JP2008043173A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電抵抗短絡用サイリスタの短絡破壊を停止時または起動前に検知し、充電抵抗短絡用サイリスタの短絡故障によるシステムダウンを防止できる車両用電源装置を提供することである。
【解決手段】制御ユニット８の放電時定数計測手段１６は、停止時において充電抵抗短絡用サイリスタ１１がオフし、充放電抵抗１０を介して放電されるフィルタコンデンサ１４の電圧を監視し、フィルタコンデンサ１４の放電時定数を計測する。制御ユニット８の短絡判定手段１７は、放電時定数計測手段１６で計測された放電時定数が予め定めた設定値より小さいときは、充電抵抗短絡用サイリスタ１１が短絡していると判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、架線から集電器を介して受電した電力をフィルタコンデンサを介してインバータユニットに供給する車両用電源装置に関する。

架線から集電器を介して受電した電力をフィルタコンデンサを介してインバータユニットに供給する車両用電源装置では、起動時には主回路開閉用電磁接触器を閉じ架線から集電器を介して受電した電力を充電抵抗及び充放電抵抗を介してフィルタコンデンサに充電し、フィルタコンデンサの充電が完了すると充電抵抗短絡用サイリスタをオンしてインバータユニットに電源を供給し、停止時には充電抵抗短絡用サイリスタをオフし充放電抵抗を介してフィルタコンデンサを放電する。

フィルタコンデンサを備えた車両用電源装置として、フィルタコンデンサ放電用接触器が故障しても、確実にフィルタコンデンサ電荷を放電させて安全性を確保するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、出力電流の過渡的な増加を抑制し、また離線時などの運転保証時間をフィルタコンデンサ容量を増加させずに延長できるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

図７はフィルタコンデンサを備えた従来の車両電源装置の構成図である。架線１から集電器２及び開閉器３を介して直流電力を受電し、受電した電力は、入力過電流保護用ヒューズ４、主回路開閉用電磁接触器５、直流フィルタリアクトル６、充電抵抗９、充放電抵抗１０を介してフィルタコンデンサ１４に充電され、インバータユニット１５に供給される。

架線１の電圧は架線電圧計７で検出され、また、フィルタコンデンサ１４の電圧はフィルタコンデンサ電圧計１３で検出され、制御ユニット８に入力される。制御ユニット８は、起動時には主回路開閉用電磁接触器５を閉じ、架線電圧計７で検出される架線電圧を確認すると共に、フィルタコンデンサ電圧計１３で検出されるフィルタコンデンサ電圧を確認し、架線１から集電器２を介して受電した電力がフィルタコンデンサ１４に充電されたことを確認する。フィルタコンデンサ１４の電圧が一定の電圧となると、制御ユニット８は充電抵抗短絡用サイリスタ１１をオンし、インバータユニット１５のＩＧＢＴのスイッチングにより直流電力を三相交流電力に変換する。

制御ユニット８は、停止時には、充電抵抗短絡用サイリスタ１１をオフして入力電流を遮断し、主回路開閉用電磁接触器５をオフして入力回路を開き、放電用接触器１２をオンして、フィルタコンデンサに充電された電荷を放電する。
特開平８−２５１７０１号公報 特開平１０−２８５７０１号公報

しかし、従来の車両用電源装置では、充電抵抗短絡用サイリスタ１１が短絡破壊していても、車両用電源装置が運転中または停止時には検知できないので、充電抵抗短絡用サイリスタ１１が短絡破壊しても、短絡破壊したままの状態で停止することになる。この状態で、車両用電源装置を再起動した場合には、充電抵抗９や充放電抵抗１０を介さずにフィルタコンデンサ１４に充電されるため突入電流が流れる。この突入電流により、入力過電流保護用ヒューズ４の溶断や変電所の過電流検知回路の保護トリップに至りシステムダウンすることになる。このように、充電抵抗短絡用サイリスタ１１が短絡破壊したことを検知できずに、車両用電源装置を起動すると、入力過電流保護用ヒューズ４の溶断や変電所の保護トリップに至る。

本発明の目的は、充電抵抗短絡用サイリスタの短絡破壊を停止時または起動前に検知し、充電抵抗短絡用サイリスタの短絡故障によるシステムダウンを防止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、起動時には主回路開閉用電磁接触器を閉じ架線から集電器を介して受電した電力を充電抵抗及び充放電抵抗を介してフィルタコンデンサに充電し、フィルタコンデンサの充電が完了すると充電抵抗短絡用サイリスタをオンしてインバータユニットに電源を供給し、停止時には前記充電抵抗短絡用サイリスタをオフし充放電抵抗を介して前記フィルタコンデンサを放電する車両用電源装置において、前記停止時のフィルタコンデンサの放電時定数を計測する放電時定数計測手段と、前記放電時定数計測手段で計測された放電時定数が予め定めた設定値より小さいときは前記充電抵抗短絡用サイリスタが短絡していると判定する短絡判定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、充電抵抗短絡用サイリスタの短絡破壊を停止時または起動前に検知できるので、充電抵抗短絡用サイリスタの短絡故障によるシステムダウンを防止できる。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる車両用電源装置の構成図である。この第１の実施の形態は、図７に示した従来例に対し、制御ユニット８に放電時定数計測手段１６及び短絡判定手段１７を設けたものである。図７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。

