專利名稱：電車的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變器驅(qū)動的電車的控制裝置，特別是涉及裝設(shè)有進行直流電 力的充放電的電力儲存部的逆變器驅(qū)動的電車的控制裝置。
背景技術(shù)：
近年來，在逆變器驅(qū)動的電車中，已知有一種電池驅(qū)動的電車，其結(jié)構(gòu)為 在該電車上裝設(shè)由電池等電力儲存設(shè)備形成的電力儲存部，可以從該電力儲存 部向控制車輪驅(qū)動用的電動機的逆變器提供電力；電車即使在沒有架線的地段 也可以行駛。(例如參照專利文獻1)
最近，正在積極開發(fā)充電電池、雙電層電容器等電力儲存設(shè)備，力圖將蓄 電量增大，但為了得到使電車行駛的充分電能，就目前的技術(shù)而言，需要體積 相當(dāng)大、重量相當(dāng)重的電力儲存部。然而，由于裝設(shè)于電車的空間只限于底板 下等，需要盡可能抑制電力儲存部的尺寸、質(zhì)量，往往難以確保充裕的蓄電量。 因此，有效利用有限的儲存電力是必要且必須的。
另一方面，作為在沒有架線的地段行駛的電車的適用例，例如路面電車最 被看好，路面電車用的電車以來自上述電力儲存部的電力就可以行駛，可以去 除已有路線的一部分地段的架線，不需要架線或支柱，因此改善了景致。特別 是鋪設(shè)在名勝古跡周圍的路線，拆下架線和支柱非常有助于改善景致。另外， 從已有路線延長路線時，若距離不長，可以只延長線路而不鋪設(shè)架線，也有可 以縮短工程費用和工期的優(yōu)點。
然而，由于路面電車與汽車共用行駛路面，受到汽車的堵塞等的影響，在 沒有架線的地段的行駛時間、停車時間會延長，由于這類原因，其運行形態(tài)與 能以預(yù)先決定的運行時刻表行駛的通常的鐵路電車不同。
因此，考慮到在沒有架線的地段的行駛時間、停止時間會延長，必須估計 留出余量，存在的問題是裝設(shè)的電力儲存部的容量需要比通常需要的容量更
3大。
并且也要考慮到在堵塞嚴(yán)重，不得不長時間停車時，裝設(shè)在電車上的空調(diào) 裝置(制冷裝置、供暖裝置)會消耗電力儲存部的儲存電力，電車行駛所需的 電能不足，導(dǎo)致電車不能行駛，在沒有架線的地段進退不得的情況。
專利文獻1:日本專利特開2006—101698 (參照圖9及段落(0026))

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決以上的問題而作，本發(fā)明的目的是提供一種電車的控制裝 置，電車即使在沒有架線的地段停留長于預(yù)先假定的時間時，該裝置也能確保 電車可以行駛到有架線的地段的電能。
本發(fā)明的電車的控制裝置的特征是，在包括驅(qū)動電動機的第一逆變器； 向負載提供電力的第二逆變器；向上述第一及第二逆變器提供電力的電力儲存 裝置的電車中，設(shè)置有可根據(jù)上述電力儲存裝置的蓄電量或者狀態(tài)量控制上述 負載量的負載控制部。
本發(fā)明的電車的控制裝置，即使電車在沒有架線的地段停留長于預(yù)先假定 的時間，也能確?？梢孕旭偟接屑芫€的地段的電能。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的電車的控制裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。 圖2是表示本發(fā)明的實施方式1的負載控制部的結(jié)構(gòu)例的圖。 圖3是表示本發(fā)明的實施方式1的送風(fēng)裝置、空調(diào)裝置和換氣裝置在制冷 時的動作的圖。
圖4是表示本發(fā)明的實施方式的送風(fēng)裝置、空調(diào)裝置和換氣裝置在供暖時 的動作的圖。
具體實施方式
實施方式1.
