JP5851151B2

JP5851151B2 - 蓄電装置およびその制御方法

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Publication number: JP5851151B2
Application number: JP2011174081A
Authority: JP
Inventors: 佑介河野; 貴史堂元
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: JP2013038959A

Description

本発明の実施形態は、電気車両に適用される蓄電装置およびその制御方法に関する。

近年、車両における回生エネルギーの有効利用又は電気鉄道の非架線区域での走行などを目的として大容量の蓄電装置の適用が進められている。

そこで、蓄電装置の大容量化のために、想定される負荷の最大電力量を授受するために必要な数の蓄電素子を直列及び並列に接続する蓄電装置が知られている。

特開２００９−３３９３６号公報

しかしながら、負荷の最大電力量に対して必要最小限の数の蓄電素子で蓄電装置を構成すると、いずれかの蓄電素子に異常などが発生した場合、運転を継続することが困難になる。これに対して、負荷の最大電力量に対して十分余裕のある数の蓄電素子で蓄電装置を構成すると、蓄電装置が大型化し、蓄電装置に掛かるコストが増加する。

そこで、本発明の実施形態の目的は、負荷の最大電力量に対して少ない数の蓄電素子で構成された運転継続性の高い蓄電装置およびその制御方法を提供することにある。

本発明の実施形態に従った蓄電装置は、発電機から出力された交流電力をコンバータにより直流電力に変換するコンバータと、このコンバータにより変換された直流電力を、電動機を駆動するための交流電力に変換するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流回路に接続された直流／直流コンバータと、この直流／直流コンバータに接続された蓄電装置とを有するシステムにおける前記蓄電装置であって、充電及び放電する蓄電素子で構成され、互いに並列に接続された複数の蓄電手段と、前記複数の蓄電手段のそれぞれに設けられ、前記蓄電素子の状態に関する情報を含む蓄電素子情報を検出する複数の蓄電素子情報検出手段と、前記複数の蓄電素子情報検出手段により検出された前記蓄電素子情報に基づいて、前記複数の蓄電手段のそれぞれの劣化状態を判断する劣化状態判断手段と、前記劣化状態判断手段により判断された前記複数の蓄電手段のそれぞれの劣化状態に基づいて、前記複数の蓄電手段のそれぞれを、常時使用する常時用蓄電手段、いずれかの蓄電手段の異常発生時の予備として使用する予備用蓄電手段、及び使用を禁止する使用禁止蓄電手段のいずれかに割り当てる割当手段と、前記複数の蓄電手段を個別に前記直流／直流コンバータと接続又は切り離しをするための複数のスイッチと、前記割当手段による前記複数の蓄電手段の割り当てに基づいて、前記複数のスイッチを制御するスイッチ制御手段とを備えている。

本発明の第１の実施形態に係る蓄電装置の適用された車両の構成を示す構成図。第１の実施形態に係る運転開始制御手順による蓄電装置の制御動作を示すフローチャート。本発明の第２の実施形態に係る運転制御手順による蓄電装置の制御動作を示すフローチャート。第２の実施形態に係る運転制御手順による蓄電装置の動作を示すグラフ図。本発明の第３の実施形態に係る運転制御手順による蓄電装置の制御動作を示すフローチャート。第３の実施形態に係る蓄電装置の温度と合成内部抵抗との関係を示すグラフ図。本発明の第４の実施形態に係る運転制御手順による蓄電装置の制御動作を示すフローチャート。第４の実施形態に係る運転制御手順による蓄電装置全体の充電電流を示すグラフ図。第４の実施形態に係る運転制御手順による蓄電装置の各蓄電素子列の充電電流を示すグラフ図。第４の実施形態に係る運転制御手順による蓄電装置全体の放電電流を示すグラフ図。第４の実施形態に係る運転制御手順による蓄電装置の各蓄電素子列の充電電流を示すグラフ図。本発明の第５の実施形態に係る運転制御手順による蓄電装置の制御動作を示すフローチャート。第５の実施形態に係る運転制御手順による蓄電装置に供給される電力を示すグラフ図。第５の実施形態に係る運転制御手順による各蓄電素子列の電圧を示すグラフ図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る蓄電装置１の適用された車両１０の構成を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

車両１０は、電動機１５の駆動により走行するシステムである。車両１０は、例えば電気鉄道車両である。

車両１０は、蓄電装置１と、ＤＣ(direct current)／ＤＣコンバータ１１と、発電機１２と、ＰＷＭ(pulse width modulation)コンバータ１３と、ＰＷＭインバータ１４と、電動機１５と、フィルタコンデンサ１６とを備えている。

発電機１２は、電動機１５を駆動する電力を供給するために、三相交流電力を発電する。発電機１２は、発電した三相交流電力をＰＷＭコンバータ１３に供給する。発電機１２は、交流電力を供給するものであれば、それ自体が発電するものでなくてもよい。例えば、発電機１２は、直流電力を交流電力に変換するインバータ又は電気鉄道における交流架線などでもよい。

ＰＷＭコンバータ１３は、発電機１２から供給された三相交流電力を直流電力に変換する。ＰＷＭコンバータ１３は、変換した直流電力をＰＷＭインバータ１４に供給する。ＰＷＭコンバータ１３の直流側は、ＰＷＭインバータ１４の直流側と直流リンクで接続されている。

ＰＷＭインバータ１４は、ＰＷＭコンバータ１３から供給された直流電力を電動機１５を駆動するための三相交流電力に変換する。ＰＷＭインバータ１４は、変換した三相交流電力を電動機１５に供給する。また、ＰＷＭインバータ１４は、電動機１５から発生した回生電力を直流電力に変換する。ＰＷＭインバータ１４は、変換した直流電力を直流リンクに供給する。

電動機１５は、車両１０を走行させるための動力源である。力行時は、電動機１５は、ＰＷＭインバータ１４から供給される交流電力により駆動する。回生時は、電動機１５は、発生させた回生電力をＰＷＭインバータ１４に供給する。

フィルタコンデンサ１６は、直流リンクに印加されている直流電圧に重畳するノイズを除去する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、蓄電装置１と直流リンクとの間に設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、直流リンクに印加される直流電力の制御、直流リンクと蓄電装置１との電力の授受、及び蓄電装置１の充放電制御を行う。

蓄電装置１は、車両１０に搭載される。蓄電装置１は、電動機１５からＰＷＭインバータ１４とＤＣ／ＤＣコンバータ１１を順次に介して供給される回生電力を蓄電する。蓄電装置１は、放電した電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１１とＰＷＭインバータ１４を順次に介して、電動機１５に供給する。

