特許 6847623 電気車用電力変換装置及び電気車用電力変換方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6847623

(24)【登録日】2021年3月5日

(45)【発行日】2021年3月24日

(54)【発明の名称】電気車用電力変換装置及び電気車用電力変換方法

(51)【国際特許分類】

   B60L 1/00 20060101AFI20210315BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20210315BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20210315BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20210315BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20210315BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20210315BHJP

【ＦＩ】

   B60L1/00 G

   B60L3/00 C

   H02M3/155 C

   H02M3/155 K

   H02J7/00 P

   H02J7/00 Y

   H01M10/44 Q

   H01M10/48 P

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-201117(P2016-201117)

(22)【出願日】2016年10月12日

(65)【公開番号】特開2018-64365(P2018-64365A)

(43)【公開日】2018年4月19日

【審査請求日】2019年9月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】河村 恒毅

【審査官】 吉村 俊厚

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２１３５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２２４９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３１７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３６８４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２０９５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０９０１８７９２（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ １／００

Ｂ６０Ｌ ３／００

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

架線からの電力を、電気車両に搭載された負荷を駆動する電力に変換する電力変換部と、
前記電力変換部と蓄電池の間に接続され、前記蓄電池への充電電力を調整する充電調整部と、
前記充電調整部の入力側の電圧を検出する第１電圧検出部と、
前記充電調整部の出力側の電圧を検出する第２電圧検出部と、
前記蓄電池の出力端と前記負荷の入力端とを整流素子によって接続し、前記充電調整部を介さずに、前記蓄電池から前記負荷に一方向に電力を供給する電力供給路と、
前記充電調整部の入出力電流と、前記第１電圧検出部および前記第２電圧検出部により検出された電圧とに基づいて、前記整流素子が故障しているか否かを検出する故障検出部と、
前記電力変換部と前記負荷との間に設置される第１スイッチと、
前記充電調整部と前記蓄電池との間に設置される第２スイッチと、
を有し、
前記故障検出部は、前記整流素子が故障していると検出した場合、前記第１スイッチと前記第２スイッチのうちいずれか一方または双方を開放する、
電気車用電力変換装置。

【請求項2】

前記故障検出部は、前記第１電圧検出部により検出された電圧が前記第２電圧検出部により検出された電圧より低く、且つ、前記充電調整部の入出力電流が前記蓄電池から充電調整部に流れている状態である場合に、前記整流素子が故障していると検出する、
請求項１に記載の電気車用電力変換装置。

【請求項3】

前記故障検出部は、前記第１電圧検出部により検出された電圧が前記第２電圧検出部により検出された電圧より低く、且つ、前記充電調整部の入出力電流が前記蓄電池から充電調整部に流れている状態が、予め定めた所定時間の間継続した場合に、前記整流素子が故障していると検出する、
請求項１又は請求項２に記載の電気車用電力変換装置。

【請求項4】

架線からの電力を、電力変換部が電気車両に搭載された負荷を駆動する電力に変換する電力変換工程と、
前記電力変換部と蓄電池の間に接続された充電調整部が、前記蓄電池への充電電力を調整する充電調整工程と、
前記充電調整部の入力側の電圧を検出する第１電圧検出工程と、
前記充電調整部の出力側の電圧を検出する第２電圧検出工程と、
前記充電調整部の入出力電流と、前記第１電圧検出工程および前記第２電圧検出工程で検出した電圧とに基づいて、前記蓄電池の出力端と前記負荷の入力端とを接続する電力供給路に設けられた整流素子が故障しているか否かを検出する故障検出工程と、
を有し、
前記故障検出工程では、前記整流素子が故障していると検出された場合、前記電力変換部と前記負荷との間に設置される第１スイッチと、前記充電調整部と前記蓄電池との間に設置される第２スイッチのうち、いずれか一方または双方が開放される、
電気車用電力変換方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電気車用電力変換装置及び電気車用電力変換方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電気車両には、架線より供給される電力を変換し、補機などの負荷に供給する電力を生成する電力変換装置が搭載される。また、電気車両には、負荷に供給する電力の一部を蓄え、電力変換装置の起動前など負荷に電力が供給されない場合に、電力変換装置に代わって負荷に電力を供給する蓄電池が搭載される場合がある。電気車両に蓄電池を搭載する場合、蓄電池に充電する電圧および電流を調整するために、降圧チョッパ回路等の充電調整回路が蓄電池の入力側に接続されることがある。

