特開 2024-170069 制御装置および電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024170069

(43)【公開日】2024-12-06

(54)【発明の名称】制御装置および電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20241129BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

H02M7/48 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087028

(22)【出願日】2023-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【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】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】西川 慧

(72)【発明者】

【氏名】恩田 昇治

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770BA03

5H770DA03

5H770DA21

5H770HA02W

5H770HA02Y

5H770HA03W

5H770HA03Y

5H770HA03Z

5H770JA17Z

5H770KA01Y

5H770LA01W

5H770LB09

(57)【要約】      （修正有）

【課題】車両用補助電源装置の安定した運転を実現する制御装置を提供する。
【解決手段】電源システム１において、制御装置９は、インバータ３７、４７と、インバータ３７、４７の直流入力端子間に接続されたコンデンサ３６、４６と、コンデンサ３６、４６と直流電源との間に接続された逆流防止素子３４、４４とを備えた補助電源装置３、４を複数並列に接続した構成から、補助電源装置３、４の各々について、直流電圧検出値、直流電源電圧検出値、出力電流検出値、出力電圧検出値及び入力電流検出値を取得する取得部９１１，９２１と、補助電源装置３、４の各々の出力電圧指令値を算出し、補助電源装置３、４の出力電力が同一になるように、出力電圧指令値に第１補償値を加算する出力電圧指令値算出部９１３、９２３と、直流電圧検出値と直流電源電圧検出値との差に応じた第２補償値により出力電圧指令値を補償して出力する補償部９１４、９２４と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷へ出力するインバータと、前記インバータの直流入力端子間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサと前記直流電源との間に接続された逆流防止素子とを備えた補助電源装置を複数並列に接続した電源装置から、複数の前記補助電源装置の各々について、前記コンデンサの直流電圧検出値と、直流電源電圧検出値と、前記負荷へ出力される出力電流検出値と、前記負荷へ出力される出力電圧検出値と、前記直流電源から前記補助電源装置に入力される入力電流検出値と、を取得する取得部と、
複数の前記補助電源装置の各々の出力電圧指令値を算出し、前記出力電圧指令値に応じて前記インバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
複数の前記補助電源装置の各々の前記出力電圧指令値を算出するとともに、複数の前記補助電源装置の出力電力が同一になるように、前記出力電圧指令値に第１補償値を加算する出力電圧指令値算出部と、
前記第１補償値により補償された前記出力電圧指令値を、前記直流電圧検出値と前記直流電源電圧検出値との差に応じた第２補償値により補償して出力する補償部と、を備える、制御装置。

【請求項2】

前記補償部は、
前記直流電圧検出値と前記直流電源電圧検出値との差を演算する減算部と、
前記入力電流検出値に応じた比例制御ゲインを前記差に乗算することにより前記第２補償値を算出する比例制御部と、
前記第２補償値を前記出力電圧指令値に加算する加算部と、
を備えた請求項１記載の制御装置。

【請求項3】

前記比例制御部は、
前記入力電流検出値が第１閾値より大きい値であるときにハイレベルの値を出力し、前記入力電流検出値が前記第１閾値よりも小さい第２閾値以下となったときにローレベルの値を出力するヒステリシス制御部を備え、
前記ヒステリシス制御部の出力値がハイレベルであるときに、前記比例制御ゲインを０とする、
請求項２記載の制御装置。

