of the battery is extended, and the acceleration force is reduced due to insufficient engine output. be able to.

図１は、本発明の１つの実施形態による列車の概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a train according to one embodiment of the present invention.

この図では、列車のうち３つの鉄道車両１に電動機２が搭載され、この複数の電動機２によって列車全体が駆動される。尚、電動機２が搭載されている車両は３両に限られるものではなく、また運転台１０が搭載されている先頭車両に電動機２が搭載されていなくても良い。電動機２としては、３相交流電動機（誘導電動機又は同期電動機）が一般的である。この電動機２に電力を供給するために、通常はバッテリ６の直流電力が電力変換装置５で交流化されて電動機２に供給される。またこの電力変換装置５には、バッテリ６からの電力のみならず、発電装置４から電力変換装置３を介して電力が供給される。   In this figure, the electric motor 2 is mounted on three railway vehicles 1 of the train, and the entire train is driven by the plurality of electric motors 2. Note that the number of vehicles on which the motor 2 is mounted is not limited to three, and the motor 2 may not be mounted on the leading vehicle on which the cab 10 is mounted. As the motor 2, a three-phase AC motor (induction motor or synchronous motor) is generally used. In order to supply electric power to the electric motor 2, the DC power of the battery 6 is normally converted into an alternating current by the power conversion device 5 and supplied to the electric motor 2. The power converter 5 is supplied not only with power from the battery 6 but also with power from the power generator 4 via the power converter 3.

発電装置４は、例えばディーゼルエンジン等の動力発生装置（以下、エンジンと略称）と発電機が組合されて構成される。このエンジンは、排気を制御することによって、排気ブレーキとして働かせることが可能である。尚、発電装置４はディーゼルエンジンと発電機の組合せに限られるものではなく、例えば燃料バッテリを採用しても良い。またこの発電装置を制御する制御装置１３は、エンジンの燃料消費量や残存燃料量を監視する機能を有していることが好ましい。本発明においては、図１の発電装置４の１部分が故障したことを想定している。なお、発電装置４に故障が発生した場合、運転台１０に、故障表示が出される。   The power generation device 4 is configured by combining a power generation device (hereinafter abbreviated as an engine) such as a diesel engine and a generator, for example. This engine can be operated as an exhaust brake by controlling the exhaust. The power generation device 4 is not limited to a combination of a diesel engine and a generator, and a fuel battery, for example, may be adopted. Moreover, it is preferable that the control apparatus 13 which controls this electric power generating apparatus has the function to monitor the fuel consumption of an engine and the residual fuel amount. In the present invention, it is assumed that a part of the power generation device 4 of FIG. 1 has failed. When a failure occurs in the power generation device 4, a failure display is displayed on the cab 10.

バッテリ６は、ニッケルカドミウムバッテリ，リチウムイオンバッテリ，鉛バッテリなどのように充放電可能なバッテリで構成されている。このバッテリ６を制御する制御装置１４は、バッテリ６の蓄電量を、例えばバッテリ６の入出力電流を検出してそれを積算することなどにより把握する機能を有する。   The battery 6 is composed of a chargeable / dischargeable battery such as a nickel cadmium battery, a lithium ion battery, or a lead battery. The control device 14 that controls the battery 6 has a function of grasping the amount of electricity stored in the battery 6 by, for example, detecting the input / output current of the battery 6 and integrating it.

列車制御装置９は、運転台１０から運転手の指令を受取って、電気的に接続されている発電装置４の制御装置１３，電力変換装置３の制御装置１２，電力変換装置５の制御装置１１，バッテリの制御装置１４、また図示しない空気ブレーキ制御装置を制御する。尚、バッテリ６および列車制御装置９は、運転台１０のある車両に搭載されていなくても良い。   The train control device 9 receives a driver's command from the cab 10 and is electrically connected to the control device 13 of the power generation device 4, the control device 12 of the power conversion device 3, and the control device 11 of the power conversion device 5. The battery control device 14 and the air brake control device (not shown) are controlled. Note that the battery 6 and the train control device 9 may not be mounted on a vehicle having the cab 10.

図３および図４に発電装置４のエンジンの動力制御ノッチとその動力装置回転数，出力、及び燃料消費率の関係の一例を示す。図３はエンジンの特性を示すものであり、エンジンによって異なる。ここで挙げた例では、動力制御ノッチが１のとき、一番燃料消費率が良く、以下ではこれを高効率点とする。また動力制御ノッチが２のときが最大出力点である。ここで設定したノッチは出力１０ｋｗ，動力装置回転数４００rpm の点であるアイドルを含めて３ポジションであるが、用途に応じてポジション数が３ではなくても、本発明は適用可能である。   FIG. 3 and FIG. 4 show an example of the relationship between the power control notch of the engine of the power generation device 4, the power device rotation speed, the output and the fuel consumption rate. FIG. 3 shows the characteristics of the engine, and differs depending on the engine. In the example given here, when the power control notch is 1, the fuel consumption rate is the best, and in the following, this is the high efficiency point. The maximum output point is when the power control notch is 2. The notches set here are 3 positions including an idle which is an output of 10 kW and a power device rotational speed of 400 rpm, but the present invention is applicable even if the number of positions is not 3 depending on the application.

