(57)【要約】【課題】  複数の蓄電池を並列に接続したシステムであっても、各蓄電池のＳＯＣ格差を抑止し、システム性能の低下を抑える。【解決手段】  並列接続された複数の蓄電池（ａｂ１，ａｂ２）と、その各蓄電池と直列に接続され、通電状態と遮断状態を制御する複数の遮断器（ａｂｒ１，ａｂｒ２）と、各蓄電池のＳＯＣを検知する複数のＳＯＣ検知手段（ａｂｃ１，ａｂｃ２）と、複数の遮断器を制御する遮断制御部（ａｄｊ）と、を有し、遮断制御部は、複数のＳＯＣ検知手段で検知された各蓄電池のＳＯＣと予め定めたＳＯＣとに基づいて複数の遮断器を制御する。【選択図】図１
2008226511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列接続された複数の蓄電池ユニットと、
前記複数の蓄電池ユニットの各蓄電池ユニットと直列に接続され、通電状態と遮断状態を制御する複数の遮断部と、
前記各蓄電池ユニットの充電容量を検知する複数の充電容量検知部と、
前記複数の遮断部を制御する遮断制御部と、を有し、
前記遮断制御部は、前記複数の充電容量検知部で検知された前記各蓄電池ユニットの充電容量と予め定めた充電容量とに基づいて前記複数の遮断部を制御することを特徴とする充放電制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の充放電制御装置において、
前記各蓄電池ユニットへ流れる電流を検知する複数の電流検知部を有し、
前記複数の充電容量検知部の各充電容量検知部は、前記電流検知部で検知された電流値に基づいて充電容量を算出することを特徴とする充放電制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の充放電制御装置において、
前記各蓄電池ユニットに印加された電圧を検知する複数の電圧検知部を有し、
前記複数の充電容量検知部の各充電容量検知部は、前記電流検知部で検知された電流値と前記電圧検知部で検知された電圧値に基づいて充電容量を算出することを特徴とする充放電制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の充放電制御装置において、
前記遮断制御部は、制御する遮断部に接続された蓄電池ユニットが充電中の場合、且つ前記充電容量検知部で検知された前記各蓄電池ユニットの充電容量が予め定めた充電容量以上である場合、且つ前記複数の蓄電池ユニットのうち通電状態の蓄電池ユニットが２つ以上ある場合、前記制御する遮断部を遮断状態に切り替えることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の充放電制御装置において、
前記遮断制御部は、制御する遮断部に接続された蓄電池ユニットが充電中の場合、且つ前記充電容量検知部で検知された前記各蓄電池ユニットの充電容量が予め定めた充電容量以上である場合、且つ前記複数の蓄電池ユニットのうち通電状態の蓄電池ユニットが１つ以下の場合、前記複数の遮断部のすべてを通電状態に切り替えることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の充放電制御装置において、
前記遮断制御部は、制御する遮断部に接続された蓄電池ユニットが放電中の場合、且つ前記充電容量検知部で検知された前記各蓄電池ユニットの充電容量が予め定めた充電容量より小さい場合、且つ前記複数の蓄電池ユニットのうち通電状態の蓄電池ユニットが２つ以上ある場合、前記制御する遮断部を遮断状態に切り替えることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項７】
請求項１記載の充放電制御装置において、
前記遮断制御部は、制御する遮断部に接続された蓄電池ユニットが放電中の場合、且つ前記充電容量検知部で検知された前記各蓄電池ユニットの充電容量が予め定めた充電容量より小さい場合、且つ前記複数の蓄電池ユニットのうち通電状態の蓄電池ユニットが１つ以下の場合、前記複数の遮断部のすべてを通電状態に切り替えることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項８】
請求項１記載の充放電制御装置において、
前記複数の遮断部の通電状態に応じて前記複数の蓄電池ユニットの充放電電流を増減させることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項９】
並列接続された複数の蓄電池ユニットと、前記複数の蓄電池ユニットの各蓄電池ユニットと直列に接続され、通電状態と遮断状態を制御する複数の遮断部と、前記各蓄電池ユニットの充電容量を検知する複数の充電容量検知部と、前記複数の遮断部を制御する遮断制御部と、を有する充放電制御装置と、
複数のモータと、
前記充放電制御装置から出力された電力を用いて前記複数のモータを制御するインバータと、
前記複数のモータとは独立して複数の車軸を制御するエンジンと、
前記インバータ及び前記エンジンに運転指令を出力する運転装置と、を有し、
前記充放電制御装置の前記遮断制御部は、前記複数の充電容量検知部で検知された前記各蓄電池ユニットの充電容量と予め定めた充電容量とに基づいて前記複数の遮断部を制御することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１０】
請求項９記載の鉄道車両において、
前記充放電制御装置は、前記各蓄電池ユニットへ流れる電流を検知する複数の電流検知部を有し、
前記複数の充電容量検知部の各充電容量検知部は、前記電流検知部で検知された電流値に基づいて充電容量を算出することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１１】
請求項１０記載の鉄道車両において、
前記充放電制御装置は、前記各蓄電池ユニットに印加された電圧を検知する複数の電圧検知部を有し、
前記複数の充電容量検知部の各充電容量検知部は、前記電流検知部で検知された電流値と前記電圧検知部で検知された電圧値に基づいて充電容量を算出することを特徴とする鉄道車両。
【請求項１２】
請求項９記載の鉄道車両において、
