(57)【要約】【課題】気動車と電気車を合体したハイブリッド型の鉄道車両にバッテリを用いる場合の一部のバッテリが使用不可となった場合においても、近隣の駅への退避走行を可能とする装置を提供する。【解決手段】本発明に係る鉄道車両用電力変換器の制御装置では、バッテリを複数個直列接続したものを１ユニットとし、複数のユニットを並列接続することによりバッテリ装置を構成した。また、１ユニットにおいては、バッテリと直列に半導体スイッチを挿入し、通常動作中にバッテリに異常が発生した場合は、異常のあるバッテリを含むユニットを電気的に切り離せる構成とした。更に、１ユニットにおいては、バッテリ及び半導体スイッチと直列に、抵抗器とスイッチの並列接続体を挿入し、最初に複数のユニットを並列に接続する際には前記抵抗器を介して接続し、電圧がバランスした後に抵抗器を短絡することによりバッテリの劣化を防止できる構成とした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの動力を利用して直流電力を発生する電源装置と、該電源装置から出力される直流電力を可変電圧、可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置と、該インバータ装置により駆動される誘導電動機と、前記電源装置の出力と並列に接続され、前記インバータ装置に直流電力を供給する二次電池装置と、前記電源装置、インバータ装置及び二次電池装置を統括制御する統括制御装置から成る鉄道車両用電力変換器の制御装置において、
該二次電池装置を、Ｎ列に並列接続した複数の二次電池と、該Ｎ列の各列毎に二次電池の充放電を制御する充放電制御回路とで構成したことを特徴とする鉄道車両用電力変換器の制御装置。
【請求項２】
エンジンの動力を利用して直流電力を発生する電源装置と、該電源装置から出力される直流電力を可変電圧、可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置と、該インバータ装置により駆動される誘導電動機と、前記電源装置の出力と並列に接続され、前記インバータ装置に直流電力を供給する二次電池装置と、前記電源装置、インバータ装置及び二次電池装置を統括制御する統括制御装置から成る鉄道車両用電力変換器の制御装置において、
該二次電池装置を、Ｎ列に並列接続した複数の二次電池と、該Ｎ列の各列毎にスイッチと抵抗器の並列回路と、該スイッチと抵抗器の並列回路と直列に二次電池の充放電を制御する充放電制御回路とで構成したことを特徴とする鉄道車両用電力変換器の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記各列の二次電池を直列に接続した複数の二次電池で構成し、該直列に接続した複数の二次電池の中間電位を接地する構成としたことを特徴とする鉄道車両用電力変換器の制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、前記充放電制御回路は前記各列の二次電池の充電率が許容範囲以上の場合、充電のみを停止し、また、充電率が許容範囲以下の場合、放電のみを停止するようにしたことを特徴とする鉄道車両用電力変換器の制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、前記各列毎に設けた異常検知回路が異常を検知した場合、異常が発生した列に設けた充放電制御回路のみを充電、放電共に停止することにより、前記Ｎ列の二次電池を列単位で切り離しできるようにしたことを特徴とする鉄道車両用電力変換器の制御装置。
【請求項６】
請求項４において、前記統括制御装置は前記二次電池装置で供給する直流電力のうち、Ｍ列が切り離された場合に不足するＭ／Ｎの直流電力を、前記電源装置から供給するように制御することを特徴とする鉄道車両用電力変換器の制御装置。
【請求項７】
請求項４において、前記統括制御装置は前記二次電池装置で供給する直流電力のうち、Ｍ列が切り離された場合に不足するＭ／Ｎの直流電力に応じて、前記インバータ装置から出力する交流電力を抑制するように制御することを特徴とする鉄道車両用電力変換器の制御装置。
