JP2007244093A - Power supply control method for power supply devices for vehicles and power supply device for vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は車両用電力供給装置の電力供給制御方法、及び車両用電力供給装置に関する。 The present invention relates to a power supply control method for a vehicle power supply device and a vehicle power supply device.
電気自動車には、車両駆動用のモータに電気的に接続可能な複数の蓄電手段を有する車両用電力供給装置が組み込まれている(特許文献1参照)。特許文献1に開示された車両用電力供給装置は、複数の蓄電手段を直列接続又は並列接続に切り換えることが可能に構成され、複数の蓄電手段の直並列を切り換えることによって、複数の蓄電手段からの出力電圧を変化させている。具体的には、要求される印加電圧が小さい場合には、複数の蓄電手段のすべてを並列接続して出力電圧を小さくし、要求される印加電圧が大きい場合には、複数の蓄電手段のすべてを直列接続して出力電圧を大きくしている。
しかしながら、特許文献1に開示された車両用電力供給装置は、複数の蓄電手段の直並列を単に切り換えるだけであり、複数の蓄電手段のすべてを並列接続した場合には、要求される印加電圧と実際に出力される出力電圧との差に起因した不具合が生じる。「要求される印加電圧」は、一般的に、モータ損失や、インバータ損失などの種々の損失を最小にする観点をも加味して定められている。したがって、要求される印加電圧と実際に出力される出力電圧との差が大きくなると、上記の種々の損失が大きくなるという不具合が生じる。
However, the vehicle power supply device disclosed in
本発明の目的は、蓄電手段を並列接続する際の出力電圧のさらなる調整を可能とし、もって、要求される印加電圧と実際に出力される出力電圧との差に起因した不具合の低減を図り得る、車両用電力供給装置の電力供給制御方法、及び車両用電力供給装置を提供することにある。 The object of the present invention is to enable further adjustment of the output voltage when the power storage means are connected in parallel, and to thereby reduce problems caused by the difference between the required applied voltage and the actually output voltage. Another object is to provide a power supply control method for a vehicle power supply device and a vehicle power supply device.
上記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、
車両駆動用のモータに電気的に直並列接続可能な複数の蓄電手段を有し、前記複数の蓄電手段の中から前記モータに並列接続する並列接続数(N、ただしN≧1)を選択自在な車両用電力供給装置の電力供給制御方法において、
前記複数の蓄電手段のうちの1又は複数個を前記モータに並列接続するに際して、並列接続したときの1又は複数個の前記蓄電手段からの出力電圧が、各蓄電手段の内部抵抗による電圧変化によって、要求される要求印加電圧に最も近くなるように、前記並列接続数(N)を選択することを特徴とする車両用電力供給装置の電力供給制御方法である。
In order to achieve the above object, the invention described in
A plurality of power storage means that can be electrically connected in series and parallel to a motor for driving a vehicle, and the number of parallel connections (N, where N ≧ 1) to be connected in parallel to the motor can be selected from the plurality of power storage means. In a power supply control method for a vehicular power supply device,
When one or more of the plurality of power storage means are connected in parallel to the motor, the output voltage from the one or more power storage means when connected in parallel is caused by a voltage change caused by the internal resistance of each power storage means. The power supply control method for a vehicle power supply apparatus is characterized in that the number of parallel connections (N) is selected so as to be closest to the required applied voltage.
また、上記目的を達成するための請求項7に記載の発明は、
車両駆動用のモータに電気的に直並列接続可能な複数の蓄電手段と、
前記複数の蓄電手段の中から前記モータに接続する蓄電手段を切り換える複数のスイッチ手段と、
前記複数のスイッチ手段の作動を制御するコントローラと、
を有し、
前記コントローラは、前記複数の蓄電手段のうちの1又は複数個を前記モータに並列接続するに際して、並列接続したときの1又は複数個の前記蓄電手段からの出力電圧が、各蓄電手段の内部抵抗による電圧変化によって、要求される要求印加電圧に最も近くなるように、並列接続数(N、ただしN≧1)を選択して、前記複数のスイッチ手段の作動を制御することを特徴とする車両用電力供給装置である。
In order to achieve the above object, the invention according to
A plurality of power storage means that can be electrically connected in series and parallel to a vehicle driving motor;
A plurality of switch means for switching the power storage means connected to the motor from the plurality of power storage means;
A controller for controlling the operation of the plurality of switch means;
Have
When the controller connects one or more of the plurality of power storage means to the motor in parallel, the output voltage from the one or more power storage means when connected in parallel is the internal resistance of each power storage means. The number of parallel connections (N, where N ≧ 1) is selected so that the required applied voltage is closest to the voltage change caused by the control, and the operation of the plurality of switch means is controlled. Power supply device.
本発明によれば、選択した並列接続数の蓄電手段をモータに並列接続し、各蓄電手段の内部抵抗による電圧変化を利用することによって、蓄電手段を並列接続するときの出力電圧のさらなる調整が可能となる。これを通して、要求される印加電圧と実際に出力される出力電圧との差に起因した不具合の低減を図ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to further adjust the output voltage when the power storage means are connected in parallel by connecting the power storage means of the selected number of parallel connections to the motor in parallel and using the voltage change due to the internal resistance of each power storage means. It becomes possible. Through this, it is possible to reduce defects caused by the difference between the required applied voltage and the actually output voltage.
(第1の実施形態)
以下、本発明に係る車両用電力供給装置の電力供給制御方法、及び、当該方法を具現化した本発明に係る車両用電力供給装置を、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a power supply control method for a vehicle power supply apparatus according to the present invention and a vehicle power supply apparatus according to the present invention that embodies the method will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る車両の概略構成を示す図、図2は、第1の実施形態に係る車両用電力供給装置1における回路部2aの構成を示す図、図3は、第1の実施形態に係る車両用電力供給装置1におけるコントローラ2bの構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a
図1に示すように、車両としての電気自動車は、車両用電力供給装置1(以下、「電力供給装置」と記す)から供給される電力によって回転駆動される交流電動機3(車両駆動用のモータに相当する。以下、「モータ」と記す)と、モータ3の出力軸に接続される減速機4と、減速機4に接続される差動装置5と、差動装置5に接続されモータ3の回転動が伝達されて回転駆動される車輪6a、6bとを有する。電力供給装置1は、回路部2aと、回路部2aの作動を制御するコントローラ2bとを有する。また、電気自動車は、車両の運転状態を表す所定の情報を検出する複数のセンサ7を有する。センサ7は、コントローラ2bに接続されている。センサ7からの出力信号がコントローラ2bに入力される。センサ7には、アクセルペダルに取り付けられアクセル開度を検出するアクセルペダルセンサ(APS)や、車輪速センサなどが含まれる(図3参照)。
As shown in FIG. 1, an electric vehicle as a vehicle includes an AC motor 3 (vehicle driving motor) that is rotationally driven by electric power supplied from a vehicle power supply device 1 (hereinafter referred to as “power supply device”). (Hereinafter referred to as “motor”), a
