JP2004056937A

JP2004056937A - Electricity accumulation system

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Publication number: JP2004056937A
Application number: JP2002212312A
Authority: JP
Inventors: Takezo Yamaguchi; 山口　武蔵; Susumu Komiyama; 小宮山　晋; Hideaki Watanabe; 渡辺　英明
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-22
Also published as: JP3882703B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To properly distribute charging/discharging power fed to an electricity accumulation system to a battery and a capacitor, and to reduce power loss generated in the whole electricity accumulation system. <P>SOLUTION: The electricity accumulation system (9) comprises a battery (11), a capacitor (10), and a converter (12) that distributes a charging current to the battery (11) and the capacitor (10) at an arbitrary ratio. A converter control device (13) operates the power loss in the electricity accumulation system (9) induced in charging and discharging, operates the distribution ratio of the charging/discharging current to the battery (11) and the capacitor (10) so that the power loss in the electricity accumulation system (9) becomes minimum, and controls the converter (12) based on the operated distribution ratio. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はハイブリッド車両等に用いられる蓄電システムに関し、特に、蓄電システムにおける電力損失を抑える技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平９−３２２３１４号は、車両駆動用のモータへの電源としてバッテリとキャパシタを備え、回生中に得られた電力をコンバータを用いてバッテリとキャパシタに分配する蓄電システムを開示している。
【０００３】
この従来技術では、予めキャパシタへの充電電流の制限値を設定しておき、回生電流が充電電流の制限値以内であれば全ての電流をキャパシタに充電し、回生電流が充電電流の制限値を超えればその超えた分の電流をバッテリに充電する。充電電流の制限値はキャパシタ充電効率が所定値以上となるように設定されるので、キャパシタにおける電力損失を軽減し、回生効率を向上させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、上記従来技術では、充電時におけるキャパシタの電力損失のみを軽減する構成となっており、キャパシタ以外で発生する電力損失を含む蓄電システム全体の電力損失を低減することができず、回生効率を効果的に向上させることができなかった。また、放電時には、バッテリに先駆け、まずキャパシタから放電するため、放電時の電力損失を低減する構成となっていない。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の技術的課題を鑑みてなされたもので、蓄電システムへの充電電力をバッテリとキャパシタとに適切に分配し、蓄電システム全体における電力損失を低減することを目的とする。また、蓄電システムからの放電電力をバッテリとキャパシタとで適切に分配（分担）し、放電時においても蓄電システム全体における電力損失を低減することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】
バッテリと、キャパシタと、充放電電流をバッテリとキャパシタに任意の比率で分配（分担）する分配装置（例えば、コンバータ）とを備えた蓄電システムにおいて、充放電の際に生じる蓄電システムにおける電力損失を演算し、演算された蓄電システムにおける電力損失が最小になるようにバッテリとキャパシタへの充放電電流の分配率を演算し、演算された分配率に基づき分配装置を制御するように構成する。
【０００７】
【作用及び効果】
本発明によれば、蓄電システムの充電あるいは放電を行う際、蓄電システムにおける電力損失が演算され、蓄電システムにおける電力損失を最小にするようにキャパシタ、バッテリへの充電電流の配分比率が決定され、充放電電流の配分が行われるので、充電時、放電時における電力損失を最小に抑えることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
図１は本発明に係る蓄電システムを備えたシリーズハイブリッド車両の概略構成図である。車両は、エンジン１と、エンジン１のクランクシャフトに連結され、エンジン１と同期して回転する発電機２と、図示しない駆動輪を駆動するためのモータ３とを備えている。発電機２、モータ３にはそれぞれインバータ４、５が接続されており、インバータ４、５は共通のＤＣリンク６を介して蓄電システム９に接続されている。
【００１０】
エンジン１で発生した運動エネルギは発電機２で電力に変換され、この電力の供給を受けるモータ３が力行することによって車両が駆動される。モータ３の消費電力が発電機２の発電電力を上回り、電力が不足する場合は、蓄電システム９からモータ３に電力が供給される。逆に、モータ３の消費電力が発電機２の発電電力を下回り、電力が余る場合は、発電機２から蓄電システム９に電力が供給され、余剰電力は蓄電システム９に蓄えられる。
【００１１】
蓄電システム９は、キャパシタ１０、バッテリ１１、双方向コンバータ１２（分配装置）、コンバータ制御装置１３、電流検出回路１４とで構成される。双方向コンバータ１２は、キャパシタ１０とバッテリ１１の電圧に応じて昇降圧制御するものであり、公知の昇圧コンバータ、降圧コンバータを組み合わせたものである。コンバータ制御装置１３は、１または２以上のマイクロプロセッサ、メモリ、入出力インターフェース等を含んで構成され、キャパシタ１０とバッテリ１１の電圧や、充放電電流の分配率の設定に応じて双方コンバータ１２の昇圧、降圧動作を制御する。充放電電流の分配率は蓄電システム９全体における電力損失が最小になるように、すなわち、蓄電システム９全体の効率が最もよくなるように設定される。
【００１２】
電流検出回路１４は、ＤＣリンク６を流れる電流値と電流の方向、すなわち蓄電システム９が充電状態にあるか否かを検出する回路である。電流の流れがＤＣリンク６の入力側に流れ込む方向をマイナス方向とし、入力側から流れ出す方向をプラス方向とすれば、電流検出回路１４によって検出される電流値は、蓄電システム９の充電時にはプラス、充電時以外ではマイナスを示すことになる。
【００１３】
また、キャパシタ１０、バッテリ１１には、温度を検出する手段として温度センサ２１、２２がそれぞれ設けられている。温度センサ２１、２２の検出値はそれぞれコンバータ制御装置１３に入力される。
【００１４】
図２は、コンバータ制御装置１３において行われる充放電電流の分配制御の内容を示したフローチャートであり、所定時間毎、例えば１０ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行される。
