特開 2024-98415 電源装置

(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】P2024098415

(43)【公開日】2024-07-23

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/35 20060101AFI20240716BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240716BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20240716BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20240716BHJP

   H02J 3/46 20060101ALI20240716BHJP

【ＦＩ】

H02J7/35 K

H02J7/00 P

H02J3/38 130

H02J3/32

H02J3/46

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023001926

(22)【出願日】2023-01-10

(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】野木 雅之

(72)【発明者】

【氏名】森 学人

【テーマコード（参考）】

5G066

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G066HA15

5G066HB06

5G066HB09

5G066JA07

5G066JB03

5G503AA01

5G503AA06

5G503BA01

5G503BB02

5G503CA08

5G503FA06

(57)【要約】

【課題】安価に二酸化炭素の排出量削減に寄与可能な電源装置を提供すること。
【解決手段】実施形態に係る交流を直流にして出力する変電所および負荷となる電気車に接続されるき電回路に接続される電源装置であって、き電回路に接続され、き電回路の電圧を任意の電圧に変換する第１の電力変換器と、第１の電力変換器に接続され、太陽光パネルと、電気自動車用充電器のうちの１つまたは両方と接続される第１の蓄電池と、太陽光パネルが発電した電力を電気自動車用充電器または第１の蓄電池に供給されるように第１の電力変換器および第１の蓄電池を制御する制御部と、を備え、電気自動車用充電器は、太陽光パネルが発電した電力および第１の蓄電池から放電される電力のうちの少なくとも１つを用いて、電気自動車用充電器に接続される電気自動車を充電する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流を直流にして出力する変電所および負荷となる電気車に接続されるき電回路に接続される電源装置であって、
前記き電回路に接続され、前記き電回路の電圧を任意の電圧に変換する第１の電力変換器と、
前記第１の電力変換器に接続され、太陽光パネルと、電気自動車用充電器のうちの１つまたは両方と接続される第１の蓄電池と、
前記太陽光パネルが発電した電力を前記電気自動車用充電器または前記第１の蓄電池に供給されるように前記第１の電力変換器および前記第１の蓄電池を制御する制御部と、
を備え、
前記電気自動車用充電器は、前記太陽光パネルが発電した電力および前記第１の蓄電池から放電される電力のうちの少なくとも１つを用いて、前記電気自動車用充電器に接続される電気自動車を充電する、
電源装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１の蓄電池の充電率が高い程、前記き電回路に対する充電閾値電圧および電閾値電圧の少なくとも一方が上昇するように前記電力変換器および前記第１の蓄電池を制御する、請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記第１の蓄電池の充電率が低い程、前記き電回路に対する充電閾値電圧および電閾値電圧の少なくとも一方が下降するように前記電力変換器および前記第１の蓄電池を制御する、請求項１に記載の電源装置。

【請求項4】

前記第１の蓄電池に接続され、前記第１の蓄電池の放電電圧を任意の直流電圧に変換する第２の電力変換器をさらに備える、請求項１に記載の電源装置。

【請求項5】

前記第１の蓄電池に接続され、前記第１の蓄電池の放電電圧を任意の交流電圧に変換するインバータをさらに備え、
前記太陽光パネルおよび電気自動車用充電器のうちの１つまたは両方は、前記インバータを介して前記第１の蓄電池と接続される、請求項１に記載の電源装置。

【請求項6】

前記第１の蓄電池に接続され、前記第１の蓄電池の放電電圧を任意の交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータの交流出力側に接続される第１の変圧器と、
前記第１の変圧器に接続され、前記第１の変圧器から出力される交流電圧を直流電圧に変換し、前記第１の電力変換器および前記第１の蓄電池を監視制御するための制御電源を供給する直流電源装置と、
をさらに備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。

【請求項7】

前記直流電源装置は、前記太陽光パネルが発電した電力から電力供給される、請求項６に記載の電源装置。

【請求項8】

前記変電所が前記き電回路に電力供給ができない場合、前記制御部は、前記太陽光パネルが発電した電力を前記第１の蓄電池に充電し、前記蓄電池に充電された電力を前記第１の電力変換器を介して前記き電回路に供給する、請求項１に記載の電源装置。

