WO2023234090A1

WO2023234090A1 - 鉄道車両用蓄電池システム及びその制御方法

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Publication number: WO2023234090A1
Application number: PCT/JP2023/018885
Authority: WO
Inventors: 駿弥内藤; 貴志金子; 智晃高橋; 拓矢円子; 陽介大樂
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2022-05-30
Filing date: 2023-05-22
Publication date: 2023-12-07
Also published as: JP2023175463A

Abstract

並列接続された複数の蓄電池群が格納された１つ以上の蓄電池箱と、複数の蓄電池群それぞれを均等な電圧に維持させる並列化制御部と、蓄電池箱に配設されて、蓄電池群それぞれの少なくとも一方の極に直列接続された各群別の群開閉装置と、を備えて組電池を構成する鉄道車両用蓄電池システムにおいて、群開閉装置それぞれが直列接続された極と反対の極で、複数の蓄電池群が並列接続された接続点に直列接続された各箱開閉装置を１つ有し、並列化制御部は、群開閉装置それぞれを閉じることで、蓄電池箱内の蓄電池群を並列接続し、群開閉装置それぞれと、箱開閉装置と、を閉じることで蓄電池箱を並列接続する。これにより、蓄電池群相互間又は蓄電池箱相互間の横流を抑制するために必要な接触器の数を最少化した鉄道車両用蓄電池システムを提供する。

Description

鉄道車両用蓄電池システム及びその制御方法

　本発明は、鉄道車両用蓄電池システム及びその制御方法に関する。

　近年、リチウムイオン電池の技術が進歩したことにより、ハイブリッド気動車や蓄電池電車のような蓄電池をエネルギー源とした鉄道車両（以下、「車両」ともいう）も普及しつつある。このような車両を走行させるための蓄電池は、単一のセル（以下、「電池セル」又は「電池」という）を直並列に接続した組電池を形成することにより、適宜に高電圧大容量化したエネルギー源として用いられる。並列接続された複数の電池相互間の電圧差があれば、有害な横流が発生するので対策を要する。この横流に関連する技術として、例えば、つぎの特許文献１～５が知られている。

　特許文献１には、横流を抑えるため、横流の経路に抵抗を一時的に介在させる組電池の接続方法が開示されている。その方法は、並列接続する前の蓄電池群間に電圧差があった場合、接触器操作で追加の抵抗を介して並列接続し、横流値を抑制し、蓄電池群間の電圧を横流で揃えたのちに抵抗を分離して外部負荷に接続する。

　特許文献２には、全部の直列群の上下に遮断機が設けられ、電圧の小さい方から順に接続することにより、電池の電圧を平準化しながら並列接続可能な電池の数を増大させるようにした蓄電装置及び蓄電池制御方法が開示されている。

　また、特許文献２の技術では、抵抗を介さず並列接続した場合に、横流値が突然大電流となることを防ぐため、低い電圧の蓄電池群から並列接続とし、横流を抑える。その理由に加えて感電防止の目的もあり、その技術では、各蓄電池群のＰ側と、Ｎ側と、両方に接触器を配置して確実な切断をするように、接触器数が増加している。

　特許文献３には、充電モードと、放電モードと、電力系統に蓄電システムが連係された連係モードと、連係が切り離された自立モードと、これらのうち何れのモードであるか否かを判定し、複数の蓄電装置を効果的に電力変換装置に接続することを可能にした蓄電システム及び接続方法が開示されている。

　特許文献３の技術では、充電運転時と、放電運転時と、それぞれ区別された情報に基づいて充放電制御する。その技術では、充電運転の場合、その技術では、複数あるうちの低電圧蓄電池群から順次充電を開始し、電圧が開放蓄電池群と一致したものから順に並列接続する。放電運転の場合、その技術では、複数あるうちの高電圧蓄電池群から順次放電を開始し、電圧が開放蓄電池群と一致したものから順に並列接続する。

　特許文献４には、複数の電池モジュールに対し、Ｐ側に１つ、Ｎ側に３つの開閉スイッチを設け、時に共通の閾値で異常判定し、異常等の問題が有るモジュールを個別に切り離すことができる電池監視装置が開示されている。

　特許文献４の電池監視装置は、電池パック内の各直列群のＮ側に配設された蓄電池群開放用の接触器と、反対側の並列接続後のＰ側に配設された電池パック開放用のメインリレーと、を備えて回路構成されている。その回路構成によれば、Ｎ側の接触器の遮断によって電池パック内の各蓄電池群を個別に遮断できるとともに、Ｐ側の接触器の遮断によって電池パック内の全ての蓄電池群を同時に遮断できる。

　特許文献５には、横流を示す数式も交え、複数の電池ユニットと、その充放電を行うＰＣＳ（Power Conditioning Subsystem）の監視制御を行う監視制御装置、蓄電池システム及び方法が開示されている。

特開２０１３－２４０１４２号公報特開２０１８－１２０６６３号公報特開２０２１－０５２５５９号公報特開２０１５－１９７３５９号公報特開２０２１－１２５９５２号公報

　しかしながら、特許文献１の組電池は、電池システム内に並列接続のときのみ接続する抵抗と、抵抗を介するか又は分離する複数の接触器が必要な回路であるため、システムが大型化する。

　また、特許文献２の蓄電装置において、抵抗を介さず直接に並列接続する回路は、蓄電池群の電圧が大きく異なる場合に、順序を入れ替える程度では、横流を閾値以下に抑制できず、蓄電池群に対して外部からの充放電無しに並列接続できない場合が生じる。

　また、特許文献３の蓄電池システムは、１つのシステム内に蓄電池群が１階層で並列接続されている場合を考慮しての回路構成である。したがって、特許文献３は、鉄道用蓄電池システムのように並列接続された電池箱の内部において、さらに蓄電池群が並列接続されている場合の回路構成を開示していない。

　また、特許文献４の電池監視装置は、確実な遮断を主目的とする発明であって、横流が発生する際にどのように接触器を閉操作するか、特に再閉操作の順序について触れていない。さらに、特許文献４では、１つの電池パックについてのみ議論され、複数の電池パック間の接続について考慮されていない。また、特許文献５は、横流を抑制するために必要な接触器の数を最少化するようにした鉄道車両用蓄電池システムを開示するものではない。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄電池群相互間又は蓄電池箱相互間の横流を抑制するために必要な接触器の数を最少化した鉄道車両用蓄電池システムを提供することにある。

　上記課題を解決する本発明は、並列接続された複数の蓄電池群が格納された１つ以上の蓄電池箱と、複数の蓄電池群それぞれを均等な電圧に維持させる並列化制御部と、蓄電池箱に配設されて、蓄電池群それぞれの少なくとも一方の極に直列接続された各群別の群開閉装置と、を備えて組電池を構成する鉄道車両用蓄電池システムにおいて、群開閉装置それぞれが直列接続された極と反対の極で、複数の蓄電池群が並列接続された接続点に直列接続された各箱開閉装置を１つ有し、並列化制御部は、群開閉装置それぞれを閉じることで、蓄電池箱内の蓄電池群を並列接続し、群開閉装置それぞれと、箱開閉装置と、を閉じることで蓄電池箱を並列接続する。

　本発明によれば、蓄電池群相互間又は蓄電池箱相互間の横流を抑制するために必要な接触器の数を最少化した鉄道車両用蓄電池システムを提供できる。

横流の概念を説明するための回路図である。本発明の実施例１に係る蓄電池電車用駆動システム（以下、「本蓄電池電車駆動システム」ともいう）１Ａのシステム構成を示す図である。本発明の実施例１に係るハイブリッド気動車用駆動システム（以下、「本ハイブリッド駆動システム」ともいう）１Ｂのシステム構成を示す図である。本発明の実施例１に係る鉄道車両用蓄電池システム（以下、「本蓄電池システム」）１００の回路構成を示す図である。図２の本蓄電池電車駆動システム１Ａにおける並列化制御系統２００を示すブロック図である。図５の並列化制御部２１０の処理手順を示すフローチャート３００である。図２の本蓄電池電車駆動システム１Ａにおける、走行割込の制御手順を示すフローチャート４００である。図５及び図６の並列化制御により充電中の航続可能距離と加速力について、時系列のスイッチ開閉表とグラフである。図５及び図６の並列化制御により放電中の航続可能距離と加速力について、時系列のスイッチ開閉表とグラフである。変形例ａに係る蓄電池箱１０１ａを示す回路図である。変形例ｂに係る蓄電池箱１０１ｂを示す回路図である。変形例ｃに係る蓄電池箱１０１ｃを示す回路図である。変形例ｄに係る蓄電池箱１０１ｄを示す回路図である。図４の蓄電池箱１０１に対し、変形例ａ～ｄの蓄電池箱１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄの効果を比較する表である。本発明の実施例２に係る多極接触器１１６の構成を示す図である。本発明の実施例２に係る鉄道車両用蓄電池システム１９９の回路図である。図１６の本蓄電池システム１９９に適用される並列化制御系統２９９を示すブロック図である。図１６の本蓄電池システム１９９による並列化制御の前半の手順を示すフローチャート３００である。図１８の並列化制御の後半の手順を示すフローチャート３００である。図１６の蓄電池箱１０１に対し、変形例ａ～ｄの蓄電池箱１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄの効果を比較する表である。

　初めに、図１及び下式（１）を用いて横流を説明する。その後、図２～図２０を用いて本蓄電池電車駆動システム１Ａ（図２）、本ハイブリッド駆動システム１Ｂ（図３）、及びそれらに搭載される本蓄電池システム１００、１９９（図２～図４、図１６）を説明する。本蓄電池システム１００、１９９は、図４ほかを用いて後述するように、蓄電池群１１１相互間、又は蓄電池箱１０１相互間の横流を抑制するために必要な接触器１１２、１１３の数を最少化したものである。なお、実施例２の本蓄電池システム１９９を特に区別する必要のない場合、まとめて本蓄電池システム１００と称して説明する。

　なお、ここでいう蓄電池群１１１は、用途に必要な電圧を得るために適宜本数の電池セルが直列接続にまとめられ、その両極にそれぞれ設けられたサービスコネクタ１１４を介して組電池を構成する。また、蓄電池箱１０１は、用途に応じた組電池全体を構成する中で、取り付けや保守に都合良くまとめられた大きさの箱であり、１つ以上の蓄電池群１１１を備える。なお、本蓄電池システム１００は、組電池により主要構成されるので、ここでいう組電池は、本蓄電池システム１００と同じに考えても良い。

　図１は、横流の概念を説明するための回路図である。横流は、並列接続された蓄電池間に電圧差がある場合、それに応じて並列回路内で流れる電流である。図１に示すように、抵抗Ｒ_１に電圧Ｖ_１を発生する電池１と、電圧Ｖ_２、抵抗Ｒ_２に電圧Ｖ_２を発生する電池２と、を外部抵抗Ｒ_Ｐａｒ及びスイッチＳを介して並列接続することを考える。下式（１）の横流Ｉ_ｃｒｏは、スイッチＳを閉じた瞬間に最大値が流れる。

　なお、Ｉ_ｃｒｏは充電を正とする。横流は、低電圧側電池において充電方向で流れ、高電圧側電池において放電方向で流れる。横流は一般に接続の瞬間が最大値であり、並列接続した電池間の開放電圧値（充電率に依存）が同一となるまで、徐々に減衰しながら流れる。

　横流は、その値が大きければ、電池自身のほか、それに接続された接触器、ヒューズ、及び導線等を損傷する可能性がある。本蓄電池システム１００内の複数の蓄電池箱１０１と、その中の蓄電池群１１１は、全て並列接続されており、は同電圧（例えば１６００Ｖ）であるため、車両システムオン／オフ時の接触器１１２、１１３の開閉の際に、大きな横流は流れない。なお、ここでいう車両システムとは、本蓄電池電車駆動システム１Ａ、本蓄電池システム１００、及び車両制御装置１３（図５）の制御階層よりも上位の運転指令に従って車両全体の運転状態を制御する制御系統をいう。

　一方、蓄電池群１１１と、蓄電池箱１０１と、少なくとも何れかの電圧がシステム内の他部分と同一でなくなる場合が２つある。第１に、本蓄電池システム１００内の電池モジュールを部分的に交換した場合である。鉄道車両は、使用年数が蓄電池の寿命より長く、電池劣化が局所的に進行した場合は、部分的に交換することが多い。この時、新品交換した電池と、使い古した電池と、両者の電圧は不一致であるため、調整を要する。

　第２に、異常が発生した電池を一部に含む蓄電池群１１１を本蓄電池電車駆動システム１Ａから分離しても、残りの蓄電池群１１１はある程度使用できるので、それに対し、充放電したことにより、充電率が変動した場合である。このようにして電圧が大きく異なる蓄電池群１１１を再度並列接続する場合には、安全のため横流を抑制する操作が必要になる。

　図２は、本蓄電池電車駆動システム１Ａのシステム構成を示す図である。本蓄電池電車駆動システム１Ａを備えた蓄電池電車は、充放電可能な蓄電池システム１００を搭載し、駆動用のエネルギー源とした鉄道車両である。電化区間では架線から電力供給を受け、駆動エネルギーに使用しつつ蓄電池システムを充電し、非電化区間では蓄電池をエネルギー源に走行する。

　図２において、実線により電力の伝送経路、二重線によりトルクの伝送経路、破線により制御信号やセンサ値等の情報の伝送経路を、それぞれ示している。本蓄電池電車駆動システム１Ａは、電化区間において架線の電力で走行するとともに蓄電池を充電し、非電化区間において蓄電池の電力を使用するように機能する。まず、本蓄電池電車駆動システム１Ａの各機器の構成について説明する。

　本蓄電池電車駆動システム１Ａは、これを架線に接続するパンタグラフ２と、架線電力を必要な直流電力に変換するコンバータ５と、直流電力を交流電力に変換する電動機用インバータ６と、鉄道車両を駆動する電動機７と、その電動機７の出力を減速して輪軸９に伝達する減速機８と、補機用インバータ装置１０と、車両の照明や空調装置等のサービスに用いる補機１１と、本蓄電池システム１００と、表示器を備えて運転士のノッチ操作に応じた運転指令を生成する運転台１２と、運転台１２から送信された運転指令や本蓄電池システム１００の状態等を基に、コンバータ５や電動機用インバータ６のほかに補機用インバータ１０の制御指令を生成する車両制御装置１３と、を有して構成される。

　パンタグラフ２は、上下動作する電気スイッチであり、上昇し架線１４と接触すれば、架線１４が供給する直流ないし交流電力をコンバータ４へ供給する。蓄電池電車は、パンタグラフ２を架線１４に接触させているとき、架線の電力で走行するとともに、蓄電池を充電する。その一方、パンタグラフ２が架線１４に接触していないとき、その蓄電池電車は、蓄電池の電力が動力等に使用される。

