(57)【要約】  電気機関車５０には、連結器２ｃ，２ｄ間に敷設される第１の制御線３ｆ、直流母線３ｃ，３ｄ、直流母線３ｃ，３ｄに接続される電力貯蔵装置６１および電力貯蔵装置６１に対する充放電制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータ６０が設けられる。無動力車両１には、連結器２ａを介して直流母線３ｃ，３ｄに接続される直流母線３ａ，３ｂ、第２の制御線３ｅ、遮断器５を介して直流母線３ａ，３ｂに接続される電力貯蔵装置１２および電力貯蔵装置１２を管理するＢＭＵ８が設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、電力貯蔵装置６１に対する蓄電制御と共に電力貯蔵装置１２に対する蓄電制御を行い、ＢＭＵ８は、電力貯蔵装置１２の異常を判定した場合に遮断器５をオフに制御して電力貯蔵装置１２と直流母線３ａ，３ｂとの電気的接続を切り離す。
2013145191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータを有する少なくとも１両の動力車両と、少なくとも１両の無動力車両とを含む構成の鉄道車両システムであって、
前記動力車両は、
正負の直流端子を具備し、各動力車両の各端部に設けられる連結器の一方と他方との間に敷設される第１の電力配線と、
前記第１の電力配線に接続される第１の電力貯蔵装置と、
前記第１の電力貯蔵装置を管理する第１のバッテリ管理装置と、
前記第１の電力貯蔵装置に対する充放電制御を行う第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
前記無動力車両は、
前記連結器を介して前記第１の電力配線に接続される第２の電力配線と、
遮断器を介して前記第２の電力配線に接続される第２の電力貯蔵装置と、
前記第２の電力貯蔵装置を管理する第２のバッテリ管理装置と、
前記第２の電力貯蔵装置に対する充放電制御を個別に行う第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えたことを特徴とする鉄道車両システム。
【請求項２】
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記駆動モータを制御するインバータと前記第１の電力配線との間に接続され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。
【請求項３】
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１の電力配線と前記第１の電力貯蔵装置との間に接続され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。
【請求項４】
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記駆動モータを制御するインバータの入力側における前記第１の電力貯蔵装置との接続端と、電力供給源との間に接続され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。
【請求項５】
前記駆動モータを制御するインバータと前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの機能を併せ持つ電力変換部を構成し、前記第１の電力貯蔵装置が第１の接触器を介して前記電力変換部における電力供給源側の端子に接続され、第２の接触器を介して前記電力変換部における前記駆動モータ側の端子に接続されるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両システム。
【請求項６】
少なくとも１両の動力車両と、少なくとも１両の無動力車両とを含む構成の鉄道車両システムであって、
前記動力車両は、
正負の直流端子を具備し、各動力車両の各端部に設けられる連結器の一方と他方との間に敷設される第１の電力配線と、
前記第１の電力配線に接続される第１の電力貯蔵装置と、
前記第１の電力貯蔵装置に対する充放電制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
前記無動力車両は、
前記連結器を介して前記第１の電力配線に接続される第２の電力配線と、
遮断器を介して前記第２の電力配線に接続される第２の電力貯蔵装置と、
前記第２の電力貯蔵装置を管理するバッテリ管理装置と、を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１の電力貯蔵装置に対する充放電制御と共に、前記第２の電力貯蔵装置に対する充放電制御を行い、
前記バッテリ管理装置は、前記第２の電力貯蔵装置の異常を判定した場合に、前記遮断器をオフに制御して前記第２の電力配線との電気的接続を切り離すことを特徴とする鉄道車両システム。
【請求項７】
