車両用電源装置
【課題】 構成部品に関する温度情報を基に、構成部品の実運用状態に対応付けて算出した余寿命に関する情報を外部に出力することが可能な車両用電源装置を提供する。
【解決手段】 車両用電源装置１０は、温度条件によって寿命に関して影響を受ける構成部品と、構成部品に関する温度情報を検出するセンサ８、８Ｃと、制御部４と、を備えている。制御部４は、構成部品の実運用時間における温度情報の積算値を計算可能であり、構成部品における上記積算値に対する余寿命の変化を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能であり、上記推定余寿命情報を基に上記積算値から構成部品の余寿命を算出し、上記算出した余寿命の情報を外部に出力する。
【解決手段】 車両用電源装置１０は、温度条件によって寿命に関して影響を受ける構成部品と、構成部品に関する温度情報を検出するセンサ８、８Ｃと、制御部４と、を備えている。制御部４は、構成部品の実運用時間における温度情報の積算値を計算可能であり、構成部品における上記積算値に対する余寿命の変化を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能であり、上記推定余寿命情報を基に上記積算値から構成部品の余寿命を算出し、上記算出した余寿命の情報を外部に出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両用電源装置は、パンタグラフを介して架線から受け取った電力を、車両の照明装置、空調装置等の電動機（負荷）に供給するものである。上記車両用電源装置は、実運用時に温度変化による影響を受け、劣化が進み、余寿命が短くなる。このため、車両用電源装置は、設計時に装置内の構成部品の寿命を計算し、構成部品の交換周期を予め決めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２２３９０４号公報
【特許文献２】特開２００７−２９５７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した車両用電源装置においては、設計時の寿命計算が車両の実運用負荷と温度上昇と相違することがあるため、また、臨時運行等の影響もあり、予め決めた（推奨する）交換周期より早く構成部品が破損する場合があり、車両故障してしまう恐れがある。このため、温度条件によって寿命に大きく影響する構成部品の余寿命を算出できる車両用電源装置が求められている。また、余寿命を乗務員等に知らせるため、余寿命の情報を外部に出力することできる車両用電源装置が求められている。
【０００５】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、構成部品に関する温度情報を基に、構成部品の実運用状態に対応付けて算出した余寿命に関する情報を外部に出力することが可能な車両用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に係る車両用電源装置は、
温度条件によって寿命に関して影響を受ける構成部品と、
前記構成部品に関する温度情報を検出するセンサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記構成部品の実運用時間における前記温度情報の積算値を計算可能であり、
前記構成部品における前記積算値に対する余寿命の変化を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能であり、
前記推定余寿命情報を基に前記積算値から前記構成部品の余寿命を算出し、
前記算出した余寿命の情報を外部に出力することを特徴としている。
【０００７】
また、一実施形態に係る車両用電源装置は、
温度条件によって寿命に関して影響を受ける構成部品と、
前記構成部品に関する温度情報を検出するセンサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記構成部品の余寿命を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能であり、
１日毎に、（１）前記温度情報を基に、前記構成部品における、最初の実運用期間の第１温度上昇値と、前記構成部品の実運用が再開される２回目以降の実運用期間の第２温度上昇値と、前記構成部品の実運用が再開される回数と、を計測し、（２）前記推定余寿命情報を基に前記第１温度上昇値及び第２温度上昇値から前記構成部品の余寿命を算出し、（３）前記算出した余寿命を基に、前記第１温度上昇値、第２温度上昇値及び回数から余寿命消費割合を計算し、
日毎の前記余寿命消費割合を積算し、
前記積算した余寿命消費割合の情報を外部に出力することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る車両用電源装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２は、上記車両用電源装置の記憶部が保持又は取得可能である構成部品の推定余寿命情報を示す図であり、構成部品における積算値に対する推定余寿命の変化をグラフで示した図である。
【図３】図３は、上記車両用電源装置のアラーム検出部が保持又は取得可能である構成部品の推定余寿命に関して設定されたアラームレベルの情報を示す図であり、図２に示した推定余寿命曲線にアラームレベルを重ねて示す図である。
【図４】図４は、第２の実施形態に係る車両用電源装置のＩＧＢＴの余寿命消費割合を算出し、算出した余寿命消費割合に応じて処理する方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る車両用電源装置における、１日毎の、（１）ＩＧＢＴにおける、最初の実運用期間の第１温度上昇値と、（２）ＩＧＢＴの実運用が再開される２回目以降の実運用期間の第２温度上昇値と、（３）ＩＧＢＴの実運用が再開される回数と、をグラフで示した図である。
【図６】図６は、第３の実施形態に係る車両用電源装置において、故障率１０％における温度上昇値に対するＩＧＢＴの寿命サイクルの変化をグラフで示した図であり、推定余寿命線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら第１の実施形態に係る車両用電源装置について詳細に説明する。車両用電源装置は、鉄道車両等の電気車の照明装置、空調装置等の負荷２０（電動機）に電力を供給するものである。
【００１０】
図１は、第１の実施形態に係る車両用電源装置を概略的に示すブロック図である。
図１に示すように、車両用電源装置１０は、直流リアクトル１１、インバータ部３と、交流リアクトル５と、トランス（絶縁トランス）６と、負荷接触器７と、センサとしての温度センサ８と、制御部４と、表示装置としてのモニタ９と、を備えている。
【００１１】
インバータ部３は、複数のスイッチング素子としての複数のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型トランジスタ）３Ｃ等を有している。図示しないが、複数のＩＧＢＴ３Ｃは、冷却器に取り付けられている。冷却器としては、複数のＩＧＢＴ３Ｃが取り付けられ熱を伝導するアルミブロックと、アルミブロックに取付けられた複数のヒートパイプと、ヒートパイプに取付けられた複数の放熱フィンと、を有している。
【００１２】
なお、全てを図示しないが、車両は、それぞれ車輪が設けられた一対の台車フレームと、台車フレームに空気ばねを介して支持された車体と、パンタグラフ２とを備えている。車輪は、レールに接触するため、地絡されている。モニタ９を除く車両用電源装置１０は、車体の床下に設置されている。モニタ９は、運転室等、乗務員等が確認できる位置に設置されている。
【００１３】
車両用電源装置１０において、架線１より供給される直流電力は、パンタグラフ２を通じて直流リアクトル１１に与えられ、インバータ部３、交流リアクトル５、トランス６及び負荷接触器７を経て負荷２０に供給される。
【００１４】
例えば、上記直流リアクトル１１、ＩＧＢＴ３Ｃ、交流リアクトル５、トランス６、制御部４は、温度条件によって寿命に関して影響を受ける部品（以下、構成部品と称する）である。その他、図示しないが、電界コンデンサや変圧器も構成部品である。
【００１５】
温度センサ８は、上記構成部品に関する温度情報を検出する。車両用電源装置１０は複数の温度センサ８を有し、各温度センサ８は対応する構成部品の周囲の温度Ｔを検出している。上記温度センサ８の内、温度センサ８ＣはＩＧＢＴ３Ｃの周囲の温度Ｔを検出するものであり、温度センサ８Ｃは、ＩＧＢＴ３Ｃが取り付けられた冷却器に取り付けられている。なお、車両用電源装置１０が上記冷却器を複数有している場合、各冷却器に温度センサ８Ｃを取り付ければよい。温度センサ８は、検出した温度情報を制御部４に送っている。
【００１６】
制御部４は、タイマ１９と、余寿命算出部１２と、記憶部１８と、アラーム検出部１４と、を有している。
タイマ１９は、構成部品を実際に運用した日にち及び時間をカウントする。
【００１７】
余寿命算出部１２は、タイマ１９でカウントした実運用時間、及び温度センサ８で検出した温度情報を基に、構成部品の実運用時間における温度情報の積算値（時間積算値）ΣＴを計算可能である。
【００１８】