【００１５】
図２を参照しながら充放電電流の分配制御について説明すると、まず、ステップＳ１では、蓄電システム９の運転状態を検出する。蓄電システム９の運転状態としては、キャパシタ１０、バッテリ１１の温度、充電状態ＳＯＣ等を検出する。充電状態ＳＯＣの検出方法としては、キャパシタ１０、バッテリ１１の入出力電流を積算する方法、端子間電圧に基づき推定する方法等があるが、本発明を適用するにあたってはいずれの方法を用いて充電状態ＳＯＣを検出してもよい。
【００１６】
ステップＳ２では、蓄電システム９が現在充電を行っている状態であるか否かを判断する。蓄電システム９が充電を行っている状態であるか否かは電流検出回路１４からの検出値に基づき判断する。電流検出回路１４からの検出値の符号がプラスであるならば充電を行っている状態であると判断し、マイナスであるならば充電を行っている状態以外（放電を行っている状態あるいは充放電を行っていない状態）であると判断する。
【００１７】
ステップＳ３では、充電時に蓄電システム９全体で発生する電力損失を算出する。充電時に蓄電システム９で発生する電力損失としては、キャパシタ１０に充電する際の電力損失、コンバータ１２を介してバッテリ１１に充電する際のバッテリ１１及びコンバータ１２の電力損失が発生する。以下、キャパシタ１０、バッテリ１１、コンバータ１２における電力損失の算出方法について説明する。
【００１８】
《キャパシタにおける電力損失》
キャパシタ１０を充電する時に発生する電力損失（キャパシタ電力損失）は、キャパシタ１０の内部抵抗により発生する電圧降下が主要な要因である。コンバータ制御装置１３のメモリには図３から図５に示すテーブルが格納されており、コンバータ制御装置１３はこれらのテーブルの参照値を用いてキャパシタ電力損失を演算する。なお、各テーブルは予め実験データに基づき作成される。
【００１９】
図３はキャパシタ１０の充電状態ＳＯＣ＿ｃ［％］とその内部抵抗［Ω］の関係を規定したテーブルである。このテーブルは所定のキャパシタ温度（例えば、２５［℃］）におけるものである。キャパシタ内部抵抗はキャパシタ１０の充電状態ＳＯＣ＿ｃが高くなる（充電量が多くなる）につれ徐々に小さくなる。
【００２０】
図４はキャパシタ１０の温度Ｔｃ［℃］とその内部抵抗比率の関係を規定したテーブルである。このテーブルは、所定のキャパシタ温度（例えば、２５［℃］）におけるキャパシタ１０の内部抵抗を基準値とし、各温度におけるキャパシタ１０の内部抵抗の基準値に対する比率（内部抵抗比率）を示したものである。キャパシタ１０の内部抵抗比率はキャパシタ１０の温度が高くなるにつれて小さくなる。
【００２１】
また、図５は、キャパシタ１０の充電状態ＳＯＣ＿ｃ［％］とその開放電圧Ｅｏｃ［Ｖ］の関係を規定したテーブルであり、キャパシタ１０の開放電圧Ｅｏｃはキャパシタ１０の充電状態ＳＯＣ＿ｃに比例して大きくなる。
【００２２】
キャパシタ１０を充電する時の電力損失するにあたっては、コンバータ制御装置１３は、まず、図３、図４に示すテーブルを参照して得られる値を掛け合わせることで、キャパシタ１０の内部抵抗Ｒｃ［Ω］を算出する。そして、図５に示すテーブルを参照することでキャパシタ１０の開放電圧Ｅｏｃを演算する。キャパシタ１０の内部抵抗Ｒｃ、開放電圧Ｅｏｃを演算したら、コンバータ制御装置１３は、キャパシタ１０を充電する時の電力損失Ｐｃ＿ｌｏｓｓ［ｋＷ］を次式（１）、
Ｐｃ＿ｌｏｓｓ＝Ｉｃ＾２＊Ｒｃ／１０００　・・・（１）
［＝Ｉｃ＊Ｅｏｃ＊（１−（Ｅｏｃ−Ｉｃ＊Ｒｃ）／Ｅｏｃ）］］
により演算する。式（１）のＩｃ［Ａ］は、キャパシタ１０への充電電流である。
【００２３】
《コンバータにおける電力損失》
コンバータ動作時にコンバータ１２において発生する電力損失（コンバータ電力損失）は、電力用半導体スイッチおよびダイオードの順方向電圧降下、スイッチング損失、リアクトルの銅損ならびに鉄損に依存する。ここでは、これら要素とすべて含めたものとしてコンバータ１２への入力側における電力と出力側における電力を実験により求め、それら値の比からコンバータ効率を算出する。このコンバータ効率はテーブルとしてコンバータ制御装置１３のメモリに保存しておく。
【００２４】
図６は、コンバータ１２の入力側における電力Ｐｃｏｖ＿ｉｎ［ｋＷ］とコンバータ効率Ｅｆｆｃｏｖの関係を規定したテーブルである。コンバータ効率Ｅｆｆｃｏｖは、あるコンバータ入力電力Ｐｃｏｖ＿ｉｎがある値になるまではコンバータ入力電力Ｐｃｏｖ＿ｉｎに比例して大きくなるが、ある値を超えるとコンバータ入力電力Ｐｃｏｖ＿ｉｎに関係なく略一定値をとるようになる。コンバータ制御装置１３は、コンバータ１２の入力側における電力Ｐｃｏｖ＿ｉｎからこのテーブルを参照することでコンバータ効率Ｅｆｆｃｏｖを演算する。コンバータ１２における電力損失Ｐｃｏｖ＿ｌｏｓｓは、１−Ｅｆｆｃｏｖに比例することから、これらに基づき演算することができる。
【００２５】
《バッテリにおける電力損失》
バッテリ１１を充電する時に発生する電力損失（バッテリ電力損失）は、内部抵抗により発生する電圧降下が主要な要因である。バッテリ電力損失を演算するために、コンバータ制御装置１３のメモリには図７から図９に示すテーブルが格納されている。各テーブルは予め実験データに基づき作成される。
【００２６】
図７はバッテリ１１の充電状態ＳＯＣ＿ｂ［％］とその内部抵抗［Ω］の関係を規定したテーブルである。このテーブルは所定のバッテリ温度（例えば、２５［℃］）におけるものである。バッテリ１１の内部抵抗はある充電状態までは略一定値をとるが、ある充電状態を超えると急激に減少し、その後バッテリ充電状態ＳＯＣ＿ｂが大きくなるにつれ徐々に小さくなる。
【００２７】
図８は、バッテリ１１の温度Ｔｂ［℃］とその内部抵抗比率の関係を規定したテーブルである。このテーブルは、所定のバッテリ温度（例えば、２５［℃］）でのバッテリ内部抵抗を基準値とし、各温度におけるバッテリ内部抵抗の基準値に対する比率（内部抵抗比率）を規定したものである。内部抵抗比率はあるバッテリ温度までは略一定値をとるが、あるバッテリ温度を超えると急激に減少し、バッテリ温度２５℃以上で略一定値（＝１）をとる。
【００２８】
図９は、バッテリ１１の充電状態ＳＯＣ＿ｂ［％］とその開放電圧Ｅｏｂ［Ｖ］の関係を規定したテーブルである。バッテリ１１の開放電圧Ｅｏｂ［Ｖ］はバッテリ１１のＳＯＣ＿ｂが高くなるほど高くなる。
【００２９】
コンバータ制御装置１３は、図７、図８に示すテーブルを参照して得られる値を掛け合わせることで、バッテリ１１の内部抵抗Ｒｂ［Ω］を算出する。そして、図９に示すテーブルを参照してバッテリ１１の開放電圧Ｅｏｂを算出する。バッテリ１１の内部抵抗Ｒｂ、開放電圧Ｅｏｖを演算したら、バッテリ１１における電力損失Ｐｂ＿ｌｏｓｓ［ｋＷ］を式（２）、
Ｐｂ＿ｌｏｓｓ＝Ｉｂ＾２＊Ｒｂ／１０００　・・・（２）
［＝Ｉｂ＊Ｅｏｂ＊（１−（Ｅｏｂ−Ｉｂ＊Ｒｂ）／Ｅｏｂ）］］
により算出する。式（２）のＩｂ［Ａ］は、バッテリ１１への充電電流である。ここで、コンバータ１２は開放電圧Ｅｏｖ［Ｖ］に合わせるよう制御されるので、コンバータ効率Ｅｆｆｃｏｖをバッテリ電流Ｉｂに反映させている。つまり、バッテリ電流Ｉｂは次式（３）、
Ｉｂ＝（Ｉｔｏｔａｌ＿ｃｈｇ−Ｉｃ）＊Ｅｆｆｃｏｖ　　・・・（３）
で示す値となる。Ｉｔｏｔａｌ＿ｃｈｇ［Ａ］はＤＣリンク６から流れる充電電流である。
【００３０】
ステップＳ３では上記方法により、ＤＣリンク６から流れる充電電流をすべてキャパシタ１０に充電する場合から、すべてバッテリ１０に充電する場合までについてキャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失を演算する。すなわち全ての分配率についてキャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失を演算する。
【００３１】
ステップＳ４では、充電時に蓄電システム９全体で発生する電力損失が最も小さくなる充電電流の分配率を求める。具体的には、ステップＳ３において求めたキャパシタ１０の電力損失Ｐｃ＿ｌｏｓｓ、バッテリ１１の電力損失Ｐｂ＿ｌｏｓｓを基に、蓄電システム９全体で発生する電力損失Ｐｔｏｔａｌ＿ｌｏｓｓ［Ｗ］を演算する次式（４）、

