JP2017045700A - バッテリー装置及び鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】温度差が生じていても電流の不平衡を解消することができるバッテリー装置及び鉄道車両を提供する。【解決手段】バッテリー装置は、直列接続された複数のバッテリーのうち、温度差が生ずる第１部及び第２部に少なくとも１つずつ配置されるバッテリーを含む第１回路と、直列接続された複数のバッテリーのうち、第１部及び第２部に少なくとも１つずつ配置されるバッテリーを含み、第１回路に対して並列接続された第２回路とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、バッテリー装置及び鉄道車両に関する。

近年、環境負荷（排出ガス、騒音等）を低減すべく、移動体、定置型電源、その他の装置においては、バッテリーと他のエネルギー源とを併用するハイブリッド型バッテリーシステムが用いられている。例えば、ハイブリッド型バッテリーシステムが用いられている移動体の一種として、ディーゼルハイブリッド車両、架線蓄電池ハイブリッド車両等が挙げられる。

ディーゼルハイブリッド車両は、ディーゼルエンジン、発電機、及び蓄電池（バッテリー）を備えており、ディーゼルエンジンによって発電機を駆動して発電される電力と蓄電池から供給される電力との少なくとも一方を用いてモータを駆動して走行する車両である。架線蓄電池ハイブリッド車両は、架線から供給される電力又は蓄電池から供給される電力を用いてモータを駆動して走行する車両である。

以下の特許文献１〜３には、ハイブリッド型バッテリーシステムが用いられているハイブリッド車両の一例が開示されている。例えば、以下の特許文献１には、冷却効率及び安全性を向上するに好適な小型の二次電池装置を備えるハイブリッド鉄道車両が開示されている。また、以下の特許文献４には、並列接続された複数の電池モジュール（直列接続された複数の二次電池からなる電池モジュール）の各々に流れる電流値が許容電流値を上回る状況を回避することができる電池パックが開示されている。

特許第４３７３４０７号公報 特許第３９６０５５７号公報 特許第５０１０６８２号公報 特許第５５１７６９２号公報

ところで、屋外を移動する移動体、屋外に設置される定置型電源、その他の屋外で用いられる装置は、直射日光が照射されると、直射日光が照射される側が、直射日光が照射されない側（日陰になる側）よりも高温になり、装置の表面温度（或いは、装置の内部温度）に差が生ずる。例えば、上述した特許文献１〜３に開示されたハイブリッド車両では、二次電池装置が床下に設置されるが、直射日光が照射される側（例えば、床下右側）に配される二次電池装置と直射日光が照射されない側（例えば、床下左側）に配される二次電池装置との間で１５℃程度の温度差が生ずるという報告がある。

近年、上述したハイブリッド型バッテリーシステム等のバッテリーシステムでは、小型化、軽量化等のために、リチウムイオン電池を用いたバッテリーを備えるものが多くなっている。リチウムイオン電池は、温度によって内部抵抗が変化するという特性がある。具体的に、リチウムイオン電池は、温度が高いほど内部抵抗が小さくなり、温度が低いほど内部抵抗が大きくなるという特性がある。

リチウムイオン電池を用いたバッテリーを備え、大電力及び大電流が要求されるバッテリーシステム（例えば、電車で用いられるバッテリーシステム）では、複数のバッテリーが並列接続されることが多い。このようなバッテリーシステムにおいて、並列接続されたバッテリー間で上述した温度差が生ずると、それらバッテリー間で内部抵抗の差が生じて、各々のバッテリーに流れる電流の不平衡が生ずる。

例えば、高温側に配されたバッテリーは、低温側に配されたバッテリーよりも内部抵抗が小さくなるため、高温側に配されたバッテリーには、低温側に配されたバッテリーに流れる電流よりも大きな電流が流れてしまう。このような電流の不平衡が生ずると、高温側に配されたバッテリーの発熱量（電流が流れることによって生ずる発熱量）が、低温側に配されたバッテリーの発熱量よりも大きくなり、これにより内部抵抗差及び電流の不平衡が拡大することが懸念される。

