(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線からの直流の第１の電力を直流の第２の電力に変換して直流負荷に供給する電力変換部と、
前記架線からの前記第１の電力を直流の第３の電力に変換する起動部と、
前記電力変換部及び前記起動部に接続され、前記第２の電力が供給される第１のダイオードと前記第３の電力が供給される第２のダイオードとから成り、前記第２の電力と前記第３の電力のうち高電圧の方を出力する突合せダイオードと、
前記突合せダイオードからの出力を受け、制御信号を出力する制御部と、
前記制御部からの制御信号に基づき前記電力変換部への電流を制御する充電スイッチ部とを備え、
前記制御部は、前記突合せダイオードによる前記起動部からの前記第３の電力により前記電力変換部を起動し、前記電力変換部からの前記第２の電力に電力供給源が切り替わった後、前記電力変換部からの前記第２の電力が得られなくなった場合には、前記突合せダイオードにより切り替わって供給される前記起動部からの前記第３の電力を受け前記充電スイッチ部に前記電力変換部への電流を停止させることを特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項２】
前記架線と前記電力変換部との間に接続され、前記架線からの前記第１の電力に対する
前記電力変換部の保護を行う第１の保護部を備えたことを特徴とする請求項１記載の車両用補助電源装置。
【請求項３】
前記起動部は、前記第１の保護部を介して前記第１の電力が供給されることを特徴とす
る請求項２記載の車両用補助電源装置。
【請求項４】
前記電力変換部は、前記第１の電力を交流の第４の電力に変換して交流負荷に供給する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両用補助電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高圧電力を変換して電気車両用のエアコンや照明等の負荷に、低圧電力を供給する車両用補助電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気車両は、車両内の機器のバックアップ用バッテリを搭載している。また、車両内には、架線からの高圧電力を低圧電力に変換し、車両内の負荷に低圧電力を供給するための車両用補助電源装置がある。バックアップ用バッテリ電圧により、車両用補助電源装置内の制御部に電源が供給され、制御部が動作することで、初めて、車両用補助電源装置全体が起動可能となっていた。しかしながら、バックアップ用バッテリ電圧が低下し、上記の制御部の動作可能電圧に達しない場合、制御部は起動せず、車両用補助電源装置全体が動作しなくなる。
【０００３】
そこで、例えば、特開平１−２５９７０４号公報の第１図及び第２図に開示されているように、車両用補助電源装置の起動時に、架線からの高圧電力を変換して、制御部（制御回路）に電力（電源）を与えるための起動部（コンバータ）を設けていた。起動部の動作により、車両の起動時に、バックアップ用バッテリ電圧が低下していても、起動部から供給される電力により、車両用補助電源装置の制御部は正常に動作する。
【０００４】
しかしながら、上述の従来の車両用補助電源装置においては、次のような問題点があった。起動部は、その使用頻度を抑えるために、車両用補助電源装置の起動時のみ動作し、電力変換部の出力から電力が得られると、その動作を停止していた。起動部の停止時に、電力変換部から負荷までの低圧側に、絶縁破壊等の影響による短絡故障が発生した場合、電力変換部の出力を停止させるため、制御部が電力変換部に動作の停止を指令する必要があるが、短絡により電力変換部から正常な電力が得られず、また、起動部も停止しているので、制御部電源が停電し、制御部からの指令に基づく電力変換部の動作を正常に停止させることができなかった。
【０００５】
この発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、起動部の使用頻度を最小限に抑え、かつ、電力変換部の出力から、正常に電力が得られなくなった場合でも、直ちに、起動部から制御部へ電力供給を開始することで、電力変換部を正常に停止させることができる車両用補助電源装置を得ることを目的とする。
