(57)【要約】  【課題】  架線や周囲設備に制限されず鉄道車両が走行できまた電力変換装置の大型化を抑制することができる電気車両を提供することである。  【解決手段】  実施形態の電気車両は、異なる電力を供給する複数の電源（単相交流電源１０、直流電源２０、発電機電源３０、プラグイン電源４０）と、電源と接続される電源切換部９００（９０、９１、９２等）と、電源切換部９００と接続され、コンバータ機能及びチョッパ機能を有し、中間切換器５１（５１ａ〜５１ｆ）を有するコンバータ・チョッパ回路５０と、コンバータ・チョッパ回路５０と接続され、電源１０、２０，３０、４０からの電力を蓄電する蓄電装置６０と、蓄電装置６０から電力を使用して負荷を駆動するインバータ７０と、を有している。【選択図】  図１
2014176146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる電力を供給する複数の電源と、
前記電源と接続される電源切換部と、
前記電源切換部と接続され、コンバータ機能及びチョッパ機能を有するコンバータ・チョッパ回路と、
前記コンバータ・チョッパ回路と接続され、前記電源からの電力を蓄電する蓄電装置と、
前記蓄電装置から電力を使用して負荷を駆動するインバータと、
を有する電気車両。
【請求項２】
前記コンバータ・チョッパ回路は中間切換器を有しており、
前記切換器の切換動作によりコンバータ機能またはチョッパ機能として制御する請求項１記載の電気車両。
【請求項３】
前記中間切換器は前記電源切換部と接続していること請求項１乃至２記載の電気車両。
【請求項４】
請求中間切換器と前記電源切換部の切換に応じて、単相コンバータ、３相コンバータ、昇圧チョッパ、降圧チョッパを切換え可能なコンバータ・チョッパ回路を請求項5記載の電気車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蓄電装置の開発により、多くの電気車両にて蓄電装置が搭載されるようになった。その使用方法としては、例えば鉄道車両では、電力を供給するための架線がない非架線区間が存在する。非架線区間を鉄道車両が走行する際は、蓄電装置に充電しておいたエネルギーを使用することで、架線区間から非架線区間に移行しても走行することが可能となる。
【０００３】
このような蓄電装置の充電方法として、例えば駅等の一定場所に設置している充電装置より充電する方法がある（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３８６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の鉄道車両では充電設備の設置場所でのみ充電が可能となり、充電が必要な場所で充電設備がなければ充電できないなど制限があることから車両走行の信頼性の低下や、また架線や路線状況次第で大型の蓄電装置が必要となることから、車両内に充分な蓄電装置スペースを確保しなければならないことが車両の大型化などの問題につながっていた。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、架線や周囲設備に制限されず鉄道車両が走行できまた電力変換装置の大型化を抑制することができる電気車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の電気車両は、異なる電力を供給する複数の電源と、電源と接続される電源切換部と、電源切換部と接続され、コンバータ機能及びチョッパ機能を有するコンバータ・チョッパ回路と、コンバータ・チョッパ回路と接続され、電源からの電力を蓄電する蓄電装置と、蓄電装置から電力を使用して負荷を駆動するインバータと、を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の電気車両の全体構成図。
【図２】第１の実施形態の電気車両の単相交流電源時の第１動作図。
【図３】第１の実施形態の電気車両の単相交流電源時の第２動作図。
【図４】第１の実施形態の電気車両の直流電源時の昇圧チョッパの第１動作図。
【図５】第１の実施形態の電気車両の直流電源時の昇圧チョッパの第２動作図。
【図６】第１の実施形態の電気車両の直流電源時の降圧チョッパの第１動作図。
【図７】第１の実施形態の電気車両の直流電源時の降圧チョッパの第２動作図。
【図８】第１の実施形態の電気車両の３相交流電源時の第１動作図。
【図９】第１の実施形態の電気車両の３相交流電源時の第２動作図。
【図１０】第１の実施形態の電気車両の３相交流電源時の第３動作図。
【図１１】第１の実施形態の電気車両のプラグイン電源時の動作図。
【図１２】第２の実施形態の電気車両の全体構成図。
【図１３】第２の実施形態の電気車両の直流電源時の第１動作図。
【図１４】第２の実施形態の電気車両の直流電源時の第２動作図。
【図１５】第２の実施形態の電気車両の３相交流電源時の動作図。
