(57)【要約】【課題】蓄電池の劣化状態および具体的な余寿命を容易に把握する。【解決手段】蓄電装置と、前記蓄電装置の電池の状態情報を管理する蓄電装置制御部と、を備え、前記蓄電装置制御部は、前記所定期間に計測された蓄電装置の電圧計測値から、該所定期間の前記蓄電装置の電圧値の最小値を取得し、所定期間の前記蓄電装置の電圧値の最小値の履歴情報、及び、前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の累積充電回数に基づいて、前記蓄電装置の使用可能情報を算出することを特徴とする、蓄電制御装置。【選択図】図２
2016090485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置と、
前記蓄電装置の電池の状態情報を管理する蓄電装置制御部と、
を備え、
前記蓄電装置制御部は、
所定期間の前記蓄電装置の電圧値の最小値の履歴情報、及び、前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の累積充電回数に基づいて、前記蓄電装置の使用可能情報を算出する
ことを特徴とする、蓄電制御装置。
【請求項２】
前記蓄電装置制御部は、
前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の温度が所定の温度範囲である場合に、前記蓄電装置の電圧値の最小値を履歴情報とする
ことを特徴とする、請求項１に記載の蓄電制御装置。
【請求項３】
前記蓄電装置制御部は、
前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の電流値が所定の電流範囲である場合に、前記蓄電装置の電圧値の最小値を履歴情報とする
ことを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の蓄電制御装置。
【請求項４】
前記蓄電装置制御部は、
前記所定期間に計測された蓄電装置の電圧計測値の最小値と、前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の温度と電流値とを関連付けて、前記履歴情報として記録する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の蓄電制御装置。
【請求項５】
前記蓄電装置制御部は、
前記所定期間に計測された蓄電装置の電圧計測値から、該所定期間の前記蓄電装置の電圧値の最小値を取得し、
前記蓄電装置の電圧値の最小値の履歴情報、及び、前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の累積充電回数に基づいて、前記蓄電装置の使用可能期間または使用可能量を推定する
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の蓄電制御装置。
【請求項６】
直流電力を充放電可能な蓄電装置と、
架線から供給される電力を直流電力に変換する電力変換装置と、
前記蓄電装置または前記電力変換装置から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ装置と、
前記インバータ装置によって変換された交流電力により駆動されるモータと、
前記蓄電装置の電池の状態情報を管理する蓄電装置制御部と、
を備え、
前記蓄電装置制御部は、
所定期間の前記蓄電装置の電圧値の最小値の履歴情報、及び、前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の累積充電回数に基づいて、前記蓄電装置の使用可能情報を算出する
ことを特徴とする、蓄電制御装置を搭載した車両駆動システム。
【請求項７】
前記蓄電装置制御部は、
前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の温度が所定の温度範囲である場合に、前記蓄電装置の電圧値の最小値を履歴情報とする
ことを特徴とする、請求項６に記載の蓄電制御装置を搭載した車両駆動システム。
【請求項８】
前記蓄電装置制御部は、
前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の電流値が所定の電流範囲である場合に、前記蓄電装置の電圧値の最小値を履歴情報とする
ことを特徴とする、請求項６または７のいずれかに記載の蓄電制御装置を搭載した車両駆動システム。
【請求項９】
前記蓄電装置制御部は、
前記所定期間に計測された蓄電装置の電圧計測値の最小値と、前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の温度と電流値とを関連付けて、前記履歴情報として記録する
ことを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の蓄電制御装置を搭載した車両駆動システム。
【請求項１０】
前記蓄電装置制御部は、
前記所定期間に計測された蓄電装置の電圧計測値から、該所定期間の前記蓄電装置の電圧値の最小値を取得し、
前記蓄電装置の電圧値の最小値の履歴情報、及び、前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の累積充電回数に基づいて、前記蓄電装置の使用可能期間または使用可能量を推定する
