专利名称：进行间歇受电的车辆用控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如搭载于铁道车辆用车辆等的车辆的控制装置，特别是 涉及具有在驱动主电动机的逆变器装置的输入侧设置的蓄电装置的车辆 用控制装置。
背景技术：
在现有技术中，在电气化铁路的系统中通过电车线获得电力而驱动车 辆为前提，但是由于线路的状况或周边设备等的缘故也存在不能配备电车 线的区间，万一车辆在电车线非配备区间停止，则不能进行之后的移动。 在这样的地点，车辆事先确保规定的速度，在没有电车线的区间通过以惯 性行驶通过等的驾驶操作完成该部分的不能供给电力区间的行驶。
专利文献1:特开2005-328618号公报
但是，在如此的电车线非配备区间为遍及长距离时，或在多频率地存 在区间，还有车辆的速度限制等且限制驾驶方法时，驾驶操作需要高超的 技术以在这些区间不停止，并且驾驶员的负担增大。再者，本来没有电车 线非配备区间是理想情况，因此根据线路形状等的条件，即使与地面的电 车线有关的配备、施工中为了使电车线非配备区间最小化也需要困难的作 业。
因此，如果事先在车两侧具有至少能够进行一次的动力行进的程度的 能量源且利用该能量可以在电车线非配备区间行驶，则上述的驾驶员的负 担或对地面施工的要求减轻且作为系统整体的效果好。
为了解决这些问题，考虑有将充放电能力非常高且具有所需要最低限 的充电容量的二次电池等蓄电装置及控制用断路器装置设置于车上侧，在 具有电车线配备的地点进行充电，在没有电车线配备的场所通过断路器装 置放出储存于所述蓄电装置的能量，由此能够行驶。此时，即使在电车线 非配备区间车辆停止，使用蓄电能量也能够动力行进，因此对驾驶技能、地面设备的要求也大幅度地缓和。
但是，作为能量源利用蓄电装置时，有蓄电系统特有的问题点。艮P， 蓄电装置能够蓄积的能量有限，因此需要进行管理以在进入电车线非配备 区间之前尽可能地蓄积充足的能量。
此外，电车线电压并不恒定，而是根据周边的负荷状态或距电力的输 出设备的距离而变动，因此需要防护以根据其电压变动等的条件不流过超 过容许充放电电流的电流，或进行管理以不发生超过容许充电量而充电的 过充电的情况。
艮P，需要确定应该以何种条件进行充电或放电的充放电控制。再者， 多数的蓄电装置不喜欢过充电、过放电，在多数情况下也有最大充放电流 的限制。因此，利用能量蓄电装置时，不能缺少蓄积能量的管理方法、充 放电量限制、充放电电流限制等的方法的确立。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够适当地管理蓄电装置的充放电，并在 电车线非配备区间中使用储存于蓄电装置的能量，并能够以自身动力行驶 的车辆用控制装置。
本发明的车辆用控制装置，其特征在于具有逆变器装置，其从电 车线通过集电装置接受直流电压的供给且控制主电动机的驱动；半导体开 关装置，其连接在该逆变器装置的直流侧；蓄电装置，其与该半导体开关 装置相连接；以及直流电压检测机构，其测量连接有所述半导体开关装置 的逆变器装置的直流侧的电压，根据所述直流电压检测机构的输出而切换 所述半导体开关装置的控制模式，由此，当从电车线通过集电装置接受直 流电压的供给时，以从所述蓄电装置对于与所述逆变器装置的连接点进行 充放电，且将蓄电装置的充电量保持为规定的值的方式来控制所述半导体 开关装置，当从电车线分离且通过集电装置不能接受直流电压的供给时， 以从所述蓄电装置进行充放电，且将所述逆变器装置的直流侧与所述半导 体开关装置的连接点的电压保持为规定的范围的方式来控制所述半导体 开关装置。
