JP2020036470A - Electric power system for electric motor vehicle, electric power supply control method, and additional electric power system - Google Patents

Electric power system for electric motor vehicle, electric power supply control method, and additional electric power system Download PDF

Info

Publication number
JP2020036470A
JP2020036470A JP2018161873A JP2018161873A JP2020036470A JP 2020036470 A JP2020036470 A JP 2020036470A JP 2018161873 A JP2018161873 A JP 2018161873A JP 2018161873 A JP2018161873 A JP 2018161873A JP 2020036470 A JP2020036470 A JP 2020036470A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
storage battery
power
voltage conversion
charge
conversion circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018161873A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7213039B2 (en
Inventor
秀樹 藤元
Hideki Fujimoto
秀樹 藤元
辰義 末松
Tatsuyoshi Suematsu
辰義 末松
昭善 山広
Akiyoshi Yamahiro
昭善 山広
小笠　正道
Masamichi Ogasa
正道 小笠
義晃 田口
Yoshiteru Taguchi
義晃 田口
悟志 門脇
Satoshi Kadowaki
悟志 門脇
昭彦 登山
Akihiko Toyama
昭彦 登山
和樹 藤本
Kazuki Fujimoto
和樹 藤本
敏弘 山口
Toshihiro Yamaguchi
敏弘 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hiroshima Electric Railway Co Ltd
Railway Technical Research Institute
Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Hiroshima Electric Railway Co Ltd
Railway Technical Research Institute
Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hiroshima Electric Railway Co Ltd, Railway Technical Research Institute, Toyo Electric Manufacturing Ltd filed Critical Hiroshima Electric Railway Co Ltd
Priority to JP2018161873A priority Critical patent/JP7213039B2/en
Publication of JP2020036470A publication Critical patent/JP2020036470A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7213039B2 publication Critical patent/JP7213039B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

To reduce a necessary fitting space for adaptation to a non-electrification section in an electric power system for electric motor vehicle that enables travels in both an electrification section and the non-electrification section.SOLUTION: An electric power system PS for electric motor vehicle in which main conversion circuits TCA, TCB supplying electric power for driving a main electric motor M and an auxiliary machine circuit XMC associated with auxiliary machines are connected to a DC electric power line supplied with electric power collected from a pantagraph PT through a main opening/closing device SWM comprises: a first opening/closing device SW1; a second opening/closing device SW2; a reactor FLCH; a charging/discharging voltage conversion circuit PC which has one side connected to the DC electric power line through the first opening/closing device SW1 and the reactor FLCH; a storage battery BT which is connected to the other side of the charging/discharging voltage conversion circuit PC and also connected to the DC electric power line through the second opening/closing device SW2; and a control part CTR.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電気車用電源システム等に関する。   The present invention relates to an electric vehicle power supply system and the like.

電気車に蓄電池を搭載し、電化区間では架線から供給される電力に基づき主電動機を駆動するとともに蓄電池を充電し、非電化区間では蓄電池の電力に基づき主電動機を駆動する電気車用電源システムが開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。   A power supply system for an electric vehicle that mounts a storage battery on an electric vehicle, drives the main motor based on the power supplied from the overhead line and charges the storage battery in the electrified section, and drives the main motor based on the power of the storage battery in the non-electrified section in the electrified section. It has been developed (for example, see Patent Documents 1 and 2).

特開２０１６−１６３３６５号公報JP-A-2006-163365 特開２０１５−６５７３２号公報JP 2015-65732 A

電化区間および非電化区間の両区間の走行を可能にする電気車用電源システムは、電化区間のみを走行する電気車の電源システムに比べて、非電化区間に対応するための多くの機器や配線が必要となり、その分の艤装空間を確保する必要がある。   The electric vehicle power supply system that enables traveling in both the electrified section and the non-electrified section has more equipment and wiring to cope with the non-electrified section than the electric vehicle system that runs only in the electrified section. It is necessary to secure the outfitting space for that.

しかしながら、従来の技術では、特許文献１や特許文献２に代表されるように、主電動機へ駆動電力を供給する主変換回路（特許文献１のＶＶＶＦインバータ７、特許文献２のインバータ装置５に相当）への駆動電力供給ライン（引用文献１の中間回路４に相当）に蓄電池（引用文献１の蓄電素子６、引用文献２の蓄電手段９に相当）を接続して充放電する構成を採用するのが一般的であった。そのため、蓄電池の入出力段に大型のリアクトル（引用文献１のリアクトル５、引用文献２の平滑リアクトル１１に相当）を設備する必要があったり、大型の充放電電圧変換回路（特許文献２では、ＤＣ−ＤＣ変換装置８、平滑リアクトル１１および平滑コンデンサ１２で構成されるチョッパ装置に相当）を設備する必要があった。そのため、艤装空間の低減には限界があった。   However, in the prior art, as represented by Patent Literatures 1 and 2, a main conversion circuit (a VVVF inverter 7 of Patent Literature 1 and an inverter device 5 of Patent Literature 2) for supplying driving power to a main motor is used. ) Is connected to a storage battery (corresponding to the storage element 6 of Reference 1 and the storage means 9 of Reference 2) to a drive power supply line (corresponding to the intermediate circuit 4 of Reference 1). Was common. Therefore, it is necessary to provide a large-sized reactor (corresponding to the reactor 5 of Reference 1 and the smoothing reactor 11 of Reference 2) in the input / output stage of the storage battery, or a large-sized charge / discharge voltage conversion circuit (in Patent Document 2, A DC-DC converter 8, a smoothing reactor 11, and a smoothing capacitor 12). Therefore, there was a limit in reducing the outfitting space.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電化区間および非電化区間の両区間の走行を可能にする電気車用電源システムにおいて、非電化区間に対応するための必要艤装空間の低減を図る新たな電気車用電源システムを提案することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power supply system for an electric vehicle that enables traveling in both an electrified section and a non-electrified section. A new power supply system for electric vehicles that reduces the required outfitting space.

上記課題を解決するための第１の発明は、
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器（例えば、図１のパンタグラフＰＴ）が前記集電状態において電車線から集電した電力が主開閉装置（例えば、図１の主開閉装置ＳＷＭ）を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路（例えば、図１の主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢ）と、補機類に係る補機回路（例えば、図１の補機回路ＸＭＣ）とが接続された電気車用電源システムであって、
一方側が第１開閉装置（例えば、図１の第１開閉装置ＳＷ１）およびリアクトル（例えば、図１のリアクトルＦＬＣＨ）を介して前記直流電力ラインに接続された充放電電圧変換回路（例えば、図１の充放電電圧変換回路ＰＣ）と、
前記充放電電圧変換回路の他方側に接続されるとともに、第２開閉装置（例えば、図１の第２開閉装置ＳＷ２）を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電池（例えば、図１の蓄電池ＢＴ）と、
前記第１開閉装置の投入／開放、前記第２開閉装置の投入／開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電池の電力をもとに走行する蓄電池走行モード（例えば、図１１）と、前記電車線から集電された電力をもとに走行する集電走行モード（例えば、図１２）とを切り替える制御部（例えば、図１の制御部ＣＴＲ）と、
を備えた電気車用電源システムである。 A first invention for solving the above problems is
In a current collector (for example, the pantograph PT in FIG. 1) capable of transitioning between the current collecting state and the non-current collecting state, the power collected from the power line in the current collecting state is a main switching device (for example, the main switching device in FIG. 1). A main conversion circuit (for example, main conversion circuits TCA and TCB in FIG. 1) for supplying power for driving the main motor to a DC power line supplied via the SWM) and an auxiliary device circuit (for example, , An auxiliary circuit XMC of FIG. 1 is connected to the electric vehicle power supply system,
One side is connected to the DC power line via a first switching device (for example, the first switching device SW1 in FIG. 1) and a reactor (for example, the reactor FLCH in FIG. 1). Charge / discharge voltage conversion circuit PC);
A storage battery (for example, the storage battery of FIG. 1) connected to the other side of the charge / discharge voltage conversion circuit and connected to the DC power line via a second switching device (for example, the second switch SW2 of FIG. 1). BT)
By controlling the on / off of the first switching device, the on / off of the second switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge / discharge voltage conversion circuit, the power of the storage battery can be reduced. A control unit (e.g., FIG. 1) that switches between a storage battery travel mode (e.g., FIG. 11) that travels and a power collection travel mode (e.g., FIG. 12) that travels based on the power collected from the train line. Control unit CTR),
This is a power supply system for an electric vehicle including:

また、他の発明として、
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した電力が主開閉装置を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、補機類に係る補機回路とが接続され、更に、一方側が第１開閉装置およびリアクトルを介して前記直流電力ラインに接続された充放電電圧変換回路と、前記充放電電圧変換回路の他方側に接続されるとともに、第２開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電池と、を備えた電気車用電源システムにおいて、
前記第１開閉装置の投入／開放、前記第２開閉装置の投入／開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電池の電力をもとに走行する蓄電池走行モードと、前記電車線から集電された電力をもとに走行する集電走行モードとを切り替える電力供給制御方法を構成しても良い。 Also, as another invention,
A current collector capable of transitioning to a current collecting state and a non-current collecting state is a DC power line in which electric power collected from a train line is supplied through a main switchgear in the current collecting state. A charge / discharge voltage conversion circuit connected to the DC power line via a first switchgear and a reactor. A storage battery connected to the other side of the discharge voltage conversion circuit and connected to the DC power line via a second switchgear,
By controlling the on / off of the first switching device, the on / off of the second switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge / discharge voltage conversion circuit, the power of the storage battery can be reduced. The power supply control method may be configured to switch between a storage battery travel mode in which the vehicle travels and a power collection travel mode in which the vehicle travels based on the power collected from the train line.

また、他の発明として、
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した電力が主開閉装置を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、補機類に係る補機回路とが接続された電気車用電源システムにおける追加電源システムであって、
第１開閉装置と、
第２開閉装置と、
リアクトルと、
一方側が前記第１開閉装置および前記リアクトルを介して前記直流電力ラインに接続された充放電電圧変換回路と、
前記充放電電圧変換回路の他方側に接続されるとともに、前記第２開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電池と、
前記第１開閉装置の投入／開放、前記第２開閉装置の投入／開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電池の電力をもとに走行する蓄電池走行モードと、前記電車線から集電された電力をもとに走行する集電走行モードとを切り替える制御部と、
を備えた追加電源システムを構成しても良い。 Also, as another invention,
A current collector capable of transitioning to a current collecting state and a non-current collecting state is a DC power line in which electric power collected from a train line is supplied through a main switchgear in the current collecting state. An additional power supply system in an electric vehicle power supply system to which a main conversion circuit to be supplied and an auxiliary equipment circuit related to auxiliary equipment are connected,
A first switchgear;
A second switchgear;
Reactor and
A charge / discharge voltage conversion circuit having one side connected to the DC power line via the first switching device and the reactor;
A storage battery connected to the other side of the charge / discharge voltage conversion circuit and connected to the DC power line via the second switching device;
By controlling the on / off of the first switching device, the on / off of the second switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge / discharge voltage conversion circuit, the power of the storage battery can be reduced. A control unit that switches between a storage battery traveling mode that travels to and a current collection traveling mode that travels based on the power collected from the train line,
May be configured as an additional power supply system.

この第１の発明等によれば、非電化区間に対応するための必要艤装空間の低減を図る新たな電気車用電源システムを実現することができる。具体的には、蓄電池と直流電力ラインとを結ぶ電力ラインとして、充放電電圧変換回路を経由するラインと経由しないラインとを設ける構成とする。これにより、蓄電池走行モードでは、最終的に、充放電電圧変換回路を経由しないラインを介して蓄電池の蓄電電力を主変換回路及び補機回路に供給する形態とすることができる。また、集電走行モードから蓄電池走行モードへ切り替える過程においては、補機回路の動作を継続させるために、充放電電圧変換回路を経由するラインを介して蓄電池の蓄電電力を補機回路に供給する形態とすることができる。なお、集電走行モードと蓄電池走行モードとの切り替えは、停車時あるいは惰行時に行われるのが通常であるため、切り替えの過程では主電動機の駆動電力は要求されない。したがって、充放電電圧変換回路は、主電動機の駆動電力に対応する容量とする必要が無く、補機回路の動作電力に対応する容量で済むため、その分の小型化を実現できる。また、リアクトルも、主電動機の駆動電力に対応する容量とする必要が無いため、その小型化を図ることができる。   According to the first aspect of the invention, it is possible to realize a new electric vehicle power supply system that reduces the required outfitting space for a non-electrified section. Specifically, as a power line connecting the storage battery and the DC power line, a line that passes through a charge / discharge voltage conversion circuit and a line that does not pass are provided. Thus, in the storage battery running mode, the storage power of the storage battery can be finally supplied to the main conversion circuit and the auxiliary device circuit via a line that does not pass through the charge / discharge voltage conversion circuit. Also, in the process of switching from the power collection traveling mode to the storage battery traveling mode, in order to continue the operation of the auxiliary equipment circuit, the storage power of the storage battery is supplied to the auxiliary equipment circuit via a line passing through the charge / discharge voltage conversion circuit. It can be in the form. Note that the switching between the power collection traveling mode and the storage battery traveling mode is usually performed when the vehicle is stopped or coasting, so that the drive power of the main motor is not required in the switching process. Therefore, the charge / discharge voltage conversion circuit does not need to have a capacity corresponding to the drive power of the main motor, and only needs to have a capacity corresponding to the operation power of the auxiliary circuit, so that the size can be reduced accordingly. Further, since the reactor does not need to have a capacity corresponding to the driving power of the main motor, the size of the reactor can be reduced.

また、上述した他の発明の追加電源システムによれば、電化区間にのみ対応していた電気車用電源システムの機器を利用して、非電化区間に対応可能となる。   Further, according to the additional power supply system of the above-described other invention, it is possible to support the non-electrified section by using the equipment of the electric vehicle power supply system corresponding to only the electrified section.

