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JP6257931B2 - 電気駆動車両、電気駆動車両の制御装置及び電気駆動車両の制御方法 - Google Patents

電気駆動車両、電気駆動車両の制御装置及び電気駆動車両の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、電気駆動車両、電気駆動車両の制御装置及び電気駆動車両の制御方法に関する。
従来、ディーゼルエンジン等の原動機から電力供給を受けて電動機を駆動できる電気駆動車両が知られている。このような電気駆動車両としては、例えばダンプトラックがある。このダンプトラックは、ディーゼルエンジンと、このディーゼルエンジンの出力を電力に変換する発電機と、発電機から供給される電力を変換する電力変換機と、車輪を駆動する電動機とを備えている。
このようなダンプトラックが用いられる場面としては、例えば、露天掘りの採石場がある。採石場においては、平坦な道では、ディーゼルエンジンからの出力により発電機が発電した電力を電動機に供給してダンプトラックを動かしている。鉱床が現れるまで地表面を掘り下げているため、鉱石を積載したダンプトラックは、鉱床から地表面までの急な坂道を上り下りしている。
ダンプトラック本体の重さに加え、荷台に積載した鉱石の重さは数十トンを超す場合があり、ディーゼルエンジンだけを動力源として用いると非常に燃費が悪いことに加え、エンジンに対し高い負荷がかかるため、保守点検をこまめに実施せねばならず、メンテナンスコストも多くなるため、架線を張っておき、例えば坂道でダンプトラックを上る際には、架線から供給される電力により電動機を駆動させてダンプトラックを動かしている。
ディーゼルエンジン等の原動機からの電力供給と、架線からの電力供給を切替えて電動機を駆動できる電気駆動車両は、例えば特開2002−67776号公報に、架線からの給電が得られない時に起動されて走行装置を駆動可能とする発動発電機に関する技術として開示されている。
特開2002−67776号公報
ところで、架線から供給される電力により電動機を駆動させるいわゆるトロリー式の電気駆動車両では、架線電圧により電力変換器に供給される直流電圧が決定される。架線電圧は、一般に、発電機が出力する電圧よりも大きい。このため、ディーゼルエンジン等の動力源に基づくいわゆる非トロリーモードからトロリーモード、トロリーモードから非トロリーモードへと相互にモードを切替えた際に、電動機に対して急激な負荷変動が発生するところ、上記従来技術ではこのような現象を意識しておらず、そのため、電動機に負担をかけてしまう。また、エンジンおよび発電機に対しては、負荷となる電動機への電力を適切に制御できなければ、発電機から供給しようとする電力が、現在供給できる電力を超えてしまい、同様に、エンジンストールを発生させてしまう。
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、制御モードの切替えに際して、エンジンの状態による電気駆動車両への影響を抑えることが可能な電気駆動車両、電気駆動車両の制御装置及び電気駆動車両の制御方法を提供することある。
上記目的を達成するために、本発明では、整流器からの直流電力を電力変換して電動機を駆動する第1のモードと、集電器からの直流電力を電力変換して電動機を駆動する第2のモードについて、第2のモードから第1のモードへ切替るときに、発電機から電力変換器への電力が電力変換器から電動機への電力を超えないように制御するように構成した。
本発明によれば、第2のモードから第1のモードへ、エンジンがストールすることなく滑らかに切替えることができる。