在本发明涉及的车辆用控制装置中，在对电车线供给电力的地面电源系统的输出电压涉及的电压值与逆变器装置能够控制的最低直流输入电 压值之间的电压范围内的特定电压范围中，所述半导体开关装置成为恒定 电压控制模式，所述恒定电压控制模式控制对所述逆变器装置的直流侧与 所述半导体开关装置的连接点的电流的出入且控制以将该连接点的电压 保持为设定在所述特定电压范围内的控制目标电压，在比所述特定电压范 围还高的电压范围中对于向蓄电装置的充电电流形成恒定电流充电控制 的模式，由于在比所述特定电压范围还低的电压范围中对于从蓄电装置的 放电电流进行恒定电流放电控制，因此如果将恒定电压控制目标值以上的 电压施加于逆变器装置的直流侧与所述半导体开关装置的连接点，则从所 述连接点吸收电流而进行对蓄电装置的充电，如果将定电压控制目标值以 下的电压施加于所述连接点，则对所述连接点放出电流而进行从蓄电装置 的放电。因此通过事先将定电压控制的目标电压设定为比电车线电压还 低，对电车线进行接触时进行对蓄电装置的充电，并在从电车线离开时通 过从蓄电装置的充放电，与定电压控制目标值相当的电压出现在逆变器直 流输入中。定电压控制目标值设定为逆变器装置的最低工作电压以上，因 此在从该蓄电装置对于逆变器装置直流侧电压的控制电压下，逆变器装置 的主电动机能够运转。
如上述说明，根据本发明，即使在电车线非配备区间也能够保护在蓄 电装置7中的充放电电流、充电量的容许值的同时，并且在蓄电装置7的 能力的范围内，能够动力行进、再生运动，并能够消除在驾驶操作方面麻 烦的驾驶限制，此外，在地面设备侧也容许适当的电车线的非配备区间。
再者，在本说明中以电车线非配备区间不大的情况为中心进行了说 明，但是很显然如果蓄电容量充分大，则与其对应的电车线非配备区间能 够增大。例如在站间距离短的路线等中，如果蓄电容量充足，则只在站周 边具有电车线的电气化铁路系统也可以。
图1是表示本发明的实施方式的图。
图2是表示图1所示的充放电控制装置13的结构例的方块图。
图3是表示图2所示的充放电控制装置13的动作波形例的方块图。
6图4是表示图2所示的充放电控制部21的结构例的方块图。
图5是图1所示的SOC下限限制模式发生器50的特性图。 图6是图1所示的SOC上限限制模式发生器48的特性图。 图7是图1所示的结构例的控制特性图。
图8是由图4所示的结构的充放电控制部21进行控制时的动作波形
图9是图1所示的结构的逆变器装置4的优选特性图。
图10是表示图2所示的充放电控制部21的另一结构例的方块图。
图11是图10所示的第2的SOC上限限制模式发生器48a的特性图。
图12是由图IO所示的结构的放电控制部进行控制时的动作特性图。
图13是由图IO所示的结构的放电控制部进行控制时的动作波形图。
1集电装置
2滤波电抗器
3滤波电容器
4逆变器装置
5主电动机
6断路器装置
6a、,6b IGBT
7蓄电装置
8电压变换用电抗器
9、11直流电压检测器
10、、12直流电流检测器
13充放电控制装置
14逆变器控制装置
16蓄电控制装置
17信息传递机构
21充放电控制部22.、23、 55逻辑与功能
24反转功能41、41a基准值发生器
42、45减法运算器
43系数器
44限制功能
46ACR (电流控制部)
47PWM调制器
48、48a、 50模式发生器
49、51乘法运算器
52、56开关
53再生检测部
54比较器
具体实施例方式
下面，对于本发明的实施方式用附图进行说明。 [实施例1]
首先，用图1说明本发明的一实施例的结构。如图所述，包括与电车
线电连接的集电装置1和通过滤波电抗器2与电车线连接的逆变器装置4， 在该逆变器装置4的输入侧连接有滤波电容器3，在逆变器装置4的输出 侧连接有主电动机5。
此外，与滤波电容器3并联地连接有作为半导体开关装置的断路器装 置6。该断路器装置6由将续流二极管并联连接的第1IGBT6a的发射极与 将续流二极管并联连接的第2IGBT6b的集电极相连接而构成。IGBT6a的 集电极连接于滤波电抗器2与逆变器装置4之间，IGBT6b的发射极连接 于逆变器装置4的直流低电位侧。在IGBT6b的集电极与发射极间连接有 蓄电装置7，蓄电装置7选择为带有比逆变器装置4能够控制的最低直流 输入电压值低的端子电压。
此外，分别设置有检测逆变器装置4的直流侧与所述半导体开关装置 的连接点的电压值(Vfc)的直流电压检测器9;检测对逆变器装置4的输 入电流(Iinv)的值的逆变器直流电流检测器10;检测蓄电装置7的端子 电压(Vch)的值的二次电池直流电压检测器11;以及检测从蓄电装置7向IGBT6b的集电极输出的电流(Ich)的值的蓄电装置直流电流检测器 12。而且，在断路器装置6连接有充放电控制装置13。再者在逆变器装置 4连接有逆变器控制装置14，而且在蓄电装置7连接有蓄电控制装置16， 在蓄电控制装置16与充放电控制装置13之间设置有信息传递机构17。蓄 电控制装置16构成为，检测蓄电装置7的充电量或内部温度并算出容许 最大充放电电流，并且将这些信息传给充放电控制装置13。
