JP2019004565A - 蓄電池制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の出力特性の低下の抑制を図ることができる蓄電池制御装置を提供することである。【解決手段】実施形態の蓄電池制御装置は、情報取得部と、制御部とを持つ。前記情報取得部は、蓄電池の充電率に関する充電率情報と、前記蓄電池の温度に関する温度情報とを取得する。前記制御部は、前記情報取得部により取得された前記充電率情報および前記温度情報に基づき、前記蓄電池の充電率が第１閾値充電率以上であり、且つ、前記蓄電池の温度が第１閾値温度未満に低下した場合に、前記蓄電池を放電状態に切り替える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、蓄電池制御装置に関する。

蓄電池が寒冷地などで使用される場合、蓄電池が外気などの影響で冷却され蓄電池の温度が低下することがある。蓄電池の温度が低下しすぎてしまうと、蓄電池の放電状態で行われる化学反応が鈍くなり、蓄電池の出力特性が低下する場合があった。

国際公開第２０１０／０７９７９４号 特開２００５−２０９５５号公報

本発明が解決しようとする課題は、蓄電池の出力特性の低下の抑制を図ることができる蓄電池制御装置を提供することである。

実施形態の蓄電池制御装置は、情報取得部と、制御部とを持つ。前記情報取得部は、蓄電池の充電率に関する充電率情報と、前記蓄電池の温度に関する温度情報とを取得する。前記制御部は、前記情報取得部により取得された前記充電率情報および前記温度情報に基づき、前記蓄電池の充電率が第１閾値充電率以上であり、且つ、前記蓄電池の温度が第１閾値温度未満に低下した場合に、前記蓄電池を放電状態に切り替える。

実施形態の蓄電池制御装置５０が適用される蓄電システム１の一例を示すブロック図。 実施形態の蓄電池制御装置５０の構成を示すブロック図。 実施形態の制御部５０３が行う処理の一例を示す図。 実施形態の閾値情報記憶部５０２に記憶される情報の内容の一例を示す図。 実施形態の蓄電池制御装置５０が行う処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態の変形例の制御部５０３が行う処理の一例を示す図。

以下、実施形態の蓄電池制御装置を、図面を参照して説明する。なお、本願でいう「ＸＸに基づく」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「ＸＸに基づく」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。また、本願でいう「接続された」とは、電気的に接続された場合を含む。

図１は、実施形態の蓄電池制御装置５０が適用される蓄電システム１の一例を示すブロック図である。蓄電システム１は、例えば、充電装置１０と、車両２０とを含む。

充電装置１０は、車両２０の外部に設けられた装置であり、「電源装置」の一例である。充電装置１０は、例えば、一般的な電力系統から電力が供給される電源装置でもよいし、産業用のＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply；無停電電源装置）のような電源装置でもよいし、各種の発電装置または二次電池から電力が供給される電源装置でもよい。充電装置１０は、例えば、車両２０が停車する駅や車両基地などの所定の箇所に設置されている。充電装置１０は、停車した車両２０に対して、後述する蓄電池２２を充電させる充電電力を供給したり、後述する補機２９が消費する直流電力を供給したりする。充電装置１０から車両２０への電力の供給は、充電装置１０と車両２０とが電力端子で接続されることで行われる。

車両２０は、例えば、鉄道車両（ＬＲＴ：Light Rail Transit等）である。車両２０は、例えば、蓄電池装置２１と、スイッチ部２６、２７、３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８と、補機２９と、インバータ３１（インバータ３１−１、３１−２）と、モータ制御装置３２と、車軸３３（車軸３３−１、３３−２）と、走行用モータＭと、車輪Ｗと、運転台４０と、蓄電池制御装置５０と、を含む。

蓄電池装置２１は、例えば、蓄電池２２と、バッテリマネジメントユニット（以下、ＢＭＵ）２３とを含む。

蓄電池２２は、複数の電池セルを含む。各電池セルは、例えば、リチウムイオン電池であるが、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等、他の二次電池であってもよい。蓄電池２２は、車両２０が停車した場合に、スイッチ部２６を介して充電装置１０に接続される。蓄電池２２は、充電装置１０から電力が供給されることで充電される。また、蓄電池２２は、スイッチ部２７を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２８に接続される。蓄電池２２は、スイッチ部３０を介してインバータ３１に接続される。蓄電池２２は、放電状態に制御されることで、補機２９の動作に用いられる直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２８に供給するとともに、走行用モータＭの駆動に用いられる直流電力をインバータ３１に供給する。

ＢＭＵ２３は、蓄電池２２の温度を検出する温度センサを有し、温度センサの検出結果として蓄電池２２の温度を取得する。また、ＢＭＵ２３は、蓄電池２２に作用する電圧値を検出する電圧計を有し、電圧計の検出結果として蓄電池２２に作用する電圧値（例えば、出力時の電圧値および充電時の電圧値）を取得する。また、ＢＭＵ２３は、蓄電池２２から放電される直流電力の電流値、および蓄電池２２に充電される直流電力（充電電力）の電流値（以下、蓄電池２２からの充放電電流値という）を検出する電流計を有し、電流計の検出結果として蓄電池２２の充放電電流値を取得する。