第２の発明は、第１の発明において、
前記制御部は、
前記蓄電池走行モードに切り替える場合に、前記第１開閉装置の投入、前記蓄電池の蓄電電力を前記一方側に放電させる前記充放電電圧変換回路の第１の放電電圧変換動作、前記集電器の前記非集電状態への遷移、の順に実行制御する、
電気車用電源システムである。 In a second aspect, in the first aspect,
The control unit includes:
When switching to the storage battery travel mode, the first switching device is turned on, a first discharge voltage conversion operation of the charge / discharge voltage conversion circuit that discharges the storage power of the storage battery to the one side, and the non-operation of the current collector is performed. Control execution in the order of transition to current collection state,
This is a power supply system for electric vehicles.

この第２の発明によれば、集電走行モードから蓄電池走行モードへの適切な切り替えを実現することができる。具体的には、蓄電池走行モードへの切り替えに際して、突流発生や電車線への逆流を防止しつつ、車内照明や空調などの補機類の動作を継続させたままの切り替えを実現することができる。   According to the second aspect, it is possible to realize appropriate switching from the power collection traveling mode to the storage battery traveling mode. Specifically, when switching to the storage battery traveling mode, it is possible to realize switching while maintaining the operation of auxiliary devices such as vehicle interior lighting and air conditioning while preventing the occurrence of a sudden flow or a backflow to a train line. .

第３の発明は、第２の発明において、
前記第１の放電電圧変換動作は、前記蓄電池の蓄電池電圧を、前記電車線の電圧へ変換して放電させる動作であり、
前記制御部は、前記蓄電池走行モードに切り替える場合に、前記集電器の前記非集電状態への遷移の後に、前記充放電電圧変換回路による前記一方側の放電電圧を前記蓄電池電圧にする放電電圧変換動作、前記第２開閉装置の投入、および、前記第１開閉装置の開放の順に実行制御を行う、
電気車用電源システムである。 In a third aspect, in the second aspect,
The first discharge voltage conversion operation is an operation of converting a storage battery voltage of the storage battery to a voltage of the train line and discharging the battery,
The control unit, when switching to the storage battery running mode, after the transition of the current collector to the non-current collection state, a discharge voltage that sets the one-side discharge voltage by the charge / discharge voltage conversion circuit to the storage battery voltage. Performing a conversion operation, turning on the second switching device, and performing execution control in the order of opening the first switching device;
This is a power supply system for electric vehicles.

この第３の発明によれば、集電走行モードから蓄電池走行モードへの切り替えを安全且つ円滑に実現することができる。集電走行モードから蓄電池走行モードへ切り替える過程では、第１の放電電圧変換動作によって直流電力ラインには電車線の電圧が印加された状態が保たれる。そして、集電器を非集電状態へ遷移させた後に、直流電力ラインに印加される電圧が蓄電池電圧とされ、その後、第２開閉装置の投入および第１開閉装置の開放がなされることで、充放電電圧変換回路を介さずに、蓄電電力が直流電力ラインに供給されることとなる。結果、集電走行モードから蓄電池走行モードへの切り替えに際して、突流発生や電車線への逆流を防止しつつ、車内照明や空調などの補機類の動作を継続させたままの切り替えを実現することができる。   According to the third aspect, switching from the power collection travel mode to the storage battery travel mode can be realized safely and smoothly. In the process of switching from the power collection travel mode to the storage battery travel mode, the state in which the voltage of the train line is applied to the DC power line by the first discharge voltage conversion operation is maintained. Then, after transitioning the current collector to the non-current collecting state, the voltage applied to the DC power line is set as the storage battery voltage, and thereafter, the second switching device is turned on and the first switching device is opened, The stored power is supplied to the DC power line without passing through the charge / discharge voltage conversion circuit. As a result, when switching from the power collection driving mode to the storage battery driving mode, it is possible to prevent the occurrence of sudden currents and backflow to the train line, and to switch while maintaining the operation of auxiliary equipment such as vehicle interior lighting and air conditioning. Can be.

第４の発明は、第３の発明において、
前記直流電力ラインのうちの前記主開閉装置と前記補機回路の接続箇所との間に電流センサを備え、
前記充放電電圧変換回路および前記蓄電池は、前記直流電力ラインのうち、前記補機回路の接続箇所から見て、前記電流センサとは反対側に接続されており、
前記制御部は、前記第１の放電電圧変換動作の実行制御において、前記電流センサの検知結果に基づいて、変換電圧が前記電車線の電圧に至ったか否かを判定する制御を行う、
電気車用電源システムである。 A fourth invention is the third invention, wherein
A current sensor is provided between the main switchgear of the DC power line and a connection point of the auxiliary device circuit,
The charging / discharging voltage conversion circuit and the storage battery are connected to a side of the DC power line opposite to the current sensor when viewed from a connection point of the auxiliary circuit,
The control unit, in the execution control of the first discharge voltage conversion operation, performs control to determine whether or not the converted voltage has reached the voltage of the trolley line based on the detection result of the current sensor.
This is a power supply system for electric vehicles.

この第４の発明によれば、電流センサが検知する直流電力ラインの電流によって、第１の放電電圧変換動作による変換電圧が電車線の電圧と一致したかを判断することできる。   According to the fourth aspect, it is possible to determine, based on the current of the DC power line detected by the current sensor, whether the conversion voltage obtained by the first discharge voltage conversion operation matches the voltage of the train line.

第５の発明は、第１〜第４の何れかの発明において、
前記制御部は、
前記集電走行モードに切り替える場合に、前記第１開閉装置の投入、前記第２開閉装置の開放、前記蓄電池の蓄電電力を前記一方側に放電させる前記充放電電圧変換回路の第２の放電電圧変換動作、前記集電器の前記集電状態への遷移、の順に実行制御する、
電気車用電源システムである。 According to a fifth aspect, in any one of the first to fourth aspects,
The control unit includes:
A second discharge voltage of the charge / discharge voltage conversion circuit for turning on the first switchgear, opening the second switchgear, and discharging the stored power of the storage battery to the one side when switching to the current collection traveling mode; Control the execution of the conversion operation, the transition of the current collector to the current collection state,
This is a power supply system for electric vehicles.

この第５の発明によれば、蓄電池走行モードから集電走行モードへの適切な切り替えを実現することができる。具体的には、第１開閉装置の投入および第２開閉装置を開放することで、充放電電圧変換回路を経由するラインで蓄電池の蓄電電力が直流電力ラインに供給開始され、その後、第２の放電電圧変換動作によって変換電圧が電車線の電圧とされた後に集電器を集電状態へ遷移させる、といったことが可能となる。これにより、突流発生や電車線への逆流を防止しつつ、車内照明や空調などの補機動作を継続させたままの切り替えを実現することが可能となる。   According to the fifth aspect, appropriate switching from the storage battery traveling mode to the current collecting traveling mode can be realized. Specifically, when the first switchgear is turned on and the second switchgear is opened, the storage power of the storage battery is started to be supplied to the DC power line via the line passing through the charge / discharge voltage conversion circuit, and then the second It is possible to cause the current collector to transition to the current collecting state after the converted voltage is changed to the voltage of the power line by the discharge voltage converting operation. As a result, it is possible to realize switching while maintaining auxiliary equipment operations such as in-vehicle lighting and air conditioning while preventing the occurrence of a jet flow and a backflow to a train line.

第６の発明は、第５の発明において、
前記集電走行モードには、前記蓄電池を充電しない非充電モードがあり、
前記制御部は、
前記集電走行モードに切り替える場合に、前記集電器の前記集電状態への遷移の後に、前記充放電電圧変換回路の変換動作の停止、および、前記第１開閉装置の開放、を実行制御することで、前記非充電モードとする（例えば、図６）、
電気車用電源システムである。 According to a sixth aspect, in the fifth aspect,
The current collecting travel mode includes a non-charge mode in which the storage battery is not charged,
The control unit includes:
When switching to the current collecting traveling mode, after the transition of the current collector to the current collecting state, execution control of stopping the conversion operation of the charge / discharge voltage conversion circuit and opening the first switching device is performed. Thus, the non-charge mode is set (for example, FIG. 6).
This is a power supply system for electric vehicles.

この第６の発明によれば、集電走行モードとして、蓄電池を充電しない非充電モードに切り替えることができる。非充電モードでは、蓄電池を直流電力ラインから切り離すように制御する。   According to the sixth aspect, it is possible to switch to the non-charge mode in which the storage battery is not charged, as the power collection traveling mode. In the non-charging mode, control is performed to disconnect the storage battery from the DC power line.

第７の発明は、第５又は第６の発明において、
前記集電走行モードには、前記蓄電池を充電する充電モードがあり、
前記制御部は、
前記集電走行モードに切り替える場合に、前記集電器の前記集電状態への遷移の後に、前記充放電電圧変換回路に前記直流電力ラインからの前記一方側の給電電力を前記他方側に変換して出力させる充電電圧変換動作、を実行制御することで、前記充電モードとする（例えば、図８）、
電気車用電源システムである。 According to a seventh aspect, in the fifth or sixth aspect,
The current collecting travel mode includes a charging mode for charging the storage battery,
The control unit includes:
When switching to the current collection driving mode, after the transition of the current collector to the current collection state, the charge / discharge voltage conversion circuit converts the one-side power supply from the DC power line to the other side. The charging mode is set by executing and controlling the charging voltage conversion operation for outputting the charging mode (for example, FIG. 8).
This is a power supply system for electric vehicles.

この第７の発明によれば、集電走行モードとして、集電電力により充電池を充電する充電モードに切り替えることができる。充電モードでは、充放電電圧変換回路を介して集電電力により蓄電池を充電するように制御する。   According to the seventh aspect, the current collection driving mode can be switched to the charging mode in which the rechargeable battery is charged with the collected power. In the charging mode, control is performed such that the storage battery is charged with the collected power via the charge / discharge voltage conversion circuit.

第８の発明は、第６の発明において、
前記集電走行モードには、前記蓄電池を充電する充電モードがあり、
前記制御部は、
前記集電走行モードの前記非充電モードから前記充電モードに切り替える場合に、前記第１開閉装置の投入、前記充放電電圧変換回路に前記直流電力ラインからの前記一方側の給電電力を前記他方側に変換して出力させる充電電圧変換動作、の順に実行制御する（例えば、図７）、
電気車用電源システムである。 In an eighth aspect based on the sixth aspect,
The current collecting travel mode includes a charging mode for charging the storage battery,
The control unit includes:
When switching from the non-charging mode to the charging mode in the power collection traveling mode, turning on the first switching device, the charging / discharging voltage conversion circuit supplies the one-side power supply from the DC power line to the other side. The charge voltage conversion operation is performed in such a manner that the charge voltage conversion operation is performed and output (for example, FIG. 7).
This is a power supply system for electric vehicles.

この第８の発明によれば、集電走行モードにおいて、非充電モードから充電モードへの適切な切り替えを実現することができる。   According to the eighth aspect, it is possible to appropriately switch from the non-charging mode to the charging mode in the power collection driving mode.

本実施形態における電源システムの概略構成を示す図。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a power supply system according to an embodiment. 主開閉装置の回路構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the circuit structure of a main switchgear. 放電電圧変換回路の回路構成の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a discharge voltage conversion circuit. 第１〜第３開閉装置の回路構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the circuit structure of 1st-3rd switchgear. 集電走行モードでの起動制御手順を説明するための図。The figure for demonstrating the start control procedure in the electric power collection driving | running | working mode. 集電走行モード（非充電モード）における電気の流れを示す図。The figure which shows the flow of electricity in current collection driving mode (non-charging mode). 非充電モードから充電モードへの切り替え制御手順を説明するための図。The figure for demonstrating the control procedure of switching from a non-charge mode to a charge mode. 集電走行モードにおける電気の流れを示す図。The figure which shows the flow of electricity in the current collection driving mode. 蓄電池走行モードでの起動制御手順を説明するための図。The figure for demonstrating the startup control procedure in storage battery drive mode. 蓄電池走行モードにおける電気の流れを示す図。The figure which shows the flow of electricity in the storage battery drive mode. 蓄電池走行モードへの切り替え制御手順を説明するための図。The figure for demonstrating the switching control procedure to a storage battery drive mode. 集電走行モードへの切り替え制御手順を説明するための図。The figure for demonstrating the switching control procedure to a collection driving mode. 集電走行モードでの停止制御手順を説明するための図。The figure for demonstrating the stop control procedure in current collection driving | running | working mode. 蓄電池走行モードでの停止制御手順を説明するための図。The figure for demonstrating the stop control procedure in storage battery drive mode.

以下、図面を参照して本発明を適用した一実施形態を説明するが、本発明を適用可能な形態は以下の実施形態に限られるものではない。例えば、理解を容易にするために、電圧の一例を示して説明するが、本発明を適用可能な形態は、以下説明する電圧に限られるものではない。   Hereinafter, an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings, but the form to which the present invention can be applied is not limited to the following embodiment. For example, for ease of understanding, an example of a voltage will be described. However, a form to which the present invention can be applied is not limited to the voltage described below.

［システム構成］
図１は、本実施形態における直流電気車の電源システムＰＳの概略構成を示す図である。本実施形態の電源システムＰＳは、電化区間のみを走行するための既存の電源システム（図１における追加電源システムＡＰＳ以外の機器からなる）に対して、非電化区間に対応するための追加電源システムＡＰＳを追加設備した構成を有する。追加電源システムＡＰＳを設備したことにより、電化区間を走行するための集電走行モードと、非電化区間を走行するための蓄電池走行モードとの両方に対応する。 [System configuration]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power supply system PS for a DC electric vehicle according to the present embodiment. The power supply system PS according to the present embodiment is different from an existing power supply system for running only in an electrified section (comprising devices other than the additional power supply system APS in FIG. 1) in an additional power supply system for handling a non-electrified section. It has a configuration in which APS is added. The provision of the additional power supply system APS supports both a current collection traveling mode for traveling in an electrified section and a storage battery traveling mode for traveling in a non-electrified section.

