(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的エネルギーを貯蔵するスーパーキャパシターがそれぞれ形成された複数の貯蔵部と、
架線と前記複数の貯蔵部との間に配置され、前記架線に電気的に連結して高周波成分を除去するフィルター部と、
前記フィルター部と前記架線との間に配置され、前記架線に電気的に連結して電力の流入を受け、内部に断路器が構成された電力流入部と、
前記架線と前記フィルター部との間に電気的に連結して前記フィルター部への前記スーパーキャパシターの充電時の過電流の流入を防止するための充電部と前記架線の電気的連結を開閉する遮断スイッチを備えた前記充電部と、
前記複数の貯蔵部の各々に対して設けられた、前記複数の貯蔵部の各々の容量、入出力電流、電力を測定して、測定の結果を制御部に出力する複数のキャパシターモニター部と、
前記フィルター部と前記貯蔵部との間に電気的に連結し、開閉制御信号により開閉制御される第１トランジスター〜第６トランジスターを備え、複数が並列構成された両方向ＤＣ／ＤＣコンバーターと、
前記フィルター部に電気的に連結して、前記架線の電圧を検出し、その検出結果を出力する電圧検出部と、
前記フィルター部に電気的に連結して、前記フィルター部に流入する電流量を検出し、その検出結果を出力する電流検出部と、
前記複数のキャパシターモニター部からの出力、前記電流検出部からの出力および前記電圧検出部からの出力を受けて、前記両方向ＤＣ／ＤＣコンバーターの第１トランジスター〜第６トランジスターの各々に開閉制御信号を出力する前記制御部と、
を備え、
前記フィルター部、前記充電部および前記制御部は、前記複数の両方向ＤＣ／ＤＣコンバーターに対して１つ設けられ、
前記制御部は、
前記電流検出部により過電流が検出された場合、前記遮断スイッチを開放するように制御し、
前記電圧検出部によって検出された前記架線の電圧に基づいて前記複数の貯蔵部への充電を行うように制御する前記開閉制御信号を前記両方向ＤＣ／ＤＣコンバーターの第１トランジスター〜第６トランジスターの各々に出力し、前記充電においては、一の前記キャパシターモニター部から入力された測定結果に応じて当該一のキャパシターモニター部が設けられた前記貯蔵部への充電を中止するように制御する前記開閉制御信号を前記両方向ＤＣ／ＤＣコンバーターの第１トランジスター〜第６トランジスターのうちの対応するトランジスターの各々に出力する、
両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置。
【請求項２】
前記キャパシターモニター部の数は、前記両方向ＤＣ／ＤＣコンバーターの数と同一であることを特徴とする、請求項１に記載の両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置。
【請求項３】
前記貯蔵部の数は、前記両方向ＤＣ／ＤＣコンバーターの数と同一であることを特徴とする、請求項１に記載の両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、気候変化の結果は全世界的に環境破壊の危機と原油高を招き、同時に資源枯渇の危機に直面させ、石油エネルギーの枯渇と環境汚染の加速化に伴い地球温暖化を防止するための京都議定書が発効されてＣＯ２排出を抑制するための新再生エネルギー及び開発が至急な課題として急浮上している。
【０００３】
このような実情下、技術開発の方向は風力、潮力、太陽光、水力等の自然エネルギーを利用した新再生エネルギー開発に集中しているが、既存のエネルギー発生や貯蔵システムにおいて損失で処理されるエネルギーシステムや装置を改善して、損失率を最小化する方向にも活発に開発が行われている。
【０００４】
最近、電車の制動方式としては、エネルギーを節約するために回生制動方式、即ち、加速された電車が停車のために減速する場合、電車の運動エネルギーを再び電気エネルギーとして回収する方式が採択されている。このような回生制動方式は、全システムの電力消耗量を減少できるだけでなく、機械的制動による騒音問題及びブレーキシューの摩耗を防止できる等の長所を有し、採用範囲が順次拡大している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の回生制動方式のエネルギー貯蔵装置は、制御部の機能が極めて制約的であるため、連動装置の作動を考慮できず単に電圧／電流程度だけをチェックし、エネルギー貯蔵部であるスーパーキャパシターをモニターリングする程度に止まっており、エネルギー貯蔵部を介した充放電の効率が高くない問題があった。
【０００６】
