JP4989793B2 - 電気車の推進制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力貯蔵装置を備えた電気車の推進制御装置に関するものである。

電力貯蔵装置を備えて構成された従来の電気車の推進制御装置として、特許文献１に記載の車両用駆動制御装置が存在する。

この車両用駆動制御装置においては、架線または／および電力貯蔵装置からの直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動するインバータと、架線からの直流電圧またはモータからの回生電力を変換して電力貯蔵装置を充電するためのＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、電力貯蔵装置の充電深度および車両の状態（力行時、停車時、だ行時、回生時）に応じた制御（電力貯蔵装置からモータへの給電、電力貯蔵装置の充電、放電）を実施する。

特開２００５−２７８２６９号公報

上記従来の車両用駆動制御装置においては、架線からの直流電圧を電力貯蔵装置の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと直流電力を交流電力に変換しモータを駆動するインバータの２つの電力変換装置を搭載しているため、コスト、質量、寸法が大きいという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コスト化、小型化および軽量化が可能な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、本発明は、電力貯蔵装置を有する電気車の推進制御装置であって、架線と架線から入力される直流電圧の供給先となる電力変換部との間で回路の開閉を行う第１のスイッチと、前記電力変換部と電気車の動力を発生するモータとの間で回路の開閉を行う第２のスイッチと、前記電力変換部の前記第１のスイッチが接続された側の端子または前記電力変換部の前記第２のスイッチが接続された側の端子を選択して前記電力貯蔵装置と接続する切替部と、前記電力変換部、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチおよび前記切替部を制御し、前記電気車の動作態様に応じて、前記電力変換部の接続先を切り替えるとともに前記電力変換部をインバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させる制御部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、電力変換部がインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータとして動作するので、電力貯蔵装置を充電するためのＤＣ／ＤＣコンバータを別途備える必要がなくなり、小型軽量化と低コスト化を実現した電気車の推進制御装置が得られる、という効果を奏する。

図１は、電気車の推進制御装置の実施の形態１の構成例を示す図である。 図２は、電力貯蔵装置を充電する場合の動作を示す図である。 図３は、電力貯蔵装置を利用してモータを駆動する場合の動作を示す図である。 図４は、実施の形態２の電気車であるハイブリット車両の構成例を示す図である。 図５は、実施の形態３の電力貯蔵装置を利用する場合の動作を示す図である。 図６は、実施の形態４の電気車の推進制御装置の構成例を示す図である。 図７は、実施の形態４の電気車の推進制御装置を備えた電気車の運用例を示す図である。 図８は、実施の形態４の電気車の推進制御装置を備えた電気車の運用例を示す図である。 図９は、実施の形態４の電気車の推進制御装置を備えた電気車の運用例を示す図である。 図１０は、実施の形態５の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。 図１１は、実施の形態５の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。 図１２は、実施の形態６の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。 図１３は、実施の形態６の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。 図１４は、実施の形態７の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。 図１５は、実施の形態７の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。 図１６は、実施の形態８の電気車の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。 図１７は、電力貯蔵装置を充電する場合の動作を示す図である。 図１８は、電力供給源を架線から電力貯蔵装置に切り替える切替シーケンスを説明する図の一つである。 図１９は、電力供給源を架線から電力貯蔵装置に切り替える切替シーケンスを説明する図の一つである。 図２０は、電力供給源を架線から電力貯蔵装置に切り替える切替シーケンスを説明する図の一つである。 図２１は、電力供給源を架線から電力貯蔵装置に切り替える切替シーケンスを説明する図の一つである。 図２２は、電力供給源を架線から電力貯蔵装置に切り替える切替シーケンスを説明する図の一つである。 図２３は、電力供給源を電力貯蔵装置から架線に切り替えるシーケンスを説明する図の一つである。 図２４は、電力供給源を電力貯蔵装置から架線に切り替えるシーケンスを説明する図の一つである。 図２５は、電力供給源を電力貯蔵装置から架線に切り替えるシーケンスを説明する図の一つである。 図２６は、電力供給源を電力貯蔵装置から架線に切り替えるシーケンスを説明する図の一つである。 図２７は、電力供給源を電力貯蔵装置から架線に切り替えるシーケンスを説明する図の一つである。 図２８は、図１７〜図２７に示す一連のシーケンスをタイムチャートにして示した図である。 図２９は、実施の形態９の電気車の推進制御装置の構成例を示す図である。 図３０は、電力貯蔵装置を充電する場合の第１の充電動作を示す図である。 図３１は、電力貯蔵装置を充電する場合の第２の充電動作を示す図である。 図３２は、電力貯蔵装置を充電する場合の第３の充電動作を示す図である。 図３３は、電力貯蔵装置を充電する場合の第４の充電動作を示す図である。 図３４は、電力貯蔵装置の電力を用いて交流モータを駆動する場合の動作を示す図である。 図３５は、直流架線の電力を用いて交流モータを駆動する場合の動作を示す図である。 図３６は、燃料電池の電力を用いて交流モータを駆動する場合の動作を示す図である。 図３７は、直流架線の電力を交流架線に供与する場合の動作を示す図である。 図３８は、交流架線および電力貯蔵装置相互間で電力変換を行う場合の動作を示す図である。 図３９は、電力貯蔵装置を充電する場合の第５の充電動作を示す図である。 図４０は、電力貯蔵装置の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。 図４１は、燃料電池の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。 図４２は、直流架線の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。 図４３は、燃料電池の電力を交流架線に供与する場合の動作を示す図である。 図４４は、図３０〜図４３に示した動作を表形式で一覧にした図である。

以下に、本発明にかかる電気車の推進制御装置（以下、単に「推進制御装置」と記載する）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１．
図１は、本発明にかかる推進制御装置の実施の形態１の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の推進制御装置は、推進制御装置内の各部を制御する制御部１と、変電所などの直流電源に接続された架線２から電力を取り入れる集電装置３と、回路を開閉するためのスイッチ４，５，９，１３，１４，１６，１９と、ＬＣフィルタを構成するフィルタリアクトル６およびフィルタコンデンサ７と、複数のスイッチング素子により構成され、インバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータとして動作する電力変換部８と、スイッチ９を介して電力変換部８の出力側に接続され、電力変換部８からの出力電圧を平滑化するバッテリリアクトル１０と、電力変換部８の入力側（直流電圧の入力側）および出力側（三相交流電圧および電圧変換された直流電圧の出力側）に接続され、いずれか一方を選択して後述する電力貯蔵装置に接続する切替部１１と、バッテリフィルタコンデンサ１２と、二次電池や電気二重層キャパシタ等の電力貯蔵デバイスにより構成された電力貯蔵装置１５と、スイッチ１６を介して電力変換部８の出力側に接続されたモータ１７と、フィルタコンデンサ７を放電させて端子電圧を調整するためのスイッチ１８および放電抵抗Ｒ３と、フィルタコンデンサ７およびバッテリフィルタコンデンサ１２を充電する際の抵抗としてそれぞれ使用される充電抵抗Ｒ１およびＲ２と、電力貯蔵装置１５から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換する補助電源装置（ＳＩＶ）２０と、ＳＩＶ２０から電力供給を受けて動作する補機２１と、電力変換部８の出力側に設置され、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の電流を検出する電流検出器ＣＴＵ，ＣＴＶ，ＣＴＷと、電力貯蔵装置１５へ流入する電流および電力貯蔵装置１５から流出する電流を検出する電流検出器ＣＴＢと、を備える。なお、補機２１は、車内の照明や空調、制御装置等の電源（バッテリ）の充電装置等である。直流電源は、燃料電池や太陽光電池のような直流電圧源でもよい。

ここで、図示したように、切替部１１は電力変換部８の入力側または出力側と電力貯蔵装置１５とを接続するが、出力側を選択する場合、３相の電流をまとめて電力貯蔵装置１５へ出力するように構成されている。

制御部１は、電力貯蔵装置１５の電圧ＢＥＦＣ、バッテリフィルタコンデンサ１２の電圧ＢＥＳ、電流検出器ＣＴＢの電流検出値ＩＢ、架線２から供給される直流電圧ＥＳ、フィルタコンデンサ７の電圧ＥＦＣ、および電流検出器ＣＴＵ，ＣＴＶ，ＣＴＷの電流検出値ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを監視している。また、運転者による操作内容を示す情報（以下、操作情報と記載する）を外部から受け取る。この操作情報には、たとえば、電気車の運行操作（力行，ブレーキ，だ行，停車）を示す情報や電力貯蔵装置１５の受電開始操作を示す情報などが含まれる。そして、制御部１は、これらの監視結果や外部から受け取った操作情報に基づいて、スイッチ４，５，９，１３，１４，１６、切替部１１および電力変換部８（より詳細には電力変換部８を構成している各スイッチング素子）を制御する。

このような構成の推進制御装置では、電気車を力行させたり回生ブレーキを使用したりする必要がない状態、すなわち停車中やだ行中などの状態で、なおかつ電力貯蔵装置１５の充電が必要な状態の場合、スイッチ１６を開放して電力変換部８からモータ１７を切り離し、電力変換部８を利用して電力貯蔵装置１５を充電することを特徴としている。以下、本実施の形態の推進制御装置の特徴的な動作の詳細について説明する。

なお、本実施の形態の推進制御装置おいては、ＳＩＶ２０は電力貯蔵装置１５からの出力電圧を変換して補機２１への供給電圧を生成するように構成されており、架線電圧（架線２から供給される直流電圧）を補機２１への供給電圧に変換することはしない。また、本実施の形態の推進制御装置において、電気車を力行させる場合、電力変換部８への電力供給は、電力貯蔵装置１５のみから行うものとする。すなわち、電力変換部８が架線２から供給された電力を変換してモータ１７駆動用の三相交流電圧を生成することはしない。

