JP6807156B2 - 電源システム及び鉄道用車両 - Google Patents
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Description
本発明は、例えばＬＥＤ照明装置等に電力を供給する電源システム及びこれを備えた鉄道用車両に関する。
鉄道用車両の車内照明装置には蛍光灯が広く用いられており、近年においては、蛍光灯に代わる灯具として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）灯が普及し始めている。車内照明装置は、一両につき数十本以上設置された複数の灯具を有しており、その各々に付属の電源装置を個々に設置した場合、設置スペース、重量等の点で問題があった。
一方、複数の照明装置に電力を供給する電源装置を１つに集約し、当該電源装置から各照明装置へ電力を供給する技術が知られている。例えば特許文献１には、直列接続された複数のＬＥＤ照明装置に対して共通の１つの電源装置によって電力を供給するように構成された鉄道用車両が開示されている。
しかしながら、電源装置を１つに集約すると、当該電源装置に故障等の異常が生じた場合、すべての照明装置が滅灯するという問題がある。例えば、トンネル走行中あるいは夜間走行中に上記電源装置が故障すると、車内の十分な照明を確保することができずに、乗客に不安感あるいは恐怖感を抱かせるおそれがある。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、電源装置の故障に起因する照明装置の滅灯を回避することができる電源システム及びこれを備えた鉄道用車両を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電源システムは、第１の電源装置と、第２の電源装置と、加算回路とを具備する。
上記第１の電源装置は、第１の電源入力から第１の直流電流を出力する第１の駆動回路と、上記第１の駆動回路を制御する第１の制御回路とを有する。
上記第２の電源装置は、第２の電源入力から第２の直流電流を出力する第２の駆動回路と、上記第１の駆動回路を監視し上記第２の駆動回路を制御する第２の制御回路とを有する。
上記加算回路は、上記第１及び第２の電源装置各々の出力端に接続され、上記第１及び第２の直流電流の加算値である第３の直流電流を負荷装置に出力する。
上記第１の電源装置は、第１の電源入力から第１の直流電流を出力する第１の駆動回路と、上記第１の駆動回路を制御する第１の制御回路とを有する。
上記第２の電源装置は、第２の電源入力から第２の直流電流を出力する第２の駆動回路と、上記第１の駆動回路を監視し上記第２の駆動回路を制御する第２の制御回路とを有する。
上記加算回路は、上記第１及び第２の電源装置各々の出力端に接続され、上記第１及び第２の直流電流の加算値である第３の直流電流を負荷装置に出力する。
上記電源システムにおいては、第１及び第２の電源装置が負荷装置に加算接続されているため、第１及び第２の電源装置のうち一方が故障したとしても他方の出力で負荷装置へ電力を安定に供給することができる。また、第１及び第２の電源装置との間で状態を監視しながら出力制御を行うことで、一方の故障を他方の出力で補うことができる。
上記第１の制御回路は、上記第２の駆動回路の状態を監視可能に構成されてもよい。
上記第１及び第２の制御回路は、上記第１及び第２の駆動回路のうち一方の出力が低下したとき、その低下分を他方の出力が補償するように、上記第１及び第２の駆動回路を制御するように構成されてもよい。
これにより、第３の直流電流を安定に維持することができる。
これにより、第３の直流電流を安定に維持することができる。
上記第１の電源入力は交流電力又は直流電力であり、上記第２の電源入力は直流電力であり、上記電源システムは、上記第２の電源装置に接続された蓄電池をさらに具備してもよい。
上記電源システムは、上記第１及び第２の電源装置を制御する制御装置をさらに具備してもよい。
上記制御装置は、上記第１及び第２の電源入力の異常を検出したとき、上記第２の電源入力が上記第２の電源装置へ供給される第１の状態から、上記蓄電池の放電電力が上記第２の電源装置へ供給される第２の状態へ切り替えるように構成されてもよい。
上記制御装置は、上記第１及び第２の電源入力の異常を検出したとき、上記第２の電源入力が上記第２の電源装置へ供給される第１の状態から、上記蓄電池の放電電力が上記第２の電源装置へ供給される第２の状態へ切り替えるように構成されてもよい。
上記制御装置は、上記第２の状態のとき、上記第３の直流電流を減少させる制御指令を上記第２の制御回路へ出力するように構成されてもよい。
これにより蓄電池の電力維持を長く維持することができる。
これにより蓄電池の電力維持を長く維持することができる。
本発明の一形態に係る鉄道用車両は、車内照明装置と、第１の電源装置と、第２の電源装置と、加算回路とを具備する。