圖1是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的電車的控制裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。 圖1中，該電車的控制裝置的結(jié)構(gòu)為可以從架線1通過導(dǎo)電弓2、車輪3、軌道4引入電力，通過電車的控制裝置20驅(qū)動電動機6，并且可以向送風(fēng)裝置
11、空調(diào)裝置12、換氣裝置13等負載提供電力。另外，圖l表示電車在沒有
架線1的地段行駛的狀態(tài)。
上述電車的控制裝置20由驅(qū)動電動機6的可變電壓、可變頻率(VVVF) 逆變器5;連接在DC/DC變換器8上的電力儲存部7;控制上述DC/DC變換 器和電力儲存部7的控制部9;向上述負載即送風(fēng)裝置11、空調(diào)裝置12、換氣 裝置13提供電力的一定電壓、 一定頻率(CVCF)逆變器10構(gòu)成。在上述控 制部9包括測定上述電力儲存部7的蓄電量，控制上述負載的負載量的負載控 制部9A。另外，也從CVCF逆變器IO向車內(nèi)的熒光燈、廣播裝置等負載提供 電力(未圖示)，但由于其耗電量較小，此處從略。上述電力儲存部7由雙電 層電容器或充電電池等電力儲存設(shè)備構(gòu)成，由于裝設(shè)空間的限制，其蓄電量在 目前的技術(shù)下極限為50KWh左右。
圖2是表示本發(fā)明實施方式1的負載控制部9A的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖所示， 負載控制部9A設(shè)置在控制部9的內(nèi)部，測定電力儲存部7的蓄電量(以下記 為SOC)，將該SOC與內(nèi)部的設(shè)定值LVO、 LV1、 LV2比較，根據(jù)其結(jié)果輸 出控制信號FNC、 ACC、 VTC,通過向送風(fēng)裝置ll、空調(diào)裝置12、換氣裝置 13輸入，可控制它們的運轉(zhuǎn)。關(guān)于其具體的控制邏輯，將基于圖3、圖4在后 文進行說明。SOC是State of charge (充電狀態(tài))的簡稱，是以充滿電時作為 100%的蓄電量的比例。若蓄電量消耗1/2， WUSOC = 50%，完全放電時SOC: 0%。該SOC可以從電力儲存部7的端子電壓或充放電電流計算出，其各種結(jié) 構(gòu)作為已知技術(shù)存在。
本發(fā)明的特征是，可根據(jù)上述電力儲存部7的蓄電量，從控制部9直接或 者間接控制送風(fēng)裝置ll、空調(diào)裝置12、換氣裝置13。
所謂直接是指如圖1所示的結(jié)構(gòu)所示，表示從控制部9的負載控制部9A 直接向送風(fēng)裝置11、空調(diào)裝置12、換氣裝置13提供控制信號FNC、 ACC、 VTC的結(jié)構(gòu)；所謂間接是指，在控制部9之外，另外設(shè)置能夠匯集車輛內(nèi)各個 設(shè)備的信息，控制各個設(shè)備的車輛管理控制裝置(未圖示)，設(shè)置向該車輛管 理控制裝置內(nèi)輸入蓄電量的信息的負載控制部9A，形成通過上述負載控制部 9A控制送風(fēng)裝置11、空調(diào)裝置12、換氣裝置13的結(jié)構(gòu)。
5本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以是上述的直接、間接的控制結(jié)構(gòu)的任意一種。另外，該
結(jié)構(gòu)也可以是送風(fēng)裝置11、空調(diào)裝置12、換氣裝置13接入控制部9或者車輛 管理控制裝置內(nèi)的負載控制部9A，分別獨立掌握蓄電量，并與其相應(yīng)地分別 控制運轉(zhuǎn)狀態(tài)。總之，其結(jié)構(gòu)為可根據(jù)電力儲存部7的蓄電量，從負載控制部 9A控制送風(fēng)裝置11、空調(diào)裝置12、換氣裝置13。
