(57)【要約】【課題】低温時において、電力変換手段の動作を最小限にして、省エネルギ効果の大きい鉄道車両の駆動制御装置を提供する。【解決手段】電源投入時、及び低温時において、電力変換手段の直流電力を交流電力に変換する手段を動作させることなく、エンジンにより駆動される発電手段の交流電力を、直流電力に変換する手段を介して、蓄電手段に充電させる処理と、蓄電手段の放電電力を上記の交流電力を直流電力に変換する手段を介して、発電手段側で負荷吸収する処理とを交互に繰り返す。【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、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段を有する交流電力発生手段と、前記直流電力を充電及び放電する機能を持つ電力蓄積手段と、前記発電手段と直流発生手段と交流発生手段と電力蓄積手段とを制御する制御手段と、前記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、
前記電力蓄積手段の状態に基づいて、前記電力蓄積手段の充電と放電を行う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に記載の駆動制御装置において、前記交流電力発生手段を動作させることなく、前記電力蓄積手段の充電と放電を行うことを特徴とする鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項３】
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、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段を有する交流電力発生手段と、前記直流電力を充電及び放電する機能を持つ電力蓄積手段と、前記発電手段と直流発生手段と交流発生手段と電力蓄積手段とを制御する制御手段と、前記交流電力により駆動する駆動用電動機を搭載した車両の駆動制御装置において、
前記電力蓄積手段の状態に基づいて、前記交流電力発生手段を動作させることなく、前記電力蓄積手段の充電と放電を行うことを特徴とする車両の駆動制御装置。
【請求項４】
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、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段を有する交流電力発生手段と、前記直流電力を充電及び放電する機能を持つ電力蓄積手段と、前記発電手段と直流発生手段と交流発生手段と電力蓄積手段とを制御する制御手段と、前記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、
外気温度が予め設定した値以下の場合に、前記電力蓄積手段の充電と放電を行うことを特徴とする鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の駆動制御装置において、前記交流電力発生手段を動作させることなく、前記電力蓄積手段の充電と放電を行うことを特徴とする鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項６】
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、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段を有する交流電力発生手段と、前記直流電力を充電及び放電する機能を持つ電力蓄積手段と、前記発電手段と直流発生手段と交流発生手段と電力蓄積手段とを制御する制御手段と、前記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、
前記電力蓄電手段の温度が予め設定した値以下の場合に、前記電力蓄積手段の充電と放電を行うことを特徴とする鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の駆動制御装置おいて、前記交流電力発生手段を動作させることなく、前記電力蓄積手段の充電と放電を行うことを特徴とする鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項８】
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、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ手段を有する交流電力発生手段と、前記直流電力を充電及び放電する機能を持つ電力蓄積手段と、前記発電手段と直流発生手段と交流発生手段と電力蓄積手段とを制御する制御手段と、前記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、
鉄道車両の起動時に、前記電力蓄積手段の充電と放電を行うことを特徴とする鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の駆動制御装置において、前記交流電力発生手段を動作させることなく、前記電力蓄積手段の充電と放電を行う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関し、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が開発され、非電化路線への適用も考えられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ハイブリッド鉄道車両が記載されている。
図５は、ハイブリッド鉄道車両の構成例を示す図である。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が備えられている。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。
【０００４】
鉄道車両は、当然寒冷地においても使用されるが、電力蓄電手段に電池を用いると、低温状態では電池の内部抵抗が増加し、放電可能な出力が低下してしまう性質がある。そこで、低温時には発電手段２０２と電力変換手段２０５とを動作させて、暖気運転を行い電池の昇温を図る方法が考えられている。
【０００５】
しかしながら、発電手段２０２と電力変換手段２０５の両手段とも動作させると、交流電力を直流電力に変換する手段と、直流電力を交流電力に変換する手段の間で、主な電力のやり取りが行われ、車両の運転に必要な電力の供給が不足する状態が発生するなど、暖機運転が車両の運転状況を制約するという問題点があった。
【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】