　コンバータ４は、パンタグラフ２から出力される直流ないし交流電力を入力として、これを指令された電力量に対応した直流電力に変換して出力する。電動機用インバータ６は、コンバータ５を介して供給される直流電力を三相交流電力に変換して電動機７を駆動する。電動機７は、電動機用インバータ６が出力する三相交流電力を入力として、これを軸トルクに変換して出力する。

　減速機８は、電動機７の回転速度を、異なる歯数の歯車の組合せ等で減速し、それにより増幅した軸トルクで輪軸９を駆動して車両を加減速する。また、輪軸９には、車両速度を計測するための速度発電機（図示せず）が取り付けられている。補機用インバータ１０は、コンバータ５と電動機用インバータ６間の直流電力を入力としてこれを三相交流電力に変換して出力する。

　補機１１は、車両の照明や空調装置等のサービス機器であり、補機用インバータ１０より供給された電力で稼働する。運転台１２は、時刻や車両速度や電池情報等を表示する表示器と、運転士が運転指令等を制御装置１３へ入力する入力装置を備える。本蓄電池システム１００は鉄道車両を駆動するエネルギーを蓄えるデバイスである。

　なお、運転台１２には、接触器１１２、１１３（図４）を始めとする開閉装置を遠隔操作可能な遠隔操作部を備えても良い。例えば、車両が回生時過電圧を検知し、本蓄電池システム１００に対し、それを主要構成する組電池の開閉装置が自動的に遮断されることがある。その事態は、運転台に表示されるので、それを見た運転士が、整備工場に相談した上で、運転台１２から遠隔操作で組電池の開閉装置を閉じて再起動しても良い。なお、遠隔操作部は、基本的に整備駐車状態で行われる電池交換に用いるものであり、サービスコネクタ１１４を作業員が挿脱するときアークが飛んで危険だから遠隔操作する。

　本蓄電池電車駆動システム１Ａは、コンバータ５から出力される直流充電電力で充電し、電動機用インバータ６や補機用インバータ１０へ放電する一方で、車両が回生ブレーキをかけている場合は、電動機用インバータ６から出力される直流充電電力を充電する。車両制御装置１３は、運転指令や本蓄電池システム１００の状態やパンタグラフ２の状態等を基に、コンバータ５、電動機用インバータ６や補機用インバータ１０へ制御信号を出力し、本蓄電池電車駆動システム１Ａ全体を制御する。なお、本蓄電池システム１００は、蓄電池電車に好適であるが、それに限定されず、例えばハイブリッド気動車にも好適である。

　図３は、本ハイブリッド駆動システム１Ｂのシステム構成を示す図である。本ハイブリッド駆動システム１Ｂを備えたハイブリッド気動車は、従来のディーゼル気動車に蓄電池システム１００を搭載し、ブレーキ時の回生電力を充電し、力行時に蓄電池とモーターによるアシストを行う鉄道車両である。ハイブリッド気動車は、架線の電力を使用せず、エンジンによる発電電力と、蓄電池による電力で走行する鉄道車両である。エンジンは、常時動作するのではなく、連続的な加速運転指令の入力や蓄電池の充電率が下がった場合に起動する。

　本ハイブリッド駆動システム１Ｂでは、架線１４とパンタグラフ２に代わって、エンジン３と発電機３を有するエンジン３は、車両制御装置１３からのエンジン回転数指令値に従って軸トルクを出力する。発電機４は、エンジン３の軸トルクを入力として、これを三相交流電力に変換して出力する。

　コンバータ５は、発電機３から出力される三相交流電力を入力として、これを指令された電力量に対応した直流電力に変換して出力する。以降のシステム構成は本蓄電池電車駆動システム１Ａと同様である。以下、実施例１では蓄電池電車を前提に解説するが、発明の主要な部分はハイブリッド気動車についても成立する。

　図４は、本蓄電池システム１００の回路構成を示す図である。本蓄電池システム１００は、複数の蓄電池箱１０１が並列接続されており、蓄電池システムＰ端子１００Ｐと、蓄電池システムＮ端子１００Ｎと、により本蓄電池電車駆動システム１Ａに接続される。本蓄電池システム１００は、そのＰ端子１００Ｐ側、又はＮ端子１００Ｎ側、又は本蓄電池システム１００の中間電位点で接地点１５に接地されることが多い。本蓄電池システム１００は、Ｎ端子１００Ｎ側を接地する場合のみ例示するが、この構成に限定されない。

　蓄電池箱１０１は、図４において、破線に示す筐体があり、その筐体単位で鉄道車両に取り付けられる。蓄電池箱１０１は、蓄電池箱１０１Ｐ端子１０１Ｐと、蓄電池箱１０１Ｎ端子１０１Ｎと、で複数箱が並列接続され、本蓄電池システム１００を構成する。蓄電池箱１０１は、その内部に複数の蓄電池群１１１、各群接触器１１２、各箱接触器１１３、及びサービスコネクタ（「サービスプラグ」ともいう）１１４を有する。

　蓄電池群１１１は、複数の電池モジュール２０１（図５）を直列や並列に接続したものであり、サービスコネクタ１１４で分離する単位である。この区切りは、機構と、電気制御と、少なくとも何れかに都合良く設計される。蓄電池群１１１内の電池モジュール２０１の直列数に比例して、蓄電池群１１１の電圧と容量は増加し、並列数に比例して蓄電池群１１１の最大電流と容量が増加する。

　蓄電池群１１１の直列数は、本蓄電池電車駆動システム１Ａのコンバータ５や電動機用インバータ６が効率的に動作する電圧に設計される。蓄電池群１１１の並列数は、１箱内で２以上（図１０～図１３）の整数である。ここで電池モジュール２０１は、複数の電池セルを直列や並列に接続し、取り扱い易く、まとめられたものである。電池セルは、電池の化学反応系を個別に包装した電池の最小単位である。
　なお蓄電池箱１０１内部の電池を交換する場合は、通常は電池ユニットの単位で行う。電池ユニットは複数の電池モジュール２０１を内包し、重量・大きさ・作業箇所へのアクセス性・工数などの観点で交換作業を効率的に行えるように設計された単位である。蓄電池箱１０１単位で車両から取外し交換作業をすると、鉄道用の蓄電池箱１０１は大きく作業が大掛かりになり実施できる設備が限られる。逆に蓄電池箱１０１を車両につけたまま、箱内部の電池モジュール２０１を個別に取外しすると、車両工場での交換作業工数が長大となる場合がある。蓄電池箱１０１から電池ユニットを取り出し、電池ユニット内部の電池モジュール２０１を交換、もしくはあらかじめ別の電池ユニットを用意し、電池ユニットを蓄電池箱１０１に戻すことで、迅速かつ最低限の設備で電池交換作業を実施する。ただし、蓄電池箱１０１単位で交換を行うこと、あるいは蓄電池箱１０１を車両につけたまま電池モジュール２０１の単位で交換を行うことを妨げるものではない。

　各群接触器１１２は、１つの蓄電池群１１１に対し１つ設けられた接触器であり、本発明でいう「各群別の群開閉装置１１２」に相当する。電池箱接触器１１３は、１つの電池箱１０１に対し１つ設けられた接触器であり、本発明でいう「群開閉装置１１２それぞれが直列接続された極と反対の極で、複数の蓄電池群１１１が並列接続された接続点１１５Ｎに直列接続された各箱開閉装置１１３」に相当する。この電池箱接触器１１３は、回路を車両制御装置１３が発信する遠隔操作信号で、回路の接点を開閉される開閉装置である。

　開閉装置は、その開閉機構や電流遮断能力や応答速度に応じて、接触器、継電器、遮断器、開閉器等さまざまな装置があるが、遠隔操作信号で回路の接点を開閉する開閉装置であれば良い。各群接触器１１２及び各箱接触器１１３の全ては、それぞれ１つの接点と開閉機構を有し、これら全ての接触器は、独立に動作することが可能である。サービスコネクタ１１４は、遠隔ではなく直接手動で開閉するスイッチである。

　サービスコネクタ１１４は、接触器と蓄電池の間に設けられるが、その構成に限定しない。また、サービスコネクタ１１４は、電池交換等の作業時を除いて、常時閉状態であるが、直接手動で開閉する性質から、閉操作時に横流が発生状況で使用することは安全上望ましくない。

　本蓄電池システム１００において、各群接触器１１２は各蓄電池群１１１よりＰ側かつ、蓄電池群１１１Ｐ側接続点１１５ＰよりＮ側に各蓄電池群１１１毎に設置し、各箱接触器１１３は、蓄電池群１１１Ｎ側接続点１１５ＮよりＮ側かつ、蓄電池箱１０１Ｎ端子１０１ＮよりＰ側に蓄電池箱１０１当たり１つ設置する。本蓄電池システム１００では、サービスコネクタ１１４が閉であるときに、各蓄電池群１１１のＮ側は既に接続されている。なお、この構成はＰとＮが逆でも良い。

　本蓄電池システム１００の効果は、概ね３つある。第１に各群接触器１１２を遠隔操作で閉操作し、蓄電池群１１１を並列接続し、横流が生じる操作を遠隔で実施することができる。第２に各群接触器１１２と各箱接触器１１３を閉とすることで、電池箱１０１を箱単位で並列接続し、本蓄電池システム１００に接続することができる。第３に各箱接触器１１３を閉とし、各群接触器１１２を個別に開閉することで、任意の蓄電池群１１１を本蓄電池システム１００に個別に接続することができる。

　図５は、図２の本蓄電池電車駆動システム１Ａにおける並列化制御系統２００を示すブロック図である。並列化制御系統２００は、車両制御装置１３、複数の電池箱１０１、パンタグラフ２、コンバータ５、補機用インバータ１０、及び運転台１２で主要構成される。以下、その構成と動作を順に説明する。

　電池箱１０１は、複数の蓄電池群１１１と、電池箱制御基板２０５と、各蓄電池群１１１に設置されてそれに流れる電流値を電圧信号に変換する電流センサ（ＣＴ：Current Transformer）２０３と、各蓄電池群１１１に設置されてその電圧値を電圧信号に変換する電圧センサ（ＰＴ：Potential Transformer）２０４と、各群接触器１１２と、各箱接触器１１３と、を備える。

　蓄電池群１１１は、複数の電池モジュール２０１で構成される。電池モジュール２０１には、内包する複数の電池セルの状態を監視するセルコン基板２０２が設けられる。セルコン基板は、センサ類と通信機能を有した基板であって、本蓄電池システム１００では、電池モジュール２０１内の全てのセル電圧と、代表点の温度を測定し、電池制御基板２０５に信号として送信する。

　電池箱制御基板２０５は、各電池箱１０１に設置された制御基板であって、電池状態解析部２０６と箱内接触器制御部２０７を有する。電池状態解析部２０６は、箱内の電池状態を解析し、車両制御装置１３と箱内接触器制御部２０７に情報を送信する演算部である。

　電池状態解析部２０６は、全てのセルコン基板２０２から送信されるセル電圧と温度、全ての電流センサ２０３から送信される群電流と、全ての電圧センサ２０４から送信される群電圧を入力とする。電池状態解析部２０６は、並列化制御に必要な各群抵抗、各群電圧、セル抵抗、各群最高セル電圧を車両制御装置１３へ出力し、電池異常判定を箱内接触器制御部２０７と車両制御装置１３に出力する。

　セル抵抗は、例えば、電池情報から各セルの充電率を算出し、各セルの電池温度と各セルの抵抗劣化率から抵抗を算出する。ここで充電率と抵抗劣化率の算出方法については一般に知られているので詳述しないが、群電流をこれらの計算に用いる。群抵抗は、蓄電池郡１１１内の全ての各セル抵抗値の直並列を反映した部材抵抗の和として算出する。各群電圧は、電圧センサ２０４の検出値である。セル電圧は、セルコン２０２の検出値である。

　セル抵抗やセル電圧は、全セルの抵抗が個別に算出されることが最も望ましいが、簡略化すれば良い。簡略化の一例として、電池箱制御基板２０５の性能の限界や、電圧センサ、温度センサの個数に応じて限界があれば、例えばセル抵抗は平均値、セル電圧は最も電圧が高いセルの電圧を出力しても良い。電池異常判定は、電池の群電圧、群電流、セル電圧、温度等が異常値に到達しているか否かを判定する。

　箱内接触器制御部２０７は、接触器操作信号に従って接触器を操作すると同時に、異常時には接触器を開操作し、電池を保護する制御部である。箱内接触器制御部２０７は、車両制御装置１３から出力される接触器操作指令、電池状態解析部２０６が出力する電池異常判定、全ての各群接触器１１２が出力する各群接触器状態、全ての各箱接触器１１３が出力する各箱接触器状態を入力とし、各群接触器１１２に各群接触器操作を、各箱接触器１１３に各箱接触器操作を出力する。

　箱内接触器制御部２０７は、車両制御装置１３から出力される接触器操作指令に従って各群接触器１１２と各箱接触器１１３の操作を実施する。電池状態解析部２０６から電池異常判定を入力されている場合は、接触器操作指令にかかわらず、異常に応じて各群接触器１１２と各箱接触器１１３を開操作する。加えて、各群接触器状態、各箱接触器状態が接触器操作指令に合致しない場合は、再度接触器の操作指令を送信する。接触器操作指令に合致しない状況が長時間続く場合は、接触器故障判定を車両制御装置１３へ送信する。

　一般に電箱制御基板２０６は、これら以外にも様々な機能を有するが、ここには詳述しない。車両制御装置１３は本蓄電池電車駆動システム１Ａ全体を制御する装置である。並列化制御系統２００においては、システム全体の情報を統合し、接触器の開閉操作と、電池の充放電指示を実施する。

　車両制御装置１３は、横流演算部２０８と、電圧調整目標値演算部２０９と、並列化制御部２１０を有する。一般に車両制御装置１３はこれら以外にも様々な機能を有するが、ここには詳述しない。横流演算部２０８は全ての電池箱１０１の電池状態情報（各群抵抗、各群電圧、セル抵抗、セル電圧）を入力として、各接触器の閉操作可否を判定し、出力する。接触器の閉操作可否は、例えば電池セルが過電圧になると予測されるかによって判定する。

　この場合まず、横流演算部２０８は上式（１）によって横流を演算し、電池セルｉに対して、横流が流れた際の閉回路電圧ＣＣＶ_ｉを下式（２）で演算する。ここでＯＣＶ_ｉはセルの開放電圧、Ｒ_ｉは電池セルｉの抵抗値、Ｎは蓄電池群１１１内での電池セルの並列数である。

　上式（２）で定義される横流発生時の閉回路電圧ＣＣＶ_ｉが、接触器操作で電流が流れる全ての電池セルｉに対して、横流が充電電流の場合は高電圧異常判定の閾値未満である場合、又は横流が放電電流の場合は低電圧異常判定の閾値より大きい場合は、接触器閉操作を可能とし、そうでない場合は不可とする。