【図１６】第２の実施形態の電気車両のプラグイン電源時の動作図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態の蓄電装置を備えた電気車両を図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について以下の図を参照し、詳細に説明する。図１は、第１の実施形態の電気車両の全体構成図である。図２は、第１の実施形態の電気車両の単相交流電源時の第１動作図である。図３は、第１の実施形態の電気車両の単相交流電源時の第２動作図である。図４は、第１の実施形態の電気車両の直流電源時の昇圧チョッパの第１動作図である。図５は、第１の実施形態の電気車両の直流電源時の昇圧チョッパの第２動作図である。図６は、第１の実施形態の電気車両の直流電源時の降圧チョッパの第１動作図である。図７は、第１の実施形態の電気車両の直流電源時の降圧チョッパの第２動作図である。図８は、第１の実施形態の電気車両の３相交流電源時の第１動作図である。図９は、第１の実施形態の電気車両の３相交流電源時の第２動作図である。図１０は、第１の実施形態の電気車両の３相交流電源時の第３動作図である。図１１は、第１の実施形態の電気車両のプラグイン電源時の動作図である。
【００１１】
（構成）
図１には、交流電源１０、第１電圧センサ１１、交流電源用プラス端子１２、交流電源用マイナス端子１３、直流電源２０、第２電圧センサ２１、直流電源用プラス端子２２、直流電源用マイナス端子２３、エンジン３０、発電機３１、第３電圧センサ３２、発電機用Ｕ相端子３３、発電機用Ｖ相端子３４、発電機用Ｗ相端子３５、プラグイン電源４０、第４電圧センサ４１、プラグイン電源用Ｕ相端子４２、プラグイン電源用Ｖ相端子４３、プラグイン電源用Ｗ相端子４４、コンバータ・チョッパ回路５０、切換器５１（第１入力側端子５１ａ、第２入力側端子５１ｂ、第１出力側端子５１ｃ、第２出力側端子５１ｄ、第３出力側端子５１ｅ、第４出力側端子５１ｆ）、第１素子５２、第２素子５３、第３素子５４、第４素子５５、第５素子５６、第６素子５７、第１中間切換器５８、第２中間切換器５８ａ、中間リアクトル５９、蓄電装置６０、インバータ７０、電動機８０、第１切換端子９０、第２切換端子９１、第３切換端子９２、制御部１００、電源切換検出部１０１、電源切換部９００が示されている。
【００１２】
図１に示すように、交流電源１０の出力側には交流電源用プラス端子１２及び交流電源用マイナス端子１３が設けられている。直流電源２０の出力側には直流電源用プラス端子２２及び直流電源用マイナス端子２３が設けられている。エンジン３０、発電機３１の出力側には発電機用Ｕ相端子３３、発電機用Ｖ相端子３４、発電機用Ｗ相端子３５が設けられている。プラグイン電源４０の出力側にはプラグイン電源用Ｕ相端子４２、プラグイン電源用Ｖ相端子４３、プラグイン電源用Ｗ相端子４４が設けられている。
【００１３】
交流電源用プラス端子１２、直流電源用プラス端子２２、発電機用Ｕ相端子３３、プラグイン電源用Ｕ端子４２は、第１切換端子９０と接続可能な状態となっている。交流電源用マイナス端子１３、直流電源用マイナス端子２３、発電機用Ｖ相端子３４、プラグイン電源用Ｖ相端子４３は、第２切換端子９１と接続可能な状態となっている。発電機用Ｗ相端子３５、プラグイン電源用Ｗ相端子４４は、第３切換端子９２と接続可能な状態となっている。第１切換端子９０、第２切換端子９１、第３切換端子９２の出力側にはコンバータ・チョッパ回路５０が接続される。
【００１４】
コンバータ・チョッパ回路５０は切換器５１、第１素子５２、第２素子５３、第３素子５４、第４素子５５、第５素子５６、第６素子５７、第１中間切換器５８、中間リアクトル５９が設けられている。以下、そのコンバータ・チョッパ回路５０内の各部品の接続状態について説明する。
【００１５】
切換器５１には、入力側に第１切換端子９０と接続されている第１入力側端子５１ａと第２切換端子９１と接続されている第２入力側端子５１ｂが設けられ、出力側には第１出力側端子５１ｃ、第２出力側端子５１ｄ、第３出力側端子５１ｅ、第４出力側端子５１ｆが設けられている。直列接続された第１素子５２、第２素子５３、直列接続された第３素子５４、第４素子５５、直列接続された第５素子５６、第６素子５７が並列に接続される。第１素子５２と第２素子５３の中間点、第３素子５４、第４素子５５の中間点に、第１中間切換器５８及び中間切中間リアクトル５９が接続される。正極側で第１素子５２と第３素子５４の間には第２中間切換器５８ａが接続されている。
【００１６】
このコンバータ・チョッパ回路５０の切換器５１とは反対側には正極、負極に接続された蓄電装置６０が接続される。また蓄電装置６０を介してインバータ７０が接続される。インバータ７０の蓄電装置６０の反対側には電動機８０が接続される。
【００１７】
（作用）