記憶部１８は、構成部品における積算値ΣＴに対する余寿命の変化を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能である。
図２は、記憶部１８が保持又は取得可能である構成部品の推定余寿命情報を示す図であり、構成部品における積算値ΣＴに対する推定余寿命の変化をグラフで示した図である。
図１及び図２に示すように、例えば記憶部１８は推定余寿命曲線１３の情報を有している。推定余寿命曲線１３から分かるように、構成部品の周囲が高温の状態で構成部品の実運用が続く程と、構成部品の余寿命が短くなると推定することができる。
【００１９】
余寿命算出部１２は、記憶部１８での推定余寿命情報（推定余寿命曲線１３の情報）を基に、積算値ΣＴから構成部品の余寿命を算出（推定）する。余寿命算出部１２は、算出（推定）した構成部品の余寿命の情報を外部に、ここではモニタ９に出力する。これにより、モニタ９は、構成部品の余寿命の情報を表示することが可能となり、乗務員等に構成部品の余寿命の情報を報知することができる。
【００２０】
図３は、アラーム検出部１４が保持又は取得可能である構成部品の推定余寿命に関して設定されたアラームレベル１６の情報を示す図であり、図２に示した推定余寿命曲線１３にアラームレベル１６を重ねて示す図である。
【００２１】
図１及び図３に示すように、アラーム検出部１４は、構成部品の推定余寿命に関して設定されたアラームレベル１６の情報を保持又は取得可能である。アラームレベル１６は、例えば構成部品の点検や交換を必要とするレベルに設定されている。アラーム検出部１４は、余寿命算出部１２で算出（推定）した余寿命が、アラームレベル１６（アラーム点１７）に到達したとき以降、すなわちアラームレベル１６を下回った場合に、アラーム情報を外部に、ここではモニタ９に出力する。
【００２２】
これにより、モニタ９は、アラーム情報を表示することが可能となり、乗務員等にアラーム情報を報知することができる。アラーム情報は、オーディオにて報知してもよい。これにより、乗務員等に構成部品の点検や交換を促すことができる。
【００２３】
上記のように構成された第１の実施形態に係る車両用電源装置１０によれば、車両用電源装置１０は、温度条件によって寿命に関して影響を受ける構成部品（ＩＧＢＴ３Ｃ等）と、構成部品に関する温度情報を検出する温度センサ８（８Ｃ）と、制御部４と、を備えている。
【００２４】
制御部４は、構成部品の実運用時間における温度情報の積算値ΣＴを計算可能であり、構成部品における積算値ΣＴに対する余寿命の変化を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能である。制御部４は、推定余寿命情報を基に積算値ΣＴから構成部品の余寿命を算出し、算出した余寿命の情報を外部（モニタ９等）に出力する。
【００２５】
これにより、実際の運用状態にて構成部品の余寿命（劣化状況）を算出できるので、より正確に余寿命を推定することができる。また、算出した構成部品の余寿命が、アラームレベル１６を下回らない場合でも、制御部４は、算出した構成部品の余寿命をモニタ９等に出力することができるため、例えば常時、余寿命をモニタ９等に出力することができる。
【００２６】
上記したことから、構成部品に関する温度情報を基に、構成部品の実運用状態に対応付けて算出した余寿命の情報（余寿命に関する情報）を外部に出力することが可能な車両用電源装置１０を得ることができる。
【００２７】
次に、第２の実施形態に係る車両用電源装置について説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。特に、構成部品としてのＩＧＢＴ３Ｃの熱疲労度計算に関して説明する。
【００２８】
図１を参照すると、この実施形態に係る制御部４（記憶部１８）は、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能である。
制御部４は、１日毎に、次に挙げる（１）乃至（３）の処理を行う。
（１）まず、制御部４（余寿命算出部１２）は、温度センサ８Ｃの温度情報を基に、ＩＧＢＴ３Ｃにおける、最初の実運用期間の第１温度上昇値と、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用（往復運転等）が再開される２回目以降の実運用期間の第２温度上昇値と、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用が再開される回数（サイクル）と、を計測する。
【００２９】
（２）次いで、制御部４（余寿命算出部１２）は、記憶部１８での推定余寿命情報を基に第１温度上昇値及び第２温度上昇値からＩＧＢＴ３Ｃの余寿命を算出する。
【００３０】
（３）その後、制御部４（余寿命算出部１２）は、算出した余寿命を基に、第１温度上昇値、第２温度上昇値及び回数から余寿命消費割合を計算する。
【００３１】
また、制御部４（余寿命算出部１２）は、日毎の余寿命消費割合を積算し、記憶部１８等に記憶させる。そして、制御部４（余寿命算出部１２）は、積算した余寿命消費割合の情報を外部に、ここではモニタ９に出力する。これにより、モニタ９は、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合の情報を表示することが可能となり、乗務員等にＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合の情報を報知することができる。
【００３２】
制御部４（アラーム検出部１４）は、上記積算された余寿命消費割合に関して設定されたアラームレベルの情報を保持又は取得可能である。アラームレベルは、例えばＩＧＢＴ３Ｃの交換を必要とするレベルに設定されている。
【００３３】
制御部４（アラーム検出部１４）は、余寿命算出部１２で積算した余寿命消費割合がアラームレベルに到達したとき以降、すなわちアラームレベル以上となった場合に、アラーム情報を外部に、ここではモニタ９に出力する。
【００３４】
図４は、車両用電源装置のＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合を算出し、算出した余寿命消費割合に応じて処理する方法を説明するためのフローチャートである。
【００３５】
次に、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合を算出し、算出した余寿命消費割合に応じて処理する方法について説明する。
【００３６】
図１及び図４に示すように、上記方法がスタートすると、まず、ステップＳ１において、余寿命算出部１２は、ＩＧＢＴ３Ｃにおいて、最初の実運用期間の第１温度上昇値と、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用（往復運転等）が再開される２回目以降の実運用期間の第２温度上昇値と、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用が再開される回数（サイクル）と、を計測する。
【００３７】
次いで、余寿命算出部１２は、ステップＳ２において、記憶部１８での推定余寿命情報を基に第１温度上昇値及び第２温度上昇値からＩＧＢＴ３Ｃの余寿命を算出し、続くステップＳ３において、算出した余寿命を基に、第１温度上昇値、第２温度上昇値及び回数から１日毎の余寿命消費割合を計算する。その後、ステップＳ４において、余寿命算出部１２は、日毎の余寿命消費割合を積算し、記憶部１８等に記憶させる。
【００３８】
続いて、ステップＳ５において、アラーム検出部１４は、余寿命算出部１２で積算した余寿命消費割合がアラームレベル以上となったのかどうか、すなわち、アラームレベルに到達したとき以降であるのかどうか判断する。
【００３９】
余寿命消費割合がアラームレベル以上となっていない場合（ステップＳ５）、ステップＳ６に移行し、余寿命算出部１２は、余寿命消費割合の情報を外部に、ここではモニタ９に出力し、上記方法が終了する（エンド）。これにより、モニタ９は、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合の情報を表示することが可能となり、乗務員等にＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合の情報を報知することができる。
【００４０】
余寿命消費割合がアラームレベル以上となった場合（ステップＳ５）、ステップＳ７に移行し、余寿命算出部１２は、アラーム情報を外部に、ここではモニタ９に出力、上記方法が終了する（エンド）。これにより、モニタ９は、アラーム情報を表示することが可能となり、乗務員等にＩＧＢＴ３Ｃの交換などを促すことができる。
【００４１】
上記のように構成された第２の実施形態に係る車両用電源装置１０によれば、車両用電源装置１０は、ＩＧＢＴ３Ｃと、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を検出する温度センサ８Ｃと、制御部４と、を備えている。
【００４２】
制御部４は、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能である。制御部４は、１日毎に、（１）第１温度上昇値と、第２温度上昇値と、回数（サイクル）と、を計測し、（２）ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命を算出し、（３）余寿命消費割合を計算する。さらに、制御部４は、日毎の余寿命消費割合を積算し、積算した余寿命消費割合の情報を外部（モニタ９等）に出力する。