ＢＭＵ２３は、蓄電池２２の充放電電流値または蓄電池２２に作用する電圧値に基づき、蓄電池２２の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）を導出する。充電率とは、蓄電池２２の定格容量に対するその時点の容量（充電の割合）である。ＢＭＵ２３は、例えば、蓄電池２２からの充放電電流値を積算することにより、蓄電池２２の充電率を導出する。あるいは、ＢＭＵ２３は、蓄電池２２に作用する電圧値と、蓄電池２２の充電特性、放電特性、および蓄電池２２の内部抵抗等に基づいて、取得した電圧値に対応する充電率を導出してもよい。「蓄電池２２の充電特性」とは、例えば、充電時の蓄電池２２の電圧値と充電率との関係である。「蓄電池２２の放電特性」とは、例えば、放電時の蓄電池２２の電圧値と充電率との関係である。

ＢＭＵ２３は、ＢＭＵ２３が取得した蓄電池２２の温度に関する情報（以下、「温度情報」と称する）、およびＢＭＵ２３が導出した蓄電池２２の充電率に関する情報（以下、「充電率情報」と称する）を、蓄電池制御装置５０に出力する。温度情報は、蓄電池２２の温度を直接に示す情報でもよいし、その情報から蓄電池２２の温度を導出可能な情報でもよい。充電率情報は、蓄電池２２の充電率を直接に示す情報でもよいし、その情報から蓄電池２２の充電率を導出可能な情報でもよい。

スイッチ部２６は、充電装置１０と電気的に直列に接続される。スイッチ部２６は、充電装置１０と、車両２０内の各種機器（蓄電池装置２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８、インバータ３１等）との間に設けられている。スイッチ部２６は、例えば、蓄電池制御装置５０からの制御に従って、充電装置１０と車両２０内の各種機器（蓄電池装置２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８、インバータ３１等）との間の接続状態を、導通状態と遮断状態との間で切り替える。

スイッチ部２７は、蓄電池装置２１とＤＣ／ＤＣコンバータ２８との間に、電気的に直列に接続される。スイッチ部２７は、例えば、蓄電池制御装置５０からの制御に従って、蓄電池装置２１とＤＣ／ＤＣコンバータ２８との間の接続状態を、導通状態と遮断状態との間で切り替える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、入力された直流電力の電圧を所望の電圧に変換する電力変換装置である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、スイッチ部２７と補機２９との間に、電気的に直列に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、蓄電池装置２１または充電装置１０からスイッチ部２７を介して供給される直流電力の電圧を、補機２９の動作に用いられる電圧に変換（例えば、降圧）する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、変換した直流電力を、補機２９に供給する。

補機２９は、車両２０において使用される、走行用モータＭ以外の電力を消費する機器（単に「電気機器」と称してもよい）を意味し、例えば、車両２２の照明機器や空調機器等である。ただし、補機２９の例は、上記例に限定されない。補機２９は、車両２０の行先表示板であってもよい。また、後述するモータ制御装置３２は、車両２０の補機の一例と見做すこともできる。補機２９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８から供給される直流電力を消費することにより動作する。補機２９は、「負荷」の一例である。例えば、補機２９は、車両２０が走行しているか、停車しているかに関わらず、一定の直流電力を消費する。

スイッチ部３０は、蓄電池装置２１とインバータ３１との間に、電気的に直列に接続される。スイッチ部３０は、例えば、蓄電池制御装置５０からの制御に従って、蓄電池装置２１とインバータ３１との間の接続状態を、導通状態と遮断状態との間で切り替える。

インバータ３１は、入力された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置である。インバータ３１は、スイッチ部３０と走行用モータＭとの間に、電気的に直列に接続される。インバータ３１は、モータ制御装置３２からの制御に基づき、蓄電池装置２１からスイッチ部３０を介して供給される直流電力を、走行用モータＭの駆動に適した所望の電圧及び周波数の交流電力に変換し、変換した交流電力を走行用モータＭに供給する。

走行用モータＭは、インバータ３１から供給される交流電力により動作する電動機である。走行用モータＭは、減速機などを介して車軸３３に接続され、車軸３３を回転させる。車軸３３は、車輪Ｗに接続されている。走行用モータＭが回転動作することにより得られる動力は、車軸３３を介して車輪Ｗに伝えられ、車輪Ｗが回転する。これにより、車両２０が走行する。走行用モータＭは、「負荷」の別の一例である。

モータ制御装置３２は、インバータ３１から走行用モータＭに供給される交流電力の電圧及び周波数を制御することにより、走行用モータＭの回転数を制御する。モータ制御装置３２は、例えば、運転手のノッチ操作に基づいて運転台４０から送信されるノッチ情報等の情報を受信する。モータ制御装置３２は、受信した情報に基づき、インバータ３１が出力する交流電力の電圧及び周波数を制御する。

運転台４０は、操作部４１を含む。操作部４１は、車両２０を制御する各種操作機器を含む。各種操作機器には、例えば車両２０の速度を制御するマスタコントローラや電気指令式ブレーキハンドル等が含まれる。操作部４１は、マスタコントローラやブレーキハンドルに対してなされた操作に基づいて、ノッチ情報等を含む運転制御情報を生成する。操作部４１は、生成した運転制御情報を、モータ制御装置３２に送信する。