下面參照圖1說明這樣構(gòu)成的電車的控制裝置20的動作。電車在有架線 的地段行駛時，從架線1和軌道4通過導(dǎo)電弓2和車輪3，向電車的控制裝置 20引入直流電力，通過VVVF逆變器5驅(qū)動電動機6，通過CVCF逆變器IO 向送風(fēng)裝置ll、空調(diào)裝置12、換氣裝置13提供電力，進行運轉(zhuǎn)。
另一方面，電車在沒有架線的地段行駛時(圖l所示的狀態(tài)時)，可使用 儲存在配置于電車的控制裝置20內(nèi)部的電力儲存部7的電力，通過VVVF逆 變器5驅(qū)動電動機6，通過CVCF逆變器lO向送風(fēng)裝置ll、空調(diào)裝置12、換 氣裝置13提供電力。
另外，電車在有架線的地段行駛時，對電力儲存部7的充電可以通過 DC/DC變換器8進行，雖然未圖示，也可以在車站停車時等通過外部的充電 裝置充電，也可以在車站停車時等與已經(jīng)充好電的電力儲存部交換，其形態(tài)沒 有限定。
圖1中，空調(diào)裝置12是制冷裝置與供暖裝置的總稱，是分別用于將電車 的車廂內(nèi)的溫度維持在舒適溫度的裝置。制冷裝置的結(jié)構(gòu)如一般已知的結(jié)構(gòu)，
是可以利用電動機驅(qū)動壓縮機使制冷劑循環(huán)，傳輸熱量的裝置，從室內(nèi)側(cè)熱交 換器吸收室內(nèi)的熱量，并將吸收的熱量從室外側(cè)熱交換器散熱。已知室內(nèi)側(cè)熱 交換器、室外側(cè)熱交換器分別利用室內(nèi)風(fēng)扇、室外風(fēng)扇積極使空氣循環(huán)。供暖 裝置的結(jié)構(gòu)通常也廣為人知，有的由電熱絲構(gòu)成，還有的由半導(dǎo)體發(fā)熱體等構(gòu) 成。另外，作為與制冷裝置相反的結(jié)構(gòu)，也可以是將室外的熱傳輸至室內(nèi)進行 供暖的熱泵式供暖裝置。
此處，在下面說明空調(diào)裝置12 (制冷裝置、供暖裝置)的耗電量。 裝設(shè)在一輛一般的路面電車的制冷裝置的耗電功率是15KW左右。所以， 在夏季全負荷運轉(zhuǎn)時的耗電量是15KWh左右。特別是驅(qū)動壓縮機的電動機的 耗電功率幾乎就占IOKW左右，室外風(fēng)扇、室內(nèi)風(fēng)扇的耗電功率是幾十W 幾百W左右，相對于總體耗電功率的比例只是一點兒。另外，裝設(shè)在一輛一 般的路面電車上的供暖裝置的耗電量也大致相同，在冬季供暖裝置全負荷運轉(zhuǎn)
時的耗電量也是15KWh左右。即空調(diào)裝置12在夏季、冬季都消耗15KWh左
右的電能。
另一方面，如上所述，電力儲存部7的蓄電量是50KWh左右，在只使空 調(diào)裝置12全負荷開動時，在50KWh/15KWh二3.3小時，所有儲存在電力儲存 部7的電力會被完全消耗。實際上，若將所有電力儲存部7的儲存電力完全放 電，會使構(gòu)成電力儲存部7的充電電池永久變質(zhì)，所以最大也只能放電至全部 容量的70%左右。所以，在不使充電電池永久變質(zhì)的范圍內(nèi)用完蓄電量的時間 為3.3小時x0.7二2.3小時。
另外，送風(fēng)裝置ll是設(shè)置在車內(nèi)的所謂風(fēng)扇，換氣裝置13是將車內(nèi)的空 氣排出至車外，將車外的空氣吸進車內(nèi)的裝置。其耗電功率是各幾十W左右， 與空調(diào)裝置12的耗電功率相比非常小，是1/100以下?？照{(diào)裝置12考慮制冷 裝置時，內(nèi)置其中的室內(nèi)風(fēng)扇的耗電功率是幾十W 百W左右，非常小，這 一點如上所述。
接下來，在下面說明行駛所需的電能。
一般的路面電車的電動機6的額定輸出是120KW左右，在連續(xù)進行該輸 出時，在不使充電電池永久變質(zhì)的范圍內(nèi)用完儲存的電力的時間是 50KWhx0.7/120KWh=17.5分鐘左右。這樣，可知空調(diào)裝置12消耗的電能超 過行駛所需的電能的16%，是無法忽視的較多的電能。
