JP4934562B2 - Vehicle control device having power storage device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば鉄道車両用車両などの車両に搭載される制御装置に関し、特に主電動機を駆動するインバータ装置の入力側に設けられた車両用制御装置に関する。 The present invention relates to a control device mounted on a vehicle such as a railcar vehicle, and more particularly to a vehicle control device provided on the input side of an inverter device that drives a main motor.
従来、例えば、鉄道用の車両の回生運転時において回生する電力を消費する他列車などが近辺にいない場合、回生電流がインバータの入力に付加されているフィルタコンデンサに充電されインバータ装置の入力側直流電圧が上昇し、放置すると制御範囲外の過電圧になる。これを避ける為に、インバータ装置の軽負荷回生制御により回生電力自体を低減する、もしくは回生負荷抵抗チョッパ制御装置を付加し、チョッパ装置の抵抗器に回生電力を消費させることによりインバータ装置の入力側である直流電圧が過電圧になるのを防止している。 Conventionally, for example, when there is no other train in the vicinity that consumes regenerative power during regenerative operation of a railway vehicle, for example, the regenerative current is charged to the filter capacitor added to the input of the inverter and the input side DC of the inverter device If the voltage rises and is left unattended, it becomes an overvoltage outside the control range. In order to avoid this, reduce the regenerative power itself by light load regenerative control of the inverter device, or add a regenerative load resistance chopper control device and make the resistor of the chopper device consume the regenerative power, so that the input side of the inverter device This prevents the DC voltage from becoming an overvoltage.
前述した軽負荷回生制御とは、車両に搭載された主電動機の駆動を制御ためのインバータ装置においてその回生動作時にインバータ装置の直流側電圧が所定の値以上になった際に図９の示すごとく主電動機のトルクを絞ることで回生エネルギーを抑制する制御である。 The light load regenerative control described above is as shown in FIG. 9 when the DC side voltage of the inverter device becomes a predetermined value or higher during the regenerative operation in the inverter device for controlling the driving of the main motor mounted on the vehicle. In this control, regenerative energy is suppressed by reducing the torque of the main motor.
例えば、特許文献１には、力行時において、インバータ装置への入力電流が所定のしきい値電流を超える場合に、チョッパ装置をオン状態にして、ＥＤＬＣ７に蓄えられたエネルギーをインバータ装置に供給するように制御し、また、回生制御時において、フィルタコンデンサの端子電圧が所定のしきい値電圧に達した場合に、チョッパ装置をオン状態にして、回生制御により発生したエネルギーをＥＤＬＣに充電するように制御し、回生時に発生したエネルギーを適切に有効利用する車両用制御装置が開示されている。
For example, in
次に、従来の回生負荷抵抗チョッパ制御装置の構成例を図１０を参照して説明する。この装置では、電車線から集電装置７１を介して電圧を供給し、フィルタリアクトル７２とフィルタコンデンサ７３を介してインバータ装置７４が接続され、このインバータ装置７４内のスイッチング素子の制御により主電動機７５の回転数が制御される。また、インバータ装置と並列に回生負荷抵抗７６と回生負荷抵抗チョッパ７７が接続される。
Next, a configuration example of a conventional regenerative load resistance chopper control device will be described with reference to FIG. In this device, a voltage is supplied from a train line via a
図１１は、図１０に示した回生負荷抵抗チョッパ７７を制御する制御部７８の構成例を示すブロック図である。この制御部７８では、フィルタコンデンサ７３の電圧から、回生負荷抵抗チョッパ７７の動作開始電圧を減算した値に係数器８１によるゲイン（定数Ｋ３）をかけた上で、係数器８１からの出力値に対し上下限リミット処理部８２による上下限リミット処理を行う。上下限リミット処理にかかる下限値は、回生負荷抵抗チョッパ７７の動作しないレベル（ゲートＯＦＦレベル）とし、上限値は回生負荷抵抗チョッパのゲートが常時オンしているレベル（ゲートＦＵＬＬ ＯＮレベル）とする。そして、上下限リミット処理部８２の出力信号を回生負荷抵抗チョッパ７７のゲート信号として用いて、回生負荷抵抗チョッパ７７のオンオフを制御することにより回生負荷抵抗７６に流れる電流量を制御している。
前述した回生負荷抵抗チョッパ制御装置では回生エネルギーを抵抗で消費していたので回生エネルギーが有効活用されない。また、前述した軽負荷回生制御においては回生運転時のインバータ直流側電圧が過電圧になるのを防ぐ為に回生エネルギーをインバータ制御により抑制し、結果として不足するブレーキ力を他のブレーキ、例えば空気ブレーキを働かせるなどするため、回生エネルギーの有効利用ができず、また空気ブレーキ関係の消耗品が磨耗してしまうなどの問題がある。 In the above-described regenerative load resistance chopper control device, regenerative energy is consumed by resistance, and therefore regenerative energy is not effectively utilized. In the light load regenerative control described above, the regenerative energy is suppressed by inverter control to prevent the inverter DC side voltage during regenerative operation from becoming an overvoltage, and as a result, the brake force that is insufficient is reduced to other brakes, for example, air brakes. For example, the regenerative energy cannot be used effectively and the consumables related to the air brake wear out.