图2是表示图1所示的作为半导体开关装置的断路器装置6的驱动方 法的结构例。使断路器装置6工作时，充放电控制部21将导通/截止信号 设为导通，并输出与控制目标相关联的脉冲宽度的PWM脉冲Pp。该脉冲 在一侧通过反转功能24逻辑反转并生成Pn，并通过逻辑与功能22、 23 将Pn、 Pp给与IGBT6a与IGBT6b。
本结构的断路器装置6的驱动方法是广为周知的回路方式，其能够连 续地进行从连接蓄电装置7的低压(Vch)侧向连接电源或负载的高压 (Vfc)侧升压且流动电流的动作、和与其相反的从高压(Vfc)侧降压且 向低压(Vch)侧流动电流的两方向的动作。
图3表示其动作波形。将Ich从蓄电装置7向电压变换用电抗器8流 动的方向定义为正，如果赋予如(图3a)所示的Pp，则图2所示的断路 器装置输入电压Vb成为与在电压变换用电抗器8中流动的电流的方向无 关(图3b)的波形。在电压变换用电抗器8施加该电压与蓄电装置电压 (Vch)，因此Ich从蓄电池成为如(图3c)所示的电流波形。
在此，流动于电感(L)的电流(I)与两端电压(V)的关系用如众 所周知的下面的(1)式表示。
L,di/dt = V ...... (1)
在此，t表示时间。
此外，图3所示的各物理量如下定义 ton:Gate b导通的时间 toff:Gate b截止的时间 tc: Gate b的脉冲的输出周期 △Ion :在ton时间期间的Ich的增量 △Ioff:在toff时间期间的Ich的增量AIc :在tc时间期间的Ich的增量 Vav :在tc时间期间的Vb的平均值
如果ton、 toff充分小，将(1)式适用于图2的电压变换用电抗器8，则 Gate b导通时IGBT6a截止且IGBT6b导通，因此，
L'AIon= (Vch —0) 'ton ...... (2)
Gate b关闭时IGBT6a导通且IGBT6b截止，因此，
L-AIoff= (Vch-Vfc) 'toff ...... (3)
此外，
tc = ton + toff ...... (4)
AIc = AIon+AIoff ...... (5)
Vav = Vfc'toff/tc ...... (6)
因此如果取(2)式与(3)式的和并整理，则能够得到 L-AIc = (Vch-Vav) tc ...... (7)
如果比较(1)式与(7)式则能够理解AIc即在tc时间期间的Ich的 增量取得与将施加于电压变换用电抗器8的两端的tc间的平均电压即 (Vch-Vav)直流地施加于电压变换用电抗器8同等的电流的变化率。(2) 式、(3)式与在电压变换用电抗器8流动的电流的方向无关地成立，并且 Vab如(6)式所示地能够通过ton/tc控制，因此以图2的结构能够连续地 控制对蓄电装置7的充放电。因此，如果控制toff (或ton)时间使得Vav > Vch，则Ich向负侧(充电侧)移动，如果控制toff (或ton)时间使得 Vav<Vch，则Ich向正侧(放电侧)移动。
接下来，对于通过冲放电控制部21的充放电控制进行说明。图4是 表示图2所示的充放电控制部21的结构例的方块图。图7是表示通过图4 所示的结构的充放电控制部21进行控制时的电压电流控制特性的图。在 该充放电控制部21中，从产生控制目标值的基准值发生器41的输出(Vo) 通过减法运算器42减去用直流电压检测器9检测的滤波电容器3的两端 电压Vfc的值，对于该差量通过系数器43乘以适当的系数K1，与所述电 压差量成比例地算出大小确定的断路器电流目标值IchPl，其中所述控制 目标值比向电车线供给电压的地面侧电源的输出电压值(Vs)低，比与逆 变器装置4的输入电压Vfc有关的能够控制的最低电压值(Vbo)高。
10Vfc比基准值VO大时，断路器装置6的电流控制目标IchPl成为负。
