特許 7349401 方法および蓄電ユニットパラメータ決定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-13

(45)【発行日】2023-09-22

(54)【発明の名称】方法および蓄電ユニットパラメータ決定装置

(51)【国際特許分類】

   B60L 58/18 20190101AFI20230914BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20230914BHJP

   B60L 15/36 20060101ALI20230914BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20230914BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230914BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20230914BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20230914BHJP

【ＦＩ】

B60L58/18

B60L50/60

B60L15/36

B60L9/18 A

H02J7/00 302C

H01M10/48 P

H01M10/44 P

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020069338

(22)【出願日】2020-04-07

(65)【公開番号】P2021166445

(43)【公開日】2021-10-14

【審査請求日】2022-12-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】316008134

【氏名又は名称】京阪電気鉄道株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003115

【氏名又は名称】東洋電機製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100124682

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100104710

【弁理士】

【氏名又は名称】竹腰 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100090479

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 一

(72)【発明者】

【氏名】田口 義晃

(72)【発明者】

【氏名】門脇 悟志

(72)【発明者】

【氏名】小笠 正道

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 博文

(72)【発明者】

【氏名】吉原 博

(72)【発明者】

【氏名】大久保 孔靖

(72)【発明者】

【氏名】松浦 優也

(72)【発明者】

【氏名】長崎 悠平

【審査官】井古田 裕昭

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／２２９８６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１０２６５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ ５８／１８

Ｂ６０Ｌ ５０／６０

Ｂ６０Ｌ １５／３６

Ｂ６０Ｌ ９／１８

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０１Ｍ １０／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数車両で編成される列車において引き通し線に接続されて分散配置された負荷および蓄電ユニットのうちの前記蓄電ユニットそれぞれの放電特性を定める制御パラメータを決定する方法であって、
前記負荷および前記蓄電ユニットの配置車両と、前記引き通し線の車両間の配線抵抗と、異なる負荷条件毎の前記負荷それぞれの負荷電流とを設定することと、
前記配置車両に基づく等価回路と、前記配線抵抗と、前記負荷電流とに基づいて、前記異なる負荷条件において前記蓄電ユニットそれぞれの放電電流を均衡させる前記制御パラメータを決定することと、
を含む方法。

【請求項2】

前記決定することは、
前記負荷条件毎に、当該負荷条件での前記負荷電流に基づいて、前記蓄電ユニット１台当たりの目標放電電流を算出することと、
前記負荷条件毎に、当該負荷条件での前記負荷電流および前記配線抵抗に基づいて前記引き通し線の車両間の電圧降下を算出することと、
所与の対象蓄電ユニット群に係る部分等価回路と、前記負荷条件毎の前記目標放電電流および前記電圧降下と、に基づいて、当該対象蓄電ユニット群に含まれる各蓄電ユニットの前記制御パラメータの関係を算出することと、
を含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記関係を算出することは、前記対象蓄電ユニット群を変えることで、全ての前記蓄電ユニット間の前記制御パラメータの関係を算出すること、を含む、
請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記対象蓄電ユニット群は、分散配置された前記蓄電ユニットのうち、隣り合う２つの前記蓄電ユニットである、
請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記制御パラメータは、前記蓄電ユニットの無負荷送り出し電圧、および、等価内部抵抗、である、
請求項１～４の何れか一項に記載の方法。

【請求項6】

複数車両で編成される列車において引き通し線に接続されて分散配置された負荷および蓄電ユニットのうちの前記蓄電ユニットそれぞれの放電特性を定める制御パラメータを決定する蓄電ユニットパラメータ決定装置であって、
前記負荷および前記蓄電ユニットの配置車両と、前記引き通し線の車両間の配線抵抗と、異なる負荷条件毎の前記負荷それぞれの負荷電流とを設定する設定部と、
前記配置車両に基づく等価回路と、前記配線抵抗と、前記負荷電流とに基づいて、前記異なる負荷条件において前記蓄電ユニットそれぞれの放電電流を均衡させる前記制御パラメータを決定する決定部と、
を備えた蓄電ユニットパラメータ決定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、列車に配置される蓄電ユニットの放電特性を定める制御パラメータを決定する方法等に関する。

【背景技術】

【0002】

蓄電ユニットを電気車に搭載した蓄電池電気車の開発が進められている。蓄電池電気車は、電化区間では、架線電力をもとに主電動機を駆動して走行しつつ架線電力および回生電力で蓄電ユニットを充電し、非電化区間では、蓄電ユニットの蓄電電力をもとに走行することができる（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１６３３６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

