JP7250439B2 - 電池制御装置、電池制御システム及び電池制御方法 - Google Patents
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Description
(1-1)システム構成
図1は、鉄道車両1に蓄電池システムを搭載する場合の収納例を示す。なお、鉄道車両1では、進行方向(矢印a)が長手方向、枕木方向が短軸方向となる。鉄道車両1に蓄電池を搭載する場合、蓄電池システムのサイズが大きいため、図1(A)のように鉄道車両1の屋根側や、図1(B)のように鉄道車両1の床下側に蓄電池を収納した蓄電装置2を配置するようにして搭載する。
図4は、電池部33の充電率(SOC)の検知に関する状態検知部35の論理構成を示す。SOC検知部40は、蓄電池32の総電流、総電圧、蓄電装置16の温度を入力してリアルタイムにSOCを検知する機能を有する機能部である。また誤差検知部41は、SOC検知用の入力とSOC検知部40からの出力とに基づいて、SOC検知部40により検知されたSOCに含まれる誤差(SOC誤差)をリアルタイムに算出する機能を有する機能部である。さらにSOC制御部42は、誤差検知部41により算出されたSOC誤差に基づいて充放電指令を図3の上位制御部37(図2の制御部19)に送信する機能を有する機能部である。
図9は、状態検知部35で実行される蓄電装置16のSOCの検知処理(以下、これをSOC検知処理と呼ぶ)の流れを示す。
ここで、図2に示すハイブリッド鉄道車両10において、蓄電池32(図3)を充電してSOCvが所定値を満足する領域へとSOCを変化させたい場合、充電手段として発電機12(図2)を用いることができる。具体的には、ハイブリッド鉄道車両10が走行中又は停止中に、発電機12を動作させ、SOCvが所定値を満足する領域へと蓄電池32のSOCを変化させる。また、蓄電池32を放電させることでSOCvが所定値を満足する領域へとSOCを変化させたい場合、誘導電動機15又はSIV18を用いて蓄電池32に蓄えた電気エネルギーを消費させる。
以上のように、本実施の形態では、電圧基準によりSOCを検知する第1のSOC検知方法を利用する際のSOC誤差(SOCv誤差)と、電流積算によりSOCを検知する第2のSOC検知方法を利用する際のSOC誤差(SOCi誤差)とを算出し、算出したこれらのSOC誤差(SOCv誤差及びSOCi誤差)に基づいてSOC検知部40におけるSOC検知方法を第1のSOC検知方法と第2のSOC検知方法とで切り替える。
第1の実施の形態では、状態検知部35(図3)のSOC検知部40(図4)において、SOC検知方法を第1及び第2のSOC検知方法に切り替えながらSOCを検知する場合について述べた。これに対して本実施の形態では、かかるSOC検知部40が実行するSOC検知方法として、SOCv及びSOCiの2つのSOCを重み係数によって組合せる第3のSOC検知方法を採用する場合について説明する。
なお上述の第1の実施の形態においては、図13について上述したSOC変化予測情報を固定値として記憶するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、日々の運行によりかかるSOCの変化の実績値を取得できた後に、当該実績値に基づいてSOC変化予測情報を上位制御部37が適宜更新するようにしてもよい。このようにすることによって、高精度なSOC変化予測情報を構築することができる。この場合は、複数の実績値を平均化するなどして、実績値のばらつきを低減させてから新たなSOC変化予測情報として古いSOC変化予測情報に上書きすればよい。
Claims (7)
- 蓄電池の充放電を制御する電池制御装置において、
前記蓄電池の状態に関する所定の物理量を計測する計測部と、
前記蓄電池の状態を検知する状態検知部と
を有し、
前記状態検知部は、
