JP2008228420A - Device and method for controlling charging/discharging - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and method for controlling charging/discharging capable of reducing a switching loss. <P>SOLUTION: A bidirectional boosting and step-down chopper 1 charges an accumulator 5 by power input to a feeder-side terminal pair, and includes a control device 2 for controlling a modulation rate between a feeder-side arm and an accumulator-side arm so as to output power discharged from the accumulator 5 to the feeder-side terminal pair. The control device 2 performs the control so that the modulation rate of at least either of the feeder-side arm and the accumulator-side arm becomes 1 in at least either of the charging and discharging. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、充放電制御装置及び充放電制御方法に関し、特に、電池駆動鉄道車両の車載電池の充放電を制御する充放電制御装置及び充放電制御方法に関する。   The present invention relates to a charge / discharge control device and a charge / discharge control method, and more particularly, to a charge / discharge control device and a charge / discharge control method for controlling charge / discharge of an on-vehicle battery of a battery-powered railway vehicle.

従来、鉄道車両の車載電池の充放電制御装置として、例えば、特許文献１に記載された双方向昇降圧チョッパが知られている。この特許文献１の双方向昇降圧チョッパは、き電側の電圧とバッテリ側の電圧との大小関係に制限のある双方向昇降圧チョッパとなっており、充電時には降圧動作、放電時には昇圧動作のみ可能となっている。換言すると、充電時には、昇圧動作をすることができず、放電時には降圧動作をすることができない。また、電池の直列接続数は、き電側の電圧が電池側の電圧より高くなるような直列接続数に限られるため、電池の直列接続数が制約される。   Conventionally, for example, a bidirectional buck-boost chopper described in Patent Document 1 is known as a charge / discharge control device for an on-vehicle battery of a railway vehicle. The bidirectional buck-boost chopper of Patent Document 1 is a bidirectional buck-boost chopper that is limited in the magnitude relationship between the voltage on the feeding side and the voltage on the battery side. It is possible. In other words, it is not possible to perform a step-up operation during charging and a step-down operation during discharging. Moreover, since the number of series connections of batteries is limited to the number of series connections in which the voltage on the feeding side is higher than the voltage on the battery side, the number of series connections of batteries is limited.

一方、一般の車両の車載電池の充放電制御装置として、例えば、特許文献２に記載された双方向昇降圧チョッパが知られている。図１２は特許文献２の双方向昇降圧チョッパの構成を示す図であって、（ａ）は回路図、（ｂ）はスイッチング素子の制御信号を示す波形図である。   On the other hand, for example, a bidirectional buck-boost chopper described in Patent Document 2 is known as a charge / discharge control device for a vehicle-mounted battery of a general vehicle. 12A and 12B are diagrams showing the configuration of the bidirectional buck-boost chopper of Patent Document 2, wherein FIG. 12A is a circuit diagram and FIG. 12B is a waveform diagram showing a control signal for a switching element.

図１２（ａ）に示すように、この双方向昇降圧チョッパは、回路構成上はＨ字形ブリッジで構成されている。なお、符号２０２はジェネレータ、符号２０３はコンデンサ、符号２０４はバッテリ、符号２０５は負荷、符号２３１は制御器を示す。この双方向昇降圧チョッパは、動作に関しては、降圧チョッパと昇圧チョッパとをカスケード接続した考え方になっている。つまり、図１２（ｂ）から明らかなように、Ｈ字形ブリッジにおいて、ジェネレータ２側の上アームを構成する半導体スイッチング素子２１１とバッテリ２０４側の下アームを構成する半導体スイッチング素子２１４とが同位相でスイッチングし、これらに対し、ジェネレータ２側の下アームを構成する半導体スイッチング素子２１２とバッテリ２０４側の上アームを構成する半導体スイッチング素子２１３とが逆位相でスイッチングする。これにより、この双方向昇降圧チョッパにおいては、スイッチングの通流率を連続的に変化させて昇圧動作と降圧動作との切り替えを円滑に行うことができる。
特開２００２−３６９３０８号公報（特に図６参照）、 特開２００２−３０５８７５号公報（特に図１参照） As shown in FIG. 12A, this bidirectional buck-boost chopper is configured by an H-shaped bridge in terms of circuit configuration. Reference numeral 202 denotes a generator, reference numeral 203 denotes a capacitor, reference numeral 204 denotes a battery, reference numeral 205 denotes a load, and reference numeral 231 denotes a controller. This bidirectional step-up / step-down chopper is based on the idea that a step-down chopper and a step-up chopper are connected in cascade. That is, as is clear from FIG. 12B, in the H-shaped bridge, the semiconductor switching element 211 constituting the upper arm on the generator 2 side and the semiconductor switching element 214 constituting the lower arm on the battery 204 are in phase. The semiconductor switching element 212 constituting the lower arm on the generator 2 side and the semiconductor switching element 213 constituting the upper arm on the battery 204 side are switched in opposite phases. As a result, in this bidirectional step-up / step-down chopper, the switching operation can be smoothly switched between the step-up operation and the step-down operation by continuously changing the switching flow rate.
JP 2002-369308 A (see particularly FIG. 6), Japanese Patent Laid-Open No. 2002-305875 (refer to FIG. 1 in particular)

しかしながら、特許文献２の双方向昇降圧チョッパでは、４つのスイッチング素子２１１〜２１４の全てをスイッチングさせているので、スイッチング素子の導通損失に加えてスイッチング損失が発生し、それにより変換効率が低下する。   However, in the bidirectional buck-boost chopper of Patent Document 2, since all of the four switching elements 211 to 214 are switched, a switching loss occurs in addition to the conduction loss of the switching element, thereby reducing the conversion efficiency. .

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、スイッチング損失を低減することが可能な充放電制御装置及び充放電制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a charge / discharge control device and a charge / discharge control method capable of reducing switching loss.

上記課題を解決するために、本発明の充放電制御装置は、第１のスイッチング素子及び該第１のスイッチング素子の一方の主端子にその一方の主端子が接続された第２のスイッチング素子からなるき電側アームと、第３のスイッチング素子及び該第３のスイッチング素子の一方の主端子にその一方の主端子が接続された第４のスイッチング素子からなる電池側アームと、前記第１のスイッチング素子の一方の主端子と前記第３のスイッチング素子の一方の主端子とを接続するリアクトルと、を備え、前記第３のスイッチング素子の他方の主端子及び前記第４のスイッチング素子の他方の主端子がそれぞれ蓄電池の正極端子及び負極端子に接続され、かつ前記第１のスイッチング素子の他方の主端子と前記第２のスイッチング素子の他方の主端子とからなるき電側端子対の間に該第１のスイッチング素子の他方の主端子が高電位側となる電圧（以下、き電電圧という）が印加されるようにして使用される双方向昇降圧チョッパと、前記双方向昇降圧チョッパが、前記き電側端子対に入力される電力によって前記蓄電池を充電しかつ前記蓄電池から放電される電力を前記き電側端子対に出力するよう前記き電側アームと前記電池側アームとの変調率を制御するための制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記充電及び放電の少なくともいずれかの場合に、前記き電側アーム及び前記電池側アームの少なくともいずれかの変調率が１となるように前記制御を行う。このような構成とすると、変調率が１となるき電側アーム及び／又は電池側アームを構成する一対のスイッチング素子がそれぞれ常時オン及び常時オフになるので、その分、そのスイッチング損失を低減することができる。   In order to solve the above problems, a charge / discharge control device of the present invention includes a first switching element and a second switching element having one main terminal connected to one main terminal of the first switching element. A battery-side arm comprising: a power supply side arm; a third switching element; a fourth switching element having one main terminal connected to one main terminal of the third switching element; A reactor connecting one main terminal of the switching element and one main terminal of the third switching element, and the other main terminal of the third switching element and the other of the fourth switching element The main terminals are respectively connected to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the storage battery, and the other main terminal of the first switching element and the other main end of the second switching element Bidirectional raising / lowering used in such a way that a voltage (hereinafter referred to as a feeding voltage) is applied between the feeding-side terminal pair consisting of The pressure chopper and the bidirectional step-up / step-down chopper are configured to charge the storage battery with power input to the feeder side terminal pair and to output power discharged from the storage battery to the feeder side terminal pair. A control device for controlling a modulation rate of the power side arm and the battery side arm, and the control device is configured to control the power feeding side arm and the battery side in at least one of the charging and discharging. The control is performed so that the modulation rate of at least one of the arms is 1. With such a configuration, the pair of switching elements constituting the feeding side arm and / or the battery side arm with a modulation factor of 1 are always on and always off, respectively, thereby reducing the switching loss accordingly. be able to.

前記充放電制御装置は、前記き電電圧を検出するき電電圧検出器と、前記蓄電池の電圧を検出する蓄電池電圧検出器と、を備え、前記制御装置は、前記充電又は前記放電の開始時に、その時点における前記き電電圧検出器によって検出されたき電電圧と前記蓄電池側電圧検出器によって検出された蓄電池電圧とに基づいてスタート時変調率を決定し、このスタート時変調率において充電電流又は放電電流がゼロになるよう前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御することによって、前記充電電流又は前記放電電流を制御してもよい。   The charging / discharging control device includes a feeding voltage detector that detects the feeding voltage, and a storage battery voltage detector that detects a voltage of the storage battery, and the control device is configured to start charging or discharging. The starting modulation factor is determined based on the feeding voltage detected by the feeding voltage detector at that time and the storage battery voltage detected by the storage battery side voltage detector, and the charging current or The charging current or the discharging current may be controlled by controlling the modulation rate of the feeding side arm and the battery side arm so that the discharging current becomes zero.

前記制御装置は、所定の情報が入力された場合に、前記双方向昇降圧チョッパが、前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率が１となるようにして前記蓄電池から放電される電力を前記き電側端子対に出力するよう、前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御してもよい。き電側アーム及び電池側アームの各々を構成する一対のスイッチング素子がそれぞれ常時オン及び常時オフになるので、スイッチング損失をゼロにすることができる。   The control device is configured such that when predetermined information is input, the bidirectional buck-boost chopper discharges power from the storage battery so that the modulation rate of the feeding side arm and the battery side arm is 1. May be controlled such that the modulation rate of the feeding side arm and the battery side arm is output to the feeding side terminal pair. Since the pair of switching elements constituting each of the feeding side arm and the battery side arm is always on and always off, the switching loss can be made zero.

前記制御装置は、前記き電電圧が第１の所定電圧未満の場合に、前記双方向昇降圧チョッパが、前記蓄電池から放電される電力を前記き電側端子対に出力し、かつ前記き電電圧が第２の所定電圧を越える場合に、前記双方向昇降圧チョッパが、前記き電側端子対に入力される電力によって前記蓄電池を充電するよう、前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御してもよい。   In the control device, when the feeding voltage is less than a first predetermined voltage, the bidirectional buck-boost chopper outputs power discharged from the storage battery to the feeding-side terminal pair, and the feeding When the voltage exceeds a second predetermined voltage, the bidirectional buck-boost chopper charges the storage battery with the electric power input to the feeding-side terminal pair so as to charge the storage battery and the battery-side arm. The modulation rate may be controlled.

前記双方向昇降圧チョッパは、前記き電側端子対が電池駆動鉄道車両を駆動するモータを駆動する電力変換装置にパンタグラフから電力を供給する電気配線に接続されるようにして使用されるものであり、前記放電が前記電力変換装置に電力を供給するためのアシスト放電であり、前記充電が前記電力変換装置による回生電力を吸収するための回生充電であってもよい。   The bidirectional buck-boost chopper is used in such a manner that the feeder side terminal pair is connected to an electric wiring that supplies power from a pantograph to a power converter that drives a motor that drives a battery-powered railway vehicle. Yes, the discharge may be an assist discharge for supplying power to the power converter, and the charging may be a regenerative charge for absorbing regenerative power by the power converter.

また、本発明の充放電制御方法は、第１のスイッチング素子及び該第１のスイッチング素子の一方の主端子にその一方の主端子が接続された第２のスイッチング素子からなるき電側アームと、第３のスイッチング素子及び該第３のスイッチング素子の一方の主端子にその一方の主端子が接続された第４のスイッチング素子からなる電池側アームと、前記第１のスイッチング素子の一方の主端子と前記第３のスイッチング素子の一方の主端子とを接続するリアクトルと、を備え、前記第３のスイッチング素子の他方の主端子及び前記第４のスイッチング素子の他方の主端子がそれぞれ蓄電池の正極端子及び負極端子に接続され、かつ前記第１のスイッチング素子の他方の主端子と前記第２のスイッチング素子の他方の主端子とからなるき電側端子対の間に該第１のスイッチング素子の他方の主端子が高電位側となる電圧（以下、き電電圧という）が印加されるようにして使用される双方向昇降圧チョッパを用い、前記双方向昇降圧チョッパが、前記き電側端子対に入力される電力によって前記蓄電池を充電しかつ前記蓄電池から放電される電力を前記き電側端子対に出力するよう前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御し、前記充電及び放電の少なくともいずれかの場合に、前記き電側アーム及び前記電池側アームの少なくともいずれかの変調率が１となるように前記制御を行う。このような構成とすると、変調率が１となるき電側アーム及び／又は電池側アームを構成する一対のスイッチング素子がそれぞれ常時オン及び常時オフになるので、その分、そのスイッチング損失を低減することができる。   In addition, the charge / discharge control method of the present invention includes a feeding arm comprising a first switching element and a second switching element having one main terminal connected to one main terminal of the first switching element; A battery-side arm comprising a third switching element and a fourth switching element having one main terminal connected to one main terminal of the third switching element, and one main terminal of the first switching element. A reactor that connects the terminal and one main terminal of the third switching element, and the other main terminal of the third switching element and the other main terminal of the fourth switching element are each of a storage battery A feeder side end connected to the positive terminal and the negative terminal and comprising the other main terminal of the first switching element and the other main terminal of the second switching element Using a bidirectional buck-boost chopper that is used so that a voltage (hereinafter referred to as feeding voltage) is applied between the pair so that the other main terminal of the first switching element is on the high potential side. The feeding-side arm and the battery so that a forward / back-boost chopper charges the storage battery with the power input to the feeding-side terminal pair and outputs the power discharged from the storage battery to the feeding-side terminal pair The modulation rate of the side arm is controlled, and the control is performed so that the modulation rate of at least one of the feeding side arm and the battery side arm becomes 1 in at least one of the charging and discharging. With such a configuration, the pair of switching elements constituting the feeding side arm and / or the battery side arm with a modulation factor of 1 are always on and always off, respectively, thereby reducing the switching loss accordingly. be able to.

