(57)【要約】【課題】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。【解決手段】交流電気車に搭載される電源システム１は、主電動機４に駆動電力を供給する主変換回路３０と、補機に電力を供給する補機用変換回路４０と、補機用変換回路４０の直流リンク部に高速度遮断器ＢＨＢを介して接続されたバッテリ５０とを備え、補機用変換回路４０の直流リンク部が、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎ及びリアクトルＬｐ，Ｌｎを介して、主回路側コンバータ３１の入力側に接続されて構成される。主変換回路３０は、主変圧器２０の二次巻線２２に接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎを介して接続された主回路側コンバータ３１及びインバータ３２を有し、補機用変換回路４０は、三次巻線２３に接続された補機側コンバータ４１及び静止形インバータ４２を有する。【選択図】図１
2015208076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線からの交流電力をもとに走行する架線モードと、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可能な電気車用電源システムであって、
第１接触器を介して主変圧器の二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、
前記主変圧器の三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ているとともに、第２接触器及びリアクトルを介して前記第１コンバータ部の入力端に接続され、
前記制御装置は、
前記第１接触器を投入するとともに前記第２接触器を開放し、前記第１コンバータ部を整流動作させることで、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接触器を開放するとともに前記第２接触器を投入して前記リアクトルを前記第１コンバータ部に接続させ、前記第１コンバータ部をチョッパ動作させることで、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】
前記バッテリは、遮断器を介して前記直流リンク部に接続されており、
前記架線モード切替手段は、
前記遮断器の開閉状態に関わらず、前記第２コンバータ部に前記バッテリの定格電圧相当の電圧を出力させるように動作させる、
請求項１に記載の電気車用電源システム。
【請求項３】
制御装置は、電気車の停車時に、前記第２コンバータ部に、前記補機の動作電力に加えて、前記バッテリへの充電電力を供給させる充電制御手段を有する、
請求項１又は２に記載の電気車用電源システム。
【請求項４】
第１接触器を介して主変圧器の二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、前記主変圧器の三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、前記補機用変換回路の直流リンク部に接続されているとともに、第２接触器及びリアクトルを介して前記第１コンバータ部の入力端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接触器を投入するとともに前記第２接触器を開放し、前記第１コンバータ部を整流動作させることで、前記架線モードに切り替えるステップと、前記第１接触器を開放するとともに前記第２接触器を投入して前記リアクトルを前記第１コンバータ部に接続させ、前記第１コンバータ部をチョッパ動作させることで、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をもとに走行する架線モードと、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１）であって、
第１接触器（例えば、図１の接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎ）を介して主変圧器の二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３１）及び第１インバータ部（例えば、図１のインバータ３２）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３０）と、
前記主変圧器の三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４１）及び第２インバータ部（例えば、図１の静止形インバータ４２）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４０）と、
制御装置（例えば、図１の制御部６０）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ているとともに、第２接触器（例えば、図１の接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎ）及びリアクトル（例えば、図１のリアクトルＬｐ，Ｌｎ）を介して前記第１コンバータ部の入力端に接続され、
前記制御装置は、
前記第１接触器を投入するとともに前記第２接触器を開放し、前記第１コンバータ部を整流動作させることで、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接触器を開放するとともに前記第２接触器を投入して前記リアクトルを前記第１コンバータ部に接続させ、前記第１コンバータ部をチョッパ動作させることで、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、
