JP6203420B2 - 充放電制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、充放電制御装置に関する。

電力貯蔵装置を搭載した、電気鉄道車両（以下、電気車という）は、架線設備のない非電化路線において、電力貯蔵装置から出力される電力により電動機を駆動することで走行する。電力貯蔵装置には、例えばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池などの二次電池または電気二重層キャパシタなどが用いられる。低温状態においては、電力貯蔵装置の内部抵抗が増加するため、電力貯蔵装置から放電可能な電力が低下してしまう場合がある。そこで電力貯蔵装置の温度を上昇させる技術が開発されている。

特許文献１に開示される鉄道車両の駆動制御装置は、インバータを動作させることなく、エンジン発電による蓄電池への充電と蓄電池の放電により発電機を駆動してエンジンブレーキでの負荷吸収を行うことを繰り返すことで、蓄電池の温度上昇を促進する。

特開２００８−０４２９８０号公報

特許文献１に開示される鉄道車両の駆動制御装置は、放電させるためにエンジンおよび発電機を要する。そのため、特許文献１に開示される技術は、電力貯蔵装置を搭載した電気車には、適用することができない。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、より簡易な構成で電力貯蔵装置の温度上昇を可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の充放電制御装置は、複数の電力変換器と、電力変換器の出力側に接続され、電力変換器ごとに設けられる電力貯蔵装置と、制御部とを備える。電力変換器の入力側には電源が接続され、複数の電力変換器の入力側の正極は互いに接続され、入力側の負極は互いに接続される。電力変換器は、双方向の電力変換が可能である。制御部は、電力変換器の出力電流の制御を行うことで該電力変換器に接続される電力貯蔵装置の充電および放電を行う。制御部は、暖機運転指令を取得していない場合には、電力貯蔵装置の充電を行い、暖機運転指令を取得した場合には、少なくとも１つの電力貯蔵装置の放電、および、該電力貯蔵装置から放電された電力を用いた少なくとも１つの他の電力貯蔵装置の充電を行う暖機運転を行い、放電する電力貯蔵装置および充電される電力貯蔵装置の内、少なくともいずれかの電力貯蔵装置を変えて暖機運転を繰り返し行う。制御部は、暖機運転指令を取得した場合には、暖機運転において、電力貯蔵装置の放電時間が第１の閾値に達するまで電力貯蔵装置の放電および該電力貯蔵装置から放電された電力を用いた他の電力貯蔵装置の充電を行い、電力貯蔵装置の放電時間が第１の閾値に達した後、他の電力貯蔵装置の充電時間が第２の閾値に達するまでは他の電力貯蔵装置に電力変換器を介して接続される電源から供給される電力を用いて他の電力貯蔵装置の充電を行う。第１の閾値は第２の閾値より小さい値である。

本発明によれば、複数の電力貯蔵装置の充放電を繰り返して電力貯蔵装置間での電力の授受を行うことで、より簡易な構成で電力貯蔵装置の温度上昇が可能となる。

本発明の実施の形態１に係る充放電制御装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る充放電制御装置の電気鉄道車両への搭載例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る制御部の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る充放電制御装置が行う充放電制御の動作の一例を示すタイミングチャートである。 実施の形態１に係る制御部の他の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る制御部の構成例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る充放電制御装置が行う充放電制御の動作の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３に係る充放電制御装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態３に係る制御部の構成例を示すブロック図である。 実施の形態３に係る充放電制御装置が行う充放電制御の動作の一例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る充放電制御装置の構成例を示すブロック図である。充放電制御装置１は入力電力を必要に応じて変換し、変換された電力を出力側に接続された負荷装置に供給する。また充放電制御装置１は、暖機運転指令を取得していない場合には、電力貯蔵装置１３，２３の充電を行い、暖機運転指令を取得した場合には、電力貯蔵装置１３，２３の一方の放電および放電された電力を用いた電力貯蔵装置１３，２３の他方の充電を行う暖機運転を、電力貯蔵装置１３，２３が交互に放電するように繰り返し行う。充放電制御装置１は、暖機運転を繰り返して、電力貯蔵装置１３，２３の間で電力の授受を行うことによって電力貯蔵装置１３，２３の温度を上昇させる。

図１の例では、充放電制御装置１は、第１の制御装置１０および第２の制御装置２０を有する。充放電制御装置１が有する制御装置の数は２以上の任意の数である。第１の制御装置１０および第２の制御装置２０の構成は同じであるため、第１の制御装置１０の各部について説明する。

第１の制御装置１０は、双方向の電力変換が可能な電力変換器を備える。図１の例では、第１の制御装置１０は、電力変換器としてコンバータ１１を備える。第１の制御装置１０は、コンバータ１１の出力電流を検出する電流センサ１２、コンバータ１１が出力する電力により充電される電力貯蔵装置１３、およびコンバータ１１を制御する制御部１４を備える。制御部１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および内部メモリなどから構成されるプロセッサ、およびＲＡＭ（Random Access Memory）およびフラッシュメモリなどから構成されるメモリを備える。制御部１４は、メモリに記憶されている制御プログラムを実行し、コンバータ１１の制御を行う。

