JP7030599B2 - 蓄電池システムおよび電気車制御システム - Google Patents
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Description
また、車両に予備の電源として主回路にチョッパ回路を備えた蓄電池が搭載されているとき、蓄電池からのアシスト機能を利用するためにはチョッパ回路を制御しなければならず、蓄電池に蓄えられたエネルギーを最大限利用することが困難であった。
本実施形態の電気車制御システムは、蓄電池システムBTと、遮断器111と、接触器112と、電力変換装置113と、補助電源装置114と、制御装置1000と、電気車運転台200と、を備えている。なお、遮断器111と接触器112とは、常開型である。
電源100は、電気車制御システムの外部に設けられ、例えば高電圧配線を介して接続されるパンタグラフやサードレールなどを含み得る。
電力変換装置113は、接触器112および遮断器111を介して電源100と電気的に接続可能であり、接触器112を介して蓄電池システムBTの第1外部接続部CN1と電気的に接続可能である。
接触器(第5接触器)112は、遮断器111の後段(電気車制御システム側)において、電源100と電力変換装置113とを電気的に接続する経路に設けられている。接触器112は、制御装置1000により動作を制御される。
遮断器111は、電源100と電気車制御システムとの間を接続する経路に設けられ、電源100との間の電気的接続を切替える。遮断器111は、制御装置1000により動作を制御される。
接触器投入論理生成部1002は、電源100から電力変換装置113へ電力が供給されているか否かを監視するとともに、非常走行スイッチ1001からの非常走行指令を受信可能である。接触器投入論理生成部1002は、例えば、電力変換装置113と電源100とが電気的に接続するポイントの電圧値(若しくは電圧に相当する値)を周期的に取得し、取得した値に基づいて電源100から電力が供給されているか否かを判断することができる。
接触器投入指令部1004は、接触器投入論理生成部1002から投入指令を受信したときに、接触器103を閉じる。
また、制御装置1000は、通常走行時において、電源100から供給される電力と、蓄電池システムBTから供給される電力とを利用して車両を走行(力行運転および回生運転)させることができる。このとき、例えば、遮断器111および接触器112、106、109が閉じた状態であり、接触器102、103、104は開いた状態である。
制御装置1000の接触器投入論理生成部1002は、電源100から電力変換装置113への電力供給が停止したと判断し、かつ、電気車運転台200からの非常走行指令を受信したとき、接触器投入指令部1003、1004へ投入指令を送信する。このとき、制御装置1000は、遮断器111を開いた状態としてもよい。なお、接触器投入論理生成部1002は、例えば、電力変換装置113と電源100とが電気的に接続するポイントの電圧に基づいて、電源100からの電力供給が停止したか否かを判断することができる。
すなわち、本実施形態の蓄電池システムおよび電気車制御システムによれば、車両のエネルギー利用効率を改善することができる。
図2は、第2実施形態の蓄電池システムおよび電気車制御システムの一構成例を概略的に示す図である。
速度発電機300は、例えば車両の車軸(図示せず)に取り付けられ、車両の走行速度に応じた電力を出力する。
力行指令部2000は、電力変換装置113の動作に基づいて車両が力行しているか否かを監視し、車両が力行運転しているときに力行指令を出力する。なお、力行指令部2000は、例えば、電力変換装置113の出力電流に基づいて車両が力行運転しているか否かを判断してもよく、また、電力変換装置113に供給されるトルク指令値などの制御指令の値に基づいて、車両が力行運転しているか否かを判断してもよい。
速度判定部2002は、速度信号出力部2001から速度信号を受信し、車両速度が所定の範囲に含まれるか否かを判定し、判定結果を出力する。速度判定部2002は、例えば、車両速度が第1閾値T1以上第2閾値T2以下の範囲に含まれるか判定し、所定の範囲に含まれる場合に第1レベル(例えば「1」)の信号を出力し、所定の範囲に含まれない場合に第2レベル(例えば「0」)の信号を出力する。
本実施形態の蓄電池システムおよび電気車制御システムは、上記の構成以外は上述の第1実施形態と同様である。
ここでは、車両が力行しているときの蓄電池システムおよび電気車制御システムの動作の一例について説明する。
車両が、蓄電池システムからのアシスト無しで力行しているときには、例えば、遮断器111および接触器112が閉じた状態であり、接触器102、103、104、106、109は開いた状態である。
速度判定部2002は、速度信号出力部2001から受信した車両速度が所定の速度範囲(第1閾値T1以上第2閾値T2以下)に含まれているか否かを判断し、車両速度が所定の速度範囲に含まれているときに第1レベルの信号を出力し、車両速度が所定の速度範囲に含まれていないときに第2レベルの信号を出力する。
