【手続補正書】
【提出日】平成29年12月22日(2017.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池を有する蓄電装置と、
母線に接続される前記蓄電装置を充放電させるための電力変換装置と、
前記電力変換装置及び前記蓄電装置を制御する制御装置と、
を備えた蓄電システムであって、
前記制御装置は、前記蓄電装置の温度、電圧、電流を監視し、前記蓄電装置の充放電を制御し、
前記制御装置は、前記蓄電装置の温度が所定の下限温度以下になったときに、前記母線と前記電力変換装置を介した前記蓄電装置との間で所定の電流値及び所定時間内で複数回行う充放電を制御し、前記蓄電装置の温度を上昇させる蓄電システム。
【請求項２】
所定の電流値が５Ｃ以上２０Ｃ以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
蓄電装置の開回路電圧が設定した範囲の外にあり、且つ前記蓄電装置の温度が所定の下限温度以下になったときに、
前記制御装置は、前記母線と前記電力変換装置を介した前記蓄電装置との間で所定の電流値で充放電を行って蓄電装置の温度を上昇させながら、前記蓄電装置の充電状態を所定の第一の範囲に入るよう充放電を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
蓄電装置の充放電時の終止電圧が充電終了時に所定の上限電圧を超えたとき又は所定の下限電圧より低下した場合であって、且つ前記蓄電装置の温度が所定の下限温度以下の場合に、
前記制御装置は、終止電圧が前記上限電圧及び前記下限電圧の範囲内に入るよう、前記蓄電装置の充電状態について第二の範囲を設定し、
前記制御装置は、前記母線と前記電力変換装置を介した前記蓄電装置との間で所定の電流値で充放電を行って前記蓄電装置の温度を上昇させながら、前記蓄電装置の充電状態を前記第二の範囲に入るよう充放電を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
【請求項５】
蓄電装置の開回路電圧が設定した範囲の外にあり、且つ前記蓄電装置の温度が所定の下限温度以下になったときに、
前記制御装置は、前記母線と前記電力変換装置を介した前記蓄電装置との間で所定の電流値で充放電を行って前記蓄電装置の温度を上昇させながら、前記蓄電装置の充電状態を所定の第一の範囲に入るよう充放電を制御し、
蓄電装置の充放電時の終止電圧が所定の上限電圧を超えたとき又は所定の下限電圧より低下した場合であって、且つ前記蓄電装置の温度が所定の下限温度以下の場合に、
前記制御装置は、終止電圧が前記上限電圧及び前記下限電圧の範囲内に入るよう、前記蓄電装置の充電状態についての第一の範囲を修正して第二の範囲を設定し、前記制御装置は、前記母線と前記電力変換装置を介した前記蓄電装置との間で所定の電流値で充放電を行って蓄電装置の温度を上昇させながら、前記蓄電装置の充電状態を前記第二の範囲に入るよう充放電を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係る蓄電システムは、蓄電池を有する蓄電装置と、母線に接続される蓄電装置を充放電させるための電力変換装置と、電力変換装置及び蓄電装置を制御する制御装置とを備える。また、制御装置は、蓄電装置の温度、電圧、電流を監視し、その充放電等を制御する。そして、制御装置は、蓄電装置の温度が所定の下限温度以下になったときに、母線と電力変換装置を介した蓄電装置との間で所定の電流値及び所定時間内で複数回行う充放電を制御し、蓄電装置の温度を上昇させることを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図１は、本形態に係る蓄電システム１０の構成の概要を示すブロック図である。
本実施の形態に係る蓄電システム１０は、図１に示すように、電流遮断器２、DC/DCコンバータ３、制御装置４、蓄電装置５を有している。また、制御装置４は母線１の電圧値を読取る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
このため、この電力量に合わせた蓄電装置５を選択することになるが、通常は新品状態の室温を基準に設計を行うため、経年変化や温度変化により蓄電装置５の内部抵抗は変化する。蓄電装置５は充放電を繰り返していくと、劣化していくため、内部抵抗が上昇する傾向がある。また、蓄電装置５の温度が低下すると内部抵抗は上昇する。そのため、抵抗上昇により、蓄電装置５の充電電圧の上昇もしくは放電時の電圧低下を生じ、所定の上限及び下限電圧に早く到達してしまい、それ以上の充放電ができなくなってしまう可能性がある。したがって、蓄電装置５の内部抵抗はなるべく低めに保つ必要がある。しかし、寒冷地や冬季などには外気温が低下するため、蓄電装置５自体の内部温度も低下する。常に蓄電システムが動作して、充放電を繰り返していれば良いが、自動車のように乗らないときは停止しているし、鉄道では終電から始発までの間は電車が動かないため、停止してしまう。この間はほぼ外気温と同程度になると考えられるため、外気が低いときは蓄電装置５の温度も低下し、内部抵抗が上昇することになる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
