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JP7736632B2 - Railway vehicle battery system and control method thereof - Google Patents
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JP7736632B2 - Railway vehicle battery system and control method thereof - Google Patents

Railway vehicle battery system and control method thereof

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Description

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。 The present invention relates to a railway vehicle battery system and its control method.

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。 In recent years, advances in lithium-ion battery technology have led to the spread of railway vehicles (hereinafter also referred to as "vehicles") that use batteries as their energy source, such as hybrid diesel railcars and battery-powered electric trains. The batteries used to run such vehicles are used as an appropriately high-voltage, high-capacity energy source by forming battery packs consisting of single cells (hereinafter referred to as "battery cells" or "batteries") connected in series and parallel. If there is a voltage difference between multiple batteries connected in parallel, harmful cross currents will occur, and measures must be taken to prevent this. The following Patent Documents 1 to 5, for example, are known as technologies related to this cross current.

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。 Patent Document 1 discloses a method for connecting batteries that temporarily inserts a resistor in the path of the cross current to suppress the cross current. In this method, if there is a voltage difference between the battery groups before they are connected in parallel, the battery groups are connected in parallel via an additional resistor by operating a contactor, suppressing the cross current value. After the voltages between the battery groups are equalized by the cross current, the resistor is separated and the battery is connected to an external load.

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。 Patent Document 2 discloses a power storage device and battery control method in which circuit breakers are provided above and below all series-connected groups, and by connecting batteries in order from lowest voltage to highest, the number of batteries that can be connected in parallel is increased while leveling out the battery voltage.

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するように、接触器数が増加している。 In addition, in the technology of Patent Document 2, in order to prevent the cross current value from suddenly becoming large when batteries are connected in parallel without using a resistor, the parallel connection of the storage batteries with lower voltages is started first, thereby suppressing the cross current. In addition to this reason, the technology also aims to prevent electric shock, and the number of contactors is increased to ensure reliable disconnection by arranging contactors on both the positive and negative sides of each storage battery group.

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。 Patent Document 3 discloses a power storage system and connection method that determines whether the power storage system is in a charging mode, a discharging mode, a connected mode in which the power storage system is connected to a power grid, or an independent mode in which the connection is cut off, and enables multiple power storage devices to be effectively connected to a power conversion device.

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。 The technology of Patent Document 3 controls charging and discharging based on information that is distinguished between charging and discharging operations. In charging operations, this technology sequentially starts charging from a group of low-voltage batteries , and connects batteries in parallel in order of voltage matching that of the group of open-circuit batteries . In discharging operations, this technology sequentially starts discharging from a group of high-voltage batteries , and connects batteries in parallel in order of voltage matching that of the group of open-circuit batteries .

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。 Patent document 4 discloses a battery monitoring device that provides one open/close switch on the positive side and three open/close switches on the negative side for multiple battery modules, and can sometimes determine abnormalities using a common threshold value and individually isolate modules that are experiencing problems such as abnormalities.

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。 The battery monitoring device of Patent Document 4 has a circuit configuration including a contactor for disconnecting the storage battery groups arranged on the N side of each series group in the battery pack, and a main relay for disconnecting the battery pack arranged on the opposite P side after parallel connection. With this circuit configuration, each storage battery group in the battery pack can be individually disconnected by breaking the N side contactor, and all storage battery groups in the battery pack can be simultaneously disconnected by breaking the P side contactor.

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。 Patent Document 5 discloses a monitoring and control device, storage battery system, and method for monitoring and controlling multiple battery units and the PCS (Power Conditioning Subsystem) that charges and discharges them, including mathematical formulas that describe cross currents.

特開2013-240142号公報JP 2013-240142 A 特開2018-120663号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-120663 特開2021-052559号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-052559 特開2015-197359号公報JP 2015-197359 A 特開2021-125952号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-125952

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。 However, the battery pack in Patent Document 1 requires a resistor that is connected only when the battery is connected in parallel within the battery system, and multiple contactors that either connect through the resistor or separate the resistors, resulting in a larger system.

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。 Furthermore, in the energy storage device of Patent Document 2, in a circuit that connects the batteries directly in parallel without using a resistor, if the voltages of the battery groups differ significantly, simply changing the order cannot suppress the cross current below a threshold, and there are cases in which the battery groups cannot be connected in parallel without external charging and discharging.

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。 Furthermore, the battery system of Patent Document 3 has a circuit configuration that takes into consideration a case where battery groups are connected in parallel in one layer within a single system. Therefore, Patent Document 3 does not disclose a circuit configuration in which battery groups are further connected in parallel within a battery box that is connected in parallel, such as in a railway battery system.

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。 Furthermore, the battery monitoring device in Patent Document 4 is an invention whose primary purpose is to ensure reliable shutoff, and does not address how to close the contactors when a cross current occurs, or in particular the order in which to reclose them. Furthermore, Patent Document 4 only discusses a single battery pack and does not consider connections between multiple battery packs. Furthermore, Patent Document 5 does not disclose a railway vehicle battery storage system that minimizes the number of contactors required to suppress cross current.

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。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a railway vehicle battery system that minimizes the number of contactors required to suppress cross current between battery groups or battery boxes.

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。 The present invention, which solves the above-mentioned problems, provides a railway vehicle battery system comprising one or more battery boxes containing multiple battery groups connected in parallel, a parallelization control unit that maintains each of the multiple battery groups at an equal voltage, and group switchgears for each group that are disposed in the battery boxes and connected in series to at least one pole of each battery group, in which an assembled battery is formed. Each group switchgear has one box switchgear connected in series to a connection point where the multiple battery groups are connected in parallel, with a pole opposite to that of the series-connected pole, and the parallelization control unit connects the battery groups in the battery boxes in parallel by closing each group switchgear, and connects the battery boxes in parallel by closing each group switchgear and the box open/close device.

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。 According to the present invention, it is possible to provide a railway vehicle battery system that minimizes the number of contactors required to suppress cross current between battery groups or battery boxes.

横流の概念を説明するための回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram for explaining the concept of cross current. 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。1 is a diagram showing the system configuration of a battery electric railcar drive system (hereinafter also referred to as "this battery electric railcar drive system") 1A according to a first embodiment of the present invention. 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。1 is a diagram showing the system configuration of a hybrid diesel railcar drive system (hereinafter also referred to as "this hybrid drive system") 1B according to a first embodiment of the present invention. 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。1 is a diagram showing a circuit configuration of a railway vehicle battery system (hereinafter referred to as "the battery system") 100 according to a first embodiment of the present invention. 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。3 is a block diagram showing a parallel control system 200 in the battery electric railcar traction system 1A of FIG. 2. 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。6 is a flowchart 300 showing the processing procedure of the parallelization control unit 210 of FIG. 5. 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。4 is a flowchart 400 showing a control procedure for running cut-in in the battery electric railcar drive system 1A of FIG. 2. 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。7 is a time-series switch opening/closing table and graph showing the cruising range and acceleration force during charging under the parallel control of FIGS. 5 and 6 . 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。7 is a time-series switch opening/closing table and graph showing the cruising range and acceleration force during discharge under the parallel control of FIGS. 5 and 6 . 変形例aに係る蓄電池箱101aを示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a battery box 101a according to a modified example a. 変形例bに係る蓄電池箱101bを示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a battery box 101b according to a modified example b. 変形例cに係る蓄電池箱101cを示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a battery box 101c according to a modified example c. 変形例dに係る蓄電池箱101dを示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a battery box 101d according to a modified example d. 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。5 is a table comparing the effects of battery boxes 101a, 101b, 101c, and 101d of modified examples a to d with the battery box 101 of FIG. 4. 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。FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a multi-pole contactor 116 according to a second embodiment of the present invention. 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。FIG. 10 is a circuit diagram of a railway vehicle battery system 199 according to a second embodiment of the present invention. 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。FIG. 17 is a block diagram showing a parallel control system 299 applied to the battery storage system 199 of FIG. 16. 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。17 is a flowchart 300 showing the first half of the procedure of parallel control by the battery system 199 of FIG. 16. 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。19 is a flowchart 300 showing the latter half of the procedure of the parallelization control of FIG. 18. 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。17 is a table comparing the effects of battery boxes 101a, 101b, 101c, and 101d of modified examples a to d with the battery box 101 of FIG. 16.

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。 First, cross current will be explained using FIG. 1 and the following equation (1). Then, using FIGS. 2 to 20, the present battery electric train drive system 1A (FIG. 2), the present hybrid drive system 1B (FIG. 3), and the present battery systems 100, 199 (FIGS. 2 to 4, 16) mounted thereon will be explained. As will be described later using FIG. 4 and other figures, the present battery systems 100, 199 minimize the number of contactors 112, 113 required to suppress cross current between battery groups 111 or between battery boxes 101. Note that, unless there is a need to particularly distinguish the present battery system 199 of Example 2, they will be collectively referred to as the present battery system 100.

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。 The battery group 111 referred to here is an assembled battery formed by connecting an appropriate number of battery cells in series to obtain the voltage required for the application, with service connectors 114 provided on both poles. The battery box 101 is a box of a size that is convenient for installation and maintenance within the overall assembled battery configuration according to the application, and includes one or more battery groups 111. Since the present battery system 100 is primarily composed of assembled batteries, the assembled battery referred to here may be considered to be the same as the present battery system 100.

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R1に電圧V1を発生する電池1と、電圧V2、抵抗R2に電圧V2を発生する電池2と、を外部抵抗RPar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Icroは、スイッチSを閉じた瞬間に最大値が流れる。 Figure 1 is a circuit diagram to explain the concept of cross current. Cross current is the current that flows in a parallel circuit when there is a voltage difference between batteries connected in parallel. As shown in Figure 1, consider battery 1, which generates voltage V1 across resistor R1, and battery 2, which generates voltage V2 across resistor R2, connected in parallel via external resistor RPar and switch S. The cross current Icro in equation (1) below reaches its maximum value the moment switch S is closed.

なお、Icro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。 Note that Icro is positive for charging. Cross current flows in the charging direction in the low-voltage battery and in the discharging direction in the high-voltage battery. Cross current is generally at its maximum value at the moment of connection, and gradually decays until the open-circuit voltage values (which depend on the charging rate) between the parallel-connected batteries become the same.

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。 If the cross current is large, it may damage the batteries themselves as well as the contactors, fuses, and conductors connected to them. The multiple battery boxes 101 in the battery system 100 and the battery groups 111 therein are all connected in parallel and have the same voltage (e.g., 1600 V). Therefore, no large cross current flows when the contactors 112, 113 are opened and closed when the vehicle system is turned on and off. The vehicle system here refers to the battery electric train traction system 1A, the battery system 100, and the control system that controls the operating state of the entire vehicle in accordance with operating commands higher than the control hierarchy of the vehicle control device 13 (Figure 5).

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。 On the other hand, there are two cases in which the voltage of at least one of the battery group 111 and the battery box 101 becomes different from the voltage of the rest of the system. The first case occurs when a battery module in the battery system 100 is partially replaced. Since the number of years of use of a railway vehicle is longer than the lifespan of the storage batteries, partial battery replacement is often required when battery deterioration progresses locally. In this case, the voltages of the newly replaced batteries and the worn-out batteries will not match, and adjustment will be required.

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。 Second, even if a battery group 111 including a battery with an abnormality is disconnected from the battery-powered electric train traction system 1A, the remaining battery groups 111 can still be used to some extent, so there is a case where the charge rate fluctuates due to charging and discharging. When battery groups 111 with significantly different voltages are reconnected in parallel in this way, it is necessary to take measures to suppress cross current for safety reasons.

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。 Figure 2 shows the system configuration of the battery electric train drive system 1A. A battery electric train equipped with the battery electric train drive system 1A is a railway vehicle equipped with a chargeable and dischargeable battery system 100 as its driving energy source. In electrified sections, the train receives power from overhead lines, which is used for driving energy and charges the battery system, and in non-electrified sections, the train runs using the battery as its energy source.

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。 In Figure 2, solid lines indicate power transmission paths, double lines indicate torque transmission paths, and dashed lines indicate transmission paths for information such as control signals and sensor values. This battery-powered electric train drive system 1A functions to run on power from overhead lines in electrified sections and charge the battery, and to use the battery's power in non-electrified sections. First, the configuration of each device in this battery-powered electric train drive system 1A will be explained.

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。 The battery electric train drive system 1A is composed of a pantograph 2 that connects it to the overhead line, a converter 5 that converts overhead line power into the required DC power, a motor inverter 6 that converts the DC power into AC power, a motor 7 that drives the railway vehicle, a reducer 8 that reduces the output of the motor 7 and transmits it to the wheelset 9, an auxiliary inverter unit 10, auxiliary equipment 11 used for servicing the vehicle's lighting, air conditioning, etc., the battery system 100, a driver's cab 12 that has a display and generates driving commands in response to the driver's notch operation, and a vehicle control device 13 that generates control commands for the converter 5, the motor inverter 6, and the auxiliary inverter 10 based on the driving commands sent from the driver's cab 12 and the status of the battery system 100.

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。 The pantograph 2 is an electrical switch that moves up and down, and when it rises and comes into contact with the overhead line 14, it supplies DC or AC power from the overhead line 14 to the converter 4. When the pantograph 2 is in contact with the overhead line 14, the battery-powered train runs on power from the overhead line and charges the battery. On the other hand, when the pantograph 2 is not in contact with the overhead line 14, the battery-powered train uses the power from the battery for motive power, etc.

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。 Converter 4 receives DC or AC power output from pantograph 2, converts it into DC power corresponding to the commanded amount of power, and outputs it. Motor inverter 6 converts the DC power supplied via converter 5 into three-phase AC power to drive motor 7. Motor 7 receives the three-phase AC power output by motor inverter 6 as input, converts it into shaft torque, and outputs it.

