CN108454419A - 电池系统的控制装置和电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池系统的控制装置和电池系统。可以提高包括二次电池和燃料电池的电池系统中利用了燃料电池的发电电力的二次电池的充电的效率。电池系统的控制装置包括：负载、二次电池和燃料电池，该控制装置能够执行利用由燃料电池产生的电力对二次电池进行充电的充电控制模式，在执行充电控制模式时，通过使第二电力转换装置进行开关动作，将燃料电池的发电电力升压至能够对二次电池进行充电的电压，从而向比第二电力转换装置更靠向负载的一侧供给电力，通过使第一电力转换装置的开关动作停止，将比第一电力转换装置更靠向负载的一侧与二次电池直接连结。

Description

电池系统的控制装置和电池系统
技术领域
本发明涉及电池系统的控制装置和电池系统。
背景技术
近年来，将如下的电池系统应用于各种装置，该电池系统包括可以释放向负载供给的电力的二次电池、以及可以产生电压比二次电池的电压低的电力的燃料电池，可以通过利用由燃料电池产生的电力来对二次电池进行充电。例如，如专利文献1所记载，在通过利用从二次电池供给的电力而被驱动的驱动用马达的输出来行驶的电动车辆中，存在利用由燃料电池产生的电力来对二次电池进行充电，由此抑制二次电池的剩余电量(SOC：StateOf Charge)枯竭并且可以继续行驶的电动车辆。这样的电动车辆也被称为燃料电池增程式电动车辆。在燃料电池增程式电动车辆中，例如，通过外部电源使二次电池充电，在电动车辆行驶中响应于二次电池的剩余电量的降低而使燃料电池起动。因此，使用可以产生电压比二次电池的电压低的电力的燃料电池来作为搭载于燃料电池增程式电动车辆的燃料电池。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-143851号公报
发明内容
技术问题
然而，考虑在搭载于燃料电池增程式电动车辆等的上述电池系统中，希望提高利用了由燃料电池产生的电力的二次电池的充电的效率。具体来说，在上述的电池系统设有电力转换装置，该电力转换装置为了执行在各个负载、二次电池和燃料电池之间送电，能够通过进行开关动作来转换电压。例如，作为这样的电力转换装置，分别设置与二次电池连接的电力转换装置和与燃料电池连接的电力转换装置。利用了由燃料电池产生的电力的二次电池的充电通过控制这些电力转换装置的动作来执行。因此，由于电力转换装置中产生开关损耗，难以提高二次电池的充电的效率。
因此，本发明鉴于上述问题而完成，本发明的目的在于，提供一种新型且经改良的电池系统的控制装置和电池系统，该电池系统的控制装置和电池系统可以提高在包括二次电池和燃料电池的电池系统中利用了由燃料电池产生的电力的二次电池的充电的效率。
技术方案
为了解决上述问题，根据本发明的一观点，提供一种电池系统的控制装置，包括：负载；二次电池，经由能够通过进行开关动作来转换电压的第一电力转换装置而与上述负载连接，并能够释放向上述负载供给的电力；以及燃料电池，经由第二电力转换装置而与上述负载连接，上述燃料电池和上述第二电力转换装置与上述二次电池和上述第一电力转换装置并联连接，上述燃料电池能够产生电压比上述二次电池的电压低的电力，上述第二电力转换装置能够通过进行开关动作来转换电压；上述电池系统的控制装置具备能够执行充电控制模式的控制部，上述充电控制模式利用由上述燃料电池产生的电力对上述二次电池进行充电，上述控制部具备：燃料电池控制部，在执行上述充电控制模式时，通过使上述第二电力转换装置进行开关动作，将由上述燃料电池产生的电力升压至能够对上述二次电池进行充电的电压，从而向比上述第二电力转换装置更靠向上述负载的一侧供给电力；以及二次电池控制部，在执行上述充电控制模式时，通过使上述第一电力转换装置的开关动作停止，将比上述第一电力转换装置更靠向上述负载的一侧与上述二次电池直接连结。
在上述二次电池的剩余电量低于阈值的情况下，上述控制部可以开始上述充电控制模式。
在上述充电控制模式开始时，上述燃料电池控制部可以将上述燃料电池的输出控制为使上述燃料电池的发电效率优先的基准输出。
上述充电控制模式开始后，在上述二次电池的剩余电量下降的情况下，上述燃料电池控制部可以将上述燃料电池的输出控制为大于上述基准输出的值。
上述控制部能够执行供电控制模式，上述供电控制模式将由上述二次电池释放的电力向上述负载供给，执行上述供电控制模式时，在上述二次电池的输出低于要求值的情况下，上述燃料电池控制部可以将由上述燃料电池产生的电力向上述负载供给。
上述负载可以包括驱动用马达，上述驱动用马达能够输出用于使电动车辆的驱动轮驱动的动力。
