JP7227730B2 - Electric vehicle power supply system, power supply control method and additional power supply system - Google Patents

Electric vehicle power supply system, power supply control method and additional power supply system Download PDF

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Description

本発明は、電気車用電源システム等に関する。 The present invention relates to an electric vehicle power supply system and the like.

電気車に蓄電池を搭載し、電化区間では架線から供給される電力に基づき主電動機を駆動するとともに蓄電池を充電し、非電化区間では蓄電池の電力に基づき主電動機を駆動する電気車用電源システムが開発されている(例えば、特許文献1,2,3参照)。 A power supply system for electric trains in which storage batteries are installed in electric trains, and in electrified sections the traction motors are driven by the power supplied from overhead lines and the storage batteries are charged, while in non-electrified sections the traction motors are driven by the storage battery power. have been developed (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).

特開2016-163365号公報JP 2016-163365 A 特開2015-65732号公報JP 2015-65732 A 特開2006-340561号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-340561

電化区間および非電化区間の両区間の走行を可能にする電気車用電源システムは、電化区間のみを走行する電気車の電源システムに比べて、非電化区間に対応するための多くの機器や配線が必要となり、その分の艤装空間を確保する必要がある。 A power supply system for electric vehicles that can run on both electrified and non-electrified sections requires more equipment and wiring to support non-electrified sections compared to power systems for electric vehicles that run only on electrified sections. is required, and it is necessary to secure the outfitting space for that amount.

しかしながら、従来の技術では、特許文献1や特許文献2に代表されるように、主電動機へ駆動電力を供給する主変換回路(特許文献1のVVVFインバータ7、特許文献2のインバータ装置5に相当)への駆動電力供給ライン(引用文献1の中間回路4に相当)に蓄電池(引用文献1の蓄電素子6、引用文献2の蓄電手段9に相当)を接続して充放電する構成を採用するのが一般的であった。そのため、蓄電池の入出力段に大型のリアクトル(引用文献1のリアクトル5、引用文献2の平滑リアクトル11に相当)を設備する必要があったり、大型の充放電電圧変換回路(特許文献2では、DC-DC変換装置8、平滑リアクトル11および平滑コンデンサ12で構成されるチョッパ装置に相当)を設備する必要があった。そのため、艤装空間の低減には限界があった。 However, in the conventional technology, as typified by Patent Document 1 and Patent Document 2, a main conversion circuit (corresponding to the VVVF inverter 7 of Patent Document 1 and the inverter device 5 of Patent Document 2) that supplies driving power to the traction motor ) to the drive power supply line (corresponding to the intermediate circuit 4 of Cited Document 1) is connected to a storage battery (corresponding to the storage element 6 of Cited Document 1 and the accumulating means 9 of Cited Document 2) to charge and discharge. was common. Therefore, it is necessary to install a large reactor (corresponding to the reactor 5 in Cited Document 1 and the smoothing reactor 11 in Cited Document 2) at the input/output stage of the storage battery, or a large charge/discharge voltage conversion circuit (Patent Document 2, (corresponding to a chopper device composed of a DC-DC converter 8, a smoothing reactor 11 and a smoothing capacitor 12) had to be installed. Therefore, there was a limit to the reduction of the outfitting space.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電化区間および非電化区間の両区間の走行を可能にする電気車用電源システムにおいて、非電化区間に対応するための必要艤装空間の低減を図る新たな電気車用電源システムを提案することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power supply system for an electric vehicle capable of running in both electrified and non-electrified sections. The purpose is to propose a new power supply system for electric vehicles that reduces the required outfitting space for

上記課題を解決するための第1の発明は、
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器(例えば、図5のパンタグラフPT)が前記集電状態において電車線から集電した集電電力が主開閉装置(例えば、図5の主開閉装置SWM)を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、補機類に係る補機回路とが接続された電気車用電源システムであって、
前記主開閉装置と前記直流電力ラインとの間に設けられ、前記電車線から前記直流電力ラインに向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する整流器(例えば、図5のダイオードD1)と、前記整流器を短絡可能な短絡開閉装置(例えば、図5の短絡開閉装置SWS)とを有する整流部(例えば、図5の整流部RCU)と、
開閉装置(例えば、図5の第1開閉装置SW1)を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電部(例えば、図5の蓄電部BTU)と、
一方側が前記直流電力ラインに接続され、他方側が前記蓄電部に接続された充放電電圧変換回路(例えば、図5の充放電電圧変換回路PC)と、
前記開閉装置の投入/開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電部の電力をもとに走行する蓄電池モード(例えば、図7の蓄電池モード)と、前記電車線から集電された電力及び前記蓄電部の電力をもとに走行するハイブリッドモード(例えば、図6の架線ハイブリッドモード)とを切り替える制御部(例えば、図1の制御部CTR)と、
を備えた電気車用電源システム(例えば、図5の電源システムPS1)である。
A first invention for solving the above problems is
A current collector (for example, the pantograph PT in FIG. 5) capable of state transition between a current collecting state and a non-collecting state collects current from the contact line in the current collecting state, and the collected power is supplied to the main switchgear (for example, the main switch in FIG. 5). A power supply system for an electric vehicle in which a main conversion circuit for supplying electric power for driving a traction motor and an auxiliary machine circuit related to auxiliary machines are connected to a DC power line supplied via a switchgear (SWM). ,
A rectifier (for example, a diode D1 in FIG. 5) is provided between the main switchgear and the DC power line to allow current flow from the overhead contact line to the DC power line and block reverse current flow. ) and a short-circuit switching device (for example, the short-circuit switching device SWS in FIG. 5) capable of short-circuiting the rectifier (for example, the rectifying unit RCU in FIG. 5);
a power storage unit (eg, power storage unit BTU in FIG. 5) connected to the DC power line via a switchgear (eg, first switchgear SW1 in FIG. 5);
a charge/discharge voltage conversion circuit (for example, the charge/discharge voltage conversion circuit PC in FIG. 5) having one side connected to the DC power line and the other side connected to the power storage unit;
A storage battery mode (for example, FIG. 7 storage battery mode) and a hybrid mode (e.g., overhead line hybrid mode in FIG. 6) that runs based on the power collected from the overhead contact line and the power in the power storage unit (e.g., the control unit (e.g., in FIG. 1 a control unit CTR);
is an electric vehicle power supply system (for example, the power supply system PS1 in FIG. 5).

また、他の発明として、
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した電力が主開閉装置を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、補機類に係る補機回路とが接続された電気車用電源システムであって、前記主開閉装置と前記直流電力ラインとの間に設けられ、前記電車線から前記直流電力ラインに向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する整流器と、前記整流器を短絡可能な短絡開閉装置とを有する整流部と、開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電部と、一方側が前記直流電力ラインに接続され、他方側が前記蓄電部に接続された充放電電圧変換回路と、を備えた電気車用電源システムにおいて、
前記開閉装置の投入/開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電部の電力をもとに走行する蓄電池モードと、前記電車線から集電された電力及び前記蓄電部の電力をもとに走行するハイブリッドモードとを切り替える電力供給制御方法を構成しても良い。
Also, as another invention,
A current collector capable of transitioning between a current collecting state and a non-collecting state collects power from the overhead contact line in the current collecting state, and supplies the power to the DC power line to which the power is supplied via the main switchgear to drive the main motor. A power supply system for an electric vehicle in which a main conversion circuit for supplying power and an auxiliary circuit for auxiliary equipment are connected, the electric vehicle power supply system being provided between the main switchgear and the DC power line, from the contact line to the A rectifying section having a rectifier that allows flow toward a DC power line and blocks reverse flow, a short-circuit switching device that can short-circuit the rectifier, and a rectifying section that is connected to the DC power line via the switching device. and a charge/discharge voltage conversion circuit having one side connected to the DC power line and the other side connected to the power storage section,
By controlling the closing/opening of the switchgear, the state transition of the current collector, and the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit, a storage battery mode in which the vehicle runs on the power of the storage unit, and the overhead contact line. A power supply control method for switching between a hybrid mode in which the vehicle runs based on the power collected from the power storage unit and the power stored in the power storage unit may be configured.

更なる他の発明として、
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した電力に基づいて、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、補機類に係る補機回路と、が動作する電気車用電源システムにおける追加電源システムであって、
前記電気車用電源システムにおいて前記集電器による集電電力が主開閉装置及び直流電力ラインを介して前記主変換回路に供給される前記主開閉装置と前記直流電力ラインとの間に設けられ、前記電車線から前記直流電力ラインに向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する整流器と、前記整流器を短絡可能な短絡開閉装置とを有する整流部と、
開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電部と、
前記補機回路が前記直流電力ラインに接続されていない場合に前記補機回路を前記直流電力ラインに接続するための接続端子部と、前記開閉装置と、一方側が前記直流電力ラインに接続され、他方側が前記蓄電部に接続された充放電電圧変換回路とを有する充放電回路部と、
前記開閉装置の投入/開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電部の電力をもとに走行する蓄電池モードと、前記電車線から集電された電力及び前記蓄電部の電力をもとに走行するハイブリッドモードとを切り替える制御部と、
を備えた追加電源システム(例えば、図1の追加電源システムAPS)を構成しても良い。
As yet another invention,
A main conversion circuit that supplies power for driving a main motor based on the power collected from the contact line in the current collecting state by a current collector capable of state transition between a current collecting state and a non-collecting state; An additional power supply system in an electric vehicle power supply system in which the auxiliary machine circuit operates,
In the electric vehicle power supply system, the power collected by the current collector is provided between the main switching device and the DC power line, in which the power collected by the current collector is supplied to the main conversion circuit through the main switching device and the DC power line, a rectifying section having a rectifier that allows current flow from the overhead contact line to the DC power line and prevents the current from flowing in the opposite direction;
a power storage unit connected to the DC power line via a switchgear;
a connection terminal portion for connecting the auxiliary circuit to the DC power line when the auxiliary circuit is not connected to the DC power line; and one side of the switchgear connected to the DC power line, a charging/discharging circuit unit having a charging/discharging voltage conversion circuit whose other side is connected to the power storage unit;
By controlling the closing/opening of the switchgear, the state transition of the current collector, and the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit, a storage battery mode in which the vehicle runs on the power of the storage unit, and the overhead contact line. A control unit that switches between a hybrid mode that runs based on the power collected from and the power of the power storage unit;
(eg, additional power supply system APS in FIG. 1) may be configured.

この第1の発明等によれば、非電化区間に対応するための必要艤装空間の低減を図る新たな電気車用電源システムを実現することができる。具体的には、蓄電部と直流電力ラインとを結ぶ電力経路として、充放電電圧変換回路を経由する経路と経由しない経路とを備える。しかし、蓄電池モードおよびハイブリッドモードの各モードでは、最終的に、充放電電圧変換回路を経由しない経路で蓄電部の蓄電電力を主変換回路および補機回路に供給する形態とする。また、モードを切り替える過程においては、補機回路の動作を継続させるために、一時的に充放電電圧変換回路を経由する経路で蓄電部の蓄電電力を補機回路に供給する形態とするが、モードの切り替えは、電気車の停車時あるいは惰行時に行われるのが通常であるため、切り替えの過程では主電動機に駆動電力を供給する必要はない。したがって、充放電電圧変換回路を、主電動機の駆動電力に対応する容量とする必要が無く、補機回路の動作電力に対応する容量で済むため、その分の小型化を実現できる。 According to the first invention and the like, it is possible to realize a new electric vehicle power supply system that reduces the required equipment space for coping with non-electrified sections. Specifically, a power path that connects the power storage unit and the DC power line includes a path that passes through the charge/discharge voltage conversion circuit and a path that does not pass through the charge/discharge voltage conversion circuit. However, in each of the storage battery mode and the hybrid mode, finally, the power stored in the power storage unit is supplied to the main conversion circuit and the auxiliary circuit through a path that does not pass through the charge/discharge voltage conversion circuit. In addition, in the process of switching the mode, in order to continue the operation of the auxiliary circuit, the power stored in the power storage unit is temporarily supplied to the auxiliary circuit via the charge/discharge voltage conversion circuit. Since mode switching is normally performed when the electric vehicle is stopped or coasting, it is not necessary to supply drive power to the traction motor during the switching process. Therefore, the charging/discharging voltage conversion circuit does not need to have a capacity corresponding to the drive power of the main motor, and can be reduced in size by the capacity corresponding to the operating power of the auxiliary circuit.

また、上述した他の発明の追加電源システムによれば、電化区間にのみ対応していた電気車用電源システムの機器を利用して、非電化区間に対応可能となる。 Also, according to the additional power supply system of the other invention described above, it is possible to use the equipment of the power supply system for electric vehicles, which was only compatible with electrified sections, to be compatible with non-electrified sections.

第2の発明は、第1の発明において、
前記蓄電部は、満充電時放電電圧が、前記電車線の電圧より高い、
電気車用電源システムである。
A second invention is based on the first invention,
The power storage unit has a discharge voltage when fully charged that is higher than the voltage of the overhead contact line.
It is a power supply system for electric vehicles.

第2の発明によれば、直流電力ラインの電圧と蓄電部の蓄電電圧との大小に応じて、蓄電部の蓄電電力の直流電力ラインへの放電や直流電力ラインからの供給電力による蓄電部の充電が自動的になされ、蓄電部の浮動充電状態が実現される。 According to the second invention, according to the magnitude of the voltage of the DC power line and the stored voltage of the power storage unit, the power stored in the power storage unit is discharged to the DC power line or the power is supplied from the DC power line to the power storage unit. Charging is done automatically and a floating charge state of the storage unit is achieved.

第3の発明は第1又は第2の発明において、
前記蓄電部は、
第1蓄電池(例えば、図5のP形蓄電池BT1)と、
前記第1蓄電池よりもパワー密度が低くエネルギー密度が高い第2蓄電池(例えば、図5のE形蓄電池BT2)と、
前記第2蓄電池から前記第1蓄電池に向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する蓄電部整流器(例えば、図5のダイオードD2)と、
を有し、
前記ハイブリッドモードは、最終的に、前記開閉装置が投入され、前記充放電電圧変換回路が動作停止とされて前記蓄電部が浮動充電状態とされたモードである、
電気車用電源システムである。
A third invention is the first or second invention,
The power storage unit is
a first storage battery (for example, P-type storage battery BT1 in FIG. 5);
a second storage battery (for example, the E-type storage battery BT2 in FIG. 5) having a lower power density and a higher energy density than the first storage battery;
a power storage unit rectifier (for example, a diode D2 in FIG. 5) that allows flow from the second storage battery to the first storage battery and blocks reverse flow;
has
The hybrid mode is a mode in which the switching device is finally turned on, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit is stopped, and the power storage unit is in a floating charge state.
It is a power supply system for electric vehicles.

第3の発明によれば、ハイブリッドモードにおいては、蓄電部と直流電力ラインとを結ぶ電力経路は充放電電圧変換回路を経由しない経路のみであるので、蓄電部の蓄電電圧と電車線の電圧との大小に応じて蓄電部の充電/放電が自動的になされる浮動充電状態となる。つまり、電車線の電圧のほうが高い場合には、集電電力によって蓄電部が充電され、逆に、蓄電電圧のほうが高い場合には、蓄電部が放電して蓄電部の蓄電電力が主変換回路や補機回路に供給される。 According to the third invention, in the hybrid mode, the power path connecting the power storage unit and the DC power line is only a path that does not pass through the charge/discharge voltage conversion circuit. A floating charge state is established in which charging/discharging of the electric storage unit is automatically performed according to the magnitude of . In other words, when the voltage of the overhead contact line is higher, the storage unit is charged by the collected power, and conversely, when the storage voltage is higher, the storage unit discharges and the stored power in the storage unit is used as the main converter circuit. and supplied to the auxiliary circuit.

この浮動充電状態における蓄電部の充電は、蓄電部整流器により第2蓄電池へ向かう通流が阻止されることで、第1蓄電池に対してのみ行われる。第1蓄電池は第2蓄電池よりパワー密度が高いので、急速充電に適している。また、蓄電部の放電は、第1蓄電池および第2蓄電池の両方から可能である。更に、ハイブリッドモードでは、短絡開閉装置を開放状態としておくことで、主電動機の回生電力の電車線への通流が阻止され、回生電力の全てを蓄電部の充電に用いることができる。その結果、架線側の電気的負荷状況によって絞り込みや失効が発生する架線への電力回生には頼らなくて済み、自車蓄電部への安定した電力回生が見込まれるため、信頼性が高くエネルギー回収再利用割合の高い電気ブレーキが実現できる。 Charging of the power storage unit in this floating charge state is performed only to the first storage battery because the power storage unit rectifier prevents current from flowing to the second storage battery. Since the first storage battery has a higher power density than the second storage battery, it is suitable for rapid charging. Also, the electric storage unit can be discharged from both the first storage battery and the second storage battery. Furthermore, in the hybrid mode, by leaving the short-circuit switch in an open state, the regenerated power of the main motor is prevented from flowing to the train line, and all of the regenerated power can be used to charge the power storage unit. As a result, there is no need to rely on power regeneration to the overhead line, which can be throttled or disabled depending on the electrical load on the overhead line side, and stable power regeneration to the vehicle's storage unit can be expected, resulting in high reliability and energy recovery. An electric brake with a high reuse rate can be realized.

第4の発明は、第1~第3の発明において、
前記制御部は、
前記開閉装置が投入された前記蓄電池モードから前記ハイブリッドモードに切り替える場合に、前記充放電電圧変換回路に前記蓄電部の蓄電電力を前記一方側に放電させる放電電圧変換動作を開始させた後(例えば、図12のステップD7)、前記開閉装置を開放し(例えば、図12のステップD9)、前記集電器の前記集電状態への遷移(例えば、図12のステップD15)、前記放電電圧変換動作の停止(例えば、図12のステップD17)、前記開閉装置の投入(例えば、図12のステップD29)、の順に実行制御する、
電気車用電源システムである。
A fourth invention is, in the first to third inventions,
The control unit
When switching from the storage battery mode in which the switchgear is turned on to the hybrid mode, after causing the charge/discharge voltage conversion circuit to start a discharge voltage conversion operation for discharging the power stored in the power storage unit to the one side (for example, , step D7 in FIG. 12), opening the switchgear (for example, step D9 in FIG. 12), transitioning the current collector to the collecting state (for example, step D15 in FIG. 12), and performing the discharge voltage conversion operation stop (e.g., step D17 in FIG. 12) and turn on the switchgear (e.g., step D29 in FIG. 12).
It is a power supply system for electric vehicles.

第4の発明によれば、蓄電池モードからハイブリッドモードへの適切な切り替えを実現することができる。具体的には、充放電電圧変換回路の放電電圧変換動作を開始させ、開閉装置を開放することによって直流電力ラインを電車線の電圧とした状態で、集電器を集電状態へ遷移させる。その後、充放電電圧変換回路の動作を停止させて開閉装置を投入することで、蓄電部と直流電力ラインとを結ぶ電力経路を、充放電電圧変換回路を経由しない経路とすることができる。これにより、ハイブリッドモードへの切り替えに際して、突流発生や電車線への逆流を防止しつつ、車内照明や空調などの補機類の動作を継続させたままの切り替えを実現することができる。 According to the fourth invention, appropriate switching from the storage battery mode to the hybrid mode can be realized. Specifically, the discharge voltage conversion operation of the charge/discharge voltage conversion circuit is started, and the switchgear is opened to bring the DC power line to the voltage of the contact line, and the current collector is changed to the current collection state. After that, by stopping the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit and turning on the switchgear, the power path connecting the power storage unit and the DC power line can be a path that does not pass through the charge/discharge voltage conversion circuit. As a result, when switching to the hybrid mode, it is possible to prevent the occurrence of rush currents and reverse currents to the contact lines, and to realize switching while continuing the operation of auxiliary equipment such as lighting and air conditioning in the car.

第5の発明は、第4の発明において、
前記制御部は、
前記ハイブリッドモードへの切り替えにおいて、前記蓄電部の蓄電電圧が前記電車線の電圧より低い場合に、前記放電電圧変換動作の停止の後、前記蓄電部の蓄電電圧が前記電車線の電圧に達するまで前記開閉装置を投入せずに、前記充放電電圧変換回路に、前記直流電力ラインからの前記一方側の電力を前記他方側に変換して出力させる充電電圧変換動作を行わせる制御を実行する(例えば、図12のステップD19:YES~D29)、
電気車用電源システムである。
A fifth invention is based on the fourth invention,
The control unit
In switching to the hybrid mode, when the stored voltage of the power storage unit is lower than the voltage of the overhead contact line, after the discharge voltage conversion operation is stopped, until the stored voltage of the power storage unit reaches the voltage of the overhead contact line. Without turning on the switchgear, the charge/discharge voltage conversion circuit is controlled to perform a charge voltage conversion operation in which the power on the one side from the DC power line is converted to the other side and output ( For example, step D19 in FIG. 12: YES to D29),
It is a power supply system for electric vehicles.

第5の発明によれば、ハイブリッドモードへの切り替えにおいて、蓄電部の蓄電電圧が電車線の電圧より低い場合には、充放電電圧変換回路を介して集電電力で蓄電部を充電した上で、充放電電圧変換回路の動作停止および開閉装置の投入を行うことができる。 According to the fifth invention, when the storage voltage of the power storage unit is lower than the voltage of the train line in switching to the hybrid mode, the power storage unit is charged with the collected power via the charging/discharging voltage conversion circuit, and then the power storage unit is charged. , stop the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit, and close the switchgear.

第6の発明は、第1~第5の何れかの発明において、
前記制御部は、前記充放電電圧変換回路に、前記直流電力ラインからの前記一方側の電力を前記他方側に変換して出力させる充電電圧変換動作を行わせ、
前記充放電電圧変換回路は、中間コンデンサを挟んで第1昇降圧回路を前記一方側に、第2昇降圧回路を前記他方側に接続して構成され、前記充電電圧変換動作において前記第1昇降圧回路が昇圧動作を、前記第2昇降圧回路が降圧動作を行う、
電気車用電源システムである。
A sixth invention is, in any one of the first to fifth inventions,
The control unit causes the charge/discharge voltage conversion circuit to perform a charge voltage conversion operation of converting the power on the one side from the DC power line to the other side and outputting the power,
The charge/discharge voltage conversion circuit is configured by connecting a first step-up/step-down circuit to the one side and a second step-up/step-down circuit to the other side of the intermediate capacitor. The voltage boost circuit performs a voltage step-up operation, and the second voltage step-up/step-down circuit performs a voltage step-down operation;
It is a power supply system for electric vehicles.

第6の発明によれば、充放電電圧変換回路を、中間コンデンサを挟んで一方側に第1昇降圧回路を、他方側に第2昇降圧回路を有する構成とし、充電電圧変換動作を行わせる際には第1昇降圧回路が昇圧動作を行い、第2昇降圧回路が降圧動作を行う構成とすることができる。また、中間コンデンサの電圧が一方側または他方側の何れか高いほうの値に維持され、電圧が近い場合には他方側に電力を供給する際に充電電圧変換動作を不要とすることができる。 According to the sixth aspect of the invention, the charge/discharge voltage conversion circuit is configured to have the first step-up/step-down circuit on one side and the second step-up/step-down circuit on the other side of the intermediate capacitor, and the charge voltage conversion operation is performed. In some cases, the first step-up/step-down circuit may perform the step-up operation, and the second step-up/step-down circuit may perform the step-down operation. In addition, when the voltage of the intermediate capacitor is maintained at the higher value of one side or the other side, and the voltages are close to each other, the charge voltage conversion operation can be omitted when power is supplied to the other side.

第7の発明は、第1~第6の何れかの発明において、
1)前記直流電力ラインと前記蓄電部との間の第1通流電流(例えば、図5の検知電流I1)、および、前記直流電力ラインと前記補機回路との間の第2通流電流(例えば、図5の検知電流I2)、又は、2)前記蓄電部から前記直流電力ラインへの通流電流と前記直流電力ラインから前記補機回路への通流電流との合成電流、又は、3)前記直流電力ラインと前記蓄電部との接続箇所の通流電流、及び、前記直流電力ラインと前記補機回路との接続箇所よりも前記主開閉装置寄りの前記直流電力ラインの通流電流、を計測する電流センサ部(例えば、図5の電流センサCT1,CT2)、
を更に備え、
前記制御部は、
前記集電器が前記集電状態であり、前記開閉装置が投入され、前記充放電電圧変換回路が停止した前記ハイブリッドモードから、前記蓄電池モードに切り替える場合に、前記蓄電部の放電電流が前記補機回路の消費電流に相当する状態とする電流制御である前記電流センサ部の計測値に基づく相当電流制御に従って、前記充放電電圧変換回路に前記蓄電部の蓄電電力を前記一方側に放電させる放電電圧変換動作を行わせた後(例えば、図11のステップC9)、前記集電器の前記非集電状態への遷移(例えば、図11のステップC11)、前記充放電電圧変換回路の動作停止(例えば、図11のステップC17)、の順に実行制御する、
電気車用電源システムである。
A seventh invention is, in any one of the first to sixth inventions,
1) A first flow current between the DC power line and the power storage unit (for example, detection current I1 in FIG. 5), and a second flow current between the DC power line and the auxiliary circuit (For example, the detection current I2 in FIG. 5), or 2) a combined current of a flowing current from the power storage unit to the DC power line and a flowing current from the DC power line to the auxiliary circuit, or 3) Current flowing through the connection point between the DC power line and the power storage unit, and current flowing through the DC power line closer to the main switchgear than the connection point between the DC power line and the auxiliary circuit. , a current sensor unit (for example, the current sensors CT1 and CT2 in FIG. 5),
further comprising
The control unit
When switching from the hybrid mode in which the current collector is in the current collecting state, the switching device is turned on, and the charge/discharge voltage conversion circuit is stopped to the storage battery mode, the discharge current of the power storage unit is increased by the auxiliary device. A discharge voltage that causes the charge/discharge voltage conversion circuit to discharge the power stored in the power storage unit to the one side according to equivalent current control based on the measured value of the current sensor unit, which is current control that is equivalent to the current consumption of the circuit. After performing the conversion operation (for example, step C9 in FIG. 11), the current collector transitions to the non-collecting state (for example, step C11 in FIG. 11), and the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit is stopped (for example, step C11 in FIG. 11). , step C17) in FIG. 11, and
It is a power supply system for electric vehicles.

第7の発明によれば、ハイブリッドモードから蓄電池モードへの適切な切り替えを実現することができる。具体的には、充放電電圧変換回路の放電電圧動作によって直流電力ラインを電車線の電圧とした状態で、集電器を非集電状態へ遷移させる。その後、充放電電圧変換回路の動作を停止させることで、蓄電部と直流電力ラインとを結ぶ電力経路を、充放電電圧変換回路を経由しない経路とすることができる。これにより、蓄電池モードへの切り替えに際して、突流発生や電車線への逆流、更にはアークの発生を防止しつつ、車内照明や空調などの補機類の動作を継続させたままの切り替えを実現することができる。 According to the seventh invention, it is possible to realize appropriate switching from the hybrid mode to the storage battery mode. Specifically, the current collector is shifted to the non-collecting state in a state where the voltage of the DC power line is set to the voltage of the train line by the discharge voltage operation of the charge/discharge voltage conversion circuit. After that, by stopping the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit, the power path connecting the power storage unit and the DC power line can be set to a route that does not pass through the charge/discharge voltage conversion circuit. As a result, when switching to the storage battery mode, it is possible to prevent rush currents, reverse currents to the overhead contact lines, and arcing, while continuing to operate auxiliary equipment such as lighting and air conditioning in the car. be able to.

本実施形態における追加電源システムの概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of an additional power supply system according to the present embodiment; FIG. 第1~第3主開閉装置の回路構成の一例。An example of the circuit configuration of the first to third main switching devices. 第1~第3開閉装置の回路構成の一例。An example of the circuit configuration of the first to third switching devices. 放電電圧変換回路の回路構成の一例。An example of a circuit configuration of a discharge voltage conversion circuit. 第1実施例における電源システムの概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a power supply system in a first embodiment; FIG. 架線ハイブリッドモードにおける電気の流れ。Electricity flow in catenary hybrid mode. 蓄電池モードにおける電気の流れ。Electricity flow in accumulator mode. 純架線モードにおける電気の流れ。Electricity flow in pure catenary mode. 架線ハイブリッドモードでの起動制御手順の説明図。Explanatory drawing of the starting control procedure in overhead wire hybrid mode. 蓄電池モードでの起動制御手順の説明図。Explanatory drawing of the starting control procedure in storage battery mode. 架線ハイブリッドモードから蓄電池モードへの切り替え制御手順の説明図。Explanatory drawing of the switching control procedure from overhead wire hybrid mode to storage battery mode. 蓄電池モードから架線ハイブリッドモードへの切り替え制御手順の説明図。Explanatory drawing of the switching control procedure from storage battery mode to overhead line hybrid mode. 架線ハイブリッドモードでの停止制御手順の説明図。Explanatory drawing of the stop control procedure in overhead wire hybrid mode. 蓄電池モードでの停止制御手順の説明図。Explanatory drawing of the stop control procedure in storage battery mode. 純架線モードでの起動制御手順の説明図。Explanatory drawing of the starting control procedure in pure catenary mode. 純架線モードから蓄電池モードのへの切り替え制御手順の説明図。Explanatory drawing of the switching control procedure from a pure overhead line mode to a storage battery mode. 蓄電池モードから純架線モードへの切り替え制御手順の説明図。Explanatory drawing of the switching control procedure from a storage battery mode to a pure overhead line mode. 純架線モードでの停止制御手順の説明図。Explanatory drawing of the stop control procedure in pure catenary mode. 第2実施例における電源システムの概略構成図。The schematic block diagram of the power supply system in 2nd Example. 架線ハイブリッドモードにおける電気の流れ。Electricity flow in catenary hybrid mode. 蓄電池モードにおける電気の流れ。Electricity flow in accumulator mode. 純架線モードにおける電気の流れ。Electricity flow in pure catenary mode. 架線ハイブリッドモードでの起動制御手順の説明図。Explanatory drawing of the starting control procedure in overhead wire hybrid mode. 蓄電池モードでの起動制御手順の説明図。Explanatory drawing of the starting control procedure in storage battery mode. 架線ハイブリッドモードから蓄電池モードへの切り替え制御手順の説明図。Explanatory drawing of the switching control procedure from overhead wire hybrid mode to storage battery mode. 蓄電池モードから架線ハイブリッドモードへの切り替え制御手順の説明図。Explanatory drawing of the switching control procedure from storage battery mode to overhead line hybrid mode. 架線ハイブリッドモードでの停止制御手順の説明図。Explanatory drawing of the stop control procedure in overhead wire hybrid mode. 蓄電池モードでの停止制御手順の説明図。Explanatory drawing of the stop control procedure in storage battery mode. 純架線モードでの起動制御手順の説明図。Explanatory drawing of the starting control procedure in pure catenary mode. 純架線モードから蓄電池モードのへの切り替え制御手順の説明図。Explanatory drawing of the switching control procedure from a pure overhead line mode to a storage battery mode. 蓄電池モードから純架線モードへの切り替え制御手順の説明図。Explanatory drawing of the switching control procedure from a storage battery mode to a pure overhead line mode. 純架線モードでの停止制御手順の説明図。Explanatory drawing of the stop control procedure in pure catenary mode.

以下、図面を参照して本発明を適用した一実施形態を説明するが、本発明を適用可能な形態は以下の実施形態に限られるものではない。 An embodiment to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings, but the form to which the present invention can be applied is not limited to the following embodiments.

[システム構成]
図1は、本実施形態における追加電源システムAPSの概略構成を示す図である。この追加電源システムAPSは、電化区間のみを走行する直流電気車の既存の電源システムに対して追加設備することで、非電化区間をも走行可能とするためのシステムである。
[System configuration]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an additional power supply system APS in this embodiment. This additional power supply system APS is a system for making it possible to run even non-electrified sections by adding equipment to the existing power supply system of DC electric vehicles that run only on electrified sections.

図1に示すように、追加電源システムAPSは、艤装機器類RASと、制御部CTRとを含んでいる。制御部CTRは、独立した制御装置として構成してもよいし、制御ボードとして構成して既存の制御装置内に組み込んで実現することもできる。 As shown in FIG. 1, the additional power supply system APS includes an outfitting equipment RAS and a controller CTR. The control unit CTR may be configured as an independent control device, or may be configured as a control board and incorporated into an existing control device.

