JP6584798B2 - 蓄電システム及び蓄電池電車 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電システム及び蓄電池電車に関する。

近年、高電圧かつ大容量が要求される蓄電システムは、複数の電池セルを直列に接続して高電圧化し、更にこの直列体（以下、組電池と呼ぶ）を複数並列に接続した電池ブロックを構成することにより大容量化して各アプリケーションに用いられている。

このような電池セルを多直多並列に接続して構成される電池ブロックにおいては、組電池を充放電するとき、組電池に含まれる複数の電池セルのうち、初めに上限電圧又は下限電圧に到達した電池セルによって組電池全体の充放電可能範囲が決まる。

組電池に含まれる複数の電池セル間で充電率にばらつきがあると、組電池の実使用範囲が狭くなり、電池セルの性能を十分に発揮することができなくなる場合がある。よって組電池内の複数の電池セルの充電率を均等化しながら運用する必要がある。

複数の電池セルを多直多並列に接続して構成される電池ブロック内の電池セルの充電率均等化の手法としては、例えば下記の特許文献１に記載の技術がある。

特許文献１には、複数の電池ユニット（組電池）を並列に接続して構成される電池ブロックのセル均等化に関する技術が開示されている。具体的には、組電池を構成する電池セル間の電池残存容量のばらつきを抑制するセル容量均等化回路と、組電池間の電池残存容量のばらつきを抑制するユニット容量均等化回路とを備える蓄電システムが開示されている。

この特許文献１によれば、複数の電池セルが直列に接続された電池ユニット（組電池）を複数並列に接続した電池ブロックにおいて、組電池間の総電位のアンバランスを解消することができるとしている。そして総電位の高い組電池から総電圧の低い組電池へ電位差に応じた突入電流が流れることを防止することができるとしている。

特開２０１１−７２１５３号公報

しかし特許文献１に記載の技術では、各電池セルを均等化するためのセル容量均等化回路に加えて、組電池全体の容量を調整するためのユニット容量均等化回路が必要となる。

ユニット容量均等化回路は、電池セルを多数直列につないだ高電圧の組電池に対応するため、高耐圧のユニットスイッチが必要となり、回路ユニットの高コスト化につながる。また各電池セル間の容量均等化処理と、各組電池間の容量均等化処理とをそれぞれ別々のコントローラで行なうため、処理が複雑となる。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、特別な回路を追加しなくとも、組電池を構成する各電池セル間の蓄電容量と、並列に接続された各組電池間の蓄電容量とを同時にバランシングし得る蓄電システム及び蓄電池電車を提案する。

かかる課題を解決するために、本発明においては、複数の組電池が並列に接続して構成される蓄電システムにおいて、組電池は、複数の電池セルが直列に接続して構成されており、組電池内の各電池セルに対して、セル放電抵抗とセルスイッチング素子とを直列に接続したセル放電回路が各々並列に接続されて構成されるセル容量均等化回路と、各電池セル間の蓄電容量を均等化するとともに、組電池間の蓄電容量を均等化するバランシング制御部と、を組電池ごとに備え、バランシング制御部は、組電池内の各電池セルの充電電気量から、各電池セルの充電電気量うち最小の充電電気量を減算した値である第１の放電電気量を各電池セルについて算出し、各電池セルの第１の放電電気量を合算した値である第１の放電電気量総和を算出し、複数の組電池の第１の放電電気量総和のうち最大の第１の放電電気量総和から組電池の第１の放電電気量総和を減算した値である第２の放電電気量を算出し、各電池セルの第１の放電電気量と組電池の第２の放電電気量を各電池セルの数で割った値とを加算した値である第３の放電電気量を各電池セルについて算出し、各電池セルに並列に接続されるセル放電回路のセルスイッチング素子をオンにしたときにセル放電回路のセル放電抵抗に流れる電流で各電池セルの第３の放電電気量を割った値である放電時間を各電池セルについて算出し、各電池セルに並列に接続されるセル放電回路のセルスイッチング素子を各電池セルの放電時間分、オンに制御することを特徴とする。