【発明の開示】
【０００６】
この発明に係る車両用補助電源装置は、架線からの直流の第１の電力を直流の第２の電力に変換して直流負荷に供給する電力変換部と、架線からの第１の電力を直流の第３の電力に変換する起動部と、電力変換部及び起動部に接続され、第２の電力が供給される第１のダイオードと第３の電力が供給される第２のダイオードとから成り、第２の電力と第３の電力のうち高電圧の方を出力する突合せダイオードと、突合せダイオードからの出力を受け、制御信号を出力する制御部と、制御部からの制御信号に基づき電力変換部への電流を制御する充電スイッチ部とを備え、制御部は、突合せダイオードによる起動部からの第３の電力により電力変換部を起動し、電力変換部からの第２の電力に電力供給源が切り替わった後、電力変換部からの第２の電力が得られなくなった場合には、突合せダイオードにより切り替わって供給される起動部からの第３の電力を受け充電スイッチ部に電力変換部への電流を停止させることを特徴とするので、起動部の使用頻度を最小限に抑え、かつ、電力変換部の出力から正常に電力が得られなくなった場合、直ちに起動部から制御部へ電力供給を開始することにより、電力変換部を正常に停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
第１図は、この発明の実施の形態１に係る車両用補助電源装置の構成を示した図である。
第２図は、この発明の実施の形態２に係る車両用補助電源装置の構成を示した図である。
第３図は、この発明の実施の形態３に係る車両用補助電源装置の構成を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
実施の形態１．
第１図は、この発明における実施の形態１の車両用補助電源装置の構成を示した図である。図において、１は架線、２はパンタグラフであり、架線１からの高圧電力が、パンタグラフ２を介して、車両用補助電源装置内に供給される。架線１としては、地上に設置されるものや地下鉄のサードレールが挙げられる。
【０００９】
車両用補助電源装置内の構成を説明する。３は自動起動部であり、ヒューズ４、電磁接触器部５、入力フィルタ用リアクトル６から構成される。電磁接触器部５は、コイル、スイッチ部、電圧降下用の抵抗とが示されている。また、図示しないが、抵抗とコイルとの間には、接触器が設けられている。パンタグラフ２からの入力過電圧を後述の制御部が検知し、接触器を開くことで、コイルに電流が流れなくなり、スイッチ部が開く。通常は、接触器が閉じているため、自動で起動し、コイルが励磁されて、スイッチ部が閉じ、車両用補助電源装置内に高圧電力が印加される。架線１からの過大な電流に対しては、ヒューズ４の切れにより、架線１と車両用補助電源装置内とを切り離す。
【００１０】
７は電力変換部であり、充電スイッチ部８、入力フィルタ用コンデンサ９、インバータ１０、変圧部１１、整流部１２、平滑フィルタ１３から構成される。電力変換部７は、自動起動部３からの直流の高圧電力を低圧電力に変換し、負荷及び車両用補助電源装置内に供給する。入力フィルタ用リアクトル６及び入力フィルタ用コンデンサ９によって、架線１からの電圧に対する平滑化を行う。充電スイッチ部８は、車両の起動時の入力フィルタ用コンデンサ９を保護する目的で、後述の制御部に基づき、その充電を調節する。インバータ１０は、直流の電力を交流に変換するためのものである。変圧部１１は、インバータ１０からの交流の高圧電力を低圧に変換する。整流部１２は、変圧部１１からの交流の低圧電力を直流に変換する。平滑フィルタ１３は、整流部１２からの直流の低圧電力を、後段の負荷に供給できるように平滑化する。
【００１１】
１４は制御部であり、通常、電力変換部７を制御する。制御部１４は、入力フィルタ用コンデンサ９を保護するために、その充電状態を検知し（図示せず）、充電スイッチ部８に制御信号を出力する。充電後、インバータ１０に変換動作を指示する。
【００１２】
１５は起動部であり、インバータ１６、変圧部１７、整流部１８から構成される。起動部１５は、自動起動部３からの直流の高圧電力を直流の低圧電力に変換する。起動部１５から出力される電圧は、電力変換部７から出力される電圧よりも低い。両電圧は、変圧部１１、変圧部１７のコイルの構成により調整される。
