(57)【要約】【課題】交流区間を走行可能な電気車の架線・バッテリハイブリッド化を可能とする技術の提案。【解決手段】電源システム１Ａは、主変圧器２０の２次巻線２２に接続されて主電動機４に駆動電力を供給する主変換回路３０Ａと、３次巻線２３に接続されて補機に電力を供給する補機用変換回路４０Ａとを備えるとともに、主変換回路３０Ａの直流リンク部（主回路側コンバータ３１Ａとインバータ３２Ａとの間）に、高速度遮断器ＢＨＢを介してバッテリ６０Ａが接続されて構成される。【選択図】図１
2014064397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線からの交流電力、或いは、前記架線からの交流電力及びバッテリの出力電力の両方をもとに走行する架線モードと、前記バッテリの出力電力をもとに走行するバッテリモードとを切替可能な電気車用電源システムであって、
主変圧器の２次巻線に接続された第１コンバータ部及び第１インバータ部を有し、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、
前記主変圧器の３次巻線に接続された第２コンバータ部及び第２インバータ部を有し、補機に電力を供給する補機用変換回路と、
制御装置と、
を備え、
前記バッテリは、前記主変換回路の直流リンク部に接続され、
前記制御装置は、
前記第１コンバータ部を位相同期整流動作させて前記架線モードに切り替える架線モード切替手段と、
前記第１コンバータ部の一次側の発生電力が前記主変換器を介して前記第２コンバータ部に印加するように前記第１コンバータ部をＣＶＣＦインバータ動作させて前記バッテリモードに切り替えるバッテリモード切替手段と、
を有する、
電気車用電源システム。
【請求項２】
前記制御装置は、電気車の停止時に、前記架線からの交流電力をもとに前記第１コンバータ部に前記バッテリへの充電電力を供給させる急速充電制御手段を有する、
請求項１に記載の電気車用電源システム。
【請求項３】
架線からの交流電力、或いは、前記架線からの交流電力及びバッテリの出力電力の両方をもとに走行する架線モードと、前記バッテリの出力電力をもとに走行するバッテリモードとを切替可能な電気車用電源システムであって、
主変圧器の２次巻線に接続された第１コンバータ部及び第１インバータ部を有し、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、
前記主変圧器の３次巻線に接続された第２コンバータ部及び第２インバータ部を有し、補機に電力を供給する補機用変換回路と、
制御装置と、
を備え、
前記バッテリは、前記補機用変換回路の直流リンク部に接続され、
前記制御装置は、
前記第２コンバータ部を位相同期整流動作させて前記架線モードに切り替える架線モード切替手段と、
前記第２コンバータ部の一次側の発生電力が前記主変換器を介して前記第１コンバータ部に印加されるように前記第２コンバータ部をＣＶＣＦインバータ動作させて前記バッテリモードに切り替えるバッテリモード切替手段と、
を有する、
電気車用電源システム。
【請求項４】
前記制御装置は、電気車の停止時に、前記架線からの交流電力をもとに前記第２コンバータ部に、補機への供給電力に加えて、前記バッテリへの充電電力を供給させる急速充電制御手段を有する、
請求項３に記載の電気車用電源システム。
【請求項５】
前記バッテリは、前記架線モード時に前記直流リンク部に供給されている電力で充電可能に構成されている、
請求項１〜４の何れか一項に記載の電気車用電源システム。
【請求項６】
前記バッテリと前記直流リンク部とを接続する遮断器を更に備え、
前記架線モード切替手段は、前記架線モードへの切り替えに際して、前記遮断器を開放することで前記架線からの交流電力をもとに走行する純架線モードとし、前記遮断器を投入することで前記架線からの交流電力及び前記バッテリの出力電力の両方をもとに走行するハイブリッド架線モードとし、
前記バッテリモード切替手段は、前記遮断器を投入して前記バッテリモードに切り替える、
請求項１〜５の何れか一項に記載の電気車用電源システム。
【請求項７】
主変圧器の２次巻線に接続された第１コンバータ部及び第１インバータ部を有して主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、前記主変圧器の３次巻線に接続された第２コンバータ部及び第２インバータ部を有して補機に電力を供給する補機用変換回路と、前記主変換回路の直流リンク部に接続されたバッテリとを備えた電気車用電源システムにおいて、架線からの交流電力、或いは、前記架線からの交流電力及び前記バッテリの出力電力の両方をもとに走行する架線モードと、前記バッテリの出力電力をもとに走行するバッテリモードとを切り替えて電力供給を制御する電力供給制御方法であって、
前記第１コンバータ部を位相同期整流動作させて前記架線モードに切り替えるステップと、
前記第１コンバータ部の一次側の発生電力が前記主変圧器を介して前記第２コンバータ部に印加するように前記第１コンバータ部をＣＶＣＦインバータ動作させて前記バッテリモードに切り替えるステップと、
を含む電力供給制御方法。
【請求項８】
主変圧器の２次巻線に接続された第１コンバータ部及び第１インバータ部を有して主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、前記主変圧器の３次巻線に接続された第２コンバータ部及び第２インバータ部を有して補機に電力を供給する補機用変換回路と、前記補機用変換回路の直流リンク部に接続されたバッテリとを備えた電気車用電源システムにおいて、架線からの交流電力、或いは、前記架線からの交流電力及び前記バッテリの出力電力の両方をもとに走行する架線モードと、前記バッテリの出力電力をもとに走行するバッテリモードとを切り替えて電力供給を制御する電力供給制御方法であって、
前記第２コンバータ部を位相同期整流動作させて前記架線モードに切り替えるステップと、
前記第２コンバータ部の一次側の発生電力が前記主変換器を介して前記第１コンバータ部に印加されるように前記第２コンバータ部をＣＶＣＦインバータ動作させて前記バッテリモードに切り替えるステップと、