前記計測部により計測された前記物理量及び前記蓄電池の特性情報に基づいて、前記蓄電池の充電率を検知する充電率検知部と、
前記充電率検知部により検知された前記充電率の誤差を検知する誤差検知部と、
前記蓄電池の前記充電率を制御する充電率制御部と、
前記蓄電池の充放電を実行する負荷制御部と
を備え、
前記誤差検知部は、
前記計測部の計測結果と、前記蓄電池の前記特性情報と、環境条件に応じて発生する演算誤差とのうちの少なくとも1以上の情報に基づいて、前記充電率検知部により検知された前記蓄電池の前記充電率の誤差をリアルタイムに検知し、又は、予め前記充電率に応じた誤差を求めておき、予め確認した前記充電率と前記充電率の誤差との関連性に基づいて、前記充電率検知部の結果に応じて前記充電率の誤差を推測し、
前記充電率検知部は、
前記蓄電池の電圧を基準に前記充電率を検知する第1の充電率検知方法と、前記蓄電池に出入りする電流を積算することにより前記充電率を検知する第2の充電率検知方法と、前記第1の充電率検知方法により得られた第1の充電率及び前記第2の充電率検知方法により得られた第2の充電率をそれぞれ和が1となる第1又は第2の重み係数で重み付けして加算するようにして前記蓄電池の前記充電率を検知する第3の充電率検知方法とにより前記蓄電池の前記充電率を検知でき、前記誤差検知部により検知された前記第3の充電率検知方法により得られた前記充電率の誤差が所定の閾値を超えた場合には、前記第1及び第2の重み係数を変化させるようにして、前記蓄電池の前記充電率を検知する方法を前記第3の充電率検知方法から前記第2の充電率検知方法に切り替え、
前記充電率制御部は、
前記誤差検知部の検知又は推測結果に応じて、前記蓄電池の充電又は放電を指示する充放電指令を上位制御装置に送信し、
前記負荷制御部は、
前記充放電指令に基づいて前記上位制御装置から与えられる制御指令に応じて、前記蓄電池の充放電を実行する
ことを特徴とする電池制御装置。 - 前記蓄電池は、鉄道車両に搭載され、
前記負荷制御部は、
前記上位制御装置から与えられる前記制御指令に応じて、前記鉄道車両の発電機、誘導電動機、SIVの少なくとも1つを動作させるようにして前記蓄電池の充放電を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の電池制御装置。 - 蓄電池の充放電を制御する電池制御システムにおいて、
前記蓄電池の状態に関する所定の物理量を計測する計測部と、
前記蓄電池の状態を検知する状態検知部と、
前記状態検知部の検知結果に基づいて前記蓄電池の充放電を制御する上位制御装置と
を有し、
前記状態検知部は、
前記計測部により計測された前記物理量及び前記蓄電池の特性情報に基づいて、前記蓄電池の充電率を検知する充電率検知部と、
前記充電率検知部により検知された前記充電率の誤差を検知又は推測する誤差検知部と、
前記蓄電池の前記充電率を制御する充電率制御部と、
前記蓄電池の充放電を実行する負荷制御部と
を備え、
前記誤差検知部は、
前記計測部の計測結果と、前記蓄電池の前記特性情報と、環境条件に応じて発生する演算誤差とのうちの少なくとも1以上の情報に基づいて、前記充電率検知部により検知された前記蓄電池の前記充電率の誤差をリアルタイムに検知し、又は、予め前記充電率に応じた誤差を求めておき、予め確認した前記充電率と前記充電率の誤差との関連性に基づいて、前記充電率検知部の結果に応じて前記充電率の誤差を推測し、
前記充電率検知部は、
前記蓄電池の電圧を基準に前記充電率を検知する第1の充電率検知方法と、前記蓄電池に出入りする電流を積算することにより前記充電率を検知する第2の充電率検知方法と、前記第1の充電率検知方法により得られた第1の充電率及び前記第2の充電率検知方法により得られた第2の充電率をそれぞれ和が1となる第1又は第2の重み係数で重み付けして加算するようにして前記蓄電池の前記充電率を検知する第3の充電率検知方法とにより前記蓄電池の前記充電率を検知でき、前記誤差検知部により検知された前記第3の充電率検知方法により得られた前記充電率の誤差が所定の閾値を超えた場合には、前記第1及び第2の重み係数を変化させるようにして、前記蓄電池の前記充電率を検知する方法を前記第3の充電率検知方法から前記第2の充電率検知方法に切り替え、