前記充放電制御装置の前記遮断制御部は、制御する遮断部に接続された蓄電池ユニットが充電中の場合、且つ前記充電容量検知部で検知された前記各蓄電池ユニットの充電容量が予め定めた充電容量以上である場合、且つ前記複数の蓄電池ユニットのうち通電状態の蓄電池ユニットが２つ以上ある場合、前記制御する遮断部を遮断状態に切り替えることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１３】
請求項９記載の鉄道車両において、
前記充放電制御装置の前記遮断制御部は、制御する遮断部に接続された蓄電池ユニットが充電中の場合、且つ前記充電容量検知部で検知された前記各蓄電池ユニットの充電容量が予め定めた充電容量以上である場合、且つ前記複数の蓄電池ユニットのうち通電状態の蓄電池ユニットが１つ以下の場合、前記複数の遮断部のすべてを通電状態に切り替えることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１４】
請求項９記載の鉄道車両おいて、
前記充放電制御装置の前記遮断制御部は、制御する遮断部に接続された蓄電池ユニットが放電中の場合、且つ前記充電容量検知部で検知された前記各蓄電池ユニットの充電容量が予め定めた充電容量より小さい場合、且つ前記複数の蓄電池ユニットのうち通電状態の蓄電池ユニットが２つ以上ある場合、前記制御する遮断部を遮断状態に切り替えることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１５】
請求項９記載の鉄道車両において、
前記充放電制御装置の前記遮断制御部は、制御する遮断部に接続された蓄電池ユニットが放電中の場合、且つ前記充電容量検知部で検知された前記各蓄電池ユニットの充電容量が予め定めた充電容量より小さい場合、且つ前記複数の蓄電池ユニットのうち通電状態の蓄電池ユニットが１つ以下の場合、前記複数の遮断部のすべてを通電状態に切り替えることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１６】
請求項９記載の鉄道車両において、
前記複数の遮断部の通電状態に応じて前記複数の蓄電池ユニットの充放電電流を増減させることを特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蓄電池の充放電制御を行う充放電制御装置及びそれを用いた鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電可能な蓄電池は、携帯端末やノートＰＣのような比較的小型のシステムで、電源として広く利用されている。加えて近年、蓄電池の用途は益々増え、より大規模なシステムでも利用が増えている。
【０００３】
例えば自動車の分野では、燃料消費を低減し、省コスト，低環境負荷を実現する手段として、動力源に蓄電池を併用したハイブリッド駆動方式の普及が進んでいる。更に、同様の目的で、鉄道列車の分野でもハイブリッド駆動方式が導入されつつある。
【０００４】
自動車や、ことさら鉄道列車のような大型のシステムでは、駆動のために大出力が要求される。このため、大電圧・大電流を確保する目的で、複数の蓄電池を直列に繋いだり、並列に繋いだりするのが一般的である。
【０００５】
特許文献１では、並列された蓄電池の各々に直列に電流計を繋ぎ、蓄電池に流れる電流を計測し、電流の大きさに格差があったり、電流の向きが逆であったりすれば、該当の蓄電池を電気的に遮断する方法が開示されている。これにより、蓄電池の短絡故障時などに該当の蓄電池に大きな電流が流れ、蓄電池が破裂するなどの現象を防止する。この方法の通り、電流の向きが逆の時に蓄電池を遮断することで、電池間電流を止めることはできる。
【０００６】
また、特許文献２には、並列された蓄電池の各々について、組電池から遮断されているかどうかを調べ、その状態に従い、組電池に要求する充電／放電電流を調整する方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１８５２２８号公報
【特許文献２】特開２００４−２１５４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように複数の蓄電池を並列に繋いだ時に、蓄電池の劣化度合いが異なると、問題が生じる。より詳しく言えば、蓄電池の性能が十分に発揮されなくなる。
【０００９】
まず蓄電池の劣化について説明する。蓄電池は利用と共に劣化し、次の現象（Ｉ），
（II）が起こる。
【００１０】
（Ｉ）蓄電池の内部抵抗が大きくなる
（II）電気容量が減る
この電気容量とは、蓄電池に無理なく蓄電できる電荷量である。電気容量を越えて無理に蓄電すると、蓄電池が変質したり、破裂する恐れがある。現象（Ｉ），（II）の程度は、蓄電池の種類や、充電／放電するタイミング、充放電時の電流の大きさ等の様々な要因で変わる。
【００１１】
次に、この２つの現象のために生じる問題について説明する。電池を実用する際、先に述べた電気容量に関する危険を避けて電池を長持ちさせるため、蓄電された電荷量（以下、蓄電量）に注意しながら充放電するのが一般的である。このとき、蓄電量を直接見る代わりに、次の式（１）で定義されるＳＯＣ(State Of Charge：充電率) に注意することが多い。
【００１２】
ＳＯＣ＝（蓄電量÷電気容量）×１００［％］            （１）
これは、ＳＯＣが蓄電池の電圧(開回路電圧)と関係が深く、開回路電圧を測れば比較的容易にＳＯＣを求められるためである。ＳＯＣに注意した具体的な制御としては、ＳＯＣに上限値・下限値を設け、これを越えないように充電・放電電流を制限するという方法がよく採られる。この時、先の現象（Ｉ）の抵抗のずれで充放電電流がアンバランスに分流するという現象や、蓄電量が同じであっても電気容量のずれでＳＯＣがずれるという式
（１）から導かれる現象により、ある蓄電池だけ先にＳＯＣが制限値に達するということが起こる。これを検知して充放電を止めると、他の蓄電池にまだある充放電余力を活用できない。こうして、並列された蓄電池のＳＯＣ格差は、組電池の性能を低下させる。
【００１３】
上述した特許文献１の方法では、並列された各蓄電池のＳＯＣ格差が原因で、組電池の性能が低下するという問題は解消できない。ＳＯＣ格差を生む充放電電流の格差を検出し、該当の蓄電池を遮断したとしても、組電池のうち充放電余力のある一部の蓄電池を使用しないことと同じであり、結局は組電池全体の利用可能エネルギが減るのである。
【００１４】
