JP2017055495A

JP2017055495A - 補助電源装置

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Publication number: JP2017055495A
Application number: JP2015176092A
Authority: JP
Inventors: 直彦木原; Naohiko Kihara
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2015-09-07
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2035-09-07
Also published as: JP6553992B2

Abstract

【課題】車両に備えられた電源から電力供給がされない場合であっても動作可能な補助電源装置を提供する。
【解決手段】補助電源装置１０は、電車線から入力される電力を変換して出力するコンバータ１１と、車両に備えられた電源１７及びコンバータ１１の出力端子が接続される第１のノード２０に第１の電源線１９を介して接続され、コンバータ１１の動作を制御する制御部１２と、第１の電源線１９上の第２のノード２２に第２の電源線２１を介して接続され、電源１７から制御部１２を起動する電力が供給されない場合に制御部１２を起動する電力を供給可能なバックアップ電源供給部１３と、を備え、制御部１２は、第１の電源線１９及び第２の電源線２１がなす導線の電圧又は電流に基づいて、コンバータ１１の動作中にバックアップ電源供給部１３から電力が供給されているか否かを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両に搭載する補助電源装置に関する。

従来、鉄道などの車両において、車両内の照明又は冷暖房などの負荷に電力を供給する補助電源装置が搭載される。例えば、特許文献１には、架線などの電車線からの直流電圧を変換して車両に供給するコンバータ回路を備える補助電源装置が記載されている。

特許第３１５０１６１号公報

補助電源装置において、電車線電圧の変換を行うコンバータを動作させるために、車両に備えられた蓄電池などの電源による供給電力を用いることが一般である。このため、例えば蓄電池の開放故障などにより、電源から電力が供給されない場合、補助電源装置を動作させることができなかった。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、車両に備えられた電源から電力供給がされない場合であっても動作可能な補助電源装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る補助電源装置は、
電車線から入力される電力を変換して出力するコンバータと、
車両に備えられた電源及び前記コンバータの出力端子が接続される第１のノードに第１の電源線を介して接続され、前記コンバータの動作を制御する制御部と、
前記第１の電源線上の第２のノードに第２の電源線を介して接続され、前記電源から前記制御部を起動する電力が供給されない場合に前記制御部を起動する電力を供給可能なバックアップ電源供給部と、を備え、
前記制御部は、前記第１及び第２の電源線がなす導線の電圧又は電流に基づいて、前記コンバータの動作中に前記バックアップ電源供給部から電力が供給されているか否かを判定する
ことを特徴とする。

また、本発明に係る補助電源装置において、
前記制御部は、前記コンバータの動作中に前記バックアップ電源供給部から電力が供給されていると判定すると、前記コンバータの動作を停止させる
ことが好ましい。

また、本発明に係る補助電源装置において、
前記バックアップ電源供給部の出力電圧が前記コンバータの出力電圧よりも低くなるように定められる
ことが好ましい。

また、本発明に係る補助電源装置は、
前記第２のノードよりも前記第１のノード側において前記第１の電源線上に配される逆流阻止用の第１のダイオードと、
該第１のダイオードよりも前記第１のノード側において前記第１の電源線の電圧を測定する電圧測定部と、を更に備え、
前記制御部は、前記コンバータの動作中において前記電圧が所定値以下である場合、前記コンバータの動作中に前記バックアップ電源供給部から電力が供給されていると判定する
ことが好ましい。

また、本発明に係る補助電源装置は、
前記第２の電源線上に配される逆流阻止用の第２のダイオードと、
前記第２の電源線を流れる電流を測定する電流測定部と、を更に備え、
前記制御部は、前記コンバータの動作中において前記電流が所定値よりも大きい場合、前記コンバータの動作中に前記バックアップ電源供給部から電力が供給されていると判定する
ことが好ましい。

また、本発明に係る補助電源装置は、
前記第２のノードよりも前記第１のノード側において前記第１の電源線上に配される逆流阻止用の第１のダイオードと、
前記第２のノードよりも前記第１のノード側において前記第１の電源線を流れる電流を測定する電流測定部と、を更に備え、
前記制御部は、前記コンバータの動作中において前記電流が所定値以下である場合、前記コンバータの動作中に前記バックアップ電源供給部から電力が供給されていると判定する
ことが好ましい。