追加電源システムＡＰＳは、艤装機器類ＲＡＳと、制御部ＣＴＲとを含んでおり、制御部ＣＴＲは、独立した制御装置として構成してもよいし、制御ボードとして構成して既存の制御装置内に組み込んで実現することもできる。   The additional power supply system APS includes the outfitting equipment RAS and the control unit CTR. The control unit CTR may be configured as an independent control device, or may be configured as a control board and installed in an existing control device. It can also be realized by being incorporated.

電源システムＰＳのうち、既存の電源システムは、パンタグラフＰＴによって電車線から集電された電力が主開閉装置ＳＷＭを介して供給される直流電力ラインに、主電動機Ｍに係る回路である主回路（Ａ系主回路およびＢ系主回路）と、補機回路ＸＭＣとが並列に接続された構成となっている。   Among the power supply systems PS, an existing power supply system includes a main circuit (a circuit related to the main motor M) connected to a DC power line to which power collected from a train line by a pantograph PT is supplied via a main switch SWM. (A system main circuit and B system main circuit) and an auxiliary machine circuit XMC are connected in parallel.

主回路は、図１の電源システムＰＳではＡ系主回路とＢ系主回路との２系統としているが、１系統のみとしてもよいし、３系統以上の回路を並列に備える構成としてもよい。また、１つの系統が、２台以上の主電動機Ｍに駆動電力を供給するいわゆる１Ｃ２Ｍや１Ｃ４Ｍ等の構成を採用することとしてもよい。   In the power supply system PS of FIG. 1, the main circuit has two systems of the A-system main circuit and the B-system main circuit. However, only one system may be provided, or three or more circuits may be provided in parallel. Also, one system may adopt a configuration such as so-called 1C2M or 1C4M that supplies drive power to two or more main motors M.

Ａ系主回路は、主開閉装置ＳＷＡと、主フィルタリアクトルＦＬＡと、主変換回路ＴＣＡとが直列に接続された構成を有する。Ｂ系主回路も同様に、主開閉装置ＳＷＢと、主フィルタリアクトルＦＬＢと、主変換回路ＴＣＢとが直列に接続された構成を有する。主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢは、単相電力を三相電力に変換して主電動機Ｍに駆動電力を供給するインバータ装置であり、入力段に不図示の主フィルタコンデンサを有して構成される。   The A-system main circuit has a configuration in which a main switching device SWA, a main filter reactor FLA, and a main conversion circuit TCA are connected in series. Similarly, the B-system main circuit has a configuration in which a main switchgear SWB, a main filter reactor FLB, and a main conversion circuit TCB are connected in series. The main conversion circuits TCA and TCB are inverter devices that convert single-phase power into three-phase power and supply driving power to the main motor M, and have a main filter capacitor (not shown) at an input stage.

パンタグラフＰＴは、一般には運転台からのパンタグラフＰＴの上昇スイッチ、または制御部ＣＴＲからの状態遷移指示信号Ｐに基づいて集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器の一例である。電車線を第３軌条方式とする場合には、パンタグラフＰＴの代わりに集電器を集電靴として構成することができる。また、パンタグラフＰＴと並列に架線電圧センサＤＣＰＴを設置した構成とすることもできる。   The pantograph PT is an example of a current collector that can generally transition between a current collecting state and a non-current collecting state based on a rising switch of the pantograph PT from the driver's cab or a state transition instruction signal P from the control unit CTR. When the train line is of the third rail system, the current collector can be configured as a current collecting shoe instead of the pantograph PT. Further, a configuration in which an overhead wire voltage sensor DCPT is installed in parallel with the pantograph PT can also be adopted.

補機回路ＸＭＣは、車内照明や空調などの補機および補機に電力を供給する回路（例えば、静止型インバータ）等を含む電気回路である。   The auxiliary device circuit XMC is an electric circuit including auxiliary devices such as vehicle interior lighting and air conditioning, a circuit for supplying power to the auxiliary devices (for example, a static inverter), and the like.

また、直流電力ラインにおける主開閉装置ＳＷＭの接続箇所と補機回路ＸＭＣの接続箇所との間に電流センサＣＴが設けられている。より詳細には、直流電力ラインにおいて、主開閉装置ＳＷＭから見て、Ａ系及びＢ系の主回路、補機回路ＸＭＣ、の順に接続されており、主回路の接続箇所と補機回路ＸＭＣの接続箇所との間に電流センサＣＴが設けられている。そして、直流電力ラインにおける補機回路ＸＭＣの接続箇所から見て電流センサＣＴとは反対側に、充放電電圧変換回路ＰＣや蓄電池ＢＴを含む、電流センサＣＴ以外の追加電源システムＡＰＳの艤装機器類ＲＡＳが接続されている。   Further, a current sensor CT is provided between a connection point of the main switching device SWM and a connection point of the auxiliary circuit XMC on the DC power line. More specifically, in the DC power line, as viewed from the main switching device SWM, the main circuit of the A system and the B system are connected in the order of the auxiliary circuit XMC, and the connection point of the main circuit and the auxiliary circuit XMC are connected. The current sensor CT is provided between the connection points. On the opposite side of the DC power line from the connection point of the auxiliary circuit XMC to the current sensor CT, the outfitting devices of the additional power supply system APS other than the current sensor CT, including the charge / discharge voltage conversion circuit PC and the storage battery BT, are provided. RAS is connected.

電流センサＣＴは、直流電力ラインに流れる電流の大きさおよび向きを検知して検知電流Ｉを制御部ＣＴＲに出力する。電流センサＣＴは、例えば、変流器（CT:Current Transformer）によって実現することができる。制御部ＣＴＲは、集電走行モードと蓄電池走行モードとの切り替え制御の際に、この検知電流Ｉを参照して、充放電電圧変換回路ＰＣの動作を制御する。なお、１台の電流センサＣＴの代わりに、補機回路ＸＭＣの入力側および第１開閉器ＳＷ１の入力側の各々に１台ずつの電流センサを設け、それら２台の電流値を数値加算することで、各々の電流分担とその増減、ならびに直流電力ラインに流れる電流の正確なゼロ電流検知に用いても良い。   Current sensor CT detects the magnitude and direction of the current flowing in the DC power line, and outputs detected current I to control unit CTR. The current sensor CT can be realized by, for example, a current transformer (CT: Current Transformer). The control unit CTR refers to the detected current I and controls the operation of the charge / discharge voltage conversion circuit PC during the switching control between the current collection driving mode and the storage battery driving mode. Instead of one current sensor CT, one current sensor is provided on each of the input side of the auxiliary circuit XMC and the input side of the first switch SW1, and the two current values are numerically added. Thus, the present invention may be used for each current sharing and its increase / decrease, and for accurate zero current detection of the current flowing in the DC power line.

主開閉装置ＳＷＭは、一般には主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢの制御部からの、あるいは制御部ＣＴＲからの開閉指示信号Ｎに基づいて、パンタグラフＰＴと直流電力ラインとの切り離し／接続を行う開閉装置であり、例えば高速度遮断器によって実現することができる。   Main switchgear SWM is a switchgear for disconnecting / connecting pantograph PT and a DC power line based on a switching instruction signal N from a control section of main conversion circuits TCA, TCB or from control section CTR. Yes, and can be realized, for example, by a high speed circuit breaker.

Ａ系主回路の主開閉装置ＳＷＡは、一般には主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢの制御部からの、あるいは制御部ＣＴＲからの開閉指示信号Ａに基づいて、直流電力ラインとＡ系主回路との切り離し／接続を行う開閉装置であり、例えば接触器を用いて構成することができる。Ｂ系主回路の主開閉装置ＳＷＢも同様に、制御部ＣＴＲからの開閉指示信号Ｂに基づいて、直流電力ラインとＢ系主回路との切り離し／接続を行う開閉装置であり、例えば接触器を用いて構成することができる。   The main switching device SWA of the A-system main circuit generally disconnects the DC power line from the A-system main circuit based on an opening / closing instruction signal A from the control unit of the main conversion circuits TCA and TCB or from the control unit CTR. / A switchgear for performing connection, and can be configured using, for example, a contactor. Similarly, the main switching device SWB of the B-system main circuit is a switching device that disconnects / connects the DC power line and the B-system main circuit based on the switching instruction signal B from the control unit CTR. It can be configured using.

主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢを接触器を用いて構成する場合、例えば図２に示すように、充電抵抗ＣＤＲと充電抵抗用接触器ＭＫとの直列接続に、充電抵抗バイパス用接触器ＬＢを並列に接続した構成を採用することができる。図２の構成を採用する場合、投入時に、先に充電抵抗用接触器ＭＫを投入状態とした後に、充電抵抗バイパス用接触器ＬＢを後から投入する。これにより、投入時の主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢ内の主フィルタコンデンサへの突流を充電抵抗ＣＤＲによって防止し、主フィルタコンデンサが所定電圧にほぼ達する段階でその後の電力損失低減のために充電抵抗ＣＤＲを短絡する。これは時素を持たせて一定時間後に短絡する従来の手法を採用することができる。   When the main switching devices SWA and SWB are configured using contactors, for example, as shown in FIG. 2, a charging resistor bypass contactor LB is connected in parallel to a series connection of a charging resistor CDR and a charging resistor contactor MK. A connected configuration can be employed. In the case where the configuration of FIG. 2 is adopted, the charging resistance contactor MK is first set to an input state, and then the charging resistance bypass contactor LB is input later. As a result, a sudden flow to the main filter capacitors in the main conversion circuits TCA and TCB at the time of turning on is prevented by the charge resistor CDR, and when the main filter capacitor almost reaches a predetermined voltage, the charge resistor CDR is used to reduce power loss thereafter. Short circuit. For this, a conventional method in which a short circuit is applied after a certain period of time with a time element can be adopted.

次に、追加電源システムＡＰＳの構成を説明する。追加電源システムＡＰＳは、上述した電流センサＣＴの他に、リアクトルＦＬｃｈと、第１〜第３開閉装置ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３と、第１開閉装置ＳＷ１およびリアクトルＦＬｃｈを介して一方側が直流電力ラインに接続された充放電電圧変換回路ＰＣと、第３開閉装置ＳＷ３を介して充放電電圧変換回路ＰＣの他方側に接続されるとともに第２開閉装置ＳＷ２を介して直流電力ラインに接続された蓄電池ＢＴと、制御部ＣＴＲと、を備える。このうち、制御部ＣＴＲ以外の機器が艤装機器類ＲＡＳである。   Next, the configuration of the additional power supply system APS will be described. The additional power supply system APS includes a reactor FLch, first to third switchgears SW1, SW2, SW3, and one side connected to the DC power line via the first switchgear SW1 and the reactor FLch, in addition to the above-described current sensor CT. The connected charging / discharging voltage conversion circuit PC, and the storage battery BT connected to the other side of the charging / discharging voltage conversion circuit PC via the third switching device SW3 and connected to the DC power line via the second switching device SW2. And a control unit CTR. Among them, the equipment other than the control unit CTR is the outfitting equipment RAS.

蓄電池ＢＴは、例えばリチウムイオンバッテリ等のバッテリセルを複数接続したバッテリモジュールであり、蓄電池電圧Ｖｂａｔが、電車線の電圧である架線電圧Ｖｐとは異なる電圧に構成されている。蓄電池電圧Ｖｂａｔと架線電圧Ｖｐとを異なる電圧としたことで充放電時の通流方向が定まり、充放電電圧変換回路ＰＣを例えば１アーム構成のチョッパ装置といった簡素な回路構成で実現することができる。本実施形態では、蓄電池電圧Ｖｂａｔが架線電圧Ｖｐより低い構成とする。   The storage battery BT is, for example, a battery module in which a plurality of battery cells such as lithium ion batteries are connected, and the storage battery voltage Vbat is configured to be different from the overhead line voltage Vp which is the voltage of the train line. By setting the storage battery voltage Vbat and the overhead wire voltage Vp to different voltages, the flow direction during charging and discharging is determined, and the charging and discharging voltage conversion circuit PC can be realized with a simple circuit configuration such as a one-arm chopper device. . In the present embodiment, the configuration is such that the storage battery voltage Vbat is lower than the overhead line voltage Vp.

また、蓄電池ＢＴに係る電力ラインは２つある。１つは、蓄電池ＢＴを、第２開閉装置ＳＷ２を介して直流電力ラインに接続する電力ラインである。この電力ラインは、蓄電池走行モードにおいて、主電動機Ｍの駆動電力となる蓄電池ＢＴの蓄電電力を、主回路（Ａ系主回路およびＢ系主回路）および補機回路ＸＭＣへ供給するラインとして利用される。   There are two power lines related to the storage battery BT. One is a power line that connects the storage battery BT to the DC power line via the second switching device SW2. This power line is used as a line for supplying the storage power of storage battery BT, which is the driving power of main motor M, to the main circuit (A-system main circuit and B-system main circuit) and auxiliary machine circuit XMC in the storage battery running mode. You.

もう１つは、蓄電池ＢＴを、充放電電圧変換回路ＰＣを介して直流電力ラインに接続する電力ラインである。より詳細には、蓄電池ＢＴ側から、第３開閉装置ＳＷ３、充放電電圧変換回路ＰＣ、リアクトルＦＬｃｈ、第１開閉装置ＳＷ１の順に経由して、直流電力ラインに接続する電力ラインである。この電力ラインは、蓄電池走行モードと集電走行モードとの切り替えの過程の際、および、集電走行モードにおける電車線からの蓄電池ＢＴへの充電時に利用される。   The other is a power line that connects the storage battery BT to a DC power line via a charge / discharge voltage conversion circuit PC. More specifically, it is a power line connected from the storage battery BT side to the DC power line via the third switching device SW3, the charging / discharging voltage conversion circuit PC, the reactor FLch, and the first switching device SW1 in this order. This power line is used in the process of switching between the storage battery traveling mode and the current collection traveling mode, and when charging the storage battery BT from the train line in the current collection traveling mode.