またかかる課題を解決するために、本発明においては、複数の組電池が並列に接続して構成される蓄電システムを備える蓄電池電車において、組電池は、複数の電池セルが直列に接続して構成されており、組電池内の各電池セルに対して、セル放電抵抗とセルスイッチング素子とを直列に接続したセル放電回路が各々並列に接続されて構成されるセル容量均等化回路と、各電池セル間の蓄電容量を均等化するとともに、組電池間の蓄電容量を均等化するバランシング制御部と、を組電池ごとに備え、バランシング制御部は、組電池内の各電池セルの充電電気量から、各電池セルの充電電気量うち最小の充電電気量を減算した値である第１の放電電気量を各電池セルについて算出し、各電池セルの第１の放電電気量を合算した値である第１の放電電気量総和を算出し、複数の組電池の第１の放電電気量総和のうち最大の第１の放電電気量総和から組電池の第１の放電電気量総和を減算した値である第２の放電電気量を算出し、各電池セルの第１の放電電気量と組電池の第２の放電電気量を各電池セルの数で割った値とを加算した値である第３の放電電気量を各電池セルについて算出し、各電池セルに並列に接続されるセル放電回路のセルスイッチング素子をオンにしたときにセル放電回路のセル放電抵抗に流れる電流で各電池セルの第３の放電電気量を割った値である放電時間を各電池セルについて算出し、各電池セルに並列に接続されるセル放電回路のセルスイッチング素子を各電池セルの放電時間分、オンに制御することを特徴とする。

本発明によれば、特別な回路を追加しなくとも、組電池を構成する各電池セル間の蓄電容量と、並列に接続された各組電池間の蓄電容量とを同時にバランシングすることができる。

蓄電池電車システムの全体構成図である。 蓄電システムの内部構成図である。 電池制御部の内部構成図である。 バランシング制御部の内部構成図である。 データ保持部の内部構成図である。 放電電気量演算部の処理フローである。 統括制御部と電池制御部との間で行われる信号処理の模式図である。 放電時間演算部とデータ保持部との間で行われる信号処理の模式図である。 放電時間演算部の処理フローである。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

図１は、本実施の形態における蓄電池電車システム１の全体構成を示す。蓄電池電車システム１は、蓄電池電車１０、架線２０及び地上充電設備３０等を備えて構成される。蓄電池電車１０は、電力変換装置１１、インバータ１２、モータ１３、蓄電システム１４及びこれらの動作を統括的に制御する統括制御部１５を備える。

電力変換装置１１は、電化区間（架線区間）及び地上充電設備３０が設置されている停車駅ではパンタグラフ２１を介して架線２０と電気的に接続される。電力変換装置１１は、架線２０から供給される電力を入力し、これを統括制御部１５からの指令電力に対応した直流電力に変換して出力する。

インバータ１２は、電力変換装置１１及び蓄電システム１４から出力される直流電力を入力し、これを三相交流電力に変換して出力する。またインバータ１２はモータ１３の出力トルクが統括制御部１５によって指令されるトルクとなるように可変電圧及び可変周波数を制御する。

モータ１３は、誘導電動機であり、インバータ１２から出力される三相交流電力を入力し、これを軸トルクに変換し、この軸トルクを車輪の車軸に与えて蓄電池電車１０を走行させる。

蓄電システム１４は、電力変換装置１１とインバータ１２との間の直流部に電気的に接続される。蓄電システム１４は、蓄電池電車１０において必要な電圧及び蓄電容量を得るために、複数の電池セルを多直列かつ多並列に組み合わせた組電池から構成される。

なお電池セルには、例えばリチウムイオン二次電池が用いられる。１つの電池セルの電圧が約３．６Ｖである場合、２００個の電池セルを直列に接続すると、１つの組電池は約７２０Ｖの直流電圧を得ることができる。この組電池を更に複数並列接続すると、蓄電システム１４全体の電池容量を増加させることができる。