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。 The reducer 8 reduces the rotational speed of the electric motor 7 by combining gears with different numbers of teeth, and the resulting amplified torque drives the wheelset 9, accelerating and decelerating the vehicle. A tachograph (not shown) is also attached to the wheelset 9 to measure vehicle speed. The auxiliary inverter 10 receives DC power between the converter 5 and the electric motor inverter 6, converts it into three-phase AC power, and outputs it.

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。 The auxiliary equipment 11 is service equipment such as vehicle lighting and air conditioning, and operates on power supplied by the auxiliary equipment inverter 10. The driver's cab 12 is equipped with a display that displays the time, vehicle speed, battery information, etc., and an input device that allows the driver to input driving commands, etc., into the control device 13. This battery system 100 is a device that stores energy to power the railway vehicle.

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。 The cab 12 may also be equipped with a remote control unit capable of remotely operating contactors 112, 113 (Figure 4) and other switching devices. For example, if the vehicle detects a regenerative overvoltage, the switching device for the battery pack, which is a major component of the battery storage system 100, may be automatically shut off. This situation is displayed on the cab, and the driver can see it, consult a maintenance shop, and then remotely close the battery pack switching device from the cab 12 to restart the system. The remote control unit is primarily used for battery replacement, which is performed while the vehicle is parked for maintenance, and is operated remotely because an arc can fly when a worker inserts or removes the service connector 114, posing a risk.

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や補器用インバータ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。 This battery electric train drive system 1A is charged with DC charging power output from the converter 5 and discharged to the motor inverter 6 and the auxiliary inverter 10. When the vehicle is applying regenerative braking, it also charges with DC charging power output from the motor inverter 6. The vehicle control device 13 outputs control signals to the converter 5, motor inverter 6, and auxiliary inverter 10 based on driving commands, the state of this battery electric train system 100, the state of the pantograph 2, etc., and controls the entire battery electric train drive system 1A. While this battery electric train system 100 is suitable for battery electric trains, it is not limited to these applications and is also suitable for hybrid diesel railcars, for example.

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。 Figure 3 shows the system configuration of the hybrid drive system 1B. A hybrid railcar equipped with the hybrid drive system 1B is a railway vehicle that is equipped with a storage battery system 100 on a conventional diesel railcar, charges with regenerative power during braking, and provides assistance from the storage battery and motor during power running. A hybrid railcar is a railway vehicle that does not use power from overhead lines, but runs on power generated by the engine and power from the storage battery. The engine does not operate constantly, but starts when continuous acceleration commands are input or when the storage battery's charge rate drops.

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。 In this hybrid drive system 1B, instead of an overhead line 14 and pantograph 2, the engine 3 has an engine 3 and a generator 4. The engine 3 outputs shaft torque according to an engine speed command value from a vehicle control device 13. The generator 4 receives the shaft torque of the engine 3 as input, converts it into three-phase AC power, and outputs it.

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。 Converter 5 receives the three-phase AC power output from generator 3, converts it into DC power corresponding to the commanded amount of power, and outputs it. The subsequent system configuration is the same as that of battery-powered electric railcar drive system 1A. The following explanation of Example 1 will be based on a battery-powered electric railcar, but the main parts of the invention also apply to hybrid diesel railcars.

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。 Figure 4 shows the circuit configuration of the battery system 100. The battery system 100 has multiple battery boxes 101 connected in parallel and is connected to the battery train drive system 1A via the battery system P terminal 100P and the battery system N terminal 100N. The battery system 100 is often grounded to a ground point 15 on the P terminal 100P side, the N terminal 100N side, or an intermediate potential point of the battery system 100. While the battery system 100 is illustrated only in the case where the N terminal 100N side is grounded, this configuration is not limiting.

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。 The battery box 101 has a housing indicated by the dashed line in Figure 4, and is attached to the railway vehicle as a unit of this housing. Multiple battery boxes 101 are connected in parallel via the battery box 101P terminal 101P and the battery box 101N terminal 101N, forming the battery system 100. Each battery box 101 contains multiple battery groups 111, group contactors 112, box contactors 113, and a service connector (also called a "service plug") 114.

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で分離する交換単位である。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。 The storage battery group 111 is a replacement unit in which multiple battery modules 201 (FIG. 5) are connected in series or parallel and separated by a service connector 114. This division is designed to be convenient for the mechanism and/or electrical control. The voltage and capacity of the storage battery group 111 increase in proportion to the number of battery modules 201 connected in series within the storage battery group 111, and the maximum current and capacity of the storage battery group 111 increase in proportion to the number of battery modules 201 connected in parallel.

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。 The number of series connections in the storage battery group 111 is designed to set a voltage that allows the converter 5 and motor inverter 6 of this battery electric railcar traction system 1A to operate efficiently. The number of parallel connections in the storage battery group 111 is an integer of two or more (FIGS. 10 to 13) within one box. Here, the battery module 201 is a collection of multiple battery cells connected in series or parallel for easy handling. A battery cell is the smallest unit of a battery, individually packaging the chemical reaction system of the battery.

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。 Each group contactor 112 is a contactor provided for one storage battery group 111, and corresponds to the "group switching device 112 for each group" as defined in the present invention. Each battery box contactor 113 is a contactor provided for one battery box 101, and corresponds to the "each box switching device 113 connected in series to a connection point 115N where multiple storage battery groups 111 are connected in parallel, with the polarity opposite to the polarity of the group switching devices 112 connected in series" as defined in the present invention. This battery box contactor 113 is a switching device whose circuit contacts are opened and closed by a remote control signal transmitted from the vehicle control device 13.

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。 Switchgear can be a variety of devices, including contactors, relays, circuit breakers, and switches, depending on their switching mechanism, current interruption capacity, and response speed, but any switching device that opens and closes the circuit contacts using a remote control signal will suffice. Each group contactor 112 and each box contactor 113 each has one contact and switching mechanism, and all of these contactors can operate independently. The service connector 114 is a switch that opens and closes directly, manually, rather than remotely.

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。 The service connector 114 is installed between the contactor and the storage battery, but is not limited to this configuration. Furthermore, the service connector 114 is always closed except during operations such as battery replacement. However, due to its nature of being opened and closed manually, it is unsafe to use it in situations where cross currents occur when the closing operation is performed.

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。 In this battery system 100, each group contactor 112 is installed on the positive side of each battery group 111 and on the negative side of the battery group 111 P-side connection point 115P, and each box contactor 113 is installed on the negative side of the battery group 111 N-side connection point 115N and on the positive side of the battery box 101 N terminal 101N, one for each battery box 101. In this battery system 100, when the service connector 114 is closed, the negative side of each battery group 111 is already connected. Note that this configuration may be reversed.

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。 The battery system 100 has roughly three advantages. First, each group contactor 112 can be remotely closed to connect the battery groups 111 in parallel and generate a cross current. Second, by closing each group contactor 112 and each box contactor 113, the battery boxes 101 can be connected in parallel on a box-by-box basis and connected to the battery system 100. Third, by closing each box contactor 113 and individually opening and closing each group contactor 112, any battery group 111 can be individually connected to the battery system 100.

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、補器用インバータ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。 Figure 5 is a block diagram showing the paralleling control system 200 in the battery electric train drive system 1A of Figure 2. The paralleling control system 200 is primarily composed of a vehicle control device 13, multiple battery boxes 101, a pantograph 2, a converter 5, an auxiliary inverter 10, and a driver's cab 12. The configuration and operation will be explained below.

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。 The battery box 101 includes a plurality of storage battery groups 111, a battery box control board 205, a current sensor (CT: Current Transformer) 203 installed in each storage battery group 111 and converting the current value flowing through it into a voltage signal, a voltage sensor (PT: Potential Transformer) 204 installed in each storage battery group 111 and converting the voltage value into a voltage signal, each group contactor 112, and each box contactor 113.

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。 The storage battery group 111 is composed of multiple battery modules 201. Each battery module 201 is provided with a cell control board 202 that monitors the status of the multiple battery cells contained therein. The cell control board is a board equipped with sensors and communication functions, and in this storage battery system 100, it measures the voltages of all cells in the battery module 201 and the temperature at a representative point, and transmits the results as signals to a battery control board 205.

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。 The battery box control board 205 is a control board installed in each battery box 101 and includes a battery status analysis unit 206 and an in-box contactor control unit 207. The battery status analysis unit 206 is a calculation unit that analyzes the battery status inside the box and transmits information to the vehicle control device 13 and the in-box contactor control unit 207.

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。 The battery state analysis unit 206 receives as input the cell voltages and temperatures transmitted from all cell control boards 202, the group currents transmitted from all current sensors 203, and the group voltages transmitted from all voltage sensors 204. The battery state analysis unit 206 outputs the group resistances, group voltages, cell resistances, and maximum cell voltages required for paralleling control to the vehicle control unit 13, and outputs a battery abnormality determination to the in-box contactor control unit 207 and the vehicle control unit 13.

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。 Cell resistance is calculated, for example, by calculating the charge rate of each cell from battery information, and then calculating the resistance from the battery temperature and resistance degradation rate of each cell. Methods for calculating the charge rate and resistance degradation rate are generally known and will not be described in detail here, but group current is used in these calculations. Group resistance is calculated as the sum of component resistances that reflect the series-parallel connection of all cell resistances within the storage battery group 111. Each group voltage is the detected value of the voltage sensor 204. Cell voltage is the detected value of the cell controller 202.

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。 It is most desirable to calculate the cell resistance and cell voltage individually for all cells, but this can be simplified. As an example of simplification, if there are performance limitations due to the battery box control board 205 or the number of voltage sensors and temperature sensors, the average cell resistance may be output, and the voltage of the highest cell may be output. Battery abnormality determination determines whether the battery's group voltage, group current, cell voltage, temperature, etc. have reached abnormal values.

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。 The box-internal contactor control unit 207 is a control unit that operates the contactors in accordance with the contactor operation signal and opens the contactors in the event of an abnormality, protecting the battery. The box-internal contactor control unit 207 receives as input the contactor operation command output from the vehicle control device 13, the battery abnormality determination output by the battery state analysis unit 206, the group contactor status output by all group contactors 112, and the box contactor status output by all box contactors 113, and outputs group contactor operations to each group contactor 112 and box contactor operations to each box contactor 113.

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。 The box contactor control unit 207 operates each group contactor 112 and each box contactor 113 in accordance with the contactor operation command output from the vehicle control device 13. If a battery abnormality determination is input from the battery state analysis unit 206, it opens each group contactor 112 and each box contactor 113 in response to the abnormality, regardless of the contactor operation command. In addition, if the state of each group contactor or each box contactor does not match the contactor operation command, it sends a contactor operation command again. If the state does not match the contactor operation command for a long period of time, it sends a contactor failure determination to the vehicle control device 13.

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。 Generally, the electrical box control board 206 has various other functions, but these will not be described in detail here. The vehicle control device 13 is a device that controls the entire battery electric train drive system 1A. The paralleling control system 200 integrates information from the entire system and issues instructions for opening and closing contactors and charging and discharging batteries.

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。 The vehicle control device 13 has a cross current calculation unit 208, a voltage adjustment target value calculation unit 209, and a parallelization control unit 210. Generally, the vehicle control device 13 has various other functions in addition to these, but these will not be described in detail here. The cross current calculation unit 208 inputs battery status information (each group resistance, each group voltage, cell resistance, cell voltage) for all battery boxes 101, determines whether each contactor can be closed, and outputs the result. Whether a contactor can be closed is determined, for example, based on whether a battery cell is predicted to be overvoltage.

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CCViを下式(2)で演算する。ここでOCViはセルの開放電圧、Ri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。 In this case, the cross current calculation unit 208 first calculates the cross current using the above formula (1), and then calculates the closed circuit voltage CCVi of battery cell i when the cross current flows using the following formula (2): where OCVi is the open circuit voltage of the cell, Ri is the resistance value of battery cell i, and N is the number of parallel battery cells in the storage battery group 111.

上式(2)で定義される横流発生時の閉回路電圧CCVi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。 When the closed circuit voltage CCVi at the time of cross current occurrence, as defined by the above formula (2), is less than the threshold for determining a high voltage abnormality for all battery cells i through which current flows when the contactor is operated, if the cross current is a charging current, or greater than the threshold for determining a low voltage abnormality for the cross current is a discharging current, the contactor can be closed; otherwise, it cannot be closed.

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OCVi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OCVi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。 If it is not possible to perform calculations for all battery cells i, the possibility of contactor operation is determined based on, for example, whether a high voltage abnormality does not occur in the battery cell with the highest open-circuit voltage OCVi of the storage battery group 111 being charged, and whether a low voltage abnormality does not occur in the battery cell with the lowest open-circuit voltage OCVi of the storage battery group 111 being discharged.

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。 Furthermore, the contactor closing operation is only possible if the overcurrent does not exceed the upper limit current of the battery cells, modules, contactors, cables, fuses (not shown), etc. If the cross current calculation unit 208 determines that the contactor closing operation is not possible due to the occurrence of a cross current, the voltage adjustment target value calculation unit 209 is a calculation unit that causes the parallelization control unit 210 to charge or discharge the storage battery groups 111 or battery boxes 101 to be paralleled, and calculates a voltage target value that makes the voltages of the storage battery groups 111 or battery boxes 101 to be paralleled equal.

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。 The system outputs the voltage adjustment target values for each storage battery group 111 and each storage battery box 101 individually using battery status information (each group resistance, each group voltage, cell resistance, cell voltage) of all battery boxes 101 and the charging availability vehicle status output by the pantograph 2 as inputs. In a battery train, whether charging is possible or not depends on the vehicle's location on the line.