因此如后述所示在从逆变器装置4的直流侧取得电流侧即向降低Vfc侧动 作。Vfc比基准值Vo小时，断路器装置6的控制目标成为正，与上述相反， 将电流向逆变器装置4的直流侧输出且向提高Vfc侧动作。通过该运动进 行将逆变器输入电压Vfc保持为恒定的动作即恒定电压控制的动作。
接下来，通过限制功能44，将IchPl的值限制在从minL以上到maxL 以下的范围，并将该值作为最终的断路器电流目标值IchP4。 minL为通过 IchP2与SOC运算并输出的负的值，所述IchP2是以负的值表示由蓄电控 制装置16通过信息传递机构17得到的容许最大充电电流值，所述SOC 是表示蓄电装置7的充电量的值。此外，该值是将SOC上限限制模式发 生器48的输出乘以IchP2后的值，其中SOC上限限制模式发生器48在输 入SOC且SOC为表示容许的最高值的阈值3以上时输出0， SOC在比阈 值3略小的另一阈值4以下时输出1，并且，在阈值3、阈值4之间输出 从0到1的中间值。
另一方面maxL为通过IchP3与SOC运算并输出的正的值，所述IchP3 是用正的值表示由蓄电控制装置16通过信息传递机构17得到的容许最大 放电电流值。该值是将SOC下限限制限制模式发生器50的输出乘以IchP2 后的值，所述SOC下限限制限制模式发生器50在输入SOC且SOC为表 示容许的最低值的阈值1以下时输出0， SOC在比阈值1略大的另一阈值 2以上时输出1，并且，阈值l、阈值2之间输出从0到1的中间值。
对于如此得到的最终的断路器电流目标值IchP4，将通过蓄电装置电 流检测部12检测的Ich从蓄电装置7放电的方向作为正并进行负反馈，通 过电流控制部(ACR) 46进行比例积分等处置，成为流通角指令。通过 PWM逆变器47将该值变换为具有与流通角指令成比例的脉冲宽度的脉冲 信号，作为图2表示的Pp输出。包括电流的方向，通过断路器装置6的 脉冲宽度能够控制Ich的增减正如在上述图3中的说明。
IchP4被限定在从IchP2到IchP3的范围，IchP4成为Ich的最终的控 制目标值。通过该功能，蓄电装置7在最低容许充电量以下时，禁止蓄电 装置的放电并确保最低容许充电量，蓄电装置7在最高容许充电量以上时， 禁止蓄电装置7的充电并保证最高容许充电量。此外，IchP4在minL以上(因为是负的值，所以作为绝对值在容许值 以下)，minL在容许最大充电电流值IchP2以上(因为是负的值，因此作 为绝对值在容许值以下)，并且IchP4在maxL以下，manL在容许最大放 电电流值IchP3以下，因此将蓄电装置7的充放电电流限制在最大充放电 容许电流值以内。
图5表示上述说明的SOC下限限制限制模式发生器50的特性。同样 地图6表示上述说明的SOC上限限制模式发生器48的特性。
此外，图7表示进行由图4控制时的蓄电装置7的充放电特性。在 Vfc比控制电压目标值Vo低的时刻，Ich的控制目标值IchPl为正，即以 从蓄电装置7向放电的方向控制电流的方式来确定目标值，在Vfc比控制 电压目标值Vo高的时刻，Ich的控制目标值IchPl为负，即以向蓄电装置 7充电的方向控制电流的方式来确定目标值。
此外，Vfc较大地偏离该控制电压目标值Vo时，该IchPl通过限制功 能44使正侧被maxL限制、负侧被minL限制，并成为图7的特性。将其 作为IchP4输入其后段的电流控制部ACR46,并通过跟踪控制此得到图7 的特性。
用图8说明搭载本发明的车辆用控制装置的车辆通过电车线非配备区 间时的动作。在此，Iinv表示逆变器装置4的输入电流，Vfc表示逆变器 装置的输入电压，Idc表示来自电车线的供给电流，Ich表示蓄电装置7的 充放电电流，SOC表示蓄电装置的充电率。
在作为电车线的配备区间的图8的A点开始动力行进，如(图8a) 所示取得规定的电流的同时以动力行进的状态在B点进入电车线非配备 区间。由于在A点接受电车线电压，因此如(图8b)所示逆变器装置4 的输入电压Vfc与电车线电压相当。如图7所示在该电压区域中断路器装 置6成为充电动作，因此此时如(图8c)所示从电车线通过集电装置1供 给逆变器装置4的输入电流。