本発明の一実施の形態例における非トロリーモード区間とトロリーモード区間の例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例におけるトロリー式のダンプトラックの内部構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態例における制御部が励磁部に供給する励磁電流指令を作成するための制御手順を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例における電力変換器出力原指令をエンジン速度フィードバック、制御ゲイン乗算指令および上限リミッタ動作指令により自動的に調整するための手順を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例におけるエンジン速度フィードバックと制御ゲインの関係を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例におけるトロリーモードから非トロリーモードへの切替え時における直流電圧及び直流電力の制御例を示す説明図である。
以下、本発明の一実施の形態例について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
はじめに、トロリー式のダンプトラック1の概要について説明する。
図1は、非トロリーモード区間とトロリーモード区間の例を示す説明図である。
トロリー式のダンプトラック1は、電気駆動車両の一例として用いられる。ダンプトラック1は、集電器としてのパンタグラフ5を備えると共に、内部に原動機としてのエンジン2と、エンジン2によって発電した交流電力を出力する発電機3と、交流電力によって駆動される電動機4とを備える。このエンジン2には、原動機の一例として、例えばディーゼルエンジンが用いられる。
ダンプトラック1は、2つのモード(トロリーモードと非トロリーモード)を切替えて、前進又は後進することが可能である。
ダンプトラック1が、例えば平坦な道を走る区間は、非トロリーモードで走行する非トロリーモード区間となる。このとき、エンジン2を駆動して、発電機3を動かし、電力を生成する。そして、発電機3が出力した電力を電動機4に供給して車輪を駆動し、ダンプトラック1を走行させる。
ダンプトラック1が急峻な坂道を走る区間は、トロリーモードで走行するトロリーモード区間となる。このような坂道では、エンジン2の出力だけではダンプトラック1の速度が遅くなってしまうため、トロリーモードにより架線6から電力を受けるようにしている。このとき、パンタグラフ5が架線6に接触し、架線6から直流電力を集電している。そして、パンタグラフ5は、架線6から集電した直流電力を電動機4に供給する。そして、トロリーモード区間では、エンジン2の駆動は停止させるか、最低限の回転数で駆動させておく。トロリーモード時のダンプトラック1は、エンジン2及び発電機3を駆動しないで走行することが出来るため、燃料消費量の低減が図れる。その後、ダンプトラック1が坂道を上りきって、再び平坦な道を走る際には、非トロリーモードに切替える。
図2は、トロリー式のダンプトラック1の内部構成例を示すブロック図である。
ダンプトラック1は、エンジン2、発電機3、整流器7、電流検出器8、電圧検出器9、平滑コンデンサ10、電力変換器11、電動機4、ギア12、車輪13を備える。また、ダンプトラック1は、制御部14、励磁部15、切替えスイッチ16、電圧検出器17、電流検出器18、接続点20、モード切替え司令部21、速度検出器22とを備える。
また、架線6には、整流ステーション19が設置されている。
なお、整流器7、電力変換器11、制御部14、切替えスイッチ16は、図示しないものの発電機3の動作を制御する発電機制御装置としても用いられる。
エンジン2は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。エンジン2の回転速度は速度検出器22により検出し、制御部14に出力する。
発電機3は、エンジン2に接続された不図示のシャフト等の回転により、発電を行って交流電力を出力する。発電機3が出力する交流電力は、整流器7が整流する。
整流器7は、発電機3から入力する交流電力を直流電力に変換する。整流器7からは、所定の電圧値とされた直流電圧が2つの出力端子(不図示)に印加される。
電流検出器8(第1の電流検出器)は、整流器7の一方の出力端子と、接続点20との間に接続される。電流検出器8は、非トロリーモードにおいて整流器7と接続点20との間で検出した直流電流値を制御部14に出力する。
電圧検出器9は、整流器7の両方の出力端子に接続される。電圧検出器9が直流電圧を検出すると、検出した直流電圧値が制御部14に送られる。
