JP2016181327A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】冬季や寒冷地では蓄電システム内の蓄電装置自体の温度が低下するため、抵抗が増大することになる。このため、蓄電装置自体を加熱することにより、抵抗を低くする試みがある。しかし、単純にヒータ等を用いて加熱する場合、ヒータの設置やそのメンテナンス等に費用がかかることになる。【解決手段】蓄電装置の温度、電圧、電流等を監視し、その充放電等を制御する制御装置を有し、該蓄電装置内の蓄電池の表面温度を計測し、設定した下限温度以下にあった場合に、設定電圧範囲内で短時間の急速充放電（パルス充放電）を行い、蓄電装置の温度を上昇させることができる。蓄電装置の使用期間を延ばし、かつ充放電特性を向上させると共に、加熱のために要する器具等を最小限にすることができる。【選択図】図２

Description

この発明は、電力を貯蔵し放出する蓄電システムに関するものである。

電力貯蔵を目的とした蓄電システムは様々な分野で取り入れられ始め、自動車や電車、エレベータ、スマートグリッドなど採用例は多い。特に、ハイブリッド自動車や電車等の回生エネルギーを蓄電システムに吸収し、必要なときに蓄えた電力を用いて力行を行う用途の場合、瞬間的に大きな電力をやりとりするため、蓄電システムの抵抗値が低いことが望まれる。しかし、冬季や寒冷地では蓄電システム内の蓄電装置自体の温度が低下するため、抵抗が増大することになるので問題となる。

従来技術においては、蓄電装置自体を加熱することにより、抵抗を低くする試みがある。しかし、単純にヒータ等を用いて加熱する場合、ヒータの設置やそのメンテナンス等に費用がかかることになる。そこで、蓄電装置内の電池間で充放電を行うことにより、電池を暖めることが提案されている（特許文献１）。

特開２００８−１４８４０８号公報

しかしながら、従来の特許文献１のような蓄電システムにあっては、蓄電装置内の電池をいくつかの群に分割し、分割した群間で充放電を行うことにより、電池群の温度を上昇させることを行っているが、分割することで制御が複雑になり、時間もかかることから、あまり効率の良くない手法であった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、効率的な蓄電池の温度制御が可能な蓄電システムを得ることを目的としている。

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とするものである。

この発明に係る蓄電システムにおいては、上述のように構成したので、効率的な蓄電池の温度制御が可能な蓄電システムを実現できる。

本発明の実施の形態１による蓄電システムを示す構成図である。 本発明の実施の形態１による蓄電システムの温度制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２による蓄電システムの電圧制御及び温度制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３による蓄電システムの電圧制御及び温度制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３による蓄電システムの電圧制御及び温度制御の処理手順の他の一例を示すフローチャートである。

実施の形態１．
はじめに、この発明の蓄電システムの構成、及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、図は模式的なものであり、機能や構造を概念的に説明するものである。また、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。特記する場合を除いて、蓄電システムの基本構成は全ての実施の形態において共通である。また、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通する。

なお、本発明でいう母線は、例えばハイブリッド自動車や電車等の電気運転に必要な電力を供給するため電力線を意味するが、これらに限られず、電力を貯蔵し放出する蓄電システムと電力をやり取りする電源に接続するための電力線である。

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。

母線１は高圧直流源を意味し、鉄道では直流架線となる。母線１は電流遮断器等２及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を経由して蓄電装置５に接続されている。例えば、図１に示していないが、鉄道車両等の動力から回生電力が母線１に流れて、母線１の電圧値が所定値を超えるとその電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３を経由して蓄電装置５に蓄えることができる。また、鉄道車両等が力行して母線１の電力を消費し、母線１の電圧値が所定値を下回ると蓄電装置５に蓄えた電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３を経由して母線１に戻すことができる。

図１では母線１は高圧直流を示しているが、高圧交流でもよく、その場合にはコンバータ／インバータを経由させることにより直流に変換させる。母線１の電圧値が所定値を超えると蓄電装置５に電力を蓄えようとするが、元が回生電力であるため、短時間に大きい電力量が流れ込むことが多い。