【請求項８】
請求項２において、前記充放電制御回路は、前記Ｎ列の二次電池を前記スイッチが開放した状態で並列接続した後に、充放電可能な状態にするように動作することを特徴とする鉄道車両用電力変換器の制御装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれかにおいて、前記二次電池装置を列単位でモジュール構成とすることを特徴とする鉄道車両用電力変換器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン発電機と二次電池を併用した鉄道車両用インバータ装置の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン式鉄道車両（以下、気動車と呼ぶ）においては、騒音、排気等の環境問題への対応やシステムのメンテナンス性向上のため、電気式鉄道車両（以下、電気車と呼ぶ）と部品の共通化を図ったハイブリッド化が検討されている。
このシステムでは、エンジンで発電機を駆動して交流電力を発生し、これをコンバータ装置で一旦直流電力に変換する。
この直流電力を更にインバータ装置で可変電圧、可変回転周波数の交流電力に再変換して誘導電動機を駆動する。
このようなシステムと同様のシステムとして下記特許文献１記載のハイブリッド電気自動車用システムが報告されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１９１５０３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公知例に記載のシステムでは、エンジン発電機出力を直流電力に変換するコンバータ装置の出力側（インバータ装置の入力側）に更にバッテリを接続し、過渡的な電力の変化をバッテリで補うようにしている。
また、バッテリが使用不可となった場合は、バッテリを発電機と負荷から電気的に切り離し、エンジンのみで退避走行が可能としている。
【０００５】
鉄道車両において同様にバッテリを用いる場合、上記電気自動車に対して１０倍程度の電力が必要となるため、複数のバッテリを直並列に接続する必要があるが、並列接続の際にバッテリの電圧にアンバランスがある場合、バッテリ間に突入電流が流れ、バッテリの劣化を招くと共に作業上の安全性に問題がある。
【０００６】
また、システム構成の簡略化のため、このバッテリをエンジンの始動用として用いることが考えられるが、一部のバッテリが使用不可となった場合等の異常時においても、利用者への便宜を図るため、近隣の駅への退避走行を可能としなければならない。
【０００７】
本発明の目的の一つは、従来の気動車と電気車の機能を併せ持つハイブリッド型の鉄道車両に適用する大容量のバッテリ装置をバッテリの劣化を防止すると共に安全に構築することにある。本発明の目的の一つは、一部のバッテリが使用不可となった場合でも近隣の駅まで退避走行が可能な冗長性のあるバッテリ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る鉄道車両用電力変換器の制御装置では、バッテリを複数個直列接続したものを１ユニットとし、複数のユニットを並列接続することによりバッテリ装置を構成した。
【０００９】
また、１ユニットにおいては、バッテリと直列に半導体スイッチを挿入し、通常動作中にバッテリに異常が発生した場合は、異常のあるバッテリを含むユニットを電気的に切り離せる構成とした。
【００１０】
更に、１ユニットにおいては、バッテリ及び半導体スイッチと直列に、抵抗器とスイッチの並列接続体を挿入し、複数のユニットを並列に接続する際には前記抵抗器を介して接続し、電圧がバランスした後に抵抗器を短絡することによりバッテリの劣化を防止できる構成とした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