充放電電圧変換回路ＰＣを、１アーム構成のチョッパ回路で実現した場合の回路構成の例を図３に示す。図３に向かって左側（一方側）が高圧側、右側（他方側）が低圧側である。本実施形態では、蓄電池電圧Ｖｂａｔが架線電圧Ｖｐより低い構成とするので、左側（一方側）がリアクトルＦＬｃｈを介した第１開閉装置ＳＷ１側に接続され、右側（他方側）が第３開閉装置ＳＷ３側に接続される。   FIG. 3 shows an example of a circuit configuration in the case where the charge / discharge voltage conversion circuit PC is realized by a one-arm chopper circuit. 3, the left side (one side) is the high pressure side, and the right side (the other side) is the low pressure side. In the present embodiment, since the storage battery voltage Vbat is lower than the overhead wire voltage Vp, the left side (one side) is connected to the first switching device SW1 side via the reactor FLch, and the right side (the other side) is the third switching device. Connected to SW3 side.

充放電電圧変換回路ＰＣのスイッチング動作は、適宜公知技術を利用して実現することができる。そのため、本実施形態では、充放電電圧変換回路ＰＣは、制御部ＣＴＲから入力される通流率制御信号Ｓに基づいてスイッチング動作を行うこととして説明し、具体的な充放電電圧変換回路ＰＣのスイッチング動作自体の制御についは省略するが、スイッチング動作の制御は、充放電電圧変換回路ＰＣ内に制御回路を備えて実現することとしてもよいし、制御部ＣＴＲが行うこととしてもよい。   The switching operation of the charge / discharge voltage conversion circuit PC can be realized by appropriately using a known technique. Therefore, in the present embodiment, the charging / discharging voltage conversion circuit PC is described as performing a switching operation based on the duty ratio control signal S input from the control unit CTR. Although the control of the switching operation itself is omitted, the control of the switching operation may be realized by providing a control circuit in the charging / discharging voltage conversion circuit PC, or may be performed by the control unit CTR.

充放電電圧変換回路ＰＣには、左側（一方側）の電圧を検出する電圧センサＶＤＣＨと、左側（一方側）の電流を検出する電流センサＩＤＣＨと、右側（他方側）の電圧を検出する電圧センサＶＤＣＬと、右側（他方側）の電流を検出する電流センサＩＤＣＬとが備えられており、各センサの検出結果が制御部ＣＴＲ乃至スイッチング動作制御を行う充放電電圧変換回路ＰＣ内の制御回路に入力されて、充放電電圧変換回路ＰＣの動作制御に利用される。なお、電流センサＩＤＣＨの電流情報を電流センサＣＴの電流情報で代用する場合は、電流センサＩＤＣＨを省略しても良い。   The charge / discharge voltage conversion circuit PC includes a voltage sensor VDCH for detecting a left (one side) voltage, a current sensor IDCH for detecting a left (one side) current, and a voltage for detecting a right (other side) voltage. A sensor VDCL and a current sensor IDCL for detecting a current on the right side (the other side) are provided, and a detection result of each sensor is transmitted to a control unit CTR or a control circuit in a charge / discharge voltage conversion circuit PC for performing switching operation control. The input is used for operation control of the charge / discharge voltage conversion circuit PC. When the current information of the current sensor IDCH is substituted by the current information of the current sensor CT, the current sensor IDCH may be omitted.

第１〜第３開閉装置ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は、それぞれ制御部ＣＴＲからの開閉指示信号Ｗ１〜Ｗ３に基づいて開閉動作（開放／投入）を行う開閉装置であり、例えば、高速度遮断器や接触器を用いて構成することができる。例えば、図２に示した回路構成や、図２の回路の前段に高速度遮断器ＨＢを更に直列に接続した図４の回路構成を採用することができる。これにより、主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢと同様に、投入時の充放電電圧変換回路ＰＣ内のフィルタコンデンサＦＣＨ，ＦＣＬへの突流を防止することができる。   The first to third switching devices SW1, SW2, and SW3 are switching devices that perform an opening / closing operation (opening / closing) based on opening / closing instruction signals W1 to W3 from the control unit CTR, respectively. It can be configured using a contactor. For example, the circuit configuration shown in FIG. 2 or the circuit configuration shown in FIG. 4 in which a high-speed circuit breaker HB is further connected in series before the circuit shown in FIG. 2 can be adopted. Thereby, similarly to the main switching devices SWA and SWB, it is possible to prevent a sudden flow to the filter capacitors FCH and FCL in the charge / discharge voltage conversion circuit PC at the time of closing.

制御部ＣＴＲは、蓄電池ＢＴの蓄電電力をもとに走行する蓄電池走行モードと、パンタグラフＰＴによって電車線から集電された電力をもとに走行する集電走行モードとを切り替える制御を司る。走行モードの切り替えは、電気車の停車時又は惰行時に行うこととする。集電走行モードは、更に、集電電力をもとに蓄電池ＢＴを充電する充電モードと、蓄電池ＢＴを充電しない非充電モードとを含む。充電モードと非充電モードとの切り替えは、集電走行モード中の任意のタイミングで行うことができる。   The control unit CTR controls switching between a storage battery travel mode in which the vehicle travels based on the stored power of the storage battery BT and a current collection travel mode in which the vehicle travels based on the power collected from the power line by the pantograph PT. The switching of the traveling mode is performed when the electric vehicle stops or coasts. The power collection traveling mode further includes a charging mode for charging the storage battery BT based on the collected power and a non-charging mode for not charging the storage battery BT. Switching between the charging mode and the non-charging mode can be performed at an arbitrary timing during the power collection traveling mode.

［制御動作］
具体的に、図５〜図１４を参照して制御部ＣＴＲの制御動作を詳細に説明する。ここでは、架線電圧Ｖｐを６００Ｖ、蓄電池電圧Ｖｂａｔを４５０Ｖとする。また、これらのモードの選択や切り替えは、運転台における乗務員の指示操作によって行われる。 [Control action]
Specifically, the control operation of the control unit CTR will be described in detail with reference to FIGS. Here, the overhead line voltage Vp is 600 V, and the storage battery voltage Vbat is 450 V. Selection and switching of these modes are performed by a crew member's instruction operation at the driver's cab.

（Ａ）集電走行モードでの起動
図５は、停止している電源システムＰＳを集電走行モードで起動する際の制御手順を説明するための図である。電源システムＰＳが停止しているので、電気車は停車しており、原則、主開閉装置ＳＷＭ，ＳＷＡ，ＳＷＢ、第１〜第３開閉装置ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の各開閉装置は全て開放状態となっており、主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢ、補機回路ＸＭＣ、充放電電圧変換回路ＰＣの各回路も全て動作を停止している。 (A) Startup in Current Collection Running Mode FIG. 5 is a diagram for describing a control procedure when starting up the stopped power supply system PS in the current collection running mode. Since the power supply system PS is stopped, the electric vehicle is stopped, and, in principle, all of the main switching devices SWM, SWA, SWB and the first to third switching devices SW1, SW2, SW3 are all in the open state. The main conversion circuits TCA and TCB, the auxiliary circuit XMC, and the charge / discharge voltage conversion circuit PC all stop operating.

集電走行モードで起動する際には、一般には運転台からのパンタグラフＰＴの上昇スイッチ、または制御部ＣＴＲからのパンタグラフＰＴの状態遷移指示信号Ｐにより、先ず、パンタグラフＰＴを集電状態へ遷移させるべく上昇させる（１）。次に、制御部ＣＴＲは、パンタグラフＰＴが上昇状態にあることを検知して、第２開閉装置ＳＷ２の開放動作を行う（２）。これにより、仮に第２開閉装置ＳＷ２が投入された状態だった場合にも開放される。続いて、一般には運転台の前進後進スイッチを扱うことで、主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢの制御部からの主開閉装置ＳＷＭの開閉指示信号により、あるいは制御部ＣＴＲからの主開閉装置ＳＷＭの開閉指示信号Ｎにより、主開閉装置ＳＷＭが投入される（３）。主開閉装置ＳＷＭが投入されることで、パンタグラフＰＴによる集電電力（架線電圧Ｖｐ）が直流電力ラインに供給され、補機類が動作を開始することができる。その後、一般には乗務員が運転台にある主幹制御器のノッチを扱うことで、主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢの制御部からの主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢの開閉指示信号により、あるいは制御部ＣＴＲからの主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢの開閉指示信号Ａ，Ｂにより、主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢを投入する（５）。これにより、Ａ系回路およびＢ系回路が直流電力ラインに接続され、パンタグラフＰＴによる集電電力が主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢへ供給されて主電動機Ｍの駆動が可能となる。   When starting in the power collection traveling mode, generally, the pantograph PT is first shifted to the power collection state by an up switch of the pantograph PT from the driver's cab or a state transition instruction signal P of the pantograph PT from the control unit CTR. (1). Next, the control unit CTR detects that the pantograph PT is in the up state, and performs an opening operation of the second switching device SW2 (2). Thus, even if the second switching device SW2 is in a closed state, it is opened. Subsequently, in general, by operating the forward / backward switch of the cab, an open / close instruction signal of the main switch SWM from the control unit of the main conversion circuits TCA and TCB or an open / close instruction of the main switch SWM from the control unit CTR. The main switching device SWM is turned on by the signal N (3). When the main switching device SWM is turned on, the power collected by the pantograph PT (overhead voltage Vp) is supplied to the DC power line, and the accessories can start operating. Thereafter, in general, the crew handles the notch of the master controller in the cab, so that the control unit of the main conversion circuits TCA, TCB can control the main switching devices SWA, SWB to open or close, or the control unit CTR can control the main switch. The main switching devices SWA and SWB are turned on in response to the switching instruction signals A and B for the switching devices SWA and SWB (5). Thereby, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line, and the power collected by the pantograph PT is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven.

集電走行モードにおける電気の流れを図６に示す。図６において、通流状態にある経路を太線で示している。図６に示す状態は、第１〜第３開閉装置ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の各開閉装置が全て開放状態であり、蓄電池ＢＴが充電されない非充電モードである。   FIG. 6 shows the flow of electricity in the power collection traveling mode. In FIG. 6, the path in the flowing state is indicated by a thick line. The state shown in FIG. 6 is a non-charge mode in which all of the first to third switching devices SW1, SW2, and SW3 are in the open state, and the storage battery BT is not charged.

（Ｂ）充電モードへ切り替え
図７は、集電走行モードにおいて、非充電モード（図６参照）から充電モードへ切り替える際の制御手順を説明するための図である。充電モードへの切り替え開始トリガとしては、蓄電池ＢＴの電圧Ｖｂａｔの閾値または充電残量ＳＯＣの閾値、あるいは地点や時刻といった、充電が必要となったことを示すトリガ信号を設定すれば良い。制御部ＣＴＲは、先ず、第１開閉装置ＳＷ１を投入する（１）。第１開閉装置ＳＷ１を投入することで、直流電力ラインと充放電電圧変換回路ＰＣとの電力経路が開通し、充放電電圧変換回路ＰＣの一方側のフィルタコンデンサＦＣＨに架線電圧Ｖｐが印加される（２）。つまり、充放電電圧変換回路ＰＣの一方側電圧ＶＣＨが架線電圧Ｖｐとなる。 (B) Switching to Charge Mode FIG. 7 is a diagram for explaining a control procedure when switching from the non-charge mode (see FIG. 6) to the charge mode in the power collection traveling mode. As a trigger to start switching to the charging mode, a threshold signal indicating the need for charging, such as a threshold value of the voltage Vbat of the storage battery BT or a threshold value of the SOC, or a point or time may be set. The control unit CTR first turns on the first switching device SW1 (1). When the first switching device SW1 is turned on, the power path between the DC power line and the charge / discharge voltage conversion circuit PC is opened, and the overhead wire voltage Vp is applied to the filter capacitor FCH on one side of the charge / discharge voltage conversion circuit PC. (2). That is, one side voltage VCH of the charge / discharge voltage conversion circuit PC becomes the overhead line voltage Vp.

次いで、充放電電圧変換回路ＰＣの充電電圧変換動作を開始させる（３）。この充電電圧変換動作は、通流率を調整することで、他方側電圧ＶＣＬが蓄電池電圧Ｖｂａｔとなるように変換する降圧動作である（４）。蓄電池電圧Ｖｂａｔが架線電圧Ｖｐより低く構成されているので、充放電電圧変換回路ＰＣの通流方向は一方側から他方側に向かう方向（充電方向）となる。   Next, the charge voltage conversion operation of the charge / discharge voltage conversion circuit PC is started (3). This charging voltage conversion operation is a step-down operation of converting the other-side voltage VCL to the storage battery voltage Vbat by adjusting the conduction ratio (4). Since the storage battery voltage Vbat is configured to be lower than the overhead line voltage Vp, the flow direction of the charge / discharge voltage conversion circuit PC is from one side to the other side (charging direction).

続いて、第３開閉装置ＳＷ３を投入する（５）。第３開閉装置ＳＷ３を投入することで、充放電電圧変換回路ＰＣと蓄電池ＢＴとの電力経路が開通し、充放電電圧変換回路ＰＣの他方側からの蓄電池電圧Ｖｂａｔの出力電力が蓄電池ＢＴに供給されて蓄電池ＢＴの充電が開始される。以降は、通流率を調整することで、蓄電池ＢＴの充電電流である充放電電圧変換回路ＰＣの他方側からの出力電流の制御（充電制御）を行うことができる（６）。   Subsequently, the third switching device SW3 is turned on (5). By turning on the third switching device SW3, the power path between the charge / discharge voltage conversion circuit PC and the storage battery BT is opened, and the output power of the storage battery voltage Vbat from the other side of the charge / discharge voltage conversion circuit PC is supplied to the storage battery BT. Then, charging of the storage battery BT is started. Thereafter, by controlling the conduction ratio, it is possible to control (charge control) the output current from the other side of the charge / discharge voltage conversion circuit PC, which is the charge current of the storage battery BT (6).

