WO2021149193A1 - 鉄道車両システム - Google Patents

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WO2021149193A1
WO2021149193A1 PCT/JP2020/002136 JP2020002136W WO2021149193A1 WO 2021149193 A1 WO2021149193 A1 WO 2021149193A1 JP 2020002136 W JP2020002136 W JP 2020002136W WO 2021149193 A1 WO2021149193 A1 WO 2021149193A1
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WO
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charging
switch
storage battery
vehicle system
control device
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PCT/JP2020/002136
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French (fr)
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西尾　直樹
昭 白神
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • B60L2240/547—Voltage

Definitions

  • the present invention relates to a railroad vehicle system that travels by electric power supplied from an overhead wire.
  • Patent Document 1 discloses an emergency traveling system for traveling a railway vehicle by using the electric power of a storage battery mounted on the railway vehicle even when a trouble occurs in an overhead wire.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a railroad vehicle system capable of suppressing an increase in the size of the system and an increase in manufacturing cost.
  • the railway vehicle system includes a power conversion device that converts electric power supplied from an overhead wire into AC electric power to a load, and an emergency for use in a railway vehicle. It includes a plurality of storage batteries for supplying electric power to the power conversion device, and a charging circuit for charging the storage batteries.
  • the railroad vehicle system includes a first switch that opens and closes an electrical connection between an overhead wire and a power converter, an electrical connection between each of the charging circuits and the overhead wire, and each of the charging circuits and power. It comprises a second switch that opens and closes an electrical connection to and from the converter.
  • the power conversion device includes a control device that controls the opening / closing of the second switch and the charging circuit based on the information of the charging voltages of the plurality of storage batteries.
  • the control device controls the second switch to be closed so that the current supplied from the overhead wire is passed through the storage battery via the charging circuit.
  • the charging circuit floatly charges the storage battery with the current supplied from the overhead wire.
  • the railroad vehicle system according to the present invention, it is possible to suppress the increase in size of the system and the increase in manufacturing cost.
  • FIG. 2 used to explain the operation when the charging voltage is unbalanced in the railway vehicle system according to the embodiment.
  • FIG. 3 used for explaining the operation when the charging voltage is unbalanced in the railway vehicle system according to the embodiment.
  • FIG. 4 used to explain the operation when the charging voltage is unbalanced in the railway vehicle system according to the embodiment.
  • FIG. 5 used for explaining the operation when the charging voltage is unbalanced in the railway vehicle system according to the embodiment.
  • the figure which shows the structure of the railroad vehicle system which concerns on modification 1 of embodiment The first figure used for the operation explanation at the time of the unbalance of the charging voltage in the railroad vehicle system which concerns on the modification 1 of the Embodiment.
  • FIG. 2 used to explain the operation when the charging voltage is unbalanced in the railway vehicle system according to the first modification of the embodiment.
  • FIG. 3 The figure which shows the structure of the railroad vehicle system which concerns on modification 3 of embodiment
  • FIG. 4 A block diagram showing an example of a hardware configuration that realizes the functions of the control device in the embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a railroad vehicle system 100 according to an embodiment.
  • the railroad vehicle system 100 includes a current collector 2, a first switch L1, a second switch L2, a power conversion device 3, a load 4, charging circuits 5A and 5B, and the like. It is equipped with storage batteries 8A and 8B. These components are mounted on the railroad vehicle 150.
  • the current collector 2 collects DC power from the overhead wire 1.
  • the current collector 2 supplies the collected DC power to the power conversion device 3 via the first switch L1. Further, the current collector 2 supplies the collected DC power to the charging circuits 5A and 5B via the first switch L1 and the second switch L2.
  • the power conversion device 3 converts the DC power supplied from the current collector 2 into AC power to the load 4.
  • load 4 is a propulsion motor for driving a railway vehicle.
  • load 4 is an auxiliary machine.
  • Auxiliary equipment is a name that refers to loads other than propulsion motors among the loads mounted on railway vehicles. Examples of auxiliary equipment are in-vehicle lighting devices, door opening / closing devices, air conditioners, security devices, compressors, batteries, and control power supplies.
  • a compressor is a device that produces an air source for vehicle brakes.
  • VVVF variable voltage variable frequency
  • the power conversion device 3 includes a control device 3a.
  • the control device 3a drives a switching element (not shown) provided in the power conversion device 3 to control the power supplied to the load 4.
  • Storage batteries 8A and 8B are means for storing electric energy.
  • the storage batteries 8A and 8B supply the power conversion device 3 with emergency power for use in the railway vehicle 150.
  • Examples of the storage batteries 8A and 8B are a lithium ion battery, a nickel hydrogen battery, an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, and a fly wheel.
  • One storage battery has a configuration in which a plurality of battery cells are connected in series and parallel. Therefore, one storage battery is counted as "1 group” and two storage batteries are counted as "2 groups”. The same applies to three or more.
  • the storage batteries 8A and 8B in FIG. 1 are examples of a plurality of storage batteries. That is, although FIG. 1 shows two groups of storage batteries 8A and 8B, storage batteries of three or more groups may be provided. Further, each charging voltage of the storage batteries 8A and 8B is a voltage lower than the voltage of the overhead wire 1.
  • Charging circuits 5A and 5B are provided corresponding to the storage batteries 8A and 8B, respectively.
  • a charging circuit 5A is connected between the second switch L2 and the storage battery 8A, and a charging circuit 5B is connected between the second switch L2 and the storage battery 8B.
  • the charging circuit 5A charges the storage battery 8A.
  • the charging circuit 5B charges the storage battery 8B.
  • the charging circuit 5A provides a discharging path when the storage battery 8A is discharged.
  • the charging circuit 5B provides a discharge path when the storage battery 8B is discharged.
  • the first switch L1 opens and closes the electrical connection between the overhead wire 1 and the power converter 3.
  • An example of the first switch L1 is a high speed circuit breaker.
  • the current collector 2 also opens and closes the electrical connection between the overhead wire 1 and the power conversion device 3, the first switch L1 may be the current collector 2.
  • the second switch L2 opens and closes the electrical connection between each of the charging circuits 5A and 5B and the overhead wire 1. Further, the second switch L2 opens and closes the electrical connection between each of the charging circuits 5A and 5B and the power conversion device 3.
  • An example of the second switch L2 is a breaker.
  • the charging circuit 5A includes a first switch L11, a diode D1 which is a unidirectional element, a second switch L12, a resistance element R1, a third switch L13, and a voltage detector 6A.
  • the first switch L11, the second switch L12, and the third switch L13 may be a switch having a mechanical structure or an electrically controlled switch.
  • the third switch L13 is inserted from the viewpoint of safety, it may be omitted because it is not directly related to the control of the present embodiment.
  • the first switch L11 and the diode D1 are connected in series to form the first circuit.
  • the first switch L11 is arranged on the second switch L2 side and the diode D1 is arranged on the storage battery 8A side, but the order may be reversed. That is, the diode D1 may be arranged on the second switch L2 side, and the first switch L11 may be arranged on the storage battery 8A side.
  • the cathode of the diode D1 is located on the second switch L2 side, and the anode of the diode D1 is located on the storage battery 8A side. That is, in the first circuit, the diode D1 is connected in a direction of blocking the charging current from the overhead wire 1 to the storage battery 8A.
  • the second switch L12 and the resistance element R1 are connected in series to form a second circuit.
  • the second switch L12 is arranged on the second switch L2 side, and the resistance element R1 is arranged on the storage battery 8A side, but the order may be reversed. That is, the resistance element R1 may be arranged on the second switch L2 side, and the second switch L12 may be arranged on the storage battery 8A side.
  • the charging circuit 5B includes a first switch L21, a diode D2 which is a unidirectional element, a second switch L22, a resistance element R2, a third switch L23, and a voltage detector 6B.
  • the configuration of the charging circuit 5B is the same as that of the charging circuit 5A, and redundant description is omitted.
  • the voltage detector 6A detects the charging voltage V1 of the storage battery 8A.
  • the voltage detector 6B detects the charging voltage V2 of the storage battery 8B.
  • Each detected value of the charging voltages V1 and V2 is input to the control device 3a.
  • the control device 3a opens and closes the second switch L2, the first switches L11 and L21, the second switches L12 and L22, and the third switches L13 and L23 based on the detected values of the charging voltages V1 and V2. Control.
  • the charging circuits 5A and 5B are provided with voltage detectors 6A and 6B, respectively, but the configuration is not limited to this.
  • the detection values of the storage batteries 8A and 8B may be used. In this case, the voltage detectors 6A and 6B can be omitted.
  • FIG. 2 is a diagram used for explaining the operation of the railway vehicle system 100 according to the embodiment during normal operation.
  • FIG. 2 shows the flow of charging current during normal operation.
  • the first switch L1 is controlled to be "closed”.
  • the electric power of the overhead wire 1 is supplied to the power conversion device 3 via the first switch L1, and the load 4 is driven.
  • the second switch L2, the second switches L12 and L22, and the third switches L13 and L23 are controlled to be "closed”.
  • the first switches L11 and L21 may be controlled to be "open” or "closed”.
  • a charging path to the storage battery 8A is formed via the above.
  • the storage battery 8A is floatingly charged by the electric power of the overhead wire 1.
  • the current collector 2 reaches the storage battery 8B via the first switch L1, the second switch L2, the second switch L22, the resistance element R2, and the third switch L23.
