电车的控制装置的制作方法

专利名称：电车的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及逆变器驱动的电车的控制装置，特别是涉及装设有进行直流电 力的充放电的电力储存部的逆变器驱动的电车的控制装置。
背景技术：
近年来，在逆变器驱动的电车中，已知有一种电池驱动的电车，其结构为 在该电车上装设由电池等电力储存设备形成的电力储存部，可以从该电力储存 部向控制车轮驱动用的电动机的逆变器提供电力；电车即使在没有架线的地段 也可以行驶。(例如参照专利文献1)
最近，正在积极开发充电电池、双电层电容器等电力储存设备，力图将蓄 电量增大，但为了得到使电车行驶的充分电能，就目前的技术而言，需要体积 相当大、重量相当重的电力储存部。然而，由于装设于电车的空间只限于底板 下等，需要尽可能抑制电力储存部的尺寸、质量，往往难以确保充裕的蓄电量。 因此，有效利用有限的储存电力是必要且必须的。
另一方面，作为在没有架线的地段行驶的电车的适用例，例如路面电车最 被看好，路面电车用的电车以来自上述电力储存部的电力就可以行驶，可以去 除已有路线的一部分地段的架线，不需要架线或支柱，因此改善了景致。特别 是铺设在名胜古迹周围的路线，拆下架线和支柱非常有助于改善景致。另外， 从已有路线延长路线时，若距离不长，可以只延长线路而不铺设架线，也有可 以縮短工程费用和工期的优点。
然而，由于路面电车与汽车共用行驶路面，受到汽车的堵塞等的影响，在 没有架线的地段的行驶时间、停车时间会延长，由于这类原因，其运行形态与 能以预先决定的运行时刻表行驶的通常的铁路电车不同。
因此，考虑到在没有架线的地段的行驶时间、停止时间会延长，必须估计 留出余量，存在的问题是装设的电力储存部的容量需要比通常需要的容量更
3大。
并且也要考虑到在堵塞严重，不得不长时间停车时，装设在电车上的空调 装置(制冷装置、供暖装置)会消耗电力储存部的储存电力，电车行驶所需的 电能不足，导致电车不能行驶，在没有架线的地段进退不得的情况。
专利文献1:日本专利特开2006—101698 (参照图9及段落(0026))

发明内容
本发明为解决以上的问题而作，本发明的目的是提供一种电车的控制装 置，电车即使在没有架线的地段停留长于预先假定的时间时，该装置也能确保 电车可以行驶到有架线的地段的电能。
本发明的电车的控制装置的特征是，在包括驱动电动机的第一逆变器； 向负载提供电力的第二逆变器；向上述第一及第二逆变器提供电力的电力储存 装置的电车中，设置有可根据上述电力储存装置的蓄电量或者状态量控制上述 负载量的负载控制部。
本发明的电车的控制装置，即使电车在没有架线的地段停留长于预先假定 的时间，也能确保可以行驶到有架线的地段的电能。


图1是表示本发明的实施方式1的电车的控制装置的结构例的图。 图2是表示本发明的实施方式1的负载控制部的结构例的图。 图3是表示本发明的实施方式1的送风装置、空调装置和换气装置在制冷 时的动作的图。
图4是表示本发明的实施方式的送风装置、空调装置和换气装置在供暖时 的动作的图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的电车的控制装置的结构例的图。 图1中，该电车的控制装置的结构为可以从架线1通过导电弓2、车轮3、轨道4引入电力，通过电车的控制装置20驱动电动机6，并且可以向送风装置
11、空调装置12、换气装置13等负载提供电力。另外，图l表示电车在没有
架线1的地段行驶的状态。