【請求項4】

前記比例制御部は、前記入力電流検出値が所定の閾値より大きくなったときに、前記比例制御ゲインを徐々に低下させて０にする、
請求項２記載の制御装置。

【請求項5】

直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷へ出力するインバータと、前記インバータの直流入力端子間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサと前記直流電源との間に接続された逆流防止素子とを備えた補助電源装置を複数並列に接続した電源装置と、
前記電源装置から、複数の前記補助電源装置それぞれの前記コンデンサの直流電圧検出値と、直流電源電圧検出値と、前記負荷へ出力される出力電流検出値と、前記負荷へ出力される出力電圧検出値と、前記直流電源から入力される入力電流検出値と、を取得する取得部と、
複数の前記補助電源装置の各々の出力電圧指令値を算出し、前記出力電圧指令値に応じて前記インバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
複数の前記補助電源装置の各々の前記出力電圧指令値を算出するとともに、複数の前記補助電源装置の出力電力が同一になるように、前記出力電圧指令値に第１補償値を加算する出力電圧指令値算出部と、
前記第１補償値により補償された前記出力電圧指令値を、前記直流電圧検出値と前記直流電源電圧検出値との差に応じた第２補償値により補償して出力する補償部と、を備える、電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、制御装置および電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両は、例えば空調や蛍光灯等などの設備に電力を供給する補助電源装置を備えている。直流架線から供給される電力により駆動される直流電車等の鉄道車両において、出力容量の増加や装置の冗長性の向上のニーズに対応するために車両用補助電源装置を複数台並列接続した電源システムを備える構成が提案されている。

【0003】

上記電源システムにおいて、複数の車両用補助電源装置の出力電圧にばらつきがあると、並列接続点に電位差が生じ、車両用補助電源装置間にのみ流れる電流（以下、横流とする。）が発生する。横流が流れることで、各車両用補助電源装置が担う出力電流に偏りが生じ、システムが不安定になることがある。

【0004】

従来、各々の車両用補助電源装置の出力電流の情報を、複数の車両用補助電源装置の制御部間で伝送させ、各車両用補助電源装置の出力電流が同一となるように、各々の車両用補助電源装置の出力電圧を制御する方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－２８９０９号公報

【特許文献2】特開２０１６－１００９６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記車両用補助電源装置を複数台並列接続するシステムについて、横流が出力電流を上回った場合、横流が流れ込む側の車両用補助電源装置は回生動作となる。直流電車には、直流架線への電力回生を防止するために、インバータの入力側（直流側）と直流架線との間にダイオードなどの逆流防止素子を配置しているため、横流によりインバータの直流側に挿入されたコンデンサが充電され、過電圧となる可能性があった。インバータの直流入力が過電圧となると、車両に設けられた設備への電力供給が停止され、鉄道車両の運行に支障が生じる恐れがあった

【0007】

本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、車両用補助電源装置の安定した運転を実現する制御装置および電源システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態による制御装置は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷へ出力するインバータと、前記インバータの直流入力端子間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサと前記直流電源との間に接続された逆流防止素子とを備えた補助電源装置を複数並列に接続した電源装置から、複数の前記補助電源装置の各々について、前記コンデンサの直流電圧検出値と、直流電源電圧検出値と、前記負荷へ出力される出力電流検出値と、前記負荷へ出力される出力電圧検出値と、前記直流電源から前記補助電源装置に入力される入力電流検出値と、を取得する取得部と、複数の前記補助電源装置の各々の出力電圧指令値を算出し、前記出力電圧指令値に応じて前記インバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、複数の前記補助電源装置の各々の前記出力電圧指令値を算出するとともに、複数の前記補助電源装置の出力電力が同一になるように、前記出力電圧指令値に第１補償値を加算する出力電圧指令値算出部と、前記第１補償値により補償された前記出力電圧指令値を、前記直流電圧検出値と前記直流電源電圧検出値との差に応じた第２補償値により補償して出力する補償部と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、一実施形態に係る電源システムを搭載した車両の一構成例を概略的に示す図である。

【図2】図２は、一実施形態に係る電源システムの一構成例を概略的に示す図である。

【図3】図３は、一実施形態に係る制御装置の構成の一例を概略的に示すブロック図である。

【図4】図４は、一実施形態に係る制御装置の補償部の一構成例を概略的に示す制御ブロック図である。

【図5】図５は、一実施形態に係る制御装置の第１制御装置の横流抑制制御の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態に係る制御装置について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態の説明に用いる図面において、各部の縮尺は適宜変更されている。また、以下の実施形態の説明に用いる図面において、説明のために、構成を適宜省略している場合がある。