另外，電車即使在停車時，空調(diào)裝置12為維持車內(nèi)溫度，會繼續(xù)消耗電 力。因此，裝設(shè)在電車上的電力儲存部7的容量，考慮到在沒有架線的地段的 行駛時間、停止時間會延長，必須留有余量，存在的問題是，需要比通常所需 的容量大的容量。
并且也必須考慮在堵塞嚴(yán)重，不得不長時間停車時，由于裝設(shè)在電車上的 空調(diào)裝置12會消耗電力儲存部7的儲存電力，電車的行駛所需的電能不足， 導(dǎo)致無法驅(qū)動電動機6，電車在沒有架線的地段進退不得的情況發(fā)生的可能性。
因此，在本發(fā)明中，采用根據(jù)電力儲存部7的SOC，控制空調(diào)裝置12、 送風(fēng)裝置ll、換氣裝置13的結(jié)構(gòu)，解決上述的問題。下面說明具體的控制方法。圖3是表示本發(fā)明的實施方式的送風(fēng)裝置11、
空調(diào)裝置12和換氣裝置13的動作的圖。圖3表示在夏季，在開動空調(diào)裝置12
(制冷裝置)的狀態(tài)下，由于堵塞等影響，電車在沒有架線1的地段長時間停
車，SOC慢慢下降的狀態(tài)。如圖3所示，若電力儲存部7的SOC低于最初的 設(shè)定值LV0，負載控制部9A利用向空調(diào)裝置12發(fā)送的信號ACC，將空調(diào)裝 置12從強運轉(zhuǎn)切換至弱運轉(zhuǎn)。以此降低耗電量，因此SOC的減少率變緩。
若SOC進一步低于第二設(shè)定值LV1 ，負載控制部9A利用信號ACC使空 調(diào)裝置12停止。同時，為維持車內(nèi)的溫度環(huán)境，利用信號FNC起動送風(fēng)裝置 11，為進一步防止車內(nèi)溫度上升，利用信號VTC使換氣裝置13運轉(zhuǎn)。此時， 空調(diào)裝置12也可以只停止壓縮機用的電動機和室外風(fēng)扇，使耗電功率非常小 的室內(nèi)風(fēng)扇繼續(xù)運轉(zhuǎn)。通過這樣，至少可以向室內(nèi)送風(fēng)，因此可以將車內(nèi)的舒 適性維持在最低限度。SOC進一步下降，低于第三設(shè)定值LV2時，負載控制 部9A利用信號FNC停止送風(fēng)裝置11，只使換氣裝置13運轉(zhuǎn)。
為抑制車內(nèi)溫度上升，較為理想的辦法是，換氣裝置13在SOC下降時也 繼續(xù)運轉(zhuǎn)。
圖4是表示本發(fā)明的實施方式的送風(fēng)裝置11、空調(diào)裝置12和換氣裝置13 的動作的圖。圖4表示在冬季，在使空調(diào)裝置12 (供暖裝置)開動的狀態(tài)下， 由于堵塞等影響，電車在沒有架線1的地段長時間停車，SOC慢慢下降的狀態(tài)。
如圖4所示，若電力儲存部7的SOC低于最初的設(shè)定值LV0，負載控制 部9A利用信號ACC將空調(diào)裝置12從強運轉(zhuǎn)切換至弱運轉(zhuǎn)。據(jù)此降低耗電量， 因此SOC的減少率變緩。若SOC進一步低于第二設(shè)定值LVl，則負載控制部 9A利用信號ACC使空調(diào)裝置12停止。另外，由于在冬季不需要送風(fēng)裝置11， 較為理想的是使其停止，換氣裝置13在不必特別換氣時也使其停止。
另外，以上所示的第一設(shè)定值LV0、第二設(shè)定值LV1、第三設(shè)定值LV2 可以是預(yù)先設(shè)定的一定值，也可以是可根據(jù)條件改變的值。例如，若使該值根 據(jù)電車到達有架線的地段的剩余距離或時間改變，則可以最大程度確保空調(diào)裝 置12的運轉(zhuǎn)，因此能在更長的時間維持車內(nèi)環(huán)境。另外，該結(jié)構(gòu)當(dāng)然也可以 是即使電力儲存部7的蓄電量SOC低于第一設(shè)定值LV0、第二設(shè)定值LV1、 第三設(shè)定值LV2，電車到達有架線l的地段，可以從架線l接收電力時，再起