上述电车的控制装置20由驱动电动机6的可变电压、可变频率(VVVF) 逆变器5;连接在DC/DC变换器8上的电力储存部7;控制上述DC/DC变换 器和电力储存部7的控制部9;向上述负载即送风装置11、空调装置12、换气 装置13提供电力的一定电压、 一定频率(CVCF)逆变器10构成。在上述控 制部9包括测定上述电力储存部7的蓄电量，控制上述负载的负载量的负载控 制部9A。另外，也从CVCF逆变器IO向车内的荧光灯、广播装置等负载提供 电力(未图示)，但由于其耗电量较小，此处从略。上述电力储存部7由双电 层电容器或充电电池等电力储存设备构成，由于装设空间的限制，其蓄电量在 目前的技术下极限为50KWh左右。
图2是表示本发明实施方式1的负载控制部9A的结构例的图。如图所示， 负载控制部9A设置在控制部9的内部，测定电力储存部7的蓄电量(以下记 为SOC)，将该SOC与内部的设定值LVO、 LV1、 LV2比较，根据其结果输 出控制信号FNC、 ACC、 VTC,通过向送风装置ll、空调装置12、换气装置 13输入，可控制它们的运转。关于其具体的控制逻辑，将基于图3、图4在后 文进行说明。SOC是State of charge (充电状态)的简称，是以充满电时作为 100%的蓄电量的比例。若蓄电量消耗1/2， WUSOC = 50%，完全放电时SOC: 0%。该SOC可以从电力储存部7的端子电压或充放电电流计算出，其各种结 构作为已知技术存在。
本发明的特征是，可根据上述电力储存部7的蓄电量，从控制部9直接或 者间接控制送风装置ll、空调装置12、换气装置13。
所谓直接是指如图1所示的结构所示，表示从控制部9的负载控制部9A 直接向送风装置11、空调装置12、换气装置13提供控制信号FNC、 ACC、 VTC的结构；所谓间接是指，在控制部9之外，另外设置能够汇集车辆内各个 设备的信息，控制各个设备的车辆管理控制装置(未图示)，设置向该车辆管 理控制装置内输入蓄电量的信息的负载控制部9A，形成通过上述负载控制部 9A控制送风装置11、空调装置12、换气装置13的结构。
5本发明的结构可以是上述的直接、间接的控制结构的任意一种。另外，该
结构也可以是送风装置11、空调装置12、换气装置13接入控制部9或者车辆 管理控制装置内的负载控制部9A，分别独立掌握蓄电量，并与其相应地分别 控制运转状态。总之，其结构为可根据电力储存部7的蓄电量，从负载控制部 9A控制送风装置11、空调装置12、换气装置13。
下面参照图1说明这样构成的电车的控制装置20的动作。电车在有架线 的地段行驶时，从架线1和轨道4通过导电弓2和车轮3，向电车的控制装置 20引入直流电力，通过VVVF逆变器5驱动电动机6，通过CVCF逆变器IO 向送风装置ll、空调装置12、换气装置13提供电力，进行运转。
另一方面，电车在没有架线的地段行驶时(图l所示的状态时)，可使用 储存在配置于电车的控制装置20内部的电力储存部7的电力，通过VVVF逆 变器5驱动电动机6，通过CVCF逆变器lO向送风装置ll、空调装置12、换 气装置13提供电力。
另外，电车在有架线的地段行驶时，对电力储存部7的充电可以通过 DC/DC变换器8进行，虽然未图示，也可以在车站停车时等通过外部的充电 装置充电，也可以在车站停车时等与已经充好电的电力储存部交换，其形态没 有限定。
图1中，空调装置12是制冷装置与供暖装置的总称，是分别用于将电车 的车厢内的温度维持在舒适温度的装置。制冷装置的结构如一般已知的结构，