このような電流の不平衡が大きくなると、例えばバッテリーに流れる電流がバッテリーに接続されるケーブルの定格電流を超えてしまい、これによりケーブルの被覆の劣化等の不具合が引き起こされるという問題がある。尚、全てのバッテリーが直列接続されている場合には、バッテリー間の温度差によって各々のバッテリーの内部抵抗のばらつきが生じても、各バッテリーを流れる電流が同じであるため、上述した問題は生じない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、温度差が生じていても電流の不平衡を解消することができるバッテリー装置及び鉄道車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のバッテリー装置（３３）は、直列接続された複数のバッテリー（ＢＴ１）のうち、温度差が生ずる第１部（Ｑ１、Ｑ１１）及び第２部（Ｑ２、Ｑ１２）に少なくとも１つずつ配置されるバッテリーを含む第１回路（Ｃ１）と、直列接続された複数のバッテリー（ＢＴ２）のうち、前記第１部及び前記第２部に少なくとも１つずつ配置されるバッテリーを含み、前記第１回路に対して並列接続された第２回路（Ｃ２）と、を備える。
また、本発明のバッテリー装置は、前記第１回路の前記バッテリーのうち、前記第１部に配置される前記バッテリーの数と前記第２部に配置される前記バッテリーの数とは同じであり、前記第２回路の前記バッテリーのうち、前記第１部に配置される前記バッテリーの数と前記第２部に配置される前記バッテリーの数とは同じである。
また、本発明のバッテリー装置は、前記第１回路の前記バッテリーが、前記第１部及び前記第２部に交互に配置され、前記第２回路の前記バッテリーが、前記第２部及び前記第１部に交互に配置される。
また、本発明のバッテリー装置は、前記第１回路の前記バッテリー及び前記第２回路の前記バッテリーの各々を個別に収容する筐体（Ｋ１）を備える。
或いは、本発明のバッテリー装置は、前記第１回路の前記バッテリーと前記第２回路の前記バッテリーとを収容する筐体（Ｋ２０）を備える。
或いは、本発明のバッテリー装置は、前記第１部に配置されるバッテリーを収容する第１筐体（Ｋ１１）と、前記第２部に配置されるバッテリーを収容する第２筐体（Ｋ１２）とを備える。
また、本発明のバッテリー装置は、前記バッテリーが、複数のバッテリーセルが直列接続、並列接続、或いは直並列接続されたものである。
本発明の鉄道車両（１）は、上記の何れかに記載のバッテリー装置（３３）と、前記バッテリー装置からの電力によって駆動されるモータ（１２）と、前記バッテリー装置から前記モータに供給される電力を制御する制御装置（３４）とを備える。
また、本発明の鉄道車両は、前記第１部が、前記鉄道車両の前後方向に交差する左右方向の何れか一方の床下部（Ｑ１）であり、前記第２部が、前記左右方向の何れか他方の床下部（Ｑ２）である。
或いは、本発明の鉄道車両は、前記制御装置が、前記鉄道車両の床下部に設置されており、前記第１部が、前記鉄道車両の前後方向において前記制御装置或いは前記モータに近接する床下部（Ｑ１１）であり、前記第２部が、前記鉄道車両の前後方向において前記制御装置或いは前記モータから離間した床下部（Ｑ１２）である。

本発明によれば、第１回路の直列接続されたバッテリーを、温度差が生ずる第１部及び第２部に少なくとも１つずつ配置するとともに、第１回路に対して並列接続された第２回路の直列接続されたバッテリーを、温度差が生ずる第１部及び第２部に少なくとも１つずつ配置するようにしている。これにより、第１部及び第２部に温度差が生じていても、第１回路に流れる電流と第２回路に流れる電流との不平衡を解消することができるという効果がある。

本発明の一実施形態による鉄道車両の側面図である。 本発明の一実施形態による鉄道車両の底面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリー装置の電気的構成を示す図である。 バッテリー装置の充放電を繰り返した場合の電圧及び電流の変化を示すシミュレーション結果を示す図である。 第１変形例に係るバッテリー装置を示す図である。 第２変形例に係るバッテリー装置を示す図である。 第３変形例に係るバッテリー装置を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態によるバッテリー装置及び鉄道車両について詳細に説明する。尚、以下では、理解を容易にするために、鉄道車両に設けられるバッテリー装置を例に挙げて説明する。但し、本発明のバッテリー装置は、鉄道車両に設けられるバッテリー装置に限られるものではなく、移動体、定置型電源、その他の装置に設けられるバッテリー装置に適用することができる。

図１は、本発明の一実施形態による鉄道車両の側面図である。また、図２は、本発明の一実施形態による鉄道車両の底面図である。図１，２に示す通り、本実施形態の鉄道車両１は、一対の台車１０と車両本体２０とを備えており、架線（図示省略）から供給される電力、又は車両本体２０に搭載されたバッテリー装置３３（詳細は後述する）から供給される電力を用いてレールＲＬ上を走行する架線蓄電池ハイブリッド車両である。尚、図１，２では、説明の便宜上、紙面左側を鉄道車両１の前側（前方）とし、紙面右側を鉄道車両１の後側（後方）とする。図１，２に示す鉄道車両１は、後側に他の鉄道車両を連結可能である。