図２は、本実施の形態の推進制御装置において電力貯蔵装置１５を充電する場合の動作を示す図であり、電力変換部８をＤＣ／ＤＣコンバータとして利用する場合の動作を示している。図２において、スイッチ４，５，９，１３，１４，１６，１９には状態を示す○または×を併せて記載しており、○が閉状態，×が開状態を示している。図３以降におけるスイッチの記載も同様である。

制御部１は、電力貯蔵装置１５の電圧ＢＥＦＣ、バッテリフィルタコンデンサ１２の電圧ＢＥＳ、電流検出器ＣＴＢの電流検出値ＩＢ、架線２から供給される直流電圧ＥＳ、フィルタコンデンサ７の電圧ＥＦＣ、および電流検出器ＣＴＵ，ＣＴＶ，ＣＴＷの電流検出値ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを監視している。また、操作情報を外部から受け取る。

推進制御装置は、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において、電力貯蔵装置１５を充電する必要があると判断した場合、図２に示したように、架線２から供給される直流電圧を電力変換部８で変換して所望電圧の直流電力を生成し、電力貯蔵装置１５を充電する。

たとえば、制御部１は、充電動作を実施可能な状態（力行や回生ブレーキを使用した制動などを終了し、モータ１７を使用していない状態）であり、なおかつ充電開始操作が実施されたことを外部から受け取った操作情報に基づいて判断すると、電力貯蔵装置１５の充電動作を実施する。なお、電力貯蔵装置１５の放電が進んでいない状態（電力貯蔵装置１５が満充電の状態）で充電開始操作が実施されることもあり得るので、制御部１は、充電開始操作が実施された場合、まず、電力貯蔵装置１５の電圧ＢＥＦＣが所定のしきい値を下回っているかどうか確認し、しきい値を下回っている場合に充電動作を開始するようにしてもよい。

また、運転者により充電開始操作が実施されたことを検出した場合に充電動作を開始するのではなく、電力貯蔵装置１５の状態に応じて充電動作を開始するようにしてもよい。たとえば、制御部１は、充電動作を実施可能な状態（力行や回生ブレーキを使用した制動などを終了し、モータ１７を使用していない状態）となった旨の通知を外部から受けると、電力貯蔵装置１５の電圧ＢＥＦＣが所定のしきい値を下回っているかどうか確認する。そして、しきい値を下回っている場合、充電が必要と判断して電力貯蔵装置１５の充電動作を開始する。この場合、電気車の状態や電力貯蔵装置１５の状態に応じて運転者が充電開始操作を実施する必要がなくなるので、運転者の操作負荷を軽減できる。

充電動作を開始する場合、制御部１は、まず、スイッチ１６を開放して（オフにして）モータ１７を切り離した状態とし、さらに、直流電源（架線２）から電力変換部８へ電力を供給するために、まず、スイッチ４を閉じて（オンにして）、直流電源から、架線２および集電装置３を通し、フィルタコンデンサ７を充電させる。そして、フィルタコンデンサ７への充電が進み、その電圧ＥＦＣが所定値に達すると、次に、スイッチ５を閉じて充電抵抗Ｒ１を短絡させる。また、スイッチ１４を開放状態に保ったままスイッチ１３を閉じ、電力貯蔵装置１５から電流を流してバッテリフィルタコンデンサ１２を充電する。バッテリフィルタコンデンサ１２の電圧ＢＥＦＣが所定値に達すると、スイッチ１４を閉じて充電抵抗Ｒ２を短絡させる。そして、切替部１１をバッテリリアクトル１０側（電力変換部８の出力側）に切り替えるとともにスイッチ９を閉じる。

また、制御部１は、電力変換部８の各スイッチング素子を制御して電力変換部８をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させる（電力変換部８の３相の出力端子からそれぞれ出力される電圧値を調整する）。具体的には、電力貯蔵装置１５の電圧ＢＥＦＣなどに応じて決定される充電電流指令値（電力貯蔵装置１５の充電電流値）をＩＢＲとした場合に次式が成立するように、電力変換部８の制御信号ＧＳＵ，ＧＳＶ，ＧＳＷ，ＧＳＸ，ＧＳＹ，ＧＳＺを生成する。なお、ＩＵ，ＩＶ，ＩＷは電流検出器ＣＴＵ，ＣＴＶ，ＣＴＷの検出値である。
ＩＢＲ＝ＩＵ＋ＩＶ＋ＩＷ

すなわち、制御部１は、電力変換部８から出力されるＵ，Ｖ，Ｗの各相の電流の合計値が充電電流指令値ＩＢＲと一致するように、電力変換部８の各相のスイッチング素子を比例積分制御し、その結果をＰＷＭ制御信号ＧＳＵ，ＧＳＶ，ＧＳＷ，ＧＳＸ，ＧＳＹ，ＧＳＺとして電力変換部８に出力する。たとえば、ＩＵ＝ＩＶ＝ＩＷ＝ＩＢＲ×１／３となるように制御する。

このように制御することにより電力変換部８がＤＣ／ＤＣコンバータとして動作し、電力貯蔵装置１５を充電することができる。

なお、制御部１は、充電動作を開始後、充電動作が実施不可能な状態となった旨（力行を開始する旨やブレーキ使用を開始する旨）の通知を外部から受けると、推進制御装置内の各部を制御して充電動作を終了させる。外部からの通知に従って充電動作を終了することに加えて、電力貯蔵装置１５が十分に充電された（所定の電圧に達した）ことを検出した時点で充電動作を終了させるようにしてもよい。

図３は、本実施の形態の推進制御装置において電力貯蔵装置１５を利用してモータ１７を駆動する場合の動作を示す図であり、電力変換部８をインバータとして利用する場合の動作を示している。

電力変換部８をＤＣ／ＤＣコンバータとして利用する場合と同様に、制御部１は、ＢＥＦＣ，ＢＥＳ，ＩＢ，ＥＳ，ＥＦＣ，ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを監視している。また、電気車の状態を示す情報を外部から受け取る。

推進制御装置は、電力貯蔵装置１５が十分に充電された状態において電気車を力行させる場合、図３に示したように、電力貯蔵装置１５が電力変換部８に対して給電を行い、電力変換部８は電力貯蔵装置１５から供給された直流電圧を変換してモータ１７駆動用の三相交流電圧を生成する。

たとえば、制御部１は、力行を開始する旨の通知を外部から受けると、電力貯蔵装置１５の電圧ＢＥＦＣが一定レベル以上かどうか確認する。そして、一定レベル以上である場合、十分に充電された状態であると判断し、電力貯蔵装置１５を利用してモータ１７を駆動する。

電力貯蔵装置１５を放電させてモータ１７を駆動する場合、制御部１は、まず、電力変換部８をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させているのであればそれを停止し、スイッチ４を開放して架線２からの電源供給を停止するとともにパンタグラフを下げる。次に、放電スイッチ１８を閉じてフィルタコンデンサ７に蓄積された電荷を放電抵抗Ｒ３で消費させ電圧ＥＦＣを電力貯蔵装置１５の電圧（ＢＥＦＣ）以下に放電する。その後、スイッチ９を開放して電力変換部８の出力側とバッテリリアクトル１０を切り離し、さらに、切替部１１を電力変換部８の入力側へ切り替えるとともにスイッチ１６を閉じて電力変換部８とモータ１７を接続する。

また、制御部１は、電力変換部８の各スイッチング素子を制御して電力変換部８をインバータとして動作させてモータ１７を駆動するための三相交流電圧を生成する。たとえば、外部から受け取るトルク指令ＴＲＱＲ（図示は省略している）とモータ１７の周波数に基づいて、トルク分電流指令ＩＱＲおよび磁束分電流指令ＩＤＲを求める。また、ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを、一次周波数Ｆ１を積分して得られた位相でそれぞれ座標変換してトルク分電流ＩＱおよび磁束分電流ＩＤを算出し、これらの算出したトルク分電流指令ＩＱＲとトルク分電流ＩＱの偏差、および磁束分電流指令ＩＤＲと磁束分電流ＩＤの偏差、がそれぞれゼロとなるように、電力変換部８をＰＷＭ制御する。

これにより、電力変換部８でモータ１７駆動用の三相交流電圧が生成され、電力貯蔵装置１５の電力で電気車が駆動（力行）される。

なお、制御部１は、電流値および電圧値を検出した場合、検出した値が故障検出用の判定値以下であるかどうか確認し、判定値を超えた場合には故障と判断して電力変換部８の制御を停止し、出力電圧をゼロにする。

また、詳細説明は省略するが、モータ１７を回生運転させる場合、電力貯蔵装置１５を充電するように構成してもよい。たとえば、モータ１７を回生運転させる場合、制御部１は、電力貯蔵装置１５の電圧ＢＥＦＣを確認し、この値が所定レベル以下となっている場合、スイッチ４を開放するとともに切替部１１をスイッチ４側（電力変換部８から回生電力が出力される側）に切り替える。そして、モータ１７からの回生電力が電力貯蔵装置１５の充電用電圧に変換されるように電力変換部８の各スイッチング素子を制御し、電力貯蔵装置１５を充電する。

このように、本実施の形態の推進制御装置は、直流電圧を変換してモータ駆動用の三相交流電圧を生成する電力変換部とモータを接続しておく必要がない状態の場合、電力変換部をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させることにより、架線から供給される直流電圧を変換して電力貯蔵装置を充電することとした。これにより、電力貯蔵装置を充電するためのＤＣ／ＤＣコンバータを別途備える必要がなくなり、推進制御装置の小型化および軽量化と低コスト化が実現できる。

