JP2013158184A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池等を搭載する車両の回生エネルギの充電効率を向上させる。
【解決手段】本発明は、車両の動力源として用いられる複数の蓄電装置を備え、複数の蓄電装置の接続方式を直列と並列に切り替え可能な直並列電池システムを搭載した車両の制御装置である。制御装置は、走行中の車両状態情報から算出される回生予測量に基づいて、現在の接続方式を継続して回生エネルギを充電した場合の第１損失回生量と、接続方式を切り替えて回生エネルギを充電した場合の第２損失回生量とをそれぞれ算出する。算出した第１損失回生量及び第２損失回生量を比較して損失回生量が小さい接続方式を選択して回生エネルギの充電制御を行う。より多くの回生エネルギを充電できる接続方式（損失回生量がより小さい接続方式）を選択した充電制御を行うので、充電効率を向上させることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、二次電池等を動力源として搭載する車両の回生エネルギの充電制御に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車は、車両を走行させるための動力源として二次電池を搭載している。二次電池は、走行用モータに電力を供給する一方で、制動時の回生エネルギを充電することができる。

特許文献１は、複数の二次電池又はキャパシタの群の接続形態を並列と直列との間で切り替える手段を備えた電池システムの回生エネルギの充電方法であり、充電電圧と各接続形態での電池電圧を比較し、直列接続を並列接続に切り替えている。

特開２０００−５９９０３号公報 特開２０００−５９９０４号公報 特開平５−２３６６０８号公報 特開平１０−９４１８２号公報 特開２０１０−５７２８８号公報

しかしながら、接続形態を切り替えている最中は回生エネルギを充電できないので、回生エネルギの充電効率が低下してしまう。

また、制動時に走行用モータで生成された回生エネルギは、インバータを介して二次電池に充電されるが、インバータの電圧に応じてエネルギ損失が発生する。このため、直列接続で充電電圧を高くして充電すると、回生エネルギの充電効率が低下する課題がある。

本願第１の発明である制御装置は、車両の動力源として用いられる複数の蓄電装置を備え、複数の蓄電装置の接続方式を直列と並列に切り替え可能な直並列電池システムを搭載した車両の制御装置である。制御装置は、走行中の車両状態情報から算出される回生予測量に基づいて、現在の接続方式を継続して回生エネルギを充電した場合の第１損失回生量と、接続方式を切り替えて回生エネルギを充電した場合の第２損失回生量とをそれぞれ算出する。算出した第１損失回生量及び第２損失回生量を比較して損失回生量が小さい接続方式を選択して回生エネルギの充電制御を行う。

本願第１の発明によれば、より多くの回生エネルギを充電できる接続方式（損失回生量がより小さい接続方式）を選択した充電制御を行うので、充電効率を向上させることができる。

直並列電池システムの構成を示す図である。 並列接続時の電池出力（回生電力）の一例を示す図である。 回生電力の充電中に接続方式を切り替えた場合の回生エネルギの損失の一例を示す図である。 回生電力の充電制御の一例を示す図である。 回生電力の充電制御の一例を示す図である。 回生電力の充電制御の処理フローを示すフローチャートである。 変形例を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１である電池システム（蓄電システムに相当する）について説明する。図１は、本実施例の電池システムの構成を示す図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載することができる。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池に加えて、エンジン又は燃料電池を備えている。電気自動車は、車両の動力源として、組電池だけを備えている。

本実施例の電池システムは、複数の電池を直列と並列に切り替え可能な直並列電池システムであり、複数の電池が直並列切り替え回路で接続されている。直並列切り替え回路は複数のスイッチを備え、各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御によって複数の電池を直列に接続したり、並列に接続する。

図１に示すように、スイッチＳ１及Ｓ３をＯＮにし、スイッチＳ２をＯＦＦにすることで、２つの組電池１０ａ、１０ｂ（電池群）が並列に接続された並列型電池（高容量型電源装置）が形成される。一方、スイッチＳ１及Ｓ３をＯＦＦにし、スイッチＳ２をＯＮにすることで、２つの組電池１０ａ、１０ｂが直列に接続された直列型電池（高出力型電源装置）が形成される。