コンバータ１１の入力側の正極とコンバータ２１の入力側の正極は互いに接続されており、コンバータ１１の入力側の負極とコンバータ２１の入力側の負極は互いに接続されている。コンバータ１１の入力側には、図示しない電源が接続される。コンバータ１１の出力側には電力貯蔵装置１３、および図示しない負荷装置が接続される。電力貯蔵装置１３は、二次電池または電気二重層キャパシタなどを有し、負荷装置の駆動に必要な電力を蓄積可能である。

制御部１４は、電流センサ１２が検出したコンバータ１１の出力電流に基づき、コンバータ１１が有するスイッチング素子のオンオフの切り替えを行うゲート信号を出力する。制御部１４は、コンバータ１１の出力電流の制御を行うことで、電力貯蔵装置１３の充電および放電を行う。

図２は、実施の形態１に係る充放電制御装置の電気鉄道車両への搭載例を示すブロック図である。充放電制御装置１は、例えば電気鉄道車両（以下、電気車という）に搭載される。図示しない電源である変電所から供給される電力は、架線２およびパンタグラフなどの集電装置３を介して、コンバータ１１，２１に供給される。コンバータ１１，２１からのリターン電流は、電気車の車輪４およびレール５を介して、変電所の負極側へ戻る。

コンバータ１１の構成は任意である。コンバータ１１は、例えば直流１５００Ｖ程度の電圧を、７００Ｖ程度の電圧に変換する、ＤＣ（Direct Current：直流）−ＤＣ変換を行う。また交流電化区間においては、コンバータ１１は、ＡＣ（Alternating Current：交流）−ＤＣ変換を行う。その場合には、コンバータ１１としてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コンバータを用いることが好ましい。

コンバータ１１，２１の出力側にはそれぞれ、インバータ６，７が接続されている。インバータ６，７は、ＤＣ−ＡＣ変換を行う。インバータ６，７として電圧型ＰＷＭインバータを用いることが好ましい。インバータ６，７の出力側にはそれぞれ、電動機８，９が接続されている。インバータ６，７の出力により電動機８，９が駆動されると、電気車の推進力が得られる。

暖機運転を行わない場合、すなわち通常運転時は、架線２および集電装置３を介して取得した電力により、電力貯蔵装置１３，２３が充電され、インバータ６，７が駆動される。電気車における充放電制御装置１の設置方法および充放電制御装置１に対する暖機運転指令の入力方法は任意である。充放電制御装置１が搭載された電気車において、例えば運行開始前に、運転台に設けられた暖機運転スイッチが運転員に操作されることにより、暖機運転が開始される。運行開始前に暖機運転を行う場合には、インバータ６，７は停止中であるが、インバータ６，７が駆動されている時に暖機運転を行ってもよい。第１の制御装置１０および第２の制御装置２０は、同じ電気車に搭載されてもよいし、架線２を介して電力の授受を行うことができれば、異なる電気車に搭載されてもよい。また例えば、第１の制御装置１０を電気車に搭載し、第２の制御装置２０を駅に設置し、電気車が駅に停止中に暖機運転を行うようにしてもよい。

図３は、実施の形態１に係る制御部の構成例を示すブロック図である。制御部１４，２４の構成は同じであるため、制御部１４の各部について説明する。電流指令選択部１４１は、暖機運転指令を取得していない場合には、電流指令値を出力し、暖機運転指令を取得した場合には、暖機運転電流指令値を出力する。電流指令値および暖機運転電流指令値は、外部から入力されてもよいし、電流指令選択部１４１の内部で予め保持しておいてもよい。電流指令値は、通常運転時のコンバータ１１の出力電流の指令値であり、負荷装置に対する出力電流および電力貯蔵装置１３の充電電流に基づき定められる。電流指令値は、例えばインバータ６を制御するインバータ制御部が算出してもよい。暖機運転電流指令値は、暖機運転時のコンバータ１１の出力電流の指令値であり、電力貯蔵装置１３の特性に応じて予め定められた値である。

タイマ回路１４２は、暖機運転指令を取得した場合に、カウントアップを開始し、電流方向選択部１４３に信号Ｈ１１を出力する。信号Ｈ１１は、充電および放電の切り替えを示す信号である。例えば信号Ｈ１１の値は、１または−１であり、初期値が１である。タイマ回路１４２は、カウント値が閾値に達した場合に、信号Ｈ１１の符号を反転させ、カウント値をリセットして再びカウントアップを開始する。閾値は任意に定めることができる。制御部１４，２４がそれぞれ備えるタイマ回路１４２は、互いに同期をとってもよいし、各タイマ回路１４２は独立して動作してもよい。また制御部１４，２４は、共通のタイマ回路１４２を用いてもよい。