　全ての電池セルｉに対して演算することが不可能である場合は、例えば充電される蓄電池群１１１の開放電圧ＯＣＶ_ｉが最も高い電池セルで高電圧異常が生じないこと、放電される蓄電池群１１１の開放電圧ＯＣＶ_ｉは最も低い電池セルで低電圧異常が生じないことをもって接触器操作の可否を判定する。

　また接触器閉操作には、過電流が電池セルやモジュール、接触器、ケーブル、図示しないヒューズ等の上限電流を超えていないことも同時に満たしている状態で閉操作を可能とする。電圧調整目標値演算部２０９は横流演算部２０８が横流発生によって接触器閉操作を不可と判定した場合、並列化制御部２１０は並列化する蓄電池群１１１、又は電池箱１０１を充電又は放電し、並列化する蓄電池群１１１又は電池箱１０１の電圧を同等に揃える電圧目標値を演算する演算部である。

　全ての電池箱１０１の電池状態情報（各群抵抗、各群電圧、セル抵抗、セル電圧）と、パンタグラフ２の出力する充電可否車両状況を入力としての各蓄電池群１１１と、各蓄電池箱１０１内１０１と、それぞれの電圧調整目標値を個別に出力する。蓄電池電車では、車両の在線位置によって、充電可能であるかどうかが異なる。

　車両上に架線１４が存在し、パンタグラフ２が架線１４に接触している場合は充電可能であるため、コンバータ５の充電動作によって電圧を揃える。そのため、各蓄電池群１１１の電圧調整目標値はそれぞれの箱１０１内の最大蓄電池群１１１電圧となり、各蓄電池箱１０１の電圧調整目標値は本蓄電池システム１００内の最大蓄電池箱１０１電圧となる。

　これに対し、車両上に架線が存在せず、パンタグラフ２が架線１４に接触していない場合は、充電不可能であるため、補機用インバータ１０の放電動作によって電圧を揃える。そのため、各蓄電池群１１１の電圧調整目標値はそれぞれの箱１０１内の最低蓄電池群１１１電圧となり、各蓄電池箱１０１の電圧調整目標値は本蓄電池システム１００内の最低蓄電池箱１０１電圧となる。電圧調整目標値は最も安全には前述の最低電圧ないし最高電圧であるが、電圧調整時間の短縮のため横流が安全値である範囲であれば、横流が生じる電圧であっても問題はない。

　並列化制御部２１０は、接触器の開閉操作と、電池の充放電指示を実施する制御部である。パンタグラフ２から出力される充電可否車両状況、全ての電池箱１０１から出力される電池異常判定と接触器異常判定、横流演算部か２０８ら出力される接触器閉操作可否判定、電圧調整目標値演算部２０９から出力される電圧調整目標値、運転台１２から出力されるシステム起動指令・走行割込指令を入力とし、全ての電池箱１０１の接触器操作指令、パンタグラフ２の操作指令、コンバータ５の出力指令、補機用インバータ１０の出力指令、運転台１２の表示情報を出力する。

　運転台１２のモニタに表示される運転台１２表示情報を運転士が判断し、運転台１２から発令する。並列化制御部２１０の主要な動作は、接触器の開閉指令と、横流発生予想時の電圧調整である。接触器開閉指令は、運転台１２のシステム起動指令を受けた後、閉操作対象の接触器に対して、横流演算部２０８が接触器閉操作可否判定で可能と判定し、電池異常判定、接触器異常判定で問題ない場合に、接触器を閉操作する。

　横流演算部２０８が横流発生によって接触器閉操作を不可と判定した場合、並列化制御部２１０は並列化する蓄電池群１１１、又は電池箱１０１を充電又は放電し、並列化する蓄電池群１１１又は電池箱１０１の電圧を同等に揃える。ここで並列化の順序は、各箱内の蓄電池群１１１を並列化した後、蓄電池箱１０１を並列化する。

　架線が車両上に存在する区間では充電可能であるため、並列化制御部はパンタグラフ２を上昇接触させ、コンバータ５を稼働させたうえで、低電圧の蓄電池群１１１、又は電池箱を個別に接触器操作し接続し、電圧調整目標値演算部２０９の目標値まで充電する。充電後には横流演算部２０８は接触器閉可能判定を出すため、並列接続を実施する。

　対して架線が車両上に存在しない区間では充電不可能であるため、並列化制御部は補機用インバータ１０を稼働させたうえで、高電圧の蓄電池群１１１、又は電池箱を個別に接触器操作し接続し、電圧調整目標値演算部２０９の目標値まで放電する。充電後には横流演算部２０８は接触器閉可能判定を出すため、並列接続を実施する。

　箱内の蓄電池群１１１、又は蓄電池箱１０１が３つ以上あり、横流演算部２０８が並列化可能と判定しているが電圧は一致せず一定の横流値が発生する場合、並列化の順序は特許文献２に示されているように、一般に低い電圧側から並列接続することが望ましい。これは、実際の横流の起こす問題は、リチウムイオン電池内部の電気化学的な特性から、上式（２）によって電池が上限閉回路電圧を超過することの方が、下限閉回路電圧を超過することよりも深刻なため、横流が充電電流となる低電圧側から順番に少しずつ電圧を揃えるほうが安全となるためである。

　図６は、図５の並列化制御部２１０の処理手順を示すフローチャート３００である。すなわち、図６に示す実施例１の並列化制御は、並列化制御部２１０により、車両システムの起動（Ｓ２）から蓄電池システムの並列化処理を完了し（Ｓ３０）、蓄電池走行可能状態に入るまでの全体の並列化制御である。走行割込指令（Ｓ８）は、図６に示す並列化制御フローチャート３００の途中で、並列化制御部２１０が電圧調整を中断し、割り込んで走行状態に移行する指令である。開始ステップＳ１では、並列化制御部２１０による並列化制御のフローチャート３００が開始する。この時、本蓄電池電車駆動システム１Ａはオフの状態であり、全ての各群接触器１１２と全ての各箱接触器１１３は開放状態にある。なお、優先的に揃える順番は、各箱内で揃えてから、箱別を揃える、という順番の方が緊急走行に都合良く、例えば、蓄電池電車は、１箱だけでも力行できる。

　並列化制御部２１０は、車両システムオン判定ステップＳ２で、車両システムのキーがオンになっているか否かを判定する。並列化制御部２１０は、オンの場合は次のステップに進み、オフの場合はＳ２に戻る。電池状態解析ステップＳ３では、全ての箱内の電池箱制御基板２０５が、各電池箱１０１の電池状態（各群抵抗、各群電圧、セル抵抗、セル電圧）、電池異常判定を解析し、車両制御装置１３へ送信する。

　並列化制御部２１０は、対象箱選択ステップＳ４で、蓄電池箱１０１内の蓄電池群１１１を並列化する対象箱ｉを選択する。ｉの順序は、任意で良いが、走行割込に移った場合の使用可能な電池箱１０１の数を最大化するため、箱内の蓄電池群１１１の電圧調整に必要な充放電電荷量が少ない順に実施することが望ましい。また、電池異常判定や接触器異常判定が生じているものは、緊急走行に不利であるため、並列化制御を後回しにすることが望ましい。

　並列化制御部２１０は、群間横流演算ステップＳ５で、横流演算部２０８が蓄電池箱１０１内の各群接触器１１２を閉操作した場合の横流値を計算し、群間の横流値が小さく、安全に並列化可能かどうかを判定する。並列化制御部２１０は、蓄電池群１１１が３つ以上ある場合、低電圧側から並列化する操作をした場合の横流値を計算する。

　群間横流安全判定ステップＳ６において、群間横流演算ステップＳ５で群間横流値が小さく安全に並列接続可能と判定した場合、各群接触器閉ステップＳ７へ進む。群間横流安全判定ステップＳ６において、群間横流値が大きく安全に並列接続不可能と判定した場合、走行割込判定ステップＳ８から各箱接触器開ステップＳ１６までの群間電圧調整に進む。

　並列化制御部２１０は、各群接触器閉ステップＳ７で、横流演算部２０８が演算した接触器閉可否判定に基づき、群間横流値が小さく安全に並列接続可能な範囲で、各電池箱ｉの中の各群接触器１１２を閉操作して蓄電池群１１１を並列接続する。並列化制御部２１０は、走行割込判定ステップＳ８で、群間電圧調整の最初の段階として、運転台１２から走行割込指令を受ける場合、群間電圧調整を中断して各群接触器閉ステップＳ７に進む。

　並列化制御部２１０は、走行割込判定ステップＳ８で、必ずしもステップＳ６からＳ８の間の一点で動作するのではなく、電圧調整操作であるＳ８～Ｓ１６までの間において常に動作し、走行割込指令が発せられたならば、各群接触器閉ステップＳ７へ進めば良い。並列化制御部２１０は、対象群選択ステップＳ９で、箱内の蓄電池群１１１を並列化する対象群ｋを選択する。ｋの順序は任意で良いが、電池異常判定や接触器異常判定が生じているものを後回しにすることが望ましい。

　並列化制御部２１０は、充電可能状況判定ステップＳ１０で、パンタグラフ２の架線接触状況に対応する充電可否車両状況を判定、電圧調整を充電又は放電のどちらで実施するかを判断し、電圧調整目標値演算部２０９は電圧調整目標値を算出する。並列化制御部２１０は、パンタグラフ２が架線１４に接触中で、充電が可能な場合、電圧調整目標値を最高蓄電池群１１１電圧とし、充電群接続ステップＳ１１へ進む。その逆に、パンタグラフ２が架線１４に非接触中で、充電が不可能な場合、電圧調整目標値を最低蓄電池群１１１電圧とし、放電群接続ステップＳ１３へ進む。

　並列化制御部２１０は、充電群接続ステップＳ１１で、対象蓄電池群１１１ｋが電圧調整目標値より低電圧で充電が必要である場合、対象蓄電池群１１１ｋに対応する各群接触器１１２と各箱接触器１１３を接続し、本蓄電池電車駆動システム１Ａに接続し、充電可能な状態とする。並列化制御部２１０は、対象蓄電池群１１１ｋが電圧調整目標値より高電圧であり、充電が不要である場合、次のステップへ進む。

　並列化制御部２１０は、蓄電池群１１１充電ステップＳ１２で、対象蓄電池群１１１ｋが電圧調整目標値より低電圧で充電が必要である場合、コンバータ５を起動させて、対象蓄電池群１１１ｋを電圧調整目標値まで充電する。その逆に、対象蓄電池群１１１ｋが電圧調整目標値より高電圧であり、充電が不要である場合、次のステップに進む。

　並列化制御部２１０は、放電群接続ステップＳ１３で、対象蓄電池群１１１ｋが電圧調整目標値より高電圧であるため、放電が必要である場合、対象蓄電池群１１１ｋに対応する各群接触器１１２と各箱接触器１１３を接続し、本蓄電池電車駆動システム１Ａに接続して、放電可能な状態とする。その逆に、対象蓄電池群１１１ｋが電圧調整目標値より低電圧で放電が不要である場合、次のステップに進む。

　並列化制御部２１０は、蓄電池群１１１放電ステップＳ１４で、対象蓄電池群１１１ｋが電圧調整目標値より高電圧であるため、放電が必要である場合、補機用インバータ１０を起動させ対象蓄電池群１１１ｋを電圧調整目標値まで放電する。その逆に、対象蓄電池群１１１ｋが電圧調整目標値より低電圧で放電が不要である場合、次のステップに進む。

　並列化制御部２１０は、群間電圧調整完了判定ステップＳ１５で、横流演算部２０８が再度接触器閉可否判定を判定する。その判定結果が、箱内の各蓄電池群１１１の電圧調整未完了で全ての各群接触器１１２が閉不可能であれば、走行割込判定ステップＳ８の前に戻り、次の蓄電池群１１１の電圧調整へ進む。その逆に、全ての蓄電池群１１１の電圧調整が完了して、各群接触器１１２が閉可能と判定されたならば、各箱接触器開ステップＳ１６へ進む。

　並列化制御部２１０は、各箱接触器開ステップＳ１６で、各箱接触器１１３を開操作する。これは蓄電池箱１０１ｉを本蓄電池電車駆動システム１Ａから分離し、次の蓄電池箱１０１ｉ＋１の電圧調整時に、蓄電池箱１０１ｉと蓄電池箱１０１ｉ＋１との間で横流を流さないようにするためである。この時、各群接触器１１２は閉状態で良い。

　並列化制御部２１０は、各箱接触器開ステップＳ１６の後、各群接触器閉ステップＳ７に合流する。全箱群間電圧調整完了判定ステップＳ１７では、全ての電池箱１０１で箱内の蓄電池群１１１間の電圧調整が完了したか否かを判定する。並列化制御部２１０は、完了していなければ、対象箱選択ステップＳ４に戻り、電圧調整の対象電池箱を次のｉ＋１にし、箱内の電圧調整プロセスを繰り返す。その逆に、全ての電池箱１０１で各蓄電池群１１１の電圧調整が完了した場合、次のステップに進む。

　並列化制御部２１０は、箱間横流演算ステップＳ１８で、横流演算部２０８が、ステップ１７終了時点での各群接触器１１２の閉状態で、本蓄電池システム１００内の各箱接触器１１３を閉操作した場合の横流値を計算し、箱間の横流値が小さく、安全に並列化可能かどうかを判定する。その判定結果、電池箱１０１が３つ以上ある場合、並列化制御部２１０は、低電圧側から並列化する操作をした場合の横流値を計算する。

　並列化制御部２１０は、箱間横流安全判定ステップＳ１９で、並列化制御部２１０が、箱間横流演算ステップＳ１８で箱間横流値が小さく安全に並列接続可能と判定した場合、各箱接触器閉ステップＳ２０へ進む。逆に、箱間横流値が大きく安全に並列接続不可能と判定した場合、走行割込判定ステップＳ２１から箱間電圧調整完了判定ステップＳ２９までの箱間電圧調整へ進む。

　並列化制御部２１０は、各箱接触器閉ステップＳ２０で、横流演算部２０８が演算した接触器閉可否判定に基づき、箱間横流値が小さく安全に並列接続可能な範囲で、電池システム１００の中の各箱接触器１１３を閉操作し電池箱１０１の並列接続を行う。

　図７は、図２の本蓄電池電車駆動システム１Ａにおける、走行割込の制御手順を示すフローチャート４００である。並列化制御部２１０は、図６における走行割込判定ステップＳ２１で、走行割込判定ステップＳ８と同様に、箱間電圧調整の最初の段階として、運転台１２から走行割込指令を受ける場合、箱間電圧調整を中断し、図７の走行割込の制御フローチャート４００の走行割込開始ステップＴ１に進む。並列化制御部２１０は、電圧の高い箱の電力を使って力行させ、その電圧が低下して全体が揃えば結合する。

　並列化制御部２１０は、走行割込判定ステップＳ２１を、必ずしもステップＳ１９からＳ２２の間の一点で動作するのではなく、電圧調整操作であるＳ２２～Ｓ２９までの間、常に動作させれば良い。並列化制御部２１０は、走行割込指令が発せられたとき、走行割込の制御フローチャート４００の開始ステップＴ１に進めば良い。

