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技術 監視装置及びそれを用いた蓄電装置制御システム,鉄道車両

出願人 株式会社日立製作所
発明者 西野尊善石田誠司有田裕豊田瑛一佐藤裕嶋田基巳
出願日 2008年7月24日 (12年6ヶ月経過) 出願番号 2008-190393
公開日 2009年5月7日 (11年9ヶ月経過) 公開番号 2009-100644
状態 特許登録済
技術分野 車両の電気的な推進・制動 電池の充放電回路 車両の電気的な推進・制動 二次電池の保守(充放電、状態検知) 電池等の充放電回路
主要キーワード 絶縁箇所 一部要素 遮断制御装置 鉄道用途 上位電源 電源路 給電再開 給電出力
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

蓄電池を多直列した高電圧組電池を用いた場合でも、簡単且つ安価な構成で、蓄電池を長寿命可能な監視装置及びそれを用いた蓄電装置制御システムを提供することである。

解決手段

複数の蓄電池からなる部分組電池複数直列に接続された組電池と、複数の監視装置と、組電池の充放電を制御する制御装置と、を有し、複数の監視装置の各々は、複数の部分組電池の状態に基づいて充放電制御情報を生成する複数の処理手段と、監視する部分組電池からの電気エネルギー受電できる電源手段と、下監視装置または制御装置と通信を行うため第1の通信手段と、上監視装置と通信を行うため第2の通信手段と、処理手段と第1の通信手段又は第2の通信手段間に配置され、部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する絶縁手段と、を有する。

概要

背景

充電放電を繰り返すことができる蓄電池電源装置として用い易く、携帯端末ノートPCの電源からハイブリッド自動車動力源に至るまで、広く利用されている。

蓄電池にはその化学的特性から適正に蓄えられるエネルギー量や適正な充放電電流が決まっている。これらを越えて充放電すると、化学的特性が変化して性能が低下したり壊れたりする。したがって、蓄電池を長持ちさせるためには蓄電池の状態を見ながら充放電を適正に調整する必要がある。

このことから、蓄電池を利用するシステムでは、蓄電池の電圧等の状態を検知する監視装置が備えられ、検知した蓄電池の状態情報充放電制御部に伝え、これを基に充放電を制御するのが普通である。

自動車のような出力規模の大きいシステムで蓄電池を用いる際、大電力や大エネルギー容量を確保するため、蓄電池を多直列する(特許文献1)。この時、ある程度まとまった小規模な直列ごとに監視装置を備え、充放電制御部がその各々と連携できるようにすれば、監視装置のサイズや配線の上で都合が良い。

特開2003−70179号公報

概要

蓄電池を多直列した高電圧組電池を用いた場合でも、簡単且つ安価な構成で、蓄電池を長寿命可能な監視装置及びそれを用いた蓄電装置制御システムを提供することである。 複数の蓄電池からなる部分組電池複数直列に接続された組電池と、複数の監視装置と、組電池の充放電を制御する制御装置と、を有し、複数の監視装置の各々は、複数の部分組電池の状態に基づいて充放電制御情報を生成する複数の処理手段と、監視する部分組電池からの電気エネルギー受電できる電源手段と、下監視装置または制御装置と通信を行うため第1の通信手段と、上監視装置と通信を行うため第2の通信手段と、処理手段と第1の通信手段又は第2の通信手段間に配置され、部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する絶縁手段と、を有する。

目的

本発明の目的は、このように蓄電池を多直列した高電圧な組電池を用いた場合でも、簡単且つ安価な構成で、蓄電池を長寿命可能な監視装置及びそれを用いた蓄電装置制御システムを提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
4件

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請求項1

複数の蓄電池からなる部分組電池複数直列に接続された組電池と、複数の部分組電池を監視し、各々が直列に接続された複数の監視装置と、前記組電池の充放電を制御する制御装置と、前記制御装置から前記制御装置に隣接する監視装置へ情報を伝送する通信路と、を有し、前記複数の監視装置の各々は、前記複数の部分組電池の状態に基づいて充放電制御情報を生成する複数の処理手段と、監視する前記部分組電池からの電気エネルギー受電できる電源手段と、一方側に隣接して配置された監視装置または前記制御装置と通信を行うため第1の通信手段と、他方側に隣接して配置された監視装置と通信を行うため第2の通信手段と、前記処理手段と前記第1の通信手段又は前記第2の通信手段間に配置され、前記部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する絶縁手段と、を有する蓄電装置制御システム

請求項2

複数の蓄電池からなる部分組電池が複数直列に接続された組電池と、前記複数の部分組電池を監視し、各々が直列に接続された複数の監視装置と、前記組電池の充放電を制御する制御装置と、前記制御装置から前記制御装置に隣接する監視装置へ情報を伝送する通信路と、を有し、前記複数の監視装置の各々は、前記複数の部分組電池の状態に基づいて充放電制御情報を生成する複数の処理手段と、監視する前記部分組電池からの電気エネルギーを受電できる電源手段と、一方側に隣接して配置された監視装置または前記制御装置と通信を行うため第1の通信手段と、他方側に隣接して配置された監視装置と通信を行うため第2の通信手段と、前記処理手段と前記第2の通信手段間に配置され、前記部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する絶縁手段と、を有する蓄電装置制御システム。

請求項3

請求項2記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記複数の監視装置の各々は、前記一方側に隣接して配置された監視装置または前記制御装置から前記電源手段に印加する電源指令を受け取る電源指令入力端子と、前記他方側に隣接して配置された監視装置へ電源指令を出力するための電源指令出力端子と、前記電源手段から電源指令を受給でき、且つ前記電源手段と前記電源指令出力端子間に配置され、前記部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する電源路絶縁手段と、を有する蓄電装置制御システム。

請求項4

請求項3記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記電源手段は、前記電源指令入力端子に前記電源指令の入力がない場合は、給電出力を停止する蓄電装置制御システム。

請求項5

請求項3記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記第2の通信手段へは、前記他方側に隣接して配置された監視装置の電源手段から給電される蓄電装置制御システム。

請求項6

複数の蓄電池からなる部分組電池が複数直列に接続された組電池と、前記複数の部分組電池を監視し、各々が直列に接続された複数の監視装置と、前記組電池の充放電を制御する制御装置と、前記制御装置から前記制御装置に隣接する監視装置へ情報を伝送する通信路と、を有し、前記複数の監視装置の各々は、前記複数の部分組電池の状態に基づいて充放電制御情報を生成する複数の処理手段と、監視する前記部分組電池からの電気エネルギーを受電できる電源手段と、一方側に隣接して配置された監視装置または前記制御装置と通信を行うため第1の通信手段と、他方側に隣接して配置された監視装置と通信を行うため第2の通信手段と、前記処理手段と前記第1の通信手段間に配置され、前記部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する絶縁手段と、を有する蓄電装置制御システム。