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の温度も低下し、内部抵抗が上昇することになる。

制御装置４は蓄電装置５の温度を所定の時間で測定し、設定した温度下限値を下回ったことを検知したとき、温度制御用充放電の指示を出す。この温度制御用充放電は電圧範囲は通常の蓄電のための充放電と同じ設定でよいが、電流値、充放電時間、充放電間隔、充放電回数は温度制御用充放電専用の設定値を指定する。電流値は低い電流値、（例えばＣレートで言えば、１Ｃ［Ａ］程度）での充放電では温度上昇効果が低いため、効率良く温度を制御するためには高い電流値が望ましく、５Ｃ［Ａ］以上の電流値がより効果的で有り、望ましい。ちなみにＣレートで１Ｃとはその蓄電装置５の定格容量［Ａｈ］を１時間で全て放電できる電流値であり、５Ｃとはその蓄電装置５の定格容量［Ａｈ］を１／５時間で全て放電できる電流値のことを意味する。

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。

充放電時間については５Ｃ以上の大電流を流すため、１分を超える長時間の充放電では、蓄電池の電圧の上限もしくは下限値に近い値に近づくため、これを繰り返すことにより電池劣化の要因になるため、１分以内の短時間の充放電を行うことが望ましい。

例えば、ＳＯＣ５０％の状態から５Ｃの電流での充電を考えると、蓄電池の内部抵抗によって上昇する電圧は異なるが、ほぼいずれの電池においても１分間充電すると単電池の電圧が４．０Ｖを超えてしまうため、上限電圧に近いため、初期からこの充電を繰り返すと劣化をはやめる原因となる。また、長時間の充放電を行うと母線１の電力を多く使うことになるため、母線１の電圧変動が大きくなることになり、母線１の電圧範囲を超えてしまうことにもなる。このため、１分を超える長時間の充放電は好ましくない。

更に蓄電装置内の蓄電池の容量を設計する場合、実際に充放電する電気量もしくは電力量を基準にするが、実際に充放電する電気量もしくは電力量が搭載する蓄電池容量の１０％程度となるようにすることにより、蓄電池への悪影響が抑えられるため、寿命を延ばすことにつながる。このため、例えば５Ｃの電流を流した場合、蓄電池量内の全電気量（１００％）を充放電するには１２分かかる。この１０％となると約１．２分となり、これ以上充放電を行うと電池は劣化しやすくなる可能性がある。電流を５Ｃ以上流した場合はこの時間より短くなるため、ここでは充放電時間を１分以内とした。

充放電間隔については特に限定はしないが、あまり長時間間隔が空くと温まってきたものも冷えてしまうため、間隔は短めが望ましい。１秒以上１０分以内が好ましい。

充放電繰り返し回数についても特に限定はしないが、１回の１分以内の短い充放電では熱量が足りないため、蓄電池の温度上昇量が小さいため、複数回行うことが望ましく、また、外気温によっては回数を重ねないと蓄電装置温度が上昇しきらないことがあるため、そのときの条件により回数は決定されることになる。

温度補正の設定値からのずれ量としては１０℃から３０℃低下した場合には温度補正の制御を行うことが望ましい。

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、所定間隔で検知を継続し、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。

まず、蓄電システム温度検査１０１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。

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、所定間隔休止後にステップ１０６で再度情報収集を開始する。

一方、ステップ１０３で温度が所定値以下であることを検知した場合には、ステップ１０４に移り、母線電圧情報１０５を入手し、蓄電装置５の加熱用充放電制御を開始する。このとき母線電圧が所定値より高い場合は充電から開始し、所定値より低い場合は放電から開始する。予め設定した充放電電流値で所定時間、所定の間隔で所定回数充放電した後に充放電を停止する。その後にステップ１０６にて再度蓄電装置５の情報を収集し、蓄電池の温度情報を入手する。この情報をもとにステップ１０３に戻り判定を行う。