また、運転台４０は、走行中の車両２０において、車両２０に搭載される負荷（例えば、補機２９及び走行用モータＭ）を動作させるために必要な電力に関する情報である運転条件情報を生成する。運転条件情報は、車両２０に搭載される負荷の種々の使用条件に応じて、後述する蓄電池２２の充電率の閾値の設定に用いられる情報である。本実施形態では、車両２０は、走行中には充電装置１０から電力の供給を受けることができない。車両２０に搭載される負荷は、走行中は、蓄電池２２から放電される電力により動作する。運転条件情報は、例えば最寄りの充電スポット（充電装置１０が設置されている場所）まで車両２０が移動するために要する時間に関する情報、および車両２０が最寄りの充電スポットまで移動する場合に蓄電池２２から電力を供給することで動作させる負荷を示す情報を含む。運転台４０は、生成した運転条件情報を蓄電池制御装置５０に送信する。

蓄電池制御装置５０は、蓄電池装置２１から受け取る温度情報および充電率情報と、運転台４０から受け取る運転条件情報とに基づき、蓄電池２２の充放電を制御する。例えば、蓄電池制御装置５０は、車両２０が停車した場合など充電装置１０から充電電力が供給可能な場合に、蓄電池２２を充電状態に切り替え、蓄電池２２を充電させる。また、蓄電池制御装置５０は、蓄電池２２が満充電に達した場合に、蓄電池２２をフロート充電状態に切り替える。フロート充電とは、充電電力の電流が蓄電池２２には実質的に流れず、充電電力の電圧のみが蓄電池２２に印加された状態である。また、蓄電池制御装置５０は、車両２０が走行する場合に、蓄電池２２を放電状態に切り替え、補機２９及び走行用モータＭに蓄電池２２から電力を供給する。

ここで、例えば寒冷地など外気温が低い地域で蓄電池２２が使用される場合、外気の影響などで蓄電池２２の温度が低下し、蓄電池２２の放電状態で行われる化学反応が鈍くなることがある。その結果、蓄電池２２の出力特性（例えば、放電電圧の大きさ）が低下する。そこで、蓄電池制御装置５０は、蓄電池２２の温度が低下し過ぎないように、蓄電池２２の温度を一定の温度範囲内に収めるための制御を行う。以下、この内容について詳しく説明する。

図２は、実施形態の蓄電池制御装置５０の構成を示すブロック図である。蓄電池制御装置５０は、例えば、情報取得部５０１と、閾値情報記憶部５０２と、制御部５０３とを含む。

情報取得部５０１及び制御部５０３の各々の全部または一部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される機能部（以下、「ソフトウェア機能部」と称する）でもよい。また、情報取得部５０１及び制御部５０３の各々の全部または一部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェア機能部とハードウェアとの組み合わせによって実現されてもよい。

閾値情報記憶部５０２は、例えば、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（read-only memory）、またはＲＡＭ（random access memory）等により実現される。

次に、蓄電池制御装置５０の各機能部について詳しく説明する。
情報取得部５０１は、蓄電池装置２１から温度情報および充電率情報を取得する。また、情報取得部５０１は、運転台４０から運転条件情報を取得する。本願でいう「取得する」とは、能動的に取得する場合に限定されず、受け身で情報を単に受け取ることで、情報を取得する場合も含む。情報取得部５０１は、取得した温度情報、充電率情報、および運転条件情報を、制御部５０３に出力する。

閾値情報記憶部５０２は、第１閾値充電率、第２閾値充電率、第１閾値温度、及び第２閾値温度（図３参照）を記憶する。

第１閾値充電率は、蓄電池２２の温度を一定の温度範囲内に収めるための動作に関して設定される蓄電池２２の充電率の下限値である。第１閾値充電率は、補機２９及び走行用モータＭの動作に必要（例えば、車両２０が最寄りの充電スポットに移動するまでの間に補機２９及び走行用モータＭの動作に必要）とされる蓄電池２２の充電率に安全用のマージンを加えた値である。第１閾値充電率は、後述するように、情報取得部５０１により取得された運転条件情報に基づいて変更されてもよい。

第２閾値充電率は、第１閾値充電率よりも高い充電率である。例えば、第２閾値充電率は、蓄電池２２の温度を一定の温度範囲内に収めるための動作に関して設定される蓄電池２２の充電率の上限値である。第２閾値充電率は、例えば、蓄電池２２が満充電状態にある充電率である。

第１閾値温度は、上記温度範囲の下限値である。第１閾値温度は、温度がそれ以上に低下すると蓄電池２２から必要な電力（所望の電力）が得られない温度、または前記温度に安全用のマージンを加えた温度である。例えば、第１閾値温度は、蓄電池２２の出力特性に基づいて決定される。蓄電池２２の出力特性とは、例えば、蓄電池２２の温度と出力電圧との関係である。