　並列化制御部２１０は、対象箱選択ステップＳ２２で、電池システム内の蓄電池箱１０１を並列化する対象箱ｉを選択する。ｉの順序は、任意で良いが、電池異常判定や接触器異常判定が生じているものは後にすることが望ましい。並列化制御部２１０は、充電可能状況判定ステップＳ２３で、充電可能状況判定ステップＳ１０と同様に、パンタグラフ２の架線接触状況に対応する充電可否車両状況を判定する。並列化制御部２１０は、その判定結果に基づいて、電圧調整を充電又は放電のどちらで実施するかを判断する。その時、電圧調整目標値演算部２０９は電圧調整目標値を算出する。

　並列化制御部２１０は、パンタグラフ２が架線１４に接触して充電が可能である場合は、電圧調整目標値は最高電池箱電圧となり充電箱接続ステップＳ２４へ進む。その逆に、パンタグラフ２が架線１４に接触していないため、充電が不可能である場合は、電圧調整目標値は最低電池箱電圧となり放電箱接続ステップＳ２６へ進む。

　並列化制御部２１０は、充電箱接続ステップＳ２４で、充電群接続ステップＳ１１と同様に、対象電池箱ｉが電圧調整目標値より低電圧で充電が必要である場合、対象電池箱ｉに対応する各箱接触器１１３を接続（この時各群接触器１１２は既に閉となっている）する。それから、並列化制御部２１０は、対象電池箱ｉに対応する各箱接触器１１３を、本蓄電池電車駆動システム１Ａに接続し、充電可能な状態とする。その逆に、対象電池箱ｉが電圧調整目標値より高電圧で充電が不要である場合、次のステップに進む。

　並列化制御部２１０は、電池箱充電ステップＳ２５で、蓄電池群１１１充電ステップＳ１２と同様に、対象電池箱ｉが電圧調整目標値より低電圧で充電が必要である場合、コンバータ５を起動させ対象電池箱ｉを電圧調整目標値まで充電する。その逆に、対象電池箱ｉが電圧調整目標値より高電圧で充電が不要である場合、次のステップに進む。

　並列化制御部２１０は、放電箱接続ステップＳ２６で、放電群接続ステップＳ１３と同様に、対象電池箱ｉが電圧調整目標値より高電圧で放電が必要である場合、対象電池箱ｉに対応する各箱接触器１１３を接続する（この時各群接触器１１２は既に閉となっている）。それから、並列化制御部２１０は、対応する各箱接触器１１３を本蓄電池電車駆動システム１Ａに接続し、放電可能な状態とする。その逆に、対象電池箱ｉが電圧調整目標値より低電圧で放電が不要である場合、次のステップに進む。

　並列化制御部２１０は、電池箱放電ステップＳ２７で、電池箱放電ステップＳ１４と同様に、対象電池箱ｉが電圧調整目標値より高電圧で放電が必要である場合、補機用インバータ１０を起動させ対象電池箱ｉを電圧調整目標値まで放電する。その逆に、対象電池箱ｉが電圧調整目標値より低電圧で放電が不要である場合、次のステップに進む。

　並列化制御部２１０は、各箱接触器開ステップＳ２８で、蓄電池箱１０１iの各箱接触器１１３を開操作する。これは蓄電池箱１０１ｉを本蓄電池電車駆動システム１Ａから分離し、次の蓄電池箱１０１ｉ＋１の電圧調整時に蓄電池箱１０１ｉと蓄電池箱１０１ｉ＋１との間で横流を流さないようにするためである。この時各群接触器１１２は閉状態で良い。

　並列化制御部２１０は、箱間電圧調整完了判定ステップＳ２９で、全箱群間電圧調整完了判定ステップＳ１７と同様に、全ての電池箱１０１で電圧調整が完了したか否かを判定する。完了していなければ対象箱選択ステップＳ２２に戻り、電圧調整の対象電池箱を次のｉ＋１にし、箱内の電圧調整プロセスを繰り返す。全ての電池箱１０１で電圧調整が完了した場合、並列化制御部２１０は、各箱接触器閉ステップＳ２０に進む。

　並列化制御部２１０は、終了ステップＳ３０で、並列化処理を完了し、本蓄電池システム１００が本蓄電池電車駆動システム１Ａに接続され、蓄電池走行可能状態に入っている。このように、全ての蓄電池群１１１と全ての電池箱を個別に電圧調整することが可能になることで、本蓄電池システム１００は、その蓄電池群１１１と電池箱１０１の電圧がどのような組合せであっても良い。さらに、鉄道車両が充電可能な状態であるか否かにかかわらず、自動的に全ての蓄電池群１１１と電池箱１０１の電圧を個別に調整し、安全な横流値の範囲で並列接続することが可能である。

　さて、これらの電圧調整のための充放電操作には一定の時間が必要になる。本蓄電池電車駆動システム１Ａは、望ましくは本蓄電池システム１００内の全ての蓄電池箱１０１とその内部の蓄電池群１１１とが並列接続された後に走行開始することが望ましいが、緊急時には、たとえ最高出力が出せない状態であっても走行を開始できる必要が有る。

　そこで運転台１２から走行割込指令が出力された場合は、フローチャート３００に示す電圧調整作業を中断し本蓄電池システム１００を直ちに充放電可能な状態にする必要が有る。この場合、たとえ全ての蓄電池が並列接続されていなくても、それぞれの蓄電池群１１１は電動機用インバータ６を動作可能な電圧を有しているため、低出力の走行が可能となる。

　さらに、実際の本蓄電池システム１００において、制御の区切り等の問題から、電池箱１０１内の蓄電池群１１１が全て並列接続していないと、電池箱１０１が本蓄電池システム１００に接続できない場合がある。このような場合、まず電池箱１０１内の蓄電池群１１１間の電圧を調整し、各電池箱１０１を本蓄電池システム１００に接続可能な状態にすることが緊急時に重要になる。

　そのため、図６に示した並列化制御のフローチャート３００は、各蓄電池箱１０１内の蓄電池群１１１の電圧調整を全て終了してから、蓄電池箱１０１間の電圧調整を行うことを特徴としている。これによって１つ１つの電池箱内の電圧が揃うことが最も早くなり、仮に電圧調整の途中で走行割込指令が発せられた場合であっても、高電圧の電池箱１０１から１つずつを順番に使用し、使用している電池箱１０１が使用に伴い電圧低下し、不使用状態の電池箱１０１と電圧が揃う度に、並列接続を重ねることで、走行可能な距離を最大化することが可能となる。

　これについて、走行割込の制御フローチャート４００を用いて説明する。図７は、本発明の実施例１に係る走行割込の制御フローチャート４００である。図６の並列化制御フローチャート３００の任意の時点で、車両システムにより走行割込が発令され、走行割込開始ステップＴ１から、走行割込する際の蓄電池使用方法を示している。

　車両システムは、図７における走行割込開始ステップＴ１で、走行割込の制御フローチャート４００の制御手順を開始する。図７の走行割込開始ステップＴ１は、図６のそれと等しい。この時、並列化制御フローチャート３００に従い、本蓄電池システム１００は、全ての蓄電池箱１０１で横流値の問題がない範囲で各群接触器１１２が閉状態であり、全ての各箱接触器１１３は開状態にある。

　並列化制御部２１０は、使用可能電池箱判定ステップＴ２で、各電池箱１０１を個別に使用可能であるか否かを判定する。個別に使用可能かであるとは、電池箱１０１を個別に本蓄電池電車駆動システム１Ａに接続すれば走行可能であることを示し、箱間を並列接続した際の横流値は関係ない。

　判定基準は、電池箱制御基板２０５（図５）が出力する電池異常判定、接触器異常判定、各群接触器の閉状態である。各群接触器の閉状態とは、実際の蓄電池システムの制御の区切り等の問題から、電池箱内の蓄電池群１１１が全て並列接続していないと、電池箱１０１が本蓄電池システム１００に接続できない場合を想定している。

　電池箱制御基板２０５は、最高電圧箱接続ステップＴ３において、そのステップＴ３で判定した使用可能な蓄電池箱１０１の中で、最高電圧箱の電池箱１０１をはじめに、横流演算部２０８が並列接続可能と判定した蓄電池箱１０１の各箱接触器１１３を閉操作し、本蓄電池電車駆動システム１Ａに接続して走行可能状態とする。

　本蓄電池電車駆動システム１Ａは、走行ステップＴ４で、本蓄電池システム１００の電力を使用し走行する。この間、使用されている蓄電池１０１は充電率の低下に伴い、電圧が低下する。箱電圧一致ステップＴ５では、走行によって電圧低下した電池箱１０１と、使用可能な蓄電池箱１０１のうちまだ箱間接触器１１３が開状態で使用されていない電池箱１０１と、両者の電圧が同一となったことを判定する。

　この判定は、電池の開放電圧の精度に依存するが、この制度は電流値が大きい程に低下するため、一定以下の電流値で判定することが望ましい。並列化制御部２１０は、各箱接触器閉ステップＴ６で、箱電圧一致ステップＴ５で判定された同電圧となった使用されていない電池箱１０１の箱間接触器１１３を閉操作することにより、その電池箱１０１を本蓄電池システム１００へ並列接続する。この時、使用中の電池箱と、新たに接続する電池箱の電圧とは、ほぼ同一なので横流は小さい。

　並列化制御部２１０は、全箱並列化判定ステップＴ７で、使用可能な蓄電池箱１０１を全て並列接続しているか否かを判定する。並列化制御部２１０は、全てを並列接続していなければ、走行ステップＴ４の前に戻り、全て並列接続していれば、次のステップに進む。

　並列化制御部２１０は、終了ステップＴ８で、走行割込制御フローチャートを終了する。この時、使用可能な蓄電池箱１０１は、全て並列化されている。ここからは、図５の並列化制御系統２００を示す。並列化制御部２１０から運転台１２に発せられる運転台送信情報について説明する。

　運転台送信情報は、運転士が並列化制御の進捗を確認し、並列化制御フローチャート３００の途中で走行割込指令を発令するか否かの情報を与えるものである。代表的な運転台送信情報として、接触器開閉状況、各蓄電池群１１１電圧、各蓄電池箱１０１電圧、電圧調整残り時間、航続可能距離、最大加速力がある。

　接触器開閉情報、各蓄電池群１１１電圧、各蓄電池箱１０１電圧は、本蓄電池システム１００内の全ての接触器開閉情報、各蓄電池群１１１電圧、各蓄電池箱１０１電圧である。電圧調整残り時間は、並列化制御フローチャート３００が完了するまでの残り時間であり、各蓄電池群１１１と各蓄電池箱１０１の電圧及び、それらの電池容量、コンバータ５の充電可能速度、補機用インバータ１０の放電可能速度に応じて演算される値である。

　電圧調整の速度は、予想可能であるため、未来の各時点で電圧調整が継続される場合の並列化可能な蓄電池群１１１、電池箱の個数と、その時の電圧は予想可能である。航続可能距離は現在から未来の各時点において、走行割込指令が発令された時点の電池システム１００の状態で使用可能な蓄電池群１１１、電池箱を用いて、走行割り込み制御フローチャート４００の制御手順により走行した場合の航続可能距離を示す。

　最大加速力は、現在から未来の各時点において、走行割込指令が発令された時点の電池システム１００の状態で使用可能な蓄電池群１１１、電池箱を用いた最大加速力を示す。この最大加速力は、走行割り込み制御フローチャート４００の制御手順により、並列される箱が増えるたびに増加する値であるが、多くの場合、最も並列数が少ない段階の最大加速力が問題となるため、初期の値を表示すれば良い。

　航続可能距離と最大加速力は、電圧調整の進展によって変化する値であるので、運転台１２には電圧調整の継続時間に対してどのようになるかを示す必要がある。さらに、電圧調整を充電と、放電と、いずれで対応するかで、その振舞いが異なる。その充放電別の電圧調整について、図８及び図９を用いて後述する。ここで、図４の例示とは異なるが、本蓄電池システム１００として、２個の蓄電池箱１０１を有し、その蓄電池箱１０１それぞれには、２個ずつの蓄電池群１１１が格納されているものを一例に挙げて説明する。

　また、図示を省略するが、箱内の蓄電池群１１１の電圧は群１＞群２であり、各群の電圧を調整後の各箱の電圧も箱１＞箱２とする。各群の電圧調整に必要な時間は、箱１の方が箱２より短く、箱１内部の各群の電圧調整から始まるとする。なお、各群、各箱の電圧差は大きく、電圧調整しなければ並列接続できないとする。本蓄電池電車駆動システム１Ａの駆動には、箱内の全蓄電池群１１１が並列接続された電池箱の１つ以上を必要とする。従って、電圧調整をしない場合は、本蓄電池電車駆動システム１Ａを稼働可能な蓄電池箱１０１は存在せず、最大加速力Ｐと航続可能距離Ｌは０となる。

　図８は、図５及び図６の並列化制御により充電中の航続可能距離と加速力について、時系列のスイッチ開閉表とグラフである。図８は、充電しながらの走行を例示し、図６の並列化制御フローチャート３００の制御手順を充電により実行している。図８の表は、２つの蓄電池箱１０１の、各群接触器１１２と各箱接触器１１３とコンバータ５の動作を示したものであり、図８のグラフは、最大加速力Ｐと航続可能距離Ｌの電圧調整時間依存性を示したものである。

　最大加速力Ｐと航続可能距離Ｌは、その時点で走行割込み指令が入った場合の値に対応する。表の横位置と、グラフの電圧調整時間軸は一致するとする。本図に対し、電圧調整時間軸に従って、その動作を解説する。なお、最大加速力Ｐと航続可能距離Ｌは、以降、Ｐ、Ｌと略す。

　開始ステップＶ１は、並列化制御フローチャート３００の開始状態を示すステップである。本蓄電池システム１００内の全ての各群接触器１１２と各箱接触器１１３は開状態にあり、コンバータ５は停止状態である。この時、開始時の前提条件から本蓄電池電車駆動システム１Ａを稼働可能な蓄電池箱１０１は存在せず、ＰとＬは０となる。

　第１箱内群間電圧調整ステップＶ２は、第１の箱内の各群電圧を調整し、その調整後に第１の箱内を並列接続する。この時、箱１の群２を充電するため、箱１の群１の各群接触器１１２は開、箱１の群２の各群接触器１１２と各箱接触器１１３は閉、箱２の全ての接触器は開となり、コンバータ５は充電動作している。

　この時、箱１の群２は充電されていくが、しばらくの間は群間を並列接続できない段階であるので、ＰとＬは０となる。電圧が十分近づき、並列接続可能になる時刻をｔ_１とすれば、時刻ｔ_１まではＰとＬは０である。時刻ｔ_１以降は、定の横流が発生するが、接続可能な状態となり、ＰとＬは非連続的に増加する。

