JP2016226127A - 電力変換装置、電力変換装置を備える移動体の駆動システム及び電力貯蔵システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電力変換装置の電力効率を向上すること。
【解決手段】電力変換装置は、フィルタ構成モードと回生電力吸収モードという2つのモードを切り替える。フィルタ構成モードでは、供給電力及び回生電力を各々蓄電池122にも蓄電させるとともに、キャパシタ121が蓄電池122の所定のインダクタンス121との組み合わせによって蓄電池122の電力フィルタを構成している。一方、回生電力吸収モードでは、第2の切換部を切り替えてキャパシタ121と蓄電池122との間を遮断状態とすることによって、供給電力及び回生電力をキャパシタ121に蓄電させている。
【選択図】図3
【解決手段】電力変換装置は、フィルタ構成モードと回生電力吸収モードという2つのモードを切り替える。フィルタ構成モードでは、供給電力及び回生電力を各々蓄電池122にも蓄電させるとともに、キャパシタ121が蓄電池122の所定のインダクタンス121との組み合わせによって蓄電池122の電力フィルタを構成している。一方、回生電力吸収モードでは、第2の切換部を切り替えてキャパシタ121と蓄電池122との間を遮断状態とすることによって、供給電力及び回生電力をキャパシタ121に蓄電させている。
【選択図】図3
Description
本発明は、電力変換装置、電力変換装置を備える移動体の駆動システム及び電力貯蔵システムに適用して好適なものである。
近年、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの蓄電装置の高性能化に伴って、鉄道車両や電気自動車に電力変換装置が利用され始めている。鉄道用途では電力効率の向上のために蓄電装置を搭載する取り組みがなされている。従来の電力変換装置においては、電気二重層キャパシタ(以下「EDLC」と省略する)がT型フィルタを構成することで蓄電装置の電流リプルを抑制する技術が開示されている(特許文献1参照)。
しかしながら、このような従来の電力変換装置では、蓄電装置としても使用可能なEDLCをリプル抑制のためのT型フィルタの一部として使用している。EDLCは蓄電池と並列に接続されているため、定常状態では蓄電池の電圧と同電位となる。EDLCに蓄電される電力は並列接続されている蓄電池の電圧で制限されるためEDLCには電力を蓄電できない。EDLCに蓄電できない分だけ回生できる電力量は減少し、その分の電力が回生失効するため、電力効率が低下する。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、電力効率を向上することができる電力変換装置、電力変換装置を備える移動体の駆動システム及び電力貯蔵システムを提案しようとするものである。
かかる課題を解決するため、本発明の電力変換装置においては、電力源からの供給電力を電力変換して電動機に供給し、前記電動機が発生した回生電力を電力変換する電力変換部と、電力を蓄電可能な第1の蓄電装置と、電力を蓄電可能であって前記第1の蓄電装置に並列に接続され、所定のインダクタンスと直列に接続される第2の蓄電装置と、前記電力源及び前記電力変換部と前記第1の蓄電装置との間の接続状態を切り替えることにより、前記第1の蓄電装置に対する少なくとも前記供給電力又は前記回生電力の供給を開始/停止する第1の切換部と、前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間の接続状態を切り替える第2の切換部と、前記第1の切換部及び前記第2の切換部の切り替え制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記第2の切換部の切り替え制御を行って前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を接続することにより、前記供給電力及び前記回生電力を各々前記第2の蓄電装置にも蓄電させ、前記第1の蓄電装置が前記第2の蓄電装置の所定のインダクタンスとの組み合わせによって前記第2の蓄電装置の電力フィルタを構成するフィルタ構成モードと、前記第2の切換部を切り替えて前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を遮断状態とすることによって、前記供給電力及び前記回生電力を各々前記第2の蓄電装置の代わりに前記第1の蓄電装置に蓄電させる回生電力吸収モードと、をそれぞれ切り替えて実行することを特徴とする。
また、本発明の移動体の駆動システムにおいては、電力源からの供給電力を電力変換して電動機に供給し、前記電動機が発生した回生電力を電力変換する電力変換部と、電力を蓄電可能な第1の蓄電装置と、電力を蓄電可能であって前記第1の蓄電装置に並列に接続され、所定のインダクタンスと直列に接続されている第2の蓄電装置と、前記電力源及び前記電力変換部と前記第1の蓄電装置との間の接続状態を切り替えることにより、前記第1の蓄電装置に対する少なくとも前記供給電力又は前記回生電力の供給を開始/停止する第1の切換部と、前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間の接続状態を切り替える第2の切換部と、前記第1の切換部及び前記第2の切換部の切り替え制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記第2の切換部の切り替え制御を行って前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を接続することにより、前記供給電力及び前記回生電力を各々前記第2の蓄電装置にも蓄電させ、前記第1の蓄電装置が前記第2の蓄電装置の所定のインダクタンスとの組み合わせによって前記第2の蓄電装置の電力フィルタを構成するフィルタ構成モードと、前記第2の切換部を切り替えて前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を遮断状態とすることによって、前記供給電力及び前記回生電力を各々前記第2の蓄電装置の代わりに前記第1の蓄電装置に蓄電させる回生電力吸収モードと、をそれぞれ切り替えて実行することを特徴とする。
また、本発明においては、地上に設置されているとともに車両に対して電力を供給する電力貯蔵システムであって、電力源からの供給電力を電力変換して前記車両の電動機に供給し、前記電動機が発生した回生電力を電力変換する電力変換部と、電力を蓄電可能な第1の蓄電装置と、電力を蓄電可能であって前記第1の蓄電装置に並列に接続されている一方、所定のインダクタンスと直列に接続されている第2の蓄電装置と、前記電力源及び前記電力変換部と前記第1の蓄電装置との間の接続状態を切り替えることにより、前記第1の蓄電装置に対する少なくとも前記供給電力又は前記回生電力の供給を開始/停止する第1の切換部と、前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間の接続状態を切り替える第2の切換部と、前記第1の切換部及び前記第2の切換部の切り替え制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記第2の切換部の切り替え制御を行って前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を接続することにより、前記供給電力及び前記回生電力を各々前記第2の蓄電装置にも蓄電させ、前記第1の蓄電装置が前記第2の蓄電装置の所定のインダクタンスとの組み合わせによって前記第2の蓄電装置の電力フィルタを構成するフィルタ構成モードと、前記第2の切換部を切り替えて前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を遮断状態とすることによって、前記供給電力及び前記回生電力を各々前記第2の蓄電装置の代わりに前記第1の蓄電装置に蓄電させる回生電力吸収モードと、をそれぞれ切り替えて実行することを特徴とする。