上記車内照明装置は、直列接続された複数のＬＥＤを有する。
上記第１の電源装置は、第１の電源入力から第１の直流電流を出力する第１の駆動回路と、上記第１の駆動回路を制御する第１の制御回路とを有する。
上記第２の電源装置は、第２の電源入力から第２の直流電流を出力する第２の駆動回路と、上記第１の駆動回路を監視し上記第２の駆動回路を制御する第２の制御回路とを有する。
上記加算回路は、上記第１及び第２の電源装置各々の出力端に接続され、上記第１及び第２の直流電流の加算値である第３の直流電流を上記車内照明装置に出力する。
上記車内照明装置は、直列接続された複数のＬＥＤを有する。
上記第１の電源装置は、第１の電源入力から第１の直流電流を出力する第１の駆動回路と、上記第１の駆動回路を制御する第１の制御回路とを有する。
上記第２の電源装置は、第２の電源入力から第２の直流電流を出力する第２の駆動回路と、上記第１の駆動回路を監視し上記第２の駆動回路を制御する第２の制御回路とを有する。
上記加算回路は、上記第１及び第２の電源装置各々の出力端に接続され、上記第１及び第２の直流電流の加算値である第３の直流電流を上記車内照明装置に出力する。
以上のように、本発明によれば、電源装置の故障に起因する照明装置の滅灯を回避することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道用車両の概略構成図である。
図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道用車両の概略構成図である。
鉄道用車両１００は、車両本体１０１と、車内照明装置１１０と、車内照明装置１１０を作動させる電源システム１２０とを有する。
本実施形態では、鉄道用車両１００として、電源システム１２０の電源入力がＡＣ（交流）とＤＣ（直流）の混在型である車両（主として在来線に使用される車両）を例に挙げて説明する。
（ＬＥＤ照明装置）
車内照明装置１１０は、車両本体１０１の車内天井部に設置され、本実施形態では、進行方向に関して左右両側に配置された２列のＬＥＤ照明装置１１１，１１２を含む。各ＬＥＤ照明装置１１１，１１２は、それぞれ同一の構成を有し、例えば図２に示すように、進行方向に配列された複数のＬＥＤ灯具１０を含む。
車内照明装置１１０は、車両本体１０１の車内天井部に設置され、本実施形態では、進行方向に関して左右両側に配置された２列のＬＥＤ照明装置１１１，１１２を含む。各ＬＥＤ照明装置１１１，１１２は、それぞれ同一の構成を有し、例えば図２に示すように、進行方向に配列された複数のＬＥＤ灯具１０を含む。
図２は、車内照明装置１１０と電源システム１２０との接続例を示す模式図である。
図２に示すように、ＬＥＤ灯具１０は、車両本体１０１の客室天井部に設置される本体部１１と、複数のＬＥＤ素子を内蔵する発光部１２とを有する。ＬＥＤ灯具１０の数は特に限定されず、例えば、一両につき２０〜２４個設置される。ＬＥＤ灯具１０の種類も特に限定されず、例えば、２０〜４０Ｗ型の直管式、反射式、間接式等が採用可能である。
各ＬＥＤ灯具１０は、直流電源の入力を受けて発光部１２を発光させ、発光部１２は、入力電流の大きさに応じた照度で発光する。本実施形態において、各ＬＥＤ灯具１０は、後述する電源システム１２０によって共通に調光制御される。なお、各ＬＥＤ灯具１０は、発光部１２を個別に調光制御可能な駆動回路を有していてもよい。
（電源システム）
電源システム１２０は、第１の電源装置１２１と、第２の電源装置１２２と、加算器１２３とを有する。第１及び第２の電源装置１２１，１２２は、車内照明装置１１０へ所定電圧の直流電流を出力するように構成される。
電源システム１２０は、第１の電源装置１２１と、第２の電源装置１２２と、加算器１２３とを有する。第１及び第２の電源装置１２１，１２２は、車内照明装置１１０へ所定電圧の直流電流を出力するように構成される。
電源システム１２０はさらに、第１及び第２の電源装置１２１，１２２を制御する制御装置１２４と、第１の電源装置１２１へ交流電力を入力するＡＣ電源生成装置１２５と、第２の電源装置１２２へ直流電力を入力するＤＣ電源生成装置１２６と、蓄電池１２７とを有する。
ＡＣ電源生成装置１２５及びＤＣ電源生成装置１２６は、車両本体１０１の上面に設置されたパンタグラフ１０２に電気的に接続される。パンタグラフ１０２は、架線（送電線）１０３に接触し、ＡＣ電源生成装置１２５及びＤＣ電源生成装置１２６へ交流電力を供給する。ＡＣ電源生成装置１２５は、送電電力を所定のＡＣ電力（例えば、ＡＣ９０〜２８０Ｖ）に変換して第１の電源装置１２１へ入力する。ＤＣ電源生成装置１２６は、送電電力を所定のＤＣ電力（例えば、ＤＣ７０〜１１０Ｖ）に変換して第２の電源装置１２２及び蓄電池１２７へ入力する。
図３は、第１及び第２の電源装置１２１，１２２の構成を示すブロック図である。