を立て、蓄電システム９全体で発生する電力損失Ｐｔｏｔａｌ＿ｌｏｓｓ［ｋＷ］を最小にするようなキャパシタ１０への充電電流Ｉｃ［Ａ］を決定する。充電電流Ｉｔｏｔａｌ＿ｃｈｇの値が決まれば式（４）における変数はキャパシタ１０への充電電流Ｉｃのみとなるので、電力損失Ｐｔｏｔａｌ＿ｌｏｓｓを最小にするキャパシタ充電電流Ｉｃを演算することができる。
【００３２】
式（４）においてコンバータ１２における電力損失Ｐｃｏｖ＿ｌｏｓｓが入っていないのは、この実施例ではキャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失がコンバータ１２における電力損失に比べて大きいことから、簡略化のためコンバータ１２における電力損失Ｐｃｏｖ＿ｌｏｓｓを無視しているからである。コンバータ１２における電力損失が大きくコンバータ１２における電力損失が無視できない場合、あるいは電力損失をさらに高い精度で演算する必要がある場合は、式（４）でコンバータ１２における電力損失Ｐｃｏｖ＿ｌｏｓｓを加えるようにすればよい。
【００３３】
キャパシタ１０への充電電流Ｉｃが決まればバッテリ１１への充電電流ＩｂはＩｔｏｔａｌ＿ｃｈｇ−Ｉｃとなり、充電電流のキャパシタ１０とバッテリ１１への分配率はＩｃ：Ｉｂとなる。
【００３４】
ステップＳ５では、ステップＳ４において設定された充電電流の分配の結果が、キャパシタ１０のみに分配するものであるか否かを判断する。キャパシタ１０のみに分配するよう設定されていた場合は、ステップＳ６に進んでコンバータ１２は動作させない。即ち、コンバータ１２を停止させ、バッテリ１１側には電流を流さないようにする。これに対し、キャパシタ１０とバッテリ１１の双方に分配するよう設定されていた場合、ステップＳ７に進んでコンバータ１２を動作させ、充電電流Ｉｔｏｔａｌ＿ｃｈｇ［Ａ］の内キャパシタ充電電流Ｉｃ［Ａ］以外はコンバータ１２を介してバッテリ１１へと流し、バッテリ１１を充電する。
【００３５】
一方、ステップＳ２で蓄電システム９が充電を行う状態以外、すなわち蓄電システム９が放電を行う場合あるいは蓄電システム９が充放電を行わない場合であると検出された場合は、ステップＳ８に進み、ステップＳ３と同様のテーブルを参照して放電時におけるキャパシタ１０、バッテリ１１の電力損失を算出する。電力損失の算出はＤＣリンク６から要求される放電電流をすべてキャパシタ１０から放電する場合から、すべてバッテリ１１から放電する場合までについて行う。
【００３６】
ステップＳ９では、ＤＣリンク６から要求される放電電流を、充電時に蓄電システム９全体で発生する電力損失が小さくなるようキャパシタ１０とバッテリ１１とで分担する場合の分配率を演算する。具体的には、ステップＳ８において求めたキャパシタ１０、バッテリ１１の電力損失を基に蓄電システム９全体で発生する電力損失Ｐｔｏｔａｌ＿ｌｏｓｓ［ｋＷ］を演算する次式（５）、

を立てる。Ｉｔｏｔａｌ＿ｄｃｈｇ［Ａ］はＤＣリンク６から要求される放電電流である。そして、この放電電流Ｉｔｏｔａｌ＿ｄｃｈｇ［Ａ］を得る際に、蓄電システム９全体で発生する電力損失Ｐｔｏｔａｌ＿ｌｏｓｓが最小になるようキャパシタ放電電流Ｉｃ［Ａ］を決定する。キャパシタ放電電流Ｉｃが決まればバッテリ放電電流Ｉｂが決まり、放電電流をキャパシタ１０とバッテリ１１とで分担する場合の分配率はＩｃ：Ｉｂとなる。
【００３７】
ステップＳ１０では、ステップＳ９において設定された放電電流の分担の結果が、バッテリ１１のみで分担するものであるか否かを判断する。キャパシタ１０にのみ分担するように設定されていた場合はステップＳ１１に進み、コンバータ１２を停止させ、すべての放電電流をキャパシタ１０からの放電で賄う。これに対し、設定された放電電流の分担の結果が、キャパシタ１０とバッテリ１１の双方で分担するよう設定されていた場合、ステップＳ１２に進んでコンバータ１２を動作させ、放電電流Ｉｔｏｔａｌ＿ｄｃｈｇ［Ａ］の内、キャパシタ放電電流以外はコンバータ１０を介してバッテリ１１からの放電で賄う。
【００３８】
したがって、上記制御によれば、蓄電システム９に充電を行う際、蓄電システム９における電力損失、すなわちキャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失の和が演算される。そして、蓄電システム９における電力損失を最小にするようにキャパシタ１０、バッテリ１１への充電電流の分配率が決定され、充電電流の配分が行われるので、充電時における電力損失を最小に抑えることができる。
【００３９】
さらに、蓄電システム９から放電を行う際にも同様に蓄電システム９における電力損失が演算され、蓄電システム９における電力損失を最小にするようにキャパシタ１０、バッテリ１１からの放電電流の分担比率が決定され、キャパシタ１０、バッテリ１１から放電が行われる。これにより、充電時のみならず放電時における電力損失をも最小に抑えることができる。
【００４０】
キャパシタ１０、バッテリ１１の内部抵抗は温度の影響を受け、これらの温度は電力損失を決定する上で重要な要因となるが、キャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失を演算するにあたっては、それらの温度を考慮して演算されるので、キャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失をそれらの温度に関係なく正確に演算することができる。
【００４１】
なお、この実施形態では、キャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失が大きいことから、キャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失の和を蓄電システム９全体における電力損失とみなして制御を行っているが、コンバータ１２における電力損失が大きいとき、あるいは電力損失の演算精度をさらに向上させる必要があるときは、コンバータ１２における電力損失を加えたものを蓄電システム９全体における電力損失としてもよい。
【００４２】
また、バッテリ１１の容量がキャパシタ１０に比べて小さい、バッテリ１１の充放電効率が高い等の理由により、バッテリ１１における電力損失が比較的小さいときは、キャパシタ１０、コンバータ１２における電力損失の和を蓄電システム９全体における電力損失とみなして上記制御を行うようにしても良い。
【００４３】
なお、ステップＳ３、Ｓ８における処理が電力損失演算手段に対応し、ステップＳ４、Ｓ９における処理が分配率演算手段に対応し、ステップＳ５〜Ｓ７、ステップＳ１０〜Ｓ１２における処理が分配装置制御手段に対応する。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４５】
第２の実施形態は、蓄電システム９の充電時の電力損失を演算する際に、充電時の損失だけでなく、その充電された電力がその後放電されるときの損失をも考慮して演算するようにした点で第１の実施形態と相違する。蓄電システム９の構成、制御フローは第１の実施形態のものと同じであり、以下の説明では第１の実施形態との相違点のみを説明する。
【００４６】
この実施形態では、図２のステップＳ８において、過去の放電におけるキャパシタ１０、バッテリ１１及び、コンバータ１２の放電効率の平均値を算出し、コンバータ制御装置１３のメモリに記憶する。各放電効率の平均値は、次式（６）〜（８）、
Ｅｆｆｃ＿ａｖｅ＝［（Ｅｏｃ−Ｉｃ＊Ｒｃ）／Ｅｏｃ＋Ｅｆｆｃ＿ａｖｅ＿ｚ］／２　　・・・（６）
Ｅｆｆｂ＿ａｖｅ＝［（Ｅｏｂ−Ｉｂ＊Ｒｂ）／Ｅｏｂ＋Ｅｆｆｂ＿ａｖｅ＿ｚ］／２　　・・・（７）
Ｅｆｆｃｏｖ＿ａｖｅ＝［Ｅｆｆｃｏｖ＋Ｅｆｆｃｏｖ＿ａｖｅ］／２　・・・（８）
により求めることができる。ここで、Ｅｆｆｃ＿ａｖｅはキャパシタ１０の放電効率の平均値、Ｅｆｆｃ＿ａｖｅはバッテリ１１の放電効率の平均値、Ｅｆｆｃｏｖ＿ａｖｅは蓄電システム９が放電を行う時のコンバータ１２の効率の平均値である。各放電効率の平均値の末尾にｚが付いているものは、前回の演算で算出された放電効率の平均値である。当然ながら、この値はステップＳ２において充電状態以外であると判断された時にのみ算出すれば良い。
【００４７】
ステップＳ４では、ステップＳ８で算出した各放電効率の平均値も用いて充電電流の分配率を設定する。具体的には、蓄電システム９全体で発生する電力損失Ｐｔｏｔａｌ＿ｌｏｓｓ［ｋＷ］を求める次式（７）、

