JP2001069672A - 充放電制御装置 - Google Patents
充放電制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電磁ノイズが少なく、電池の電圧変動に強い
充放電制御装置を提供する。 【解決手段】 き電線と蓄電池との間に中間電位ＶＭを
保持するキャパシタ１０を設ける。中間電位ＶＭは、き
電線の電位ＶＬよりも高く保つように制御され、かつ、
蓄電池の＋極の電位ＶＢＡＴよりも高くなるように制御
される。き電線とキャパシタ１０との間には電流可逆チ
ョッパ回路であるＤＣ／ＤＣ変換器８が設けられてお
り、同様に蓄電池とキャパシタ１０との間にも電流可逆
チョッパ回路であるＤＣ／ＤＣ変換器１２が設けられ
る。このため、き電線への供給電流は連続電流となり、
高調波が低減する。
充放電制御装置を提供する。 【解決手段】 き電線と蓄電池との間に中間電位ＶＭを
保持するキャパシタ１０を設ける。中間電位ＶＭは、き
電線の電位ＶＬよりも高く保つように制御され、かつ、
蓄電池の＋極の電位ＶＢＡＴよりも高くなるように制御
される。き電線とキャパシタ１０との間には電流可逆チ
ョッパ回路であるＤＣ／ＤＣ変換器８が設けられてお
り、同様に蓄電池とキャパシタ１０との間にも電流可逆
チョッパ回路であるＤＣ／ＤＣ変換器１２が設けられ
る。このため、き電線への供給電流は連続電流となり、
高調波が低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、充放電制御装置
に関し、より特定的には、直流送電が行なわれる電線に
接続される電力貯蔵装置に用いられる充放電制御装置に
関する。
に関し、より特定的には、直流送電が行なわれる電線に
接続される電力貯蔵装置に用いられる充放電制御装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】直流電流で送電が行なわれるシステムと
して、電気鉄道システムがある。電気鉄道における電力
需要は、１日中一定量を維持しているわけではなく、朝
夕の通勤ラッシュ時に先鋭的な電力需要のピークがあ
る。また、正午ごろの電力需要は朝夕のピーク時の６０
〜８０％程度であり、また深夜から明け方までの最低の
電力需要はピーク時の１５％程度にまで減少する。
して、電気鉄道システムがある。電気鉄道における電力
需要は、１日中一定量を維持しているわけではなく、朝
夕の通勤ラッシュ時に先鋭的な電力需要のピークがあ
る。また、正午ごろの電力需要は朝夕のピーク時の６０
〜８０％程度であり、また深夜から明け方までの最低の
電力需要はピーク時の１５％程度にまで減少する。
【０００３】発電設備を電力需要のピークに合せて保有
すると、正午ごろや深夜から明け方までの時間は、設備
の運転を休止しなければならず、稼働率が大幅に低下す
る。このため、充放電が可能な２次電池を用いて電力需
要が少ない時間帯の電力を充電し、電力需要がピークと
なっているときにこれを放電する、いわゆる電力の負荷
平準化（ロードレベリング）を行なうことは、エネルギ
の有効利用という観点から大きな意義を有する。
すると、正午ごろや深夜から明け方までの時間は、設備
の運転を休止しなければならず、稼働率が大幅に低下す
る。このため、充放電が可能な２次電池を用いて電力需
要が少ない時間帯の電力を充電し、電力需要がピークと
なっているときにこれを放電する、いわゆる電力の負荷
平準化（ロードレベリング）を行なうことは、エネルギ
の有効利用という観点から大きな意義を有する。
【０００４】たとえば、明治末から昭和初期にかけて、
電力の供給不足が慢性的に生じ、バッテリポストと呼ば
れる蓄電池（２次電池）が直接き電線に連係され、ロー
ドレベリングに役立てられていた。
電力の供給不足が慢性的に生じ、バッテリポストと呼ば
れる蓄電池（２次電池）が直接き電線に連係され、ロー
ドレベリングに役立てられていた。
【０００５】また、一定期間内に電力供給が絶対的に不
足する事態を避ける上述のロードレベリングの他に、変
電所中間点で生じる電圧降下を防止するという、電力の
質の低下を下げるために２次電池による電力の補充を行
なうことも有効である。
足する事態を避ける上述のロードレベリングの他に、変
電所中間点で生じる電圧降下を防止するという、電力の
質の低下を下げるために２次電池による電力の補充を行
なうことも有効である。
【０００６】以後の説明において、電圧降下防止のよう
な電力の質の低下を防止することも「ロードレベリン
グ」の中に含めることとする。
な電力の質の低下を防止することも「ロードレベリン
グ」の中に含めることとする。
【０００７】図７は、２次電池による電力の補充が行な
われる箇所を説明するための図である。
われる箇所を説明するための図である。
【０００８】図７を参照して、電車１０６に直流電流を
供給するき電線１０４は、各地に設けられた変電所１０
０、１０２から電流の供給を受けている。
供給するき電線１０４は、各地に設けられた変電所１０
０、１０２から電流の供給を受けている。
【０００９】たとえば、時間帯により異なる電力需要を
平準化するための目的で用いる場合には、２次電池によ
る電力補充装置をＢ点に示すように変電所に隣接する地
点に設置する。また、変電所間の中間地点であるＡ点や
き電線１０４の終端ポイントであるＣ点に電力補充装置
を設置すれば、電車１０６によって消費される電流によ
るき電線の電圧降下を防止するために有効である。
平準化するための目的で用いる場合には、２次電池によ
る電力補充装置をＢ点に示すように変電所に隣接する地
点に設置する。また、変電所間の中間地点であるＡ点や
き電線１０４の終端ポイントであるＣ点に電力補充装置
を設置すれば、電車１０６によって消費される電流によ
るき電線の電圧降下を防止するために有効である。
【００１０】図８は、（社）日本鉄道電気技術協会発行
“電気鉄道におけるパワーエレクトロニクス”第１０６
〜１０７頁に記載されたバッテリーポストの構成を示す
図である。
“電気鉄道におけるパワーエレクトロニクス”第１０６
〜１０７頁に記載されたバッテリーポストの構成を示す
図である。
【００１１】このバッテリーポストは、直流電気鉄道に
おける電圧降下対策装置の研究において検討された。
おける電圧降下対策装置の研究において検討された。
【００１２】図８を参照して、バッテリーポスト１００
は、蓄電池１１４、１１６を備えており、スイッチ１１
２によってき電線１０４に接続される。蓄電池１１４、
１１６は鉛電池を使用しており、図には示されていない
が蓄電池には電圧の微調整を可能とするためにセル個数
を変更するタップを有している。
は、蓄電池１１４、１１６を備えており、スイッチ１１
２によってき電線１０４に接続される。蓄電池１１４、
１１６は鉛電池を使用しており、図には示されていない
が蓄電池には電圧の微調整を可能とするためにセル個数
を変更するタップを有している。
【００１３】充電時には、２系統の降圧チョッパ装置を
含む充電装置１２０によって、充電電圧が制御される。
含む充電装置１２０によって、充電電圧が制御される。
【００１４】放電時には、蓄電池１１４、１１６は直列
に接続され、過大な放電電流を抑制するために、電力制
御用チョッパ１１８を設けている。図８に示した装置
は、１９７９年〜１９８３年にかけて日本国有鉄道にお
いて研究開発が行なわれた装置であり、在来線で性能試
験が行なわれたが、変換器の問題や蓄電池の問題等によ
り実用化には至らなかった。
に接続され、過大な放電電流を抑制するために、電力制
御用チョッパ１１８を設けている。図８に示した装置
は、１９７９年〜１９８３年にかけて日本国有鉄道にお
いて研究開発が行なわれた装置であり、在来線で性能試
験が行なわれたが、変換器の問題や蓄電池の問題等によ
り実用化には至らなかった。
【００１５】き電線は、公称直流１５００Ｖであるが、
時間帯や場所によって電圧値が大きく変動している。た
とえば、変電所付近においておよそ１８５０Ｖ〜１４０
０Ｖの間の変動がある。さらに、変電所の中間ポイント
においては、き電線の電圧変動は、１８５０Ｖ〜９００