艤装機器類RASは、整流部RCUと、充放電部CDUと、蓄電部BTUとを備える。 The equipment RAS includes a rectifying unit RCU, a charging/discharging unit CDU, and a power storage unit BTU.

整流部RCUは、整流器であるダイオードD1と、ダイオードD1に並列接続された短絡開閉装置SWSとを有し、集電器の一例であるパンタグラフPTと直流電力ラインとの間に接続される。ダイオードD1は、例えば、SiC(シリコンカーバイド)材料を用いたショットキーバリアダイオードによって実現することができる。ダイオードD1は、パンタグラフPTから直流電力ラインへ向かう通流を許容し、逆方向の通流を阻止するように接続される。短絡開閉装置SWSは、制御部CTRからの開閉指示信号WSに従って開閉動作(開放/投入)を行って、開放時にはダイオードD1を介した通流とし、投入時にダイオードD1を短絡して双方向の通流を可能とする開閉装置であり、例えば遮断器によって実現することができる。 The rectifier unit RCU has a diode D1, which is a rectifier, and a short circuit switch SWS connected in parallel to the diode D1, and is connected between a pantograph PT, which is an example of a current collector, and the DC power line. Diode D1 can be implemented by, for example, a Schottky barrier diode using SiC (silicon carbide) material. Diode D1 is connected to allow current flow from pantograph PT to the DC power line and block reverse current flow. The short-circuit switching device SWS performs opening/closing operation (open/close) in accordance with the switching instruction signal WS from the control unit CTR. A switchgear that allows flow and can be realized, for example, by means of a circuit breaker.

蓄電部BTUは、第1蓄電池であるP形蓄電池BT1と、第2蓄電池であるE形蓄電池BT2と、蓄電部整流器であるダイオードD2とを有する。P形蓄電池BT1は、E形蓄電池BT2に比較してパワー密度(例えば重量出力密度[kW/kg]や体積出力密度[kW/L])は高いがエネルギー密度(例えば重量エネルギー密度[Wh/kg]や体積エネルギー密度[Wh/L])が低い蓄電池である。P形蓄電池BT1およびE形蓄電池BT2は、電気車に搭載可能な蓄電池の種類に応じて、パワー密度及びエネルギー密度の観点から選択することができ、例えばリチウムイオンバッテリ等のバッテリセルを複数接続したバッテリモジュールや、電気二重層キャパシタ(EDLC)、鉛蓄電池、リチウムイオンキャパシタ、スーパーキャパシタ、等から実現することができる。 Power storage unit BTU has a P-type storage battery BT1 as a first storage battery, an E-type storage battery BT2 as a second storage battery, and a diode D2 as a power storage unit rectifier. The P-type storage battery BT1 has a higher power density (for example, weight output density [kW/kg] or volume output density [kW/L]) than the E-type storage battery BT2, but has a higher energy density (for example, weight energy density [Wh/kg ] and volumetric energy density [Wh/L]) are low. The P-type storage battery BT1 and the E-type storage battery BT2 can be selected from the viewpoint of power density and energy density according to the type of storage battery that can be mounted on the electric vehicle. It can be realized from a battery module, an electric double layer capacitor (EDLC), a lead acid battery, a lithium ion capacitor, a supercapacitor, and the like.

ダイオードD2は、アノードがE形蓄電池BT2側に、カソードがP形蓄電池BT1側に接続され、E形蓄電池BT2からP形蓄電池BT1への通流を許容し、逆方向であるP形蓄電池BT1からE形蓄電池BT2への通流を阻止する。ダイオードD2は、例えば、SiC(シリコンカーバイド)材料を用いたショットキーバリアダイオードによって実現することができる。 The diode D2 has an anode connected to the E-type storage battery BT2 side and a cathode connected to the P-type storage battery BT1 side. Blocks the flow to the E-type storage battery BT2. The diode D2 can be realized by, for example, a Schottky barrier diode using SiC (silicon carbide) material.

蓄電部BTUは、蓄電電圧の最大値である満充電時の放電電圧が、電車線の電圧である架線電圧Vpより高い電圧に構成されている。詳細には、蓄電部BTUが有する2種類のP形蓄電池BT1およびE形蓄電池BT2のそれぞれの蓄電電圧の最大値である満充電時の放電電圧が、架線電圧Vpより高い電圧に構成されている。これにより、後述の架線ハイブリッドモードにおいて蓄電部BTUを浮動充電状態とすることができる。また、2種類のP形蓄電池BT1およびE形蓄電池BT2のそれぞれの電圧は、放電や充電によって異なり得るが、本実施形態では、P形蓄電池BT1の電圧を、蓄電部BTUの電圧である“蓄電電圧Vbat”として扱う。 The power storage unit BTU is configured such that the discharge voltage at the time of full charge, which is the maximum value of the stored voltage, is higher than the overhead line voltage Vp, which is the voltage of the contact line. Specifically, the discharge voltage at full charge, which is the maximum stored voltage of each of the two types of P-type storage battery BT1 and E-type storage battery BT2 of power storage unit BTU, is set to a voltage higher than overhead line voltage Vp. . As a result, power storage unit BTU can be brought into a floating charge state in an overhead line hybrid mode, which will be described later. In addition, the voltages of the two types of P-type storage battery BT1 and E-type storage battery BT2 may differ depending on discharge and charging. treated as the voltage Vbat".

充放電部CDUは、第1~第3開閉装置SW1,SW2,SW3と、内部結線用端子TW1,TW2,TW3,TW4と、第2開閉装置SW2を介して一方側が内部結線用端子TW4に接続され、他方側が第3開閉装置SW3を介して蓄電部BTUに接続された充放電電圧変換回路PCと、電流センサ部である電流センサCT1,CT2と、既存の電源システムへの追設に用いられる接続端子部であって、直流電力ラインに接続される接続端子部TC1、および、補機回路XMCに接続される接続端子部TC2とを有する。 One side of the charge/discharge unit CDU is connected to the internal connection terminal TW4 via the first to third switching devices SW1, SW2, and SW3, the internal connection terminals TW1, TW2, TW3, and TW4, and the second switching device SW2. , and the other side is used for addition to an existing power supply system with a charge/discharge voltage conversion circuit PC connected to a power storage unit BTU via a third switchgear SW3, current sensors CT1 and CT2 as current sensor units, and The connection terminal portion includes a connection terminal portion TC1 connected to the DC power line and a connection terminal portion TC2 connected to the auxiliary circuit XMC.

第1~第3開閉装置SW1,SW2,SW3は、それぞれ制御部CTRからの開閉指示信号W1~W3に基づいて開閉動作(開放/投入)を行う開閉装置であり、例えば、高速度遮断器や接触器を用いて構成することができる。第1~第3開閉装置SW1,SW2,SW3を接触器等を用いて構成する場合、例えば図2(a)に示すように、充電抵抗CDRと充電抵抗用接触器MKとの直列接続に、充電抵抗バイパス用接触器LBを並列に接続した構成を採用することができる。図2(a)の構成を採用する場合、投入時に、先に充電抵抗用接触器MKを投入状態とした後に、充電抵抗バイパス用接触器LBを後から投入する。これにより、投入時の充放電電圧変換回路PC内の中間コンデンサへの突流を充電抵抗CDRによって防止し、中間コンデンサが所定電圧にほぼ達する段階でその後の電力損失低減のために充電抵抗CDRを短絡する。この動作は時素を持たせて一定時間後に短絡する従来の手法を採用することができる。また、図2(a)の回路の前段に高速度遮断器HBを更に直列に接続した図3(a)に示す回路構成を採用することもできる。更には、第1開閉装置SW1は、図3(b)に示す単体の高速度遮断器HBを用いて構成することもできる。第3開閉装置SW3は、図2(b)に示す単体の接触器LBを用いて構成することもできる。 The first to third switching devices SW1, SW2, and SW3 are switching devices that perform switching operations (open/close) based on switching instruction signals W1 to W3 from the control unit CTR. It can be configured with a contactor. When the first to third switching devices SW1, SW2, and SW3 are configured using contactors or the like, for example, as shown in FIG. A configuration in which the charging resistance bypass contactors LB are connected in parallel can be employed. When adopting the configuration of FIG. 2(a), the charging resistor contactor MK is first brought into the closed state at the time of closing, and then the charging resistor bypass contactor LB is closed afterwards. As a result, the charging resistor CDR prevents a rush current to the intermediate capacitor in the charging/discharging voltage conversion circuit PC at the time of power-on, and when the intermediate capacitor reaches a predetermined voltage, the charging resistor CDR is short-circuited to reduce power loss thereafter. do. For this operation, a conventional technique of providing a time element and short-circuiting after a certain period of time can be adopted. Also, a circuit configuration shown in FIG. 3(a), in which a high-speed circuit breaker HB is further connected in series to the preceding stage of the circuit shown in FIG. 2(a), can be adopted. Furthermore, the first switchgear SW1 can also be configured using a single high-speed circuit breaker HB shown in FIG. 3(b). The third switching device SW3 can also be configured using a single contactor LB shown in FIG. 2(b).

内部結線用端子TW1,TW2,TW3,TW4は、互いにどの端子を電気的に接続するかで回路構成を変更することができるように設けられている。但し、内部結線用端子TW1は接続端子部TC1に接続されており、内部結線用端子TW3は接続端子部TC2に接続されており、内部結線用端子TW1と内部結線用端子TW2との接続は固定されている。また、内部結線用端子TW2は第1開閉装置SW1に接続されており、内部結線用端子TW4は第2開閉装置SW2に接続されている。 The internal connection terminals TW1, TW2, TW3, and TW4 are provided so that the circuit configuration can be changed depending on which terminals are electrically connected to each other. However, the internal connection terminal TW1 is connected to the connection terminal portion TC1, the internal connection terminal TW3 is connected to the connection terminal portion TC2, and the connection between the internal connection terminal TW1 and the internal connection terminal TW2 is fixed. It is The internal wiring terminal TW2 is connected to the first switching device SW1, and the internal wiring terminal TW4 is connected to the second switching device SW2.

任意に接続できる端子間は、内部結線用端子TW1と内部結線用端子TW3との間、内部結線用端子TW2と内部結線用端子TW4との間、内部結線用端子TW3と内部結線用端子TW4の間、の3箇所である。本実施形態では、この3箇所のうち、(ア)内部結線用端子TW1と内部結線用端子TW3との接続、および、内部結線用端子TW2と内部結線用端子TW4との接続をするか、(イ)内部結線用端子TW3と内部結線用端子TW4との接続のみをするか、で異なる2つの回路を実現する。(ア)の接続による実施例を第1実施例とし、(イ)の接続による実施例を第2実施例として詳細に後述する。 The terminals that can be connected arbitrarily are between the internal connection terminal TW1 and the internal connection terminal TW3, between the internal connection terminal TW2 and the internal connection terminal TW4, and between the internal connection terminal TW3 and the internal connection terminal TW4. There are three places: between. In the present embodiment, among these three points, (a) the connection between the internal connection terminal TW1 and the internal connection terminal TW3, and the connection between the internal connection terminal TW2 and the internal connection terminal TW4, or ( a) Two different circuits are realized depending on whether only the internal connection terminal TW3 and the internal connection terminal TW4 are connected. An embodiment with connection (a) will be referred to as a first embodiment, and an embodiment with connection (b) will be described in detail later as a second embodiment.

図4に、充放電電圧変換回路PCの回路構成の一例を示す。図4に示すように、充放電電圧変換回路PCは、中間コンデンサFCHを挟んで、左側(一次側/一方側)の第1昇降圧回路、および、右側(二次側/他方側)の第2昇降圧回路を縦続接続した双方向昇圧降圧チョッパとして構成される。一次側(左側)が第2開閉装置SW2側に接続され、二次側(右側)が第3開閉装置SW3側に接続される。第1昇降圧回路のリアクトルCHL1と中間コンデンサFCHとによって一次側のフィルタ回路として機能し、第2昇降圧回路のリアクトルCHL2と中間コンデンサFCHとによって二次側のフィルタ回路として機能している。 FIG. 4 shows an example of the circuit configuration of the charge/discharge voltage conversion circuit PC. As shown in FIG. 4, the charge/discharge voltage conversion circuit PC includes a first step-up/step-down circuit on the left side (primary side/one side) and a first step-up/step-down circuit on the right side (secondary side/other side) with an intermediate capacitor FCH interposed therebetween. It is configured as a bidirectional step-up/step-down chopper in which two step-up/step-down circuits are cascaded. The primary side (left side) is connected to the second switching device SW2 side, and the secondary side (right side) is connected to the third switching device SW3 side. The reactor CHL1 of the first step-up/step-down circuit and the intermediate capacitor FCH function as a primary side filter circuit, and the reactor CHL2 of the second step-up/step-down circuit and the intermediate capacitor FCH function as a secondary side filter circuit.

充放電電圧変換回路PCは、一次側の供給電力を二次側に変換して出力する充電電圧変換動作と、二次側の供給電力を一次側に変換して出力する放電電圧変換動作とを行う。充電電圧変換動作では、先ず、一次側電圧VDC1に対して第1昇降圧回路が昇圧動作を行い、昇圧後の電圧、つまり、中間コンデンサFCHの両端電圧である中間コンデンサ電圧VDCHに対して、第2昇降圧回路が降圧動作を行うことで、一次側電圧VDC1を二次側電圧VDC2に変換する。また、放電電圧変換動作では、逆に、二次側電圧VDC2に対して第2昇降圧回路が昇圧動作を行い、昇圧後の電圧、つまり、中間コンデンサ電圧VDCHに対して、第1昇降圧回路が降圧動作を行うことで、二次側電圧VDC2を一次側電圧VDC1に変換する。何れの動作においても、昇圧後の電圧が中間コンデンサFCHに印加されることから、動作方向とは逆方向への通流が阻止される。 The charging/discharging voltage conversion circuit PC performs a charging voltage conversion operation of converting the power supplied from the primary side to the secondary side and outputting it, and a discharging voltage conversion operation of converting the power supplied from the secondary side to the primary side and outputting it. conduct. In the charge voltage conversion operation, first, the first step-up/step-down circuit performs a step-up operation for the primary side voltage VDC1, and the stepped-up voltage, that is, the intermediate capacitor voltage VDCH, which is the voltage across the intermediate capacitor FCH, is stepped up to the first step. 2 step-up/step-down circuit performs a step-down operation to convert the primary side voltage VDC1 to the secondary side voltage VDC2. In the discharge voltage conversion operation, conversely, the second step-up/step-down circuit performs step-up operation for the secondary side voltage VDC2, and the first step-up/step-down circuit boosts the voltage after step-up, that is, the intermediate capacitor voltage VDCH. performs a step-down operation to convert the secondary voltage VDC2 to the primary voltage VDC1. In any operation, since the boosted voltage is applied to the intermediate capacitor FCH, current flow in the direction opposite to the operation direction is blocked.

また、充放電電圧変換回路PCには、不図示であるが、一次側の電圧VDC1、二次側の電圧VDC2および中間コンデンサ電圧VDCHのそれぞれを検出する電圧センサや、一次側に流れる電流および二次側に流れる電流を検出する電流センサが備えられており、各センサの検出結果が制御部CTR乃至スイッチング動作制御を行う充放電電圧変換回路PC内の制御回路に入力されて、充放電電圧変換回路PCの動作制御に利用される。 Although not shown, the charge/discharge voltage conversion circuit PC includes voltage sensors for detecting the primary-side voltage VDC1, the secondary-side voltage VDC2, and the intermediate capacitor voltage VDCH; A current sensor is provided to detect the current flowing to the next side, and the detection result of each sensor is input to the control circuit in the control unit CTR or the charge/discharge voltage conversion circuit PC that controls the switching operation, and the charge/discharge voltage is converted. Used for operation control of the circuit PC.

充放電電圧変換回路PCのスイッチング動作は、適宜公知技術を利用して実現することができる。そのため、本実施形態では、充放電電圧変換回路PCは、制御部CTRから入力される通流率制御信号Sに基づいてスイッチング動作を行うこととして説明し、具体的な充放電電圧変換回路PCのスイッチング動作自体の制御についての説明は省略するが、スイッチング動作の制御は、充放電電圧変換回路PC内に制御回路を備えて実現することとしてもよいし、制御部CTRが行うこととしてもよい。 The switching operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC can be realized by appropriately using a known technique. Therefore, in the present embodiment, the charging/discharging voltage conversion circuit PC performs a switching operation based on the duty ratio control signal S input from the control unit CTR. Although description of the control of the switching operation itself is omitted, the control of the switching operation may be realized by providing a control circuit in the charge/discharge voltage conversion circuit PC, or may be performed by the control unit CTR.

図1に戻り、電流センサCT1は、内部結線用端子TW1と内部結線用端子TW2との間を流れる電流であって、内部結線用端子TW1から内部結線用端子TW2に向かう方向を正方向として流れる電流の大きさおよび向きを検知するように設けられており、検知した電流は検知電流I1として制御部CTRに出力する。電流センサCT2は、内部結線用端子TW3と接続端子部TC2との間を流れる電流であって、内部結線用端子TW3から接続端子部TC2に向かう方向を正方向として流れる電流の大きさおよび向きを検知するように設けられており、検知した電流は検知電流I2として制御部CTRに出力する。電流センサCT1,CT2は、例えば変流器(CT:Current Transformer)によって実現することができる。制御部CTRは、電源モードの切り替え制御の際に、この検知電流I1,I2を参照して、充放電電圧変換回路PCの動作を制御する。 Returning to FIG. 1, the current sensor CT1 detects a current flowing between the internal connection terminal TW1 and the internal connection terminal TW2, and the positive direction is the direction from the internal connection terminal TW1 to the internal connection terminal TW2. It is provided to detect the magnitude and direction of the current, and the detected current is output to the controller CTR as the detected current I1. The current sensor CT2 measures the magnitude and direction of the current flowing between the internal connection terminal TW3 and the connection terminal TC2, with the direction from the internal connection terminal TW3 to the connection terminal TC2 being the positive direction. The detected current is output to the controller CTR as a detected current I2. The current sensors CT1 and CT2 can be realized by current transformers (CT), for example. The control unit CTR controls the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC by referring to the detection currents I1 and I2 during switching control of the power supply mode.

制御部CTRは、電源モードとして、蓄電部BTUの蓄電電力をもとに走行する蓄電池モードと、パンタグラフPTによって電車線から集電された架線電力および蓄電部BTUの蓄電電力をもとに走行する架線ハイブリッドモードとを切り替える制御を司る。電源モードの切り替えは、電気車の停車時又は惰行時に行うこととする。 The control unit CTR has two power supply modes: a storage battery mode in which the vehicle runs on the power stored in the power storage unit BTU; Controls switching between overhead line hybrid mode. The power supply mode should be switched when the electric train is stopped or coasting.

以下、この追加電源システムAPSを、既存の直流電気車の電源システムに追加設備した電気車用電源システムの2つの実施例を順に説明する。 Two embodiments of an electric vehicle power supply system in which the additional power supply system APS is added to an existing DC electric vehicle power supply system will be described below in order.

[第1実施例]
図5は、第1実施例における電源システムPS1の概略構成図である。この電源システムPS1は、既存の直流電気車の電源システムに、図1の追加電源システムAPSを追加設備した構成である。
[First embodiment]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the power supply system PS1 in the first embodiment. This power supply system PS1 is configured by adding the additional power supply system APS of FIG. 1 to the existing power supply system of a DC electric vehicle.

1.1 システム構成
既存の電源システムは、パンタグラフPTによって電車線から集電された架線電力が主開閉装置SWMを介して供給される直流電力ラインに、主電動機Mに係る回路である主回路(A系主回路およびB系主回路)が接続されるとともに、パンタグラフPTから見て主開閉装置SWMの前段に、開閉装置SWXを介して補機回路XMCが接続された構成となっている。
1.1 System configuration In the existing power supply system, the main circuit ( A-system main circuit and B-system main circuit) are connected, and an auxiliary machine circuit XMC is connected via a switchgear SWX to the front stage of the main switchgear SWM as viewed from the pantograph PT.

主回路は、図5の電源システムPS1ではA系主回路とB系主回路との2系統としているが、1系統のみとしてもよいし、3系統以上の回路を並列に備える構成としてもよい。また、1つの系統が、1台の主変換回路で2台以上の主電動機Mに駆動電力を供給するいわゆる1C2Mや1C4M等の構成を採用することとしてもよい。 The power supply system PS1 of FIG. 5 has two main circuits, the A main circuit and the B main circuit. Also, a configuration such as so-called 1C2M or 1C4M, in which one system supplies drive power to two or more main motors M using one main converter circuit, may be employed.

A系主回路は、主開閉装置SWAと、主フィルタリアクトルFLAと、主変換回路TCAとが直列に接続された構成を有する。B系主回路も同様に、主開閉装置SWBと、主フィルタリアクトルFLBと、主変換回路TCBとが直列に接続された構成を有する。主変換回路TCA,TCBは、直流電力を三相電力に変換して主電動機Mに駆動電力を供給するインバータ装置であり、入力段に不図示の主フィルタコンデンサを有して構成される。 The A-system main circuit has a configuration in which a main switching device SWA, a main filter reactor FLA, and a main conversion circuit TCA are connected in series. Similarly, the B-system main circuit has a configuration in which a main switching device SWB, a main filter reactor FLB, and a main conversion circuit TCB are connected in series. The main conversion circuits TCA and TCB are inverter devices that convert DC power into three-phase power and supply drive power to the main motor M, and are configured to have a main filter capacitor (not shown) at the input stage.

A系主回路の主開閉装置SWAは、一般的には主変換回路TCAの制御部からの、あるいは制御部CTRからの開閉指示信号Aに基づいて、直流電力ラインとA系主回路との切り離し/接続を行う開閉装置であり、例えば接触器を用いて構成することができる。B系主回路の主開閉装置SWBも同様に、一般的には主変換回路TCBの制御部からの、あるいは制御部CTRからの開閉指示信号Bに基づいて、直流電力ラインとB系主回路との切り離し/接続を行う開閉装置であり、例えば接触器を用いて構成することができる。主開閉装置SWA,SWBは、例えば、図2に示した回路構成を採用することができる。これにより、投入時の主変換回路TCA,TCB内の主フィルタコンデンサへの突流を充電抵抗CDRによって防止することができる。 The main switching device SWA of the A-system main circuit disconnects the DC power line from the A-system main circuit, generally based on the switching instruction signal A from the control unit of the main conversion circuit TCA or from the control unit CTR. / A switchgear for making connections, which can be constructed using, for example, a contactor. Similarly, the main switching device SWB of the B system main circuit also generally switches between the DC power line and the B system main circuit based on the switching instruction signal B from the control unit of the main conversion circuit TCB or from the control unit CTR. It is a switchgear for disconnecting/connecting from a power source, which can be constructed using, for example, a contactor. The main switching devices SWA and SWB can employ, for example, the circuit configuration shown in FIG. As a result, the charging resistor CDR can prevent a rush current to flow into the main filter capacitors in the main conversion circuits TCA and TCB when the power is turned on.

主開閉装置SWMは、一般的には主変換回路TCA,TCBの制御部からの、あるいは制御部CTRからの開閉指示信号Nに基づいて、パンタグラフPTと直流電力ラインとの切り離し/接続を行う開閉装置であり、例えば高速度遮断器によって実現することができる。 The main switchgear SWM generally disconnects/connects the pantograph PT and the DC power line based on a switching instruction signal N from the control units of the main conversion circuits TCA and TCB or from the control unit CTR. device, which can be realized, for example, by means of a high-speed circuit breaker.

パンタグラフPTは、一般的には運転台からのパンタグラフPTの上昇スイッチや下降スイッチ、または制御部CTRからの状態遷移指示信号Pに基づいて集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器の一例である。電車線を第3軌条方式とする場合には、パンタグラフPTの代わりに集電器を集電靴として構成することができる。 The pantograph PT is generally a current collector capable of state transition between a current collecting state and a non-collecting state based on a pantograph PT up switch or a pantograph down switch from the driver's cab or a state transition instruction signal P from the control unit CTR. is an example. If the overhead contact line is of the third rail system, the current collector can be configured as a current collecting shoe instead of the pantograph PT.

補機回路XMCは、車内照明や空調などの補機および補機に電力を供給する回路(例えば、静止型インバータ)等を含む電気回路である。 The auxiliary machine circuit XMC is an electric circuit including auxiliary machines such as in-vehicle lighting and air conditioning, and a circuit (for example, a static inverter) that supplies electric power to the auxiliary machines.

第1実施例の電源システムPS1では、開閉装置SWXは常時“開放状態”とされる。また、主開閉装置SWMと直流電力ラインとの間に、追加電源システムAPSの整流部RCUが設けられる。詳細には、ダイオードD1が、アノードを主開閉装置SWM側に、カソードを直流電力ライン側に接続して設けられ、パンタグラフPTから直流電力ラインに向かう通流を許容し、逆方向である直流電力ラインからパンタグラフPTに向かう通流を阻止する。ダイオードD1に並列接続されている短絡開閉装置SWSを投入しておくことで、この短絡開閉装置SWSを経由して、直流電力ラインからパンタグラフPTに向かう通流が許容され得る。 In the power supply system PS1 of the first embodiment, the switchgear SWX is always in the "open state". A rectifying unit RCU of the additional power supply system APS is provided between the main switchgear SWM and the DC power line. Specifically, a diode D1 is provided with an anode connected to the main switchgear SWM side and a cathode connected to the DC power line side, allowing current flow from the pantograph PT towards the DC power line and in the opposite direction to the DC power line. To block the flow from the line to the pantograph PT. By turning on the short-circuit switch SWS connected in parallel with the diode D1, the current from the DC power line to the pantograph PT can be allowed via this short-circuit switch SWS.

また、充放電部CDUの接続端子部TC1が直流電力ラインに接続されるとともに、接続端子部TC2が補機用追加接続線によって開閉装置SWXと補機回路XMCとの中間部、あるいは補機回路XMCに直接に接続される。また、内部結線用端子TW1,TW3間が結線され、内部結線用端子TW2,TW4間が結線され、内部結線用端子TW3,TW4間が開放される。 Further, the connection terminal portion TC1 of the charge/discharge unit CDU is connected to the DC power line, and the connection terminal portion TC2 is connected to the intermediate portion between the switchgear SWX and the auxiliary circuit XMC or the auxiliary circuit by the additional auxiliary connection line. Directly connected to XMC. The internal connection terminals TW1 and TW3 are connected, the internal connection terminals TW2 and TW4 are connected, and the internal connection terminals TW3 and TW4 are open.

したがって、蓄電部BTUは、第1開閉装置SW1を介して直流電力ラインに接続されるとともに、更に、第1開閉装置SW1および第2開閉装置SW2を介して充放電電圧変換回路PCの一次側に接続され、第3開閉装置SW3を介して充放電電圧変換回路PCの二次側に接続された状態となっている。また、開閉装置SWXは常時開放状態とされるので、直流電力ラインに主回路と補機回路XMCとが並列接続された状態となっている。また、充放電電圧変換回路PCの一次側が、第2開閉装置SW2を介して直流電力ラインに接続され、二次側が、第3開閉装置SW3を介して蓄電部BTUに接続された状態となっている。そして、充放電電圧変換回路PCは、一次側に供給される直流電力ラインからの電力を二次側に変換して出力する充電電圧変換動作や、二次側に供給される蓄電部BTUの蓄電電力を一次側に変換して出力する放電電圧変換動作を行う。また、電流センサCT1は、直流電力ラインと蓄電部BTUとの間の第1通流電流を検知電流I1として検知し、電流センサCT2は、直流電力ラインと補機回路XMCとの間の第2通流電流を検知電流I2として検知する。 Therefore, the power storage unit BTU is connected to the DC power line via the first switchgear SW1, and is further connected to the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC via the first switchgear SW1 and the second switchgear SW2. connected to the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC via the third switchgear SW3. Further, since the switching device SWX is always in an open state, the main circuit and the auxiliary circuit XMC are connected in parallel to the DC power line. In addition, the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is connected to the DC power line via the second switchgear SW2, and the secondary side is connected to the power storage unit BTU via the third switchgear SW3. there is Then, the charge/discharge voltage conversion circuit PC performs a charge voltage conversion operation of converting power from the DC power line supplied to the primary side to the secondary side and outputting the same, and a power storage unit BTU supplied to the secondary side. A discharge voltage conversion operation is performed to convert electric power to the primary side and output it. Further, the current sensor CT1 detects a first flow current between the DC power line and the power storage unit BTU as a detection current I1, and the current sensor CT2 detects a second flow current between the DC power line and the auxiliary circuit XMC. The flowing current is detected as a detection current I2.

なお、第1実施例においては、2台の電流センサCT1,CT2による電流センサ部の代わりに、接続端子部TC1と内部結線用端子TW1の間に1台の電流センサを設けて電流センサ部とし、この電流センサの検知電流I、つまり、直流電力ラインと補機回路XMCとの接続箇所である内部結線用端子TW1よりも主開閉装置SWM寄りの直流電力ラインを流れる通流電流を、後述する制御部CTRによる電源モードの切り替え制御における電流ゼロ制御に用いることもできる。或いは、2台の電流センサCT1,CT2による電流センサ部の代わりに、蓄電部BTUから直流電力ラインへの通流電流である内部結線用端子TW1から内部結線用端子TW2に向かう方向を正方向とする電流と、直流電力ラインから補機回路XMCへの通流電流である内部結線用端子TW3から接続端子部TC2に向かう方向を正方向とする電流と、の合成電流を検知する1台の電流センサを設けて電流センサ部としても良い。 Note that in the first embodiment, instead of the current sensor section consisting of the two current sensors CT1 and CT2, a single current sensor is provided between the connection terminal section TC1 and the internal wiring terminal TW1 to form the current sensor section. , the detected current I of the current sensor, that is, the current flowing through the DC power line closer to the main switching device SWM than the internal connection terminal TW1, which is the connection point between the DC power line and the auxiliary circuit XMC, will be described later. It can also be used for current zero control in power supply mode switching control by the control unit CTR. Alternatively, instead of the current sensor unit using the two current sensors CT1 and CT2, the direction from the internal connection terminal TW1 to the internal connection terminal TW2, which is the flowing current from the power storage unit BTU to the DC power line, is defined as the positive direction. and a current flowing from the DC power line to the auxiliary circuit XMC, the positive direction of which is the direction from the internal connection terminal TW3 to the connection terminal portion TC2. A sensor may be provided to serve as a current sensor section.

1.2 電源モード
第1実施例では、電源モードとして、架線ハイブリッドモード、蓄電池モード、純架線モード、の3種類のモードが切り替え可能である。それぞれの電源モードについて説明する。
1.2 Power Supply Mode In the first embodiment, the power supply mode can be switched between three types of modes: an overhead wire hybrid mode, a storage battery mode, and a pure overhead wire mode. Each power supply mode will be described.

