JP5550788B2

JP5550788B2 - ディーゼルハイブリッド車両システム

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Inventors: 啓太畠中
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Description

本発明は、車両用制御装置およびディーゼルハイブリッド車両システムに関する。

従来のディーゼルハイブリッド車両システムは、ディーゼルエンジンで発電機を駆動し、発電機で発生した交流電力をコンバータで直流電力に変換すると共に、コンバータが変換した直流電力と電力貯蔵装置による直流電力とを併用し、これらの直流電力をインバータにて交流電力に変換し、変換した交流電力でモータを駆動することにより車両に対し推進力を与えている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−２８２８５９号公報（「０００７」、図１）

しかしながら、従来のディーゼルハイブリッド車両システムでは、発電機やコンバータが故障すると電力貯蔵装置の放電電力でしか走行することができず、故障後の走行距離が短くならざるを得ない。このため、故障後の運用は、緊急的な運用となり、運行ダイヤに支障が生ずるという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、１台の発電機や１台のコンバータが故障した場合であっても、正常時と同等の車両運行を継続可能とする車両用制御装置およびディーゼルハイブリッド車両システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るディーゼルハイブリッド車両システムは、ディーゼルエンジンの出力により第１および第２の発電機が発電した交流電力、ならびに、電力貯蔵装置による直流電力のうちの少なくとも一つを用いて第１および第２のモータを駆動するディーゼルハイブリッド車両システムであって、前記ディーゼルハイブリッド車両システムを構成する１または複数の車両には、各車両の一方側の端部に設けられる第１の直流端子と当該各車両の他方側の端部に設けられる第２の直流端子との間を電気的に接続する電気配線が各車両の床下中央部に敷設されて直流共通部を構成すると共に、前記第１の発電機の発電電力を直流電力に変換する第１のコンバータと、前記第２の発電機の発電電力を直流電力に変換する第２のコンバータと、直流電力を交流電力に変換して前記第１のモータに供給する第１のインバータと、直流電力を交流電力に変換して前記第２のモータに供給する第２のインバータと、前記第１のコンバータ、前記第２のコンバータ、前記第１のインバータおよび前記第２のインバータの各動作を制御すると共に、前記電力貯蔵装置の充放電を制御する制御部と、を有し、前記直流共通部で区切られる各車両の床下の一方側には、前記第１および第２のインバータ、前記第１および第２のコンバータ、ならびに、補助電源装置を配置し、前記直流共通部で区切られる各車両の床下の他方側には、前記電力貯蔵装置、前記ディーゼルエンジン、ならびに、前記第１および第２の発電機を配置し、前記第１および第２のコンバータ、前記第１および第２のインバータ、ならびに、前記電力貯蔵装置における各直流端子を前記直流共通部に接続し、前記第１および第２のコンバータと、前記第１および第２のインバータと、前記電力貯蔵装置との間を流出入する電力は前記直流共通部を介して授受するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、１台の発電機や１台のコンバータが故障した場合であっても、正常時と同等の車両運行を継続できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る車両用制御装置を含むディーゼルハイブリッド車両システムの一構成例を示す図である。図２は、車両用制御装置を構成する制御部の一構成例を示す図である。図３は、実施の形態１に係るディーゼルハイブリッド車両システムの鉄道車両における配置例を示す図である。図４は、実施の形態２に係る車両用制御装置を含むディーゼルハイブリッド車両システムの一構成例を示す図である。図５は、構成機器を複数の車両に振り分けるように構成した実施の形態３に係るディーゼルハイブリッド車両システムの一構成例を示す図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る車両用制御装置およびディーゼルハイブリッド車両システムについて説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
＜装置およびシステムの構成＞
図１は、実施の形態１に係る車両用制御装置を含むディーゼルハイブリッド車両システムの一構成例を示す図である。実施の形態１に係るディーゼルハイブリッド車両システム８０は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１、第１の発電機（「ＧＥ１」と表記）１１、第２の発電機（「ＧＥ２」と表記）２１、第１のコンバータ１２、第２のコンバータ２２、第１のインバータ１４、第２のインバータ２４、第３のインバータとしての補助電源装置（ＳＩＶ）３４、補機３８、第１のモータ（「Ｍ１」と表記）１５、第２のモータ（「Ｍ２」と表記）２５、第１の電力貯蔵装置（表記簡略化のため「第１の蓄電池」と称する、以下同じ）１３、第２の電力貯蔵装置（表記簡略化のため「第２の蓄電池」と称する、以下同じ）２３および、ディーゼルハイブリッド車両システム全体の動作を統括する制御部５０を主要構成部として構成されると共に、第１のコンバータ１２、第２のコンバータ２２、第１のインバータ１４、第２のインバータ２４、補助電源装置３４、第１の蓄電池１３および、第２の蓄電池２３の各部と、これら各部の直流端子間を共通に接続する直流共通部２との間に介在し、直流共通部２への電気的接続を切り替える第１〜第７の接触器４１〜４７、電流を検出するセンサである電流検出器７１〜７７、電圧を検出するセンサである電圧検出器８３〜８９ならびに、第１の発電機１１および第２の発電機２１の回転数を検出する回転数検出器９１，９２、第１のモータ１５および第２のモータ２５の回転数を検出する回転数検出器９３，９４を備えている。これらの構成部のうち、実施の形態１に係る車両用制御装置は、第１のコンバータ１２、第２のコンバータ２２、第１のインバータ１４、第２のインバータ２４、第１の蓄電池１３、第２の蓄電池２３および制御部５０を備えて構成される。なお、後述する実施の形態３のように、第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３を複数の車両に振り分ける場合などを除き、これら第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３うちの何れか一つを備える構成であっても構わない。