Ｖにまで変動する。
時間帯や場所によって電圧値が大きく変動している。た
とえば、変電所付近においておよそ１８５０Ｖ〜１４０
０Ｖの間の変動がある。さらに、変電所の中間ポイント
においては、き電線の電圧変動は、１８５０Ｖ〜９００
Ｖにまで変動する。
【００１６】一方、蓄電池は、１セルがたとえば鉛畜電
池の場合は２Ｖのものを直列に接続して高電圧にして使
用するが、放電が進んだ状態になると、２Ｖが１Ｖにま
で低下する。
池の場合は２Ｖのものを直列に接続して高電圧にして使
用するが、放電が進んだ状態になると、２Ｖが１Ｖにま
で低下する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】図８に示した回路で
は、蓄電池１１４、１１６を直列に接続した場合の電圧
が必ずき電線１０４よりも高い電圧を有していなければ
電力補充に使用することはできない。このため、電圧値
を調整するため、蓄電池１１４、１１６にはタップを設
ける必要があり、その接続をコントロールする複雑な制
御が必要であるという問題点があった。
は、蓄電池１１４、１１６を直列に接続した場合の電圧
が必ずき電線１０４よりも高い電圧を有していなければ
電力補充に使用することはできない。このため、電圧値
を調整するため、蓄電池１１４、１１６にはタップを設
ける必要があり、その接続をコントロールする複雑な制
御が必要であるという問題点があった。
【００１８】図９は、より簡単な例である従来の電力貯
蔵装置１３０の構成を示す回路図である。
蔵装置１３０の構成を示す回路図である。
【００１９】図９を参照して、電力貯蔵装置１３０は、
−極が接地ノードに接続された蓄電池１３２と、蓄電池
１３２の＋極に一端が接続されるコイル１３４と、コイ
ル１３４の他端と接地ノードとの間に接続されるスイッ
チング素子１３６と、コイル１３４の他端にアノードが
接続されるダイオード１３８とを含む。ダイオード１３
８のカソードは直流遮断器１２８を介してき電線１０４
と接続される。
−極が接地ノードに接続された蓄電池１３２と、蓄電池
１３２の＋極に一端が接続されるコイル１３４と、コイ
ル１３４の他端と接地ノードとの間に接続されるスイッ
チング素子１３６と、コイル１３４の他端にアノードが
接続されるダイオード１３８とを含む。ダイオード１３
８のカソードは直流遮断器１２８を介してき電線１０４
と接続される。
【００２０】スイッチング素子１３６は、ゲートに信号
Ｓ１０を受けるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Tra
nsistor）である。
Ｓ１０を受けるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Tra
nsistor）である。
【００２１】直流遮断器１２８は、き電線１０４に地絡
事故が起こったときに蓄電池１３２から電流が流出しな
いように接続を遮断する。
事故が起こったときに蓄電池１３２から電流が流出しな
いように接続を遮断する。
【００２２】図１０は、図９に示した電力貯蔵装置の動
作を説明するための動作波形図である。
作を説明するための動作波形図である。
【００２３】図１０を参照して、電力貯蔵装置１３０か
らき電線１０４に電流を供給する場合を考える。定常状
態において時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４では制御信号Ｓ
１０によってスイッチング素子１３６は導通状態とされ
る。このとき蓄電池１３２からはコイル１３４に向けて
電流ＩＢＡＴが流れ電流は次第に増加する。時刻ｔ２〜
ｔ３においては、スイッチング素子１３６は非導通状態
とされる。すると、コイル１３４に逆起電力が生じ、き
電線よりも高い電圧が生ずるためダイオード１３８の順
方向に電流ＩＬが流れる。
らき電線１０４に電流を供給する場合を考える。定常状
態において時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４では制御信号Ｓ
１０によってスイッチング素子１３６は導通状態とされ
る。このとき蓄電池１３２からはコイル１３４に向けて
電流ＩＢＡＴが流れ電流は次第に増加する。時刻ｔ２〜
ｔ３においては、スイッチング素子１３６は非導通状態
とされる。すると、コイル１３４に逆起電力が生じ、き
電線よりも高い電圧が生ずるためダイオード１３８の順
方向に電流ＩＬが流れる。
【００２４】このような構成では蓄電池１３２は電圧が
降下した状態においてもき電線１０４に対して電流を流
すことができる。しかし、図９に示した回路構成では、
電流ＩＬは、図１０で示したように間欠的にき電線に流
入するパルス状電流になっており、き電線に大きな電磁
ノイズが発生してしまう。電磁ノイズが発生すると、周
辺地域の通信や無線に対する妨害となるという問題が生
ずる。また、電気鉄道は、自分自身のシステムにも無線
通信等を使用しているため、その通信に障害が生ずるお
それがある。
降下した状態においてもき電線１０４に対して電流を流
すことができる。しかし、図９に示した回路構成では、
電流ＩＬは、図１０で示したように間欠的にき電線に流
入するパルス状電流になっており、き電線に大きな電磁
ノイズが発生してしまう。電磁ノイズが発生すると、周
辺地域の通信や無線に対する妨害となるという問題が生
ずる。また、電気鉄道は、自分自身のシステムにも無線
通信等を使用しているため、その通信に障害が生ずるお
それがある。
【００２５】図１１は、より改善された電力貯蔵装置１
４０の構成を示す回路図である。図１１を参照して、電
力貯蔵装置１４０は、図９に示した電力貯蔵装置１３０
の出力部にフィルタ１４１を設けている。フィルタ１４
１は、ダイオード１３８のカソードと接地ノードとの間
に接続されるキャパシタ１４２と、ダイオード１３８の
カソードと直流遮断器１２８との間に接続されるコイル
１４６とを含む。他の構成は、図９に示した電力貯蔵装
置１３０と同様であるため説明は繰返さない。
４０の構成を示す回路図である。図１１を参照して、電
力貯蔵装置１４０は、図９に示した電力貯蔵装置１３０
の出力部にフィルタ１４１を設けている。フィルタ１４
１は、ダイオード１３８のカソードと接地ノードとの間
に接続されるキャパシタ１４２と、ダイオード１３８の
カソードと直流遮断器１２８との間に接続されるコイル
１４６とを含む。他の構成は、図９に示した電力貯蔵装
置１３０と同様であるため説明は繰返さない。
【００２６】図１２は、図１１に示した電力貯蔵装置の
放電時の電流波形を示した図である。
放電時の電流波形を示した図である。
【００２７】図１２を参照して、き電線に供給される電
流ＩＬは、図１０に示した場合と比較して平滑化されて
いるが、それでもまだ十分ではなかった。
流ＩＬは、図１０に示した場合と比較して平滑化されて
いるが、それでもまだ十分ではなかった。
【００２８】また、図９、図１１に示したような回路で
は、事故が発生してき電線１０４が地絡した場合には、
直流遮断器１２８によって電流を遮断しなければ電力貯
蔵装置から過大な電流がき電線に向けて流れダイオード
１３８が破壊してしまう。しかしながら、直流遮断器１
２８によって直流電流を遮断すると、直流遮断器１２８
の金属接点部分にアークが生じたりプラズマが発生した
りするため、金属接点部が傷んでしまう。このため、直
流遮断器１２８の接点は消耗品であり、数百回の遮断を
行なうと交換しなければならないという問題点があっ
た。さらに、直流遮断器１２８は、機械的動作によって
電流遮断を行なう場合が多く一般に２０ｍｓ〜５０ｍｓ
程度の動作時間を要するため、ダイオード１３８のよう
な半導体デバイスの保護には反応速度が十分ではないと
いう問題点もある。
は、事故が発生してき電線１０４が地絡した場合には、
直流遮断器１２８によって電流を遮断しなければ電力貯
蔵装置から過大な電流がき電線に向けて流れダイオード
１３８が破壊してしまう。しかしながら、直流遮断器１
２８によって直流電流を遮断すると、直流遮断器１２８
の金属接点部分にアークが生じたりプラズマが発生した