図２は外部電源１０として交流電源を接続した場合を示す。図示しないＧＰＳ機能や地上子から、走行している車両の現在地情報が現在地検出部１０１に入力される。また、現在地検出部１０１は、予め車両の走行区間における利用可能な電源情報を保持している。現在地検出部１０１では、入力された車両の現在地情報と利用可能な電源情報を照合し、ある区間やある地点において利用可能な電源モードを判断する。ここでいう電源モードとは、単相交流電源１０、直流電源２０、第１の３相交流電源（エンジン・発電機）３０、第２の３相交流電源（プラグイン）４０である。
【００１８】
このとき現在地の電源モードが単相交流電源１０である場合、現在地検出部１０１より単相交流電源に対応する回路構成となるように単相交流電源切換信号が出力される。現在地検出部１０１より単相交流電源切換信号が電源切換部９００、切換器５１、第１中間切換器５８へ出力される。各切換器へ出力された単相交流電源切換信号は、交流電源用プラス端子１２−第１切換端子９０間を接続し、交流電源用マイナス端子１３−第２切換端子９１間を接続し、単相交流電源１０をコンバータ・チョッパ回路５０と接続する。また、切換器５１の第１入力側端子５１ａと第２出力側端子５１ｄを接続させる。また、切換器５１の第２入力側端子５１ｂと第４出力側端子５１ｆを接続させる。また、第１中間切換器５８は開放され、第２中間切換器５８ａは第１中間切換器５８の開放によって投入させる。前述した接続状態によってコンバータ・チョッパ回路５０をコンバータ構成へ切換える。
【００１９】
コンバータ機能に切り換わったコンバータ・チョッパ回路５０は第１素子５２、第２素子５３、第３素子５４、第４素子５５にてスイッチングを行う。現在地検出部１０１からの単相交流電源切換信号を受け取ったゲート指令出力部１０２は、第２素子５３、第３素子５４へゲートオン指令を出力する。ゲートオン指令により第２素子５３と第３素子５４が投入された状態の電流の流れを図２に示す。図２に示すように、交流電源プラス端子１２−第１切換端子９０−第１入力側端子５１ａ−第２出力側端子５１ｄ−第２素子５２−蓄電装置６０−第３素子５４−第４出力側端子５１ｆ−第２入力側端子５１ｂ−第２切換端子９１−交流電源マイナス端子１３の経路で電流が流れる。次にゲート指令出力部１０２は、第２素子５３と第３素子５４のゲートオン指令を停止し、第１素子５２、第４素子５５へゲートオン指令を出力する。ゲートオン指令により第１素子５２、第４素子５５が投入された際の電流の流れを図３に示す。図３に示すように、交流電源マイナス端子１３−第２切換端子９１−第２入力側端子５１ｂ−第４出力側端子５１ｆ−第４素子５５−蓄電装置６０−第１素子５２−第２出力側端子５１ｄ−第１入力側端子５１ａ−第１切換端子９０−交流電源プラス端子１２の経路で電流が流れる。以上の動作の繰り返しにより、単相コンバータ運転を行いコンバータ・チョッパ回路５０−インバータ７０間の中間直流リンク回路へ電流が流れ、中間直流リンク回路に接続されている蓄電装置６０が充電される。
【００２０】
また、図２の構成において、ＧＰＳや地上子により現在地情報を取得したあと、第１電圧センサ１１により電圧値を検出したことを確認してから、単相交流電源切換信号を各切換器に出力することも可能である。また、第１電圧センサ１１により電圧を検出したことにより単相交流電源切換信号を出力することも可能である。
【００２１】
図４は外部電源として直流電源２０を接続した場合を示す。前述の交流電源を接続した場合と同様に、図示しないＧＰＳ機能や地上子から、走行している車両の現在地情報が現在地検出部１０１に入力され、利用可能な電源モードを判断する。
【００２２】
このとき、現在地の電源モードが直流電源２０の場合、現在地検出部１０１より直流電源に対応する回路構成となるように直流電源切換信号が出力される。現在地検出部１０１より直流電源信号が電源切換部９００、切換器５１、第１中間切換器５８へ出力される。各機器へ出力された直流電源切換信号は、直流電源用プラス端子２２−第１切換端子９０間を接続し、直流電源用マイナス端子２３−第２切換端子９１間を接続し、直流電源２０をコンバータ・チョッパ回路５０と接続する。また、切換器５１の第１入力側端子５１ａと第１出力側端子５１ｃを接続させる。また、切換器５１の第２入力側端子５１ｂと第３出力側端子５１ｅを接続させる。また、第１中間切換器５８を投入して中間リアクトル５９を投入し、第２中間切換器５８ａは開放する。前述した接続状態によってコンバータ・チョッパ回路５０をチョッパ構成へ切換える。
【００２３】
チョッパ機能に切り換わったコンバータ・チョッパ回路５０は直流電源電圧が蓄電装置電圧より低い場合は昇圧チョッパ動作を行い、また直流電源電圧が蓄電装置電圧より高い場合は降圧チョッパ動作を行う。これらの切換も現在地検出部１０１に予め保持した電源情報にて行う。
【００２４】