第１の電源装置１２１は、整流回路２１１と、力率改善回路２１２と、定電流回路２１３と、監視判定部２１４と、電流設定回路２１５と、インタフェース部２１６と、自己診断回路２１７とを有する。
整流回路２１１、力率改善回路２１２及び定電流回路２１３は、ＡＣ電源生成装置１２５から入力されるＡＣ電力（第１の電源入力）から第１の直流電流ＤＡ１を出力する「第１の駆動回路」を構成する。
整流回路２１１及び力率改善回路２１２は、個別に構成される場合に限られず、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路付コンデンサ入力型整流回路等のように相互に組み合わせて構成されてもよい。定電流回路２１３の出力（第１の直流電流ＤＡ１）は、電流設定回路２１５によって可変に制御される。
監視判定部２１４、電流設定回路２１５及びインタフェース部２１６は、上記第１の駆動回路を制御する「第１の制御回路」を構成する。
監視判定部２１４は、典型的には、ＣＰＵ及びメモリを含むコンピュータで構成され、インタフェース部２１６を介して受信される第２の電源装置１２２の自己診断回路２２７の出力に基づいて上記第１の駆動回路を監視し、電流設定回路２１５による定電流回路２１３の出力設定を制御することが可能に構成される。監視判定部２１４はさらに、インタフェース部２１６を介して制御装置１２４と通信可能に構成され、制御装置１２４の出力に基づいて電流設定回路２１５による定電流回路２１３の出力設定を制御可能に構成される。
自己診断回路２１７は、第１の駆動回路（整流回路２１１、力率改善回路２１２及び定電流回路２１３）の動作を診断し、動作の異常の有無を、インタフェース部２１６を介して制御装置１２４又は第２の電源装置１２２へ出力する。
一方、第２の電源装置１２２は、定電流回路２２３と、監視判定部２２４と、電流設定回路２２５と、インタフェース部２２６と、自己診断回路２２７とを有する。
定電流回路２２３は、ＤＣ電源生成装置１２６又は蓄電池１２７から入力されるＤＣ電力（第２の電源入力）から第２の直流電流ＤＡ２を出力する「第２の駆動回路」を構成する。
監視判定部２２４、電流設定回路２２５及びインタフェース部２２６は、上記第２の駆動回路を制御する「第２の制御回路」を構成する。
監視判定部２２４は、典型的には、ＣＰＵ及びメモリを含むコンピュータで構成され、インタフェース部２２６を介して受信される第１の電源装置１２１の自己診断回路２１７の出力に基づいて上記第２の駆動回路を監視し、電流設定回路２２５による定電流回路２２３の出力設定を制御することが可能に構成される。監視判定部２２４はさらに、インタフェース部２２６を介して制御装置１２４と通信可能に構成され、制御装置１２４の出力に基づいて電流設定回路２２５による定電流回路２２３の出力設定を制御可能に構成される。
自己診断回路２２７は、第２の駆動回路（定電流回路２２３）の動作を診断し、動作の異常の有無を、インタフェース部２２６を介して制御装置１２４又は第１の電源装置１２１へ出力する。
加算回路１２３は、第１及び第２の電源装置１２１，１２２各々の出力端に接続され、第１及び第２の直流電流ＤＡ１，ＤＡ２の加算値である第３の直流電流ＤＡ３を車内照明装置１１０へ出力することが可能に構成される。
図４に、加算回路１２３の一構成例を示す。加算回路１２３は、第１の電源装置１２１の出力（第１の直流電流ＤＡ１）を、整流素子Ｄ１を介して車内照明装置１１０へ供給し、第２の電源装置１２２の出力（第２の直流電流ＤＡ２）を、整流素子Ｄ２を介して車内照明装置１１０へ供給する。整流素子Ｄ１，Ｄ２は第１及び第２の電源装置１２１，１２２への電流の逆流を阻止する機能を有する。
制御装置１２４は、第１及び第２の電源装置１２１，１２２の上位装置に相当し、電源システム１２０の全体を制御する。制御装置１２４は、架線１０３の送電故障、パンタグラフ１０２、ＡＣ電源生成装置１２５、ＤＣ電源生成装置１２６等を含む電源入力系の異常の有無を監視する。
制御装置１２４は、例えば、ＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータで構成され、乗務員室等に設置される表示部を有する。制御装置１２４は、上述のようにインタフェース部２１６，２２６を介して第１及び第２の電源装置１２１，１２２（第１及び第２の制御回路）との間で相互に通信可能であり、第１及び第２の電源装置１２１，１２２へ車内照明装置１１０に対する調光指令を出力するとともに、第１及び第２の電源装置１２１，１２２の故障の有無を監視する。
制御装置１２４は、車内照明装置１１０へ供給される電流の大きさを制御する。制御装置１２４は、通常時（上記電源入力系あるいは第１及び第２の電源装置１２１，１２２に異常がないとき）において、車内照明装置１１０の全ての灯具１０が所定の照度で発光するのに必要な電流値が得られるように第１及び第２の電源装置１２１，１２２の出力を制御する。すなわち、上記電流値に対応する第３の直流電流ＤＡ３が得られる第１及び第２の出力電流ＤＡ１，ＤＡ２を出力するように第１及び第２の電源装置１２１，１２２が制御される。本実施形態では、第１及び第２の電源装置１２１，１２２からの出力電流（ＤＡ１，ＤＡ２）がそれぞれ同一となるように各監視判定部２１４，２２４を介して定電流回路２１３，２２３が制御される。