りするため、金属接点部が傷んでしまう。このため、直
流遮断器１２８の接点は消耗品であり、数百回の遮断を
行なうと交換しなければならないという問題点があっ
た。さらに、直流遮断器１２８は、機械的動作によって
電流遮断を行なう場合が多く一般に２０ｍｓ〜５０ｍｓ
程度の動作時間を要するため、ダイオード１３８のよう
な半導体デバイスの保護には反応速度が十分ではないと
いう問題点もある。
【００２９】また、先に説明したように、き電線１０４
の電圧は、電流の消費される状態により大きく変動す
る。また、蓄電池１３２も放電の進み具合により電圧が
大きく変動する。図９、図１１に示したような回路で
は、き電線よりも蓄電池の電圧が高いような状況になる
と、正常に動作することはできない。一方、図８に示し
たような回路では、充電時は電池を２並列にし、放電時
には電池を２直列にするようにして、電圧の調整を行な
っているが、それでもなお蓄電池電圧とき電線の電圧と
の間の調整は難しい。
の電圧は、電流の消費される状態により大きく変動す
る。また、蓄電池１３２も放電の進み具合により電圧が
大きく変動する。図９、図１１に示したような回路で
は、き電線よりも蓄電池の電圧が高いような状況になる
と、正常に動作することはできない。一方、図８に示し
たような回路では、充電時は電池を２並列にし、放電時
には電池を２直列にするようにして、電圧の調整を行な
っているが、それでもなお蓄電池電圧とき電線の電圧と
の間の調整は難しい。
【００３０】この発明は、以上のような課題を解決する
ためになされたものであり、その目的は、高調波ノイズ
の発生を抑制することができる電力貯蔵装置用充放電制
御装置を提供することを目的とする。
ためになされたものであり、その目的は、高調波ノイズ
の発生を抑制することができる電力貯蔵装置用充放電制
御装置を提供することを目的とする。
【００３１】この発明の他の目的は、非常時の電流遮断
を直流遮断機より速やかに行なうことができる電力貯蔵
装置用充放電制御装置を提供することを目的とする。
を直流遮断機より速やかに行なうことができる電力貯蔵
装置用充放電制御装置を提供することを目的とする。
【００３２】この発明のさらに他の目的は、き電線の電
圧変動に対して蓄電池の電圧の制限が緩和された電力貯
蔵装置用充放電制御装置を提供することを目的とする。
圧変動に対して蓄電池の電圧の制限が緩和された電力貯
蔵装置用充放電制御装置を提供することを目的とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の充放電
制御装置は、電力不足時に、負荷に直流電圧を供給する
電線に対して、補充する電力を貯蔵しておく蓄電池の充
放電を制御する充放電制御装置であって、蓄電池の電極
間電位より高く、かつ、電線の電位より高い中間電位を
保持する電位保持回路と、第１のモードにおいて、蓄電
池の電位を昇圧して電位保持回路にむけて電流を放電す
る第１のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路と、第１のモードにお
いて、中間電位を降圧して電線に向けて電流を放電する
第２のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路とを備える。
制御装置は、電力不足時に、負荷に直流電圧を供給する
電線に対して、補充する電力を貯蔵しておく蓄電池の充
放電を制御する充放電制御装置であって、蓄電池の電極
間電位より高く、かつ、電線の電位より高い中間電位を
保持する電位保持回路と、第１のモードにおいて、蓄電
池の電位を昇圧して電位保持回路にむけて電流を放電す
る第１のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路と、第１のモードにお
いて、中間電位を降圧して電線に向けて電流を放電する
第２のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路とを備える。
【００３４】請求項２に記載の充放電制御装置は、請求
項１に記載の充放電制御装置の構成において、第２のＤ
Ｃ／ＤＣ電圧変換回路は、第２のモードにおいて、電線
の電位を昇圧して電位保持回路に向けて電流を充電し、
第１のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路は、第２のモードにおい
て、電位保持回路の電位を降圧して蓄電池にむけて電流
を充電する。
項１に記載の充放電制御装置の構成において、第２のＤ
Ｃ／ＤＣ電圧変換回路は、第２のモードにおいて、電線
の電位を昇圧して電位保持回路に向けて電流を充電し、
第１のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路は、第２のモードにおい
て、電位保持回路の電位を降圧して蓄電池にむけて電流
を充電する。
【００３５】請求項３に記載の充放電制御装置は、請求
項２に記載の充放電制御装置の構成に加えて、中間電位
を蓄電池のプラス極の電位より高く、かつ、電線の電位
より高くなるように、第１、第２のＤＣ／ＤＣ変換回路
を制御する制御回路をさらに備える。
項２に記載の充放電制御装置の構成に加えて、中間電位
を蓄電池のプラス極の電位より高く、かつ、電線の電位
より高くなるように、第１、第２のＤＣ／ＤＣ変換回路
を制御する制御回路をさらに備える。
【００３６】請求項４に記載の充放電制御装置は、請求
項１に記載の充放電制御装置の構成に加えて、電位保持
回路は、第１の電極と第２の電極とを有し、第１の電極
が接地ノードに接続される容量素子を含み、蓄電池は、
マイナス電極が接地ノードに接続され、第１のＤＣ／Ｄ
Ｃ電圧変換回路は、第１の内部ノードと、第１の内部ノ
ードと蓄電池のプラス電極との間に接続される第１のコ
イル素子と、第１の内部ノードからキャパシタの第２の
電極に向かう方向に整流して電流を流す第１の整流素子
と、第１の内部ノードと接地ノードとの間を第１の制御
信号に応じて接続する第１のスイッチング素子とを含
み、第２のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路は、第２の内部ノー
ドと、第２の内部ノードと電線との間に接続される第２
のコイル素子と、接地ノードから第２の内部ノードに向
かう方向に整流して電流を流す第２の整流素子と、第２
の内部ノードとキャパシタの第２の電極との間を第２の
制御信号に応じて接続する第２のスイッチング素子とを
含む。
項１に記載の充放電制御装置の構成に加えて、電位保持
回路は、第１の電極と第２の電極とを有し、第１の電極
が接地ノードに接続される容量素子を含み、蓄電池は、
マイナス電極が接地ノードに接続され、第１のＤＣ／Ｄ
Ｃ電圧変換回路は、第１の内部ノードと、第１の内部ノ
ードと蓄電池のプラス電極との間に接続される第１のコ
イル素子と、第１の内部ノードからキャパシタの第２の
電極に向かう方向に整流して電流を流す第１の整流素子
と、第１の内部ノードと接地ノードとの間を第１の制御
信号に応じて接続する第１のスイッチング素子とを含
み、第２のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路は、第２の内部ノー
ドと、第２の内部ノードと電線との間に接続される第２
のコイル素子と、接地ノードから第２の内部ノードに向
かう方向に整流して電流を流す第２の整流素子と、第２
の内部ノードとキャパシタの第２の電極との間を第２の
制御信号に応じて接続する第２のスイッチング素子とを
含む。
【００３７】請求項５に記載の充放電制御装置は、請求
項４に記載の充放電制御装置の構成に加えて、第１のモ
ードにおいて、電線に対して必要な電流が供給されるよ
うに第２の制御信号を間欠的に活性化させ、かつ、中間
電位が蓄電池のプラス極の電位より高くなるように第１
の制御信号を間欠的に活性化させる制御回路をさらに備
える。
項４に記載の充放電制御装置の構成に加えて、第１のモ
ードにおいて、電線に対して必要な電流が供給されるよ
うに第２の制御信号を間欠的に活性化させ、かつ、中間