放電時定数計測手段１６は、車両用電源装置の停止時においてフィルタコンデンサ１４の放電時定数を計測するものであり、フィルタコンデンサ電圧計１３で検出される放電時のフィルタコンデンサ電圧を監視し、放電時のフィルタコンデンサ電圧の電圧降下時間を検知して時定数を計測する。

短絡判定手段１７は、放電時定数計測手段１６で計測された放電時定数が予め定めた設定値と比較し、計測された放電時定数が予め定めた設定値より小さいときは充電抵抗短絡用サイリスタ１１が短絡していると判定する。

図２は、充電抵抗短絡用サイリスタ１１が正常であるときに形成される放電回路の回路図である。車両用電源装置の停止時においては、充電抵抗短絡用サイリスタ１１がオフして放電用接触器１２がオンするので、充電抵抗短絡用サイリスタ１１が正常であるときには、フィルタコンデンサ１４の電荷は充放電抵抗１０を介して放電する。充放電抵抗１０の抵抗値をＲ２、フィルタコンデンサの容量をＣ１としたときの放電時定数τ１は、（１）式で示される。

τ１＝Ｒ２×Ｃ１ …（１）
図３は、充電抵抗短絡用サイリスタ１１が短絡故障であるときに形成される放電回路の回路図である。車両用電源装置の停止時においては、充電抵抗短絡用サイリスタ１１がオフして放電用接触器１２がオンするが、充電抵抗短絡用サイリスタ１１が短絡故障しているので、フィルタコンデンサ１４の電荷は充電抵抗９及び充放電抵抗１０を介して放電する。充電抵抗９の抵抗値をＲ１、充放電抵抗１０の抵抗値をＲ２、フィルタコンデンサの容量をＣ１としたときの放電時定数τ２は、（２）式で示される。

τ２＝｛Ｒ１×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）｝×Ｃ１ …（２）
（１）式及び（２）式において、Ｒ１×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）は、Ｒ２より小さくなるので、時定数τ２は時定数τ１よりも短くなる。

従って、充電抵抗短絡用サイリスタ１１が短絡故障することにより形成される放電回路の時定数τ２と、正常時に形成される放電回路の時定数τ１との相違を利用して、車両用電源装置が停止する時に充電抵抗短絡用サイリスタ１１の短絡故障を検知できる。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係わる車両用電源装置の充電抵抗短絡用サイリスタ１１の短絡故障の検出処理動作を示すフローチャートである。まず、車両用電源装置は運転中であるとし（Ｓ１）、その運転中から停止したとする（Ｓ２）。車両用電源装置が停止する時にはフィルタコンデンサ１４が放電動作する（Ｓ３）。その放電時にフィルタコンデンサ電圧計１３の電圧降下時間を計測し、放電時定数τを放電時定数計測手段１６で算出し（Ｓ４）、短絡判定手段１７は、予め設定された設定値τ０（正常時の放電時定数）と比較して、正常時よりも放電時定数τが短くなっていれば充電抵抗短絡用サイリスタ１１の短絡故障と判断する（Ｓ６）。一方、予め設定された設定値τ０よりも短くなければ正常と判断する（Ｓ７）。

第１の実施の形態によれば、車両用電源装置が停止する時に、充電抵抗短絡用サイリスタ１１の短絡故障と判断できるので、充電抵抗短絡用サイリスタの短絡故障によるシステムダウンを防止できる。

（第２の実施の形態）
図５は本発明の第２の実施の形態に係わる車両用電源装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図７に示した従来例に対し、充電抵抗短絡用サイリスタ１１に逆バイアス電圧を印加する逆バイアス回路１９を設けると共に、制御ユニット８に点検指令発生手段１８及び短絡判定手段１７を設けたものである。図７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。

逆バイアス回路１９は、起動時において主回路開閉用電磁接触器５を投入する前に、制御ユニット８の点検指令発生手段１８からの点検指令により、充電抵抗短絡用サイリスタ１１に対して逆バイアス電圧を印加する。短絡判定手段１７は、逆バイアス回路１９により逆バイアス電圧が印加された状態で、図示省略の電圧計で検出された充電抵抗短絡用サイリスタの両端電圧を入力し、充電抵抗短絡用サイリスタ１１の両端電圧がほぼ零であるときは充電抵抗短絡用サイリスタ１１が短絡していると判定する。

