KR20130100785A

KR20130100785A - 전기차의 제어장치

Info

Publication number: KR20130100785A
Application number: KR1020137012323A
Authority: KR
Inventors: 히데토시 기타나카
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: US20130229052A1; WO2012073351A1; EP2647521B1; EP2647521A1; JP5020420B2; US9340111B2; CN103221247B; KR101506411B1; EP2647521A4; JPWO2012073351A1; CN103221247A

Abstract

전기차의 제어장치는 외부 전원으로부터 입력된 전압을 소정의 값의 직류로 변환하여 전력 저장부(50)로 출력하는 컨버터 회로(20)와, 외부 전원 또는 전력 저장부(50)로부터 임의의 전력 공급을 받아 소정의 값의 교류로 변환하는 인버터 회로(70)와, 컨버터 회로(20)의 이상 상태 검지 결과에 기초하여 컨버터 회로(20)의 제어를 실시함과 아울러, 검지 결과에 기초하여 보호 상태 신호를 생성하는 컨버터 제어부(30)와, 보호 상태 신호가 입력되고, 보호 상태 신호가 컨버터 회로(20)가 이상 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 이상시 대응 제어를 인버터 회로(60)에 대하여 실행하는 인버터 제어부(80)를 구비한다.

Description

전기차의 제어장치{CONTROL DEVICE FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전력 저장 소자를 구비한 전기차에 제공되는 전기차의 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기차는 가선(架線)으로부터의 전력을 집전장치로 도입하고, 도입한 전력을 사용하여 인버터 등의 전력 변환 장치로 전동기를 구동하여 주행하는 구성을 하고 있다.

또, 전기차에서는 차량에 브레이크를 걸 때는 전동기를 회생 운전하여 브레이크력을 얻는 이른바 회생 브레이크가 이용된다. 이때 발생하는 회생 전력은 가선이나 제3 선로 등을 통하여, 자차 부근에 존재하는 다른 역행 차량이나 차량의 공조 등의 부하에 공급되고, 그곳에서 소비되게 된다.

그렇지만, 이른 아침, 야간이나, 열차의 운행 편수가 적은 한산한 선구(線區)에서는 자차 부근에 다른 차량이 존재하지 않는(회생 부하가 부족한) 경우가 발생하여, 회생 브레이크에 의하여 발생한 회생 전력이 충분히 소비되지 않는 경우가 존재한다. 다른 차량에서 소비되는 전력보다 자차의 회생 전력이 커지면 가선 전압이 상승하게 되어 가선에 접속되는 각종 기기를 과전압으로 트립(trip)시키거나 파손시킬 우려가 있다.

이 때문에, 가선 전압이 상승한 경우, 인버터 장치는 회생 브레이크를 좁혀 회생 전력의 발생을 억제하는 회생 교입 제어(regenerative narrowing-down control)를 실시한다. 이때, 이 회생 교입 제어에 의하여 회생 브레이크력이 감소하므로, 감소하여 부족한 브레이크력은 마찰 브레이크로 보충한다.

한편, 마찰 브레이크를 사용하는 것은 본래 전력 회생이 가능한 전기차의 운동 에너지의 일부를 열로서 대기중에 폐기하는 것으로 이어지므로, 에너지 절약이라는 관점에서 바람직하지 않다.

이에, 전기차에 2차 전지나 전기 이중층 커패시터와 같은 전력 저장 소자를 탑재하여 필요에 따라 회생 전력을 전력 저장 소자에 저장함으로써 회생 부하가 부족한 경우라도 안정적인 회생 브레이크를 얻는 시스템이 개발되어 있다.

또한 전기차가 역행(力行)할 때는 가선에서 공급하는 전력과 전력 저장 소자에서 방전하는 전력의 배분을 적절히 제어하면서 전기차를 주행시키는 것이 가능하므로, 에너지가 절약된다.

또, 전력 저장 소자를 탑재한 전기차가 가선으로부터의 수전을 실시하지 않는 비전화구간(非電化區間)을 주행하는 경우는, 전력 저장 소자로부터의 전력만을 사용하여 전동기를 구동하여 가속하고, 또 브레이크 시에 전동기가 생성하는 회생 전력은 모두 전력 저장 소자에 저장하게 된다(예를 들면 특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 일본 특개 2009－171772호 공보

상기 특허문헌 1에 기재된 발명에서는 가선으로부터 DCDC 컨버터를 통하여 수전한 전력과 전력 저장 소자인 배터리의 전력을 병용하여 인버터로 전동기를 구동하는 구성으로 되어 있다. 전기차가 전화구간을 주행하는 경우, 인버터는 DCDC 컨버터와 전력 저장 소자로부터 최적의 배분으로 전력을 수전하여 전동기를 구동하여 주행한다. 또 DCDC 컨버터는 전력 저장 소자의 충전량을 비전화구간 주행 시에 충분하도록 충전 제어한다. 한편, 전기차가 비전화구간을 주행하는 경우, 인버터는 전력 저장 소자의 전력만을 수전하여 전동기를 구동하여 주행한다. 이와 같은 시스템은 전화구간과 비전화구간을 상호 직통 운전하는 전기차에 유용한 시스템이다.

여기서, DCDC 컨버터나 인버터는 회로 중의 전압이나 전류의 과도적(過渡的)인 변동에 의하여, 일시적으로 과전압이나 과전류 상태가 되는 경우가 있다. 이 때문에, 이와 같은 사상(事象)이 검출되면 DCDC 컨버터나 인버터를 일단 정지시키는 보호 회로가 구비되어 있는 것이 일반적이다. 이와 같은 사상은 외부 요인(예를 들면 가선 전압의 변동)에 의한 일시적인 것인 경우가 많으므로, 운전사에 의한 리셋 조작 등으로 DCDC 컨버터나 인버터를 재기동함으로써 정상 동작으로의 복귀가 가능하도록 구성되어 있다.

이와 같은 시스템에 있어서는 전기차가 전화구간을 역행 주행중에 DCDC 컨버터가 고장 등으로 이상 정지한 경우, 그때까지 DCDC 컨버터 경유로 가선으로부터 수전하고 있던 전력이 제로가 되므로, 인버터에 공급되는 전력은 모두 전력 저장 소자로부터 공급되게 된다. 전력 저장 소자의 용량이 충분하고 전기차를 주행시키기 위해 필요한 전력 모두를 전력 저장 소자가 공급할 수 있는 경우, DCDC 컨버터의 정지 전후에 인버터에 공급되는 전력은 변화하지 않으므로, 전동기는 정상적으로 운전되고 전기차의 역행 주행은 DCDC 컨버터의 정지 전후에 변함없이 계속된다.

이 상태로 전기차가 역행 주행을 계속하는 경우, 전력 저장 소자의 충전량이 저하되어 버리고, 최종적으로는 전력 저장 소자가 과방전되어 인버터로의 전력 공급이 불가능해져, 전기차는 주행 불능이 되어 버릴 우려가 있다.