電位が蓄電池のプラス極の電位より高くなるように第１
の制御信号を間欠的に活性化させる制御回路をさらに備
える。
【００３８】請求項６に記載の充放電制御装置は、請求
項４に記載の充放電制御装置の構成に加えて、第１のＤ
Ｃ／ＤＣ電圧変換回路は、接地ノードから第１の内部ノ
ードに向かう方向に整流して電流を流す第３の整流素子
と、第１の内部ノードと容量素子の第２の電極との間を
第３の制御信号に応じて接続する第３のスイッチング素
子とをさらに含み、第２のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路は、
第２の内部ノードから容量素子の第２の電極に向かう方
向に整流して電流を流す第４の整流素子と、第２の内部
ノードと接地ノードとの間を第４の制御信号に応じて接
続する第４のスイッチング素子とをさらに含む。
項４に記載の充放電制御装置の構成に加えて、第１のＤ
Ｃ／ＤＣ電圧変換回路は、接地ノードから第１の内部ノ
ードに向かう方向に整流して電流を流す第３の整流素子
と、第１の内部ノードと容量素子の第２の電極との間を
第３の制御信号に応じて接続する第３のスイッチング素
子とをさらに含み、第２のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路は、
第２の内部ノードから容量素子の第２の電極に向かう方
向に整流して電流を流す第４の整流素子と、第２の内部
ノードと接地ノードとの間を第４の制御信号に応じて接
続する第４のスイッチング素子とをさらに含む。
【００３９】請求項７に記載の充放電制御装置は、請求
項６に記載の充放電制御装置の構成に加えて、第２のモ
ードにおいて、蓄電池に対して必要な充電電流が供給さ
れるように第３の制御信号を間欠的に活性化させ、か
つ、中間電位が電線の電位より高くなるように第４の制
御信号を間欠的に活性化させる制御回路をさらに備え
る。
項６に記載の充放電制御装置の構成に加えて、第２のモ
ードにおいて、蓄電池に対して必要な充電電流が供給さ
れるように第３の制御信号を間欠的に活性化させ、か
つ、中間電位が電線の電位より高くなるように第４の制
御信号を間欠的に活性化させる制御回路をさらに備え
る。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下において、本発明の実施の形
態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中
同一符号は同一または相当部分を示す。
態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中
同一符号は同一または相当部分を示す。
【００４１】［実施の形態１］図１は、本発明の実施の
形態１の充放電制御装置１の構成を示すブロック図であ
る。
形態１の充放電制御装置１の構成を示すブロック図であ
る。
【００４２】図１を参照して、充放電制御装置１は、き
電線１０４と直流遮断器ＣＢを介して接続されており、
き電線と蓄電池６との間の充放電の制御を行なう。
電線１０４と直流遮断器ＣＢを介して接続されており、
き電線と蓄電池６との間の充放電の制御を行なう。
【００４３】充放電制御装置１は、き電線と蓄電池６と
の間の充放電の切換を行なう充放電切換部４と、き電線
１０４の電圧およびき電線１０４に対しての出力電流を
監視し蓄電池６の電流および電圧を監視し充放電切換部
４に対して制御信号Ｓ１〜Ｓ４を出力するＰＷＭ制御回
路２とを含む。
の間の充放電の切換を行なう充放電切換部４と、き電線
１０４の電圧およびき電線１０４に対しての出力電流を
監視し蓄電池６の電流および電圧を監視し充放電切換部
４に対して制御信号Ｓ１〜Ｓ４を出力するＰＷＭ制御回
路２とを含む。
【００４４】充放電切換部４は、一端が接地ノードに接
続されるキャパシタ１０と、キャパシタ１０とき電線と
の間の電圧で電圧変換を行なうＤＣ／ＤＣ変換器８と、
キャパシタ１０と蓄電池６との間で電圧変換を行なうＤ
Ｃ／ＤＣ変換器１２とを含む。
続されるキャパシタ１０と、キャパシタ１０とき電線と
の間の電圧で電圧変換を行なうＤＣ／ＤＣ変換器８と、
キャパシタ１０と蓄電池６との間で電圧変換を行なうＤ
Ｃ／ＤＣ変換器１２とを含む。
【００４５】図２は、図１に示した充放電切換部４の詳
細な構成を示す回路図である。図２を参照して、ＤＣ／
ＤＣ変換器８は、き電線１０４とノードＮ１との間に接
続されるコイル２２と、コレクタがノードＮ１に接続さ
れエミッタが接地ノードに接続されゲートに制御信号Ｓ
４が与えられるＩＧＢＴ２８と、ノードＮ１にカソード
が接続され接地ノードにアノードが接続されるダイオー
ド３０と、ノードＮ２にコレクタが接続されノードＮ１
にエミッタが接続されゲートに制御信号Ｓ３が与えられ
るＩＧＢＴ２４と、ノードＮ２にカソードが接続されノ
ードＮ１にアノードが接続されるダイオード２６とを含
む。ノードＮ２はキャパシタ１０の他端に接続されてお
り、その電位は中間電位ＶＭである。
細な構成を示す回路図である。図２を参照して、ＤＣ／
ＤＣ変換器８は、き電線１０４とノードＮ１との間に接
続されるコイル２２と、コレクタがノードＮ１に接続さ
れエミッタが接地ノードに接続されゲートに制御信号Ｓ
４が与えられるＩＧＢＴ２８と、ノードＮ１にカソード
が接続され接地ノードにアノードが接続されるダイオー
ド３０と、ノードＮ２にコレクタが接続されノードＮ１
にエミッタが接続されゲートに制御信号Ｓ３が与えられ
るＩＧＢＴ２４と、ノードＮ２にカソードが接続されノ
ードＮ１にアノードが接続されるダイオード２６とを含
む。ノードＮ２はキャパシタ１０の他端に接続されてお
り、その電位は中間電位ＶＭである。
【００４６】ＤＣ／ＤＣ変換器１２は、ノードＮ２にコ
レクタが接続されノードＮ３にエミッタが接続されゲー
トに制御信号Ｓ１が与えられるＩＧＢＴ３４と、ノード
Ｎ２にカソードが接続されノードＮ３にアノードが接続
されるダイオード３６と、ノードＮ３にコレクタが接続
され接地ノードにエミッタが接続されゲートに制御信号
Ｓ２が与えられるＩＧＢＴ３８と、ノードＮ３にカソー
ドが接続され接地ノードにアノードが接続されるダイオ
ード４０と、ノードＮ３と蓄電池６のプラス電極との間
に接続されるコイル３２とを含む。
レクタが接続されノードＮ３にエミッタが接続されゲー
トに制御信号Ｓ１が与えられるＩＧＢＴ３４と、ノード
Ｎ２にカソードが接続されノードＮ３にアノードが接続
されるダイオード３６と、ノードＮ３にコレクタが接続
され接地ノードにエミッタが接続されゲートに制御信号
Ｓ２が与えられるＩＧＢＴ３８と、ノードＮ３にカソー
ドが接続され接地ノードにアノードが接続されるダイオ
ード４０と、ノードＮ３と蓄電池６のプラス電極との間
に接続されるコイル３２とを含む。
【００４７】ここで、中間電位ＶＭは、き電線１０４の
電位ＶＬよりも高く設定され、かつ、中間電位ＶＭは、
蓄電池の電位ＶＢＡＴよりも高く設定されている。ＤＣ
／ＤＣ変換器８は、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回
路を組合せた電流可逆チョッパ回路である。すなわち、
キャパシタ１０からき電線１０４に向けて電流が流され
るときは、ＩＧＢＴ２４が制御信号Ｓ３によって動作す
る。このときＩＧＢＴ２８は制御信号Ｓ４によって常に
非導通状態とされる。すると、ダイオード３０、コイル
２２およびＩＧＢＴ２４の働きにより、ＤＣ／ＤＣ変換
器８は、キャパシタ１０からき電線に対して電流を流す
降圧チョッパ回路として動作する。一方、き電線１０４
からキャパシタ１０に対して電流を充電する場合には、
ＩＧＢＴ２４は非導通状態にされ、制御信号Ｓ４によっ
てＩＧＢＴ２８が導通、非導通を繰返す。すると、コイ
ル２２、ダイオード２６、ＩＧＢＴ２８によってＤＣ／
ＤＣ変換器８は昇圧チョッパ回路として動作する。
電位ＶＬよりも高く設定され、かつ、中間電位ＶＭは、
蓄電池の電位ＶＢＡＴよりも高く設定されている。ＤＣ
／ＤＣ変換器８は、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回