  • a charging path is formed.
  • the storage battery 8B is also floatingly charged by the electric power of the overhead wire 1.
  • the operation shown in FIG. 2 is performed when the railway vehicle 150 is stopped at a depot or a station, or is traveling in an electrified section.
  • the storage batteries 8A and 8B can be charged without using the converter device. As a result, it is possible to suppress an increase in the size of the system and an increase in the manufacturing cost. Further, since the storage batteries 8A and 8B are charged during normal operation, the required battery capacity can be secured even with floating charging.
  • FIG. 3 is a diagram used for explaining the operation of the railway vehicle system 100 according to the embodiment during emergency travel.
  • FIG. 3 shows the flow of the discharge current during emergency running.
  • "emergency running” means that when a trouble occurs in the overhead wire 1 or the like and the power supply from the overhead wire 1 is cut off, the electric power of the storage batteries 8A and 8B is used to move the railway vehicle 150 to a safe position or. This is an operation to move to a position that does not interfere with normal operation.
  • the storage batteries 8A and 8B It is replaced as an operation of supplying electric power to the auxiliary equipment of the railway vehicle 150 by using the electric power.
  • the first switch L1 is controlled to be "open” by a higher control device (not shown).
  • the second switch L2 and the first switches L11 and L21 are controlled to be “closed” by the control device 3a.
  • the second switches L12 and L22 may be controlled to be “open” or "closed”.
  • the storage battery 8A is connected to the power conversion device 3 via the third switch L13, the diode D1, the first switch L11, and the second switch L2.
  • a current path to reach is formed.
  • a current path is formed from the storage battery 8B to the power conversion device 3 via the third switch L23, the diode D2, the first switch L21, and the second switch L2.
  • the electric power of the storage batteries 8A and 8B can be supplied to the VVVF inverter (not shown in FIG. 3), which is one of the power conversion devices 3, and the propulsion motor (not shown) in FIG. 3, which is one of the loads 4. Can be driven. This makes it possible to move the railroad vehicle 150 to a safe position or a position that does not interfere with normal operation.
  • FIG. 4 is a first diagram used for explaining the operation of the railway vehicle system 100 according to the embodiment when the charging voltage is unbalanced.
  • FIG. 5 is a second diagram used for explaining the operation of the railway vehicle system 100 according to the embodiment when the charging voltage is unbalanced.
  • FIG. 6 is a third diagram used for explaining the operation of the railway vehicle system 100 according to the embodiment when the charging voltage is unbalanced.
  • FIG. 7 is a fourth diagram used for explaining the operation of the railway vehicle system 100 according to the embodiment when the charging voltage is unbalanced.
  • FIG. 8 is a fifth diagram used for explaining the operation of the railway vehicle system 100 according to the embodiment when the charging voltage is unbalanced.
  • FIG. 4 shows the flow of the charge / discharge current when ⁇ V> A.
  • A is a threshold value for determining the imbalance of the charging voltage. That is, in the present embodiment, the state where ⁇ V> A is defined as the state in which the charging voltage is unbalanced. In the following description, the threshold value A may be referred to as a "first threshold value".
  • the second switch L2 When the voltage difference ⁇ V exceeds the threshold value A, the second switch L2 is controlled to be “open”, and the first switches L11 and L21 and the second switches L12 and L22 are controlled to be “closed”.
  • the third switch L13, the diode D1, the first switch L11, the second switch L22, the resistance element R2 and the third switch A charging path to the storage battery 8B is formed via the switch L23 of the above.
  • the storage battery 8B can be charged by the electric power of the storage battery 8A.
  • the storage battery 8B is connected to the storage battery 8A via the third switch L23, the diode D2, the first switch L21, the second switch L12, the resistance element R1 and the third switch L13. A charging path to reach is formed. As a result, the storage battery 8A can be charged by the electric power of the storage battery 8B.
  • FIG. 6 shows a time-varying waveform of the voltage difference ⁇ V.
  • the horizontal axis is time.
  • Two broken lines are drawn parallel to the horizontal axis.
  • the dashed line on the lower side indicates the level of the threshold value A described above.
  • the upper broken line of the two broken lines indicates the level of the threshold value B, which is the second threshold value.
  • the threshold value B has a value larger than the threshold value A.
  • the threshold value B may be referred to as a "second threshold value".
  • FIG. 7 shows the flow of the charge / discharge current when ⁇ V> B.
  • FIG. 8 shows the flow of the charge / discharge current when A ⁇ V ⁇ B.
  • the current path of FIG. 7 is formed when the voltage difference ⁇ V is in the range of (1) of FIG. 6, and the current path of FIG. 8 is formed when the voltage difference ⁇ V is in the range of (2) of FIG. Is formed in.
  • the second switch L2 and the first switch L21 are controlled to be “open”, and the second switches L12 and L22 are controlled to be “closed”. Will be done.
  • the first switch L11 may be controlled to be "open” or "closed”.
  • the third switch L23, the resistance element R2, the second switch L22, the second switch L12, the resistance element R1 and the third switch L13 are connected from the storage battery 8B.
  • a charging path leading to the storage battery 8A is formed via the route.
  • the storage battery 8A can be charged by the electric power of the storage battery 8B.
  • This charging path is a path that passes through the two resistance elements R1 and R2. Therefore, if the threshold value B and the resistance values of the resistance elements R1 and R2 are appropriately set, the charging current can be suppressed. This makes it possible to suppress the charging current without providing a special current adjusting means.
  • the second switch L2 and the first switch L11 are controlled to be “open”, and the first switch L21 and the first switch L21 and the first switch L11 are controlled to be “open”.
  • the switch L12 of 2 is controlled to be "closed”.
  • the second switch L22 may be controlled to be "open” or "closed”.
  • the storage battery 8B passes through the third switch L23, the diode D2, the first switch L21, the second switch L12, the resistance element R1 and the third switch L13. Then, a charging path leading to the storage battery 8A is formed. As a result, the storage battery 8A can be charged by the electric power of the storage battery 8B.
  • This charging path is a path that passes through one resistance element R1. Therefore, as compared with the case of FIG. 7, the resistance value of two pieces can be reduced to the resistance value of one piece. As a result, the decrease in the charging current can be suppressed with respect to the decrease in the voltage difference ⁇ V, so that the charging time can be shortened without providing a special current adjusting means.
  • FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the railroad vehicle system 100A according to the first modification of the embodiment.
  • FIG. 9 shows the configuration of the railway vehicle system 100A when the number of storage batteries is three groups.
  • a charging circuit 5C and a storage battery 8C are added in the configuration of the railroad vehicle system 100 shown in FIG.
  • the charging circuit 5C charges the storage battery 8C. Further, the charging circuit 5C provides a discharging path when the storage battery 8C is discharged.
  • the charging circuit 5C includes a first switch L31, a diode D3 which is a unidirectional element, a second switch L32, a resistance element R3, a third switch L33, and a voltage detector 6C.
  • the configuration of the charging circuit 5C is the same as that of the charging circuits 5A and 5B, and redundant description is omitted.
  • the voltage detector 6C detects the charging voltage V3 of the storage battery 8C.
  • the detected value of the charging voltage V3 is also input to the control device 3a.
  • the control device 3a has a second switch L2, a first switch L11, L21, L31, a second switch L12, L22, L32 and a third switch based on the detected values of the charging voltages V1, V2 and V3. It controls the opening and closing of L13, L23, and L33.
  • the charging circuit 5C includes the voltage detector 6C, but the configuration is not limited to this.
  • the detection value of the storage battery 8C may be used. In this case, the voltage detector 6C can be omitted.
  • FIG. 10 is a first diagram used for explaining the operation when the charging voltage is unbalanced in the railway vehicle system 100A according to the first modification of the embodiment.
  • the maximum value of the charging voltages V1, V2, and V3 is Vmax
  • the minimum value is Vmin
  • ⁇ V Vmax ⁇ Vmin between the maximum value Vmax of the charging voltage and the minimum value Vmin of the charging voltage
  • FIG. 10 shows the flow of the charging current when ⁇ V> B.
  • the second switch L2 In the case of the example of FIG. 10 in which the voltage difference ⁇ V exceeds the threshold value B, the second switch L2, the first switch L11 and the second switch L22 are controlled to be “open”, and the second switches L12 and L32 Is controlled to "closed”.
  • the first switches L21 and L31 may be controlled to be "open” or "closed”.
  • the second switch L22 of the charging circuit 5B connected to the storage battery 8B whose charging voltage is not the maximum and the minimum is controlled to be "open", and the charging circuit 5A connected to the storage battery 8A having the maximum charging voltage
  • the first switch L11 is controlled to be "open”
  • the second switch L12 of the charging circuit 5A connected to the storage battery 8A having the maximum charging voltage is controlled to be "closed”
  • the charging voltage is the minimum.
  • the second switch L32 of the charging circuit 5C connected to the storage battery 8C is controlled to be “closed”.
  • the third switch L13, the resistance element R1, the second switch L12, the second switch L32, the resistance element R3 and the first A charging path to the storage battery 8C having the minimum charging voltage is formed via the switch L33 of 3.