蓄電装置の内部抵抗をＲ、充放電の電流値をＩとすると、蓄電装置内でのジュール発熱Ｗは以下のようになる。
Ｗ＝Ｉ２×Ｒ
よって、電流値が大きいほど発熱量は大きくなるため、電流値は大きい方が望ましい。例えば、１Ｃと５Ｃにおける発熱の差は
Ｗ１Ｃ＝（１Ｃ）２×Ｒ
Ｗ５Ｃ＝（５Ｃ）２×Ｒ
Ｗ５Ｃ／Ｗ１Ｃ＝２５
と２５倍もの差になる。このため、電流値は大きい程、短時間で蓄電装置を温めることが可能となる。しかし、電流値が大きすぎると上限電圧への到達が早くなり、その電流値を保てなくなり、また、大きい電流値の充放電は劣化の原因にもなり得るため、Ｃレートで２０Ｃを超える電流値は好ましくない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
制御装置４が、蓄電装置５の温度を測定し、充放電により温度制御を行う処理について、フローチャートを参照して説明を行う。
図２は、本実施の形態における蓄電装置の充放電により温度制御を行う場合の処理手順の一例を示すフローチャートである。この処理操作の稼働時間は例えば鉄道であれば始発電車発車時刻直前に起動し、所定間隔で検査を継続し、終電時刻を過ぎれば終了するような稼働スケジュールとする。こうすることにより、電車停止に無駄に稼働することを防ぐことができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
まず、ステップ１０１で蓄電システム温度検査を開始する。次のステップ１０２では制御装置４は蓄電装置５の情報を収集し、蓄電装置５内の蓄電池の温度の情報を得る。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
次に、ステップ１０３では制御装置４は蓄電池の温度が所定値以下であるか判定を行い、所定値より大きいことを確認した場合にはステップ１０７に移り、所定時間休止後にステップ１０６で再度情報収集を開始する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
制御装置４が蓄電装置５の温度を測定し、充放電により温度制御を行う処理について、フローチャートを参照して説明を行う。図３は、本実施の形態における蓄電装置５の充放電により温度制御を行う場合の処理手順の一例を示すフローチャートである。この処理操作の稼働時間は、例えば鉄道であれば始発電車発車時刻直前に起動し、所定間隔で検査を継続し、終電時刻を過ぎれば終了するような稼働スケジュールとすることにより電車停止に無駄に稼働することを防ぐことができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
ステップ２０１で蓄電システム温度検査を開始すると、ステップ２０２で制御装置４は蓄電装置５の情報を収集し、蓄電装置５内の蓄電池温度の情報を得る。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
次に、ステップ２０３で制御装置４は蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値以下であるか判定を行い、その後にステップ２０４で蓄電装置の開回路電圧が設定範囲内であるかの判定を行う。蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値より大きく、且つ蓄電装置５の開回路電圧が設定範囲内であることを確認した場合には、ステップ２１１で所定時間休止しその後にステップ２１０の再度情報収集を開始する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値より高く、且つ蓄電装置の開回路電圧が設定範囲を外れていることを確認した場合には、ステップ２０９にて母線電圧情報２０８を入手し、電圧調整用のみの充放電制御を開始する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
つまり、蓄電システム１０は、蓄電装置５の開回路電圧が設定した範囲外にあり、且つ蓄電装置５の温度が所定の下限温度以下になったときに、制御装置４は、母線１と電力変換装置３を介した蓄電装置５との間で所定の電流値で充放電を行って蓄電装置５の温度を上昇させながら、蓄電装置５の充電状態（ＳＯＣ）を所定の第一の範囲に入るよう充放電を制御する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
ここで、蓄電装置５の充電状態（ＳＯＣ）の「第一の範囲」について説明する。上述のように、ＳＯＣが高い状態にある場合は、更に電車から回生電力を受け入れる余地が少ない。反対に、ＳＯＣが低い状態にある場合は更に電車への力行により母線１の電圧が低下して蓄電装置５から放電しなければならなくなると、蓄電装置５の下限電圧に到達してしまい、必要な電力を供給できない事態となる可能性がある。そこで、つぎにやってくる回生や放電などの充放電の準備として、こうした事態に対応できる余力を考慮した適切な充電状態（ＳＯＣ）に保っておく。つまり、「第一の範囲」とは次の充放電に備えた充電状態（ＳＯＣ）の範囲を指す。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