また特許文献２の方法では、特許文献１の方法などで一部の蓄電池を切り離した後の対処方法であり、先述したような蓄電池の劣化度合いの格差による性能低下を対策する方法ではない。
【００１５】
以上のようにして組電池が放電できるエネルギが減った結果、組電池を利用するシステムに十分なエネルギを供給できず、システムの性能が低下することがある。
【００１６】
つまり、劣化度合いの異なる複数の充電可能な蓄電池を並列に繋いだ組電池で、蓄電池が長持ちするように予め定めた範囲でＳＯＣを調整する時、ある蓄電池をＳＯＣの上限
（下限）まで充電（放電）し切った時点で充電（放電）を停止すると、他の蓄電池を充電（放電）し切れない。その結果、組電池全体が発揮できる充電（放電）能力が低下し、システムの性能が低下する。
【００１７】
本発明は、上記課題を鑑み、複数の蓄電池を並列に接続したシステムであっても、各蓄電池のＳＯＣ格差を抑止し、システム性能の低下を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明は、並列接続された複数の蓄電池ユニットと、各蓄電池ユニットと直列に接続され、通電状態と遮断状態を制御する複数の遮断部と、各蓄電池ユニットの充電容量を検知する複数の充電容量検知部と、複数の遮断部を制御する遮断制御部と、を有し、遮断制御部は、複数の充電容量検知部で検知された各蓄電池ユニットの充電容量と予め定めた充電容量とに基づいて複数の遮断部を制御する構成とする。
【００１９】
また、並列接続された複数の蓄電池ユニットと、各蓄電池ユニットと直列に接続され、通電状態と遮断状態を制御する複数の遮断部と、各蓄電池ユニットの充電容量を検知する複数の充電容量検知部と、複数の遮断部を制御する遮断制御部と、を有する充放電制御装置と、複数のモータと、充放電制御装置から出力された電力を用いて複数のモータを制御するインバータと、複数のモータとは独立して複数の車軸を制御するエンジンと、インバータ及びエンジンに運転指令を出力する運転装置と、を有し、遮断制御部は、複数の充電容量検知部で検知された各蓄電池ユニットの充電容量と予め定めた充電容量とに基づいて複数の遮断部を制御する構成とする。
【発明の効果】
【００２０】
複数の蓄電池を並列に接続したシステムであっても、各蓄電池のＳＯＣ格差を抑止し、システム性能の低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図２を用いて、劣化度合いの異なる蓄電池Ｂ，Ｂｄが並列に接続された組電池の充放電時に起こる現象について説明する。
【００２２】
蓄電池Ｂは、内部抵抗Ｒと、可変電圧源ｏｃｖで模擬されている。蓄電池Ｂｄは、内部抵抗Ｒｄと、可変電圧源ｏｃｖ２で模擬されている。可変電圧源ｏｃｖと可変電圧源ocv2は、各電池の開回路電圧であり、電池の充放電により変化する。
【００２３】
蓄電池Ｂｄは蓄電池Ｂよりも劣化しており、電池Ｂｄの内部抵抗Ｒｄの値は、電池Ｂの内部抵抗Ｒの値のｐ倍（ｐ＞１）となっている。また、蓄電池Ｂの蓄電可能な電荷量
（Ｑmax１）：蓄電池Ｂｄの蓄電可能な電荷量（Ｑmax２）＝１：ｑとなっている(ｑ＜１)。初期状態として、両蓄電池ともＳＯＣが等しい状態を仮定する（この時、式（１）から、蓄電池Ｂに蓄電された電荷量（Ｑ１）：蓄電池Ｂｄに蓄電された電荷量（Ｑ２）＝１：ｑ）。
【００２４】
上記の組電池を充電する。この際、充電電流ｉｃｈｇは電流ｉ１と電流ｉ２に分流される。蓄電池Ｂ、蓄電池ＢｄのＳＯＣをそれぞれＳＯＣ１，ＳＯＣ２とする。充電中の時刻ＴにおけるＳＯＣ１，ＳＯＣ２は、
ＳＯＣ１(Ｔ)＝（∫ｉ１(ｔ)ｄｔ＋Ｑ１）÷Ｑmax１，ＳＯＣ２(Ｔ)
＝（∫ｉ２(ｔ)ｄｔ＋Ｑ２）÷Ｑmax２            （２）
である（積分区間は充電開始時点から時刻Ｔまで）。初期状態では電池Ｂと電池Ｂｄの開回路電圧が等しいので、分流比は内部抵抗比に従い、電流ｉ１：電流ｉ２＝ｐ：１である。これから、両蓄電池のＳＯＣの変化率（ｄ／ｄｔ）ＳＯＣ１，（ｄ／ｄｔ）ＳＯＣ２の間には以下の関係が成り立つ。
【００２５】
(ｄ／ｄｔ)ＳＯＣ１＝ｉ１(ｔ)÷Ｑmax１＝(ｐ×ｉ２(ｔ))÷((１／ｑ)×Ｑmax２)
＝(ｐ×ｑ)×(ｄ／ｄｔ)ＳＯＣ２            （３）
すなわち、充電当初、劣化が小さい蓄電池ＢのＳＯＣは、劣化が大きい蓄電池Ｂｄの
ＳＯＣの（ｐ×ｑ）倍の速さで増える。実際には充電に伴い、ＳＯＣの格差で開回路電圧に差が生じ、分流比は若干変化するが、この関係はおおむね成り立つ。ｐ，ｑの大きさについては、例えばあるリチウムイオン電池を計測したところ、内部抵抗が２倍（ｐ＝２）になるまで劣化した時に、蓄電可能な電荷量はおよそ７５％（ｑ＝０.７５ ）になるという結果がある。この時、（ｐ×ｑ）＝（２×０.７５）＝１.５＞１である。もし特性の異なる蓄電池において（ｐ×ｑ）＜１であれば、充電時、劣化が大きい蓄電池ＢｄのＳＯＣの方が、劣化が小さい蓄電池ＢのＳＯＣよりも速く増加する。この場合は、以下において、劣化が大きい蓄電池Ｂｄと劣化が小さい蓄電池Ｂを読み替えれば同様の議論が成り立つ。ここでは（ｐ×ｑ）＞１として話を進める。
【００２６】
充電時のＳＯＣの変化の様子を図３に示す。実線ｓｏｃ１が蓄電池ＢのＳＯＣ、実線
ｓｏｃ２が蓄電池ＢｄのＳＯＣである。時刻０から充電を開始し、時刻Ｔ１で充電を停止する。この間、実線ｓｏｃ１は、実線ｓｏｃ２の（ｐ×ｑ）倍の傾きで増加する。時刻
Ｔ１で充電を停止する理由は、蓄電池のＳＯＣがＳＯＣmax を越えないようにするためである。例えばＳＯＣmax を１００％と考えれば、時刻Ｔ１での充電の停止は、無理なく安全に蓄電池を利用するため実用的な措置である。なお、ＳＯＣをあまり大きく増減させると、蓄電池の劣化が急速に進むことが知られているため、実用上はＳＯＣmax を１００％未満の適当な値（例えば７０％）に設定することも少なくない。充電停止直後は、蓄電池ＢのＳＯＣが蓄電池ＢｄのＳＯＣより大きいため、蓄電池Ｂの電圧が蓄電池Ｂｄの電圧より大きい。したがって、時刻Ｔ１以降、蓄電池Ｂから蓄電池Ｂｄへ電流が流れ、やがて両蓄電池のＳＯＣは平衡する。
【００２７】
以上は充電時についての説明であるが、放電時も同様である。図２で、電流ｉ１，ｉ２の符号を反対にして考えればよい。放電時、劣化が小さい蓄電池ＢのＳＯＣは、劣化が大きい蓄電池ＢｄのＳＯＣの（ｐ×ｑ）倍の速さで減る。図４に放電時のＳＯＣの変化の様子を示す。時刻Ｔ２において、ＳＯＣがＳＯＣmin より小さくならないように放電を止める。ＳＯＣmin は、実用的には、蓄電池が長持ちするように予め定めた値（例えば３０％）か、最低でも０％と考えればよい。時刻Ｔ２より後は、ＳＯＣが大きい蓄電池ＢｄからＳＯＣが小さい蓄電池Ｂへ電流が流れ、やがてＳＯＣが平衡する。