また、既存のインバータ車両に電力貯蔵装置と切替え装置（切替部１１など）を追加することで実現できるので、改造が容易なので低コストで実現できる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、モータ１７駆動用の三相交流電圧を生成する場合、電力貯蔵装置１５からの出力電圧を電力変換部８が変換してモータ１７駆動用の三相交流電圧とする推進制御装置（架線２から供給される電圧を変換してモータ１７駆動用の三相交流電圧を直接生成することはしない推進制御装置）について説明した。そのため、実施の形態１で説明した推進制御装置を備えた車両が複数連結された編成が運用される場合、１編成内の各推進制御装置を図４に示したように使い分けるとよい。図４は、実施の形態２の電気車であるハイブリット車両（鉄道車両システム）の構成例を示す図である。なお、車両Ａ，Ｂは同一構成かつ実施の形態１で説明した推進制御装置を備えた電気車である。図４では主要部のみを記載しており、電力変換部８Ａ，８Ｂは実施の形態１で説明した電力変換部８に相当する（図１など参照）。また、制御部１Ａ，１Ｂは実施に形態１で説明した制御部１に相当する。同様に、スイッチ４Ａ，４Ｂ、スイッチ１６Ａ，１６Ｂ、切替部１１Ａ，１１Ｂ、電力貯蔵装置１５Ａ，１５Ｂ、モータ１７Ａ，１７Ｂはそれぞれ、実施の形態１で説明したスイッチ４、スイッチ１６、切替部１１、電力貯蔵装置１５、モータ１７に相当する。また、各推進制御装置は、他の車両の推進制御装置と接続するためのインタフェース（接続部）１００を備える。このインタフェース１００は推進制御装置の直流電圧部同士を接続するとともに制御部同士を接続する。

すなわち、図４に例示したように、車両のバッテリフィルタコンデンサ（図示は省略している。図１など参照）間を接続する。そして、車両Ａでは電力変換部８ＡをＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させて、架線から供給される直流電圧を電力貯蔵装置の充電電圧（電力貯蔵装置の出力電圧と同等の直流電圧）に変換する。一方、車両Ｂでは電力変換部８Ｂをインバータとして動作させてモータ１７Ｂ駆動用の三相交流電圧に変換する。この運用を実現するために、制御部１Ａと１Ｂは、必要に応じて情報の交換等を行いつつ推進制御装置内の各部を制御する。このような運用方法を適用することにより、架線下の電化区間では、車両Ａの電力変換部８Ａで生成された直流電圧が車両Ｂ側にも供給されるので、車両Ｂでは電力貯蔵装置１５Ｂの電力を消費せずに走行でき、架線下を走行する場合に走行距離の制約がなくなる。さらに、電力貯蔵装置１５Ｂの充放電回数が減るので電力貯蔵装置１５Ｂの長寿命化を図れ、低コスト化となる。

なお、編成が２両の場合を示したが、３両以上の場合（実施の形態１で説明した推進制御装置を備えた電気車が１つの編成に３両以上含まれる場合）、少なくとも１両において、電力変換部をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させ、残りの中の少なくとも１両においてインバータとして動作させればよい。各推進制御装置の制御部（図４では記載を省略している）には、電力変換部をインバータとして動作させるかＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させるかの指示が外部から入力され、その指示内容に応じて制御部が各部を制御する。

実施の形態３．
また、図５に示したように、車両基地や駅に電力貯蔵装置１０１が設置されている場合において、これらの車両基地や駅で停車している間に、電力変換部８をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させ、自車が備えている電力貯蔵装置１５の代わりに外部の電力貯蔵装置１０１を充電するようにしてもよい。

このような利用を実現するために、本実施の形態の推進制御装置（推進制御装置を備えた車両）は、外部の電力貯蔵装置１０１を自車両内の電力貯蔵装置１５と並列に接続するためのインタフェース（接続部）１００を備える。なお、外部の電力貯蔵装置１０１が接続されたことを検出した場合に、内部の電力貯蔵装置１５を電力変換部８から切り離すようにしてもよい（切り離すためのスイッチをさらに備えるようにしてもよい）。

これにより、低コストで充電でき、さらには、車両基地や駅に電力貯蔵装置１０１の充電設備が不要となる。夜間等電気料金の安い時間帯に充電するとさらに低コストで充電できる。なお、図示した車両は、実施の形態１で説明した推進制御装置を備えた電気車である（主要部以外は記載を省略している）。

実施の形態４．
先の実施の形態１〜３では、補助電源装置（ＳＩＶ）２０が電力貯蔵装置１５からの電圧を変換して補機２１に供給し、また、電力変換部８はモータ１７の駆動電圧を電力貯蔵装置１５の出力電圧から生成するように構成した推進制御装置について説明したが、図６に示したような構成とすることも可能である。

図６は、実施の形態４の推進制御装置の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の推進制御装置は、図１に示した構成図において、スイッチ１９、ＳＩＶ２０および補機２１の接続位置を変更したもの（電力変換部８の入力側に並列に接続するように変更したもの）である。また、この図６は、電力変換部８をＤＣ／ＤＣコンバータとして利用して電力貯蔵装置１５を充電する場合の動作（各スイッチ，切替部１１の状態）を併せて示している。

上記のような構成を採用したことにより、本実施の形態の推進制御装置を備えた電気車は、図７〜図９に示した運用方法が可能となる。図７〜図９においては、図６に示した推進制御装置の主要部のみを記載している。また、電力の流れを一点鎖線で示している。

図７は、電力貯蔵装置１５を充電する場合の動作を示す図である。図示したように、電力貯蔵装置１５を充電する場合、スイッチ４をオン（閉状態）、スイッチ１６をオフ（開状態）に設定し、また、電力貯蔵装置１５と電力変換部８の出力側が接続されるように切替部１１を設定する。なお、図示を省略しているスイッチ５もオンに設定する。このような設定状態において、ＳＩＶ２０は架線から供給された直流電圧を補機２１駆動用の三相交流電圧に変換して補機２１に供給する。電力変換部８はＤＣ／ＤＣコンバータとして動作して架線から供給された直流電圧を電力貯蔵装置１５の充電電圧に変換し、切替部１１を介して電力貯蔵装置１５に供給する。この図７に示した動作（電力貯蔵装置１５の充電動作）は、実施の形態１で説明した推進制御装置と同様に、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において実施する。

図８は、非電化区間を走行している状態においても実施が可能な動作を示す図である。図示したように、たとえば非電化区間を走行する場合、スイッチ４をオフ（開状態）、スイッチ１６をオン（閉状態）に設定し、また、電力貯蔵装置１５と電力変換部８の入力側が接続されるように切替部１１を設定する。なお、図示を省略しているスイッチ５もオフに設定する。このような設定状態において、ＳＩＶ２０は電力貯蔵装置１５から供給された直流電圧を補機２１駆動用の三相交流電圧に変換して補機２１に供給する。電力変換部８はインバータとして動作して電力貯蔵装置１５から供給された直流電圧をモータ１７駆動用の三相交流電圧に変換し、スイッチ１６を介してモータ１７に供給する。

図９は、電化区間を走行している状態において実施が可能な動作を示す図である。図示したように、電化区間を走行する場合、スイッチ４およびスイッチ１６をオン（閉状態）に設定し、また、電力貯蔵装置１５が電力変換部８の入力側と出力側のいずれにも接続されないように切替部１１を設定する。なお、図示を省略しているスイッチ５もオンに設定する。このような設定状態において、ＳＩＶ２０は架線から供給された直流電圧を補機２１駆動用の三相交流電圧に変換して補機２１に供給する。電力変換部８はインバータとして動作して架線から供給された直流電圧をモータ１７駆動用の三相交流電圧に変換し、スイッチ１６を介してモータ１７に供給する。

このように、本実施の形態の推進制御装置は、ＳＩＶ２０を電力変換部８の入力側に並列に接続した構成を採用し、推進制御装置において、電力変換部８は、架線電圧（架線から供給される直流電圧）を電力貯蔵装置１５の充電用電圧に変換する動作（ＤＣ／ＤＣコンバータとしての動作）と、架線電圧または電力貯蔵装置電圧（電力貯蔵装置１５から供給される直流電圧）をモータ１７の駆動用電圧に変換する動作（インバータとしての動作）とを行い、また、ＳＩＶ２０は、架線電圧または電力貯蔵装置電圧を補機２１の駆動用電圧に変換する動作を行うこととした。これにより、電化区間の走行時には電力貯蔵装置１５を使用してモータ１７を駆動する必要がなくなり、省エネルギー化が実現できる。さらに、充放電回数が減るので、電力貯蔵装置１５の長寿命化を図れる。

実施の形態５．
先の実施の形態１〜４では、架線から直流電圧の供給を受ける電気車（直流電化方式に対応した電気車）においてモータ１７駆動用の三相交流電圧および電力貯蔵装置１５充電用の直流電圧に変換する推進制御装置について説明した。これに対して、本実施の形態では、架線から交流電圧の供給を受ける電気車（交流電化方式に対応した電気車）の推進制御装置について、具体的には、モータ駆動用の三相交流電圧の生成および電力貯蔵装置充電用の直流電圧の生成を１つの電力変換部で行う推進制御装置について、説明する。