まず、図１を用いて本発明の一実施例の構成を説明する。図示のようにエンジン１及びエンジン１に軸で直結された発電機２はＵ，Ｖ，Ｗ３相の交流電力を発生し、コンバータ装置３はこの交流電力を直流電力に変換して出力する。インバータ装置４はコンバータ装置３から出力される直流電力を可変電圧、可変周波数の３相交流電力に変換し、誘導電動機５に供給する。バッテリ装置６はコンバータ装置３の出力に並列に接続され、後述のように車両の起動時等に電力を補給する。平滑コンデンサ７はインバータ装置４の入力に並列に接続されインバータ入力電圧の変動を抑制する。
【００１２】
一方、制御部１０は電流検出器９ａで検出したコンバータ出力電流Ｉｓと電圧検出器８で検出した平滑コンデンサ電圧Ｅｃｆ、及び発電機回転周波数Ｆｒｇによりコンバータ制御演算を実行し、コンバータ装置３に対して、コンバータＰＷＭ制御信号Ｓｇｃを出力する。
【００１３】
また、制御部１０は電流検出器９ｂ，９ｃ，９ｄで検出した電動機電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと電圧検出器８で検出した平滑コンデンサ電圧Ｅｃｆ、及び電動機回転周波数（鉄道車両用電動機では通常２Ｈｚ／１回転）Ｆｒｍによりインバータ制御演算を実行し、インバータ装置４に対して、インバータＰＷＭ制御信号Ｓｇｉを出力する。
更に、制御部１０はバッテリ装置６から出力されるバッテリ電流Ｉｂ１〜Ｉｂｎ、バッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎ、バッテリ温度Ｔｂ１１〜Ｔｂｎｍによりバッテリの稼動状態を判断し、バッテリの充放電制御信号Ｓｂ１１〜Ｓｂｎ１，  Ｓｂ１２〜Ｓｂｎ２を出力する。
【００１４】
次に、本実施例のバッテリ装置６の構成を図２を用いて説明する。
バッテリユニット６１は、図示のように複数の直列接続されたバッテリ６９１１〜６９１ｍと、バッテリ６９１１〜６９１ｍに直列に接続された半導体スイッチ素子６３１，６５１と、この半導体スイッチ素子６３１，６５１にそれぞれ並列に接続されたダイオード６４１，６６１と、バッテリ６９１１〜６９１ｍと半導体スイッチ素子６３１，６５１に直列に接続されたスイッチ６１１と、スイッチ６１１に並列に接続された抵抗器６２１と、バッテリ６９１１〜６９１ｍの入出力電流を検出する電流検出器６７１、及び直列接続されたバッテリ６９１１〜６９１ｍの全電圧を検出する電圧検出器６８１で構成される。
【００１５】
バッテリ装置６は、このような複数のバッテリユニット６１〜６ｎを並列接続して構成し、半導体スイッチ素子６３１，６５１をＯＮ／ＯＦＦ制御する充放電制御信号Ｓｂ１１〜Ｓｂｎ１，Ｓｂ１２〜Ｓｂｎ２を入力として、各ユニットの入出力電流Ｉｂ〜Ｉｎとバッテリの全電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎ及び各バッテリの温度Ｔｂ１１〜Ｔｂｎｍを出力する。
【００１６】
なお、本実施例において、最初にバッテリ装置６を構築する場合、複数のバッテリユニット６１〜６ｎを下記の手順で並列接続することにより、バッテリの劣化防止と作業の安全性を確保することができる。
（１）スイッチ６１１〜６１ｎを開放、半導体スイッチ素子６３１〜６３ｎ，６５１〜６５ｎをオフした状態で各ユニットを並列に接続。
（２）半導体スイッチ素子６３１〜６３ｎ，６５１〜６５ｎをオン。
（３）スイッチ６１１〜６１ｎを投入。
【００１７】
以下、本実施例の動作について説明する。
図３に制御部１０の構成を示す。
バッテリ制御演算部１０１は、前記バッテリ電流Ｉｂ１〜Ｉｂｎ，バッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎ，バッテリ温度Ｔｂ１１〜Ｔｂｎｍに基づき、図４及び数１に示すような、バッテリ６９１１〜６９ｎｍの充電状態を示す充電率（上限電圧を１００％、下限電圧を０％としたときの割合）ＳＯＣと同図に示すような異常の有無を示すエラー情報ＥＲＲを出力する。
【００１８】
また、図５に示すゲート情報ＳＢＸに従って半導体スイッチ素子６３１，６５１〜６３ｎ，６５ｎをＯＮ／ＯＦＦ制御する。ここで、ゲート情報ＳＢＸのＳｘ１１，Ｓｘ１２〜Ｓｘｎ１，Ｓｘｎ２は半導体スイッチ素子６３１，６５１〜６３ｎ，６５ｎのゲート信号Ｓｂ１１，Ｓｂ１２〜Ｓｂｎ１，Ｓｂｎ２に各々ｂｉｔ単位で対応し、’１’のとき半導体スイッチ素子オン、’０’のとき半導体スイッチ素子オフを意味する。
