特許 7453836 蓄電池制御装置、指令値算出装置および制御方法

(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】2024-03-12

(45)【発行日】2024-03-21

(54)【発明の名称】蓄電池制御装置、指令値算出装置および制御方法

(51)【国際特許分類】

   B60L 58/18 20190101AFI20240313BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20240313BHJP

   B60L 15/36 20060101ALI20240313BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20240313BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240313BHJP

【ＦＩ】

B60L58/18

B60L50/60

B60L15/36

B60L9/18 A

H02J7/00 302C

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020069339

(22)【出願日】2020-04-07

(65)【公開番号】P2021166446

(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】門脇 悟志

(72)【発明者】

【氏名】田口 義晃

(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】特開２００８－０２９１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２２０９０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ ５８／１８

Ｂ６０Ｌ ５０／６０

Ｂ６０Ｌ ５８／１２

Ｂ６０Ｌ １５／３６

Ｂ６０Ｌ ９／１８

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電媒体および当該蓄電媒体の充放電を制御する蓄電池制御装置を有する蓄電ユニットが、複数車両で編成される列車において分散配置され、且つ、当該列車の引き通し線に接続されることで、当該列車の負荷に各蓄電ユニットの電力を融通可能な電力融通システムを構成する前記蓄電池制御装置であって、
当該蓄電池制御装置（以下「自装置」という）に係る蓄電ユニットの出力電圧に基づいて電流指令値を生成する指令値生成手段と、
自装置以外の他の前記蓄電池制御装置（以下「他装置」という）それぞれから、当該他装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「他装置制御媒体」という）の出力電圧の情報を取得する取得手段と、
自装置の制御対象である前記蓄電媒体の出力電圧のほうが他装置制御媒体それぞれの出力電圧よりも高い場合には、他装置制御媒体それぞれの出力電圧よりも低い場合に比べて、前記電流指令値を大きくするように調整する調整手段と、
前記調整手段により調整された電流指令値に基づいて、自装置に係る蓄電ユニットからの放電電力を制御する制御手段と、
を備えた蓄電池制御装置。

【請求項2】

蓄電媒体および当該蓄電媒体の充放電を制御する蓄電池制御装置を有する蓄電ユニットが、複数車両で編成される列車において分散配置され、且つ、当該列車の引き通し線に接続されることで、当該列車の負荷に各蓄電ユニットの電力を融通可能な電力融通システムを構成する前記蓄電池制御装置であって、
当該蓄電池制御装置（以下「自装置」という）に係る蓄電ユニットの出力電圧に基づいて電流指令値を生成する指令値生成手段と、
自装置以外の他の前記蓄電池制御装置（以下「他装置」という）それぞれから、当該他装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「他装置制御媒体」という）の出力電圧の情報を取得する取得手段と、
自装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「自装置制御媒体」という）の出力電圧と、他装置制御媒体それぞれの出力電圧とに基づいて基準電圧を算出し、当該基準電圧と自装置制御媒体の出力電圧とを比較して前記電流指令値の増減を決定することで、前記電流指令値を調整する調整手段と、
前記調整手段により調整された電流指令値に基づいて、自装置に係る蓄電ユニットからの放電電力を制御する制御手段と、
を備えた蓄電池制御装置。

【請求項3】

蓄電媒体および当該蓄電媒体の充放電を制御する蓄電池制御装置を有する蓄電ユニットが、複数車両で編成される列車において分散配置され、且つ、当該列車の引き通し線に接続されることで、当該列車の負荷に各蓄電ユニットの電力を融通可能な電力融通システムを構成する前記蓄電池制御装置であって、
当該蓄電池制御装置（以下「自装置」という）に係る蓄電ユニットの出力電圧に基づいて電流指令値を生成する指令値生成手段と、
自装置以外の他の前記蓄電池制御装置（以下「他装置」という）それぞれから、当該他装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「他装置制御媒体」という）の出力電圧の情報を取得する取得手段と、
自装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「自装置制御媒体」という）の出力電圧と、他装置制御媒体それぞれの出力電圧とに基づいて、前記電流指令値を調整する調整手段と、
前記調整手段により調整された電流指令値に基づいて、自装置に係る蓄電ユニットからの放電電力を制御する制御手段と、
を備え、
前記調整手段は、他装置それぞれについて、当該他装置に係る前記電流指令値を調整する調整指令値を算出し、
前記調整手段により算出された前記他装置それぞれに係る前記調整指令値を、該当する他装置に出力する指令値出力手段、
を更に備えた蓄電池制御装置。