これらの問題を解決する為に、図１０に示した回生負荷抵抗７６に代えて、例えば充電能力が十分に高くかつ必要最低限の充電容量を有する２次電池など蓄電装置及び制御用チョッパ装置を設け、制御用チョッパ装置の動作により回生時に発生したエネルギーを蓄電装置に蓄えることが考えられる。この場合、回生時に蓄積したエネルギーは、力行時の駆動用エネルギーとして使用する、或いはサービス用の補助電源への供給エネルギーとして使用するなどエネルギーの有効利用が可能である。
In order to solve these problems, instead of the
しかしながら、回生エネルギー吸収のため蓄電装置を利用する場合、蓄電システム特有の問題点がある。即ち、電車線より電力の供給を受けている鉄道車両の場合、意図すれば常時充放電は可能である。一方、蓄電装置に吸収できるエネルギーには限りがあるので、システムを有効に作動させるためには、回生エネルギーの吸収を行いたい場合には、蓄電装置に吸収されたエネルギーを事前に放出しておき回生エネルギー吸収が必要なとき蓄電装置が十分充電余力をもつように管理されていることが必要である。即ち、どのような条件で充電・放電を行うべきかを定める充放電制御を必要とする。さらに多くの蓄電装置は過充電・過放電を嫌うものも多く、多くの場合最大充放電電流の制限も有す。したがって、エネルギー蓄電装置を利用する場合、蓄積エネルギーの管理方法、充放電量制限、充放電電流制限などの手法の確立が不可欠である。 However, when a power storage device is used to absorb regenerative energy, there is a problem peculiar to a power storage system. That is, in the case of a railway vehicle that is supplied with electric power from a train line, charging and discharging are possible at all times if intended. On the other hand, since the energy that can be absorbed by the power storage device is limited, in order to operate the system effectively, if the regenerative energy is to be absorbed, the energy absorbed by the power storage device must be released in advance. When regenerative energy absorption is required, it is necessary that the power storage device be managed so as to have sufficient charge capacity. That is, charge / discharge control is required to determine under what conditions charging / discharging should be performed. Further, many power storage devices do not like overcharge / overdischarge, and in many cases have limitations on the maximum charge / discharge current. Therefore, when using an energy storage device, it is indispensable to establish methods such as a method for managing stored energy, charging / discharging amount limitation, charging / discharging current limitation.
本発明の目的は回生エネルギーを適切に有効利用することが可能になる蓄電装置を有する車両用制御装置を提供することにある An object of the present invention is to provide a vehicle control device having a power storage device capable of appropriately and effectively using regenerative energy.
本発明の車両用制御装置は、主電動機と前記主電動機の駆動を制御するインバータ装置と前記インバータ装置の直流側に接続された半導体スイッチング装置と、前記半導体スイッチング装置に接続された蓄電装置と、前記インバータ装置の直流側と前記半導体スイッチング装置の接続点と前記集電装置間の電流を計測する直流電流検出手段と、を有し、 前記インバータ装置が力行制御を行う際に、前記蓄電装置からの放電を前記インバータ装置が消費する電流以下の大きさに制御する放電制御手段と、前記インバータ装置が回生制御を行う際に、回生負荷が十分にある場合に前記インバータ装置が放出する回生直流電流制御目標値よりも直流電流検出手段により検出される前記インバータ装置から前記集電装置に向かう電流量が小さい場合に前記半導体スイッチング装置を動作させて前記蓄電装置への充電を制御し、かつ前記回生直流電流制御目標値と前記直流電流検出手段により検出される電流量の差分より小さい値に前記半導体スイッチング装置の入力電流を制限する充電制御手段と、を備えたことを特徴とする。 The vehicle control device of the present invention includes a main motor, an inverter device that controls driving of the main motor, a semiconductor switching device connected to a DC side of the inverter device, a power storage device connected to the semiconductor switching device, anda DC current detection means for measuring the current between the current collector and the connection point between the DC side and the semiconductor switching device of the inverter device, when the inverter apparatus performs power running control, before Symbol power storage device Discharge control means for controlling the discharge from the inverter device to a magnitude equal to or less than the current consumed by the inverter device, and the regenerative DC that the inverter device discharges when there is a sufficient regenerative load when the inverter device performs regenerative control. If the amount of current flowing to the current collector from said inverter device than the current control target value is detected by the DC current detecting means is less Said semiconductor switching before SL controls the charging to thereby operate the semiconductor switching device the electrical storage device, and the difference value smaller than the amount of current detected by the DC current detecting means before and Machinery raw DC current control target value the input current and the charging control means you limit the apparatus, characterized by comprising a.