請求項7

請求項6記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記複数の監視装置の各々は、前記一方側に隣接して配置された監視装置または前記制御装置から前記電源手段に印加する電源指令を受け取る電源入力端子と、前記電源入力手段から電源指令を受給でき、且つ前記電源入力端子と前記電源手段間に配置され、前記部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する電源路絶縁手段と、前記他方側に隣接して配置された監視装置へ電源指令を出力するための電源出力端子と、を有する蓄電装置制御システム。

請求項8

請求項7記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記電源手段は、前記電源入力端子に前記電源指令の入力がない場合は、給電出力を停止する蓄電装置制御システム。

請求項9

請求項7記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記第1の通信手段へは、前記一方側に隣接して配置された監視装置または前記制御装置から給電される蓄電装置制御システム。

請求項10

請求項7記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記第1の通信手段へは、前記電源入力端子から給電される蓄電装置制御システム。

請求項11

複数の蓄電池からなる部分組電池と、前記部分組電池の充放電を制御する制御装置と、接続して用いられ、前記部分組電池を監視し、他の監視装置と接続可能な監視装置において、前記部分組電池の状態に基づいて充放電制御情報を生成する処理手段と、監視する前記部分組電池からの電気エネルギーを受電できる電源手段と、一方側に隣接して配置された監視装置または前記制御装置と通信を行うため第1の通信手段と、他方側に隣接して配置された監視装置と通信を行うため第2の通信手段と、前記処理手段と前記第2の通信手段間に配置され、前記部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する絶縁手段と、を有する監視装置。

請求項12

請求項11記載の監視装置において、前記一方側に隣接して配置された監視装置または前記制御装置から前記電源手段に印加する電源指令を受け取る電源指令入力端子と、前記他方側に隣接して配置された監視装置へ電源指令を出力するための電源指令出力端子と、前記電源手段から電源指令を受給でき、且つ前記電源手段と前記電源指令出力端子間に配置され、前記部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する電源路絶縁手段と、を有する監視装置。

請求項13

請求項12記載の監視装置において、前記電源手段は、前記電源指令入力端子に前記電源指令の入力がない場合は、給電出力を停止する監視装置。

請求項14

請求項12記載の監視装置において、前記第2の通信手段へは、前記他方側に隣接して配置された監視装置の電源手段から給電される監視装置。

請求項15

複数の蓄電池からなる部分組電池と、前記部分組電池の充放電を制御する制御装置と、接続して用いられ、前記部分組電池を監視し、他の監視装置と接続可能な監視装置において、前記部分組電池の状態に基づいて充放電制御情報を生成する処理手段と、監視する前記部分組電池からの電気エネルギーを受電できる電源手段と、一方側に隣接して配置された監視装置または前記制御装置と通信を行うため第1の通信手段と、他方側に隣接して配置された監視装置と通信を行うため第2の通信手段と、前記処理手段と前記第1の通信手段間に配置され、前記部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する絶縁手段と、を有する監視装置。

請求項16

請求項15記載の監視装置において、前記一方側に隣接して配置された監視装置または前記制御装置から前記電源手段に印加する電源指令を受け取る電源入力端子と、前記電源入力手段から電源指令を受給でき、且つ前記電源入力端子と前記電源手段間に配置され、前記部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する電源路絶縁手段と、前記他方側に隣接して配置された監視装置へ電源指令を出力するための電源出力端子と、を有する監視装置。

請求項17

請求項16に記載の監視装置において、前記電源手段は、前記電源入力端子に前記電源指令の入力がない場合は、給電出力を停止する監視装置。

請求項18

請求項15記載の監視装置において、前記第1の通信手段へは、前記一方側に隣接して配置された監視装置または前記制御装置から給電される監視装置。

請求項19

請求項15記載の監視装置において、前記第1の通信手段へは、前記電源入力端子から給電される監視装置。

請求項20

複数の蓄電池からなる部分組電池が複数直列に接続された組電池と、複数の部分組電池を監視し、各々が直列に接続された複数の監視装置と、前記組電池の充放電を制御する制御装置と、を有し、前記複数の監視装置の各々は、前記複数の部分組電池の状態に基づいて充放電制御情報を生成する複数の処理手段と、一方側に隣接して配置された監視装置または前記制御装置と通信を行うため第1の通信手段と、他方側に隣接して配置された監視装置と通信を行うため第2の通信手段と、前記処理手段と前記第1の通信手段及び前記第2の通信手段間に配置され、前記部分組電池の電圧を絶縁する絶縁手段と、を有する蓄電装置制御システム。

請求項21

請求項20記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記監視装置は、1つの前記部分組電池に1つ有する蓄電装置制御システム。

請求項22

請求項20記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記絶縁手段は、前記部分組電池の電圧以上の絶縁耐圧を有する蓄電装置制御システム。

請求項23

請求項20記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記監視装置は、前記部分組電池の電圧を分圧する分圧手段と、前記部分組電池と接続し、前記部分組電池の状態を検知するセンサと、前記センサと絶縁された信号線で接続して前記センサの出力を受信し、且つ前記分圧手段により基準電位が決まる処理手段と、を有することを特徴とする蓄電装置制御システム。

請求項24

請求項20記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記監視装置は、前記部分組電池の電圧を電源電圧に変換する電源手段を有する蓄電装置制御システム。

請求項25

請求項24記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記電源手段は、他の前記監視装置の電源手段から絶縁手段を介して電力が供給されたときに、接続された前記部分組電池の電圧を電源電圧に変換する蓄電装置制御システム。

請求項26

請求項23記載の蓄電装置制御システムにおいて、前記分圧手段は、前記部分組電池の両極に接続して負極電位より高く、正極電位よりも低い中間電位となるように複数の抵抗直列接続された組抵抗で構成され、前記処理手段の基準電位が前記中間電位である蓄電装置制御システム。

請求項27

請求項20乃至26のいずれか1項に記載の蓄電装置制御システムを有する鉄道車両

技術分野

0001

本発明は蓄電池監視する監視装置及びそれを用いた蓄電装置制御システム鉄道車両に関する。

背景技術

0002

充電放電を繰り返すことができる蓄電池は電源装置として用い易く、携帯端末ノートPCの電源からハイブリッド自動車動力源に至るまで、広く利用されている。

0003

蓄電池にはその化学的特性から適正に蓄えられるエネルギー量や適正な充放電電流が決まっている。これらを越えて充放電すると、化学的特性が変化して性能が低下したり壊れたりする。したがって、蓄電池を長持ちさせるためには蓄電池の状態を見ながら充放電を適正に調整する必要がある。

0004

このことから、蓄電池を利用するシステムでは、蓄電池の電圧等の状態を検知する監視装置が備えられ、検知した蓄電池の状態情報充放電制御部に伝え、これを基に充放電を制御するのが普通である。

0005

自動車のような出力規模の大きいシステムで蓄電池を用いる際、大電力や大エネルギー容量を確保するため、蓄電池を多直列する(特許文献1)。この時、ある程度まとまった小規模な直列ごとに監視装置を備え、充放電制御部がその各々と連携できるようにすれば、監視装置のサイズや配線の上で都合が良い。