この状態が充電モードである。充電モードにおける電気の流れを図８に示す。図７において、蓄電池ＢＴの充電完了等によって充電モードから非充電モードに切り替える際には、通流率をゼロにすることで充放電電圧変換回路ＰＣの充電電圧変換動作を停止させる。そして、第１開閉装置ＳＷ１を開放する。第１開閉装置ＳＷ１を開放することで、蓄電池ＢＴが直流電力ラインと切り離されて非充電モード（図６参照）となる。なお、充電モードの終了判定には、蓄電池ＢＴの電圧Ｖｂａｔの閾値または充電残量ＳＯＣの閾値、充電継続時間や充電開始からの充電量、あるいは地点や時刻といった、これ以上の充電が不要となったことを示すトリガ信号を設定すれば良い。   This state is the charging mode. FIG. 8 shows the flow of electricity in the charging mode. In FIG. 7, when switching from the charging mode to the non-charging mode due to the completion of charging of the storage battery BT or the like, the duty ratio is set to zero to stop the charging voltage conversion operation of the charging / discharging voltage conversion circuit PC. Then, the first switching device SW1 is opened. By opening the first switching device SW1, the storage battery BT is disconnected from the DC power line and enters the non-charge mode (see FIG. 6). In addition, in the determination of the end of the charging mode, further charging such as the threshold of the voltage Vbat of the storage battery BT or the threshold of the remaining charge SOC, the charging duration or the charging amount from the start of charging, or the point or time becomes unnecessary. What is necessary is just to set the trigger signal which shows that.

（Ｃ）蓄電池走行モードで起動
図９は、停止している電源システムＰＳを蓄電池走行モードで起動する際の制御手順を説明するための図である。電源システムＰＳが停止しているので、電気車は停車しており、原則、主開閉装置ＳＷＭ，ＳＷＡ，ＳＷＢ、第１〜第３開閉装置ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の各開閉装置は全て開放状態となっており、主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢ、補機回路ＸＭＣ、充放電電圧変換回路ＰＣの各回路も全て動作を停止している。 (C) Startup in battery running mode FIG. 9 is a diagram for describing a control procedure when starting up the stopped power supply system PS in the battery running mode. Since the power supply system PS is stopped, the electric vehicle is stopped, and, in principle, all of the main switching devices SWM, SWA, SWB and the first to third switching devices SW1, SW2, SW3 are all in the open state. The main conversion circuits TCA and TCB, the auxiliary circuit XMC, and the charge / discharge voltage conversion circuit PC all stop operating.

蓄電池走行モードで起動する際には、蓄電池起動のトリガを検知すると、制御部ＣＴＲからのパンタグラフＰＴの状態遷移指示信号Ｐにより、先ず、パンタグラフＰＴを非集電状態へ遷移させるべく下降させる（１）。蓄電池起動のトリガとしては、一例として運転台に走行モード切り替えスイッチと蓄電池投入スイッチを設けて手動トリガとするなどが考えられる。次に、乗務員が運転台の前進後進スイッチを扱うと、制御部ＣＴＲは、先ず、パンタグラフＰＴが上昇状態には無いことを検知して、主開閉装置ＳＷＭの開放動作を行う（２）。一般には主開閉装置ＳＷＭの開閉は、主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢの制御部が司取る。この制御部からの主開閉装置ＳＷＭの投入信号と、制御部ＣＴＲからの主開閉装置ＳＷＭの開放を指示する開閉指示信号Ｎとが輻輳する場合には、制御部ＣＴＲからの主開閉装置ＳＷＭの開放を指示する開閉指示信号Ｎを高位優先とする。これにより、仮に主開閉装置ＳＷＭが投入された状態だった場合にも開放される。続いて、制御部ＣＴＲは、第２開閉装置ＳＷ２を投入する（３）。第２開閉装置ＳＷ２を投入することで、蓄電池ＢＴの放電電力（蓄電池電圧Ｖｂａｔ）が直流電力ラインへ供給され、補機類が動作を開始することができる（４）。その後、一般には乗務員が運転台にある主幹制御器のノッチを扱うことで、あるいは制御部ＣＴＲからの主開閉装置ＳＷＡ、ＳＷＢの開閉指示信号Ａ，Ｂにより、主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢを投入する（５）。これにより、Ａ系回路およびＢ系回路が直流電力ラインに接続され、蓄電池ＢＴの放電電力が主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢへ供給されて主電動機Ｍの駆動が可能となる。   When starting in the storage battery travel mode, upon detecting a trigger for starting the storage battery, the pantograph PT is first lowered to transition to the non-collecting state by the state transition instruction signal P of the pantograph PT from the control unit CTR (1). ). As a trigger for starting the storage battery, for example, a driving mode changeover switch and a storage battery turning-on switch may be provided in the cab to be a manual trigger. Next, when the crew operates the forward / backward switch of the cab, the control unit CTR first detects that the pantograph PT is not in the up state, and performs an opening operation of the main switching device SWM (2). Generally, the opening and closing of the main switching device SWM is controlled by the control units of the main conversion circuits TCA and TCB. When the closing signal of the main switching device SWM from the control unit and the opening / closing instruction signal N from the control unit CTR instructing the opening of the main switching device SWM are congested, the main switching device SWM from the control unit CTR is congested. An opening / closing instruction signal N for instructing opening is given higher priority. Thus, even if the main switching device SWM is in a closed state, it is opened. Subsequently, the control unit CTR turns on the second switching device SW2 (3). By turning on the second switching device SW2, the discharge power of the storage battery BT (storage battery voltage Vbat) is supplied to the DC power line, and the auxiliary devices can start operating (4). Thereafter, the crew generally turns on the main switching devices SWA and SWB by handling the notch of the master controller in the cab or by the switching instruction signals A and B of the main switching devices SWA and SWB from the control unit CTR. (5). As a result, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line, and the discharge power of the storage battery BT is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven.

蓄電池走行モードにおける電気の流れを図１０に示す。図１０において、通流状態にある経路を太線で示している。   FIG. 10 shows the flow of electricity in the battery running mode. In FIG. 10, a route in a flowing state is indicated by a thick line.

（Ｄ）集電走行モードから蓄電池走行モードへの切り替え
図１１は、集電走行モードから蓄電池走行モードへの切り替え制御手順を説明するための図である。蓄電池走行モードへの切り替えは、非充電モードの集電走行モードとした状態を前提として説明する。充電モードである場合には、既に第１開閉装置ＳＷ１および第３開閉装置ＳＷ３が投入されていることから、後述する（１）〜（４）のステップを飛ばして（５）のステップから実行する。また、集電走行モードから蓄電池走行モードへの切り替えは、電気車の停車時又は惰行時に行う。 (D) Switching from power collection travel mode to battery storage travel mode FIG. 11 is a diagram for describing a control procedure for switching from the power collection travel mode to the storage battery travel mode. The switching to the storage battery traveling mode will be described on the assumption that the current collecting traveling mode is the non-charging mode. In the case of the charging mode, since the first switchgear SW1 and the third switchgear SW3 have already been turned on, steps (1) to (4), which will be described later, are skipped and the processing is executed from step (5). . Switching from the power collection travel mode to the storage battery travel mode is performed when the electric vehicle stops or coasts.

制御部ＣＴＲは、蓄電池走行モードへの切り替えトリガを検知すると、先ず、第１開閉装置ＳＷ１が投入状態でなければ投入する（１）。蓄電池走行モードへの切り替えトリガとしては、運転台に走行モード切り替えスイッチを設けて手動トリガとしても良いし、地点検知による自動トリガとしても良い。第１開閉装置ＳＷ１を投入することで、直流電力ラインと充放電電圧変換回路ＰＣとの電力経路が開通し、充放電電圧変換回路ＰＣの一方側電圧ＶＣＨが架線電圧Ｖｐとなる（２）。次に、第３開閉装置ＳＷ３が投入状態にある場合はそれを維持する。第３開閉装置ＳＷ３が投入状態でなければ、充放電電圧変換回路ＰＣは他方側電圧ＶＬＣが蓄電池電圧Ｖｂａｔとなるように変換する降圧変換動作を行い（３）、その後、第３開閉装置ＳＷ３を投入する（４）。   When detecting the trigger to switch to the storage battery travel mode, the control unit CTR first turns on the first switchgear SW1 if it is not in the on state (1). As a trigger for switching to the storage battery traveling mode, a driving mode switching switch may be provided in the driver's cab to provide a manual trigger or an automatic trigger based on point detection. When the first switching device SW1 is turned on, the power path between the DC power line and the charge / discharge voltage conversion circuit PC is opened, and the one-side voltage VCH of the charge / discharge voltage conversion circuit PC becomes the overhead line voltage Vp (2). Next, when the third switching device SW3 is in the closed state, it is maintained. If the third switching device SW3 is not in the ON state, the charge / discharge voltage conversion circuit PC performs a step-down conversion operation of converting the other-side voltage VLC to the storage battery voltage Vbat (3). Input (4).

続いて、充放電電圧変換回路ＰＣに、第１の放電電圧変換動作を開始させる（５）。この第１の放電電圧変換動作は、第３開閉装置ＳＷ３を介して他方側から供給される蓄電池ＢＴの蓄電電力を、一方側に放電させる動作である。詳細には、通流率を調整することで、通流方向を他方側から一方側に向かう方向（放電方向）とし、一方側への放電電流を徐々に増加させる動作である。充放電電圧変換回路ＰＣからの放電電流の増加に伴い、補機回路ＸＭＣへの供給電力のうちのパンタグラフＰＴによる集電電力の割合が減少することから、電流センサＣＴの検知電流Ｉが徐々に減少することになる。電流センサＣＴの検知電流Ｉがゼロ電流となったことを検出すると（６）、パンタグラフＰＴを非集電状態に遷移させるべく下降させる（７）。電流センサＣＴの検知電流Ｉがゼロ電流となった時点で、補機回路ＸＭＣへの供給電力が、パンタグラフＰＴの集電電力から、充放電電圧変換回路ＰＣを介した蓄電池ＢＴの放電電力にほぼ切り替わったことになる。   Subsequently, the charge / discharge voltage conversion circuit PC starts the first discharge voltage conversion operation (5). This first discharge voltage conversion operation is an operation of discharging the storage power of the storage battery BT supplied from the other side via the third switching device SW3 to one side. In detail, by adjusting the flow rate, the flow direction is changed from the other side to the one side (discharge direction), and the discharge current to one side is gradually increased. As the discharge current from the charge / discharge voltage conversion circuit PC increases, the proportion of the power collected by the pantograph PT out of the power supplied to the auxiliary circuit XMC decreases, so that the detection current I of the current sensor CT gradually decreases. Will decrease. When it is detected that the detection current I of the current sensor CT has become zero (6), the pantograph PT is lowered to transition to the non-current collecting state (7). At the time when the detection current I of the current sensor CT becomes zero current, the power supplied to the auxiliary circuit XMC is almost equal to the discharge power of the storage battery BT via the charge / discharge voltage conversion circuit PC from the power collected by the pantograph PT. It has been switched.

そして、充放電電圧変換回路ＰＣの通流率を徐々に「１（全開）」に変更する（８）。これにより、一方側電圧ＶＣＨが、他方側電圧ＶＣＬと同じく蓄電池電圧Ｖｂａｔとなり、放電電圧変換動作を行ったことになる（９）。つまり、補機回路ＸＭＣへの供給電圧が、架線電圧Ｖｐから蓄電池電圧Ｖｂａｔに変更される。   Then, the conduction ratio of the charge / discharge voltage conversion circuit PC is gradually changed to "1 (fully open)" (8). Thus, the one-side voltage VCH becomes the storage battery voltage Vbat in the same manner as the other-side voltage VCL, and the discharge voltage conversion operation is performed (9). That is, the supply voltage to the auxiliary circuit XMC is changed from the overhead line voltage Vp to the storage battery voltage Vbat.

続いて、第２開閉装置ＳＷ２を投入する（１０）。第２開閉装置ＳＷ２を投入することで、蓄電池ＢＴと直流電力ラインとの電力経路が、充放電電圧変換回路ＰＣを経由する経路と、第２開閉装置ＳＷ２を経由する経路と、が並列した２つとなる。２つの電力経路それぞれからの供給電圧は、何れも蓄電池電圧Ｖｂａｔである。次いで、充放電電圧変換回路ＰＣの動作を停止する（１１）。そして、第１開閉装置ＳＷ１を開放する（１２）。これにより、蓄電池ＢＴから直流電力ラインへの電力経路が、第２開閉装置ＳＷ２を経由する経路のみとなる。つまり、蓄電池ＢＴの放電電力（蓄電池電圧Ｖｂａｔ）は、第２開閉装置ＳＷ２のみを介して直流電力ラインに供給されることになる。   Subsequently, the second switching device SW2 is turned on (10). When the second switching device SW2 is turned on, the power path between the storage battery BT and the DC power line is configured such that a path passing through the charge / discharge voltage conversion circuit PC and a path passing through the second switching device SW2 are arranged in parallel. One. The supply voltage from each of the two power paths is the storage battery voltage Vbat. Next, the operation of the charge / discharge voltage conversion circuit PC is stopped (11). Then, the first switching device SW1 is opened (12). Thus, the power path from the storage battery BT to the DC power line is only the path that passes through the second switching device SW2. That is, the discharge power (storage battery voltage Vbat) of the storage battery BT is supplied to the DC power line only through the second switching device SW2.

