(57)【要約】【課題】バッテリ制御装置の設置スペースに制約がある場合であっても、容易に対応が可能なバッテリ制御装置を提供する。【解決手段】実施形態のバッテリ制御装置の充放電回路は、バッテリを電源に接離可能に接続する接触器を有し、電源からの電力でバッテリを充放電する。遮断器は、バッテリと前記充放電回路との間の電流流路に設けられ、自己が過電流を検出した場合および遮断指示が入力された場合に電流流路を復帰可能に遮断する。制御部は、遮断指示を遮断器に出力する。【選択図】図１
2014082906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを電源に接離可能に接続する接触器を有し、前記電源からの電力で前記バッテリを充放電する充放電回路と、
前記バッテリと前記充放電回路との間の電流流路に設けられ、自己が過電流を検出した場合および遮断指示が入力された場合に前記電流流路を復帰可能に遮断する遮断器と、
前記遮断指示を出力する制御部と、
を備えたバッテリ制御装置。
【請求項２】
前記電流流路を流れる電流を検出する電流検出器を備え、
前記制御部は、前記電流検出器により検出された電流値に基づいて前記遮断指示を出力する、
請求項１記載のバッテリ制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電流検出器により検出された電流値が所定の閾電流値を超えた場合に、前記遮断指示を出力する、
請求項２記載のバッテリ制御装置。
【請求項４】
前記遮断器は、少なくとも前記バッテリの高電位側の電流流路に設けられている、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のバッテリ制御装置。
【請求項５】
前記遮断器は、前記バッテリの高電位側及び低電位側の電流流路の双方に設けられている、
請求項４記載のバッテリ制御装置。
【請求項６】
前記バッテリ制御装置は、電気車両に搭載されており、
前記充放電回路は、き電線及び集電装置を介して前記電源に接続されている、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のバッテリ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、バッテリ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車両に搭載されている電気車制御装置は、高電圧配線を介して車両外のパンタグラフまたはサードレールと接続され、直流電力が電気車制御装置に供給される。
また、近年、バッテリを有する電気車制御装置の提案がなされており（例えば、特許文献１参照）、車両外のパンタグラフまたはサードレールを介して供給された電力をバッテリに蓄電して、電力供給源として非常走行時等に利用する。
【０００３】
また、バッテリを充放電する際に地絡等で過電流が流れた場合、バッテリを保護するためにはバッテリを充放電回路から切り離す必要があり、このために従来においては、遮断しようとする電流に応じて充放電回路の接触器を選定し、遮断性能を確保していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５２５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、バッテリ制御装置の設置スペースに制約がある場合、バッテリ制御装置に使用する部品の小型化の検討が必要になる。従来技術に記載したように、過電流を充放電回路内の接触器で遮断しようとすると、遮断しようとする電流の大きさに応じた接触器を選定する必要があり、遮断性能が高くなるほど大きな接触器を選定しなければならない傾向にある。また、接触器の個数が増えるほど装置が大型化するという懸念があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バッテリ制御装置の設置スペースに制約がある場合であっても、容易に対応が可能なバッテリ制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のバッテリ制御装置の充放電回路は、バッテリを電源に接離可能に接続する接触器を有し、電源からの電力でバッテリを充放電する。
遮断器は、バッテリと前記充放電回路との間の電流流路に設けられ、自己が過電流を検出した場合および遮断指示が入力された場合に電流流路を復帰可能に遮断する。
制御部は、遮断指示を遮断器に出力する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態の概要構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態の動作タイミングチャートである。
【図３】図３は、第２実施形態の動作タイミングチャートである。
【図４】図４は、第２実施形態の詳細動作タイミングチャートである。
【図５】図５は、第３実施形態の概要構成図である。