図2及び図3に示すように、電力供給装置1は、概説すれば、インバータ14を介してモータ3に電気的に直並列接続可能な複数の二次電池である電池11、12、13(蓄電手段に相当する)と、複数の電池11、12、13の中からモータ3に接続する電池11、12、13を切り換える複数のスイッチSW1〜SW5、SW11〜SW13(スイッチ手段に相当する)と、複数のスイッチSW1〜SW5、SW11〜SW13の作動を制御するコントローラ2bと、を有する。そして、コントローラ2bは、複数の電池11、12、13のうちの1又は複数個をモータ3に並列接続するに際して、並列接続したときの1又は複数個の電池からの出力電圧が、各電池11、12、13の内部抵抗11b、12b、13bによる電圧変化によって、要求される要求印加電圧に最も近くなるように、並列接続数を選択して、複数のスイッチSW1〜SW5、SW11〜SW13の作動を制御している。なお、電池の個数は複数個である限りにおいて限定されないが、本実施形態においては、3個の電池11、12、13を備える電力供給装置1について説明する。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the
モータ3に対し並列接続したときの1又は複数個の電池からの出力電圧(インバータ14への入力電圧に相当する)は符号「Vpn」を用いる。出力電圧Vpnの添え字「pn」は、n個の電池が並列(parallel)に接続されていることを表している。例えば、3個の電池が並列に接続されているときの当該3個の電池からの出力電圧は、「Vp3」のように表記される。電池の内部抵抗11b、12b、13bによる電圧変化には符号「ΔV」を用い、要求される要求印加電圧には符号「Vmin」を用いる。並列接続数には符号「N」を用いる。ただし、N≧1である。なお、n及びNはどちらも並列接続数を意味するが、制御過程においてはnを使用し、最終的に並列接続数を決定したときにN=nとし、Nを使用する。上述したように、本発明は、電池を並列接続するときの出力電圧のさらなる調整を可能とすることを目的としており、電池をモータ3に並列接続するに際して、電池の接続数として1個を選択する場合があり得る。この場合には当該1個の電池はモータ3に電気的に直列接続されたことになるが、上記の本発明の目的に照らして、接続数が1の場合も、「並列接続数N」に含まれると理解されなければならない。以下、詳述する。
The output voltage (corresponding to the input voltage to the inverter 14) from one or a plurality of batteries when connected in parallel to the
前記複数の電池11、12、13は、回路部2aにおいてインバータ14に対して、直並列接続可能に配置されている。回路部2aには、突入電流を抑制する充電抵抗15も配置されている。
The plurality of
電池11は、複数の単位電池11aを直列接続して構成され、電池12、13のそれぞれも同様に、複数の単位電池12a、13aを直列接続して構成されている。電池11は、通電しない状態における複数の単位電池11aの電圧の和すなわち開放電圧と、実際にモータ3を駆動する通電状態における出力電圧との間には差が生じる。電池12、13のそれぞれも同様に、開放電圧と、通電状態における出力電圧との間には差が生じる。これは、モータ駆動時には、電池11、12、13の内部抵抗11b、12b、13bによる電圧変化ΔVが起こるためである。
The
ここで、各電池11、12、13の内部抵抗11b、12b、13bによる電圧変化ΔVについて説明する。
Here, the voltage change ΔV caused by the
各電池11、12、13の内部抵抗11b、12b、13bによる電圧変化ΔVは、下記の式(1)に示すように、モータ駆動時に電池を流れる電流Iと、内部抵抗値rとから算出することができる。このとき、内部抵抗による電圧変化ΔVは電流Iの方向に対して、逆向きに生じる。すなわち、本実施形態では、モータ力行時においては、電池の出力電圧は、開放電圧より内部抵抗による電圧変化ΔV分だけ小さくなり、またモータ回生時においては、電圧変化ΔV分だけ大きくなる。
The voltage change ΔV due to the
この式において、内部抵抗値rを一定とすると、この内部抵抗による電圧変化ΔVはモータ駆動時の電池への電流Iのみに依存する。式(1)より、電流Iに比例して電圧変化ΔVは変化する。 In this equation, if the internal resistance value r is constant, the voltage change ΔV due to the internal resistance depends only on the current I to the battery when the motor is driven. From equation (1), the voltage change ΔV changes in proportion to the current I.
電池11および電池12は、スイッチSW11〜SW13をオン・オフ制御することによって、直並列切換及び単一接続が可能である。電池11の正極と電池12の正極との間にスイッチSW11が配置され、電池11の負極と電池12の負極との間にスイッチSW12が配置されている。電池11の正極とスイッチSW11とを結ぶ経路上から、電池12の負極とスイッチSW12とを結ぶ経路上へとつながる経路上にスイッチSW13が配置されている。
The
なお、図2に示す破線で囲まれた、電池11、電池12、及び電池11と電池12とを直並列切換可能なSW11〜SW13を含む回路部分を、以下、「電池群16」と称する。電池群16の正極側に、他の構成要素と結ぶ経路が接続する場合には、この経路は、スイッチSW11と電池12の正極とを結ぶ経路上に接続される。電池群16の負極側に、他の構成要素と結ぶ経路が接続する場合には、この経路は、スイッチSW12と電池11の負極とを結ぶ経路上に接続される。
The circuit portion including the
回路部2aはさらに、スイッチSW1〜SW5をオン・オフ制御することによって、電池群16と電池13とを直並列切換可能であるとともに、電池群16又は電池13のいずれか一方のみをインバータ14へ接続することが可能である。
The
スイッチSW1は、電池群16の正極と電池13の負極とをつなぐ経路上に配置され、電池群16の正極とスイッチSW1との間に充電抵抗15が配置されている。
The switch SW1 is disposed on a path connecting the positive electrode of the
スイッチSW2は電池群16の正極と充電抵抗15とをつなぐ経路上から電池13の負極へとつながる経路上に配置されている。
The switch SW <b> 2 is arranged on a path connecting from the path connecting the positive electrode of the
スイッチSW3は、充電抵抗15とスイッチSW1とをつなぐ経路上からインバータ14の正極(以降、各電池の正極側と接続する側を、インバータ14の正極とする。また、負極も同様である)へとつながる経路上に配置されている。
Switch SW3 is from the path connecting charging
スイッチSW4は電池群16の正極とインバータ14の正極とをつなぐ経路上に配置され、スイッチSW5は電池13の負極とインバータ14の負極とをつなぐ経路上に配置されている。
The switch SW4 is arranged on a path connecting the positive electrode of the
図4には、スイッチのオン・オフ制御によって実現される電池の接続形態の一例が示されている。図において、○はスイッチをオンすることを示し、×はスイッチをオフすることを示している。組合せは、電池の符号「11」、「12」、「13」を用いて示されている。 FIG. 4 shows an example of a battery connection mode realized by on / off control of the switch. In the figure, ◯ indicates that the switch is turned on, and x indicates that the switch is turned off. Combinations are indicated using battery symbols “11”, “12”, “13”.
図示するように、スイッチSW1〜SW5及びスイッチSW11〜SW13をオン・オフ制御することによって、電池11〜13は、インバータ14に対し、単一接続、複数並列接続、又は複数直列接続される。なお、図示したスイッチのオン・オフ制御は、本実施形態において使用する経路であって、充電抵抗15を通らない経路を形成するための一例を示したにすぎず、図示した他にも、種々の経路を形成することが可能であることは言うまでもない。
As illustrated, the
図3に示すように、前記コントローラ2bは、目標駆動力設定部21と、駆動用モータ出力設定部22と、損失最小印加電圧演算部23と、開放電圧検出部24と、直列・並列判断部25と、並列接続数決定部26aと、スイッチ制御部27とを備える。コントローラ2bは演算処理に必要な処理プログラムや制御マップを予め記憶しているとともに、センサ7からの信号や演算処理の結果を逐次記憶する。まず、前記各部の概要を説明する。制御の詳細はフローチャートに沿って別段説明する。
As shown in FIG. 3, the
前記目標駆動力設定部21では、車両の運転状態から、モータ出力を決定するための目標駆動力を決定する。本実施形態ではアクセルセンサ(APS)より検出するアクセル開度と、各車輪速センサから算出される車速とをもとに既存の目標駆動力MAPを参照し、目標駆動力を設定する。
The target driving
前記駆動用モータ出力設定部22では、目標駆動力と車速とからモータ出力を算出する。本実施形態でモータ出力とは、目標駆動力から算出されるモータトルクと、車速から算出されるモータ回転数との積から算出するモータ仕事率を意味する。
The driving motor
前記損失最小印加電圧演算部23では、駆動用モータ出力設定部22で算出されるモータトルクとモータ回転数とから、モータ駆動時の出力損失が最小となる印加電圧(損失最小印加電圧)を、損失MAPを参照して演算する。この損失最小印加電圧が要求印加電圧Vminに相当する(以下、損失最小印加電圧Vminと記す)。ここでいう損失最小印加電圧Vminは、モータ駆動時のモータ・インバータ損失を最小にする印加電圧を意味する。モータ・インバータ損失は、主に鉄損、銅損などのモータ損失と、オン損失、スイッチング損失などのインバータ損失との総称である。モータ・インバータ損失を最小にするとは、複数の変動する各種損失を総合的に最小とすることを意味する。前記損失MAPは、各電圧における、モータトルクとモータ回転数とモータ・インバータ損失との相関関係を表した一般的なものである。
The minimum loss applied
前記開放電圧検出部24では、電池11、12、13の開放電圧を検出し、その平均値を平均開放電圧とする。平均開放電圧には符号「VaVe」を用いる。
The open-circuit
前記直列・並列判断部25では、電池11、12、13の開放電圧に基づいて電池11、12、13を並列接続することが可能か不可かを判断する。直列・並列判断部25は、電池11、12、13を並列接続することが可能であると判断したときには、並列接続数を選択することを決定し、電池11、12、13を並列接続することが不可であると判断したときには、電池11、12、13のうちの複数個をモータに直列接続させることを決定する。本実施形態では、電池11、12、13の平均開放電圧VaVeとモータの逆起電圧とを比較することによって、電池11、12、13を並列接続することが可能か不可かを判断している。平均開放電圧VaVeがモータの逆起電圧よりも大きいときは以下説明する電池11、12、13のうち、1又は複数個をモータに並列接続させる制御に移行し、また小さいときは電池11、12、13のうち、複数個をモータに直列接続させる制御に移行する。電池11、12、13を並列接続することが可能か不可かを判断するにあたり、平均開放電圧VaVeと予め設定されたしきい値とを比較してもよい。
The serial /
前記並列接続数決定部26aでは、モータ運転状態が力行状態か回生状態かを判断し、それぞれに応じた制御を行う。
The parallel connection
まず、力行時の制御について説明する。 First, control during power running will be described.