前記充放電制御方法は、前記き電電圧を検出するき電電圧検出器と、前記蓄電池の電圧を検出する蓄電池電圧検出器と、を用い、前記充電又は前記放電の開始時に、その時点における前記き電電圧検出器によって検出されたき電電圧と前記蓄電池側電圧検出器によって検出された蓄電池電圧とに基づいてスタート時変調率を決定し、このスタート時変調率において充電電流又は放電電流がゼロになるよう前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御することによって、前記充電電流又は前記放電電流を制御してもよい。   The charge / discharge control method uses a feeding voltage detector that detects the feeding voltage and a storage battery voltage detector that detects a voltage of the storage battery, and at the start of the charging or discharging, A starting modulation factor is determined based on the feeding voltage detected by the feeding voltage detector and the storage battery voltage detected by the storage battery side voltage detector, and the charging current or discharging current is zero at this starting modulation factor. The charging current or the discharging current may be controlled by controlling the modulation factor of the feeding side arm and the battery side arm.

所定の情報が入力された場合に、前記双方向昇降圧チョッパが、前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率が１となるようにして前記蓄電池から放電される電力を前記き電側端子対に出力するよう、前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御してもよい。このような構成とすると、き電側アーム及び電池側アームの各々を構成する一対のスイッチング素子がそれぞれ常時オン及び常時オフになるので、スイッチング損失をゼロにすることができる。   When the predetermined information is input, the bidirectional buck-boost chopper supplies the electric power discharged from the storage battery so that the modulation rate of the feeding side arm and the battery side arm is 1, the feeding side You may control the modulation factor of the said feeding side arm and the said battery side arm so that it may output to a terminal pair. With such a configuration, since the pair of switching elements constituting each of the feeding side arm and the battery side arm are always turned on and always turned off, the switching loss can be made zero.

前記き電電圧が第１の所定電圧未満の場合に、前記双方向昇降圧チョッパが、前記蓄電池から放電される電力を前記き電側端子対に出力し、かつ前記き電電圧が第２の所定電圧を越える場合に、前記双方向昇降圧チョッパが、前記き電側端子対に入力される電力によって前記蓄電池を充電するよう、前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御してもよい。   When the feeding voltage is less than a first predetermined voltage, the bidirectional buck-boost chopper outputs power discharged from the storage battery to the feeding-side terminal pair, and the feeding voltage is a second voltage When the voltage exceeds a predetermined voltage, the bidirectional buck-boost chopper controls the modulation rate of the feeding side arm and the battery side arm so that the storage battery is charged by the power input to the feeding side terminal pair. May be.

前記双方向昇降圧チョッパは、前記き電側端子対が電池駆動鉄道車両を駆動するモータを駆動する電力変換装置にパンタグラフから電力を供給する電気配線に接続されるようにして使用されるものであり、前記放電が前記電力変換装置に電力を供給するためのアシスト放電であり、前記充電が前記電力変換装置による回生電力を吸収するための回生充電であってもよい。   The bidirectional buck-boost chopper is used in such a manner that the feeder side terminal pair is connected to an electric wiring that supplies power from a pantograph to a power converter that drives a motor that drives a battery-powered railway vehicle. Yes, the discharge may be an assist discharge for supplying power to the power converter, and the charging may be a regenerative charge for absorbing regenerative power by the power converter.

本発明は以上に説明したような構成を有し、充放電制御装置及び充放電制御方法において、スイッチング損失を抑制することができるという効果を奏する。   The present invention has the configuration as described above, and has an effect that switching loss can be suppressed in the charge / discharge control device and the charge / discharge control method.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態に係る充放電制御装置の構成を示す回路図である。図２は図１の充放電制御装置を構成する双方向昇降圧チョッパの構成を示す回路図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a charge / discharge control apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a bidirectional buck-boost chopper constituting the charge / discharge control device of FIG.

図１に示すように、本実施の形態の充放電制御装置１００は、電池駆動鉄道車両（以下、鉄道車両という）に搭載される蓄電池（以下、単に電池という）５の充放電を制御するものである。   As shown in FIG. 1, the charge / discharge control apparatus 100 according to the present embodiment controls charge / discharge of a storage battery (hereinafter simply referred to as a battery) 5 mounted on a battery-powered railway vehicle (hereinafter referred to as a railway vehicle). It is.

この鉄道車両は、１対の受電線３０Ａ，３０Ｂを備えている。受電線３０Ａの一端はパンタグラフ６に接続され、受電線３０Ａの他端はＶＶＶＦインバータ３１の入力側に接続されている。受電線３０ＡにはスイッチＳＷ１１及びリアクトル１１が設けられている。受電線３０Ｂの一端は車輪７に接続され、受電線３０Ｂの他端はＶＶＶＦインバータ３１の入力側に接続されている。受電線３０Ａと受電線３０Ｂとの間にはコンデンサＣ１１が接続されている。これにより、パンタグラフ６を通じて架線から直流の架線電力が一対の受電線３０Ａ，３０Ｂに供給される。この架線電力における電圧（架線電圧）は、受電線３０Ａが高位側であり受電線３０Ｂが低位側（グランド電位）となっている。ＶＶＶＦインバータ３１の出力側にはこの電池駆動鉄道車両を駆動する複数のモータ（誘導電動機）Ｍが接続されていて、ＶＶＶＦインバータ３１は入力される直流電力によって、これら複数のモータＭを、その速度を制御しながら駆動する。ＳＷ１１はＶＶＶＦインバータ３１に対し電力を供給及び停止するためのものであり、リアクトルＬ１１及びコンデンサＣ１１は、ＶＶＶＦインバータ３１に供給する電圧の変動を抑制するためのものである。   This railway vehicle is provided with a pair of receiving wires 30A and 30B. One end of the receiving wire 30 </ b> A is connected to the pantograph 6, and the other end of the receiving wire 30 </ b> A is connected to the input side of the VVVF inverter 31. A switch SW11 and a reactor 11 are provided on the receiving wire 30A. One end of the receiving wire 30B is connected to the wheel 7, and the other end of the receiving wire 30B is connected to the input side of the VVVF inverter 31. A capacitor C11 is connected between the receiving wire 30A and the receiving wire 30B. As a result, DC overhead power is supplied from the overhead wire to the pair of receiving wires 30 </ b> A and 30 </ b> B through the pantograph 6. The voltage in this overhead line power (overhead voltage) is such that the receiving wire 30A is on the higher side and the receiving wire 30B is on the lower side (ground potential). A plurality of motors (induction motors) M for driving the battery-powered railway vehicle are connected to the output side of the VVVF inverter 31. The VVVF inverter 31 uses the input DC power to drive the plurality of motors M at a speed thereof. Drive while controlling. SW11 is for supplying and stopping power to the VVVF inverter 31, and the reactor L11 and the capacitor C11 are for suppressing fluctuations in the voltage supplied to the VVVF inverter 31.

充放電制御装置１００は、双方向昇降圧チョッパ１と制御ユニット２とを有している。まず、双方向昇降圧チョッパ１について説明する。ここで、本明細書及び請求の範囲においては、便宜上、スイッチング素子のスイッチングされるべき電流が入出力される一対の端子を主端子と呼び、この一対の主端子間を導通及び遮断するよう制御する制御信号を入力するための端子を制御端子と呼ぶ。例えば、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor）の場合には、エミッタ及びコレクタが一対の主端子であり、ゲートが制御端子である。   The charge / discharge control apparatus 100 includes a bidirectional buck-boost chopper 1 and a control unit 2. First, the bidirectional buck-boost chopper 1 will be described. Here, in the present specification and claims, for convenience, a pair of terminals through which the current to be switched of the switching element is input / output is referred to as a main terminal, and control is performed so that the pair of main terminals are electrically connected and disconnected. A terminal for inputting a control signal is called a control terminal. For example, in the case of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), an emitter and a collector are a pair of main terminals, and a gate is a control terminal.

図２に示すように、双方向昇降圧チョッパ１は、第１のスイッチング素子ＳＷ１と、この第１のスイッチング素子ＳＷ１の一方の主端子にその一方の主端子が接続された第２のスイッチング素子ＳＷ２と、第３のスイッチング素子ＳＷ３と、この第３のスイッチング素子ＳＷ３の一方の主端子にその一方の主端子が接続された第４のスイッチング素子ＳＷ４と、第１のスイッチング素子ＳＷ１の一方の主端子と第３のスイッチング素子ＳＷ３の一方の主端子とを接続するリアクトルＤＣＬと、第１乃至第４のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４にそれぞれ並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ４と、を備えている。ダイオードＤ１〜Ｄ４は、第１乃至第４のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の順方向に対する逆方向がその順方向となるように接続されている。第１乃至第４のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、ここでは、ＩＧＢＴで構成されている。第１のスイッチング素子ＳＷ１の他方の主端子及び第２のスイッチング素子ＳＷ２の他方の主端子はそれぞれ一対のき電側端子ＴＭ１，ＴＭ２に接続されていて、この一対のき電側端子ＴＭ１，ＴＭ２の間にコンデンサＣ１が接続されている。また、第３のスイッチング素子ＳＷ３の他方の主端子及び第４のスイッチング素子ＳＷ４の他方の主端子はそれぞれ一対の電池側端子ＴＭ３，ＴＭ４に接続されていて、この一対の電池側端子ＴＭ３，ＴＭ４の間にコンデンサＣ２が接続されている。   As shown in FIG. 2, the bidirectional buck-boost chopper 1 includes a first switching element SW1 and a second switching element having one main terminal connected to one main terminal of the first switching element SW1. SW2, a third switching element SW3, a fourth switching element SW4 having one main terminal connected to one main terminal of the third switching element SW3, and one of the first switching elements SW1 A reactor DCL that connects the main terminal and one main terminal of the third switching element SW3, and diodes D1 to D4 connected in parallel to the first to fourth switching elements SW1 to SW4, respectively. . The diodes D1 to D4 are connected so that the reverse direction to the forward direction of the first to fourth switching elements SW1 to SW4 is the forward direction. Here, the first to fourth switching elements SW1 to SW4 are formed of IGBTs. The other main terminal of the first switching element SW1 and the other main terminal of the second switching element SW2 are connected to a pair of feeding side terminals TM1 and TM2, respectively, and the pair of feeding side terminals TM1 and TM2 A capacitor C1 is connected between the two. The other main terminal of the third switching element SW3 and the other main terminal of the fourth switching element SW4 are connected to a pair of battery side terminals TM3 and TM4, respectively, and the pair of battery side terminals TM3 and TM4. A capacitor C2 is connected between the two.

図１及び図２に示すように、電池側端子ＴＭ３には電池５の正極端子がリアクトルＬ１３を介して接続されている。電池側端子ＴＭ４には電池５の負極端子が接続されている。き電側端子ＴＭ１は途中にスイッチＳＷ１２及びリアクトルＬ１２が設けられた電気配線３２Ａを通じて受電線３０Ａに接続されている。き電側端子ＴＭ２は電気配線３２Ｂを通じて受電線３０Ｂに接続されている。これにより、パンタグラフ６から一対の受電線３０Ａ，３０Ｂ及び一対の電気配線３２Ａ，３２Ｂを通じて双方向昇降圧チョッパ１に直流の架線電力が供給される。スイッチＳＷ１２は、双方向昇降圧チョッパ１を一対の受電線３０Ａ，３０Ｂに対し接続及び切断するためのものである。リアクトルＬ１２及びコンデンサＣ１は、双方向昇降圧チョッパ１のき電側端子ＴＭ１，ＴＭ２間の直流電圧の変動を抑制するためのものであり、リアクトルＬ１３及びコンデンサＣ２は双方向昇降圧チョッパ１の電池側端子ＴＭ３，ＴＭ４間の直流電圧の変動を抑制するためのものである。   As shown in FIG.1 and FIG.2, the positive electrode terminal of the battery 5 is connected to the battery side terminal TM3 via the reactor L13. The negative terminal of the battery 5 is connected to the battery side terminal TM4. The feeding side terminal TM1 is connected to the receiving wire 30A through an electric wiring 32A provided with a switch SW12 and a reactor L12 in the middle. The feeding side terminal TM2 is connected to the receiving wire 30B through the electric wiring 32B. As a result, DC overhead power is supplied from the pantograph 6 to the bidirectional buck-boost chopper 1 through the pair of receiving wires 30A, 30B and the pair of electric wires 32A, 32B. The switch SW12 is for connecting and disconnecting the bidirectional buck-boost chopper 1 to and from the pair of receiving wires 30A and 30B. Reactor L12 and capacitor C1 are for suppressing fluctuations in DC voltage between feeding terminals TM1 and TM2 of bidirectional buck-boost chopper 1, and reactor L13 and capacitor C2 are batteries for bidirectional buck-boost chopper 1. This is for suppressing the fluctuation of the DC voltage between the side terminals TM3 and TM4.