またバッテリの出力電力を急峻と判断する出力電力αおよび、バッテリの入力電力を急峻と判断する入力電力βを設定する。なお、以下の実施形態ではアイドルについては触れないが、バッテリ６の充電状態や列車の運転状態により、任意に使用可能である。例えば以下で「停止」とするところを、アイドル状態に置き換えることが可能である。   In addition, an output power α that determines that the output power of the battery is steep and an input power β that determines that the input power of the battery is steep are set. In the following embodiments, idle is not mentioned, but it can be used arbitrarily depending on the state of charge of the battery 6 and the operating state of the train. For example, it is possible to replace the “stop” in the following with an idle state.

図５に本実施形態のフローチャート、図６に運転台１０の指令とその運転状態，バッテリ６の制御指令，発電装置４の制御指令の関係、図７にタイムチャート、および図８にバッテリ６の充電量に基づく充電量エリアの一例について示す。   FIG. 5 is a flowchart of the present embodiment, FIG. 6 is a relationship between a command of the cab 10 and its operation state, a control command of the battery 6, a control command of the power generation device 4, a time chart in FIG. An example of the charge amount area based on the charge amount will be described.

図８に示した充電量エリアは、バッテリ６の充電限界と放電限界に基づき決定し、充電限界と放電限界の間を数個に区切ることにより作成される。ここに示した例の場合、充電限界は電池容量の６０％、放電限界は電池容量の３０％であり、その間を２本の線で３個に区切り、電池容量の３０％〜４０％を放電優先領域，電池容量の４０％〜５０％を充放電可能領域，電池容量の５０％〜６０％を充電優先領域とする。また、充電限界を超えた領域（すなわち電池容量６０％〜１００％）を充電不可領域，放電限界を下回った領域
（すなわち電池容量０％〜２０％）を放電不可領域としている。なお、充電量エリアを決定する方法としては、速度ごとに領域を変更する方法もある。一例としては。現在速度から最高速度までの力行電力量を予測して、充電優先領域を決定する方法や、現在速度から停止までの回生電力量を予測し、放電優先領域を決定する方法が考えられる。 The charge amount area shown in FIG. 8 is determined based on the charge limit and discharge limit of the battery 6, and is created by dividing the charge limit and discharge limit into several parts. In the case of the example shown here, the charging limit is 60% of the battery capacity and the discharging limit is 30% of the battery capacity, and the space between them is divided into three by two lines, and 30% to 40% of the battery capacity is discharged. The priority area, 40% to 50% of the battery capacity is the chargeable / dischargeable area, and 50% to 60% of the battery capacity is the charge priority area. In addition, a region exceeding the charging limit (that is, battery capacity 60% to 100%) is a non-chargeable region, and a region below the discharging limit (that is, battery capacity 0% to 20%) is a non-dischargeable region. As a method of determining the charge amount area, there is a method of changing the area for each speed. As an example. There are a method for determining a power priority area by predicting a power running power amount from the current speed to the maximum speed, and a method for determining a discharge priority area by predicting a regenerative power amount from the current speed to the stop.

図７における期間Ａ，Ｂ，Ｃは力行状態を示す。図６においては運転台１０の指令がパワーノッチの場合、または定速ボタンＯＮ状態における平地または登坂時の場合である。   Periods A, B, and C in FIG. 7 indicate a power running state. FIG. 6 shows a case where the command of the cab 10 is a power notch, or a flat ground or uphill in the constant speed button ON state.

なお、図７の期間Ａまでは正常動作をしており、期間Ｂに入ったところで故障が発生したとする。また、期間Ａのエンジン起動の動作については、どのような動作をしていてもよいとする。図７の例では、閾値αを超えるごとにエンジンを最適出力点で順次起動するとしている。   It is assumed that the normal operation is performed up to period A in FIG. Further, regarding the operation of starting the engine in the period A, any operation may be performed. In the example of FIG. 7, it is assumed that the engine is sequentially started at the optimum output point every time the threshold value α is exceeded.

図５で制御開始後、ステップ６０１で、現在の電池の充電量から第１の閾値α，第２の閾値βを決定する。α，βについては後述する。ステップ６０２で運転台の指令がブレーキであるかどうかが判断される。力行状態の場合は指令がブレーキではないので、ステップ６０３に進む。ステップ６０３では、閾値αと比較してバッテリの出力電力が急峻であるかどうかを判断する。この判断を行うための閾値αは、任意に決定することができるが、例えば図８の充電量エリアに基づき変更することが望ましい。この一例を図９に示す。   After starting the control in FIG. 5, in step 601, the first threshold value α and the second threshold value β are determined from the current charge amount of the battery. α and β will be described later. In step 602, it is determined whether or not the cab command is a brake. In the power running state, since the command is not a brake, the process proceeds to step 603. In step 603, it is determined whether the output power of the battery is steep compared with the threshold value α. The threshold value α for making this determination can be arbitrarily determined, but it is desirable to change it based on the charge amount area of FIG. 8, for example. An example of this is shown in FIG.

