JP4558096B2 - 電気車の推進制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気車制御装置に関するものであり、特に、架線停電や集電装置の故障などにより架線から受電できない場合に、電力貯蔵素子から供給された電力により電気車を走行させる電気車の推進制御装置に関するものである。

一般に電気車は、集電装置を介して架線の電力を取り入れ、当該電力で電動機を駆動して走行する。また、近年では二次電池や電気二重層キャパシタ等の電力貯蔵素子の性能が向上してきていることから、これらを電気車に搭載し、電力貯蔵素子の電力で電動機を駆動して走行するシステムの開発が進められている。

従来、例えば下記特許文献１に示される電気車制御装置は、架線からの電力を受電できる場合（以下「通常時」という）、従来の電気鉄道と同様に架線からの電力で電動機を駆動する。一方、架線の停電や集電装置の故障などにより架線から受電できない場合（以下「非常時」という）、電力貯蔵素子からの電力で電動機を駆動することにより最寄り駅までの走行を可能とし、電気車が駅間の線路上に立ち往生しないように構成されている。

この電気車制御装置における走行例は以下の通りである。通常時は、集電装置であるパンタグラフを上昇させ、架線より電力を集電し、電動機を駆動することにより既存の電気鉄道として走行する。非常時は、パンタグラフを降下させ、電力貯蔵素子の電力により走行する。この電力貯蔵素子には、架線から受電可能なとき、充電制御により架線からの電力が充電され、所定の容量の電力が維持される。

特開２００６−０１４３９５号公報

しかしながら、現在の技術レベルでは、電力貯蔵素子のエネルギー密度、出力密度ともに小さく、搭載スペース、重量等の制約により、架線から受電して走行する場合と同じ性能を発揮できるほどの電力貯蔵素子を電気車に搭載することが困難である。したがって、上記特許文献１に示される電気車制御装置において、電力貯蔵素子の電力で電気車を走行させる場合、架線から受電して走行する場合に比して、電動機への供給電力が制限される（足りない）ために、電動機が発揮できる性能が低くなり、車速が低くなる。このような場面は、非常時に限定されるため、車速が低くなること自体は許容できるものであるが、主として以下に述べる課題が生じる。

第一の課題として、車速が低くなると、電気車制御装置に搭載されるインバータは、スイッチング損失が大きい領域で連続運転されることになり、インバータが過熱することが挙げられる。このことを詳細に説明すると、一般的に電気車のインバータは、起動から最高速度の１／４程度までの車速では、スイッチング周波数が１０００Ｈｚ前後の多パルスＰＷＭモードでの駆動となる。つぎに、インバータの出力周波数が高くなると、インバータの出力電圧半周期中に含まれるパルス数が減少して波形歪が増加することを回避するために、同期パルスモードに切り替える。このとき、インバータ出力電圧半周期中に含まれるパルス数は、９、５、３程度である。これらのパルス数は速度によって選択される。そして、最高速度の１／３程度以降の車速では、インバータの出力電圧を最大とするために、１パルスモードでの駆動となる。このとき、インバータ出力電圧半周期中に含まれるパルス数は、最小の１となるので、スイッチング損失も最小とすることができ、インバータの冷却フィンを小型化することができる。

具体的な車速で説明すると、一般的な通勤電車では、最高速度が１２０ｋｍ／ｈ程度であるため、起動から３０ｋｍ／ｈ（最高速度の１／４）までは多パルスＰＷＭモード、その後同期パルスモードを介して、４０ｋｍ／ｈ（最高速度の１／３程度）程度で１パルスモードに切り替わる。

しかしながら、電力貯蔵素子の電力で走行する場合、上述したように、電動機への供給電力が制限され最高速度は３０ｋｍ／ｈ程度となる。そのため、インバータは、常に１０００Ｈｚ前後の多パルスＰＷＭモードでスイッチングされ、スイッチング損失が大きい状態で連続運転されることになる、したがって、１パルスモードでの運転を念頭に設計されているインバータの冷却フィンでは、冷却性能が不足することになる。

上記の課題への対策として、低速度での運転を考慮して、冷却性能を強化したインバータを特別に設計することは可能であるが、インバータ装置の重量、寸法、コスト等の増加を招く。

第二の課題として、電気車を走行させるためには、ブレーキを駆動する圧縮空気を生成するコンプレッサ、保安装置、制御装置等の負荷に電力を供給する必要がある。通常時、補助電源装置は、架線から供給された電力をＡＣ４００Ｖ前後、ＤＣ１００Ｖ前後の低圧電力に変換して各負荷に供給している。

一方、非常時は、補助電源装置も機能しなくなるため、各負荷に電力を供給することができなくなり、特にコンプレッサが動作しなくなるため、ブレーキ用の圧縮空気が確保できなくなり、電気車の走行が不可能となる。

電気車の走行を可能とするために、電力貯蔵素子の電力で補助電源装置を動作させ、各負荷に電力を供給する構成が考えられるが、補助電源装置の入力電圧が、通常時に架線から受電する電圧の範囲を逸脱すると、補助電源装置は、規定の出力電圧を維持することができず、停止するという問題がある。したがって、架線からの受電電圧および電力貯蔵素子の電圧の両方に対応できるように、特別に設計した補助電源装置が必要となり、重量、寸法、コストが増加する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機を駆動するインバータ、および負荷への電力供給を行う補助電源装置の重量、寸法、コストの増加を回避しつつ、架線停電時等の非常時に、電力貯蔵素子の電力を利用して電気車の走行を好適に行い得る電気車の推進制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電気車の推進制御装置は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、電力貯蔵素子と、前記電力貯蔵素子に接続されるＤＣＤＣコンバータとを備えた電気車の推進制御装置において、外部電源から集電装置を介して供給される電力と、前記電力貯蔵装置から供給される電力とのいずれか一方を選択し、前記インバータに出力する回路切替部を備え、前記インバータは、前記電気車の速度あるいは前記インバータの出力電圧に応じて、パルスモードを変更する所定の動作を行い、前記パルスモードの変更によって前記インバータの出力電圧基本波半周期中に含まれるパルス数が所定数以下のパルス数で動作可能に構成され、前記電気車が前記外部電源から受電して走行するときよりも、前記電力貯蔵素子からの電力で走行するときの方が、より低い車速で前記所定数以下のパルス数で動作するパルスモードに切り替わることを特徴とする。

本発明にかかる電気車の推進制御装置によれば、インバータ、および補助電源装置の重量、寸法、コストの増加を回避しつつ、架線停電時等の非常時に、電力貯蔵素子の電力を利用した電気車の走行制御を好適に行うことが可能となる。

図１は、本実施の形態にかかる電気車の推進制御装置の構成例を示す図である。 図２は、本実施の形態にかかるインバータの構成例を示す図である。 図３は、本実施の形態にかかるＤＣＤＣコンバータの構成例を示す図である。 図４は、本実施の形態にかかる電力貯蔵素子の構成例を示す図である。 図５は、本実施の形態にかかる補助電源装置の構成例を示す図である。 図６は、本実施の形態にかかるインバータ出力電圧、車速、およびパルスモードの関係の一例を示す図である。