制御装置1000は、例えば、チョッパゲート生成部2003からゲート指令部2004へ制御指令が出力されるタイミングと同期して、接触器106、109を投入してもよい。
すなわち、本実施形態の蓄電池システムおよび電気車制御システムによれば、車両のエネルギー利用効率を改善することができる。
図3は、第3実施形態の蓄電池システムおよび電気車制御システムの一構成例を概略的に示す図である。
速度発電機300は、例えば車両の車軸(図示せず)に取り付けられ、車両の走行速度に応じた電力を出力する。
回生指令部3000は、電力変換装置113の動作に基づいて車両が回生運転しているか否かを監視し、車両が回生運転しているときに回生指令を出力する。
速度判定部2002は、速度信号出力部2001から速度信号を受信し、車両速度が所定の範囲に含まれるか否かを判定し、判定結果を出力する。速度判定部2002は、例えば、車両速度が第3閾値T3以上第4閾値T4以下の範囲に含まれるか判定し、所定の範囲に含まれる場合に第1レベル(例えば「1」)の信号を出力し、所定の範囲に含まれない場合に第2レベル(例えば「0」)の信号を出力する。
本実施形態の蓄電池システムおよび電気車制御システムは、上記の構成以外は上述の第1実施形態と同様である。
ここでは、車両が回生運転しているときの蓄電池システムおよび電気車制御システムの動作の一例について説明する。
車両が、蓄電池システムへの充電を行わずに回生運転しているときには、例えば、遮断器111および接触器112が閉じた状態であり、接触器102、103、104、106、109は開いた状態である。
速度判定部2002は、速度信号出力部2001から受信した車両速度が所定の速度範囲(第3閾値T3以上第4閾値T4以下)に含まれているか否かを判断し、車両速度が所定の速度範囲に含まれているときに第1レベルの信号を出力し、車両速度が所定の速度範囲に含まれていないときに第2レベルの信号を出力する。
制御装置1000(例えばチョッパゲート生成部2003は)は、例えば、チョッパゲート生成部2003からゲート指令部2004へ制御指令が出力されるタイミングと同期して、接触器106、109を投入してもよい。
図4は、第4実施形態の蓄電池システムおよび電気車制御システムの一構成例を概略的に示す図である。
速度発電機300は、例えば車両の車軸(図示せず)に取り付けられ、車両の走行速度に応じた電力を出力する。
速度判定部4001は、速度信号出力部2001から速度信号を受信し、車両の速度がゼロであるか否かを判定し、判定結果を出力する。速度判定部2002は、車両速度がゼロである場合に第1レベル(例えば「1」)の信号を出力し、所定の範囲に含まれない場合に第2レベル(例えば「0」)の信号を出力する。
なお、蓄電池を充電する場合には、例えばチョッパゲート生成部2003は、ゲート指令部2004へ制御指令を出力するタイミングと同期して、接触器106、109を投入してもよい。
本実施形態の蓄電池システムおよび電気車制御システムは、上記の構成以外は上述の第1実施形態と同様である。
ここでは、車両が停車しているときの蓄電池システムおよび電気車制御システムの動作の一例について説明する。
車両が、停車しているときには、例えば、遮断器111および接触器112、102、103、104、106、109は開いた状態である。蓄電池装置101および制御装置1000には、補助電源装置114から電源が供給されている。補助電源装置114には電源100から電源が供給されている。
ゲート指令部2004は、チョッパゲート生成部2003から受信した必要な充電電流値に応じてゲート指令を生成し、チョッパ回路108のスイッチング素子の動作を制御する。
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1]
第1外部接続部と、
第2外部接続部と、
高電圧側端子と低電圧側端子とを備えた一又は複数相の双方向チョッパ回路と、
主回路が前記低電圧側端子と接続される蓄電池装置と、
前記高電圧側端子と前記第1外部接続部とを電気的に接続する経路に設けられた第1接触器と、
前記蓄電池装置の前記主回路と前記低電圧側端子とを電気的に接続する経路に設けられた第2接触器と、
前記蓄電池装置の前記主回路と前記第1外部接続部とを電気的に接続する経路に設けられた第3接触器と、
前記蓄電池装置の前記主回路と前記第2外部接続部とを電気的に接続する経路に設けられた第4接触器と、を備えた蓄電池システム。
[C2]
C1記載の蓄電池システムと、
外部電源と前記第1外部接続部とを電気的に接続する経路に設けられた遮断器と、
前記遮断器の後段において、前記外部電源に対して前記蓄電池システムと並列に接続される電力変換装置と、
前記遮断器の後段において、前記外部電源と前記電力変換装置とを電気的に接続する経路に設けられた第5接触器と、
前記第2外部接続部と電気的に接続する補助電源装置と、
前記第1乃至第5接触器と前記遮断器との動作を制御可能な制御装置と、