또, 인버터가 가선으로부터의 전력 공급 또는 전력 저장 소자로부터의 전력 공급을 선택적으로 받아 전동기를 구동함과 아울러, 전화구간 주행중에 DCDC 컨버터를 사용하여 전력 저장 소자를 충전하도록 구성한 전기차에서는, DCDC 컨버터의 정지를 운전사가 알아차리지 못한 경우, 전기차가 전화구간에서 비전화구간으로 진입하는 시점에, 비전화구간을 주행하기 위해 필요한 충전량을 확보하지 못하고 비전화구간을 주행할 수 없게 되는 트러블이 발생할 우려가 있다.

이와 같은 트러블의 발생을 방지하기 위하여, DCDC 컨버터가 정지한 경우, 운전대의 표시등을 점등시키거나, 운전대에 있는 기기 감시 모니터 장치에 DCDC 컨버터가 정지하였다는 취지를 표시시키거나 하여, 운전사에게 DCDC 컨버터의 재기동을 촉구하는 구성으로 하는 것을 생각할 수 있다. 그렇지만, 운전사가 이러한 표시를 알아차리지 못하고 역행 주행을 계속해 버리는 경우를 생각할 수 있으므로, 상기 트러블의 발생을 충분히 회피할 수 있다고는 말하기 어려우며, 새로운 방지책이 제공될 것을 요한다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 가선으로부터의 전력과 전력 저장 소자로부터의 전력을 병용하여 전동기를 구동하는 전기차의 제어장치에 있어서, DCDC 컨버터가 정지한 경우에 있어서, 운전사에게 DCDC 컨버터의 재기동을 적확하게 촉구할 수 있는 전기차의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 관한 전기차의 제어장치는 외부 전원으로부터 입력된 전압을 소정의 값의 직류로 변환하여 전력 저장부로 출력하는 제1 전력 변환부와, 상기 외부 전원 또는 상기 전력 저장부로부터 임의의 전력의 공급을 받아 소정의 값의 교류로 변환하는 제2 전력 변환부와, 상기 제1 전력 변환부의 이상 상태를 검지하는 이상 검지부와, 상기 이상 검지부에 의한 검지 결과에 기초하여 상기 제1 전력 변환부의 제어를 실시함과 아울러, 당해 검지 결과에 기초하여 보호 상태 신호를 생성하는 제1 제어부와, 상기 보호 상태 신호가 입력되고, 당해 보호 상태 신호가 상기 제1 전력 변환부가 이상 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 이상 시 대응 제어를 상기 제2 전력 변환부에 대하여 실행하는 제2 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 발명에 따르면, 제2 전력 변환부의 제어 동작을 제1 전력 변환부의 이상 상태 검지 결과에 따라 전환하는 것으로 하였므로, 운전사에게 제1 전력 변환부의 정지를 알아차리게 하여 재기동을 촉구할 수 있어, 운전사가 제1 전력 변환부의 정지를 알아차리지 못하고 전기차의 운전을 계속하여 전력 저장부가 과방전되어 버리는 것을 방지할 수 있다는 효과를 보인다. 또, 전기차가 전화구간에서 비전화구간으로 진입하는 시점에서 전력 저장부의 충전량이 부족해 버리는 트러블을 회피할 수 있다는 효과를 보인다.

도 1은 실시형태 1에 있어서의 전기차의 제어장치의 구성례를 나타내는 도면이다.
도 2는 컨버터 회로의 구성례를 나타내는 도면이다.
도 3은 컨버터 제어부의 구성례를 나타내는 도면이다.
도 4는 인버터 제어부의 구성례를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시형태 2에 있어서의 전기차의 제어장치의 구성례를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명에 관한 전기차의 제어장치의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의하여 이 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시형태 1.

도 1은 실시형태 1에 있어서의 전기차의 제어장치의 구성례를 나타내는 도면이다. 본 실시형태의 전기차의 제어장치는 주된 구성요소로서 컨버터부(10), 주간 제어기(40), 전력 저장부(50), 인버터부(60) 및 전동기(90)를 구비하고 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이 도시하지 않은 외부 전원인 변전소로부터의 전력은 가선(1)에서부터 집전장치(2)를 통하여 예를 들면 DCDC 컨버터인 컨버터부(10)로 입력된다. 컨버터부(10)로부터의 리턴 전류는 차륜(3)을 경유하여 레일(4)에 접속되고, 도시하지 않은 변전소의 음극 측으로 되돌아간다.

컨버터부(10)는 직류／직류 변환을 실시하는 주회로이고, 제1 전력 변환부로서 동작하는 컨버터 회로(20)와 제1 제어부인 컨버터 제어부(30)를 구비한다. 또한, 컨버터 회로(20)는 쌍방향 승강압 초퍼 회로(chopper circuit)가 바람직하다. 또, 상세에 대하여는 후술할 것이나, 컨버터 회로(20)에는 입력 측과 출력 측에 전압이나 전류를 평활화하기 위한 리액터나 콘덴서로 이루어진 필터 회로를 포함하는 경우가 일반적이다.

컨버터부(10)의 출력은 2 계통으로 분기(分岐)되어 있고, 그 일방에는 인버터부(60)가 접속된다. 인버터부(60)는 직류／교류 변환을 실시하는 주회로이며, 제2 전력 변환부로서 동작하는 인버터 회로(70)와 제2 제어부인 인버터 제어부(80)를 구비한다. 또한, 인버터 회로(70)는 전압형 PWM 인버터 회로가 바람직하며, 그 회로 구성은 공지이므로 설명을 생략한다. 또한 그 입력 측에는 상기의 컨버터 회로(20)와 마찬가지로 전압이나 전류를 평활화하기 위한 리액터나 콘덴서로 이루어진 필터 회로를 포함하는 경우가 일반적이다.

인버터부(60)의 교류 출력 측에는 전동기(90)가 접속된다. 전동기(90)는 복수대를 병렬로 접속하여도 좋다. 전동기(90)는 차륜(3)을 구동하고, 전기차를 주행시킨다.

컨버터부(10)의 출력의 2 계통 중 다른 일방에는 2차 전지나 전기 이중층 커패시터와 같은 전력 저장 소자를 직병렬로 접속하여 구성된 전력 저장부(50)가 접속된다. 전력 저장부(50)는 컨버터부(10)에 의하여 소정의 전류로 충방전 제어되는 것 외에 인버터부(60)로 역행 전력을 공급하거나 인버터부(60)로부터의 회생 전력을 흡수하거나 한다.

또한, 인버터부(60)를 도시를 생략하고 있는 공조 장치나 차내 조명 등의 보기에 대하여 전력 공급을 실시하는 보조 전원 장치의 인버터로 하여도 좋다. 이 경우, 도 1에 있어서 전동기(90)를 보기로 치환한 구성이 된다. 이 이외의 구성요소(컨버터부(10) 등)의 구성 및 접속 관계는 인버터부(60)의 목적에 의존하지 않고(전력의 공급선에 의존하지 않고) 동일하게 된다.

주간(主幹) 제어기(40)는 전기차의 운전대에 설치되어 있으며, 운전사가 컨버터부(10)와 인버터부(60)에 운전 제어 지령을 입력하기 위한 스위치나 레버를 구비하고 있다. 예를 들면, 도시한 바와 같이 전기차의 역행 가속력을 조정하기 위한 역행 가속 레버(41), 브레이크력을 조정하기 위한 브레이크 레버(42), 컨버터부(10)나 인버터부(60)에 이상이 발생하였을 때 리셋을 실시하기 위한 리셋 스위치(43)를 가지고 있다. 그 외의 스위치나 레버 등에 대하여는 도시를 생략하고 있다.