符号の説明

１ 架線
２ 集電装置
３ 車輪
４ レール
１０ 開閉スイッチ（開閉部）
１１ 集電状態検出部
２０ 補助電源装置
２１，４１，４５，５１ リアクトル
２２，４２，５２ フィルタコンデンサ
２３，５３ インバータ回路
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ，４３ａ，４３ｂ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，５３ｅ，５３ｆ 半導体スイッチング素子
２９ 交流フィルタ
３０ トランス
３１ 負荷
４０ ＤＣＤＣコンバータ
４３ スイッチング回路
５４ 電圧検出部
５９ａ 入力電圧監視部
４７ 電流検出器
４８ ＤＣＤＣコンバータ制御部
５０ インバータ
５９ インバータ制御部
５９ｂ 保護動作部
６０ 電力貯蔵素子
７０ 回路切替スイッチ（回路切替部）
７１ 電動機
２００ 連係制御部
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，ＨＣ 制御信号

以下に、本発明にかかる電気車の推進制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本実施の形態にかかる電気車の推進制御装置の構成例を示す図である。図１に示す電気車の推進制御装置は、主たる構成部として、補助電源装置２０、負荷３１、ＤＣＤＣコンバータ４０、回路切替部である回路切替スイッチ７０、電力貯蔵素子６０、インバータ５０、および電動機７１を有して構成されている。また、架線１と集電装置２との接続状態、または集電装置２の状態を検出する集電状態検出部１１と、架線１と電気車の推進制御装置の電力系統を切り離す開閉部である開閉スイッチ１０とを有している。

図１に示すように、電気車の推進制御装置は、変電所（図示せず）に接続された外部電源である架線１から、集電装置２を介して電力を受電する。架線１から供給された電力は、開閉スイッチ１０を介し、補助電源装置２０、ＤＣＤＣコンバータ４０、および回路切替スイッチ７０にそれぞれ供給される。なお、図１には、架線１としての架空電車線、集電装置２としてのパンタグラフ状のものをそれぞれ示しているが、これに限定されることはなく、例えば、地下鉄等で使用されている第三軌条、第三軌条用集電装置でもよい。

補助電源装置２０は、集電装置２またはＤＣＤＣコンバータ４０から入力端子Ｐ−Ｎ間にて受電した電力（一般的には架線１の電圧であるＤＣ６００Ｖ〜３０００Ｖ程度）を低圧電力（一般的にはＡＣ４００ＶやＤＣ１００Ｖ程度）に変換して出力する装置であり、その出力は負荷３１に接続されている。なお、図１では、補助電源装置２０の出力端子をＵ−Ｖ−Ｗとして、三相交流が出力される形態のみを示しているが、直流出力を含む複数の出力系統が存在するのが一般的であり、種々の電力形態に対応可能である。

負荷３１は、電気車のブレーキの空気源を生成するコンプレッサ、保安機器、制御機器、空調、および車内照明等であり、補助電源装置２０から出力された低圧電力で動作する。なお、これら全ての負荷の合計は、例えば１０両編成の通勤電車の例では４００ｋＷ程度である。そのうち、ブレーキの空気源を生成するコンプレッサをはじめとする保安機器、制御機器等の電気車の走行に必須となる重要負荷の合計は、５０ｋＷ程度である。

連係制御部２００は、外部より制御信号ＨＣが入力され、開閉スイッチ１０、回路切替スイッチ７０、ＤＣＤＣコンバータ４０、およびインバータ５０に対し制御信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４を出力し、これらの装置を連係して制御する構成である。なお、連係制御部２００は、開閉スイッチ１０、回路切替スイッチ７０、ＤＣＤＣコンバータ４０、インバータ５０各１台に制御信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を出力する構成を示しているが、これらの装置がそれぞれ複数台存在する場合には、これら複数台の各装置に、制御信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４を出力する構成にしてもよい。制御信号ＨＣは、例えば電気車の運転士によるボタン操作や、電気車の外部に位置し、列車の運行を指令・管理する運行指令センター等の外部要素において発生する信号であり、架線１が停電し、あるいは集電装置２が故障した場合に、電気車が架線１からの電力で走行できないときに発生する信号である。なお、制御信号Ｃ１は、開閉スイッチ１０の開閉制御を行い、制御信号Ｃ２は、回路切替スイッチ７０の切替制御を行う信号である。また、制御信号Ｃ３は、後述するＤＣＤＣコンバータ制御部４８の制御モード切替と運転・停止指令とを含む信号である。さらに、制御信号Ｃ４は、後述するインバータ制御部５９の入力電圧に関する保護設定値の設定変更を行う信号である。なお、後述するが、制御信号Ｃ４は必須ではない。

なお、連係制御部２００は、インバータ５０、ＤＣＤＣコンバータ４０等の電気車の推進制御装置の内部に設けてもよいし、電気車の推進制御装置の外部に設けてもよい。また連係制御部２００は、すべての機能を一つの装置に搭載してもよいし、その機能を複数に分割して、インバータ５０、ＤＣＤＣコンバータ４０等の複数の装置に、それぞれ搭載してもよい。要するに、開閉スイッチ１０、回路切替スイッチ７０、ＤＣＤＣコンバータ４０、およびインバータ５０を連係制御することが可能であれば、物理的な配置の制約は無い。

図２は、本実施の形態にかかるインバータの構成例を示す図である。図２に示すインバータ５０は、リアクトル５１とフィルタコンデンサ５２とからなる入力フィルタ、半導体スイッチング素子５３ａ〜５３ｆからなるブリッジ回路で構成されるインバータ回路５３、および入力電圧監視部５９ａと保護動作部５９ｂとを含んでなるインバータ制御部５９を有して構成されている。

インバータ５０は、回路切替スイッチ７０（図１参照）から出力された直流電力を、入力フィルタを介して取り込み、インバータ回路５３により直流電力を交流電力に変換する。変換された交流電力は、端子Ｕ−Ｖ−Ｗから出力される。なお、インバータ５０の端子Ｕ−Ｖ−Ｗには、電動機７１が接続される。

なお、図２では、インバータ回路５３として一般的な三相２レベルＰＷＭインバータ回路を示しているが、その動作は公知技術であるので、詳細な説明は割愛する。また、インバータ回路５３は、三相２レベルＰＷＭインバータ回路に限定されることはなく、例えば相数は三相以外でもよいし、３レベルインバータ回路でも構わない。

冷却プレートに搭載された半導体スイッチング素子５３ａ〜５３ｆの冷却方式は、以下の通りである。例えば、冷却プレートに挿入されているヒートパイプ等の熱輸送手段の一端に配置された冷却フィンが、電気車の走行風を受ける。半導体スイッチング素子５３ａ〜５３ｆから発生した熱は、冷却プレートおよび熱輸送手段を介して、冷却フィンから放熱される。その結果として、半導体スイッチング素子５３ａ〜５３ｆは冷却される。

