WO2019230110A1

WO2019230110A1 - 電池制御装置、電池制御システム及び電池制御方法

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Publication number: WO2019230110A1
Application number: PCT/JP2019/009831
Authority: WO
Inventors: 洋平河原; 耕平本蔵; 石川　勝美; 健志篠宮; 智晃高橋
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2019-12-05
Also published as: JP2019207795A; EP3806227A4; JP7250439B2; EP3806227A1

Abstract

計測部により計測された物理量及び蓄電池の特性情報に基づいて蓄電池の充電率を検知する充電率検知部と、充電率の検知誤差を検知する誤差検知部と、蓄電池の充電率を制御する充電率制御部とを設け、誤差検知部が、充電率検知部により検知された蓄電池の充電率の誤差をリアルタイムに検知し、充電率検知部が、誤差検知部により検知された充電率の誤差に基づいて、当該誤差を改善するように、蓄電池の充電率を検知する充電率検知方法を必要に応じて他の充電率検知方法に切り替え、充電率制御部が、誤差検知部の検知結果に応じて、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ようにした。

Description

電池制御装置、電池制御システム及び電池制御方法

　本発明は電池制御装置、電池制御システム及び電池制御方法に関し、特にハイブリッド鉄道車両に搭載された二次電池の充放電を制御する制御装置に適用して好適なものである。

　現在、地球環境問題が大きくクローズアップされてきており、地球温暖化を防止するために、あらゆる場面で炭酸ガスの排出削減が求められている。こうした背景から、炭酸ガスの大きな排出源の一つであるガソリンエンジンを使用した自動車については、ハイブリッド電気自動車や電気自動車などへの代替が進んでいる。

　一方、近年では、充放電可能な蓄電池として、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタなどが存在し、リチウムイオン電池などの高出力密度の電池セルを複数個備える二次電池システムが産業用途に広く用いられている。特に近年では、車両用の蓄電システムとして、高電圧化及び大容量化された二次電池システムが普及し始めている。

　この二次電池システムは、鉄道車両の分野においても、省エネルギー化を図るため広く利用されている。例えば、ディーゼルエンジンで駆動される発電機と二次電池システムとを組み合わせてモータに電力を供給するハイブリッド鉄道車両や、電気車に搭載し回生負荷が無いときにその回生電力を二次電池に吸収する鉄道電車システム、さらに架線レス化を目的した電車線と二次電池システムのハイブリッド電車（駅間は二次電池システムを電源として走行し駅で二次電池システムへの充電を行う）などにおいて二次電池システムが利用されている。

　動力用電源に代表される大型の二次電池は、高出力及び大容量であることが要求される。このため、この種の二次電池は、複数の電池セルを直並列に接続して蓄電池モジュールを形成し、さらに蓄電池モジュールを直並列に接続して構成するのが一般的である。電池セルとしては、リチウムイオン電池が多用されている。

　電池セルには、動作を保証する使用可能温度範囲、使用可能電圧範囲、充電率範囲及び充放電可能な最大電流などが、それぞれ仕様として決まっている。これら仕様として決められた使用範囲を逸脱して電池セルを使用することは、電池セルを著しく劣化させ、最悪の場合は電池セルを故障させる原因にもなる。

　そこで、二次電池システムには、電池セルの状態を検知する電池制御装置が搭載されており、この電池制御装置によって、電池セルがどの程度まで充電されているか、あるいはどの程度放電可能な電荷量が残っているかといった電池セルの充電率（充電状態とも言われるものであり、以下、これをＳＯＣ（State of Charge）と呼ぶ）や、電池セルの劣化状態（ＳＯＨ：State of Health）、最大に充放電可能な電流量及び電力量、並びに、二次電池システム内の正常／異常の識別情報などの電池状態を検知している。

　電池制御装置により検知する電池状態の中で、特に、ＳＯＣは、二次電池システムに出入りするエネルギーを管理するための重要なパラメータである。ＳＯＣを高精度に検知することができれば、二次電池システムの性能を最大限に発揮でき、結果として、二次電池システムを搭載するハイブリッド鉄道車両などの燃費性能を向上させることができる。このため、二次電池システムを搭載するハイブリッド鉄道車両などでは、高精度にＳＯＣを検知する方法（以下、ＳＯＣを検知する方法のことをＳＯＣ検知方法と呼ぶ）の確立が重要となっている。

　このような要求を満たすべく、特許文献１には、イグニッションスイッチがオンされて推定演算が始まってから予め定められた時間が経過するまでは電流積算によるＳＯＣを選択し、その後、二次電池の電圧の計測値と推定電圧値との誤差が収束した後に適応デジタルフィルタを用いた推定ＳＯＣを選択することが開示されている。このような方法により、推定精度の悪化を回避でき、適応デジタルフィルタを用いた二次電池の充電容量を推定することが可能となる。

特開２００６－１０５８２１号公報

　ところで、特許文献１に開示された発明によれば、ＳＯＣの検知誤差（以下、これをＳＯＣ誤差と呼ぶ）が拡大する場合は別のＳＯＣ検知方法によるＳＯＣの検知結果に切替えることで、ＳＯＣの検知精度の悪化を回避することができる。ここで、ＳＯＣ誤差が拡大する要因としては、ＳＯＣ検知方法の特徴、電池セルの特性、センサ精度及び環境条件に応じて発生する演算誤差などがある。これら状況を考慮して、ＳＯＣ検知精度が確保し易い方向へとアクティブに状態を移行できれば、ＳＯＣ精度の悪化を確実に回避できる。

　本発明は以上の点を考慮してなされたもので、ＳＯＣ検知精度の悪化を確実に回避でき、信頼性高く二次電池の充放電を制御し得る電池制御装置、電池制御システム及び電池制御方法を提案しようとするものである。

　かかる課題を解決するため本発明においては、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、予め与えられた前記蓄電池の前記特性情報と、予め与えられた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、前記充電率検知部は、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ようにした。

　また本発明においては、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、予め与えられた前記蓄電池の前記特性情報と、予め与えられた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、前記充電率検知部は、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、前記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ようにした。

　さらに本発明においては、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前記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、前記誤差検知部が、前記計測部の計測結果と、予め与えられた前記蓄電池の前記特性情報と、予め与えられた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する第１のステップと、前記充電率検知部が、前記誤差検知部により検知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ようにした。