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統括制御演算部１０２は、この充電率ＳＯＣとエラー情報ＥＲＲに基づき、前記ゲート情報ＳＢＸを出力する。また、インバータ制御演算部１０３に対してトルク指令ＴＱＰを、コンバータ制御演算部１０４に対して電圧指令ＶＤＰを出力し、インバータ制御演算部１０３から出力されるトルクフィードバックＴＱＦを取り込む。
【００１９】
インバータ制御演算部１０３は、電動機電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと平滑コンデンサ電圧Ｅｃｆ及び電動機回転周波数Ｆｒｍに基づいて、前記トルク指令ＴＱＰに追従するように、インバータ装置４を駆動するためのＰＷＭパルス信号Ｓｇｉを出力すると共に、実際のトルクを求めて統括制御演算部１０２に戻す。
コンバータ制御演算部１０４は、コンバータ出力電流Ｉｓと平滑コンデンサ電圧Ｅｃｆ及び発電機回転周波数Ｆｒｇに基づいて、前記電圧指令ＶＤＰに追従するように、コンバータ装置３を駆動するためのＰＷＭパルス信号Ｓｇｃを出力する。
【００２０】
上記制御部１０において、統括制御演算部１０２はバッテリ制御演算部１０１の情報によりバッテリの充電率ＳＯＣが常に図６の斜線部内になるように制御する。ここで、充電率最大値ＳＯＣｍａｘは、バッテリが十分充電された状態であり図示の充電限界を示す。また、充電率最小値ＳＯＣｍｉｎは、バッテリが十分放電しきった状態であり図示の放電限界を示す。
【００２１】
例えば、電動機回転周波数Ｆｒｍが０付近の低速域は回生エネルギーを吸収するよりも力行エネルギーを確保するため、矢印▲１▼に示すように斜線部下限値から放電限界まで放電余力を確保し、電動機回転周波数ＦｒｍがＦｒｍ２以上の高速域は力行エネルギーを確保するよりも回生エネルギーを吸収するため、矢印▲４▼に示すように斜線部上限値から充電限界までの充電余力を確保する。また、電動機回転周波数ＦｒｍがＦｒｍ１の中速域では矢印▲２▼に示す放電余力と矢印▲３▼に示す充電余力を速度に応じてバランスよく確保する。
【００２２】
上記のような制御を行うなかで、万が一バッテリの充電率ＳＯＣが充電限界を超えた場合、統括制御演算部１０２はバッテリ制御演算部１０１に対して該当するバッテリを含むユニットの充電電流を阻止する半導体スイッチ素子をＯＦＦするようなゲート情報ＳＢＸを出力すると共に、回生運転時にインバータ装置４から出力される回生エネルギーをエンジン１、発電機２及びコンバータ装置３で吸収するか、或いはインバータ装置４の出力を絞るように制御する。また、逆にバッテリの充電率ＳＯＣが放電限界を超えた場合、統括制御演算部１０２はバッテリ制御演算部１０１に対して該当するバッテリを含むユニットの放電電流を阻止する半導体スイッチ素子をＯＦＦするようなゲート情報ＳＢＸを出力すると共に、力行運転時に不足する電力を補うため、コンバータ制御３の出力を増加させるか、インバータ装置４の出力を絞るように制御する。
【００２３】
また、統括制御演算部１０２はバッテリ制御演算部１０１からのエラー情報ＥＲＲによりバッテリの異常を検知すると、該当するユニットの半導体スイッチ素子を全てＯＦＦするようなゲート情報ＳＢＸを出力してユニットを切り離すと共に、不足する電力を補うようにエンジン１及びコンバータ装置３を制御する。
【００２４】
図７にバッテリ制御演算部１０１の構成を示す。
バッテリ制御演算部１０１は、バッテリ装置６から出力されるバッテリ電流Ｉｂ１〜Ｉｂｎとバッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎ及びバッテリ温度Ｔｂ１１〜Ｔｂｎｍを基に、充電率演算、エラー検知、半導体スイッチＯＮ／ＯＦＦ制御等を行う演算部１０１１と、過電流基準値Ｉｂ０を出力する基準回路１０１２と、この過電流基準値Ｉｂ０と各バッテリユニット６１〜６ｎのバッテリ電流Ｉｂ１〜Ｉｂｎとを比較し、バッテリ電流が過電流基準値Ｉｂ０を超えた場合に出力信号Ｓｏｆ１〜Ｓｏｆｎに’０’を出力する比較器１０１３１〜１０１３ｎと、この比較器１０１３１〜１０１３ｎの出力と前記演算部１０１１から出力される半導体スイッチＯＮ／ＯＦＦ基本信号Ｓｘ１〜Ｓｘｎとの論理積を求めるＡＮＤ回路１０１４１〜１０１４ｎで構成される。