ここでは、複数の電池11、12、13を有する電力供給装置1において、それら複数の電池11、12、13を並列接続する際に、単純にすべてを並列接続するのではなく、さらに出力電圧Vpnを損失最小印加電圧Vminに近づける方法を説明する。
Here, in the
まず、平均開放電圧VaVeと損失最小印加電圧Vminとを比較する。そして、平均開放電圧VaVeが損失最小印加電圧Vminよりも大きい場合には、各並列接続数n(n=1、2、3)における出力電圧Vpnを算出する。この出力電圧Vpnは、上述したように、1又は複数の電池が並列接続された状態において、通電時の内部抵抗による電圧変化ΔVを加味した電圧である。そして、算出された各並列接続数nにおける出力電圧Vpnと損失最小印加電圧Vminとの差が最も小さい並列接続数nを選択し、そのnを、並列接続数Nとして決定する。また、平均開放電圧VaVeが損失最小印加電圧Vmin以下の場合には、電池11、12、13のすべてを並列接続する状態を選択し(n=3)、そのnを、並列接続数Nとして決定する。電池11、12、13のすべてを並列接続することにより、電圧変化ΔVが最も少なくなり、出力電圧Vpnが損失最小印加電圧Vminに近い状態となる。1又は複数の電池からの出力電圧Vpnが損失最小印加電圧Vminとなるときに、力行時のモータを駆動する効率が最も良くなる。なお、本実施形態においては、理解の容易のために、複数の電池11、12、13の内部抵抗11b、12b、13bは一定とし、各並列接続数(N=1、2、3)において電池11、12、13のいずれを選択しても内部抵抗11b、12b、13bにおける電圧変化ΔVは一定であるとしている。上述したように、並列接続数Nには単一接続(N=1)も含まれる。
First, the average open circuit voltage VaVe and the minimum loss applied voltage Vmin are compared. When the average open circuit voltage VaVe is greater than the minimum loss applied voltage Vmin, the output voltage Vpn at each parallel connection number n (n = 1, 2, 3) is calculated. As described above, this output voltage Vpn is a voltage that takes into account a voltage change ΔV due to internal resistance during energization in a state where one or a plurality of batteries are connected in parallel. Then, the parallel connection number n having the smallest difference between the calculated output voltage Vpn and the minimum loss applied voltage Vmin at each calculated parallel connection number n is selected, and n is determined as the parallel connection number N. When the average open circuit voltage VaVe is equal to or lower than the minimum loss applied voltage Vmin, a state in which all the
図5に、平均開放電圧VaVeと損失最小印加電圧Vminの大小関係(Vmin<<VaVe、Vmin<VaVe、Vmin≒VaVe又はVmin>VaVe)に基づく並列接続数nの変化と、そのときの電池からの出力電圧Vpnの概略図を示す。図5に示すモータ力行状態においては、Vmin<<VaVeのときn=1を選択し、Vmin<VaVeのときn=2を選択し、Vmin≒VaVe又はVmin>VaVeのときn=3を選択する。なお、以降の図中及び計算式中では、平均開放電圧VaVeを、個々の電池11、12、13の開放電圧とみなす。図5に示す平均開放電圧VaVeと、n個を並列接続するときの出力電圧Vpnとの変化量が、各並列接続数nにおける内部抵抗11b、12b、13bによる電圧変化ΔVに相当する。並列接続数1のときは、接続する1個の電池に全電流が流れるため、電圧変化ΔVも大きい。一方、接続数nが増加すれば、接続する個々の電池に流れる電流Iが等分(1/n)されるため、電流の減少に比例して電圧変化ΔVは小さくなる。
FIG. 5 shows the change in the number n of parallel connections based on the relationship between the average open circuit voltage VaVe and the minimum loss applied voltage Vmin (Vmin << VaVe, Vmin <VaVe, Vmin≈VaVe or Vmin> VaVe), and from the battery at that time Schematic diagram of the output voltage Vpn. In the motor power running state shown in FIG. 5, n = 1 is selected when Vmin << VaVe, n = 2 is selected when Vmin <VaVe, and n = 3 is selected when Vmin≈VaVe or Vmin> VaVe. . In the following drawings and calculation formulas, the average open circuit voltage VaVe is regarded as the open circuit voltage of each of the
一例を以下に説明する。前提条件として、電池を3つ備え、平均開放電圧VaVe=100V、各電池11、12、13の内部抵抗を1Ω、インバータ14への出力(kW)は一定でP=2kWとする。
An example is described below. As preconditions, three batteries are provided, the average open-circuit voltage VaVe = 100 V, the internal resistance of each of the
モータ力行状態において、3つの電池11、12、13をすべて並列接続すると(n=3)、各電池11、12、13へ流れる電流Iは7.2A(インバータ14へ流れる通電量Iは21.6A)、各電池11、12、13の内部抵抗11b、12b、13bにおける電圧変化ΔVは7.2V、このときの出力電圧Vp3は92.8Vとなる。
When all three
同様に3つの電池11、12、13のうち2つを並列接続すると(n=2)、接続する2つの電池への通電量Iはそれぞれ11.3A(インバータ14へ流れる通電量Iは22.5A)、接続する電池の内部抵抗における電圧変化ΔVは11.3V、このときの出力電圧Vp2は88.7Vとなる。
Similarly, when two of the three
また、3つの電池11、12、13のうち1つのみ並列接続すると(n=1)、接続する電池への通電量Iは27.6A、接続する電池の内部抵抗における電圧変化ΔVは27.6V、このときの出力電圧Vp1は72.4Vである。なお、これらの数値は後述するフローチャート中の式より算出することができる。
When only one of the three
このように、3つの電池11、12、13を備える場合、その並列接続数nを切り換えることによって、例えば92.8V、88.7V、72.4Vと3パターンの出力を可能とし、この中から最も損失最小印加電圧Vminに近い並列接続数nを選択し、並列接続数Nを決定すればよい。 次に、回生時の制御について説明する。
Thus, when three
まず、力行時同様に、平均開放電圧VaVeと損失最小印加電圧Vminとを比較する。そして、平均開放電圧VaVeが損失最小印加電圧Vminよりも小さい場合には、各並列接続数n(n=1、2、3)における出力電圧Vpnを算出する。そして、算出された各並列接続数nにおける出力電圧Vpnと損失最小印加電圧Vminとの差が最も小さい並列接続数nを選択し、そのnを、並列接続数Nとして決定する。また、平均開放電圧VaVeが損失最小印加電圧Vmin以上の場合には、電池11、12、13のすべてを並列接続する状態を選択し(n=3)、そのnを、並列接続数Nとして決定する。電池11、12、13のすべてを並列接続することにより、電圧変化ΔVが最も少なくなり、出力電圧Vpnが損失最小印加電圧Vminに近い状態となる。1又は複数の電池からの出力電圧Vpnが損失最小印加電圧Vminとなるときに、回生時のモータを駆動する効率が最も良くなる。なお、本実施形態においては、理解の容易のために、複数の電池11、12、13の内部抵抗11b、12b、13bは一定とし、各並列接続数(N=1、2、3)において電池11、12、13のいずれを選択しても内部抵抗11b、12b、13bにおける電圧変化ΔVは一定であるとしている。上述したように、並列接続数Nには単一接続(N=1)も含まれる。