是可以利用电动机驱动压縮机使制冷剂循环，传输热量的装置，从室内侧热交 换器吸收室内的热量，并将吸收的热量从室外侧热交换器散热。已知室内侧热 交换器、室外侧热交换器分别利用室内风扇、室外风扇积极使空气循环。供暖 装置的结构通常也广为人知，有的由电热丝构成，还有的由半导体发热体等构 成。另外，作为与制冷装置相反的结构，也可以是将室外的热传输至室内进行 供暖的热泵式供暖装置。
此处，在下面说明空调装置12 (制冷装置、供暖装置)的耗电量。 装设在一辆一般的路面电车的制冷装置的耗电功率是15KW左右。所以， 在夏季全负荷运转时的耗电量是15KWh左右。特别是驱动压縮机的电动机的 耗电功率几乎就占IOKW左右，室外风扇、室内风扇的耗电功率是几十W 几百W左右，相对于总体耗电功率的比例只是一点儿。另外，装设在一辆一 般的路面电车上的供暖装置的耗电量也大致相同，在冬季供暖装置全负荷运转
时的耗电量也是15KWh左右。即空调装置12在夏季、冬季都消耗15KWh左
右的电能。
另一方面，如上所述，电力储存部7的蓄电量是50KWh左右，在只使空 调装置12全负荷开动时，在50KWh/15KWh二3.3小时，所有储存在电力储存 部7的电力会被完全消耗。实际上，若将所有电力储存部7的储存电力完全放 电，会使构成电力储存部7的充电电池永久变质，所以最大也只能放电至全部 容量的70%左右。所以，在不使充电电池永久变质的范围内用完蓄电量的时间 为3.3小时x0.7二2.3小时。
另外，送风装置ll是设置在车内的所谓风扇，换气装置13是将车内的空 气排出至车外，将车外的空气吸进车内的装置。其耗电功率是各几十W左右， 与空调装置12的耗电功率相比非常小，是1/100以下。空调装置12考虑制冷 装置时，内置其中的室内风扇的耗电功率是几十W 百W左右，非常小，这 一点如上所述。
接下来，在下面说明行驶所需的电能。
一般的路面电车的电动机6的额定输出是120KW左右，在连续进行该输 出时，在不使充电电池永久变质的范围内用完储存的电力的时间是 50KWhx0.7/120KWh=17.5分钟左右。这样，可知空调装置12消耗的电能超 过行驶所需的电能的16%，是无法忽视的较多的电能。
另外，电车即使在停车时，空调装置12为维持车内温度，会继续消耗电 力。因此，装设在电车上的电力储存部7的容量，考虑到在没有架线的地段的 行驶时间、停止时间会延长，必须留有余量，存在的问题是，需要比通常所需 的容量大的容量。
并且也必须考虑在堵塞严重，不得不长时间停车时，由于装设在电车上的 空调装置12会消耗电力储存部7的储存电力，电车的行驶所需的电能不足， 导致无法驱动电动机6，电车在没有架线的地段进退不得的情况发生的可能性。
因此，在本发明中，采用根据电力储存部7的SOC，控制空调装置12、 送风装置ll、换气装置13的结构，解决上述的问题。下面说明具体的控制方法。图3是表示本发明的实施方式的送风装置11、
空调装置12和换气装置13的动作的图。图3表示在夏季，在开动空调装置12
(制冷装置)的状态下，由于堵塞等影响，电车在没有架线1的地段长时间停
车，SOC慢慢下降的状态。如图3所示，若电力储存部7的SOC低于最初的 设定值LV0，负载控制部9A利用向空调装置12发送的信号ACC，将空调装 置12从强运转切换至弱运转。以此降低耗电量，因此SOC的减少率变缓。
若SOC进一步低于第二设定值LV1 ，负载控制部9A利用信号ACC使空 调装置12停止。同时，为维持车内的温度环境，利用信号FNC起动送风装置 11，为进一步防止车内温度上升，利用信号VTC使换气装置13运转。此时， 空调装置12也可以只停止压縮机用的电动机和室外风扇，使耗电功率非常小 的室内风扇继续运转。通过这样，至少可以向室内送风，因此可以将车内的舒 适性维持在最低限度。SOC进一步下降，低于第三设定值LV2时，负载控制 部9A利用信号FNC停止送风装置11，只使换气装置13运转。
