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公開番号2025037700
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-18
出願番号2023144791
出願日2023-09-06
発明の名称監視システム及び監視方法
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人サンネクスト国際特許事務所
主分類H02J 7/02 20160101AFI20250311BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】鉄道車両の駆動用蓄電池システムを自己放電劣化による障害から守ることができる、監視システム、及び、監視方法を提供する。
【解決手段】鉄道車両の駆動システムの駆動源として利用され、複数の蓄電池セルが直列に接続された蓄電池を備える蓄電池システムを監視する監視システムにおいて、前記複数の蓄電池セルの電圧を取得する取得部と、前記取得した電圧に基づいて、前記複数の蓄電池セルの中から自己放電を起こしている蓄電池セルを判定する判定部と、を備える。
【選択図】図8

特許請求の範囲【請求項１】
鉄道車両の駆動システムの駆動源として利用され、複数の蓄電池セルが直列に接続された蓄電池を備える蓄電池システムを監視する監視システムにおいて、
前記複数の蓄電池セルの電圧を取得する取得部と、
前記取得した電圧に基づいて、前記複数の蓄電池セルの中から自己放電を起こしている蓄電池セルを判定する判定部と、
を備えることを特徴とする、
監視システム。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記取得部は、前記蓄電池システムの電流が０に近似するとき、および、前記蓄電池システムの電流の積分値が０のときに、前記複数の蓄電池セルの電圧を取得する、ことを特徴とする、
請求項１記載の監視システム。
【請求項３】
前記取得部は、前記蓄電池システムの電流が０に近似するとき、および、前記蓄電池システムの充電率が所定の範囲内のときに、前記複数の蓄電池セルの電圧を取得する、ことを特徴とする、
請求項１記載の監視システム。
【請求項４】
前記取得部は、前記蓄電池システムの電流が０に近似するとき、および、前記蓄電池システム内の各蓄電池セルの平均電圧が所定の範囲内のときに、
前記複数の蓄電池セルの電圧を取得する、ことを特徴とする、
請求項１記載の監視システム。
【請求項５】
前記取得部は、前記蓄電池システムの電流絶対値が閾値以下で、かつ、前記蓄電池システムの電圧が、基準システム電圧から電圧閾値以内のときに、
前記複数の蓄電池セルの電圧を取得する、ことを特徴とする、
請求項１記載の監視システム。
【請求項６】
前記判定部は、前記取得された前記複数の蓄電池セルの電圧のうち、電圧が最大の蓄電池セルから電圧閾値以上に電圧が低いものを自己放電がなされた蓄電池セルであると判定する、ことを特徴とする、
請求項１記載の監視システム。
【請求項７】
前記駆動システムは、
当該駆動システムをシステムオフする信号を入力した際に、前記蓄電池システムを充電もしくは放電し、
前記蓄電池システムを前記基準システム電圧から電圧閾値以内に調整し、
前記調整が完了した後にオフされる、ことを特徴とする、
請求項５記載の監視システム。
【請求項８】
前記駆動システムは、
当該駆動システムをシステムオフする信号を入力した際に、前記蓄電池システムを充電もしくは放電し、
前記蓄電池システムを前記基準システム充電率から充電率閾値以内に調整し、
前記調整が完了した後にオフされる、ことを特徴とする、
請求項５記載の監視システム。
【請求項９】
前記取得部は、前記鉄道車両の駆動システムがオンされた後、前記鉄道車両が走行開始する前に、前記複数の蓄電池セルの電圧を取得する、ことを特徴とする、
請求項１記載の監視システム。
【請求項１０】
前記駆動システムは、オンされる際、前記複数の蓄電池セルの電圧の取得に必要な機器から起動し、当該複数の蓄電池セルの電圧の取得後、他の機器をオンする、ことを特徴とする、
請求項９記載の監視システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の駆動のために利用され、複数の蓄電池セルが直列に接続された蓄電池を備える蓄電池システムを監視する監視システム、及び、その監視方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
鉄道路線には、鉄道車両が架線から電力供給を受けられる電化区間と、架線が存在せず、鉄道車両が電力供給を受けられない非電化区間がある。従来、非電化区間では車両はディーゼル機関で走行していた。近年、リチウムイオン電池技術の進歩により、ハイブリッド気動車や蓄電池電車のような蓄電池を駆動源とした車両が走行している。
【０００３】
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を搭載し、ブレーキ時の回生電力を蓄電池に充電し、力行時に蓄電池とモータによるアシストを受ける。蓄電池電車は蓄電池を駆動用のエネルギー源としている。蓄電池電車は、電化区間において、架線からの電力を駆動エネルギーに使用しつつ蓄電池を充電し、非電化区間では、蓄電池をエネルギー源として走行する。
【０００４】
化学電池の電圧は、電池セル当たり通常数Ｖであり、リチウムイオン電池の電池セルでは４．２Ｖ程度が上限である。鉄道用の蓄電池は、通常、直流で数百Ｖから数千Ｖの電圧で運転されるため、この電圧の確保のために電池セルが数百以上直列接続されている。
【０００５】
蓄電池が放電可能な電荷量（Ａｈ）は、蓄電池セルの並列数に比例する。必要な容量を確保するために、蓄電池セルは並列に接続される。直並列接続された、複数の蓄電池セルは電気回路の性質から並列部分は同一電圧となり、直列部分は同一電流となる。直列部分は同一電流であるため、全ての蓄電池セルの状態が均一であれば、充電率が変動しても、全ての蓄電池セルは同一充電率となり、かつ、その電圧は同じである。
【０００６】
しかしながら、蓄電池セルの状態が直列接続内でばらつくことによって、各蓄電池セルの電圧は不均一になり得る。複数の蓄電池セルの電圧がばらつく原因として、自己放電、容量劣化、抵抗劣化、そして、温度の相違の４つがある。蓄電池システムは、全ての蓄電池セル夫々に対して、上限電圧と下限電圧を守るように充放電を制御するため、電圧ばらつきがあると、充電時は最高電圧のセルに、放電時は最低電圧のセルに充放電が制約されて、蓄電池システムの動作全体が律速される。
【０００７】
電圧ばらつきを修正するために、蓄電池システムには、特許文献１に開示してあるようなパッシブ式のバランシング回路が具備されている。バランシング回路は、直列に接続された複数の蓄電池夫々について、スイッチを介して並列に備え付けられたバランシング抵抗に放電することで、複数の蓄電池セル夫々の電圧を、最低電圧の蓄電池セルに揃えることができる。
【０００８】
自己放電は製造不良による内部短絡や、電池セル内部の絶縁構造の絶縁性低下によって生じる。バランシング回路による電圧ばらつきの修正は、バランシング抵抗の値に応じた放電速度によって制限されるため、電池セルの自己放電の速度、即ち、自己放電速度の直列内の最大差、がバランシング回路の能力を超過すると、電圧ばらつきは拡大する一途となる。蓄電池セルの自己放電は不可逆な劣化事象であるため、蓄電池セルを自己放電しないものに交換する。
【０００９】
特許文献２には、各電池セル電圧を取得し、少なくとも１つの電池セルが閾値電圧を超過した際に、開放電圧を取得する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開２０２２－１７９０１５号公報
特開２０１６－０７５５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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