ここで、第１及び第２の電源装置１２１，１２２は、上述のようにインタフェース部２１６，２２６を介して相互に通信可能であり、監視判定部２１４，２２４は、自己診断回路２１７，２２７による診断結果を相互に通知して、相手側の異常を検出することが可能に構成される。そして、監視判定部２１４，２２４は、第１及び第２の電源装置１２１，１２２のいずれか一方に異常が生じて出力が低下したとき、その低下分を他方の出力が補償するように、電流設定回路２１５，２２５を制御する。つまり、各監視判定部２１４，２２４は、加算回路１２３の出力（第３の直流電流ＤＡ３）が一定に維持されるように、定電流回路２１３，２２３の出力（第１及び第２の直流電流ＤＡ１，ＤＡ２）を制御することで、車内照明装置１１０の照度を安定に維持する。
本実施形態において自己診断回路２１７，２２７の出力は、制御装置１２４を介さずに相手側の電源装置１２１，１２２の監視判定部２１４，２２４へ送信されるが、これに限られず、制御装置１２４を介して相手側の電源装置１２１，１２２の監視判定部２１４，２２４へ送信されてもよい。また、各監視判定部２１４，２２４は、相手側の自己診断回路２１７，２２７の出力に基づいて定電流回路２１３，２２３を制御するように構成されるが、自己診断回路２１７，２１８の出力を受けた制御装置１２４からの制御指令に基づいて定電流回路２１３，２２３を制御するように構成されてもよい。
蓄電池１２７は、ＤＣ電源生成装置１２６と第２の電源装置１２２との間に接続される。蓄電池１２７は、ＤＣ電源生成装置１２６の出力で充電され、ＤＣ電源生成装置１２６の故障時に放電することが可能に構成される。蓄電池１２７の放電は、制御装置１２４によって制御される。本実施形態において制御装置１２４は、電源入力系の異常を検出したとき、ＤＣ電源生成装置１２６の出力（第２の電源入力）が第２の電源装置１２２へ供給される第１の状態から、蓄電池１２７の放電電力が第２の電源装置１２２へ供給される第２の状態へ切り替えるように構成される。
すなわち、電源入力系に異常が生じると、ＡＣ電源生成装置１２５及びＤＣ電源生成装置１２６の出力が停止する。その結果、第１及び第２の電源装置１２１，１２２の出力も停止してしまうため、車内照明装置１１０が滅灯し、客室内の安全性や快適性が損なわれることになる。これを阻止するため、制御装置１２４は、電源入力系に異常が生じたとき、ＤＣ電源生成回路１２６に代わって蓄電池１２７から第２の電源装置１２２へ電源が入力される。これにより、車内照明装置１１０の滅灯を防ぎ、客室内の安全性や快適性を確保する。
なお、上述のような電源異常時は、復旧までの間だけ車内の照明を維持できればよく、したがって車内照明装置１１０は最低限の照度を確保できればよい。本実施形態において制御装置１２４は、蓄電池１２７を電力源として使用されている状態（上記第２の状態）のとき、加算回路１２３から出力される第３の直流電流を減少させる制御指令を第２の電源装置１２２の監視判定部２２４（第２の制御回路）へ出力するように構成される。これにより、蓄電池１２７の電力維持を長く保つことが可能となる。
（電源システムの動作）
次に、以上のように構成される電源システム１２０の動作について説明する。
次に、以上のように構成される電源システム１２０の動作について説明する。
制御装置１２４は第１及び第２の電源装置１２１，１２２へ車内照明装置１１０の調光指令を出力する。電源システム１２０に異常がない通常時では、第１及び第２の電源装置１２１，１２２において生成され、加算回路１２３で加算された直流電流で車内照明装置１１０が駆動される。これにより、当該直流電流の大きさに応じた所定の照度（明るさ）で発光部１２を発光させる。
第１の電源装置１２１の動作は、自己診断回路２１７によって監視され、故障の有無に関する情報が第２の電源装置１２２の監視判定部２２４へ出力される。同様に、第２の電源装置１２２の動作は、自己診断回路２２７によって監視され、故障の有無に関する情報が第１の電源装置１２１の監視判定部２１４へ出力される。第１及び第２の電源装置１２１，１２２は、これらの上位装置である制御装置１２４と通信し、パンタグラフ１０２等の電源入力系の異常の有無に関する情報を受信する。
図５は、第２の電源装置１２２（電源装置２）における監視判定部２２４の動作の概要を説明する図であり、第１の電源装置１２１（電源装置１）及び制御装置１２４との通信結果に応じた動作テーブルを示している。
（状態１）