充電不可領域、および放電優先領域においては、放電をできるだけ行いたいため、閾値としては高いほうが良い。しかしながら、バッテリの劣化は充放電深度による影響が大きいことが知られており、高すぎる場合には劣化を促進してしまう。そこで、放電の閾値αとしては最大入力電力の半分を選択する。従って、最大入力電力を１０００ｋｗと仮定した場合、閾値αは５００ｋｗとなる。また、放電不可領域、および充電優先領域においては、充電をできるだけ行いたいため、放電の閾値αとしては低いほうが良い。しかしながら、閾値αが低い場合には故障の発生していないすべての発電装置４が、早く最大起動する可能性があり、燃料消費量が増加する懸念がある。そこで、放電の閾値αとしては最大入力電力の１／４を選択する。従って、最大入力電力を１０００ｋｗと仮定した場合、閾値αは２５０ｋｗとなる。最後に、充放電可能領域では、これまでに述べた４つの領域の中心に位置する領域であり、充放電どちらも行われることから、閾値としては、充電不可領域および放電優先領域で使用される閾値と放電不可領域および充電優先領域で使用される閾値の間が望ましい。そこで、放電の閾値αとしては最大入力電力の３／８を選択する。従って、最大入力電力を１０００ｋｗと仮定した場合、閾値αは３７５ｋｗとなる。   In the non-chargeable region and the discharge priority region, it is preferable that the threshold value be high because it is desired to discharge as much as possible. However, it is known that the deterioration of the battery is greatly affected by the charge / discharge depth, and if it is too high, the deterioration is accelerated. Therefore, half of the maximum input power is selected as the discharge threshold α. Therefore, when the maximum input power is assumed to be 1000 kW, the threshold value α is 500 kW. In addition, in the non-dischargeable region and the charge priority region, since it is desired to charge as much as possible, the discharge threshold α should be low. However, when the threshold value α is low, there is a possibility that all the power generation devices 4 in which no failure has occurred start up quickly and there is a concern that the fuel consumption will increase. Therefore, ¼ of the maximum input power is selected as the discharge threshold α. Therefore, when the maximum input power is assumed to be 1000 kW, the threshold value α is 250 kW. Finally, the chargeable / dischargeable area is an area located at the center of the four areas described so far, and both charge and discharge are performed. Therefore, the threshold is used in the non-chargeable area and the discharge priority area. It is desirable between the threshold value and the threshold value used in the non-dischargeable region and the charge priority region. Therefore, 3/8 of the maximum input power is selected as the discharge threshold α. Therefore, when the maximum input power is assumed to be 1000 kW, the threshold value α is 375 kW.

ステップ６０３でバッテリ６の出力電力が閾値αを上回った場合には、ステップ６０４で起動していない発電装置４があるかどうか判断する。起動していない発電装置４があった場合には、ステップ６０５で起動していないすべての発電装置４を起動し、それを最大出力点、すなわち当該発電装置４の動力制御ノッチを２で運転させる。その後ステップ
６０６において、バッテリ６の出力電力と起動済みの発電装置４の出力電力の和が、運転台１０からの駆動指令に基づいて求められる列車の走行に必要な必要電力量となるように、バッテリ６の出力電力を制御する。また、ステップ６０３でバッテリ６の出力電力が閾値αを下回った場合には、ステップ６１０に進む。ステップ６１０では、バッテリ６の出力電力が０を上回ったかどうかが判断される。ここでバッテリ６は放電状態であり、出力電力が０を上回る。従ってステップ６０６に進む。 If the output power of the battery 6 exceeds the threshold value α in step 603, it is determined in step 604 whether there is a power generator 4 that has not been activated. If there is a power generation device 4 that has not been activated, all the power generation devices 4 that have not been activated are activated in step 605, and the maximum output point, that is, the power control notch of the power generation device 4 is operated at 2. . Thereafter, in step 606, the sum of the output power of the battery 6 and the output power of the activated power generation device 4 is a necessary power amount required for traveling of the train obtained based on the drive command from the cab 10. The output power of the battery 6 is controlled. On the other hand, if the output power of the battery 6 falls below the threshold value α in step 603, the process proceeds to step 610. In step 610, it is determined whether or not the output power of the battery 6 has exceeded zero. Here, the battery 6 is in a discharged state, and the output power exceeds zero. Accordingly, the process proceeds to step 606.