First, as in powering, the average open circuit voltage VaVe and the minimum loss applied voltage Vmin are compared. When the average open circuit voltage VaVe is smaller than the minimum loss applied voltage Vmin, the output voltage Vpn at each parallel connection number n (n = 1, 2, 3) is calculated. Then, the parallel connection number n having the smallest difference between the calculated output voltage Vpn and the minimum loss applied voltage Vmin at each calculated parallel connection number n is selected, and n is determined as the parallel connection number N. When the average open circuit voltage VaVe is equal to or higher than the minimum loss applied voltage Vmin, a state in which all the
図6に、平均開放電圧VaVeと損失最小印加電圧Vminの大小関係(Vmin>>VaVe、Vmin>VaVe、Vmin≒VaVe又はVmin<VaVe)に基づく並列接続数nの変化と、そのときの電池からの出力電圧Vpnの概略図を示す。図6に示すモータ回生状態においては、Vmin>>VaVeのときn=1を選択し、Vmin>VaVeのときn=2を選択し、Vmin≒VaVe又はVmin<VaVeのときn=3を選択する。図6に示す平均開放電圧VaVeと、n個を並列接続するときの出力電圧Vpnとの変化量が、各並列接続数nにおける内部抵抗11b、12b、13bによる電圧変化ΔVに相当する。並列接続数1のときは、接続する1個の電池に全電流が流れるため、電圧変化ΔVも大きい。一方、接続数nが増加すれば、接続する個々の電池に流れる電流Iが等分(1/n)されるため、電流の減少に比例して電圧変化ΔVは小さくなる。
FIG. 6 shows the change in the number n of parallel connections based on the relationship between the average open-circuit voltage VaVe and the minimum loss applied voltage Vmin (Vmin >> VaVe, Vmin> VaVe, Vmin≈VaVe or Vmin <VaVe), and from the battery at that time Schematic diagram of the output voltage Vpn. In the motor regeneration state shown in FIG. 6, n = 1 is selected when Vmin >> VaVe, n = 2 is selected when Vmin> VaVe, and n = 3 is selected when Vmin≈VaVe or Vmin <VaVe. . The amount of change between the average open circuit voltage VaVe shown in FIG. 6 and the output voltage Vpn when n pieces are connected in parallel corresponds to the voltage change ΔV due to the
一例を以下に説明する。前提条件として、電池を3つ備え、平均開放電圧VaVe=100V、各電池11、12、13の内部抵抗を1Ω、インバータ14への出力(kW)は一定でP=2kWとする。
An example is described below. As preconditions, three batteries are provided, the average open-circuit voltage VaVe = 100 V, the internal resistance of each of the
モータ回生状態において、3つの電池11、12、13をすべて並列接続すると(n=3)、各電池11、12、13へ流れる電流Iは6.2A(インバータ14へ流れる通電量Iは18.8A)、各電池11、12、13の内部抵抗11b、12b、13bにおける電圧変化ΔVは6.2V、このときの出力電圧Vp3は106.2Vとなる。
When the three
同様に3つの電池11、12、13のうち2つを並列接続すると(n=2)、接続する2つの電池への通電量Iはそれぞれ9.2A(インバータ14へ流れる通電量Iは18.3A)、接続する電池の内部抵抗における電圧変化ΔVは9.2V、このときの出力電圧Vp2は109.2Vとなる。
Similarly, when two of the three
また、3つの電池11、12、13のうち1つのみ並列接続すると(n=1)、接続する電池への通電量Iは17.1A、接続する電池の内部抵抗における電圧変化ΔVは17.1V、このときの出力電圧Vp1は117.1Vである。なお、これらの数値は後述するフローチャート中の式より算出することができる。
When only one of the three
このように、3つの電池11、12、13を備える場合、その並列接続数nを切り換えることによって、例えば106.2V、109.2V、117.1Vと3パターンの出力を可能とし、この中から最も損失最小印加電圧Vminに近い並列接続数nを選択し、並列接続数Nを決定すればよい。 スイッチ制御部27では、上述した並列接続数決定部26aで決定された接続数Nとなるように、複数のスイッチSW1〜SW5、SW11〜SW13のオン・オフを制御し、図4に示す種々の接続状態を実現する。
Thus, when three
次に、コントローラ2bにおいて実行される処理をフローチャートに従って説明する。
Next, processing executed in the
図7に、コントローラ2bにおける処理の基本フローチャートを示す。
FIG. 7 shows a basic flowchart of processing in the
種々の運転状態よりモータ3の目標駆動力を設定し(ステップS21(以下、「ステップS」は単に「S」と表す。))、モータ出力を設定し(S22)、そのモータ出力に必要な損失最小印加電圧Vminを演算する(S23)。個々の電池11、12、13の開放電圧を検出し、それらの平均値である平均開放電圧VaVeを算出する(S24)。平均開放電圧VaVeとモータ3の逆起電圧とを比較する(S25)。平均開放電圧VaVeが逆起電圧よりも大きければ並列接続数Nを決定する制御を行い(S25;Yes、S26a)、小さければ直列接続を決定する(S25;No、S26b)。そして、スイッチ制御を行い設定された接続状態を実現する(S27)。
A target driving force of the
図8は、目標駆動力設定(S21)の詳細を示すフローチャートである。まず、各センサからアクセル開度と車速を読み込み(S211、S212)、アクセル開度と車速との相関から予め作成された目標駆動力MAPを参照し(S213)、目標駆動力tFを設定する(S214)。 FIG. 8 is a flowchart showing details of the target driving force setting (S21). First, the accelerator opening and the vehicle speed are read from each sensor (S211, S212), the target driving force MAP created in advance from the correlation between the accelerator opening and the vehicle speed is referred to (S213), and the target driving force tF is set ( S214).
図9は、モータ出力設定(S22)の詳細を示すフローチャートである。まず、S214において設定した目標駆動力tFと、タイヤ半径と、ギヤ比とよりモータトルクtTmを算出する(S221)。モータトルクtTmは、下記の式(2)より算出される。 FIG. 9 is a flowchart showing details of the motor output setting (S22). First, a motor torque tTm is calculated from the target driving force tF, tire radius, and gear ratio set in S214 (S221). The motor torque tTm is calculated from the following equation (2).
tTm=tF×(タイヤ半径)/(ギヤ比) ・・・(2)
である。
tTm = tF × (tire radius) / (gear ratio) (2)
It is.
次に、S212において読み込んだ車速Vと、タイヤ周長と、ギヤ比とよりモータ回転数Nmを算出する(S222)。モータ回転数Nm、下記の式(3)より算出される。この式(3)では、車速Vとして、VSP(車速パルス信号)を用いている。なお、本実施形態の式(3)では、車速からモータ回転数を算出しているが、一般的であるモータ制御で回転数を直接センシングしてもよい。 Next, the motor rotation speed Nm is calculated from the vehicle speed V, the tire circumference, and the gear ratio read in S212 (S222). The motor rotation speed Nm is calculated from the following equation (3). In this equation (3), VSP (vehicle speed pulse signal) is used as the vehicle speed V. In Equation (3) of the present embodiment, the motor rotation speed is calculated from the vehicle speed, but the rotation speed may be directly sensed by general motor control.