【００１３】
１９は突合せダイオードであり、ダイオード２０及びダイオード２１のカソード部が突き合わされて、制御部１４に接続されている。突合せダイオード１９の各アノード部は、それぞれ平滑フィルタ１３及び整流部１８に接続されている。突合せダイオード１９により、電力変換部７及び起動部１５から供給された電力の内、高電圧の方が、制御部１４に供給される。突合せダイオード１９に供給される上述の２つの電力の電圧は異なるが、双方とも、制御部１４が正常に動作できる範囲内の電源供給となるように、電力変換部７及び起動部１５が構成される。
２２は照明等の直流負荷であり、平滑フィルタ１３からの直流の低圧電力が供給される。
【００１４】
次に、この車両用補助電源装置の動作を説明する。
車両用補助電源装置は、車両中で最初に始動する装置であり、架線１からパンタグラフ２を介して直流の高圧電力が供給される。架線１からの電力は、１，５００Ｖ等の高圧であるので、そのままでは、車両内の直流負荷２２に使用できないため、１００Ｖ等の低圧の電力に変換して、直流負荷２２に供給する必要がある。この変換を車両用補助電源装置が行う。
【００１５】
車両が始動すると、パンタグラフ２からの高圧電力が、自動起動部３に供給される。自動起動部３は、後段の電力変換部７や起動部１５への過大な高圧電力に対する入力保護を行うための保護部である。自動起動部３を通過した高圧電力は、電力変換部７の充電スイッチ部８と起動部１５のインバータ１６とに供給される。双方に供給された時点では、電力変換部７においては、制御部１４から充電スイッチ部８への制御信号が出力されていないので、充電スイッチ部８は動作していない。
【００１６】
一方、起動部１５は、供給された高圧電力に基づき動作する。高圧電力は、インバータ１６にて直流から交流に変換され、変圧部１７で低圧に変換される。変換後の交流の低圧電力は、整流部１８にて、直流の低圧電力に変換される。変換された低圧電力は、突合せダイオード１９のダイオード２１に供給される。電力変換部７に接続されたダイオード２０には、電力変換部７からの電力供給が無く、突合せダイオード１９のダイオード２１に供給されている方の電圧が高くなるので、その電力が、制御部１４に電源として供給される。
【００１７】
電源供給により、制御部１４が動作する。制御部１４は、入力フィルタ用コンデンサ９の充電状態（電圧等）を検知し、制御部１４に予め組み込まれている制御情報（図示せず）に基づき、検知結果に応じた制御信号を充電スイッチ部８に出力する。充電スイッチ部８は、制御信号に基づき、起動時の入力フィルタ用リアクトル６から入力フィルタ用コンデンサ９への電流を制御し、入力フィルタ用コンデンサ９の急激な充電から保護する。入力フィルタ用コンデンサ９は、架線１と同電圧になるまで充電される。
【００１８】
入力フィルタ用コンデンサ９が充電後、制御部１４は、インバータ１０に制御信号を出力する。インバータ１０に供給された直流の高圧電力は、制御信号に基づき、交流に変換される。交流に変換後、変圧部１１にて低圧に変換され、整流部１２で、直流の低圧電力に変換される。その後、平滑フィルタ１３において、直流の低圧電力が平滑化されて、直流負荷２２及び突合せダイオード１９のダイオード２０に供給される。
【００１９】
突合せダイオード１９において、ダイオード２１よりもダイオード２０に供給される電圧の方が高くなるので、ダイオード２０からの出力が優先され、電源として、制御部１４に供給される。
【００２０】
電力変換部７から直流負荷２２までの低圧側に短絡故障が発生し、電力変換部７からの出力が得られなくなった場合、ダイオード２０に供給されていた電力の電圧が、ダイオード２１に供給されている電力の電圧より低くなるので、ダイオード２１からの電力が、電源として、直ぐに、制御部１４に供給される。制御部１４は、電力変換部７の充電スイッチ部８、インバータ１０等に制御信号を出力して、電力変換部７の動作の停止を行う。
【００２１】
ダイオード２０からの電力が制御部１４に供給されている間、ダイオード２１からの電力が低電圧のため電源供給できないだけで、起動部１５は動作を停止しておらず、制御部１４に、いつでも電力供給できるような状態でスタンバイしている。ダイオード２０及びダイオード２１の電圧の大小関係が反転すれば、整流部１８から、ダイオード２１を介して、制御部１４に電源供給される。