【0011】

図１は、一実施形態に係る電源システムを搭載した鉄道車両の一構成例を概略的に示す図である。
鉄道車両は、例えば、直流架線（直流電源）８から供給される直流電力を電源として駆動される直流電車であって、複数の車両２を含んでいる。
鉄道車両は、例えば、照明機器６と、空調設備７と、エアコンプレッサ５と、複数の補助電源装置３、４と、を備えている。

【0012】

補助電源装置３、４は、直流架線８から供給された直流電力を交流電力に変換して、負荷であるエアコンプレッサ５、照明機器６および空調設備７に供給する。補助電源装置３、４と、エアコンプレッサ５と、照明機器６と、空調設備７と、は電力線ＰＬを介して電気的に接続されている。補助電源装置３、４は、後述する制御装置９（図２に示す）により、制御される。
鉄道車両は、複数の補助電源装置を備える必要はなく、少なくとも１つの補助電源装置を備えていればよい。また、図１に示す例では、鉄道車両は、２つの補助電源装置３、４を備えているが、これに限らず、３つ以上の補助電源装置を備えていてもよい。

【0013】

図２は、一実施形態に係る電源システムの一構成例を概略的に示す回路図である。
電源システム１は、第１補助電源装置３と、第２補助電源装置４と、制御装置９と、切換器ＳＷと、を備えている。
第１補助電源装置３と第２補助電源装置４とは、直流架線８に対して並列に接続されている。また、第１補助電源装置３と第２補助電源装置４とは、切換器ＳＷを介して、負荷に対して並列に接続可能に構成されている。

【0014】

第１補助電源装置３は、高速度遮断器３１と、フィルタリアクトルＬ３と、架線電圧検出器３２と、入力電流検出器３３と、逆流防止素子３４と、直流電圧検出器３５と、コンデンサ３６と、インバータ３７と、ＡＣフィルタ３８と、出力電流検出器３９１と、出力電圧検出器３９２と、を備えている。

【0015】

高速度遮断器３１は高電位側の直流ラインに設けられ、直流架線８からインバータ３７へ過電流が流れた場合に、直流架線８とインバータ３７とを電気的に切り離す遮断器である。
架線電圧検出器３２は、高速度遮断器３１よりも直流架線８側において、高電位側の直流ラインの電圧値（直流架線８の電圧値）を検出し、検出結果を制御装置９に出力する。

【0016】

入力電流検出器３３は、高速度遮断器３１及びフィルタリアクトルＬ３を介して、直流架線８からインバータ３７に入力される入力電流値を検出し、検出結果を制御装置９に出力する。

【0017】

逆流防止素子３４は、フィルタリアクトルＬ３とインバータ３７との間において、直流架線８からインバータ３７へ向かう方向が順方向となるように高電位側の直流ラインに挿入されている。逆流防止素子３４は、直流架線８からインバータ３７に供給される方向の電流を通流させ、電流が直流架線８へ逆流することを防ぐ役割をもつ。

【0018】

コンデンサ３６は、インバータ３７の正側（高電位側）の直流入力端子と負側（低電位側）の直流入力端子との間に接続されている。コンデンサ３６は、インバータ３７に入力される直流電圧を一定に維持（電圧を平滑化）する。
直流電圧検出器３５は、コンデンサ３６と並列に接続され、コンデンサ３６の電圧（インバータ３７の直流端子間の電圧）を検出する。

【0019】

インバータ３７は、複数のスイッチング素子（図示せず）を備え、制御装置９から供給されるゲート信号に基づいてスイッチングパターンが切り替わることにより、直流架線８から供給される直流電力を三相交流電力に変換する。
ＡＣフィルタ３８は、インバータ３７から出力された三相交流電圧に含まれる高調波成分を除去し、波形を整形する。