【請求項4】

蓄電媒体および当該蓄電媒体の充放電を制御する蓄電池制御装置を有する蓄電ユニットが、複数車両で編成される列車において分散配置され、且つ、当該列車の引き通し線に接続されることで、当該列車の負荷に各蓄電ユニットの電力を融通可能な電力融通システムの指令値算出装置であって、
前記蓄電池制御装置は、当該蓄電池制御装置に係る蓄電ユニットの出力電圧に基づいて第１の電流指令値を生成し、当該第１の電流指令値を所与の調整指令値に基づいて調整した第２の電流指令値に基づいて当該蓄電ユニットからの放電電力を制御しており、
前記蓄電池制御装置それぞれから、当該蓄電池制御装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「制御媒体」という）の出力電圧の情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された各制御媒体の出力電圧に基づいて、当該制御媒体の出力電圧のほうが当該制御媒体以外の他の制御媒体の出力電圧よりも高い場合には、他の制御媒体の出力電圧よりも低い場合に比べて、当該制御媒体に係る前記蓄電池制御装置に与える前記調整指令値を大きくするように算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記調整指令値を、該当する前記蓄電池制御装置に出力する指令値出力手段と、
を備えた指令値算出装置。

【請求項5】

蓄電媒体および当該蓄電媒体の充放電を制御する蓄電池制御装置を有する蓄電ユニットが、複数車両で編成される列車において分散配置され、且つ、当該列車の引き通し線に接続されることで、当該列車の負荷に各蓄電ユニットの電力を融通可能な電力融通システムの指令値算出装置であって、
前記蓄電池制御装置は、当該蓄電池制御装置に係る蓄電ユニットの出力電圧に基づいて第１の電流指令値を生成し、当該第１の電流指令値を所与の調整指令値に基づいて調整した第２の電流指令値に基づいて当該蓄電ユニットからの放電電力を制御しており、
前記蓄電池制御装置それぞれから、当該蓄電池制御装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「制御媒体」という）の出力電圧の情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された各制御媒体の出力電圧に基づいて基準電圧を算出し、当該基準電圧と当該制御媒体の出力電圧とを比較して当該制御媒体に係る前記蓄電池制御装置に与える前記調整指令値の増減を決定して当該調整指令値を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記調整指令値を、該当する前記蓄電池制御装置に出力する指令値出力手段と、
を備えた指令値算出装置。

【請求項6】

蓄電媒体および当該蓄電媒体の充放電を制御する蓄電池制御装置を有する蓄電ユニットが、複数車両で編成される列車において分散配置され、且つ、当該列車の引き通し線に接続されることで、当該列車の負荷に各蓄電ユニットの電力を融通可能な電力融通システムの指令値算出装置であって、
前記蓄電池制御装置は、当該蓄電池制御装置に係る蓄電ユニットの出力電圧に基づいて第１の電流指令値を生成し、当該第１の電流指令値を所与の調整指令値に基づいて調整した第２の電流指令値に基づいて当該蓄電ユニットからの放電電力を制御しており、
前記蓄電池制御装置それぞれから、当該蓄電池制御装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「制御媒体」という）の出力電圧の情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された各制御媒体の出力電圧に基づいて、当該制御媒体に係る前記蓄電池制御装置に与える前記調整指令値を、前記蓄電池制御装置毎に算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記蓄電池制御装置毎の前記調整指令値を、該当する前記蓄電池制御装置に出力する指令値出力手段と、
を備えた指令値算出装置。

【請求項7】

蓄電媒体および当該蓄電媒体の充放電を制御する蓄電池制御装置を有する蓄電ユニットが、複数車両で編成される列車において分散配置され、且つ、当該列車の引き通し線に接続されることで、当該列車の負荷に各蓄電ユニットの電力を融通可能な電力融通システムを構成する前記蓄電池制御装置それぞれが実行する制御方法であって、
当該蓄電池制御装置（以下「自装置」という）に係る蓄電ユニットの出力電圧に基づいて電流指令値を生成することと、
自装置以外の他の前記蓄電池制御装置（以下「他装置」という）それぞれから、当該他装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「他装置制御媒体」という）の出力電圧の情報を取得することと、
自装置の制御対象である前記蓄電媒体の出力電圧のほうが他装置制御媒体それぞれの出力電圧よりも高い場合には、他装置制御媒体それぞれの出力電圧よりも低い場合に比べて、前記電流指令値を大きくするように調整することと、
前記調整された電流指令値に基づいて、自装置に係る蓄電ユニットからの放電電力を制御することと、
を含む制御方法。