  • the storage battery 8C having the minimum charging voltage can be charged by the electric power of the storage battery 8A having the maximum charging voltage. Since this charging path is a path passing through the two resistance elements R1 and R3, the charging current can be suppressed. This makes it possible to suppress the charging current without providing a special current adjusting means. Further, since charging is performed only between the storage battery 8A having the maximum charging voltage and the storage battery 8C having the minimum charging voltage, the charging time can be shortened.
  • FIG. 10 shows a case where the number of storage batteries is 3 groups, it can also be applied when the number of storage batteries is 4 groups or more.
  • the voltage difference ⁇ V between the storage battery having the maximum charging voltage and the storage battery having the minimum charging voltage has a relationship of ⁇ V> B, the storage battery having the maximum charging voltage is used. Charging and discharging is performed with the storage battery having the lowest charging voltage.
  • FIG. 11 is a second diagram used for explaining the operation when the charging voltage is unbalanced in the railway vehicle system 100A according to the first modification of the embodiment.
  • the second switch L2 is controlled to be "open", and the first switches L11 and L31 are controlled to be "closed”.
  • the first switch L21 and the second switches L12 and L32 may be controlled to be "open” or "closed”. That is, the second switch L22 of the charging circuit 5B connected to the storage battery 8B having the minimum charging voltage is controlled to be "closed”, and the charging circuit 5A connected to the storage batteries 8A and 8C having the minimum charging voltage. , 5C, respectively, the first switches L11 and L31 are controlled to be "closed”.
  • the third switch L13, the diode D1, the first switch L11, the second switch L22, the resistance element R2 and the first A charging path to the storage battery 8B having the minimum charging voltage is formed via the switch L23 of 3. Further, the charging voltage is transferred from the storage battery 8C whose charging voltage is not the minimum via the third switch L33, the diode D3, the first switch L31, the second switch L22, the resistance element R2 and the third switch L23. A charging path leading to the smallest storage battery 8B is formed. As a result, the storage battery 8B having the minimum charging voltage can be charged by the electric power of the storage batteries 8A and 8C having the minimum charging voltage. Further, since one storage battery is charged using the electric power of a plurality of storage batteries, the charging time can be shortened.
  • FIG. 12 is a diagram used for explaining the operation when regenerative power is generated in the railway vehicle system 100B according to the second modification of the embodiment.
  • the power conversion device 3 is replaced by the VVVF inverter 31, and the load 4 is replaced by the propulsion motor 41.
  • the VVVF inverter 31 has an intermediate link portion 31b.
  • the control device 3a provided in the power conversion device 3 is replaced with the control device 31a provided in the VVVF inverter 31.
  • the control device 31a has the function of the control device 3a described above.
  • the other configurations are the same as or equivalent to the configurations of the railway vehicle system 100A shown in FIG. 9, and the same or equivalent components are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted.
  • the control device 31a monitors the intermediate link voltage V4, which is the voltage of the intermediate link unit 31b.
  • the control device 31a calculates the voltage difference ⁇ E between the intermediate link voltage V4 and the minimum value Vmin of the charging voltage in the storage batteries 8A, 8B, 8C.
  • the control device 31a uses the regenerative power generated by the propulsion motor 41 to perform charge control on the storage batteries 8A, 8B, 8C.
  • the minimum value Vmin of the charging voltage the average value of the charging voltages in the storage batteries 8A, 8B, 8C may be used.
  • the threshold value C may be referred to as a "third threshold value".
  • the second switch L2 and the second switches L12, L22, and L32 are controlled to be “closed”.
  • the first switches L11, L21, and L31 may be controlled to be "open” or "closed”.
  • the propulsion motor 41 passes through the VVVF inverter 31, the second switch L2, the second switch L12, the resistance element R1 and the third switch L13.
  • a charging path leading to the storage battery 8A is formed.
  • a charging path is formed from the propulsion motor 41 to the storage battery 8B via the VVVF inverter 31, the second switch L2, the second switch L22, the resistance element R2, and the third switch L23.
  • a charging path is formed from the propulsion motor 41 to the storage battery 8C via the VVVF inverter 31, the second switch L2, the second switch L32, the resistance element R3, and the third switch L33.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a railroad vehicle system 100C according to a modification 3 of the embodiment.
  • an auxiliary power supply device 32 and an auxiliary power supply 42 connected to the auxiliary power supply device 32 are added in the configuration of the railroad vehicle system 100B shown in FIG.
  • the VVVF inverter 31 is connected to the electrical wiring 15 that connects the first switch L1 and the second switch L2 via the switch L3.
  • the auxiliary power supply device 32 is connected to the electric wiring 15 via the switch L4.
  • FIG. 13 shows a configuration in which the VVVF inverter 31 and the auxiliary power supply device 32 are connected to the overhead wire 1 and the storage batteries 8A, 8B, 8C on an equal footing, but the configuration is not limited to this.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a railroad vehicle system 100D according to a modification 4 of the embodiment.
  • a switch L5 is provided between the first switch L1 and the second switch L2.
  • the VVVF inverter 31 is connected to the electrical wiring 15a that connects the first switch L1 and the switch L5.
  • the auxiliary power supply device 32 is connected to the electrical wiring 15b that connects the second switch L2 and the switch L5.
  • the relationship between the VVVF inverter 31 and the auxiliary power supply device 32 may be exchanged so that the auxiliary power supply device 32 is arranged on the overhead wire 1 side.
  • the power of the overhead wire 1 may be supplied to both the VVVF inverter 31 and the auxiliary power supply device 32, and the power of the storage batteries 8A, 8B, 8C may be supplied to both the VVVF inverter 31 and the auxiliary power supply device 32.
  • any configuration may be used.
  • FIG. 12 shows a configuration in which the control device 31a provided in the VVVF inverter 31 controls the second switch L2 and the charging circuits 5A, 5B, 5C, but is not limited to this configuration.
  • the second switch L2 and the charging circuits 5A, 5B, and 5C may be controlled by a control device (not shown) provided in the auxiliary power supply device 32.
  • the railroad vehicle system includes a power conversion device that converts the power supplied from the overhead wire into AC power to the load, and a power conversion device that converts emergency power for use in the railroad vehicle. It is provided with a plurality of storage batteries to be supplied to the power supply and a charging circuit for charging the storage batteries.
  • the railroad vehicle system includes a first switch that opens and closes an electrical connection between an overhead wire and a power converter, an electrical connection between each of the charging circuits and the overhead wire, and each of the charging circuits and power. It includes a second switch that opens and closes the electrical connection to and from the converter.
  • the power conversion device includes a control device that controls the opening / closing of the second switch and the charging circuit based on the information of the charging voltages of the plurality of storage batteries.
  • the control device controls the switch of the second switch to be closed so that the current supplied from the overhead wire is passed through the storage battery, and the charging circuit floatly charges the storage battery by the current supplied from the overhead wire.
  • the control device opens and closes the second so as to enable charging and discharging between the respective storage batteries. Control the vessel open. Further, the control device controls the first and second switches of each charging circuit to be closed. As a result, it is possible to eliminate the imbalance of the charging voltage between the plurality of storage batteries even during the operation of the railway vehicle system.
  • control device controls the second switch to be closed and the first of each charging circuit. Control the switch to close. As a result, each storage battery can be discharged, and the emergency power held in the plurality of storage batteries can be supplied to the power conversion device.
  • the control device controls the second switch to be closed. Then, the floating charging is restarted. In this way, it is possible to deal with troubles such as overhead wires while allowing a difference in charging voltage between a plurality of storage batteries.
  • the control device opens the second switch and controls the second switch.
  • the second switch of the charging circuit connected to each of the storage batteries whose charging voltage is not the maximum and the minimum is openly controlled.
  • the control device opens and controls the first switch of the charging circuit connected to the storage battery having the maximum charging voltage.
  • the control device closes and controls each second switch in the charging circuit connected to the storage battery having the highest charging voltage and the charging circuit connected to the storage battery having the lowest charging voltage.
  • the first and second switches of all the charging circuits are controlled to be closed. This enables mutual charging between the respective storage batteries. With the above control, it is possible to efficiently eliminate the imbalance of the charging voltage between the plurality of storage batteries.
  • the control device controls the second switch of each charging circuit to be closed so that charging by regenerative power is possible. As a result, the regenerative power can be effectively used.
  • FIG. 15 is a block diagram showing an example of a hardware configuration that realizes the function of the control device 3a according to the embodiment.
  • FIG. 16 is a block diagram showing another example of a hardware configuration that realizes the function of the control device 3a according to the embodiment.
  • a processor 200 that performs an operation
  • a memory 202 in which a program read by the processor 200 is stored
  • a memory 202 in which a program read by the processor 200 is stored
  • the configuration may include an interface 204 for inputting / outputting signals.
  • the processor 200 may be a computing means such as an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a CPU (Central Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the memory 202 includes a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Program ROM), and an EPROM (registered trademark) (Electrically EPROM). Examples thereof include magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, and DVDs (Digital entirely Disc).
  • the memory 202 stores a program that executes the function of the control device 3a according to the embodiment.
  • the processor 200 sends and receives necessary information via the interface 204, the processor 200 executes a program stored in the memory 202, and the processor 200 refers to a table stored in the memory 202 to perform the above-described processing. It can be carried out.
  • the calculation result by the processor 200 can be stored in the memory 202.
  • the processing circuit 203 shown in FIG. 16 can also be used.
  • the processing circuit 203 corresponds to a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof.
