JP2008054387A - Controller of electric vehicle - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller of an electric vehicle in which regenerative energy can be absorbed effectively by assuring predetermined acceleration performance. <P>SOLUTION: The controller of an electric vehicle comprises an engine, a generator, a converter, an inverter means, a power accumulation means, a control means, a motor, a unit 62 for operating a reference rotational speed signal Fr, and a section 52 for calculating the running position distance in kilometers Dis_h with reference to each station distance in kilometers by referring to a mileage obtained by integrating the Fr and each station distance in kilometers database and recognizing arrival at station. It is further provided with a section 53 for calculating an average forward inclination Inc_h, i.e. an inclination amount for every predetermined distance interval, with reference to an inclination database by receiving the Dis_h, and a section 54 for selecting a marginal charge limit pattern Chg_pat and a marginal discharge limit pattern Dch_pat for making possible to absorb an appropriate regeneration power based on the Inc_h. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気車両の制御装置に係り、特に、発電手段と電力蓄積手段を設備し、この両手段の発生する電力を利用して鉄道車両を駆動する技術に関する。   The present invention relates to a control apparatus for an electric vehicle, and more particularly, to a technique for installing a power generation means and a power storage means and driving a railway vehicle using electric power generated by both means.

近年、鉄道車両において、蓄電技術を活用した省エネルギ化を推進する動きが活発となってきている。この具体的な例として、従来のディーゼルエンジンのみで駆動する気動車については、駆動系を電車と同様にインバータによるモータ制御とし、エンジン発電および蓄電装置により電力を供給するハイブリッド気動車の開発が行われた。ハイブリッド気動車は、駆動系の電気化と蓄電装置の搭載により、従来の気動車では不可能だった回生エネルギの再利用が可能となり、省エネ化を実現できる。また、架線で電力を供給する電車においても、車上に蓄電装置を搭載し、発電ブレーキ時に力行車両が同一セクション内に存在しない場合でも、回生エネルギを蓄電装置で吸収して回生失効を防止すると共に、蓄電エネルギを力行時に再利用することで省エネ化を図るものである。   In recent years, there has been an active movement to promote energy saving in railway vehicles using power storage technology. As a specific example of this, for a pneumatic vehicle driven only by a conventional diesel engine, a hybrid pneumatic vehicle was developed in which the drive system is controlled by a motor using an inverter like a train, and electric power is supplied by an engine power generation and power storage device. . Hybrid electric vehicles can recycle regenerative energy, which is impossible with conventional electric vehicles, by implementing electrification of the drive system and mounting of power storage devices, and can realize energy saving. Even in trains that supply power over overhead lines, a power storage device is mounted on the vehicle, and even if a powering vehicle does not exist in the same section during power generation braking, regenerative energy is absorbed by the power storage device to prevent regeneration expiration. At the same time, energy is saved by reusing the stored energy during powering.

ハイブリッド気動車については、エンジンにより駆動される発電設備に電力蓄積設備を併用し、また、燃料電池に電力蓄積装置を併用し、メンテナンスに要する人的パワー・コストを抑制すると共に、地球環境にやさしい電気車両の制御装置を提供することを目的としたシステム構成が、提案されている（例えば特許文献１参照）。   For hybrid electric vehicles, power storage equipment is used in combination with power generation equipment driven by the engine, and power storage equipment is used in combination with the fuel cell to reduce human power costs required for maintenance and to help save the environment. A system configuration aimed at providing a vehicle control device has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

図７に、前記特許文献１に提案された鉄道車両用ハイブリッドシステムの基本構成を示す。エンジン１１は、制御装置５１の指令Ｓｅに基づいた軸トルクを出力する。誘導発電機１２は、エンジン１１の軸トルクを入力としてこれを３相交流電力に変換して出力する。コンバータ装置１３は、誘導発電機１２から出力される３相交流電力を入力としてこれを直流電力に変換して出力する。ここで、コンバータ装置１３は、制御装置５１からの指令Ｓｃに基づいた直流電圧となるように電圧制御する。インバータ装置２１は、コンバータ装置１３から出力される直流電力を入力として、これを３相交流電力に変換して出力する。誘導電動機２２は、インバータ装置２１が出力する３相交流電力を入力として、これを軸トルクに変換して出力する。ここで、インバータ装置２１は、誘導電動機２２の出力トルクが制御装置５１からの指令Ｓｉに基づいたトルクを出力するように、インバータ装置２１の出力電圧および交流電流周波数を可変制御する。減速器２３は誘導電動機２２の軸トルク出力を回転数の減速により増幅して出力し、輪軸２４を駆動して電気車を加減速する。   FIG. 7 shows a basic configuration of a railway vehicle hybrid system proposed in Patent Document 1. The engine 11 outputs a shaft torque based on the command Se of the control device 51. The induction generator 12 receives the shaft torque of the engine 11 as input, converts it into three-phase AC power, and outputs it. The converter device 13 receives the three-phase AC power output from the induction generator 12 and converts it into DC power and outputs it. Here, converter device 13 performs voltage control so as to be a DC voltage based on command Sc from control device 51. The inverter device 21 receives the DC power output from the converter device 13 as input, converts it into three-phase AC power, and outputs it. The induction motor 22 receives the three-phase AC power output from the inverter device 21 as input, converts it into shaft torque, and outputs it. Here, the inverter device 21 variably controls the output voltage and the alternating current frequency of the inverter device 21 so that the output torque of the induction motor 22 outputs torque based on the command Si from the control device 51. The speed reducer 23 amplifies and outputs the shaft torque output of the induction motor 22 by reducing the rotational speed, and drives the wheel shaft 24 to accelerate and decelerate the electric vehicle.

制御装置５１は、蓄電装置３０の内部状態信号Ｓｐ１を入力として、エンジン１１に運転指令Ｓｅ、コンバータ装置１３に運転指令Ｓｃ、インバータ装置２１に運転指令Ｓｉ、遮断器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに動作指令Ｓｂ、蓄電装置３０内に配置する充放電制御装置への動作指令Ｓｐ２を出力し、２次電池蓄電量を一定範囲内とするようにこれらの機器の総合的な動作状態を制御する。   The control device 51 receives the internal state signal Sp1 of the power storage device 30 as an input, receives an operation command Se for the engine 11, an operation command Sc for the converter device 13, an operation command Si for the inverter device 21, and a circuit breaker 14a, 14b, 14c, 14d. An operation command Sb and an operation command Sp2 to the charge / discharge control device disposed in the power storage device 30 are output, and the overall operation state of these devices is controlled so that the secondary battery storage amount is within a certain range.

サービス電源用インバータ装置４１は、コンバータ装置１３とインバータ装置２１間の直流電力を入力としてこれを３相交流電力に変換して出力する。さらにサービス電源用変圧器４２により電気車の照明や空調機などに供給するサービス電源電圧に調整して各サービス機器に供給する。   The service power supply inverter device 41 receives DC power between the converter device 13 and the inverter device 21 as input and converts it into three-phase AC power and outputs it. Further, the service power supply transformer 42 adjusts the service power supply voltage to be supplied to an electric vehicle lighting, an air conditioner, etc., and supplies it to each service device.