図１０および図１１は、実施の形態５の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。なお、各図において、実施の形態１で説明した推進制御装置と同じ構成要素には同一の符号を付している。図１０は、電力貯蔵装置１５を充電する場合の動作を示しており、図１１は、モータ１７を駆動する場合の動作を示している。

本実施の形態の推進制御装置において電力貯蔵装置１５を充電する場合、図１０に示したように、集電装置３は、架線２から交流電力を取り入れる。集電装置３が取り入れた交流電力は変圧器３１で所定の電圧に変換され、リアクトル３２およびスイッチ３３を介して電力変換部８に供給される。電力変換部８は、制御部１ａにより制御されてコンバータとして動作し、スイッチ３３経由で供給された交流電圧を電力貯蔵装置１５の充電用直流電圧に変換する。スイッチ５は閉じた状態とし、スイッチ１６は開放してモータ１７を電力変換部８から切り離しておく。

ここで、制御部１ａは、電力変換部８の制御動作が一部異なる点を除いて、すなわち、電力貯蔵装置１５を充電する際に電力変換部８がコンバータとして動作するように電力変換部８の各スイッチング素子を制御する点を除いて、実施の形態１で説明した制御部１と同じである。図示したような構成の電力変換部８をコンバータとして動作させる場合の制御方法については既によく知られているので、その説明は省略する。なお、制御部１ａは、スイッチ３３の開閉制御も行う。

なお、実施の形態１と同様に、充電動作は、電気車が停車している状態や、だ行状態など、電力変換部８とモータ１７が切り離されていても問題の無い状態（力行状態でも回生運転状態でもない状態）で充電開始操作が実行され、なおかつ電力貯蔵装置１５の電圧が低くなっており充電が必要と判断した場合に実施する。架線２から供給される交流電圧は単相でもよいし三相でもよい。

また、本実施の形態の推進制御装置においてモータ１７を駆動する場合、図１１に示したように、制御部１ａは、スイッチ３３を開放して架線２から電力変換部８への交流電圧供給を遮断する。また、スイッチ１６を閉じてモータ１７を接続する。この状態で電力変換部８をインバータとして動作させ、電力貯蔵装置１５から供給される直流電圧をモータ１７駆動用の三相交流電圧に変換する。電力変換部８をインバータとして動作させる場合に制御手順は実施の形態１で説明したとおりである。

このように、本実施の形態の推進制御装置は、電力変換部８とモータ１７を接続しておく必要がない場合、電力変換部をコンバータとして動作させることにより、架線から供給される交流電圧を所望の直流電圧に変換して電力貯蔵装置を充電することとした。これにより、交流電化方式に対応した電気車においても実施の形態１と同様に、推進制御装置の小型化および軽量化と低コスト化が実現できる。

なお、本実施の形態の推進制御装置を備えた車両が複数連結された編成が運用される場合、実施の形態２と同様に、１編成に含まれる推進制御装置の中の少なくとも１つをコンバータとして動作させ、少なくとも１つをインバータとして動作させるようにしてもよい。この場合、架線下の交流電化区間では、電力貯蔵装置の電力を消費せずに走行でき、省エネルギー化が実現できる。さらに、充放電回数が減るので電力貯蔵装置１５の長寿命化を図れる。

また、車両基地や駅で停車している状態においては交流電源を架線から取るのではなく別途電力系統から取るように構成してもよい。これにより架線のない場所でも、電力貯蔵装置１５に充電することができ、さらには、車両基地や駅に架線を含む充電設備が不要となる。夜間等電力料金の安い時間帯に充電するとさらに低コストで充電できる。

実施の形態６．
本実施の形態では、実施の形態１で説明した推進制御装置の変形例について示す。図１２および図１３は、実施の形態６の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。なお、各図において、実施の形態１で説明した推進制御装置と同じ構成要素には同一の符号を付している。図１２は、電力貯蔵装置１５を充電する場合の動作を示しており、図１３は、モータ１７を駆動する場合の動作を示している。

図示したように、本実施の形態の推進制御装置は、実施の形態１の推進制御装置（図１参照）のスイッチ９およびバッテリリアクトル１０を削除し、さらに、切替部１１およびモータ１７を切替部１１ｂおよびモータ１７ｂに置き換えたものである。

すなわち、本実施の形態の推進制御装置においては、モータ１７ｂの三相結線をスター結線とし、中性点を切替部１１ｂに接続した構成としている。

この構成を採用した場合、実施の形態１で必要としていたバッテリリアクトル１０をモータ１７ｂのコイルで代用できる。

本実施の形態の推進制御装置において、電力貯蔵装置１５を充電する場合、すなわち電力変換部８をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させる場合、制御部１は、実施の形態１と同様の手順でスイッチ４，５，１３，１４を制御する。また切替部１１ｂをモータ１７ｂ側（電力変換部８の出力側）に切り替える。またこのとき、スイッチ１６は閉じる（図１２参照）。そして、電力変換部８がＤＣ／ＤＣコンバータとして動作するように制御する。

なお、電力貯蔵装置１５の充電動作を実行するにあたっては、実施の形態１と同様に、制御部１が電気車の状態（力行中，停車中，制動中など）および電力貯蔵装置１５の電圧（充電状態）を確認し、動作を開始するかどうか判断する。

また、電力貯蔵装置１５を利用してモータ１７ｂを駆動する場合、すなわち電力変換部８をインバータとして動作させる場合、制御部１は、実施の形態１と同様の手順でスイッチ４，１６，放電スイッチ１８を制御する。また切替部１１ｂを電力変換部８の入力側に切り替える（図１３参照）。そして、電力変換部８がインバータとして動作するように制御する。

このように、本実施の形態では、三相結線をスター結線としたモータ１７ｂを採用し、電力変換部をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させる場合の電力変換部出力をモータ１７ｂのコイルを利用して平滑化することとした。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ出力を平滑化するための専用リアクトル（図１で示したバッテリリアクトル１０に相当）を削減できる。

実施の形態７．
先の実施の形態１〜６では、架線２から電力の供給を受ける場合の推進制御装置において、電力変換部をＤＣ／ＤＣコンバータおよびインバータとして使用する、またはコンバータおよびインバータとして使用する場合の例について説明した。これに対して、本実施の形態では、車両内で発電を行い、得られた電力でモータを駆動する構成の車両において、電力変換部を２つの用途（コンバータおよびインバータ）に利用する場合について説明する。

図１４および図１５は、実施の形態７の推進制御装置の構成例および動作を示す図である。なお、各図において、先の実施の形態で説明した推進制御装置と同じ構成要素には同一の符号を付している。図１４は、電力貯蔵装置１５を充電する場合の動作を示しており、図１５は、モータ１７を駆動する場合の動作を示している。

図１４，図１５は、それぞれ、実施の形態５の推進制御装置（図１０，図１１参照）の集電装置３、変圧器３１およびリアクトル３２（架線２から交流電力を取り入れるためのブロック）を発電機４１およびディーゼルエンジン４２に置き換えたものである。発電機４１は、ディーゼルエンジン４２から出力された動力により駆動して発電を行い、三相交流電力を生成する。この三相交流電力は、スイッチ３３が閉じられていれば電力変換部８の交流端子側に入力される。制御部１ｃは、実施の形態５で説明した制御部１ａと同様の動作を行うが、両者を区別するために制御部１ｃとしている。

本実施の形態の推進制御装置において電力貯蔵装置１５を充電する場合、制御部１ｃは、図１４に示したように、スイッチ３３を閉じてスイッチ１６を開放する。また、モータ１７を駆動する場合、制御部１ｃは、図１５に示したように、スイッチ３３を開放してスイッチ１６を閉じる。すなわち、制御部１ｃは、電力貯蔵装置１５を充電するのかそれともモータ１７を駆動するのかに応じて、電力変換部８の交流端子の接続先を切り替える。この制御動作以外の部分については実施の形態５の推進制御装置と同様である。

なお、本実施の形態の推進制御装置を備えた車両が複数連結された編成が運用される場合、実施の形態２と同様に、１編成に含まれる推進制御装置の中の少なくとも１つをコンバータとして動作させ、少なくとも１つをインバータとして動作させるようにしてもよい。

このように、発電機を備えた車両においても、電力変換部をコンバータおよびインバータとして動作させることができる。

なお、上記説明では、鉄道車両の推進制御装置の場合を例に説明したが、実施の形態１など、他の車両と連携する必要の無い実施の形態は、その他の直流電力源と接続し電力貯蔵装置（リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、フライホイール等）を搭載したハイブリッド移動体（自動車、自動２輪等）やハイブリッド建設機械（ダンプトラック、ブルドーザ、ショベルカー等）、また船舶の分野にも適用できる。

実施の形態８．
図１６は、実施の形態８の推進制御装置の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の推進制御装置は、図６に示した実施の形態４の推進制御装置と同様に補機２１に供給する電力をフィルタコンデンサ７の両端から得る構成としている。その一方で、電力貯蔵装置１５の接続構成を変更している。図６では、電力変換部８における第１の端子側（上記で言う入力側、具体的にはスイッチ４，５間の直流母線）および第２の端子側（上記で言う出力側、具体的にはバッテリリアクトル１０）との接続に切替部１１を用いる構成であったが、図１６では、バッテリリアクトル１０とはダイレクトに接続し、スイッチ４，５間の直流母線との接続には、スイッチ２２を介して接続する構成としている。なお、図１６において、図６に示した推進制御装置と同一または同等の構成要素には同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

上記のような構成を採用したことにより、本実施の形態の推進制御装置を備えた電気車は、図１７〜図２７に示した運用方法が可能となる。図１７〜図２７においては、図１６に示した推進制御装置の主要部のみを記載している。また、上記と同様に、電力の流れを一点鎖線で示している。