  • the information input to the processing circuit 203 and the information output from the processing circuit 203 can be obtained via the interface 204.
  • control device 3a may be performed by the processing circuit 203, and processing that is not performed by the processing circuit 203 may be performed by the processor 200 and the memory 202.

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Abstract

鉄道車両システム（１００）は、架線（１）から供給される電力を負荷への交流電力に変換する電力変換装置（３）と、非常用電力を電力変換装置に供給する蓄電池（８Ａ，８Ｂ）と、蓄電池を充電する充電回路（５Ａ，５Ｂ）と、架線と電力変換装置との間の電気的接続を開閉する第１の開閉器（Ｌ１）と、充電回路のそれぞれと架線との間の電気的接続、及び充電回路のそれぞれと電力変換装置との間の電気的接続を開閉する第２の開閉器（Ｌ２）と、を備える。電力変換装置に具備される制御装置（３ａ）は、蓄電池の充電電圧の情報に基づいて第２の開閉器を閉に制御して架線から供給される電流を、充電回路を介して蓄電池に通流させる。充電回路は、架線から供給される電流によって蓄電池をフローティング充電する。

Description

鉄道車両システム
　本発明は、架線から供給される電力によって走行する鉄道車両システムに関する。
　近年の鉄道車両システムにおいては、架線等のトラブルによって、鉄道車両が走行不能になるケースが比較的多く発生している。下記特許文献１には、架線にトラブルが発生した場合でも、鉄道車両に搭載された蓄電池の電力を利用して鉄道車両を走行させる非常用走行システムが開示されている。
特開２０１５－４７０４７号公報
　鉄道車両の場合、多くの非常用電力を必要とするため、複数の蓄電池を搭載する必要がある。従って、上記特許文献１の技術を適用した場合、蓄電池を充電するためのコンバータ装置が複数必要となる。このため、従来技術では、システムが大型化し、製造コストが上昇するという課題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、システムの大型化及び製造コストの上昇を抑制可能な鉄道車両システムを得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る鉄道車両システムは、架線から供給される電力を負荷への交流電力に変換する電力変換装置と、鉄道車両で使用するための非常用電力を電力変換装置に供給する複数の蓄電池と、蓄電池を充電する充電回路と、を備える。また、鉄道車両システムは、架線と電力変換装置との間の電気的接続を開閉する第１の開閉器と、充電回路のそれぞれと架線との間の電気的接続、及び充電回路のそれぞれと電力変換装置との間の電気的接続を開閉する第２の開閉器と、を備える。電力変換装置は、複数の蓄電池の充電電圧の情報に基づいて、第２の開閉器の開閉及び充電回路を制御する制御装置を備える。制御装置は、第２の開閉器を閉に制御して架線から供給される電流を、充電回路を介して蓄電池に通流させる。充電回路は、架線から供給される電流によって蓄電池をフローティング充電する。
　本発明に係る鉄道車両システムによれば、システムの大型化及び製造コストの上昇を抑制できるという効果を奏する。
実施の形態に係る鉄道車両システムの構成を示す図 実施の形態に係る鉄道車両システムにおける通常動作時の動作説明に使用する図 実施の形態に係る鉄道車両システムにおける非常走行時の動作説明に使用する図 実施の形態に係る鉄道車両システムにおける充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第１の図 実施の形態に係る鉄道車両システムにおける充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第２の図 実施の形態に係る鉄道車両システムにおける充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第３の図 実施の形態に係る鉄道車両システムにおける充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第４の図 実施の形態に係る鉄道車両システムにおける充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第５の図 実施の形態の変形例１に係る鉄道車両システムの構成を示す図 実施の形態の変形例１に係る鉄道車両システムにおける充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第１の図 実施の形態の変形例１に係る鉄道車両システムにおける充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第２の図 実施の形態の変形例２に係る鉄道車両システムにおける回生電力発生時の動作説明に使用する図 実施の形態の変形例３に係る鉄道車両システムの構成を示す図 実施の形態の変形例４に係る鉄道車両システムの構成を示す図 実施の形態における制御装置の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態における制御装置の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図
　以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る鉄道車両システムについて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は、実施の形態に係る鉄道車両システム１００の構成を示す図である。実施の形態に係る鉄道車両システム１００は、集電装置２と、第１の開閉器Ｌ１と、第２の開閉器Ｌ２と、電力変換装置３と、負荷４と、充電回路５Ａ，５Ｂと、蓄電池８Ａ，８Ｂとを備える。これらの構成部は、鉄道車両１５０に搭載される。
　集電装置２は、架線１からの直流電力を集電する。集電装置２は、集電した直流電力を、第１の開閉器Ｌ１を介して電力変換装置３に供給する。また、集電装置２は、集電した直流電力を第１の開閉器Ｌ１及び第２の開閉器Ｌ２を介して充電回路５Ａ，５Ｂに供給する。電力変換装置３は、集電装置２から供給される直流電力を負荷４への交流電力に変換する。
　負荷４の例は、鉄道車両駆動用の推進モータである。負荷４の他の例は、補機である。補機は、鉄道車両に搭載される負荷のうち、推進モータ以外の負荷を指して呼ぶ名称である。補機の例は、車内照明装置、ドア開閉装置、空調装置、保安機器、コンプレッサ、バッテリ、制御電源である。コンプレッサは、車両ブレーキの空気源を生成する装置である。
　負荷４が鉄道車両駆動用の推進モータである場合、電力変換装置３としては、可変電圧可変周波数（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＶＶＶＦ）インバータが用いられる。また、負荷４が補機である場合、電力変換装置３としては、補助電源装置が用いられる。
　電力変換装置３は、制御装置３ａを備える。制御装置３ａは、電力変換装置３に具備される図示しないスイッチング素子を駆動して、負荷４に供給する電力を制御する。
　蓄電池８Ａ，８Ｂは、電気エネルギーの貯蔵手段である。蓄電池８Ａ，８Ｂは、鉄道車両１５０で使用するための非常用電力を電力変換装置３に供給する。蓄電池８Ａ，８Ｂの例は、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、フライホイールである。１つの蓄電池は、複数の電池セルが直並列に接続される構成である。このため、１つの蓄電池は「１群」、２つの蓄電池は「２群」と数える。３つ以上も同様である。
　図１における蓄電池８Ａ，８Ｂは、複数の蓄電池の例示である。即ち、図１では、２群の蓄電池８Ａ，８Ｂを図示しているが、３群以上の蓄電池が備えられていてもよい。また、蓄電池８Ａ，８Ｂの各充電電圧は、架線１の電圧よりも低い電圧である。
　蓄電池８Ａ，８Ｂのそれぞれに対応して、充電回路５Ａ，５Ｂが設けられている。第２の開閉器Ｌ２と蓄電池８Ａとの間には、充電回路５Ａが接続され、第２の開閉器Ｌ２と蓄電池８Ｂとの間には、充電回路５Ｂが接続されている。充電回路５Ａは、蓄電池８Ａを充電する。充電回路５Ｂは、蓄電池８Ｂを充電する。また、充電回路５Ａは、蓄電池８Ａが放電するときの放電経路を提供する。充電回路５Ｂは、蓄電池８Ｂが放電するときの放電経路を提供する。
　第１の開閉器Ｌ１は、架線１と電力変換装置３との間の電気的接続を開閉する。第１の開閉器Ｌ１の例は、高速度遮断器である。また、集電装置２も架線１と電力変換装置３との間の電気的接続を開閉することから、第１の開閉器Ｌ１は、集電装置２としてもよい。第２の開閉器Ｌ２は、充電回路５Ａ，５Ｂのそれぞれと架線１との間の電気的接続を開閉する。また、第２の開閉器Ｌ２は、充電回路５Ａ，５Ｂのそれぞれと電力変換装置３との間の電気的接続を開閉する。第２の開閉器Ｌ２の例は、断流器である。
　充電回路５Ａは、第１のスイッチＬ１１と、一方向性素子であるダイオードＤ１と、第２のスイッチＬ１２と、抵抗素子Ｒ１と、第３のスイッチＬ１３と、電圧検出器６Ａとを備える。第１のスイッチＬ１１、第２のスイッチＬ１２及び第３のスイッチＬ１３は、機械的な構造のスイッチでもよいし、電気的に制御されるスイッチでもよい。第３のスイッチＬ１３は、安全性の観点で挿入しているが、本実施の形態の制御には直接的には関係しないので省略してもよい。
