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1. (JP2012085535) ELECTRIC VEHICLE PROPULSION CONTROL DEVICE AND RAILWAY VEHICLE SYSTEM
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Description

Title of Invention 電気車の推進制御装置、および鉄道車両システム JP PCT/JP2010/062946 20100730 20120829 B60L 9/18 B60L 11/18 B61C 3/02 特開2009−72003(JP,A) 特開2008−263741(JP,A) 特開2008−141877(JP,A) 特開2007−28852(JP,A) 実開昭58−46203(JP,U) 特開平08−79914(JP,A) 特開2000−152408(JP,A) 2012085535 20120426 37 20120203 東 勝之

Technical Field

0001  

Background Art

0002   0003  

Citation List

Patent Literature

0004  

Summary of Invention

Technical Problem

0005   0006  

Technical Solution

0007  

Advantageous Effects

0008  

Brief Description of Drawings

0009  

Description of Embodiments

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128  

Industrial Applicability

0129  

Reference Signs List

0130  

Claims

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20  

Drawings

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44    

Description

電気車の推進制御装置、および鉄道車両システム

JP PCT/JP2010/062946 20100730 20120829 B60L 9/18 B60L 11/18 B61C 3/02 patcit 1 : 特開2009−72003(JP,A)
patcit 2 : 特開2008−263741(JP,A)
patcit 3 : 特開2008−141877(JP,A)
patcit 4 : 特開2007−28852(JP,A)
patcit 5 : 実開昭58−46203(JP,U)
patcit 6 : 特開平08−79914(JP,A)
patcit 7 : 特開2000−152408(JP,A)
2012085535 20120426 37 20120203 東 勝之

Technical Field

[0001]
本発明は、電力貯蔵装置を備えた電気車の推進制御装置に関するものである。

Background Art

[0002]
電力貯蔵装置を備えて構成された従来の電気車の推進制御装置として、特許文献1に記載の車両用駆動制御装置が存在する。
[0003]
この車両用駆動制御装置においては、架線または/および電力貯蔵装置からの直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動するインバータと、架線からの直流電圧またはモータからの回生電力を変換して電力貯蔵装置を充電するためのDC/DCコンバータとを備え、電力貯蔵装置の充電深度および車両の状態(力行時、停車時、だ行時、回生時)に応じた制御(電力貯蔵装置からモータへの給電、電力貯蔵装置の充電、放電)を実施する。

Citation List

Patent Literature

[0004]
patcit 1 : 特開2005−278269号公報

Summary of Invention

Technical Problem

[0005]
上記従来の車両用駆動制御装置においては、架線からの直流電圧を電力貯蔵装置の直流電圧に変換するDC/DCコンバータと直流電力を交流電力に変換しモータを駆動するインバータの2つの電力変換装置を搭載しているため、コスト、質量、寸法が大きいという問題点があった。
[0006]
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コスト化、小型化および軽量化が可能な電気車の推進制御装置を得ることを目的とする。

Technical Solution

[0007]
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電力貯蔵装置を有する電気車の推進制御装置であって、架線と架線から入力される直流電圧の供給先となる電力変換部との間で回路の開閉を行う第1のスイッチと、前記電力変換部と電気車の動力を発生するモータとの間で回路の開閉を行う第2のスイッチと、前記電力変換部の前記第1のスイッチが接続された側の端子または前記電力変換部の前記第2のスイッチが接続された側の端子を選択して前記電力貯蔵装置と接続する切替部と、前記電力変換部、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチおよび前記切替部を制御し、前記電気車の動作態様に応じて、前記電力変換部の接続先を切り替えるとともに前記電力変換部をインバータまたはDC/DCコンバータとして動作させる制御部と、を備えることを特徴とする。

Advantageous Effects

[0008]
この発明によれば、電力変換部がインバータおよびDC/DCコンバータとして動作するので、電力貯蔵装置を充電するためのDC/DCコンバータを別途備える必要がなくなり、小型軽量化と低コスト化を実現した電気車の推進制御装置が得られる、という効果を奏する。

Brief Description of Drawings

[0009]
[fig. 1] 図1は、電気車の推進制御装置の実施の形態1の構成例を示す図である。
[fig. 2] 図2は、電力貯蔵装置を充電する場合の動作を示す図である。
[fig. 3] 図3は、電力貯蔵装置を利用してモータを駆動する場合の動作を示す図である。
[fig. 4] 図4は、実施の形態2の電気車であるハイブリット車両の構成例を示す図である。
[fig. 5] 図5は、実施の形態3の電力貯蔵装置を利用する場合の動作を示す図である。
[fig. 6] 図6は、実施の形態4の電気車の推進制御装置の構成例を示す図である。
[fig. 7] 図7は、実施の形態4の電気車の推進制御装置を備えた電気車の運用例を示す図である。
[fig. 8] 図8は、実施の形態4の電気車の推進制御装置を備えた電気車の運用例を示す図である。
[fig. 9] 図9は、実施の形態4の電気車の推進制御装置を備えた電気車の運用例を示す図である。
[fig. 10] 図10は、実施の形態5の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。
[fig. 11] 図11は、実施の形態5の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。
[fig. 12] 図12は、実施の形態6の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。
[fig. 13] 図13は、実施の形態6の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。
[fig. 14] 図14は、実施の形態7の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。
[fig. 15] 図15は、実施の形態7の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。
[fig. 16] 図16は、実施の形態8の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。
[fig. 17] 図17は、電力貯蔵装置を充電する場合の動作を示す図である。
[fig. 18] 図18は、電力供給源を架線から電力貯蔵装置に切り替える切替シーケンスを説明する図の一つである。
[fig. 19] 図19は、電力供給源を架線から電力貯蔵装置に切り替える切替シーケンスを説明する図の一つである。
[fig. 20] 図20は、電力供給源を架線から電力貯蔵装置に切り替える切替シーケンスを説明する図の一つである。
[fig. 21] 図21は、電力供給源を架線から電力貯蔵装置に切り替える切替シーケンスを説明する図の一つである。
[fig. 22] 図22は、電力供給源を架線から電力貯蔵装置に切り替える切替シーケンスを説明する図の一つである。
[fig. 23] 図23は、電力供給源を電力貯蔵装置から架線に切り替えるシーケンスを説明する図の一つである。
[fig. 24] 図24は、電力供給源を電力貯蔵装置から架線に切り替えるシーケンスを説明する図の一つである。
[fig. 25] 図25は、電力供給源を電力貯蔵装置から架線に切り替えるシーケンスを説明する図の一つである。
[fig. 26] 図26は、電力供給源を電力貯蔵装置から架線に切り替えるシーケンスを説明する図の一つである。
[fig. 27] 図27は、電力供給源を電力貯蔵装置から架線に切り替えるシーケンスを説明する図の一つである。
[fig. 28] 図28は、図17〜図27に示す一連のシーケンスをタイムチャートにして示した図である。
[fig. 29] 図29は、実施の形態9の電気車の推進制御装置の構成例を示す図である。
[fig. 30] 図30は、電力貯蔵装置を充電する場合の第1の充電動作を示す図である。
[fig. 31] 図31は、電力貯蔵装置を充電する場合の第2の充電動作を示す図である。
[fig. 32] 図32は、電力貯蔵装置を充電する場合の第3の充電動作を示す図である。
[fig. 33] 図33は、電力貯蔵装置を充電する場合の第4の充電動作を示す図である。
[fig. 34] 図34は、電力貯蔵装置の電力を用いて交流モータを駆動する場合の動作を示す図である。
[fig. 35] 図35は、直流架線の電力を用いて交流モータを駆動する場合の動作を示す図である。
[fig. 36] 図36は、燃料電池の電力を用いて交流モータを駆動する場合の動作を示す図である。
[fig. 37] 図37は、直流架線の電力を交流架線に供与する場合の動作を示す図である。
[fig. 38] 図38は、交流架線および電力貯蔵装置相互間で電力変換を行う場合の動作を示す図である。
[fig. 39] 図39は、電力貯蔵装置を充電する場合の第5の充電動作を示す図である。
[fig. 40] 図40は、電力貯蔵装置の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。
[fig. 41] 図41は、燃料電池の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。
[fig. 42] 図42は、直流架線の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。
[fig. 43] 図43は、燃料電池の電力を交流架線に供与する場合の動作を示す図である。
[fig. 44] 図44は、図30〜図43に示した動作を表形式で一覧にした図である。