Nm=VSP/(タイヤ周長)×(ギヤ比) ・・・(3)
である。
Nm = VSP / (tire circumference) × (gear ratio) (3)
It is.
算出したモータトルクtTmと、モータ回転数Nmとよりモータ出力Pmを算出する(S223)。モータ出力Pmは、下記の式(4)より算出される。 A motor output Pm is calculated from the calculated motor torque tTm and the motor rotational speed Nm (S223). The motor output Pm is calculated from the following equation (4).
Pm=tTm×Nm ・・・(4)
である。
Pm = tTm × Nm (4)
It is.
図10は、損失最小印加電圧演算(S23)の詳細を示すフローチャートである。ステップS221、222において算出したモータトルクtTmとモータ回転数Nmとに基づいて、モータ・インバータ損失を最小にする電圧を既存の損失MAPを参照して演算し、損失最小印加電圧Vminとする(S231)。 FIG. 10 is a flowchart showing details of the minimum loss applied voltage calculation (S23). Based on the motor torque tTm and the motor rotation speed Nm calculated in steps S221 and 222, a voltage that minimizes the motor / inverter loss is calculated with reference to the existing loss MAP and is set as the minimum loss applied voltage Vmin (S231). ).
図11は、開放電圧検出(S24)の詳細を示すフローチャートである。電池11、12、13のそれぞれを識別する番号として、電池11、12、13のそれぞれには、番号1、番号2、番号3が予め設定されている。また、変数Xmaxには、電池11、12、13の総個数である3が予め設定されている。
FIG. 11 is a flowchart showing details of the open circuit voltage detection (S24). As the numbers for identifying the
まず、変数xに初期値1を設定し(S241)、番号x(x=1)が設定されている電池11の開放電圧V1を検出する(S242)。番号xとXmaxとが等しいか否かを判断する(S243)。等しくない場合には(S243;No)、変数xを1だけインクリメントし(S244)、番号x(x=2)が設定されている電池12の開放電圧V2を検出する(S242)。ステップS243においては番号xとXmaxとが等しくないと判断されるので、同様に、変数xを1だけインクリメントし(S244)、番号x(x=3)が設定されている電池13の開放電圧V3を検出する(S242)。すべての電池11、12、13の開放電圧V1、V2、V3の検出が終わると、番号xとXmaxとが等しくなり(S243;Yes)、平均開放電圧VaVeを下記の式(5)より算出する(S245)。平均開放電圧VaVeは、開放電圧Vxの総和を、電池の総個数Xmaxにより除算して算出する。
First, the
図12は、並列接続数決定(26a)の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップS221において算出したモータトルクtTmが0以上か否かを判断し(S261a)、モータトルクtTmが0以上のとき(S261a;Yes)は力行時の処理を実行し(S262a)、モータトルクtTmが0未満のとき(S261a;No)は回生時の処理を実行する(S263a)。以下に、力行時の処理(S262a)、回生時の処理(S263a)の詳細を順に説明する。 FIG. 12 is a flowchart showing details of the determination of the number of parallel connections (26a). First, it is determined whether or not the motor torque tTm calculated in step S221 is equal to or greater than 0 (S261a). When the motor torque tTm is equal to or greater than 0 (S261a; Yes), a power running process is executed (S262a). When tTm is less than 0 (S261a; No), the regeneration process is executed (S263a). Details of the power running process (S262a) and the regeneration process (S263a) will be sequentially described below.
図13は、力行時処理(S262a)の詳細を示すフローチャートである。まず、損失最小印加電圧Vminと平均開放電圧VaVeとを比較し、平均開放電圧VaVeが損失最小印加電圧Vminより大きいときに限り、以下の並列接続数nを選択する処理を行い(S2621a;Yes)、平均開放電圧VaVeが損失最小印加電圧Vmin以下のとき(S2621a;No)は、複数の電池の最大接続数Nmaxを並列接続数Nとして設定する(S2622a、S2628a)。本実施形態では、最大接続数Nmaxには「3」がセットされている。 FIG. 13 is a flowchart showing details of the power running process (S262a). First, the minimum loss applied voltage Vmin is compared with the average open circuit voltage VaVe, and only when the average open circuit voltage VaVe is larger than the minimum loss applied voltage Vmin, the following number n of parallel connections is selected (S2621a; Yes) When the average open circuit voltage VaVe is equal to or lower than the minimum loss applied voltage Vmin (S2621a; No), the maximum connection number Nmax of the plurality of batteries is set as the parallel connection number N (S2622a, S2628a). In the present embodiment, “3” is set as the maximum connection number Nmax.
平均開放電圧VaVeが損失最小印加電圧Vminより大きいとき(S2621a;Yes)は、接続数を最小のn=1とし(S2623a)、その接続数nのときの出力電圧Vpnを算出する(S2624a)。そしてそのnが最大接続数Nmaxとなっているか判断し、最大接続数Nmaxに達していない場合は(S2625a;No)、接続数を1増やし(S2626a)、その接続数nでの出力電圧Vpnをさらに求め(S2624a)、nが最大接続数Nmaxとなるまでこれを繰り返す。接続数nが最大接続数Nmaxとなるとき、すなわち、すべての接続数における出力電圧Vpn(Vp1、Vp2、Vp3)を算出し終えたら(S2625a;Yes)、各接続状態における出力電圧Vpnと印加電圧Vminとの差の絶対値が最小となる出力電圧Vpnを選択し(S2627a)、そのときの接続数nを実際の並列接続数Nとして設定する(S2628a)。なお、出力電圧Vpnは、下記の式(6)〜(9)より算出する。 When the average open circuit voltage VaVe is larger than the minimum loss applied voltage Vmin (S2621a; Yes), the number of connections is set to the minimum n = 1 (S2623a), and the output voltage Vpn when the number of connections is n is calculated (S2624a). Then, it is determined whether or not n is the maximum number of connections Nmax. If the maximum number of connections Nmax is not reached (S2625a; No), the number of connections is increased by 1 (S2626a), and the output voltage Vpn at the number n of connections is set. Further, this is obtained (S2624a), and this is repeated until n reaches the maximum number of connections Nmax. When the connection number n reaches the maximum connection number Nmax, that is, when the output voltages Vpn (Vp1, Vp2, Vp3) for all the connection numbers have been calculated (S2625a; Yes), the output voltage Vpn and the applied voltage in each connection state The output voltage Vpn that minimizes the absolute value of the difference from Vmin is selected (S2627a), and the number n of connections at that time is set as the actual number N of parallel connections (S2628a). The output voltage Vpn is calculated from the following formulas (6) to (9).
接続数n時の出力電圧Vpnの算出方法について説明する。複数の電池と負荷の等価回路を示した図15を参照し説明する。開放電圧がE、内部抵抗がr(1個のときはR)、負荷電力[W]がPbatのときの出力電圧Vは下記の式(7)より算出できる。このとき、Pbatはステップ223で算出するモータ出力Pmを出力させるときに必要な、接続する電池からの出力電力である。なお、Pminは、損失最小印加電圧Vminを印加するときの、モータ・インバータ損失であり、損失MAPから求めることができる。 A method of calculating the output voltage Vpn when the number of connections is n will be described. A description will be given with reference to FIG. 15 showing an equivalent circuit of a plurality of batteries and a load. The output voltage V when the open circuit voltage is E, the internal resistance is r (R when there is one), and the load power [W] is Pbat can be calculated from the following equation (7). At this time, Pbat is output power from the battery to be connected, which is necessary when the motor output Pm calculated in step 223 is output. Pmin is a motor / inverter loss when the minimum loss applied voltage Vmin is applied, and can be obtained from the loss MAP.
Pbat=Pm+Pmin ・・・(6) Pbat = Pm + Pmin (6)
また、接続数がnのとき、n個の開放電圧Eがすべて等しいとすれば、内部抵抗rは下記の式(8)で表すことができる。 Further, when the number of connections is n and the n open circuit voltages E are all equal, the internal resistance r can be expressed by the following equation (8).
r=R/n ・・・(8)
である。
r = R / n (8)
It is.