　第１のスイッチＬ１１とダイオードＤ１とは、直列に接続されて第１の回路を構成する。図１では、第１のスイッチＬ１１が第２の開閉器Ｌ２側に配置され、ダイオードＤ１が蓄電池８Ａ側に配置されているが、この順序は逆にしてもよい。即ち、ダイオードＤ１が第２の開閉器Ｌ２側に配置され、第１のスイッチＬ１１が蓄電池８Ａ側に配置されていてもよい。但し、何れの構成においても、ダイオードＤ１のカソードは第２の開閉器Ｌ２側に位置し、ダイオードＤ１のアノードは蓄電池８Ａ側に位置する。即ち、第１の回路において、ダイオードＤ１は、架線１から蓄電池８Ａへの充電電流を阻止する方向に接続されている。
　第２のスイッチＬ１２と抵抗素子Ｒ１とは、直列に接続されて、第２の回路を構成する。図１では、第２のスイッチＬ１２が第２の開閉器Ｌ２側に配置され、抵抗素子Ｒ１が蓄電池８Ａ側に配置されているが、この順序は逆にしてもよい。即ち、抵抗素子Ｒ１が第２の開閉器Ｌ２側に配置され、第２のスイッチＬ１２が蓄電池８Ａ側に配置されていてもよい。
　充電回路５Ｂは、第１のスイッチＬ２１と、一方向性素子であるダイオードＤ２と、第２のスイッチＬ２２と、抵抗素子Ｒ２と、第３のスイッチＬ２３と、電圧検出器６Ｂとを備える。充電回路５Ｂの構成は、充電回路５Ａと同一の構成であり、重複する説明は割愛する。
　電圧検出器６Ａは、蓄電池８Ａの充電電圧Ｖ１を検出する。電圧検出器６Ｂは、蓄電池８Ｂの充電電圧Ｖ２を検出する。充電電圧Ｖ１，Ｖ２の各検出値は、制御装置３ａに入力される。制御装置３ａは、充電電圧Ｖ１，Ｖ２の検出値に基づいて、第２の開閉器Ｌ２、第１のスイッチＬ１１，Ｌ２１、第２のスイッチＬ１２，Ｌ２２及び第３のスイッチＬ１３，Ｌ２３の開閉を制御する。
　なお、図１では、充電回路５Ａ，５Ｂが、それぞれ電圧検出器６Ａ，６Ｂを備えているが、この構成に限定されない。蓄電池８Ａ，８Ｂのそれぞれが電圧検出の機能を有している場合、蓄電池８Ａ，８Ｂの検出値を利用してもよい。この場合、電圧検出器６Ａ，６Ｂは省略可能である。
　次に、実施の形態に係る鉄道車両システム１００の動作について説明する。図２は、実施の形態に係る鉄道車両システム１００における通常動作時の動作説明に使用する図である。図２には、通常動作時の充電電流の流れが示されている。
　通常動作時において、第１の開閉器Ｌ１は「閉」に制御される。架線１の電力は第１の開閉器Ｌ１を介して電力変換装置３に供給され、負荷４は駆動される。また、通常動作時において、第２の開閉器Ｌ２、第２のスイッチＬ１２，Ｌ２２、第３のスイッチＬ１３，Ｌ２３は「閉」に制御される。第１のスイッチＬ１１，Ｌ２１は、「開」又は「閉」の何れに制御されていてもよい。なお、以下、特に断らない限り、第３のスイッチＬ１３，Ｌ２３は「閉」に制御されていることを前提とする。
　上記のように制御された鉄道車両システム１００においては、集電装置２から、第１の開閉器Ｌ１、第２の開閉器Ｌ２、第２のスイッチＬ１２、抵抗素子Ｒ１、及び第３のスイッチＬ１３を経由して蓄電池８Ａに至る充電経路が形成される。これにより、蓄電池８Ａは、架線１の電力によってフローティング充電される。また、蓄電池８Ｂでは、集電装置２から、第１の開閉器Ｌ１、第２の開閉器Ｌ２、第２のスイッチＬ２２、抵抗素子Ｒ２、及び第３のスイッチＬ２３を経由して蓄電池８Ｂに至る充電経路が形成される。これにより、蓄電池８Ｂも、架線１の電力によってフローティング充電される。この図２に示す動作は、鉄道車両１５０が車両基地もしくは駅で停車しているとき、又は電化区間で走行しているときに実施される。
　上記のように実施の形態における鉄道車両システム１００では、コンバータ装置を用いずに、蓄電池８Ａ，８Ｂを充電することができる。これにより、システムの大型化及び製造コストの上昇を抑制することができる。また、蓄電池８Ａ，８Ｂに対する充電は、通常動作時において実施されるので、フローティング充電であっても、必要な電池容量を確保することができる。
　次に、非常走行時の動作について説明する。図３は、実施の形態に係る鉄道車両システム１００における非常走行時の動作説明に使用する図である。図３には、非常走行時の放電電流の流れが示されている。なお、「非常走行」とは、架線１等にトラブルが発生し、架線１からの電力供給が途絶えているときに、蓄電池８Ａ，８Ｂの電力を利用して、鉄道車両１５０を安全な位置又は通常運行に支障のない位置に移動させる動作である。なお、負荷４が補機であり、電力変換装置３が補助電源装置である場合は、架線１等にトラブルが発生し、架線１からの電力供給が途絶えているときに、蓄電池８Ａ，８Ｂの電力を利用して、鉄道車両１５０の補機へ電力を供給させる動作として置き替える。
　架線１等にトラブルが発生した場合、図示しない上位制御装置によって、第１の開閉器Ｌ１は「開」に制御される。このとき、第２の開閉器Ｌ２、第１のスイッチＬ１１，Ｌ２１は、制御装置３ａによって「閉」に制御される。なお、第２のスイッチＬ１２，Ｌ２２は、「開」又は「閉」の何れに制御されていてもよい。
　上記のように制御された鉄道車両システム１００においては、蓄電池８Ａから、第３のスイッチＬ１３、ダイオードＤ１、第１のスイッチＬ１１、及び第２の開閉器Ｌ２を経由して、電力変換装置３に至る電流経路が形成される。また、蓄電池８Ｂから、第３のスイッチＬ２３、ダイオードＤ２、第１のスイッチＬ２１、及び第２の開閉器Ｌ２を経由して、電力変換装置３に至る電流経路が形成される。これにより、蓄電池８Ａ，８Ｂの電力を電力変換装置３の１つである図３では不図示のＶＶＶＦインバータに供給することができ、負荷４の１つである図３では不図示の推進モータを駆動することができる。これにより、鉄道車両１５０を安全な位置又は通常運行に支障のない位置に移動させることが可能となる。
　次に、充電電圧のアンバランス時の動作について、図４から図８の図面を参照して説明する。図４は、実施の形態に係る鉄道車両システム１００における充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第１の図である。図５は、実施の形態に係る鉄道車両システム１００における充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第２の図である。図６は、実施の形態に係る鉄道車両システム１００における充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第３の図である。図７は、実施の形態に係る鉄道車両システム１００における充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第４の図である。図８は、実施の形態に係る鉄道車両システム１００における充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第５の図である。
　蓄電池８Ａの充電電圧Ｖ１と蓄電池８Ｂの充電電圧Ｖ２との電圧差ΔＶ＝Ｖ１－Ｖ２に対し、図４には、ΔＶ＞Ａであるときの充放電電流の流れが示されている。また、図５には、蓄電池８Ｂの充電電圧Ｖ２と蓄電池８Ａの充電電圧Ｖ１との電圧差ΔＶ＝Ｖ２－Ｖ１に対し、ΔＶ＞Ａであるときの充放電電流の流れが示されている。Ａは、充電電圧のアンバランスを判定するための閾値である。即ち、本実施の形態において、ΔＶ＞Ａである状態は、充電電圧にアンバランスが生じている状態と定義する。なお、以下の記載において、閾値Ａを「第１の閾値」と呼ぶ場合がある。
　電圧差ΔＶが閾値Ａを超えている場合、第２の開閉器Ｌ２は「開」に制御され、第１のスイッチＬ１１，Ｌ２１及び第２のスイッチＬ１２，Ｌ２２は「閉」に制御される。
　上記のように制御された鉄道車両システム１００において、図４の例では、蓄電池８Ａから、第３のスイッチＬ１３、ダイオードＤ１、第１のスイッチＬ１１、第２のスイッチＬ２２、抵抗素子Ｒ２及び第３のスイッチＬ２３を経由して、蓄電池８Ｂに至る充電経路が形成される。これにより、蓄電池８Ａの電力による蓄電池８Ｂに対する充電が可能となる。
　また、図５の例では、蓄電池８Ｂから、第３のスイッチＬ２３、ダイオードＤ２、第１のスイッチＬ２１、第２のスイッチＬ１２、抵抗素子Ｒ１及び第３のスイッチＬ１３を経由して、蓄電池８Ａに至る充電経路が形成される。これにより、蓄電池８Ｂの電力による蓄電池８Ａに対する充電が可能となる。
　以上の動作により、蓄電池８Ａと蓄電池８Ｂとの間の相互充電が可能となる。
　また、図４及び図５において、電圧差ΔＶが閾値Ａ以下に低下した場合、第２の開閉器Ｌ２は「閉」に制御される。これにより、蓄電池８Ａ，８Ｂに対するフローティング充電が再開される。
　図４及び図５の例では、電圧差ΔＶが比較的小さい場合の充放電について説明した。一方、電圧差ΔＶが比較的大きい場合、充電回路５Ａ，５Ｂは、図４及び図５とは異なる電流経路に制御される。
　図６には、電圧差ΔＶの時間変化波形が示されている。横軸は時間である。横軸と平行には２本の破線が引かれている。下側の破線は、前述した閾値Ａのレベルを示している。また、２本の破線のうちの上側の破線は、第２の閾値である閾値Ｂのレベルを示している。図示のように、閾値Ｂは、閾値Ａよりも大きな値を有している。なお、以下の記載において、閾値Ｂを「第２の閾値」と呼ぶ場合がある。
　蓄電池８Ｂの充電電圧Ｖ２と蓄電池８Ａの充電電圧Ｖ１との電圧差ΔＶ＝Ｖ２－Ｖ１に対し、図７には、ΔＶ＞Ｂであるときの充放電電流の流れが示されている。また、蓄電池８Ｂの充電電圧Ｖ２と蓄電池８Ａの充電電圧Ｖ１との電圧差ΔＶ＝Ｖ２－Ｖ１に対し、図８には、Ａ＜ΔＶ≦Ｂであるときの充放電電流の流れが示されている。なお、図７の電流経路は、電圧差ΔＶが図６の（１）の範囲であるときに形成され、図８の電流経路は、電圧差ΔＶが図６の（２）の範囲であるときに形成される。