図４、図５は直流電源電圧が蓄電池電圧より低い場合の昇圧チョッパ時の動作を示す。チョッパ機能に切り換わったコンバータ・チョッパ回路５０は第１素子５２、第４素子５５にてスイッチングを行う。現在地検出部１０１からの直流電源切換信号を受け取ったゲート指令出力部１０２は、第１素子５２、第４素子５５へゲートオン指令を出力する。ゲートオン指令により第１素子５２と第４素子５５が投入された状態の電流の流れを図４に示す。図４に示すように直流電源プラス端子２２−第１切換端子９０−第１入力側端子５１ａ−第１出力側端子５１ｃ−第１素子５２−第１中間切換器５８−中間リアクトル５９−第４素子５５−第３出力側端子５１ｅ−第２入力側端子５１ｂ−第２切換端子９１−直流電源マイナス端子２３の経路で電流が流れ、中間リアクトル５９にエネルギーを蓄える。次にゲート指令出力部１０２は、第４素子５５のゲートオン指令を停止し、第１素子５２のみへゲートオン指令を出力する。ゲートオン指令により第１素子５２が投入された状態を図５に示す。図５に示すように、直流電源プラス端子２２−第１切換端子９０−第１入力側端子５１ａ−第１出力側端子５１ｃ−第１素子５２−第１中間切換器５８−中間リアクトル５９−第３素子５４の逆並列ダイオード−蓄電装置６０−第２入力側端子５１ｂ−第２切換端子９１−直流電源マイナス端子２３の経路で電流が流れ、中間リアクトル５９に蓄えられたエネルギー分昇圧した電圧が蓄電装置６０にかかる。以上の動作の繰り返しにより、昇圧チョッパ運転を行いコンバータ・チョッパ回路５０−インバータ７０間の中間直流リンク回路へ電流が流れ、中間直流リンク回路に接続されている蓄電装置６０が充電される。
【００２５】
また、図４の構成において、ＧＰＳや地上子により現在地情報を取得したあと、第２電圧センサ２１により電圧値を検出したことを確認してから、直流電源切換信号を各切換器に出力することも可能である。
【００２６】
図６、図７は直流電源電圧が蓄電池電圧より高い場合の降圧チョッパ時の動作を示す。チョッパ機能に切り換わったコンバータ・チョッパ回路５０は第１素子５２にてスイッチングを行う。現在地検出部１０１からの直流電源切換信号を受け取ったゲート指令出力部１０２は、第１素子５２へゲートオン指令を出力する。ゲートオン指令により第１素子５２が投入された状態の電流の流れを図６に示す。図６に示すように、直流電源プラス端子２２−第１切換端子９０−第１入力側端子５１ａ−第１出力側端子５１ｃ−第１素子５２−第１中間切換器５８−中間リアクトル５９−第３素子５４の逆並列ダイオード−蓄電装置６０−第３出力側端子５１ｅ−第２入力側端子５１ｂ−第２切換端子９１−直流電源マイナス端子２３の経路で電流が流れ、中間リアクトル５９によって分圧された電圧が蓄電装置６０にかかる。次にゲート指令出力部１０２は、第１素子５２のゲートオン指令を停止する。第１素子５２をゲートオフした状態を図７に示す。図７に示すように、蓄電装置６０−第２素子５３の逆並列ダイオード−第１中間切換器５８−中間リアクトル５９−第３素子５４の逆並列ダイオードの経路で電流が流れ、中間リアクトルに５９蓄えられたエネルギー分の電圧が蓄電装置６０にかかる。以上の動作の繰り返しにより、降圧チョッパ運転を行いコンバータ・チョッパ回路５０−インバータ７０間の中間直流リンク回路へ電流が流れ、中間直流リンク回路に接続されている蓄電装置６０が充電される。
【００２７】
また、図６の構成において、ＧＰＳや地上子により現在地情報を取得したあと、第２電圧センサ２１により電圧値を検出したことを確認してから、直流電源切換信号を各切換器に出力することも可能である。
【００２８】
図８は外部電源として発電機電源３１を接続した場合を示す。前述の交流電源を接続した場合と同様に、図示しないＧＰＳ機能や地上子から、走行している車両の現在地情報が現在地検出部１０１に入力され、利用可能な電源モードを判断する。
【００２９】
このとき現在地の電源モードが発電機電源３１である場合、現在地検出部１０１より３相交流電源に対応する回路構成となるように発電機電源切換信号が出力される。現在地検出部１０１より３相交流電源切換信号が電源切換部９００、切換器５１、第１中間切換器５８へ出力される。各切換器へ出力された発電機電源切換信号は、発電機電源用Ｕ相端子３３−第１切換端子９０間を接続し、発電機電源用Ｖ相端子３４−第２切換端子９１間を接続し、発電機電源用Ｗ相端子３５−第３切換端子９２間を接続し、発電機電源３１をコンバータ・チョッパ回路５０と接続する。また、切換器５１の第１入力側端子５１ａと第２出力側端子５１ｄを接続させる。また、切換器５１の第２入力側端子５１ｂと第４出力側端子５１ｆを接続させる。また、第１中間切換器５８は開放され、第２中間切換器５８ａは第１中間切換器５８の開放によって投入させる。前述した接続状態によってコンバータ・チョッパ回路５０をコンバータ機能を有する構成へ切換える。
【００３０】