つぎに、ディーゼルハイブリッド車両システムを構成する各部の接続関係および、概略の機能について説明する。

ディーゼルエンジン１は、駆動力を発生するための電力供給源の一つである。第１の発電機１１は、ディーゼルエンジン１を形成する軸の一方側に機械的に接続され、第２の発電機２１は、この軸の他方側に機械的に接続される。これら第１の発電機１１および第１の発電機２１は、ディーゼルエンジン１の回転により交流電力を発電する。第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、フライホイール等を貯蔵手段とする電気エネルギーの貯蔵装置であると共に、駆動力を発生するための電力供給源であり、それぞれ第１の接触器４１および第２の接触器４２介して直流共通部２に接続され、直流電力を充放電する。第１のコンバータ１２は、第３の接触器４３を介して直流共通部２に接続され、第１の発電機１１が発電した交流電力を直流電力に変換する一方で、第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３のうちの少なくとも一つから供給される直流電力を交流電力に変換する。第２のコンバータ２２は、第４の接触器４４を介して直流共通部２に接続され、第２の発電機２１が発電した交流電力を直流電力に変換する一方で、第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３のうちの少なくとも一つが放電する直流電力を交流電力に変換する。第１のインバータ１４は、第５の接触器４５を介して直流共通部２に接続され、第１のコンバータ１２、第２のコンバータ２２、第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３のうちの少なくとも一つから供給される直流電力を交流電力に変換する。第２のインバータ２４は、第６の接触器４６を介して直流共通部２に接続され、第１のコンバータ１２、第２のコンバータ２２、第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３のうちの少なくとも一つから供給される直流電力を交流電力に変換する。第１のモータ１５は、第１のインバータ１４からの交流電力の供給を受けて駆動力（推進力）を発生する。同様に、第２のモータ２５は、第２のインバータ２４からの交流電力の供給を受けて駆動力（推進力）を発生する。補助電源装置３４は、第７の接触器４７を介して直流共通部２に接続され、直流電力を一定電圧一定周波数の交流電力に変換して補機３８に供給する。なお、補機３８は、駆動装置以外の負荷機器の総称である。

つぎに、各種センサについて説明する。電流検出器７１は、第１の発電機１１と第１のコンバータ１２との間に流れる電流を発電機電流ＩＧ１として検出し、電流検出器７２は、第２の発電機２１と第２のコンバータ２２との間に流れる電流を発電機電流ＩＧ２として検出し、電流検出器７３は、第１の蓄電池１３に流出入する電流を蓄電池電流ＩＢ１として検出し、電流検出器７４は、第２の蓄電池２３に流出入する電流を蓄電池電流ＩＢ２として検出し、電流検出器７５は、第１のインバータ１４と第１のモータ１５との間に流れる電流をモータ電流ＩＭ１として検出し、電流検出器７６は、第２のインバータ２４と第２のモータ２５との間に流れる電流をモータ電流ＩＭ２として検出する。電流検出器７７は、補助電源装置３４と補機３８との間に流れる電流を補機電流ＩＡとして検出する。

