WO2013114546A1

WO2013114546A1 - 電気車の推進制御装置およびその制御方法

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Publication number: WO2013114546A1
Application number: PCT/JP2012/052039
Authority: WO
Inventors: 啓太畠中
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-08-08
Also published as: JP5295470B1; KR101628592B1; EP2810813A4; KR20140105025A; JPWO2013114546A1; US20150008674A1; EP2810813A1; US9174546B2; CN104080639B; EP2810813B1; CN104080639A

Abstract

　ＤＣ架線１、第１の電力変換器２１、第２の電力変換器５１および電力貯蔵装置５２が直流共通部９０を介して電気的に接続される。電力貯蔵装置５２は、第２の電力変換器５１における直流共通部９０の逆側に位置する第１の入出力端にも電気的に接続される。電力の入力態様に応じて、第１の電力変換器２１は、ＤＣ／ＡＣ変換器またはＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、第２の電力変換器５１は、ＤＣ／ＡＣ変換器、ＡＣ／ＤＣ変換器またはＤＣ／ＤＣ変換器として動作する。電力貯蔵装置５２は、直流共通部９０もしくは第１の入出力端側から供給される直流電力を用いて充電される。また、電力貯蔵装置５２は、直流共通部９０もしくは第１の入出力端側に所望の直流電力を放電する。制御装置１００は、電力の入力態様に応じて、直流共通部９０の電圧を高圧電圧または低圧電圧を含む所望の電圧に自在に調整する。

Description

電気車の推進制御装置およびその制御方法

　本発明は、電力貯蔵装置を備えた電気車の推進制御装置およびその制御方法に関する。

　従来、例えば下記特許文献１には、鉄道車両として、エンジンに動力伝達装置を通してつながる発電機と、その発電機の出力を直流に変換する整流器と、整流器につながるインバータと、インバータにつながるモータと、整流器とインバータの間の配線から分岐してつながるエネルギー蓄積装置と、整流器とインバータとエネルギー蓄積装置との間に接続されるエネルギー制御装置と、を有する構成が開示されている。

　また、下記特許文献２には、鉄道車両の駆動システムとして、エンジンと、エンジンが発生した軸回転力を交流電力に変換する発電機と、発電機が発生した交流電力を直流電力に変換して電力伝達手段に供給するＡＣ／ＤＣ変換器と、電力伝達手段により供給される直流電力を３相交流電力に変換して電動機を駆動するインバータ装置と、エンジン、発電機、ＡＣ／ＤＣ変換器、インバータ装置および電動機を制御するシステム統括制御装置を備える構成が開示されている。

　なお、この特許文献２では、電力発生手段であるエンジンおよび発電機に代えて蓄電手段を備える構成も開示されており、この場合には、ＡＣ／ＤＣ変換器に代えてＤＣ／ＤＣ変換器を備える構成とされている。

特開２００３－１３４６０４号公報特開２０１０－０８８１４５号公報

　上記特許文献１では、電力貯蔵装置としてのエネルギー蓄積装置を有しているが、架線電力を利用しないハイブリッド車両であり、また、エネルギー蓄積装置をＤＣ／ＡＣ変換器であるインバータの入力段に直結する構成であるため、架線電力を利用する鉄道車両に使用することは困難である。

　この点、特許文献２では、エンジンおよび発電機を電力発生手段とする場合には、この電力発生手段と架線電圧との間の電圧差はＡＣ／ＤＣ変換器が調節し、電力貯蔵装置を電力発生手段とする場合には、この電力貯蔵装置と架線電圧との間の電圧差はＤＣ／ＤＣ変換器が調節することにより対応している。

　しかしながら、特許文献２の考え方では、従来のハイブリッド車両を、架線電力、エンジンおよび発電機、電力貯蔵装置による３つの電力を利用するシステム構成とする場合、電動機を駆動するためのＤＣ／ＡＣ変換器であるインバータと、エンジンおよび発電機による交流電圧を架線電圧に調節するためのＡＣ／ＤＣ変換器であるコンバータと、エンジンおよび発電機による交流電圧を架線電圧に調節するためのＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）とによる３つの電力変換器が必要となるため、コストの増加、装置の大型化、質量の増加を来すという問題がある。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来のハイブリッド車両を架線電力でも使用できるようにする場合であっても、電力変換器の増加を来さない電気車の推進制御装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、直流共通部に接続可能に構成され、前記直流共通部からの直流電力が入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、当該直流電力を所望の交流電力に変換して車両に駆動力を発生するモータに供給し、前記モータの回生電力が前記モータ側から入力された場合には、必要に応じてＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、当該回生電力を前記直流共通部に供給する第１の電力変換器と、交流電力供給源からの交流電力が第１の入出力端側から入力された場合にはＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、当該交流電力を直流電力に変換し前記第１の入出力端とは異なる第２の入出力端を介して前記直流共通部に出力し、前記直流共通部からの直流電力が前記第２の入出力端側から入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、前記第１の入出力端側から直流電力が入力された場合にはＤＣ／ＤＣ変換器として動作して前記第２の入出力端側に所望の直流電力を出力し、前記第２の入出力端側から直流電力が入力された場合にはＤＣ／ＤＣ変換器として動作して前記第１の入出力端側に所望の直流電力を出力する第２の電力変換器と、前記直流共通部および前記第１の入出力端側に接続可能に構成され、前記直流共通部もしくは前記第１の入出力端側から供給される直流電力を充電し、または、前記直流共通部もしくは前記第１の入出力端側に直流電力を放電する直流電力供給源としての電力貯蔵装置と、前記第１の電力変換器、前記第２の電力変換器および前記電力貯蔵装置の動作を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

　この発明によれば、従来のハイブリッド車両（エンジン駆動発電機と電力貯蔵装置のハイブリッド）を架線電力でも使用できるようにする場合であっても、電力変換器の増加を来さない電気車の推進制御装置およびその制御方法を提供できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る推進制御装置を含むハイブリッド車両システムの一構成例を示す図である。図２は、実施の形態１に係る推進制御装置の各モードに対応する動作を説明するための簡略構成図である。図３は、電力貯蔵装置の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。図４は、発電機の発電電力を用いてモータを駆動する場合の動作を示す図である。図５は、発電機の発電電力と電力貯蔵装置の貯蔵電力の双方を用いてモータ２３を駆動する場合の動作を示す図である。図６は、電力貯蔵装置の貯蔵電力のみを用いてモータを駆動する場合の動作を示す図である。図７は、電力貯蔵装置の貯蔵電力のみを用いてモータを駆動する場合の図６とは異なる動作を示す図である。図８は、モータの回生電力をエンジンブレーキとして利用する場合の動作を示す図である。図９は、モータの回生電力をエンジンブレーキおよび充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図１０は、モータの回生電力の全てを充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図１１は、モータの回生電力の全てを充電電力として利用する場合の図１０とは異なる動作を示す図である。図１２は、発電機の発電電力を用いて電力貯蔵装置を充電する場合の動作を示す図である。図１３は、図３～図１２に示した動作を表形式で一覧にした図である。図１４は、ＤＣ架線の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。図１５は、発電機の発電電力をＤＣ架線に回生（供給）する場合の動作を示す図である。図１６は、ＤＣ架線の電力を用いてモータを駆動する場合の動作を示す図である。図１７は、ＤＣ架線の電力と発電機の発電電力の双方を用いてモータを駆動する場合の動作を示す図である。図１８は、ＤＣ架線の電力と電力貯蔵装置の貯蔵電力の双方を用いてモータを駆動する場合の動作を示す図である。図１９は、ＤＣ架線の電力をモータの駆動電力および電力貯蔵装置への充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図２０は、モータの回生電力をＤＣ架線に返す場合の動作を示す図である。図２１は、モータの回生電力を架線電力およびエンジンブレーキとして利用する場合の動作を示す図である。図２２は、モータの回生電力を架線電力および充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図２３は、ＤＣ架線と電力貯蔵装置との間で充電または放電を行う場合の動作を示す図である。図２４は、図１４～図２３に示した動作を表形式で一覧にした図である。図２５は、実施の形態２に係る推進制御装置を含むハイブリッド車両システムの一構成例を示す図である。図２６は、実施の形態２に係る推進制御装置の各モードに対応する動作を説明するための簡略構成図である。図２７は、ＤＣ架線の電力を用いてモータを駆動する場合の動作を示す図である。図２８は、ＡＣ架線の電力を用いてモータを駆動する場合の動作を示す図である。図２９は、ＡＣ架線の電力と電力貯蔵装置の貯蔵電力の双方を用いてモータを駆動する場合の動作を示す図である。図３０は、ＤＣ架線の電力と電力貯蔵装置の貯蔵電力の双方を用いてモータを駆動する場合の動作を示す図である。図３１は、モータの回生電力をＤＣ架線に返す場合の動作を示す図である。図３２は、モータの回生電力をＡＣ架線に返す場合の動作を示す図である。図３３は、モータの回生電力をＡＣ架線電力および充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図３４は、モータの回生電力をＤＣ架線電力および充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図３５は、ＤＣ架線と電力貯蔵装置との間で充電または放電を行う場合の動作を示す図である。図３６は、ＡＣ架線と電力貯蔵装置との間で充電または放電を行う場合の動作を示す図である。図３７は、ＤＣ架線とＡＣ架線との間で電力融通を行う場合の動作を示す図である。図３８は、ＤＣ架線の電力をモータの駆動電力および電力貯蔵装置への充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図３９は、図２７～図３８に示した動作を表形式で一覧にした図である。図４０は、実施の形態２に係る推進制御装置を含むハイブリッド車両システムの他の構成例を示す図である。