另外，为了解决上述问题，根据本发明的另一观点，提供一种电池系统，包括：负载；二次电池，经由能够通过进行开关动作来转换电压的第一电力转换装置而与上述负载连接，并能够释放向上述负载供给的电力；燃料电池，经由第二电力转换装置而与上述负载连接，上述燃料电池和上述第二电力转换装置与上述二次电池和上述第一电力转换装置并联连接，上述燃料电池能够产生电压比上述二次电池的电压低的电力，上述第二电力转换装置能够通过进行开关动作来转换电压；以及控制装置，具备能够执行充电控制模式的控制部，上述充电控制模式利用由上述燃料电池产生的电力对上述二次电池进行充电，上述控制部具备：燃料电池控制部，在执行上述充电控制模式时，通过使上述第二电力转换装置进行开关动作，将由上述燃料电池产生的电力升压至能够对上述二次电池进行充电的电压，从而向比上述第二电力转换装置更靠向上述负载的一侧供给电力；以及二次电池控制部，在执行上述充电控制模式时，通过使上述第一电力转换装置的开关动作停止，将比上述第一电力转换装置更靠向上述负载的一侧与上述二次电池直接连结。
有益效果
如上所述，根据本发明，可以提高在包括二次电池和燃料电池的电池系统中利用由燃料电池产生的电力的二次电池的充电的效率。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的电池系统的大致构成的一例的示意图。
图2是示出该实施方式的第一电力转换装置的构成的一例的示意图。
图3是示出该实施方式的第二电力转换装置的构成的一例的示意图。
图4是示出该实施方式的控制装置的功能构成的一例的框图。
图5是示出二次电池的剩余电量SOC与电池电压Vb之间的关联性的一例的说明图。
图6是示出燃料电池的输出Pfc与燃料电池的各个发电效率Efc和燃料电池电压Vfc之间的关联性的一例的说明图。
图7是示出该实施方式的控制装置执行的充电控制模式中的处理的流程的一例的流程图。
符号说明
1电池系统 10储氢罐 12配管 20燃料电池 30二次电池 35电池管理装置 40驱动用马达 50驱动轮 60辅机 71第一电力转换装置 72第二电力转换装置 73第三电力转换装置 81中间直流部 100控制装置 105存储部 110控制部 112二次电池控制部 114燃料电池控制部 116要求指令值计算部 118控制输出设定部 120马达控制部
具体实施方式
以下一边参照附图，一边对本发明的优选实施方式进行详细说明。应予说明，在本说明书和附图中，对实质上具有相同功能构成的构成要素标注相同的符号，由此省略重复说明。
＜1.电池系统的概况＞
首先，参照图1～图3对本发明的实施方式的电池系统1的概况进行说明。图1是示出本实施方式的电池系统1的大致构成的一例的示意图。电池系统1是搭载于燃料电池增程式电动车辆的电池系统。在下面，以电动车辆的电池系统1作为一例进行说明，但本发明的电池系统也可以应用于不同于电动车辆的其他装置。
电池系统1例如如图1所示，包括储氢罐10、燃料电池20、二次电池30、驱动用马达40、驱动轮50、辅机60、第一电力转换装置71、第二电力转换装置72、第三电力转换装置73和控制装置100。第三电力转换装置73和驱动用马达40相当于本发明的负载的一例。
搭载电池系统1的燃料电池增程式电动车辆可以将驱动用马达40作为驱动源来行驶，驱动用马达40利用从二次电池30供给的电力而被驱动。如此，由二次电池30释放的电力(以下，也称为放电电力)向驱动用马达40供给。另外，该电动车辆利用由燃料电池产生的电力(以下，也称为发电电力)来对二次电池30进行充电，由此抑制二次电池30的剩余电量SOC枯竭并且可以继续行驶。
在电池系统1，二次电池30经由第一电力转换装置71而与第三电力转换装置73连接。另外，燃料电池20经由第二电力转换装置72而与第三电力转换装置73连接，燃料电池20和第二电力转换装置72与二次电池30和第一电力转换装置71并联连接。另外，第三电力转换装置73与驱动用马达40连接。如此，二次电池30经由第一电力转换装置71而与负载连接。另外，燃料电池20经由第二电力转换装置72与该负载连接，燃料电池20和第二电力转换装置72与二次电池30和第一电力转换装置71并联连接。
在下面，将各第一电力转换装置71、第二电力转换装置72与第三电力转换装置73彼此连接的部分称为中间直流部81。另外，将中间直流部81上的电压称为直流阶段电压Vdc。另外，将比第一电力转换装置71更靠向二次电池30侧处的电压称为电池电压Vb。电池电压Vb相当于二次电池30的电压。另外，将比第二电力转换装置72更靠向燃料电池20侧处的电压称为燃料电池电压Vfc。
应予说明，与中间直流部81连接的第三电力转换装置73的数量没有特别限定，例如，也可以相对于中间直流部81连接有多个第三电力转换装置73。另外，与一个第三电力转换装置73连接的驱动用马达40的数量没有特别限定，例如，也可以相对于一个第三电力转换装置73连接有多个驱动用马达40。
驱动用马达40可以利用被供给的电力而被驱动(电力运行驱动)，由此产生动力。使用例如三相交流式马达作为驱动用马达40。
具体来说，驱动用马达40可以输出用于使电动车辆的驱动轮50驱动的动力。驱动用马达40利用从二次电池30供给的电力来进行电力运行驱动，由此产生动力。应予说明，如后所述，驱动用马达40除了利用从二次电池30供给的电力以外还可以利用从燃料电池20供给的电力来进行电力运行驱动。另外，驱动用马达40也可以具有如下作为发电机的功能(再生功能)，即，在电动车辆减速时被再生驱动，并利用驱动轮50的旋转能量进行发电。在下面，将由驱动用马达40再生发电产生的电力称为再生发电电力。驱动用马达40只要具有上述的功能，就可以是公知的驱动用马达40。