蓄電装置１は、４つの蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４と、４つのセル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ４と、４つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４と、蓄電素子状態検出部２と、蓄電素子列制御部３と、スイッチ制御装置４とを備えている。

４つの蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４は、蓄電装置１の蓄電する部分である。第１の蓄電素子列Ｌ１は、３つのセルＥ１１，Ｅ１２，Ｅ１３が直列に接続された構成である。第２の蓄電素子列Ｌ２は、３つのセルＥ２１，Ｅ２２，Ｅ２３が直列に接続された構成である。第３の蓄電素子列Ｌ３は、３つのセルＥ３１，Ｅ３２，Ｅ３３が直列に接続された構成である。第４の蓄電素子列Ｌ４は、３つのセルＥ４１，Ｅ４２，Ｅ４３が直列に接続された構成である。セルＥ１１〜Ｅ４３は、蓄電素子である。セルＥ１１〜Ｅ４３は、例えばリチウムイオン電池などの２次電池である。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、それぞれ蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４と直列に接続されている。４つの直列に接続されたスイッチＳＷ１〜ＳＷ４と蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に並列に接続されている。これにより、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を個別に開閉させることにより、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４をＤＣ／ＤＣコンバータ１１と個別に接続及び切り離しをすることができる。

セル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ４は、それぞれ蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４に設けられている。セル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ４は、自身が設けられているそれぞれ蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の状態情報ＤＴ１，ＤＴ２，ＤＴ３，ＤＴ４を検出する。状態情報ＤＴ１〜ＤＴ４には、各セルＥ１１〜Ｅ４３の温度、電流、電圧、異常又は正常を示すセル状態、及びその他のセルＥ１１〜Ｅ４３の状態を把握するための情報が含まれている。異常を示すセル状態とは、例えば、通信異常又は各種電気量の検出異常などである。セル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ４は、検出した状態情報ＤＴ１〜ＤＴ４を蓄電素子状態検出部２に出力する。

蓄電素子列制御部３は、セル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ４から受信した各状態情報ＤＴ１〜ＤＴ４に基づいて、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の運用を判断するための演算処理をする。蓄電素子列制御部３は、演算処理結果に基づいて、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の接続又は切り離しを判断する。蓄電素子列制御部３は、判断した各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の制御についての情報をスイッチ制御装置４に出力する。

スイッチ制御装置４は、蓄電素子列制御部３による判断結果に基づいて、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をそれぞれ開閉するための制御指令ＩＳ１，ＩＳ２，ＩＳ３，ＩＳ４を生成する。スイッチ制御装置４は、生成した制御指令ＩＳ１〜ＩＳ４を各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に出力する。

図２は、本実施形態に係る運転開始制御手順ＰＲ１による蓄電装置１の制御動作を示すフローチャートである。

図２を参照して、運転開始制御手順ＰＲ１による蓄電装置１の運転開始までの制御動作について説明する。

蓄電装置１は、起動指令を受信することにより、運転開始制御手順ＰＲ１を開始する（ステップＳ１０１０）。起動指令は、例えば上位制御装置から受信する。

蓄電素子列制御部３は、起動指令を受信後、セル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ４から受信する状態情報ＤＴ１〜ＤＴ４に基づいて、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態を判断する（ステップＳ１０２０）。ここで、蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態とは、その蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４を構成するセルＥ１１〜Ｅ４３の中で最も劣化したセルＥ１１〜Ｅ４３の状態とする。

次に、蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態の判断方法について説明する。

セルＥ１１〜Ｅ４３の内部抵抗は、劣化が進むに従って高くなる。従って、セルＥ１１〜Ｅ４３の劣化状態は、内部抵抗を測定することで、判断することができる。

セルＥ１１〜Ｅ４３の内部抵抗は、蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の状態情報ＤＴ１〜ＤＴ４に含まれる各セルの電圧及び電流に基づいて演算する。

ここで、セルＥ１１〜Ｅ４３の内部抵抗は、温度が高いほど低くなる。蓄電素子列制御部３には、基準温度でのセルＥ１１〜Ｅ４３の内部抵抗と劣化状態との相関関係を示すデータ、及び温度と内部抵抗との相関関係を示すデータが格納されている。これらの相関関係を示すデータは、表又は演算式などである。

蓄電素子列制御部３は、温度と内部抵抗との相関関係を示すデータを用いて、現在の温度及び演算した内部抵抗に基づいて、基準温度での内部抵抗を演算する。蓄電素子列制御部３は、基準温度でのセルＥ１１〜Ｅ４３の内部抵抗と劣化状態との相関関係を示すデータを用いて、演算した基準温度での内部抵抗に基づいて、セルＥ１１〜Ｅ４３の劣化状態を判断する。

蓄電素子列制御部３は、このようにして、全てのセルＥ１１〜Ｅ４３の劣化状態を判断することで、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態を判断する。

蓄電素子列制御部３は、判断した各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態に基づいて、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４に、使用する優先順位を決定する（ステップＳ１０３０）。この優先順位は、劣化が進んでいない蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４ほど、順位が高くなるように決定する。これにより、劣化が進んでいない蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４ほど優先的に使用される。

蓄電素子列制御部３は、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態の判断後、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態が許容範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ１０４０）。

蓄電素子列制御部３は、全ての蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態が許容範囲内にあると判断した場合、主蓄電素子列の並列数と予備蓄電素子列の並列数を予め設定されている初期値に決定する（ステップＳ１０４０のＹｅｓ、ステップＳ１０５０）。

ここで、主蓄電素子列とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に常時接続され、常時使用可能な状態にある蓄電素子列である。予備蓄電素子列とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１から切り離され、通常時は使用しない状態にある蓄電素子列である。予備蓄電素子列には、正常な蓄電素子列と異常な蓄電素子列がある。正常な予備蓄電素子列は、非常時に必要に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１１に接続され、使用可能な状態になる。また、正常な予備蓄電素子列は、将来、主蓄電素子列になる可能性もある。一方、異常な蓄電素子列は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と接続できないようになっている。

主蓄電素子列の並列数の初期値は、蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化が許容範囲内にある状態で、負荷の想定される最大電力の授受が可能である最小限の並列数が設定されている。予備蓄電素子列の並列数の初期値は、全ての蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の並列数から主蓄電素子列の並列数の上述した初期値を引いた数が設定されている。ここでは、初期値は、主蓄電素子列を３列、予備蓄電素子列を１列に設定している。

蓄電素子列制御部３は、少なくとも１つの蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態が許容範囲内にないと判断した場合、全ての使用可能な蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４で、負荷の想定される最大電力の授受ができるか否かを判断する（ステップＳ１０４０のＮｏ、ステップＳ１０６０）。使用可能な蓄電素子列でないものとしては、既に以前の運転で異常と判断されている蓄電素子列又は接続を禁止している蓄電素子列などである。