为抑制车内温度上升，较为理想的办法是，换气装置13在SOC下降时也 继续运转。
图4是表示本发明的实施方式的送风装置11、空调装置12和换气装置13 的动作的图。图4表示在冬季，在使空调装置12 (供暖装置)开动的状态下， 由于堵塞等影响，电车在没有架线1的地段长时间停车，SOC慢慢下降的状态。
如图4所示，若电力储存部7的SOC低于最初的设定值LV0，负载控制 部9A利用信号ACC将空调装置12从强运转切换至弱运转。据此降低耗电量， 因此SOC的减少率变缓。若SOC进一步低于第二设定值LVl，则负载控制部 9A利用信号ACC使空调装置12停止。另外，由于在冬季不需要送风装置11， 较为理想的是使其停止，换气装置13在不必特别换气时也使其停止。
另外，以上所示的第一设定值LV0、第二设定值LV1、第三设定值LV2 可以是预先设定的一定值，也可以是可根据条件改变的值。例如，若使该值根 据电车到达有架线的地段的剩余距离或时间改变，则可以最大程度确保空调装 置12的运转，因此能在更长的时间维持车内环境。另外，该结构当然也可以 是即使电力储存部7的蓄电量SOC低于第一设定值LV0、第二设定值LV1、 第三设定值LV2，电车到达有架线l的地段，可以从架线l接收电力时，再起
8动空调装置12的运转，或返回强运转。可以将是否可从架线1接收电力输入
至负载控制部9A，也可以根据电力储存部7的SOC增加判断负载控制部9A 从架线l接收电力。
这样，即使电车在没有架线的地段长时间停车时，通过抑制空调装置12 消耗的蓄电量，抑制电力储存部7的SOC的下降，能够尽可能维持车内温度 环境，确保用于电车行驶的电能。
据此确保电车的行驶所需的电能，从而可以使电车行驶到有架线的地段。 并且，不必为防备电车在没有架线的地段的长时间停车，在电力储存部7的蓄 电量上保留较大的余量，可以将电力储存部7在所需的最小限度上小型化。
在本实施方式中，将空调装置12设定为强运转、弱运转、停止的三档进 行控制，但也可以从强运转到停止连续控制。另外，虽然使送风装置ll、换气 装置12在S0C低于第二设定值LV1时仍然运转，但如已经描述的那样，由于 其耗电功率较小，在SOC高于第二设定值LV1时也可以使其运转。
另外，图1表示控制送风装置11、空调装置12和换气装置13的负载控 制部9A内置在控制DC/DC变换器8和电力储存部7的控制部9内，将电力储 存部7的蓄电量传输至上述负载控制部9A，但并不限于此，只要能掌握电力 储存部7的SOC，负载控制部9A也可以内置在未图示VVVF逆变器5的控制 部或CVCF逆变器10的控制部内，还可以内置在包含这些构件的控制部(未 图示)内。
另外，也可以是从负载控制部9A向具有汇集车辆内的各个设备的动作信 息根据状况控制各个设备的功能的车辆管理控制装置(未图示)传送SOC的 信息的结构。
反之，也可以是送风装置ll、空调装置12、换气装置13接入负载控制部 9A或者车辆管理控制装置，独立掌握SOC并与其相应地分别控制自身的运转 状态的结构。
另外，在本实施方式中，表示了根据电力储存部7的蓄电量SOC进行负 载的控制的结构，但例如也可以从电力储存部7的电压等状态量算出蓄电量。 作为一个例子，适合作为电力储存部7的双电层电容器可以容易地从其电压算 出蓄电量。所以，本实施方式不限于根据SOC进行负载控制的方式，将SOC
9替换为电力储存部7的电压等状态量的结构当然也可以进行实施。