本発明によれば、電力効率を向上することができる電力変換装置及び電力変換装置を備える移動体を提供することができる。
以下、図面について、本発明の一実施形態について詳述する。
(1)本実施形態による電力変換装置の構成例
(1−1)駆動システムの構成例
図1は、第1の実施形態としての電気鉄道車両の駆動システムの基本的な構成例を示す。なお、本実施形態では、説明の簡素化のため、後述する各スイッチング装置を切り替える制御部を省略して説明している。
(1−1)駆動システムの構成例
図1は、第1の実施形態としての電気鉄道車両の駆動システムの基本的な構成例を示す。なお、本実施形態では、説明の簡素化のため、後述する各スイッチング装置を切り替える制御部を省略して説明している。
電気鉄道車両は、走行中に架線に一部が接触するパンタグラフ101、リアクトル103及びキャパシタ104によって構成されている入力フィルタ、直流電力を交流電力に変換するインバータ105並びに交流電動機106を備えているばかりでなく、さらに直流チョッパ回路111、キャパシタ121(第1のキャパシタ)、降圧チョッパ回路131及び蓄電池122(第2の蓄電装置)を備えている。
インバータ105の入力側は、その一端が、キャパシタ104の一端、直流チョッパ回路111の一端及びリアクトル103を介してパンタグラフ101に接続されている一方、その他端が、キャパシタ104の他端、直流チョッパ回路111の他端、降圧チョッパ回路131の他端に接続されているとともに設置されている。すなわち、インバータ105の入力側には、キャパシタ104及び直流チョッパ回路111が各々並列に接続されている一方、出力側には交流電動機106が接続されている。
キャパシタ104(第1の蓄電装置)は、充放電による寿命の劣化が蓄電池122(第2の蓄電装置)より遅く、電荷の量に応じた電圧の変化が蓄電池122より大きい蓄電装置の一例である。この蓄電池122は、満充電容量がキャパシタ104よりも大きい蓄電装置の一例である。後述するように本実施形態を適用すると、キャパシタ104よりも充放電による寿命劣化が本来早かった蓄電池122の寿命をより長くすることができるようになる。
直流チョッパ回路111は、入力側において、既述のように他端が接地されている一方、一端がスイッチング装置112のコレクタに接続されている。この直流チョッパ回路111(第1の切換部)は、パンタグラフ101を介した架線からの直流電力源及びインバータ105とキャパシタ121との間の接続状態を切り替えて、キャパシタ121に対する少なくとも供給電力又は回生電力の供給を開始/停止する。スイッチング装置112は、スイッチング装置113に対して直列に接続されている。すなわち、スイッチング装置112は、既述のようにそのソースがリアクトル103を介してパンタグラフ101やインバータ105の入力側の一端に接続されている一方、そのエミッタがスイッチング装置113のコレクタに接続されている。
一方、スイッチング装置113は、そのエミッタが接地されている。スイッチング装置112のエミッタ及びスイッチング装置113のコレクタは、それぞれリアクタンス114の一端に接続されている。このリアクタンス114の他端は、キャパシタ121の一端を介して降圧チョッパ回路131の入力側の一端に接続されている。この降圧チョッパ回路131の入力側の他端は既述のように接地されている。
降圧チョッパ回路131は、既述のようにその入力側の両端に、キャパシタ121の両端が接続されている。即ち、降圧チョッパ回路131の入力側にはキャパシタ121が平行に設けられている。降圧チョッパ回路131は、入力側の両端のうち一端がスイッチング装置132(第2の切換部:遮断手段)のエミッタに連続しており、その他端が接地されている。スイッチング装置132は、例えば双方向スイッチであり、蓄電池122(第2の蓄電装置)からキャパシタ121(第1の蓄電装置)への放電を遮断する機能を有する半導体装置である。このような構成によると、蓄電池122の放電を抑制することにより電力効率を向上することができる。
スイッチング装置132は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor)と、環流ダイオードなどのダイオードとを並列接続して構成された半導体装置である。本実施形態では、当該絶縁ゲートバイポーラトランジスタを「IGBT」とも呼んでいる。当該ダイオードのカソード電極は、キャパシタ104(第1の蓄電装置)に接続されている一方、当該ダイオードのアノード電極は蓄電池122(第2の蓄電装置)に接続されている。このような構成によると、電流の逆流を抑制することにより電力効率を向上することができる。なお、スイッチング装置112,113もそれぞれスイッチング装置132とほぼ同様に、例えばIGBTと環流ダイオードとを並列接続して構成されている。
このスイッチング装置132(第2の切換部)を構成する半導体素子の母材としての半導体材料は、オン損失(導通損失)がシリコンカーバイトと比較して小さくなるシリコンである。一方、上述したインバータ105(電力変換部)を構成する半導体素子の母体としての半導体材料は、例えばスイッチング損失がシリコンと比較して小さくなるシリコンカーバイドである。スイッチング装置132及びインバータ105を構成する半導体材料が損失が小さいため、電力効率を向上することができる。
このスイッチング装置132のエミッタは、降圧チョッパ回路131の出力側、上記入力側に並列に接続されているスイッチング装置133の出力端に連続している。このスイッチング装置133の入力端は接地されている。降圧チョッパ回路131の出力側には、蓄電池122が並列に接続されている。このような構成によると、スイッチング装置132の切り替え状態に応じて、電動機106の回生電力がキャパシタ121のみならず蓄電池122にも蓄電されるようにしたり、キャパシタ121にのみ蓄電されるように切り替え制御を行うことができるようになる。
キャパシタ121としては、例えば、リチウムイオンキャパシタ或いは電気二重層キャパシタ(EDLC)を採用している。一方、蓄電池122としては、例えば、リチウムイオン電池或いはニッケル水素電池を採用することができる。図1に示す例ではキャパシタ121はキャパシタで表している一方、蓄電池122は蓄電池で表している。これらのキャパシタ121及び蓄電池122の充電率については後述する。
(1−2)駆動例
以上のような電力変換装置を備える電気鉄道車両の駆動システムは、以上のような構成であり、次にその駆動例について説明する。