また、従来の回生制動方式のエネルギー貯蔵装置は、容量増大または変動が必要な場合、ＤＣ／ＤＣコンバーター部と貯蔵媒体を再設計しなければならない問題があった。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバーター部と貯蔵媒体が７５０Ｖ、１０ＭＪを適用して、７５０Ｖ、１５ＭＪに容量が増大すると、既存の回生電力貯蔵システムを変更して使用することができず、７５０Ｖ、１５ＭＪに設定される回生電力貯蔵システムを新たに設計製作して使わなければならなかった。
【０００７】
最近、７５０Ｖ、２０ＭＪの貯蔵媒体が必要な場合、７５０Ｖ、１０ＭＪの貯蔵媒体を複数接続させて、活用度を高める技術が開発された。
【０００８】
しかし、この場合のエネルギー貯蔵装置は、略全ての構成、例えば、充電部、フィルター部、電流及び電圧検出部、制御部、ＤＣ／ＤＣコンバーター部と貯蔵媒体を複数構成し、電流のバランスを合わせるための電流バランシング制御部がさらに必要となるため、部品節減や体積縮小等の長所が殆どなく、追加構成が必要となる問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、連動装置の作動を考慮した制御部の設計により充放電の効率性を高め、エネルギー貯蔵容量や変動のための最小構成の変更や追加によって経済性を高めて使用便宜性を向上させることが可能な、新規かつ改良された両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、架線に電気的に連結して電力の流入を受け、内部に断路器が構成された電力流入部と、架線に電気的に連結して高周波成分を除去するフィルター部と、前記架線とフィルター部との間に電気的に連結して前記フィルター部のキャパシターの充電時に過電流の流入を防止し、充電部と架線の電気的連結を開閉する遮断スイッチを備えた充電部と、電気的エネルギーを貯蔵するスーパーキャパシターが複数形成された貯蔵部と、前記貯蔵部の容量、入出力電流、電力を測定して、制御部に出力するモニターリングするキャパシターモニター部と、前記フィルター部と貯蔵部との間に電気的に連結して、制御信号によって第１トランジスター〜第６トランジスターを開閉することによって制御され、複数が並列構成された両方向ＤＣ／ＤＣコンバーターと、前記フィルター部に電気的に連結して、前記架線の電圧を検出する電圧検出部と、前記フィルター部に流入する電流量を検出して、制御部に出力する電流検出部と、前記電流検出部及び電圧検出部で検出された架線の電流及び電圧を判断して、前記両方向ＤＣ／ＤＣコンバーターの第１トランジスター〜第６トランジスターの各々に開閉制御信号を出力する制御部と、備えることを特徴とする、両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置が提供される。
【００１１】
前記キャパシターモニター部の数は、前記両方向ＤＣ／ＤＣコンバーターの数と同一であてもよい。
【００１２】
前記貯蔵部の数は、前記両方向ＤＣ／ＤＣコンバーターの数と同一であってもよい。
【００１３】
前記制御部は、ＰＴユニットからＤＣリンク電圧及びスーパーキャパシターの電圧をリアルタイムで認識を受け、ＣＴユニットからＤＣリンク電流及びスーパーキャパシターの充放電電流の印加を受けるアナログインターフェースボードと、前記アナログインターフェースボードに対して並列構成され、コンタクターのフィードバック信号及びヒューズ接点、温度接点、前面パネルのスイッチ接点を認識して制御部の駆動シーケンス及び保護動作を行わせる信号認識ボードと、前記アナログインターフェースボードと信号認識ボードから信号の印加を受け、システムのシーケンス及び保護動作と通信動作を行う信号制御ボードと、前記信号制御ボードから信号の印加を受けて、接点信号を出力するデジタル出力接点部と、前記信号制御ボードから信号の印加を受けて、ＧＰ−モニターと通信を行い、スーパーキャパシターモニター部と通信を行う通信ボードと、前記アナログインターフェースボードと信号制御ボードから各々信号の印加を受けてＰＷＭパルス信号を制御するＰＷＭ制御ボードと、前記ＰＷＭ制御ボードからＰＷＭパルス信号の印加を受けて、当該ＰＷＭパルス信号を光信号に変換する光出力ボードと、前記光出力ボードからＰＷＭ光信号の印加を受けて、外部ゲート駆動信号を発生する外部ゲートドライバーと、有してもよい。
【００１４】
前記ＰＷＭ制御ボードは、アナログ信号の印加を受けるセンサー入力回路部と、前記センサー入力回路部の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記センサー入力回路部の出力信号と故障基準値を入力して故障検出、割り込み要求信号を出力する演算部と、前記Ａ／Ｄ変換部と演算部の出力信号の印加を受けて、充放電電流指令を作成して両方向チョッパーのパルスパターンを発生させ、チョッパーのデューティー比を制御する演算制御処理部と、電源の状態を監視する電源監視部と、を有してもよい。
【００１５】