【図６】図６は、第４実施形態の概要構成図である。
【図７】図７は、第５実施形態の概要構成図である。
【図８】図８は、第６実施形態の第１態様の概要構成図である。
【図９】図９は、第６実施形態の第２態様の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について図面を参照して説明する。
［１］第１実施形態
まず、第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態の概要構成図である。
第１実施形態のバッテリ制御装置は、直流電気車に搭載される直流電気車用のバッテリ制御装置として構成されている。
直流電気車Ｘは、図１に示すように、図示しないき電線（架線）を有する直流電力を供給する電源１に図示しない集電装置（例えば、パンタグラフ）を介して接続されるとともに、図示しない車輪及びレール（あるいはサードレール）を介して主接地ＧＮＤに接続される負荷６を備えている。
【００１０】
この負荷６としては、直流電力を交流電力に変換する図示しない電力変換装置と、電力変換装置からの電力供給を受けて直流電気車を駆動する図示しない主電動機（メインモータ）と、を備えている。
負荷６を構成する電力変換装置には、電源１から第１遮断器２を介して直流電力が供給されている。
さらに第１遮断器２には、充放電回路３が接続されている。充放電回路３は、接触器４及び後述するバッテリ５の充放電電流１５を検出する電圧検出器１０を備えている。そして充放電回路３は、バッテリ５の充放電を制御している。
【００１１】
接触器４の一端には、一対の第２遮断器１２の内、一方の第２遮断器１２を介して、バッテリ５の高電位側に接続されている。また、バッテリの低電位側には、他方の第２遮断器１２を介して主接地ＧＮＤが接続されている。
そして、第１遮断器２が閉状態（オン状態）となっている場合には、電源１からバッテリ５の充電と負荷６への電力供給を行い、第１遮断器２が開状態（オフ状態）となっている場合には、バッテリ５から負荷６に電力が供給される。
【００１２】
制御部９は、第１遮断器アンサ２５と接触器４に対する接触指令８の出力および接触器４の動作状態を示す接触器アンサ１３を監視する機能を有している。この制御部９には、第１遮断器２を介して、制御電源２５が供給されている。
また、第２遮断器１２は、自己を過大な電流が流れた場合に自ら遮断状態に移行（自己トリップ）することで電流を遮断する機能および制御部９からの接触解除指令１４により遮断状態に移行（トリップ）可能な機能を有している。
【００１３】
また、制御部９は、第２遮断器１２の接触解除指令１４の出力および第２遮断器１２の動作状態を示す第２遮断器アンサ１１を監視する機能を有している。
【００１４】
次に第１実施形態の動作を説明する。
図２は、第１実施形態の動作タイミングチャートである。
制御部９は、電圧検出器１０の検出した充放電電流１５が地絡等に起因して急激に閾値電流１６を超えた場合には、第２遮断器１２に接触解除指令１４を出力し、接触器４の接触状態を保ったまま、第２遮断器１２を遮断状態に移行（トリップ）させようと制御することとなるが、その前に第２遮断器１２は、自己を過大な電流が流れたことを検出して、自ら遮断状態に移行（自己トリップ）する。
【００１５】
この結果、電圧検出器１０の検出した充放電電流がほぼ零となり、第２遮断器１２の出力する第２遮断器アンサ１１が“Ｌ”レベルとなり、確実に第２遮断器１２が遮断状態に移行したことが確認できた場合には、接触器４に対する接触指令８を“Ｌ”レベルとして、接触器４を非接触状態に移行させる。
そして、接触器４が出力した接触器アンサ１３が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに遷移して、接触器４が非接触状態に完全に移行したことを確認して処理を終了する。
【００１６】
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、地絡が発生したことにより流れる過大な電流を第２遮断器１２で遮断した後に接触器４を非接触状態に移行させる構成を採っているので、接触器４においては、過大な電流を遮断することが要求されないため、接触器４として遮断性能の高い大型の接触器を選定する必要がなくなり、バッテリ制御装置の小型化が図れる。
【００１７】
［２］第２実施形態
図３は、第２実施形態の動作タイミングチャートである。
本第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、電圧検出器１０の検出した充放電電流１５が徐々に増加している点である。
制御部９は、電圧検出器１０の検出した充放電電流１５が徐々に増加して閾値電流１６を超えた場合には、第２遮断器１２に接触解除指令１４を出力し、接触器４の接触状態を保ったまま、第２遮断器１２を遮断状態に移行（トリップ）させる。
【００１８】
これにより、第２遮断器１２が遮断状態に移行（トリップ）すると、電圧検出器１０の検出した充放電電流がほぼ零となり、第２遮断器１２の出力する第２遮断器アンサ１１が“Ｌ”レベルとなる。