【0020】

出力電流検出器３９１は、ＡＣフィルタ３８を介してインバータ３７から出力された三相交流電流値を検出し、検出結果を制御装置９に出力する。
出力電圧検出器３９２は、ＡＣフィルタ３８を介してインバータ３７から出力された三相交流電圧値を検出し、検出結果を制御装置９に出力する。

【0021】

なお、第１補助電源装置３と第２補助電源装置４の構成は同一であるため、第２補助電源装置４の説明は省略する。
切換器ＳＷは、第１補助電源装置３と、第２補助電源装置４と、を並列接続するために用いる。

【0022】

図３は、一実施形態に係る制御装置の一構成例を概略的に示す制御ブロックである。
制御装置９は、第１制御装置９１と、第２制御装置９２と、バス通信線ＢＬと、を備え、第１制御装置９１と、第２制御装置９２と、がバス通信線ＢＬを介して通信可能に接続されている。なお、第１制御装置９１と、第２制御装置９２とは、無線ネットワーク等で接続され、データの送受信を行う構成であってもよい。

【0023】

第１制御装置９１は、第１補助電源装置３から取得した種々の情報に基づいて、第１補助電源装置３のインバータ３７のゲート信号を出力する。第２制御装置９２は、第２補助電源装置４から取得した種々の情報に基づいて、第２補助電源装置４のインバータ４７のゲート信号を出力する。

【0024】

第１制御装置９１と第２制御装置９２とは同様の構成であるため、以下では第１制御装置９１の構成について説明し、第２制御装置９２の構成については説明を省略する。

【0025】

第１制御装置９１は、取得部９１１と、制御部９１２と、出力部９１８と、記憶部９１９と、バス通信線ＢＬ１と、を備えている。取得部９１１と、制御部９１２と、出力部９１８と、記憶部９１９とは、バス通信線ＢＬ１を介してデータの送受信が可能に接続されている。

【0026】

取得部９１１は、第１補助電源装置３から出力された直流電圧検出値と、直流電源電圧検出値と、出力電流検出値と、入力電流検出値と、を取得する。取得部９１１は、直流電圧検出値と、直流電源電圧検出値と、出力電流検出値と、出力電圧検出値と、入力電流検出値と、を常時監視し、取得していてもいいし、任意のタイミングで取得していてもよい。また、取得部９１１は、上位制御装置（図示せず）から供給される出力指令値を取得する。

【0027】

記憶部９１９は、例えば、ＲＯＭ（read-only memory）、ＲＡＭ（random-access memory）を含み得る。ＲＯＭは、専らデータの読み出しに用いられる不揮発性メモリであり、制御部９１２が各種の処理を行う上で使用するデータ及び各種の設定値などを記憶することができる。また、ＲＡＭは、制御部９１２が各種の処理を行う上で一時的にデータを記憶しておく、いわゆるワークエリアとして利用され得る。本実施形態の記憶部９１９は、例えばＲＡＭであって、メモリとして用いられる。

【0028】

また、記憶部９１９は、制御部９１２を中枢とするコンピュータの非一時的なコンピュータ可読記憶媒体でもありうる。記憶部９１９は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（electric erasable programmable read-only memory）、ＨＤＤ（hard disk drive）又はＳＳＤ（solid state drive）などでもありうる。記憶部９１９は、制御部９１２が各種の処理を行う上で使用するデータ、制御部９１２での処理によって生成されたデータ又は各種の設定値などを保存することもできる。例えば、記憶部９１９は、直流電圧検出値と、直流電源電圧検出値と、出力電流検出値と、出力電圧検出値と、入力電流検出値などを記憶することができる。