を含む電力供給制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車用電源システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電車にバッテリを搭載し、架線からの供給電力（直流電力）とバッテリの放電電力（直流電力）との一方、或いは、両方によって主電動機を駆動する架線・バッテリハイブリッド電車が知られている。このハイブリッド電車には、回生エネルギーによってバッテリを充電したり、非電化区間ではバッテリの放電電力によって走行可能になるといった特長がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５３０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
開発されたハイブリッド電車としても、本出願人が開発した架線・バッテリハイブリッドＬＲＶ「Ｈｉ−ｔｒａｍ」の他、多くの電車が存在する。しかし、何れのハイブリッド電車についても直流電車であり、交流電車については開発が進んでいないのが実情である。また、機関車については、ハイブリッドのディーゼル機関車の開発が進んでいるが、電気機関車のハイブリッド化は進んでいない。勿論、交流電気車の他、交直流電気車についても同様である。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、交流区間を走行可能な電気車の架線・ハイブリッド化を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための第１の形態は、
架線からの交流電力、或いは、前記架線からの交流電力及びバッテリの出力電力の両方をもとに走行する架線モードと、前記バッテリ（例えば、図１のバッテリ６０Ａ）の出力電力をもとに走行するバッテリモードとを切替可能な電気車用電源システム（例えば、図１の電源システム１Ａ）であって、
主変圧器の２次巻線に接続された第１コンバータ部（例えば、図１の主回路側コンバータ３１Ａ）及び第１インバータ部（例えば、図１のインバータ３２Ａ）を有し、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路（例えば、図１の主変換回路３０Ａ）と、
前記主変圧器の３次巻線に接続された第２コンバータ部（例えば、図１の補機側コンバータ４１Ａ）及び第２インバータ部（例えば、図１の静止形インバータ４２Ａ）を有し、補機に電力を供給する補機用変換回路（例えば、図１の補機用変換回路４０Ａ）と、
制御装置（例えば、図１の制御部７０Ａ）と、
を備え、
前記バッテリは、前記主変換回路の直流リンク部に接続され、
前記制御装置は、
前記第１コンバータ部を位相同期整流動作させて前記架線モードに切り替える架線モード切替手段と、
前記第１コンバータ部の一次側の発生電力が前記主変換器を介して前記第２コンバータ部に印加するように前記第１コンバータ部をＣＶＣＦインバータ動作させて前記バッテリモードに切り替えるバッテリモード切替手段と、
を有する、
電気車用電源システムである。
【０００７】
また、他の形態として、
主変圧器の２次巻線に接続された第１コンバータ部及び第１インバータ部を有して主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、前記主変圧器の３次巻線に接続された第２コンバータ部及び第２インバータ部を有して補機に電力を供給する補機用変換回路と、前記主変換回路の直流リンク部に接続されたバッテリとを備えた電気車用電源システムにおいて、架線からの交流電力、或いは、前記架線からの交流電力及び前記バッテリの出力電力の両方をもとに走行する架線モードと、前記バッテリの出力電力をもとに走行するバッテリモードとを切り替えて電力供給を制御する電力供給制御方法であって、
前記第１コンバータ部を位相同期整流動作させて前記架線モードに切り替えるステップと、
前記第１コンバータ部の一次側の発生電力が前記主変圧器を介して前記第２コンバータ部に印加するように前記第１コンバータ部をＣＶＣＦインバータ動作させて前記バッテリモードに切り替えるステップと、
を含む電力供給制御方法を構成しても良い。
【０００８】
この第１の形態等によれば、主電動機に電力を供給する主変換回路と、補機に電力を供給する補機用変換回路との他に、主変換回路の直流リンク部に接続されたバッテリを備え、架線からの交流電力、或いは、架線からの交流電力及びバッテリの出力電力の両方をもとに走行する架線モードと、バッテリの出力電圧をもとに走行するバッテリモードとを切り替え可能な電気車用電源システムが実現される。
【０００９】
すなわち、架線モードでは、架線からの交流電力が、第１コンバータ部の位相同期整流動作によって主電動機に供給されるとともに、補機用変換回路にも供給される。また、バッテリモードでは、主変換回路の直流リンク部に印加されたバッテリからの直流電力が、主電動機に供給されるとともに、第１コンバータ部のＣＶＣＦインバータ動作によって主変圧器を介して補機用変換回路にも供給される。これにより、交流区間を走行可能な電気車における架線・バッテリハイブリッド化が実現される。
【００１０】
また、第２の形態として、第１の形態の電気車用電源システムであって、
前記制御装置は、電気車の停止時に、前記架線からの交流電力をもとに前記第１コンバータ部に前記バッテリへの充電電力を供給させる急速充電制御手段を有する、
電気車用電源システムを構成しても良い。
【００１１】
この第２の形態によれば、電気車の停止時に、架線からの交流電力をもとに、バッテリの急速充電を行うことができる。つまり、架線からの供給電力が、第１コンバータ部を介して、主変換回路の直流リンク部に接続されているバッテリに供給される。また、架線からの交流電力を用いることで、大容量の充電電力をバッテリに供給できるため、急速充電が可能となる。
【００１２】
第３の形態は、
架線からの交流電力、或いは、前記架線からの交流電力及びバッテリの出力電力の両方をもとに走行する架線モードと、前記バッテリ（例えば、図１０のバッテリ６０Ｂ）の出力電力をもとに走行するバッテリモードとを切替可能な電気車用電源システム（例えば、図１０の電源システム１Ｂ）であって、
主変圧器の２次巻線に接続された第１コンバータ部（例えば、図１０の主回路側コンバータ３１Ｂ）及び第１インバータ部（例えば、図１０のインバータ３２Ｂ）を有し、主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路（例えば、図１０の主変換回路３０Ｂ）と、
前記主変圧器の３次巻線に接続された第２コンバータ部（例えば、図１０の補機側コンバータ４１Ｂ）及び第２インバータ部（例えば、図１０の静止形インバータ４２Ｂ）を有し、補機に電力を供給する補機用変換回路（例えば、図１０の補機用変換回路４０Ｂ）と、
制御装置（例えば、図１０の制御部７０Ｂ）と、
を備え、
前記バッテリは、前記補機用変換回路の直流リンク部に接続され、
前記制御装置は、