コンバータ機能に切り換わったコンバータ・チョッパ回路５０は第１素子５２、第２素子５３、第３素子５４、第４素子５５、第５素子５６、第６素子５７にてスイッチングを行う。現在地検出部１０１からの発電機電源切換信号を受け取ったゲート指令出力部１０２は、第２素子５３、第３素子５４へゲートオン指令を出力する。ゲートオン指令により第２素子５３と第３素子５４が投入された状態の電流の流れを図８に示す。図８に示すように、発電機電源用Ｕ相端子３３−第１切換端子９０−第１入力側端子５１ａ−第２出力側端子５１ｄ−第２素子５３−蓄電装置６０−第３素子５４−第４出力側端子５１ｆ−第２入力側端子５１ｂ−第２切換端子９１−発電機電源用Ｖ相端子３４の経路で電流が流れる。次にゲート指令出力部１０２は、第２素子５３と第３素子５４のゲートオン指令を停止し、第４素子５５、第５素子５６へゲートオン指令を出力する。ゲートオン指令により第４素子５５、第５素子５６が投入された際の電流の流れを図９に示す。図９に示すように、発電機電源用Ｖ相端子３４−第２切換端子９１−第２入力側端子５１ｂ−第４出力側端子５１ｆ−第４素子５５−蓄電装置６０−第５素子５６−第３切換端子９２−発電機電源用Ｗ相端子３５の経路で電流が流れる。次にゲート指令出力部１０２は、第４素子５５と第５素子５６のゲートオン指令を停止し、第１素子５２、第６素子５７へゲートオン指令を出力する。ゲートオン指令により第１素子５２、第６素子５７が投入された際の電流の流れを図１０に示す。図１０に示すように、発電機電源用Ｗ相端子３５−第３切換端子９２−第６素子５７−蓄電装置６０−第１素子５２−第２出力側端子５１ｄ−第１入力側端子５１ａ−第１切換端子９０−発電機電源用Ｕ相端子３３の経路で電流が流れる。以上の動作の繰り返しにより、３相コンバータ運転を行いコンバータ・チョッパ回路５０−インバータ７０間の中間直流リンク回路へ電流が流れ、中間直流リンク回路に接続されている蓄電装置６０が充電される。
【００３１】
また、図８の構成において、ＧＰＳや地上子により現在地情報を取得したあと、第３電圧センサ３２により電圧値を検出したことを確認してから、発電機電源切換信号を各切換器に出力することも可能である。
【００３２】
また、図８の構成において、発電機電源３０が単相発電機の場合は前述の単相コンバータ運転を行うことで適用可能である。
【００３３】
図１１は外部電源としてプラグイン電源４０を接続した場合を示す。前述の交流電源を接続した場合と同様に、図示しないＧＰＳ機能や地上子から、走行している車両の現在地情報が現在地検出部１０１に入力され、利用可能な電源モードを判断する。
【００３４】
このとき現在地の電源モードがプラグイン電源４０である場合、現在地検出部１０１より３相交流電源に対応する回路構成となるようにプラグイン電源切換信号が出力される。現在地検出部１０１よりプラグイン電源切換信号が電源切換部９００、切換器５１、第１中間切換器５８へ出力される。各切換器へ出力されたプラグイン電源切換信号は、プラグイン電源用Ｕ相端子４２−第１切換端子９０間を接続し、プラグイン電源用Ｖ相端子４３−第２切換端子９１間を接続し、プラグイン電源用Ｗ相端子４４−第３切換端子９２間を接続し、プラグイン電源４０をコンバータ・チョッパ回路５０と接続する。また、切換器５１の第１入力側端子５１ａと第２出力側端子５１ｄを接続させる。また、切換器５１の第２入力側端子５１ｂと第４出力側端子５１ｆを接続させる。また、第１中間切換器５８は開放され、第２中間切換器５８ａは第１中間切換器５８の開放によって投入させる。前述した接続状態によってコンバータ・チョッパ回路５０をコンバータ構成へ切換える。
【００３５】
コンバータ機能に切り換わったコンバータ・チョッパ回路５０は現在地検出部１０１からの単相交流電源切換信号を受け取ったゲート指令出力部１０２により、第１素子５２、第２素子５３、第３素子５４、第４素子５５、第５素子５６、第６素子５７にて前述の電源モードが発電機電源の時と同様のスイッチングにて、３相コンバータ運転を行う。３相コンバータ運転にてコンバータ・チョッパ回路５０−インバータ７０間の中間直流リンク回路へ電流が流れ、中間直流リンク回路に接続されている蓄電装置６０が充電される。
【００３６】
また、図１１の構成において、ＧＰＳや地上子により現在地情報を取得したあと、第４電圧センサ４１により電圧値を検出したことを確認してから、プラグイン電源切換信号を各切換器に出力することも可能である。
【００３７】
また、図１１の構成において、発電機電源４０が単相プラグイン電源の場合は前述の単相コンバータ運転を行うことで適用可能である。
【００３８】
（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の電気車両によれば、異なる電源に切り替え可能な切替機構とコンバータ・チョッパ回路を有することにより、蓄電装置の大型化を抑制することが可能な電気車両を提供することが可能となり、車両走行の信頼性が向上する。
【００３９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図１２は、第２の実施形態の電気車両の全体構成図である。図１３は、第２の実施形態の電気車両の単相交流電源時の動作図である。図１４は、第２の実施形態の電気車両の直流電源時の動作図である。図１５は、第２の実施形態の電気車両の３相交流電源時の動作図である。
【００４０】
本実施形態は、第１の実施形態とは、直流電源時のチョッパ動作方法が異なっている。第１の実施形態ではチョッパ動作方法について、昇圧チョッパ、降圧チョッパ双方に対応した構成を示したが、第２の実施形態ではチョッパ動作方法は昇圧チョッパのみで降圧チョッパを行わない構成を示す。以下、その点について詳細に説明する。