【００４３】
これにより、実際の運用状態にてＩＧＢＴ３Ｃの余寿命（劣化状況）を算出できるので、より正確に余寿命を推定することができる。また、算出したＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合が、アラームレベル以上となっていない場合でも、制御部４は、算出したＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合をモニタ９等に出力することができるため、例えば常時、余寿命消費割合をモニタ９等に出力することができる。
【００４４】
上記したことから、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用状態に対応付けて算出した余寿命消費割合の情報（余寿命に関する情報）を外部に出力することが可能な車両用電源装置１０を得ることができる。
【００４５】
次に、第３の実施形態に係る車両用電源装置について説明する。なお、この実施形態において、上述した第２の実施形態に係る車両用電源装置の例について詳しく説明する。
【００４６】
図５は、１日毎の、（１）ＩＧＢＴ３Ｃにおける、最初の実運用期間の第１温度上昇値ΔＴ１と、（２）ＩＧＢＴ３Ｃの実運用が再開される２回目以降の実運用期間の第２温度上昇値ΔＴ２と、（３）ＩＧＢＴ３Ｃの実運用が再開される回数（サイクル）と、をグラフで示した図である。図６は、故障率１０％における温度上昇値に対するＩＧＢＴ３Ｃの寿命サイクルの変化をグラフで示した図であり、推定余寿命線１５を示す図である。
【００４７】
図１、図５及び図６に示すように、第１温度上昇値ΔＴ１は、１日毎の、ＩＧＢＴ３Ｃにおける温度上昇値である。第２温度上昇値ΔＴ２は、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用が再開される２回目以降の実運用期間（車両が路線を一往復する毎）のＩＧＢＴ３Ｃの温度上昇値である。第２温度上昇値ΔＴ２では、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用が再開されるまでの間の温度下降値と言うこともできる。記憶部１８は、例えば推定余寿命線１５を有している。
【００４８】
余寿命算出部１２が計測した第１温度上昇値ΔＴ１及び第２温度上昇値ΔＴ２と、推定余寿命線１５と、を基にＩＧＢＴ３Ｃの寿命サイクルを導くことができる。第１温度上昇値ΔＴ１をプロットすることにより寿命サイクルＮ１を導くことができ、第２温度上昇値ΔＴ２をプロットすることにより寿命サイクルＮ２を導くことができる（図６）。そして、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命を算出することができる（図４、ステップＳ２）。
【００４９】
ΔＴ１ → Ｎ１
ΔＴ２ → Ｎ２
続いて、ＩＧＢＴ３Ｃにおける第１温度上昇（最初の実運用期間の温度上昇）が１日当たり繰り返される回数をｎ１、第２温度上昇（２回目以降の実運用期間の温度上昇）が１日当たり繰り返される回数をｎ２とする。
【００５０】
ここで、日毎の副項番をｄとする。実運用上、ＩＧＢＴ３Ｃの温度上昇値は毎日同じ値では無いため、次に示すようにΔＴ１、ΔＴ２、Ｎ１、Ｎ２、ｎ１及びｎ２に副項番ｄを付ける。
【００５１】
ΔＴ１ → ΔＴ１ｄ
ΔＴ２ → ΔＴ２ｄ
Ｎ１ → Ｎ１ｄ
Ｎ２ → Ｎ２ｄ
ｎ１ → ｎ１ｄ
ｎ２ → ｎ２ｄ
ＩＧＢＴ３Ｃにおける第１温度上昇は、１日に１回繰り返されるため、ｎ１ｄは次のようになる。
【００５２】
ｎ１ｄ＝１回／１日＝１
上記のことから、ΔＴ１ｄの温度サイクルで１日に消費する寿命の割合ΔＤ１ｄを次のように示すことができる。
【００５３】
ΔＤ１ｄ＝ｎ１ｄ／Ｎ１ｄ＝１／Ｎ１ｄ
次に、ＩＧＢＴ３Ｃにおける第２温度上昇は、１日にｎ２ｄ回繰り返されるため、ΔＴ２ｄの温度サイクルで１日に消費する寿命の割合ΔＤ２ｄを次のように示すことができる。
【００５４】
ΔＤ２ｄ＝ｎ２ｄ／Ｎ２ｄ
よって、ＩＧＢＴ３Ｃが１日に消費する寿命の割合をΔＤｄとすると、ΔＤｄを次のように示すことができる。
【００５５】
ΔＤｄ＝ΔＤ１ｄ＋ΔＤ２ｄ
上記のように、１日毎の余寿命消費割合を計算することができる（図４、ステップＳ３）。
【００５６】
そして、日毎の余寿命消費割合を積算し（図４、ステップＳ４）、積算した余寿命消費割合（積算値）Ｄが１（１００％）となった場合、寿命となる。
【００５７】
Ｄ＝ΔＤ１＋ΔＤ２＋ΔＤ３＋ … ＋ΔＤｍ＝１（１００％）
上記ｍはＩＧＢＴ３Ｃの実運用日数であるため、ＩＧＢＴ３Ｃが実運用してからｍ日目に寿命となったことを示している。
【００５８】
余寿命消費割合Ｄがアラームレベル以上となっていない場合、余寿命消費割合Ｄをモニタ９に表示する（図４、ステップＳ６）。
【００５９】
余寿命消費割合Ｄがアラームレベル以上となった場合、例えばＤ＝０．８（８０％）に到達したとき以降、アラーム情報をモニタ９に表示する（図４、ステップＳ７）。これにより、余寿命消費割合Ｄが１（１００％）に到達する前に、例えば、オーバーホールを推奨するアラームをモニタ９に表示することができる。
【００６０】
上記のように構成された第３の実施形態に係る車両用電源装置１０は、第２の実施形態に係る車両用電源装置の例について具現化するものであり、第２の実施形態に係る車両用電源装置と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
上記したことから、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用状態に対応付けて算出した余寿命消費割合Ｄの情報（余寿命に関する情報）を外部に出力することが可能な車両用電源装置１０を得ることができる。
【００６２】
次に、第４の実施形態に係る車両用電源装置について説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第３の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。第３の実施形態ではＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合Ｄを算出したが、この実施の形態ではＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数をさらに算出するものである。
【００６３】
ここで、ＩＧＢＴ３Ｃの１日当たりの余寿命消費割合の平均値をΔＤ´とすると、制御部４（余寿命算出部１２）は、上記余寿命消費割合Ｄ及び実運用日数ｍの情報を基に、平均値ΔＤ´を算出することができる。
【００６４】
ΔＤ´＝Ｄ／ｍ
そして、算出した平均値ΔＤ´を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの寿命日数Ｌを算出することができる。
【００６５】
Ｌ＝１／ΔＤ´
これにより、算出したＩＧＢＴ３Ｃの寿命日数Ｌと、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用日数ｍと、を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙを算出することができる。
【００６６】
Ｙ＝Ｌ−ｍ
余寿命算出部１２は、算出（推定）したＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙの情報を外部に、ここではモニタ９に出力する。これにより、モニタ９は、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙの情報を表示することが可能となり、乗務員等にＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙの情報を報知することができる。
【００６７】
上記のように構成された第４の実施形態に係る車両用電源装置１０によれば、車両用電源装置１０は、ＩＧＢＴ３Ｃと、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を検出する温度センサ８Ｃと、制御部４と、を備えている。
【００６８】
制御部４は、第３の実施形態において積算した余寿命消費割合Ｄの情報を基に、１日当たりの余寿命消費割合Ｄの平均値ΔＤ´を算出し、算出した平均値ΔＤ´を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの寿命日数Ｌを算出する。制御部４は、寿命日数Ｌと、実運用日数ｍと、を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙを算出する。さらに、制御部４は、余寿命日数Ｙの情報を外部（モニタ９等）に出力する。
【００６９】
これにより、実際の運用状態にてＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙを算出できるので、より正確に余寿命日数を推定することができる。このため、乗務員等は、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合Ｄの情報を報知される場合より明快に、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命に関して認識することができる。