第三电力转换装置73具有作为所谓的逆变器的功能，进行从中间直流部81侧向驱动用马达40侧以及从驱动用马达40侧向中间直流部81侧的双方向的电力转换。
具体来说，第三电力转换装置73可以经由中间直流部81将从二次电池30供给的直流电力转换为交流电力从而向驱动用马达40供给电力。应予说明，第三电力转换装置73也可以经由中间直流部81将从燃料电池20供给直流电力转换为交流电力从而向驱动用马达40供给电力。另外，第三电力转换装置73可以将由驱动用马达40进行再生发电产生的交流电力转换为直流电力从而向中间直流部81供给电力。第三电力转换装置73的动作被控制装置100控制。具体来说，在第三电力转换装置73设有开关元件，开关元件的动作被控制装置100控制，由此控制中间直流部81侧与驱动用马达40侧之间的电力的供给。第三电力转换装置73只要具有上述的功能，就可以是公知的电力转换装置。
辅机60是电动车辆所具备的各种电气部件、电子设备、车厢内的空调机和显示器等构成部件。辅机60与中间直流部81连接，利用从二次电池30供给的电力而被驱动。辅机60以例如比电池电压Vb低的额定电压驱动。在此情况下，辅机60也可以将从二次电池30供给电力进行降压，经由可以向辅机60供给的降压转换器而与中间直流部81连接。
二次电池30是可以进行充放电的电池。作为二次电池30，例如可使用锂离子电池、锂离子聚合物电池、镍氢电池、镍镉电池或铅蓄电池，但也可以使用除此以外的电池。
二次电池30可以释放向负载供给的电力。具体来说，二次电池30为驱动用马达40的电源，可以释放向第三电力转换装置73和驱动用马达40供给的电力。应予说明，二次电池30的放电电力也可以向辅机60供给。另外，二次电池30可以利用燃料电池20的发电电力和驱动用马达40的再生发电电力来进行充电。进一步地，二次电池30可以构成为能够经由未图示的充电电路和连接器而与外部电源或外部充电装置连接，也可以利用外部电力系统进行充电。
在二次电池30，设置有电池管理装置(BMS：Battery Management System)35。电池管理装置35计算出例如电池电压Vb和剩余电量SOC等信息，将其输出至控制装置100。
第一电力转换装置71具有作为所谓的DCDC转换器的功能，进行从二次电池30侧向中间直流部81侧以及从中间直流部81侧向二次电池30侧的双方向的电力转换。第一电力转换装置71可以通过进行开关动作来转换电压。
具体来说，第一电力转换装置71可以将二次电池30的放电电力升压从而向相对于第一电力转换装置71为负载侧的中间直流部81供给电力。二次电池30的放电电力直接以直流电力向中间直流部81供给。另外，第一电力转换装置71可以将向中间直流部81供给的电力降压后向二次电池30供给。向中间直流部81供给的电力直接以直流电力供给到二次电池30。第一电力转换装置71的动作被控制装置100控制。第一电力转换装置71只要具有上述的功能，就可以是公知的电力转换装置。
在此，参照图2，对第一电力转换装置71的构成进行更加详细地说明。图2是示出本实施方式的第一电力转换装置71的构成的一例的示意图。
第一电力转换装置71例如如图2所示，具备电感器L1、开关元件Q11、开关元件Q12、二极管D11和二极管D12。二极管D11与开关元件Q11并联连接，二极管D12与开关元件Q12并联连接。另外，第一电力转换装置71的开口端P11、开口端P12、开口端P15和开口端P16分别与二次电池30的高压侧、二次电池30的低压侧、中间直流部81的高压侧和中间直流部81的低压侧连接。作为开关元件Q11和开关元件Q12，可使用例如MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)等。
开口端P11与开口端P15之间的连接部P13以及开口端P12与开口端P16之间的连接部P14经由开关元件Q12和二极管D12连接。二极管D12将电流的方向限制为沿从连接部P14朝向连接部P13的一个方向。另外，开口端P11与连接部P13经由电感器L1连接。另外，连接部P13与开口端P15经由开关元件Q11和二极管D11而连接。二极管D11将电流的方向限制为沿从连接部P13朝向开口端P15的一个方向。
第一电力转换装置71能够将开关元件Q11设为关断，使开关元件Q12进行开关动作(换言之，反复进行导通和关断的动作)，由此将二次电池30的放电电力从电池电压Vb起进行升压从而向中间直流部81侧供给电力。在此情况下，在开关元件Q12为导通时，磁能在电感器L1蓄积，在开关元件Q12为关断时，磁能从电感器L1释放。开关元件Q12的开关动作被控制装置100控制。另外，控制装置100能够通过控制开关元件Q12的开关动作的占空比来控制升压比。
另外，第一电力转换装置71能够将开关元件Q12设为关断，使开关元件Q11进行开关动作，由此将向中间直流部81供给的电力从直流阶段电压Vdc起进行降压从而向二次电池30侧供给电力。在此情况下，在开关元件Q11为导通时，磁能在电感器L1蓄积，在开关元件Q11为关断时，磁能从电感器L1释放。开关元件Q11的开关动作被控制装置100控制。另外，控制装置100能够通过控制开关元件Q11的开关动作的占空比来控制降压比。