各台車１０は、例えば４つの車輪１１と２台の主電動機１２（モータ）とをそれぞれ備えており、鉄道車両１の前側及び後側において車両本体２０を下方から支持する。車輪１１は、台車１０の前側及び後側に設けられた２つの車軸ＡＸ（鉄道車両１の左右方向に延びる車軸ＡＸ）にそれぞれ２つずつ接続されており、レールＲＬ上に載置されて各車軸ＡＸの回転に連動して回転する。主電動機１２は、上記の２つの車軸ＡＸにそれぞれ対応して設けられており、不図示の架線からの電力、又はバッテリー装置３３からの電力によって回転駆動され、対応する車軸ＡＸ及び対応する車軸ＡＸに接続された車輪１１に回転力を伝達する。主電動機１２からの回転力が車輪１１に伝達されることで、鉄道車両１はレールＲＬ上を走行する。

車両本体２０は、台車１０によって支持される前後方向に細長い箱体である。この車両本体２０の内部は、不図示の仕切り壁によって運転室と客室とに区分されている。運転室は、車両本体２０の前端に位置しており、例えば鉄道車両１を前方に走行させる場合に、乗務員（運転員）によって使用される部屋である。客室は、車両本体２０の前部（運転室を除く）から車両本体２０の後端に亘って位置しており、鉄道車両１を利用する乗客によって利用される部屋である。図１に示す通り、車両本体２０の前方の右側面及び左側面には、運転室用の乗降口扉２１が設けられており、車両本体２０の前方部、中央部、及び後方部の右側面及び左側面には、客室用の乗降口扉２２が設けられている。また、車両本体２０の右側面及び左側面には、複数の窓Ｗが設けられている。

車両本体２０の上部（屋根部分）には、一対のパンタグラフ３１と空調装置３２とが設置されている。パンタグラフ３１は、不図示の架線から供給される電力を得るための集電装置であり、車両本体２０の屋根部分の前側、及び車両本体２０の屋根部分の後側にそれぞれ設置されている。また、空調装置３２は、車両本体２０に設けられた運転室及び客室の空調を行う装置であり、車両本体２０の屋根部分の中央部に設置されている。尚、空調装置３２は、電化区間（架線が設けられた区間）では架線から供給される電力によって動作し、非電化区間（架線が設けられていない区間）ではバッテリー装置３３から供給される電力によって動作する。

ここで、鉄道車両１に一対のパンタグラフ３１（つまり、複数のパンタグラフ３１）を設けるのは、架線やパンタグラフ３１の熱的な損傷を防止するためである。つまり、バッテリー装置３３の充電は、鉄道車両１が停車した状態で行われるため、パンタグラフ３１が架線に接している部分に大電流が継続して流れて架線やパンタグラフ３１が熱的な損傷を受けることがある。複数のパンタグラフ３１を設けて電流（パンタグラフ３１が架線に接している部分に流れる電流）を低減することで、架線やパンタグラフ３１の熱的な損傷を防止するようにしている。

また、車両本体２０の床下部（底部）の前後方向における中央部付近（台車１０の間）には、バッテリー装置３３及びＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency：可変電圧可変周波数）方式の主制御装置３４（制御装置）が設置されている。バッテリー装置３３は、複数のバッテリーＢＴを備えており、主電動機１２を回転駆動させ、或いは空調装置３２等を動作させるための電力を供給する。ここでバッテリーＢＴは、複数のバッテリーセル（リチウムイオン電池の電池セル）が直列接続、並列接続、或いは直並列接続されたものであり、各々個別の筐体Ｋ１に収容されている。リチウムイオン電池を用いたバッテリーＢＴを備えるのは、小型化、軽量化等のためである。

バッテリー装置３３は、車両本体２０の右側の床下部Ｑ１（第１部）において、前後方向に沿って配置された複数のバッテリーＢＴと、車両本体２０の左側の床下部Ｑ２（第２部）において、前後方向に沿って配置された複数のバッテリーＢＴとを備える。図１，２に示す例では、床下部Ｑ１，Ｑ２には、車両本体２０の前後方向に沿って４つのバッテリーＢＴがそれぞれ配置されている。このようにバッテリーＢＴを配置するのは、車両本体２０の床下部を有効活用するとともに、バッテリーＢＴのメンテナンス時の作業容易性等を考慮したものである。

ここで、鉄道車両１に対して直射日光が照射されることにより、床下部Ｑ１と床下部Ｑ２との間には温度差が生じ得る。例えば、鉄道車両１（車両本体２０）の右側面に直射日光が照射されると床下部Ｑ１が床下部Ｑ２よりも高温になり、鉄道車両１（車両本体２０）の左側面に直射日光が照射されると床下部Ｑ２が床下部Ｑ１よりも高温になり得る。このようにバッテリーＢＴは、温度差が生じ得る床下部Ｑ１，Ｑ２に配置されている。