【００７０】
上記したことから、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用状態に対応付けて算出した余寿命日数の情報（余寿命に関する情報）を外部に出力することが可能な車両用電源装置１０を得ることができる。
【００７１】
次に、第５の実施形態に係る車両用電源装置について説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第４の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７２】
第３及び第４の実施形態では、ＩＧＢＴ３Ｃの故障率が１０％となる実運用日数を寿命日数Ｌとすることを前提としていた。すなわち、記憶部１８が保持又は取得可能な推定余寿命情報（推定余寿命線１５）は、特定の故障率として１０％に対応付けた情報であった。
【００７３】
この実施形態では、ＩＧＢＴ３Ｃの故障率がα％となる実運用日数を寿命日数Ｌとするものである（１％≦α％＜１０％）。このため、制御部４（余寿命算出部１２）は、特定の故障率（１０％）に対応した寿命日数Ｌを、他の故障率（α％）に対応した寿命日数に換算するものである。
【００７４】
ここで、ＩＧＢＴ３Ｃの故障率が１０％となる実運用日数である寿命日数をＬ１０％、ＩＧＢＴ３Ｃの故障率がα％となる実運用日数である寿命日数をＬα％とする。
【００７５】
寿命日数（故障率１０％）：Ｌ１０％
寿命日数（故障率α％） ：Ｌα％
寿命日数Ｌ１０％から、次の式により寿命日数Ｌα％の値を求めることができる。
【数１】
【００７６】
但し、この式は、１％≦α％＜１０％である場合に適用されるものである。
【００７７】
例えば、ＩＧＢＴ３Ｃの故障率が１％となる実運用日数である寿命日数Ｌ１％は、次の式に示すように求めることができる（α＝１）。
【数２】
【００７８】
制御部４（余寿命算出部１２）は、換算した寿命日数Ｌα％を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙα％を換算し、換算した余寿命日数Ｙα％の情報を外部に、ここではモニタ９に出力する。これにより、モニタ９は、α％故障率でのＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙα％の情報を表示することが可能となり、乗務員等にＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙα％の情報を報知することができる。
【００７９】
上記のように構成された第５の実施形態に係る車両用電源装置１０によれば、車両用電源装置１０は、ＩＧＢＴ３Ｃと、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を検出する温度センサ８Ｃと、制御部４と、を備えている。
【００８０】
制御部４は、特定の故障率（１０％）に対応した寿命日数Ｌ１０％を、他の故障率（α％）に対応した寿命日数Ｌα％に換算し、換算した寿命日数Ｌα％を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙα％を換算する。さらに、制御部４は、余寿命日数Ｙα％の情報を外部（モニタ９等）に出力する。
【００８１】
ＩＧＢＴ３Ｃ等、車両故障が頻発する前にオーバーホールするためには、１０％故障率での寿命（寿命日数）を算出したのでは、故障率が高く、運用の実態には合わないものである。そこで、１０％故障率での寿命（寿命日数）を１％故障率での寿命（寿命日数）等に換算することにより、ＩＧＢＴ３Ｃを適切な時期にオーバーホールすることができる。これにより、車両（ＩＧＢＴ３Ｃ）の安全性を高めることができる。
【００８２】
上記したことから、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用状態に対応付けて算出（換算）した余寿命日数の情報（余寿命に関する情報）を外部に出力することが可能な車両用電源装置１０を得ることができる。
【００８３】
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００８４】
例えば、第２乃至第５の実施形態において、構成部品をＩＧＢＴ３Ｃに限定して説明したが、構成部品はＩＧＢＴ３Ｃに限定されるものではなく、種々変形可能であり、温度条件によって寿命に関して影響を受ける部品であれば適用可能である。モニタ９は、車両用電源装置１０に設けられてなくともよく、この場合、車両用電源装置１０とは別に車両に設けられていればよい。
この発明の車両用電源装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形可能であり、各種の車両用電源装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
３Ｃ…ＩＧＢＴ、４…制御部、５…交流リアクトル、６…トランス、８，８Ｃ…温度センサ、９…モニタ、１０…車両用電源装置、１１…直流リアクトル、１２…余寿命算出部、１４…アラーム検出部、１８…記憶部、１９…タイマ、１３…推定余寿命曲線、１５…推定余寿命線、１６…アラームレベル、ΣＴ…積算値、ΔＴ１…第１温度上昇値、ΔＴ２…第２温度上昇値、ｎ１ｄ，ｎ２ｄ…回数、ΔＤｄ，ΔＤ１ｄ，ΔＤ２ｄ…割合、ｍ…実運用日数、Ｄ…余寿命消費割合、ΔＤ´…平均値、Ｌ，Ｌ１０％，Ｌα％…寿命日数、Ｙ，Ｙα％…余寿命日数。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両用電源装置は、パンタグラフを介して架線から受け取った電力を、車両の照明装置、空調装置等の電動機（負荷）に供給するものである。上記車両用電源装置は、実運用時に温度変化による影響を受け、劣化が進み、余寿命が短くなる。このため、車両用電源装置は、設計時に装置内の構成部品の寿命を計算し、構成部品の交換周期を予め決めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２２３９０４号公報
【特許文献２】特開２００７−２９５７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した車両用電源装置においては、設計時の寿命計算が車両の実運用負荷と温度上昇と相違することがあるため、また、臨時運行等の影響もあり、予め決めた（推奨する）交換周期より早く構成部品が破損する場合があり、車両故障してしまう恐れがある。このため、温度条件によって寿命に大きく影響する構成部品の余寿命を算出できる車両用電源装置が求められている。また、余寿命を乗務員等に知らせるため、余寿命の情報を外部に出力することできる車両用電源装置が求められている。
【０００５】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、構成部品に関する温度情報を基に、構成部品の実運用状態に対応付けて算出した余寿命に関する情報を外部に出力することが可能な車両用電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に係る車両用電源装置は、
温度条件によって寿命に関して影響を受ける構成部品と、
前記構成部品に関する温度情報を検出するセンサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記構成部品の実運用時間における前記温度情報の積算値を計算可能であり、
前記構成部品における前記積算値に対する余寿命の変化を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能であり、
前記推定余寿命情報を基に前記積算値から前記構成部品の余寿命を算出し、
前記算出した余寿命の情報を外部に出力することを特徴としている。
【０００７】
また、一実施形態に係る車両用電源装置は、
温度条件によって寿命に関して影響を受ける構成部品と、
前記構成部品に関する温度情報を検出するセンサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記構成部品の余寿命を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能であり、
１日毎に、（１）前記温度情報を基に、前記構成部品における、最初の実運用期間の第１温度上昇値と、前記構成部品の実運用が再開される２回目以降の実運用期間の第２温度上昇値と、前記構成部品の実運用が再開される回数と、を計測し、（２）前記推定余寿命情報を基に前記第１温度上昇値及び第２温度上昇値から前記構成部品の余寿命を算出し、（３）前記算出した余寿命を基に、前記第１温度上昇値、第２温度上昇値及び回数から余寿命消費割合を計算し、
日毎の前記余寿命消費割合を積算し、
前記積算した余寿命消費割合の情報を外部に出力することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る車両用電源装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２は、上記車両用電源装置の記憶部が保持又は取得可能である構成部品の推定余寿命情報を示す図であり、構成部品における積算値に対する推定余寿命の変化をグラフで示した図である。