【００２５】
上記バッテリ制御演算部１０１の演算部１０１１の処理を図８のフローチャートにより説明する。
まず、処理２００において、バッテリ装置６から出力されるバッテリ電流Ｉｂ１〜Ｉｂｎとバッテリ電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｎ及びバッテリ温度Ｔｂ１１〜Ｔｂｎｍを取り込み、処理２０１〜２０３において、エラーフラグＥＲＲのクリア及びカウンタ変数ｉ，ｊに初期値’１’をセットする。
【００２６】
次に、処理２０４，２０５において、各バッテリユニットのバッテリ電流Ｉｂｉと過電流基準値Ｉｂ０を比較し、バッテリ電流Ｉｂｉが過電流基準値Ｉｂ０以上の場合、エラーフラグＥＲＲの該当ｂｉｔに’１’をセットする。ここで、過電流についてはシステム保護の緊急性を要するため、ハードウェアにおいても二重に検知している。
【００２７】
続いて、処理２０６，２０７において、各バッテリユニットのバッテリ電圧Ｖｂｉと過電圧基準値Ｖｂ０を比較し、バッテリ電圧Ｖｂｉが過電圧基準値Ｖｂ０以上の場合、前記過電流時と同様にエラーフラグＥＲＲの該当ｂｉｔに’１’をセットする。
【００２８】
また、処理２０８〜２１１において、各バッテリ６９ｉ１〜６９ｉｍの温度Ｔｂｉｊと過温度基準値Ｔｂ０を比較し、バッテリ温度Ｔｂｉｊが過温度基準値Ｔｂ０以上の場合、前記過電流、過電圧時と同様にエラーフラグＥＲＲの該当ｂｉｔに’１’をセットする。
【００２９】
この異常検知処理を処理２１２，２１３によりバッテリユニット数だけ繰り返し、処理２１４において、最終的に得られたエラーフラグＥＲＲを出力する。
次に、処理２１５において、前記数１により各バッテリユニットの充電率ＳＯＣｉを求め、処理２１６において、バッテリ装置６の安全性を考慮し、力行時は充電率ＳＯＣｉの最小値を、回生時は充電率ＳＯＣｉの最大値を出力する。
【００３０】
最後に、処理２１７，２１８において、統括制御演算部１０２から出力される半導体スイッチ素子ゲート情報ＳＢＸに従い、ＯＮ／ＯＦＦ基準信号Ｓｘ１〜Ｓｘｎを出力する。
以上、本実施例によれば、複数のバッテリから成るバッテリ装置を列単位に分割した複数ユニットの並列接続体で構成すると共に、各ユニット単位でバッテリと直列に半導体スイッチを備えているため、異常バッテリの切り離しが可能となり、冗長性を確保することができる。
【００３１】
更に、本実施例によれば、各ユニット単位でバッテリと直列に、スイッチと抵抗の並列接続体を備えているため、最初に複数のバッテリを並列接続する際に、突入電流によるバッテリの劣化を防止できると共に、作業の安全性を確保することができる。
【００３２】
図９は，本発明のバッテリ装置の第二の実施形態を示す構成図である。
まず、バッテリユニット６１の機器構成について説明する。
バッテリ６９１１ａ〜６９１ｍａとバッテリ６９１１ｂ〜６９１ｍｂは互いに直列に接続されているが，両者はその接続点において接地点を共有する。従って、バッテリ６９１１ａ〜６９１ｍａのもう一方の出力端子は接地点に対して正の電位であり、バッテリ６９１１ｂ〜６９１ｍｂのもう一方の出力端子は接地点に対して負の電位となる。このように，直列するバッテリの中性点を接地することにより、バッテリユニット内あるいはバッテリユニットに接続する機器の耐圧を半減することができ、配線の軽量化，耐圧設計の簡略化等の利点があるとともに、対地電圧が半減するため安全の確保という面でも有利である。
【００３３】