　以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電気車の推進制御装置（以下、単に「推進制御装置」と称する）およびその制御方法について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る推進制御装置を含むハイブリッド車両システムの一構成例を示す図である。

　実施の形態１に係るハイブリッド車両システムは、直流架線（以下「ＤＣ架線」と称する）１からの直流電力をＤＣパンタグラフ２を介して受電し、受電した直流電力を第１の遮断器１１を介して直流共通部９０に供給（印加）する構成である。なお、直流共通部９０の負側は、車輪８を介してレール９に接している。

　また、ハイブリッド車両システムは、図１に示すように、モータ２３、第１の電力変換器２１、第１のフィルタコンデンサ２９、第１のフィルタリアクトル２８、補助電源装置（Static InVerter、以下「ＳＩＶ」と表記）３、補機４、電力貯蔵装置５２、リアクトル７２、エンジン５、発電機６、第２の電力変換器５１、第２のフィルタコンデンサ５９、第２のフィルタリアクトル５８、および、ハイブリッド車両システム全体の動作を統括する制御装置１００を主要構成部として構成されると共に、これら各主要構成部間に介在し、電力の供給経路を自在に変更するための第１の断流器２５、第２の断流器２６、この第２の断流器２６に並列接続される第１の充電抵抗器２７、第２の遮断器６４、第１の接触器６３、第２の接触器７０、第３の接触器６１、第３の断流器５５、第４の断流器５６および、この第４の断流器５６に並列接続される第２の充電抵抗器５７を備えて構成される。なお、これらの各構成部に加え、要所の電流および電圧を検出する電流検出器および電圧検出器や、発電機６およびモータ２３の各回転数を検出する回転検出器を備えている。

　つぎに、ハイブリッド車両システムを構成する各部の接続関係および、概略の機能について説明する。

　エンジン５は電力を発生する電力供給源の１つである発電機６に接続される。発電機６は、エンジン５により駆動される交流発電機である。すなわち、これらエンジン５および発電機６は、交流電力供給源として機能する。発電機６は、第３の接触器６１を介して第２の電力変換器５１に接続される。また、発電機６は、第２の電力変換器５１により駆動されて交流電動機としても動作する。電力貯蔵装置５２は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、フライホイール等を貯蔵手段とする電気エネルギーの貯蔵装置であり、電力を発生する他の電力供給源として、第１の接触器６３および第２の遮断器６４を介して直流共通部９０に接続されると共に、第２の接触器７０を介して第２の電力変換器５１に接続され、直流電力を充放電する。

　第２の電力変換器５１は、ＡＣ／ＤＣ変換器、ＤＣ／ＡＣ変換器またはＤＣ／ＤＣ変換器として動作する。第２の電力変換器５１がＡＣ／ＤＣ変換器として動作するときには、発電機６が発電した交流電力を直流電力に変換して直流共通部９０に供給する。また第２の電力変換器５１がＤＣ／ＡＣ変換器として動作するときには、直流共通部９０を介して供給される電力貯蔵装置５２またはＤＣ架線１による直流電力を交流電力に変換し、発電機６を交流電動機として動作させてエンジン５を駆動する。また、第２の電力変換器５１がＤＣ／ＤＣ変換器として動作するときには、直流共通部９０を介して供給されるＤＣ架線１または第１の電力変換器２１による直流電力を所望の直流電力に変換して電力貯蔵装置５２を充電する。

　第１の電力変換器２１は、ＤＣ／ＡＣ変換器またはＡＣ／ＤＣ変換器として動作する。第１の電力変換器２１がＤＣ／ＡＣ変換器として動作するときには、直流共通部９０を介して供給される直流電力を交流電力に変換してモータ２３を駆動する。一方、第１の電力変換器２１がＡＣ／ＤＣ変換器として動作するときには、モータ２３からの回生電力を直流電力に変換して直流共通部９０に供給する。

　モータ２３は、第１の電力変換器２１からの交流電力の供給を受けて駆動力（推進力）を発生する。ＳＩＶ３は、直流共通部９０に接続され、直流共通部９０を介して供給される直流電力を定電圧／定周波数の交流電力に変換して補機４に供給する。なお、補機４は、駆動装置以外の負荷機器の総称である。

　第１の断流器２５および第２の断流器２６は、直列に接続されて直流共通部９０と第１の電力変換器２１との間に挿入される。第２の断流器２６と第１の電力変換器２１との間には、第１のフィルタリアクトル２８が挿入される。また、第３の断流器５５および第４の断流器５６は、直列に接続されて直流共通部９０と第２の電力変換器５１との間に挿入される。第４の断流器５６と第２の電力変換器５１との間には、第２のフィルタリアクトル５８が挿入される。

　以下同様に、第１の接触器６３は、電力貯蔵装置５２と直流共通部９０との間に挿入され、第２の接触器７０は、電力貯蔵装置５２と第２の電力変換器５１との間に挿入され、第３の接触器６１は、発電機６と第２の電力変換器５１との間に挿入される。第１の接触器６３と第２の接触器７０とは電力貯蔵装置５２の側で一端同士が接続され、その接続端と電力貯蔵装置５２との間には、第２の遮断器６４が挿入される。

　つぎに、各センサについて説明する。架線電圧検出器１３は、架線電圧ＥＳを検出する。架線電流検出器１２は、架線電流ＩＳを検出する。第１のフィルタコンデンサ電圧検出器３６は、第１のフィルタコンデンサ２９の電圧（第１のフィルタコンデンサ電圧）ＥＦＣ１を検出する。第１の直流電流検出器３５は、第１の電力変換器２１に流出入する直流電流（第１の直流電流）ＩＳ１を検出する。第１の電力変換器出力電流検出器３７は、第１の電力変換器２１に流出入する交流電流（第１の交流電流）ＩＭ１を検出する。

　同様に、第２のフィルタコンデンサ電圧検出器６６は、第２のフィルタコンデンサ５９の電圧（第２のフィルタコンデンサ電圧）ＥＦＣ２を検出する。第２の直流電流検出器６５は、第２の電力変換器５１に流出入する直流電流（第２の直流電流）ＩＳ２を検出する。第２の電力変換器出力電流検出器は、第２の電力変換器５１に流出入する交流電流（第２の交流電流）ＩＭ２を検出する。

　電力貯蔵装置電流検出器６８は、電力貯蔵装置５２に流出入する直流電流（電力貯蔵装置電流）ＩＢを検出する。第１の速度検出器３４は、モータ２３の回転速度（モータ回転速度）ＰＧ１を検出する。第２の速度検出器７は、発電機６の回転速度（発電機回転速度）ＰＧ２を検出する。