蓄電素子列制御部３は、全ての蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４で、負荷の想定される最大電力の授受ができないと判断した場合、蓄電装置１の運転を中止する（ステップＳ１０６０のＮｏ、ステップＳ１０７０）。

蓄電素子列制御部３は、全ての蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４で、負荷の想定される最大電力の授受ができると判断した場合、主蓄電素子列の並列数と予備蓄電素子列の並列数を決定する（ステップＳ１０６０のＹｅｓ、ステップＳ１０８０）。

例えば、蓄電素子列制御部３は、次のように、主蓄電素子列の並列数と予備蓄電素子列の並列数を決定する。

まず、蓄電素子列制御部３は、負荷の想定される最大電力の授受が可能である最小限の並列数を決定する。“負荷の想定される最大電力の授受が可能である最小限の並列数“は、次のように決定する。

蓄電素子列制御部３は、全ての蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４について、劣化状態を考慮した蓄電容量を演算する。蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態を考慮した蓄電容量とは、自己を構成する全てのセルＥ１１〜Ｅ４３の劣化状態を考慮した蓄電容量の総和である。

蓄電素子列制御部３は、この演算結果に基づいて、蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の蓄電容量が高い順（通常は、優先順位が高い順）に、負荷の想定される最大電力を超えるまで、この蓄電容量を加算し続ける。このように加算された蓄電容量が負荷の想定される最大電力を超えた時点の蓄電容量を加算した蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の数が、”負荷の想定される最大電力の授受が可能である最小限の並列数“である。

蓄電素子列制御部３は、演算した”負荷の想定される最大電力の授受が可能である最小限の並列数“を、主蓄電素子列の並列数に決定する。蓄電素子列制御部３は、全ての蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の並列数から主蓄電素子列の並列数を引いた数を、予備蓄電素子列の並列数に決定する。

蓄電素子列制御部３は、主蓄電素子列の並列数及び予備蓄電素子列の並列数を決定した後（ステップＳ１０５０又はステップＳ１０８０）、それぞれの並列数に合せて、全ての蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４を主蓄電素子列又は予備蓄電素子列に割り当てる（ステップＳ１０９０）。蓄電素子列制御部３は、主蓄電素子列及び予備蓄電素子列の割り当てに従って、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の接続又は切り離しを判断する。蓄電素子列制御部３は、この判断結果を情報として、スイッチ制御装置４に送信する。

スイッチ制御装置４は、蓄電素子列制御部３による判断結果に従って、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の接続又は切り離しをするための制御指令ＩＳ１〜ＩＳ４を各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に出力する（ステップＳ１１００）。これにより、主蓄電素子列に割り当てられた蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４は接続され、予備蓄電素子列に割り当てられた蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４は切り離される。ここで、主蓄電素子列及び予備蓄電素子列の割り当てに変更がなければ、スイッチ制御装置４は、制御指令ＩＳ１〜ＩＳ４を各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に出力しなくてもよい。

蓄電装置１は、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の接続又は切り離しを完了後、運転を開始する（ステップＳ１１１０）。

本実施形態によれば、なるべく少ない並列数の蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４で、蓄電装置１を運転することができる。これにより、予備蓄電素子列を確保するように運転するため、主蓄電素子列に異常などが発生して使用が出来なくなった場合でも、予備蓄電素子列に切り替えられる可能性を高くすることができる。従って、蓄電装置１の運転継続性を高く保つことができる。

また、セルＥ１１〜Ｅ４３の劣化が進行し、初期の主蓄電素子列の並列数で蓄電装置１を運転できない場合でも、主蓄電素子列の並列数を増加させることで、蓄電装置１を運転することができる。これにより、セルＥ１１〜Ｅ４３の劣化による使用の限界を延ばすことができる。従って、蓄電装置１の寿命を延ばすことができる。

さらに、セルＥ１１〜Ｅ４３の劣化が進行していない蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４を優先的に使用することで、蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４間での劣化の不均衡を低減することができる。これにより、蓄電装置１の寿命を延ばすことができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る運転制御手順ＰＲ２による蓄電装置１の制御動作を示すフローチャートである。図４は、本実施形態に係る運転制御手順ＰＲ２による蓄電装置１の動作を示すグラフ図である。

本実施形態に係る蓄電装置１は、図２に示す第１の実施形態に係る運転開始制御手順ＰＲ１に、ステップＳ２０１０〜ステップＳ２０７０を追加した運転制御手順ＰＲ２により動作する。その他の点は、本実施形態に係る蓄電装置１は、第１の実施形態と同様である。従って、本実施形態に係る蓄電装置１のハードウェア構成についても、図１に示す第１の実施形態に係る蓄電装置１と同様である。

運転開始制御手順ＰＲ１については、第１の実施形態と同様である。

運転開始制御手順ＰＲ１による運転開始後、蓄電素子列制御部３は、セル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ４から受信する状態情報ＤＴ１〜ＤＴ４に基づいて、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の運転状態ＳＴ１〜ＳＴ４を判断する（ステップＳ２０１０）。

蓄電素子列制御部３は、判断した各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の運転状態ＳＴ１〜ＳＴ４が正常か異常かを判断する（ステップＳ２０２０）。異常とは、例えば、過発熱、過電圧、過電流、通信異常、又は検出異常などである。

蓄電素子列制御部３は、全ての蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の運転状態ＳＴ１〜ＳＴ４が正常であると判断した場合、現状の状態で運転を継続する（ステップＳ２０２０のＹｅｓ、ステップＳ２０７０）。

蓄電素子列制御部３は、少なくとも１つの蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の運転状態ＳＴ１〜ＳＴ４が異常であると判断した場合、正常な蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の数が主蓄電素子列の並列数以上あるか否かを判断する（ステップＳ２０２０のＮｏ、ステップＳ２０３０）。

蓄電素子列制御部３は、正常な蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の数が主蓄電素子列の並列数よりも少ない場合、蓄電装置１の運転を中止する（ステップＳ２０３０のＮｏ、ステップＳ２０４０）。なお、劣化状態を考慮した全ての正常な蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４で、負荷の想定される最大電力の授受ができないと判断した場合も、蓄電装置１の運転を中止する。

蓄電素子列制御部３は、正常な蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の数が主蓄電素子列の並列数以上である場合、全ての蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４を主蓄電素子列又は予備蓄電素子列に割り当てる（ステップＳ２０３０のＹｅｓ、ステップＳ２０５０）。