本発明によれば、回生負荷低減時、回生電力を蓄電装置に電力吸収できるので、車両の運動エネルギーの無駄な消費をさけることができる。また同時に回生ブレーキ力低減による、空気ブレーキ装置などの消耗を低減できる。 According to the present invention, when the regenerative load is reduced, the regenerative power can be absorbed by the power storage device, so that useless consumption of kinetic energy of the vehicle can be avoided. At the same time, exhaustion of the air brake device and the like can be reduced by reducing the regenerative braking force.
力行に際しては蓄電装置からの放電電流はすべて自車両の消費電流として使用され、回生の際は自車両の回生電流量以内で回生エネルギーを吸収できるので、必要以上の充放電を避け、有効にエネルギーの吸収・放出ができる。 During power running, all the discharge current from the power storage device is used as the current consumption of the host vehicle, and during regeneration, the regenerative energy can be absorbed within the amount of regenerative current of the host vehicle. Can be absorbed and released.
また、本発明によれば、吸収した回生エネルギーを力行に使用できるのでトータルとして省エネが図れ、更に、本発明によれば、回生負荷低減時のみに動作を限定しているので動作頻度が少なく蓄電装置の寿命確保にも有効である。 In addition, according to the present invention, the absorbed regenerative energy can be used for powering, so energy can be saved as a total. Further, according to the present invention, the operation is limited only when the regenerative load is reduced, so that the operation frequency is low. It is also effective in ensuring the life of the device.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図１を用いて本発明の実施例１の車両用制御装置の構成を説明する。図示のように電車線と電気的に接続する集電装置１とフィルタリアクトル２を介し電源に接続されるインバータ装置４と、このインバータ装置４の入力側にフィルタコンデンサ３が、インバータ装置４の出力側に主電動機５がそれぞれ接続される。
First, the configuration of the vehicle control apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in the figure, a
また、フィルタコンデンサ３と並列に、半導体スイッチング装置であるチョッパ装置６が接続される。このチョッパ装置は、第１のフリーホイールダイオードを並列接続されたＩＧＢＴ６ａのエミッタと第２のフリーホイールダイオードを並列接続されたＩＧＢＴ６ｂのコレクタが接続されてなる。第１のＩＧＢＴのコレクタはフィルタリアクトル２とインバータ装置４の間に接続され、第２のＩＧＢＴ６ｂのエミッタはインバータ装置の低電位側に接続される。第２のＩＧＢＴ６ｂのコレクタとエミッタ間には、電圧変換用リアクトル８を介して例えば２次電池よりなる蓄電装置７が接続される。
A chopper device 6 that is a semiconductor switching device is connected in parallel with the
また集電装置１から供給されてフィルタリアクトル２を流れる電流（Ｉｄｃ）の値を検出する直流電流検出部９、インバータ装置４への入力電流（Ｉｉｎｖ）の値を検出するインバータ電流検出部１０、および、蓄電装置７から第２のＩＧＢＴ６ｂのコレクタに出力される電流（Ｉｃｈ）の値を検出する蓄電装置電流検出部１２がそれぞれ設けられる。またチョッパ装置６には充放電制御装置１３が接続される。さらにインバータ装置４にはインバータ制御装置１４が接続され、インバータ制御装置１４と充放電制御装置１３の間には情報伝達手段１５が設けられ、回生時、回生負荷が十分ある場合にインバータ装置７４が放出する回生直流電流量目標値の情報がインバータ制御装置１４より充放電制御装置１３に渡される。また蓄電装置７には蓄電制御装置１６が接続され、蓄電制御装置１６と充放電制御装置１３の間には情報伝達手段１７が設けられている。蓄電制御装置１６は蓄電装置７の充電量及び、蓄電装置７内状態に対応した許容最大充放電電流を算出するとともに、これらの情報を充放電制御装置１３に渡すように構成される。