上述した本形態を要約すると次ぎのようになる。本形態の蓄電システムは、蓄電装置の温度を監視し、設定した温度下限値を下回った場合に温度制御用充放電専用の充放電指令を出す機能を備える。

つまり、蓄電システム１０は、蓄電池を有する蓄電装置５と、母線１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３（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ）と、電力変換装置３及び蓄電装置５を制御する制御装置４とを備えた蓄電システムである。また、制御装置４は、蓄電装置５の温度、電圧、電流を監視し、その充放電等を制御している。さらに、制御装置４は、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、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及び所定時間内で複数回行う充放電を制御し、蓄電装置５の温度を上昇させる。

ここで、「所定の電流値」とは、上述のように、電流値は低い電流値（例えばＣレートで言えば、１Ｃ［Ａ］程度）での充放電では温度上昇効果が低いため、効率良く温度を制御するためには高い電流値が望ましく、５Ｃ［Ａ］以上の電流値がより効果的で有り望ましい。ただし、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が、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。

ここで、「所定の下限温度」について説明する。上述のように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の温度が低下すると内部抵抗は上昇する。そこで、蓄電装置５の内部抵抗を考慮して下限温度を設定する。

また、「所定時間内」とは、例えば、５Ｃの電流を流した場合、蓄電池量内の全電気量（１００％）を充放電するには１２分かかる。この１０％となると約１．２分となり、これ以上充放電を行うと電池は劣化しやすくなる可能性がある。電流を５Ｃ以上流した場合はこの時間より短くなるため、充放電時間は１分以内である。このように、蓄電池の劣化を考慮して所定時間を決定する。

さらに、「複数回」とは、例えば１回の１分以内の短い充放電では熱量が足りないため、蓄電池の温度上昇量が小さいため、複数回行うことが望ましい。したがって、外気温によっては回数を重ねないと蓄電装置温度が上昇しきらないことがある。そのため、そのときの条件（温度、電流値、充放電時間）により回数は決定されることになる。

以上のような、本形態に係る蓄電システム１０によれば、母線１に保持されているエネルギーを有効利用し、短時間に大電流充放電を繰り返すことにより、蓄電池を加熱できるため、短時間で効率よく蓄電池の温度を制御可能となる蓄電システムを実現できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、蓄電装置５と母線１の間で急速充放電（パルス充放電）を複数回行い蓄電池の温度を上昇させる例を説明した。本形態では、更に、蓄電装置５の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を考慮した制御の例について説明する。

なお、装置構成は上述の実施の形態１と同様である。図１の蓄電システム概要構成ブロック図を使用して説明を行う。

実施の形態１と同様に、蓄電システム１０は、制御装置４による制御により母線１の電圧が高くなったときには母線１の電力を蓄電装置５に貯蔵することにより母線１の電圧を下げることができ、母線１の電圧が低下したときには蓄電装置５を放電して母線１に電力を戻すことにより、母線１の電圧を上げることができる。

しかし、母線１の電圧値が所定値を超えると蓄電システムに電力を蓄えようとするが、元が回生電力である場合には、短時間に大きい電力量が流れ込むことが多い。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。そのため、蓄電装置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、電車の運行時間外等には停止してしまう。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の温度も低下し、内部抵抗が上昇することになる。

そこで、制御装置４は蓄電装置５内の蓄電池の温度を所定の時間で測定し、設定した温度下限値を下回ったことを検知したとき、温度制御用の充放電の指示を出す。この温度制御用充放電の電圧範囲は、通常の蓄電のための充放電と同じ設定でよいが、電流値、充放電時間、充放電間隔、充放電回数は温度制御用に設定した充放電専用の設定値を指定する。