【請求項9】

前記第１の蓄電池に接続され、前記第１の蓄電池の放電電圧を任意の交流電圧に変換し、前記制御部により制御されるインバータと、
前記インバータの交流出力側および交流電力が供給される商用交流電路と接続される第１の変圧器と、
前記制御部は、前記第１の蓄電池の充電率が高くなるにつれて、前記電気車によって発生した回生電力を前記商用交流電路に供給し、前記第１の蓄電池の充電率が低くなるにつれて前記商用交流電路から前記第１の蓄電池への電力供給を増加するように前記第１の電力変換器、前記第１の蓄電池、および前記インバータを制御する、請求項１に記載の電源装置。

【請求項10】

前記第１の蓄電池、前記太陽光パネル、前記電気自動車用充電器に接続され、第２の電力変換器を備える第２の蓄電池をさらに備え、前記第２の蓄電池は、前記制御部により制御される、請求項１に記載の電源装置。

【請求項11】

前記制御部は、前記第２の蓄電池の蓄電率が増加するにつれて前記第２の電力変換器が前記第１の蓄電池への電力供給を増大させるように制御し、前記第２の蓄電池の蓄電率が低下するにつれて前記第２の電力変換器が前記第２の蓄電池への電力供給を増大させるように制御する、請求項１０に記載の電源装置。

【請求項12】

前記第１の蓄電池は、中性点接地である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

台風などの風水害、地震やエネルギー安全保障の観点から社会インフラ設備のレジリエンス（強靭化）が求められるようになった。また、世界的な脱二酸化炭素の指向は、交通システムにおける化石燃料からの脱却や、より一層の省エネルギー化を求めている。電気鉄道においては、蓄電池技術を応用して、余剰回生電力として機械ブレーキで熱として消費されてきたエネルギーを蓄電池に貯蔵し、加速時に再利用する技術が用いられるようになってきた。

【0003】

また、自動車については急速な電気自動車化が進んでいる。ディーゼルエンジンで駆動していたバスを、電気自動車化されたＥＶバスとして運用されるようにもなってきた。さらに、クリーンな発電電源とされる太陽光や風力発電などの自然エネルギーを用いて、ＥＶバスに車載された蓄電池を充電し、走行時にエネルギーを使用するように運用される。

【0004】

例えば、特許文献１では、電気自動車を充電するための変換器と、蓄電池、太陽光発電システムおよび交流系統連系用のインバータが直流母線を通じて接続され、不安定な自然エネルギーである太陽光発電を蓄電池や系統連系用インバータが補完することが示されている。

【0005】

特許文献２では、駅に蓄電池を設置することで非常用電源を確保し、鉄道システムのインフラレジリエンスに資する内容が記載されている。

【0006】

非特許文献１では、変電所が接続される交流系統に大規模な太陽光発電を接続し、直流変電所の整流器と直流き電線を経由して、鉄道システムで使用することが述べられている。

【0007】

さらに、非特許文献２では、駅に蓄電池を設置することで非常用電源を確保し、鉄道システムのインフラレジリエンス（強靭化）に資する内容が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】国際公開２０２２／００４６１１号

【特許文献2】特開２０２２－１１２５５３号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】２０２２年電気学会産業応用部門大会 直流き電回路に接続する大規模蓄電装置を活用した鉄道デマンドのＰＶ出力特性追従

【非特許文献2】２０２２年電気学会産業応用部門大会 直流電気鉄道に接続されたEV充電システムの有用回生エネルギーの評価

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献１に開示される技術では、多数の電気自動車の充電、大出力の電気自動車の充電をする場合、大規模な充電用電源システムを構築する必要があるという問題がある。

【0011】

特許文献２に開示される技術では、駅のような広大な施設をバックアップしたり、緊急時の避難所として運用したりする場合に、要求される蓄電池容量も増大し、且つコストの増大につながるという問題がある。

【0012】

非特許文献１に開示される技術では、１つの大規模な太陽光発電の発電電力を、受電系統を通じて各直流変電所から注入することは、受電系統を新設したり維持したりする必要があり、高コストになりやすいという問題がある。また、整流器経由で太陽光発電の電力をき電系に注入する場合、列車の回生が発生した場合は、架線電圧が上昇し、整流器の無負荷送り出し電圧よりも高くなれば整流器のダイオードが逆阻止されてき電系にエネルギーを注入できなくなるという問題もある。