【００２８】
充電時のＳＯＣの変化を示す図３や、放電時のＳＯＣの変化を示す図４のような状況では、蓄電池の能力を最大限に発揮できていない。この理由を以下で説明する。
【００２９】
図５は、図３に対応した両蓄電池の合計蓄電エネルギの推移である。実線Ｅａが合計蓄電エネルギを表す。これは組電池が放電できるエネルギに他ならない。両蓄電池のＳＯＣがＳＯＣmax である時の合計蓄電エネルギをＥmax とする。充電を止める時刻Ｔ１まで合計蓄電エネルギは増えていき、それ以降は増えない。図５を用い、蓄電池の能力を最大限に発揮できていない２つの理由を説明する。
【００３０】
１つは、充電終了時点において、実線Ｅａ（合計蓄電エネルギ）がＥmax に届いていないことである。すなわち、蓄電池を長持ちさせるために予め設定したＳＯＣの最大値ＳＯＣmax に相当する分まで、エネルギを蓄えられていない。矢印Ｅｓｈｏｒｔで示した分が不足分である。これは蓄電池ＢｄのＳＯＣがＳＯＣmax に達しない分に相当する。よって、この場合、組電池は予定の蓄電エネルギにあたるＥmaxより少ないエネルギしか放電できない。
【００３１】
もう１つは、時刻Ｔ１に充電を打ち切った後からＳＯＣが平衡するまで、合計蓄電エネルギが減少することである。これは、電池間に電流が流れ、この電流による発熱の分、蓄電エネルギが失われたことによる。矢印Eloss が、この現象で失ったエネルギに相当する。両蓄電池のＳＯＣが共にＳＯＣmax に達した場合は、電池間電流は流れない。したがって、放電できるエネルギが、ＳＯＣのアンバランスで余分に減ったことになる。
【００３２】
以上のようにして組電池が放電できるエネルギが不足したり減ったりした結果、組電池を利用するシステムに十分なエネルギを供給できず、システムの性能が低下することがある。
【００３３】
放電時も同様である。蓄電池のＳＯＣが蓄電池を長持ちさせるために予め定めた最小値ＳＯＣminに達するまで放電し切ることができなかったり、電池間電流によりエネルギが余分に減ったりする。その結果、組電池を利用するシステムに十分なエネルギを供給できず、システムの性能が低下することがある。
【００３４】
このような課題に鑑み、本発明は、並列接続された複数の蓄電池ユニット（蓄電池ａｂ１，蓄電池ａｂ２）と、その各蓄電池ユニットと直列に接続され、通電状態と遮断状態を制御する複数の遮断部（遮断器ａｂｒ１，遮断器ａｂｒ２）と、各蓄電池ユニットの充電容量を検知する複数の充電容量検知部（ＳＯＣ検知手段ａｂｃ１，ＳＯＣ検知手段ａｂｃ２）と、その複数の遮断部を制御する遮断制御部ａｄｊと、を有し、遮断制御部ａｄｊは、複数の充電容量検知部で検知された各蓄電池ユニットの充電容量ＳＯＣと予め定めた充電容量Ｃmaxとに基づいて複数の遮断部を制御することを特徴とする。
【００３５】
以下この特徴構成に関して各実施例にて図面を用いて説明する。
【００３６】
図１は、本発明の蓄電池の充放電制御装置の１つの実施形態を示した図である。
【００３７】
複数の蓄電池ユニットである蓄電池ａｂ１及び蓄電池ａｂ２は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池のような、充放電可能な蓄電池である。蓄電池ａｂ１及び蓄電池ａｂ２は、複数の蓄電池が直列に繋がった蓄電池ユニットのものでも良い。本実施例では、蓄電池ａｂ１と蓄電池ａｂ２を並列に接続した組電池を扱うが、これは本発明が適用できる組電池の並列数を２に限るためではない。更に多くの複数の蓄電池を並列に接続した場合でも、以下で説明する蓄電池ａｂ１や蓄電池ａｂ２に備えるものと同様の仕組みを置くことで、本発明を実施できる。
【００３８】
充放電手段ａｃは、蓄電池ａｂ１及び蓄電池ａｂ２を並列に繋いだ組電池に接続している。充放電手段ａｃは、組電池単位で充放電を制御する。すなわち、組電池に充電する電流の大きさと、組電池から放電する電流の大きさを決める。充放電手段ａｃは、この機能を有する手段であれば何でもよい。
【００３９】
本実施例では、充放電手段ａｃが、ハイブリッド型の鉄道車両の設備機器である場合を前提として話を進める。これを説明するため、ひとまず図１の説明を離れ、図１１を説明する。
【００４０】
図１１は、本実施例の充電制御装置を適用したハイブリッド型の鉄道車両の一構成例を示したものである。
【００４１】
充放電制御装置ｂａｔは、図１の充放電手段ａｃ以外の部分に相当する。エンジンｅｎｇは、複数のモータとは独立に複数の車軸を制御することができる。本実施例では、モータと車軸は２つある場合を示し、エンジンｅｎｇは、モータｍ１及びモータｍ２とは独立に車軸ｗ１と車軸ｗ２を回すことができる。また、複数のモータであるモータｍ１及びモータｍ２は、充電制御装置ｂａｔに備えた複数の蓄電池ユニット（組電池）から得た電力を用いてインバータｉｎｖにより制御され、エンジンｅｎｇとは独立に車軸ｗ１及び車軸ｗ２を回すことができる。
【００４２】
２系統の動力（エンジン，モータ）が同時に動作し、合わせたトルクで車軸を回すこともできる。制動時には、車軸ｗ１及び車軸ｗ２の回転を受けてモータｍ１及びモータｍ２が発電機として動作することにより運動エネルギを電気エネルギに変換（回生）し、インバータｉｎｖを介して充放電制御装置ｂａｔの組電池を充電できる。エンジンｅｎｇによる加速、モータｍ１及びモータｍ２による加速及び回生などの動作は、運転装置ｃｍｄが発する運転指令に従う。つまり運転装置ｃｍｄは、エンジンｅｎｇ及びインバータｉｎｖに運転指令を出力し、エンジンｅｎｇ及びインバータｉｎｖは、その運転指令に基づいて制御する。組電池を充放電するインバータｉｎｖや、インバータの動作を規定する運転装置ｃｍｄは、充放電手段ａｃの一部である。
【００４３】
なお、列車内の照明や空調の電力を組電池から供給できるとすれば、照明や空調の制御設備（図示していない）も充放電手段ａｃに含む。また、遠隔地にあり、列車の状態に応じて列車の運転を指示する設備（図示していない）も、インバータｉｎｖの動作を決めるという点で、充放電手段ａｃの一部である。
【００４４】