電圧検出器８３は、第１の蓄電池１３の端子電圧を第１の蓄電池電圧ＥＢ１として検出し、電圧検出器８４は、第２の蓄電池２３の端子電圧を第２の蓄電池電圧ＥＢ２として検出し、電圧検出器８５は、第１のコンバータ１２の直流端電圧を第１の直流電圧ＥＦＣＤ１として検出し、電圧検出器８６は、第２のコンバータ２２の直流端電圧を第２の直流電圧ＥＦＣＤ２として検出し、電圧検出器８７は、第１のインバータ１４の直流端電圧を第３の直流電圧ＥＦＣ１として検出し、電圧検出器８８は、第２のインバータ２４の直流端電圧を第４の直流電圧ＥＦＣ２として検出し、電圧検出器８９は、補助電源装置３４の直流端電圧を第５の直流電圧ＥＦＣＡとして検出する。さらに、回転検出器９１は、第１の発電機１１の回転数を発電機回転数ＦＲＧ１として検出し、回転検出器９２は、第２の発電機２１の回転数を発電機回転数ＦＲＧ２として検出し、回転検出器９３は、第１のモータ１５の回転数をモータ回転数ＲＮ１として検出し、回転検出器９４は、第２のモータ２５の回転数をモータ回転数ＲＮ２として検出する。なお、これらの各センサが検出した検出値（センサ情報）は、制御部５０に入力される。

図２は、車両用制御装置を構成する制御部５０の一構成例を示す図である。制御部５０は、図２に示すように、上位制御部６０、第１の制御部５１、第２の制御部５２、第３の制御部５３、エンジン制御部５４、蓄電池監視部５５および、ブレーキ制御部５６を備えて構成される。なお、図２では、第１の制御部５１、第２の制御部５２、第３の制御部５３およびエンジン制御部５４を一括りにし、破線にて制御部群６２として示しているが、制御部群６２の括りは便宜上のものであり、各部が個別に形成されているものであっても構わない。また、図２では、上位制御部６０を含んで制御部５０を構成しているが、制御部５０の外部に上位制御部６０が設けられる構成であっても構わない。さらに、図２では、ブレーキ制御部５６を含んで制御部５０を構成しているが、制御部５０の外部に、ブレーキ制御部５６が設けられる構成であっても構わない。

制御部５０には、上述したセンサ情報である第１の蓄電池電圧ＥＢ１、第２の蓄電池電圧ＥＢ２、第１の直流電圧ＥＦＣＤ１、第２の直流電圧ＥＦＣＤ２、第３の直流電圧ＥＦＣ１、第４の直流電圧ＥＦＣ２、第５の直流電圧ＥＦＣＡ、発電機回転数ＦＲＧ１、発電機回転数ＦＲＧ２、モータ回転数ＲＮ１およびモータ回転数ＲＮ２が入力される。これらのセンサ情報に加え、制御部５０の蓄電池監視部５５には、第１の蓄電池１３の状態を表す蓄電池状態信号ＳＴＢ１と、第２の蓄電池２３の状態を表す蓄電池状態信号ＳＴＢ２とが入力される。これらの蓄電池状態信号ＳＴＢ１，ＳＴＢ２には、第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３の出力電圧の情報、充電（貯蔵）状態を表す情報（ＳＯＣ：State Of Charge)、第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３が保護状態であるか否かの情報などが含まれる。

また、制御部５０の上位制御部６０には、ディーゼルエンジン１、第１のコンバータ１２、第１のインバータ１４、第２のコンバータ２２、第２のインバータ２４、補助電源装置（ＳＩＶ）３４の動作状態を示す状態信号ＣＮＤ１や、ブレーキ制御部５６からの状態信号ＣＮＤ２が入力される。なお、図２では、説明の便宜上、ディーゼルエンジン１、第１のコンバータ１２、第１のインバータ１４、第２のコンバータ２２、第２のインバータ２４および補助電源装置３４を総称する構成部を推進装置群６４とし、この推進装置群６４から上位制御部６０に対して状態信号ＣＮＤ１が出力される構成として示している。