開発当初は、１～２車両程度の短い編成の列車を対象とし、１つの蓄電ユニットを搭載して列車全体に給電する構成の蓄電池電気車の開発が行われていた。現在では、比較的長い編成の列車を対象とし、複数の蓄電ユニットを搭載した蓄電池電気車の開発が進められている。しかしながら、列車に分散配置した複数の蓄電ユニットを引き通し線で接続する場合、車両間の引き通し線の配線抵抗を主要因として各蓄電ユニットの出力電流に不均衡が生じ得る。蓄電ユニットの出力電流に不均衡が生じると、一部の蓄電ユニットが過電流となって劣化がすすみ、各蓄電ユニットの劣化の程度や寿命に違いが生じ得る。保守の観点からすると、列車単位で一斉交換できるように、全ての蓄電ユニットの劣化の程度や寿命がほぼ等しくなることが望ましい。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の蓄電ユニットが搭載された列車において、各蓄電ユニットの出力電流の不均衡を解消すること、である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための第１の発明は、
複数車両で編成される列車において引き通し線に接続されて分散配置された負荷および蓄電ユニットのうちの前記蓄電ユニットそれぞれの放電特性を定める制御パラメータを決定する方法であって、
前記負荷および前記蓄電ユニットの配置車両と、前記引き通し線の車両間の配線抵抗と、異なる負荷条件毎の前記負荷それぞれの負荷電流とを設定することと、
前記配置車両に基づく等価回路と、前記配線抵抗と、前記負荷電流とに基づいて、前記異なる負荷条件において前記蓄電ユニットそれぞれの放電電流を均衡させる前記制御パラメータを決定することと、
を含む方法である。

【0007】

他の発明として、
複数車両で編成される列車において引き通し線に接続されて分散配置された負荷および蓄電ユニットのうちの前記蓄電ユニットそれぞれの放電特性を定める制御パラメータを決定する蓄電ユニットパラメータ決定装置であって、
前記負荷および前記蓄電ユニットの配置車両と、前記引き通し線の車両間の配線抵抗と、異なる負荷条件毎の前記負荷それぞれの負荷電流とを設定する設定部と、
前記配置車両に基づく等価回路と、前記配線抵抗と、前記負荷電流とに基づいて、前記異なる負荷条件において前記蓄電ユニットそれぞれの放電電流を均衡させる前記制御パラメータを決定する決定部と、
を備えた蓄電ユニットパラメータ決定装置を構成してもよい。

【0008】

第１の発明によれば、複数の蓄電ユニットが搭載された列車において、各蓄電ユニットの出力電流の不均衡を解消することができる。つまり、負荷および蓄電ユニットの配置車両と、車両間の引き通し線の配線抵抗と、異なる負荷条件毎の負荷電流とから、異なる負荷条件において蓄電ユニットそれぞれの放電電流を均衡させるような制御パラメータが決定される。そして、このように決定された制御パラメータにより蓄電ユニットを制御することで、列車に分散配置された各蓄電ユニットの放電電流の不均衡を解消することができる。蓄電ユニットの放電特性は、放電電流の増加に伴い放電電圧が直線的に減少する、垂下特性を有するように定められる。列車の走行に応じて負荷は変動するが、異なる負荷条件において各蓄電ユニットの出力電流が均衡するように制御パラメータを決定することで、負荷条件以外の負荷であっても、蓄電ユニットそれぞれの放電電流をほぼ均衡させることが可能である。

【0009】

第２の発明は、第１の発明において、
前記決定することは、
前記負荷条件毎に、当該負荷条件での前記負荷電流に基づいて、前記蓄電ユニット１台当たりの目標放電電流を算出することと、
前記負荷条件毎に、当該負荷条件での前記負荷電流および前記配線抵抗に基づいて前記引き通し線の車両間の電圧降下を算出することと、
所与の対象蓄電ユニット群に係る部分等価回路と、前記負荷条件毎の前記目標放電電流および前記電圧降下と、に基づいて、当該対象蓄電ユニット群に含まれる各蓄電ユニットの前記制御パラメータの関係を算出することと、
を含む、
方法である。

【0010】

第２の発明によれば、負荷条件毎に蓄電ユニット１台当たりの目標放電電流を算出し、その負荷条件毎の目標放電電流に基づいて対象蓄電ユニット群の各蓄電ユニットの制御パラメータの関係を算出することで、列車に分散配置される複数の蓄電ユニットそれぞれの制御パラメータが決定される。つまり、列車の走行に応じて負荷が変動するため、負荷条件毎に、蓄電ユニットそれぞれの放電電流が均衡するように蓄電ユニット１台当たりの目標放電電流を算出することができる。そして、負荷条件毎に、蓄電ユニット１台当たりの目標放電電流に応じて等価回路の電流分布が決まるので、その等価回路の電流分布を満たすように、蓄電ユニットの制御パラメータの関係を算出することができる。

【0011】

第３の発明は、第２の発明において、
前記関係を算出することは、前記対象蓄電ユニット群を変えることで、全ての前記蓄電ユニット間の前記制御パラメータの関係を算出すること、を含む、
方法である。

【0012】

第３の発明によれば、算出される制御パラメータの関係は、対象蓄電ユニット群の各蓄電ユニット間での相対的な関係であるので、対象蓄電ユニット群を変えることで、全ての蓄電ユニット間の制御パラメータの関係を算出し、算出した全ての蓄電ユニット間の制御パラメータの関係に従って、各蓄電ユニットの制御パラメータを決定することができる。