本発明に係る補助電源装置によれば、車両に備えられた電源から電力供給がされない場合であっても動作可能である。

本発明の第１の実施形態に係る補助電源装置の構成を示す回路図である。本発明の第２の実施形態に係る補助電源装置の構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
はじめに、本発明の第１の実施形態に係る補助電源装置について説明する。

図１に示すように、補助電源装置１０は、コンバータ１１と、制御部１２と、バックアップ電源供給部１３と、逆流阻止用の第１のダイオード１４と、逆流阻止用の第２のダイオード１５と、電圧測定部１６と、を備える。また、補助電源装置１０は、鉄道などの車両に備えられる直流の電源１７（例えば、蓄電池）及び車両内の照明若しくは冷暖房などの負荷１８に接続される。

コンバータ１１は、架線又は第三軌条などの電車線からの高い電圧（例えば、ＤＣ６００Ｖ）を低い電圧（例えば、ＤＣ２８Ｖ）に変換する。コンバータ１１の入力端子は、高い電圧が入力される端子と接続される。また、コンバータ１１の出力端子は、電源１７と接続される。コンバータ１１の出力電力は、制御部１２、電源１７、及び負荷１８に供給される。

制御部１２は、コンバータ１１の動作全体を制御する。例えば、制御部１２は、コンバータ１１に含まれるトランジスタのゲート電圧制御により、コンバータ１１の出力電圧を制御する。制御部１２は、第１の電源線１９を介して、コンバータ１１の出力側及び電源１７が接続される第１のノード２０に接続される。

また、制御部１２は、第１の電源線１９の電圧に基づいて、コンバータ１１の動作中にバックアップ電源供給部１３から電力が供給されているか否かを判定し、該判定に基づいてコンバータ１１の動作を制御する。詳細には、制御部１２は、コンバータ１１の動作中において電圧測定部１６から取得する電圧が所定値以下である場合、コンバータ１１の動作中にバックアップ電源供給部１３から電力が供給されていると判定し、コンバータ１１の動作を停止させる。所定値は、バックアップ電源供給部１３の出力電圧以下の任意の値である。

バックアップ電源供給部１３は、所定の電圧値を有する出力電力を制御部１２に供給する。所定の電圧値は、コンバータ１１の出力電圧未満の値であり、例えばＤＣ２４Ｖである。バックアップ電源供給部１３が供給する電力は、主として制御部１２の起動に用いられる。バックアップ電源供給部１３は、例えばコンバータ回路を含んで構成され、電車線からの高い電圧（例えば、ＤＣ６００Ｖ）を低い電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）に変換する。バックアップ電源供給部１３の入力端子は、高い電圧が入力される端子と接続される。また、バックアップ電源供給部１３の出力端子は、第２の電源線２１を介して、第１の電源線１９上の第２のノード２２に接続される。

第１のダイオード１４は、第２のノード２２よりも第１のノード２０側における第１の電源線１９上に配され、バックアップ電源供給部１３の出力電流が第２のノード２２から第１のノード２０側に流れることを防止する。

第２のダイオード１５は、第２の電源線２１上に配され、コンバータ１１又は電源１７の出力電流が第２のノード２２を介してバックアップ電源供給部１３に流入することを防止する。

電圧測定部１６は、第１のダイオード１４のアノード近傍の第３のノード２３において、第１の電源線１９の電圧（電位）を測定する。

次に、補助電源装置１０の動作について説明する。以下の説明において、制御部１２は起動前の状態であるものとする。

（１．電源が通常動作している場合）
まず、車両に備えられる電源１７が通常動作している場合について説明する。この場合、第２のノード２２における第１の電源線１９の電位は、電源１７及びバックアップ電源供給部１３からの供給電力によりＤＣ２４Ｖである。

