JP6239155B2 - 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、何らかの原因でエンジンブレーキでの負荷吸収が十分に行われなかった場合に、蓄電池の温度を上昇させることができない。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、より確実に電力貯蔵装置の温度を上昇させ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、電力貯蔵装置と、第１の放電部と、第２の放電部と、制御部と、判定部とを備える。電力貯蔵装置は電力変換器の出力側に接続される。第１の放電部は、電力貯蔵装置と電気的に接続され、放電を行う。第２の放電部は、電力貯蔵装置と電気的に接続され、放電を行う。制御部は、電力変換器の出力電流の制御を行うことで、電力貯蔵装置の充電及び放電を行う。判定部は、第１の放電部で放電される電力量が基準を満たすか否かを判定する。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、電力貯蔵装置の充電と第１の放電部による電力貯蔵装置の放電とを交互に繰り返す暖機運転を行い、暖機運転指令を取得した場合であって、判定部が暖機運転中に第１の放電部で放電される電力量が基準を満たさないと判定した場合には、電力貯蔵装置の充電と第２の放電部による電力貯蔵装置の放電とを交互に繰り返す暖機運転を行う。

本発明によれば、第１の放電部で放電される電力量が基準を満たさない場合には、第２の放電部により電力貯蔵装置の放電を行うことで、より確実に電力貯蔵装置の温度を上昇させることが可能となる。

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に係る充放電制御装置が行う充放電制御の動作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２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２に係る制御部の構成例を示すブロック図である。

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図示しない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の充電と第１の放電部１４による電力貯蔵装置１３の放電とを交互に繰り返す暖機運転を行う。充放電制御装置１は、電力貯蔵装置１３の充電と放電とを交互に繰り返す暖機運転を行うことにより、電力貯蔵装置１３の温度を上昇させる。暖機運転中に第１の放電部１４で放電される電力量が基準を満たさない場合には、充放電制御装置１は、電力貯蔵装置１３の充電と第２の放電部１５による電力貯蔵装置１３の放電とを交互に繰り返す暖機運転を行う。

図１の例では、充放電制御装置１は、電力変換器としてコンバータ１１を備える。充放電制御装置１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、電力貯蔵装置１３の放電を行う第１の放電部１４および第２の放電部１５を備える。充放電制御装置１は、コンバータ１１を制御する制御部１６および第１の放電部１４で放電される電力量が基準を満たすか否かを判定する判定部１７を備える。制御部１６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１６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、第１の放電部１４、第２の放電部１５、および図示しない負荷装置が並列に接続される。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。第１の放電部１４および第２の放電部１５は、電力貯蔵装置１３と電気的に接続され、電力貯蔵装置１３の放電を行う。第１の放電部１４および第２の放電部１５は、例えば、定電圧の電力を出力する補助電源装置、直列に接続されるスイッチおよび抵抗を有する放電装置、または電力貯蔵システムなどである。

制御部１６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１６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の充電と第１の放電部１４による電力貯蔵装置１３の放電とを交互に繰り返す暖機運転を行う。判定部１７は、暖機運転中に第１の放電部１４で放電される電力量が基準を満たすか否かを判定する。制御部１６は、判定部１７が暖機運転中に第１の放電部１４で放電される電力量が基準を満たさないと判定した場合には、電力貯蔵装置１３の充電と第２の放電部１５による電力貯蔵装置１３の放電とを交互に繰り返す暖機運転を行う。

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）１０に搭載される。充放電制御装置１は、第１の放電部１４として補助電源装置１８を備え、第２の放電部１５として、直列に接続されたスイッチ１９１および放電抵抗１９２を有する放電装置１９を備える。

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を介して変圧器４に入力される。変圧器４は、入力された電圧をコンバータ１１への入力に適した電圧に変換し、コンバータ１１に電力を供給する。コンバータ１１からのリターン電流は、電気車１０の車輪５およびレール６を介して、変電所の負極側へ戻る。直流電化区間を走行する電気車１０の場合は、変圧器４を設ける必要はない。充放電制御装置１は、図２に示すような電気車１０だけでなく、電力供給路を介して電源から電力の供給を受ける車両に搭載することができる。充放電制御装置１は、例えば、サードレールを介して電源から電力の供給を受ける電気車、またはトロリーバスなどに搭載されてもよい。