【0013】

非特許文献２に開示される技術では、設置場所またはき電機器の状態により架線電圧変動が大きく変移する。そのため、ＥＶ充電を架線電圧に応じて実施した場合、所望の時間内にＥＶの目標とする充電を達成することができなくなるという問題がある。

【0014】

この発明は、上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは安価に二酸化炭素の排出量削減に寄与可能な電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

実施形態に係る、交流を直流にして出力する変電所および負荷となる電気車に接続されるき電回路に接続される電源装置は、前記き電回路に接続され、前記き電回路の電圧を任意の電圧に変換する第１の電力変換器と、前記第１の電力変換器に接続され、太陽光パネルと、電気自動車用充電器のうちの１つまたは両方と接続される第１の蓄電池と、前記太陽光パネルが発電した電力を前記電気自動車用充電器または前記第１の蓄電池に供給されるように前記第１の電力変換器および前記第１の蓄電池を制御する制御部と、を備え、前記電気自動車用充電器は、前記太陽光パネルが発電した電力および前記第１の蓄電池から放電される電力のうちの少なくとも１つを用いて、前記電気自動車用充電器に接続される電気自動車を充電するものである。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る電源装置の回路図を含む電源システムの概略構成図である。

【図2】図２は、制御部による充放電用変換器および第１の蓄電池に対する制御の一例を示した図である。

【図3】図３は、第２の実施形態に係る電源装置の回路図を含む電源システムの概略構成図である。

【図4】図４は、第３の実施形態に係る電源装置の回路図を含む電源システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しながら電源システムについて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。

【0018】

［第１の実施形態］
（構成）
図１は、第１の実施形態に係る電源装置の回路図を含む電源システムの概略構成図である。
図１に示すように、第１の実施形態に係る電源システムは、変電所２と、き電線・架線・サードレール３と、レール４と、電車３０と、第３の接触器２２と、第２の変圧器２４と、建屋５内または外に配置された電源装置７と、建屋５内に配置された空調を含む負荷２５および直流電源装置２６と、電気自動車１６と、を備える。

【0019】

変電所２は、一方が交流系統１－１に接続され、他方が、き電線・架線・サードレール３およびレール４に接続される。ここで、交流系統１－１は、図１に示されていない他の変電所２または一般的な電力会社に接続される。変電所２は、き電回路に電力を供給する変電所２である。き電方式が直流の場合、変電所２は、交流を直流に変換し、交流の場合、変電所２は、任意電圧の単相交流に変換する。また、き電線・架線・サードレール３およびレール４により、き電回路が構成される。

【0020】

き電線・架線・サードレール３およびレール４は、電源装置７および電車３０に接続される。電車３０は、き電回路に対しては負荷として機能する。ここで、電車３０は、一般的な電気車であって良い。

【0021】

第３の接触器２２は、一方が交流系統１－２に接続され、他方が第２の変圧器２４に接続される。ここで、交流系統１－２は、一般的な電力会社に接続される。すなわち、交流系統１－２は、商用交流電力路を形成する。また、第２の変圧器２４は、電源装置７に接続される。

【0022】

建屋５は、例えば、鉄道沿線、駅舎等に配置される。そして、建屋５は、コンテナまたはキュービクルであっても良い。

【0023】

電源装置７は、き電用接触器６と、充放電用変換器８と、第１の蓄電池９と、インバータ１１と、太陽光パネル１３と、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１４と、電気自動車用充電器１５と、第１の変圧器１８と、第１の交流接触器２０と、第２の交流接触器２１と、第４の交流接触器２３と、直流接触器２８と、を備える。なお、太陽光パネル１３および電気自動車用充電器１５は、建屋５外に設置され、これら以外は、建屋５内に設置される。

【0024】

き電用接触器６は、き電線・架線・サードレール３および充放電用変換器８との間に配置される。そして、き電用接触器６は、投入すると、電源装置７とき電回路の接続を確保し、解放すると、電源装置７とき電力回路との接続を分離する。

【0025】

充放電用変換器８は、き電力回路からの電力を第１の蓄電池９に充電する、または第１の蓄電池９の電力をき電力回路に放電するために用いられる第１の変換器として動作する。例えば、き電回路が交流の場合、第１の変換器である充放電用変換器８は、ＡＣ／ＤＣインバータであり、直流の場合、第１の変換器である充放電用変換器８は、ＤＣ／ＤＣ変換器である。