また、蓄電装置５の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）も充放電に影響を与える。例えば電車からの回生により母線電圧上昇時には蓄電装置５へ電力を充電し、電車への力行による母線電圧下降時には蓄電装置５から電力を放電することになる。ここで、この母線１の電圧上昇と下降の割合がバランス良い場合には蓄電装置５の電圧は大きく変わらずに充電状態の変化も少ないが、母線の電圧上昇と下降の割合のバランスが悪い場合、例えば電車からの回生の割合が力行より多くなってしまった場合、蓄電装置５はより充電されることになるため、電圧が上昇し、ＳＯＣが高い状態になる。このとき更に電車から回生電力を受け入れた場合、蓄電装置に瞬間的に大電流が流れるため、瞬間的に上限電圧に到達してしまい、その電力を受け入れられなくなる状況があり得る。逆に例えば電車への力行の割合が回生よりも多くなってしまった場合、蓄電装置５はより放電されることになるため、電圧が低下し、ＳＯＣが低い状態になる。このとき電車からの回生電力の受け入れには対応できるが、更に電車への力行により母線の電圧が低下して、蓄電装置５から放電しなければならなくなると、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。

このような事態になることを避けるために、蓄電装置５のＳＯＣを検知して、設定値に対して大きくずれないように調整することが望ましい。そこで、ＳＯＣを直接測定することは難しいため、充放電をしていないときの電圧（開回路電圧（ＯＣＶ））を測定することにより、ＳＯＣを把握することができる。つまり、ＳＯＣと開回路電圧とはほぼ一義的な関係を有しているため。このＯＣＶは所定期間充放電が行われていない、例えば１時間程度以上充放電されずに休止状態にあったときの蓄電装置の電圧を計測することにより、測定可能である。

ＳＯＣが所定値より大きくなった場合は、ＳＯＣを下げるための放電を行えばよい。また、蓄電装置５内の蓄電池温度が所定温度より低いときには、この加熱用充放電制御において、通常は充電と放電の電流容量を同程度に合わせるが、放電側の電流容量を多めにすることにより、ＳＯＣを下げることが可能となり、蓄電池の温度調整を行いながら、ＳＯＣの調整も可能となる。逆にＳＯＣが所定値より小さくなった場合は、ＳＯＣを上げるための充電を行えばよいが、蓄電装置５内の蓄電池温度が所定温度より低いときには、この加熱充放電制御において、充電側の電流容量を多めにすることにより、ＳＯＣを上げることが可能となる。ＳＯＣの調整範囲としては初期設定値からＳＯＣ値として５％〜３０％程度ずれが生じた場合は補正を行うことが望ましい。

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、所定間隔で検知を継続し、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。

蓄電システム温度検知２０１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。

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２１１で所定間隔休止しその後にステップ２１０の再度情報収集を開始する。

一方、蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値以下で、且つ蓄電装置の電圧が設定範囲内であることを確認した場合（ステップ２０５のYES）には、ステップ２０７にて母線電圧情報２０８を入手し、加熱用のみの充放電制御を開始する。

他方、蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値以下で、且つ蓄電装置５の電圧が設定範囲を外れていることを確認した場合（ステップ２０５のNOの場合）には、ステップ２０６にて母線電圧情報２０８を入手し、電圧調整及び加熱用の充放電制御を開始する。

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。

なお、これらの制御用充放電を開始するとき、母線電圧が所定値より高い場合は充電から開始し、所定値より低い場合は放電から開始する。予め設定した充放電電流値で所定時間、所定の間隔で所定回数充放電した後に充放電を停止する。その後に再度ステップ２１０の蓄電装置情報を収集し、蓄電装置５内の蓄電池の温度情報を入手し、ステップ２０３にて判定を行う。

上述した本形態を要約すると次ぎのようになる。本形態の蓄電システムは、蓄電装置の温度を監視し、設定した温度下限値を下回った場合に温度制御用充放電専用の充放電指令を出す機能と同時に所定の範囲内にＳＯＣを調整する機能を備える蓄電システムである。

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。

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。

以上のような、本形態に係る蓄電システムによれば、母線に保持されているエネルギーを有効利用し、短時間に大電流充放電を繰り返すことにより、蓄電池を加熱でき、同時にＳＯＣ調整も可能なため、短時間で効率よく蓄電池の温度を制御可能となる蓄電システムを実現できる。