遮断器１４ａは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部のうちコンバータ装置１３の出力端子の直近に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３からインバータ装置２１、蓄電装置３０に供給する電力を遮断する。遮断器１４ｂは、コンバータ装置１３、インバータ装置２１の間の直流電力部とサービス電源用インバータ装置４１の間に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３、インバータ装置２１からサービス電源用インバータ装置４１に供給する電力を遮断する。遮断器１４ｃは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部と蓄電装置３０の入出力端子の間に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３とインバータ装置２１間の直流電力部から蓄電装置３０に供給する電力を遮断する。遮断器１４ｄは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部のうちインバータ装置２１の入力端子の直近に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３および／または蓄電装置３０からインバータ装置２１に供給する電力を遮断する。
特開２００４−２８２８５９号公報 The circuit breaker 14 a is disposed in the direct-current power section between the converter device 13 and the inverter device 21 in the immediate vicinity of the output terminal of the converter device 13, and based on the operation command Sb from the control device 51, the converter device 13 to the inverter device 21. Then, the power supplied to the power storage device 30 is cut off. The circuit breaker 14b is disposed between the DC power unit between the converter device 13 and the inverter device 21 and the service power supply inverter device 41. Based on the operation command Sb from the control device 51, the circuit breaker 14b is supplied from the converter device 13 and the inverter device 21. The power supplied to the service power supply inverter device 41 is cut off. The circuit breaker 14c is disposed between the DC power unit between the converter device 13 and the inverter device 21 and the input / output terminal of the power storage device 30, and based on the operation command Sb from the control device 51, the converter device 13 and the inverter device 21. The electric power supplied to the power storage device 30 from the direct current power unit is cut off. The circuit breaker 14d is disposed in the direct-current power section between the converter device 13 and the inverter device 21 in the immediate vicinity of the input terminal of the inverter device 21, and based on the operation command Sb from the control device 51, the converter device 13 and / or the power storage. The power supplied from the device 30 to the inverter device 21 is cut off.
JP 2004-282859 A

特許文献１に提案されている方式では、蓄電装置３０の制御は、制御装置５１によるシステムの内部情報のみに基づいて行われている。   In the method proposed in Patent Document 1, the control of the power storage device 30 is performed based only on the internal information of the system by the control device 51.

実際の鉄道車両の走行では、路線の勾配状況など、車両に作用する負荷は常に変化する。蓄電エネルギにより車両を駆動する場合、蓄電量の増減は車両に作用する負荷により大きく変化する。蓄電装置の制御を、システムの内部情報のみで行う場合、車両に作用する負荷に応じた蓄電量管理ができないため、勾配等の状況により、加速時に所定の加速性能を確保すること、また減速時に有効に回生エネルギを吸収することが困難になる。   In actual travel of a railway vehicle, the load acting on the vehicle, such as the gradient of the route, always changes. When a vehicle is driven by stored energy, the increase or decrease in the amount of stored energy varies greatly depending on the load acting on the vehicle. When controlling the power storage device using only the internal information of the system, it is impossible to manage the amount of power stored according to the load acting on the vehicle. It becomes difficult to effectively absorb the regenerative energy.

本発明の課題は、蓄電装置のエネルギ管理を、路線の勾配状況などの車両に作用する負荷を考慮して行うことにより、勾配など車両に作用する負荷が変化した場合でも、車両の所定の加速性能を確保し、また減速時に有効に回生エネルギを吸収できる電気車両の制御装置を提供することである。   An object of the present invention is to perform energy management of a power storage device in consideration of a load acting on a vehicle such as a slope condition of a route, so that even when a load acting on the vehicle such as a slope changes, a predetermined acceleration of the vehicle is achieved. It is an object of the present invention to provide an electric vehicle control device that ensures performance and can effectively absorb regenerative energy during deceleration.

走行位置と勾配量を対応させるデータベースを備え、電動機の基準回転速度（電動機の現実の回転速度）を積算することにより車両の走行位置を算出し、走行位置に応じた前方の勾配量を算出する。この勾配量に適切な蓄電量管理基準を選択し蓄電装置の蓄電量を、前記勾配量に適切な蓄電量管理基準と、前記電動機の基準回転速度に基づいて管理する。   It has a database that correlates the travel position with the gradient amount, calculates the vehicle travel position by integrating the reference rotation speed of the motor (actual rotation speed of the motor), and calculates the forward gradient amount according to the travel position . A storage amount management criterion appropriate for the gradient amount is selected, and the storage amount of the power storage device is managed based on the storage amount management criterion appropriate for the gradient amount and the reference rotation speed of the motor.

本発明は、エンジンにより駆動される発電手段が発生する交流電力を直流電力に変換するコンバータ手段を有する直流電力発生手段と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記直流電力を充電および放電する機能を持つ電力蓄積手段と、これらの各手段を制御する第１の制御手段と、鉄道車両を駆動する電動機を備えた電気車両の制御装置において、前記電動機に作用する負荷を前記電動機の基準回転速度に基づいて推定し、前記電力蓄積手段の蓄電エネルギ量を前記推定負荷量に応じて制御する第２の制御手段を備えた。   The present invention includes DC power generation means having converter means for converting AC power generated by power generation means driven by an engine into DC power, inverter means for converting the DC power to AC power, and charging the DC power And a power storage means having a function of discharging, a first control means for controlling each of these means, and an electric vehicle control device comprising an electric motor for driving a railway vehicle, wherein a load acting on the electric motor is a load applied to the electric motor. And a second control means for controlling the amount of stored energy of the power storage means in accordance with the estimated load amount.

また、本発明は、上記電気車両の制御装置において、前記第２の制御手段における前記電動機の負荷の推定は、前記基準回転速度の積算による車両の走行位置情報に基づいて行い、さらに、前記第２の制御手段において推定する前記電動機負荷は、勾配量により車両に作用する重力負荷であり、前記勾配量を前記走行位置情報に基づいて推定し、推定した勾配量により選択される蓄電量管理基準パターンを、前記第１の制御手段に設定するようにした。   According to the present invention, in the control apparatus for an electric vehicle, the load of the electric motor in the second control unit is estimated based on vehicle travel position information based on integration of the reference rotational speed, and The electric motor load estimated by the control means of 2 is a gravitational load acting on the vehicle by a gradient amount, the gradient amount is estimated based on the travel position information, and the storage amount management standard selected by the estimated gradient amount The pattern is set in the first control means.