Description of Embodiments

[0010]
以下に、本発明にかかる電気車の推進制御装置(以下、単に「推進制御装置」と記載する)の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
[0011]
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる推進制御装置の実施の形態1の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の推進制御装置は、推進制御装置内の各部を制御する制御部1と、変電所などの直流電源に接続された架線2から電力を取り入れる集電装置3と、回路を開閉するためのスイッチ4,5,9,13,14,16,19と、LCフィルタを構成するフィルタリアクトル6およびフィルタコンデンサ7と、複数のスイッチング素子により構成され、インバータおよびDC/DCコンバータとして動作する電力変換部8と、スイッチ9を介して電力変換部8の出力側に接続され、電力変換部8からの出力電圧を平滑化するバッテリリアクトル10と、電力変換部8の入力側(直流電圧の入力側)および出力側(三相交流電圧および電圧変換された直流電圧の出力側)に接続され、いずれか一方を選択して後述する電力貯蔵装置に接続する切替部11と、バッテリフィルタコンデンサ12と、二次電池や電気二重層キャパシタ等の電力貯蔵デバイスにより構成された電力貯蔵装置15と、スイッチ16を介して電力変換部8の出力側に接続されたモータ17と、フィルタコンデンサ7を放電させて端子電圧を調整するためのスイッチ18および放電抵抗R3と、フィルタコンデンサ7およびバッテリフィルタコンデンサ12を充電する際の抵抗としてそれぞれ使用される充電抵抗R1およびR2と、電力貯蔵装置15から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換する補助電源装置(SIV)20と、SIV20から電力供給を受けて動作する補機21と、電力変換部8の出力側に設置され、U,V,Wの各相の電流を検出する電流検出器CTU,CTV,CTWと、電力貯蔵装置15へ流入する電流および電力貯蔵装置15から流出する電流を検出する電流検出器CTBと、を備える。なお、補機21は、車内の照明や空調、制御装置等の電源(バッテリ)の充電装置等である。直流電源は、燃料電池や太陽光電池のような直流電圧源でもよい。
[0012]
ここで、図示したように、切替部11は電力変換部8の入力側または出力側と電力貯蔵装置15とを接続するが、出力側を選択する場合、3相の電流をまとめて電力貯蔵装置15へ出力するように構成されている。
[0013]
制御部1は、電力貯蔵装置15の電圧BEFC、バッテリフィルタコンデンサ12の電圧BES、電流検出器CTBの電流検出値IB、架線2から供給される直流電圧ES、フィルタコンデンサ7の電圧EFC、および電流検出器CTU,CTV,CTWの電流検出値IU,IV,IWを監視している。また、運転者による操作内容を示す情報(以下、操作情報と記載する)を外部から受け取る。この操作情報には、たとえば、電気車の運行操作(力行,ブレーキ,だ行,停車)を示す情報や電力貯蔵装置15の受電開始操作を示す情報などが含まれる。そして、制御部1は、これらの監視結果や外部から受け取った操作情報に基づいて、スイッチ4,5,9,13,14,16、切替部11および電力変換部8(より詳細には電力変換部8を構成している各スイッチング素子)を制御する。
[0014]
このような構成の推進制御装置では、電気車を力行させたり回生ブレーキを使用したりする必要がない状態、すなわち停車中やだ行中などの状態で、なおかつ電力貯蔵装置15の充電が必要な状態の場合、スイッチ16を開放して電力変換部8からモータ17を切り離し、電力変換部8を利用して電力貯蔵装置15を充電することを特徴としている。以下、本実施の形態の推進制御装置の特徴的な動作の詳細について説明する。
[0015]
なお、本実施の形態の推進制御装置おいては、SIV20は電力貯蔵装置15からの出力電圧を変換して補機21への供給電圧を生成するように構成されており、架線電圧(架線2から供給される直流電圧)を補機21への供給電圧に変換することはしない。また、本実施の形態の推進制御装置において、電気車を力行させる場合、電力変換部8への電力供給は、電力貯蔵装置15のみから行うものとする。すなわち、電力変換部8が架線2から供給された電力を変換してモータ17駆動用の三相交流電圧を生成することはしない。
[0016]
図2は、本実施の形態の推進制御装置において電力貯蔵装置15を充電する場合の動作を示す図であり、電力変換部8をDC/DCコンバータとして利用する場合の動作を示している。図2において、スイッチ4,5,9,13,14,16,19には状態を示す○または×を併せて記載しており、○が閉状態,×が開状態を示している。図3以降におけるスイッチの記載も同様である。
[0017]
制御部1は、電力貯蔵装置15の電圧BEFC、バッテリフィルタコンデンサ12の電圧BES、電流検出器CTBの電流検出値IB、架線2から供給される直流電圧ES、フィルタコンデンサ7の電圧EFC、および電流検出器CTU,CTV,CTWの電流検出値IU,IV,IWを監視している。また、操作情報を外部から受け取る。
[0018]
推進制御装置は、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において、電力貯蔵装置15を充電する必要があると判断した場合、図2に示したように、架線2から供給される直流電圧を電力変換部8で変換して所望電圧の直流電力を生成し、電力貯蔵装置15を充電する。
[0019]
たとえば、制御部1は、充電動作を実施可能な状態(力行や回生ブレーキを使用した制動などを終了し、モータ17を使用していない状態)であり、なおかつ充電開始操作が実施されたことを外部から受け取った操作情報に基づいて判断すると、電力貯蔵装置15の充電動作を実施する。なお、電力貯蔵装置15の放電が進んでいない状態(電力貯蔵装置15が満充電の状態)で充電開始操作が実施されることもあり得るので、制御部1は、充電開始操作が実施された場合、まず、電力貯蔵装置15の電圧BEFCが所定のしきい値を下回っているかどうか確認し、しきい値を下回っている場合に充電動作を開始するようにしてもよい。
[0020]
また、運転者により充電開始操作が実施されたことを検出した場合に充電動作を開始するのではなく、電力貯蔵装置15の状態に応じて充電動作を開始するようにしてもよい。たとえば、制御部1は、充電動作を実施可能な状態(力行や回生ブレーキを使用した制動などを終了し、モータ17を使用していない状態)となった旨の通知を外部から受けると、電力貯蔵装置15の電圧BEFCが所定のしきい値を下回っているかどうか確認する。そして、しきい値を下回っている場合、充電が必要と判断して電力貯蔵装置15の充電動作を開始する。この場合、電気車の状態や電力貯蔵装置15の状態に応じて運転者が充電開始操作を実施する必要がなくなるので、運転者の操作負荷を軽減できる。
[0021]
充電動作を開始する場合、制御部1は、まず、スイッチ16を開放して(オフにして)モータ17を切り離した状態とし、さらに、直流電源(架線2)から電力変換部8へ電力を供給するために、まず、スイッチ4を閉じて(オンにして)、直流電源から、架線2および集電装置3を通し、フィルタコンデンサ7を充電させる。そして、フィルタコンデンサ7への充電が進み、その電圧EFCが所定値に達すると、次に、スイッチ5を閉じて充電抵抗R1を短絡させる。また、スイッチ14を開放状態に保ったままスイッチ13を閉じ、電力貯蔵装置15から電流を流してバッテリフィルタコンデンサ12を充電する。バッテリフィルタコンデンサ12の電圧BEFCが所定値に達すると、スイッチ14を閉じて充電抵抗R2を短絡させる。そして、切替部11をバッテリリアクトル10側(電力変換部8の出力側)に切り替えるとともにスイッチ9を閉じる。
[0022]
また、制御部1は、電力変換部8の各スイッチング素子を制御して電力変換部8をDC/DCコンバータとして動作させる(電力変換部8の3相の出力端子からそれぞれ出力される電圧値を調整する)。具体的には、電力貯蔵装置15の電圧BEFCなどに応じて決定される充電電流指令値(電力貯蔵装置15の充電電流値)をIBRとした場合に次式が成立するように、電力変換部8の制御信号GSU,GSV,GSW,GSX,GSY,GSZを生成する。なお、IU,IV,IWは電流検出器CTU,CTV,CTWの検出値である。
IBR=IU+IV+IW
[0023]
すなわち、制御部1は、電力変換部8から出力されるU,V,Wの各相の電流の合計値が充電電流指令値IBRと一致するように、電力変換部8の各相のスイッチング素子を比例積分制御し、その結果をPWM制御信号GSU,GSV,GSW,GSX,GSY,GSZとして電力変換部8に出力する。たとえば、IU=IV=IW=IBR×1/3となるように制御する。
[0024]
このように制御することにより電力変換部8がDC/DCコンバータとして動作し、電力貯蔵装置15を充電することができる。
[0025]
なお、制御部1は、充電動作を開始後、充電動作が実施不可能な状態となった旨(力行を開始する旨やブレーキ使用を開始する旨)の通知を外部から受けると、推進制御装置内の各部を制御して充電動作を終了させる。外部からの通知に従って充電動作を終了することに加えて、電力貯蔵装置15が十分に充電された(所定の電圧に達した)ことを検出した時点で充電動作を終了させるようにしてもよい。
[0026]
図3は、本実施の形態の推進制御装置において電力貯蔵装置15を利用してモータ17を駆動する場合の動作を示す図であり、電力変換部8をインバータとして利用する場合の動作を示している。
[0027]
電力変換部8をDC/DCコンバータとして利用する場合と同様に、制御部1は、BEFC,BES,IB,ES,EFC,IU,IV,IWを監視している。また、電気車の状態を示す情報を外部から受け取る。
[0028]
推進制御装置は、電力貯蔵装置15が十分に充電された状態において電気車を力行させる場合、図3に示したように、電力貯蔵装置15が電力変換部8に対して給電を行い、電力変換部8は電力貯蔵装置15から供給された直流電圧を変換してモータ17駆動用の三相交流電圧を生成する。
[0029]
たとえば、制御部1は、力行を開始する旨の通知を外部から受けると、電力貯蔵装置15の電圧BEFCが一定レベル以上かどうか確認する。そして、一定レベル以上である場合、十分に充電された状態であると判断し、電力貯蔵装置15を利用してモータ17を駆動する。
[0030]