1.2.1 架線ハイブリッドモード
架線ハイブリッドモードは、パンタグラフPTによって集電された架線電力および蓄電部BTUの蓄電電力をもとに走行するとともに、蓄電部BTUを充電するモードであり、電化区間のみに適用可能なモードである。
1.2.1 Catenary hybrid mode The catenary hybrid mode is a mode in which the vehicle travels based on the catenary power collected by the pantograph PT and the power stored in the power storage unit BTU, and the power storage unit BTU is charged. This mode is applicable to

図6は、架線ハイブリッドモードにおける電気の流れを示す図である。図6において、通流状態にある経路を太線で示している。図6に示すように、架線ハイブリッドモードでは、パンタグラフPTは上昇しており、主開閉装置SWMは投入され、短絡開閉装置SWSは開放されている。つまり、架線電力が直流電力ラインに供給され、この電力をもとに主回路および補機回路XMCが動作可能になっている。また、第1開閉装置SW1が投入され、充放電電圧変換回路PCは動作を停止している。充放電電圧変換回路PCの回路構成上、動作停止により充放電電圧変換回路PCを経由した通流は抑止された状態となるため、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3は原理的には開放/投入の何れでも同じ状態にあるが、フェールセーフの観点から第2開閉装置SW2のみを開放状態としてもよい。つまり、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路としては、充放電電圧変換回路PCを経由しない、第1開閉装置SW1を経由した経路が開通した状態にある。架線ハイブリッドモードでは、架線電圧Vpと蓄電電圧Vbatが略等しく(Vp≒Vbat)なる方向に自然に充放電動作が発生し、架線電圧Vpが蓄電電圧Vbatより小さい場合には主に蓄電部BTUの蓄電電力をもとに、また架線電圧Vpが蓄電電圧Vbat以上の場合には主に架線電力をもとに、主回路および補機回路XMCが動作する。 FIG. 6 is a diagram showing the flow of electricity in the catenary hybrid mode. In FIG. 6, the paths in the conducting state are indicated by thick lines. As shown in FIG. 6, in the overhead line hybrid mode, the pantograph PT is raised, the main switchgear SWM is closed, and the short-circuit switchgear SWS is opened. That is, overhead power is supplied to the DC power line, and the main circuit and the auxiliary circuit XMC can operate based on this power. Also, the first switchgear SW1 is turned on, and the charging/discharging voltage conversion circuit PC stops operating. Due to the circuit configuration of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, when the operation is stopped, the flow through the charge/discharge voltage conversion circuit PC is suppressed. The state is the same in both the open state and the closed state, but only the second switchgear SW2 may be in the open state from the viewpoint of fail-safe. In other words, as the power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line, the path via the first switchgear SW1 and not via the charge/discharge voltage conversion circuit PC is open. In the overhead wire hybrid mode, charging/discharging occurs naturally in the direction in which the overhead wire voltage Vp and the storage voltage Vbat are approximately equal (Vp≈Vbat). The main circuit and the auxiliary circuit XMC operate based on the stored electric power, and mainly based on the overhead line power when the overhead line voltage Vp is equal to or higher than the stored voltage Vbat.

また、蓄電部BTUが、架線電圧Vpと蓄電電圧Vbatとの大小に応じて自動的に放電および充電がなされる“浮動充電状態”となっている。つまり、力行時に、架線電圧Vpが蓄電電圧Vbatより低くなると(Vp<Vbat)、蓄電部BTUが放電して蓄電電力が直流電力ラインに供給される。この蓄電部BTUの放電は、パワー密度の関係から先ずP形蓄電池BT1が放電し、P形蓄電池BT1の放電電圧が低下すると、電圧差によってその低下分を補充するようにE形蓄電池BT2が放電を開始する。そして、蓄電部BTUの放電による蓄電電圧Vbatの低下や、或いは、一時的な架線電圧VPの上昇などによって、蓄電電圧Vbatが架線電圧Vpより低くなると(Vp>Vbat)、直流電力ラインに供給されている架線電力によって蓄電部BTUが充電される。ダイオードD2の整流作用により、この充電はP形蓄電池BT1のみとなる。つまり、直流電力ラインと蓄電部BTUとの間の電力経路は第1開閉装置SW1を経由する経路のみであるので、直流電力ラインからE形蓄電池BT2に向かう通流はダイオードD2に阻止されてE形蓄電池BT2は充電されない。また、回生時には、ダイオードD1の整流作用により、主電動機Mの回生電力は架線には戻されず、全ての回生電力が蓄電部BTU(詳細には、P形蓄電池BT1)に蓄電されることになる。 Further, the power storage unit BTU is in a "floating charge state" in which it is automatically discharged and charged according to the magnitude of the overhead line voltage Vp and the power storage voltage Vbat. That is, when the overhead wire voltage Vp becomes lower than the storage voltage Vbat (Vp<Vbat) during power running, the storage unit BTU is discharged and the stored power is supplied to the DC power line. In the discharge of this power storage unit BTU, the P-type storage battery BT1 discharges first due to the power density relationship, and when the discharge voltage of the P-type storage battery BT1 drops, the E-type storage battery BT2 discharges so as to make up for the drop due to the voltage difference. to start. When the storage voltage Vbat becomes lower than the overhead line voltage Vp (Vp>Vbat) due to a decrease in the storage voltage Vbat due to discharge of the power storage unit BTU or a temporary increase in the overhead line voltage VP, the DC power line is supplied. The power storage unit BTU is charged by the overhead line power. Due to the rectifying action of the diode D2, this charge is only for the P-type storage battery BT1. In other words, since the only power path between the DC power line and the power storage unit BTU is the path via the first switchgear SW1, current from the DC power line to the E-type storage battery BT2 is blocked by the diode D2. The storage battery BT2 is not charged. Further, during regeneration, due to the rectifying action of the diode D1, the regenerated power of the main motor M is not returned to the overhead wire, and all of the regenerated power is stored in the power storage unit BTU (specifically, the P-type storage battery BT1). .

なお、架線ハイブリッドモードにおいてE形蓄電池BT2を架線電圧Vpまで充電したい場合には、後述する純架線モードと同様に、充放電電圧変換回路PCによって充電を行うことができる。すなわち、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3を投入し、充放電電圧変換回路PCに充電動作を行わせることで、直流電力ラインに供給されている電力(架線電力または回生電力)を、充放電電圧変換回路PCを経由して蓄電部BTUに蓄電させることができる。充放電電圧変換回路PCを経由する電力経路であるので、蓄電部BTUのP形蓄電池BT1およびE形蓄電池BT2の両方を充電することができるとともに、架線電圧Vpまで充電することができる。 If it is desired to charge the E-type storage battery BT2 to the overhead line voltage Vp in the overhead line hybrid mode, charging can be performed by the charge/discharge voltage conversion circuit PC as in the pure overhead line mode described later. That is, by turning on the second switchgear SW2 and the third switchgear SW3 and causing the charge/discharge voltage conversion circuit PC to perform the charging operation, the power (overhead line power or regenerative power) supplied to the DC power line is Electricity can be stored in the power storage unit BTU via the charge/discharge voltage conversion circuit PC. Since the power path passes through the charge/discharge voltage conversion circuit PC, both the P-type storage battery BT1 and the E-type storage battery BT2 of the power storage unit BTU can be charged, and can be charged up to the overhead wire voltage Vp.

1.2.2 蓄電池モード
蓄電池モードは、蓄電部BTUの蓄電電力をもとに走行するモードである。
1.2.2 Storage Battery Mode The storage battery mode is a mode in which the vehicle travels based on the power stored in the power storage unit BTU.

図7は、蓄電池モードにおける電気の流れを示す図である。図7において、通流状態にある経路を太線で示している。図7に示すように、蓄電池モードでは、パンタグラフPTは下降しており、主開閉装置SWMおよび短絡開閉装置SWSは開放されている。また、第1開閉装置SW1は投入されており、充放電電圧変換回路PCは動作を停止している。動作停止により充放電電圧変換回路PCを経由した通流は抑止された状態となるため、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3は原理的には開放/投入の何れでも同じ状態にあるが、フェールセーフの観点から第2開閉装置SW2のみを開放状態としてもよい。つまり、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路としては、充放電電圧変換回路PCを経由しない、第1開閉装置SW1を経由した経路が開通した状態にある。蓄電部BTUが放電した蓄電電力のみが直流電力ラインに供給されており、この電力をもとに、主回路および補機回路XMCが動作可能になっている。蓄電部BTUの放電は、上述の架線ハイブリッドモードと同様に、先ずはP形蓄電池BT1が放電し、放電電圧の低下に応じて次にE形蓄電池BT2が放電する。また、回生時には、上述の架線ハイブリッドモードと同様に、全ての回生電力が蓄電部BTUのP形蓄電池BT1に蓄電されることになる。 FIG. 7 is a diagram showing the flow of electricity in the storage battery mode. In FIG. 7, the paths in the conducting state are indicated by thick lines. As shown in FIG. 7, in the storage battery mode, the pantograph PT is lowered and the main switchgear SWM and the short-circuit switchgear SWS are opened. Also, the first switchgear SW1 is closed, and the charging/discharging voltage conversion circuit PC stops operating. Since the current through the charge/discharge voltage conversion circuit PC is inhibited by stopping the operation, the second switchgear SW2 and the third switchgear SW3 are theoretically in the same state regardless of whether they are open or closed. , only the second switching device SW2 may be opened from the viewpoint of fail-safe. In other words, as the power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line, the path via the first switchgear SW1 and not via the charge/discharge voltage conversion circuit PC is open. Only the stored power discharged by the power storage unit BTU is supplied to the DC power line, and the main circuit and the auxiliary circuit XMC are operable based on this power. In discharging the power storage unit BTU, the P-type storage battery BT1 is first discharged, and then the E-type storage battery BT2 is discharged according to the decrease in the discharge voltage, as in the above-described overhead wire hybrid mode. Also, during regeneration, all of the regenerated electric power is stored in the P-type storage battery BT1 of the power storage unit BTU, as in the overhead wire hybrid mode described above.

1.2.3 純架線モード
純架線モードは、パンタグラフPTによる集電電力(架線電力)をもとに走行するモードであり、電化区間のみに適用可能なモードである。
1.2.3 Pure overhead line mode The pure overhead line mode is a mode in which the train runs based on the power collected by the pantograph PT (overhead line power), and is applicable only to electrified sections.

図8は、純架線モードにおける電気の流れを示す図である。図8において、通流状態にある経路を太実線で示している。図8に示すように、純架線モードでは、パンタグラフPTは上昇しており、主開閉装置SWMおよび短絡開閉装置SWSは投入されている。直流電力ラインには、パンタグラフPTからの架線電力が供給され、この電力をもとに主回路および補機回路XMCが動作可能になっている。また、第2開閉装置SW2、第1開閉装置SW1の各開閉装置は開放されている。第3開閉装置SW3は、モードの切り替えまたは充放電電圧変換回路PCを経由したE形蓄電池BT2の充電がなされている場合には投入され、そうでないならば開放されている。また、充放電電圧変換回路PCは動作を停止している。回生電力は、短絡開閉装置SWSおよび主開閉装置SWMを介して架線に戻される。 FIG. 8 is a diagram showing the flow of electricity in a pure catenary mode. In FIG. 8, the paths in the state of conduction are indicated by thick solid lines. As shown in FIG. 8, in the pure catenary mode, the pantograph PT is raised, and the main switchgear SWM and the short-circuit switchgear SWS are closed. The DC power line is supplied with overhead power from the pantograph PT, and the main circuit and the auxiliary circuit XMC can operate based on this power. In addition, the opening/closing devices of the second opening/closing device SW2 and the first opening/closing device SW1 are opened. The third switchgear SW3 is closed when the mode is switched or when the E-type storage battery BT2 is being charged via the charge/discharge voltage conversion circuit PC, otherwise it is opened. Also, the charge/discharge voltage conversion circuit PC has stopped operating. The regenerated power is returned to the overhead line via the short-circuit switchgear SWS and the main switchgear SWM.

純架線モードでは、更に、任意のタイミングで蓄電部BTUの充電を行う。蓄電部BTUの充電に係る電流経路を太点線で示している。つまり、純架線モードにおいて、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3を投入し、充放電電圧変換回路PCに充電動作を行わせることで、直流電力ラインに供給されている電力(架線電力または回生電力)が充放電電圧変換回路PCを経由して蓄電部BTUに蓄電される。充放電電圧変換回路PCを経由する電力経路であるので、蓄電部BTUのP形蓄電池BT1およびE形蓄電池BT2の両方を充電することができる。 In the pure overhead line mode, the power storage unit BTU is further charged at arbitrary timing. A thick dotted line indicates a current path for charging power storage unit BTU. That is, in the pure overhead line mode, by turning on the second switchgear SW2 and the third switchgear SW3 and causing the charge/discharge voltage conversion circuit PC to perform the charging operation, the power supplied to the DC power line (overhead power or regenerated power) is stored in the power storage unit BTU via the charge/discharge voltage conversion circuit PC. Since the electric power path passes through the charge/discharge voltage conversion circuit PC, both the P-type storage battery BT1 and the E-type storage battery BT2 of the power storage unit BTU can be charged.

1.3 制御動作
次に、図9~図18を参照して制御部CTRによる電源モードの切り替えに関する制御動作を詳細に説明する。これらのモードの選択や切り替えは、運転台における乗務員の指示操作によって行われる。
1.3 Control Operation Next, the control operation for switching the power supply mode by the control unit CTR will be described in detail with reference to FIGS. 9 to 18. FIG. Selection and switching of these modes are performed by a driver's instruction operation at the driver's cab.

1.3.1 架線ハイブリッドモードでの起動
図9は、停止している電源システムPS1を架線ハイブリッドモードで起動する際の制御手順を説明するフローチャートである。電源システムPS1が停止しているので、電気車は停車しており、原則、主開閉装置SWM,SWA,SWB、第1~第3開閉装置SW1,SW2,SW3の各開閉装置は全て開放状態となっており、主変換回路TCA,TCB、補機回路XMC、充放電電圧変換回路PCの各回路も全て動作を停止している。
1.3.1 Activation in overhead wire hybrid mode FIG. 9 is a flowchart for explaining the control procedure when starting the stopped power supply system PS1 in the overhead wire hybrid mode. Since the power supply system PS1 is stopped, the electric car is stopped, and in principle, the main switching devices SWM, SWA, SWB and the first to third switching devices SW1, SW2, SW3 are all in the open state. Thus, the main conversion circuits TCA and TCB, the auxiliary circuit XMC, and the charge/discharge voltage conversion circuit PC all stop operating.

先ず、運転台からのパンタグラフPTの上昇スイッチの操作に応じてパンタグラフPTに状態遷移指示信号Pを出力することにより、または制御部CTRがパンタグラフPTに状態遷移指示信号Pを出力することにより、パンタグラフPTを集電状態へ遷移させるべく上昇させる(ステップA1)。次に、制御部CTRは、パンタグラフPTが上昇状態にあることを検知して、短絡開閉装置SWSを開放する(ステップA3)。このステップA3は、初期状態で開放となっていない場合に備えた念のためのステップである。 First, the state transition instruction signal P is output to the pantograph PT in response to the operation of the up switch of the pantograph PT from the cab, or the control unit CTR outputs the state transition instruction signal P to the pantograph PT. PT is raised to transition to the current collecting state (step A1). Next, the controller CTR detects that the pantograph PT is in the raised state, and opens the short-circuit switching device SWS (step A3). This step A3 is a step just in case the door is not opened in the initial state.

その後、運転台の前進後進スイッチが扱われることで主変換回路TCA,TCBの制御部から主開閉装置SWMに開閉指示信号Nが出力されることにより、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWMに開閉指示信号Nを出力することにより、主開閉装置SWMを投入する(ステップA5)。主開閉装置SWMが投入されることで、パンタグラフPTからの架線電力(架線電圧Vp)が直流電力ラインに供給され、補機類が動作を開始することができる。 After that, when the forward/reverse switch of the cab is operated, the switching instruction signal N is output from the control units of the main conversion circuits TCA and TCB to the main switching device SWM, or the control unit CTR opens and closes the main switching device SWM. By outputting the instruction signal N, the main switching device SWM is closed (step A5). When the main switchgear SWM is turned on, overhead wire power (overhead wire voltage Vp) from the pantograph PT is supplied to the DC power line, and the accessories can start operating.

次いで、第2開閉装置SW2を投入する(ステップA7)。第2開閉装置SW2が投入されることで、直流電力ラインと充放電電圧変換回路PCの一次側との電力経路が開通する。続いて、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1と、蓄電電圧Vbatとを比較する。一次側電圧VDC1は、実際の架線電圧Vpに相当する。 Next, the second opening/closing device SW2 is turned on (step A7). By turning on the second switchgear SW2, the power path between the DC power line and the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is opened. Subsequently, the primary side voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC and the storage voltage Vbat are compared. The primary voltage VDC1 corresponds to the actual overhead wire voltage Vp.

一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbat以上(VDC1≧Vbat)ならば(ステップA9:YES)、第3開閉装置SW3を投入する(ステップA11)。第3開閉装置SW3が投入されることで、充放電電圧変換回路PCの二次側電圧VDC2が、蓄電電圧Vbatとなる。次いで、充放電電圧変換回路PCの二次側に充電動作を開始させる(ステップA13)。この充電動作は、二次側の第2昇降圧回路の通流率を調整することで、二次側の電流(充電電流)を制御する動作である。中間コンデンサ電圧VDCH(実際の架線電圧Vpに相当)より二次側電圧VDC2(蓄電電圧Vbatに相当)のほうが低いので、充放電電圧変換回路PCの通流方向は一次側から二次側に向かう方向(充電方向)となる。充電動作は、蓄電電圧Vbatが一次側電圧VDC1(実際の架線電圧Vpに相当)に等しくなるまで継続する。 If the primary voltage VDC1 is equal to or higher than the storage voltage Vbat (VDC1≧Vbat) (step A9: YES), the third switching device SW3 is turned on (step A11). By turning on the third switchgear SW3, the secondary voltage VDC2 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC becomes the storage voltage Vbat. Next, the charging operation is started on the secondary side of the charging/discharging voltage conversion circuit PC (step A13). This charging operation is an operation of controlling the current (charging current) on the secondary side by adjusting the duty ratio of the second buck-boost circuit on the secondary side. Since the secondary side voltage VDC2 (corresponding to the storage voltage Vbat) is lower than the intermediate capacitor voltage VDCH (corresponding to the actual overhead line voltage Vp), the current flow direction of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is from the primary side to the secondary side. direction (charging direction). The charging operation continues until the stored voltage Vbat becomes equal to the primary side voltage VDC1 (corresponding to the actual overhead wire voltage Vp).

一方、一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbatより低い(VDC1<Vbat)ならば(ステップA9:NO)、充放電電圧変換回路PCの一次側の第1昇降圧回路の昇圧動作を開始させる(ステップA15)。そして、中間コンデンサ電圧VDCHが蓄電電圧Vbatまで上昇したならば、第3開閉装置SW3を投入する(ステップA17)。 On the other hand, if the primary-side voltage VDC1 is lower than the storage voltage Vbat (VDC1<Vbat) (step A9: NO), the step-up operation of the first step-up/step-down circuit on the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is started (step A15). ). Then, when the intermediate capacitor voltage VDCH rises to the storage voltage Vbat, the third switching device SW3 is turned on (step A17).

このように充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1と蓄電電圧Vbatとの大小に応じた制御を行った後、充放電電圧変換回路PCの動作を停止させる(ステップA19)。次いで、第1開閉装置SW1を投入する(ステップA21)。これにより、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ経路は、充放電電圧変換回路PCを経由した経路から、充放電電圧変換回路PCを経由しない第1開閉装置SW1を経由する経路に切り替わる。更に、充放電電圧変換回路PCの回路構成上、動作停止により充放電電圧変換回路PCを経由した通流は抑止された状態となるため、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3は原理的には開放/投入の何れでも同じ状態にあるが、フェールセーフの観点から、第2開閉装置SW2を開放しても良い(ステップA23)。 After performing control according to the magnitude of the primary voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC and the storage voltage Vbat, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step A19). Next, the first opening/closing device SW1 is turned on (step A21). As a result, the path connecting the power storage unit BTU and the DC power line switches from the path via the charge/discharge voltage conversion circuit PC to the path via the first switchgear SW1 that does not pass through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. Furthermore, due to the circuit configuration of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, when the operation is stopped, the current through the charge/discharge voltage conversion circuit PC is suppressed. However, from the viewpoint of fail-safe, the second switching device SW2 may be opened (step A23).

その後、乗務員により運転台にある主幹制御器のノッチが扱われることにより主変換回路TCA,TCBの制御部から主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bが出力されることにより、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することにより、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップA25)。これにより、A系回路およびB系回路が直流電力ラインに接続され、架線電圧Vpが蓄電電圧Vbat以上ならばパンタグラフPTによる架線電力が、架線電圧Vpが蓄電電圧Vbatより低いならば蓄電部BTUの蓄電電力が、主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 After that, the notch of the master controller in the driver's cab is operated by the crew to output switching instruction signals A and B from the control units of the main conversion circuits TCA and TCB to the main switching devices SWA and SWB. The main switching devices SWA, SWB are turned on by the part CTR outputting the switching instruction signals A, B to the main switching devices SWA, SWB (step A25). As a result, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line. The stored electric power is supplied to the main converter circuits TCA and TCB so that the main electric motor M can be driven.

1.3.2 蓄電池モードで起動
図10は、停止している電源システムPS1を蓄電池モードで起動する際の制御手順を説明するフローチャートである。電源システムPSが1停止しているので、電気車は停車しており、原則、主開閉装置SWM,SWA,SWB、第1~第3開閉装置SW1,SW2,SW3の各開閉装置は全て開放状態となっており、主変換回路TCA,TCB、補機回路XMC、充放電電圧変換回路PCの各回路も全て動作を停止している。
1.3.2 Startup in Storage Battery Mode FIG. 10 is a flowchart for explaining the control procedure when starting up the stopped power supply system PS1 in the storage battery mode. Since the power supply system PS is stopped for 1 time, the electric car is stopped, and in principle, the main switching devices SWM, SWA, SWB and the first to third switching devices SW1, SW2, SW3 are all open. Thus, the main conversion circuits TCA and TCB, the auxiliary circuit XMC, and the charge/discharge voltage conversion circuit PC all stop operating.

制御部CTRは、蓄電池起動のトリガを検知すると、パンタグラフPTに状態遷移指示信号Pを出力して、パンタグラフPTを非集電状態へ遷移させるべく下降させる(ステップB1)。蓄電池起動のトリガとしては、運転台に設けたモード選択スイッチの操作や蓄電池投入スイッチの操作による手動トリガなどが考えられる。次に、短絡開閉装置SWSを開放する(ステップB3)。このステップB3は、初期状態で開放となっていない場合に備えた念のためのステップである。 When the control unit CTR detects the trigger for activating the storage battery, it outputs the state transition instruction signal P to the pantograph PT, and lowers the pantograph PT to transition to the non-collecting state (step B1). As a trigger for activating the storage battery, a manual trigger by operating a mode selection switch provided on the driver's cab or by operating a storage battery switch is conceivable. Next, the short-circuit switching device SWS is opened (step B3). This step B3 is a step just in case the door is not opened in the initial state.

次に、乗務員により運転台の前進後進スイッチが扱われると、制御部CTRは、主開閉装置SWMが開放されていることを確認して、第1開閉装置SW1を投入する(ステップB5)。第1開閉装置SW1が投入されることで、蓄電部BTUの放電電力が直流電力ラインに供給され、補機類が動作を開始することができる。 Next, when the driver operates the forward/reverse switch on the cab, the controller CTR confirms that the main switchgear SWM is open and turns on the first switchgear SW1 (step B5). By turning on the first switchgear SW1, the discharged power of the power storage unit BTU is supplied to the DC power line, and the accessories can start operating.

その後、乗務員により運転台にある主幹制御器のノッチが扱われることにより主開閉装置SWA、SWBに開閉指示信号A,Bが出力されることによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA、SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップB7)。これにより、A系回路およびB系回路が直流電力ラインに接続され、蓄電部BTUの放電電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 After that, the notch of the master controller in the driver's cab is operated by the crew to output the opening/closing instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB, or the control unit CTR sends the main switching devices SWA and SWB to the main switching devices SWA and SWB. By outputting the switching instruction signals A and B, the main switching devices SWA and SWB are turned on (step B7). As a result, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line, and the electric power discharged from the power storage unit BTU is supplied to the main converter circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven.

1.3.3 架線ハイブリッドモードから蓄電池モードへの切り替え
図11は、架線ハイブリッドモードから蓄電池モードへの切り替え制御手順を説明するフローチャートである。架線ハイブリッドモードから蓄電池モードへの切り替えは、電気車の停車時又は惰行時に行うことが可能であるが、以下では停車時に行うこととして説明する。
1.3.3 Switching from overhead line hybrid mode to storage battery mode FIG. 11 is a flowchart for explaining a control procedure for switching from the overhead line hybrid mode to the storage battery mode. Switching from the overhead line hybrid mode to the storage battery mode can be performed when the electric vehicle is stopped or coasting, but in the following description it is assumed that it is performed when the vehicle is stopped.

架線ハイブリッドモードでは、第1開閉装置SW1および第3開閉装置SW3が投入されている。第2開閉装置SW2は、起動以降にモードの切り替えまたは充放電電圧変換回路PCを経由したE形蓄電池BT2の充電がなされている場合には投入され、そうでないならば開放されている。また、蓄電電圧Vbatが架線電圧Vp以上となっている(ステップC1)。また、電気車は停車しており、主開閉装置SWA,SWBが開放されて主回路は動作を停止しているが、補機回路XMCは、架線電力および蓄電部BTUの蓄電電力が供給されて動作可能又は動作中となっている。 In the overhead line hybrid mode, the first switchgear SW1 and the third switchgear SW3 are closed. The second switchgear SW2 is closed when the mode is switched or when the E-type storage battery BT2 is being charged via the charge/discharge voltage conversion circuit PC after startup, otherwise it is open. Further, the stored voltage Vbat is equal to or higher than the overhead line voltage Vp (step C1). In addition, the electric car is stopped, the main switching devices SWA and SWB are opened, and the main circuit stops operating. It is operable or in operation.

制御部CTRは、蓄電池モードへの切り替えトリガを検知すると、先ず、第2開閉装置SW2を投入する(ステップC3)。これにより、蓄電電圧Vbatが充放電電圧変換回路PCの一次側(一方側)と二次側(他方側)の両方に印加される。蓄電池モードへの切り替えトリガとしては、運転台に設けたモード選択スイッチの操作による手動トリガとしても良いし、予め定められた蓄電池モードに切り替える地点に電気車が到達したことを検知する地点検知による自動トリガとしても良い。 When the control unit CTR detects a trigger for switching to the storage battery mode, first, the second opening/closing device SW2 is closed (step C3). Thereby, the stored voltage Vbat is applied to both the primary side (one side) and the secondary side (the other side) of the charge/discharge voltage conversion circuit PC. The trigger for switching to the storage battery mode may be a manual trigger by operating a mode selection switch provided on the cab, or an automatic trigger by point detection that detects that the electric vehicle has reached a predetermined point for switching to the storage battery mode. It can also be used as a trigger.

続いて、充放電電圧変換回路PCの一次側の第1昇降圧回路の通流率を「1(全開)」にする(ステップC5)。これにより、充放電電圧変換回路PCを経由して蓄電部BTUの蓄電電力を直流電力ラインに供給する経路が開通する。次に、第1開閉装置SW1を開放する(ステップC7)。これにより、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路は、充放電電圧回路PCを経由する経路のみとなる。 Subsequently, the duty ratio of the first buck-boost circuit on the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is set to "1 (fully open)" (step C5). This opens a path for supplying the power stored in the power storage unit BTU to the DC power line via the charge/discharge voltage conversion circuit PC. Next, the first opening/closing device SW1 is opened (step C7). As a result, the power path connecting power storage unit BTU and the DC power line is only the path via charging/discharging voltage circuit PC.

その後、充放電電圧変換回路PCによる直流電力ライン電流ゼロ制御を開始させる(ステップC9)。この電流ゼロ制御は、通流率を調整することで、直流電力ラインに流れる電流Ipをゼロ電流とする制御である。詳細には、電流センサCT1の検知電流I1は内部結線用端子TW1から内部結線用端子TW2に向かう電流であり、電流センサCT2の検知電流I2は内部結線用端子TW3から接続端子部TC2に向かう電流であることから、検知電流I1,I2の合計電流は、接続端子部TC1から内部結線用端子TW1に向かう電流であり、電気車が停車していて主回路には電力消費や回生電力の発生が生じていないことを踏まえると、直流電力ラインに流れる電流Ipに相当する。つまり、電流ゼロ制御は、一次側の放電電流を徐々に増加させて、電流センサCT1,CT2それぞれの検知電流I1,I2の合計電流Ipをゼロ電流とするような制御である。また、この電流ゼロ制御は、充放電電圧変換回路PCの一次側の電流(放電電流)が補機回路XMCの消費電流に相当する状態とするような電流センサCT1,CT2の検知電流I1,I2にもとづく相当電流制御に従って、充放電電圧変換回路PCの二次側に供給される蓄電部BTUの蓄電電力を一次側(一方側)に放電させる放電電圧変換動作に相当する。 Thereafter, DC power line current zero control is started by the charge/discharge voltage conversion circuit PC (step C9). This zero current control is a control that makes the current Ip flowing through the DC power line zero current by adjusting the duty ratio. Specifically, the detected current I1 of the current sensor CT1 is a current directed from the internal connection terminal TW1 to the internal connection terminal TW2, and the detected current I2 of the current sensor CT2 is a current directed from the internal connection terminal TW3 to the connection terminal portion TC2. Therefore, the total current of the detection currents I1 and I2 is the current flowing from the connection terminal portion TC1 to the internal wiring terminal TW1, and when the electric car is stopped, there is no power consumption or regenerative power in the main circuit. Considering that it does not occur, it corresponds to the current Ip flowing in the DC power line. In other words, the zero current control is a control that gradually increases the discharge current on the primary side to bring the total current Ip of the detected currents I1 and I2 of the current sensors CT1 and CT2 to zero current. In addition, this current zero control is performed such that the current (discharge current) on the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC corresponds to the current consumption of the auxiliary circuit XMC. corresponds to the discharge voltage conversion operation of discharging the power stored in the power storage unit BTU supplied to the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC to the primary side (one side) in accordance with equivalent current control based on the above.

直流電力ラインに流れる電流Ipがゼロ電流となったことを検出すると、パンタグラフPTを非集電状態に遷移させるべく下降させる(ステップC11)。直流電力ラインに流れる電流Ipがゼロ電流のため、パンタグラフPTの下降に伴うアークは生じない。電流Ipがゼロ電流となった時点で、直流電力ラインへの供給電力が、パンタグラフPTからの架線電力から、充放電電圧変換回路PCを介した蓄電部BTUの放電電力にほぼ切り替わったことになる。続いて、充放電電圧変換回路PCの一次側の通流率を「1(全開)」に変更する(ステップC13)。これにより、充放電電圧変換回路PCの中間コンデンサ電圧VDCHが蓄電電圧Vbatに収束する。 When it is detected that the current Ip flowing through the DC power line has become zero current, the pantograph PT is lowered to transition to the non-collecting state (step C11). Since the current Ip flowing through the DC power line is zero current, no arc is generated as the pantograph PT descends. When the current Ip becomes zero current, the power supplied to the DC power line is almost switched from the overhead wire power from the pantograph PT to the discharged power of the power storage unit BTU via the charging/discharging voltage conversion circuit PC. . Subsequently, the duty ratio of the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is changed to "1 (fully open)" (step C13). As a result, the intermediate capacitor voltage VDCH of the charge/discharge voltage conversion circuit PC converges to the storage voltage Vbat.

次いで、第1開閉装置SW1を投入する(ステップC15)。第1開閉装置SW1を投入することで、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路が、充放電電圧変換回路PCを経由する経路と、第1開閉装置SW1を経由する経路との並列した2つの経路となる。2つの電力経路それぞれからの供給電圧は、何れも蓄電電圧Vbatである。そして、充放電電圧変換回路PCの動作を停止する(ステップC17)。これにより、蓄電部BTUから直流電力ラインへの電力経路が、第1開閉装置SW1を経由する経路のみとなる。つまり、蓄電部BTUの放電電力(蓄電電圧Vbat)は、第1開閉装置SW1のみを介して直流電力ラインに供給されることになる。更に、充放電電圧変換回路PCの回路構成上、動作停止により充放電電圧変換回路PCを経由した通流は抑止された状態となるため、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3は原理的には開放/投入の何れでも同じ状態にあるが、フェールセーフの観点から、第2開閉装置SW2を開放しても良い(ステップC19)。 Next, the first opening/closing device SW1 is turned on (step C15). By turning on the first switchgear SW1, the power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line becomes parallel to the path via the charge/discharge voltage conversion circuit PC and the path via the first switchgear SW1. There are two routes. The supply voltage from each of the two power paths is the storage voltage Vbat. Then, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step C17). As a result, the power path from the power storage unit BTU to the DC power line is only the path via the first switchgear SW1. That is, the discharged power (storage voltage Vbat) of the power storage unit BTU is supplied to the DC power line only via the first switching device SW1. Furthermore, due to the circuit configuration of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, when the operation is stopped, the current through the charge/discharge voltage conversion circuit PC is suppressed. However, from the viewpoint of fail-safe, the second switching device SW2 may be opened (step C19).