　本発明の電池制御装置、電池制御システム及び電池制御方法によれば、蓄電池の特性情報や、計測部の計測誤差特性、周囲環境などによって生じる充電率の検知誤差をリアルタイムに把握することができるため、充電率の検知誤差の抑制を容易に行うことができ、これによりかかる充電率の検知誤差を確実に低減することできる。

　本発明によれば、ＳＯＣ検知精度の悪化を確実に回避でき、信頼性高く二次電池の充放電を制御し得る電池制御装置及び方法を実現できる。

鉄道車両に蓄電池システムを搭載する場合の収納例を示す略線図である。本発明を適用したハイブリッド鉄道車両の電気系統の構成例を示すブロック図である。図２の蓄電装置の構成例を示すブロック図である。図３の状態検知部の論理構成例を示すブロック図である。電池セルの等価回路を示す回路図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、電池セルのＯＣＶ及びＳＯＣの関係を示す特性曲線図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、ＯＣＶ誤差及びＳＯＣ誤差の関係の説明に供する特性曲線図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、ＯＣＶ誤差及びＳＯＣ誤差の関係の説明に供する特性曲線図である。ＳＯＣ検知処理の処理手順を示すフローチャートである。ＳＯＣ領域に応じたＳＯＣ検知方法の説明に供する特性曲線図である。ＳＯＣ検知処理の他の実施の形態の説明に供するフローチャートである。ＳＯＣ検知処理の他の実施の形態の説明に供するフローチャートである。（Ａ）はＳＯＣ変化量の予測方法の説明に供する概略図、（Ｂ）はＳＯＣ変化量の予測方法の説明に供する特性曲線図である。充放電制御処理の処理手順を示すフローチャートである。

　以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）第１の実施の形態
（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。

　ただし、蓄電装置２を専用車両内（図示なし）に搭載する場合もある。また図１では、鉄道車両１全体の制御を司る統括制御器３を鉄道車両１の床下に設置した場合について例示しているが、統括制御器３を鉄道車両１の屋根側に設置しても良く、また鉄道車両１内に搭載するようにしてもよい。

　蓄電装置２は、複数の単電池を組電池として構成した電池モジュール、又は、当該電池モジュールを複数組み合わせた少なくとも１つ以上の電池ユニットが１つの筺体に収納されて構成される。蓄電装置２の筐体には、電池ユニットの他に、制御基板やセンサ、その他の電気的機械的構造部品も収納される。

　図２は、ハイブリッド鉄道車両１０の電気系の構成例を示す。ハイブリッド鉄道車両１０は、エンジン１１と、エンジン１１によって駆動され交流電力を出力する発電機１２と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置１３と、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置１４と、鉄道車両を駆動する誘導電動機１５と、誘導電動機１５の出力を減速して輪軸（図示なし）に伝達する減速機（図示なし）と、蓄電装置１６とを主な構成要素とする。図１の蓄電装置２は、この図２の蓄電装置１６に対応する。

　このハイブリッド鉄道車両１０において、エンジン１１に軸で直結された発電機１２は、Ｕ、Ｖ及びＷの３相の交流電力（３相交流電力）を発生し、発生した３相交流電力をコンバータ装置１３に出力する。コンバータ装置１３は、この３相交流電力を直流電力に変換してインバータ装置１４に出力する。またインバータ装置１４は、コンバータ装置１３から出力された直流電力を、可変電圧及び可変周波数の３相交流電力に変換して駆動電力として誘導電動機１５に供給する。

　蓄電装置１６は、コンバータ装置１３の出力側（直流側）に並列に接続され、鉄道車両の起動時に電力を補給する一方、インバータ装置１４の入力側（直流側）にも接続されて鉄道車両が走行する際の駆動電力を誘導電動機１５に供給する。平滑コンデンサ２１は、インバータ装置１４の入力側に並列に接続され、インバータ装置１４への入力電圧の変動を抑制する。ＳＩＶ（Static InVerter）１８は、鉄道車両内で使用する電力を発生させる静止型インバータである。

　制御部１９は、電流検出器２０Ａが検出したコンバータ装置１３の出力電流Ｉｓと、電圧検出器１７が検出した平滑コンデンサ２１の両端電圧と、発電機１２の回転周波数とに基づいてコンバータ装置１３を制御するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を生成し、生成したＰＷＭ制御信号をコンバータ装置１３に出力する。

　また制御部１９は、電流検出器２０Ｂ、２０Ｃ及び２０Ｄにより検出された、インバータ装置１４から出力される誘導電動機１５に対するＵ相、Ｖ相及びＷ相の各駆動電力Ｉｕ，Ｉｖ及びＩｗと、電圧検出器１７により検出された平滑コンデンサ２１の両端電圧と、誘導電動機１５の回転周波数とに基づいてインバータ装置１４を制御するためのＰＷＭ制御信号を生成し、生成したＰＷＭ制御信号をインバータ装置１４に出力する。

　さらに制御部１９は、後述のように蓄電装置１６から通知される当該蓄電装置１６の状態に基づいて、蓄電装置１６内の蓄電池の充放電を制御する。実際上、蓄電装置１６は、自装置内部の総電流、総電圧、自装置の温度及び環境温度に基づいて自己の状態を検知し、検知結果を制御部１９に通知する。そして制御部１９は、通知された検知結果に基づいて蓄電装置１６の状態を判断し、判断結果に従って蓄電装置１６の充放電を制御するための充放電制御信号を外部の装置に出力する。

　図３は、図２に示す蓄電装置１６の一般的な構成例を示す。蓄電装置１６は、複数の電池モジュール（組電池）３０からなる蓄電池３２と電流検出装置３１とを直列に接続したモジュールが並列に複数接続された電池部３３を備える。この電池部３３の総電圧は電圧検出装置３４により検出され、検出結果が状態検知部３５に通知される。

　状態検知部３５は、電圧検出装置３４から通知された電池部３３の総電圧と、各電流検出装置３１がそれぞれ検出した電流値と、温度計３６により計測された電池部３３の温度とに基づいて、電池部３３の充電率（ＳＯＣ）、劣化状態（ＳＯＨ）、充放電可能な電流量及び電力量（許容電流量・電力量）、並びに、異常状態（過電圧、過電流）などの状態を検知し、検知結果を電池状態情報として上位制御部３７（図２の制御部１９に相当）に通知する。負荷制御部３８は、かかる電池状態情報に応じて上位制御部３７から与えられる充放電制御指令に基づいて電池部３３の充放電を実施する。