例えば、主蓄電素子列の中に、異常な蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４がある場合、蓄電素子列制御部３は、この異常な蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４を予備蓄電素子列に割り当て、正常な予備蓄電素子列の中で最も劣化の進んでいない蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４を主蓄電素子列に割り当てる。蓄電素子列制御部３は、異常と判断した蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４については、以後の接続を禁止する処理をする。蓄電素子列制御部３は、主蓄電素子列及び予備蓄電素子列の割り当てに従って、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の接続又は切り離しを判断する。蓄電素子列制御部３は、この判断結果を情報として、スイッチ制御装置４に送信する。

スイッチ制御装置４は、蓄電素子列制御部３による判断結果に従って、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の接続又は切り離しをするための制御指令ＩＳ１〜ＩＳ４を各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に出力する（ステップＳ２０６０）。本ステップについては、第１の実施形態に係るステップＳ１１００と同様である。

蓄電装置１は、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の接続又は切り離しを完了後、運転を継続する（ステップＳ２０７０）。

蓄電装置１は、運転している間、上述のステップＳ２０１０からステップＳ２０７０の処理を繰り返し行う。

図４を参照して、運転制御手順ＰＲ２による蓄電装置１の動作について説明する。

運転開始直後の時刻ｔ０では、第１の蓄電素子列Ｌ１から第３の蓄電素子列Ｌ３は主蓄電素子列であり、第４の蓄電素子列Ｌ４は予備蓄電素子列である。また、全ての蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の運転状態ＳＴ１〜ＳＴ４は正常である。

時刻ｔ１で、主蓄電素子列である第１の蓄電素子列Ｌ１の運転状態ＳＴ１が異常になる。ここで、正常な予備蓄電素子列に第４の蓄電素子列Ｌ４がある。従って、蓄電装置１は、第１の蓄電素子列Ｌ１を切り離し、第４の蓄電素子列Ｌ４を主蓄電素子列として接続する。また、蓄電装置１は、第１の蓄電素子列Ｌ１の再接続を禁止する処理を行う。

時刻ｔ１以降では、蓄電装置１は、第２の蓄電素子列Ｌ２から第４の蓄電素子列Ｌ４で運転を継続する。

本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。

運転制御手順ＰＲ２により、蓄電装置１は、主蓄電素子列に異常が発生した場合でも、正常な予備蓄電素子列を、異常が発生した主蓄電素子列と切り替えることで、運転を継続することができる。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る運転制御手順ＰＲ３による蓄電装置１の制御動作を示すフローチャートである。

本実施形態に係る蓄電装置１は、図２に示す第１の実施形態に係る運転開始制御手順ＰＲ１に、ステップＳ３０１０〜ステップＳ３０５０を追加した運転制御手順ＰＲ３により動作する。その他の点は、本実施形態に係る蓄電装置１は、第１の実施形態と同様である。従って、本実施形態に係る蓄電装置１のハードウェア構成についても、図１に示す第１の実施形態に係る蓄電装置１と同様である。

運転開始直後は、第１の蓄電素子列Ｌ１から第３の蓄電素子列Ｌ３が主蓄電素子列であり、第４の蓄電素子列Ｌ４が予備蓄電素子列であるものとする。

運転開始制御手順ＰＲ１による運転開始後、蓄電素子列制御部３は、セル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ３から受信する状態情報ＤＴ１〜ＤＴ３に基づいて、各主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の温度を検出する（ステップＳ３０１０）。ここで、主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の温度は、それぞれを構成するセルＥ１１〜Ｅ４３の中で最も高い温度とする。

蓄電素子列制御部３は、検出した全ての主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の温度が予め設定された基準温度Ｔｔｈ以上か否かを判断する（ステップＳ３０２０）。

蓄電素子列制御部３は、少なくとも１つの主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の温度が予め設定された基準温度Ｔｔｈ未満の場合、低温時運転に切り替える。既に、蓄電装置１が低温時運転をしている場合は、蓄電装置１はそのまま低温時運転を継続する（ステップＳ３０２０のＮｏ、ステップＳ３０３０）。低温時運転にするために、蓄電素子列制御部３は、予備蓄電素子列Ｌ４を一時的に接続する制御をする。スイッチ制御装置４は、スイッチＳＷ４に接続するための指令ＩＳ４を出力する。これにより、蓄電装置１は、低温時運転に切り替わる。蓄電装置１は、低温時運転に切り替えた後、運転を継続する（ステップＳ３０５０）。

ここで、低温時運転とは、正常な予備蓄電素子列の全て又は一部を一時的に接続して運転する方式である。予備蓄電素子列の一部を一時的に接続する場合は、主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の温度に応じて予備蓄電素子列を接続する数を決定してもよいし、主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の内部抵抗に応じて予備蓄電素子列を接続する数を決定してもよい。

蓄電素子列制御部３は、全ての主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の温度が予め設定された基準温度Ｔｔｈ以上の場合、定常運転をする（ステップＳ３０２０のＹｅｓ、ステップＳ３０４０）。

ここで、定常運転とは、主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３のみを接続して運転する方式である。運転開始直後は、蓄電装置１は原則として定常運転をする。既に、蓄電装置１が定常運転をしている場合は、蓄電装置１はそのまま定常運転を継続する（ステップＳ３０５０）。蓄電装置１が低温時運転をしている場合は、定常運転に切り替える。定常運転への切り替えは、一時的に接続している予備蓄電素子列を切り離すことで完了する。定常運転への切り替え後、蓄電装置１は運転を継続する（ステップＳ３０５０）。

蓄電装置１は、運転している間、上述のステップＳ３０１０からステップＳ３０５０の処理を繰り返し行う。

図６は、本実施形態に係る蓄電装置１の温度と合成内部抵抗との関係を示すグラフ図である。実線のグラフＧｓは、運転制御手順ＰＲ３による蓄電装置１の温度と合成内部抵抗の関係を示している。縦軸は、抵抗を示している。横軸は、温度を示している。

点線のグラフＧｓ３は、３並列に接続された蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の温度と合成内部抵抗の関係を示している。点線のグラフＧｓ４は、４並列に接続された蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の温度と合成内部抵抗の関係を示している。

ここで、蓄電装置１の温度とは、並列に接続されている蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４を構成するセルＥ１１〜Ｅ４３の中で最も高い温度とする。

蓄電装置１の温度が基準温度Ｔｔｈ以上であれば、蓄電装置１は、３並列に接続された主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３で運転を行う（定常運転）。蓄電装置１の温度が基準温度Ｔｔｈ未満であれば、蓄電装置１は、４並列に接続された主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３及び予備蓄電素子列Ｌ４で運転を行う（低温時運転）。

図６に示すように、合成内部抵抗は温度に関係なく、４並列に接続された蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の方が３並列に接続された蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３よりも低い。