　以降、１の群２が充電されるにしたがって、ＰとＬは連続的に増加する。箱１の群間電圧調整が完了したときのＰをＰ_１、ＬをＬ_１とする。ステップＶ２の終了時、箱１の各箱接触器１１３は開にし、全ての各群接触器１１２を閉とし、箱１内を並列接続する。第２箱内群間電圧調整ステップＶ３は、第２の箱内の各群電圧を調整し、その調整後に第２の箱内を並列接続する。

　この時、箱２の群２を充電するため、箱２の群１の各群接触器１１２は開、箱２の群２の各群接触器１１２と各箱接触器１１３は閉、箱１の全ての各群接触器１１２は閉、各箱接触器１１３は開となり、コンバータ５は充電動作している。この時、箱２の群２は充電されていく、箱１と同様に群間の電圧が十分近づき、並列接続可能になる時刻をｔ_２とすれば、時刻ｔ_２まではＰとＬは、Ｐ_１、Ｌ_１であり、時刻ｔ_２以降は一定の横流が発生するも並列接続可能な状態となり、Ｌは走行割込み制御４００に従い、２つの蓄電池箱１０１が使用可能となったため、非連続的に増加する。以降は箱２の群２が充電されるにしたがって、Ｌは連続的に増加する。

　一方、Ｐは走行割込み直後の状況で使用可能な値であるため、Ｐ_１から変化しない。箱２の群間電圧調整が完了したときのＰをＰ_２、ＬをＬ_２とすれば、本蓄電池システム１００全体において、ＰはＰ_１、ＬはＬ_１＋Ｌ_２となる。ステップＶ３の終了時、箱２の各箱接触器１１３は開にし、全ての各群接触器１１２を閉とし、箱２内を並列接続する。

　箱間電圧調整ステップＶ４は、システム内の各箱電圧を調整し、その調整後に各箱を並列接続する。この時、箱２の全群を充電するため、箱２の全ての接触器を閉、箱１の全ての各群接触器１１２は閉、各箱接触器１１３は開となり、コンバータ５は充電動作している。この時、箱２は充電され、箱１と電圧が十分近づき、並列接続可能になる時刻をｔ_３とすれば、時刻ｔ_３まではＰとＬは、Ｐ_１、Ｌ_１＋Ｌ_２であり、時刻ｔ_３以降は一定の横流が発生するも並列接続可能な状態となる。

　Ｌは、２つの蓄電池箱１０１が使用可能であるため、時刻ｔ_３であるにもかかわらずＬは連続的に増加する。一方、Ｐは走行割込み直後の状況で使用可能な値であるため、２つの箱が並列可能な時刻ｔ_３までＰ_１から変化せず、ｔ_３では非連続的に増加し、以降は連続的に増加する。

　ステップＶ４の終了時点において、箱２の電圧状態は、高電圧の箱１と同一になるため、本蓄電池システム１００全体において、Ｐは２Ｐ_１、Ｌは２Ｌ_１となる。ステップＶ５は、電圧調整が完了して走行待機状態となった状態である。この時、本蓄電池システム１００内の全ての接触器１１２、１１３は閉であり、コンバータ５は停止する。

　図９は、図５及び図６の並列化制御が放電中における、航続可能距離と加速力の時系列グラフである。つまり、図６の並列化制御フローチャート３００の制御手順を放電により実行している。ここで、コンバータ５の充電に代わって、補機用インバータ１０を動作させることにより放電する。開始ステップＷ１は、並列化制御フローチャート３００の開始状態を示すステップである。本蓄電池システム１００内の全ての各群接触器１１２と、各箱接触器１１３と、は開状態であり、補機用インバータ１０は停止状態である。この時、開始時の前提条件から本蓄電池電車駆動システム１Ａを稼働可能な蓄電池箱１０１は存在せず、ＰとＬは０となる。

　第１箱内群間電圧調整ステップＷ２は、第１の箱内の各群電圧を調整し、その調整後に第１の箱内を並列接続する。この時、箱１の群１を放電するため、箱１の群２の各群接触器１１２は開、箱１の群１の各群接触器１１２と各箱接触器１１３は閉、箱２の全ての接触器は開となり、補機用インバータ１０は放電動作している。

　この時、箱１の群１は放電されていくが、しばらくの間は群間を並列接続できない段階であるので、ＰとＬは０となる。電圧が十分近づき、並列接続可能になる時刻をｔ_１とすれば、時刻ｔ_１まではＰとＬは０である。時刻ｔ_１以降、一定の横流が発生するが、並列接続可能な状態となり、ＰとＬは非連続的に増加する。

　それ以降は、箱１の群１が放電されるにしたがって、ＰとＬは連続的に減少する。箱１の群間電圧調整が完了したときのＰをＰ_１、ＬをＬ_１とする。ステップＷ２の終了時、箱１の各箱接触器１１３は開にし、全ての各群接触器１１２を閉とし、箱１内を並列接続する。第２箱内群間電圧調整ステップＷ３は、第２の箱内の各群電圧を調整し、その調整後に第２の箱内を並列接続する。

　この時、箱２の群１を放電するため、箱２の群２の各群接触器１１２は開、箱２の群１の各群接触器１１２と各箱接触器１１３は閉、箱１の全ての各群接触器１１２は閉、各箱接触器１１３は開となり、補機用インバータ１０は放電動作している。この時、箱２の群１は放電されていく、箱１と同様に群間の電圧が十分近づき、並列接続可能になる時刻をｔ_２とすれば、時刻ｔ_２まではＰとＬは、Ｐ_１、Ｌ_１である。時刻ｔ_２以降、一定の横流が発生するが、並列接続可能な状態となり、Ｌは走行割込み制御４００に従い、２つの蓄電池箱１０１が使用可能となり、非連続的に増加する。

　以降、箱２の群２が放電されるにしたがって、Ｌは連続的に減少する。一方でＰは走行割込み直後の状況で使用可能な値であるため、Ｐ_１から変化しない。箱２の群間電圧調整が完了したときのＰをＰ_２、ＬをＬ_２とすれば、本蓄電池システム１００全体ではＰはＰ_１、ＬはＬ_１＋Ｌ_２となる。ステップＷ３の終了時、箱２の各箱接触器１１３は開にし、全ての各群接触器１１２を閉とし、箱２内を並列接続する。

　箱間電圧調整ステップＷ４は、システム内の各箱電圧を調整し、その調整後に各箱を並列接続する。この時、箱１の全群を放電するため、箱１の全ての接触器を閉、箱２の全ての各群接触器１１２は閉、各箱接触器１１３は開となり、補機用インバータ１０は放電動作している。この時、箱１は放電され、箱２と電圧が十分近づき、並列接続可能になる時刻をｔ_３とすれば、時刻ｔ_３まではＰとＬは、Ｐ_１、Ｌ_１＋Ｌ_２であり、時刻ｔ_３以降は、一定の横流が発生するも並列接続可能な状態となる。

　Ｌは２つの蓄電池箱１０１が使用可能であるため、時刻ｔ_３にかかわらずＬは連続的に減少する。一方で、Ｐは走行割込み直後の状況で使用可能な値であるため、２つの箱が並列可能な時刻ｔ_３までＰ_１から変化せず、ｔ_３では非連続的に増加し、以降は連続的に減少する。ステップＷ４の終了時点では、箱１の電圧状態は低電圧の箱２と同一になるため、本蓄電池システム１００全体では、Ｐは２Ｐ_２、Ｌは２Ｌ_２となる。

　ステップＷ５は、電圧調整が完了し、走行待機状態となった状態である。この時、システム内の全ての接触器は閉であり、補機用インバータ１０は停止する。ここで示したように、放電で電圧調整する場合、並列化が可能になった時点から放電時間が延びるほどＰとＬが小さくなる。そこで放電で電圧調整する場合は、電池システムを構成する部品が損傷しない範囲で、多少横流が発生する条件でも並列接続を許容する範囲を、充電で電圧調整する場合よりも緩和して良い。

　ここで車両制御装置１３は、走行可能距離Ｌが、次の充電可能駅や、トンネルや橋での乗客降車可能位置等重要な拠点に対する残り距離以上かを判定し、運転台１２に表示し、運転士に走行割込みするか否かの判断を支援する。ここからは実施例１で示した図４の蓄電池箱１０１の回路構成の特徴と利点について説明する。

　図１０～図１３は、変形例ａ～ｄに係る回路構成の蓄電池箱１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄを示す回路図である。図１４は、図４の蓄電池箱１０１に対し、変形例ａ～ｄの蓄電池箱１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄの効果を比較する表である。以下、それぞれの特徴について回路構成と効果について１つずつ説明する。

　図４の蓄電池箱１０１において、各群接触器１１２は、各蓄電池群１１１よりＰ側、かつ蓄電池群１１１Ｐ側の接続点１１５ＰよりＮ側寄りに、複数の蓄電池群１１１毎に設置される。また、蓄電池箱１０１において、各箱接触器１１３は、蓄電池群１１１Ｎ側の接続点１１５ＮよりＮ側、かつ蓄電池箱１０１Ｎ端子１０１ＮよりＰ側寄りに蓄電池箱１０１当たり１つ設置される。

　このような回路構成の特徴を図１４のＮｏ．１（第１）～Ｎｏ．７（第７）行に対し、１つずつ解説する。第１に、箱内の蓄電池群１１１間の並列接続を接触器で実施可能か否かについては、各群接触器１１２を閉操作することで実施可能である。第２に、箱間の並列接続を接触器で実施可能か否かについては、箱内全ての各群接触器１１２と各箱接触器１１３を閉操作することで実施可能である。

　第３に、箱内蓄電池群１１１を個別に電圧調整可能か否かについては、対象の蓄電池群１１１と直列接続された各群接触器１１２と各箱接触器１１３を閉操作し、対象外の蓄電池群１１１に直列接続された各群接触器１１２を開とすることで実施可能である。第４に、箱内蓄電池群１１１の並列接続と箱間並列接続を、別々に実施可能か否かについては、蓄電池群１１１は各群接触器１１２を閉操作することで、箱間は各箱接触器１１３を閉操作することで別々に実施可能である。

　第５に、電池箱の外部接続端子１０１Ｐ、１０１Ｎを停電状態にできるかについては、１０１Ｐは各群接触器１１２を開操作することで、１０１Ｎは各箱接触器１１３を開操作することで実施可能である。第６に、地絡電流を遮断可能か否かについては、各箱接触器１１３を開操作することで実施可能である。第７に、箱内の接触器数［個／箱］は蓄電池群１１１数をＮとし、Ｎ＋１［個／箱］である。

　図１０は、変形例に係る蓄電池箱１０１ａを示す回路図である。電池箱１０１ａでは、各群接触器１１２は存在せず、各箱接触器１１３は各蓄電池群１１１よりＰ側かつ蓄電池群１１１Ｐ側接続点１１５ＰよりＮ側と、各蓄電池群１１１よりＮ側かつ蓄電池群１１１Ｎ側接続点１１５ＮよりＰ側に、蓄電池箱１０１当たり２つ設置する。

　このような回路構成の特徴を図１４のＮｏ．（第１）１～Ｎｏ．７（第７）行に対し、１つずつ解説する。第１に、箱内の蓄電池群１１１間の並列接続を接触器で実施可能か否かについては、実施不可能である。第２に、箱間の並列接続を接触器で実施可能か否かについては、各箱接触器１１３のＰ側と、Ｎ側と、両方共に閉操作することで実施可能である。

　第３に、箱内蓄電池群１１１を個別に電圧調整可能か否かについては、実施不可能である。第４に、箱内蓄電池群１１１の並列接続と箱間並列接続を、別々に実施可能か否かについては、箱内の蓄電池群１１１間の並列接続を接触器で実施不可能なので、実施不可能である。第５に、電池箱の外部接続端子１０１Ｐ、１０１Ｎを停電状態にできるかについては、各箱接触器１１３のＰ側と、Ｎ側と、両方共に開操作することで実施可能である。

　第６に、地絡電流を遮断可能か否かについては、Ｎ側の各箱接触器１１３を開操作することで実施可能である。第７に、箱内の接触器数［個／箱］は蓄電池群１１１数をＮとし、２［個／箱］と最小値である。図１１は、実施例１の変形例に係る回路構成の蓄電池箱１０１ｂを示す回路図である。電池箱１０１ｂでは各蓄電池群１１１のＰ側とＮ側にそれぞれ１つずつ、各群接触器１１３を設置する。

　このような回路構成の特徴を図１４のＮｏ．１（第１）～Ｎｏ．７（第７）行に対し、１つずつ解説する。第１に、箱内の蓄電池群１１１間の並列接続を接触器で実施可能か否かについては、各群接触器１１２を対象の蓄電池群１１１でＰ側Ｎ側両方を閉操作することで実施可能である。第２に、箱間の並列接続を接触器で実施可能か否かについては、各群接触器１１２を箱内全ての蓄電池群１１１のＰ側と、Ｎ側と、両方共に閉操作することで実施可能である。

　第３に、箱内蓄電池群１１１を個別に電圧調整可能か否かについては、対象の蓄電池群１１１と直列接続されたＰ側Ｎ側両方の各群接触器１１２を閉操作し、対象外の蓄電池群１１１に直列接続された各群接触器１１２のＰ側と、Ｎ側と、少なくともどちらか１つ以上を開とすることで実施可能である。第４に、箱内蓄電池群１１１の並列接続と箱間並列接続を、別々に実施可能か否かについては、Ｐ側Ｎ側の各群接触器１１２を閉操作することで、蓄電池群１１１間が並列接続されるとともに、電池箱１０１が電池システム１００に接続されるため、実施不可能である。

　限定的には他の蓄電池箱１０１の接触器を全て開にしていれば可能であるが、他の蓄電池箱１０１の接触器状態に対して一般性が無い。第５に、電池箱の外部接続端子１０１Ｐ、１０１Ｎを停電状態にできるかについては、全ての各群接触器１１２を開操作することで実施可能である。第６に、地絡電流を遮断可能か否かについては、Ｎ側の各群箱接触器１１２を開操作することで実施可能である。第７に、箱内の接触器数［個／箱］は蓄電池群１１１数をＮとし、２Ｎ［個／箱］である。

　図１２は、実施例１の変形例に係る回路構成の蓄電池箱１０１ｃを示す回路図である。各群接触器１１２は、各蓄電池群１１１よりＮ側かつ、蓄電池群１１１Ｎ側接続点１１５ＮよりＰ側の蓄電池群１１１毎に設置し、各箱接触器１１３は、蓄電池群１１１Ｎ側接続点１１５ＮよりＮ側かつ、蓄電池箱１０１Ｎ端子１０１ＮよりＰ側に蓄電池箱１０１当たり１つ設置する。

　このような回路構成の特徴を図１４のＮｏ．１～Ｎｏ．７に対し１つずつ解説する。第１に、箱内の蓄電池群１１１間の並列接続を接触器で実施可能か否かについては、対象の各群接触器１１２を閉操作することで実施可能である。第２に、箱間の並列接続を接触器で実施可能か否かについては、箱内全ての各群接触器１１２と各箱接触器１１３を閉操作することで実施可能である。