【0013】

第４の発明は、第３の発明において、
前記対象蓄電ユニット群は、分散配置された前記蓄電ユニットのうち、隣り合う２つの前記蓄電ユニットである、
方法である。

【0014】

第４の発明によれば、対象蓄電ユニット群として隣り合う２つの蓄電ユニットそれぞれの、制御パラメータの関係を算出することができる。

【0015】

第５の発明は、第１～第４の何れかの発明において、
前記制御パラメータは、前記蓄電ユニットの無負荷送り出し電圧、および、等価内部抵抗、である、
方法である。

【0016】

第５の発明によれば、蓄電ユニットの放電特性を定める制御パラメータとして、蓄電ユニットの等価回路を表す無負荷送り出し電圧および等価内部抵抗が決定される。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】蓄電ユニットの制御パラメータの決定対象とする列車の構成例。

【図2】蓄電ユニットの構成図。

【図3】蓄電ユニットの電力変換動作の説明図。

【図4】列車の等価回路の一例。

【図5】２つの蓄電ユニット間の制御パラメータの関係式の導出の説明図。

【図6】蓄電ユニットの制御パラメータの初期値の説明図。

【図7】蓄電ユニットパラメータ決定装置の機能構成図。

【図8】蓄電ユニットの制御パラメータの決定の具体例。

【図9】蓄電ユニットの制御パラメータの決定の具体例。

【図10】蓄電ユニットの制御パラメータの決定の具体例。

【図11】蓄電ユニットの制御パラメータの決定の具体例。

【図12】蓄電ユニットの制御パラメータの決定の具体例。

【図13】蓄電ユニットの制御パラメータの決定の具体例。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。

【0019】

［対象となる列車］
図１は、本実施形態の蓄電ユニットパラメータ決定装置によって制御パラメータが決定される対象となる列車の一例である。図１に示すように、列車１０は複数の車両１２で編成され、複数の蓄電ユニット２０が分散配置された蓄電池電気車である。各車両１２には、主電動機を制御するインバータ装置や補機用のＳＩＶ（静止形インバータ：Static InVerter）などの負荷１６が搭載されている。なお、列車１０は、パンタグラフ等の集電装置を備えるいわゆるハイブリッド電気車としてもよいが、本実施形態では、集電装置による集電電力は用いず、蓄電ユニット２０の出力電力（放電電力）のみが負荷１６に供給されるものとする。図１は、４両編成の列車１０の例であり、１両目の車両（先頭車両）および３両目の車両に蓄電ユニット２０が配置されている。つまり、列車１０には２台の蓄電ユニット２０が分散配置されている。また、列車１０には、列車全体を引き通す電力の引き通し線１４が設けられており、この引き通し線１４に、蓄電ユニット２０および負荷１６が並列接続されている。

【0020】

図２は、蓄電ユニット２０の構成図である。蓄電ユニット２０は、蓄電媒体２２および電力変換装置２４を有する。蓄電媒体２２は、例えば、リチウムイオンバッテリや鉛蓄電池、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）、リチウムイオンキャパシタ、スーパーキャパシタなどで構成することができる。電力変換装置２４は、例えば、双方向（蓄電媒体２２を充電する充電方向および放電する放電方向）の電力変換動作が可能な昇降圧チョッパなどであり、その電力変換動作を制御する制御部２６や、出力電流ＩＳおよび出力電圧ＶＳを検出するセンサー等を有する。

【0021】

図３は、制御部２６による電力変換動作の制御の概要図である。図３は、横軸を蓄電ユニット２０の出力電流ＩＳ（放電時を正値とする）、縦軸を蓄電ユニット２０の出力電圧ＶＳとして、出力電流ＩＳと出力電圧ＶＳとの関係である充放電特性を示している。制御部２６は、出力電流ＩＳの増加とともに、出力電圧ＶＳが直線的に低下する垂下特性を有するように、電力変換装置２４の電力変換動作を制御する。この充放電特性における出力電流ＩＳがゼロのときの出力電圧ＶＳに相当する無負荷送り出し電圧ＥＳ、および、充放電特性を表す直線の傾きに相当する等価内部抵抗ＲＳが、蓄電ユニット２０の充放電特性を定める制御パラメータである。換言すると、制御部２６は、無負荷送り出し電圧ＥＳおよび等価内部抵抗ＲＳを制御用の設定値（制御パラメータ）として用いて、電力変換装置２４の動作を制御する。蓄電ユニットパラメータ決定装置は、同じ列車１０に搭載されている蓄電ユニット２０それぞれの出力電流ＩＳを均衡させるように、各蓄電ユニット２０の制御パラメータを決定する。

【0022】

［制御パラメータの決定方法］
蓄電ユニットパラメータ決定装置による蓄電ユニット２０の制御パラメータの決定方法を説明する。前提として、対象とする列車１０の編成が決まり、蓄電ユニット２０および負荷１６がどの車両に配置されているかといった蓄電ユニット２０および負荷１６の配置車両が決まっているとする。