因为断路器装置6位于充电动作区域，因此蓄电装置7通过电车线电 压而成为充电状态，或者充分充电时通过图4的SOC上限限制模式发生器 48的作用成为将充电电流截断为大致O的状态。(图8d)在A点标记有将 该充电电流截断的状态。因此，(图8e)图示有SOC大致在上限限制值附近。如果在B点进入 电车线非配备区间，则如(图8c)所示失去从电车线的电流的供给，Vfc 如(图8b)所示急降，但是如果Vfc下降到断路器装置6的控制目标Vo， 则通过图4的42、 43的恒定电压控制功能开始放电以将Vfc保持在Vo附 近，如(图8d)的B-C区间所示通过断路器装置6供给电流。此时蓄电 装置7进行放电因此如(图8e)所示充电量SOC减少。
再者，逆变器装置4多对于输入电压变动进行控制以取得恒定电力， 因此(图8a)表示与通过B点后的电压的下降量对应地增加输入电流的 情况。
接下来，如果车辆在C点再次进入电车线配备区间，则如(图8b) 所示在逆变器装置4再次施加电车线电压，但是如图7所示，此时断路器 装置6通过Vfc的上升转变为充电动作，如(图8d)所示开始充电。因此 如(图8c)所示，从电车线供给的电流为如(图8a)所示的输入逆变器 装置4的电流与如(图8d)所示断路器装置6为了对蓄电装置7充电而输 入的电流的合计。
此后，如果关闭动力行进，则如(图8c)的D点所示，逆变器装置4 的动力行进电流量Iinv从电流线的供给电流Idc减少，如果对蓄电装置7 的充电结束，则如E点所示充电电流量从电车线的供给电流Idc减少。而 且，对蓄电装置7的充龟结束是如下自动进行，既通过充电使充电量SOC 上升，并达到图6的阈值3，从而图4的48的输出输出0，其结果minL 成为0，另一方面因为施加电车线，因此IchPl显示为负，因此控制目标 电流值IchP4成为0。
作为在本发明的系统的适用中的注意点有以下方面。大多数的车辆驱 动用逆变器装置以考虑车辆的乘车的感觉，在不进行驾驶的变更操作的短 时间的范围内向电动机输出恒定输出的方式进行控制。因此输入电力也控 制为取得恒定的电力。在搭载本发明的装置的车辆中，在电车线非配备区 间驾驶车辆时，进行驾驶操作以使逆变器装置4取得蓄电装置7能够供给 的最大电力以上的电力时，即使蓄电装置7进行最大放电，来自蓄电装置 4的电力也不足且不能将逆变器输入电压Vfc保持为控制目标电压。
再者，如上所述由于以输入恒定电力的方式控制逆变器装置4，因此逆变器装置4的输入电压Vfc偏离控制目标电压，并成为逆变器装置的最 低控制电压Vb0以下，逆变器装置4变为不能控制、停止运转。为了避免 此种情况，作为一个例子也考虑如下方法，即在电车线非配备区间中在 处理方面不进行取得蓄电装置7的最大放电电力以上的电力的驾驶。但是
如果能自动地避免如上述的成为逆变器装置4变为最低控制电压Vbo以下
的情况则更有效。
图9的图表表示在本发明的系统的适用方面良好的逆变器装置4的特 性。即，在如图9的逆变器装置4的最低控制电压值Vbo将与逆变器装置 4的输入电压Vfc有关的最大输出特性控制为0，在比Vbo略大的规定的 值Vba以上作为通常时的最大输出特性值，Vba、 Vbo间控制使最大输出 渐减。通过如此控制逆变器装置4的输出最大特性，即使逆变器装置4取 得蓄电装置7的最大放电电力以上的电力，若Vfc降低而辨近Vbo，贝腿 变器装置4的输入降低且成为蓄电装置的放电电力以下而Vfc保持在Vbo 以上，因此能够避免逆变器装置4达到不能控制、停止运转的状态。
接下来，表示充放电控制部21的另一实施例。图10是表示图2所示 的充放电控制部21的另一结构例的方块图。图11是用于图IO所示的结 构的SOC上限限制模式发生器48、 48a的特性图。图12是表示进行由图 10所示的结构的控制时的电压电流控制特性的图。
本实施例是蓄电装置7的蓄电容量大且对于在非电车线区间的行驶需 要的蓄电容量，在蓄电容量方面带有余量时的有效的实施例。图4的实施 例以可靠地在非电车线区间行驶为目的，因此以蓄电容量能可靠地在非电 车线区间的行驶为最优先，也如图8所示如果进入电车线配备区间，则充 放电控制装置13工作以对蓄电装置充电到容许的上限的SOC为止。因此， 具有难以吸收再生时的再生能量的特性。本例是利用蓄电容量的所述余量 而容易进行再生能量吸收。