　上記の各センサで検出された検出値は、図示のように制御装置１００に入力される。また、上記センサ情報に加え、電力貯蔵装置５２の状態を表す状態情報ＳＴＢが制御装置１００に入力される。この状態情報には、電力貯蔵装置５２の充電（貯蔵）状態を表す情報（ＳＯＣ：State　Of　Charge)、電力貯蔵装置５２が充電状態であるか放電状態であるかの情報（動作情報）などが含まれる。

　さらに、図示しない運転台からの運転指令も制御装置１００に入力される。制御装置１００は、運転指令により車両の運転モードを切替、各種のセンサからの検出値に基づき、上記した各電力変換器の図示しないスイッチング素子を制御する信号（ＰＷＭ１，ＰＷＭ２）、各遮断器のオン／オフを制御する信号（ＨＢ１，ＨＢ２）、各断流器のオン／オフを制御する信号（ＬＢ１～４）、各接触器のオン／オフを制御する信号（ＳＷ１～３）を生成して制御対象の各部に出力する。なお、図１では、煩雑さを避けるため、各遮断器、各断流器および各接触器に対する制御信号の図示を省略している。

　つぎに、実施の形態１の推進制御装置における各運転指令に対応する動作について説明する。なお、直流共通部９０に所要の電力が供給されるとＳＩＶ３がオンし、補機４（照明、空調、制御電源等）に所要の電力が供給される。なお、これ以後、ＳＩＶ３および補機４の動作については、説明を省略する。

　制御装置１００は、運転指令が「架線電力による力行」で入力されると、第１の断流器２５をオンに制御し、第１の充電抵抗器２７で電流を制限しながら第１のフィルタリアクトル２８を介して第１のフィルタコンデンサ２９を充電する。第１のフィルタコンデンサ２９が所定の電圧まで充電されたことを第１のフィルタコンデンサ電圧検出器３６で検出した電圧値により確認すると第２の断流器２６をオンし、第１の充電抵抗器２７を短絡する。そして、第１の電力変換器２１が直流電力を交流電力に変換し、モータ２３を駆動して車両を走行させる。

　力行後、運転指令が「ブレーキ」で入力されると、制御装置１００は、モータ２３を発電機として動作させ、発電された交流電力を第１の電力変換器２１で直流電力に変換し、ＤＣ架線１へ返す。架線電圧が所定電圧より高い場合は、図示しない空気ブレーキで車両を停止させる。

　また、運転指令が「充電」で入力されると、制御装置１００は、第３の断流器５５をオンし、第２の充電抵抗器５７で電流を制限しながら第２のフィルタリアクトル５８を介して、第２のフィルタコンデンサ５９を充電する。第２のフィルタコンデンサ５９が所定の電圧まで充電されたことを第２のフィルタコンデンサ電圧検出器６６で検出した電圧値で確認すると、第４の断流器５６をオンし、第２の充電抵抗器５７を短絡する。さらに、第２の接触器７０をオンし、第２の遮断器６４をオンし、第２の電力変換器５１がＤＣ架線１の架線電圧を電力貯蔵装置５２の電圧に変換し、リアクトル７２を介して電力貯蔵装置５２を充電する。また、運転指令が「放電」で入力されると、電力貯蔵装置５２の電圧を第２の電力変換器５１でＤＣ架線１の架線電圧に変換し、ＤＣ架線１へ放電する。

　また、運転指令が「始動（エンジン始動）」で入力されると、制御装置１００は、第３の断流器５５をオンし、第２の充電抵抗器５７で電流を制限しながら第２のフィルタリアクトル５８を介して第２のフィルタコンデンサ５９を充電する。第２のフィルタコンデンサ５９が所定の電圧まで充電されたことを第２のフィルタコンデンサ電圧検出器６６で検出した電圧で確認すると第４の断流器５６をオンし、第２の充電抵抗器５７を短絡する。さらに、第３の接触器６１をオンし、第２の電力変換器５１が直流電力を交流電力に変換し、発電機６を駆動してエンジン５を始動する。なお、発電機６の駆動後、その余剰電力は、必要に応じて、第２の電力変換器５１を通じてＤＣ架線１に供給する制御もしくは、電力貯蔵装置５２を充電する制御が行われる。

　また、運転指令が「貯蔵電力による力行」で入力されると、制御装置１００は、第３の断流器５５をオンし、第２の充電抵抗器５７で電流を制限しながら第２のフィルタリアクトル５８を介して第２のフィルタコンデンサ５９を充電する。第２のフィルタコンデンサ５９が所定の電圧まで充電されたことを第２のフィルタコンデンサ電圧検出器６６で検出すると第４の断流器５６をオンし、第２の充電抵抗器５７を短絡する。そして、第１の電力変換器２１で直流電力を交流電力に変換し、モータ２３を駆動して車両を走行させる。

　力行後、運転指令が「ブレーキ」で入力されると、制御装置１００は、モータ２３を発電機として動作させ、発電された交流電力を第１の電力変換器２１で直流電力に変換し、電力貯蔵装置５２を充電する。電力貯蔵装置５２が満充電になると充電を停止し、図示しない空気ブレーキで車両を停止させる。

　また、運転指令が「発電電力による力行」で入力されると、制御装置１００は、エンジン５で駆動された発電機６の発電電力を第２の電力変換器５１で直流電力に変換し、その直流電力を第１の電力変換器２１で交流電力に変換してモータ２３を駆動し、車両を走行させる。なお、力行電力に応じて発電電力と貯蔵電力との充放電を調整する制御を行う。

　つぎに、実施の形態１の推進制御装置における走行区間（電化区間、非電化区間）別の動作について説明する。

　まず、電化区間走行時の動作について説明する。制御装置１００は、電化区間の走行を開始する準備として、第１の接触器６３をオフし、電力貯蔵装置５２を直流共通部９０から切り離し、第３の接触器６１をオフし、発電機６を第２の電力変換器５１から切り離す。また、第２の遮断器６４をオンし、第２の接触器７０をオンし、リアクトル７２を介して電力貯蔵装置５２を第２の電力変換器５１に接続し、第２の電力変換器５１をＤＣ／ＤＣ変換器として動作させる。

　運転台からの「力行指令」を受領すると、ＤＣパンタグラフ２を上げて、ＤＣ架線１からの直流電力を受電する。このとき、制御装置１００は、第１の遮断器１１をオンし、ＤＣ架線１の直流電力を直流共通部９０に供給する。また、制御装置１００は、第１の断流器２５、第２の断流器２６と第１の充電抵抗器２７とにより第１のフィルタコンデンサ２９を充電し、第１の電力変換器２１をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させ、直流電力を交流電力に変換し、モータ２３を駆動して車両を走行させる。また、第２の電力変換器５１をＤＣ／ＤＣ変換器として動作させ、電力貯蔵装置５２の出力電圧を架線電圧に変換し、架線電圧の変動を抑制するように直流電力を補う。

　その後、運転台から「ブレーキ指令」を受領すると、制御装置１００は、モータ２３を発電機として動作させると共に、第１の電力変換器２１をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させ、交流電力を直流電力に変換し、ＤＣ架線１に直流電力を返す。なお、一部の電力は、ＳＩＶ３から補機４に供給される。ＤＣ架線１の電圧が所定の電圧より高くなると、ＤＣ架線１へ電力を戻せなくなるので、第２の電力変換器５１をＤＣ／ＤＣ変換器として動作させ、余剰電力を電力貯蔵装置５２に充電する。

　なお、電力貯蔵装置５２のＳＯＣが所定値よりも高い場合、電力貯蔵装置５２への充電ができない。このため、電力貯蔵装置５２を直流共通部９０から切り離した状態で、回生電力を第１の電力変換器２１で直流電力に変換し、さらに第２の電力変換器５１で交流電力に変換し、発電機６をモータとして駆動し、エンジン５で回生電力を消費する。

　一方、上記とは逆に、電力貯蔵装置５２のＳＯＣが所定値よりも低い場合、第２の遮断器６４をオンすると共に、第２の接触器７０をオンし、第２の電力変換器５１をＤＣ／ＤＣ変換器として動作させ、リアクトル７２を介して電力貯蔵装置５２に回生電力を充電する。

