(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、前記バッテリから給電を受ける電動発電機又は静止型インバータ等の補助電源装置と、前記バッテリを前記補助電源装置に接続する給電配線とが搭載された車両において前記補助電源装置の始動に必要な電力を給電する可搬型で前記バッテリとは別の非常用バッテリを当該車両に接続するための車両の非常用バッテリ接続システムであって、
前記非常用バッテリの出力端に設けられたコネクタが接続される非常用バッテリコネクタ受部と、
前記バッテリと前記補助電源装置との間の前記給電配線を電気的に切り離す遮断器を有し、前記非常用バッテリコネクタ受部からの給電配線を前記補助電源装置に接続する給電回路と、
を前記車両に搭載したことを特徴とする車両の非常用バッテリ接続システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非常停止した電車の電動発電機又は静止型インバータ等の補助電源装置を再起動させる際に好適な非常用バッテリ接続方式、及びその非常用バッテリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電車には、通常走行時に蓄電されるバッテリが搭載されており、架線からの給電が停止される等の非常事態が発生した時には、車内の非常灯や必要最低限のサービス機器にバッテリから給電して、架線からの給電が停止している間も必要最低限のサービス機器の機能を維持するようにしている。そして、非常事態が復旧した際には、バッテリから給電された電力を利用して電動発電機又は静止型インバータ等の補助電源装置を再始動して自力走行を再開できるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のバッテリが搭載された電車にあっては、架線や軌条における電気的トラブルの発生によりバッテリが過放電状態になり、非常時に機能を維持すべき必要最低限のサービス機器への給電までもが不可能になる場合がある。
【０００４】
この場合、非常事態が復旧した際には、前記補助電源装置の再始動ができず自力走行が再開できなくなり、当該電車の機能を全て停止させて他の電車による救援を待つことになり、長時間に亘って列車の運行を停止させるという問題が発生していた。
【０００５】
この問題の解決策として、過放電したバッテリそのものをフル充電されたバッテリに交換する案や、何らかの外部電源を用いてバッテリに接続される直流１００ボルト回路に電源を供給する案等が考えられるが、前者の案では数百Ｋｇにも及ぶバッテリの運搬と保管に問題があり、後者の案では以下のような問題がある。
【０００６】
▲１▼具体的な車両用外部電源装置が現存しない。
▲２▼直流１００ボルト回路に電源を供給する地上電源が沿線で常時確保できるとは限らない。
▲３▼編成全体の直流１００ボルト回路に電源を供給するには非常に大容量の電源を必要する。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するため、バッテリに代わって前記補助電源装置を起動するのに必要な最小限の電源容量を備えた可搬型の非常用バッテリを電車に接続するための接続機構と、その非常用バッテリを接続機構に接続することにより、電車側の前記補助電源装置の起動回路等への給電をバッテリから非常用バッテリに切り替える給電切替機構とを備えた非常用バッテリ接続システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、
バッテリと、前記バッテリから給電を受ける電動発電機又は静止型インバータ等の補助電源装置と、前記バッテリを前記補助電源装置に接続する給電配線とが搭載された車両において前記補助電源装置の始動に必要な電力を給電する可搬型で前記バッテリとは別の非常用バッテリを当該車両に接続するための車両の非常用バッテリ接続システムであって、
前記非常用バッテリの出力端に設けられたコネクタが接続される非常用バッテリコネクタ受部と、
前記バッテリと前記補助電源装置との間の前記給電配線を電気的に切り離す遮断器を有し、前記非常用バッテリコネクタ受部からの給電配線を前記補助電源装置に接続する給電回路と、
を前記車両に搭載したことを特徴としている。
