(57)【要約】【課題】本発明では、昇降圧チョッパと蓄電装置を組み合わせ、主回路に対しては低速でも力行を得る電力を確保できと共に、補助回路に対しては十分な高圧補助電源として機能するようにした。【解決手段】実施例では、架線からの電力を選択した通常時走行状態と、蓄電装置からの電力を選択した非常時走行状態を切り替える電気車の蓄電制御装置である。蓄電装置へ充放電を行う昇降圧チョッパの入力・出力部が、前記架線からの電力が供給される高抵抗部の出力側と補助回路のCVCFインバータの入力部との間に接続され、前記通常時走行状態では降圧動作し非常時走行状態では昇圧動作し、接触器が、通常時は前記架線からの電力を主回路のVVVFインバータの入力側に導き、非常時は蓄電装置の電力を前記VVVFインバータの入力側に導くように設けられる。【選択図】図２
2010252524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線からの電力を用いる第１の走行状態と、蓄電装置からの電力を用いる第２の走行状態を切り替える電気車の蓄電制御装置であって、
前記蓄電装置へ充放電を行う昇降圧チョッパの入力・出力部が、前記架線からの電力が供給される高抵抗部の出力側と補助回路のCVCFインバータの入力部との間に接続され、前記第１の走行状態では降圧動作し前記第２の走行状態では昇圧動作し、
接触器が、前記第１の走行状態では前記架線からの電力を主回路のVVVFインバータの入力側に導き、前記第２の走行状態では前記蓄電装置の電力を前記VVVFインバータの入力側に導くように設けられていることを特徴とする電気車の蓄電制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記高抵抗部は、逆流阻止ダイオード若しくはサイリスタと高抵抗の並列回路のいずれかであることを特徴とする電気車の蓄電制御装置。
【請求項３】
請求項１において、システム制御装置の制御に従い、前記架線への瞬時離線時には架線電圧の変動範囲内であって予め設定している低い値にあるときは、前記昇降圧チョッパは放電動作をすることを特徴とする電気車の蓄電制御装置
【請求項４】
請求項１において、システム制御装置の制御に従い前記昇降圧チョッパは、定常電圧では前記蓄電装置を満充電状態に保つことを特徴とする蓄電制御装置。
【請求項５】
請求項２において、システム制御装置の制御に従い前記昇降圧チョッパは、前記架線電圧の変動範囲内中心付近電圧では前記蓄電装置を満充電状態からある程度の充電余裕を確保するための充放電動作を行い、前記架線電圧の高い値で再充電動作することで、回生ブレーキ電力を吸収させることを特徴とする蓄電制御装置。
【請求項６】
架線からの電力供給を受けず、低速でも車載の蓄電装置で非常走行する交流電気車において、
前記蓄電装置）への充放電動作をする昇降圧チョッパが、前記架線に接続された主変圧器の第３巻線を介した整流装置と補助回路の入力部間に接続され、主回路のVVVFインバータの入力側が架線から切り離されたとき、代って前記蓄電装置の出力側が該VVVFインバータの入力側に接続されるようにしたことを特徴とする蓄電制御装置。
【請求項７】
架線からの電力供給を受けず、低速でも車載の蓄電装置で非常走行する交直流電気車において、
前記蓄電装置への充放電動作をする昇降圧チョッパが、主変圧器の第２巻線を介した整流装置の出力の逆流阻止ダイオードと補助回路の入力部間に接続するとともに、主回路のVVVFインバータの入力側が架線から切り離されたとき、代って前記蓄電装置の出力側が該VVVFインバータの入力側に接続されるようにしたことを特徴とする蓄電制御装置。
【請求項８】
請求項６又は７のいずれかにおいて、
システム制御装置の制御に従い、前記架線への瞬時離線時には架線電圧の変動範囲内であって予め設定している低い値にあるときは、前記昇降圧チョッパは放電動作をするか、
又は、前記昇降圧チョッパは、定常電圧では前記蓄電装置を満充電状態に保つか、