【0026】

第１の蓄電池９は、例えば、直列に接続されたセルを備える。ここで、各セルは、例えば、負極にチタン酸リチウムを用いた一般的なリチウムイオン電池であって良い。また、第１の蓄電池９は、１つに限られず、複数の第１の蓄電池９が直列または並列に接続されて構成されたものでも良い。また、第１の蓄電池９は、第１の蓄電池９の温度、電圧、電流を監視する制御機器、第１の蓄電池９に対して直列にヒューズおよび接触器が挿入された蓄電池ユニットであって良い。また、第１の蓄電池９は、中性点接地である。

【0027】

第１の実施形態において、第１の蓄電池９は、インバータ１１、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１４、および電気自動車用充電器１５それぞれと接続される。

【0028】

インバータ１１は、第１の蓄電池９から放電された直流電圧を任意の交流電圧に変換し、第１の変圧器１８との間のインバータ交流出力系統１７に交流電圧を出力する。

【0029】

インバータ交流出力系統１７は、第１の変圧器１８を介して変圧器二次側交流系統１９に接続される。変圧器二次側交流系統１９は、第１の交流接触器２０および第２の交流接触器２１を介して空調を含む負荷２５および直流電源装置２６と接続される。すなわち、第１の蓄電池９の電力は、インバータ１１、第１の変圧器１８、第１の交流接触器２０、および第２の交流接触器２１を介して空調を含む負荷２５および直流電源装置２６に電力を供給する。さらにインバータ交流出力系統１７は、第１の交流接触器２０、第４の交流接触器２３、第２の変圧器２４、および第３の接触器２２を介して交流系統１－２である商用交流電路と接続される。

【0030】

第１の交流接触器２０および第２の交流接触器２１の両方が投入されると、空調を含む負荷２５および直流電源装置２６と電源装置７との接続を確保する。一方、第１の交流接触器２０および第２の交流接触器２１の少なくとも一方が解放されると、空調を含む負荷２５および直流電源装置２６と電源装置７との接続を分離する。

【0031】

また、第１の交流接触器２０および第４の交流接触器２３の両方が投入されると、交流系統１－２との接続を確保する。一方、第１の交流接触器２０および第４の交流接触器２３の少なくとも一方が解放されると、交流系統１－２と電源装置７との接続を分離する。

【0032】

空調を含む負荷２５は、電源装置７によって生じる熱を建屋５内で冷却する機能を有している。

【0033】

直流電源装置２６は、第１の変圧器１８からの交流電圧を直流電圧に変換し、直流電源路２７を介して、制御電源に必要な制御電圧（例えば、１００Ｖ）を充放電用変換器８および第１の蓄電池９に供給する。

【0034】

第１のＤＣ／ＤＣ変換器１４は、太陽光パネル１３に接続される。第１のＤＣ／ＤＣ変換器１４は、太陽光パネル１３によって発電された電力（電圧）を第１の蓄電池９で用いる電圧に変換するために用いられる。

【0035】

電気自動車用充電器１５は、電気自動車１６と接続される。電気自動車用充電器１５は、第１の蓄電池９で用いる電圧および太陽光パネル１３によって発電された電力を第１のＤＣ／ＤＣ変換器１４により変換された電圧を電気自動車１６に充電可能な電圧に変換するために用いられる。ここで、電気自動車１６は、電池のエネルギーのみで走行する純粋な電気自動車１６のみに限られず、例えばプラグインハイブリッド自動車のような車両の駆動用の蓄電池を搭載した自動車であっても良い。

【0036】

直流接触器２８は、第１の蓄電池９とインバータ１１、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１４、および電気自動車用充電器１５との間に接続され、第１の蓄電池９とインバータ１１、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１４、および電気自動車用充電器１５とを分離するために用いられる。