ことを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載の蓄電制御装置を搭載した車両駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電制御装置及び蓄電制御装置を搭載した車両駆動システムに関し、蓄電装置を制御する蓄電制御装置及び蓄電制御装置を搭載した車両駆動システムに適用して好適なるものである。
【背景技術】
【０００２】
世界各国で環境規制が強まるなか、陸運輸送手段として環境優位性が高い鉄道輸送への注目が集まっている。特に近年では、架線の無い非電化区間を走行する鉄道車両の環境負荷低減の方策として、ハイブリッド気動車や蓄電池電車に代表される蓄電池を搭載した新型鉄道車両の開発や、実用化に向けた動きが活発化している。
【０００３】
昨今のハイブリッド自動車や電気自動車等の普及拡大に伴い、これらの駆動用電源としてリチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの高容量蓄電池の開発が進み、自動車や鉄道車両など、多くの車両に蓄電池が搭載されている。
【０００４】
蓄電池は、充放電を繰り返すことにより、充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）や劣化状態（ＳＯＨ：State of Health）が変化する。蓄電池の劣化が進行すると、充放電容量の低下や電池の内部抵抗の増加が生じる。そのため、電池の劣化に伴い、電池システムの出力が次第に低下する。
【０００５】
電動車両や鉄道車両等に使用される蓄電池は、携帯電話、ノートＰＣ、タブレット端末等の小型民生機器に使用される電池と比べて、高電圧かつ大容量が要求されるため、車両システム全体に占める電池コストの割合が高い。そのため、システムコストを抑えるために、搭載する電池容量を最適化したり、電池性能を有効利用するために、電池状態を検知したり制御したりすることが必要となる。
【０００６】
さらに、システムのランニングコストを抑えるためには、蓄電池の交換頻度が少ないことが望まれる。一般的に、電池の交換時期は、電池の使用期間や総充放電量に応じて規定されることが多いが、電池の使用環境や使用条件によっては、電池がまだ使用できるにもかかわらず交換されることも起こりうる。そこで、蓄電池の劣化状態を正確に把握した上で、的確なタイミングで電池交換をすることにより、システムのランニングコストを抑えることが望まれる。
【０００７】
蓄電池の劣化状態を検知する方法として、ハイブリッド自動車においては、例えば特許文献１に記載されているように、電池の内部抵抗を測定する技術が挙げられる。特許文献１では、蓄電池の充電状態（ＳＯＣ）が同一であると推定される時点での電流と電圧を測定し、それらの放電時と充電時の電圧と電流の測定値に基づいて、電池の内部抵抗を検出する方法が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、特に鉄道車両向けの蓄電池の劣化状態を検知する方法が開示されている。特許文献２では、予め運転方法が決定されている鉄道車両の路線走行時の蓄電手段の電流、表面温度、電圧、環境温度を記録し、最大電圧と最小電圧の差ΔＶを初期値ΔＶiniと比較し、閾値ΔＶthとの比較で蓄電池の劣化度を算出し、この劣化度をもとに制御するとともに、運転台に劣化度と点検警告の表示をすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２１４５５号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１では、車両の加減速が頻繁に起こり、蓄電池の充電および放電の切り替わりが頻繁に起こるというハイブリッド自動車の特徴を利用して、放電時および充電時の電池電圧と、それぞれ対応する電流値を複数収集し、それらの情報を基に電池の内部抵抗を演算している。しかし、鉄道車両や電気自動車は大電流を要求され、電池の充電、放電の切り替わり頻度はハイブリッド自動車よりも少なく、蓄電池への放電または充電の継続時間は長い。そのため、鉄道車両や電気自動車においては、ハイブリッド自動車と同等量のデータを得ることが困難であり、特許文献１の方法では電池の劣化状態（ＳＯＨ）を精度よく求められない場合があった。
【００１１】
また、特許文献２では、あらかじめ決められた運転を定期的に実施することが多い鉄道車両において、走行中に得られる蓄電池の計測データから、蓄電池の劣化を把握することができる。しかし、上記したように、鉄道車両のような大規模なシステムでは、電池の交換にかかる工数が大きいことや、電池交換期間に当該車両を運行できないなどの不都合が生じるため、蓄電池の劣化状態に加えて、電池の具体的な交換時期、すなわち、蓄電池の余寿命を把握することが望まれている。