図６は、本発明の第１の実施の形態に係わる車両用電源装置の充電抵抗短絡用サイリスタ１１の短絡故障の検出処理動作を示すフローチャートである。まず、主回路開閉用電磁接触器５を投入する前に、点検指令発生手段１８は逆バイアス回路１９に点検指令を出力する。これにより、逆バイアス回路１９は充電抵抗短絡用サイリスタ１１のゲート−アノード間に逆バイアス電圧を印加する（Ｓ１）。短絡判定手段１７は、充電抵抗短絡用サイリスタ１１のゲート−アノード間に電圧が発生するか否かを判定し（Ｓ２）、電圧が発生すると充電抵抗短絡用サイリスタ１１は正常と判断し、充電抵抗短絡用サイリスタ１１をオンする（Ｓ３）。これにより、フィルタコンデンサ１４を充電し（Ｓ４）、フィルタコンデンサ１４の電圧が所定値になると充電抵抗短絡用サイリスタ１１をオンする（Ｓ５）。そして、インバータユニット１５のＩＧＢＴのスイッチングを開始する（Ｓ６）。一方、ステップＳ２の判定で、充電抵抗短絡用サイリスタ１１のゲート−アノード間の電圧がほぼ０Ｖならば、充電抵抗短絡用サイリスタ１１が短絡破壊していると判断する（Ｓ７）。

第２の実施の形態によれば、主回路開閉用電磁接触器５の投入前に充電抵抗短絡用サイリスタ１１に逆バイアスを掛けて電圧を検知して故障を検知をするので、車両用電源装置の起動前に充電抵抗短絡用サイリスタ１１の短絡故障が検知可能となる。これにより、充電抵抗短絡用サイリスタ１１の短絡故障による入力過電流保護用ヒューズ４の溶断や変電所の過電流保護トリップを防止できる。

本発明の第１の実施の形態に係わる車両用電源装置の構成図。 本発明の第１の実施の形態に係わる車両用電源装置の充電抵抗短絡用サイリスタが正常であるときに形成される放電回路の回路図。 本発明の第１の実施の形態に係わる車両用電源装置の充電抵抗短絡用サイリスタが短絡故障であるときに形成される放電回路の回路図。 本発明の第１の実施の形態に係わる車両用電源装置の充電抵抗短絡用サイリスタの短絡故障の検出処理動作を示すフローチャート。 本発明の第２の実施の形態に係わる車両用電源装置の構成図。 本発明の第１の実施の形態に係わる車両用電源装置の充電抵抗短絡用サイリスタの短絡故障の検出処理動作を示すフローチャート。 従来の車両電源装置の構成図。

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…主回路開閉用電磁接触器、６…直流フィルタリアクトル、７…架線電圧計、８…制御ユニット、９…充電抵抗、１０…充放電抵抗、１１…充電抵抗短絡用サイリスタ、１２…放電用接触器、１３…フィルタコンデンサ電圧計、１４…フィルタコンデンサ、１５…インバータユニット、１６…放電時定数計測手段、１７…短絡判定手段、１８…点検指令発生手段、１９…逆バイアス回路

Claims (2)

1. 起動時には主回路開閉用電磁接触器を閉じ架線から集電器を介して受電した電力を充電抵抗及び充放電抵抗を介してフィルタコンデンサに充電し、フィルタコンデンサの充電が完了すると充電抵抗短絡用サイリスタをオンしてインバータユニットに電源を供給し、停止時には前記充電抵抗短絡用サイリスタをオフし充放電抵抗を介して前記フィルタコンデンサを放電する車両用電源装置において、前記停止時のフィルタコンデンサの放電時定数を計測する放電時定数計測手段と、前記放電時定数計測手段で計測された放電時定数が予め定めた設定値より小さいときは前記充電抵抗短絡用サイリスタが短絡していると判定する短絡判定手段とを備えたことを特徴とする車両用電源装置。
2. 起動時には主回路開閉用電磁接触器を閉じ架線から集電器を介して受電した電力を充電抵抗及び充放電抵抗を介してフィルタコンデンサに充電し、フィルタコンデンサの充電が完了すると充電抵抗短絡用サイリスタをオンしてインバータユニットに電源を供給し、停止時には前記充電抵抗短絡用サイリスタをオフし充放電抵抗を介して前記フィルタコンデンサを放電する車両用電源装置において、起動時において前記主回路開閉用電磁接触器を投入する前に、前記充電抵抗短絡用サイリスタに逆バイアス電圧を印加する逆バイアス回路と、前記逆バイアス回路により逆バイアス電圧が印加された状態で前記充電抵抗短絡用サイリスタの両端電圧がほぼ零であるときは前記充電抵抗短絡用サイリスタが短絡していると判定する短絡判定手段とを備えたことを特徴とする車両用電源装置。
   

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