　電圧差ΔＶが閾値Ｂを超えている図７の例の場合、第２の開閉器Ｌ２及び第１のスイッチＬ２１は「開」に制御され、第２のスイッチＬ１２，Ｌ２２は「閉」に制御される。第１のスイッチＬ１１は、「開」又は「閉」の何れに制御されていてもよい。
　上記のように制御された鉄道車両システム１００においては、蓄電池８Ｂから、第３のスイッチＬ２３、抵抗素子Ｒ２、第２のスイッチＬ２２、第２のスイッチＬ１２、抵抗素子Ｒ１及び第３のスイッチＬ１３を経由して、蓄電池８Ａに至る充電経路が形成される。これにより、蓄電池８Ｂの電力による蓄電池８Ａに対する充電が可能となる。この充電経路は、２つの抵抗素子Ｒ１，Ｒ２を通る経路となる。このため、閾値Ｂと、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗値とを適切に設定するようにすれば、充電電流を抑制することができる。これにより、特別な電流調整手段を設けることなく、充電電流を抑制することが可能となる。
　また、電圧差ΔＶが閾値Ａを超え、閾値Ｂ以下である図８の例の場合、第２の開閉器Ｌ２及び第１のスイッチＬ１１は「開」に制御され、第１のスイッチＬ２１及び第２のスイッチＬ１２は「閉」に制御される。第２のスイッチＬ２２は、「開」又は「閉」の何れに制御されていてもよい。
　上記のように制御された鉄道車両システム１００においては、蓄電池８Ｂから、第３のスイッチＬ２３、ダイオードＤ２、第１のスイッチＬ２１、第２のスイッチＬ１２、抵抗素子Ｒ１及び第３のスイッチＬ１３を経由して、蓄電池８Ａに至る充電経路が形成される。これにより、蓄電池８Ｂの電力による蓄電池８Ａに対する充電が可能となる。この充電経路は、１つの抵抗素子Ｒ１を通る経路となる。このため、図７の場合と比較すると、２個分の抵抗値を１個分の抵抗値に低下させることができる。これにより、電圧差ΔＶの低下分に対し、充電電流の減少を抑制できるので、特別な電流調整手段を設けることなく、充電時間の短縮を図ることができる。
　ここまでは、蓄電池数が２群である場合について説明した。ここからは、蓄電池数が３群以上である場合の動作について説明する。
　図９は、実施の形態の変形例１に係る鉄道車両システム１００Ａの構成を示す図である。図９には、蓄電池数が３群である場合の鉄道車両システム１００Ａの構成が示されている。図９に示す鉄道車両システム１００Ａでは、図１に示す鉄道車両システム１００の構成において、充電回路５Ｃと、蓄電池８Ｃとが追加されている。充電回路５Ｃは、蓄電池８Ｃを充電する。また、充電回路５Ｃは、蓄電池８Ｃが放電するときの放電経路を提供する。
　充電回路５Ｃは、第１のスイッチＬ３１と、一方向性素子であるダイオードＤ３と、第２のスイッチＬ３２と、抵抗素子Ｒ３と、第３のスイッチＬ３３と、電圧検出器６Ｃとを備える。充電回路５Ｃの構成は、充電回路５Ａ，５Ｂと同一の構成であり、重複する説明は割愛する。
　電圧検出器６Ｃは、蓄電池８Ｃの充電電圧Ｖ３を検出する。充電電圧Ｖ３の検出値も、制御装置３ａに入力される。制御装置３ａは、充電電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の検出値に基づいて、第２の開閉器Ｌ２、第１のスイッチＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１、第２のスイッチＬ１２，Ｌ２２，Ｌ３２及び第３のスイッチＬ１３，Ｌ２３，Ｌ３３の開閉を制御する。
　なお、図９では、充電回路５Ｃが、電圧検出器６Ｃを備えているが、この構成に限定されない。蓄電池８Ｃが電圧検出の機能を有している場合、蓄電池８Ｃの検出値を利用してもよい。この場合、電圧検出器６Ｃは省略可能である。
　上記の説明以外の構成は、図１に示す鉄道車両システム１００の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は割愛する。
　次に、実施の形態の変形例１に係る鉄道車両システム１００Ａの動作について説明する。なお、通常動作時の充電電流の流れ、及び非常走行時の放電電流の流れについては、２群構成の鉄道車両システム１００と同等であり、ここでの説明は割愛する。以下では、充電電圧のアンバランス時の動作、及び回生電力発生時の動作について説明する。
　図１０は、実施の形態の変形例１に係る鉄道車両システム１００Ａにおける充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第１の図である。図１０において、充電電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうちの最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎとし、Ｖｍａｘ＝Ｖ１、Ｖｍｉｎ＝Ｖ３であるとする。そして、充電電圧の最大値Ｖｍａｘと、充電電圧の最小値Ｖｍｉｎとの電圧差ΔＶ＝Ｖｍａｘ－Ｖｍｉｎに対し、図１０には、ΔＶ＞Ｂであるときの充電電流の流れが示されている。
　電圧差ΔＶが閾値Ｂを超えている図１０の例の場合、第２の開閉器Ｌ２、第１のスイッチＬ１１及び第２のスイッチＬ２２は「開」に制御され、第２のスイッチＬ１２，Ｌ３２は「閉」に制御される。第１のスイッチＬ２１，Ｌ３１は、「開」又は「閉」の何れに制御されていてもよい。即ち、充電電圧が最大及び最小ではない蓄電池８Ｂに接続される充電回路５Ｂの第２のスイッチＬ２２は「開」に制御され、且つ、充電電圧が最大の蓄電池８Ａに接続される充電回路５Ａの第１のスイッチＬ１１は「開」に制御され、且つ、充電電圧が最大の蓄電池８Ａに接続される充電回路５Ａの第２のスイッチＬ１２は「閉」に制御され、且つ、充電電圧が最小の蓄電池８Ｃに接続される充電回路５Ｃの第２のスイッチＬ３２は「閉」に制御される。
　上記のように制御された鉄道車両システム１００Ａにおいては、充電電圧が最大の蓄電池８Ａから、第３のスイッチＬ１３、抵抗素子Ｒ１、第２のスイッチＬ１２、第２のスイッチＬ３２、抵抗素子Ｒ３及び第３のスイッチＬ３３を経由して、充電電圧が最小の蓄電池８Ｃに至る充電経路が形成される。これにより、充電電圧が最大の蓄電池８Ａの電力による、充電電圧が最小の蓄電池８Ｃに対する充電が可能となる。この充電経路は、２つの抵抗素子Ｒ１，Ｒ３を通る経路となるため、充電電流を抑制することができる。これにより、特別な電流調整手段を設けることなく、充電電流を抑制することが可能となる。また、充電電圧が最大の蓄電池８Ａと、充電電圧が最小の蓄電池８Ｃとの間のみで充電が行われるので、充電時間の短縮化が図れる。
　なお、図１０は、蓄電池数が３群である場合を示しているが、蓄電池数が４群以上の場合にも適用可能である。蓄電池数が４群以上の場合、充電電圧が最大の蓄電池と、充電電圧が最小の蓄電池との間の電圧差ΔＶが、ΔＶ＞Ｂの関係にある場合には、充電電圧が最大の蓄電池と充電電圧が最小の蓄電池との間で充放電が行われる。
　図１１は、実施の形態の変形例１に係る鉄道車両システム１００Ａにおける充電電圧のアンバランス時の動作説明に使用する第２の図である。図１０では、充電電圧が最大の蓄電池と充電電圧が最小の蓄電池との間で行われる充放電について説明したが、電圧差ΔＶが低下して、ΔＶ≦Ｂの関係になった場合には、図１０から図１１の状態に移行する。図１１において、充電電圧が最大の蓄電池は、蓄電池８Ａのままである。一方、充電電圧が最大の蓄電池は、蓄電池８Ｃから蓄電池８Ｂに移行している。また、充電電圧の最大値Ｖｍａｘと、充電電圧の最小値Ｖｍｉｎとの電圧差ΔＶ＝Ｖｍａｘ－Ｖｍｉｎに対し、図１１には、Ａ＜ΔＶ≦Ｂの関係であるときの充電電流の流れが示されている。
　図１１の例の場合、第２の開閉器Ｌ２は「開」に制御され、第１のスイッチＬ１１，Ｌ３１は「閉」に制御される。第１のスイッチＬ２１及び第２のスイッチＬ１２，Ｌ３２は、「開」又は「閉」の何れに制御されていてもよい。即ち、充電電圧が最小である蓄電池８Ｂに接続される充電回路５Ｂの第２のスイッチＬ２２は「閉」に制御され、且つ、充電電圧が最小ではない蓄電池８Ａ，８Ｃに接続される充電回路５Ａ，５Ｃにおける各々の第１のスイッチＬ１１，Ｌ３１は「閉」に制御される。
　上記のように制御された鉄道車両システム１００Ａにおいては、充電電圧が最小ではない蓄電池８Ａから、第３のスイッチＬ１３、ダイオードＤ１、第１のスイッチＬ１１、第２のスイッチＬ２２、抵抗素子Ｒ２及び第３のスイッチＬ２３を経由して、充電電圧が最小の蓄電池８Ｂに至る充電経路が形成される。また、充電電圧が最小ではない蓄電池８Ｃから、第３のスイッチＬ３３、ダイオードＤ３、第１のスイッチＬ３１、第２のスイッチＬ２２、抵抗素子Ｒ２及び第３のスイッチＬ２３を経由して、充電電圧が最小の蓄電池８Ｂに至る充電経路が形成される。これにより、充電電圧が最小ではない蓄電池８Ａ，８Ｃの電力による、充電電圧が最小の蓄電池８Ｂに対する充電が可能となる。また、１つの蓄電池に対して、複数の蓄電池の電力を用いた充電が行われるので、充電時間の短縮化を図ることができる。
　次に、回生電力発生時の充電動作について説明する。図１２は、実施の形態の変形例２に係る鉄道車両システム１００Ｂにおける回生電力発生時の動作説明に使用する図である。図１２に示す鉄道車両システム１００Ｂでは、図９に示す鉄道車両システム１００Ａの構成において、電力変換装置３がＶＶＶＦインバータ３１に置き替えられ、負荷４が推進モータ４１に置き替えられている。ＶＶＶＦインバータ３１は、中間リンク部３１ｂを有する。また、電力変換装置３に具備される制御装置３ａがＶＶＶＦインバータ３１に具備される制御装置３１ａに置き替えられている。制御装置３１ａは、上述した制御装置３ａの機能を有している。なお、その他の構成は、図９に示す鉄道車両システム１００Ａの構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は割愛する。