【0023】

図４は、蓄電ユニット２０および負荷１６の配置車両に基づく列車１０の電気的な等価回路の一例であり、図１に例示した列車１０についての等価回路である。図４に示すように、列車１０の車両配置に基づく等価回路は、各車両１２の蓄電ユニット２０および負荷１６が、車両間の引き通し線１４の配線抵抗Ｒを介して並列接続された回路となる。蓄電ユニット２０は、制御パラメータである無負荷送り出し電圧ＥＳ、および、等価内部抵抗ＲＳの直列回路で表される。ｊ両目（ｊ＝１，・・，Ｎ：Ｎは編成両数）の車両に配置されている蓄電ユニット２０の制御パラメータを、添え字ｊを用いて、無負荷送り出し電圧ＥＳ_ｊ、および、等価内部抵抗ＲＳ_ｊ、と表記する。負荷１６は、負荷電流ＩＬの定電流源で表される。ｊ両目の車両に配置されている負荷１６の負荷電流ＩＬを、添え字ｊを用いて、負荷電流ＩＬ_ｊ、と表記する。

【0024】

蓄電ユニット２０の制御パラメータの決定にあたり、初期条件として、車両間の引き通し線１４の配線抵抗Ｒ、および、異なる負荷条件それぞれでの各負荷１６の負荷電流ＩＬ、が与えられる。配線抵抗Ｒは、引き通し線１４の種類や配線長、車両間連結を伴う場合には連結回路の設計値、等に応じて定まる値である。隣り合うｊ両目の車両と（ｊ＋１）両目の車両との間の配線抵抗Ｒを、添え字ｊを用いて、配線抵抗Ｒ_{ｊ（ｊ＋１）}、と表記する。

【0025】

負荷１６は列車１０の走行に応じて変動し、負荷１６の変動によって負荷電流ＩＬも変動する。本実施形態では、負荷条件を、軽負荷条件および重負荷条件の２つとする。軽負荷条件は、列車全体として負荷が最も軽いときの負荷条件であり、例えば、列車１０が停止して主電動機が停止しているときである。重負荷条件は、列車全体としての負荷が最も重いときの負荷条件であり、例えば、列車１０の最大力行時である。軽負荷条件での各負荷１６の負荷電流ＩＬ_ｊを、添え字αを用いて、負荷電流ＩＬ_ｊα、と表記し、重負荷条件での各負荷１６の負荷電流ＩＬ_ｊを、添え字βを用いて、負荷電流ＩＬ_ｊβ、と表記する。蓄電ユニットパラメータ決定装置は、負荷電流ＩＬが異なる負荷条件の何れにおいても各蓄電ユニット２０の出力電流ＩＳが均衡するように、各蓄電ユニット２０の制御パラメータを決定する。

【0026】

具体的な決定方法としては、先ず、負荷条件毎に、当該負荷条件での負荷電流ＩＬに基づいて、蓄電ユニット１台当たりの目標放電電流を算出する。具体的には、各蓄電ユニット２０の出力電流ＩＳを均衡させるために、目標放電電流として、式（１）に示すように、負荷電流ＩＬの総和を蓄電ユニット２０の台数Ｎ_ｓで平均した目標出力電流ＩＳ_ａｖｅを算出する。この式（１）は、列車１０の等価回路において、共通のグランド線ＧＮＤを１つの接続点とみなしてキルヒホッフの電流則を適用することで導くことができる。すなわち、負荷条件毎に各負荷１６の負荷電流ＩＬが異なるから、軽負荷条件での負荷電流ＩＬ_ｊαを平均した目標出力電流ＩＳ_ａｖｅαと、重負荷条件での負荷電流ＩＬ_ｊβを平均した目標出力電流ＩＳ_ａｖｅβとを算出する。

【数1】

【0027】

このように、負荷条件それぞれについて、蓄電ユニット２０の目標出力電流ＩＳ_ａｖｅα，ＩＳ_{ｓａｖｅβ}が決まると、等価回路全体での電流分布が決まることから、車両間の引き通し線１４の配線抵抗Ｒによる電圧降下が求められることになる。

【0028】

次いで、列車１０の等価回路において、隣り合う２つの蓄電ユニット２０に係る部分等価回路にキルヒホッフの電圧則を適用することで、次式（２）が導ける。具体的には、図５に示すように、隣り合う２つの蓄電ユニット２０として、ｊ両目の車両１２ｊに配置されている蓄電ユニット２０ｊと、ｋ両目の車両１２ｋに配置されている蓄電ユニット２０ｋとを含む部分等価回路である閉ループＬＰを定め、この閉ループＬＰにキルヒホッフの電圧則を適用することで、次式（２）が導かれる。すなわち、負荷条件毎に等価回路の電流分布が異なるから、軽負荷条件での式（２ａ）と、重負荷条件での式（２ｂ）とが導かれる。