【0003】

蓄電池が放電する電力の電流値は、降圧チョッパ回路が許容する電流値を上回るため、電力変換装置には、蓄電池と負荷の間に降圧チョッパ回路をバイパスするダイオードを設け、降圧チョッパ回路に過大な電流が流れることを防ぐ場合がある。しかしながら、降圧チョッパ回路をバイパスするダイオードなどの整流素子が開放故障した場合には、降圧チョッパ回路に過電流が流れてしまう場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２１３５０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、故障の影響を低減することができる電気車用電力変換装置及び電気車用電力変換方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の電気車用電力変換装置は、電力変換部と、充電調整部と、第１電圧検出部と、第２電圧検出部と、電力供給路と、故障検出部と、第１スイッチと、第２スイッチとを持つ。電力変換部は、架線からの電力を、電気車両に搭載された負荷を駆動する電力に変換する。充電調整部は、前記電力変換部の出力側に接続され、前記蓄電池への充電電力を調整する。第１電圧検出部は、前記充電調整部の入力側の電圧を検出する。第２電圧検出部は、前記充電調整部の出力側の電圧を検出する。電力供給路は、前記蓄電池の出力端と前記負荷の入力端とを整流素子によって接続し、前記充電調整部を介さずに、前記蓄電池から前記負荷に一方向に電力を供給する。故障検出部は、前記充電調整部の入出力電流と、前記第１電圧検出部および前記第２電圧検出部により検出された電圧とに基づいて、前記整流素子が故障しているか否かを検出する。第１スイッチは、前記電力変換部と前記負荷との間に設置される。第２スイッチは、前記充電調整部と前記蓄電池との間に設置される。前記故障検出部は、前記整流素子が故障していると検出した場合、前記第１スイッチと前記第２スイッチのうちいずれか一方または双方を開放する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態の電気車用電力変換装置を搭載した電気車システムの構成図。

【図2】実施形態の故障検出部の機能ブロック図。

【図3】実施形態の故障検出部が行う処理を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態の電気車用電力変換装置を、図面を参照して説明する。

【0009】

図１は、実施形態の電気車用電力変換装置１を搭載した電気車システムの構成図である。電気車用電力変換装置１が搭載された電気車両は、直流電力の供給源である架線Ｐに集電器２が接触することにより、架線Ｐから電力の供給を受けて線路Ｒ上を走行する。同図では、電気車の車輪Ｗを駆動するのに必要な電力を生成する電力変換装置については図示しておらず、空調装置等のより低圧な装置（直流負荷５０）に電力を供給するための電気車用電力変換装置１を示している。また、電気車用電力変換装置１は、変換した直流電力の一部を蓄電池５１に出力し、蓄電池５１を充電する。電気車用電力変換装置１は、架線Ｐから電力の供給を受けられない場合、蓄電池５１に蓄電した電力を直流負荷５０に供給する。

【0010】

電気車用電力変換装置１は、例えば、電力変換部１０と、充電調整部２０と、入力電圧検出部３１（第１電圧検出部）と、出力電圧検出部３２（第２電圧検出部）と、電力供給路３３と、整流素子３４と、制御部４０と、第１スイッチ３５と、第２スイッチ３６とを有する。