【請求項8】

蓄電媒体および当該蓄電媒体の充放電を制御する蓄電池制御装置を有する蓄電ユニットが、複数車両で編成される列車において分散配置され、且つ、当該列車の引き通し線に接続されることで、当該列車の負荷に各蓄電ユニットの電力を融通可能な電力融通システムを構成する前記蓄電池制御装置それぞれが実行する制御方法であって、
当該蓄電池制御装置（以下「自装置」という）に係る蓄電ユニットの出力電圧に基づいて電流指令値を生成することと、
自装置以外の他の前記蓄電池制御装置（以下「他装置」という）それぞれから、当該他装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「他装置制御媒体」という）の出力電圧の情報を取得することと、
自装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「自装置制御媒体」という）の出力電圧と、他装置制御媒体それぞれの出力電圧とに基づいて基準電圧を算出し、当該基準電圧と自装置制御媒体の出力電圧とを比較して前記電流指令値の増減を決定することで、前記電流指令値を調整することと、
前記調整された電流指令値に基づいて、自装置に係る蓄電ユニットからの放電電力を制御することと、
を含む制御方法。

【請求項9】

蓄電媒体および当該蓄電媒体の充放電を制御する蓄電池制御装置を有する蓄電ユニットが、複数車両で編成される列車において分散配置され、且つ、当該列車の引き通し線に接続されることで、当該列車の負荷に各蓄電ユニットの電力を融通可能な電力融通システムを構成する前記蓄電池制御装置それぞれが実行する制御方法であって、
当該蓄電池制御装置（以下「自装置」という）に係る蓄電ユニットの出力電圧に基づいて電流指令値を生成することと、
自装置以外の他の前記蓄電池制御装置（以下「他装置」という）それぞれから、当該他装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「他装置制御媒体」という）の出力電圧の情報を取得することと、
自装置の制御対象である前記蓄電媒体の出力電圧と、他装置制御媒体それぞれの出力電圧とに基づいて、前記電流指令値を調整することと、
前記調整された電流指令値に基づいて、自装置に係る蓄電ユニットからの放電電力を制御することと、
自装置の制御対象である前記蓄電媒体の出力電圧と、他装置制御媒体それぞれの出力電圧とに基づいて、他装置それぞれについて、当該他装置に係る前記電流指令値を調整することと、
前記調整された前記他装置それぞれに係る前記電流指令値を、該当する他装置に出力することと、
を含む制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、列車に分散配置される蓄電ユニットの蓄電池制御装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

蓄電媒体およびその充放電を制御する蓄電池制御装置を有する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媒体を充電し、非電化区間では、蓄電媒体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。

【0005】

しかしながら、複数の蓄電ユニットを列車に分散配置して引き通し線で接続する場合、蓄電媒体の電圧の不均衡や車両間の引き通し線の配線抵抗を主要因として、蓄電媒体それぞれの消費エネルギーが不均等になり得る。つまり、蓄電媒体の電圧が不均等である場合、電圧の高い蓄電媒体から優先してエネルギーが消費される。また仮に、蓄電媒体の電圧が均等であっても、車両間の引き通し線の配線抵抗による電圧降下が生じることから、負荷と同じ車両或いは近い車両に搭載された蓄電媒体から優先してエネルギーが消費される。蓄電媒体それぞれの消費エネルギーの不均等は、残存エネルギーの不均等につながる。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寿命がほぼ等しくなることが望ましい。

【0006】

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分散配置された列車において、蓄電ユニットの残存エネルギーの不均等を解消すること、である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための第１の発明は、
蓄電媒体および当該蓄電媒体の充放電を制御する蓄電池制御装置を有する蓄電ユニットが、複数車両で編成される列車において分散配置され、且つ、当該列車の引き通し線に接続されることで、当該列車の負荷に各蓄電ユニットの電力を融通可能な電力融通システムを構成する前記蓄電池制御装置であって、
当該蓄電池制御装置（以下「自装置」という）に係る蓄電ユニットの出力電圧（例えば、図２の「出力電圧Ｖｃｈ」）に基づいて電流指令値を生成する指令値生成手段（例えば、図３のバッテリ電流指令値生成部３１）と、
自装置以外の他の前記蓄電池制御装置（以下「他装置」という）それぞれから、当該他装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「他装置制御媒体」という）の出力電圧の情報を取得する取得手段（例えば、図３のバッテリ電圧取得部３７）と、
自装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「自装置制御媒体」という）の出力電圧（例えば、図２のバッテリ電圧Ｖｂ）と、他装置制御媒体それぞれの出力電圧とに基づいて、前記電流指令値を調整する調整手段（例えば、図３の調整指令値算出部３８）と、
前記調整手段により調整された電流指令値に基づいて、自装置に係る蓄電ユニットからの放電電力を制御する制御手段（例えば、図３の加算器３３）と、
を備えた蓄電池制御装置である。