　つぎに、非電化区間走行時の動作について説明する。制御装置１００は、第１の接触器６３をオフし、電力貯蔵装置５２を直流共通部９０から切り離し、第３の接触器６１をオフし、発電機６を第２の電力変換器５１から切り離す。また、第２の遮断器６４をオンし、第２の接触器７０をオンし、リアクトル７２を介して電力貯蔵装置５２を第２の電力変換器５１に接続し、第２の電力変換器５１をＤＣ／ＤＣ変換器として動作させる。そして、電力貯蔵装置５２の放電電力を第２の電力変換器５１で直流電力に変換し、さらに、第１の電力変換器２１をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させ、その直流電力を交流電力に変換してモータ２３を駆動し、車両を走行させる。この実施態様では、電力貯蔵装置５２の電力で車両が走行するので、非常に低騒音となる。

　その後、所定の速度、距離または時間等により、駅等の人の多い場所を離れたとすると、制御装置１００は、電力貯蔵装置５２の放電電力（直流電力）を第２の電力変換器５１で交流電力に変換し、発電機６をモータとして駆動し、エンジン５を始動する。さらに、制御装置１００は、第２の遮断器６４をオフ、第１の接触器６３をオフに制御し、電力貯蔵装置５２を直流共通部９０から開放する。また、第２の電力変換器５１をＤＣ／ＤＣ変換器として動作させ、エンジン５で駆動される発電機６の発電電力（交流電力）を直流電力に変換し、その直流電力を第１の電力変換器２１で交流電力に変換してモータ２３を駆動し、車両を加速する。なお、このとき、第２の電力変換器５１は、出力電圧である直流電圧が一定になるように制御される。つまり、この制御では、車両走行に寄与する主たる電力は、電力貯蔵装置５２の電力ではなく、発電機６の発電電力となる。

　さらに、制御装置１００は、第２の電力変換器５１により中間直流電圧（直流共通部９０の電圧）を上昇させる制御を行い、この中間直流電圧をＤＣ架線電圧に制御する。このとき、第１の電力変換器２１のパルスモードを変えないように直流電圧の上げ方を調整することが好ましい。このような制御により、第１の電力変換器２１のパルスモード（非同期ＰＷＭ、同期ＰＷＭ等）の変化に起因する電磁音の変化を抑止することができ、電磁音の変化による不快音を抑制できるという効果が得られる。

　また、中間直流電圧を高くすることにより、架線下走行時のモータ性能と架線電力を利用する場合と同等にすることができ、装置の小型軽量化に効果がある。

　また、車両の走行中に、運転台からの「ブレーキ指令」を受領すると、車両速度と電力貯蔵装置５２の充電状態（ＳＯＣ）によりブレーキ方法を変更する。これは、車両の速度の大小に回生電力の大小がおおよそ比例するため、電力貯蔵装置の充電状態により電力貯蔵装置に充電できる回生電力が制限されるからである。その結果、残りの電力をエンジン５および発電機６で消費するか、図示しない空気ブレーキで停止することになる。また、一部は、ＳＩＶ３から補機４へ供給され消費される。

　車両速度が高く、且つ、ＳＯＣが高い場合、電力貯蔵装置５２に対する回生電力の充電が殆どできないため、電力貯蔵装置５２を直流共通部９０から切り離した状態で、モータ２３を発電機として動作させ、回生電力を第１の電力変換器２１で直流電力に変換し、さらに第２の電力変換器５１で交流電力に変換し、発電機６をモータとして駆動し、エンジン５で回生電力を消費する。

　車両速度が高く、且つ、ＳＯＣが低い場合、第２の遮断器６４をオンすると共に、第２の接触器７０をオンし、第２の電力変換器５１をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させ、リアクトル７２を介して電力貯蔵装置５２に回生電力を充電する。

　一方、車両速度が低い場合には、第２の遮断器６４をオンすると共に、第１の接触器６３をオンし、電力貯蔵装置５２を直流共通部９０に接続し、第１の電力変換器２１からの回生電力により電力貯蔵装置５２を充電する。

　つぎに、実施の形態１の推進制御装置における各モード別の動作について説明する。図２は、実施の形態１に係る推進制御装置の各モードに対応する動作を説明するための簡略構成図である。この簡略図面によれば、直流架線１、第１の電力変換器２１、第２の電力変換器５１および電力貯蔵装置５２が直流共通部９０を介して電気的に接続され、電力貯蔵装置５２は、第２の電力変換器５１における直流共通部９０の逆側に位置する第１の入出力端にも電気的に接続される構成となる。

　なお、この図２では、図１の構成におけるエンジン５、モータ２３および電力貯蔵装置５２をそれぞれ「ＥＮＧ」、「Ｍ」および「ＢＡＴ」と表記している。また、第１の電力変換器２１および第２の電力変換器５１については、その機能に着目した表記としている。具体的に、第１の電力変換器２１がＡＣ／ＤＣ変換器として動作する場合が「ＣＮＶ」であり、ＤＣ／ＡＣ変換器として動作する場合が「ＩＮＶ」である。同様に、第２の電力変換器５１がＡＣ／ＤＣ変換器として動作する場合が「ＣＮＶ」であり、ＤＣ／ＡＣ変換器として動作する場合が「ＩＮＶ」であり、ＤＣ／ＤＣ変換器として動作する場合が「ＤＣ／ＤＣ」である。なお、以下の説明において、ＤＣ架線１の公称電圧を例えば１５００Ｖｄｃとし、電力貯蔵装置５２の満充電電圧を例えば６００Ｖｄｃとする。

（ａ－１：始動）
　図３は、電力貯蔵装置５２の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。図示のように、電力貯蔵装置５２の電力を用いてエンジン始動を行う場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、第１の遮断器１１はオフ、第１の接触器６１はオン、第２の接触器６３はオン、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第２の電力変換器５１はＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ）として動作し、電力貯蔵装置５２から印加された低圧の直流電圧を三相交流電圧に変換して発電機６をモータとして駆動し、発電機６に接続されたエンジン５を始動する。

（ａ－２：力行）
　図４は、発電機６の発電電力を用いてモータ２３を駆動する場合の動作を示す図である。このような制御は、電力貯蔵装置５２を使用しない場合もしくは、電力貯蔵装置５２が故障した場合などを想定している。図示のように、発電機６の発電電力を用いてモータ２３を駆動する場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、第１の遮断器１１はオフ、第１の接触器６１はオン、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第２の電力変換器５１はＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ）として動作し、第１の電力変換器２１はＤＣ／ＡＣ変換器（ＩＮＶ）として動作してモータ２３を駆動する。なお、この制御では、直流共通部の電圧は、架線電圧に合わせた高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）となるように第２の電力変換器５１が制御される。つまり、直流共通部の電圧は、車両の始動時（発車時）と力行時とで異なる電圧に制御されている。

（ａ－３：力行＋放電）
　図５は、発電機６の発電電力と電力貯蔵装置５２の貯蔵電力の双方を用いてモータ２３を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、発電機６の発電電力および電力貯蔵装置５２の貯蔵電力を用いてモータ２３を駆動する場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、第１の遮断器１１はオフ、第１の接触器６１はオン、第２の接触器６３はオン、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第２の電力変換器５１はＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、第１の電力変換器２１は、第２の電力変換器５１および電力貯蔵装置５２からの各直流電力を受け入れてＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、モータ２３を駆動する。なお、この制御では、直流共通部の電圧は、電力貯蔵装置５２の電圧（６００Ｖｄｃ近傍）に合わせた６００Ｖｄｃもしくはその近傍の電圧（以下「低圧電圧」という）となるように第２の電力変換器５１が制御される。

（ａ－４：力行）
　図６は、電力貯蔵装置５２の貯蔵電力のみを用いてモータ２３を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、電力貯蔵装置５２の貯蔵電力のみを用いてモータ２３を駆動する場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、第１の遮断器１１はオフ、第１の接触器６１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオンに制御される。これらの制御下において、第２の電力変換器５１はＤＣ／ＤＣ変換器として動作し、第１の電力変換器２１はＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、モータ２３を駆動する。なお、この制御では、直流共通部の電圧は、架線電圧に合わせた高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）となるように第２の電力変換器５１が制御される。このため、第１の電力変換器２１に対する入力電圧を高く保持することができ、車両を高速に駆動することが可能となる。