前記第２コンバータ部を位相同期整流動作させて前記架線モードに切り替える架線モード切替手段と、
前記第２コンバータ部の一次側の発生電力が前記主変換器を介して前記第１コンバータ部に印加されるように前記第２コンバータ部をＣＶＣＦインバータ動作させて前記バッテリモードに切り替えるバッテリモード切替手段と、
を有する、
電気車用電源システムである。
【００１３】
また、他の形態として、
主変圧器の２次巻線に接続された第１コンバータ部及び第１インバータ部を有して主電動機を駆動する電力を供給する主変換回路と、前記主変圧器の３次巻線に接続された第２コンバータ部及び第２インバータ部を有して補機に電力を供給する補機用変換回路と、前記補機用変換回路の直流リンク部に接続されたバッテリとを備えた電気車用電源システムにおいて、架線からの交流電力、或いは、前記架線からの交流電力及び前記バッテリの出力電力の両方をもとに走行する架線モードと、前記バッテリの出力電力をもとに走行するバッテリモードとを切り替えて電力供給を制御する電力供給制御方法であって、
前記第２コンバータ部を位相同期整流動作させて前記架線モードに切り替えるステップと、
前記第２コンバータ部の一次側の発生電力が前記主変換器を介して前記第１コンバータ部に印加されるように前記第２コンバータ部をＣＶＣＦインバータ動作させて前記バッテリモードに切り替えるステップと、
を含む電力供給制御方法を構成しても良い。
【００１４】
この第３の形態等によれば、主電動機に電力を供給する主変換回路と、補機に電力を供給する補機用変換回路との他に、補機用変換回路の直流リンク部に接続されたバッテリを備え、架線からの交流電力、或いは、架線からの交流電力及びバッテリの出力電流の両方をもとに走行する架線モードと、バッテリの出力電圧をもとに走行するバッテリモードとを切り替え可能な電気車用電源システムが実現される。
【００１５】
すなわち、架線モードでは、架線からの交流電力が、主変換回路に供給されるとともに、第２コンバータ部の位相同期整流動作によって補機にも供給される。また、バッテリモードでは、補機用変換回路の直流リンク部に印加されたバッテリからの直流電力が、第２コンバータ部のＣＶＣＦインバータ動作によって主変圧器を介して主変換回路に供給されるとともに、補機にも供給される。これにより、交流区間を走行可能な電気車における架線・バッテリハイブリッド化が実現される。
【００１６】
また、第４の形態として、第３の形態の電気車用電源システムであって、
前記制御装置は、電気車の停止時に、前記架線からの交流電力をもとに前記第２コンバータ部に、補機への供給電力に加えて、前記バッテリへの充電電力を供給させる急速充電制御手段を有する、
電気車用電源システムを構成しても良い。
【００１７】
この第４の形態によれば、電気車の停止時に、架線からの交流電力をもとに、バッテリの急速充電を行うことができる。つまり、架線からの交流電力が、第２コンバータ部を介して、補機用変換回路の直流リンク部に接続されているバッテリに供給される。また、架線からの交流電力を用いることで、大容量の充電電流をバッテリに供給できるため、急速充電が可能となる。
【００１８】
また、第５の形態として、第１〜第４の何れかの形態の電気車用電源システムであって、
前記バッテリは、前記架線モード時に前記直流リンク部に供給されている電力で充電可能に構成されている、
電気車用電源システムを構成しても良い。
【００１９】
この第５の形態によれば、架線モード時に、バッテリが接続されている直流リンク部に供給されている電力で、バッテリを充電することができる。
【００２０】
また、第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の電気車用電源システムであって、
前記バッテリと前記直流リンク部とを接続する遮断器（例えば、図１，図１０の高速度遮断器ＢＨＢ）を更に備え、
前記架線モード切替手段は、前記架線モードへの切り替えに際して、前記遮断器を開放することで前記架線からの交流電力をもとに走行する純架線モードとし、前記遮断器を投入することで前記架線からの交流電力及び前記バッテリの出力電力の両方をもとに走行するハイブリッド架線モードとし、
前記バッテリモード切替手段は、前記遮断器を投入して前記バッテリモードに切り替える、
記載の電気車用電源システムを構成しても良い。
【００２１】
この第６の形態によれば、バッテリと直流リンク部とは遮断器を介して接続されており、この遮断器が投入／開放されて、架線モード／バッテリモードが切り替えられる。すなわち、架線モードでは、遮断器を開放することで、バッテリと直流リンク部とが切り離され、架線からの交流電力のみが主電動機に供給される純架線モードとされ、遮断器を投入することで、バッテリと直流リンク部が接続され、架線からの交流電力及びバッテリの出力電力が主電動機に供給されるハイブリッド架線モードとされる。また、バッテリモードでは、遮断器を投入することでバッテリと直流リンク部が接続され、バッテリからの直流電力が主電動機及び補機に供給される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態における電源システムの構成図。
【図２】架線モードにおける電力供給動作の説明図。
【図３】バッテリモードにおける電力供給動作の説明図。
【図４】バッテリの急速充電の際の電力供給動作の説明図。
【図５】架線モードでの起動の際の制御手順の説明図。
【図６】架線モードからバッテリモードへの切り替えの際の制御手順の説明図。
【図７】バッテリモードから架線モードへの切り替えの際の制御手順の説明図。
【図８】バッテリモードでの起動の際の制御手順の説明図。
【図９】バッテリの急速充電の際の制御手順の説明図。
【図１０】第２実施形態における電源システムの構成図。
【図１１】架線モードにおける電力供給動作の説明図。
【図１２】バッテリモードにおける電力供給動作の説明図。
【図１３】バッテリの急速充電の際の電力供給動作の説明図。
【図１４】架線モードでの起動の際の制御手順の説明図。
【図１５】架線モードからバッテリモードへの切り替えの際の制御手順の説明図。
【図１６】バッテリモードから架線モードへの切り替えの際の制御手順の説明図。
【図１７】バッテリモードでの起動の際の制御手順の説明図。
【図１８】バッテリの急速充電の際の制御手順の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下では、本発明を適用した電車の回路構成について説明するが、ＬＲＶや機関車にも本発明の適用は可能である。すなわち、本発明の適用可能な実施形態は以下に限定されるものではない。また、理解を容易にするために、電圧の一例を示して説明するが、本発明を適用可能な実施形態は、以下説明する電圧に限られるものでないことは勿論である。