在此，第一电力转换装置71能够通过使开关动作停止，将相对于第一电力转换装置71为负载侧的中间直流部81与二次电池30直接连结。例如，在图2所示的示例中，第一电力转换装置71能够将开关元件Q11设为导通并将开关元件Q12设为关断，由此将中间直流部81与二次电池30直接连结。
燃料电池20可以通过使氢气与氧气反应来发电。燃料电池20经由配管12而与储氢罐10连接，在储氢罐10填充有例如供给到燃料电池20的高压氢。通过未图示的马达泵等从储氢罐10向燃料电池20供给氢气。另外，通过未图示的压缩机等使作为氧气的空气供给到燃料电池20。
具体来说，燃料电池20可以产生比作为二次电池30的电压的电池电压Vb低的电压的电力。燃料电池20的发电电力用于二次电池30的充电。在二次电池30充电时，燃料电池20的发电电力经由中间直流部81向二次电池30供给。燃料电池20的动作被控制装置100控制。具体来说，控制装置100能够通过控制向燃料电池20的氢气和氧气的供给量，来控制燃料电池20的输出Pfc。燃料电池20只要具有上述的功能，就可以是公知的燃料电池20。
第二电力转换装置72具有作为所谓的DCDC转换器的功能，进行从燃料电池20侧向中间直流部81侧的单方向的电力转换。第二电力转换装置72可以通过进行开关动作来转换电压。
具体来说，第二电力转换装置72可以将燃料电池20的发电电力升压从而向相对于第二电力转换装置72为负载侧的中间直流部81供给电力。燃料电池20的发电电力直接以直流电力被供给到中间直流部81。第二电力转换装置72的动作被控制装置100驱动控制。第二电力转换装置72只要具有上述的功能，就可以是公知的电力转换装置。
在此，参照图3，对第二电力转换装置72的构成进行更详细地说明。图3是示出本实施方式的第二电力转换装置72的构成的一例的示意图。
第二电力转换装置72例如如图3所示，具备电感器L2、开关元件Q22、二极管D21和二极管D22。二极管D22与开关元件Q22并联连接。另外，第二电力转换装置72的开口端P21、开口端P22、开口端P25和开口端P26分别与燃料电池20的高压侧、燃料电池20的低压侧、中间直流部81的高压侧和中间直流部81的低压侧连接。作为开关元件Q22，可使用例如MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)等。
开口端P21与开口端P25之间的连接部P23、以及开口端P22与开口端P26之间的连接部P24经由开关元件Q22和二极管D22连接。二极管D22将电流的方向限制为沿从连接部P24朝向连接部P23的一个方向。另外，开口端P21与连接部P23经由电感器L2连接。另外，连接部P23与开口端P25经由二极管D21连接。二极管D21将电流的方向限制为沿从连接部P23朝向开口端P25的一个方向。
第二电力转换装置72能够通过使开关元件Q22进行开关动作，将燃料电池20的发电电力从燃料电池电压Vfc起进行升压从而向中间直流部81侧供给电力。在此情况下，在开关元件Q22为导通时，磁能在电感器L2蓄积，在开关元件Q22为关断时，磁能从电感器L2释放。开关元件Q22的开关动作被控制装置100控制。另外，控制装置100能够通过控制开关元件Q22的开关动作的占空比来控制升压比。
控制装置100由作为运算处理装置的CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、作为对CPU使用的程序和/或运算参数等进行存储的存储元件的ROM(Read onlyMemory：只读存贮器)、以及作为对在CPU执行中适当变化的参数等进行暂时存储的存储元件的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等构成。
控制装置100对构成电池系统1的各装置的动作进行控制。例如，控制装置100通过对作为控制对象的各装置使用电信号而输出动作指示，来控制各装置的动作。具体来说，控制装置100可以控制燃料电池20、第一电力转换装置71、第二电力转换装置72和第三电力转换装置73的动作。
控制装置100接收从各装置输出的信息。控制装置100与各装置之间的通信利用例如CAN(Controller Area Network：控制器区域网络)通信来实现。例如，控制装置100接收从电池管理装置35输出的信息。另外，控制装置100也可以接收表示电动车辆的加减速指令量Acc和车速V的信息。在此情况下，在电动车辆设有例如分别可以检测加减速指令量Acc和车速V的传感器。加减速指令量Acc是与例如油门开度或制动踏板的踩踏量对应的值。应予说明，本实施方式的控制装置100具有的功能也可以被多个控制装置分割，在此情况下，该多个控制装置也可以经由CAN等通信总线而彼此连接。
在此，通过本实施方式的控制装置100执行的利用燃料电池20的发电电力使二次电池30充电的充电控制模式，能够提高二次电池30的充电的效率。关于这样的控制装置100的详情，在下一部分进行说明。
＜2.控制装置＞