また蓄電システム１４は、その内部に電池セルの電圧情報、電流情報及び温度情報を取得するためのセンシング手段（図示省略）を備える。蓄電システム１４は、センシング手段により検出された電池セルの各情報に基づいて、電池セルの充電状態（SOC：State Of Charge）、内部抵抗、劣化状態（SOH：State Of Health）又は許容充放電電力等の電池状態情報を算出し、この電池状態情報を統括制御部１５に送信する。

統括制御部１５は、車両の運転士からの運転指令と、蓄電システム１４からの電池状態情報（充電状態、劣化状態又は充放電可能電力等）とに基づいて、蓄電システム１４の充放電電力を決定する。統括制御部１５は、蓄電システム１４が所望の充放電を行えるように、電力変換装置１１やインバータ１２に対してそれぞれ動作指令を出力する。

地上充電設備３０は、その内部に変圧器やコンバータ等を備える（図示省略）。地上充電設備３０は、図示しない配電線からの電力を所望の交流電力又は直流電力に変換し、架線２０に供給する。上記の構成における蓄電池電車システム１の動作を電化区間（架線区間）と非電化区間（非架線区間）とに分けて以下に説明する。

電化区間すなわち架線区間では、蓄電池電車１０の走行用電力は、パンタグラフ２１を介して架線２０から供給される電力が電力変換装置１１により降圧されてインバータ１２に与えられる。蓄電システム１４のＳＯＣが低い場合、架線２０から供給される電力の一部が蓄電システム１４の電池セルを充電するために利用される。

またブレーキ時の回生電力は、蓄電システム１４の電池セル４１を充電するために利用されるが、蓄電システム１４のＳＯＣが高い場合には架線２０への回生に利用される。

地上充電設備３０が設置されている駅において、蓄電システム１４の電池セルを充電する場合は、図１に示すようにパンタグラフ２１を上げることで架線２０を介して地上充電設備３０と電気的に接続し、蓄電システム１４の電池セルが充電される。

一方、非電化区間すなわち非架線区間に架線２０はないため、統括制御部１５は、電力変換装置１１の動作を停止させる。このとき蓄電システム１４からの直流電力のみがインバータ１２に走行用電力として与えられる。またブレーキ時の回生電力は蓄電システム１４の電池セルを充電するために利用されるが、蓄電システム１４のＳＯＣが高い場合には回生エネルギーは熱として排出される。

図２は、蓄電システム１４の内部構成を示す。蓄電システム１４は、その内部に複数の電池セル４１を直列に接続した組電池４２と、各組電池４２にそれぞれ並列に接続された電池制御部１００とにより電池モジュール４３を構成している。また各電池モジュール４３を並列に接続して電池ブロック４４を構成している。

電池ブロック４４の電力ラインは、電力入出力端子４５に接続される。また電池ブロック４４内の各組電池４２には、それぞれスイッチ４０が直列に接続されており、このスイッチ４０をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、電池ブロック４４から各組電池４２を切り離し又は接続することができる。

各電池モジュール４３の電池制御部１００は、その内部にセル容量均等化回路１１０、電池状態検知演算部１２０及びバランシング制御部１３０を備える。なお図２では、各組電池４２は電池セル４１を６直列構成で図示しているが、直列数は必ずしもこれに限らず、必要な電圧に応じて直列数を可変してもよい。また図２では、組電池４２を３並列接続した電池ブロック４４を図示しているが、必要とされる蓄電容量に応じて並列数を増減させてもよい。

電池ブロック４４としては、充放電可能な二次電池である単電池（電池セル４１）を複数直列及び並列に接続したものが利用できる。二次電池としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等が好適に利用できる。

各電池制御部１００は、統括制御部１５と通信して、各組電池４２の劣化状態や充電状態等の情報を統括制御部１５に送信する。また後述する電池セル４１の蓄電容量を均等化（セルバランス）する際に必要な情報を統括制御部１５との間で送受信する。