前記充電率制御部は、
前記誤差検知部の検知又は推測結果に応じて、前記蓄電池の充電又は放電を指示する充放電指令を前記上位制御装置に送信し、
前記負荷制御部は、
前記充放電指令に基づいて前記上位制御装置から与えられる制御指令に応じて、前記蓄電池の充放電を実行し、
前記蓄電池は、鉄道車両に搭載され、
前記上位制御装置は、
次の停車駅に到達する際の前記充電率の予測結果を取得し、
取得した前記充電率の予測結果と、目標値との差を解消する電気量を充電又は放電するための前記制御指令を前記負荷制御部に送信する
ことを特徴とする電池制御システム。 - 蓄電池の充放電を制御する電池制御システムにおいて、
前記蓄電池の状態に関する所定の物理量を計測する計測部と、
前記蓄電池の状態を検知する状態検知部と、
前記状態検知部の検知結果に基づいて前記蓄電池の充放電を制御する上位制御装置と
を有し、
前記状態検知部は、
前記計測部により計測された前記物理量及び前記蓄電池の特性情報に基づいて、前記蓄電池の充電率を検知する充電率検知部と、
前記充電率検知部により検知された前記充電率の誤差を検知又は推測する誤差検知部と、
前記蓄電池の前記充電率を制御する充電率制御部と、
前記蓄電池の充放電を実行する負荷制御部と
を備え、
前記誤差検知部は、
前記計測部の計測結果と、前記蓄電池の前記特性情報と、環境条件に応じて発生する演算誤差とのうちの少なくとも1以上の情報に基づいて、前記充電率検知部により検知された前記蓄電池の前記充電率の誤差をリアルタイムに検知し、又は、予め前記充電率に応じた誤差を求めておき、予め確認した前記充電率と前記充電率の誤差との関連性に基づいて、前記充電率検知部の結果に応じて前記充電率の誤差を推測し、
前記充電率検知部は、
前記誤差検知部により検知又は推測された前記充電率の誤差に基づいて、当該誤差を改善するように、前記蓄電池の前記充電率を検知する充電率検知方法を必要に応じて他の前記充電率検知方法を切り替え、
前記充電率制御部は、
前記誤差検知部の検知又は推測結果に応じて、前記蓄電池の充電又は放電を指示する充放電指令を上位制御装置に送信し、
前記負荷制御部は、
前記充放電指令に基づいて前記上位制御装置から与えられる制御指令に応じて、前記蓄電池の充放電を実行し、
前記上位制御装置には、
鉄道車両の車両位置に応じた次の停車駅に到着する際の前記充電率の変化量でなる充電率変化量が予め与えられ、
前記上位制御装置は、
前記充電率の前記誤差の検知結果が所定の閾値以上となった時点の前記蓄電池の現在の前記充電率と、前記鉄道車両の車両位置とから見込まれる前記充電率変化量に基づいて、次の前記停車駅における前記充電率の予測結果を算出する
ことを特徴とする電池制御システム。 - 前記上位制御装置は、
前記車両位置に応じた次の停車駅に到着するまでの前記充電率変化量を、当該充電率変化量の実績に基づいて適宜更新する
ことを特徴とする請求項4に記載の電池制御システム。 - 蓄電池の充放電を制御する電池制御システムにおいて、
前記蓄電池の状態に関する所定の物理量を計測する計測部と、
前記蓄電池の状態を検知する状態検知部と、
前記状態検知部の検知結果に基づいて前記蓄電池の充放電を制御する上位制御装置と
を有し、
前記状態検知部は、
前記計測部により計測された前記物理量及び前記蓄電池の特性情報に基づいて、前記蓄電池の充電率を検知する充電率検知部と、
前記充電率検知部により検知された前記充電率の誤差を検知又は推測する誤差検知部と、
前記蓄電池の前記充電率を制御する充電率制御部と、
前記蓄電池の充放電を実行する負荷制御部と
を備え、
前記誤差検知部は、