平滑コンデンサ10は、整流器7に並列に接続される。平滑コンデンサ10は、整流器7から供給される直流電圧、又は架線6から切替えスイッチ16を介して供給される直流電圧を充電し、平滑化する。
電力変換器11は、平滑コンデンサ10に並列に接続され、平滑コンデンサ10から出力される平滑化された直流電力を交流電力に変換する。
電動機4は、電力変換器11から出力される交流電力によって駆動され、ギア12を駆動する。
車輪13は、ギア12を介した電動機4によって駆動される。これにより、ダンプトラック1が走行する。
制御部14は、電流検出器8から直流電流値を受け取り、電圧検出器9から直流電圧値を受け取る。また、速度検出器22からエンジン速度検出値を受け取る。そして、制御部14は、受け取った直流電流値、直流電圧値、およびエンジン速度検出値により、励磁部15が発電機3に印加する励磁電流の値を決定する。制御部14は、決定した励磁電流の値を指令する指令信号を励磁部15に出力する。ダンプトラック1のような電気駆動車両において、発電機3に供給される励磁電流は、発電機3が出力する電圧を、整流器7により整流した直流電圧をフィードバックすることによって制御されている。
励磁部15は、制御部14から受け取った指令信号に基づいて、発電機3に励磁電流を出力し、発電機3を制御する。なお、励磁部15が発電機3に出力する励磁電流は、制御部14が監視している。このため、励磁電流が過大となった場合には、制御部14が異常であると速やかに認識し、励磁電流を低減させるような指示を励磁部15に出力する。
切替えスイッチ16は、パンタグラフ5及び接続点20との間に接続され、電力変換器11に入力する電力源を、架線6と発電機3のいずれかに切替える。そして、切替えスイッチ16は、非トロリーモードでは、架線6から供給される直流電力を遮断し、トロリーモードでは、架線6から供給される直流電力を接続点20から電力変換器11に出力する。
電圧検出器17は、架線6に接触する2本のパンタグラフ5間の直流電圧を検出し、この直流電圧値を制御部14に出力する。
電流検出器18(第2の電流検出器)は、2本のパンタグラフ5のうち、1本のパンタグラフ5に流れる架線6と切替えスイッチ16との間に接続される。そして、電流検出器18は、トロリーモードにおいて架線6と切替えスイッチ16との間で検出した直流電流値を制御部14に出力する。
整流ステーション19は、架線6に供給される直流電力を整流している。
接続点20は、整流器7の直流電力とパンタグラフ5の直流電力を受電するために用いられる。そして、切替えスイッチ16は、接続点20を介して、整流器7と平滑コンデンサ10に並列に接続されている。
モード切替え司令部21は、整流器7から供給される直流電力を電力変換器11に出力する非トロリーモードと、架線6から供給される直流電力を電力変換器11に出力するトロリーモードの切替えを制御部14に指令する。また、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え時は、後述する図4に示す、切替え部38と、切替え部40のオン・オフも制御部14に指令する。
速度検出器22は、エンジン2の回転速度を検出し、エンジン速度検出値を制御部14に出力する。
次に、ダンプトラック1の各部における動作例を説明する。
非トロリーモード時は、切替えスイッチ16がオフである。このとき、エンジン2が発電機3を駆動することで発電機3は交流電力を出力する。そして、発電機3は、整流器7に接続されており、整流器7は発電機3が出力する交流電力を直流電力に変換して出力する。整流器7が出力する直流電力は平滑コンデンサ10によって平滑化され、電力変換器11によって交流電力に変換される。この交流電力が電動機4に出力される。電力変換器11に接続される電動機4は、ギア12を介して車輪13に接続されており、電動機4がギア12を駆動すると、車輪13が回転し、ダンプトラック1が前進又は後進したり、加速したりする。
トロリーモード時は、切替えスイッチ16がオンである。このとき、パンタグラフ5を架線6に接続し、整流ステーション19が整流した直流電力が接続点20を介して電力変換器11に供給される。電力変換器11は架線6から供給された直流電力を交流電力に変換する。そして、電力変換器11は電動機4を駆動する。電動機4はギア12を介して車輪13に接続されており、電動機4が車輪13を回転させる。この時、エンジン2はアイドル状態であり、発電機3から交流電力が出力されない。