図３は、電池制御部１００の内部構成を示す。電池制御部１００は、その内部にセル容量均等化回路１１０と、電池状態検知演算部１２０及びバランシング制御部１３０から構成される制御ユニット１４０とを備える。

セル容量均等化回路１１０は、組電池４２を構成する電池セル４１のＳＯＣのばらつきを抑制する回路であり、セル放電抵抗５１とセルスイッチング素子５２とを直列に接続したセル放電回路５３が各電池セル４１に対して各々並列に接続されて構成される。

セルスイッチング素子５２は、バランシング制御部１３０からの指令に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御され、電池セル４１の過剰電気量をセル放電抵抗５１で放電することでセル容量（蓄電容量）を均等化することができる。

電池状態検知演算部１２０は、組電池４２の各電池セル４１のセル電圧や組電池４２に流れる電流、更には組電池４２の温度等の情報に基づいて、組電池４２の充電率（ＳＯＣ）や組電池４２の満充電容量（Ｑｍａｘ）、更には電池の劣化指標（ＳＯＨ）となる内部抵抗を検知又は演算する。

バランシング制御部１３０は、電池状態検知演算部１２０からの各種情報及び統括制御部１５からの情報に基づいて、セル容量均等化回路１１０を制御する。

図４は、バランシング制御部１３０の内部構成及び信号の流れを示す。バランシング制御部１３０は、データ保持部２００、基準電圧選定部３００、放電電気量演算部４００、放電電気量総和演算部５００、補正量演算部６００、放電時間演算部７００、セル容量均等化回路制御部８００から構成される。

データ保持部２００は、電池状態検知演算部１２０から送信された各電池セル４１のセル電圧（Ｖｎ）や組電池４２の満充電容量（Ｑｍａｘ）、更には以降説明する各種演算データを格納するメモリである。データ保持部２００は、一時的な記録を実施するＲＡＭ（Random Access Memory）、演算データを記録するＲＯＭ（Read Only Memory）又は書き換え可能な大容量記録媒体の少なくとも１つ以上を有する。

まずデータ保持部２００は、電池状態検知演算部１２０から最新の各電池セル４１のセル電圧Ｖｎと、組電池４２の満充電容量Ｑｍａｘを読み込み、これらの情報を格納する。次に基準電圧選定部３００は、データ保持部２００から各セル電圧Ｖｎを読み込む。ここでＶｎのｎは、組電池４２内の電池セルの数であり、図３においてｎは６である。したがって基準電圧選定部３００は、Ｖ１〜Ｖ６までの６つの電圧を読み込む。

次いで基準電圧選定部３００は、Ｖ１〜Ｖ６の６つの電圧のうち、最小の電圧１つを基準電圧として選定する。基準電圧選定部３００が選定した最小の電圧をＶｓと表記する。基準電圧選定部３００は、基準電圧Ｖｓをデータ保持部２００に送信する。データ保持部２００は、基準電圧選定部３００から送信された基準電圧Ｖｓを受信して記録する。

次に放電電気量演算部４００は、各電池セル４１のセル電圧Ｖｎに対応した充電率（ＳＯＣｎ）、基準電圧Ｖｓに対応した基準充電率（ＳＯＣｓ）及び組電池４２の満充電容量Ｑｍａｘをデータ保持部２００から読み込む。

ここで図５及び図６を参照して、放電電気量演算部４００が実行する処理について説明する。図５は、データ保持部２００の内部構成を示す。データ保持部２００には、Ｖｎ格納部２０１、ＯＣＶ−ＳＯＣテーブル２０２、Ｖｓ格納部２０３、Ｑｍａｘ格納部２０４、ΔＱｎ格納部２０５が格納されている。なおＯＣＶは、オープンサーキットボルテージ（Open Circuit Voltage）の略である。