式(7)に、式(8)のrを代入すると、並列接続数nのときの出力電圧Vpnは下記の式(9)より算出できる。 Substituting r in equation (8) into equation (7), the output voltage Vpn when the number of parallel connections is n can be calculated from equation (9) below.
図14は、回生時処理(S263a)の詳細を示すフローチャートである。まず、損失最小印加電圧Vminと平均開放電圧VaVeとを比較し、平均開放電圧VaVeが損失最小印加電圧Vminよりも小さいときに限り、以下の並列接続数nを選択する処理を行い(S2631a;Yes)、平均開放電圧VaVeが損失最小印加電圧Vmin以上のとき(S2631a;No)は、複数の電池の最大接続数Nmaxを並列接続数Nとして設定する(S2632a、S2638a)。 FIG. 14 is a flowchart showing details of the regeneration process (S263a). First, the minimum loss applied voltage Vmin and the average open circuit voltage VaVe are compared, and only when the average open circuit voltage VaVe is smaller than the minimum loss applied voltage Vmin, the following process of selecting the number n of parallel connections is performed (S2631a; Yes ) When the average open circuit voltage VaVe is equal to or higher than the minimum loss applied voltage Vmin (S2631a; No), the maximum connection number Nmax of a plurality of batteries is set as the parallel connection number N (S2632a, S2638a).
平均開放電圧VaVeが損失最小印加電圧Vminより小さいとき(S2631a;Yes)は、接続数を最小のn=1とし(S2633a)、その接続数nのときの電池出力電圧Vpnを算出する(S2634a)。そしてそのnが最大接続数Nmaxとなっているか判断し、最大接続数に達していない場合は(S2635a;No)、接続数を1増やし(S2636a)、その接続数nでの出力電圧Vpnをさらに求め(S2634a)、nが最大接続数Nmaxとなるまでこれを繰り返す。接続数nが最大接続数Nmaxとなるとき、すなわち、すべての接続数における出力電圧Vpn(Vp1、Vp2、Vp3)を算出し終えたら(S2635a;Yes)、各接続状態における出力電圧Vpnと印加電圧Vminとの差の絶対値が最小となる出力電圧Vpnを選択し(S2637a)、そのときの接続数nを実際の並列接続数Nとして設定する(S2638a)。 When the average open circuit voltage VaVe is smaller than the minimum loss applied voltage Vmin (S2631a; Yes), the number of connections is set to the minimum n = 1 (S2633a), and the battery output voltage Vpn when the number of connections is n is calculated (S2634a). . Then, it is determined whether or not n is the maximum number of connections Nmax. If the maximum number of connections is not reached (S2635a; No), the number of connections is increased by 1 (S2636a), and the output voltage Vpn at the number of connections n is further increased. This is repeated (S2634a), and this is repeated until n reaches the maximum number of connections Nmax. When the number of connections n reaches the maximum number of connections Nmax, that is, when calculation of the output voltages Vpn (Vp1, Vp2, Vp3) for all the connections is completed (S2635a; Yes), the output voltage Vpn and applied voltage in each connection state The output voltage Vpn that minimizes the absolute value of the difference from Vmin is selected (S2637a), and the number n of connections at that time is set as the actual number N of parallel connections (S2638a).
図7を再び参照して、並列接続数決定(26a)又は直列接続決定(S26b)の処理が終了すると、スイッチ制御(S27)の処理に進む。コントローラ2bは、決定された並列接続および並列接続数N、決定された直列接続(および直列接続数)を実現するように、スイッチSW1〜SW5、SW11〜SW13をオン・オフ制御する。以上により、一連の処理が終了する。
Referring to FIG. 7 again, when the process of determining the number of parallel connections (26a) or determining the series connection (S26b) is completed, the process proceeds to the process of switch control (S27). The
上述したように、本実施形態では、複数の電池11、12、13を並列に接続する際に、並列接続したときの1又は複数個の電池からの出力電圧Vpnが、各電池の内部抵抗による電圧変化ΔVによって、要求印加電圧つまり損失最小印加電圧Vminに最も近くなるように並列接続数Nを選択している。そして、選択した並列接続数Nの電池をモータ3に並列接続し、各電池の内部抵抗による電圧変化ΔVを利用することによって、電池を並列接続するときの出力電圧のさらなる調整が可能となる。これを通して、損失最小印加電圧Vminと実際に出力される出力電圧Vpnとの差に起因した不具合、例えば、モータ・インバータ損失が増大するという不具合の低減を図ることが可能となり、電力供給装置の高効率化が実現される。
As described above, in the present embodiment, when the plurality of
また、モータ3が力行状態にあるとき、電池の平均開放電圧VaVeが、要求印加電圧つまり損失最小印加電圧Vminより大きいほど、並列接続数Nを少なくし、各電池の内部抵抗への電流を増加させ内部抵抗による電圧変化ΔVを大きくしている。これにより、出力電圧Vpnが損失最小印加電圧Vminに近くなるように調整され、モータ・インバータ損失の増大を抑えて、電力供給装置の高効率化を実現する。
Further, when the
さらにまた、モータが回生状態にあるとき、電池の平均開放電圧VaVeが、要求印加電圧つまり損失最小印加電圧Vminより小さいほど、複数の電池の並列接続数Nを少なくしによって、各電池の内部抵抗への電流を増加させ、内部抵抗による電圧変化ΔVを大きくしている。これにより、出力電圧Vpnが損失最小印加電圧Vminに近くなるように調整され、モータ・インバータ損失の増大を抑えて、電力供給装置の高効率化を実現する。 Furthermore, when the motor is in the regenerative state, the internal resistance of each battery is reduced by reducing the number N of parallel connections of the plurality of batteries as the average open circuit voltage VaVe of the batteries is smaller than the required applied voltage, that is, the minimum loss applied voltage Vmin. To increase the voltage change ΔV due to the internal resistance. As a result, the output voltage Vpn is adjusted so as to be close to the minimum loss applied voltage Vmin, and an increase in motor / inverter loss is suppressed, thereby realizing high efficiency of the power supply device.
さらにまた、平均開放電圧VaVeがモータの逆起電圧より小さいときや、さらに出力電圧を大きくしたい場合、すなわち複数の電池を並列接続することが不可であると判断したときには、複数個の電池を直列接続することも可能である。 Furthermore, when the average open circuit voltage VaVe is smaller than the back electromotive force of the motor or when it is desired to further increase the output voltage, that is, when it is determined that it is impossible to connect a plurality of batteries in parallel, a plurality of batteries are connected in series. It is also possible to connect.
なお、本実施形態は複数の電池を並列に接続する際に制御を行っているが、既に複数の電池が並列接続されている場合であっても、本実施形態の制御を行うことによって、並列接続数Nを変化させても、同様の効果を得ることができる。 In this embodiment, control is performed when a plurality of batteries are connected in parallel. However, even if a plurality of batteries are already connected in parallel, the control according to this embodiment is performed in parallel. Even if the number of connections N is changed, the same effect can be obtained.
また、本実施形態ではあらかじめ作成されたMAPを参照して目標駆動力の設定などを行っているが、計算式による算出も可能である。 In the present embodiment, the target driving force is set with reference to a MAP created in advance, but calculation using a calculation formula is also possible.