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。 When overhead wires 14 are present on the vehicle and the pantograph 2 is in contact with the overhead wires 14, charging is possible, and the voltages are made uniform through the charging operation of the converter 5. Therefore, the voltage adjustment target value of each storage battery group 111 is the maximum storage battery group 111 voltage in the respective box 101, and the voltage adjustment target value of each storage battery box 101 is the maximum storage battery box 101 voltage in this storage battery system 100.

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、補器用インバータ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。 In contrast, when there are no overhead wires on the vehicle and the pantograph 2 is not in contact with the overhead wire 14, charging is not possible, so the voltage is made uniform by the discharge operation of the auxiliary inverter 10. Therefore, the voltage adjustment target value for each storage battery group 111 is the lowest storage battery group 111 voltage in the respective box 101, and the voltage adjustment target value for each storage battery box 101 is the lowest storage battery box 101 voltage in the storage battery system 100. The safest voltage adjustment target value is the minimum or maximum voltage described above, but in order to shorten the voltage adjustment time, there is no problem even if the voltage is within a range in which cross currents are generated, as long as the cross currents are within a safe range.

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、補器用インバータ10の出力指令、運転台12の表示情報を出力する。 The paralleling control unit 210 is a control unit that performs contactor opening and closing operations and battery charging/discharging instructions. It receives inputs such as the vehicle charging status output from the pantograph 2, battery abnormality determination and contactor abnormality determination output from all battery boxes 101, contactor closing operation determination output from the cross current calculation unit 208, the voltage adjustment target value output from the voltage adjustment target value calculation unit 209, and the system startup command and running interrupt command output from the cab 12, and outputs contactor operation commands for all battery boxes 101, pantograph 2 operation commands, converter 5 output commands, auxiliary inverter 10 output commands, and display information for the cab 12.

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。 The driver evaluates the cab 12 display information displayed on the monitor in the cab 12 and issues a command from the cab 12. The main operations of the paralleling control unit 210 are contactor opening/closing commands and voltage adjustment when cross current is predicted to occur. After receiving a system start command from the cab 12, the contactor opening/closing command is issued when the cross current calculation unit 208 determines that the contactor closing operation is possible for the contactor to be closed, and if there are no problems in the battery abnormality determination or contactor abnormality determination, the contactor is closed.

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。 If the cross current calculation unit 208 determines that the contactor closing operation is not possible due to the occurrence of a cross current, the parallelization control unit 210 charges or discharges the storage battery groups 111 or battery boxes 101 to be paralleled, and equalizes the voltages of the storage battery groups 111 or battery boxes 101 to be paralleled. Here, the order of parallelization is such that the storage battery groups 111 in each box are paralleled, and then the storage battery boxes 101 are paralleled.

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。 Since charging is possible in sections where overhead wires are present on the vehicle, the paralleling control unit raises the pantograph 2 to make contact, operates the converter 5, and then operates the contactors of the low-voltage storage battery group 111 or battery boxes individually to connect them and charge them up to the target value of the voltage adjustment target value calculation unit 209. After charging, the cross current calculation unit 208 determines whether the contactors can be closed, so parallel connection is performed.

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、並列化制御部は補器用インバータ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。 On the other hand, since charging is not possible in sections where there are no overhead lines on the vehicle, the paralleling control unit operates the auxiliary inverter 10, and then operates the contactors of the high-voltage storage battery group 111 or battery boxes individually to connect them and discharge them to the target value of the voltage adjustment target value calculation unit 209. After charging, the cross current calculation unit 208 determines whether the contactors can be closed, so parallel connection is performed.

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。 When there are three or more storage battery groups 111 or storage battery boxes 101 in a box, and the cross current calculation unit 208 determines that parallelization is possible but the voltages do not match and a certain cross current value occurs, it is generally desirable to connect the batteries in parallel starting from the lower voltage side, as shown in Patent Document 2. This is because, due to the electrochemical characteristics inside lithium-ion batteries, the problem caused by actual cross current is more serious when the battery exceeds the upper closed circuit voltage limit as shown in Equation (2) above than when the battery exceeds the lower closed circuit voltage limit, so it is safer to gradually align the voltages starting from the low voltage side where the cross current becomes a charging current.

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。 Figure 6 is a flowchart 300 showing the processing steps of the paralleling control unit 210 in Figure 5. That is, the paralleling control of Example 1 shown in Figure 6 is the overall paralleling control by the paralleling control unit 210 from the start of the vehicle system (S2) to the completion of paralleling processing of the battery system (S30) and entering a battery-powered running state. The running interrupt command (S8) is a command that causes the paralleling control unit 210 to interrupt voltage adjustment and transition to a running state midway through the paralleling control flowchart 300 shown in Figure 6. In start step S1, the paralleling control flowchart 300 by the paralleling control unit 210 begins. At this time, the battery electric train drive system 1A is in the off state, and all group contactors 112 and all box contactors 113 are in the open state. Note that the order of priority for aligning the contacts within each box and then by box is more convenient for emergency running; for example, a battery electric train can be powered with just one box.

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。 In vehicle system on determination step S2, the paralleling control unit 210 determines whether the vehicle system key is on. If the key is on, the paralleling control unit 210 proceeds to the next step, and if the key is off, it returns to S2. In battery status analysis step S3, the battery box control boards 205 in all boxes analyze the battery status (each group resistance, each group voltage, cell resistance, cell voltage) and battery abnormality determination for each battery box 101, and transmit the results to the vehicle control device 13.

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。 In the target box selection step S4, the parallelization control unit 210 selects a target box i for parallelizing the battery groups 111 in the battery boxes 101. The order of the i may be arbitrary, but in order to maximize the number of battery boxes 101 that can be used when switching to a driving cut-in, it is desirable to perform the parallelization control in order of the least amount of charge/discharge required for voltage adjustment of the battery groups 111 in the box. Furthermore, it is desirable to postpone parallelization control for boxes that have been determined to have a battery abnormality or contactor abnormality, as this is disadvantageous for emergency driving.

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。 In the inter-group cross current calculation step S5, the parallelization control unit 210 calculates the cross current value when the cross current calculation unit 208 closes each group contactor 112 in the battery box 101, and determines whether the inter-group cross current value is small and whether safe parallelization is possible. When there are three or more battery groups 111, the parallelization control unit 210 calculates the cross current value when paralleling is performed from the low-voltage side.

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。 In inter-group cross current safety determination step S6, if it is determined in inter-group cross current calculation step S5 that the inter-group cross current value is small and safe parallel connection is possible, proceed to each group contactor closing step S7. In inter-group cross current safety determination step S6, if it is determined that the inter-group cross current value is large and safe parallel connection is not possible, proceed to inter-group voltage adjustment from running interrupt determination step S8 to each box contactor opening step S16.

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。 In each group contactor closing step S7, the paralleling control unit 210 closes each group contactor 112 in each battery box i to connect the storage battery groups 111 in parallel within a range where the inter-group cross current value is small and safe parallel connection is possible, based on the contactor closure determination calculated by the cross current calculation unit 208. If the paralleling control unit 210 receives a traveling cut-in command from the cab 12 as the first stage of inter-group voltage adjustment in traveling cut-in determination step S8, it interrupts inter-group voltage adjustment and proceeds to each group contactor closing step S7.

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。 In the traveling interrupt determination step S8, the parallelization control unit 210 does not necessarily operate at a single point between steps S6 and S8, but always operates during the voltage adjustment operations S8 to S16, and once a traveling interrupt command is issued, it simply proceeds to step S7 for closing the contactors of each group. In the target group selection step S9, the parallelization control unit 210 selects a target group k for paralleling the storage battery groups 111 in the box. The order of k may be arbitrary, but it is desirable to postpone the group k for which a battery abnormality or contactor abnormality has been determined.

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。 In chargeability status determination step S10, the parallelization control unit 210 determines whether the vehicle is chargeable or not, corresponding to the contact status of the pantograph 2 with the overhead wire, and determines whether voltage adjustment should be performed by charging or discharging, and the voltage adjustment target value calculation unit 209 calculates the voltage adjustment target value. If the pantograph 2 is in contact with the overhead wire 14 and charging is possible, the parallelization control unit 210 sets the voltage adjustment target value to the highest battery group 111 voltage and proceeds to charging group connection step S11. Conversely, if the pantograph 2 is not in contact with the overhead wire 14 and charging is not possible, the voltage adjustment target value is set to the lowest battery group 111 voltage and proceeds to discharging group connection step S13.

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。 In the charging group connection step S11, if the target storage battery group 111k has a voltage lower than the voltage adjustment target value and needs to be charged, the parallelization control unit 210 connects the group contactors 112 and box contactors 113 corresponding to the target storage battery group 111k, connects it to the battery electric train traction system 1A, and makes it ready for charging. If the target storage battery group 111k has a voltage higher than the voltage adjustment target value and does not need to be charged, the parallelization control unit 210 proceeds to the next step.

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。 In the storage battery group 111 charging step S12, if the target storage battery group 111k has a voltage lower than the voltage adjustment target value and needs to be charged, the parallelization control unit 210 starts the converter 5 to charge the target storage battery group 111k up to the voltage adjustment target value. Conversely, if the target storage battery group 111k has a voltage higher than the voltage adjustment target value and does not need to be charged, the process proceeds to the next step.

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。 In the discharge group connection step S13, if the target storage battery group 111k has a voltage higher than the voltage adjustment target value and therefore needs to be discharged, the parallelization control unit 210 connects the group contactors 112 and box contactors 113 corresponding to the target storage battery group 111k, connects them to the battery electric train traction system 1A, and sets them in a state where they can be discharged. Conversely, if the target storage battery group 111k has a voltage lower than the voltage adjustment target value and therefore does not need to be discharged, the parallelization control unit 210 proceeds to the next step.

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、補器用インバータ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。 In the storage battery group 111 discharging step S14, if the target storage battery group 111k has a voltage higher than the voltage adjustment target value and therefore needs to be discharged, the parallelization control unit 210 starts the auxiliary inverter 10 to discharge the target storage battery group 111k to the voltage adjustment target value. Conversely, if the target storage battery group 111k has a voltage lower than the voltage adjustment target value and therefore does not need to be discharged, the process proceeds to the next step.

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。 In the paralleling control unit 210, the cross current calculation unit 208 again determines whether or not the contactors can be closed in inter-group voltage adjustment completion determination step S15. If the determination result indicates that voltage adjustment of each storage battery group 111 in the box is not complete and all group contactors 112 cannot be closed, the process returns to before the travel interrupt determination step S8 and proceeds to voltage adjustment of the next storage battery group 111. Conversely, if voltage adjustment of all storage battery groups 111 is complete and it is determined that each group contactor 112 can be closed, the process proceeds to each box contactor opening step S16.

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。 In the individual box contactor opening step S16, the paralleling control unit 210 opens each box contactor 113. This is to isolate battery box 101i from the battery electric train traction system 1A and prevent cross currents from flowing between battery box 101i and battery box 101i+1 when the voltage of battery box 101i+1 is next adjusted. At this time, each group contactor 112 can be in the closed state.

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。 After each box contactor opening step S16, the paralleling control unit 210 merges into each group contactor closing step S7. In all box-group voltage adjustment completion determination step S17, the paralleling control unit 210 determines whether voltage adjustment between the storage battery groups 111 in all battery boxes 101 has been completed. If not completed, the paralleling control unit 210 returns to target box selection step S4, changes the target battery box for voltage adjustment to the next battery box (i+1), and repeats the in-box voltage adjustment process. Conversely, if voltage adjustment of each storage battery group 111 in all battery boxes 101 has been completed, the process proceeds to the next step.

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。 In inter-box cross current calculation step S18, the parallelization control unit 210 calculates the cross current value when the cross current calculation unit 208 closes each box contactor 113 in the battery system 100 while each group contactor 112 is in the closed state at the end of step S17, and determines whether the inter-box cross current value is small and safe parallelization is possible. If the result of this determination is that there are three or more battery boxes 101, the parallelization control unit 210 calculates the cross current value when parallelization is performed from the low-voltage side.

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。 If the paralleling control unit 210 determines in step S19 that the inter-box cross current value is small and safe parallel connection is possible in step S18 of determining whether the inter-box cross current is safe, the process proceeds to step S20 of closing each box contactor. Conversely, if the paralleling control unit 210 determines that the inter-box cross current value is large and safe parallel connection is not possible, the process proceeds to step S21 of determining whether the traveling interruption has occurred and step S29 of determining whether the inter-box voltage adjustment is complete to adjust the inter-box voltage.

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。 In the each box contactor closing step S20, the parallelization control unit 210 closes each box contactor 113 in the battery system 100 to connect the battery boxes 101 in parallel, based on the contactor closure determination calculated by the cross current calculation unit 208, within the range where the inter-box cross current value is small and safe parallel connection is possible.

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。 Figure 7 is a flowchart 400 showing the control procedure for running cut-in in the battery electric train drive system 1A of Figure 2. In the running cut-in determination step S21 in Figure 6, as in the running cut-in determination step S8, if the paralleling control unit 210 receives a running cut-in command from the driver's cab 12 as the first stage of inter-box voltage adjustment, it interrupts inter-box voltage adjustment and proceeds to running cut-in start step T1 in the running cut-in control flowchart 400 of Figure 7. The paralleling control unit 210 uses the power of the box with the higher voltage to power the boxes, and when that voltage drops and becomes equal, it combines them.

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。 The parallelization control unit 210 does not necessarily operate the running interrupt determination step S21 at a single point between steps S19 and S22, but rather operates it constantly during the voltage adjustment operations from S22 to S29. When a running interrupt command is issued, the parallelization control unit 210 simply proceeds to start step T1 of the running interrupt control flowchart 400.