【００２４】
［第１実施形態］
＜構成＞
図１は、第１実施形態における電源システム１Ａの回路構成図である。図１によれば、電源システム１Ａは、真空遮断器ＶＣＢと、主変圧器２０と、主変換回路３０Ａと、補機用変換回路４０Ａと、バッテリ６０Ａと、高速度遮断器ＢＨＢと、リアクトルＬと、制御部７０Ａとを備えて構成される。
【００２５】
主変圧器２０の１次巻線２１は、真空遮断器ＶＣＢを介してパンタグラフ２と接続され、２次巻線２２は、主回路側コンバータ３１Ａの入力端（一次側）に接続され、３次巻線２３は、補機側コンバータ４１Ａの入力端（一次側）に接続されている。この主変圧器２０は、１次巻線２１に架線電圧の「２００００Ｖ」の単相交流電圧が印加されると、２次巻線２２に「１０００Ｖ」の単相交流電圧が発生し、３次巻線２３に「４４０Ｖ」の単相交流電圧が発生するように、１次巻線２１と、２次巻線２２及び３次巻線２３それぞれとの巻線比が構成されている。
【００２６】
主変換回路３０Ａは、主電動機４を駆動するための電力供給系統であり、主回路側コンバータ３１Ａと、インバータ３２Ａとを有している。
【００２７】
主回路側コンバータ３１Ａの入力端（一次側）は、主変圧器２０の２次巻線２２に接続され、出力端（二次側）は、インバータ３２Ａの入力端（一次側）に接続されている。主回路側コンバータ３１Ａは、入力端（一次側）に入力される交流電圧（単相１０００Ｖ）を直流電圧（１５００Ｖ又は１８００Ｖ）に変換する位相同期方式のＰＷＭコンバータとして機能する（順方向運転）。また、この主回路側コンバータ３１Ａは、出力端（二次側）から直流電力を入力して、交流電力（単相１０００Ｖ）に変換して入力端（一次側）から出力するＰＷＭインバータとして機能することも可能である（逆方向運転）。
【００２８】
インバータ３２Ａの入力端（一次側）は、主回路側コンバータ３１Ａの出力端（二次側）に接続され、出力端（二次側）は、主電動機４に接続されている。このインバータ３２Ａは、入力端（一次側）に入力される直流電力を、三相交流電力に変換して主電動機４に駆動電力を供給する。
【００２９】
主電動機４は、インバータ３２Ａから電力が供給されることで車軸を回転させる主電動機（メインモータ）であり、例えば三相誘導電動機で実現される。なお、図１では１台のインバータ３２Ａで４台の電動機を制御する１Ｃ４Ｍ方式を図示しているが、これは一例であり、１Ｃ１Ｍ方式などの他の方式にも本実施形態を適用可能であることは勿論である。
【００３０】
補機用変換回路４０Ａは、空調装置や照明装置といった補助的な機器（補機）を駆動するための電力供給系統であり、補機側コンバータ４１Ａと、静止形インバータ４２Ａとを有している。
【００３１】
補機側コンバータ４１Ａの入力端（一次側）は、主変圧器２０の３次巻線２３に接続され、出力端（二次側）は、静止形インバータ４２Ａの入力端（一次側）に接続されている。補機側コンバータ４１Ａは、入力端（一次側）に入力される交流電力（単相４４０Ｖ）を直流電力（９００Ｖ）に変換する位相同期方式のＰＷＭコンバータとして機能する（順方向運転）。
【００３２】
静止形インバータ４２Ａは、入力端（一次側）に入力された直流電力（９００Ｖ）を交流電力（三相４４０Ｖ）に変換して補機に供給する。
【００３３】
バッテリ６０Ａは、例えばリチウムイオンバッテリ等のバッテリセルを複数接続したバッテリモジュールであり、定格電圧が「１５００Ｖ」に構成されている。このバッテリ６０Ａは、高速度遮断器ＢＨＢ及びリアクトルＬを介して、主変換回路３０Ａの直流リンク部（主回路側コンバータ３１Ａとインバータ３２Ａとの間）に接続されている。
【００３４】
制御部７０Ａは、ＣＰＵや各種メモリ（ＲＯＭやＲＡＭ等）から構成されるコンピュータや各種の電子回路によって実現され、制御装置として機能する。この制御部７０Ａは、後述する走行モードの切替制御を行う。具体的には、主回路側コンバータ３１Ａや補機側コンバータ４１Ａ、インバータ３２Ａ、静止形インバータ４２Ａそれぞれの動作を制御するとともに、真空遮断器ＶＣＢや高速度遮断器ＢＨＢそれぞれの投入／開放、パンタグラフ２の上昇／下降を制御する。
【００３５】
＜走行モード＞
電源システム１Ａにおける走行モードを説明する。走行モードには、「架線モード」及び「バッテリモード」の２種類がある。
【００３６】
（Ａ）架線モード
架線モードは、架線から供給される交流電力（単相２００００Ｖ）、或いは、架線からの交流電力及びバッテリの出力電力の両方によって主電動機４を駆動して走行するモードである。
【００３７】
図２は、架線モードにおける電源システム１Ａの電力供給動作を示す図である。架線モードでは、パンタグラフ２が上昇して架線に接触し、真空遮断器ＶＣＢが投入されている。また、高速度遮断器ＢＨＢは開放されている。そして、主回路側コンバータ３１Ａ、及び、補機側コンバータ４１Ａは、ともに位相同期整流動作をするように制御されている。
【００３８】
電気の流れを見ると、架線電圧である交流電圧（単相２００００Ｖ）が主変圧器２０の１次巻線２１に印加され、２次巻線２２に交流電圧（単相１０００Ｖ）が発生し、３次巻線２３に交流電圧（単相４４０Ｖ）が発生している。
【００３９】
２次巻線２２に発生した交流電圧（単相１０００Ｖ）は、主回路側コンバータ３１Ａによって直流電圧（１８００Ｖ）に変換され、更にインバータ３２Ａによって三相交流電圧に変換されて主電動機４に供給される。一方、３次巻線２３に発生した交流電圧（単相４４０Ｖ）は、補機側コンバータ４１Ａによって直流電圧（９００Ｖ）に変換され、静止形インバータ４２Ａに供給される。
【００４０】
なお、同図では、高速度遮断器ＢＨＢを開放し、架線からの交流電力のみで主電動機４を駆動する場合を示しているが（純架線モード）、架線からの交流電力に加えて、バッテリ６０Ａの蓄積電力（直流電力）を併用することもできる（ハイブリッド架線モード）。この場合には、高速度遮断器ＢＨＢは投入され、主回路側コンバータ３１Ａの出力端（二次側）の出力電圧は、バッテリ６０Ａの出力電圧に等しい電圧（１５００Ｖ）に制御される。またこの場合、バッテリ６０Ａが主変換回路３０Ａの直流リンク部に接続されているため、バッテリ６０Ａの充電状態に応じて、主回路側コンバータ３１Ａの出力端（二次側）の出力電流によってバッテリ６０Ａが充電されたり、或いは、バッテリ６０Ａの蓄積電力が、主回路側コンバータ３１Ａの出力端（二次側）の出力電力に重畳されてインバータ３２Ａに供給される。
【００４１】
（Ｂ）バッテリモード