本实施例的充放电控制部21对于图4的结构追加有下面的部件。具 体来说，将图4所示的基准值发生器41作为第1基准发生器41，与此相 对追加有第2基准发生器41a;切换基准值发生器41的输出与基准值发 生器41a的输出的开关52;检测再生制动操作的再生检测部53;检测蓄电装置7的充电量SOC超出规定的值的比较器54;以及输入再生检测部
53的输出与所述比较器54的输出，并使开关52以如下方式输出的逻辑与 功能55，即在再生时以外并且SOC的值超过下面所示的阈值3p时，选 择为第2基准值发生器41a的输出，除此以外选择为基准值发生器41的 输出，再者，将图4所示的SOC上限模式发生器48作为第一SOC上限 模式发生器48，与此相对追加有:输入SOC且产生对于充电电流界限IchP2 的乘法运算值的第二 SOC上限模式发生器48a;以及对在再生时选择SOC 上限模式发生器48的输出、在此外的条件下选择第二 SOC上限模式发生 器48a的输出进行切换的开关56。
此外，例如，在无图示的在驾驶用装置中输出表示由驾驶员做出的有 关减速的操作的控制信号时，再生检测部53检测出此信号并看作为再生。 进而，第二基准值发生器41a输出与对电车线供给电压的地面侧电源的输 出电压值Vs相一致或与Vs极靠近的值(Vso)，第二SOC上限限制模式 发生器48a与第一 SOC上限限制限制模式发生器48相比带有蓄电量SOC 较低的上限值，因此构成为在带有值比图6所示的阈值3低的阈值3p 且SOC在阈值3p以上时输出0， SOC在比阈值3p略小的另一阈值4p以 下时输出l，并且，阈值3p、阈值4p之间输出从0到1的中间值。图ll 表示第一 SOC上限限制模式发生器48与第二 SOC上限限制模式发生器 48a的特性的关系。
根据本实施例的构成，通过开关52、 56切换下面的4个动作状态。
(1) 再生时且SOC为图11的阈值3p以上时
(2) 再生时且SOC为图11的阈值3p以下时
(3) 非再生时且SOC为图11的阈值3p以上时
(4) 非再生时且SOC为图11的阈值3p以下时
(1) (2)的情况是通过开关52选择第一基准值发生器41的输出Vo， 通过开关56选择SOC上限限制模式发生器48的输出。
因此与图4成为相同的控制结构且动作也如图4说明能够充电到阈值 3为止。
(4)的情况是通过幵关52选择第一基准值发生器41的输出Vo，通 过开关56选择SOC上限限制模式发生器48a的输出。因此与在图4说明的动作相同，但是充电量SOC被限制到阈值3p为止。即对于蓄电装置7 的容许上限阈值3，带有阈值3与阈值3p的差量余量地停止充电。
(3)的情况是通过开关52选择第二基准值发生器41a的输出Vso， 通过开关56选择SOC上限限制模式发生器48的输出。此时输入减法运 算器42且与逆变器装置输入电压Vfc相比较的信号成为Vso。因此通过 减法运算器42、系数器43进行将Vso作为控制目标的恒定电压控制。
图12表示此时的定电压控制的特性。Vso与电车线输出电压Vs大致 相同，因此从图12明确可知，即使在电车线配备区间通过集电装置1输 入的逆变器装置输入电压Vfc比电车线输出电压低时，即，如果该车辆及 附近的该车辆以外的任意电气设备消耗电力且由此降低电车线电压，则上 述恒定电压控制向放电侧动作。
该动作在(4)的情况即充电量超过阈值3p的非再生时，因此选择非 再生时使充电量SOC返回3p的方式进行动作。即，再生时超过阈值3p 进行充电时，即使在电车线配备区间也能够进行放电动作且能够使SOC 返回阈值3p。因此在再生时以外以使充电量SOC接近阈值3p的方式进行 动作，再生时如上述(1) (2)所示能够控制充电到阈值3为止，因此能 够吸收再生能量。