【0008】

他の発明として、
蓄電媒体および当該蓄電媒体の充放電を制御する蓄電池制御装置を有する蓄電ユニットが、複数車両で編成される列車において分散配置され、且つ、当該列車の引き通し線に接続されることで、当該列車の負荷に各蓄電ユニットの電力を融通可能な電力融通システムを構成する前記蓄電池制御装置それぞれが実行する制御方法であって、
当該蓄電池制御装置（以下「自装置」という）に係る蓄電ユニットの出力電圧に基づいて電流指令値を生成することと、
自装置以外の他の前記蓄電池制御装置（以下「他装置」という）それぞれから、当該他装置の制御対象である前記蓄電媒体（以下「他装置制御媒体」という）の出力電圧の情報を取得することと、
自装置の制御対象である前記蓄電媒体の出力電圧と、他装置制御媒体それぞれの出力電圧とに基づいて、前記電流指令値を調整することと、
前記調整された電流指令値に基づいて、自装置に係る蓄電ユニットからの放電電力を制御することと、
を含む制御方法を構成してもよい。

【0009】

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、各蓄電ユニットの残存エネルギーの不均等を解消することができる。蓄電ユニットそれぞれの蓄電媒体の出力電圧が不均衡である場合、蓄電媒体それぞれの出力電流も不均衡となる。蓄電媒体の出力電圧が均衡している場合であっても、車両間の引き通し線の配線抵抗によって、蓄電媒体それぞれの出力電流が不均衡となり得る。また、放電に伴って蓄電媒体の出力電圧が低下するが、出力電流が大きいほど、消費エネルギーも大きくなることから出力電圧の低下の程度が大きい。このことから、例えば、出力電圧が高いほど電流指令値を大きくするように調整することで、相対的に出力電圧が高い蓄電媒体のエネルギーを優先して消費させるようにし、時間経過に伴って蓄電媒体それぞれの出力電圧および出力電流が均衡して、蓄電媒体それぞれの残存エネルギーの均等化を図ることができる。

【0010】

第２の発明は、第１の発明において、
前記調整手段は、他装置制御媒体それぞれの出力電圧よりも自装置制御媒体の出力電圧のほうが高い場合には、他装置制御媒体それぞれの出力電圧よりも自装置制御媒体の出力電圧のほうが低い場合に比べて、前記電流指令値を大きくするように前記調整を行う、
蓄電池制御装置である。

【0011】

第２の発明によれば、出力電圧の高い蓄電媒体の電流指令値を出力電圧の低い蓄電媒体の電流指令値よりも大きくなるように調整することで、相対的に出力電圧の高い蓄電媒体のエネルギーを優先して消費させることができる。その結果、蓄電媒体それぞれの残存エネルギーの均等化を図ることができる。

【0012】

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記調整手段は、自装置制御媒体の出力電圧および他装置制御媒体それぞれの出力電圧に基づいて基準電圧を算出し、当該基準電圧と自装置制御媒体の出力電圧とを比較して前記電流指令値の増減を決定することで前記調整を行う、
蓄電池制御装置である。

【0013】

第３の発明によれば、蓄電媒体の出力電圧を基準電圧と比較して電流指令値の増減を決定することで調整することができる。これにより、例えば、蓄電媒体の出力電圧が基準電圧より高い場合には電流指令値を増加させるように調整し、低い場合には電流指令値を減少させるように調整することで、相対的に出力電圧の高い蓄電媒体のエネルギーを優先して消費させることができる。その結果、蓄電媒体それぞれの残存エネルギーの均等化を図ることができる。基準電圧は、蓄電ユニットそれぞれの蓄電媒体の出力電圧に基づいて算出し、例えば、蓄電ユニットそれぞれの蓄電媒体の出力電圧の平均電圧とすることができる。

【0014】

第４の発明は、第１～第３の何れかの発明において、
前記調整手段は、他装置それぞれについて、当該他装置に係る前記電流指令値を調整する調整指令値を算出し、
前記調整手段により算出された前記調整指令値を、該当する他装置に出力する指令値出力手段（例えば、図３の調整指令値出力部３９）、
を更に備えた蓄電池制御装置である。

【0015】

第４の発明によれば、列車に分散配置される蓄電ユニットのうちの何れかの蓄電ユニットの蓄電池制御装置が、全ての蓄電ユニットそれぞれの調整指令値を算出して出力することができる。