コンバータ１１の構成は任意であり、図２に示すコンバータ１１は、ＡＣ（Alternating Current：交流）−ＤＣ（Direct Current：直流）変換を行う。ＡＣ−ＤＣ変換を行うコンバータ１１としてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コンバータを用いることが好ましい。直流電化区間においては、コンバータ１１は、ＤＣ−ＤＣ変換を行い、例えば直流１５００Ｖ程度の電圧を７００Ｖ程度に変換する。

コンバータ１１の出力側には、電力貯蔵装置１３、補助電源装置１８、放電装置１９およびインバータ７が接続されている。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が充電され、インバータ７が駆動される。インバータ７は、ＤＣ−ＡＣ変換を行う。インバータ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７の出力側には、電動機８が接続されている。インバータ７の出力により電動機８が駆動されると、電気車１０の推進力が得られる。

電気車１０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１０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７は停止中であるが、インバータ７が駆動されている時に暖機運転を行ってもよい。電気車１０は、複数の充放電制御装置１を備えてもよい。

制御部１６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の充電と補助電源装置１８による電力貯蔵装置１３の放電とを交互に繰り返す暖機運転を行う。補助電源装置１８は、出力側に接続される、例えば照明機器または空調機器などの負荷装置に電力を供給し、該負荷装置への電力の供給量が定められた範囲にない場合に停止信号を出力する。例えば負荷装置が動作を停止した場合や、補助電源装置１８内の機器の異常により補助電源装置１８が動作を停止する場合には、負荷装置への電力の供給量が低下し、定められた範囲外の値となる。該範囲は、電力貯蔵装置１３の放電特性に応じて任意に定めることができる。

判定部１７は、補助電源装置１８が停止信号を出力したことを検出した場合には、補助電源装置１８で放電される電力が基準を満たさないと判定する。判定部１７は、例えば、補助電源装置１８で放電される電力が基準を満たさないと判定される場合にはＨ（Ｈｉｇｈ）レベルであり、補助電源装置１８で放電される電力が基準を満たすと判定される場合にはＬ（Ｌｏｗ）レベルである切替信号を制御部１６に出力する。制御部１６は、暖機運転中に切替信号がＨレベルとなった場合には、スイッチ１９１を切り替えることで、電力貯蔵装置１３の充電と放電装置１９による電力貯蔵装置１３の放電とを交互に繰り返す暖機運転を行う。スイッチ１９１が投入されると、放電装置１９に入力された電力が放電抵抗１９２で放電される。

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。電流指令生成部１６１は、電力貯蔵装置１３のＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）および温度、および車両速度に基づいて、コンバータ１１の出力電流の指令値である電流指令値を生成し、電流制御部１６３に送る。電流指令値は、インバータ７などの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。例えば、車両速度が小さい場合には、インバータ７に対する出力電流が小さくなるため、電流指令値は小さくなる。また例えば、電力貯蔵装置１３が満充電状態に近い場合または電力貯蔵装置１３の温度が低い場合には、電力貯蔵装置１３の充電電流が小さくなるため、電流指令値は小さくなる。制御部１６は外部から電流指令値を受け取ってもよい。

電流指令生成部１６１は、電力貯蔵装置１３のＳＯＣの代わりに電力貯蔵装置１３の電圧に基づいて電流指令値を生成してもよいし、電力貯蔵装置１３のＳＯＣ、電圧および温度、および車両速度に基づいて、電流指令値を生成してもよい。電流指令生成部１６１は、車軸に取り付けられた角速度センサが検出した角速度に基づき車両速度を検出する速度検出部から車両速度を取得してもよいし、ＡＴＣ（Automatic Train Control：自動列車制御装置）などの他の車載機器から車両速度を取得してもよい。

