JP6154266B2

JP6154266B2 - 電気車、電圧変換方法、及びプログラム

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Publication number: JP6154266B2
Application number: JP2013193385A
Authority: JP
Inventors: 山本　貴光; 貴光山本; 小川　賢一; 賢一小川; 崇米山
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: JP2015061392A

Description

本発明の実施形態は、電気車、電圧変換方法、及びプログラムに関する。

燃料電池を鉄道車両に適用する研究がさまざまな企業や機関で行われている。燃料電池を鉄道車両に適用する技術の１つとして燃料電池を動力源の１つとするハイブリッド鉄道車両が考案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１〜４参照）。

特開２００８−１３１８３５号公報

古田良介、外１名、「ＪＲ東日本における燃料電池ハイブリッド車両の開発」、鉄道車両と技術、レールアンドテック出版、２００７、Ｎｏ．１２９、ｐ．２−９山本貴光、「鉄道総合技術研究所における燃料電池鉄道車両の開発」、鉄道車両と技術、レールアンドテック出版、２００７、Ｎｏ．１２９、ｐ．１０−１３泰広、外２名、「鉄道総研クヤＲ２９１系」、鉄道ファン、交友社、２００６、２００７年１月号、ｐ．６０−６３「燃料電池ハイブリッド鉄道車両」、鉄道ファン、交友社、２００６、２００７年１月号、ｐ．６６

ところで、鉄道車両の電化状況は、鉄道車両の運転頻度が高い地域が直流電化であり、低い地域が非電化であり、その間の地域が交流電化である傾向が見られる。従って、非電化区間と隣接するのは直流電化区間である場合よりも交流電化区間である場合の方が多い。そのため、燃料電池を適用する鉄道車両として、非電化区間で燃料電池を利用する場合と、交流電化区間で架線からの交流電源を利用する場合とを切り替えることができる技術が求められていた。また、１つのコンバータで燃料電池が出力する直流電圧と交流電源側のトランスが出力する交流電圧を直流電圧に変換できる技術が求められていた。

本発明が解決しようとする課題は、非電化区間で燃料電池を利用する場合と、交流電化区間で架線からの交流電源を利用する場合とを切り替えることができ、さらに、１つのコンバータで燃料電池が出力する直流電圧と交流電源側のトランスが出力する交流電圧を直流電圧に変換できる電気車、電圧変換方法、及びプログラムを提供することである。

本発明の電気車は、第１電池と、前記第１電池と異なる第２電池と、交流電化区間の架線からの交流電力または直流電化区間の架線からの直流電力が車両に供給されるように接続が切り替わる第１スイッチと、前記交流電化区間の架線からの交流電力または前記第１電池からの直流電力が、出力がインバータの入力に接続されているコンバータの入力に供給されるように接続が切り替わる第２スイッチと、前記第２電池からの直流電力が前記インバータの入力に供給される状態と供給されない状態のいずれかになるように接続が切り替わる第３スイッチと、前記第１スイッチ、前記第２スイッチのそれぞれを切り替える制御、及び、前記コンバータに対する制御を行う電圧変換制御部とを備え、前記電圧変換制御部は、交流電圧を検出した場合に、前記交流電化区間の架線からの交流電力が前記コンバータに供給されるように前記第１スイッチの接続を制御し、前記交流電化区間の架線からの交流電力が前記コンバータの入力に供給されるように前記第２スイッチの接続を制御し、前記コンバータを構成するブリッジ接続された４つのスイッチング素子をオフ状態に制御することで、前記コンバータを単相整流ブリッジとして動作させ、または、電圧を検出しない場合に、前記交流電化区間の架線からの交流電力が前記コンバータに供給されるように前記第１スイッチの接続を制御し、前記第１電池からの直流電力が前記コンバータの入力に供給されるように前記第２スイッチの接続を制御し、前記コンバータを構成するブリッジ接続された４つのスイッチング素子のうち高電位側の２つのスイッチング素子をオフ状態に制御し、低電位側の２つのスイッチング素子を流す電流量に応じて交互にオン状態に制御することで、前記コンバータを直流昇圧チョッパとして動作させ、または、直流電圧を検出した場合に、前記直流電化区間の架線からの直流電力が前記インバータに供給されるように前記第１スイッチの接続を制御し、前記第３スイッチは、前記インバータに供給されている電力以上に電力を供給する場合には、さらに、前記第２電池からの直流電力が前記インバータの入力に供給されない状態から供給される状態になるように接続が切り替わる。