さらにまた、本実施形態では各電池11、12、13は、それぞれ複数の単位電池11a、12a、13で構成されているが、1つの単位電池を用いた場合でも本実施形態の効果を同様に得ることができる。
Furthermore, in the present embodiment, each of the
(第2の実施形態)
図16は、第2の実施形態に係る車両用電力供給装置1におけるコントローラ2bの構成を示すブロック図である。なお、第1の実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、その説明は一部省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of the
第2の実施形態は、電池11、12、13の内部抵抗11b、12b、13bの値をモータを実際に駆動するときに推定する点において、すべての内部抵抗11b、12b、13bの値を均一とみなした第1の実施形態と相違している。
In the second embodiment, the values of all the
図16に示すように、第2の実施形態のコントローラ2bは、第1の実施形態のコントローラ2bと同様に、目標駆動力設定部21と、駆動用モータ出力設定部22と、損失最小印加電圧演算部23と、開放電圧検出部24と、直列・並列判断部25と、スイッチ制御部27とを備える。第2の実施形態のコントローラ2bは、第1の実施形態の並列接続数決定部26aに代えて、内部抵抗推定部26cと、並列接続組合せ決定部26dとを備える。
As shown in FIG. 16, the
前記内部抵抗推定部26cでは、実際にモータ駆動時の各電池11、12、13の電圧と、各電池11、12、13を流れる電流とを検出し、図20に示すようなグラフの傾きから、各電池11、12、13の内部抵抗を推定する。
The
前記並列接続組合せ決定部26dでは、まず、図17に示すように、電池11、12、13における、すべての並列接続組合せc(c:combination)を予め設定する。ただし、並列接続組合せcには、複数個の電池11、12、13の中からいずれか1つを選択する場合も含まれる。そして、各並列接続組合せcにおける出力電圧Vcを、推定された各電池11、12、13の内部抵抗値から算出する。そして、出力電圧Vcと、第1の実施形態と同様に算出する損失最小印加電圧Vminとの差が最小となるいずれか一つの並列接続組合せcを選択し、並列接続数Nを決定する。なお、本実施形態においても、第1に実施形態と同様に並列接続数NはN≧1である。
In the parallel connection
次に、第2の実施形態における並列接続数Nを算出するためにコントローラ2bにおいて実行される処理をフローチャートに従って説明する。
Next, processing executed in the
図18に、コントローラ2bにおける処理の基本フローチャートを示す。
FIG. 18 shows a basic flowchart of processing in the
第1の実施形態と同様に、まず種々の運転状態よりモータの目標駆動力を設定し(S21)、その値からモータ出力を設定し(S22)、モータ出力に必要な損失最小印加電圧Vminを演算し(S23)、さらに個々の電池11、12、13の開放電圧を検出し平均開放電圧VaVeを算出する(S24)。平均開放電圧VaVeとモータ3の逆起電圧を比較する(S25)。そして、並列接続状態を制御可能な場合(S25;Yes)、実際のモータ出力時の個々の電池11、12、13の内部抵抗を推定し(S26c)、その内部抵抗の値から、各並列接続組合せcにおける出力電圧Vcを求め並列接続組合せを決定する(S26d)。
As in the first embodiment, first, the target driving force of the motor is set from various operating states (S21), the motor output is set from the value (S22), and the minimum loss applied voltage Vmin necessary for the motor output is set. The calculation is performed (S23), and the open circuit voltages of the
図19は、内部抵抗推定(S26c)の詳細を示すフローチャートである。まず、x=1(xは第1の実施形態と同様に電池の個数に相当する任意の番号)すなわち任意の一つの電池を選び(S261c)、サンプル数m=1の状態の(S262c)、電池xの電圧Vxm(ここではx=1、m=1よりV11)と、電池xを流れる電流Ixm(ここではI11)を検出する(S263c、S264c)。次に、サンプル数が最大m=Mmaxかどうかを判断し、最大でない場合(S265c)はサンプル数をm=m+1(S266c)としステップS263c以降を同様に行い、サンプル数mが最大となったら(S265c;Yes)、各サンプルをプロットし図20に示すようなグラフの傾きから、電池xの内部抵抗値Rx(ここでは電池x=1であればR1)を求める(S267c)。S262c〜S267cのフローを、x=Xmax(S268c;Yes)となるまで同様に繰り返す(S268c;No→S269c→S262c)ことで、モータ出力時の個々の電池の内部抵抗R1、R2、R3・・・Rxを算出する。なお、図20に示すグラフは電池数が3個の場合で、各電池につきサンプルを2つずつプロットし作成した場合の一例である。グラフは縦軸に電圧Vxmを、横軸に電流Ixm(充電域、放電域を有する)をとり、かつ作成される一次曲線の傾きを内部抵抗値Rxとし、さらに一次曲線と縦軸との切片を開放電圧とする。実際には図19に示すフローチャートに従い、電圧Vxm及び電流Ixmを測定するごとに、図20のグラフ同様の座標軸に各電池のサンプルをプロットしグラフを作成する。そして、作成されたグラフから内部抵抗値Rxを推定する。サンプル数mは少なくとも2以上とし、多ければそれだけ精度は高くなる。ただし同じグラフにプロットするサンプル点は各電池の蓄電状態が近い状態のものであることが必要なので、所定時間内でのサンプル点、もしくは所定エネルギー収支範囲内でのサンプル点とする。 FIG. 19 is a flowchart showing details of the internal resistance estimation (S26c). First, x = 1 (x is an arbitrary number corresponding to the number of batteries as in the first embodiment), that is, any one battery is selected (S261c), and the number of samples is m = 1 (S262c). The voltage Vxm of the battery x (here, V = 1 from x = 1, m = 1) and the current Ixm (here, I11) flowing through the battery x are detected (S263c, S264c). Next, it is determined whether or not the maximum number of samples is m = Mmax. If the number is not the maximum (S265c), the number of samples is set to m = m + 1 (S266c), and step S263c and the subsequent steps are performed in a similar manner. S265c; Yes), each sample is plotted, and the internal resistance value Rx of the battery x (here, R1 if battery x = 1) is obtained from the slope of the graph as shown in FIG. 20 (S267c). By repeating the flow of S262c to S267c until x = Xmax (S268c; Yes) (S268c; No → S269c → S262c), the internal resistances R1, R2, R3,. Calculate Rx. The graph shown in FIG. 20 is an example when the number of batteries is three and two samples are plotted for each battery. In the graph, the vertical axis represents voltage Vxm, the horizontal axis represents current Ixm (having a charge region and a discharge region), the slope of the generated primary curve is defined as the internal resistance value Rx, and the intercept between the primary curve and the vertical axis. Is the open circuit voltage. Actually, each time the voltage Vxm and the current Ixm are measured according to the flowchart shown in FIG. 19, a sample of each battery is plotted on the coordinate axes similar to the graph of FIG. Then, the internal resistance value Rx is estimated from the created graph. The number m of samples is at least 2 or more, and the greater the number, the higher the accuracy. However, since the sample points plotted on the same graph need to be in a state where the storage state of each battery is close, the sample points are set within a predetermined time or within a predetermined energy balance range.
図21は、並列接続組合せ決定(S26d)の詳細を示すフローチャートである。まず、図17に示すc=1の組合せ時(S261d)の出力電圧Vc(ここではc=1よりV1)を、S26cで推定した内部抵抗値をもとに、第1の実施形態に示す式(6)〜(9)を応用し算出する(S262d)。次に、出力電圧Vcと、第1の実施形態と同様に算出される損失最小印加電圧Vminとの差ΔVc(ここではc=1よりΔV1)の絶対値を算出する(S263d)。同様に、c=Cmaxになるまでcを1ずつ増やし(S265d)、図17に示す、すべての並列接続組合せcと損失最小印加電圧Vminとの差ΔVcを算出し(S264d)、ΔVcが最小となるCminを選択し、その並列接続組合せCminを選択し並列接続数Nに設定する(S266d、S267d)。例えば、Cmin=5が選択されたとすると、図17より並列接続数Nとして、N=2が設定され、並列接続すべき2個の電池として、電池12と電池13とが設定される。
FIG. 21 is a flowchart showing details of the parallel connection combination determination (S26d). First, based on the internal resistance value estimated in S26c, the expression shown in the first embodiment is the output voltage Vc (here, V1 from c = 1) at the time of combination of c = 1 shown in FIG. 17 (S261d). Calculation is performed by applying (6) to (9) (S262d). Next, the absolute value of the difference ΔVc (here, ΔV1 from c = 1) between the output voltage Vc and the minimum loss applied voltage Vmin calculated in the same manner as in the first embodiment is calculated (S263d). Similarly, c is incremented by 1 until c = Cmax (S265d), and the difference ΔVc between all parallel connection combinations c and the minimum loss applied voltage Vmin shown in FIG. 17 is calculated (S264d), and ΔVc is minimized. Cmin is selected, and the parallel connection combination Cmin is selected and set to the number N of parallel connections (S266d, S267d). For example, if Cmin = 5 is selected, N = 2 is set as the parallel connection number N from FIG. 17, and the
本実施形態では、モータが出力するときの個々の電池の内部抵抗Rxを推定し、並列接続数Nを選択するに際し、推定した内部抵抗Rxの値から、モータに並列接続する、電池の並列接続組合せcにおける出力電圧Vcを算出する。そして、並列接続組合せcの中から、損失最小印加電圧Vminに最も近い出力電圧Vcの並列接続組合せcを選択することで、第1の実施形態で示す、接続数Nのみを調整し並列接続数Nを決定するものに比べ、不具合の低減をさらに図ることが可能となり、電力供給装置の高効率化がより確実に実現される。 In this embodiment, the internal resistance Rx of each battery when the motor outputs is estimated, and when selecting the parallel connection number N, the parallel connection of the batteries connected in parallel to the motor from the estimated value of the internal resistance Rx The output voltage Vc in the combination c is calculated. Then, by selecting the parallel connection combination c of the output voltage Vc closest to the minimum loss applied voltage Vmin from the parallel connection combination c, only the number of connections N shown in the first embodiment is adjusted, and the number of parallel connections Compared with the one that determines N, it is possible to further reduce the defects, and to achieve higher efficiency of the power supply apparatus more reliably.