暖機運転制御部１６２は、電力貯蔵装置１３の充電と放電を切り替える制御信号を電流制御部１６３および放電切替部１６４に送る。暖機運転制御部１６２は、例えば電力貯蔵装置１３が充電される場合はＨレベルであり、電力貯蔵装置１３が放電する場合はＬレベルである制御信号を出力する。暖機運転制御部１６２は、暖機運転中でない場合には、電力貯蔵装置１３が充電されるように、Ｈレベルである制御信号を出力する。暖機運転制御部１６２は、例えば運転台から暖機運転指令を取得すると、暖機運転を開始し、Ｈレベルである制御信号を出力する。暖機運転制御部１６２は、暖機運転指令を取得した場合であって、電力貯蔵装置１３の温度が第１の閾値以下である場合に暖機運転を開始し、Ｈレベルである制御信号を出力してもよい。第１の閾値は、電力貯蔵装置１３の特性などに応じて任意に定めることができる。暖機運転制御部１６２は、例えば、暖機運転開始時に電力貯蔵装置１３のＳＯＣが定められた範囲の上限値を超えている場合には、Ｌレベルである制御信号を出力してもよい。

暖機運転中において、暖機運転制御部１６２は、電力貯蔵装置１３のＳＯＣに基づいて、電力貯蔵装置１３の充電と放電を切り替える。暖機運転制御部１６２は、暖機運転において、電力貯蔵装置１３のＳＯＣが定められた範囲の上限値に達するまで、電力貯蔵装置１３の充電を行うため、Ｈレベルである制御信号を出力する。その後、電力貯蔵装置１３のＳＯＣが上限値に達すると、電力貯蔵装置１３の放電を行うため、暖機運転制御部１６２はＬレベルである制御信号を出力する。その後、電力貯蔵装置１３のＳＯＣが定められた範囲の下限値に達すると、電力貯蔵装置１３の充電を行うため、暖機運転制御部１６２はＨレベルである制御信号を出力する。上述のような制御により、暖機運転制御部１６２は、電力貯蔵装置１３の充電と放電とを切り替える。上記範囲の上限値および下限値は、電力貯蔵装置１３の特性などに応じて任意に定めることができる。

同様に、暖機運転制御部１６２は、電力貯蔵装置１３のＳＯＣの代わりに電力貯蔵装置１３の電圧に基づいて、電力貯蔵装置１３の充電と放電を切り替えてもよい。また暖機運転制御部１６２は、電力貯蔵装置１３のＳＯＣおよび電圧に基づいて、電力貯蔵装置１３の充電と放電とを切り替えてもよい。暖機運転制御部１６２は、電力貯蔵装置１３のＳＯＣまたは電圧が、定められた範囲の上限値に達するまで、Ｈレベルである制御信号を出力する。その後、電力貯蔵装置１３のＳＯＣまたは電圧が上限値に達すると、暖機運転制御部１６２は、Ｌレベルである制御信号を出力する。その後、電力貯蔵装置１３のＳＯＣまたは電圧が定められた範囲の下限値に達すると、暖機運転制御部１６２は、Ｈレベルである制御信号を出力する。電力貯蔵装置１３のＳＯＣおよび電圧に基づいて、電力貯蔵装置１３の充電と放電とを切り替えることで、ＳＯＣおよび電圧のいずれか一方の値に誤りがある場合でも、電力貯蔵装置１３が過充電されることを防ぐことが可能となる。

暖機運転制御部１６２は、例えば電力貯蔵装置１３の温度が第２の閾値に達すると、暖機運転を終了し、電力貯蔵装置１３の充電を行うため、Ｈレベルである制御信号を出力する。第２の閾値を、第１の閾値より大きい値とし、暖機運転制御部１６２が暖機運転の開始と終了の制御に用いる閾値として、ヒステリシス特性を有する閾値を用いてもよい。例えば、第１の閾値を５度、第２の閾値を１０度としてもよい。この場合、暖機運転制御部１６２は、暖機運転指令を取得した場合に電力貯蔵装置１３の温度が５度以下であれば暖機運転を開始し、暖機運転開始後に電力貯蔵装置１３の温度が１０度に達すると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。