【0029】

制御部９１２は、ＣＰＵ（Central Process Unit）、ＭＰＵ（micro processing unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などのプロセッサを少なくとも１つ含む。制御部９１２は、記憶部９１９に記憶されたシステムソフトウェア、アプリケーションソフトウェア又はファームウェアなどのプログラムに基づいて、電源システム１の種々の機能を実現することが可能である。

【0030】

制御部９１２は、出力電圧指令値算出部９１３と、補償部９１４と、を備えている。
出力電圧指令値算出部９１３は、記憶部９１９から出力電流検出値と、出力電圧検出値と、を取得し、当該出力電流検出値と、当該出力電圧検出値と、を用いて出力電力を算出する。出力電圧指令値算出部９１３は、当該出力電力を制御部９２２に出力する。出力電圧指令値算出部９１３は、出力電力を出力後、制御部９２２から第２補助電源装置４の出力電力を取得する。

【0031】

なお、説明のため、以降第１補助電源装置３の出力電流検出器３９１から出力される出力電流検出値を第１出力電流検出値とし、第１補助電源装置３の出力電圧検出器３９２から出力される出力電圧検出値を第１出力電圧検出値とし、第１出力電流検出値と、第１出力電圧検出値と、を用いて算出される出力電力を第１出力電力とする。
同様に、第２補助電源装置４の出力電流検出器４９１から出力される出力電流検出値を第２出力電流検出値とし、第２補助電源装置４の出力電圧検出器４９２から出力される出力電圧検出値を第２出力電圧検出値とし、第２出力電流検出値と、第２出力電圧検出値と、を用いて算出される出力電力を第２出力電力とする。

【0032】

出力電圧指令値算出部９１３は、上位制御装置から供給された出力指令値に基づき、第１出力電圧検出値が出力電圧指令値に追従するように当該出力電圧指令値を算出する。出力電圧指令値算出部９１３は、第１補助電源装置３の第１出力電力と、第２補助電源装置４の第２出力電力と、が同一になるように、出力電圧指令値に第１補償値を加算する。出力電圧指令値算出部９１３は、上記処理にて算出及び補償した出力電圧指令値を補償部９１４に出力する。

【0033】

補償部９１４は、第１補助電源装置３から取得した種々の情報に基づいて、出力電圧指令値算出部９１３から出力された出力電圧指令値に第２補償値を加算し、補償後の出力電圧指令値を出力部９１８へ供給する。

【0034】

図４は、一実施形態に係る制御装置の補償部の一構成例を概略的に示す制御ブロック図である。
補償部９１４は、減算部９１５と、比例制御部９１６と、加算部９１７と、を備えている。
減算部９１５は、記憶部９１９から直流電圧検出値と、直流電源電圧検出値と、を取得し、当該直流電圧検出値および直流電源電圧検出値の差（直流電圧検出値－直流電源電圧検出値）を演算する。

【0035】

比例制御部９１６は、記憶部９１９から入力電流検出値を取得し、当該入力電流検出値に応じた比例制御ゲインを減算部９１５で演算した差に乗算することにより第２補償値を算出する。
比例制御部９１６は、ヒステリシス制御部Ａ１と、判定部Ａ２と、ランプ制御部Ａ３と、乗算部Ａ４と、を備える。

【0036】

ヒステリシス制御部Ａ１は、取得した入力電流検出値に対してヒステリシス制御を適用する。ヒステリシス制御部Ａ１は、入力電流検出値が第１閾値より大きい値となったときに１（Ｈｉｇｈ（ハイレベル））を出力し、入力電流検出値が第２閾値以下となったときに０（Ｌｏｗ（ローレベル））を出力する。ここで、第１閾値は第２閾値よりも大きい値である。入力電流検出値に対して上記ヒステリシス制御を行うことにより、例えばノイズ等により入力電流検出値が所定の閾値近傍において振動するときに、閾値と入力電流検出値との比較結果が短期間で変化することを回避することができる。