【００１２】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、蓄電池の劣化状態および具体的な余寿命を容易に把握することが可能な蓄電制御装置及び蓄電制御装置を搭載した車両駆動システムを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる課題を解決するために本発明においては、蓄電装置と、前記蓄電装置の電池の状態情報を管理する蓄電装置制御部と、を備え、前記蓄電装置制御部は、所定期間の前記蓄電装置の電圧値の最小値の履歴情報、及び、前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の累積充電回数に基づいて、前記蓄電装置の使用可能情報を算出することを特徴とする、蓄電制御装置が提供される。
【００１４】
かかる課題を解決するために本発明においては、直流電力を充放電可能な蓄電装置と、架線から供給される電力を直流電力に変換する電力変換装置と、前記蓄電装置または前記電力変換装置から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ装置と、前記インバータ装置によって変換された交流電力により駆動されるモータと、前記蓄電装置の電池の状態情報を管理する蓄電装置制御部と、を備え、前記蓄電装置制御部は、所定期間の前記蓄電装置の電圧値の最小値の履歴情報、及び、前記蓄電装置の電圧値が最小となる時点の前記蓄電装置の累積充電回数に基づいて、前記蓄電装置の使用可能情報を算出することを特徴とする、蓄電制御装置を搭載した車両駆動システムが提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、蓄電池の劣化状態および蓄電池の余寿命を、より簡便な方法で算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る蓄電池電車システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態にかかる蓄電装置制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図３】同実施形態にかかる蓄電池の電圧波形を示した模式図である。
【図４】同実施形態にかかる最小電圧抽出部の処理を示すフローチャートである。
【図５】同実施形態にかかる第１データ保持部に記録されるデータテーブルを示す図表である。
【図６】同実施形態にかかる第１データ選定部の処理を示すフローチャートである。
【図７】同実施形態にかかる蓄電池の温度と内部抵抗の関係を示す概念図である。
【図８】同実施形態にかかる第２データ選定部の構成を示すブロック図である。
【図９】同実施形態にかかる採用データ選定部の処理を示すフローチャートである。
【図１０】同実施形態にかかる採用データ選定部が実行する処理の詳細を説明する概念図である。
【図１１】同実施形態にかかる第２データ保持部に記録されるデータテーブルを示す図表である。
【図１２】同実施形態にかかる余寿命算出部の処理を示すフローチャートである。
【図１３】同実施形態にかかる余寿命算出部が実行する演算内容を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１８】
（１）本実施の形態の概要
まず、本実施の形態の概要について説明する。上記した特許文献１では、車両の走行中に電池の内部抵抗を検出している。ハイブリッド自動車は、通常、エンジン始動後すぐに走行を開始するため、電池の内部抵抗の検出は車両走行中に検出演算される。
【００１９】
上記したように、ハイブリッド自動車は、車両の加減速が頻繁に起こるため、電池の充電および放電の切り替わりが頻繁に起こる。さらに、電池に充放電される電流レートが、例えば１Ｃレート以上と高いため、電流の入出力に伴う電池電圧変動が大きい。ここで、１Ｃとは、公称容量値の容量を有する電池セルを定電流放電し、１時間で放電終了となる電流値である。上記特許文献１では、電池の内部抵抗の検出は車両走行中に検出演算し、この電流、電圧変動特性を利用し、放電時および充電時の電池電圧と、それぞれ対応する電流値を複数収集し、それらの情報を基に電池の内部抵抗を演算している。
【００２０】
一方、鉄道車両や電気自動車等に搭載される蓄電池に流れる電流は、上記したハイブリッド自動車の蓄電池に流れる電流と特徴が異なる。具体的には、鉄道車両や電気自動車の方が大電流を要求される。また、電池の充電、放電の切り替わり頻度がハイブリッド自動車よりも少なく、蓄電池にとっては放電または充電の継続時間が長い。そのため、車両の走行中に電池の放電および充電の両方のデータを多数収集して電池の内部抵抗を演算する方法では、ハイブリッド自動車と同等量のデータを得ることが困難であり、特に短時間走行では電池の劣化状態（ＳＯＨ）を精度よく求められないという問題があった。
【００２１】
また、同様に蓄電手段の概略同一ＳＯＣまで充電量と放電量を積算する方法においても、略同一積算容量の時点で、抵抗値が計算できる電流変化が必ずしも起こるとは限らない。また、充電電力の積算値等からＳＯＨを求める方法では、電流の測定誤差が積算値に影響するため、電流計測手段は高精度のものが必要となり、コストを抑えつつ高精度の値を求めることが難しいという問題があった。
【００２２】
また、一般に、電池の劣化度が同じであっても電池温度によって内部抵抗の値は変化するため、電池の温度情報をもとに内部抵抗の値を補正し、劣化度情報を得る方法が考えられる。しかし、この場合、実際に温度情報として測定できるのは、電池の表面温度である。車両走行中など電池が充放電されるときには、電池自体が発熱し、電池セルの内部や表面で温度分布が生じる。そのため、電池の内部抵抗を補正する値として電池の表面温度を採用した場合には、該表面温度が正しい温度とは限らず、走行中の温度情報に基づく内部抵抗演算に誤差が生じてしまう。