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。 In the target box selection step S22, the parallelization control unit 210 selects a target box i for paralleling the battery boxes 101 in the battery system. The order of i may be arbitrary, but it is desirable to select boxes for which a battery abnormality or contactor abnormality has been determined last. In the chargeability status determination step S23, the parallelization control unit 210 determines the chargeability vehicle status corresponding to the contact status of the pantograph 2 with the overhead wire, as in the chargeability status determination step S10. Based on the determination result, the parallelization control unit 210 determines whether voltage adjustment should be performed by charging or discharging. At that time, the voltage adjustment target value calculation unit 209 calculates the voltage adjustment target value.

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。 If the pantograph 2 is in contact with the overhead line 14 and charging is possible, the parallelization control unit 210 sets the voltage adjustment target value to the maximum battery box voltage and proceeds to charging box connection step S24. Conversely, if the pantograph 2 is not in contact with the overhead line 14 and charging is not possible, the voltage adjustment target value is set to the minimum battery box voltage and proceeds to discharge box connection step S26.

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。 In charging box connection step S24, similar to charging group connection step S11, if the target battery box i has a lower voltage than the voltage adjustment target value and requires charging, the parallelization control unit 210 connects each box contactor 113 corresponding to the target battery box i (at this time, each group contactor 112 is already closed). Then, the parallelization control unit 210 connects each box contactor 113 corresponding to the target battery box i to the battery electric train traction system 1A, making it ready for charging. Conversely, if the target battery box i has a higher voltage than the voltage adjustment target value and does not require charging, the process proceeds to the next step.

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。 In the battery box charging step S25, similar to the storage battery group 111 charging step S12, if the target battery box i has a voltage lower than the voltage adjustment target value and needs to be charged, the parallelization control unit 210 activates the converter 5 to charge the target battery box i up to the voltage adjustment target value. Conversely, if the target battery box i has a voltage higher than the voltage adjustment target value and does not need to be charged, the process proceeds to the next step.

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。 In the discharge box connection step S26, similar to the discharge group connection step S13, if the target battery box i has a higher voltage than the voltage adjustment target value and discharge is required, the parallelization control unit 210 connects each box contactor 113 corresponding to the target battery box i (at this time, each group contactor 112 is already closed). Then, the parallelization control unit 210 connects each corresponding box contactor 113 to the battery electric train traction system 1A, making it ready for discharge. Conversely, if the target battery box i has a lower voltage than the voltage adjustment target value and discharge is not required, the process proceeds to the next step.

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、補器用インバータ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。 In battery box discharging step S27, similar to battery box discharging step S14, if the target battery box i has a higher voltage than the voltage adjustment target value and discharging is required, the parallelization control unit 210 starts the auxiliary inverter 10 and discharges the target battery box i to the voltage adjustment target value. Conversely, if the target battery box i has a lower voltage than the voltage adjustment target value and discharging is not required, the parallelization control unit 210 proceeds to the next step.

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。 In each box contactor opening step S28, the parallelization control unit 210 opens each box contactor 113 of battery box 101i. This is to isolate battery box 101i from the battery electric train traction system 1A and prevent cross current from flowing between battery box 101i and battery box 101i+1 when adjusting the voltage of battery box 101i+1 next. At this time, each group contactor 112 can be in the closed state.

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。 In box-to-box voltage adjustment completion determination step S29, the parallelization control unit 210 determines whether voltage adjustment has been completed for all battery boxes 101, similar to step S17 for determining completion of voltage adjustment between all box groups. If not completed, the process returns to target box selection step S22, the next battery box i+1 is selected for voltage adjustment, and the voltage adjustment process within the box is repeated. If voltage adjustment has been completed for all battery boxes 101, the parallelization control unit 210 proceeds to step S20 for closing the contactors of each box.

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。 In end step S30, the parallelization control unit 210 completes the parallelization process, and the battery system 100 is connected to the battery train traction system 1A and is in a battery-powered running state. In this way, the battery system 100 can adjust the voltages of all the battery groups 111 and all the battery boxes individually, allowing any combination of voltages for the battery groups 111 and battery boxes 101. Furthermore, regardless of whether the railcar is in a chargeable state or not, the battery system 100 can automatically adjust the voltages of all the battery groups 111 and battery boxes 101 individually and connect them in parallel within a safe cross current range.

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。 These charging and discharging operations for voltage adjustment require a certain amount of time. The battery-powered electric train traction system 1A desirably starts running after all of the battery boxes 101 and the battery groups 111 therein in the battery system 100 are connected in parallel, but in an emergency, it is necessary to be able to start running even if maximum output is not available.

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。 Therefore, when a running interrupt command is output from the cab 12, it is necessary to interrupt the voltage adjustment process shown in the flowchart 300 and immediately set the battery system 100 to a state where it can be charged and discharged. In this case, even if not all the batteries are connected in parallel, each battery group 111 has a voltage that can operate the motor inverter 6, so that low-power running is possible.

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。 Furthermore, in an actual battery system 100, due to issues such as control division, if the battery groups 111 in the battery box 101 are not all connected in parallel, the battery box 101 may not be able to connect to the battery system 100. In such cases, it is important to first adjust the voltage between the battery groups 111 in the battery box 101 so that each battery box 101 can be connected to the battery system 100 in an emergency.

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。 Therefore, the parallelization control flowchart 300 shown in Figure 6 is characterized in that voltage adjustment between battery boxes 101 is performed after all voltage adjustments of the battery groups 111 in each battery box 101 have been completed. This allows the voltages in each battery box to be equalized as quickly as possible, and even if a traveling interrupt command is issued during voltage adjustment, the battery boxes 101 are used one by one starting with the highest voltage, and the voltage of the battery box 101 in use drops as it is used. Each time the voltage of the battery box 101 in use becomes equal to that of the unused battery box 101, the battery box 101 is connected in parallel again, thereby maximizing the travel distance.

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。 This will be explained using a control flowchart 400 for a driving cut-in. Figure 7 shows the control flowchart 400 for a driving cut-in according to Example 1 of the present invention. At any point in the parallel control flowchart 300 of Figure 6, a driving cut-in is issued by the vehicle system, and the method of using the storage battery when a driving cut-in is performed is shown from the driving cut-in start step T1.

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。 The vehicle system starts the control procedure of the travel interruption control flowchart 400 at travel interruption start step T1 in Figure 7. Travel interruption start step T1 in Figure 7 is the same as that in Figure 6. At this time, in accordance with the parallelization control flowchart 300, in this battery system 100, each group contactor 112 is in the closed state and all individual box contactors 113 are in the open state within the range where there are no cross current value problems in all battery boxes 101.

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。 In the usable battery box determination step T2, the parallelization control unit 210 determines whether each battery box 101 can be used individually. "Individually usable" means that the battery boxes 101 can be connected individually to the battery electric train drive system 1A and can run, regardless of the cross current value when the boxes are connected in parallel.

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。 The criteria for judgment are the battery abnormality judgment and contactor abnormality judgment output by the battery box control board 205 (FIG. 5), and the closed state of each group contactor. The closed state of each group contactor assumes the case where the battery box 101 cannot be connected to the battery system 100 unless all of the battery groups 111 in the battery box are connected in parallel due to issues such as the division of control of the actual battery system.

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。 In the highest voltage box connection step T3, the battery box control board 205 closes the box contactors 113 of each battery box 101 that the cross current calculation unit 208 has determined can be connected in parallel, starting with the battery box 101 with the highest voltage among the usable battery boxes 101 determined in step T3, thereby connecting the battery train traction system 1A and enabling it to run.

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。 In running step T4, the battery electric train drive system 1A runs using the power of the battery system 100. During this time, the voltage of the battery 101 in use drops as the charge rate decreases. In box voltage matching step T5, it is determined that the voltage of the battery box 101 whose voltage has dropped due to running and the voltage of the usable battery box 101 that is not yet in use and whose box-to-box contactor 113 is open are now the same.

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。 This determination depends on the accuracy of the battery's open-circuit voltage, but because this accuracy decreases as the current value increases, it is desirable to make the determination at a current value below a certain level. In each box contactor closing step T6, the parallelization control unit 210 closes the inter-box contactor 113 of an unused battery box 101 that has the same voltage as determined in box voltage matching step T5, thereby connecting that battery box 101 in parallel to the storage battery system 100. At this time, the voltage of the battery box in use and the newly connected battery box are nearly identical, so the cross current is small.

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。 In the all-box parallelization determination step T7, the parallelization control unit 210 determines whether all usable battery boxes 101 are connected in parallel. If not all are connected in parallel, the parallelization control unit 210 returns to the step before the traveling step T4; if all are connected in parallel, it proceeds to the next step.

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。 The parallelization control unit 210 ends the running interrupt control flowchart in end step T8. At this time, all available battery boxes 101 are parallelized. From here, the parallelization control system 200 in Figure 5 will be shown. The cab transmission information issued from the parallelization control unit 210 to the cab 12 will be explained.

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。 The information transmitted from the cab allows the driver to check the progress of the paralleling control and provides information on whether or not to issue a running interrupt command during the paralleling control flowchart 300. Typical information transmitted from the cab includes the contactor open/close status, the voltage of each storage battery group 111, the voltage of each storage battery box 101, the remaining time for voltage adjustment, the possible driving range, and the maximum acceleration force.

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、補器用インバータ10の放電可能速度に応じて演算される値である。 The contactor opening/closing information, the voltage of each storage battery group 111, and the voltage of each storage battery box 101 are all the contactor opening/closing information, the voltage of each storage battery group 111, and the voltage of each storage battery box 101 in the storage battery system 100. The remaining voltage adjustment time is the remaining time until the parallelization control flowchart 300 is completed, and is a value calculated based on the voltages of each storage battery group 111 and each storage battery box 101, their battery capacities, the possible charge rate of the converter 5, and the possible discharge rate of the auxiliary inverter 10.

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。 Because the speed of voltage adjustment is predictable, the number of storage battery groups 111 and battery boxes that can be connected in parallel and the voltage at that time can be predicted if voltage adjustment continues at each future point in time. The possible cruising distance indicates the possible cruising distance at each future point in time from the present when traveling according to the control procedure of the traveling interrupt control flowchart 400 using the storage battery groups 111 and battery boxes that can be used in the state of the battery system 100 at the time the traveling interrupt command is issued.

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。 The maximum acceleration force indicates the maximum acceleration force using the storage battery group 111 and battery boxes that can be used at each point in time from the present to the future in the state of the battery system 100 at the time the travel interrupt command is issued. This maximum acceleration force is a value that increases each time the number of boxes connected in parallel increases according to the control procedure of the travel interrupt control flowchart 400, but in many cases, the maximum acceleration force at the stage with the fewest number of parallel connections is of concern, so it is sufficient to display the initial value.

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。 Because the cruising range and maximum acceleration force are values that change as the voltage regulation progresses, the cab 12 must display how they change over the duration of the voltage regulation. Furthermore, the behavior differs depending on whether the voltage regulation corresponds to charging or discharging. The voltage regulation for charging and discharging will be described later using Figures 8 and 9. Here, although different from the example shown in Figure 4, an example of the battery storage system 100 will be described, which has two battery boxes 101, each containing two battery groups 111.

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。 Although not shown, the voltage of the storage battery groups 111 within the boxes is Group 1 > Group 2, and the voltage of each box after adjusting the voltage of each group is also Box 1 > Box 2. The time required to adjust the voltage of each group is shorter for Box 1 than for Box 2, and voltage adjustment of each group within Box 1 begins. The voltage difference between each group and box is large, and parallel connection is not possible without voltage adjustment. To operate this battery electric train traction system 1A, at least one battery box is required in which all storage battery groups 111 within the box are connected in parallel. Therefore, without voltage adjustment, there is no battery box 101 that can operate this battery electric train traction system 1A, and the maximum acceleration force P and cruising range L will be zero.

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。 Figure 8 shows a time-series switch opening/closing table and graph of the cruising range and acceleration force during charging using the parallel control of Figures 5 and 6. Figure 8 illustrates driving while charging, with the control procedure of the parallel control flowchart 300 of Figure 6 being executed by charging. The table in Figure 8 shows the operation of each group contactor 112, each box contactor 113, and converter 5 of the two battery boxes 101, and the graph in Figure 8 shows the dependence of maximum acceleration force P and cruising range L on voltage adjustment time.

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。 The maximum acceleration force P and cruising range L correspond to the values when a driving interrupt command is received at that time. The horizontal position of the table and the voltage adjustment time axis of the graph are assumed to coincide. The operation of this diagram will be explained according to the voltage adjustment time axis. Note that maximum acceleration force P and cruising range L will be abbreviated as P and L hereafter.

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。 Start step V1 is a step that indicates the start state of the parallelization control flowchart 300. All group contactors 112 and box contactors 113 in the battery system 100 are in the open state, and the converter 5 is in the stopped state. At this time, based on the prerequisites at the start, there are no battery boxes 101 that can operate the battery electric train traction system 1A, and P and L are 0.

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。 In step V2 of adjusting the inter-group voltage within the first box, the voltages of each group within the first box are adjusted, and after this adjustment, the first box is connected in parallel. At this time, to charge group 2 in box 1, each group contactor 112 in group 1 of box 1 is open, each group contactor 112 and each box contactor 113 in group 2 in box 1 are closed, and all contactors in box 2 are open, and converter 5 is in charging operation.

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t1とすれば、時刻t1まではPとLは0である。時刻t1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。 At this time, group 2 in box 1 is charging, but for a while it is not possible to connect the groups in parallel, so P and L are 0. If we take t1 as the time when the voltages become close enough to allow parallel connection, then P and L are 0 up until time t1. After time t1, a certain amount of cross current occurs, but the group becomes connectable, and P and L increase discontinuously.

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P1、LをL1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。 After this, P and L continuously increase as group 2 of 1 is charged. When inter-group voltage adjustment of box 1 is complete, P is set to P1 and L is set to L1. At the end of step V2, each box contactor 113 of box 1 is opened and all group contactors 112 are closed, connecting box 1 in parallel. The second intra-box inter-group voltage adjustment step V3 adjusts each group voltage in the second box, and after this adjustment, connects the second box in parallel.