【0037】

なお、比例制御部９１６は、ヒステリシス制御部Ａ１を備えていなくてもよい。この場合、比例制御部９１６は、デジタルＬＰＦ（Low-Pass-Filter）を備え、デジタルＬＰＦにより入力電流検出値の振動成分を除去した後の値が、所定の閾値より大きい値である場合に１を出力し、所定の閾値以下である場合、０を出力する構成としてもよい。

【0038】

判定部Ａ２は、ヒステリシス制御部Ａ１の出力値に応じて、比例制御ゲイン若しくは０を出力する。例えば、判定部Ａ２は、ヒステリシス制御部Ａ１の出力値が１のときに０を出力し、ヒステリシス制御部Ａ１の出力値が０のときに比例制御ゲインを出力する。ここでは、比例制御ゲインは予め設定された値である。

【0039】

ランプ制御部Ａ３は、判定部Ａ２から比例制御ゲインが入力されると、比例制御ゲインを出力する。ランプ制御部Ａ３は、判定部Ａ２から入力される値が比例制御ゲインから０となると、出力値を比例制御ゲイン（設定値）から徐々に低下させて小さくし、最終的に０を出力する。したがって、入力電流検出値が所定の閾値（第２閾値）以下ときに、ランプ制御部Ａ３の出力値は０から比例制御ゲイン（設定値）となり、入力電流検出値が所定の閾値（第１閾値）より大きい値となったときに、ランプ制御部Ａ３の出力値は比例制御ゲイン（設定値）から徐々に小さくなり０となる。

【0040】

なお、ランプ制御部Ａ３は省略しても構わない。比例制御部９１６がランプ制御部Ａ３を備えることにより、入力電流値が閾値以下となったときに電圧指令値の補償量が急激に変動することがなくなり、補助電源装置３による安定した電力供給を実現することができるとともに、定常特性は電圧指令値の補償量をゼロとして、複数の補助電源装置のインバータの出力電流が同一となるように制御することができる。
乗算部Ａ４は、ランプ制御部Ａ３から出力された値と、減算部９１５の出力値とを乗算することにより第２補償値を算出する。

【0041】

加算部９１７は、比例制御ゲインと差から算出した第２補償値を、出力電圧指令値に加算し、補償後の出力電圧指令値を算出して出力する。
出力部９１８は、補償後の出力電圧指令値に応じたゲート信号をインバータ３７に出力する。出力部９１８は、例えば出力電圧指令値と搬送波とを比較した結果に基づいてインバータ３７のゲート信号を生成することができる。

【0042】

以下、実施形態の制御装置９により、各補助電源装置の出力電圧の電位差を小さくする手順の一例について説明する。なお、以下の動作の説明における処理の内容は一例であって、同様の効果を得ることが可能な様々な処理を適宜に利用できる。

【0043】

図５は、一実施形態に係る制御装置の第１制御装置の横流抑制制御の一例について説明するためのフローチャートである。
取得部９１１は、直流電源から第１補助電源装置３に入力される入力電流検出値と、直流電源電圧検出値と、第１補助電源装置３が有するコンデンサ３６の直流電圧検出値と、を取得する（ステップＳ１）。

【0044】

比例制御部９１６のヒステリシス制御部Ａ１は、取得部９１１が取得した入力電流検出値に対してヒステリシス制御を適用する。
比例制御部９１６のヒステリシス制御部Ａ１は、入力電流検出値と所定の閾値を比較する。より詳細には、比例制御部９１６のヒステリシス制御部Ａ１は、入力電流検出値と第１閾値および第２閾値とを比較し、比較結果に応じた処理を実行する。

【0045】

入力電流検出値が第１閾値より大きい場合、比例制御部９１６のヒステリシス制御部Ａ１は、１（Ｈｉｇｈ）を出力する。一方、入力電流検出値が第２閾値以下である場合、比例制御部９１６のヒステリシス制御部Ａ１は、０（Ｌｏｗ）を出力する。
判定部Ａ２は、ヒステリシス制御部Ａ１から入力された値が１のときに、０を出力し、ヒステリシス制御部Ａ１から入力された値が０のときに比例制御ゲインを出力する。