電力貯蔵装置15を放電させてモータ17を駆動する場合、制御部1は、まず、電力変換部8をDC/DCコンバータとして動作させているのであればそれを停止し、スイッチ4を開放して架線2からの電源供給を停止するとともにパンタグラフを下げる。次に、放電スイッチ18を閉じてフィルタコンデンサ7に蓄積された電荷を放電抵抗R3で消費させ電圧EFCを電力貯蔵装置15の電圧(BEFC)以下に放電する。その後、スイッチ9を開放して電力変換部8の出力側とバッテリリアクトル10を切り離し、さらに、切替部11を電力変換部8の入力側へ切り替えるとともにスイッチ16を閉じて電力変換部8とモータ17を接続する。
[0031]
また、制御部1は、電力変換部8の各スイッチング素子を制御して電力変換部8をインバータとして動作させてモータ17を駆動するための三相交流電圧を生成する。たとえば、外部から受け取るトルク指令TRQR(図示は省略している)とモータ17の周波数に基づいて、トルク分電流指令IQRおよび磁束分電流指令IDRを求める。また、IU,IV,IWを、一次周波数F1を積分して得られた位相でそれぞれ座標変換してトルク分電流IQおよび磁束分電流IDを算出し、これらの算出したトルク分電流指令IQRとトルク分電流IQの偏差、および磁束分電流指令IDRと磁束分電流IDの偏差、がそれぞれゼロとなるように、電力変換部8をPWM制御する。
[0032]
これにより、電力変換部8でモータ17駆動用の三相交流電圧が生成され、電力貯蔵装置15の電力で電気車が駆動(力行)される。
[0033]
なお、制御部1は、電流値および電圧値を検出した場合、検出した値が故障検出用の判定値以下であるかどうか確認し、判定値を超えた場合には故障と判断して電力変換部8の制御を停止し、出力電圧をゼロにする。
[0034]
また、詳細説明は省略するが、モータ17を回生運転させる場合、電力貯蔵装置15を充電するように構成してもよい。たとえば、モータ17を回生運転させる場合、制御部1は、電力貯蔵装置15の電圧BEFCを確認し、この値が所定レベル以下となっている場合、スイッチ4を開放するとともに切替部11をスイッチ4側(電力変換部8から回生電力が出力される側)に切り替える。そして、モータ17からの回生電力が電力貯蔵装置15の充電用電圧に変換されるように電力変換部8の各スイッチング素子を制御し、電力貯蔵装置15を充電する。
[0035]
このように、本実施の形態の推進制御装置は、直流電圧を変換してモータ駆動用の三相交流電圧を生成する電力変換部とモータを接続しておく必要がない状態の場合、電力変換部をDC/DCコンバータとして動作させることにより、架線から供給される直流電圧を変換して電力貯蔵装置を充電することとした。これにより、電力貯蔵装置を充電するためのDC/DCコンバータを別途備える必要がなくなり、推進制御装置の小型化および軽量化と低コスト化が実現できる。
[0036]
また、既存のインバータ車両に電力貯蔵装置と切替え装置(切替部11など)を追加することで実現できるので、改造が容易なので低コストで実現できる。
[0037]
実施の形態2.
実施の形態1においては、モータ17駆動用の三相交流電圧を生成する場合、電力貯蔵装置15からの出力電圧を電力変換部8が変換してモータ17駆動用の三相交流電圧とする推進制御装置(架線2から供給される電圧を変換してモータ17駆動用の三相交流電圧を直接生成することはしない推進制御装置)について説明した。そのため、実施の形態1で説明した推進制御装置を備えた車両が複数連結された編成が運用される場合、1編成内の各推進制御装置を図4に示したように使い分けるとよい。図4は、実施の形態2の電気車であるハイブリット車両(鉄道車両システム)の構成例を示す図である。なお、車両A,Bは同一構成かつ実施の形態1で説明した推進制御装置を備えた電気車である。図4では主要部のみを記載しており、電力変換部8A,8Bは実施の形態1で説明した電力変換部8に相当する(図1など参照)。また、制御部1A,1Bは実施に形態1で説明した制御部1に相当する。同様に、スイッチ4A,4B、スイッチ16A,16B、切替部11A,11B、電力貯蔵装置15A,15B、モータ17A,17Bはそれぞれ、実施の形態1で説明したスイッチ4、スイッチ16、切替部11、電力貯蔵装置15、モータ17に相当する。また、各推進制御装置は、他の車両の推進制御装置と接続するためのインタフェース(接続部)100を備える。このインタフェース100は推進制御装置の直流電圧部同士を接続するとともに制御部同士を接続する。
[0038]
すなわち、図4に例示したように、車両のバッテリフィルタコンデンサ(図示は省略している。図1など参照)間を接続する。そして、車両Aでは電力変換部8AをDC/DCコンバータとして動作させて、架線から供給される直流電圧を電力貯蔵装置の充電電圧(電力貯蔵装置の出力電圧と同等の直流電圧)に変換する。一方、車両Bでは電力変換部8Bをインバータとして動作させてモータ17B駆動用の三相交流電圧に変換する。この運用を実現するために、制御部1Aと1Bは、必要に応じて情報の交換等を行いつつ推進制御装置内の各部を制御する。このような運用方法を適用することにより、架線下の電化区間では、車両Aの電力変換部8Aで生成された直流電圧が車両B側にも供給されるので、車両Bでは電力貯蔵装置15Bの電力を消費せずに走行でき、架線下を走行する場合に走行距離の制約がなくなる。さらに、電力貯蔵装置15Bの充放電回数が減るので電力貯蔵装置15Bの長寿命化を図れ、低コスト化となる。
[0039]
なお、編成が2両の場合を示したが、3両以上の場合(実施の形態1で説明した推進制御装置を備えた電気車が1つの編成に3両以上含まれる場合)、少なくとも1両において、電力変換部をDC/DCコンバータとして動作させ、残りの中の少なくとも1両においてインバータとして動作させればよい。各推進制御装置の制御部(図4では記載を省略している)には、電力変換部をインバータとして動作させるかDC/DCコンバータとして動作させるかの指示が外部から入力され、その指示内容に応じて制御部が各部を制御する。
[0040]
実施の形態3.
また、図5に示したように、車両基地や駅に電力貯蔵装置101が設置されている場合において、これらの車両基地や駅で停車している間に、電力変換部8をDC/DCコンバータとして動作させ、自車が備えている電力貯蔵装置15の代わりに外部の電力貯蔵装置101を充電するようにしてもよい。
[0041]
このような利用を実現するために、本実施の形態の推進制御装置(推進制御装置を備えた車両)は、外部の電力貯蔵装置101を自車両内の電力貯蔵装置15と並列に接続するためのインタフェース(接続部)100を備える。なお、外部の電力貯蔵装置101が接続されたことを検出した場合に、内部の電力貯蔵装置15を電力変換部8から切り離すようにしてもよい(切り離すためのスイッチをさらに備えるようにしてもよい)。
[0042]
これにより、低コストで充電でき、さらには、車両基地や駅に電力貯蔵装置101の充電設備が不要となる。夜間等電気料金の安い時間帯に充電するとさらに低コストで充電できる。なお、図示した車両は、実施の形態1で説明した推進制御装置を備えた電気車である(主要部以外は記載を省略している)。
[0043]
実施の形態4.
先の実施の形態1〜3では、補助電源装置(SIV)20が電力貯蔵装置15からの電圧を変換して補機21に供給し、また、電力変換部8はモータ17の駆動電圧を電力貯蔵装置15の出力電圧から生成するように構成した推進制御装置について説明したが、図6に示したような構成とすることも可能である。
[0044]
図6は、実施の形態4の推進制御装置の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の推進制御装置は、図1に示した構成図において、スイッチ19、SIV20および補機21の接続位置を変更したもの(電力変換部8の入力側に並列に接続するように変更したもの)である。また、この図6は、電力変換部8をDC/DCコンバータとして利用して電力貯蔵装置15を充電する場合の動作(各スイッチ,切替部11の状態)を併せて示している。
[0045]
上記のような構成を採用したことにより、本実施の形態の推進制御装置を備えた電気車は、図7〜図9に示した運用方法が可能となる。図7〜図9においては、図6に示した推進制御装置の主要部のみを記載している。また、電力の流れを一点鎖線で示している。
[0046]
図7は、電力貯蔵装置15を充電する場合の動作を示す図である。図示したように、電力貯蔵装置15を充電する場合、スイッチ4をオン(閉状態)、スイッチ16をオフ(開状態)に設定し、また、電力貯蔵装置15と電力変換部8の出力側が接続されるように切替部11を設定する。なお、図示を省略しているスイッチ5もオンに設定する。このような設定状態において、SIV20は架線から供給された直流電圧を補機21駆動用の三相交流電圧に変換して補機21に供給する。電力変換部8はDC/DCコンバータとして動作して架線から供給された直流電圧を電力貯蔵装置15の充電電圧に変換し、切替部11を介して電力貯蔵装置15に供給する。この図7に示した動作(電力貯蔵装置15の充電動作)は、実施の形態1で説明した推進制御装置と同様に、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において実施する。
[0047]
図8は、非電化区間を走行している状態においても実施が可能な動作を示す図である。図示したように、たとえば非電化区間を走行する場合、スイッチ4をオフ(開状態)、スイッチ16をオン(閉状態)に設定し、また、電力貯蔵装置15と電力変換部8の入力側が接続されるように切替部11を設定する。なお、図示を省略しているスイッチ5もオフに設定する。このような設定状態において、SIV20は電力貯蔵装置15から供給された直流電圧を補機21駆動用の三相交流電圧に変換して補機21に供給する。電力変換部8はインバータとして動作して電力貯蔵装置15から供給された直流電圧をモータ17駆動用の三相交流電圧に変換し、スイッチ16を介してモータ17に供給する。
[0048]
図9は、電化区間を走行している状態において実施が可能な動作を示す図である。図示したように、電化区間を走行する場合、スイッチ4およびスイッチ16をオン(閉状態)に設定し、また、電力貯蔵装置15が電力変換部8の入力側と出力側のいずれにも接続されないように切替部11を設定する。なお、図示を省略しているスイッチ5もオンに設定する。このような設定状態において、SIV20は架線から供給された直流電圧を補機21駆動用の三相交流電圧に変換して補機21に供給する。電力変換部8はインバータとして動作して架線から供給された直流電圧をモータ17駆動用の三相交流電圧に変換し、スイッチ16を介してモータ17に供給する。
[0049]