第一の実施形態による電圧変換装置１０を備える電気車１の例を示す図である。第一の実施形態による電圧変換装置１０を備える電気車１の処理フローの例を示す図である。電圧変換装置１０が備えるコンバータ１０３に交流電圧１５００ボルトが印加された場合にコンバータ１０３を制御する制御信号の例を示す図である。電圧変換装置１０が備えるコンバータ１０３に直流電圧５００ボルトが印加された場合にコンバータ１０３を制御する制御信号の例を示す図である。第二の実施形態による電圧変換装置１０を備える電気車１の例を示す図である。

以下、実施形態による電圧変換装置、電気車、電圧変換方法、及びプログラムについて図面を参照して説明する。

＜第一の実施形態＞
図１は、第一の実施形態による電圧変換装置１０を備える電気車１の例を示す図である。
第一の実施形態による電気車１は、図１に示すように、電圧変換装置１０と、パンタグラフ２０と、真空遮断器３０と、トランス４０と、燃料電池５０と、補助回路用静止形補助電源装置６０と、フィルタコンデンサ７０と、バッテリ８０と、ブレーキチョッパ９０と、インバータ１００と、インダクションモータ１１０と、インダクタ１２０（１２０ａ、１２０ｂ）と、インダクタ１３０（１３０ａ、１３０ｂ）とを備えている。

第一の実施形態による電圧変換装置１０は、交流電圧または直流電圧を入力し、直流電圧を作る機能部である。電圧変換装置１０は、スイッチ１０１と、電圧変換制御部１０２と、コンバータ１０３とを備えている。
スイッチ１０１は、交流電圧及び直流電圧の何れか一方がコンバータ１０３に入力されるように接続が切り替わる機能部である。スイッチ１０１は、スイッチ１０１ａと、スイッチ１０１ｂとを備えている。スイッチ１０１ａとスイッチ１０１ｂはそれぞれ、２つの接続先を切り替える。
電圧変換制御部１０２は、スイッチ１０１を切り替える制御を行う機能部である。また電圧変換制御部１０２は、コンバータ１０３に交流電圧が入力される場合と直流電圧が入力される場合とでコンバータ１０３に対する制御を変更し、コンバータ１０３に直流電圧を出力させる制御部である。
コンバータ１０３は、電圧変換制御部１０２による制御に基づいて直流電圧を出力する機能部である。コンバータ１０３は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を備えている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、例えばＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒ、Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

パンタグラフ２０は、電気車１の屋根の上に取り付けて架線から電気エネルギを接触集電する機能部である。
真空遮断器３０は、事故電流、特に短絡事故電流が生じたときに遮断し、負荷側の装置を保護する機能部である。真空遮断器３０は、ＶＣＢ（ＶａｃｕｕｍＣｉｒｃｕｉｔＢｒｅａｋｅｒ）とも呼ばれる。

トランス４０は、トランス一次側とトランス二次側との関係に基づいて、トランス一次側電圧をトランス二次側の電圧に変換する機能部である。トランス４０は、トランス一次側４０ａとトランス二次側４０ｂとを備えている。
燃料電池５０は、正極剤と負極剤を化学反応させて電気エネルギを作り出す機能部である。燃料電池５０は、正極剤と負極剤とを共に補充し続けることで電気エネルギを作り出すことができる。
例えば、燃料電池５０は、正極剤となる酸素と負極剤となる水素とを化学反応させ、水の電気分解と逆の反応を利用して電気エネルギを作り出す。燃料電池５０が電気エネルギを作り出す際に排出する排出物は、大半が水であり、環境にやさしいエネルギ源である。

補助回路用静止形補助電源装置６０は、インバータ１００やその他の装置が故障した場合に、故障したインバータ１００やその他の装置に代わって直流電圧を交流電圧に変換する機能部である。補助回路用静止形補助電源装置６０は、故障率の高い装置を代替する機能を備え、故障率の低い装置は共通とすることで小型化を図っている。
この補助回路用静止形補助電源装置６０により、例えば、インバータ１００が故障した場合であっても空調装置や低減運転などの負荷低減を行う必要がなく、サービス向上につなげることができる。