第１接触器を介して主変圧器の二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、前記主変圧器の三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、前記補機用変換回路の直流リンク部に接続されているとともに、第２接触器及びリアクトルを介して前記第１コンバータ部の入力端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接触器を投入するとともに前記第２接触器を開放し、前記第１コンバータ部を整流動作させることで、前記架線モードに切り替えるステップと、前記第１接触器を開放するとともに前記第２接触器を投入して前記リアクトルを前記第１コンバータ部に接続させ、前記第１コンバータ部をチョッパ動作させることで、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、補機用変換回路の直流リンク部に接続されるとともに、第２接触器及びリアクトルを介して第１コンバータの入力端に接続されたバッテリとを備え、架線からの供給電力をもとに走行する架線モードと、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が実現される。
【０００９】
すなわち、架線モードでは、第１接触器が投入され、第２接触器が開放されることで、主変圧器の二次巻線が第１コンバータ部に接続される。これにより、架線からの交流電力が、主変換回路を介して主電動機に供給されるとともに、補機用変換回路を介して補機に供給される。また、バッテリモードでは、第１接触器が開放され、第２接触器が投入されることで、バッテリが第１コンバータ部の入力端に接続される。これにより、バッテリからの直流電力が、主変換回路を介して主電動機に供給されるとともに、第２インバータ部を介して補機に供給される。
【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、
前記バッテリは、遮断器（例えば、図１の高速度遮断器ＢＨＢ）を介して前記直流リンク部に接続されており、
前記架線モード切替手段は、
前記遮断器の開閉状態に関わらず、前記第２コンバータ部に前記バッテリの定格電圧相当の電圧を出力させるように動作させる、
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、バッテリは、遮断器を介して補機用変換回路の直流リンク部に接続されており、架線モードでは、遮断器の開閉状態に関わらず、第１コンバータ部の出力電圧がバッテリの定格電圧相当となるように動作する。これにより、架線モードにおいて、遮断器が閉状態の場合には、バッテリが直流リンク部に接続された状態となり、架線からの供給電力によるバッテリの充電が可能となるとともに、バッテリの出力電力を第２インバータ部に供給することが可能となる。
【００１２】
また、第３の形態として、第１又は第２の形態の電気車用電源システムであって、
制御装置は、電気車の停車時に、前記第２コンバータ部に、前記補機の動作電力に加えて、前記バッテリへの充電電力を供給させる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。
【００１３】
この第３の形態によれば、電気車の停車時に、第２コンバータ部によって、架線からの供給電力をもとにバッテリの充電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電源システムの構成図。
【図２】主回路側コンバータの回路構成図。
【図３】架線モードにおける電力供給動作の説明図。
【図４】バッテリモードにおける電力供給動作の説明図。
【図５】バッテリ充電の際の電力供給動作の説明図。
【図６】架線モードでの起動の際の制御手順の説明図。
【図７】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８】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９】バッテリモードでの起動の際の制御手順の説明図。
【図１０】バッテリ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】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、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、以下に説明する電圧に限られるものではないことは勿論である。
【００１６】
［構成］
図１は、本実施形態の電源システム１の回路構成図である。図１によれば、電源システム１は、交流電気車に搭載され、パンタグラフ２と、真空遮断器ＶＣＢと、主変圧器２０と、主変換回路３０と、補機用変換回路４０と、バッテリ５０と、高速度遮断器ＢＨＢと、接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎ，Ｋｌｐ，Ｋｌｎ，Ｋｐ，Ｋｎと、リアクトルＬ，Ｌｐ，Ｌｎと、制御部６０とを備えて構成される。
【００１７】
主変圧器２０の一次巻線２１は、真空遮断器ＶＣＢを介してパンタグラフ２と接続され、二次巻線２２は、主回路側コンバータ３１の入力端（一次側）に接続されている。この主変圧器２０は、一次巻線２１に架線電圧である「単相２００００Ｖ」の単相交流電圧が印加されると、二次巻線２２に「１０００Ｖ」の単相交流電圧が発生し、三次巻線２３に「４４０Ｖ」の単相交流電圧が発生するように、一次巻線２１と、二次巻線２２及び三次巻線２３それぞれとの巻線比が構成されている。
【００１８】
主変換回路３０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３１と、インバータ３２とを有している。
【００１９】
主回路側コンバータ３１の入力端（一次側）は、接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎを介して主変圧器２０の二次巻線２２に接続され、出力端（二次側）は、インバータ３２の入力端（一次側）に接続されている。この主回路側コンバータ３１は、入力端に入力される交流電圧（単相１０００Ｖ）を直流電圧（１８００Ｖ）に変換する位相同期方式のＰＷＭコンバータ（整流動作）として機能するとともに、リアクトルＬｐ，Ｌｎが入力端に接続されることで入力端に入力される「７５０Ｖ」の直流電圧を「１８００Ｖ」に昇圧するＰＷＭチョッパ（チョッパ動作）としても機能する。
【００２０】
詳細に説明する。図２（ａ）は、主回路側コンバータ３１の回路構成図である。図２（ａ）に示すように、主回路側コンバータ３１は、４つのスイッチング素子と、このスイッチングそれぞれに逆並列接続された４つのダイオードとを有するフルブリッジ型のコンバータであり、各スイッチング素子のオン／オフ期間の比率（デューティ比）を制御することで、出力電圧を制御する。
【００２１】
