JP5265276B2 - 主回路システム、電源供給方法 - Google Patents
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Description
ここで、近年、架線からの電力の供給が停止した場合であっても、電気車の鉄道車輌を走行させるべく、鉄道車輌にコンデンサ以外のエネルギー蓄積装置として、例えば、バッテリを搭載することが検討されている。
なお、電力の供給が受けられない場合に、車輌内の非常灯を点灯させるための非常用電源があるが、これは、非常灯を点灯させる程度であり、車輌を走行させることを前提としたものではない。
図1は、この発明の一実施形態による鉄道電気車用主回路システム1の構成を示す概略ブロック図である。
パンタグラフ10は、架線から供給される電力を受ける。遮断器11は、パンタグラフ10に接続されており、所定以上の電力が供給された場合に、回路を遮断する。フィルタ12は、遮断器11に接続され、ノイズ成分を除去する。
また、インバータ13は、パンタグラフ10を介して架線から供給される電力に応じた電圧である第1の駆動電圧(例えば、DC1500V系)または、第1の駆動電圧よりも低い駆動電圧である第2の駆動電圧(例えば、バッテリ装置17から供給される電力の電圧であるDC600V系)の電力を受け、モータ14−1〜14−nに電力を供給する。このように、インバータ13は、DC1500V系統とDC600V系とのうちいずれかの電圧によって駆動可能である。
また、充電装置16は、放電時(架線からの電力が供給されない場合)には、ダイオード162を介してインバータ13に電力を供給する。この実施形態において、充電装置16は、バッテリ装置17からインバータ13に供給される電圧に対し、特に昇圧や降圧を行わずに出力してもよい。
また、充電装置16は、バッテリの充電容量に対する充電残量の比率であるSOC(state of charge)が所定の値以上であるか否か(例えば、100以上であるか否か)を判定し、所定の値以上であれば充電を停止し、所定の値以上ではない場合、充電を行う機能を有する。
制御回路18は、インバータ13に供給される電力の電圧が予め決められた第1の基準値以上(ここでは、第1の駆動電圧と第2の駆動電圧との間の任意の電圧)であるか否かを判定する電圧判定機能を有する。
また、制御回路18は、電圧判定機能による判定結果に基づき、インバータ13に供給される電力の電圧が第1の基準値以上である場合、充電装置16によって架線から供給される電力をバッテリ装置17に充電させるとともに、第1の駆動電圧によってインバータ回路を駆動させ、インバータ13に供給される電力の電圧が第1の基準値に達していない場合、インバータ13の駆動電圧を第2の駆動電圧に切り替えて、インバータ回路を駆動する。このように、制御回路18は、フィルタ12を介してインバータ13に供給される電力の電圧を検出し、検出した電圧に応じて、インバータ13が駆動可能な電力の駆動方式として、DC1500V系によって駆動するか、DC600V系によって駆動するかを切り替える。
また、制御回路18は、充電装置16のスイッチング素子161にゲート電流を供給し、充電開始の指示をする。
まず、主回路システムは、架線から供給される電力が、遮断器11とフィルタ12とを介してインバータ13に供給されると、制御回路18は、この電力の電圧を検出し、インバータ13への電圧が第1の基準値以上であるか否かを判定する(ステップS10)。
インバータ13への電圧が低電圧であるすなわち、第1の基準値以上ではないと判定されると、制御回路18は、遮断器に解放を指示し、遮断器11が解放されたか否かを判定する(ステップS11)。遮断器が解放されていない場合には、解放が検出されるまで待ち、遮断器11が解放されていることが検出された場合、制御回路18は、充電装置16に放電を指示する(ステップS12)。これにより、電力がバッテリ装置17からインバータ13に供給される。そして、制御回路18は、処理を終了するか否かを判定し、処理を終了すると判定された場合には処理を終了し、処理を終了しないと判定した場合には、ステップS10に移行する。
まず、充電装置16は、バッテリ装置17の電圧が予め決められた上限値以上であるか否かを判定する(ステップS20)。上限値以上である場合、充電装置16は、バッテリの充電を停止し(ステップS21)、処理を終了するか否かを判定し、終了すると判定した場合には、処理を終了し、終了しないと判定した場合には、ステップS20に移行する。
ステップS20において、充電装置16は、バッテリの電圧が上限値以上ではない場合、バッテリのSOCが100以上であるか否かを判定する(ステップS23)。充電装置16は、バッテリのSOCが100以上である場合には、ステップS21に移行し、バッテリのSOCが100以上ではない場合、バッテリの充電を行い(ステップS24)、ステップS22に移行する。
この図において、充電装置16Aは、補助電源から電源の供給を受け、バッテリ装置17を充電する。この補助電源装置とは、架線から供給される直流の電力を交流の電力に変換するとともに、440V,200V,100Vなどの電圧に変圧して出力するものであり、主に、車輌内の空調や照明や非常灯等に電力を供給する。