前記信号制御ボードは、他のボードや主回路間、ＴＭＳとの通信を行い、通常駆動情報及び故障記録を行って、故障時各部品の状態をＮＶＳＲＡＭに貯蔵するボードであってもよい。
【００１６】
前記信号認識ボードは、１００Ｖ入力信号の伝達を受ける入力回路部と、入力回路部の出力端と接続されて入力信号に対するｓｕｒｇｅ遮断のためのｓｕｒｇｅ遮断部と、ｓｕｒｇｅ遮断部の出力信号をフィルターリングするためのフィルター回路部と、外部信号との絶縁のための絶縁回路部と、を有してもよい。
【００１７】
前記デジタル出力接点部は、マザーボードの出力信号と外部信号を分離するための絶縁回路部と、コンタクターリレーを駆動するためのリレードライバーと、を有してもよい。
【００１８】
前記光出力ボードは、ＰＷＭ制御ボードから１２チャンネルのゲートＰＷＭ信号の入力を受けて光信号に変換して、ゲートドライバーを駆動させることによってＩＧＢＴを導通または遮断させる光信号変換部が含まれてもよい。
【００１９】
前記制御部は、ＡＣ２２０Ｖ電源が印加され、各コンタクターの異常がない時ＧＣＫ、ＭＣＢ、ＨＳＣＢの順に動作するように制御し、ＦＣの電圧が基準電圧以上になるとＣＨＫを導通させて充放電をためのスーパーキャパシターの初期充電モードで突入させ、初期充電が完了すると、架線電圧の状態に基づいてスーパーキャパシターの動作モードを判別して、両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターをバクモードとブースターモードに交番動作させてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置は、スーパーキャパシターからなる貯蔵部を容量追加や変更によってボックス型モジュールとして簡単に追加することができ、多様なセンサーと信号点検を通して正確で効率的な貯蔵部の充放電が行われることができる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の構成を示した回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置に含まれた制御部の構成を示したブロック構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれたＰＷＭ制御ボードを詳細に示したブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれた信号制御ボードを詳細に示したブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれた信号認識ボードを詳細に示したブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれたデジタル出力接点部を詳細に示したブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれた光出力ボードを詳細に示したブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれた電源入力ボードを詳細に示したブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれた制御電源ボードを詳細に示したブロック図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の動作シーケンスを示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の構成を示した回路図である。
【００２４】
これを参照すると、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置２は、連動装置の作動を考慮した制御部の設計によって充放電の効率性を高めて、エネルギー貯蔵容量や変動のための最小構成の変更や追加により経済性を高めて使用便宜性を向上させた装置である。
【００２５】
より詳細には、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置２は、架線に電気的に連結して電力を流入受けると共に、内部に断路器が構成された電力流入部４と、架線に電気的に連結して高周波成分を除去するフィルター部８と、電気的エネルギーを貯蔵するスーパーキャパシターが複数形成された貯蔵部２８ａ、２８ｂ、２８ｃを含んで構成される。
【００２６】
また、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置２は、前記フィルター部８と貯蔵部２８ａ、２８ｂ、２８ｃとの間に電気的に連結して制御信号により第１トランジスター２２ａ〜第６トランジスター２２ｆを開閉することによって制御され、複数が並列構成された両方向ＤＣ／ＤＣコンバーター２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、前記フィルター部８に電気的に連結して前記架線の電圧を検出する電圧検出部１８と、前記フィルター部８に流入する電流量を検出して制御部に出力する電流検出部１６と、前記電流検出部１６及び電圧検出部１８で検出された架線の電流及び電圧を判断して前記両方向ＤＣ／ＤＣコンバーター２０ａ、２０ｂ、２０ｃの第１トランジスター２２ａ〜第６トランジスター２２ｆの各々に開閉制御信号を出力する制御部３２、を含んで構成される。