電流方向選択部１４３は、暖機運転中ではない場合には、値が１である信号Ｈ２１を出力する。例えば信号Ｈ１１が出力されていない場合には、電流方向選択部１４３は、値が１である信号Ｈ２１を出力する。電流方向選択部１４３は、暖機運転中は、制御装置を一意に特定する番号である制御装置番号に基づき、１または−１を信号Ｈ１１に乗算し、乗算した結果を信号Ｈ２１として出力する。例えば、制御装置番号１が第１の制御装置１０を示し、制御装置番号２が第２の制御装置２０を示すとする。信号Ｈ１１の出力が１または−１である場合であって、制御装置番号が１である場合には、電流方向選択部１４３は、１を信号Ｈ１１に乗算し、乗算した結果を信号Ｈ２１として出力する。また信号Ｈ１１の出力が１または−１である場合であって、制御装置番号が２である場合には、電流方向選択部１４３は、−１を信号Ｈ１１に乗算し、乗算した結果を信号Ｈ２１として出力する。

乗算器１４４は、電流指令選択部１４１が出力する電流指令値または暖機運転電流指令値と、電流方向選択部１４３が出力する信号Ｈ２１を乗算し、乗算した結果を出力する。フィルタ回路１４５には、例えば時定数が１秒程度の一次遅れ要素や、１秒程度のランプ関数が設けられており、乗算器１４４の出力が急激に変化した場合であっても、フィルタ回路１４５の出力の変化率は定められた範囲内に維持される。フィルタ回路１４５を設けることにより、コンバータ１１の出力電流の変化率を定められた範囲内に維持することが可能となる。コンバータ１１の出力電流の方向が瞬時に切り替わると、第１の制御装置１０の動作が不安定になるが、フィルタ回路１４５を設けることで、第１の制御装置１０の動作を安定させることができる。

電流制御部１４６は、フィルタ回路１４５の出力と電流センサ１２から取得したコンバータ１１の出力電流に基づき、コンバータ１１の出力電流がフィルタ回路１４５の出力に近づくようにフィードバック制御を行う。電流制御部１４６は、コンバータ１１が有するスイッチング素子のオンオフを制御するゲート信号を出力する。

図４は、実施の形態１に係る充放電制御装置が行う充放電制御の動作の一例を示すタイミングチャートである。時刻Ｔ１において暖機運転指令を取得した場合の暖機運転の動作について説明する。図４中では、電力貯蔵装置１３を第１の電力貯蔵装置として記載し、電力貯蔵装置２３を第２の電力貯蔵装置として記載した。図４の例では、例えばインバータ６，７などの充放電制御装置１に接続される負荷装置は停止しており、負荷装置における消費電力は十分に小さい値である。

制御部１４，２４がそれぞれ備えるタイマ回路１４２は、時刻Ｔ１において暖機運転指令を取得し、カウントアップを開始し、信号Ｈ１１，Ｈ１２を出力する。制御部１４が備えるタイマ回路１４２が出力する信号を信号Ｈ１１とし、制御部２４が備えるタイマ回路１４２が出力する信号をＨ１２とする。信号Ｈ１１，Ｈ１２の値は同じである。信号Ｈ１１，Ｈ１２は時刻Ｔ１において出力が開始され、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までは初期値１である。時刻Ｔ２においてカウント値が閾値に達したため信号Ｈ１１，Ｈ１２の符号が反転され、信号Ｈ１１，Ｈ１２の値は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までは−１である。時刻Ｔ３においてカウント値が閾値に達したため信号Ｈ１１，Ｈ１２の符号が反転され、信号Ｈ１１，Ｈ１２の値は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までは１である。

制御部１４が備える電流方向選択部１４３は、時刻Ｔ１までは信号Ｈ１１が出力されていないため、値が１である信号Ｈ２１を出力する。制御部１４が備える電流方向選択部１４３は、時刻Ｔ１以降は、信号Ｈ１１に１を乗算した結果を信号Ｈ２１として出力する。制御部２４が備える電流方向選択部１４３は、時刻Ｔ１までは信号Ｈ１２が出力されていないため、値が１である信号Ｈ２２を出力する。制御部２４が備える電流方向選択部１４３は、時刻Ｔ１以降は、信号Ｈ１２に−１を乗算した結果を信号Ｈ２２として出力する。

制御部１４，２４が備える電流指令選択部１４１は、時刻Ｔ１までは電流指令値Ｉｃを出力し、時刻Ｔ１以降は暖機運転電流指令値Ｉｄを出力する。制御部１４，２４が備える乗算器１４４はそれぞれ、時刻Ｔ１までは電流指令値Ｉｃに信号Ｈ２１，Ｈ２２を乗算した結果を出力し、時刻Ｔ１以降は暖機運転電流指令値Ｉｄに信号Ｈ２１，Ｈ２２を乗算した結果を出力する。電流指令値Ｉｃは、電力貯蔵装置１３，２３の充電電流に応じて定められ、暖機運転電流指令値Ｉｄは、充放電時の電力貯蔵装置１３，２３の特性に応じて定められる。図４の例では、電流指令値Ｉｃを暖機運転電流指令値Ｉｄより大きい値としたが、電流指令値Ｉｃは暖機運転電流指令値Ｉｄ以下の値であってもよい。図４の例では負荷装置は停止しているが、負荷装置が稼働している場合には、電流指令値Ｉｃおよび暖機運転電流指令値Ｉｄに、負荷装置への出力電流がそれぞれ重畳される。