又は、従い前記昇降圧チョッパは、前記架線電圧の変動範囲内中心付近電圧では前記蓄電装置を満充電状態からある程度の充電余裕を確保するための充放電動作を行い、前記架線電圧の高い値で再充電動作することで回生ブレーキ電力を吸収させることを特徴とする蓄電制御装置。
【請求項９】
架線からの電力供給を受けず、低速でも車載の蓄電装置で非常走行する直流電気車において、
前記蓄電装置への充放電動作をする昇降圧チョッパの昇圧出力部を補助回路の入力部に接続し、
該昇降圧チョッパの入力部及び出力部を、前記架線からの電力が供給される逆流阻止ダイオードの出力側と補助回路のCVCFインバータの入力側との間に接続し、
前記逆流阻止ダイオードに対して並列にスイッチを接続し、
前記スイッチを制御することにより前記昇降圧チョッパの出力を前記架線側及び主回路側選択的に出力可能としたことを特徴とする蓄電制御装置。
【請求項１０】
請求項９において、システム制御装置の制御に従い、自車の走行速度に応じて前記蓄電装置の充放電制御を行うとともに、停止間際の低速域においては、饋電線への回生を行わず前記蓄電装置への回生のみを行うことを特徴とした蓄電制御装置。
【請求項１１】
請求項９において、システム制御装置の制御に従い、非常時の架線レス走行に必要なエネルギー量を列車位置に応じてデータベースから取得もしくは演算し前記蓄電装置への充放電を行う蓄電制御装置。
【請求項１２】
架線からの電力を用いる第１の走行状態と、蓄電装置からの電力を用いる第２の走行状態を切り替える電気車の蓄電制御方法であって、前記架線からの電力が供給される高抵抗部の出力側と補助回路のCVCFインバータの入力部との間に、前記蓄電装置へ充放電を行う昇降圧チョッパの入力・出力部を接続し、
前記第１の走行状態では前記昇降圧チョッパに降圧動作させて、前記蓄電装置へ蓄電し、また前記架線からの電力を前記VVVFインバータに供給し、
前記第２の走行状態では前記蓄電装置の電力を前記昇降圧チョッパに昇圧動作させて、前記CVCFインバータに供給すると共に、前記蓄電装置の電力を前記VVVFインバータに供給するようにしたことを特徴とする電気車の蓄電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気車の蓄電制御装置及び蓄電制御方法に関するものである。この蓄電制御装置は、電気車の電力供給が不能（例えば架線停電又は架線自体がないエリア）になったとき、最寄りの場所まで、電気車に備えた蓄電装置から主回路に電力を供給することで低速でも自走する場合の制御装置に適用されて有効である。
【背景技術】
【０００２】
現在の電気車では、架線等からの電源供給が不能になった場合は、電気車が動けなくなり救援車を待つしかないという課題がある。一方、一部のトロリーバスは、この課題は解決されていて、トロリー線のない車庫周辺等での移動は、車載のバッテリーを電源として低速で走行を可能にしている。トロリーバスでは補助回路の負荷容量が小さく、総てバッテリーによる駆動が可能である。しかし、高圧補助電源装置により負荷容量の大きい補助回路に電源を供給するタイプの一般の編成列車は、高圧補助電源装置からの交流出力で電力を得るシステムなので、これらの一般の編成列車ではバッテリー走行時には高圧補助電源装置は動作しないという課題がある。このため、一般の編成列車では自走により最寄りの場所へ移動することが実現せず、現在は線路をふさいだ状態で救援車による救出を仰いでいる。
【０００３】
なお電気車においてブレーキをかけたときに回生電力が得られるが、この回生エネルギーを有効利用する技術は知られている（たとえば特許文献１）。この回生エネルギーは力行加速時などに利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９９２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高圧補助電源装置で負荷容量の大きい補助回路に電源を供給する一般の編成列車では、高圧補助電源装置からの交流出力で電力を得るシステムなので、これらの一般の編成列車ではバッテリー走行時には高圧補助電源装置は動作しないという課題がある。