制御ユニット（制御装置）２は、制御器３と監視器４とを備えている。制御器３及び監視器４は、共に、ＣＰＵ等の演算器で構成されている。   The control unit (control device) 2 includes a controller 3 and a monitor 4. Both the controller 3 and the monitor 4 are constituted by a computing unit such as a CPU.

制御器３は主として双方向昇降圧チョッパ１の第１乃至第４のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御するためのＰＷＭ信号の生成と充放電マネージメントとを行う。具体的には、充放電制御装置１００には、さらに、双方向昇降圧チョッパ１のき電側の電流（以下、き電電流という）I_kidenを検出する電流センサＣＴ１と、双方向昇降圧チョッパ１のき電側の電圧（一対のき電側端子ＴＭ１，ＴＭ２間の電圧：以下、き電電圧という）V_kidenを検出する電圧センサＰＴ１と、双方向昇降圧チョッパ１の電池側の電流（以下、電池電流という）I_battを検出する電流センサＣＴ２と、双方向昇降圧チョッパ１の電池側の電圧（一対の電池側端子ＴＭ３，ＴＭ４間の電圧：以下、電池電圧という）V_battを検出する電圧センサＰＴ２と、パンタグラフを流れる電流（以下、パンタ電流という）I_panを検出する電流センサＣＴ３と、を備えていて、これらのセンサからの検出信号が制御器３に入力される。また、受電線３０Ａの適所には、パンタグラフ６の電圧を検出する電圧センサが配設されていて、これが、パンタグラフが上がっているか否かの情報（パンタ昇降情報）３４を検出するパンタ昇降センサ３３を構成している。このパンタ昇降センサ３３で検出されたパンタ昇降情報（ここではパンタグラフ６の電圧）が制御器３に入力される。   The controller 3 mainly performs PWM signal generation and charge / discharge management for controlling the first to fourth switching elements SW1 to SW4 of the bidirectional buck-boost chopper 1. Specifically, the charge / discharge control apparatus 100 further includes a current sensor CT1 that detects a current I_kiden on the feeding side of the bidirectional buck-boost chopper 1 (hereinafter referred to as feeding current), and a bidirectional buck-boost chopper 1. A voltage sensor PT1 for detecting a voltage on the feeding side (voltage between a pair of feeding side terminals TM1 and TM2; hereinafter referred to as feeding voltage) V_kiden, and a current on the battery side (hereinafter, referred to as a bidirectional buck-boost chopper 1) A current sensor CT2 that detects I_batt (referred to as battery current) and a voltage sensor PT2 that detects a voltage on the battery side of the bidirectional buck-boost chopper 1 (voltage between a pair of battery terminals TM3 and TM4; hereinafter referred to as battery voltage) V_batt And a current sensor CT3 that detects a current flowing through the pantograph (hereinafter referred to as a pantograph current) I_pan, and detection signals from these sensors are input to the controller 3. In addition, a voltage sensor for detecting the voltage of the pantograph 6 is disposed at an appropriate position of the receiving wire 30A, and this is a punter lift sensor 33 for detecting information (punter lift information) 34 as to whether or not the pantograph is raised. Is configured. Punter lift information (here, voltage of the pantograph 6) detected by the punter lift sensor 33 is input to the controller 3.

一方、制御器３は、入力された電池電圧V_batt、電池電流I_batt、き電電圧V_kiden、及びパンタ昇降情報を監視器４に出力する。また、制御器３は、電池電圧V_batt及びき電電圧V_kidenに基づいてオフセットofstを算出する。また、制御器３は、予め設定された電圧設定値V_set及びき電電圧設定値V_kiden_setをその内部メモリに記憶している。   On the other hand, the controller 3 outputs the input battery voltage V_batt, battery current I_batt, feeding voltage V_kiden, and pantter elevation information to the monitor 4. Further, the controller 3 calculates the offset ofst based on the battery voltage V_batt and the feeding voltage V_kiden. Further, the controller 3 stores a preset voltage setting value V_set and a feeding voltage setting value V_kiden_set in its internal memory.

監視器４には、電池電圧V_batt、電池電流I_batt、き電電圧V_kiden、及びパンタ昇降情報の他、図示されない車両制御伝送装置からの走行区間情報、速度及びノッチ情報と、温度センサで検出される電池５の温度とが入力される。走行区間情報は、鉄道車両が走行する路線の電化区間及び非電化区間の区別、鉄道車両の走行位置等に関する情報である。ノッチ情報は、鉄道車両の運転席のノッチの状態（力行、制動、速度指令等）を表す情報である。監視器４は、電池電圧V_battと電池電流I_battと電池５の温度、周囲温度とに基づいてＳＯＣ（state of charge：蓄電池残量）を算出する。また、監視器４は、算出したＳＯＣ、走行区間情報に基づいて、電流設定値I_setを算出する。この場合、監視器４は、鉄道車両の走行位置から充電できる残り時間を把握し、電化区間終了時にＳＯＣが目標値に達するように（充電）電流設定値I_setを決定する。そして、監視器４は、これらのＳＯＣ及び電流設定値I_setを制御器３に出力する。   The monitor 4 detects the battery voltage V_batt, the battery current I_batt, the feeding voltage V_kiden, and the pantter lift information, as well as travel section information, speed and notch information from a vehicle control transmission device (not shown), and a temperature sensor. The temperature of the battery 5 is input. The travel section information is information related to the distinction between electrified sections and non-electrified sections of the route on which the railway vehicle travels, the travel position of the railway vehicle, and the like. The notch information is information representing the notch state (power running, braking, speed command, etc.) of the driver's seat of the railway vehicle. The monitor 4 calculates an SOC (state of charge) based on the battery voltage V_batt, the battery current I_batt, the temperature of the battery 5 and the ambient temperature. Moreover, the monitoring device 4 calculates the current set value I_set based on the calculated SOC and travel section information. In this case, the monitor 4 grasps the remaining time that can be charged from the travel position of the railway vehicle, and determines the (charge) current set value I_set so that the SOC reaches the target value at the end of the electrification section. The monitor 4 outputs the SOC and the current set value I_set to the controller 3.

制御器３は、これらのＳＯＣ、電圧設定値V_set、き電電圧設定値V_kiden_set、電流設定値I_set、及びオフセットofstと、さらに、電池電圧V_batt及び電池電流I_battを用いてＰＷＭ信号ＰＭＷ１〜ＰＷＭ４を生成して、これらを第１乃至第４のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の制御端子に出力する。また、制御器３は、パンタ昇降情報３４、き電電圧V_kiden、電池電圧V_batt、及びＳＯＣを用いて充放電マネージメントを行う。この際、き電電圧V_kidenとノッチ情報とに基づいて、ＶＶＶＦインバータ３１によるモータＭの駆動制御が力行制御か回生制御かを判定する。   The controller 3 generates PWM signals PMW1 to PWM4 using the SOC, the voltage setting value V_set, the feeding voltage setting value V_kiden_set, the current setting value I_set, and the offset ofst, and the battery voltage V_batt and the battery current I_batt. Then, these are output to the control terminals of the first to fourth switching elements SW1 to SW4. Further, the controller 3 performs charge / discharge management using the pantter elevation information 34, the feeding voltage V_kiden, the battery voltage V_batt, and the SOC. At this time, based on the feeding voltage V_kiden and the notch information, it is determined whether the drive control of the motor M by the VVVF inverter 31 is power running control or regenerative control.

次に、以上のように構成された充放電制御装置１００の動作を説明する。
［変調率制御］
まず、制御器３による双方向昇降圧チョッパ１の変調率制御について説明する。 Next, the operation of the charge / discharge control apparatus 100 configured as described above will be described.
[Modulation rate control]
First, the modulation rate control of the bidirectional buck-boost chopper 1 by the controller 3 will be described.

図３は昇圧モードにおいて充電電流を所定値に維持する場合におけるＰＷＭ信号の生成方法を示す図であって、（ａ）はキャリア信号及び変調信号の波形を示す波形図、（ｂ）はき電側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図、（ｃ）は電池側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図である。図４は昇圧モードにおいて充電電流を所定値から増加させる場合におけるＰＷＭ信号の生成方法を示す図であって、（ａ）はキャリア信号及び変調信号の波形を示す波形図、（ｂ）はき電側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図、（ｃ）は電池側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図である。図５は昇圧モードにおいて充電電流を所定値から減少させる場合におけるＰＷＭ信号の生成方法を示す図であって、（ａ）はキャリア信号及び変調信号の波形を示す波形図、（ｂ）はき電側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図、（ｃ）は電池側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図である。図６は降圧モードにおいて充電電流を所定値から減少させる場合におけるＰＷＭ信号の生成方法を示す図であって、（ａ）はキャリア信号及び変調信号の波形を示す波形図、（ｂ）はき電側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図、（ｃ）は電池側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図である。   3A and 3B are diagrams showing a method of generating a PWM signal in the case where the charging current is maintained at a predetermined value in the boost mode. FIG. 3A is a waveform diagram showing waveforms of a carrier signal and a modulation signal, and FIG. FIG. 4C is a waveform diagram showing the waveform of the PWM signal for the upper side arm, and FIG. 5C is a waveform diagram showing the waveform of the PWM signal for the upper side arm of the battery. 4A and 4B are diagrams showing a method of generating a PWM signal when the charging current is increased from a predetermined value in the boost mode, wherein FIG. 4A is a waveform diagram showing waveforms of the carrier signal and the modulation signal, and FIG. FIG. 4C is a waveform diagram showing the waveform of the PWM signal for the upper side arm, and FIG. 5C is a waveform diagram showing the waveform of the PWM signal for the upper side arm of the battery. 5A and 5B are diagrams showing a method of generating a PWM signal when the charging current is decreased from a predetermined value in the boost mode. FIG. 5A is a waveform diagram showing waveforms of a carrier signal and a modulation signal, and FIG. FIG. 4C is a waveform diagram showing the waveform of the PWM signal for the upper side arm, and FIG. 5C is a waveform diagram showing the waveform of the PWM signal for the upper side arm of the battery. 6A and 6B are diagrams showing a method of generating a PWM signal when the charging current is decreased from a predetermined value in the step-down mode, where FIG. 6A is a waveform diagram showing waveforms of a carrier signal and a modulation signal, and FIG. FIG. 4C is a waveform diagram showing the waveform of the PWM signal for the upper side arm, and FIG. 5C is a waveform diagram showing the waveform of the PWM signal for the upper side arm of the battery.

本明細書及び本特許請求の範囲においては、双方向昇降圧チョッパ１のき電側アーム（スイッチング素子ＳＷ１及びスイッチング素子ＳＷ２）の変調率（通流率、デューティー比ともいう）及び電池側アーム（スイッチング素子ＳＷ３及びスイッチング素子ＳＷ４）の変調率という概念を用い、き電側アームの変調率及び電池側アームの変調率をそれぞれＭ１及びＭ２と定義する。き電側アーム及び電池側アームは、共に、各々の上アーム（それぞれき電側上アーム及び電池側上アームという）の変調率が定まると各々の下アーム（それぞれき電側下アーム及び電池側下アームという）の変調率が一義的に定まることから、便宜上、各々の上アームの変調率をもって各々の変調率として定義したのである。従って、き電側上アーム（スイッチング素子ＳＷ１）の変調率及び電池側上アーム（スイッチング素子ＳＷ３）の変調率はそれぞれＭ１及びＭ２（但し、デッドタイムを含まない）となり、き電側下アーム（スイッチング素子ＳＷ２）の変調率及び電池側下アーム（スイッチング素子ＳＷ４）の変調率は、それぞれ、１−Ｍ１、及び１−Ｍ２となる。つまり、き電側下アーム（スイッチング素子ＳＷ２）のＰＷＭ信号ＰＷＭ２は、き電側上アーム（スイッチング素子ＳＷ１）のＰＷＭ信号ＰＷＭ１を反転させたものとなり、電池側下アーム（スイッチング素子ＳＷ４）のＰＷＭ信号ＰＷＭ４は、電池側上アーム（スイッチング素子ＳＷ３）のＰＷＭ信号ＰＷＭ３を反転させたものとなる。   In the present specification and claims, the modulation rate (also referred to as current ratio and duty ratio) of the feeding side arm (switching element SW1 and switching element SW2) of the bidirectional buck-boost chopper 1 and the battery side arm ( Using the concept of the modulation factor of the switching element SW3 and the switching element SW4), the modulation factor of the feeding arm and the modulation factor of the battery side arm are defined as M1 and M2, respectively. When the modulation rate of each upper arm (referred to as the power supply side upper arm and the battery side upper arm) is determined, the lower arm (respectively the power supply side lower arm and the battery side arm). For the sake of convenience, the modulation rate of each upper arm is defined as each modulation rate. Therefore, the modulation rate of the feeding side upper arm (switching element SW1) and the modulation rate of the battery side upper arm (switching element SW3) are M1 and M2 (however, the dead time is not included). The modulation factor of the switching element SW2) and the modulation factor of the battery side lower arm (switching element SW4) are 1-M1 and 1-M2, respectively. That is, the PWM signal PWM2 of the feeding side lower arm (switching element SW2) is the inverse of the PWM signal PWM1 of the feeding side upper arm (switching element SW1), and the PWM of the battery side lower arm (switching element SW4). The signal PWM4 is obtained by inverting the PWM signal PWM3 of the battery side upper arm (switching element SW3).