架線電圧は電圧検出器17、架線電流は電流検出器18により検出される。そして、制御部14は、電圧検出器17が検出した架線電圧と、電流検出器18が検出した架線電流により、架線6から受け取る架線供給直流電力の変動を予測し、モードの切替えを滑らかに切替えることができる。
トロリー式の電気駆動車両において、トロリーモードから非トロリーモードへのモードの切替え時には、アイドル状態であるエンジン2を動作させて、発電機3から交流電力を出力させる。そして、整流器7により整流された直流電力を徐々に増やし、架線6から供給される直流電力を徐々に減らすように切替えることで、モードを滑らかに切替えていた。
逆に、非トロリーモードからトロリーモードへのモードの切替え時には、発電機3から交流電力を出力させ、整流器7により整流された直流電力を徐々に減らす。そして、架線6から供給される直流電力を徐々に増やすように切替えることで、モードを滑らかに切替えていた。
しかし、トロリーモードと非トロリーモードの切替え時には、切替えスイッチ16がオンされている。そして、接続点20から切替えスイッチ16、パンタグラフ5を介し、架線6に接続されているため、電圧検出器9で検出される直流電圧は、架線電圧により決定されている。
ここで、励磁部が出力する励磁電流は、本実施の形態例における整流器7に相当する整流器によって整流された直流電圧を電圧検出器9で検出し、発電機3から所望の電力が出力されるように制御部14が制御を行うとすると、また、トロリーモード時は、エンジン2はアイドル状態であり、発電機3からは交流電力が出力されないのであり、この状態から非トロリーモードへの切替えを実施するためには、整流器7により整流された直流電力を徐々に増やす必要があるが、整流器7から出力可能な直流電力はエンジン2の回転数によって決まるため、アイドル状態に近い状態でエンジンに対し急激に負荷を増やすと、エンジン過負荷によりストールを招く可能性があった。
この場合には、電圧検出器9で検出する、架線電圧が反映された直流電圧だけを用いて発電機3の励磁電流を制御し、発電機3から所望の電力が出力されるように制御する事は困難となる。
そのため、本実施の形態例に係る制御部14では、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え時には、発電機3から接続点20の間に設置されている電流検出器8で検出される出力電流値により、励磁部15に指令信号を供給するとともに、速度検出器22で検出されるエンジン速度検出値により、電力変換器11に出力指令を供給する。これにより、制御部14は、励磁部15が発電機3に供給する励磁電流および電力変換器11が電動機4に供給する交流電力を制御している。
この制御は、電力変換器11が電動機4に供給する交流電力が、エンジン2によって発電した交流電力を出力する発電機3の供給可能電力を超えないようにしつつ、励磁電流を徐々に増やしていくことで、整流器7から供給される直流電力を徐々に増やす一方で架線から供給される直流電力を徐々に減らし、モード切替を実施する。
以下に、制御部14が行う発電機3の発電機制御方法について詳細な説明を行う。
図3は、制御部14が励磁部15に励磁電流指令を出力するための制御手順を示す説明図である。
制御部14は、減算器31、PI制御部32、減算器33、PI制御部34、切替え部35を備える。
制御部14は、非トロリーモードである場合に、発電機3が出力する直流電圧を制御するための発電機直流電圧指令を、電圧検出器9が検出した直流電圧値によりフィードバック制御して求めた励磁電流を励磁部15から発電機3に供給させる制御を行う。一方、トロリーモードである場合に、発電機3が出力する直流電流を制御するための発電機直流電流指令を、電流検出器8が検出した直流電流値によりフィードバック制御して求めた励磁電流を励磁部15から発電機3に供給させる制御を行う。なお、発電機直流電流指令を、電流検出器8が検出した直流電流値によりフィードバック制御する処理は、非トロリーモードとトロリーモードの切替え期間にも行われる。