充電装置16Aは、この補助電源装置から供給される電力を用いて充電を行うことから、架線から供給される電力の電流を、走行用電流よりも小さい電流になるように低減された後の電流を充電電流として、バッテリ装置17の充電を行う。この補助電源としては、例えば、静止型インバータ(SIV)が用いられる。
充電装置16Aにおいて、バッテリ装置17の一方の端子と、遮断器11とフィルタ12との間の接続点の間には、ダイオード167が直列に接続されるととともに、バッテリ装置17の他方の端子と、端子15との間には、スイッチ163が接続される。バッテリ装置17の放電時には、充電装置16Aがこのスイッチ163をオンにし、バッテリ装置17からインバータ13に電力を供給する。
11 遮断器 12 フィルタ
13 インバータ 14−1〜14−n モータ
16、16A 充電装置 17 バッテリ装置
18 制御回路
Claims (3)
- 架線から供給される電力を受けてモータが駆動することによって走行する鉄道車輌に用いられる主回路システムであって、
電力を蓄積するバッテリと、
前記架線から供給される電力に応じた電圧である第1の駆動電圧または、前記第1の駆動電圧よりも低い駆動電圧である第2の駆動電圧の電力を受け、前記モータに電力を供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路に供給される電力の電圧が予め決められた第1の基準値以上であるか否かを判定する電圧判定部と、
前記架線から供給される電力を前記バッテリに蓄積する充電回路と、
前記電圧判定部の判定結果に基づき、前記インバータ回路に供給される電力の電圧が第1の基準値以上である場合、前記充電回路によって前記架線から供給される電力を前記バッテリに充電させるとともに、前記第1の駆動電圧によって前記インバータ回路を駆動させ、前記インバータ回路に供給される電力の電圧が第1の基準値に達していない場合、前記インバータの駆動電圧を前記第2の駆動電圧に切り替えて、前記インバータ回路を駆動する制御回路と、
前記架線から供給される電力の電圧を降圧する補助電源と、
一方の端子が前記バッテリに接続され他方の端子が前記インバータに接続されたフィルタとパンダグラフに接続された遮断器との間の接続点に接続されるダイオードとを有し、
前記充電回路は、充電時には前記補助電源から出力される電力によって前記バッテリを充電し、放電時には前記バッテリからの電力を前記ダイオードを介して前記インバータへ供給し、
前記インバータ回路に供給される電力の電圧が第1の基準値に達していない場合、前記バッテリから前記インバータ回路とブレーキ用空気電動機に電力の供給を行う
ことを特徴とする主回路システム。 - 前記充電回路は、前記バッテリの放電時に前記モータを駆動させることが可能な走行用電流を通電させ、前記バッテリの充電時に前記走行用電流よりも小さい電流で前記バッテリを充電する
ことを特徴とする請求項1記載の主回路システム。 - 架線から供給される電力を受けてモータが駆動することによって走行する鉄道車輌に用いられる主回路システムにおける電源供給方法であって、
電圧判定部が、前記車輌のモータを駆動する電力を供給するインバータ回路に供給される前記電力の電圧が予め決められた第1の基準値以上であるか否かを判定し、
制御部が、
前記電圧判定部の判定結果に基づき、前記インバータ回路に供給される電力の電圧が第1の基準値以上である場合、バッテリ装置を受電する充電回路によって前記架線から供給される電力を前記バッテリに充電させるとともに、前記第1の駆動電圧によって前記インバータ回路を駆動させ、前記インバータ回路に供給される電力の電圧が第1の基準値に達していない場合、前記インバータの駆動電圧を前記第2の駆動電圧に切り替えて、前記バッテリから供給される電力を前記インバータ回路に供給して駆動させ、
インバータ回路が、前記架線から供給される電力に応じた電圧である第1の駆動電圧または、前記第1の駆動電圧よりも低い駆動電圧である第2の駆動電圧の電力を受け、前記モータに電力を供給し、
前記主回路システムが、前記インバータ回路に供給される電力の電圧が第1の基準値に達していない場合、前記バッテリから前記インバータ回路とブレーキ用空気電動機に電力の供給を行い、
補助電源が、前記架線から供給される電力の電圧を降圧し、
前記充電回路は、充電時には前記補助電源から出力される電力によって前記バッテリを充電し、放電時には前記バッテリからの電力を、一方の端子が前記バッテリに接続され他方の端子が前記インバータに接続されたフィルタとパンダグラフに接続された遮断器との間の接続点に接続されるダイオードを介して前記インバータへ供給し、
前記インバータ回路に供給される電力の電圧が第1の基準値に達していない場合、前記バッテリから前記インバータ回路とブレーキ用空気電動機に電力の供給を行う
ことを特徴とする電源供給方法。
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