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t2とすれば、時刻t2まではPとLは、P1、L1であり、時刻t2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。 At this time, to charge Group 2 in Box 2, each group contactor 112 in Group 1 in Box 2 is open, each group contactor 112 and each box contactor 113 in Group 2 in Box 2 are closed, and all group contactors 112 in Box 1 are closed and each box contactor 113 is open, and the converter 5 is in charging operation. At this time, Group 2 in Box 2 is charging. As with Box 1, if the voltages between the groups become close enough at time t2 to enable parallel connection, P and L are P1 and L1 until time t2. After time t2, a certain amount of cross current occurs, but parallel connection is possible, and L increases discontinuously as two battery boxes 101 become available according to the travel interrupt control 400. From then on, L increases continuously as Group 2 in Box 2 is charged.

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、P1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P2、LをL2とすれば、本蓄電池システム100全体において、PはP1,LはL1+L2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。 On the other hand, P is a value that can be used immediately after a driving cut-in, so it does not change from P1. If P is P2 and L is L2 when inter-group voltage adjustment in Box 2 is complete, then P becomes P1 and L becomes L1 + L2 for the entire battery system 100. At the end of step V3, each box contactor 113 in Box 2 is opened, and all group contactors 112 are closed, connecting Box 2 in parallel.

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t3とすれば、時刻t3まではPとLは、P1、L1+L2であり、時刻t3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。 Inter-box voltage adjustment step V4 adjusts the voltage of each box in the system, and after this adjustment, connects the boxes in parallel. At this time, to charge all groups in box 2, all contactors in box 2 are closed, all group contactors 112 in box 1 are closed, and each box contactor 113 is open, and converter 5 is in charging operation. At this time, box 2 is charged, and if the time when the voltage becomes close enough to that of box 1 to enable parallel connection is t3, P and L are P1 and L1 + L2 until time t3, and after time t3, a certain cross current occurs, but parallel connection is possible.

Lは、2つの蓄電池箱101が使用可能であるため、時刻t3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t3までP1から変化せず、t3では非連続的に増加し、以降は連続的に増加する。 Since two battery boxes 101 are available for use, L continues to increase even though it is time t3. On the other hand, since P is a value that can be used in the situation immediately after a running interruption, it does not change from P1 until time t3 when the two boxes can be connected in parallel, increases discontinuously at t3, and then increases continuously thereafter.

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2P1、Lは2L1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。 At the end of step V4, the voltage state of box 2 becomes the same as that of high-voltage box 1, so P becomes 2P1 and L becomes 2L1 throughout the entire battery system 100. Step V5 is the state in which voltage adjustment is complete and the vehicle is in standby mode. At this time, all contactors 112, 113 within the battery system 100 are closed, and the converter 5 is stopped.

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、補器用インバータ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、補器用インバータ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。 Figure 9 is a time series graph of the cruising range and acceleration force during discharging in the paralleling control of Figures 5 and 6. In other words, the control procedure of the paralleling control flowchart 300 of Figure 6 is executed by discharging. Here, instead of charging the converter 5, discharging is performed by operating the auxiliary inverter 10. Start step W1 is a step that indicates the start state of the paralleling control flowchart 300. All group contactors 112 and box contactors 113 in the battery system 100 are in the open state, and the auxiliary inverter 10 is in the stopped state. At this time, based on the prerequisites at the start, there are no battery boxes 101 that can operate the battery electric train drive system 1A, and P and L are 0.

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、補器用インバータ10は放電動作している。 In step W2 of adjusting the inter-group voltage within the first box, the group voltages within the first box are adjusted, and after this adjustment, the first box is connected in parallel. At this time, to discharge group 1 in box 1, each group contactor 112 in group 2 in box 1 is open, each group contactor 112 and each box contactor 113 in group 1 in box 1 are closed, all contactors in box 2 are open, and the auxiliary inverter 10 is in discharging operation.

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t1とすれば、時刻t1まではPとLは0である。時刻t1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。 At this time, group 1 in box 1 is discharging, but since it is not possible to connect the groups in parallel for a while, P and L are 0. If we assume that the time when the voltages become close enough to allow parallel connection is t1, then P and L are 0 up until time t1. After time t1, a certain amount of cross current occurs, but the group becomes capable of parallel connection, and P and L increase discontinuously.

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P1、LをL1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。 After that, P and L continuously decrease as group 1 in box 1 is discharged. When the inter-group voltage adjustment in box 1 is complete, P is set to P1 and L is set to L1. At the end of step W2, each box contactor 113 in box 1 is opened and all group contactors 112 are closed, connecting box 1 in parallel. The second intra-box inter-group voltage adjustment step W3 adjusts each group voltage in the second box, and after the adjustment, connects the second box in parallel.

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、補器用インバータ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t2とすれば、時刻t2まではPとLは、P1、L1である。時刻t2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。 At this time, to discharge Group 1 in Box 2, each group contactor 112 in Group 2 in Box 2 is open, each group contactor 112 and each box contactor 113 in Group 1 in Box 2 is closed, all group contactors 112 in Box 1 are closed, and each box contactor 113 is open, causing the auxiliary inverter 10 to perform discharging. At this time, Group 1 in Box 2 is discharging. As with Box 1, if the voltages between the groups become sufficiently close at time t2 to enable parallel connection, P and L are P1 and L1 until time t2. After time t2, a certain amount of cross current occurs, but parallel connection is possible, and L increases discontinuously as the two battery boxes 101 become available for use according to the traveling interrupt control 400.

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、P1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P2、LをL2とすれば、本蓄電池システム100全体ではPはP1、LはL1+L2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。 After this, L decreases continuously as Group 2 in Box 2 is discharged. Meanwhile, P remains unchanged from P1, as it is a value that can be used in the situation immediately after a driving cut-in. If P is P2 and L is L2 when inter-group voltage adjustment in Box 2 is complete, then P for the entire battery system 100 becomes P1 and L is L1 + L2. At the end of step W3, each box contactor 113 in Box 2 is opened, and all group contactors 112 are closed, connecting Box 2 in parallel.

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、補器用インバータ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t3とすれば、時刻t3まではPとLは、P1、L1+L2であり、時刻t3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。 In the inter-box voltage adjustment step W4, the voltage of each box in the system is adjusted, and after this adjustment, the boxes are connected in parallel. At this time, to discharge all groups in box 1, all contactors in box 1 are closed, all group contactors 112 in box 2 are closed, and each box contactor 113 is open, and the auxiliary inverter 10 is in discharging operation. At this time, box 1 is discharged, and if the time when the voltage is close enough to box 2 to enable parallel connection is t3, then P and L are P1, L1 + L2 until time t3, and after time t3, a certain cross current occurs, but parallel connection is possible.

Lは2つの蓄電池箱101が使用可能であるため、時刻t3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t3までP1から変化せず、t3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2P2、Lは2L2となる。 Since two battery boxes 101 are available for use, L decreases continuously regardless of time t3. On the other hand, P is a value that can be used in the situation immediately after a driving interruption, so it does not change from P1 until time t3 when the two boxes can be connected in parallel, at which point it increases discontinuously and then decreases continuously. At the end of step W4, the voltage state of box 1 becomes the same as that of box 2, which has a low voltage, so for the entire battery system 100, P becomes 2P2 and L becomes 2L2.

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、補器用インバータ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。 Step W5 is the state where voltage adjustment is complete and the vehicle is in standby mode. At this time, all contactors in the system are closed and the auxiliary inverter 10 is stopped. As shown here, when adjusting voltage by discharging, the longer the discharge time is from the point at which paralleling becomes possible, the smaller P and L become. Therefore, when adjusting voltage by discharging, the range in which parallel connection is allowed even if some cross current occurs can be relaxed compared to when adjusting voltage by charging, as long as the components that make up the battery system are not damaged.

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。 Here, the vehicle control device 13 determines whether the remaining driving distance L is equal to or greater than the remaining distance to important locations such as the next station where charging is possible or a location where passengers can disembark in a tunnel or bridge, and displays this information on the driver's cab 12 to assist the driver in deciding whether to cut in. From here, we will explain the features and advantages of the circuit configuration of the battery box 101 in Figure 4 shown in Example 1.

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。 Figures 10 to 13 are circuit diagrams showing battery boxes 101a, 101b, 101c, and 101d with circuit configurations according to modified examples a to d. Figure 14 is a table comparing the effects of battery boxes 101a, 101b, 101c, and 101d according to modified examples a to d with the battery box 101 in Figure 4. Below, the circuit configuration and effects of each feature will be explained one by one.

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。 4, each group contactor 112 is installed for each of the plurality of battery groups 111 on the positive side of the battery group 111 and closer to the north side than the connection point 115P on the battery group 111P side. Also, in the battery box 101, each box contactor 113 is installed on the north side of the connection point 115N on the battery group 111N side and closer to the north side than the battery box 101N terminal 101N, one for each battery box 101.

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。 The features of this circuit configuration will be explained one by one for rows No. 1 to No. 7 in Figure 14. First, regarding whether or not parallel connection between storage battery groups 111 within a box can be achieved using contactors, this can be achieved by closing each group contactor 112. Second, regarding whether or not parallel connection between boxes can be achieved using contactors, this can be achieved by closing all group contactors 112 and box contactors 113 within the box.

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。 Third, whether or not the voltage of each in-box battery group 111 can be adjusted individually can be achieved by closing each group contactor 112 and each box contactor 113 connected in series to the target battery group 111, and opening each group contactor 112 connected in series to the non-target battery group 111. Fourth, whether or not the parallel connection of the in-box battery groups 111 and the inter-box parallel connection can be achieved separately can be achieved by closing each group contactor 112 for the battery group 111, and by closing each box contactor 113 for the inter-box connection.

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。 Fifth, the external connection terminals 101P and 101N of the battery box can be put into a power outage state by opening the group contactor 112 for 101P and by opening the box contactor 113 for 101N. Sixth, the earth fault current can be interrupted by opening the box contactor 113. Seventh, the number of contactors in a box [pieces/box] is N+1 [pieces/box], where N is the number of storage battery groups 111.

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。 10 is a circuit diagram showing a battery box 101a according to a modified example. In this battery box 101a, the group contactors 112 are not present, and two box contactors 113 are installed per battery box 101, one on the positive side of each battery group 111 and the negative side of the battery group 111 P-side connection point 115P, and the other on the negative side of each battery group 111 and the positive side of the battery group 111 N-side connection point 115N.

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。 The characteristics of this circuit configuration will be explained one by one for rows No. (1)1 to No. (7) in Figure 14. First, regarding whether or not parallel connection between storage battery groups 111 within a box can be achieved using contactors, this is not possible. Second, regarding whether or not parallel connection between boxes can be achieved using contactors, this can be achieved by closing both the P side and N side of each box contactor 113.

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。 Third, it is not possible to individually adjust the voltage of each in-box battery group 111. Fourth, it is not possible to separately connect the in-box battery groups 111 in parallel and between boxes, because parallel connections between in-box battery groups 111 cannot be made using contactors. Fifth, it is possible to put the external connection terminals 101P, 101N of the battery box into a power outage state by opening both the P side and the N side of each box contactor 113.

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。 Sixth, whether or not a ground fault current can be interrupted can be determined by opening each box contactor 113 on the N side. Seventh, the number of contactors in a box (units/box) is the minimum of 2 (units/box), where N is the number of storage battery groups 111. Figure 11 is a circuit diagram showing a storage battery box 101b with a circuit configuration according to a modification of the first embodiment. In the battery box 101b, one group contactor 113 is installed on each of the P side and N side of each storage battery group 111.

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。 The features of this circuit configuration will be explained one by one for rows No. 1 to No. 7 in Figure 14. First, regarding whether or not parallel connection between storage battery groups 111 within a box can be achieved using contactors, this can be achieved by closing both the positive and negative sides of each group contactor 112 for the target storage battery group 111. Second, regarding whether or not parallel connection between boxes can be achieved using contactors, this can be achieved by closing both the positive and negative sides of each group contactor 112 for all storage battery groups 111 within the box.

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。 Third, regarding whether or not it is possible to individually adjust the voltage of the in-box battery groups 111, this can be achieved by closing both the P-side and N-side group contactors 112 connected in series with the target battery group 111, and opening at least one of the P-side and N-side group contactors 112 connected in series with the non-target battery groups 111. Fourth, regarding whether or not it is possible to separately perform parallel connection of the in-box battery groups 111 and inter-box parallel connection, this is not possible because closing the P-side and N-side group contactors 112 connects the battery groups 111 in parallel and connects the battery box 101 to the battery system 100.

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。 In a limited sense, this is possible if all the contactors of the other battery boxes 101 are open, but this is not general to the contactor states of the other battery boxes 101. Fifth, whether the external connection terminals 101P, 101N of the battery boxes can be put into a power outage state can be achieved by opening all of the group contactors 112. Sixth, whether the ground fault current can be interrupted can be achieved by opening each group box contactor 112 on the N side. Seventh, the number of contactors in a box [pieces/box] is 2N [pieces/box], where N is the number of battery groups 111.

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。 12 is a circuit diagram showing a battery box 101c having a circuit configuration according to a modification of Example 1. Each group contactor 112 is installed for each battery group 111 on the N-side of the battery group 111 and on the P-side of the N-side connection point 115N of the battery group 111, and each box contactor 113 is installed for each battery box 101 on the N-side of the battery group 111 and on the P-side of the N-side terminal 101N of the battery box 101.

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。 The features of this circuit configuration will be explained one by one for No. 1 to No. 7 in Figure 14. First, regarding whether or not parallel connection between storage battery groups 111 within a box can be achieved using contactors, this can be achieved by closing each target group contactor 112. Second, regarding whether or not parallel connection between boxes can be achieved using contactors, this can be achieved by closing all group contactors 112 and box contactors 113 within the box.

