(57)【要約】【課題】架線からの電力により蓄電池を充電しかつ当該蓄電池の電力を負荷部に供給する場合に、負荷部での消費電力の変動による架線に接続された他の負荷部に対する誘導障害の発生に対する対応をなくすことができる蓄電池装置および制御方法を提供する。【解決手段】実施形態の蓄電池装置は、複数の蓄電池と、スイッチ部と、充電部と、制御部と、を備える。複数の蓄電池は、架線に接続された第１系統と負荷部に接続された第２系統との間に並列接続される。スイッチ部は、蓄電池毎に設けられ、蓄電池を第１系統または第２系統に接続可能である。充電部は、蓄電池毎に設けられ、蓄電池が第１系統に接続された場合に架線からの電力によって蓄電池を充電する。制御部は、複数の蓄電池のうち少なくとも１つの蓄電池が第２系統に接続され、かつ当該少なくとも１つの蓄電池を除く蓄電池のうち充電電圧が所定の条件を満たさない蓄電池が第１系統に接続されるように、スイッチ部を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線に接続された第１系統と負荷部に接続された第２系統との間に並列接続された複数の蓄電池と、
前記蓄電池毎に設けられ、前記蓄電池を前記第１系統または前記第２系統に接続可能なスイッチ部と、
前記蓄電池毎に設けられ、前記蓄電池が前記第１系統に接続された場合に前記架線からの電力によって前記蓄電池を充電する充電部と、
前記複数の蓄電池のうち少なくとも１つの蓄電池が前記第２系統に接続され、かつ前記少なくとも１つの蓄電池を除く蓄電池のうち充電電圧が所定の条件を満たさない蓄電池が前記第１系統に接続されるように、前記スイッチ部を制御する制御部と、
を備えた蓄電池装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数の蓄電池それぞれについて、所定の順番で前記第２系統への接続を禁止する請求項１に記載の蓄電池装置。
【請求項３】
架線に接続された第１系統と負荷部に接続された第２系統との間に並列接続された複数の蓄電池と、前記蓄電池毎に設けられ、前記蓄電池を前記第１系統または前記第２系統に接続可能なスイッチ部と、前記蓄電池毎に設けられ、前記蓄電池が前記第１系統に接続された場合に前記架線からの電力によって前記蓄電池を充電する充電部と、を備えた蓄電池装置で実行される制御方法であって、
前記蓄電池の充電電圧を検出し、
前記複数の蓄電池のうち少なくとも１つの蓄電池が前記第２系統に接続され、かつ前記少なくとも１つの蓄電池を除く蓄電池のうち前記充電電圧が所定の条件を満たさない蓄電池が前記第１系統に接続されるように、前記スイッチ部を制御する、
ことを含む制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蓄電池装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電源装置は、架線から電力を受け取り、受け取った電力を車両内の照明や空調装置などの負荷部に供給する。このような電源装置は、架線から受け取った電力を、インバータ等を用いて負荷部に応じた電力に変換して当該負荷部に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６６９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した電源装置（蓄電池装置の一例）においては、負荷部の起動時などにおける当該負荷部での消費電力の変動によって架線側の配線に振動を起こし、無線で使用されている地上側機器（例えば、信号機器など）に対して誘導障害を発生させる。そのため、上述した電源装置においては、誘導障害を回避するために、他の負荷部との間に設けられたフィルタの定数を調整したり、他の負荷部との間にコアを設けたりなど、誘導障害の発生条件に応じてその対応を変える必要があり、その負担を減らすことが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の蓄電池装置は、複数の蓄電池と、スイッチ部と、充電部と、制御部と、を備える。複数の蓄電池は、架線に接続された第１系統と負荷部に接続された第２系統との間に並列接続される。スイッチ部は、蓄電池毎に設けられ、蓄電池を第１系統または第２系統に接続可能である。充電部は、蓄電池毎に設けられ、蓄電池が第１系統に接続された場合に架線からの電力によって蓄電池を充電する。制御部は、複数の蓄電池のうち少なくとも１つの蓄電池が第２系統に接続され、かつ当該少なくとも１つの蓄電池を除く蓄電池のうち充電電圧が所定の条件を満たさない蓄電池が第１系統に接続されるように、スイッチ部を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本実施形態にかかる蓄電池装置を備えた車両の構成を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態にかかる蓄電池装置における蓄電池の充放電処理を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】図３は、本実施形態にかかる蓄電池装置における蓄電池の充放電処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかる蓄電池装置およびその制御方法について説明する。