前記無動力車両は、前記連結器を介して前記第１の電力配線に接続される第２の電力配線と、前記連結器を介して接続される制御線のみとし前記第２の電力貯蔵装置を搭載しないことを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力貯蔵装置を備えた鉄道車両システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力貯蔵装置を備えた鉄道車両システムとして、例えば特許文献１に記載の鉄道車両駆動システムでは、発電手段の発電電力および電力貯蔵装置である電力蓄積手段の蓄電量を制御する電力管理手段を備え、電力蓄積手段が、発電手段が発電する電力および回生電力を蓄積し、発電手段と電力蓄積手段を電源として電力変換手段によって駆動電動機を駆動し列車を駆動することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の鉄道車両システムでは、電力貯蔵装置間の特性のばらつきに関する考慮はなされていない。このため、この特許文献１の鉄道車両システムでは、単一品種の電力貯蔵装置を利用することが前提とされており、異なる特性の電力貯蔵装置を一緒に接続することができない、もしくは困難であるという課題が認められる。また、この課題により、列車を編成する際に車両を揃えるという大きな制約が生じるという課題も生ずる。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異なる特性の電力貯蔵装置の同時利用を可能とし、列車を編成する際に車両を揃えるという制約を緩和することができる鉄道車両システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、駆動モータを有する少なくとも１両の動力車両と、少なくとも１両の無動力車両とを含む構成の鉄道車両システムであって、前記動力車両は、正負の直流端子を具備し、各動力車両の各端部に設けられる連結器の一方と他方との間に敷設される第１の電力配線と、前記第１の電力配線に接続される第１の電力貯蔵装置と、前記第１の電力貯蔵装置を管理する第１のバッテリ管理装置と、前記第１の電力貯蔵装置に対する充放電制御を行う第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、前記無動力車両は、前記連結器を介して前記第１の電力配線に接続される第２の電力配線と、遮断器を介して前記第２の電力配線に接続される第２の電力貯蔵装置と、前記第２の電力貯蔵装置を管理する第２のバッテリ管理装置と、前記第２の電力貯蔵装置に対する充放電制御を個別に行う第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、異なる特性の電力貯蔵装置を同一編成の列車において使用することが可能となり、列車編成に対する制約を緩和することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１に係る鉄道車両システムの一構成例を示す図である。
【図２】図２は、電力貯蔵装置を搭載して電気機関車に牽引される無動力車両を示すイメージ図である。
【図３】図３は、実施の形態１の構成におけるＤＣ／ＤＣコンバータの配置位置に関するバリエーションを説明する図である。
【図４】図４は、実施の形態１の構成におけるＤＣ／ＤＣコンバータの配置位置に関する他のバリエーションを説明する図である。
【図５】図５は、実施の形態１の構成における電力変換部のバリエーションを説明する図である。
【図６】図６は、実施の形態１の構成における電力変換部の他のバリエーションを説明する図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る鉄道車両システムの一構成例を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２の構成におけるＤＣ／ＤＣコンバータの配置位置に関するバリエーションを説明する図である。
【図９】図９は、実施の形態２の構成におけるＤＣ／ＤＣコンバータの配置位置に関する他のバリエーションを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る鉄道車両システムの一構成例を示す図である。実施の形態１に係る鉄道車両システムは、図示のように、第１の電力貯蔵装置である電力貯蔵装置６１を搭載すると共に、インバータ５９、第１のＤＣ／ＤＣコンバータとしてのＤＣ／ＤＣコンバータ６０、制御装置６２、駆動モータ６３などの駆動制御部を具備する動力車両としての電気機関車５０と、第２の電力貯蔵装置である電力貯蔵装置１２を搭載した無動力車両（例えば貨物車両）１と、により構成される。
【００１１】
電気機関車５０は、図示しない電力供給源である変電所からの直流電力を直流架線５１およびパンタグラフ５２を介して受電し、さらに遮断器５３、第１の断流器５４、第２の断流器５５、充電抵抗５６、フィルタリアクトル５７およびフィルタコンデンサ５８を通じて供給した直流電力をインバータ５９にて交流電力に変換し駆動モータ６３（６３ａ，６３ｂ）を駆動する構成である。
【００１２】