図３は、本発明の一実施形態によるバッテリー装置の電気的構成を示す図である。図３に示す通り、バッテリー装置３３は、直列接続された複数のバッテリーＢＴ１を有する回路Ｃ１（第１回路）と、直列接続された複数のバッテリーＢＴ２を有し、回路Ｃ１に対して並列接続された回路Ｃ２（第２回路）とを備える。尚、図３に示す例では、回路Ｃ１は直列接続された４つのバッテリーＢＴ１を有しており、回路Ｃ２は直列接続された４つのバッテリーＢＴ２を有している。

このように、並列接続された回路Ｃ１，Ｃ２を備えるのは、バッテリーＢＴ（バッテリーＢＴ１，ＢＴ２）の内部構成を変更することなく、鉄道車両１の走行等に必要な大電流を得るためである。ここで、バッテリーＢＴを直列接続した回路によっても、鉄道車両１の走行等に必要な大電流を得ることはできる。しかしながら、このようなバッテリーＢＴを直列接続した回路では、バッテリーＢＴの各々に大電流が流れるため、バッテリーＢＴの内部での発熱（具体的には、バッテリーＢＴの内部に設けられたバスバーでの発熱）を抑えるための対策が必要になる。本実施形態では、並列接続された回路Ｃ１，Ｃ２を備えることでバッテリーＢＴの各々に流れる電流を小さくし、これによりバッテリーＢＴの内部構成を変更することなく内部での発熱を抑えつつ、鉄道車両１の走行等に必要な大電流を得るようにしている。

また、図３に示す通り、回路Ｃ１のバッテリーＢＴ１は、床下部Ｑ１及び床下部Ｑ２に交互に配置されており、回路Ｃ２のバッテリーＢＴ２は、床下部Ｑ２及び床下部Ｑ１に交互に配置されている。このようにバッテリーＢＴ１，ＢＴ２を配置するのは、バッテリーＢＴが配置される床下部Ｑ１と床下部Ｑ２との間に温度差が生じても、回路Ｃ１のバッテリーＢＴ１に流れる電流Ｉ１と、回路Ｃ２のバッテリーＢＴ２に流れる電流Ｉ２との不平衡が生じないようにするためである。

ここで、バッテリーＢＴ（バッテリーＢＴ１，ＢＴ２）は、温度が高いほど内部抵抗が小さくなり、温度が低いほど内部抵抗が大きくなるという特性がある。図３に示す通りにバッテリーＢＴ１，ＢＴ２を配置することで、床下部Ｑ１と床下部Ｑ２との間に温度差が生じた場合に、内部抵抗が大きくなるバッテリーＢＴ１，ＢＴ２の数を等しくすることができるとともに、内部抵抗が小さくなるバッテリーＢＴ１，ＢＴ２の数を等しくすることができる。このようにして、回路Ｃ１のバッテリーＢＴ１に流れる電流Ｉ１と、回路Ｃ２のバッテリーＢＴ２に流れる電流Ｉ２との不平衡が生じないようにしている。

尚、回路Ｃ１のバッテリーＢＴ１のち、床下部Ｑ１に配置されるバッテリーＢＴ１の数と、床下部Ｑ２に配置されるバッテリーＢＴ１の数とが同じであり、且つ回路Ｃ２のバッテリーＢＴ２のうち、床下部Ｑ１に配置されるバッテリーＢＴ２の数と床下部Ｑ２に配置されるバッテリーＣＴ２の数とが同じであることが望ましい。回路Ｃ１のバッテリーＢＴ１（回路Ｃ２のバッテリーＢＴ２）の数が奇数である場合には、床下部Ｑ１に配置されるバッテリーＢＴ１（バッテリーＢＴ２）の数と、床下部Ｑ２に配置されるバッテリーＢＴ１（バッテリーＢＴ２）の数とがほぼ同じ（或いは、概ね同じ）であることが望ましい。

バッテリー装置３３の端子Ｔ１は、主制御装置３４の正極端子（図示省略）に接続されており、バッテリー装置３３の端子Ｔ２は、主制御装置３４の負極端子（図示省略）に接続されている。主制御装置３４は、運転室に設置された運転台（図示省略）の操作内容に応じて、台車１０に設けられた主電動機１２に対する電力の供給、台車１０に設けられた主電動機１２からの電力の回生等を制御する。