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。 Third, whether or not the voltage of each in-box battery group 111 can be adjusted individually can be achieved by closing each group contactor 112 and each box contactor 113 connected in series to the target battery group 111, and opening each group contactor 112 connected in series to the non-target battery group 111. Fourth, whether or not the parallel connection of the in-box battery groups 111 and the inter-box parallel connection can be achieved separately can be achieved by closing each group contactor 112 for the battery group 111, and by closing each box contactor 113 for the inter-box connection.

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。 Fifth, it is not possible to put the external connection terminals 101P and 101N of the battery box into a power outage state. Sixth, it is possible to interrupt the ground fault current by opening each box contactor 113. Seventh, the number of contactors in a box is N+1 (units/box), where N is the number of storage battery groups 111.

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。 13 is a circuit diagram showing a battery box 101d having a circuit configuration according to a modification of Example 1. Each group contactor 112 is installed for each battery group 111, except for one, on the north side of the battery group 111 and on the north side of the battery group 111 N-side connection point 115N, and each box contactor 113 is installed for each battery box 101 on the north side of the battery group 111 N-side connection point 115N and on the north side of the battery box 101 N terminal 101N.

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。 The features of this circuit configuration will be explained one by one for No. 1 to No. 7 in Figure 14. First, regarding whether or not parallel connection between storage battery groups 111 within a box can be achieved using contactors, this can be achieved by closing each group contactor 112. However, even if there are three or more storage battery groups 111, storage battery groups 111 without a group contactor 12 will always be connected in parallel at the same time. Second, regarding whether or not parallel connection between boxes can be achieved using contactors, this can be achieved by closing all group contactors 112 and box contactors 113 within the box.

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。 Third, regarding whether or not it is possible to individually adjust the voltage of the in-box battery groups 111, this is not possible because the battery groups 111 without the group contactors 12 are always connected. Fourth, regarding whether or not it is possible to separately connect the in-box battery groups 111 in parallel and between boxes, this is possible by closing the group contactors 112 for the battery groups 111, and by closing the box contactors 113 for the between boxes.

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。 Fifth, the external connection terminals 101P and 101N of the battery box cannot be put into a power outage state by the battery box 101P. Sixth, the ground fault current can be interrupted by opening each box contactor 113. Seventh, the number of contactors in a box is N [units/box], where N is the number of storage battery groups 111.

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。 As described above, the battery box 101 in Fig. 4 can have all of the functions No. 1 to No. 6 while keeping the number of contactors to a small number (N+1 per box). In particular, it has a contactor on both the positive and negative sides of all of the battery groups 111, making it possible to separately connect the intra-box battery groups 111 in parallel and connect the boxes in parallel, which is not possible with the battery box 101b, which has a large number of contactors.

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。 From the above, the advantages of the present invention are, first, reduction in the cost and installation space of contactors. Second, the voltage of any battery group 111 and battery box 101 in the battery system can be adjusted individually, enabling automatic parallelization under voltage conditions that cause any cross current. Third, even if a vehicle interrupts driving during voltage adjustment to suppress cross current, the voltage adjustment within the box is completed early, so by using the battery boxes 101 in order starting with the higher voltage, the capacity of the battery system can be maximized and the driving distance can be ensured.

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。 In Example 1, each group contactor 112 and each box contactor 113 is a single-pole product with one contact and switching mechanism, and all contactors are capable of operating independently. In contrast, Example 2 considers a case in which the contactors have multiple contacts, and all contacts open and close simultaneously. Example 2, shown in Figure 15 onwards, is considered more suitable for actual manufacturing. One reason for this is that, in terms of the number of interlocking opening and closing contacts of the contactor, a three-contact simultaneous opening and closing type is an existing product that is easy to procure for three-phase simultaneous opening and closing.

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。 Figure 15 is a diagram showing the configuration of a multi-pole contactor 116 according to a second embodiment of the present invention. The multi-pole contactor has multiple contacts 116a and one opening/closing mechanism 116b that opens and closes them. The opening/closing mechanism 116b typically uses a spring to open the contacts and an energized electromagnet to close them. To individually operate the multiple contacts 116a of the multi-pole contactor, it is necessary to install multiple opening/closing mechanisms 116b.

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。 Multi-pole contactors, in which one switching mechanism 116b opens and closes multiple contacts, are available on the market. Even for applications involving large currents, two-pole products that open and close both PN ends of an electrical circuit, and three-pole products for three-phase AC, are available at low cost. Using a multi-pole contactor allows for a smaller, less expensive contactor configuration than using single-pole contactors to cover the same number of contacts in a battery box.

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。 Figure 16 is a circuit diagram of a railway vehicle battery system 199 according to a second embodiment of the present invention. The contacts 116a of the multi-pole contactor 116 in Figure 15 are divided into group contacts 112a, one for each battery group 111, and box contacts 113b, one for each battery box 101, according to their connection positions on the circuit. The group contacts 112a are located in the same position on the circuit as the group contactors 112 in the first embodiment, and the group contacts 112b are located in the same position as the box contactors 113 in the first embodiment. With this configuration, charging and discharging of each battery group 111 cannot be performed individually.

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。 Figure 17 is a block diagram showing a paralleling control system 299 applied to the present battery storage system 199 of Figure 16. Compared to the paralleling control system 200 of Example 1 shown in Figure 5, the paralleling control system 299 differs in that the in-box contactor control unit 207 transmits contactor opening/closing operations to one multi-pole contactor 116.

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。 Figure 18 is a flowchart 300 showing the first half of the procedure for paralleling control by the battery system 199 of Figure 16. Figure 19 is a flowchart 300 showing the second half of the procedure for paralleling control of Figure 18. Example 2 shown in Figures 18 and 19 differs from the flowchart 300 for Example 1 shown in Figure 6 because it uses a multi-pole contactor 116. Each step will be explained in order. In start step U1, the paralleling control flowchart 300 begins. At this time, the battery electric train traction system 1A is in the off state, and all group contactors 112 and all box contactors 113 are in the open state.

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。 In vehicle system on determination step U2, the vehicle control device 13 determines whether the vehicle system key is on. If it is on, proceed to the next step; if it is off, return to S2. In battery status analysis step U3, the battery box control boards 205 in all boxes analyze the battery status (each group resistance, each group voltage, cell resistance, cell voltage) and battery abnormality determination for each battery box 101 and send the results to the vehicle control device 13.

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。 In target box selection step U4, the battery box control board 205 selects a target box i for paralleling the storage battery groups 111 within the box. In inter-group cross current calculation step U5, the cross current calculation unit 208 calculates the cross current value when each group contactor 112 in the battery box 101 is closed, and determines whether the inter-group cross current value is small and safe paralleling is possible. Due to the operation of the multi-pole contactor 116, if there are three or more storage battery groups 111, the cross current when all storage battery groups 111 are connected in parallel at the same time is calculated.

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。 In step U6, if the battery box control board 205 determines that the inter-group voltages match in step U5, it proceeds to step U7, where it determines whether all box inter-group voltage adjustments have been completed. If the voltages do not match, it proceeds to step U8, where it determines whether the inter-group voltage safety value is determined. "Voltage agreement" means that the voltages are below a threshold below which the occurrence of cross currents can be ignored. In step U7, the paralleling control unit 210 determines whether all box inter-group voltage adjustments have been completed.

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。 If the cross current calculation unit 208 determines in inter-group cross current safety value determination step U8 that the cross current value is too large to adjust the voltage, this is also counted as completed. If completed, proceed to inter-box cross current calculation step U12; if not completed, proceed to inter-group cross current safety value determination step U8. In inter-group cross current safety value determination step U8, the cross current calculation unit 208 determines whether the inter-group cross current is within the safe value even if the multi-pole contactor 116 is closed, even if it is determined that the inter-group voltages are inconsistent in inter-group voltage agreement determination step U6.

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。 If it is within the safety value, the process proceeds to step U9 for closing the multi-pole contactor, and if it is greater than the safety value, the process proceeds to step U7 for determining whether or not voltage adjustment between all boxes has been completed. In step U9 for closing the multi-pole contactor, the box internal contactor control unit 207 closes the multi-pole contactor 116 of box i. At this time, the box internal contactor control unit 207 connects all storage battery groups 111 in box i in parallel. Meanwhile, the multi-pole contactors 116 other than those of box i are in the open state, so no cross current flows between the boxes.

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。 In voltage equalization waiting step U10, a cross current flows between the storage battery groups 111 inside box i, and the cross current causes the charge rates of the high-voltage storage battery groups 111 to decrease, while conversely, the charge rates of the low-voltage storage battery groups 111 to increase, causing the parallelization control unit 210 to wait until the open-circuit voltages become equal. The wait continues, for example, until the current flowing through the current sensor 203 becomes equal to or less than a threshold value.

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。 In the multi-pole contactor opening step U11, the intra-box contactor control unit 207 opens the multi-pole contactor 116 of box i. This prevents cross currents from occurring between boxes, even when voltage adjustment is performed in the next battery box 101. In the box-to-box cross current calculation step U12, the cross current calculation unit 208 calculates the cross current value when the multi-pole contactor 116 in the battery pack is closed, and determines whether the cross current value between boxes is small and safe for parallelization. If there are three or more battery boxes 101, the cross current calculation unit 208 calculates the cross current value when parallelization is performed from the low-voltage side.

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。 19 , in step U13 for determining a safe inter-box cross current value, if step U12 for calculating the inter-box cross current determines that the inter-box cross current value is small and therefore safe parallel connection is possible, the process proceeds to step S20 for closing each box contactor, whereas if step U12 determines that the inter-box cross current value is large and therefore safe parallel connection is not possible, the process proceeds to step U15 for determining whether traveling is interrupted and step U23 for determining whether inter-box voltage adjustment is complete for adjusting the inter-box voltage. In Example 2, because there is no means for individually charging the battery groups 111, battery boxes 101 for which it is determined at this stage that parallel connection between the battery groups 111 is not possible cannot be used under automatic control, and it is necessary to manually connect the battery groups 111 individually to a charge/discharge circuit and adjust the voltage.

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。 In step U14, the multi-pole contactors are closed, and the battery boxes 101 are connected in parallel, based on the contactor closure determination calculated by the cross current calculation unit 208, within a range where the inter-box cross current value is small and safe parallel connection is possible. In step U15, as the first step in inter-box voltage adjustment, if the parallel control unit 210 of the vehicle control device 13 receives a running cut-in command from the cab 12, the inter-box voltage adjustment is interrupted and the process proceeds to step T1 in the running cut-in control flowchart 400 of Figure 7.

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。 The reason there is no running interruption determination step in the inter-group voltage adjustment from inter-group cross current safety value determination step U8 to multi-pole contactor open step U11 is because there is no voltage adjustment due to charging/discharging on a group-by-group basis, and therefore no operations requiring interruption. In target box selection step U16, target box i for paralleling the battery boxes 101 in the battery system is selected. The order of i can be arbitrary, but it is preferable to select boxes for which a battery abnormality or contactor abnormality has been determined to have occurred later.

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。 In the chargeability status determination step U17, the vehicle status indicating whether charging is possible or not is determined according to the contact status of the pantograph 2 with the overhead wire, and a decision is made as to whether voltage adjustment should be performed by charging or discharging, and the voltage adjustment target value calculation unit 209 calculates the voltage adjustment target value. In the charging box connection step U18, if the target battery box i has a voltage lower than the voltage adjustment target value and requires charging, the multi-pole contactor 116 corresponding to the target battery box i is closed, connecting it to the battery train traction system 1A and making it available for charging. If the target battery box i has a voltage higher than the voltage adjustment target value and does not require charging, the process proceeds to the next step.

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。 In the battery box charging step U19, if the target battery box i has a voltage lower than the voltage adjustment target value and requires charging, the converter 5 is activated and the target battery box i is charged to the voltage adjustment target value. If the target battery box i has a voltage higher than the voltage adjustment target value and does not require charging, proceed to the next step. In the discharge box connection step U20, if the target battery box i has a voltage higher than the voltage adjustment target value and requires discharging, the box contactor control unit 207 closes the multi-pole contactor 116 corresponding to the target battery box i, connecting it to the battery train traction system 1A and enabling discharging. If the target battery box i has a voltage lower than the voltage adjustment target value and does not require discharging, proceed to the next step.

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、補器用インバータ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。 In the battery box discharge step U21, if the target battery box i has a higher voltage than the voltage adjustment target value and requires discharging, the paralleling control unit 210 starts the auxiliary inverter 10 and discharges the target battery box i to the voltage adjustment target value. If the target battery box i has a lower voltage than the voltage adjustment target value and does not require discharging, the process proceeds to the next step. In the multi-pole contactor opening step U22, the box contactor control unit 207 opens the multi-pole contactor 116 of the battery box 101i. This is to isolate the battery box 101i from the battery electric train traction system 1A and prevent cross currents from flowing between the battery boxes 101i and 101i+1 when adjusting the voltage of the next battery box 101i+1.

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。 In step U23, which determines whether voltage adjustment between boxes is complete, the paralleling control unit 210 determines whether voltage adjustment is complete in all battery boxes 101. If not, the process returns to step U16, where the next battery box (i+1) is selected as the target battery box for voltage adjustment, and the voltage adjustment process within the box is repeated. If voltage adjustment is complete in all battery boxes 101, the process proceeds to step U14, where all multi-pole contactors are closed. In step U24, the paralleling process is completed, and the battery system 199 is connected to the battery train traction system 1A and is ready for battery travel.