路を組合せた電流可逆チョッパ回路である。すなわち、
キャパシタ１０からき電線１０４に向けて電流が流され
るときは、ＩＧＢＴ２４が制御信号Ｓ３によって動作す
る。このときＩＧＢＴ２８は制御信号Ｓ４によって常に
非導通状態とされる。すると、ダイオード３０、コイル
２２およびＩＧＢＴ２４の働きにより、ＤＣ／ＤＣ変換
器８は、キャパシタ１０からき電線に対して電流を流す
降圧チョッパ回路として動作する。一方、き電線１０４
からキャパシタ１０に対して電流を充電する場合には、
ＩＧＢＴ２４は非導通状態にされ、制御信号Ｓ４によっ
てＩＧＢＴ２８が導通、非導通を繰返す。すると、コイ
ル２２、ダイオード２６、ＩＧＢＴ２８によってＤＣ／
ＤＣ変換器８は昇圧チョッパ回路として動作する。
【００４８】ＤＣ／ＤＣ変換器１２も、ＤＣ／ＤＣ変換
器８と同様な動作をするため、説明は繰返さない。
器８と同様な動作をするため、説明は繰返さない。
【００４９】図３は、図１におけるＰＷＭ制御回路２の
制御フローを示すフローチャートである。
制御フローを示すフローチャートである。
【００５０】図１、図３を参照して、ステップＳ１００
において、ＰＷＭ制御回路２はき電線の電圧降下を検知
する。電圧降下の検知がされない場合はステップＳ１０
０を繰返している。電圧降下が検知されると、ステップ
Ｓ１０１に進み、き電線に１００Ａの電流を放電するよ
うに、ＤＣ／ＤＣ変換器８をＰＷＭ制御回路２がフィー
ドバック制御する。
において、ＰＷＭ制御回路２はき電線の電圧降下を検知
する。電圧降下の検知がされない場合はステップＳ１０
０を繰返している。電圧降下が検知されると、ステップ
Ｓ１０１に進み、き電線に１００Ａの電流を放電するよ
うに、ＤＣ／ＤＣ変換器８をＰＷＭ制御回路２がフィー
ドバック制御する。
【００５１】そして、ステップＳ１０２に進み、今度は
中間電位ＶＭの電位降下を検知する。中間電位ＶＭが所
定のレベル以下に降下していない場合には、再びステッ
プ１００に戻る。中間電位ＶＭの電位降下が所定のレベ
ル以下になっていた場合には、ステップＳ１０３に進
む。ステップＳ１０３では中間電位ＶＭを高く保つため
に蓄電池６から放電するように、ＤＣ／ＤＣ変換器１２
をＰＷＭ制御回路２がフィードバック制御する。
中間電位ＶＭの電位降下を検知する。中間電位ＶＭが所
定のレベル以下に降下していない場合には、再びステッ
プ１００に戻る。中間電位ＶＭの電位降下が所定のレベ
ル以下になっていた場合には、ステップＳ１０３に進
む。ステップＳ１０３では中間電位ＶＭを高く保つため
に蓄電池６から放電するように、ＤＣ／ＤＣ変換器１２
をＰＷＭ制御回路２がフィードバック制御する。
【００５２】そしてステップＳ１０４において、電池電
圧が下限値になっていないかどうかを確認する。
圧が下限値になっていないかどうかを確認する。
【００５３】電池電圧が下限値に達していない場合に
は、再び、ステップＳ１００に戻りき電線の電圧降下の
検知動作を行なう。電池電圧が下限値に達してしまって
いる場合には、ステップＳ１０５に進み電池からの放電
を停止する。
は、再び、ステップＳ１００に戻りき電線の電圧降下の
検知動作を行なう。電池電圧が下限値に達してしまって
いる場合には、ステップＳ１０５に進み電池からの放電
を停止する。
【００５４】夜間等のように消費される電流が少なく、
き電線の電圧が十分に高く保たれている場合は、き電線
から蓄電池への充電動作が行なわれる。制御フローは図
３で示したフローにおいてき電線と蓄電池を入れ替えた
ものと同様である。つまり、蓄電池の電圧が降下し、充
電が必要だと判断されると、ＤＣ／ＤＣ変換器１２で中
間電位を降圧して蓄電池に充電し、中間電位が低くなり
すぎないようにＤＣ／ＤＣ変換器８によってき電線の電
圧を昇圧して、キャパシタ１０に電流を供給するのであ
る。
き電線の電圧が十分に高く保たれている場合は、き電線
から蓄電池への充電動作が行なわれる。制御フローは図
３で示したフローにおいてき電線と蓄電池を入れ替えた
ものと同様である。つまり、蓄電池の電圧が降下し、充
電が必要だと判断されると、ＤＣ／ＤＣ変換器１２で中
間電位を降圧して蓄電池に充電し、中間電位が低くなり
すぎないようにＤＣ／ＤＣ変換器８によってき電線の電
圧を昇圧して、キャパシタ１０に電流を供給するのであ
る。
【００５５】充電動作と放電動作は、時間によって切換
えてもよい。たとえば、夜間のように電力消費の少ない
時間帯は電力料金が安く設定されているので、そのよう
な時間帯に充電を行なえば経済的に運転をすることがで
きる。また、電車の電力消費がピークとなりき電線の電
圧降下が問題となる時間は、たとえば、通勤時間帯の１
〜２時間であるのでそのような時間帯に放電をするよう
に制御しても良い。
えてもよい。たとえば、夜間のように電力消費の少ない
時間帯は電力料金が安く設定されているので、そのよう
な時間帯に充電を行なえば経済的に運転をすることがで
きる。また、電車の電力消費がピークとなりき電線の電
圧降下が問題となる時間は、たとえば、通勤時間帯の１
〜２時間であるのでそのような時間帯に放電をするよう
に制御しても良い。
【００５６】図４は、実施の形態１の充放電制御装置を
用いた場合のき電線への放電電流を示す図である。
用いた場合のき電線への放電電流を示す図である。
【００５７】図２、図４を参照して、時刻ｔ１〜ｔ２、
ｔ３〜ｔ４においては、制御信号Ｓ３によってＩＧＢＴ
２４は導通状態とされる。すると、キャパシタ１０から
はコイル２２に対して電流が流入する。時刻ｔ２〜ｔ３
においては、制御信号Ｓ３によってＩＧＢＴ２４は非導
通状態とされるので、キャパシタ１０からコイル２２に
対して流れる電流は停止するが、コイル２２には、エネ
ルギが蓄えられており、引続きき電線に対して電流を供
給する。したがって、き電線に対して電流を放電する場
合には、連続した電流を放電することができる。したが
って、き電線において発生する電磁ノイズを少なく抑え
ることが可能となる。
ｔ３〜ｔ４においては、制御信号Ｓ３によってＩＧＢＴ
２４は導通状態とされる。すると、キャパシタ１０から
はコイル２２に対して電流が流入する。時刻ｔ２〜ｔ３
においては、制御信号Ｓ３によってＩＧＢＴ２４は非導
通状態とされるので、キャパシタ１０からコイル２２に
対して流れる電流は停止するが、コイル２２には、エネ
ルギが蓄えられており、引続きき電線に対して電流を供
給する。したがって、き電線に対して電流を放電する場
合には、連続した電流を放電することができる。したが
って、き電線において発生する電磁ノイズを少なく抑え
ることが可能となる。
【００５８】また、中間電圧ＶＭを十分に高く設定する
ことによって、き電線の電位が変動しかつ蓄電池の電位
が変動した場合においても、中間電位を蓄電池の電位よ
り高く保つように制御するのは容易であるので、蓄電池
とき電線の間での充放電制御は問題なく行なうことが可
能である。
ことによって、き電線の電位が変動しかつ蓄電池の電位
が変動した場合においても、中間電位を蓄電池の電位よ
り高く保つように制御するのは容易であるので、蓄電池
とき電線の間での充放電制御は問題なく行なうことが可
能である。
【００５９】したがって、従来の場合のように、蓄電池
にタップを設けたりする必要がない。
にタップを設けたりする必要がない。
【００６０】また、ＰＷＭ制御回路にて過大電流を検出
した時にＩＧＢＴをすべて非導通状態とすれば、き電線
が地絡事故を起こした場合に電池からき電線に流出する
電流を制限することができ直流遮断器を動作させないで
もよいため、直流遮断器のメンテナンス回数が少なくて
すむという利点がある。また、ＩＧＢＴは機械式の直流
遮断器よりも高速に電流遮断を行なうことが可能である
ため、内蔵するダイオードの破壊を防ぐことができる。
した時にＩＧＢＴをすべて非導通状態とすれば、き電線
が地絡事故を起こした場合に電池からき電線に流出する
電流を制限することができ直流遮断器を動作させないで
もよいため、直流遮断器のメンテナンス回数が少なくて
すむという利点がある。また、ＩＧＢＴは機械式の直流