を備えた電気車制御システム。
[C3]
前記制御装置は、前記外部電源からの電力供給が停止し、かつ、非常走行させる指令を受けたときに、前記遮断器と前記第1接触器と前記第2接触器とを開いた状態とし前記第3接触器と前記第4接触器と前記第5接触器とを閉じた状態とする、C2記載の電気車制御システム。
[C4]
前記制御装置は、前記電力変換装置の動作に基づいて前記外部電源から供給された電力により力行運転中であると判断し、走行速度が第1閾値以上であり第2閾値以下であるときに、前記遮断器と前記第1接触器と前記第2接触器と前記第5接触器とが閉じた状態であり前記第3接触器と前記第4接触器とを開いた状態とし、前記双方向チョッパ回路を制御して前記蓄電池システムから前記電力変換装置へ電力を供給させる、C2又はC3記載の電気車制御システム。
[C5]
前記制御装置は、前記電力変換装置の動作に基づいて回生運転中であると判断し、走行速度が第3閾値以上であり第4閾値以下であるときに、前記遮断器と前記第1接触器と前記第2接触器前記第5接触器とが閉じた状態であり前記第3接触器と前記第4接触器とを開いた状態とし、前記双方向チョッパ回路を制御して前記電力変換装置から前記蓄電池システムへ電力を供給させる、C2乃至C4のいずれか1項記載の電気車制御システム。
[C6]
前記制御装置は、前記電力変換装置の動作に基づいて力行運転中および回生運転中のいずれでもないと判断し、走行速度がゼロであるときに、前記第3接触器と前記第4接触器と前記第5接触器を開いた状態とし、前記遮断器と前記第1接触器と前記第2接触器とを閉じた状態として、前記双方向チョッパ回路を制御して前記外部電源から前記蓄電池システムへ電力を供給させる、C2乃至C5のいずれか1項記載の電気車制御システム。
Claims (5)
- 蓄電池システムを備えた電気車制御システムであって、
前記蓄電池システムが、
第1外部接続部と、
第2外部接続部と、
高電圧側端子と低電圧側端子とを備えた一又は複数相の双方向チョッパ回路と、
主回路が前記低電圧側端子と接続される蓄電池装置と、
前記高電圧側端子と前記第1外部接続部とを電気的に接続する経路に設けられた第1接触器と、
前記蓄電池装置の前記主回路と前記低電圧側端子とを電気的に接続する経路に設けられた第2接触器と、
前記蓄電池装置の前記主回路と前記第1外部接続部とを電気的に接続する経路に設けられた第3接触器と、
前記蓄電池装置の前記主回路と前記第2外部接続部とを電気的に接続する経路に設けられた第4接触器と、を備え、
前記電気車制御システムが更に、
外部電源と前記第1外部接続部とを電気的に接続する経路に設けられた遮断器と、
前記遮断器の後段において、前記外部電源に対して前記蓄電池システムと並列に接続される電力変換装置と、
前記遮断器の後段において、前記外部電源と前記電力変換装置とを電気的に接続する経路に設けられた第5接触器と、
前記第2外部接続部と電気的に接続する補助電源装置と、
前記第1乃至第5接触器と前記遮断器との動作を制御可能な制御装置と、
を備えた電気車制御システム。 - 前記制御装置は、前記外部電源からの電力供給が停止し、かつ、非常走行させる指令を受けたときに、前記遮断器と前記第1接触器と前記第2接触器とを開いた状態とし前記第3接触器と前記第4接触器と前記第5接触器とを閉じた状態とする、請求項1記載の電気車制御システム。
- 前記制御装置は、前記電力変換装置の動作に基づいて前記外部電源から供給された電力により力行運転中であると判断し、走行速度が第1閾値以上であり第2閾値以下であるときに、前記遮断器と前記第1接触器と前記第2接触器と前記第5接触器とが閉じた状態であり前記第3接触器と前記第4接触器とを開いた状態とし、前記双方向チョッパ回路を制御して前記蓄電池システムから前記電力変換装置へ電力を供給させる、請求項1又は請求項2記載の電気車制御システム。
- 前記制御装置は、前記電力変換装置の動作に基づいて回生運転中であると判断し、走行速度が第3閾値以上であり第4閾値以下であるときに、前記遮断器と前記第1接触器と前記第2接触器と前記第5接触器とが閉じた状態であり前記第3接触器と前記第4接触器とを開いた状態とし、前記双方向チョッパ回路を制御して前記電力変換装置から前記蓄電池システムへ電力を供給させる、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の電気車制御システム。
- 前記制御装置は、前記電力変換装置の動作に基づいて力行運転中および回生運転中のいずれでもないと判断し、走行速度がゼロであるときに、前記第3接触器と前記第4接触器と前記第5接触器を開いた状態とし、前記遮断器と前記第1接触器と前記第2接触器とを閉じた状態として、前記双方向チョッパ回路を制御して前記外部電源から前記蓄電池システムへ電力を供給させる、請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の電気車制御システム。
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