このように、本実施の形態の推進制御装置は、SIV20を電力変換部8の入力側に並列に接続した構成を採用し、推進制御装置において、電力変換部8は、架線電圧(架線から供給される直流電圧)を電力貯蔵装置15の充電用電圧に変換する動作(DC/DCコンバータとしての動作)と、架線電圧または電力貯蔵装置電圧(電力貯蔵装置15から供給される直流電圧)をモータ17の駆動用電圧に変換する動作(インバータとしての動作)とを行い、また、SIV20は、架線電圧または電力貯蔵装置電圧を補機21の駆動用電圧に変換する動作を行うこととした。これにより、電化区間の走行時には電力貯蔵装置15を使用してモータ17を駆動する必要がなくなり、省エネルギー化が実現できる。さらに、充放電回数が減るので、電力貯蔵装置15の長寿命化を図れる。
[0050]
実施の形態5.
先の実施の形態1〜4では、架線から直流電圧の供給を受ける電気車(直流電化方式に対応した電気車)においてモータ17駆動用の三相交流電圧および電力貯蔵装置15充電用の直流電圧に変換する推進制御装置について説明した。これに対して、本実施の形態では、架線から交流電圧の供給を受ける電気車(交流電化方式に対応した電気車)の推進制御装置について、具体的には、モータ駆動用の三相交流電圧の生成および電力貯蔵装置充電用の直流電圧の生成を1つの電力変換部で行う推進制御装置について、説明する。
[0051]
図10および図11は、実施の形態5の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。なお、各図において、実施の形態1で説明した推進制御装置と同じ構成要素には同一の符号を付している。図10は、電力貯蔵装置15を充電する場合の動作を示しており、図11は、モータ17を駆動する場合の動作を示している。
[0052]
本実施の形態の推進制御装置において電力貯蔵装置15を充電する場合、図10に示したように、集電装置3は、架線2から交流電力を取り入れる。集電装置3が取り入れた交流電力は変圧器31で所定の電圧に変換され、リアクトル32およびスイッチ33を介して電力変換部8に供給される。電力変換部8は、制御部1aにより制御されてコンバータとして動作し、スイッチ33経由で供給された交流電圧を電力貯蔵装置15の充電用直流電圧に変換する。スイッチ5は閉じた状態とし、スイッチ16は開放してモータ17を電力変換部8から切り離しておく。
[0053]
ここで、制御部1aは、電力変換部8の制御動作が一部異なる点を除いて、すなわち、電力貯蔵装置15を充電する際に電力変換部8がコンバータとして動作するように電力変換部8の各スイッチング素子を制御する点を除いて、実施の形態1で説明した制御部1と同じである。図示したような構成の電力変換部8をコンバータとして動作させる場合の制御方法については既によく知られているので、その説明は省略する。なお、制御部1aは、スイッチ33の開閉制御も行う。
[0054]
なお、実施の形態1と同様に、充電動作は、電気車が停車している状態や、だ行状態など、電力変換部8とモータ17が切り離されていても問題の無い状態(力行状態でも回生運転状態でもない状態)で充電開始操作が実行され、なおかつ電力貯蔵装置15の電圧が低くなっており充電が必要と判断した場合に実施する。架線2から供給される交流電圧は単相でもよいし三相でもよい。
[0055]
また、本実施の形態の推進制御装置においてモータ17を駆動する場合、図11に示したように、制御部1aは、スイッチ33を開放して架線2から電力変換部8への交流電圧供給を遮断する。また、スイッチ16を閉じてモータ17を接続する。この状態で電力変換部8をインバータとして動作させ、電力貯蔵装置15から供給される直流電圧をモータ17駆動用の三相交流電圧に変換する。電力変換部8をインバータとして動作させる場合に制御手順は実施の形態1で説明したとおりである。
[0056]
このように、本実施の形態の推進制御装置は、電力変換部8とモータ17を接続しておく必要がない場合、電力変換部をコンバータとして動作させることにより、架線から供給される交流電圧を所望の直流電圧に変換して電力貯蔵装置を充電することとした。これにより、交流電化方式に対応した電気車においても実施の形態1と同様に、推進制御装置の小型化および軽量化と低コスト化が実現できる。
[0057]
なお、本実施の形態の推進制御装置を備えた車両が複数連結された編成が運用される場合、実施の形態2と同様に、1編成に含まれる推進制御装置の中の少なくとも1つをコンバータとして動作させ、少なくとも1つをインバータとして動作させるようにしてもよい。この場合、架線下の交流電化区間では、電力貯蔵装置の電力を消費せずに走行でき、省エネルギー化が実現できる。さらに、充放電回数が減るので電力貯蔵装置15の長寿命化を図れる。
[0058]
また、車両基地や駅で停車している状態においては交流電源を架線から取るのではなく別途電力系統から取るように構成してもよい。これにより架線のない場所でも、電力貯蔵装置15に充電することができ、さらには、車両基地や駅に架線を含む充電設備が不要となる。夜間等電力料金の安い時間帯に充電するとさらに低コストで充電できる。
[0059]
実施の形態6.
本実施の形態では、実施の形態1で説明した推進制御装置の変形例について示す。図12および図13は、実施の形態6の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。なお、各図において、実施の形態1で説明した推進制御装置と同じ構成要素には同一の符号を付している。図12は、電力貯蔵装置15を充電する場合の動作を示しており、図13は、モータ17を駆動する場合の動作を示している。
[0060]
図示したように、本実施の形態の推進制御装置は、実施の形態1の推進制御装置(図1参照)のスイッチ9およびバッテリリアクトル10を削除し、さらに、切替部11およびモータ17を切替部11bおよびモータ17bに置き換えたものである。
[0061]
すなわち、本実施の形態の推進制御装置においては、モータ17bの三相結線をスター結線とし、中性点を切替部11bに接続した構成としている。
[0062]
この構成を採用した場合、実施の形態1で必要としていたバッテリリアクトル10をモータ17bのコイルで代用できる。
[0063]
本実施の形態の推進制御装置において、電力貯蔵装置15を充電する場合、すなわち電力変換部8をDC/DCコンバータとして動作させる場合、制御部1は、実施の形態1と同様の手順でスイッチ4,5,13,14を制御する。また切替部11bをモータ17b側(電力変換部8の出力側)に切り替える。またこのとき、スイッチ16は閉じる(図12参照)。そして、電力変換部8がDC/DCコンバータとして動作するように制御する。
[0064]
なお、電力貯蔵装置15の充電動作を実行するにあたっては、実施の形態1と同様に、制御部1が電気車の状態(力行中,停車中,制動中など)および電力貯蔵装置15の電圧(充電状態)を確認し、動作を開始するかどうか判断する。
[0065]
また、電力貯蔵装置15を利用してモータ17bを駆動する場合、すなわち電力変換部8をインバータとして動作させる場合、制御部1は、実施の形態1と同様の手順でスイッチ4,16,放電スイッチ18を制御する。また切替部11bを電力変換部8の入力側に切り替える(図13参照)。そして、電力変換部8がインバータとして動作するように制御する。
[0066]
このように、本実施の形態では、三相結線をスター結線としたモータ17bを採用し、電力変換部をDC/DCコンバータとして動作させる場合の電力変換部出力をモータ17bのコイルを利用して平滑化することとした。これにより、DC/DCコンバータ出力を平滑化するための専用リアクトル(図1で示したバッテリリアクトル10に相当)を削減できる。
[0067]
実施の形態7.
先の実施の形態1〜6では、架線2から電力の供給を受ける場合の推進制御装置において、電力変換部をDC/DCコンバータおよびインバータとして使用する、またはコンバータおよびインバータとして使用する場合の例について説明した。これに対して、本実施の形態では、車両内で発電を行い、得られた電力でモータを駆動する構成の車両において、電力変換部を2つの用途(コンバータおよびインバータ)に利用する場合について説明する。
[0068]
図14および図15は、実施の形態7の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。なお、各図において、先の実施の形態で説明した推進制御装置と同じ構成要素には同一の符号を付している。図14は、電力貯蔵装置15を充電する場合の動作を示しており、図15は、モータ17を駆動する場合の動作を示している。
[0069]
図14,図15は、それぞれ、実施の形態5の推進制御装置(図10,図11参照)の集電装置3、変圧器31およびリアクトル32(架線2から交流電力を取り入れるためのブロック)を発電機41およびディーゼルエンジン42に置き換えたものである。発電機41は、ディーゼルエンジン42から出力された動力により駆動して発電を行い、三相交流電力を生成する。この三相交流電力は、スイッチ33が閉じられていれば電力変換部8の交流端子側に入力される。制御部1cは、実施の形態5で説明した制御部1aと同様の動作を行うが、両者を区別するために制御部1cとしている。
[0070]
本実施の形態の推進制御装置において電力貯蔵装置15を充電する場合、制御部1cは、図14に示したように、スイッチ33を閉じてスイッチ16を開放する。また、モータ17を駆動する場合、制御部1cは、図15に示したように、スイッチ33を開放してスイッチ16を閉じる。すなわち、制御部1cは、電力貯蔵装置15を充電するのかそれともモータ17を駆動するのかに応じて、電力変換部8の交流端子の接続先を切り替える。この制御動作以外の部分については実施の形態5の推進制御装置と同様である。
[0071]
なお、本実施の形態の推進制御装置を備えた車両が複数連結された編成が運用される場合、実施の形態2と同様に、1編成に含まれる推進制御装置の中の少なくとも1つをコンバータとして動作させ、少なくとも1つをインバータとして動作させるようにしてもよい。
[0072]
このように、発電機を備えた車両においても、電力変換部をコンバータおよびインバータとして動作させることができる。
[0073]
なお、上記説明では、鉄道車両の推進制御装置の場合を例に説明したが、実施の形態1など、他の車両と連携する必要の無い実施の形態は、その他の直流電力源と接続し電力貯蔵装置(リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、フライホイール等)を搭載したハイブリッド移動体(自動車、自動2輪等)やハイブリッド建設機械(ダンプトラック、ブルドーザ、ショベルカー等)、また船舶の分野にも適用できる。
[0074]
実施の形態8.