監視判定部２２４は、第１の電源装置１２２及び制御装置１２４と所定の時間周期で通信し、これらの故障等の異常の有無を判定する。そして、第１の電源装置１２１及び制御装置１２４との通信がいずれも正常である場合、監視判定部２２４は、電源システム１２０が正常である判定して、第２の直流電流ＤＡ２として正常時の電流値に対応する直流電流を加算回路１２３へ出力する。
監視判定部２２４は、第１の電源装置１２２及び制御装置１２４と所定の時間周期で通信し、これらの故障等の異常の有無を判定する。そして、第１の電源装置１２１及び制御装置１２４との通信がいずれも正常である場合、監視判定部２２４は、電源システム１２０が正常である判定して、第２の直流電流ＤＡ２として正常時の電流値に対応する直流電流を加算回路１２３へ出力する。
本実施形態において、電源システム１２０の正常時は、第１及び第２の電源システム１２１，１２２の出力が同一に設定されるため、上記「正常時の電流値」は、車内照明装置１１０を通常の明るさで発光させるのに必要な電流値の半分の大きさとされる。
第１の電源装置１２１においても上述と同様な正常判定がなされることで、第１の直流電流ＤＡ１として、第２の直流電流ＤＡ２と同一の直流電流が、加算回路１２３へ出力される。これにより、第１及び第２の直流電流ＤＡ１，ＤＡ２の加算電流である第３の直流電流ＤＡ３が車内照明灯１１０へ供給され、その電流値に応じた所定の照度で発光部１２が発光する。
（状態２，３）
次に、第１の電源装置１２１が正常な状態において、送電不良あるいは制御装置１２４に異常が生じた場合について説明する。
次に、第１の電源装置１２１が正常な状態において、送電不良あるいは制御装置１２４に異常が生じた場合について説明する。
監視判定部２２４は、パンタグラフ１０２の断線等に関する情報を制御装置１２４から受信すると、送電不良であると判定する。そして、制御装置１２４は、第２の電源装置１２２への電源入力をＤＣ電源生成装置１２６から蓄電池１２７へと切り替えるとともに、第２の電源装置１２２へ車内照明装置１１０の調光指令を出力する。また、制御装置１２４は、所定の表示部に当該送電不良を示す警報を表示する。
監視判定部２２４は、客室内の照明に最低限必要な明るさで車内照明装置１１０を駆動できる電流量に定電流回路２２３の出力を設定するように電流設定回路２２５を制御する。これにより客室内の安全性、快適性が確保されつつ、蓄電池１２７の電力が長期にわたって維持される。また、車内照明装置１１０を構成するＬＥＤ照明装置１１１，１１２は、電源システム１２０に共通に接続されているため、各灯具１０で明るさのムラを生じさせることはなく、快適な客室空間を維持することができる。
あるいは、監視判定部２２４は、制御装置１２４との通信が途絶えたとき（制御装置１２４からの反応が無いとき）は、制御装置１２４の異常と判定し、さらに第１の電源装置１２１の自己診断回路２１７の出力等に基づいて電源入力が安定に維持されているとどうかを判定する。電源入力が安定していると判定したときは、定電流回路２２３の出力電流をそのまま維持し、客室内の当初の明るさを確保する。
（状態４〜６）
続いて、第１の電源装置１２１の駆動回路に故障が生じた場合について説明する。
続いて、第１の電源装置１２１の駆動回路に故障が生じた場合について説明する。
第１の電源装置１２１における自己診断回路２１７より駆動回路（整流回路２１１、力率改善回路２１２あるいは定電流回路２１３）に故障が生じた旨の信号を受信すると、監視判定部２２４は、制御装置１２４の異常の有無、あるいは送電異常の有無に応じて、定電流回路２２３の出力を制御する。
監視判定部２２４は、さらに、第１の電源装置１２１が故障していることを制御装置１２４へ報知する。制御装置１２４は、第１の電源装置１２１が故障していることを図示しない表示部に表示する（以下、同様）。
すなわち、監視判定部２２４は、送電異常が生じていない場合、制御装置１２４の異常の有無に関係なく、第１の電源装置１２１の出力（第１の直流電流ＤＡ１）の低下分を第２の電源装置１２２の出力が補償するように、定電流回路２２３の出力（第２の直流電流ＤＡ２）を大きくする制御を実行する。これにより、車内照明装置１１０の照度を安定に維持することができる。
一方、監視判定部２２４は、送電不良が生じていると判定したとき、制御装置１２４からの調光指令に基づき、蓄電池１２７を電力源として、客室内の照明に最低限必要な明るさで車内照明装置１１０を駆動できる電流量に定電流回路２２３の出力を設定するように電流設定回路２２５を制御する。これにより客室内の安全性、快適性が確保されつつ、蓄電池１２７の電力が長期にわたって維持される。監視判定部２２４は、さらに、第１の電源装置１２１が故障していることを制御装置１２４へ報知する。
（状態７〜９）
次に、第１の電源装置１２１が無反応等のように異常と判定された場合、監視判定部２２４は、送電不良が生じていない限り、制御装置１２４の異常の魚無に関係なく、第１の電源装置１２１の出力（第１の直流電流ＤＡ１）の低下分を第２の電源装置１２２の出力が補償するように、定電流回路２２３の出力（第２の直流電流ＤＡ２）を大きくする制御を実行する。これにより、車内照明装置１１０の照度を安定に維持することができる。
