この規格ページの目次
8
E 4071-1 : 2019
ESU エネルギー貯蔵ユニット(Energy storage unit)
ESS エネルギー貯蔵システム(Energy storage system)
PPS 主電源(Primary power source)
SOC 充電状態(State of charge)
SOE エネルギー状態(State of energy)
4 ハイブリッドシステムの電源構成
4.1 一般
4.1.1 概観
この規格で適用するシリーズハイブリッドシステムは,種々の電源構成を取り得る。箇条4に数例を挙
げて可能な構成の概要を示す。しかし,これらの例は最終システムを制約するものではない。
4.1.2 システム構成の要求事項
箇条1に示すようにシリーズハイブリッドシステムは,一つのESSを含む二つ以上の電源と主たる負荷
となる主回路装置とで構成する。システムは,主回路装置が回生ブレーキ時に発生する電力を完全,又は
一部吸収できない場合に,ブレーキ抵抗器のような従たる負荷を設ける場合もある。これらのシステムは
電気的に接続され,電力を相互に交換可能とする。主回路装置に加えてシリーズハイブリッドシステムは,
一つ以上の補助電源装置(APS)を設ける場合がある。しかし,APSとシリーズハイブリッドシステムの
ほかのサブシステムとは電気的に接続される場合,非電気的に接続される場合,又は接続がない場合,す
なわち,APSが主回路から独立している場合がある。APSを主回路に接続する場合は,エネルギー消費に
重大な影響があるので,補助負荷を考慮しなければならない。
図2は五つのサブシステム,つまり主電源(PPS),エネルギー貯蔵システム(ESS),主回路装置(TE),
補助回路機器(AUX)(APS及びその補助負荷)及び従たる負荷としてのブレーキ抵抗器(BR)がある場
合の,シリーズハイブリッドシステムのブロック図の例である。図2でブロック間のリンクは,この主な
サブシステム間での電力の受渡しを示す。
図2に示すようにPPSの可能な構成は,次のようになるが,これに限るものではない。
・ ディーゼル発電機と電力変換装置との組合せ
・ 燃料電池及び電力変換装置
・ 直流架線
・ 交流架線及び電力変換装置
図2に示すようにESSとして使用可能な貯蔵技術は,次のようになるが,これに限るものではない。
・ リチウム二次電池
・ ニッケル水素電池
・ 電気二重層キャパシタ(EDLC)
・ フライホイール
図2に示すように主回路装置として使用可能な構成は,次のようになるが,これに限るものではない。
・ 四象限チョッパ装置及び直流主電動機
・ 電圧形インバータ及び誘導主電動機
・ 電圧形インバータ及び永久磁石同期電動機
注記 箇条4の負荷という用語は,図2においてリンクブロックから受電するサブシステムを表す。
これらのサブシステムは,常に一般的な意味合いでの負荷とみなされる訳ではない。例えば,
――――― [JIS E 4071-1 pdf 11] ―――――
9
E 4071-1 : 2019
主回路装置は,車両を加速するためにけん引力を発生し,ときには車両の電力源とみなされる。
(AUX)
DE ディーゼルエンジン
PPPS 主電源(PPS)の電力
PTE 主回路装置(TE)の電力
PESS エネルギー貯蔵システム(ESS)の電力
PBR ブレーキ抵抗器(BR)の電力
PAUX 補助回路機器(AUX)の電力
注記 上記の表示記号は,4.1.3参照。
図2−シリーズハイブリッドシステムのブロック図
4.1.3 シリーズハイブリッドシステムの主な運転モード
図2においてリンクブロック及び五つの主なサブシステムの電力の流れは,次のとおりである。
a) PPSで示すPPSとリンクブロック間
b) ESSで示すESSとリンクブロック間
c) TEで示すリンクブロックと主回路装置間
d) BRで示すリンクブロックとブレーキ抵抗器間
e) AUXで示すリンクブロックと補助回路機器(AUX)間
この機器間で,