【００２２】
突合せダイオード１９の役割は３つある。まず、起動部１５から直流負荷２２への電力供給を防止することである。次に、起動部１５を構成する回路素子の使用頻度を削減するために、電力変換部７が起動し、その出力が得られると、制御部１４への電力供給源を、起動部１５から電力変換部７へ自動的に切り替えることである。更に、故障などにより電力変換部７からの出力が得られなくなれば、起動部１５の出力が電力変換部７の出力より高電圧となるので、制御部１４への電力供給源が、電力変換部７の出力から起動部１５へと、自動的に切り替える点である。
【００２３】
なお、車両点検の安全性確保のため、パンタグラフ２とヒューズ４との間を切離せるような構成にしても良い。また、直流負荷２２がバックアップ用バッテリの場合には、バッテリ消費を防止するため、平滑フィルタ１３とバックアップ用バッテリとの間が適宜切離せるように接触器を設けても良い。
【００２４】
以上のように、この発明の実施の形態１に係る車両用補助電源装置は、電力変換部７から直流負荷２２までの低圧側に短絡故障が生じ、電力変換部７からの電力供給ができなくなった場合、スタンバイしていた起動部１５からの電力が突合せダイオード１９を介して、直ちに、制御部１４に供給されるので、制御部１４の電源を停電させずに、制御部１４の動作を維持できるとともに、制御部１４から電力変換部７に、正常に動作の停止を行うことができる。
【００２５】
また、制御部１４による制御を通常必要とせず自動起動する自動起動部３と、制御部１４による制御を必要とする電力変換部７とに分けて構成されているので、自動起動部３までの動作が終わり、制御部１４の起動が必要となって初めて起動部１５が動作する。したがって、制御部１４が不要な間の起動部１５の動作が抑えられる。
【００２６】
また、バックアップ用バッテリ及び起動部からの各出力電圧の突合せで、選択的に車両用補助電源装置の制御部に電力供給するような構成では、全体の車両用補助電源装置が動作していても、バックアップ用バッテリ電圧が供給可能電圧に達していなければ、供給可能電圧に充電されるまで、起動部による制御部への電力供給が継続されていた。
【００２７】
これに対し、実施の形態１のように、電力変換部７及び起動部１５の各出力電圧を突合せる場合、車両用補助電源装置にバックアップ用バッテリ電圧が不要となるので、上記の例に比べ、起動時の起動部１５の使用時間が、電力変換部７の出力が得られるまでとなり短い。したがって、制御部１４に電力を与える起動部１５の使用頻度が極力抑えられ、起動部１５の回路素子の寿命を延ばすことができる。
【００２８】
実施の形態２．
実施の形態１では、直流電力のみを出力する車両用補助電源装置について説明したが、実施の形態２では、交流電力及び直流電力の両方を出力する車両用補助電源装置について説明する。
【００２９】
第２図は、実施の形態２における車両用補助電源装置の構成を示した図である。
図において、２３は電力変換部、２４はインバータ、２５は平滑フィルタ、２６及び２７は変圧部、２８は交流負荷である。交流負荷２８は、エアコン等の交流負荷である。他の符号は、実施の形態１で示したものと同じ構成である。
【００３０】
実施の形態１と同様に、自動起動部３からの直流の高圧電力が、インバータ２４に供給されると、インバータ２４で交流の高圧電力に変換される。インバータ２４は、交流に変換するためのものであるが、実施の形態１のような単相出力ではなく、３相出力を採用する。変圧部２６によるノイズ発生を防止するために、平滑フィルタ２５で、交流の高圧電力を平滑化する。変圧部２６で、低圧の交流電力に変換され、交流負荷２８に供給される。
【００３１】
変圧部２６からの交流の低圧電力（単相出力）が変圧部２７に供給される。供給された電力は、変圧部２７にて、更に低圧電力に変換され、整流部１２で交流から直流へ変換される。平滑フィルタ１３で平滑化された直流の低圧電力は、直流負荷２２及び突合せダイオード１９のダイオード２０に供給される。ここでは、変圧部２７及び整流部１２を用いたが、代わりに、変圧部２６の交流３相出力を、そのまま３相ブリッジ整流回路を用いて整流しても良い。
【００３２】