【0011】

電力変換部１０は、架線Ｐからの電力を、電気車両に搭載された直流負荷５０を駆動する電力に変換する。電力変換部１０は、例えば、昇圧チョッパ回路と、高周波インバータと、変圧器と整流素子とを有する。昇圧チョッパ回路は、架線Ｐからの電力を、昇圧する。高周波インバータは、昇圧チョッパ回路で昇圧された電力を交流電力に変換する。変圧器は、高周波インバータで変換された交流電力を変圧する。整流素子は、変圧器で変圧された交流電力を整流し、直流電力に変換する。整流素子が出力する直流電力は、直流負荷５０に供給される。

【0012】

充電調整部２０は、電力変換部１０と蓄電池５１の間に接続され、制御部４０から、充電調整部２０の入出力電流を調整するための制御信号を受け取り、制御信号に従って充電調整部２０の入出力電流を調整する。ここで、蓄電池５１は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などが好適に用いられる。蓄電池５１にニッケル水素電池やリチウムイオン電池を用いる場合、蓄電池５１の充電を行う際の電圧および電流を調整する必要がある。このため、充電調整部２０を設け、蓄電池５１へ充電する電圧および電流を調整する。

【0013】

充電調整部２０は、例えば、蓄電池５１の電圧に基づき、充電初期には一定の電流を蓄電池５１へ出力し、蓄電池５１の電圧が所定の値を超えた場合には、一定の電圧が蓄電池５１に印加されるように蓄電池５１への供給電力を調整する。

【0014】

また、充電調整部２０は、充電調整部２０の入出力電流を検出し、制御部４０に通知する。充電調整部２０の構成については、後で詳しく説明する。

【0015】

入力電圧検出部３１は、充電調整部２０の入力側の電圧を検出する。入力電圧検出部３１は、検出した電圧を、制御部４０に通知する。

【0016】

出力電圧検出部３２は、充電調整部２０の出力側の電圧を検出する。出力電圧検出部３２は、検出した電圧を、制御部４０に通知する。

【0017】

電力供給路３３は、蓄電池５１の出力端と直流負荷５０の入力端とを整流素子３４によって接続する。蓄電池５１が放電する際、放電電力は、電力供給路３３を経由して蓄電池５１より直流負荷５０に一方向に供給される。整流素子３４は、例えば、ダイオードである。整流素子３４は、蓄電池５１から直流負荷５０に向けて一方向に電流を流す。この構成により、蓄電池５１が放電する際、蓄電池５１から出力される放電電流は、充電調整部２０を経由することなく、直流負荷５０に供給される。

【0018】

第１スイッチ３５は、電力変換部１０と直流負荷５０との間に設置される。第１スイッチ３５は、故障検出部４１からの制御信号に基づいて、導通状態と、遮断状態とを切り替える。第１スイッチ３５は、電力供給路３３に設置された整流素子３４の開放故障が検出された場合、故障検出部４１によって遮断状態に制御される。こうすることで、蓄電池５１から充電調整部２０を経由して直流負荷５０に放電電流が流れる経路を遮断し、充電調整部２０に過電流が流れ込むことを防止することができる。

【0019】

第２スイッチ３６は、充電調整部２０と蓄電池５１との間に設置される。第２スイッチ３６は、故障検出部４１からの制御信号に基づいて、導通状態と遮断状態とを切り替える。第２スイッチ３６は、整流素子３４の開放故障が検出された場合、故障検出部４１によって遮断状態に制御される。こうすることで、蓄電池５１から充電調整部２０を経由して直流負荷５０に放電電流が流れる経路を遮断し、充電調整部２０に過電流が流れ込むことを防止することができる。

【0020】

制御部４０は、電力変換部１０と、充電調整部２０と、第１スイッチ３５と、第２スイッチ３６とを制御する。制御部４０は、整流素子３４の故障を検出する故障検出部４１を含む。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを搭載したマイクロコントローラーであり、プログラムメモリに格納されたプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、制御部４０の機能の一部または全部は、アナログ制御回路、またはＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Scale Integration）等のハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働により実現されてもよい。