エンジンにより駆動される発電手段が発生する交流電力を直流電力に変換するコンバータ手段を有する直流電力発生手段と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記直流電力を充電および放電する機能を持つ電力蓄積手段と、これらの各手段を制御する第１の制御手段と、鉄道車両を駆動する電動機を備えた電気車両の制御装置において、電動機の回転速度を検出する検出手段と、
電動機の回転速度から車両の速度を演算する速度演算部と、速度演算部の出力を用いて車両の走行位置を演算する走行位置演算部と、前記車両の走行位置に基づいて平均前方勾配を演算する前方勾配演算部と、前記電力蓄積手段における充電量と走行速度の関係を勾配条件に基づいて作成した充電余力限界パターンと放電余力限界パターンをそれぞれ複数個有し、前記前方勾配演算部が演算した平均前方勾配に基づいて、充電余力限界パターンと放電余力限界パターンを選択して蓄電量管理基準パターンとして出力するパターン制御部とを備え、選択した蓄電量管理基準パターンに従って、第１の制御手段によりエンジンおよびコンバータ装置ならびにインバータ装置を制御するようにした。 DC power generating means having converter means for converting AC power generated by power generation means driven by the engine into DC power, inverter means for converting the DC power to AC power, and a function of charging and discharging the DC power An electric power storage means, a first control means for controlling each of these means, and a control means for an electric vehicle equipped with an electric motor for driving a railway vehicle, a detecting means for detecting the rotational speed of the electric motor,
A speed calculation unit that calculates the vehicle speed from the rotation speed of the electric motor, a travel position calculation unit that calculates the travel position of the vehicle using the output of the speed calculation unit, and an average forward gradient based on the travel position of the vehicle A forward gradient calculation unit, a charge remaining capacity limit pattern and a discharge remaining power limit pattern, each of which is created based on a gradient condition, and the relationship between the charge amount and the traveling speed in the power storage unit is calculated, and the forward gradient calculation unit calculates A pattern control unit that selects a charge remaining capacity limit pattern and a discharge remaining capacity limit pattern based on the average forward gradient and outputs the selected pattern as a storage amount management reference pattern, and according to the selected storage amount management reference pattern, first control means Thus, the engine, the converter device and the inverter device are controlled.

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明していく。図１は、本発明の電気車両の制御装置における一実施形態の基本構成を示す図である。本発明に係る電気車両の制御装置は、エンジン１１と、誘導発電機１２と、コンバータ装置１３と、インバータ装置２１と、誘導電動機２２と、減速器２３と、輪軸２４と、蓄電装置３０と、第1の制御装置５１と、サービス電源用インバータ装置４１と、変圧器４２と、遮断器１４ａ〜１４ｄを有して構成される。本発明においては、さらに、誘導電動機２２の回転速度を検出する回転速度検出器６１および速度演算部６２と、走行位置演算部５２および前方勾配演算部５３およびパターン選択部５４ならびに前記第1の制御装置５１からなるシステム統括装置５０とを有することを特徴とする。走行位置演算部５２および前方勾配演算部５３およびパターン選択部５４とで、第2の制御装置を構成する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of an embodiment of a control device for an electric vehicle according to the present invention. An electric vehicle control device according to the present invention includes an engine 11, an induction generator 12, a converter device 13, an inverter device 21, an induction motor 22, a speed reducer 23, a wheel shaft 24, a power storage device 30, and the like. The first control device 51, the service power supply inverter device 41, the transformer 42, and the circuit breakers 14a to 14d are configured. In the present invention, the rotation speed detector 61 and the speed calculation unit 62 for detecting the rotation speed of the induction motor 22, the traveling position calculation unit 52, the forward gradient calculation unit 53, the pattern selection unit 54, and the first control are further provided. And a system control device 50 including the device 51. The traveling position calculation unit 52, the forward gradient calculation unit 53, and the pattern selection unit 54 constitute a second control device.

エンジン１１は、制御装置５１の指令Ｓｅに基づいた軸トルクを出力する。誘導発電機１２は、エンジン１１の軸トルクを入力としてこれを３相交流電力に変換して出力する。コンバータ装置１３は、誘導発電機１２から出力される３相交流電力を入力としてこれを直流電力に変換して出力する。ここで、コンバータ装置１３は、制御装置５１からの指令Ｓｃに基づいた直流電圧となるように電圧制御する。   The engine 11 outputs a shaft torque based on the command Se of the control device 51. The induction generator 12 receives the shaft torque of the engine 11 as input, converts it into three-phase AC power, and outputs it. The converter device 13 receives the three-phase AC power output from the induction generator 12 and converts it into DC power and outputs it. Here, converter device 13 performs voltage control so as to be a DC voltage based on command Sc from control device 51.

インバータ装置２１は、コンバータ装置１３から出力される直流電力を入力としてこれを３相交流電力に変換して出力する。誘導電動機２２は、インバータ装置２１が出力する３相交流電力を入力としてこれを軸トルクに変換して出力する。ここで、インバータ装置２１は、誘導電動機２２の出力トルクが制御装置５１からの指令Ｓｉに基づいたトルクを出力するように、後述の基準回転速度信号Ｆｒを参照し、インバータ装置２１の出力電圧および交流電流周波数を可変制御する。減速器２３は、誘導電動機２２の軸トルク出力を回転数の減速により増幅して出力し、輪軸２４を駆動して電気車を加減速する。   The inverter device 21 receives the DC power output from the converter device 13 as input, converts it into three-phase AC power, and outputs it. The induction motor 22 receives the three-phase AC power output from the inverter device 21 as input and converts it into shaft torque for output. Here, the inverter device 21 refers to a reference rotational speed signal Fr, which will be described later, so that the output torque of the induction motor 22 outputs torque based on the command Si from the control device 51, and the output voltage of the inverter device 21 and Variable control of AC current frequency. The reducer 23 amplifies and outputs the shaft torque output of the induction motor 22 by reducing the rotational speed, and drives the wheel shaft 24 to accelerate and decelerate the electric vehicle.

制御装置５１は、蓄電装置３０の内部状態信号Ｓｐ１を入力として、エンジン１１に運転指令Ｓｅ、コンバータ装置１３に運転指令Ｓｃ、インバータ装置２１に運転指令Ｓｉ、遮断器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに動作指令Ｓｂ、蓄電装置３０内に配置する充放電制御装置への動作指令Ｓｐ２を出力し、２次電池蓄電量を一定範囲内とするようにこれらの機器の総合的な動作状態を制御する。   The control device 51 receives the internal state signal Sp1 of the power storage device 30 as an input, receives an operation command Se for the engine 11, an operation command Sc for the converter device 13, an operation command Si for the inverter device 21, and a circuit breaker 14a, 14b, 14c, 14d. An operation command Sb and an operation command Sp2 to the charge / discharge control device disposed in the power storage device 30 are output, and the overall operation state of these devices is controlled so that the secondary battery storage amount is within a certain range.

サービス電源用インバータ装置４１は、コンバータ装置１３とインバータ装置２１間の直流電力を入力としてこれを３相交流電力に変換して出力する。さらにサービス電源用変圧器４２により電気車の照明や空調機などに供給するサービス電源電圧に調整して各サービス機器に供給する。   The service power supply inverter device 41 receives DC power between the converter device 13 and the inverter device 21 as input and converts it into three-phase AC power and outputs it. Further, the service power supply transformer 42 adjusts the service power supply voltage to be supplied to an electric vehicle lighting, an air conditioner, etc., and supplies it to each service device.