具体的には、減算器31には、発電機3が出力する直流電圧を制御するための発電機直流電圧指令がプラス値として供給され、電圧検出器9が検出する発電機3が出力した直流電圧のマイナス値が、直流電圧フィードバック信号として供給される。PI制御部32には、発電機直流電圧指令から直流電圧フィードバック信号を減じた差分値が入力され、PI制御部32において、発電機励磁電流指令(指令信号の一例)のPI制御がなされる。PI制御部32が出力する発電機励磁電流指令は、切替え部35に出力される。
一方、減算器33には、発電機3が出力する直流電流を制御するための発電機直流電流指令がプラス値として供給され、電流検出器8が検出する発電機3が出力した直流電流のマイナス値が、直流電流フィードバック信号として供給される。PI制御部34には、発電機直流電流指令から直流電流フィードバック信号を減じた差分値が入力され、PI制御部34において、PI制御がなされる。PI制御部34が出力する発電機励磁電流指令は、切替え部35に出力される。
切替え部35には、モード切替え司令部21から受け取った切替え指令である、現在設定されている走行モード(トロリーモード又は非トロリーモードの別)が供給される。そして、励磁部15は、この切替え指令に基づいて、PI制御部32,34のいずれかに切替えた後、モードに合わせた励磁電流指令を受け取る。例えば、非トロリーモードに設定されていれば、減算器31、PI制御部32を経た発電機励磁電流指令が励磁部15に供給され、励磁部15から発電機3に励磁電流が出力される。一方、トロリーモードに設定されていれば、減算器33、PI制御部34を経た発電機励磁電流指令が励磁部15に供給され、励磁部15から発電機3に励磁電流が出力供給される。
図4は、制御部14が電力変換器11に電力変換器出力指令を出力するための制御手順を示す説明図である。
制御部14は、制御ゲイン算出部36、乗算器37、切替え部38、上限リミッタ部39、切替え部40を備える。
制御ゲイン算出部36には、速度検出値22が出力するエンジン速度検出値が、エンジン速度フィードバック信号として供給され、図5に示す関係に従った制御ゲインを出力する。図5のように、制御ゲインは0から1の間で設定され、エンジン速度フィードバック信号が大きくなるほど、出力する制御ゲインを大きくする設定としている。ここで、エンジン速度フィードバック信号が0からEF1までは制御ゲインを一定に、エンジン速度フィードバック信号がEF1からEF2までは制御ゲインを徐々に大きくして、エンジン速度フィードバック信号がEF2からEF3までは制御ゲインが更に傾きを大きくして、エンジン速度フィードバック信号が3からEF4までは制御ゲインをほぼEF1からEF2までと傾きを同様として、エンジン速度フィードバック信号がEF4からは制御ゲインを一定にしている。
乗算器37には、前記制御ゲインと、電力変換器出力原指令が入力され、この2つの乗算を実施する。このとき、制御ゲインは0から1の間で設定されるため、乗算器37は、アイドル状態などでエンジン速度フィードバック値が小さい時は、電力変換器出力原指令を小さくする機能を持つ。切替え部38には、モード切替え司令部21から受け取った切替え指令である、制御ゲイン乗算指令が供給され、この制御ゲイン乗算指令の状態により、出力を変化させる機能を持つ。例えば、制御ゲイン乗算指令がオンであれば、乗算器37における乗算結果を出力とし、一方、制御ゲイン乗算指令がオフであれば、電力変換器出力原指令をそのまま出力する。
上限リミッタ部39は、切替え部38の出力が供給され、供給された値が予め設定された上限値を超えていた場合は、その上限値を出力する。逆に、供給された値が予め設定された上限値以下である場合は、供給された値をそのまま出力する。切替え部40には、モード切替え司令部21から受け取った切替え指令である、上限リミッタ動作指令が供給され、電力変換器11は、この切替え指令に基づいて、切替え部38、上限リミッタ部39のいずれかに切替えた後、上限リミッタ動作指令に合わせた電力変換器出力指令を受け取る。例えば、上限リミッタ動作指令がオンであれば、上限リミッタ部39の出力が電力変換器11に供給される。一方、上限リミッタ動作指令がオフであれば、切替え部38の出力がそのまま電力変換器11に供給される。
図6は、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え時における直流電圧及び直流電力の制御例を示す説明図である。