遮断器よりも高速に電流遮断を行なうことが可能である
ため、内蔵するダイオードの破壊を防ぐことができる。
【００６１】尚、実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣ変換器
に含まれるスイッチング素子としてＩＧＢＴを使用する
例を示したが、スイッチング素子はＩＧＢＴに限定され
るものでは無く、大電流を遮断できるパワートランジス
タ、パワーＭＯＳトランジスタ、トライアック、ＧＴＯ
（Gate Turn Onサイリスタ）等を使用することも可能で
ある。また、蓄電池は、たとえば、電力貯蔵用に適する
改良型鉛畜電池、ＮａＳ電池（ナトリウムイオン電池）
およびレドックスフロー電池等が好適に用いられる。
に含まれるスイッチング素子としてＩＧＢＴを使用する
例を示したが、スイッチング素子はＩＧＢＴに限定され
るものでは無く、大電流を遮断できるパワートランジス
タ、パワーＭＯＳトランジスタ、トライアック、ＧＴＯ
（Gate Turn Onサイリスタ）等を使用することも可能で
ある。また、蓄電池は、たとえば、電力貯蔵用に適する
改良型鉛畜電池、ＮａＳ電池（ナトリウムイオン電池）
およびレドックスフロー電池等が好適に用いられる。
【００６２】［実施の形態２］図５は、実施の形態２に
おける充放電切換部４ａの構成を示す回路図である。
おける充放電切換部４ａの構成を示す回路図である。
【００６３】図５を参照して、充放電切換部４ａは、図
２に示した充放電切換部４の構成において、ＤＣ／ＤＣ
変換器８に代えてＤＣ／ＤＣ変換器８ａを含み、ＤＣ／
ＤＣ変換器１２に代えて、ＤＣ／ＤＣ変換器１２ａを含
む点が充放電切換部４と異なる。ＤＣ／ＤＣ変換器８ａ
は、き電線とノードＮ１ａとの間に接続されるコイル２
２ａと、ノードＮ１ａにコレクタが接続され接地ノード
にエミッタが接続されるＩＧＢＴ２８ａと、ノードＮ１
ａにアノードが接続されノードＮ２にカソードが接続さ
れるダイオード２６ａとを含む。
２に示した充放電切換部４の構成において、ＤＣ／ＤＣ
変換器８に代えてＤＣ／ＤＣ変換器８ａを含み、ＤＣ／
ＤＣ変換器１２に代えて、ＤＣ／ＤＣ変換器１２ａを含
む点が充放電切換部４と異なる。ＤＣ／ＤＣ変換器８ａ
は、き電線とノードＮ１ａとの間に接続されるコイル２
２ａと、ノードＮ１ａにコレクタが接続され接地ノード
にエミッタが接続されるＩＧＢＴ２８ａと、ノードＮ１
ａにアノードが接続されノードＮ２にカソードが接続さ
れるダイオード２６ａとを含む。
【００６４】ＤＣ／ＤＣ変換器１２ａは、蓄電池の＋極
とノードＮ３ａとの間に接続されるコイル３２ａと、ノ
ードＮ２にコレクタが接続されノードＮ３ａにエミッタ
が接続されるＩＧＢＴ３４ａと、ノードＮ３ａにカソー
ドが接続され接地ノードにアノードが接続されるダイオ
ード４０ａとを含む。
とノードＮ３ａとの間に接続されるコイル３２ａと、ノ
ードＮ２にコレクタが接続されノードＮ３ａにエミッタ
が接続されるＩＧＢＴ３４ａと、ノードＮ３ａにカソー
ドが接続され接地ノードにアノードが接続されるダイオ
ード４０ａとを含む。
【００６５】他の構成は図２に示した充放電切換部４と
同様であるので説明は繰返さない。ＩＧＢＴ２８ａを制
御して導通／非導通状態を繰返させることによりＤＣ／
ＤＣ変換器８ａはき電線からキャパシタ１０に向けて充
電を行う昇圧チョッパ回路として動作する。一方、ＩＧ
ＢＴ３４ａを制御して導通／非導通状態を繰返させるこ
とによりＤＣ／ＤＣ変換器１２ａは、キャパシタ１０か
ら蓄電池に向けて充電を行う降圧チョッパ回路として動
作する。
同様であるので説明は繰返さない。ＩＧＢＴ２８ａを制
御して導通／非導通状態を繰返させることによりＤＣ／
ＤＣ変換器８ａはき電線からキャパシタ１０に向けて充
電を行う昇圧チョッパ回路として動作する。一方、ＩＧ
ＢＴ３４ａを制御して導通／非導通状態を繰返させるこ
とによりＤＣ／ＤＣ変換器１２ａは、キャパシタ１０か
ら蓄電池に向けて充電を行う降圧チョッパ回路として動
作する。
【００６６】このような回路構成とすることにより、電
車に生ずる回生電流をき電線に吸収したり、き電線から
電池に対する充電を行なうことができる。
車に生ずる回生電流をき電線に吸収したり、き電線から
電池に対する充電を行なうことができる。
【００６７】［実施の形態３］図６は、実施の形態３に
おける充放電切換部４ｂの構成を示す回路図である。
おける充放電切換部４ｂの構成を示す回路図である。
【００６８】図６を参照して、充放電切換部４ｂは、図
２に示した充放電切換部４の構成において、ＤＣ／ＤＣ
変換器８に代えてＤＣ／ＤＣ変換器８ｂを備え、ＤＣ／
ＤＣ変換器１２に代えて、ＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂを備
える点が実施の形態１の充放電切換部４と異なる。
２に示した充放電切換部４の構成において、ＤＣ／ＤＣ
変換器８に代えてＤＣ／ＤＣ変換器８ｂを備え、ＤＣ／
ＤＣ変換器１２に代えて、ＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂを備
える点が実施の形態１の充放電切換部４と異なる。
【００６９】ＤＣ／ＤＣ変換器８ｂは、き電線とノード
Ｎ１ｂとの間に接続されるコイル２２ｂと、ノードＮ１
ｂにカソードが接続され接地ノードにアノードが接続さ
れるダイオード３０ｂと、ノードＮ１ｂにエミッタが接
続されノードＮ２にコレクタが接続されるＩＧＢＴ２４
ｂを含む。
Ｎ１ｂとの間に接続されるコイル２２ｂと、ノードＮ１
ｂにカソードが接続され接地ノードにアノードが接続さ
れるダイオード３０ｂと、ノードＮ１ｂにエミッタが接
続されノードＮ２にコレクタが接続されるＩＧＢＴ２４
ｂを含む。
【００７０】ＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂは、蓄電池の＋極
とノードＮ３ｂとの間に接続されるコイル３２ｂと、ノ
ードＮ３ｂにコレクタが接続され接地ノードにエミッタ
が接続されるＩＧＢＴ３８ｂと、ノードＮ３ｂにアノー
ドが接続されノードＮ２にカソードが接続されるダイオ
ード３６ｂとを含む。
とノードＮ３ｂとの間に接続されるコイル３２ｂと、ノ
ードＮ３ｂにコレクタが接続され接地ノードにエミッタ
が接続されるＩＧＢＴ３８ｂと、ノードＮ３ｂにアノー
ドが接続されノードＮ２にカソードが接続されるダイオ
ード３６ｂとを含む。
【００７１】ＤＣ／ＤＣ変換器８ｂは、ＩＧＢＴ２４ｂ
を断続的に導通させることによりキャパシタ１０からき
電線に向けて放電を行う降圧チョッパ回路として動作す
る。ＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂは、ＩＧＢＴ３８ｂを断続
的に導通させることにより電池からキャパシタ１０に対
して放電を行う昇圧チョッパ回路として動作する。
を断続的に導通させることによりキャパシタ１０からき
電線に向けて放電を行う降圧チョッパ回路として動作す
る。ＤＣ／ＤＣ変換器１２ｂは、ＩＧＢＴ３８ｂを断続
的に導通させることにより電池からキャパシタ１０に対
して放電を行う昇圧チョッパ回路として動作する。
【００７２】このような構成とすることにより、電力の
需要ピーク時に電池からき電線への電力供給を行なった
りき電線の電位が低下した場合にその補償を行なうこと
ができる。
需要ピーク時に電池からき電線への電力供給を行なった
りき電線の電位が低下した場合にその補償を行なうこと
ができる。
【００７３】また、ＩＧＢＴ２４ｂ、３８ｂを両方とも
非導通状態とすれば、き電線が地絡事故を起こした場合
に電池からき電線に流出する電流を制限することができ
直流遮断器を動作させないでもよいため、直流遮断器の
メンテナンス回数が少なくてすむという利点がある。ま
た、機械式の直流遮断器よりも高速に電流遮断を行なう
ことが可能であるため、内蔵するダイオードの破壊を防
ぐことができる。
非導通状態とすれば、き電線が地絡事故を起こした場合
に電池からき電線に流出する電流を制限することができ
直流遮断器を動作させないでもよいため、直流遮断器の