図５のステップ６０３でバッテリ６の出力電力が閾値αを上回り、かつステップ６０４で全ての発電装置４が起動済みであった場合には、ステップ６０８に進む。ステップ608では、起動済みの発電装置４のうち、高効率点出力をしているものがあるかを判断し、高効率点出力をしているものが１つでもあれば、ステップ６０９に進む。ステップ６０９で、起動済みの発電装置４のうち最大出力点で運転されていないものをすべて最大出力点
（すなわち動力制御ノッチポジションを２とする）で運転させる。また、ステップ６０８において、高効率点出力をしているものが１つもなければステップ６０６に進む。図７では期間Ｂに相当する。 If the output power of the battery 6 exceeds the threshold value α in step 603 of FIG. 5 and all the power generation devices 4 have been activated in step 604, the process proceeds to step 608. In step 608, it is determined whether there is any one of the activated power generation devices 4 that is outputting a high efficiency point, and if there is any one that is outputting a high efficiency point, the process proceeds to step 609. In step 609, all the activated generators 4 that are not operated at the maximum output point are operated at the maximum output point (that is, the power control notch position is set to 2). In step 608, if none of the high efficiency points are output, the process proceeds to step 606. 7 corresponds to the period B.

ここで全ての発電装置４が最大出力点で運転されている場合には、バッテリ６の出力電力が閾値αを超えた場合でも、不足するエネルギーをバッテリ６から供給する。図７では期間Ｃがこれに相当する。   Here, when all the power generation devices 4 are operated at the maximum output point, even when the output power of the battery 6 exceeds the threshold value α, the insufficient energy is supplied from the battery 6. In FIG. 7, period C corresponds to this.

このように発電装置４を起動させることで、発電装置４の１部分が故障時においても十分な加速をすることができる。また、バッテリ６が、現在の充電量に基づき、バッテリ６の連続的な電力の出力を抑えることができ、バッテリの急峻な出力を回避し、長寿命化が可能であるという効果が得られる。   By starting the power generation device 4 in this way, it is possible to sufficiently accelerate even when a portion of the power generation device 4 fails. Further, the battery 6 can suppress the continuous power output of the battery 6 based on the current charge amount, avoiding the steep output of the battery, and obtaining an effect of extending the life.

図７における期間Ｄは惰行状態を示す。図６においては運転台１０の指令が０（ゼロ）の場合である。   A period D in FIG. 7 indicates a coasting state. In FIG. 6, the command of the cab 10 is 0 (zero).

この場合も図５のステップ６０１で制御開始後、ステップ６０２で運転台の指令がブレーキであるかどうかが判断される。惰行状態の場合は指令がブレーキではないので、ステップ６０３に進む。ステップ６０３では、バッテリの出力電力が閾値αを上回ったかどうか判断されるが、ここでバッテリ６は充電状態であり、閾値αを上回ることはない。従ってステップ６１０に進む。   Also in this case, after the control is started in step 601 in FIG. 5, it is determined in step 602 whether the command of the cab is a brake. In the coasting state, since the command is not a brake, the process proceeds to step 603. In step 603, it is determined whether or not the output power of the battery exceeds the threshold value α, but the battery 6 is in a charged state and does not exceed the threshold value α. Accordingly, the process proceeds to step 610.

ステップ６１０では、バッテリ６の出力電力が０を上回ったかどうかが判断される。ここでバッテリ６は充電状態であり、出力電力が０を上回ることはない。従ってステップ
６１１に進む。 In step 610, it is determined whether or not the output power of the battery 6 has exceeded zero. Here, the battery 6 is in a charged state, and the output power does not exceed zero. Accordingly, the process proceeds to step 611.

ステップ６１１では、バッテリ６の充電により、バッテリ６の入力電力が閾値βを上回ったかどうかが判断される。閾値βを上回らなかった場合はステップ６１４に進み、余剰の電力をバッテリに充電する。   In step 611, it is determined whether or not the input power of the battery 6 has exceeded the threshold value β due to the charging of the battery 6. If the threshold value β is not exceeded, the process proceeds to step 614 to charge the battery with surplus power.

ステップ６１１でバッテリ６の入力電力が閾値βを上回った場合には、ステップ６１２，６１３，６１５で起動済みの発電装置４のうち最大出力点で運転しているものを、バッテリ６の入力電力に応じて高効率点運転に、またすべての発電装置４が高効率運転している場合には、バッテリ６の入力電力に応じて停止（またはアイドル状態と）する。ここでβは、αと同様に任意に決定することができるが、例えば図８の充電量エリアに基づき変更することが望ましい。この一例を図９に示す。   If the input power of the battery 6 exceeds the threshold value β in step 611, the power generator 4 that has been started in steps 612, 613, and 615 is operated at the maximum output point as the input power of the battery 6. Accordingly, the high-efficiency point operation is performed, and when all the power generation devices 4 are performing the high-efficiency operation, the operation is stopped (or in an idle state) according to the input power of the battery 6. Here, β can be arbitrarily determined in the same manner as α, but is preferably changed based on the charge amount area of FIG. 8, for example. An example of this is shown in FIG.

