(57)【要約】【課題】停電復旧時の立上げ機能を補助する電車用可搬型電源装置を提供する。【解決手段】電源装置７の内部には、電車２の起動に必要な直流電圧を蓄積するバッテリ２１が備えられている。電源回路２２は、商用電源から導入された交流電圧を直流電圧に変換する。充電回路２３は、バッテリ２１を充電する。出力制御回路２４は、バッテリ２１から供給される直流電圧を一対の出力端子１２を介して外部に出力すると共に、出力端子１２間の負荷を監視し、この負荷が、正常な負荷の範囲外となった場合に、バッテリ２１からの直流電圧が出力端子１２に供給されるのを遮断する。【選択図】  図３
2004180371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電車の外部から前記電車の起動に必要な直流電圧を供給する可搬型の電源装置であって、
前記電車の起動に必要な直流電圧を蓄積するバッテリと、
商用電源から導入された交流電圧を直流電圧に変換する電源回路と、
この電源回路から供給される直流電圧を前記バッテリに供給して前記バッテリを充電する充電回路と、
前記バッテリから供給される直流電圧を少なくとも一対の出力端子を介して外部に出力すると共に、前記出力端子間の負荷を監視し、この負荷が、前記出力端子と前記電車とが正常に接続された際に観測される正常な負荷の範囲外となった場合に、前記バッテリからの直流電圧の前記出力端子への供給を遮断する出力制御回路と
を備えたことを特徴とする電車用可搬型電源装置。
【請求項２】
前記バッテリを、前記充電回路と前記出力制御回路のいずれか一方に接続する充電／出力切換スイッチを更に備えたことを特徴とする請求項１記載の電車用可搬型電源装置。
【請求項３】
前記出力制御回路は、
前記バッテリからの直流電圧を前記出力端子に供給する出力トランジスタと、
前記充電／出力切換スイッチが前記バッテリと前記出力制御回路とを接続する側に切り換わった際に、前記出力トランジスタを徐々にオン状態とするように駆動する時定数回路と
を含むことを特徴とする請求項２記載の電車用可搬型電源装置。
【請求項４】
前記出力制御回路は、
前記出力トランジスタを選択的にオフ状態とするスイッチング素子と、
前記充電／出力切換スイッチが前記バッテリと前記出力制御回路とを接続する側に切り換わった際に、前記出力端子間に所定レベル以上の電流が流れたことをもって過負荷を検出する過負荷検出回路と、
前記充電／出力切換スイッチが前記バッテリと前記出力制御回路とを接続する側に切り換わった際に、前記出力端子間の抵抗値が所定値を超えたことをもって低負荷を検出する低負荷検出回路と、
前記過負荷検出回路が過負荷を検出したとき、又は前記低負荷検出回路が低負荷を検出したときに、前記出力トランジスタをオフ状態とするスイッチング素子と
を備えたことを特徴とする請求項３記載の電車用可搬型電源装置。
【請求項５】
前記出力制御回路は、前記バッテリからの直流電圧が前記出力端子に供給されている状態と前記出力端子への供給を遮断されている状態とを識別するための出力表示部を更に備えたものであることを特徴とする請求項１記載の電車用可搬型電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長時間の停電状態の後の復旧時など、電車に備えられたバッテリが消耗したような場合に、外部から電車の起動に必要な直流電力を供給するための電車用可搬型電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電車は、架線等の電力線からパンタグラフ等の集電手段を介して給電され、この給電された電力をインバータを介してモータ等の各種電気機器に供給し、客室の照明、放送、ドア操作、表示、合図等の低圧機器には低圧電力発生装置を介して供給している。従って電力線からの給電から断たれると、電気機器への電力供給が断たれる。このような給電電力の中断は、電力線の停電時の他、車庫係留時のパンタグラフ降下時等に生じる。このため、給電電力中断時の低圧機器への電力供給を行うため、更には復旧時の立上げ用電力確保のため、電車にはバッテリが搭載されるようになっている。
【０００３】
