JP2006280170A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小出力の自律電源でも運行可能な電気車制御装置を提供することを目的とする
【解決手段】電力を発電する自律電源と、前記自律電源の出力を制御する第１のコンバータと、前記第１のコンバータから供給された電力の充放電を行う蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの電圧を基準にインバータ入力電圧を制御する第２のコンバータと、前記第２のコンバータから供給された電力を変換するインバータと、前記インバータから供給される電力により駆動する主電動機と有し、前記自律電源は一定の電力量を発電することを特徴とする電気車制御装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気車制御装置に関する。

従来の電気車制御装置は、ディーゼル発電機等の自律電源、バッテリー、インバータ、主電動機から構成されていた。

従来の電気車制御装置において、ディーゼル発電機は、インバータと接続される。インバータの交流出力側は主電動機と接続され、直流入力側は、バッテリーと接続される。

ディーゼル発電機の自律電源だけで走行するディーゼル電車（従来の電気車制御装置）では、力行時に必要な電力をディーゼル発電機が発電し、ディーゼル発電機により発電された電力をインバータが変換し、主電動機に供給する。回生時には、電力を貯蔵するバッテリーが電力を貯蔵していた。

このように構成された従来の電気車制御装置は、力行時はディーゼル発電機が発電した電力とバッテリーに蓄えられた電力によって駆動することができた。
特開２００３−６９１１２号公報

しかしながら、バッテリーが貯蔵できる電力量には限りがあるので、電気車の力行時にバッテリのエネルギーをある程度使って、回生時にエネルギーを吸収できるようにしておく必要があった。また、バッテリの充電量が不足している場合の力行エネルギーは、ディーゼル発電機が給電する必要があるので、ディーゼル発電機の出力容量は十分大きなものであることが必要であった。

つまり、従来の電気車制御装置は、ディーゼル発電機の出力を主体にしたシステムであるため、装置が大きくなるという課題があった。

そこで、本発明は、小出力の自律電源でも運行可能な電気車制御装置を提供することを目的とする。

上記課題は、電力を発電する自律電源と、前記自律電源の出力を制御する第１のコンバータと、前記第１のコンバータから供給された電力の充放電を行う蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスの電圧を基準にインバータ入力電圧を制御する第２のコンバータと、前記第２のコンバータから供給された電力を変換するインバータと、前記インバータから供給される電力により駆動する主電動機と有し、前記自律電源は一定の電力量を発電することによって達成することができる。

本発明により、小出力の自律電源でも運行可能な電気車制御装置を提供することが出来る。

（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置について図を参考にし、詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第1の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。図2に本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の制御方法の一例図である。

本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置は、燃料電池やディーゼル発電機等の自律電源１、自律電源１の出力を制御する第１のコンバータ２、コンバータ２の制御を行うコンバータ制御装置２ａ、コンバータ２から供給された電力を貯蔵し、負荷へのエネルギーの供給を担う電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）等のエネルギー蓄積デバイス３、蓄積デバイス３の電圧を基準にインバータ入力電圧を制御する第２のコンバータ４及びコンバータ４の制御を行うコンバータ制御装置４ａ、主電動機の制御をするインバータ５及びインバータの制御を行うインバータ制御装置５ａ、主電動機６から構成されている。

このように構成された電気車制御装置において、自律電源１は、コンバータ２と直列接続される。コンバータ２には、ＥＤＬＣ３接続される。ＥＤＬＣ３には、コンバータ４が接続される。コンバータ４にはインバータ５が接続される。インバータ５には、主電動機６が接続される。

このように構成された電気車制御装置において、自律電源１は、所定の電力をコンバータ２に供給する。コンバータ２は、自律電源１から供給された電力を変換し一定の電力を、ＥＤＬＣ３に供給する。ＥＤＬＣ３は、自機に蓄えられた電力をコンバータ４に供給する。コンバータ４は、ＥＤＬＣから供給された電力を変換し、インバータ５に供給する。インバータ５は、コンバータ４から供給された電力を変換し、主電動機６に供給する。