【００２３】
上記特許文献２では、主にハイブリッド鉄道車両に搭載する蓄電池の劣化状態を検知することを想定しており、車両走行中に電池の内部抵抗を測定する場合に生じる上記課題の解決を試み、電池の劣化を簡便な方法で測定する方法が開示されている。すなわち、予め決められた運転を定期的に実施することが多い鉄道車両において、走行中に得られる蓄電手段を流れる電流、蓄電手段の電圧、蓄電手段の温度、環境温度の計測データから、同一走行路線における運転時の蓄電手段電圧の最大値と最小値を記録し、その差ΔＶを指標として劣化を判定する方法を採用している。さらに、特定路線における走行初期の蓄電手段電圧の最大値と最小値の差ΔＶiniと走行時のΔＶを比較することにより蓄電手段の劣化を判定する方法を採用している。
【００２４】
しかし、上記従来技術では、蓄電池の内部抵抗の上昇を要因とする蓄電池の劣化状態しか判断することができない。蓄電池の劣化状態は、蓄電池の内部抵抗の上昇を要因とする場合と、蓄電池の容量の低下を要因とする場合の双方を考慮して判断する必要がある。また、蓄電池の劣化状態だけでなく、蓄電池があとどれくらいの期間使用可能かという具体的な余寿命に関する情報が所望される。これは、鉄道車両のような大規模なシステムの場合、電池の交換にかかる工数が大きく、また電池交換期間には当該車両は運行できないため、他の車両を代行させる等の調整が必要となるからである。蓄電池の具体的な交換時期が予め分かれば、鉄道システムの円滑な運営が可能となる。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、所定期間の蓄電池の最小値の履歴情報に基づいて、蓄電池の内部抵抗及び容量低下による蓄電池の劣化状態を推定し、さらに、所定期間の蓄電池の最小値の履歴情報及び累積充電回数から具体的な余寿命をより簡便に算出することを可能としている。
【００２６】
（２）蓄電池電車システムの構成
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる蓄電池電車システムの構成について説明する。図１は、蓄電池電車システムの全体構成を示すブロック図である。蓄電池電車システムは、蓄電池電車１０、及び、蓄電池電車１０に搭載される蓄電装置１４内の蓄電池（図示せず）を充電するための地上充電設備３０などを備えて構成されている。
【００２７】
蓄電池電車１０は、電力変換装置１１、インバータ１２、モータ１３及び蓄電装置１４から構成され、これらの動作を制御する制御装置として統括制御部１６、蓄電装置制御部１５を備えている。
【００２８】
電力変換装置１１は、電化区間（架線区間）および地上充電設備３０が設置されている停車駅ではパンタグラフ２１を介して架線２０と電気的に接続される。電力変換装置１１は、架線２０から供給される電力を入力として、これを統括制御部１６からの指令電力に対応した直流電力に変換して出力する。
【００２９】
インバータ１２は、電力変換装置１１及び蓄電装置１４から出力される直流電力を入力として、これを三相交流電力に変換して出力する。モータ１３は誘導電動機であり、インバータ１２が出力する三相交流電力を入力として、これを軸トルクに変換し、この軸トルクを車輪の車軸（図示せず）に与えて蓄電池電車１０を走行させる。インバータ１２は、モータ１３の出力トルクが、統括制御部１６によって指令されるトルクとなるように可変電圧及び可変周波数を制御する。
【００３０】
蓄電装置１４は、電力変換装置１１とインバータ１２との間の直流部に電気的に接続される。蓄電装置１４は、システムに必要な電圧および蓄電容量を得るために、電池セルを多直列、多並列に組み合わせた組電池（図示せず）から構成されている。具体的な例として、電池セルにリチウムイオン二次電池を用いる場合、この電池の１セルの電圧は約３．６Ｖであり、これを例えば２００セル直列に接続することで約７２０Ｖの直流電圧が得られる。多直列接続した組電池をさらに複数並列接続することで、蓄電装置の電池容量を増やすことができる。
【００３１】
また、蓄電装置１４は、その内部に、電池の電圧情報、電流情報及び温度情報を取得するためのセンシング手段（図示せず）を備えている。蓄電装置１４は、センシング手段により検出した電池の各情報を、蓄電装置制御部１５に送信する。
【００３２】
蓄電装置制御部１５は、蓄電装置１４から送信された電池の電圧情報、電流情報及び温度情報に基づいて、蓄電装置１４に搭載される電池の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge ）、内部抵抗、劣化状態（ＳＯＨ：State of Health）または許容充放電電力などの電池状態情報を算出し、これら電池状態情報を統括制御部１６へ送信する。
【００３３】
統括制御部１６は、車両の運転士からの運転指令と、蓄電装置制御部１５からの電池状態情報（充電状態、劣化状態または充放電可能電力など）に基づいて、蓄電装置１４の充放電電力を決定する。統括制御部１６は、蓄電装置１４が所望の充放電をするように、電力変換装置１１やインバータ１２にそれぞれ動作指令を出す。
【００３４】