以上のような電力変換装置を備える電気鉄道車両の駆動システムは、以上のような構成であり、次にその駆動例について説明する。
(1−2−1)力行
図示しない架線には直流電流が流れており、電気鉄道車両はパンタグラフ101を介して架線から直流電力が供給される。受電された直流電力は、上述したリアクトル103及びキャパシタ104によって構成される入力フィルタによって平滑化され、インバータ105において三相交流に変換されて交流電動機106に供給される。交流電動機106は、変換された交流電力によって駆動され、電気鉄道車両はこの駆動によって推進力を得ることができる。
図示しない架線には直流電流が流れており、電気鉄道車両はパンタグラフ101を介して架線から直流電力が供給される。受電された直流電力は、上述したリアクトル103及びキャパシタ104によって構成される入力フィルタによって平滑化され、インバータ105において三相交流に変換されて交流電動機106に供給される。交流電動機106は、変換された交流電力によって駆動され、電気鉄道車両はこの駆動によって推進力を得ることができる。
(1−2−2)制動(回生)
一方、電気鉄道車両は、そのように推進力を得て前方に進んでいる状態(力行)から制動状態に至ると、交流電動機106が回生電力を発生し、この回生電力がインバータ105によって直流電圧に変換され、直流チョッパ回路111を経由してキャパシタ121(第1の蓄電装置、EDLC)に蓄電されたり、さらに降圧チョッパ回路131を経由して蓄電池122に蓄電される(以下「回生モード」という)。
一方、電気鉄道車両は、そのように推進力を得て前方に進んでいる状態(力行)から制動状態に至ると、交流電動機106が回生電力を発生し、この回生電力がインバータ105によって直流電圧に変換され、直流チョッパ回路111を経由してキャパシタ121(第1の蓄電装置、EDLC)に蓄電されたり、さらに降圧チョッパ回路131を経由して蓄電池122に蓄電される(以下「回生モード」という)。
本実施形態では、このような回生モードのうち、上記回生電力がキャパシタ121及び蓄電池122(バッテリ)によって蓄電されるモードを「バッテリ(BT)回生モード」と呼ぶ一方、回生電力が蓄電池122ではなくキャパシタ121にのみ蓄電されるモードを「EDLCモード」と呼ぶ。
一方、回生モードではないが、降圧チョッパ回路131においてスイッチング装置132をオンするとともに、直流チョッパ回路111においてスイッチング装置112をオフすることにより、回生電力が蓄電済みのキャパシタ121によって蓄電池122を対象として充電を実施するモードを「BT充電モード」と呼ぶ。これらのモードに関する具体的な説明は後述する。
(1−3)キャパシタ及び蓄電池ごとの充電特性
図2は、キャパシタ121(第1の蓄電装置)及び蓄電池122(第2の蓄電装置)の電荷[%]と電圧との関係を示す。キャパシタ121としては、蓄電池122よりも内部抵抗が小さいコンデンサを採用している。このように蓄電池122よりも内部抵抗が小さいため、キャパシタ121を用いると、その小さな内部抵抗分全体として電力効率を向上することができる。
図2は、キャパシタ121(第1の蓄電装置)及び蓄電池122(第2の蓄電装置)の電荷[%]と電圧との関係を示す。キャパシタ121としては、蓄電池122よりも内部抵抗が小さいコンデンサを採用している。このように蓄電池122よりも内部抵抗が小さいため、キャパシタ121を用いると、その小さな内部抵抗分全体として電力効率を向上することができる。
キャパシタ121及び蓄電池122は、それぞれ、図2示した特性201及び特性202に基づいて蓄電が可能である。また、充電率(SOC)211,212は、電荷0から電荷q1,q2までの区間の面積に等しい。
(1−4)充電モード
図3、図4及び図5は、それぞれ第1の実施形態よる電気鉄道車両の駆動システムのキャパシタ121及び蓄電池122の充電時のモードを示す。なお、これら図3〜図5においては、各スイッチング装置のスイッチング制御によって導通したり遮断によって機能しなくなった部分については説明の簡素化のため、図示を省略している。
図3、図4及び図5は、それぞれ第1の実施形態よる電気鉄道車両の駆動システムのキャパシタ121及び蓄電池122の充電時のモードを示す。なお、これら図3〜図5においては、各スイッチング装置のスイッチング制御によって導通したり遮断によって機能しなくなった部分については説明の簡素化のため、図示を省略している。
車両の回生動作が始まるとキャパシタ104の両端電圧VCが上昇する。両端電圧VCの上昇を電圧センサにより検知し、両端電圧VCの電圧を直流チョッパ回路111で降圧して、キャパシタ121及び蓄電池122への充電を開始する。
(1−4−1)蓄電池充電モード
図3は、蓄電池充電モード時の回路構成の一例である。蓄電池充電モードでは、破線矢印のように電流が流れ、キャパシタ121及びリアクトル114がLCフィルタを構成する。充電開始時の蓄電池122への電流リプルの流入をLCフィルタが抑制し、電流リプル流入による蓄電池122の劣化を低減する効果がある。また、キャパシタ121をフィルタの一部として使用することで、2つの直流チョッパを介してキャパシタ104の両端に個別に蓄電装置を接続するよりも、蓄電池122のリプル抑制用のフィルタを小型化できる。
図3は、蓄電池充電モード時の回路構成の一例である。蓄電池充電モードでは、破線矢印のように電流が流れ、キャパシタ121及びリアクトル114がLCフィルタを構成する。充電開始時の蓄電池122への電流リプルの流入をLCフィルタが抑制し、電流リプル流入による蓄電池122の劣化を低減する効果がある。また、キャパシタ121をフィルタの一部として使用することで、2つの直流チョッパを介してキャパシタ104の両端に個別に蓄電装置を接続するよりも、蓄電池122のリプル抑制用のフィルタを小型化できる。
なお、直流チョッパ回路111のスイッチング速度を高くすることでリプル抑制用のフィルタをより小型化できるため、スイッチング速度が高くスイッチング損失の小さい、SiCを用いたスイッチング素子が直流チョッパ回路111に適している。また、図1のスイッチング装置132は、蓄電池を充放電する電力が大きく大電流が流れるため導通損失(オン損失)が小さいシリコンを用いたスイッチング素子が適している。
(1−4−2)キャパシタ充電モード
図4は、キャパシタ充電モードの回路構成の一例である。キャパシタ充電モードでは、図1のスイッチング装置132をオフにして図1の蓄電池122を開放することにより、破線矢印のように電流が流れ、キャパシタ121のみを充電する。キャパシタ121を充放電することで、蓄電池122のみを充放電する場合と比べ蓄電可能な電力を増やす効果がある。
図4は、キャパシタ充電モードの回路構成の一例である。キャパシタ充電モードでは、図1のスイッチング装置132をオフにして図1の蓄電池122を開放することにより、破線矢印のように電流が流れ、キャパシタ121のみを充電する。キャパシタ121を充放電することで、蓄電池122のみを充放電する場合と比べ蓄電可能な電力を増やす効果がある。
また、蓄電池122よりも充放電効率のよいキャパシタ121を充放電することで、電力効率を向上する効果がある。また、キャパシタ121が一部電力を充放電することで、その分蓄電池122が充放電する電力を減らすことができる。蓄電池122の充放電を減らすことで、蓄電池122を長寿命化する効果がある。
