(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池モジュールと、前記電池モジュールを内部に収納した電池箱筐体とを備えており、前記電池箱筐体には通気口として、内部を冷却する外気が流入可能な吸気口と前記電池モジュールを冷却した空気が排出される排気口とが形成されており、鉄道車両を駆動する主変換装置に対して電力を充放電する鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記通気口と接するように設置され、孔を有しており、前記通気口の位置に対して前記孔の位置を一致させることで冷却空気の通気を可能な塞ぎ板と、前記塞ぎ板をずらして前記通気口の位置に対して前記孔の位置をずらすことにより前記電池箱筐体を密閉する塞ぎ板動作装置と、
前記鉄道車両に搭載されているとともに、火災を検知、または前記電池箱筐体内の発煙を検知、または所定の運転指令が発せられた際に、前記塞ぎ板動作装置を動作させて前記電池箱筐体の通気・密閉を制御する電池ユニット制御装置とを備え、
前記電池ユニット制御装置は、火災又は前記電池箱筐体内での発煙のいずれかを検知し、且つ緊急運転指令が無いことに応じて、前記電池箱筐体を密閉し充放電動作を停止し且つ前記主変換装置の動作を停止する制御を行うこと
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記塞ぎ板は前記電池箱筐体の外側面上において当該外側面に沿ってずらし可能に配置されていること
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項３】
請求項１に記載の鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記塞ぎ板は前記電池箱筐体の内側面上において当該内側面に沿ってずらし可能に配置されていること
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記塞ぎ板は、前記電池箱筐体の外側に延びる端部に折曲げ部を備えており、前記電池箱筐体には、前記折曲げ部に対応する壁面において、前記塞ぎ板が密閉位置を占める状態で前記折曲げ部が嵌まり込む凹部が形成されていること
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項５】
請求項３に記載の鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記電池箱筐体は、内壁にずらされる前記塞ぎ板の端部が嵌入可能な凹部が形成されており、通気状態で前記塞ぎ板の前記端部が前記凹部に嵌入し前記凹部の底部に突き当たること
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか一項に記載の鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記塞ぎ板動作装置は、電磁石による動作を前記塞ぎ板のずらし動作に伝達する機構、
リニアモータの直線動作又は電動モータの回転動作を前記塞ぎ板のずらし動作に伝達する機構、楔の作用で持ち上げていた前記塞ぎ板を当該楔の除去により当該塞ぎ板の重さでずらす機構、又は流体アクチュエータの動作を前記塞ぎ板のずらし動作に伝達する機構であること
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項７】
請求項１に記載の鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記電池ユニット制御装置は、
火災又は前記電池箱筐体内での発煙のいずれかを検知し、且つ前記緊急運転指令が有ることに応じて、前記電池箱筐体を密閉し充放電動作を停止させ前記主変換装置の動作をする制御を行うこと
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項８】
請求項１に記載の鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記電池ユニット制御装置は、
火災は検知しないが前記電池箱筐体内での発煙を検知し且つ緊急運転指令が有ることに応じて、前記電池箱筐体を密閉し充放電動作を停止し且つ前記主変換装置の動作を停止する制御を行い、
前記電池箱筐体内での発煙を検知しないが火災を検知し且つ緊急運転指令が有ることに応じて、前記電池箱筐体を密閉せずに充放電動作を行い且つ前記主変換装置の動作をする制御を行うこと
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項９】
請求項１に記載の鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記電池ユニット制御装置は、
火災は検知しないが前記電池箱筐体内での発煙を検知し且つ緊急運転指令が有ることに応じて、前記電池箱筐体を密閉し充放電動作を停止し且つ前記主変換装置の動作を停止する制御を行い、
前記電池箱筐体内での発煙を検知しないが火災を検知し且つ緊急運転指令が有ることに応じて、前記電池箱筐体を密閉するとともに充放電動作を行い且つ前記主変換装置の動作をする制御を行うこと
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項１０】