再び図１の説明に戻る。本実施例では、蓄電池，遮断器，ＳＯＣ検知手段，電流計，電圧計を一系統を２つ備えている。以下一方の系統（蓄電池ａｂ２，遮断器ａｂｒ２，ＳＯＣ検知手段ａｂｃ２，電流計ａｉ２，電圧計ａｖ２）について主として説明をする。但し、２つの系統は、機能，構成ともに、同じものである。
【００４５】
複数の遮断部である遮断器ａｂｒ１と遮断器ａｂｒ２は、通電状態と遮断状態を自由に切り替えられる遮断器である。複数の遮断部である各遮断器は、蓄電池に直列に接続され、通電状態と遮断状態を制御できる。以下２つの遮断器はそれぞれ機能、構成は同一のものであるので遮断器ａｂｒ２を用いて説明する。
【００４６】
遮断器ａｂｒ２を遮断状態に切り替えると、蓄電池ａｂ２は電気的に組電池から切り離される。すなわち、蓄電池ａｂ２は、充放電手段ａｃによって充電／放電されなくなる。遮断器ａｂｒ２を再び通電できる状態（通電状態）に切り替えれば、蓄電池ａｂ２は再び充放電手段ａｃによって充電／放電されるようになる。遮断器ａｂｒ２は、この機能を有するスイッチ装置であれば良い。ただし、蓄電池ａｂ２の電圧や、通電する電流に応じ、適切な定格電圧、定格電流の装置を用いるのが望ましい。
【００４７】
複数の充電容量検知部であるＳＯＣ検知手段ａｄｃ１とＳＯＣ検知手段ａｄｃ２は、蓄電池の充電容量であるＳＯＣを検知または算出する手段である。本実施例では２つのＳＯＣ検知手段があるが、それぞれ同じ機能、構成のものであり、ここではＳＯＣ検知手段ａｄｃ２を用いて以下説明する。ＳＯＣ検知手段ａｄｃ２は、蓄電池ａｂ２のＳＯＣを検知できればどのようなものでもよい。ここでは一例として、式（２）の計算と同様に、電池電流を積算する方法を挙げる。その仕組みを説明する。
【００４８】
本実施例の蓄電池の充放電制御装置ｂａｔは、蓄電池ａｂ２の状態をモニタするため、複数の電流検知部である電流計ａｉ２及び複数の電圧検知部である電圧計ａｖ２を備えている。電流計ａｉ２は、蓄電池ａｂ２と遮断器ａｂｒ２との間に直列に接続され、蓄電池ａｂ２または蓄電池ユニットに流れる電流を検知または測定する。電流計ａｉ２は、ＳＯＣ検知手段ａｄｃ２が精度よくＳＯＣを求められるように、できるだけ高精度な電流センサを持つことが望ましい。つまり、各ＳＯＣ検知手段は、電流計で検知された電流値に基づいてＳＯＣを算出するので、ここで用いる電流計は高精度なものを持つ方が良い。また、蓄電池ａｂ２に通電する電流の大きさに応じ、適切な定格電流の電流センサを用いるのが望ましい。例えば、組電池の電圧を、一般的な電車の直流部と同じ１５００Ｖとし、これで定格１５０ｋＷ級のモータ２機を動かすならば、２００Ａ程度の電流を組電池から放電するので、蓄電池ａｂ２の電流は、蓄電池ａｂ１が通電不能になった場合まで想定し、２００Ａ程度を見込めばよい。電流計ａｉ２には、この要件を満たすものが適当である。本実施例の用途では、一般的なホールＣＴやシャント抵抗型の電流センサで事足りる。電圧計ａｖ２は、蓄電池ａｂ２または蓄電池ユニットに印加される電圧を検知または測定する。電圧計ａｖ２も電流計ａｉ２と同様、ＳＯＣ検知手段ａｄｃ２が精度よくＳＯＣを求められる範囲で、組電池の電圧に応じ、適切な定格電圧の電圧センサを用いればよい。各ＳＯＣ検知手段は、電流計で検知された電流値と電圧計で検知された電圧値に基づいてＳＯＣを算出することで、さらに精密なＳＯＣを算出できる。先の例であれば、定格１５００Ｖ級のものが適当である。
【００４９】
また、ＳＯＣ検知手段ａｄｃ２は、電流計ａｉ２で計測した電流をｉ（時間ｔの関数としてｉ(ｔ)と記す）、蓄電池ａｂ２の初期ＳＯＣをＳＯＣｏ、蓄電池ａｂ２の蓄電可能な電荷量をＱとすると、Ｔ秒後のＳＯＣであるＳＯＣ(Ｔ)を、
ＳＯＣ(Ｔ)＝ＳＯＣｏ＋∫ｉ(ｔ)ｄｔ÷Ｑ            （４）
を計算して求める。積分区間は、初期ＳＯＣを採った時刻からＴ秒間である。
【００５０】
初期ＳＯＣはどのように求めても良いが、ここでは一例として、蓄電池ａｂ２の開回路電圧がＳＯＣで決まるという性質を利用し、電圧計で検出した電圧値から逆算するという方法を採る。
【００５１】
蓄電可能な電荷量Ｑは、どのように求めてもよいが、例えば蓄電池の劣化度合いと蓄電可能な電荷量の関係を予め調べておき、これと別途検出した劣化度合いを用いて逆算できる。劣化度合いの検出については、続く複数の電池監視ユニットの説明の中で述べる。
【００５２】
複数の電池監視ユニット（電池監視ユニットａｍ１，ａｍ２）のそれぞれは、電流計や電圧計の計測値（電流値，電圧値）に基づいて、蓄電池の状態（機能診断、異常発生等を含む）を監視するユニットである。蓄電池を利用する装置では、蓄電池を安全に利用する目的で、大抵の場合このような装置を備えている。電池監視ユニットａｍ２上に、先述した初期ＳＯＣの導出方法と、式（４）の演算を実装すれば、ＳＯＣ検知手段ａｄｃ２として事足りる。つまり電池監視ユニットは、ＳＯＣ検知手段の機能を有する。初期ＳＯＣの導出で用いる蓄電池の劣化度合いを検知する手段も、電池監視ユニットａｍ２上に実装すればよい。例えば、充放電時の電圧降下分から蓄電池ａｂ２の内部抵抗を求めれば、蓄電池ａｂ２の劣化度合いが分かる。
【００５３】
式（４）は、電池監視ユニットａｍ２上の処理装置により周期ｓで演算される場合、
ＳＯＣ［ｋ］＝ＳＯＣｏ＋Σ｛ｊ＝１：ｋ｝ｉ［ｊ］×ｓ            （５）
という離散近似式となる。ＳＯＣ［ｋ］はｋ周期後のＳＯＣである。Σ｛ｊ＝１：ｋ｝ｉ［ｊ］は、初期ＳＯＣを採った時刻からｋ周期後までの、周期毎の電流値の積算である。周期ｓは電池監視ユニットａｍ２の処理能力に依存するため、いくらでも小さくできるわけではなく、周期間を無視したことによる誤差（サンプル誤差）が出る。式（５）を長時間に渡り計算するうちに、サンプル誤差や、電流計ａｉ２が含む誤差が蓄積し、求められたＳＯＣの精度が落ちる。そのため、適当なタイミングで初期ＳＯＣｏを再計算し、精度の向上を図ることもできる。
【００５４】
以上で説明した遮断器ａｂｒ２，ＳＯＣ検知手段ａｄｃ２及び電池監視ユニットａｍ２は、蓄電池ａｂ２に付随して備えたものである。蓄電池ａｂ１についても、同様の仕組みを備える。すなわち、蓄電池ａｂ１を組電池から電気的に切り離すことができる遮断器ａｂｒ１，蓄電池ａｂ１の電流を測る電流計ａｉ１，蓄電池ａｂ１の電圧を測る電圧計ａｖ１，蓄電池ａｂ１のＳＯＣを検知するＳＯＣ検知手段ａｄｃ１及びその演算を担う電池監視ユニットａｍ１を備える。これらは、蓄電池ａｂ２に関するものと同じ仕組みのもので事足りる。