充電不可領域、および放電優先領域においては、放電をできるだけ行いたいため、閾値としては低いほうが良い。しかしながら、閾値βが極端に低い場合には発電装置４が連続してノッチダウンもしくは停止をし、最終的にすべての発電装置４が停止する可能性がある。その場合、必要な電力はすべてバッテリ６から供給されることになるため、急峻な出力による劣化の懸念がある。そこで、充電の閾値βとしては最大入力電力の１／４を選択する。従って、最大入力電力を１０００ｋｗと仮定した場合、閾値βは２５０ｋｗとなる。また、放電不可領域、および充電優先領域においては、充電をできるだけ行いたいため、充電の閾値βとしては高いほうが良い。しかしながら、バッテリの劣化は充放電深度による影響が大きいことが知られており、高すぎる場合には劣化を促進してしまう。そこで、充電の閾値βとしては最大入力電力の半分を選択する。従って、最大入力電力を1000
ｋｗと仮定した場合、閾値βは５００ｋｗとなる。最後に、充放電可能領域では、これまでに述べた４つの領域の中心に位置する領域であり、充放電どちらも行われることから、閾値としては、充電不可領域および放電優先領域で使用される閾値と放電不可領域および充電優先領域で使用される閾値の間が望ましい。そこで、充電の閾値βとしては最大入力電力の３／８を選択する。従って、最大入力電力を１０００ｋｗと仮定した場合、閾値βは３７５ｋｗとなる。 In the non-chargeable region and the discharge priority region, it is preferable that the threshold value is low because it is desired to discharge as much as possible. However, when the threshold value β is extremely low, the power generation device 4 may continuously notch down or stop, and eventually all the power generation devices 4 may stop. In that case, since all necessary power is supplied from the battery 6, there is a concern of deterioration due to steep output. Therefore, ¼ of the maximum input power is selected as the charging threshold β. Therefore, when the maximum input power is assumed to be 1000 kW, the threshold value β is 250 kW. In addition, in the non-dischargeable region and the charge priority region, it is desirable to perform charging as much as possible. However, it is known that the deterioration of the battery is greatly affected by the charge / discharge depth, and if it is too high, the deterioration is accelerated. Therefore, half of the maximum input power is selected as the charging threshold β. Therefore, the maximum input power is 1000
Assuming kw, the threshold value β is 500 kw. Finally, the chargeable / dischargeable area is an area located at the center of the four areas described so far, and both charge and discharge are performed. Therefore, the threshold is used in the non-chargeable area and the discharge priority area. It is desirable between the threshold value and the threshold value used in the non-dischargeable region and the charge priority region. Therefore, 3/8 of the maximum input power is selected as the charging threshold β. Therefore, when the maximum input power is assumed to be 1000 kW, the threshold value β is 375 kW.

図７における期間Ｅ，Ｆは制動状態を示す。図６においては運転台１０がブレーキノッチの場合、または定速ボタンＯＮ状態における下り坂の場合である。   Periods E and F in FIG. 7 indicate a braking state. FIG. 6 shows a case where the cab 10 is a brake notch or a downhill in a constant speed button ON state.

図５のステップ６０１で制御開始後、ステップ６０２で運転台の指令がブレーキであるかどうかが判断される。制動状態の場合は指令がブレーキであり、ステップ６１６で全ての発電装置の出力を停止（またはアイドル状態）とする。図７における期間Ｅの開始点がこれに相当する。   After the control is started in step 601 in FIG. 5, it is determined in step 602 whether or not the cab command is a brake. In the braking state, the command is a brake, and in step 616, the outputs of all the power generators are stopped (or in an idle state). This corresponds to the start point of the period E in FIG.

その後、ステップ６１７でバッテリが充電可能かどうかが判断される。充電可能の場合は、ステップ６１４で余剰の電力をバッテリに充電する。図５では期間Ｅに相当する。   Thereafter, in step 617, it is determined whether the battery can be charged. If charging is possible, the battery is charged with surplus power at step 614. FIG. 5 corresponds to the period E.

ステップ６１７でバッテリが充電不可能、すなわちバッテリの充電量が一杯になった場合は、これ以上、回生できないため、他の手段によって制動力を発生する必要がある。このときは、空気ブレーキを使用する。   If the battery cannot be charged in step 617, that is, if the amount of charge of the battery becomes full, the battery cannot be regenerated any more, so that it is necessary to generate a braking force by other means. In this case, use an air brake.

次に、図２は、本発明の１つの実施形態による列車の概略構成図である。   Next, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a train according to one embodiment of the present invention.