次に、上記構成における鉄道車両１の動作について簡単に説明する。尚、以下では、鉄道車両１が電化区間を走行する場合の動作（電化区間走行時動作）、鉄道車両１が非電化区間を走行する場合の動作（非電化区間走行時動作）、及び鉄道車両１がバッテリー装置３３を充電する場合の動作（充電時動作）について順に説明する。

〈電化区間走行時動作〉
鉄道車両１が電化区間を走行する場合には、パンタグラフ３１が不図示の架線に接触した状態にされる。運転室に設置された運転台（図示省略）が操作されると、その操作内容に応じて、パンタグラフ３１で得られた電力（架線からの電力）の電圧及び周波数が主制御装置３４で制御されて台車１０に設けられた主電動機１２に供給される。すると、供給された電力に応じて主電動機１２が回転駆動されて車輪１１に回転力が伝達され、これにより鉄道車両１がレールＲＬ上を走行する。

〈非電化区間走行時動作〉
鉄道車両１が非電化区間を走行する場合には、電源としてバッテリー装置３３が選択された状態にされる。運転室に設置された運転台（図示省略）が操作されると、その操作内容に応じて、バッテリー装置３３からの電力の電圧及び周波数が主制御装置３４で制御されて台車１０に設けられた主電動機１２に供給される。すると、供給された電力に応じて主電動機１２が回転駆動されて車輪１１に回転力が伝達され、これにより鉄道車両１がレールＲＬ上を走行する。

ここで、鉄道車両１（車両本体２０）に対して直射日光が照射されて、車両本体２０の床下部Ｑ１と床下部Ｑ２との間には温度差が生じている状態であるとする。ここでは、理解を容易にするために、床下部Ｑ１が床下部Ｑ２よりも高温になっている状態であるとする。このような状態では、回路Ｃ１の４つのバッテリーＢＴ１のうち、床下部Ｑ１に配置された２つのバッテリーＢＴ１の温度が、床下部Ｑ２に配置された残りの２つのバッテリーＢＴ１の温度よりも高くなる。同様に、回路Ｃ２の４つのバッテリーＢＴ２のうち、床下部Ｑ１に配置された２つのバッテリーＢＴ２の温度が、床下部Ｑ２に配置された残りの２つのバッテリーＢＴ２の温度よりも高くなる。

これにより、回路Ｃ１の４つのバッテリーＢＴ１のうち、床下部Ｑ１に配置された２つのバッテリーＢＴ１の内部抵抗は、床下部Ｑ２に配置された残りの２つのバッテリーＢＴ１の内部抵抗よりも小さくなる。同様に、回路Ｃ２の４つのバッテリーＢＴ２のうち、床下部Ｑ１に配置された２つのバッテリーＢＴ２の内部抵抗は、床下部Ｑ２に配置された残りの２つのバッテリーＢＴ２の内部抵抗よりも小さくなる。

このように、床下部Ｑ１が床下部Ｑ２よりも高温になっている状態では、相対的に内部抵抗が大きくなるバッテリーＢＴ１，ＢＴ２の数を等しくすることができるとともに、相対的に内部抵抗が小さくなるバッテリーＢＴ１，ＢＴ２の数を等しくすることができる。これにより、回路Ｃ１のバッテリーＢＴ１に流れる電流Ｉ１と、回路Ｃ２のバッテリーＢＴ２に流れる電流Ｉ２との不平衡が生ずるのが防止される。尚、床下部Ｑ２が床下部Ｑ１よりも高温になっている状態においても同様に、回路Ｃ１のバッテリーＢＴ１に流れる電流Ｉ１と、回路Ｃ２のバッテリーＢＴ２に流れる電流Ｉ２との不平衡が生ずるのが防止される。

〈充電時動作〉
鉄道車両１に設けられたバッテリー装置３３を充電する場合には、一対のパンタグラフ３１の双方が電化区間の架線（或いは、非電化区間に設けられた充電用の架線）に接触し、且つ鉄道車両１が停車した状態にされる。この状態で、充電開始指示がなされると、パンタグラフ３１で得られた電力（架線からの電力）がバッテリー装置３３の充電に適した電圧に変換されてバッテリー装置３３に供給される。これによりバッテリー装置３３の充電が行われる。

ここで、鉄道車両１（車両本体２０）に対して直射日光が照射されて、車両本体２０の床下部Ｑ１と床下部Ｑ２との間には温度差が生じている状態でバッテリー装置３３の充電が行われる場合もある。このような場合にも、バッテリー装置３３に設けられたバッテリーＢＴ（ＢＴ１，ＢＴ２）のうち、相対的に内部抵抗が大きくなるバッテリーＢＴ１，ＢＴ２の数を等しくすることができるとともに、相対的に内部抵抗が小さくなるバッテリーＢＴ１，ＢＴ２の数を等しくすることができるため、回路Ｃ１のバッテリーＢＴ１に流れる電流Ｉ１（充電電流）と、回路Ｃ２のバッテリーＢＴ２に流れる電流Ｉ２（充電電流）との不平衡が生ずるのが防止される。