【０００８】
図１は、本実施形態にかかる蓄電池装置を備えた車両の構成を示す図である。本実施形態にかかる車両は、図１に示すように、架線１（電力電源）と接続され当該架線１から電力（本実施形態では、直流電力）の供給を受けるためのパンタグラフ２と、当該パンタグラフ２を介して架線１から供給される電力を後述する蓄電池装置４に供給する入力回路３と、パンタグラフ２および入力回路３を介して架線１に接続されかつ入力回路３および車輪６を介して接地される蓄電池装置４と、当該蓄電池装置から供給される電力（直流電力）から交流電力への電力変換（逆変換）を行うインバータ４２と、蓄電池装置４からの電力の供給を受けて駆動する負荷部５と、を備えている。本実施形態では、負荷部５は、蓄電池装置４が有する蓄電池Ｂからの電力の供給を受けて車両を駆動するモータ（例えば、三相交流モータなど）や車両内の空調機器が有するコンプレッサー等を有している。
【０００９】
蓄電池装置４は、複数の蓄電池Ｂ１，Ｂ２（以下の説明では、蓄電池Ｂ１，Ｂ２を区別する必要がない場合には、蓄電池Ｂと記載する）と、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、バッテリチャージャＣと、ダイオードＤと、制御回路４０と、検出器４１と、を備えている。複数の蓄電池Ｂは、架線１に接続された第１系統Ｓ１と負荷部５に接続された第２系統Ｓ２との間に並列接続されている。
【００１０】
第１スイッチＳＷ１は、蓄電池Ｂ毎に設けられ、当該蓄電池Ｂを第１系統Ｓ１に接続可能なスイッチである。第２スイッチＳＷ２は、蓄電池Ｂ毎に設けられ、当該蓄電池Ｂを第２系統Ｓ２に接続可能なスイッチである。本実施形態では、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２が、蓄電池Ｂ毎に設けられ、当該蓄電池Ｂを第１系統Ｓ１または第２系統Ｓ２に接続可能なスイッチ部として機能する。
【００１１】
本実施形態では、２つのスイッチ（第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２）によって、蓄電池Ｂを第１系統Ｓ１または第２系統Ｓ２に接続可能なスイッチ部を構成しているが、これに限定するものではない。例えば、第１系統Ｓ１に接続された接点および第２系統Ｓ２に接続された接点を有し、当該２つの接点のいずれかに蓄電池Ｂを接続可能な１つの切り替えスイッチを、蓄電池Ｂを第１系統Ｓ１または第２系統Ｓ２に接続可能なスイッチ部に適用しても良い。
【００１２】
バッテリチャージャＣ（充電部の一例）は、蓄電池Ｂ毎に設けられ、第１スイッチＳＷ１によって当該蓄電池Ｂが第１系統Ｓ１に接続された場合に架線１からの電力によって蓄電池を充電する。本実施形態では、バッテリチャージャＣは、第１スイッチＳＷ１によって蓄電池Ｂが第１系統Ｓ１に接続された場合に、第１系統Ｓ１を介して架線１から供給される電力（例えば、１５００Ｖの直流電力）によって、放電可能電圧Ｖ１（例えば、１２００Ｖ）以上充電する。
【００１３】
ここで、放電可能電圧Ｖ１は、蓄電池Ｂからの電力の供給が許可される予め設定された充電電圧の範囲（以下、所定の使用許可電圧の範囲と言う）内で設定される上限値である。本実施形態では、放電可能電圧は、第１系統Ｓ１を介して架線１により印加される電圧である架線電圧（例えば、１５００Ｖ）より低い電圧である。また、本実施形態では、所定の使用許可電圧の範囲内で設定される下限値である充電開始電圧Ｖ２は、０Ｖより高くかつ放電可能電圧Ｖ１以下の電圧である。
【００１４】
本実施形態では、蓄電池Ｂに対して充電のみが可能なバッテリチャージャＣを用いているが、蓄電池Ｂに対する充電に加えて、蓄電池Ｂからの放電も可能なバッテリチャージャを用いても良い。この場合、後述するダイオードＤを蓄電池Ｂ毎に設ける必要がなくなる。
【００１５】
ダイオードＤは、蓄電池Ｂ毎に設けられ、第２スイッチＳＷ２によって当該蓄電池Ｂが第２系統Ｓ２に接続された場合に蓄電池Ｂからの電力は、第２系統Ｓ２側に供給される。また、ダイオードＤは、第１スイッチＳＷ１によって蓄電池Ｂが第１系統Ｓ１に接続された場合に、第１系統Ｓ１を介して架線１から流れる電流が、バッテリチャージャＣを介さずに蓄電池Ｂに流れることを防止する逆流防止ダイオードである。