0006

特開2003−70179号公報

発明が解決しようとする課題

0007

自動車の動力源としての用途では、多直列した蓄電池全体は数百ボルト高電圧となる。監視装置はセンサで蓄電池と結線されていたり至近にあったりするので、高電圧による破壊を防止するため適切な絶縁を施す必要がある。これにはフォトカプラをはじめとする絶縁素子を使えるが、その分コストがかかる。

0008

特許文献1の方法によれば、多直列された蓄電池に多数付随する監視装置(セルコントローラ)を一列に接続する際、その間をフォトカプラで絶縁する必要がなくなる。別途設ける充放電制御部(バッテリコントローラ)との通信路は直列の両端の監視装置に限り、この2箇所だけを多直列された蓄電池分の耐圧をもって絶縁することで、蓄電装置を安価に構成できる。

0009

しかし、特許文献1の蓄電装置は電気自動車或いはハイブリッド電気自動車向けに144ボルト程度の電圧であり、比較的安価なフォトカプラで絶縁できる程度で済んでいることが前提である。これよりも大規模なシステム、例えばハイブリッド鉄道車両向けに蓄電池を架線電圧相当の1500ボルトまで多直列した場合、1500ボルトもの高圧に耐える絶縁素子が必要である。このような高耐圧素子は高価である。

0010

本発明の目的は、このように蓄電池を多直列した高電圧な組電池を用いた場合でも、簡単且つ安価な構成で、蓄電池を長寿命可能な監視装置及びそれを用いた蓄電装置制御システムを提供することである。

課題を解決するための手段

0011

上記課題を解決するために、本発明は、複数の蓄電池からなる部分組電池複数直列に接続された組電池と、複数の部分組電池を監視し、各々が直列に接続された複数の監視装置と、組電池の充放電を制御する制御装置と、制御装置からその制御装置に隣接する監視装置へ情報を伝送する通信路と、を有し、複数の監視装置の各々は、複数の部分組電池の状態に基づいて充放電制御情報を生成する複数の処理手段と、監視する部分組電池からの電気エネルギー受電できる電源手段と、一方側に隣接して配置された監視装置または制御装置と通信を行うため第1の通信手段と、他方側に隣接して配置された監視装置と通信を行うため第2の通信手段と、処理手段と第1の通信手段又は第2の通信手段間に配置され、部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する絶縁手段と、を有する構成とする。

0012

また、複数の蓄電池からなる部分組電池と、部分組電池の充放電を制御する制御装置と、接続して用いられ、部分組電池を監視し、他の監視装置と接続可能な監視装置において、部分組電池の状態に基づいて充放電制御情報を生成する処理手段と、監視する部分組電池からの電気エネルギーを受電できる電源手段と、一方側に隣接して配置された監視装置または制御装置と通信を行うため第1の通信手段と、他方側に隣接して配置された監視装置と通信を行うため第2の通信手段と、処理手段と第1の通信手段又は第2の通信手段間に配置され、部分組電池の電圧以上の耐圧で絶縁する絶縁手段と、を有する構成とする。

0013

また、複数の蓄電池からなる部分組電池が複数直列に接続された組電池と、複数の部分組電池を監視し、各々が直列に接続された複数の監視装置と、組電池の充放電を制御する制御装置と、を有し、複数の監視装置の各々は、複数の部分組電池の状態に基づいて充放電制御情報を生成する複数の処理手段と、一方側に隣接して配置された監視装置または制御装置と通信を行うため第1の通信手段と、他方側に隣接して配置された監視装置と通信を行うため第2の通信手段と、処理手段と第1の通信手段及び第2の通信手段間に配置され、部分組電池の電圧を絶縁する絶縁手段と、を有する構成とする。

発明の効果

0014

蓄電池を多直列した高電圧な組電池を用いた場合でも、簡単且つ安価な構成で、蓄電池を長寿命可能な監視装置及びそれを用いた蓄電装置制御システムを提供できる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下各実施例について図面を用いて説明する。

0016

図1は、本発明の蓄電装置制御システムの一実施形態を示した図である。

0017

組電池bは複数の蓄電池からなる。負荷ldは組電池bのエネルギーを消費したり、エネルギーを発生して組電池bを充電したりする。制御装置ctlは負荷ldを変化させて組電池bと負荷ldの間のエネルギーの出入り(組電池bの充放電)を調整できる。つまり組電池の充放電を制御できる。

0018

遮断器brは通電可能と通電不可能の2つの状態を有する。これらの状態は制御装置ctlの遮断制御装置brcからの指令で制御できる。遮断器brを通電不可能とした時、組電池bは負荷ldと電気的に切り離され、負荷ldとの間で充放電できなくなる。

0019

組電池bは、部分組電池であるバッテリモジュールb1,b2,b3が複数直列に接続されて成る。そのうちバッテリモジュールb1は基準電位gndに接地される。バッテリモジュールb1,b2,b3は、例えばニッケル水素電池リチウムイオン電池のような充放電可能なバッテリセル(蓄電池)が複数個直列に繋がって成る。本実施例では鉄道用途を考え、バッテリモジュールの両端の電圧は適正な範囲で充放電した場合に最大400ボルト程度、組電池bの電圧は最大1200ボルト程度である。

0020

なお、バッテリモジュールの数は本例の3に限らず、複数あれば本発明を同様の形態で実施できる。バッテリモジュール1つの電圧も400ボルトに限らず、異なる電圧でも本発明は適用可能である。

0021

電圧センサcc1,cc2,cc3はそれぞれバッテリモジュールb1,b2,b3と同電位で、バッテリモジュール内部のバッテリセルの電圧値を測って出力する電圧センサである。

0022

監視装置mo1,mo2,mo3は、複数の部分組電池であるバッテリモジュールを監視するものであり、監視装置の各々が直列に接続されている。具体的には、それぞれバッテリモジュールb1,b2,b3に付随し、自身が付随するバッテリモジュールの状態として電圧やSOC(蓄電されたエネルギー÷適正に蓄電できるエネルギー)を検出し、またこれらが適正な値かどうかでバッテリモジュールの異常を検知するのが主な機能である。本実施例では各監視装置の構成は同じである。例えば後で説明する監視装置mo3上の絶縁手段is3,接点r3,通信回路c32は本実施例では利用しないが、それでもこれらを省かず各監視装置を同じ構成にするのは、製造管理や組み立てが容易なためである。以下ではバッテリモジュールb2と監視装置mo2を中心に説明する。

0023

電源手段p2はスイッチング電源回路である。これにバッテリモジュールb2から電圧(最大400ボルト)を印加することで、この後で説明する処理手段であるマイコンm2や絶縁手段is2,通信回路c21、加えて監視装置mo2に関する図示していない諸々の要素に給電するために適切な電気エネルギー(例えば一般の素子で広く利用される3.3ボルトや5ボルト電源)を監視するバッテリモジュールb2から受電し、出力できる。なお、電源手段p2には比較的高効率で安価なスイッチング電源方式を用いたが、このような給電機能を備えれば、どのような電源方式でも良い。