（１－２）状態検知部におけるＳＯＣ検知方法
　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。

　ここで、ＳＯＣ検知部４０において実行されるＳＯＣの検知処理において利用されるＳＯＣの検知方法（以下、これをＳＯＣ検知方法と呼ぶ）について説明する。従来、ＳＯＣ検知方法としては、電圧基準により検知する方法（以下、これを第１のＳＯＣ検知方法と呼ぶ）と、電流積算により検知する方法（以下、これを第２のＳＯＣ検知方法と呼ぶ）の２つが広く知られている。

　第１のＳＯＣ検知方法は、電池セルの電圧とＳＯＣとの対応関係を予め計測して電圧－ＳＯＣ変換情報として記憶しておき、この電圧－ＳＯＣ変換情報に基づいて、電池セルの電圧からＳＯＣをリアルタイムに求める方法である。この第１のＳＯＣ検知方法によると、電圧を取得した電池セルの特性に応じて電圧及びＳＯＣ間の関係が異なるため、電池セルの電圧からＳＯＣを得る際の変換精度にも差が生じる。

　また第２のＳＯＣ検知方法は、電池セルに出入りした電流値を測定して積分することによりＳＯＣを求める方法である。この第２のＳＯＣ検知方法によると、電流測定値に含まれる測定誤差も積分されるため、時間の経過と共にＳＯＣ誤差が拡大するという問題がある。

　このように、これら第１及び第２のＳＯＣ検知方法は、それぞれ固有の特徴（問題）を有するため、電池セルの特性やセンサ性能及び周囲環境などの条件に応じてＳＯＣ検知方法を第１及び第２のＳＯＣ検知方法間で適宜切替えるなどして、検知するＳＯＣの精度を確保する必要がある。

　以下、第１のＳＯＣ検知方法（電圧基準によるＳＯＣ検知方法）と、第２のＳＯＣ検知方法（電流積算によるＳＯＣ検知方法）とについて、より詳しく説明する。まず、第１のＳＯＣ検知方法について説明する。

　図５は、電池モジュール（組電池）３０（図３）に内蔵される電池セルの等価回路を示す。図５において、５０は起電力すなわち開回路電圧（ＯＣＶ）、５１は内部抵抗（Ｒ）、５２は分極抵抗成分、５３はキャパシタンス成分をそれぞれ表す。

　この図５に示すように、電池セルの電圧特性は、分極抵抗成分５２及びキャパシタンス成分５３の並列接続対と、内部抵抗５１及び起電力５０との直列接続で表すことができる。この電池セルに電流値Ｉを印加した場合、電池セルの端子間電圧ＣＣＶは、分極抵抗成分５２及びキャパシタンス成分５３の並列接続対の電圧に相当する分極電圧をＶｐとして、（１）式で表される。

　ＯＣＶは、ＳＯＣの演算に用いられるが、電池セルが充放電されている状況では、ＯＣＶを直接測定することが不可能である。このため、（２）式のようにＣＣＶからＩＲドロップのＩ×Ｒと、Ｖｐとを差し引くことにより、ＯＣＶを算出する。

　（２）式において、ＣＣＶは電圧検出装置３４が検出した総電圧、Ｉは電流検出装置３１（図３）が検出した電流値としてそれぞれ取得でき、Ｒは状態検知部３５が備える記憶領域３５Ａ（図３）に格納された電池セルの特性パラメータ（特性情報）から求められ、Ｖｐは電流検出装置３１で検出した電流値と、上述した電池セルの特性パラメータとから求められるため、これらを利用してＯＣＶを算出することができる。なお、電池セルの特性パラメータは、電池セルのＳＯＣや温度など、電池状態に応じて抽出して記憶させておくとＯＣＶを高精度に算出することが可能となる。

　次に、求めたＯＣＶに基づいてＳＯＣを求める。ＳＯＣを求めるには、ＯＣＶとＳＯＣとの関係を使用する。電池セルを構成する材料の特性によって、ＯＣＶとＳＯＣとは所定の関係を持つ。図６（Ａ）及び（Ｂ）に、それぞれ異なるタイプ（図６（Ａ）はタイプ１（「Type1」）、図６（Ｂ）はタイプ２（「Type2」））の電池セルにおけるＯＣＶとＳＯＣとの関係を示す。電池セルを構成する材料の違いが、ＯＣＶ及びＳＯＣの関係に影響を与えるが、どちらの場合も（２）式によりＯＣＶを算出し、予め抽出したＯＣＶ及びＳＯＣの関係から電池セルのＳＯＣを検知できる。以下においては、このＯＣＶから得られたＳＯＣを「ＳＯＣｖ」と表記する。

　ＯＣＶは上述のように求めることができるが、電圧検出装置３４（図３）の測定性能に応じて生じる電圧測定誤差や、電流検出装置３１（図３）の測定性能に応じて生じる電流測定誤差、及び、ＲやＶｐの誤差などにより、ＯＣＶの計算結果にも誤差が発生する。ＯＣＶからＳＯＣを求める方法では、このＯＣＶの誤差（以下、これをＯＣＶ誤差と呼び、適宜、これをΔＯＣＶと表記する）が発生した場合の影響については、タイプ１とタイプ２とで異なる。

　図７に、ＯＣＶ誤差を与えた場合に発生するＳＯＣの誤差（以下、これをＳＯＣ誤差と呼び、適宜ΔＳＯＣと表記する）を示す。タイプ１と比較して、電圧が若干平坦となるタイプ２では、同じＯＣＶ誤差を与えてもＳＯＣ誤差が大きくなることが確認できる。このように、ＯＣＶを基準としてＳＯＣ（ＳＯＣｖ）を求める第１のＳＯＣ検知方法の場合、電池セルの材料構成により決定されるＯＣＶとＳＯＣとの関係が、ＳＯＣの検知精度を確保するために重要となる。

　以上のように、第１のＳＯＣ検知方法では、ＯＣＶとＳＯＣとの関係によってはＳＯＣ誤差（ΔＳＯＣ）が大きくなる。これに対して、電流積算によりＳＯＣを検知する第２のＳＯＣ検知方法は、演算の仕方によってＳＯＣ誤差の発生を回避することが可能である。