セルＥ１１〜Ｅ４３として、リチウムイオン電池のような二次電池を用いた場合、低温時では、蓄電装置１の合成内部抵抗（並列接続されている蓄電素子列を構成する全てのセルの内部抵抗を合成した抵抗）が増加する。そこで、蓄電装置１は、合成内部抵抗が高くなる温度が低い領域では、主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３に予備蓄電素子列Ｌ４を追加接続する。このように、蓄電装置１は、使用する蓄電素子列の並列数を増やして運転することで、合成内部抵抗を減少させる。

本実形態によれば、第１の実施形態の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。

運転制御手順ＰＲ３により、低温時に蓄電装置１の合成内部抵抗が高くなる場合でも、一時的に、蓄電素子列の並列数を増加させることで、合成内部抵抗を低くすることができる。これにより、低温時の蓄電装置１の合成内部抵抗による損失を軽減することができる。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る運転制御手順ＰＲ４による蓄電装置１の制御動作を示すフローチャートである。

本実施形態に係る蓄電装置１は、図２に示す第１の実施形態に係る運転開始制御手順ＰＲ１に、ステップＳ４０１０〜ステップＳ４０９０を追加した運転制御手順ＰＲ４により動作する。その他の点は、本実施形態に係る蓄電装置１は、第１の実施形態と同様である。従って、本実施形態に係る蓄電装置１のハードウェア構成についても、図１に示す第１の実施形態に係る蓄電装置１と同様である。

運転開始制御手順ＰＲ１による運転開始後、蓄電素子列制御部３は、セル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ３から受信する状態情報ＤＴ１〜ＤＴ３に基づいて、各主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の電流を検出する（ステップＳ４０１０）。

蓄電素子列制御部３は、検出した全ての主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の電流が予め設定された上限電流以下か否かを判断する（ステップＳ４０２０）。この上限電流は、放電電流と充電電流で異なる電流値としてもよい。

蓄電素子列制御部３は、全ての主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の電流が予め設定された上限電流以下の場合、蓄電装置１は、現状の状態のまま運転を継続する（ステップＳ４０２０のＮｏ、ステップＳ４０７０）。

蓄電素子列制御部３は、少なくとも１つの主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の電流が予め設定された上限電流を超えた場合、使用可能な予備蓄電素子列Ｌ４があるか否かを判断する（ステップＳ４０２０のＹｅｓ、ステップＳ４０３０）。

蓄電素子列制御部３は、使用可能な予備蓄電素子列Ｌ４があると判断した場合、この予備蓄電素子列Ｌ４を一時的に使用する割り当てをする（ステップＳ４０３０のＹｅｓ、ステップＳ４０４０）。スイッチ制御装置４は、蓄電素子列制御部３の割り当てに従って、スイッチＳＷ４に接続するための指令ＩＳ４を出力する（ステップＳ４０５０）。蓄電装置１は、予備蓄電素子列Ｌ４を接続した後、運転を継続する（ステップＳ４０７０）。

蓄電素子列制御部３は、使用可能な予備蓄電素子列Ｌ４がないと判断した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に授受する電力を制限するための指令を出力する（ステップＳ４０３０のＮｏ、ステップＳ４０６０）。なお、蓄電素子列制御部３は、この電力制限するための指令を、発電機１２、ＰＷＭコンバータ１３、ＰＷＭインバータ１４、電動機１５、又はこれら（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を含む）を制御する制御装置などに出力してもよい。蓄電装置１は、電力制限の指令を出力した後、運転を継続する（ステップＳ４０７０）。

運転継続後、蓄電素子列制御部３は、運転方式を変更したか否かを判断する（ステップＳ４０８０）。運転方式の変更とは、電動機１５が力行運転から回生運転又は回生運転から力行運転などに変更することである。また、運転方式の変更として、惰行運転への変更又は惰行運転からの変更を加えてもよい。

蓄電素子列制御部３は、運転方式を変更したと判断した場合、定常運転をする（ステップＳ４０８０のＹｅｓ、ステップＳ４０９０）。

定常運転をする制御は、次のように行う。

一時的に予備蓄電素子列Ｌ４を接続していた場合（ステップＳ４０４０）、蓄電素子列制御部３は、予備蓄電素子列Ｌ４の接続を切り離す。電力制限の指令を出力していた場合（ステップＳ４０６０）、蓄電素子列制御部３は、電力制限を解除する指令を出力する。予備蓄電素子列Ｌ４の接続又は電力制限の指令の出力のいずれもしていない場合、蓄電装置１は、原則として、既に定常運転している状態である。この場合は、蓄電装置１は、そのまま定常運転を継続すればよい。

蓄電装置１は、運転している間、上述のステップＳ４０１０からステップＳ４０９０の処理を繰り返し行う。

図８及び図９を参照して、運転制御手順ＰＲ４による蓄電装置１の充電時の動作について説明する。図８は、蓄電装置１全体の充電電流Ｉｔｃを示している。図９は、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の充電電流Ｉ１ｃ，Ｉ２ｃ，Ｉ３ｃ，Ｉ４ｃを示している。

運転開始直後の時刻ｔ１０では、第１の蓄電素子列Ｌ１から第３の蓄電素子列Ｌ３は主蓄電素子列であり、第４の蓄電素子列Ｌ４は予備蓄電素子列である。

時刻ｔ１０から電動機１５の回生運転が開始される。これにより、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の充電電流Ｉ１ｃ〜Ｉ４ｃは徐々に上昇する。

時刻ｔ１１で、第１の蓄電素子列Ｌ１の充電電流Ｉ１ｃが充電電流の上限値Ｉｕｐｃに達する。従って、蓄電装置１は、予備蓄電素子列である第４の蓄電素子列Ｌ４を並列接続に追加する。これにより、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の充電電流Ｉ１ｃ〜Ｉ４ｃは、全て一時的に減少する。但し、蓄電装置１全体の充電電流Ｉｔｃは変わらない。

時刻ｔ１１後も、電動機１５は回生運転をしているため、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の充電電流Ｉ１ｃ〜Ｉ４ｃは再び徐々に上昇する。

時刻ｔ１２で、第１の蓄電素子列Ｌ１の充電電流Ｉ１ｃが、再度、充電電流の上限値Ｉｕｐｃに達する。ここで、第４の蓄電素子列Ｌ４は、既に並列接続されているため、他に予備蓄電素子列はない。従って、蓄電装置１は、回生電力を制限するための指令を出力する。これにより、蓄電装置１全体の充電電流Ｉｔｃはこれ以上増加しない。従って、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の充電電流Ｉ１ｃ〜Ｉ４ｃもこれ以上増加しない。