【0037】

制御部２９は、き電用接触器６、第１の交流接触器２０、第４の交流接触器２３、および直流接触器２８の開閉操作、開閉状態の検出等を行う。また、制御部２９は、充放電用変換器８の充放電制御、第１の蓄電池９の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）、温度、電圧等の検出、第１の蓄電池９が蓄電ユニットである場合、内蔵される接触器の開閉操作を行う。さらに、制御部２９は、インバータ１１、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１４、電気自動車用充電器１５の制御を行う。なお、制御部２９は、一つの制御部に集約する必要はなく、例えば、充放電用変換器８、インバータ１１、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１４、電気自動車用充電器１５それぞれに制御部２９が実装され、それぞれの制御部２９が通信により連携することで実現しても良い。

【0038】

ここで、図１の例では、太陽光パネル１３および電気自動車用充電器１５が第１の蓄電池に接続される例を示しているが、いずれか１つのみを有する電源装置７であっても良いのは勿論である。

【0039】

（制御動作）
次に、図１を参照して、電源装置７の制御動作の例を説明する。例えば、第４の交流接触器２３を解放し、き電用接触器６、第１の交流接触器２０、第２の交流接触器２１、および直流接触器２８は、投入された状態であるとする。この際、制御部２９は、インバータ１１に接続されたインバータ交流出力系統１７または変圧器二次側交流系統１９の電圧を一定の交流電圧に保つようにインバータ１１に対して定電圧で制御する。

【0040】

また、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１４は、太陽光パネル１３の発電電力を最大出力するように、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking制御）を行う。電気自動車用充電器１５は、電気自動車１６の充電に必要な電力を電気自動車１６に供給する。充放電用変換器８は、架線電圧に応じてき電回路に対する放電または充電動作を行う。例えば、き電電圧が上昇した場合、第１の蓄電池９に対して充電し、き電電圧が下降した場合、第１の蓄電池９から放電する制御である。また、充放電用変換器８は、第１の蓄電池９のＳＯＣが高いほどき電回路から第１の蓄電池９に充電を開始するき電電圧、および第１の蓄電池９からき電回路に放電を開始するき電電圧が上がるように制御する。

【0041】

図２は、制御部２９による充放電用変換器８および第１の蓄電池９に対する制御の一例を示した図である。

【0042】

図２に示すように、制御部２９は、ＳＯＣが高くなると、第１の蓄電池９に充電を開始する充電閾値電圧を高くするように、充放電用変換器８を制御する。同様に、制御部２９は、ＳＯＣが高くなると、第１の蓄電池９からき電回路に放電を開始する放電閾値電圧を高くするように、充放電用変換器８を制御する。

【0043】

逆に、制御部２９は、ＳＯＣが低くなるにつれて、第１の蓄電池９に充電を開始する充電閾値電圧を低くするように、充放電用変換器８を制御する。同様に、制御部２９は、ＳＯＣが低くなるにつれて、第１の蓄電池９からき電回路に放電を開始する放電閾値電圧を低くするように、充放電用変換器８を制御する。

【0044】

次に、第４の交流接触器２３が投入された状態の制御について説明する。
この時、インバータ１１は、インバータ交流出力系統１７に対して電流制御を行う。この電流制御は、制御部２９内で演算され、目標とする有効電力が出力されるように電流が制御される。目標とする有効電力は、例えば制御部２９内にテーブルとして与えられ、制御部２９は、第１の蓄電池９のＳＯＣが上昇するほど有効電力指令値が増えるように制御する。これにより、制御部２９は、第１の蓄電池９のＳＯＣが満充電または過充電になることを抑制することができる。また逆に、制御部２９は、第１の蓄電池９のＳＯＣが下降するほど有効電力指令値が減るように制御する。これにより、制御部２９は、第１の蓄電池９の過放電を抑制することが可能となる。

【0045】

次に、太陽光パネル１３が発電し、電気自動車１６が充電する際の制御について説明する。
太陽光パネル１３の発電量が電気自動車１６の充電に必要な電力を上回る場合、制御部２９は、電気自動車１６の充電に必要な電力を太陽光パネル１３が発電した電力から供給し、残りの電力を第１の蓄電池９に充電するように制御する。