운전 제어 지령은 운전사의 스위치 조작에 의하여 생성되고, 도시를 생략하고 있는 전기차의 가속, 감속을 조정하기 위한 역행 지령, 브레이크력 지령, 후술할 리셋 신호 RST, 중립 위치(neutral) 신호 NOFF로 구성된다.

리셋 신호 RST는 컨버터부(10)나 인버터부(60)에 있어서 과전압이나 과전류 등의 이상이 발생하여 장치의 동작이 일단 정지한 경우에, 운전사의 판단에 따라 장치를 재기동함으로써 생성된다. 구체적으로는 운전사가 리셋 스위치(43)를 조작한 경우에 생성되는(상태가 변화하는) 신호이다.

중립 위치(neutral) 신호 NOFF는 역행 가속 레버(41)를 역행 오프 위치(역행 가속하지 않고, 타행 주행하는 경우에 선택)로 하였을 경우나, 브레이크 레버(42)를 브레이크 오프 위치(브레이크를 해제하는 경우에 선택)로 하였을 경우에 생성되는(상태가 변화하는) 신호이다.

상기 리셋 신호 RST 및 중립 위치 신호 NOFF는 컨버터 제어부(30)와 인버터 제어부(80)에 입력된다.

또한, 리셋 신호 RST와 중립 위치 신호 NOFF는, 도 1의 구성, 즉, 각각의 신호를 직접 컨버터 제어부(30)와 인버터 제어부(80)에 입력하는 구성 이외에, 어느 일방의 제어부에만 입력하고, 입력된 제어부에서 다른 일방의 제어부로 리셋 신호 RST와 중립 위치 신호 NOFF의 상태를 전송하는 구성으로 하여도 좋다.

또, 리셋 신호 RST와 중립 위치 신호 NOFF를 컨버터 제어부(30)와 인버터 제어부(80)의 기능을 포함하는 도시하지 않은 통괄 제어부에 입력하는 구성으로 하고, 입력된 리셋 신호 RST와 중립 위치 신호 NOFF를 컨버터 제어부(30)와 인버터 제어부(80)로 전송하는 구성으로 하여도 좋다. 요는, 리셋 신호 RST와 중립 위치 신호 NOFF가 컨버터 제어부(30)와 인버터 제어부(80)에 입력되는 구성이면 어떠한 구성을 하고 있어도 좋다.

도 2는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 컨버터 회로(20)의 구성례를 나타내는 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 컨버터 회로(20)는 가선(1)으로부터 공급되는 전력의 입력 측에 마련된 개폐부인 스위치(21)와, 전압이나 전류를 평활화하기 위한 필터 리액터(22) 및 필터 콘덴서(23)로 이루어진 필터 회로와, 상 암(上 arm) 스위칭 소자(24H) 및 하 암(下 arm) 스위칭 소자(24L)로 이루어진 스위칭 회로(24)와, 스위칭 회로(24)의 2차 측에 접속된 평활 리액터(25)로 구성된다. 이 컨버터 회로(20)는 상 암 스위칭 소자(24H)와 하 암 스위칭 소자(24L)를 적절히 온/오프 제어함으로써, 1차 측에서 2차 측으로, 또 2차 측에서 1차 측으로, 임의의 방향으로 임의의 크기의 전력을 통과시키는 것이 가능하다.

또한, 컨버터부(10)의 구성은 도 2에 나타낸 것 이외의 회로 구성이라도 무방하다. 예를 들어, 도 1에서는 가선(1)으로부터 직류 전력이 공급되는 경우의 예를 나타냈지만, 가선(1)으로부터 교류 전력이 공급되는 경우에는 컨버터 회로(20)는 입력된 교류 전력을 직류 전력으로 쌍방향 변환 가능한 회로인 PWM 컨버터 회로가 바람직하다.

또, 본 실시형태에서는 컨버터부(10), 인버터부(60) 및 전력 저장부(50)를 각각 1대씩 구비한 구성의 제어장치에 대하여 설명하고 있지만, 각각이 복수대인 경우에도 본 발명을 실시할 수 있다. 컨버터부(10)나 인버터부(60)가 복수대인 경우에는 리셋 신호 RST 및 중립 위치 신호 NOFF가 각 컨버터부(10)의 컨버터 제어부(30)와 각 인버터부(60)의 인버터 제어부(80)에 입력되도록 구성하면 된다.

다음으로, 컨버터 제어부(30)의 구성에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 컨버터 제어부(30)의 구성례를 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 컨버터 제어부(30)는 이상 검지부(36)와, 래치(latch) 회로(31 및 32)와, 논리합 회로(OR 회로)(33)와, 반전 회로(NOT 회로)(34)와, 논리곱 회로(AND 회로)(35)를 구비한다.

컨버터 제어부(30)에 있어서, 이상 검지부(36)는 컨버터부(10)의 전압이나 전류 등의 이상 상태를 검출하여 이상 신호 FLTA1 및 FLTB1를 생성한다.

이 이상 검지부(36)는 예를 들어, 회로 중의 전압이나 전류를 감시하고, 이러한 전류나 전압이 소정의 역치를 넘은 경우에는 과전압 혹은 과전류가 발생하였다고 판단하여 신호 FLTA1을 온(H 레벨)으로 한다. 신호 FLTA1가 온이 되는 경우는 외부 전원의 전압 변동 등의 외란에 의하여 발생할 수 있는 것이며, 기기의 고장이 발생하였을 가능성은 낮은 경우이다. 또, 이상 검지부(36)는 회로의 손상으로 이어지는 중대한 이상을 검출한 경우에는 신호 FLTB1을 온으로 한다. 신호 FLTB1이 온이 되는 경우는 예를 들어, 상술한 과전압이나 과전류를 단시간 동안 복수회 검출한 경우나 제어용 마이크로 컴퓨터의 이상을 검출한 경우 등 외란에 의한 일시적인 사상이 아니라, 기기의 고장이 발생하였을 가능성이 높은 경우이다.

즉, 이상 검지부(36)는 가벼운 이상으로 분류되는 이상을 검출한 경우는 신호 FLTA1을 온으로 하고, 중대한 이상으로 분류되는 이상을 검출한 경우에는 신호 FLTB1을 온으로 한다.

래치 회로(31)에는 신호 FLTA1 및 신호 NOFF가 입력되고, 이상 상태 신호 HOGA1을 출력한다. 이 래치 회로(31)는 신호 FLTA1이 단시간이라도 온이 되면, 출력인 신호 HOGA1을 온으로 하고, 신호 NOFF가 오프(L 레벨)에서 온이 되는 순간까지 그 상태를 유지한다.

래치 회로(32)에는 신호 FLTB1 및 신호 RST가 입력되고, 이상 상태 신호 HOGB1을 출력한다. 이 래치 회로(32)는 신호 FLTB1가 단시간이라도 온이 되면, 출력인 신호 HOGB1을 온으로 하고, 신호 RST가 오프에서 온이 되는 순간까지 그 상태를 유지한다.

