(57)【要約】【課題】電流遮断に用いる半導体遮断器の健全性を確認することができる機能を実現することが課題である。【解決手段】実施形態の電気制御装置は、電源１００と、半導体遮断器１０２と、前記半導体遮断器１０２と並列に接続される抵抗１０１と、前記半導体遮断器１０２に並列に接続される半導体遮断器用電圧検出器１０３と、前記半導体遮断器１０２と直列に接続される電流検出器１０４と、前記半導体遮断器１０２と直列に接続される充電用コンデンサ１０５と、前記充電用コンデンサ１０５と並列に接続される電圧検出器１０６を備え、前記充電用コンデンサ１０５と並列に電力変換回路または負荷１０７が接続され、前記電流検出器１０４の測定値から前記半導体遮断器１０２が故障しているかどうかを判定する制御部を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、半導体遮断器と、前記半導体遮断器と並列に接続される抵抗と、前記半導体遮断器に並列に接続される半導体遮断器用電圧検出器と、前記半導体遮断器と直列に接続される電流検出器と、前記半導体遮断器と直列に接続される充電用コンデンサと、前記充電用コンデンサと並列に接続される電圧検出器を備え、前記充電用コンデンサと並列に電力変換回路または負荷が接続され、前記電流検出器の測定値から前記半導体遮断器が故障しているかどうかを判定する制御部を有する電気車制御装置。
【請求項２】
前記電気車制御装置の回路に流れる電流値を測定し、前記半導体遮断器の電流‐電圧特性と異なる電流値、もしくは予め設定された所定値よりも高いことを検出することで、前記半導体遮断器の故障を判断することを特徴とする。
【請求項３】
前記半導体遮断器の故障診断は半導体遮断器のゲート指令の出力状態により、回路に流れる電流値を測定することを特徴とする。
【請求項４】
前記半導体遮断器をチョッパとして動作させた場合に、充電用コンデンサの電圧が上昇しない場合は半導体遮断器の故障とすることを特徴とする。
【請求項５】
前記半導体遮断器がチョッパとして動作するときに既定時間内に既定の電圧まで充電用コンデンサが充電されないことを検出し半導体遮断器の故障と判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両内に搭載されている電気車制御装置は、高電圧配線を介して車両外のパンタグラフと接続される。パンタグラフは変電所と接続され、変電所からの直流電力はパンタグラフ、高電圧配線を通して電気車制御装置に供給される。電気車制御装置は供給された直流電力を車両走行可能な交流電力に変換する。車両の走行中、上記の高電圧配線が何らかの原因によって、電気車制御装置の筐体に接触すると、その接触部分を介して短絡が起こり、地絡事故が発生することになる。車両の走行中に、地絡や短絡時に発生する事故電流により変電所を停止させる恐れがあるため、事故電流発生時は車両に搭載された遮断器で故障回路を開放している。しかし、車両に搭載された遮断器では遮断時間によっては変電所をトリップさせることがある。事故電流を高速に遮断するため、遮断器に半導体を適用し、遮断速度の向上を図った電気車制御装置の提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２１３５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら遮断器に半導体を適用した電気車制御装置は、車両の走行中に半導体が故障し、事故電流が発生すると、故障回路が開放せず事故電流が変電所へ大きく影響する恐れがあった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、電流遮断に用いる半導体遮断器の健全性を確認することができる電気車制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体遮断器を有する電気車制御装置は、電源と、半導体遮断器と、前記半導体遮断器と並列に接続される抵抗と、前記半導体遮断器に並列に接続される半導体遮断器用電圧検出器と、前記半導体遮断器と直列に接続される電流検出器と、前記半導体遮断器と直列に接続される充電用コンデンサと、前記充電用コンデンサと並列に接続される電圧検出器を備え、前記充電用コンデンサと並列に電力変換回路または負荷が接続され、前記電流検出器の測定値から前記半導体遮断器が故障しているかどうかを判定する制御部を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の半導体遮断器を有する電気車制御装置の全体構成を示す図。
【図２】第１の実施形態の半導体遮断器を有する電気車制御装置の制御部の動作を示すフローチャート。
【図３】第１の実施形態の半導体遮断器が有する電圧−電流特性。
【図４】第２の実施形態の半導体遮断器を有する電気車制御装置の全体構成を示す図。
【図５】第２の実施形態の半導体遮断器を有する電気車制御装置の制御部の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の制御装置を図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図１は、第１の実施形態の半導体遮断器を有する電気車制御装置の全体構成を示す図である。
【００１０】
（構成）