【０００６】
一方、直流電車における離線といった瞬時の電源欠如、又は交流電車における交交セクション通過といった常時発生する短時間の電源欠如、交直電車における比較的長時間の電源の欠如に対しても、電力供給対策を測る必要がある。
【０００７】
瞬時或いは短時間の電源欠如に対しては、離線保証用に大容量のコンデンサを準備して、電力供給対策を測ることができる。また長時間の電源欠如に対しては、蓄電装置を用意し、車内の消灯を避ける必要があるが、そのために蛍光灯負荷だけは経済的な交流蛍光灯から多少高価な直流蛍光灯を採用せざるを得ないという課題がある。
【０００８】
また、自動列車運転における列車の停止制御では、停止間際の回生失効の発生により、停止位置精度が大きく変化するという課題もある。
【０００９】
そこでこの発明は、昇降圧チョッパと蓄電装置を組み合わせることにより、主回路に対しては低速でも力行を得る電力を確保できと共に、補助回路に対しては十分な高圧補助電源として機能することができるようにした電気車の蓄電制御装置及び蓄電制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために本発明の実施例は、架線からの電力を選択した第１の走行状態（通常時走行状態）と、蓄電装置からの電力を選択した第２の走行状態（非常時走行状態）を切り替える電気車の蓄電制御装置であって、
前記蓄電装置へ充放電を行う昇降圧チョッパの入力・出力部が、前記架線からの電力が供給されるダイオードまたは高抵抗部の出力側と補助回路のCVCFインバータの入力部との間に接続され、前記第１の走行状態では降圧動作し前記第２の走行状態では昇圧動作し、
接触器が、前記第１の走行状態（通常時走行状態）では前記架線からの電力を主回路のVVVFインバータの入力側に導き、前記第２の走行状態（非常時走行状態）では前記蓄電装置の電力を前記VVVFインバータの入力側に導くように設けられる。
【発明の効果】
【００１１】
上記の解決手段によると、非常走行時には、主回路に対しては低速でも力行を得る電力を確保できと共に、補助回路に対しては十分な高圧補助電源として機能することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】トロリーバス蓄電装置の鉄道車両適用例を示す図である。
【図２】本発明の装置を直流電気車に適用した例を示す図である。
【図３】図２の蓄電制御装置の動作を説明するために示し回路図である。
【図４】図２の蓄電装置の電圧と架線の電圧に対する車両速度と引張力の関係を示す説明図である。
【図５】図２の逆流阻止ダイオードに変わる他の例を示す図である。
【図６】本発明の装置の動作例を説明するために、列車速度、架線電圧、充電状態（SOC)の時系列の例を示す図である。
【図７】架線電圧の変動領域の例を示す図である。
【図８】本発明の装置を交流電気車に適用した例を示す図である。
【図９】本発明の装置を交直電気車に適用した例を示す図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施例であり、直流電気車に適用した例を示す図である。
【図１１】図１０の装置の動作例を説明するために、列車速度、充電状態（SOC)及び列車消費電力の時系列の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。まず図１の電車線の一般回路を参照し、バッテリー走行が可能なトロリーバスなどで実施されている現状のドライブ制御方法を説明する。
【００１４】
電車線等の外部から電力を集電する集電装置１１からの出力電力は、接触器１２と１７に供給される。
【００１５】