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。 Figure 20 is a table comparing the effects of battery boxes 101a, 101b, 101c, and 101d of modified examples a to d with the battery box 101 of Figure 16. This table compares the effects of battery boxes 101a, 101b, 101c, and 101d of modified examples shown in Figures 10 to 13 with the battery box 101 of Example 2 shown in Figure 16. In Example 2, the contacts of all contactors 112a and 113a in box 101 are multi-pole contactors that open and close simultaneously. The only differences between Figure 19 and the modified example of Example 1 shown in Figure 14 are the items shown in rows 3 and 4; the rest are the same.

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。 Regarding the third item (No. 3), whether or not it is possible to individually adjust the voltage of each in-box battery group 111, this is not possible in all circuit configurations because the contacts 112a of each battery group 111 in the multi-polar contactor operate simultaneously within the box. Regarding the fourth item (No. 4), whether or not it is possible to separately connect the in-box battery groups 111 in parallel and between boxes, this is generally not possible because the contacts 112a of each battery group 111 and the contacts 113a of each box in the multi-polar contactor operate simultaneously, but it is possible in limited cases if all the contactors of the other battery boxes 101 are open.

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。 As described above, even in Example 2, which uses multi-pole contactors, the battery box 101 in FIG. 4 can keep the number of contactors to a small number (N+1 per box) and still perform the functions of Nos. 1, 2 to 4, and 6. Function No. 3 can also be achieved by opening the contactors in the other boxes. Having contactors on both the positive and negative sides of all battery groups 111, it is possible to achieve the same effect as battery box 101b, which has a large number of contactors, while reducing the number of contacts.

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。 However, in Example 2, since there is no means for individually charging the storage battery groups 111, the storage battery boxes 101 that are determined to be unable to be connected in parallel between the storage battery groups 111 cannot be used under automatic control, and it is necessary to manually connect the storage battery groups 111 individually to the charge/discharge circuit and adjust the voltage.

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。 The above-described railway vehicle storage battery systems 100 and 199 require a larger number of batteries than automobiles. The storage batteries are housed inside the battery box 101 in the form of a battery module ( storage battery group 111) in which a plurality of single battery cells are packaged, and the series-connected storage battery groups 111 are further connected in parallel to meet the performance requirements of the railway vehicle.

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。 In order to increase the maximum current value and charge capacity of the battery pack, it is necessary to increase the number of parallel connections of the storage battery groups 111, and multiple storage battery groups 111 are connected in parallel within the box, and multiple storage battery boxes 101 are also connected in parallel. A contactor is disposed within the storage battery box 101 to connect or disconnect the storage battery box 101 to a peripheral circuit. For example, the contactor is disconnected (opened) when the vehicle system is off, and connected (closed) when the vehicle system is on.

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。 In the above-described embodiment, a storage battery system mounted on a railway vehicle was illustrated, but its use is not limited to railway vehicles. The technical concept of the present invention can also be applied to storage battery systems in various other systems, including stationary systems. Furthermore, in the above-described embodiment, lithium-ion batteries were used as the storage batteries that make up the power storage device, but the present invention can also be applied to other storage elements, such as lead batteries, nickel-metal hydride batteries, or capacitors.

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。
The storage battery system 100 can be summarized as follows.
[1] The battery system 100 shown in Figures 2 to 5 includes a battery pack, a charging device (converter 5) and a discharging device (auxiliary inverter 10) for the battery pack, group switching devices 112 for each group arranged in a battery box 101, and a paralleling control unit 210. The battery pack has one or more battery boxes 101 and mainly constitutes the battery system 100.

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。 The battery box 101 houses a plurality of battery groups 111 connected in parallel. The parallelization control unit 210 maintains each of the plurality of battery groups 111 at an equal voltage. A group opening/closing device 112 is connected in series to at least one pole (e.g., positive pole) of each of the battery groups 111 for each group. The opposite negative poles of each of the plurality of battery groups 111 are connected in parallel to a connection point 115N. One box opening/closing device 113 is connected in series to the connection point 115N.

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。 The parallelization control unit 210 connects the battery groups 111 in the battery boxes 101 in parallel by closing each of the group opening/closing devices 112 connected in series for each group. In other words, the parallelization control unit 210 connects the battery boxes 101 in the assembled battery in parallel by closing all of the group opening/closing devices 112 and the box opening/closing devices 113.

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。 The present battery system 100 can reduce the total number of contactors 112, 113 that control cross current when multiple battery boxes 101, each having multiple battery groups 111 inside, are connected in parallel. In other words, the number of switchgears required in conventional systems is one for each group and each pole. In contrast, as shown in Figure 4, the present battery system 100 reduces the number of contactors from four to three for two groups and one box, and from six to four for three groups and one box.

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。 Despite this simplification, the battery system 100 allows for consideration of preventing danger (remote operation) associated with battery replacement work, while also reducing the total number of group opening/closing devices 112 and box opening/closing devices 113. Mainly during a maintenance stop, immediately after replacing only some of the deteriorated battery groups 111, the system can achieve the minimum number of switches necessary to reduce cross currents and equalize the voltage differences between the boxes in each group.

[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。 [2] In the above [1] shown in Figure 4, when a specific battery group 111 is connected to the assembled battery for charging or discharging, the parallelization control unit 210 closes the group switchgear 112 connected in series with the specific battery group 111, closes the box switchgear 113 of the battery box 101 that has the specific battery group 111, opens the other group switchgears 112 of the battery box 101 that has the specific battery group 111, and opens the box switchgears 113 of the battery boxes 101 other than the battery box 101 that has the specific battery group 111. This battery system 100 can eliminate differences in charging rate or voltage that can cause cross current by separately charging and discharging the specific battery group 111 and the battery boxes 101 that contain it. This is particularly convenient for improving the efficiency of replacing only some depleted battery groups 111 during maintenance stops.

[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。 [3] As shown in Figures 6 to 9, in the above [1], the parallelization control unit 210 calculates, as a calculated current value, a current value generated from the voltage difference between the storage battery groups 111 connected in parallel within the storage battery box 101, and when the calculated current value exceeds a safety threshold and voltage adjustment is necessary, determines whether the assembled battery is in a chargeable state or not, and when chargeable, charges the low-voltage storage battery group 111 to the voltage of the highest-voltage storage battery group 111, and when chargeable, discharges the high-voltage storage battery group 111 to the voltage of the lowest-voltage storage battery group 111.

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。 In other words, when the battery system 100 is connected to an overhead line and charging is possible, it controls parallelization by charging in a direction that aligns low voltage with high voltage. Conversely, when the battery system 100 is not connected to an overhead line, it determines that charging is not possible and controls parallelization by discharging in a direction that aligns high voltage with low voltage. Therefore, the battery system 100 is suitable not only for battery-powered electric trains but also for hybrid diesel railcars. The battery system 100 can achieve parallel connection of multiple battery groups 111 and one or more battery boxes 101, regardless of their respective voltage values, by automatically adjusting the voltage to avoid excessive cross currents.

[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。 [4] In the above [1], the parallelization control unit 210 calculates the current value generated from the voltage difference between the parallel-connected battery boxes 101, and when the calculated current value exceeds a safety threshold and voltage adjustment is necessary, determines whether the assembled battery is in a chargeable state. If chargeable, it charges the lower-voltage battery box 101 to the voltage of the highest-voltage battery box 101, and if chargeable, it discharges the higher-voltage battery box 101 to the voltage of the lowest-voltage battery box 101. This battery system 100 is configured to suppress cross currents on a battery box 101-by-battery box basis, and is easy to design, manufacture, and maintain as an actual on-board device.

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。 6, 18, and 19, in the battery system 100 of [3] and [4] above, if the cross current value when connecting battery groups 111 or battery boxes 101 in parallel exceeds a safety threshold, each group contactor 112 and each box contactor 113 are individually operated to connect the battery group 111 or battery box 101 to be voltage-adjusted to an external circuit, and voltage is adjusted by charging or discharging. The battery system 100 applied to railway vehicles reduces cross current and equalizes voltage, so that specific switching control can be reliably implemented, including running cut-in and discharging to auxiliary equipment as a countermeasure against overvoltage due to regenerative power.

[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。 [5] In the above [3] or [4], the parallelization control unit 210 first adjusts the voltages of the battery groups 111 in all of the battery boxes 101 and connects them in parallel, and then adjusts the voltages of the battery boxes 101 in the entire battery pack and connects them in parallel. In the case of a battery train, even if it takes about 10 minutes to control the parallelization of the entire battery pack, if just one of the multiple battery boxes 101 can complete parallelization in a short time and function effectively, it can still be powered, making it easier to maintain availability. In other words, if the voltages of the battery groups 111 in all of the battery boxes 101 are adjusted first, then only the battery box 101 whose voltage adjustment was completed earliest can be selected for use, even if the adjustments are not completed simultaneously.

[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。 [6] As shown in Figures 5 and 17, in the above [3] or [4], if the paralleling control unit 210 receives a running command from the cab 12 during voltage adjustment, it suspends voltage adjustment and simultaneously closes all of the switchgears directly connected to the parallel-connectable storage battery groups 111. With this storage battery system 100, only the parallel-connectable storage battery groups 111 can be selectively connected for power running, which reduces the risk of stranding even in an emergency.

[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。 [7] As shown in Figure 9, in [6] above, the paralleling control unit 210 first connects the battery box 101 with the highest voltage to the battery pack. If the voltage of the connected battery box 101 drops during travel and becomes the same as that of the disconnected battery box 101, the disconnected battery box 101 is newly connected to the battery pack. In a battery-powered train that is discharging battery power due to a lack of power supply from the overhead lines, this battery system 100, which has a mixture of usable and unusable battery boxes, sequentially connects and incorporates battery boxes that have become usable as the voltage difference disappears, thereby maximizing the cruising range.

[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。 [8] In the above [3], the parallelization control unit 210 selects the storage battery group 111 to be subjected to voltage adjustment in order of the amount of charge/discharge required for voltage adjustment, starting with the battery group 111 having the least amount of charge/discharge required for voltage adjustment. A vehicle incorporating this storage battery system 100 can achieve rational and optimal parallelization control to ensure that the vehicle can run in an emergency.

[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。 [9] In the above [3] or [4], the paralleling control unit 210 selects the battery boxes 101 or battery groups 111 to be subjected to voltage adjustment from among those for which neither a battery abnormality nor a switching device abnormality has been determined. A vehicle to which this battery system 100 is applied can achieve rational and optimal control to enable the vehicle to run even if there is a mixture of usable and unusable battery packs in a redundant configuration, making it easier to operate according to the schedule and maintaining availability.

[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。 [10] As shown in Figures 5, 8, 9, and 17, in the above [3] or [4], the paralleling control unit 210 transmits information including at least one of the open/close status of the contactors in the battery pack, the voltage of each storage battery group 111, the voltage of each storage battery box 101, the remaining voltage adjustment time, the cruising range, and the maximum acceleration force to the cab 12, and displays the information on a monitor disposed in the cab 12. A vehicle employing such a storage battery system 100 can reduce the burden of storage battery control on the driver.

[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。 [11] As shown in Figures 8 and 9, in [10] above, the information displayed on the monitor further includes at least one of the contactor open/close status, cruising range, and acceleration force when voltage adjustment continues from the current time and a running command is issued in the future. A vehicle equipped with this battery storage system 100 displays the vehicle's status to the driver waiting to depart, providing peace of mind and security.

[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。 [12] In the above [11], the information displayed on the monitor is the value at the time when the battery boxes 101 are paralleled, and is used to calculate the cruising range from the time when the vehicle starts traveling during voltage adjustment. A vehicle equipped with this battery storage system 100 can reduce the burden on the driver of managing the remaining battery capacity. Note that while paralleling control in an actual vehicle is often performed primarily in units of battery boxes 101, it can also be performed in units of battery groups 111.

[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。 [13] In [10] above, the information displayed on the monitor is used to determine whether or not a specified point on the route can be reached. Vehicles equipped with this battery storage system 100 not only find it easier to escape from tunnels, bridges, dead sections, etc., but also have a higher reliability in determining whether or not the vehicle can reach a station.

[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。 [14] As shown in Figure 15, in [4] above, all of the switchgears provided in the storage battery group 111 and each of the box switchgears share a single box-shared switching mechanism and can simultaneously open and close. Such contactors 112, 113 are highly reliable, easily procured, and well-known off-the-shelf products that can be used for single-phase bipolar switching as well as three-phase circuits. The storage battery system 100 using such contactors is easy to design, manufacture, and maintain, and has high practicality.

[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。 [15] As shown in Figures 6, 7, 18, and 19, in the battery system [14] above, the battery box 101 in which all of the battery groups 111 in the box are to be connected in parallel within the battery pack is designated as the battery box 101. The parallelization control unit 210 calculates the current value generated from the voltage difference between all of the battery groups 111 connected in parallel simultaneously within the battery box 101, and if the calculated current value is within a safety threshold and parallel connection is possible, the box-shared opening/closing mechanism of the battery box 101 is closed and the box-shared opening/closing mechanism of the boxes other than the battery box 101 is opened, thereby isolating the parallel connection of the battery groups 111 in the battery box 101 from the battery boxes 101 other than the battery box 101. This battery system 100 can achieve rational and optimal parallelization control.

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。
The railway vehicle battery control method (the present method) according to the embodiment of the present invention can be summarized as follows.
[16] As shown in FIGS. 2 to 7 , 18 and 19 , in this method, a parallelization control unit 210 controls the parallelization of a battery pack formed by one or more battery boxes 101, each storing a plurality of parallel-connected battery groups 111, so as to maintain the voltages of the plurality of battery groups 111 at equal levels.

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。 The paralleling control involves controlling the opening and closing of the group opening/closing devices 112 for each group that are connected in series to at least one pole of each storage battery group 111 in the storage battery box 101. In this method, one box opening/closing device 113 is used that is connected in series to a connection point 115N where each of the multiple storage battery groups 111 is connected in parallel, at the opposite (e.g., negative) pole to the (e.g., positive) pole to which each group opening/closing device 112 is connected in series.