【0021】

制御部４０は、例えば、入力電圧検出部３１により検出された第１電圧に基づいて、電力変換部１０の昇圧チョッパ回路と、高周波インバータとを制御し、直流負荷５０へ供給する電力が一定となるようにする。

【0022】

また、制御部４０は、入力電圧検出部３１により検出された第１電圧と、出力電圧検出部３２により検出された第２電圧とに基づいて、蓄電池５１の充放電を制御する。

【0023】

さらに、制御部４０は、第２電圧と、充電調整部２０の入出力電流とに基づいて、充電調整部２０に制御信号を出力し、第２電圧および充電調整部２０の入出力電流を制御する。

【0024】

制御部４０の故障検出部４１は、充電調整部２０の入出力電流と、第１電圧と、第２電圧とに基づいて、整流素子３４が故障しているか否かを検出する。故障検出部４１は、第１電圧が第２電圧より低く、且つ、充電調整部２０の入出力電流が蓄電池５１から充電調整部２０に流れている状態である場合に、整流素子３４が故障していると検出する。また、故障検出部４１は、第１電圧が第２電圧より低く、且つ、充電調整部２０の入出力電流が蓄電池５１から充電調整部２０に流れている状態が、予め定めた所定時間の間、継続した場合に、整流素子３４が故障していると検出してもよい。故障検出部４１の機能については、後で詳しく説明する。

【0025】

このような構成によって、特段の新たなハードウェアを追加することなく、整流素子３４が故障しているか否かを検出することができる。

【0026】

ここで、整流素子３４の故障とは、開放故障のことである。例えば、蓄電池５１から整流素子３４を介して放電電流が流れる際などに、整流素子３４に過電流が流れた場合、整流素子３４内のボンディングワイヤが切れることがある。このような場合、整流素子３４は開放故障となる。

【0027】

整流素子３４が開放故障すると、蓄電池５１からの放電電流は、充電調整部２０へ流れる。充電調整部２０は、本来、蓄電池５１に流す電流を調整する回路であるため、蓄電池５１から放電電流が流れることは想定されていない。このため、充電調整部２０に蓄電池５１からの放電電流が流れ込むと、充電調整部２０に過電流が流れ、充電調整部２０を構成する回路が損傷する等の不具合が発生し得る。故障検出部４１は、整流素子３４が開放故障しているか否かを検出することにより、このような不具合が発生することを防止することができる。

【0028】

また、故障検出部４１は、整流素子３４が開放故障していると検出した場合、第１スイッチ３５と第２スイッチ３６とのいずれか一方、または双方のスイッチを遮断状態にする。こうすることで、充電調整部２０に蓄電池５１からの放電電流が流れ込むことを防止し、上記の不具合が発生することを防止することができる。

【0029】

ここで、実施形態における充電調整部２０および故障検出部４１について説明する。図２は、充電調整部２０の構成および故障検出部４１の機能を示す図である。

【0030】

＜充電調整部２０＞
まず、充電調整部２０の構成について説明する。図２に示すように、充電調整部２０は、例えば、スイッチ部２１と、整流素子２２と、平滑化リアクトル２３と、電流検出部２４と、平滑化コンデンサ２５とを有する。

【0031】

スイッチ部２１は、電力変換部１０の出力側と接続される。整流素子２２は、スイッチ部２１の出力端と平滑化リアクトル２３の入力端との間において、正極線ＬＰと負極線ＬＮとの間に接続され、負極線ＬＮから正極線ＬＰへの方向に電流を流す。平滑化リアクトル２３は、スイッチ部２１と充電調整部２０の出力端との間に接続される。平滑化コンデンサ２５は、平滑化リアクトル２３の出力端と充電調整部２０の出力端との間において、正極線ＬＰと負極線ＬＮとの間に接続される。