【００１６】
検出器４１は、蓄電池Ｂ毎に設けられ、当該蓄電池Ｂの充電電圧を検出する。そして、検出器４１は、蓄電池Ｂの充電電圧の検出結果を後述する制御回路４０に通知する。
【００１７】
制御回路４０（制御部の一例）は、複数の蓄電池Ｂのうち少なくとも１つの蓄電池Ｂ、例えば、図１の蓄電池Ｂ２が第２系統Ｓ２に接続され、かつ残りの蓄電池のうち検出器４１により検出した充電電圧が所定の条件（本実施形態では、充電電圧が充電開始電圧Ｖ２より高いこと）を満たさない蓄電池、例えば、図１の蓄電池Ｂ１が、第１系統Ｓ１に接続されるように、それぞれ第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を制御して蓄電池Ｂを第１系統Ｓ１または第２系統Ｓ２に接続する。
【００１８】
これにより、架線１からの電力により蓄電池Ｂを充電しかつ当該蓄電池Ｂの電力を負荷部５に供給する場合に、１つの蓄電池Ｂが第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２に対して同時に接続されることがなくなり、負荷部５での消費電力の変動（例えば、負荷部５の一例である空調機器が有するコンプレッサーのトルクの変動による消費電力の変動など）が発生しても、当該消費電力の変動によって架線１に接続された他の負荷部（例えば、信号機器など）に対して誘導障害を発生させることを防止できるので、誘導障害の発生に対する対応を設ける必要がなくなる。
【００１９】
次に、図２および図３を用いて、本実施形態にかかる蓄電池装置４における蓄電池の充放電処理について説明する。図２は、本実施形態にかかる蓄電池装置における蓄電池の充放電処理を説明するためのタイミングチャートである。図３は、本実施形態にかかる蓄電池装置における蓄電池の充放電処理を説明するための図である。
【００２０】
制御回路４０は、蓄電池Ｂ１，Ｂ２それぞれに設けられた検出器４１から、蓄電池Ｂ１，Ｂ２それぞれの充電電圧の検出結果を取得する。そして、図２に示す時刻ｔ１において、蓄電池Ｂ１の充電電圧が充電開始電圧Ｖ２以下となりかつ蓄電池Ｂ２の充電電圧が放電可能電圧Ｖ１に達している場合、制御回路４０は、図１および図２に示すように、蓄電池Ｂ２側の第１スイッチＳＷ１をオフしかつ当該蓄電池Ｂ２側の第２スイッチＳＷ２をオンする。これにより、蓄電池Ｂ２が第２系統Ｓ２のみに接続されるので、負荷部５での消費電力の変動が発生しても、当該消費電力の変動によって架線１に接続された他の負荷部に対して誘導障害を発生させることを防止できる。
【００２１】
さらに、制御回路４０は、図１および図２に示すように、充電電圧が充電開始電圧Ｖ２以下となっている蓄電池Ｂ１側の第１スイッチＳＷ１をオンしかつ当該蓄電池Ｂ１側の第２スイッチＳＷ２をオフする。これにより、蓄電池Ｂ１が第１系統Ｓ１のみに接続されるので、負荷部５での消費電力の変動が発生しても、当該消費電力の変動によって架線１に接続された他の負荷部に対して誘導障害を発生させることを防止できる。
【００２２】
図２に示す時刻ｔ２において、蓄電池Ｂ１の充電電圧が放電可能電圧Ｖ１に達した場合、制御回路４０は、図２に示すように、蓄電池Ｂ１側の第１スイッチＳＷ１をオフする。そして、時刻ｔ２において蓄電池Ｂ１側の第１スイッチＳＷ１をオフしてから所定時間経過した時刻ｔ３において、制御回路４０は、図２に示すように、当該蓄電池Ｂ１側の第２スイッチＳＷ２をオンにして蓄電池Ｂ１を第２系統Ｓ２に接続させる。なお、蓄電池Ｂ１側の第１スイッチＳＷ１がオフされるタイミングと当該蓄電池Ｂ１側の第２スイッチＳＷ２をオンするタイミングをずらしているので、蓄電池Ｂ１が第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２の両方に接続されることを防止でき、負荷部５による消費電力の変動によって架線１に接続された他の負荷部に対して誘導障害を発生させることを防止できる。また、この場合は、複数の蓄電池Ｂ１，Ｂ２から負荷部５に対して電力を供給することができるので、負荷部５に対する安定した電力の供給を実現することができる。
【００２３】
図２に示す時刻ｔ４において、蓄電池Ｂ２の充電電圧が充電開始電圧Ｖ２以下となった場合、制御回路４０は、図２に示すように、蓄電池Ｂ２側の第２スイッチＳＷ２をオフする。そして、時刻ｔ４において蓄電池Ｂ２側の第２スイッチＳＷ２をオフしてから所定時間経過した時刻ｔ５において、制御回路４０は、図２および図３に示すように、蓄電池Ｂ２側の第１スイッチＳＷ１をオンする。これにより、蓄電池Ｂ２側の第２スイッチＳＷ２をオフするタイミングと当該蓄電池Ｂ２側の第１スイッチＳＷ１をオンするタイミングをずらして、蓄電池Ｂ２が第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２の両方に接続されることを防止できるので、負荷部５による消費電力の変動によって架線１に接続された他の負荷部に対して誘導障害が発生させることを防止できる。