【0046】

ランプ制御部Ａ３は、判定部Ａ２から供給された値を出力する。また、ランプ制御部Ａ３は、入力電流検出値が所定の閾値より大きくなったとき、すなわち判定部Ａ２の出力値が比例制御ゲインから０となったときに、比例制御ゲインにランプ制御を適用し、徐々に比例制御ゲインの値を小さくしていき、最終的に０とする。
乗算部Ａ４は、比例制御ゲインと、直流電圧検出値と直流電源電圧検出値との差を乗算し、第２補償値を算出する（ステップＳ２）。

【0047】

加算部９１７は、ステップＳ２で算出した第２補償値を、出力電圧指令値算出部９１３から供給された出力電圧指令値に加算して、出力電圧指令値を補償する（ステップＳ３）。出力部９１８は、ステップＳ３で得られた補償後の出力電圧指令値に基づくゲート信号をインバータ３７に出力する（ステップＳ４）。

【0048】

インバータ３７のスイッチング素子は、上記ゲート信号に基づき切り替えられる。上記ステップ１からステップＳ７までの処理は、第２制御装置９２でも同様に行われ、インバータ４７は、第２制御装置９２から出力されたゲート信号に基づき切り替えられる。
このことにより、例えば架線電圧とインバータ３７の直流端子間電圧（コンデンサ３６の電圧）との差があるとき（等しくないとき）に、架線電圧と直流端子間電圧との差が０となるようにインバータ３７の出力電圧が制御される。このことにより、回生された横流電流が逆流防止素子３４により阻害され、コンデンサ３６が過充電されることを防止することができる。

【0049】

本実施形態の制御装置９および電源システム１によれば、第１制御装置９１と第２制御装置９２が、出力電流検出値と、出力電圧検出値と、から算出した出力電力を相互伝送することにより、出力電圧指令値を制御し、第１補助電源装置３と第２補助電源装置４の電位差を小さくすることで、横流の発生を抑制することができる。また、入力電流検出値と、直流電源電圧検出値と、直流電圧検出値と、を用いて算出した第２補償値を出力電圧指令値に加算することで、逆流防止素子の回生動作阻害によるコンデンサの過充電を防止することができる。

【0050】

そして、制御装置９において、比例制御ゲインの値を切り替えるために用いられる入力電流検出値に対してヒステリシス制御を行うことにより、入力電流検出値が閾値付近で変動した場合であっても、比例制御ゲインが瞬時に切り換わるのを抑制することができる。
上記のように、本実施形態によれば、車両用補助電源装置の安定した運転を実現する制御装置および電源システムを提供することができる。

【0051】

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

【符号の説明】

【0052】

１…電源システム、２…車両、３、４…補助電源装置、５…エアコンプレッサ、６…照明機器、７…空調設備、８…直流架線、９…制御装置、３１、４１…高速度遮断器、３２、４２…架線電圧検出器、３３、４３…入力電流検出器、３４、４４…逆流防止素子、３５、４５…直流電圧検出器、３６、４６…コンデンサ、３７、４７…インバータ、３８、４８…ＡＣフィルタ、３９１、４９１…出力電流検出器、３９２、４９２…出力電圧検出器、９１、９２…制御装置、９１１、９２１…取得部、９１２、９２２…制御部、９１３、９２３…出力電圧指令値算出部、９１４、９２４…補償部、９１５、９２５…減算部、９１６、９２６…比例制御部、９１７、９２７…加算部、９１８、９２８…出力部、９１９、９２９…記憶部、Ａ１…ヒステリシス制御部、Ａ２…判定部、Ａ３…ランプ制御部、Ａ４…乗算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】