接下来通过图13说明本实施例的动作的例子。在此，Iirw表示逆变 器装置4的输入电流，Vfc表示逆变器装置4的输入电压，Idc表示来自电 车线的供给电流，Ich表示蓄电装置7的充放电电流，SOC表示蓄电装置 7的充电率。如本例(图13e)所示，表示了在电车线配备区间在蓄电装 置7充电到非再生时的SOC上限限制值阈值3p为止的状态下进入电车线 非配备区间并再生，其后进入电车线配备区间并动力行进的例子。该条件 在图4所示的实施例的情况下，在最初的电车线配备区间对SOC充电到 容许上限限制值阈值3为止，因此在电车线非配备区间的再生中不能吸收 再生能量且再生不能动作的例子。
首先最初在A点进行动力行进。通过动力行进Vfc降低以使若干电车 线电压下降(图13b)，但是该状态与上述(4)的条件相当，因此恒定电 压控制目标为Vo且断路器装置6为充电动作状态，但是SOC位于阈值3p， 因此第二 SOC上限限制模式发生器48a的输出为0，由于选择该输出且
16minL为0，因此不同时地进行充放电，如(图13c)来自电车线的电流Idc 供给于逆变器。由于切断动力行进后失去动力行进电流，Vfc暂时恢复， 但是在B点进入电车线非配备区间并与图4的情况相同，下降至断路器装 置6的恒定电压控制目标值Vo。
在该状态下惯性行进，因此即使断路器装置6进行恒定电压控制，(图 13d)的断路器电流Ich也几乎为O。此后在C点如果进行再生，则利用上 述(2)的状态即通过开关56选择第一 SOC上限限制模式发生器48的输 出，但是SOC位于阈值3p附近，因此从图ll可知输出非O的有限的值。 由此以minL输出负的有限的值且抑制由再生所导致的逆变器装置输入电 压Vfc的上升的方式利用断路器装置的恒定电压控制功能进行对蓄电装置 7的充电即再生电力的吸收，SOC超过阈值3p而成为上述(1)的状态并 向阈值3上升。
在D点如果关闭再生，则成为上述(3)的状态，因此通过开关52切 换断路器装置6的恒定电压控制目标值且切换为以Vso为目标的恒定电压 控制，如(图13b)所示Vfc上升到Vs附近。而且同时地通过开关56选 择SOC上限限制模式发生器48a的输出且minL变为0。
艮P，如果对蓄电装置7的充电为0且Vfc比与电车线的输出大致相等 的Vso低，则成为进行放电动作的状态。此后如果在E点进入电车线配备 区间，则如(图13c)、(图13d)所示在自身车辆以外消耗电力时从断路 器装置6进行放电且Idc向自身车辆外流动。如果在F点自身车辆开始动 力行进且Vfc进一步下降，则如(图13d)的F-G之间所示断路器装置6 的恒定电压控制对此产生反应，并进行更多的放电。如果通过D-G之间的 放电进一步降低SOC且SOC达到阈值3p，则通过比较器54反转由开关 52切换控制基准值且切换为上述(4)的状态，断路器装置6的恒定电压 控制的控制目标电压成为Vo。恒定电压控制的控制目标电压Vo设定为比 电车线电压低的值，因此断路器装置6停止放电且返回充电动作状态。
但是，在G点的之后不久，SOC位于阈值3p附近，因此minL大致 显示为0且充电电流大致为0。此后到关闭动力行进的H点之前的期间， 来自蓄电装置7的充放电为大致停止的状态，因此如(图13c)所示在逆 变器装置4仅供给来自电车线的电流。再者，明确可知，在到达G点的时刻蓄电装置7的充电状态、开关
52、 56全部返回在A点的状态，因此即使重复同样的驾驶，也与上述说 明相同能够进行在电车非配备区间的驾驶。而且图13未表示，但是对于 在电车线非配备区间的动力行进动作，全部的动作在(4)的状态下进行，
因此在图4的说明中通过将阈值3替换为阈值3p能够与图4的说明相同 地进行说明。
上面，根据本实施例，在电车线配备区间中进行充电控制以使蓄电装 置7的充电量SOC为比容许的最大值略低的值，因此接下来进入电车非 配备区间后，不仅能够进行逆变器装置4的动力行进动作，而且也能够进 行再生动作，此时通过对蓄电装置7充电能够吸收能量。
权利要求
1.一种进行间歇受电的车辆用控制装置，其特征在于具有逆变器装置，其从电车线通过集电装置接受直流电压的供给且控制主电动机的驱动；半导体开关装置，其连接在该逆变器装置的直流侧；蓄电装置，其与该半导体开关装置相连接；以及直流电压检测机构，其测量连接有所述半导体开关装置的逆变器装置的直流侧的电压，根据所述直流电压检测机构的输出而切换所述半导体开关装置的控制模式，由此，当从电车线通过集电装置接受直流电压的供给时，以从所述蓄电装置对于与所述逆变器装置的连接点进行充放电，且将蓄电装置的充电量保持为规定的值的方式来控制所述半导体开关装置，当从电车线分离且通过集电装置不能接受直流电压的供给时，以从所述蓄电装置进行充放电，且将所述逆变器装置的直流侧与所述半导体开关装置的连接点的电压保持为规定的范围的方式来控制所述半导体开关装置。