この図では、列車のうち４つの車両に電動機２が搭載され、この複数の電動機２によって列車全体が駆動される。尚、電動機２が搭載されている車両は４両に限られるものではなく、また運転台１０が搭載されている先頭車両に電動機２が搭載されていなくても良い。電動機２としては、３相交流電動機（誘導電動機又は同期電動機）が一般的である。この電動機２に電力を供給するために、通常はバッテリ６の直流電力が電力変換装置５で交流化されて電動機２に供給される。またこの電力変換装置５には、バッテリ６からの電力のみならず、発電装置４から電力変換装置３を介して電力が供給される。   In this figure, the electric motor 2 is mounted on four vehicles of the train, and the entire train is driven by the plurality of electric motors 2. Note that the number of vehicles on which the motor 2 is mounted is not limited to four, and the motor 2 may not be mounted on the leading vehicle on which the cab 10 is mounted. As the motor 2, a three-phase AC motor (induction motor or synchronous motor) is generally used. In order to supply electric power to the electric motor 2, the DC power of the battery 6 is normally converted into an alternating current by the power conversion device 5 and supplied to the electric motor 2. The power converter 5 is supplied not only with power from the battery 6 but also with power from the power generator 4 via the power converter 3.

発電装置４は、例えばディーゼルエンジン等の動力発生装置（以下、エンジンと略称）と発電機が組合されて構成される。このエンジンは、排気を制御することによって、排気ブレーキとして働かせることが可能である。尚、発電装置４はディーゼルエンジンと発電機の組合せに限られるものではなく、例えば燃料バッテリを採用しても良い。またこの発電装置を制御する制御装置１３は、エンジンの燃料消費量や残存燃料量を監視する機能を有していることが好ましい。本発明においては、図２の発電装置４の１部分が故障したことを想定している。   The power generation device 4 is configured by combining a power generation device (hereinafter abbreviated as an engine) such as a diesel engine and a generator, for example. This engine can be operated as an exhaust brake by controlling the exhaust. The power generation device 4 is not limited to a combination of a diesel engine and a generator, and a fuel battery, for example, may be adopted. Moreover, it is preferable that the control apparatus 13 which controls this electric power generating apparatus has the function to monitor the fuel consumption of an engine and the residual fuel amount. In the present invention, it is assumed that a part of the power generation device 4 of FIG. 2 has failed.

尚、バッテリ６，列車制御装置９および列車統括制御装置１５は、運転台１０が搭載されている車両に搭載されていなくてもよい。また、図２では、電気的に接続されている車両は前方２両，後方２両となっているが、たとえば前方３両，後方１両という組合せでもよく、また、列車制御装置９は２つの車両に限られるものではなく、電気的に接続されている車両群に対して１つ以上の列車制御装置を搭載しているものなら可能である。   The battery 6, the train control device 9, and the train overall control device 15 may not be mounted on the vehicle on which the cab 10 is mounted. In FIG. 2, the electrically connected vehicles are two front vehicles and two rear vehicles. However, for example, a combination of three front vehicles and one rear vehicle may be used, and the train control device 9 includes two vehicles. The present invention is not limited to a vehicle, and any vehicle that has one or more train control devices mounted on a group of electrically connected vehicles is possible.

このような車両において、発電装置４の一部分が故障した場合について示す。   In such a vehicle, a case where a part of the power generation device 4 fails will be described.

列車統括制御装置１５は、運転台１０から運転手の指令を受取って、列車制御装置９に出力指令を与える。一般的に発電装置４の出力はバッテリ６の出力よりも大きく、また燃料が尽きない限りは出力が得られる。故障が発生した発電装置４がある車両群においては、発電装置４の不足分を補うためにバッテリ６の出力が増加し、やがてバッテリ６の容量が放電限界に達すると、加速力が大幅に低下することになる。つまり、発電装置４の故障は加速力に大きく影響を与えることになる。そこで、故障が発生した場合には、列車統括制御装置が各車両制御装置が制御している発電装置の数により出力指令を変更することで、加速力の大幅低下を防ぐことができる。   The train overall control device 15 receives a driver's command from the cab 10 and gives an output command to the train control device 9. Generally, the output of the power generation device 4 is larger than the output of the battery 6, and the output can be obtained unless the fuel is exhausted. In the vehicle group having the power generation device 4 in which a failure has occurred, the output of the battery 6 increases to compensate for the shortage of the power generation device 4, and when the capacity of the battery 6 eventually reaches the discharge limit, the acceleration force decreases significantly. Will do. That is, the failure of the power generation device 4 greatly affects the acceleration force. Therefore, when a failure occurs, the train overall control device can change the output command according to the number of power generation devices controlled by each vehicle control device, thereby preventing a significant decrease in acceleration force.