フィルタコンデンサ７０は、コンバータ１０３が出力した直流電圧を平滑化する機能部である。
バッテリ８０は、パンタグラフ２０を介して架線から供給される電力または燃料電池５０から供給される電力で不足した電力を補う機能部である。

ブレーキチョッパ９０は、ブレーキ抵抗として働く抵抗器Ｒ１に流れる電流を制御する機能部である。パワートランジスタであるバイポーラトランジスタＱ５がチョッパ素子として動作し、ダイオードＤ１が還流ダイオードとして動作する。
ダイオードＤ１は、ブレーキ抵抗である抵抗器Ｒ１に流れる電流をバイポーラトランジスタＱ５がオフしたタイミングで還流させる。また、バイポーラトランジスタＱ５とダイオードＤ１は、抵抗器Ｒ１に流れる電流の割合を制御する。これにより、回生できない余分な電力を適切に消費することができる。

インバータ１００は、コンバータ１０３から入力した直流電圧をインダクションモータ１１０の動作に必要な交流電圧に変換する機能部である。
インダクションモータ１１０は、電気車１の車輪を駆動する機能部である。
インダクタ１２０は、電圧変換装置１０が燃料電池５０の出力電圧を昇圧して出力する電圧を決定する機能部である。
インダクタ１３０は、バッテリ８０が出力電圧における出力電流を安定させる機能部である。

図２は、第一の実施形態による電圧変換装置１０を備える電気車１の処理フローの例を示す図である。
次に、電気車１が交流電化区間から非電化区間に走行区間が変わった場合を例に、第一の実施形態による電圧変換装置１０を備える電気車１の処理フローを説明する。

架線に例えば交流電圧２００００ボルトが印加され、電気車１が備えるパンタグラフ２０が架線に接触している場合、電気車１が備えるトランス４０のトランス一次側４０ａに交流電圧２００００ボルトが印加される。電圧変換装置１０が備える電圧変換制御部１０２は、トランス一次側４０ａに所定の電圧が印加されているか否かを判定する（ステップＳ１）。

このとき、電圧変換制御部１０２は、トランス一次側４０ａに印加される電圧を検出し、その検出電圧が所定のしきい値を超えている場合に、トランス一次側４０ａに所定の電圧が印加されていると判定する（ステップＳ１、ＹＥＳ）。そして、電圧変換制御部１０２は、スイッチ１０１（１０１ａ、１０１ｂ）がトランス二次側４０ｂに接続されるように制御する（ステップＳ２）。
トランス４０は、トランス一次側４０ａとトランス二次側４０ｂとのコイルの巻線回数比などの関係に基づいて、交流電圧２００００ボルトを例えば交流電圧１５００ボルトに変換する（ステップＳ３）。
スイッチ１０１がトランス二次側４０ｂに接続されると、トランス二次側４０ｂの交流電圧１５００ボルトがコンバータ１０３に印加される（ステップＳ４）。

図３は、スイッチ１０１がトランス二次側４０ｂに接続され場合にコンバータ１０３を制御する制御信号の例を示す図である。
電圧変換制御部１０２は、スイッチ１０１をトランス二次側４０ｂに接続するように制御する。そして電圧変換制御部１０２は、コンバータ１０３が備えるスイッチング素子Ｑ１〜４であるＩＢＧＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のゲート電圧を図３で示す制御信号を使用して制御する。
この場合、電圧変換制御部１０２は、すべてのスイッチング素子Ｑ１〜４のゲート電圧をゼロにする制御を行う（ステップＳ５）。

トランス二次側４０ｂのスイッチ１０１ａ側の端子電圧がトランス二次側４０ｂのスイッチ１０１ｂの端子電圧よりも高い半波区間では、スイッチ１０１ａ、スイッチング素子Ｑ１、フィルタコンデンサ７０（及びフィルタコンデンサ７０に並列接続されたその他の負荷）、スイッチング素子Ｑ４、スイッチ１０１ｂの順に電流が流れる。
また、トランス二次側４０ｂのスイッチ１０１ａ側の端子電圧がトランス二次側４０ｂのスイッチ１０１ｂの端子電圧よりも低い半波区間では、スイッチ１０１ｂ、スイッチング素子Ｑ２、フィルタコンデンサ７０（及びフィルタコンデンサ７０に並列接続されたその他の負荷）、スイッチング素子Ｑ３、スイッチ１０１ａの順に電流が流れる。
これらの半波区間が交互に繰り返されることにより、ＣＲ並列負荷の単相整流ブリッジの動作に基づいて、コンバータ１０３が交流電圧１５００ボルトを例えば直流電圧１５００ボルトに変換される（ステップＳ６）。