このように構成された電気車制御装置において、インバータ制御装置５ａは、力行時に、ＥＤＬＣの充電量が少なくなった場合（充電量ｅよりも低くなった場合）には、通常必要な力行電力量ａに対し、力行電力量をａよりも低い力行電力量ｂに、または、力行電力量ａから力行電力量Ｃ（電力量を０、つまりインバータ５を停止する状態）に移行する。力行電力量Ｃに制御するということは、インバータ５を制御することで主電動機６の出力を絞り込むことになる。力行電力量ｂに制御する場合、絞り込んだ力行電力量ｂは自律電源の定常出力ｄより小さくし、インバータ５による出力低減中に一旦ＥＤＬＣ３が充電モードをとり、最終的には充電と放電がバランスしたところで力行パワーを制御することになる（図２（ａ）参照）。一方、主電動機６の回生動作時に、ＥＤＬＣ３の充電状態が所定値よりも高い場合、例えば電力量ｇの状態の場合には、回生電力量を減少する回生電力量ｆの特性で回生電力を絞り込み、空気ブレーキ等でブレーキ力に対しては補足を委ね、ＥＤＬＣを過充電から防ぐ。

このように構成された電気車制御装置は、燃料電池等の自律電源１、その燃料電池の出力を制御するコンバータ２、負荷へのエネルギーの供給を担う蓄電デバイスであるEDLC３、EDLC３の電圧を基準にインバータ入力電圧を制御するコンバータ４、主電動機の制御をするインバータ５、主電動機６を備え、EDLCの充電状態が不十分な時点で力行動作が要求されている場合は、インバータで主電動機のパワー制限（０も含む制限）をし、充電状態が十分な時点で電力回生ブレーキの動作が要求されている場合はインバータで主電動機のパワー制限（０も含む制限）をすることが出来る。

このように構成された電気車制御装置は、通常の走行時には、要求される特性で走行する。また、特殊路線や乗客が過大に乗車した場合においても、インバータ５を制御することによって、走りつづけることができる。そのため、自律電源である燃料電池や、ディーゼル発電機を小出力の小型の電源で構成し、同時に、エネルギー蓄積デバイスであるＥＤＬＣやバッテリの容量も最小にしても、性能を低減よる走行時間は増加するが走行を継続する事ができる。

このように構成された電気車制御装置は、EDLC３の充電量に応じて、インバータ５を制御することが可能であるので、小出力の自律電源を搭載しても、運行可能な電気車制御装置を提供する

本発明に基づく第1の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。 本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の制御方法の一例図である。

符号の説明

１ 自律電源（燃料電池やディーゼル発電機）
２ コンバータ（充電装置）
３ 電気２重層キャパシター（ＥＤＬＣ）といったエネルギー蓄積デバイス
４ コンバータ（充放電装置）
５ インバータ
６ 主電動機
７ インバータの制御
ａ 要求される力行電力量
ｂ 制御により低減された力行電力量
ｃ 制御により最終的には力行オフされる力行電力量
ｄ 自律電源の定常出力
ｅ ＥＤＬＣの充電状態の不足始点
ｆ 制御される回生電力量
ｇ 回生パワー低減制御を行うＥＤＬＣの充電状態の充足始点

Claims (6)

1. 電力を発電する自律電源と、
   前記自律電源の出力を制御する第１のコンバータと、
   前記第１のコンバータから供給された電力の充放電を行う蓄電デバイスと、
   前記蓄電デバイスの電圧を基準にインバータ入力電圧を制御する第２のコンバータと、
   前記第２のコンバータから供給された電力を変換するインバータと、
   前記インバータから供給される電力により駆動する主電動機と有し、
   前記自律電源は一定の電力量を発電することを特徴とする電気車制御装置。
2. 前記請求項１記載の電気車制御装置において、
   電気車が力行時に、前記蓄電デバイスの充電残量が所定値以下になった場合には、前記インバータの出力を制限することを特徴とする電気車制御装置。
3. 前記請求項２記載の電気車制御装置において、
   前記インバータの出力は、前記蓄電デバイスの充電量以下であることを特徴とする電気車制御装置。
4. 前記請求項１記載の電気車制御装置において、
   電気車が回生時に、前記蓄電デバイスの充電残量が所定値以上である場合には、前記インバータにより回生電力を制限することを特徴とする電気車制御装置。
5. 前記請求項１乃至請求項４記載の電気車制御装置において、
   前記自律電源はディーゼル発電機又は燃料電池であることを特徴とする電気車制御装置。
6. 前記請求項１乃至請求項４記載の電気車制御装置において、
   前記蓄電デバイスはEDLC又はバッテリー等の2次電池であることを特徴とする電気車制御
   装置。

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