その後、乗務員による運転台にある主幹制御器のノッチが扱われることにより主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bが出力されることによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップC21)。これにより、仮に主開閉装置SWA,SWBが開放された状態であった場合にも投入される。その結果、蓄電部BTUと、A系回路およびB系回路との電力経路が開通して、蓄電部BTUの放電電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 After that, the notch of the master controller in the driver's cab is operated by the crew to output the opening/closing instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB, or the control unit CTR sends the main switching devices SWA and SWB to the main switching devices SWA and SWB. By outputting the switching instruction signals A and B, the main switching devices SWA and SWB are turned on (step C21). As a result, even if the main switching devices SWA and SWB are in the open state, they are turned on. As a result, power paths between power storage unit BTU and the A-system and B-system circuits are opened, and the discharged power of power storage unit BTU is supplied to main conversion circuits TCA and TCB, enabling main motor M to be driven. .

最終的な蓄電池モードは、充放電電圧変換回路PCを経由しない電力経路を介して蓄電部BTUの蓄電電力を主変換回路TCA,TCB及び補機回路XMCに供給する形態となるが、架線ハイブリッドモードから蓄電池モードへ切り替える過程においては、補機回路XMCの動作を継続させるために、充放電電圧変換回路PCを経由する電力経路を介して蓄電部BTUの蓄電電力を補機回路XMCに供給する形態とすることができる。架線ハイブリッドモードと蓄電池モードとの切り替えは、停車時あるいは惰行時に行われるため、切り替えの過程では主電動機Mに駆動電力を供給する必要はない。したがって、充放電電圧変換回路PCを、主電動機Mの駆動電力に対応する容量とする必要が無く、補機回路XMCの動作電力に対応する容量で済むため、その分の小型化を実現できる。 In the final storage battery mode, the power stored in the power storage unit BTU is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB and the auxiliary circuit XMC through a power path that does not pass through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. to the storage battery mode, in order to continue the operation of the auxiliary circuit XMC, the power stored in the power storage unit BTU is supplied to the auxiliary circuit XMC through the power path passing through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. can be Since switching between the overhead wire hybrid mode and the storage battery mode is performed when the vehicle is stopped or when coasting, it is not necessary to supply drive power to the main motor M during the switching process. Therefore, the charging/discharging voltage conversion circuit PC does not need to have a capacity corresponding to the driving power of the main motor M, and can be reduced in size by the capacity corresponding to the operating power of the auxiliary circuit XMC.

1.3.4 蓄電池モードから架線ハイブリッドモードへの切り替え
図12は、蓄電池モードから架線ハイブリッドモードへの切り替え制御手順を説明するフローチャートである。蓄電池モードから架線ハイブリッドモードへの切り替えは、架線ハイブリッドモードから蓄電池モードへの切り替えと同様に、電気車の停車時又は惰行時に行うことが可能であるが、以下では停車時に行うこととして説明する。
1.3.4 Switching from storage battery mode to overhead line hybrid mode Fig. 12 is a flowchart for explaining a switching control procedure from the storage battery mode to the overhead line hybrid mode. Switching from the storage battery mode to the catenary hybrid mode can be performed when the electric car is stopped or coasting, as in switching from the catenary hybrid mode to the storage battery mode.

蓄電池モードでは、第2開閉装置SW2が開放され、第1開閉装置SW1が投入された状態にある(ステップD1)。また、電気車は停車しており、主開閉装置SWA,SWBが開放されて主回路は動作を停止しているが、補機回路XMCは、蓄電部BTUの蓄電電力が供給されて動作可能又は動作中となっている。 In the storage battery mode, the second switching device SW2 is opened and the first switching device SW1 is closed (step D1). In addition, the electric car is stopped, the main switching devices SWA and SWB are opened, and the main circuit stops operating. It is in operation.

制御部CTRは、架線ハイブリッドモードへの切り替えトリガを検知すると、先ず、第2開閉装置SW2を投入する(ステップD3)。架線ハイブリッドモードへの切り替えトリガとしては、運転台に設けたモード選択スイッチの操作による手動トリガとしても良いし、予め定められた架線ハイブリッドモードに切り替える地点に電気車が到達したことを検知する地点検知による自動トリガとしても良い。第2開閉装置SW2を投入することで、蓄電部BTUから充放電電圧変換回路PCの一次側までの電力経路が開通する。次に、第3開閉装置SW3が投入状態にある場合はそれを維持する。第3開閉装置SW3が投入状態でなければ投入する(ステップD5)。 When the control unit CTR detects a trigger for switching to the overhead line hybrid mode, first, the second switchgear SW2 is turned on (step D3). The trigger for switching to the overhead wire hybrid mode may be a manual trigger by operating a mode selection switch provided on the cab, or a point detection that detects that the electric car has reached a predetermined point for switching to the overhead wire hybrid mode. It is good also as an automatic trigger by. By turning on the second switching device SW2, the power path from the power storage unit BTU to the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is opened. Next, if the third switchgear SW3 is in the closing state, it is maintained. If the third switching device SW3 is not closed, it is closed (step D5).

続いて、充放電電圧変換回路PCに放電電圧変換動作を開始させて一次側の通流率を「1(全開)」に変更して(ステップD7)、二次側に供給される蓄電部BTUの蓄電電力を一次側(一方側)に放電させる。これにより、蓄電部BTUと直流電力ラインとの電力経路が、第1開閉装置SWを経由する経路と、充放電電圧変換回路PCを経由する経路との並列した2つの経路となる。 Subsequently, the charge/discharge voltage conversion circuit PC is caused to start the discharge voltage conversion operation to change the duty ratio of the primary side to "1 (fully open)" (step D7), and the power storage unit BTU supplied to the secondary side is discharged to the primary side (one side). As a result, the power path between the power storage unit BTU and the DC power line becomes two parallel paths, one passing through the first switchgear SW and the other passing through the charge/discharge voltage conversion circuit PC.

続いて、制御部CTRは第1開閉装置SW1を開放する(ステップD9)。第1開閉装置SW1を開放することで、蓄電部BTUの放電電力の供給経路が、充放電電圧変換回路PCを経由する経路のみとなる。次いで、充放電電圧変換回路PCの二次側の昇圧動作を開始させる(ステップD11)。そして、一次側電圧VDC1および中間コンデンサ電圧VDCHが架線電圧Vpの公称値より高い所定値(例えば、650V)まで上昇したならば、充放電電圧変換回路PCによる直流電力ライン電流ゼロ制御を開始させる(ステップD13)。この電流ゼロ制御は、通流率を制御することで、一次側の放電電流を徐々に増加させて、直流電力ラインに流れる電流、つまり、電流センサCT1,CT2の検知電流I1,I2の合計電流をゼロ電流とする制御である。 Subsequently, the controller CTR opens the first switchgear SW1 (step D9). By opening the first switchgear SW1, the supply path of the discharged power from the power storage unit BTU becomes only the path via the charge/discharge voltage conversion circuit PC. Next, the boost operation on the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is started (step D11). Then, when the primary side voltage VDC1 and the intermediate capacitor voltage VDCH rise to a predetermined value (for example, 650 V) higher than the nominal value of the overhead line voltage Vp, DC power line current zero control by the charge/discharge voltage conversion circuit PC is started ( Step D13). This current zero control gradually increases the discharge current on the primary side by controlling the duty ratio, and the current flowing in the DC power line, that is, the total current of the currents I1 and I2 detected by the current sensors CT1 and CT2. is zero current control.

そして、パンタグラフPTを集電状態へ遷移させるべく上昇させる(ステップD15)。なお、パンタグラフPTを集電状態へ遷移させた直後は、架線電圧Vpの公称値と実際の値とが多少は異なることから、ダイオードD1による架線側への流出防止機能により、直流電力ラインへの架線電流の過渡的な流入のみが発生する場合があるが、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1が架線電圧Vpの公称値より高くなっていることから流入電流の値を低く抑えつつ、充放電電圧変換回路PCの一次側の直流電力ライン電流ゼロ制御によって、補機回路XMCへの供給電圧を実際の架線電圧Vpに収束させることができる。補機回路XMCへの供給電圧が架線電圧Vpに収束したと判断すると、充放電電圧変換回路PCの電流ゼロ制御を停止させる(ステップD17)。これにより、直流電力ラインへの供給電力が、全て架線電力に切り替わる。 Then, the pantograph PT is raised to transition to the current collecting state (step D15). Immediately after the pantograph PT transitions to the current collecting state, the nominal value of the overhead wire voltage Vp differs slightly from the actual value. Although only a transient inflow of overhead wire current may occur, since the primary side voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is higher than the nominal value of the overhead wire voltage Vp, the value of the inflow current is kept low. By the DC power line current zero control on the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, the supply voltage to the auxiliary equipment circuit XMC can be converged to the actual overhead wire voltage Vp. When it is determined that the supply voltage to the auxiliary equipment circuit XMC has converged to the overhead wire voltage Vp, the current zero control of the charging/discharging voltage conversion circuit PC is stopped (step D17). As a result, all the power supplied to the DC power line is switched to overhead line power.

続いて、制御部CTRは、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1と、蓄電電圧Vbatとを比較する。一次側電圧は、実際の架線電圧Vpに相当する。一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbat以上であるならば(ステップD19:YES)、短絡開閉装置SWSを投入する(ステップD21)。次いで、充放電電圧変換回路PCの二次側の充電動作を開始させる(ステップD23)。この充電動作は、二次側の第2昇降圧回路の通流率を調整することで、二次側の電流(充電電流)を制御する動作である。一次側電圧VDC1(実際の架線電圧Vpに相当)より二次側電圧VDC2(蓄電電圧Vbatに相当)のほうが低いので、充放電電圧変換回路PCの通流方向は一次側から二次側に向かう方向(充電方向)となる。また、この充電動作は、充放電電圧変換回路PCの一次側(一方側)に供給される直流電力ラインからの電力を二次側(他方側)に変換して出力させる充電電圧変換動作である。そして、充電動作によって蓄電電圧Vbatが一次側電圧VDC1(実際の架線電圧Vpに相当)まで上昇すると、充放電電圧変換回路PCの動作を停止させる(ステップD25)。次いで、短絡開閉装置SWSを開放する(ステップD27)。そして、第1開閉装置SW1を再投入する(ステップD29)。 Subsequently, the control unit CTR compares the primary voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC with the storage voltage Vbat. The primary side voltage corresponds to the actual overhead line voltage Vp. If the primary-side voltage VDC1 is equal to or higher than the stored voltage Vbat (step D19: YES), the short-circuit switching device SWS is turned on (step D21). Next, the charge operation on the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is started (step D23). This charging operation is an operation of controlling the current (charging current) on the secondary side by adjusting the duty ratio of the second buck-boost circuit on the secondary side. Since the secondary voltage VDC2 (corresponding to the storage voltage Vbat) is lower than the primary voltage VDC1 (corresponding to the actual overhead line voltage Vp), the current flow direction of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is from the primary side to the secondary side. direction (charging direction). This charging operation is a charging voltage conversion operation in which the power from the DC power line supplied to the primary side (one side) of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is converted to the secondary side (the other side) and output. . When the charging operation causes the stored voltage Vbat to rise to the primary voltage VDC1 (corresponding to the actual overhead line voltage Vp), the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step D25). Next, the short-circuit switching device SWS is opened (step D27). Then, the first switching device SW1 is turned on again (step D29).

一方、一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbat未満ならば(ステップD19:NO)、制御部CTRは第1開閉装置SW1を再投入する(ステップD31)。そして、充放電電圧変換回路PCの二次側の動作を停止させる(ステップD33)。 On the other hand, if the primary voltage VDC1 is less than the storage voltage Vbat (step D19: NO), the control unit CTR turns on the first switching device SW1 again (step D31). Then, the operation of the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step D33).

更に、充放電電圧変換回路PCの回路構成上、動作停止により充放電電圧変換回路PCを経由した通流は抑止された状態となるため、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3は原理的には開放/投入の何れでも同じ状態にあるが、フェールセーフの観点から、第2開閉装置SW2を開放しても良い(ステップD35)。 Furthermore, due to the circuit configuration of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, when the operation is stopped, the current through the charge/discharge voltage conversion circuit PC is suppressed. However, from the viewpoint of fail-safe, the second switching device SW2 may be opened (step D35).

このように充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1と蓄電電圧Vbatとの大小に応じた制御を行うと、続いて、乗務員により運転台にある主幹制御器のノッチが扱われることにより主変換回路TCA,TCBの制御部から主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bが出力されることによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップD37)。これにより、A系回路およびB系回路が直流電力ラインに接続され、パンタグラフPTによる架線電力および蓄電部BTUからの蓄電電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 When control is performed according to the magnitudes of the primary voltage VDC1 and the storage voltage Vbat in the charge/discharge voltage conversion circuit PC in this way, the main conversion is performed by the crew operating the notch of the master controller in the driver's cab. The switching instruction signals A and B are output from the control units of the circuits TCA and TCB to the main switching devices SWA and SWB, or the control section CTR outputs the switching instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB. Then, the main switching devices SWA and SWB are turned on (step D37). As a result, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line, and the overhead wire power from the pantograph PT and the stored power from the power storage unit BTU are supplied to the main converter circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven. Become.

なお、蓄電電圧Vbatが充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1より低い場合には、充放電電圧変換回路PCによる蓄電部BTUの充電を継続したまま、電気車の走行を開始することができる。すなわち、充放電電圧変換回路の二次側の充電動作を開始させた後(ステップD23)、蓄電電圧Vbatが一次側電圧VDC1まで上昇するのを待たずに、ステップD25~D29をスキップして、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップD35)。この場合、直流電力ラインから充放電電圧変換回路PCを経由する電力経路で蓄電部BTUを充電することから、P形蓄電池BT1およびE形蓄電池BT2の両方を充電することができる。また、回生電力は、ステップD21で投入されている短絡開閉装置SWSを経由して架線に戻される。 When the storage voltage Vbat is lower than the primary voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, the electric vehicle can start running while the charge/discharge voltage conversion circuit PC continues to charge the power storage unit BTU. . That is, after starting the charging operation on the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit (step D23), without waiting for the storage voltage Vbat to rise to the primary side voltage VDC1, skip steps D25 to D29, The main switching devices SWA and SWB are turned on (step D35). In this case, since power storage unit BTU is charged through the power path from the DC power line to charge/discharge voltage conversion circuit PC, both P-type storage battery BT1 and E-type storage battery BT2 can be charged. Further, the regenerated electric power is returned to the overhead line via the short-circuiting switch SWS that has been turned on in step D21.

そして、電気車の走行中に、充電によって蓄電電圧Vbatが架線電圧Vpより高い所定値まで上昇すると、制御部CTRは、スキップしたステップD25~D29、つまり、充放電電圧変換回路PCの動作の停止(ステップD25)、短絡開閉装置SWSの開放(ステップD27)、第1開閉装置SW1の再投入(ステップD29)、を順に実行する。これにより、架線ハイブリッドモードとなり、蓄電部BTUは浮動充電状態となる。 Then, when the storage voltage Vbat rises to a predetermined value higher than the overhead wire voltage Vp due to charging while the electric train is running, the control unit CTR stops the skipped steps D25 to D29, that is, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC. (Step D25), opening of the short-circuit switching device SWS (Step D27), and re-closing of the first switching device SW1 (Step D29) are executed in this order. As a result, the overhead line hybrid mode is entered, and the power storage unit BTU is brought into the floating charging state.

最終的な架線ハイブリッドモードは、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路は充放電電圧変換回路PCを経由しない経路となるが、蓄電池モードから架線ハイブリッドモードへ切り替える過程においては、補機回路XMCの動作を継続させるために、充放電電圧変換回路PCを経由する電力経路を介して蓄電部BTUの蓄電電力を補機回路XMCに供給する形態とすることができる。蓄電池モードと架線ハイブリッドモードとの切り替えは、停車時あるいは惰行時に行われるため、切り替えの過程では主電動機Mに駆動電力を供給する必要はない。したがって、充放電電圧変換回路PCを、主電動機Mの駆動電力に対応する容量とする必要が無く、補機回路XMCの動作電力に対応する容量で済むため、その分の小型化を実現できる。 In the final overhead line hybrid mode, the power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line does not pass through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. In order to continue the operation of XMC, the power stored in the power storage unit BTU may be supplied to the accessory circuit XMC via a power path passing through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. Since switching between the storage battery mode and the overhead wire hybrid mode is performed when the vehicle is stopped or coasting, it is not necessary to supply drive power to the main electric motor M during the switching process. Therefore, the charging/discharging voltage conversion circuit PC does not need to have a capacity corresponding to the driving power of the main motor M, and can be reduced in size by the capacity corresponding to the operating power of the auxiliary circuit XMC.

1.3.5 架線ハイブリッドモードでシステム停止
図13は、架線ハイブリッドモードで電源システムPS1を停止する際の制御手順を説明するフローチャートである。電源システムPS1の停止は、電気車の停車時に行われる。架線ハイブリッドモードでは、第1開閉装置SW1、および第3開閉装置SW3が投入されている。第2開閉装置SW2は、蓄電部BTUのE形蓄電池BT2を充電中ならば投入され、そうでないならば開放されている(ステップE1)。
1.3.5 System Stop in Catenary Hybrid Mode FIG. 13 is a flowchart for explaining the control procedure when stopping the power supply system PS1 in the catenary hybrid mode. Power supply system PS1 is stopped when the electric train is stopped. In the overhead line hybrid mode, the first switchgear SW1 and the third switchgear SW3 are closed. The second switchgear SW2 is closed if the E-type storage battery BT2 of the power storage unit BTU is being charged, otherwise it is opened (step E1).

先ず、乗務員により運転台の前進後進スイッチが中立位置に操作されることにより主変換回路TCA,TCBの制御部が主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することで、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBが開閉指示信号A,Bを出力することで、主開閉装置SWA,SWBを開放する(ステップE3)。次に、運転台のパンタグラフPTの下降スイッチが扱われることにより主変換回路TCA,TCBの制御部が主開閉装置SMWに開閉指示信号Nを出力することによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SMWに開閉指示信号Nを出力することによって、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3を開放する(ステップE5)。次いで、第1開閉装置SW1を開放する(ステップE7)。これにより、直流電力ラインへのパンタグラフPTからの架線電力の供給が遮断されて、補機類の動作が停止する。 First, when the driver operates the forward/reverse switch on the cab to the neutral position, the controllers of the main conversion circuits TCA and TCB output opening/closing instruction signals A and B to the main opening/closing devices SWA and SWB. The part CTR outputs the opening/closing instruction signals A and B from the main switching devices SWA and SWB, thereby opening the main switching devices SWA and SWB (step E3). Next, by operating the lowering switch of the pantograph PT on the cab, the control units of the main conversion circuits TCA and TCB output the opening/closing instruction signal N to the main switching device SMW, or the control unit CTR operates the main switching device SMW. , the second switching device SW2 and the third switching device SW3 are opened (step E5). Next, the first opening/closing device SW1 is opened (step E7). As a result, the supply of overhead wire power from the pantograph PT to the DC power line is interrupted, and the operation of the accessories is stopped.

その後、主変換回路TCA,TCBの制御部から、または制御部CRTからのパンタグラフPTの状態遷移指示信号Pにより、制御部CTRは、主開閉装置SWMを開放した後(ステップE9)、パンタグラフPTを非集電状態へ遷移させるべく下降させる(ステップE11)。これにより、全ての開閉装置が開放状態となり、電源システムPS1が停止する。 After that, the controller CTR opens the main switchgear SWM (step E9) in accordance with the state transition instruction signal P of the pantograph PT from the controllers of the main conversion circuits TCA and TCB or from the controller CRT, and then opens the pantograph PT. It is lowered to make a transition to the non-collecting state (step E11). As a result, all the switchgears are opened and the power supply system PS1 is stopped.

1.3.6 蓄電池モードでシステム停止
図14は、蓄電池モードで電源システムPS1を停止する際の制御手順を説明するフローチャートである。電源システムPS1の停止は、電気車の停車時に行われる。蓄電池モードでは、第1開閉装置SW1が投入され、第2開閉装置SW2が開放されている。第3開閉装置SW3は、起動以降にモードの切り替えまたは充放電電圧変換回路PCを経由したE形蓄電池BT2の充電がなされている場合には投入され、そうでないならば開放されている(ステップF1)。
1.3.6 System Shutdown in Storage Battery Mode FIG. 14 is a flowchart for explaining the control procedure when stopping the power supply system PS1 in the storage battery mode. Power supply system PS1 is stopped when the electric train is stopped. In the storage battery mode, the first switchgear SW1 is closed and the second switchgear SW2 is opened. The third switchgear SW3 is closed if the mode has been switched or the E-type storage battery BT2 has been charged via the charge/discharge voltage conversion circuit PC after startup, and if not, the third switchgear SW3 is opened (step F1 ).

先ず、例えば運転台の蓄電池投入スイッチの手動オフにより、制御部CTRは第3開閉装置SW3を開放する(ステップF3)。続いて、第1開閉装置SW1を開放する(ステップF5)。これにより、直流電力ラインへの蓄電部BTUの蓄電電力の供給が遮断されて、補機類の動作が停止する。その後、主開閉装置SWMを開放する(ステップF7)。これにより、全ての開閉装置が開放状態となり、電源システムPS1が停止する。 First, the controller CTR opens the third opening/closing device SW3 by, for example, manually turning off the battery switch on the driver's cab (step F3). Subsequently, the first opening/closing device SW1 is opened (step F5). As a result, the supply of the power stored in the power storage unit BTU to the DC power line is interrupted, and the operation of the accessories is stopped. After that, the main switching device SWM is opened (step F7). As a result, all the switchgears are opened and the power supply system PS1 is stopped.

1.3.7 純架線モードで起動
図15は、停止している電源システムPS1を純架線モードで起動する際の制御手順を説明するフローチャートである。電源システムPS1が停止しているので電気車は停車しており、原則、主開閉装置SWM,SWA,SWB、第1~第3開閉装置SW1,SW2,SW3の各開閉装置は全て開放状態となっており、主変換回路TCA,TCB、補機回路XMC、充放電電圧変換回路PCの各回路も全て動作を停止している。
1.3.7 Startup in Pure Catenary Mode FIG. 15 is a flow chart for explaining the control procedure when starting the stopped power supply system PS1 in pure catenary mode. Since the power supply system PS1 is stopped, the electric car is stopped, and in principle, the main switching devices SWM, SWA, SWB and the first to third switching devices SW1, SW2, SW3 are all in the open state. The main conversion circuits TCA and TCB, the auxiliary circuit XMC, and the charge/discharge voltage conversion circuit PC all stop operating.

運転台のパンタグラフPTの上昇スイッチが扱われることによりパンタグラフPTに状態遷移指示信号Pが出力されて、または制御部CTRがパンタグラフPTに状態遷移指示信号Pを出力することによって、パンタグラフPTを集電状態へ遷移させるべく上昇させる(ステップG1)。次に、制御部CTRは、パンタグラフPTが上昇状態にあることを検知して、短絡開閉装置SWSを投入する(ステップG3)。 A state transition instruction signal P is output to the pantograph PT by operating the up switch of the pantograph PT on the cab, or the control unit CTR outputs the state transition instruction signal P to the pantograph PT, so that the pantograph PT is current-collected. It is raised to make a transition to the state (step G1). Next, the controller CTR detects that the pantograph PT is in the raised state, and turns on the short-circuit switching device SWS (step G3).

そして、運転台の前進後進スイッチが扱われることで主変換回路TCA,TCBの制御部が主開閉装置SWMに開閉指示信号Nを出力することにより、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWMに開閉指示信号Nを出力することにより、主開閉装置SWMを投入する(ステップG5)。主開閉装置SWMが投入されることで、パンタグラフPTによる架線電力(架線電圧Vp)が直流電力ラインに供給され、補機類が動作を開始することができる。 Then, the control unit of the main conversion circuits TCA and TCB outputs the opening/closing instruction signal N to the main switching device SWM by operating the forward/backward switch of the cab, or the control unit CTR instructs the main switching device SWM to open/close. By outputting the signal N, the main switchgear SWM is closed (step G5). When the main switchgear SWM is turned on, overhead wire power (overhead wire voltage Vp) from the pantograph PT is supplied to the DC power line, and the accessories can start operating.

その後、乗務員により運転台に設けられた主幹制御器のノッチが扱われたことで主変換回路TCA,TCBの制御部が主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することにより、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することにより、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップG7)。これにより、A系回路およびB系回路が直流電力ラインに接続され、パンタグラフPTによる架線電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 After that, when the notch of the master controller provided in the cab is operated by the crew, the controllers of the main converter circuits TCA and TCB output the switching instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB, Alternatively, the main switching devices SWA, SWB are turned on by the controller CTR outputting the switching instruction signals A, B to the main switching devices SWA, SWB (step G7). As a result, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line, and overhead wire power from the pantograph PT is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven.

そして、電気車の走行中に充電開始のトリガを検知すると(ステップG9)、制御部CTRは第2開閉装置SW2を投入する(ステップG11)。第2開閉装置SW2を投入することで、直流電力ラインと充放電電圧変換回路PCの一次側とを結ぶ電力経路が開通し、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1が架線電圧Vpとなる。充電開始のトリガとしては、蓄電部BTUの蓄電電圧Vbatを所定の蓄電開始閾値と比較することによる検知や、充電残量SOCを所定の蓄電開始閾値と比較することによる検知、あるいは電気車が充電を開始する地点として予め定められた地点に到達したことを検知したり、電気車が充電を開始する時刻として予め定められた時刻に達したことを検知するといった充電を開始させることを示す検知をトリガとすることが考えられる。 Then, when a trigger for starting charging is detected while the electric vehicle is running (step G9), the control unit CTR turns on the second opening/closing device SW2 (step G11). By turning on the second switchgear SW2, the power path connecting the DC power line and the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is opened, and the primary side voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC becomes the overhead wire voltage Vp. . The trigger to start charging is detection by comparing the storage voltage Vbat of the power storage unit BTU with a predetermined storage start threshold, detection by comparing the remaining charge SOC with a predetermined storage start threshold, or detection by an electric vehicle charging. Detecting that the electric car has reached a predetermined point as the point to start charging, or detecting that the electric car has reached a predetermined time as the time to start charging. It can be considered as a trigger.

次いで、第3開閉装置SW3を投入する(ステップG13)。第3開閉装置SW3を投入することで、充放電電圧変換回路PCの二次側と蓄電部BTUとを結ぶ電力経路が開通し、充放電電圧変換回路PCの二次側の電力(蓄電電圧Vbat)が蓄電部BTUに供給されて蓄電部BTUの充電が開始される。以降は、充放電電圧変換回路PCの通流率を調整することで、蓄電部BTUの充電電流である二次側の電流の制御(充電動作)を行うことができる(ステップG15)。 Next, the third switching device SW3 is turned on (step G13). By turning on the third switching device SW3, the power path connecting the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC and the power storage unit BTU is opened, and the power on the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC (storage voltage Vbat ) is supplied to power storage unit BTU, and charging of power storage unit BTU is started. After that, by adjusting the duty ratio of the charging/discharging voltage conversion circuit PC, it is possible to control the current on the secondary side, which is the charging current of the power storage unit BTU (charging operation) (step G15).

その後、充電完了のトリガを検知すると(ステップG17)、充放電電圧変換回路PCの動作を停止させる(ステップG19)。そして、第2開閉装置SW2を開放する(ステップG21)。充電完了のトリガは、蓄電部BTUの蓄電電圧Vbatを所定の充電完了閾値と比較することによる検知や、充電残量SOCを所定の充電完了閾値と比較することによる検知、あるいは電気車が充電を完了する地点として予め定められた地点に到達したことを検知したり、電気車が充電を完了する時刻として予め定められた時刻に達したことを検知するといった充電を完了させることを示す検知をトリガとすることが考えられる。 After that, when the charge completion trigger is detected (step G17), the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step G19). Then, the second opening/closing device SW2 is opened (step G21). The trigger for completion of charging is detection by comparing the storage voltage Vbat of the power storage unit BTU with a predetermined charging completion threshold, detection by comparing the remaining charge SOC with a predetermined charging completion threshold, or detection by the electric vehicle charging. Triggering the detection indicating completion of charging, such as reaching a predetermined point as a point to complete charging or detecting that an electric vehicle reaches a predetermined time as a time to complete charging. It is conceivable that

1.3.8 純架線モードから蓄電池モードへの切り替え
図16は、純架線モードから蓄電池モードへ切り替える際の制御手順を説明するフローチャートである。純架線モードから蓄電池モードへの切り替えは、電気車の停車時又は惰行時に行うことが可能であるが、以下では停車時に行うこととして説明する。
1.3.8 Switching from Pure Catenary Mode to Storage Battery Mode FIG. 16 is a flowchart for explaining a control procedure when switching from pure catenary mode to storage battery mode. Switching from the pure overhead line mode to the storage battery mode can be performed when the electric train is stopped or when coasting.

純架線モードでは、第1開閉装置SW1および第2開閉装置SW2が開放されている。第3開閉装置SW3は、起動以降にモードの切り替えまたは充放電電圧変換回路PCを経由したE形蓄電池BT2の充電がなされている場合には投入され、そうでないならば開放されている(ステップH1)。また、電気車は停車しており、主開閉装置SWA,SWBが開放されて主回路は動作を停止しているが、補機回路XMCは、架線電力および蓄電部BTUの蓄電電力が供給されて動作可能又は動作中となっている。 In the pure overhead line mode, the first switchgear SW1 and the second switchgear SW2 are opened. The third switchgear SW3 is closed if the mode has been switched or the E-type storage battery BT2 has been charged via the charge/discharge voltage conversion circuit PC after startup, and if not, it is opened (step H1). ). In addition, the electric car is stopped, the main switching devices SWA and SWB are opened, and the main circuit stops operating. It is operable or in operation.

制御部CTRは、蓄電池モードへの切り替えトリガを検知すると、先ず、第2開閉装置SW2を投入する(ステップH3)。第2開閉装置SW2が投入されることにより、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1が架線電圧Vpとなる。蓄電池モードへの切り替えトリガとしては、運転台に設けたモード選択スイッチの操作による手動トリガとしても良いし、地点検知による自動トリガとしても良い。 When the control unit CTR detects the trigger for switching to the storage battery mode, first, the second opening/closing device SW2 is closed (step H3). By turning on the second switchgear SW2, the primary side voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC becomes the overhead wire voltage Vp. The trigger for switching to the storage battery mode may be a manual trigger by operating a mode selection switch provided on the driver's cab, or may be an automatic trigger by location detection.

次いで、充放電電圧変換回路PCに直流電力ライン電流ゼロ制御を開始させる(ステップH5)。この電流ゼロ制御は、通流率を調整することで、一次側の電流(放電電流)を徐々に増加させることで、直流電力ラインに流れる電流Ipをゼロ電流とする制御である。充放電電圧変換回路PCからの放電電流の増加に伴い、補機回路XMCへの供給電力のうちのパンタグラフPTからの架線電力の割合が減少することから、直流電力ラインの電流Ipが減少することになる。直流電力ラインの電流Ipは、電流センサCT1,CT2のそれぞれの検知電流I1,I2の合計電流である。 Next, the charge/discharge voltage conversion circuit PC is caused to start DC power line current zero control (step H5). This zero current control is a control in which the current Ip flowing in the DC power line is made zero current by gradually increasing the current (discharge current) on the primary side by adjusting the duty ratio. As the discharge current from the charging/discharging voltage conversion circuit PC increases, the proportion of overhead wire power from the pantograph PT in the power supplied to the auxiliary circuit XMC decreases, so that the current Ip in the DC power line decreases. become. The current Ip of the DC power line is the total current of the detected currents I1 and I2 of the current sensors CT1 and CT2, respectively.

制御部CTRは、直流電力ラインに流れる電流Ipがゼロ電流となったことを検出すると、パンタグラフPTを非集電状態に遷移させるべく下降させる(ステップH7)。電流Ipがゼロ電流となった時点で、直流電力ラインへの供給電力が、パンタグラフPTからの架線電力から、充放電電圧変換回路PCを介した蓄電部BTUの放電電力にほぼ切り替わったことになる。ゼロ電流のため、パンタグラフPTの下降に伴うアークは生じない。続いて、充放電電圧変換回路PCの一次側の第1昇降圧回路の通流率を「1(全開)」に変更する(ステップH9)。これにより、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1が、蓄電電圧Vbatとなる。 When the controller CTR detects that the current Ip flowing through the DC power line has become zero current, it lowers the pantograph PT to transition to the non-collecting state (step H7). When the current Ip becomes zero current, the power supplied to the DC power line is almost switched from the overhead wire power from the pantograph PT to the discharged power of the power storage unit BTU via the charging/discharging voltage conversion circuit PC. . Due to the zero current, no arcing occurs as the pantograph PT descends. Subsequently, the duty ratio of the first buck-boost circuit on the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is changed to "1 (fully open)" (step H9). As a result, the primary voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC becomes the stored voltage Vbat.