【数2】

【0029】

式（２）において、左辺は、蓄電ユニット２０ｊ，２０ｋそれぞれの出力電流ＩＳ_ｊ，ＩＳ_ｋが当該負荷条件での目標出力電流ＩＳ_ａｖｅα，ＩＳ_ａｖｅβであるときの蓄電ユニット２０ｊ，２０ｋの出力電圧ＶＳ_ｊ，ＶＳ_ｋの差分を表し、右辺は、ｊ両目の車両１２ｊとｋ両目の車両１２ｋとの間の引き通し線１４の配線抵抗Ｒにおける電圧降下の総和を表している。

【0030】

蓄電ユニット２０ｊ，２０ｋの制御パラメータである無負荷送り出し電圧ＥＳ_ｊ，ＥＳ_ｋの差、および、等価内部抵抗ＲＳ_ｊ，ＲＳ_ｋの差を、式（３）のように置き換え、また、負荷条件それぞれでの車両１２ｊ，１２ｋ間の引き通し線１４の配線抵抗Ｒの電圧降下の総和（式（２）の右辺に相当）を車両間電圧降下ｄ_ｊｋ、と表記することで、式（２）は、式（４）のように表記することができる。

【数3】

【数4】

【0031】

そして、式（４）を連立方程式とすることで、軽負荷条件および重負荷条件の両方の負荷条件を満たす蓄電ユニット２０ｊ，２０ｋそれぞれの制御パラメータの関係を表す次式（５）が求められる。

【数5】

【0032】

つまり、隣り合う２つの蓄電ユニット２０ｊ，２０ｋそれぞれの制御パラメータの関係として、無負荷送り出し電圧ＥＳ_ｊ，ＥＳ_ｋの差ｅ_ｊｋ、および、等価内部抵抗ＲＳ_ｊ，ＲＳ_ｋの差ｒ_ｊｋが、異なる負荷条件（軽負荷条件および重負荷条件）それぞれでの、目標出力電流ＩＳ_ａｖｅα，ＩＳ_ａｖｅβ、および、車両１２ｊ，１２ｋ間の配線抵抗Ｒによる車両間電圧降下ｄ_ｊｋα，ｄ_ｊｋβ、によって表されることを示している。従って、式（５）を用いることで、何れか１台の蓄電ユニット２０の制御パラメータＥＳ，ＲＳが与えられると、それに隣り合う蓄電ユニット２０の制御パラメータＥＳ，ＲＳが決まる。これを順次繰り返すことで、全ての蓄電ユニット２０の制御パラメータＥＳ，ＲＳを決定することができる。

【0033】

なお、隣り合う蓄電ユニット２０の制御パラメータＥＳ，ＲＳは、相対的な関係が求まるに留まる。任意の蓄電ユニット２０について制御パラメータＥＳ，ＲＳの値（初期値）を与えることで、他の蓄電ユニットの制御パラメータＥＳ，ＲＳが確定する。制御パラメータＥＳ，ＥＲの初期値を与える１台目の蓄電ユニット２０は、何れでもよい。また、１台目の蓄電ユニット２０の制御パラメータＥＳ，ＲＳは任意である。ただし、蓄電ユニット２０の出力電圧Ｖの変動範囲が、負荷１６の許容電圧範囲となるように与えるものとする。具体的には、例えば、図６に示すように、蓄電ユニット２０の充放電特性において、重負荷のときの出力電流（放電電流となる）ＩＳに対応する最大出力電圧と、回生最大時の出力電流（充電電流となる）ＩＳに対応する最小出力電圧との範囲である出力電圧Ｖの変動範囲が、負荷１６の許容電圧範囲に収まるように、充放電特性を表す直線の傾きである等価内部抵抗ＲＳを定める。また、無負荷送り出し電圧ＥＳについては、負荷１６の定格入力電圧付近となるように定める。

【0034】

制御パラメータＥＳ，ＥＲの初期値を与える１台目の蓄電ユニット２０の選択方法としては、次の方法が考えられる。すなわち、列車の最も末端寄り（先頭車両寄り、或いは、最後尾車両寄り）の蓄電ユニット２０を、初期値を与える蓄電ユニット２０とする方法が１つである。この場合、予め初期値を与えておき、先頭車両寄りから順番に隣り合う蓄電ユニット２０の制御パラメータＥＳ，ＲＳを決定していくのであれば、制御パラメータＥＳ，ＲＳの相対値を算出する課程で、順番に各蓄電ユニット２０の制御パラメータＥＳ，ＲＳの値を算定することができる。

【0035】

他の方法として、全ての蓄電ユニット２０の制御パラメータＥＳ，ＲＳの相対値を算出した後に、制御パラメータＥＳ，ＲＳの中央値或いは中央値近傍を取る蓄電ユニット２０を、制御パラメータＥＳ，ＥＲの初期値を与える１台目の蓄電ユニット２０として選択する方法が考えられる。この場合、制御パラメータＥＳ，ＲＳの初期値よりも低い値が設定される蓄電ユニット２０もあれば、高い値が設定される蓄電ユニット２０もあるが、制御パラメータＥＳ，ＲＳのバラツキの中央値が初期値となる。