その後、一般には乗務員が運転台にある主幹制御器のノッチを扱うことで、あるいは制御部ＣＴＲからの主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢの開閉指示信号Ａ，Ｂにより、主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢの投入動作を行う。これにより、仮に主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢが開放された状態だった場合にも投入される。その結果、蓄電池ＢＴと、Ａ系回路およびＢ系回路との電力ラインが開通して、蓄電池ＢＴの放電電力が主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢへ供給されて主電動機Ｍの駆動が可能となる。   Thereafter, generally, the crew handles the notch of the master controller in the cab or the opening / closing instruction signals A and B of the main switching devices SWA and SWB from the control unit CTR to turn on the main switching devices SWA and SWB. I do. Thus, even if the main switching devices SWA and SWB are in an open state, the switching device is also turned on. As a result, the power lines of the storage battery BT and the A-system circuit and the B-system circuit are opened, and the discharge power of the storage battery BT is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven.

最終的な蓄電池走行モードは、充放電電圧変換回路ＰＣを経由しない電力経路を介して蓄電池ＢＴの蓄電電力を主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢ及び補機回路ＸＭＣに供給する形態となるが、集電走行モードから蓄電池走行モードへ切り替える過程においては、補機回路ＸＭＣの動作を継続させるために、充放電電圧変換回路ＰＣを経由する電力経路を介して蓄電池ＢＴの蓄電電力を補機回路ＸＭＣに供給する形態とすることができる。集電走行モードと蓄電池走行モードとの切り替えは、停車時あるいは惰行時に行われるため、切り替えの過程では主電動機の駆動電力は要求されない。したがって、充放電電圧変換回路ＰＣは、主電動機の駆動電力に対応する容量とする必要が無く、補機回路ＸＭＣの動作電力に対応する容量で済むため、その分の小型化を実現できる。また、リアクトルＦＬｃｈも、主電動機の駆動電力に対応する容量とする必要が無いため、その小型化を図ることができる。   In the final storage battery running mode, the storage power of the storage battery BT is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB and the auxiliary circuit XMC via a power path that does not pass through the charge / discharge voltage conversion circuit PC. In the process of switching from the mode to the storage battery running mode, the stored power of the storage battery BT is supplied to the auxiliary circuit XMC via the power path via the charge / discharge voltage conversion circuit PC in order to continue the operation of the auxiliary circuit XMC. It can be in the form. Since the switching between the power collection traveling mode and the storage battery traveling mode is performed when the vehicle is stopped or coasting, no driving power of the main motor is required in the switching process. Therefore, the charging / discharging voltage conversion circuit PC does not need to have a capacity corresponding to the driving power of the main motor, and only needs to have a capacity corresponding to the operating power of the auxiliary machine circuit XMC. Also, the reactor FLch does not need to have a capacity corresponding to the driving power of the main motor, so that its size can be reduced.

（Ｅ）蓄電池走行モードから集電走行モードへの切り替え
図１２は、蓄電池走行モードから集電走行モードへの切り替え制御手順を説明するための図である。蓄電池走行モードから集電走行モードへの切り替えは、集電走行モードから蓄電池走行モードへの切り替えと同様に、電気車の停車時又は惰行時に行う。 (E) Switching from storage battery travel mode to current collection travel mode FIG. 12 is a diagram for describing a control procedure for switching from the storage battery travel mode to the current collection travel mode. Switching from the storage battery travel mode to the power collection travel mode is performed when the electric vehicle stops or coasts, similarly to the switching from the power collection travel mode to the storage battery travel mode.

蓄電池走行モードでは、第１開閉装置ＳＷ１が開放され、第２開閉装置ＳＷ２が投入の状態にある。集電走行モードへの切り替えに当り、制御部ＣＴＲは、集電走行モードへの切り替えトリガを検知すると、先ず、第１開閉装置ＳＷ１を投入する（１）。集電走行モードへの切り替えトリガとしては、運転台に走行モード切り替えスイッチを設けて手動トリガとしても良いし、地点検知による自動トリガとしても良い。第１開閉装置ＳＷ１を投入することで、蓄電池ＢＴから充放電電圧変換回路ＰＣの一方側までの電力経路が開通し、充放電電圧変換回路ＰＣの一方側電圧ＶＣＨが蓄電池電圧Ｖｂａｔとなる（２）。次に、第３開閉装置ＳＷ３が投入状態にある場合はそれを維持する。第３開閉装置ＳＷ３が投入状態でなければ、充放電電圧変換回路ＰＣは他方側電圧ＶＬＣが蓄電池電圧Ｖｂａｔとなるように変換する降圧変換動作を行う（３）。これにより、充放電電圧変換回路ＰＣの他方側電圧ＶＣＬが蓄電池電圧Ｖｂａｔとなる（４）。その後、第３開閉装置ＳＷ３を投入する（５）。   In the storage battery travel mode, the first switchgear SW1 is open and the second switchgear SW2 is turned on. Upon switching to the power collection travel mode, the control unit CTR first turns on the first switching device SW1 when detecting a trigger for switching to the power collection travel mode (1). As a trigger for switching to the power collection traveling mode, a driving mode switching switch may be provided in the driver's cab to provide a manual trigger or an automatic trigger based on point detection. When the first switching device SW1 is turned on, a power path from the storage battery BT to one side of the charge / discharge voltage conversion circuit PC is opened, and the one side voltage VCH of the charge / discharge voltage conversion circuit PC becomes the storage battery voltage Vbat (2). ). Next, when the third switching device SW3 is in the closed state, it is maintained. If the third switching device SW3 is not in the ON state, the charge / discharge voltage conversion circuit PC performs a step-down conversion operation for converting the other side voltage VLC to the storage battery voltage Vbat (3). Thereby, the other side voltage VCL of the charge / discharge voltage conversion circuit PC becomes the storage battery voltage Vbat (4). Thereafter, the third switching device SW3 is turned on (5).

続いて、第２開閉装置ＳＷ２を開放する（６）。第２開閉装置ＳＷ２を開放することで、蓄電池ＢＴの放電電力の供給経路が、充放電電圧変換回路ＰＣを経由する経路のみとなる。そして、充放電電圧変換回路ＰＣに、第２の放電電圧変換動作を開始させる（７）。この第２の放電電圧変換動作は、第３開閉装置ＳＷ３を介して他方側に供給される蓄電池ＢＴの蓄電電力を、一方側に放電させる動作である。詳細には、通流率を調整することで、通流方向を他方側から一方側に向かう方向（放電方向）とし、一方側電圧ＶＣＨ（放電電流）を架線電圧Ｖｐまで徐々に上昇させる動作であるが、架線電圧センサＤＣＰＴが設置されていない場合は、架線電圧ＶｐはパンタグラフＰＴが架線に接触していないことから未知である。そのため、一方側電圧ＶＣＨを架線電圧Ｖｐの公称値になるまで徐々に上昇させる。次いで、充放電電圧変換回路ＰＣにゼロ電流制御を開始させる（８）。このゼロ電流制御は、電流センサＣＴの検知電流Ｉをゼロ電流とするような、充放電電圧変換回路ＰＣの一方側の電流（放電電流）の制御である。   Subsequently, the second switching device SW2 is opened (6). By opening the second switching device SW2, the supply path of the discharge power of the storage battery BT becomes only the path via the charge / discharge voltage conversion circuit PC. Then, the charge / discharge voltage conversion circuit PC starts the second discharge voltage conversion operation (7). The second discharge voltage conversion operation is an operation of discharging the storage power of the storage battery BT supplied to the other side via the third switching device SW3 to one side. In detail, by adjusting the flow rate, the flow direction is changed from the other side to the one side (discharge direction), and the one side voltage VCH (discharge current) is gradually increased to the overhead line voltage Vp. However, when the overhead line voltage sensor DCPT is not installed, the overhead line voltage Vp is unknown because the pantograph PT does not contact the overhead line. Therefore, the one-side voltage VCH is gradually increased until it reaches the nominal value of the overhead wire voltage Vp. Next, the charge / discharge voltage conversion circuit PC starts zero current control (8). This zero current control is control of a current (discharge current) on one side of the charge / discharge voltage conversion circuit PC such that the detection current I of the current sensor CT is set to a zero current.

そして、パンタグラフＰＴを集電状態へ遷移させるべく上昇させる（９）。なお、パンタグラフＰＴを集電状態へ遷移させた直後は、架線電圧Ｖｐの公称値と実際の値が多少は異なることから、直流電力ラインへの架線電流の過渡的な流出／流入が発生するが、充放電電圧変換回路ＰＣのゼロ電流制御によって、補機回路ＸＭＣへの供給電圧を実際の架線電圧Ｖｐに収束させることができる。補機回路ＸＭＣへの供給電圧が架線電圧Ｖｐに収束したと判断すると、充放電電圧変換回路ＰＣのゼロ電流制御を終了させる。   Then, the pantograph PT is raised to transition to the power collection state (9). Immediately after the transition of the pantograph PT to the power collection state, since the nominal value and the actual value of the overhead line voltage Vp are slightly different, a transient outflow / inflow of the overhead line current to the DC power line occurs. By the zero current control of the charge / discharge voltage conversion circuit PC, the supply voltage to the auxiliary circuit XMC can be made to converge to the actual overhead line voltage Vp. When it is determined that the supply voltage to the auxiliary circuit XMC has converged to the overhead line voltage Vp, the zero current control of the charge / discharge voltage conversion circuit PC is terminated.

架線電圧センサＤＣＰＴが設置されている場合は、蓄電池走行モードから集電走行モードへの切り替えに当り、制御部ＣＴＲは、先ず、主開閉装置ＳＷＭが開放されていなければ開放する。次に、上述の（１）〜（５）の手順を行った後、第２開閉装置ＳＷ２を開放し（６）、パンタグラフＰＴを上昇させる。この段階では主開閉装置ＳＷＭは開放の状態となっているため、架線からの電流が流れない。続いて、充放電電圧変換回路ＰＣに、第２の放電電圧変換動作を開始させる（７）。詳細には、通流率を調整することで、通流方向を他方側から一方側に向かう方向（放電方向）とし、一方側電圧ＶＣＨ（放電電流）を架線電圧センサＤＣＰＴで得られた架線電圧Ｖｐまで徐々に上昇させる動作である。一方側電圧ＶＣＨが架線電圧Ｖｐと等しくなった時点で、主開閉装置ＳＷＭを投入し、充放電電圧変換回路ＰＣの第２の放電電圧変換動作を終了させる。   When the overhead wire voltage sensor DCPT is installed, the control unit CTR first opens the main switchgear SWM if the main switchgear SWM is not opened when switching from the storage battery running mode to the current collecting running mode. Next, after performing the above-mentioned procedures (1) to (5), the second switching device SW2 is opened (6), and the pantograph PT is raised. At this stage, since the main switching device SWM is in an open state, no current flows from the overhead line. Subsequently, the charge / discharge voltage conversion circuit PC starts the second discharge voltage conversion operation (7). More specifically, by adjusting the conduction ratio, the flow direction is changed from the other side to the one side (discharge direction), and one side voltage VCH (discharge current) is determined by the overhead line voltage obtained by the overhead line voltage sensor DCPT. This is an operation of gradually increasing the voltage to Vp. When the one-side voltage VCH becomes equal to the overhead line voltage Vp, the main switching device SWM is turned on to terminate the second discharge voltage conversion operation of the charge / discharge voltage conversion circuit PC.

以降の制御手順は、集電走行モードを非充電モードとするか充電モードとするかによって異なり、分岐する。非充電モードと充電モードの切り替えは、例えば充電モードを定位とした上で、手動で蓄電池投入スイッチをオフにしても良いし、上述の充電モードの終了判定（蓄電池ＢＴの電圧Ｖｂａｔの閾値または充電残量ＳＯＣの閾値、充電継続時間や充電開始からの充電量、あるいは地点や時刻といった、これ以上の充電が不要となったことを示すトリガ信号を用いる判定方法）により自動で非充電モードとしても良い。先ず、非充電モードとするならば、充放電電圧変換回路ＰＣの第２の放電電圧変換動作を停止させ、通流率を「０」とする（非イ）。そして、第１開閉装置ＳＷ１を開放する（非ロ）。これにより、直流電力ラインへの蓄電池ＢＴの蓄電電力の供給が遮断され、パンタグラフＰＴによる集電電力のみの供給に切り替わる。   The subsequent control procedure differs depending on whether the current collection traveling mode is the non-charging mode or the charging mode, and branches. The switching between the non-charging mode and the charging mode may be performed, for example, after the charging mode is localized, and the storage battery input switch may be manually turned off, or the termination of the charging mode (the threshold of the voltage Vbat of the storage battery BT or the charging may be performed). A non-charge mode may be automatically set by a threshold value of the remaining SOC, a charge duration time or a charge amount from the start of charging, or a determination method using a trigger signal indicating that no more charge is required, such as a point or a time. good. First, in the non-charge mode, the second discharge voltage conversion operation of the charge / discharge voltage conversion circuit PC is stopped, and the conduction ratio is set to “0” (non-a). Then, the first switching device SW1 is opened (non-b). Thereby, the supply of the stored power of the storage battery BT to the DC power line is interrupted, and the supply is switched to the supply of only the collected power by the pantograph PT.

一方、充電モードとするならば、充放電電圧変換回路ＰＣの動作を、第２の放電電圧変換動作から充電電圧変換動作に変更させる（充イ）。この充電電圧変換動作は、通流率を調整することで、他方側電圧ＶＣＬが蓄電池電圧Ｖｂａｔとなるように変換する降圧動作である。蓄電池電圧Ｖｂａｔが架線電圧Ｖｐより低く構成されているので、充放電電圧変換回路ＰＣの通流方向は一方側から他方側に向かう方向（充電方向）となる。以降は、通流率を調整することで、蓄電池ＢＴの充電電流である充放電電圧変換回路ＰＣの他方側からの出力電流の制御（充電制御）を行うことができる（充ロ）。   On the other hand, if the charging mode is set, the operation of the charge / discharge voltage conversion circuit PC is changed from the second discharge voltage conversion operation to the charge voltage conversion operation (charging). This charging voltage conversion operation is a step-down operation of converting the other-side voltage VCL to the storage battery voltage Vbat by adjusting the conduction ratio. Since the storage battery voltage Vbat is configured to be lower than the overhead line voltage Vp, the flow direction of the charge / discharge voltage conversion circuit PC is from one side to the other side (charging direction). Thereafter, by controlling the conduction ratio, it is possible to control (charge control) the output current from the other side of the charge / discharge voltage conversion circuit PC, which is the charge current of the storage battery BT (charge control).