【0032】

スイッチ部２１は、例えば逆並列に接続されたダイオードを内蔵したＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。スイッチ部２１は、他の種類のスイッチング素子で構成されてもよい。整流素子２２は、例えば電流を一方向に流す逆流防止ダイオードである。スイッチ部２１と整流素子２２とは、降圧チョッパ回路として機能する。スイッチ部２１は、制御部４０からのゲート信号に基づいて、制御される。例えば、スイッチ部２１は、制御部４０からのゲート制御信号がＨｉの場合、平滑化リアクトル２３の入力端が電力変換部１０の出力側と接続される。また、スイッチ部２１は、ゲート制御信号がＬｏの場合、平滑化リアクトル２３の入力端が整流素子２２を介して負極線ＬＮと接続される。

【0033】

制御部４０からのゲート制御信号がＨｉの場合、平滑化リアクトル２３の入力端が電力変換部１０の出力端と接続され、平滑化リアクトル２３の電圧は、電力変換部１０の電圧となる。制御部４０からのゲート制御信号がＬｏとなると、平滑化リアクトル２３に流れていた電流は、急にゼロとはならず、整流素子２２を介して負極線ＬＮ（接地）側から平滑化リアクトル２３へ電流が流れ、平滑化リアクトル２３の電圧は、接地電圧となる。制御部４０が、ゲート制御信号により、スイッチ部２１を制御することで、平滑化リアクトル２３の電圧は、充電調整部２０の入力端の電圧と、接地電圧との間の電圧となる。つまり、スイッチ部２１と整流素子２２とからなる降圧チョッパ回路は、スイッチ部２１の電圧を降圧する。

【0034】

電流検出部２４は、平滑化リアクトル２３の電流を検出する。電流検出部２４は、検出した電流を、制御部４０に通知する。平滑化コンデンサ２５は、平滑化リアクトル２３の出力端のＬＰとＬＮの間の電圧を平滑化する。

【0035】

＜故障検出部４１＞
次に、故障検出部４１の機能について説明する。故障検出部４１は、仮想的に論理回路で構成されているものとして説明する。図２に示すように、故障検出部４１は、例えば、比較器４１０と、比較器４１１と、アンドゲート４１２と、遅延時素４１３とを有する。

【0036】

比較器４１０には、第２電圧（Ｖ＿ｏｕｔ）、および第１電圧（Ｖ＿ｉｎ）がそれぞれ入力される。比較器４１０は、第２電圧が第１電圧より大きい場合（Ｖ＿ｏｕｔ‐Ｖ＿ｉｎ＞０）、論理値の真（例えば、１）を出力する。また、比較器４１０は、第２電圧が第１電圧以下である場合（Ｖ＿ｏｕｔ‐Ｖ＿ｉｎ≦０）、論理値の偽（例えば、０）を出力する。

【0037】

第２電圧が第１電圧より大きい場合（Ｖ＿ｏｕｔ‐Ｖ＿ｉｎ＞０）高電位である蓄電池５１から、低電位である直流負荷５０に電流が流れようとする。蓄電池５１から直流負荷５０への導通経路においては、電力供給路３３を経由したほうが、インピーダンスが低い。このため、電流は、電力供給路３３を経由して、蓄電池５１から直流負荷５０に流れる。第２電圧が第１電圧以下である場合（Ｖ＿ｏｕｔ‐Ｖ＿ｉｎ≦０）高電位である直流負荷５０から、低電位である蓄電池５１に電流が流れようとする。そして、蓄電池５１から直流負荷５０への導通経路においては、電力供給路３３に整流素子３４が接続されているため、電力供給路３３を経由する導通経路のインピーダンスのほうが充電調整部２０を経由する導通経路のインピーダンスよりも高い。このため、電流は、充電調整部２０を経由して、直流負荷５０から蓄電池５１に流れる。