Also, a DC
図２は、図１に示した充放電制御装置１３の構成例を示すブロック図である。この充放電装置１３は、充電制御部２１、放電制御部２２及び力行回生検出部２３を備える。力行回生検出部２３は、主電動機５、インバータ装置４が力行状態にあるか回生状態にあるかを検出する。充放電制御装置１３では、力行回生検出部２３による検出結果にしたがって、選択回路２４のＡＮＤ機能２５，２６により、回生時には充電制御部２１からの制御信号が、力行時には放電制御部２２からの制御信号がチョッパ装置６のＩＧＢＴ６ａ、６ｂに入力されるようになっている。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the charge /
力行回生検出部２３では、例えば図示しない運転用装置において運転士により加速にかかる操作がなされて、これを示す制御信号が出力された際には、これを検出して力行とみなし、減速にかかる操作がなされたことを示す制御信号が出力された際には、これを検出して回生とみなす。
In the power running
なお、このような情報はインバータ装置７４が主電動機を運転士の操作に対応して主電動機を制御するという責務を負うことよりインバータ制御装置１４内には必ず存在する信号であるから情報伝達手段１５を介して力行回生検出部に伝達されてもよい。
Such information is a signal that is always present in the
次に、放電制御部２２による放電制御について説明する。図３は、図２に示した放電制御部２２の構成例を示すブロック図である。図４はこの中で用いるパターン発生部３６の特性図、図５は、図３に示した構成の放電制御部２２による制御を行った際の動作波形を示した図である。
Next, discharge control by the
この放電制御部２２では、まず直流電流検出部９で検出したフィルタリアクトル２を流れる電流Ｉｄｃ、即ち集電装置１より車両が取り入れる電流の値から適度な下限値である第１の閾値ＩｄｃＬを減算し、これを越えた分に対し適度な係数Ｋ１を乗算してチョッパ電流目標値をＩｃｈＰ１算出する。
The
次に、リミット機能３２により、ＩｃｈＰ１の値を０以上から次に説明するＩｃｈＰ４以下の範囲に限定し、この値を最終的なチョッパ電流目標値ＩｃｈＰ３とする。ＩｃｈＰ４は蓄電制御装置１６より情報伝達手段１８を介して得られる第３の閾値である許容最大放電電流値ＩｃｈＰ２と蓄電装置７の充電量を示す値ＳＯＣとにより演算され出力される値であって、ＳＯＣを入力しＳＯＣが許容される最低値を示す第５の閾値以下のとき０、ＳＯＣが第５閾値よりやや大きい第７の閾値以上の場合は１を出力し、かつ、第５の閾値、第７の閾値の間は０から１の中間値を出力するパターン発生部３６を構成し、この出力をＩｃｈＰ２に乗じたものである。
Next, the
図４にパターン発生部３６の特性図の例を示す。即ち、ＩｃｈＰ３はＩｃｈＰ４以下の範囲に限定され、ＩｃｈＰ３がＩｃｈの最終的な制御目標値とされる。この機能により蓄電装置７は最低許容充電量以下では蓄電装置の放電が禁止され最低許容充電量が確保される。またＩｃｈＰ３はＩｃｈＰ４以下であり、ＩｃｈＰ４は許容最大放電電流値ＩｃｈＰ２以下であるから蓄電装置７の最大放電許容値は担保される。さらにチョッパ電流目標値ＩｃｈＰ３に対し蓄電装置電流検出部１２により検出されるチョッパ装置６に流れる電流Ｉｃｈをフィードバックし電流制御部（ＡＣＲ）３３により比例積分などの処置を行い通流角指令とする。この値をＰＷＭ変調器３５により通流角指令に比例したパルス幅を有するパルス信号に変換し、ＩＧＢＴ６ｂのゲート信号として供給する。
FIG. 4 shows an example of a characteristic diagram of the
尚、ＩｄｃＬは力行時、インバータが確実に電流消費動作に入っており、かつインバータが消費する電流以下の大きさで放電を行う為の定数でインバータの最大力行電流の数％程度以上の値とすればよい。また係数Ｋ１はインバータの消費電流の内訳である、電車線からの流入電流と蓄電装置からの放電電流との比率にかかわる係数で、その比率の設計値として設定される。 Note that IdcL is a constant for discharging the current with a magnitude smaller than the current consumed by the inverter when the power is running, and is a value of several percent or more of the maximum power running current of the inverter. do it. The coefficient K1 is a factor related to the ratio of the inflow current from the train line and the discharge current from the power storage device, which is a breakdown of the current consumption of the inverter, and is set as a design value of the ratio.