制御部１４が備えるフィルタ回路１４５の出力ＩＲ１の値は、時刻Ｔ１まではＩｃであり、時刻Ｔ１以降にＩｃからＩｄまで減少し、時刻Ｔ２以降にＩｄから−Ｉｄまで減少し、時刻Ｔ３以降に−ＩｄからＩｄまで増加する。制御部２４が備えるフィルタ回路１４５の出力ＩＲ２の値は、時刻Ｔ１まではＩｃであり、時刻Ｔ１以降にＩｃから−Ｉｄまで減少し、時刻Ｔ２以降に−ＩｄからＩｄまで増加し、時刻Ｔ３以降にＩｄから−Ｉｄまで減少する。

制御部１４が備える電流制御部１４６は、フィルタ回路１４５の出力ＩＲ１および電流センサ１２の出力に基づき、コンバータ１１をフィードバック制御する。制御部２４が備える電流制御部１４６は、フィルタ回路１４５の出力ＩＲ２および電流センサ２２の出力に基づき、コンバータ２１をフィードバック制御する。その結果、コンバータ１１の出力電流は制御部１４が備えるフィルタ回路１４５の出力ＩＲ１に近づき、コンバータ２１の出力電流は制御部２４が備えるフィルタ回路１４５の出力ＩＲ２に近づく。

上述の充放電制御の動作の結果、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで、電力貯蔵装置２３（第２の電力貯蔵装置）が放電し、放電された電力により電力貯蔵装置１３（第１の電力貯蔵装置）が充電される。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まで、電力貯蔵装置１３が放電し、放電された電力により電力貯蔵装置２３が充電される。時刻Ｔ３から時刻Ｔ４まで、電力貯蔵装置２３が放電し、放電された電力により電力貯蔵装置１３が充電される。上述のように電力貯蔵装置１３，２３が充放電を繰り返すことで、電力貯蔵装置１３，２３の間で電力の授受が行われる。電力貯蔵装置１３，２３の内部抵抗損失により熱が発生し、電力貯蔵装置１３，２３の温度が上昇する。

充放電制御装置１は、例えば電力貯蔵装置１３，２３のそれぞれの温度が閾値に達した場合に、暖機運転を終了する。暖機運転を終了させるタイミングは任意であり、暖機運転を一定時間行った後に暖機運転を終了してもよい。暖機運転の繰り返しは間欠的に行われてもよい。１回目の暖機運転中、例えば図４における時刻Ｔ１と時刻Ｔ２の間の時刻において、電力貯蔵装置１３，２３のそれぞれの温度が閾値に達した場合、充放電制御装置１は時刻Ｔ２において暖機運転を終了してもよい。充放電制御装置１は、次の暖機運転において、電力貯蔵装置１３の放電および電力貯蔵装置２３の充電を行う暖機運転を行っても良い。また例えば、負荷装置の停止中に暖機運転を開始し、負荷装置を稼働させるために暖機運転を中断してもよい。その後負荷装置が停止した後に、充放電制御装置１は、暖機運転を再開してもよい。暖機運転の再開時には、中断時に充電中であった電力貯蔵装置１３，２３の充電を行い、中断時に放電中であった電力貯蔵装置１３，２３の放電を行ってもよい。この場合には、中断時に電力貯蔵装置１３，２３のそれぞれが充電中または放電中のいずれの状態であるかを記憶装置に記憶する。

上述の例では、充電時間と放電時間が同じであったが、充電時間と放電時間は異なっていてもよい。図５は、実施の形態１に係る制御部の他の構成例を示すブロック図である。制御部１４が備えるタイマ回路１４２は、電流センサ１２からコンバータ１１の出力電流を受け取り、コンバータ１１の出力電流の符号に基づいて、電力貯蔵装置１３が充電中であるか放電中であるかを判断する。制御部１４は、例えば第１の閾値と第１の閾値と異なる値である第２の閾値を用い、電力貯蔵装置１３を放電する場合には放電時間が第１の閾値に達するまで放電を行い、電力貯蔵装置１３を充電する場合には充電時間が第２の閾値に達するまで充電を行ってもよい。

第１の閾値と第１の閾値より大きい値である第２の閾値を用いて、放電時間より充電時間を長く設定する場合の制御部１４の動作について説明する。電力貯蔵装置１３が充電される場合の制御部１４の動作について説明する。タイマ回路１４２は、電力貯蔵装置１３の充電中に、カウント値が第２の閾値に達した場合に、信号Ｈ１１の符号を反転させ、カウント値をリセットし、再びカウントアップを開始する。電流指令選択部１４１の処理および乗算器１４４以降の処理は、上述の例と同様である。

電力貯蔵装置１３が放電する場合の制御部１４の動作について説明する。タイマ回路１４２は、電力貯蔵装置１３の放電中に、カウント値が第１の閾値に達した場合に、放電時間の終了を電流方向選択部１４３に通知する。タイマ回路１４２は、カウント値が第１の閾値に達した後もカウントアップを継続し、カウント値が第２の閾値に達した場合に、信号Ｈ１１の符号を反転させ、カウント値をリセットし、再びカウントアップを開始する。電流方向選択部１４３は、タイマ回路１４２から放電時間の終了の通知を受けた場合には、信号Ｈ１１の値によらず、信号Ｈ２１の値を０とする。これにより、カウント値が第１の閾値に達してから第２の閾値に達するまでは電力貯蔵装置１３の充電も放電も行われない。電流指令選択部１４１の処理および乗算器１４４以降の処理は、上述の例と同様である。