時刻ｔ１３で、電動機１５が回生運転から力行運転に切り替わる。これにより、蓄電装置１は、定常運転に戻すために、一時的に接続した第４の蓄電素子列Ｌ４を切り離す。この動作とともに、蓄電装置１は、回生電力の制限を解除する指令を出力する。

次に、図１０及び図１１を参照して、運転制御手順ＰＲ４による蓄電装置１の放電時の動作について説明する。図１０は、蓄電装置１全体の放電電流Ｉｔｄを示している。図１１は、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の放電電流Ｉ１ｄ，Ｉ２ｄ，Ｉ３ｄ，Ｉ４ｄを示している。

運転開始直後の時刻ｔ２０では、第１の蓄電素子列Ｌ１から第３の蓄電素子列Ｌ３は主蓄電素子列であり、第４の蓄電素子列Ｌ４は予備蓄電素子列である。

時刻ｔ２０から電動機１５の力行運転が開始される。これにより、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の放電電流Ｉ１ｄ〜Ｉ４ｄは徐々に上昇する。

時刻ｔ２１で、第１の蓄電素子列Ｌ１の放電電流Ｉ１ｄが放電電流の上限値Ｉｕｐｄに達する。従って、蓄電装置１は、予備蓄電素子列である第４の蓄電素子列Ｌ４を並列接続に追加する。これにより、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の放電電流Ｉ１ｄ〜Ｉ４ｄは、全て一時的に減少する。但し、蓄電装置１全体の放電電流Ｉｔｄは変わらない。

時刻ｔ２１後も、電動機１５は力行運転をしているため、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の放電電流Ｉ１ｄ〜Ｉ４ｄは再び徐々に上昇する。

時刻ｔ２２で、第１の蓄電素子列Ｌ１の放電電流Ｉ１ｄが、再度、放電電流の上限値Ｉｕｐｄに達する。ここで、第４の蓄電素子列Ｌ４は、既に並列接続されているため、他に予備蓄電素子列はない。従って、蓄電装置１は、力行電力を制限するための指令を出力する。これにより、蓄電装置１全体の放電電流Ｉｔｄはこれ以上増加しない。従って、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の放電電流Ｉ１ｄ〜Ｉ４ｄもこれ以上増加しない。

時刻ｔ２３で、電動機１５が力行運転から回生運転に切り替わる。これにより、蓄電装置１は、定常運転に戻すために、一時的に接続した第４の蓄電素子列Ｌ４を切り離す。この動作とともに、蓄電装置１は、力行電力の制限を解除する指令を出力する。

運転制御手順ＰＲ４により、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の電流が上限値に達するような場合でも、一時的に予備蓄電素子列を接続することで、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の電流を減少させることができる。また、使用可能な予備蓄電素子列がない場合であっても、回生電力又は力行電力を制限することで、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の電流を増加させないようにすることができる。これにより、蓄電装置１の運転継続性を高めることができる。

（第５の実施形態）
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る運転制御手順ＰＲ５による蓄電装置１の制御動作を示すフローチャートである。

本実施形態に係る蓄電装置１は、図２に示す第１の実施形態に係る運転開始制御手順ＰＲ１に、ステップＳ５０１０〜ステップＳ５１１０を追加した運転制御手順ＰＲ５により動作する。その他の点は、本実施形態に係る蓄電装置１は、第１の実施形態と同様である。従って、本実施形態に係る蓄電装置１のハードウェア構成についても、図１に示す第１の実施形態に係る蓄電装置１と同様である。

運転開始制御手順ＰＲ１による運転開始後、蓄電素子列制御部３は、電動機１５が回生運転か否かを判断する（ステップＳ５０１０）。

蓄電素子列制御部３は、回生運転ではないと判断した場合、電動機１５が力行運転か否かを判断する制御処理に移行する（ステップＳ５０１０のＮｏ、ステップＳ５１００）。

蓄電素子列制御部３は、回生運転であると判断した場合、セル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ３から受信する状態情報ＤＴ１〜ＤＴ３に基づいて、各主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の電圧を検出する（ステップＳ５０２０）。ここで、蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の電圧とは、自身を構成するセルＥ１１〜Ｅ４３の中で、最も高いセルの電圧とする。

蓄電素子列制御部３は、検出した主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の電圧が予め設定された上限電圧を超えているか否かを判断する（ステップＳ５０３０）。

蓄電素子列制御部３は、全ての主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の電圧が予め設定された上限電圧以下の場合、蓄電装置１は、現状の状態のまま運転を継続する。（ステップＳ５０３０のＮｏ、ステップＳ５０９０）。

蓄電素子列制御部３は、少なくとも１つの主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の電圧が予め設定された上限電圧を超えた場合、使用可能な予備蓄電素子列Ｌ４があるか否かを判断する（ステップＳ５０３０のＹｅｓ、ステップＳ５０４０）。

蓄電素子列制御部３は、使用可能な予備蓄電素子列Ｌ４があると判断した場合、この予備蓄電素子列Ｌ４を一時的に使用する割り当てをする（ステップＳ５０４０のＹｅｓ、ステップＳ５０５０）。これに伴い、蓄電素子列制御部３は、上限電圧を超えた主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３を一時的に不使用にする割り当てをする（ステップＳ５０６０）。

スイッチ制御装置４は、蓄電素子列制御部３の割り当てに従って、スイッチＳＷ４に予備蓄電素子列Ｌ４を接続するための指令ＩＳ４を出力する（ステップＳ５０７０）。蓄電装置１は、予備蓄電素子列Ｌ４を接続した後、運転を継続する（ステップＳ５０９０）。

蓄電素子列制御部３は、使用可能な予備蓄電素子列がないと判断した場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に回生電力を制限するための指令を出力する（ステップＳ５０４０のＮｏ、ステップＳ５０８０）。なお、蓄電素子列制御部３は、この回生電力制限するための指令を、ＰＷＭインバータ１４、電動機１５、又はこれら（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を含む）を制御する制御装置などに出力してもよい。蓄電装置１は、回生電力を制限する指令を出力した後、運転を継続する（ステップＳ５０９０）。

運転継続後、蓄電素子列制御部３は、電動機１５が力行運転か否かを判断する（ステップＳ５１００）。

蓄電素子列制御部３は、力行運転であると判断した場合、定常運転をする（ステップＳ５１００のＹｅｓ、ステップＳ５１１０）。

定常運転をする制御は、次のように行う。

一時的に上限電圧を越えた主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の代わりに予備蓄電素子列Ｌ４を接続していた場合（ステップＳ５０５０，Ｓ５０６０）、蓄電素子列制御部３は、予備蓄電素子列Ｌ４の接続を切り離し、予備蓄電素子列Ｌ４の代わりに切り離していた主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３を接続する。回生電力を制限する指令を出力していた場合（ステップＳ５０８０）、蓄電素子列制御部３は、回生電力の制限を解除する指令を出力する。予備蓄電素子列Ｌ４の接続又は回生電力を制限する指令の出力のいずれもしていない場合、蓄電装置１は、原則として、既に定常運転している状態である。よって、蓄電装置１は、そのまま定常運転を継続する。