電池モジュールと、前記電池モジュールを内部に収納した電池箱筐体とを備えており、前記電池箱筐体には通気口として、内部を冷却する外気が流入可能な吸気口と前記電池モジュールを冷却した空気が排出される排気口とが形成されており、鉄道車両を駆動する主変換装置に対して電力を充放電する鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記通気口と接するように設置され、孔を有しており、前記通気口の位置に対して前記孔の位置を一致させることで冷却空気の通気を可能な塞ぎ板と、前記塞ぎ板をずらして前記通気口の位置に対して前記孔の位置をずらすことにより前記電池箱筐体を密閉する塞ぎ板動作装置と、
前記鉄道車両に搭載されているとともに、火災を検知、または前記電池箱筐体内の発煙を検知、または所定の運転指令が発せられた際に、前記塞ぎ板動作装置を動作させて前記電池箱筐体の通気・密閉を制御する電池ユニット制御装置とを備え、
前記電池ユニット制御装置は、火災を検知しかつ所定の運転指令が出力されていない場合か、前記電池ユニット内の発煙を検知した場合に、前記電池ユニットを密閉する制御を行うとともに、前記電池ユニットの充放電動作を停止すること
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項１１】
電池モジュールと、前記電池モジュールを内部に収納した電池箱筐体とを備えており、前記電池箱筐体には通気口として、内部を冷却する外気が流入可能な吸気口と前記電池モジュールを冷却した空気が排出される排気口とが形成されており、鉄道車両を駆動する主変換装置に対して電力を充放電する鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記通気口と接するように設置され、孔を有しており、前記通気口の位置に対して前記孔の位置を一致させることで冷却空気の通気を可能な塞ぎ板と、前記塞ぎ板をずらして前記通気口の位置に対して前記孔の位置をずらすことにより前記電池箱筐体を密閉する塞ぎ板動作装置と、
前記鉄道車両に搭載されているとともに、火災を検知、または前記電池箱筐体内の発煙を検知、または所定の運転指令が発せられた際に、前記塞ぎ板動作装置を動作させて前記電池箱筐体の通気・密閉を制御する電池ユニット制御装置とを備え、
前記電池ユニット制御装置は、火災を検知するが、前記電池ユニット内の発煙を検知しておらず、かつ所定の運転指令が出力されている場合に、前記電池ユニットを密閉せず、また前記電池ユニットの充放電動作と前記主変換装置の動作についても停止しないこと
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか一項に記載の鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記電池ユニット制御装置は、
前記塞ぎ板をずらして前記電池箱筐体を密閉した後、火災も前記電池ユニット内の発煙も検知していない状態で、前記通気口を開く指令が出力された場合は、前記塞ぎ板を前記電池箱筐体が密閉される前の位置に戻して前記通気口を開くこと
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項１３】
請求項７〜１２のいずれか一項に記載の鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記電池ユニット制御装置は、
前記電池箱筐体内での発煙を検知した信号が入力されるガス検知判定回路、
少なくとも前記ガス検知判定回路の出力信号と火災を検知した信号とが入力される緊急事態判定回路、
前記緊急事態判定回路の出力を遅延させる遅延回路、
及び前記遅延回路の出力とリセット信号とが入力され、少なくとも充放電動作停止、密閉指令、前記通気口に配設されたファンの停止の指令を出力するリセット回路
を備えていること
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項１４】
電池モジュールと、前記電池モジュールを内部に収納した電池箱筐体とを備えており、前記電池箱筐体には通気口として、内部を冷却する外気が流入可能な吸気口と前記電池モジュールを冷却した空気が排出される排気口とが形成されており、鉄道車両を駆動する主変換装置に対して電力を充放電する鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記通気口と接するように設置され、孔を有しており、前記通気口の位置に対して前記孔の位置を一致させることで冷却空気の通気を可能な塞ぎ板と、前記塞ぎ板をずらして前記通気口の位置に対して前記孔の位置をずらすことにより前記電池箱筐体を密閉する塞ぎ板動作装置とを備え、
前記塞ぎ板は前記電池箱筐体の内側面上において当該内側面に沿ってずらし可能に配置され、
前記塞ぎ板は、前記電池箱筐体の外側に延びる端部に折曲げ部を備えており、前記電池箱筐体には、前記折曲げ部に対応する壁面において、前記塞ぎ板が密閉位置を占める状態で前記折曲げ部が嵌まり込む凹部が形成されていること
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【請求項１５】
電池モジュールと、前記電池モジュールを内部に収納した電池箱筐体とを備えており、前記電池箱筐体には通気口として、内部を冷却する外気が流入可能な吸気口と前記電池モジュールを冷却した空気が排出される排気口とが形成されており、鉄道車両を駆動する主変換装置に対して電力を充放電する鉄道車両用電池ユニットにおいて、
前記通気口と接するように設置され、孔を有しており、前記通気口の位置に対して前記孔の位置を一致させることで冷却空気の通気を可能な塞ぎ板と、前記塞ぎ板をずらして前記通気口の位置に対して前記孔の位置をずらすことにより前記電池箱筐体を密閉する塞ぎ板動作装置とを備え、