接着，参照图4～图7，对本实施方式的控制装置100的详情进行说明。
[2-1.功能构成]首先，参照图4～图6，对本实施方式的控制装置100的功能构成进行说明。图4是示出本实施方式的控制装置100的功能构成的一例的框图。
控制装置100例如如图4所示，包括控制部110和存储部105。
存储部105存储控制装置100进行的各处理中所参照的数据。例如，存储部105可以存储与控制装置100进行的各处理相关的处理结果。另外，存储部105也可以存储控制装置100从外部的装置获取的信息。
控制部110可以通过对构成电池系统1的各装置的动作进行控制，从而执行与电池系统1中的电力供给相关的各控制模式。具体来说，控制部110可以分别执行充电控制模式、供电控制模式和再生充电控制模式，其中，充电控制模式利用燃料电池20的发电电力来对二次电池30进行充电，供电控制模式将二次电池30的放电电力向作为负载的第三电力转换装置73和驱动用马达40供给，再生充电控制模式利用驱动用马达40的再生发电电力来对二次电池30进行充电。
具体来说，控制部110执行的充电控制模式、供电控制模式和再生充电控制模式通过控制部110所具有的各功能部来实现。在下面，首先，对控制部110的各功能部的概况进行说明之后，对控制部110进行的各控制模式的详情进行说明。
控制部110例如如图4所示，具备二次电池控制部112、燃料电池控制部114、要求指令值计算部116、控制输出设定部118和马达控制部120。
二次电池控制部112通过控制第一电力转换装置71的动作，控制在比第一电力转换装置71更靠向二次电池30的一侧与比第一电力转换装置71更靠负载的一侧、即中间直流部81侧之间的电力的供给。
具体来说，二次电池控制部112对第一电力转换装置71的开关元件Q11和开关元件Q12的动作进行控制。由此，二次电池控制部112能够将二次电池30的放电电力从电池电压Vb起进行升压从而向中间直流部81侧供给电力。在此情况下，二次电池控制部112通过控制升压比来控制直流阶段电压Vdc。另外，二次电池控制部112能够将向中间直流部81供给的电力从直流阶段电压Vdc起进行降压从而向二次电池30侧供给电力。在此情况下，二次电池控制部112通过控制降压比，将向二次电池30供给的电压控制为充电电压，该充电电压是可使二次电池30进行充电的电压。另外，二次电池控制部112能够通过使第一电力转换装置71的开关动作停止，从而直接连结二次电池30与中间直流部81。
燃料电池控制部114通过控制燃料电池20和第二电力转换装置72的动作，来控制电力从燃料电池20向相对于第二电力转换装置72为负载侧的中间直流部81的供给。
具体来说，燃料电池控制部114控制向燃料电池20供给的氢气和氧气的量。由此，燃料电池控制部114能够控制燃料电池20的输出Pfc。
另外，燃料电池控制部114控制第二电力转换装置72的开关元件Q22的动作。由此，燃料电池控制部114能够将燃料电池20的发电电力从燃料电池电压Vfc起升压从而向中间直流部81侧供给电力。在此情况下，燃料电池控制部114通过控制升压比来控制直流阶段电压Vdc。
要求指令值计算部116基于加减速指令量Acc来计算对电动车辆的驱动力的要求指令值。另外，要求指令值计算部116将表示计算出的驱动力的要求指令值的信息向控制输出设定部118输出。例如，要求指令值计算部116可以参照预先存储于存储部105并规定了加减速指令量Acc与驱动力的要求指令值之间的关系的要求指令值映射来计算要求指令值。
控制输出设定部118基于由要求指令值计算部116计算出的驱动力的要求指令值和车速V来设定驱动用马达40的输出的目标值。另外，控制输出设定部118将表示设定好的驱动用马达40的输出的目标值的信息向马达控制部120输出。例如，控制输出设定部118参照预先存储于存储部105并规定有驱动力的要求指令值和车速V与驱动用马达40的输出的目标值之间的关系的输出特性映射，在与驱动用马达40的基本性能对应的最大输出的范围内设定输出的目标值。
马达控制部120通过控制第三电力转换装置73的动作，来控制在比第三电力转换装置73更靠向中间直流部81的一侧与比第三电力转换装置73更靠向驱动用马达40的一侧之间的电力的供给。
具体来说，马达控制部120控制第三电力转换装置73的开关元件的动作。由此，马达控制部120能够将向中间直流部81供给的直流电力转换为交流电力从而向驱动用马达40供给电力。在此情况下，马达控制部120能够通过控制开关元件的开关动作来控制向驱动用马达40供给的电力的大小。由此，马达控制部120能够控制驱动用马达40的输出。具体来说，马达控制部120将驱动用马达40的输出控制为由控制输出设定部118设定好的目标值。
另外，马达控制部120能够通过控制第三电力转换装置73的开关元件的动作，将由驱动用马达40再生发电产生的交流电力转换为直流电力从而向中间直流部81供给电力。在此情况下，马达控制部120能够通过控制开关元件的开关动作来控制向中间直流部81供给的电力的大小。由此，马达控制部120能够控制驱动用马达40的发电电力。
接着，对控制部110进行的各控制模式的详情进行说明。
(2-1-1.充电控制模式)