図４は、バッテリー装置の充放電を繰り返した場合の電圧及び電流の変化を示すシミュレーション結果を示す図であって、（ａ）は本実施形態のバッテリー装置のものであり、（ｂ）は比較例のバッテリー装置のものである。ここで、比較例のバッテリー装置とは、図３に示すバッテリー装置３３と同様に、並列接続された回路Ｃ１，Ｃ２を備えてはいるものの、回路Ｃ１のバッテリーＢＴ１は全て床下部Ｑ１に配置されて直列接続されており、回路Ｃ２のバッテリーＢＴ２は全て床下部Ｑ２に配置されて直列接続されているものである。

図４においては、横軸に時間をとり、左側の縦軸に電圧をとり、右側の縦軸に電流をとってある。また、図４では、図３に示す端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧Ｖ、回路Ｃ１に流れる電流Ｉ１、及び回路Ｃ２に流れる電流Ｉ３の時間変化を示すグラフを図示している。ここで行ったシミュレーションは、床下部Ｑ１の温度を床下部Ｑ２の温度よりも高く設定した状態で、本実施形態のバッテリー装置及び比較例のバッテリー装置の各々に対して、約１０分程度の時間間隔で充電と放電とを繰り返すものである。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すグラフにおいて、電流の値が負である期間（期間Ｔ１１，Ｔ１３）はバッテリー装置からの放電が行われた期間であり、電流の値が正である期間（期間Ｔ１２，Ｔ１４）はバッテリー装置に対する充電が行われた期間である。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す通り、本実施形態のバッテリー装置においても、比較例のバッテリー装置においても、電圧Ｖは、同様の変化を示しているのが分かる。具体的には、放電が行われた期間Ｔ１１，Ｔ１３では時間の経過とともに電圧Ｖが徐々に降下していき、充電が行われた期間Ｔ１２，Ｔ１４では時間の経過とともに電圧Ｖが徐々に上昇していく変化をしているのが分かる。尚、充放電の切り替えが行われる時点では、電圧Ｖの値が大きく変化しているのも分かる。

これに対し、電流Ｉ１，Ｉ２は、本実施形態のバッテリー装置と比較例のバッテリー装置とでは、異なる変化をしているのが分かる。具体的に、比較例のバッテリー装置では、図４（ｂ）に示す通り、放電が行われた期間（期間Ｔ１１，Ｔ１３）及び充電が行われた期間（期間Ｔ１２，Ｔ１４）の何れの期間であっても電流Ｉ１，Ｉ２に大きな乖離が生じているのが分かる。また、比較例のバッテリー装置では、放電が行われた期間（期間Ｔ１１，Ｔ１３）及び充電が行われた期間（期間Ｔ１２，Ｔ１４）において、電流Ｉ１は、時間が経過するにつれて徐々に降下する変化を示しているのに対し、電流Ｉ２は、時間が経過するにつれて徐々に上昇する変化を示しているのが分かる。

他方、本実施形態のバッテリー装置は、放電が行われた期間（期間Ｔ１１，Ｔ１３）及び充電が行われた期間（期間Ｔ１２，Ｔ１４）の何れの期間であっても電流Ｉ１，Ｉ２に乖離は殆ど生じておらず、電流Ｉ１，Ｉ２は、ほぼ一定に維持されるのが分かる。尚、本実施形態のバッテリー装置において、電流Ｉ１，Ｉ２に僅かな乖離が生ずるのは、充放電の切り替えが行われる前後の僅かな期間である。このように、本実施形態のバッテリー装置では、床下部Ｑ１と床下部Ｑ２との間に温度差が生じていても、電流Ｉ１，Ｉ２の不平衡を解消することができる。

以上の通り、本実施形態では、並列接続された回路Ｃ１，Ｃ２を備えるバッテリー装置３３を車両本体２０の床下に設け、回路Ｃ１の直列接続されたバッテリーＢＴ１を温度差が生ずる床下部Ｑ１及び床下部Ｑ２に交互に配置するとともに、回路Ｃ２の直列接続されたバッテリーＢＴ２を温度差が生ずる床下部Ｑ１及び床下部Ｑ２に交互に配置するようにしている。これにより、床下部Ｑ１と床下部Ｑ２との間に温度差が生じていても、回路Ｃ１に流れる電流Ｉ１と回路Ｃ２に流れる電流Ｉ２との不平衡を解消することができる。