신호 NOFF(중립 위치 신호)의 상태는, 주간 제어기(40)의 역행 가속 레버(41) 혹은 브레이크 레버(42)를, 역행 운전이나 브레이크 운전을 그만두고 타행 운전하기 위한 OFF 위치를 선택한 경우에 오프에서 온으로 변화하는 신호이다. 신호 RST(리셋 신호)의 상태는, 운전사가 컨버터부(10) 혹은 인버터부(60)의 이상 검지 상태를 리셋하고 재기동시키기 위하여 리셋 스위치(43)를 조작한 경우에, 오프에서 온으로 변화하는 신호이다.

이와 같이, 가벼운 이상이 발생한 경우에 온이 되는 이상 상태 신호 HOGA1은 신호 NOFF가 온이 됨으로서 리셋되고, 중대한 이상이 발생한 경우에 온이 되는 이상 상태 신호 HOGB1은 신호 RST가 온이 됨으로써 리셋된다. 즉, 발생한 이상의 경중에 따라서 이상 검출 상태를 리셋하는 수단이 다르다. 가벼운 이상이 발생한 경우는 역행 가속을 오프로 하거나, 혹은 브레이크를 오프로 하면 이상 상태 신호 HOGA1가 리셋되고, 중대한 이상이 발생한 경우에는 특별히 리셋 스위치(43)를 취급하지 않는 한 이상 상태 신호 HOGB1가 리셋되지 않는 구성을 하고 있다.

논리합 회로(33)에는 이상 상태 신호 HOGA1 및 이상 상태 신호 HOGB1이 입력되고, 이 논리합 회로(33)는 보호 상태 신호 HOG를 출력한다. 반전 회로(34)에는 보호 상태 신호 HOG가 입력되고, 이 반전 회로(34)는 입력된 보호 상태 신호 HOG를 논리 반전하여 신호 HOGI로서 출력한다. 논리곱 회로(35)에는 신호 HOGI 및 외부로부터의 입력 신호인 운전 지령 신호 OP1이 입력되고, 이 논리곱 회로(35)는 입력된 신호의 논리곱을 취하여 그 결과를 신호 GD로서 출력한다.

또한, 운전 지령 신호 OP1은 외부의 상위 제어부(도시하지 않음)에서 생성되는 신호이며, 컨버터 회로(20)의 스위칭 소자의 온/오프 동작을 제어하는 신호이다. 따라서, 본 실시형태의 전기차 제어장치에서는 운전 지령 신호 OP1가 온이고, 또한 신호 HOGI가 온인(컨버터부(10)가 이상 상태가 아닌) 경우에 신호 GD가 온이 되며, 컨버터 회로(20)의 스위칭 소자의 온/오프 제어를 실시한다.

다음으로, 인버터 제어부(80)의 구성에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 인버터 제어부(80)의 구성례를 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 인버터 제어부(80)는 이상 검지부(86)와, 래치 회로(81 및 82)와, 논리합 회로(OR 회로)(83)와, 반전 회로(NOT 회로)(84 및 87)와, 논리곱 회로(AND 회로)(85)와, 컷 아웃부(88)를 구비한다.

인버터 제어부(80)에 있어서, 이상 검지부(86)는 인버터부(60)의 전압이나 전류 등의 이상 상태를 검출하여 이상 신호 FLTA2 및 FLTB2를 생성한다.

이 이상 검지부(86)는 예를 들어, 회로 중의 전압이나 전류를 감시하고, 이러한 전류나 전압이 소정의 역치를 넘은 경우에는, 과전압 혹은 과전류가 발생하였다고 판단하여 신호 FLTA2를 온으로 한다. 신호 FLTA2가 온이 되는 경우는 외부 전원의 전압 변동 등의 외란에 의하여 발생할 수 있는 것이며, 기기의 고장이 발생하였을 가능성은 낮은 경우이다. 또, 이상 검지부(86)는 회로의 손상으로 이어지는 중대한 이상을 검출하였을 경우에는 신호 FLTB2를 온으로 한다. 신호 FLTB2가 온이 되는 경우는 예를 들어 상술한 과전압이나 과전류를 단시간 동안 복수회 검출한 경우나, 제어용 마이크로 컴퓨터의 이상을 검출한 경우 등, 외란에 의한 일시적인 사상이 아니라, 기기의 고장이 발생하였을 가능성이 높은 경우이다.

즉, 이상 검지부(36)는 가벼운 이상으로 분류되는 이상을 검출한 경우는 신호 FLTA2를 온으로 하고, 중대한 이상으로 분류되는 이상을 검출한 경우에는 신호 FLTB2를 온으로 한다.

래치 회로(81)에는 신호 FLTA2 및 신호 NOFF가 입력되고, 이상 상태 신호 HOGA2를 출력한다. 이 래치 회로(81)는 신호 FLTA2가 단시간이라도 온이 되면, 출력인 신호 HOGA2를 온으로 하고, 신호 NOFF가 오프에서 온이 되는 순간까지 그 상태를 유지한다.

래치 회로(82)에는 신호 FLTB2 및 신호 RST가 입력되고, 이상 상태 신호 HOGB2를 출력한다. 이 래치 회로(82)는 신호 FLTB2가 단시간이라도 온이 되면, 출력인 신호 HOGB2를 온으로 하고, 신호 RST가 오프에서 온이 되는 순간까지 그 상태를 유지한다.

이와 같이 가벼운 이상이 발생하였을 경우에 온이 되는 이상 상태 신호 HOGA2는 신호 NOFF가 온이 됨으로써 리셋되고, 중대한 이상이 발생하였을 경우에 온이 되는 이상 상태 신호 HOGB2는 신호 RST가 온이 됨으로써 리셋된다. 즉, 발생한 이상의 경중에 따라서 이상 검출 상태를 리셋하는 수단이 다르다. 가벼운 이상이 발생한 경우는 역행 가속을 오프로 하거나 혹은 브레이크를 오프로 하면 이상 상태 신호 HOGA2가 리셋되고, 중대한 이상이 발생한 경우는 특별히 리셋 스위치(43)을 조작하지 않는 한 이상 상태 신호 HOGB2가 리셋되지 않는 구성을 하고 있다.

논리합 회로(83)에는 이상 상태 신호 HOGA2 및 이상 상태 신호 HOGB2가 입력되고, 이 논리합 회로(83)는 보호 상태 신호 HOG2를 출력한다. 반전 회로(84)에는 보호 상태 신호 HOG2가 입력되고, 이 반전 회로(84)는 입력된 보호 상태 신호 HOG2를 논리 반전하여 신호 HOGI2로서 출력한다. 논리곱 회로(85)에는 신호 HOGI2, 외부로부터의 입력 신호인 운전 지령 신호 OP2 및 신호 HOGN(상세는 후술함)가 입력되고, 이 논리곱 회로(85)는 입력된 신호의 논리곱을 취하여 그 결과를 신호 GI로서 출력한다.