電流制御部１６３は、電流指令値、制御信号、および電流センサ１２で検出されたコンバータ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を制御するゲート信号を出力する。電流制御部１６３は、電力貯蔵装置１３が充電される場合、すなわち制御信号がＨレベルである場合には、コンバータ１１の出力電流が電流指令値に近づくようにフィードバック制御を行う。電流制御部１６３は、電力貯蔵装置１３が放電する場合、すなわち制御信号がＬレベルである場合には、コンバータ１１が有するスイッチング素子の動作を停止させる。コンバータ１１の出力電流の方向が瞬時に切り替わることで、充放電制御装置１の動作が不安定になることを防ぐために、電流制御部１６３は、コンバータ１１の出力電流の変化率が定められた範囲内に維持されるようなゲート信号を出力してもよい。

放電切替部１６４は、判定部１７が補助電源装置１８で放電される電力量が基準を満たさないと判定した場合に、補助電源装置１８による電力貯蔵装置１３の放電から放電装置１９による電力貯蔵装置１３の放電に切り替える。放電切替部１６４は、判定部１７が出力する切替信号および暖機運転制御部１６２が出力する制御信号に基づき、スイッチ１９１を切り替える。放電切替部１６４は、切替信号が、補助電源装置１８で放電される電力が基準を満たさないことを示すＨレベルであって、制御信号がＨレベルである場合には、スイッチ１９１を解放する。放電切替部１６４は、切替信号がＨレベルであって、制御信号がＬレベルである場合には、スイッチ１９１を投入する。スイッチ１９１が投入されると、補助電源装置１８の代わりに、放電抵抗１９２によって、電力貯蔵装置１３の放電が行われる。切替信号がＬレベルである間は、スイッチ１９１は解放されている。

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。図４に、例えば運転台から入力される暖機運転指令、電力貯蔵装置１３のＳＯＣ、制御信号、切替信号、コンバータ１１の出力側の正極から電力貯蔵装置１３に流れる充電電流、電力貯蔵装置１３の温度、および電力貯蔵装置１３の充放電状態のそれぞれの変化を示す。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の例では、例えばインバータ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いる。

暖機運転制御部１６２は、時刻Ｔ１において暖機運転指令を取得する。時刻Ｔ１において電力貯蔵装置１３の温度は第１の閾値Ｔｅ１より小さい値であるため、暖機運転制御部１６２は、暖機運転を開始する。時刻Ｔ１における電力貯蔵装置１３のＳＯＣが定められた範囲の上限値Ｔｈ１未満であるため、暖機運転制御部１６２はＨレベルである制御信号を出力する。電流制御部１６３はコンバータ１１の出力電流が電流指令値に近づくようにフィードバック制御し、電力貯蔵装置１３が充電される。

時刻Ｔ２において、電力貯蔵装置１３のＳＯＣが上限値Ｔｈ１に達するため、暖機運転制御部１６２は、Ｌレベルである制御信号を出力する。電流制御部１６３は、制御信号がＬレベルであるため、コンバータ１１が有するスイッチング素子の動作を停止するゲート信号を出力する。コンバータ１１が有するスイッチング素子の動作が停止すると、補助電源装置１８によって電力貯蔵装置１３の放電が行われる。

時刻Ｔ３において、電力貯蔵装置１３のＳＯＣが定められた範囲の下限値Ｔｈ２に達するため、暖機運転制御部１６２は、Ｈレベルである制御信号を出力する。電流制御部１６３は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までと同様の制御を行い、電力貯蔵装置１３が充電される。

時刻Ｔ４において、電力貯蔵装置１３のＳＯＣが上限値Ｔｈ１に達するため、暖機運転制御部１６２は、Ｌレベルである制御信号を出力する。その後、補助電源装置１８が停止信号を出力したとする。判定部１７は、補助電源装置１８が停止信号を出力したことを検出すると、時刻Ｔ５においてＨレベルである切替信号を出力する。切替信号がＨレベルであり、制御信号がＬレベルであるため、放電切替部１６４がスイッチ１９１を投入すると、放電装置１９による電力貯蔵装置１３の放電が開始される。