8動空調(diào)裝置12的運轉(zhuǎn)，或返回強運轉(zhuǎn)?？梢詫⑹欠窨蓮募芫€1接收電力輸入
至負載控制部9A，也可以根據(jù)電力儲存部7的SOC增加判斷負載控制部9A 從架線l接收電力。
這樣，即使電車在沒有架線的地段長時間停車時，通過抑制空調(diào)裝置12 消耗的蓄電量，抑制電力儲存部7的SOC的下降，能夠盡可能維持車內(nèi)溫度 環(huán)境，確保用于電車行駛的電能。
據(jù)此確保電車的行駛所需的電能，從而可以使電車行駛到有架線的地段。 并且，不必為防備電車在沒有架線的地段的長時間停車，在電力儲存部7的蓄 電量上保留較大的余量，可以將電力儲存部7在所需的最小限度上小型化。
在本實施方式中，將空調(diào)裝置12設(shè)定為強運轉(zhuǎn)、弱運轉(zhuǎn)、停止的三檔進 行控制，但也可以從強運轉(zhuǎn)到停止連續(xù)控制。另外，雖然使送風(fēng)裝置ll、換氣 裝置12在S0C低于第二設(shè)定值LV1時仍然運轉(zhuǎn)，但如已經(jīng)描述的那樣，由于 其耗電功率較小，在SOC高于第二設(shè)定值LV1時也可以使其運轉(zhuǎn)。
另外，圖1表示控制送風(fēng)裝置11、空調(diào)裝置12和換氣裝置13的負載控 制部9A內(nèi)置在控制DC/DC變換器8和電力儲存部7的控制部9內(nèi)，將電力儲 存部7的蓄電量傳輸至上述負載控制部9A，但并不限于此，只要能掌握電力 儲存部7的SOC，負載控制部9A也可以內(nèi)置在未圖示VVVF逆變器5的控制 部或CVCF逆變器10的控制部內(nèi)，還可以內(nèi)置在包含這些構(gòu)件的控制部(未 圖示)內(nèi)。
另外，也可以是從負載控制部9A向具有匯集車輛內(nèi)的各個設(shè)備的動作信 息根據(jù)狀況控制各個設(shè)備的功能的車輛管理控制裝置(未圖示)傳送SOC的 信息的結(jié)構(gòu)。
反之，也可以是送風(fēng)裝置ll、空調(diào)裝置12、換氣裝置13接入負載控制部 9A或者車輛管理控制裝置，獨立掌握SOC并與其相應(yīng)地分別控制自身的運轉(zhuǎn) 狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。
另外，在本實施方式中，表示了根據(jù)電力儲存部7的蓄電量SOC進行負 載的控制的結(jié)構(gòu)，但例如也可以從電力儲存部7的電壓等狀態(tài)量算出蓄電量。 作為一個例子，適合作為電力儲存部7的雙電層電容器可以容易地從其電壓算 出蓄電量。所以，本實施方式不限于根據(jù)SOC進行負載控制的方式，將SOC
9替換為電力儲存部7的電壓等狀態(tài)量的結(jié)構(gòu)當(dāng)然也可以進行實施。
圖1中，表示了包含具有VVVF逆變器5、 DCDC變換器8、電力儲存部 7、 CVCF逆變器10、負載控制部9A的控制部9的設(shè)備結(jié)構(gòu)作為電車的控制 裝置20，但如上所述，將負載控制部9A設(shè)置在車輛管理控制裝置(未圖示) 時，或者設(shè)置在送風(fēng)裝置ll、空調(diào)裝置12、換氣裝置13的至少任意一個時， 這些裝置的負載控制部9A包含在電車的控制裝置20的范圍內(nèi)?？傊?，如果可 以根據(jù)電力儲存部7的蓄電量或者狀態(tài)量控制送風(fēng)裝置11、空調(diào)裝置12、換 氣裝置13中的至少任意一個，無論采用哪種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都可以，而不限于圖1 所示的結(jié)構(gòu)。另外，將負載控制部設(shè)置在與控制部不同的裝置上時，電力儲存 部的蓄電量SOC或者狀態(tài)量從電力儲存部通過控制部或者其他裝置或直接向 負載控制部傳送。