遮断器１４ａは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部のうちコンバータ装置１３の出力端子の直近に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３からインバータ装置２１および／または蓄電装置３０に供給する電力を遮断する。遮断器１４ｂは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部とサービス電源用インバータ装置４１の間に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３および／またはインバータ装置２１からサービス電源用インバータ装置４１に供給する電力を遮断する。遮断器１４ｃは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部と蓄電装置３０の入出力端子の間に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３とインバータ装置２１間の直流電力部から蓄電装置３０に供給する電力を遮断する。また、遮断器１４ｃは、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいて蓄電装置３０からインバータ装置２１へ供給する電力を遮断する。遮断器１４ｄは、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部のうちインバータ装置２１の入力端子の直近に配置し、制御装置５１からの動作指令Ｓｂに基づいてコンバータ装置１３および／または蓄電装置３０からインバータ装置２１に供給する電力を遮断する。   The circuit breaker 14 a is disposed in the direct-current power section between the converter device 13 and the inverter device 21 in the immediate vicinity of the output terminal of the converter device 13, and based on the operation command Sb from the control device 51, the converter device 13 to the inverter device 21. And / or power supplied to the power storage device 30 is cut off. The circuit breaker 14b is disposed between the DC power unit between the converter device 13 and the inverter device 21 and the service power supply inverter device 41, and based on the operation command Sb from the control device 51, the converter device 13 and / or the inverter device. The electric power supplied from 21 to the service power supply inverter 41 is cut off. The circuit breaker 14c is disposed between the DC power unit between the converter device 13 and the inverter device 21 and the input / output terminal of the power storage device 30, and based on the operation command Sb from the control device 51, the converter device 13 and the inverter device 21. The electric power supplied to the power storage device 30 from the direct current power unit is cut off. Moreover, the circuit breaker 14 c cuts off the electric power supplied from the power storage device 30 to the inverter device 21 based on the operation command Sb from the control device 51. The circuit breaker 14d is disposed in the direct-current power section between the converter device 13 and the inverter device 21 in the immediate vicinity of the input terminal of the inverter device 21, and based on the operation command Sb from the control device 51, the converter device 13 and / or the power storage. The power supplied from the device 30 to the inverter device 21 is cut off.

回転速度検出器６１は、誘導電動機２２の回転速度を検出し、速度演算部６２において基準回転速度信号Ｆｒに変換する。   The rotation speed detector 61 detects the rotation speed of the induction motor 22 and converts it into a reference rotation speed signal Fr in the speed calculator 62.

走行位置演算部５２は、基準回転速度信号Ｆｒを入力とし、これを積算処理した走行距離と、図示していない駅キロ程データベースを参照して駅到着を認識し、各駅キロ程を基準とした走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈを算出する。   The travel position calculation unit 52 receives the reference rotational speed signal Fr, recognizes the arrival of the station by referring to the travel distance obtained by integrating the reference rotational speed signal and a station kilometer database (not shown), and uses each station kilometer as a reference. Dis_h is calculated for the travel position kilometer.

前方勾配演算部５３は、走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈを入力とし、所定距離間隔毎の勾配量である平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈを、図示していない勾配データベースを参照して算出する。   The forward gradient calculation unit 53 receives the travel position kilometer Dis_h as an input, and calculates an average forward gradient Inc_h that is a gradient amount for each predetermined distance interval with reference to a gradient database (not shown).

パターン選択部５４は、平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈと基準回転速度信号Ｆｒを入力とし、平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈをもとに、図示していない蓄電量管理基準パターンデータベースに予め用意する複数の管理パターンのうち、適切な回生電力の吸収を可能とする充電余力限界パターンＣｈｇ＿ｐａｔ、放電余力限界パターンＤｃｈ＿ｐａｔを選択する。   The pattern selection unit 54 receives the average forward gradient Inc_h and the reference rotation speed signal Fr, and based on the average forward gradient Inc_h, among a plurality of management patterns prepared in advance in a storage amount management reference pattern database (not shown). A remaining charge limit pattern Chg_pat and a remaining discharge capacity limit pattern Dch_pat that enable appropriate regenerative power absorption are selected.

この構成により、以下の動作を実現できる。電気車を加速するときは、インバータ装置２１の入力電力をコンバータ装置１３が出力する直流電力と蓄電装置３０が出力する直流電力で負担する。すなわち、誘導電動機２２の軸トルク出力を得るために必要なインバータ装置２１の入力電力をコンバータ装置１３が出力する直流電力だけで負担できない場合には、蓄電装置３０が出力する直流電力で補足する。   With this configuration, the following operations can be realized. When the electric vehicle is accelerated, the input power of the inverter device 21 is borne by the DC power output by the converter device 13 and the DC power output by the power storage device 30. That is, when the input power of the inverter device 21 necessary for obtaining the shaft torque output of the induction motor 22 cannot be borne only by the DC power output by the converter device 13, the DC power output by the power storage device 30 is supplemented.

また、蓄電装置３０の蓄電量は、前方勾配演算部５３により演算される平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈに関して最適とする放電余力限界パターンＤｃｈ＿ｐａｔをパターン選択部５４にて選択し、蓄電装置３０の蓄電量が放電余力限界パターンＤｃｈ＿ｐａｔを下回らないように制御装置５１を介してエンジン１１およびコンバータ装置１３の出力、またはインバータ装置２１の出力を制御する。これにより、蓄電装置の過放電状態を防止し、適切な蓄電量を維持できる。   In addition, the power storage amount of the power storage device 30 is selected by the pattern selection unit 54 to select the discharge capacity limit pattern Dch_pat that is optimal with respect to the average forward slope Inc_h calculated by the forward gradient calculation unit 53. The output of the engine 11 and the converter device 13 or the output of the inverter device 21 is controlled via the control device 51 so as not to fall below the remaining power limit pattern Dch_pat. Thereby, an overdischarge state of the power storage device can be prevented, and an appropriate power storage amount can be maintained.

同様に、誘導電動機２２の軸トルク出力を得るために必要なインバータ装置２１の入力電力を蓄電装置３０が出力する直流電力だけで負担できない場合には、コンバータ装置１３が出力する直流電力で補足することできる。また、誘導電動機２２で必要な出力軸トルクを得るために必要なインバータ装置２１の入力電力に対してコンバータ装置１３が出力する直流電力が過剰な場合には、蓄電装置３０により余剰な電力を吸収する。特に、この構成によると、コンバータ装置１３または蓄電装置３０の一方から電力を得られない場合でも他方から電力を得ることができ、次駅まで退避する等の必要最小限の運転を継続できる。   Similarly, when the input power of the inverter device 21 necessary for obtaining the shaft torque output of the induction motor 22 cannot be borne only by the DC power output from the power storage device 30, the DC power output from the converter device 13 is supplemented. I can. Further, when the DC power output from the converter device 13 is excessive with respect to the input power of the inverter device 21 necessary for obtaining the output shaft torque necessary for the induction motor 22, the power storage device 30 absorbs the excess power. To do. In particular, according to this configuration, even when electric power cannot be obtained from one of converter device 13 or power storage device 30, electric power can be obtained from the other, and the minimum necessary operation such as evacuation to the next station can be continued.

一方、電気車を減速するときは、誘導電動機２２がブレーキトルクを出力するようにインバータ装置２１を回生動作させ、インバータ装置２１が出力する回生電力を蓄電装置３０で吸収する。減速時に蓄電装置３０で吸収した電力は、前述の電気車を加速するときに優先的に活用することにより、電気車の運転に必要なエネルギを有効活用できる。   On the other hand, when the electric vehicle is decelerated, the inverter device 21 is regeneratively operated so that the induction motor 22 outputs brake torque, and the regenerative power output by the inverter device 21 is absorbed by the power storage device 30. The power absorbed by the power storage device 30 during deceleration can be used preferentially when accelerating the electric vehicle, so that the energy required for driving the electric vehicle can be effectively utilized.