图1中，表示了包含具有VVVF逆变器5、 DCDC变换器8、电力储存部 7、 CVCF逆变器10、负载控制部9A的控制部9的设备结构作为电车的控制 装置20，但如上所述，将负载控制部9A设置在车辆管理控制装置(未图示) 时，或者设置在送风装置ll、空调装置12、换气装置13的至少任意一个时， 这些装置的负载控制部9A包含在电车的控制装置20的范围内。总之，如果可 以根据电力储存部7的蓄电量或者状态量控制送风装置11、空调装置12、换 气装置13中的至少任意一个，无论采用哪种系统结构都可以，而不限于图1 所示的结构。另外，将负载控制部设置在与控制部不同的装置上时，电力储存 部的蓄电量SOC或者状态量从电力储存部通过控制部或者其他装置或直接向 负载控制部传送。
另外，在本实施方式中，考虑使用于路面电车进行了说明，但适用领域不 限于此，当然也可以适用于汽车、电梯等具有各种形式的使用能量储存方法的 移动体。另外，本实施方式所示的结构是本发明内容的一个例子，可以与其他 己知的技术组合，当然可以在不脱离本发明的要点的范围内，例如将一部分省 略、变更等而构成。
权利要求
1. 一种电车的控制装置，其特征在于，包括向驱动车辆的电动机提供电力的第一逆变器；向装设在所述车辆上的负载提供电力的第二逆变器；向所述第一及第二逆变器提供电力的电力储存装置；以及根据所述电力储存装置的蓄电量或者状态量控制所述负载的负载控制部。
2. 如权利要求1所述的电车的控制装置，其特征在于，所述负载控制部根 据蓄电量或者状态量，使所述负载的一部分或者全部停止。
3. 如权利要求1所述的电车的控制装置，其特征在于，所述负载控制部根 据蓄电量或者状态量，使所述负载即空调装置比通常运转时更弱地运转，或者 使其完全停止。
4. 如权利要求1所述的电车的控制装置，其特征在于，所述负载控制部根 据蓄电量或者状态量，使内置在所述负载即空调装置的压缩机驱动用电动机和 室外风扇停止，使室内风扇运转。
5. 如权利要求1所述的电车的控制装置，其特征在于，所述负载控制部可 根据蓄电量或者状态量，控制所述负载即送风装置的运转、停止。
6. 如权利要求1所述的电车的控制装置，其特征在于，所述负载控制部可 根据蓄电量或者状态量，控制所述负载即换气装置的运转、停止。
7. 如权利要求1所述的电车的控制装置，其特征在于，所述负载控制部设 置在控制所述电力储存装置的控制部内。
8. 如权利要求1所述的电车的控制装置，其特征在于，所述负载控制部设 置在汇集车辆内的设备信息以控制各个设备的车辆管理控制装置内。
9. 如权利要求1所述的电车的控制装置，其特征在于，所述负载控制部设 置在所述负载即空调装置、送风装置、换气装置中的至少一个中。
10. 如权利要求1所述的电车的控制装置，其特征在于，所述负载控制部 是与控制所述电力储存装置的控制部不同的装置，从所述电力储存装置向所述 负载控制部传送所述电力储存装置的蓄电量或者状态量。
全文摘要
本发明的电车的控制装置设置有驱动电动机的第一逆变器(5)；向负载提供电力的第二逆变器(10)；向上述第一及第二逆变器(5)、(10)提供电力的电力储存部(7)；以及可以根据上述电力储存部(7)的蓄电量，控制上述负载量的负载控制部(9A)，可以根据电力储存部(7)的蓄电量或者状态量，从负载控制部(9A)控制送风装置(11)、空调装置(12)、换气装置(13)的一部分或者全部使其停止等。
文档编号B60L3/00GK101505988SQ200680055568
公开日2009年8月12日 申请日期2006年8月10日 优先权日2006年8月10日
发明者北中英俊, 河本祥一 申请人:三菱电机株式会社