次に、第１の電源装置１２１が無反応等のように異常と判定された場合、監視判定部２２４は、送電不良が生じていない限り、制御装置１２４の異常の魚無に関係なく、第１の電源装置１２１の出力（第１の直流電流ＤＡ１）の低下分を第２の電源装置１２２の出力が補償するように、定電流回路２２３の出力（第２の直流電流ＤＡ２）を大きくする制御を実行する。これにより、車内照明装置１１０の照度を安定に維持することができる。
一方、監視判定部２２４は、送電不良が生じていると判定したとき、制御装置１２４からの調光指令に基づき、蓄電池１２７を電力源として、客室内の照明に最低限必要な明るさで車内照明装置１１０を駆動できる電流量に定電流回路２２３の出力を設定するように電流設定回路２２５を制御する。これにより客室内の安全性、快適性が確保されつつ、蓄電池１２７の電力が長期にわたって維持される。
以上の説明では、第２の電源装置１２２（監視判定部２２４）を主体とする動作について説明したが、第１の電源装置１２１（監視判定部２１４）においても図５に対応する動作テーブルに基づいて第１の電源装置１２１の出力が制御される。
なお、第１の電源装置１２１については、蓄電池１２７が接続されていないため、図５の状態２，５，８に対応する動作を実行することはできないが、第２の電源装置１２１がＤＣ電源の入力に対応できる場合は、当該状態２，５，８に対応する動作を実行することができる。
なお、第１の電源装置１２１については、蓄電池１２７が接続されていないため、図５の状態２，５，８に対応する動作を実行することはできないが、第２の電源装置１２１がＤＣ電源の入力に対応できる場合は、当該状態２，５，８に対応する動作を実行することができる。
以上のように、本実施形態の電源システム１２０においては、第１及び第２の電源装置１２１，１２２が車内照明装置１１０に加算接続されているため、第１及び第２の電源装置１２１，１２２のうち一方が故障したとしても他方の出力で車内照明装置１１０へ電力を安定に供給することができる。また、第１及び第２の電源装置１２１，１２２との間で状態を監視しながら出力制御を行うことで、一方の故障を他方の出力で補うことができる。さらに送電不良が生じたとしても、蓄電池１２７の電力を利用できるため、客室内の最低限の明るさを確保することができる。
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は、本実施形態の電源システム２２０における第１及び第２の電源装置２２１，２２２の構成を示すブロック図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は、本実施形態の電源システム２２０における第１及び第２の電源装置２２１，２２２の構成を示すブロック図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
本実施形態の第１及び第２の電源装置２２１，２２２は、監視判定部２１４，２２４及びインタフェース部２１６，２２６を有しておらず、代わりに、判定部２１８，２２８を有している点で、第１の実施形態と異なる。
すなわち、第１の電源装置２２１における判定部２１８は、制御装置１２４及び第２の電源装置２２２の自己診断回路２２７から出力される２値の電圧信号（Ｈ又はＬ）に基づいて、制御装置１２４及び第２の電源装置２２２の異常の有無を判定するように構成される。同様に、第２の電源装置２２２における判定部２２８は、制御装置１２４及び第１の電源装置２２１の自己診断回路２１７から出力される２値の電圧信号（Ｈ又はＬ）に基づいて、制御装置１２４及び第１の電源装置２２１の異常の有無を判定するように構成される。これにより、判定部２１８，２２８の構成が簡素化し、システムを低コストで構成することが可能となる。
自己診断回路２１７，２２７は、診断対象である駆動回路が正常なときはＨレベルの状態信号を出力し、それが異常なときはＬレベルの状態信号を出力するように構成される。これらの状態信号は、制御装置１２４及び相手側の電源装置２２１，２２２の判定部２１８，２２８にそれぞれ出力される。また、制御装置１２４は、正常なときはＨレベルの状態信号を判定部２１８，２２８にそれぞれ出力し、異常なときはＬレベルの状態信号を判定部２１８，２２８にそれぞれ出力するように構成される。制御装置１２４が異常である場合とは、パンタグラフ１０２を含む送電系の不良のほか、制御装置１２４自体の故障が含まれる。
本実施形態においても、上述の第１の実施形態と同様に、第１及び第２の電源装置２２１，２２２は互いの駆動回路を監視し、その異常の有無に応じて各々の出力を制御することが可能に構成される。また、第１及び第２の電源装置２２１，２２２は、制御装置１２４の異常の有無に応じて各々の出力を制御することが可能に構成される。