本発明は、上記事情に鑑み、低温時において電力変換手段の動作を最小限にして、省エネルギ効果の大きい鉄道車両の駆動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電源投入時、及び低温時において、電力変換手段の直流電力を交流電力に変換する手段を動作させることなく、エンジンにより駆動される発電手段の交流電力を、直流電力に変換する手段を介して、蓄電手段に充電させる処理と、蓄電手段の放電電力を上記の交流電力を直流電力に変換する手段を介して、発電手段側で負荷吸収する処理とを、１回以上交互に繰り返すことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、インバータを動作させずに、エンジンと発電機を駆動させて蓄電池の充放電処理を行うことで、蓄電池の劣化を抑制ができ、また蓄電池の性能低下に伴う鉄道車両の性能低下も抑制可能で、さらにエンジンと蓄電池双方を同時に暖機運転できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、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を示す。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の出力には蓄電池１とインバータ５が接続され、直流電力を再度交流電力に変換しこの交流電力で電動機６と電動機７を駆動する。
【００１１】
エンジン２、コンバータ４、蓄電池１、インバータ５のそれぞれは、エンジン制御装置４２、コンバータ制御装置４３、蓄電池制御装置１１、インバータ制御装置４４によって、出力電力の制御が行われるが、これらの制御装置は統括制御装置８によって適正な電力管理が実施される。また、これらの制御装置周辺の温度を検出する温度検出器２１の出力２２も統括制御装置８に入力される。
【００１２】
図１に示す構成の駆動制御装置を備えた鉄道車両は、いわゆるハイブリッド型鉄道車両と呼ばれ、蓄電池１は蓄電池１自身の放電可能電力や車両の走行条件による充電や放電を統括制御装置８によって管理されるが、例えば周囲温度が低い場合には、蓄電池１の内部抵抗が増加して、蓄電池１の持っている性能の最大電流を充放電に使用できないという不具合が発生し、蓄電池１の性能の劣化や、ひいては低温時のハイブリッド型鉄道車両の性能低下にもなってしまう怖れがある。
【００１３】
そこで、低温時には暖機運転を採用することになるが、エンジン、発電機、コンバータ、インバータを全て動作させて蓄電池の充放電処理を行うことは、前述したように暖機運転が車両の運転状況を制約することから、有効な手段とはいえない。
【００１４】
以下、本発明の実施例１の駆動制御装置の動作を図２の動作フローチャートを用いて説明する。本発明の実施例１では、インバータを動作させることなく、エンジンと発電機とコンバータの動作により、エンジン発電による蓄電池への充電と、蓄電池放電により発電機を駆動しエンジンブレーキでの負荷吸収とを繰り返すことで蓄電池の温度上昇を促進するものである。
【００１５】
すなわち、運転日の最初の電源投入では充放電の繰り返し処理を行う（１０１）。最初の電源投入でない時でも、周囲温度２２や蓄電池１の温度を測定し（１０２）、その値が設定値以下の場合でも充放電の繰り返し処理を行う（１０３）。充放電の繰り返し処理の先頭で蓄電池１の温度を測定する（１０４）。蓄電池１の温度が充分に上昇しているならば充放電の繰り返し処理を終了する（１１１）が、最初の電源投入時や周囲温度２２が低ければ、蓄電池１の温度も設定値以下のため、１回目の充電処理の判定を行い（１０６）、１回目の充電処理を行い（１０７）、その後充放電の繰り返し処理の先頭１０４へ戻る。
【００１６】
ここで、再度蓄電池１の温度を測定し、蓄電池１の温度が設定値以下であれば、１回目の充電処理は終了しているので、電池の残容量ＳＯＣを測定し（１０８）、残容量ＳＯＣが基準値以上であれば、蓄電池１の放電処理（１０９）を行い、残容量ＳＯＣが基準値以下であれば蓄電池１の充電処理を行うように動作させる（１１０）。その後、充放電の繰り返し処理の先頭に戻る（１０４）。
【００１７】
以降は蓄電池１の温度が設定値以上になるまで、１０４→１０５→１０６→１０８の処理を行い、その後は条件によって１０９または１１０の処理を繰り返す。
【００１８】
図３、図４は上記の蓄電池１への充放電処理での電力の流れを説明する図であり、図３は充電処理、図４は放電処理を示す。すなわち、図３の充電処理では、エンジン２を起動し、発電機３で発生させた交流電力１５１を、コンバータ４を介して直流電力１５２に変換し、蓄電池１への充電を行う。
【００１９】
図４の放電処理では、蓄電池１からの放電電力１６２を、コンバータ４を介して交流電力１６１へ逆変換し、発電機３を駆動してエンジンブレーキによる負荷吸収を行わせる。
【００２０】
このように、本発明の実施例１では、インバータを駆動させることなく、蓄電池の充放電処理を行うことが可能となる。また、充放電処理の停止条件を蓄電池温度の設定値で判定しているが、充放電の処理回数で判定してもよい。
【００２１】
なお、本発明の実施例１では、駆動制御装置のハイブリッド鉄道車両用への適用について説明されているが、インバータを動作させることなくエンジンと発電機とコンバータの動作により、エンジン発電による蓄電池への充電と蓄電池放電により発電機を駆動しエンジンブレーキでの負荷吸収とを繰り返すことで蓄電池の温度上昇を促進する技術を、鉄道車両に限らず、寒冷地での車両の暖機運転にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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２】本発明の実施例１の駆動制御装置の動作を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１の充電処理の動作を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１の放電処理の動作を説明する図である。
【図５】ハイブリッド鉄道車両の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    蓄電池
２    エンジン
３    発電機
４    コンバータ
５    インバータ
６，７    電動機
８    統括制御装置
１１    蓄電池制御装置
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
２１    温度検出器
【図１】
2008042980.tif 000003
【図２】
2008042980.tif 000004
【図３】
2008042980.tif 000005
【図４】
2008042980.tif 000006
【図５】
2008042980.tif 000007