電力変換部２３からの出力が得られると、実施の形態１と同様に、突合せダイオード１９のダイオード２０からの出力が、制御部１４に電源として供給される。
【００３３】
以上のように、実施の形態２の車両用補助電源装置は、実施の形態１における車両用補助電源装置と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
更に、交流負荷と直流負荷の両方に電力供給することができる車両用補助電源装置を得ることができる。
【００３５】
実施の形態３．
第３図は、この発明の実施の形態３における車両用補助電源装置の構成を示す図である。
図において、２９は自動起動部であり、ヒューズ３０を有する。３１は電力変換部、３２は電磁接触器部、３３は入力フィルタ用リアクトル、３５は制御部である。他の符号は、実施の形態１で示したものと同じ構成である。
【００３６】
実施の形態１、２の車両用補助電源装置では、起動できる電圧まで電圧降下させる抵抗を用いることで、電磁接触器部５を自動起動させたが、車両を使用する地域によっては、架線１の電圧が高圧過ぎるため、自動起動可能な耐圧特性を有する電磁接触器部が無い場合や、電磁接触器部が自動起動できる電圧まで電圧降下させるための大きな抵抗が必要となり車両用補助電源装置の大型化を招く場合がある。
【００３７】
第３図の構成では、起動時に、制御部３５の指令を必要としない自動起動部２９は、ヒューズ３０のみから成る。制御部３５の指令を必要とする電力変換部３１に、電磁接触器部３２及び入力フィルタ用リアクトル３３が設けられている。ヒューズ３０は、架線１から電力変換部３１へ、過大な電流が流れるのを防止する。制御部３５は、自動起動部２９からの電圧等を検知し（図示せず）、電磁接触器部３２のコイルを制御する。コイルの作用により、スイッチ部が開閉する。電磁接触器部３２は、自動起動のための電圧降下用の抵抗を無くし、制御部３５により制御される構成である。
【００３８】
起動時に、制御部３５は、ダイオード２１からの出力により、自動起動部２９からの電力の電圧を検知する（図示せず）。電力変換部３１が許容できる電圧値よりも大きい場合、電磁接触器部３２のコイルを制御することで、スイッチ部が開き、架線１からの過大な電圧に対し、電力変換部３１が保護される。
【００３９】
一方、許容範囲内の電圧の場合、制御部３５が電磁接触器部３２のコイルを制御することで、コイルが励磁され、スイッチ部が閉じ、入力フィルタ用リアクトル３３、充電スイッチ部８、入力フィルタ用コンデンサ９が通電する。ヒューズ３０、電磁接触器部３２は、架線１からの電力に対する電力変換部３１の入力保護を行う保護部である。電磁接触器部３２は、制御部３５の制御により動作する。
【００４０】
入力フィルタ用コンデンサ９が充電後、制御部３５の制御により、インバータ１０が動作し、直流の高圧電力が交流に変換される。更に、変圧部１１、整流部１２、平滑フィルタ１３により、直流の低圧電力に変換される。電力変換部３１からの出力が得られると、実施の形態１と同様に、突合せダイオード１９のダイオード２０からの出力が、制御部３５に電源として供給される。
【００４１】
実施の形態３の車両用補助電源装置は以上のように構成されているので、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４２】
また、架線１の電圧が高圧過ぎる場合でも、車両用補助電源装置の大型化を招くことがない。
【００４３】
以上のように、この発明によれば、起動部の使用頻度を最小限に抑え、かつ、電力変換部の出力から、正常に電力が得られなくなった場合でも、直ちに、起動部から制御部へ電力供給を開始することで、電力変換部を正常に停止させることができる車両用補助電源装置が得られる。
【００４４】
【産業上の利用可能性】
この発明は、電気車両において、起動部の使用頻度を最小限に抑え、かつ、電力変換部の出力から、正常に電力が得られなくなった場合でも、直ちに、起動部から制御部へ電力供給を開始することで、電力変換部を正常に停止させることのできる車両用補助電源装置の実現に有用である。
【図１】
0004635874.tif 000002
【図２】
0004635874.tif 000003
【図３】
0004635874.tif 000004