（ａ－５：力行）
　図７は、電力貯蔵装置５２の貯蔵電力のみを用いてモータ２３を駆動する場合の図６とは異なる動作を示す図である。電力貯蔵装置５２の貯蔵電力のみを用いてモータ２３を駆動する場合、図６とは異なり図７のように制御してもよい。このような制御は、第２の電力変換器５１が故障した場合などを想定している。図７の場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、第１の遮断器１１はオフ、第１の接触器６１はオフ、第２の接触器６３はオン、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、電力貯蔵装置５２からの直流電力を受け入れてＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、モータ２３を駆動する。なお、この制御では、直流共通部には、電力貯蔵装置５２の電圧が直接的に印加されるので、直流共通部の電圧は低圧電圧（６００Ｖｄｃ近傍）になる。このため、第１の電力変換器２１の動作は制限され、車両の駆動は低速となる。

（ａ－６：回生）
　図８は、モータ２３の回生電力をエンジンブレーキとして利用する場合の動作を示す図である。図示のように、モータ２３の回生電力をエンジンブレーキとして利用する場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、第１の遮断器１１はオフ、第１の接触器６１はオン、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、モータ２３の回生電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作すると共に、第２の電力変換器５１はＤＣ／ＡＣ変換器（ＣＮＶ）として動作し、発電機６を駆動することによりエンジンブレーキをかける。なお、この制御では、電力貯蔵装置５２は直流共通部に対して切り離されているので、直流共通部の電圧は高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）に制御される。

（ａ－７：回生＋充電／エンジンブレーキ）
　図９は、モータ２３の回生電力をエンジンブレーキおよび充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図示のように、モータ２３の回生電力をエンジンブレーキおよび充電電力として利用する場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、第１の遮断器１１はオフ、第１の接触器６１はオン、第２の接触器６３はオン、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、モータ２３の回生電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、電力貯蔵装置５２を充電する。また、第２の電力変換器５１はＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、第１の電力変換器２１から供給される余剰電力を用いて発電機６を駆動し、エンジンブレーキをかける。なお、この制御では、電力貯蔵装置５２が直流共通部に接続されるので、直流共通部の電圧は低圧電圧（６００Ｖｄｃ近傍）に制御される。

（ａ－８：回生＋充電）
　図１０は、モータ２３の回生電力の全てを充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図示のように、モータ２３の回生電力の全てを充電電力として利用する場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、第１の遮断器１１はオフ、第１の接触器６１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオンに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、モータ２３の回生電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作すると共に、第２の電力変換器５１はＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、電力貯蔵装置５２を充電する。なお、この制御では、回生電力を効率よく電力貯蔵装置５２に充電するため、直流共通部の電圧は高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）に制御される。

（ａ－９：回生＋充電）
　図１１は、モータ２３の回生電力の全てを充電電力として利用する場合の図１０とは異なる動作を示す図である。モータ２３の回生電力の全てを充電電力として利用する場合、図１０とは異なり図１１のように制御してもよい。このような制御は、第２の電力変換器５１が故障した場合などを想定している。図１１の場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、第１の遮断器１１はオフ、第１の接触器６１はオフ、第２の接触器６３はオン、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、電力貯蔵装置５２からの回生電力を受け入れてＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、電力貯蔵装置５２を充電する。なお、この制御では、直流共通部には、電力貯蔵装置５２の電圧が直接的に印加されるので、直流共通部の電圧は低圧電圧（６００Ｖｄｃ近傍）になる。このため、充電電力に供される回生電力は、図１０の場合に比して小さくなる。

（ａ－１０、モード：発電充電）
　図１２は、発電機６の発電電力を用いて電力貯蔵装置５２を充電する場合の動作を示す図である。図示のように、発電機６の発電電力を用いて電力貯蔵装置５２を充電する場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、第１の遮断器１１はオフ、第１の接触器６１はオン、第２の接触器６３はオン、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第２の電力変換器５１はＡＣ／ＤＣ変換器（ＣＮＶ）として動作して電力貯蔵装置５２を充電する。なお、この制御では、電力貯蔵装置５２は直流共通部に接続されるので、直流共通部の電圧は低圧電圧（６００Ｖｄｃ近傍）に制御される。

　図１３は、図３～図１２に示した動作を表形式で一覧にした図であり、これらの図に示した各部の動作状態または制御状態のみならず、図１の図面に対応する各部の制御状態を示している。第１、第２の電力変換器の欄に示されている“ＩＮＶ”、“ＣＮＶ”、“ＤＣ／ＤＣ”は、第１、第２の電力変換器の動作状態を表しており、“×”印は第１、第２の電力変換器を利用しないことを意味している。パンタグラフの欄に示されている“ＯＦＦ”は、ＤＣパンタグラフ２が下げられていることを意味している。第１、第２の遮断器、第１～第４の断流器および第１～第３の接触器の欄に示されている“○”印は導通状態であることを意味し、“×”印は非導通状態にあることを意味している。なお、図示の内容は、上述した通りであり、詳細な説明は省略する。

　これまでの説明は、ＤＣ架線の電力を使用しない場合の動作説明であった。つぎに、ＤＣ架線の電力を使用する場合の動作について説明する。

（ｂ－１：始動）
　図１４は、ＤＣ架線１の電力を用いてエンジン始動を行う場合の動作を示す図である。図示のように、ＤＣ架線１の電力を用いてエンジン始動を行う場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、第１の遮断器１１はオン、第１の接触器６１はオン、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第２の電力変換器５１はＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、ＤＣ架線１から印加された高圧の直流電圧を三相交流電圧に変換して発電機６をモータとして駆動し、発電機６に接続されたエンジン５を始動する。

（ｂ－２：発電回生）
　図１５は、発電機６の発電電力をＤＣ架線１に回生（供給）する場合の動作を示す図である。図示のように、発電機６の発電電力をＤＣ架線１に回生する場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、第１の遮断器１１はオン、第１の接触器６１はオン、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第２の電力変換器５１はＡＣ／ＤＣ変換器として動作してＤＣ架線１に発電電力を供給する。なお、この制御では、第２の電力変換器５１の出力電圧は、架線電圧に合わせた高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）となるように制御される。

（ｂ－３：力行）
　図１６は、ＤＣ架線１の電力を用いてモータ２３を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、ＤＣ架線１の電力を用いてモータ２３を駆動する場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、第１の遮断器１１はオン、第１の接触器６１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０もオフに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１はＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、モータ２３を駆動する。

（ｂ－４：力行＋発電）
　図１７は、ＤＣ架線１の電力と発電機６の発電電力の双方を用いてモータ２３を駆動する場合の動作を示す図である。このような制御は、電力貯蔵装置５２のＳＯＣが低い場合や、電力貯蔵装置５２が故障した場合などを想定している。図示のように、ＤＣ架線１の電力および発電機６の発電電力を用いてモータ２３を駆動する場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、第１の遮断器１１はオン、第１の接触器６１はオン、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第２の電力変換器５１はＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、第１の電力変換器２１は、第２の電力変換器５１の電力および架線電力の双方を受け入れてＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、モータ２３を駆動する。なお、この制御では、直流共通部の電圧は、架線電圧に合わせた高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）となるように第２の電力変換器５１が制御される。

（ｂ－５：力行＋放電）
　図１８は、ＤＣ架線１の電力と電力貯蔵装置５２の貯蔵電力の双方を用いてモータ２３を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、ＤＣ架線１の電力と電力貯蔵装置５２の貯蔵電力の双方を用いてモータ２３を駆動する場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、第１の遮断器１１はオン、第１の接触器６１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオンに制御される。これらの制御下において、第２の電力変換器５１は、電力貯蔵装置５２の貯蔵電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作する。また、第１の電力変換器２１は、第２の電力変換器５１の出力電力および架線電力を受け入れてＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、モータ２３を駆動する。なお、この制御では、直流共通部の電圧は、架線電圧に合わせた高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）となるように第２の電力変換器５１が制御される。