【0046】

一方、太陽光パネル１３の発電量が電気自動車１６の充電に必要な電力を下回る場合、制御部２９は、太陽光パネル１３が発電した電力を電気自動車１６に供給し、さらに、電気自動車１６の充電に必要な電力から太陽光パネル１３の発電量の電力量を引いた分の電力を、電気自動車用充電器１５を介して第１の蓄電池９から電気自動車１６に供給するように制御する。このように充電することで、交流系統１－１および交流系統１－２に対して大きな負荷をかけることなく電気自動車１６を充電することができる。また、このように、第１の蓄電池９を設けることにより、新規の受電系統および受電設備の構築が不要となるため、低コスト化に寄与することができる。さらに、第１の実施形態では、電気自動車１６が太陽光パネル１３の発電量を上回る場合、き電回路によって充電された第１の蓄電池９から電力が供給されることになる。これにより、架線電圧の範囲の制約を受けることなく電気自動車１６に対して充電することが可能となる。これは、第１の蓄電池９の充電率に応じて、充放電用変換器８が充電を開始する架線電圧の閾値および放電を開始する架線電圧の閾値が変化することにより実現可能である。例えば、第１の蓄電池９の充電率の低下、すなわちＳＯＣが低下した状態で電気自動車１６に対しての充電が継続したとしても、充電を開始する電圧および放電を開始する電圧が低下するため、第１の蓄電池９が過放電になることを防ぐことが可能となる。

【0047】

また、太陽光パネル１３が発電した電力が電気自動車１６の充電に必要な電力を上回る、または電気自動車１６が電気自動車用充電器１５に接続されていない場合、太陽光パネル１３が発電した電力は、第１の蓄電池９に充電されることになる。そして、き電回路に対して放電が必要な場合、第１の蓄電池９からき電回路に放電される。

【0048】

なお、太陽光パネル１３が発電した電力は、インバータ１１および第１の変圧器１８を介して、空調を含む負荷２５および直流電源装置２６に供給しても良いのは勿論である。

【0049】

次に、太陽光パネルが発電した電力をき電回路で用いる際の動作について説明する。

【0050】

一般的に、き電回路は、電車３０の加速または減速に伴った付加電力の変動が激しい。そして、き電回路は、電車３０の加速を行う短期間に高出力の負荷が発生する。そのような場合、き電回路の電流が増大することになり、き電回路中の抵抗によるき電損失も発生しやすくなる。

【0051】

例えば、き電回路に通常の２倍の電流が流れた場合、抵抗損失は、通常の抵抗損失の４倍となり、４倍の電流が流れた場合、抵抗損失は、通常の抵抗損失の１６倍になる。そのため、第１の蓄電池９から充放電用変換器８を介したき電回路への放電は、き電回路が高負荷な時に高出力となるように制御されることが望ましい。上述したように、太陽光パネル１３が発電した電力は、一旦、第１の蓄電池９に充電される。そして、き電回路が高負荷となる際、第１の蓄電池９からき電回路に対して高出力で放電することになる。これにより、き電損失の低減に寄与することができる。また、太陽光パネル１３により発電した電力を、第１の蓄電池９を介して直接的にき電回路に放電することが可能となるため、鉄道システムの二酸化炭素排出量削減に寄与することができる。

【0052】

また、交流系統１－２が停電となった場合、第１の蓄電池９がインバータ１１を介して交流側の空調を含む負荷２５および直流電源装置２６に電力を供給することが可能である。この場合、第１の蓄電池９がき電回路、すなわち交流系統１－１から電力を受け取ることが可能な状態であれば、交流系統１－１側からの電力を第１の蓄電池９で受け取る。そして、第１の蓄電池９は、インバータ１１を介して、受け取った電力を空調を含む負荷２５および直流電源装置２６に供給することが可能である。

【0053】

また、交流系統１－１および交流系統１－２への電力会社からの電力（交流電力）が途絶え、且つ交流系統１－１が遠方の変電所２からの給電を受けることが可能な場合、第１の蓄電池９を介さずに直接き電回路から電気自動車１６に充電すると電圧が低下する。そこで、小さい電力で第１の蓄電池９に対して充電しつつ、充電された第１の蓄電池９から電気自動車用充電器１５を介して、大電力で電気自動車１６に放電することが可能となる。例えば、電気自動車１６が充電に大電力を必要とする電気自動車化された路線バスである場合、交流系統１－１および交流系統１－２への電力会社からの電力が途絶した場合でも、電気自動車化された路線バスは、公共交通システムの一部として運航を維持することが可能になる。そのため、電源装置７は、インフラレジリエンスの向上にも寄与する。