　第５に、電池箱の外部接続端子１０１Ｐ、１０１Ｎを停電状態にできるかについては、１０１Ｐについて実施不可能である。第６に、地絡電流を遮断可能か否かについては、各箱接触器１１３を開操作することで実施可能である。第７に、箱内の接触器数［個／箱］は蓄電池群１１１数をＮとし、Ｎ＋１［個／箱］である。

　図１３は、実施例１の変形例に係る回路構成の蓄電池箱１０１ｄを示す回路図である。各群接触器１１２は各蓄電池群１１１よりＮ側かつ、蓄電池群１１１Ｎ側接続点１１５ＮよりＰ側に、１つを除き各蓄電池群１１１毎に設置し、各箱接触器１１３は、蓄電池群１１１Ｎ側接続点１１５ＮよりＮ側かつ、蓄電池箱１０１Ｎ端子１０１ＮよりＰ側に蓄電池箱１０１当たり１つ設置する。

　このような回路構成の特徴を図１４のＮｏ．１～Ｎｏ．７に対し１つずつ解説する。第１に、箱内の蓄電池群１１１間の並列接続を接触器で実施可能か否かについては、各群接触器１１２を閉操作することで実施可能である。ただし、蓄電池群１１１が３つ以上ある場合でも、各群接触器１２が無い蓄電池群１１１は必ず同時に並列接続される。第２に、箱間の並列接続を接触器で実施可能か否かについては、箱内全ての各群接触器１１２と各箱接触器１１３を閉操作することで実施可能である。

　第３に、箱内蓄電池群１１１を個別に電圧調整可能か否かについては、各群接触器１２が無い蓄電池群１１１は必ず接続されるので実施不可能である。第４に、箱内蓄電池群１１１の並列接続と箱間並列接続を、別々に実施可能か否かについては、蓄電池群１１１は各群接触器１１２を閉操作することで、箱間は各箱接触器１１３を閉操作することで別々に実施可能である。

　第５に、電池箱の外部接続端子１０１Ｐ、１０１Ｎを停電状態にできるかについては、１０１Ｐでは実施不可能である。第６に、地絡電流を遮断可能か否かについては、各箱接触器１１３を開操作することで実施可能である。第７に、箱内の接触器数［個／箱］は蓄電池群１１１数をＮとし、Ｎ［個／箱］である。

　以上から、図４の蓄電池箱１０１は、接触器数がＮ＋１［個／箱］と少なく抑えられながら、Ｎｏ．１～６の機能を全て備えることができる。特に、全ての蓄電池群１１１のＰ側とＮ側に接触器を有し、接触器数が多い蓄電池箱１０１ｂでは実施できない、箱内蓄電池群１１１の並列接続と箱間並列接続を、別々に実施可能という特徴を有する。

　以上から、本発明の効果は、第１に接触器のコストや搭載空間を削減すること。第２に、蓄電池システム内の任意の蓄電池群１１１と蓄電池箱１０１を個別に電圧調整可能とし、任意の横流が生じる電圧条件で、自動的に並列化することが可能となること。第３に横流抑制のための電圧調整の途中で走行割込することがあったとしても、箱内の電圧調整は早期に終了するため、高電圧の蓄電池箱１０１から順に使用することで、蓄電池システムの容量を最大限使用可能となり、走行可能距離を確保することである。

　実施例１は、各群接触器１１２と各箱接触器１１３は全てそれぞれ１つの接点と開閉機構をする１極対応品であり、全ての接触器は独立に動作することが可能であった。一方で実施例２では接触器が複数の接点を有し、全ての接点が同時に開閉する場合を考える。図１５以降に示す実施例２の方が、実際に製造するには好適とされている。理由の１つとして、接触器の連動開閉接点数について、３接点同時開閉型は三相同時開閉用として既存品の調達が容易である。

　図１５は、本発明の実施例２に係る多極接触器１１６の構成を示す図である。多極接触器は複数の接点１１６ａと、それを開閉する１つの開閉機構１１６ｂを有している。開閉機構１１６ｂはバネで接点を開放する力を、通電した電磁石で閉じるような機構が一般的である。多極接触器の複数の接点１１６ａを個別に操作させるには、開閉機構１１６ｂを複数個搭載することが必要である。

　市場では、１つの開閉機構１１６ｂが複数の接点を開閉する多極接触器が流通しており、大電流を流す用途であっても電気回路のＰＮ両端を開閉する２極品や、三相交流用の３極品が、安価に入手できる。多極接触器を用いると、電池箱内の同数の接点を１極品の接触器で構成するより、安価で小さな接触器構成とすることが出来る。

　図１６は、本発明の実施例２に係る鉄道車両用蓄電池システム１９９の回路図である。図１５の多極接触器１１６の接点１１６ａを、回路上の接続位置に応じて、１つの蓄電池群１１１に対し１つ設けられた各群接点１１２ａと、１つの電池箱１０１に対し１つ設けられた各箱接点１１３ｂに振り分ける。回路上の位置は、各群接点１１２ａは実施例１の各群接触器１１２に、各群接点１１２ｂは実施例１の各箱接触器１１３に等しい。このような構成では、各蓄電池群１１１単位での充放電は実施不可能となる。

　図１７は、図１６の本蓄電池システム１９９に適用される並列化制御系統２９９を示すブロック図である。図５に示した実施例１の並列化制御系統２００に対し、並列化制御系統２９９は、箱内接触器制御部２０７が１台の多極接触器１１６に対し接触器開閉操作を送信している点が異なる。

　図１８は、図１６の本蓄電池システム１９９による並列化制御の前半の手順を示すフローチャート３００である。図１９は、図１８の並列化制御の後半の手順を示すフローチャート３００である。図１８及び図１９に示す実施例２は、多極接触器１１６を使用しているため、図６に示した実施例１のフローチャート３００とは異なる。各ステップを順に説明する。開始ステップＵ１では、並列化制御のフローチャート３００が開始する。この時、本蓄電池電車駆動システム１Ａはオフの状態であり、全ての各群接触器１１２と全ての各箱接触器１１３は開放状態にある。

　車両システムオン判定ステップＵ２では、車両制御装置１３は、車両システムのキーがオンになっているか否かを判定する。オンの場合は次のステップに進み、オフの場合はＳ２に戻る。電池状態解析ステップＵ３では、全ての箱内の電池箱制御基板２０５が、各電池箱１０１の電池状態（各群抵抗、各群電圧、セル抵抗、セル電圧）、電池異常判定を解析し、車両制御装置１３へ送信する。

　対象箱選択ステップＵ４では、電池箱制御基板２０５が、箱内の蓄電池群１１１を並列化する対象箱ｉを選択する。群間横流演算ステップＵ５では、横流演算部２０８が、電池箱１０１内の各群接触器１１２を閉操作した場合の横流値を計算し、群間の横流値が小さく、安全に並列化可能かどうかを判定する。多極接触器１１６の動作上、蓄電池群１１１が３つ以上ある場合では、全ての蓄電池群１１１が同時に並列接続された場合の横流を計算する。

　群間電圧一致判定ステップＵ６では、群間横流演算ステップＵ５で群間電圧が一致と電池箱制御基板２０５が、判定した場合は全箱群間電圧調整完了判定ステップＵ７へ進み、電圧が不一致の場合は群間横流安全値判定ステップＵ８へ進む。電圧の一致とは、横流の発生を無視して良い閾値以下を示す。全箱群間電圧調整完了判定ステップＵ７では、全箱の群間電圧調整が完了したか否かを並列化制御部２１０が判定する。

　群間横流安全値判定ステップＵ８で、横流値が大きく電圧調整不可と横流演算部２０８が判定した場合も、完了に含める。完了している場合は、箱間横流演算ステップＵ１２へ進み、完了していない場合は、群間横流安全値判定ステップＵ８へと進む。群間横流安全値判定ステップＵ８では、群間電圧一致判定ステップＵ６において、群間の電圧が不一致と判定された内で、多極接触器１１６を閉操作しても群間の横流が安全値以内であるか否かを横流演算部２０８が判定する。

　安全値以内の場合、多極接触器閉ステップＵ９へ進み、安全値より大きい場合は、全箱群間電圧調整完了判定ステップＵ７へ進む。多極接触器閉ステップＵ９では、箱内接触部制御部２０７が、箱ｉの多極接触器１１６を閉操作する。この時、箱内接触部制御部２０７が、箱ｉ内部の全ての蓄電池群１１１を並列接続させる。一方、箱ｉ以外の多極接触器１１６は、開状態であるため、箱間の横流は流れない。

　電圧平坦化待ちステップＵ１０では、箱ｉ内部の蓄電池群１１１の間に横流が流れ、横流によって高電圧な蓄電池群１１１の充電率は下がり、逆に低電圧の蓄電池群１１１の充電率が上昇することにより、開放電圧が均一になるまで、並列化制御部２１０が待機させる。待機は、例えば電流センサ２０３に流れる電流が閾値以下になるまで継続する。

　多極接触器開ステップＵ１１では、箱内接触部制御部２０７が、箱ｉの多極接触器１１６を開操作する。これによって、次の蓄電池箱１０１で電圧調整を実施した場合でも、箱間の横流は発生しない。箱間横流演算ステップＵ１２では、横流演算部２０８が、組電池内の多極接触器１１６を閉操作した場合の横流値を計算し、箱間の横流値が小さく、安全に並列化可能かどうかを判定する。電池箱１０１が３つ以上ある場合は、低電圧側から並列化する操作をした場合の横流値を横流演算部２０８が計算する。

　図１９において、箱間横流安全値判定ステップＵ１３では、箱間横流演算ステップＵ１２で箱間横流値が小さく安全に並列接続可能と判定した場合、各箱接触器閉ステップＳ２０へ進み、箱間横流値が大きく安全に並列接続不可能と判定した場合、走行割込判定ステップＵ１５から箱間電圧調整完了判定ステップＵ２３までの箱間電圧調整に進む。実施例２では蓄電池群１１１を個別に充電する手段がないため、この段階で蓄電池群１１１間の並列接続が不可能と判定された蓄電池箱１０１は、自動的な制御では使用することができず、蓄電池群１１１を手動で個別に充放電回路に接続し、電圧調整する必要が有る。

　全多極接触器閉ステップＵ１４では、横流演算部２０８が演算した接触器閉可否判定に基づき、箱間横流値が小さく安全に並列接続可能な範囲で、組電池の中の多極接触器１１６を閉操作し電池箱１０１の並列接続を行う。走行割込み判定ステップＵ１５では、箱間電圧調整の最初の段階として、運転台１２から車両制御装置１３の並列制御部２１０が、走行割込指令を受ける場合、箱間電圧調整を中断し、図７の走行割込の制御フローチャート４００の走行割込開始ステップＴ１へ進む。

　なお、群間横流安全値判定ステップＵ８から多極接触器開ステップＵ１１までの群間の電圧調整で走行割込み判定ステップが無いのは、群単位での充放電による電圧調整が無いために、中断を必要とする操作が無いためである。対称箱選択ステップＵ１６では、電池システム内の蓄電池箱１０１を並列化する対象箱ｉを選択する。ｉの順序は任意で良いが、電池異常判定や接触器異常判定が生じているものは後にすることが望ましい。

　充電可能状況判定ステップＵ１７では、パンタグラフ２の架線接触状況に対応する充電可否車両状況を判定、電圧調整を充電又は放電のどちらで実施するかを判断し、電圧調整目標値演算部２０９が電圧調整目標値を算出する。充電箱接続ステップＵ１８では、対象電池箱ｉが電圧調整目標値より低電圧で充電が必要である場合、対象電池箱ｉに対応する多極接触器１１６を閉操作し、本蓄電池電車駆動システム１Ａに接続し、充電可能な状態とする。対象電池箱ｉが電圧調整目標値より高電圧で充電が不要である場合、次のステップに進む。

　電池箱充電ステップＵ１９では、対象電池箱ｉが電圧調整目標値より低電圧で充電が必要である場合、コンバータ５を起動させ対象電池箱ｉを電圧調整目標値まで充電する。対象電池箱ｉが電圧調整目標値より高電圧で充電が不要である場合、次のステップに進む。放電箱接続ステップＵ２０では、対象電池箱ｉが電圧調整目標値より高電圧で放電が必要である場合、箱内接触部制御部２０７が、対象電池箱ｉに対応する多極接触器１１６を閉操作し、本蓄電池電車駆動システム１Ａに接続し、放電可能な状態とする。対象電池箱ｉが電圧調整目標値より低電圧で放電が不要である場合、次のステップに進む。

　電池箱放電ステップＵ２１では、対象電池箱ｉが電圧調整目標値より高電圧で放電が必要である場合、並列化制御部２１０が、補機用インバータ１０を起動させ対象電池箱ｉを電圧調整目標値まで放電する。対象電池箱ｉが電圧調整目標値より低電圧で放電が不要である場合、次のステップに進む。多極接触器開ステップＵ２２では、箱内接触部制御部２０７が、蓄電池箱１０１ｉの多極接触器１１６を開操作する。これは蓄電池箱１０１ｉを本蓄電池電車駆動システム１Ａから分離し、次の蓄電池箱１０１ｉ＋１の電圧調整時に蓄電池箱１０１ｉと蓄電池箱１０１ｉ＋１との間で横流を流さないようにするためである。

　箱間電圧調整完了判定ステップＵ２３では、並列化制御部２１０が、全ての電池箱１０１で電圧調整が完了したか否かを判定する。完了していなければ対象箱選択ステップＵ１６に戻り、電圧調整の対象電池箱を次のｉ＋１にし、箱内の電圧調整プロセスを繰り返す。全ての電池箱１０１で電圧調整が完了した場合は、全多極接触器閉ステップＵ１４に進む。終了ステップＵ２４では、並列化処理を完了し、本蓄電池システム１９９は、本蓄電池電車駆動システム１Ａに接続され、蓄電池走行可能状態に入っている。

　図２０は、図１６の蓄電池箱１０１に対し、変形例ａ～ｄの蓄電池箱１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄの効果を比較する表である。図１６に示す実施例２の蓄電池箱１０１に対し、図１０～図１３に示す変形例の蓄電池箱１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄの効果を比較する表である。実施例２において、箱１０１内の全ての接触器１１２ａ、１１３ａの接点は、多極接触器で同時に開閉するとする。図１４に示した実施例１における変形例との効果比較表に対し、図１９の相違点は、Ｎｏ．３、４の各行に示した項目のみであり、その他は同一である。

　第３（Ｎｏ．３）の項目、箱内蓄電池群１１１を個別に電圧調整可能か否かについては、多極接触器の各蓄電池群１１１接点１１２ａが箱内で同時に動作するため、全ての回路構成で不可能になる。第４（Ｎｏ．４）の項目、箱内蓄電池群１１１の並列接続と箱間並列接続を、別々に実施可能か否かについては、多極接触器の各蓄電池群１１１接点１１２ａと各箱接点１１３ａが同時に動作するため、一般には不可能であるが、限定的には他の蓄電池箱１０１の接触器を全て開にしていれば可能である。