【００４１】
（構成）
図１２には交流電源１０、第１電圧センサ１１、交流電源用プラス端子１２、交流電源用マイナス端子１３、直流電源２０、第２電圧センサ２１、直流電源用プラス端子２２、直流電源用マイナス端子２３、エンジン３０、発電機３１、第３電圧センサ３２発電機用Ｕ相端子３３、発電機用Ｖ相端子３４、発電機用Ｗ相端子３５、プラグイン電源４０、第４電圧センサ４１、プラグイン用Ｕ相端子４２、プラグイン用Ｖ相端子４３、プラグイン用Ｗ相端子４４、コンバータ・チョッパ回路５０、切換器５１（第１入力側端子５１ａ、第２入力側端子５１ｂ、第１出力側端子５１ｃ、第２出力側端子５１ｄ、第３出力側端子５１ｅ、第４出力側端子５１ｆ）、第１素子５２、第２素子５３、第３素子５４、第４素子５５、第５素子５６、第６素子５７、リアクトル５９ａ、蓄電装置６０、インバータ７０、電動機８０、第１切換端子９０、第２切換端子９１、第３切換端子９２、制御部１００、電源切換検出部１０１、電源切換部９００が示されている。
【００４２】
図１に示すように、交流電源１０の出力側には交流電源用プラス端子１２及び交流電源用マイナス端子１３が設けられている。直流電源２０の出力側には直流電源用プラス端子２２及び直流電源用マイナス端子２３が設けられている。エンジン３０、発電機３１の出力側には発電機用Ｕ相端子３３、発電機用Ｖ相端子３４、発電機用Ｗ相端子３５が設けられている。プラグイン電源４０の出力側にはプラグイン電源用Ｕ相端子４２、プラグイン電源用Ｖ相端子４３、プラグイン電源用Ｗ相端子４４が設けられている。
【００４３】
交流電源用プラス端子１２、直流電源用プラス端子２２、発電機用Ｕ相端子３３、プラグイン電源用Ｕ端子４２は、第１切換端子９０と接続可能な状態となっている。交流電源用マイナス端子１３、直流電源用マイナス端子２３、発電機用Ｖ相端子３４、プラグイン電源用Ｖ相端子４３は、第２切換端子９１と接続可能な状態となっている。発電機用Ｗ相端子３５、プラグイン電源用Ｗ相端子４４は、第３切換端子９２と接続可能な状態となっている。第１切換端子９０、第２切換端子９１、第３切換端子９２の出力側にはコンバータ・チョッパ回路５０が接続される。
【００４４】
コンバータ・チョッパ回路５０は切換器５１、第１素子５２、第２素子５３、第３素子５４、第４素子５５、第５素子５６、第６素子５７、リアクトル５９ａが設けられている。以下、そのコンバータ・チョッパ回路５０内の各部品の接続状態について説明する。
【００４５】
切換器５１には、入力側に第１切換端子９０と接続されている第１入力側端子５１ａと第２切換端子９１と接続されている第２入力側端子５１ｂが設けられ、出力側には第１出力側端子５１ｃ、第２出力側端子５１ｄ、第３出力側端子５１ｅ、第４出力側端子５１ｆが設けられている。直列接続された第１素子５２、第２素子５３、直列接続された第３素子５４、第４素子５５、直列接続された第５素子５６、第６素子５７が並列に接続される。第１の実施形態と異なり、第１出力側端子５１ｃ、第１素子５２と第２素子５３の中間点の間にリアクトル５９ａが接続されている。
【００４６】
このコンバータ・チョッパ回路５０の切換器５１とは反対側には正極、負極に接続された蓄電装置６０が接続される。また蓄電装置６０を介してインバータ７０が接続される。インバータ７０の蓄電装置６０の反対側には電動機８０が接続される。
【００４７】
（作用）
図１２は外部電源として交流電源を接続した場合を示す。第１の実施形態と同様に、図示しないＧＰＳ機能や地上子から、走行している車両の現在地情報が現在地検出部１０１に入力され、利用可能な電源モードを判断する。
【００４８】
このとき現在地の電源モードが交流電源１０である場合、現在地検出部１０１より単相交流電源に対応する回路構成となるように単相交流電源切換信号が出力される。現在地検出部１０１より単相交流電源切換信号が電源切換部９００、切換器５１へ出力される。各切換器へ出力された単相交流電源切換信号は、交流電源用プラス端子１２−第１切換端子９０間を接続し、交流電源用マイナス端子１３−第２切換端子９１間を接続し、交流電源１０をコンバータ・チョッパ回路５０と接続する。また、切換器５１の第１入力側端子５１ａと第２出力側端子５１ｄを接続させる。また、切換器５１の第２入力側端子５１ｂと第４出力側端子５１ｆを接続させる。前述した接続状態によってコンバータ・チョッパ回路５０をコンバータ構成へ切換える。
【００４９】
コンバータ機能に切り換わったコンバータ・チョッパ回路５０は現在地検出部１０１からの単相交流電源切換信号を受け取ったゲート指令出力部１０２により、第１素子５２、第２素子５３、第３素子５４、第４素子５５にて第１の実施形態の単相交流電源時と同様のスイッチングを行う。単相コンバータ運転にてコンバータ・チョッパ回路５０−インバータ７０間の中間直流リンク回路へ電流が流れ、中間直流リンク回路に接続されている蓄電装置６０が充電される。
【００５０】