【0054】

（第１の実施形態の作用効果）
以上説明した第１の実施形態によれば、き電回路、太陽光パネル１３に接続された、充放電用変換器８および第１の蓄電池９を備える電源装置７を設けることにより、き電回路が高負荷となる際に太陽光パネル１３が発電した電力をき電回路に供給することができる。これにより、鉄道システムの二酸化炭素の排出量削減に寄与することができる。

【0055】

また、第１の実施形態によれば、制御部２９は、第１の蓄電池９のＳＯＣに応じて充放電用変換器８を介したき電回路による第１の蓄電池９に対して充放電を開始する閾値を変化させる。これにより、第１の蓄電池９のＳＯＣが低下した状態で電気自動車１６に対して充電したとしても、第１の蓄電池９が過放電になることが防止できる。また、第１の蓄電池９を用いることにより、電気自動車１６に対して充電している際に交流系統１－１および交流系統１－２に対して大きな負荷をかけることがない。そのため、新しい受電系統および受電設備の構築が不要となり、低コスト化に寄与する。

【0056】

さらに、交流系統１－１および交流系統１－２に対して電力会社からの電力が途絶したとしても電源装置７は、交流系統１－１に接続された遠方の変電所２から電力を受け取ることができる。そして、遠方の変電所２からの電力を第１の蓄電池９が蓄電し、蓄電した電力を用いて電気自動車１６に対して充電することが可能となる。これにより、電源装置７は、公共交通システムにおけるインフラレジリエンスの向上に寄与することができる。

【0057】

［第２の実施形態］
図３は、第２の実施形態に係る電源装置７の回路図を含む電源システムの概略構成図である。
第２の実施形態では、第１の蓄電池９は、直流接触器２８を介して、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０が接続されおり、且つ、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０とインバータ１１との間に第２の蓄電池１２が接続されている点で第１の実施形態と異なる。また、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０および第２の蓄電池１２は、制御部２９によって制御される。

【0058】

第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０は、変圧器を内蔵する絶縁型の変圧器であって良い。例えば、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０は、Dual Active Bridge回路、チョッパと共振型の高周波絶縁回路を組み合わせた回路等であって良い。

【0059】

第２の蓄電池１２は、直接、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０に接続されるように配置されても良い。第２の蓄電池１２は、蓄電池ユニットであり、その中に第２の電力変換器であるＤＣ／ＤＣ変換器を内蔵し、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０に接続される構成であっても良い。

【0060】

第２の蓄電池１２の充電率に応じて、制御部２９は、上述した第２の電力変換器を制御する。例えば、第２の蓄電池１２の充電率を増大させる場合、制御部２９は、第１の蓄電池９が設置されている回路からの電力を第２の蓄電池１２側へ第２の電力変換器を介して給電するように制御する。逆に前記第２の蓄電池１２の充電率が高い場合、制御部２９は、第２の蓄電池１２の電力を、第１の蓄電池９が設置される直流回路側に給電する。

【0061】

第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０を設置することにより、第１の蓄電池９から他の機器へ電力を供給する際の電圧変動を抑制することができる。また、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０は、例えば、第１の蓄電池９からの電圧を、インバータ１１、第２の蓄電池１２、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１４、電気自動車用充電器１５に対して適切な直流電圧に降圧することができる。例えば、第１の蓄電池９から第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０に入力された電圧が１５００Ｖであった場合、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０は、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０の出力を２００Ｖにすることができる。このようにすることにより、電源装置７におけるこれらの機器を別途開発せずに、安価な変換器（例えば、既存の変換器）を組み合わせて構成することが可能となる。これにより、電源装置７の製造コストを低減することができる。

【0062】

第２の実施形態では、上述した第１の実施形態と同様の動作を実施可能である。しかしながらこれらの説明は、重複するため、ここでは省略する。

【0063】

（第２の実施形態の作用効果）
以上説明した第２の実施形態によれば、第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０を設置することにより、第１の蓄電池９からの直流電圧をインバータ１１、第２の蓄電池１２、第１のＤＣ／ＤＣ変換器１４、電気自動車用充電器１５に対して適切な直流電圧に変換することができる。これにより、これらの機器を安価な機器の組み合わせにより電源装置７を構成することが可能となる。これにより、電源装置７の製造コストを低減することができる。