まず、本実施形態の構成について説明する。図１は、直流電源１００、充電抵抗器１０１、半導体遮断器１０２、半導体遮断器用電圧検出器１０３、電流検出器１０４、充電用コンデンサ１０５、電圧検出器１０６、電力変換回路（または負荷）１０７、主接地１０８、制御部１０００、電流値演算部１００１、ゲート指令出力制御部１００２、電圧値演算部１００３、電流値比較部１００４、半導体遮断器故障判定部１００５で構成される。
【００１１】
電源１００と半導体遮断器１０２は直列接続される。半導体遮断器１０２と充電抵抗器１０１は並列に接続され、半導体遮断器１０２と半導体遮断器用電圧検出器１０３は並列接続される。半導体遮断器１０２と電力変換回路（または負荷）１０７のプラス側は、電流検出器１０４を介して接続される。半導体遮断器１０２側で電力変換回路（または負荷）１０７と充電用コンデンサ１０５は並列に接続される。電力変換回路（または負荷）１０７のマイナス側で、電源１００と充電用コンデンサ１０５の間に主接地１０８が接続される。また、半導体遮断器１０２、半導体遮断器用電圧検出器１０３、電流検出器１０４、電圧検出器１０６は制御部１０００と接続される。
【００１２】
制御部１０００の電流値演算部１００１は、電流値比較部１００４と接続され、電流値比較部１００４と電圧値演算部１００３と接続されるゲート指令出力制御部１００２が半導体遮断器故障判定部１００５と接続される。電流値演算部１００１は電流検出器１０４から電流値を演算し、半導体遮断器故障判定部１００５は、電圧値演算部１００３からの電圧値より半導体遮断器１０２のゲート指令出力を制御するゲート指令出力制御部１００２のゲート指令出力状態および電流値比較部１００４の比較結果から、半導体遮断器１０２の故障を判定する。
【００１３】
（作用）
本実施形態の作用について図１を参照して説明する。半導体遮断器１０２がオフ（不導通）しているとき、電源１００からの電力は、充電抵抗器１０１を介して、充電用コンデンサ１０５に供給される。充電用コンデンサ１０５の充電が完了すると、半導体遮断器１０２がオン（導通）し、充電抵抗器１０１が短絡されるため、電源１００からの電力は半導体遮断器１０２を通り、電力変換回路（または負荷）１０７に供給される。例えば車両では、電源１００からの直流電力は、半導体遮断器１０２、電流検出器１０４、充電用コンデンサ１０５を介して電力変換回路へ供給され、電力変換回路では車両を走行させるための３相交流電力に変換し、電動機へと出力する。
【００１４】
しかしながら、半導体遮断器１０２が故障した場合は、故障の検出をする必要があるため、半導体遮断器１０２が故障しているかどうかを知る手段が必要となる。
【００１５】
そのため以下に、電流遮断に用いる半導体遮断器の健全性を確認する手段について、図１、図２、図３を参照して説明する。
【００１６】
図２に示すように、電流検出器１０４の検出値より、電流値演算部１００１にて電流値（Ｉｃ）を算出する（Ｓ１）。このとき、例えばゲート指令出力制御部１００２にて充電用コンデンサ１０５の充電が電圧値演算部１００３の演算値から十分であると判定したら、半導体遮断器１０２をオン状態にするゲート指令を出力する。このゲート指令の状態で、半導体遮断器へゲート指令出力しているかどうかをゲート指令出力制御部１００２にて判定する（Ｓ２）。半導体遮断器１０２のゲート指令が出力されていない場合、電源１００から充電抵抗１０１を介して、充電用コンデンサ１０５に電流が流れる。前記電流を所定値αとし、電流値比較部１００４にて電流値（Ｉｃ）と比較する（Ｓ３）。電流値（Ｉｃ）が所定値αより大きい場合、半導体遮断器１０２が短絡故障し大電流が流れたと判断できるため、半導体遮断器故障判定部１００５にて半導体遮断器１０２の短絡故障と判定する（Ｓ４）。
【００１７】
このとき、電流値（Ｉｃ）が所定値αと同等の場合は、半導体遮断器故障判定部１００５にて半導体遮断器１０２が健全であると判定する（Ｓ５）。
【００１８】
半導体遮断器１０２のゲート指令が出力されている場合は、半導体遮断器用電圧検出器１０３の検出値より半導体遮断器１０２のコレクタ−エミッタ間電圧を検出する。前記電圧検出値より、電圧値演算部１００３にて電圧値を算出し、予め図３に示す半導体遮断器１０２が有する電圧―電流特性を保持している電流値比較部１００４は、電圧値演算部１００３に算出した電圧値を図３の特性図に用いることでコレクタ電流値を導出する。その後、導出したコレクタ電流値と電流値（Ｉｃ）を電流値比較部１００４にて比較する（Ｓ６）。電流値（Ｉｃ）が導出したコレクタ電流値と同等と電流値比較部１００４で判定された場合、半導体遮断器故障判定部１００５にて半導体遮断器１０２が健全であると判定する（Ｓ７）。
【００１９】
このとき、電流値（Ｉｃ）が導出したコレクタ電流値と同等でないと電流値比較部１００４で判定された場合で、かつ、電流検出器１０４の検出値から電流値演算部１００１にて演算した電流値（Ｉｃ）と所定値αが同等であると（Ｓ８）、電源１００から充電抵抗１０１を介して、充電用コンデンサ１０５に電流が流れていることになり、半導体遮断器故障判定部１００５にて半導体遮断器１０２がオープン故障と判定する（Ｓ９）。
【００２０】
また、電流値（Ｉｃ）が所定値αと同等でない場合は、半導体遮断器１０２が短絡故障し大電流が流れたと判断できるため、半導体遮断器故障判定部１００５にて半導体遮断器１０２の短絡故障と判定する（Ｓ１０）。
【００２１】