図３は、本実施の形態にかかるＤＣＤＣコンバータの構成例を示す図である。図３に示すＤＣＤＣコンバータ４０は、リアクトル４１とフィルタコンデンサ４２とからなる入力フィルタ、半導体スイッチング素子４３ａと半導体スイッチング素子４３ｂとからなるアーム回路で構成されるスイッチング回路４３、リアクトル４５、電流検出器４７、およびＤＣＤＣコンバータ制御部４８とを有して構成されている。

ＤＣＤＣコンバータ４０は、電流検出器４７で検出されたリアクトル４５の電流を所定の指令値に一致するように制御する電流制御モードと、フィルタコンデンサ４２の電圧を所定の指令値に一致するように制御する電圧制御モードとを有しており、上述した制御信号Ｃ３により、これらの制御モードを切替可能な構成である。そのため、入力フィルタを介して取り込まれた直流電力は、スイッチング回路４３とリアクトル４５により、電圧可変の直流電力に変換され端子Ｐ２−Ｎから出力される。

また、ＤＣＤＣコンバータ４０は、電力貯蔵素子６０の充電に必要な変換容量を有している。ＤＣＤＣコンバータ４０の変換容量は、電力貯蔵素子６０の貯蔵電力を使い切った状態から満充電するまでの要求時間で決定する。例えば、電気車の運用を考慮して数時間で充電完了できることが必要であるので、２時間で満充電する設計とすると、ＤＣＤＣコンバータ４０の変換容量は、電力貯蔵素子６０の貯蔵電力量を充電時間で割った１００ｋＷｈ／２時間＝５０ｋＷとなる。

さらに、ＤＣＤＣコンバータ４０は、非常時において、電力貯蔵素子６０から供給される電力を、架線１の定格（公称）電圧付近あるいは通常の架線１の電圧変動範囲内に昇圧し、補助電源装置２０に供給する。ただし、補助電源装置２０に接続される負荷３１の容量は、走行に必要な重要負荷のみを想定し、５０ｋＷ程度である。すなわち、上述した変換容量と同程度の容量である。

なお、図３では、ＤＣＤＣコンバータ回路として一般的な双方向降圧チョッパ回路を示しているが、その動作は公知技術であるので、詳細な説明は割愛する。また、ＤＣＤＣコンバータ回路は、これ以外にも多数の回路構成が知られており、同様の機能が実現できれば、その構成は問わない。

図４は、本実施の形態にかかる電力貯蔵素子の構成例を示す図である。電力貯蔵素子６０は、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ等の電力貯蔵素子で構成されたものであり、その種類は問わない。また、電力貯蔵素子６０は、電力貯蔵セル６１を複数個直並列接続して構成され、電力貯蔵セル６１の直列数を調整することで、出力端子＋／−間の電圧を調整することができる。また並列数を調整することで、貯蔵電力量を調整することができる。なお、電力貯蔵セル６１の種類は上記以外でもよい。

電力貯蔵素子６０は、非常時において、例えば、１０両編成の通勤車である電気車を最寄り駅まで数ｋｍ程度移動させることを想定して設計されており、１００ｋＷｈ程度の貯蔵電力量を有する。また、電力貯蔵素子６０の＋／−端子間の電圧は、電力貯蔵セル６１の直列数を調整することにより、非常時の走行における巡航速度近傍で、インバータ５０が１パルスモードで動作可能となるように調整する。

具体的には、電力貯蔵素子６０の貯蔵電力容量にもよるが、架線１の定格（公称）電圧が１５００Ｖの場合、電力貯蔵素子６０の＋／−端子間の電圧は、３００Ｖ〜７５０Ｖに設定する。また、架線１の定格（公称）電圧が６００Ｖの場合、電力貯蔵素子６０の＋／−端子間の電圧は、１２０Ｖ〜３００Ｖに設定する。すなわち、電力貯蔵素子６０の＋／−端子間の電圧は、架線１の定格（公称）電圧の２０％〜５０％の範囲に設定することが好ましい。なお、電力貯蔵素子６０の＋／−端子間の電圧、車速、およびパルスモードの関係は後述する。

回路切替スイッチ７０は、Ａ側が集電装置２側に接続され、Ｂ側が電力貯蔵素子６０側に接続され、共通端子Ｃがインバータ５０のＰ端子に接続される。回路切替スイッチ７０に内蔵される接点を切り替えることにより、電力の供給源を切り替えることができるため、インバータ５０は、集電装置２から供給された電力で動作するモードまたは電力貯蔵素子６０から供給された電力で動作するモードで、電動機７１を駆動することができる。電動機７１は、三相誘導電動機、永久磁石同期電動機等の交流電動機であり、電動機７１により車輪３を駆動して電気車を走行させる。

図５は、本実施の形態にかかる補助電源装置の構成例を示す図である。図５に示す補助電源装置２０は、リアクトル２１、フィルタコンデンサ２２からなる入力フィルタと、半導体スイッチング素子２３ａ〜２３ｆで構成されるブリッジ回路で構成されるインバータ回路２３を有して構成されている。さらに、交流フィルタ２９とトランス３０を備える。

補助電源装置２０は、集電装置２またはＤＣＤＣコンバータ４０から出力された直流電力を、入力フィルタを介して取り込み、インバータ回路２３により直流電力を交流電力に変換する。変換された交流電力は、交流フィルタ２９によりスイッチングリプルが除去された後、トランス３０で絶縁され、所定の電圧（一般的にはＡＣ４００Ｖ程度）に調整され、端子Ｕ−Ｖ−Ｗから負荷３１に出力される。

なお、図５では、インバータ回路２３として一般的な三相２レベルＰＷＭインバータ回路を示しているが、その動作は公知技術であるので、詳細な説明は割愛する。また、インバータ回路２３は、三相２レベルＰＷＭインバータ回路に限定されることはなく、例えば相数は三相以外でもよいし、３レベルインバータ回路でも構わない。

つぎに、補助電源装置２０の動作について、具体的な数値を用いて説明する。

架線１の電圧は、たとえば、定格（公称）電圧が１５００Ｖの架線の場合、約１０００Ｖ〜１８００Ｖの範囲で変動するため、補助電源装置２０の入力端子Ｐ−Ｎ間の電圧も同様に変動する。この電圧の変動分は、半導体スイッチング素子２３ａ〜２３ｆで構成されるインバータ回路２３で吸収している。具体的には、補助電源装置２０の入力電圧が最小の値である１０００Ｖのときは、補助電源装置２０は、インバータ回路２３の変調率を最大値付近まで増加させ、入力電圧が最大の値である１８００Ｖのときは、インバータ回路２３の変調率を減少させることで、トランス３０の入力側（一次側）電圧を一定に保つ制御を行っている。なお、トランス３０の入力側（一次側）電圧は６００Ｖ程度、出力側（二次側）電圧は４００Ｖ程度である。

ここで、入力電圧が１０００Ｖ未満に低下した場合、インバータ回路２３の変調率は最大値となり、それ以上増加できないため、インバータ回路２３の出力電圧は、入力電圧の低下に比例して低下する。すなわち、トランス３０の入力側（一次側）電圧を規定値（上記の例では６００Ｖ程度）に維持することができず、負荷３１への出力電圧も規定値（上記の例では４００Ｖ程度）に維持できなくなる。その結果、図示しない保護機能が働いて補助電源装置２０は停止する。