図16は、実施の形態8の推進制御装置の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の推進制御装置は、図6に示した実施の形態4の推進制御装置と同様に補機21に供給する電力をフィルタコンデンサ7の両端から得る構成としている。その一方で、電力貯蔵装置15の接続構成を変更している。図6では、電力変換部8における第1の端子側(上記で言う入力側、具体的にはスイッチ4,5間の直流母線)および第2の端子側(上記で言う出力側、具体的にはバッテリリアクトル10)との接続に切替部11を用いる構成であったが、図16では、バッテリリアクトル10とはダイレクトに接続し、スイッチ4,5間の直流母線との接続には、スイッチ22を介して接続する構成としている。なお、図16において、図6に示した推進制御装置と同一または同等の構成要素には同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
[0075]
上記のような構成を採用したことにより、本実施の形態の推進制御装置を備えた電気車は、図17〜図27に示した運用方法が可能となる。図17〜図27においては、図16に示した推進制御装置の主要部のみを記載している。また、上記と同様に、電力の流れを一点鎖線で示している。
[0076]
図17は、電力貯蔵装置15を充電する場合の動作を示す図である。図示したように、電力貯蔵装置15を充電する場合、スイッチ4をオン(閉状態)、スイッチ16をオフ(開状態)、スイッチ9をオン(閉状態)、スイッチ22をオフ(開状態)に設定する。なお、図示を省略しているスイッチ5もオンに設定する(以下、特に断らない限り、スイッチ5はオンに設定されているものとして説明する)。
[0077]
このような設定状態において、SIV20は架線2から供給された直流電圧を補機21駆動用の三相交流電圧に変換して補機21に供給する。電力変換部8は降圧チョッパとして動作して電力貯蔵装置15を充電する。この図17に示した動作(電力貯蔵装置15の充電動作)は、実施の形態1で説明した推進制御装置と同様に、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において実施する。
[0078]
つぎに、電力供給源を架線2から電力貯蔵装置15に切り替える切替シーケンスおよび、電力供給源を電力貯蔵装置15から架線2に切り替える切替シーケンスについて、図18〜図28の図面を参照して説明する。
[0079]
まず、電力供給源を架線2から電力貯蔵装置15に切り替える切替シーケンスについて説明する。図18〜図22は、電力供給源を架線2から電力貯蔵装置15に切り替えるシーケンスを説明する図である。図18において、電力供給源を架線2から電力貯蔵装置15に切り替える場合、各スイッチは図17に示す状態を維持しつつ、電力変換部8を昇圧チョッパとして動作させ、SIV20の入力電圧(=電力変換部8の入力電圧)が架線電圧に略等しくなるように電力貯蔵装置15の出力電圧を昇圧する。
[0080]
つぎに、図19に示すように、スイッチ4をオンからオフに制御すると共に、パンタグラフ3を下降させる。さらに、電力変換部8の昇圧比(第1の端子側の電圧/電力貯蔵装置15の電圧)を下げて電力変換部8における第1の端子側の電圧(=SIV20の入力電圧)を電力貯蔵装置15の出力電圧付近まで低下させる。この第1の端子側電圧が電力貯蔵装置15の出力電圧付近まで低下すると、図20に示すように、スイッチ22をオフからオンに制御すると共に、電力変換部8における図示しない上側素子(上側アーム素子)をオンに制御して電力変換部8の第1の端子側と第2の端子側とを短絡(導通)させる。この図20に示す状態は、電力変換部8の第1の端子側と第2の端子側とがスイッチ22を介する経路と、スイッチ9と電力変換部8の上側アーム素子を介する経路との2つの経路で電気的に接続された状態である。したがって、どちらか一方の経路が途切れたとしてもSIV20と電力貯蔵装置15との間の電気的接続は維持される。そこで、この状態から図21に示すように、スイッチ9をオンからオフに制御すると共に、電力変換部8のスイッチ制御を上側素子と下側素子を全てオフにする。
[0081]
図18および図19に示す状態では、電力貯蔵装置15の出力は電力変換部8を介してSIV20に供給されていたが、図21に示す状態では、電力貯蔵装置15の出力は電力変換部8を介さずにSIV20に直接供給されている。このようにして、SIV20への電力供給源を架線2から電力貯蔵装置15に切り替える際にSIV20の入力電圧が途切れることはなく、電力供給源の切り替えに伴う瞬断を防止して補機21への電力供給を継続することができる。
[0082]
なお、電力貯蔵装置15に対する充電は、上記の実施の形態と同様に、電気車のだ行時もしくは停止時に実行される。だ行もしくは停止の状態から力行に遷移する場合、図22に示すように、スイッチ16をオンにし、電力変換部8をインバータとして動作させる。この場合、電力貯蔵装置15の電力は、補機21の動作電力およびモータ駆動用の電力として使用される。
[0083]
図23〜図27は、電力供給源を電力貯蔵装置15から架線2に切り替えるシーケンスを説明する図である。これらのシーケンスは、図17〜図22とは逆のシーケンスとなる。
[0084]
電力供給源を電力貯蔵装置15から架線2に切り替える場合、図23に示すように、スイッチ16をオフに制御する。つぎに、図24に示すように、スイッチ9をオンに制御すると共に、図示しない上側素子をオンに制御して電力変換部8の第1の端子側と第2の端子側とを短絡(導通)させ、さらに、図25に示すように、スイッチ22をオフに制御する。この制御により、電力貯蔵装置15からSIV20への直接的な電力供給の経路は遮断されるが、電力変換部8の内部を経由する電力供給の経路は維持される。この状態において、パンタグラフを上昇させて架線電圧を検出し、架線電圧が検出された場合には電力変換部8を昇圧チョッパとして動作させ、SIV20の入力電圧が架線電圧に略等しくなるように電力変換部8を制御する。SIV20の入力電圧が架線電圧に略等しくなると、図26に示すように、スイッチ4をオンとして架線電圧を印加し、その後、スイッチ9をオフに制御する。
[0085]
このようにして、SIV20への電力供給源を電力貯蔵装置15から架線2に切り替える際、SIV20の入力電圧が途切れることはなく、電力供給源の切り替えに伴う瞬断を防止して補機21への電力供給を継続することができる。
[0086]
なお、電力貯蔵装置15から架線2への電力供給源の切り替えは、上記の実施の形態と同様に、非電化区間から電化区間へ進入した場合や、電力貯蔵装置15の放電能力が低下した場合などに行われる。これらの場合、図27に示すように、スイッチ16をオンにし、電力変換部8をインバータとして動作させることにより、架線からの電力をモータ駆動用の電力として用いることができる。
[0087]
図28は、図17〜図27に示す一連のシーケンスをタイムチャートにして示した図であり、上部から、架線電圧、電力変換部入力電圧、電力貯蔵装置15の出力電圧である蓄電電圧、電力変換部の動作状態、スイッチ4,9,22,16の状態を示している。なお、図28のタイムチャートにおいて、幾つかの点を補足する。
[0088]
スイッチ4のオンからオフへの制御は、図19を参照して説明しているが、スイッチ4をオフに制御しても電力変換部入力電圧が零に低下するわけでなく、フィルタコンデンサ7の電圧が電力変換部入力電圧として現れる。フィルタコンデンサ7の電圧は、SIV20が使用するため、電力変換部入力電圧は徐々に低下するが、その間、電力変換部8が昇圧チョッパとして動作するので、電力変換部入力電圧は蓄電電圧に下げ止まる。
[0089]
また、電力貯蔵装置15の電力を利用する力行時の動作は、図22を参照して説明しているが、回生ブレーキを使用した場合、電力変換部8は回生動作を行って電力貯蔵装置15を充電する。
[0090]
このように、本実施の形態の推進制御装置は、SIVへの電力供給を直流電力供給源から電力貯蔵装置に切り替えるとき、および、SIVへの電力供給を電力貯蔵装置から直流電力供給源に切り替えるとき、電力変換部の入力側端子(第1の端子)と電力変換部の出力側端子(第2の端子)との間における電力変換部内外の導通をとりつつ、電力変換部の昇圧比を制御して電力供給源の切り替えを行っているので、SIVへの電力供給を途切れさせることがなくなり、電力供給源の切り替えに伴う瞬断を防止して補機への電力供給を継続することができる。
[0091]
実施の形態9.
先の実施の形態1〜8では、電力貯蔵装置15以外の電力供給源として、直流架線、交流架線および、車両内の発電装置のうちの何れか一つ(直流架線(実施の形態1〜4,6,8)、交流架線(実施の形態5)、車両内の発電装置(実施の形態7))を電力供給源とする推進制御装置について説明した。これに対して、本実施の形態では、これらの電力供給源に加えてさらに車両外の発電装置を具備し、これら全ての電力供給源からの電力を利用して駆動力を得る推進制御装置について説明する。なお、直流架線、交流架線、車両内の発電装置および車両外の発電装置の全てを具備している必要はなく、少なくとも2つの電力供給源を具備する構成も本発明の要旨に含まれる。また、種々の電力供給源のうち、直流架線や直流電力を発電する発電装置のみを電力供給源とする構成も本発明の要旨に含まれる。さらに、以下に説明する燃料電池は、直流電力を発電する発電装置としての一例であり、他の発電装置(例えば太陽電池)であっても構わない。
[0092]
図29は、実施の形態9の推進制御装置の構成例を示す図である。なお、図29では、図7〜9および図17〜28と同様に主要部のみの構成に留めているが、制御部を有することは無論であり、図1、図4、図5または図10〜図16に示した推進制御装置と同一または同等の機能を有するものについては、これらと同一または同等の要素を有して構成される。
[0093]
つぎに、実施の形態9の推進制御装置の構成について説明する。本実施の形態の推進制御装置は、図29に示すように、電力貯蔵装置56と、電力貯蔵装置56を除く直流電力供給源としての直流架線51および燃料電池53と、交流電力供給源としての交流架線58および交流発電機61と、直流架線51から電力を取り入れる集電装置52と、交流架線58から電力を取り入れる集電装置59と、集電装置59から取り込んだ交流電圧を変圧する変圧器60と、交流発電機61の動力源であるエンジン62と、双方向の電力フロー制御が可能な電力変換機能を有し、接続態様に応じて昇圧チョッパ、降圧チョッパ、インバータおよびコンバータのうちの何れか一つとして動作する電力変換部54と、電力変換部54によって駆動され車輪64を回転させる交流モータ63と、電力供給経路を成す回路を開閉するためのスイッチ71,72,75,79,80と、電力貯蔵装置56、直流架線51または燃料電池53から供給される直流電圧を三相交流電圧に変換する補助電源装置(SIV)57と、SIV20から電力供給を受けて動作する補機65と、電力貯蔵装置56、直流架線51、燃料電池53、交流架線58および交流発電機61のうちの少なくとも一つを電力変換部54の第1の端子側に接続させ、電力貯蔵装置56、直流架線51およびSIV57のうちの少なくとも一つを電力変換部54の第2の端子側に接続させるように接続先を切り替える切替器73,74,76,77,78,81,82と、電力変換部54が昇圧チョッパまたは降圧チョッパとして動作するときに必要とされ、切替器74,76,78によって回路上に挿入されるリアクトル55と、を備えて構成される。なお、実施の形態8における例えば図16を参照すれば明らかなように、実施の形態8の構成は、図29において、切替器82がA側に設定されている場合に対応している。すなわち、実施の形態8の構成は、実施の形態9の構成の一部を成している。