【０００９】
この請求項１記載の発明によれば、
バッテリと、前記バッテリから給電を受ける電動発電機又は静止型インバータ等の補助電源装置と、前記バッテリを前記補助電源装置に接続する給電配線とが搭載された車両において前記補助電源装置の始動に必要な電力を給電する可搬型で前記バッテリとは別の非常用バッテリを当該車両に接続するための車両の非常用バッテリ接続システムであって、前記非常用バッテリの出力端に設けられたコネクタが接続される非常用バッテリコネクタ受部と、前記バッテリと前記補助電源装置との間の前記給電配線を電気的に切り離す遮断器を有し、前記非常用バッテリコネクタ受部からの給電配線を前記補助電源装置に接続する給電回路と、を前記車両に搭載した。
【００１０】
したがって、列車に搭載されたバッテリが、何らかの理由により過放電になって非常停止した場合に、非常用バッテリを接続して前記補助電源装置を始動させることができ、当該列車が自力走行に復帰するまでの作業時間を短縮できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１〜図４は、本発明を適用した電車と非常用バッテリの一実施の形態を示す図である。
【００１８】
まず、構成を説明する。
図１は、本実施の形態における非常用バッテリの構成を示す概観斜視図である。この図１において、非常用バッテリ１は、充電ユニット２と、電池ユニット３と、充電ユニット２と電池ユニット３とを収納する可搬型のケース４と、から構成されている。
【００１９】
充電ユニット２は、所定長さのケーブル２１の端部にプラグ２２が設けられた電源ケーブル２３が設けられており、この電源ケーブル２３のプラグ２２が電灯線のコンセントに挿し込まれると、電灯線からの交流電圧を整流して電池ユニット３を充電するとともに、電池ユニット３の充電状態を監視して充電電圧や放電動作を制御する充放電制御機能を有する。
【００２０】
なお、この充電ユニット２は、ケース４の上部収納部４１に収納された状態で、そのケース４の下部収納部４２に収納された電池ユニット３に対する充放電動作を行う。したがって、充電ユニット２の外装部には、電池ユニット３の外装部に設けられた充放電端子部（図示せず）と接触する位置に、充放電端子（図示せず）が設けられている。
【００２１】
電池ユニット３は、複数の電池セル（図中では、８個程度）が直列に接続されて構成されており、後述するモータ車に搭載されたスタティックインバータを起動させる際に必要となる必要最小限の直流１００ボルトの電源容量を有するように構成されている。この電池ユニット３は、ケース４の下部収納部４２に収納された状態で、そのケース４の上部収納部４１に収納された充電ユニット２により充放電動作が制御されて充電される。
【００２２】
ケース４は、充電ユニット２を収納する上部収納部４１と、電池ユニット３を収納する下部収納部４２とを有するとともに、その外装の上部中央部には回動可能にハンドル４３が取り付けられている。また、下部収納部４２の外装の図中手前部には電池ユニット３からの給電をＯＮ／ＯＦＦさせるトグルスイッチ４４（請求項３記載の切替スイッチ）が設けられ、その下部収納部４２の他の外装部には電池ユニット３に設けられた出力端子部（図示せず）と接続される所定長さのケーブル４５の端部に接続コネクタ４６（請求項３記載の接続手段）が設けられた給電ケーブル４７が取り付けられている。
【００２３】
なお、この非常用バッテリ１の外形寸法や重量は、その充電ユニット２や電池ユニット３の仕様及び構成によるが、本実施の形態では、モータ車に搭載されたスタティックインバータを起動させる際に必要となる必要最小限の直流１００ボルトの電源容量を有することを想定すると、約２０センチメートル四方の立方体に納めることができ、ケース４に充電ユニット２と電池ユニット３をともに収納した場合の総重量は１０キログラム以下にすることが可能である。したがって、充電ユニット１を持ち運ぶことは容易である。
【００２４】
また、非常用バッテリ１は、係員の常駐する主要駅毎に保管され、係員が非常停止した列車に非常用バッテリ１を運ぶ際には、不要な充電ユニット２は取り外して運ぶことになり、係員に対する負担は更に軽減される。
【００２５】
次に、電車側における非常用バッテリ１の接続部の構成について図２を参照して説明する。