通常、トロリーモードから非トロリーモードへの切替えに際しては、数秒程度の切替え時間を要している。
トロリーモードにおいて、制御部14の指示に基づいて切替えスイッチ16はオンされる。このとき、電力変換器11に供給される直流電圧は架線電圧にほぼ等しい。一方、エンジン2はアイドル状態であり、発電機3は最低限の発電しか行わないため、発電機3が出力し、整流器7が整流した後の直流電圧はほぼゼロに近い。このとき、架線6から供給される架線供給直流電力は架線電圧から求まる値で一定であり、発電機3が出力する発電機出力直流電力は、ほぼゼロに近い。
トロリーモードから非トロリーモードへの切替えが始まると(時刻t1)、架線6からの供給直流電力は、ステップ状に徐々に減らされ、逆に、発電機3からの出力直流電力がステップ状に徐々に増やされる。ここで、架線6からの供給直流電力が減らされ始めるタイミング(t1)は、発電機出力直流電力が増やされるタイミングと同時である(t1)。ただし、このとき(t1)、制御部14の指示に基づいて上限リミッタ動作スイッチ40がオフからオンに切り替わり、上限リミッタ部39が動作し、エンジンがアイドル状態に近い状態である時は、電力変換器11が出力する交流電力に上限が設定され、発電機3が整流器7を介して供給可能な電力以上に電動機4への交流電力を増やさないようにしている。これは、モード切替え途中でエンジン2が過負荷となってストールしないようにするためである。
第1の切替え期間41において(t1からt2)、発電機3の出力直流電力はステップ状に増やされると同時に、架線6からの供給直流電力はステップ状に減らされる。この2種の直流電力がステップ状に変化し始めると、電力変換器11に供給される直流電圧が乱される。
その後、第2の切替え期間42(t2からt3)では、非トロリーモードにおいて発電機3が目的とする電力値まで、架線6からの供給直流電力の電力値が下がると、発電機3の出力直流電力が増加され始める。このとき、制御部14の指示に基づいて上限リミッタ動作スイッチ40はオフする一方で(t2)、制御ゲイン乗算スイッチ38がオンし(t2)、エンジン速度が上昇中の状態である場合は、エンジン速度フィードバック値に応じた電力変換器11の出力指令を出力する。これも、モード切替え途中でエンジン2が過負荷となってストールしないようにするためである。すなわち、第2の切替え期間42でも、発電機3が整流器7を介して供給可能な電力以上に電動機4への交流電力を増やさないようにして、エンジン2が過負荷となってストールしないようにしている。なお、第1の切替え期間41と第2の切替え期間42の切り替わりの瞬間に(t2)、発電機3の整流後の出力電圧が架線電圧にほぼ等しくなるまで上げられる。
その後、架線6からの供給直流電力がほぼゼロになった時点(第2の切替え期間42の終了時点、t3)で、切替えスイッチ16および制御ゲイン乗算スイッチ38がオンからオフに切り替わる。これにより、トロリーモードから非トロリーモードへの切替えが完了する。
以上説明した本実施の形態例に係るダンプトラック1によれば、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え時に発電機3から接続点の間で検出される電流値に基づいて励磁電流を制御するとともに、速度検出器22で検出されるエンジン速度検出値により、電力変換器11に出力指令を供給する。これにより、トロリーモードから非トロリーモードへ滑らかに切替えることができる。
すなわち、制御部14は、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え期間において、発電機3から接続点20の間で検出される電流値に基づいて、励磁部15が発電機3に供給する励磁電流を制御する。この制御は、電力変換器11が電動機4に供給する交流電力が、エンジン2によって発電した交流電力を出力する発電機3の供給可能電力を超えないようにしつつ、励磁電流を徐々に増やしていくことで、整流器7から供給される直流電力を徐々に増やす一方で架線から供給される直流電力を徐々に減らし、モード切替を実施するものである。これにより、トロリーモードから非トロリーモードへの切替え時に、エンジン2に対して急激な負荷を与えない。