0024

電源素子ic2はスイッチング電源回路である電源手段p2を制御する素子である。スイッチング電源方式に必要な発振機構を内部に有している。電源素子ic2が発振中は電源手段p2の給電出力が有り、発振停止中は給電出力が停止する。また、電源素子ic2はリモートoff制御端子を有し、ここに印加される電源指令に応じて発振の動作と停止を切り替えられる。具体的には、この端子短絡状態であれば(電源指令として“短絡状態”を印加すれば)発振でき、開放状態であれば(電源指令として“開放状態”を印加すれば)発振を停止する。このような電源素子は、スイッチング電源方式が一般的なことから、安価に手に入る。

0025

つまり、電源手段p2内の電源素子ic2は、電源指令入力端子pci2に電源指令の入力がない場合は、給電出力を停止する。

0026

なお、ここでは電源手段p2を比較的高効率で安価なスイッチング電源方式とし、その中に制御用のリモートoff可能な電源素子ic2を配したが、電源手段p2は、先の通りの給電機能及び外部から印加される電源指令により出力を停止するリモートoff制御端子とを備えればどのような電源方式でもよい。

0027

電源指令入力端子pci2は、下側に隣接して配置された監視装置mo1の電源手段p1の出力に連動する電源指令を受け取り電源手段p2内の電源素子ic2へと印加するための電源指令入力端子である。電源指令入力端子pci1は、隣接して配置された制御装置ctlから電源手段p1に印加する電源指令を受け取ることとなる。

0028

監視装置mo2は処理手段であるマイコンm2を備える。マイコンm2は電圧センサcc2から結線を介して電圧値を受け取り、部分組電池であるバッテリモジュールb2の電圧を検出する。マイコンm2が電圧センサcc2から電圧値を受け取る方式はどのようなものでも良い。

0029

マイコンm2は受け取ったバッテリモジュールb2の電圧値を演算処理し、SOCを検出する。また、電圧値やSOCを予め定めた閾値と比較し、その結果からバッテリモジュールb2の異常を検出する。なお、マイコンm2で検出する情報は制御装置ctlが必要とする情報に合わせて決めればよく、電圧値やSOCに限らない。例えばバッテリモジュールb2に電流センサを備え、電流値を検出するようにしても良い。あるいは温度センサを備え、温度を検出するようにしても良い。

0030

つまり処理手段であるマイコンm2は、部分組電池であるバッテリモジュールb2の状態情報に基づいてSOCなどの充放電制御情報を生成するものである。

0031

第1の通信手段である通信回路c21は、監視装置mo2と基準電位に近い一方側に隣接して配置された監視装置mo1と通信するための下通信回路である。また第1の通信手段である通信回路c11は、制御装置ctl通信するための通信回路である。マイコンm2は、通信回路c21を介し、マイコンm1との間で情報を送受信できる。この際の通信はどのような方式でも良い。ここでは簡単なシリアル通信とする。

0032

第2の通信手段である通信回路c22は、監視装置mo2と基準電位から遠い他方側に隣接して配置された監視装置mo3と通信するための上通信回路である。第2の通信手段である通信回路c22と処理手段であるマイコンm2との間はフォトカプラのような絶縁手段is2で絶縁される。マイコンm2は、絶縁手段is2と通信回路c22を介して監視装置mo3のマイコンm3との間で情報を送受信できる。この際の通信はどのような方式でも良い。ここでは簡単なシリアル通信とする。この第2の通信手段には、隣接して配置された監視装置mo3の電源手段p3から給電される。

0033

絶縁手段(フォトカプラ)is2は、バッテリモジュールb2並みの電圧、即ち400ボルト程度の絶縁を目的とした使用に耐える品であればよい。つまり、この絶縁手段is2は、部分組電池であるバッテリモジュールb2の電圧以上の耐圧で絶縁していることが特徴である。

0034

電源入力端子pa2は監視装置mo3の電源手段p3を電源入力とする上電源入力端子である。通信回路c22へは、電源入力端子pa2から給電する。電源回路rc2は、この給電ラインに乗るノイズを除去して通信回路c22に安定した電源を提供するための電源回路である。

0035

接点r2は、十分な給電があれば短絡し、なければ開放するという機能を持ち、かつ、バッテリモジュールb2相当400ボルトの絶縁に使用できるという絶縁a接点リレーである。接点r2は、このような機能を持つものであればどのような物でも良い。ここでは入力側の発光ダイオード点灯した時に限って出力側リレーが閉じるという素子を用いる。このような品は絶縁手段(フォトカプラ)is2と同程度に安価である。

0036

つまり、接点r2は、電源路絶縁手段であり、電源手段p2から電源指令を受給でき、かつ電源手段p2と後述する電源指令出力端子pco2間に配置され、部分組電池であるバッテリモジュールb2の電圧以上の耐圧で絶縁すればよい。

0037

電源指令出力端子pco2は、電源指令入力手段pci2とは反対側に設けられ、隣接して配置された監視装置mo3へ電源指令を出力するための端子である。具体的には、絶縁a接点リレーである接点r2の状態を電源指令“開放状態”や“短絡状態”として出力し、監視装置mo3の電源素子ic3のリモートoff制御端子へと印加するための電源指令出力端子である。

0038

以上、監視装置mo2の構成を説明したが、監視装置mo1,mo3も同様の構成である。特に監視装置mo1は、電源手段p1とバッテリモジュールb1との結線を通じて基準電位に接地している。

0039

次に制御装置ctlの構成を説明する。制御装置ctlは基準電位gndに接地されている。よって、同電位のバッテリモジュールb1や初段の監視装置mo1と絶縁なしに接続できる。また制御装置ctl上の各要素へは、組電池b以外の十分豊富なエネルギーを持つ電源装置から給電される。

0040

マイコンtmは、主に組電池bの充放電量を調整するための計算処理を行う。

0041

通信回路tcbは、初段の監視装置mo1の通信回路c11と結線される。マイコンtmは通信回路tcb,通信回路c11を介してマイコンm1との間で情報を送受信できる。この際の通信仕様は何でもよいが、ここでは簡単なシリアル通信とする。マイコンtmはマイコンm1を介して監視装置mo1,mo2,mo3で検出したバッテリモジュールb1,b2,b3の電圧やSOCや異常情報を取得できる。この動作については後述する。

0042

マイコンtmは、取得したバッテリモジュールb1,b2,b3の電圧やSOCを基に、例えばSOCが予め定めた閾値より高ければ充電を止める、SOCが小さ過ぎれば放電を止めて優先的に充電する、というような充放電制御情報を演算する。また、もしバッテリモジュールb1,b2,b3のいずれかが異常との情報を受ければ、遮断器brを動作させて組電池bの充放電を強制的に止めるという保護動作もできる。