フィルタコンデンサ５８には、並列にＤＣ／ＤＣコンバータ６０が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、直流架線５１からの直流電力または駆動モータ６３からの回生電力を用いて電力貯蔵装置６１を充電する。ここで、無動力車両１の遮断器５がオンに制御されている場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の出力は直流母線３ａ，３ｂにも伝達されて電力貯蔵装置１２に対する充電も行われる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、電力貯蔵装置６１のみならず電力貯蔵装置１２に対する充放電制御も行う。
【００１３】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、駆動モータ６３を駆動するため、電力貯蔵装置６１の直流電力を放電してインバータ５９に供給する。インバータ５９は、供給される直流電力を交流電力に変換して駆動モータ６３を制御し、電気機関車５０に駆動力を付与する。
【００１４】
電気機関車５０の両端部には、直流端子と制御端子を備えた連結器２（２ｃ，２ｄ）が設けられる。これらの連結器２ｃ，２ｄ間には、直流電力を授受するための第１の電力配線である直流母線３ｃ，３ｄと、制御装置６２を接続する第１の制御線３ｆと、が敷設されている。電気機関車５０に搭載される電力貯蔵装置６１は、この直流母線３ｃ，３ｄに接続される。
【００１５】
連結器２（２ｃ，２ｄ）は、通常の連結器に直流電力を授受する正負の直流端子と制御装置６２と制御信号を授受する制御端子を備えたものである。ただし、これらの正負の直流端子と制御端子は、通常の連結器（車両間を機械的に連結する連結器）とは別に設けてもよい。なお、直流母線３ｃ，３ｄは、正極側の直流母線３ｃと負極側の直流母線３ｄとをできるだけ近接して配置し、配線インダクタンスおよび配線抵抗が小さくなるように配置するのが望ましい。
【００１６】
つぎに、無動力車両１について説明する。無動力車両１の両端部にも連結器２（２ａ，２ｂ）が設けられる。これらの連結器２ａ，２ｂ間には、車両間の連結器（図１の例では連結器２ｄ，２ａ）を介し、直流母線３ｃ，３ｄのそれぞれと電気的に接続される第２の電力配線としての直流母線３ａ，３ｂと第１の制御線３ｆと接続される第２の制御線３ｅが設けられる。無動力車両１に搭載される電力貯蔵装置１２は、遮断器５を介して直流母線３ａ，３ｂに接続される。この直流母線３ａ，３ｂについても直流母線３ｃ，３ｄと同様に、正極側の直流母線３ａと負極側の直流母線３ｂとをできるだけ近接して配置し、配線インダクタンスおよび配線抵抗が小さくなるように配置するのが望ましい。
【００１７】
電力貯蔵装置１２は、直流電力を充放電することができる電池デバイスであり、電池モジュール６（６１，…，６ｎ）を複数直並列に接続したものである。各電池モジュール６には、ＣＭＵ（セルモニタユニット）７（７１，…，７ｎ）が設けられる。ＣＭＵ７は、電池モジュール６を構成する各セルの電圧と電池モジュール６の温度を検出する。各ＣＭＵ７が検出したセル電圧およびモジュール温度の情報は、ＢＭＵ(バッテリ管理装置)８に集められる。電力貯蔵装置６１も同様に図示しない遮断器、電池モジュール、ＣＭＵ、ＢＭＵ等から構成される
【００１８】
ＢＭＵ８は、連結器２ａ，２ｂ間の第２の制御線３ｅに接続される。また、ＢＭＵ８は、例えば制御用電池４を電源として動作し、各種の保護動作（過充電、過放電、過電流、過温度からの保護、ＣＭＵ異常、ＢＭＵ異常等への対処）を行い、また、セルの状態（ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ＝充電状態）、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ＝劣化状態）、内部抵抗等）を推定するなどして電力貯蔵装置１２を管理する。ＢＭＵ８は直流母線３ａ、３ｂや電池モジュール６を電源としても良い。連結器２ａ，２ｂ間の直流母線３ａ，３ｂ間の電圧は、電圧検出器９にて検出され、その検出電圧は直流母線電圧ＥＳとしてＢＭＵ８に伝達される。電力貯蔵装置１２の充放電電流ＩＢは、電流検出器１０で検出され、ＢＭＵ８に伝達される。また、無動力車両１の車輪に取り付けられた図示しない速度検出器からの速度信号を取り込み各種保護動作や遮断器５の操作を行っても良い。
【００１９】
なお、図１では、遮断器５および電圧検出器９を電力貯蔵装置１２の外部構成要素として示しているが、図示破線のように遮断器５および電圧検出器９を電力貯蔵装置１２の構成要素として構成してもよいことは無論である。
【００２０】
つぎに、実施の形態１に係る鉄道車両システムの動作について説明する。まず、電圧検出器９が検出した直流母線３ａ，３ｂ間の電圧は、直流母線電圧ＥＳとしてＢＭＵ８に送られる。また、各ＣＭＵ７が検出した各電池モジュール６の各セルの電圧は、セル電圧ＥＣ１〜ＥＣｎとしてＢＭＵ８に送られる。ＢＭＵ８は、直流母線電圧ＥＳおよびセル電圧ＥＣ１〜ＥＣｎに基づき、例えば、次式を用いて電力貯蔵装置１２の総電圧ＥＢを計算する。なお、別途電圧検出器を設けて電力貯蔵装置１２の総電圧ＥＢを検出しても良い。
【００２１】
ＥＢ＝ＥＣ１+ＥＣ２+…+ＥＣｎ        …（１）
【００２２】
ここで、直流母線電圧ＥＳと電力貯蔵装置１２の総電圧ＥＢとの差が所定値内である場合、ＢＭＵ８は、電力貯蔵装置１２を直流母線３ａ，３ｂ間に接続可能と判断し遮断器５をオンにする指令信号ｓｇ１を遮断器５に送出する。遮断器５がオンになると、電力貯蔵装置１２が直流母線３ａ，３ｂ間に電気的に接続される。このとき、直流母線電圧ＥＳと電力貯蔵装置１２の総電圧ＥＢとの差がゼロとなるように充放電電流ＩＢが電力貯蔵装置１２に流れる。