前記塞ぎ板は前記電池箱筐体の内側面上において当該内側面に沿ってずらし可能に配置され、
前記電池箱筐体は、内壁にずらされる前記塞ぎ板の端部が嵌入可能な凹部が形成されており、通気状態で前記塞ぎ板の前記端部が前記凹部に嵌入し前記凹部の底部に突き当たること
を特徴とする鉄道車両用電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両に搭載される鉄道車両用電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、自動車など他の交通機関に比べてエネルギ消費の少ない交通機関である。一方、地球温暖化など環境問題への関心が高まっており、鉄道車両においても更なる省エネルギ化が求められている。
【０００３】
鉄道車両の分野におけるこうした省エネルギ化の一環として、バッテリ技術を応用した省エネルギ化の取り組みが行われている。例えば、気動車に電池ユニットと主変換装置を搭載して、ブレーキ運転時にモータを発電機として使用することにより、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収する回生ブレーキを行い、回生ブレーキで得られた電力を電池ユニットに充電して力行運転時に使用するハイブリッド気動車が提案されている。また、鉄道車両を駆動する主変換装置に電力を充放電できる電池ユニットを搭載して、回生ブレーキ中に架空電車線に戻せない電力を電池ユニットで吸収し、その電力を力行運転時に使用する回生吸収装置などが検討・実用化されている。
【０００４】
鉄道車両用電池ユニットの一例として、特許文献１に記載されている構成が提案されている。特許文献１に記載の電池ユニットは、リチウムイオン電池セルを搭載した複数の電池モジュールと、電池モジュールの状態を監視し且つ充放電を制御する制御部とを有している。この電池ユニットにおいて、電池モジュールと制御部は電池箱筐体に格納されている。電池箱筐体の両端には、電池モジュール内の熱を排出するための吸排気口とファンが設けられており、ファンを回転することで電池箱筐体内に流入された外気が電池箱筐体内を流れて後、排気されるので、このときに電池モジュールを冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０５５９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、電池ユニットは、電池箱筐体の内部に収容される電池モジュールを、当該電池箱筐体内に冷却空気を流通させることで冷却することが行われており、電池箱筐体には、冷却空気を流入・吸気するため及び電池モジュールの熱を奪った空気を電池箱筐体外に排気するために、吸気口及び排気口が形成されている。ところで、電池ユニットは、車両を駆動する主変換装置と共に車両の床下に設置されることが一般的であるため、電池ユニットに起因して生じた緊急事態においても、乗員・乗客に危険が及ばないように配慮する必要がある。
【０００７】
例えば、電池ユニット内にリチウムイオン電池を有する場合、電池内の電解液が漏洩すると有毒ガスが発生する。そのため、電池ユニットが故障した場合には有毒ガスが拡散しないように電池ユニットの密閉、即ち、給排気口の閉鎖と、電池としての動作停止が必要である。車両で火災が発生した場合にも、炎が給排気口を通して電池ユニット内に進入して電池が故障しないように同様の措置を講じる必要がある。
【０００８】
一方、地下鉄やトンネル内を走行する鉄道車両の場合、駅構内での火災や併走する車両が火災で停車している場面に遭遇したときには、安全なところまで車両を走行させて乗員・乗客を避難させる必要がある。このため、電池ユニットについては、火災の発生状況に応じて、電池ユニットの密閉や動作の要否を判断する必要がある。
【０００９】
このように、鉄道車両にバッテリ技術を適用する場合、緊急事態が生じたときには電池ユニットを密閉する必要があるが、特許文献１では電池ユニットの密閉についてまでは言及されていない。
【００１０】
そこで、鉄道車両用電池ユニットにおいて、車両に火災が発生する又は車両外の火災の影響が当該車両に及ぶような事態、或いは電池ユニットに有毒ガスが発生する事態などの緊急事態が生じたときには、電池が故障するのを防止する、或いは乗客・乗員を保護するために電池ユニットを密閉するか否か又は電池の充放電動作をするか否かなどの対策を明確にしておく点で解決すべき課題がある。
本発明の目的は、これらの課題を解決することであり、鉄道車両用電池ユニットにおいて火災などの緊急事態が生じたときに、電池ユニットを密閉・充放電動作等について対策を定めておき、乗員・乗客に危険が及ばないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による鉄道車両用電池ユニットは、電池モジュールと、前記電池モジュールを内部に収納した電池箱筐体とを備えており、前記電池箱筐体には通気口として内部を冷却する外気が流入可能な吸気口と前記電池モジュールを冷却した空気が排出される排気口とが形成されており、鉄道車両を駆動する主変換装置に対して電力を充放電する鉄道車両用電池ユニットにおいて、前記通気口と接するように設置されており、孔が開いている塞ぎ板と、前記電池箱筐体に沿って前記塞ぎ板をずらして、前記通気口の位置に対して前記孔の位置を一致させることで冷却空気の通気を可能にし、前記両位置をずらすことで前記電池箱筐体を密閉する塞ぎ板動作装置とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