地上充電設備３０は、その内部に変圧器、コンバータ等を備える（図示せず）。地上充電設備３０は、図示しない配電線からの電力を所望の交流電力または直流電力に変換し、架線２０に供給する。
【００３５】
上記した構成における蓄電池電車システムの動作を、電化区間（架線区間）と非電化区間（非架線区間）に分けて以下説明する。
【００３６】
電化区間すなわち架線区間では、蓄電池電車１０の走行用電力は、パンタグラフ２１を介して架線２０から供給される電力が電力変換装置１１により降圧されインバータ１２に与えられる。また、蓄電池のＳＯＣが低い場合は、架線２０から供給される電力の一部が蓄電池の充電に利用される。また、ブレーキ時の回生電力は、蓄電池の充電に利用されるが、蓄電池のＳＯＣが高い場合は、架線２０への回生に利用される。
【００３７】
地上充電設備３０が設置されている駅において、蓄電装置１４の蓄電池を充電する場合は、図１に示すように、パンタグラフ２１を上げることで架線２０を介して地上充電設備３０と電気的に接続し、蓄電装置１４が充電される。
【００３８】
一方、非電化区間すなわち非架線区間に架線２０はないため、統括制御部１６は、電力変換装置１１の動作を停止させる。このとき、蓄電装置１４からの直流電力のみがインバータ１２に走行用電力として与えられる。また、ブレーキ時の回生電力は蓄電池の充電に利用されるが、蓄電池のＳＯＣが高い場合には、回生エネルギーは熱として排出される。
【００３９】
次に、本発明に係る蓄電装置制御部１５の動作や機能を詳細に説明する。以降の説明の前提として、蓄電池電車１０は、特定の路線区間を日々継続的に運行し続けるものとする。
【００４０】
図２は、蓄電装置制御部１５の機能構成と信号の流れを示したブロック図である。蓄電装置制御部１５は、その内部に入力処理部１００、出力処理部２００、最小電圧抽出部３００、第１データ保持部４００、第１データ選定部５００、第２データ選定部６００、第２データ保持部７００及び余寿命算出部８００を備える。これらの他に、電池のＳＯＣや許容充放電電力等、電池状態情報を演算する演算部が含まれる場合があるが、以下ではそれらの演算部は省略している。
【００４１】
入力処理部１００は、蓄電装置１４から送信される電池の電圧、温度または電流などのセンシング情報を受信し、Ａ/Ｄ変換などの必要な処理をして、他の処理部にこれらの情報を送る。また、入力処理部１００は、統括制御部１６から蓄電装置１４が地上充電設備３０によって充電される際の充電開始信号や充電終了信号を受信し、他の処理部へこの信号を送る。
【００４２】
出力処理部２００は、蓄電装置制御部１５内の各処理部で算出された電池状態情報を通信手段など必要な手段を介して統括制御部１６に伝達する。
【００４３】
最小電圧抽出部３００、第１データ保持部４００、第１データ選定部５００、第２データ選定部６００、第２データ保持部７００及び余寿命算出部８００は、蓄電装置１４に搭載される蓄電池の劣化状態と余寿命を算出するために、各種演算を順に実施する機能を有する。以下、各部を詳細に説明する。
【００４４】
最小電圧抽出部３００は、蓄電池電車１０が特定路線区間を走行する間の蓄電装置１４から出力される蓄電池電圧の最小値を抽出する。最小電圧抽出部３００の具体的な動作を図３と図４を参照して説明する。
【００４５】
図３は、蓄電装置１４が蓄電装置制御部１５に出力する蓄電池の電圧波形を示した模式図である。図３の例では、蓄電池電車１０が地上充電設備３０に設置された充電駅での停車中に蓄電装置１４が充電され、充電完了後に非電化路線を複数駅間走行し、再び元の充電駅に戻ってきて充電されるまでの蓄電池の電圧波形を示している。複数駅間走行中は、力行と回生が繰り返されるため、蓄電池の電圧は上下に変動するが、走行中に蓄電池が架線から充電されることはないため、蓄電池の電圧は徐々に低下していく。また、図３は時刻ｔにおいて蓄電池電圧が複数駅間走行期間のなかで最小（Ｖmin）であることを示している。
【００４６】
鉄道車両は予め走行路線、運行パターン、充電駅での充電方法が決まっている。したがって、ある車両が同一路線区間を繰返し走行し、充電駅では毎回同様の充電方法で電池が充電されることから、蓄電池の電圧は同じような形状の電圧波形が繰り返されることが予想される。そして、電圧値が最小となるのは毎回同じタイミングとなることが予想される。本実施の形態では、上記した鉄道車両特有の性質、すなわち、蓄電池の電圧波形が毎回同じ形状の波形となることを利用するものである。
【００４７】
なお、上記では、所定区間または所定期間の蓄電池の電圧の最小値を記録しているが、かかる例に限定されない。上記したように、所定区間において、蓄電池の電圧波形は同じような形状が繰り返される。例えば、予め把握できる電圧波形をもとに、あるタイミングの電圧値から所定区間の電圧の最小値を算出するようにしてもよい。例えば、鉄道車両の運行パターンなどをもとに、電圧値のばらつきの少ない区間の極小値を取得して、その極小値から所定区間の電圧を推定するようにしてもよい。
【００４８】
図４は、最小電圧抽出部３００の処理を示すフローチャートの例である。図４に示すように、最小電圧抽出部３００は、入力処理部２００から充電終了信号を受信する（Ｓ３０１）と、蓄電装置１４が出力する蓄電池の電圧Ｖ、電流Ｉ、温度Ｔを時系列データとして記録する（Ｓ３０２）。ステップＳ３０２において、最小電圧抽出部３００は、例えば、１秒毎に時系列データを記録するとよい。