実施の形態３．
実施の形態１では、蓄電装置５と母線１の間で急速充放電（パルス充放電）を複数回行い蓄電池の温度を上昇させる例を説明した。本形態では、更に、蓄電装置５の劣化を考慮した制御の例について説明する。

なお、装置構成は上述の実施の形態１と同様である。図１の蓄電システム概要構成ブロック図を使用して説明を行う。

実施の形態１と同様に、蓄電システム１０は、制御装置４による制御により母線１の電圧が高くなったときには母線１の電力を蓄電装置５に貯蔵することにより母線１の電圧を下げることができ、母線１の電圧が低下したときには蓄電装置５を放電して母線１に電力を戻すことにより、母線１の電圧を上げることができる。

しかし、実施の形態２で前述したように、蓄電装置５は充放電を繰り返していく度に徐々に劣化が進行し、蓄電装置５内の内部抵抗も徐々に増加する傾向にある。このため、初期は設定したＳＯＣにおいて充放電を行っていても上限電圧もしくは下限電圧にまで到達することはほぼないが、充放電を繰り返し行い、蓄電装置５の劣化が進行すると、初期設定のＳＯＣのままでは充放電時に上限電圧もしくは下限電圧にまで到達してしまう可能性がある。この状況になった場合、上下限電圧に到達しないようにするにはＳＯＣの初期設定値を変更する必要がある。このため、充放電時の終止電圧を監視し、終止電圧が所定値範囲を超えた場合には、ＳＯＣを変更する仕組みを持つことにより、終止電圧を所定範囲内に収めることができるようになる。特に電車等からの回生エネルギー瞬間的に大電流を発生することが多いので、蓄電装置５にとっては充電側において、大電流を受け止める必要があり、充電終止電圧が上限値にあたりやすい状況になりやすいため、特に充電側の終止電圧が上限になりにくいような制御がより望まれる。

次に、「ＳＯＣを変更する仕組み」について説明する。充電終止電圧が設定上限電圧に到達してしまった場合は、ＳＯＣを下げるための放電を行えばよい。ここで、蓄電装置５内の蓄電池温度が所定温度より低いときには、この加熱用充放電制御において、通常は充電と放電の電流容量を同程度に合わせるが、放電側の電流容量を多めにすることにより、ＳＯＣを下げることが可能となり、蓄電池の温度調整を行いながら、ＳＯＣの調整も可能となる。逆に、放電終止電圧が設定下限電圧に到達してしまった場合は、ＳＯＣを上げるための充電を行えばよいが、蓄電装置５内の蓄電池温度が所定温度より低いときには、この加熱充放電制御において、充電側の電流容量を多めにすることにより、ＳＯＣを上げることが可能となる。

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、所定間隔で検知を継続し、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。

蓄電システム温度検知３０１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。

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大きく、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で所定間隔休止後にステップ３１０で再度情報収集を開始する。

蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値以下で、且つ蓄電装置の終止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３０７にて母線電圧情報３０８を入手し、加熱用のみの充放電制御を開始する。

一方、蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値以下で、且つ蓄電装置の終止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３０６で母線電圧情報３０８を入手し、電圧調整及び加熱用の充放電制御を開始する。

他方、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３０９で母線電圧情報３０８を入手し、電圧調整用のみの充放電制御を開始する。

これらの制御用充放電を開始するとき、母線電圧が所定値より高い場合は充電から開始し、所定値より低い場合は放電から開始する。予め設定した充放電電流値で所定時間、所定の間隔で所定回数充放電した後に充放電を停止する。その後に再度ステップ３１０で蓄電装置情報を収集し、蓄電池の温度情報を入手し、ステップ３０３にて再度判定を行う。

上述した本形態を要約すると次ぎのようになる。本形態の蓄電システムは、蓄電装置の温度を監視し、設定した温度下限値を下回った場合に温度制御用充放電専用の充放電指令を出す機能と同時に終止電圧が上下限電圧以内になるようにＳＯＣを調整する機能を備える蓄電システムである。