【0064】

［第３の実施形態］
図４は、第３の実施形態に係る電源装置７の回路図を含む電源システムの概略構成図である。
第３の実施形態では、インバータ１１の交流出力に第５の交流接触器３１が接続されている。そして、第５の交流接触器３１は、第１の変圧器１８を介して、第１の交流接触器２０に接続される。そして、第１の交流接触器２０は、第２の蓄電池１２と、電気自動車用充電器１５とに接続される。さらに、第１の交流接触器２０は、パワーコンディショナ３２を介して太陽光パネル１３と接続される。

【0065】

そのため、第３の実施形態において、インバータ１１の交流出力に第５の交流接触器３１が配置され、交流側に第２の蓄電池１２、パワーコンディショナ３２、および電気自動車用充電器１５が接続されている点で第１の実施形態と異なる。

【0066】

パワーコンディショナ３２は、インバータのみで構成されても良いし、インバータとＤＣ／ＤＣ変換器を組み合わせて太陽光パネル１３と接続される構成であっても良い。

【0067】

このように、第３の実施形態では、交流経路側で、太陽光パネル１３の発電した電力を受け取って、直流系統側の第１の蓄電池９に充電する。さらに、第３の実施形態では、交流経路側で電気自動車１６の充電を行う。このようにすることにより、電気自動車１６は、交流系統１－２からの電力を受け取ることが可能となり、電気自動車化された路線バス等の公共交通インフラにおいて電源装置７を使用することにより、充電電源の冗長化に寄与する。

【0068】

また、交流側に第２の蓄電池１２、パワーコンディショナ３２、電気自動車用充電器１５を配置することにより、これらの機器を一般の民生品で構成することが可能である。これにより、これらの機器を専用で開発する必要がなくなり、電源装置７の製造コストを低減することが可能となる。

【0069】

また、第２の蓄電池１２は、交流側でインバータ１１と接続される。このため、第４の交流接触器２３を解放した場合、インバータ１１を介した第１の蓄電池９の電力に加えて、第２の蓄電池１２の電力により、変圧器二次側交流系統１９で必要な電圧を生成して良い。この場合、インバータ１１は、第２の蓄電池１２とインバータ１１が作り出す交流側において連系運転することになる。この時、インバータ１１の有効電力の動作は、第２の蓄電池１２のＳＯＣが増加するにつれてき電系統へ放電するように動き、ＳＯＣが低下するにつれてき電系統から変圧器二次側交流系統１９へ回生するように動作する。

【0070】

第３の実施形態では、上述した第１の実施形態と同様の動作を実施可能である。しかしながらこれらの説明は、重複するため、ここでは省略する。

【0071】

（第３の実施形態の作用効果）
以上説明した第３の実施形態によれば、交流側に第２の蓄電池１２、パワーコンディショナ３２、電気自動車用充電器１５を配置する。その結果、これらの機器を一般の民生品で構成することが可能となるため、これらの機器を専用で開発する必要がなくなる。そのため、電源装置７の製造コストを低減することが可能となる。

【0072】

［他の実施形態］
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第２の実施形態と第３の実施形態は、組み合わせることが可能である。例えば、第３の実施形態における第１の蓄電池９は、直流接触器２８を介して第２のＤＣ／ＤＣ変換器１０と接続するように構成されて良い。

【0073】

要するに、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。

【符号の説明】

【0074】

１－１…交流系統
１－２…交流系統
２…変電所
３…電線・架線・サードレール
４…レール
５…建屋
６…電用接触器
７…電源装置
８…充放電用変換器
９…第１の蓄電池
１０…第２のＤＣ／ＤＣ変換器
１１…インバータ
１２…第２の蓄電池
１３…太陽光パネル
１４…第１のＤＣ／ＤＣ変換器
１５…電気自動車用充電器
１６…電気自動車
１７…インバータ交流出力系統
１８…第１の変圧器
１９…変圧器二次側交流系統
２０…第１の交流接触器
２１…第２の交流接触器
２２…第３の接触器
２３…第４の交流接触器
２４…第２の変圧器
２５…負荷
２６…直流電源装置
２７…直流電源路
２８…直流接触器
２９…制御部
３０…電車
３１…第５の交流接触器
３２…パワーコンディショナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】