図２は、電車１００の妻配電盤１０１が設けられた正面部を示す図であり、この電車１００は、電動モータ（図示せず）と、パンタグラフ（図示せず）と、その電動モータの駆動制御装置（図示せず）と、を搭載したモータ車（Ｍ車）１００である。
【００２６】
この図２において、妻配電盤部１０１は、電車１００の室内妻面の左上部に設けられており、この妻配電盤部１０１の正面には開閉可能な扉１０２が設けられている。配電盤部１０１の内部構成は、図中の円内に拡大して示すように、妻配電盤１０３と、その右横に設けられた非常用バッテリ接続部１０４とから構成されている。
【００２７】
妻配電盤１０３には、当該モータ車１００に搭載された電動モータやスタティックインバータ等の各種電気機器の起動／停止を切り替えるノーフューズプレーカー（以下、ＮＦＢという）が複数配置されている。また、非常用バッテリ接続部１０４には、上記非常用バッテリ１のケース４に取り付けられた給電ケーブル４７の接続コネクタ４６と接続するための非常用バッテリコネクタ受部１０５が設けられている。
【００２８】
次に、非常用バッテリ１とモータ車１００との電気的接続関係について図３に示す接続回路（請求項１記載の給電回路）図を参照して説明する。
図３において、図中に示す二点鎖線の左側は、図２のモータ車（Ｍ車）１００と非常用バッテリ１との電気的接続関係を示し、その右側は、モータ車１００に連結される駆動制御系を持たず電動モータ（図示せず）とスタティックインバータ（以下、ＳＩＶという）２０２のみが搭載されたモータ車（Ｍ’車）２００との電気的接続関係を示している。
【００２９】
図３の左側において、モータ車１００は、図２に示した妻配電盤部１０１内の妻配電盤１０３と非常用バッテリ接続部１０４からの各給電配線２２１、２１２ａ、２１２ｂ、２１３ｂを集約して分配する接続盤１０６と、接続盤１０６を経由して分配された妻配電盤１０３と非常用バッテリ接続部１０４からの各給電配線２１２ａ、２１２ｂ、２１３ｂが接続されたパンタグラフ駆動部１０７と、接続盤１０６を経由して分配された妻配電盤１０３及び非常用バッテリ接続部１０４からの給電配線２２１が接続されたＳＩＶ断流器１０８と、接続盤１０６を経由して分配された妻配電盤１０３及び非常用バッテリ接続部１０４からの給電配線２２１が接続されたカプラ１０９と、から構成されている。
【００３０】
図３の右側において、モータ車２００は、モータ車１００のカプラ１０９を経由した給電配線２２１が接続された接続箱２０１と、接続箱２０１を経由した給電配線２２１が接続されたＳＩＶ２０２と、から構成されている。
【００３１】
非常用バッテリ１内の電池ユニット３の出力端子部（＋，−）とトグルスイッチ４４を介して接続された給電ケーブル４７は、その接続コネクタ４６の内部が４端子構成であり、妻配電盤部１０１の非常用バッテリコネクタ受部１０５と接続されている。非常用バッテリコネクタ受部１０５は、４芯コネクタ及びコネクタ盤により構成されており、そのコネクタ盤に接続された４本の配線のうち３本の給電配線である。
【００３２】
これら３本の給電配線のうち給電配線２２１は、妻配電盤１０３内のインバータ用ＮＦＢ１０３ｂに接続された後、接続盤１０６を経由してＳＩＶ断流器１０８とカプラ１０９に分配して接続され、給電配線２１２ｂは接続盤１０６を経由してパンタグラフ駆動部１０７内のダウン側励磁コイルＤＹに接続され、給電配線２１３ｂは接続盤１０６を経由してパンタグラフ駆動部１０７内のアップ側励磁コイルＵＹに接続されている。
【００３３】
また、妻配電盤１０３内のパンタグラフ用ＮＦＢ１０３ａに接続された給電配線２１２ａは、接続盤１０６を経由してパンタグラフ駆動部１０７内のａ、ｂ接点接続ラインに接続されている。また、妻配電盤１０３の図中上方には図示しないバッテリが接続されている。
【００３４】
パンタグラフ駆動部１０７は、接続盤１０６を経由して接続された給電配線２１２ｂ、２１３ｂから給電されて、ダウン側励磁コイルＤＹとアップ側励磁コイルＵＹが励磁されると、それぞれ対応するａ接点とｂ接点が動作して、パンタグラフ（図示せず）をアップさせ、また、その給電が停止されると、それぞれ対応するａ接点とｂ接点が動作して、パンタグラフをダウンさせる。
【００３５】