次いで、第1開閉装置SW1を投入する(ステップH11)。第1開閉装置SW1を投入することで、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路が、充放電電圧変換回路PCを経由する経路と、第1開閉装置SW1を経由する経路との並列した2つの経路となる。2つの電力経路それぞれからの供給電圧は、何れも蓄電電圧Vbatである。そして、充放電電圧変換回路PCの動作を停止する(ステップH13)。続いて、第2開閉装置SW2を開放する(ステップH15)。これにより、蓄電部BTUから直流電力ラインへの電力経路が、第1開閉装置SW1を経由する経路のみとなる。つまり、蓄電部BTUの放電電力(蓄電電圧Vbat)は、第1開閉装置SW1のみを介して直流電力ラインに供給されることになる。 Next, the first switchgear SW1 is turned on (step H11). By turning on the first switchgear SW1, the power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line becomes parallel to the path via the charge/discharge voltage conversion circuit PC and the path via the first switchgear SW1. There are two routes. The supply voltage from each of the two power paths is the storage voltage Vbat. Then, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step H13). Subsequently, the second opening/closing device SW2 is opened (step H15). As a result, the power path from the power storage unit BTU to the DC power line is only the path via the first switchgear SW1. That is, the discharged power (storage voltage Vbat) of the power storage unit BTU is supplied to the DC power line only via the first switching device SW1.

その後、乗務員により運転台に設けられた主幹制御器のノッチが扱われることで主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bが出力されることによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップH17)。これにより、仮に主開閉装置SWA,SWBが開放された状態であった場合にも投入される。その結果、蓄電部BTUと、A系回路およびB系回路との電力経路が開通して、蓄電部BTUの放電電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 After that, the notch of the master controller provided in the cab is operated by the crew to output the opening/closing instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB, or the control unit CTR controls the main switching devices SWA and SWB. By outputting the switching instruction signals A and B to SWB, the main switching devices SWA and SWB are turned on (step H17). As a result, even if the main switching devices SWA and SWB are in the open state, they are turned on. As a result, power paths between power storage unit BTU and the A-system and B-system circuits are opened, and the discharged power of power storage unit BTU is supplied to main conversion circuits TCA and TCB, enabling main motor M to be driven. .

1.3.9 蓄電池モードから純架線モードへの切り替え
図17は、蓄電池モードから純架線モードへ切り替える際の制御手順を説明するフローチャートである。蓄電池モードから純架線モードへの切り替えは、電気車の停車時又は惰行時に行うことが可能であるが、以下では停車時に行うこととして説明する。
1.3.9 Switching from Storage Battery Mode to Pure Catenary Mode FIG. 17 is a flowchart for explaining the control procedure when switching from the storage battery mode to the pure catenary mode. Switching from the storage battery mode to the pure overhead line mode can be performed when the electric train is stopped or coasting, but in the following description it is assumed that it is performed when the train is stopped.

蓄電池モードでは、第1開閉装置SW1が投入され、第2開閉装置SW2が開放された状態にある(ステップI1)。また、電気車は停車しており、主開閉装置SWA,SWBが開放されて主回路は動作を停止しているが、補機回路XMCは、蓄電部BTUの蓄電電力が供給されて動作可能又は動作中となっている。 In the storage battery mode, the first switchgear SW1 is closed and the second switchgear SW2 is opened (step I1). In addition, the electric car is stopped, the main switching devices SWA and SWB are opened, and the main circuit stops operating. It is in operation.

制御部CTRは、純架線モードへの切り替えトリガを検知すると、先ず、第2開閉装置SW2を投入する(ステップI3)。純架線モードへの切り替えトリガとしては、運転台に設けたモード選択スイッチの操作による手動トリガとしても良いし、電気車が純架線モードへ切り替える地点として予め定められた地点に到達したことを検知する地点検知による自動トリガとしても良い。第2開閉装置SW2を投入することで、蓄電部BTUから充放電電圧変換回路PCの一次側までの電力経路が開通し、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbatとなる。 When the control unit CTR detects the trigger for switching to the pure overhead line mode, first, the second switchgear SW2 is turned on (step I3). The trigger for switching to the pure catenary mode may be a manual trigger by operating a mode selection switch provided on the cab, or the arrival of the electric car at a predetermined point for switching to the pure catenary mode is detected. It may be automatically triggered by point detection. By turning on the second switching device SW2, the power path from the power storage unit BTU to the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is opened, and the primary side voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC becomes the storage voltage Vbat.

次に、第3開閉装置SW3が投入状態にあるならばそれを維持する。第3開閉装置SW3が投入状態でないならば投入する(ステップI5)。続いて、充放電電圧変換回路PCに放電電圧変換動作を開始させて一次側の通流率を「1(全開)」に変更する(ステップI7)。これにより、充放電電圧変換回路PCの二次側に供給される蓄電部BTUの蓄電電力が一次側(一方側)に放電されることになり、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路が、第1開閉装置SW1を経由する経路と、充放電電圧変換回路PCを経由する経路との並列した2つの経路となる。 Next, if the third switching device SW3 is in the closed state, it is maintained. If the third switching device SW3 is not closed, it is closed (step I5). Subsequently, the charge/discharge voltage conversion circuit PC is caused to start the discharge voltage conversion operation to change the duty ratio on the primary side to "1 (fully open)" (step I7). As a result, the power stored in the power storage unit BTU supplied to the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is discharged to the primary side (one side), and the power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line is discharged. are two parallel paths, one path via the first switchgear SW1 and the other path via the charge/discharge voltage conversion circuit PC.

次いで、制御部CTRは、第1開閉装置SW1を開放する(ステップI9)。第1開閉装置SW1を開放することで、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路が、充放電電圧変換回路PCを経由する経路のみとなる。続いて、充放電電圧変換回路PCの二次側の昇圧動作を開始させる(ステップI11)。そして、一次側電圧VDC1および中間コンデンサ電圧VDCHが架線電圧Vpの公称値より高い所定値(例えば、650V)まで上昇したならば、充放電電圧変換回路PCの一次側の直流電力ライン電流ゼロ制御を開始させる(ステップI13)。この電流ゼロ制御は、一次側の第1昇降圧回路の通流率を制御することで、一次側の放電電流を徐々に増加させて、直流電力ラインに流れる電流、つまり、電流センサCT1,CT2の検知電流I1,I2の合計電流をゼロ電流とする制御である。 Next, the controller CTR opens the first switchgear SW1 (step I9). By opening the first switchgear SW1, the power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line becomes only the path via the charge/discharge voltage conversion circuit PC. Subsequently, the boost operation on the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is started (step I11). Then, when the primary side voltage VDC1 and the intermediate capacitor voltage VDCH rise to a predetermined value (for example, 650 V) higher than the nominal value of the overhead line voltage Vp, the DC power line current zero control on the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is performed. start (step I13). This current zero control gradually increases the discharge current on the primary side by controlling the duty ratio of the first buck-boost circuit on the primary side, and the current flowing in the DC power line, that is, the current sensors CT1 and CT2. This control is such that the total current of the detected currents I1 and I2 is zero current.

そして、パンタグラフPTを集電状態へ遷移させるべく上昇させる(ステップI15)。なお、パンタグラフPTを集電状態へ遷移させた直後は、架線電圧Vpの公称値と実際の値とが多少は異なることから、ダイオードD1による架線側への流出防止機能により、直流電力ラインへの架線電流の過渡的な流入のみが発生する場合があるが、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1が架線電圧Vpの公称値より高くなっていること、および、充放電電圧変換回路PCの一次側の直流電力ライン電流ゼロ制御によって、補機回路XMCへの供給電圧を実際の架線電圧Vpに収束させることができる。 Then, the pantograph PT is raised to transition to the current collecting state (step I15). Immediately after the pantograph PT transitions to the current collecting state, the nominal value of the overhead wire voltage Vp differs slightly from the actual value. In some cases, only a transient inflow of overhead wire current occurs. The supply voltage to the auxiliary equipment circuit XMC can be converged to the actual overhead line voltage Vp by the primary side DC power line current zero control.

補機回路XMCへの供給電圧が架線電圧Vpに収束したと判断すると、充放電電圧変換回路PCの一次側の電流ゼロ制御を停止させる(ステップI17)。これにより、直流電力ラインへの供給電力が、全て架線電力に切り替わる。その後、主開閉装置SWSを投入する(ステップI19)。これにより、回生電力は、短絡開閉装置SWSおよび主開閉装置SWMを介して架線に戻される。 When it is determined that the supply voltage to the accessory circuit XMC has converged to the overhead line voltage Vp, the current zero control on the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step I17). As a result, all the power supplied to the DC power line is switched to overhead line power. After that, the main switching device SWS is turned on (step I19). As a result, the regenerated electric power is returned to the overhead line through the short-circuit switchgear SWS and the main switchgear SWM.

続いて、制御部CTRは、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1と、蓄電電圧Vbatとを比較する。一次側電圧は、実際の架線電圧Vpに相当する。一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbat以上であるならば(ステップI21:YES)、充放電電圧変換回路PCの二次側の充電動作を開始させる(ステップI23)。この充電動作は、二次側の第2昇降圧回路の通流率を調整することで、二次側の電流(充電電流)を制御する動作である。一次側電圧VDC1(実際の架線電圧Vpに相当)より二次側電圧VDC2(蓄電電圧Vbatに相当)のほうが低いので、充放電電圧変換回路PCの通流方向は一次側から二次側に向かう方向(充電方向)となる。また、この充電動作は、充放電電圧変換回路PCの一次側(一方側)に供給される直流電力ラインからの電力を二次側(他方側)に変換して出力させる充電電圧変換動作である。そして、充電動作によって蓄電電圧Vbatが一次側電圧VDC1(実際の架線電圧Vpに相当)まで上昇すると、充放電電圧変換回路PCの動作を停止させる(ステップI25)。 Subsequently, the control unit CTR compares the primary voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC with the storage voltage Vbat. The primary side voltage corresponds to the actual overhead line voltage Vp. If the primary side voltage VDC1 is equal to or higher than the storage voltage Vbat (step I21: YES), the charging operation on the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is started (step I23). This charging operation is an operation of controlling the current (charging current) on the secondary side by adjusting the duty ratio of the second buck-boost circuit on the secondary side. Since the secondary voltage VDC2 (corresponding to the storage voltage Vbat) is lower than the primary voltage VDC1 (corresponding to the actual overhead line voltage Vp), the current flow direction of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is from the primary side to the secondary side. direction (charging direction). This charging operation is a charging voltage conversion operation in which the power from the DC power line supplied to the primary side (one side) of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is converted to the secondary side (the other side) and output. . Then, when the storage voltage Vbat rises to the primary side voltage VDC1 (corresponding to the actual overhead wire voltage Vp) by the charging operation, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step I25).

一方、一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbat未満ならば(ステップI21:NO)、制御部CTRは、充放電電圧変換回路PCの二次側の動作を停止させる(ステップI25)。 On the other hand, if the primary voltage VDC1 is less than the storage voltage Vbat (step I21: NO), the control unit CTR stops the operation of the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC (step I25).

このように充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1と蓄電電圧Vbatとの大小に応じた制御を行った後、第1開閉装置SW1を開放する(ステップI27)。 After performing control according to the magnitude of the primary side voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC and the storage voltage Vbat in this manner, the first switchgear SW1 is opened (step I27).

その後、乗務員により運転台に設けられた主幹制御器のノッチが扱われることにより主変換回路TCA,TCBの制御部から主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bが出力されることによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、制御部CTRは主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップI29)。これにより、A系回路およびB系回路が直流電力ラインに接続され、パンタグラフPTからの架線電力および蓄電部BTUからの蓄電電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 After that, the notch of the master controller provided in the cab is operated by the crew to output switching instruction signals A and B from the control units of the main conversion circuits TCA and TCB to the main switching devices SWA and SWB. Alternatively, the control unit CTR outputs the switching instruction signals A, B to the main switching devices SWA, SWB, thereby turning on the main switching devices SWA, SWB (step I29). As a result, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line, and the overhead wire power from the pantograph PT and the stored power from the power storage unit BTU are supplied to the main converter circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven. becomes.

なお、蓄電電圧Vbatが充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1より低い場合には、充放電電圧変換回路PCによる蓄電部BTUの充電を継続したまま、電気車の走行を開始することができる。すなわち、充放電電圧変換回路の二次側の充電動作を開始させた後(ステップI23)、蓄電電圧Vbatが一次側電圧VDC1まで上昇するのを待たずに、ステップI25とI27をスキップして、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップI29)。この場合、直流電力ラインから充放電電圧変換回路PCを経由する電力経路で蓄電部BTUを充電することから、P形蓄電池BT1およびE形蓄電池BT2の両方を充電することができる。また、回生電力は、ステップI19で投入されている短絡開閉装置SWSを経由して架線に戻される。 When the storage voltage Vbat is lower than the primary voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, the electric vehicle can start running while the charge/discharge voltage conversion circuit PC continues to charge the power storage unit BTU. . That is, after starting the charging operation on the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit (step I23), steps I25 and I27 are skipped without waiting for the storage voltage Vbat to rise to the primary side voltage VDC1. The main switching devices SWA and SWB are turned on (step I29). In this case, since power storage unit BTU is charged through the power path from the DC power line to charge/discharge voltage conversion circuit PC, both P-type storage battery BT1 and E-type storage battery BT2 can be charged. Further, the regenerated electric power is returned to the overhead line via the short-circuiting switch SWS that has been turned on in step I19.

そして、電気車の走行中に、充電によって蓄電電圧Vbatが架線電圧Vpより高い所定値まで上昇すると、制御部CTRは、スキップしたステップI25とI27、つまり、充放電電圧変換回路PCの動作の停止(ステップI25)、第1開閉装置SW1の開放(ステップI27)を実行する。これにより、純架線モードとなり、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路が遮断される。 Then, when the storage voltage Vbat rises to a predetermined value higher than the overhead line voltage Vp due to charging while the electric train is running, the control unit CTR performs skipped steps I25 and I27, that is, stops the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC. (Step I25), the first opening/closing device SW1 is opened (Step I27). As a result, the pure overhead line mode is set, and the power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line is cut off.

1.3.10 純架線モードでシステム停止
図18は、純架線モードで電源システムPS1を停止する際の制御手順を説明するフローチャートである。電源システムPS1の停止は、電気車の停車時に行われる。純架線モードでは、第1開閉装置SW1および第2開閉装置SW2が開放されている。第3開閉装置SW3は、起動以降にモードの切り替えまたは充放電電圧変換回路PCを経由したE形蓄電池BT2の充電がなされている場合には投入され、そうでないならば開放されている(ステップJ1)。
1.3.10 System Stop in Pure Catenary Mode FIG. 18 is a flowchart for explaining the control procedure when stopping the power supply system PS1 in pure catenary mode. Power supply system PS1 is stopped when the electric train is stopped. In the pure overhead line mode, the first switchgear SW1 and the second switchgear SW2 are opened. The third switchgear SW3 is closed if the mode has been switched or the E-type storage battery BT2 has been charged via the charge/discharge voltage conversion circuit PC after startup, and if not, the third switchgear SW3 is opened (step J1 ).

先ず、乗務員により運転台の前進後進スイッチが中立位置に操作されることで主変換回路TCA,TCBの制御部が主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、制御部CTRは主開閉装置SWA,SWBを開放する(ステップJ3)。次に、運転台のパンタグラフPTの下降スイッチが扱われることで主変換回路TCA,TCBの制御部が短絡開閉装置SWSに開閉指示信号WSを出力することによって、あるいは制御部CTRが短絡開閉装置SWSに開閉指示信号WSを出力することによって、短絡開閉装置SWSを開放する(ステップJ5)。 First, when the driver operates the forward/reverse switch on the cab to the neutral position, the control units of the main conversion circuits TCA and TCB output opening/closing instruction signals A and B to the main opening/closing devices SWA and SWB. The control unit CTR opens the main switching devices SWA, SWB by outputting the switching instruction signals A, B to the main switching devices SWA, SWB (step J3). Next, by operating the lowering switch of the pantograph PT on the cab, the controllers of the main conversion circuits TCA and TCB output the opening/closing instruction signal WS to the short circuit switch device SWS, or the controller CTR outputs the short circuit switch device SWS. , the short-circuit switch device SWS is opened (step J5).

その後、主変換回路TCA,TCBの制御部から、または制御部CRTからのパンタグラフPTの状態遷移指示信号Pにより、制御部CTRは主開閉装置SWMを開放した後(ステップJ7)、パンタグラフPTを非集電状態へ遷移させるべく下降させる(ステップJ9)。これにより、全ての開閉装置が開放状態となり、電源システムPS1が停止する。 After that, the controller CTR opens the main switchgear SWM (step J7) in accordance with the state transition instruction signal P of the pantograph PT from the controllers of the main conversion circuits TCA and TCB or from the controller CRT, and then turns off the pantograph PT. It is lowered to transition to the current collecting state (step J9). As a result, all the switchgears are opened and the power supply system PS1 is stopped.

1.4 作用効果
以上、第1実施例によれば、非電化区間に対応するための必要艤装空間の低減を図る新たな電気車用の電源システムPS1を実現することができる。具体的には、主回路および補機回路XMCが接続された直流電力ラインと、蓄電部BTUとを結ぶ電力経路として、充放電電圧変換回路PCを経由する経路と経由しない経路とを備える構成としている。これにより、非電化区間を走行する際の蓄電池モードや、電化区間を走行する際の架線ハイブリッドモードにおいては、蓄電部BTUからの放電電力を、充放電電圧変換回路PCを介さずに主変換回路TCA,TCBに供給することが可能となる。つまり、充放電電圧変換回路PCを、主電動機Mの駆動電力に対応する容量とする必要が無く、補機回路XMCの動作電力に対応する容量で済むため、その分の小型化を実現できる。
1.4 Actions and Effects As described above, according to the first embodiment, it is possible to realize a new power supply system PS1 for an electric vehicle that reduces the required outfitting space for coping with non-electrified sections. Specifically, a power path connecting the DC power line to which the main circuit and the auxiliary circuit XMC are connected and the power storage unit BTU includes a path that passes through the charge/discharge voltage conversion circuit PC and a path that does not pass through it. there is As a result, in the storage battery mode when traveling in a non-electrified section and the overhead wire hybrid mode when traveling in an electrified section, the discharged power from the power storage unit BTU is transferred to the main conversion circuit without going through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. It becomes possible to supply to TCA and TCB. In other words, the charging/discharging voltage conversion circuit PC does not need to have a capacity corresponding to the drive power of the main motor M, and can be reduced in size by the capacity corresponding to the operating power of the auxiliary circuit XMC.

また、追加電源システムAPSによれば、電化区間にのみ対応していた電気車用電源システムの機器を利用して、非電化区間に対応可能となる。 In addition, according to the additional power supply system APS, it is possible to use the equipment of the power supply system for electric vehicles, which was only compatible with electrified sections, to be compatible with non-electrified sections.

更には、蓄電池モードへと架線ハイブリッドモードとへの切り替えの何れにおいても、突流発生や電車線への逆流を防止しつつ、車内照明や空調などの補機動作を継続させたままの切り替えを実現することができる。 Furthermore, in both the switching to the storage battery mode and the overhead line hybrid mode, it is possible to prevent the occurrence of rush currents and reverse currents to the overhead contact lines while continuing to operate auxiliary equipment such as lighting and air conditioning in the car. can do.

[第2実施例]
次に、第2実施例を説明する。なお、以下の第2実施例において、上述の第1実施例と同一の構成要素については同符号を付し、詳細な説明を省略或いは簡略する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In the following second embodiment, the same components as those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted or simplified.

2.1 システム構成
図19は、第2実施例における電源システムPS2の概略構成図である。この電源システムPS2は、既存の直流電気車の電源システムに、図1の追加電源システムAPSを追加設備した構成である。
2.1 System Configuration FIG. 19 is a schematic configuration diagram of the power supply system PS2 in the second embodiment. This power supply system PS2 has a configuration in which the additional power supply system APS of FIG. 1 is added to the existing power supply system of a DC electric vehicle.

既存の電源システムは、上述の第1実施例と同様である。つまり、パンタグラフPTによって電車線から集電された架線電力が主開閉装置SWMを介して供給される直流電力ラインに、主電動機Mに係る回路である主回路(A系主回路およびB系主回路)が接続されるとともに、パンタグラフPTから見て主開閉装置SWMの前段に、開閉装置SWXを介して補機回路XMCが接続された構成となっている。 The existing power supply system is similar to the first embodiment described above. That is, the main circuit (the A-system main circuit and the B-system main circuit), which is the circuit related to the main motor M, is connected to the DC power line to which the overhead power collected from the overhead contact line by the pantograph PT is supplied via the main switchgear SWM. ) are connected, and the auxiliary circuit XMC is connected to the front stage of the main switching device SWM via the switching device SWX when viewed from the pantograph PT.

第2実施例の電源システムPS2では、開閉装置SWXは常時“接続状態”とされる。また、充放電部CDUにおいて、内部結線用端子TW3,TW4間が結線され、内部結線用端子TW1,TW3間と、内部結線用端子TW2,TW4間とが開放される。 In the power supply system PS2 of the second embodiment, the switchgear SWX is always in the "connected state". In the charge/discharge unit CDU, the internal connection terminals TW3 and TW4 are connected, and the internal connection terminals TW1 and TW3 and the internal connection terminals TW2 and TW4 are opened.

したがって、蓄電部BTUは、第1開閉装置SW1を介して直流電力ラインに接続され、第3開閉装置SW3を介して充放電電圧変換回路PCの二次側に接続された状態となっている。また、開閉装置SWXは常時接続状態とされるので、補機回路XMCは、パンタグラフから見て主開閉装置SWMの前段に接続された状態、つまり、主開閉装置SWMを介さずにパンタグラフPTに接続されたとなっている。また、充放電電圧変換回路PCは、一次側が、第2開閉装置SW2を介して補機回路XMCに接続され、二次側が、第3開閉装置SW3を介して蓄電部BTUに接続された状態となっている。 Therefore, the power storage unit BTU is connected to the DC power line through the first switchgear SW1, and is connected to the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC through the third switchgear SW3. Since the switching device SWX is always connected, the auxiliary circuit XMC is connected to the front stage of the main switching device SWM as seen from the pantograph, that is, connected to the pantograph PT without passing through the main switching device SWM. It is said to have been In addition, the charge/discharge voltage conversion circuit PC has a primary side connected to the auxiliary circuit XMC via the second switchgear SW2, and a secondary side connected to the power storage unit BTU via the third switchgear SW3. It's becoming

2.2 電源モード
第2実施例においても、上述の第1実施例と同様に、電源モードとして、架線ハイブリッドモード、蓄電池モード、純架線モード、の3種類のモードが切り替え可能である。それぞれの電源モードについて説明する。
2.2 Power Supply Mode In the second embodiment, as in the first embodiment described above, the power supply mode can be switched between three types of power supply modes: an overhead line hybrid mode, a storage battery mode, and a pure overhead line mode. Each power supply mode will be described.

2.2.1 架線ハイブリッドモード
架線ハイブリッドモードは、パンタグラフPTによって集電された架線電力および蓄電部BTUの蓄電電力をもとに走行するとともに、蓄電部BTUを充電するモードであり、電化区間のみに適用可能なモードである。
2.2.1 Catenary hybrid mode The catenary hybrid mode is a mode in which the vehicle travels based on the catenary power collected by the pantograph PT and the power stored in the power storage unit BTU, and the power storage unit BTU is charged. This mode is applicable to

図20は、架線ハイブリッドモードにおける電気の流れを示す図である。図20において、通流状態にある経路を太線で示している。図20に示すように、架線ハイブリッドモードでは、パンタグラフPTは上昇しており、主開閉装置SWMは投入され、短絡開閉装置SWSは開放されている。つまり、架線電力が直流電力ラインに供給され、この電力をもとに主回路が動作可能になっている。また、開閉装置SWXは常時接続状態であるので、補機回路XMCは、開閉装置SWXを介して供給される架線電力をもとに動作可能又は動作中である。 FIG. 20 is a diagram showing the flow of electricity in the catenary hybrid mode. In FIG. 20, the paths in the conducting state are indicated by thick lines. As shown in FIG. 20, in the overhead line hybrid mode, the pantograph PT is raised, the main switchgear SWM is closed, and the short-circuit switchgear SWS is opened. That is, overhead power is supplied to the DC power line, and the main circuit can operate based on this power. Further, since the switchgear SWX is always connected, the auxiliary circuit XMC is operable or in operation based on the overhead power supplied via the switchgear SWX.

また、第1開閉装置SW1が投入され、充放電電圧変換回路PCは動作を停止している。充放電電圧変換回路PCの回路構成上、動作停止により充放電電圧変換回路PCを経由した通流は抑止された状態となるため、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3は原理的には開放/投入の何れでも同じ状態にあるが、フェールセーフの観点から第2開閉装置SW2のみを開放状態としても良い。つまり、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路は、充放電電圧変換回路PCを経由しない、第1開閉装置SW1を経由した経路が開通した状態にある。主回路は、直流電力ラインに供給される架線電力および蓄電部BTUの蓄電電力の両方をもとに動作可能になっている。補機回路XMCは、短絡開閉装置SWSが開放されているのでパンタグラフPTからの架線電力のみをもとに動作可能になっている。 Also, the first switchgear SW1 is turned on, and the charging/discharging voltage conversion circuit PC stops operating. Due to the circuit configuration of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, when the operation is stopped, the flow through the charge/discharge voltage conversion circuit PC is suppressed. The state is the same in both the open state and the closed state, but from the viewpoint of fail-safe, only the second switchgear SW2 may be in the open state. In other words, the power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line is in a state in which the path via the first switchgear SW1 and not via the charge/discharge voltage conversion circuit PC is open. The main circuit can operate based on both overhead line power supplied to the DC power line and power stored in the power storage unit BTU. The accessory circuit XMC is operable based on only overhead power from the pantograph PT because the short-circuit switch SWS is open.

架線ハイブリッドモードでは、第1実施例と同様に、架線電圧Vpと蓄電電圧Vbatとが略等しく(Vp≒Vbat)なる方向に自然に充放電動作が発生し、蓄電部BTUは、架線電圧Vpと蓄電電圧Vbatとの大小に応じて自動的に放電および充電がなされる“浮動充電状態”となっている。つまり、力行時に、架線電圧Vpが蓄電電圧Vbatより低くなると(Vp<Vbat)、蓄電部BTUが放電して蓄電電力が直流電力ラインに供給され、逆に、蓄電電圧Vbatが架線電圧Vpより低くなると(Vp>Vbat)、直流電力ラインに供給されている架線電力によって蓄電部BTUが充電される。この充電はP形蓄電池BT1のみとなる。また、全ての回生電力が蓄電部BTU(詳細には、P形蓄電池BT1)に蓄電される。 In the overhead line hybrid mode, as in the first embodiment, charging and discharging operations occur naturally in the direction in which the overhead line voltage Vp and the storage voltage Vbat are substantially equal (Vp≈Vbat), and the power storage unit BTU becomes equal to the overhead line voltage Vp. It is in a "floating charge state" in which discharging and charging are automatically performed according to the magnitude of the storage voltage Vbat. In other words, when the overhead wire voltage Vp becomes lower than the storage voltage Vbat during power running (Vp<Vbat), the storage unit BTU is discharged and the stored power is supplied to the DC power line. Then (Vp>Vbat), the power storage unit BTU is charged by overhead wire power supplied to the DC power line. This charging is only for the P-type storage battery BT1. Further, all of the regenerated electric power is stored in power storage unit BTU (more specifically, P-type storage battery BT1).

なお、架線ハイブリッドモードにおいてE形蓄電池BT2を架線電圧Vpまで充電したい場合には、後述する純架線モードと同様に、充放電電圧変換回路PCによって充電を行うことができる。すなわち、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3を投入し、充放電電圧変換回路PCに充電動作を行わせることで、開閉装置SWXおよび補機用追加接続線を介して供給される架線電力を、充放電電圧変換回路PCを経由して蓄電部BTUに蓄電させることができる。充放電電圧変換回路PCを経由する電力経路であるので、蓄電部BTUのP形蓄電池BT1およびE形蓄電池BT2の両方を充電することができるとともに、架線電圧Vpまで充電することができる。 If it is desired to charge the E-type storage battery BT2 to the overhead line voltage Vp in the overhead line hybrid mode, charging can be performed by the charge/discharge voltage conversion circuit PC as in the pure overhead line mode described later. That is, by turning on the second switchgear SW2 and the third switchgear SW3 and causing the charge/discharge voltage conversion circuit PC to perform the charging operation, the overhead line power supplied via the switchgear SWX and the auxiliary equipment additional connection line can be stored in the power storage unit BTU via the charge/discharge voltage conversion circuit PC. Since the power path passes through the charge/discharge voltage conversion circuit PC, both the P-type storage battery BT1 and the E-type storage battery BT2 of the power storage unit BTU can be charged, and can be charged up to the overhead wire voltage Vp.

2.2.2 蓄電池モード
蓄電池モードは、蓄電部BTUの蓄電電力をもとに走行するモードである。
2.2.2 Storage Battery Mode The storage battery mode is a mode in which the vehicle travels based on the power stored in the power storage unit BTU.

図21は、蓄電池モードにおける電気の流れを示す図である。図21において、通流状態にある経路を太線で示している。図21に示すように、蓄電池モードでは、パンタグラフPTは下降しており、主開閉装置SWMおよび短絡開閉装置SWSは投入されている。また、第1開閉装置SW1は投入されており、充放電電圧変換回路PCは動作を停止している。動作停止により充放電電圧変換回路PCを経由した通流は抑止された状態となるため、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3は原理的には開放/投入の何れでも同じ状態にあるが、フェールセーフの観点から第2開閉装置SW2のみを開放状態としても良い。つまり、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路は、充放電電圧変換回路PCを経由しない、第1開閉装置SW1を経由した経路が開通した状態にある。蓄電部BTUの蓄電電力をもとに、主回路および補機回路XMCが動作可能になっている。補機回路XMCへは、直流電力ライン、短絡開閉装置SWS、主開閉装置SWMおよび開閉装置SWXを介して、蓄電部BTUの蓄電電力が供給されている。 FIG. 21 is a diagram showing the flow of electricity in the storage battery mode. In FIG. 21, the paths in the conducting state are indicated by thick lines. As shown in FIG. 21, in the storage battery mode, the pantograph PT is lowered and the main switchgear SWM and the short-circuit switchgear SWS are closed. Also, the first switchgear SW1 is closed, and the charging/discharging voltage conversion circuit PC stops operating. Since the current through the charge/discharge voltage conversion circuit PC is inhibited by stopping the operation, the second switchgear SW2 and the third switchgear SW3 are theoretically in the same state regardless of whether they are open or closed. , only the second switching device SW2 may be opened from the viewpoint of fail-safe. In other words, the power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line is in a state in which the path via the first switchgear SW1 and not via the charge/discharge voltage conversion circuit PC is open. Based on the power stored in the power storage unit BTU, the main circuit and the auxiliary circuit XMC are operable. Electric power stored in power storage unit BTU is supplied to auxiliary circuit XMC via a DC power line, short-circuit switchgear SWS, main switchgear SWM, and switchgear SWX.

蓄電部BTUの放電は、上述の架線ハイブリッドモードと同様に、先ずはP形蓄電池BT1が放電し、放電電圧の低下に応じて次にE形蓄電池BT2が放電する。また、回生時には、上述の架線ハイブリッドモードと同様に、全ての回生電力が蓄電部BTUのP形蓄電池BT1に蓄電されることになる。 In discharging the power storage unit BTU, the P-type storage battery BT1 is first discharged, and then the E-type storage battery BT2 is discharged according to the decrease in the discharge voltage, as in the above-described overhead wire hybrid mode. Also, during regeneration, all of the regenerated electric power is stored in the P-type storage battery BT1 of the power storage unit BTU, as in the overhead wire hybrid mode described above.