通常時、この電力は、接触器１２を介してリアクトル１３、コンデンサ１４でフィルタリングされ、可変電圧可変周波数（VVVF)インバータ１５に供給される。また通常時、電力は、接触器１７を介してリアクトル１８、逆流阻止ダイオード１９、コンデンサ２０を介して固定電圧固定周波数（CVCF)インバータ２１に供給される。リアクトル１８、コンデンサ２０はフィルタを形成している。
【００１６】
VVVFインバータ１５の出力は、主電動機１６a−１６dに供給され、CVCFインバータ２１の出力は、バスの蛍光灯など補助回路２２に供給される。
【００１７】
今、集電装置１１からの電力が受けられなくなったとすると、接触器１２はバッテリー２４側に切り替わり、バッテリー２４からの直流電圧をVVVFインバータ１５に供給する。これにより主回路側の主電動機が駆動される。集電装置１１からの電力は、電圧も高く電力制限も十分大きいため、バスは高速で走行できるが、バッテリー２４からの電力は、低いバッテリー電圧での走行になるため、バスは極低速での走行になる。従ってこのバッテリー走行は車庫での運転や営業路線上では停電が発生した際の退避のときに実施されている。
【００１８】
上記のバッテリー走行ではCVCFインバータ２１はバッテリー電圧が低すぎて動作できないため、ＣＶＣＦの交流出力で蛍光灯などが接続されている場合、蛍光灯は消灯になるという不具合が生じる。実際にはこのような消灯を避けるため、蛍光灯はバッテリーからの直流で点灯する直流蛍光灯を用いて対処している。しかしながら、一般の直流電車では蛍光灯電源はCVCFインバータ出力の交流を使用しているので、この種トロリーバスで実施する方法は高価な設備を伴うことになる。
【００１９】
なお整流器２３は、通常時は、CVCFインバータ２１の出力である３相交流電流を整流してバッテリー２４に充電を行っている。
【００２０】
図２は本発明に係わる直流電車におけるバッテリー走行を可能にした蓄電制御装置３０の例を示している。図１と共通する部分には、図１と同一符号を付している。図１との違いは、昇降圧チョッパ３１と蓄電装置３２を有する蓄電制御装置３０が設けられている点である。
【００２１】
通常走行状態では、接触器１２が集電装置１１側に接続され、VVVFインバータ１５に電力が供給される。VVVFインバータ１５の出力は、主電動機１６a−１６dに供給される。
【００２２】
また通常走行状態では、接触器１７は集電装置１１側に接続される。このときは、蓄電制御装置３０は、逆流阻止ダイオード１９のカソード側から受電した電圧（１５００V)を、昇降圧チョッパ３１により降圧し、蓄電装置３２に蓄電（３００V）を行う。
【００２３】
非常走行時には、接触器１２は、蓄電装置３２側に切り替えられる。また基本的には接触器１７はオフされる。
【００２４】
このような非常走行時には、蓄電装置３２からの電圧（３００V）は、接触器１２を介して、VVVFインバータ１５に入力する。このために、低速ではあるが、主電動機１６a−１６dが駆動され、電気車は低速運転される。
【００２５】
また非常走行時には、蓄電制御装置３０は、蓄電装置３２からの電圧を昇降圧チョッパ３１により昇圧し、その電圧１５００VをCVCFインバータ２１に供給することができる。よって、バッテリー走行時にもCVCFインバータ２１は、定常に動作することができる。この結果、電気車内の照明、エアーコンディショナー、などの付帯設備を通常と同様に運転することができる。特に客車などで照明、エアーコンディショナーが安定して動作することは重要である。
【００２６】
一般に公称電圧１５００Ｖの架線では蓄電装置３２の電圧を３００Ｖ程度にしておくことで、昇圧動作によりCVCFインバータが動作可能な電圧（例えば１５００Ｖ）を得ることができる。バッテリー２４の出力は、例えばシステム制御装置１００などの電源電圧として利用される。システム制御装置１００は、昇降圧チョッパ３１を駆動するためのパルス、接触器１７、１２等を制御するための制御信号を出力する。また、架線電圧の状態などを検出することもできる。
【００２７】