具体的動作としては、ＩｄｃがＩｄｃＬを越えるとＩｃｈＰ１は正となり、ＰＷＭ変調器３５によりチョッパ用のパルスが生成されチョッパ装置が動作を開始し、蓄電装置に蓄えられたエネルギーの放出が開始される。
Specifically, when Idc exceeds IdcL, IchP1 becomes positive, a pulse for chopper is generated by the
図５のグラフで示されるように、力行時、Ａ点で車両が出発し力行が開始されたとすると、加速とともに（図５ａ）、（図５ｂ）のように集電装置からの流入電流Ｉｄｃ、インバータの入力電流Ｉｉｎｖ、は徐々に増加する。Ｉｄｃ、ＩｉｎｖがＩｄｃＬの値に達すると、即ちＢ点に達するとチョッパ装置６がオン状態となって蓄電装置からの放電が開始される。これによりチョッパ装置６からの放電電流Ｉｃｈ’と集電装置１からの流入電流Ｉｄｃの合計がインバータ装置４に供給されることになる。したがって、電車線から集電装置１を介して流入する電流Ｉｄｃは、インバータ装置４が入力する電流ＩｉｎｖよりもＩｃｈ’の分だけ減少する。尚、Ｉｃｈ’はチョッパ装置の出力電流で実際にはＩＧＢＴ６ｂのオフ期間に対応したパルス電流であるがフィルタコンデンサ３によって平滑される。
As shown in the graph of FIG. 5, when the vehicle starts at the point A and the power running is started at the time of power running, the inflow current Idc from the current collector as shown in FIG. 5A and FIG. The inverter input current Iinv gradually increases. When Idc and Iinv reach the value of IdcL, that is, when the point B is reached, the chopper device 6 is turned on and discharge from the power storage device is started. As a result, the sum of the discharge current Ich ′ from the chopper device 6 and the inflow current Idc from the
（図５ｃ）のＩｃｈ’はその平滑された平均値を示している。以後特に断らない限りＩｃｈ’は平均値として扱う。その平滑された平均値はチョッパ装置６の蓄電装置７からの入力電流Ｉｃｈにチョッパ装置の入出力の電圧比の逆数を乗じた値にほぼ一致する。またＩｃｈＰ１の値と、（Ｉｄｃ−ＩｄｃＬ）の値の比率は図３の制御ブロック図から知れるようにＫ１の値に一致する。この後さらに車両の加速が進みＩｉｎｖが増加すると、Ｉｄｃが増加し、図４に示すＩｃｈＰ１の値が増加するが、この値がＩｃｈＰ２に達するとＩｃｈの制御目標値はリミットされ（図５ｃ）のＣ−Ｄ間のようにＩｃｈ、Ｉｃｈ’が制限される。 Ich ′ in FIG. 5c represents the smoothed average value. Hereinafter, unless otherwise specified, Ich ′ is treated as an average value. The smoothed average value substantially coincides with a value obtained by multiplying the input current Ich from the power storage device 7 of the chopper device 6 by the reciprocal of the input / output voltage ratio of the chopper device. The ratio of the value of IchP1 and the value of (Idc-IdcL) matches the value of K1, as can be seen from the control block diagram of FIG. When the vehicle further accelerates and Iinv increases, Idc increases and the value of IchP1 shown in FIG. 4 increases. When this value reaches IchP2, the control target value of Ich is limited (FIG. 5c). Ich and Ich ′ are limited as between CD.
その後、力行操作が継続していれば放電動作が継続し、蓄電装置７が今回の力行動作以前に蓄えたエネルギー放電し、蓄電装置の充電量ＳＯＣが許容最低値に達した時点で、即ち例えばＥ点において、ＩｃｈＰ４、ＩｃｈＰ３が０となりチョッパ装置６は停止させられる。 After that, if the power running operation is continued, the discharging operation is continued, the energy storage device 7 has discharged the energy stored before the current power running operation, and when the charge amount SOC of the power storage device reaches the allowable minimum value, for example, At point E, IchP4 and IchP3 become 0, and the chopper device 6 is stopped.
尚、パターン発生部３６において第５の閾値と第７の閾値の間に０と１の間の中間値を持たせているのは、上記したＩｃｈＰ４、ＩｃｈＰ３が０となりチョッパ装置６は停止させられるときに急激な電流変化によりインバータ装置４に制御上の外乱を与えることがないようにしたものである。もちろんこの外乱の問題が無ければ第５の閾値と第７閾値は一致させて中間値をなくしてもよい。
The reason why the
上記のごとく動作する為、主電動機５を駆動するエネルギーは図５ｂに示すｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｅ’−ｄ’に囲まれる分だけ電車線からのエネルギー供給を低減できる。 Since it operates as described above, the energy for driving the main motor 5 can reduce the energy supply from the train line by the amount enclosed by bcd-e-e'-d 'shown in FIG. 5b.