バッテリ６９１１ａ〜６９１ｍａの接地側とは異なる出力端子には２つの半導体スイッチ素子６３１ａ，６５１ａを互いに導通方向が逆になるように直列に接続する。また、半導体スイッチ素子６３１ａにはダイオード６４１ａを、半導体スイッチ素子６５１ａにはダイオード６６１ａを互いに導通方向が逆になるように並列に接続する。スイッチ６１１ａは半導体スイッチ素子６３１ａ，６５１ａに直列に接続し、このスイッチ６１１ａに抵抗器６２１ａを並列に接続する。電流検出器６７１ａはバッテリ６９１１ａ〜６９１ｍａの入出力電流を検出し、電圧検出器６８１ａは６９１１ａ〜６９１ｍａの全電圧を検出する。
【００３４】
バッテリ６９１１ｂ〜６９１ｍｂの接地側とは異なる出力端子には２つの半導体スイッチ素子６３１ｂ，６５１ｂを互いに導通方向が逆になるように直列に接続する。また、半導体スイッチ素子６３１ｂにはダイオード６４１ｂを、半導体スイッチ素子６５１ｂにはダイオード６６１ｂを互いに導通方向が逆になるように並列に接続する。スイッチ６１１ｂは半導体スイッチ素子６３１ｂ，６５１ｂに直列に接続し、このスイッチ６１１ｂに抵抗器６２１ｂを並列に接続する。電流検出器６７１ｂはバッテリ６９１１ｂ〜６９１ｍｂの入出力電流を検出し，電圧検出器６８１ｂは６９１１ｂ〜６９１ｍｂの全電圧を検出する。
【００３５】
バッテリユニット６１は、以上の各機器により構成する。充放電制御信号Ｓｂ１１ａ，Ｓｂ１２ａ，Ｓｂ１１ｂ，Ｓｂ１２ｂを入力として、それぞれ半導体スイッチ素子６３１ａ，６５１ａ，６３１ｂ，６５１ｂをＯＮ／ＯＦＦ制御し、バッテリ６９１１ａ〜６９１ｍａ，バッテリ６９１１ｂ〜６９１ｍｂの入出力電流Ｉｂ１ａ，Ｉｂ１ｂ、同じく全電圧Ｖｂ１ａ，Ｖｂ１ｂ、各バッテリの温度Ｔｂ１１ａ〜Ｔｂ１ｍａ，Ｔｂ１１ｂ〜Ｔｂ１ｍｂを出力する。
【００３６】
バッテリ装置６は、複数のバッテリユニット６１〜６ｎを並列接続して構成する。充放電制御信号Ｓｂｎ１ａ，Ｓｂｎ２ａ，Ｓｂｎ１ｂ，Ｓｂｎ２ｂを入力として、それぞれ半導体スイッチ素子６３ｎａ，６５ｎａ，６３ｎｂ，６５ｎｂをＯＮ／ＯＦＦ制御し、バッテリ６９ｎ１ａ〜６９ｎｍａ，バッテリ６９ｎ１ｂ〜６９ｎｍｂの入出力電流Ｉｂｎａ，Ｉｂｎｂ、同じく全電圧Ｖｂｎａ，Ｖｂｎｂ、各バッテリの温度Ｔｂｎ１ａ〜Ｔｂｎｍａ、Ｔｂｎ１ｂ〜Ｔｂｎｍｂを出力する。ここでｎは並列するバッテリユニットの通し番号、ｍは直列バッテリの通し番号を表す。
【００３７】
なお、本実施例において最初にバッテリ装置６を組み込む場合、複数のユニット６１〜６ｎを下記の手順で並列接続することにより、バッテリの劣化防止と作業の安全性を確保することができる。
（１）スイッチ６１１ａ〜６１ｎａ，６１１ｂ〜６１ｎｂを開放、半導体スイッチ素子６３１ａ〜６３ｎａ，６５１ａ〜６５ｎａ，６３１ｂ〜６３ｎｂ，６５１ｂ〜６５ｎｂをオフした状態で各ユニットを並列に接続。
（２）半導体スイッチ素子６３１ａ〜６３ｎａ，６５１ａ〜６５ｎａ，６３１ｂ〜６３ｎｂ，６５１ｂ〜６５ｎｂをオン。
（３）スイッチ６１１ａ〜６１ｎａ，６１１ｂ〜６１ｎｂを投入。
以上、本発明の第一及び第二の実施例について説明したが、図２のスイッチ６１１〜６１ｎ及び図９のスイッチ６１１ａ〜６１ｎａは半導体スイッチ素子とすることも可能である。
【００３８】
図１０は本発明のバッテリユニットの機器構成を示す概略図である。
図１０では、一例として特に４個のバッテリ６９１１ａ，６９１２ａ，６９１１ｂ，６９１２ｂによりバッテリユニット６１を構成した例を示しているが、これによりバッテリユニット６１を構成するバッテリ個数を限定するものではない。
【００３９】
バッテリユニット６１は、前述のように直列接続したバッテリの入出力電流制御や、電圧、電流、温度の監視を行う単位を構成するという機能的な役目に加え、バッテリ６９１１ａ，６９１２ａ，６９１１ｂ，６９１２ｂを収納するコンテナ構造の構体により、バッテリ６９１１ａ，６９１２ａ，６９１１ｂ，６９１２ｂを固定するとともに、バッテリを水滴や塵芥などの外部環境から保護する役目を果たす。また、スイッチ６１１ａ，６１１ｂ、抵抗器６２１ａ，６２１ｂ、半導体スイッチ素子６３１ａ，６３１ｂ，６５１ａ，６５１ｂ、ダイオード６４１ａ，６４１ｂ，６６１ａ，６６１ｂ、電流検出器６７１ａ，６７１ｂ、電圧検出器６８１ａ，６８１ｂを一括して搭載する。ところで、図１０ではバッテリユニット６１をなすコンテナ構造について、そのフレーム構造を図示しているが、これは内部の様子を示しやすくしているものであり、コンテナ構造を限定するものではなく、実際は図示したフレーム構造を覆うような箱型の構造とすることが考えられる。