また、ステップＳ１の処理において、トランス一次側４０ａに印加される電圧が所定のしきい値を超えていないと電圧変換制御部１０２が判定した場合（ステップＳ１、ＮＯ）。電圧変換制御部１０２は、スイッチ１０１が燃料電池５０に接続されるように制御する（ステップＳ７）。
スイッチ１０１が燃料電池５０に接続されると、燃料電池５０の電圧である、例えば直流電圧５００ボルトがコンバータ１０３に印加される（ステップＳ８）。

図４は、スイッチ１０１が燃料電池５０に接続された場合にコンバータ１０３を制御する制御信号の例を示す図である。
電圧変換制御部１０２は、スイッチ１０１が燃料電池５０に接続されるように制御すると、コンバータ１０３が備えるスイッチング素子Ｑ１〜４であるＩＢＧＴのゲート電圧を図４で示す制御信号を使用して制御する。
この場合、電圧変換制御部１０２は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート電圧をゼロにし、Ｑ３、Ｑ４に流れる電流量に応じて交互にオンするようにゲート電圧のタイミング、周期、デューティ比などを制御する（ステップＳ９）。

ゲート電圧が印加されスイッチング素子Ｑ３がオンする区間では、スイッチング素子Ｑ１のダイオードがオフする。そして、スイッチ１０１ａ、スイッチング素子Ｑ３、燃料電池５０の順に電流が流れる。また、ゲート電圧が印加されスイッチング素子Ｑ３がオフする区間では、スイッチング素子Ｑ１のダイオードがオンする。そして、スイッチ１０１ａ、スイッチング素子Ｑ１のダイオード、フィルタコンデンサ７０（及びフィルタコンデンサ７０に並列接続されたその他の負荷）、燃料電池５０の順に電流が流れる。
同様に、ゲート電圧が印加されスイッチング素子Ｑ４がオンする区間では、スイッチング素子Ｑ２のダイオードがオフする。そして、スイッチ１０１ｂ、スイッチング素子Ｑ４、燃料電池５０の順に電流が流れる。また、ゲート電圧が印加されスイッチング素子Ｑ４がオフする区間では、スイッチング素子Ｑ２のダイオードがオンする。そして、スイッチ１０１ｂ、スイッチング素子Ｑ２のダイオード、フィルタコンデンサ７０（及びフィルタコンデンサ７０に並列接続されたその他の負荷）、燃料電池５０の順に電流が流れる。
これらの区間が繰り返されることにより、ＣＲ並列負荷の直流昇圧チョッパの動作に基づいて、コンバータ１０３が直流電圧５００ボルトを例えば直流電圧１５００ボルトに変換される（ステップＳ１０）。

コンバータ１０３は、ステップＳ６またはステップＳ１０の処理で変換した直流電圧１５００ボルトをインバータ１００に出力する。
インバータ１００は、コンバータ１０３から直流電圧１５００ボルトを入力すると（ステップＳ１１）、走行に適した電圧に変換するような制御の下、その直流電圧１５００ボルトを、例えば、インダクションモータ１１０（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ）を駆動するための三相の交流電圧０〜１５００ボルトに変換する（ステップＳ１２）。
なお、インバータ１００は、直流電圧をインダクションモータ１１０が駆動できる交流電圧に変換できるものであればどのようなものでもよい。インバータ１００は、例えばＶＶＶＦ（ＶａｒｉａｂｌｅＶｏｌｔａｇｅＶａｒｉａｂｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）インバータである。

インバータ１００は、変換した交流電圧０〜１５００ボルトをインダクションモータ１１０に出力する。インダクションモータ１１０は、交流電圧０〜１５００ボルトを入力すると、その入力した交流電圧に応じて車輪を駆動する（ステップＳ１３）。
なお、架線と燃料電池５０のどちらの電圧源に対してもバッテリ８０を並行して利用してもよい。また、ブレーキチョッパ９０が回生制動時に回生できないエネルギを消費してもよい。さらに、補助回路用静止形補助電源装置６０が、インバータ１００やその他の装置が故障した場合に、故障したインバータ１００やその他の装置に代わって直流電圧を交流電圧に変換してもよい。