【0038】

比較器４１１には、しきい値電流（I＿ｔｈ）、および充電調整部２０の入出力電流（I＿ｏｕｔ）がそれぞれ入力される。充電調整部２０の入出力電流（I＿ｏｕｔ）は、充電調整部２０から蓄電池５１へ流れる場合を正、蓄電池５１から充電調整部２０へ流れる場合を負とする。また、しきい値電流は予め定めた値であり、正の値でも、０（ゼロ）でも、負の値でもよい。ここでは、しきい値電流は、０（ゼロ）［Ａ］であるものとする。比較器４１０は、しきい値電流が充電調整部２０の入出力電流より大きい場合（I＿ｔｈ‐I＿ｏｕｔ＞０）、論理値の真（例えば、１）を出力する。また、比較器４１０は、しきい値電流が充電調整部２０の入出力電流以下である場合（I＿ｔｈ‐I＿ｏｕｔ≦０）論理値の偽（例えば、０）を出力する。

【0039】

しきい値電流が充電調整部２０の入出力電流より大きい場合（I＿ｔｈ‐I＿ｏｕｔ＞０）、充電調整部２０の入出力電流は、蓄電池５１から充電調整部２０に流れている。しきい値電流が充電調整部２０の入出力電流より大きい場合（I＿ｔｈ‐I＿ｏｕｔ≦０）、充電調整部２０の入出力電流は、充電調整部２０から蓄電池５１に流れている。

【0040】

アンドゲート４１２には、比較器４１０の出力、および比較器４１１の出力がそれぞれ入力される。アンドゲート４１２は、比較器４１０の出力と比較器４１１の出力とのそれぞれが、ともに論理値の真（例えば、１）である場合、論理値の真（例えば、１）を出力する。また、アンドゲート４１２は、比較器４１０の出力と比較器４１１の出力との少なくとも一方が、論理値の偽（例えば、０）である場合、論理値の偽（例えば、０）を出力する。

【0041】

比較器４１０の出力と比較器４１１の出力とのそれぞれが、ともに論理値の真（例えば、１）である場合とは、第２電圧が第１電圧より高電位であり、かつ充電調整部２０の入出力電流は、蓄電池５１から充電調整部２０に流れていることを示す。この場合、整流素子３４は開放故障している可能性がある。

【0042】

比較器４１０の出力と比較器４１１の出力との少なくとも一方が、論理値の偽（例えば、０）である場合とは、以下の（１）〜（３）の場合があり得る。（１）は、第２電圧が第１電圧より高電位であり、かつ充電調整部２０の入出力電流は充電調整部２０から蓄電池５１に流れている場合である。（２）は、第２電圧が第１電圧より低電位であり、かつ充電調整部２０の入出力電流は蓄電池５１から充電調整部２０に流れている場合である。（３）は、第２電圧が第１電圧より低電位であり、かつ充電調整部２０の入出力電流は充電調整部２０から蓄電池５１に流れている場合である。（１）は、例えば、蓄電池５１が充電状態から放電状態となった場合、（２）は、例えば、蓄電池５１が充電状態である場合、（３）は放電状態から充電状態となった場合、がそれぞれ考えられる。上記（１）〜（３）のいずれの場合においても、整流素子３４は開放故障している可能性はない。

【0043】

遅延時素４１３には、アンドゲート４１２の出力信号が入力される。遅延時素４１３は、予め定めた所定時間（例えば、１秒）が経過した後、アンドゲート４１２からの出力信号を出力する。遅延時素４１３は、例えば、複数の論理否定（ＮＯＴ）回路を直列に接続する構成や、Ｄ端子（入力端子）とクロック端子とを備えるＤフリップフロップ回路で構成することができる。Ｄフリップフロップ回路で構成した場合、クロック端子に入力されるクロックのタイミングにおいて入力端子に入力されているデータを保持することができる。