상기 신호 HOGN은 컨버터 제어부(30)로부터 입력된 보호 상태 신호 HOG를 컷 아웃부(88) 경유로 반전 회로(87)에 입력시키고, 반전 회로(87)로 논리 반전시킨 신호이다. 또, 컷 아웃부(88)는 컷 아웃 지령 신호 CUT가 온(H 레벨)인 경우, 컨버터 제어부(30)로부터의 입력 신호 HOG를 커트하고, 신호 HOGC를 오프(L 레벨)로 한다. 컷 아웃 지령 신호 CUT는 외부(예를 들면 운전대 등)로부터 운전사의 조작(신호 RST를 온으로 하기 위한 리셋 조작과는 다른 조작) 등에 따라서 입력되는(상태가 온으로 변화하는) 신호이다.

예를 들어, 컨버터부(10)가 고장나서 이상 검지 상태를 리셋하지 못하고 기동 불능에 빠진 경우에는, 신호 HOG가 온인 채로 있게 되고 신호 HOGN가 오프가 되므로, 인버터부(60)가 고장나있지 않은 상태라도 인버터부(60)의 운전을 할 수 없게 된다. 그렇지만, 인버터 제어부(80)는 신호 CUT를 온으로 함으로써 신호 HOG를 커트하고, 강제적으로 신호 HOGN을 H로 하여, 인버터부(60)의 운전을 가능하게 하도록 구성되어 있다. 이것에 의하여, 인버터부(60)를 전력 저장부(50)의 전력만으로 구동할 수 있어, 전력 저장부(50)의 충전량이 충분함에도 불구하고 전기차의 운전이 불가능하게 되어 오도 가도 못하는 경우를 회피할 수 있다. 이 경우(인버터부(60)를 전력 저장부(50)의 전력만으로 구동하는 경우), 신호 HOGC를 오프인 채로 유지할 필요가 있으므로, 컷 아웃 지령 신호 CUT를 온 상태로 유지할 수 있는 메커니즘, 또는 HOGC가 일단 오프가 된 후 오프 상태를 유지할 수 있는 메커니즘으로 한다. 예를 들어, 컷 아웃 지령 신호 CUT 의 상태를 설정하기 위한 기계식 스위치를 운전대에 마련해둔다.

또한, 운전 지령 신호 OP2는 외부의 상위 제어부로부터 생성되는 신호이며, 인버터 회로(70)의 스위칭 소자의 온/오프 동작을 제어하는 신호이다. 따라서, 본 실시형태의 전기차 제어장치에서는 운전 지령 신호 OP2가 온이고, 또한 신호 HOGI2가 온(인버터부(60)가 이상 상태가 아닌)이며, 또한 신호 HOGN이 온(컨버터부(10)가 이상 상태가 아닌, 또는 컷 아웃 지령 신호 CUT가 온)인 경우에 신호 GI가 온이 되어, 인버터 회로(70)의 스위칭 소자의 온/오프 동작을 실시한다.

다음으로, 본 실시형태의 전기차 제어장치의 동작례에 대하여 설명한다.

(컨버터부(10)에서 경도(輕度) 이상이 발생한 경우의 동작)

전기차가 역행 가속 중에 컨버터부(10)에 외란 등에 의해 가벼운 이상이 발생하고, 컨버터부(10)의 운전이 정지한 경우를 생각한다. 이 경우, 도 3에 나타낸 컨버터 제어부(30)에 있어서, 이상 검지부(36)는 가벼운 고장인 것을 검출하여 신호 FLTA1을 H로 한다. 따라서, 래치 회로(31)로부터의 출력 신호 HOGA1이 H가 되고, 논리곱 회로(35)로의 입력 신호 HOGI가 L이 됨으로써 출력 신호 GD는 L이 되고 컨버터 회로(20)의 동작을 오프로 한다.

동시에 인버터 제어부(80)로의 신호 HOG가 H가 되고, 도 4에 나타낸 인버터 제어부(80)에 있어서 논리곱 회로(85)로의 입력 신호 HOGN이 L이 된다. 이것에 의하여, 인버터부(60)에서 이상이 발생하지 않은 경우에 있어서도, 논리곱 회로(85)로부터의 출력 신호 GI를 L로 하여, 인버터 회로(70)의 동작을 오프로 한다(이상시의 동작). 이 결과, 전동기(90)의 발생 토크가 제로가 되므로, 전기차의 역행 가속은 중지되어 타행 운전이 된다.

운전사가 주간 제어기(40)의 역행 가속 레버(41)를 오프(중립) 위치로 하지 않았음에도 불구하고, 전기차가 가속을 중지하므로, 운전사는 이상이 있음을 알아차리고 역행 가속 레버(41)을 일단 오프 위치로 한다. 이것에 의하여, 신호 NOFF가 H가 되어 래치 회로(31)가 리셋되며, 래치 회로(31)로부터의 출력 신호 HOGA1이 L이 되어 컨버터부(10)의 이상이 리셋된다. 그 결과, 신호 HOG가 L이 되고, 컨버터 제어부(30)에서 컨버터 회로(20)로의 신호 GD와 인버터 제어부(80)에서 인버터 회로(70)로의 신호 GI의 오프 상태(L 레벨 고정 상태)가 해제되어 컨버터부(10)는 재기동하며, 재차 역행 가속 레버(41)를 역행 위치로 함으로써 인버터부(60)의 역행 가속 제어가 재개된다(통상시의 동작으로 복귀한다). 그 결과, 전기차는 통상 운전 상태로 복귀한다.

이와 같이 컨버터부(10)가 가벼운 이상으로 정지하였을 때에 연동하여 인버터부(60)의 동작을 정지시킴으로써, 운전사에게 컨버터부(10)의 정지(이상 발생)를 알아차리게 하고, 컨버터부(10)의 재기동을 촉구할 수 있다. 이것에 의하여, 운전사가 컨버터부(10)의 정지를 알아차리지 못하고 전기차의 운전을 계속하여 전력 저장부(50)를 과방전시켜 버리는 것을 회피할 수 있다.

(컨버터부(10)에서 중도(重度) 이상이 발생한 경우의 동작)

한편, 컨버터부(10)에서 발생한 이상이 상술한 중대한 이상인 경우, 컨버터 제어부(30)에 있어서, 이상 검지부(36)는 중대한 이상이 있다는 것을 검출하여 신호 FLTB1을 H로 한다. 따라서, 래치 회로(32)로부터의 출력 신호 HOGB1이 H가 되고, 논리곱 회로(35)로의 입력 신호 HOGI가 L이 됨으로써, 출력 신호 GD는 L이 되어, 이미 설명한 경도 이상이 발생한 경우와 마찬가지로 컨버터 회로(20)의 동작을 오프로 한다.

동시에 인버터 제어부(80)로의 신호 HOG가 H가 되고, 인버터 제어부(80)의 신호 HOGN이 L이 된다. 이것에 의해, 인버터부(60)에서 이상이 발생하지 않은 경우에 있어서도, 신호 GI를 오프로 하여, 인버터 회로(70)의 동작을 오프로 한다(이상시의 동작). 이 결과, 전동기(90)의 발생 토크가 제로가 되므로 경도 이상이 발생한 경우와 마찬가지로 전기차의 역행 가속은 중지되어 타행 운전이 된다.