以上、本発明の一実施形態によるバッテリー装置及び鉄道車両について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。図５は、第１変形例に係るバッテリー装置を示す図である。上述した実施形態では、図３に示す通り、床下部Ｑ１に配置されるバッテリーＢＴ１の数と、床下部Ｑ２に配置されるバッテリーＢＴ１の数とが同じ（或いは、ほぼ同じ）であり、且つ、床下部Ｑ１に配置されるバッテリーＢＴ２の数と、床下部Ｑ２に配置されるバッテリーＢＴ２の数とが同じ（或いは、ほぼ同じ）である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、バッテリーＢＴ１，ＢＴ２は、図５（ａ）に示す通り、床下部Ｑ１，Ｑ２に少なくとも１つずつ配置されていれば良い。

また、上述した実施形態では、回路Ｃ１のバッテリーＢＴ１及び回路Ｃ２のバッテリーＢＴ２が、床下部Ｑ１及び床下部Ｑ２に交互に配置されている場合を例に挙げて説明した。しかしながら、バッテリーＢＴ１，ＢＴ２は、必ずしも床下部Ｑ１及び床下部Ｑ２に交互に配置されている必要は無い。例えば、図５（ｂ）に示す通り、回路Ｃ１のバッテリーＢＴ１のうち、前方の２つのバッテリーＢＴ１が床下部Ｑ１に配置され、後方の２つのバッテリーＢＴ１が床下部Ｑ２に配置され、回路Ｃ２のバッテリーＢＴ２のうち、前方の２つのバッテリーＢＴ２が床下部Ｑ２に配置され、後方の２つのバッテリーＢＴ２が床下部Ｑ１に配置されていても良い。

図６は、第２変形例に係るバッテリー装置を示す図である。上述した実施形態では、図２に示す通り、バッテリー装置３３が、バッテリーＢＴの各々を個別に収容する筐体Ｋ１を備えるものであった。しかしながら、バッテリー装置３３は、例えば図６（ａ）に示す通り、床下部Ｑ１に配置されるバッテリーＢＴ（バッテリーＢＴ１，ＢＴ２）を収容する筐体Ｋ１１（第１筐体）と、床下部Ｑ２に配置されるバッテリーＢＴ（バッテリーＢＴ１，ＢＴ２）を収容する筐体Ｋ１２（第２筐体）とを備えていても良い。

或いは、バッテリー装置３３は、バッテリーＢＴ（ＢＴ１，ＢＴ２）の全てを収容する筐体Ｋ２０を備えていても良い。具体的には、図６（ｂ）に示す通り、床下部Ｑ１に配置されるバッテリーＢＴ（バッテリーＢＴ１，ＢＴ２）と、床下部Ｑ２に配置されるバッテリーＢＴ（バッテリーＢＴ１，ＢＴ２）との全てを収容する筐体Ｋ２０を備えていても良い。

図７は、第３変形例に係るバッテリー装置を示す図である。上述した実施形態では、図３に示す通り、温度差が生ずる部位として、車両本体２０の右側の床下部Ｑ１と、車両本体２０の左側の床下部Ｑ２とを例に挙げた。しかしながら、図７（ａ）に示す通り、鉄道車両１の前後方向において主制御装置３４に近接する床下部Ｑ１１（第１部）と、鉄道車両１の前後方向において主制御装置３４から離間した床下部Ｑ１２（第２部）とを上記の温度差が生ずる部位としてもよい。つまり、主制御装置３４に近接する床下部Ｑ１１は、主制御装置３４から発せられる熱の影響を受ける部位であり、主制御装置３４から離間した床下部Ｑ１２は、主制御装置３４から発せられる熱の影響を受けない（或いは、影響が小さい）部位である。

或いは、図７（ｂ）に示す通り、鉄道車両１の前後方向においてモータ１２に近接する床下部Ｑ１１と、鉄道車両１の前後方向においてモータ１２から離間した床下部Ｑ１２とを上記の温度差が生ずる部位としてもよい。つまり、モータ１２に近接する床下部Ｑ１１は、モータ１２から発せられる熱の影響を受ける部位であり、モータ１２から離間した床下部Ｑ１２は、モータ１２から発せられる熱の影響を受けない（或いは、影響が小さい）部位である。

尚、床下部Ｑ１１，Ｑ１２は、図７（ａ），（ｂ）に示す通り、鉄道車両１の左右方向に延びるものである。このため、バッテリー装置３３のバッテリーＢＴは、床下部Ｑ１１，Ｑ１２の各々において鉄道車両１の左右方向に配列される。また、回路Ｃ１の直列接続されたバッテリーＢＴ１及び回路Ｃ２の直列接続されたバッテリーＢＴ２は、床下部Ｑ１１，Ｑ１２に少なくとも１つずつ配置されることになる。

