(57)【要約】【課題】ハイブリッド鉄道車両において、車両駆動制御装置と車両用補助電源装置のそれぞれに適した特性の電力蓄積手段を用意し、これら電力蓄積手段間の電力のやりとりを行うことで、最適な電力管理と車両の性能向上を図れる鉄道車両の駆動制御装置を提供する。【解決手段】車両駆動の電動機に電力を供給する電力変換手段に第１の電力蓄電手段を備え、車両用補助電源装置に電力を供給する電力手段に第２の電力蓄電手段を備え、第１の電力蓄電手段と第２の電力蓄電手段とを、電力レベル変換手段によって接続し、車両の運転状態により、電力レベル変換手段を介して、第１の電力蓄電手段と第２の電力手段とで、電力のやりとりを行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンによる発電手段と、該発電手段の発生する交流電力を第１の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、前記第１の直流電力を第１の交流電力に変換するインバータ手段を有する第１の交流電力発生手段と、前記第１の直流電力を充電及び放電する機能を持つ第１の電力蓄積手段と、前記発電手段と直流電力発生手段と第１の交流電力発生手段と第１の直流電力蓄積手段とを制御する制御手段と、前記第１の交流電力により駆動する駆動用電動機を搭載した鉄道車両駆動システムの駆動制御装置において、
前記第１の直流電力と異なるレベルの第２の直流電力を充電及び放電する機能を持つ第２の電力蓄積手段と、該第２の直流電力を第２の交流電力に変換するインバータ手段を有する第２の交流電力発生手段と、前記第１の直流電力と第２の直流電力との間の電力レベル変換手段と、該電力レベル変換手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両の駆動制御装置において、
前記第１の直流電力と第２の直流電力との間の電力レベル変換手段は、該第１の直流電力と第２の直流電力の状態に応じて、該第２の直流電力を前記第１の交流電力発生手段へ供給、もしくは該第１の直流電力を前記第２の交流電力発生手段へ供給することを特徴とする鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の鉄道車両の駆動制御装置において、
鉄道車両の停車中に前記第１の直流電力を、前記電力レベル変換手段を介して、前記第２の直流電力に供給することを特徴とする鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の鉄道車両の駆動制御装置において、
鉄道車両の駆動時に前記第２の直流電力を、前記電力レベル変換手段を介して、前記第１の直流電力に供給することを特徴とする鉄道車両の駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の駆動制御装置に係り、特に発電手段と電力蓄積手段を備え、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制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
運行本数の少ない地方の鉄道路線では非電化路線が多く、ディーゼルエンジンを動力とする気動車による旅客輸送が一般的である。近年では、エンジンにより駆動する発電設備に、電力蓄電手段を併用して、メンテナンスを抑制し、さらに排気ガスの減少効果も期待できる、いわゆるハイブリッド鉄道車両の非電化路線への適用も考えられている。
【０００３】
図６は、ハイブリッド鉄道車両の従来例の構成を示す図である。鉄道車両２０１には、エンジンにより駆動され交流電力を発生する発電手段２０２と、この交流電力を直流電力に変換し、さらに電動機に直結された車輪２０６を駆動するため再度交流電力に変換する電力変換手段２０５と、電力変換手段２０５の直流電力を充電及び放電する機能を持つ電力蓄積手段２０４を備えている。これらの発電手段２０２、電力変換手段２０５、電力蓄積手段２０４は制御手段２０３によって、最適な電力の管理が行われている。例えば、特許文献１には、このようなハイブリッド鉄道車両が開示されている。
【０００４】
鉄道車両では、空調装置、車内蛍光灯、空気圧縮機などに電力を供給する車両用補助電源装置（以下、ＳＩＶ（Static  Inverter）と称する。）が搭載される。
このＳＩＶは図６で示す電力変換手段２０５と同様に、直流電力を交流電力に変換するシステム構成であるが、一般的に交流４４０Ｖ、または２００Ｖの６０Ｈｚを出力し、しかも鉄道車両が車両基地から出庫し、営業運転を終了して再度基地へ入庫するまで、連続して一定の電力を供給し続ける装置である。
【０００５】
これに対して車両駆動用の電力変換器２０５では、車両の加速時には大電力を供給し、減速時には大電力が回生されるという違いがあり、また車両の停車中は電力変換手段２０５が動作しないため、発電手段２０２を停止することもある。
このような場合にもＳＩＶに電力を供給し続けなければならないため、電力蓄積手段２０４でＳＩＶまで駆動させようとすると、車両の再起動時などに最適な電力管理を実施できない不具合が発生してしまう。
【特許文献１】特開２００５−２７４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、上記事情に鑑み、駆動時はもちろん停車中においても電力蓄電手段の電力管理を最適に行う、鉄道車両の駆動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、車両駆動の電動機に電力を供給する電力変換手段に第１の電力蓄電手段を備え、車両用補助電源装置に電力を供給する電力手段に第２の電力蓄電手段を備え、第１の電力蓄電手段と第２の電力蓄電手段とは、電力レベル変換手段によって接続される構成とし、車両の運転状態により、電力レベル変換手段を介して、第１の電力蓄電手段と第２の電力手段とで、電力のやりとりを行うことで達成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、車両の駆動制御装置と、車両用補助電源装置それぞれに適した特性の電力蓄電手段を準備することができ、最適な電力管理が可能になる。