次に、図２に示した充電制御部２１の回路構成例と動作について図６を参照して説明する。 Next, a circuit configuration example and operation of the charging control unit 21 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
図７はこの中で用いるパターン発生部５６の特性図、図８は、図６に示した構成の充電制御部２１による制御を行った際の動作波形を示した図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram of the
この充電制御部２１には、インバータ装置６が回生を行う際に、インバータ制御装置１４から充放電制御装置１３に対して、回生負荷が十分にある際にインバータ装置６が回生し出力する回生直流電流の目標値ＩｄｃＰが伝達される。この充電制御部２１では、このＩｄｃＰと直流電流検出部９で検出したフィルタリアクトル２を流れる電流Ｉｄｃ即ち集電装置１を介して車両が電車線側に放出する電流の値の差分を検出する。ここで判りやすくする為、前記放電制御部２２の説明とは逆向きであるが、ＩｄｃＰ、Ｉｄｃはインバータ装置６から集電装置１に向かって流れる電流を正とする。このＩｄｃＰとＩｄｃの差分から適度な下限値である第２の閾値ＩｄｃＬ２を減算し、これを越えた分に対し適度な係数Ｋ２を乗算してチョッパ電流目標値をＩｃｈＰｒ１算出する。
When the inverter device 6 performs regeneration, the charge control unit 21 generates regenerative DC that the inverter device 6 regenerates and outputs to the charge /
次に、リミット機能５２により、ＩｃｈＰｒ１の値を０以上から次に説明するＩｃｈＰｒ４以下の範囲に制限し、この値を最終的なチョッパ電流目標値ＩｃｈＰｒ３とする。ＩｃｈＰｒ４は蓄電制御装置１６より情報伝達手段１８を介して得られる、第４の閾値である許容最大充電電流値ＩｃｈＰｒ２と蓄電装置７の充電量を示す値ＳＯＣとにより演算され出力される値であって、ＳＯＣを入力し、ＳＯＣが許容される最大値を示す第６の閾値以上のとき０、ＳＯＣが第６の閾値よりやや小さい第８の閾値以下の場合は１を出力し、かつ、第６の閾値、第８の閾値の間は０から１の中間値を出力するパターン発生部５６を構成し、この出力をＩｃｈＰｒ２に乗じたものである。即ち、ＩｃｈＰｒ３はＩｃｈＰｒ４以下の範囲に限定され、ＩｃｈＰｒ３がＩｃｈの最終的な制御目標値とされる。
Next, the
この機能により蓄電装置７は最大許容充電量以上では蓄電装置の充電が禁止され最大許容充電量が担保される。またＩｃｈＰｒ３はＩｃｈＰｒ４以下であり、ＩｃｈＰｒ４は許容最大充電電流値ＩｃｈＰｒ２以下であるから蓄電装置７の最大充電許容値は担保される。さらにチョッパ電流目標値ＩｃｈＰｒ３に対し、蓄電装置電流検出部１２により検出されるチョッパ装置６に流れる電流Ｉｃｈをフィードバックし電流制御部（ＡＣＲ）５３により比例積分などの処置を行い通流角指令とする。この値をＰＷＭ変調器５５により通流角指令に比例したパルス幅を有するパルス信号に変換し、ＩＧＢＴ６ａのゲート信号として供給する。
With this function, the power storage device 7 is prohibited from charging the power storage device above the maximum allowable charge amount, and the maximum allowable charge amount is secured. Further, since IchPr3 is equal to or less than IchPr4 and IchPr4 is equal to or less than the allowable maximum charge current value IchPr2, the maximum charge allowable value of the power storage device 7 is ensured. Further, the current Ich flowing through the chopper device 6 detected by the power storage device
尚、ＩｄｃＰはインバータ装置の駆動用主電動機制御を行うという本来責務より必ずインバータ制御装置内に内在する情報であるので伝達手段を介してこの充電制御部に入力することは容易である。また、ＩｄｃＬ２は上記ＩｄｃＰの値やチョッパ装置自体の誤差分などにより、回生時、インバータ装置６が回生する直流電流以上の電流を蓄電装置に吸収させないため、或いはどの程度回生負荷が減ったとき充電機能を動作させるかを定めるためのシステム設計的定数である。したがって例えば上記回生目標値ＩｄｃＰに対して１００Ａ回生電流が低下したとき本装置を動作させたいと考えれば１００Ａとすればよい。また係数Ｋ２はインバータ装置の目標回生直流電流値に対する実回生直流の不足分と蓄電装置への充電電流との比率にかかわる係数で、チョッパ装置の入力電流Ｉｃｈ’が不足分以上にならない範囲で、その比率の設計値として設定される。 Incidentally, since IdcP is information inherent in the inverter control device from the original responsibility of controlling the driving main motor of the inverter device, it is easy to input it to the charging control unit via the transmission means. In addition, IdcL2 is charged so that the power storage device does not absorb current more than the DC current regenerated by the inverter device 6 during regeneration due to the value of IdcP or the error of the chopper device itself, or when the regenerative load is reduced. It is a system design constant for determining whether the function operates. Therefore, for example, if it is desired to operate the apparatus when the regenerative target value IdcP is 100 A and the regenerative current is reduced, 100 A may be used. The coefficient K2 is a coefficient related to the ratio of the shortage of the actual regenerative DC to the target regenerative DC current value of the inverter device and the charging current to the power storage device, and the input current Ich ′ of the chopper device does not exceed the shortage, It is set as the design value of the ratio.