また、制御部５０の上位制御部６０には、操作指令ＣＭＤ１として、図示しない運転台からの運転指令（起動、力行、ブレーキ、惰行、停車）や、受電開始操作指令などが入力される。上位制御部６０は、上記各種センサの検出信号、蓄電池監視部５５を介して入力される蓄電池状態信号ＳＴＢ１，ＳＴＢ２、操作指令ＣＭＤ１、推進装置群６４からの状態信号ＣＮＤ１に基づいて、推進装置群６４を制御するための制御指令ＣＭＤ２を生成して制御部群６２に出力する。制御部群６２を構成する各制御部は、制御指令ＣＭＤ２の指示に従って担当する電力変換装置を制御する。

制御指令ＣＭＤ２が第１のコンバータ１２に対する指示の場合、第１の制御部５１は、ゲート信号ＧＳＣ１を生成して第１のコンバータ１２を制御する。また、制御指令ＣＭＤ２が第１のインバータ１４に対する指示の場合、第１の制御部５１は、ゲート信号ＧＳＩ１を生成して第１のインバータ１４を制御する。以下同様に、制御指令ＣＭＤ２が第２のコンバータ２２に対する指示の場合、第２の制御部５２は、ゲート信号ＧＳＣ２を生成して第２のコンバータ２２を制御し、制御指令ＣＭＤ２が第２のインバータ２４に対する指示の場合、第２の制御部５２は、ゲート信号ＧＳＩ２を生成して第２のインバータ２４を制御する。なお、第１のコンバータ１２および第２のコンバータ２２を制御する際に第１の発電機１１および第２の発電機２１のうちの少なくとも一つの動力を利用する場合、ディーゼルエンジン１を動作させる。この際、エンジン制御部５４は、回転数制御信号ＲＤを生成してディーゼルエンジン１の回転数を制御する。また、制御指令ＣＭＤ２に補助電源装置３４に対する指示が含まれている場合には、上記の制御に加え、第３の制御部５３は、ゲート信号ＧＳＡを生成して補助電源装置３４を制御し、補機３８に所望の電力を供給する。また、ブレーキ制御部５６に対するブレーキ指令ＢＲＫ１がブレーキ制御部５６に出力される場合、ブレーキ制御部５６は、ブレーキ制御指令ＢＲＫ２を生成してブレーキ装置６６を制御する。

つぎに、実施の形態１に係るディーゼルハイブリッド車両システムの動作について図１および図２の図面を参照して説明する。なお、ここでの動作説明は、回路の切り替わり、電力の流れ、および電力の流れの変化を中心に説明する。

＜起動から力行＞
起動指令ＣＭＤ１が上位制御部６０に入力されると、第１の接触器４１および第２の接触器４２はオンに制御され、第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３は直流共通部２に接続される。この後、第７の接触器４７がオンに制御され、補助電源装置（ＳＩＶ）３が直流共通部２に接続され、第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３の電力を合わせた直流電力が補助電源装置（ＳＩＶ）３にて交流電力に変換され、補機３８へ供給される。

つぎに、力行指令ＣＭＤ１が上位制御部６０に入力されると、第５の接触器４５および第６の接触器４６がオンに制御され、第１のインバータ１４および第２のインバータ２４が直流共通部２に接続される。この後、第１の制御部５１および第２の制御部５２に力行トルク指令ＣＭＤ２が入力される。第１の制御部５１は、力行トルク指令ＣＭＤ２に応じたゲート信号ＧＳＩ１を第１のインバータ１４に出力し、第２の制御部５２は、力行トルク指令ＣＭＤ２に応じたゲート信号ＧＳＩ２を第２のインバータ２４に出力する。第１のインバータ１４および第２のインバータ２４は、それぞれが直流共通部２に接続された第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３の双方が供給する直流電力を交流電力に変換し、それぞれ第１のモータ１５および第２のモータ２５を駆動する。第１のモータ１５および第２のモータ２５は、力行トルクを発生し、車両を加速制御する。