(1−4−3)電圧均等化モード
図5は、電圧均等化モードである。この電圧均等化モードでは、破線矢印のように電流が流れる。キャパシタ121の充電率が高い場合にはキャパシタ121及び蓄電池122への充電ができない。このうちキャパシタ121は自己放電するために長時間充電状態を維持することができない。そのため、電圧均等化モードは、電位VEと電位VBとが等しくなるまでキャパシタ121の電力を蓄電池122へ移すことで、キャパシタ121の自己放電による電力の損失を低減し、キャパシタ121及び蓄電池122を充電可能な状態にする。
図5は、電圧均等化モードである。この電圧均等化モードでは、破線矢印のように電流が流れる。キャパシタ121の充電率が高い場合にはキャパシタ121及び蓄電池122への充電ができない。このうちキャパシタ121は自己放電するために長時間充電状態を維持することができない。そのため、電圧均等化モードは、電位VEと電位VBとが等しくなるまでキャパシタ121の電力を蓄電池122へ移すことで、キャパシタ121の自己放電による電力の損失を低減し、キャパシタ121及び蓄電池122を充電可能な状態にする。
(1−5)リアクトルとスイッチング装置
図1のリアクトル134とスイッチング装置133について説明する。図3に示す蓄電池充電モードでは、リアクトル134がリアクトル114及びキャパシタ121とともにT型フィルタを構成しており、電流リプルを抑制する効果を増大させるとともに、蓄電池122をさらに長寿命化することができる。一方、図4に示すキャパシタ充電モード及び図5に示す電圧均等化モードでは、リアクトル134とスイッチング装置133は、スイッチング装置132と組み合わせて降圧チョッパ回路131となり蓄電池に過電流が流れないようにすることで、蓄電池122を長寿命化する効果がある。
図1のリアクトル134とスイッチング装置133について説明する。図3に示す蓄電池充電モードでは、リアクトル134がリアクトル114及びキャパシタ121とともにT型フィルタを構成しており、電流リプルを抑制する効果を増大させるとともに、蓄電池122をさらに長寿命化することができる。一方、図4に示すキャパシタ充電モード及び図5に示す電圧均等化モードでは、リアクトル134とスイッチング装置133は、スイッチング装置132と組み合わせて降圧チョッパ回路131となり蓄電池に過電流が流れないようにすることで、蓄電池122を長寿命化する効果がある。
(1−6)放電モード
図6及び図7は、第1の実施形態に係る電気鉄道車両の駆動システムにおけるキャパシタ121及び蓄電池122の放電時のモードの一例を示す。この充電モードにおいても、各図の破線矢印のように電流が流れる。
図6及び図7は、第1の実施形態に係る電気鉄道車両の駆動システムにおけるキャパシタ121及び蓄電池122の放電時のモードの一例を示す。この充電モードにおいても、各図の破線矢印のように電流が流れる。
直流チョッパ回路111は、キャパシタ121及び蓄電池122の電圧を昇圧し、キャパシタ104や架線101へ放電する。これにより、架線101が駆動システムに供給すべき電力量を減らし、架線101の電圧低下を抑制することができる。
(1−6−1)蓄電池放電モード
図6は、蓄電池放電モードの回路構成の一例を示す。蓄電池放電モードでは、キャパシタ121とリアクトル114,134とによってT型フィルタが構成されている。蓄電池122は電力を放電する一方、キャパシタ121はリプルを抑制する。
図6は、蓄電池放電モードの回路構成の一例を示す。蓄電池放電モードでは、キャパシタ121とリアクトル114,134とによってT型フィルタが構成されている。蓄電池122は電力を放電する一方、キャパシタ121はリプルを抑制する。
(1−6−2)キャパシタ放電モード
図7は、キャパシタ放電モードである。キャパシタ放電モードでは、キャパシタ121の両端電位VEが図6の蓄電池122の両端電位VBより低くなるまでキャパシタ121が放電する。電位VEが電位VBより低くなると、電位差により図6のスイッチング装置132が導通し、既述の蓄電池放電モードに移行する。
図7は、キャパシタ放電モードである。キャパシタ放電モードでは、キャパシタ121の両端電位VEが図6の蓄電池122の両端電位VBより低くなるまでキャパシタ121が放電する。電位VEが電位VBより低くなると、電位差により図6のスイッチング装置132が導通し、既述の蓄電池放電モードに移行する。
(1−7)機器の動作例
図8は、第1の実施形態に係る機器動作を示す波形の一例を示している。電気鉄道車両における各機器(図1参照)の動作を時刻t0〜t15の経過に沿って説明する。
図8は、第1の実施形態に係る機器動作を示す波形の一例を示している。電気鉄道車両における各機器(図1参照)の動作を時刻t0〜t15の経過に沿って説明する。
本実施形態では、キャパシタ121の上限電圧を1200Vとするが、この上限は架線電圧1500Vを超えないように設定した値である。キャパシタ121の下限電圧は600Vとするが、この下限は蓄電池122から電流を最大165Aで放電した場合の値とする。また、蓄電池122の電圧は充電率の高さに応じて800Vから900Vの間で変化する。
時刻t0では、電気鉄道車両が停車している。充放電モードはキャパシタ121及び蓄電池122が同電位の蓄電池充電モードである。
時刻t1では、電気鉄道車両が力行を開始する。キャパシタ121及び蓄電池122の電圧は、それぞれ図8(F)及び図8(E)に示すように900Vで同電位であるため、蓄電池放電モードで放電を開始する。蓄電池122は、直流チョッパ回路111を介して電力を放電する。キャパシタ121はT型フィルタの一部として動作し、このT型フィルタによって電流リプルが抑制される。このため、蓄電池122の電流は、緩やかに増加する。キャパシタ121からも放電されるため、図8(F)に示すようにキャパシタ121の電圧は下がる。
インバータ105は、架線101とキャパシタ121から供給される直流電力を三相交流電力に変換して交流電動機106を駆動し、電気鉄道車両の推進力を与えることができる。
時刻t2では、蓄電池122の電流が最大となり、図8(C)に示すように定電流での放電を開始する。充放電モードは蓄電池放電モードである。キャパシタ121の電圧は、図8(F)に示すように600Vとなる。図8(G)に示すように蓄電池122の充電率が減少し蓄電池122の電圧が降下すると、それに伴って、図8(F)に示すようにキャパシタ121の電圧も若干降下する。
時刻t3では、電気鉄道車両が回生動作を開始する。回生電力によるキャパシタ104の両端電圧VFCの上昇が電圧センサによって検知されると、蓄電池充電モードで回生電力の充電が開始される。キャパシタ121は電流リプルを吸収する一方、蓄電池122を充電する。電流リプルが発生するため、キャパシタ121は、図8(F)に示すように電圧が上昇し、その後蓄電池122の電圧(約900V)まで減少する。
時刻t4では、電気鉄道車両が回生動作を続けている。蓄電池122は定電流で充電される状態になる。蓄電池充電モードで充電を続けると、蓄電池122の電圧は、図8(E)に示すように徐々に高くなるため、キャパシタ121も徐々に電圧が上がる。