【００２３】
一方、ＢＭＵ８は、各セル電圧、各電池モジュール６の温度、ＳＯＣ、ＳＯＨなどの情報から、電力貯蔵装置１２もしくは電池モジュール６の異常を判断すると、遮断器５をオフにする指令信号ｓｇ１を遮断器５に送出する。なお、一部のセル電圧が所定値を超過した場合や、一部のセル電圧が所定値よりも低下した場合に、それぞれ過電圧または低電圧として電池モジュール６の異常と判定してもよい。また、セル間の電圧のばらつきが所定値を越えた場合にも、セル間アンバランスとして電池モジュール６の異常と判定してもよい。なお、遮断器５がオフになると、電力貯蔵装置１２の充放電電流ＩＢは、流れなくなる。
【００２４】
ＢＭＵ８は、電流検出器１０が検出した充放電電流ＩＢが所定値より大きい場合、遮断器５をオフにする指令信号ｓｇ１を遮断器５に送出する。
【００２５】
このように、実施の形態１の鉄道車両システムでは、電力貯蔵装置の異常や、電力貯蔵装置を構成する各電池モジュール、各セルの異常を判定し、異常を検出した場合には、当該電池モジュールを含む電力貯蔵装置を直流母線から切り離す制御を行うこととしている。
【００２６】
図２は、電力貯蔵装置１２を搭載して電気機関車５０に牽引される無動力車両１を示すイメージ図である。電力貯蔵装置１２は、図示のように、貨物２４を搭載する架台２６の下部（所謂、床下部）に搭載することができる。この搭載構造により、架台２６の上部を通常の貨物車両として使用することが可能となる。電力貯蔵装置１２をコンテナの形状とすれば、コンテナ車両に搭載することもできる。何れの構造においても、電力貯蔵装置１２の搭載車両を貨物車両としてある地点で電力を充電し、その後別の地点へ移動して電力源として使用すること、つまり移動可能な（機動性のある）電力貯蔵源として、あるいは、非常時の電力貯蔵源として有用である。電力貯蔵装置１２をコンテナの形状とすると貨物ターミナルからさらにトラックに載せ換え電力の需要地へ直接届けることができる。
【００２７】
なお、図１および図２では、電気機関車５０が１両、無動力車両１が１両の場合を例示したが、電気機関車５０および無動力車両１の数は任意である。この場合、電気機関車５０が無動力車両１の前後や途中にあってもよい。また、走行の途中、駅等で車両の増減があっても良い。たとえば、高低差の大きい区間の前後で登り区間の前に十分な充電状態の無動力車両１を追加し力行電力をアシストし、下り区間で無動力車両１に回生電力を充電して下り区間終了後開放するようにしても良い。そのため無動力車両１が電力貯蔵装置だけで貨物や旅客を載せない場合もある。無動力車両１の数を増やすようにすれば、列車の力行または／および回生電力の吸収に充分な電池容量を確保することができる。
【００２８】
また、図１および図２では、電力貯蔵装置１２を搭載する無動力車両１を示しているが、電力貯蔵装置１２を搭載しない無動力車両１が含まれていても構わない。
【００２９】
また、無動力車両１が電力貯蔵装置１２を搭載しない場合であっても、当該無動力車両１にも第２の制御線３ｅ、直流母線３ａ，３ｂが敷設される。すなわち、実施の形態１の鉄道車両システムでは、第２の制御線３ｅ、直流母線３ａ，３ｂが列車全体に渡って敷設されるので、列車を構成する車両の一部に、電力貯蔵装置１２を搭載しない無動力車両１が含まれていても構わない。このため列車の編成の際に無動力車両の連結位置・順序を考慮しなくて良くなる。
【００３０】
なお、上記のバリエーションは、電力貯蔵装置を搭載するか否かのバリエーションであったが、ＤＣ／ＤＣコンバータの配置位置や電力変換部の構成に関しても種々のバリエーションが存在する。図３〜図６はその一例を示す図である。
【００３１】
図３は、図１の構成を簡略化して示した図であり、図１に示す電気機関車５０の構成を車両Ａ１と識別し、図１に示す無動力車両１の構成を車両Ｂ１と識別して示している。この図３に示す車両Ａ１の構成に関し、図４に示すように、直流母線３ｃ，３ｄと車両Ａ２との間にＤＣ／ＤＣコンバータ６０を接続した車両Ａ２のように構成してもよいし、図５に示すように、インバータ５９の入力側における電力貯蔵装置６１との接続端と遮断器５３との間にＤＣ／ＤＣコンバータ６０を接続した車両Ａ３のように構成してもよい。また、図６に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０とインバータ５９の機能を併せ持つ電力変換部（ＤＣ／ＤＣコンバータ，ＶＶＶＦ）８０を構成し、電力貯蔵装置６１が第１の接触器８２を介して電力変換部８０における架線側端子に接続され、第２の接触器８４を介して電力変換部８０における駆動モータ側端子に接続され、さらに第３の接触器８６を介して駆動モータ６３に接続されるように構成してもよい。
【００３２】
以上説明したように、実施の形態１に係る鉄道車両システムによれば、電力貯蔵装置および電力貯蔵装置を構成する各電池モジュールの異常を判定し、異常が検出された電力貯蔵装置や、異常が検出された電池モジュールを含む電力貯蔵装置を直流母線から切り離す制御を行うこととしたので、劣化した電力貯蔵装置の影響で他の正常な電力貯蔵装置の特性が悪化することを回避することができる。その結果、異なる特性の電力貯蔵装置を同一編成の列車において使用することができ、列車編成に対する制約を緩和することが可能となる。