以上のように、電気車１は電圧変換装置１０を備える。電圧変換装置１０は、スイッチ１０１と、電圧変換制御部１０２とを備える。スイッチ１０１は、交流電圧及び直流電圧の何れか一方がコンバータ１０３に入力されるように接続が切り替わる。電圧変換制御部１０２は、スイッチ１０１を切り替える制御を行い、コンバータ１０３に交流電圧が入力される場合と直流電圧が入力される場合とでコンバータ１０３に対する制御を変更し、コンバータ１０３に直流電圧を出力させる。また、電圧変換制御部１０２は、交流電圧を検出した場合にコンバータ１０３を構成するスイッチング素子Ｑ１〜４をオフするゲート電圧が印加されるように制御することで、コンバータ１０３を単相整流ブリッジとして動作させる。また、電圧変換制御部１０２は、交流電圧を検出した場合にコンバータ１０３を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオフする電圧がゲートに印加されるように制御することで、コンバータ１０３を単相整流ブリッジとして動作させる。また、電圧変換制御部１０２は、交流電圧を検出しない場合にコンバータ１０３を構成するスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４がオンとオフを繰り返す電圧がゲートに印加されるように制御することで、コンバータ１０３を直流昇圧チョッパとして動作させる。
こうすることで、非電化区間で燃料電池５０を利用する場合と、交流電化区間で架線からの交流電源を利用する場合とを切り替えることができ、さらに、１つのコンバータ１０３で燃料電池５０が出力する直流電圧と交流電源側のトランス４０が出力する交流電圧を直流電圧に変換できる。

＜第二の実施形態＞
図５は、第二の実施形態による電圧変換装置１０を備える電気車１の例を示す図である。
第二の実施形態による電気車１は、図５に示すように、第一の実施形態による電気車１に対して、さらに、スイッチ１４０、１５０、１６０ａ、１６０ｂを備えている。
こうすることで、第一の実施形態による電気車１が燃料電池５０と交流のデュアルモードの電車であるのに対して、第二の実施形態による電気車１は、燃料電池５０と交直流のデュアルモードの電車を実現している。
なお、第二の実施形態による電圧変換装置１０は、第一の実施形態による電圧変換装置１０と同様の構成である。

第二の実施形態による電気車１は、スイッチ１４０とスイッチ１５０を制御することで、交流電化区間で架線からの交流電源を利用する場合と直流電化区間で架線からの直流電源を利用する場合とを切り替える。
具体的には、電気車１が交流電化区間を走行中には、例えば電圧変換制御部１０２がスイッチ１４０、１５０を図５で示す“Ａ”側に接続するように制御する。このとき第二の実施形態による電気車１は、第一の実施形態による電気車１が交流電圧２００００ボルトを検出した場合と同様であり、説明を省略する。

また、電気車１が直流電化区間を走行中には、例えば電圧変換制御部１０２がスイッチ１４０、１５０を図５で示す“Ｂ”側に接続するように制御する。
スイッチ１４０、１５０が“Ｂ”側に接続されると、架線から例えば直流電圧１５００ボルトがインバータ１００に印加される。その後電気車１が行う処理は、図２で示した第一の実施形態による電気車１の処理フローのＳ１１〜Ｓ１３と同様である。
なお、スイッチ１６０ａ、１６０ｂは、バッテリ８０を必要に応じてインバータ１００の入力に接続するためのスイッチである。