バッテリモードは、バッテリ６０Ａの蓄積電力によって主電動機４を駆動して走行するモードである。
【００４２】
図３は、バッテリモードにおける電源システム１Ａの電力供給動作を示す図である。バッテリモードでは、パンタグラフ２は下降され、真空遮断器ＶＣＢは開放されている。また、高速度遮断器ＢＨＢは、投入されている。そして、主回路側コンバータ３１Ａは、ＣＶＣＦ（Constant Voltage Constant Frequency：定電圧定周波数）インバータ動作するように制御され、補機側コンバータ４１Ａは、位相同期整流動作するように制御されている。
【００４３】
電気の流れをみると、バッテリ６０Ａの放電電圧（１５００Ｖ）が、インバータ３２Ａによって三相交流電力に変換されて主電動機４に供給される。また、バッテリ６０Ａの放電電圧（１５００Ｖ）は、主回路側コンバータ３１Ａによって交流電圧（単相１０００Ｖ）に変換され、主変圧器２０の２次巻線２２に印加される。
【００４４】
主変圧器２０の２次巻線２２に交流電圧（単相１０００Ｖ）が印加されることで、１次巻線２１を介して、３次巻線２３に交流電圧（単相４４０Ｖ）が発生する。主変圧器２０の３次巻線２３に発生した交流電圧（単相４４０Ｖ）は、補機側コンバータ４１Ａによって直流電圧（９００Ｖ）に変換され、静止形インバータ４２Ａに供給される。
【００４５】
（Ｃ）急速充電
続いて、架線の供給電力によってバッテリ６０Ａを急速充電する場合を説明する。この急速充電は、例えば所定の充電駅（充電可能な駅）の停車中に行われる。
【００４６】
図４は、急速充電の際の電源システム１Ａの電力供給動作を示す図である。急速充電の際には、停車中であるため、インバータ３２Ａは停止している。パンタグラフ２が上昇して架線に接触し、真空遮断器ＶＣＢが投入されている。また、高速度遮断器ＢＨＢは、投入されている。そして、主回路側コンバータ３１Ａ、及び、補機側コンバータ４１Ａは、ともに、位相同期整流動作をするように制御されている。
【００４７】
電気の流れを見ると、架線から供給される交流電圧（単相２００００Ｖ）が、主変圧器２０の１次巻線２１に印加され、２次巻線２２に交流電圧（単相１０００Ｖ）が発生し、３次巻線２３に交流電圧（単相４４０Ｖ）が発生している。
【００４８】
２次巻線２２に発生した交流電圧（単相１０００Ｖ）は、主回路側コンバータ３１Ａによって直流電圧（１５００Ｖ）に変換され、バッテリ６０Ａが充電される。このとき、主回路側コンバータ３１Ａの変調率制御によって、その出力端（二次側）からの出力電流（すなわち、バッテリ６０Ａの充電電流）が制御される。また、主変圧器２０の３次巻線２３に発生した交流電圧（単相４４０Ｖ）は、補機側コンバータ４１Ａによって直流電圧（９００Ｖ）に変換され、静止形インバータ４２Ａに供給される。
【００４９】
＜走行モードの切り替え＞
次に、これらの走行モードの切り替えの際の制御手順を説明する。この制御は、制御部７０Ａによってなされる。
【００５０】
（ａ）架線モードでの起動
図５は、停車中から架線モードで起動する際の制御手順である。但し、停車中であるため、パンタグラフ２は下降され、真空遮断器ＶＣＢは開放されている。また、高速度遮断器ＢＨＢは、開放されている。そして、主回路側コンバータ３１Ａ、及び、補機側コンバータ４１Ａは、ともに動作停止している。
【００５１】
先ず、パンタグラフ２を上昇させた後（ステップＡ１）、真空遮断器ＶＣＢを投入する（ステップＡ３）。これにより、主変圧器２０の１次巻線２１に、架線電圧である「単相２００００Ｖ」の交流電圧が印加され、２次巻線２２に「単相１０００Ｖ」の交流電圧が発生し、３次巻線２３に「単相４４０Ｖ」の交流電圧が発生する。
【００５２】
次いで、架線モードにおいてバッテリ６０Ａを併用するか否か（ハイブリッド架線モードであるか純架線モードであるか）を判断し、併用するハイブリッド架線モードならば（ステップＡ５：ＹＥＳ）、高速度遮断器ＢＨＢを投入した後（ステップＡ７）、主回路側コンバータ３１Ａを、変調率制御によって出力電圧がバッテリ６０Ａの出力電圧に等しい「直流１５００Ｖ」となるように、位相同期整流動作させる（ステップＡ９）。一方、バッテリ６０Ａを併用しない純架線モードならば（ステップＡ５：ＮＯ）、主回路側コンバータ３１Ａを、変調率制御によって出力電圧が「直流１８００Ｖ」となるように、位相同期整流動作させる（ステップＡ１１）。
【００５３】
続いて、補機側コンバータ４１Ａを、変調率制御によって出力電圧が「直流９００Ｖ」となるように、位相同期整流動作させる（ステップＡ１３）。その後、インバータ３２Ａを起動する（ステップＡ１５）。すると、インバータ３２Ａによって、主回路側コンバータ３１Ａから出力される「１８００Ｖ」の直流電力が三相交流電力に変換されて、主電動機４に供給される。架線モードでの起動は、このように行われる。
【００５４】
（ｂ）架線モードからバッテリモードへ切り替え
図６は、架線モードからバッテリモードへ切り替える場合の制御手順である。先ず、インバータ３２Ａを停止させる（ステップＢ１）。次いで、架線モードにおいてバッテリ６０Ａが併用されているか否か（ハイブリッド架線モードであるか純架線モードであるか）を判断し、併用されていない純架線モードであるならば（ステップＢ３：ＮＯ）、主回路側コンバータ３１Ａを、変調率制御によって、出力電圧がバッテリ電圧に等しい「直流１５００Ｖ」となるように、動作変更させる（ステップＢ５）。そして、高速度遮断器ＢＨＢを投入する（ステップＢ７）。これにより、バッテリ６０Ａから放電される直流電圧（１５００Ｖ）が、主変換回路３０Ａの直流リンク部に供給される。また、架線モードがバッテリ６０Ａを併用しているハイブリッド架線モードであるならば（ステップＢ３：ＹＥＳ）、ステップＢ５，Ｂ７をスキップする。
【００５５】
続いて、主回路側コンバータ３１Ａを、ＣＶＣＦ制御によるインバータ動作に変更させる（ステップＢ９）。そして、真空遮断器ＶＣＢを開放させた後（ステップＢ１１）、パンタグラフ２を下降させる（ステップＢ１３）。その後、インバータ３２Ａを起動（再起動）させる（ステップＢ１５）。架線モードからバッテリモードへの切り替えは、このように行われる。
【００５６】
（ｃ）バッテリモードから架線モードへ切り替え
図７は、バッテリモードから架線モードへ切り替える場合の制御手順である。まず、インバータ３２Ａを停止させる（ステップＣ１）。次いで、パンタグラフ２を上昇させた後（ステップＣ３）、真空遮断器ＶＣＢを投入する（ステップＣ５）。そして、主回路側コンバータ３１Ａを、変調率制御によって、出力電圧が「直流１５００Ｖ」となるように、位相同期整流動作に変更する（ステップＣ７）。