【００４０】
通常、バッテリは充放電を繰り返すことにより、蓄電性能、出力性能の劣化が進むため、定期的な交換作業が必要である。また、上記バッテリユニット６１を鉄道車両等の車体に搭載する場合、その搭載場所は車体の床下、車内、屋根上の所定位置であり、これらの場所への取り付け作業は、クレーン等による吊り上げ作業、可動荷台付車両等による押し上げ作業であることが考えられる。バッテリユニット６１は、コンテナ構造として直列個数分のバッテリ６９１１ａ，６９１２ａ，６９１１ｂ，６９１２ｂを搭載し、概ね同時に劣化が進む１直列分のバッテリを単位として管理することにより、バッテリ６９１１ａ，６９１２ａ，６９１１ｂ，６９１２ｂの定期検査あるいは交換作業時の取り外し、据付作業を簡素化することができ、保守業務の負担を軽減できる。
【００４１】
また、バッテリ６９１１ａ，６９１２ａ，６９１１ｂ，６９１２ｂは電流の入出力により発熱するが、これを効率よく冷却するためにバッテリユニット６１を構成するコンテナ構造の一部に吸気口および排気口を設け、排気扇を用いて強制風冷することが可能である。また、前述のように、バッテリユニット６１をコンテナ構造にすることにより、バッテリユニット６１の各バッテリ６９１１ａ，６９１２ａ，６９１１ｂ，６９１２ｂに均等に冷却風を得られるようにダクトや導風板を設置することができ、各バッテリ６９１１ａ，６９１２ａ，６９１１ｂ，６９１２ｂを効率よく冷却することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、バッテリと直列に接続した半導体スイッチにより、バッテリの充電量が許容値以上の場合、バッテリの充電電流を阻止できると共に、バッテリの充電量が許容値以下の場合、バッテリの放電電流を阻止できる。
【００４３】
また、本発明によれば、一部のバッテリが異常となった場合に、ユニット単位で切り離しが可能なため、退避走行が可能である。
更に、本発明によれば、最初に複数のバッテリを並列接続する際に抵抗器が挿入されるため、突入電流によるバッテリの劣化を防止できると共に、作業を安全に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す図。
【図２】本発明のバッテリ装置の構成を示す図。
【図３】制御部１０の構成を示す図。
【図４】充電率ＳＯＣ及びエラー情報ＥＲＲの構成を示す図。
【図５】半導体スイッチＯＮ／ＯＦＦ基本信号ＳＢＸの構成を示す図。
【図６】統括制御演算部１０２の運転モード説明図。
【図７】バッテリ制御演算部１０１の構成を示す図。
【図８】バッテリ制御演算部１０１の処理を示すフローチャート。
【図９】本発明のバッテリ装置の第二の実施形態を示す構成図。
【図１０】本発明のバッテリユニットの機器構成を示す概略図。
【符号の説明】
１…エンジン、２…発電機、３…コンバータ装置、４…インバータ装置、５…誘導電動機、６…バッテリ装置、７…平滑コンデンサ、８…電圧検出器、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ…電流検出器、１０…制御部、Ｉｂ１〜Ｉｂｎ…バッテリ電流、Ｖｂ１〜Ｖｂｎ…バッテリ電圧、Ｔｂ１１〜Ｔｂｎｍ…バッテリ温度、Ｓｂ１１〜Ｓｂｎ１，Ｓｂ１２〜Ｓｂｎ２…半導体スイッチ素子ＯＮ／ＯＦＦ信号、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ…誘導電動機の相電流、Ｓｇｃ…コンバータＰＷＭ制御信号、Ｓｇｉ…インバータＰＷＭ制御信号、Ｅｃｆ…平滑コンデンサ電圧、Ｉｓ…コンバータ出力電流、Ｆｒｍ…電動機回転周波数、Ｆｒｇ…発電機回転周波数。
【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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