入力電圧が１０００Ｖ未満に低下した場合でも、負荷３１への出力電圧を規定値（上記の例では４００Ｖ程度）に維持するには、トランス３０の入力側（一次側）電圧を低い電圧、例えば５００Ｖに設定し、インバータ回路２３の変調率に、上限からの余裕を持たせる必要がある。しかしながら、トランス３０の入力側（一次側）電圧を低く設定すると、同じ電力を得るためには電流値が大きくなり、半導体スイッチング素子２３ａ〜２３ｆとトランス３０の体積、重量、コストが増加する。本実施の形態の構成では、このような特別な設計を考慮しなくても、補助電源装置２０の停止を回避可能である。

補助電源装置２０のＮ端子、ＤＣＤＣコンバータ４０のＮ端子、電力貯蔵素子６０の−端子、およびインバータ５０のＮ端子は、それぞれ車輪３に接続されているため、各端子から出力されるリターン電流は、レール４を介して変電所（図示せず）に帰還される。

なお、上述した各構成要素のうち、任意の複数の要素を電気車の推進制御装置と見ることができる。また、各構成要素それぞれを電気車の推進制御装置と見ることもできる。

また、図１では、補助電源装置２０、ＤＣＤＣコンバータ４０、電力貯蔵素子６０、インバータ５０、電動機７１等の各構成要素は、それぞれ１台で示されているが、それぞれ複数に分割してもよい。

つぎに、１０両編成程度の一般的な通勤電車をモデルとして、各機器の定格容量について説明する。なお、編成数が変化した場合においても、各位構成要素の容量の相対的な関係は、ほぼ維持されるものとする。

架線１の定格（公称）電圧は、ＤＣ６００Ｖ、ＤＣ７５０Ｖ、ＤＣ１５００Ｖ、ＤＣ３０００Ｖ等が主として存在する。負荷容量は、上述したように、合計で４００ｋＷ程度である。したがって、補助電源装置２０の変換容量は、４００ｋＷ程度である。なお、重要負荷の合計は上述したように、５０ｋＷ程度である。

電動機７１は、１台当たり１５０ｋＷ程度であり、電動車１両に４台装備されている。１０両編成の場合、電動車は４両程度存在するので、編成全体に搭載される電動機７１の数量は、１６台である。したがって、電動機７１の出力の合計は、２４００ｋＷ程度である。

集電状態検出部１１は、架線１と集電装置２の接続状態、あるいは集電装置２の状態を検出する。検出された状態は、連係制御部２００へ入力される。連係制御部２００は、集電装置２が架線１から確実に離脱したことを確認してからＤＣＤＣコンバータ４０を起動し、電力貯蔵素子６０の電圧を昇圧し、補助電源装置２０に給電する動作を開始する。このようにすれば、ＤＣＤＣコンバータ４０で昇圧された電圧が、集電装置２を介して架線１に流入することを防止できるので、架線１に短絡等の故障箇所がある場合、ＤＣＤＣコンバータ４０で昇圧された電圧が当該故障箇所に印加され、被害が拡大してしまうという事態を回避できる。

開閉スイッチ１０は、補助電源装置２０およびＤＣＤＣコンバータ４０の接続部から集電装置２の間に設置され、補助電源装置２０およびＤＣＤＣコンバータ４０を、集電装置２から切り離すことができる。開閉スイッチ１０の状態は、連係制御部２００へ入力される。連係制御部２００は、開閉スイッチ１０が開放されたことを条件として、ＤＣＤＣコンバータ４０を起動し、電力貯蔵素子６０の電圧を昇圧し、補助電源装置２０に給電する動作を開始する。このようにすれば、ＤＣＤＣコンバータ４０で昇圧された電圧が、集電装置２を介して架線１に流入することを防止できるので、架線１に短絡等の故障箇所がある場合、ＤＣＤＣコンバータ４０で昇圧された電圧が当該故障箇所に印加され、被害が拡大してしまうという事態を回避できる。

各インバータ５０には電動機７１が４台並列接続され、各インバータ５０が４台の電動機７１を一括駆動する構成が一般的である。したがって、各インバータ５０の変換容量は６００ｋＷ程度である。なお、インバータ５０は、１０両編成の電気車に４台搭載されることになる。

電力貯蔵素子６０は、上述したように、非常時に電気車を最寄り駅まで数ｋｍ移動させることを想定して、１００ｋＷｈ程度の電力量を有する。ＤＣＤＣコンバータ４０の変換容量は、上述したように５０ｋＷ（１００ｋＷｈ／２時間）である。

このように、ＤＣＤＣコンバータ４０の出力容量は、補助電源装置２０に接続される重要負荷に電力を供給できる容量であればよく、補助電源装置２０の出力容量より小さくてよい。本実施の形態に示す電気車の推進制御装置では、ＤＣＤＣコンバータ４０は、小容量の装置で構成できるので、推進制御装置の小型軽量化、低コスト化が可能となる。

つぎに、電気車の推進制御装置の動作を説明する。通常時の動作は、以下の通りである。回路切替スイッチ７０がＡ側を選択する。補助電源装置２０は、架線１から供給された電力により、負荷３１に電力を供給する。

一方、インバータ５０は、架線１から供給された電力により、電動機７１を駆動する。電動機７１に供給される電力は、上述したように合計で２４００ｋＷである。ＤＣＤＣコンバータ４０は、架線１から供給された電力により、電力貯蔵素子６０を充電する。

非常時の動作は、以下の通りである。回路切替スイッチ７０がＢ側を選択する。ＤＣＤＣコンバータ４０は、電力貯蔵素子６０の電圧を架線１の定格（公称）電圧付近あるいは通常の架線１の電圧変動範囲内に昇圧し、補助電源装置２０に供給する。補助電源装置２０は、ＤＣＤＣコンバータ４０から供給された電力により、負荷３１を駆動する。負荷３１に供給される電力は、重要負荷を駆動できる５０ｋＷ程度である。

一方、インバータ５０は、ＤＣＤＣコンバータ４０を介さずに電力貯蔵素子６０から供給された電力により、電動機７１を駆動する。電動機７１に供給できる電力は、電力貯蔵素子６０の特性（出力密度）にもよるが、一般的に電力貯蔵素子６０のＷｈ容量（１００ｋＷｈ）の５倍（５００ｋＷ）程度である。したがって、電動機７１に供給できる電力は、通常時（２４００ｋＷ）の２０％程度である。この場合、電気車の車速は低速となり、加速度と最高速度は共に通常時より低い値を示すが、電気車は、負荷３１および電動機７１に供給された電力により、走行可能である。

次に、連係制御部２００の動作を説明する。

外部から入力される制御信号ＨＣがオフの場合、電気車は、架線１から電力を受電して走行が可能である（通常時）と判断し、制御信号Ｃ１〜Ｃ３により、開閉スイッチ１０をオンとし、回路切替スイッチ７０をＡ側に接続し、ＤＣＤＣコンバータ４０を、リアクトル４５の電流を所定の指令値に一致するように制御する電流制御モードで運転する。さらに、制御信号Ｃ４に基づいて、インバータ５０内部の入力電圧に関する保護設定値の設定を行う。