【図３】図３は、上記車両用電源装置のアラーム検出部が保持又は取得可能である構成部品の推定余寿命に関して設定されたアラームレベルの情報を示す図であり、図２に示した推定余寿命曲線にアラームレベルを重ねて示す図である。
【図４】図４は、第２の実施形態に係る車両用電源装置のＩＧＢＴの余寿命消費割合を算出し、算出した余寿命消費割合に応じて処理する方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る車両用電源装置における、１日毎の、（１）ＩＧＢＴにおける、最初の実運用期間の第１温度上昇値と、（２）ＩＧＢＴの実運用が再開される２回目以降の実運用期間の第２温度上昇値と、（３）ＩＧＢＴの実運用が再開される回数と、をグラフで示した図である。
【図６】図６は、第３の実施形態に係る車両用電源装置において、故障率１０％における温度上昇値に対するＩＧＢＴの寿命サイクルの変化をグラフで示した図であり、推定余寿命線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら第１の実施形態に係る車両用電源装置について詳細に説明する。車両用電源装置は、鉄道車両等の電気車の照明装置、空調装置等の負荷２０（電動機）に電力を供給するものである。
【００１０】
図１は、第１の実施形態に係る車両用電源装置を概略的に示すブロック図である。
図１に示すように、車両用電源装置１０は、直流リアクトル１１、インバータ部３と、交流リアクトル５と、トランス（絶縁トランス）６と、負荷接触器７と、センサとしての温度センサ８と、制御部４と、表示装置としてのモニタ９と、を備えている。
【００１１】
インバータ部３は、複数のスイッチング素子としての複数のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型トランジスタ）３Ｃ等を有している。図示しないが、複数のＩＧＢＴ３Ｃは、冷却器に取り付けられている。冷却器としては、複数のＩＧＢＴ３Ｃが取り付けられ熱を伝導するアルミブロックと、アルミブロックに取付けられた複数のヒートパイプと、ヒートパイプに取付けられた複数の放熱フィンと、を有している。
【００１２】
なお、全てを図示しないが、車両は、それぞれ車輪が設けられた一対の台車フレームと、台車フレームに空気ばねを介して支持された車体と、パンタグラフ２とを備えている。車輪は、レールに接触するため、地絡されている。モニタ９を除く車両用電源装置１０は、車体の床下に設置されている。モニタ９は、運転室等、乗務員等が確認できる位置に設置されている。
【００１３】
車両用電源装置１０において、架線１より供給される直流電力は、パンタグラフ２を通じて直流リアクトル１１に与えられ、インバータ部３、交流リアクトル５、トランス６及び負荷接触器７を経て負荷２０に供給される。
【００１４】
例えば、上記直流リアクトル１１、ＩＧＢＴ３Ｃ、交流リアクトル５、トランス６、制御部４は、温度条件によって寿命に関して影響を受ける部品（以下、構成部品と称する）である。その他、図示しないが、電界コンデンサや変圧器も構成部品である。
【００１５】
温度センサ８は、上記構成部品に関する温度情報を検出する。車両用電源装置１０は複数の温度センサ８を有し、各温度センサ８は対応する構成部品の周囲の温度Ｔを検出している。上記温度センサ８の内、温度センサ８ＣはＩＧＢＴ３Ｃの周囲の温度Ｔを検出するものであり、温度センサ８Ｃは、ＩＧＢＴ３Ｃが取り付けられた冷却器に取り付けられている。なお、車両用電源装置１０が上記冷却器を複数有している場合、各冷却器に温度センサ８Ｃを取り付ければよい。温度センサ８は、検出した温度情報を制御部４に送っている。
【００１６】
制御部４は、タイマ１９と、余寿命算出部１２と、記憶部１８と、アラーム検出部１４と、を有している。
タイマ１９は、構成部品を実際に運用した日にち及び時間をカウントする。
【００１７】
余寿命算出部１２は、タイマ１９でカウントした実運用時間、及び温度センサ８で検出した温度情報を基に、構成部品の実運用時間における温度情報の積算値（時間積算値）ΣＴを計算可能である。
【００１８】
記憶部１８は、構成部品における積算値ΣＴに対する余寿命の変化を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能である。
図２は、記憶部１８が保持又は取得可能である構成部品の推定余寿命情報を示す図であり、構成部品における積算値ΣＴに対する推定余寿命の変化をグラフで示した図である。
図１及び図２に示すように、例えば記憶部１８は推定余寿命曲線１３の情報を有している。推定余寿命曲線１３から分かるように、構成部品の周囲が高温の状態で構成部品の実運用が続く程と、構成部品の余寿命が短くなると推定することができる。
【００１９】
余寿命算出部１２は、記憶部１８での推定余寿命情報（推定余寿命曲線１３の情報）を基に、積算値ΣＴから構成部品の余寿命を算出（推定）する。余寿命算出部１２は、算出（推定）した構成部品の余寿命の情報を外部に、ここではモニタ９に出力する。これにより、モニタ９は、構成部品の余寿命の情報を表示することが可能となり、乗務員等に構成部品の余寿命の情報を報知することができる。
【００２０】
図３は、アラーム検出部１４が保持又は取得可能である構成部品の推定余寿命に関して設定されたアラームレベル１６の情報を示す図であり、図２に示した推定余寿命曲線１３にアラームレベル１６を重ねて示す図である。
【００２１】
図１及び図３に示すように、アラーム検出部１４は、構成部品の推定余寿命に関して設定されたアラームレベル１６の情報を保持又は取得可能である。アラームレベル１６は、例えば構成部品の点検や交換を必要とするレベルに設定されている。アラーム検出部１４は、余寿命算出部１２で算出（推定）した余寿命が、アラームレベル１６（アラーム点１７）に到達したとき以降、すなわちアラームレベル１６を下回った場合に、アラーム情報を外部に、ここではモニタ９に出力する。
【００２２】
これにより、モニタ９は、アラーム情報を表示することが可能となり、乗務員等にアラーム情報を報知することができる。アラーム情報は、オーディオにて報知してもよい。これにより、乗務員等に構成部品の点検や交換を促すことができる。
【００２３】
上記のように構成された第１の実施形態に係る車両用電源装置１０によれば、車両用電源装置１０は、温度条件によって寿命に関して影響を受ける構成部品（ＩＧＢＴ３Ｃ等）と、構成部品に関する温度情報を検出する温度センサ８（８Ｃ）と、制御部４と、を備えている。
【００２４】
制御部４は、構成部品の実運用時間における温度情報の積算値ΣＴを計算可能であり、構成部品における積算値ΣＴに対する余寿命の変化を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能である。制御部４は、推定余寿命情報を基に積算値ΣＴから構成部品の余寿命を算出し、算出した余寿命の情報を外部（モニタ９等）に出力する。
【００２５】
これにより、実際の運用状態にて構成部品の余寿命（劣化状況）を算出できるので、より正確に余寿命を推定することができる。また、算出した構成部品の余寿命が、アラームレベル１６を下回らない場合でも、制御部４は、算出した構成部品の余寿命をモニタ９等に出力することができるため、例えば常時、余寿命をモニタ９等に出力することができる。
【００２６】
上記したことから、構成部品に関する温度情報を基に、構成部品の実運用状態に対応付けて算出した余寿命の情報（余寿命に関する情報）を外部に出力することが可能な車両用電源装置１０を得ることができる。
【００２７】
次に、第２の実施形態に係る車両用電源装置について説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。特に、構成部品としてのＩＧＢＴ３Ｃの熱疲労度計算に関して説明する。
【００２８】
図１を参照すると、この実施形態に係る制御部４（記憶部１８）は、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能である。
制御部４は、１日毎に、次に挙げる（１）乃至（３）の処理を行う。
（１）まず、制御部４（余寿命算出部１２）は、温度センサ８Ｃの温度情報を基に、ＩＧＢＴ３Ｃにおける、最初の実運用期間の第１温度上昇値と、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用（往復運転等）が再開される２回目以降の実運用期間の第２温度上昇値と、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用が再開される回数（サイクル）と、を計測する。
【００２９】
（２）次いで、制御部４（余寿命算出部１２）は、記憶部１８での推定余寿命情報を基に第１温度上昇値及び第２温度上昇値からＩＧＢＴ３Ｃの余寿命を算出する。
【００３０】
（３）その後、制御部４（余寿命算出部１２）は、算出した余寿命を基に、第１温度上昇値、第２温度上昇値及び回数から余寿命消費割合を計算する。
【００３１】