なお、上述した実施の形態例によれば、第1の切替え期間41において発電機出力直流電力と架線供給直流電力の増加減をステップ状に実施するようにしたが、一定の変化率で連続的に変化させることも可能である。ただし、発電機出力直流電力の増加を架線供給直流電力の減少より遅く実施すると、エンジン2に対する負荷の変化率が急峻となりストールを引き起こす可能性があるため、両者は同時に実施することが必要である。
なお、上述した実施の形態例では、電気駆動車両の一例としてダンプトラック1について説明したが、他にもバス、クレーン車等の様々な種類の車両に適用することができる。
また、エンジン2には、ディーゼルエンジンを用いた例を挙げたが、ガソリンエンジン、水素エンジン、燃料電池、バッテリ駆動によるエンジン等を用いてもよい。
また、電流検出器8,18は、少なくともいずれか1つを備えるようにしてもよい。これにより、ダンプトラック1の重量を軽減し、使用電力も減らすことができる。
また、制御部14は、発電機直流電圧指令と発電機直流電流指令に基づいて、PI制御して励磁電流指令を出力するようにしたが、他の方式により制御を行って、発電機励磁電流指令を出力するようにしてもよい。
また、速度検出器22は、エンジン2の出力側に配置し、エンジン2の回転速度を検出する例を挙げたが、エンジン2と発電機3が同期して回転するのであれば、発電機3の出力側に配置し、発電機3の回転速度を使用してもよい。
また、本発明は上述した実施の形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上記した実施形態例は本開示を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、又はICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
以上のように、本実施例では、原動機によって発電機が発電する交流電力を整流器が直流電力に変換する。そして、整流器の直流電力と、架線から直流電力を集電する集電器からの直流電力を受電する接続点に接続される電力変換器が、接続点から出力される直流電力を交流電力に変換して、交流電力によって電動機を駆動する。
次に、整流器から供給される直流電力を電力変換器に出力する第1のモードと、架線から供給される直流電力を電力変換器に出力する第2のモードにおける、第1及び第2のモードの切替え期間において、制御部は以下の制御を行う。
制御部は、発電機から接続点の間で検出される電流値に基づいて、励磁部に指令信号を供給し、励磁部から発電機に励磁電流を出力させる。このとき、制御部は、第2のモードから第1のモードへの切替時に、原動機の回転速度に従い、電力変換器から出力する交流電力を自動的に調整する。これにより、整流器から供給される直流電力が、発電機が供給可能な電力を超えないようにしつつ徐々に増やしていくことで、架線から供給される直流電力を徐々に減らし、モード切替を実施する。
そして、集電器及び接続点との間に接続される切替えスイッチが、第1のモードでは、架線から供給される直流電力を遮断し、第2のモードでは、架線から供給される直流電力を接続点から電力変換器に出力するものである。
本実施例によれば、制御部は、発電機から接続点の間で検出される電流値および原動機の回転速度に基づいて、励磁部が発電機に出力する励磁電流および電力変換器から出力する交流電力を制御することで、第2のモードから第1のモードへエンジンがストールすることなく滑らかに切替えることができる。
1…ダンプトラック、2…エンジン、3…発電機、4…電動機、5…パンタグラフ、6…架線、7…整流器、8…電流検出器、9…電圧検出器、10…平滑コンデンサ、11…電力変換器、12…ギア、13…車輪、14…制御部、15…励磁部、16…切替えスイッチ、17…電圧検出器、18…電流検出器、19…整流ステーション、20…接続点、21…モード切替司令部、22…速度検出器

Claims (8)

  1. 原動機から駆動力を受けて交流電力を出力する発電機と、
    前記発電機が出力する交流電力を直流電力に変換する整流器と、
    直流電力を所望の交流に変換する電力変換器と、
    動機によって駆動される車輪を有する電気駆動車両であって、