上述の例では、電力貯蔵装置１３，２３の放電は放電時間が第１の閾値に達するまで行われ、電力貯蔵装置１３，２３の充電は充電時間が第２の閾値に達するまで行われる。例えば、電力貯蔵装置１３の充電時間と放電時間とは異なっていてもよい。図２に示すインバータ６と並列に、電気車の照明設備または空調設備などに電力を供給する補助電源装置が設けられる場合がある。この場合には、非電化路線において、電力貯蔵装置１３から補助電源装置に電力が供給される。上述の例のように電力貯蔵装置１３の充電時間を放電時間より長くすることで、電力貯蔵装置１３から補助電源装置に供給された電力に相当する電力を、電力貯蔵装置１３に蓄電することで、補助電源装置が接続された電力貯蔵装置１３の蓄電量が著しく低下することを防止することが可能となる。電力貯蔵装置１３における充電時間と放電時間との差は、補助電源装置における消費電力に応じて定めることができる。

以上説明したとおり、実施の形態１に係る充放電制御装置１によれば、電力貯蔵装置１３，２３の充電および放電を一定時間ごとに繰り返して電力貯蔵装置１３，２３の間での電力の授受を行うことで、より簡易な構成で電力貯蔵装置１３，２３の温度上昇が可能となる。また上述のように電力貯蔵装置１３，２３の充放電を切り替えることで、電力貯蔵装置１３，２３の充電量の偏りが生じるのを防ぐことが可能となる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る制御部の構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る制御部１４，２４は、充電中の電力貯蔵装置１３，２３のＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）に基づき、電力貯蔵装置１３，２３の充放電の切り替えを行う。実施の形態１と異なる制御部１４の動作について以下に説明する。実施の形態２に係る制御部１４は、タイマ回路１４２の代わりにＳＯＣ比較部１４７を備える。ＳＯＣ比較部１４７は、電力貯蔵装置１３のＳＯＣの入力を受け付ける。電力貯蔵装置１３のＳＯＣの算出方法は任意であり、例えば開放電圧とＳＯＣの関係からＳＯＣを算出する。なおＳＯＣ比較部１４７がＳＯＣを算出してもよい。

ＳＯＣ比較部１４７は、暖機運転指令を取得した場合に、電流方向選択部１４３に実施の形態１と同じ信号Ｈ１１を出力する。ＳＯＣ比較部１４７は、電力貯蔵装置１３の充電中に、予め定められたタイミングでＳＯＣと閾値の比較を繰り返し行い、ＳＯＣが閾値に達した場合に、信号Ｈ１１の符号を反転させる。閾値およびＳＯＣと閾値の比較を行うタイミングは任意に定めることができる。ＳＯＣ比較部１４７は、電流センサ１２からコンバータ１１の出力電流を受け取り、コンバータ１１の出力電流の符号に基づいて、電力貯蔵装置１３が充電中であるか放電中であるかを判断する。

制御部１４，２４がそれぞれ備えるＳＯＣ比較部１４７は互いに、信号Ｈ１１，Ｈ１２の符号を反転させるタイミングの通知を行う。電力貯蔵装置１３の充電中は、制御部１４が備えるＳＯＣ比較部１４７が電力貯蔵装置１３のＳＯＣと閾値の比較を繰り返し行い、ＳＯＣが閾値に達した場合に、制御部２４が備えるＳＯＣ比較部１４７に信号切換の通知を行う。該信号切換の通知により、制御部１４が備えるＳＯＣ比較部１４７が出力する信号Ｈ１１および制御部２４が備えるＳＯＣ比較部１４７が出力する信号Ｈ１２の符号が反転される。同様に、電力貯蔵装置２３の充電中は、制御部２４が備えるＳＯＣ比較部１４７が電力貯蔵装置２３のＳＯＣと閾値の比較を繰り返し行い、ＳＯＣが閾値に達した場合に、制御部１４が備えるＳＯＣ比較部１４７に信号切換の通知を行う。

充放電制御装置１が行う暖機運転の動作について説明する。図７は、実施の形態２に係る充放電制御装置が行う充放電制御の動作の一例を示すタイミングチャートである。図の見方は図４と同じである。