時刻Ｔ６において、電力貯蔵装置１３のＳＯＣが下限値Ｔｈ２に達するため、暖機運転制御部１６２は、Ｈレベルである制御信号を出力する。また時刻Ｔ６において、電力貯蔵装置１３の温度が第２の閾値Ｔｅ２に達する。暖機運転制御部１６２は、電力貯蔵装置１３の温度が第２の閾値Ｔｅ２に達すると、暖機運転を終了し、Ｈレベルの制御信号を出力する。充放電制御装置１は、暖機運転指令が入力されている場合であっても、電力貯蔵装置１３の温度が第２の閾値Ｔｅ２に達した場合には、暖機運転を終了する。

上述のように、暖機運転が開始されると、電力貯蔵装置１３の充電および放電が繰り返し行われる。第１の放電部１４である補助電源装置１８が停止した場合であっても、第２の放電部１５である放電装置１９を用いて、電力貯蔵装置１３の充電および放電を継続することができる。電力貯蔵装置１３が充放電を交互に繰り返すことで、電力貯蔵装置１３の内部抵抗損失により熱が発生し、電力貯蔵装置１３の温度が上昇する。

図５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フローチャートである。充放電制御装置１は、暖機運転指令を取得する（ステップＳ１０）。電力貯蔵装置１３の温度がヒステリシス特性を有する閾値以下でない場合、すなわち電力貯蔵装置１３の温度が第１の閾値以下でない場合には（ステップＳ２０；Ｎ）、充放電制御装置１は、暖機運転を行わない。電力貯蔵装置１３の温度が第１の閾値以下である場合であって（ステップＳ２０；Ｙ）、電力貯蔵装置１３のＳＯＣが上限値未満である場合には（ステップＳ３０；Ｎ）、電力貯蔵装置１３の充電が開始される（ステップＳ４０）。電力貯蔵装置１３の充電が開始された後、電力貯蔵装置１３のＳＯＣが上限値に達する（ステップＳ３０；Ｙ）まで電力貯蔵装置１３の充電が行われる。

電力貯蔵装置１３のＳＯＣが上限値に達すると（ステップＳ３０；Ｙ）、電力貯蔵装置１３の放電が開始される（ステップＳ５０）。電力貯蔵装置１３の放電が開始された後、電力貯蔵装置１３のＳＯＣが下限値より大きく（ステップＳ６０；Ｎ）、判定部１７が第１の放電部１４で放電される電力量が基準を満たすと判定した場合には（ステップＳ７０；Ｙ）、第１の放電部１４により電力貯蔵装置１３の放電が行われる（ステップＳ８０）。判定部１７が第１の放電部１４で放電される電力量が基準を満たさないと判定した場合には（ステップＳ７０；Ｎ）、第２の放電部１５により電力貯蔵装置１３の放電が行われる（ステップＳ９０）。

その後、電力貯蔵装置１３のＳＯＣが下限値に達すると（ステップＳ６０；Ｙ）、ステップＳ２０に戻る。電力貯蔵装置１３の温度がヒステリシス特性を有する閾値以下である場合、すなわち電力貯蔵装置１３の温度が第２の閾値以下である場合には（ステップＳ２０；Ｙ）、電力貯蔵装置１３のＳＯＣは上限値未満であるため（ステップＳ３０；Ｎ）、再度、電力貯蔵装置１３の充電が開始される（ステップＳ４０）。

上述のように電力貯蔵装置１３の充放電が繰り返され、電力貯蔵装置１３の温度が第２の閾値に達すると（ステップＳ２０；Ｎ）、充放電制御装置１は暖機運転を終了する。図５の例では、放電終了時に電力貯蔵装置１３の温度が第２の閾値に達したか否かを判定しているが、該判定は任意のタイミングで行うことができる。一定の間隔で電力貯蔵装置１３の温度を検出し、検出された温度が第２の閾値に達した時点で充放電制御装置１は暖機運転を終了してもよい。