インバータ５０は、電圧検出部５４を用いて入力電圧（フィルタコンデンサ５２の電圧）を監視する入力電圧監視部５９ａを有している。また、インバータ５０は、入力電圧が規定の範囲から逸脱する場合にインバータ５０を停止させる保護動作部５９ｂを有している。入力電圧監視部５９ａは、電気車が架線１から受電して走行する場合は、架線１の公称電圧が１５００Ｖのケースでは、規定の範囲を１０００Ｖ〜１９００Ｖ程度に設定する。

このようにすることで、インバータ５０、補助電源装置２０は、架線１の電力を直接入力することが可能となる。また、ＤＣＤＣコンバータ４０により、電力貯蔵素子６０を所定の値まで充電しておくことが可能となる。さらに、インバータ５０は、架線１の電圧が規定値以内の場合には、安定に動作することができ、架線１の電圧が規定範囲外の場合には、速やかに停止することができる。

外部から入力される制御信号ＨＣがオンの場合、電気車は、架線１から電力を受電して走行することが不可能である（非常時）と判断し、制御信号Ｃ１〜Ｃ３により、開閉スイッチ１０をオフとし、回路切替スイッチ７０をＢ側に接続し、ＤＣＤＣコンバータ４０を、フィルタコンデンサ４２の電圧を所定の指令値に一致するように制御する電圧制御モードで運転する。なお、ＤＣＤＣコンバータ４０の運転は、開閉スイッチ１０がオフされたことを条件に開始する。さらに、制御信号Ｃ４に基づいてインバータ５０内部の入力電圧に関する保護設定値の設定変更を行う。

インバータ５０は、上述したように、入力電圧監視部５９ａを有しているが、該入力電圧監視部５９ａは、電気車が電力貯蔵素子６０から受電して走行する場合は、電力貯蔵素子６０の公称電圧が６００Ｖのケースでは、規定の範囲を４００Ｖ〜７００Ｖ程度に設定する。

このようにすることで、インバータ５０は、電力貯蔵素子６０の電圧が規定値以内の場合には、安定して動作することができ、電力貯蔵素子６０の電圧が規定範囲外の場合には、速やかに停止することができる。さらに電力貯蔵素子６０の電力を直接インバータ５０に入力することが可能となる。このため、電力貯蔵素子６０の貯蔵電力を損失することなくインバータ５０を介して電動機７１に供給することができる。また、ＤＣＤＣコンバータ４０により、電力貯蔵素子６０の電力を所定の値まで昇圧して補助電源装置２０に供給することが可能となる。

なお、保護動作部５９ｂと入力電圧監視部５９ａとに設定する入力電圧に関する保護設定値は、インバータ５０の内部で独立して設定する構成としてもよく、制御信号Ｃ４に基づいて設定することは必須ではない。例えば、入力電圧の平均値から保護設定値を決定して設定する構成でもよい。

なお、連係制御部２００は、補助電源装置２０の給電範囲にある電気車に搭載されている空調装置（図示せず）に対して、制御指令を出力する構成とし、電気車が電力貯蔵素子６０からの電力で走行する場合には、前記空調装置への停止指令を出力して、空調装置を停止させる構成とすることが好ましい。このようにすることで、空調装置での電力消費をカットできるので、電力貯蔵素子６０の電力を、最大限走行するために使用することができる。

なお、連係制御部２００は、補助電源装置２０の給電範囲にある電気車に搭載されている空調装置（図示せず）に対して、制御指令を出力する構成とし、電気車が電力貯蔵素子６０からの電力で走行する場合には、前記空調装置に内蔵されている冷媒圧縮用のコンプレッサ（図示せず）の停止指令を出力し、別途設けられた電気車車内への送風ファン（図示せず）の運転を継続させる構成とすることが好ましい。このようにすることで、空調装置の電力消費の大半を占める冷媒圧縮用のコンプレッサでの電力消費をカットしながら、電気車車内への送風は維持できるので、車内環境を大きく損なうことなく、電力貯蔵素子６０の電力を最大限走行するために使用することができる。

このように、連係制御部２００は、電気車の推進制御装置に搭載される開閉スイッチ１０、回路切替スイッチ７０、ＤＣＤＣコンバータ４０、およびインバータ５０に対して、制御信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４を出力し、これらの装置を連係して制御する機能を有する。このため、連係制御部２００は、本実施の形態にかかる電気車の推進制御装置というシステムに対して、通常時または非常時における最適な動作を提供する核となる。

なお、非常時において、ＤＣＤＣコンバータ４０が昇圧制御するフィルタコンデンサ４２の電圧は、通常の架線１の変動範囲の下限値付近（たとえば、架線１の定格（公称）電圧が１５００Ｖのケースでは１２００Ｖ程度）とするのが好ましい。この電圧は、補助電源装置２０の許容入力電圧の下限値とほぼ等しい。このようにすることで、ＤＣＤＣコンバータ４０の昇圧比が小さくなり、リアクトル４５からの騒音を低下させることが可能となる。

なお、ＤＣＤＣコンバータ４０は、その内部に電力貯蔵素子６０への貯蔵電力量の目標値を有しており、この貯蔵電力量の目標値に、実際の電力貯蔵素子６０の貯蔵電力量が一致するように、充放電動作を行う機能を有する。電力貯蔵素子６０の最大貯蔵可能電力量に対する現在の貯蔵電力量の割合をＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）と称する。貯蔵電力量の目標値は、電気車が運行中はＳＯＣを最大、即ちほぼ１００％に設定する。これは、万一電気車が運行中に架線１から受電して走行することができなくなった場合に、電力貯蔵素子６０の性能を最大限活用して走行距離を最大に確保できるためである。一方、電気車が運行を終了した後は、ＳＯＣは、例えば運行中のそれよりも低い値である８０％以下程度まで低下させて保持する。これは、電力貯蔵素子６０のＳＯＣを１００％近くまで長時間保持させると、電力貯蔵素子６０内部の劣化が進むため、これを回避するためである。このように、ＳＯＣを極力低く設定することで、電力貯蔵素子６０の寿命を長く使用することができる。なお、貯蔵電力量の目標値は、ＤＣＤＣコンバータ４０の内部に有した時刻情報により、電気車が起動したことを条件にＳＯＣを１００％近くになるように設定し、夜間に所定の時間となると、ＳＯＣを低減させるよう設定する構成が考えられる。

また、貯蔵電力量の目標値は、外部の連係制御部２００からの制御信号として、ＤＣＤＣコンバータ４０に入力する構成とすることでも構わない。このようにすることで、たとえば電気車の編成中に複数台のＤＣＤＣコンバータ４０および電力貯蔵素子６０が存在する場合において、それらの動作を総括的に制御することができる。