はじめに、制御部１２は、電源１７及び／又はバックアップ電源供給部１３から供給される電力により起動される。

続いて、制御部１２は、コンバータ１１の動作を開始させ、電力を出力するように制御する。例えば、制御部１２は、コンバータ１１の出力電圧がＤＣ２８Ｖとなるようにコンバータ１１の動作を制御する。

コンバータ１１が動作を開始すると、コンバータ１１の出力電力は、制御部１２、電源１７、及び負荷１８に供給される。制御部１２は、コンバータ１１の動作開始以降、コンバータ１１から供給される電力（ＤＣ２８Ｖ）によって継続的に動作する。ここで、バックアップ電源供給部１３の出力電圧（ＤＣ２４Ｖ）は、コンバータ１１の出力電圧（ＤＣ２８Ｖ）よりも低い。このため、バックアップ電源供給部１３から第２のノード２２側への電流の流出が妨げられる。

このようにして、補助電源装置１０は、制御部１２、電源１７、及び負荷１８に対してコンバータ１１の出力電力を継続的に供給する。

（２．電源が開放故障している場合）
次に、車両に備えられる電源１７が例えば開放故障している場合について説明する。この場合、第２のノード２２の電位は、バックアップ電源供給部１３からの供給電力によりＤＣ２４Ｖである。

はじめに、制御部１２は、バックアップ電源供給部１３から供給される電力により起動される。

コンバータ１１が動作を開始すると、コンバータ１１の出力電力は、制御部１２及び負荷１８に供給される。制御部１２は、コンバータ１１の動作開始以降、コンバータ１１から供給される電力（ＤＣ２８Ｖ）によって継続的に動作する。ここで、バックアップ電源供給部１３の出力電圧（ＤＣ２４Ｖ）は、コンバータ１１の出力電圧（ＤＣ２８Ｖ）よりも低い。このため、バックアップ電源供給部１３から第２のノード２２側への電流の流出が妨げられる。

このようにして、補助電源装置１０は、電源１７が開放故障している場合であっても、制御部１２及び負荷１８に対してコンバータ１１の出力電力を継続的に供給する。

（３．第１の電源線が切断している場合）
次に、第１のノード２０と第３のノード２３との間において第１の電源線１９が故障などにより切断している場合について説明する。この場合、第２のノード２２の電位は、バックアップ電源供給部１３からの供給電力によりＤＣ２４Ｖである。

コンバータ１１が動作を開始すると、コンバータ１１の出力電力は、電源１７及び負荷１８に供給されるが、第１の電源線１９の切断により制御部１２には供給されない。このため、制御部１２は、コンバータ１１の動作開始以降において、バックアップ電源供給部１３から供給される電力によって動作する。

次に、制御部１２は、コンバータ１１の動作中において電圧測定部１６から取得する電圧値、即ち第３のノード２３の電位が略０Ｖであるため、コンバータ１１の動作を停止させる。

このようにして、補助電源装置１０は、第１の電源線１９が切断している場合、コンバータ１１による出力電力の供給を停止する。

このように、第１の実施形態の補助電源装置１０によれば、例えば車両に備えられる電源１７が開放故障している場合であっても、制御部１２がバックアップ電源供給部１３からの供給電力により起動するため、コンバータ１１の動作を制御して出力電力を供給可能である。また、制御部１２は、コンバータ１１の動作中にバックアップ電源供給部１３から電力が供給されているか否かを判定するため、コンバータ１１の動作開始以降に第１のノード２０と第３のノード２３との間における第１の電源線１９の切断の有無を判定可能である。

また、第１の実施形態の補助電源装置１０によれば、制御部１２が、コンバータ１１の動作中にバックアップ電源供給部１３から電力が供給されていると判定する場合、即ち第１の電源線１９が切断している場合、コンバータ１１の動作を停止させる。このようにして、バックアップ電源供給部１３による制御部１２への継続的な電力供給を抑制し、バックアップ電源供給部１３の容量を低減してバックアップ電源供給部１３及びバックアップ電源供給部１３を備える補助電源装置１０の小型化が可能である。