具体的動作としては、回生中に回生負荷が低減しＩｄｃが流れにくくなり、ＩｄｃＰとＩｄｃの差がＩｄｃＬを越えるとＩｃｈＰｒ１は正となり、ＰＷＭ変調器５５によりチョッパ用のパルスが生成されチョッパ装置が動作を開始し、回生電流が蓄電装置に流入し、エネルギーの蓄積が開始される。
Specifically, the regenerative load is reduced during regeneration and Idc becomes difficult to flow. When the difference between IdcP and Idc exceeds IdcL, IchPr1 becomes positive, and a pulse for chopper is generated by the
図８のグラフで示されるように、回生中に、Ａ点で回生負荷が減少すると（図８ｂ）のように集電装置１向かうの回生電流Ｉｄｃが減少する。この時点でインバータ装置４は回生負荷低減を検出できないので（図８ａ）のようにＡ点以前と同量のＩｄｃＰを制御目標とした回生直流電流を発生している。充放電制御装置は直流電流検出器９より得られるＩｄｃと、情報伝達手段１５を介して得たＩｄｃＰの差を監視しこの差分がＩｄｃＬ２を越えると、即ち、図８Ｂ点を過ぎると（図８ｃ）に示すようにＩｃｈＰｒ１は正となり、チョッパ装置６がオン状態となって蓄電装置への充電が開始される。これによりチョッパ装置６への流入電流Ｉｃｈ’と集電装置１を経て電車線への流出電流Ｉｄｃの合計がインバータ装置６の出力電流を吸収することになる。
As shown in the graph of FIG. 8, during regeneration, when the regenerative load decreases at point A, the regenerative current Idc toward the
（図８ｄ）にインバータ装置４の回生直流電流と、Ｉｄｃとチョッパ装置が吸収する電流Ｉｃｈ’の合計との差分Ｉｆｃを示す。この差分Ｉｆｃは電車線へもチョッパ装置６へも吸収されないのでインバータ装置直流側に設けられたフィルタコンデンサ３に流入し、コンデンサ両端、即ちインバータ装置４の直流入力端電圧Ｖｆｃを増加させる。（図８ｅ）に示すようにＶｆｃは増加する。Ｉｄｃがさらに減少すると、図６のＩｄｃＰｒ１が増加し、チョッパ装置６は、インバータ装置４の目標回生直流電流値に対する実回生直流の不足分を補うべく吸収電流Ｉｃｈ’を増加させるようにＩｃｈ増加させるが、ＩｄｃＰｒ１がチョッパ電流上限値ＩｃｈＰｒ２に達すると、即ち図８Ｃ点に達するとＩｃｈＰｒ３がＩｃｈＰｒ２の値にリミットされる為、Ｉｃｈ，Ｉｃｈ’は増加を停止する。さらにＩｄｃが減少してもチョッパ装置は吸収能力が限界に達しているので（図８ｄ）のＤ−Ｅ間に示すようにＩｄｃの減少が停止するまで増加Ｉｆｃは増加する。
FIG. 8D shows a difference Ifc between the regenerative DC current of the
このＩｆｃによりＶｆｃは増加を続けるが、Ｖｆｃがインバータ制御装置１４の軽負荷回生制御電圧ＶＬに達する時点、即ち、図８Ｅ点でインバータ装置が軽負荷回生制御により回生電流Ｉｉｎｖを低減し、ＩｉｎｖがＩｄｃ＋Ｉｃｈ’に等しい値に低減された状態で回生が続行される。図９にインバータ装置の軽負荷回生制御の特性を示す。
Although Vfc continues to increase due to this Ifc, when the Vfc reaches the light load regenerative control voltage VL of the
上記の回生負荷減少し軽負荷回生状態が継続し、蓄電装置７への充電が続き蓄電装置７の充電量を示すＳＯＣが図７に示す第６の閾値即ち許容最大値に達した時点で、例えばＧ点において、ＩｃｈＰｒ４、ＩｃｈＰｒ３が０となりチョッパ装置６は停止させられる。またこの時、Ｉｃｈ’が減少するに伴いＶｆｃが上昇しインバータ装置４の軽負荷回生制御の働きによりＩｉｎｖは減少させられる。
When the regenerative load is reduced and the light load regenerative state is continued, the power storage device 7 continues to be charged, and the SOC indicating the amount of charge of the power storage device 7 reaches the sixth threshold shown in FIG. For example, at point G, IchPr4 and IchPr3 become 0, and the chopper device 6 is stopped. At this time, Vfc increases as Ich ′ decreases, and Iinv is decreased by the light load regenerative control of the
尚、パターン発生部５６において第６の閾値と第８の閾値の間に０と１の間の中間値を持たせているのは、上記したＩｃｈＰｒ４、ＩｃｈＰｒ３が０となりチョッパ装置６は停止させられるときに急激な電流変化によりインバータ装置４に制御上の外乱を与えることがないようにしたものである。もちろんこの外乱の問題が無ければ第６の閾値、第８の閾値は一致させて中間値をなくしてもよい。
The reason why the
上記のごとくして、回生負荷が減少し電車線側に電流が流れにくくなっても、インバータ装置の回生電流はＩｃｈ’＋Ｉｄｃで吸収され、インバータ装置の回生動作は確保続行される。 As described above, even if the regenerative load decreases and it becomes difficult for the current to flow on the train line side, the regenerative current of the inverter device is absorbed by Ich ′ + Idc, and the regenerative operation of the inverter device is continuously maintained.