制御部１４，２４がそれぞれ備えるＳＯＣ比較部１４７は、時刻Ｔ１において暖機運転指令を取得し、信号Ｈ１１，Ｈ１２を出力する。制御部１４，２４が備えるＳＯＣ比較部１４７が互いに信号切換の通知を行うため、信号Ｈ１１，Ｈ１２の値は同じである。信号Ｈ１１，Ｈ１２は時刻Ｔ１において出力が開始され、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までは初期値１である。時刻Ｔ２において、制御部１４が備えるＳＯＣ比較部１４７が充電中の電力貯蔵装置１３のＳＯＣが閾値に達したことを検出し、制御部２４が備えるＳＯＣ比較部１４７に信号切換の通知を行うと、信号Ｈ１１，Ｈ１２の符号が反転される。信号Ｈ１１，Ｈ１２の値は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までは−１である。時刻Ｔ３において、制御部２４が備えるＳＯＣ比較部１４７が充電中の電力貯蔵装置２３のＳＯＣが閾値に達したことを検出し、制御部１４が備えるＳＯＣ比較部１４７に信号切換の通知を行うと、信号Ｈ１１，Ｈ１２の符号が反転される。信号Ｈ１１，Ｈ１２の値は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までは１である。電流方向選択部１４３以降の処理は、実施の形態１と同様である。

上述の充放電制御の動作の結果、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで、電力貯蔵装置２３（第２の電力貯蔵装置）が放電し、放電された電力により電力貯蔵装置１３（第１の電力貯蔵装置）が充電される。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まで、電力貯蔵装置１３が放電し、放電された電力により電力貯蔵装置２３が充電される。時刻Ｔ３から時刻Ｔ４まで、電力貯蔵装置２３が放電し、放電された電力により電力貯蔵装置１３が充電される。上述のように電力貯蔵装置１３，２３が充放電を繰り返すことで、電力貯蔵装置１３，２３の間で電力の授受が行われる。電力貯蔵装置１３，２３の内部抵抗損失により発熱が生じるため、電力貯蔵装置１３，２３の温度が上昇する。充電中の電力貯蔵装置１３，２３のＳＯＣが閾値に達すると充電が終了するため、電力貯蔵装置１３，２３の過充電を抑制しながら、電力貯蔵装置１３，２３の温度を上昇させることが可能となる。

以上説明したとおり、実施の形態２に係る充放電制御装置１によれば、充電中の電力貯蔵装置１３，２３のＳＯＣが閾値に達するごとに、電力貯蔵装置１３，２３の充電および放電を切り替えて、電力貯蔵装置１３，２３の間での電力の授受を行うことで、より簡易な構成で電力貯蔵装置１３，２３の温度上昇が可能となる。また電力貯蔵装置１３，２３の過充電を抑制しながら、電力貯蔵装置１３，２３の温度上昇が可能となる。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る充放電制御装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態３に係る充放電制御装置１は、実施の形態１に係る充放電制御装置１の構成に加えて、電力貯蔵装置１３の電圧を取得する電圧センサ１５および電力貯蔵装置２３の電圧を取得する電圧センサ２５を備える。

図９は、実施の形態３に係る制御部の構成例を示すブロック図である。実施の形態３に係る制御部１４，２４は、充電中の電力貯蔵装置１３，２３の電圧に基づき、電力貯蔵装置１３，２３の充放電の切り替えを行う。実施の形態１と異なる制御部１４の動作について以下に説明する。実施の形態３に係る制御部１４は、タイマ回路１４２の代わりに電圧比較部１４８を備える。電圧比較部１４８は、電力センサ１５から電力貯蔵装置１３の電圧を取得する。

電圧比較部１４８は、暖機運転指令を取得した場合に、電流方向選択部１４３に実施の形態１と同じ信号Ｈ１１を出力する。電圧比較部１４８は、電力貯蔵装置１３の充電中に、予め定められたタイミングで電力貯蔵装置１３の電圧と閾値の比較を繰り返し行い、電圧が閾値に達した場合に、信号Ｈ１１の符号を反転させる。閾値および電力貯蔵装置１３の電圧と閾値の比較を行うタイミングは任意に定めることができる。電圧比較部１４８は、電流センサ１２からコンバータ１１の出力電流を受け取り、コンバータ１１の出力電流の符号に基づいて、電力貯蔵装置１３が充電中であるか放電中であるかを判断する。

制御部１４，２４がそれぞれ備える電圧比較部１４８は互いに、信号Ｈ１１，Ｈ１２の符号を反転させるタイミングの通知を行う。電力貯蔵装置１３の充電中は、制御部１４が備える電圧比較部１４８が電力貯蔵装置１３の電圧と閾値の比較を繰り返し行い、電圧が閾値に達した場合に、制御部２４が備える電圧比較部１４８に信号切換の通知を行う。該信号切換の通知により、制御部１４が備える電圧比較部１４８が出力する信号Ｈ１１および制御部２４が備える電圧比較部１４８が出力する信号Ｈ１２の符号が反転される。同様に、電力貯蔵装置２３の充電中は、制御部２４が備える電圧比較部１４８が電力貯蔵装置２３の電圧と閾値の比較を繰り返し行い、電圧が閾値に達した場合に、制御部１４が備える電圧比較部１４８に信号切換の通知を行う。

充放電制御装置１が行う暖機運転の動作について説明する。図１０は、実施の形態３に係る充放電制御装置が行う充放電制御の動作の一例を示すタイミングチャートである。図の見方は図４と同じである。