一例として、第１の実施形態と同様に、第２の電源装置２２２を主体とする動作について説明する。
図７は、第２の電源装置１２２（電源装置２）における判定部２２８の動作の概要を説明する図であり、第１の電源装置２２１（電源装置１）及び制御装置１２４との通信結果に応じた動作テーブルを示している。
図７は、第２の電源装置１２２（電源装置２）における判定部２２８の動作の概要を説明する図であり、第１の電源装置２２１（電源装置１）及び制御装置１２４との通信結果に応じた動作テーブルを示している。
（状態１）
第１の電源装置２２１及び制御装置１２４のいずれもが正常である場合、判定部２２８は、電源システム２２０が正常である判定して、第２の直流電流ＤＡ２として正常時の電流値に対応する直流電流を加算回路１２３へ出力する。なお、第１の電源装置２２１においても上述と同様な正常判定がなされることで、第１の直流電流ＤＡ１として、第２の直流電流ＤＡ２と同一の直流電流が、加算回路１２３へ出力される。これにより、第１及び第２の直流電流ＤＡ１，ＤＡ２の加算電流である第３の直流電流ＤＡ３が車内照明灯１１０へ供給され、その電流値に応じた所定の照度で発光部１２が発光する。
第１の電源装置２２１及び制御装置１２４のいずれもが正常である場合、判定部２２８は、電源システム２２０が正常である判定して、第２の直流電流ＤＡ２として正常時の電流値に対応する直流電流を加算回路１２３へ出力する。なお、第１の電源装置２２１においても上述と同様な正常判定がなされることで、第１の直流電流ＤＡ１として、第２の直流電流ＤＡ２と同一の直流電流が、加算回路１２３へ出力される。これにより、第１及び第２の直流電流ＤＡ１，ＤＡ２の加算電流である第３の直流電流ＤＡ３が車内照明灯１１０へ供給され、その電流値に応じた所定の照度で発光部１２が発光する。
（状態２）
第１の電源装置２２１が正常で、制御装置１２４が異常である場合、判定部２２８は、蓄電池１２７を電力源として、客室内の照明に最低限必要な明るさで車内照明装置１１０を駆動できる電流量に定電流回路２２３の出力を設定するように電流設定回路２２５を制御する。これにより客室内の安全性、快適性が確保されつつ、蓄電池１２７の電力が長期にわたって維持される。
第１の電源装置２２１が正常で、制御装置１２４が異常である場合、判定部２２８は、蓄電池１２７を電力源として、客室内の照明に最低限必要な明るさで車内照明装置１１０を駆動できる電流量に定電流回路２２３の出力を設定するように電流設定回路２２５を制御する。これにより客室内の安全性、快適性が確保されつつ、蓄電池１２７の電力が長期にわたって維持される。
（状態３）
第１の電源装置２２１が異常で、制御装置１２４が正常である場合、判定部２２８は、第１の電源装置２２１の出力（第１の直流電流ＤＡ１）の低下分を第２の電源装置２２２の出力が補償するように、定電流回路２２３の出力（第２の直流電流ＤＡ２）を大きくする制御を実行する。これにより、車内照明装置１１０の照度を安定に維持することができる。さらに、判定部２２８は、第１の電源装置２２１が故障していることを制御装置１２４へ報知してもよい。
第１の電源装置２２１が異常で、制御装置１２４が正常である場合、判定部２２８は、第１の電源装置２２１の出力（第１の直流電流ＤＡ１）の低下分を第２の電源装置２２２の出力が補償するように、定電流回路２２３の出力（第２の直流電流ＤＡ２）を大きくする制御を実行する。これにより、車内照明装置１１０の照度を安定に維持することができる。さらに、判定部２２８は、第１の電源装置２２１が故障していることを制御装置１２４へ報知してもよい。
（状態４）
第１の電源装置２２１及び制御装置１２４のいずれもが異常である場合、判定部２２８は、蓄電池１２７を電力源として、客室内の照明に最低限必要な明るさで車内照明装置１１０を駆動できる電流量に定電流回路２２３の出力を設定するように電流設定回路２２５を制御する。これにより客室内の安全性、快適性が確保されつつ、蓄電池１２７の電力が長期にわたって維持される。
第１の電源装置２２１及び制御装置１２４のいずれもが異常である場合、判定部２２８は、蓄電池１２７を電力源として、客室内の照明に最低限必要な明るさで車内照明装置１１０を駆動できる電流量に定電流回路２２３の出力を設定するように電流設定回路２２５を制御する。これにより客室内の安全性、快適性が確保されつつ、蓄電池１２７の電力が長期にわたって維持される。
以上のように、本実施形態においても第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば以上の実施形態では、鉄道用車両１００として、電源システム１２０の電源入力がＡＣ（交流）とＤＣ（直流）の混在型である車両を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば図８に概略的に示すように、鉄道用車両３００として、電源システム１２０の電源入力がＤＣ専用型である車両（主として新幹線や一部の地下鉄に使用される車両）にも本発明は適用可能である。