図７に示す第３変形例に係るバッテリー装置は、図５に示す第１変形例に係るバッテリー装置と同様に、バッテリーＢＴ１，ＢＴ２が必ずしも床下部Ｑ１１及び床下部Ｑ１２に交互に配置されている必要は無い。また、図７に示す第３変形例に係るバッテリー装置は、図６に示す第２変形例に係るバッテリー装置と同様に、床下部Ｑ１１に配置されるバッテリーＢＴ（バッテリーＢＴ１，ＢＴ２）を収容する筐体Ｋ１１と、床下部Ｑ１２に配置されるバッテリーＢＴ（バッテリーＢＴ１，ＢＴ２）を収容する筐体Ｋ１２、或いは、バッテリーＢＴ（ＢＴ１，ＢＴ２）の全てを収容する筐体Ｋ２０を備えていても良い。

また、上述した実施形態では、説明を簡単にするために、並列接続された２つの回路（回路Ｃ１，Ｃ２）を備えるバッテリー装置３３を例に挙げて説明した。しかしながら、バッテリー装置は、並列接続された３つ以上の回路を備えるものであっても良い。

また、上述した実施形態では、鉄道車両１に設けられたバッテリー装置について説明したが、バッテリー装置は、温度差が生じ得る移動体、定置型電源、その他の装置に設けられるバッテリー装置に適用することができる。例えば、バッテリーと他のエネルギー源（例えば、エンジン）とを併用するハイブリッド推進システムを搭載する航走体（例えば、タグボート）に設けられるバッテリー装置に適用することができる。

１…鉄道車両、１２…主電動機、３３…バッテリー装置、３４…主制御装置、ＢＴ１，ＢＴ２…バッテリー、Ｃ１，Ｃ２…回路、Ｋ１…筐体、Ｋ１１，Ｋ１２…筐体、Ｋ２０…筐体、Ｑ１，Ｑ２…床下部、Ｑ１１，Ｑ１２…床下部

Claims (10)

1. 直列接続された複数のバッテリーのうち、温度差が生ずる第１部及び第２部に少なくとも１つずつ配置されるバッテリーを含む第１回路と、
   直列接続された複数のバッテリーのうち、前記第１部及び前記第２部に少なくとも１つずつ配置されるバッテリーを含み、前記第１回路に対して並列接続された第２回路と、
   を備えるバッテリー装置。
2. 前記第１回路の前記バッテリーのうち、前記第１部に配置される前記バッテリーの数と前記第２部に配置される前記バッテリーの数とは同じであり、
   前記第２回路の前記バッテリーのうち、前記第１部に配置される前記バッテリーの数と前記第２部に配置される前記バッテリーの数とは同じである、
   請求項１記載のバッテリー装置。
3. 前記第１回路の前記バッテリーは、前記第１部及び前記第２部に交互に配置され、
   前記第２回路の前記バッテリーは、前記第２部及び前記第１部に交互に配置される、
   請求項１又は請求項２記載のバッテリー装置。
4. 前記第１回路の前記バッテリー及び前記第２回路の前記バッテリーの各々を個別に収容する筐体を備える請求項１から請求項３の何れか一項に記載のバッテリー装置。
5. 前記第１回路の前記バッテリーと前記第２回路の前記バッテリーとを収容する筐体を備える請求項１から請求項３の何れか一項に記載のバッテリー装置。
6. 前記第１部に配置されるバッテリーを収容する第１筐体と、
   前記第２部に配置されるバッテリーを収容する第２筐体と
   を備える請求項１から請求項３の何れか一項に記載のバッテリー装置。
7. 前記バッテリーは、複数のバッテリーセルが直列接続、並列接続、或いは直並列接続されたものである請求項１から請求項６の何れか一項に記載のバッテリー装置。
8. 請求項１から請求項７の何れか一項に記載のバッテリー装置と、
   前記バッテリー装置からの電力によって駆動されるモータと、
   前記バッテリー装置から前記モータに供給される電力を制御する制御装置と
   を備える鉄道車両。
9. 前記第１部は、前記鉄道車両の前後方向に交差する左右方向の何れか一方の床下部であり、
   前記第２部は、前記左右方向の何れか他方の床下部である
   請求項８記載の鉄道車両。
10. 前記制御装置は、前記鉄道車両の床下部に設置されており、
    前記第１部は、前記鉄道車両の前後方向において前記制御装置或いは前記モータに近接する床下部であり、
    前記第２部は、前記鉄道車両の前後方向において前記制御装置或いは前記モータから離間した床下部である
    請求項８記載の鉄道車両。

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