前記計測部の計測結果と、前記蓄電池の前記特性情報と、環境条件に応じて発生する演算誤差とのうちの少なくとも1以上の情報に基づいて、前記充電率検知部により検知された前記蓄電池の前記充電率の誤差をリアルタイムに検知し、又は、予め前記充電率に応じた誤差を求めておき、予め確認した前記充電率と前記充電率の誤差との関連性に基づいて、前記充電率検知部の結果に応じて前記充電率の誤差を推測し、
前記充電率検知部は、
前記誤差検知部により検知又は推測された前記充電率の誤差に基づいて、当該誤差を改善するように、前記蓄電池の前記充電率を検知する充電率検知方法を必要に応じて他の前記充電率検知方法を切り替え、
前記充電率制御部は、
前記誤差検知部の検知又は推測結果に応じて、前記蓄電池の充電又は放電を指示する充放電指令を上位制御装置に送信し、
前記負荷制御部は、
前記充放電指令に基づいて前記上位制御装置から与えられる制御指令に応じて、前記蓄電池の充放電を実行し、
前記上位制御装置は、
鉄道車両の速度を取得し、取得した前記速度と、前記鉄道車両の質量とに基づいて運動エネルギーを算出し、算出した運動エネルギーを電気エネルギーとして回収した場合の前記充電率の変化量を算出し、算出した前記充電率の変化量と、前記鉄道車両を停止させる動作を開始した時点の前記蓄電池の前記充電率とに基づいて、次の停車駅における前記充電率の予測結果を取得する
ことを特徴とする電池制御システム。 - 蓄電池の充放電を制御する電池制御装置において実行される電池制御方法であって、
前記電池制御装置は、
前記蓄電池の状態に関する所定の物理量を計測する計測部と、
前記蓄電池の状態を検知する状態検知部と
を有し、
前記状態検知部は、
それぞれ異なる複数の充電率検知方法により前記蓄電池の充電率を検知でき、前記計測部により計測された前記物理量及び前記蓄電池の特性情報に基づいて、前記蓄電池の充電率を検知する充電率検知部と、
前記充電率検知部により検知された前記充電率の誤差を検知する誤差検知部と、
前記蓄電池の前記充電率を制御する充電率制御部と、
前記蓄電池の充放電を実行する負荷制御部と
を有し、
前記充電率検知部は、
前記蓄電池の電圧を基準に前記充電率を検知する第1の充電率検知方法と、前記蓄電池に出入りする電流を積算することにより前記充電率を検知する第2の充電率検知方法と、前記第1の充電率検知方法により得られた第1の充電率及び前記第2の充電率検知方法により得られた第2の充電率をそれぞれ和が1となる第1又は第2の重み係数で重み付けして加算するようにして前記蓄電池の前記充電率を検知する第3の充電率検知方法とにより前記蓄電池の前記充電率を検知でき、
前記誤差検知部が、前記計測部の計測結果と、前記蓄電池の前記特性情報と、環境条件に応じて発生する演算誤差とのうちの少なくとも1以上の情報に基づいて、前記充電率検知部により検知された前記蓄電池の前記充電率の誤差をリアルタイムに検知し、又は、予め前記充電率に応じた誤差を求めておき、予め確認した前記充電率と前記充電率の誤差との関連性に基づいて、前記充電率検知部の結果に応じて前記充電率の誤差を推測する第1のステップと、
前記充電率検知部が、前記第3の充電率検知方法により前記蓄電池の前記充電率を検知すると共に、前記誤差検知部により検知された前記第3の充電率検知方法により得られた前記充電率の誤差が所定の閾値を超えた場合には、前記第1及び第2の重み係数を変化させるようにして、前記蓄電池の前記充電率を検知する方法を前記第2の充電率検知方法に切り替える第2のステップと、
前記充電率制御部が、前記誤差検知部の検知又は推測結果に応じて、前記蓄電池の充電又は放電を指示する充放電指令を上位制御装置に送信する第3のステップと、
前記負荷制御部が、前記充放電指令に基づいて前記上位制御装置から与えられる制御指令に応じて、前記蓄電池の充放電を実行する第4のステップと
を備えることを特徴とする電池制御方法。
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