また、鉄道車両用電池ユニットは、前記鉄道車両に搭載されているとともに、火災の検知、前記電池箱筐体内の発煙の検知、及び所定の運転指令に基づいて、前記塞ぎ板動作装置を動作させて前記電池箱筐体の通気・密閉を制御する電池ユニット制御装置を備えている。そして、火災を検知する火災センサや電池ユニット内部の発煙を検知するガス検知センサを用いて、これらセンサが火災又は電池ユニット内の発煙を検知した場合には、緊急運転指令の有無などを考慮して、電池ユニットについては電池箱筐体の給排気口の開閉、又は充放電動作の要否を判断し、主変換装置については停止・動作を判断する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の鉄道車両用電池ユニットによれば、火災や電池ユニット内部の発煙などの緊急事態の発生状況に応じて、鉄道車両用電池ユニットの密閉や充放電動作の要否を判断することで、鉄道車両の運用に適応した電池ユニットの密閉が可能である。これにより乗員・乗客の安全を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明による鉄道車両用電池ユニットの第１実施例の第１の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、鉄道車両用電池ユニットと主変換装置を搭載した鉄道車両の一例を示す側面図である。
【図３】図３は、図１に示す鉄道車両用電池ユニットをＡ−Ｂの線で切断した断面図である。
【図４】図４は、本発明による鉄道車両用電池ユニットにおける電池ユニットの密閉と動作停止を判断する論理の一例である。
【図５】図５は、本発明による鉄道車両用電池ユニットの主変換装置の動作停止を判断する論理の一例である。
【図６】図６は、本発明による鉄道車両用電池ユニットにおける第２の構成である。
【図７】図７は、図６に示す鉄道車両用電池ユニットをＡ−Ｂの線で切断した断面図である。
【図８】図８は、本発明による鉄道車両用電池ユニットにおける第３の構成である。
【図９】図９は、図８に示す鉄道車両用電池ユニットをＡ−Ｂの線で切断した断面図である。
【図１０】図１０は、本発明による鉄道車両用電池ユニットの第２実施例の電池ユニットの密閉と動作停止及び主変換装置の動作停止を判断する論理の一例である。
【図１１】図１１は、本発明による鉄道車両用電池ユニットの第３実施例の電池ユニットの密閉と動作停止及び主変換装置の動作停止を判断する論理の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明による鉄道車両用電池ユニットの実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明による鉄道車両用電池ユニットの第１実施例について説明する。
図１は本発明の第１実施例である鉄道車両用電池ユニット（以下、簡単のため、「鉄道車両用電池ユニット」を「電池ユニット」と略称する。）を示す斜視図である。図１（ａ）は電池ユニットの通気口を開いた状態であり、図１（ｂ）は通気口を閉じて電池ユニットを外部に対して密閉した状態である。電池ユニット１は、鉄道車両を駆動する主変換装置に対して電力を充放電できる蓄電装置である。電池ユニット１は、電池セルを搭載した複数の電池モジュール（図示せず）と、当該電池モジュールを内部に収納した電池箱筐体とを備えている。電池モジュールは、電力を充放電する際に相当の発熱を生じるので、生じた熱で異常状態にならないように、電池箱筐体の壁板には、通気口として電池モジュールを冷却する空気を流入させるため、又は電池モジュールを冷却した空気を排出させるための吸排気口２が複数個形成されている。吸排気口２は、電池ユニット１の前面と、図面では見ることのできない背面とに配置されている。吸気口から流入した冷却空気が電池モジュールから熱を奪いながら電池箱筐体の内部を流れ、熱を奪った空気が排気口から流れる構造となっている。なお、図１では、吸排気口２が縦４列と横３列に配置された場合を示しているが、この配置は本発明を限定するものではない。また、吸排気口２には、石や塵埃、雨水や雪塊等が電池ユニット１の内部に入り込まないように、メッシュやフィルタを設けることが好ましい。
【００１７】
電池ユニット１の前面と背面には塞ぎ板３，４が設置されている。塞ぎ板３，４は、電池ユニット１の電池箱筐体表面に接するように設置され、電池箱筐体に形成された給排気口２の配置と同じパターンで孔が開けられており、スライド蓋の要領で電池箱筐体の表面に沿ってスライドさせることで給排気口２を開閉することができる。図１（ａ）のように塞ぎ板３，４を上に持ち上げた状態にすると、塞ぎ板３，４の孔の位置が給排気口２に一致して、空気が孔と給排気口２を通じて電池箱筐体内へと流入・流出する。また、図１（ｂ）のように塞ぎ板３，４を下にずらすと、塞ぎ板３，４の孔の位置が給排気口２から一斉にずれて、孔が形成されていない実板の部分で給排気口２を塞ぎ、電池ユニット１を密閉することができる。
【００１８】
塞ぎ板３は塞ぎ板動作装置５ａと５ｂにより動作する。ここでは図示していないが、電池ユニット１の背面にも塞ぎ板４を動作させるための塞ぎ板動作装置６ａと６ｂが設置されている。
【００１９】
塞ぎ板動作装置５ａ，５ｂと６ａ，６ｂは、電磁石で塞ぎ板３，４を保持し、電池ユニット１を密閉するときは電磁石への通電を止めて塞ぎ板３，４を重力で下げるものでもよいし、楔のようなもので塞ぎ板３，４を固定し、楔を爆破して塞ぎ板３，４を重力で下げるものでもよい。また、リニアモータで塞ぎ板３，４を上下できるものでもよいし、滑車を介してワイヤで塞ぎ板３，４を吊り下げ、モータでワイヤを巻き上げたり戻したりすることで塞ぎ板３，４を上下させるものや、塞ぎ板３，４の側面にラックギアを配置し、ピニオンギアやウォームギアを取り付けたモータで塞ぎ板３，４を上下させるものであってもよい。