（ｂ－６：力行＋充電）
　図１９は、ＤＣ架線１の電力をモータ２３の駆動電力および電力貯蔵装置５２への充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図示のように、架線電力をモータ２３の駆動電力および電力貯蔵装置５２への充電電力として利用する場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、第１の遮断器１１はオン、第１の接触器６１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオンに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、架線電力を受け入れてＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、モータ２３を駆動する。また、第２の電力変換器５１は、架線電力の一部を受け入れてＤＣ／ＤＣ変換器として動作し、電力貯蔵装置５２を充電する。

（ｂ－７：回生）
　図２０は、モータ２３の回生電力をＤＣ架線１に返す場合の動作を示す図である。図示のように、モータ２３の回生電力をＤＣ架線１に返す場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、第１の遮断器１１はオン、第１の接触器６１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、モータ２３の回生電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、この回生電力をＤＣ架線１に返す。なお、この制御では、回生電力をＤＣ架線１に返すため、直流共通部の電圧は高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍もしくは、それ以上の所定電圧）に制御される。

（ｂ－８：回生＋エンジンブレーキ）
　図２１は、モータ２３の回生電力を架線電力およびエンジンブレーキとして利用する場合の動作を示す図である。図示のように、モータ２３の回生電力を架線電力およびエンジンブレーキとして利用する場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、第１の遮断器１１はオン、第１の接触器６１はオン、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、モータ２３の回生電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、この回生電力をＤＣ架線１に返す。また、第２の電力変換器５１はＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、第１の電力変換器２１から供給される余剰電力を用いて発電機６を駆動し、エンジンブレーキをかける。なお、この制御では、回生電力をＤＣ架線１に返すため、直流共通部の電圧は高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍もしくは、それ以上の所定電圧）に制御される。

（ｂ－９：回生＋充電）
　図２２は、モータ２３の回生電力を架線電力および充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図示のように、モータ２３の回生電力を架線電力および充電電力として利用する場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、第１の遮断器１１はオン、第１の接触器６１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオンに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、モータ２３の回生電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、この回生電力をＤＣ架線１に返す。また、第２の電力変換器５１は、回生電力の一部を受け入れてＤＣ／ＤＣ変換器として動作し、電力貯蔵装置５２を充電する。なお、この制御では、回生電力をＤＣ架線１に返すため、直流共通部の電圧は高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍もしくは、それ以上の所定電圧）に制御される。

（ｂ－１０：充電／放電）
　図２３は、ＤＣ架線１と電力貯蔵装置５２との間で充電または放電を行う場合の動作を示す図である。図示のように、ＤＣ架線１と電力貯蔵装置５２との間で充電／放電を行う場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、第１の遮断器１１はオン、第１の接触器６１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオンに制御される。これらの制御下において、電力貯蔵装置５２への充電を行う場合、第２の電力変換器５１はＤＣ／ＤＣ変換器として動作し、架線電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）を所定の低圧電圧に降圧して充電する。一方、電力貯蔵装置５２から放電を行う場合には、充電電圧（６００Ｖｄｃ近傍）を架線電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）に昇圧するようにして放電する。

　図２４は、図１４～図２３に示した動作を表形式で一覧にした図であり、これらの図に示した各部の動作状態または制御状態のみならず、図１の図面に対応する各部の制御状態を示している。各記号等の意味は、図１３のところで説明した通りであり、詳細な説明は省略する。また、図２４に図示した内容も、上述の通りであり、詳細な説明は省略する。

　以上説明したように、実施の形態１の推進制御装置によれば、電力の入力態様に応じて、第１の電力変換器２１をＤＣ／ＡＣ変換器またはＡＣ／ＤＣ変換器として動作させ、第２の電力変換器５１をＤＣ／ＡＣ変換器、ＡＣ／ＤＣ変換器またはＤＣ／ＤＣ変換器として動作させ、電力貯蔵装置５２に対する充電は、直流共通部９０もしくは直流共通部９０と接続されていない第１の入出力端側から供給される直流電力を用いて行い、電力貯蔵装置５２からの放電は、直流共通部９０もしくは第１の入出力端を通じて行うようにしている。これにより、第３の電力変換器を設ける必要がなくなる。このため、従来のハイブリッド車両を架線電力でも使用できるようにする場合であっても、電力変換器の増加を来さない構成が可能となる。

　また、実施の形態１の推進制御装置によれば、直流共通部９０の電圧を供給電力の入力態様に応じて、高圧電圧または低圧電圧を含む所望の電圧に自在に調整することができる。つまり、一部の入力態様を除き、直流共通部９０の電圧を高圧電圧に維持することが可能となる。これにより、第１の電力変換器２１の能力を最大限に活用させる場面を増加させることが可能となる。また、電力貯蔵装置５２に対する充電を効率的に行うことも可能となる。

実施の形態２．
　図２５は、本発明の実施の形態２に係る推進制御装置を含むハイブリッド車両システムの一構成例を示す図である。

　実施の形態１のハイブリッド車両システムは、ＤＣ架線および電力貯蔵装置という２つの直流電力供給源と、エンジンおよび発電機による１つの交流電力供給源とを備える構成であった。一方、実施の形態２のハイブリッド車両システムでは、エンジン５および発電機６を備える構成に代えて、単相の交流架線（以下「ＡＣ架線」と称する）８３からの交流電力をＡＣパンタグラフ８２を介して受電し、受電した交流電力を変圧器８０および第３の遮断器８１を介して第２の電力変換器５１に供給（印加）する構成としている。なお、その他の構成は、図１と同一または同等であり、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

　つぎに、実施の形態２の推進制御装置における各モード別の動作について説明する。図２６は、実施の形態２に係る推進制御装置の各モードに対応する動作を説明するための簡略構成図である。なお、この図２６における表記の仕方は、図２に示すものと同一である。また、図２と同様に、各モード別の動作に大きく関連する主要な構成部のみを示している。

（ｃ－１：力行）
　図２７は、ＤＣ架線１の電力を用いてモータ２３を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、ＤＣ架線１の電力を用いてモータ２３を駆動する場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、ＡＣパンタグラフ８２は下げられ、第１の遮断器１１はオン、第３の遮断器８１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０もオフに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１はＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、モータ２３を駆動する。

（ｃ－２：力行）
　図２８は、ＡＣ架線８３の電力を用いてモータ２３を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、ＡＣ架線８３の電力を用いてモータ２３を駆動する場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、ＡＣパンタグラフ８２は上げられ、第１の遮断器１１はオフ、第３の遮断器８１はオン、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０もオフに制御される。これらの制御下において、第２の電力変換器５１はＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、ＡＣ架線電力を直流電力に変換する。また、第１の電力変換器２１は、第２の電力変換器５１の変換電力を受け入れてＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、モータ２３を駆動する。なお、この制御では、直流共通部の電圧は、ＤＣ架線の公称電圧に合わせた高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）となるように第２の電力変換器５１が制御される。

（ｃ－３：力行＋放電）
　図２９は、ＡＣ架線８３の電力と電力貯蔵装置５２の貯蔵電力の双方を用いてモータ２３を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、ＡＣ架線８３の電力と電力貯蔵装置５２の貯蔵電力の双方を用いてモータ２３を駆動する場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、ＡＣパンタグラフ８２は上げられ、第１の遮断器１１はオフ、第３の遮断器８１はオン、第２の接触器６３はオン、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第２の電力変換器５１は、ＡＣ架線電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作する。また、第１の電力変換器２１は、第２の電力変換器５１の出力電力および電力貯蔵装置５２の貯蔵電力を受け入れてＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、モータ２３を駆動する。なお、この制御では、電力貯蔵装置５２が直流共通部に接続されるので、直流共通部の電圧が低圧電圧（６００Ｖｄｃ近傍）となるように第２の電力変換器５１が制御される。

（ｃ－４：力行＋放電）
　図３０は、ＤＣ架線１の電力と電力貯蔵装置５２の貯蔵電力の双方を用いてモータ２３を駆動する場合の動作を示す図である。図示のように、ＤＣ架線１の電力と電力貯蔵装置５２の貯蔵電力の双方を用いてモータ２３を駆動する場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、ＡＣパンタグラフ８２は下げられ、第１の遮断器１１はオン、第３の遮断器８１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオンに制御される。これらの制御下において、第２の電力変換器５１は、電力貯蔵装置５２の貯蔵電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作する。また、第１の電力変換器２１は、第２の電力変換器５１の出力電力およびＤＣ架線電力を受け入れてＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、モータ２３を駆動する。なお、この制御では、直流共通部の電圧は、ＤＣ架線電圧に合わせた高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）となるように第２の電力変換器５１が制御される。