【００２７】
また、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置２は、前記貯蔵部２８ａ、２８ｂ、２８ｃの容量、入出力電流、電力を測定して、前記制御部３２に出力するモニターリングし、複数構成されたキャパシターモニター部３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、前記架線とフィルター部８との間に電気的に連結して前記フィルター部８のキャパシターの充電時過電流の流入を防止し、充電部と架線の電気的連結を開閉する遮断スイッチを備えた充電部１０、をさらに含んで構成される。未説明符号１２、１４は、各々電流及び電圧センサーを示す。
【００２８】
前述した構成を有する各々の貯蔵モジュールの制御部３２は、電流検出部から過電流が検出される場合、充電部の遮断スイッチを開放し、充電モードにおいて貯蔵部が緩衝される場合、前記第１、３、５トランジスターをオフ（Ｏｆｆ）状態に制御する信号を出力し、電力供給モードにおいては前記キャパシターモニター部から入力された電圧が基準電圧以下になる場合に前記第２、４、６トランジスターをオフ（Ｏｆｆ）状態に制御する信号を出力することによって、貯蔵部に対する充放電を制御する。
【００２９】
ここで、前記断路器６は、ＥＳＳのメンテナンスまたはその他の点検時に変電所整流器２次側と主回路を連結または分離するための電動式断路器を含み、既存変電設備と同じ地絡継電器である６４Ｐ  ＲＥＬＡＹ、入力平滑用フィルターリアクターが含まれている。
【００３０】
断路器は、エネルギー貯蔵装置のメンテナンス及び装置異常点検時にエネルギー貯蔵装置から架線電圧を安全でかつ信頼性を持って分離して再連結する。このような断路器の分離及び再連結は、断路器ユニット内に共に構成したＲＳリレー及びスイッチを介して単にＯｎ及びＯｆｆボタンを押すことで動作される。また、スイッチ故障時に手動操作用ハンドルを利用してＯｆｆさせることができる。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置に含まれた制御部の構成を示したブロック構成図である。
【００３２】
これを参照すると、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置２に含まれた制御部３２は、ＰＴユニットからＤＣリンク電圧及びスーパーキャパシターの電圧をリアルタイムで認識を受け、ＣＴユニットからＤＣリンク電流及びスーパーキャパシターの充放電電流の印加を受けるアナログインターフェースボード３４（ＩＮＦ２３−１、２）と、前記アナログインターフェースボード３４（ＩＮＦ２３−１、２）に対して並列構成され、コンタクターのフィードバック信号及びヒューズ接点、温度接点、前面パネルのスイッチ接点を認識して制御部３２の駆動シーケンス及び保護動作を行わせる信号認識ボード３６（ＤＩＰ１３＆ＤＩＰ−ＡＵＸ）と、前記アナログインターフェースボード３４（ＩＮＦ２３−１、２）と信号認識ボード３６（ＤＩＰ１３＆ＤＩＰ−ＡＵＸ）から信号の印加を受け、システムのシーケンス及び保護動作と通信動作を行う信号制御ボード３８（ＰＵＺ３３）と、前記信号制御ボード３８（ＰＵＺ）から信号の印加を受けて、接点信号を出力するデジタル出力接点部４６（ＲＹＯ４５）と、前記信号制御ボード３８（ＰＵＺ３３）から信号の印加を受けて、ＧＰ−モニターと通信を行い、スーパーキャパシターモニター部３０ａ、３０ｂ、３０ｃと通信を行う通信ボード４８（ＩＮＦ７９）と、前記アナログインターフェースボード３４（ＩＮＦ２３−１、２）と信号制御ボード３８（ＰＵＺ３３）から各々信号の印加を受けて、ＰＷＭパルス信号を制御するＰＷＭ制御ボード４０（ＰＷＭ３３）と、前記ＰＷＭ制御ボード４０（ＰＷＭ３３）からＰＷＭパルス信号の印加を受けて、当該ＰＷＭパルス信号を光信号に変換する光出力ボード４２（ＥＯＣ０９−１）と、前記光出力ボード４２（ＥＯＣ０９−１）からＰＷＭ光信号の印加を受けて、外部ゲート駆動信号を発生する外部ゲートドライバー４４（ＩＧＢＴ  Ｇａｔｅ  Ｄｒｉｖｅｒ）で形成される。
【００３３】
より詳細には、前記制御部３２は、メインボックスに位置して、システムの全てのシーケンス及び制御、保護動作そして通信機能を行う。このような機能を行うためのプロセッサーは、３２ビットの高性能マイクロ・プロセッサ（ＴＭＳ３２０ＶＣ３３）が使われた。また、制御部は各ボードを機能毎に分類して、システム拡張が容易となるように設計された。