　制御装置３１ａは、中間リンク部３１ｂの電圧である中間リンク電圧Ｖ４を監視している。制御装置３１ａは、中間リンク電圧Ｖ４と、蓄電池８Ａ，８Ｂ，８Ｃにおける充電電圧の最小値Ｖｍｉｎとの電圧差ΔＥを演算する。制御装置３１ａは、電圧差ΔＥが閾値Ｃ以下である場合、推進モータ４１が発生する回生電力を使用して蓄電池８Ａ，８Ｂ，８Ｃに対する充電制御を行う。なお、充電電圧の最小値Ｖｍｉｎに代えて、蓄電池８Ａ，８Ｂ，８Ｃにおける充電電圧の平均値を用いてもよい。また、以下の記載において、閾値Ｃを「第３の閾値」と呼ぶ場合がある。
　電圧差ΔＥが閾値Ｃ以下である場合、第２の開閉器Ｌ２、第２のスイッチＬ１２，Ｌ２２，Ｌ３２は「閉」に制御される。第１のスイッチＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１は、「開」又は「閉」の何れに制御されていてもよい。
　上記のように制御された鉄道車両システム１００Ｂにおいては、推進モータ４１から、ＶＶＶＦインバータ３１、第２の開閉器Ｌ２、第２のスイッチＬ１２、抵抗素子Ｒ１及び第３のスイッチＬ１３を経由して、蓄電池８Ａに至る充電経路が形成される。また、推進モータ４１から、ＶＶＶＦインバータ３１、第２の開閉器Ｌ２、第２のスイッチＬ２２、抵抗素子Ｒ２及び第３のスイッチＬ２３を経由して、蓄電池８Ｂに至る充電経路が形成される。また、推進モータ４１から、ＶＶＶＦインバータ３１、第２の開閉器Ｌ２、第２のスイッチＬ３２、抵抗素子Ｒ３及び第３のスイッチＬ３３を経由して、蓄電池８Ｃに至る充電経路が形成される。これにより、回生電力を使用した蓄電池８Ａ，８Ｂ，８Ｃに対する充電が可能となるので、回生電力の有効利用を図ることができる。
　次に、ＶＶＶＦインバータと、補助電源装置の接続形態について説明する。図１３は、実施の形態の変形例３に係る鉄道車両システム１００Ｃの構成を示す図である。図１３に示す鉄道車両システム１００Ｃでは、図１２に示す鉄道車両システム１００Ｂの構成において、補助電源装置３２と、補助電源装置３２に接続される補機４２とが追加されている。ＶＶＶＦインバータ３１は、開閉器Ｌ３を介して第１の開閉器Ｌ１と第２の開閉器Ｌ２とを接続する電気配線１５に接続されている。補助電源装置３２は、開閉器Ｌ４を介して電気配線１５に接続されている。
　図１３は、ＶＶＶＦインバータ３１及び補助電源装置３２を、架線１及び蓄電池８Ａ，８Ｂ，８Ｃに対して対等に接続する構成であるが、この構成に限定されない。例えば、図１４のように構成されていてもよい。図１４は、実施の形態の変形例４に係る鉄道車両システム１００Ｄの構成を示す図である。図１４に示す鉄道車両システム１００Ｄでは、第１の開閉器Ｌ１と第２の開閉器Ｌ２との間に、開閉器Ｌ５が設けられている。ＶＶＶＦインバータ３１は、第１の開閉器Ｌ１と開閉器Ｌ５とを接続する電気配線１５ａに接続されている。補助電源装置３２は、第２の開閉器Ｌ２と開閉器Ｌ５とを接続する電気配線１５ｂに接続されている。なお、ＶＶＶＦインバータ３１と補助電源装置３２との関係を入れ替えて、補助電源装置３２が架線１側に配置される構成でもよい。何れにしても、架線１の電力がＶＶＶＦインバータ３１及び補助電源装置３２の双方に供給され、蓄電池８Ａ，８Ｂ，８Ｃの電力がＶＶＶＦインバータ３１及び補助電源装置３２の双方に供給される構成であれば、どのような構成でもよい。
　なお、図１２では、ＶＶＶＦインバータ３１に具備される制御装置３１ａが第２の開閉器Ｌ２及び充電回路５Ａ，５Ｂ，５Ｃを制御する構成を示しているが、この構成に限定されない。補助電源装置３２に具備される図示しない制御装置によって、第２の開閉器Ｌ２及び充電回路５Ａ，５Ｂ，５Ｃが制御されるように構成されていてもよい。
　以上説明したように、実施の形態に係る鉄道車両システムは、架線から供給される電力を負荷への交流電力に変換する電力変換装置と、鉄道車両で使用するための非常用電力を電力変換装置に供給する複数の蓄電池と、蓄電池を充電する充電回路とを備える。また、鉄道車両システムは、架線と電力変換装置との間の電気的接続を開閉する第１の開閉器と、充電回路のそれぞれと架線との間の電気的接続、及び充電回路のそれぞれと電力変換装置との間の電気的接続を開閉する第２の開閉器とを備える。電力変換装置は、複数の蓄電池の充電電圧の情報に基づいて、第２の開閉器の開閉及び充電回路を制御する制御装置を備える。制御装置は、第２の開閉器の開閉器を閉に制御して架線から供給される電流を蓄電池に通流させ、充電回路は、架線から供給される電流によって蓄電池をフローティング充電する。これにより、コンバータ装置を用いずに、複数の蓄電池を充電することができるので、システムの大型化及び製造コストの上昇を抑制することができる。
　また、複数の蓄電池をフローティング充電している際、複数の蓄電池間で充電電圧のアンバランスが発生した場合、制御装置は、各々の蓄電池間の充放電が可能となるように、第２の開閉器を開に制御する。更に、制御装置は、各々の充電回路の第１及び第２のスイッチを閉に制御する。これにより、鉄道車両システムの運行中であっても、複数の蓄電池間における充電電圧のアンバランスを解消することができる。
　また、架線からの電力供給が途絶え、且つ、各々の蓄電池の電力を電力変換装置に供給する場合、制御装置は、第２の開閉器を閉に制御し、且つ、各々の充電回路の第１のスイッチを閉に制御する。これにより、各々の蓄電池を放電動作させることができ、複数の蓄電池に保持されている非常用電力を電力変換装置に供給することが可能となる。
　なお、複数の蓄電池の充電電圧の中で、充電電圧の最大値と充電電圧の最小値との差が第１の閾値以下に低下した場合、制御装置は、第２の開閉器を閉に制御して、フローティング充電を再開する。このようにすれば、複数の蓄電池間の充電電圧の差を許容しつつ、架線等のトラブルへの対応が可能となる。
　また、充電電圧の最大値と充電電圧の最小値との差が第１の閾値よりも大きな第２の閾値を超えている場合、制御装置は、第２の開閉器を開に制御し、且つ、充電電圧が最大及び最小ではない蓄電池のそれぞれに接続される充電回路の第２のスイッチを開に制御する。更に、制御装置は、充電電圧が最大の蓄電池に接続される充電回路の第１のスイッチを開に制御する。更に、制御装置は、充電電圧が最大の蓄電池に接続される充電回路及び充電電圧が最小の蓄電池に接続される充電回路における各々の第２のスイッチを閉に制御する。これにより、充電電圧が最大の蓄電池と充電電圧が最小の蓄電池との間で充放電を行わせることができる。また、充電電圧の最大値と充電電圧の最小値との差が第２の閾値以下に低下した場合、全ての充電回路の第１及び第２のスイッチを閉に制御する。これにより、各々の蓄電池間の相互充電が可能となる。以上の制御により、複数の蓄電池間における充電電圧のアンバランスの解消を効率的に行うことができる。
　また、推進モータが回生電力を発生する場合、ＶＶＶＦインバータの中間リンク電圧と、複数の蓄電池の充電電圧の中の最小値又は複数の蓄電池の充電電圧の平均値との差が第３の閾値以下である場合、制御装置は、回生電力による充電が可能となるように、各々の充電回路の第２のスイッチを閉に制御する。これにより、回生電力の有効利用を図ることができる。
　次に、実施の形態における制御装置３ａの機能を実現するためのハードウェア構成について、図１５及び図１６の図面を参照して説明する。図１５は、実施の形態における制御装置３ａの機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１６は、実施の形態における制御装置３ａの機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。
　実施の形態における制御装置３ａの機能の一部又は全部を実現する場合には、図１５に示されるように、演算を行うプロセッサ２００、プロセッサ２００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ２０２、及び信号の入出力を行うインタフェース２０４を含む構成とすることができる。
　プロセッサ２００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ２０２には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）を例示することができる。
　メモリ２０２には、実施の形態における制御装置３ａの機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ２００は、インタフェース２０４を介して必要な情報を授受し、メモリ２０２に格納されたプログラムをプロセッサ２００が実行し、メモリ２０２に格納されたテーブルをプロセッサ２００が参照することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ２００による演算結果は、メモリ２０２に記憶することができる。
　また、実施の形態における制御装置３ａの機能の一部を実現する場合には、図１６に示す処理回路２０３を用いることもできる。処理回路２０３は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。処理回路２０３に入力する情報、及び処理回路２０３から出力する情報は、インタフェース２０４を介して入手することができる。
　なお、制御装置３ａにおける一部の処理を処理回路２０３で実施し、処理回路２０３で実施しない処理をプロセッサ２００及びメモリ２０２で実施してもよい。
　なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　架線、２　集電装置、３　電力変換装置、３ａ，３１ａ　制御装置、４　負荷、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ　充電回路、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ　電圧検出器、８Ａ，８Ｂ，８Ｃ　蓄電池、１５，１５ａ，１５ｂ　電気配線、３１　ＶＶＶＦインバータ、３１ｂ　中間リンク部、３２　補助電源装置、４１　推進モータ、４２　補機、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ　鉄道車両システム、１５０　鉄道車両、２００　プロセッサ、２０２　メモリ、２０３　処理回路、２０４　インタフェース、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３　ダイオード、Ｌ１　第１の開閉器、Ｌ２　第２の開閉器、Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５　開閉器、Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１　第１のスイッチ、Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２　第２のスイッチ、Ｌ１３，Ｌ２３，Ｌ３３　第３のスイッチ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３　抵抗素子。

Claims (11)

  1. 　架線から供給される電力を負荷への交流電力に変換する電力変換装置と、
    　鉄道車両で使用するための非常用電力を前記電力変換装置に供給する複数の蓄電池と、
    　前記蓄電池を充電する充電回路と、
    　前記架線と前記電力変換装置との間の電気的接続を開閉する第１の開閉器と、
    　前記充電回路のそれぞれと前記架線との間の電気的接続、及び前記充電回路のそれぞれと前記電力変換装置との間の電気的接続を開閉する第２の開閉器と、を備え、
    　前記電力変換装置は、複数の前記蓄電池の充電電圧の情報に基づいて、前記第２の開閉器の開閉及び前記充電回路を制御する制御装置を備え、
    　前記制御装置は、前記第２の開閉器を閉に制御して前記架線から供給される電流を、前記充電回路を介して前記蓄電池に通流させ、
    　前記充電回路は、前記架線から供給される電流によって前記蓄電池をフローティング充電する
    　ことを特徴とする鉄道車両システム。
  2. 　各々の前記充電回路は、互いに並列に接続される第１及び第２の回路を備え、
    　前記第１の回路は、第１のスイッチと、前記蓄電池への充電電流を阻止する方向に接続された一方向性素子とが直列に接続された回路であり、
    　前記第２の回路は、第２のスイッチと、抵抗とが直列に接続された回路である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両システム。
  3. 　前記制御装置は、前記第２の開閉器を閉に制御し、且つ、各々の前記充電回路の前記第２のスイッチを閉に制御して、各々の前記蓄電池のフローティング充電を可能とする
    　ことを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両システム。
  4. 　前記制御装置は、前記第２の開閉器を開に制御し、且つ、各々の前記充電回路の前記第１及び第２のスイッチを閉に制御して、各々の前記蓄電池間の充放電を可能とする
    　ことを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両システム。
  5. 　前記架線からの電力供給が途絶え、且つ、各々の前記蓄電池の電力を前記電力変換装置に供給する場合、
    　前記制御装置は、前記第２の開閉器を閉に制御し、且つ、各々の前記充電回路の前記第１のスイッチを閉に制御して各々の前記蓄電池を放電動作させる
    　ことを特徴とする請求項３又は４に記載の鉄道車両システム。
  6. 　複数の前記蓄電池の充電電圧の中で、前記充電電圧の最大値と前記充電電圧の最小値との差が第１の閾値以下に低下した場合、
    　前記制御装置は、前記第２の開閉器を閉に制御して、前記フローティング充電を再開する
    　ことを特徴とする請求項３から５の何れか１項に記載の鉄道車両システム。
  7. 　前記充電電圧の最大値と前記充電電圧の最小値との差が前記第１の閾値よりも大きな第２の閾値を超えている場合、
    　前記制御装置は、前記第２の開閉器を開に制御し、且つ、前記充電電圧が最大及び最小ではない蓄電池のそれぞれに接続される充電回路の前記第２のスイッチを開に制御し、且つ、前記充電電圧が最大の蓄電池に接続される充電回路の前記第１のスイッチを開に制御し、且つ、前記充電電圧が最大の蓄電池に接続される充電回路及び前記充電電圧が最小の蓄電池に接続される充電回路における各々の前記第２のスイッチを閉に制御して、前記充電電圧が最大の蓄電池と前記充電電圧が最小の蓄電池との間で充放電を行わせる
    　ことを特徴とする請求項６に記載の鉄道車両システム。
  8. 　前記充電電圧の最大値と前記充電電圧の最小値との差が前記第２の閾値以下に低下した場合、
    　前記制御装置は、全ての充電回路の前記第１及び第２のスイッチを閉に制御して、各々の前記蓄電池間の相互充電を可能とする
    　ことを特徴とする請求項７に記載の鉄道車両システム。
  9. 　前記電力変換装置は、鉄道車両駆動用の推進モータに電力を供給する可変電圧可変周波数インバータであり、
    　前記制御装置は、前記可変電圧可変周波数インバータの動作を制御する制御装置である
    　ことを特徴とする請求項２から８の何れか１項に記載の鉄道車両システム。
  10. 　前記推進モータが回生電力を発生する場合であり、且つ、前記可変電圧可変周波数インバータの中間リンク電圧と、複数の前記蓄電池の充電電圧の中の最小値又は複数の前記蓄電池の充電電圧の平均値との差が第３の閾値以下である場合、
    　前記制御装置は、各々の前記充電回路の前記第２のスイッチを閉に制御して、前記回生電力による充電を可能とする
    　ことを特徴とする請求項９に記載の鉄道車両システム。
  11. 　前記電力変換装置は、補助機器に電力を供給する補助電源装置を備え、
    　前記制御装置は、前記補助電源装置の動作を制御する制御装置である
    　ことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の鉄道車両システム。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116572764A (zh) * 2023-07-14 2023-08-11 太原旅游职业学院 一种用于景区的双源无轨电动车动力装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006067683A (ja) * 2004-08-26 2006-03-09 Railway Technical Res Inst 蓄電装置
JP2009284690A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Kawasaki Heavy Ind Ltd 電池駆動車両
JP2011166962A (ja) * 2010-02-10 2011-08-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 車両システム
JP2015047047A (ja) * 2013-08-29 2015-03-12 株式会社東芝 電力変換装置、非常用走行システム、及び鉄道車両
JP2016171658A (ja) * 2015-03-12 2016-09-23 株式会社日立製作所 蓄電システム及び蓄電池電車

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0530608A (ja) * 1991-07-17 1993-02-05 Aisin Aw Co Ltd 電気自動車のハイブリツドシステム
JP2010041806A (ja) * 2008-08-04 2010-02-18 Toshiba Corp 電気車用電源装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006067683A (ja) * 2004-08-26 2006-03-09 Railway Technical Res Inst 蓄電装置
JP2009284690A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Kawasaki Heavy Ind Ltd 電池駆動車両
JP2011166962A (ja) * 2010-02-10 2011-08-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 車両システム
JP2015047047A (ja) * 2013-08-29 2015-03-12 株式会社東芝 電力変換装置、非常用走行システム、及び鉄道車両
JP2016171658A (ja) * 2015-03-12 2016-09-23 株式会社日立製作所 蓄電システム及び蓄電池電車

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116572764A (zh) * 2023-07-14 2023-08-11 太原旅游职业学院 一种用于景区的双源无轨电动车动力装置
CN116572764B (zh) * 2023-07-14 2023-09-05 太原旅游职业学院 一种用于景区的双源无轨电动车动力装置

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