（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の半導体遮断器によれば、電流遮断に用いる半導体遮断器の健全性を確認することができる機能を実現することが可能である。
【００２２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図４は、第２の実施形態の半導体遮断器を有する電気車制御装置の全体構成を示す図である。図５は、第２の実施形態の半導体遮断器を有する電気車制御装置の制御部の動作を示すフローチャートである。尚、図１乃至５と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００２３】
本実施形態は、第１の実施形態とは半導体遮断器にチョッパ動作をさせるところ、および半導体遮断器の健全性を確認する方法が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
【００２４】
（構成）
図３は、直流電源１００、半導体遮断器１０２、充電用コンデンサ１０５、電圧検出器１０６、電力変換回路（または負荷）１０７、主接地１０８、第２制御部２０００、ゲート指令制御部２００１、電圧値演算部２００２、電圧状態判定部２００３、半導体遮断器故障判定部２００４で構成される。電源１００と半導体遮断器１０２は直列接続される。半導体遮断器１０２と電力変換回路（または負荷）１０７のプラス側が接続される。半導体遮断器１０２側で電力変換回路（または負荷）１０７と充電用コンデンサ１０５は並列に接続される。また充電用コンデンサ１０５と並列に電圧検出器１０６が接続される。電力変換回路（または負荷）１０７のマイナス側で、電源１００と充電用コンデンサ１０５の間に主接地１０８が接続される。また、半導体遮断器１０２と電圧検出器１０６は制御部１０００と接続される。
【００２５】
また本実施形態は半導体遮断器１０２でチョッパ動作の制御を行うゲート指令制御部２００１、電圧検出器１０６と接続される電圧値演算部２００２、前記電圧値演算部２００２からの電圧演算値より電圧の状態を確認する電圧状態判定部２００３、電圧状態判定部２００３から半導体遮断器１０２の故障を判定する半導体遮断器故障判定部２００４で構成される第２制御部２０００を有している。
【００２６】
（作用）
本実施形態の作用について図３を参照して説明する。電源１００からの直流電力は、半導体遮断器１０２のチョッパ動作により、充電用コンデンサ１０５に供給される。充電用コンデンサ１０５の充電が完了すると、半導体遮断器１０２がチョッパ動作を止め、オン状態となる。また半導体遮断器１０２をオフすることで、回路を遮断することも可能である。
【００２７】
図４に示すように、電圧値演算部２００２から充電用コンデンサ１０５に電力供給が必要な場合、ゲート指令制御部２００１にてゲート指令出力を制御することで、半導体遮断器１０２がチョッパ動作を開始し、充電用コンデンサ１０５に電力が供給され、充電用コンデンサ１０５の充電が開始される（Ｓ２００）。これにより、充電用コンデンサ１０５の電圧（Ｖｃ）を電圧検出器１０６出力より電圧値演算部２００２にて算出し、電圧値（Ｖｃ）が上昇しているかどうかを電圧状態判定部２００３で判定する（Ｓ２０１）。充電用コンデンサ１０５の電圧（Ｖｃ）が上昇していないと電圧状態判定部２００３にて判定された場合は、半導体遮断器故障判定部２００４にて半導体遮断器１０２の故障とする（Ｓ２０２）。
【００２８】
このとき、充電用コンデンサ１０５の電圧（Ｖｃ）が上昇していると電圧状態判定部２００３にて判定された場合は、充電用コンデンサ１０５の電圧（Ｖｃ）が既定時間内に既定の電圧値まで充電されているかどうかを電圧状態判定部２００３にて判定する（Ｓ２０３）。充電用コンデンサ１０５の電圧（Ｖｃ）が既定時間内に既定の電圧値まで充電されていると電圧状態判定部２００３にて判定された場合は、半導体遮断器故障判定部２００４にて半導体遮断器健全と判定する（Ｓ２０４）。また充電用コンデンサ１０５の電圧（Ｖｃ）が既定時間内に既定の電圧値まで充電されていないと電圧状態判定部２００３にて判定された場合は、半導体遮断器故障判定部２００４にて半導体遮断器故障と判定する（Ｓ２０５）。
【００２９】
（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の半導体遮断器によれば、電流遮断に用いる半導体遮断器の健全性を確認することができる機能を実現することが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１００  電源
１０１  充電抵抗器
１０２  半導体遮断器
１０３  半導体遮断器用電圧検出器
１０４  電流検出器
１０５  充電用コンデンサ
１０６  電圧検出器
１０７  電力変換回路（または負荷）
１０８  主設置
１０００  第１制御部
１００１  電流値演算部
１００２  ゲート指令出力制御部
１００３  電圧値演算部
１００４  電流値比較部
１００５  半導体遮断器故障判定部
２０００  第２制御部
２００１  ゲート指令制御部
２００２  電圧値演算部
２００３  電圧状態判定部
２００４  半導体遮断器故障判定部
【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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