＜エンジン始動＞
車両の速度が所定の速度以上になると、上位制御部６０は、エンジン制御部５４に対しエンジン始動指令ＣＭＤ２を出力する。このとき、第３の接触器４３はオンに制御され、第１のコンバータ１２は直流共通部２に接続される。第１の制御部５１は、エンジン始動トルクに応じたゲート信号ＧＳＣ１を第１のコンバータ１２に出力し、第１の発電機１１を始動する。第１の発電機１１が始動すると、エンジン制御部５４は、ディーゼルエンジン１をアイドリング状態とする。この後、第４の接触器４４がオンに制御され、第２のコンバータ２２も直流共通部２に接続される。第２の制御部５２は、第２の発電機２１の回転数（発電機回転数ＦＲＧ２）に基づき、ディーゼルエンジン１の回転数に応じた周波数・電圧の交流電力に変換されるように第２の発電機２１を制御する。なお、これらの制御において、第１の発電機１１と第２の発電機１２の役割を変更してもよいことは無論である。また、第１の発電機１１および第２の発電機１２の双方を動作させずに、何れか一方の発電機のみを動作させてもよい。

また、第１の発電機１１および第１のコンバータ１２のうちの少なくとも一つが故障した場合、第４の接触器４４はオンに制御され、第２のコンバータ２２は直流共通部２に接続される。第２の制御部５２は、エンジン始動トルクに応じたゲート信号ＧＳＣ２を第２のコンバータ２２に出力し、第２の発電機２１を始動する。第２の発電機２１が始動されると、エンジン制御部５４は、ディーゼルエンジン１をアイドリング状態に制御する。

＜発電＞
エンジン制御部５４によってディーゼルエンジン１がアイドリング状態に制御されると、上位制御部６０は、第１の制御部５１および第２の制御部５２に対し発電電力指令ＣＭＤ２を出力する。第１の制御部５１は、ゲート信号ＧＳＣ１を第１のコンバータ１２に出力し、第１の発電機１１の発電電力を制御し、第２の制御部５２は、ゲート信号ＧＳＣ２を第２のコンバータ２２に出力し、第２の発電機２１の発電電力を制御する。第１の発電機１１および第２の発電機２１によって発電された電力は、第１のコンバータ１２および第２のコンバータ２２によってそれぞれ直流電力に変換され、直流共通部２に供給される。この際、第１の発電機１１および／または第２の発電機２１による発電電力に応じて、直流共通部２に接続されている第１の蓄電池１３および／または第２の蓄電池２３の放電電力を減少させる制御を行う。なお、１台の発電機のみで発電電力が賄える場合、何れか一方の発電機のみを動作させてもよい。

＜惰行＞
力行指令ＣＭＤ１がオフになると、上位制御部６０からの発電電力指令ＣＭＤ２の出力は停止され、もしくは零に制御される。第１の制御部５１および第２の制御部５２からは、当該発電電力指令ＣＭＤ２に応じたゲート信号ＧＳＣ１，ＧＳＣ２が生成され、それぞれ第１のコンバータ１２および第２のコンバータ２２を制御する。なお、補機３８に対する電力供給は、直流共通部２に接続されている第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３の放電電力を用いて継続される。

＜ブレーキ＞
回生ブレーキ指令ＣＭＤ１が上位制御部６０に入力されると、上位制御部６０は、第１の制御部５１および第２の制御部５２に対し当該回生ブレーキ指令ＣＭＤ１に応じた回生ブレーキ指令ＣＭＤ２を出力する。第１の制御部５１は、回生ブレーキ指令ＣＭＤ２に応じたゲート信号ＧＳＩ１を第１のインバータ１４に出力する。第１のモータ１５が発生するブレーキトルクは回生電力となって第１のインバータ１４にて直流電力に変換され、直流共通部２に供給される。同様に、第２の制御部５２は、回生ブレーキ指令ＣＭＤ２に応じたゲート信号ＧＳＩ２を第２のインバータ２４に出力する。第２のモータ２５が発生するブレーキトルクは回生電力となって第２のインバータ２４にて直流電力に変換され、直流共通部２に供給される。なお、直流共通部２に供給される直流電力は、第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３に充電される。