【0036】

また、上述した初期値は、予め設定しておくことができる。その場合、上述した２つの選択方法の何れの場合であっても、全ての蓄電ユニット２０の制御パラメータＥＳ，ＲＳの相対値を算出することをもって、全ての蓄電ユニット２０の制御パラメータＥＳ，ＲＳの値を算定することとなる。

【0037】

[機能構成]
図７は、蓄電ユニットパラメータ決定装置１の機能構成例である。図７に示すように、蓄電ユニットパラメータ決定装置１は、操作部１０２と、表示部１０４と、音出力部１０６と、通信部１０８と、処理部２００と、記憶部３００とを備えて構成され、一種のコンピュータシステムとして実現される。なお、蓄電ユニットパラメータ決定装置１は、１台のコンピュータで実現してもよいし、複数台のコンピュータを接続して構成することとしてもよい。

【0038】

操作部１０２は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等の入力装置で実現され、なされた操作に応じた操作信号を処理部２００に出力する。表示部１０４は、例えばフラットパネルディスプレイやタッチパネル等の表示装置で実現され、処理部２００からの表示信号に基づく各種表示を行う。音出力部１０６は、例えばスピーカ等の音出力装置で実現され、処理部２００からの音信号に基づく各種音出力を行う。通信部１０８は、例えば無線通信モジュールやルータ、モデム、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路等で実現される通信装置であり、所与の通信ネットワークに接続して外部装置とのデータ通信を行う。

【0039】

処理部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の演算装置や演算回路で実現されるプロセッサーであり、記憶部３００に記憶されたプログラムやデータ、操作部１０２や通信部１０８からの入力データ等に基づいて、蓄電ユニットパラメータ決定装置１の全体制御を行う。また、処理部２００は、機能的な処理ブロックとして、設定部２０２と、決定部２０４とを有する。処理部２００が有するこれらの各機能部は、処理部２００がプログラムを実行することでソフトウェア的に実現することも、専用の演算回路で実現することも可能である。本実施形態では、前者のソフトウェア的に実現することとして説明する。

【0040】

設定部２０２は、負荷１６および蓄電ユニット２０の配置車両と、引き通し線１４の車両間の配線抵抗Ｒと、異なる負荷条件毎の負荷１６それぞれの負荷電流ＩＬとを設定する。この設定は、例えば、操作部１０２を介した操作入力や、通信部１０８を介した外部入力によって行うことができる。設定部２０２による設定内容は、初期設定情報３１０として記憶される。

【0041】

決定部２０４は、設定部２０２により設定された、配置車両に基づく等価回路と、配線抵抗Ｒと、負荷条件毎の負荷電流ＩＬとに基づいて、異なる負荷条件において蓄電ユニット２０それぞれの放電電流を均衡させる制御パラメータを決定する。制御パラメータは、蓄電ユニット２０の無負荷送り出し電圧ＥＳ、および、等価内部抵抗ＲＳ、である（図２，図３参照）。

【0042】

具体的には、負荷条件毎に、当該負荷条件での負荷電流ＩＬに基づいて、蓄電ユニット１台当たりの目標放電電流として、負荷電流ＩＬ（ＩＬ_α，ＩＬ_β）の総和を蓄電ユニット２０の台数Ｎｓで平均した目標出力電流ＩＳ_ａｖｅ（ＩＳ_ａｖｅα，ＩＳ_ａｖｅβ）を算出する。目標出力電流ＩＳ_ａｖｅは、式（１）で与えられる。蓄電ユニットの目標出力電流ＩＳ_ａｖｅ（ＩＳ_ａｖｅα，ＩＳ_ａｖｅβ）が決まることで、引き通し線１４の配線抵抗Ｒを含む等価回路全体の電流分布が決まり、負荷条件毎に、当該負荷条件での負荷電流ＩＬおよび配線抵抗Ｒに基づいて引き通し線１４の車両間の電圧降下を算出することができる。

【0043】

次いで、所与の対象蓄電ユニット群に係る部分等価回路と、負荷条件毎の目標放電電流および電圧降下とに基づいて、当該対象蓄電ユニット群に含まれる各蓄電ユニットの制御パラメータの関係を算出することで、蓄電ユニットそれぞれの制御パラメータを決定する。すなわち、隣り合う２つの蓄電ユニット２０ｊ，２０ｋを対象蓄電ユニット群とし、２つの蓄電ユニット２０ｊ，２０ｋそれぞれの制御パラメータの関係を表す式（５）から、２つの蓄電ユニット２０ｊ，２０ｋそれぞれの制御パラメータである無負荷送り出し電圧ＥＳ_ｊ，ＥＳ_ｋ、および、等価内部抵抗ＲＳ_ｊ，ＲＳ_ｋを算出する。また、対象蓄電ユニット群とする隣り合う２つの蓄電ユニット２０の組み合わせを変えることで、全ての蓄電ユニット２０間の制御パラメータの相対的な関係を算出し、これにより、全ての蓄電ユニット２０の制御パラメータＥＳ，ＲＳを算出することができる。決定部２０４が決定した各蓄電ユニット２０の制御パラメータは、制御パラメータ情報３２０として記憶される。