メンテナンス回数が少なくてすむという利点がある。ま
た、機械式の直流遮断器よりも高速に電流遮断を行なう
ことが可能であるため、内蔵するダイオードの破壊を防
ぐことができる。
【００７４】以上示した実施の形態は、電気鉄道に限ら
ず、直流送電が用いられるシステムであれば、種々のシ
ステムに適用することが可能である。たとえば、太陽光
発電システム、海底ケーブル等を使用する直流大電力送
電システムはもとより、工場、病院、ビル、ショッピン
グセンタ等においても直流を用いるシステムであれば適
用することができる。
ず、直流送電が用いられるシステムであれば、種々のシ
ステムに適用することが可能である。たとえば、太陽光
発電システム、海底ケーブル等を使用する直流大電力送
電システムはもとより、工場、病院、ビル、ショッピン
グセンタ等においても直流を用いるシステムであれば適
用することができる。
【００７５】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
【００７６】
【発明の効果】本発明により、高調波ノイズの発生を抑
制することができる電力貯蔵装置用充放電制御装置を提
供することが可能となる。また、非常時の電流遮断を直
流遮断機より速やかに行なうことができ、直流遮断機の
メンテナンス回数を減らすことができる。さらに、き電
線の電圧変動に対して蓄電池の電圧の制限が緩和され蓄
電池の構造を単純にすることが可能となる。
制することができる電力貯蔵装置用充放電制御装置を提
供することが可能となる。また、非常時の電流遮断を直
流遮断機より速やかに行なうことができ、直流遮断機の
メンテナンス回数を減らすことができる。さらに、き電
線の電圧変動に対して蓄電池の電圧の制限が緩和され蓄
電池の構造を単純にすることが可能となる。
【図１】 本発明の実施の形態１の充放電制御装置１の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示した充放電切換部４の詳細な構成を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図３】 図１におけるＰＷＭ制御回路２の制御フロー
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図４】 実施の形態１の充放電制御装置を用いた場合
のき電線への放電電流を示す図である。
のき電線への放電電流を示す図である。
【図５】 実施の形態２における充放電切換部４ａの構
成を示す回路図である。
成を示す回路図である。
【図６】 実施の形態３における充放電切換部４ｂの構
成を示す回路図である。
成を示す回路図である。
【図７】 ２次電池による電力の補充が行なわれる箇所
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図８】 “電気鉄道におけるパワーエレクトロニク
ス”（社）日本鉄道電気技術協会発行、ｐ１０６〜１０
７に掲載されたバッテリーポストの構成を示す図であ
る。
ス”（社）日本鉄道電気技術協会発行、ｐ１０６〜１０
７に掲載されたバッテリーポストの構成を示す図であ
る。
【図９】 より簡単な例である従来の電力貯蔵装置１３
０の構成を示す回路図である。
０の構成を示す回路図である。
【図１０】 図９に示した電力貯蔵装置の動作を説明す
るための動作波形図である。
るための動作波形図である。
【図１１】 より改善された電力貯蔵装置１４０の構成
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【図１２】 図１１に示した電力貯蔵装置の放電時の電
流波形を示した図である。
流波形を示した図である。
１ 充放電制御装置、２ ＰＷＭ制御回路、４，４ａ，
４ｂ 充放電切換部、６ 蓄電池、８，８ａ，１２，１
２ａ ＤＣ／ＤＣ変換器、１０ キャパシタ、ＣＢ 直
流遮断器、２２，２２ａ，２２ｂ，３２，３２ａ，３２
ｂ コイル、２４，２４ｂ，２８，２８ａ，３４，３４
ａ，３８，３８ｂ ＩＧＢＴ、２６，２６ａ，３０，３
０ｂ，３６，３６ｂ，４０，４０ａ ダイオード。
４ｂ 充放電切換部、６ 蓄電池、８，８ａ，１２，１
２ａ ＤＣ／ＤＣ変換器、１０ キャパシタ、ＣＢ 直
流遮断器、２２，２２ａ，２２ｂ，３２，３２ａ，３２
ｂ コイル、２４，２４ｂ，２８，２８ａ，３４，３４
ａ，３８，３８ｂ ＩＧＢＴ、２６，２６ａ，３０，３
０ｂ，３６，３６ｂ，４０，４０ａ ダイオード。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 1/00 ３０６ Ｈ０２Ｊ 1/00 ３０６Ｌ 7/10 7/10 Ｐ 7/34 7/34 Ｊ 15/00 15/00 Ｄ Ｈ０２Ｍ 3/155 Ｈ０２Ｍ 3/155 Ｕ Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA02 CA11 CC02 DA07 DA15 FA06 GB03 5G065 AA00 AA05 DA07 EA01 GA09 HA02 HA03 HA16 JA01 JA02 LA01 LA02 MA09 MA10 NA01 NA06 5H115 PG01 PI03 PV03 PV23 5H730 AA02 AS01 BB15 DD03 FD01 FD11 FG05 XX32 XX33
Claims (7)
- 【請求項１】 電力不足時に、負荷に直流電圧を供給す
る電線に対して、補充する電力を貯蔵しておく蓄電池の
充放電を制御する充放電制御装置であって、 前記蓄電池の電極間電位より高く、かつ、前記電線の電
位より高い中間電位を保持する電位保持回路と、 第１のモードにおいて、前記蓄電池の電位を昇圧して前
記電位保持回路にむけて電流を放電する第１のＤＣ／Ｄ
Ｃ電圧変換回路と、 前記第１のモードにおいて、前記中間電位を降圧して前
記電線に向けて電流を放電する第２のＤＣ／ＤＣ電圧変
換回路とを備える、充放電制御装置。 - 【請求項２】 前記第２のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路は、
第２のモードにおいて、前記電線の電位を昇圧して前記
電位保持回路に向けて電流を充電し、 第１のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路は、前記第２のモードに
おいて、前記電位保持回路の電位を降圧して前記蓄電池
にむけて電流を充電する、請求項１に記載の充放電制御
装置。 - 【請求項３】 前記中間電位を前記蓄電池のプラス極の
電位より高く、かつ、前記電線の電位より高くなるよう
に、前記第１、第２のＤＣ／ＤＣ変換回路を制御する制
御回路をさらに備える、請求項２に記載の充放電制御装
置。 - 【請求項４】 前記電位保持回路は、 第１の電極と第２の電極とを有し、前記第１の電極が接
地ノードに接続される容量素子を含み、 前記蓄電池は、マイナス電極が接地ノードに接続され、 前記第１のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路は、 第１の内部ノードと、 前記第１の内部ノードと前記蓄電池のプラス電極との間
に接続される第１のコイル素子と、 前記第１の内部ノードから前記キャパシタの前記第２の
電極に向かう方向に整流して電流を流す第１の整流素子
と、 前記第１の内部ノードと前記接地ノードとの間を第１の
制御信号に応じて接続する第１のスイッチング素子とを
含み、 前記第２のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路は、 第２の内部ノードと、 前記第２の内部ノードと前記電線との間に接続される第
２のコイル素子と、 前記接地ノードから第２の内部ノードに向かう方向に整
流して電流を流す第２の整流素子と、 前記第２の内部ノードと前記キャパシタの前記第２の電
極との間を第２の制御信号に応じて接続する第２のスイ
ッチング素子とを含む、請求項１に記載の充放電制御装
置。 - 【請求項５】 前記第１のモードにおいて、前記電線に