このようにして、充電制御部２１、放電制御部２２により回生負荷低減時は回生電力を蓄電装置７に吸収し、力行時にはその吸収電力を放電することができ、回生負荷低減時に極端な回生ブレーキ力低下を防止することが可能となる。
In this way, the regenerative power can be absorbed by the power storage device 7 when the regenerative load is reduced by the charge control unit 21 and the
さらに力行時には、蓄電装置に事前に吸収されたエネルギーを放出し、許容最低充電量に達するまで放電させているので、下り勾配が長距離にわたって続くような特定の区間を除けば、回生エネルギー吸収が必要なとき蓄電装置が十分充電余力をもつように管理される。また、蓄電装置が自ら設定する最大許容充放電電流の制限範囲及び許容最大充電量以下、許容最小充電量以上に動作を限定し制御するため、蓄電装置の動作の安全性、信頼性も確保できる。 Furthermore, during power running, the energy stored in the power storage device is released in advance and discharged until the allowable minimum charge amount is reached, so regenerative energy absorption is possible except for specific sections where the downward slope continues over a long distance. When necessary, the power storage device is managed so that it has sufficient charge capacity. In addition, since the operation is limited and controlled below the maximum allowable charge / discharge current limit range and allowable maximum charge amount set by the power storage device itself and above the allowable minimum charge amount, safety and reliability of the operation of the power storage device can be secured. .
１，７１ 集電装置
２，７２ フィルタリアクトル
３，７３ フィルタコンデンサ
４，７４ インバータ装置
５，７５ 主電動機
６ チョッパ装置
６ａ，６ｂ ＩＧＢＴ
７７ 回生負荷抵抗チョッパ
７ 蓄電装置
８ 電圧変換用リアクトル
９，１０，１２ 直流電流検出器
１３ 充放電制御装置
１４ インバータ制御装置
１５，１７ 情報伝達手段
１６ 蓄電制御装置
２１ 充電制御部
２２ 放電制御部
２３ 力行回生検出部
２４ 選択回路
２５ ＡＮＤ機能
３１，５１，８１ 係数器
３２，５２，８２ リミット機能
３３，５３ ＡＣＲ（電流制御部）
３５，５５ ＰＷＭ変調器
３６，５６ パターン発生部
３７，５７ 乗算器
７６ 回生負荷抵抗
７８ 制御部
1,71
77 Regenerative Load Resistance Chopper 7 Power Storage Device 8
35, 55
Claims (6)
前記インバータ装置が力行制御を行う際に、前記蓄電装置からの放電を前記インバータ装置が消費する電流以下の大きさに制御する放電制御手段と、
前記インバータ装置が回生制御を行う際に、回生負荷が十分にある場合に前記インバータ装置が放出する回生直流電流制御目標値よりも直流電流検出手段により検出される前記インバータ装置から前記集電装置に向かう電流量が小さい場合に前記半導体スイッチング装置を動作させて前記蓄電装置への充電を制御し、かつ前記回生直流電流制御目標値と前記直流電流検出手段により検出される電流量の差分より小さい値に前記半導体スイッチング装置の入力電流を制限する充電制御手段と、を備えたことを特徴とする車両用制御装置。 Main motor, inverter device for controlling driving of main motor, semiconductor switching device connected to DC side of inverter device, power storage device connected to semiconductor switching device, DC side of inverter device and semiconductor It has a DC current detection means for measuring the connection point of the switching device and the current between the current collector, and
When the inverter performs power running control, and discharge control means for controlling the discharge from the previous SL power storage device to a current magnitude less than that the inverter apparatus is consumed,
When the inverter device performs regenerative control, when the regenerative load is sufficient, the regenerative DC current control target value released by the inverter device is detected by the DC current detection means from the inverter device to the current collector. directed by operating the pre-Symbol semiconductor switching device when the amount of current is small to control the charging of the power storage device, and the current amount of the difference detected by the DC current detecting means before and Machinery raw DC current control target value vehicle control apparatus characterized by comprising a charge control means you limit the input current of the semiconductor switching device to a smaller value.
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