蓄電装置１は、運転している間、上述のステップＳ５０１０からステップＳ５１１０の処理を繰り返し行う。

図１３及び図１４を参照して、運転制御手順ＰＲ５による蓄電装置１の動作について説明する。図１３は、蓄電装置１全体に供給される電力Ｐｔを示している。図１４は、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を示している。

運転開始直後の時刻ｔ３０では、第１の蓄電素子列Ｌ１から第３の蓄電素子列Ｌ３は主蓄電素子列であり、第４の蓄電素子列Ｌ４は予備蓄電素子列である。また、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の電圧Ｖ１〜Ｖ４は、電圧Ｖ１＞電圧Ｖ２＞電圧Ｖ３＞電圧Ｖ４、を満たす関係にあるものとする。

時刻ｔ３０から電動機１５の回生運転が開始される。これにより、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の電圧Ｖ１〜Ｖ４は徐々に上昇する。

時刻ｔ３１で、第１の蓄電素子列Ｌ１の電圧Ｖ１が電圧の上限値Ｖｕｐに達する。従って、蓄電装置１は、第１の蓄電素子列Ｌ１を切り離し、第１の蓄電素子列Ｌ１の代わりに予備蓄電素子列である第４の蓄電素子列Ｌ４を接続する。

時刻ｔ３１後も、電動機１５は回生運転をしているため、各蓄電素子列Ｌ２〜Ｌ４の電圧Ｖ２〜Ｖ４は徐々に上昇する。

時刻ｔ３２で、第２の蓄電素子列Ｌ２の電圧Ｖ２が、電圧の上限値Ｖｕｐに達する。ここで、第４の蓄電素子列Ｌ４は、既に並列接続されているため、他に予備蓄電素子列はない。従って、蓄電装置１は、回生電力を制限するための指令を出力する。これにより、回生電力Ｐｔは無くなる。従って、各蓄電素子列Ｌ２〜Ｌ４の電圧Ｖ２〜Ｖ４はこれ以上増加しない。

時刻ｔ３３で、電動機１５が力行運転を開始する。これにより、蓄電装置１は、定常運転に戻すために、一時的に接続した第４の蓄電素子列Ｌ４を切り離し、一時的に切り離した第１の蓄電素子列Ｌ１を接続する。この動作とともに、蓄電装置１は、回生電力の制限を解除する指令を出力する。

運転制御手順ＰＲ５により、電動機１５の回生運転で、主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の電圧が上限値に達するような場合でも、上限値に達した主蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ３の代わりに一時的に予備蓄電素子列Ｌ４を接続することで、蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の過充電を防止することができる。また、使用可能な予備蓄電素子列がない場合であっても、回生電力を制限することで、蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の過充電を防止することができる。これにより、回生電力を効果的に充電することができる。

なお、各実施形態では、４つの蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の構成について説明したが、少なくとも２つ以上あればいくつでもよい。負荷電力に応じて、蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の数を適宜変更することができる。また、各蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４を構成するセルＥ１１〜Ｅ４３の数をそれぞれ３つとしたが、少なくとも１つ以上あればいくつでもよい。負荷電力に応じて、セルＥ１１〜Ｅ４３の数を適宜変更することができる。

また、各実施形態に係る制御手順ＰＲ１〜ＰＲ５において、これらの手順で行われる処理（ステップ又はステップにおける各種処理など）は、変更、付加又削除をしてもよい。例えば、第１の実施形態で説明した蓄電装置１の運転開始制御手順ＰＲ１では、“少なくとも１つの蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態が許容範囲内にない（ステップＳ１０４０）”と一度判断したのであれば、次回以降の運転開始制御手順では、この判定を行わなくてもよい。このように、前回以前の各種手順で判明している判定の処理は省略することができる。また、順序に関係なく行える処理については適宜順序を変更することができる。

さらに、各実施形態に係る制御手順ＰＲ１〜ＰＲ５は、全て組み合わせた１つの運転制御手順としてもよいし、任意の組合せの運転制御手順としてもよい。これにより、組み合わせた運転制御手順の全ての実施形態の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

また、各実施形態では、蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態を判断するために、基準温度でのセルＥ１１〜Ｅ４３の内部抵抗を演算したが、これに限らない。蓄電素子列制御部３に予め温度毎のセルＥ１１〜Ｅ４３の内部抵抗と劣化状態との相関関係を示すデータを格納しておくことで、基準温度でのセルＥ１１〜Ｅ４３の内部抵抗を演算しなくても、現在の温度と内部抵抗で、セルの劣化状態を判定することができる。

さらに、蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態の判断は、第１の実施形態で説明した方法に限らない。蓄電素子列Ｌ１〜Ｌ４の劣化状態の判断できるのであれば、セルの電圧、電流、及び温度以外の情報を用いてもよいし、これらの全ての情報を用いなくてもよい。

また、各実施形態において、セル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ４により検出される状態情報ＤＴ１〜ＤＴ４には、各セルＥ１１〜Ｅ４３の温度、電流、電圧、異常又は正常を示すセル状態、及びその他のセルＥ１１〜Ｅ４３の状態を把握するための情報が含まれるものとしたが、これらの情報のうち少なくとも１つが含まれていれば、蓄電装置１に必要のない情報は含まれていなくてもよい。また、セル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ４は、１つの検出器でこれら全ての情報を一度に取得する必要はなく、温度、電流、及び電圧などは、それぞれを検出するための複数の検出器が含まれていてもよい。

また、各実施形態において、蓄電装置１は、電動機の運転方式（回生運転、力行運転又は惰行運転）をどのように判断してもよい。例えば、蓄電装置１は、セル状態情報検出器Ｄ１〜Ｄ３から受信する状態情報ＤＴ１〜ＤＴ３（セルＥ１１〜Ｅ４３の電流又は電圧など）に基づいて、判断してもよいし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、発電機１２、ＰＷＭコンバータ１３、ＰＷＭインバータ１４、電動機１５、又はこれらを制御する制御装置などの外部の機器から情報を取得してもよい。

さらに、第３の実施形態では、蓄電装置１の温度に基づいて、蓄電素子列の並列数を変えたが、これに限らない。蓄電素子列の並列数は、蓄電装置１の合成内部抵抗に基づいて、変更してもよいし、蓄電装置１の最も高いセルの内部抵抗に基づいて変更してもよい。