ＯＣＶ−ＳＯＣテーブル２０２は、電池セル４１についてセル電圧と充電率（ＳＯＣ）の関係が予め格納されたテーブルである。ＯＣＶ−ＳＯＣテーブル２０２に対してセル電圧の情報を入力すると、対応する電池セル４１の充電率（ＳＯＣ）を出力することができる。

Ｖｎ格納部２０１及びＱｍａｘ格納部２０４には、電池状態検知演算部１２０から送信されたセル電圧Ｖｎ（Ｖ１〜Ｖ６）と、組電池４２の満充電容量Ｑｍａｘが格納される。またＶｓ格納部２０３には、基準電圧選定部３００からの基準電圧Ｖｓが格納されている。

ＯＣＶ−ＳＯＣテーブル２０２に対して、Ｖｎ格納部２０１からＶｎ（Ｖ１〜Ｖ６）、Ｖｓ格納部２０３から基準電圧Ｖｓが入力されると、各セル電圧Ｖｎに対応した電池セル４１の充電率ＳＯＣｎ（ＳＯＣ１〜ＳＯＣ６）と、基準電圧Ｖｓに対応した電池セル４１の基準充電率ＳＯＣｓが演算され、ＳＯＣｎ及びＳＯＣｓが放電電気量演算部４００に送信される。

放電電気量演算部４００は、ＳＯＣｎ、ＳＯＣｓ、更にはＱｍａｘ格納部２０４から送信されるＱｍａｘの情報に基づいて、各電池セル４１の充電率を揃えるために放電すべき放電電気量ΔＱｎ（ΔＱ１〜ΔＱ６）を算出し、データ保持部２００内のΔＱｎ格納部２０５に送信する。ΔＱｎ格納部２０５は、各電池セル４１の放電電気量ΔＱｎを格納する。

図６は、放電電気量演算部４００の上記処理を示すフローチャートである。まず放電電気量演算部４００は、基準充電率ＳＯＣｓと組電池４２の満充電容量Ｑｍａｘとに基づいて、電池セル４１が基準充電率ＳＯＣｓであるときに充電されている基準充電電気量Ｑｓを算出する（Ｓ４０１）。このときの計算式を下記式（１）に示す。

次いで放電電気量演算部４００は、セル番号をｎ＝１に設定して（Ｓ４０２）、セルｎのＳＯＣｎと組電池４２の満充電容量ＱｍａｘからセルｎのＳＯＣｎにおける充電電気量Ｑｎを算出する（Ｓ４０３）。このときの計算式を下記式（２）に示す。

次にセルｎの充電電気量Ｑｎを基準充電電気量Ｑｓとするための放電電気量ΔＱｎを算出する（Ｓ４０４）。このときの計算式を下記式（３）に示す。

そして放電電気量演算部４００は、ΔＱｎをデータ保持部２００に送信する（Ｓ４０５）。データ保持部２００が受信したΔＱｎ（ΔＱ１〜ΔＱ６）は、ΔＱｎ格納部２０５に格納される。次に放電電気量演算部４００は、セル番号ｎに対して１を足して（Ｓ４０６）、ｎが６以上であるか否かを判断する（Ｓ４０７）。

なお本実施の形態において組電池４２の電池セル４１の直列数は６であるため、ステップＳ４０７におけるｎの判定閾値は６としているが、これに限らず、組電池４２の電池セル４１の直列数に応じてここでの判定閾値は適宜変更される。

ステップＳ４０７において、ｎが６未満である場合にはステップＳ４０３に戻り、Ｓ４０３以降の上記説明してきた処理を繰り返す。これに対しステップＳ４０７において、ｎが６以上である場合には本処理を終了する。

図４に戻り、次に放電電気量総和演算部５００は、データ保持部２００内のΔＱｎ格納部２０５から、ΔＱｎ（ΔＱ１〜ΔＱ６）を読み込み、これら６つの放電電気量ΔＱ１〜ΔＱ６の総和ΣＱを算出する。このときの計算式を下記式（４）に示す。