운전사가 주간 제어기(40)의 역행 가속 레버(41)를 오프(중립) 위치로 하지 않았음에도 불구하고, 전기차가 가속을 중지하므로, 운전사는 이상이 있음을 알아차리고 역행 가속 레버(41)를 일단 오프 위치로 한다. 이것에 의하여, 신호 NOFF는 H가 되지만, 래치 회로(32)는 리셋되지 않고, 출력 신호 HOGB1은 H인 채로 있게 되므로, 인버터부(60)의 신호 GI는 L(오프)인 채로 있게 된다. 따라서, 운전사가 역행 가속 레버(41)를 재차 가속 위치로 하여도 인버터부(60)는 동작하지 않으므로 전기차는 가속하지 않는다. 이것에 의하여 운전사는 이상이 리셋되지 않았다는 것, 중대한 이상이 발생하였다는 점을 알아차릴 수 있다.

이 경우, 이에 더하여 운전사는 운전대에 있는 모니터 화면의 표시등류를 확인하여 사상의 확인을 행한 후에, 재기동을 시도하는 경우에는 리셋 스위치(43)를 조작한다. 이것에 의하여, 래치 회로(32)로의 입력 신호 RST가 H가 되어 래치 회로(32)가 리셋되고, 신호 HOGB1이 L이 되어 컨버터부(10)의 이상이 리셋된다. 이에 수반하여 신호 HOG가 L이 되고, 신호 GD와 신호 GI의 오프 상태가 해제되어 컨버터부(10)는 재기동하며(통상시의 동작으로 복귀하며), 재차 역행 가속 레버(41)를 역행 위치로 함으로써 인버터부(60)의 역행 가속 제어가 재개되어 전기차는 통상 운전 상태로 복귀한다.

또한, 컨버터부(10)가 고장나고, 리셋 스위치(43)를 조작하여도 이상 검지 상태를 리셋하지 못하여 기동 불능에 빠진 경우에는 신호 HOG는 온(H)인 채로 있게 되고 신호 HOGN이 오프(L)가 되어 인버터부(60)의 운전을 할 수 없게 된다. 이와 같은 경우에는 외부(예를 들면 운전대 등)로부터 운전사의 조작 등에 의해 컷 아웃 조작을 실시한다. 이 컷 아웃 조작에 의하여 인버터 제어부(80)로의 입력 신호 CUT가 H가 되어 신호 HOG를 커트하고, 강제적으로 신호 HOGN을 H로 하여 인버터부(60)의 운전을 재개시키는(통상시의 동작으로 복귀시키는) 것을 가능하게 한다. 이로써, 인버터부(60)를 전력 저장부(50)의 전력만으로 구동할 수 있어, 전력 저장부(50)의 충전량이 충분함에도 불구하고 전기차의 운전이 불가능하게 되어 오도 가도 못하는 경우를 회피할 수 있다.

이와 같이 컨버터부(10)가 중대한 이상으로 정지하였을 때에 연동하여 인버터부(60)의 동작을 정지시킴으로써, 운전사에게 컨버터부(10)의 정지를 알아차리게 하고, 컨버터부(10)의 재기동을 촉구할 수 있다. 또 중대한 이상의 경우에는 역행 가속 레버(41)를 오프(중립)로 하는 것만으로는 리셋되지 않기 때문에, 이상 사상의 확인을 촉구할 수 있다. 또 리셋 스위치(43)를 조작함으로써, 이상을 리셋시키는 것이 가능해진다. 이와 같은 동작이 가능해지므로, 운전사가 컨버터부(10)의 정지를 알아차리지 못하고, 전기차의 운전을 계속하여 전력 저장부(50)를 과방전시켜 버리는 것을 회피할 수 있다. 또, 컨버터부(10)가 고장나서 동작 불가능이 된 경우에는, 운전사의 조작에 의하여 인버터부(60)를 전력 저장부(50)의 전력만으로 구동하도록 구성할 수 있어, 전력 저장부(50)의 충전량이 충분함에도 불구하고 전기차의 운전이 불가능하게 되어 오도 가도 못하는 경우를 회피할 수 있다.

전기차의 역행 가속 중에 컨버터부(10)에서 이상이 발생한 경우의 동작에 대하여 나타냈지만, 전기차의 브레이크 중에 이상이 발생한 경우의 동작의 흐름은, 운전사가 조작하는 역행 가속 레버(41)가 브레이크 레버(42)로 바뀔 뿐이며, 역행 가속중과 마찬가지이다.

또한, 인버터부(60)는 전기차를 구동하는 전동기를 제어하는 인버터 장치 이외에, 전기차의 공조나 조명 등의 보기에 전력을 공급하기 위한 보조 전원 장치인 것을 포함하는 것으로 생각해도 된다.

이상으로 설명한 바와 같이, 인버터 제어부(80)는 상기 보호 상태 신호인 신호 HOG가 컨버터부(10)에서 이상이 발생한 것을 나타내고 있는(H인) 경우에, 인버터부(60)의 동작을 정지할 수 있도록 구성된 것이다.

인버터 제어부(80)는 신호 HOG가 컨버터부(10)에서 이상이 발생한 것을 나타내고 있는(H인) 경우에, 상술한 바와 같이 인버터부(60)를 오프로 하는 이외의 방법으로서, 전기차의 가속도가 저하하도록 인버터 회로(70)를 제어하는 구성으로 하여도 좋다. 구체적으로는 전동기(90)의 토크를 통상치에서부터 감소(제로까지 감소시키는 것을 포함한다)시키도록 제어 가능한 구성으로 하여도 좋다. 이와 같이 구성함으로써, 컨버터부(10)에서 이상이 발생한 경우에 전동기(90)의 발생 토크를 서서히 감소시키는 것이 가능해지므로, 컨버터부(10)에서의 이상 발생을 검출하면, 인버터부(60)를 오프로 하는 구성(상술한 구성)을 채용하였을 경우에 발생하는 ‘전동기(90)의 토크가 순간적으로 제로가 되어 차량에 가속도 급변 쇼크가 발생하는 사상’을 회피할 수 있어, 전기차의 승차감이 향상된다. 또한, 전기차의 가속도는 통상시보다 저하하므로, 운전사는 이상이 있음을 알아차릴 수 있다.

또, 인버터 제어부(80)는, 컨버터부(10)가 이상 상태에서 정상 상태로 복위(復位)한 것을 신호 HOG가 나타내는(L이 된) 시점에, 인버터부(60)의 동작을 원래의 운전 상태로 복귀시키는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

신호 HOG는 컨버터부(10)가 이상 상태인 경우에 H 레벨인 신호가 되도록 생성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하면, 예를 들면 컨버터 제어부(30)와 인버터 제어부(80) 사이의 신호 HOG를 포함하는 통신선이 단선 등으로 끊어진 경우에 있어서, 신호 HOGN은 H인 채로 있을 수 있으므로, 인버터부(60)가 오프되는 일 없이 전기차의 운전을 계속하는 것이 가능하다.

또, 전기차의 가속을 조작하기 위하여 역행 가속 레버(41)가 적어도 역행 ON 및 역행 OFF의 포지션을 가지는 주간 제어기(40)가 구비된 경우로서, 컨버터부(10)가 이상 상태가 되어 정지하고 있는 경우에, 역행 가속 레버(41)를 역행 OFF의 포지션으로 함으로써 컨버터부(10)의 이상 상태를 리셋하여 재기동을 가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 운전사는 특별한 스위치 조작을 필요로 하지 않고 역행 가속 레버(41)를 조작하는 것만으로 컨버터부(10)를 재기동시키는 것이 가능해져, 운전사의 조작량을 최소한으로 할 수 있다.