2. 根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于 所述蓄电装置的端子电压的最大值选择为比逆变器装置能够控制的最低直流输入电压值低的电压，并且在将电力供给于电车线的地面电源系 统的输出电压的电压值与逆变器装置能够控制的最低直流输入电压值之 间的电压范围内的特定电压范围中，所述半导体开关装置成为恒定电压控 制模式，所述恒定电压控制模式以控制对所述逆变器装置的直流侧与所述 半导体开关装置的连接点的电流的出入且将该连接点的电压保持为在所 述特定电压范围内设定的控制目标电压的方式进行控制，在比所述特定电 压范围高的电压范围中，所述半导体开关装置成为对于向蓄电装置的充电 电流进行恒定电流充电控制的模式，在比所述特定电压范围低的电压范围 中，所述半导体开关装置成为对于从蓄电装置的放电电流进行恒定电流放 电控制的模式。
3. 根据权利要求2所述的车辆用控制装置，其特征在于 对于所述充电电流的恒定电流充电控制的控制目标值是蓄电装置所容许的最大充电电流值的值，对于放电电流的恒定电流放电控制的控制目 标值是蓄电装置所容许的最大放电电流值的值。
4. 根据权利要求3所述的车辆用控制装置，其特征在于 对于所述充电电流的恒定电流充电控制的控制目标值在蓄电装置的蓄电量达到容许的上限值以上时设为零，对于所述放电电流的恒定电流放 电控制的控制目标值在蓄电装置的蓄电量为容许的下限值以下时设为零。
5. 根据权利要求4所述的车辆用控制装置，其特征在于 在蓄电装置的蓄电量为容许内，且蓄电量成为容许的上限值附近时，使对于所述充电电流的恒定电流充电控制的控制目标值比所述蓄电装置 所容许的最大充电电流值的值低；在蓄电装置的蓄电量为容许内，且蓄电 量变为容许的下限值附近时，使对于所述放电电流的恒定电流放电控制的 控制目标值比所述蓄电装置容许的最大充电电流值的值低。
6. 根据权利要求2所述的车辆用控制装置，其特征在于所述逆变器装置具有在能够控制的最低直流输入电压值的高电压侧 附近与输入电压和能够控制的最低直流输入电压值的差量相对应地减少 逆变器装置的输出的作用。
7. 根据权利要求4所述的车辆用控制装置，其特征在于 区分再生制动作用时以外的情况和再生制动作用时的情况而设定所述蓄电装置的蓄电量的上限值，再生制动作用时以外的蓄电装置的蓄电量 容许的上限值设定为比再生制动作用时的蓄电装置的蓄电量容许的上限 值低。
8. 根据权利要求7所述的车辆用控制装置，其特征在于 在所述再生制动作用时以外，并且蓄电装置的蓄电量超过在再生制动作用时以外的情况下的蓄电量容许的上限值时，将对于所述逆变器装置的 直流侧与所述半导体幵关装置的连接点的电压的恒定电压控制的控制目 标电压切换为输出电压附近的值。
全文摘要
本发明提供一种进行间歇受电的车辆用控制装置，在电车线非配备区间使用配备于车上的蓄电装置所储存的能量进行行驶时，为了使系统有效地工作而以对蓄电装置充分地充电的方式进行管理，再者，为了确保蓄电装置的安全性、可信赖性，实现了蓄电量的管理方法、充放电量限制、充放电电流限制等保护方法的确立。在逆变器装置的直流侧具备断路器装置和蓄电装置，通过集电装置接受从电车线的直流电压的供给时，通过断路器装置在逆变器装置的输入侧与蓄电装置之间进行充放电并控制使蓄电装置的充电量保持为规定的值，从电车线分离并通过集电装置不能接受直流电压的供给时，通过断路器装置在逆变器装置的输入侧与蓄电装置之间进行充放电，控制使逆变器装置的直流侧输入电压保持为逆变器装置的能够工作的规定的范围。
文档编号B60L11/18GK101596871SQ200910146620
公开日2009年12月9日 申请日期2009年6月3日 优先权日2008年6月3日
发明者丰田瑛一, 大石亨一, 岛田基巳 申请人:株式会社日立制作所