另外，在本實施方式中，考慮使用于路面電車進行了說明，但適用領(lǐng)域不 限于此，當(dāng)然也可以適用于汽車、電梯等具有各種形式的使用能量儲存方法的 移動體。另外，本實施方式所示的結(jié)構(gòu)是本發(fā)明內(nèi)容的一個例子，可以與其他 己知的技術(shù)組合，當(dāng)然可以在不脫離本發(fā)明的要點的范圍內(nèi)，例如將一部分省 略、變更等而構(gòu)成。
權(quán)利要求
1. 一種電車的控制裝置，其特征在于，包括向驅(qū)動車輛的電動機提供電力的第一逆變器；向裝設(shè)在所述車輛上的負載提供電力的第二逆變器；向所述第一及第二逆變器提供電力的電力儲存裝置；以及根據(jù)所述電力儲存裝置的蓄電量或者狀態(tài)量控制所述負載的負載控制部。
2. 如權(quán)利要求1所述的電車的控制裝置，其特征在于，所述負載控制部根 據(jù)蓄電量或者狀態(tài)量，使所述負載的一部分或者全部停止。
3. 如權(quán)利要求1所述的電車的控制裝置，其特征在于，所述負載控制部根 據(jù)蓄電量或者狀態(tài)量，使所述負載即空調(diào)裝置比通常運轉(zhuǎn)時更弱地運轉(zhuǎn)，或者 使其完全停止。
4. 如權(quán)利要求1所述的電車的控制裝置，其特征在于，所述負載控制部根 據(jù)蓄電量或者狀態(tài)量，使內(nèi)置在所述負載即空調(diào)裝置的壓縮機驅(qū)動用電動機和 室外風(fēng)扇停止，使室內(nèi)風(fēng)扇運轉(zhuǎn)。
5. 如權(quán)利要求1所述的電車的控制裝置，其特征在于，所述負載控制部可 根據(jù)蓄電量或者狀態(tài)量，控制所述負載即送風(fēng)裝置的運轉(zhuǎn)、停止。
6. 如權(quán)利要求1所述的電車的控制裝置，其特征在于，所述負載控制部可 根據(jù)蓄電量或者狀態(tài)量，控制所述負載即換氣裝置的運轉(zhuǎn)、停止。
7. 如權(quán)利要求1所述的電車的控制裝置，其特征在于，所述負載控制部設(shè) 置在控制所述電力儲存裝置的控制部內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求1所述的電車的控制裝置，其特征在于，所述負載控制部設(shè) 置在匯集車輛內(nèi)的設(shè)備信息以控制各個設(shè)備的車輛管理控制裝置內(nèi)。
9. 如權(quán)利要求1所述的電車的控制裝置，其特征在于，所述負載控制部設(shè) 置在所述負載即空調(diào)裝置、送風(fēng)裝置、換氣裝置中的至少一個中。
10. 如權(quán)利要求1所述的電車的控制裝置，其特征在于，所述負載控制部 是與控制所述電力儲存裝置的控制部不同的裝置，從所述電力儲存裝置向所述 負載控制部傳送所述電力儲存裝置的蓄電量或者狀態(tài)量。
全文摘要
本發(fā)明的電車的控制裝置設(shè)置有驅(qū)動電動機的第一逆變器(5)；向負載提供電力的第二逆變器(10)；向上述第一及第二逆變器(5)、(10)提供電力的電力儲存部(7)；以及可以根據(jù)上述電力儲存部(7)的蓄電量，控制上述負載量的負載控制部(9A)，可以根據(jù)電力儲存部(7)的蓄電量或者狀態(tài)量，從負載控制部(9A)控制送風(fēng)裝置(11)、空調(diào)裝置(12)、換氣裝置(13)的一部分或者全部使其停止等。
文檔編號B60L3/00GK101505988SQ200680055568
公開日2009年8月12日 申請日期2006年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月10日
發(fā)明者北中英俊, 河本祥一 申請人:三菱電機株式會社