暖機運転における充放電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Ｔ２と時刻Ｔ３の間のある時刻において、電力貯蔵装置１３の温度が第２の閾値を上回った場合、充放電制御装置１はその時刻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の放電を先に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、中断時に電力貯蔵装置１３が充電中であれば電力貯蔵装置１３の充電を先に行う暖機運転を行い、中断時に電力貯蔵装置１３が放電中であれば電力貯蔵装置１３の放電を再開する暖機運転を行う。この場合には、中断時に電力貯蔵装置１３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。

電力貯蔵装置１３の保温を行うために、例えば運転台に設けられる暖機運転スイッチの操作によらず、暖機運転指令が制御部１６に常時入力されている状態としてもよい。暖機運転指令が常時入力されている場合には、制御部１６は、電力貯蔵装置１３の温度が第１の閾値以下になると自動的に暖機運転を開始する。

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、第１の放電部１４で放電される電力量が基準を満たさない場合には、第２の放電部１５を用いて暖機運転を行うことで、より確実に電力貯蔵装置１３の温度を上昇させることが可能となる。例えば第１の放電部１４が故障した場合でも第２の放電部１５により電力貯蔵装置１３の放電を行い、電力貯蔵装置１３の温度を上昇させることができる。暖機運転の確実性が向上するため、例えば夜間など長時間に亘って電力貯蔵装置１３の温度を定められた範囲に保つことも可能となる。

（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２に係る充放電制御装置１は、コンバータ１１の入力側に第２の放電部１５を備える。実施の形態２において、コンバータ１１は双方向の電力変換が可能な電力変換器である。制御部１６は、暖機運転中に第１の放電部１４によって電力貯蔵装置１３の放電を行う場合には、実施の形態１と同様にコンバータ１１が有するスイッチング素子の動作を停止させる。暖機運転中に判定部１７が第１の放電部１４で放電される電力量が基準を満たさないと判定した場合には、制御部１６はコンバータ１１の出力電流の向きを、電力貯蔵装置１３の充電時のコンバータ１１の出力電流と逆にし、第２の放電部１５により電力貯蔵装置１３の放電を行う。

図７は、実施の形態２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、第１の放電部１４として補助電源装置１８を備える。充放電制御装置１の内、第２の放電部１５以外の各部は電気車１０に搭載され、第２の放電部１５は電気車１０の外部に設けられている。第２の放電部１５は、電気車１０へ電力を供給する電力供給路である架線２を介して、電力貯蔵装置１３と電気的に接続されている。第２の放電部１５は、例えば補助電源装置、他の電気車、電力の授受が可能である変電所、または地上に設けられた電力貯蔵システムなどである。

図８は、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。暖機運転制御部１６２の動作は実施の形態１と同様である。放電切替部１６４は、判定部１７が出力する切替信号および暖機運転制御部１６２が出力する制御信号に基づき、コンバータ１１の出力電流の向きを制御する電流制御信号を電流指令生成部１６１および電流制御部１６３に出力する。電流制御信号は、切替信号がＨレベルであって、制御信号がＬレベルである場合に、Ｈレベルであり、切替信号がＨレベルであって、制御信号がＨレベルである場合および切替信号がＬレベルである場合に、Ｌレベルである。

電流指令生成部１６１は、暖機運転中でない場合、および暖機運転中において補助電源装置１８で放電される電力量が基準を満たす場合には、実施の形態１と同様に、電力貯蔵装置１３のＳＯＣおよび温度、および車両速度に基づいて、電流指令値を生成し、電流制御部１６３に送る。暖機運転中に判定部１７が補助電源装置１８で放電される電力量が基準を満たさないと判定した場合であって、電力貯蔵装置１３が充電される場合には、電流指令生成部１６１は、実施の形態１と同様に、電力貯蔵装置１３のＳＯＣおよび温度、および車両速度に基づいて、電流指令値を生成する。暖機運転中に判定部１７が補助電源装置１８で放電される電力量が基準を満たさないと判定した場合であって、電力貯蔵装置１３が放電する場合には、電力貯蔵装置１３の充電時の電流指令値の向きと逆向きの電流指令値を生成する。すなわち、電流指令生成部１６１は、電流制御信号がＬレベルである場合には、実施の形態１と同様に電流指令値を生成し、電流制御信号がＨレベルである場合には、電力貯蔵装置１３の充電時の電流指令値の向きと逆向きの電流指令値を生成する。