1 電力供給装置(車両用電力供給装置)、
2a 回路部、
2b コントローラ、
3 交流電動機(車両駆動用のモータ)、
7 センサ、
11、12、13 電池(蓄電手段)、
SW1〜SW5、SW11〜SW13 スイッチ(スイッチ手段)、
N 電池の並列接続数(ただし、N≧1)、
Vpn 並列接続したn個の電池からの出力電圧、
ΔV 電池の内部抵抗による電圧変化、
Vmin 損失最小印加電圧(要求される印加電圧)、
VaVe 各電池の開放電圧の平均、
Rx 電池の内部抵抗、
c 電池の接続組合せ、
Vc 電池の各接続組合せ(c)における電池の出力電圧。
1 power supply device (vehicle power supply device),
2a circuit part,
2b controller,
3 AC motor (motor for driving the vehicle),
7 sensor,
11, 12, 13 battery (power storage means),
SW1 to SW5, SW11 to SW13 switches (switch means),
N number of parallel connection of batteries (where N ≧ 1),
Vpn The output voltage from n batteries connected in parallel,
ΔV Voltage change due to battery internal resistance,
Vmin Loss minimum applied voltage (required applied voltage),
VaVe The average open circuit voltage of each battery,
Rx battery internal resistance,
c Battery combination,
Vc The output voltage of the battery in each connection combination (c) of the battery.
Claims (7)
前記複数の蓄電手段のうちの1又は複数個を前記モータに並列接続するに際して、並列接続したときの1又は複数個の前記蓄電手段からの出力電圧(Vpn)が、各蓄電手段の内部抵抗による電圧変化(ΔV)によって、要求される要求印加電圧(Vmin)に近くなるように、前記並列接続数(N)を選択することを特徴とする車両用電力供給装置の電力供給制御方法。 A plurality of power storage means that can be electrically connected in series and parallel to a motor for driving a vehicle, and the number of parallel connections (N, where N ≧ 1) to be connected in parallel to the motor can be selected from the plurality of power storage means. In a power supply control method for a vehicular power supply device,
When one or more of the plurality of power storage means are connected in parallel to the motor, the output voltage (Vpn) from the one or more power storage means when connected in parallel depends on the internal resistance of each power storage means. The power supply control method for a vehicle power supply apparatus, wherein the number of parallel connections (N) is selected so as to be close to a required applied voltage (Vmin) required by a voltage change (ΔV).
要求される要求印加電圧(Vmin)を演算するステップと、
前記複数の蓄電手段のうちの1又は複数個を前記モータに並列接続するに際して、並列接続したときの1又は複数個の前記蓄電手段からの出力電圧(Vpn)が、各蓄電手段の内部抵抗による電圧変化(ΔV)によって、前記要求印加電圧(Vmin)に近くなるように、前記並列接続数(N)を選択するステップと、
を備えることを特徴とする車両用電力供給装置の電力供給制御方法。 A plurality of power storage means that can be electrically connected in series and parallel to a motor for driving a vehicle, and the number of parallel connections (N, where N ≧ 1) to be connected in parallel to the motor can be selected from the plurality of power storage means. In a power supply control method for a vehicular power supply device,
Calculating a required applied voltage (Vmin) required;
When one or more of the plurality of power storage means are connected in parallel to the motor, the output voltage (Vpn) from the one or more power storage means when connected in parallel depends on the internal resistance of each power storage means. Selecting the number of parallel connections (N) to be close to the required applied voltage (Vmin) by a voltage change (ΔV);
A power supply control method for a vehicle power supply device.
前記並列接続数(N)を選択するに際し、推定した前記内部抵抗(Rx)の値から、前記モータに並列接続する、前記蓄電手段の各接続組合せ(c)における前記蓄電手段の出力電圧(Vc)を算出し、
前記各接続組合せ(c)の中から、前記要求印加電圧(Vmin)に最も近い前記蓄電手段の出力電圧(Vc)となる1つの組合せ(c)を選択することを特徴とする請求項2に記載の車両用電力供給装置の電力供給制御方法。 Prior to the step of selecting the number of parallel connections, further comprising the step of estimating an internal resistance (Rx) of each power storage means when the motor outputs,
When selecting the number of parallel connections (N), from the estimated value of the internal resistance (Rx), the output voltage (Vc) of the power storage means in each connection combination (c) of the power storage means connected in parallel to the motor. )
3. The combination (c) that is the output voltage (Vc) of the power storage unit closest to the required applied voltage (Vmin) is selected from the connection combinations (c). The electric power supply control method of the vehicle electric power supply apparatus of description.
前記蓄電手段を並列接続することが可能であると判断したときには前記並列接続数を選択するステップを実行し、前記蓄電手段を並列接続することが不可であると判断したときには前記蓄電手段のうちの複数個を直列接続することを決定することを特徴とする請求項2に記載の車両用電力供給装置の電力供給制御方法。 Prior to the step of selecting the number of parallel connections, further comprising the step of determining whether or not the power storage means can be connected in parallel based on an open voltage of the power storage means,
When it is determined that the power storage means can be connected in parallel, the step of selecting the number of parallel connections is performed, and when it is determined that the power storage means cannot be connected in parallel, The power supply control method for a vehicle power supply device according to claim 2, wherein a plurality of units are determined to be connected in series.
前記複数の蓄電手段の中から前記モータに接続する蓄電手段を切り換える複数のスイッチ手段と、
前記複数のスイッチ手段の作動を制御するコントローラと、
を有し、
前記コントローラは、前記複数の蓄電手段のうちの1又は複数個を前記モータに並列接続するに際して、並列接続したときの1又は複数個の前記蓄電手段からの出力電圧(Vpn)が、各蓄電手段の内部抵抗による電圧変化(ΔV)によって、要求される要求印加電圧(Vmin)に近くなるように、並列接続数(N、ただしN≧1)を選択して、前記複数のスイッチ手段の作動を制御することを特徴とする車両用電力供給装置。 A plurality of power storage means that can be electrically connected in series and parallel to a vehicle driving motor;
A plurality of switch means for switching the power storage means connected to the motor from the plurality of power storage means;
A controller for controlling the operation of the plurality of switch means;
Have
When the controller connects one or more of the plurality of power storage means to the motor in parallel, the output voltage (Vpn) from the one or more power storage means when connected in parallel, The number of parallel connections (N, where N ≧ 1) is selected so that the required applied voltage (Vmin) is close to the required applied voltage (Vmin) due to the voltage change (ΔV) due to the internal resistance of A power supply device for a vehicle, characterized by being controlled.
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