[0094]
上記のような構成を採用したことにより、本実施の形態の推進制御装置を備えた電気車は、図30〜図43に示した運用方法が可能となる。なお、図30〜図43においては、上記と同様に、電力の流れを一点鎖線で示している。
[0095]
(電力貯蔵装置充電:第1の充電動作)
図30は、電力貯蔵装置56を充電する場合の動作(第1の充電動作)を示す図である。この第1の充電動作は、直流架線51の定格電圧が電力貯蔵装置56の満充電電圧よりも高い場合に実行される動作である。図示のように、電力貯蔵装置56を充電する場合、スイッチ71をオン(閉状態)、スイッチ72をオフ(開状態)、切替器73をA側、切替器74をA側、スイッチ75をオン(閉状態)、切替器76をB側、切替器77をA側、切替器78をB側、スイッチ79をオフ(開状態)、スイッチ80をオフ(開状態)、切替器81は任意(A側もしくはB側の何れでもよいという意味、以下同じ)、切替器82をA側に設定する。
[0096]
このような設定状態において、SIV57は、直流架線51から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54は降圧チョッパとして動作し、直流架線51から供給される電力を用いて電力貯蔵装置56を充電する。この図30に示した動作(電力貯蔵装置56の充電動作)は、実施の形態1等で説明した推進制御装置と同様に、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において実行される。
[0097]
(電力貯蔵装置充電:第2の充電動作)
図31は、電力貯蔵装置56を充電する場合の第2の充電動作を示す図である。この第2の充電動作は、直流架線51の定格電圧が電力貯蔵装置56の電圧よりも低い場合に実行される動作である。図示のように、電力貯蔵装置56を充電する場合、スイッチ71をオン、スイッチ72をオフ、切替器73をA側、切替器74をB側、スイッチ75をオン、切替器76をA側、切替器77をA側、切替器78をB側、スイッチ79をオフ、スイッチ80をオフ、切替器81は任意、切替器82をA側に設定する。
[0098]
このような設定状態において、SIV57は、直流架線51から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54は昇圧チョッパとして動作し、直流架線51から供給される電力を用いて電力貯蔵装置56を充電する。この図31に示した動作(電力貯蔵装置56の充電動作)は、上記で説明した推進制御装置と同様に、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において実行される。
[0099]
(電力貯蔵装置充電:第3の充電動作)
図32は、電力貯蔵装置56を充電する場合の第3の充電動作を示す図である。この第3の充電動作は、燃料電池53の電力を用い、且つ燃料電池53の出力電圧が電力貯蔵装置56の満充電電圧よりも高い場合に実行される動作である。図示のように、電力貯蔵装置56を充電する場合、スイッチ71をオフ、スイッチ72をオン、切替器73をB側、切替器74をA側、スイッチ75をオン、切替器76をB側、切替器77をA側、切替器78をB側、スイッチ79をオフ、スイッチ80をオフ、切替器81は任意、切替器82をA側に設定する。
[0100]
このような設定状態において、SIV57は、燃料電池53から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54は降圧チョッパとして動作して電力貯蔵装置56を充電する。この図30に示した動作(電力貯蔵装置56の充電動作)は、上記で説明した推進制御装置と同様に、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において実行される。
[0101]
(電力貯蔵装置充電:第4の充電動作)
図33は、電力貯蔵装置56を充電する場合の第4の充電動作を示す図である。この第4の充電動作は、燃料電池53の定格電圧が電力貯蔵装置56の電圧よりも低い場合に実行される動作である。図示のように、電力貯蔵装置56を充電する場合、スイッチ71をオフ、スイッチ72をオン、切替器73をB側、切替器74をB側、スイッチ75をオン、切替器76をA側、切替器77をA側、切替器78をB側、スイッチ79をオフ、スイッチ80をオフ、切替器81は任意、切替器82をA側に設定する。
[0102]
このような設定状態において、SIV57は、燃料電池53から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54は昇圧チョッパとして動作して電力貯蔵装置56を充電する。この図33に示した動作(電力貯蔵装置56の充電動作)は、上記で説明した推進制御装置と同様に、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において実行される。
[0103]
(電力貯蔵装置の電力を用いたモータ駆動)
図34は、電力貯蔵装置56の電力を用いて交流モータ63を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、電力貯蔵装置56の電力を用いて交流モータ63を駆動する場合、スイッチ71をオフ、スイッチ72をオフ、切替器73,74は任意、スイッチ75をオン、切替器76をA側、切替器77をB側、切替器78をB側、スイッチ79をオフ、スイッチ80をオン、切替器81は任意、切替器82をB側に設定する。
[0104]
このような設定状態において、SIV57は、電力貯蔵装置56から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54はインバータとして動作し、電力貯蔵装置56から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して交流モータ63を駆動する。この図34に示した動作(交流モータ63の駆動動作)は、上記で説明した推進制御装置と同様に、力行時、ブレーキ制御時等において実行される。
[0105]
(直流架線の電力を用いたモータ駆動)
図35は、直流架線51の電力を用いて交流モータ63を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、直流架線51の電力を用いて交流モータ63を駆動する場合、スイッチ71をオン、スイッチ72をオフ、切替器73をA側、切替器74をA側、スイッチ75をオフ、切替器76は任意、切替器77をB側、切替器78をB側、スイッチ79をオフ、スイッチ80をオン、切替器81は任意、切替器82をA側に設定する。
[0106]
このような設定状態において、SIV57は、直流架線51から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54はインバータとして動作し、直流架線51から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して交流モータ63を駆動する。この図35に示した動作(交流モータ63の駆動動作)は、上記で説明した推進制御装置と同様に、力行時、ブレーキ制御時等において実行される。
[0107]
(燃料電池の電力を用いたモータ駆動)
図36は、燃料電池53の電力を用いて交流モータ63を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、燃料電池53の電力を用いて交流モータ63を駆動する場合、スイッチ71をオフ、スイッチ72をオン、切替器73をB側、切替器74をA側、スイッチ75をオフ、切替器76は任意、切替器77をB側、切替器78をB側、スイッチ79をオフ、スイッチ80をオン、切替器81は任意、切替器82をA側に設定する。
[0108]
このような設定状態において、SIV57は、燃料電池53から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54はインバータとして動作し、燃料電池53から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して交流モータ63を駆動する。この図36に示した動作(交流モータ63の駆動動作)は、上記で説明した推進制御装置と同様に、力行時、ブレーキ制御時等において実行される。
[0109]
(直流架線による交流架線への電力供与)
図37は、直流架線51の電力を交流架線58に供与する場合の動作を示す図である。図示のように、直流架線51の電力を交流架線58に供与する場合、スイッチ71をオン、スイッチ72をオフ、切替器73をA側、切替器74をA側、スイッチ75をオフ、切替器76はB側、切替器77をB側、切替器78をA側、スイッチ79をオン、スイッチ80をオフ、切替器81をA側、切替器82をA側に設定する。
[0110]
このような設定状態において、SIV57は、直流架線51から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54はインバータとして動作し、直流架線51から供給された直流電圧を単相交流電圧に変換して変圧器60に印加する。変圧器60は、交流架線58において必要とされる所望の交流電圧に変換し、集電装置59を介して交流架線58に印加する。この制御により、交流電源に接続されない交流架線58に対する直流架線51による電力供与が可能になる。また、電圧が低下した交流架線58に対する直流架線51による電力供与が可能となる。
[0111]
(交流架線および電力貯蔵装置相互間の電力変換)
図38は、交流架線58および電力貯蔵装置56相互間で電力変換を行う場合の動作を示す図である。図示のように、交流架線58および電力貯蔵装置56相互間で電力変換を行う場合、スイッチ71をオフ、スイッチ72をオフ、切替器73,74は任意、スイッチ75をオン、切替器76をA側、切替器77をB側、切替器78をA側、スイッチ79をオン、スイッチ80をオフ、切替器81をA側、切替器82をB側に設定する。
[0112]