第２閾値温度は、第１閾値温度よりも高い温度である。例えば、第２閾値温度は、上記温度範囲の上限値である。第２閾値温度は、それ以上温度が高い状態が続けば蓄電池２２の劣化が早まる温度、または劣化が早まる温度から安全用のマージン分だけ低く設定した温度である。例えば、第２閾値温度は、蓄電池２２の劣化特性に基づいて決定される。蓄電池２２の劣化特性とは、例えば、蓄電池２２の温度毎の経年変化（例えば、経年数と満充電時の出力電圧との関係）を示すものである。

制御部５０３は、蓄電池２２を放電状態、充電状態、フロート充電状態のいずれかに制御する。例えば、制御部５０３は、情報取得部５０１により取得された充電率情報および温度情報に基づき、以下の処理を行う。

図３は、制御部５０３が行う処理の一例を示す図である。例えば、制御部５０３は、車両２０が停車した場合など充電装置１０からの充電電力により蓄電池２２が充電可能となる場合に、蓄電池２２を充電状態に切り替える。これにより、制御部５０３は、充電装置１０からの充電電力により蓄電池２２を充電させる。また、制御部５０３は、蓄電池２２が満充電に達した場合に、蓄電池２２をフロート充電状態に切り替える。これにより、蓄電池２２は、フロート充電状態となる（図３中のａ点）。

ここで、蓄電池２２は、フロート充電状態となった場合に、蓄電池２２内部の化学反応が実質的に止まるため、周囲の温度に近い温度に向けて温度が低下する。すなわち、蓄電池２２が満充電の状態となってフロート充電状態に移行した場合、周囲の温度が低ければ、蓄電池２２の温度は低下する。このため、寒冷地など外気の温度が低い場合、蓄電池２２がフロート充電状態に移行してからの経過時間が長いと、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に低下する場合がある。

制御部５０３は、充電装置１０により蓄電池２２がフロート充電されている状態で、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に低下した場合、蓄電池２２をフロート充電状態から放電状態に切り替える（図３中のｂ点）。これにより、蓄電池２２の放電状態で行われる化学反応により蓄電池２２を発熱させ、蓄電池２２の温度を上昇させる。

制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に低下して蓄電池２２を放電状態に切り替えた後、蓄電池２２の充電率が低下し過ぎないように蓄電池２２の充放電を制御する。例えば、制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率未満に低下した場合、蓄電池２２を充電状態に切り替える（図３中のｃ点）。これにより、蓄電池２２の充電率を上昇させる。

制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率未満に低下して蓄電池２２を充電状態に切り替えた後、蓄電池２２の温度が第２閾値温度に達していない状態で、蓄電池２２の充電率が第２閾値充電率に達した場合に、蓄電池２２を再び放電状態に切り替える（図３中のｄ点）。これにより、蓄電池２２を発熱させ、蓄電池２２の温度を上昇させる。

制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第２閾値充電率に達して蓄電池２２を放電状態に切り替えた後、蓄電池２２の温度が第２閾値温度に達した場合に、蓄電池２２を再び充電状態に切り替える（図３中のｅ点）。これにより、蓄電池２２の充電率を上昇させる。

制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第２閾値温度以上である状態で、蓄電池２２の充電率が第２閾値充電率に達した場合に、蓄電池２２をフロート充電状態に切り替える（図３中のｆ点）。これにより、蓄電池２２の充電率を高く維持するとともに、蓄電池２２の温度上昇を抑制する。なお、制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に再び低下した場合、上述した処理（図３中のｂ点からｆ点までの処理）を繰り返す。

次に、制御部５０３によるスイッチ部２６、２７、および３０の制御について説明する。制御部５０３は、スイッチ部２６、２７、および３０をそれぞれ導通状態と遮断状態とで切り替えるためのスイッチ制御信号を出力することで、スイッチ部２６、２７、および３０を制御する。

例えば、制御部５０３は、スイッチ部２６を導通状態に切り替えることで、蓄電池２２を充電状態に切り替える。これにより、充電装置１０から蓄電池装置２１に充電電力が供給され、蓄電池２２が充電される。

本実施形態では、制御部５０３は、スイッチ部２６を導通状態に切り替えるとともに、スイッチ部２７を導通状態に切り替える。これにより、充電装置１０からＤＣ／ＤＣコンバータ２８を介して補機２９に電力が供給される。これにより、制御部５０３は、充電装置１０から供給された電力により補機２９を動作させる。

このとき、制御部５０３は、蓄電池２２が満充電の状態でなければ、充電装置１０から供給される電力を蓄電池２２にも入力させることにより、蓄電池２２を充電状態とする。一方で、制御部５０３は、蓄電池２２が満充電の状態であれば、充電装置１０から出力される電力の電流が蓄電池２２に実質的に流れない状態で充電装置１０から出力される電力の電圧のみを蓄電池２２に印加してフロート充電状態とすることで、蓄電池２２を満充電の状態に維持する。

また、制御部５０３は、スイッチ部２７が導通状態にある状態で、スイッチ部２６を遮断状態に切り替えることで、蓄電池２２を放電状態に切り替える。これにより、蓄電池２２からＤＣ／ＤＣコンバータ２８を介して補機２９に電力が供給される。これにより、制御部５０３は、蓄電池２２から放電された電力により補機２９を動作させる。