図１７は、電力貯蔵装置１５を充電する場合の動作を示す図である。図示したように、電力貯蔵装置１５を充電する場合、スイッチ４をオン（閉状態）、スイッチ１６をオフ（開状態）、スイッチ９をオン（閉状態）、スイッチ２２をオフ（開状態）に設定する。なお、図示を省略しているスイッチ５もオンに設定する（以下、特に断らない限り、スイッチ５はオンに設定されているものとして説明する）。

このような設定状態において、ＳＩＶ２０は架線２から供給された直流電圧を補機２１駆動用の三相交流電圧に変換して補機２１に供給する。電力変換部８は降圧チョッパとして動作して電力貯蔵装置１５を充電する。この図１７に示した動作（電力貯蔵装置１５の充電動作）は、実施の形態１で説明した推進制御装置と同様に、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において実施する。

つぎに、電力供給源を架線２から電力貯蔵装置１５に切り替える切替シーケンスおよび、電力供給源を電力貯蔵装置１５から架線２に切り替える切替シーケンスについて、図１８〜図２８の図面を参照して説明する。

まず、電力供給源を架線２から電力貯蔵装置１５に切り替える切替シーケンスについて説明する。図１８〜図２２は、電力供給源を架線２から電力貯蔵装置１５に切り替えるシーケンスを説明する図である。図１８において、電力供給源を架線２から電力貯蔵装置１５に切り替える場合、各スイッチは図１７に示す状態を維持しつつ、電力変換部８を昇圧チョッパとして動作させ、ＳＩＶ２０の入力電圧（＝電力変換部８の入力電圧）が架線電圧に略等しくなるように電力貯蔵装置１５の出力電圧を昇圧する。

つぎに、図１９に示すように、スイッチ４をオンからオフに制御すると共に、パンタグラフ３を下降させる。さらに、電力変換部８の昇圧比（第１の端子側の電圧／電力貯蔵装置１５の電圧）を下げて電力変換部８における第１の端子側の電圧（＝ＳＩＶ２０の入力電圧）を電力貯蔵装置１５の出力電圧付近まで低下させる。この第１の端子側電圧が電力貯蔵装置１５の出力電圧付近まで低下すると、図２０に示すように、スイッチ２２をオフからオンに制御すると共に、電力変換部８における図示しない上側素子（上側アーム素子）をオンに制御して電力変換部８の第１の端子側と第２の端子側とを短絡（導通）させる。この図２０に示す状態は、電力変換部８の第１の端子側と第２の端子側とがスイッチ２２を介する経路と、スイッチ９と電力変換部８の上側アーム素子を介する経路との２つの経路で電気的に接続された状態である。したがって、どちらか一方の経路が途切れたとしてもＳＩＶ２０と電力貯蔵装置１５との間の電気的接続は維持される。そこで、この状態から図２１に示すように、スイッチ９をオンからオフに制御すると共に、電力変換部８のスイッチ制御を上側素子と下側素子を全てオフにする。

図１８および図１９に示す状態では、電力貯蔵装置１５の出力は電力変換部８を介してＳＩＶ２０に供給されていたが、図２１に示す状態では、電力貯蔵装置１５の出力は電力変換部８を介さずにＳＩＶ２０に直接供給されている。このようにして、ＳＩＶ２０への電力供給源を架線２から電力貯蔵装置１５に切り替える際にＳＩＶ２０の入力電圧が途切れることはなく、電力供給源の切り替えに伴う瞬断を防止して補機２１への電力供給を継続することができる。

なお、電力貯蔵装置１５に対する充電は、上記の実施の形態と同様に、電気車のだ行時もしくは停止時に実行される。だ行もしくは停止の状態から力行に遷移する場合、図２２に示すように、スイッチ１６をオンにし、電力変換部８をインバータとして動作させる。この場合、電力貯蔵装置１５の電力は、補機２１の動作電力およびモータ駆動用の電力として使用される。

図２３〜図２７は、電力供給源を電力貯蔵装置１５から架線２に切り替えるシーケンスを説明する図である。これらのシーケンスは、図１７〜図２２とは逆のシーケンスとなる。

電力供給源を電力貯蔵装置１５から架線２に切り替える場合、図２３に示すように、スイッチ１６をオフに制御する。つぎに、図２４に示すように、スイッチ９をオンに制御すると共に、図示しない上側素子をオンに制御して電力変換部８の第１の端子側と第２の端子側とを短絡（導通）させ、さらに、図２５に示すように、スイッチ２２をオフに制御する。この制御により、電力貯蔵装置１５からＳＩＶ２０への直接的な電力供給の経路は遮断されるが、電力変換部８の内部を経由する電力供給の経路は維持される。この状態において、パンタグラフを上昇させて架線電圧を検出し、架線電圧が検出された場合には電力変換部８を昇圧チョッパとして動作させ、ＳＩＶ２０の入力電圧が架線電圧に略等しくなるように電力変換部８を制御する。ＳＩＶ２０の入力電圧が架線電圧に略等しくなると、図２６に示すように、スイッチ４をオンとして架線電圧を印加し、その後、スイッチ９をオフに制御する。

このようにして、ＳＩＶ２０への電力供給源を電力貯蔵装置１５から架線２に切り替える際、ＳＩＶ２０の入力電圧が途切れることはなく、電力供給源の切り替えに伴う瞬断を防止して補機２１への電力供給を継続することができる。

なお、電力貯蔵装置１５から架線２への電力供給源の切り替えは、上記の実施の形態と同様に、非電化区間から電化区間へ進入した場合や、電力貯蔵装置１５の放電能力が低下した場合などに行われる。これらの場合、図２７に示すように、スイッチ１６をオンにし、電力変換部８をインバータとして動作させることにより、架線からの電力をモータ駆動用の電力として用いることができる。

図２８は、図１７〜図２７に示す一連のシーケンスをタイムチャートにして示した図であり、上部から、架線電圧、電力変換部入力電圧、電力貯蔵装置１５の出力電圧である蓄電電圧、電力変換部の動作状態、スイッチ４，９，２２，１６の状態を示している。なお、図２８のタイムチャートにおいて、幾つかの点を補足する。

スイッチ４のオンからオフへの制御は、図１９を参照して説明しているが、スイッチ４をオフに制御しても電力変換部入力電圧が零に低下するわけでなく、フィルタコンデンサ７の電圧が電力変換部入力電圧として現れる。フィルタコンデンサ７の電圧は、ＳＩＶ２０が使用するため、電力変換部入力電圧は徐々に低下するが、その間、電力変換部８が昇圧チョッパとして動作するので、電力変換部入力電圧は蓄電電圧に下げ止まる。

また、電力貯蔵装置１５の電力を利用する力行時の動作は、図２２を参照して説明しているが、回生ブレーキを使用した場合、電力変換部８は回生動作を行って電力貯蔵装置１５を充電する。

このように、本実施の形態の推進制御装置は、ＳＩＶへの電力供給を直流電力供給源から電力貯蔵装置に切り替えるとき、および、ＳＩＶへの電力供給を電力貯蔵装置から直流電力供給源に切り替えるとき、電力変換部の入力側端子（第１の端子）と電力変換部の出力側端子（第２の端子）との間における電力変換部内外の導通をとりつつ、電力変換部の昇圧比を制御して電力供給源の切り替えを行っているので、ＳＩＶへの電力供給を途切れさせることがなくなり、電力供給源の切り替えに伴う瞬断を防止して補機への電力供給を継続することができる。

実施の形態９．
先の実施の形態１〜８では、電力貯蔵装置１５以外の電力供給源として、直流架線、交流架線および、車両内の発電装置のうちの何れか一つ（直流架線（実施の形態１〜４，６，８）、交流架線（実施の形態５）、車両内の発電装置（実施の形態７））を電力供給源とする推進制御装置について説明した。これに対して、本実施の形態では、これらの電力供給源に加えてさらに車両外の発電装置を具備し、これら全ての電力供給源からの電力を利用して駆動力を得る推進制御装置について説明する。なお、直流架線、交流架線、車両内の発電装置および車両外の発電装置の全てを具備している必要はなく、少なくとも２つの電力供給源を具備する構成も本発明の要旨に含まれる。また、種々の電力供給源のうち、直流架線や直流電力を発電する発電装置のみを電力供給源とする構成も本発明の要旨に含まれる。さらに、以下に説明する燃料電池は、直流電力を発電する発電装置としての一例であり、他の発電装置（例えば太陽電池）であっても構わない。

図２９は、実施の形態９の推進制御装置の構成例を示す図である。なお、図２９では、図７〜９および図１７〜２８と同様に主要部のみの構成に留めているが、制御部を有することは無論であり、図１、図４、図５または図１０〜図１６に示した推進制御装置と同一または同等の機能を有するものについては、これらと同一または同等の要素を有して構成される。