以上のように、電気車１は電圧変換装置１０と、さらに、スイッチ１４０と、スイッチ１５０とを備える。電圧変換装置１０は、スイッチ１０１と、電圧変換制御部１０２とを備える。スイッチ１０１は、交流電圧及び直流電圧の何れか一方がコンバータ１０３に入力されるように接続が切り替わる。電圧変換制御部１０２は、スイッチ１０１を切り替える制御を行い、コンバータ１０３に交流電圧が入力される場合と直流電圧が入力される場合とでコンバータ１０３に対する制御を変更し、コンバータ１０３に直流電圧を出力させる。また、電圧変換制御部１０２は、交流電圧を検出した場合にコンバータ１０３を構成するスイッチング素子Ｑ１〜４をオフするゲート電圧が印加されるように制御することで、コンバータ１０３を単相整流ブリッジとして動作させる。また、電圧変換制御部１０２は、交流電圧を検出した場合にコンバータ１０３を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオフする電圧がゲートに印加されるように制御することで、コンバータ１０３を単相整流ブリッジとして動作させる。また、電圧変換制御部１０２は、交流電圧を検出しない場合にコンバータ１０３を構成するスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４がオンとオフを繰り返す電圧がゲートに印加されるように制御することで、コンバータ１０３を直流昇圧チョッパとして動作させる。
こうすることで、非電化区間で燃料電池５０を利用する場合と、交流電化区間で架線からの交流電源を利用する場合とを切り替えることができ、さらに、１つのコンバータ１０３で燃料電池５０が出力する直流電圧と交流電源側のトランス４０が出力する交流電圧を直流電圧に変換できる。また、直流電化区間にも対応できる電気車を実現できる。

以上実施形態の電圧変換装置１０によれば、非電化区間で燃料電池５０を利用する場合と、交流電化区間で架線からの交流電源を利用する場合とを切り替えることができ、さらに、１つのコンバータ１０３で燃料電池５０が出力する直流電圧と交流電源側のトランス４０が出力する交流電圧を直流電圧に変換できる。

なお実施形態について説明したが、上述の電圧変換装置１０は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

１０・・・電圧変換装置
２０・・・パンタグラフ
３０・・・真空遮断器
４０・・・トランス
４０ａ・・・トランス一次側
４０ｂ・・・トランス二次側
５０・・・燃料電池
６０・・・補助回路用静止形補助電源装置
７０・・・フィルタコンデンサ
８０・・・バッテリ
９０・・・ブレーキチョッパ
１００・・・インバータ
１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１４０、１５０、１６０ａ、１６０ｂ・・・スイッチ
１０２・・・電圧変換制御部
１０３・・・コンバータ
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ・・・インダクションモータ
Ｄ１・・・ダイオード
１２０ａ、１２０ｂ、１３０、１３０ａ、１３０ｂ・・・インダクタ
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４・・・ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）
Ｑ５・・・バイポーラトランジスタ
Ｒ１・・・抵抗器