また、貯蔵電力量の目標値は、電気車を長時間使用しないと予想される場合において、前記貯蔵電力量の目標値を低下させることが好ましい。具体的には、インバータ５０の動作状態（力行、ブレーキの状態、電流の状態等）を監視し、一定時間動作しない場合には電気車が車庫に留め置かれていると判断してＳＯＣを低下させるように、貯蔵電力量の目標値を設定する構成とすることが好ましい。もちろん、列車の運行に関する情報を統一的に把握している、運行指令センター等の外部から貯蔵電力量の目標値を設定する構成とすることでも構わない。

つぎに、本実施の形態にかかる電気車の推進制御装置によるメリットを以下に述べる。

第一に、インバータ５０に対する特別な設計配慮が不要であることである。図６は、本実施の形態にかかるインバータ出力電圧、車速、およびパルスモードの関係の一例を示す図である。図６の上側に示されるグラフの縦軸は、インバータ５０の出力電圧を示し、横軸は、電気車の車速を示している。グラフには、一例として、架線１の定格（公称）電圧（１５００Ｖ）がインバータ５０に印加された場合の出力電圧−速度特性と、電力貯蔵素子６０の端子電圧（６００Ｖ）がインバータ５０に印加された場合の出力電圧−速度特性が示されている。

図６の下方部には、架線１の定格（公称）電圧（１５００Ｖ）がインバータ５０に印加された場合のパルスモードの変化の状態が示されている。さらに、電力貯蔵素子６０の端子電圧（６００Ｖ）がインバータ５０に印加された場合のパルスモードの変化の状態が示されている。

通常時において、集電装置２から供給された電力で、インバータ５０を駆動する場合、インバータ５０の出力電圧は、０Ｖ〜１１７０Ｖ（＝１５００Ｖ×√６／π；公知式）まで直線状に増加する。インバータ５０は、記号Ａで示される多パルスＰＷＭモード、および記号Ｂで示される同期パルスモードで動作する。

４０ｋｍ／ｈ付近で、インバータ５０の出力電圧は最大値１１７０Ｖに到達し、インバータ５０は、記号Ｃで示される１パルスモードで動作する。なお、通常時の電気車の巡航速度は、８０ｋｍ／ｈ〜１００ｋｍ／ｈなので、インバータ５０は、加減速時を除くほとんどの間、１パルスモードで動作する。

一方、非常時において、端子電圧が６００Ｖに設定された電力貯蔵素子６０の電力で、インバータ５０を駆動する場合、インバータ５０の出力電圧は、０Ｖ〜４６８Ｖ（＝６００Ｖ×√６／π；公知式）まで直線状に増加する。インバータ５０は、記号Ａで示される多パルスＰＷＭモード、および記号Ｂで示される同期パルスモードで動作する。

１６ｋｍ／ｈ付近で、インバータ５０の出力電圧は最大値４６８Ｖに到達し、インバータ５０は、記号Ｃで示される１パルスモードで動作する。なお、非常時の電気車の巡航速度は、一般的に３０ｋｍ／ｈ前後となるので、インバータ５０は、加減速時を除くほとんどの間、１パルスモードでの動作が可能となる。すなわち、インバータ５０の出力電圧半周期中のパルス数は、最小の１を示し、スイッチング損失も最小になる。

もし、電力貯蔵素子６０の端子電圧が、架線１の電圧と同様の１５００Ｖに設定されている場合、非常時に電力貯蔵素子６０からインバータ５０に供給される電力により、電気車の最高速度が３０ｋｍ／ｈ前後であっても、インバータ５０は、インバータ５０の入力電圧に対応する出力電圧−速度特性から導かれるパルスモード、すなわち多パルスＰＷＭモードのスイッチング周波数（１０００Ｈｚ前後）で常に動作する。スイッチング損失が大きい状態でインバータ５０が動作すると、１パルスモードでの運転を念頭に設計されている冷却フィンでは、冷却性能が不足し、インバータ５０が過熱するという問題が発生する。

上記問題の対策として、低速運転を考慮し、冷却性能を強化したインバータを特別に設計することは可能であるが、インバータ装置の重量、寸法、コスト等の増加を招く。

本実施の形態にかかる電気車の推進制御装置では、架線１から供給される電力または電力貯蔵素子６０から供給される電力の一方を選択しインバータ５０に出力する回路切替スイッチ７０を有し、通常時は、架線１の電力をインバータ５０に供給し、非常時は、電力貯蔵素子６０の電力をインバータ５０に供給する構成とした上で、電力貯蔵素子６０からインバータ５０に印加される電圧が、架線１からインバータ５０に印加される電圧に比して低くされていることにより、電力貯蔵素子６０から供給される電力で低速走行する場合でも、インバータ５０は１パルスモードで動作可能である。そのため、冷却性能を強化したインバータを特別に設計する必要がなく、インバータ５０の重量、寸法、コスト等の増加を回避することができる。

なお、電気車が上り勾配を走行中等において、電気車の速度が例えば１６ｋｍ／ｈ以下まで低下した場合、インバータ５０は、多パルスＰＷＭモードでのスイッチングとなる。この場合、上述のとおりインバータ５０は、冷却能力が不足して過熱する虞がある。これを回避するため、インバータ５０を構成する半導体スイッチング素子５３ａ〜５３ｆの温度に応じて、インバータ５０の出力電圧を変化させて、インバータ５０が１パルスモードでの運転が可能となるように制御を行う構成にするとさらに好ましい。

具体的には、インバータ５０を構成する半導体スイッチング素子５３ａ〜５３ｆの温度が所定の値以上に上昇した場合、インバータ５０の出力電圧を増加させて、上述した構成よりも低い速度でインバータ５０が１パルスモードで運転するように制御する。

インバータ５０の出力電圧は、インバータ５０が１パルスモードでのスイッチング動作となるまで増加させることが好ましい。

インバータ５０の出力電圧を増加させる手法としては、インバータ５０に内蔵される電動機制御部（図示せず）内部の電動機７１に対する励磁電流指令を増加させ、インバータ５０の出力電圧を上昇させることが有効である。なお、インバータ５０の出力電圧を増加させると、同一速度（周波数）で通常よりも高い電圧が電動機７１に印加され、電動機７１の励磁電流が定格時よりも大きくなる所謂過励磁状態での運転となる。これにより、電動機７１の温度が上昇することになるが、電動機７１は、インバータ５０と比較して熱時定数が大きく、電気車を最寄駅まで走行させるケースでは問題にならない。

第二に、インバータ５０を含む電気車の推進制御装置全体のシステム損失を最小にすることができることである。回路切替スイッチ７０により、電力貯蔵素子６０をインバータ５０に直結することができるので、電力貯蔵素子６０とインバータ５０との間に電圧変換回路等を設ける必要がない。そのため、当該電圧変換回路等による電力損失がなく、インバータ５０を含む電気車の推進制御装置全体のシステム損失を最小にすることができ、電力貯蔵素子６０の貯蔵電力量を最大限利用することができる。