0043

リレーtrは、マイコンtmからの指令で短絡と開放を切り替えられるリレーである。リレーtrは初段の監視装置mo1の電源指令入力端子pci1を介して電源素子ic1のリモートoff制御端子と接続され、開放や短絡の状態を電源指令として印加する。この関係は、接点r1と電源素子ic2との関係や、接点r2と電源素子ic3との関係と同様である。

0044

本実施例の構成にて、制御装置ctlが組電池bの充放電の制御に必要なバッテリモジュールb1,b2,b3の状態情報を取得する様子を示す。便宜上、制御装置ctl内のマイコンtmから通信回路tcb,通信回路c11を経て隣接して配置された監視装置mo1内のマイコンm1に至る双方向の通信路を上位通信路、マイコンm1から絶縁手段(フォトカプラ)is1,通信回路c12,通信回路c21を経てマイコンm2に至る双方向の通信路を通信路12,マイコンm2から絶縁手段(フォトカプラ)is2,通信回路c22,通信回路c31を経てマイコンm3に至る双方向の通信路を通信路23と呼ぶ。

0045

図2は、制御装置ctlのマイコンtmがバッテリモジュールb3の状態情報を取得するまでの上位通信路、通信路12,通信路23上の伝送データの流れを時系列に沿って示す図である。各々の通信路において伝送データがどちらに向かっているかを明示するため、基準電位側への伝送をdown(下り)、これと反対側への伝送をup(上り)と呼ぶ。ヘッダhd3,制御データcd3,状態情報sd3は伝送データである。丸印で示されたmtu,m1u,m2u,m3u,m2d,m1d,mtdはマイコンの処理を表す。

0046

まず、マイコンtmが処理mtuにて、マイコンm3に宛てたバッテリモジュールb3の状態情報送付リクエストを生成し、上位通信路のupへと送信する。リクエストはヘッダhd3,制御データcd3から成る。ヘッダhd3はリクエストの宛先を記したものである。制御データcd3はリクエストの内容(この場合であればバッテリモジュールb3の状態情報の送付)等を記した制御データである。

0047

マイコンm1は上位通信路のupを介してこのリクエストを受信し、処理m1uにてヘッダhd3に記された宛先を調べる。宛先はマイコンm3で自身宛てではないため、受信したリクエスト(ヘッダhd3と制御データcd3)をそのまま通信路12のupへと送信する。

0048

マイコンm2は通信路12のupを介してこのリクエストを受信し、処理m2uにてヘッダhd3に記された宛先を調べる。マイコンm1と同様に自分宛てでないことを確認し、リクエストをそのまま通信路23のupへと送信する。

0049

マイコンm3は通信路23のupを介してこのリクエストを受信し、処理m3uにてヘッダhd3に記された宛先を調べる。このリクエストが自分宛てであることを確認した後、制御データcd3からリクエストの内容を読み取る。ここではバッテリモジュールb3の状態情報の送付要請が記されている。これを受け、自身が検出したバッテリモジュールb3の電圧とSOCと異常情報をマイコンtmに応答すべく、これらで成る状態情報sd3を生成し、通信路23のdownへと送信する。

0050

マイコンm2は、通信路23のdownを介して状態情報sd3を受信し、処理m2dにてこのデータをそのまま通信路12のdownへと送信する。この際、マイコンtmでの必要に応じ、例えばマイコンm2にてバッテリモジュールb3のSOCとバッテリモジュールb2のSOCを比較した結果を状態情報sd3に付加して送信することもできる。

0051

マイコンm1は、通信路12のdownを介して状態データを受信し、処理m1dにてこのデータをそのまま上位通信路のdownへと送信する。これに関しては処理m2dと同様である。

0052

マイコンtmは、上位通信路のdownを介して状態データを受信し、処理mtdにて展開する。こうしてマイコンtmは、処理mtuで送信したリクエストの通りバッテリモジュールb3の状態情報を取得する。

0053

マイコンtmは、同様の手順でマイコンm2からバッテリモジュールb2の状態情報を受け取ることや、マイコンm1からバッテリモジュールb1の状態情報を受け取ることができ、取得したバッテリモジュールb1,b2,b3の状態情報を用いて組電池bの充放電を制御できる。なお、制御装置ctlが各バッテリモジュールb1,b2,b3の状態情報を取得できるのであれば、通信と処理の手順や内容はこれに限らない。

0054

本実施例の構成にて、リレーtrを操作する時の動作を説明する。

0055

図3は、リレーtrを操作した時に電源手段p1,p2,p3の出力及び遮断器brの状態がどのように変化するかを示す図である。

0056

初め、リレーtrは短絡状態である。この時、先に説明した電源素子ic1のリモートoff制御端子に印加される電源指令(上位電源指令)は“短絡状態”である。よって電源素子ic1は発振可能で、電源手段p1は監視装置mo1上の絶縁a接点リレーである接点r1を含む諸要素に給電している。これを受けて絶縁a接点リレーである接点r1は短絡しており、電源素子ic2のリモートoff制御端子には電源指令“短絡状態”が印加されている。よって電源素子ic2は発振可能であり、電源手段p2は監視装置mo2上の絶縁a接点リレーである接点r2を含む諸要素に給電している。絶縁a接点リレーである接点r2と電源素子ic3に関しても同様で、電源手段p3は監視装置mo3上の諸要素に給電している。

0057

ある時間Toffに、リレーtrはマイコンtmからの指令により開放する。この時、電源素子ic1のリモートoff制御端子に印加される電源指令(上位電源指令)は“開放状態”に変わる。これを受けて電源素子ic1は発振を停止するため、電源手段p1からの給電が停止する。遅延df1は、時間Toffから電源手段p1の給電出力が十分に小さくなるまでの伝播時間である。電源手段p1からの給電がなくなった絶縁a接点リレーである接点r1は開放し、電源素子ic2のリモートoff制御端子に印加される電源指令は“開放状態”に変わり、電源手段p2も給電出力を停止する。遅延df2は、電源手段p1の給電出力が十分に小さくなった時間Toff+df1から電源手段p2の給電出力が十分に小さくなるまでの伝播時間である。電源手段p2からの給電がなくなった絶縁a接点リレーである接点r2は開放し、電源素子ic3のリモートoff制御端子には電源指令“開放状態”が印加され、電源手段p3からの給電が停止する。遅延df3は、電源手段p2の給電出力が十分に小さくなった時間Toff+df1から電源手段p3の給電出力が十分に小さくなるまでの伝播時間である。

0058

このようにして電源手段p1,p2,p3全ての給電出力が停止している状態から、ある時間Tonにマイコンtmからの指令を受けてリレーtrが短絡する。この時、電源素子ic1のリモートoff制御端子に印加される電源指令(上位電源指令)は再び“短絡状態”に変わり、電源手段p1から監視装置mo1上の絶縁a接点リレーを含む諸要素への給電が再開される。遅延dn1は、時間Tonから電源手段p1の給電再開までの伝播時間である。電源手段p1からの給電を受け、絶縁a接点リレーである接点r1は短絡に変わり、電源素子ic2のリモートoff制御端子に電源指令“開放状態”が印加され、電源手段p2が給電を再開する。遅延dn2はこの間の伝播時間である。これを受け、遅延dn3を経て、電源手段p3も同様に給電を再開する。