本実施形態では、制御部５０３は、スイッチ部２６を遮断状態に切り替えるとともに、スイッチ部３０を導通状態に切り替えることで、蓄電池２２を放電状態に切り替える。これにより、蓄電池２２からインバータ３１を介して走行用モータＭに電力が供給される。これにより、制御部５０３は、蓄電池２２から供給された電力により、走行用モータＭを動作させる。

また、制御部５０３は、補機２９及び走行用モータＭの複数の使用条件に基づき、第１閾値充電率を変更してもよい。

図４は、閾値情報記憶部５０２に記憶される情報の内容の一例を示す図である。閾値情報記憶部５０２は、図４に示されるような使用条件情報を記憶する。使用条件情報は、運転条件を識別する識別番号と、各運転条件における蓄電池２２から電力の供給を受ける負荷の組合せ、それら負荷の組み合わせの動作電力（消費電力）［Ｗ］、動作時間［ｈ］、必要電力量［Ｗｈ］、および必要充電率［％］等が対応付けられた情報である。識別番号には、運転台４０から受信した運転条件情報の内容を識別することができる番号が記憶される。負荷の組合せには、車両２０が走行中に蓄電池２２が放電する電力により動作させる負荷の組合せがそれぞれ記憶される。図４では、車両２０が走行中に蓄電池２２により動作させる負荷の候補として、走行用モータＭ、照明機器、および空調機器がある例を示す。また、図４では、蓄電池２２により動作させる負荷を「○」、動作させない負荷を「×」でそれぞれ示すことにより、負荷の組合せを示している。動作電力［Ｗ］は、各負荷の組合せにおいて、その負荷の組み合わせを所定時間だけ動作させるために必要な電力量である。動作時間［ｈ］は、各負荷の組合せにおいて、その負荷の組み合わせを動作させる時間である。必要電力量［Ｗｈ］は、動作電力［Ｗ］と動作時間［ｈ］とを乗算した値で示される所定の負荷の組み合わせを所定の動作時間だけ動作させるために必要な電力量である。必要充電率［％］は、必要電力量［Ｗｈ］に対応する蓄電池２２の充電率であり、本実施形態の第１閾値充電率である。なお、必要電力量の導出には、走行用モータＭから得られる回生エネルギーが考慮されてもよい。

制御部５０３は、例えば、情報取得部５０１を介して運転台４０が送信した運転条件情報を取得すると、取得した運転条件情報を使用条件情報の一部として閾値情報記憶部５０２に記憶させる。そして、制御部５０３は、取得した運転条件情報に基づき、動作電力［Ｗ］を導出する。例えば、制御部５０３は、運転条件情報に含まれる負荷の組合せに基づいて、車両２０に搭載された負荷を動作させるために要する電力を記憶させた記憶部（不図示）を参照し、それぞれの負荷の動作に必要な電力を示す情報を取得する。そして、制御部５０３は、負荷の組み合わせに含まれる負荷の動作に必要な電力を合算することにより動作電力［Ｗ］を導出する。

また、制御部５０３は、例えば、動作電力［Ｗ］と運転条件情報に含まれる動作時間［ｈ］とに基づき、必要電力量［Ｗｈ］を導出する。また、制御部５０３は、例えば、必要電力量［Ｗｈ］と蓄電池２２の定格容量とに基づき、必要充電率［％］を導出する。制御部５０３は、導出した動作電力［Ｗ］、必要電力量［Ｗｈ］、および必要充電率［％］を、使用条件情報の一部として閾値情報記憶部５０２に記憶させる。言い換えると、閾値情報記憶部５０２には、蓄電池２２から電力が供給される負荷の複数の使用条件に対応付けられた複数の第１閾値充電率が記憶されている。なお、このような使用条件情報は、予め導出されて閾値情報記憶部５０２に記憶されていてもよい。

そして、制御部５０３は、閾値情報記憶部５０２に記憶された複数の必要充電率［％］（複数の第１閾値充電率）のなかから、情報取得部５０１により取得された運転条件情報に含まれる運転条件に対応する必要充電率［％］を選択し、選択した必要充電率［％］に第１閾値充電率を変更する。

なお、第１閾値充電率は、制御部５０３の処理によらず、運転台４０の操作部４１に対する乗務員による入力操作に基づき、補機２９及び走行用モータＭの複数の使用条件に応じて変更されてもよい。

図５は、実施形態の蓄電池制御装置５０が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、制御部５０３は、車両２０が停車して充電装置１０から充電電力の供給を受けることができる場合、「充電状態」と自動的に判断し、スイッチ部２６を導通状態に切り替えることで、蓄電池２２を充電状態に切り替える。これにより、充電装置１０からの充電電力により蓄電池２２を充電する。また、制御部５０３は、蓄電池２２が満充電の状態になった場合、蓄電池２２をフロート充電状態に自動的に切り替える（Ｓ１）。

また、制御部５０３は、車両２０が停車して充電装置１０から充電電力の供給を受けることができる場合、スイッチ部２７を導通状態に切り替えるとともに、充電装置１０からの電力を補機２９に供給し、充電装置１０からの電力で補機２９を動作させる。