変調率Ｍ１及びＭ２は０から１の間の値を取り、１のときは上アームが常時オン（下アームが常時オフ）となり、０のときは上アームが常時オフ（下アームが常時オン）となる。ここで、双方向昇降圧チョッパ１が理想的なもので損失がゼロであると仮定する。また、リアクトルＤＣＬを流れる電流をＩＬとする。 The modulation factors M1 and M2 take values between 0 and 1. When the value is 1, the upper arm is always on (the lower arm is always off), and when the value is 0, the upper arm is always off (the lower arm is always on). It becomes. Here, it is assumed that the bidirectional buck-boost chopper 1 is ideal and has no loss. Further, the current flowing through the reactor DCL and I L.

図３を参照すると、定常状態においては、
V_kiden・I_kiden＝V_kiden・Ｍ１・ＩＬ＝V_batt・Ｍ２・ＩＬ＝V_batt・I_batt
が成立する。 Referring to FIG. 3, in steady state,
V_kiden · I_kiden = V_kiden · M1 · I L = V_batt · M2 · I L = V_batt · I_batt
Is established.

スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４及びリアクトルＤＣＬを小型化するためには、ＩＬを小さくしたいので、V_kiden・Ｍ１及びV_batt・Ｍ２は、制御上許される範囲で大きくすることが望ましい。V_kiden及びV_battはき電電圧及び電池電圧で決まるため、制御上ではＭ１及びＭ２を大きくすることになる。電流を制御する上では、Ｍ１及びＭ２の双方を同時に１より小さくする必要はないので、Ｍ１及びＭ２のいずれかを１にし、他方を変化させて電流を制御することによって、上記の要求が満たされる。 In order to reduce the size of the switching element SW1~SW4 and the reactor DCL is, we want to reduce the I L, V_kiden · M1 and V_batt · M2, it is desirable to increase to the extent allowed by the control. Since V_kiden and V_batt are determined by the feeding voltage and the battery voltage, M1 and M2 are increased in terms of control. In controlling the current, it is not necessary to make both M1 and M2 smaller than 1 at the same time. Therefore, by controlling one of M1 and M2 and changing the other, the above requirement is satisfied. It is.

ここで、例えば、V_kiden＜V_battである昇圧モードで充電する場合における変調率Ｍ１及びＭ２の変化を考える。また、
ａ：ＩＬを所定値に維持するよう制御する場合
ｂ：ＩＬを所定値から増加させるよう制御する場合
ｃ：ＩＬを所定値から減少させるよう制御する場合
の３つの場合に分けて考える。
＜ａの場合＞
この場合、ＩＬを所定値に維持するので、リアクトルＤＣＬの両端の電位差はゼロとなる。それ故、
V_kiden・Ｍ１＝V_batt・Ｍ２となる。 Here, for example, consider changes in the modulation factors M1 and M2 when charging in the boost mode where V_kiden <V_batt. Also,
a: When controlling to maintain the I L to the predetermined value b: when controlling to increase the I L from the predetermined value c: be divided into three cases in the case of controlling so as to reduce the I L from a predetermined value .
<In case of a>
In this case, since maintaining a I L to a predetermined value, the potential difference across the reactor DCL is zero. Therefore,
V_kiden · M1 = V_batt · M2.

ここで、V_kiden＜V_battで昇圧モードであることから、Ｍ１＝１とすると、
Ｍ２＝V_kiden/V_batt
となる。この状態を電圧平衡状態と呼ぶ。 Here, since V_kiden <V_batt and the boost mode, M1 = 1,
M2 = V_kiden / V_batt
It becomes. This state is called a voltage equilibrium state.

この場合、制御器３は、図３（ａ）に示すようなキャリア信号及び変調信号を用いて、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すようなＰＷＭ信号を生成する。図３（ａ）〜図３（ｃ）において、横軸は時間を表し、縦軸は振幅を表す。なお、ＰＷＭ信号の生成方法は周知であるので、ここでは簡単に説明する。   In this case, the controller 3 generates a PWM signal as shown in FIGS. 3B and 3C using the carrier signal and the modulation signal as shown in FIG. 3A to 3C, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents amplitude. Since the method for generating the PWM signal is well known, it will be briefly described here.

図３（ａ）において、キャリア信号には最大値が１で最小値が０である三角波が用いられる。変調信号には、V_battに対応する変調信号（以下、V_batt変調信号という。図３（ａ）にV_battとして示す）とV_kidenに対応する変調信号（以下、V_kiden変調信号という。図３（ａ）にV_kidenとして示す）とが用いられる。V_batt変調信号は三角波キャリア信号の振幅内の一定値を取るように設定される。また、V_kiden変調信号は三角波キャリア信号の最小値より小さくかつV_batt変調信号より１だけ小さい一定値を取るように設定される。   In FIG. 3A, a triangular wave having a maximum value of 1 and a minimum value of 0 is used for the carrier signal. The modulation signal includes a modulation signal corresponding to V_batt (hereinafter referred to as a V_batt modulation signal, shown as V_batt in FIG. 3A) and a modulation signal corresponding to V_kiden (hereinafter referred to as a V_kiden modulation signal, shown in FIG. 3A). V_kiden) is used. The V_batt modulation signal is set to take a constant value within the amplitude of the triangular wave carrier signal. Further, the V_kiden modulation signal is set to take a constant value that is smaller than the minimum value of the triangular wave carrier signal and smaller by 1 than the V_batt modulation signal.

そして、三角波キャリア信号とV_kiden変調信号とが比較されて、変調率Ｍ１が１であるＰＷＭ信号ＰＷＭ１が生成され、これがき電側上アームのスイッチング素子ＳＷ１に出力される。また、き電側下アームのスイッチング素子ＳＷ２には、変調率が１−Ｍ１であるＰＷＭ信号ＰＷＭ２（ＰＷＭ信号ＰＷＭ１の反転信号）が出力される。また、三角波キャリア信号とV_batt変調信号とが比較されて、変調率Ｍ２がV_kiden／V_battであるＰＷＭ信号ＰＷＭ３が生成され、これが電池側上アームのスイッチング素子ＳＷ３に出力される。また、電池側下アームのスイッチング素子ＳＷ４には、変調率が１−Ｍ２であるＰＷＭ信号ＰＷＭ４（ＰＷＭ信号ＰＷＭ３の反転信号）が出力される。
＜ｂの場合＞
この場合、ＩＬを増加させるよう制御するには、電圧平衡状態からV_kiden・Ｍ１を増加させる、もしくはV_batt・Ｍ２を減少させればよい。ここでは、電圧平衡状態においてＭ１＝１であるので、Ｍ２を減少させる。 Then, the triangular wave carrier signal and the V_kiden modulation signal are compared to generate a PWM signal PWM1 having a modulation factor M1 of 1, and this is output to the switching element SW1 of the feeding side upper arm. Further, the PWM signal PWM2 (inversion signal of the PWM signal PWM1) having a modulation factor of 1-M1 is output to the switching element SW2 of the feeding side lower arm. Further, the triangular wave carrier signal and the V_batt modulation signal are compared to generate a PWM signal PWM3 having a modulation factor M2 of V_kiden / V_batt, which is output to the switching element SW3 of the battery-side upper arm. Further, the PWM signal PWM4 (inversion signal of the PWM signal PWM3) having a modulation rate of 1-M2 is output to the switching element SW4 on the battery side lower arm.
<In the case of b>
In this case, the control to increase the I L will increase the V_kiden · M1 from the voltage equilibrium, or it is sufficient to reduce the V_batt · M2. Here, since M1 = 1 in the voltage equilibrium state, M2 is decreased.

具体的には、図４（ａ）に示すように、V_kiden変調信号及びV_batt変調信号の値を同じだけ減少させる。これにより、変調率Ｍ２の値が減少する。
＜ｃの場合＞
ＩＬを減少させるよう制御するには、電圧平衡状態からV_kiden・Ｍ１を減少させる、もしくはV_batt・Ｍ２を増加させればよい。変調率Ｍ１及びＭ２をなるべく大きく取りたいので、電圧平衡状態において１未満であるＭ２をまず増加させ、Ｍ２が１に達した後に、Ｍ１を減少させる。 Specifically, as shown in FIG. 4A, the values of the V_kiden modulation signal and the V_batt modulation signal are decreased by the same amount. As a result, the value of the modulation factor M2 decreases.
<In the case of c>
In controls to reduce I L reduces V_kiden · M1 from the voltage equilibrium, or may be increased to V_batt · M2. In order to make the modulation factors M1 and M2 as large as possible, M2 which is less than 1 in the voltage equilibrium state is first increased, and after M2 reaches 1, M1 is decreased.

具体的には、図５（ａ）に示すように、V_kiden変調信号及びV_batt変調信号の値を同じだけ増加させる。これにより、変調率Ｍ２の値が増加する。そして、図示しないが、V_kiden変調信号の値及びV_batt変調信号の値が、それぞれ、三角波キャリア信号の最大値及び最小値に一致すると、変調率Ｍ１及びＭ２が共に１となる。その後、図６（ａ）に示すように、V_batt変調信号の値を三角波キャリア信号の最大値より大きい一定値を取るように増加させ、V_kiden変調信号の値を三角波キャリア信号の振幅内の一定値を取るように増加させる。これにより、変調率Ｍ１がV_batt／V_kidenとなり、変調率Ｍ２が１となる。なお、この場合は、降圧モードとなる。   Specifically, as shown in FIG. 5A, the values of the V_kiden modulation signal and the V_batt modulation signal are increased by the same amount. Thereby, the value of the modulation factor M2 increases. Although not shown, when the value of the V_kiden modulation signal and the value of the V_batt modulation signal match the maximum value and the minimum value of the triangular wave carrier signal, the modulation factors M1 and M2 are both 1. Thereafter, as shown in FIG. 6A, the value of the V_batt modulation signal is increased to take a constant value larger than the maximum value of the triangular wave carrier signal, and the value of the V_kiden modulation signal is set to a constant value within the amplitude of the triangular wave carrier signal. Increase to take. As a result, the modulation rate M1 becomes V_batt / V_kiden, and the modulation rate M2 becomes 1. In this case, the step-down mode is set.

図７はリアクトル電流ＩＬの変化に対する変調率Ｍ１及びＭ２の変化を示すグラフである。図７において、横軸は電池電圧V_battに対するき電電圧V_kidenの比率（以下、電圧比という）を表し、縦軸は変調率を表す。 Figure 7 is a graph showing a change in modulation factor M1 and M2 with respect to the change of the reactor current I L. In FIG. 7, the horizontal axis represents the ratio of the feeding voltage V_kiden to the battery voltage V_batt (hereinafter referred to as voltage ratio), and the vertical axis represents the modulation rate.

図７に示すように、この充電の場合を例に取った変調率制御においては、変調率Ｍ１を保ったまま変調率Ｍ２を電圧平衡点ofstにおける値を基準として増加又は減少させると、それに伴ってリアクトル電流ＩＬが減少又は増加する。リアクトル電流ＩＬを減少させるために、変調率Ｍ２を増加させて行くと、変調率Ｍ２と変調率Ｍ１とが共に１になる。この場合には、直結モードとなる。さらに、変調率Ｍ２を１とし変調率Ｍ１を１未満に減少させると降圧モードとなる。 As shown in FIG. 7, in the modulation rate control taking the case of this charging as an example, if the modulation rate M2 is increased or decreased with the value at the voltage equilibrium point ofst as a reference while the modulation rate M1 is maintained, reactor current I L Te is decreased or increased. In order to reduce the reactor current I L, when gradually increasing the modulation factor M2, a modulation factor M2 and modulation factor M1 is both 1. In this case, the direct connection mode is set. Further, when the modulation factor M2 is set to 1 and the modulation factor M1 is decreased to less than 1, the step-down mode is set.

この図７から明らかなように、降圧モードで充電する場合における変調率Ｍ１及びＭ２の変化も、電圧平衡点がV_kiden＞V_battである領域に設定される点が異なる他は、昇圧モードの場合と同様である。   As is apparent from FIG. 7, the changes in the modulation factors M1 and M2 when charging in the step-down mode are different from those in the step-up mode except that the voltage equilibrium point is set in a region where V_kiden> V_batt. It is the same.

また、放電の場合は、昇圧及び降圧の概念が充電の場合と逆になる。つまり、充電における昇圧モード及び降圧モードが、それぞれ、放電における降圧モード及び昇圧モードに相当する。   In the case of discharging, the concept of step-up and step-down is reversed from that in charging. That is, the step-up mode and step-down mode in charging correspond to the step-down mode and step-up mode in discharging, respectively.