【0016】

第５の発明は、
蓄電媒体および当該蓄電媒体の充放電を制御する蓄電池制御装置を有する蓄電ユニットが、複数車両で編成される列車において分散配置され、且つ、当該列車の引き通し線に接続されることで、当該列車の負荷に各蓄電ユニットの電力を融通可能な電力融通システムの指令値算出装置であって、
前記蓄電池制御装置は、当該蓄電池制御装置に係る蓄電ユニットの出力電圧に基づいて第１の電流指令値（例えば、図３のバッテリ電流指令値Ｉｂ_ｎｏｍ ^＊）を生成し、当該第１の電流指令値を所与の調整指令値に基づいて調整した第２の電流指令値（例えば、図３のバッテリ電流指令値Ｉｂ^＊）に基づいて当該蓄電ユニットからの放電電力を制御しており、
前記蓄電池制御装置それぞれから、当該蓄電池制御装置の制御対象である前記蓄電媒体の出力電圧の情報を取得する取得手段（例えば、図６のバッテリ電圧取得部３７Ｂ）と、
前記取得手段により取得された各制御媒体の出力電圧に基づいて、当該制御媒体に係る前記蓄電池制御装置に与える前記調整指令値を算出する算出手段（例えば、図６の調整指令値算出部３８Ｂ）と、
前記算出手段により算出された前記調整指令値を、該当する前記蓄電池制御装置に出力する指令値出力手段（例えば、図６の調整指令値出力部３９Ｂ）と、
を備えた指令値算出装置である。

【0017】

第５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、各蓄電ユニットの残存エネルギーの不均等を解消することができる指令値算出装置を実現できる。つまり、第５の発明の指令値算出装置によれば、上述の第１の発明と同様に、蓄電池制御装置それぞれに与える調整指令値を、例えば、出力電圧が高いほど電流指令値を大きくするように調整する値として算出することで、相対的に出力電圧が高い蓄電媒体のエネルギーを優先して消費させるようにし、時間経過に伴って蓄電媒体それぞれの出力電圧および出力電流が均衡して、蓄電媒体それぞれの残存エネルギーの均等化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】蓄電ユニットおよび負荷の分散配置の一例を示す図。

【図2】蓄電ユニットの構成図。

【図3】親装置の制御部の構成例。

【図4】子装置の制御部の構成例。

【図5】制御部の他の構成例。

【図6】指令値算出装置の構成例。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

［適用例］
図１は、列車１０における蓄電ユニット２０および主要負荷の分散配置の一例を示す図である。図１に示すように、本実施形態が適用される列車１０は、複数の車両１２で編成されて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。図１に示す列車１０は６両編成であり、２両目、３両目および５両目の車両１２に蓄電ユニット２０が配置されている。つまり、列車１０には３台の蓄電ユニット２０が分散配置されている。各車両１２には、主電動機を駆動するインバータの制御装置（インバータ制御装置）や補機用のＳＩＶ（静止形インバータ：Static InVerter）などの負荷１８が搭載されている。また、列車１０には、列車全体に電力を引き通す引き通し線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１８が接続されている。つまり、複数の蓄電ユニット２０は、列車１０の引き通し線１４に接続されて列車１０の負荷１８に蓄電ユニット２０の電力を融通可能な電力融通システムを構成している。また、引き通し線１４には、パンタグラフ１６が接続されている。電化区間ではこのパンタグラフ１６を介して電車線から供給される電力で列車１０に係る全ての電力を賄い、蓄電ユニット２０を充電することもできる。しかし、本実施形態は非電化区間に関する。非電化区間では蓄電ユニット２０の蓄電電力で列車１０に係る全ての電力を賄う。

【0021】

図２は、蓄電ユニット２０の構成図である。図２に示すように、蓄電ユニット２０は、蓄電媒体２２と、蓄電池制御装置２４とを有する。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。

【0022】

蓄電池制御装置２４は、電力変換部２６と、制御部２８とを有し、蓄電媒体２２の充放電を制御する。また、不図示であるが、蓄電池制御装置２４は、蓄電媒体２２の出力電圧であるバッテリ電圧Ｖｂおよび出力電流であるバッテリ電流Ｉｂと、蓄電ユニット２０の出力電圧Ｖｃｈとを検出するセンサを有する。電力変換部２６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構成することができる。

【0023】

制御部２８は、電力変換部２６の電力変換動作を制御する。具体的には、バッテリ電流Ｉｂについての指令値であるバッテリ電流指令値Ｉｂ^＊を生成し、この電流指令値Ｉｂ^＊をバッテリ電流Ｉｂに一致させる電流フィードバック制御を行うことで、電力変換部２６の電力変換動作を制御する。また、蓄電ユニット２０それぞれの制御部２８は、有線の通信回線Ｃを介して互いに通信可能に接続されている。制御部２８は、通信回線Ｃを介して他の蓄電ユニット２０それぞれの蓄電媒体２２のバッテリ電圧Ｖｂを取得し、自ユニットを含む蓄電ユニット２０それぞれの蓄電媒体２２のバッテリ電圧Ｖｂに基づいて電流指令値Ｉｂ^＊を調整し、調整した電流指令値Ｉｂ^＊に基づいて、電力変換部２６の電力変換動作を制御する。