図３（A),図３（B)は、上記した昇降圧チョッパ３１の動作をさらに詳しく説明するためも図である。スッチング回路SW1とスイッチング回路SW2の直列回路とは、逆流阻止ダイオード１９のカソードとアースライン間に接続されている。スイッチング回路SW1、SW2は、それぞれ絶縁型バイポーラ・トランジスタ（IGBT）が用いられている。ゲート回路ｇ１、ｇ２は、スイッチング回路SW1、SW2をそれぞれオンオフ制御するためのゲート回路であり、システム制御装置１００から制御信号が入力される。蓄電装置３２の一方の電極は、アースラインに接続され、他方の電極は、リアクトルL1を介してスイッチ回路SW1、SW2の接続点に接続されると共に、接触器１２の一方の端子に接続されている。接触器１２は、架線からの電力を選択した第１の走行状態と、蓄電装置３２からの電力を選択した第２の走行状態を取ることができる。
【００２８】
図３（A)は、昇降圧チョッパ３１が充電モードのときの電流の流れを示している。スイッチング回路SW1がオンオフ制御され、スイッチング回路SW2をオフ状態に保つと、逆流阻止ダイオード１９からの電流がスイッチング回路SW1を介して蓄電装置３２に流れ込み、充電が行われる。蓄電された電力を保持する場合には、スイッチング回路SW1,SW2はオフされる。図３（B)は、昇降圧チョッパ３１が放電モードのときの電流の流れを示している。放電する場合には、スイッチング回路SW1がオフ状態で、スイッチング回路SW2がオンオフ制御される。すると、リアクトルL1により昇圧された電圧が、スイッチング回路SW1のダイオードを介して補助回路側へ送出される。
【００２９】
図４は、電気車がDC１５００Vで走行する場合と、DC３００Vで走行する場合の車両速度と引張力の関係を示している。通常走行時（第１の走行状態）は、DC１５００Vが架線から得られる。しかし非常走行時（第２の走行状態）は、DC３００Vが蓄電装置３２から得られる。非常走行時の走行速度は低速となる。
【００３０】
なお上記の実施例では、逆流阻止ダイオード１９を用いたが、この部分の構成としては、図５に示すように高抵抗１９Aとサイリスタ１９Bの並列回路を用いても可能である。したがってこの部分の回路は総称して高抵抗部と称することにする。
【００３１】
上記したように本発明にかかる装置では、車載される蓄電装置を有効活用している。直流電車あるいは交流電車、交直電車に関わらず上記蓄電制御装置を設け、前記蓄電装置３２は、直接主回路装置の入力部と接続可能とすることで、架線からの供給電力が欠如した場合も、この蓄電制御装置が、蓄電装置３２の電圧を昇圧し高圧を必要とする補助回路を動作させることができる。
【００３２】
また、架線からの電力供給に頼らない非常走行では蓄電装置（低電圧）を直接主回路に接続することができ、低速ではあるが最寄の場所に移動できる。そして同時に蓄電制御装置を作用させることで補助回路側の高圧補助電源装置としては定常の出力で補助回路負荷に電力供給できる。
【００３３】
また、蓄電装置の蓄電状態を管理し、停止までに発生する回生エネルギーを吸収できるような蓄電池の充電状態とすることで、列車停止間際の低速域における列車の回生エネルギーを蓄電装置が吸収することで、低速域の回生失効を防止し、列車停止精度を向上することが可能である。
【００３４】
電気車等において、架線電圧正常時の走行で、定常的に起こる瞬時離線という極短時間の電源欠如に際してはVVVFインバータ１５が停止しても力行時、惰行時の走行に支障をきたさない。しかしCVCFインバータ２１が停止すると蛍光灯の消灯を伴うため、連続動作が要求される。
【００３５】
従って本発明では上記したように、蓄電装置３２から昇降圧チョッパ３１を介して即電力を供給することで連続動作が可能になる。また回生ブレーキでは架線側に電力を戻す動作となる。しかし、架線側に回生負荷が少なく、回生ブレーキにより電力が架線側にもどってきたとき、異常に架線電圧が持ち上げられ、回生動作不能に陥る場合がある。
【００３６】