　（３）式は、ＳＯＣ検知方法として第２のＳＯＣ検知方法を用いた場合のＳＯＣの計算式を示す。（３）式において、ＳＯＣｉは第２のＳＯＣ検知方法により算出されるＳＯＣを表し、ＳＯＣｖｉｎｉｔは第１のＳＯＣ検知方法の（２）式で得られたＯＣＶに基づくＳＯＣｖを表す。一度、ＳＯＣｖｉｎｉｔを検知できた場合、これ以降はこの値は固定値とする。蓄電池３２を充放電するに従い、ＳＯＣはリアルタイムに変化していくが、そのＳＯＣ変化については電流値を積分する計算で表現する。なお（３）式において、Ｑｍａｘは蓄電装置１６（図３）の満充電容量を示す。

　この（３）式に示す第２のＳＯＣ検知方法によるＳＯＣ（ＳＯＣｉ）の計算では、ＳＯＣｖｉｎｉｔを検知するタイミングだけ、蓄電池３２のＳＯＣを調整することで電圧が平坦な条件を回避できれば、図６（Ｂ）に示すタイプ２で生じるＳＯＣ誤差の発生も回避できる。ただし、第２のＳＯＣ検知方法では、電流値を積分していくために電流の測定誤差も積分してしまい、時間の経過に伴ってそのＳＯＣの検知誤差（ＳＯＣ誤差）が拡大するという課題がある。このため所定時間積分した場合は何らかの方法でＳＯＣ誤差をリセットするなどの対策が必要である。

　このように第１のＳＯＣ検知方法（電圧基準によるＳＯＣ検知方法）と、第２のＳＯＣ検知方法（電流積算によるＳＯＣ検知方法）とのそれぞれにＳＯＣ誤差の特徴があり、このＳＯＣ誤差を改善するためには、これら第１のＳＯＣ検知方法や第２のＳＯＣ検知方法を利用してＳＯＣを検知する際に、ＳＯＣ誤差が発生する条件を回避する必要がある。

　ここで、第１のＳＯＣ検知方法では、図７（Ｂ）に示すタイプ２の特性を持つ電池セルを対象とした場合、ＳＯＣの検知精度が低下する可能性がある。しかしながら、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、タイプ２の電池セルでも、ＳＯＣが高い位置にあるのか（図８（Ａ））、低い位置にあるのか（図８（Ｂ））によって、ＳＯＣの検知精度は大きく変化する。また、電圧検出装置３４（図３）で検出した総電圧や電流検出装置３１（図３）で検出した電流値などは、所定の温度条件では精度が良く、温度が所定条件から乖離するにつれて、電圧と電流の測定精度が悪化する場合がある。すなわち、ＳＯＣの検知精度はこれら様々な要因によって大きく変化するため、ＳＯＣ誤差を正しく回避するためには、上述した状況を考慮してリアルタイムに現在のＳＯＣ誤差を検知する手段を備えることが望ましい。

　以上のことを踏まえ、本実施の形態の状態検知部３５（図３）の誤差検知部４１（図４）には、ＳＯＣ誤差をリアルタイムに検知する機能が搭載されている。実際上、誤差検知部４１は、第１のＳＯＣ検知方法によりＳＯＣを求める場合、最初に、測定値や電池セルの特性情報等を用いて（２）式によりＯＣＶを演算するため、その演算に含まれるＯＣＶ誤差（ΔＯＣＶ）を以下の（４）式で求める。

　なお（４）式において、ΔＶは電圧の測定誤差、ΔＩは電流の測定誤差、ΔＲは内部抵抗の取得誤差、ΔＶｐは分極電圧の演算誤差である。ΔＶやΔＩなどの測定誤差は、如何なる状況でも変化しない代表値を設定しても良いが、本実施の形態においては、電圧検出装置３４や電流検出装置３１がおかれた周囲温度に影響を受けることに注目し、周囲温度と測定値に応じた測定誤差の関係をマップ形式にした情報を予め状態検知部３５に与えておき、状態検知部３５がこの情報を記憶領域３５Ａ（図３）に格納して保持しているものとする。かかる関係をマップ形式で表現することにより、より精密なΔＯＣＶの計算が可能となる。

　次に、誤差検知部４１は、ＳＯＣｖの取得時に生じるＳＯＣ誤差を（５）式により計算する。なお、（５）式では誤差の方向をプラス及びマイナスで与えて平均化処理をしているが、プラス方向及びマイナス方向でそれぞれ誤差を求め、大きい方を採用するようにしてもよい。

　このような（４）式及び（５）式を用いた計算方法を用いることによって、リアルタイムにＳＯＣｖの誤差（ΔＳＯＣｖ）を計算することができる。これにより誤差検知部４１は、蓄電池３２のＳＯＣ変化に応じた図８に示すＳＯＣ誤差や、充放電中に伴う瞬時的なＳＯＣ誤差も考慮したＳＯＣ誤差をＳＯＣ検知部４０（図４）やＳＯＣ制御部４２（図４）に通知することができる。

（１－３）状態検知部におけるＳＯＣ検知処理の流れ
　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。

　状態検知部３５では、ＳＯＣ検知部が定期的に第１のＳＯＣ検知方法によるＳＯＣ（ＳＯＣｖ）の検知を開始するが（Ｓ１）、このとき誤差検知部４１が、リアルタイムでＳＯＣｖの誤差（以下、これをＳＯＣｖ誤差と呼び、適宜、ΔＳＯＣｖと表記する）を算出し、算出したＳＯＣｖ誤差をＳＯＣ検知部４０に通知する。なお、このとき算出されるＳＯＣｖ誤差は、図８（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明したように、高ＳＯＣでは小さく、低ＳＯＣでは大きくなる。

　ＳＯＣ検知部４０は、誤差検知部４１から通知されるＳＯＣｖ誤差を監視し（Ｓ２）、このＳＯＣｖ誤差がＳＯＣｖ誤差について予め設定された閾値（以下、これをＳＯＣｖ誤差閾値と呼ぶ）を超過した場合に（Ｓ２；ＮＯ）、ＳＯＣ検知方法を第２のＳＯＣ検知方法（電流積算によるＳＯＣ検知方法）に切り替える（Ｓ３）。こうすることで、第１のＳＯＣ検知方法で不利となる状況をリアルタイムに検知し、回避可能な方式に切替えることが可能となる。なお、かかるＳＯＣｖ誤差閾値は、蓄電池３２のＯＣＶ及びＳＯＣの関係において、ＳＯＣの変化に対するＯＣＶの特性が平坦となるＳＯＣｖ誤差の範囲と、非平坦となるＳＯＣｖ誤差の範囲との境界に設定される。