そして、接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎが投入され、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎが開放されている状態では、主回路側コンバータ３１の入力端には、主変圧器２０の二次巻線２２に発生した交流電圧（１０００Ｖ）が入力される。この場合、主回路側コンバータ３１は、コンバータとして機能し、交流を直流に変換するコンバータ動作（整流動作）を行う。
【００２２】
また、接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎが開放され、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎが投入されている状態では、主回路側コンバータ３１の入力端にリアクトルＬｐ，Ｌｎが接続され、バッテリ５０から出力される直流電力（７５０Ｖ）が入力されることになる。この場合、図２（ｂ）に示すように、主回路側コンバータ３１は、リアクトルＬｐ，Ｌｎが接続されることで昇圧チョッパとして機能し、入力端に入力される「７５０Ｖ」の直流電圧を「１８００Ｖ」に昇圧するチョッパ動作（昇圧動作）を行う。
【００２３】
図１に戻り、インバータ３２の入力端（一次側）は、主回路側コンバータ３１の出力端に接続され、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３２は、入力端に入力される直流電圧（１８００Ｖ）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。
【００２４】
主電動機４は、インバータ３２から電力が供給されることで車軸を回転させるメインモータであり、例えば三相誘導電動機で構成される。なお、図１では、１台のインバータで４台の主電動機を駆動する１Ｃ４Ｍ方式を図示しているが、これは一例であり、１Ｃ１Ｍ方式等の他の方式でも良いことは勿論である。
【００２５】
補機用変換回路４０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４１と、静止形インバータ（ＳＩＶ）４２とを有している。
【００２６】
補機側コンバータ４１の入力端は、主変圧器２０の三次巻線２３に接続され、出力端は、静止形インバータ４２の入力端に接続されている。この補機側コンバータ４１は、入力端に入力される交流電圧（単相４４０Ｖ）を、バッテリ５０の定格電圧相当の直流電圧（７５０Ｖ）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。
【００２７】
静止形インバータ４２の入力端（一次側）は、補機側コンバータ４１の出力端に接続され、出力端は、補機に接続されている。この静止形インバータ４２は、入力端に入力される直流電圧（７５０Ｖ）を、三相交流電力（三相４４０Ｖ）に変換して補機に供給する。
【００２８】
バッテリ５０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「７５０Ｖ」に構成されている。このバッテリ５０は、高速度遮断器ＢＨＢ、リアクトルＬ及び接触器Ｋｐを介して、補機用変換回路４０の直流リンク部（補機側コンバータ４１と静止形インバータ４２との間）に接続されている。更に、補機用変換回路４０の直流リンク部は、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎ及びリアクトルＬｐ，Ｌｎを介して、主回路側コンバータ３１の入力端に接続されている。なお、接触器Ｋｐ，Ｋｎは、保守用であり本実施形態では常時投入されるため、原理的には設けなくとも問題はない。
【００２９】
制御部６０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。制御部６０は、後述する走行モードの制御を行う。具体的には、主回路側コンバータ３１やインバータ３２、補機側コンバータ４１、静止形インバータ４２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、接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎ，Ｋｌｐ，Ｋｌｎ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。
【００３０】
［走行モード］
電源システム１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」の二種類がある。
【００３１】
（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）によって主電動機４を駆動して走行するモードである。
【００３２】
図３は、架線モードにおける電源システム１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、接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎは投入され、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎは開放されているとともに、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３１及び補機側コンバータ４１は、ともにコンバータ動作（整流動作）するように制御されている。
【００３３】
電気の流れをみると、架線電圧である交流電圧（単相２００００Ｖ）が主変圧器２０の一次巻線２１に印加され、二次巻線２２に交流電圧（単相１０００Ｖ）が発生しているとともに、三次巻線２３に交流電圧（単相４４０Ｖ）が発生している。
【００３４】
二次巻線２２に発生した交流電圧（単相１０００Ｖ）は、主回路側コンバータ３１によって直流電圧（１８００Ｖ）に変換され、更にインバータ３２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。また、三次巻線２３に発生した交流電圧（単相４００Ｖ）は、補機側コンバータ４１によって直流電圧（７５０Ｖ）に変換され、更に静止形インバータ４２によって三相交流電圧に変換されて補機に供給される。
【００３５】
（Ｂ）バッテリモード
バッテリモードは、バッテリ５０の蓄積電力（直流７５０Ｖ）によって主電動機４を駆動して走行するモードである。
【００３６】