以上を要約すると、本実施の形態においては、電池５への充電及び電池５からの放電を行う際に、制御器３が、上述のようにき電側アーム及び電池側アームの変調率Ｍ１及びＭ２が変化するようなＰＷＭ信号を生成してこれを双方向昇降圧チョッパ１のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の制御端子に出力し、それによって、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の変調率制御を行う。その結果、き電側アームの変調率Ｍ１及び電池側アームの変調率Ｍ２の少なくともいずれかが常時１となり、き電側アームを構成する一対のスイッチング素子ＳＷ１及びスイッチング素子ＳＷ２と電池側アームを構成する一対のスイッチング素子ＳＷ３及びスイッチング素子ＳＷ４との少なくともいずれかの一対のスイッチング素子がそれぞれ常時オン及び常時オフとなる。よって、従来例に比べてスイッチング損失を低減することができる。
［変調率制御を用いた充放電制御］
次に、上述の変調率制御を用いた充放電制御を具体的に説明する。まず、定電流定電圧充電制御を例に挙げて説明する。 In summary, in the present embodiment, when charging the battery 5 and discharging from the battery 5, the controller 3 controls the modulation rate M 1 of the feeder side arm and the battery side arm as described above. A PWM signal that changes M2 is generated and output to the control terminals of the switching elements SW1 to SW4 of the bidirectional buck-boost chopper 1, thereby performing modulation rate control of the switching elements SW1 to SW4. As a result, at least one of the modulation factor M1 of the feeding arm and the modulation factor M2 of the battery side arm is always 1, and a pair of switching elements SW1 and SW2 constituting the feeding side arm and the battery side arm are configured. At least one of the pair of switching elements SW3 and SW4 is always on and always off. Therefore, switching loss can be reduced as compared with the conventional example.
[Charge / discharge control using modulation rate control]
Next, charge / discharge control using the above-described modulation rate control will be specifically described. First, constant current constant voltage charge control will be described as an example.

この定電流定電圧充電制御においては、昇圧の場合には双方向昇降圧チョッパ１の電池側アームの変調率Ｍ２が変化させられ、降圧の場合には双方向昇降圧チョッパ１のき電側アームの変調率Ｍ１が変化させられる。以下、この変調率が変化させられるアームに対する変調率制御の内容を説明する。なお、変調率が変化しないアームに対しては、１（上アームの場合）又は０（下アームの場合）に固定した変調率を有するＰＷＭ信号が出力される。   In this constant current constant voltage charging control, the modulation factor M2 of the battery side arm of the bidirectional buck-boost chopper 1 is changed in the case of boosting, and the feeding side arm of the bidirectional buck-boost chopper 1 in the case of step-down. The modulation factor M1 is changed. The contents of the modulation rate control for the arm whose modulation rate is changed will be described below. Note that a PWM signal having a modulation factor fixed to 1 (in the case of the upper arm) or 0 (in the case of the lower arm) is output to the arm whose modulation factor does not change.

図８は定電流定電圧充電制御を行う場合のブロック図である。   FIG. 8 is a block diagram in the case of performing constant current constant voltage charging control.

図８において、ブロック１１〜２３は、図１の制御器３の内部に構成されている。充電の開始時に、まず、制御器３がき電電圧V_kidenと電池電圧V_battとからオフセットofstを算出する。このオフセットofstは、以下のようにして算出される。   In FIG. 8, blocks 11 to 23 are configured inside the controller 3 of FIG. At the start of charging, first, the controller 3 calculates an offset ofst from the feeding voltage V_kiden and the battery voltage V_batt. This offset ofst is calculated as follows.

昇圧（V_batt＞V_kiden）の場合：ofst＝V_kiden／V_batt−１
降圧（V_batt≦V_kiden）の場合：ofst＝−V_batt／V_kiden＋１
また、制御器３は、既述のように予め設定された電圧設定値（ここでは充電電圧設定値）V_setを記憶している。一方、監視器４は、電流設定値（ここでは充電電流設定値）I_setを算出して、これを制御器３に出力する。充電電流設定値I_setは、緩慢充電か急速充電かの別に応じて算出される。定電流定電圧充電の場合は、緩慢充電の場合の充電電流設定値I_setが算出され、後述する回生充電の場合には、急速充電の場合の充電電流設定値I_setが算出される。 When boosting (V_batt> V_kiden): ofst = V_kiden / V_batt-1
For step-down (V_batt ≦ V_kiden): ofst = −V_batt / V_kiden + 1
Further, the controller 3 stores a preset voltage setting value (here, a charging voltage setting value) V_set as described above. On the other hand, the monitor 4 calculates a current set value (here, a charge current set value) I_set and outputs it to the controller 3. The charging current set value I_set is calculated according to whether it is slow charging or quick charging. In the case of constant current and constant voltage charging, a charging current set value I_set in the case of slow charging is calculated, and in the case of regenerative charging described later, the charging current set value I_set in the case of rapid charging is calculated.

図８を参照すると、電圧制御ブロック１１の減算器１２において、充電電圧設定値V_setから、電圧センサＰＴ２からフィードバックされた電池電圧V_battが減算されて電圧誤差v_errが算出される。ブロック１３においてこの電圧誤差v_errに対しＰＩ制御（ゲイン補償＋位相遅れ補償）が行われて電流指令値i_cmdが生成される。このＰＩ制御は、充電電流設定値I_setに応じてその程度が調整される。電圧制御ブロック１４の減算器１５において、この電流指令値i_cmdから、電流センサＣＴ２からフィードバックされた電池電流I_battが減算されて電流誤差i_errが算出される。ブロック１６においてこの電流誤差i_errに対しＰＩ制御（ゲイン補償＋位相遅れ補償）が行われて電圧指令値v_cmdが生成される。リミッタ１７において、この電圧指令値v_cmdが−１から＋１までの範囲に制限される。加減算器１８とリミッタ１９とはＰＷＭ信号生成器を構成しており、加減算器１８において、この電圧指令値v_cmdに対し、１が加算されるとともにオフセットofstが減算されて、き電側アーム変調指令値pu0_cmdが生成される。なお、オフセットofstは充電開始時のみ入力される。リミッタ１９において、このき電側アーム変調指令値pu0_cmdが０から＋１の範囲に制限されてき電側アームの変調率Ｍ１が生成される。ＰＷＭレジスタ２０において、このき電側アームの変調率Ｍ１に基づいてき電上側アーム用のＰＷＭ信号ＰＷＭ１とき電下側アーム用のＰＷＭ信号ＰＷＭ３とが生成され、それぞれ、双方向昇降圧チョッパ１のスイッチング素子ＳＷ１及びスイッチング素子ＳＷ２に出力される。   Referring to FIG. 8, in the subtractor 12 of the voltage control block 11, the battery voltage V_batt fed back from the voltage sensor PT2 is subtracted from the charging voltage setting value V_set to calculate a voltage error v_err. In block 13, PI control (gain compensation + phase delay compensation) is performed on the voltage error v_err to generate a current command value i_cmd. The degree of this PI control is adjusted according to the charging current set value I_set. In the subtractor 15 of the voltage control block 14, the battery current I_batt fed back from the current sensor CT2 is subtracted from the current command value i_cmd to calculate a current error i_err. In block 16, PI control (gain compensation + phase delay compensation) is performed on the current error i_err to generate a voltage command value v_cmd. In the limiter 17, the voltage command value v_cmd is limited to a range from −1 to +1. The adder / subtractor 18 and the limiter 19 constitute a PWM signal generator. In the adder / subtracter 18, 1 is added to the voltage command value v_cmd and the offset ofst is subtracted. The value pu0_cmd is generated. The offset ofst is input only at the start of charging. In the limiter 19, the feeding side arm modulation command value pu0_cmd is limited to a range of 0 to +1, and the modulation factor M1 of the feeding side arm is generated. In the PWM register 20, the PWM signal PWM1 for the power upper arm and the PWM signal PWM3 for the power lower arm are generated based on the modulation factor M1 of the power supply arm, and the switching of the bidirectional buck-boost chopper 1 is performed. It is output to the element SW1 and the switching element SW2.

一方、加減算器２１において、上述の電圧指令値v_cmdが反転されて入力され、この反転された電圧指令値v_cmdに対し、１が加算されるとともにオフセットofstが減算されて、電池側アーム変調指令値pw0_cmdが生成される。なお、オフセットofstは充電開始時のみ入力される。リミッタ２２において、この電池側アーム変調指令値pw0_cmdが０から＋１の範囲に制限されて電池側アームの変調率Ｍ２が生成される。ＰＷＭレジスタ２３において、この電池側アームの変調率Ｍ２に基づいて電池上側アーム用のＰＷＭ信号ＰＷＭ３と電池下側アーム用のＰＷＭ信号ＰＷＭ４とが生成され、それぞれ、双方向昇降圧チョッパ１のスイッチング素子ＳＷ３及びスイッチング素子ＳＷ４に出力される。   On the other hand, in the adder / subtractor 21, the voltage command value v_cmd described above is inverted and inputted, and 1 is added to the inverted voltage command value v_cmd and the offset ofst is subtracted to thereby determine the battery side arm modulation command value. pw0_cmd is generated. The offset ofst is input only at the start of charging. In the limiter 22, the battery side arm modulation command value pw0_cmd is limited to a range of 0 to +1, and the battery side arm modulation factor M2 is generated. In the PWM register 23, the battery upper arm PWM signal PWM3 and the battery lower arm PWM signal PWM4 are generated based on the battery side arm modulation factor M2, and the switching elements of the bidirectional buck-boost chopper 1 are respectively generated. It is output to SW3 and switching element SW4.

以上の制御によれば、指令値である充電電圧設定値V_setに対する電池電圧V_battの偏差と指令値である充電電流設定値I_setに対する電池電流I_battの偏差に応じて双方向昇降圧チョッパ１の変調率が変化させられる。これにより、電池電圧V_battが充電電圧設定値V_setに近づき、かつ電池電流I_battが充電電流設定値I_setに近づくようフィードバック制御される。そして、この過程において、充電電流（電池電流）I_battは、充電電流設定値I_setという一定の電流を取り、この一定の電流でもって電池電圧V_battが充電電圧設定値V_setに到達するよう電池５が充電される。そして、電池電圧V_battが充電電圧設定値V_setに達するとこれを超えないように充電電流設定値I_setが変更されて充電がなされる。このようにして、定電流定電圧充電制御が遂行される。   According to the above control, the modulation rate of the bidirectional buck-boost chopper 1 according to the deviation of the battery voltage V_batt with respect to the charge voltage set value V_set that is the command value and the deviation of the battery current I_batt with respect to the charge current set value I_set that is the command value. Is changed. Thus, feedback control is performed so that the battery voltage V_batt approaches the charging voltage setting value V_set and the battery current I_batt approaches the charging current setting value I_set. In this process, the charging current (battery current) I_batt takes a constant current of the charging current set value I_set, and the battery 5 is charged with the constant current so that the battery voltage V_batt reaches the charging voltage set value V_set. Is done. When the battery voltage V_batt reaches the charging voltage setting value V_set, the charging current setting value I_set is changed so as not to exceed the charging voltage setting value V_set, and charging is performed. In this way, constant current and constant voltage charge control is performed.

そして、上述の場合、オフセットofstはき電電圧V_kidenと電池電圧V_battとの電圧平衡点に対応する変調率を表しているので、充電電流がゼロの状態から充電電流の制御を開始することができる。   In the above case, the offset ofst represents the modulation factor corresponding to the voltage equilibrium point between the feeding voltage V_kiden and the battery voltage V_batt, so that the control of the charging current can be started from the state where the charging current is zero. .

次に、その他の充放電の場合について説明する。   Next, other charge / discharge cases will be described.

回生充電の場合は、電流制御ブロック１１に急速充電の場合の充電電流設定値I_setが入力される。これ以外は上述の定電流定電圧充電の場合と同様である。   In the case of regenerative charging, a charging current set value I_set for rapid charging is input to the current control block 11. The rest is the same as in the case of the constant current and constant voltage charging described above.

次に、後述するアシスト放電、昇降圧モード、及び直結モードによる放電の場合について説明する。なお、ここではアシスト放電を昇降圧モードに含めて説明する。   Next, the case of discharge in assist discharge, step-up / step-down mode, and direct connection mode, which will be described later, will be described. Here, the assist discharge is included in the step-up / step-down mode for explanation.

図９は放電制御を行う場合のブロック図である。   FIG. 9 is a block diagram when the discharge control is performed.

図９において、ブロック１１〜２４は、図１の制御器３の内部に構成されている。放電の開始時に、まず、制御器３がき電電圧V_kidenと電池電圧V_battとからオフセットofstを算出する。このオフセットofstは、以下のようにして算出される。   In FIG. 9, blocks 11 to 24 are configured inside the controller 3 of FIG. At the start of discharge, first, the controller 3 calculates an offset ofst from the feeding voltage V_kiden and the battery voltage V_batt. This offset ofst is calculated as follows.

昇圧（V_batt＞V_kiden）の場合：ofst＝V_batt／ V_kiden−１
降圧（V_batt≦V_kiden）の場合：ofst＝−V_kiden／ V_batt＋１
また、制御器３は、既述のように予め設定されたき電電圧設定値（ここでは放電電圧設定値）V_kiden_setを記憶している。一方、監視器４は、電流設定値（ここでは放電電流設定値）I_setを算出して、これを制御器３に出力する。 When boosting (V_batt> V_kiden): ofst = V_batt / V_kiden-1
For step-down (V_batt ≦ V_kiden): ofst = −V_kiden / V_batt + 1
Further, the controller 3 stores a feeding voltage setting value (discharge voltage setting value here) V_kiden_set that is set in advance as described above. On the other hand, the monitor 4 calculates a current set value (here, discharge current set value) I_set and outputs it to the controller 3.