したがって、列車統括制御装置１５から列車制御装置９に対する指令は、各列車制御装置９が制御している発電装置４の数によって配分されるべきであり、各発電装置４が正常な動作をしている限り各車両群に発電装置４の数に応じた指令が出されるようにすべきである。図２の例では、前方の列車制御装置９と後方の列車制御装置９では制御する車両数が同数であることから同じ指令が出されている。また、列車統括制御装置１５の指令を受け取った列車統括制御装置９は、電気的に接続されている発電装置４の制御装置１３，電力変換装置３の制御装置１２，電力変換装置５の制御装置１１，バッテリ制御装置１４、また図示しない空気ブレーキ制御装置を制御する。こうすることにより、発電装置４の一部分が故障した場合においても、加速力の大幅低下を防ぐことができる。   Therefore, the command from the train overall control device 15 to the train control device 9 should be distributed according to the number of power generation devices 4 controlled by each train control device 9, and each power generation device 4 operates normally. As long as the number of the power generation devices 4 is set, each vehicle group should be instructed according to the number of power generation devices 4. In the example of FIG. 2, since the number of vehicles to be controlled is the same in the front train control device 9 and the rear train control device 9, the same command is issued. In addition, the train overall control device 9 that has received a command from the train overall control device 15 is a control device 13 for the power generation device 4, a control device 12 for the power conversion device 3, and a control device for the power conversion device 5. 11. The battery control device 14 and an air brake control device (not shown) are controlled. By doing so, even when a part of the power generation device 4 fails, it is possible to prevent a significant decrease in acceleration force.

以下、図１０にこの処理フローを示す。   FIG. 10 shows this processing flow.

まず、制御開始後、ステップ１２０１で、列車統括制御装置は、各列車制御装置が制御している発電装置の数を取得する。図２の場合、前方の列車制御装置が１台、後方の列車制御装置が２台の発電装置をそれぞれ制御している。次にステップ１２０２に進む。ステップ１２０２では、列車統括制御装置が各列車制御装置に出す指令配分をステップ1201で得た発電装置の数によって、各列車制御装置に出す指令を決定する。図２の場合、前方の列車制御装置には、（前方の列車制御装置が制御している発電装置）／（全体の列車制御装置が制御している発電装置）＝１／３の指令を出力し、後方の列車制御装置には、（後方の列車制御装置が制御している発電装置）／（全体の列車制御装置が制御している発電装置）＝２／３の指令を出力する。   First, after the start of control, in step 1201, the train overall control device acquires the number of power generation devices controlled by each train control device. In the case of FIG. 2, the front train control device controls one power generation device, and the rear train control device controls two power generation devices. Next, the routine proceeds to step 1202. In step 1202, a command to be issued to each train control device is determined by the number of power generation devices obtained in step 1201 for command distribution that the train overall control device issues to each train control device. In the case of FIG. 2, the front train control device outputs a command of (a power generation device controlled by the front train control device) / (a power generation device controlled by the entire train control device) = 1/3. The rear train control device outputs a command of (power generation device controlled by the rear train control device) / (power generation device controlled by the entire train control device) = 2/3.

なお、このときの各列車制御装置９の動作は、発電装置４が故障している側の列車制御装置９の動作は、第１の実施例に示した動作と同じであり、説明は省く。また、発電装置４が故障していない側の列車制御装置９の動作についても、故障している側に比べて多くの出力をする必要があることから、故障している側と同じ動作をすればよい。   In addition, operation | movement of each train control apparatus 9 at this time is the same as the operation | movement shown in the 1st Example, and the operation | movement of the train control apparatus 9 of the side in which the electric power generating apparatus 4 has failed is abbreviate | omitted description. In addition, the operation of the train control device 9 on the side where the power generation device 4 has not failed needs to output more than the failure side. That's fine.

このように本実施形態によれば、電気的に接続されている機器の一部分が故障した場合において、加速力の低下を防ぎ、バッテリの急峻なエネルギー授受を回避し、バッテリの長寿命化を図ることができる。   As described above, according to the present embodiment, when a part of an electrically connected device fails, the acceleration force is prevented from being lowered, the sudden energy transfer of the battery is avoided, and the battery life is extended. be able to.

本発明の一実施形態による列車の概略構成図を示す。The schematic block diagram of the train by one Embodiment of this invention is shown. 本発明の一実施形態による列車の概略構成図を示す。The schematic block diagram of the train by one Embodiment of this invention is shown. 本発明の発電装置の動力制御ノッチとその動力装置回転数，出力、及び燃料消費率の関係を示す。The relationship between the power control notch of the power generator of the present invention, the power device rotation speed, the output, and the fuel consumption rate is shown. 本発明の発電装置の動力制御ノッチとその動力装置回転数，出力、及び燃料消費率の関係を示す。The relationship between the power control notch of the power generator of the present invention, the power device rotation speed, the output, and the fuel consumption rate is shown. 本発明の一実施形態のフローチャートを示す。2 shows a flowchart of an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における、運転台の指令とその運転状態，バッテリの制御指令，発電装置の制御指令の関係を示す。The relationship of the instruction | command of a cab and its driving | running state, the control instruction | command of a battery, and the control instruction | command of an electric power generating apparatus in one Embodiment of this invention is shown. 本発明の一実施形態のタイムチャートを示す。3 shows a time chart of an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における、バッテリの充電量に基づく領域判定図を示す。The area | region determination figure based on the charge amount of the battery in one Embodiment of this invention is shown. 本発明の一実施形態における、バッテリの充電量に基づく閾値のデータベースを示す。3 shows a database of threshold values based on the amount of charge of a battery in an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における列車統括制御装置から列車制御装置への出力指令決定のフローチャートを示す。The flowchart of the output instruction | command determination from the train integrated control apparatus in the embodiment of this invention to a train control apparatus is shown.