そこで、本装置では力行時に蓄電装置３２の充電状態を例えば８０％程度にしておき、回生ブレーキ時に架線電圧が異常に持ち上げられる場合は昇降圧チョッパの降圧動作で蓄電装置３２に充電余裕を設けておくことで回生動作を継続することができる。充電状態の設定及び制御は、例えばシステム制御装置１００により管理される。
【００３７】
図６（A)は、電車速度の変化の例を示し、図６（B)は、架線電圧が変化した様子を示し、図６（C)は蓄電装置３２への充電状態を示している。
【００３８】
架線電圧異常時、つまり架線からの電力供給を受けることができなくなった場合は図６(A)のライン6a2に示すように、低速での非常走行ができる。図６（A)のライン６a1は、通常走行が行われるときの様子を示している。
【００３９】
この際、CVCFインバータ２１も通常の動作ができるので、CVCFインバータ２１の出力で機能する蛍光灯は通常通り灯し続けることはできるし、またブレーキ等の空気圧を制御するコンプレッサも正常に動作させることができる。このため、電気車は長期間の運転が可能となり、駅間で停電等が発生しても最寄りの駅等に安全に退避することができる。
【００４０】
電気車等において、架線電圧正常時の走行で、定常的に起こる瞬時離線という極短時間の電源欠如に際してはVVVFインバータ１５が停止しても力行時、惰行時の走行に支障をきたさない。しかしCVCFインバータ２１が停止すると蛍光灯の消灯を伴うため、連続動作が要求される。
【００４１】
図６（B)は、電圧範囲Vs1,Vs2,Vs3（図７参照）に対して実際の架線電圧が変化している様子を示している。また図６（C)は、蓄電装置３２の充電状態の様子を示している。
【００４２】
図７は本発明の架線電圧と蓄電制御装置３０の制御によって作られる蓄電装置３２の充電状態を示す。公称では電圧１５００Ｖの架線電圧の変動範囲は９００Ｖから１８００Ｖである。架線の正常状態とみなせるVs1の範囲では蓄電制御装置３０の充電、又は放電動作で例えば蓄電装置３２の充電状態を８０％に保つ。
【００４３】
離線などの電源欠如では電圧がVs2領域に入り、蓄電装置３２は放電モードでCVCFインバータ２１へ電力を供給することになる。この際、逆流阻止ダイオード１９の効果によりこの電力はVVVFインバータ１５には供給されないので、蓄電制御装置の制御容量は小さくてすむことになる。一方、回生ブレーキ時に架線電圧が異常にあがり、Vs3の領域に入り込むと蓄電制御装置３０は蓄電装置３２への充電モードに移り、架線電圧の上昇を抑制することになる。これは回生効率を高めることになり、省エネルギー効果に大きく寄与する。
【００４４】
この発明は上記の実施例に限定されるものではなく、各種の車両に適用することが可能であり、以下各種の車両に適用された様子を説明する。
【００４５】
図８に本発明の基本コンセプトを交流電気車両に適用した場合の回路例を示す。集電装置１１は、主変圧器４１の第1巻線４１aに接続されている。主変圧器４１の第２巻線４１ｂは、整流装置D1を介して、接触器１２の一方の入力端子に接続されている。接触器１２の出力は、入力フィルタを介してＶＶＶＦインバータ１５に供給される。主変圧器４１の第3巻線４１ｃに接続されている整流装置D2の出力は、補助回路側の入力フィルタを介してCVCFインバータ２１に供給されている。
【００４６】
図８においては、蓄電装置３２への充放電動作をする昇降圧チョッパ３１は、主変圧器４１の第3巻線４１ｃを介した整流装置D2と高圧補助電源装置の入力部間に接続されている。また主回路のVVVFインバータ１５の入力フィルタが架線から切り離されたときは、代って蓄電装置３２の出力がVVVFインバータ１５に入力する構成である。他の部分は、先の実施形態と同じ構成であるために、同一符号を付している。
【００４７】
図９に本発明の基本コンセプトを交直流車両に適用した場合の回路例を示す。集電装置１１は、交流の場合、主変圧器４１の第1巻線４１aに接続することができる。また集電装置１１は、直流の場合、接触器４２を介して接触器１２の一方の入力端に接続することができる。主変圧器４１の第２巻線４１ｂは整流装置D1に接続されている。この整流装置D1の出力は、接触器１２の一方の入力端に接続されている。接触器１２は、非常走行時には蓄電装置３２の出力を選択する。