第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３が略満充電状態になると、上位制御部６０は、第１の制御部５１、第２の制御部５２およびエンジン制御部５４に排気ブレーキ指令ＣＭＤ２を出力する。第１の制御部５１および第２の制御部５２は、排気ブレーキ指令ＣＭＤ２に応じたゲート信号ＧＳＣ１，ＧＳＣ２をそれぞれ第１のコンバータ１２および第２のコンバータ２２に出力する。第１のコンバータ１２および第２のコンバータ２２は、それぞれ第１の発電機１１および第２の発電機２１を駆動する。このとき、第１の発電機１１および第２の発電機２１はモータとして動作し、第１のモータ１５と第２のモータ２５の発生する回生電力はディーゼルエンジン１にて消費される。ここで、第１のモータ１５および第２のモータ２５の発生する回生電力がディーゼルエンジン１の排気ブレーキによる消費電力を上回る場合（回生電力の増加は、直流共通部２の電圧上昇によって判定可能である）、上位制御部６０からブレーキ制御部５６に対してブレーキ指令ＢＲＫ１が出力される。ブレーキ制御部５６は、空気ブレーキなどのブレーキ装置６６を制御してブレーキ力を発生する。なお、回生電力が小さくなれば、排気ブレーキ指令ＣＭＤ２の出力は停止され、もしくは零に制御される。

＜停止＞
車両が減速し、車両の速度が低くなると、空気ブレーキのみの制御となり、車両が停止する。ここで、第１の蓄電池１３および第２の蓄電池２３が十分充電されている場合、ディーゼルエンジン１を停止させ、直流共通部２の直流電力のみで補助電源装置３４を動作させ、補助電源装置３４の発生する交流電力を補機３８に供給する。

図３は、実施の形態１に係るディーゼルハイブリッド車両システムの鉄道車両における配置例を示す図である。実施の形態１に係るディーゼルハイブリッド車両システムでは、図に示すように、鉄道車両の床下中央部に直流共通部２を設けることにより、直流共通部２で区切られる一方側に第１のインバータ１４、第２のインバータ２４、第１のコンバータ１２、第２のコンバータ２２および補助電源装置（ＳＩＶ）３４を設け、直流共通部２で区切られる他方側に第１の蓄電池１３、第２の蓄電池２３、ディーゼルエンジン１、第１の発電機（ＧＥ１）１１、第２の発電機（ＧＥ２）２１を設け、さらにラジエータ６８を配置する構成が可能となる。また、このような配置構成により、ディーゼルエンジン１を形成する軸の一方側に第１の発電機１１を機械的に接続し、軸の他方側に第２の発電機２１を機械的に接続する構成を簡易に実現することができる。なお、図示のように直流共通部２の両端に直流端子２Ａ，２Ｂを設けるようにすれば、隣接車両との接続が容易となる。

以上説明したように、実施の形態１の車両用制御装置およびディーゼルハイブリッド車両システムによれば、２台の発電機と２台のコンバータを設け、２台のコンバータの出力を直流共通部に接続する構成としたので、１台の発電機や１台のコンバータが故障した場合であっても、正常時と同等の車両運行を継続することができるという効果が得られる。また、２台の蓄電池と２台のインバータを備える構成としたので、１台のモータや１台のインバータが故障した場合であっても、もう１台のモータや、もう１台のインバータで車両の運転を継続でき、機器故障時のバックアップができ、車両の信頼性が向上するという効果が得られる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る車両用制御装置を含むディーゼルハイブリッド車両システムの一構成例を示す図である。実施の形態１では、ディーゼルエンジン１を形成する軸の一方側に第１の発電機１１を接続し、軸の他方側に第２の発電機２１を接続する構成としていたが、実施の形態２では、軸の一方側に第１の発電機１１および第２の発電機２１の双方を接続する構成としている。なお、その他の構成については、図１に示した実施の形態１の構成と同一または同等であり、共通する構成部には同一の符号を付し、その説明を省略する。

鉄道車両の床下空間には、多数の配線が張り巡らされているのと共に、推進制御関連以外の装置も多数搭載されているため、様々な制約がある。例えば、図３の構成において、ディーゼルエンジン１、第１の発電機１１または第２の発電機２１の配置に制約がかかる場合であっても、ディーゼルエンジン１と第１の発電機１１の配置を入れ替えたり、ディーゼルエンジン１と第２の発電機２１の配置を入れ替えたりすることにより、実施の形態２の構成を採用できるので、配置構成に選択の幅と柔軟性が広がるという効果が得られる。