また、蓄電装置３０の蓄電量は、前方勾配演算部５３によりされる前方平均勾配Ｉｎｃ＿ｈに関して最適とする充電余力限界パターンＣｈｇ＿ｐａｔをパターン選択部５４にて選択し、蓄電装置３０の蓄電量が充電余力限界パターンＣｈｇ＿ｐａｔを下回らないように制御装置５１を介してインバータ装置２１の回生電力を制御する。これにより、蓄電装置の過充電状態を防止し、適切な蓄電量を維持できる。   In addition, the power storage amount of the power storage device 30 is selected by the pattern selection unit 54 to select a charge margin limit pattern Chg_pat that is optimal with respect to the forward average gradient Inc_h performed by the forward gradient calculation unit 53. The regenerative power of the inverter device 21 is controlled via the control device 51 so as not to fall below the limit pattern Chg_pat. Thereby, the overcharged state of the power storage device can be prevented, and an appropriate power storage amount can be maintained.

エンジン１１およびコンバータ装置１３が故障等により動作しない間は、遮断器１４ａのオフによりコンバータ装置１３への電力供給を遮断して機器の安全性を確保する。また、コンバータ装置１３とインバータ装置２１の間の直流電力部の電圧が過大になったとき、遮断器１４ａのオフによりコンバータ装置１３への電力供給を遮断してコンバータ装置１３の故障を防止する。   While the engine 11 and the converter device 13 do not operate due to a failure or the like, the power supply to the converter device 13 is interrupted by turning off the circuit breaker 14a to ensure the safety of the equipment. Further, when the voltage of the DC power unit between the converter device 13 and the inverter device 21 becomes excessive, the power supply to the converter device 13 is interrupted by turning off the circuit breaker 14a to prevent the converter device 13 from being broken.

直流電力部の電圧がサービス電源用インバータ装置４１の入力許容電圧を超過したとき、遮断器１４ｂのオフによりコンバータ装置１３および／またはインバータ装置２１からサービス電源用インバータ装置４１に供給する電力を遮断して電源用インバータ装置４１の故障を防止する。   When the voltage of the DC power unit exceeds the allowable input voltage of the service power supply inverter device 41, the power supplied from the converter device 13 and / or the inverter device 21 to the service power supply inverter device 41 is cut off by turning off the circuit breaker 14b. Thus, failure of the power inverter device 41 is prevented.

蓄電装置３０の蓄電許容量が超過したとき、あるいは、直流電力部との入出力電流が蓄電装置３０の入出力許容電流値を超過したとき、遮断器１４ｃのオフによりコンバータ装置１３とインバータ装置２１間の直流電力部から蓄電装置３０に供給する電力を遮断して蓄電装置３０の故障を防止する。   When the allowable storage amount of power storage device 30 is exceeded, or when the input / output current with the DC power unit exceeds the input / output allowable current value of power storage device 30, converter device 13 and inverter device 21 are turned off by circuit breaker 14c. The power supplied to the power storage device 30 from the direct current power unit is cut off to prevent a failure of the power storage device 30.

インバータ装置２１が故障等により動作しない間は、遮断器１４ｄのオフによりインバータ装置２１への電力供給を遮断して誤動作を防止する。また、コンバータ装置１３および／または蓄電装置３０からインバータ装置２１への供給電力が過大になったとき、遮断器１４ｄのオフによりインバータ装置２１への電力供給を遮断して故障を防止する。   While the inverter device 21 does not operate due to a failure or the like, the power supply to the inverter device 21 is interrupted by turning off the circuit breaker 14d to prevent malfunction. Further, when the power supplied from the converter device 13 and / or the power storage device 30 to the inverter device 21 becomes excessive, the power supply to the inverter device 21 is cut off by turning off the circuit breaker 14d to prevent a failure.

図２は、本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における走行位置演算部５２の構成を示す図である。走行位置演算部５２は、積分器５２１と、駅番号カウンタ５２２と、繰り上げ駅数５２３と、第１の加算器５２４−１と、駅キロ程データベース５２５と、駅判定最大値５２６と、第２の加算器５２４−２と、駅判定最小値５２７と、駅到着判定部５２８と、減算器５２９とを有している。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the traveling position calculation unit 52 in the embodiment of the control apparatus for the electric vehicle of the present invention. The traveling position calculation unit 52 includes an integrator 521, a station number counter 522, a moving station number 523, a first adder 524-1, a station kilometer database 525, a station determination maximum value 526, a second Adder 524-2, station determination minimum value 527, station arrival determination unit 528, and subtractor 529.

積分器５２１は、基準回転速度信号Ｆｒを積算して走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈを算出する。ここで、積分器５２１は駅到着フラグＦｌｇ＿ａｒｒにより、出発駅キロ程Ｄｉｓ＿ｄｅｐを初期値設定する機能を設ける。   The integrator 521 calculates the travel position kilometer Dis_h by integrating the reference rotation speed signal Fr. Here, the integrator 521 has a function of setting an initial value of Dis_dep about the departure station kilometer according to the station arrival flag Flg_arr.

出発駅キロ程Ｄｉｓ＿ｄｅｐは、駅番号カウンタ５２２の出力する出発駅番号Ｎｕｍ＿ｄｅｐをもとに、駅キロ程データベース５２５を参照することにより算出する。また、出発駅番号Ｎｕｍ＿ｄｅｐに第１の加算器５２４−１により繰り上げ駅数Ｎｕｍ＿ｓｔｎを加算した到着駅番号Ｎｕｍ＿ａｒｒをもとに、駅キロ程データベース５２５を参照することにより、到着駅キロ程Ｄｉｓ＿ａｒｒを算出する。繰り上げ駅数Ｎｕｍ＿ｓｔｎには通常、「１」とすればよい。   The departure station kilometer distance Dis_dep is calculated by referring to the station kilometer distance database 525 based on the departure station number Num_dep output from the station number counter 522. Also, the arrival station kilometer distance Dis_arr is calculated by referring to the station kilometer database 525 based on the arrival station number Num_arr obtained by adding the number of stations Num_stn advanced by the first adder 524-1 to the departure station number Num_dep. To do. Normally, it is only necessary to set “1” to the number of stations Num_stn.

駅範囲最小値Ｓｐｃ＿ｍｉｎは、減算器５２９で到着駅キロ程Ｄｉｓ＿ａｒｒから駅判定距離最小値５２７を減算することにより算出する。駅範囲最大値Ｓｐｃ＿ｍａｘは、第２の加算器５２４−２で駅到着キロ程Ｄｉｓ＿ａｒｒから駅判定距離最大値５２６を加算することにより算出する。ここで、駅判定距離最大値５２６および駅判定距離最小値５２７は、駅ホーム中心（駅位置キロ程）からホーム両端までの距離を想定して１００〜２００ｍの範囲で設定する。   The station range minimum value Spc_min is calculated by subtracting the station determination distance minimum value 527 from the arrival station distance Dis_arr by the subtractor 529. The station range maximum value Spc_max is calculated by adding the station determination distance maximum value 526 from the station arrival kilometers Dis_arr by the second adder 524-2. Here, the station determination distance maximum value 526 and the station determination distance minimum value 527 are set in a range of 100 to 200 m assuming a distance from the center of the station platform (about the station position kilometer) to both ends of the platform.