このバッテリに対する充電は、電車外部に設置された専用の充電装置によって行っても良いが、この充電作業を省略するため、バッテリを充電するための充電手段を電車内に搭載し、電力線から集電手段を介して供給された電力で、電車内のバッテリを常時充電することも知られている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１２−３５０３７７号  （段落００１２、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように、電車内にバッテリが搭載されていても、電車が長時間停電状態に置かれていると、電車に搭載されたバッテリが消耗して、いわゆる「バッテリあがり」が発生し、停電復旧時に電力線に高圧が回復しても、立上げ機能を確立できない場合がある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、停電復旧時の立上げ機能を補助する電車用可搬型電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電車用可搬型電源装置は、電車の外部から前記電車の起動に必要な直流電圧を供給する可搬型の電源装置であって、前記電車の起動に必要な直流電圧を蓄積するバッテリと、商用電源から導入された交流電圧を直流電圧に変換する電源回路と、この電源回路から供給される直流電圧を前記バッテリに供給して前記バッテリを充電する充電回路と、前記バッテリから供給される直流電圧を少なくとも一対の出力端子を介して外部に出力すると共に、前記出力端子間の負荷を監視し、この負荷が、前記出力端子と前記電車とが正常に接続された際に観測される正常な負荷の範囲外となった場合に、前記バッテリからの直流電圧の前記出力端子への供給を遮断する出力制御回路とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、内部に備えられたバッテリに、充電回路を用いて充電しておくことにより、任意の場所に運んで、電車の外部から電車の起動に必要な直流電力を供給することができる。また、通常、電車の起動に用いられる電圧としては、直流１００Ｖ程度必要となるため、出力端子が短絡されたり、人体に印加されたりするのを防止する必要がある。この発明によれば、出力制御回路が、出力端子間の負荷状況を監視し、この負荷が、出力端子と電車とが正常に接続された際に観測される正常な負荷の範囲外となった場合に、バッテリからの直流電圧の出力端子への供給を遮断するようにしているので、短絡事故や感電事故の発生を防止することができる。
【０００９】
なお、本発明の一つの実施形態においては、バッテリを、充電回路と出力制御回路のいずれか一方に接続する充電／出力切換スイッチが更に備えられる。
出力制御回路は、バッテリからの直流電圧を出力端子に供給する出力トランジスタと、充電／出力切換スイッチがバッテリと出力制御回路とを接続する側に切り換わった際に、出力トランジスタを徐々にオン状態とするように駆動する時定数回路とを含むように構成されるようにしても良い。このようにすることにより、過負荷状態時の過放電等を防止することができる。
【００１０】
また、出力制御回路は、例えば出力トランジスタを選択的にオフ状態とするスイッチング素子と、充電／出力切換スイッチがバッテリと出力制御回路とを接続する側に切り換わった際に、出力端子間に所定レベル以上の電流が流れたことをもって過負荷を検出する過負荷検出回路と、充電／出力切換スイッチがバッテリと出力制御回路とを接続する側に切り換わった際に、出力端子間の抵抗値が所定値を超えたことをもって低負荷を検出する低負荷検出回路と、過負荷検出回路が過負荷を検出したとき、又は前記低負荷検出回路が低負荷を検出したときに、出力トランジスタをオフ状態とするスイッチング素子とを備えて構成することができる。
【００１１】
なお、出力制御回路は、バッテリからの直流電圧が出力端子に供給されている状態と出力端子への供給を遮断されている状態とを識別するための出力表示部を更に備えていることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る電車用可搬型電源装置について説明する。
図１は、本実施形態に係る電源装置が適用される電車の給電システムを概略的に示す図である。
電力線である架線１から、電車２の屋根に取り付けられた集電手段としてのパンタグラフ３を介して電車２内に供給された高圧電圧は、電車２内のインバータからなる低圧電源装置４によって約１００Ｖの低電圧に変換され、電車に搭載されるバッテリ５に、その充電電力として供給される。バッテリ５からの直流電圧は、電車内の電源ライン６に供給されている。本実施形態に係る可搬型電源装置７は、バッテリ５が消耗した際に、電車の起動電圧を与えるために低圧電源装置４に接続される。
【００１３】