　以上より、多極接触器を用いる実施例２においても、図４の蓄電池箱１０１は、接触器数がＮ＋１［個／箱］と少なく抑えられ、かつＮｏ．１、２～４～６の機能を発揮できる。Ｎｏ．３においても、他の箱の接触器を開にすれば対応可能である。全ての蓄電池群１１１のＰ側とＮ側に接触器を有し、接触器数が多い蓄電池箱１０１ｂと同等の効果を、接点数を減らしながら実現できる。

　ただし、実施例２において、蓄電池群１１１を個別に充電する手段がないため、蓄電池群１１１間で並列接続不可能と判定された蓄電池箱１０１は、自動的な制御では使用することができず、蓄電池群１１１を手動で個別に充放電回路に接続し、電圧調整する必要が有る。

　上述した鉄道車両用蓄電池システム１００、１９９は、自動車よりも多数の電池量を必要としている。蓄電池は、単一の電池セルの複数をパッケージ化された電池モジュール（蓄電池群１１１）の形態で蓄電池箱１０１の内部に格納されており、鉄道車両の性能を満たすように、直列接続された蓄電池群１１１をさらに並列に接続する。

　組電池の最大電流値や電荷容量を増やすためには、蓄電池群１１１の並列数を増やす必要があり、箱内で複数の蓄電池群１１１が並列接続され、さらに複数の蓄電池箱１０１が並列接続される。蓄電池箱１０１内には、蓄電池箱１０１と周辺回路を接続又は遮断する接触器が配設されている。接触器は、例えば、車両システムがオフの時は遮断（開操作）し、車両システムがオンの時は接続（閉操作）する。

　なお、上述の実施例では、鉄道車両に搭載される蓄電池システムを例示したが、その用途は鉄道車両に限定されない。本発明の技術思想は、定置用その他の様々なシステム内の蓄電池システムに対しても適用できる。また、上述の実施例では、蓄電装置を構成する蓄電池にリチウムイオン電池を適用した場合を例示したが、鉛電池やニッケル水素電池、又はコンデンサ等、その他の蓄電素子にも、同様に適用できる。

　蓄電池システム１００は、つぎのように総括できる。
［１］図２～図５に示す本蓄電池システム１００は、組電池と、組電池への充電装置（コンバータ５）及び放電装置（補機用インバータ１０）と、蓄電池箱１０１に配設された各群別の群開閉装置１１２と、並列化制御部２１０と、を備える。組電池は、蓄電池箱１０１を１つ以上有して本蓄電池システム１００を主要構成する。

　蓄電池箱１０１は、複数の蓄電池群１１１が並列接続されて格納される。並列化制御部２１０は、複数の蓄電池群１１１それぞれを均等な電圧に維持させる。群開閉装置１１２は、蓄電池群１１１それぞれの少なくとも一方の極（例えば正極）に、各群別に直列接続される。また、その反対の負極は、複数の蓄電池群１１１それぞれが接続点１１５Ｎに並列接続される。その接続点１１５Ｎには、各箱開閉装置１１３が１つ直列接続される。

　並列化制御部２１０は、各群別に直列接続された群開閉装置１１２それぞれを閉じることで、蓄電池箱１０１内の蓄電池群１１１を並列接続する。すなわち、並列化制御部２１０は、群開閉装置１１２それぞれの全部と、箱開閉装置１１３と、を閉じることで組電池内の蓄電池箱１０１を並列接続する。

　本蓄電池システム１００は、複数の蓄電池群１１１を内部に有した蓄電池箱１０１の複数を並列接続する際に、横流を制御する接触器１１２、１１３の総数を削減することが可能である。すなわち、開閉装置の数について、従来のものでは、各郡各極に１個ずつ不可欠であった。それに比べ、図４に示すように、本蓄電池システム１００は、２群１箱なら４個のところ３個とし、３群１箱なら６個のところ４個に減らせる。

　そのように簡素化したにも関わらず、本蓄電池システム１００は、電池交換作業に伴う危険防止（遠隔操作）も配慮しながら、なおかつ、各群開閉装置１１２と、各箱開閉装置１１３と、の合計を少数化できる。主に整備停車中に、一部の劣化蓄電池群１１１のみ交換した直後、各郡各箱の電圧差を横流少なく電圧均等化させるために必要最小限のスイッチ数を実現できる。

［２］図４に示した上記［１］において、並列化制御部２１０は、特定の蓄電池群１１１を組電池に接続して充電又は放電する場合、特定の蓄電池群１１１と直列に接続された群開閉装置１１２を閉とし、特定の蓄電池群１１１を有する蓄電池箱１０１の箱開閉装置１１３を閉とし、特定の蓄電池群１１１を有する蓄電池箱１０１の他の群開閉装置１１２を開とし、特定の蓄電池群１１１を有する蓄電池箱１０１以外の蓄電池箱１０１の箱開閉装置１１３を開とする。このような本蓄電池システム１００は、特定の蓄電池群１１１及びそれを含む蓄電池箱１０１を他のものから区別するように切り分けて充放電することにより、横流の原因となる充電率の差又は電圧差を解消できる。特に整備停車中に、一部の劣化蓄電池群１１１のみ交換する作業の効率化にも都合が良い。

［３］図６～図９に示すように、上記［１］において、並列化制御部２１０は、蓄電池箱１０１内で並列接続する蓄電池群１１１の相互間の電圧差から発生する電流値を電流計算値として計算し、電流計算値が安全上の閾値を超過して電圧調整が必要な場合に組電池が充電可能状態であるか否かを判定し、充電可能である場合は低電圧の蓄電池群１１１を最高電圧の蓄電池群１１１の電圧まで充電し、充電不可能である場合は高電圧の蓄電池群１１１を最低電圧の蓄電池群１１１の電圧まで放電する。

　つまり、本蓄電池システム１００は、架線に繋がって充電可能なとき、低電圧を高電圧に揃える方向に充電して並列化制御する。逆に、本蓄電池システム１００は、架線に繋がっていないとき、充電不可能と判断して、高電圧を低電圧に揃える方向に放電して並列化制御する。したがって、本蓄電池システム１００は、蓄電池電車ばかりか、ハイブリッド気動車にも好適である。本蓄電池システム１００は、複数の蓄電池群１１１と、１つ以上の電池箱１０１と、それぞれの電圧がいかなる値であっても、自動的な電圧調整で過大な横流を避けて並列接続を実現できる。

［４］上記［１］において、並列化制御部２１０は、並列接続する蓄電池箱１０１の相互間の電圧差から発生する電流値を計算し、電流計算値が安全上の閾値を超過して電圧調整が必要な場合に組電池が充電可能状態であるか否かを判定し、充電可能である場合は低電圧の蓄電池箱１０１を最高電圧の蓄電池箱１０１の電圧まで充電し、充電不可能である場合は高電圧の蓄電池箱１０１を最低電圧の蓄電池箱１０１の電圧まで放電する。このような本蓄電池システム１００は、蓄電池箱１０１の単位で横流を抑制するように構成されており、実際の車上装置としての設計、製造、及び保守が容易である。

　図６、図１８及び図１９に示すように、上記［３］、［４］の本蓄電池システム１００は、蓄電池群１１１又は蓄電池箱１０１を並列接続する際の横流値が安全上の閾値を逸脱する場合、各群接触器１１２と各箱接触器１１３を個別に操作し、電圧調整対象の蓄電池群１１１や電池箱１０１を外部の回路に接続し、充電又は放電することで電圧調整する。鉄道車両へ適応される本蓄電池システム１００によれば、横流を少なく電圧均等化させるため、走行割り込みのほか、回生電力による過電圧対策として補機への放電も含む具体的なスイッチ切替制御を確実に実現できる。

［５］上記［３］又は［４］において、並列化制御部２１０は、先に全ての蓄電池箱１０１内の蓄電池群１１１を電圧調整し並列接続した後、組電池全体の蓄電池箱１０１を電圧調整して並列接続する。蓄電池電車の場合、組電池全体を並列化制御するための所要時間が、例えば１０分程度かかるとしても、蓄電池箱１０１が複数あるうちの１つだけ短時間で並列化を完了して有効に機能できれば、とりあえず力行させられるので、可用性を維持し易い。つまり、先に全ての蓄電池箱１０１内の蓄電池群１１１を電圧調整すれば、同時完了でなくても、一番早く電圧調整の完了した蓄電池箱１０１だけを利用可能に選択すれば良い。

［６］図５及び図１７に示すように、上記［３］又は［４］において、並列化制御部２１０は、電圧調整の途中で運転台１２から走行指令の割り込みを受けた場合、電圧調整を中断すると同時に、並列接続可能な蓄電池群１１１に直結する開閉装置を全て閉操作する。このような本蓄電池システム１００によれば、続可能な蓄電池群１１１だけを選択的に接続して力行させられるので、緊急時にも立ち往生することが少なくて済む。

［７］図９に示すように、上記［６］において、並列化制御部２１０は、まず最も高電圧な蓄電池箱１０１を組電池に接続し、走行中接続した蓄電池箱１０１が電圧低下し、非接続の蓄電池箱１０１と同電圧となった場合、非接続の蓄電池箱１０１を新たに組電池に接続する。架線からの電力供給が得られずに、放電する一方の蓄電池電車において、このような本蓄電池システム１００は、使えるものと使えないものが混在するなかで、電圧差が無くなって使用可能になったものを順次接続して組電池に組み入れるので、航続可能距離を最大限に伸ばせる。

［８］上記［３］において、並列化制御部２１０は、電圧調整の対象とする蓄電池群１１１を、電圧調整に要する充放電電荷量が少ないものから順に選択する。このような本蓄電池システム１００を適用した車両は、緊急時に、まず走れるようにするための合理的で最適な並列化制御を実現できる。

［９］上記［３］又は［４］において、並列化制御部２１０は、電圧調整の対象とする蓄電池箱１０１又は蓄電池群１１１を、電池異常判定と開閉装置異常判定が生じていないものから選択する。このような本蓄電池システム１００を適用した車両は、冗長構成された組電池において、使えるものと使えないものが混在すれば、とりあえず走れるようにするための合理的で最適な制御を実現し、ダイヤどおりに運行し易く可用性維持できる。

［１０］図５、図８、図９及び図１７に示すように、上記［３］又は［４］において、並列化制御部２１０は、組電池内の接触器開閉状況と、各蓄電池群１１１電圧と、各蓄電池箱１０１電圧と、電圧調整残り時間と、航続可能距離と、最大加速力と、の少なくとも何れかを有する情報を運転台１２へ送信し、運転台１２に配設されたモニタで情報を表示する。このような本蓄電池システム１００を適用した車両は、運転士に対する蓄電池制御の負担を軽減できる。

［１１］図８及び図９に示すように、上記［１０］において、モニタ表示する情報は、さらに、現在時刻から電圧調整が継続され将来時間で走行指令が発せれられた場合の接触器開閉状況と、航続可能距離と、加速力と、の少なくとも何れかを有する。このような本蓄電池システム１００を適用した車両は、発車を待つ運転士に車両の状態を示すので、余裕と安心感を与える。

［１２］上記［１１］において、モニタ表示する情報は、電池箱１０１を並列化した時点の値が適用され、電圧調整の途中で走行開始した時点から航続可能距離の算出に供される。このような本蓄電池システム１００を適用した車両は、運転士にとって、蓄電池の残量を管理する負担を軽減できる。なお、実際の車両における並列化制御は、主に電池箱１０１の単位が多いものの、蓄電池群１１１の単位でも可能である。

［１３］上記［１０］において、モニタ表示する情報は、路線上の所定地点まで到達可能であるか否かの判定材料に供される。このような本蓄電池システム１００を適用した車両は、トンネル、橋梁、及びデッドセクション等から脱出し易くなるだけでなく、駅までたどり着けるか否かの判断にも信頼性を高められる。

［１４］図１５に示すように、上記［４］において、蓄電池群１１１に備わる開閉装置の全てと、箱開閉装置それぞれが１つの箱共有の開閉動作機構を共有し、同時に開閉動作可能である。このような接触器１１２、１１３は、単相両極開閉用のほか、三相回路用として、信頼性が高く、調達容易で、周知の既製品を流用できる。それを適用する本蓄電池システム１００は、その設計、製造及び保守が容易であり、実用性を高められる。

［１５］図６、図７、図１８及び図１９に示すように、上記［１４］において、組電池内で箱内の全ての蓄電池群１１１を並列したい蓄電池箱１０１を蓄電池箱１０１として、並列化制御部２１０は蓄電池箱１０１内で同時に並列接続される全ての蓄電池群１１１の相互間の電圧差から発生する電流値を計算し、電流計算値が安全上の閾値以内で並列接続が可能である場合、蓄電池箱１０１の箱共有の開閉動作機構を閉操作し、蓄電池箱１０１以外の箱共有の開閉動作機構を開操作することで、蓄電池箱１０１内の蓄電池群１１１の並列接続を、蓄電池箱１０１以外の蓄電池箱１０１と分離する。このような本蓄電池システム１００は、合理的で最適な並列化制御を実現できる。

　本発明の実施形態に係る鉄道車両用蓄電池制御方法（本方法）は、つぎのように総括できる。
［１６］図２～図７、図１８及び図１９に示すように、本方法は、並列接続された複数の蓄電池群１１１が格納された蓄電池箱１０１を１つ以上により形成される組電池に対し、並列化制御部２１０が、複数の蓄電池群１１１それぞれの電圧を均等に維持させるように並列化制御する。

　その並列化制御は、蓄電池箱１０１の中で、蓄電池群１１１それぞれの少なくとも一方の極に直列接続された各群別の群開閉装置１１２を開閉制御する。このような本方法において、群開閉装置１１２それぞれが直列接続された（例えば正）極に対する反対の（例えば負）極で、複数の蓄電池群１１１それぞれが並列接続された接続点１１５Ｎに、１つ直列接続された各箱開閉装置１１３を用いる。

　また、並列化制御部２１０は、群開閉装置１１２それぞれを閉じれば、蓄電池箱１０１内に限って蓄電池群１１１を並列接続できる。さらに、並列化制御部２１０は、群開閉装置１１２それぞれに加えて、箱開閉装置１１３まで閉じたならば、それを閉じた蓄電池箱１０１を組電池内に並列接続できる。このような本方法によれば、蓄電池群１１１相互間又は蓄電池箱１０１相互間の横流を抑制するために必要な接触器１１２、１１３の数を最少化できる。また、並列化制御のために充放電を必要とされる特定の蓄電池群１１１を組電池から安全に脱着させられる。つまり、横流によるアーク発生等の危険を防ぎながら、劣化した蓄電池群１１１を安全に交換できる。