【００１９】
これにより、制御部９は、確実に第２遮断器１２が遮断状態に移行したことが確認できた場合には、接触器４に対する接触指令８を“Ｌ”レベルとして、接触器４を非接触状態に移行させる。
そして、接触器４が出力した接触器アンサ１３が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに遷移して、接触器４が非接触状態に完全に移行したことを確認して処理を終了する。
【００２０】
図４は、第２実施形態の詳細動作タイミングチャートである。
本第２実施形態によれば、図４に示すように、接触器４の遮断可能電流閾値２０は、接触器４の最大遮断可能電流２０ｍａｘより低く設定されているが、接触器４の接触指令８を“Ｌ”レベルとしてから接触器アンサ１３が“Ｌ”レベルとなるまでの間に遅れ時間１７が存在するため、その間に充放電電流１５が接触器の最大遮断可能電流２０ｍａｘを越えてしまう場合がある。
【００２１】
この場合において、充放電電流１５が第２遮断器１２の自己トリップ電流１９に達しない状態で接触器４を非接触状態に移行させてしまうと、遮断性能を超えた電流を遮断してしまうこととなり、故障の要因となる。
そこで、制御部９において、過電流を検知したとき、第２遮断器１２で電流を遮断した後に接触器４を非接触状態に移行させることで、接触器４の過電流遮断に起因する故障を防止することができる。
【００２２】
［３］第３実施形態
図５は、第３実施形態の概要構成図である。
図５において、図１と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
図５の第３実施形態が、図１の第１実施形態と異なる点は、バッテリ５及び一対の第２遮断器１２と並列に、電流制限抵抗３１及び発光ＬＥＤ３２を直列に接続したインジケータ回路３３を設けた点である。
上記構成において、電流制限抵抗３１は、バッテリ５を電源として、バッテリ５の蓄電電圧が所定の電圧以上となっている場合に、発光ＬＥＤ３２を点灯する電流を発光ＬＥＤに流すこととなる。
そしてこの構成によれば、メンテナンス時にバッテリ５の残電圧が所定の電圧以上となっている場合には、発光ＬＥＤ３２が点灯することとなるので、メンテナンス作業者に不用意にバッテリ５あるいはバッテリ５の電圧が印加されている回路に触れたりしないように注意を促すことができ、メンテナンス作業者の安全を確保することができる。
【００２３】
以上の説明のように、本第３実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、メンテナンス作業者の安全確保が図れる。
【００２４】
［４］第４実施形態
図６は、第４実施形態の概要構成図である。
図６において、図１と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
図６の第４実施形態が、図１の第１実施形態と異なる点は、バッテリ５及び一対の第２遮断器１２と並列に、電流制限抵抗３１及び発光ＬＥＤ３２を直列に接続したインジケータ回路３３を設けた点、及び、制御部９に制御電源２５が供給されていないときに、ゼンマイなどの非電気的なタイマ機構を用い、所定時間経過後に一対の第２遮断器１２を機械的に遮断状態に移行させる遮断装置（時素リレー）４０を設けた点である。
上記構成によれば、遮断装置４０は、制御電源２５が供給されない場合には、一対の第２遮断器１２を所定時間経過後に機械的に遮断状態に移行させるので、メンテナンス時にバッテリ５の残電圧が所定の電圧以上となっている場合には、発光ＬＥＤ３２が点灯することとなるので、メンテナンス作業者に不用意にバッテリ５あるいはバッテリ５の電圧が印加されている回路に触れたりしないように注意を促すことができるとともに、所定時間後には、バッテリ５が電気的に遮断される。
以上の説明のように、本第４実施形態によれば、第３実施形態の場合と比較して、より確実にメンテナンス作業者の安全を確保することができる。
【００２５】
［５］第５実施形態
図７は、第５実施形態の概要構成図である。
本第５実施形態が上記各実施形態と異なる点は、図７に示すように、バッテリ制御装置２４の充放電回路を収納した充放電回路収納部２１と、第２遮断器１２を収めた遮断器収納部２２とを別体構成として、分離配置した点である。
【００２６】
上記構成によれば、充放電回路３を構成する接触器４として、遮断可能電流閾値が低い、小型の接触器４を用いた場合には、充放電回路収納部２１の小型化が容易となり、充放電回路収納部２１の設置スペースに制約があり、従来の形式では、充放電回路収納部２１の設置が困難な場合であっても、設置が可能になる。
【００２７】
［６］第６実施形態
図８は、第６実施形態の第１態様の概要構成図である。
図８に示すように、第６実施形態の第１態様においては、直流電気車Ｘ１においてバッテリ５が複数個直列に接続されている。
このような状態において、バッテリ５間で地絡７が発生したときには、図９に示す経路で地絡電流２３が流れることとなる。