　また誤差検知部４１は、ＳＯＣ検知部４０におけるＳＯＣ検知方法が第２のＳＯＣ検知方法に切替えられたことを検知すると、このときＳＯＣ（ＳＯＣｉ）に発生する誤差（以下、これをＳＯＣｉ誤差と呼び、適宜、ΔＳＯＣｉと表記する）を次式

により算出し、算出したＳＯＣｉ誤差を監視する（Ｓ５参照）。

　なお（６）式において、ΔＳＯＣｖｉｎｉｔはＳＯＣ検知方法が第２のＳＯＣ検知方法に切り替えられる前のＯＣＶ基準のＳＯＣ誤差であり、ΔＩは電流検出装置３１（図３）による電流の測定誤差である。またＱｍａｘは蓄電装置１６（図３）の満充電容量であり、このパラメータに関しても劣化の影響などにより誤差は発生し得るが、説明の簡略化のためここでは省略している。

　またＳＯＣｖ誤差（ΔＳＯＣｖ）が大きいタイミングでＳＯＣの検知方法を第２のＳＯＣ検知方法に切り替えた場合、そのＳＯＣｖ誤差がΔＳＯＣｖｉｎｉｔとなり、以降のＳＯＣｉに見込まれるＳＯＣ誤差が大きくなる。そこで、ＳＯＣ誤差を少しでも抑制するために、充放電電流が小さい条件など、ＳＯＣｖ誤差が小さくなる条件でＳＯＣ検知方法を第２のＳＯＣ検知方法に切り替えるのが好ましい。

　一方、（６）式を用いてＳＯＣｉ誤差（ΔＳＯＣｉ）を計算する場合、（３）式について上述したように、電流値Ｉを積分するために電流検出装置３１における電流の測定誤差も積分され、時間の経過と共にＳＯＣｉ誤差は拡大していく。そこで誤差検知部４１は、ＳＯＣｉ誤差の監視と並行してＳＯＣｖ誤差を算出し、算出したＳＯＣｖ誤差を監視する（Ｓ４参照）。

　そして誤差検知部４１は、ステップＳ３でＳＯＣ検知部４０におけるＳＯＣ検知方法を第２のＳＯＣ検知方法に切り替えた後、ＳＯＣｖ誤差が上述のＳＯＣｖ誤差閾値未満となった場合には（Ｓ４；ＹＥＳ）、ＳＯＣ検知方法を第１のＳＯＣ検知方法に戻すようＳＯＣ検知部４０に指示を与える（Ｓ１）。これによりＳＯＣ検知部４０におけるＳＯＣ検知方法が第１のＳＯＣ検知方法に切り替えられ、ＳＯＣｉ誤差の拡大が停止する。

　これに対して、ステップＳ３でＳＯＣ検知部４０におけるＳＯＣ検知方法を第２のＳＯＣ検知方法に切り替えた後もＳＯＣｖ誤差がＳＯＣｖ誤差閾値未満とならないものの（Ｓ４；ＮＯ）、ＳＯＣｉ誤差が当該ＳＯＣｉ誤差について設定された閾値（以下、これをＳＯＣｉ誤差閾値と呼ぶ）未満の場合には（Ｓ５；ＹＥＳ）、ＳＯＣ検知部４０におけるＳＯＣ検知方法としてそのまま第２のＳＯＣ検知方法が適用され続ける。

　なお、ＳＯＣｖ誤差がＳＯＣｖ誤差閾値未満とならない場合、例えば、図８（Ｂ）の低ＳＯＣのように電圧が平坦で大きなＳＯＣ誤差が発生する領域に滞在し続ける場合は、ＳＯＣｉ誤差が拡大し続けるため、ＳＯＣｉ誤差がいずれＳＯＣｉ誤差閾値に到達する。そこで誤差検知部４１は、ＳＯＣｉ誤差がこのＳＯＣｉ閾値に到達したことを検出した場合には（Ｓ５；ＮＯ）、その結果（そのとき検出したＳＯＣの値を含む）をＳＯＣ制御部４２（図４）に通知する。

　ＳＯＣ制御部４２は、このとき受信した結果を元に、ＳＯＣｖに含まれるＳＯＣｖ誤差が所定値を満足する領域まで、蓄電池３２（図３）のＳＯＣを充電又は放電すべき旨の充放電指令を図３の上位制御部３７（図２の制御部１９）に送信する（Ｓ６）。なお「ＳＯＣｖ誤差が所定値を満足する領域」とは、例えば、図１０に示すように、ＳＯＣの変化に対するＯＣＶ特性が平坦なＳＯＣ領域（図中「ＳＯＣｉ」と記した領域）から外れた図中の「ＳＯＣｖ」と記したＳＯＣ領域であり、換言すればＳＯＣの変化に対して電圧が良く変化する領域である。

　ここで、ＳＯＣ制御部４２が図３の上位制御部３７（図２の制御部１９）に送信する充放電指令は、ＳＯＣｉ誤差の拡大により当該ＳＯＣｉ誤差がＳＯＣｉ誤差閾値に到達した場合は、直ちに、ＳＯＣｖ誤差が所定値を満足する領域まで蓄電池３２を充電又は放電する方法を採用できれば、速やかに蓄電池３２のＳＯＣが変化し、ＳＯＣｖ誤差が低減する領域に到達し、ＳＯＣ検知方法が第２のＳＯＣ検知方法から第１のＳＯＣ検知方法へと切り替えられ、ＳＯＣ誤差の更なる拡大が防止される。

　なお図９では、上述のようにＳＯＣ検知方法を第２のＳＯＣ検知方法に切り替えた後（Ｓ３）、ＳＯＣｖ誤差が大きい状況が継続し、かつＳＯＣｉ誤差も大きい場合に（Ｓ５；ＮＯ）、充放電指令を図３の上位制御部３７（図２の制御部１９）に送信することとしているが（Ｓ６）、図９との対応部分に同一符号を付した図１１の手順に従って、状態検知部３５（図３）がＳＯＣ検知を行うようにしてもよい。