0059

以上のように、リレーtrの短絡か開放かの状態を操作することで、これに連動して電源手段p1,p2,p3の給電を動作させたり停止させたりできる。

0060

マイコンtmは、リレーtrを操作する際、遮断制御装置brcへ遮断器brの操作指令を出す。これは、電源手段p1,p2,p3が止まりバッテリモジュールb1,b2,b3の状態を検出できなくなった状況にて組電池bを適正な範囲を越えて充放電し過ぎないようにするためである。具体的には、マイコンtmはリレーtrを開放する時に遮断制御装置brcへ予めその事を伝え、これを受けて遮断制御装置brcが遮断器brを通電不可にする。またマイコンtmはリレーtrを短絡する時に遮断制御装置brcへその事を伝え、これを受けて遮断制御装置brcは電源手段p1,p2,p3が給電を再開するまでの余裕を持った後に遮断器brを通電可にする。したがって図3のように、時間Toffにリレーtrを開放するよりも先行時間dfbだけ先に遮断器brが通電不可となり、時間Tonにリレーtrを短絡した後は待ち時間dnbを経て遮断器brが通電可となる。

0061

以上が本実施例の構成において、リレーtrの状態を操作する時の動作である。

0062

本実施例の蓄電装置制御システムでは、監視手段mo3上の主たる要素(マイコンm3,通信回路c31,絶縁手段(フォトカプラ)is3の発光側,電源手段p3,接点r3の発光側)及び監視装置mo2上の一部要素(絶縁手段(フォトカプラ)is2の非発光側,接点r2の非発光側,電源回路rc2)はバッテリモジュールb3と同電位になる。同様に、監視装置mo2上の主たる要素と監視装置mo1上の一部要素はバッテリモジュールb2と同電位になる。また監視装置mo1の主たる要素はバッテリモジュールb1と同電位(基準電位)になる。したがって、絶縁手段(フォトカプラ)is2及び絶縁a接点リレーr2にかかる電圧はバッテリモジュールb2相当400ボルトである。また、絶縁手段is1及びa接点リレーである接点r1にかかる電圧はバッテリモジュールb1の電圧相当400ボルトである。このように、部分組電池であるバッテリモジュールの電圧と少なくとも同じ、またはそれ以上の耐圧で絶縁する絶縁手段を使える、つまり組電池b相当1200ボルトの絶縁に使える高耐圧な素子を使わず、バッテリモジュール相当400ボルトの絶縁に使える素子のみで用いるため、簡単且つ安価な構成で、蓄電池を長寿命可能な監視装置及びそれを用いた蓄電装置制御システムを提供することができる。

0063

本実施例の蓄電装置制御システムを用いると、長時間、組電池bを利用しない場合、リレーtrを操作するだけで監視装置mo1,mo2,mo3の電力消費を停止でき、組電池bの過放電を防ぐことができる。数百〜千数百ボルトと高圧な監視装置mo2,mo3の電圧消費を止めるのにそれらに直接触れる必要がないため簡単で安全である。

0064

本実施例の蓄電装置制御システムでは、例えば電源指令出力端子pco1と電源指令入力端子pci2の間の結線のような、各電源手段に電源指令を印加する結線が断線した時、電源素子ic1,ic2,ic3のリモートoff制御端子では電源指令“開放状態”が印加されるのと同じこととなり、給電が停止する。これにより、電源指令路の断線で監視装置の動作を止められず組電池bが過放電するということがなくなり、組電池bを長持ちさせられる。

0065

図4は、本発明の蓄電装置制御システムの他の実施形態を示した図である。図1と大きく異なる点は、部分組電池であるバッテリモジュールb2の電圧以上の耐圧で絶縁する絶縁手段is2が処理手段であるマイコンm2と第1の通信手段である通信回路c21間に配置されていることである。

0066

具体的には、監視装置mo2′は、図1の監視装置mo2から次の点を変更したものである。次の点以外は、図1の監視装置と同様である。

0067

絶縁手段(フォトカプラ)is2の位置をマイコンm2と通信回路c22の間からマイコンm2と通信回路c21の間へと変えた。これに伴い、通信回路c22へは電源手段p2から給電し、通信回路c21へは監視装置mo1′の電源手段p1から電源入力端子pi2を介して給電するようにした。電源素子ic2へは同監視装置上にある接点r2を介して電源指令を印加するようにし、電源路絶縁手段である接点r2へは監視装置mo1′の電源手段p1から電源入力端子pi2を介して給電するようにした。つまり、隣接して配置された監視装置mo1′から電源手段p2に印加する(給電する)電源指令を電源入力端子pi2で受け取る。また、電源路絶縁手段である接点r2は、電源入力端子pi2と電源手段p2間に配置され、実施例1と同様、バッテリモジュールの電圧以上の耐圧で絶縁するものである。電源手段p2の給電出力は、電源出力端子po2から監視装置mo3′へと出力される。

0068

監視装置mo1′,mo3′はそれぞれ監視装置mo1,mo3を同様に変更したものである。ただし、監視装置mo1′に関しては上記“下監視装置の電源手段”を制御装置ctl′の電源tpに読み替える。電源tpはマイコンtmからの指令で給電出力の有無を切り替えられる。接点r1は電源tpからの給電があれば短絡し、なければ開放する。

0069

マイコンtmは、実施例1と同様に図2のようにしてバッテリモジュールb1,b2,b3の状態情報を取得できる。

0070

各電源手段p1,p2,p3の給電出力は、実施例1でのリレーtrの開閉の代わりに、電源tpの給電有/無を切り替えることで、図3と同様に動作/停止できる。

0071

本実施例の蓄電装置制御システムでは、例えば監視装置mo2′において、電源手段p2のリモートオンオフ用のラインと、電源手段p2と絶縁された通信回路c21への給電ラインを、電源入力端子pi2からのライン1つで済ませている。実施例1ではこれらのラインは別々(リモートオン/オフ用には電源指令入力端子pci2、通信回路への給電には電源入力端子pa2)であった。このように、本実施例の蓄電装置制御システムは実施例1の蓄電装置制御システムよりも省配線に構成できる。

0072

また、図5は、本実施例の鉄道車両の動力装置の一構成例を示すものである。

0073

運転装置drvは、操作状態に応じた運転指令変換器ldへ伝送する。変換器ldは、運転指令に応じ、輪軸に繋がるモータmtの回転を制御する。これにより、運転装置drvを操作して車両を加減速できる。

0074

変換器ldは、モータを動作させるための電力を、2つの動力装置から得る。1つはエンジン発電機src1である。この装置は、エンジン発電機を駆動して発生させた電力を、変換器ldへ供給する。もう1つは蓄電装置src2である。この装置は、蓄電池を放電して発生させた電力を電力線2を介して変換器ldへ供給し、またモータmtからの回生電力を電力線2を介して蓄電池へ充電する。