図９を参照すると、電圧制御ブロック１１の減算器１２において、き電電圧設定値V_kiden_setから、き電電圧V_kidenが減算されて電圧誤差v_kiden_errが算出される。ブロック１３においてこの電圧誤差v_kiden_errに対しＰＩ制御（ゲイン補償＋位相遅れ補償）が行われて電流指令値i_cmdが生成される。このＰＩ制御は、放電電流設定値I_setに応じてその程度が調整される。電圧制御ブロック１４の減算器１５において、この電流指令値i_cmdから、電流センサＣＴ２からフィードバックされた電池電流I_battが減算されて電流誤差i_errが算出される。ブロック１６においてこの電流誤差i_errに対しＰＩ制御（ゲイン補償＋位相遅れ補償）が行われて電圧指令値v_cmdが生成される。この電圧指令値v_cmdは選択回路２４に入力され、昇降圧モードにおける電圧指令値v_cmdとして用いられる。一方、選択回路２４には、別途、その値が「０」である直結モードにおける電圧指令値v_cmdが入力されかつ電圧センサＰＴ２から電池電圧V_battが入力されている。選択回路２４は、電池電圧V_battを監視して、直結モードであるか昇降圧モードであるかを判定する。そして、昇降圧モードであると判定すると、ブロック１６から入力される電圧指令値v_cmdを出力し、直結圧モードであると判定すると、別途入力されるその値が「０」である電圧指令値v_cmdを出力する。リミッタ１７において、この電圧指令値v_cmdが−１から＋１までの範囲に制限される。加減算器１８とリミッタ１９とはＰＷＭ信号生成器を構成しており、加減算器１８において、この電圧指令値v_cmdに対し、１が加算されるとともにオフセットofstが減算されて、き電側アーム変調指令値pu0_cmdが生成される。なお、オフセットofstは放電開始時のみ入力される。リミッタ１９において、このき電側アーム変調指令値pu0_cmdが０から＋１の範囲に制限されてき電側アームの変調率Ｍ１が生成される。ＰＷＭレジスタ２０において、このき電側アームの変調率Ｍ１に基づいてき電上側アーム用のＰＷＭ信号ＰＷＭ１とき電下側アーム用のＰＷＭ信号ＰＷＭ３とが生成され、それぞれ、双方向昇降圧チョッパ１のスイッチング素子ＳＷ１及びスイッチング素子ＳＷ２に出力される。   Referring to FIG. 9, the subtractor 12 of the voltage control block 11 subtracts the feeding voltage V_kiden from the feeding voltage setting value V_kiden_set to calculate a voltage error v_kiden_err. In block 13, PI control (gain compensation + phase delay compensation) is performed on the voltage error v_kiden_err to generate a current command value i_cmd. The degree of this PI control is adjusted according to the discharge current set value I_set. In the subtractor 15 of the voltage control block 14, the battery current I_batt fed back from the current sensor CT2 is subtracted from the current command value i_cmd to calculate a current error i_err. In block 16, PI control (gain compensation + phase delay compensation) is performed on the current error i_err to generate a voltage command value v_cmd. The voltage command value v_cmd is input to the selection circuit 24 and used as the voltage command value v_cmd in the step-up / step-down mode. On the other hand, the voltage command value v_cmd in the direct connection mode whose value is “0” is input to the selection circuit 24 and the battery voltage V_batt is input from the voltage sensor PT2. The selection circuit 24 monitors the battery voltage V_batt and determines whether it is the direct connection mode or the step-up / step-down mode. Then, if it is determined that the step-up / step-down mode is selected, the voltage command value v_cmd input from the block 16 is output, and if it is determined that the direct connection pressure mode is selected, the voltage command value v_cmd whose value is separately input is “0”. Is output. In the limiter 17, the voltage command value v_cmd is limited to a range from −1 to +1. The adder / subtractor 18 and the limiter 19 constitute a PWM signal generator. In the adder / subtracter 18, 1 is added to the voltage command value v_cmd and the offset ofst is subtracted. The value pu0_cmd is generated. The offset ofst is input only at the start of discharge. In the limiter 19, the feeding side arm modulation command value pu0_cmd is limited to a range of 0 to +1, and the modulation factor M1 of the feeding side arm is generated. In the PWM register 20, the PWM signal PWM1 for the power upper arm and the PWM signal PWM3 for the power lower arm are generated based on the modulation factor M1 of the power supply arm, and the switching of the bidirectional buck-boost chopper 1 is performed. It is output to the element SW1 and the switching element SW2.

一方、加減算器２１において、上述の電圧指令値v_cmdが反転されて入力され、この反転された電圧指令値v_cmdに対し、１が加算されるとともにオフセットofstが減算されて、電池側アーム変調指令値pw0_cmdが生成される。なお、オフセットofstは放電開始時のみ入力される。リミッタ２２において、この電池側アーム変調指令値pw0_cmdが０から＋１の範囲に制限されて電池側アームの変調率Ｍ２が生成される。ＰＷＭレジスタ２３において、この電池側アームの変調率Ｍ２に基づいて電池上側アーム用のＰＷＭ信号ＰＷＭ３と電池下側アーム用のＰＷＭ信号ＰＷＭ４とが生成され、それぞれ、双方向昇降圧チョッパ１のスイッチング素子ＳＷ３及びスイッチング素子ＳＷ４に出力される。   On the other hand, in the adder / subtractor 21, the voltage command value v_cmd described above is inverted and inputted, and 1 is added to the inverted voltage command value v_cmd and the offset ofst is subtracted to thereby determine the battery side arm modulation command value. pw0_cmd is generated. The offset ofst is input only at the start of discharge. In the limiter 22, the battery side arm modulation command value pw0_cmd is limited to a range of 0 to +1, and the battery side arm modulation factor M2 is generated. In the PWM register 23, the battery upper arm PWM signal PWM3 and the battery lower arm PWM signal PWM4 are generated based on the battery side arm modulation factor M2, and the switching elements of the bidirectional buck-boost chopper 1 are respectively generated. It is output to SW3 and switching element SW4.

以上の制御によれば、昇降圧モード（アシスト放電を含む）の場合には、指令値であるき電電圧設定値V_kiden_setに対するき電池電圧V_kiden_battの偏差と指令値である放電電流設定値I_setに対する電池電流I_battの偏差に応じて双方向昇降圧チョッパ１の変調率が変化させられる。これにより、き電電圧V_kiden_battが放電電圧設定値V_setに近づき、かつ電池電流I_battが放電電流設定値I_setに近づくようフィードバック制御される。かくして昇降圧モード（アシスト放電を含む）における放電制御が遂行される。   According to the above control, in the step-up / step-down mode (including assist discharge), the deviation of the battery voltage V_kiden_batt from the command voltage supply voltage setting value V_kiden_set and the battery current relative to the command current discharge current setting value I_set. The modulation factor of the bidirectional buck-boost chopper 1 is changed according to the deviation of I_batt. Thereby, feedback control is performed so that the feeding voltage V_kiden_batt approaches the discharge voltage set value V_set and the battery current I_batt approaches the discharge current set value I_set. Thus, discharge control in the step-up / step-down mode (including assist discharge) is performed.

そして、上述の場合、オフセットofstはき電電圧V_kidenと電池電圧V_battとの電圧平衡点に対応する変調率を表しているので、放電電流がゼロの状態から放電電流の制御を開始することができる。   In the above case, the offset ofst represents the modulation factor corresponding to the voltage equilibrium point between the feeding voltage V_kiden and the battery voltage V_batt, so the control of the discharging current can be started from the state where the discharging current is zero. .

一方、直結モードの場合には、選択回路２４は、その値が「０」である電圧指令値v_cmdを出力するので、この「０」が加減算器１８及び加減算器２１に入力される。また、直結モードの場合には、オフセットofstは０となる。従って、加減算器１８及び加減算器２１からは共に１が出力され、それによりリミッタ１９及びリミッタ２２から、それぞれ、その値が「１」である、き電側アームの変調率Ｍ１及び電池側アームの変調率Ｍ２が出力される。かくして、き電側アームの変調率Ｍ１と電池側アームの変調率Ｍ２とが共に１となるようにして放電制御が行われる。   On the other hand, in the direct connection mode, the selection circuit 24 outputs the voltage command value v_cmd whose value is “0”, and this “0” is input to the adder / subtractor 18 and the adder / subtractor 21. In the direct connection mode, the offset ofst is 0. Accordingly, 1 is output from both the adder / subtractor 18 and the adder / subtractor 21, whereby the limiter 19 and the limiter 22 each have a value “1”, and the feeding-side arm modulation rate M 1 and the battery-side arm The modulation factor M2 is output. Thus, the discharge control is performed so that the modulation rate M1 of the feeding arm and the modulation rate M2 of the battery side arm are both 1.

＜直結モード＞
この直結モードについて、図１及び図２を参照しながら説明を追加する。本実施の形態では、架線電圧（き電電圧）が６００Ｖであるのに対し、電池５が、６００Ｖの定格出力電圧を有する蓄電池で構成されている。そこで、鉄道車両が非電化区間を走行するとき、電池電圧V_battが所定のしきい値以内にある場合には、双方向昇降圧チョッパ１が、直結モードで放電するよう制御される。具体的には上述の通り、双方向昇降圧チョッパ１のき電アームの変調率Ｍ１及び電池側アームの変調率Ｍ２が共に１に制御される。このようにすると、スイッチング素子ＳＷ１及びスイッチング素子ＳＷ３が共に常時オンとなり、スイッチング素子ＳＷ２及びスイッチング素子ＳＷ４が共にオフとなり、双方向昇降圧チョッパ１の電池側とき電側とが直接接続される。従って、電池５の電圧がそのままＶＶＶＦインバータ３１に印加され、それによりモータＭが駆動される。このため、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の損失は、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ３の導通損失のみとなり、スイッチング損失をゼロにすることができ、ひいては高効率な電力変換を実現することができる。
［充放電マネージメント］
次に、本実施の形態の充放電制御装置による充放電マネージメントを説明する。 <Direct connection mode>
The direct connection mode will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In the present embodiment, the overhead line voltage (feeding voltage) is 600V, whereas the battery 5 is constituted by a storage battery having a rated output voltage of 600V. Therefore, when the railway vehicle travels in a non-electrified section, if the battery voltage V_batt is within a predetermined threshold, the bidirectional buck-boost chopper 1 is controlled to discharge in the direct connection mode. Specifically, as described above, both the modulation rate M1 of the feeding arm and the modulation rate M2 of the battery side arm of the bidirectional buck-boost chopper 1 are controlled to 1. If it does in this way, both switching element SW1 and switching element SW3 will always be on, both switching element SW2 and switching element SW4 will be turned off, and the battery side and the electric side of bidirectional buck-boost chopper 1 are connected directly. Accordingly, the voltage of the battery 5 is applied to the VVVF inverter 31 as it is, thereby driving the motor M. For this reason, the loss of the switching elements SW1 to SW4 is only the conduction loss of the switching elements SW1 and SW3, so that the switching loss can be made zero, and as a result, highly efficient power conversion can be realized.
[Charge / Discharge Management]
Next, charge / discharge management by the charge / discharge control apparatus of the present embodiment will be described.

図１０は図１の充放電制御装置による充放電マネージメントにおけるき電電圧の変化に対する電池電流の制御方法を示すグラフである。図１１は図１の制御器３の制御プログラムの内容を示すフローチャートである。なお、この制御プログラムは制御器３の内部メモリに格納されている。   FIG. 10 is a graph showing a battery current control method with respect to a change in feeding voltage in charge / discharge management by the charge / discharge control apparatus of FIG. FIG. 11 is a flowchart showing the contents of the control program of the controller 3 of FIG. This control program is stored in the internal memory of the controller 3.

まず、充放電マネージメントの概要を説明する。図１０において横軸はき電電圧V_kidenを表し、縦軸は電池電流I_battを表す。図１０に示すように、電池電流I_battが正の場合は充電を意味し、電池電流I_battが負の場合は放電を意味する。また、き電電圧V_kidenが定格き電電圧を越える場合は回生制動が生じている場合（回生時）を意味し、き電電圧V_kidenが定格き電電圧以下の場合は力行状態である場合（力行時）を意味する。本実施の形態では、制御器３は、き電電圧V_kidenが、定格き電電圧を中心とする下限しきい値から上限しきい値に渡る範囲内にあるときは、定電流定電圧充電を行うよう双方向昇降圧チョッパ１を制御する。上限しきい値は、回生しぼり込み電圧（プロパルジョン（ここではＶＶＶＦインバータ３１）の性能保証電圧の上限値）に設定され、下限しきい値はプロパルジョンの性能保証電圧の下限値に設定される。   First, an outline of charge / discharge management will be described. In FIG. 10, the horizontal axis represents the feeding voltage V_kiden, and the vertical axis represents the battery current I_batt. As shown in FIG. 10, when the battery current I_batt is positive, it means charging, and when the battery current I_batt is negative, it means discharging. In addition, when the feed voltage V_kiden exceeds the rated feed voltage, it means that regenerative braking is occurring (during regeneration), and when the feed voltage V_kiden is less than the rated feed voltage, it is in the power running state (power running) Time). In the present embodiment, the controller 3 performs constant current / constant voltage charging when the feeding voltage V_kiden is within the range from the lower threshold value centering on the rated feeding voltage to the upper threshold value. The bidirectional buck-boost chopper 1 is controlled. The upper threshold value is set to the regenerative squeeze voltage (propulsion (here, the upper limit value of the performance guarantee voltage of the VVVF inverter 31)), and the lower threshold value is set to the lower limit value of the propulsion performance guarantee voltage. Is done.