【００５７】
続いて、架線モードにおいてバッテリ６０Ａを併用するか否か（ハイブリッド架線モードであるか純架線モードであるか）を判断し、併用しない純架線モードならば（ステップＣ９：ＮＯ）、高速度遮断器ＢＨＢを開放した後（ステップＣ１１）、主回路側コンバータ３１Ａを、変調率制御によって出力電圧が「直流１８００Ｖ」となるように動作変更する（ステップＣ１３）。また、バッテリ６０Ａを併用するハイブリッド架線モードならば（ステップＣ９：ＹＥＳ）、ステップＣ１１，Ｃ１３をスキップする。その後、インバータ３２Ａを起動（再起動）する（ステップＣ１５）。バッテリモードから架線モードへの切り替えは、このように行われる。
【００５８】
（ｄ）バッテリモードでの起動
図８は、バッテリモードで起動する場合の制御手順である。但し、停車中であるため、パンタグラフ２は下降され、真空遮断器ＶＣＢは開放されている。また、高速度遮断器ＢＨＢは、開放されている。そして、主回路側コンバータ３１Ａ、及び、補機側コンバータ４１Ａ、インバータ３２Ａは、ともに動作停止している。
【００５９】
先ず、高速度遮断器ＢＨＢを投入する（ステップＤ１）。次いで、主回路側コンバータ３１Ａを、ＣＶＣＦ制御によって、出力電圧が「単相１０００Ｖ」の交流電圧となるように、インバータ動作させる（ステップＤ３）。また、補機側コンバータ４１Ａを、変調率制御によって、出力電圧が「直流９００Ｖ」となるように位相同期整流動作させる（ステップＤ５）。その後、インバータ３２Ａを起動する（ステップＤ７）。バッテリモードでの起動は、このように行われる。
【００６０】
（ｅ）急速充電
図９は、停車中にバッテリ６０Ａを急速充電する際の制御手順である。但し、直前の走行モードが「バッテリモード」であるとする。すなわち、パンタグラフ２は下降され、真空遮断器ＶＣＢは開放されている。また、高速度遮断器ＢＨＢは投入されている。そして、主回路側コンバータ３１Ａは、ＣＶＣＦインバータ動作し、補機側コンバータ４１Ａは、位相同期整流動作している。
【００６１】
先ず、インバータ３２Ａを停止させる（ステップＥ１）。次いで、パンタグラフ２を上昇させた後（ステップＥ３）、真空遮断器ＶＣＢを投入する（ステップＥ５）。次いで、主回路側コンバータ３１Ａを、出力電流が「０（ゼロ）」となるように、変調率制御による位相同期整流動作に変更させる（ステップＥ７）。
【００６２】
続いて、主回路側コンバータ３１Ａを、所与の充電電流指令に応じた出力電流（充電電流）となるように、変調率制御による位相同期整流動作をさせて、バッテリ６０Ａの充電を開始する（ステップＥ９）。バッテリ６０Ａの充電が完了すると（ステップＥ１１）、主回路側コンバータ３１Ａを、出力電流が「０（ゼロ）」となるように、変調率制御による位相同期整流動作させる（ステップＥ１３）。
【００６３】
続いて、次の走行モードを判断し、「バッテリモード」ならば（ステップＥ１５：バッテリ）、主回路側コンバータ３１Ａを、ＣＶＣＦ制御によるインバータ動作に変更する（ステップＥ１７）。そして、真空遮断器ＶＣＢを開放した後（ステップＥ１９）、パンタグラフ２を下降させる（ステップＥ２１）。その後、インバータ３２Ａを起動（再起動）する（ステップＥ３１）。
【００６４】
一方、次の走行モードが「架線モード」であり（ステップＥ１５：架線）、且つ、バッテリ６０Ａを併用しない純架線式ならば（ステップＥ２３：ＮＯ）、高速度遮断器ＢＨＢを開放した後（ステップＥ２５）、主回路側コンバータ３１Ａを、変調率制御によって、出力電圧が「直流１８００Ｖ」となるように、位相同期整流動作させる（ステップＥ２７）。その後、インバータ３２Ａを起動（再起動）する（ステップＥ３１）。
【００６５】
また、バッテリ６０Ａを併用するバッテリ併用式ならば（ステップＥ２３：ＹＥＳ）、主回路側コンバータ３１Ａを、変調率制御によって、出力電圧が「直流１５００Ｖ」となるように、位相同期整流動作させる（ステップＥ２９）。その後、インバータ３２Ａを起動（再起動）する（ステップＥ３１）。急速充電は、このように行われる。
【００６６】
＜作用効果＞
このように、第１実施形態の電源システム１Ａは、主電動機に駆動電力を供給する主変換回路３０Ａと、補機に電力を供給する補機用変換回路４０Ａとを備えるとともに、主変換回路３０Ａの直流リンク部（主回路側コンバータ３１Ａとインバータ３２Ａとの間）に、高速度遮断器ＢＨＢを介してバッテリ６０Ａが接続されて構成される。これにより、架線からの供給電力（交流電力）のみ、或いは、架線の供給電力及びバッテリ６０Ａの出力電力の両方によって主電動機４を駆動して走行する架線モードと、バッテリ６０Ａの蓄電電力（直流電力）のみによって主電動機４を駆動して走行するバッテリモードとの切り替えが可能となる。架線モードでは、交流区間を走行する電気車の架線・バッテリハイブリッド化が実現される。
【００６７】
また、バッテリ６０Ａが主変換回路３０Ａの直流リンク部に接続されているため、回生時には、主電動機４で発生した電力をバッテリ６０Ａに蓄積することが可能となる。回生エネルギーをバッテリ６０Ａに蓄積することで、回生失効を防止し、エネルギーの有効利用が可能となる。
【００６８】
＜変形例＞
なお、第１実施形態において、バッテリ６０Ａを、定格電圧が「１８００Ｖ」のバッテリで構成しても良い。この場合、高速度遮断器ＢＨＢの投入／開放、すなわち、バッテリ６０Ａが主変換回路３０Ａの直流リンク部に接続されているか否かに関わらず、主回路側コンバータ３１Ａを位相同期整流動作させるときの出力端（二次側）の出力電圧を、「１８００Ｖ」、すなわちバッテリ６０Ａの定格電圧とすることができる。
【００６９】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態を説明する。第２実施形態は、上述の第１実施形態において、バッテリを補機用変換回路の直流リンク部に接続構成とした実施形態である。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同一の構成要素については同符号を付し、詳細な説明を省略或いは簡略する。
【００７０】
＜構成＞
図１０は、第２実施形態における電源システム１Ｂの回路構成図である。図１０によれば、電源システム１Ｂは、真空遮断器ＶＣＢと、主変圧器２０と、主変換回路３０Ｂと、補機用変換回路４０Ｂと、バッテリ６０Ｂと、高速度遮断器ＢＨＢと、リアクトルＬと、制御部７０Ｂとを備えて構成される。
【００７１】
バッテリ６０Ｂは、定格電圧は「７５０Ｖ」に構成されている。また、バッテリ６０Ｂは、高速度遮断器ＢＨＢ、リアクトルＬを介して、補機用変換回路４０Ｂの直流リンク部（補機側コンバータ４１Ｂと静止形インバータ４２Ｂとの間）に接続されている。