【0044】

また、遅延時素４１３により、予め定めた所定時間、アンドゲート４１２からの出力値が継続して出力された場合に、その値を出力するようにしてもよい。このようにすることで、誤検出（例えば、直流負荷５０の消費電力の変動などの外乱に起因し、整流素子３４が故障していないにも関わらず、一瞬、整流素子３４が故障している旨の検出信号がアンドゲート４１２から出力される等）を防ぐことができる。

【0045】

ここで、実施形態における故障検出部４１が行う故障検出処理について説明する。図３は、故障検出部４１が行う故障検出を示すフローチャートである。

【0046】

図３に示す通り、故障検出部４１は、第２電圧Ｖ＿ｏｕｔを取得する（ステップＳ１０）。故障検出部４１は、第１電圧Ｖ＿ｉｎを取得する（ステップＳ１１）。また、故障検出部４１は、しきい値電流Ｉ＿ｔｈを取得する（ステップＳ１２）。故障検出部４１は、充電調整部２０の入出力電流Ｉ＿ｏｕｔを取得する（ステップＳ１３）。故障検出部４１は、第２電圧Ｖ＿ｏｕｔと第１電圧Ｖ＿ｉｎを比較する（ステップＳ１４）。第２電圧Ｖ＿ｏｕｔが第１電圧Ｖ＿ｉｎよりも大きい場合、故障検出部４１は、しきい値電流Ｉ＿ｔｈと充電調整部２０の入出力電流Ｉ＿ｏｕｔを比較する（ステップＳ１５）。第１電圧Ｖ＿ｉｎがしきい値電流Ｉ＿ｔｈよりも小さい場合、故障検出部４１は、整流素子３４が開放故障していると検出する（ステップＳ１６）。

【0047】

一方、故障検出部４１は、第２電圧Ｖ＿ｏｕｔが第１電圧Ｖ＿ｉｎ以下である場合、本フローチャートを終了させる。また、故障検出部４１は、第２電圧Ｖ＿ｏｕｔが第１電圧Ｖ＿ｉｎよりも大きいが、第１電圧Ｖ＿ｉｎがしきい値電流Ｉ＿ｔｈ以上である場合、本フローチャートを終了させる。

【0048】

故障検出部４１は、整流素子３４が開放故障していると検出した場合、故障検出信号を出力する（ステップＳ１７）。この場合において、予め定めた所定時間、継続して整流素子３４が開放故障している旨を検出した場合に、故障検出信号を出力するようにしてもよい。故障検出部４１は、故障検出信号を出力したら、第１スイッチ３５および第２スイッチ３６を遮断状態にする（ステップＳ１８）。そして、故障検出部４１は、本フローチャートを終了させる。

【0049】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、架線Ｐからの電力を、直流負荷５０を駆動する電力に変換する電力変換部１０と、電力変換部１０と蓄電池５１との間に接続され、蓄電池５１への充電電力を調整する充電調整部２０と、充電調整部２０の入力側の電圧を検出する入力電圧検出部３１と、充電調整部２０の出力側の電圧を検出する出力電圧検出部３２と、蓄電池５１の出力端と直流負荷５０の入力端とを整流素子３４によって接続し、充電調整部２０を介さずに、蓄電池５１から直流負荷５０に一方向に電力を供給する電力供給路３３と、充電調整部２０の入出力電流と、入力電圧検出部３１および出力電圧検出部３２により検出された電圧とに基づいて、整流素子３４が故障しているか否かを検出する故障検出部４１とを持つことにより、電気車用電力変換装置１が故障した場合の故障の影響を低減することができる。

【0050】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0051】

1…電気車用電力変換装置、２…集電器、１０…電力変換部、２０…充電調整部、３１…入力電圧検出部、３２…出力電圧検出部、３３…電力供給路、３４…整流素子、３５…第１スイッチ、３６…第２スイッチ、４１…故障検出部、５０…直流負荷、５１…蓄電池、Ｐ…架線、Ｗ…車輪、Ｒ…線路

【図1】

【図2】

【図3】