制御部１４，２４がそれぞれ備える電圧比較部１４８は、時刻Ｔ１において暖機運転指令を取得し、信号Ｈ１１，Ｈ１２を出力する。制御部１４，２４が備える電圧比較部１４８が互いに信号切換の通知を行うため、信号Ｈ１１，Ｈ１２の値は同じである。信号Ｈ１１，Ｈ１２は時刻Ｔ１において出力が開始され、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までは初期値１である。時刻Ｔ２において、制御部１４が備える電圧比較部１４８が充電中の電力貯蔵装置１３の電圧が閾値に達したことを検出し、制御部２４が備える電圧比較部１４８に信号切換の通知を行うと、信号Ｈ１１，Ｈ１２の符号が反転される。信号Ｈ１１，Ｈ１２の値は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までは−１である。時刻Ｔ３において、制御部２４が備える電圧比較部１４８が充電中の電力貯蔵装置２３の電圧が閾値に達したことを検出し、制御部１４が備える電圧比較部１４８に信号切換の通知を行うと、信号Ｈ１１，Ｈ１２の符号が反転される。信号Ｈ１１，Ｈ１２の値は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までは１である。電流方向選択部１４３以降の処理は、実施の形態１と同様である。

上述の充放電制御の動作の結果、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで、電力貯蔵装置２３（第２の電力貯蔵装置）が放電し、放電された電力により電力貯蔵装置１３（第１の電力貯蔵装置）が充電される。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３まで、電力貯蔵装置１３が放電し、放電された電力により電力貯蔵装置２３が充電される。時刻Ｔ３から時刻Ｔ４まで、電力貯蔵装置２３が放電し、放電された電力により電力貯蔵装置１３が充電される。上述のように電力貯蔵装置１３，２３が充放電を繰り返すことで、電力貯蔵装置１３，２３の間で電力の授受が行われる。電力貯蔵装置１３，２３の内部抵抗損失により発熱が生じるため、電力貯蔵装置１３，２３の温度が上昇する。充電中の電力貯蔵装置１３，２３の電圧が閾値に達すると充電が終了するため、電力貯蔵装置１３，２３の過充電を抑制しながら、電力貯蔵装置１３，２３の温度を上昇させることが可能となる。

以上説明したとおり、実施の形態３に係る充放電制御装置１によれば、充電中の電力貯蔵装置１３，２３の電圧が閾値に達するごとに、電力貯蔵装置１３，２３の充電および放電を切り替えて、電力貯蔵装置１３，２３の間での電力の授受を行うことで、より簡易な構成で電力貯蔵装置１３，２３の温度上昇が可能となる。また電力貯蔵装置１３，２３の過充電を抑制しながら、電力貯蔵装置１３，２３の温度上昇が可能となる。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られず、上述の実施の形態のうち複数の形態を任意に組み合わせたもので構成してもよい。例えば実施の形態１と２を組み合わせて、充電中の電力貯蔵装置１３，２３のＳＯＣが閾値に達した場合または、電力貯蔵装置１３，２３の充電時間および放電時間が一定時間に達した場合、電力貯蔵装置１３，２３の充電および放電を切り替えてもよい。この場合には、算出されたＳＯＣの値に誤りがあっても、一定時間経過した場合には充放電が切り替えられるので、電力貯蔵装置１３，２３の過充電を防止することが可能となる。

実施の形態１と３を組み合わせて、充電中の電力貯蔵装置１３，２３の電圧が閾値に達した場合または、電力貯蔵装置１３，２３の充電時間および放電時間が一定時間に達した場合に、電力貯蔵装置１３，２３の充電および放電を切り替えてもよい。この場合には、電圧センサ１５に異常が生じた場合でも、一定時間経過した場合には充放電が切り替えられるので、電力貯蔵装置１３，２３の過充電を防止することが可能となる。

実施の形態２と３を組み合わせて、充電中の電力貯蔵装置１３，２３のＳＯＣが閾値に達した場合または、電力貯蔵装置１３，２３の電圧が一定時間に達した場合に、電力貯蔵装置１３，２３の充電および放電を切り替えてもよい。また実施の形態１，２，３を組み合わせて、充電中の電力貯蔵装置１３，２３の電圧が閾値に達した場合、電力貯蔵装置１３，２３のＳＯＣが閾値に達した場合または、電力貯蔵装置１３，２３の充電時間が一定時間に達した場合に、電力貯蔵装置１３，２３の充電および放電を切り替えてもよい。

電力変換器の数および電力貯蔵装置の数は２以上の任意の値である。充放電制御装置１は、複数の電力貯蔵装置の内、少なくとも１つの電力貯蔵装置の放電および該電力貯蔵装置から放電された電力を用いた少なくとも１つの他の電力貯蔵装置の充電を行う暖機運転を行う。放電する電力貯蔵装置および充電される電力貯蔵装置の内、少なくともいずれかの電力貯蔵装置を変えて暖機運転を繰り返しが行われるように、各電力貯蔵装置の充電または放電を行う順序を任意に決めることができる。