第三に、補助電源装置２０に対する特別な設計配慮が不要であることである。ＤＣＤＣコンバータ４０は、非常時に電力貯蔵素子６０の電圧を架線１の定格（公称）電圧付近あるいは通常の架線１の電圧変動範囲内に昇圧し、通常時と同じ電源条件で補助電源装置２０を動作させることができる。そのため、補助電源装置２０は、補助電源装置２０に内蔵されるトランス３０の入力側（一次側）電圧の設定を下げる等の設計を行う必要がなく、半導体スイッチング素子２３ａ〜２３ｆとトランス３０の体積、重量、コストが増加するということがない。

第四に、電力貯蔵素子６０の充電に使用するＤＣＤＣコンバータ４０を無駄なく利用できることである。ＤＣＤＣコンバータ４０の変換容量は、補助電源装置２０への昇圧給電に必要な容量と、電力貯蔵素子６０を所定時間で満充電するために必要な容量とが、ほぼ同程度（上述した実施例では５０ｋＷ）である。そのため、ＤＣＤＣコンバータ４０に特別な装置を付加しなくても、通常時は電力貯蔵素子６０を充電し、非常時は補助電源装置２０への昇圧給電をすることができる。すなわち、電気車の推進制御装置に電力貯蔵素子６０の充電用として装備されているＤＣＤＣコンバータ４０を利用可能である。

なお、本実施の形態にかかる電気車の推進制御装置は、集電状態検出部１１を備え、集電装置２が架線１から確実に離脱したことを確認してから、ＤＣＤＣコンバータ４０の昇圧運転を開始する構成であるため、ＤＣＤＣコンバータ４０で昇圧された電圧が集電装置２を介して架線１に流入することを防止でき、架線１の短絡箇所等における被害拡大を回避できる。

さらに、本実施の形態にかかる電気車の推進制御装置は、補助電源装置２０およびＤＣＤＣコンバータ４０の接続部から集電装置２の間に開閉スイッチ１０を備え、開閉スイッチ１０が開放されたことを条件として、ＤＣＤＣコンバータ４０の昇圧運転を開始する構成であるため、ＤＣＤＣコンバータ４０で昇圧された電圧が、集電装置２を介して架線１に流入することを防止できるので、ＤＣＤＣコンバータ４０で昇圧された電圧が集電装置２を介して架線１に流入することを防止でき、架線１の短絡箇所等における被害拡大を回避できる。

以上のように構成したので、電動機７１を駆動制御するインバータ５０と、負荷３１に電力を供給する補助電源装置２０の重量、寸法、コストの増加を回避しつつ、架線停電時等の非常時に電力貯蔵素子６０から供給される電力により電気車を走行させるのに好適な電気車の推進制御装置を提供することができる。

なお、本実施の形態に示す電気車の推進制御装置の構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

以上説明したように、本実施の形態にかかる電気車の推進制御装置によれば、外部電源から供給される電力または電力貯蔵素子６０から供給される電力の一方を選択しインバータ５０に電力を供給する回路切替スイッチ７０と、インバータ５０、ＤＣＤＣコンバータ４０、および回路切替スイッチ７０を連係して制御する連係制御部２００とを有し、インバータ５０、ＤＣＤＣコンバータ４０、および回路切替スイッチ７０を連係して制御するように構成したので、インバータ５０、および補助電源装置２０の重量、寸法、コストの増加を回避しつつ、架線停電時等の非常時に、電力貯蔵素子６０の電力を利用した電気車の走行制御を好適に行うことが可能となる。

また、回路切替スイッチ７０により、電力貯蔵素子６０をインバータ５０に直結することができる構成としたので、電力貯蔵素子６０とインバータ５０との間に電圧変換回路等を設ける必要がなく、インバータ５０を含む電気車の推進制御装置全体のシステム損失を最小に抑え、電力貯蔵素子６０の貯蔵電力量を最大限利用することができる。

また、ＤＣＤＣコンバータ４０は、非常時に電力貯蔵素子６０の電圧を架線１の定格（公称）電圧付近あるいは通常の架線１の電圧変動範囲内に昇圧し、通常時と同じ電源条件で補助電源装置２０を動作させることができる構成としたので、補助電源装置２０は、補助電源装置２０に内蔵されるトランス３０の入力側（一次側）電圧の設定を下げる等の設計を行う必要がなく、半導体スイッチング素子２３ａ〜２３ｆとトランス３０の体積、重量、コストの増加を回避することができる。

また、ＤＣＤＣコンバータ４０の変換容量は、補助電源装置２０への昇圧給電に必要な容量と、電力貯蔵素子６０を所定時間で満充電するために必要な容量とが、ほぼ同程度（上述した実施例では５０ｋＷ）であるため、ＤＣＤＣコンバータ４０に特別な装置を付加しなくても、通常時は電力貯蔵素子６０を充電し、非常時は補助電源装置２０への昇圧給電をすることができる。

また、本実施の形態にかかる電気車の推進制御装置は、集電状態検出部１１を備え、集電装置２が架線１から確実に離脱したことを確認してからＤＣＤＣコンバータ４０の昇圧運転を開始する構成としたので、ＤＣＤＣコンバータ４０で昇圧された電圧が架線１に流入することを防止でき、架線１の短絡箇所等における被害拡大を回避できる。

さらに、本実施の形態にかかる電気車の推進制御装置は、補助電源装置２０およびＤＣＤＣコンバータ４０の接続部から集電装置２の間に開閉スイッチ１０を備え、開閉スイッチ１０が開放されたことを条件として、ＤＣＤＣコンバータ４０の昇圧運転を開始する構成としたので、ＤＣＤＣコンバータ４０で昇圧された電圧が架線１に流入することを防止でき、架線１の短絡箇所等における被害拡大を回避できる。

以上のように、本発明にかかる電気車の推進制御装置は、架線停電時等の非常時に、電力貯蔵素子の電力により電気車を走行させる電気車の推進制御装置に有用である。

Claims (26)