実施の形態３．
図５は、構成機器を複数の車両に振り分けるように構成した実施の形態３に係るディーゼルハイブリッド車両システムの一構成例を示す図である。図５に示すように、実施の形態３では、ディーゼルハイブリッド車両システム８０を構成する機器を車両９０Ａおよび車両９０Ｂの２つの車両に振り分けている。具体的に説明すると、車両９０Ａでは、ディーゼルエンジン１、第１の発電機１１、第２の発電機２１、第１の蓄電池１３、第１のコンバータ１２、第２のコンバータ２２、第１の補助電源装置（第１のＳＩＶ）３４Ａ、補機３８Ａおよび第１の制御部５１を配置し、車両９０Ｂでは、第２の蓄電池２３、第１のインバータ１４、第２の補助電源装置（第２のＳＩＶ）３４Ｂ、補機３８Ｂ、第２のインバータ２４、第１のモータ１５、第２のモータ２５および第２の制御部５２を配置している。また、車両９０Ａおよび車両９０Ｂの双方には直流共通部２がそれぞれ設けられると共に、車両９０Ａと車両９０Ｂとの間には、双方の直流共通部２を電気的に接続するためのインタフェースである接続部１００が設けられている。

実施の形態３の構成によれば、車両９０Ｂのようにモータが搭載されている車両にインバータ装置（第１のインバータ１４および第２のインバータ２４）を配置し、車両９０Ａのようにモータが搭載されていない車両にコンバータ装置（第１のコンバータ１２および第２のコンバータ２２）を配置しているので、限られた床下空間を有効に活用することができるという効果が得られる。また、直流共通部２を車両間インタフェースとすることができるので、車両間インタフェースの構成を簡素化することができるという効果が得られる。また、機器の配置構成が図５の例とは異なる場合であっても、直流共通部２を車両間インタフェースとする構成を変更する必要がないので、機器の一部を屋根上や室内に置くことも可能であり、機器の配置構成や編成の自由度が増すという効果が得られる。

実施の形態４．
実施の形態４は、上述した実施の形態１〜３に共通する実施の形態であり、第１のコンバータと第２のコンバータとでＰＷＭの制御モードを異ならせる実施の形態である。本実施の形態では、例えば、第１のコンバータは非同期ＰＷＭモードで制御し、第２のコンバータは１パルスＰＷＭモードで制御する。なお、第１のコンバータは、複数パルスによる同期ＰＷＭモードであっても構わない。また、第１のコンバータと第２のコンバータの制御を入れ替えてもよい。このような制御により、一方のコンバータのパルス数を削減できるので、コンバータ２台合わせての損失を低減することができるという効果が得られる。また、一方のコンバータのパルス数を削減できるので、発電機の発電電力を効率よく供給できるという効果が得られる。

なお、以上の実施の形態１〜４に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

また、実施の形態１〜４では、ディーゼルエンジンを搭載した鉄道車両を一例として説明したが、ディーゼルエンジン以外のエンジンにより駆動される発電機と、発電電力を直流に変換するコンバータと、電力貯蔵装置（リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、フライホイール等）を搭載したハイブリッド移動体（自動車、自動２輪等）、ハイブリッド建設機械（ダンプトラック、ブルドーザ、ショベルカー等）あるいは、船舶の分野にも利用可能である。なお、発電機やモータは、誘導電動機や同期電動機などの種類を限定するものではないことは言うまでもない。

以上のように、本発明は、１台の発電機や１台のコンバータが故障した場合であっても、正常時と同等の車両運行を継続することができる車両用制御装置およびディーゼルハイブリッド車両システムとして有用である。

１ディーゼルエンジン
２直流共通部
２Ａ，２Ｂ直流端子
１１第１の発電機（ＧＥ１）
１２第１のコンバータ
１３第１の蓄電池
１４第１のインバータ
１５第１のモータ（Ｍ１）
２１第２の発電機（ＧＥ２）
２２第２のコンバータ
２３第２の蓄電池
２４第２のインバータ
２５第２のモータ（Ｍ２）
３４補助電源装置（ＳＩＶ）
３４Ａ第１の補助電源装置（第１のＳＩＶ）
３４Ｂ第２の補助電源装置（第２のＳＩＶ）
３８，３８Ａ，３８Ｂ補機
４１第１の接触器
４２第２の接触器
４３第３の接触器
４４第４の接触器
４５第５の接触器
４６第６の接触器
４７第７の接触器
５０制御部
５１第１の制御部
５２第２の制御部
５３第３の制御部
５４エンジン制御部
５５蓄電池監視部
５６ブレーキ制御部
６０上位制御部
６２制御部群
６４推進装置群
６６ブレーキ装置
６８ラジエータ
７１〜７７電流検出器
８０ディーゼルハイブリッド車両システム
８３〜８９電圧検出器
９１，９２，９３，９４回転数検出器
１００接続部