次に、制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率以上であり、且つ、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満であるか否かを判定する（Ｓ２）。制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率以上であり、且つ、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に低下した場合に、蓄電池２２を放電状態に切り替える（Ｓ３）。このとき、本実施形態では、制御部５０３は、スイッチ部２６を遮断状態に切り替えることで充電装置１０から補機２９への電力の供給を停止させるとともに、蓄電池２２を放電状態に切り替えて蓄電池２２から補機２９に電力を供給する。このとき、スイッチ部３０は遮断状態に維持されている。すなわち、本実施形態では、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に低下した場合に、蓄電池２２から補機２９に電力を供給することで、蓄電池２２内の化学反応を促進し、蓄電池２２の温度を上昇させる。

次に、制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第２閾値温度以上である否かを判定する（Ｓ４）。制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第２閾値温度以上である場合に、蓄電池２２を充電状態に切り替える（Ｓ５）。このとき、本実施形態では、制御部５０３は、スイッチ部２６を導通状態に切り替えることで充電装置１０から補機２９に電力を供給させるとともに、蓄電池２２を充電状態に切り替えて充電装置１０から蓄電池２２に電力を供給する。

次に、制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第２閾値充電率以上であるか否かを判定する（Ｓ６）。制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第２閾値充電率以上である場合に、蓄電池２２の温度が第２閾値温度以上である否かを判定する（Ｓ７）。制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第２閾値温度以上である場合に、蓄電池２２をフロート充電状態に切り替える（Ｓ８）。このとき、本実施形態では、制御部５０３は、充電装置１０から出力される電力の電流が蓄電池２２に実質的に流れず、充電装置１０から出力される電力の電圧のみが蓄電池２２に印加された状態とする。このとき、スイッチ部２７は導通状態に維持されている。すなわち、本実施形態では、制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第２閾値温度以上に上昇した場合に、充電装置１０から補機２９に電力を供給した状態で、蓄電池２２内の化学反応を停止させ、蓄電池２２の温度を低下させる。

その後、制御部５０３は、Ｓ２に戻る。そして、制御部５０３は、蓄電池２２の温度を引き続き監視し、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に低下した場合には蓄電池２２の温度を上昇させる処理を行う。

一方、制御部５０３は、Ｓ４において蓄電池２２の温度が第２閾値温度以上でない場合、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率未満に低下しているか否かを判定する（Ｓ９）。制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率未満に低下した場合に、Ｓ５に移り、蓄電池２２を充電状態に切り替える。このとき、スイッチ部２７は導通状態に維持されている。すなわち、本実施形態では、制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率未満に低下した場合に、充電装置１０から補機２９に電力を供給した状態で、充電装置１０から蓄電池２２に電力を供給させ、蓄電池２２の充電率を上昇させる。

また、制御部５０３は、Ｓ７において蓄電池２２の温度が第２閾値温度以上に上昇していない場合に、Ｓ３に戻る。つまり、本実施形態では、制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第２閾値温度以上に上昇していない場合、蓄電池２２を放電状態に切り替えることで、蓄電池２２の温度は上昇する。

以上説明した構成によれば、蓄電池２２の出力特性の低下の抑制を図ることができる。すなわち、本実施形態では、蓄電池制御装置５０は、情報取得部５０１と、制御部５０３とを有する。情報取得部５０１は、蓄電池２２の充電率に関する充電率情報と、蓄電池２２の温度に関する温度情報とを取得する。制御部５０３は、情報取得部５０１により取得された充電率情報および温度情報に基づき、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率以上であり、且つ、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に低下した場合に、蓄電池２２を放電状態に切り替える。このような構成によれば、制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に低下した場合に、蓄電池２２を放電状態に切り替えて蓄電池２２内に化学反応を生じさせることで、蓄電池２２の温度を上昇させることができる。これにより、蓄電池２２の出力特性の低下の抑制を図ることができる。

ここで、比較例１として、蓄電池により負荷を動作させるとともに、図示しないエンジンにより他の負荷を動作させる構成について考える。このような構成では、蓄電池の温度が低下した場合は、エンジンの暖機運転により蓄電池の温度を上昇させ、出力特性の低下を防ぐ処理を行うことが考えられる。しかしながら、蓄電池の他に、別途エンジンを搭載する必要があり、蓄電池から供給される電力だけで動作する場合には、蓄電池の温度を管理することができない。

また、比較例２として、蓄電池を複数に分けて配置する構成について考える。このような構成では、蓄電池制御装置は、各蓄電池の温度と充電率を取得し、放電可能と判定される蓄電池を放電状態とすることで、当該蓄電池から発生した熱により、他の低温の蓄電池の温度を上昇させ、出力特性の低下を防ぐ処理を行うことが考えられる。しかしながら、蓄電池を複数に分けた場合に、個々の蓄電池の容量が小さくなってしまう小規模の蓄電装置である場合など、一方の蓄電池を放電させても他の蓄電池の温度を上昇させることができるとは限らない。また、個々の蓄電池の容量を大きくした場合、蓄電池により負荷を動作させるために必要な容量より大きな容量の蓄電池を設置する必要がある。