駅到着判定部５２８では、基準回転速度信号Ｆｒ、駅範囲最小値Ｓｐｃ＿ｍｉｎ、駅範囲最大値Ｓｐｃ＿ｍａｘおよび走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈを入力とし、走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈが、駅範囲最小値Ｓｐｃ＿ｍｉｎと駅範囲最大値Ｓｐｃ＿ｍａｘの範囲内にある状態で、基準回転速度信号Ｆｒが零、あるいは零近傍の所定値以下となったときに、駅到着判定フラグＦｌｇ＿ａｒｒを出力する。   In the station arrival determination unit 528, the reference rotation speed signal Fr, the station range minimum value Spc_min, the station range maximum value Spc_max, and the travel position kilometer distance Dis_h are input, and the travel position kilometer distance Dis_h is the station range minimum value Spc_min and the station range maximum. The station arrival determination flag Flg_arr is output when the reference rotational speed signal Fr becomes zero or below a predetermined value near zero in a state where the value is within the range of the value Spc_max.

この構成により、以下の動作を実現する。走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈは、基準回転速度信号Ｆｒを積分器５２１で積算することで得られるが、駅に到着した時点で、駅キロ程データベース５２５の駅位置キロ程データを初期値として、積分器をリセットする。これにより、精度よい走行位置キロ程の演算を可能とする。   With this configuration, the following operation is realized. The travel position kilometer Dis_h is obtained by integrating the reference rotational speed signal Fr by the integrator 521. When the station arrives at the station, the station position kilometer data in the station kilometer database 525 is used as an initial value as an integrator. To reset. As a result, it is possible to calculate an accurate travel position kilometer.

図３は、本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における平均前方勾配演算部５３の構成を示す図である。平均前方勾配演算部５３は、データ間隔５３１と、複数の加算器５３２と、勾配データベース５３３と、勾配データ数５３４と、乗・除算器５３５とを有している。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the average forward gradient calculation unit 53 in the embodiment of the control device for the electric vehicle of the present invention. The average forward gradient calculation unit 53 includes a data interval 531, a plurality of adders 532, a gradient database 533, a gradient data number 534, and a multiplier / divider 535.

前方位置データＸ００は、平均前方勾配算出の基点として、走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈをそのまま設定する。   The forward position data X00 sets the travel position kilometer Dis_h as it is as a base point for calculating the average forward gradient.

前方位置データＸ０１は、加算器５２４において前方位置データＸ００とデータ間隔２８を加算することにより算出する。同じく。前方位置データＸ０２は、加算器５２４において前方位置データＸ０１とデータ間隔２８を加算することにより算出する。以下、同様に前方位置データＸ３０まで算出する。この例では、前方位置データ数はＸ００〜Ｘ３０までの３１点としたが、これは算出する前方位置データ数を限定するものではない。前方位置データ数は平均前方勾配を求める距離およびその間隔により総合的に決定する。鉄道車両では、制動距離は６００ｍ以内であること、また台車間距離（約１０ｍ）の２倍以下の距離間隔の勾配変化は、車両側から見たとき判別できないことから、前方位置データ数を６００ｍ／２０ｍ＋１＝３１としたものである。   The forward position data X01 is calculated by adding the forward position data X00 and the data interval 28 in the adder 524. Same. The forward position data X02 is calculated by adding the forward position data X01 and the data interval 28 in the adder 524. Thereafter, the calculation is similarly performed up to the forward position data X30. In this example, the number of forward position data is 31 points from X00 to X30, but this does not limit the number of forward position data to be calculated. The number of forward position data is comprehensively determined by the distance for obtaining the average forward gradient and its interval. In railway vehicles, the braking distance is 600 m or less, and the change in the gradient of the distance interval less than twice the distance between the carriages (about 10 m) cannot be determined when viewed from the vehicle side. / 20m + 1 = 31.

前方位置データＸ００〜Ｘ３０をもとに、勾配データベース２９を参照することで、前方勾配データＩｎｃ００〜Ｉｎｃ３０を算出する。平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈは、加算器５２４で前方勾配データＩｎｃ００〜Ｉｎｃ３０を全加算し、さらに乗・除算器３１で全加算した前方勾配データＩｎｃ＿ｓｕｍに対して、勾配データ数３０を除算することで算出する。   By referring to the gradient database 29 based on the forward position data X00 to X30, the forward gradient data Inc00 to Inc30 are calculated. The average forward gradient Inc_h is calculated by fully adding the forward gradient data Inc00 to Inc30 by the adder 524, and further dividing the gradient data number 30 by the forward gradient data Inc_sum that has been fully added by the multiplier / divider 31. .

この構成により、以下の動作を実現する。平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈは、走行位置キロ程Ｄｉｓ＿ｈをベースに算出する前方位置データＸ００〜Ｘ３０に対応する前方勾配データＩｎｃ００〜Ｉｎｃ３０をもろに、これを平均化することで求められる。これにより、前方６００ｍまでの起伏状態を含めた線路状態を考慮した平均前方勾配の様子を把握できる。   With this configuration, the following operation is realized. The average forward gradient Inc_h is obtained by averaging the forward gradient data Inc00 to Inc30 corresponding to the forward position data X00 to X30 calculated based on the travel position kilometer Dis_h. As a result, it is possible to grasp the state of the average forward gradient in consideration of the track state including the undulating state up to 600 m ahead.

図４は、本発明の電気車両の制御装置の一実施形態におけるパターン選択部５４の構成を示す図である。パターン選択部５４は、蓄電量管理基準データベース５４１と、最適パターン判断部５４２と、第１の選択器５４３ａと、第２の選択器５４３ｂとを有している。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the pattern selection unit 54 in the embodiment of the control device for the electric vehicle of the present invention. The pattern selection unit 54 includes a storage amount management reference database 541, an optimum pattern determination unit 542, a first selector 543a, and a second selector 543b.

蓄電量管理基準データベース５４１は、走行速度と蓄電量の関係を記述した管理基準データである管理パターン（０）から管理パターン（ｎ）までの、複数の蓄電量管理データを備える。任意の管理基準データ（ｎ）は、基準回転速度信号Ｆｒを入力として、充電管理基準Ｃｈｇ＿ｂａｓｅ（ｎ）、放電管理基準Ｄｃｈ＿ｂａｓｅ（ｎ）を出力する。それぞれｎ＋１通りの充電管理基準Ｃｈｇ＿ｂａｓｅ（ｎ）、放電管理基準Ｄｃｈ＿ｂａｓｅ（ｎ）については、走行する区間の勾配量の大きさに対応して決定する。すなわち、ｎ＋１通りの異なる勾配量をもつ区間を想定し、それぞれの区間を走行した際の蓄電量の動きを予め算出しておくことにより充電管理基準Ｃｈｇ＿ｂａｓｅ（ｎ）、放電管理基準Ｄｃｈ＿ｂａｓｅ（ｎ）を設定する。   The storage amount management reference database 541 includes a plurality of storage amount management data from management pattern (0) to management pattern (n), which is management reference data describing the relationship between the traveling speed and the storage amount. Arbitrary management reference data (n) receives a reference rotation speed signal Fr and outputs a charge management reference Chg_base (n) and a discharge management reference Dch_base (n). The n + 1 charge management criteria Chg_base (n) and the discharge management criteria Dch_base (n) are determined according to the magnitude of the gradient amount of the traveling section. That is, assuming a section having n + 1 different gradient amounts, the charge management standard Chg_base (n) and the discharge management standard Dch_base (n) are calculated in advance by calculating the movement of the storage amount when traveling in each section. Set.

