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電気車両の蓄電装置及び蓄電装置システム

国内特許コード P07A010944
整理番号 /NO33570
掲載日 2007年10月26日
出願番号 特願2006-009408
公開番号 特開2007-195298
登録番号 特許第4395136号
出願日 平成18年1月18日(2006.1.18)
公開日 平成19年8月2日(2007.8.2)
登録日 平成21年10月23日(2009.10.23)
発明者
  • 田口 義晃
  • 小笠 正道
  • 秦 広
  • 平元 忠雄
  • 真野 辰哉
出願人
  • (財)鉄道総合技術研究所
  • 西日本旅客鉄道(株)
発明の名称 電気車両の蓄電装置及び蓄電装置システム
発明の概要 【課題】 直列蓄電装置が安定動作可能となり、EDLCの円滑な充放電とインバータ電圧の昇圧ができ、回生失効や回生絞り込みを軽減し、回生エネルギの一部を蓄電して力行時に再利用して電気車両の走行エネルギを削減し、さらに省エネルギ・省保守性が向上し、力行アシスト時の時分短縮が可能な電気車両の蓄電装置を提供する。
【解決手段】 本発明の電気車両の蓄電装置10は、架線側のパンタグラフ20と、フィルタリアクトルFL及びフィルタコンデンサFCの間に接続され、パンタグラフ20側から順に、1列の短絡用の機械的スイッチLB(4列目)と、1列の双方向スイッチQ3a,Q3b(3列目)と、1列以上の蓄電素子(EDLC)を中間に挟んだ双方向スイッチQ2a,Q2b(2列目)及びQ1a,Q1b(1列目)と、を並列に接続して構成される。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要 【背景技術】近年、電気車両において架線などの外部からの電源による電気車両の運行に加えて、電気車両内部に設けられたバッテリなどの蓄電部からの電源で電気車両を運行する方式が考えられている。例えば、並列蓄電装置の場合、インバータ制御の電気車両に関して、ブレーキ時の回生失効を防止する有効な手段は、インバータ入力段に並列に、蓄電装置を挿入することである。これにより、架線に返らない回生電力を吸収し、力行時に放出することができる。また、直列蓄電装置の場合、低い電圧定格(昇圧分の2倍程度)で小型に蓄電装置を構成することができる。さらに、インバータ電圧を昇圧してモータパワーを増大できるため、高速域において電気ブレーキ力を増加し、力行加速度を向上することができる。
【特許文献1】小笠、田口、上園、丸山:車載高性能電池による架線ハイブリッド回生失効防止定置試験結果:2004-12-17 電気学会研究会資料SPC-04-177
【特許文献2】関島、乾、戸田、門田、長谷部:電気二重層キャパシタを適用した直流用電力貯蔵装置の開発:2005-3-17 電気学会全国大会5-176
産業上の利用分野 本発明は、電気車両の列車に搭載される蓄電装置及び蓄電装置システムに関する。特には、直列蓄電装置が安定動作可能となり、蓄電媒体の電気二重層キャパシタ(以下、「EDLC」ともいう)の円滑な充放電とインバータ電圧の昇圧ができ、回生失効や回生絞り込みを軽減し、回生エネルギの一部を蓄電して力行時に再利用して電気車両の走行エネルギを削減し、さらに省エネルギ・省保守性が向上し、力行アシスト時の時分短縮が可能な電気車両の蓄電装置及び蓄電装置システムに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 電源を供給する架線側のパンタグラフと、グランドである帰線側の車輪と、前記パンタグラフに接続されたフィルタリアクトルと、前記フィルタリアクトルに接続されたインバータと、前記フィルタリアクトルと前記インバータの間に並列に接続されるフィルタコンデンサと、を備える電気車両の回路に接続される蓄電装置であって、 前記蓄電装置は、 架線側の前記パンタグラフと、前記フィルタリアクトル及び前記フィルタコンデンサの間に接続され、 1列の短絡用の機械的スイッチと、 1列の双方向スイッチと、 1列以上の蓄電素子を中間に挟んだ双方向スイッチと、 を並列に接続して構成される、 ことを特徴とする電気車両の蓄電装置。
【請求項2】 前記蓄電素子は、 前記双方向スイッチの間に接続される蓄電素子コンデンサと、 前記蓄電素子コンデンサに並列に接続され、前記蓄電素子コンデンサが逆極性にチャージされるのを防ぐためのダイオードと、 前記蓄電素子コンデンサに並列に接続され、該蓄電素子に内在するインダクタンス成分によって発生する転流時の過電圧を低減するためのRCスナバと、 を備え、 前記双方向スイッチは、 前記蓄電素子コンデンサの充電電流を制御する第1のスイッチと、 前記蓄電素子コンデンサの放電電流を制御する第2のスイッチと、 を備える、 ことを特徴とする請求項1記載の電気車両の蓄電装置。
【請求項3】 前記蓄電素子は、前記双方向スイッチの前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチとそれぞれ並列に接続されたダイオードを備える、ことを特徴とする請求項2記載の電気車両の蓄電装置。
【請求項4】 前記蓄電装置は、1以上のインバータに接続される、ことを特徴とする請求項1から3何れか記載の電気車両の蓄電装置。
【請求項5】 前記蓄電装置は、架線側の前記パンタグラフの替わりに、帰線側の前記車輪と、前記フィルタリアクトル及び前記フィルタコンデンサの間に接続される、ことを特徴とする請求項1から4何れか記載の電気車両の蓄電装置。
【請求項6】 電源を供給する架線側のパンタグラフと、グランドである帰線側の車輪と、前記パンタグラフに接続されたフィルタリアクトルと、前記フィルタリアクトルに接続されたインバータと、前記フィルタリアクトルと前記インバータの間に並列に接続されるフィルタコンデンサと、を備える電気車両の回路に接続される蓄電装置システムであって、 前記請求項1から5何れか記載の蓄電装置と、 前記蓄電装置に接続され、前記1列の短絡用の機械的スイッチを開閉するための開閉信号と、昇圧電圧を決定する昇圧指令値と、力行昇圧と回生昇圧の移行を行なう動作モードと、を出力する指令値演算・シーケンス制御手段と、 前記指令値演算・シーケンス制御手段から入力された前記昇圧指令値及び前記動作モードに基づいて、1列以上の蓄電素子のうち通電する列を決定して、適切な通流率を算出して出力する通流率制御手段と、 前記通流率制御手段から入力された前記通流率に基づいて、前記蓄電装置の前記機械的スイッチ及び双方向スイッチを制御するゲート信号を出力するゲート制御手段と、 を備える、ことを特徴とする電気車両の蓄電装置システム。
産業区分
  • その他電子
  • 鉄道
  • 自動車
  • 省エネルギー
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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