【００３３】
また、実施の形態１に係る鉄道車両システムによれば、無動力車両に電力貯蔵装置を搭載し、列車全体として列車の力行または／および回生電力の吸収に十分な容量の電力貯蔵装置を搭載することができるので、架線電圧が高く回生電力を架線に戻すことができない場合であっても、十分な容量の電力貯蔵装置に充電することができ、回生時の電力を抵抗等で消費する必要がなくなり、省エネ効果が得られる。また、機械ブレーキの使用率を減らすことができ、ブレーキシューの磨耗を抑制することが出来、低コスト、省メンテナンスとなる。
【００３４】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る鉄道車両システムの一構成例を示す図である。実施の形態２に係る鉄道車両システムの実施の形態１との相違点は、電気機関車５０における第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ６０）の配置位置が異なる点と、無動力車両１にも第１のＤＣ／ＤＣコンバータとは異なるＤＣ／ＤＣコンバータ（第２のＤＣ／ＤＣコンバータ）を備えている点とにある。より詳細に説明すると、実施の形態２では、電気機関車５０において、電力貯蔵装置６１をＤＣ／ＤＣコンバータ６０を介して直流母線３ｃ，３ｄ間に接続している。また、実施の形態２では、無動力車両１において、電力貯蔵装置１２を第２のＤＣ／ＤＣコンバータであるＤＣ／ＤＣコンバータ３３を介して直流母線３ａ，３ｂ間に接続するようにしている。この構成に伴い、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３における電力貯蔵装置１２側の出力端の電圧を検出する電圧検出器３２が設けられる。なお、その他の構成については、図１に示す実施の形態１の構成と同一または同等であり、同一の符号を付して共通する説明は省略する。
【００３５】
つぎに、実施の形態２に係る鉄道車両システムの要部動作（特に、実施の形態１とは異なる部分の動作）について説明する。
【００３６】
まず、電力貯蔵装置１２が直流母線３ａ，３ｂ間に接続可能である場合、制御装置６２からの指示に基づいてＢＭＵ８から遮断器５をオンする指令信号ｓｇ１が送出される。ここで、電力貯蔵装置１２が直流母線３ａ，３ｂ間に接続可能であるか否かの判断は、例えば、ＢＭＵ８が行い、その判断結果を制御装置６２に通知する。なお、ＢＭＵ８が判断せずに、ＢＭＵ８に送られてくる各種の情報を制御装置６２に通知するようにして制御装置６２が判断することでも構わない。遮断器５がオンになると、電力貯蔵装置１２が直流母線３ａ，３ｂ間に電気的に接続される。
【００３７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、直流架線５１からの直流電力または駆動モータ６３からの回生電力を用いて電力貯蔵装置６１を充電する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、駆動モータ６３を駆動するため、電力貯蔵装置６１の直流電力を放電してインバータ５９に供給する。インバータ５９は、供給される直流電力を交流電力に変換して駆動モータ６３を駆動し、電気機関車５０に動力を付与する。
【００３８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３３も、直流架線５１からの直流電力または駆動モータ６３からの回生電力を用いて電力貯蔵装置１２を充電する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は、電力貯蔵装置１２の直流電力を放電して直流母線３ａ，３ｂ間に直流電力を供給する。なお、電力貯蔵装置１２の充放電電流ＩＢは、第１の電圧検出器９の検出電圧ＥＳと第２の電圧検出器３２の検出電圧ＥＦＣとＢＭＵ８の情報に基づいて制御される。
【００３９】
なお、実施の形態２の鉄道車両システムにおいても実施の形態１と同様に、車両構成に関する種々のバリエーションが存在する。図８および図９はその一例を示す図である。
【００４０】
図８は、図７の構成を簡略化して示した図であり、図７に示す電気機関車５０の構成を車両Ａ２（図４にも例示）と識別し、図７に示す無動力車両１の構成を車両Ｂ２と識別して示している。この図８に示す車両Ａ２の構成に関し、図９に示すように、直流母線３ｃ，３ｄと車両Ａ２との間にＤＣ／ＤＣコンバータ６０を接続した車両Ａ１（図３にも例示）のように構成してもよい。なお、電気機関車５０の構成に関して言えば、これらの構成以外にも、既に例示した、車両Ａ３（図５）および車両Ａ４（図６）の構成を採用してもよい。
【００４１】
以上説明したように、実施の形態２に係る鉄道車両システムによれば、各無動力車両に搭載される電力貯蔵装置は、当該無動力車両に搭載されるＤＣ/ＤＣコンバータによって充放電電流が個々に制御されるので、同一編成の列車に異なる特性の電力貯蔵装置を用いることが可能となる。このため、実施の形態１の効果に加え、電力貯蔵装置を構成する各電池モジュールの特性を揃えることなく、列車編成を行うことができ、列車編成の自由度が増すという効果が得られる。