この場合、第１の電源装置１２１には、第２の電源装置１２２と同様に、ＤＣ電源生成装置２２５が使用される。ＤＣ電源生成装置２２５は、他方のＤＣ電源生成装置１２６と共通の装置として構成されてもよい。本例によれば、第２の電源装置１２２だけでなく、第１の電源装置１２１も蓄電池１２７の電力を使用することが可能となる。
また、以上の実施形態では、電源システムに接続される負荷装置として、ＬＥＤ照明装置１１１，１１２を例に挙げて説明したが、これに限られず、客室内に設置された各種モニタや行先案内表示板等の他の負荷装置にも本発明は適用可能である。また、鉄道用車両以外の用途にも本発明は適用可能である。
１０…ＬＥＤ灯具
１００，３００…鉄道用車両
１０１…車両本体
１１０…車両照明装置
１１１，１１２…ＬＥＤ照明装置
１２０，２２０…電源システム
１２１，２２１…第１の電源装置
１２２，２２２…第２の電源装置
１２３…加算回路
１２４…制御装置
１２７…蓄電池
２１３，２２３…定電流回路
２１４，２２４…監視判定部
２１７，２２７…自己診断回路
２１８，２２８…判定部
ＤＡ１…第１の直流電流
ＤＡ２…第２の直流電流
ＤＡ３…第３の直流電流
１００，３００…鉄道用車両
１０１…車両本体
１１０…車両照明装置
１１１，１１２…ＬＥＤ照明装置
１２０，２２０…電源システム
１２１，２２１…第１の電源装置
１２２，２２２…第２の電源装置
１２３…加算回路
１２４…制御装置
１２７…蓄電池
２１３，２２３…定電流回路
２１４，２２４…監視判定部
２１７，２２７…自己診断回路
２１８，２２８…判定部
ＤＡ１…第１の直流電流
ＤＡ２…第２の直流電流
ＤＡ３…第３の直流電流
Claims (5)
- 第１の電源入力から第１の直流電流を出力する第１の駆動回路と、前記第１の駆動回路の動作を診断する第１の自己診断回路と、前記第１の駆動回路を制御する第１の制御回路とを有する第１の電源装置と、
第２の電源入力から第２の直流電流を出力する第２の駆動回路と、前記第２の駆動回路の動作を診断する第２の自己診断回路と、前記第１の制御回路と通信可能に構成され前記第１の自己診断回路の出力に基づいて前記第２の駆動回路を制御する第２の制御回路とを有する第２の電源装置と、
前記第１及び第２の電源装置各々の出力端に接続され、前記第１及び第２の直流電流の加算値である第３の直流電流を負荷装置に出力する加算回路と
を具備し、
前記第１の制御回路は、前記第２の自己診断回路の出力に基づいて前記第１の駆動回路を制御し、
前記第１の制御回路と前記第２の制御回路は、前記第１の自己診断回路と前記第２の自己診断回路による診断結果を相互に通知して、相手側の異常を検出するように構成され、前記第１及び第２の駆動回路のうち一方の出力が低下したとき、その低下分を他方の出力が補償するように、前記第１及び第２の駆動回路を制御する
電源システム。 - 請求項１に記載の電源システムであって、
前記第１の電源入力は交流電力又は直流電力であり、
前記第２の電源入力は直流電力であり、
前記電源システムは、前記第２の電源装置に接続された蓄電池をさらに具備する
電源システム。 - 請求項２に記載の電源システムであって、
前記第１及び第２の電源装置を制御する制御装置をさらに具備し、
前記制御装置は、前記第１及び第２の電源入力の異常を検出したとき、前記第２の電源入力が前記第２の電源装置へ供給される第１の状態から、前記蓄電池の放電電力が前記第２の電源装置へ供給される第２の状態へ切り替える
電源システム。 - 請求項３に記載の電源システムであって、
前記制御装置は、前記第２の状態のとき、前記第３の直流電流を減少させる制御指令を前記第２の制御回路へ出力する
電源システム。 - 直列接続された複数のＬＥＤを有する車内照明装置と、
第１の電源入力から第１の直流電流を出力する第１の駆動回路と、前記第１の駆動回路の動作を診断する第１の自己診断回路と、前記第１の駆動回路を制御する第１の制御回路とを有する第１の電源装置と、
第２の電源入力から第２の直流電流を出力する第２の駆動回路と、前記第２の駆動回路の動作を診断する第２の自己診断回路と、前記第１の制御回路と通信可能に構成され前記第１の自己診断回路の出力に基づいて前記第２の駆動回路を制御する第２の制御回路とを有する第２の電源装置と、
前記第１及び第２の電源装置各々の出力端に接続され、前記第１及び第２の直流電流の加算値である第３の直流電流を前記車内照明装置に出力する加算回路と
を具備し、
前記第１の制御回路と前記第２の制御回路は、前記第１の自己診断回路と前記第２の自己診断回路による診断結果を相互に通知して、相手側の異常を検出するように構成される
鉄道用車両。
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