図４は、バッテリモードにおける電源システム１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、接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎは開放され、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎは投入されているとともに、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３１は、チョッパ動作するように制御され、補機側コンバータ４１は、動作を停止している。
【００３７】
電気の流れをみると、バッテリ５０の放電電圧（直流７５０Ｖ）が、静止形インバータ４２によって三相交流電圧に変換されて補機に供給されるとともに、主回路側コンバータ３１のチョッパ動作によって直流電圧（１８００Ｖ）に変換され、更にインバータ３２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。
【００３８】
（Ｃ）バッテリ充電
続いて、架線の供給電力によってバッテリ５０を充電する場合を説明する。この充電は、例えば所定の充電駅（充電可能な駅）での停車中に行われる。
【００３９】
図５は、充電の際の電源システム１の電力供給動作を示す図である。充電の際には、インバータ３２は停止している。また、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。接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎは開放され、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎは投入されているとともに、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３１は、動作を停止し、補機側コンバータ４１は、コンバータ動作するように制御されている。
【００４０】
電気の流れをみると、架線から供給される交流電圧（単相２００００Ｖ）が、主変圧器２０の一次巻線２１に印加され、二次巻線２２に交流電圧（単相１０００Ｖ）が発生し、三次巻線２３に交流電圧（単相４４０Ｖ）が発生する。
【００４１】
三次巻線２３に発生した交流電圧（単相４４０Ｖ）は、補機側コンバータ４１によって、バッテリ５０の定格電圧に相当する直流電圧（７５０Ｖ）に昇圧され、バッテリ５０が充電される。このとき、補機側コンバータ４１の出力電流（すなわち、バッテリ５０の充電電流）は、変調率制御によって、所与の充電電流指示に応じて制御される。また、補機側コンバータ４１から出力される直流電力は、静止形インバータ４２にも供給され、三相交流電力に変換されて補機に供給される。すなわち、補機側コンバータ４１は、補機の動作電力に加えて、バッテリ５０への充電電力を供給する。
【００４２】
［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６０によってなされる。
【００４３】
（Ａ）架線モードでの起動
図６は、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３１、インバータ３２、補機側コンバータ４１、及び、静止形インバータ４２は、ともに動作を停止している。
【００４４】
先ず、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎを開放した後（ステップＡ１）、接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎを投入する（ステップＡ３）。次いで、パンタグラフ２を上昇させた後（ステップＡ５）、真空遮断器ＶＣＢを投入する（ステップＡ７）。そして、補機側コンバータ４１を、変調率制御によって、出力電圧が「７５０Ｖ」となるように、コンバータ動作させる（ステップＡ９）。また、主回路側コンバータ３１を、変調率制御によって、出力電圧が「１８００Ｖ」となるように、コンバータ動作（整流動作）させる（ステップＡ１１）。その後、インバータ３２を起動する（ステップＡ１３）。架線モードでの起動は、このように行われる。
【００４５】
（Ｂ）架線モードからバッテリモードへの切り替え
図７は、架線モードからバッテリモードへ切り替える際の制御手順である。先ず、インバータ３２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Ｂ３）。続いて、主回路側コンバータ３１を停止させ（ステップＢ５）、補機側コンバータ４１を停止させる（ステップＢ７）。そして、真空遮断器ＶＣＢを開放した後（ステップＢ９）、パンタグラフ２を下降させる（ステップＢ１１）。次いで、接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎを開放した後（ステップＢ１３）、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎを投入する（ステップＢ１５）。続いて、主回路側コンバータ３１を、通流率制御によって出力電圧が「１８００Ｖ」となるように、チョッパ動作をさせる（ステップＢ１７）。その後、インバータ３２を起動（再起動）する（ステップＢ１９）。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。
【００４６】
（Ｃ）バッテリモードから架線モードへの切り替え
図８は、バッテリモードから架線モードへ切り替える際の制御手順である。先ず、インバータ３２を停止させる（ステップＣ１）。次いで、主回路側コンバータ３１を停止させる（ステップＣ３）。続いて、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎを開放した後（ステップＣ５）、接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎを投入する（ステップＣ７）。また、パンタグラフ２を上昇させ（ステップＣ９）、真空遮断器ＶＣＢを投入する（ステップＣ１１）。
【００４７】
そして、補機側コンバータを、変調率制御によって出力電圧が「７５０Ｖ」となるように、コンバータ動作をさせる（ステップＣ１３）。また、主回路側コンバータ３１を、変調率制御によって出力電圧が「１８００Ｖ」となるように、コンバータ動作をさせる（ステップＣ１５）。そして、高速度遮断器ＢＨＢを開放した後（ステップＣ１７）、インバータ３２を起動（再起動）する（ステップＣ１９）。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。
【００４８】
（Ｄ）バッテリモードでの起動