電流制御部１６３は、暖機運転中でない場合、および暖機運転中において補助電源装置１８で放電される電力量が基準を満たす場合には、実施の形態１と同様に、ゲート信号を出力する。暖機運転中に判定部１７が補助電源装置１８で放電される電力量が基準を満たさないと判定した場合には、電流制御部１６３は、電力貯蔵装置１３の充電時および放電時のいずれにおいても、コンバータ１１の出力電流が電流指令生成部１６１が出力する電流指令値に近づくようにフィードバック制御を行う。すなわち、電流制御部１６３は、制御信号がＨレベルである場合、および制御信号がＬレベルであって電流制御信号がＨレベルである場合には、コンバータ１１の出力電流が電流指令生成部１６１が出力する電流指令値に近づくようにフィードバック制御を行う。電流制御部１６３は、制御信号がＬレベルであって電流制御信号がＬレベルである場合には、コンバータ１１が有するスイッチング素子の動作を停止させる。

電力貯蔵装置１３の放電時に、コンバータ１１の出力電流の向きを、電力貯蔵装置１３の充電時のコンバータ１１の出力電流の向きと逆にすることで、コンバータ１１の入力側に位置する第２の放電部１５によって、電力貯蔵装置１３の放電を行うことが可能となる。

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、第１の放電部１４で放電される電力量が基準を満たさない場合には、第２の放電部１５を用いて暖機運転を行うことで、より確実に電力貯蔵装置１３の温度を上昇させることが可能となる。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。第１の放電部１４および第２の放電部１５は、電力貯蔵装置１３の放電を可能にする任意の放電手段である。第１の放電部１４および第２の放電部１５はコンバータ１１の入力側および出力側のいずれに位置してもよい。第１の放電部１４が電気車１０の外部に設けられ、第１の放電部１４以外の充放電制御装置１の各部が電気車１０に搭載されてもよい。放電装置１９を第１の放電部１４として用いる場合には、判定部１７はスイッチ１９１が投入された場合に放電抵抗１９２を流れる電流が定められた範囲にない場合に、放電装置１９で放電される電力量が基準を満たさないと判定する。他の電気車、電力の授受が可能である変電所、または地上に設けられた電力貯蔵システムなどを第１の放電部１４として用いる場合には、判定部１７は架線電圧が定められた範囲にない場合に、第１の放電部１４で放電される電力量が基準を満たさないと判定する。

制御部１６および／または判定部１７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。制御部１６に判定部１７の機能をもたせてもよい。上述の制御部１６の構成は一例である。制御部１６は、暖機運転指令を取得した場合に、電力貯蔵装置１３の充放電を制御し、暖機運転中に第１の放電部１４で放電される電力量が基準を満たさない場合に第２の放電部１５により電力貯蔵装置１３の放電を行うことを可能にする任意の回路である。

充放電制御装置１の電気車１０への搭載方法は図２および図７の例に限られない。図２および図７において、補助電源装置１８をコンバータ１１の入力側、すなわち変圧器４の３次巻線に接続してもよい。直流電化区間を走行する電気車１０の場合には、変圧器４を設ける必要はなく、補助電源装置１８はコンバータ１１と並列に、集電装置３に接続される。図２において補助電源装置１８をコンバータ１１の入力側に設ける場合には、暖機運転における電力貯蔵装置１３の放電時に、制御部１６は、コンバータ１１の出力電流の向きを、電力貯蔵装置１３の充電時のコンバータ１１の出力電流の向きと逆にする。また暖機運転中に補助電源装置１８で放電される電力量が基準を満たさない場合には、制御部１６は、上述のようにスイッチ１９１を切り替えることで電力貯蔵装置１３の充電と放電を交互に繰り返す。図７において補助電源装置１８をコンバータ１１の入力側に設ける場合には、暖機運転における電力貯蔵装置１３の放電時に、制御部１６は、コンバータ１１の出力電流の向きを、電力貯蔵装置１３の充電時のコンバータ１１の出力電流の向きと逆にする。