【００５５】
遮断制御部ａｄｊは、複数の遮断部を制御する、つまり遮断器ａｂｒ１や遮断器ａｂｒ２の通電状態と遮断状態を切り替える制御部である。遮断制御部ａｄｊは、ＳＯＣ検知手段ａｄｃ１で検知した蓄電池ａｂ１のＳＯＣを使い、遮断器ａｂｒ１の切り替えタイミングを判定する。また、ＳＯＣ検知手段ａｄｃ２で検知した蓄電池ａｂ２のＳＯＣを使い、遮断器ａｂｒ２の切り替えタイミングを判定する。遮断制御部ａｄｊは、２つの判定演算を含む。１つは、蓄電池のＳＯＣが、蓄電池が長持ちするように予め定めた最大値Ｃmaxを越えたかどうかを判定する演算ａｂＵである。もう１つは、蓄電池のＳＯＣが、蓄電池が長持ちするように予め定めた最小値Ｃminを下回るかどうかを判定する演算ａｂＬである。つまり、遮断制御部ａｄｊは、複数の充電容量検知部である複数のＳＯＣ検知手段ａｂｃ１，ａｂｃ２で検知された各蓄電池ａｂ１，ａｂ２の充電容量（ＳＯＣ）と予め定めた充電容量（Ｃmax，Ｃmin）とに基づいて複数の遮断部である遮断器ａｂｒ１，ａｂｒ２を制御することができる。このような構成によれば、予め蓄電池の寿命を長くするように定めたＳＯＣ内において、細かな遮断部の通電状態、遮断状態の切り替え制御が可能となり、各蓄電池のＳＯＣ格差を抑止し、システム性能の低下を抑えることができる。
【００５６】
この制御については、蓄電池ａｂ１，蓄電池ａｂ２の両方に関する情報を必要とし、その処理の詳細については後述する。
【００５７】
電池統括ユニットａｔは、全ての蓄電池の状況を把握できる。すなわち、電池監視ユニットａｍ１で取得・演算した蓄電池ａｂ１の情報と、電池監視ユニットａｍ２で取得・演算した蓄電池ａｂ２の情報を取得・処理できる。また、その結果を用い、組電池の充放電を続けても良いかどうかなどの充放電制御情報を充放電手段ａｃに通知する。本実施例では、遮断制御部ａｄｊの処理を、電池統括ユニットａｔ上に実装した。なぜなら、遮断制御部は、次に説明する通り蓄電池ａｂ１と蓄電池ａｂ２の両方の情報を必要とするが、電池統括ユニットａｔには元々これらの情報を取得する仕組みがあり、都合がよいからである。
【００５８】
遮断制御部ａｄｊの処理について詳しく説明する。図６は、遮断制御部ａｄｊの処理内容を示す流れ図である。処理の流れは、処理ｆ１が起点、処理ｆ７が終点である。
【００５９】
処理ｆ２は、複数の蓄電池ユニットである組電池が充電中か放電中かを判定する。これには、例えば、全ての蓄電池の電流を加えた値の符号で判定すればよい。前述の通り、遮断制御部ａｄｊの遮断判定処理は電池統括ユニットａｔ上にあるので、このように複数の蓄電池の電流を取得・処理するのは容易である。電流の符号に注目する方法に限らず、蓄電池のＳＯＣの増減を調べる等の方法で、組電池が充電中か放電中かを判定してもよい。処理ｆ２の結果、組電池が充電中であるならば、処理ｌｐｓに移る。処理ｆ２の結果、組電池が放電中であるならば、処理ｌｐｓ′に移る。処理ｆ２の結果、組電池が充電も放電もされていなければ、処理ｆ７に移る。
【００６０】
処理ｌｐｓは、以下に続く処理ａｂＵ，処理ｆ４，処理ｆ５，処理ｆ６を含む繰り返し処理の起点である。この処理では、各電池に対応するインデックスｉを設定する。インデックスｉは、繰り返し毎に変わる。ここでは蓄電池ａｂ１，蓄電池ａｂ２のそれぞれに対応するインデックスｉ＝１，２を考える（対応する蓄電池を蓄電池ａｂ(ｉ)等と記述）。処理ａｂＵ，処理ｆ４，処理ｆ５，処理ｆ６は、処理ｌｐｓで決まるインデックスｉについて、各々の処理を実行する。処理ｌｐｓの後、処理ａｂＵに移る。
【００６１】
処理ａｂＵは、蓄電池ａｂ(ｉ)のＳＯＣであるＳＯＣ(ｉ)が、蓄電池が長持ちするように予め定めたＳＯＣの最大値Ｃmax を越えたかどうかを判定する演算である。つまり充電容量検知部であるＳＯＣ検知手段で検知された各蓄電池の充電容量が、予め定めた充電容量以上かどうかを判定する演算である。処理ａｂＵの結果、検知されたＳＯＣ(ｉ)が最大値Ｃmax を越えていれば処理ｆ４に移る。処理ａｂＵの結果、検知されたＳＯＣ(ｉ)が最大値Ｃmax を越えていなければ処理ｆ６に移る。
【００６２】
処理ｆ４は、複数の蓄電池のうち通電可能な状態の蓄電池が少なくとも２つ以上あるかどうかを判定する処理である。通電可能な状態の蓄電池が２つ以上あれば、処理ｆ５に移る。通電可能な状態の蓄電池が２つ以上なければ、処理ｌｐｓから始まる繰り返し処理を抜け、処理ｆ３に移る。
【００６３】
処理ｆ５は遮断器ａｂｒ(ｉ)を通電できない状態、つまり遮断状態に切り替えることで、蓄電池ａｂ(ｉ)を組電池から切り離す処理である。遮断器ａｂｒ(ｉ)が既に通電できない状態であれば何もしない。処理ｆ５を実行した後、処理ｌｐｅに移る。
【００６４】
処理ｆ６は、遮断器ａｂｒ(ｉ)を通電できる状態に切り替えることで、蓄電池ａｂ(ｉ)を組電池に繋ぐ処理である。遮断器ａｂｒ(ｉ)が既に通電できる状態であれば何もしない。処理ｆ６を実行した後、処理ｌｐｅに移る。
【００６５】
処理ｌｐｅは、処理ｌｐｓから始まる繰り返し処理の終点である。処理ｌｐｓで、全ての蓄電池に対応するインデックスを網羅していなければ、処理ｌｐｓに戻る。全ての蓄電池に対応するインデックスを網羅していれば、処理ｌｐｓから始まる繰り返し処理を抜け、処理ｆ７に移る。
【００６６】
処理ｌｐｓ′，処理ａｂＬ，処理ｆ４′，処理ｆ５′，処理ｆ６′，処理ｌｐｅ′は、それぞれ処理ｌｐｓ，処理ａｂＵ，処理ｆ４，処理ｆ５，処理ｆ６，処理ｌｐｅと同様である。すなわち、これらの処理は、処理ｌｐｓ′を起点、処理ｌｐｅ′を終点として蓄電池の数だけ繰り返される。ただし、処理ａｂＬは、蓄電池ａｂ(ｉ)のＳＯＣの上限値を調べた処理ａｂＵと異なり、ＳＯＣ(ｉ)が下限値Ｃminを下回ったかどうかを判定する処理である。
【００６７】
処理ｆ３は、充電後は放電へ、放電後は充電へ素早く復帰する目的で、全ての遮断器