2.2.3 純架線モード
純架線モードは、パンタグラフPTによる架線電力をもとに走行するモードであり、電化区間のみで適用可能なモードである。
2.2.3 Pure overhead line mode The pure overhead line mode is a mode in which trains run based on overhead line power from the pantograph PT, and is applicable only in electrified sections.

図22は、純架線モードにおける電気の流れを示す図である。図22において、通流状態にある経路を太実線で示している。図22に示すように、純架線モードでは、パンタグラフPTは上昇しており、主開閉装置SWMおよび短絡開閉装置SWSは投入されている。補機回路XMCは、開閉装置SWXを介して供給されるパンタグラフPTからの架線電力をもとに動作可能になっており、主回路は、直流電力ラインに供給されるパンタグラフPTからの架線電力をもとに動作可能になっている。また、第2開閉装置SW2および第1開閉装置SW1は開放されている。第3開閉装置SW3は、起動以降にモードの切り替えまたは充放電電圧変換回路PCを経由したE形蓄電池BT2の充電がなされている場合には投入され、そうでないならば開放されている。充放電電圧変換回路PCは動作を停止している。回生電力は、短絡開閉装置SWSおよび主開閉装置SWMを介して架線に戻される。 FIG. 22 is a diagram showing the flow of electricity in the pure catenary mode. In FIG. 22, the paths in the state of conduction are indicated by thick solid lines. As shown in FIG. 22, in the pure overhead line mode, the pantograph PT is raised, and the main switchgear SWM and the short-circuit switchgear SWS are closed. The auxiliary circuit XMC can operate based on overhead power from the pantograph PT supplied via the switchgear SWX, and the main circuit receives overhead power from the pantograph PT supplied to the DC power line. It is already operable. In addition, the second opening/closing device SW2 and the first opening/closing device SW1 are opened. The third switchgear SW3 is closed when the mode is switched or when the E-type storage battery BT2 is being charged via the charge/discharge voltage conversion circuit PC after startup, otherwise it is open. The charge/discharge voltage conversion circuit PC has stopped operating. The regenerated power is returned to the overhead line via the short-circuit switchgear SWS and the main switchgear SWM.

純架線モードでは、更に、任意のタイミングで蓄電部BTUの充電を行う。蓄電部BTUの充電に係る電流経路を太点線で示している。つまり、純架線モードにおいて、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3を投入し、充放電電圧変換回路PCに充電動作を行わせることで、開閉装置SWXおよび補機用追加接続線を介して供給されるパンタグラフPTからの架線電力が充放電電圧変換回路PCを経由して蓄電部BTUに蓄電される。充放電電圧変換回路PCを経由する電力経路であるので、蓄電部BTUのP形蓄電池BT1およびE形蓄電池BT2の両方を充電することができる。 In the pure overhead line mode, the power storage unit BTU is further charged at arbitrary timing. A thick dotted line indicates a current path for charging power storage unit BTU. That is, in the pure overhead line mode, by turning on the second switchgear SW2 and the third switchgear SW3 and causing the charge/discharge voltage conversion circuit PC to perform the charging operation, the switchgear SWX and the auxiliary equipment additional connection line The overhead wire power supplied from the pantograph PT is stored in the power storage unit BTU via the charging/discharging voltage conversion circuit PC. Since the electric power path passes through the charge/discharge voltage conversion circuit PC, both the P-type storage battery BT1 and the E-type storage battery BT2 of the power storage unit BTU can be charged.

2.3 制御動作
次に、図23~図32を参照して制御部CTRによる電源モードの切り替えに関する制御動作を詳細に説明する。これらの電源モードの選択や切り替えは、運転台における乗務員の指示操作によって行われる。
2.3 Control Operation Next, the control operation for switching the power supply mode by the control unit CTR will be described in detail with reference to FIGS. 23 to 32. FIG. The selection and switching of these power supply modes are performed by an instruction operation of the crew at the driver's cab.

2.3.1 架線ハイブリッドモードでの起動
図23は、停止している電源システムPS2を架線ハイブリッドモードで起動する際の制御手順を説明するフローチャートである。電源システムPS2が停止しているので、電気車は停車しており、原則、主開閉装置SWM,SWA,SWB、第1~第3開閉装置SW1,SW2,SW3の各開閉装置は全て開放状態となっており、主変換回路TCA,TCB、補機回路XMC、充放電電圧変換回路PCの各回路も全て動作を停止している。
2.3.1 Activation in overhead wire hybrid mode FIG. 23 is a flowchart for explaining the control procedure when starting the stopped power supply system PS2 in the overhead wire hybrid mode. Since the power supply system PS2 is stopped, the electric car is stopped, and in principle, the main switchgears SWM, SWA, SWB and the first to third switchgears SW1, SW2, SW3 are all in the open state. Thus, the main conversion circuits TCA and TCB, the auxiliary circuit XMC, and the charge/discharge voltage conversion circuit PC all stop operating.

運転台からのパンタグラフPTの上昇スイッチの操作に応じてパンタグラフPTに状態遷移指示信号Pを出力することにより、または制御部CTRがパンタグラフPTに状態遷移指示信号Pを出力することにより、先ず、パンタグラフPTを集電状態へ遷移させるべく上昇させる(ステップK1)。パンタグラフPTが上昇されることで、架線電力(架線電圧Vp)が補機回路XMCに供給されて補機類が動作を開始することができる。次に、制御部CTRは、パンタグラフPTが上昇状態にあることを検知して、短絡開閉装置SWSを開放する(ステップK3)。このステップK3は、初期状態で開放となっていない場合に備えた念のためのステップである。 By outputting the state transition instruction signal P to the pantograph PT in response to the operation of the up switch of the pantograph PT from the cab, or by outputting the state transition instruction signal P to the pantograph PT by the control unit CTR, first, the pantograph PT is raised to transition to the current collecting state (step K1). By raising the pantograph PT, overhead wire power (overhead wire voltage Vp) is supplied to the accessory circuit XMC, and the accessories can start operating. Next, the controller CTR detects that the pantograph PT is in the raised state, and opens the short-circuit switching device SWS (step K3). This step K3 is a step just in case the door is not open in the initial state.

その後、運転台の前進後進スイッチが扱われることで主変換回路TCA,TCBの制御部から主開閉装置SWMに開閉指示信号Nが出力されることにより、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWMに開閉指示信号Nを出力することにより、主開閉装置SWMを投入する(ステップK5)。主開閉装置SWMが投入されることで、パンタグラフPTからの架線電力が直流電力ラインに供給される。 After that, when the forward/reverse switch of the cab is operated, the switching instruction signal N is output from the control units of the main conversion circuits TCA and TCB to the main switching device SWM, or the control unit CTR opens and closes the main switching device SWM. By outputting the instruction signal N, the main switchgear SWM is closed (step K5). By turning on the main switchgear SWM, overhead wire power from the pantograph PT is supplied to the DC power line.

次いで、第2開閉装置SW2を投入する(ステップK7)。第2開閉装置SW2が投入されることで、パンタグラフPTから充放電電圧変換回路PCの一次側までの電力経路が開通して、充放電電圧変換回路PCの中間コンデンサFCHに架線電圧Vpが印加される。 Next, the second opening/closing device SW2 is turned on (step K7). When the second switchgear SW2 is turned on, the power path from the pantograph PT to the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is opened, and the overhead wire voltage Vp is applied to the intermediate capacitor FCH of the charge/discharge voltage conversion circuit PC. be.

続いて、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1と、蓄電電圧Vbatとを比較する。一次側電圧VDC1は、実際の架線電圧Vpに相当する。一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbat以上(VDC1≧Vbat)ならば(ステップK9:YES)、第3開閉装置SW3を投入する(ステップK11)。第3開閉装置SW3が投入されることで、充放電電圧変換回路PCの二次側電圧VDC2が、蓄電電圧Vbatとなる。次いで、充放電電圧変換回路PCの二次側に充電動作を開始させる(ステップK13)。充電動作は、二次側電圧VDC2(蓄電電圧Vbatに相当)が一次側電圧VDC1(実際の架線電圧Vpに相当)に等しくなるまで継続する。 Subsequently, the primary side voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC and the storage voltage Vbat are compared. The primary voltage VDC1 corresponds to the actual overhead wire voltage Vp. If the primary voltage VDC1 is equal to or higher than the storage voltage Vbat (VDC1≧Vbat) (step K9: YES), the third switching device SW3 is turned on (step K11). By turning on the third switchgear SW3, the secondary voltage VDC2 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC becomes the storage voltage Vbat. Next, the charging operation is started on the secondary side of the charging/discharging voltage conversion circuit PC (step K13). The charging operation continues until the secondary side voltage VDC2 (corresponding to the storage voltage Vbat) becomes equal to the primary side voltage VDC1 (corresponding to the actual overhead wire voltage Vp).

一方、一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbatより低い(VDC1<Vbat)ならば(ステップK9:NO)、充放電電圧変換回路PCの一次側の第1昇降圧回路の昇圧動作を開始させる(ステップK15)。そして、中間コンデンサ電圧VDCHが蓄電電圧Vbatまで上昇したならば、第3開閉装置SW3を投入する(ステップK17)。 On the other hand, if the primary voltage VDC1 is lower than the storage voltage Vbat (VDC1<Vbat) (step K9: NO), the first step-up/step-down circuit on the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC starts step-up operation (step K15). ). Then, when the intermediate capacitor voltage VDCH rises to the storage voltage Vbat, the third switching device SW3 is turned on (step K17).

このように充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1と蓄電電圧Vbatとの大小に応じた制御を行った後、充放電電圧変換回路PCの動作を停止させる(ステップK19)。次いで、第1開閉装置SW1を投入する(ステップK21)。これにより、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路が、第1開閉装置SW1を経由する経路のみとなる。 After performing control according to the magnitude of the primary voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC and the storage voltage Vbat, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step K19). Next, the first switchgear SW1 is turned on (step K21). As a result, the only power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line is the path via the first switchgear SW1.

更に、充放電電圧変換回路PCの回路構成上、動作停止により充放電電圧変換回路PCを経由した通流は抑止された状態となるため、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3は原理的には開放/投入の何れでも同じ状態にあるが、フェールセーフの観点から、第2開閉装置SW2を開放しても良い(ステップK23)。 Furthermore, due to the circuit configuration of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, when the operation is stopped, the current through the charge/discharge voltage conversion circuit PC is suppressed. However, from the viewpoint of fail-safe, the second switching device SW2 may be opened (step K23).

その後、乗務員により運転台にある主幹制御器のノッチが扱われることにより主変換回路TCA,TCBの制御部から主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bが出力されることにより、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することにより、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップK25)。これにより、A系回路およびB系回路が直流電力ラインに接続され、パンタグラフPTによる架線電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 After that, the notch of the master controller in the driver's cab is operated by the crew to output switching instruction signals A and B from the control units of the main conversion circuits TCA and TCB to the main switching devices SWA and SWB. The main switching devices SWA, SWB are turned on by the part CTR outputting the switching instruction signals A, B to the main switching devices SWA, SWB (step K25). As a result, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line, and overhead wire power from the pantograph PT is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven.

2.3.2 蓄電池モードで起動
図24は、停止している電源システムPS2を蓄電池モードで起動する際の制御手順を説明するフローチャートである。電源システムPS2が1停止しているので、電気車は停車しており、原則、主開閉装置SWM,SWA,SWB、第1~第3開閉装置SW1,SW2,SW3の各開閉装置は全て開放状態となっており、主変換回路TCA,TCB、補機回路XMC、充放電電圧変換回路PCの各回路も全て動作を停止している。
2.3.2 Startup in Storage Battery Mode FIG. 24 is a flowchart for explaining the control procedure when starting up the stopped power supply system PS2 in the storage battery mode. Since the power supply system PS2 is 1 stop, the electric car is stopped, and in principle, each switchgear of the main switchgears SWM, SWA, SWB and the first to third switchgears SW1, SW2, SW3 is open. Thus, the main conversion circuits TCA and TCB, the auxiliary circuit XMC, and the charge/discharge voltage conversion circuit PC all stop operating.

制御部CTRは、蓄電池起動のトリガを検知すると、パンタグラフPTに状態遷移指示信号Pを出力して、パンタグラフPTを非集電状態へ遷移させるべく下降させる(ステップL1)。蓄電池起動のトリガとしては、運転台に設けたモード選択スイッチの操作や蓄電池投入スイッチの操作による手動トリガとするなどが考えられる。次に、短絡開閉装置SWSを投入する(ステップL3)。このステップL3は、初期状態で開放となっていない場合に備えた念のためのステップである。 When the control unit CTR detects the trigger for activating the storage battery, it outputs a state transition instruction signal P to the pantograph PT, and lowers the pantograph PT to transition to the non-collecting state (step L1). As a trigger for activating the storage battery, a manual trigger by operating a mode selection switch provided on the driver's cab or operating a storage battery switch is conceivable. Next, the short-circuit switching device SWS is turned on (step L3). This step L3 is a step just in case the door is not open in the initial state.

次に、乗務員により運転台の前進後進スイッチが扱われると、制御部CTRは、主開閉装置SWMが開放されていることを確認して、第1開閉装置SW1を投入する(ステップL5)。次いで、主開閉装置SWMを投入する(ステップL7)。これにより、蓄電部BTUの放電電力が補機回路XMCに供給されて補機類が動作を開始することができる。 Next, when the driver operates the forward/reverse switch on the cab, the controller CTR confirms that the main switchgear SWM is open and turns on the first switchgear SW1 (step L5). Next, the main switching device SWM is turned on (step L7). As a result, the electric power discharged from the power storage unit BTU is supplied to the accessory circuit XMC, so that the accessories can start operating.

その後、乗務員により運転台にある主幹制御器のノッチが扱われることにより主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bが出力されることによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA、SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップL9)。これにより、A系回路およびB系回路が直流電力ラインに接続され、蓄電部BTUの放電電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 Thereafter, the notch of the master controller in the driver's cab is operated by the crew to output opening/closing instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB, or the control unit CTR sends the main switching devices SWA and SWB to the main switching devices SWA and SWB. By outputting the switching instruction signals A and B, the main switching devices SWA and SWB are turned on (step L9). As a result, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line, and the electric power discharged from the power storage unit BTU is supplied to the main converter circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven.

2.3.3 架線ハイブリッドモードから蓄電池モードへの切り替え
図25は、架線ハイブリッドモードから蓄電池モードへの切り替え制御手順を説明するフローチャートである。架線ハイブリッドモードから蓄電池モードへの切り替えは、電気車の停車時又は惰行時に行うことが可能であるが、以下では停車時に行うこととして説明する。
2.3.3 Switching from overhead line hybrid mode to storage battery mode FIG. 25 is a flowchart for explaining a control procedure for switching from the overhead line hybrid mode to the storage battery mode. Switching from the overhead line hybrid mode to the storage battery mode can be performed when the electric vehicle is stopped or coasting, but in the following description it is assumed that it is performed when the vehicle is stopped.

架線ハイブリッドモードでは、第1開閉装置SW1、第3開閉装置SW3および主開閉装置SWMが投入された状態となっている。第2開閉装置SW2は、蓄電部BTUのE形蓄電池BT2の充電中ならば投入され、そうでないならば開放されている(ステップM1)。また、電気車は停車しており、主開閉装置SWA,SWBが開放されて主回路は動作を停止しているが、補機回路XMCは、パンタグラフPTからの架線電力が供給されて動作可能又は動作中となっている。 In the overhead wire hybrid mode, the first switchgear SW1, the third switchgear SW3 and the main switchgear SWM are closed. The second switching device SW2 is closed if the E-type storage battery BT2 of the power storage unit BTU is being charged, and is otherwise opened (step M1). In addition, the electric car is stopped, the main switching devices SWA and SWB are opened, and the main circuit stops operating. It is in operation.

制御部CTRは、蓄電池モードへの切り替えトリガを検知すると、先ず、第2開閉装置SW2を投入する(ステップM3)。これにより、架線電圧Vpが充放電電圧変換回路PCの一次側(一方側)に、蓄電電圧Vbat(より正確にはE形蓄電池BT2の電圧)が充放電電圧変換回路PCの二次側(他方側)に、架線電圧Vpと蓄電電圧Vbatのいずれか高い値が中間コンデンサFCHに印加される。蓄電池モードへの切り替えトリガとしては、運転台に設けたモード選択スイッチの操作による手動トリガとしても良いし、予め定められた蓄電池モードに切り替える地点に電気車が到達したことを検知する地点検知による自動トリガとしても良い。 When the control unit CTR detects the trigger for switching to the storage battery mode, first, the second opening/closing device SW2 is closed (step M3). As a result, the overhead line voltage Vp is applied to the primary side (one side) of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, and the storage voltage Vbat (more precisely, the voltage of the E-type storage battery BT2) is applied to the secondary side (the other side) of the charge/discharge voltage conversion circuit PC. side), the higher of the overhead line voltage Vp and the storage voltage Vbat is applied to the intermediate capacitor FCH. The trigger for switching to the storage battery mode may be a manual trigger by operating a mode selection switch provided on the cab, or an automatic trigger by point detection that detects that the electric vehicle has reached a predetermined point for switching to the storage battery mode. It can also be used as a trigger.

次いで、充放電電圧変換回路PCの動作を開始させる(ステップM5)。この動作は、二次側に供給される蓄電部BTUの蓄電電力を一次側に変換して出力し、一次側電圧VDC1を架線電圧Vpとする電圧変換動作である。具体的には、電流センサCT2で計測される補機回路XMC側に流れ出る電流値Ixが、補機回路XMCの最大許容電力を架線電圧Vpの公称値で除した許容電流値の半分の値Ihalfとなる程度に、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1を調整して固定する制御を行う。これにより、補機回路XMCには、パンタグラフPTからの架線電力と、充放電電圧変換回路PCを介した蓄電部BTUの蓄電電力とが供給された状態となり、何れの供給電力も架線電圧Vpである。 Next, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is started (step M5). This operation is a voltage conversion operation that converts the stored electric power of the power storage unit BTU supplied to the secondary side to the primary side and outputs the primary side voltage VDC1 to the overhead line voltage Vp. Specifically, the current value Ix flowing to the accessory circuit XMC side measured by the current sensor CT2 is half the allowable current value obtained by dividing the maximum allowable power of the accessory circuit XMC by the nominal value of the overhead line voltage Vp. Control is performed to adjust and fix the primary-side voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC to the extent that . As a result, the accessory circuit XMC is supplied with the overhead wire power from the pantograph PT and the stored power in the power storage unit BTU via the charging/discharging voltage conversion circuit PC. be.

続いて、パンタグラフPTを非集電状態に遷移させるべく下降させる(ステップM7)。これにより、補機回路XMCに供給される電力は、充放電電圧変換回路PCを介した蓄電部BTUの蓄電電力のみとなる。なお、架線電圧Vpと充放電変換回路PCの一次側電圧VDC1とがほぼ同じ値で、かつ補機回路XMCへの供給電力の半分以上が充放電電圧変換回路PCを経由して供給されていることから、パンタグラフPTを非集電状態へ遷移させる際のアーク発生は小さく抑えられる。 Subsequently, the pantograph PT is lowered to transition to the non-collecting state (step M7). As a result, the power supplied to the accessory circuit XMC is only the power stored in the power storage unit BTU via the charge/discharge voltage conversion circuit PC. Note that the overhead wire voltage Vp and the primary voltage VDC1 of the charge/discharge conversion circuit PC are substantially the same, and more than half of the power supplied to the auxiliary circuit XMC is supplied via the charge/discharge voltage conversion circuit PC. As a result, the occurrence of an arc when the pantograph PT is switched to the non-collecting state can be suppressed.

続いて、充放電電圧変換回路PCの一次側の通流率を「1(全開)」に変更する(ステップM9)。これにより、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbatとなる。次に、短絡開閉装置SWSを投入する(ステップM11)。これにより、蓄電部BTUと補機回路XMCとの電力経路が、第1開閉装置SW1および短絡開閉装置SWSを経由する経路と、充放電電圧変換回路PCを経由する経路との並列した2つの経路となる。そして、充放電電圧変換回路PCの二次側の動作を停止する(ステップM13)。 Subsequently, the duty ratio of the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is changed to "1 (fully open)" (step M9). As a result, the primary voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC becomes the storage voltage Vbat. Next, the short-circuit switching device SWS is turned on (step M11). As a result, the electric power path between the power storage unit BTU and the auxiliary circuit XMC is divided into two parallel paths, one passing through the first switchgear SW1 and the short-circuiting switchgear SWS and the other passing through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. becomes. Then, the operation of the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step M13).

更に、充放電電圧変換回路PCの回路構成上、動作停止により充放電電圧変換回路PCを経由した通流は抑止された状態となるため、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3は原理的には開放/投入の何れでも同じ状態にあるが、フェールセーフの観点から、第2開閉装置SW2を開放しても良い(ステップM15)。 Furthermore, due to the circuit configuration of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, when the operation is stopped, the current through the charge/discharge voltage conversion circuit PC is suppressed. However, from the viewpoint of fail-safe, the second switching device SW2 may be opened (step M15).

その後、乗務員により運転台にある主幹制御器のノッチが扱われることにより主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bが出力されることによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップM17)。これにより、仮に主開閉装置SWA,SWBが開放された状態であった場合にも投入される。その結果、蓄電部BTUと、A系回路およびB系回路との電力ラインが開通して、蓄電部BTUの放電電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 After that, the notch of the master controller in the driver's cab is operated by the crew to output the opening/closing instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB, or the control unit CTR is sent to the main switching devices SWA and SWB. By outputting the switching instruction signals A and B, the main switching devices SWA and SWB are turned on (step M17). As a result, even if the main switching devices SWA and SWB are in the open state, they are turned on. As a result, the power lines between the power storage unit BTU and the A-system and B-system circuits are opened, and the discharged power of the power storage unit BTU is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven. .

最終的な蓄電池モードは、充放電電圧変換回路PCを経由しない電力経路を介して蓄電部BTUの蓄電電力を主変換回路TCA,TCB及び補機回路XMCに供給する形態となるが、架線ハイブリッドモードから蓄電池モードへ切り替える過程においては、補機回路XMCの動作を継続させるために、充放電電圧変換回路PCを経由する電力経路を介して蓄電部BTUの蓄電電力を補機回路XMCに供給する形態とすることができる。架線ハイブリッドモードと蓄電池モードとの切り替えは、停車時あるいは惰行時に行われるため、切り替えの過程では主電動機Mに駆動電力を供給する必要はない。したがって、充放電電圧変換回路PCを、主電動機Mの駆動電力に対応する容量とする必要が無く、補機回路XMCの動作電力に対応する容量で済むため、その分の小型化を実現できる。 In the final storage battery mode, the power stored in the power storage unit BTU is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB and the auxiliary circuit XMC through a power path that does not pass through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. to the storage battery mode, in order to continue the operation of the auxiliary circuit XMC, the power stored in the power storage unit BTU is supplied to the auxiliary circuit XMC through the power path passing through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. can be Since switching between the overhead wire hybrid mode and the storage battery mode is performed when the vehicle is stopped or when coasting, it is not necessary to supply drive power to the main motor M during the switching process. Therefore, the charging/discharging voltage conversion circuit PC does not need to have a capacity corresponding to the driving power of the main motor M, and can be reduced in size by the capacity corresponding to the operating power of the auxiliary circuit XMC.

2.3.4 蓄電池モードから架線ハイブリッドモードへの切り替え
図26は、蓄電池モードから架線ハイブリッドモードへの切り替え制御手順を説明するフローチャートである。蓄電池モードから架線ハイブリッドモードへの切り替えは、架線ハイブリッドモードから蓄電池モードへの切り替えと同様に、電気車の停車時又は惰行時に行うことが可能であるが、以下では停車時に行うこととして説明する。
2.3.4 Switching from storage battery mode to overhead wire hybrid mode FIG. 26 is a flowchart for explaining a control procedure for switching from the storage battery mode to the overhead wire hybrid mode. Switching from the storage battery mode to the catenary hybrid mode can be performed when the electric car is stopped or coasting, as in switching from the catenary hybrid mode to the storage battery mode.

蓄電池モードでは、第2開閉装置SW2が開放され、第1開閉装置SW1および短絡開閉装置SWSが投入された状態にある(ステップN1)。また、電気車は停車しており、主開閉装置SWA,SWBが開放されて主回路は動作を停止しているが、補機回路XMCは、蓄電部BTUの蓄電電力が供給されて動作可能又は動作中となっている。 In the storage battery mode, the second switchgear SW2 is opened, and the first switchgear SW1 and the short-circuit switchgear SWS are closed (step N1). In addition, the electric car is stopped, the main switching devices SWA and SWB are opened, and the main circuit stops operating. It is in operation.

制御部CTRは、架線ハイブリッドモードへの切り替えトリガを検知すると、先ず、第2開閉装置SW2を投入する(ステップN3)。架線ハイブリッドモードへの切り替えトリガとしては、運転台に設けたモード選択スイッチの操作による手動トリガとしても良いし、予め定められた架線ハイブリッドモードに切り替える地点に電気車が到達したことを検知する地点検知による自動トリガとしても良い。 When the control unit CTR detects a trigger for switching to the overhead line hybrid mode, first, the second switchgear SW2 is turned on (step N3). The trigger for switching to the overhead wire hybrid mode may be a manual trigger by operating a mode selection switch provided on the cab, or a point detection that detects that the electric car has reached a predetermined point for switching to the overhead wire hybrid mode. It is good also as an automatic trigger by.

次に、第3開閉装置SW3が投入状態にある場合はそれを維持する。第3開閉装置SW3が投入状態でなければ投入する(ステップN5)。続いて、充放電電圧変換回路PCに放電電圧変換動作を開始させて一次側の通流率を「1(全開)」に変更する(ステップN7)。これにより、補機回路XMCへの蓄電部BTUの蓄電電力の供給経路が、直流電力ラインを経由する経路と、充放電電圧変換回路PCを経由する経路と、の2つになる。 Next, if the third switchgear SW3 is in the closing state, it is maintained. If the third switching device SW3 is not closed, it is closed (step N5). Subsequently, the charge/discharge voltage conversion circuit PC is caused to start the discharge voltage conversion operation to change the duty ratio of the primary side to "1 (fully open)" (step N7). As a result, there are two paths through which the power stored in the power storage unit BTU is supplied to the auxiliary equipment circuit XMC: one through the DC power line and the other through the charge/discharge voltage conversion circuit PC.

続いて、制御部CTRは、第1開閉装置SW1を開放する(ステップN9)。第1開閉装置SW1を開放することで、補機回路XMCへの蓄電部BTUの蓄電電力の供給経路が、充放電電圧変換回路PCを経由する経路のみとなる。そして、パンタグラフPTを集電状態へ遷移させるべく上昇させる(ステップN11)。これにより、パンタグラフPTからの架線電力が補機回路XMCに供給される。次いで、充放電電圧変換回路PCの一次側の動作を停止させる(ステップN13)。これにより、補機回路XMCへの供給電力が架線電力のみとなる。なお、パンタグラフPTの上昇直後には、パンタグラフPTにおける架線電流の過渡的な流入/流出が発生するが、充放電変換回路PCの一次側の第1昇降圧回路の動作停止(ステップN13)によって中間コンデンサ電圧VDCHから架線側への電流流出は止まり、また架線電圧Vpが蓄電電圧Vbatよりも低い場合は、中間コンデンサ電圧VDCHが架線電圧Vpまで瞬時に充電されることでそれ以降の流入は止まる。 Subsequently, the controller CTR opens the first switchgear SW1 (step N9). By opening the first switchgear SW1, the only path through which the power stored in the power storage unit BTU is supplied to the auxiliary circuit XMC is via the charge/discharge voltage conversion circuit PC. Then, the pantograph PT is raised to transition to the current collecting state (step N11). Thereby, overhead power from the pantograph PT is supplied to the accessory circuit XMC. Next, the operation of the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step N13). As a result, only overhead line power is supplied to the auxiliary machine circuit XMC. Immediately after the pantograph PT rises, a transient inflow/outflow of overhead wire current occurs in the pantograph PT. Current flow from the capacitor voltage VDCH to the overhead line stops, and when the overhead line voltage Vp is lower than the storage voltage Vbat, the intermediate capacitor voltage VDCH is instantaneously charged to the overhead line voltage Vp, thereby stopping subsequent inflow.

続いて、制御部CTRは、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1と、蓄電電圧Vbatとを比較する。一次側電圧は、実際の架線電圧Vpに相当する。一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbat以上であるならば(ステップN15:YES)、充放電電圧変換回路PCの二次側の充電動作を開始させる(ステップN17)。この充電動作が、一次側に供給される架線電力を一次側に変換して出力させる充電電圧変換動作である。そして、充電動作によって蓄電電圧Vbatが一次側電圧VDC1(実際の架線電圧Vpに相当)まで上昇すると、充放電電圧変換回路PCの動作を停止させる(ステップN19)。次いで、短絡開閉装置SWSを開放する(ステップN21)。そして、第1開閉装置SW1を再投入する(ステップN23)。 Subsequently, the control unit CTR compares the primary voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC with the storage voltage Vbat. The primary side voltage corresponds to the actual overhead line voltage Vp. If the primary side voltage VDC1 is equal to or higher than the storage voltage Vbat (step N15: YES), the charging operation on the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is started (step N17). This charging operation is a charging voltage conversion operation for converting overhead line power supplied to the primary side to the primary side and outputting the same. Then, when the storage voltage Vbat rises to the primary side voltage VDC1 (corresponding to the actual overhead wire voltage Vp) by the charging operation, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step N19). Next, the short-circuit switching device SWS is opened (step N21). Then, the first switching device SW1 is turned on again (step N23).

一方、一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbat未満ならば(ステップN15:NO)、制御部CTRは、短絡開閉装置SWSを開放する(ステップN25)。次に、第1開閉装置SW1を再投入する(ステップN27)。そして、充放電電圧変換回路PCの二次側の動作を停止させる(ステップN29)。 On the other hand, if the primary voltage VDC1 is less than the storage voltage Vbat (step N15: NO), the controller CTR opens the short-circuit switching device SWS (step N25). Next, the first switching device SW1 is turned on again (step N27). Then, the operation of the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step N29).

更に、充放電電圧変換回路PCの回路構成上、動作停止により充放電電圧変換回路PCを経由した通流は抑止された状態となるため、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3は原理的には開放/投入の何れでも同じ状態にあるが、フェールセーフの観点から、第2開閉装置SW2を開放しても良い(ステップN31)。 Furthermore, due to the circuit configuration of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, when the operation is stopped, the current through the charge/discharge voltage conversion circuit PC is suppressed. However, from the viewpoint of fail-safe, the second switching device SW2 may be opened (step N31).

このように充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1と蓄電電圧Vbatとの大小に応じた制御を行うと、続いて、乗務員により運転台にある主幹制御器のノッチが扱われることにより主変換回路TCA,TCBの制御部から主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bが出力されることによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップN33)。これにより、A系回路およびB系回路が直流電力ラインに接続され、パンタグラフPTによる架線電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 When control is performed according to the magnitudes of the primary voltage VDC1 and the storage voltage Vbat in the charge/discharge voltage conversion circuit PC in this way, the main conversion is performed by the crew operating the notch of the master controller in the driver's cab. The switching instruction signals A and B are output from the control units of the circuits TCA and TCB to the main switching devices SWA and SWB, or the control section CTR outputs the switching instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB. , the main switching devices SWA and SWB are turned on (step N33). As a result, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line, and overhead wire power from the pantograph PT is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven.

なお、蓄電電圧Vbatが充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1より低い場合には、充放電電圧変換回路PCによる蓄電部BTUの充電を継続したまま、電気車の走行を開始することができる。すなわち、充放電電圧変換回路の二次側の充電動作を開始させた後(ステップN17)、蓄電電圧Vbatが一次側電圧VDC1まで上昇するのを待たずに、ステップN19~N23をスキップして、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップN33)。この場合、パンタグラフPTから開閉装置SWXおよび充放電電圧変換回路PCを経由する電力経路で蓄電部BTUを充電することから、P形蓄電池BT1およびE形蓄電池BT2の両方を充電することができる。また、回生電力は、ステップD21で投入されている短絡開閉装置SWSを経由して架線に戻される。 When the storage voltage Vbat is lower than the primary voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, the electric vehicle can start running while the charge/discharge voltage conversion circuit PC continues to charge the power storage unit BTU. . That is, after starting the charging operation on the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit (step N17), without waiting for the storage voltage Vbat to rise to the primary side voltage VDC1, skip steps N19 to N23, The main switching devices SWA and SWB are turned on (step N33). In this case, since power storage unit BTU is charged through the power path from pantograph PT to switchgear SWX and charge/discharge voltage conversion circuit PC, both P-type storage battery BT1 and E-type storage battery BT2 can be charged. Further, the regenerated electric power is returned to the overhead line via the short-circuiting switch SWS that has been turned on in step D21.