【００４９】
そして、最小電圧抽出部３００は、入力処理部２００から走行終了または充電開始信号を受信する（Ｓ３０３）と、ステップＳ３０２で記録した電圧データのうち、最小の電圧値（最小値Ｖmin）を抽出する（Ｓ３０４）。最小値Ｖminが、例えば時刻ｔに記録された場合、同時刻ｔにおける電流Ｉ（ｔ）および温度Ｔ（ｔ）を併せて抽出する。そして、最小電圧抽出部３００は、ステップＳ３０４で抽出した最小電圧Ｖmin、同時刻の電流Ｉ（ｔ）と温度Ｔ（ｔ）を第１データ保持部４００に送信出力する（Ｓ３０５）。
【００５０】
最小電圧抽出部３００は、上記ステップＳ３０１からステップＳ３０５の処理を車両の運行時に毎回実施し、最小電圧Ｖmin、電流Ｉ及び温度Ｔを抽出する毎に、以下に説明する第１データ保持部４００に送信する。
【００５１】
第１データ保持部４００は、最小電圧抽出部３００から出力された最小電圧Ｖmin、電流Ｉ（ｔ）、温度Ｔ（ｔ）を記録する機能を有する。第１データ保持部４００は、一時的な記録を実施するＲＡＭ（Random Access Memory）、演算データを記録するＲＯＭ（Read
Only Memory）、書き換え可能な大容量記録媒体の少なくとも１つ以上を有する。
【００５２】
図５に、第１データ保持部４００に記録されるデータテーブル例を示す。第１データ保持部４００は、データ取得回毎に上述した最小電圧抽出部３００から出力される最小電圧Ｖmin４１２、電流Ｉ（ｔ）４１３及び温度Ｔ（ｔ）４１４のセットを、データＮｏ４１１を付してデータテーブル４１０に格納していく。
【００５３】
次に、第１データ選定部５００の機能について説明する。第１データ選定部５００は、予め設定された既定の温度閾値以上のデータのみを通過させるフィルタの役割を有する。
【００５４】
図６は、第１データ選定部５００の処理を示すフローチャートの例である。まず、第１データ選定部５００は、第１データ保持部４００に記録されたデータテーブルから第ｎ番目の最小電圧Ｖmin（ｎ）、電流Ｉ（ｎ）及び温度Ｔ（ｎ）をそれぞれ読み込む（Ｓ５０１）。次に、予め設定された温度閾値Ｔｔｈと、読み込んだ温度Ｔ（ｎ）とを比較する（Ｓ５０２）。
【００５５】
ステップＳ５０２において、Ｔ（ｎ）が温度閾値Ｔth以上であると判定された場合には、第１データ選定部５００は、最小電圧Ｖmin（ｎ）及び電流Ｉ（ｎ）を第２データ選定部６００に送信する。一方、ステップＳ５０２において、Ｔ（ｎ）が温度閾値Ｔth未満であると判定された場合には、第１データ選定部５００は、ｎ番目のデータについては処理を終了する。
【００５６】
ここで、図６の処理において、ステップＳ５０２の判定処理を設ける理由を説明する。本実施の形態では、蓄電装置制御部１５は、蓄電装置１４から得られる情報のうち、最小電圧Ｖminに着目し、これを基に蓄電池の劣化状態や余寿命を算出している。蓄電池の劣化状態や余寿命の算出方法については、後で詳細に説明する。
【００５７】
Ｖminは、電池が放電しているときの電池電圧であるが、この電圧値は電池の開回路電圧（ＯＣＶ）から通電時に電池の内部抵抗にかかる電位差を差し引いた値である。電池が劣化してくると、この内部抵抗が大きくなるため、電池に同じ電流が流れても内部抵抗にかかる電位差は大きくなり、Ｖminが低下する。したがってＶminの低下特性から電池の劣化状態を把握することができる。
【００５８】
しかし、一般に、電池の劣化状態が同じであっても電池温度によって内部抵抗の値が変化することが知られている。図７は、蓄電装置１４に搭載される蓄電池の温度と内部抵抗の関係を示した特性例である。ここで、縦軸は、温度２５℃の内部抵抗を基準とした抵抗比である。一般的に、電池の温度が低いほどその内部抵抗は高くなり、反対に、電池の温度が高いほどその内部抵抗は低くなる特性を持つ。また、図７に示したように、低温領域での温度変化に対する内部抵抗の変化量が大きいのに対して、特に２５℃以上の領域では、温度が変化しても内部抵抗の値はほとんど変化しないことが知られている。
【００５９】
このように、電池が低温であると、温度変化によって内部抵抗の値が大きく変化するため、電池の劣化によって内部抵抗が変化しているのか、温度変化によって内部抵抗が変化しているのか判断することが困難となる。図７に示したように、電池温度が２５℃以上の場合には、温度変化による内部抵抗変化が小さくなる。したがって、温度変化による内部抵抗の変化の影響を極力低減するためには、電池温度が高温である状態が望ましい。そこで、図６に示したフローチャート内のステップＳ５０２における閾値Ｔthを例えば２５℃に設定すると良い。
【００６０】
次に第２データ選定部６００の機能について説明する。上記した第１データ選定部５００が電池の温度条件によってデータを選定したのに対し、第２データ選定部６００では電流値に応じてデータを選定し、以降の処理で用いる最小電圧算出値Ｖbを算出し、第２データ保持部７００へ出力する。
【００６１】
この第２データ選定部６００によるデータ選定処理の目的は、後述する余寿命算出部８００が演算に用いる最小電圧Ｖminのばらつき誤差を低減することにある。最小電圧Ｖminが得られるタイミングでの電流値の大きさは、一定の範囲でばらつくことが予想される。これは、ある蓄電池電車が同一路線区間を繰返し走行したとしても、運転士による運転方法の違い、気象条件の違い、乗車率の違い等、さまざまな要因で蓄電池にかかる負荷の大きさが変化するためである。電流値が極端に大きいまたは小さいときの最小電圧を以降の処理部での演算で除外することにより、Ｖminから得られる電池の劣化情報の精度を上げることができる。