【００３４】
まず、ＩＮＦ２３−１／２ボードは、アナログインターフェースボードであって、ＩＮＦ２３−１ボードは、システムのＰＴユニットからＤＣリンク電圧及びスーパーキャパシターの電圧をリアルタイムで認識受けるボードで、ＩＮＦ２３−２ボードは、システムのＣＴユニットからＤＣリンク電流及びスーパーキャパシターの充放電電流をセンシングを受けるように構成される。
【００３５】
ＩＳＯ２６ボードは、ＤＡコンバーターを利用して、制御機内部の制御シーケンス及びアナログ値をモニターできるように構成された。ＤＩＰ１３及びＤＩＰ−ＡＵＸボードは、システムのコンタクターのフィードバック信号及びヒューズ接点、温度接点、前面パネルのスイッチ接点等を認識して、制御機のシーケンス及び保護動作に活用する機能を行うボードである。このようなデジタル接点は、合わせて３２個の接点を利用することができるように構成した。
【００３６】
ＲＹＯ４５ボードは、デジタル出力接点で合わせて８個の出力ができ、コンタクター及びリレーの励磁コイルを励磁したり前面パネルのランプを点灯させる等の機能を行うる。
【００３７】
ＥＯＣ０９ボードは、光出力ボードであって、ＰＷＭ３３ボードによって制御されるＰＷＭのパルス信号を光に変換させて外部ゲートドライバー（ＩＧＤＵ）に信号を伝送する機能を行う。光変換の目的は、外部から発生する電気的なノイズの影響を受けないようにするためである。
【００３８】
ＩＮＦ７９ボードは、通信ボードであって、内部のジャンパピンのセッティングによりＲＳ−４８５／４２２に通信インターフェースを変更できるように設計され、２チャンネルまで使える。現システムでは、ＡチャンネルはＲＳ−４２２通信を適用してメイン装置の前面のＧＰ−Ｍｏｎｉｔｏｒと通信を行い、ＢチャンネルはＲＳ−４８５通信を適用して、スーパーキャパシターの状態監視モジュールと通信を行っている。
【００３９】
このような外部インターフェース装置の全ての信号は、ＰＷＭ３３ボードとＰＵＺ３３ボードに転送されて、制御及びシーケンス、保護動作の機能を行うようになる。ＰＵＺ３３ボードは、システムのシーケンス及び保護動作そして通信を司るボードであって、２個のプロセッサーを利用して制御される。また、ＰＷＭ３３ボードは、ＰＵＺ３３ボードのシーケンスの内容をＤＰＲＡＭを介して伝送を受けて、電力変換装置の制御機能を行う。
【００４０】
図３は、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれたＰＷＭ制御ボードを詳細に示したブロック図である。
【００４１】
これを参照すると、前記ＰＷＭ制御ボード４０（ＰＷＭ３３）は、アナログ信号（Ｓｅｎｓｏｒ  Ｉｎｐｕｔ  Ｓｉｇｎａｌ）６０の印加を受けるセンサー入力回路部（Ｓｅｎｓｏｒ  Ｉｎｐｕｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）６２と、前記センサー入力回路部６２の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）６４と、前記センサー入力回路部６２の出力信号と故障基準値の入力によって故障検出、割り込み要求信号を出力する演算部６８と、前記Ａ／Ｄ変換部６４と演算部６８の出力信号の印加を受けて、充放電電流指令を作成して両方向チョッパーのパルスパターンを発生させ、チョッパーのデューティー比を制御する演算制御処理部（ＤＳＰ  Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）７２と、電源の状態を監視する電源監視部（Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）８０を含んで構成される。
【００４２】
即ち、ＰＷＭ３３−１  カードは制御アルゴリズムをリアルタイムで行うために主演算装置であり、高性能の３２  ｂｉｔ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  ＰｒｏｃｅｓｓｏｒのＴＩ（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）社のＴＭＳ３２０ＶＣ３３を使った。また、Ｍｅｍｏｒｙは維持補修の便宜のためにＲＯＭにプログラムを直接ダウンロードできるようにＦｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙを使った。
【００４３】
このボードは、エネルギー貯蔵装置の中枢であるため、３２ｂｉｔ  ＤＳＰによって各種処理をソフトで実現している。この基板は、各種アナログ信号の入力を受けて制御信号として使って、エネルギー貯蔵装置の充放電電流指令を作成し、両方向チョッパーのＰＵＬＳＥ  ＰＡＴＴＥＲＮを発生させる。これによって、入力架線電圧変動に対して一定のＤＣ電圧で制御するためにチョッパーのデューティー比を制御する機能を有する。