図９は、バッテリ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３１、インバータ３２、補機側コンバータ４１及び静止形インバータ４２は、ともに動作を停止している。
【００４９】
先ず、接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎを開放した後（ステップＤ１）、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎを投入する（ステップＤ３）。次いで、高速度遮断器ＢＨＢを投入する（ステップＤ５）。そして、静止形インバータ４２を起動し（ステップＤ７）、インバータ３２を起動する（ステップＤ９）。バッテリモードでの起動は、このように行われる。
【００５０】
（Ｅ）バッテリ充電
図１０は、バッテリ５０を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、接触器Ｋｔｐ，Ｋｔｎは開放され、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎは投入されているとともに、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３１は、チョッパ動作するように制御され、補機側コンバータ４１は、動作を停止している。
【００５１】
先ず、インバータ３２を停止する（ステップＥ１）。次いで、パンタグラフ２を上昇させ（ステップＥ３）、真空遮断器ＶＣＢを投入する（ステップＥ５）。続いて、補機側コンバータ４１を、出力電圧が「７５０Ｖ」となるようにコンバータ動作させる（ステップＥ７）。そして、補機側コンバータ４１を、所与の充電電流指令に応じた出力電流（充電電流）となるように制御して、バッテリ５０の充電を行う（ステップＥ９）、
【００５２】
バッテリ５０の充電が完了すると（ステップＥ１１）、補機側コンバータ４１を停止させる（ステップＥ１３）。そして、真空遮断器ＶＣＢを開放した後（ステップＥ１５）、パンタグラフ２を下降する（ステップＥ１７）。その後、インバータ３２を起動（再起動）する（ステップＥ１９）。バッテリ５０の充電は、このように行われる。
【００５３】
［作用効果］
このように、本実施形態の電源システム１は、主電動機４に駆動電力を供給する主変換回路３０と、補機に電力を供給する補機用変換回路４０とを備える。また、補機用変換回路４０の直流リンク部に高速度遮断器ＢＨＢを介してバッテリ５０が接続されるとともに、補機用変換回路４０の直流リンク部が、接触器Ｋｌｐ，Ｋｌｎ及びリアクトルＬｐ，Ｌｎを介して主回路側コンバータ３１の入力端に接続されている。
【００５４】
これにより、架線からの供給電力（交流電力）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５０の蓄積電力（直流電力）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り、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。
【００５５】
これにより、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、例えば架線の停電時に、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。
【００５６】
また、交流区間では架線電圧が「２００００Ｖ〜２５０００Ｖ程度」と高いが、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」となる直流区間でバッテリの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（＝１０００００Ｗ／２００００Ｖ）のパンタ点電流となる。
【００５７】
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を開放することで、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、交流電気車は高電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が上昇して架線に接触したとしても、電圧的に問題が生じることはない。
【００５８】
［変形例］
（Ａ）中間回路電圧
なお、上述の実施形態において、主変換回路３０の直流リンク部（主回路側コンバータ３１とインバータ３２との間）の電圧（中間回路電圧）を「１８００Ｖ」としたが、主回路側コンバータ３１の出力可能な電圧範囲内の電圧であれば他の電圧でも良い。例えば、主回路側コンバータ３１を単相全波整流回路とみなした場合の純抵抗負荷動作では、入力電圧の０．９（＝２√２／π）倍の電圧が出力されるため、主変換回路３０の直流リンク部の電圧は、主変圧器２０の二次巻線２２に発生する「１０００Ｖ」の０．９倍である「９００Ｖ」以上の電圧であれば良い。
【００５９】
また、補機用変換回路４０の直流リンク部（補機側コンバータ４１と静止形インバータ４２との間）の電圧（中間回路電圧）についても同様である。すなわち、主変圧器２０の三次巻線２３に発生する「４４０Ｖ」の０．９倍である「３９６Ｖ」以上の電圧であれば良い。この場合、バッテリ５０の定格電圧は、補機用変換回路４０の中間回路電圧と等しくすれば良い。
【００６０】
（Ｂ）高速度遮断器ＢＨＢ
また、架線モードにおいて、高速度遮断器ＢＨＢを投入しても良い。この場合、バッテリ５０の放電電力を静止形インバータ４２を介して補機に供給したり、補機側コンバータ４１の出力電力（架線からの供給電力）によってバッテリ５０を充電するといったことが可能となる。
【符号の説明】
【００６１】
１  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
３０  主変換回路、３１  主回路側コンバータ、３２  インバータ
４０  補機用変換回路、４１  補機側コンバータ、４２  静止形インバータ（ＳＩＶ）
５０  バッテリ、６０  制御部
ＢＨＢ  高速度遮断器
Ｋｔｐ，Ｋｔｎ，Ｋｌｐ，Ｋｌｎ，Ｋｐ，Ｋｎ  接触器
Ｌ、Ｌｐ，Ｌｎ  リアクトル
２  パンタグラフ、３  車輪、４  主電動機
【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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