【0044】

記憶部３００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のＩＣ（Integrated Circuit）メモリやハードディスク等の記憶装置で実現され、処理部２００が蓄電ユニットパラメータ決定装置１を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部２００の作業領域として用いられ、処理部２００が実行した演算結果や、操作部１０２や通信部１０８からの入力データ等が一時的に格納される。本実施形態では、記憶部３００には、蓄電ユニットパラメータ決定プログラム３０２と、初期設定情報３１０と、制御パラメータ情報３２０とが記憶される。

【0045】

蓄電ユニットパラメータ決定プログラム３０２は、処理部２００が読み出して実行することで、上述の決定方法により、複数車両で編成される列車において引き通し線に接続されて分散配置された負荷および蓄電ユニットのうちの蓄電ユニットそれぞれの放電特性を定める制御パラメータを決定する処理を実現するためのプログラムである。

【0046】

［決定結果］
次に、本実施形態の蓄電ユニット２０の制御パラメータの決定方法による３つの具体例を示す。何れの具体例も、図１に例示した構成の列車を対象としている。つまり、４両編成の列車において、２つの蓄電ユニット２０が、１両目の車両と３両目の車両とに分散配置されている。なお、簡単のため、２両目の車両と４両目の車両とに負荷１６が配置され、１両目の車両と３両目の車両には負荷１６は配置されていないとした。また、蓄電ユニット２０の出力電流ＩＳに不均衡が生じる比較例を示し、この比較例に対して、本実施形態の決定方法により蓄電ユニット２０の制御パラメータを決定している。

【0047】

図８，図９は、１つ目の具体例である。図８は、比較例である。この比較例では、蓄電ユニット２０それぞれの制御パラメータ（無負荷送り出し電圧ＥＳ_１，ＥＳ_３、等価内部抵抗ＲＳ_１、ＲＳ_３）が同じであり、車両間の配線抵抗Ｒ（Ｒ_１２，Ｒ_２３，Ｒ_３４）、および、負荷電流ＩＬ（ＩＬ_２，ＩＬ_４）が均等に分布している。しかし、蓄電ユニット２０の出力電流ＩＳ_１，ＩＳ_３が異なっており、出力電流ＩＳに不均衡が生じている。

【0048】

図９は、図８の比較例に対して、本実施形態の決定方法により蓄電ユニットの制御パラメータを決定した結果である。制御パラメータの決定にあたり、負荷条件は、負荷１６が設置された２両目および４両目の車両の負荷電流ＩＬ_２，ＩＬ_４をともに４５０Ａとした重負荷条件、および、負荷１６が設置された２両目および４両目車両の負荷電流ＩＬ_２，ＩＬ_４をともに３０Ａとした軽負荷条件、とした。

【0049】

図９（１）は、重負荷条件での各部の電圧電流分布を示し、図９（２）は、軽負荷条件での各部の電圧電流分布を示している。図９の決定結果を図８の比較例と比較すると、２つの蓄電ユニット２０それぞれの制御パラメータ（無負荷送り出し電圧ＥＳ_１，ＥＳ_３、等価内部抵抗ＲＳ_１、ＲＳ_３）のうち、３両目の蓄電ユニット２０の等価内部抵抗ＲＳ_３が比較例とは異なる値に決定されており、それ以外の値は同じである。これにより、重負荷条件（図９（１））、および、軽負荷条件（図９（２））の何れの負荷条件においても、蓄電ユニット２０それぞれの出力電流ＩＳ_１，ＩＳ_３が等しくなり、出力電流ＩＳが均衡している。

【0050】

図１０，図１１は、２つ目の具体例である。図１０は、上述の１つ目の比較例（図９参照）において、車両間の配線抵抗が異なるようにした比較例である。すなわち、蓄電ユニット２０それぞれの制御パラメータ（無負荷送り出し電圧ＥＳ_１，ＥＳ_３、等価内部抵抗ＲＳ_１、ＲＳ_３）が同じであり、負荷電流ＩＬ（ＩＬ_２，ＩＬ_４）は均等に分布しているが、車両間の配線抵抗Ｒ（Ｒ_１２，Ｒ_２３，Ｒ_３４）が異なっている。その結果、蓄電ユニット２０の出力電流ＩＳ_１，ＩＳ_３が異なっており、出力電流ＩＳに不均衡が生じている。また、この出力電流ＩＳ_１，ＩＳ_３の不均衡は、上述の１つ目の比較例（図９参照）よりも増大している。

【0051】

図１１は、図１０の比較例に対して、本実施形態の決定方法により蓄電ユニットの制御パラメータを決定した結果である。制御パラメータの決定にあたり、負荷条件は、上述の１つ目の具体例と同様に、負荷１６が設置された２両目および４両目の車両の負荷電流ＩＬ_２，ＩＬ_４をともに４５０Ａとした重負荷条件、および、負荷１６が設置された２両目および４両目車両の負荷電流ＩＬ_２，ＩＬ_４をともに３０Ａとした軽負荷条件、とした。