そして、電気車の走行中に、充電によって蓄電電圧Vbatが架線電圧Vpより高い所定値まで上昇すると、制御部CTRは、スキップしたステップN19~N23、つまり、充放電電圧変換回路PCの動作の停止(ステップN19)、短絡開閉装置SWSの開放(ステップN21)、第1開閉装置SW1の再投入(ステップN23)、を順に実行する。これにより、架線ハイブリッドモードとなり、蓄電部BTUは浮動充電状態となる。 Then, when the storage voltage Vbat rises to a predetermined value higher than the overhead line voltage Vp due to charging while the electric train is running, the control unit CTR stops the skipped steps N19 to N23, that is, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC. (Step N19), opening of the short-circuit switching device SWS (Step N21), and re-closing of the first switching device SW1 (Step N23) are executed in order. As a result, the overhead line hybrid mode is entered, and the power storage unit BTU is brought into the floating charging state.

最終的な架線ハイブリッドモードは、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路は充放電電圧変換回路PCを経由しない経路となるが、蓄電池モードから架線ハイブリッドモードへ切り替える過程においては、補機回路XMCの動作を継続させるために、充放電電圧変換回路PCを経由する電力経路を介して蓄電部BTUの蓄電電力を補機回路XMCに供給する形態とすることができる。蓄電池モードと架線ハイブリッドモードとの切り替えは、停車時あるいは惰行時に行われるため、切り替えの過程では主電動機Mに駆動電力を供給する必要はない。したがって、充放電電圧変換回路PCを、主電動機Mの駆動電力に対応する容量とする必要、補機回路XMCの動作電力に対応する容量で済むため、その分の小型化を実現できる。 In the final overhead line hybrid mode, the power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line does not pass through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. In order to continue the operation of XMC, the power stored in the power storage unit BTU may be supplied to the accessory circuit XMC via a power path passing through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. Since switching between the storage battery mode and the overhead wire hybrid mode is performed when the vehicle is stopped or coasting, it is not necessary to supply drive power to the main electric motor M during the switching process. Therefore, the charging/discharging voltage conversion circuit PC needs to have a capacity corresponding to the driving power of the main motor M, and the capacity corresponding to the operating power of the auxiliary circuit XMC is sufficient, so that the size can be reduced accordingly.

2.3.5 架線ハイブリッドモードでシステム停止
図27は、架線ハイブリッドモードで電源システムPS2を停止する際の制御手順を説明するフローチャートである。電源システムPS2の停止は、電気車の停車時に行われる。架線ハイブリッドモードでは、第1開閉装置SW1および第3開閉装置SW3が投入されている。第2開閉装置SW2は、蓄電部BTUのE形蓄電池BT2の充電中ならば投入されており、そうでないならば開放されている(ステップO1)。
2.3.5 System Stop in Catenary Hybrid Mode FIG. 27 is a flowchart for explaining the control procedure when stopping the power supply system PS2 in the catenary hybrid mode. Power supply system PS2 is stopped when the electric train is stopped. In the overhead line hybrid mode, the first switchgear SW1 and the third switchgear SW3 are closed. The second switching device SW2 is closed if the E-type storage battery BT2 of the power storage unit BTU is being charged, and otherwise opened (step O1).

先ず、乗務員により運転台の前進後進スイッチが中立位置に操作されることにより主変換回路TCA,TCBの制御部が主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することで、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することで、主開閉装置SWA,SWBを開放する(ステップO3)。次に、運転台のパンタグラフPTの下降スイッチが扱われることにより主変換回路TCA,TCBの制御部が主開閉装置SWMに開閉指示信号Nを出力することによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SMWに開閉指示信号Nを出力することによって、第2開閉装置SW2および第3開閉装置SW3を開放する(ステップO5)。次いで、第1開閉装置SW1を開放する(ステップO7)。これにより、蓄電部BTUの蓄電電力の直流電力ラインへの供給が停止される。 First, when the driver operates the forward/reverse switch on the cab to the neutral position, the controllers of the main conversion circuits TCA and TCB output opening/closing instruction signals A and B to the main opening/closing devices SWA and SWB. The part CTR outputs the switching instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB, thereby opening the main switching devices SWA and SWB (step O3). Next, by operating the down switch of the pantograph PT on the cab, the controllers of the main conversion circuits TCA and TCB output the opening/closing instruction signal N to the main switching device SWM, or the control unit CTR outputs the switching instruction signal N to the main switching device SMW. , the second switching device SW2 and the third switching device SW3 are opened (step O5). Next, the first opening/closing device SW1 is opened (step O7). As a result, the supply of the power stored in power storage unit BTU to the DC power line is stopped.

その後、主変換回路TCA,TCBの制御部から、または制御部CRTからのパンタグラフPTの状態遷移指示信号Pにより、主開閉装置SWMを開放した後(ステップO9)、パンタグラフPTを非集電状態へ遷移させるべく下降させる(ステップO11)。これにより、補機回路XMCへのパンタグラフPTからの架線電力の供給が停止されて補機類の動作が停止する。そして、電源システムPS2が停止する。 Thereafter, after the main switching device SWM is opened by the state transition instruction signal P of the pantograph PT from the control units of the main conversion circuits TCA and TCB or from the control unit CRT (step O9), the pantograph PT is put into the non-collecting state. It is lowered for transition (step O11). As a result, the supply of overhead wire power from the pantograph PT to the auxiliary equipment circuit XMC is stopped, and the operation of the auxiliary equipment is stopped. Then, the power supply system PS2 is stopped.

2.3.6 蓄電池モードでシステム停止
図28は、蓄電池モードで電源システムPS2を停止する際の制御手順を説明するフローチャートである。電源システムPS2の停止は、電気車の停車時に行われる。蓄電池モードでは、第1開閉装置SW1が投入され、第2開閉装置SW2が開放されている。第3開閉装置SW3は、起動以降にモードの切り替えまたは充放電電圧変換回路PCを経由したE形蓄電池BT2の充電がなされている場合には投入され、そうでないならば開放されている(ステップP1)。
2.3.6 System Stop in Storage Battery Mode FIG. 28 is a flow chart for explaining the control procedure when stopping the power supply system PS2 in the storage battery mode. Power supply system PS2 is stopped when the electric train is stopped. In the storage battery mode, the first switchgear SW1 is closed and the second switchgear SW2 is opened. The third switchgear SW3 is closed if the mode has been switched or the E-type storage battery BT2 has been charged via the charge/discharge voltage conversion circuit PC after startup, and if not, it is opened (step P1 ).

先ず、例えば運転台の蓄電池投入スイッチの手動オフにより、制御部CTRは第2開閉装置SW2を開放する(ステップP3)。続いて、第1開閉装置SW1を開放する(ステップP5)。これにより、直流電力ラインへの蓄電部BTUの蓄電電力の供給が遮断されて、補機類の動作が停止する。その後、主開閉装置SWMを開放する(ステップP7)。これにより、全ての開閉装置が開放状態となり、電源システムPS2が停止する。 First, the controller CTR opens the second opening/closing device SW2 by, for example, manually turning off the battery switch on the driver's cab (step P3). Subsequently, the first opening/closing device SW1 is opened (step P5). As a result, the supply of the power stored in the power storage unit BTU to the DC power line is interrupted, and the operation of the accessories is stopped. After that, the main switching device SWM is opened (step P7). As a result, all the switchgears are opened and the power supply system PS2 is stopped.

2.3.7 純架線モードで起動
図29は、停止している電源システムPS2を純架線モードで起動する際の制御手順を説明するフローチャートである。電源システムPS2が停止しているので電気車は停車しており、原則、主開閉装置SWM,SWA,SWB、第1~第3開閉装置SW1,SW2,SW3の各開閉装置は全て開放状態となっており、主変換回路TCA,TCB、補機回路XMC、充放電電圧変換回路PCの各回路も全て動作を停止している。
2.3.7 Startup in Pure Catenary Mode FIG. 29 is a flowchart for explaining the control procedure when starting the stopped power supply system PS2 in pure catenary mode. Since the power supply system PS2 is stopped, the electric car is stopped, and in principle, the main switching devices SWM, SWA, SWB and the first to third switching devices SW1, SW2, SW3 are all in the open state. The main conversion circuits TCA and TCB, the auxiliary circuit XMC, and the charge/discharge voltage conversion circuit PC all stop operating.

運転台からのパンタグラフPTの上昇スイッチが扱われることによりパンタグラフPTに状態遷移指示信号Pが出力されて、または制御部CTRがパンタグラフPTに状態遷移指示信号Pを出力することによって、パンタグラフPTを集電状態へ遷移させるべく上昇させる(ステップQ1)。これにより、パンタグラフPTによる架線電力が補機回路XMCに供給されて補機類が動作を開始することができる。次に、制御部CTRは、パンタグラフPTが上昇状態にあることを検知して、短絡開閉装置SWSを投入する(ステップQ3)。 The state transition instruction signal P is output to the pantograph PT by operating the up switch of the pantograph PT from the cab, or the pantograph PT is collected when the control unit CTR outputs the state transition instruction signal P to the pantograph PT. It is raised to make a transition to the electric state (step Q1). As a result, overhead wire power from the pantograph PT is supplied to the accessory circuit XMC, and the accessories can start operating. Next, the control unit CTR detects that the pantograph PT is in the raised state, and turns on the short-circuit switching device SWS (step Q3).

そして、運転台の前進後進スイッチが扱われることで主変換回路TCA,TCBの制御部が主開閉装置SWMに開閉指示信号Nを出力することにより、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWMに開閉指示信号Nを出力することにより、主開閉装置SWMを投入する(ステップQ5)。主開閉装置SWMが投入されることで、パンタグラフPTによる架線電力が直流電力ラインに供給される。 Then, the control unit of the main conversion circuits TCA and TCB outputs the opening/closing instruction signal N to the main switching device SWM by operating the forward/backward switch of the cab, or the control unit CTR instructs the main switching device SWM to open/close. By outputting the signal N, the main switchgear SWM is closed (step Q5). When the main switchgear SWM is turned on, overhead wire power is supplied to the DC power line by the pantograph PT.

その後、乗務員により運転台に設けられた主幹制御器のノッチが扱われたことで主変換回路TCA,TCBの制御部が主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することにより、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することにより、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップQ7)。これにより、A系回路およびB系回路が直流電力ラインに接続され、パンタグラフPTによる架線電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 After that, when the notch of the master controller provided in the cab is operated by the crew, the controllers of the main converter circuits TCA and TCB output the switching instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB, Alternatively, the main switching devices SWA, SWB are turned on by the controller CTR outputting the switching instruction signals A, B to the main switching devices SWA, SWB (step Q7). As a result, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line, and overhead wire power from the pantograph PT is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven.

そして、電気車の走行中に充電開始のトリガを検知すると(ステップQ9)、制御部CTRは、第2開閉装置SW2を投入する(ステップQ11)。第2開閉装置SW2を投入することで、パンタグラフPTによる架線電力が充放電電圧変換回路PCの一次側に供給され、一次側電圧VDC1が架線電圧Vpとなる。充電開始のトリガとしては、蓄電部BTUの蓄電電圧Vbatを所定の蓄電開始閾値と比較することによる検知や、充電残量SOCを所定の蓄電開始閾値と比較することによる検知、あるいは電気車が充電を開始する地点として予め定められた地点に到達したことを検知したり、電気車が充電を開始する時刻として予め定められた時刻に達したことを検知するといった充電を開始させることを示す検知をトリガとすることが考えられる。 Then, when a trigger for starting charging is detected while the electric vehicle is running (step Q9), the control unit CTR turns on the second opening/closing device SW2 (step Q11). By turning on the second switchgear SW2, the catenary power from the pantograph PT is supplied to the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC, and the primary side voltage VDC1 becomes the catenary voltage Vp. The trigger to start charging is detection by comparing the storage voltage Vbat of the power storage unit BTU with a predetermined storage start threshold, detection by comparing the remaining charge SOC with a predetermined storage start threshold, or detection by an electric vehicle charging. Detecting that the electric car has reached a predetermined point as the point to start charging, or detecting that the electric car has reached a predetermined time as the time to start charging. It can be considered as a trigger.

続いて、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1と、蓄電電圧Vbatとを比較する。一次側電圧VDC1は、実際の架線電圧Vpに相当する。一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbat以上(VDC1≧Vbat)ならば(ステップQ13:YES)、第3開閉装置SW3を投入する(ステップQ15)。第3開閉装置SW3を投入することで、充放電電圧変換回路PCの二次側と蓄電部BTUとを結ぶ電力経路が開通する。そして、充放電電圧変換回路PCの二次側の充電動作を開始させる(ステップQ17)。充電動作は、一次側に供給される架線電力を二次側に変換して出力する電圧変換動作であり、通流率を調整することで、蓄電部BTUの充電電流である二次側の電流を制御することができる。 Subsequently, the primary side voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC and the storage voltage Vbat are compared. The primary voltage VDC1 corresponds to the actual overhead wire voltage Vp. If the primary voltage VDC1 is equal to or higher than the storage voltage Vbat (VDC1≧Vbat) (step Q13: YES), the third switching device SW3 is turned on (step Q15). By turning on the third switchgear SW3, a power path connecting the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC and the power storage unit BTU is opened. Then, the charge operation on the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is started (step Q17). The charging operation is a voltage conversion operation in which overhead line power supplied to the primary side is converted to the secondary side and output. can be controlled.

一方、一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbat未満(VDC1<Vbat)ならば(ステップQ13:NO)、充放電電圧変換回路PCの一次側の昇圧動作を開始させて、中間コンデンサ電圧VDCHを蓄電電圧Vbatまで上昇させる(ステップQ19)。また、充放電電圧変換回路PCの二次側の通流率を「1(全開)」に変更する(ステップQ21)。次いで、第3開閉装置SW3を投入する(ステップQ23)。続いて、充放電電圧変換回路PCの動作を停止させる(ステップQ25)。 On the other hand, if the primary-side voltage VDC1 is less than the storage voltage Vbat (VDC1<Vbat) (step Q13: NO), the charge/discharge voltage conversion circuit PC starts the boosting operation on the primary side to increase the intermediate capacitor voltage VDCH to the storage voltage Vbat. (step Q19). Also, the duty ratio of the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is changed to "1 (fully open)" (step Q21). Next, the third switching device SW3 is turned on (step Q23). Subsequently, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step Q25).

このように充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1と蓄電電圧Vbatとの大小に応じた制御を行う。その後、充電完了のトリガを検知すると(ステップQ27)、充放電電圧変換回路PCの動作を停止させる(ステップQ29)。そして、第2開閉装置SW2を開放する(ステップQ31)。充電完了のトリガは、蓄電部BTUの蓄電電圧Vbatを所定の充電完了閾値と比較することによる検知や、充電残量SOCを所定の充電完了閾値と比較することによる検知、あるいは電気車が充電を完了する地点として予め定められた地点に到達したことを検知したり、電気車が充電を完了する時刻として予め定められた時刻に達したことを検知するといった充電を完了させることを示す検知をトリガとすることが考えられる。 In this manner, control is performed according to the magnitude of the primary voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC and the storage voltage Vbat. After that, when the charge completion trigger is detected (step Q27), the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step Q29). Then, the second switching device SW2 is opened (step Q31). The trigger for completion of charging is detection by comparing the storage voltage Vbat of the power storage unit BTU with a predetermined charging completion threshold, detection by comparing the remaining charge SOC with a predetermined charging completion threshold, or detection by the electric vehicle charging. Triggering the detection indicating completion of charging, such as reaching a predetermined point as a point to complete charging or detecting that an electric vehicle reaches a predetermined time as a time to complete charging. It is conceivable that

2.3.8 純架線モードから蓄電池モードへの切り替え
図30は、純架線モードから蓄電池モードへ切り替える際の制御手順を説明するフローチャートである。純架線モードから蓄電池モードへの切り替えは、電気車の停車時又は惰行時に行うことが可能であるが、以下では停車時に行うこととして説明する。
2.3.8 Switching from Pure Catenary Mode to Storage Battery Mode FIG. 30 is a flowchart for explaining a control procedure when switching from pure catenary mode to storage battery mode. Switching from the pure overhead line mode to the storage battery mode can be performed when the electric train is stopped or when coasting.

純架線モードでは、第1開閉装置SW1および第2開閉装置SW2が開放され、主開閉装置SWMが投入された状態にある。第3開閉装置SW3は、起動以降にモードの切り替えまたは充放電電圧変換回路PCを経由したE形蓄電池BT2の充電がなされている場合には投入され、そうでないならば開放されている(ステップR1)。また、電気車は停車しており、主開閉装置SWA,SWBが開放されて主回路は動作を停止しているが、補機回路XMCは、架線電力および蓄電部BTUの蓄電電力が供給されて動作可能又は動作中となっている。 In the pure overhead line mode, the first switching device SW1 and the second switching device SW2 are opened, and the main switching device SWM is closed. The third switchgear SW3 is closed when the mode is switched or when the E-type storage battery BT2 is being charged via the charge/discharge voltage conversion circuit PC after startup, and is opened otherwise (step R1). ). In addition, the electric car is stopped, the main switching devices SWA and SWB are opened, and the main circuit stops operating. It is operable or in operation.

制御部CTRは、蓄電池モードへの切り替えトリガを検知すると、先ず、第2開閉装置SW2を投入する(ステップR3)。次いで、第3開閉装置SW3を投入する(ステップR5)。これにより、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1が架線電圧Vpとなり、二次側電圧VDC2が蓄電電圧Vbatとなる。蓄電池モードへの切り替えトリガとしては、運転台に設けたモード選択スイッチの操作による手動トリガとしても良いし、地点検知による自動トリガとしても良い。 When the control unit CTR detects a trigger for switching to the storage battery mode, first, the second opening/closing device SW2 is closed (step R3). Next, the third switching device SW3 is turned on (step R5). As a result, the primary side voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC becomes the overhead line voltage Vp, and the secondary side voltage VDC2 becomes the storage voltage Vbat. The trigger for switching to the storage battery mode may be a manual trigger by operating a mode selection switch provided on the driver's cab, or may be an automatic trigger by location detection.

次いで、充放電電圧変換回路PCの動作を開始させる(ステップR7)。この動作は、一次側電圧VDC1を架線電圧Vpに維持するように、二次側に供給される蓄電部BTUの蓄電電力を一次側に変換して出力する電圧変換動作である。これにより、補機回路XMCには、パンタグラフPTによる架線電力と、蓄電部BTUの蓄電電力とが供給された状態となり、何れの供給電圧も架線電圧Vpである。そして、パンタグラフPTを非集電状態に遷移させるべく下降させる(ステップR9)。これにより、補機回路XMCへの供給電力は、充放電電圧変換回路PCを介した蓄電部BTUの蓄電電力のみとなる。 Next, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is started (step R7). This operation is a voltage conversion operation that converts the power stored in the power storage unit BTU supplied to the secondary side to the primary side and outputs the converted power so as to maintain the primary side voltage VDC1 at the overhead line voltage Vp. As a result, the accessory circuit XMC is supplied with the overhead wire power from the pantograph PT and the power stored in the power storage unit BTU, and both supply voltages are the overhead wire voltage Vp. Then, the pantograph PT is lowered to transition to the non-collecting state (step R9). As a result, the power supplied to the accessory circuit XMC is only the power stored in the power storage unit BTU via the charge/discharge voltage conversion circuit PC.

続いて、充放電電圧変換回路PCの通流率を「1(全開)」に変更する(ステップR11)。これにより、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbatとなり、補機回路XMCへの蓄電電力の供給電圧が蓄電電圧Vbatとなる。次いで、第1開閉装置SW1を投入する(ステップR15)。第1開閉装置SW1を投入することで、蓄電部BTUと直流電力ラインとを結ぶ電力経路が開通し、蓄電部BTUの蓄電電力が補機回路XMCに供給される。そして、充放電電圧変換回路PCの動作を停止する(ステップR17)。これにより、蓄電部BTUから補機回路XMCへの電力経路が、直流電力ラインを経由する経路のみとなる。 Subsequently, the duty ratio of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is changed to "1 (fully open)" (step R11). As a result, the primary voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC becomes the storage voltage Vbat, and the supply voltage of the stored power to the auxiliary equipment circuit XMC becomes the storage voltage Vbat. Next, the first switchgear SW1 is turned on (step R15). By turning on the first switchgear SW1, a power path connecting the power storage unit BTU and the DC power line is opened, and the power stored in the power storage unit BTU is supplied to the auxiliary equipment circuit XMC. Then, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step R17). As a result, the only power path from power storage unit BTU to auxiliary circuit XMC is the direct-current power line.

その後、乗務員により運転台に設けられた主幹制御器のノッチが扱われることで主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bが出力されることによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップR19)。これにより、仮に主開閉装置SWA,SWBが開放された状態であった場合にも投入される。その結果、蓄電部BTUと、A系回路およびB系回路との電力ラインが開通して、蓄電部BTUの放電電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 After that, the notch of the master controller provided in the cab is operated by the crew to output the opening/closing instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB, or the control unit CTR controls the main switching devices SWA and SWB. By outputting the switching instruction signals A and B to SWB, the main switching devices SWA and SWB are closed (step R19). As a result, even if the main switching devices SWA and SWB are in the open state, they are turned on. As a result, the power lines between the power storage unit BTU and the A-system and B-system circuits are opened, and the discharged power of the power storage unit BTU is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven. .

2.3.9 蓄電池モードから純架線モードへの切り替え
図31は、蓄電池モードから純架線モードへ切り替える際の制御手順を説明するフローチャートである。蓄電池モードから純架線モードへの切り替えは、電気車の停車時又は惰行時に行うことが可能であるが、以下では停車時に行うこととして説明する。
2.3.9 Switching from Storage Battery Mode to Pure Catenary Mode FIG. 31 is a flowchart for explaining the control procedure when switching from the storage battery mode to the pure catenary mode. Switching from the storage battery mode to the pure overhead line mode can be performed when the electric train is stopped or coasting, but in the following description it is assumed that it is performed when the train is stopped.

蓄電池モードでは、第2開閉装置SW2が開放され、第1開閉装置SW1および短絡開閉装置SWSが投入された状態にある(ステップS1)。また、電気車は停車しており、主開閉装置SWA,SWBが開放されて主回路は動作を停止しているが、補機回路XMCは、蓄電部BTUの蓄電電力が供給されて動作可能又は動作中となっている。 In the storage battery mode, the second switchgear SW2 is opened, and the first switchgear SW1 and the short-circuit switchgear SWS are closed (step S1). In addition, the electric car is stopped, the main switching devices SWA and SWB are opened, and the main circuit stops operating. It is in operation.

制御部CTRは、純架線モードへの切り替えトリガを検知すると、先ず、第2開閉装置SW2を投入する(ステップS3)。純架線モードへの切り替えトリガとしては、運転台に設けたモード選択スイッチの操作による手動トリガとしても良いし、電気車が純架線モードへ切り替える地点として予め定められた地点に到達したことを検知する地点検知による自動トリガとしても良い。第2開閉装置SW2を投入することで、蓄電部BTUから充放電電圧変換回路PCの一次側までの電力経路が開通し、充放電電圧変換回路PCの一次側電圧VDC1が蓄電電圧Vbatとなる。 When the control unit CTR detects a trigger for switching to the pure overhead line mode, first, the second switchgear SW2 is turned on (step S3). The trigger for switching to the pure catenary mode may be a manual trigger by operating a mode selection switch provided on the cab, or the arrival of the electric car at a predetermined point for switching to the pure catenary mode is detected. It may be automatically triggered by point detection. By turning on the second switching device SW2, the power path from the power storage unit BTU to the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is opened, and the primary side voltage VDC1 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC becomes the storage voltage Vbat.

次に、第3開閉装置SW3を投入する(ステップS5)。第3開閉装置SW3を投入することで、蓄電部BTUから充放電電圧変換回路PCの二次側までの電力経路が開通し、充放電電圧変換回路PCの二次側電圧VDC2が蓄電電圧Vbatとなる。そして、充放電電圧変換回路PCの一次側の通流率を「1(全開)」に変更する(ステップS7)。これにより、補機回路XMCへの蓄電部BTUの蓄電電力の供給経路が、直流電力ラインを経由する経路と、充放電電圧変換回路PCを経由する経路と、の2つとなる。 Next, the third switching device SW3 is turned on (step S5). By turning on the third switching device SW3, the power path from the power storage unit BTU to the secondary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is opened, and the secondary side voltage VDC2 of the charge/discharge voltage conversion circuit PC becomes the storage voltage Vbat. Become. Then, the duty ratio of the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is changed to "1 (fully open)" (step S7). As a result, there are two paths through which the power stored in the power storage unit BTU is supplied to the auxiliary equipment circuit XMC: one through the DC power line and the other through the charge/discharge voltage conversion circuit PC.

続いて、第1開閉装置SW1を開放する(ステップS9)。第1開閉装置SW1を開放することで、補機回路XMCへの蓄電部BTUの蓄電電力の供給経路が、充放電電圧変換回路PCを経由する経路のみとなる。そして、パンタグラフPTを集電状態へ遷移させるべく上昇させる(ステップS11)。これにより、補機回路XMCに、パンタグラフPTによる架線電力が供給されるようになる。次いで、充放電電圧変換回路PCの一次側の動作を停止させる(ステップS13)。そして、第2開閉装置SW2を開放する(ステップS15)。これにより、補機回路XMCへの蓄電部BTUの蓄電電力の供給が停止され、補機回路XMCへの供給電力は架線電力のみとなる。 Subsequently, the first opening/closing device SW1 is opened (step S9). By opening the first switchgear SW1, the only path through which the power stored in the power storage unit BTU is supplied to the auxiliary circuit XMC is via the charge/discharge voltage conversion circuit PC. Then, the pantograph PT is raised to transition to the current collecting state (step S11). As a result, overhead power from the pantograph PT is supplied to the accessory circuit XMC. Next, the operation of the primary side of the charge/discharge voltage conversion circuit PC is stopped (step S13). Then, the second opening/closing device SW2 is opened (step S15). As a result, the supply of the power stored in the power storage unit BTU to the accessory circuit XMC is stopped, and the power supplied to the accessory circuit XMC is only overhead line power.

その後、乗務員により運転台に設けられた主幹制御器のノッチが扱われると主変換回路TCA,TCBの制御部が主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、主開閉装置SWA,SWBを投入する(ステップS17)。これにより、A系回路およびB系回路が直流電力ラインに接続され、パンタグラフPTからの架線電力が主変換回路TCA,TCBへ供給されて主電動機Mの駆動が可能となる。 After that, when the notch of the master controller provided in the cab is operated by the crew, the control units of the main converter circuits TCA and TCB output the switching instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB, or control the switching devices. The main switching devices SWA, SWB are turned on by the part CTR outputting the switching instruction signals A, B to the main switching devices SWA, SWB (step S17). As a result, the A-system circuit and the B-system circuit are connected to the DC power line, and overhead wire power from the pantograph PT is supplied to the main conversion circuits TCA and TCB, so that the main motor M can be driven.

2.3.10 純架線モードでシステム停止
図32は、純架線モードで電源システムPS2を停止する際の制御手順を説明するフローチャートである。電源システムPS2の停止は、電気車の停車時に行われる。純架線モードでは、第1開閉装置SW1および第2開閉装置SW2は開放されている。第3開閉装置SW3は、起動以降にモードの切り替えまたは充放電電圧変換回路PCを経由したE形蓄電池BT2の充電がなされている場合には投入され、そうでないならば開放されている(ステップT1)。
2.3.10 System Stop in Pure Catenary Mode FIG. 32 is a flowchart for explaining the control procedure when stopping the power supply system PS2 in pure catenary mode. Power supply system PS2 is stopped when the electric train is stopped. In the pure overhead line mode, the first switchgear SW1 and the second switchgear SW2 are open. The third switchgear SW3 is closed if the mode has been switched or the E-type storage battery BT2 has been charged via the charge/discharge voltage conversion circuit PC after startup, and if not, the third switchgear SW3 is opened (step T1 ).

先ず、乗務員により運転台の前進後進スイッチが中立位置に操作されることで主変換回路TCA,TCBの制御部が主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、あるいは制御部CTRが主開閉装置SWA,SWBに開閉指示信号A,Bを出力することによって、主開閉装置SWA,SWBを開放する(ステップT3)。次に、運転台のパンタグラフPTの下降スイッチが扱われることで主変換回路TCA,TCBの制御部、あるいは制御部CTRよって、第3開閉装置SW3か開放されていなければ開放する(ステップT5)。続いて、短絡開閉装置SWSを開放する(ステップT7)。 First, when the driver operates the forward/reverse switch on the cab to the neutral position, the control units of the main conversion circuits TCA and TCB output opening/closing instruction signals A and B to the main opening/closing devices SWA and SWB. The part CTR outputs the switching instruction signals A and B to the main switching devices SWA and SWB, thereby opening the main switching devices SWA and SWB (step T3). Next, when the lowering switch of the pantograph PT on the cab is operated, the third switchgear SW3 is opened by the controllers of the main conversion circuits TCA, TCB or the controller CTR if it is not already opened (step T5). Subsequently, the short-circuit switching device SWS is opened (step T7).

その後、主変換回路TCA,TCBの制御部から、または制御部CRTからのパンタグラフPTの状態遷移指示信号Pにより、主開閉装置SWMを開放した後(ステップT9)、パンタグラフPTを非集電状態へ遷移させるべく下降させる(ステップT11)。これにより、全ての開閉装置が開放状態となり、電源システムPS2が停止する。 Thereafter, after the main switching device SWM is opened by the state transition instruction signal P of the pantograph PT from the control units of the main conversion circuits TCA and TCB or from the control unit CRT (step T9), the pantograph PT is put into the non-collecting state. It is lowered for transition (step T11). As a result, all the switchgears are opened and the power supply system PS2 is stopped.

2.4 作用効果
以上、第2実施例によれば、非電化区間に対応するための必要艤装空間の低減を図る新たな電気車用の電源システムPS2を実現することができる。具体的には、主回路が接続された直流電力ラインと、蓄電部BTUとを結ぶ電力経路として、充放電電圧変換回路PCを経由する経路と経由しない経路とを備える構成としている。これにより、非電化区間を走行する際の蓄電池モードや、電化区間を走行する際の架線ハイブリッドモードにおいては、蓄電部BTUからの放電電力を、充放電電圧変換回路PCを介さずに主変換回路TCA,TCBに供給することが可能となる。つまり、充放電電圧変換回路PCを、主電動機Mの駆動電力に対応する容量とする必要が無く、補機回路XMCの動作電力に対応する容量で済むため、その分の小型化を実現できる。
2.4 Actions and Effects As described above, according to the second embodiment, it is possible to realize a new power supply system PS2 for an electric vehicle that reduces the required outfitting space for coping with non-electrified sections. Specifically, a power path that connects the DC power line to which the main circuit is connected and the power storage unit BTU includes a path that passes through the charge/discharge voltage conversion circuit PC and a path that does not pass through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. As a result, in the storage battery mode when traveling in a non-electrified section and the overhead wire hybrid mode when traveling in an electrified section, the discharged power from the power storage unit BTU is transferred to the main conversion circuit without going through the charge/discharge voltage conversion circuit PC. It becomes possible to supply to TCA and TCB. In other words, the charging/discharging voltage conversion circuit PC does not need to have a capacity corresponding to the drive power of the main motor M, and can be reduced in size by the capacity corresponding to the operating power of the auxiliary circuit XMC.

また、追加電源システムAPSによれば、電化区間にのみ対応していた電気車用電源システムの機器を利用して、非電化区間に対応可能となる。 In addition, according to the additional power supply system APS, it is possible to use the equipment of the power supply system for electric vehicles, which was only compatible with electrified sections, to be compatible with non-electrified sections.