また、制御部４（余寿命算出部１２）は、日毎の余寿命消費割合を積算し、記憶部１８等に記憶させる。そして、制御部４（余寿命算出部１２）は、積算した余寿命消費割合の情報を外部に、ここではモニタ９に出力する。これにより、モニタ９は、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合の情報を表示することが可能となり、乗務員等にＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合の情報を報知することができる。
【００３２】
制御部４（アラーム検出部１４）は、上記積算された余寿命消費割合に関して設定されたアラームレベルの情報を保持又は取得可能である。アラームレベルは、例えばＩＧＢＴ３Ｃの交換を必要とするレベルに設定されている。
【００３３】
制御部４（アラーム検出部１４）は、余寿命算出部１２で積算した余寿命消費割合がアラームレベルに到達したとき以降、すなわちアラームレベル以上となった場合に、アラーム情報を外部に、ここではモニタ９に出力する。
【００３４】
図４は、車両用電源装置のＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合を算出し、算出した余寿命消費割合に応じて処理する方法を説明するためのフローチャートである。
【００３５】
次に、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合を算出し、算出した余寿命消費割合に応じて処理する方法について説明する。
【００３６】
図１及び図４に示すように、上記方法がスタートすると、まず、ステップＳ１において、余寿命算出部１２は、ＩＧＢＴ３Ｃにおいて、最初の実運用期間の第１温度上昇値と、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用（往復運転等）が再開される２回目以降の実運用期間の第２温度上昇値と、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用が再開される回数（サイクル）と、を計測する。
【００３７】
次いで、余寿命算出部１２は、ステップＳ２において、記憶部１８での推定余寿命情報を基に第１温度上昇値及び第２温度上昇値からＩＧＢＴ３Ｃの余寿命を算出し、続くステップＳ３において、算出した余寿命を基に、第１温度上昇値、第２温度上昇値及び回数から１日毎の余寿命消費割合を計算する。その後、ステップＳ４において、余寿命算出部１２は、日毎の余寿命消費割合を積算し、記憶部１８等に記憶させる。
【００３８】
続いて、ステップＳ５において、アラーム検出部１４は、余寿命算出部１２で積算した余寿命消費割合がアラームレベル以上となったのかどうか、すなわち、アラームレベルに到達したとき以降であるのかどうか判断する。
【００３９】
余寿命消費割合がアラームレベル以上となっていない場合（ステップＳ５）、ステップＳ６に移行し、余寿命算出部１２は、余寿命消費割合の情報を外部に、ここではモニタ９に出力し、上記方法が終了する（エンド）。これにより、モニタ９は、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合の情報を表示することが可能となり、乗務員等にＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合の情報を報知することができる。
【００４０】
余寿命消費割合がアラームレベル以上となった場合（ステップＳ５）、ステップＳ７に移行し、余寿命算出部１２は、アラーム情報を外部に、ここではモニタ９に出力、上記方法が終了する（エンド）。これにより、モニタ９は、アラーム情報を表示することが可能となり、乗務員等にＩＧＢＴ３Ｃの交換などを促すことができる。
【００４１】
上記のように構成された第２の実施形態に係る車両用電源装置１０によれば、車両用電源装置１０は、ＩＧＢＴ３Ｃと、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を検出する温度センサ８Ｃと、制御部４と、を備えている。
【００４２】
制御部４は、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能である。制御部４は、１日毎に、（１）第１温度上昇値と、第２温度上昇値と、回数（サイクル）と、を計測し、（２）ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命を算出し、（３）余寿命消費割合を計算する。さらに、制御部４は、日毎の余寿命消費割合を積算し、積算した余寿命消費割合の情報を外部（モニタ９等）に出力する。
【００４３】
これにより、実際の運用状態にてＩＧＢＴ３Ｃの余寿命（劣化状況）を算出できるので、より正確に余寿命を推定することができる。また、算出したＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合が、アラームレベル以上となっていない場合でも、制御部４は、算出したＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合をモニタ９等に出力することができるため、例えば常時、余寿命消費割合をモニタ９等に出力することができる。
【００４４】
上記したことから、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用状態に対応付けて算出した余寿命消費割合の情報（余寿命に関する情報）を外部に出力することが可能な車両用電源装置１０を得ることができる。
【００４５】
次に、第３の実施形態に係る車両用電源装置について説明する。なお、この実施形態において、上述した第２の実施形態に係る車両用電源装置の例について詳しく説明する。
【００４６】
図５は、１日毎の、（１）ＩＧＢＴ３Ｃにおける、最初の実運用期間の第１温度上昇値ΔＴ１と、（２）ＩＧＢＴ３Ｃの実運用が再開される２回目以降の実運用期間の第２温度上昇値ΔＴ２と、（３）ＩＧＢＴ３Ｃの実運用が再開される回数（サイクル）と、をグラフで示した図である。図６は、故障率１０％における温度上昇値に対するＩＧＢＴ３Ｃの寿命サイクルの変化をグラフで示した図であり、推定余寿命線１５を示す図である。
【００４７】
図１、図５及び図６に示すように、第１温度上昇値ΔＴ１は、１日毎の、ＩＧＢＴ３Ｃにおける温度上昇値である。第２温度上昇値ΔＴ２は、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用が再開される２回目以降の実運用期間（車両が路線を一往復する毎）のＩＧＢＴ３Ｃの温度上昇値である。第２温度上昇値ΔＴ２では、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用が再開されるまでの間の温度下降値と言うこともできる。記憶部１８は、例えば推定余寿命線１５を有している。
【００４８】
余寿命算出部１２が計測した第１温度上昇値ΔＴ１及び第２温度上昇値ΔＴ２と、推定余寿命線１５と、を基にＩＧＢＴ３Ｃの寿命サイクルを導くことができる。第１温度上昇値ΔＴ１をプロットすることにより寿命サイクルＮ１を導くことができ、第２温度上昇値ΔＴ２をプロットすることにより寿命サイクルＮ２を導くことができる（図６）。そして、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命を算出することができる（図４、ステップＳ２）。
【００４９】
ΔＴ１ → Ｎ１
ΔＴ２ → Ｎ２
続いて、ＩＧＢＴ３Ｃにおける第１温度上昇（最初の実運用期間の温度上昇）が１日当たり繰り返される回数をｎ１、第２温度上昇（２回目以降の実運用期間の温度上昇）が１日当たり繰り返される回数をｎ２とする。
【００５０】
ここで、日毎の副項番をｄとする。実運用上、ＩＧＢＴ３Ｃの温度上昇値は毎日同じ値では無いため、次に示すようにΔＴ１、ΔＴ２、Ｎ１、Ｎ２、ｎ１及びｎ２に副項番ｄを付ける。
【００５１】
ΔＴ１ → ΔＴ１ｄ
ΔＴ２ → ΔＴ２ｄ
Ｎ１ → Ｎ１ｄ
Ｎ２ → Ｎ２ｄ
ｎ１ → ｎ１ｄ
ｎ２ → ｎ２ｄ
ＩＧＢＴ３Ｃにおける第１温度上昇は、１日に１回繰り返されるため、ｎ１ｄは次のようになる。
【００５２】
ｎ１ｄ＝１回／１日＝１
上記のことから、ΔＴ１ｄの温度サイクルで１日に消費する寿命の割合ΔＤ１ｄを次のように示すことができる。
【００５３】
ΔＤ１ｄ＝ｎ１ｄ／Ｎ１ｄ＝１／Ｎ１ｄ
次に、ＩＧＢＴ３Ｃにおける第２温度上昇は、１日にｎ２ｄ回繰り返されるため、ΔＴ２ｄの温度サイクルで１日に消費する寿命の割合ΔＤ２ｄを次のように示すことができる。
【００５４】
ΔＤ２ｄ＝ｎ２ｄ／Ｎ２ｄ
よって、ＩＧＢＴ３Ｃが１日に消費する寿命の割合をΔＤｄとすると、ΔＤｄを次のように示すことができる。
【００５５】
ΔＤｄ＝ΔＤ１ｄ＋ΔＤ２ｄ
上記のように、１日毎の余寿命消費割合を計算することができる（図４、ステップＳ３）。
【００５６】
そして、日毎の余寿命消費割合を積算し（図４、ステップＳ４）、積算した余寿命消費割合（積算値）Ｄが１（１００％）となった場合、寿命となる。
【００５７】
Ｄ＝ΔＤ１＋ΔＤ２＋ΔＤ３＋ … ＋ΔＤｍ＝１（１００％）
上記ｍはＩＧＢＴ３Ｃの実運用日数であるため、ＩＧＢＴ３Ｃが実運用してからｍ日目に寿命となったことを示している。
【００５８】
余寿命消費割合Ｄがアラームレベル以上となっていない場合、余寿命消費割合Ｄをモニタ９に表示する（図４、ステップＳ６）。
【００５９】