　具体的には、ＳＯＣ検知部４０（図４）におけるＳＯＣ検知方法を第２のＳＯＣ検知方法に切り替えた後（Ｓ３）、誤差検知部４１（図４）が、ＳＯＣｖ誤差がＳＯＣｖ誤差閾値範囲未満であるか否か、及び、ＳＯＣｉ誤差がＳＯＣｖ誤差よりも大きいか否かを順次判定する（Ｓ４，Ｓ１０）。そしてＳＯＣｖ誤差がＳＯＣｖ誤差閾値よりも大きい状態が継続しているものの、現在適用中の第２のＳＯＣ検知方法により得られるＳＯＣｉ誤差がＳＯＣｖ誤差よりも大きい場合には（Ｓ１０；ＹＥＳ）、誤差検知部４１が、ＳＯＣ検知方法をＳＯＣ誤差が小さい第１のＳＯＣ検知方法に戻すようＳＯＣ検知部４０に指示を与えた後に（Ｓ１１）、ＳＯＣ制御部４２が上位制御部３７（図２の制御部１９）に充放電指令を送信する（Ｓ６）。このようにすることにより、充放電指令を受けてＳＯＣｖ誤差が低減する領域にまで蓄電池３２を充放電する処理が完了するまでの間、比較的誤差の少ない第１のＳＯＣ検知方法を、ＳＯＣ検知部４０が利用するＳＯＣ検知方法として適用させることができる。

　またＳＯＣ誤差によって処理内容を切替えるのではなく、事前のＳＯＣとＳＯＣ誤差との関連性を確認した結果に基づいて、ＳＯＣの値からＳＯＣ誤差の発生状況を推測して処理内容を切替えるようにしてもよい。

　具体的には、図９との対応部分に同一符号を付した図１２に示すように、誤差検知部４１が、ステップＳ１におけるＳＯＣの検知結果に基づき、電池電圧の平坦特性範囲内でのＳＯＣ検知であることを認識した場合に（Ｓ２０；ＹＥＳ）、ＳＯＣ検知部４０におけるＳＯＣ検知方法を第２のＳＯＣ検知方法に切り替える（Ｓ３）。そして、誤差検知部４１は、電池電圧の平坦特性範囲内でのＳＯＣ検知が継続しているか否かをチェックし（Ｓ２１）、当該ＳＯＣ検知が継続中であり、かつ、事前に誤差を試算して設定したＳＯＣｉの演算が適用されてからの許容時間も超過している場合に（Ｓ２２；ＮＯ）、ＳＯＣ制御部４２が上位制御部３７（図２の制御部１９）に充放電指令を送信する（Ｓ６）。これにより、ＳＯＣ誤差を推定するための演算処理が不要となり、少ない処理量でＳＯＣ検知を行うことができる。図９、図１１及び図１２の何れを採用しても、電池電圧の特性を考慮したＳＯＣ誤差は低減する。

（１－４）ハイブリッド車両における蓄電池への効果的な充放電方法
　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。

　ここで、ハイブリッド鉄道車両１０の走行位置情報を用いて効率良く蓄電池３２の充放電制御を行う方法について、図１３を参照して説明する。図１３（Ａ）は、車両位置から停車駅ＳＴまでのＳＯＣの変化の予測情報（以下、これをＳＯＣ変化予測情報と呼ぶ）を示し、図１３（Ｂ）は、停車駅ＳＴまでのＳＯＣ変化の一例を示す。

　ハイブリッド鉄道車両１０では、停車駅ＳＴに到着する際、回生ブレーキによって、蓄電池３２のＳＯＣが上昇して車両が停止する。ＳＯＣｖ誤差がＳＯＣｖ誤差閾値未満となるＳＯＣ領域まで、この回生ブレーキによる充電でＳＯＣを上昇できれば、上述した発電機１２（図２）を用いた蓄電池３２の充電は不要になる。その発電機１２を用いた充電の要否を判断するために、図１３（Ａ）に示す「位置Ａ」～「位置Ｃ」の各車両位置から停車駅ＳＴまでのＳＯＣ変化予測情報を活用する。

　具体的に、誤差検知部４１（図４）は、図１３（Ａ）の位置Ａにおいて、ＳＯＣｉ誤差がＳＯＣｉ誤差閾値以上となったことを検知すると、これをＳＯＣ制御部４２（図４）に通知する。またＳＯＣ制御部４２は、かかる通知に基づいて、ＳＯＣｖに含まれるＳＯＣｖ誤差がＳＯＣｖ誤差閾値未満となるＳＯＣ領域内に設定されたＳＯＣの目標値（以下、これをＳＯＣ目標値と呼ぶ）まで蓄電池３２を充電又は放電を指示すべき旨の充放電指令を上位制御部３７（図２の制御部１９）に送信する。

　ここで、図１３（Ａ）のＳＯＣ変化予測情報を用いれば、位置Ａの時点において、次の停車駅ＳＴに到着する際のＳＯＣ変化量は＋20％であると把握できる。現在のＳＯＣが40％の場合、次の停車駅に到着した際のＳＯＣは60％と予測できる。ここで、ＳＯＣ目標値が70％とすると、10％分が不足となり、この10％分の補充電が必要となる。

　そこで、位置Ａの時点で補充電の要否や必要な補充電の電力量を判断し、停車駅ＳＴに到着する前に補充電を済ませておけば、停車駅ＳＴに到着してから補充電を実行する必要はなく、停車駅ＳＴ内での騒音防止効果を得ることができる。同様に、位置ＢでＳＯＣｉ誤差がＳＯＣｉ誤差閾値以上となったことが検知された場合は＋10％、位置Ｃでは＋５％の停車駅でのＳＯＣ予測値を入手し、ＳＯＣ目標値との差分については走行中に補充電を済ませることで停車駅ＳＴ内での騒音の発生を防止することができる。

　以上は停車駅ＳＴまでにＳＯＣが上昇する場合の例であるが、上り坂が多い、電装品の消費電力が大きい、車両の制御として蓄電池３２からの放電電力で走行する時間が長いなど、蓄電池３２の放電量が大きくなる条件では、これとは逆にＳＯＣが停車駅ＳＴで減少する場合もあり、このときは現在のＳＯＣとＳＯＣの減少量とから、ＳＯＣ予測値を試算する。そしてＳＯＣ目標値が低いＳＯＣ領域側にも存在する場合は、走行中に誘導電動機１５（図２）又はＳＩＶ１８（図２）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。これにより、停車駅ＳＴに到着した際に、ＳＯＣの値がＳＯＣ目標値に到達し、ＳＯＣ誤差の更なる拡大を防止することができる。