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。

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。

以上のような、本形態に係る蓄電システムによれば、母線に保持されているエネルギーを有効利用し、短時間に大電流充放電を繰り返すことにより、蓄電池を加熱でき、同時に終止電圧の上下限電圧調整も可能なため、短時間で効率よく蓄電池の温度を制御可能となる蓄電システムを実現できる。

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、所定間隔で検知を継続し、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。

蓄電システム温度検知４０１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。

ステップ４０３にて制御装置４は充放電終止電圧が設定範囲内であるかの判定を行う。充放電の終止電圧が範囲内であったときは、実施の形態２と同様の流れで蓄電装置５内の蓄電池の温度と電圧値の判定を行い、制御を行う。まず、ステップ４０４にて蓄電装置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４０５にて蓄電装置５の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設定値より大きく、且つ蓄電装置５の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４１２にて所定間隔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。

蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値以下で、且つ蓄電装置の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４０８にて母線電圧情報４０９を入手し、加熱用のみの充放電制御を開始する。

一方、蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値以下で、且つ蓄電装置５の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４０７にて母線電圧情報４０９を入手し、電圧調整及び加熱用の充放電制御を開始する。

他方、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４１０にて母線電圧情報４０９を入手し、電圧調整用のみの充放電制御を開始する。

これらの制御用充放電を開始するとき、母線電圧が所定値より高い場合は充電から開始し、所定値より低い場合は放電から開始する。予め設定した充放電電流値で所定時間、所定の間隔で所定回数充放電した後に充放電を停止する。その後に再度ステップ４１１にて蓄電装置情報を収集し、蓄電池の温度情報を入手した後にステップ４０３に戻り、再度判定を行う。

ステップ４０３において蓄電装置５の充放電終止電圧が設定範囲外にあることを確認した場合には、更にステップ４１４にて蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値以下であるか判定を行う。蓄電装置５内の蓄電池の温度が設定値以下であることを確認した場合にはステップ４１６にて母線電圧情報４１７を入手し、電圧調整及び加熱用の充放電制御を開始する。

ステップ４１４にて蓄電装置５内の蓄電池の温度が所定値より高いことを確認した場合にはステップ４１５にて母線電圧情報４１７を入手し、電圧調整用のみの充放電制御を開始する。

これらの制御用充放電を開始するとき、母線電圧が所定値より高い場合は充電から開始し、所定値より低い場合は放電から開始する。予め設定した充放電電流値で所定時間、所定の間隔で所定回数充放電した後に充放電を停止する。その後に再度ステップ４１８にて蓄電装置情報を収集し、蓄電装置５内の蓄電池の温度情報を入手した後にステップ４０３に戻り、再度判定を行う。

上述した本形態を要約すると次ぎのようになる。本形態の蓄電システムは、蓄電装置の温度を監視し、設定した温度下限値を下回った場合に温度制御用充放電専用の充放電指令を出す機能と、同時に所定の範囲内にＳＯＣを調整する機能及び終止電圧が上下限電圧以内になるようにＳＯＣを調整する機能を備える蓄電システムである。

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。

以上のような、本形態に係る蓄電システムによれば、母線に保持されているエネルギーを有効利用し、短時間に大電流充放電を繰り返すことにより、蓄電池を加熱でき、同時にＳＯＣ調整と終止電圧の上下限電圧調整も可能なため、短時間で効率よく蓄電池の温度を制御可能となる蓄電システムを実現できる。

なお、上述した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと解されるべきである。この発明の範囲は、上述した実施形態の範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 母線、２ 電流遮断器等、３ DC/DCコンバータ、４ 制御装置、５ 蓄電装置、１０ 蓄電システム。

Claims (5)

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、その充放電等を制御し、
   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。
2. 所定の電流値が５Ｃ以上２０Ｃ以下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。
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（ＳＯＣ）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。
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（ＳＯＣ）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（ＳＯＣ）を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。
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（ＳＯＣ）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（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、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（ＳＯＣ）を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。

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