控制部110基于二次电池30的剩余电量SOC，利用燃料电池20的发电电力来执行对二次电池30进行充电的充电控制模式。例如，在二次电池30的剩余电量SOC低于阈值SOC_th的情况下，控制部110开始充电控制模式。具体来说，判断二次电池30的剩余电量SOC是否低于阈值SOC_th，在判断为二次电池30的剩余电量SOC低于阈值SOC_th的情况下，控制部110开始充电控制模式。
图5是示出二次电池30的剩余电量SOC与电池电压Vb之间的关联性的一例的说明图。如图5所示，电池电压Vb随着剩余电量SOC下降而降低。具体来说，阈值SOC_th被设定为在剩余电量SOC降低的过程中，伴随着剩余电量SOC下降的电池电压Vb的降低程度开始显著增大的时刻的剩余电量SOC。阈值SOC_th的设定值可以预先存储于存储部105。
本实施方式的燃料电池控制部114在执行充电控制模式时，通过使第二电力转换装置72进行开关动作，将燃料电池20的发电电力升压至充电电压，从而向相对于第二电力转换装置72为负载侧的中间直流部81供给电力，其中，该充电电压是可以对二次电池30进行充电的电压。由此，能够使直流阶段电压Vdc成为充电电压。
二次电池30的充电是通过将由电池电压Vb加上规定充电量的电压ΔV而得到的电压(Vb+ΔV)向二次电池30供给来实现的。电压ΔV越大，二次电池30的充电量(即，向二次电池30充电的电力即充电电力)变得越大。因此，充电电压是将电池电压Vb加上电压ΔV而得的电压(Vb+ΔV)。例如，在二次电池30的剩余电量SOC低于阈值SOC_th时充电控制模式开始，因此如图5所示，充电控制模式开始时的充电电压为在剩余电量SOC为阈值SOC_th时将电池电压Vbc加上电压ΔV所得的电压(Vbc+ΔV)。
在执行充电控制模式时，本实施方式的二次电池控制部112通过使第一电力转换装置71的开关动作停止，将相对于第一电力转换装置71为负载侧的中间直流部81与二次电池30直接连结。通过进行利用上述的燃料电池控制部114的控制，直流阶段电压Vdc变为充电电压。因此，通过直接连结中间直流部81与二次电池30，能够实现利用了燃料电池20的发电电力进行的二次电池30的充电。
在此，在向驱动用马达40供给电力的供电控制模式中，如后所述，二次电池30的放电电力被第一电力转换装置71升压而向中间直流部81供给。因此，通过本实施方式中的执行充电控制模式时的控制，能够使充电控制模式中的直流阶段电压Vdc低于向驱动用马达40供给电力的供电控制模式中的直流阶段电压Vdc。由此，能够适当减小充电控制模式中的第二电力转换装置72的升压比。由此，能够减少第二电力转换装置72中产生的开关损耗。另外，通过使充电控制模式中第一电力转换装置71的开关动作停止，能够防止第一电力转换装置71中产生开关损耗。由此，能够提高包括二次电池30和燃料电池20在内的电池系统1中使用了燃料电池20的发电电力的二次电池30的充电的效率。
在充电控制模式开始时，燃料电池控制部114也可以将燃料电池20的输出Pfc控制为使燃料电池20的发电效率Efc优先的基准输出Pfc_std。由此，能够进一步提高利用了燃料电池20的发电电力的二次电池30的充电的效率。
图6是示出燃料电池20的输出Pfc与燃料电池的各个发电效率Efc和燃料电池电压Vfc之间的关联性的一例的说明图。在图6中，通过实线和单点划线分别示出了发电效率Efc和燃料电池电压Vfc。如图6所示，燃料电池20的发电效率Efc随着燃料电池20的输出Pfc变大而上升，然后降低。具体来说，基准输出Pfc_std被设定为发电效率Efc变得最大的输出Pfc。基准输出Pfc_std的设定值可以预先储存于存储部105。
应予说明，如图6所示，燃料电池电压Vfc随着燃料电池20的输出Pfc变大而降低。在此，认为通过使燃料电池20的输出Pfc比基准输出Pfc_std小，使燃料电池电压Vfc上升，由此进一步减小第二电力转换装置72的升压比。但是，在这样的情况下，发电效率Efc伴随着输出Pfc的降低而减小的效果大于开关损耗伴随着第二电力转换装置72的升压比的减小而减少的效果。因此，能够通过使输出Pfc成为基准输出Pfc_std，适当地提高利用了燃料电池20的发电电力的二次电池30的充电的效率。
在充电控制模式开始后，二次电池30的剩余电量SOC降低的情况下，燃料电池控制部114也可以将燃料电池20的输出Pfc控制为大于基准输出Pfc_std的值。例如，在充电控制模式开始后介入了向驱动用马达40供给电力的供电控制模式的情况下，会降低剩余电量SOC。在这样的情况下，通过将燃料电池20的输出Pfc控制为大于基准输出Pfc_std的值，能够易于使剩余电量SOC更早地上升，因此可以抑制剩余电量SOC枯竭。
(2-1-2.供电控制模式)
控制部110基于加减速指令量Acc，执行将二次电池30的放电电力向作为负载的第三电力转换装置73和驱动用马达40供给的供电控制模式。具体来说，控制部110基于由要求指令值计算部116计算出的驱动力的要求指令值来判断是否使驱动用马达40驱动，在判断为使驱动用马达40驱动的情况下执行供电控制模式。