余寿命消費割合Ｄがアラームレベル以上となった場合、例えばＤ＝０．８（８０％）に到達したとき以降、アラーム情報をモニタ９に表示する（図４、ステップＳ７）。これにより、余寿命消費割合Ｄが１（１００％）に到達する前に、例えば、オーバーホールを推奨するアラームをモニタ９に表示することができる。
【００６０】
上記のように構成された第３の実施形態に係る車両用電源装置１０は、第２の実施形態に係る車両用電源装置の例について具現化するものであり、第２の実施形態に係る車両用電源装置と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
上記したことから、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用状態に対応付けて算出した余寿命消費割合Ｄの情報（余寿命に関する情報）を外部に出力することが可能な車両用電源装置１０を得ることができる。
【００６２】
次に、第４の実施形態に係る車両用電源装置について説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第３の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。第３の実施形態ではＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合Ｄを算出したが、この実施の形態ではＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数をさらに算出するものである。
【００６３】
ここで、ＩＧＢＴ３Ｃの１日当たりの余寿命消費割合の平均値をΔＤ´とすると、制御部４（余寿命算出部１２）は、上記余寿命消費割合Ｄ及び実運用日数ｍの情報を基に、平均値ΔＤ´を算出することができる。
【００６４】
ΔＤ´＝Ｄ／ｍ
そして、算出した平均値ΔＤ´を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの寿命日数Ｌを算出することができる。
【００６５】
Ｌ＝１／ΔＤ´
これにより、算出したＩＧＢＴ３Ｃの寿命日数Ｌと、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用日数ｍと、を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙを算出することができる。
【００６６】
Ｙ＝Ｌ−ｍ
余寿命算出部１２は、算出（推定）したＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙの情報を外部に、ここではモニタ９に出力する。これにより、モニタ９は、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙの情報を表示することが可能となり、乗務員等にＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙの情報を報知することができる。
【００６７】
上記のように構成された第４の実施形態に係る車両用電源装置１０によれば、車両用電源装置１０は、ＩＧＢＴ３Ｃと、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を検出する温度センサ８Ｃと、制御部４と、を備えている。
【００６８】
制御部４は、第３の実施形態において積算した余寿命消費割合Ｄの情報を基に、１日当たりの余寿命消費割合Ｄの平均値ΔＤ´を算出し、算出した平均値ΔＤ´を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの寿命日数Ｌを算出する。制御部４は、寿命日数Ｌと、実運用日数ｍと、を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙを算出する。さらに、制御部４は、余寿命日数Ｙの情報を外部（モニタ９等）に出力する。
【００６９】
これにより、実際の運用状態にてＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙを算出できるので、より正確に余寿命日数を推定することができる。このため、乗務員等は、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命消費割合Ｄの情報を報知される場合より明快に、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命に関して認識することができる。
【００７０】
上記したことから、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用状態に対応付けて算出した余寿命日数の情報（余寿命に関する情報）を外部に出力することが可能な車両用電源装置１０を得ることができる。
【００７１】
次に、第５の実施形態に係る車両用電源装置について説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第４の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７２】
第３及び第４の実施形態では、ＩＧＢＴ３Ｃの故障率が１０％となる実運用日数を寿命日数Ｌとすることを前提としていた。すなわち、記憶部１８が保持又は取得可能な推定余寿命情報（推定余寿命線１５）は、特定の故障率として１０％に対応付けた情報であった。
【００７３】
この実施形態では、ＩＧＢＴ３Ｃの故障率がα％となる実運用日数を寿命日数Ｌとするものである（１％≦α％＜１０％）。このため、制御部４（余寿命算出部１２）は、特定の故障率（１０％）に対応した寿命日数Ｌを、他の故障率（α％）に対応した寿命日数に換算するものである。
【００７４】
ここで、ＩＧＢＴ３Ｃの故障率が１０％となる実運用日数である寿命日数をＬ１０％、ＩＧＢＴ３Ｃの故障率がα％となる実運用日数である寿命日数をＬα％とする。
【００７５】
寿命日数（故障率１０％）：Ｌ１０％
寿命日数（故障率α％） ：Ｌα％
寿命日数Ｌ１０％から、次の式により寿命日数Ｌα％の値を求めることができる。
【数１】
【００７６】
但し、この式は、１％≦α％＜１０％である場合に適用されるものである。
【００７７】
例えば、ＩＧＢＴ３Ｃの故障率が１％となる実運用日数である寿命日数Ｌ１％は、次の式に示すように求めることができる（α＝１）。
【数２】
【００７８】
制御部４（余寿命算出部１２）は、換算した寿命日数Ｌα％を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙα％を換算し、換算した余寿命日数Ｙα％の情報を外部に、ここではモニタ９に出力する。これにより、モニタ９は、α％故障率でのＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙα％の情報を表示することが可能となり、乗務員等にＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙα％の情報を報知することができる。
【００７９】
上記のように構成された第５の実施形態に係る車両用電源装置１０によれば、車両用電源装置１０は、ＩＧＢＴ３Ｃと、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を検出する温度センサ８Ｃと、制御部４と、を備えている。
【００８０】
制御部４は、特定の故障率（１０％）に対応した寿命日数Ｌ１０％を、他の故障率（α％）に対応した寿命日数Ｌα％に換算し、換算した寿命日数Ｌα％を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの余寿命日数Ｙα％を換算する。さらに、制御部４は、余寿命日数Ｙα％の情報を外部（モニタ９等）に出力する。
【００８１】
ＩＧＢＴ３Ｃ等、車両故障が頻発する前にオーバーホールするためには、１０％故障率での寿命（寿命日数）を算出したのでは、故障率が高く、運用の実態には合わないものである。そこで、１０％故障率での寿命（寿命日数）を１％故障率での寿命（寿命日数）等に換算することにより、ＩＧＢＴ３Ｃを適切な時期にオーバーホールすることができる。これにより、車両（ＩＧＢＴ３Ｃ）の安全性を高めることができる。
【００８２】
上記したことから、ＩＧＢＴ３Ｃに関する温度情報を基に、ＩＧＢＴ３Ｃの実運用状態に対応付けて算出（換算）した余寿命日数の情報（余寿命に関する情報）を外部に出力することが可能な車両用電源装置１０を得ることができる。
【００８３】
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００８４】
例えば、第２乃至第５の実施形態において、構成部品をＩＧＢＴ３Ｃに限定して説明したが、構成部品はＩＧＢＴ３Ｃに限定されるものではなく、種々変形可能であり、温度条件によって寿命に関して影響を受ける部品であれば適用可能である。モニタ９は、車両用電源装置１０に設けられてなくともよく、この場合、車両用電源装置１０とは別に車両に設けられていればよい。
この発明の車両用電源装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形可能であり、各種の車両用電源装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