最適パターン判断部５４２は、平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈを入力とし、その大きさに応じてパターン選択信号Ｓｅｌ＿ｐａｔを出力する。第１の選択器５４３ａはパターン選択信号Ｓｅｌ＿ｐａｔを入力とし、蓄電量管理基準データベース５４１が出力する充電管理基準Ｃｈｇ＿ｂａｓｅ（ｎ）の内、パターン選択信号Ｓｅｌ＿ｐａｔに対応したひとつを選択し、充電余力限界パターンＣｈｇ＿ｐａｔを出力する。また、第２の選択器５４３ｂはパターン選択信号Ｓｅｌ＿ｐａｔを入力とし、蓄電量管理基準データベース５４１が出力する放電管理基準Ｄｃｈ＿ｂａｓｅ（ｎ）の内、パターン選択信号Ｓｅｌ＿ｐａｔに対応したひとつを選択し、充電余力限界パターンＤｃｈ＿ｐａｔを出力する。   The optimum pattern determination unit 542 receives the average forward gradient Inc_h and outputs a pattern selection signal Sel_pat according to the magnitude. The first selector 543a receives the pattern selection signal Sel_pat, selects one of the charge management criteria Chg_base (n) output from the storage amount management criteria database 541 corresponding to the pattern selection signal Sel_pat, and sets the remaining charge capacity limit pattern. Chg_pat is output. In addition, the second selector 543b receives the pattern selection signal Sel_pat, selects one of the discharge management criteria Dch_base (n) output from the storage amount management criteria database 541 corresponding to the pattern selection signal Sel_pat, and has a remaining charge capacity. The limit pattern Dch_pat is output.

充電余力限界パターンＣｈｇ＿ｐａｔおよび放電余力限界パターンＤｉｓ＿ｐａｔは、平均前方勾配Ｉｎｃ＿ｈを基に、最適な複数の蓄電量管理基準データベースのパターンの中から選択する。これにより、蓄電装置の過充電、過放電を防止できる。   The remaining charge capacity limit pattern Chg_pat and the remaining discharge capacity limit pattern Dis_pat are selected from a plurality of optimum power storage amount management reference database patterns based on the average forward gradient Inc_h. Thereby, overcharge and overdischarge of the power storage device can be prevented.

図５は、本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における前方平均勾配の算出を示す図である。車両の走行位置キロ程を前方位置データＸ００として、これを基点として２０ｍ毎にＸ０２、Ｘ０３・・・と前方位置データを順次算出し、前方位置データＸ３０まで算出する。ここで、前方位置データ数はＸ００〜Ｘ３０までの３１点としたが、これは算出する前方位置データ数を限定するものではない。前方位置データ数は平均前方勾配を求める距離およびその間隔により総合的に決定する。鉄道車両では、制動距離は６００ｍ以内であること、また台車間距離（約１０ｍ）の２倍以下の距離間隔の勾配変化は、車両側から見たとき判別できないことから、前方位置データ数を６００ｍ／２０ｍ＋１＝３１としたものである。   FIG. 5 is a diagram showing calculation of a forward average gradient in an embodiment of the control apparatus for an electric vehicle of the present invention. The vehicle traveling position kilometer is set as the forward position data X00, and X02, X03,... And the forward position data are sequentially calculated every 20 m from this as the base point, and the forward position data X30 is calculated. Here, the number of forward position data is 31 points from X00 to X30, but this does not limit the number of forward position data to be calculated. The number of forward position data is comprehensively determined by the distance for obtaining the average forward gradient and its interval. In railway vehicles, the braking distance is 600 m or less, and the change in the gradient of the distance interval less than twice the distance between the carriages (about 10 m) cannot be determined when viewed from the vehicle side. / 20m + 1 = 31.

前方位置データＸ００〜Ｘ３０をもとに、図示していない勾配データベース２９を参照することで、前方勾配データＩｎｃ００〜Ｉｎｃ３０を算出する。前方平均勾配Ｉｎｃ＿ｈは、前方勾配データＩｎｃ００〜Ｉｎｃ３０の平均値演算により算出する。   Based on the forward position data X00 to X30, the forward gradient data Inc00 to Inc30 are calculated by referring to the gradient database 29 (not shown). The forward average gradient Inc_h is calculated by calculating the average value of the forward gradient data Inc00 to Inc30.

図６は、本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における充放電余力限界パターンの選択方法を示す図である。図６は蓄電管理基準データベース５４１において、管理基準データ（０）から管理基準データ（ｎ）までを同一の座標系に示したものである。   FIG. 6 is a diagram showing a method for selecting a charge / discharge margin limit pattern in an embodiment of the control apparatus for an electric vehicle of the present invention. FIG. 6 shows management reference data (0) to management reference data (n) in the same coordinate system in the power storage management reference database 541.

上り勾配区間で加速する場合、最高速度（基準速度Ｖａｖ）に達するためには、平坦区間よりも多くの蓄電エネルギの放電を必要とする。このため、上り勾配区間ではより高位の管理基準データを選択することにより、速度零では高蓄電量を確保する蓄電管理基準とする。同様に上り勾配で回生ブレーキにより減速する場合、ある速度（基準速度Ｖａｖ）から速度零となるまでに、平坦区間よりも回生ブレーキによる蓄電エネルギの充電は少ない。このため、上り勾配区間ではより高位の管理基準データを選択することにより、最高速度で高蓄電量となる蓄電管理基準とする。   When accelerating in an uphill section, in order to reach the maximum speed (reference speed Vav), it is necessary to discharge a larger amount of stored energy than in a flat section. For this reason, by selecting higher-level management reference data in the uphill section, the power storage management reference is set to ensure a high power storage amount at zero speed. Similarly, when the vehicle is decelerated by regenerative braking at an ascending slope, the charged energy of regenerative braking is less than that in a flat section until the speed becomes zero from a certain speed (reference speed Vav). For this reason, in the upslope section, by selecting higher-level management reference data, the power storage management reference is set so that the maximum power storage amount is obtained at the highest speed.

一方、下り勾配区間で加速する場合、最高速度（基準速度Ｖａｖ）に達するためには、平坦区間よりも蓄電エネルギの放電は少なくなる。このため、下り勾配区間ではより低位の管理基準データを選択することにより、速度零では低蓄電量を確保する蓄電管理基準とする。同様に下り勾配で回生ブレーキにより減速する場合、ある速度（基準速度Ｖａｖ）から速度零となるまでに、平坦区間よりも多くの回生ブレーキによる蓄電エネルギを充電できる。このため、下り勾配区間ではより低位の管理基準データを選択することにより、最高速度で低蓄電量となる蓄電管理基準とする。   On the other hand, when accelerating in the downward gradient section, the discharge of the stored energy is less than that in the flat section in order to reach the maximum speed (reference speed Vav). For this reason, by selecting lower management reference data in the downward gradient section, it is set as the power storage management standard for securing a low power storage amount at zero speed. Similarly, when the vehicle is decelerated by regenerative braking at a downward slope, the energy stored by the regenerative brake can be charged more than in a flat section until the speed becomes zero from a certain speed (reference speed Vav). For this reason, by selecting lower management reference data in the downward gradient section, the storage management reference is set so that the storage amount is low at the maximum speed.