（ここでは遮断器ａｂｒ１と遮断器ａｂｒ２の２つ）を通電できる状態へ再び切り替える処理である。処理ｆ３に到達するのは、充電中に全ての蓄電池のＳＯＣがＣmaxとなった時、または放電中に全ての蓄電池のＳＯＣがＣminとなった時である。全てのＳＯＣがＣmaxの状態では、更に充電すべきではない。全てのＳＯＣがＣminの状態では、更に放電すべきではない。それぞれの状況に応じ、電池統括ユニットａｔが充放電手段ａｃにその旨を通知し、充放電手段ａｃの側で組電池への充電や放電を止める。したがって、組電池に次に要求されるのは、全てのＳＯＣがＣmaxの時は放電、全てのＳＯＣがＣminの時は充電である。本処理により、予め全ての蓄電池を通電できる状態にしておけば、放電が要求された時点で直ちに、全ての蓄電池を使った要求通りの放電ができる。もし全ての電池を通電できない状態にすると、組電池への通電量は０となり、組電池に充電や放電が要求されても、電池電流からその要求を検知できず、再び通電できる状態に戻す最適なタイミングが分からなくなる。もし最後の１つの蓄電池を遮断せずに残しておくと、この蓄電池に流れる電流を検知し、他の蓄電池を通電できる状態に再び切り替えるまでの間は、十分に放電できなくなる。よって、処理ｆ３のタイミングで全ての蓄電池を通電できる状態に再び切り替える方法が、次の充電や放電に最も素早く対応できる方法である。処理ｆ３を実行した後、処理ｆ７に移る。
【００６８】
処理ｆ７は、処理の終端を示すもので、実質は何もしない。遮断制御部ａｄｊの一連の処理は、処理ｆ７をもって終了する。
【００６９】
図６の一連の処理で、例えば組電池の充電中、ある蓄電池において、処理ａｂＵが真となり、処理ｆ４を経て処理ｆ５で該当の蓄電池を遮断した場合、該蓄電池のＳＯＣはＣmaxのままである。この状態で、組電池が放電に切り替われば、次に処理ｆ１から一連の処理を始めた時、処理ｆ２から処理ｌｐｓ′に移り、ＳＯＣがＣmaxであることから、処理ａｂＬは必ず偽となる（もちろんＣmax＞Ｃminが前提である）。結果、処理ｆ６′に移り、該蓄電池は直ちに通電できる状態に戻る。放電から充電に変わる時も同様である。組電池が充電に切り替わると、次に一連の処理を始めた時、処理ｌｐｓに移り、ＳＯＣがＣminであることから、処理ａｂＵは必ず偽となる。結果、処理ｆ６に移り、該蓄電池は直ちに通電できる状態に戻る。この仕組みにより本発明で、組電池の一部の蓄電池を遮断しても、充電開始時や放電開始時には、全ての蓄電池が再び通電できる状態に戻る。よって、充放電を交互に繰り返す場合でも、一部の蓄電池が遮断されたままになることで組電池の充放電能力が損なわれる事態は起こらない。
【００７０】
以上の処理ｆ１から処理ｆ７に至る一連の処理を、周期的に繰り返す。その周期は、充電・放電開始の検知（処理ｆ２）やＳＯＣに関する条件判定（処理ａｂＵや処理ａｂＬ）を素早くできればよい。目安としては、電池統括ユニットａｔが、電池監視ユニットａｍ１や電池監視ユニットａｍ２からＳＯＣや電流値を受け取る周期程度で良い。
【００７１】
以降では、本実施例の充放電制御装置の動作を、図１１で説明したハイブリッド型の鉄道車両の走行に合わせた時系列に沿って説明する。なお、簡単のため、組電池の電気エネルギが使われるのは、加速でモータを駆動する時だけとする。また、組電池が充電されるのは、ブレーキで回生する時に限る。実際には、組電池は、車内の照明や空調などの用途に使われてもよいし、エンジンなど他の動力源のエネルギで充電されてもよい。なお、モータの駆動に用いる電力や、回生時に組電池に充電する電力は、組電池の状態に関わらず、インバータの側で決められる。
【００７２】
以下では、複数の蓄電池ユニットである組電池に関して、蓄電池ａｂ２が蓄電池ａｂ１よりも劣化していることを前提とする。このような劣化度合いのアンバランスは、蓄電池の個体差により、流れる電流の大きさが異なる等の原因で起こる。また、故障などのため、一部の蓄電池だけ新品に交換したことが原因で起こる。
【００７３】
図１２は、本実施例のハイブリッド型の鉄道車両の走行パターンの一例を示した図である。実線ｖｅｌはハイブリッド列車の速度である。まず、時刻ＴａにＡ駅を出発し、時刻Ｔａ２まで加速する。その後、時刻Ｔａ３まで惰行する。その後、ブレーキをかけ、時刻Ｔａ５にＢ駅に到着する。時刻ＴｂにＢ駅を出発し、時刻Ｔｂ２まで加速する。その後、ブレーキをかけ、時刻Ｔｂ４にＣ駅に到着する。組電池の性能に関わらず、この走行パターンは守られることにする。すなわち、組電池の能力が十分に発揮されなければ、不足分をエンジンで補える。ただし、エンジンを多く使うと燃料消費が増え、燃料コストや環境負荷が増えるという意味で、ハイブリッド型の鉄道車両の性能は落ちる。なお、もともと組電池の電力だけで走行パターンを守ることは不可能で、エンジンは必ず併用すると仮定する。このため、組電池の性能が十分に発揮されないと、その分だけ確実にハイブリッド型の鉄道車両の性能が落ちる。
【００７４】
本発明の効果を見るため、まず、従来の方法で組電池を制御し、図１２の走行パターンで走った場合の結果を、図７に示す。従来の方法というのは、図１で、遮断器ａｂｒ１と遮断器ａｂｒ２を常に通電できる状態にしておくことに他ならない。
【００７５】
図７に、従来の方法におけるＳＯＣ変化を示す。実線Ｓ１ｘは蓄電池ａｂ１のＳＯＣ、点線Ｓ２ｘは蓄電池ａｂ２のＳＯＣである。蓄電池ａｂ２は、蓄電池ａｂ１よりも劣化している。この時、蓄電池ａｂ２よりも蓄電池ａｂ１に多くの電流が流れる分、蓄電池ａｂ１のＳＯＣが速く変化している。例えばＡ駅出発の時刻Ｔａから時刻Ｔａ２までの加速区間のＳＯＣは、図４の実線ｓｏｃ１を蓄電池ａｂ１のＳＯＣに、実線ｓｏｃ２を蓄電池ａｂ２のＳＯＣに読み替えれば、同様の推移になっている。時刻Ｔｂ１〜Ｔｂ２の加速区間や、時刻Ｔａ３〜Ｔａ５及び時刻Ｔｂ２〜Ｔｂ４のブレーキ区間でも、同じ現象が起こっている。つまり、これらの区間では、劣化度合いが大きい蓄電池ａｂ２を十分に充放電できていない。時刻Ｔａ２〜Ｔａ３は惰行区間で、この間は組電池を利用しないため、電池間電流によってのみＳＯＣが変化する。
【００７６】
次に、本発明を適用した時の結果を示す。図９はＳＯＣの推移である。実線Ｓ１は蓄電池ａｂ１のＳＯＣ、点線Ｓ２は蓄電池ａｂ２のＳＯＣである。時刻ＴａにＡ駅を出発した後、まず、時刻Ｔａ１において、Ｓ１が下限値Ｃminに達する。この時、遮断制御部ａｄｊでは、放電中かつＳＯＣ≦Ｃminかつ組電池に通電可能な蓄電池が２つ以上あることを検知し、遮断器ａｂｒ１を遮断する。結果、時刻Ｔａ１の時点で、蓄電池ａｂ１は組電池から外れる。一方、時刻Ｔａ１以降も蓄電池ａｂ２の放電は続く。蓄電池ａｂ２のＳＯＣは、時刻Ｔａ１′でＣminに達する。時刻Ｔａ１′では、組電池には通電可能な蓄電池が１つしかないので、これを切り離す代わりに、遮断器ａｂｒ１を通電できる状態に戻し、充放電手段ａｃが組電池を放電するのを止める。放電を止める指示は、電池統括ユニットａｔが充放電手段ａｃに通知する。これにより、時刻Ｔａ１′で蓄電池ａｂ１のＳＯＣと蓄電池ａｂ２のＳＯＣは共にＣminとなり、電池間電流が流れることなく、次に来る充電に備えられる。こうして、時刻Ｔａ３からは、蓄電池ａｂ１、蓄電池ａｂ２の両方が充電される。その後の時刻Ｔａ３〜Ｔａ４′の充電、時刻Ｔｂ〜Ｔｂ１′の放電、時刻Ｔｂ２〜Ｔｂ３′の充電も、時刻Ｔａ〜Ｔａ１′の放電と同様にする。なお、蓄電池ａｂ１を遮断した時刻から、蓄電池ａｂ２のＳＯＣである点線Ｓ２の変化が急峻になるのは、蓄電池Ｓ１に流れていた分の電流が、代わりに蓄電池ａｂ２に流れ、蓄電池ａｂ２の電流が増えるためである。