また、図１２の構成において、ＧＰＳや地上子により現在地情報を取得したあと、第１電圧センサ１１により電圧値を検出したことを確認してから、単相交流電源切換信号を各切換器に出力することも可能である。
【００５１】
図１３は外部電源として直流電源２０を接続した場合を示す。前述の交流電源を接続した場合と同様に、図示しないＧＰＳ機能や地上子から、走行している車両の現在地情報が現在地検出部１０１に入力され、利用可能な電源モードを判断する。
【００５２】
このとき、現在地の電源モードが直流電源２０の場合、現在地検出部１０１より直流電源に対応する回路構成となるように直流電源信号が出力される。現在地検出部１０１より直流電源信号が電源切換部９００、切換器５１へ出力される。各機器へ出力された直流電源切換信号は、直流電源用プラス端子２２−第１切換端子９０間を接続し、直流電源用マイナス端子２３−第２切換端子９１間を接続し、直流電源２０をコンバータ・チョッパ回路５０と接続する。また、切換器５１の第１入力側端子５１ａと第１出力側端子５１ｃを接続させる。また、切換器５１の第２入力側端子５１ｂと第３出力側端子５１ｅを接続させる。前述した接続状態によってコンバータ・チョッパ回路５０をチョッパ構成へ切換える。
【００５３】
チョッパ機能に切り換わったコンバータ・チョッパ回路５０は第２素子５３にてスイッチングを行う。現在地検出部１０１からの直流電源切換信号を受け取ったゲート指令出力部１０２は、第２素子５３へゲートオン指令を出力する。ゲートオン指令により第２素子５３が投入された状態の電流の流れを図１３に示す。図１３に示すように、直流電源プラス端子２２−第１切換端子９０−第１入力側端子５１ａ−第１出力側端子５１ｃ−リアクトル５９ａ−第２素子５３−第３出力側端子５１ｅ−第２入力側端子５１ｂ−第２切換端子９１−直流電源マイナス端子２３の経路で電流が流れ、リアクトル５９ａにエネルギーを蓄える。次にゲート指令出力部１０２は、第２素子５３のゲートオン指令を停止し、第２素子５３をゲートオフする。第２素子５３をゲートオフした際の電流の流れを図１４に示す。図１４に示すように、直流電源プラス端子２２−第１切換端子９０−第１入力側端子５１ａ−第１出力側端子５１ｃ−リアクトル５９ａ−第１素子５２の逆並列ダイオード−蓄電装置６０−第３出力側端子５１ｅ−第２入力側端子５１ａ−第２切換端子９１−直流電源マイナス端子２３の経路で電流が流れ、リアクトルに蓄えられたエネルギー分昇圧した電圧が蓄電装置６０にかかる。以上の動作の繰り返しにより、昇圧チョッパ運転を行いコンバータ・チョッパ回路５０−インバータ７０間の中間直流リンク回路へ電流が流れ、中間直流リンク回路に接続されている蓄電装置６０が充電される。
【００５４】
また、図１３の構成において、ＧＰＳや地上子により現在地情報を取得したあと、第２電圧センサ２１により電圧値を検出したことを確認してから、直流電源切換信号を各切換器に出力することも可能である。
【００５５】
図１５は外部電源として発電機電源３１を接続した場合を示す。前述の交流電源を接続した場合と同様に、図示しないＧＰＳ機能や地上子から、走行している車両の現在地情報が現在地検出部１０１に入力され、利用可能な電源モードを判断する。
【００５６】
このとき現在地の電源モードが発電機電源３１である場合、現在地検出部１０１より３相交流電源に対応する回路構成となるように発電機電源切換信号が出力される。現在地検出部１０１より３相交流電源切換信号が電源切換部９００、切換器５１へ出力される。各切換器へ出力された３相交流電源切換信号は、発電機電源用Ｕ相端子３３−第１切換端子９０間を接続し、発電機電源用Ｖ相端子３４−第２切換端子９１間を接続し、発電機電源用Ｗ相端子３５−第３切換端子９２間を接続し、発電機電源３１をコンバータ・チョッパ回路５０と接続する。また、切換器５１の第１入力側端子５１ａと第２出力側端子５１ｄを接続させる。また、切換器５１の第２入力側端子５１ｂと第４出力側端子５１ｆを接続させる。前述した接続状態によってコンバータ・チョッパ回路５０をコンバータ構成へ切換える。
【００５７】
コンバータ機能に切り換わったコンバータ・チョッパ回路５０は第１素子５２、第２素子５３、第３素子５４、第４素子５５、第５素子５６、第６素子５７にて第１の実施形態の発電機電源時と同様のスイッチングを行い、３相コンバータ運転にて中間直流リンク回路へ電力を供給し、蓄電装置６０を充電する。
【００５８】
また、図１５の構成において、ＧＰＳや地上子により現在地情報を取得したあと、第３電圧センサ３２により電圧値を検出したことを確認してから、３相交流電源切換信号を各切換器に出力することも可能である。
【００５９】
また、図１５の構成において、発電機電源３０が単相発電機の場合は前述の単相コンバータ運転を行うことで適用可能である。
【００６０】
図１６は外部電源としてプラグイン電源４０を接続した場合を示す。前述の交流電源を接続した場合と同様に、図示しないＧＰＳ機能や地上子から、走行している車両の現在地情報が現在地検出部１０１に入力され、利用可能な電源モードを判断する。
【００６１】