0075

変換器ldは、2つの動力装置の各々からの給電量を、運転指令に応じた必要電力に加え、動力源の状態を考慮して決める。蓄電装置src2との間では、通信線3を介して蓄電池の状態を受信し、充放電の制御指令を送信することで、充放電量を調整する。

0076

エンジン発電機src1及び蓄電装置src2から変換器ldに供給する電圧は、直流1500Vである。

0077

図1図4は、蓄電装置src2の具体的な構成例である。

0078

以下、図6を参照し、蓄電装置src2の他の構成例を説明する。

0079

基本的な構成は、図1図4で説明したものと同じであり、複数の蓄電池からなる部分組電池が複数直列に接続された組電池と、その複数の部分組電池を監視し、各々が直列に接続された複数の監視装置と、組電池の充放電を制御する制御装置と、を有する構成である。

0080

図6に示すように、蓄電装置src2は、複数の蓄電池である二次電池セル直列接続した部分組電池であるバッテリモジュールb1〜b3を含む。各バッテリモジュールの定格電圧は500Vであり、3つのバッテリモジュールb1〜b3を直列接続することで定格電圧1500Vの組電池を構成している。組電池の両極端子は充放電の制御装置ctlを介して電力線2に接続し、先述の変換器ldと繋がる。制御装置ctlは2つの通信チャネルを備えるマイコンtmを含み、そのうち1つの通信チャネルは変換器ldと通信線3で繋がる。バッテリモジュールb1の負極と制御装置ctlは車体に接地され、電位は0Vである。

0081

部分組電池のバッテリモジュールb1〜b3の各々には、電池の電圧を検出する監視装置mo1〜mo3が取り付けられている。監視装置mo1は、電圧センサcc1及び絶縁手段is14を介して電圧センサcc1と接続するマイコンm1を有する。監視装置mo2,mo3についても同様である。

0082

マイコンm1は2つの通信チャネルを有し、一方は絶縁手段is11を介して通信手段である通信回路c11と、他方は絶縁手段is12を介して通信手段である通信回路c12と繋がる。マイコンm2は2つの通信チャネルを有し、一方は絶縁手段is21を介して通信回路c21と、他方は絶縁手段is22を介して通信回路c22と繋がる。マイコンm3は2つの通信チャネルを有し、一方は絶縁手段is31を介して通信回路c31と、他方は絶縁手段is32を介して通信回路c32と繋がる。つまり、1つの監視装置には、2つの通信手段(第1の通信手段,第2の通信手段)を有し、マイコンと第1の通信手段間,マイコンと第2の通信手段間、それぞれに絶縁手段を設けた構造であることが特徴である。

0083

絶縁手段is11,is12,is21,is22,is31,is32は全て、バッテリモジュールの電圧にあたる500Vを絶縁でき、且つ双方向に信号を伝送できる。

0084

監視装置mo3と監視装置mo2との間では、通信回路c31と通信回路c22とが接続され、マイコンm2とマイコンm3が2つの絶縁手段is22,is31を介して通信できる。監視装置mo2と監視装置mo1との間では、通信回路c21と通信回路c12とが接続され、マイコンm2とマイコンm1が2つの絶縁手段is12,is21を介して通信できる。監視装置mo1と制御装置ctlとの間では、通信回路c11とマイコンtmの通信チャネルの1つが繋がり、マイコンm1とマイコンtmが絶縁手段is11を介して通信できる。

0085

監視装置mo2の通信回路c21,マイコンm2,通信回路c22の電位基準は、分圧手段vd2で決められる。通信回路c21の電位基準はバッテリモジュールb2の負極、通信回路c22の電位基準はバッテリモジュールb2の正極で、マイコンm2の電位基準はバッテリモジュールb2の両極電圧を抵抗で2等分した分圧点である。つまり、分圧手段は、部分組電池であるバッテリモジュールの両極に接続して負極電位より高く、正極電位よりも低い中間電位となるように複数の抵抗を直列接続された組抵抗で構成され、処理手段であるマイコンの基準電位が、その中間電位であるとするものである。このようにマイコンm2の電位基準をバッテリモジュールb2の中間電位とすることで、絶縁手段is24への印加電圧はバッテリモジュールの定格電圧の半分の250Vで済む。監視装置mo1,監視装置mo3の電位基準も同様である。

0086

以上の構成によれば、マイコンm1〜m3及びマイコンtmの全てが直接あるいは他のマイコンを中継する形で通信路で繋がり、通信路上の基準電位は250Vずつ異なって分布し、絶縁手段is11,is12,is21,is22,is31の各々には250Vが印加される。

0087

表1に回路及びマイコンの基準電位をまとめる。

0088

0089

電源手段p1〜p3及び絶縁手段is13,is23,is33は、各監視装置の電源に係る。監視装置mo1〜mo3の電源は、各々バッテリモジュールb1〜b3の電圧を電源手段p1〜p3でマイコン等の電源電圧に変換して供給する。各電源手段は、制御装置ctlの側に隣接して接続する監視装置あるいは制御装置のマイコンから絶縁手段を介して制御信号を受信し、この信号に応じて電源出力オン・オフする。すなわち、電源手段p1は制御装置ctlから、電源手段p2,p3はそれぞれ監視装置mo1,mo2から絶縁手段is13,is23を介してオン・オフを制御できる。

0090

電源p0は、バッテリモジュールとは別に車両に搭載された電源系統に繋がり、制御装置ctlに電源を供給する。

0091

上記の電源構成の詳細を、図7を用いて説明する。

0092

図7は、電源手段に係る制御装置ctlと監視装置mo1、及び監視装置mo1と監視装置mo2の接続構成である。尚、監視装置mo2と監視装置mo3の接続構成は、監視装置mo1と監視装置mo2の接続構成と同様である。

0093

電源手段p1は絶縁トランスtr1を介してバッテリモジュールb1の両極と接続する電源素子ic1及びリレーr1で構成されたスイッチング電源であり、絶縁トランスtr1で絶縁したバッテリモジュールb1の電力をマイコンm1と通信回路c12へ供給する。リレーr1は、制御装置ctlからの信号により、電源素子ic1や絶縁トランスtr1へのバッテリモジュールb1からの電源供給断続するノーマリオフの接点であり、制御装置ctlとリレーr1の接点側は500V以上の耐圧で絶縁されている。

0094

リレーr1の接点側が開放している時は、バッテリモジュールb1からマイコンm1と通信回路c12へ供給する電力を取り出せない。すなわち、電源手段p1は出力オフとなる。リレーr1の発光側は、制御装置ctlのマイコンtmのポートトランジスタを介して接続し、マイコンtmのポートをハイにすると、マイコンtmの電源でもある電源p0から通電される。すなわち、電源p0をオンしてマイコンtmを起動し、その後マイコンtmのポートをハイにすれば、リレーr1の接点側が閉じ、電源手段p1から通信回路c12及びマイコンm1への給電がオンする。