を立てる。そして、充電電流Ｉｔｏｔａｌ＿ｃｈｇ［Ａ］が得られる際に、蓄電システム９全体での電力損失Ｐｔｏｔａｌ＿ｌｏｓｓ［ｋＷ］を最小にするようキャパシタ放電電流Ｉｃ［Ａ］を決定し、充電電流の分配率を設定する。
【００４８】
このように、第２の実施形態ではキャパシタ１０、バッテリ１１の充電効率だけでなく、キャパシタ１０、バッテリ１１に充電された電力が将来放電されるときの効率（キャパシタ放電効率、バッテリ放電効率、放電時のコンバータの効率）をも考慮して蓄電システム９における電力損失が演算され、この電力損失を最小にするようにキャパシタ１０、バッテリ１１への充電電流の分配率が決定される。
【００４９】
この結果、例えば、キャパシタ１０の充電効率が良くてもキャパシタ１０に充電された電力が将来放電されるときの効率（キャパシタ放電効率）が低いときは、キャパシタ１０への充電電流の配分を減らし、将来キャパシタ１０から放電が行われる頻度、キャパシタ１０からの放電量を抑えることができる。逆に、バッテリ１１に充電された電力が放電されるときの効率（バッテリ放電効率）が低いときは、バッテリ１１への充電電流の配分を減らし、将来バッテリ１１から放電が行われる頻度、バッテリ１１からの放電量を抑えることができる。
【００５０】
このように、充電時の電力損失だけでなく、キャパシタ１０、バッテリ１１に充電された電力が将来放電される時のキャパシタ１０、バッテリ１１、コンバータ１２における電力損失（放電効率）をも考慮して充電電力の分配比率を決定することにより、現時点の電力損失を低く抑えるだけでなく、将来に渡って蓄電システム９における電力損失を低く抑えることができる。また、将来の放電が行われるときの電力損失は、蓄電システム９の将来の運転パターンを予測して求めるようにしてもよいが、本実施形態のように過去の放電効率の平均値を用いて推定するようにすれば、簡素な方法でありながら将来の電力損失を十分な精度で予測することができる。
【００５１】
なお、ステップＳ８における処理が、キャパシタ放電効率演算手段、バッテリ放電効率演算手段、放電時分配装置効率演算手段に対応する。
【００５２】
次に、第３の実施形態について説明する。
【００５３】
この第３の実施形態においては、蓄電システム９の構成、制御フローは第１の実施形態のものと同じであるが、図２に示したフローのステップＳ４、ステップＳ９において、キャパシタ１０、バッテリ１１の入出力電力がそれらの入出力可能電力の範囲内となるように充放電電流の分配率を設定するようにした点が第１の実施形態と相違する。
【００５４】
ここで、キャパシタ１０、バッテリ１１の入力可能電力Ｐｉｎ［ｋＷ］、出力可能電力Ｐｏｕｔ［ｋＷ］は、次式（８）、（９）、
Ｐｉｎ＝Ｅｍｉｎ＊（Ｅｏ−Ｅｍｉｎ）／Ｒ／１０００　　・・・（８）
Ｐｏｕｔ＝Ｅｍａｘ＊＋（Ｅｏ−Ｅｍａｘ）／Ｒ／１０００　　・・・（９）
で示される。Ｅｍｉｎ［Ｖ］は下限電圧、Ｅｍａｘ［Ｖ］は上限電圧、Ｅｏは開放電圧、Ｒは内部抵抗である。式（８）、（９）にキャパシタ１０とバッテリ１１各々に対応する値を適用することでキャパシタ１０、バッテリ１１の入力可能電力Ｐｉｎ、出力可能電力Ｐｏｕｔを算出することができる。
【００５５】
ステップＳ４、９では、キャパシタ１０、バッテリ１１の入出力可能電力を演算し、キャパシタ１０、バッテリ１１の入出力電力が演算された入出力可能電力の範囲内となるように充放電電流の分配率を設定する。例えば、蓄電システム９における電力損失が最小となるように充電電流分配率を設定したところ、キャパシタ１０への入力電力がキャパシタ１０の入力可能電力Ｐｉｎを超えることとなる場合は、キャパシタ１０への入力電力が減少するよう充電電流分配率を補正する。
【００５６】
これにより、バッテリ１１の入出力可能電力の範囲を超えてキャパシタ１０、バッテリ１１の充放電が行われ、蓄電システム９における電力損失がかえって大きくなったり、蓄電システム９において所望の充放電量が確保されないといった事態を回避することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施形態は本発明を適用した蓄電システムの一例を示したもので、本発明の適用範囲を上記構成に限定する趣旨ではない。例えば、上記構成に限らずバッテリ、キャパシタ及び充放電電流を任意の比率でバッテリとキャパシタに分配することができる分配装置を備えた蓄電システムであればハイブリッド車両用か否かに関係なく本発明を適用することができる。
【００５８】
また、蓄電システムの構成が変われば充電、放電時の動作も異なってくるため、蓄電システムにおける電力損失の算出方法についても蓄電システムの構成に合わせて変更する必要があるが、そのような変更は当業者にとって自明のことであり、これら変更を施した蓄電システムも本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蓄電システムを備えたハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】充放電電流の配分制御の内容を示したフローチャートである。
【図３】キャパシタの充電状態とその内部抵抗の関係を規定したテーブルである。
【図４】キャパシタの温度とその内部抵抗比率の関係を規定したテーブルである。
【図５】キャパシタの充電状態とその開放電圧の関係を規定したテーブルである。
【図６】コンバータ入力電力とコンバータ効率の関係を規定したテーブルである。
【図７】バッテリの充電状態とその内部抵抗の関係を規定したテーブルである。
【図８】バッテリの温度とその内部抵抗比率の関係を規定したテーブルである。
【図９】バッテリの充電状態とその開放電圧の関係を規定したテーブルである。
【符号の説明】
１　エンジン
２　発電機
３　モータ
４、５　インバータ
６　ＤＣリンク
９　蓄電システム
１０　キャパシタ
１１　バッテリ
１２　双方向コンバータ（分配装置）
１３　コンバータ制御装置
１４　電流検出回路
２０、２１　温度センサ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a power storage system used for a hybrid vehicle or the like, and particularly to a technique for suppressing power loss in the power storage system.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-322314 discloses a power storage system including a battery and a capacitor as power supplies for a motor for driving a vehicle, and distributing power obtained during regeneration to the battery and the capacitor using a converter.
[0003]
In this conventional technique, a limit value of the charging current to the capacitor is set in advance, and if the regenerative current is within the limit value of the charging current, all the currents are charged to the capacitor, and the regenerative current sets the limit value of the charging current. If it exceeds, the excess current is charged to the battery. Since the limit value of the charging current is set so that the charging efficiency of the capacitor is equal to or higher than a predetermined value, the power loss in the capacitor can be reduced and the regenerative efficiency can be improved.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technology, only the power loss of the capacitor at the time of charging is reduced, and the power loss of the entire power storage system including the power loss generated in other than the capacitor cannot be reduced. Could not be improved effectively. In addition, at the time of discharging, the capacitor is first discharged before the battery, so that the configuration is not configured to reduce the power loss at the time of discharging.
[0005]
The present invention has been made in view of such technical problems of the related art, and has as its object to appropriately distribute charging power to a power storage system to a battery and a capacitor to reduce power loss in the entire power storage system. And It is another object of the present invention to appropriately distribute (share) the discharged power from the power storage system between the battery and the capacitor, and to reduce power loss in the entire power storage system even during discharging.
[0006]
[Means for solving the problem]
In a power storage system including a battery, a capacitor, and a distribution device (for example, a converter) that distributes (shares) a charge / discharge current to the battery and the capacitor at an arbitrary ratio, a power loss in the power storage system that occurs at the time of charge / discharge is reduced. The calculation is performed, the distribution ratio of the charge / discharge current to the battery and the capacitor is calculated so that the calculated power loss in the power storage system is minimized, and the distribution device is controlled based on the calculated distribution ratio.
[0007]
[Action and effect]
According to the present invention, when charging or discharging the power storage system, the power loss in the power storage system is calculated, and the distribution ratio of the charging current to the capacitor and the battery is determined so as to minimize the power loss in the power storage system, Since the charge / discharge current is distributed, power loss during charging and discharging can be minimized.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0009]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a series hybrid vehicle including a power storage system according to the present invention. The vehicle includes an engine 1, a generator 2 connected to a crankshaft of the engine 1 and rotating in synchronization with the engine 1, and a motor 3 for driving driving wheels (not shown).