【００２４】
図２に示す時刻ｔ６において、蓄電池Ｂ２の充電電圧が放電可能電圧Ｖ１に達した場合、制御回路４０は、図２に示すように、蓄電池Ｂ２側の第１スイッチＳＷ１をオフする。そして、時刻ｔ６において蓄電池Ｂ２側の第１スイッチＳＷ１をオフしてから所定時間経過した時刻ｔ７において、制御回路４０は、図２に示すように、蓄電池Ｂ２側の第２スイッチＳＷ２をオンする。そして、この場合も、蓄電池Ｂ２側の第１スイッチＳＷ１がオフされるタイミングと当該蓄電池Ｂ２側の第２スイッチＳＷ２をオンするタイミングがずれているので、蓄電池Ｂ２が第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２の両方に接続されることを防止でき、負荷部５による消費電力の変動によって架線１に接続された他の負荷部に対して誘導障害を発生させることを防止できる。そして、同様に、複数の蓄電池Ｂ１，Ｂ２から負荷部５に対して電力を供給することができるので、負荷部５に対する安定した電力の供給を実現することができる。
【００２５】
図２に示す時刻ｔ８において、蓄電池Ｂ１の充電電圧が充電開始電圧Ｖ２以下となった場合、制御回路４０は、図２に示すように、蓄電池Ｂ１側の第２スイッチＳＷ２をオフする。そして、時刻ｔ８において蓄電池Ｂ１側の第２スイッチＳＷ２をオフしてから所定時間経過した時刻ｔ９において、制御回路４０は、図１および図２に示すように、蓄電池Ｂ１側の第１スイッチＳＷ１をオンする。これにより、蓄電池Ｂ１側の第２スイッチＳＷ２をオフするタイミングと当該蓄電池Ｂ１側の第１スイッチＳＷ１をオンするタイミングをずらして、蓄電池Ｂ１が第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２の両方に接続されることを防止できるので、負荷部５による消費電力の変動によって架線１に接続された他の負荷部に対して誘導障害が発生させることを防止できる。その後、制御回路４０は、蓄電池装置４から供給される電力により負荷部５が駆動している間、上述した処理を繰り返す。
【００２６】
このように本実施形態にかかる蓄電池装置４によれば、架線１からの電力により蓄電池Ｂを充電しかつ当該蓄電池Ｂの電力を負荷部５に供給する場合に、１つの蓄電池Ｂが第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２に対して同時に接続されることがなくなり、負荷部５での消費電力の変動が発生しても、当該消費電力の変動によって架線１に接続された他の負荷部（例えば、信号機器など）に対して誘導障害を発生させることを防止できるので、誘導障害の発生に対する対応をなくすことができる。
【００２７】
本実施形態では、２つの蓄電池Ｂ１，Ｂ２を有する蓄電池装置４における蓄電池Ｂの充放電処理について説明したが、３つ以上の蓄電池Ｂを有する蓄電池装置４における蓄電池Ｂの充放電処理も同様に行うことができる。
【００２８】
さらに、蓄電池装置４が３つ以上の蓄電池Ｂを備える場合には、次のような制御を行うことが可能である。
【００２９】
すなわち、制御回路４０は、蓄電池装置４が３つ以上の蓄電池Ｂのうち、第２系統Ｓ２への接続を禁止する蓄電池Ｂを１台ずつ順番に切り換えるように制御する。例えば、１日毎または１週間毎などの間隔で、第２系統Ｓ２への接続を禁止する蓄電池Ｂを設ける。これにより、蓄電池装置４が有する複数の蓄電池Ｂそれぞれの充放電の回数に偏りが生じることを防止できるので、複数の蓄電池Ｂの寿命の偏りを軽減できるとともに、この第２系統Ｓ２への接続が禁止されている蓄電池Ｂをバックアップ用として運用することができるため、他の蓄電池Ｂから第２系統Ｓ２への電力供給が困難になった場合でも、電力の供給を継続することが可能となる。
【００３０】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この実施形態は、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】
【００３１】
１  架線
２  パンタグラフ
３  入力回路
４  蓄電池装置
５  負荷部
６  車輪
４０  制御回路
４１  検出器
４２  インバータ
Ｂ１，Ｂ２  蓄電池
Ｃ  バッテリチャージャ
Ｄ  ダイオード
Ｓ１  第１系統
Ｓ２  第２系統
ＳＷ１  第１スイッチ
ＳＷ２  第２スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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