【００２８】
このとき、図８に示すようにバッテリ５の高電位側と低電位側にそれぞれ第２遮断器１２を配置してあったとしても、地絡電流２３は、バッテリ５の低電位側に配置した第２遮断器１２のみを流れるので、地絡電流２３により低電位側に配置された第２遮断器１２のみが自ら遮断状態に移行（自己トリップ）することで電流を遮断することとなる。
以上の説明は、バッテリ５が複数個直列に接続されている場合であったが、バッテリ５が複数個並列に接続されている場合であっても同様に適用が可能である。
【００２９】
図９は、第６実施形態の第２態様の概要構成図である。
第６実施形態の第２態様は、図９に示すように、バッテリ５の高電位側にのみ第２遮断器１２を配置している。
【００３０】
このような構成によれば、バッテリ５間で地絡が発生した場合には、地絡電流が遮断できないものの、バッテリ５の正極側で発生した地絡７については、確実に遮断することが可能となる。
上記第６実施形態の第１態様及び第２態様のいずれであっても、制御部９は、第２遮断器アンサ１１が“Ｌ”レベルとなったことを検出して、接触器の接触指令８を“Ｌ”レベルとして、接触器４を接触解除状態とすることとなる。
【００３１】
したがって、上記各実施形態と同様に、接触器４においては、過大な電流を遮断することが要求されないため、接触器４として遮断性能の高い大型の接触器を選定する必要がなくなり、バッテリ制御装置の小型化が図れる。
また、第６実施形態の第２態様によれば、第２遮断器１２をバッテリ５の正極側のみに配置するだけで良いので、第２遮断器１２の設置スペースを削減して省スペース化、低コスト化が図れる。
【００３２】
［５］実施形態の効果
以上の説明のように、各実施形態によれば、地絡が発生したことにより流れる過大な電流を復帰可能に遮断する遮断器で遮断した後に接触器を非接触状態に移行させる構成を採っているので、接触器においては、過大な電流を遮断することが要求されないため、接触器として遮断性能の高い大型の接触器を選定する必要がなくなり、バッテリ制御装置の小型化が図れる。
【００３３】
また、充放電回路の接触器の遮断性能は超えているが、バッテリ近傍に設けられた遮断器（上記各実施形態における第２遮断器１２）の自己トリップには至らない電流が流れている場合も、制御部で過電流を検出しバッテリ近傍の遮断器をトリップさせることで、接触器を故障させることなくバッテリを充放電回路から切り離すことができる。
【００３４】
［７］実施形態の変形例
以上の説明においては、直流電気車の場合に交流モータを用いる場合について説明したが、直流電気車で直流モータを用いる場合には、直流電力を交流電力に変換するインバータ及びインバータの出力した直流電力を交流電力に変換するコンバータで構成し、直流モータに電力を供給するように構成することも可能である。
【００３５】
また、交流電気車の場合には、電力変換装置として、交流電力を直流電力に変換するコンバータとして交流モータに電力を供給したり、交流電力を直流電力に変換するコンバータ及びコンバータの出力した交流電力を直流電力に変換するインバータで構成し、直流モータに電力を供給するように構成することも可能である。
以上の説明においては、充放電回路が接触器を備える構成を採っていたが、接触器に代えて半導体スイッチを用いる構成とすることも可能である。
また、第１遮断器は、バッテリ制御装置とは別体に設けていたが、バッテリ制御装置を第１遮断器を含む構成とすることも可能である。
【００３６】
以上、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】
【００３７】
１      電源
２      第１遮断器
３      充放電回路
４      接触器
５      バッテリ
６      負荷
７      地絡
８      接触指令
９      制御部
１０    電圧検出器
１１    第２遮断器アンサ
１２    第２遮断器
１３    接触器アンサ
１４    接触解除指令
１５    充放電電流
１６    閾値電流
１７    時間
１９    自己トリップ電流
２０    遮断可能電流閾値
２０ｍａｘ  最大遮断可能電流
２１    充放電回路収納部
２２    遮断器収納部
２３    地絡電流
２４    バッテリ制御装置
２５    第１遮断器アンサ
ＧＮＤ  主接地
Ｘ、Ｘ１  直流電気車
【図１】
2014082906.tif 000003
【図２】
2014082906.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014082906.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014082906.tif 000008
【図７】
2014082906.tif 000009
【図８】
2014082906.tif 000010
【図９】
2014082906.tif 000011