電力貯蔵装置の数は奇数であってもよい。電力貯蔵装置の数が３つである場合には、例えば第１の電力貯蔵装置の放電および第２の電力貯蔵装置の充電を行った後に、第２の電力貯蔵装置の放電および第３の電力貯蔵装置の充電を行ってもよい。また第１の電力貯蔵装置の放電、第２の電力貯蔵装置の充電および第３の電力貯蔵装置の充電を行った後に、第２の電力貯蔵装置の放電、第１の電力貯蔵装置の充電および第３の電力貯蔵装置の充電を行ってもよい。このように、放電する電力貯蔵装置と充電する電力貯蔵装置を輪環順に切り換えれば、放電と充電が偏ることがない。

電力貯蔵装置の数が偶数である場合には、半数の電力貯蔵装置の充電および残りの半数の電力貯蔵装置の放電を行い、その後各電力貯蔵装置の充放電を切り替えることで、制御が容易になる。

制御部１４，２４の機能を車両情報制御装置の一部の機能として組み込んでもよい。また上述の制御部１４，２４の構成は一例である。制御部１４，２４は、電力貯蔵装置１３，２３の暖機運転指令および充放電時間、ＳＯＣまたは電圧に基づいて、コンバータ１１，２１の出力電流を制御することができる任意の回路である。

上記実施の形態は、いずれも本発明の趣旨の範囲内で各種の変形が可能である。上記実施の形態は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は実施形態よりも添付した請求項によって示される。請求項の範囲内、および発明の請求項と均等の範囲でなされた各種変形は本発明の範囲に含まれる。

本発明は、電力貯蔵装置の充放電を制御する充放電制御装置に好適に採用され得る。

１ 充放電制御装置、２ 架線、３ 集電装置、４ 車輪、５ レール、６，７ インバータ、８，９ 電動機、１０ 第１の制御装置、１１，２１ コンバータ、１２，２２ 電流センサ、１３，２３ 電力貯蔵装置、１４，２４ 制御部、１５，２５ 電圧センサ、２０ 第２の制御装置、１４１ 電流指令選択部、１４２ タイマ回路、１４３ 電流方向選択部、１４４ 乗算器、１４５ フィルタ回路、１４６ 電流制御部、１４７ ＳＯＣ比較部、１４８ 電圧比較部。

Claims (5)

1. 入力側に電源が接続され、入力側の正極が互いに接続され、入力側の負極が互いに接続された、双方向の電力変換が可能な複数の電力変換器と、
   前記電力変換器の出力側に接続され、前記電力変換器ごとに設けられる電力貯蔵装置と、
   前記電力変換器の出力電流の制御を行うことで該電力変換器に接続される前記電力貯蔵装置の充電および放電を行う制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、暖機運転指令を取得していない場合には、前記電力貯蔵装置の充電を行い、前記暖機運転指令を取得した場合には、少なくとも１つの前記電力貯蔵装置の放電、および、該電力貯蔵装置から放電された電力を用いた少なくとも１つの他の前記電力貯蔵装置の充電を行う暖機運転を行い、放電する前記電力貯蔵装置および充電される前記電力貯蔵装置の内、少なくともいずれかの前記電力貯蔵装置を変えて前記暖機運転を繰り返し行い、
   前記制御部は、前記暖機運転指令を取得した場合には、前記暖機運転において、前記電力貯蔵装置の放電時間が第１の閾値に達するまで前記電力貯蔵装置の放電および該電力貯蔵装置から放電された電力を用いた前記他の電力貯蔵装置の充電を行い、前記電力貯蔵装置の放電時間が前記第１の閾値に達した後、前記他の電力貯蔵装置の充電時間が第２の閾値に達するまでは前記他の電力貯蔵装置に前記電力変換器を介して接続される前記電源から供給される電力を用いて前記他の電力貯蔵装置の充電を行い、
   前記第１の閾値は前記第２の閾値より小さい値である、
   充放電制御装置。
2. 前記制御部は、前記暖機運転指令を取得した場合には、前記暖機運転において、充電中の前記他の電力貯蔵装置の充電状態が閾値に達するまで、前記電力貯蔵装置の放電および前記他の電力貯蔵装置の充電を行う請求項１に記載の充放電制御装置。
3. 前記制御部は、前記暖機運転指令を取得した場合には、前記暖機運転において、充電中の前記他の電力貯蔵装置の電圧が閾値に達するまで、前記電力貯蔵装置の放電および前記他の電力貯蔵装置の充電を行う請求項１または２に記載の充放電制御装置。
4. 前記複数の電力変換器は偶数個の電力変換器であり、
   前記制御部は、前記暖機運転指令を取得した場合には、半数の前記電力貯蔵装置の放電および前記半数の電力貯蔵装置から放電された電力を用いた残りの半数の前記電力貯蔵装置の充電を行う前記暖機運転、および、前記残りの半数の電力貯蔵装置の放電および前記残りの半数の電力貯蔵装置から放電された電力を用いた前記半数の電力貯蔵装置の充電を行う前記暖機運転を交互に繰り返す、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の充放電制御装置。
5. 前記制御部は、前記電力変換器の出力電流の変化率を定められた範囲内に維持して前記電力変換器の出力電流の制御を行う請求項１から４のいずれか１項に記載の充放電制御装置。

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