【００２０】
図２は、電池ユニット１と主変換装置（インバータ）９を搭載した鉄道車両の一例を示している。鉄道車両は車両７ａ，７ｂ，７ｃの３両で構成される。車両７ａ，７ｂ，７ｃは、それぞれ台車８ａと８ｂ、８ｃと８ｄ、８ｅと８ｆを有している。車両７ａは、電池ユニット１と車両を駆動するための主変換装置９を床下に設置している。また、車両７ａの床下には火災を検知する火災センサ１０が設置されている。
【００２１】
図２で示した編成内の車両数や電池ユニット１及び主変換装置９の台数は、鉄道車両の一例を示したものであり、本発明を限定するものではない。例えば、編成の車両数は３両以上でも以下でもよいし、電池ユニット１、主変換装置９及び火災センサ１０を搭載した車両が複数あってもよい。
【００２２】
図３は、図１に示す電池ユニットをＡ−Ｂの線で切断した断面を表している。図３（ａ）は吸排気口２を開いた状態を示しており、図３（ｂ）は吸排気口２を閉じた状態を示している。また、図３に示す電池ユニットの構成要素や部位には、図１に示すものと同等のものについては、同じ符号を付している。図３に示す電池ユニット１では、その内部が４段構成で示されているが、これは本発明を限定するものではない。
【００２３】
電池ユニット１の内部には、各段にユニット内部で発生する有毒ガスを検知するガス検知センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが設置されており、各ガス検知センサ１１ａ〜１１ｄは、有毒ガスを検知するとガス検知信号を出力する。ガス検知信号は、電池ユニット１の充放電動作と吸排気口２に対する塞ぎ板３，４の開閉動作とを制御する電池ユニット制御装置１２へ入力される。火災検知信号も同様に電池ユニット制御装置１２へ入力される。
【００２４】
電池ユニット制御装置１２において、前記ガス検知信号と前記火災検知信号が入力されることによって緊急事態が発生したと判断される場合には、塞ぎ板３，４を閉じることを命じる密閉指令が塞ぎ板動作装置５ａ，５ｂと６ａ，６ｂとに出力される。また、主変換装置９に対する動作停止指令と、ここでは図示していない電池ユニット１の充放電動作を停止する信号（以下、充放電動作停止信号という）が出力される。
【００２５】
第１実施例における電池ユニット１の密閉及び充放電動作停止と主変換装置９の動作停止の組合せを表１に示す。表１において、緊急事態の列は、火災（火災センサ１０による火災検出信号）又は電池ユニット１の内部の有毒ガス発生（ガス検知センサ１１ａ〜１１ｄによるガス検知信号）の有無を表す。緊急運転指令の列は、地下鉄等の場合において火災現場などから乗員・乗客を避難させるための運転指令であり、緊急運転が出力されている場合を「あり」、それ以外を「なし」とする。緊急運転指令は、状況に応じて、例えば運転台に設置されたボタンを乗員が押すことで発せられる指令である。また、電池ユニットの列は、電池ユニット１の密閉の要否と充放電動作の要否（停止又は動作）を表し、主変換装置の列は主変換装置９の動作の要否（停止又は動作）を表す。
【表１】
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【００２６】
本実施例では、火災や有毒ガスが発生した緊急事態であっても車両は架空電車線から電力を得ることができる場合を想定している。この場合、緊急事態の内容と緊急運転指令の有無によって４つのケースに分類される。架空電車線からの電力で車両は力行可能であるので、いずれのケースでも電池ユニット１を密閉しその充放電動作を停止させている。
表１のＮｏ．１及び２のケースのように、火災又は有毒ガスが発生しているが、緊急運転指令がない場合は、電池ユニット１を密閉し電池ユニット１の充放電動作を停止するとともに、主変換装置９の動作を停止する。
また、Ｎｏ．３のケースのように、火災（特に外部の火災）が発生しても電池ユニット１の内部からの有毒ガスの発生が無く、且つ緊急運転指令がある場合は、電池ユニット１を保護するために、電池ユニット１の密閉と充放電動作の停止を行い、主変換装置９は、架空電車線から電力を得て動作し、乗員・乗客を安全なところまで避難させる。
そして、Ｎｏ．４のケースのように、火災の発生は無いが電池ユニット１の内部から有毒ガスが発生し、且つ緊急運転指令がある場合は、電池ユニット１の内部から有毒ガスが漏れないように、電池ユニット１の密閉と充放電動作の停止を行い、主変換装置９は、架空電車線から電力を得て動作し、乗員・乗客を安全なところまで避難させる。
【００２７】
表１の論理を実現する回路構成の一例を図４と図５を用いて説明する。ガス検知センサ１１ａ〜１１ｄの信号は第１のガス検知判定回路１３に入力され、第１のガス検知判定回路１３は一台以上のガス検知センサが有毒ガスを検知した場合には、ガス検知と判断する。第１のガス検知判定回路１３から出力される信号と火災センサ１０から出力される信号は第１の緊急事態判定回路１４に入力され、各出力信号によって有毒ガス又は火災を検知していれば緊急事態と判断する。
【００２８】
第１の緊急事態判定回路１４から出力される信号は第１の遅延回路１５に入力される。第１の遅延回路１５は入力信号が一定時間継続したらその信号を出力する回路であり、センサの誤動作などによりガスや火災を誤検知しないためのものである。電池ユニット１内で有毒ガスが発生し電池ユニット１の外部へ漏れるまで数秒程度要すると考えられるため、第１の遅延回路１５は、第１の緊急事態判定回路１４からの入力信号が緊急事態の状態を少なくとも１秒以上継続したら信号を出力するのがよい。なお、センサが誤動作しにくい環境であれば、第１の遅延回路１５はなくてもよい。この場合、第１の緊急事態判定回路１４から出力される信号は後述の第１のリセット回路１６に入力される。