対して必要な電流が供給されるように前記第２の制御信
号を間欠的に活性化させ、かつ、前記中間電位が前記蓄
電池のプラス極の電位より高くなるように前記第１の制
御信号を間欠的に活性化させる制御回路をさらに備え
る、請求項４に記載の充放電制御装置。 - 【請求項６】 前記第１のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路は、 前記接地ノードから前記第１の内部ノードに向かう方向
に整流して電流を流す第３の整流素子と、 前記第１の内部ノードと前記容量素子の前記第２の電極
との間を第３の制御信号に応じて接続する第３のスイッ
チング素子とをさらに含み、 前記第２のＤＣ／ＤＣ電圧変換回路は、 第２の内部ノードから前記容量素子の前記第２の電極に
向かう方向に整流して電流を流す第４の整流素子と、 前記第２の内部ノードと前記接地ノードとの間を第４の
制御信号に応じて接続する第４のスイッチング素子とを
さらに含む、請求項４に記載の充放電制御装置。 - 【請求項７】 前記第２のモードにおいて、前記蓄電池
に対して必要な充電電流が供給されるように前記第３の
制御信号を間欠的に活性化させ、かつ、前記中間電位が
前記電線の電位より高くなるように前記第４の制御信号
を間欠的に活性化させる制御回路をさらに備える、請求
項６に記載の充放電制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23818499A JP2001069672A (ja) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | 充放電制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23818499A JP2001069672A (ja) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | 充放電制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001069672A true JP2001069672A (ja) | 2001-03-16 |
Family
ID=17026426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23818499A Withdrawn JP2001069672A (ja) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | 充放電制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001069672A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007116530A1 (ja) * | 2006-04-11 | 2007-10-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 電力貯蔵システム |
| JP2009261242A (ja) * | 2004-06-22 | 2009-11-05 | Toshiba Corp | 電気車の制御装置 |
| JP2015035890A (ja) * | 2013-08-08 | 2015-02-19 | 株式会社東芝 | 電気車用電力変換装置 |
| WO2017104204A1 (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | 株式会社東芝 | 車両 |
| JP2018038217A (ja) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | 東日本旅客鉄道株式会社 | 鉄道車両の地絡検出システム |
| JP2018046673A (ja) * | 2016-09-15 | 2018-03-22 | 東日本旅客鉄道株式会社 | 鉄道車両の地絡検出システム |
| JP2020068604A (ja) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 電気車用電源システム、電力供給制御方法および追加電源システム |
| JP2020068603A (ja) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 電気車用電源システム、電力供給制御方法および追加電源システム |
| JP2022119173A (ja) * | 2021-02-03 | 2022-08-16 | グリーン パワー カンパニー， リミテッド | ダイレクト電気車充電器 |
-
1999
- 1999-08-25 JP JP23818499A patent/JP2001069672A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009261242A (ja) * | 2004-06-22 | 2009-11-05 | Toshiba Corp | 電気車の制御装置 |
| JP2012039867A (ja) * | 2004-06-22 | 2012-02-23 | Toshiba Corp | 電気車の制御装置 |
| WO2007116530A1 (ja) * | 2006-04-11 | 2007-10-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 電力貯蔵システム |
| US7772806B2 (en) | 2006-04-11 | 2010-08-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Power storage system |
| JP2015035890A (ja) * | 2013-08-08 | 2015-02-19 | 株式会社東芝 | 電気車用電力変換装置 |
| WO2017104204A1 (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | 株式会社東芝 | 車両 |
| JP2018038217A (ja) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | 東日本旅客鉄道株式会社 | 鉄道車両の地絡検出システム |
| JP2018046673A (ja) * | 2016-09-15 | 2018-03-22 | 東日本旅客鉄道株式会社 | 鉄道車両の地絡検出システム |
| JP2020068604A (ja) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 電気車用電源システム、電力供給制御方法および追加電源システム |
| JP2020068603A (ja) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 電気車用電源システム、電力供給制御方法および追加電源システム |
| JP7227730B2 (ja) | 2018-10-25 | 2023-02-22 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 電気車用電源システム、電力供給制御方法および追加電源システム |
| JP7227731B2 (ja) | 2018-10-25 | 2023-02-22 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 電気車用電源システム、電力供給制御方法および追加電源システム |
| JP2022119173A (ja) * | 2021-02-03 | 2022-08-16 | グリーン パワー カンパニー， リミテッド | ダイレクト電気車充電器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061107 |