【００４４】
このボードで作られたＰＷＭパルス波形は、ＥＯＣ０９ボードに転送されて光信号に変換されて、各ゲートドライバーを駆動させて、最終的にＩＧＢＴを導通または遮断させるようになる。
【００４５】
図４は、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれた信号制御ボードを詳細に示したブロック図である。
【００４６】
これを参照すると、前記信号制御ボード３８（ＰＵＺ３３）は、他のボードや主回路間、ＴＭＳとの通信を行い、通常駆動情報及び故障記録を行って、故障時各部品の状態をＮＶＳＲＡＭに貯蔵するボードである。
【００４７】
即ち、ＰＵＺ３３Ａボードは、エネルギー貯蔵装置をコントロールするためにＰＷＭ３３−１  カード〜主回路間、ＴＭＳとの通信等のインターフェースのためのカードである。このカードは、ＰＷＭ３３−１との通信を介して各種情報の入力を受けて、通常情報と故障記録等を貯蔵してＴＭＳと通信のやり取りする役割を果たす。
【００４８】
また、エネルギー貯蔵装置故障時各種状況を定期的にＮＶＳＲＡＭに貯蔵して、故障記録等を貯蔵する。貯蔵された故障記録は、ＰＣとＲＳ２３２通信を介してダウンロードして、故障時状況が分かるようにする。
【００４９】
図５は、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれた信号認識ボードを詳細に示したブロック図である。
【００５０】
これを参照すると、前記信号認識ボード３６（ＤＩＰ１３＆ＤＩＰ−ＡＵＸ）は、１００Ｖ入力信号の伝達を受ける入力回路部（Ｉｎｐｕｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）１００と、入力回路部１００の出力端と接続されて、入力信号に対するｓｕｒｇｅ遮断のためのｓｕｒｇｅ遮断部（Ｓｕｒｇｅ  Ｂｌｏｃｋｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１０２と、ｓｕｒｇｅ遮断部１０２の出力信号をフィルターリングするためのフィルター回路部（Ｆｉｌｔｅｒ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）１０４と、外部信号との絶縁のための絶縁回路部（Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）１０６が含まれる。
【００５１】
即ち、ＤＩＰ１３−１／ＤＩＰ−ＡＵＸボードは、１００Ｖ入力信号の伝達を受けるＤｉｇｉｔａｌ入力信号と入力信号に対するｓｕｒｇｅ遮断のためＳｕｒｇｅ遮断回路部、フィルターリングのためのフィルター回路部、外部信号との絶縁のための絶縁回路部で構成されている。
【００５２】
ＤＩＰ１３−１ボードは、合わせて２４チャンネルのデジタル信号の入力が受けられるように設計されており、ＤＩＰ−ＡＵＸボードは、８チャンネルのデジタル信号の入力が受けられるように設計された。入力された信号は、マザーボードを介してＰＵＺ３３Ａボードに転送されて制御に使われる。
【００５３】
図６は、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれたデジタル出力接点部を詳細に示したブロック図である。
【００５４】
これを参照すると、前記デジタル出力接点部４６（ＲＹＯ４５）は、マザーボード１１０の出力信号と外部信号を分離するための絶縁回路部（Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）１１４と、コンタクターリレーを駆動するためのリレードライバー（Ｒｅｌａｙ  Ｄｒｉｖｅｒ）１１６を含んで構成される。
【００５５】
即ち、ＲＹＯ４５（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｏｕｔｐｕｔ）ボードは、出力信号と外部電源分離のための電源分離回路部、Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ  Ｒｅｌａｙ駆動のためＲｅｌａｙ回路部で構成されている。
【００５６】
エネルギー貯蔵装置の制御部３２には、８チャンネルのデジタル出力回路を構成して、エネルギー貯蔵装置の各コンタクターを駆動したり外部でデジタル信号を出力するのに使う。
【００５７】
図７は、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれた光出力ボードを詳細に示したブロック図である。
【００５８】