図４は本実施の形態における蓄電装置５の充放電により温度制御を行う場合の処理手順の一例を示すフローチャートである。この処理操作の稼働時間は例えば鉄道であれば始発電車発車時刻直前に起動し、所定間隔で検査を継続し、終電時刻を過ぎれば終了するような稼働スケジュールとすることにより電車停止に無駄に稼働することを防ぐことができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
ステップ３０１で蓄電システム温度検査を開始すると、ステップ３０２で制御装置４は蓄電装置５の情報を収集し、蓄電装置５内の蓄電池温度の情報を得る。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
ステップ３０３で制御装置４は蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値以下であるか判定を行い、その後にステップ３０４で蓄電装置５の充放電終止電圧が設定範囲内であるかの判定を行う。蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値より高く、且つ蓄電装置５の充放電終止電圧範囲が設定範囲内であることを確認した場合にはステップ３１１で所定時間休止後にステップ３１０で再度情報収集を開始する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
つまり、蓄電システム１０において、蓄電装置５の温度が所定の下限温度以下の場合であって、蓄電装置５の充放電時の終止電圧が充電終了時に所定の上限電圧を超えたとき、又は蓄電装置５の放電終了時の終止電圧が所定の下限電圧より低下した場合に、制御装置４は、母線１と電力変換装置３を介した蓄電装置５との間で所定の電流値で充放電を行って蓄電装置５の温度を上昇させながら、蓄電装置５の充電状態（ＳＯＣ）を第二の所定の範囲に入るよう充放電を制御する。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
ここで、蓄電装置５の充電状態（ＳＯＣ）の「第二の範囲」について説明する。上述のように、蓄電装置５の劣化が進行すると、蓄電装置５の上限電圧や下限電圧がシフトしていく。そうすると、充放電時に上限電圧あるいは下限電圧に早く到達していまい、初期設定したＳＯＣの範囲で運用できなくなる可能性が出てくる。そこで、充放電時の終止電圧を監視し、終止電圧が所定の範囲を超えた場合には、終止電圧を所定範囲内に収めることができるようにＳＯＣの範囲（第二の範囲）を設定する。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
実施の形態４．
つぎに、上述した実施の形態３に、実施の形態２で説明した機能を追加した例を説明する。
図５は本実施の形態における蓄電装置５の充放電により温度制御を行う場合の処理手順の一例を示すフローチャートである。この処理操作の稼働時間は例えば鉄道であれば始発電車発車時刻直前に起動し、所定間隔で検査を継続し、終電時刻を過ぎれば終了するような稼働スケジュールとすることにより電車停止に無駄に稼働することを防ぐことができる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
ステップ４０１で蓄電システム温度検査を開始すると、ステップ４０２で制御装置４は蓄電装置５の情報を収集し、蓄電装置５内の蓄電池温度の情報を得る。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
蓄電装置５内の蓄電池の温度が設定値より大きく、且つ蓄電装置５の開回路電圧が設定範囲内であることを確認した場合にはステップ４１２にて所定時間休止後に再度ステップ４１１にて情報収集を開始して、ステップ４０３にて判定を再度行う。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
つまり、蓄電システム１０において、蓄電装置５の開回路電圧が設定した範囲外にあり、且つ蓄電装置５の温度が所定の下限温度以下になったときに、制御装置４は、母線１と電力変換装置３を介した蓄電装置５との間で所定の電流値で充放電を行って蓄電装置５の温度を上昇させながら、蓄電装置５の充電状態（ＳＯＣ）を所定の第一の範囲に入るよう充放電を制御する。
さらに、蓄電装置５の充放電時の終止電圧が充電終了時の終止電圧が所定の上限電圧
を超えたとき、又は蓄電装置５の放電終了時の終止電圧が所定の下限電圧より低下した場合であって、且つ蓄電装置５の温度が所定の下限温度以下の場合に、制御装置４は、終止電圧が上限電圧及び下限電圧の範囲内に入るよう、蓄電装置５の充電状態（ＳＯＣ）についての第一の範囲を修正して第二の範囲を設定し、制御装置４は、母線１と電力変換装置３を介した蓄電装置５との間で所定の電流値で充放電を行って蓄電装置５の温度を上昇させながら、蓄電装置５の充電状態（ＳＯＣ）を第二の範囲に入るよう充放電を制御する。