ＳＩＶ断流器１０８は、パンタグラフから供給される架線からの電源電流に異常を検出した場合に、その電源電流の入力を遮断する機能を有する。
【００３６】
図３において、モータ車１００の妻配電盤部１０１内の非常用バッテリコネクタ部１０４に非常用バッテリ１の接続コネクタ４６を接続する際には、まず、妻配電盤１０３のパンタグラフ用ＮＦＢ１０３ａとインバータ用ＮＦＢ１０３ｂとを「切」状態にし、接続コネクタ４６を非常用バッテリコネクタ部１０４に接続した後、トグルスイッチ４４をＯＮすることにより、非常用バッテリ１から出力される直流電源が、接続盤１０６を経由してパンタグラフ駆動部１０７に供給されるとともに、更にカプラ１０９とモータ車２００の接続盤２０１を経由してＳＩＶ２０２に供給される。
【００３７】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
【００３８】
図１に示した非常用バッテリ１は、通常は、係員の常駐する主要駅等に予め用意された非常用バッテリ保管場所において保管され、その保管場所に設けられた電灯線のコンセントに充電ユニット２のプラグ２２が挿されて、電池ユニット３の充電状態が維持される。
【００３９】
そして、運行中の列車にバッテリが過放電になるような非常事態が発生して停車した場合は、最寄りの駅の係員が非常用バッテリ保管場所から非常用バッテリ１を停車中の列車まで持ち運んで、後述する手順でモータ車に始動のための緊急給電を行う。この時、充電ユニット２は不要なので、ケース４から充電ユニット２は取り出して保管場所に置いておき、電池ユニット３だけをケース４に収納した状態で持ち運ぶことになるため、係員が持ち運ぶ際の負担が軽減される。
【００４０】
次いで、図４に示す１０両編成の列車に図２に示した妻配電盤部１０１を搭載したモータ車１００が連結されている場合の非常用バッテリ１の接続及び起動手順について説明する。
【００４１】
図４に示す１０両編成の列車は、左端の先頭車が先頭車用の制御車（Ｔｃ）、２両目と６、７両目が制御機能や電動モータが搭載されない一般車（Ｔ）、３両目と８両目が図２に示した妻配電盤部１０１を搭載したモータ車１００（Ｍ）、４両目と９両目が図３に示したモータ車２００と同様のモータ車（Ｍ’）、５両目がその他の一般車（Ｔ’）、１０両目が最後尾車用の制御車（Ｔｃ’）で構成され、３両目と８両目の車両にパンタグラフが搭載されている。
【００４２】
この図４の車両に対する架線からの給電が停止した状態で、非常用バッテリ１を接続する手順は、図中の手順▲１▼〜▲９▼に示す操作手順で行われる。
【００４３】
手順▲１▼：先頭と最後尾の制御車（Ｔｃ）、（Ｔｃ’）のバッテリＮＦＢを「切
」状態にする。
手順▲２▼：例えば、３両目のモータ車（Ｍ）の妻配電盤１０３のパンタグラフ用
ＮＦＢ１０３ａとＳＩＶ用ＮＦＢ１０３ｂとを「切」状態にする。
手順▲３▼：非常用バッテリ１のケース４に設けられた給電ケーブル４７の接続コネクタ４６を妻配電盤部１０１内に設けられた非常用バッテリ接続部
１０４の非常用バッテリコネクタ受部１０５に接続する。
手順▲４▼：非常用バッテリ１のトグルスイッチ４４を「入（ＯＮ）」にする。
【００４４】
ここまでの操作手順で、非常用バッテリ１から出力される直流１００ボルトの電源電圧が、モータ車１００（Ｍ）内のパンタグラフ駆動部１０７に給電されてパンタグラフが上昇し、このモータ車１００（Ｍ）の後ろに連結されたモータ車２００（Ｍ’）内のＳＩＶ２０２にも非常用バッテリ１から出力される直流１００ボルトの電源電圧が給電されて、ＳＩＶ２０２が２０秒以内に起動される。
【００４５】
次いで、モータ車１００（Ｍ）の復位操作について述べる。
【００４６】
手順▲５▼：３両目のモータ車（Ｍ）の妻配電盤１０３のパンタグラフ用ＮＦＢ１
０３ａとインバータ用ＮＦＢ１０３ｂとを「復位」状態にする。
手順▲６▼：非常用バッテリ１のトグルスイッチ４４を「切（ＯＦＦ）」にする。手順▲７▼：非常用バッテリコネクタ受部１０５に接続された接続コネクタ４６を
外す。
手順▲８▼：先頭の制御車（Ｔｃ）の運転台でもう一方のパンタグラフの上げ操作、及びその他の９両目のモータ車（Ｍ’）に搭載されたＳＩＶの起動
（三相表示灯「滅」）を確認する。
手順▲９▼：先頭の制御車（Ｔｃ）と最後尾の制御車（Ｔｃ’）の両運転台のバッ
テリＮＦＢを「復位」状態にする。