更には、蓄電池モードへと架線ハイブリッドモードとへの切り替えの何れにおいても、突流発生や電車線への逆流を防止しつつ、車内照明や空調などの補機動作を継続させたままの切り替えを実現することができる。 Furthermore, in both the switching to the storage battery mode and the overhead line hybrid mode, it is possible to prevent the occurrence of rush currents and reverse currents to the overhead contact lines while continuing to operate auxiliary equipment such as lighting and air conditioning in the car. can do.

[変形例]
なお、本発明を適用可能な形態は上述した実施形態に限られるものではない。例えば、蓄電部BTUは、P形蓄電池BT1と、E形蓄電池BT2との2種類を備える構成としたが、どちら1種類の蓄電池のみで構成することとしてもよい。その場合、削除する方の蓄電池およびダイオードD2を除いて、選択された1種類の蓄電池のみで蓄電部BTUを構成することができる。またその場合、P形蓄電池BT1とE形蓄電池BT2とのうち、好適にはP形蓄電池BT1で蓄電部BTUを構成すると良い。
[Modification]
In addition, the form which can apply this invention is not restricted to embodiment mentioned above. For example, the power storage unit BTU includes two types of the P-type storage battery BT1 and the E-type storage battery BT2. In that case, power storage unit BTU can be configured with only the selected one type of storage battery, excluding the storage battery and diode D2 to be deleted. In that case, of the P-type storage battery BT1 and the E-type storage battery BT2, the P-type storage battery BT1 preferably constitutes the power storage unit BTU.

また、上述の実施形態では、主開閉装置SWMの開閉指示信号N、主開閉装置SWA,SWBの開閉指示信号A,Bを既存の主変換回路TCA,TCBの制御部に残したままとし、追加電源システムAPSの制御部CTRにおいては、パンタグラフPTの状態遷移指示信号P、第1~第3開閉装置SW1,SW2,SW3それぞれの開閉指示信号W1~W3、電流センサCTの検知電流I、充放電電圧変換回路PCの通流率制御信号S、を扱うものとして説明してきたが、制御部CTRが各信号を統合して扱っても良い。 Further, in the above-described embodiment, the switching instruction signal N of the main switching device SWM and the switching instruction signals A and B of the main switching devices SWA and SWB are left in the existing control units of the main conversion circuits TCA and TCB. In the control unit CTR of the power supply system APS, a state transition instruction signal P of the pantograph PT, opening/closing instruction signals W1 to W3 of the first to third switching devices SW1, SW2, and SW3, detection current I of the current sensor CT, charge/discharge Although the duty ratio control signal S of the voltage conversion circuit PC has been described, the controller CTR may integrate and handle each signal.

また、上述した実施形態では、直流電気車の電源システムとして説明したが、交流電気車に本発明を適用することも可能である。具体的には、直流電力ラインを、交流電気車の直流リンク部(変圧器およびPWM整流器によって電車線の交流電力が直流電力に変換された電力ライン)に見立てて、追加電源システムAPSをその直流リンク部に追加する構成とすることで、非電化区間の走行を可能とすることができる。その場合、パンタグラフPTの集電状態/非集電状態の遷移とともに、PWM整流器の動作/停止を制御すると好適である。 Moreover, in the above-described embodiment, the power supply system for a DC electric vehicle has been described, but the present invention can also be applied to an AC electric vehicle. Specifically, the DC power line is likened to a DC link part of an AC electric car (a power line in which the AC power of the contact line is converted to DC power by a transformer and a PWM rectifier), and the additional power supply system APS is the DC power line. By adding a structure to the link part, it is possible to run in a non-electrified section. In that case, it is preferable to control the operation/stop of the PWM rectifier together with the transition of the current collection state/non-collection state of the pantograph PT.

PS1,PS2…電源システム
PT…パンタグラフ
SWM,SWA,SWB…主開閉装置
FLA,FLB…主フィルタリアクトル
TCA,TCB…主変換回路
M…主電動機
SWX…開閉装置
XMC…補機回路
APS…追加電源システム
CTR…制御部
RAS…艤装機器類
RCU…整流部
D1…ダイオード
SWS…短絡開閉装置
BTU…蓄電部
BT1…P形蓄電池
BT2…E形蓄電池
D2…ダイオード
CDU…充放電部
PC…充放電電圧変換回路
SW1…第1開閉装置
SW2…第2開閉装置
SW3…第3開閉装置
CT1,CT2…電流センサ
TC1,TC2…接続端子部
TW1,TW2,TW3,TW4…内部結線用端子
PS1, PS2... Power supply system PT... Pantograph SWM, SWA, SWB... Main switchgear FLA, FLB... Main filter reactor TCA, TCB... Main conversion circuit M... Main motor SWX... Switchgear XMC... Auxiliary circuit APS... Additional power supply system CTR...Control unit RAS...Equipping equipment RCU...Rectifying unit D1...Diode SWS...Short-circuit switchgear BTU...Power storage unit BT1...P-type storage battery BT2...E-type storage battery D2...Diode CDU...Charge/discharge unit PC...Charge/discharge voltage conversion circuit SW1... First switching device SW2... Second switching device SW3... Third switching device CT1, CT2... Current sensor TC1, TC2... Connection terminal section TW1, TW2, TW3, TW4... Terminal for internal connection

Claims (12)

集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した集電電力が主開閉装置を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路が接続された電気車用電源システムであって、
前記主開閉装置と前記直流電力ラインとの間に設けられ、前記電車線から前記直流電力ラインに向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する整流器と、前記整流器を短絡可能な短絡開閉装置とを有する整流部と、
開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電部と、
一方側が前記直流電力ラインに接続され、他方側が前記蓄電部に接続された充放電電圧変換回路と、
前記開閉装置の投入/開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電部の電力をもとに走行する蓄電池モードと、前記集電電力及び前記蓄電部の電力をもとに走行するハイブリッドモードとを切り替える制御部と、
を備え、
前記蓄電部は、前記開閉装置と前記充放電電圧変換回路との間に、
前記開閉装置側に接続される第1蓄電池と、
前記第1蓄電池よりもパワー密度が低くエネルギー密度が高く、前記充放電電圧変換回路側に接続される第2蓄電池と、
前記第2蓄電池から前記第1蓄電池に向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する蓄電部整流器と、
を有する、
電気車用電源システム。
A current collector capable of transitioning between a current collecting state and a non-collecting state drives the main motor to a DC power line to which the collected power collected from the contact line in the current collecting state is supplied via the main switchgear. A power supply system for an electric vehicle to which a main conversion circuit that supplies electric power is connected,
a rectifier provided between the main switchgear and the DC power line for allowing current flow from the overhead contact line toward the DC power line and blocking current flow in the reverse direction; and a rectifier capable of short-circuiting. a rectifying section having a short circuit switchgear;
a power storage unit connected to the DC power line via a switchgear;
a charging/discharging voltage conversion circuit having one side connected to the DC power line and the other side connected to the power storage unit;
By controlling the closing/opening of the switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit, a storage battery mode in which the vehicle runs on the power of the power storage unit, and the power collection. A control unit that switches between a hybrid mode in which the vehicle runs based on electric power and the electric power of the power storage unit;
with
The power storage unit is provided between the switching device and the charge/discharge voltage conversion circuit,
a first storage battery connected to the switchgear ;
a second storage battery having a lower power density and a higher energy density than the first storage battery and connected to the charge/discharge voltage conversion circuit side ;
a power storage unit rectifier that allows flow from the second storage battery to the first storage battery and prevents flow in the opposite direction;
having
Power system for electric vehicles.
前記ハイブリッドモードは、最終的に、前記開閉装置が投入され、前記充放電電圧変換回路が動作停止とされて前記蓄電部が浮動充電状態とされたモードである、
請求項1に記載の電気車用電源システム。
The hybrid mode is a mode in which the switching device is finally turned on, the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit is stopped, and the power storage unit is in a floating charge state.
The electric vehicle power supply system according to claim 1 .
前記蓄電部は、満充電時放電電圧が、前記電車線の電圧より高い、
請求項に記載の電気車用電源システム。
The power storage unit has a discharge voltage when fully charged that is higher than the voltage of the overhead contact line.
The electric vehicle power supply system according to claim 2 .
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した集電電力が主開閉装置を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路が接続された電気車用電源システムであって、
前記主開閉装置と前記直流電力ラインとの間に設けられ、前記電車線から前記直流電力ラインに向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する整流器と、前記整流器を短絡可能な短絡開閉装置とを有する整流部と、
開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電部と、
一方側が前記直流電力ラインに接続され、他方側が前記蓄電部に接続された充放電電圧変換回路と、
前記開閉装置の投入/開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電部の電力をもとに走行する蓄電池モードと、前記集電電力及び前記蓄電部の電力をもとに走行するハイブリッドモードとを切り替える制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記開閉装置が投入された前記蓄電池モードから前記ハイブリッドモードに切り替える場合に、前記充放電電圧変換回路に前記蓄電部の蓄電電力を前記一方側に放電させる放電電圧変換動作を開始させた後、前記開閉装置の開放、前記集電器の前記集電状態への遷移、前記放電電圧変換動作の停止、前記開閉装置の投入、の順に実行制御する、
電気車用電源システム。
A current collector capable of transitioning between a current collecting state and a non-collecting state drives the main motor to a DC power line to which the collected power collected from the contact line in the current collecting state is supplied via the main switchgear. A power supply system for an electric vehicle to which a main conversion circuit that supplies electric power is connected,
a rectifier provided between the main switchgear and the DC power line for allowing current flow from the overhead contact line toward the DC power line and blocking current flow in the reverse direction; and a rectifier capable of short-circuiting. a rectifying section having a short circuit switchgear;
a power storage unit connected to the DC power line via a switchgear;
a charging/discharging voltage conversion circuit having one side connected to the DC power line and the other side connected to the power storage unit;
By controlling the closing/opening of the switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit, a storage battery mode in which the vehicle runs on the power of the power storage unit, and the power collection. A control unit that switches between a hybrid mode in which the vehicle runs based on electric power and the electric power of the power storage unit;
with
The control unit
When switching from the storage battery mode in which the switching device is turned on to the hybrid mode, after causing the charge/discharge voltage conversion circuit to start a discharge voltage conversion operation for discharging the power stored in the power storage unit to the one side, the Opening of the switchgear, transition of the current collector to the current collecting state, suspension of the discharge voltage conversion operation, and closing of the switchgear are executed in this order;
Power system for electric vehicles.
前記制御部は、
前記ハイブリッドモードへの切り替えにおいて、前記蓄電部の蓄電電圧が前記電車線の電圧より低い場合に、前記放電電圧変換動作の停止の後、前記蓄電部の蓄電電圧が前記電車線の電圧に達するまで前記開閉装置を投入せずに、前記充放電電圧変換回路に、前記直流電力ラインからの前記一方側の電力を前記他方側に変換して出力させる充電電圧変換動作を行わせる制御を実行する、
請求項に記載の電気車用電源システム。
The control unit
In switching to the hybrid mode, when the stored voltage of the power storage unit is lower than the voltage of the overhead contact line, after the discharge voltage conversion operation is stopped, until the stored voltage of the power storage unit reaches the voltage of the overhead contact line. Without turning on the switchgear, the charge/discharge voltage conversion circuit performs a charge voltage conversion operation in which the power on the one side from the DC power line is converted to the other side and output.
The electric vehicle power supply system according to claim 4 .
前記制御部は、前記充放電電圧変換回路に、前記直流電力ラインからの前記一方側の電力を前記他方側に変換して出力させる充電電圧変換動作を行わせ、
前記充放電電圧変換回路は、中間コンデンサを挟んで第1昇降圧回路を前記一方側に、第2昇降圧回路を前記他方側に接続して構成され、前記充電電圧変換動作において前記第1昇降圧回路が昇圧動作を、前記第2昇降圧回路が降圧動作を行う、
請求項1~5の何れか一項に記載の電気車用電源システム。
The control unit causes the charge/discharge voltage conversion circuit to perform a charge voltage conversion operation of converting the power on the one side from the DC power line to the other side and outputting the power,
The charge/discharge voltage conversion circuit is configured by connecting a first step-up/step-down circuit to the one side and a second step-up/step-down circuit to the other side of the intermediate capacitor. The voltage boost circuit performs a voltage step-up operation, and the second voltage step-up/step-down circuit performs a voltage step-down operation;
The electric vehicle power supply system according to any one of claims 1 to 5 .
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した集電電力が主開閉装置を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路が接続された電気車用電源システムであって、
前記主開閉装置と前記直流電力ラインとの間に設けられ、前記電車線から前記直流電力ラインに向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する整流器と、前記整流器を短絡可能な短絡開閉装置とを有する整流部と、
開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電部と、
一方側が前記直流電力ラインに接続され、他方側が前記蓄電部に接続された充放電電圧変換回路と、
前記開閉装置の投入/開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電部の電力をもとに走行する蓄電池モードと、前記集電電力及び前記蓄電部の電力をもとに走行するハイブリッドモードとを切り替える制御部と、
1)前記直流電力ラインと前記蓄電部との間の第1通流電流、および、前記直流電力ラインと電気車の補機類に係る補機回路との間の第2通流電流、又は、2)前記蓄電部から前記直流電力ラインへの通流電流と前記直流電力ラインから前記補機回路への通流電流との合成電流、又は、3)前記直流電力ラインと前記蓄電部との接続箇所の通流電流、及び、前記直流電力ラインと前記補機回路との接続箇所よりも前記主開閉装置寄りの前記直流電力ラインの通流電流、を計測する電流センサ部と、
を備え、
前記制御部は、
前記集電器が前記集電状態であり、前記開閉装置が投入され、前記充放電電圧変換回路が停止した前記ハイブリッドモードから、前記蓄電池モードに切り替える場合に、前記蓄電部の放電電流が前記補機回路の消費電流に相当する状態とする電流制御である前記電流センサ部の計測値に基づく相当電流制御に従って、前記充放電電圧変換回路に前記蓄電部の蓄電電力を前記一方側に放電させる放電電圧変換動作を行わせた後、前記集電器の前記非集電状態への遷移、前記充放電電圧変換回路の動作停止、の順に実行制御する、
電気車用電源システム。
A current collector capable of transitioning between a current collecting state and a non-collecting state drives the main motor to a DC power line to which the collected power collected from the contact line in the current collecting state is supplied via the main switchgear. A power supply system for an electric vehicle to which a main conversion circuit that supplies electric power is connected,
a rectifier provided between the main switchgear and the DC power line for allowing current flow from the overhead contact line toward the DC power line and blocking current flow in the reverse direction; and a rectifier capable of short-circuiting. a rectifying section having a short circuit switchgear;
a power storage unit connected to the DC power line via a switchgear;
a charging/discharging voltage conversion circuit having one side connected to the DC power line and the other side connected to the power storage unit;
By controlling the closing/opening of the switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit, a storage battery mode in which the vehicle runs on the power of the power storage unit, and the power collection. A control unit that switches between a hybrid mode in which the vehicle runs based on electric power and the electric power of the power storage unit;
1) a first flow current between the DC power line and the power storage unit, and a second flow current between the DC power line and an auxiliary machine circuit related to the auxiliary machines of the electric vehicle, or 2) a combined current of a flowing current from the power storage unit to the DC power line and a flowing current from the DC power line to the auxiliary circuit, or 3) connection between the DC power line and the power storage unit a current sensor unit for measuring a flowing current of a point and a flowing current of the DC power line closer to the main switchgear than the connection point between the DC power line and the auxiliary circuit;
with
The control unit
When switching from the hybrid mode in which the current collector is in the current collecting state, the switching device is turned on, and the charge/discharge voltage conversion circuit is stopped to the storage battery mode, the discharge current of the power storage unit is increased by the auxiliary device. A discharge voltage that causes the charge/discharge voltage conversion circuit to discharge the power stored in the power storage unit to the one side according to equivalent current control based on the measured value of the current sensor unit, which is current control that is equivalent to the current consumption of the circuit. After the conversion operation is performed, execution control is performed in order of transition of the current collector to the non-collecting state and stop of operation of the charge/discharge voltage conversion circuit.
Power system for electric vehicles.
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した集電電力が主開閉装置を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路が接続された電気車用電源システムであって、前記主開閉装置と前記直流電力ラインとの間に設けられ、前記電車線から前記直流電力ラインに向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する整流器と、前記整流器を短絡可能な短絡開閉装置とを有する整流部と、開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電部と、一方側が前記直流電力ラインに接続され、他方側が前記蓄電部に接続された充放電電圧変換回路と、を備えた電気車用電源システムにおいて、
前記開閉装置の投入/開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電部の電力をもとに走行する蓄電池モードと、前記集電電力及び前記蓄電部の電力をもとに走行するハイブリッドモードとを切り替える電力供給制御方法であって、
前記開閉装置が投入された前記蓄電池モードから前記ハイブリッドモードに切り替える場合に、前記充放電電圧変換回路に前記蓄電部の蓄電電力を前記一方側に放電させる放電電圧変換動作を開始させた後、前記開閉装置の開放、前記集電器の前記集電状態への遷移、前記放電電圧変換動作の停止、前記開閉装置の投入、の順に実行制御する、
電力供給制御方法。
A current collector capable of transitioning between a current collecting state and a non-collecting state drives the main motor to a DC power line to which the collected power collected from the contact line in the current collecting state is supplied via the main switchgear. A power supply system for an electric vehicle to which a main conversion circuit for supplying electric power is connected, which is provided between the main switchgear and the DC power line, and permits current flow from the overhead contact line to the DC power line. a rectifier for blocking reverse direction current flow; a rectifying section having a short-circuit switching device capable of short-circuiting the rectifier; a power storage section connected to the DC power line via the switching device; A charge/discharge voltage conversion circuit connected to a DC power line and having the other side connected to the power storage unit, in an electric vehicle power supply system comprising:
By controlling the closing/opening of the switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit, a storage battery mode in which the vehicle runs on the power of the power storage unit, and the power collection. A power supply control method for switching between a hybrid mode in which the vehicle runs based on electric power and the electric power of the power storage unit,
When switching from the storage battery mode in which the switching device is turned on to the hybrid mode, after causing the charge/discharge voltage conversion circuit to start a discharge voltage conversion operation for discharging the power stored in the power storage unit to the one side, the Opening of the switchgear, transition of the current collector to the current collecting state, suspension of the discharge voltage conversion operation, and closing of the switchgear are executed in this order;
Power supply control method.
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した集電電力が主開閉装置を介して供給される直流電力ラインに、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路が接続された電気車用電源システムであって、前記主開閉装置と前記直流電力ラインとの間に設けられ、前記電車線から前記直流電力ラインに向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する整流器と、前記整流器を短絡可能な短絡開閉装置とを有する整流部と、開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電部と、一方側が前記直流電力ラインに接続され、他方側が前記蓄電部に接続された充放電電圧変換回路と、1)前記直流電力ラインと前記蓄電部との間の第1通流電流、および、前記直流電力ラインと電気車の補機類に係る補機回路との間の第2通流電流、又は、2)前記蓄電部から前記直流電力ラインへの通流電流と前記直流電力ラインから前記補機回路への通流電流との合成電流、又は、3)前記直流電力ラインと前記蓄電部との接続箇所の通流電流、及び、前記直流電力ラインと前記補機回路との接続箇所よりも前記主開閉装置寄りの前記直流電力ラインの通流電流、を計測する電流センサ部と、を備えた電気車用電源システムにおいて、
前記開閉装置の投入/開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電部の電力をもとに走行する蓄電池モードと、前記集電電力及び前記蓄電部の電力をもとに走行するハイブリッドモードとを切り替える電力供給制御方法であって、
前記集電器が前記集電状態であり、前記開閉装置が投入され、前記充放電電圧変換回路が停止した前記ハイブリッドモードから、前記蓄電池モードに切り替える場合に、前記蓄電部の放電電流が前記補機回路の消費電流に相当する状態とする電流制御である前記電流センサ部の計測値に基づく相当電流制御に従って、前記充放電電圧変換回路に前記蓄電部の蓄電電力を前記一方側に放電させる放電電圧変換動作を行わせた後、前記集電器の前記非集電状態への遷移、前記充放電電圧変換回路の動作停止、の順に実行制御する、
電力供給制御方法。
A current collector capable of transitioning between a current collecting state and a non-collecting state drives the main motor to a DC power line to which the collected power collected from the contact line in the current collecting state is supplied via the main switchgear. A power supply system for an electric vehicle to which a main conversion circuit for supplying electric power is connected, which is provided between the main switchgear and the DC power line, and permits current flow from the overhead contact line to the DC power line. a rectifier for blocking reverse direction current flow; a rectifying section having a short-circuit switching device capable of short-circuiting the rectifier; a power storage section connected to the DC power line via the switching device; a charge/discharge voltage conversion circuit connected to a DC power line and having the other side connected to the power storage unit; and 1) a first flowing current between the DC power line and the power storage unit, and the DC power line. A second flowing current between an auxiliary machine circuit related to auxiliary machines of an electric vehicle, or 2) a flowing current from the power storage unit to the DC power line and a flowing current from the DC power line to the auxiliary machine circuit or 3) the current at the connection point between the DC power line and the power storage unit, and the main switchgear rather than the connection point between the DC power line and the auxiliary circuit. A power supply system for an electric vehicle, comprising:
By controlling the closing/opening of the switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit, a storage battery mode in which the vehicle runs on the power of the power storage unit, and the power collection. A power supply control method for switching between a hybrid mode in which the vehicle runs based on electric power and the electric power of the power storage unit,
When switching from the hybrid mode in which the current collector is in the current collecting state, the switching device is turned on, and the charge/discharge voltage conversion circuit is stopped to the storage battery mode, the discharge current of the power storage unit is increased by the auxiliary device. A discharge voltage that causes the charge/discharge voltage conversion circuit to discharge the power stored in the power storage unit to the one side according to equivalent current control based on the measured value of the current sensor unit, which is current control that is equivalent to the current consumption of the circuit. After the conversion operation is performed, execution control is performed in order of transition of the current collector to the non-collecting state and stop of operation of the charge/discharge voltage conversion circuit.
Power supply control method.
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した集電電力に基づいて、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、補機類に係る補機回路と、が動作する電気車用電源システムにおける追加電源システムであって、
前記電気車用電源システムにおいて前記集電器による集電電力が主開閉装置及び直流電力ラインを介して前記主変換回路に供給される前記主開閉装置と前記直流電力ラインとの間に設けられ、前記電車線から前記直流電力ラインに向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する整流器と、前記整流器を短絡可能な短絡開閉装置とを有する整流部と、
開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電部と、
前記補機回路が前記直流電力ラインに接続されていない場合に前記補機回路を前記直流電力ラインに接続するための接続端子部と、前記開閉装置と、一方側が前記直流電力ラインに接続され、他方側が前記蓄電部に接続された充放電電圧変換回路とを有する充放電回路部と、
前記開閉装置の投入/開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電部の電力をもとに走行する蓄電池モードと、前記集電電力及び前記蓄電部の電力をもとに走行するハイブリッドモードとを切り替える制御部と、
を備え、
前記蓄電部は、前記開閉装置と前記充放電電圧変換回路との間に、
前記開閉装置側に接続される第1蓄電池と、
前記第1蓄電池よりもパワー密度が低くエネルギー密度が高く、前記充放電電圧変換回路側に接続される第2蓄電池と、
前記第2蓄電池から前記第1蓄電池に向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する蓄電部整流器と、
を有する、
追加電源システム。
a main conversion circuit for supplying electric power for driving the main motor based on the collected power collected from the contact line in the current collecting state by a current collector capable of state transition between a current collecting state and a non-collecting state; An additional power supply system in an electric vehicle power supply system that operates with an auxiliary circuit related to a class,
In the electric vehicle power supply system, the power collected by the current collector is provided between the main switching device and the DC power line, in which the power collected by the current collector is supplied to the main conversion circuit through the main switching device and the DC power line, a rectifying section having a rectifier that allows current flow from the overhead contact line to the DC power line and prevents the current from flowing in the opposite direction;
a power storage unit connected to the DC power line via a switchgear;
a connection terminal portion for connecting the auxiliary circuit to the DC power line when the auxiliary circuit is not connected to the DC power line; and one side of the switchgear connected to the DC power line, a charging/discharging circuit unit having a charging/discharging voltage conversion circuit whose other side is connected to the power storage unit;
By controlling the closing/opening of the switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit, a storage battery mode in which the vehicle runs on the power of the power storage unit, and the power collection. A control unit that switches between a hybrid mode in which the vehicle runs based on electric power and the electric power of the power storage unit;
with
The power storage unit is provided between the switching device and the charge/discharge voltage conversion circuit,
a first storage battery connected to the switchgear ;
a second storage battery having a lower power density and a higher energy density than the first storage battery and connected to the charge/discharge voltage conversion circuit side ;
a power storage unit rectifier that allows flow from the second storage battery to the first storage battery and prevents flow in the opposite direction;
having
Additional power system.
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した集電電力に基づいて、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、補機類に係る補機回路と、が動作する電気車用電源システムにおける追加電源システムであって、
前記電気車用電源システムにおいて前記集電器による集電電力が主開閉装置及び直流電力ラインを介して前記主変換回路に供給される前記主開閉装置と前記直流電力ラインとの間に設けられ、前記電車線から前記直流電力ラインに向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する整流器と、前記整流器を短絡可能な短絡開閉装置とを有する整流部と、
開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電部と、
前記補機回路が前記直流電力ラインに接続されていない場合に前記補機回路を前記直流電力ラインに接続するための接続端子部と、前記開閉装置と、一方側が前記直流電力ラインに接続され、他方側が前記蓄電部に接続された充放電電圧変換回路とを有する充放電回路部と、
前記開閉装置の投入/開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電部の電力をもとに走行する蓄電池モードと、前記集電電力及び前記蓄電部の電力をもとに走行するハイブリッドモードとを切り替える制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記開閉装置が投入された前記蓄電池モードから前記ハイブリッドモードに切り替える場合に、前記充放電電圧変換回路に前記蓄電部の蓄電電力を前記一方側に放電させる放電電圧変換動作を開始させた後、前記開閉装置の開放、前記集電器の前記集電状態への遷移、前記放電電圧変換動作の停止、前記開閉装置の投入、の順に実行制御する、
追加電源システム。
a main conversion circuit for supplying electric power for driving the main motor based on the collected power collected from the contact line in the current collecting state by a current collector capable of state transition between a current collecting state and a non-collecting state; An additional power supply system in an electric vehicle power supply system that operates with an auxiliary circuit related to a class,
In the electric vehicle power supply system, the power collected by the current collector is provided between the main switching device and the DC power line, in which the power collected by the current collector is supplied to the main conversion circuit through the main switching device and the DC power line, a rectifying section having a rectifier that allows current flow from the overhead contact line to the DC power line and prevents the current from flowing in the opposite direction;
a power storage unit connected to the DC power line via a switchgear;
a connection terminal portion for connecting the auxiliary circuit to the DC power line when the auxiliary circuit is not connected to the DC power line; and one side of the switchgear connected to the DC power line, a charging/discharging circuit unit having a charging/discharging voltage conversion circuit whose other side is connected to the power storage unit;
By controlling the closing/opening of the switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit, a storage battery mode in which the vehicle runs on the power of the power storage unit, and the power collection. A control unit that switches between a hybrid mode in which the vehicle runs based on electric power and the electric power of the power storage unit;
with
The control unit
When switching from the storage battery mode in which the switching device is turned on to the hybrid mode, after causing the charge/discharge voltage conversion circuit to start a discharge voltage conversion operation for discharging the power stored in the power storage unit to the one side, the Opening of the switchgear, transition of the current collector to the current collecting state, suspension of the discharge voltage conversion operation, and closing of the switchgear are executed in this order;
Additional power system.
集電状態および非集電状態に状態遷移可能な集電器が前記集電状態において電車線から集電した集電電力に基づいて、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、補機類に係る補機回路と、が動作する電気車用電源システムにおける追加電源システムであって、
前記電気車用電源システムにおいて前記集電器による集電電力が主開閉装置及び直流電力ラインを介して前記主変換回路に供給される前記主開閉装置と前記直流電力ラインとの間に設けられ、前記電車線から前記直流電力ラインに向かう通流を許容し、この逆方向の通流を阻止する整流器と、前記整流器を短絡可能な短絡開閉装置とを有する整流部と、
開閉装置を介して前記直流電力ラインに接続された蓄電部と、
前記補機回路が前記直流電力ラインに接続されていない場合に前記補機回路を前記直流電力ラインに接続するための接続端子部と、前記開閉装置と、一方側が前記直流電力ラインに接続され、他方側が前記蓄電部に接続された充放電電圧変換回路とを有する充放電回路部と、
前記開閉装置の投入/開放、前記集電器の状態遷移、及び、前記充放電電圧変換回路の動作、を制御することで、前記蓄電部の電力をもとに走行する蓄電池モードと、前記集電電力及び前記蓄電部の電力をもとに走行するハイブリッドモードとを切り替える制御部と、
1)前記直流電力ラインと前記蓄電部との間の第1通流電流、および、前記直流電力ラインと電気車の補機類に係る補機回路との間の第2通流電流、又は、2)前記蓄電部から前記直流電力ラインへの通流電流と前記直流電力ラインから前記補機回路への通流電流との合成電流、又は、3)前記直流電力ラインと前記蓄電部との接続箇所の通流電流、及び、前記直流電力ラインと前記補機回路との接続箇所よりも前記主開閉装置寄りの前記直流電力ラインの通流電流、を計測する電流センサ部と、
を備え、
前記制御部は、
前記集電器が前記集電状態であり、前記開閉装置が投入され、前記充放電電圧変換回路が停止した前記ハイブリッドモードから、前記蓄電池モードに切り替える場合に、前記蓄電部の放電電流が前記補機回路の消費電流に相当する状態とする電流制御である前記電流センサ部の計測値に基づく相当電流制御に従って、前記充放電電圧変換回路に前記蓄電部の蓄電電力を前記一方側に放電させる放電電圧変換動作を行わせた後、前記集電器の前記非集電状態への遷移、前記充放電電圧変換回路の動作停止、の順に実行制御する、
追加電源システム。
a main conversion circuit for supplying electric power for driving the main motor based on the collected power collected from the contact line in the current collecting state by a current collector capable of state transition between a current collecting state and a non-collecting state; An additional power supply system in an electric vehicle power supply system that operates with an auxiliary circuit related to a class,
In the electric vehicle power supply system, the power collected by the current collector is provided between the main switching device and the DC power line, in which the power collected by the current collector is supplied to the main conversion circuit through the main switching device and the DC power line, a rectifying section having a rectifier that allows current flow from the overhead contact line to the DC power line and prevents the current from flowing in the opposite direction;
a power storage unit connected to the DC power line via a switchgear;
a connection terminal portion for connecting the auxiliary circuit to the DC power line when the auxiliary circuit is not connected to the DC power line; and one side of the switchgear connected to the DC power line, a charging/discharging circuit unit having a charging/discharging voltage conversion circuit whose other side is connected to the power storage unit;
By controlling the closing/opening of the switching device, the state transition of the current collector, and the operation of the charge/discharge voltage conversion circuit, a storage battery mode in which the vehicle runs on the power of the power storage unit, and the power collection. A control unit that switches between a hybrid mode in which the vehicle runs based on electric power and the electric power of the power storage unit;
1) a first flow current between the DC power line and the power storage unit, and a second flow current between the DC power line and an auxiliary machine circuit related to the auxiliary machines of the electric vehicle, or 2) a combined current of a flowing current from the power storage unit to the DC power line and a flowing current from the DC power line to the auxiliary circuit, or 3) connection between the DC power line and the power storage unit a current sensor unit for measuring a flowing current of a point and a flowing current of the DC power line closer to the main switchgear than the connection point between the DC power line and the auxiliary circuit;
with
The control unit
When switching from the hybrid mode in which the current collector is in the current collecting state, the switching device is turned on, and the charge/discharge voltage conversion circuit is stopped to the storage battery mode, the discharge current of the power storage unit is increased by the auxiliary device. A discharge voltage that causes the charge/discharge voltage conversion circuit to discharge the power stored in the power storage unit to the one side according to equivalent current control based on the measured value of the current sensor unit, which is current control that is equivalent to the current consumption of the circuit. After the conversion operation is performed, execution control is performed in order of transition of the current collector to the non-collecting state and stop of operation of the charge/discharge voltage conversion circuit.
Additional power system.
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