これを参照すると、前記光出力ボード４２（ＥＯＣ０９−１）は、ＰＷＭ制御ボード４０から１２チャンネルのゲートＰＷＭ信号の入力を受けて光信号に変換して、ゲートドライバー４４を駆動させることによってＩＧＢＴを導通または遮断させる光信号変換部１２２（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）が含まれる。
【００５９】
即ち、ＥＯＣ０９−１ボードは、ＰＷＭ３３−１から１２チャンネルのゲートＰＷＭ信号の入力を受けて光信号に変換して、ゲートドライバーを駆動させてＩＧＢＴを導通または遮断する。
【００６０】
図８は、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれた電源入力ボードを詳細に示したブロック図であり、図９は、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部に含まれた制御電源ボードを詳細に示したブロック図である。
【００６１】
これを参照すると、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の制御部３２に含まれた電源入力ボード１３０（ＰＷＳ２４Ａ）と、制御電源ボード１５０（ＰＷＳ２７Ａ）を見ると、ＰＷＳ２４ボードはＤＣ１００Ｖの入力を受けて、フィルター回路と電源安定化回路を経てマザーボードに入力させてＰＷＳ２７(制御電源装置)に与える。
【００６２】
ＰＷＳ２７ボードは、ＰＷＳ２４からＤＣ１００Ｖの入力を受けてＳＭＰＳ（Ｓｗｉｔｃｈ  Ｍｏｄｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）を介して各制御機に必要な制御電源を作って供給する。
【００６３】
図１０は、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置の動作シーケンスを示した図面である。
【００６４】
先ず、図１０のシーケンスを見ると、本発明の一実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置２に含まれた制御部３２は、ＡＣ  ２２０Ｖ電源が印加されて、制御機が動作を実行し、短い時間間隔を持って各コンタクターが異常のない時、ＧＣＫ、ＭＣＢ、ＨＳＣＢ順に動作する。
【００６５】
ＦＣの電圧が基準電圧以上になると、ＣＨＫがＯＮとなって充放電をためのスーパーキャパシターの初期充電モードに突入する。初期充電モードの説明は、前記で説明したように突入電流に対するスーパーキャパシターの保護動作シーケンスである。初期充電が完了すると、架線電圧の状態に基づいて、制御機はスーパーキャパシターの動作モードを判別して、両方向ＤＣＤＣコンバーターをバクモードとブースターモードに交番に運行、正常動作をする。
【００６６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、本発明の実施形態に係る両方向ＤＣ−ＤＣコンバーターを利用した都市鉄道のエネルギー貯蔵装置は、単に前記実施形態に限定されるのではなく、その技術的要旨を離脱しない範囲内で多様な変更が可能である。
【符号の説明】
【００６７】
２      エネルギー貯蔵装置
４      電力流入部
６      断路器、
８      フィルター部
１０      充電部
１２      電流センサー
１４      電圧センサー
１６      電流検出部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ      両方向ＤＣ−ＤＣコネクター
２２ａ〜２２ｆトランジスター      
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ      貯蔵部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ      キャパシターモニター部
３２      制御部
３４      アナログインターフェースボード
３６      信号認識ボード
３８      信号制御ボード
４０      ＰＷＭ制御ボード
４２      光出力ボード
４４      外部ゲートドライバー
４６      デジタル出力接点部
４８      通信ボード
６０      アナログ信号
６２      センサー入力回路部
６４      Ａ／Ｄ変換部
６８      演算部
７２      演算制御処理部
８０      電源監視部
１００      入力回路部
１０２      ｓｕｒｇｅ遮断部
１０４      フィルター回路部
１０６      絶縁回路部
１１０      マザーボード
１３０      電源入力ボード
１５０      制御電源ボード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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