1. 直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、電力貯蔵素子と、前記電力貯蔵素子に接続されるＤＣＤＣコンバータとを備えた電気車の推進制御装置において、
   外部電源から集電装置を介して供給される電力と、前記電力貯蔵装置から供給される電力とのいずれか一方を選択し、前記インバータに出力する回路切替部を備え、
   前記インバータは、前記電気車の速度あるいは前記インバータの出力電圧に応じて、パルスモードを変更する所定の動作を行い、前記パルスモードの変更によって前記インバータの出力電圧基本波半周期中に含まれるパルス数が所定数以下のパルス数で動作可能に構成され、
   前記電気車が前記外部電源から受電して走行するときよりも、前記電力貯蔵素子からの電力で走行するときの方が、より低い車速で前記所定数以下のパルス数で動作するパルスモードに切り替わること
   を特徴とする電気車の推進制御装置。
2. 前記電気車が前記外部電源から受電して走行する場合と、前記電力貯蔵素子からの電力で走行する場合とのそれぞれに応じて、前記ＤＣＤＣコンバータ、および前記回路切替部に制御信号を出力し、少なくとも前記ＤＣＤＣコンバータと、前記回路切替部とを連係して制御する連係制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
3. 前記電力貯蔵素子の端子間の電圧は、前記電力貯蔵素子からの電力により走行するときの巡航速度において、前記インバータが１パルスモードで動作可能となるように調整された値であることを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
4. 前記電力貯蔵素子の端子の電圧値は、前記外部電源の定格電圧の２０〜５０％の値であることを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
5. 前記所定数は１であることを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
6. 前記電気車に搭載される負荷に電力を供給する補助電源装置を備え、
   前記ＤＣＤＣコンバータは、前記外部電源からの電力の受電が不可能となった場合、前記電力貯蔵素子の電圧を、前記補助電源装置が通常前記外部電源から受電する電圧程度まで昇圧し、前記補助電源装置に供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の電気車の推進制御装置。
7. 前記外部電源と前記集電装置との接続状態を検出する集電状態検出部を備え、
   前記外部電源と前記集電装置との接続が断たれたことを前記集電状態検出部が検出したことを条件として、前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧運転を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の電気車の推進制御装置。
8. 前記補助電源装置および前記ＤＣＤＣコンバータの接続部と前記集電装置との間に設置され、前記補助電源装置および前記ＤＣＤＣコンバータを前記集電装置から切り離す開閉部を備え、
   前記開閉部が開放されたことを条件として、前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧運転を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の電気車の推進制御装置。
9. 前記連係制御部は、
   前記外部電源からの受電による電気車の走行が可能と判断した場合には、前記インバータが前記外部電源と直結されるように前記回路切替部を制御するとともに、前記ＤＣＤＣコンバータが前記電力貯蔵素子に前記外部電源の電力を充電する動作を行うように制御し、
   前記外部電源からの受電による電気車の走行が不可能と判断した場合、前記インバータを前記電力貯蔵素子に直結されるように前記回路切替部を制御するとともに、前記ＤＣＤＣコンバータが電気車に搭載され負荷に電力を供給する補助電源装置に前記電力貯蔵素子の電力を供給する動作を行うように制御することを特徴とする請求項２に記載の電気車の推進制御装置。
10. 前記補助電源装置の給電範囲にある電気車の空調装置に対して、前記連係制御部からの制御信号を出力する構成とされており、
    前記連係制御部は、
    電気車が前記電力貯蔵素子からの電力で走行する場合、前記空調装置への停止指令を出力して前記空調装置を停止させることを特徴とする請求項２に記載の電気車の推進制御装置。
11. 前記補助電源装置の給電範囲にある電気車に搭載されている空調装置に対して、前記連係制御部からの制御信号を出力する構成とされており、
    前記連係制御部は、
    電気車が前記電力貯蔵素子からの電力で走行する場合、前記空調装置に内蔵されている冷媒圧縮用コンプレッサの停止指令を出力し、電気車車内に搭載される送風ファンの運転を継続させることを特徴とする請求項２に記載の電気車の推進制御装置。
12. 前記ＤＣＤＣコンバータは、
    前記外部電源に接続されたリアクトルおよびフィルタコンデンサからなる入力フィルタ回路と、前記フィルタコンデンサの直流電圧を任意の直流電圧に変換して出力するスイッチング回路とを有し、
    前記スイッチング回路は、
    前記フィルタコンデンサに並列接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とから構成され、前記上アーム側スイッチング素子と前記下アーム側スイッチング素子との接続点にリアクトルが接続された構成である場合、
    前記ＤＣＤＣコンバータの前記フィルタコンデンサ電圧を所定の値に制御する電圧制御モードと、前記ＤＣＤＣコンバータの前記リアクトル電流を所定の値に制御する電流制御モードとを有することを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
13. 前記ＤＣＤＣコンバータは、電気車が外部電源から受電して走行する場合と、前記電力貯蔵素子からの電力で走行する場合とで、前記制御モードを切り替えて運転することを特徴とする請求項１２に記載の電気車の推進制御装置。
14. 前記ＤＣＤＣコンバータは、前記フィルタコンデンサの電圧を、前記補助電源装置の入力電圧の許容下限値付近に制御することを特徴とする請求項６に記載の電気車の推進制御装置。
15. 前記ＤＣＤＣコンバータは、
    前記電力貯蔵素子の貯蔵電力量に関する目標値を有し、前記電力貯蔵素子への充放電を行って貯蔵電力量を前記目標値に制御するものであって、
    前記貯蔵電力量の目標値を少なくとも時刻に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
16. 前記ＤＣＤＣコンバータは、
    前記電力貯蔵素子の貯蔵電力量に関する目標値を有し、前記電力貯蔵素子への充放電を行って前記貯蔵電力量を前記目標値に制御するものであって、
    前記貯蔵電力量の目標値を前記連係制御部からの制御信号に応じて変化させることを特徴とする請求項２に記載の電気車の推進制御装置。
17. 前記ＤＣＤＣコンバータは、
    前記電力貯蔵素子の貯蔵電力量に関する目標値を有し、前記電力貯蔵素子への充放電を行って前記貯蔵電力量を前記目標値に制御するものであって、
    前記インバータの動作状態に応じて、前記貯蔵電力量の目標値を低下させることを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
18. 前記ＤＣＤＣコンバータの出力容量は、前記補助電源装置の出力容量以下であることを特徴とする請求項６に記載の電気車の推進制御装置。
19. 前記インバータは、
    少なくとも前記インバータの入力電圧を監視する入力電圧監視部を有し、前記入力電圧が所定の範囲から逸脱する場合、前記インバータを停止させる保護動作部を備えたものであって、
    前記入力電圧監視部は、
    電気車が外部電源から受電して走行する場合と、前記電力貯蔵素子からの電力で走行する場合とで、入力電圧に関する前記所定の範囲を切り替えることを特徴とする請求項２に記載の電気車の推進制御装置。
20. 前記インバータは、インバータを構成する半導体スイッチング素子の温度に応じて、インバータの出力電圧を変化させる所定の動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
21. 前記インバータは、インバータを構成する半導体スイッチング素子の温度が所定の値以上である場合、インバータの出力電圧を増加させる所定の動作を行うことを特徴とする請求項２０に記載の電気車の推進制御装置。
22. 前記インバータは、インバータを構成する半導体スイッチング素子の温度が所定の値以上である場合、インバータの出力電圧を１パルスモードでのスイッチング動作となるまで増加させる所定の動作を行うことを特徴とする請求項２１に記載の電気車の推進制御装置。
23. 前記所定の動作は、前記インバータの負荷である電動機の励磁電流を増加させることを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか１つに記載の電気車の推進制御装置。
24. 前記ＤＣＤＣコンバータは、前記電圧制御モードおよび前記電流制御モードを前記連係制御部からの前記制御信号に応じて切替えることを特徴とする請求項１２に記載の電気車の推進制御装置。
25. 前記インバータは、前記入力電圧に関する所定の範囲を前記連係制御部からの前記制御信号に応じて切替えることを特徴とする請求項１９に記載の電気車の推進制御装置。
26. 前記ＤＣＤＣコンバータは、前記電力貯蔵素子の貯蔵電力量に関する目標値を有し、前記電力貯蔵素子への充放電を行って前記貯蔵電力量を前記目標値に制御するものであって、前記貯蔵電力量の目標値を外部からの制御信号に応じて変化させることを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。

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