【0024】

本実施形態では、列車１０に搭載されている複数の蓄電ユニット２０のうち、何れかの蓄電ユニット２０の蓄電池制御装置２４が親装置とされ、それ以外の蓄電ユニット２０の蓄電池制御装置２４が子装置とされる。そして、親装置の制御部２８が、子装置それぞれの制御部２８から当該子装置の制御対象である蓄電媒体２２（他装置制御媒体）のバッテリ電圧Ｖｂを取得し、取得した子装置それぞれのバッテリ電圧Ｖｂ、および、自装置の制御対象である蓄電媒体２２（自装置制御媒体）のバッテリ電圧Ｖｂに基づいて、バッテリ電流指令値Ｉｂ^＊を調整するための調整指令値を、自装置を含む蓄電池制御装置２４別に算出し、算出した調整指令値を対応する制御部２８に出力する。子装置の制御部２８は、自装置の蓄電媒体２２のバッテリ電圧Ｖｂを親装置へ出力する。そして、親装置からの調整指令値を乗算することで、自装置で算出したバッテリ電流指令値Ｉｂ^＊を調整する。

【0025】

調整指令値は、次のように算出する。先ず、基準電圧として、式（１）に示すように、蓄電ユニット２０ｊ（ｊ＝１，２，・・，Ｎ）それぞれのバッテリ電圧Ｖｂ_ｊの総和を蓄電ユニット２０の台数Ｎで平均した平均バッテリ電圧Ｖｂ_ａｖｅを算出する。

【数1】

【0026】

次いで、式（２）に示すように、この平均バッテリ電圧Ｖｂ_ａｖｅに対する蓄電ユニット２０ｊのバッテリ電圧Ｖｂ_ｊの割合を、当該蓄電ユニット２０ｊの調整指令値ｋ_ｊとして算出する。

【数2】

つまり、調整指令値ｋ_ｊは、蓄電ユニット２０ｊそれぞれのバッテリ電圧Ｖｂ_ｊを相対的に比較した比率を示す値となる。蓄電ユニット２０ｊそれぞれのバッテリ電圧Ｖｂ_ｊが同一でない場合には、バッテリ電圧Ｖｂの最も大きい蓄電ユニット２０については調整指令値ｋが最も大きく、必ず「１」より大きい値となり、バッテリ電圧Ｖｂの最も小さい蓄電ユニット２０については調整指令値ｋが最も小さく、必ず「１」より小さい（「０」よりは大きい）値となる。

【0027】

そして、蓄電ユニット２０それぞれの制御部２８が、自装置で算出したバッテリ電流指令値Ｉｂ_ｎｏｍ ^＊に当該蓄電ユニット２０についての調整指令値ｋを乗算して調整することで、バッテリ電圧Ｖｂが相対的に高い蓄電ユニット２０についてはバッテリ電流指令値Ｉｂ^＊が大きくなるように調整され、逆に、バッテリ電圧Ｖｂが相対的に低い蓄電ユニット２０についてはバッテリ電流指令値Ｉｂ^＊が小さくなるように調整される。

【0028】

蓄電媒体２２の放電によってバッテリ電圧Ｖｂが低下するが、バッテリ電流Ｉｂが大きいほど消費エネルギーが大きくバッテリ電圧Ｖｂの低下の程度が大きくなることから、時間経過に伴い、蓄電ユニット２０それぞれの蓄電媒体２２のバッテリ電圧Ｖｂが均衡してゆくことになる。つまり、蓄電媒体２２の残存エネルギーが均等化されることになる。

【0029】

言い換えれば、蓄電ユニット２０の制御部２８は、他の蓄電ユニット２０のバッテリ電圧Ｖｂよりも自ユニットのバッテリ電圧Ｖｂのほうが高い場合には、他の蓄電ユニット２０のバッテリ電圧Ｖｂよりも自ユニットのバッテリ電圧Ｖｂのほうが低い場合に比べて、バッテリ電流指令値Ｉｂ^＊を大きくするように調整を行っている、といえる。また、基準電圧である平均バッテリ電圧Ｖｂ_ａｖｅと、自ユニットのバッテリ電圧Ｖｂとを比較して、バッテリ電流指令値Ｉｂ^＊の増減を決定することで調整を行っている、ともいえる。また、このバッテリ電流指令値Ｉｂ^＊の増減の程度は、基準電圧である平均バッテリ電圧との差に応じた程度となる。

【0030】

［制御部］
図３は、制御部２８の構成を示すブロック図であり、蓄電池制御装置２４が親装置である場合の構成例を示している。図３に示すように、親装置である蓄電池制御装置２４の制御部２８は、バッテリ電流指令値生成部３１と、乗算器３２，３５と、加算器３３と、ＰＩ制御器３４と、ゲートパルス生成部３６と、バッテリ電圧取得部３７と、調整指令値算出部３８と、調整指令値出力部３９と、調整実行判定部４０とを有する。