本発明の電気車両の制御装置における一実施形態の基本構成を示す図。The figure which shows the basic composition of one Embodiment in the control apparatus of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における走行位置算出部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the traveling position calculation part in one Embodiment of the control apparatus of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における平均前方勾配算出部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the average front gradient calculation part in one Embodiment of the control apparatus of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車両の制御装置の一実施形態におけるパターン算出部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the pattern calculation part in one Embodiment of the control apparatus of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における前方平均勾配の算出を示す図。The figure which shows calculation of the forward average gradient in one Embodiment of the control apparatus of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車両の制御装置の一実施形態における充放電余力限界パターンの選択方法を示す図。The figure which shows the selection method of the charging / discharging remaining power limit pattern in one Embodiment of the control apparatus of the electric vehicle of this invention. 従来の鉄道車両用ハイブリッドシステムの基本構成を示す図。The figure which shows the basic composition of the conventional hybrid system for rail vehicles.

符号の説明Explanation of symbols

１１…エンジン、１２…誘導発電機、１３…コンバータ装置、１４…遮断器、２１…インバータ装置、２２…誘導電動機、２３…減速機、２４…輪軸、３０…蓄電装置、４１…サービス電源用インバータ装置、４２…変圧器、５０…システム統括装置、５１…制御装置、５２…走行位置演算部、５３…前方勾配演算部、５４…パターン選択部、５２１…積分器、５２２…駅番号カウンタ、５２３…繰り上げ駅数、５２４…加算器、５２５…駅キロ程データベース、５２６…駅判定最大値、５２７…駅判定最小値、５２８…駅到着判定部、５２９…減算器、５３１…データ間隔設定器、５３２…加算器、５３３…勾配データベース、５３４…演算データ数、５３５…乗・除算器、５４１…蓄電量管理基準データベース、５４２…最適パターン判定部、５４３…選択器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Engine, 12 ... Induction generator, 13 ... Converter device, 14 ... Circuit breaker, 21 ... Inverter device, 22 ... Induction motor, 23 ... Reduction gear, 24 ... Wheel shaft, 30 ... Power storage device, 41 ... Inverter for service power supply Device, 42 ... Transformer, 50 ... System control device, 51 ... Control device, 52 ... Running position calculation unit, 53 ... Front gradient calculation unit, 54 ... Pattern selection unit, 521 ... Integrator, 522 ... Station number counter, 523 ... Number of train stations 524 ... Adder 525 ... Station kilometer database 526 ... Maximum station judgment value 527 ... Minimum station judgment value 528 ... Station arrival judgment unit 529 ... Subtractor 531 ... Data interval setting device, 532 ... Adder, 533 ... gradient database, 534 ... number of operation data, 535 ... multiplier / divider, 541 ... charge storage management reference database, 542 ... optimal pattern size Department, 543 ... selector

Claims (4)

エンジンにより駆動される発電手段が発生する交流電力を直流電力に変換するコンバータ手段を有する直流電力発生手段と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記直流電力を充電および放電する機能を持つ電力蓄積手段と、これらの各手段を制御する第１の制御手段と、鉄道車両を駆動する電動機を備えた電気車両の制御装置において、
前記電動機に作用する負荷を前記電動機の基準回転速度に基づいて推定し、前記電力蓄積手段の蓄電エネルギ量を前記推定負荷量に応じて制御する第２の制御手段を備えることを特徴とする電気車両の制御装置。 DC power generating means having converter means for converting AC power generated by power generation means driven by the engine into DC power, inverter means for converting the DC power to AC power, and a function of charging and discharging the DC power In an electric vehicle control apparatus comprising a power storage means having a first control means for controlling each of these means, and an electric motor for driving a railway vehicle,
Electricity comprising: a second control means for estimating a load acting on the electric motor based on a reference rotational speed of the electric motor, and controlling a stored energy amount of the electric power storage means according to the estimated load amount. Vehicle control device. 請求項１に記載の電気車両の制御装置において、
前記第２の制御手段における前記電動機の負荷の推定は、前記基準回転速度の積算による車両の走行位置情報に基づいて行う
ことを特徴とする電気車両の制御装置。 In the control apparatus of the electric vehicle according to claim 1,
The electric vehicle control device according to claim 2, wherein the estimation of the load of the electric motor in the second control means is performed based on vehicle travel position information based on integration of the reference rotational speed. 請求項２に記載の電気車両の制御装置において、
前記第２の制御手段において推定する前記電動機負荷は、勾配量により車両に作用する重力負荷であり、前記勾配量を前記走行位置情報に基づいて推定し、推定した勾配量により選択される蓄電量管理基準パターンを、前記第１の制御手段に設定する
ことを特徴とする電気車両の制御装置。 The control apparatus for an electric vehicle according to claim 2,
The electric motor load estimated by the second control means is a gravitational load that acts on the vehicle by a gradient amount, and the amount of stored electricity that is selected based on the estimated gradient amount is estimated based on the traveling position information. A control device for an electric vehicle, wherein a management reference pattern is set in the first control means. エンジンにより駆動される発電手段が発生する交流電力を直流電力に変換するコンバータ手段を有する直流電力発生手段と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記直流電力を充電および放電する機能を持つ電力蓄積手段と、これらの各手段を制御する第１の制御手段と、鉄道車両を駆動する電動機を備えた電気車両の制御装置において、
電動機の回転速度を検出する検出手段と、
電動機の回転速度から車両の速度を演算する速度演算部と、
速度演算部の出力を用いて車両の走行位置を演算する走行位置演算部と、
前記車両の走行位置に基づいて平均前方勾配を演算する前方勾配演算部と、
前記電力蓄積手段における充電量と走行速度の関係を勾配条件に基づいて作成した充電余力限界パターンと放電余力限界パターンをそれぞれ複数個有し、前記前方勾配演算部が演算した平均前方勾配に基づいて、充電余力限界パターンと放電余力限界パターンを選択して蓄電量管理基準パターンとして出力するパターン制御部とを備え、
選択した蓄電量管理基準パターンに従って、第１の制御手段によりエンジンおよびコンバータ装置ならびにインバータ装置を制御する
ことを特徴とする電気車両の制御装置。 DC power generating means having converter means for converting AC power generated by power generation means driven by the engine into DC power, inverter means for converting the DC power to AC power, and a function of charging and discharging the DC power In an electric vehicle control apparatus comprising a power storage means having a first control means for controlling each of these means, and an electric motor for driving a railway vehicle,
Detection means for detecting the rotational speed of the electric motor;
A speed calculator that calculates the speed of the vehicle from the rotational speed of the electric motor;
A travel position calculator that calculates the travel position of the vehicle using the output of the speed calculator;
A forward gradient calculation unit that calculates an average forward gradient based on the travel position of the vehicle;
Based on the average forward slope calculated by the forward slope calculation unit, each of which has a plurality of remaining charge limit patterns and discharge remaining power limit patterns created based on the gradient conditions for the relationship between the charge amount and the running speed in the power storage means. A pattern control unit that selects a remaining charge capacity limit pattern and a remaining discharge capacity limit pattern and outputs them as a storage amount management reference pattern;
A control device for an electric vehicle, wherein the engine, the converter device, and the inverter device are controlled by the first control means in accordance with the selected storage amount management reference pattern.
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