应予说明，控制部110也可以使供电控制模式优先于充电控制模式执行。例如，在开始充电控制模式后，控制部110可以使供电控制模式介入。
在执行供电控制模式时，二次电池控制部112通过使第一电力转换装置71进行开关动作，将二次电池30的放电电力升压至与驱动用马达40的输出的目标值对应的电压从而向相对于第一电力转换装置71为负载侧的中间直流部81供给电力。由此，能够将直流阶段电压Vdc设为与驱动用马达40的输出的目标值对应的电压。
在执行供电控制模式时，马达控制部120通过控制第三电力转换装置73的动作，将向中间直流部81供给的直流电力转换为交流电力从而向驱动用马达40供给电力。另外，马达控制部120通过控制第三电力转换装置73的动作，将驱动用马达40的输出控制为由控制输出设定部118设定的驱动用马达40的输出的目标值。
在执行供电控制模式时，在二次电池30的输出小于要求值的情况下，燃料电池控制部114也可以将燃料电池20的发电电力向作为负载的第三电力转换装置73和驱动用马达40供给。要求值是例如用于将驱动用马达40的输出控制为由控制输出设定部118设定的驱动用马达40的输出的目标值所要求的二次电池30的输出的值。在二次电池30的输出小于要求值的情况下，能够通过将燃料电池20的发电电力向第三电力转换装置73和驱动用马达40供给，将驱动用马达40的输出控制为目标值。
具体来说，在这样的情况下，燃料电池控制部114通过使第二电力转换装置72进行开关动作，将燃料电池20的发电电力升压至与驱动用马达40的输出的目标值对应的电压从而向相对于第二电力转换装置72为负载侧的中间直流部81供给电力。另外，燃料电池控制部114将燃料电池20的输出Pfc控制为相对于二次电池30的输出的要求值的不足部分以上。
(2-1-3.再生充电控制模式)
控制部110基于加减速指令量Acc执行再生充电控制模式，该再生充电控制模式利用驱动用马达40的再生发电电力对二次电池30进行充电。具体来说，控制部110基于加减速指令量Acc计算针对电动车辆的制动力的要求指令值，基于制动力的要求指令值来判断是否制动电动车辆，在判断为制动电动车辆的情况下，执行再生充电控制模式。
应予说明，控制部110也可以使再生充电控制模式优先于充电控制模式执行。例如，在充电控制模式开始后，控制部110可以使再生充电控制模式介入。
在执行再生充电控制模式时，马达控制部120通过控制第三电力转换装置73的动作，将由驱动用马达40再生发电产生的交流电力转换为直流电力，从而向中间直流部81供给电力。另外，马达控制部120通过控制第三电力转换装置73的动作来控制驱动用马达40的发电电力。
在执行再生充电控制模式时，二次电池控制部112通过使第一电力转换装置71执行开关动作，将向中间直流部81供给的电力降压为充电电压，从而向二次电池30供给电力。由此，能够实现利用了驱动用马达40的再生发电电力的二次电池30的充电。
[2-2.动作]
接着，参照图7所示的流程图，对本实施方式的控制装置100执行的充电控制模式中的处理流程进行说明。图7是示出本实施方式的控制装置100执行的充电控制模式中的处理流程的一例的流程图。控制装置100例如间隔设定时间反复执行图7所示的处理。
在本实施方式中，如图7所示，首先，控制部110判断二次电池30的剩余电量SOC是否低于阈值SOC_th(步骤S501)。在判断为二次电池30的剩余电量SOC未低于阈值SOC_th的情况下(步骤S501/否)，结束图7所示的处理。
另一方面，在判断为二次电池30的剩余电量SOC低于阈值SOC_th的情况下(步骤S501/是)，控制部110开始充电控制模式(步骤S503)。在执行本实施方式的充电控制模式时，燃料电池控制部114通过使第二电力转换装置72进行开关动作，使燃料电池20的发电电力升压至充电电压，从而向相对于第二电力转换装置72为负载侧的中间直流部81供给电力，其中，该充电电压为可以使二次电池30充电的电压。另外，二次电池控制部112通过使第一电力转换装置71的开关动作停止，将相对于第一电力转换装置71为负载侧的中间直流部81与二次电池30直接连结。由此，能够减少在第二电力转换装置72产生的开关损耗，并且，防止第一电力转换装置71中产生开关损耗，并且进行利用了燃料电池20的发电电力的二次电池30的充电。另外，在充电控制模式开始时，燃料电池控制部114将燃料电池20的输出Pfc控制为基准输出Pfc_std。
然后，在充电控制模式开始后，燃料电池控制部114判断二次电池30的剩余电量SOC是否下降(步骤S505)。在判断为二次电池30的剩余电量SOC未下降的情况下(步骤S505/否)，图7所示的处理结束，燃料电池20的输出Pfc维持在基准输出Pfc_std。另一方面，在判断为二次电池30的剩余电量SOC降低的情况下(步骤S505/是)，燃料电池控制部114将燃料电池20的输出Pfc控制为大于基准输出Pfc_std的值(步骤S507)，图7所示的处理结束。
＜3.结语＞