또한, 전기차의 브레이크력을 조작하기 위하여 브레이크 레버(42)가 적어도 브레이크 ON 및 브레이크 OFF의 포지션을 가지는 주간 제어기(40)가 구비된 경우로서, 컨버터부(10)가 이상 상태가 되어 정지하고 있는 경우에, 브레이크 레버(42)를 브레이크 OFF의 포지션으로 함으로써, 컨버터부(10)의 이상 상태를 리셋하여 재기동을 가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 운전사는 특별한 스위치 조작을 필요로 하지 않고 브레이크 레버(42)를 조작하는 것만으로 컨버터부(10)를 재기동시키는 것이 가능해져, 운전사의 조작량을 최소한으로 할 수 있다.

또, 컨버터 제어부(30)는, 컨버터부(10)의 주회로(컨버터 회로)가 통전(通電)되어 동작 중인 상태이고, 또한 이상 검지부(36)가 이상 상태를 검지하였을 때에 한하여, 인버터부(60)로의 신호 HOG를 H 레벨로 하여 출력하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 컨버터부(10)의 주회로가 통전되어 있지 않을 때, 예를 들면 비전화구간 주행시 등에 컨버터부(10)의 주회로에는 통전되지 않고 컨버터 제어부(30)에만 제어 전원이 입력되는 경우에 있어서는, 이상 검지부(36)의 동작을 마스크해 두는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하면, 예를 들면 전기차가 비전화구간을 주행중 등의 이유로 의도적으로 컨버터부(10)를 정지시킨 경우에, 외래 노이즈나 이상 검지부(36)의 오동작 등에 의하여 착오로 인버터부(60)로의 신호 HOG가 H가 되어 인버터부(60)가 오프가 되는 것을 회피할 수 있다. 이로써, 불필요하게 인버터부(60)를 오프하는 사상이 발생할 가능성을 없앨 수 있으므로, 전기차의 리던던시(redundancy), 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 컨버터부(10)가 외부 전원과의 사이에 개폐부인 스위치(21)를 가진 구성인 때, 컨버터 제어부(30)는 스위치(21)가 온 상태이고, 또한 이상 검지부(36)가 이상 상태를 검지하였을 때 한하여, 신호 HOG를 H로 하여 인버터 제어부(80)로 출력하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하면, 예를 들면 전기차가 비전화구간을 주행중인 경우 등에 의도적으로 컨버터부(10)를 정지시킨 경우(스위치(21)가 오프인 경우)에, 외래 노이즈나 이상 검지부(36)의 오동작 등에 의하여 착오로 인버터부(60)로의 신호 HOG가 H가 되어 인버터부(60)가 오프가 되는 것을 회피할 수 있다. 이로써, 불필요하게 인버터부(60)를 오프하는 사상이 발생할 가능성을 없앨 수 있으므로, 전기차의 리던던시, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 컨버터부(10)에 외란 등을 요인으로 하여 발생하였다고 예상되는 가벼운 이상이 발생한 경우는, 주간 제어기(40)의 역행 가속 레버(41) 혹은 브레이크 레버(42)를 역행 OFF 혹은 브레이크 OFF의 포지션으로 함으로써, 컨버터부(10)를 재기동 가능하게 구성하고, 장치의 고장 등에 의하여 발생하였다고 예상되는 중대한 이상이 발생한 경우에는 리셋 스위치(43)를 조작함으로써 컨버터부(10)를 재기동 가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 빈번히 발생할 수 있는 외란 등을 요인으로 하여 발생하는 가벼운 이상이 발생한 경우, 운전사는 특별한 스위치 조작을 필요로 하지 않고 역행 가속 레버(41) 또는 브레이크 레버(42)를 조작하는 것만으로, 컨버터부(10)를 재기동시키는 것이 가능해지고, 운전사의 조작량을 최소한으로 할 수 있다. 또 장치의 고장이 예상되는 중대한 이상인 경우에는, 운전사에게 이상 사상의 확인을 촉구할 수 있다. 또, 정상 상태로 복귀시키는 것이 가능한 사상인 경우에는, 리셋 스위치를 조작함으로써 이상을 리셋시킬 수 있다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 전기차의 제어장치에 따르면, 컨버터부(10)가 이상으로 정지하였을 때에 연동하여 인버터부(60)의 동작을 정지시키도록 하였으므로, 운전사에게 컨버터부(10)의 정지를 알아차리게 하고, 컨버터부(10)의 재기동을 촉구할 수 있다. 이와 같은 동작이 가능해지므로, 운전사가 컨버터부(10)의 정지를 알아차리지 못하고 전기차의 운전을 계속하여, 전력 저장부(50)가 과방전되어 버리는 것을 회피할 수 있다. 또, 전력 저장부(50)의 충전량이 저하되어 버림으로써, 전기차가 전화구간에서 비전화구간으로 진입하는 시점에 전력 저장부(50)의 충전량이 부족해 버리는 트러블을 회피할 수 있다.

실시형태 2.

도 5는 실시형태 2에 있어서의 전기차의 제어장치의 구성례를 나타내는 도면이다. 이 전기차의 제어장치는 컨버터부(10)와, 인버터부(60)와, 전력 저장부(50)의 접속 형태가 도 1에 나타낸 실시형태 1의 구성과 다른 점, 외에는 실시형태 1과 같다.

도 5에 나타낸 구성에서는 전력 저장부(50)가 접속된 컨버터부(10)와 인버터부(60)가 집전장치(2)에 병렬 관계로 접속되어 있다.

도시한 바와 같이, 인버터부(60)는 집전장치(2)를 경유하여 가선(1)으로부터 얻는 전력과, 컨버터부(10)를 경유하여 전력 저장부(50)로부터 얻는 전력을 사용하여 전동기(90)를 구동 가능하게 구성되어 있다.

컨버터부(10)는 전력 저장부(50)의 충전량이 저하한 경우에는, 집전장치(2)로부터 얻은 전력으로 충전을 실시한다. 인버터부(60)로부터의 회생 전력으로 충전을 실시해도 좋다.

이와 같은 구성의 시스템(전기차의 제어장치)에 있어서 컨버터부(10)에 이상이 발생하여 정지한 경우, 전력 저장부(50)로의 충전, 방전을 할 수 없게 된다. 그러나, 인버터부(60)는 집전장치(2)로부터의 전력을 받아서 통상과 같이 운전 가능하므로, 운전사는 컨버터부(10)의 이상 발생을 알아채지 못할 우려가 있다. 이 과제는 실시형태 1에 나타낸 시스템과 동일하다.

특히 전력 저장부(50)로의 충전을 할 수 없는 상태가 계속되면, 예를 들면 전기차가 전화구간에서 비전화구간으로 진입하는 시점에, 전력 저장부(50)의 충전량이 부족해 버리는 문제가 있다. 따라서, 컨버터부(10)에 이상이 발생하여 정지하였다는 것을 운전사에게 확실히 인식시킬 필요가 있다.