符号の説明Explanation of symbols

１…鉄道車両、２…電動機、３，５…電力変換装置、４…発電装置、６…バッテリ、９…列車制御装置、１０…運転台。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Railway vehicle, 2 ... Electric motor, 3, 5 ... Power converter device, 4 ... Power generation device, 6 ... Battery, 9 ... Train control device, 10 ... Driver's cab.

Claims (4)

燃料により発電する複数の発電装置と、
前記発電装置の電力を変換する第１の電力変換機と、
前記第１の電力変換機によって変換された電力を蓄えるバッテリと、
前記第１の電力変換機の出力電力及び／又は前記バッテリの電力と車両を駆動する電動機の電力とを相互に変換する第２の電力変換機と、
前記発電装置並びに前記第１および前記第２の電力変換機を制御する列車制御装置と、
前記列車制御装置に駆動指令を出力する運転台と、を有するハイブリッド鉄道車両であって、
前記列車制御装置は、前記発電装置の１部分が故障した場合において、バッテリの出力電力が第１の閾値を上回った場合に、故障の発生していない発電装置の出力を最大出力点で運転させるとともに、前記バッテリの出力電力と起動済みの前記発電装置の出力電力との和が、前記運転台からの駆動指令に基づいて求められる前記鉄道車両の走行に必要な必要電力量となるように、前記バッテリの出力電力を制御するハイブリッド鉄道車両。 A plurality of power generation devices that generate power using fuel;
A first power converter that converts the power of the power generation device;
A battery for storing electric power converted by the first power converter;
A second power converter that mutually converts the output power of the first power converter and / or the power of the battery and the power of the electric motor that drives the vehicle;
A train control device for controlling the power generation device and the first and second power converters;
A hybrid railway vehicle having a cab that outputs a drive command to the train control device,
The train control device operates the output of the power generation device in which a failure has not occurred at the maximum output point when the output power of the battery exceeds the first threshold when a part of the power generation device fails. In addition, the sum of the output power of the battery and the output power of the activated power generator is the required power amount required for traveling the railway vehicle determined based on the drive command from the cab. A hybrid railway vehicle for controlling output power of the battery. 請求項１に記載のハイブリッド鉄道車両であって、
前記列車制御装置は、少なくとも一つの前記発電装置が動作している場合であって、前記バッテリの入力電力が第２の閾値を上回った場合、最大出力点で運転している前記発電装置を順次高効率点で運転させ、また全ての前記発電装置が高効率点で運転している場合は、順次停止するハイブリッド鉄道車両。 The hybrid railway vehicle according to claim 1,
In the train control device, when at least one of the power generation devices is operating, and the input power of the battery exceeds a second threshold, the power generation devices operating at the maximum output point are sequentially A hybrid railway vehicle that is operated at a high efficiency point and stops sequentially when all the power generation devices are operating at a high efficiency point. 燃料により発電する複数の発電装置と、
前記発電装置の電力を変換する第１の電力変換機と、
前記第１の電力変換機によって変換された電力を蓄えるバッテリと、
前記第１の電力変換機の出力電力及び／又は前記バッテリの電力と車両を駆動する電動機の電力とを相互に変換する第２の電力変換機と、
前記発電装置並びに前記第１および前記第２の電力変換機を制御する複数の列車制御装置と、
前記列車制御装置を統括する列車制御統括制御装置と、
前記列車統括制御装置に駆動指令を出力する運転台と、を有するハイブリッド鉄道車両であって、
前記列車統括制御装置は、前記鉄道車両の前記発電装置の１部分が故障した場合において、当該発電装置が故障している前記列車制御装置に対する出力指令を減少し、当該発電装置が故障していない前記列車制御装置に対する出力指令を増加させることを特徴とする
ハイブリッド鉄道車両。 A plurality of power generation devices that generate power using fuel;
A first power converter that converts the power of the power generation device;
A battery for storing electric power converted by the first power converter;
A second power converter that mutually converts the output power of the first power converter and / or the power of the battery and the power of the electric motor that drives the vehicle;
A plurality of train control devices for controlling the power generation device and the first and second power converters;
A train control control device that controls the train control device;
A hybrid railway vehicle having a cab that outputs a drive command to the train overall control device,
The train overall control device reduces an output command to the train control device in which the power generation device is faulty when one part of the power generation device of the railroad vehicle has failed, and the power generation device is not in failure. A hybrid railway vehicle characterized by increasing an output command to the train control device. 請求項１または請求項３に記載のハイブリッド鉄道車両であって、
前記発電装置の１部分が故障した場合に、運転台に故障表示をすることを特徴とするハイブリッド鉄道車両。
The hybrid railway vehicle according to claim 1 or 3,
A hybrid railway vehicle that displays a failure on a driver's cab when a part of the power generation device fails.
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