【００４８】
この図９の装置は、架線からの電力供給を受けず、低速でも車載の蓄電装置で非常走行する交直流電気車に適用された例である。蓄電装置３２への充放電動作をする昇降圧チョッパ３１は、主変圧器の第２巻線を介した整流装置D1の出力の逆流阻止ダイオード１９ｄと高圧補助電源装置の入力部間に接続される。また主回路のVVVFインバータ１５の入力フィルタが架線から切り離されときは、代って蓄電装置３２の出力がVVVFインバータ１５に入力する構成である。他の部分は、先の実施形態と同じ構成であるために、同一符号を付している。
【００４９】
図１０は図２の装置の変形例である。逆流阻止ダイオード１９の両端に放電制御素子（ＩＧＢＴ）５０を接続し、蓄電装置３２の放電電力を補助電源装置としてだけでなく、主回路にも選択放電できるようにしたものである。図１０の方式と図２の方式の違いは、主回路側にも昇圧チョッパの出力を接続し、主回路側への電力供給を可能にしている点である。蓄電装置の容量が小さい場合は、力行補助を行うだけの余力がないが、蓄電容量が大きい場合は、主回路へ電力を蓄電装置から供給し、架線ハイブリッドシステムとして動作させることも可能である。
【００５０】
蓄電装置のエネルギーを力行に用いる場合は、図１０の放電制御素子５０を点弧することで主回路に向けエネルギーを放出する。
【００５１】
図１１は図１０の装置を用い、列車のＴＡＳＣ制御時の停止精度の向上を狙った場合の列車速度と蓄電装置３２の充放電パターンの例を示している。図１１（A)は、列車速度の変遷、図１１（B)は蓄電装置の充電状態を示し、図１１（C)は、列車消費電力の変化の様子を示している。図１１（C)で列車の消費電力が大きくなる領域C１１に於いて蓄電装置を放電することで、饋電系へのピーク電力を軽減する他、饋電線の損失を減らし省エネルギー化に寄与する。
【００５２】
駅間時分を一定に走行するような自動列車運転（Automatic Train Operation: ATO）システムを使用した場合、蓄電装置の放電によりパンタ点電圧が上昇することで力行性能が向上し、最高速度を抑えた省エネルギー運転効果を増大することも出来る。
【００５３】
駅間走行中は、図１１に示すように蓄電装置の充電状態（SOC)をある一定レベル以上保つ必要がある。これは、駅間走行中に停電が発生し饋電を受けられなくなったとき、架線レス走行を実施し次駅までの走行エネルギーを確保するためである。
【００５４】
図１１では充電状態（SOC）50%一定となっているが、次駅に近づくにつれて架線レス走行に必要となるエネルギーは小さくなるので、必要な消費エネルギーを列車位置に応じて算出し、駅間最低SOCを可変とすることで蓄電装置の容量を有効活用（例えば回生に備え積極的に放電）することで、列車の消費エネルギーを更に抑制することも出来る。
【００５５】
また列車が減速し駅に停止する際には、速度の低い領域を優先して回生エネルギーを吸収する。実施例では列車速度30km/h以下の速度域に於いて蓄電装置が回生電力を吸収している。架線に回生していた場合、列車の回生電力を消費する負荷を失ってしまうと回生失効が発生し機械ブレーキを使用することになり、列車停止精度に大きな影響が出てくる。しかし、本実施例にように30km/h以下の回生失効を完全に防止すれば停止精度を常に高い状態に保つことが可能になる。30km/h以下での回生失効が停止間際の精度に大きく影響を与えているが、蓄電装置のSOC状態が低く、回生電力の吸収に余裕がある場合は、30km/h以上の速度域の回生電力を蓄電装置が吸収することも出来、省エネルギー効果の増大に寄与する。
【００５６】
さらにまた架線停電もしくは低電圧時には、図１０の放電制御素子５０を消弧しCVCFインバータ２１に対してのみ蓄電装置からエネルギーを供給する。架線停電時は、饋電システム側で地落事故が起きていることも考えられ、饋電システム側の事故点に対して列車からパワーを流出させないことは安全上重要である。