以上の操作手順により、非常停止した図４の列車は、再度自力走行が可能になる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態では、駅の係員等が持ち運び可能な非常用バッテリ１を用意し、この非常用バッテリ１を接続する妻配電盤部１０１を搭載したモータ車１００では、簡単に非常用バッテリ１を接続可能な非常用バッテリ接続部１０４を備え、この非常用バッテリ接続部１０４に非常用バッテリ１を接続した際に、その妻配電盤１０３と非常用バッテリ１とにおける簡単なスイッチ操作で非常用バッテリ１から出力される電源電圧が、再起動が必要なパンタグラフ駆動部１０７や、後続に連結されたモータ車２００のＳＩＶ２０２に給電される接続回路構成とした。
【００４８】
このため、この非常用バッテリ接続用の妻配電盤１０３を搭載したモータ車１００を各編成車両中に連結して運行することにより、この列車がバッテリが過放電状態になって非常停止した場合でも、最寄りの係員が駅の非常用バッテリ保管場所に保管された非常用バッテリ１を停止中の列車まで運ぶことが容易にでき、直ちに緊急給電操作を行って自力走行を再開させるまでの作業時間を大幅に短縮できる。
【００４９】
また、図１に示した非常用バッテリ１の構成によれば、バッテリが過放電になって非常停止した列車のモータ発電機を再起動するための電力容量を備えた非常用バッテリを小型かつ可搬可能な形態で構成することができ、係員の常駐する主要駅毎に非常用バッテリ保管場所を設置して充電状態で保管することが容易かつ低コストで実現できる。また、非常用バッテリを車両まで運ぶ際には、充電ユニットを収納ケースから取り外した状態で運ぶことができ、非常用バッテリを運ぶ人の負担を軽減できる。
【００５０】
さらに、図１に示した非常用バッテリ１の構成によれば、非常用バッテリを車両に接続する際の接続操作を容易にでき、その接続を確認した後でトグルスイッチ４４の切り替え操作により電力供給を確実に行うことができ、非常用バッテリの信頼性を向上できる。
【００５１】
なお、上記実施の形態において示した非常用バッテリ１の電池ユニット３の構成や電源容量等は、その要求される電源容量に応じて変更可能であり、また、その形状や重量等は、本発明の主旨の範囲において、要求される仕様に応じて変更されるものである。
【００５２】
また、図２に示したモータ車１００の妻配電盤部１０１に設けた非常用バッテリ接続部１０４の構成も一例であり、本発明の主旨の範囲において、その他のコネクタ形状や仕様のものが採用可能であることは勿論である。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の車両の非常用バッテリ接続システムによれば、従来の列車に搭載されたバッテリが過放電になって非常停止した場合に、非常用バッテリを接続して前記補助電源装置を始動させることができ、当該列車が自力走行に復帰するまでの作業時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態における非常用バッテリ１の構成を示す概観斜視図である。
【図２】本発明を適用した一実施の形態におけるモータ車１００に設けられた妻配電盤部１０１の構成を示す図である。
【図３】図１の非常用バッテリ１と図２のモータ車１００とを含む列車間の接続関係を示す接続回路図である。
【図４】図１の非常用バッテリ１を接続する列車の構成例と、その非常用バッテリ１を接続する際の操作手順とを示す図である。
【符号の説明】
１    非常用バッテリ
２    充電ユニット
３    電池ユニット
４    ケース
２１    ケーブル
２２    プラグ
２３    電源ケーブル
４１    上部収納部
４２    下部収納部
４３    ハンドル
４４    トグルスイッチ
４５    ケーブル
４６    接続コネクタ
４７    給電ケーブル
１００  モータ車（Ｍ）
１０１  妻配電盤部
１０３  妻配電盤
１０４  非常用バッテリ接続部
１０５  非常用バッテリコネクタ受部
【図１】
0004038300.tif 000002
【図２】
0004038300.tif 000003
【図３】
0004038300.tif 000004
【図４】
0004038300.tif 000005