つぎに、実施の形態９の推進制御装置の構成について説明する。本実施の形態の推進制御装置は、図２９に示すように、電力貯蔵装置５６と、電力貯蔵装置５６を除く直流電力供給源としての直流架線５１および燃料電池５３と、交流電力供給源としての交流架線５８および交流発電機６１と、直流架線５１から電力を取り入れる集電装置５２と、交流架線５８から電力を取り入れる集電装置５９と、集電装置５９から取り込んだ交流電圧を変圧する変圧器６０と、交流発電機６１の動力源であるエンジン６２と、双方向の電力フロー制御が可能な電力変換機能を有し、接続態様に応じて昇圧チョッパ、降圧チョッパ、インバータおよびコンバータのうちの何れか一つとして動作する電力変換部５４と、電力変換部５４によって駆動され車輪６４を回転させる交流モータ６３と、電力供給経路を成す回路を開閉するためのスイッチ７１，７２，７５，７９，８０と、電力貯蔵装置５６、直流架線５１または燃料電池５３から供給される直流電圧を三相交流電圧に変換する補助電源装置（ＳＩＶ）５７と、ＳＩＶ２０から電力供給を受けて動作する補機６５と、電力貯蔵装置５６、直流架線５１、燃料電池５３、交流架線５８および交流発電機６１のうちの少なくとも一つを電力変換部５４の第１の端子側に接続させ、電力貯蔵装置５６、直流架線５１およびＳＩＶ５７のうちの少なくとも一つを電力変換部５４の第２の端子側に接続させるように接続先を切り替える切替器７３，７４，７６，７７，７８，８１，８２と、電力変換部５４が昇圧チョッパまたは降圧チョッパとして動作するときに必要とされ、切替器７４，７６，７８によって回路上に挿入されるリアクトル５５と、を備えて構成される。なお、実施の形態８における例えば図１６を参照すれば明らかなように、実施の形態８の構成は、図２９において、切替器８２がＡ側に設定されている場合に対応している。すなわち、実施の形態８の構成は、実施の形態９の構成の一部を成している。

上記のような構成を採用したことにより、本実施の形態の推進制御装置を備えた電気車は、図３０〜図４３に示した運用方法が可能となる。なお、図３０〜図４３においては、上記と同様に、電力の流れを一点鎖線で示している。

（電力貯蔵装置充電：第１の充電動作）
図３０は、電力貯蔵装置５６を充電する場合の動作（第１の充電動作）を示す図である。この第１の充電動作は、直流架線５１の定格電圧が電力貯蔵装置５６の満充電電圧よりも高い場合に実行される動作である。図示のように、電力貯蔵装置５６を充電する場合、スイッチ７１をオン（閉状態）、スイッチ７２をオフ（開状態）、切替器７３をＡ側、切替器７４をＡ側、スイッチ７５をオン（閉状態）、切替器７６をＢ側、切替器７７をＡ側、切替器７８をＢ側、スイッチ７９をオフ（開状態）、スイッチ８０をオフ（開状態）、切替器８１は任意（Ａ側もしくはＢ側の何れでもよいという意味、以下同じ）、切替器８２をＡ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、直流架線５１から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４は降圧チョッパとして動作し、直流架線５１から供給される電力を用いて電力貯蔵装置５６を充電する。この図３０に示した動作（電力貯蔵装置５６の充電動作）は、実施の形態１等で説明した推進制御装置と同様に、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において実行される。

（電力貯蔵装置充電：第２の充電動作）
図３１は、電力貯蔵装置５６を充電する場合の第２の充電動作を示す図である。この第２の充電動作は、直流架線５１の定格電圧が電力貯蔵装置５６の電圧よりも低い場合に実行される動作である。図示のように、電力貯蔵装置５６を充電する場合、スイッチ７１をオン、スイッチ７２をオフ、切替器７３をＡ側、切替器７４をＢ側、スイッチ７５をオン、切替器７６をＡ側、切替器７７をＡ側、切替器７８をＢ側、スイッチ７９をオフ、スイッチ８０をオフ、切替器８１は任意、切替器８２をＡ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、直流架線５１から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４は昇圧チョッパとして動作し、直流架線５１から供給される電力を用いて電力貯蔵装置５６を充電する。この図３１に示した動作（電力貯蔵装置５６の充電動作）は、上記で説明した推進制御装置と同様に、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において実行される。

（電力貯蔵装置充電：第３の充電動作）
図３２は、電力貯蔵装置５６を充電する場合の第３の充電動作を示す図である。この第３の充電動作は、燃料電池５３の電力を用い、且つ燃料電池５３の出力電圧が電力貯蔵装置５６の満充電電圧よりも高い場合に実行される動作である。図示のように、電力貯蔵装置５６を充電する場合、スイッチ７１をオフ、スイッチ７２をオン、切替器７３をＢ側、切替器７４をＡ側、スイッチ７５をオン、切替器７６をＢ側、切替器７７をＡ側、切替器７８をＢ側、スイッチ７９をオフ、スイッチ８０をオフ、切替器８１は任意、切替器８２をＡ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、燃料電池５３から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４は降圧チョッパとして動作して電力貯蔵装置５６を充電する。この図３０に示した動作（電力貯蔵装置５６の充電動作）は、上記で説明した推進制御装置と同様に、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において実行される。

（電力貯蔵装置充電：第４の充電動作）
図３３は、電力貯蔵装置５６を充電する場合の第４の充電動作を示す図である。この第４の充電動作は、燃料電池５３の定格電圧が電力貯蔵装置５６の電圧よりも低い場合に実行される動作である。図示のように、電力貯蔵装置５６を充電する場合、スイッチ７１をオフ、スイッチ７２をオン、切替器７３をＢ側、切替器７４をＢ側、スイッチ７５をオン、切替器７６をＡ側、切替器７７をＡ側、切替器７８をＢ側、スイッチ７９をオフ、スイッチ８０をオフ、切替器８１は任意、切替器８２をＡ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、燃料電池５３から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４は昇圧チョッパとして動作して電力貯蔵装置５６を充電する。この図３３に示した動作（電力貯蔵装置５６の充電動作）は、上記で説明した推進制御装置と同様に、電気車が車両基地や駅で停車している状態、または電化区間でだ行運転を行っている状態において実行される。

（電力貯蔵装置の電力を用いたモータ駆動）
図３４は、電力貯蔵装置５６の電力を用いて交流モータ６３を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、電力貯蔵装置５６の電力を用いて交流モータ６３を駆動する場合、スイッチ７１をオフ、スイッチ７２をオフ、切替器７３，７４は任意、スイッチ７５をオン、切替器７６をＡ側、切替器７７をＢ側、切替器７８をＢ側、スイッチ７９をオフ、スイッチ８０をオン、切替器８１は任意、切替器８２をＢ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、電力貯蔵装置５６から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４はインバータとして動作し、電力貯蔵装置５６から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して交流モータ６３を駆動する。この図３４に示した動作（交流モータ６３の駆動動作）は、上記で説明した推進制御装置と同様に、力行時、ブレーキ制御時等において実行される。

（直流架線の電力を用いたモータ駆動）
図３５は、直流架線５１の電力を用いて交流モータ６３を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、直流架線５１の電力を用いて交流モータ６３を駆動する場合、スイッチ７１をオン、スイッチ７２をオフ、切替器７３をＡ側、切替器７４をＡ側、スイッチ７５をオフ、切替器７６は任意、切替器７７をＢ側、切替器７８をＢ側、スイッチ７９をオフ、スイッチ８０をオン、切替器８１は任意、切替器８２をＡ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、直流架線５１から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４はインバータとして動作し、直流架線５１から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して交流モータ６３を駆動する。この図３５に示した動作（交流モータ６３の駆動動作）は、上記で説明した推進制御装置と同様に、力行時、ブレーキ制御時等において実行される。

（燃料電池の電力を用いたモータ駆動）
図３６は、燃料電池５３の電力を用いて交流モータ６３を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、燃料電池５３の電力を用いて交流モータ６３を駆動する場合、スイッチ７１をオフ、スイッチ７２をオン、切替器７３をＢ側、切替器７４をＡ側、スイッチ７５をオフ、切替器７６は任意、切替器７７をＢ側、切替器７８をＢ側、スイッチ７９をオフ、スイッチ８０をオン、切替器８１は任意、切替器８２をＡ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、燃料電池５３から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４はインバータとして動作し、燃料電池５３から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して交流モータ６３を駆動する。この図３６に示した動作（交流モータ６３の駆動動作）は、上記で説明した推進制御装置と同様に、力行時、ブレーキ制御時等において実行される。

（直流架線による交流架線への電力供与）
図３７は、直流架線５１の電力を交流架線５８に供与する場合の動作を示す図である。図示のように、直流架線５１の電力を交流架線５８に供与する場合、スイッチ７１をオン、スイッチ７２をオフ、切替器７３をＡ側、切替器７４をＡ側、スイッチ７５をオフ、切替器７６はＢ側、切替器７７をＢ側、切替器７８をＡ側、スイッチ７９をオン、スイッチ８０をオフ、切替器８１をＡ側、切替器８２をＡ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、直流架線５１から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４はインバータとして動作し、直流架線５１から供給された直流電圧を単相交流電圧に変換して変圧器６０に印加する。変圧器６０は、交流架線５８において必要とされる所望の交流電圧に変換し、集電装置５９を介して交流架線５８に印加する。この制御により、交流電源に接続されない交流架線５８に対する直流架線５１による電力供与が可能になる。また、電圧が低下した交流架線５８に対する直流架線５１による電力供与が可能となる。

（交流架線および電力貯蔵装置相互間の電力変換）
図３８は、交流架線５８および電力貯蔵装置５６相互間で電力変換を行う場合の動作を示す図である。図示のように、交流架線５８および電力貯蔵装置５６相互間で電力変換を行う場合、スイッチ７１をオフ、スイッチ７２をオフ、切替器７３，７４は任意、スイッチ７５をオン、切替器７６をＡ側、切替器７７をＢ側、切替器７８をＡ側、スイッチ７９をオン、スイッチ８０をオフ、切替器８１をＡ側、切替器８２をＢ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、電力貯蔵装置５６から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４はコンバータとして動作し、電力貯蔵装置５６から供給された直流電圧を単相交流電圧に変換して変圧器６０に印加する。変圧器６０は、印加された交流架線５８において必要とされる所望の交流電圧に変換し、集電装置５９を介して交流架線５８に印加する。また、電力変換部５４はコンバータとして動作し、交流架線５８から供給される電力を用いて電力貯蔵装置５６を充電する。この制御により、電力貯蔵装置５６による、交流電源に接続されない交流架線５８に対する電力供与と、電圧が低下した交流架線５８に対する電圧供与とが可能となる。この制御とは逆に、蓄電電圧が低下した電力貯蔵装置５６に対する交流架線５８による充電制御が可能となる。