これに対して、本実施形態の蓄電池制御装置５０では、エンジンなど、蓄電池２２とは異なる機械を搭載する必要がなく、また蓄電池の規模によらず、低温環境下でも蓄電池２２の温度を適切に管理し、蓄電池２２の能力を十分に発揮させることができる。

本実施形態では、制御部５０３は、充電装置１０により蓄電池２２がフロート充電されている状態で、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に低下した場合に、蓄電池２２を放電状態に切り替える。このような構成によれば、制御部５０３は、蓄電池２２がフロート充電されている状態で、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に低下した場合に、蓄電池２２を放電状態に切り替えることができ、フロート充電中に蓄電池２２の温度が低下した場合であっても、蓄電池２２を放電させることで蓄電池２２を温めることができ、蓄電池２２の出力特性の低下の抑制を図ることができる。

本実施形態では、制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に低下して蓄電池２２を放電状態に切り替えた後、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率未満に低下した場合に、蓄電池２２を充電状態に切り替える。このような構成によれば、放電により蓄電池２２の充電率が低下し過ぎた場合には、充電に切替えて蓄電池２２の充電率を上昇させ、蓄電池２２が維持すべき充電量を保持することができる。

本実施形態では、制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率未満に低下して蓄電池２２を充電状態に切り替えた後、蓄電池２２の温度が第２閾値温度に達していない状態で、蓄電池２２の充電率が第２閾値充電率に達した場合に、蓄電池２２を再び放電状態に切り替える。このような構成によれば、再度の放電により蓄電池２２の温度をさらに上昇させることができる。

本実施形態では、制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第２閾値充電率に達して蓄電池２２を放電状態に切り替えた後、蓄電池２２の温度が第２閾値温度に達した場合に、蓄電池２２を再び充電状態に切り替える。このような構成によれば、制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第２閾値温度に達して十分温まった後、充電に切替えて蓄電池２２の充電率を上昇させ、蓄電池２２が維持すべき充電量を保持することができる。

本実施形態では、制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第２閾値温度以上である状態で、蓄電池２２の充電率が第２閾値充電率に達した場合、蓄電池２２をフロート充電状態に切り替える。このような構成によれば、蓄電池２２が十分温まった状態で、蓄電池２２をフロート充電状態に切り替えることで蓄電池２２の温度が上昇し過ぎることを抑制し、且つ、蓄電池２２が過充電されることを抑制できる。

本実施形態では、蓄電池制御装置５０は、蓄電池２２から電力が供給される負荷の複数の使用条件に対応付けられた複数の第１閾値充電率を記憶する閾値情報記憶部５０２を更に備える。制御部５０３は、複数の第１閾値充電率のなかから選択された第１閾値充電率に基づき、蓄電池２２を充電状態に切り替える。このような構成によれば、制御部５０３は、負荷の構成などの運用に沿って、蓄電池２２で動作させる負荷が多い場合、つまり大きな充電容量を蓄電池２２に充電させておく必要がある運用の場合には、蓄電池２２の第１閾値充電率を高い値とすることができる。一方、制御部５０３は、蓄電池２２で動作させる負荷が少なく、小さな充電容量が蓄電池２２に充電されていればよい運用の場合には、蓄電池２２の第１閾値充電率を低い値とすることができる。つまり、蓄電池制御装置５０は、運用に応じて、蓄電池２２に最低限必要な充電率を確保しつつ、蓄電池２２の温度管理を行うことができる。

本実施形態では、制御部５０３は、充電装置１０から負荷に電力が供給されている状態で、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率以上であり、且つ、蓄電池２２の温度が第１閾値温度未満に低下した場合に、充電装置１０から負荷への電力の供給を停止させ、蓄電池２２を放電状態に切り替えて蓄電池２２から負荷に電力を供給する。このような構成によれば、蓄電池２２の温度を上昇させるために蓄電池２２が放電した電力を、負荷に供給することができ、放電により生じた電力エネルギーを、効率的に利用することができる。

（変形例）
次に、図６を参照し、変形例について説明する。本変形例は、上記実施形態の第１閾値充電率と第２閾値充電率との間の充電率が、１つの閾値として用いられる点で、上記実施形態とは異なる。なお、本変形例では、上記実施形態の第２閾値充電率を第３閾値充電率と称する。また、本変形例の第１閾値充電率と第３閾値充電率の間にある閾値充電率を、第２閾値充電率と称する。また、以下に説明する以外の構成は、上記実施形態と同様である。

図６は、本変形例の制御部５０３が行う処理の一例を示す図である。制御部５０３は、図６中のａ点からｃ点までは、上記実施形態における図３中の対応箇所（ａ点からｃ点まで）と同様の処理を行う。

制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率未満に低下して蓄電池２２を充電状態に切り替えた後、蓄電池２２の温度が第２閾値温度に達していない状態で、蓄電池２２の充電率が、第１閾値充電率と第３閾値充電率との間にある第２閾値充電率に達した場合に、蓄電池２２を再び放電状態に切り替える（図６中のｄ点）。これにより、蓄電池２２を発熱させ、蓄電池２２の温度を上昇させる。