【００２９】
第１の遅延回路１５から出力される信号は、第１のリセット回路１６に入力される。また、第１のリセット回路１６には、緊急事態が収束したことを示すリセット信号も入力される。リセット信号は、例えば、乗員が緊急事態の収束を判断し、運転台に設置されたボタンを押すことで出力される。
【００３０】
第１のリセット回路１６では、第１の遅延回路１５から出力される信号が緊急事態の状態を示し、かつリセット信号が入力されていなければ、電池ユニット１の動作を停止し、電池ユニット１を密閉する指令が塞ぎ板動作装置５ａ，５ｂと６ａ，６ｂに出力され、電池ユニット１が密閉される。また、電池ユニット１の内部に冷却用のファンを有する場合はファンを停止する。
【００３１】
主変換装置９を停止する指令は、例えば図５のような回路で生成される。即ち、電池ユニット１の充放電動作停止を示す信号と、緊急運転が必要であることを示す緊急運転指令とが、第１の緊急運転指令判定回路１７に入力される。緊急運転指令は、例えば火災や電池ユニット１内で発煙が発生した状態において力行指令がある場合に出力されるものでもよいし、運転台に設置されたボタンを乗員が押すことで出力されるものでもよい。第１の緊急運転指令判定回路１７では、電池ユニット１の動作が停止し、かつ緊急運転指令がなければ、主変換装置９へ動作停止指令を出力する。一方、電池ユニット１の動作が停止し、かつ緊急運転指令があれば、主変換装置９へ動作停止指令を出力しない。
【００３２】
本実施例では、図１や図３に示すように、塞ぎ板３，４と塞ぎ板動作装置５ａ，５ｂ及び６ａ，６ｂを電池ユニット１の外側に設置する構成としたが、図６に示す例のように、塞ぎ板３，４と塞ぎ板動作装置５ａ，５ｂ及び６ａ，６ｂを電池ユニット１の内側に設置する構成でもよい。図７は図６の電池ユニットを、Ａ−Ｂの線で切断した断面を表している。図６と図７に示す例においては、図１や図３に示す例の構成要素や部位と同等のものには同じ符号を付している。
【００３３】
図１の場合は、既設の電池ユニット１に塞ぎ板３，４を設置することを想定しており、塞ぎ板を内部に設置する場合に比べて塞ぎ板３，４の設置が容易である。一方、新規に電池ユニット１を設置する場合は、図６に示すように、電池ユニット１の内側に塞ぎ板３，４を設置したほうが、電池ユニット１の外部の稼動部分が少なく取り扱いが容易である。図６に示す例のように、塞ぎ板３，４の上部３ａ，４ａが電池ユニット１の外部へ突出している場合は、塞ぎ板３，４の上部３ａ，４ａを折り曲げ、塞ぎ板３，４を下げて閉じたときに、図７（ｂ）のように塞ぎ板３，４の折り曲げた上部３ａ，４ａが電池ユニット１の上部の凹部１ａ，１ａに嵌め込まれて、電池ユニット１を密閉するようにする構成とするのがよい。
【００３４】
また、塞ぎ板３，４の配置については、図８に示す例のように、塞ぎ板３，４と塞ぎ板動作装置５ａ，５ｂ及び６ａ，６ｂをすべて電池ユニット１の内側に設置する構成でもよい。図９は図８に示す電池ユニットを、Ａ−Ｂの線で切断した断面を表している。図８と図９に示す例においては、図１や図３に示す例の構成要素や部位と同等のものには同じ符号を付している。
【００３５】
図８に示す例のような構成にすれば、吸排気口２以外に開放部分がなくなり、塞ぎ板３，４を閉じたときに、確実に電池ユニット１を密閉することができる。また、図８に示す例では、図６に示した例のように電池ユニット１の外部へ突出した部分がないため、図６と比較して電池ユニット１の扱いが容易となる。
【実施例２】
【００３６】
本発明による電池ユニットの第２実施例について図１０と表２とを用いて説明する。第２実施例は、電池ユニット１の密閉と充放電動作停止及び主変換装置９の動作停止の組合せが異なる点で、第１実施例と異なっている。
【００３７】
第１実施例では、火災や有毒ガスが発生した緊急事態においても、車両は架空電車線から電力を得ることができる場合を想定したが、第２実施例では、緊急事態に架空電車線から電力が得られなくなった場合を想定している。
【００３８】
電池ユニットの給排気口を塞ぐ塞ぎ板や塞ぎ板動作装置の設置については第１実施例と同じである。図１に示す例のように塞ぎ板３，４を電池ユニット１の外部に配置する構成でもよいし、図６、図８に示す例のように塞ぎ板３，４を電池ユニット１の内部に配置する構成でもよい。また、火災センサやガス検知センサも第１実施例と同じ配置とする。
【００３９】
第２実施例における電池ユニット１の密閉及び充放電動作停止と主変換装置９の動作停止の組合せを表２に示す。本実施例では、緊急事態の内容と緊急運転指令の有無によって４つのケースに分類される。
【表２】
0005485128.tif 000003
【００４０】
まず、表２に示す対策は、架空電車線から電力を得られなくなった場合を想定している。まず、Ｎｏ．１と２のケースのように、火災又は有毒ガスが発生している場合、緊急運転指令がないときには、電池ユニット１を密閉して充放電動作を停止させ、更に主変換装置９の動作を停止する。
車両を運転するには電池ユニット１から電力を放電して主変換装置９を駆動する必要がある。そのため、Ｎｏ．３のケースのように火災が発生しているが電池ユニットは正常であるときに、緊急運転指令がある場合は、電池ユニット１から電力を放電し主変換装置９を駆動するために、電池ユニット１の密閉や充放電動作停止は行わず、また主変換装置９も動作停止させない。