図２は、可搬型電源装置７の前面パネルを主体とした外観図である。
ＡＣ入力端子１１には、内部のバッテリを充電する際に電源コードが接続されて商用電源からＡＣ１００Ｖが導入される。出力端子１２には、出力コードが接続され、内部のバッテリから出力コードを介して電車２の低電圧電源装置４にＤＣ１００Ｖを出力する。充電／出力切換スイッチ１３は、内部のバッテリへの充電と、バッテリから外部への出力とを切り換えるスイッチである。充電表示ＬＥＤ１４は、初期充電中は「赤」、充電されると徐々に「赤」→「黄」→「緑」と変化し、充電が完了すると「緑」を維持する。
【００１４】
出力入／切スイッチ１５は、充電／出力スイッチ１３が「出力」を選択しているときに「入」に切り換えることで、出力端子１２にＤＣ１００Ｖを出力するスイッチである。出力表示ＬＥＤ１６は、出力端子１２にＤＣ１００Ｖが出力されている状態、すなわち出力端子１２に正常な負荷（この例では、低圧電源装置４を構成するインバータの負荷；例えば４〜１０Ω）が接続されている場合に「青」を表示し、出力端子１２への電圧供給が遮断されている状態、すなわち出力端子１２に接続されている負荷が、正常な負荷（例えば４〜１０Ω）よりも低負荷又は過負荷のときに「紫」を表示する。ＢＴ電圧計１７は、ＢＴ電圧チェックスイッチ１８をオンにすると内部のバッテリの電圧を表示する。出力保護キャンセルスイッチ１９は、出力端子１２に接続される負荷状態に拘らず、内部のバッテリからのＤＣ１００Ｖを出力端子１２に強制的に出力させるためのスイッチである。
【００１５】
図３は、この電源装置７の回路図である。
電源装置７の内部には、電車２の起動に必要な直流電圧（ＤＣ１００Ｖ）を蓄積するバッテリ２１が備えられている。電源回路２２は、充電／出力スイッチ１３ａが「充電」側に接続されることにより商用電源から導入された交流電圧（ＡＣ１００Ｖ）を直流電圧に変換する。この直流電圧は充電回路２３に供給され、充電回路２３は、充電／切換スイッチ１３ｂ（スイッチ１３ａと連動）を介してバッテリ２１を充電する。出力制御回路２４は、充電／切換スイッチ１３ｂが「出力」側に接続されたときに、バッテリ２１から供給される直流電圧を一対の出力端子１２を介して外部に出力すると共に、出力端子１２間の負荷を監視し、この負荷が、正常な負荷の範囲外となった場合に、バッテリ２１からの直流電圧が出力端子１２に供給されるのを遮断する。なお、バッテリ２１の正極端子と負極端子との間には、コンデンサ２５と抵抗２６の直列回路が接続され、コンデンサ２５と並列に前述したＢＴ電圧計１７とＢＴ電圧チェックスイッチ１８の直列回路が接続されている。また、ダイオード２７は、出力保護キャンセル時の出力端子１２への電力の強制的な供給経路に順方向の電流を流すために挿入されている。
【００１６】
次に、各部の詳細な構成について説明する。
図４は、電源回路２２と充電回路２３の詳細回路図である。
電源回路２２は、ＡＣ１００Ｖを一次側に導入して変圧し、二次側に出力するトランス３１と、このトランス３１の二次側出力を整流及び平滑化するダイオード３２，３３及びコンデンサ３４，３５，３６と、平滑化された直流電圧を入力してバッテリ２１の充電用の定電圧を出力する定電圧回路３７とにより構成されている。
【００１７】
充電回路２３は、定電圧回路３７の出力を導入し、バッテリ２１に充電用の順方向電流を供給するダイオード４１と、バッテリ２１と直列に接続されてバッテリ２１への充電電流を制限する抵抗４２，４３とを備える。トランジスタ４４は、コレクタが抵抗４５を介して定電圧出力側に接続され、ベースが抵抗４６，４７をそれぞれ介してバッテリ２１の負極端子及び接地端子にそれぞれ接続されている。このトランジスタ４４は、バッテリ２１の充電初期にはオン状態を維持し、充電電圧の増加に伴ってバッテリ２１の負極電位が低下するとオフ状態となる。サイリスタ
４８は、トランジスタ４４のオフ動作に連動してターンオンし、抵抗４３の両端を短絡して、充電完了直前以降のバッテリ２１への充電電流を抵抗４２のみで制限する。これにより、充電後半時の充電電流の減少を防止する。充電初期においては、抵抗４９を介してバッテリ２１の負極端子にベースが接続されたトランジスタ５０がオン状態となり、抵抗５１およびＬＥＤ１４ａの並列回路及び抵抗５２を介して電流が流れることにより、ＬＥＤ１４は「赤」の点灯状態となる。充電が進むにつれて、トランジスタ５０のベース電位が下降するので、トランジスタ５０がオフ状態に移行し、トランジスタ５０のコレクタに抵抗５３を介してベースが接続されたトランジスタ５４が徐々にオン状態に移行する。これにより、抵抗５５およびＬＥＤ１４ｂの並列回路及び抵抗５６を介して電流が流れ始め、ＬＥＤ１４の点灯状態は、「赤」から「黄」、「緑」へと変化する。