Claims

ディーゼルエンジンの出力により第１および第２の発電機が発電した交流電力、ならびに、電力貯蔵装置による直流電力のうちの少なくとも一つを用いて第１および第２のモータを駆動するディーゼルハイブリッド車両システムであって、
前記ディーゼルハイブリッド車両システムを構成する１または複数の車両には、各車両の一方側の端部に設けられる第１の直流端子と当該各車両の他方側の端部に設けられる第２の直流端子との間を電気的に接続する電気配線が各車両の床下中央部に敷設されて直流共通部を構成すると共に、
前記第１の発電機の発電電力を直流電力に変換する第１のコンバータと、
前記第２の発電機の発電電力を直流電力に変換する第２のコンバータと、
直流電力を交流電力に変換して前記第１のモータに供給する第１のインバータと、
直流電力を交流電力に変換して前記第２のモータに供給する第２のインバータと、
前記第１のコンバータ、前記第２のコンバータ、前記第１のインバータおよび前記第２のインバータの各動作を制御すると共に、前記電力貯蔵装置の充放電を制御する制御部と、
を有し、
前記直流共通部で区切られる各車両の床下の一方側には、前記第１および第２のインバータ、前記第１および第２のコンバータ、ならびに、補助電源装置を配置し、
前記直流共通部で区切られる各車両の床下の他方側には、前記電力貯蔵装置、前記ディーゼルエンジン、ならびに、前記第１および第２の発電機を配置し、
前記第１および第２のコンバータ、前記第１および第２のインバータ、ならびに、前記電力貯蔵装置における各直流端子を前記直流共通部に接続し、
前記第１および第２のコンバータと、前記第１および第２のインバータと、前記電力貯蔵装置との間を流出入する電力は前記直流共通部を介して授受するように構成した
ことを特徴とするディーゼルハイブリッド車両システム。
前記制御部は、力行指令が入力された場合、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記直流共通部に出力すると共に、前記第１のインバータおよび前記第２のインバータのうちの少なくとも一つを前記直流共通部に接続し、当該直流共通部に接続した前記第１のインバータおよび前記第２のインバータのうちの少なくとも一つを動作させて車両を駆動することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルハイブリッド車両システム。
前記制御部は、エンジン始動指令が入力された場合、前記第１のコンバータおよび前記第２のコンバータのうちの少なくとも一つを前記直流共通部に接続すると共に、当該直流共通部に接続されたコンバータに接続される前記第１の発電機および／または前記第２の発電機を動作させ、その発電電力を直流電力に変換して前記直流共通部に供給することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルハイブリッド車両システム。
前記第１の発電機および前記第２の発電機を動作させている場合、
前記制御部は、前記第１の発電機および／または前記第２の発電機による発電電力に応じて、前記電力貯蔵装置の放電電力を減少させる制御を行うことを特徴とする請求項３に記載のディーゼルハイブリッド車両システム。
前記制御部は、回生ブレーキ指令が入力された場合、前記第１のインバータおよび前記第２のインバータを前記直流共通部に接続すると共に、前記第１のモータおよび前記第２のモータが発生する回生電力をそれぞれ前記第１のインバータおよび前記第２のインバータにて直流電力に変換し、変換した直流電力を前記直流共通部に供給して前記電力貯蔵装置を充電することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルハイブリッド車両システム。
前記電力貯蔵装置に対する回生電力の充電によって前記電力貯蔵装置が略満充電状態になった場合、
前記制御部は、前記第１のコンバータおよび前記第２のコンバータのうちの少なくとも一つを前記直流共通部に接続すると共に、当該直流共通部に接続されたコンバータに接続される前記第１の発電機および／または前記第２の発電機をモータとして動作させ、前記第１のモータおよび前記第２のモータが発生する回生電力を前記ディーゼルエンジンにて消費させることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルハイブリッド車両システム。
前記制御部は、前記第１のコンバータおよび第２のコンバータの双方を動作させる場合、前記第１のコンバータと前記第２のコンバータとでＰＷＭの制御モードを異ならせることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルハイブリッド車両システム。