・ a),b) 及びc) は双方向で,PPPS,PESS及びPTEは,正負両方の値を取り得る。
・ d) は一方向で,PBRは負にはならないが,ゼロは取り得る。
・ e) も一方向であるが,d) と異なりPAUXは,常に正で作動中はゼロにならない。
図2でこれらの値の符号(+,0及び−)及びその電力の流れの方向は,次のとおりである。例えば,
PPS又はESSから電力を得てハイブリッド車両が加速するときなど,電源サブシステムからリンクブロッ
クへの電力の流れ及びリンクブロックから,負荷サブシステムへの電力の流れの方向を正と定義している。
――――― [JIS E 4071-1 pdf 12] ―――――
10
E 4071-1 : 2019
この表記を用い,表1のようにこの値の符号によって主な運転モードを分類することができる。
表1のモードで,モードII(純粋主電源モード)は,主回路装置で必要な全電力をPPSが供給するモー
ドで,この箇条で示すシステム構成例の全てで使用できる。同様にモードXIII(アイドリングモード)は,
主回路装置が必要とする電力がゼロの場合に補助回路機器で必要な全電力をPPSが供給するモードで,こ
の箇条で示すシステム構成例の全てで使用できる。モードXIV(ESSだけでの惰行モード)もまた,PPS
が供給する電力と主回路装置とが必要とする電力が共にゼロの場合に補助回路機器が必要な全電力をESS
が供給するモードである。モードX(回生ブレーキからESS及び主電源への給電モード),XI(回生ブレ
ーキからESSだけへの給電モード)及びXII(ブレーキ時の補助充電モード)をESSの充電だけに用い,
XIV(ESSだけでの惰行モード)をESSの放電に用いるエネルギー管理方式とするシリーズハイブリッド
システムもある。
表1−シリーズハイブリッドシステムの主な運転モード
モード PPPS PESS PTE PAUX PBR 摘要 図4 図5 図6 図7
I + − + + 0 力行時の補助充電 Y Y Y N
II + 0 + + 0 純粋主電源 Y Y Y Y
III + + + + 0 パワーアシスト Y Y Y Y
IV 0 + + + 0 ESSだけでの走行 Y Y Y N
ESSから主回路及び
V − + + + 0 R N Y N
電力網
主電源によるESS
VI + − 0 + 0 Y Y Y N
充電
VII − + 0 + 0 ESSから電力網 R N Y N
ESS及び回生ブレー
VIII − + − + 0 R N Y N
キから電力網
IX − 0 − + 0 純粋回生ブレーキ Y N Y Y
回生ブレーキから
X − − − + 0 Y N Y Y
ESS及び主電源
回生ブレーキから
XI 0 − − + 0 Y Y Y N
ESS
ブレーキ時の補助
XII + − − + 0 Y Y Y N
充電
XIII + 0 0 + 0 アイドリング Y Y Y Y
XIV 0 + 0 + 0 ESSだけでの惰行 Y Y Y N
ESS充電と主電源回
XV − − − + + 生とを伴う発電ブ Y N Y Y
レーキ
主電源回生を伴う
XVI − 0 − + + Y N Y Y
発電ブレーキ
ESS充電を伴う発電
XVII 0 − − + + Y Y Y N
ブレーキ
XVIII 0 0 − + + 純粋発電ブレーキ Y Y Y Y
Y : このモードは,図の構成に適用できる。
N : このモードは,図の構成に適用できない。
R : このモードは,まれに図の構成に適用できる。
――――― [JIS E 4071-1 pdf 13] ―――――
11
E 4071-1 : 2019
4.1.4 シリーズハイブリッドシステムの典型的な構成
図3はシリーズハイブリッドシステムで最も一般的なブロック図を示す。この図では五つの主なサブシ
ステム,つまりPPS,ESS,主回路装置,補助回路機器及びブレーキ抵抗器が全て共通の直流リンクに接
続されている。4.2.1,4.2.2及び4.2.3の構成例は,図3と同じ構造である。