（電力貯蔵装置充電：第５の充電動作）
図３９は、電力貯蔵装置５６を充電する場合の充電動作（第５の充電動作）を示す図である。この第５の充電動作は、交流発電機６１の発電電量を利用して電力貯蔵装置５６を充電する場合に実行される動作である。図示のように、電力貯蔵装置５６を充電する場合、スイッチ７１をオフ、スイッチ７２をオフ、切替器７３，７４は任意、スイッチ７５をオン、切替器７６をＡ側、切替器７７をＢ側、切替器７８をＡ側、スイッチ７９をオン、スイッチ８０をオフ、切替器８１をＢ側、切替器８２をＢ側に設定する。

このような設定状態において、電力変換部５４はコンバータとして動作し、交流発電機６１から供給される電力を用いて電力貯蔵装置５６を充電する。また、ＳＩＶ５７は、電力変換部５４にて変換された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。この図３９に示した動作（電力貯蔵装置５６の充電動作）は、直流架線５１、燃料電池５３または交流架線５８からの電力が得られない場合や、電力貯蔵装置５６の蓄電電圧が低下した場合などにおいて好適である。また、これらの電力源のうちの少なくとも一つの電力が得られる場合であっても、交流発電機６１の電力を使用して電力貯蔵装置５６を充電しても構わない。

（電力貯蔵装置からのエンジン始動）
図４０は、電力貯蔵装置５６の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。図示のように、電力貯蔵装置５６の電力を用いてエンジン始動を行う場合、スイッチ７１をオフ、スイッチ７２をオフ、切替器７３，７４は任意、スイッチ７５をオン、切替器７６をＡ側、切替器７７をＢ側、切替器７８をＡ側、スイッチ７９をオン、スイッチ８０をオフ、切替器８１をＢ側、切替器８２をＢ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、電力貯蔵装置５６から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４はインバータとして動作し、電力貯蔵装置５６から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して交流発電機６１をモータとして駆動し、交流発電機６１に接続されたエンジン６２を始動する。

（電力貯蔵装置からのエンジンブレーキ）
また、図４０は、電力貯蔵装置５６の電力を用いてエンジンブレーキをかける場合の接続構成にもなる。電気車がブレーキをかけた場合、例えば電力貯蔵装置５６が満充電の状態では、電力回生を行うことができない。このため、電気車は空気ブレーキを使用して電気車を停止させる必要があり、ブレーキパッドの消耗が早くなる。一方、図４０に示す構成の場合、例えば電気車が駅に停車しているとき、あるいは、だ行時において、電力貯蔵装置５６の電力を使用して交流発電機６１をモータとして駆動し、エンジン６２をエンジンブレーキとして動作させることにより、電力貯蔵装置５６の電力を消費させることが可能である。この制御により、電力貯蔵装置５６の電圧は低下するので、電気車が回生ブレーキを使用したときの回生電力を電力貯蔵装置５６に受け入れることができ、電力の有効活用を図りつつ、ブレーキパッドの消耗を抑制することが可能となる。

（燃料電池からのエンジン始動）
図４１は、燃料電池５３の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。図示のように、燃料電池５３の電力を用いてエンジン始動を行う場合、スイッチ７１をオフ、スイッチ７２をオン、切替器７３をＢ側、切替器７４をＡ側、スイッチ７５をオフ、切替器７６をＢ側、切替器７７をＢ側、切替器７８をＡ側、スイッチ７９をオン、スイッチ８０をオフ、切替器８１をＢ側、切替器８２をＡ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、燃料電池５３から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４はインバータとして動作し、燃料電池５３から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して交流発電機６１をモータとして駆動し、交流発電機６１に接続されたエンジン６２を始動する。

（燃料電池からのエンジンブレーキ）
また、図４１は、燃料電池５３の電力を用いてエンジンブレーキをかける場合の接続構成にもなる。例えば電力貯蔵装置５６が満充電の状態であり、また、補機６５も無負荷状態の場合では、燃料電池５３の発電電力を充分に活用することができない。一方、図４１に示す構成の場合、燃料電池５３の電力を使用して交流発電機６１をモータとして駆動し、エンジン６２をエンジンブレーキとして動作させることにより、燃料電池５３の電力を消費させることが可能である。この制御により、燃料電池５３を最低電力で運転しないといけない場合でも電力を消費することができ、燃料電池５３を安全、且つ、安定的に運転することが可能となる。

（直流架線からのエンジン始動）
図４２は、直流架線５１の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。図示のように、直流架線５１の電力を用いてエンジン始動を行う場合、スイッチ７１をオン、スイッチ７２をオフ、切替器７３をＡ側、切替器７４をＡ側、スイッチ７５をオフ、切替器７６をＢ側、切替器７７をＢ側、切替器７８をＡ側、スイッチ７９をオン、スイッチ８０をオフ、切替器８１をＢ側、切替器８２をＡ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、直流架線５１から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４はインバータとして動作し、直流架線５１から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して交流発電機６１をモータとして駆動し、交流発電機６１に接続されたエンジン６２を始動する。

（直流架線からのエンジンブレーキ）
また、図４２は、直流架線５１の電力を用いてエンジンブレーキをかける場合、より詳細には、直流架線５１下の他の電気車の回生電力を用いてエンジンブレーキをかける場合の接続構成にもなる。例えば他の電気車がブレーキをかけた場合に、電力貯蔵装置５６が満充電の状態では、他の電気車の回生電力を使用して電力貯蔵装置５６に充電することができない。一方、図４２に示す構成の場合、例えば電気車が駅に停車しているとき、あるいは、だ行時において、他の電気車の回生電力を使用して交流発電機６１をモータとして駆動し、エンジン６２をエンジンブレーキとして動作させることにより、他の電気車の回生電力を消費させることが可能である。この制御により、直流架線５１下の他の電気車が安定的に電力回生を行うことができ、他の電気車のブレーキパッドの消耗を抑制することもできる。

（燃料電池による交流架線への電力供与）
図４３は、燃料電池５３の電力を交流架線５８に供与する場合の動作を示す図である。図示のように、燃料電池５３の電力を交流架線５８に供与する場合、スイッチ７１をオフ、スイッチ７２をオン、切替器７３をＢ側、切替器７４をＡ側、スイッチ７５をオフ、切替器７６はＢ側、切替器７７をＢ側、切替器７８をＡ側、スイッチ７９をオン、スイッチ８０をオフ、切替器８１をＡ側、切替器８２をＡ側に設定する。

このような設定状態において、ＳＩＶ５７は、燃料電池５３から供給された直流電圧を三相交流電圧に変換して補機６５に供給する。電力変換部５４はインバータとして動作し、燃料電池５３から供給された直流電圧を単相交流電圧に変換して変圧器６０に印加する。変圧器６０は、交流架線５８において必要とされる所望の交流電圧に変換し、集電装置５９を介して交流架線５８に印加する。この制御により、交流電源に接続されない交流架線５８に対する燃料電池５３による電力供与が可能になる。また、電圧が低下した交流架線５８に対する燃料電池５３による電力供与が可能となる。

図４４は、図３０〜図４３に示した動作を表形式で一覧にした図であり、電力変換部５４の動作状態、スイッチ７１，７２，７５，７９，８０および切替器７３，７４，７６，７７，７８，８１，８２の設定状態、上述した各図面との対応関係などを示している。図示の内容は、上述した通りであり、詳細な説明は省略する。なお、備考欄において、「電池」とあるのは「電力貯蔵装置５６」を意味している。

このように、本実施の形態の推進制御装置は、電力貯蔵装置からの直流電力が第１の端子側から入力された場合には、前記電力変換部をインバータとして動作させ、当該直流電力を所望の交流電力に変換して第２の端子側から出力し、電力貯蔵装置を除く直流電力供給源からの直流電力が第１の端子側から入力された場合には、電力変換部をインバータとして動作させ、当該直流電力を所望の直流電力または交流電力に変換して第２の端子側から出力し、電力貯蔵装置を除く直流電力供給源からの直流電力が第１の端子側から入力された場合には、電力変換部を降圧チョッパとして動作させ、当該直流電力を所望の直流電力に変換して第２の端子側から出力し、電力貯蔵装置を除く直流電力供給源からの直流電力が第２の端子側から入力された場合には、電力変換部を昇圧チョッパとして動作させ、当該直流電力を所望の直流電力に変換して第１の端子側から出力することとしたので、一つの電力変換部で、電力貯蔵装置、複数の直流電力供給源（直流架線、燃料電池、太陽電池等）および複数の交流電力供給源（交流架線、交流発電機）などの電力供給源を自在かつ効率的に制御することができると共に、装置サイズを削減し、装置コストを抑制することができる。

なお、図２９〜図４３では、電力変換部５４が降圧チョッパ、昇圧チョッパ、インバータおよびコンバータの各動作を行う際に一つのリアクトル５５で兼用する構成について開示したが、各動作毎に個別のリアクトルを設けるようにしてもよい。個別のリアクトルを設けることにより、降圧チョッパ、昇圧チョッパ、インバータおよびコンバータの各動作に好適なものを選択する動作が可能となる。