そして、き電電圧が上限しきい値を越えると、制御器３は、回生充電を行うよう双方向昇降圧チョッパ１を制御する。具体的には、制御器３は、き電電圧V_kidenが上昇して、上限しきい値を越えると、電池５への回生エルギー充電を開始してき電電圧V_kidenの上昇を抑制する。この場合、制御器３は、回生エネルギーをできる限り電池５に充電するため、回生電力が架線に流出しないように電池電流I_battを制御する。このように、パンタ電流I_panをゼロにすることにより回生電流を全て電池５に蓄電することができる。   When the feeding voltage exceeds the upper threshold, the controller 3 controls the bidirectional buck-boost chopper 1 so as to perform regenerative charging. Specifically, when the feeding voltage V_kiden rises and exceeds the upper limit threshold, the controller 3 starts regenerative energy charging to the battery 5 and suppresses the rise of the feeding voltage V_kiden. In this case, since the controller 3 charges the battery 5 as much as possible with regenerative energy, the controller 3 controls the battery current I_batt so that the regenerative power does not flow out to the overhead line. In this way, all the regenerative current can be stored in the battery 5 by setting the panter current I_pan to zero.

また、力行時に架線電圧の低下、又はパンタグラフ６の離線によりき電電圧V_kidenが下限しきい値を下回ると、制御器３は、アシスト放電を行うよう双方向昇降圧チョッパ１を制御する。具体的には、制御器３は、き電電圧V_kidenが下限しきい値を下回ると、電池５から放電を開始してき電電圧V_kidenを維持する。この際、電池５のＳＯＣに応じて放電量（電池電流I_batt）をコントロールする。   Further, when the feeding voltage V_kiden falls below the lower limit threshold due to a drop in overhead voltage during power running or disconnection of the pantograph 6, the controller 3 controls the bidirectional step-up / down chopper 1 to perform assist discharge. Specifically, when the feeding voltage V_kiden falls below the lower threshold, the controller 3 starts discharging from the battery 5 and maintains the feeding voltage V_kiden. At this time, the discharge amount (battery current I_batt) is controlled according to the SOC of the battery 5.

次に、制御器３による充放電マネージメントの全体を、図１１を用いて説明する。   Next, the entire charge / discharge management by the controller 3 will be described with reference to FIG.

図１、図２、図１１を参照すると、制御器３は、まず、パンタ昇降センサ３３からパンタ昇降情報を取得する（ステップＳ１）。   Referring to FIGS. 1, 2, and 11, the controller 3 first obtains the panter lift information from the punter lift sensor 33 (step S <b> 1).

次いで、制御器３は、図示されない車両制御伝送装置から走行区間情報を取得する（ステップＳ２）。   Next, the controller 3 acquires travel section information from a vehicle control transmission device (not shown) (step S2).

次いで、制御器３は、電池情報として、電圧センサＰＴ２から電池電圧V_battを取得するとともに監視器４からＳＯＣを取得する（ステップＳ３）。   Next, the controller 3 acquires the battery voltage V_batt from the voltage sensor PT2 as the battery information and also acquires the SOC from the monitor 4 (step S3).

次いで、制御器３は、電圧センサＰＴ１からき電電圧V_kidenを取得する（ステップＳ４）。   Next, the controller 3 acquires the feeding voltage V_kiden from the voltage sensor PT1 (step S4).

次いで、制御器３は、パンタグラフ昇降情報に基づいて鉄道車両がパンタグラフを上げているか否かを判定する（ステップＳ５）。   Next, the controller 3 determines whether or not the railway vehicle is raising the pantograph based on the pantograph elevation information (step S5).

パンタグラフを上げている場合には、電化区間であると判定して、ＳＯＣが所定の上限値以下であるか否かを判定する（ステップＳ６）。   If the pantograph is raised, it is determined that the current period is an electrification section, and it is determined whether or not the SOC is equal to or lower than a predetermined upper limit value (step S6).

ＳＯＣが所定の上限値以下である場合には、定電流定電圧充電を行い（ステップＳ７）、その後、ステップＳ８に進む。   When the SOC is equal to or lower than the predetermined upper limit value, constant current / constant voltage charging is performed (step S7), and then the process proceeds to step S8.

一方、ＳＯＣが所定の上限値を越える場合には、制御器３は、充電を行わず、ステップＳ８に進む。   On the other hand, when the SOC exceeds the predetermined upper limit value, the controller 3 does not charge and proceeds to step S8.

ステップＳ８において、制御器３は、き電電圧V_kidenが下限しきい値以下となるか否か判定する（ステップＳ８）。   In step S8, the controller 3 determines whether or not the feeding voltage V_kiden is equal to or lower than the lower threshold (step S8).

き電電圧V_kidenが下限しきい値を越える場合は、き電電圧V_kidenが上限しきい値を越えるか否か判定する（ステップＳ９）。そして、き電電圧V_kidenが上限しきい値を越えない場合にはステップＳ１に戻る。   If the feeding voltage V_kiden exceeds the lower threshold, it is determined whether or not the feeding voltage V_kiden exceeds the upper threshold (step S9). If the feeding voltage V_kiden does not exceed the upper threshold value, the process returns to step S1.

一方、き電電圧V_kidenが上限しきい値を越える場合には、回生充電を行い（ステップＳ１３）ステップＳ１に戻る。   On the other hand, when the feeding voltage V_kiden exceeds the upper limit threshold value, regenerative charging is performed (step S13) and the process returns to step S1.

一方、ステップＳ８において、き電電圧V_kidenが下限しきい値以下であると、アシスト放電を行う（ステップＳ１４）。その後、ステップ１に戻る。   On the other hand, if the feeding voltage V_kiden is equal to or lower than the lower threshold value in step S8, assist discharge is performed (step S14). Then, it returns to step 1.

また、ステップＳ５において、鉄道車両がパンタグラフを上げていない場合には、制御器３は、非電化区間であると判定して、電池電圧V_battがしきい値以内であるか否か判定する（ステップＳ１０）。   In Step S5, when the railway vehicle does not raise the pantograph, the controller 3 determines that it is a non-electrified section and determines whether or not the battery voltage V_batt is within a threshold value (Step S5). S10).

そして、電池電圧V_battがしきい値以内である場合には、ステップＳ１１において直結モードの放電により鉄道車両が駆動され、その後、ステップＳ９に進む。一方、電池電圧V_battがしきい値以内でない場合には、ステップＳ１２において昇降圧モードの放電により鉄道車両が駆動され、その後、ステップＳ９に進む。   When the battery voltage V_batt is within the threshold value, the railway vehicle is driven by the direct connection mode discharge in step S11, and then the process proceeds to step S9. On the other hand, if the battery voltage V_batt is not within the threshold value, the railway vehicle is driven by the discharge in the step-up / step-down mode in step S12, and then the process proceeds to step S9.

以上の制御プログラムによれば、鉄道車両が電化区間を走行している場合には、ステップＳ５において、パンタグラフ６を上げていると判定されて、ステップＳ６以降に進み、ＳＯＣが所定の上限値以下であってき電電圧V_kidenが上限しきい値以下で下限しきい値を超える場合には定電流定電圧充電が行われ（ステップＳ７）、ＳＯＣが所定の上限値以下であってき電電圧V_kidenが上限しきい値を越える場合には回生充電が行われ（ステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１３）、かつＳＯＣが所定の上限値を越えていてき電電圧V_kidenが下限しきい値以下である場合にはアシスト放電が行われる（ステップＳ８、Ｓ１４）。そして、鉄道車両が非電化区間を走行している場合には、ステップＳ５において、パンタグラフ６を上げていないと判定されて、ステップＳ１０に進み、電池電圧V_battがしきい値以内である場合には直結モードの放電により鉄道車両が駆動され（ステップＳ１１）、電池電圧V_battがしきい値以内でない場合には昇降圧モードの放電により鉄道車両が駆動される（ステップＳ１２）。   According to the above control program, when the railway vehicle is traveling in the electrified section, it is determined in step S5 that the pantograph 6 is raised, and the process proceeds to step S6 and subsequent steps, where the SOC is equal to or less than a predetermined upper limit value. If the electric voltage V_kiden is lower than the upper threshold and exceeds the lower threshold, constant current and constant voltage charging is performed (step S7), and the electric voltage V_kiden is lower than the predetermined upper limit and the electric voltage V_kiden is higher. When the threshold value is exceeded, regenerative charging is performed (steps S8, S9, S13), and when the SOC exceeds a predetermined upper limit value and the electric voltage V_kiden is lower than the lower limit threshold value, assist discharge is performed. Performed (steps S8 and S14). If the railway vehicle is traveling in a non-electrified section, it is determined in step S5 that the pantograph 6 has not been raised, and the process proceeds to step S10, where the battery voltage V_batt is within the threshold value. The railway vehicle is driven by the discharge in the direct connection mode (step S11), and when the battery voltage V_batt is not within the threshold value, the railway vehicle is driven by the discharge in the step-up / step-down mode (step S12).

以上の充放電マネージメントによれば、充放電制御装置は、スイッチング損失が発生しないかもしくは低減された状態で、充放電を行うことができる。   According to the charge / discharge management described above, the charge / discharge control device can perform charge / discharge in a state where switching loss does not occur or is reduced.

本発明の充放電制御装置は、スイッチング損失を低減することが可能な充放電制御装置として有用である。   The charge / discharge control device of the present invention is useful as a charge / discharge control device capable of reducing switching loss.

本発明の充放電制御方法は、スイッチング損失を低減することが可能な充放電制御方法として有用である。   The charge / discharge control method of the present invention is useful as a charge / discharge control method capable of reducing switching loss.

本発明の実施の形態に係る充放電制御装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the charging / discharging control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図１の充放電制御装置を構成する双方向昇降圧チョッパの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the bidirectional | two-way buck-boost chopper which comprises the charging / discharging control apparatus of FIG. 昇圧モードにおいて充電電流を所定値に維持する場合におけるＰＷＭ信号の生成方法を示す図であって、（ａ）はキャリア信号及び変調信号の波形を示す波形図、（ｂ）はき電側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図、（ｃ）は電池側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図である。It is a figure which shows the production | generation method of the PWM signal in the case of maintaining charging current to predetermined value in pressure | voltage rise mode, Comprising: (a) is a wave form diagram which shows the waveform of a carrier signal and a modulation signal, (b) FIG. 6C is a waveform diagram showing the waveform of the PWM signal of the battery-side upper arm. 昇圧モードにおいて充電電流を所定値から増加させる場合におけるＰＷＭ信号の生成方法を示す図であって、（ａ）はキャリア信号及び変調信号の波形を示す波形図、（ｂ）はき電側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図、（ｃ）は電池側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図である。It is a figure which shows the production | generation method of the PWM signal in the case of making charging current increase from predetermined value in a pressure | voltage rise mode, Comprising: (a) is a wave form diagram which shows the waveform of a carrier signal and a modulation signal, (b) FIG. 6C is a waveform diagram showing the waveform of the PWM signal of the battery-side upper arm. 昇圧モードにおいて充電電流を所定値から減少させる場合におけるＰＷＭ信号の生成方法を示す図であって、（ａ）はキャリア信号及び変調信号の波形を示す波形図、（ｂ）はき電側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図、（ｃ）は電池側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図である。It is a figure which shows the production | generation method of the PWM signal in the case of reducing charging current from predetermined value in pressure | voltage rise mode, Comprising: (a) is a wave form diagram which shows the waveform of a carrier signal and a modulation signal, (b) FIG. 6C is a waveform diagram showing the waveform of the PWM signal of the battery-side upper arm. 降圧モードにおいて充電電流を所定値から減少させる場合におけるＰＷＭ信号の生成方法を示す図であって、（ａ）はキャリア信号及び変調信号の波形を示す波形図、（ｂ）はき電側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図、（ｃ）は電池側上アームのＰＷＭ信号の波形を示す波形図である。It is a figure which shows the production | generation method of the PWM signal in the case of reducing charging current from predetermined value in step-down mode, Comprising: (a) is a wave form diagram which shows the waveform of a carrier signal and a modulation signal, (b) FIG. 6C is a waveform diagram showing the waveform of the PWM signal of the battery-side upper arm. リアクトル電流ＩＬの変化に対する変調率Ｍ１及びＭ２の変化を示すグラフである。It is a graph showing the change of the modulation rate M1 and M2 with respect to the change of the reactor current I L. 定電流定電圧充電制御を行う場合のブロック図である。It is a block diagram in the case of performing constant current constant voltage charge control. 放電制御を行う場合のブロック図である。It is a block diagram in the case of performing discharge control. 図１の充放電制御装置による充放電マネージメントにおけるき電電圧の変化に対する電池電流の制御方法を示すグラフである。It is a graph which shows the control method of the battery current with respect to the change of the feeding voltage in the charging / discharging management by the charging / discharging control apparatus of FIG. 図１の制御器３の制御プログラムの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the control program of the controller 3 of FIG. 従来の双方向昇降圧チョッパの構成を示す図であって、（ａ）は回路図、（ｂ）はスイッチング素子の制御信号を示す波形図である。It is a figure which shows the structure of the conventional bidirectional | two-way buck-boost chopper, (a) is a circuit diagram, (b) is a wave form diagram which shows the control signal of a switching element.