【００４２】
また、上記特許文献１の鉄道車両システムのように、電力貯蔵装置に対する個々の充放電を制御する機能を有していない場合、電力貯蔵装置の製造時からの個体差や経年劣化等による特性の変化によるばらつきが生じると一番特性の悪い電力貯蔵装置に合わせた充放電制御が行われるため、電力貯蔵装置の性能が低下するという問題が生じるおそれがある。これに対し、実施の形態２の鉄道車両システムでは、電力貯蔵装置に対する個々の充放電を制御する機能を有しているため、同一編成の列車に異なる特性の電力貯蔵装置を用いた場合であっても、電力貯蔵装置間の特性の差異をＤＣ/ＤＣコンバータにて吸収することが可能となる。
【００４３】
なお、以上の実施の形態１，２の説明では、直流架線下を走行する直流電気機関車で説明したが、交流架線下を走行する交流電気機関車でもよいし、電気機関車ではないディーゼル機関車や、ディーゼルハイブリッド機関車等であってもよい。また、実施の形態１，２の説明では、無動力車両として貨物車両を想定した説明としているが、無動力車両は貨物車両以外の旅客車両であってもよい。さらに、無動力車両には、電力貯蔵装置が搭載されていなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明は、複数種の交直多電源に対応可能な鉄道車両システムとして有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１  無動力車両
２，２ａ〜２ｄ  連結器
３ａ，３ｂ  直流母線（第２の電力配線）
３ｃ，３ｄ  直流母線（第１の電力配線）
３ｅ  第２の制御線
３ｆ  第１の制御線
４  制御用電池
５，５３  遮断器
６，６ａ，６ｎ，  電池モジュール
７，７ａ，７ｎ  ＣＭＵ（セルモニタユニット）
８  ＢＭＵ（バッテリ管理装置）
９，３２  電圧検出器
１０  電流検出器
１２  電力貯蔵装置（第２の電力貯蔵装置）
２４  貨物
２６  架台
３３  ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２のＤＣ／ＤＣコンバータ）
５０  電気機関車
５１  直流架線
５２  パンタグラフ
５４  第１の断流器
５５  第２の断流器
５６  充電抵抗
５７  フィルタリアクトル
５８  フィルタコンデンサ
５９  インバータ
６０  ＤＣ／ＤＣコンバータ（第１のＤＣ／ＤＣコンバータ）
６１  電力貯蔵装置（第１の電力貯蔵装置）
６２  制御装置
６３，６３ａ，６３ｂ  駆動モータ
８０  電力変換部（ＤＣ／ＤＣコンバータ，ＶＶＶＦ）
８２  第１の接触器
８４  第２の接触器
８６  第３の接触器
【図１】
2013145191.tif 000003
【図２】
2013145191.tif 000004
【図３】
2013145191.tif 000005
【図４】
2013145191.tif 000006
【図５】
2013145191.tif 000007
【図６】
2013145191.tif 000008
【図７】
2013145191.tif 000009
【図８】
2013145191.tif 000010
【図９】
2013145191.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月4日(2012.9.4)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータを有する少なくとも１両の動力車両と、少なくとも１両の無動力車両とを含む構成の鉄道車両システムであって、
前記動力車両の少なくとも１両は、
正負の直流端子を具備し、各動力車両の各端部に設けられる連結器の一方と他方との間に敷設される第１の電力配線と、
第１の遮断器を介して前記第１の電力配線に接続される第１の電力貯蔵装置と、
前記第１の電力貯蔵装置を管理する第１のバッテリ管理装置と、
前記第１の電力貯蔵装置に対する充放電制御を行う第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
前記無動力車両の少なくとも１両は、
前記連結器を介して前記第１の電力配線に接続される第２の電力配線と、
第２の遮断器を介して前記第２の電力配線に接続される第２の電力貯蔵装置と、
前記第２の電力貯蔵装置を管理する第２のバッテリ管理装置と、
前記第２の電力貯蔵装置に対する充放電制御を行う第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
前記第１のバッテリ管理装置は、前記第１の電力貯蔵装置の異常を検出したときに前記第１の遮断器をオフに制御して前記第１の電力配線との電気的接続を切り離す制御を行い、
前記第２のバッテリ管理装置は、前記第２の電力貯蔵装置の異常を検出したときに前記第２の遮断器をオフに制御して前記第２の電力配線との電気的接続を切り離す制御を行う
ことを特徴とする鉄道車両システム。
【請求項２】
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１の遮断器と前記第１の電力貯蔵装置との間に接続され、