【0031】

バッテリ電流指令値生成部３１は、バッテリ電流指令値Ｉｂ_ｎｏｍ ^＊を生成する。具体的には、例えば、負荷１８が必要としている電圧（負荷電圧）に応じて決まる蓄電ユニット２０の出力電圧指令値Ｖｃｈ^＊と、蓄電ユニット２０の出力電圧Ｖｃｈとの偏差ΔＶｃｈに基づいてバッテリ電流指令値Ｉｂ_ｎｏｍ ^＊を生成することができる。このバッテリ電流指令値Ｉｂ_ｎｏｍ ^＊の生成方法は公知の手法を採用することができる。バッテリ電流指令値生成部３１により生成されたバッテリ電流指令値Ｉｂ_ｎｏｍ ^＊は、乗算器３２によって調整指令値ｋが乗算されることで調整されて、バッテリ電流指令値Ｉｂ^＊が生成される。次いで、調整後のバッテリ電流指令値Ｉｂ^＊とバッテリ電流Ｉｂとの偏差ΔＩｂが加算器３３によって算出され、算出された偏差ΔＩｂが、ＰＩ制御器３４により比例積分制御されて出力電圧指令値Ｖｃｈ^＊が生成される。続いて、生成された出力電圧指令値Ｖｃｈ^＊が、加算器３３ｂにより出力電圧Ｖｃｈと乗算されることで、電力変換部２６の通流率γが算出される。そして、ゲートパルス生成部３６は、算出された通流率γに比例したパルス幅を有するパルス信号を生成し、電力変換部２６の各スイッチング素子の制御信号として、電力変換部２６に出力する。

【0032】

バッテリ電圧取得部３７は、他の蓄電ユニット２０の蓄電池制御装置２４である子装置（他装置）から、当該他の蓄電ユニット２０の蓄電媒体２２のバッテリ電圧Ｖｂを取得する。

【0033】

調整指令値算出部３８は、自ユニットを含む蓄電ユニット２０それぞれの蓄電媒体２２のバッテリ電圧Ｖｂに基づき、式（１），（２）に従って、蓄電ユニット２０それぞれについての調整指令値ｋを算出する。自ユニットについての調整指令値ｋは調整実行判定部４０に出力され、他の蓄電ユニット２０についての調整指令値ｋは調整指令値出力部３９に出力される。

【0034】

調整実行判定部４０は、調整指令値ｋを用いたバッテリ電流指令値Ｉｂ^＊の調整を行うか否かを判定する。具体的には、蓄電媒体２２の充放電制御が放電制御である場合には調整を行うと判定し、そうでない場合には調整を行わないと判定する。蓄電媒体２２が放電制御であるか否かは、例えば、バッテリ電流Ｉｂの正負（極性）から判断することができる。或いは、運転台での運転操作が力行時には調整を行うと判定し、そうでない場合には調整を行わないと判定するとしてもよい。これは、バッテリ電流指令値Ｉｂ^＊の調整は、蓄電媒体２２それぞれの消費エネルギーを調整して残存エネルギーの均等化を図るためであるから、蓄電媒体２２の放電時にのみに行うのである。調整を行うと判定した場合には、調整指令値算出部３８により算出された調整指令値ｋをそのまま出力する。行わないと判定した場合には、調整指令値ｋに替えて「１」を出力する、或いは、調整指令値ｋを強制的に「１」として出力する。バッテリ電流指令値Ｉｂ_ｎｏｍ ^＊に「１」を乗算させることで、結果的に調整を行っていないことと同等となる。

【0035】

調整指令値出力部３９は、調整指令値算出部３８によって算出された他の蓄電ユニット２０についての調整指令値ｋを、該当する蓄電ユニット２０の蓄電池制御装置２４に出力する。

【0036】

蓄電池制御装置２４が子装置である場合の制御部２８は、図３における制御ブロックＢＬ１を、図４に示す制御ブロックＢＬ２に置き換えた構成となる。つまり、子装置である蓄電池制御装置２４の制御部２８は、バッテリ電圧取得部３７、調整指令値算出部３８、調整指令値出力部３９に替えて、バッテリ電圧出力部４１、調整指令値取得部４２を有する。バッテリ電圧出力部４１は、自ユニットの蓄電媒体２２のバッテリ電圧Ｖｂを、親装置である蓄電池制御装置２４の制御部２８へ出力する。調整指令値取得部４２は、親装置である蓄電池制御装置２４の制御部２８から、調整指令値ｋを取得する。