【００５７】
図１０の装置で架線レス走行を行う場合は、集電装置１１としてのパンタグラフを降ろし架線と主回路を切り離した上で、放電制御素子５０を点弧し、VVVFインバータ１５に対してエネルギーを供給する。これが第3軌条方式の鉄道で架線レス走行を実施する場合は、集電装置の直後に遮断器を設け、架線と列車の主回路とを切り離す方法で対応可能である。なお、上記実施例は蓄電池を用いているが、蓄電池に限定せず電気２重層コンデンサ（（EDLC：Electric Double-Layer Capacitor)といった各種蓄エネルギー装置で適用可能である。EDLCは、非常に大きな容量を持っている。
【００５８】
上記したように集電装置又は架線停電といった場合、バッテリー走行により低速ではあるが動かし、最寄の駅まで乗客を送り届けるという目的に対し、本発明ではバッテリー走行期間中も補助電源装置を出力することができるため、蛍光灯と点灯が維持でき、且つブレーキ動作の元になる空気タンクへ空気を圧縮するコンプレッサの動作を維持することで、長時間の安全な運転が保証される。
【００５９】
且つ、本発明を直流車両に適用した場合は離線補償となり、離線補償用大形コンデンサを除去できるので補助電源装置の小形化を促す。また回生電力を一部吸収することはできるため、回生効率が向上する。つまりシステム制御装置100の制御に従い、自車の走行速度に応じて蓄電装置の充放電制御を行うとともに、停止間際の低速域においては、饋電線への回生を行わず蓄電装置３２への回生のみを行う。
【００６０】
また、ATOシステムが採用されている線区においては、停止間際の回生失効を完全に防止することで、停止位置精度の向上を図ることも可能となる。また、駅間走行中に架線レス走行に必要なエネルギー量を随時把握し蓄電池のＳＯＣ下限値を保つことで、限りある蓄電装置の容量を有効活用し、回生失効防止や列車のピーク電力抑制効果を向上させることも出来る。つまりシステム制御装置100の制御に従い、非常時の架線レス走行に必要なエネルギー量を列車位置に応じてデータベースから取得もしくは演算し前記蓄電装置への充放電を行う。
【００６１】
交流電車では交交セクションが設備されているので、電力欠如が定常的に発生し、このセクションを渡るたびに蛍光灯が消灯することは許されないので、高価な直流蛍光灯が車内灯として設備されているが、本発明を交流電車に適用した場合、補助電源装置は蓄電制御装置からの放電により電力を補助電源装置に入力できるため、安価な一般の交流蛍光灯が使用できることになる。
【００６２】
交直流電車では直流区間、又は交流区間を走行している際の効果は直流電車、交流電車として動作するが、交直セクションという長い距離の無電圧区間を渡ることになり、長時間のバッテリーによる蛍光灯を点灯する必要があり、大きなバッテリー容量を有することになるが、本発明を使用した効果では一般の交流蛍光灯に加え、バッテリー容量を大きくする必要がない。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、直流電車、交流電気車両、交直流車両などのように蓄電装置を有する装置に適用して有効である。
【符号の説明】
【００６４】
１１・・・集電装置、１２、１７・・・接触器、１３、１８・・・リアクトル、１４、２０・・・コンデンサ、１５・・・VVVFインバータ、１６a、１６b、１６c、１６d・・・主電動機、１９・・・逆流阻止ダイオード、２１・・・CVCFインバータ、２２・・・補助回路、２３・・・整流器、２４・・・バッテリー、３０・・・蓄電制御装置、３１・・・昇降圧チョッパ、３２・・・蓄電装置、４１・・・主変圧器、１００・・・システム制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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