このような設定状態において、SIV57は、電力貯蔵装置56から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54はコンバータとして動作し、電力貯蔵装置56から供給された直流電圧を単相交流電圧に変換して変圧器60に印加する。変圧器60は、印加された交流架線58において必要とされる所望の交流電圧に変換し、集電装置59を介して交流架線58に印加する。また、電力変換部54はコンバータとして動作し、交流架線58から供給される電力を用いて電力貯蔵装置56を充電する。この制御により、電力貯蔵装置56による、交流電源に接続されない交流架線58に対する電力供与と、電圧が低下した交流架線58に対する電圧供与とが可能となる。この制御とは逆に、蓄電電圧が低下した電力貯蔵装置56に対する交流架線58による充電制御が可能となる。
[0113]
(電力貯蔵装置充電:第5の充電動作)
図39は、電力貯蔵装置56を充電する場合の充電動作(第5の充電動作)を示す図である。この第5の充電動作は、交流発電機61の発電電量を利用して電力貯蔵装置56を充電する場合に実行される動作である。図示のように、電力貯蔵装置56を充電する場合、スイッチ71をオフ、スイッチ72をオフ、切替器73,74は任意、スイッチ75をオン、切替器76をA側、切替器77をB側、切替器78をA側、スイッチ79をオン、スイッチ80をオフ、切替器81をB側、切替器82をB側に設定する。
[0114]
このような設定状態において、電力変換部54はコンバータとして動作し、交流発電機61から供給される電力を用いて電力貯蔵装置56を充電する。また、SIV57は、電力変換部54にて変換された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。この図39に示した動作(電力貯蔵装置56の充電動作)は、直流架線51、燃料電池53または交流架線58からの電力が得られない場合や、電力貯蔵装置56の蓄電電圧が低下した場合などにおいて好適である。また、これらの電力源のうちの少なくとも一つの電力が得られる場合であっても、交流発電機61の電力を使用して電力貯蔵装置56を充電しても構わない。
[0115]
(電力貯蔵装置からのエンジン始動)
図40は、電力貯蔵装置56の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。図示のように、電力貯蔵装置56の電力を用いてエンジン始動を行う場合、スイッチ71をオフ、スイッチ72をオフ、切替器73,74は任意、スイッチ75をオン、切替器76をA側、切替器77をB側、切替器78をA側、スイッチ79をオン、スイッチ80をオフ、切替器81をB側、切替器82をB側に設定する。
[0116]
このような設定状態において、SIV57は、電力貯蔵装置56から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54はインバータとして動作し、電力貯蔵装置56から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して交流発電機61をモータとして駆動し、交流発電機61に接続されたエンジン62を始動する。
[0117]
(電力貯蔵装置からのエンジンブレーキ)
また、図40は、電力貯蔵装置56の電力を用いてエンジンブレーキをかける場合の接続構成にもなる。電気車がブレーキをかけた場合、例えば電力貯蔵装置56が満充電の状態では、電力回生を行うことができない。このため、電気車は空気ブレーキを使用して電気車を停止させる必要があり、ブレーキパッドの消耗が早くなる。一方、図40に示す構成の場合、例えば電気車が駅に停車しているとき、あるいは、だ行時において、電力貯蔵装置56の電力を使用して交流発電機61をモータとして駆動し、エンジン62をエンジンブレーキとして動作させることにより、電力貯蔵装置56の電力を消費させることが可能である。この制御により、電力貯蔵装置56の電圧は低下するので、電気車が回生ブレーキを使用したときの回生電力を電力貯蔵装置56に受け入れることができ、電力の有効活用を図りつつ、ブレーキパッドの消耗を抑制することが可能となる。
[0118]
(燃料電池からのエンジン始動)
図41は、燃料電池53の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。図示のように、燃料電池53の電力を用いてエンジン始動を行う場合、スイッチ71をオフ、スイッチ72をオン、切替器73をB側、切替器74をA側、スイッチ75をオフ、切替器76をB側、切替器77をB側、切替器78をA側、スイッチ79をオン、スイッチ80をオフ、切替器81をB側、切替器82をA側に設定する。
[0119]
このような設定状態において、SIV57は、燃料電池53から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54はインバータとして動作し、燃料電池53から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して交流発電機61をモータとして駆動し、交流発電機61に接続されたエンジン62を始動する。
[0120]
(燃料電池からのエンジンブレーキ)
また、図41は、燃料電池53の電力を用いてエンジンブレーキをかける場合の接続構成にもなる。例えば電力貯蔵装置56が満充電の状態であり、また、補機65も無負荷状態の場合では、燃料電池53の発電電力を充分に活用することができない。一方、図41に示す構成の場合、燃料電池53の電力を使用して交流発電機61をモータとして駆動し、エンジン62をエンジンブレーキとして動作させることにより、燃料電池53の電力を消費させることが可能である。この制御により、燃料電池53を最低電力で運転しないといけない場合でも電力を消費することができ、燃料電池53を安全、且つ、安定的に運転することが可能となる。
[0121]
(直流架線からのエンジン始動)
図42は、直流架線51の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。図示のように、直流架線51の電力を用いてエンジン始動を行う場合、スイッチ71をオン、スイッチ72をオフ、切替器73をA側、切替器74をA側、スイッチ75をオフ、切替器76をB側、切替器77をB側、切替器78をA側、スイッチ79をオン、スイッチ80をオフ、切替器81をB側、切替器82をA側に設定する。
[0122]
このような設定状態において、SIV57は、直流架線51から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54はインバータとして動作し、直流架線51から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して交流発電機61をモータとして駆動し、交流発電機61に接続されたエンジン62を始動する。
[0123]
(直流架線からのエンジンブレーキ)
また、図42は、直流架線51の電力を用いてエンジンブレーキをかける場合、より詳細には、直流架線51下の他の電気車の回生電力を用いてエンジンブレーキをかける場合の接続構成にもなる。例えば他の電気車がブレーキをかけた場合に、電力貯蔵装置56が満充電の状態では、他の電気車の回生電力を使用して電力貯蔵装置56に充電することができない。一方、図42に示す構成の場合、例えば電気車が駅に停車しているとき、あるいは、だ行時において、他の電気車の回生電力を使用して交流発電機61をモータとして駆動し、エンジン62をエンジンブレーキとして動作させることにより、他の電気車の回生電力を消費させることが可能である。この制御により、直流架線51下の他の電気車が安定的に電力回生を行うことができ、他の電気車のブレーキパッドの消耗を抑制することもできる。
[0124]
(燃料電池による交流架線への電力供与)
図43は、燃料電池53の電力を交流架線58に供与する場合の動作を示す図である。図示のように、燃料電池53の電力を交流架線58に供与する場合、スイッチ71をオフ、スイッチ72をオン、切替器73をB側、切替器74をA側、スイッチ75をオフ、切替器76はB側、切替器77をB側、切替器78をA側、スイッチ79をオン、スイッチ80をオフ、切替器81をA側、切替器82をA側に設定する。
[0125]
このような設定状態において、SIV57は、燃料電池53から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機65に供給する。電力変換部54はインバータとして動作し、燃料電池53から供給された直流電圧を単相交流電圧に変換して変圧器60に印加する。変圧器60は、交流架線58において必要とされる所望の交流電圧に変換し、集電装置59を介して交流架線58に印加する。この制御により、交流電源に接続されない交流架線58に対する燃料電池53による電力供与が可能になる。また、電圧が低下した交流架線58に対する燃料電池53による電力供与が可能となる。
[0126]
図44は、図30〜図43に示した動作を表形式で一覧にした図であり、電力変換部54の動作状態、スイッチ71,72,75,79,80および切替器73,74,76,77,78,81,82の設定状態、上述した各図面との対応関係などを示している。図示の内容は、上述した通りであり、詳細な説明は省略する。なお、備考欄において、「電池」とあるのは「電力貯蔵装置56」を意味している。
[0127]
このように、本実施の形態の推進制御装置は、電力貯蔵装置からの直流電力が第1の端子側から入力された場合には、前記電力変換部をインバータとして動作させ、当該直流電力を所望の交流電力に変換して第2の端子側から出力し、電力貯蔵装置を除く直流電力供給源からの直流電力が第1の端子側から入力された場合には、電力変換部をインバータとして動作させ、当該直流電力を所望の直流電力または交流電力に変換して第2の端子側から出力し、電力貯蔵装置を除く直流電力供給源からの直流電力が第1の端子側から入力された場合には、電力変換部を降圧チョッパとして動作させ、当該直流電力を所望の直流電力に変換して第2の端子側から出力し、電力貯蔵装置を除く直流電力供給源からの直流電力が第2の端子側から入力された場合には、電力変換部を昇圧チョッパとして動作させ、当該直流電力を所望の直流電力に変換して第1の端子側から出力することとしたので、一つの電力変換部で、電力貯蔵装置、複数の直流電力供給源(直流架線、燃料電池、太陽電池等)および複数の交流電力供給源(交流架線、交流発電機)などの電力供給源を自在かつ効率的に制御することができると共に、装置サイズを削減し、装置コストを抑制することができる。
[0128]
なお、図29〜図43では、電力変換部54が降圧チョッパ、昇圧チョッパ、インバータおよびコンバータの各動作を行う際に一つのリアクトル55で兼用する構成について開示したが、各動作毎に個別のリアクトルを設けるようにしてもよい。個別のリアクトルを設けることにより、降圧チョッパ、昇圧チョッパ、インバータおよびコンバータの各動作に好適なものを選択する動作が可能となる。