（ｃ－５：回生）
　図３１は、モータ２３の回生電力をＤＣ架線１に返す場合の動作を示す図である。図示のように、モータ２３の回生電力をＤＣ架線１に返す場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、ＡＣパンタグラフ８２は下げられ、第１の遮断器１１はオン、第３の遮断器８１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０もオフに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、モータ２３の回生電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、この回生電力をＤＣ架線１に返す。なお、この制御では、回生電力をＤＣ架線１に返すため、直流共通部の電圧は高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍もしくは、それ以上の所定電圧）に制御される。

（ｃ－６：回生）
　図３２は、モータ２３の回生電力をＡＣ架線８３に返す場合の動作を示す図である。図示のように、モータ２３の回生電力をＡＣ架線８３に返す場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、ＡＣパンタグラフ８２は上げられ、第１の遮断器１１はオフ、第３の遮断器８１はオン、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０もオフに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、モータ２３の回生電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、この回生電力を直流電力に変換する。また、第２の電力変換器５１は、第１の電力変換器２１の出力電力を受け入れてＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、変換した交流電力をＡＣ架線８３に返す。なお、この制御では、回生電力を効率よくＡＣ架線８３に返すため、直流共通部の電圧は高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍もしくは、それ以上の所定電圧）に制御される。

（ｃ－７：回生＋充電）
　図３３は、モータ２３の回生電力をＡＣ架線電力および充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図示のように、モータ２３の回生電力をＡＣ架線電力および充電電力として利用する場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、ＡＣパンタグラフ８２は上げられ、第１の遮断器１１はオフ、第３の遮断器８１はオン、第２の接触器６３はオン、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、モータ２３の回生電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、この回生電力を用いて電力貯蔵装置５２を充電する。また、第２の電力変換器５１は、ＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、第１の電力変換器２１から供給される余剰電力を交流電力に変換し、その変換電力をＡＣ架線８３に返す。なお、この制御では、電力貯蔵装置５２が直流共通部に接続されるので、直流共通部の電圧は低圧電圧（６００Ｖｄｃ近傍）に制御される。

（ｃ－８：回生＋充電）
　図３４は、モータ２３の回生電力をＤＣ架線電力および充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図示のように、モータ２３の回生電力をＤＣ架線電力および充電電力として利用する場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、ＡＣパンタグラフ８２は下げられ、第１の遮断器１１はオン、第３の遮断器８１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオンに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、モータ２３の回生電力を受け入れてＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、この回生電力をＤＣ架線１に返す。また、第２の電力変換器５１は、回生電力の一部を受け入れてＤＣ／ＤＣ変換器として動作し、電力貯蔵装置５２を充電する。なお、この制御では、回生電力をＤＣ架線１に返すため、直流共通部の電圧は高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍もしくは、それ以上の所定電圧）に制御される。

（ｃ－９：充電／放電）
　図３５は、ＤＣ架線１と電力貯蔵装置５２との間で充電または放電を行う場合の動作を示す図である。図示のように、ＤＣ架線１と電力貯蔵装置５２との間で充電／放電を行う場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、ＡＣパンタグラフ８２は下げられ、第１の遮断器１１はオン、第３の遮断器８１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオンに制御される。これらの制御下において、電力貯蔵装置５２への充電を行う場合、第２の電力変換器５１はＤＣ／ＤＣ変換器として動作し、架線電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）を所定の低圧電圧に降圧して充電する。一方、電力貯蔵装置５２から放電を行う場合には、充電電圧（６００Ｖｄｃ近傍）を架線電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）に昇圧するようにして放電する。

（ｃ－１０：充電／放電）
　図３６は、ＡＣ架線８３と電力貯蔵装置５２との間で充電または放電を行う場合の動作を示す図である。図示のように、ＡＣ架線８３と電力貯蔵装置５２との間で充電／放電を行う場合、ＤＣパンタグラフ２は下げられ、ＡＣパンタグラフ８２は上げられ、第１の遮断器１１はオフ、第３の遮断器８１はオン、第２の接触器６３はオン、第３の接触器７０はオフに制御される。これらの制御下において、電力貯蔵装置５２への充電を行う場合、第２の電力変換器５１はＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、ＡＣ架線電圧を所定の低圧電圧に降圧して充電する。一方、電力貯蔵装置５２から放電を行う場合には、電力貯蔵装置５２の電圧を所定の交流電圧に昇圧するようにしてＡＣ架線８３に放電する。なお、電力貯蔵装置５２の電圧（充電電圧、６００Ｖｄｃ近傍）からＡＣ架線電圧への変換は、変圧器８０の巻線比を考慮に入れて第２の電力変換器５１の昇圧比を調整することで行われる。

（ｃ－１１：電力融通）
　図３７は、ＤＣ架線１とＡＣ架線８３との間で電力融通を行う場合の動作を示す図である。図示のように、ＤＣ架線１とＡＣ架線８３との間で電力融通を行う場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、ＡＣパンタグラフ８２も上げられ、第１の遮断器１１はオン、第３の遮断器８１もオン、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０もオフに制御される。これらの制御下において、ＤＣ架線１からＡＣ架線８３に対して電力融通を行う場合、第２の電力変換器５１はＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、ＤＣ架線電圧を所定のＡＣ架線電圧に変換してＡＣ架線に供給する。一方、ＡＣ架線８３からＤＣ架線１に対して電力融通を行う場合、第２の電力変換器５１はＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、ＡＣ架線電圧を所定のＤＣ架線電圧に変換してＤＣ架線に供給する。なお、この制御では、ＤＣ架線１が直流共通部に接続されるので、直流共通部の電圧は高圧電圧（１５００Ｖｄｃ近傍）に制御される。

（ｃ－１２：力行＋充電）
　図３８は、ＤＣ架線１の電力をモータ２３の駆動電力および電力貯蔵装置５２への充電電力として利用する場合の動作を示す図である。図示のように、ＤＣ架線電力をモータ２３の駆動電力および電力貯蔵装置５２への充電電力として利用する場合、ＤＣパンタグラフ２は上げられ、ＡＣパンタグラフ８２は下げられ、第１の遮断器１１はオン、第３の遮断器８１はオフ、第２の接触器６３はオフ、第３の接触器７０はオンに制御される。これらの制御下において、第１の電力変換器２１は、ＤＣ架線電力を受け入れてＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、モータ２３を駆動する。また、第２の電力変換器５１は、ＤＣ架線電力の一部を受け入れてＤＣ／ＤＣ変換器として動作し、電力貯蔵装置５２を充電する。

　図３９は、図２７～図３８に示した動作を表形式で一覧にした図であり、これらの図に示した各部の動作状態または制御状態のみならず、図２５の図面に対応する各部の制御状態を示している。各記号等の意味は、図１３のところで説明した通りであり、詳細な説明は省略する。また、図３９に図示した内容も、上述の通りであり、詳細な説明は省略する。

　なお、実施の形態２では、ＡＣ架線が単相の場合を一例として説明したが、図４０に示すようにＡＣパンタグラフ８６および三相変圧器８５を介して３相のＡＣ架線８７から電力供給を受けるように構成されていても構わない。要点となる動作については、単相の交流架線の場合と同様であると共に、単相の交流架線の場合と同様な効果が得られる。