なお、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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１…蓄電装置、２…蓄電素子状態検出部、３…蓄電素子列制御部、４…スイッチ制御装置、１０…車両、１１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１２…発電機、１３…ＰＷＭコンバータ、１４…ＰＷＭインバータ、１５…電動機、１６…フィルタコンデンサ、Ｄ１〜Ｄ４…セル状態情報検出器、ＤＴ１〜ＤＴ４…状態情報、Ｅ１１〜Ｅ４３…セル、ＩＳ１〜ＩＳ４…制御指令、Ｌ１〜Ｌ４…蓄電素子列、ＳＷ１〜ＳＷ４…スイッチ。

Claims

発電機から出力された交流電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータにより変換された直流電力を、電動機を駆動するための交流電力に変換するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流回路に接続された直流／直流コンバータと、この直流／直流コンバータに接続された蓄電装置とを有するシステムにおける前記蓄電装置であって、
充電及び放電する蓄電素子で構成され、互いに並列に接続された複数の蓄電手段と、
前記複数の蓄電手段のそれぞれに設けられ、前記蓄電素子の状態に関する情報を含む蓄電素子情報を検出する複数の蓄電素子情報検出手段と、
前記複数の蓄電素子情報検出手段により検出された前記蓄電素子情報に基づいて、前記複数の蓄電手段のそれぞれの劣化状態を判断する劣化状態判断手段と、
前記劣化状態判断手段により判断された前記複数の蓄電手段のそれぞれの劣化状態に基づいて、前記複数の蓄電手段のそれぞれを、常時使用する常時用蓄電手段、いずれかの蓄電手段の異常発生時の予備として使用する予備用蓄電手段、及び使用を禁止する使用禁止蓄電手段のいずれかに割り当てる割当手段と、
前記複数の蓄電手段を個別に前記直流／直流コンバータと接続又は切り離しをするための複数のスイッチと、
前記割当手段による前記複数の蓄電手段の割り当てに基づいて、前記複数のスイッチを制御するスイッチ制御手段と
を備えたことを特徴とする蓄電装置。
前記割当手段は、劣化状態の進んでいない前記蓄電手段を優先して、前記常時用蓄電手段に割り当てること
を特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記割当手段は、前記劣化状態判断手段により判断された前記複数の蓄電手段のそれぞれの劣化状態と予め求めた最大電力に基づいて、前記常時用蓄電手段に割り当てる前記蓄電手段の数を決定すること
を特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記複数の蓄電素子情報検出手段により検出された前記蓄電素子情報に基づいて、前記複数の蓄電手段のそれぞれが異常か否かを判断する異常判断手段を備え、
前記割当手段は、前記異常判断手段により前記蓄電手段が異常と判断された場合、前記複数の蓄電手段の割り当てを変更すること
を特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記複数の蓄電素子情報検出手段により検出された前記蓄電素子情報に基づいて、前記複数の蓄電手段のそれぞれの温度を測定する温度測定手段を備え、
前記スイッチ制御手段は、前記温度測定手段により測定された前記複数の蓄電手段のそれぞれの温度のうち少なくとも１つの温度が所定温度よりも低い場合、前記常時用蓄電手段に加え、前記割当手段により前記予備用蓄電手段に割り当てられた少なくとも１つの前記蓄電手段が前記直流／直流コンバータに接続されるように前記少なくとも１つの蓄電手段に対応したスイッチを制御すること
を特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記複数の蓄電素子情報検出手段により検出された前記蓄電素子情報に基づいて、前記複数の蓄電手段のそれぞれの電流を測定する電流測定手段を備え、
前記スイッチ制御手段は、前記電流測定手段により測定された前記複数の蓄電手段のそれぞれの電流のうち少なくとも１つの電流が所定電流を超えている場合、前記常時用蓄電手段に加え、前記割当手段により前記予備用蓄電手段に割り当てられた少なくとも１つの前記蓄電手段が前記直流／直流コンバータに接続されるように前記少なくとも１つの蓄電手段に対応したスイッチを制御すること
を特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記電流測定手段により測定された前記複数の蓄電手段のそれぞれの電流のうち少なくとも１つの電流が所定電流を超えており、前記割当手段により前記予備用蓄電手段に割り当てられた前記直流／直流コンバータに接続可能な前記蓄電手段がない場合、前記直流／直流コンバータと授受する電力を制限する電力制限手段と
を備えたことを特徴とする請求項６に記載の蓄電装置。
前記複数の蓄電素子情報検出手段により検出された前記蓄電素子情報に基づいて、前記複数の蓄電手段のそれぞれの電圧を測定する電圧測定手段を備え、
前記スイッチ制御手段は、前記電圧測定手段により測定された前記複数の蓄電手段のそれぞれの電圧のうち少なくとも１つの電圧が所定電圧を超えている場合、前記所定電圧を超えた前記蓄電手段を前記直流／直流コンバータから切り離し、前記割当手段により前記予備用蓄電手段に割り当てられた少なくとも１つの前記蓄電手段を前記直流／直流コンバータに接続すること
を特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記電圧測定手段により測定された前記複数の蓄電手段のそれぞれの電圧のうち少なくとも１つの電圧が所定電圧を超えており、前記割当手段により前記予備用蓄電手段に割り当てられた前記直流／直流コンバータに接続可能な前記蓄電手段がない場合、前記直流／直流コンバータから前記複数の蓄電手段へ供給される電力を制限する電力制限手段と
を備えたことを特徴とする請求項８に記載の蓄電装置。
発電機から出力された交流電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータにより変換された直流電力を、電動機を駆動するための交流電力に変換するインバータと、充電及び放電する蓄電素子で構成され互いに並列に接続された複数の蓄電器とを備え、前記コンバータと前記インバータとの間の直流回路に接続された直流／直流コンバータに接続された蓄電装置の制御方法であって、
前記複数の蓄電器のそれぞれの前記蓄電素子の状態に関する情報を含む蓄電素子情報を検出し、
検出した前記蓄電素子情報に基づいて、前記複数の蓄電器のそれぞれの劣化状態を判断し、
判断した前記複数の蓄電器のそれぞれの劣化状態に基づいて、前記複数の蓄電器のそれぞれを、常時使用する常時用蓄電器、いずれかの蓄電器の異常発生時の予備として使用する予備用蓄電器、及び使用を禁止する使用禁止蓄電器のいずれかに割り当て、
前記複数の蓄電器の割り当てに基づいて、前記複数の蓄電器を個別に前記直流／直流コンバータと接続又は切り離しをするための複数のスイッチを制御すること
を含むことを特徴とする蓄電装置の制御方法。