以上のように、本発明は、電力貯蔵装置を備える電気車の推進制御装置として有用である。

１，１ａ，１ｃ 制御部
２ 架線
３ 集電装置
４，４Ａ，４Ｂ，５，９，１３，１４，１６，１６Ａ，１６Ｂ，１８，１９，２２，３３，７１，７２，７５，７９，８０ スイッチ
６ フィルタリアクトル
７ フィルタコンデンサ
８，８Ａ，８Ｂ 電力変換部
１０ バッテリリアクトル
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１ｂ 切替部
１２ バッテリフィルタコンデンサ
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１０１ 電力貯蔵装置
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７ｂ モータ
２０，５７ 補助電源装置（ＳＩＶ）
３１ 変圧器
３２，５５ リアクトル
４１ 発電機
４２ ディーゼルエンジン
５１ 直流架線
５２，５９ 集電装置
５３ 燃料電池
５４ 電力変換部
５６ 電力貯蔵装置
５８ 交流架線
６０ 変圧器
６１ 交流発電機
６２ エンジン
６３ 交流モータ
６４ 車輪
６５ 補機
７３，７４，７６，７７，７８，８１，８２ 切替器
１００ インタフェース（接続部）
Ｒ１，Ｒ２ 充電抵抗
Ｒ３ 放電抵抗
ＣＴＵ，ＣＴＶ，ＣＴＷ，ＣＴＢ 電流検出器

Claims (15)

1. 電力貯蔵装置を有する電気車の推進制御装置であって、
   双方向の電力フロー制御が可能であり、前記電力貯蔵装置からの直流電力が第１の端子側から入力された場合には当該直流電力を所望の交流電力に変換して第２の端子側から出力し、前記電力貯蔵装置を除く直流電力供給源からの直流電力が前記第１の端子側から入力された場合には当該直流電力を所望の直流電力または交流電力に変換して前記第２の端子側から出力し、前記直流電力供給源からの直流電力が前記第２の端子側から入力された場合には当該直流電力を所望の直流電力に変換して前記第１の端子側から出力する電力変換部と、
   前記電力変換部の動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第１の端子側から入力された前記電力貯蔵装置からの直流電力を所望の交流電力に変換して前記第２の端子側から出力するときには前記電力変換部をインバータとして動作させ、
   前記第１の端子側から入力された前記直流電力供給源からの直流電力を所望の直流電力に変換して前記第２の端子側から出力するときには前記電力変換部を降圧チョッパとして動作させ、
   前記第１の端子側から入力された前記直流電力供給源からの直流電力を所望の交流電力に変換して前記第２の端子側から出力するときには前記電力変換部をインバータとして動作させ、
   前記第２の端子側から入力された前記直流電力供給源からの直流電力を所望の直流電力に変換して前記第１の端子側から出力するときには前記電力変換部を昇圧チョッパとして動作させる
   ことを特徴とする電気車の推進制御装置。
2. 前記電力変換部の前記第２の端子側にはリアクトルが設けられており、
   前記制御部は、前記直流電力供給源の電圧が前記電力貯蔵装置の蓄電電圧よりも高い場合には前記直流電力供給源の直流電力を前記第１の端子側から前記電力変換部に入力させ、
   前記電力変換部は、前記第２の端子側から前記リアクトルを介して出力する直流電力を用いて前記電力貯蔵装置を充電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。
3. 前記電力変換部の前記第２の端子側にはリアクトルが設けられており、
   前記制御部は、前記直流電力供給源の電圧が前記電力貯蔵装置の蓄電電圧よりも低い場合には前記直流電力供給源の直流電力を前記リアクトルを介して前記第２の端子側から前記電力変換部に入力させ、
   前記電力変換部は、前記第１の端子側から出力する直流電力を用いて前記電力貯蔵装置を充電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。
4. 前記制御部は、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記電気車の動力として使用する場合には当該電力貯蔵装置の直流電力を前記第１の端子側から前記電力変換部に入力させ、
   前記電力変換部は、前記第２の端子側から出力する交流電力を用いて前記電気車を駆動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。
5. 前記制御部は、前記直流電力供給源の直流電力を前記電気車の動力として使用する場合には当該直流電力供給源の直流電力を前記第１の端子側から前記電力変換部に入力させ、
   前記電力変換部は、前記第２の端子側から出力する交流電力を用いて前記電気車を駆動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。
6. 前記電力変換部は、交流電力供給源からの交流電力が前記第２の端子側から入力された場合には当該交流電力を直流電力に変換して前記第１の端子側から出力し、
   前記制御部は、前記第２の端子側から入力された前記交流電力供給源からの交流電力を所望の直流電力に変換して前記第１の端子側から出力するときには前記電力変換部をコンバータとして動作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。
7. 前記制御部は、前記交流電力供給源の交流電力を用いて前記電力貯蔵装置を充電する場合には当該交流電力供給源の交流電力を前記第２の端子側から前記電力変換部に入力させ、
   前記電力変換部は、前記第１の端子側から出力する直流電力を用いて前記電力貯蔵装置を充電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。
8. 前記交流電力供給源として交流発電機を少なくとも含むとき、
   前記制御部は、前記電力貯蔵装置の直流電力を用いて前記交流発電機の動力源であるエンジンを始動する場合には当該電力貯蔵装置の直流電力を前記第１の端子側から前記電力変換部に入力させ、前記第２の端子側から出力する交流電力を用いて前記交流発電機を駆動して前記エンジンを始動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。
9. 前記交流電力供給源として交流発電機を少なくとも含むとき、
   前記制御部は、前記直流電力供給源の直流電力を用いて前記交流発電機の動力源であるエンジンを始動する場合には当該直流電力供給源の直流電力を前記第１の端子側から前記電力変換部に入力させ、前記第２の端子側から出力する交流電力を用いて前記交流発電機を駆動して前記エンジンを始動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。
10. 前記交流電力供給源として交流架線を少なくとも含むとき、
    前記制御部は、前記直流電力供給源の電力を前記交流架線に供与する場合には当該直流電力供給源の直流電力を前記第１の端子側から前記電力変換部に入力させ、前記第２の端子側から出力する交流電力を前記交流架線に供与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。
11. 前記交流電力供給源として交流架線を少なくとも含むとき、
    前記制御部は、前記電力貯蔵装置の電力を前記交流架線に供与する場合には当該電力貯蔵装置の直流電力を前記第１の端子側から前記電力変換部に入力させ、前記第２の端子側から出力する交流電力を前記交流架線に供与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。
12. 前記交流電力供給源には、交流架線または交流発電機のうちの少なくとも一つが含まれることを特徴とする請求項７に記載の電気車の推進制御装置。
13. 前記直流電力供給源には、直流架線、燃料電池または太陽電池のうちの少なくとも一つが含まれ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。
14. 前記電力貯蔵装置または前記直流電力供給源が出力する直流電力を交流電力に変換して補機に供給する補助電源装置を備え、前記制御部の制御によって前記補助電源装置への電力供給が前記直流電力供給源側に切り替えられている状態において、前記補助電源装置への電力供給を前記直流電力供給源から前記電力貯蔵装置に切り替えるとき、
    前記制御部は、
    前記電力変換部を昇圧チョッパとして動作させ、前記第２の端子から入力される前記電力貯蔵装置の電圧を昇圧し、前記第１の端子から出力される電圧が前記直流電力供給源の出力電圧に略等しくなるように前記電力変換部の昇圧比を制御し、
    前記直流電力供給源と前記電力変換部との接続を切り離し、前記電力変換部における前記第１の端子の電圧と前記第２の端子の電圧とが略等しくなるように前記電力変換部の昇圧比を下げ、
    前記第１の端子の電圧と前記第２の端子の電圧とが略等しくなった時点で前記第１の端子と前記第２の端子とを前記電力変換部の外部で導通させて前記補助電源装置と前記電力貯蔵装置とを導通させると共に、前記電力変換部における上側アーム素子をオン制御して前記第１の端子と前記第２の端子とを前記電力変換部の内部においても導通させ、
    前記補助電源装置と前記電力貯蔵装置との導通を維持しつつ、前記電力変換部の外部における前記第１の端子と前記第２の端子との間の導通を解除する制御を行う
    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。
15. 前記電力貯蔵装置または前記直流電力供給源が出力する直流電力を交流電力に変換して補機に供給する補助電源装置を備え、前記制御部の制御によって前記補助電源装置への電力供給が前記電力貯蔵装置側に切り替えられている状態において、前記補助電源装置への電力供給を前記電力貯蔵装置から前記直流電力供給源に切り替えるとき、
    前記制御部は、
    前記第１の端子と前記第２の端子とを前記電力変換部の外部で導通させ、前記電力変換部における上側アーム素子をオン制御して前記第１の端子と前記第２の端子とを前記電力変換部の内部において導通させた後に、前記電力変換部の外部における前記第１の端子と前記第２の端子との間の導通を解除し、
    前記電力変換部を昇圧チョッパとして動作させ、前記第２の端子から入力される前記電力貯蔵装置の電圧を昇圧し、前記第１の端子から出力される電圧が前記直流電力供給源の出力電圧に略等しくなるように前記電力変換部の昇圧比を制御し、
    前記第１の端子から出力される電圧が前記直流電力供給源の出力電圧に略等しくなった時点で前記直流電力供給源と前記第１の端子とを接続すると共に、前記第２の端子と前記電力貯蔵装置との接続を切り離す制御を行う
    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。

Images