時刻t5では、電気鉄道車両が回生動作を続けている。蓄電池122が過電流となる充電率になったため、充放電モードはキャパシタ充電モードに移行する。スイッチング装置132をオフにして蓄電池122を開放し、キャパシタ121が上限電圧まで充電される。
時刻t6では、電気鉄道車両が停車している。キャパシタ121は充電した電力を次の力行で使用するため、スイッチング装置132はオフにされ、充電した状態が維持される。当該充電した状態を維持するため、充放電モードはキャパシタ充電モードとされている。
ここで、時刻t3からt6までの充電動作について本実施形態の場合と蓄電装置のみで構成した場合とを比較して、本実施形態による方が効率が良いか否か計算することにより両者の場合を比較する。なお、直流チョッパ回路111での電力変換効率は等しいものとして計算を省略する。
蓄電池122の充電効率ηB=93.0%、キャパシタ121の充電効率ηC=97.0%、スイッチング装置132の効率ηS=95.0[%]と置く。充電される電力量をW=0.700kWhとすると、本実施形態における蓄電池122に充電する場合の効率はη1=ηB×ηS=88.4%となる。
キャパシタの静電容量をC=3.45Fとするときキャパシタ電圧がV1=600VからV2=1200Vになるまで充電すると、キャパシタに蓄電されるエネルギー量はU1=0.5×C×(V2×V2−V1×V1)=1863kW=0.518kWhとなる。このときの充電損失はL1=U1×(1−ηC)/ηC=0.016kWhである。そのため、蓄電池122に流れる電力は、U2=W−(U1+L1)=0.166kWhである。
よって、蓄電池122に充電される電力はU3=U2×η1=0.139kWhとなり、総蓄電電力量はU=U1+U3=0.657kWhとなる。これにより充電効率はU/W=93.9%となり、蓄電池122のみの場合の充電効率ηBよりも0.9ポイント上昇する。また、蓄電池122に充電される電力が0.518kWh減少することで、その分、蓄電池122の寿命を延ばすことができる。
時刻t7では、電気鉄道車両が力行を始める。キャパシタ121の電圧が蓄電池122の電圧よりも高いため、キャパシタ放電モードで電力の放電が開始される。
時刻t8では、電気鉄道車両が力行し続けている。キャパシタ121の電圧が蓄電池122の電圧と等しくなるため、時刻t1と同様の蓄電池放電モードに移行する。
時刻t9では、電気鉄道車両が惰行を始める。時刻t2と同様の蓄電池放電モードで蓄電池122から放電する。交流電動機106に電力が供給されないため、放電しても電気鉄道車両の走行状態に影響はしない。充電可能な容量を確保するために、予めキャパシタ121及び蓄電池122から放電することは可能である。
時刻t10では、電気鉄道車両が回生動作を開始する。時刻t3と同様の蓄電池充電モードで蓄電池122を充電する。
時刻t11では、電気鉄道車両が回生動作を続けている。時刻t4と同様の蓄電池充電モードで蓄電池122を定電流で充電する。
時刻t12では、電気鉄道車両が回生動作を続けている。蓄電池122は過電流となる充電率ではないが、時刻t12の時点で発生する回生電力の総量がキャパシタ121で充電可能な量であれば充電効率の高いキャパシタ121で充電するのが好ましい。そのため、キャパシタ充電モードに移行し、キャパシタ121の充電を開始する。
時刻t13では、電気鉄道車両が停車している。電気鉄道車両が長時間力行しない場合、キャパシタ121に電力を貯蔵し続けることができないため、充放電モードは電圧均等化モードに移行する。スイッチング装置132をオンすることにより蓄電池122へ電力を移動する。
時刻t14から時刻t15では、直流チョッパ回路111と降圧チョッパ回路131がオフにされて、キャパシタ121及び蓄電池122の充放電が停止した状態になる。
以上、本実施形態の代表的な機器動作を示したが、これらはキャパシタ121及び蓄電池122からの放電電流、SOC、電圧や架線101の電圧VDCによって変更可能である。また、直流チョッパ回路111及び降圧チョッパ回路131のスイッチング装置112,113,132,133は、電気的な導通と遮断を切り替えることのできる装置であれば良く、その他の電子部品で置き換えることが可能である。
(1−8)本実施形態の総括
本実施形態では、スイッチング装置132(第2の切換部)の切り替え制御を行えることによって、次のような複数のモードが各々切り替えられて実施される。まず、第1のモードでは、キャパシタ104と蓄電池122との間を接続することにより、供給電力及び回生電力を各々蓄電池122にも蓄電させ、キャパシタ104が(リアクタンス114及び)蓄電池122側のリアクトル134(所定のインダクタンス)との組み合わせによって蓄電池122の電力フィルタを構成する(フィルタ構成モード或いはBT充電モードともいう)。一方、第2のモードでは、キャパシタ104と蓄電池122との間を遮断状態とすることによって、供給電力及び回生電力を各々蓄電池122の代わりにキャパシタ104に蓄電させている(回生電力吸収モード或いはEDLC回生モードともいう)。
本実施形態では、スイッチング装置132(第2の切換部)の切り替え制御を行えることによって、次のような複数のモードが各々切り替えられて実施される。まず、第1のモードでは、キャパシタ104と蓄電池122との間を接続することにより、供給電力及び回生電力を各々蓄電池122にも蓄電させ、キャパシタ104が(リアクタンス114及び)蓄電池122側のリアクトル134(所定のインダクタンス)との組み合わせによって蓄電池122の電力フィルタを構成する(フィルタ構成モード或いはBT充電モードともいう)。一方、第2のモードでは、キャパシタ104と蓄電池122との間を遮断状態とすることによって、供給電力及び回生電力を各々蓄電池122の代わりにキャパシタ104に蓄電させている(回生電力吸収モード或いはEDLC回生モードともいう)。
このような構成とすると、上述したフィルタ構成モードにおいては、上記構成の電力フィルタの機能によって、発生した回生電力に含まれる低周波電流のリプルが蓄電池122(第2の蓄電装置)に流入し難くなるため、蓄電池122の寿命が短くなることを抑制することができる。一方、T型電力フィルタを構成するキャパシタは、新たな電子部品を設ける代わりにキャパシタ121(第1の蓄電装置)で代用できるため、全体として図1に表された電力変換装置が小型化されるようになる。
上述のように本実施形態では、蓄電池122(第2の蓄電装置)の充電状態が予め定められた値よりも高い状態となったときに、スイッチング装置132(第2の切換部(遮断手段)が制御されることで蓄電池122の電気的接続を切り離すようにしている。このようにすると、十分に充電された蓄電池122が自然に放電しにくくなるため、電力効率を向上することができる。
上述のように本実施形態では、電力源としての架線或いはインバータ105から供給される電力の総容量がキャパシタ104の蓄電可能な容量を下回ったときに、スイッチング装置132により蓄電池122の電気的接続を切り離している。このような構成とすると、架線或いはインバータ105から供給される電力量が不足しても蓄電池122によってその不足分を補うことができる。