しかし,図3とは異なるほかの構成もあり得る。その一例を,4.2.4に示す。
リンク
主回路装置
(TE)
主電源
(PPS) 直流リンク
ブレーキ
抵抗器
(BR)
エネルギー貯蔵
システム 補助回路機器
(ESS) (AUX)
図3−全ての主回路サブシステムが共通の直流リンクに接続されている
シリーズハイブリッドシステムの構成例
4.2 適用例
4.2.1 電気式ディーゼル車
電気式ディーゼル車の駆動システムにESSが組み込まれている構成例を,図4に示す。
――――― [JIS E 4071-1 pdf 14] ―――――
12
E 4071-1 : 2019
PPS 主電源 ESS エネルギー貯蔵システム TE 主回路装置
BR ブレーキ抵抗器 AUX 補助回路機器
DE ディーゼルエンジン REC 整流器 ESU エネルギー貯蔵ユニット
CH (ESS用)チョッパ装置 INV (TE用)インバータ装置 BCH (BR用)ブレーキチョッパ装置
R 抵抗器 APS 補助電源装置 AL 補助負荷
図4−電気式ディーゼル車のシリーズハイブリッドシステム
ESSは回生ブレーキエネルギーで充電される(表1のモードXI),又は必要があれば小負荷若しくは無
負荷時(表1のモードI又はVI)に充電される。蓄積されたエネルギーはハイブリッド車の次の加速時に
再利用される(表1のモードIII又はIV)か,又は特定用途としてエネルギー管理の戦略で決定する。停
車中に補助負荷への給電にESSの蓄積エネルギーを使用して,エンジンを自動的に停止させ(アイドリン
グストップ)て,燃料消費及び騒音を低減することができる。
回生ブレーキ電力がESSの最大充電電力より大きい場合,エンジンブレーキ若しくは排気ブレーキ(表
1のモードIX又はX),又はブレーキ抵抗器(表1のモードXV,XVI,XVII又はXVIII)で超過した電力
を消費することができる。
この構成で表1のモードV,VII及びVIIIは,異なる用途で比較的まれな運転状況となる。モードVで
ESSは,主回路装置及び補助負荷で必要な電力を供給しながら,ディーゼルエンジン及び発電機はESSか
らエネルギーを消費するため受電する。モードVIIでESSは補助負荷で必要な電力を供給しながら,ディ
ーゼルエンジン及び発電機はESSからエネルギーを消費するため受電する。モードVIIIで主回路装置は,
回生電力を発生しながら,ESSは同時に放電し,ディーゼルエンジン及び発電機はESS及び主回路装置か
らエネルギーを消費するため受電する。
4.2.2 燃料電池車両
燃料電池車両の駆動システムにESSが組み込まれている構成例を,図5に示す。そのエネルギー管理の
戦略は4.2.1の電気式ディーゼル車と同等である。しかし,燃料電池は,一般に電力を吸収できないので
――――― [JIS E 4071-1 pdf 15] ―――――
次のページ PDF 16
JIS E 4071-1:2019の引用国際規格 ISO 一覧
- IEC 62864-1:2016(MOD)
JIS E 4071-1:2019の国際規格 ICS 分類一覧
JIS E 4071-1:2019の関連規格と引用規格一覧
- 規格番号
- 規格名称
- JISC0920:2003
- 電気機械器具の外郭による保護等級(IPコード)
- JISE4001:2011
- 鉄道車両―用語
- JISE4031:2013
- 鉄道車両用品―振動及び衝撃試験方法
- JISE4041:2019
- 鉄道車両―完成車両の試験通則
- JISE5008:2017
- 鉄道車両―電力変換装置
- JISE5011:2019
- 鉄道車両―主回路システムの組合せ試験
- JISE5012-3:2015
- 鉄道車両―電力用コンデンサ―第3部:電気二重層キャパシタ
- JISE5051:2009
- 鉄道車両―電気的危険性に関する防護通則
- JISE6102:2015
- 鉄道車両―交流主電動機
- JISE6103:2015
- 鉄道車両―永久磁石同期機