Industrial Applicability

[0129]
以上のように、本発明は、電力貯蔵装置を備える電気車の推進制御装置として有用である。

Reference Signs List

[0130]
1,1a,1c 制御部
2 架線
3 集電装置
4,4A,4B,5,9,13,14,16,16A,16B,18,19,22,33,71,72,75,79,80 スイッチ
6 フィルタリアクトル
7 フィルタコンデンサ
8,8A,8B 電力変換部
10 バッテリリアクトル
11,11A,11B,11b 切替部
12 バッテリフィルタコンデンサ
15,15A,15B,101 電力貯蔵装置
17,17A,17B,17b モータ
20,57 補助電源装置(SIV)
31 変圧器
32,55 リアクトル
41 発電機
42 ディーゼルエンジン
51 直流架線
52,59 集電装置
53 燃料電池
54 電力変換部
56 電力貯蔵装置
58 交流架線
60 変圧器
61 交流発電機
62 エンジン
63 交流モータ
64 車輪
65 補機
73,74,76,77,78,81,82 切替器
100 インタフェース(接続部)
R1,R2 充電抵抗
R3 放電抵抗
CTU,CTV,CTW,CTB 電流検出器

Claims

[1]
電力貯蔵装置を有する電気車の推進制御装置であって、
架線と架線から入力される直流電圧の供給先となる電力変換部との間で回路の開閉を行う第1のスイッチと、
前記電力変換部と電気車の動力を発生するモータとの間で回路の開閉を行う第2のスイッチと、
前記電力変換部の前記第1のスイッチが接続された側の端子または前記電力変換部の前記第2のスイッチが接続された側の端子を選択して前記電力貯蔵装置と接続する切替部と、
前記電力変換部、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチおよび前記切替部を制御し、前記電気車の動作態様に応じて、前記電力変換部の接続先を切り替えるとともに前記電力変換部をインバータまたはDC/DCコンバータとして動作させる制御部と、
を備えることを特徴とする電気車の推進制御装置。
[2]
電気車が停車中またはだ行中で、なおかつ前記電力貯蔵装置に関する所定条件を満たしている場合、
前記制御部は、
前記第1のスイッチを閉状態に設定するとともに前記第2のスイッチを開状態に設定し、かつ、前記切替部を制御して前記電力変換部の前記第2のスイッチが接続された側の端子と前記電力貯蔵装置とを接続させ、
さらに、前記電力変換部を制御し、入力された直流電圧を前記電力貯蔵装置の充電用の直流電圧に変換させる
ことを特徴とする請求項1に記載の電気車の推進制御装置。
[3]
前記所定条件を、前記電力貯蔵装置の充電指示を外部から受けた場合とすることを特徴とする請求項2に記載の電気車の推進制御装置。
[4]
前記所定条件を、前記電力貯蔵装置の電圧がしきい値を下回っている場合とすることを特徴とする請求項2に記載の電気車の推進制御装置。
[5]
電気車を力行または制動させる場合、
前記制御部は、
前記第1のスイッチを開状態に設定するとともに前記第2のスイッチを閉状態に設定し、かつ、前記切替部を制御して前記電力変換部の前記第1のスイッチが接続された側の端子と前記電力貯蔵装置とを接続させ、
さらに、前記電力変換部を制御し、電力貯蔵装置から入力された直流電圧を前記モータの駆動用の三相交流電圧に変換させる
ことを特徴とする請求項1に記載の電気車の推進制御装置。
[6]
前記電力貯蔵装置とは異なる外部の電力貯蔵装置を前記電力貯蔵装置と並列に接続するための接続部、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電気車の推進制御装置。
[7]
前記外部の電力貯蔵装置を同一編成の他の車両に設置された電力貯蔵装置とすることを特徴とする請求項6に記載の電気車の推進制御装置。
[8]
前記外部の電力貯蔵装置を駅または車両基地に設置された電力貯蔵装置とすることを特徴とする請求項6に記載の電気車の推進制御装置。
[9]
電力貯蔵装置を有する電気車の推進制御装置であって、
架線と架線から入力される直流電圧の供給先となる電力変換部との間で回路の開閉を行うスイッチと、
前記電力変換部の前記スイッチが接続された側の端子、または前記電力変換部からの出力電圧を利用して電気車の動力を発生する三相結線がスター結線のモータの中性点に接続された端子、を選択して前記電力貯蔵装置と接続する切替部と、
前記電力変換部、前記スイッチおよび前記切替部を制御し、前記電気車の動作態様に応じて、前記電力変換部の接続先を切り替えるとともに前記電力変換部をインバータまたはDC/DCコンバータとして動作させる制御部と、
を備えることを特徴とする電気車の推進制御装置。
[10]
電気車が停車中またはだ行中で、なおかつ前記電力貯蔵装置に関する所定条件を満たしている場合、
前記制御部は、
前記スイッチを閉状態に設定するとともに前記切替部を制御して前記モータの中性点と前記電力貯蔵装置とを接続させ、
さらに、前記電力変換部を制御し、入力された直流電圧を前記電力貯蔵装置の充電用の直流電圧に変換させる
ことを特徴とする請求項9に記載の電気車の推進制御装置。
[11]
電気車を力行または制動させる場合、
前記制御部は、
前記スイッチを開状態に設定するとともに、前記切替部を制御して前記電力変換部の入力側である前記第1のスイッチが接続された側の端子と前記電力貯蔵装置とを接続させ、
さらに、前記電力変換部を制御し、入力された直流電圧を前記モータの駆動用の三相交流電圧に変換させる
ことを特徴とする請求項9に記載の電気車の推進制御装置。
[12]
電力貯蔵装置を有する電気車の推進制御装置であって、
架線と架線から入力される交流電圧の供給先となる電力変換部との間で回路の開閉を行う第1のスイッチと、
前記電力変換部と電気車の動力を発生するモータとの間で回路の開閉を行う第2のスイッチと、
前記電力変換部、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを制御し、前記電気車の動作態様に応じて、前記電力変換部の接続先を切り替えるとともに前記電力変換部をインバータまたはコンバータとして動作させる制御部と、
を備えることを特徴とする電気車の推進制御装置。
[13]
電気車が停車中またはだ行中で、なおかつ前記電力貯蔵装置に関する所定条件を満たしている場合、
前記制御部は、
前記第1のスイッチを閉状態に設定するとともに前記第2のスイッチを開状態に設定し、
さらに、前記電力変換部を制御し、架線からの入力電圧を前記電力貯蔵装置の充電用の直流電圧に変換させる
ことを特徴とする請求項12に記載の電気車の推進制御装置。
[14]
電気車を力行または制動させる場合、
前記第1のスイッチを開状態に設定するとともに前記第2のスイッチを閉状態に設定し、
さらに、前記電力変換部を制御し、前記電力貯蔵装置からの入力電圧を前記モータの駆動用の三相交流電圧に変換させる
ことを特徴とする請求項12に記載の電気車の推進制御装置。
[15]
電力貯蔵装置を有する電気車の推進制御装置であって、
交流電圧を発生する発電機と当該交流電圧の供給先となる電力変換部との間で回路の開閉を行う第1のスイッチと、
前記電力変換部と電気車の動力を発生するモータとの間で回路の開閉を行う第2のスイッチと、
前記電力変換部、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを制御し、前記電気車の動作態様に応じて、前記電力変換部の接続先を切り替えるとともに前記電力変換部をインバータまたはコンバータとして動作させる制御部と、
を備えることを特徴とする電気車の推進制御装置。
[16]
電気車が停車中またはだ行中で、なおかつ前記電力貯蔵装置に関する所定条件を満たしている場合、
前記制御部は、
前記第1のスイッチを閉状態に設定するとともに前記第2のスイッチを開状態に設定し、
さらに、前記電力変換部を制御し、当該電力変換部に入力された交流電圧を前記電力貯蔵装置の充電用の直流電圧に変換させる
ことを特徴とする請求項15に記載の電気車の推進制御装置。
[17]
電気車を力行または制動させる場合、
前記第1のスイッチを開状態に設定するとともに前記第2のスイッチを閉状態に設定し、
さらに、前記電力変換部を制御し、前記電力貯蔵装置からの入力電圧を前記モータの駆動用の三相交流電圧に変換させる
ことを特徴とする請求項15に記載の電気車の推進制御装置。
[18]
架線と架線から入力される直流電圧の供給先となる電力変換部との間で回路の開閉を行う第1のスイッチと、
前記電力変換部と電気車の動力を発生するモータとの間で回路の開閉を行う第2のスイッチと、
前記電力変換部の前記第1のスイッチが接続された側の端子または前記電力変換部の前記第2のスイッチが接続された側の端子を選択して電力貯蔵装置と接続する切替部と、
前記電力変換部、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチおよび前記切替部を制御する制御部と、
前記電力貯蔵装置とは異なる外部の電力貯蔵装置を前記電力貯蔵装置と並列に接続するための接続部と、
を備えた電気車の推進制御装置が搭載された車両を複数含み、
前記電気車の推進制御装置のうち、少なくとも1つにおいては、電力変換部が、入力電圧を電力貯蔵装置の充電用の直流電圧に変換するDC/DCコンバータ動作を実行し、なおかつ、残りの電気車の推進制御装置のうち、少なくとも1つにおいては、電力変換部が、他の電力変換部におけるDC/DCコンバータ動作で生成された直流電圧を前記モータの駆動用の三相交流電圧に変換するインバータ動作を実行する
ことを特徴とする鉄道車両システム。
[19]
架線と架線から入力される交流電圧の供給先となる電力変換部との間で回路の開閉を行う第1のスイッチと、
前記電力変換部と電気車の動力を発生するモータとの間で回路の開閉を行う第2のスイッチと、
前記電力変換部、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを制御する制御部と、
自装置内の電力貯蔵装置と外部の電力貯蔵装置を並列に接続するための接続部と、
を備えた電気車の推進制御装置が搭載された車両を複数含み、
前記電気車の推進制御装置のうち、少なくとも1つにおいては、電力変換部が、入力電圧を電力貯蔵装置の充電用の直流電圧に変換するコンバータ動作を実行し、なおかつ、残りの電気車の推進制御装置のうち、少なくとも1つにおいては、電力変換部が、他の電力変換部におけるコンバータ動作で生成された直流電圧を前記モータの駆動用の三相交流電圧に変換するインバータ動作を実行する
ことを特徴とする鉄道車両システム。
[20]
交流電圧を発生する発電機と当該交流電圧の供給先となる電力変換部との間で回路の開閉を行う第1のスイッチと、
前記電力変換部と電気車の動力を発生するモータとの間で回路の開閉を行う第2のスイッチと、
前記電力変換部、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを制御する制御部と、
自装置内の電力貯蔵装置と外部の電力貯蔵装置を並列に接続するための接続部と、
を備えた電気車の推進制御装置が搭載された車両を複数含み、
前記電気車の推進制御装置のうち、少なくとも1つにおいては、電力変換部が、入力電圧を電力貯蔵装置の充電用の直流電圧に変換するコンバータ動作を実行し、なおかつ、残りの電気車の推進制御装置のうち、少なくとも1つにおいては、電力変換部が、他の電力変換部におけるコンバータ動作で生成された直流電圧を前記モータの駆動用の三相交流電圧に変換するインバータ動作を実行する
ことを特徴とする鉄道車両システム。

Drawings

[ Fig. 1]

[ Fig. 2]

[ Fig. 3]

[ Fig. 4]

[ Fig. 5]

[ Fig. 6]

[ Fig. 7]

[ Fig. 8]

[ Fig. 9]

[ Fig. 10]

[ Fig. 11]

[ Fig. 12]

[ Fig. 13]

[ Fig. 14]

[ Fig. 15]

[ Fig. 16]

[ Fig. 17]

[ Fig. 18]

[ Fig. 19]

[ Fig. 20]

[ Fig. 21]

[ Fig. 22]

[ Fig. 23]

[ Fig. 24]

[ Fig. 25]

[ Fig. 26]

[ Fig. 27]

[ Fig. 28]

[ Fig. 29]

[ Fig. 30]

[ Fig. 31]

[ Fig. 32]

[ Fig. 33]

[ Fig. 34]

[ Fig. 35]

[ Fig. 36]

[ Fig. 37]

[ Fig. 38]

[ Fig. 39]

[ Fig. 40]

[ Fig. 41]

[ Fig. 42]

[ Fig. 43]

[ Fig. 44]

[]
(56)参考文献 特開2009−72003(JP,A)
特開2008−263741(JP,A)
特開2008−141877(JP,A)
特開2007−28852(JP,A)
実開昭58−46203(JP,U)
特開平08−79914(JP,A)
特開2000−152408(JP,A)

(58)調査した分野(Int.Cl.,DB名)
B60L 9/18
B60L 11/18
B61C 3/02