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。 Furthermore, by closing each group switchgear 112, the paralleling control unit 210 can connect the battery groups 111 in parallel only within the battery box 101. Furthermore, by closing the box switchgear 113 in addition to each group switchgear 112, the paralleling control unit 210 can connect the closed battery box 101 in parallel within the assembled battery. This method minimizes the number of contactors 112, 113 required to suppress cross current between battery groups 111 or between battery boxes 101. Furthermore, specific battery groups 111 that require charging/discharging for paralleling control can be safely detached from the assembled battery. In other words, a deteriorated battery group 111 can be safely replaced while preventing risks such as arc generation due to cross current.

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 1A... Battery electric train drive system, 1B... Hybrid diesel railcar drive system (this hybrid drive system), 2... Pantograph, 3... Engine, 4... Generator, 5... Converter, 6... Motor inverter, 7... Motor, 8... Reducer, 9... Wheelset, 10... Auxiliary equipment inverter, 11... Auxiliary equipment, 12... Driver's cab 12, 13... Vehicle control device, 14... Overhead line, 15... Earth, 100... Railway vehicle battery system (assembled battery), 100 P... battery system P terminal, 100N... battery system N terminal, 101, 101a, 101b, 101c, 101d... battery boxes, 101P... battery box P terminal, 101N... battery box N terminal, 111... battery group, 112... each group contactor, 112a... each group contact, 113... each box contactor, 113a... each box contact, 114... service connector, 115P... battery group P side connection point, 115N... battery group N side connection point, 116... multi-pole contact contactor, 116a...contact, 116b...opening/closing mechanism, 200, 299...parallelization control system, 201...battery module, 202...cell control board, 203...current sensor, 204...voltage sensor, 205...battery box control board, 206...battery state analysis unit, 207...in-box contactor control unit, 208...cross current calculation unit, 209...voltage adjustment target value calculation unit, 210...parallelization control unit, 300...parallelization control flowchart, 400...travel interruption flowchart , S1... start step, S2... vehicle system on determination step, S3... battery state analysis step, S4... target box selection step, S5... inter-group cross flow calculation step, S6... inter-group cross flow safety determination step, S7... each group contactor closing step, S8... travel cut-in determination step, S9... target group selection step, S10... chargeable status determination step, S11... charging group connection step, S12... storage battery group charging step, S13... discharging group connection step S14... step of discharging the storage battery groups, S15... step of determining completion of inter-group voltage adjustment, S16... step of opening the contactors of each box, S17... step of determining completion of inter-group voltage adjustment for all boxes, S18... step of calculating cross current between boxes, S19... step of determining safety of cross current between boxes, S20... step of closing the contactors of each box, S21... step of determining whether to interrupt the drive, S22... step of selecting the target box, S23... step of determining whether charge is possible, S24... step of connecting the charging box, S25... step of charging the battery box, S26... step of connecting the discharging box, S27... step of discharging the battery box, S28... step of opening the contactors of each box, S29... step of determining completion of inter-box voltage adjustment, S30... step of terminating, T1... step of starting the drive to interrupt, T2... step of determining whether a battery box can be used, T3... step of connecting the box with the highest voltage, T4... step of driving, T5... step of matching box voltages, T6... step of closing the contactors of each box, T7... step of determining whether all boxes are parallelized, T8... step of terminating end step, U1...start step, U2...vehicle system on determination step, U3...battery state analysis step, U4...target box selection step, U5...inter-group cross current calculation step, U6...inter-group voltage agreement determination step, U7...all-box inter-group voltage adjustment completion determination step, U8...inter-group cross current safety value determination step, U9...multi-pole contactor closing step, U10...voltage leveling waiting step, U11...multi-pole contactor opening step, U12...inter-box cross current calculation step, U13...inter-box cross current safety value determination step, U14...all multi-pole contactor closing step, U15...travel interrupt determination step, U16...target box selection step, U17...chargeable status determination step, U18...charging box connection step, U19...battery box charging step, U20...discharging box connection step, U21...battery box discharging step, U22...multi-pole contactor opening step, U23...inter-box voltage adjustment completion determination step, U24...end step

Claims (30)

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。
one or more battery boxes containing a plurality of parallel-connected battery groups;
a parallelization control unit that maintains each of the plurality of storage battery groups at an equal voltage;
Disposed in the battery box,
a group switchgear for each of the storage battery groups connected in series to at least one pole of each of the storage battery groups;
In a battery system for railway vehicles that comprises a battery pack,
each of the group switching devices has one box switching device connected in series to a connection point where the plurality of storage battery groups are connected in parallel, with the polarity opposite to that of the series-connected polarity;
the parallelization control unit connects the battery groups in the battery boxes in parallel by closing each of the group opening/closing devices, and connects the battery boxes in parallel by closing each of the group opening/closing devices and the box opening/closing device.
Battery storage system for railway vehicles.
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。
The parallelization control unit
When a specific storage battery group is connected to the assembled battery for charging or discharging,
closing the group switchgear connected in series to the specific storage battery group;
closing the box opening/closing device of the battery box having the specific battery group;
opening the other group opening/closing devices of the battery box having the specific battery group;
opening the box opening/closing devices of the battery boxes other than the battery box having the specific battery group;
The railway vehicle battery system according to claim 1 .
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。
The parallelization control unit
a current value generated from a voltage difference between the battery groups connected in parallel in the battery box is calculated as a calculated current value;
determining whether the battery pack is in a chargeable state when the calculated current value exceeds a safety threshold and voltage adjustment is required;
If chargeable, charging the battery group with the lower voltage to the voltage of the battery group with the highest voltage;
If charging is not possible, the high-voltage storage battery group is discharged to the voltage of the lowest-voltage storage battery group.
The railway vehicle battery system according to claim 1 .
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。
The parallelization control unit
Calculating a current value generated from a voltage difference between the parallel-connected battery boxes;
When the current value exceeds a safety threshold and voltage adjustment is required, it is determined whether the battery pack is in a chargeable state;
If rechargeable, charge the battery box with the lower voltage to the voltage of the battery box with the highest voltage;
If charging is not possible, the high-voltage battery box is discharged to the voltage of the lowest-voltage battery box.
The railway vehicle battery system according to claim 1 .
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。
The parallelization control unit
First, the voltages of the storage batteries in all the storage battery boxes are adjusted and connected in parallel,
The battery boxes of the entire battery pack are connected in parallel with voltage adjustment.
5. The railway vehicle battery system according to claim 3 or 4.
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。
The parallelization control unit
If a running command is received from the cab during the voltage adjustment,
and simultaneously suspending the voltage adjustment, closing all of the switchgears directly connected to the storage battery group that can be connected in parallel.
5. The railway vehicle battery system according to claim 3 or 4.
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。
The parallelization control unit
First, connect the battery box with the highest voltage to the battery pack;
If the voltage of the connected battery box drops while driving and becomes the same as that of the unconnected battery box,
The disconnected battery box is newly connected to the battery pack.
The railway vehicle battery system according to claim 6.
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。
The parallelization control unit
The storage battery group to be subjected to the voltage adjustment is
The charge/discharge amount required for the voltage adjustment is selected in ascending order.
The railway vehicle battery system according to claim 3 .
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。
The parallelization control unit
The battery box or the battery group to be subjected to the voltage adjustment,
Select from those for which no battery abnormality or switching device abnormality has occurred.
5. The railway vehicle battery system according to claim 3 or 4.
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。
The parallelization control unit
transmitting information including at least one of the open/close status of the contactors in the battery pack, the voltage of each battery group, the voltage of each battery box, the remaining time for voltage regulation, the cruising range, and the maximum acceleration force to the driver's cab;
The information is displayed on a monitor disposed in the driver's cab.
5. The railway vehicle battery system according to claim 3 or 4.
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。
The information further includes at least one of a contactor open/close status, a cruising range, and an acceleration force when the voltage adjustment is continued from the current time and a driving command is issued at a future time.
The railway vehicle battery system according to claim 10.
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。
The information is a value at the time when the battery boxes are connected in parallel, and is used to calculate the cruising range from the time when the vehicle starts traveling during the voltage adjustment.
The railway vehicle battery system according to claim 11.
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。
The information is used to determine whether or not a predetermined point on the route can be reached.
The railway vehicle battery system according to claim 10.
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。
All of the opening and closing devices provided in the storage battery group and each of the box opening and closing devices share one box-shared opening and closing operation mechanism and can open and close simultaneously.
The railway vehicle battery system according to claim 4.
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。
A battery box in which all of the storage batteries in the box are to be connected in parallel within the battery pack is defined as a battery box,
the parallelization control unit calculates a current value generated from a voltage difference between all of the storage battery groups simultaneously connected in parallel in the storage battery box,
If the current value is within a safety threshold and parallel connection is possible,
The opening/closing mechanism shared by the battery box is closed, and the opening/closing mechanism shared by boxes other than the battery box is opened.
The parallel connection of the battery group in the battery box is separated from the battery boxes other than the battery box.
The railway vehicle battery system according to claim 14.
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。
One or more battery boxes each containing a group of parallel-connected storage batteries are connected in parallel to form a battery pack;
In order for the parallelization control unit to perform parallelization control so as to maintain the voltages of the plurality of storage battery groups uniform,
In the battery box, group switchgears for each group connected in series to at least one pole of each of the battery groups are controlled to open and close.
A method for controlling a storage battery for a railway vehicle, comprising:
a pole opposite to the pole at which each of the group switchgears is connected in series is set as a connection point at which the plurality of storage battery groups are connected in parallel,
Each box opening/closing device is connected in series to the connection point,
the parallelization control unit connects the battery groups in the battery boxes in parallel by closing each of the group opening/closing devices, and connects the battery boxes in parallel by closing each of the group opening/closing devices and the box opening/closing device.
A method for controlling a battery for a railway vehicle.
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。
The parallelization control unit
When a specific storage battery group is connected to the assembled battery for charging or discharging,
closing the group switchgear connected in series to the specific storage battery group;
closing the box opening/closing device of the battery box having the specific battery group;
opening the other group opening/closing devices of the battery box having the specific battery group;
opening the box opening/closing devices of the battery boxes other than the battery box having the specific battery group;
The method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 16.
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。
The parallelization control unit
a current value generated from a voltage difference between the battery groups connected in parallel in the battery box is calculated as a current value;
When the current value exceeds a safety threshold and voltage adjustment is required, it is determined whether the battery pack is in a chargeable state;
If chargeable, charging the battery group with the lower voltage to the voltage of the battery group with the highest voltage;
If charging is not possible, the high-voltage storage battery group is discharged to the voltage of the lowest-voltage storage battery group.
The method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 16.
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。
The parallelization control unit
Calculating a current value generated from a voltage difference between the parallel-connected battery boxes;
When the current value exceeds a safety threshold and voltage adjustment is required, it is determined whether the battery pack is in a chargeable state;
If rechargeable, charge the battery box with the lower voltage to the voltage of the battery box with the highest voltage;
If charging is not possible, the high-voltage battery box is discharged to the voltage of the lowest-voltage battery box.
19. The method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 18.
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。
The parallelization control unit
First, the voltages of the storage batteries in all the storage battery boxes are adjusted and connected in parallel,
The battery boxes of the entire battery pack are connected in parallel with voltage adjustment.
20. A method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 18 or 19.
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。
The parallelization control unit
If a running command is received from the cab during the voltage adjustment,
and simultaneously suspending the voltage adjustment, closing all of the switchgears directly connected to the storage battery group that can be connected in parallel.
20. A method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 18 or 19.
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。
The parallelization control unit
First, connect the battery box with the highest voltage to the battery pack;
If the voltage of the connected battery box drops while driving and becomes the same as that of the unconnected battery box,
The disconnected battery box is newly connected to the battery pack.
22. The method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 21.
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。
The parallelization control unit
The storage battery group to be subjected to the voltage adjustment is
The charge/discharge amount required for the voltage adjustment is selected in ascending order.
19. The method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 18.
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。
The parallelization control unit
The battery box or the battery group to be subjected to the voltage adjustment,
Select from those for which no battery abnormality or switching device abnormality has occurred.
20. A method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 18 or 19.
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。
The parallelization control unit
transmitting information including at least one of the open/close status of the contactors in the battery pack, the voltage of each battery group, the voltage of each battery box, the remaining time for voltage regulation, the cruising range, and the maximum acceleration force to the driver's cab;
The information is displayed on a monitor disposed in the driver's cab.
20. A method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 18 or 19.
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。
The information further includes at least one of a contactor open/close status, a cruising range, and an acceleration force when the voltage adjustment is continued from the current time and a driving command is issued at a future time.
26. The method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 25.
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。
The information is a value at the time when the battery boxes are connected in parallel, and is used to calculate the cruising range from the time when the vehicle starts traveling during the voltage adjustment.
27. The method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 26.
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。
The information is used to determine whether or not a predetermined point on the route can be reached.
26. The method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 25.
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。
All of the opening and closing devices provided in the storage battery group and each of the box opening and closing devices share one box-shared opening and closing operation mechanism and can open and close simultaneously.
20. The method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 19.
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。
A battery box in which all of the storage batteries in the box are to be connected in parallel within the battery pack is defined as a battery box,
the parallelization control unit calculates a current value generated from a voltage difference between all of the storage battery groups simultaneously connected in parallel in the storage battery box,
If the current value is within a safety threshold and parallel connection is possible,
The opening/closing mechanism shared by the battery box is closed, and the opening/closing mechanism shared by boxes other than the battery box is opened.
The parallel connection of the battery group in the battery box is separated from the battery boxes other than the battery box.
30. The method for controlling a battery for a railway vehicle according to claim 29.
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