放電電気量総和演算部５００は、組電池４２全体の放電電気量の総和ΣＱを統括制御部１５及び補正量演算部６００に送信する。

ここで図７を参照して、統括制御部１５の処理について説明する。図７は、各電池制御部１００（１００ａ、１００ｂ及び１００ｃ）と統括制御部１５との情報のやり取りを示す。各電池制御部１００ａ、１００ｂ及び１００ｃは、それぞれ算出した放電電気量総和ΣＱ（ΣＱａ、ΣＱｂ及びΣＱｃ）を統括制御部１５に送信する。

統括制御部１５内の放電電気量比較部１５０は、受信した複数の放電電気量総和ΣＱａ、ΣＱｂ及びΣＱｃを比較し、これらのうちの最大値を１つ選定する。そして選定された最大の放電電気量総和をΣＱｍａｘとして、各電池制御部１００ａ、１００ｂ及び１００ｃに送信する。

なお本実施の形態においては、図２に示すように組電池４２が３並列構成であり、３つの組電池４２に対して各電池制御部１００が並列に接続されて構成されているため、放電電気量比較部１５０は３つの放電電気量総和ΣＱａ、ΣＱｂ及びΣＱｃを比較するとしたが、組電池４２の並列数に応じて、統括制御部１５が比較するΣＱの数は増減する。

次に補正量演算部６００の処理について説明する。補正量演算部６００は、放電電気量総和演算部５００から送信された放電電気量総和ΣＱと、統括制御部１５から送信された各列の放電電気量総和の最大値ΣＱｍａｘに基づいて、補正量ΔＱｃを算出する。このときの計算式を下記式（５）に示す。

補正量演算部６００は、３つの組電池４２の各放電電気量総和ΣＱａ、ΣＱｂ及びΣＱｃのうち、最大値ΣＱｍａｘから自己の組電池４２の放電電気量総和（例えばΣＱａ）を差し引いて、自己の組電池４２が放電すべき電気量の総和を算出する。

すなわち組電池４２内の電池セル４１間で蓄電容量をバランシングするために必要な放電電気量総和ΣＱ（ΣＱａ、ΣＱｂ及びΣＱｃ）に加えて、組電池４２間で蓄電容量をバランシングするために必要な余剰分の放電電気量（ΣＱｍａｘ−ΣＱ）を算出する。そしてこれを電池セル４１単位で平均化して補正量ΔＱｃを算出し、放電時間演算部７００に送信する。

次に図８及び図９を参照して、放電時間演算部７００の処理について説明する。図８は、データ保持部２００と、補正量演算部６００と、放電時間演算部７００との間で行われる情報のやり取りを示す。

放電時間演算部７００は、補正量演算部６００から送信された補正量ΔＱｃ、Ｖｎ格納部２０１に格納されている各電池セル４１のセル電圧Ｖｎ、ΔＱｎ格納部２０５に格納されている放電電気量ΔＱｎの値に基づいて、セル容量均等化回路１１０内の各セルスイッチング素子５２をＯＮ動作させる時間Δｔｎを算出する。

図９は、放電時間演算部７００の処理を示すフローチャートである。放電時間演算部７００は、まず初めに補正量演算部６００が演算した補正量ΔＱｃを読み込む（Ｓ７０１）。次いで放電時間演算部７００は、セル番号をｎ＝１にセットする（Ｓ７０２）。

次いで放電時間演算部７００は、データ保持部２００のΔＱｎ格納部２０５からセルｎの放電電気量ΔＱｎを読み込む（Ｓ７０３）。そして放電時間演算部７００は補正放電電気量ΔＱｃｎを算出する（Ｓ７０４）。このときの計算式を下記式（６）に示す。