0095

制御装置ctlと監視装置mo1の間でマイコンtmと接点r1とを結ぶ信号線切れると、リレーr1の発光側への通電が停止するため、電源手段p1の出力はオフする。

0096

通信回路c11へは、電源p0から、接点r1の発光側を通電するための電力線を利用して給電される。

0097

電源手段p2は電源手段p1と同様の構成であり、バッテリモジュールb2の電力を通信回路c22とマイコンm2に供給する。リレーr2の受光側は、監視装置mo1のマイコンm1と絶縁手段is13を介して接続され、マイコンm1のポートをハイにすれば通電される。すなわち、マイコンm1から接点r2の接点の開閉を操作し、出力オン・オフを切り替えられる。

0098

監視装置mo1と監視装置mo2の間でマイコンm1とリレーr2とを結ぶ信号線が切れると、リレーr2の発光側への通電が停止するため、電源手段p2の出力はオフする。

0099

通信回路c21へは、電源手段p1から、接点r2の発光側を通電するための電力線を利用して給電される。

0100

以上の電源構成により、監視装置mo1の電源は制御装置ctlからオン・オフ可能であり、監視装置mo2の電源は監視装置mo1からオン・オフ可能であり、監視装置mo3の電源は監視装置mo2からオン・オフ可能である。すなわち、各監視装置の電源状態は隣接する監視装置または制御装置によりオン・オフ可能である。

0101

本構成の下で、制御装置ctlが各バッテリモジュールの状態を取得する様子を、バッテリモジュールb3の状態を取得する場合を例にした図8を用いて説明する。

0102

時刻u1にマイコンtmが状態情報をリクエストする制御データcd3を生成する処理mtuを開始する。制御データcd3の、宛先をマイコンm3に設定し、マイコンtmは制御データcd3をマイコンm1へ送信する。これを受信したマイコンm1は宛先を確認する処理m1uを行い、マイコンm2へ制御データcd3を送信する。これを受信したマインm2でも同様の処理m2uを行い、マイコンm3へ制御データcd3を送信する。これを受信したマイコンm3は、処理m3uで宛先が自身であることを確認し、状態情報の処理を行い、状態情報sd3を生成し、宛先がマイコンtmに設定された状態情報sd3をマイコンm2へ送信する。これを受信したマイコンm2は転送のための処理m2dを行い、マイコンm1に転送し、マイコンm1も同様の処理m1dを行い、マイコンtmへ転送する。これにより、マイコンtmへ状態情報sd3が届く。

0103

マイコンtmは同様の手順でマイコンm1,m2の各々からバッテリモジュールb1,b2の状態情報を収集できる。

0104

次に、本構成の下で制御装置ctlが監視装置の起動と終了を制御する様子を、図9を用いて説明する。便宜のため、マイコンのポートの初期論理をローとする。

0105

まず、起動の手順を示す。時刻t0に、電源p0及び電源手段p1〜p3はオフしている。初め、時刻t1に電源p0をオンし、マイコンtmを起動する。次に時刻t2にマイコンtmがポートをハイにすることにより電源手段p1がオンし、マイコンm1が起動する。時刻t3に、マイコンm1がポートをハイにすると、電源手段p2がオンし、マイコンm2が起動する。時刻t4に、マイコンm2がポートをハイにすると、電源手段p3がオンし、マイコンm3が起動し、全てのマイコン及び周辺回路起動状態になり、先述した電池状態の検出や伝送が可能となる。

0106

次に、終了の手順を示す。時刻t5に、マイコンtmがポートをローにすると、まず電源手段p1がオフする。すると、マイコンm1のポートがオフになって電源手段p2がオフし、更に連鎖的に電源手段p3がオフする。その後、時刻t6に電源p0をオフする。これで初期時刻t0の状態に戻る。

0107

以上に示した本実施例の蓄電装置によると、複数の部分組電池であるバッテリモジュールを直列接続した高圧な組電池の状態を、各絶縁箇所でバッテリモジュールの定格電圧の半分を絶縁した監視装置を組み合わせることで検出できる。

0108

更に、電位の隣接する2つの監視装置間は2つの絶縁手段を介して接続するため、1つの絶縁手段が絶縁手段として機能しなくなった場合でも、もう1つの絶縁手段でマイコン間の絶縁を維持でき、絶縁不能の連鎖を防止できるため、高信頼である。

0109

また、制御装置から全ての監視装置の電源オン・オフを制御できるため、監視装置を利用しない時には監視装置へ給電するバッテリモジュールの消耗を極力抑えられる。

0110

また、監視装置間を繋ぐハーネスの断線で電源制御用の信号を送達できない監視装置は自動的に電源オフするため、バッテリモジュールの過放電を回避できる。

0111

本実施例ではバッテリモジュール3つ直列した組電池と3つの監視装置で蓄電装置を構成したが、バッテリモジュールを更に増設した場合に適用することも可能である。この場合、更に高電位のバッテリモジュールに繋がる監視装置を、監視装置mo3の絶縁手段is32,is33及び通信回路c32に接続すれば、監視装置mo1と監視装置mo2との関係や、監視装置mo2と監視装置mo3との関係と同様に扱える。

図面の簡単な説明

0112

本発明に係る蓄電装置制御システムの一実施例を示す図である。
図1の制御装置がバッテリモジュールの状態を取得するための通信の様子を表す図である。
図1の制御装置にあるリレーを操作した時の各電源手段と遮断器の状態変化を表す図である。
本発明に係る蓄電装置制御システムの他の実施例を示す図である。
本発明に係る蓄電装置制御システムを利用した鉄道車両の動力装置の一実施例を示す図である。
本発明に係る蓄電装置制御システムの他の実施例を示す図である。
図6に示す電源手段の一実施例を示す図である。
図6に示す制御装置がバッテリモジュールの状態情報を取得するための通信の様子を示す図である。
図6に示す監視装置を起動及び終了させる手順を示す図である。

符号の説明

0113

ld負荷
ctl,ctl′制御装置
b組電池
b1,b2,b3バッテリモジュール
gnd基準電位
br遮断器
cc1,cc2,cc3電圧センサ
mo1,mo2,mo3,mo1′,mo2′,mo3′監視装置
p1,p2,p3電源手段
r1,r2,r3接点
ic1,ic2,ic3電源素子
m1,m2,m3,tmマイコン
rc1,rc2,rc3電源回路
is1,is2,is3絶縁手段
c11,c12,c21,c22,c31,c32,tcb,tci通信回路
pci1,pci2,pci3電源指令入力端子
pco1,pco2,pco3 電源指令出力端子
pa1,pa2,pa3,pi1,pi2,pi3電源入力端子
brc遮断制御装置
mtu,m1u,m2u,m3u,m2d,m1d,mtd 処理
hd3ヘッダ
cd3 制御データ
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