　なお上述のようにＳＯＣ目標値を、予め複数設定することができる。この場合、図１３（Ａ）の車両位置から停車駅ＳＴにかけてのＳＯＣ変化予測情報に基づき停車駅ＳＴでのＳＯＣ予測値を入手した後、ＳＯＣ目標値のうちの最も近いＳＯＣ目標値を選択して、充電又は放電を実行すると良い。

　図１４は、このようにＳＯＣ目標値を複数設定した場合において、状態検知部３５（図３）からの充放電指令を受信した図３の上位制御部３７（図２の制御部１９）により実行される一連の処理（以下、これを充放電制御処理と呼ぶ）の流れを示す。

　上位制御部３７は、かかる充放電指令を受信すると、この充放電制御処理を開始し、まず、ハイブリッド鉄道車両１０が次の停車駅ＳＴに到着した時点のＳＯＣを予測する（Ｓ３０）。以下、このとき予測されたＳＯＣをＳＯＣ予測値と呼ぶ。上位制御部３７は、このＳＯＣ予測値を、現在のＳＯＣと、ハイブリッド鉄道車両１０の車両位置とから見込まれる次の停車駅ＳＴに到達するまでのＳＯＣ変化予測情報とに基づいて算出する。

　続いて、上位制御部３７は、ＳＯＣ目標値が複数存在する場合には、ＳＯＣ予測値に最も近いＳＯＣ目標値を最終的なＳＯＣの目標値として選択し（Ｓ３１）、ＳＯＣ予測値とステップＳ３１で選択したＳＯＣ目標値との差分（以下、これをＳＯＣ差と呼ぶ）を計算する（Ｓ３２）。そして、上位制御部３７は、この後、ステップＳ３２で算出したＳＯＣ差の値が負であるか否かを判断する（Ｓ３３）。

　ここで、ステップＳ３３の判断で肯定結果を得ることは、停車時に到達が予測されるＳＯＣが十分な高さでないことを意味する。かくして、このとき上位制御部３７は、ＳＯＣ差を解消する電力量を蓄電池３２に充電させる作業（不足したＳＯＣを補うための蓄電池３２の充電作業）をハイブリッド鉄道車両１０の走行中に実行させるべく、これに応じた制御指令を負荷制御部３８（図３）に送信する（Ｓ３４）。そして上位制御部３７は、この後、この充放電制御処理を終了する。

　これに対して、ステップＳ３３の判断で否定結果を得ることは、ＳＯＣ目標値に対してＳＯＣ予測値が過剰に高くなる状況にあることを意味する。かくして、このとき上位制御部３７は、ＳＯＣ差を解消する電力量を蓄電池３２に放電させる作業（ＳＯＣを低下させるための蓄電池３２の放電作業）をハイブリッド鉄道車両１０の走行中に実行させるべく、これに応じた制御指令を負荷制御部３８（図３）に送信する（Ｓ３５）。そして上位制御部３７は、この後、この充放電制御処理を終了する。

　このような充放電制御処理により、ＳＯＣ誤差を低減するための蓄電池３２の充放電をハイブリッド鉄道車両１０の停止前に完了させることができる。

（１－５）本実施の形態の効果
　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。

　この際、本実施の形態においては、電池セルの特性情報や、用いたセンサの誤差特性、周囲環境などによって生じるＳＯＣ誤差をリアルタイムに把握することができるため、ＳＯＣ誤差の抑制を容易に行うことができ、これによりかかるＳＯＣ誤差を確実に低減することができる。この結果、ＳＯＣ検知精度の悪化を確実に回避でき、信頼性高く二次電池の充放電を制御することができる。

（２）第２の実施の形態
　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。

　上述した（２）式と、図６について上述したＯＣＶ及びＳＯＣの関係を用いることで、ＳＯＣｖを算出することが可能である。ＳＯＣｖ及びＳＯＣｉの２つのＳＯＣを組合せる場合は、ＳＯＣ検知部４０（図４）が以下の（７）式及び（８）式の演算を追加で実行する。

　ここで、（７）式及び（８）式において、ＳＯＣｃはＳＯＣｖとＳＯＣｉの２つのＳＯＣを重付け係数によって組合せたＳＯＣの結果を表し、ＳＯＣｃ＿Ｚは一時刻前のＳＯＣを組合せた結果を表し、Ｗは両ＳＯＣ値の重み付けを行う係数（重付け係数）をそれぞれ表す。重付け係数Ｗは、それぞれのＳＯＣに発生し得るＳＯＣ誤差を予め求め、最もＳＯＣ誤差が小さくなるよう最適化した値を重付け係数Ｗとして適用し、これを予め状態検知部３５の記憶領域３５Ａ（図３）に格納しておけばよい。

　なお、重付け係数Ｗは、リアルタイムにそれぞれのＳＯＣに発生し得る誤差を求めて決定することも可能である。また、蓄電装置１６の温度やＳＯＣ、内部抵抗等の特性情報、出入りする電流値に代表される蓄電装置１６の使用状態、センサ類の異常状態など、これら１つ以上の情報に基づいて重付け係数Ｗを決定してもよい。さらに蓄電装置１６の温度やＳＯＣ、内部抵抗等の特性情報、及び、出入りする電流値のうちの２つ以上の情報を選択し、これら情報を組合せて重付け係数Ｗを決定しても良い。このように、ＳＯＣｖとＳＯＣｉとを組合せることによって、ＳＯＣｖよりも高精度な別のＳＯＣ（ＳＯＣｃ）を算出することができる。

　そして第１の実施の形態では、状態検知部３５のＳＯＣ検知部４０が利用する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ようにしたが、本実施の形態では、かかるＳＯＣ検知方法を第２のＳＯＣ検知方法と第３のＳＯＣ検知方法とで切り替える。具体的には、以下の（９）（１０）式によってＳＯＣｃの誤差（以下、これをＳＯＣｃ誤差と呼び、適宜、ΔＳＯＣｃと表記する）を算出し、算出したＳＯＣｃ誤差が閾値を超えた場合に状態検知部３５のＳＯＣ検知部４０が、ＳＯＣ検知方法を第３のＳＯＣ検知方法から第２のＳＯＣ検知方法に切り替える。ＳＯＣ検知方法を切替える具体的処理として、（８）式の重付け係数Ｗを強制的に現在値からゼロに変化させれば、結果として第２のＳＯＣ検知方法を採用する処理を適用できる。