また、Ｎｏ．４のように電池ユニット１の内部から有毒ガスが発生しているが、緊急運転指令がある場合には、電池ユニットは故障しており充放電動作は危険と判断し、電池ユニットを密閉し、電池ユニット１の充放電動作と主変換装置９の動作を停止する。
【００４１】
なお、第１実施例と本実施例の論理はいずれか一方を実装してもよいし、両方の論理を実装し、架空電車線の電圧が低下した場合や運転台に設置された論理切り替え用のスイッチが押された場合に第１実施例の論理から本実施例の論理に切り替えてもよい。
【００４２】
表２の論理を実現する回路構成の一例について図１０を用いて説明する。ガス検知センサ１１ａ〜１１ｄの信号は第２のガス検知判定回路１８に入力され、第２のガス検知判定回路１８は一台以上のガス検知センサで有毒ガスを検知した場合にガス検知と判断する。第２のガス検知判定回路１８から出力される信号と火災センサ１０から出力される信号と、緊急運転が必要であることを示す緊急運転指令とは、第２の緊急事態判定回路１９に入力され、表２の組合せに従って、電池ユニット１の密閉や充放電動作停止及び主変換装置９の動作停止を判断する。ここで緊急運転指令は、例えば火災や電池ユニット１内で発煙が発生した状態において力行指令がある場合に出力されるものでもよいし、運転台に設置されたボタンを乗員が押すことで出力されるものでもよい。
【００４３】
第２の緊急事態判定回路１９から出力される信号は第２の遅延回路２０に入力される。遅延回路は入力信号が一定時間継続したらその信号を出力する回路であり、センサの誤動作などによりガスや火災を誤検知しないためのものである。電池ユニット１内で有毒ガスが発生し電池ユニット１の外部へ漏れるまで数秒程度要すると考えられるため、第２の遅延回路２０では、第２の緊急事態判定回路１９からの緊急事態の状態を示す入力信号が少なくとも１秒以上継続したら信号を出力するのがよい。なお、センサが誤動作しにくい環境であれば、第２の遅延回路２０はなくてもよい。この場合、第２の緊急事態判定回路１９から出力される信号は後述の第２のリセット回路２１に入力される。
【００４４】
第２の遅延回路２０から出力される信号は、第２のリセット回路２１に入力される。また、第２のリセット回路２１には、緊急事態が収束したことを示すリセット信号も入力される。リセット信号は、例えば、乗員が緊急事態の収束を判断し、運転台に設置されたボタンを押すことで出力される。
【００４５】
第２のリセット回路２１では、第２の遅延回路２０から出力される信号が、電池ユニット１の密閉や充放電動作停止及び主変換装置９の動作停止を示し、かつリセット信号が入力されていなければ、電池ユニット１及び主変換装置９の動作を停止し、電池ユニット１を密閉する指令が塞ぎ板動作装置５ａ，５ｂと６ａ，６ｂに出力され、電池ユニット１が密閉される。また、電池ユニット１の内部に冷却用のファンを有する場合はファンを停止する。
【実施例３】
【００４６】
本発明による電池ユニットの第３実施例について、図１１と表３とを用いて説明する。本実施例では、第２実施例と同様に緊急事態に架空電車線から電力が得られなくなった場合を想定しているが、第２実施例とは、火災が発生しても緊急運転指令がある場合は、電池ユニット１を密閉した状態で充放電動作を行い、主変換装置９に対して電力を供給する点で異なっている。
【００４７】
火災発生時時には、電池ユニット１の外部の温度が電池ユニット１の内部より高くなっていることも想定される。この場合、第２実施例のように電池ユニット１を密閉せずに充放電動作を行うと、電池ユニット１の外部の熱が内部に伝播し電池を故障させる恐れがある。そこで、本実施例では、電池ユニット１を密閉することで電池ユニット１の外部の熱が内部へ伝播するのを防ぐために表３に示すような論理を構成する。
【００４８】
電池ユニットの給排気口を塞ぐ塞ぎ板や塞ぎ板動作装置の設置については第１実施例と同じである。図１のように塞ぎ板を電池ユニットの外部に配置する構成でもよいし、図６、図８のように塞ぎ板を電池ユニットの内部に配置する構成でもよい。また、火災センサやガス検知センサも第１実施例と同じ配置とする。
【００４９】
第３実施例における電池ユニット１の密閉及び充放電動作停止と主変換装置９の動作停止の組合せを表３に示す。本実施例では、緊急事態の内容と緊急運転指令の有無によって４つのケースに分類される。
【表３】
0005485128.tif 000004
【００５０】
表３において、Ｎｏ．１と２に示すケースのように、火災又は有毒ガスが発生し、緊急運転指令がない場合は、電池ユニット１を密閉し、電池ユニット１の充放電動作と主変換装置９の動作とを停止する。
また、Ｎｏ．３に示すケースのように、火災が発生し、緊急運転指令がある場合は、電池ユニット１の外部からの熱の侵入を防ぐために電池ユニット１を密閉し、電池ユニット１から電力を放電し主変換装置９を駆動するために、電池ユニット１の充放電動作と主変換装置９の動作とは停止しない。この対策は、充放電動作を行う期間が短時間であれば、電池ユニット１を密閉することのリスクは少ない、という前提に立っている。
更に、Ｎｏ．４に示すケースのように、電池ユニット１の内部から有毒ガスが発生し、緊急運転指令がある場合には、電池ユニット１は故障しており充放電動作は危険と判断し、電池ユニット１を密閉し、電池ユニット１の充放電動作と主変換装置９の動作とを停止する。
【００５１】