Inverters

4 and 5 are connected to the generator 2 and the motor 3, respectively, and the

inverters

4 and 5 are connected to a power storage system 9 via a common DC link 6.
[0010]
The kinetic energy generated by the engine 1 is converted into electric power by the generator 2, and the vehicle is driven by the power running of the motor 3 receiving the electric power. When the power consumption of the motor 3 exceeds the power generated by the generator 2 and the power is insufficient, the power is supplied from the power storage system 9 to the motor 3. Conversely, when the power consumption of the motor 3 is lower than the power generated by the generator 2 and the power remains, the power is supplied from the generator 2 to the power storage system 9, and the surplus power is stored in the power storage system 9.
[0011]
The power storage system 9 includes a capacitor 10, a battery 11, a bidirectional converter 12 (distribution device), a converter control device 13, and a current detection circuit 14. The bidirectional converter 12 performs step-up / step-down control in accordance with the voltage of the capacitor 10 and the battery 11, and is a combination of a known step-up converter and step-down converter. The converter control device 13 includes one or more microprocessors, a memory, an input / output interface, and the like. The converter control device 13 controls the voltage of the capacitor 10 and the battery 11 and the distribution of the charge / discharge current. Controls boost and step-down operations. The charge / discharge current distribution ratio is set such that the power loss in the entire power storage system 9 is minimized, that is, the efficiency of the entire power storage system 9 is maximized.
[0012]
The current detection circuit 14 is a circuit that detects the value of the current flowing through the DC link 6 and the direction of the current, that is, whether the power storage system 9 is in a charged state. Assuming that the direction in which the current flows into the input side of the DC link 6 is the minus direction, and the direction in which the current flows out from the input side is the plus direction, the current value detected by the current detection circuit 14 is positive when the power storage system 9 is charged. Except during charging, it indicates minus.
[0013]
Further, the capacitor 10 and the battery 11 are provided with

temperature sensors

21 and 22 as means for detecting the temperature, respectively. The detection values of the