上述のように本実施形態では、キャパシタ104が蓄電池122よりも高電圧であり、かつ、このキャパシタ104の自然放電による電力損失が、キャパシタ104を放電して蓄電池122を充電することによる電力損失よりも大きいときに、キャパシタ104を放電することにより蓄電池122を充電している。このようにすると、蓄電池122よりも高電圧なキャパシタ104を用いて、その放電によって蓄電池122を充電することになり、本来自然放電で損失していた電力をも活用できるため、結果として電力効率を向上することができる。
(2)第2の実施形態
図9は、第2の実施形態に係る電気鉄道車両の駆動システムの基本構成を示したものである。本実施形態においては、既述の実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略し、以下では異なる点を中心として説明する。
図9は、第2の実施形態に係る電気鉄道車両の駆動システムの基本構成を示したものである。本実施形態においては、既述の実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略し、以下では異なる点を中心として説明する。
第2の実施形態は、キャパシタ121及び蓄電池122を直流チョッパ回路931により並列接続する。蓄電池122の電圧を昇圧して、キャパシタ121を充電することで、キャパシタ121からの一時的な(例えば5秒)電力の出力増幅が可能となる。
以上のように本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果に加えて、蓄電池122からの放電によりキャパシタ121を予め充電することで、キャパシタ121から出力される電力を増幅することができる。
(3)第3の実施形態
図10は、第3の実施形態に係る電気鉄道車両の駆動システムの基本構成を示したものである。本実施形態においては、既述の実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略し、以下では異なる点を中心として説明する。
図10は、第3の実施形態に係る電気鉄道車両の駆動システムの基本構成を示したものである。本実施形態においては、既述の実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略し、以下では異なる点を中心として説明する。
第3の実施形態では、既述の第1の実施形態及び第2の実施形態においてスイッチング装置132(図1参照)の代わりとして、つまり、キャパシタ121及び蓄電池122を並列接続する直流チョッパ回路1031のスイッチとして、双方向スイッチング装置1032(双方向切換部)を採用している。
このようにすると、蓄電池122の電圧がキャパシタ121の電圧よりも高いときに、双方向スイッチング装置1032をオフにする制御することにより、蓄電池122からキャパシタ121への電流の流れを遮断している。
以上のように本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果に加えてさらに、キャパシタ121の電圧を蓄電池122の電圧よりも低く保つことができるため、キャパシタ121の充電可能な容量が大きい状態を保つことができる。このようにキャパシタ121の充電可能な容量が大きいことで、蓄電池122の充放電を減らすことができるため、より寿命を延ばすことができるようになる。
(4)第4の実施形態
図11は、第4の実施形態に係る電気鉄道車両の基本構成例を示す図である。本実施形態においては、既述の実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略し、以下では異なる点を中心として説明する。
図11は、第4の実施形態に係る電気鉄道車両の基本構成例を示す図である。本実施形態においては、既述の実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略し、以下では異なる点を中心として説明する。
本実施形態では、既述の第1の実施形態〜第3の実施形態のいずれかに掛かる電力変換装置を備える移動体として、例えば車両1181,1182,1183を例示している。これらの車両1181,1182,1183は、架線に接触するパンタグラフ1101、動力台車1184、付随台車1185、インバータ1102、第1の実施形態〜第3の実施形態のいずれかを適用した直流チョッパ1103、キャパシタ1104、遮断装置1105及び蓄電池1106を備えている。
このような第4の実施形態におけるインバータ1102、直流チョッパ1103、キャパシタ1104、遮断装置1105及び蓄電池1106は、それぞれ、例えば、第1の実施形態〜第3の実施形態におけるインバータ105、直流チョッパ131、キャパシタ121、スイッチング装置132及び蓄電池122に相当している。
車両1181,1182,1183は、それぞれ、力行時に架線から供給される電力(既述の供給電力)と、キャパシタ1104と蓄電池1106から供給される電力を組み合わせることにより、架線から供給される電力(供給電力)について消費電力を低減している。一方、回生電力は、蓄電池1106及びキャパシタ1104に充電されることで、回生失効による電力損失を防ぐことができるため、電力効率が向上する。
以上のように本実施形態によれば、上述した実施形態1および変形例の駆動システムを適用することにより、電気鉄道車両についての電力効率を向上することができる。
(5)第5の実施形態
図12は、第5の実施形態に係る鉄道用地上設置型の電力貯蔵システムの構成例を示す。本実施形態においては、既述の実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略し、以下では異なる点を中心として説明する。
図12は、第5の実施形態に係る鉄道用地上設置型の電力貯蔵システムの構成例を示す。本実施形態においては、既述の実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略し、以下では異なる点を中心として説明する。
第4の実施形態では、第1の実施形態から第3の実施形態のいずれかの電力変換装置が搭載された電気鉄道車両を例示したが、第5の実施形態では、そのような電力変換装置が、主として、鉄道用に地上に設置された電力貯蔵システム(以下「鉄道用地上設置型の電力貯蔵システム」とも呼ぶ)に適用された構成の一例を挙げている。即ち、この電力貯蔵システムから電力を供給される電気鉄道車両1205は、第1の実施形態〜第3の実施形態のいずれかに係る電力変換装置に相当する構成を一部備えているものの、全てを備えている訳ではない。
本実施形態に係る鉄道用地上設置型の電力貯蔵システムは、地上に設置した直流チョッパ1211、キャパシタ1212、遮断装置1213及び蓄電池1214を備える一方、軌条1216に沿って走行する電気鉄道車両1205は、架線1215に接触しながら電力を受け取るパンタグラフ1201、動力台車1203、付随台車1204及びインバータ1202を備えている。
即ち、当該第5の実施形態では、直流チョッパ1211、キャパシタ1212、遮断装置1213及び蓄電池1214並びにインバータ1202などが、それぞれ、既述の第4の実施形態において援用する第1の実施形態〜第3の実施形態における直流チョッパ131、キャパシタ121、スイッチング装置132及び蓄電池122並びにインバータ105などに相当する。