【００６２】
図８は、第２データ選定部６００の構成と信号の流れを示したブロック図である。第２データ選定部６００は、その内部に採用データ選定部６１０と最小電圧算出部６２０を備える。以下、各部の機能について説明する。
【００６３】
採用データ選定部６１０は、上記した第１データ選定部５００から送信される電流値情報Ｉ（ｎ）を読み込み、飛び値がないかを検定する機能を有する。具体的な処理の一例を図９及び図１０を参照して説明する。
【００６４】
図９は、採用データ選定部６１０の処理を示すフローチャートの例である。本実施の形態では、第１データ選定部５００から過去１０回分の測定データＩ（１）〜Ｉ（１０）を受け取る動作を例にとって説明するが、参照するデータ数は過去５回分や過去２０回分など適宜変更しても良い。
【００６５】
採用データ選定部６１０は、所定区間の過去１０回分の測定データＩ（１）〜Ｉ（１０）の値を読み込んで（Ｓ６１１）、Ｉ（１）〜Ｉ（１０）の平均値μを算出する（Ｓ６１２）。さらに、採用データ選定部６１０は、算出した平均値μ及び読み込んだ１０個の電流値からＩ（１）〜Ｉ（１０）の標準偏差σを算出する（Ｓ６１３）。そして、採用データ選定部６１０は、電流値Ｉ（ｎ）がμ−σとμ＋σの間に入っているデータ番号を最小電圧算出部６２０へ送信する（Ｓ６１４）。
【００６６】
図９に示す採用データ選定部６１０が実行する処理の詳細を、図１０を用いて説明する。１０個の電流値データＩ（１）〜Ｉ（１０）が図１０に示したような大小関係であったとする。これらの電流値データＩ（１）〜Ｉ（１０）の平均値μが、点線Ｂの位置、標準偏差をσとして、μ＋σが点線Ａの位置、μ−σが点線Ｃの位置であるとする。このとき、採用データ選定部６１０は、点線Ａと点線Ｃに挟まれた範囲にあるデータ番号、すなわちＩ（１）、Ｉ（２）、Ｉ（３）、Ｉ（４）、Ｉ（６）、Ｉ（８）、Ｉ（９）、Ｉ（１０）を最小電圧算出部６２０へ送信する。点線Ａよりも上側、または点線Ｃよりも下側にある電流データＩ（５）とＩ（７）は他のデータと比較して外れ値として選定データから除外する。
【００６７】
最小電圧算出部６２０は、第１データ選定部から読み込んだ１０個の最小電圧Ｖmin（１）〜Ｖmin（１０）のうち、上記した採用データ選定部６１０が選定したデータ番号に対応する最小電圧値データのみを用いてこれらの平均値を算出し、第２データ保持部７００へこの平均値を出力する。
【００６８】
図１０に示した例では、電流値Ｉ（５）とＩ（７）が外れ値として除外されるため、データ番号５番と７番を除いた８個のデータのみが有効となる。すなわち、Ｖmin（１）、Ｖmin（２）、Ｖmin（３）、Ｖmin（４）、Ｖmin（６）、Ｖmin（８）、Ｖmin（９）、そしてＶmin（１０）の合計８個の電圧データが有効となり、これら８個の電圧データの平均値Ｖｂを算出する。そして、後述する第２データ保持部７００へＶbが出力される。
【００６９】
本実施の形態では、第２データ選定部６００の処理の一例として、電流値の平均値μと標準偏差σを用いて電流値の外れ値を検定したが、最小電圧測定時の電流値のばらつき誤差を低減する方法であれば他の手法によりデータを選定してもよい。
【００７０】
次に、第２データ保持部７００の機能を説明する。第２データ保持部７００は、上記した第２データ選定部６００から出力された最小電圧算出値Ｖｂを、データ取得日及び初期からの累積運行回数とともに記録する。ここで、累積運行回数は、蓄電装置１４における累積充電回数と等価である。
【００７１】
図１１に、第２データ保持部７００に記録されるデータテーブル例を示す。図７に示すように、第２データ保持部７００は、データ取得日の日付５１１、初期からデータ取得日までの累積運行回数５１２及び第２データ選定部６００から出力された最小電圧算出値Ｖｂ５１３のセットを、データテーブル５１０に格納していく。
【００７２】
一般的に、蓄電池の劣化は、蓄電池電車の１回の運行、すなわち蓄電池が充電されてから複数駅間走行し、次に充電されるまでの短期間で明確に差が検知できるものではなく、数十回単位の運行で徐々に劣化が進む。そのため、第２データ保持部７００へのデータの追加は、必ずしも毎日である必要はなく、例えば１週間に一度程度でもよい。
【００７３】
次に、余寿命算出部８００の機能を説明する。余寿命算出部８００は、上記した第２データ保持部７００に記録されたデータテーブル５１０を参照して、蓄電装置１４の蓄電池の劣化状態および余寿命推定値を算出し、それらの情報を出力処理部２００へ出力送信する。
【００７４】
図１２は、余寿命算出部８００の処理を示すフローチャートの例である。図１２に示すように、余寿命算出部８００は、まず、第２データ保持部７００に格納されたデータを読み込む（Ｓ８０１）。ステップＳ８０１で読み込むデータは、図１１に示したデータテーブルのすべて、または、日付が最新のものから過去複数個の累積運行回数とそれに対応する最小電圧算出値のデータである。以下では、余寿命算出部８００が第２データ保持部７００から読み込んだデータの最新の値として、累積運行回数をｎc、及び、これに対応する最小電圧算出値をＶbcと表記する。