このとき現在地の電源モードがプラグイン電源４０である場合、現在地検出部１０１よりプラグイン電源４０に対応する回路構成となるようにプラグイン電源切換信号が出力される。現在地検出部１０１よりプラグイン電源切換信号が電源切換部９００、切換器５１へ出力される。各切換器へ出力されたプラグイン電源切換信号は、プラグイン電源用Ｕ相端子４２−第１切換端子９０間を接続し、プラグイン電源用Ｖ相端子４３−第２切換端子９１間を接続し、プラグイン電源用Ｗ相端子４３−第３切換端子９２間を接続し、プラグイン電源４０をコンバータ・チョッパ回路５０と接続する。また、切換器５１の第１入力側端子５１ａと第２出力側端子５１ｄを接続させる。また、切換器５１の第２入力側端子５１ｂと第４出力側端子５１ｆを接続させる。前述した接続状態によってコンバータ・チョッパ回路５０をコンバータ構成へ切換える。
【００６２】
コンバータ機能に切り換わったコンバータ・チョッパ回路５０は現在地検出部１０１からのプラグイン電源切換信号を受け取ったゲート指令出力部１０２により、第１素子５２、第２素子５３、第３素子５４、第４素子５５、第５素子５６、第６素子５７にて第１の実施形態のプラグイン電源時と同様のスイッチングを行う。３相コンバータ運転にてコンバータ・チョッパ回路５０−インバータ７０間の中間直流リンク回路へ電流が流れ、中間直流リンク回路に接続されている蓄電装置６０が充電される。
【００６３】
また、図１６の構成において、ＧＰＳや地上子により現在地情報を取得したあと、第４電圧センサ４１により電圧値を検出したことを確認してから、３相交流電源切換信号を各切換器に出力することも可能である。
【００６４】
また、図１６の構成において、プラグイン電源４０が単相発電機の場合は前述の単相コンバータ運転を行うことで適用可能である。
【００６５】
（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の電気車両によれば、異なる電源に切り替え可能な切替機構とコンバータ・チョッパ回路を有することにより、蓄電装置の大型化を抑制することが可能な電気車両を提供することが可能となり、車両走行の信頼性が向上する。
【００６６】
さらに本実施形態の構成によると充電のため昇圧を可能としながらも、第１の実施形態よりも部品点数を削減することができる。そのためより一層の小型化を図ることができる。
【００６７】
上記で説明された全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。そのため、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
１０  交流電源
１１  第１電圧センサ
１２  交流電源用プラス端子
１３  交流電源用マイナス端子
２０  直流電源
２１  第２電圧センサ
２２  直流電源用プラス端子
２３  直流電源用マイナス端子
３０  エンジン
３１  発電機
３２  第３電圧センサ
３３  発電機電源用Ｕ相端子
３４  発電機電源用Ｖ相端子
３５  発電機電源用Ｗ相端子
４０  プラグイン電源
４１  第４電圧センサ
４２  プラグイン電源用Ｕ相端子
４３  プラグイン電源用Ｖ相端子
４４  プラグイン電源用Ｗ相端子
５０  コンバータ・チョッパ回路
５１  切換器
５１ａ  第１入力側端子
５１ａ  第２入力側端子
５１ｃ  第１出力側端子
５１ｄ  第２出力側端子
５１ｅ  第３出力側端子
５１ｆ  第４出力側端子
５２  第１素子
５３  第２素子
５４  第３素子
５５  第４素子
５６  第５素子
５７  第６素子
５８  第１中間切換器
５８ａ  第２中間切換器
５９  中間リアクトル
５９ａ  リアクトル
６０  蓄電装置
７０  インバータ
８０  電動機
９０  第１切換端子
９１  第２切換端子
９２  第３切換端子
９００  電源切換部
１００  制御部
１０１  現在地検出部
１０２  ゲート指令出力部
【図１】
2014176146.tif 000003
【図２】
2014176146.tif 000004
【図３】
2014176146.tif 000005
【図４】
2014176146.tif 000006
【図５】
2014176146.tif 000007
【図６】
2014176146.tif 000008
【図７】
2014176146.tif 000009
【図８】
2014176146.tif 000010
【図９】
2014176146.tif 000011
【図１０】
2014176146.tif 000012
【図１１】
2014176146.tif 000013
【図１２】
2014176146.tif 000014
【図１３】
2014176146.tif 000015
【図１４】
2014176146.tif 000016
【図１５】
2014176146.tif 000017
【図１６】
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