また、第１の実施形態の補助電源装置１０によれば、バックアップ電源供給部１３の出力電圧がコンバータ１１の出力電圧よりも低いため、コンバータ１１の出力電力が制御部１２に供給される場合、バックアップ電源供給部１３から制御部１２への電力供給が抑制される。このため、バックアップ電源供給部１３は、制御部１２の起動からコンバータ１１による電力供給が開始されるまでの短時間のみ、制御部１２に電力を供給すればよく、バックアップ電源供給部１３の容量を低減してバックアップ電源供給部１３及びバックアップ電源供給部１３を備える補助電源装置１０の小型化が可能である。

また、第１の実施形態の補助電源装置１０によれば、制御部１２は、電圧測定部１６から取得した第３のノード２３における第１の電源線１９の電圧値に基づいて、コンバータ１１の動作中にバックアップ電源供給部１３から電力が供給されているか否かを判定可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る補助電源装置について説明する。第２の実施形態に係る補助電源装置は、電流測定部を備える点、及び制御部の動作が第１の実施形態と異なる。

第２の実施形態に係る補助電源装置１００は、図２に示すように、コンバータ１１と、制御部１２０と、バックアップ電源供給部１３と、第１のダイオード１４と、第２のダイオード１５と、電流測定部２４０と、を備える。コンバータ１１、バックアップ電源供給部１３、第１のダイオード１４、及び第２のダイオード１５は、第１の実施形態と同様である。また、補助電源装置１００は、電源１７及び負荷１８に接続される。電源１７及び負荷１８は、第１の実施形態と同様である。

制御部１２０は、第１の実施形態と同様に、コンバータ１１の動作全体を制御する。

また、制御部１２０は、第２の電源線２１の電流に基づいて、コンバータ１１の動作中にバックアップ電源供給部１３から電力が供給されているか否かを判定し、該判定に基づいてコンバータ１１の動作を制御する。詳細には、制御部１２０は、コンバータ１１の動作中において電流測定部２４０から取得する電流が所定値よりも大きい場合、コンバータ１１の動作中にバックアップ電源供給部１３から電力が供給されていると判定し、コンバータ１１の動作を停止させる。所定値は、例えば略０Ａである。

電圧測定部１６は、第２の電源線２１を流れる電流を測定する。

次に、補助電源装置１００の動作について説明する。以下の説明において、制御部１２０は起動前の状態であるものとする。電源１７が通常動作している場合、及び電源１７が開放故障している場合、第１の実施形態と同様に、補助電源装置１００はコンバータ１１の出力電力を継続的に供給する。

（第１の電源線が切断している場合）
第１のノード２０と第３のノード２３との間において第１の電源線１９が故障などにより切断している場合について説明する。この場合、第２のノード２２の電位は、バックアップ電源供給部１３からの供給電力によりＤＣ２４Ｖである。

はじめに、制御部１２０は、バックアップ電源供給部１３から供給される電力により起動される。

続いて、制御部１２０は、コンバータ１１の動作を開始させ、電力を出力するように制御する。例えば、制御部１２０は、コンバータ１１の出力電圧がＤＣ２８Ｖとなるようにコンバータ１１の動作を制御する。

コンバータ１１が動作を開始すると、コンバータ１１の出力電力は、電源１７及び負荷１８に供給されるが、第１の電源線１９の切断により制御部１２０には供給されない。このため、制御部１２０は、コンバータ１１の動作開始以降において、バックアップ電源供給部１３から供給される電力によって動作する。このとき、バックアップ電源供給部１３の出力電流は、第２の電源線２１を流れて制御部１２０に供給される。

次に、制御部１２０は、コンバータ１１の動作中において電流測定部２４０から取得する電流、即ち第２の電源線２１を流れる電流が略０Ａよりも大きいため、コンバータ１１の動作を停止させる。

このようにして、補助電源装置１００は、第１の電源線１９が切断している場合、コンバータ１１の出力電力の供給を停止する。

このように、第２の実施形態の補助電源装置１００によれば、制御部１２０は、電流測定部２４０から取得した、第２の電源線２１を流れる電流に基づいて、コンバータ１１及び電源１７の少なくとも一方から電力が供給されているか否かを判定可能である。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