第１実施例や第２実施例と本実施例の論理はいずれか一つを実装してもよいし、２つ以上の論理を実装し切り替えて使用してもよい。第１実施例と実施例３の切り替えは、例えば架空電車線の電圧が低下した場合や運転台に設置された論理切り替え用のスイッチが押された場合に第１実施例の論理から本実施例の論理に切り替える。第２実施例と本実施例の切り替えは、例えば、電池ユニット１の外部の温度と電池ユニット１の内部の温度を測定する温度センサを設置し、電池ユニット１の外部の温度が内部の温度より高ければ第２実施例の論理から本実施例の論理に切り替える。
【００５２】
表３の論理を実現する回路構成の一例について図１１を用いて説明する。
ガス検知センサ１１ａ〜１１ｄの信号は第３のガス検知判定回路２２に入力され、１台以上のガス検知センサで有毒ガスを検知したらガス検知と判断する。第３のガス検知判定回路２２から出力される信号と火災センサ１０の信号と、緊急運転が必要であることを示す緊急運転指令は、第３の緊急事態判定回路２３に入力され、表３の組合せに従って、電池ユニットの密閉や充放電動作停止及び主変換装置の動作停止を判断する。緊急運転指令は、例えば火災や電池ユニット内で発煙が発生した状態において力行指令がある場合に出力されるものでもよいし、運転台に設置されたボタンを乗員が押すことで出力されるものでもよい。
【００５３】
図１１において、図中の５本の斜め線は５つの信号線が含まれることを示している。５つの信号線の内容は、電池ユニット１の充放電動作を停止する信号と塞ぎ板３，４を閉じる信号、主変換装置９の動作を停止する信号及び電池ユニット１の内部の冷却ファンを停止する信号である。
【００５４】
第３の緊急事態判定回路２３から出力される信号は第３の遅延回路２４に入力される。遅延回路は入力信号が一定時間継続したらその信号を出力する回路であり、センサの誤動作などによりガスや火災を誤検知しないためのものである。電池ユニット１の内部で有毒ガスが発生し電池ユニット１の外部へ漏れるまで数秒程度要すると考えられるため、第３の遅延回路２４では、第３の緊急事態判定回路２２からの入力信号において緊急事態の状態が少なくとも１秒以上継続した場合に信号を出力するのがよい。なお、センサが誤動作しにくい環境であれば、第３の遅延回路２４はなくてもよい。この場合、第３の緊急事態判定回路２３から出力される信号は後述の第３のリセット回路２５に入力される。
【００５５】
第３の遅延回路２４から出力される信号は、第３のリセット回路２５に入力される。また、第３のリセット回路２５には、緊急事態が収束したことを示すリセット信号も入力される。リセット信号は、例えば、乗員が緊急事態の収束を判断し、運転台に設置されたボタンを押すことで出力される。
【００５６】
第３のリセット回路２５では、第２の遅延回路２０から出力される信号が、電池ユニット１の密閉や充放電動作停止及び主変換装置の動作停止を示し、かつリセット信号が入力されていなければ、第２の遅延回路２０から出力される信号に従って、電池ユニット１及び主変換装置９の動作停止や、電池ユニット１を密閉する指令を出力する。また、電池ユニット１の内部に冷却用のファンを有する場合はファンを停止する。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
鉄道車両において更なる省エネルギ化を実現するには、バッテリ応用技術は不可欠である。本発明によれば、火災など緊急事態の発生状況に応じて電池ユニットの密閉や動作の要否を判断することで、鉄道車両の運用に適応した電池ユニットの密閉方法が可能となり、乗員・乗客の安全を確保することができる。
今後、電池ユニットを搭載した鉄道車両はますます普及すると考えられる。本発明は、電池ユニットを搭載した鉄道車両の安全性向上にとって不可欠な技術である。
【符号の説明】
【００５８】
１  電池ユニット                        ２  吸排気口
３  電池ユニット前面の塞ぎ板            ４  電池ユニット背面の塞ぎ板
５ａ，５ｂ  電池ユニット前面の塞ぎ板動作装置
６ａ，６ｂ  電池ユニット背面の塞ぎ板動作装置
７ａ，７ｂ，７ｃ  車両
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ  台車
９  主変換装置                        １０  火災センサ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  ガス検知センサ
１２  電池ユニット制御装置
１３  第１のガス検知判定回路          １４  第１の緊急事態判定回路
１５  第１の遅延回路                  １６  第１のリセット回路
１７  第１の緊急運転指令判定回路
１８  第２のガス検知判定回路          １９  第２の緊急事態判定回路
２０  第２の遅延回路                  ２１  第２のリセット回路
２２  第３のガス検知判定回路          ２３  第３の緊急事態判定回路
２４  第３の遅延回                    ２５  第３のリセット回路
【図１】
0005485128.tif 000005
【図２】
0005485128.tif 000006
【図３】
0005485128.tif 000007
【図４】
0005485128.tif 000008
【図５】
0005485128.tif 000009
【図６】
0005485128.tif 000010
【図７】
0005485128.tif 000011
【図８】
0005485128.tif 000012
【図９】
0005485128.tif 000013
【図１０】
0005485128.tif 000014
【図１１】
0005485128.tif 000015