その後、一般には乗務員が運転台にある主幹制御器のノッチを扱うことで、あるいは制御部ＣＴＲからの主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢの開閉指示信号Ａ，Ｂにより、主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢの投入動作を行う。これにより、仮に主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢが開放された状態だった場合にも投入される。その結果、Ａ系回路およびＢ系回路が直流電力ラインに接続され、パンタグラフＰＴによる集電電力が主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢへ供給されて主電動機Ｍの駆動が可能となる。   Thereafter, generally, the crew handles the notch of the master controller in the cab or the opening / closing instruction signals A and B of the main switching devices SWA and SWB from the control unit CTR to turn on the main switching devices SWA and SWB. I do. Thus, even if the main switching devices SWA and SWB are in an open state, the switching device is also turned on. As a result, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line, the power collected by the pantograph PT is supplied to the main conversion circuits TCA, TCB, and the main motor M can be driven.

蓄電池走行モードから集電走行モードの切り替えにおいては、第１開閉装置ＳＷ１の投入および第２開閉装置ＳＷ２を開放することで、充放電電圧変換回路ＰＣを経由する電力経路で蓄電池ＢＴの蓄電電力が直流電力ラインに供給開始される。その後、第２の放電電圧変換動作によって変換電圧を架線電圧Ｖｐ近傍の値とした後、ゼロ電流制御を行いながら、パンタグラフＰＴを集電状態へ遷移させる。あるいは、パンタグラフＰＴに接続される架線電圧センサＤＣＰＴがある場合は、第２の放電電圧変換動作によって変換電圧が架線電圧Ｖｐとされた後、パンタグラフＰＴを集電状態へ遷移させる。これにより、突流発生や電車線への逆流を防止しつつ、車内照明や空調などの補機動作を継続させたままの切り替えを実現することが可能となる。   In switching from the storage battery travel mode to the power collection travel mode, the first switchgear SW1 is turned on and the second switchgear SW2 is opened, so that the stored power of the storage battery BT passes through the power path via the charge / discharge voltage conversion circuit PC. Supply to the DC power line is started. Then, after the converted voltage is set to a value near the overhead line voltage Vp by the second discharge voltage converting operation, the pantograph PT is changed to the current collecting state while performing zero current control. Alternatively, when there is an overhead wire voltage sensor DCPT connected to the pantograph PT, the pantograph PT is transitioned to the power collection state after the converted voltage is changed to the overhead wire voltage Vp by the second discharge voltage conversion operation. As a result, it is possible to realize switching while maintaining auxiliary equipment operations such as in-vehicle lighting and air conditioning while preventing the occurrence of a jet flow and a backflow to a train line.

（Ｆ）架線モードでシステム停止
図１３は、集電走行モードで電源システムＰＳを停止する際の制御手順を説明する図である。電源システムＰＳの停止は、電気車の停車時に行われる。また、非充電モードの集電走行モードとした状態で行うこととする。 (F) System Stop in Overhead Wire Mode FIG. 13 is a diagram illustrating a control procedure when the power supply system PS is stopped in the power collection traveling mode. The stop of the power supply system PS is performed when the electric vehicle stops. Further, it is assumed that the operation is performed in the state of the current collecting traveling mode of the non-charging mode.

一般には乗務員が運転台の前進後進スイッチを中立位置にすることで、主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢの制御部により、あるいは制御部ＣＴＲからの主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢの開閉指示信号Ａ，Ｂにより、先ず、主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢを開放する（１）。次に、運転台からのパンタグラフＰＴの下降スイッチにより、主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢの制御部を経由することで、あるいは制御部ＣＴＲからの主開閉装置ＳＭＷの開閉指示信号Ｎにより、主開閉装置ＳＷＭを開放する（２）。続いて、制御部ＣＴＲからの第３開閉装置ＳＷ３の開閉指示信号Ｗ３により、第３開閉装置ＳＷ３が開放状態でなければ開放する（３）。これにより、直流電力ラインへのパンタグラフＰＴからの集電電力の供給が遮断されて、補機類の動作が停止する。その後、主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢの制御部から、または制御部ＣＲＴからのパンタグラフＰＴの状態遷移指示信号Ｐにより、パンタグラフＰＴを非集電状態へ遷移させるべく下降させる（４）。全ての開閉装置が開放状態となり、電源システムＰＳが停止する。   Generally, when the crew member sets the forward / reverse switch of the cab to the neutral position, the control unit of the main conversion circuits TCA, TCB, or the open / close instruction signals A, B of the main switching devices SWA, SWB from the control unit CTR, First, the main switching devices SWA and SWB are opened (1). Next, the main switch SWM is turned on or off by the down switch of the pantograph PT from the driver's cab, via the control unit of the main conversion circuits TCA and TCB, or by the open / close instruction signal N of the main switch SMW from the control unit CTR. Is released (2). Subsequently, in response to the open / close instruction signal W3 of the third switch SW3 from the control unit CTR, the third switch SW3 is opened if it is not in the open state (3). As a result, the supply of the collected power from the pantograph PT to the DC power line is cut off, and the operation of the auxiliary devices stops. Thereafter, the pantograph PT is lowered to transition to the non-collecting state by the state transition instruction signal P of the pantograph PT from the control unit of the main conversion circuits TCA, TCB or from the control unit CRT (4). All the switching devices are in the open state, and the power supply system PS stops.

（Ｇ）蓄電池モードでシステム停止
図１４は、蓄電池走行モードで電源システムＰＳを停止する際の制御手順を説明する図である。電源システムＰＳの停止は、電気車の停車時に行われる。 (G) System Stop in Storage Battery Mode FIG. 14 is a diagram illustrating a control procedure when stopping the power supply system PS in the storage battery travel mode. The stop of the power supply system PS is performed when the electric vehicle stops.

乗務員が運転台の前進後進スイッチを中立位置にすることで、あるいは制御部ＣＴＲからの主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢの開閉指示信号Ａ，Ｂにより、先ず、主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢを開放する（１）。次に、例えば運転台の蓄電池投入スイッチの手動オフにより、制御部ＣＴＲは第３開閉装置ＳＷ３が開放状態でなければ開放する（２）。続いて、制御部ＣＴＲからの第２開閉装置ＳＷ２の開閉指示信号Ｗ２により第２開閉装置ＳＷ２を開放する（３）。これにより、直流電力ラインへの蓄電池ＢＴの蓄電電力の供給が遮断されて、補機類の動作が停止する。また、全ての開閉装置が開放状態となり、電源システムＰＳが停止する。   First, the main switchgear SWA, SWB is opened by the crew member by setting the forward / reverse switch of the cab to the neutral position or by the opening / closing instruction signals A, B of the main switchgear SWA, SWB from the control unit CTR (1). ). Next, for example, by manually turning off the storage battery input switch of the cab, the control unit CTR opens the third switching device SW3 if it is not in the open state (2). Subsequently, the second switching device SW2 is opened by the switching instruction signal W2 of the second switching device SW2 from the control unit CTR (3). As a result, the supply of the stored power of the storage battery BT to the DC power line is interrupted, and the operation of the auxiliary devices stops. In addition, all the switching devices are opened, and the power supply system PS stops.

［作用効果］
以上、本実施形態によれば、非電化区間に対応するための必要艤装空間の低減を図る新たな電気車用の電源システムＰＳを実現することができる。具体的には、蓄電池ＢＴと直流電力ラインとを結ぶ電力ラインとして、充放電電圧変換回路ＰＣを経由するラインと経由しないラインとを設ける構成としている。これにより、非電化区間を走行する際の蓄電池走行モードにおいては、蓄電池ＢＴからの放電電力を、充放電電圧変換回路ＰＣを介さずに主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢに供給することが可能となる。つまり、充放電電圧変換回路ＰＣは、主電動機Ｍの駆動電力に対応する容量とする必要が無く、補機回路ＸＭＣの動作電力に対応する容量で済むため、その分の小型化を実現できる。また、リアクトルＦＬｃｈも、主電動機Ｍの駆動電力に対応する容量とする必要が無いため、その小型化を図ることができる。 [Effects]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize a new electric power supply system PS for an electric vehicle that reduces the required outfitting space for a non-electrified section. Specifically, as the power line connecting the storage battery BT and the DC power line, a line that passes through the charge / discharge voltage conversion circuit PC and a line that does not pass are provided. Thereby, in the storage battery traveling mode when traveling in the non-electrified section, it becomes possible to supply the discharge power from the storage battery BT to the main conversion circuits TCA and TCB without passing through the charge / discharge voltage conversion circuit PC. In other words, the charge / discharge voltage conversion circuit PC does not need to have a capacity corresponding to the drive power of the main motor M, and has only a capacity corresponding to the operation power of the auxiliary circuit XMC. Also, the reactor FLch does not need to have a capacity corresponding to the driving power of the main motor M, and thus can be downsized.

また、追加電源システムＡＰＳによれば、電化区間にのみ対応していた電気車用電源システムの機器を利用して、非電化区間に対応可能となる。   Further, according to the additional power supply system APS, it is possible to use the equipment of the electric vehicle power supply system that corresponds only to the electrified section and to cope with the non-electrified section.

更には、蓄電池走行モードへの切り替え、および、集電走行モードへの切り替えの何れにおいても、突流発生や電車線への逆流を防止しつつ、車内照明や空調などの補機動作を継続させたままの切り替えを実現することができる。   Furthermore, in both the switching to the storage battery driving mode and the switching to the current collecting driving mode, auxiliary equipment operations such as vehicle interior lighting and air conditioning were continued while preventing a sudden flow and a backflow to a train line. Switching as it is can be realized.

なお、本発明を適用可能な形態は上述した実施形態に限られるものではない。例えば、上述の実施形態では、架線電圧Ｖｐよりも蓄電池電圧Ｖｂａｔが低い場合を説明したが、架線電圧Ｖｐよりも蓄電池電圧Ｖｂａｔが高い場合についても、充放電変換回路ＰＣを降圧チョッパではなく昇圧チョッパとして構成することで、入出力方向ならびに充電と放電の方向が逆になるものの、同様の走行モード切り替えにより実現できる。   The form to which the present invention can be applied is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, the case where the storage battery voltage Vbat is lower than the overhead line voltage Vp has been described. However, even when the storage battery voltage Vbat is higher than the overhead line voltage Vp, the charge / discharge conversion circuit PC is not a step-down chopper but a step-up chopper. Although the input and output directions and the directions of charging and discharging are reversed, it can be realized by the same running mode switching.

また、上述の実施形態では、主開閉装置ＳＷＭの開閉指示信号Ｎ、主開閉装置ＳＷＡ，ＳＷＢの開閉指示信号Ａ，Ｂを既存の主変換回路ＴＣＡ，ＴＣＢの制御部に残したままとし、追加電源システムＡＰＳの制御部ＣＴＲにおいては、パンタグラフＰＴの状態遷移指示信号Ｐ、第１〜第３開閉装置ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３それぞれの開閉指示信号Ｗ１〜Ｗ３、電流センサＣＴの検知電流Ｉ、充放電電圧変換回路ＰＣの通流率制御信号Ｓ、を扱うものとして説明してきたが、制御部ＣＴＲが各信号を統合して扱っても良い。   In the above-described embodiment, the switching instruction signal N of the main switching device SWM and the switching instruction signals A and B of the main switching devices SWA and SWB are left in the control units of the existing main conversion circuits TCA and TCB. In the control unit CTR of the power supply system APS, the state transition instruction signal P of the pantograph PT, the opening / closing instruction signals W1 to W3 of the first to third switching devices SW1, SW2, SW3, the detection current I of the current sensor CT, the charging / discharging. Although the description has been made assuming that the duty ratio control signal S of the voltage conversion circuit PC is handled, the control unit CTR may integrate and handle each signal.

さらに上述した実施形態では、直流電気車の電源システムとして説明したが、交流電気車に本発明を適用することも可能である。具体的には、直流電力ラインを、交流電気車の直流リンク部（変圧器およびＰＷＭ整流器によって電車線の交流電力が直流電力に変換された電力ライン）に見立てて、追加電源システムＡＰＳをその直流リンク部に追加する構成とすることで、非電化区間の走行を可能とすることができる。その場合、パンタグラフＰＴの集電状態／非集電状態の遷移とともに、ＰＷＭ整流器の動作／停止を制御すると好適である。   Further, in the above-described embodiment, the power supply system of the DC electric vehicle has been described. However, the present invention can be applied to an AC electric vehicle. Specifically, the DC power line is regarded as a DC link section (a power line in which AC power of a train line is converted into DC power by a transformer and a PWM rectifier), and the additional power supply system APS is connected to the DC power line. With the configuration added to the link section, traveling in a non-electrified section can be enabled. In that case, it is preferable to control the operation / stop of the PWM rectifier together with the transition of the pantograph PT between the current collecting state and the non-current collecting state.