例えば、上述の実施形態において、バックアップ電源供給部１３は、コンバータ回路を有するものとして説明したが、例えば出力電圧がＤＣ２４Ｖである蓄電池などを用いて構成してもよい。

また、第１の実施形態において、制御部１２は、第１の電源線１９の電圧に基づいてコンバータ１１の動作中にバックアップ電源供給部１３から電力が供給されているか否かを判定するが、第１の電源線１９を流れる電流に基づいて判定を行ってもよい。この場合、補助電源装置１０は、例えば第２のノード２２よりも第１のノード２０側において第１の電源線１９を流れる電流を測定する電流測定部を備え、制御部１２は、コンバータ１１の動作中において電流測定部から取得する電流が所定値（例えば、略０Ａ）以下である場合、コンバータ１１の動作中にバックアップ電源供給部１３から電力が供給されていると判定する。

また、第２の実施形態において、制御部１２０は、コンバータ１１の動作中において電流測定部２４０から取得する電流が所定値（略０Ａ）よりも大きい場合、コンバータ１１の動作中にバックアップ電源供給部１３から電力が供給されていると判定するが、所定値を略０Ａよりも大きな値に定めて、バックアップ電源供給部１３からの少量の電力供給を許容する構成であってもよい。

１０，１００補助電源装置
１１コンバータ
１２，１２０制御部
１３バックアップ電源供給部
１４第１のダイオード
１５第２のダイオード
１６電圧測定部
１７電源
１８負荷
１９第１の電源線
２０第１のノード
２１第２の電源線
２２第２のノード
２３第３のノード
２４０電流測定部

Claims

電車線から入力される電力を変換して出力するコンバータと、
車両に備えられた電源及び前記コンバータの出力端子が接続される第１のノードに第１の電源線を介して接続され、前記コンバータの動作を制御する制御部と、
前記第１の電源線上の第２のノードに第２の電源線を介して接続され、前記電源から前記制御部を起動する電力が供給されない場合に前記制御部を起動する電力を供給可能なバックアップ電源供給部と、を備え、
前記制御部は、前記第１及び第２の電源線がなす導線の電圧又は電流に基づいて、前記コンバータの動作中に前記バックアップ電源供給部から電力が供給されているか否かを判定する、補助電源装置。
請求項１に記載の補助電源装置であって、前記制御部は、前記コンバータの動作中に前記バックアップ電源供給部から電力が供給されていると判定すると、前記コンバータの動作を停止させる、補助電源装置。
請求項１又は２に記載の補助電源装置であって、前記バックアップ電源供給部の出力電圧が前記コンバータの出力電圧よりも低くなるように定められる、補助電源装置。
請求項１乃至３の何れか一項に記載の補助電源装置であって、
前記第２のノードよりも前記第１のノード側において前記第１の電源線上に配される逆流阻止用の第１のダイオードと、
該第１のダイオードよりも前記第１のノード側において前記第１の電源線の電圧を測定する電圧測定部と、を更に備え、
前記制御部は、前記コンバータの動作中において前記電圧が所定値以下である場合、前記コンバータの動作中に前記バックアップ電源供給部から電力が供給されていると判定する、補助電源装置。
請求項１乃至３の何れか一項に記載の補助電源装置であって、
前記第２の電源線上に配される逆流阻止用の第２のダイオードと、
前記第２の電源線を流れる電流を測定する電流測定部と、を更に備え、
前記制御部は、前記コンバータの動作中において前記電流が所定値よりも大きい場合、前記コンバータの動作中に前記バックアップ電源供給部から電力が供給されていると判定する、補助電源装置。
請求項１乃至３の何れか一項に記載の補助電源装置であって、
前記第２のノードよりも前記第１のノード側において前記第１の電源線上に配される逆流阻止用の第１のダイオードと、
前記第２のノードよりも前記第１のノード側において前記第１の電源線を流れる電流を測定する電流測定部と、を更に備え、
前記制御部は、前記コンバータの動作中において前記電流が所定値以下である場合、前記コンバータの動作中に前記バックアップ電源供給部から電力が供給されていると判定する、補助電源装置。