次に放電時間演算部７００は、データ保持部２００のＶｎ格納部２０１からセルｎのセル電圧Ｖｎを読み込む（Ｓ７０５）。そして放電時間演算部７００は、セルｎのバランシング電流Ｉｎを算出する（Ｓ７０６）。このときの計算式を下記式（７）に示す。

ここで、バランシング電流Ｉｎとは、セル放電回路５３のセルスイッチング素子５２をＯＮしたときにセル放電回路５３に流れる電流のことである。また上記式（７）のＲは、セル放電回路５３のセル放電抵抗５１の抵抗値である。

次に放電時間演算部７００は、ステップＳ７０４で算出した補正放電電気量ΔＱｃｎと、ステップＳ７０６で算出したバランシング電流Ｉｎとに基づいて、セルｎの放電時間Δｔｎを算出する（Ｓ７０７）。このときの計算式を下記式（８）に示す。

上記式（８）において、ΔＱｃｎの単位が［Ａｈ］であり、バランシング電流Ｉｎの単位が［Ａ］である場合、Δｔｎの単位は［時間］として算出することができる。ここで、放電時間の単位を［秒］で得る場合には、下記式（９）を計算する。

そして放電時間演算部７００は、上記式（８）又は（９）により算出された放電時間Δｔｎをデータ保持部２００のΔｔｎ格納部２０６に送信する（Ｓ７０８）。Δｔｎ格納部２０６は、放電時間演算部７００から送信された各電池セル４１の放電時間Δｔｎを受信して格納する。

次に放電時間演算部７００は、セル番号ｎに対して１を加える（Ｓ７０９）。そして放電時間演算部７００は、ステップＳ７１０においてｎが６以上であるか否かを判断する（Ｓ７１０）。

なお本実施の形態において組電池４２の電池セル４１の直列数は６であるため、ステップＳ７１０におけるｎの判定閾値は６としているが、これに限らず、組電池４２の電池セル４１の直列数に応じてここでの判定閾値は適宜変更される。

放電時間演算部７００は、ステップＳ７１０においてｎが６未満である場合にはステップＳ７０３に戻り、Ｓ７０３以降の上記説明してきた処理を繰り返す。これに対しステップＳ７１０においてｎが６以上である場合には本処理を終了する。

以上の処理によりデータ保持部２００に格納された放電時間Δｔｎ（Δｔ１〜Δｔ６）に基づいて、バランシング制御部１３０内のセル容量均等化回路制御部８００は、セル容量均等化回路１１０を制御する。

例えば、ｎ＝１の電池セル４１の放電時間Δｔ１が１時間であった場合は、ｎ＝１の電池セル４１に対応するセル放電回路５３のセルスイッチング素子５２を延べ１時間ＯＮにして電池セル４１をセル放電抵抗５１によって放電させるように制御する。

以上のように本実施の形態における蓄電システム１４及びこの蓄電システム１４を備えた蓄電池電車１０によれば、特別な回路を追加することなく、組電池４２内の各電池セル４１間の蓄電容量の均等化と、各組電池４２間の蓄電容量の均等化とを同時に行うことができる。

なお本発明における蓄電システムは、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素電池、鉛蓄電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等の充放電可能な蓄電素子で構成される蓄電システムのすべてに適用可能である。

本発明は、電池セルが多直多並列に接続された電池ブロックを含むあらゆるアプリケーション、鉄道車両、地上給電設備、電力貯蔵システム等の大規模電池システムの安定維持について有効である。本発明を適用することにより、電池を制御するシステム及び方法において電池セルの蓄電容量のばらつきを抑制する運用を実現して、電池制御システムの製造、販売、メンテナンスに寄与し、蓄電システムの信頼性を向上させることが可能となる。