temperature sensors

21 and 22 are input to the converter control device 13, respectively.
[0014]
FIG. 2 is a flowchart showing the contents of the charge / discharge current distribution control performed in converter control device 13, and is repeatedly executed at predetermined time intervals, for example, at every 10 msec.
[0015]
The charge / discharge current distribution control will be described with reference to FIG. 2. First, in step S1, the operation state of the power storage system 9 is detected. As the operation state of the power storage system 9, the temperature of the capacitor 10, the battery 11, the state of charge SOC, and the like are detected. As a method of detecting the state of charge SOC, there are a method of integrating the input / output currents of the capacitor 10 and the battery 11, a method of estimating based on the voltage between terminals, and the like. The state SOC may be detected.
[0016]
In step S2, it is determined whether or not power storage system 9 is currently charging. Whether or not the power storage system 9 is in a charging state is determined based on a detection value from the current detection circuit 14. If the sign of the detection value from the current detection circuit 14 is plus, it is determined that charging is being performed, and if it is minus, other than charging (other than discharging or charging / discharging). Is not performed).
[0017]
In step S3, the power loss that occurs in the entire power storage system 9 during charging is calculated. The power loss that occurs in the power storage system 9 during charging includes power loss when charging the capacitor 10 and power loss of the battery 11 and the converter 12 when charging the battery 11 via the converter 12. Hereinafter, a method of calculating the power loss in the capacitor 10, the battery 11, and the converter 12 will be described.
[0018]
《Power loss in capacitor》
The main factor of the power loss (capacitor power loss) generated when charging the capacitor 10 is a voltage drop generated by the internal resistance of the capacitor 10. The tables shown in FIGS. 3 to 5 are stored in the memory of the converter control device 13, and the converter control device 13 calculates the capacitor power loss using the reference values of these tables. Each table is created in advance based on experimental data.
[0019]
FIG. 3 is a table defining the relationship between the state of charge SOC_c [%] of the capacitor 10 and its internal resistance [Ω]. This table is for a predetermined capacitor temperature (for example, 25 [° C.]). The internal resistance of the capacitor gradually decreases as the state of charge SOC_c of the capacitor 10 increases (the amount of charge increases).
[0020]
FIG. 4 is a table that defines the relationship between the temperature Tc [° C.] of the capacitor 10 and its internal resistance ratio. This table shows the ratio (internal resistance ratio) of the internal resistance of the capacitor 10 to the reference value at each temperature with the internal resistance of the capacitor 10 at a predetermined capacitor temperature (for example, 25 ° C.) as a reference value. is there. The internal resistance ratio of the capacitor 10 decreases as the temperature of the capacitor 10 increases.
[0021]
FIG. 5 is a table defining the relationship between the state of charge SOC_c [%] of the capacitor 10 and its open-circuit voltage Eoc [V]. The open-circuit voltage Eoc of the capacitor 10 increases in proportion to the state of charge SOC_c of the capacitor 10. Become.
[0022]
When power is lost when charging capacitor 10, converter control device 13 first multiplies the value obtained by referring to the tables shown in FIGS. 3 and 4 to obtain internal resistance Rc [Ω] of capacitor 10. ] Is calculated. Then, the open circuit voltage Eoc of the capacitor 10 is calculated by referring to the table shown in FIG. After calculating the internal resistance Rc of the capacitor 10 and the open voltage Eoc, the converter control device 13 calculates the power loss Pc_loss [kW] when charging the capacitor 10 by the following equation (1):
Pc_loss = Ic ＾ 2 * Rc / 1000 (1)
[= Ic * Eoc * (1- (Eoc-Ic * Rc) / Eoc)]]
Is calculated by Ic [A] in the equation (1) is a charging current to the capacitor 10.
[0023]
《Power loss in converter》
The power loss (converter power loss) generated in converter 12 during the converter operation depends on the forward voltage drop of the power semiconductor switch and the diode, the switching loss, the copper loss of the reactor, and the iron loss. Here, the power on the input side and the power on the output side to the converter 12 are obtained by experiments assuming that these elements are all included, and the converter efficiency is calculated from the ratio of these values. The converter efficiency is stored as a table in the memory of the converter control device 13.
[0024]
FIG. 6 is a table that defines the relationship between the power Pcov_in [kW] on the input side of the converter 12 and the converter efficiency Effcov. The converter efficiency Effcov increases in proportion to the converter input power Pcov_in until a certain converter input power Pcov_in reaches a certain value, but when it exceeds a certain value, it takes a substantially constant value regardless of the converter input power Pcov_in. Converter control device 13 calculates converter efficiency Effcov by referring to this table from electric power Pcov_in on the input side of converter 12. Since the power loss Pcov_loss in the converter 12 is proportional to 1-Effcov, it can be calculated based on these.
[0025]
《Power loss in battery》
Power loss (battery power loss) generated when charging the battery 11 is mainly caused by a voltage drop generated by an internal resistance. Tables shown in FIGS. 7 to 9 are stored in the memory of the converter control device 13 in order to calculate the battery power loss. Each table is created in advance based on experimental data.
[0026]
FIG. 7 is a table defining the relationship between the state of charge SOC_b [%] of the battery 11 and its internal resistance [Ω]. This table is for a predetermined battery temperature (for example, 25 [° C.]). The internal resistance of the battery 11 has a substantially constant value until a certain state of charge, but rapidly decreases when the state of charge exceeds a certain state of charge, and then gradually decreases as the state of charge of the battery SOC_b increases.
[0027]
FIG. 8 is a table defining the relationship between the temperature Tb [° C.] of the battery 11 and the internal resistance ratio. This table defines the ratio (internal resistance ratio) of the internal resistance of the battery to the reference value at each temperature with the internal resistance of the battery at a predetermined battery temperature (for example, 25 ° C.) as a reference value. The internal resistance ratio takes a substantially constant value up to a certain battery temperature, but decreases rapidly when the temperature exceeds a certain battery temperature, and takes a substantially constant value (= 1) at a battery temperature of 25 ° C. or more.
[0028]
FIG. 9 is a table that defines the relationship between the state of charge SOC_b [%] of the battery 11 and its open-circuit voltage Eob [V]. The open circuit voltage Eob [V] of the battery 11 increases as the SOC_b of the battery 11 increases.
[0029]
Converter control device 13 calculates internal resistance Rb [Ω] of battery 11 by multiplying the values obtained by referring to the tables shown in FIGS. 7 and 8. Then, the open circuit voltage Eob of the battery 11 is calculated with reference to the table shown in FIG. After calculating the internal resistance Rb and the open-circuit voltage Eov of the battery 11, the power loss Pb_loss [kW] in the battery 11 is calculated by the equation (2).
Pb_loss = Ib ＾ 2 * Rb / 1000 (2)
[= Ib * Eob * (1- (Eob-Ib * Rb) / Eob)]]
It is calculated by: Ib [A] in Expression (2) is a charging current to the battery 11. Here, the converter 12 is controlled to match the open circuit voltage Eov [V], so that the converter efficiency Effcov is reflected in the battery current Ib. That is, the battery current Ib is given by the following equation (3):
Ib = (Itotal_chg-Ic) * Effcov (3)
It becomes the value shown by. Ital_chg [A] is a charging current flowing from the DC link 6.
[0030]
In step S3, the power loss in the capacitor 10 and the battery 11 is calculated by the above method from the case where the charging current flowing from the DC link 6 is completely charged to the capacitor 10 to the case where the battery 10 is completely charged. That is, the power loss in the capacitor 10 and the battery 11 is calculated for all distribution ratios.
[0031]
In step S4, the distribution ratio of the charging current that minimizes the power loss that occurs in the entire power storage system 9 during charging is determined. Specifically, based on the power loss Pc_loss of the capacitor 10 and the power loss Pb_loss of the battery 11 obtained in step S3, the following equation (4) for calculating the power loss Ptotal_loss [W] occurring in the entire power storage system 9;

To determine the charging current Ic [A] to the capacitor 10 so as to minimize the power loss Ptotal_loss [kW] generated in the entire power storage system 9. If the value of the charging current Itotal_chg is determined, the only variable in the equation (4) is the charging current Ic to the capacitor 10, so that the capacitor charging current Ic that minimizes the power loss Ptotal_loss can be calculated.
[0032]
The reason why the power loss Pcov_loss in the converter 12 is not included in the equation (4) is that the power loss in the capacitor 10 and the battery 11 is larger than the power loss in the converter 12 in this embodiment. This is because the power loss Pcov_loss is ignored. If the power loss in the converter 12 is so large that the power loss in the converter 12 cannot be neglected, or if it is necessary to calculate the power loss with higher accuracy, the power loss Pcov_loss in the converter 12 can be added by equation (4). Good.
[0033]
If the charging current Ic to the capacitor 10 is determined, the charging current Ib to the battery 11 becomes Ital_chg-Ic, and the distribution ratio of the charging current to the capacitor 10 and the battery 11 becomes Ic: Ib.
[0034]
In step S5, it is determined whether or not the result of the distribution of the charging current set in step S4 is to be distributed only to the capacitor 10. If the setting has been made so as to distribute only to the capacitor 10, the process proceeds to step S6, and the converter 12 is not operated. That is, the converter 12 is stopped so that no current flows to the battery 11 side. On the other hand, if it is set to distribute to both the capacitor 10 and the battery 11, the process proceeds to step S7 to operate the converter 12, and the conversion current except for the capacitor charging current Ic [A] in the charging current Itotal_chg [A]. The battery 11 flows to the battery 11 via the battery 12 and is charged.
[0035]
On the other hand, if it is detected in step S2 that the power storage system 9 is not in a state of charging, that is, it is detected that the power storage system 9 performs discharging or the power storage system 9 does not perform charging / discharging, the process proceeds to step S8. The power loss of the capacitor 10 and the battery 11 at the time of discharging is calculated with reference to the same table as S3. The calculation of the power loss is performed from the case where all the discharge current required from the DC link 6 is discharged from the capacitor 10 to the case where all of the discharge current is discharged from the battery 11.
[0036]
In step S9, a distribution ratio is calculated when the capacitor 10 and the battery 11 share the discharge current required from the DC link 6 so that the power loss that occurs in the entire power storage system 9 during charging is reduced. Specifically, the following equation (5) for calculating the power loss Ptotal_loss [kW] generated in the entire power storage system 9 based on the power loss of the capacitor 10 and the battery 11 obtained in step S8,