１Ａ…蓄電池電車駆動システム、１Ｂ…ハイブリッド気動車用駆動システム（本ハイブリッド駆動システム）、２…パンタグラフ、３…エンジン、４…発電機、５…コンバータ、６…電動機用インバータ、７…電動機、８…減速機、９…輪軸、１０…補機用インバータ、１１…補機、１２…運転台１２、１３…車両制御装置、１４…架線、１５…アース、１００…鉄道車両用蓄電池システム（組電池）、１００Ｐ…蓄電池システムＰ端子、１００Ｎ…蓄電池システムＮ端子、１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ…蓄電池箱、１０１Ｐ…蓄電池箱Ｐ端子、１０１Ｎ…蓄電池箱Ｎ端子、１１１…蓄電池群、１１２…各群接触器、１１２ａ…各群接点、１１３…各箱接触器、１１３ａ…各箱接点、１１４…サービスコネクタ、１１５Ｐ…蓄電池群Ｐ側接続点、１１５Ｎ…蓄電池群Ｎ側接続点、１１６…多極接触器、１１６ａ…接点、１１６ｂ…開閉機構、２００、２９９…並列化制御系統、２０１…電池モジュール、２０２…セルコン基板、２０３…電流センサ、２０４…電圧センサ、２０５…電池箱制御基板、２０６…電池状態解析部、２０７…箱内接触器制御部、２０８…横流演算部、２０９…電圧調整目標値演算部、２１０…並列化制御部、３００…並列化制御フローチャート、４００…走行割込フローチャート、Ｓ１…開始ステップ、Ｓ２…車両システムオン判定ステップ、Ｓ３…電池状態解析ステップ、Ｓ４…対象箱選択ステップ、Ｓ５…群間横流演算ステップ、Ｓ６…群間横流安全判定ステップ、Ｓ７…各群接触器閉ステップ、Ｓ８…走行割込判定ステップ、Ｓ９…対象群選択ステップ、Ｓ１０…充電可能状況判定ステップ、Ｓ１１…充電群接続ステップ、Ｓ１２…蓄電池群充電ステップ、Ｓ１３…放電群接続ステップ、Ｓ１４…蓄電池群放電ステップ、Ｓ１５…群間電圧調整完了判定ステップ、Ｓ１６…各箱接触器開ステップ、Ｓ１７…全箱群間電圧調整完了判定ステップ、Ｓ１８…箱間横流演算ステップ、Ｓ１９…箱間横流安全判定ステップ、Ｓ２０…各箱接触器閉ステップ、Ｓ２１…走行割込判定ステップ、Ｓ２２…対象箱選択ステップ、Ｓ２３…充電可能状況判定ステップ、Ｓ２４…充電箱接続ステップ、Ｓ２５…電池箱充電ステップ、Ｓ２６…放電箱接続ステップ、Ｓ２７…電池箱放電ステップ、Ｓ２８…各箱接触器開ステップ、Ｓ２９…箱間電圧調整完了判定ステップ、Ｓ３０…終了ステップ、Ｔ１…走行割込開始ステップ、Ｔ２…使用可能電池箱判定ステップ、Ｔ３…最高電圧箱接続ステップ、Ｔ４…走行ステップ、Ｔ５…箱電圧一致ステップ、Ｔ６…各箱接触器閉ステップ、Ｔ７…全箱並列化判定ステップ、Ｔ８…終了ステップ、Ｕ１…開始ステップ、Ｕ２…車両システムオン判定ステップ、Ｕ３…電池状態解析ステップ、Ｕ４…対象箱選択ステップ、Ｕ５…群間横流演算ステップ、Ｕ６…群間電圧一致判定ステップ、Ｕ７…全箱群間電圧調整完了判定ステップ、Ｕ８…群間横流安全値判定ステップ、Ｕ９…多極接触器閉ステップ、Ｕ１０…電圧平坦化待ちステップ、Ｕ１１…多極接触器開ステップ、Ｕ１２…箱間横流演算ステップ、Ｕ１３…箱間横流安全値判定ステップ、Ｕ１４…全多極接触器閉ステップ、Ｕ１５…走行割込み判定ステップ、Ｕ１６…対称箱選択ステップ、Ｕ１７…充電可能状況判定ステップ、Ｕ１８…充電箱接続ステップ、Ｕ１９…電池箱充電ステップ、Ｕ２０…放電箱接続ステップ、Ｕ２１…電池箱放電ステップ、Ｕ２２…多極接触器開ステップ、Ｕ２３…箱間電圧調整完了判定ステップ、Ｕ２４…終了ステップ

Claims

　並列接続された複数の蓄電池群が格納された１つ以上の蓄電池箱と、
　複数の前記蓄電池群それぞれを均等な電圧に維持させる並列化制御部と、
　前記蓄電池箱に配設されて、
　前記蓄電池群それぞれの少なくとも一方の極に直列接続された各群別の群開閉装置と、
　を備えて組電池を構成する鉄道車両用蓄電池システムにおいて、
　前記群開閉装置それぞれが直列接続された極と反対の極で、複数の前記蓄電池群が並列接続された接続点に直列接続された各箱開閉装置を１つ有し、
　前記並列化制御部は、前記群開閉装置それぞれを閉じることで、前記蓄電池箱内の前記蓄電池群を並列接続し、前記群開閉装置それぞれと、前記箱開閉装置と、を閉じることで前記蓄電池箱を並列接続する、
　鉄道車両用蓄電池システム。
　前記並列化制御部は、
　特定の前記蓄電池群を前記組電池に接続して充電又は放電する場合、
　特定の前記蓄電池群と直列に接続された前記群開閉装置を閉とし、
　特定の前記蓄電池群を有する前記蓄電池箱の前記箱開閉装置を閉とし、
　特定の前記蓄電池群を有する前記蓄電池箱の他の前記群開閉装置を開とし、
　特定の前記蓄電池群を有する前記蓄電池箱以外の前記蓄電池箱の箱開閉装置を開とする、
　請求項１に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記並列化制御部は、
　前記蓄電池箱内で並列接続する前記蓄電池群の相互間の電圧差から発生する電流値を電流計算値として計算し、
　前記電流計算値が安全上の閾値を超過して電圧調整が必要な場合に前記組電池が充電可能状態であるか否かを判定し、
　充電可能である場合は低電圧の前記蓄電池群を最高電圧の前記蓄電池群の電圧まで充電し、
　充電不可能である場合は高電圧の前記蓄電池群を最低電圧の前記蓄電池群の電圧まで放電する、
　請求項１に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記並列化制御部は、
　並列接続する前記蓄電池箱の相互間の電圧差から発生する電流値を計算し、
　前記電流値が安全上の閾値を超過して電圧調整が必要な場合に前記組電池が充電可能状態であるか否かを判定し、
　充電可能である場合は低電圧の前記蓄電池箱を最高電圧の前記蓄電池箱の電圧まで充電し、
　充電不可能である場合は高電圧の前記蓄電池箱を最低電圧の前記蓄電池箱の電圧まで放電する、
　請求項１に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記並列化制御部は、
　先に全ての前記蓄電池箱内の前記蓄電池群を電圧調整し並列接続した後、
　前記組電池全体の前記蓄電池箱を電圧調整して並列接続する、
　請求項３又は４に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記並列化制御部は、
　前記電圧調整の途中で運転台から走行指令を受けた場合、
　前記電圧調整を中断すると同時に並列接続可能な前記蓄電池群に直結する開閉装置を全て閉操作する、
　請求項３又は４に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記並列化制御部は、
　まず最も高電圧な前記蓄電池箱を前記組電池に接続し、
　走行中前記接続した蓄電池箱が電圧低下し、非接続の蓄電池箱と同電圧となった場合、
　前記非接続の蓄電池箱を新たに前記組電池に接続する、
　請求項６に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記並列化制御部は、
　前記電圧調整の対象とする前記蓄電池群を、
　前記電圧調整に要する充放電電荷量が少ないものから順に選択する、
　請求項３に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記並列化制御部は、
　前記電圧調整の対象とする前記蓄電池箱又は前記蓄電池群を、
　電池異常判定と開閉装置異常判定が生じていないものから選択する、
　請求項３又は４に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記並列化制御部は、
　前記組電池内の接触器開閉状況と、各蓄電池群電圧と、各蓄電池箱電圧と、電圧調整残り時間と、航続可能距離と、最大加速力と、の少なくとも何れかを有する情報を運転台へ送信し、
　該運転台に配設されたモニタで前記情報を表示する、
　請求項３又は４に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記情報は、さらに、現在時刻から前記電圧調整が継続され将来時間で走行指令が発せれられた場合の接触器開閉状況と、航続可能距離と、加速力と、の少なくとも何れかを有する、
　請求項１０に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記情報は、電池箱を並列化した時点の値が適用され、前記電圧調整の途中で走行開始した時点から前記航続可能距離の算出に供される、
　請求項１１に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記情報は、路線上の所定地点まで到達可能であるか否かの判定材料に供される、
　請求項１０に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記蓄電池群に備わる開閉装置の全てと、前記箱開閉装置それぞれが１つの箱共有の開閉動作機構を共有し、同時に開閉動作可能な、
　請求項４に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　前記組電池内で箱内の全ての前記蓄電池群を並列したい蓄電池箱を蓄電池箱として、
　前記並列化制御部は前記蓄電池箱内で同時に並列接続される全ての前記蓄電池群の相互間の電圧差から発生する電流値を計算し、
　前記電流値が安全上の閾値以内で並列接続が可能である場合、
　前記蓄電池箱の箱共有の前記開閉動作機構を閉操作し、前記蓄電池箱以外の箱共有の前記開閉動作機構を開操作することで、
　前記蓄電池箱内の蓄電池群の並列接続を、前記蓄電池箱以外の前記蓄電池箱と分離する、
　請求項１４に記載の鉄道車両用蓄電池システム。
　並列接続された複数の蓄電池群が格納された蓄電池箱の１つ以上を並列接続して組電池に形成し、
　並列化制御部が、複数の前記蓄電池群それぞれの電圧を均等に維持させるように並列化制御するために、
　前記蓄電池箱の中で、前記蓄電池群それぞれの少なくとも一方の極に直列接続された各群別の群開閉装置を開閉制御する、
　鉄道車両用蓄電池制御方法において、
　前記群開閉装置それぞれが直列接続された極と反対の極を複数の前記蓄電池群が並列接続される接続点とし、
　該接続点に各箱開閉装置が１つ直列接続され、
　前記並列化制御部が、前記群開閉装置それぞれを閉じることで、前記蓄電池箱内の前記蓄電池群を並列接続し、前記群開閉装置それぞれと、前記箱開閉装置と、を閉じることで前記蓄電池箱を並列接続する、
　鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記並列化制御部は、
　特定の前記蓄電池群を前記組電池に接続して充電又は放電する場合、
　特定の前記蓄電池群と直列に接続された前記群開閉装置を閉とし、
　特定の前記蓄電池群を有する前記蓄電池箱の前記箱開閉装置を閉とし、
　特定の前記蓄電池群を有する前記蓄電池箱の他の前記群開閉装置を開とし、
　特定の前記蓄電池群を有する前記蓄電池箱以外の前記蓄電池箱の箱開閉装置を開とする、
　請求項１６に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記並列化制御部は、
　前記蓄電池箱内で並列接続する前記蓄電池群の相互間の電圧差から発生する電流値を電流値として計算し、
　前記電流値が安全上の閾値を超過して電圧調整が必要な場合に前記組電池が充電可能状態であるか否かを判定し、
　充電可能である場合は低電圧の前記蓄電池群を最高電圧の前記蓄電池群の電圧まで充電し、
　充電不可能である場合は高電圧の前記蓄電池群を最低電圧の前記蓄電池群の電圧まで放電する、
　請求項１６に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記並列化制御部は、
　並列接続する前記蓄電池箱の相互間の電圧差から発生する電流値を計算し、
　前記電流値が安全上の閾値を超過して電圧調整が必要な場合に前記組電池が充電可能状態であるか否かを判定し、
　充電可能である場合は低電圧の前記蓄電池箱を最高電圧の前記蓄電池箱の電圧まで充電し、
　充電不可能である場合は高電圧の前記蓄電池箱を最低電圧の前記蓄電池箱の電圧まで放電する、
　請求項１８に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記並列化制御部は、
　先に全ての前記蓄電池箱内の前記蓄電池群を電圧調整し並列接続した後、
　前記組電池全体の前記蓄電池箱を電圧調整して並列接続する、
　請求項１８又は１９に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記並列化制御部は、
　前記電圧調整の途中で運転台から走行指令を受けた場合、
　前記電圧調整を中断すると同時に並列接続可能な前記蓄電池群に直結する開閉装置を全て閉操作する、
　請求項１８又は１９に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記並列化制御部は、
　まず最も高電圧な前記蓄電池箱を前記組電池に接続し、
　走行中前記接続した蓄電池箱が電圧低下し、非接続の蓄電池箱と同電圧となった場合、
　前記非接続の蓄電池箱を新たに前記組電池に接続する、
　請求項２１に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記並列化制御部は、
　前記電圧調整の対象とする前記蓄電池群を、
　前記電圧調整に要する充放電電荷量が少ないものから順に選択する、
　請求項１８に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記並列化制御部は、
　前記電圧調整の対象とする前記蓄電池箱又は前記蓄電池群を、
　電池異常判定と開閉装置異常判定が生じていないものから選択する、
　請求項１８又は１９に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記並列化制御部は、
　前記組電池内の接触器開閉状況と、各蓄電池群電圧と、各蓄電池箱電圧と、電圧調整残り時間と、航続可能距離と、最大加速力と、の少なくとも何れかを有する情報を運転台へ送信し、
　該運転台に配設されたモニタで前記情報を表示する、
　請求項１８又は１９に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記情報は、さらに、現在時刻から前記電圧調整が継続され将来時間で走行指令が発せれられた場合の接触器開閉状況と、航続可能距離と、加速力と、の少なくとも何れかを有する、
　請求項２５に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記情報は、電池箱を並列化した時点の値が適用され、前記電圧調整の途中で走行開始した時点から前記航続可能距離の算出に供される、
　請求項２６に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記情報は、路線上の所定地点まで到達可能であるか否かの判定材料に供される、
　請求項２５に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記蓄電池群に備わる開閉装置の全てと、前記箱開閉装置それぞれが１つの箱共有の開閉動作機構を共有し、同時に開閉動作可能な、
　請求項１９に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。
　前記組電池内で箱内の全ての前記蓄電池群を並列したい蓄電池箱を蓄電池箱として、
　前記並列化制御部は前記蓄電池箱内で同時に並列接続される全ての前記蓄電池群の相互間の電圧差から発生する電流値を計算し、
　前記電流値が安全上の閾値以内で並列接続が可能である場合、
　前記蓄電池箱の箱共有の前記開閉動作機構を閉操作し、前記蓄電池箱以外の箱共有の前記開閉動作機構を開操作することで、
　前記蓄電池箱内の蓄電池群の並列接続を、前記蓄電池箱以外の前記蓄電池箱と分離する、
　請求項２９に記載の鉄道車両用蓄電池制御方法。