１０ 蓄電池電車
１１ 電力変換装置
１２ インバータ
１３ モータ
１４ 蓄電システム
１５ 統括制御部
２０ 架線
２１ パンタグラフ
３０ 地上充電設備
４０ リレー
４１ 電池セル
４２ 組電池
４３ 電池モジュール
４４ 電池ブロック
４５ 電力端子入出力端子
５１ セル放電抵抗
５２ セルスイッチング素子
５３ セル放電回路
１００ 電池制御部
１１０ セル容量均等化回路
１２０ 電池状態検知演算部
１３０ バランシング制御部
１４０ 制御ユニット
１５０ 放電電気量比較部
２００ データ保持部
３００ 基準電圧選定部
４００ 放電電気量演算部
５００ 放電電気量総和演算部
６００ 補正量演算部
７００ 放電時間演算部
８００ セル容量均等化回路制御部

Claims (2)

1. 複数の組電池が並列に接続して構成される蓄電システムにおいて、
   前記組電池は、複数の電池セルが直列に接続して構成されており、
   前記組電池内の各電池セルに対して、セル放電抵抗とセルスイッチング素子とを直列に接続したセル放電回路が各々並列に接続されて構成されるセル容量均等化回路と、前記各電池セル間の蓄電容量を均等化するとともに、前記組電池間の蓄電容量を均等化するバランシング制御部と、を前記組電池ごとに備え、
   前記バランシング制御部は、
   前記組電池内の各電池セルの充電電気量から、前記各電池セルの充電電気量うち最小の充電電気量を減算した値である第１の放電電気量を前記各電池セルについて算出し、
   前記各電池セルの前記第１の放電電気量を合算した値である第１の放電電気量総和を算出し、
   前記複数の組電池の前記第１の放電電気量総和のうち最大の第１の放電電気量総和から前記組電池の前記第１の放電電気量総和を減算した値である第２の放電電気量を算出し、
   前記各電池セルの前記第１の放電電気量と前記組電池の前記第２の放電電気量を前記各電池セルの数で割った値とを加算した値である第３の放電電気量を前記各電池セルについて算出し、
   前記各電池セルに並列に接続されるセル放電回路のセルスイッチング素子をオンにしたときに前記セル放電回路のセル放電抵抗に流れる電流で前記各電池セルの前記第３の放電電気量を割った値である放電時間を前記各電池セルについて算出し、
   前記各電池セルに並列に接続される前記セル放電回路の前記セルスイッチング素子を前記各電池セルの前記放電時間分、オンに制御する
   ことを特徴とする蓄電システム。
2. 複数の組電池が並列に接続して構成される蓄電システムを備える蓄電池電車において、
   前記組電池は、複数の電池セルが直列に接続して構成されており、
   前記組電池内の各電池セルに対して、セル放電抵抗とセルスイッチング素子とを直列に接続したセル放電回路が各々並列に接続されて構成されるセル容量均等化回路と、前記各電池セル間の蓄電容量を均等化するとともに、前記組電池間の蓄電容量を均等化するバランシング制御部と、を前記組電池ごとに備え、
   前記バランシング制御部は、
   前記組電池内の各電池セルの充電電気量から、前記各電池セルの充電電気量うち最小の充電電気量を減算した値である第１の放電電気量を前記各電池セルについて算出し、
   前記各電池セルの前記第１の放電電気量を合算した値である第１の放電電気量総和を算出し、
   前記複数の組電池の前記第１の放電電気量総和のうち最大の第１の放電電気量総和から前記組電池の前記第１の放電電気量総和を減算した値である第２の放電電気量を算出し、
   前記各電池セルの前記第１の放電電気量と前記組電池の前記第２の放電電気量を前記各電池セルの数で割った値とを加算した値である第３の放電電気量を前記各電池セルについて算出し、
   前記各電池セルに並列に接続されるセル放電回路のセルスイッチング素子をオンにしたときに前記セル放電回路のセル放電抵抗に流れる電流で前記各電池セルの前記第３の放電電気量を割った値である放電時間を前記各電池セルについて算出し、
   前記各電池セルに並列に接続される前記セル放電回路の前記セルスイッチング素子を前記各電池セルの前記放電時間分、オンに制御する
   ことを特徴とする蓄電池電車。