【0052】

図１１（１）は、重負荷条件での各部の電圧電流分布を示し、図１１（２）は、軽負荷条件での各部の電圧電流分布を示している。図１１の決定結果を図１０の比較例と比較すると、２つの蓄電ユニット２０それぞれの制御パラメータ（無負荷送り出し電圧ＥＳ_１，ＥＳ_３、等価内部抵抗ＲＳ_１、ＲＳ_３）のうち、３両目の蓄電ユニット２０の等価内部抵抗ＲＳ_３が比較例とは異なる値に決定されており、それ以外の値は同じである。これにより、重負荷条件（図１１（１））、および、軽負荷条件（図１１（２））の何れの負荷条件においても、蓄電ユニット２０それぞれの出力電流ＩＳ_１，ＩＳ_３が等しくなり、出力電流ＩＳが均衡している。

【0053】

図１２，図１３は、３つ目の具体例である。図１２（ａ）は、上述の１つ目の比較例（図９参照）において、負荷が異なるようにした比較例である。すなわち、蓄電ユニット２０それぞれの制御パラメータ（無負荷送り出し電圧ＥＳ_１，ＥＳ_３、等価内部抵抗ＲＳ_１、ＲＳ_３）が同じであり、車両間の配線抵抗Ｒ（Ｒ_１２，Ｒ_２３，Ｒ_３４）は均等に分布しているが、負荷電流ＩＬ（ＩＬ_２，ＩＬ_４）が異なっている。その結果、蓄電ユニット２０の出力電流ＩＳ_１，ＩＳ_３が異なっており、出力電流ＩＳに不均衡が生じている。また、この出力電流ＩＳ_１，ＩＳ_３の不均衡は、上述の１つ目の比較例（図９参照）よりも増大している、

【0054】

図１３は、図１２の比較例に対して、本実施形態の決定方法により蓄電ユニットの制御パラメータを決定した結果である。制御パラメータの決定にあたり、負荷条件は、上述の１つ目および２つ目の具体例とは異なり、負荷１６が設置された２両目および４両目の車両の負荷電流ＩＬ_２，ＩＬ_４をそれぞれ３００Ａ，６００Ａとした重負荷条件、および、負荷１６が設置された２両目および４両目車両の負荷電流ＩＬ_２，ＩＬ_４をともに３０Ａとした軽負荷条件、とした。

【0055】

図１３（１）は、重負荷条件での各部の電圧電流分布を示し、図１３（２）は、軽負荷条件での各部の電圧電流分布を示している。図１３の決定結果を図１２の比較例と比較すると、２つの蓄電ユニット２０それぞれの制御パラメータ（無負荷送り出し電圧ＥＳ_１，ＥＳ_３、等価内部抵抗ＲＳ_１、ＲＳ_３）のうち、３両目の蓄電ユニット２０の等価内部抵抗ＲＳ_３が比較例とは異なる値に決定されており、それ以外の値は同じである。これにより、重負荷条件（図１３（１））、および、軽負荷条件（図１３（２））の何れの負荷条件においても、蓄電ユニット２０それぞれの出力電流ＩＳ_１，ＩＳ_３が等しくなり、出力電流ＩＳが均衡している。

【0056】

［作用効果］
このように、本実施形態によれば、複数の蓄電ユニット２０が搭載された列車１０において、各蓄電ユニット２０の出力電流（放電電流）ＩＳの不均衡を解消することができる。つまり、負荷１６および蓄電ユニット２０が何れの車両１２に配置されているかといった配置車両と、車両間の引き通し線１４の配線抵抗Ｒと、異なる負荷条件毎の負荷電流ＩＬとから、異なる負荷条件において蓄電ユニット２０それぞれの放電電流を均衡させるような制御パラメータが決定される。そして、このように決定された制御パラメータにより蓄電ユニット２０を制御することで、列車１０に分散配置された各蓄電ユニット２０の出力電流ＩＳの不均衡を解消することができる。蓄電ユニット２０の充放電特性は、出力電流（放電電流）ＩＳと出力電圧（放電電圧）ＶＳとが直線関係となるように定められる。列車１０の走行に応じて負荷１６は変動するが、異なる負荷条件において各蓄電ユニット２０の出力電流ＩＳが均衡するように制御パラメータを決定することで、負荷条件以外の負荷であっても、蓄電ユニット２０それぞれの出力電流ＩＳをほぼ均衡させることが可能である。

【0057】

なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

【符号の説明】

【0058】

１０…列車
１２…車両
１４…引き通し線
１６…負荷
２０…蓄電ユニット
２２…蓄電媒体、２４…電力変換装置、２６…制御部
１…蓄電ユニットパラメータ決定装置
２００…処理部
２０２…設定部、２０４…決定部
３００…記憶部
３０２…蓄電ユニットパラメータ決定プログラム
３１０…初期設定情報、３２０…制御パラメータ情報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】