Stand up. Ital_dchg [A] is a discharge current required from the DC link 6. Then, when obtaining this discharge current Itotal_dchg [A], the capacitor discharge current Ic [A] is determined so that the power loss Ptotal_loss generated in the entire power storage system 9 is minimized. When the capacitor discharge current Ic is determined, the battery discharge current Ib is determined, and the distribution ratio when the discharge current is shared between the capacitor 10 and the battery 11 is Ic: Ib.
[0037]
In step S10, it is determined whether or not the result of the sharing of the discharge current set in step S9 is one that is shared only by the battery 11. If the setting is such that only the capacitor 10 is shared, the process proceeds to step S11, the converter 12 is stopped, and the entire discharge current is covered by the discharge from the capacitor 10. On the other hand, when the set result of the sharing of the discharge current is set so as to be shared by both the capacitor 10 and the battery 11, the process proceeds to step S12 to operate the converter 12, and the discharge current Itotal_dchg [A] Among them, the part other than the capacitor discharge current is covered by the discharge from the battery 11 via the converter 10.
[0038]
Therefore, according to the above control, when charging the power storage system 9, the power loss in the power storage system 9, that is, the sum of the power loss in the capacitor 10 and the battery 11 is calculated. Then, the distribution ratio of the charging current to the capacitor 10 and the battery 11 is determined so that the power loss in the power storage system 9 is minimized, and the charging current is distributed, so that the power loss during charging can be minimized. it can.
[0039]
Further, when discharging from the power storage system 9, the power loss in the power storage system 9 is similarly calculated, and the sharing ratio of the discharge current from the capacitor 10 and the battery 11 is determined so as to minimize the power loss in the power storage system 9. Then, discharging from the capacitor 10 and the battery 11 is performed. As a result, power loss not only during charging but also during discharging can be minimized.
[0040]
The internal resistances of the capacitor 10 and the battery 11 are affected by the temperature, and these temperatures are important factors in determining the power loss. , The power loss in the capacitor 10 and the battery 11 can be accurately calculated irrespective of their temperatures.
[0041]
In this embodiment, since the power loss in the capacitor 10 and the battery 11 is large, the control is performed by regarding the sum of the power loss in the capacitor 10 and the battery 11 as the power loss in the entire power storage system 9. Is large, or when it is necessary to further improve the calculation accuracy of the power loss, the power loss in the converter 12 may be added to the power loss in the entire power storage system 9.
[0042]
When the power loss of the battery 11 is relatively small due to reasons such as the capacity of the battery 11 being smaller than that of the capacitor 10 and the high charge / discharge efficiency of the battery 11, the sum of the power loss in the capacitor 10 and the converter 12 is calculated. The above control may be performed by regarding the power loss in the entire power storage system 9.
[0043]
The processing in steps S3 and S8 corresponds to the power loss calculating means, the processing in steps S4 and S9 corresponds to the distribution rate calculating means, and the processing in steps S5 to S7 and steps S10 to S12 corresponds to the distribution device controlling means. I do.
[0044]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0045]
In the second embodiment, when calculating the power loss during charging of the power storage system 9, the calculation is performed in consideration of not only the loss during charging but also the loss when the charged power is subsequently discharged. This is different from the first embodiment in that. The configuration and control flow of the power storage system 9 are the same as those of the first embodiment, and only the differences from the first embodiment will be described below.
[0046]
In this embodiment, in step S8 of FIG. 2, the average value of the discharge efficiency of the capacitor 10, the battery 11, and the converter 12 in the past discharge is calculated and stored in the memory of the converter control device 13. The average values of the respective discharge efficiencies are expressed by the following equations (6) to (8),
Effc_ave = [(Eoc-Ic * Rc) / Eoc + Effc_ave_z] / 2 (6)
Effb_ave = [(Eob-Ib * Rb) / Eob + Effb_ave_z] / 2 (7)
Effcov_ave = [Effcov + Effcov_ave] / 2 (8)
Can be obtained by Here, Effc_ave is the average value of the discharge efficiency of the capacitor 10, Effc_ave is the average value of the discharge efficiency of the battery 11, and Effcov_ave is the average value of the efficiency of the converter 12 when the power storage system 9 discharges. Each of the average values of the discharge efficiencies suffixed with z is the average value of the discharge efficiencies calculated in the previous calculation. Naturally, this value may be calculated only when it is determined in step S2 that the battery is not in the charged state.
[0047]
In step S4, the charge current distribution ratio is set using the average value of the respective discharge efficiencies calculated in step S8. Specifically, the following equation (7) for calculating a power loss Ptotal_loss [kW] occurring in the entire power storage system 9:

Stand up. Then, when the charging current Itotal_chg [A] is obtained, the capacitor discharging current Ic [A] is determined so as to minimize the power loss Ptotal_loss [kW] in the entire power storage system 9, and the distribution ratio of the charging current is set. .
[0048]
As described above, in the second embodiment, not only the charging efficiency of the capacitor 10 and the battery 11 but also the efficiency when the power charged in the capacitor 10 and the battery 11 is discharged in the future (capacitor discharging efficiency, battery discharging efficiency, discharging efficiency). Power efficiency in power storage system 9 is also calculated in consideration of the efficiency of converter at the time, and the distribution ratio of charging current to capacitor 10 and battery 11 is determined so as to minimize the power loss.
[0049]
As a result, for example, even if the charging efficiency of the capacitor 10 is good, when the efficiency of discharging the power charged in the capacitor 10 in the future (capacitor discharging efficiency) is low, the distribution of the charging current to the capacitor 10 is reduced, In the future, the frequency of discharging from the capacitor 10 and the amount of discharging from the capacitor 10 can be suppressed. Conversely, when the efficiency at which the power charged in the battery 11 is discharged (battery discharge efficiency) is low, the distribution of the charging current to the battery 11 is reduced, and the frequency at which the battery 11 is discharged in the future; The amount of discharge from the battery can be suppressed.
[0050]
As described above, not only the power loss during charging but also the power loss (discharge efficiency) in the capacitor 10, the battery 11, and the converter 12 when the power charged in the capacitor 10, the battery 11 is discharged in the future. By determining the distribution ratio of the charging power, not only the current power loss can be kept low, but also the power loss in the power storage system 9 can be kept low in the future. Further, the power loss when a future discharge is performed may be obtained by predicting a future operation pattern of the power storage system 9, but using an average value of the past discharge efficiency as in the present embodiment. By estimating, it is possible to predict future power loss with sufficient accuracy while using a simple method.
[0051]
The processing in step S8 corresponds to the capacitor discharge efficiency calculation means, the battery discharge efficiency calculation means, and the discharge time distribution device efficiency calculation means.
[0052]
Next, a third embodiment will be described.
[0053]
In the third embodiment, the configuration and the control flow of the power storage system 9 are the same as those of the first embodiment. However, in steps S4 and S9 of the flow shown in FIG. The difference from the first embodiment is that the charge / discharge current distribution ratio is set such that the input / output power of the input / output device falls within the range of the input / output available power.
[0054]
Here, the inputtable power Pin [kW] and the outputtable power Pout [kW] of the capacitor 10 and the battery 11 are expressed by the following equations (8), (9),
Pin = Emin * (Eo-Emin) / R / 1000 (8)
Pout = Emax * + (Eo−Emax) / R / 1000 (9)
Indicated by Emin [V] is a lower limit voltage, Emax [V] is an upper limit voltage, Eo is an open circuit voltage, and R is an internal resistance. By applying the values corresponding to the capacitor 10 and the battery 11 to the equations (8) and (9), the inputtable power Pin and the outputable power Pout of the capacitor 10 and the battery 11 can be calculated.
[0055]
In steps S4 and S9, the input / output available power of the capacitor 10 and the battery 11 is calculated, and the charge / discharge current distribution ratio is set so that the input / output power of the capacitor 10 and the battery 11 falls within the calculated input / output available power. Set. For example, when the charging current distribution ratio is set such that the power loss in the power storage system 9 is minimized, and the input power to the capacitor 10 exceeds the inputtable power Pin of the capacitor 10, the input to the capacitor 10 The charging current distribution ratio is corrected so that the power decreases.
[0056]
As a result, charging and discharging of the capacitor 10 and the battery 11 are performed beyond the range of the input / output possible power of the battery 11, and the power loss in the power storage system 9 is rather large, or a desired charge / discharge amount is secured in the power storage system 9. It is possible to avoid such a situation that the user is not performed.
[0057]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the above embodiment shows an example of a power storage system to which the present invention is applied, and is not intended to limit the scope of the present invention to the above configuration. For example, the present invention is not limited to the above-described configuration, and a battery, a capacitor, and a power storage system including a distribution device capable of distributing a charge / discharge current to a battery and a capacitor at an arbitrary ratio may be applied to a power storage system regardless of whether it is for a hybrid vehicle or not. Can be applied.
[0058]
In addition, if the configuration of the power storage system changes, the operations at the time of charging and discharging also differ, so it is necessary to change the method of calculating the power loss in the power storage system in accordance with the configuration of the power storage system. It is obvious for those skilled in the art that the power storage system with these changes is also included in the technical scope of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid vehicle including a power storage system according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the contents of charge / discharge current distribution control.
FIG. 3 is a table that defines the relationship between the state of charge of a capacitor and its internal resistance.
FIG. 4 is a table that defines the relationship between the temperature of a capacitor and its internal resistance ratio.
FIG. 5 is a table that defines the relationship between the state of charge of a capacitor and its open voltage.
FIG. 6 is a table defining a relationship between converter input power and converter efficiency.
FIG. 7 is a table defining the relationship between the state of charge of a battery and its internal resistance.
FIG. 8 is a table defining a relationship between a battery temperature and an internal resistance ratio thereof.
FIG. 9 is a table that defines the relationship between the state of charge of a battery and its open-circuit voltage.
[Explanation of symbols]
1 engine
2 generator
3 Motor
4,5 inverter
6 DC link
9 Power storage system
10 Capacitor
11 Battery
12 Bidirectional converter (distribution device)
13 Converter control device
14 Current detection circuit
20, 21 temperature sensor

Claims

In a power storage system including a battery, a capacitor, and a distribution device that distributes a charging current to the battery and the capacitor at an arbitrary ratio,
Power loss calculating means for calculating a power loss in the power storage system that occurs when the power storage system performs charging,
Distribution ratio calculation means for calculating a distribution ratio of the charging current to the battery and the capacitor so that the calculated power loss in the power storage system is minimized;
Distribution device control means for controlling the distribution device based on the calculated distribution ratio,
A power storage system comprising:

2. The power storage system according to claim 1, wherein the power loss calculation unit calculates a power loss in the power storage system based on a power loss in the capacitor and the distribution device that occurs during charging. 3.

The power storage system according to claim 1, wherein the power loss calculation means calculates a power loss in the power storage system based on a power loss in the capacitor and the battery that occurs during charging.

2. The power storage system according to claim 1, wherein the power loss calculation unit calculates a power loss in the power storage system based on a power loss in the capacitor, the battery, and the distribution device that occurs during charging. 3.

Further comprising a capacitor discharge efficiency calculating means for calculating the discharge efficiency when the power charged in the capacitor is discharged later,
The power storage system according to any one of claims 2 to 4, wherein the power loss calculation means calculates a power loss in the power storage system in consideration of a discharge efficiency of the capacitor.

Further comprising a battery discharge efficiency calculating means for calculating the discharge efficiency when the power charged in the battery is discharged later,
The power storage system according to claim 3, wherein the power loss calculation unit calculates a power loss in the power storage system in consideration of a discharge efficiency of the battery.

The power storage system further includes a discharge-time distribution device efficiency calculation unit that calculates the efficiency of the distribution device when power charged in the power storage system is discharged later,
The power storage system according to claim 2, wherein the power loss calculation unit calculates a power loss in the power storage system in consideration of the efficiency of the distribution device at the time of discharging.

The power storage system according to claim 5, wherein the capacitor discharge efficiency calculating means calculates the discharge efficiency of the capacitor using an average value of past discharge efficiencies of the capacitor.

The power storage system according to claim 6, wherein the battery discharge efficiency calculation means calculates the discharge efficiency of the battery using an average value of past discharge efficiencies of the battery.

8. The power storage system according to claim 7, wherein the discharge-time distribution device efficiency calculating means calculates the efficiency of the distribution device at the time of the discharge by using an average value of the efficiency at the time of the past discharge of the distribution device. 9. .

In a power storage system including a battery, a capacitor, and a distribution device that distributes a discharge current to the battery and the capacitor at an arbitrary ratio,
Power loss calculating means for calculating a power loss in the power storage system that occurs when the power storage system discharges,
Distribution ratio calculation means for calculating a distribution ratio of the discharge current of the battery and the capacitor so that the calculated power loss in the power storage system is minimized;
Distribution device control means for controlling the distribution device based on the calculated distribution ratio,
A power storage system comprising:

The power storage system according to claim 11, wherein the power loss calculation means calculates a power loss in the power storage system based on a power loss in the capacitor and the distribution device that occurs at the time of discharging.

The power storage system according to claim 11, wherein the power loss calculation means calculates a power loss in the power storage system based on a power loss in the capacitor and the battery caused during discharging.

The power storage system according to claim 11, wherein the power loss calculation means calculates a power loss in the power storage system based on power losses in the capacitor, the battery, and the distribution device that occur at the time of discharging.

2. The method according to claim 1, wherein the distribution ratio calculation unit calculates a distribution ratio of charging and discharging currents of the battery and the capacitor such that input / output power of the battery is within a range of input / output power of the battery. 15. The power storage system according to any one of 1 to 14.

2. The method according to claim 1, wherein the distribution ratio calculation unit calculates a distribution ratio of charge / discharge current of the battery and the capacitor such that input / output power of the capacitor falls within a range of input / output power of the capacitor. 16. The power storage system according to any one of 1 to 15.

Further comprising means for detecting the temperature of the battery,
The power loss calculation means calculates a power loss in the battery at the time of charging and discharging based on a temperature of the battery, according to any one of claims 3, 4, 6, 9, 13, and 14. The power storage system as described.

Means for detecting the temperature of the capacitor;
The power storage system according to any one of claims 2 to 10, and 12 to 14, wherein the power loss calculator calculates a power loss in the capacitor that occurs during charging and discharging based on a temperature of the capacitor. .