【００７２】
主変換回路３０Ｂは、主回路側コンバータ３１Ｂと、インバータ３２Ｂとを有している。第２実施形態において主回路側インバータ３１Ｂは、位相同期整流動作のみを行う。
【００７３】
補機用変換回路４０Ｂは、補機側コンバータ４１Ｂと、静止形インバータ４２Ｂとを有している。補機側コンバータ４１Ｂは、位相同期整流動作及びＣＶＣＦインバータ動作を切り替え可能に構成されている。
【００７４】
＜走行モード＞
電源システム１Ｂにおける走行モードを説明する。
【００７５】
（Ａ）架線モード
図１１は、架線モードにおける電源システム１Ｂの電力供給動作を示す図である。架線モードでは、パンタグラフ２が上昇して架線に接触し、真空遮断器ＶＣＢが投入されている。また、高速度遮断器ＢＨＢは開放されている。そして、主回路側コンバータ３１Ｂ及び補機側コンバータ４１Ｂは、ともに位相同期整流動作をするように制御されている。
【００７６】
電気の流れを見ると、架線電圧である交流電圧（単相２００００Ｖ）が主変圧器２０の１次巻線２１に印加され、２次巻線２２に交流電圧（単相１０００Ｖ）が発生し、３次巻線２３に交流電圧（単相４４０Ｖ）が発生している。
【００７７】
２次巻線２２に発生した交流電圧（単相１０００Ｖ）は、主回路側コンバータ３１Ｂによって直流電圧（１８００Ｖ）に変換され、更にインバータ３２Ｂによって三相交流電圧に変換されて主電動機４に供給される。一方、３次巻線２３に発生した交流電圧（単相４４０Ｖ）は、補機側コンバータ４１Ｂによって直流電圧（７５０Ｖ）に変換され、静止形インバータ４２Ｂに供給される。
【００７８】
なお、同図では、高速度遮断器ＢＨＢを開放する場合（純架線モード）を示しているが、高速度遮断器ＢＨＢを投入することもできる（ハイブリッド架線モード）。この場合、バッテリ６０Ｂの充電状態に応じて、補機側コンバータ４１Ｂの出力端（二次側）の出力電流制御によってバッテリ６０Ｂが充電されたり、或いは、バッテリ６０Ｂの蓄積電力が、補機側コンバータ４１Ｂの出力端（二次側）の出力電流に重畳されて、静止形インバータ４２Ｂに供給される。
【００７９】
（Ｂ）バッテリモード
図１２は、バッテリモードにおける電源システム１Ｂの電力供給動作を示す図である。バッテリモードでは、パンタグラフ２は下降され、真空遮断器ＶＣＢは開放されている。また、高速度遮断器ＢＨＢは、投入されている。そして、主回路側コンバータ３１Ｂは、位相同期整流動作するように制御され、補機側コンバータ４１Ｂは、ＣＶＣＦインバータ動作するように制御されている。
【００８０】
電気の流れを見ると、バッテリ６０Ｂの放電電圧（７５０Ｖ）が、補機用変換回路４０Ｂの直流リンク部に印加され、静止形インバータ４２Ｂに供給されるともに、補機側コンバータ４１ＢのＣＶＣＦインバータ動作によって交流電圧（単相４４０Ｖ）に変換され、主変圧器２０の３次巻線２３に印加される。
【００８１】
三次巻線に交流電圧（単相４４０Ｖ）が印加されることで、１次巻線２１を介して、２次巻線２２に交流電圧（単相１０００Ｖ）が発生する。２次巻線２２に発生した交流電圧（単相１０００Ｖ）は、主回路側コンバータ３１Ｂによって直流電圧（単相１８００Ｖ）に変換されてインバータ３２Ｂに供給され、更に、インバータ３２Ｂによって三相交流電力に変換されて主電動機４に供給される。
【００８２】
（Ｃ）急速充電
図１３は、急速充電の際の電源システム１Ｂの電力供給動作を示す図である。急速充電の際には、停車中であるため、インバータ３２Ｂは停止している。パンタグラフ２が上昇して架線に接触し、真空遮断器ＶＣＢが投入されている。また、高速度遮断器ＢＨＢは、投入されている。そして、主回路側コンバータ３１Ｂ、及び、補機側コンバータ４１Ｂは、ともに、位相同期整流動作をするように制御されている。
【００８３】
電気の流れを見ると、架線から供給される交流電圧（単相２００００Ｖ）が、主変圧器２０の１次巻線２１に印加され、２次巻線２２に交流電圧（単相１０００Ｖ）が発生し、３次巻線２３に交流電圧（単相４４０Ｖ）が発生している。
【００８４】
３次巻線２３に発生した交流電圧（単相４４０Ｖ）は、補機側コンバータ４１Ｂによって直流電圧（７５０Ｖ）に変換され、静止形インバータ４２Ｂに供給されるとともに、バッテリ６０Ｂが充電される。このとき、補機側コンバータ４１Ｂは、出力端（二次側）の出力電流が、静止形インバータ４２Ｂに供給するための補機負荷電流と、バッテリ６０Ｂを充電するための充電電流との和となるように制御される。
【００８５】
＜走行モードの切り替え＞
次に、第２実施形態における走行モードの切り替えの際の制御手順を説明する。この制御は、制御部７０Ｂによってなされる。
【００８６】
（ａ）架線モードでの起動
図１４は、停車中から架線モードで起動する際の制御手順である。但し、停車中であるため、パンタグラフ２は下降され、真空遮断器ＶＣＢは開放されている。また、高速度遮断器ＢＨＢは、開放されている。そして、主回路側コンバータ３１Ｂ、及び、補機側コンバータ４１Ｂは、ともに動作停止している。
【００８７】
先ず、パンタグラフ２を上昇させた後（ステップＡ１）、その後、真空遮断器ＶＣＢを投入する（ステップＡ３）。次いで、補機側コンバータ４１Ｂを、変調率制御によって出力電圧が「直流７５０Ｖ」となるように、位相同期整流動作させる（ステップＦ５）。続いて、主回路側コンバータ３１Ｂを、変調率制御によって出力電圧が「直流１８００Ｖ」となるように、位相同期整流動作させる（ステップＦ７）。その後、インバータ３２Ｂを起動する（ステップＡ１５）。架線モードでの起動は、このように行われる。
【００８８】
（ｂ）架線モードからバッテリモードへ切り替え
図１５は、架線モードからバッテリモードへ切り替える場合の制御手順である。先ず、インバータ３２Ｂを停止させる（ステップＢ１）。次いで、高速度遮断器ＢＨＢを投入する（ステップＧ３）。続いて、補機側コンバータ４１Ｂを、ＣＶＣＦ制御によるインバータ動作に変更させる（ステップＧ５）。そして、真空遮断器ＶＣＢを開放させた後（ステップＢ１１）、パンタグラフ２を下降させる（ステップＢ１３）。その後、インバータ３２Ｂを起動（再起動）させる（ステップＢ１５）。架線モードからバッテリモードへの切り替えは、このように行われる。
【００８９】
（ｃ）バッテリモードから架線モードへ切り替え