また、電力のやりとりを行うことで、一方の電力蓄電手段から他の電力蓄電手段への電力供給アシストが可能となり、車両の性能向上も図れるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の実施例１の鉄道車両の駆動制御装置の説明図である。図１において、エンジン２には発電機３が直結され、エンジン２を駆動することにより発電機３は交流電力を発生する。交流電力はコンバータ４に送られ直流電力に変換される。コンバータ４の出力Ｅｄ１には蓄電池Ａ１とインバータ５が接続され、直流電力Ｅｄ１を再度交流電力に変換し、この交流電力で電動機２１と２２を駆動する。コンバータ４の出力Ｅｄ１には、昇降圧チョッパ８の一方が接続され、昇降圧チョッパ８の他方Ｅｄ２には蓄電池Ｂ６と車両用補助電源装置７が接続され、直流電力Ｅｄ２を交流電力に変換し、負荷２３にこの交流電力を供給する。
【００１１】
エンジン２はエンジン制御装置１２の出力４２、コンバータ４はコンバータ制御装置１３の出力４３、蓄電池Ａ１は蓄電池Ａ制御装置１１の出力４１、インバータ５はインバータ制御装置１４の出力４４によって、車両の駆動制御に関してそれぞれ出力電力の制御が行われる。
【００１２】
蓄電池Ｂ６は蓄電池Ｂ制御装置１５の出力４５、車両用補助電源装置７はＳＩＶ制御装置１６の出力４６によって、車両内の蛍光灯や空調装置などの負荷に定電圧の電力を供給する制御が行われる。
【００１３】
上記のエンジン制御装置１２、コンバータ制御装置１３、蓄電池Ａ制御装置１１、インバータ制御装置１４、蓄電池Ｂ制御装置１５、ＳＩＶ制御装置１６は統括制御装置９によってＥｄ１、Ｅｄ２の適正な電力管理が実施される。
【００１４】
図２は、本発明の実施例の各蓄電池の特性を説明している。
図１のハイブリッド型鉄道車両での蓄電池の充放電特性としては、蓄電池Ａは車両の加速時に大きな電力をインバータ５に供給し、減速時には回生電力がインバータ５から供給されることから、図２に示すように蓄電量に対する蓄電池の入出力は左右対称形の特性が必要になる。言い換えると短時間で高出力のタイプの蓄電池を必要とする。
【００１５】
これに対して、蓄電池Ｂは車両補助電源装置（ＳＩＶ）７が定電圧を連続に負荷２３に供給することから、図２のように蓄電量に対して、ほぼ一定の入出力の特性が必要となる。
【００１６】
蓄電池Ｂに蓄電池Ａを使用すると、車両の停車時に騒音・省エネルギーの面からエンジンを停止した場合には、放電が早く行われ、車両用補助電源装置（ＳＩＶ）７への電力供給に支障が発生することになる。一方蓄電池Ａに蓄電池Ｂを使用すると、車両の駆動に必要な大電力を供給できず、車両の運転に支障をきたすことになる。したがって鉄道車両の電力変換手段の用途に応じた特性の蓄電池を選択することが重要となる。
【００１７】
図３は、本発明の実施例の車両の加速運転時の昇圧チョッパの動作を説明している。昇降圧チョッパ８は、上記のように特性の異なる蓄電池を使用する、ハイブリッド型鉄道車両において、重要な構成要素である。車両の加速時には図３に示すように昇圧チョッパとして運転させることにより、蓄電池Ｂ６からの電力１５２を、昇圧チョッパ８１を介してインバータ５へ供給し、蓄電池Ａ１からの電力１５１をアシストすることが可能になる。
【００１８】
図４は、本発明の実施例の車両の減速運転時の降圧チョッパの動作説明図である。車両の減速時の電力回生では、図４に示すように蓄電池Ａ１を充電する電力１５３の他にインバータ５の直流電圧の大きさに応じて、降圧チョッパ８２として運転させることで車両用補助電源装置（ＳＩＶ）７に電力１５４をアシストすることが可能である。
【００１９】
図５は、本発明の実施例１の車両の停車時の降圧チョッパの動作説明図である。
図５において、車両が停車時に、エンジンを停止した場合でも、降圧チョッパ８２として運転させ、蓄電池Ａ１の電力１６１を、降圧チョッパ８２を介して車両用補助電源装置（ＳＩＶ）７へ供給し、蓄電池Ｂ６からの電力１６２をアシストすることが可能になる。
【００２０】
昇降圧チョッパ８を制御するチョッパ制御装置１８は、図１に示すように、統括制御装置９に接続されているので、エンジン２、コンバータ４、インバータ５、車両用補助電源装置７のそれぞれの運転状態や、蓄電池Ａ１、蓄電池Ｂ６の充放電状態を知ることができ、最適な電力アシストが可能になる。
このように本実施例では、最適な電力管理ができ、車両の性能向上も図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例の鉄道車両の駆動制御装置の説明図である。
【図２】本発明の実施例の各蓄電池の特性の説明図である。
【図３】本発明の実施例の車両の加速運転時の昇圧チョッパの動作説明図である。
【図４】本発明の実施例の車両の減速運転時の降圧チョッパの動作説明図である。
【図５】本発明の実施例１の車両の停車時の降圧チョッパの動作説明図である。
【図６】従来例のハイブリッド鉄道車両の構成の説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１    蓄電池Ａ
２    エンジン
３    発電機
４    コンバータ
５    インバータ
６    蓄電池Ｂ
７    車両用補助電源装置
８    昇降圧チョッパ
９    統括制御装置
１１    蓄電池Ａ制御装置
１２    エンジン制御装置
１３    コンバータ制御装置
１４    インバータ制御装置
１５    蓄電池Ｂ御装置
１６    ＳＩＶ制御装置
１８    チョッパ制御装置
２１    電動機
２２    電動機
２３    負荷
８１    昇圧チョッパ
８２    降圧チョッパ
２０１    鉄道車両
２０２    発電手段
２０３    制御手段
２０４    電力蓄積手段
２０５    電力変換手段
２０６    車輪
【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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