【００１８】
図５は、出力制御回路２４の詳細回路図である。
バッテリ２１からの直流電圧は、出力入／切スイッチ１５ａを介して出力制御回路２４に導入され、出力トランジスタ６１，６２を介して出力端子１２に供給される。出力トランジスタ６１のベース電位は、抵抗６３，８１及びコンデンサ６４からなる時定数回路によってスイッチ１５ａがオン状態となってから徐々に上昇するように制御される。これにより、出力トランジスタ６１，６２は徐々にオン状態に移行する。
【００１９】
出力端子１２に接続された負荷を流れる電流は、抵抗６５，６６、ダイオード６７，６８及び抵抗６９の直列回路からなる過負荷検出回路を流れる。出力端子１２が短絡された場合のように、過負荷状態の場合には、抵抗６９の両端電圧が増加するので、サイリスタ７０がターンオンして出力トランジスタ６１，６２を遮断する。
【００２０】
一方、スイッチ１５ａを介して印加されたバッテリ２１の直流電圧は、抵抗６３，７１を介して出力端子１２側にも伝えられる。この電圧は、コンデンサ７２及び抵抗７３，７４からなる微分回路を介してダイオード７５，７６の接続点に印加される。抵抗７１を数百ｋΩに設定すると、出力端子１２に正常負荷（例えば４〜１０ｋＨｚ）が接続された場合には、電源装置７の出力インピーダンスに比べて負荷インピーダンスの方が遥かに小さいので、スイッチ１５ａがオンになった直後のコンデンサ７２のプラス側には電圧は殆ど現れない。しかし、出力端子１２が開放状態又は人体に触れているような低負荷の場合（抵抗値５ｋΩ以上の場合）には、コンデンサ７２のプラス側に所定の電圧が現れるので、ダイオード７５，７６の接続点の電位が瞬間的に上昇し、サイリスタ７０がターンオンして、出力トランジスタ６１，６２が遮断状態となる。すなわち、コンデンサ７２、抵抗７３，７４及びダイオード７５，７６により低負荷検出回路が構成される。
【００２１】
サイリスタ７０がオフ状態、すなわち正常負荷状態では、抵抗７７及びＬＥＤ１６ａの並列回路と抵抗７８との直列回路にのみ電流が流れるので、出力表示ＬＥＤ１６は、「青」の点灯状態となる。一方、サイリスタ７０がオン状態、すなわち過負荷状態又は低負荷状態では、抵抗７９及びＬＥＤ１６ｂの並列回路と抵抗８０との直列回路にも電流が流れるので、出力表示ＬＥＤ１６は、「紫」の点灯状態となる。また、出力保護キャンセルスイッチ１９ａ，１９ｂ（互いに連動）を切替えることにより、上述した保護機能をキャンセルして、強制的な出力供給を行うこともできる。
【００２２】
このように構成された本実施形態に係る可搬型電源装置によれば、短絡等の過負荷状態や、人体への接触のみならず、正常負荷以外に接続されたときの保護機能により、過放電や不要加圧を回避することができ、安全性の高い電車用可搬型電源装置を提供することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、内部に備えられたバッテリに、充電回路を用いて充電しておくことにより、任意の場所に運んで、電車の外部から電車の起動に必要な直流電力を供給することができる。
【００２４】
また、この発明によれば、出力制御回路が、出力端子間の負荷状況を監視し、この負荷が、出力端子と電車とが正常に接続された際に観測される正常な負荷の範囲外となった場合に、バッテリからの直流電圧の出力端子への供給を遮断するようにしているので、短絡事故や感電事故の発生を防止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】
【図１】本発明の一実施形態に係る電車用可搬型電源装置が適用される電車の給電システムを概略的に示す図である。
【図２】同電源装置の前面パネルを示す外観図である。
【図３】同電源装置の回路図である。
【図４】同電源装置における電源回路及び充電回路の詳細回路図である。
【図５】同電源装置における出力制御回路の詳細回路図である。
【符号の説明】
１…架線
２…電車
３…パンタグラフ
４…低圧電源装置
５…バッテリ
６…電源ライン
７…可搬型電源装置
２１…バッテリ
２２…電源回路
２３…充電回路
２４…出力制御回路
【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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