以上のような構成において、電気鉄道車両205は、回生動作を開始すると、パンタグラフ1201から架線1215へ回生電力が印加されるが、周囲に力行する他の電気鉄道車両が存在しない場合、架線1215の電圧が高くなることにより電気鉄道車両205が回生失効を起こす。そこで本実施形態では、電気鉄道車両205が回生失効を起こす前にキャパシタ1212及び蓄電池1214に回生電力に伴う電流を流している。
以上のように本実施形態によれば、このように電流を逃がすことにより回生失効を防ぎ電力の損失を減らし、鉄道用地上設置型の電力貯蔵システムの電力効率を向上することができる。
(6)第6の実施形態
図13は、第6の実施形態に係る鉄道車両の駆動システムの基本構成を示したものである。本実施形態においては、既述の実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略し、以下では異なる点を中心として説明する。
図13は、第6の実施形態に係る鉄道車両の駆動システムの基本構成を示したものである。本実施形態においては、既述の実施形態と同様の構成及び動作については説明を省略し、以下では異なる点を中心として説明する。
第6の実施形態では、鉄道車両が、第1の実施形態から第5の実施形態のいずれのように架線から電力を受電する代わりに、ディーゼルエンジン1301と交流発電機1302とを組み合わせた発電装置1304から電力を受電している。発電装置1304は、交流電力を発生し、コンバータ1303に出力する。このコンバータ1303は、その交流電力を直流電力に変換する。
本実施形態では、少なくとも1台の交流電動機106の駆動に必要な電力と、コンバータ1303により供給される直流電力との差に基づいて、キャパシタ121(第1の蓄電装置)及び蓄電池122(第2の蓄電装置)の充放電を制御する。
即ち、本実施形態では、発電装置1304の電力の過不足をキャパシタ121の充放電で補うことにより、交流電動機106を駆動するのに必要な電力を確保している。一方、交流電動機106に大きな電力が必要となった際には、発電装置1304に加えて、さらに蓄電池122から電力を供給するようにしている。
以上のような本実施形態によれば、蓄電池122のみを充放電する場合よりも充放電の効率がよいキャパシタ121を充放電するため、電力効率を向上することができる。これにより、移動体の一例としての鉄道車両の電力効率を向上することができる。
(7)第7の実施形態
図14は、第7の実施形態に係る自動車の駆動システムの基本構成を示したものである。本実施形態においては、既述の実施形態と同様の構成及び動作については、同一の符号を用いて説明を省略し、以下では異なる点を中心として説明する。
図14は、第7の実施形態に係る自動車の駆動システムの基本構成を示したものである。本実施形態においては、既述の実施形態と同様の構成及び動作については、同一の符号を用いて説明を省略し、以下では異なる点を中心として説明する。
本実施形態においては、移動体の一例として、既述の実施形態のような鉄道車両の代わりに、交流電動機106の駆動によって走行する(つまり、力行や回生を繰り返す)電気自動車或いはいわゆるハイブリッド自動車(以下「電気自動車」を取り挙げる)を例示している。このような電気自動車においても、既述の各実施形態のように、交流電動機106の駆動に必要な電力に基づいて、キャパシタ121及び蓄電池122の充放電が制御される。
以上のように本実施形態によれば、キャパシタ121が蓄電池122と比べて多く充放電されるような、力行と回生とを高い頻度で繰り返した場合においても充放電効率が向上するため、移動体の一例としての自動車においても電力効率を向上することができる。
(8)その他の実施形態
上記実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。例えば、リアクトルやその他の部品は、その機能を満たす範囲で位置や個数を変更してもよい。
上記実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。例えば、リアクトルやその他の部品は、その機能を満たす範囲で位置や個数を変更してもよい。
101、1215…架線、102…接地、103、114…リアクトル、104、1104、1212…キャパシタ、121・・・キャパシタ(第1の蓄電装置)、105、1102、1202…インバータ(電力変換部)、106…交流電動機、111・・・直流チョッパ回路(第1の切換部)、931、1103、1211…直流チョッパ回路、112、113、133、933、1033、1034…スイッチング装置、132・・・スイッチング装置(第2の切換部、遮断手段)、122…蓄電装置(第2の蓄電装置)、131…降圧チョッパ回路、201…キャパシタの電荷と電圧の関係、202…蓄電池の電荷と電圧の関係、211…キャパシタの電荷残量q2における充電率(SOC)、212…蓄電池の電荷残量q1における充電率(SOC)、1031…降圧チョッパ回路、1032…双方向スイッチング装置、1101、1201…パンタグラフ、1105、1213…遮断装置、1106、1214…蓄電池、1181、1182、1183、1205…車両、1184、1204…動力台車、1185、1204…付随台車、1216…軌条、1301…ディーゼルエンジン、1302…交流発電機、1303…コンバータ、1304…発電装置。
Claims (14)
- 電力源からの供給電力を電力変換して電動機に供給し、前記電動機が発生した回生電力を電力変換する電力変換部と、
電力を蓄電可能な第1の蓄電装置と、
電力を蓄電可能であって前記第1の蓄電装置に並列に接続され、所定のインダクタンスと直列に接続される第2の蓄電装置と、
前記電力源及び前記電力変換部と前記第1の蓄電装置との間の接続状態を切り替えることにより、前記第1の蓄電装置に対する少なくとも前記供給電力又は前記回生電力の供給を開始/停止する第1の切換部と、
前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間の接続状態を切り替える第2の切換部と、
前記第1の切換部及び前記第2の切換部の切り替え制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第2の切換部の切り替え制御を行って前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を接続することにより、前記供給電力及び前記回生電力を各々前記第2の蓄電装置にも蓄電させ、前記第1の蓄電装置が前記第2の蓄電装置の所定のインダクタンスとの組み合わせによって前記第2の蓄電装置の電力フィルタを構成するフィルタ構成モードと、
前記第2の切換部を切り替えて前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を遮断状態とすることによって、前記供給電力及び前記回生電力を各々前記第2の蓄電装置の代わりに前記第1の蓄電装置に蓄電させる回生電力吸収モードと、
をそれぞれ切り替えて実行することを特徴とする電力変換装置。 - 前記制御部は、
前期第2の蓄電装置の充電状態が所定値よりも高い状態となったときに、前記第2の切換部を制御することで前記第2の蓄電装置の電気的接続を切り離す