符号の説明Explanation of symbols

１ 双方向昇降圧チョッパ
２ 制御ユニット
３ 制御器
４ 監視器
５ 蓄電池（電池）
６ パンタグラフ
７ 車輪
１１ 電圧制御ブロック
１２，１５ 減算器
１３，１６，１７，１９，２２ ブロック
１４ 電流制御ブロック
１８，２１ 加減算器
２０ き電側ＰＷＭレジスタ
２３ 電池側ＰＷＭレジスタ
２４ 選択回路
３０Ａ，３０Ｂ 受電線
３１ ＶＶＶＦインバータ
３２Ａ，３２Ｂ 電気配線
３３ パンタ昇降センサ
３４ パンタグラフ昇降情報
１００ 充放電制御装置
Ｃ１Ｃ２，Ｃ１１ コンデンサ
ＣＴ１〜ＣＴ３ 電流センサ
ＤＣＬ，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３ リアクトル
ＰＴ１，ＰＴ２ 電圧センサ
ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４ ＰＷＭ信号
ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチング素子
ＳＷ１１，ＳＷ１２ スイッチ
ＴＭ１，ＴＭ２ き電側端子
ＴＭ３，ＴＭ４ 電池側端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bidirectional buck-boost chopper 2 Control unit 3 Controller 4 Monitor 5 Storage battery (battery)
6 Pantograph 7 Wheel 11 Voltage control block 12, 15 Subtractor 13, 16, 17, 19, 22 Block 14 Current control block 18, 21 Adder / subtractor 20 Feeding side PWM register 23 Battery side PWM register 24 Select circuit 30A, 30B Electric wire 31 VVVF inverters 32A, 32B Electrical wiring 33 Punter lift sensor 34 Pantograph lift information 100 Charge / discharge control devices C1C2, C11 Capacitors CT1-CT3 Current sensors DCL, L11, L12, L13 Reactors PT1, PT2 Voltage sensors PWM1-PWM4 PWM signal SW1 ~ SW4 Switching element SW11, SW12 Switch TM1, TM2 Feeding side terminal TM3, TM4 Battery side terminal

Claims (10)

第１のスイッチング素子及び該第１のスイッチング素子の一方の主端子にその一方の主端子が接続された第２のスイッチング素子からなるき電側アームと、第３のスイッチング素子及び該第３のスイッチング素子の一方の主端子にその一方の主端子が接続された第４のスイッチング素子からなる電池側アームと、前記第１のスイッチング素子の一方の主端子と前記第３のスイッチング素子の一方の主端子とを接続するリアクトルと、を備え、前記第３のスイッチング素子の他方の主端子及び前記第４のスイッチング素子の他方の主端子がそれぞれ蓄電池の正極端子及び負極端子に接続され、かつ前記第１のスイッチング素子の他方の主端子と前記第２のスイッチング素子の他方の主端子とからなるき電側端子対の間に該第１のスイッチング素子の他方の主端子が高電位側となる電圧（以下、き電電圧という）が印加されるようにして使用される双方向昇降圧チョッパと、
前記双方向昇降圧チョッパが、前記き電側端子対に入力される電力によって前記蓄電池を充電しかつ前記蓄電池から放電される電力を前記き電側端子対に出力するよう前記き電側アームと前記電池側アームとの変調率を制御するための制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記充電及び放電の少なくともいずれかの場合に、前記き電側アーム及び前記電池側アームの少なくともいずれかの変調率が１となるように前記制御を行う、充放電制御装置。 A feeding side arm comprising a first switching element and a second switching element having one main terminal connected to one main terminal of the first switching element; a third switching element; and a third switching element A battery side arm comprising a fourth switching element having one main terminal connected to one main terminal of the switching element; one main terminal of the first switching element; and one of the third switching element. A reactor for connecting the main terminal, the other main terminal of the third switching element and the other main terminal of the fourth switching element are respectively connected to the positive terminal and the negative terminal of the storage battery, and The first switching element is interposed between a feeder terminal pair consisting of the other main terminal of the first switching element and the other main terminal of the second switching element. A bidirectional buck-boost chopper and the other main terminal is the high potential side and becomes voltage (hereinafter, referred to as feeding circuit voltage) is used so as to be applied,
The bi-directional buck-boost chopper is configured to charge the storage battery with electric power input to the feeding-side terminal pair and output the electric power discharged from the storage battery to the feeding-side terminal pair; A control device for controlling the modulation rate with the battery side arm,
The said control apparatus is a charging / discharging control apparatus which performs the said control so that the modulation factor of at least one of the said feeding side arm and the said battery side arm may be set to 1 in the case of at least any one of the said charge and discharge. 前記き電電圧を検出するき電電圧検出器と、前記蓄電池の電圧を検出する蓄電池電圧検出器と、を備え、
前記制御装置は、前記充電又は前記放電の開始時に、その時点における前記き電電圧検出器によって検出されたき電電圧と前記蓄電池側電圧検出器によって検出された蓄電池電圧とに基づいてスタート時変調率を決定し、このスタート時変調率において充電電流又は放電電流がゼロになるよう前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御することによって、前記充電電流又は前記放電電流を制御する、請求項１に記載の充放電制御装置。 A feeding voltage detector for detecting the feeding voltage; and a storage battery voltage detector for detecting a voltage of the storage battery,
The control device, at the start of the charging or discharging, based on the feeding voltage detected by the feeding voltage detector at that time and the storage battery voltage detected by the storage battery side voltage detector at the start modulation rate And controlling the charging current or the discharge current by controlling the modulation rate of the feeding side arm and the battery side arm so that the charging current or the discharging current becomes zero at the modulation factor at the start time, The charge / discharge control apparatus according to claim 1. 前記制御装置は、所定の情報が入力された場合に、前記双方向昇降圧チョッパが、前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率が１となるようにして前記蓄電池から放電される電力を前記き電側端子対に出力するよう、前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御する、請求項１に記載の充放電制御装置。   The control device is configured such that when predetermined information is input, the bidirectional buck-boost chopper discharges power from the storage battery so that the modulation rate of the feeding side arm and the battery side arm is 1. The charge / discharge control device according to claim 1, wherein a modulation rate of the power feeding side arm and the battery side arm is controlled so as to be output to the power feeding side terminal pair. 前記制御装置は、前記き電電圧が第１の所定電圧未満の場合に、前記双方向昇降圧チョッパが、前記蓄電池から放電される電力を前記き電側端子対に出力し、かつ前記き電電圧が第２の所定電圧を越える場合に、前記双方向昇降圧チョッパが、前記き電側端子対に入力される電力によって前記蓄電池を充電するよう、前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御する、請求項１に記載の充放電制御装置。   In the control device, when the feeding voltage is less than a first predetermined voltage, the bidirectional buck-boost chopper outputs power discharged from the storage battery to the feeding-side terminal pair, and the feeding When the voltage exceeds a second predetermined voltage, the bidirectional buck-boost chopper charges the storage battery with the electric power input to the feeding-side terminal pair so as to charge the storage battery and the battery-side arm. The charge / discharge control apparatus of Claim 1 which controls a modulation factor. 前記双方向昇降圧チョッパは、前記き電側端子対が電池駆動鉄道車両を駆動するモータを駆動する電力変換装置にパンタグラフから電力を供給する電気配線に接続されるようにして使用されるものであり、
前記放電が前記電力変換装置に電力を供給するためのアシスト放電であり、前記充電が前記電力変換装置による回生電力を吸収するための回生充電である、請求項４に記載の充放電制御装置。 The bidirectional buck-boost chopper is used in such a manner that the feeder side terminal pair is connected to an electric wiring that supplies power from a pantograph to a power converter that drives a motor that drives a battery-powered railway vehicle. Yes,
The charge / discharge control device according to claim 4, wherein the discharge is an assist discharge for supplying power to the power conversion device, and the charge is a regenerative charge for absorbing regenerative power by the power conversion device. 第１のスイッチング素子及び該第１のスイッチング素子の一方の主端子にその一方の主端子が接続された第２のスイッチング素子からなるき電側アームと、第３のスイッチング素子及び該第３のスイッチング素子の一方の主端子にその一方の主端子が接続された第４のスイッチング素子からなる電池側アームと、前記第１のスイッチング素子の一方の主端子と前記第３のスイッチング素子の一方の主端子とを接続するリアクトルと、を備え、前記第３のスイッチング素子の他方の主端子及び前記第４のスイッチング素子の他方の主端子がそれぞれ蓄電池の正極端子及び負極端子に接続され、かつ前記第１のスイッチング素子の他方の主端子と前記第２のスイッチング素子の他方の主端子とからなるき電側端子対の間に該第１のスイッチング素子の他方の主端子が高電位側となる電圧（以下、き電電圧という）が印加されるようにして使用される双方向昇降圧チョッパを用い、
前記双方向昇降圧チョッパが、前記き電側端子対に入力される電力によって前記蓄電池を充電しかつ前記蓄電池から放電される電力を前記き電側端子対に出力するよう前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御し、
前記充電及び放電の少なくともいずれかの場合に、前記き電側アーム及び前記電池側アームの少なくともいずれかの変調率が１となるように前記制御を行う、充放電制御方法。 A feeding side arm comprising a first switching element and a second switching element having one main terminal connected to one main terminal of the first switching element; a third switching element; and a third switching element A battery side arm comprising a fourth switching element having one main terminal connected to one main terminal of the switching element; one main terminal of the first switching element; and one of the third switching element. A reactor for connecting the main terminal, the other main terminal of the third switching element and the other main terminal of the fourth switching element are respectively connected to the positive terminal and the negative terminal of the storage battery, and The first switching element is interposed between a feeder terminal pair consisting of the other main terminal of the first switching element and the other main terminal of the second switching element. Other voltage main terminal is a high potential side (hereinafter, referred to as feeding circuit voltage) of the bidirectional buck-boost chopper used as is applied using a,
The bi-directional buck-boost chopper is configured to charge the storage battery with electric power input to the feeding-side terminal pair and output the electric power discharged from the storage battery to the feeding-side terminal pair; Controlling the modulation factor of the battery side arm,
A charge / discharge control method in which the control is performed so that a modulation factor of at least one of the feeding side arm and the battery side arm becomes 1 in at least one of the charging and discharging. 前記き電電圧を検出するき電電圧検出器と、前記蓄電池の電圧を検出する蓄電池電圧検出器と、を用い、
前記充電又は前記放電の開始時に、その時点における前記き電電圧検出器によって検出されたき電電圧と前記蓄電池側電圧検出器によって検出された蓄電池電圧とに基づいてスタート時変調率を決定し、このスタート時変調率において充電電流がゼロになるよう前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御することによって、前記充電電流又は前記放電電流を制御する、請求項６に記載の充放電制御方法。 Using a feeding voltage detector that detects the feeding voltage and a storage battery voltage detector that detects the voltage of the storage battery,
At the start of the charging or discharging, a starting modulation factor is determined based on the feeding voltage detected by the feeding voltage detector at that time and the storage battery voltage detected by the storage battery side voltage detector, The charge / discharge according to claim 6, wherein the charge current or the discharge current is controlled by controlling a modulation rate of the feeding side arm and the battery side arm so that a charging current becomes zero at a modulation rate at start. Control method. 所定の情報が入力された場合に、前記双方向昇降圧チョッパが、前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率が１となるようにして前記蓄電池から放電される電力を前記き電側端子対に出力するよう、前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御する、請求項６に記載の充放電制御方法。   When the predetermined information is input, the bidirectional buck-boost chopper supplies the electric power discharged from the storage battery so that the modulation rate of the feeding side arm and the battery side arm is 1, the feeding side The charge / discharge control method according to claim 6, wherein modulation rates of the feeding arm and the battery arm are controlled so as to output to a terminal pair. 前記き電電圧が第１の所定電圧未満の場合に、前記双方向昇降圧チョッパが、前記蓄電池から放電される電力を前記き電側端子対に出力し、かつ前記き電電圧が第２の所定電圧を越える場合に、前記双方向昇降圧チョッパが、前記き電側端子対に入力される電力によって前記蓄電池を充電するよう、前記き電側アーム及び前記電池側アームの変調率を制御する、請求項６に記載の充放電制御方法。   When the feeding voltage is less than a first predetermined voltage, the bidirectional buck-boost chopper outputs power discharged from the storage battery to the feeding-side terminal pair, and the feeding voltage is a second voltage When the voltage exceeds a predetermined voltage, the bidirectional buck-boost chopper controls the modulation rate of the feeding side arm and the battery side arm so that the storage battery is charged by the power input to the feeding side terminal pair. The charge / discharge control method according to claim 6. 前記双方向昇降圧チョッパは、前記き電側端子対が電池駆動鉄道車両を駆動するモータを駆動する電力変換装置にパンタグラフから電力を供給する電気配線に接続されるようにして使用されるものであり、
前記放電が前記電力変換装置に電力を供給するためのアシスト放電であり、前記充電が前記電力変換装置による回生電力を吸収するための回生充電である、請求項９に記載の充放電制御方法。 The bidirectional buck-boost chopper is used in such a manner that the feeder side terminal pair is connected to an electric wiring that supplies power from a pantograph to a power converter that drives a motor that drives a battery-powered railway vehicle. Yes,
The charge / discharge control method according to claim 9, wherein the discharge is an assist discharge for supplying power to the power converter, and the charge is a regenerative charge for absorbing regenerative power by the power converter.
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