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。

１ 充放電制御装置、２ 架線、３ 集電装置、４ 変圧器、５ 車輪、６ レール、７ インバータ、８ 電動機、１０ 電気車、１１ コンバータ、１２ 電流センサ、１３ 電力貯蔵装置、１４ 第１の放電部、１５ 第２の放電部、１６ 制御部、１７ 判定部、１８ 補助電源装置、１９ 放電装置、１６１ 電流指令生成部、１６２ 暖機運転制御部、１６３ 電流制御部、１６４ 放電切替部、１９１ スイッチ、１９２ 放電抵抗。

Claims (7)

1. 電力変換器の出力側に接続される電力貯蔵装置と、
   前記電力貯蔵装置と電気的に接続され、放電を行う第１の放電部と、
   前記電力貯蔵装置と電気的に接続され、放電を行う第２の放電部と、
   前記電力変換器の出力電流の制御を行うことで前記電力貯蔵装置の充電および放電を行う制御部と、
   前記第１の放電部で放電される電力量が基準を満たすか否かを判定する判定部と、
   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、前記電力貯蔵装置の充電と前記第１の放電部による前記電力貯蔵装置の放電とを交互に繰り返す暖機運転を行い、前記暖機運転指令を取得した場合であって、前記判定部が前記暖機運転中に前記第１の放電部で放電される電力量が前記基準を満たさないと判定した場合には、前記電力貯蔵装置の充電と前記第２の放電部による前記電力貯蔵装置の放電とを交互に繰り返す前記暖機運転を行う、
   充放電制御装置。
2. 前記第１の放電部は、入力された電力を変換して負荷装置に供給し、前記負荷装置への電力の供給量が定められた範囲にない場合に停止信号を出力する補助電源装置であり、
   前記判定部は、前記補助電源装置が前記停止信号を出力したことを検出した場合に、前記第１の放電部で放電される電力量が前記基準を満たさないと判定する、
   請求項１に記載の充放電制御装置。
3. 前記第２の放電部は、前記電力変換器の出力側に接続される、直列に接続されたスイッチおよび放電抵抗を有する放電装置であり、
   前記制御部は、前記暖機運転指令を取得した場合であって、前記判定部が前記暖機運転中に前記第１の放電部で放電される電力量が前記基準を満たさないと判定した場合には、前記スイッチを切り替えることで、前記電力貯蔵装置の充電と前記第２の放電部による前記電力貯蔵装置の放電とを交互に繰り返す前記暖機運転を行う、
   請求項１に記載の充放電制御装置。
4. 前記電力変換器、前記電力貯蔵装置、前記第１の放電部、前記制御部および前記判定部は、電力供給路を介して電源から電力の供給を受ける車両に搭載され、
   前記第２の放電部は該車両の外部に設けられ、前記電力供給路を介して前記電力貯蔵装置と電気的に接続される、
   請求項１に記載の充放電制御装置。
5. 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充電状態が定められた範囲の上限値に達するまで前記電力貯蔵装置の充電を行い、前記電力貯蔵装置の充電状態が前記上限値に達すると前記電力貯蔵装置の放電を開始し、前記電力貯蔵装置の充電状態が前記定められた範囲の下限値に達すると前記電力貯蔵装置の充電を開始する、請求項１に記載の充放電制御装置。
6. 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電圧が定められた電圧範囲の上限値に達するまで前記電力貯蔵装置の充電を行い、前記電力貯蔵装置の電圧が前記上限値に達すると前記電力貯蔵装置の放電を開始し、前記電力貯蔵装置の電圧が前記定められた電圧範囲の下限値に達すると前記電力貯蔵装置の充電を開始する、請求項１に記載の充放電制御装置。
7. 前記制御部は、前記暖機運転指令を取得した場合であって、前記電力貯蔵装置の温度が第１の閾値以下である場合に前記暖機運転を開始し、前記暖機運転の開始後に前記電力貯蔵装置の温度が前記第１の閾値より大きい第２の閾値に達すると前記暖機運転を終了する、請求項１に記載の充放電制御装置。

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