３Ｃ…ＩＧＢＴ、４…制御部、５…交流リアクトル、６…トランス、８，８Ｃ…温度センサ、９…モニタ、１０…車両用電源装置、１１…直流リアクトル、１２…余寿命算出部、１４…アラーム検出部、１８…記憶部、１９…タイマ、１３…推定余寿命曲線、１５…推定余寿命線、１６…アラームレベル、ΣＴ…積算値、ΔＴ１…第１温度上昇値、ΔＴ２…第２温度上昇値、ｎ１ｄ，ｎ２ｄ…回数、ΔＤｄ，ΔＤ１ｄ，ΔＤ２ｄ…割合、ｍ…実運用日数、Ｄ…余寿命消費割合、ΔＤ´…平均値、Ｌ，Ｌ１０％，Ｌα％…寿命日数、Ｙ，Ｙα％…余寿命日数。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度条件によって寿命に関して影響を受ける構成部品と、
前記構成部品に関する温度情報を検出するセンサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記構成部品の実運用時間における前記温度情報の積算値を計算可能であり、
前記構成部品における前記積算値に対する余寿命の変化を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能であり、
前記推定余寿命情報を基に前記積算値から前記構成部品の余寿命を算出し、
前記算出した余寿命の情報を外部に出力することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
表示装置をさらに備え、
前記制御部は、前記算出した余寿命の情報を前記表示装置に出力することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記構成部品の推定余寿命に関して設定されたアラームレベルの情報を保持又は取得可能であり、
前記算出した余寿命が前記アラームレベルに到達したとき以降、アラーム情報を前記表示装置に出力可能であることを特徴とする請求項２に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
温度条件によって寿命に関して影響を受ける構成部品と、
前記構成部品に関する温度情報を検出するセンサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記構成部品の余寿命を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能であり、
１日毎に、（１）前記温度情報を基に、前記構成部品における、最初の実運用期間の第１温度上昇値と、前記構成部品の実運用が再開される２回目以降の実運用期間の第２温度上昇値と、前記構成部品の実運用が再開される回数と、を計測し、（２）前記推定余寿命情報を基に前記第１温度上昇値及び第２温度上昇値から前記構成部品の余寿命を算出し、（３）前記算出した余寿命を基に、前記第１温度上昇値、第２温度上昇値及び回数から余寿命消費割合を計算し、
日毎の前記余寿命消費割合を積算し、
前記積算した余寿命消費割合の情報を外部に出力することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項５】
表示装置をさらに備え、
前記制御部は、前記積算した余寿命消費割合の情報を前記表示装置に出力することを特徴とする請求項４に記載の車両用電源装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記積算された余寿命消費割合に関して設定されたアラームレベルの情報を保持又は取得可能であり、
前記積算した余寿命消費割合が前記アラームレベルに到達したとき以降、アラーム情報を前記表示装置に出力可能であることを特徴とする請求項５に記載の車両用電源装置。
【請求項７】
表示装置をさらに備え、
前記制御部は、
前記積算した余寿命消費割合の情報を基に、前記構成部品の余寿命を算出し、
前記算出した余寿命の情報を前記表示装置に出力することを特徴とする請求項４に記載の車両用電源装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記積算した余寿命消費割合の情報を基に、１日当たりの余寿命消費割合の平均値を算出し、
前記算出した平均値を基に、前記構成部品の寿命日数を算出し、
前記算出した構成部品の寿命日数と、前記構成部品の実運用日数と、を基に、前記構成部品の余寿命日数を算出し、
前記算出した余寿命日数を前記表示装置に出力することを特徴とする請求項７に記載の車両用電源装置。
【請求項９】
前記推定余寿命情報は、特定の故障率に対応付けた情報であり、
前記制御部は、前記特定の故障率に対応した前記寿命日数を、他の故障率に対応した寿命日数に換算し、
前記換算した寿命日数を基に、前記構成部品の余寿命日数を換算し、
前記換算した余寿命日数を前記表示装置に出力することを特徴とする請求項８に記載の車両用電源装置。
【請求項１】
温度条件によって寿命に関して影響を受ける構成部品と、
前記構成部品に関する温度情報を検出するセンサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記構成部品の実運用時間における前記温度情報の積算値を計算可能であり、
前記構成部品における前記積算値に対する余寿命の変化を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能であり、
前記推定余寿命情報を基に前記積算値から前記構成部品の余寿命を算出し、
前記算出した余寿命の情報を外部に出力することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
表示装置をさらに備え、
前記制御部は、前記算出した余寿命の情報を前記表示装置に出力することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記構成部品の推定余寿命に関して設定されたアラームレベルの情報を保持又は取得可能であり、
前記算出した余寿命が前記アラームレベルに到達したとき以降、アラーム情報を前記表示装置に出力可能であることを特徴とする請求項２に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
温度条件によって寿命に関して影響を受ける構成部品と、
前記構成部品に関する温度情報を検出するセンサと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記構成部品の余寿命を推定した推定余寿命情報を保持又は取得可能であり、
１日毎に、（１）前記温度情報を基に、前記構成部品における、最初の実運用期間の第１温度上昇値と、前記構成部品の実運用が再開される２回目以降の実運用期間の第２温度上昇値と、前記構成部品の実運用が再開される回数と、を計測し、（２）前記推定余寿命情報を基に前記第１温度上昇値及び第２温度上昇値から前記構成部品の余寿命を算出し、（３）前記算出した余寿命を基に、前記第１温度上昇値、第２温度上昇値及び回数から余寿命消費割合を計算し、
日毎の前記余寿命消費割合を積算し、
前記積算した余寿命消費割合の情報を外部に出力することを特徴とする車両用電源装置。
【請求項５】
表示装置をさらに備え、
前記制御部は、前記積算した余寿命消費割合の情報を前記表示装置に出力することを特徴とする請求項４に記載の車両用電源装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記積算された余寿命消費割合に関して設定されたアラームレベルの情報を保持又は取得可能であり、
前記積算した余寿命消費割合が前記アラームレベルに到達したとき以降、アラーム情報を前記表示装置に出力可能であることを特徴とする請求項５に記載の車両用電源装置。
【請求項７】
表示装置をさらに備え、
前記制御部は、
前記積算した余寿命消費割合の情報を基に、前記構成部品の余寿命を算出し、
前記算出した余寿命の情報を前記表示装置に出力することを特徴とする請求項４に記載の車両用電源装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記積算した余寿命消費割合の情報を基に、１日当たりの余寿命消費割合の平均値を算出し、
前記算出した平均値を基に、前記構成部品の寿命日数を算出し、
前記算出した構成部品の寿命日数と、前記構成部品の実運用日数と、を基に、前記構成部品の余寿命日数を算出し、
前記算出した余寿命日数を前記表示装置に出力することを特徴とする請求項７に記載の車両用電源装置。
【請求項９】
前記推定余寿命情報は、特定の故障率に対応付けた情報であり、
前記制御部は、前記特定の故障率に対応した前記寿命日数を、他の故障率に対応した寿命日数に換算し、
前記換算した寿命日数を基に、前記構成部品の余寿命日数を換算し、
前記換算した余寿命日数を前記表示装置に出力することを特徴とする請求項８に記載の車両用電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７０２６７（Ｐ２０１２−１７０２６７Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０１３０（Ｐ２０１１−３０１３０）
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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