制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第２閾値充電率に達して蓄電池２２を放電状態に切り替えた後、蓄電池２２の温度が第２閾値温度に達した場合に、蓄電池２２を再び充電状態に切り替える（図６中のｅ点）。これにより、蓄電池２２の充電率を上昇させる。

制御部５０３は、蓄電池２２の温度が第２閾値温度以上である状態で、蓄電池２２の充電率が第３閾値充電率に達した場合、蓄電池２２をフロート充電状態に切り替える（図６中のｆ点）。これにより、蓄電池２２の充電率を高く維持するとともに、蓄電池２２の温度上昇を抑制する。

以上説明した構成によれば、上記実施形態と同様に、蓄電池２２の出力特性の低下の抑制を図ることができる。また本変形例では、第１閾値充電率と、第１閾値充電率よりも高い第３閾値充電率と、第１閾値充電率と第３閾値充電率との間にある第２閾値充電率とを用いる。制御部５０３は、蓄電池２２の充電率が第１閾値充電率未満に低下して蓄電池２２を充電状態に切り替えた後、蓄電池２２の温度が第２閾値温度に達していない状態で、蓄電池２２の充電率が第２閾値充電率に達した場合に、蓄電池を再び放電状態に切り替える。このような構成によれば、制御部５０３は、蓄電池の２２の温度が十分に温まっていない状態で蓄電池２２の充電率が第２閾値充電率に達した場合には、満充電の状態でなくとも、蓄電池２２を再び放電状態に切り替えることができる。これにより、蓄電池２２の発熱量が充電状態よりも放電状態の方が大きい場合には、蓄電池２２の温度を早く上昇させることができる。

以上、実施形態および変形例の蓄電池制御装置５０について説明したが、実施形態の構成は、上記例に限定されない。例えば、制御部５０３は、負荷の使用条件に基づき、蓄電池２２の第１閾値充電率に加えて、蓄電池２２の閾値温度を変更してもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、蓄電池の温度が第１閾値温度未満に低下した場合に、前記蓄電池を放電状態に切り替える制御部を持つことで、蓄電池の出力特性の低下の抑制を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…蓄電システム、１０…充電装置、２１…蓄電池装置、２２…蓄電池、２３…ＢＭＵ、２６、２７、３０…スイッチ部、２９…補機、４０…運転台、５０…蓄電池制御装置、５０１…情報取得部、５０２…閾値情報記憶部、５０３…制御部

Claims (8)

1. 蓄電池の充電率に関する充電率情報と、前記蓄電池の温度に関する温度情報とを取得する情報取得部と、
   前記情報取得部により取得された前記充電率情報および前記温度情報に基づき、前記蓄電池の充電率が第１閾値充電率以上であり、且つ、前記蓄電池の温度が第１閾値温度未満に低下した場合に、前記蓄電池を放電状態に切り替える制御部と
   を備える蓄電池制御装置。
2. 前記制御部は、外部の電源装置により前記蓄電池がフロート充電されている状態で、前記蓄電池の温度が前記第１閾値温度未満に低下した場合に、前記蓄電池を放電状態に切り替える
   請求項１に記載の蓄電池制御装置。
3. 前記制御部は、前記蓄電池の温度が前記第１閾値温度未満に低下して前記蓄電池を放電状態に切り替えた後、前記蓄電池の充電率が前記第１閾値充電率未満に低下した場合に、前記蓄電池を充電状態に切り替える
   請求項１又は請求項２に記載の蓄電池制御装置。
4. 前記制御部は、前記蓄電池の充電率が前記第１閾値充電率未満に低下して前記蓄電池を充電状態に切り替えた後、前記蓄電池の温度が前記第１閾値温度よりも高い第２閾値温度に達していない状態で、前記蓄電池の充電率が前記第１閾値充電率よりも高い第２閾値充電率に達した場合に、前記蓄電池を再び放電状態に切り替える
   請求項３に記載の蓄電池制御装置。
5. 前記制御部は、前記蓄電池の充電率が前記第２閾値充電率に達して前記蓄電池を放電状態に切り替えた後、前記蓄電池の温度が前記第２閾値温度に達した場合に、前記蓄電池を再び充電状態に切り替える
   請求項４に記載の蓄電池制御装置。
6. 前記制御部は、前記蓄電池の温度が前記第２閾値温度以上である状態で、前記蓄電池の充電率が前記第２閾値充電率または第３閾値充電率に達した場合に、前記蓄電池をフロート充電状態に切り替える
   請求項５に記載の蓄電池制御装置。
7. 前記蓄電池から電力が供給される負荷の複数の使用条件に対応付けられた複数の第１閾値充電率を記憶する記憶部を更に備え、
   前記制御部は、前記複数の第１閾値充電率のなかから選択された前記第１閾値充電率に基づき、前記蓄電池を充電状態に切り替える
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蓄電池制御装置。
8. 前記制御部は、外部の電源装置から負荷に電力が供給されている状態で、前記蓄電池の充電率が前記第１閾値充電率以上であり、且つ、前記蓄電池の温度が前記第１閾値温度未満に低下した場合に、前記電源装置から前記負荷への電力の供給を停止させ、前記蓄電池を放電状態に切り替えて前記蓄電池から前記負荷に電力を供給する
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の蓄電池制御装置。

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