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記電力源或いは前記電力変換部より供給される電力の総容量が前記第1の蓄電装置の蓄電可能な容量を下回ったときに、前記第2の切換部により前記第2の蓄電装置の電気的接続を切り離す
ことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記第1の蓄電装置が前記第2の蓄電装置よりも高電圧であり、かつ、前記第1の蓄電装置の自然放電による電力損失が、前記第1の蓄電装置を放電して前記第2の蓄電装置に充電することによる電力損失よりも大きいときに、前記第1の蓄電装置を放電し前記第2の蓄電装置を充電する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第1の蓄電装置は、充放電による寿命の劣化が前記第2の蓄電装置より遅く、電荷の量に応じた電圧の変化が前記第2の蓄電装置より大きい蓄電装置であり、
前記第2の蓄電装置は、満充電容量が前記第1の蓄電装置よりも大きい蓄電装置である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第1の蓄電装置は、前記第2の蓄電装置より内部抵抗が小さい
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第2の切換部は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタとダイオードとを並列接続した半導体装置であり、
前記ダイオードは、カソード電極が前記第1の蓄電装置に接続され、アノード電極が前記第2の蓄電装置に接続されている
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第2の切換部を構成する半導体素子の母材とする半導体材料は、オン損失がシリコンカーバイトと比較して小さくなるシリコンであり、
前記電力変換部を構成する半導体素子の母体としての半導体材料は、スイッチング損失がシリコンと比較して小さくなるシリコンカーバイドである
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第2の切換部は、双方向スイッチであり、前記第2の蓄電装置から前記第1の蓄電装置への放電を遮断する機能を有する半導体装置である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第2の切換部の代わりに直流チョッパ回路を備える
ことを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の電力変換装置。 - 電力源からの供給電力を電力変換して電動機に供給し、前記電動機が発生した回生電力を電力変換する電力変換部と、
電力を蓄電可能な第1の蓄電装置と、
電力を蓄電可能であって前記第1の蓄電装置に並列に接続され、所定のインダクタンスと直列に接続されている第2の蓄電装置と、
前記電力源及び前記電力変換部と前記第1の蓄電装置との間の接続状態を切り替えることにより、前記第1の蓄電装置に対する少なくとも前記供給電力又は前記回生電力の供給を開始/停止する第1の切換部と、
前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間の接続状態を切り替える第2の切換部と、
前記第1の切換部及び前記第2の切換部の切り替え制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第2の切換部の切り替え制御を行って前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を接続することにより、前記供給電力及び前記回生電力を各々前記第2の蓄電装置にも蓄電させ、前記第1の蓄電装置が前記第2の蓄電装置の所定のインダクタンスとの組み合わせによって前記第2の蓄電装置の電力フィルタを構成するフィルタ構成モードと、
前記第2の切換部を切り替えて前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を遮断状態とすることによって、前記供給電力及び前記回生電力を各々前記第2の蓄電装置の代わりに前記第1の蓄電装置に蓄電させる回生電力吸収モードと、
をそれぞれ切り替えて実行する
ことを特徴とする移動体の駆動システム。 - 前記移動体は鉄道車両であり、
前記鉄道車両は、
前記電力源から直流電力を受け取る受電手段と、
前記電力変換回路から供給された電力によって駆動する少なくとも1台以上の前記電動機と、
を備えることを特徴とする請求項11に記載の移動体の駆動システム。 - 前記移動体は自動車であり、
前記自動車は、
前記電力変換回路から供給された電力によって駆動する少なくとも1台以上の前記電動機を備える
ことを特徴とする請求項11に記載の移動体の駆動システム。 - 地上に設置されているとともに車両に対して電力を供給する電力貯蔵システムであって、
電力源からの供給電力を電力変換して前記車両の電動機に供給し、前記電動機が発生した回生電力を電力変換する電力変換部と、
電力を蓄電可能な第1の蓄電装置と、
電力を蓄電可能であって前記第1の蓄電装置に並列に接続されている一方、所定のインダクタンスと直列に接続されている第2の蓄電装置と、
前記電力源及び前記電力変換部と前記第1の蓄電装置との間の接続状態を切り替えることにより、前記第1の蓄電装置に対する少なくとも前記供給電力又は前記回生電力の供給を開始/停止する第1の切換部と、
前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間の接続状態を切り替える第2の切換部と、
前記第1の切換部及び前記第2の切換部の切り替え制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第2の切換部の切り替え制御を行って前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を接続することにより、前記供給電力及び前記回生電力を各々前記第2の蓄電装置にも蓄電させ、前記第1の蓄電装置が前記第2の蓄電装置の所定のインダクタンスとの組み合わせによって前記第2の蓄電装置の電力フィルタを構成するフィルタ構成モードと、
前記第2の切換部を切り替えて前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との間を遮断状態とすることによって、前記供給電力及び前記回生電力を各々前記第2の蓄電装置の代わりに前記第1の蓄電装置に蓄電させる回生電力吸収モードと、
をそれぞれ切り替えて実行する
ことを特徴とする電力貯蔵システム。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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- 2015-05-28 JP JP2015109175A patent/JP2016226127A/ja active Pending
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