　ここで、（９）式において、ΔＩｏｆｆｓｅｔは積分計算で累積していく誤差、ΔＳＯＣｃ＿Ｚは一時刻前のＳＯＣ誤差をそれぞれ表す。なお、ＳＯＣｃ誤差の算出結果は、次の演算ステップの際に、（９）式のΔＳＯＣｃ＿Ｚとして扱われる。

　以上の本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができることに加えて、ＳＯＣｖよりも高精度なＳＯＣ（ＳＯＣｃ）を算出することができるという効果をも得ることができる。

（３）他の実施の形態
　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。

　また上述の第１の実施の形態においては、ＳＯＣ変化予測情報を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、車両走行中の速度情報を検知し、速度情報の検知結果と車両の質量情報とから運動エネルギーを算出し、回生ブレーキによって運動エネルギーから回収できる電力量を算出し、算出した電力量を回収した場合の蓄電池３２のＳＯＣの変化量を算出し、算出したＳＯＣの変化量と、ハイブリッド鉄道車両１０を停止させる動作を開始した時点の蓄電池３２のＳＯＣとに基づいて、次の停車駅ＳＴにおけるＳＯＣの予測結果を算出するようにしてもよい。この場合は、停車駅前の回生ブレーキをかけ始めた際にＳＯＣ変化予測値が計算できるため、回生ブレーキによる充電と共に、別手段で蓄電装置１６を充電してＳＯＣを所望の値に調整することで、停車駅内での蓄電池３２の充電作業を回避できる。

　さらに上述の第２の実施の形態においては、リアルタイムにＳＯＣｃ誤差（ΔＳＯＣｃ）を求める方法について述べたが、事前にＳＯＣｃ誤差を求めておき、ＳＯＣｃとＳＯＣｃ誤差との関係が事前に把握できた場合は、ＳＯＣｃが所定の値になった場合に、ＳＯＣ検知法を第３のＳＯＣ検知方法から第２のＳＯＣ検知方法に移行させるようにしてもよい。ＳＯＣ検知方法を切替える具体的処理として、（８）式の重付け係数Ｗを強制的に現在値からゼロに変化させれば、結果として第２のＳＯＣ検知方法を採用する処理を適用できる。

　さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、本発明をハイブリッド鉄道車両に適用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、ハイブリッド電気自動車や電気自動車における蓄電池システム、産業用の移動体向け蓄電池システムなどに広く適用することができる。

　なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の実施態様も、本発明の範囲内に含まれる。

　本発明は、蓄電池を利用する種々のシステムに広く適用することができる。

　１０……ハイブリッド鉄道車両、１１……エンジン、１２……発電機、１３……コンバータ装置、１４……インバータ装置、１５……誘導電動機、１６……蓄電装置、１８……ＳＩＶ、１９……制御部、２０Ａ～２０Ｄ……電流検出器、３０……電池モジュール、３１……電流検出装置、３２……蓄電池、３３……電池部、３４……電圧検出装置、３５……状態検知部、３６……温度計、３７……上位制御部、３８……負荷制御部、４０……ＳＯＣ検知部、４１……誤差検知部、４２……ＳＯＣ制御部。

Claims

　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、予め前記蓄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、
　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前記充電率を検知でき、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する
　ことを特徴とする電池制御装置。
　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前記充電率検知方法と、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前記充電率検知方法と、異なる２以上の前記充電率検知方法を組み合わせる前記充電率検知方法とのうちの２以上の前記充電率検知方法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又は推測された前記充電率の前記誤差に基づいて、利用する前記充電率検知方法を切り替える
　ことを特徴とする請求項１に記載の電池制御装置。
　前記充電率検知部は、
　前記誤差検知部により検知された前記充電率の前記誤差が予め設定された閾値以上となった場合、又は、前記充電率の変化に対する前記蓄電池の開回路電圧の特性が平坦となる範囲内か否かで前記充電率検知方法を切り替える
　ことを特徴とする請求項１に記載の電池制御装置。
　前記閾値は、
　前記蓄電池の前記開回路電圧及び前記充電率の関係において、前記充電率の変化に対する電圧特性が平坦となる範囲と、当該電圧特性が非平坦となる範囲との境界に設定された
　ことを特徴とする請求項３に記載の電池制御装置。
　前記充電率検知部は、
　前記充電率の変化に対する前記電圧特性が平坦となる前記充電率の範囲では、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前記充電率検知方法により当該充電率を検知し、当該電圧特性が非平坦となる前記充電率の範囲では、前記蓄電池の電圧を基準に前記充電率を検知する前記充電率検知方法又は異なる２以上の前記充電率検知方法を組み合わせる前記充電率検知方法により当該充電率を検知するように、前記充電率検知方法を切り替える
　ことを特徴とする請求項４に記載の電池制御装置。
　前記充電率制御部は、
　前記誤差検知部により検知された前記充電率の前記誤差が予め設定された閾値を超過した場合に、当該充電率を予め設定された目標値まで調整するための前記充放電指令を前記上位制御装置に送信する
　ことを特徴とする請求項１に記載の電池制御装置。
　前記目標値は、
　前記蓄電池の開回路電圧及び前記充電率の関係において、前記充電率の変化に対する電圧特性が非平坦となる前記充電率の範囲内に設定された
　ことを特徴とする請求項６に記載の電池制御装置。
　前記目標値が２以上設定され、２以上の前記目標値のうち、前記充電率の前記誤差が前記所定値以上となった時点における前記蓄電池の充電状態に最も近い１つが、最終的な前記目標値として選択される
　ことを特徴とする請求項６に記載の電池制御装置。
　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、予め前記蓄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、
　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前記充電率を検知でき、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、前記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。
　前記上位制御装置には、
　前記鉄道車両の車両位置に応じた次の前記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、当該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
　ことを特徴とする請求項１０に記載の電池制御システム。
　前記上位制御装置は、
　前記車両位置に応じた次の前記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１１に記載の電池制御システム。
　前記上位制御装置は、
　前記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、次の前記停車駅における前記充電率の予測結果を取得する
　ことを特徴とする請求項１０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前記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、予め前記蓄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。