図１６は、バッテリモードから架線モードへ切り替える場合の制御手順である。まず、インバータ３２Ｂを停止させる（ステップＣ１）。次いで、パンタグラフ２を上昇させた後（ステップＣ３）、真空遮断器ＶＣＢを投入する（ステップＣ５）。そして、補機側コンバータ４１Ｂを、変調率制御によって、出力電圧が「７５０Ｖ」となるように、位相同期整流動作に変更する（ステップＨ７）。続いて、高速度遮断器ＢＨＢを開放した後（ステップＨ９）、インバータ３２Ｂを起動（再起動）する（ステップＣ１５）。バッテリモードから架線モードへの切り替えは、このように行われる。
【００９０】
（ｄ）バッテリモードでの起動
図１７は、バッテリモードで起動する場合の制御手順である。但し、停車中であるため、パンタグラフ２は下降され、真空遮断器ＶＣＢは開放されている。また、高速度遮断器ＢＨＢは、開放されている。そして、主回路側コンバータ３１Ｂ、及び、補機側コンバータ４１Ｂ、インバータ３２Ｂは、ともに動作停止している。
【００９１】
先ず、高速度遮断器ＢＨＢを投入する（ステップＤ１）。次いで、補機側コンバータ４１Ｂを、ＣＶＣＦ制御によるインバータ動作をさせる（ステップＩ３）。また、主回路側コンバータ３１Ｂを、変調率制御によって、出力電圧が「直流１８００Ｖ」となるように位相同期整流動作させる（ステップＩ５）。その後、インバータ３２Ｂを起動する（ステップＤ７）。バッテリモードでの起動は、このように行われる。
【００９２】
（ｅ）急速充電
図１８は、停車中にバッテリ６０Ｂを急速充電する際の制御手順である。但し、直前の走行モードが「バッテリモード」であるとする。すなわち、パンタグラフ２は下降され、真空遮断器ＶＣＢは開放されている。また、高速度遮断器ＢＨＢは投入されている。そして、主回路側コンバータ３１Ｂは、インバータ動作し、補機側コンバータ４１Ｂは、コンバータ動作している。
【００９３】
先ず、インバータ３２Ｂを停止させる（ステップＥ１）。次いで、パンタグラフ２を上昇させた後（ステップＥ３）、真空遮断器ＶＣＢを投入する（ステップＥ５）。次いで、補機側コンバータ４１Ｂを、出力電流が「０（ゼロ）」となるように、変調率制御による位相同期整流動作に変更させる（ステップＪ７）。続いて、補機側コンバータ４１Ｂを、所与の充電電流指令に応じた出力電流（充電電流）となるように変調率制御によって制御して、バッテリ６０Ｂを充電する（ステップＪ９）。バッテリ６０Ｂの充電が完了すると（ステップＪ１１）、補機側コンバータ４１Ｂを、出力電流が「０（ゼロ）」となるように変調率制御よって制御する（ステップＪ１３）。
【００９４】
続いて、次の走行モードを判断し、「バッテリモード」ならば（ステップＪ１５：バッテリ）、補機側コンバータ４１Ｂを、ＣＶＣＦ制御によるインバータ動作に変更する（ステップＪ１７）。そして、真空遮断器ＶＣＢを開放した後（ステップＪ１９）、パンタグラフ２を下降させる（ステップＪ２１）。その後、インバータ３２Ｂを起動（再起動）する（ステップＥ３１）。
【００９５】
一方、次の走行モードが「架線モード」ならば（ステップＪ１５：架線）、高速度遮断器ＢＨＢを開放した後（ステップＪ２３）、補機側コンバータ４１Ｂを、変調率制御によって、出力電圧が「直流７５０Ｖ」となるように位相同期整流動作に変更する（ステップＪ２５）。そして、インバータ３２Ｂを起動（再起動）する（ステップＥ３１）。急速充電は、このように行われる。
【００９６】
＜作用効果＞
このように、第２実施形態の電源システム１Ｂは、主変換回路３０Ｂと、補機用変換回路４０Ｂとを備えるとともに、補機用変換回路４０Ｂの直流リンク部（補機側コンバータ４１Ｂと静止形インバータ４２Ｂとの間）に、高速度遮断器ＢＨＢを介してバッテリ６０Ｂが接続されて構成される。これにより、架線からの供給電力（交流電力）のみ、或いは、架線の供給電力及びバッテリ６０Ｂの出力電力の両方によって主電動機４を駆動して走行する架線モードと、バッテリ６０Ｂの放電電力（直流電力）のみによって主電動機４を駆動して走行するバッテリモードとの切り替えが可能となる。交流区間を走行する電気車の架線・バッテリハイブリッド化が実現される。
【００９７】
［第１及び第２実施形態の共通の作用効果］
本実施形態の電源システム１Ａ，１Ｂを交流電気車に搭載することで、交流電気車の架線・バッテリハイブリッド化が可能となる。これにより、様々な作用効果が奏される。
【００９８】
例えば、架線モードとバッテリモードとの切り替えが可能となるため、架線の停電時にバッテリモードに切り替えることで、最寄り駅まで走行するといったことが可能となる。
【００９９】
また、交流区間では架線電圧が「２００００Ｖ〜２５０００Ｖ程度」と高いため、バッテリの急速充電時に、パンタ点に流れる電流が数十アンペアと小さくて済む。架線電圧が「１５００Ｖ程度」となる直流区間で急速充電を行おうとすると、大電流に対応した特殊な架線を用いる必要があるが、交流区間では通常（従来）のトロリー線で問題ない。例えば、１００ｋＷのバッテリ充電を行う場合には、５０Ａ（＝１００００Ｗ／２００００Ｖ）のパンタ点電流となる。
【０１００】
また、交流電気車ではあるが、バッテリモードに切り替えることで、直流区間でも走行できる。直流区間をバッテリモードで走行する際には、真空遮断器ＶＣＢを開放していることで、万が一、パンタグラフ２が上昇して架線に接触しても、架線電圧（直流電圧）が主変圧器２０に印加されることがないため、直流偏磁が発生しない。なお、交流電気車は高圧用に設計されているため、直流区間（１５００Ｖ程度）においてパンタグラフ２が上昇し、架線に接触したとしても、電圧的に問題が生じることは無い。
【符号の説明】
【０１０１】
１Ａ，１Ｂ  電源システム
ＶＣＢ  真空遮断器
２０  主変圧器、２１  一次巻線、２２  二次巻線、２３  三次巻線
３０Ａ，３０Ｂ  主変換回路
３１Ａ，３１Ｂ  主回路側コンバータ、３２Ａ，３２Ｂ  インバータ
４０Ａ，４０Ｂ  補機用変換回路
４１Ａ，４１Ｂ  補機側コンバータ、４２Ａ，４２Ｂ  静止形インバータ（ＳＩＶ）
６０Ａ，６０Ｂ  バッテリ、ＢＨＢ  高速度遮断器、Ｌ  リアクトル
７０Ａ，７０Ｂ  制御部
２  パンタグラフ、３  車輪、４  主電動機
【図１】
2014064397.tif 000003
【図２】
2014064397.tif 000004
【図３】
2014064397.tif 000005
【図４】
2014064397.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014064397.tif 000009
【図８】
2014064397.tif 000010
【図９】
2014064397.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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