【００７７】
図１０は、従来の方法による結果を示した図７と、本発明の方法による結果を示した図９について、モータ及びエンジンの仕事率の推移を示した図である。ここで、モータの仕事率は、組電池の放電電力に一致すると仮定した。また、便宜上、加速区間で必要な仕事率を一定に揃え、その値をＥｒｑと仮定した。駅Ａ出発後の加速区間について説明する。
【００７８】
矩形領域ｘＢａの上辺は、従来の方法でのモータの仕事率を表す。時刻Ｔａ１にモータの仕事率は０になっている。矩形領域ｘＢａの面積が、モータの仕事＝蓄電池が放電したエネルギである。矩形領域ｏＢａの面積は、本発明で、矩形領域ｘＢａの面積に加えて発揮されたモータの仕事である。領域ａＥの面積は、モータの仕事を補う形で発揮されたエンジンの仕事である。これから、駅Ａ出発後の加速区間では、本発明により、矩形領域ｏＢａの面積の分だけエンジンの仕事が少なく済んだと分かる。駅Ｂ出発後の加速区間では、矩形領域ｘＢｂが従来の方法でのモータの仕事、矩形領域ｏＢｂが本発明により更に発揮されたモータの仕事、領域ｂＥがモータの仕事を補うエンジンの仕事であり、矩形領域ｏＢｂの面積の分だけエンジンの仕事が少なく済んだと分かる。組電池の能力をより引き出し、エンジンの仕事が少なく済んだ分、燃料消費が減り、燃料コストと環境不可が小さく済む。
【００７９】
図９で、蓄電池ａｂ１が組電池から切り離された後、継続して充放電する蓄電池ａｂ２のＳＯＣ変化が大きくなるのは、蓄電池ａｂ１に流れていた電流が、代わりに蓄電池ａｂ２に流れるようになったためであった。この時、蓄電池ａｂ２には、一度に流れても良い許容の電流よりも大きな電流が流れている恐れがある。例えば、蓄電池ａｂ２の内部抵抗が蓄電池ａｂ１の２倍であれば、蓄電池ａｂ１が切り離される前の蓄電池ａｂ２の電流をｉとすると、蓄電池ａｂ１の電流は２×ｉで、蓄電池ａｂ１が切り離された後に蓄電池ａｂ２に流れる電流は、ｉ＋２×ｉ＝３×ｉと３倍にもなる。また、蓄電池の発熱は電流の２乗に比例するので、電流が３倍になると、発熱は９倍になる。よって、蓄電池ａｂ２が高温になり過ぎる恐れがある。
【００８０】
この問題は、複数の遮断部の通電状態に応じて複数の蓄電池ユニットの充放電電流を増減させることで解決できる。本実施例では通電可能な蓄電池の数に応じ、充放電電流を絞ることである。具体的には、電池統括ユニットａｔが遮断器の切り替え状況を記憶しておき、その状況に応じて充放電手段ａｃに電流を絞る量を通知すれば良い。先の例であれば、蓄電池ａｂ１に２×ｉ、蓄電池ａｂ２にｉの電流が流れていたので、蓄電池ａｂ１を切り離した時、充放電電流を１／３に絞れば、蓄電池ａｂ２に流れる電流は変わらずｉのままになる。
【００８１】
図８は、この時のモータ及びエンジンの仕事率の推移を、図１０と同じ形式で示した図である。矩形領域ｏＢａ′と矩形領域ｏＢｂ′は蓄電池ａｂ１を遮断した後のモータの仕事、領域ａＥ′と領域ｂＥ′はエンジンの仕事を表す。矩形領域ｏＢａ′は、電流を絞った分、図１０の矩形領域ｏＢａに比べ、上辺の値（仕事率）が小さくなっているが、上辺の長さ（モータの仕事が継続する時間）は長くなっており、面積（仕事）は変わらない。矩形領域ｏＢｂ′と、図１０の矩形領域ｏＢｂの関係も同様である。遮断した蓄電池の数に応じて電流を絞った場合でも、矩形領域ｏＢａ′、矩形領域ｏＢｂ′の分、従来の方法よりも組電池の能力を多く引き出せ、エンジンの仕事が減ることが分かる。その分だけ燃料消費が減り、燃料コスト及び環境負荷が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明に係る充放電制御装置の一実施形態を示す図である。
【図２】蓄電池を並列に繋いだ組電池の一例を示す図である。
【図３】組電池を充電した時のＳＯＣの変化を示す図である。
【図４】組電池を放電した時のＳＯＣの変化を示す図である。
【図５】組電池を充電した時の組電池の合計蓄電エネルギの変化を示す図である。
【図６】本発明に係る充電制御装置の遮断制御部の処理フローの一例を示す図である。
【図７】従来の方法での蓄電池を充放電した時のＳＯＣの変化を示す図である。
【図８】本発明に係る充放電制御装置を用いたハイブリッド型の鉄道車両で電流を絞った時のエンジンとモータの仕事率を示す図である。
【図９】本発明の方法での蓄電池を充放電した時のＳＯＣの変化を示す図である。
【図１０】本発明に係る充放電制御装置を用いたハイブリッド型の鉄道車両で電流を絞った時のエンジンとモータの仕事率を示す図である。
【図１１】本発明に係る充放電制御装置を用いたハイブリッド型の鉄道車両の一実施形態を示す図である。
【図１２】ハイブリッド型の鉄道車両の走行パターンの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
ａｂ１，ａｂ２  蓄電池
ａｂｒ１，ａｂｒ２  遮断器
ａｄｃ１，ａｄｃ２  ＳＯＣ検知手段
ａｄｊ  遮断制御部
ａｉ１，ａｉ２  電流計
ａｖ１，ａｖ２  電圧計
ａｃ  充放電手段
ａｍ１，ａｍ２  電池監視ユニット
ａｔ  電池統括ユニット
Ｂ，Ｂｄ  蓄電池
ｏｃｖ，ｏｃｖ２  可変電圧源
Ｒ，Ｒ２  内部抵抗
ｉｃｈｇ，ｉ１，ｉ２  電流
Ｅａ  組電池のエネルギ
Ｓ１ｘ，Ｓ２ｘ，Ｓ１，Ｓ２  ＳＯＣ
ｂａｔ  充放電制御装置
ｃｍｄ  運転装置
ｉｎｖ  インバータ
ｅｎｇ  エンジン
ｍ１，ｍ２  モータ
ｗ１，ｗ２  車軸
ｖｅｌ  走行パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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