이 때문에, 컨버터 제어부(30)와 인버터 제어부(80)의 구성을 실시형태 1에서 나타낸 구성과 동일하게 하고 있다. 이것에 의하여, 컨버터부(10)에 이상이 발생하여 정지한 경우에는 인버터부(60)를 정지시킬 수 있으므로, 운전사에게 이상의 발생을 인식시킬 수 있다. 또한, 그외 다른 효과에 대하여는 실시형태 1에 나타낸 바와 같다.

상기의 각 실시형태에서는 주간 제어기(40)의 조작이나 컷 아웃 조작을 운전사가 행하는 것으로서 설명했지만, 운전사 대신 원격 조작이나 자동 운전 시스템이 조작하여도 무방하다.

또, 각 실시형태에 나타낸 구성은 본 발명의 내용의 일례를 나타낸 것이고, 다른 공지의 기술과 조합하는 것도 가능하며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 일부를 생략 하는 등, 변경하여 구성하는 것도 가능하다는 것은 말할 것도 없다.

이상과 같이 본 발명에 관한 전기차의 제어장치는, 가선으로부터의 전력과 전력 저장 소자로부터의 전력을 병용하는 전기차의 제어장치에 있어서 유용하다.

1 가선
2 집전장치
3 차륜
4 레일
10 컨버터부
20 컨버터 회로(제1 전력 변환부)
21 스위치
22 필터 리액터
23 필터 커패시터
24 스위칭 회로
24H 상 암 스위칭 소자
24L 하 암 스위칭 소자
25 평활 리액터
30 컨버터 제어부(제1 제어부)
31, 32, 81, 82 래치 회로
33, 83 논리합 회로
34, 84, 87 반전 회로
35, 85 논리회로
36, 86 이상 검지부
40 주간 제어기
41 역행 가속 레버
42 브레이크 레버
43 리셋 스위치
50 전력 저장부
60 인버터부
70 인버터 회로(제2 전력 변환부)
80 인버터 제어부(제2 제어부)
88 컷 아웃부
90 전동기

Claims

외부 전원으로부터 입력된 전압을 소정의 값의 직류로 변환하여 전력 저장부로 출력하는 제1 전력 변환부와,
상기 외부 전원 또는 상기 전력 저장부로부터 임의의 전력의 공급을 받아 소정의 값의 교류로 변환하는 제2 전력 변환부와,
상기 제1 전력 변환부의 이상 상태를 검지하는 이상 검지부와,
상기 이상 검지부에 의한 검지 결과에 기초하여 상기 제1 전력 변환부의 제어를 실시함과 아울러, 당해 검지 결과에 기초하여 보호 상태 신호를 생성하는 제1 제어부와,
상기 보호 상태 신호가 입력되고, 당해 보호 상태 신호가 상기 제1 전력 변환부가 이상 상태인 것을 나타내고 있는 경우, 이상시 대응 제어를 상기 제2 전력 변환부에 대하여 실행하는 제2 제어부
를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 전력 변환부는, 전기차를 구동하는 전동기를 제어하는 인버터 장치인 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 전력 변환부는, 전기차의 공조나 조명 등의 보기에 전력을 공급하기 위한 보조 전원 장치인 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 제어부는 상기 이상시 대응 제어로서, 상기 제2 전력 변환부의 동작을 정지시키는 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 제어부는 상기 이상시 대응 제어로서, 전기차의 가속도를 저하시키는 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 제어부는 상기 이상시 대응 제어로서, 상기 전동기가 생성하는 토크를 감소시키는 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 제어부는, 상기 보호 상태 신호가 상기 제1 전력 변환부가 정상 상태로 복위(復位)한 것을 나타내는 경우, 상기 제2 전력 변환부의 동작을 원래의 운전 상태로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 제어부는, 상기 제1 전력 변환부의 이상 상태를 검출한 경우에 상기 보호 상태 신호를 H 레벨로 변화시키는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
전기차의 가속을 조작하기 위한, 적어도 역행 ON, 역행 OFF의 포지션을 선택 가능한 역행 가속 레버를 가지는 주간 제어기
를 더 구비하고,
상기 제1 전력 변환부가 이상 상태가 되어 정지하고 있는 경우에, 상기 역행 가속 레버를 역행 OFF의 포지션으로 함으로써, 상기 제1 전력 변환부를 재기동시키는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
전기차의 브레이크력을 조작하기 위한, 적어도 브레이크 ON, 브레이크 OFF의 포지션을 선택 가능한 브레이크 레버를 가지는 주간 제어기
를 더 구비하고,
상기 제1 전력 변환부가 이상 상태가 되어 정지하고 있는 경우에, 상기 브레이크 레버를 브레이크 OFF의 포지션으로 함으로써, 상기 제1 전력 변환부를 재기동시키는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 제어부는, 상기 제1 전력 변환부가 통전되어 동작 중인 상태이고, 또한 상기 이상 검지부가 이상 상태를 검지한 경우에, 상기 보호 상태 신호가 상기 제1 전력 변환부의 이상 상태를 나타내는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 전력 변환부가 외부 전원과의 사이에 개폐부를 가지고,
상기 제1 제어부는, 상기 개폐부가 온 상태이고, 또한 상기 이상 검지부가 이상 상태를 검지한 경우에, 상기 보호 상태 신호가 상기 제1 전력 변환부의 이상 상태를 나타내는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
전기차의 가속을 조작하기 위한, 적어도 역행 ON, 역행 OFF의 포지션을 선택 가능한 역행 가속 레버와, 전기차의 브레이크력을 조작하기 위한, 적어도 브레이크 ON, 브레이크 OFF의 포지션을 선택 가능한 브레이크 레버 가운데, 적어도 어느 일방을 가지는 주간 제어기
를 더 구비하고,
상기 제1 전력 변환부에 소정의 가벼운 이상이 발생한 경우, 상기 역행 가속 레버를 역행 OFF의 포지션으로 하거나, 혹은 상기 브레이크 레버를 브레이크 OFF의 포지션으로 함으로써 상기 제1 전력 변환부를 재기동시키고, 소정의 중대한 이상이 발생한 경우에는 별도로 마련한 리셋 스위치를 조작함으로써 상기 제1 전력 변환부를 재기동시키는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 제어부는, 상기 제1 제어부로부터 입력되는 상기 보호 상태 신호를 별도로 입력되는 컷 아웃 신호에 기초하여 컷 아웃하는 컷 아웃부를 가지고, 상기 보호 상태 신호에 의존하지 않고 상기 제2 전력 변환부를 통상 동작시키는 제어를 실시 가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
외부 전원에 입력 측이 접속된 상기 제1 전력 변환부의 출력 측에 상기 전력 저장부와 상기 제2 전력 변환부를 병렬로 접속하고, 추가로 제2 전력 변환부가 상기 외부 전원으로부터 전력 공급을 받는 경우에는, 상기 제1 전력 변환부 경유로 전력 공급을 받는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.
청구항 1에 있어서,
외부 전원에 대하여 상기 제1 전력 변환부와 상기 제2 전력 변환부를 병렬로 접속하고, 추가로 상기 제1 전력 변환부의 출력 측에 상기 전력 저장부를 접속하며, 상기 제2 전력 변환부가 상기 전력 저장부로부터 전력 공급을 받는 경우에는, 상기 제1 전력 변환부 경유로 전력 공급을 받는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어장치.