Claims

第１電池と、
前記第１電池と異なる第２電池と、
交流電化区間の架線からの交流電力または直流電化区間の架線からの直流電力が車両に供給されるように接続が切り替わる第１スイッチと、
前記交流電化区間の架線からの交流電力または前記第１電池からの直流電力が、出力がインバータの入力に接続されているコンバータの入力に供給されるように接続が切り替わる第２スイッチと、
前記第２電池からの直流電力が前記インバータの入力に供給される状態と供給されない状態のいずれかになるように接続が切り替わる第３スイッチと、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチのそれぞれを切り替える制御、及び、前記コンバータに対する制御を行う電圧変換制御部と
を備え、
前記電圧変換制御部は、
交流電圧を検出した場合に、前記交流電化区間の架線からの交流電力が前記コンバータに供給されるように前記第１スイッチの接続を制御し、前記交流電化区間の架線からの交流電力が前記コンバータの入力に供給されるように前記第２スイッチの接続を制御し、前記コンバータを構成するブリッジ接続された４つのスイッチング素子をオフ状態に制御することで、前記コンバータを単相整流ブリッジとして動作させ、
または、
電圧を検出しない場合に、前記交流電化区間の架線からの交流電力が前記コンバータに供給されるように前記第１スイッチの接続を制御し、前記第１電池からの直流電力が前記コンバータの入力に供給されるように前記第２スイッチの接続を制御し、前記コンバータを構成するブリッジ接続された４つのスイッチング素子のうち高電位側の２つのスイッチング素子をオフ状態に制御し、低電位側の２つのスイッチング素子を流す電流量に応じて交互にオン状態に制御することで、前記コンバータを直流昇圧チョッパとして動作させ、
または、
直流電圧を検出した場合に、前記直流電化区間の架線からの直流電力が前記インバータに供給されるように前記第１スイッチの接続を制御し、
前記第３スイッチは、
前記インバータに供給されている電力以上に電力を供給する場合には、さらに、前記第２電池からの直流電力が前記インバータの入力に供給されない状態から供給される状態になるように接続が切り替わる、
ことを特徴とする電気車。
前記電圧変換制御部は、
前記コンバータに交流電圧が入力される場合と直流電圧が入力される場合とで前記コンバータに対する制御を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気車。
第１電池と、前記第１電池と異なる第２電池と、交流電化区間の架線からの交流電力または直流電化区間の架線からの直流電力が車両に供給されるように接続が切り替わる第１スイッチと、前記交流電化区間の架線からの交流電力または前記第１電池からの直流電力が、出力がインバータの入力に接続されているコンバータの入力に供給されるように接続が切り替わる第２スイッチと、前記第２電池からの直流電力が前記インバータの入力に供給される状態と供給されない状態のいずれかになるように接続が切り替わる第３スイッチと、前記第１スイッチ、前記第２スイッチのそれぞれを切り替える制御、及び、前記コンバータに対する制御を行う電圧変換制御部とを備える電気車の電圧変換方法であって、
交流電圧を検出した場合に、前記交流電化区間の架線からの交流電力が前記コンバータに供給されるように前記第１スイッチの接続を制御し、前記交流電化区間の架線からの交流電力が前記コンバータの入力に供給されるように前記第２スイッチの接続を制御し、前記コンバータを構成するブリッジ接続された４つのスイッチング素子をオフ状態に制御することで、前記コンバータを単相整流ブリッジとして動作させ、
または、
電圧を検出しない場合に、前記交流電化区間の架線からの交流電力が前記コンバータに供給されるように前記第１スイッチの接続を制御し、前記第１電池からの直流電力が前記コンバータの入力に供給されるように前記第２スイッチの接続を制御し、前記コンバータを構成するブリッジ接続された４つのスイッチング素子のうち高電位側の２つのスイッチング素子をオフ状態に制御し、低電位側の２つのスイッチング素子を流す電流量に応じて交互にオン状態に制御することで、前記コンバータを直流昇圧チョッパとして動作させ、
または、
直流電圧を検出した場合に、前記直流電化区間の架線からの直流電力が前記インバータに供給されるように前記第１スイッチの接続を制御し、
前記インバータに供給されている電力以上に電力を供給する場合には、さらに、前記第２電池からの直流電力が前記インバータの入力に供給されない状態から供給される状態になるように前記第３スイッチの接続を制御する
ことを特徴とする電圧変換方法。
第１電池と、前記第１電池と異なる第２電池と、交流電化区間の架線からの交流電力または直流電化区間の架線からの直流電力が車両に供給されるように接続が切り替わる第１スイッチと、前記交流電化区間の架線からの交流電力または前記第１電池からの直流電力が、出力がインバータの入力に接続されているコンバータの入力に供給されるように接続が切り替わる第２スイッチと、前記第２電池からの直流電力が前記インバータの入力に供給される状態と供給されない状態のいずれかになるように接続が切り替わる第３スイッチと、前記第１スイッチ、前記第２スイッチのそれぞれを切り替える制御、及び、前記コンバータに対する制御を行う電圧変換制御部とを備える電気車のコンピュータに、
交流電圧を検出した場合に、前記交流電化区間の架線からの交流電力が前記コンバータに供給されるように前記第１スイッチの接続を制御し、前記交流電化区間の架線からの交流電力が前記コンバータの入力に供給されるように前記第２スイッチの接続を制御し、前記コンバータを構成するブリッジ接続された４つのスイッチング素子をオフ状態に制御することで、前記コンバータを単相整流ブリッジとして動作させること、
または、
電圧を検出しない場合に、前記交流電化区間の架線からの交流電力が前記コンバータに供給されるように前記第１スイッチの接続を制御し、前記第１電池からの直流電力が前記コンバータの入力に供給されるように前記第２スイッチの接続を制御し、前記コンバータを構成するブリッジ接続された４つのスイッチング素子のうち高電位側の２つのスイッチング素子をオフ状態に制御し、低電位側の２つのスイッチング素子を流す電流量に応じて交互にオン状態に制御することで、前記コンバータを直流昇圧チョッパとして動作させること、
または、
直流電圧を検出した場合に、前記直流電化区間の架線からの直流電力が前記インバータに供給されるように前記第１スイッチの接続を制御すること、
を実行させ、
前記インバータに供給されている電力以上に電力を供給する場合には、さらに、前記第２電池からの直流電力が前記インバータの入力に供給されない状態から供給される状態になるように前記第３スイッチの接続を制御すること、
を実行させるためのプログラム。