    第1のモードとして前記整流器からの直流電力を前記電力変換器により電力変換して前記電動機を駆動し、第2のモードとして集電器からの直流電力を前記電力変換器により電力変換して前記電動機を駆動するように制御する制御部を有し、
    前記制御部は、前記第2のモードから前記第1のモードへ切替る場合に、前記電力変換器の出力を制限し、前記集電器から前記電力変換器への電力および前記整流器から前記電力変換機への電力をそれぞれ所定の値になるよう増加減した後に、前記第2のモードから前記第1のモードへ切替えを実施し、
    前記所定の値は、前記発電機から前記電力変換器へ供給可能な電力超えない気駆動車両。
  2. 請求項1において、前記発電機の励磁電流を供給する励磁部を有し、
    前記制御部は、前記第1のモードである場合に、前記発電機が出力する直流電圧を制御するための発電機直流電圧指令に、前記整流器と前記電力変換器との間で検出された直流電圧値に基づいた指令信号を前記励磁部に供給し、
    前記第2のモードである場合に、前記発電機が出力する直流電流を制御するための発電機直流電流指令に、前記整流器と前記接続点との間で検出された直流電流値に基づいた制御を行って求めた前記指令信号を前記励磁部に供給する電気駆動車両。
  3. 請求項2において、前記整流器の直流電力と前記集電器の直流電力は接続点で合わさって受電され、前記集電器及び前記接続点との間に接続され、前記第1のモードでは、前記架線から供給される前記直流電力を遮断し、前記第2のモードでは、前記架線から供給される直流電力を前記接続点から前記電力変換器に出力する切替えスイッチを有し、
    少なくとも前記整流器と前記接続点との間に接続される第1の電流検出器、又は前記架線と前記切替えスイッチとの間に接続される第2の電流検出器のうち、いずれか1つを備え、
    前記第1の電流検出器は、前記第1のモードにおいて前記整流器と前記接続点との間で検出した直流電流値を前記制御部に出力し、
    前記第2の電流検出器は、前記第2のモードにおいて前記架線と前記切替えスイッチとの間で検出した直流電流値を前記制御部に出力する電気駆動車両。
  4. 請求項3において、前記制御部は、前記発電機から前記接続点の間における出力電力がステップ状に増加減するように、前記指令信号を供給する電気駆動車両。
  5. 請求項4において、前記制御部は、前記ステップの変化量を増加減の変化の途中で変えて前記指令信号を供給する電気駆動車両。
  6. 請求項3において、前記制御部は、前記出力電力の変化率を変化の途中で変えて前記指令信号を供給する電気駆動車両。
  7. 原動機から駆動力を受けて交流電力を出力する発電機と、
    前記発電機が出力する交流電力を直流電力に変換する整流器と、
    直流電力を所望の交流に変換することで電動機を駆動する電力変換器と、
    前記電動機によって駆動される車輪を有する電気駆動車両を制御する電気駆動車両の制御装置であって、
    第1のモードとして前記整流器からの直流電力を電力変換して前記電動機を駆動し、第2のモードとして電器からの直流電力を電力変換して前記電動機を駆動するように制御するように構成され、
    前記第2のモードから前記第1のモードへ切替る場合に、前記電力変換器の出力を制限し、前記集電器から前記電力変換器への電力および前記整流器から前記電力変換機への電力をそれぞれ所定の値になるよう増加減した後に、前記第2のモードから前記第1のモードへ切替えを実施し、
    前記所定の値は、前記発電機から前記電力変換器へ供給可能な電力超えない気駆動車両の制御装置。
  8. 第2のモードとして集電器らの直流電力を電力変換器により電力変換して電動機を駆動し、
    第1のモードとして発電機からの電力を整流器で整流し直流電力を前記電力変換器が電力変換して前記電動機を駆動し、
    前記第2のモードから前記第1のモードへ切替る場合に、前記電力変換器の出力を制限し、前記集電器から前記電力変換器への電力および前記整流器から前記電力変換機への電力をそれぞれ所定の値になるよう増加減した後に、前記第2のモードから前記第1のモードへ切替えを実施し、
    前記所定の値は、前記発電機から前記電力変換器へ供給可能な電力超えない気駆動車両の制御方法。
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