前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第２の遮断器と前記第２の電力貯蔵装置との間に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両システム。
【請求項３】
前記駆動モータを制御するインバータと前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータの機能を併せ持つ電力変換部を構成し、前記第１の電力貯蔵装置が第１の接触器を介して前記電力変換部における電力供給源側の端子に接続され、第２の接触器を介して前記電力変換部における前記駆動モータ側の端子に接続されるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両システム。
【請求項４】
駆動モータを有する少なくとも１両の動力車両と、少なくとも１両の無動力車両とを含む構成の鉄道車両システムであって、
前記動力車両の少なくとも１両は、
正負の直流端子を具備し、各動力車両の各端部に設けられる連結器の一方と他方との間に敷設される第１の電力配線と、
前記第１の電力配線に接続される第１の電力貯蔵装置と、
前記第１の電力配線に接続され、前記第１の電力貯蔵装置に対する充放電制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第１の電力貯蔵装置を管理する第１のバッテリ管理装置と、を備え、
前記無動力車両の少なくとも１両は、
前記連結器を介して前記第１の電力配線に接続される第２の電力配線と、
第２の遮断器を介して前記第２の電力配線に接続される第２の電力貯蔵装置と、
前記第２の電力貯蔵装置を管理する第２のバッテリ管理装置と、を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１の電力貯蔵装置に対する充放電制御と共に、前記第２の電力貯蔵装置に対する充放電制御を行い、
前記第１のバッテリ管理装置は、前記第１の電力貯蔵装置の異常を検出したときに前記第１の遮断器をオフに制御して前記第１の電力配線との電気的接続を切り離す制御を行い、
前記第２のバッテリ管理装置は、前記第２の電力貯蔵装置の異常を検出した場合に、前記第２の遮断器をオフに制御して前記第２の電力配線との電気的接続を切り離す制御を行う
ことを特徴とする鉄道車両システム。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の鉄道車両システムに適用可能に構成される無動力車両であって、
前記連結器を介して前記第１の電力配線に接続される第２の電力配線と、前記連結器を介して接続される制御線が敷設される一方で、前記第２の電力貯蔵装置は搭載されないことを特徴とする無動力車両。
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月20日(2012.12.20)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータを有する少なくとも１両の動力車両と、少なくとも１両の無動力車両とを含む構成の鉄道車両システムであって、
前記動力車両の少なくとも１両は、
正負の直流端子を具備し、各動力車両の各端部に設けられる連結器の一方と他方との間に敷設される第１の電力配線と、
第１の遮断器を介して前記第１の電力配線に接続される第１の電力貯蔵装置と、
前記第１の電力貯蔵装置毎に設けられ、当該第１の電力貯蔵装置を管理する第１のバッテリ管理装置と、
前記第１の遮断器と前記第１の電力貯蔵装置との間に接続され、当該第１の電力貯蔵装置に対する充放電制御を個別に行って他の電力貯蔵装置との間の特性の差異を吸収する制御を行う第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
前記無動力車両の少なくとも１両は、
前記連結器を介して前記第１の電力配線に接続される第２の電力配線と、
第２の遮断器を介して前記第２の電力配線に接続される第２の電力貯蔵装置と、
前記第２の電力貯蔵装置毎に設けられ、当該第２の電力貯蔵装置を管理する第２のバッテリ管理装置と、
前記第２の遮断器と前記第２の電力貯蔵装置との間に接続され、当該第２の電力貯蔵装置に対する充放電制御を個別に行って他の電力貯蔵装置との間の特性の差異を吸収する制御を行う第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
前記第１のバッテリ管理装置は、前記第１の電力貯蔵装置の異常を検出したときには、前記第１の遮断器をオフに制御して前記第１の電力配線との電気的接続を切り離す制御を行い、
前記第２のバッテリ管理装置は、前記第２の電力貯蔵装置の異常を検出したときには、前記第２の遮断器をオフに制御して前記第２の電力配線との電気的接続を切り離す制御を行う
ことを特徴とする鉄道車両システム。
【請求項２】