【００７５】
次に、余寿命算出部８００は、ステップＳ８０１で読み込んだ２つの変数である、累積運行回数及び最小電圧算出値のｍ組のデータを基に、直線回帰式を算出する（Ｓ８０２）。具体的には、回帰直線を式（１）とし、定数項αと回帰係数βをそれぞれ算出する。
【００７６】
【数１】
2016090485.tif 000003
【００７７】
そして、余寿命算出部８００は、ステップＳ８０２で算出した定数項α、回帰係数β、さらに使用末期電圧ＶEOLを基に、最大使用回数Ｎmaxを式（２）により算出する（Ｓ８０３）。
【００７８】
【数２】
2016090485.tif 000004
【００７９】
なお、使用末期電圧ＶEOLは、蓄電池電車が主に力行時に必要となる最大電力Ｐmaxと、蓄電池に通電可能な最大許容電流Ｉmaxから式（３）により算出される。
【００８０】
【数３】
2016090485.tif 000005
【００８１】
なお、Ｐmax及びＩmaxは、ともに車両および蓄電池の仕様により予め定められる値である。したがって、ＶEOLは規定値として設定される。
【００８２】
そして、余寿命算出部８００は、上記式（２）で求めた最大使用回数Ｎmaxと、最新の累積運行回数ｎcから、以下の式（４）により推定余寿命値ＮLを算出する（Ｓ８０４）。
【００８３】
【数４】
2016090485.tif 000006
【００８４】
ここで、図１３を参照して、余寿命算出部８００によりステップＳ８０１〜ステップＳ８０３で算出される値について説明する。図１３は、横軸を累積運行回数、縦軸を最小電圧算出値としたグラフであり、余寿命算出部８００が第２データ保持部７００から読み込んだデータが、ひし形のマークでプロットされている。また、プロットされた値を基に求められた回帰直線（上記式（１））が図中の点線で示した直線であったとする。このとき、上記した最大使用回数Ｎmaxは、回帰直線のｙ座標がＶEOLになるときのｘ座標の値である。また、余寿命推定値ＮLは、図１３中に記載した双方向矢印の長さ、すなわち、上記式（４）に相当する値となる。
【００８５】
図１２に戻り、ステップＳ８０４において、余寿命算出部８００は、上記式（４）により算出された推定余寿命値ＮLとともに、最新のデータにおける最小電圧算出値Ｖbcを出力処理部２００に出力する。
【００８６】
そして、出力処理部２００は、蓄電装置制御部１５の各処理部における演算によって算出された最小電圧算出値Ｖbcと余寿命推定値ＮLを統括制御部１６にと送信する。
【００８７】
（３）本実施の形態の効果
以上、蓄電装置制御部１５により実行される動作及び処理について説明した。上記処理により、統括制御部１６は、同一路線を運行し続けた場合に、蓄電池電車１０に搭載された蓄電池が、あとどれだけの期間（または回数）使用できるか、すなわち、余寿命を把握することができる。また、最小電圧算出値が使用初期に比べてどれだけ低下したかをみることで、電池の劣化状態を把握することができる。
【００８８】
電池を制御するシステム及び方法において電池の劣化状態を精度よく求めることを実現して、電池制御システムの製造、販売、メンテナンスに寄与し、電池システムの信頼性を向上させることが可能となる。
【００８９】
（４）他の実施の形態
また、本発明における蓄電池はリチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素電池、鉛蓄電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどの充放電可能な蓄電素子で構成される電池システムすべてに適用可能である。本発明を適用することにより、これらの電池システムを使用でき、電流の入出力パターンがほぼ決まっている路線走行するシステムにおいて、移動体である鉄道車両、地上給電設備、電力貯蔵システムなどの大規模電池システムを安定的に維持することが可能となる。
【符号の説明】
【００９０】
１０    蓄電池電車
１１    電力変換装置
１２    インバータ
１３    モータ
１４    蓄電装置
１５    蓄電装置制御部
１６    統括制御部
２０    架線
２１    パンタグラフ
３０    地上充電設備
１００  入力処理部
２００  出力処理部
３００  最小電圧抽出部
４００  第１データ保持部
５００  第１データ選定部
６００  第２データ選定部
７００  第２データ保持部
８００  余寿命算出部
【図１】
2016090485.tif 000007
【図２】
2016090485.tif 000008
【図３】
2016090485.tif 000009
【図４】
2016090485.tif 000010
【図５】
2016090485.tif 000011
【図６】
2016090485.tif 000012
【図７】
2016090485.tif 000013
【図８】
2016090485.tif 000014
【図９】
2016090485.tif 000015
【図１０】
2016090485.tif 000016
【図１１】
2016090485.tif 000017
【図１２】
2016090485.tif 000018
【図１３】
2016090485.tif 000019