【0037】

［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の残存エネルギーの不均等を解消することができる。つまり、何れかの蓄電ユニット２０の蓄電池制御装置２４を親装置とし、それ以外の蓄電ユニット２０の蓄電池制御装置２４を子装置として、親装置が、自ユニットを含む蓄電ユニット２０それぞれの蓄電媒体２２のバッテリ電圧Ｖｂに基づいて蓄電ユニット２０それぞれの調整指令値ｋを算出し、算出した調整指令値ｋを該当する子装置に出力する。そして、蓄電池制御装置２４それぞれは、自装置で算出したバッテリ電流指令値Ｉｂ_ｎｏｍ ^＊に調整指令値ｋを乗算して調整し、調整後のバッテリ電流指令値Ｉｂ^＊を用いて電力変換部２６の電力変換動作を制御する。

【0038】

蓄電ユニット２０それぞれの蓄電媒体２２の出力電圧であるバッテリ電圧Ｖｂが不均衡である場合、蓄電媒体２２それぞれの出力電流であるバッテリ電流Ｉｂも不均衡となる。蓄電媒体２２のバッテリ電圧Ｖｂが均衡している場合であっても、車両間の引き通し線１４の配線抵抗によって蓄電媒体２２それぞれのバッテリ電流Ｉｂが不均衡となり得る。また、放電に伴って蓄電媒体２２のバッテリ電圧Ｖｂが低下するが、バッテリ電流Ｉｂが大きいほど、消費エネルギーも大きくなることからバッテリ電圧Ｖｂの低下の程度が大きい。従って、バッテリ電圧Ｖｂが高いほど電流指令値Ｉｂ^＊を大きくするように調整することで、相対的にバッテリ電圧Ｖｂが高い蓄電媒体２２のエネルギーを優先して消費させるようにし、時間経過に伴って蓄電媒体２２それぞれのバッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ電流Ｉｂが均衡して、蓄電媒体２２それぞれの残存エネルギーの均等化を図ることができる。

【0039】

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。

【0040】

例えば、上述の実施形態では、列車１０に分散配置された蓄電ユニット２０のうちの何れか１台の蓄電池制御装置２４を親装置とし、この親装置が蓄電ユニット２０それぞれの調整指令値ｋを算出して他の蓄電ユニット２０それぞれに出力することにした。

【0041】

これを、蓄電ユニット２０それぞれの蓄電池制御装置２４の制御部２８が、自ユニットの蓄電媒体２２についての調整指令値を算出するようにしてもよい。具体的には、図５に示すように、親装置・子装置の区別なく、蓄電ユニット２０それぞれの蓄電池制御装置２４の制御部２８が、バッテリ電圧出力部４１Ａと、バッテリ電圧取得部３７Ａと、調整指令値算出部３８Ａとを有するように構成する。バッテリ電圧出力部４１Ａは、自ユニットのバッテリ電圧Ｖｂを、他ユニットへ出力する。バッテリ電圧取得部３７Ａは、他ユニットのバッテリ電圧Ｖｂを取得する。調整指令値算出部３８Ａは、自ユニットのバッテリ電圧Ｖｂと、バッテリ電圧取得部３７Ａが取得した他ユニットのバッテリ電圧Ｖｂとに基づき、式（１），（２）に従って自ユニットの調整指令値ｋを算出する。

【0042】

或いは、蓄電ユニット２０それぞれの調整指令値を算出する指令値算出装置を、別装置として列車１０に搭載するとしてもよい。具体的には、図６に示すように、指令値算出装置５０として、バッテリ電圧取得部３７Ｂと、調整指令値算出部３８Ｂと、調整指令値出力部３９Ｂとを有するように構成する。バッテリ電圧取得部３７Ｂは、蓄電ユニット２０それぞれの蓄電池制御装置２４から、バッテリ電圧Ｖｂを取得する。調整指令値算出部３８Ｂは、バッテリ電圧取得部３７Ｂにより取得された蓄電ユニット２０それぞれのバッテリ電圧Ｖｂに基づき、式（１）、（２）に従って、蓄電ユニット２０それぞれについての調整指令値ｋを算出する。調整指令値算出部３８は、調整指令値算出部３８Ｂにより算出された蓄電ユニット２０それぞれの調整指令値を、該当する蓄電ユニット２０の蓄電池制御装置２４に出力する。

【符号の説明】

【0043】

１０…列車
１２…車両
１４…引き通し線
１６…パンタグラフ
１８…負荷（インバータ制御装置、ＳＩＶ）
２０…蓄電ユニット
２２…蓄電媒体
２４…蓄電池制御装置
２６…電力変換部
２８…制御部
３１…バッテリ電流指令値生成部
３７…バッテリ電圧取得部
３８…調整指令値算出部
３９…調整指令値出力部
４０…調整実行判定部
４１…バッテリ電圧出力部
４２…調整指令値取得部
Ｃ…通信回線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】