　以上のように、本発明は、従来のハイブリッド車両を架線電力でも使用できるようにする場合であっても、電力変換器の増加を来さない電気車の推進制御装置として有用である。

　１　直流架線（ＤＣ架線）
　２　ＤＣパンタグラフ
　３　補助電源装置（ＳＩＶ）
　４　補機
　５　エンジン
　６　発電機
　７　速度検出器
　８　車輪
　９　レール
　１１　第１の遮断器
　１２　架線電流検出器
　１３　架線電圧検出器
　２１　電力変換器
　２３　モータ
　２５　第１の断流器
　２６　第２の断流器
　２７　第１の充電抵抗器
　２８　第１のフィルタリアクトル
　２９　第１のフィルタコンデンサ
　３４　第１の速度検出器
　３５　第１の直流電流検出器
　３６　第１のフィルタコンデンサ電圧検出器
　３７　第１の電力変換器出力電流検出器
　５１　第２の電力変換器
　５２　電力貯蔵装置
　５５　第３の断流器
　５６　第４の断流器
　５７　第２の充電抵抗器
　５８　第２のフィルタリアクトル
　５９　第２のフィルタコンデンサ
　６１　第３の接触器
　６３　第１の接触器
　６４　第２の遮断器
　６５　第２の直流電流検出器
　６６　第２のフィルタコンデンサ電圧検出器
　６８　電力貯蔵装置電流検出器
　７０　第２の接触器
　７２　リアクトル
　８０　変圧器
　８１，８７　交流架線（ＡＣ架線）
　８１　第３の遮断器
　８２，８６　ＡＣパンタグラフ
　８５　三相変圧器
　９０　直流共通部
　１００　制御装置

Claims

　直流共通部に接続可能に構成され、前記直流共通部からの直流電力が入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、当該直流電力を所望の交流電力に変換して車両に駆動力を発生するモータに供給し、前記モータの回生電力が前記モータ側から入力された場合には、必要に応じてＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、当該回生電力を前記直流共通部に供給する第１の電力変換器と、
　交流電力供給源からの交流電力が第１の入出力端側から入力された場合にはＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、当該交流電力を直流電力に変換し前記第１の入出力端とは異なる第２の入出力端を介して前記直流共通部に出力し、前記直流共通部からの直流電力が前記第２の入出力端側から入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作して前記第１の入出力端側に所望の直流電力を出力し、前記第１の入出力端側から直流電力が入力された場合にはＤＣ／ＤＣ変換器として動作して前記第２の入出力端側に所望の直流電力を出力し、前記第２の入出力端側から直流電力が入力された場合にはＤＣ／ＤＣ変換器として動作して前記第１の入出力端側に所望の直流電力を出力する第２の電力変換器と、
　前記直流共通部および前記第１の入出力端側に接続可能に構成され、前記直流共通部もしくは前記第１の入出力端側から供給される直流電力を用いて充電され、または、前記直流共通部もしくは前記第１の入出力端側に直流電力を放電する直流電力供給源としての電力貯蔵装置と、
　前記第１の電力変換器、前記第２の電力変換器および前記電力貯蔵装置の動作を制御する制御装置と、
　を備えたことを特徴とする電気車の推進制御装置。
　前記制御装置は、前記第２の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させ、前記発電機の発電電力を直流電力に変換して前記第１の電力変換器に供給すると共に、前記第１の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させ、前記第２の電力変換器および前記電力貯蔵装置からの各直流電力を用いて前記モータを駆動することを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
　前記制御装置は、前記直流共通部の電圧が前記電力貯蔵装置の出力電圧に合わせた低圧電圧となるように前記第２の電力変換器の出力電圧を制御することを特徴とする請求項２に記載の電気車の推進制御装置。
　前記制御装置は、前記第２の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させ、前記電力貯蔵装置の直流電力を所望の直流電力に変換して前記第１の電力変換器に供給すると共に、前記第１の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させ、前記第２の電力変換器からの直流電力を用いて前記モータを駆動することを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
　前記制御装置は、前記直流共通部の電圧が他の直流電力供給源の出力電圧に合わせた高圧電圧となるように前記第２の電力変換器の出力電圧を制御することを特徴とする請求項４に記載の電気車の推進制御装置。
　前記他の直流電力供給源が直流架線であることを特徴とする請求項５に記載の電気車の推進制御装置。
　前記制御装置は、前記直流架線の電力を更に利用して前記モータを駆動すること特徴とする請求項６に記載の電気車の推進制御装置。
　エンジンと、このエンジンによって駆動される発電機とが前記交流電力供給源として設けられ、前記直流架線の電力が前記直流共通部に供給されないとき、
　前記制御装置は、前記電力貯蔵装置の電力を前記直流共通部に供給し、前記第２の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させ、前記発電機をモータとして駆動して前記エンジンを始動すること特徴とする請求項６に記載の電気車の推進制御装置。
　前記制御装置は、前記第１の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させ、前記モータの回生電力を受け入れて前記電力貯蔵装置を充電すると共に、前記第２の電力変換器５１をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させ、前記第１の電力変換器から供給される余剰電力を用いて前記発電機を駆動してエンジンブレーキをかけることを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
　前記制御装置は、前記直流共通部の電圧が前記電力貯蔵装置の出力電圧に合わせた低圧電圧となるように前記第２の電力変換器の出力電圧を制御することを特徴とする請求項９に記載の電気車の推進制御装置。
　前記制御装置は、前記第１の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させ、前記モータの回生電力を直流電力に変換すると共に、前記第２の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させ、前記第１の電力変換器の変換電力を前記第１の入出力端側から供給して前記電力貯蔵装置を充電することを特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
　前記制御装置は、前記直流共通部の電圧が他の直流電力供給源の出力電圧に合わせた高圧電圧となるように前記第１の電力変換器の出力電圧を制御することを特徴とする請求項１１に記載の電気車の推進制御装置。
　前記他の直流電力供給源が直流架線であることを特徴とする請求項１２に記載の電気車の推進制御装置。
　前記制御装置は、前記直流架線の電力を更に利用して前記電力貯蔵装置を充電すること特徴とする請求項１３に記載の電気車の推進制御装置。
　前記交流電力供給源としての交流架線が変圧器を介して前記第２の電力変換器の前記第１の入出力端側に接続される構成であるときに、
　前記制御装置は、第１の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させ、前記モータの回生電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵装置を充電すると共に、前記第２の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させ、前記第１の電力変換器から供給される回生電力の余剰電力を交流電力に変換して前記交流架線に供給すること特徴とする請求項１に記載の電気車の推進制御装置。
　前記制御装置は、前記電力貯蔵装置への充電を行う場合には、前記第２の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させ、前記交流架線の電圧を所定の低圧電圧に降圧して前記電力貯蔵装置を充電し、前記電力貯蔵装置から放電を行う場合には、前記電力貯蔵装置の出力電圧を所定の交流電圧に昇圧して前記交流架線に放電すること特徴とする請求項１５に記載の電気車の推進制御装置。
　前記制御装置は、前記直流架線から前記交流架線に対する電力融通を行う場合には、前記第２の電力変換器をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させ、前記交流架線から前記直流架線に対する電力融通を行う場合には、前記第２の電力変換器をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させること特徴とする請求項１５に記載の電気車の推進制御装置。
　直流共通部に接続可能に構成され、前記直流共通部からの直流電力が入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、当該直流電力を所望の交流電力に変換して車両に駆動力を発生するモータに供給し、前記モータの回生電力が前記モータ側から入力された場合には、必要に応じてＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、当該回生電力を前記直流共通部に供給する第１の電力変換器と、
　交流電力供給源からの交流電力が第１の入出力端側から入力された場合にはＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、当該交流電力を直流電力に変換し前記第１の入出力端とは異なる第２の入出力端を介して前記直流共通部に出力し、前記直流共通部からの直流電力が前記第２の入出力端側から入力された場合にはＤＣ／ＡＣ変換器として動作して前記第１の入出力端側に所望の直流電力を出力し、前記第１の入出力端側から直流電力が入力された場合にはＤＣ／ＤＣ変換器として動作して前記第２の入出力端側に所望の直流電力を出力し、前記第２の入出力端側から直流電力が入力された場合にはＤＣ／ＤＣ変換器として動作して前記第１の入出力端側に所望の直流電力を出力する第２の電力変換器と、
　前記直流共通部および前記第１の入出力端側に接続可能に構成され、前記直流共通部もしくは前記第１の入出力端側から供給される直流電力を用いて充電され、または、前記直流共通部もしくは前記第１の入出力端側に直流電力を放電する直流電力供給源としての電力貯蔵装置と、
　前記第１の電力変換器、前記第２の電力変換器および前記電力貯蔵装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
　前記直流共通部の電圧を車両の発車時と力行時で異なる電圧とすることを特徴とする電気車の推進制御装置の制御方法。