前記第１のバッテリ管理装置は、前記第１の電力配線の直流電圧および前記第１の電力貯蔵装置の総電圧を検出して比較し、当該直流電圧と当該総電圧との差が所定値内である場合、前記第１の電力貯蔵装置を前記第１の電力配線に接続可能と判断して前記第１の遮断器をオンに制御する一方で、前記第１の電力貯蔵装置を構成する電池モジュールの温度、充電状態および劣化状態の情報に基づいて前記第１の電力貯蔵装置の異常を検出し、当該第１の電力貯蔵装置の異常を検出したときには前記第１の遮断器をオフに制御し、
前記第２のバッテリ管理装置は、前記第２の電力配線の直流電圧および前記第２の電力貯蔵装置の総電圧を検出して比較し、当該直流電圧と当該総電圧との差が所定値内である場合、前記第２の電力貯蔵装置を前記第２の電力配線に接続可能と判断して前記第２の遮断器をオンに制御する一方で、前記第２の電力貯蔵装置を構成する電池モジュールの温度、充電状態および劣化状態の情報に基づいて前記第２の電力貯蔵装置の異常を検出し、当該第２の電力貯蔵装置の異常を検出したときには前記第２の遮断器をオフに制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鉄道車両システムに適用される無動力車両であって、
前記連結器を介して前記第１の電力配線に接続される第２の電力配線と、前記連結器を介して接続される制御線とが敷設される一方で、前記第２の電力貯蔵装置は搭載されないことを特徴とする無動力車両。
【請求項４】
請求項１または２に記載の鉄道車両システムに適用される動力車両であって、
前記連結器を介して前記第２の電力配線に接続される第１の電力配線と、前記連結器を介して接続される制御線とが敷設される一方で、前記第１の電力貯蔵装置は搭載されないことを特徴とする動力車両。
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月22日(2013.3.22)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータを有する少なくとも１両の動力車両と、少なくとも１両の無動力車両とを含む構成の鉄道車両システムであって、
前記動力車両の少なくとも１両は、
正負の直流端子を具備し、各動力車両の各端部に設けられる連結器の一方と他方との間に敷設される第１の電力配線と、
第１の遮断器を介して前記第１の電力配線に接続される第１の電力貯蔵装置と、
前記第１の電力貯蔵装置毎に設けられ、当該第１の電力貯蔵装置を管理すると共に、前記第１の遮断器を個別に制御可能に構成される第１のバッテリ管理装置と、
前記第１の遮断器と前記第１の電力貯蔵装置との間に接続され、当該第１の電力貯蔵装置に対する充放電制御を個別に行って他の電力貯蔵装置との間の特性の差異を吸収する制御を行う第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
前記無動力車両の少なくとも１両は、
前記連結器を介して前記第１の電力配線に接続される第２の電力配線と、
第２の遮断器を介して前記第２の電力配線に接続される第２の電力貯蔵装置と、
前記第２の電力貯蔵装置毎に設けられ、当該第２の電力貯蔵装置を管理すると共に、前記第１の遮断器を個別に制御可能に構成される第２のバッテリ管理装置と、
前記第２の遮断器と前記第２の電力貯蔵装置との間に接続され、当該第２の電力貯蔵装置に対する充放電制御を個別に行って他の電力貯蔵装置との間の特性の差異を吸収する制御を行う第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備え、
前記第１のバッテリ管理装置は、前記第１の電力配線間の電圧および前記第１の電力貯蔵装置の総電圧を検出して比較し、前記第１の電力配線間の電圧と前記第１の電力貯蔵装置の総電圧との差が所定値内である場合、当該第１の電力貯蔵装置を前記第１の電力配線間に接続可能と判断して前記第１の遮断器をオンに制御し、前記第１の電力貯蔵装置の異常を検出したときには、前記第１の遮断器をオフに制御して前記第１の電力配線との電気的接続を切り離す制御を行い、
前記第２のバッテリ管理装置は、前記第２の電力配線間の電圧および前記第２の電力貯蔵装置の総電圧を検出して比較し、前記第２の電力配線間の電圧と前記第２の電力貯蔵装置の総電圧との差が所定値内である場合、当該第２の電力貯蔵装置を前記第２の電力配線間に接続可能と判断して前記第２の遮断器をオンに制御し、前記第２の電力貯蔵装置の異常を検出したときには、前記第２の遮断器をオフに制御して前記第２の電力配線間との電気的接続を切り離す制御を行う
ことを特徴とする鉄道車両システム。
【請求項２】
前記第１のバッテリ管理装置は、前記第１の電力貯蔵装置を構成する電池モジュールの温度、充電状態および劣化状態の情報に基づいて前記第１の電力貯蔵装置の異常を検出し、
前記第２のバッテリ管理装置は、前記第２の電力貯蔵装置を構成する電池モジュールの温度、充電状態および劣化状態の情報に基づいて前記第２の電力貯蔵装置の異常を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鉄道車両システムに適用される無動力車両であって、
前記連結器を介して前記第１の電力配線に接続される第２の電力配線と、前記連結器を介して接続される制御線とが敷設される一方で、前記第２の電力貯蔵装置は搭載されないことを特徴とする無動力車両。
【国際調査報告】
2013145191.tif 000012
2013145191.tif 000013