如以上说明所说明的那样，根据本实施方式的控制装置100，在执行利用由燃料电池20发电产生的电力而对二次电池30进行充电的充电控制模式时，燃料电池控制部114通过使第二电力转换装置72进行开关动作，将燃料电池20的发电电力升压至充电电压，从而向比第二电力转换装置72更靠向负载的一侧供给电力，其中，该充电电压为可以使二次电池30充电的电压。另外，在执行充电控制模式时，二次电池控制部112通过使第一电力转换装置71的开关动作停止，将比第一电力转换装置71更靠向负载的一侧与二次电池30直接连结。由此，能够适当地减小充电控制模式中的第二电力转换装置72的升压比，因此能够减少在第二电力转换装置72中产生的开关损耗。另外，通过在充电控制模式中使第一电力转换装置71的开关动作停止，能够防止第一电力转换装置71中产生开关损耗。因此，能够提高包括二次电池30和燃料电池20的电池系统1中利用了燃料电池20的发电电力的二次电池30的充电的效率。
应予说明，在上述内容中，作为本发明的电池系统的一例对搭载于电动车辆的电池系统1进行了说明，但本发明的电池系统也可以应用于不同于电动车辆的其它装置。例如，本发明的电池系统也可以搭载于搭载有燃料电池的铁道或其它运输装置。
另外，在上述内容中，作为本发明的负载的一例，对第三电力转换装置73和驱动用马达40进行了说明，但本发明的负载不限于所涉及的示例。本发明的负载只要是可消耗被供给的电力即可，可以根据电池系统所搭载的装置而适当不同。
以上，一边参照附图一边对本发明的优选的实施方式进行了详细说明，但本发明不限于相关示例。显而易见的是，只要是具有本发明的所属技术领域中的通常知识的人就可以在权利要求书所记载的技术思想的范围内，想到各种变更示例或应用示例，可以理解的是，这些变更示例或应用示例当然也属于本发明的技术范围。

Claims (7)

1.一种电池系统的控制装置，其特征在于，包括：
负载；
二次电池，经由第一电力转换装置而与所述负载连接，并能够释放向所述负载供给的电力，所述第一电力转换装置能够通过进行开关动作来转换电压；以及
燃料电池，经由第二电力转换装置而与所述负载连接，所述燃料电池和所述第二电力转换装置与所述二次电池和所述第一电力转换装置并联连接，所述燃料电池能够产生电压比所述二次电池的电压低的电力，所述第二电力转换装置能够通过进行开关动作来转换电压，
所述电池系统的控制装置具备能够执行充电控制模式的控制部，所述充电控制模式利用由所述燃料电池产生的电力对所述二次电池进行充电，
所述控制部具备：
燃料电池控制部，在执行所述充电控制模式时，通过使所述第二电力转换装置进行开关动作，将由所述燃料电池产生的电力升压至能够对所述二次电池进行充电的电压，从而向比所述第二电力转换装置更靠向所述负载的一侧供给电力；以及
二次电池控制部，在执行所述充电控制模式时，通过停止所述第一电力转换装置的开关动作，将比所述第一电力转换装置更靠向所述负载的一侧与所述二次电池直接连结。
2.根据权利要求1所述的电池系统的控制装置，其特征在于，在所述二次电池的剩余电量低于阈值的情况下，所述控制部开始所述充电控制模式。
3.根据权利要求1或2所述的电池系统的控制装置，其特征在于，在所述充电控制模式开始时，所述燃料电池控制部将所述燃料电池的输出控制为使所述燃料电池的发电效率优先的基准输出。
4.根据权利要求3所述的电池系统的控制装置，其特征在于，所述充电控制模式开始后，在所述二次电池的剩余电量下降的情况下，所述燃料电池控制部将所述燃料电池的输出控制为大于所述基准输出的值。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电池系统的控制装置，其特征在于，所述控制部能够执行供电控制模式，所述供电控制模式将由所述二次电池释放的电力向所述负载供给，
执行所述供电控制模式时，在所述二次电池的输出低于要求值的情况下，所述燃料电池控制部将由所述燃料电池产生的电力向所述负载供给。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的电池系统的控制装置，其特征在于，
所述负载包括驱动用马达，所述驱动用马达能够输出用于使电动车辆的驱动轮驱动的动力。
7.一种电池系统，其特征在于，包括：
负载；
二次电池，经由第一电力转换装置而与所述负载连接，并能够释放向所述负载供给的电力，第一电力转换装置能够通过进行开关动作来转换电压；
燃料电池，经由第二电力转换装置而与所述负载连接，所述燃料电池和所述第二电力转换装置与所述二次电池和所述第一电力转换装置并联连接，所述燃料电池能够产生电压比所述二次电池的电压低的电力，所述第二电力转换装置能够通过进行开关动作来转换电压；以及
控制装置，具备能够执行充电控制模式的控制部，所述充电控制模式利用由所述燃料电池产生的电力对所述二次电池进行充电，
所述控制部具备：
燃料电池控制部，在执行所述充电控制模式时，通过使所述第二电力转换装置进行开关动作，将由所述燃料电池产生的电力升压至能够对所述二次电池进行充电的电压，从而向比所述第二电力转换装置更靠向所述负载的一侧供给电力；以及
二次电池控制部，在执行所述充电控制模式时，通过使所述第一电力转换装置的开关动作停止，将比所述第一电力转换装置更靠向所述负载的一侧与所述二次电池直接连结。
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