ＰＳ…電源システム
ＰＴ…パンタグラフ
ＳＷＭ，ＳＷＡ，ＳＷＢ…主開閉装置
ＦＬＡ，ＦＬＢ…主フィルタリアクトル
ＴＣＡ，ＴＣＢ…主変換回路
Ｍ…主電動機
ＸＭＣ…補機回路
ＤＣＰＴ…架線電圧センサ
ＣＴ…電流センサ
ＡＰＳ…追加電源システム
ＣＴＲ…制御部
ＲＡＳ…艤装機器類
ＢＴ…蓄電池
ＰＣ…充放電電圧変換回路
ＦＬｃｈ…リアクトル
ＳＷ１…第１開閉装置
ＳＷ２…第２開閉装置
ＳＷ３…第３開閉装置 PS: Power supply system PT: Pantograph SWM, SWA, SWB: Main switching device FLA, FLB: Main filter reactor TCA, TCB: Main conversion circuit M: Main motor XMC: Auxiliary circuit DCPT: Overhead voltage sensor CT: Current sensor APS: Additional power supply system CTR Control unit RAS Outfitting equipment BT Storage battery PC Charge / discharge voltage conversion circuit FLch Reactor SW1 First switch SW2 Second switch SW3 Third switch

Claims (10)

集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した電力が主開閉装置を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、補機類に係る補機回路とが接続された電気車用電源システムであって、
一方側が第１開閉装置およびリアクトルを介して前記直流電力ラインに接続された充放電電圧変換回路と、
前記充放電電圧変換回路の他方側に接続されるとともに、第２開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電池と、
前記第１開閉装置の投入／開放、前記第２開閉装置の投入／開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電池の電力をもとに走行する蓄電池走行モードと、前記電車線から集電された電力をもとに走行する集電走行モードとを切り替える制御部と、
を備えた電気車用電源システム。 A current collector capable of transitioning to a current collecting state and a non-current collecting state is a DC power line in which electric power collected from a train line is supplied through a main switchgear in the current collecting state. A power supply system for an electric vehicle to which a main conversion circuit to be supplied and an auxiliary machine circuit related to auxiliary machines are connected,
A charge / discharge voltage conversion circuit having one side connected to the DC power line via a first switchgear and a reactor;
A storage battery connected to the other side of the charge / discharge voltage conversion circuit and connected to the DC power line via a second switchgear;
By controlling the on / off of the first switching device, the on / off of the second switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge / discharge voltage conversion circuit, the power of the storage battery can be reduced. A control unit that switches between a storage battery traveling mode that travels to and a current collection traveling mode that travels based on the power collected from the train line,
Power supply system for electric vehicles equipped with. 前記制御部は、
前記蓄電池走行モードに切り替える場合に、前記第１開閉装置の投入、前記蓄電池の蓄電電力を前記一方側に放電させる前記充放電電圧変換回路の第１の放電電圧変換動作、前記集電器の前記非集電状態への遷移、の順に実行制御する、
請求項１に記載の電気車用電源システム。 The control unit includes:
When switching to the storage battery travel mode, the first switching device is turned on, a first discharge voltage conversion operation of the charge / discharge voltage conversion circuit that discharges the storage power of the storage battery to the one side, and the non-operation of the current collector is performed. Control execution in the order of transition to current collection state,
The electric vehicle power supply system according to claim 1. 前記第１の放電電圧変換動作は、前記蓄電池の蓄電池電圧を、前記電車線の電圧へ変換して放電させる動作であり、
前記制御部は、前記蓄電池走行モードに切り替える場合に、前記集電器の前記非集電状態への遷移の後に、前記充放電電圧変換回路による前記一方側の放電電圧を前記蓄電池電圧にする放電電圧変換動作、前記第２開閉装置の投入、および、前記第１開閉装置の開放の順に実行制御を行う、
請求項２に記載の電気車用電源システム。 The first discharge voltage conversion operation is an operation of converting a storage battery voltage of the storage battery to a voltage of the train line and discharging the battery,
The control unit, when switching to the storage battery running mode, after the transition of the current collector to the non-current collection state, a discharge voltage that sets the one-side discharge voltage by the charge / discharge voltage conversion circuit to the storage battery voltage. Performing a conversion operation, turning on the second switching device, and performing execution control in the order of opening the first switching device;
An electric vehicle power supply system according to claim 2. 前記直流電力ラインのうちの前記主開閉装置と前記補機回路の接続箇所との間に電流センサを備え、
前記充放電電圧変換回路および前記蓄電池は、前記直流電力ラインのうち、前記補機回路の接続箇所から見て、前記電流センサとは反対側に接続されており、
前記制御部は、前記第１の放電電圧変換動作の実行制御において、前記電流センサの検知結果に基づいて、変換電圧が前記電車線の電圧に至ったか否かを判定する制御を行う、
請求項３に記載の電気車用電源システム。 A current sensor is provided between the main switchgear of the DC power line and a connection point of the auxiliary device circuit,
The charging / discharging voltage conversion circuit and the storage battery are connected to a side of the DC power line opposite to the current sensor when viewed from a connection point of the auxiliary circuit,
The control unit, in the execution control of the first discharge voltage conversion operation, performs control to determine whether or not the converted voltage has reached the voltage of the trolley line based on the detection result of the current sensor.
The electric vehicle power supply system according to claim 3. 前記制御部は、
前記集電走行モードに切り替える場合に、前記第１開閉装置の投入、前記第２開閉装置の開放、前記蓄電池の蓄電電力を前記一方側に放電させる前記充放電電圧変換回路の第２の放電電圧変換動作、前記集電器の前記集電状態への遷移、の順に実行制御する、
請求項１〜４の何れか一項に記載の電気車用電源システム。 The control unit includes:
A second discharge voltage of the charge / discharge voltage conversion circuit for turning on the first switchgear, opening the second switchgear, and discharging the stored power of the storage battery to the one side when switching to the current collection traveling mode; Control the execution of the conversion operation, the transition of the current collector to the current collection state,
The power supply system for an electric vehicle according to claim 1. 前記集電走行モードには、前記蓄電池を充電しない非充電モードがあり、
前記制御部は、
前記集電走行モードに切り替える場合に、前記集電器の前記集電状態への遷移の後に、前記充放電電圧変換回路の変換動作の停止、および、前記第１開閉装置の開放、を実行制御することで、前記非充電モードとする、
請求項５に記載の電気車用電源システム。 The current collecting travel mode includes a non-charge mode in which the storage battery is not charged,
The control unit includes:
When switching to the current collecting traveling mode, after the transition of the current collector to the current collecting state, execution control of stopping the conversion operation of the charge / discharge voltage conversion circuit and opening the first switching device is performed. By doing so, the non-charging mode,
An electric vehicle power supply system according to claim 5. 前記集電走行モードには、前記蓄電池を充電する充電モードがあり、
前記制御部は、
前記集電走行モードに切り替える場合に、前記集電器の前記集電状態への遷移の後に、前記充放電電圧変換回路に前記直流電力ラインからの前記一方側の給電電力を前記他方側に変換して出力させる充電電圧変換動作、を実行制御することで、前記充電モードとする、
請求項５又は６に記載の電気車用電源システム。 The current collecting travel mode includes a charging mode for charging the storage battery,
The control unit includes:
When switching to the current collection driving mode, after the transition of the current collector to the current collection state, the charge / discharge voltage conversion circuit converts the one-side power supply from the DC power line to the other side. The charging mode by controlling the execution of the charging voltage conversion operation to output the charging mode.
An electric vehicle power supply system according to claim 5. 前記集電走行モードには、前記蓄電池を充電する充電モードがあり、
前記制御部は、
前記集電走行モードの前記非充電モードから前記充電モードに切り替える場合に、前記第１開閉装置の投入、前記充放電電圧変換回路に前記直流電力ラインからの前記一方側の給電電力を前記他方側に変換して出力させる充電電圧変換動作、の順に実行制御する、
請求項６に記載の電気車用電源システム。 The current collecting travel mode includes a charging mode for charging the storage battery,
The control unit includes:
When switching from the non-charging mode to the charging mode in the power collection traveling mode, turning on the first switching device, the charging / discharging voltage conversion circuit supplies the one-side power supply from the DC power line to the other side. Charge voltage conversion operation to convert and output to
A power supply system for an electric vehicle according to claim 6. 集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した電力が主開閉装置を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、補機類に係る補機回路とが接続され、更に、一方側が第１開閉装置およびリアクトルを介して前記直流電力ラインに接続された充放電電圧変換回路と、前記充放電電圧変換回路の他方側に接続されるとともに、第２開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電池と、を備えた電気車用電源システムにおいて、
前記第１開閉装置の投入／開放、前記第２開閉装置の投入／開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電池の電力をもとに走行する蓄電池走行モードと、前記電車線から集電された電力をもとに走行する集電走行モードとを切り替える電力供給制御方法。 A current collector capable of transitioning to a current collecting state and a non-current collecting state is a DC power line in which electric power collected from a train line is supplied through a main switchgear in the current collecting state. A charge / discharge voltage conversion circuit connected to the DC power line via a first switchgear and a reactor. A storage battery connected to the other side of the discharge voltage conversion circuit and connected to the DC power line via a second switchgear,
By controlling the on / off of the first switching device, the on / off of the second switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge / discharge voltage conversion circuit, the power of the storage battery can be reduced. A power supply control method for switching between a storage battery travel mode in which the vehicle travels and a power collection travel mode in which the vehicle travels based on the power collected from the train line. 集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した電力が主開閉装置を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、補機類に係る補機回路とが接続された電気車用電源システムにおける追加電源システムであって、
第１開閉装置と、
第２開閉装置と、
リアクトルと、
一方側が前記第１開閉装置および前記リアクトルを介して前記直流電力ラインに接続された充放電電圧変換回路と、
前記充放電電圧変換回路の他方側に接続されるとともに、前記第２開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電池と、
前記第１開閉装置の投入／開放、前記第２開閉装置の投入／開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電池の電力をもとに走行する蓄電池走行モードと、前記電車線から集電された電力をもとに走行する集電走行モードとを切り替える制御部と、
を備えた
追加電源システム。 A current collector capable of transitioning to a current collecting state and a non-current collecting state is a DC power line in which electric power collected from a train line is supplied through a main switchgear in the current collecting state. An additional power supply system in an electric vehicle power supply system to which a main conversion circuit to be supplied and an auxiliary equipment circuit related to auxiliary equipment are connected,
A first switchgear;
A second switchgear;
Reactor and
A charge / discharge voltage conversion circuit having one side connected to the DC power line via the first switching device and the reactor;
A storage battery connected to the other side of the charge / discharge voltage conversion circuit and connected to the DC power line via the second switching device;
By controlling the on / off of the first switching device, the on / off of the second switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge / discharge voltage conversion circuit, the power of the storage battery can be reduced. A control unit that switches between a storage battery traveling mode that travels to and a current collection traveling mode that travels based on the power collected from the train line,
With additional power system.
JP2018161873A 2018-08-30 2018-08-30 Electric vehicle power supply system, power supply control method and additional power supply system Active JP7213039B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018161873A JP7213039B2 (en) 2018-08-30 2018-08-30 Electric vehicle power supply system, power supply control method and additional power supply system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018161873A JP7213039B2 (en) 2018-08-30 2018-08-30 Electric vehicle power supply system, power supply control method and additional power supply system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020036470A true JP2020036470A (en) 2020-03-05
JP7213039B2 JP7213039B2 (en) 2023-01-26

Family

ID=69668944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018161873A Active JP7213039B2 (en) 2018-08-30 2018-08-30 Electric vehicle power supply system, power supply control method and additional power supply system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7213039B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010213506A (en) * 2009-03-11 2010-09-24 Kawasaki Heavy Ind Ltd Power supply controller and power supply control method
JP2015167466A (en) * 2014-02-13 2015-09-24 株式会社日立製作所 Driving device for railway vehicle
JP2016213967A (en) * 2015-05-08 2016-12-15 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 Power supply device
JP2018023221A (en) * 2016-08-03 2018-02-08 株式会社東芝 Electric railway vehicle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010213506A (en) * 2009-03-11 2010-09-24 Kawasaki Heavy Ind Ltd Power supply controller and power supply control method
JP2015167466A (en) * 2014-02-13 2015-09-24 株式会社日立製作所 Driving device for railway vehicle
JP2016213967A (en) * 2015-05-08 2016-12-15 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 Power supply device
JP2018023221A (en) * 2016-08-03 2018-02-08 株式会社東芝 Electric railway vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
JP7213039B2 (en) 2023-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2011284036B9 (en) Electric vehicle propulsion control device, and railway vehicle system
KR101628592B1 (en) Propulsion control device of electric vehicle and control method thereof
KR101508104B1 (en) Electric vehicle propulsion control device
JP2017046572A (en) Hybrid system with multiple energy storage devices
CN102470762B (en) Electric-vehicle propulsion power-conversion device
US9083267B2 (en) Electric motor vehicle
JP5350843B2 (en) Power supply control device and power supply control method
CN103427680A (en) Transformer tap-changing circuit and method of making same
US20230086550A1 (en) Power supply system
JP2018152979A (en) Electric power source system for electric motor vehicle, electric power supply control method and additional electric power source system
KR101330349B1 (en) Apparatus and method for power conversion
KR102518625B1 (en) Apparatus and method for controlling fails safe of dual low voltage dc-dc converter
JPH06133564A (en) Battery charger
JP2020036470A (en) Electric power system for electric motor vehicle, electric power supply control method, and additional electric power system
JP7094381B2 (en) How to charge a railroad vehicle drive system and a power storage device in a railroad vehicle
JP2019004594A (en) Power supply unit of vehicle
JPH08256405A (en) Battery charger
JP7227731B2 (en) Electric vehicle power supply system, power supply control method and additional power supply system
JP7227730B2 (en) Electric vehicle power supply system, power supply control method and additional power supply system
JP2019022345A (en) Power supply circuit
JPH11262104A (en) Power source unit of electric vehicle
JP5986034B2 (en) Power conversion system for auxiliary machine and control method
JP2019186985A (en) Storage battery system and electric vehicle control system
JP2016530856A (en) Method and corresponding system for managing a load powered by a converter that is itself powered by a battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210811

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220810

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220823

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220929

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221227

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230116

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7213039

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150