なお、図１の例では、２つの組電池１０ａ、１０ｂが直並列切り替え回路方式で接続されている態様を示しているが、同様の接続原理で３つ以上の複数の組電池を並列又は直列に切り替え可能な直並列電池システムを構成することもできる。また、複数の単電池１１で構成された組電池１０ａ、１０ｂを直並列切り替え回路で接続しているが、複数の単電池１１を直並列切り替え回路で接続した直並列電池システムであってもよい。

各組電池１０ａ、１０ｂ（それぞれ蓄電装置に相当する）は、直列に接続された複数の単電池１１を有する。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。組電池１０ａ、１０ｂを構成する単電池１１の数は、要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。また、組電池１０ａ、１０ｂは、並列に接続された複数の単電池１１を含んでいてもよい。

本実施例の直並列電池システムは、車両に搭載されて電源として用いられ、モータ・ジェネレータ２４を動作させることができる。

組電池１０ａ、１０ｂは、接続ラインを介してインバータ２３に接続されている。直列接続されている場合、組電池１０ａの正極端子とインバータ２３が正極ラインＰＬを介して接続され、組電池１０ｂの負極端子とインバータ２３が負極ラインＮＬを介してインバータ２３に接続される。また、並列接続されている場合、組電池１０ａ、１０ｂのそれぞれの正極端子とインバータ２３が正極ラインＰＬを介して接続され、組電池１０ａ、１０ｂそれぞれの負極端子とインバータ２３が負極ラインＮＬを介してインバータ２３に接続される。

正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられ、負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが設けられている。組電池１０ａ、１０ｂは、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇを介してモータ・ジェネレータ２４に接続され、ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、コントローラ３０からの制御信号を受けて、オン（接続状態）およびオフ（遮断状態）の間で切り替わる。ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−ＧがＯＮであれば、組電池１０ａ、１０ｂの電池群の電力がモータ・ジェネレータ２４に供給される。ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−ＧがＯＦＦであれば、組電池１０ａ、１０ｂからモータ・ジェネレータ２４に供給される電力が遮断される。

組電池１０ａ、１０ｂとモータ・ジェネレータ（ＭＧ）２４との間には、インバータ２３が設けられている。インバータ２３は、組電池１０ａ、１０ｂから出力された直流電力を交流電力に変換して、交流電力をモータ・ジェネレータ２４に出力する。モータ・ジェネレータ２４としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。また、インバータ２３は、モータ・ジェネレータ２４から出力された交流電力を直流電力に変換して、直流電力を組電池１０ａ、１０ｂに出力する。

モータ・ジェネレータ２４は、インバータ２３からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ２４は、車輪と接続されており、モータ・ジェネレータ２４によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ２４は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。車両制動時に発電機として動作するモータ・ジェネレータ２４によって生成された交流電力は、インバータ２３に出力される。これにより、回生電力（回生エネルギ）を組電池１０ａ、１０ｂに蓄えることができる。

本実施例の電池システムでは、組電池１０ａ、１０ｂから電力を受けて動作する負荷としてモータ・ジェネレータ２４を用いることができる。また、図１の例において、組電池１０ａ、１０ｂとインバータ２３との間に昇圧コンバータを設けてもよく、組電池１０ａ、１０ｂの出力電圧を昇圧してからインバータ２３に供給したり、インバータ２３からの電圧を降圧してから組電池１０ａ、１０ｂに供給するようにしてもよい。

コンデンサ２２は、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬに接続されており、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬの間における電圧変動を平滑化する。

電圧センサ２０ａは、並列接続又は直列接続された組電池１０ａ、１０ｂの電池群全体の電圧（正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬの間の電圧）を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。電圧センサ２０ｂは、各組電池１０ａ、１０ｂそれぞれに設けられ、各組電池１０ａ、１０ｂの端子間電圧を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。なお、電圧センサ２０ｂは、組電池１０ａ、１０ｂを構成する直列に接続された各単電池１１の電圧を検出することもできる。

電流センサ２１は、充放電を行う組電池１０ａ、１０ｂそれぞれに設けられ、充放電電流を検出してコントローラ３０に検出結果を出力する。例えば、組電池１０ａ、１０ｂを放電しているときには、電流センサ２１によって検出された電流値として、正の値を用いることができる。また、組電池１０ａ、１０ｂを充電しているときには、電流センサ２１によって検出された電流値として、負の値を用いることができる。

コントローラ３０は、車両のイグニッションスイッチがＯＮされてからＯＦＦに切り替わるまでの間、並列又は直列に接続された組電池１０ａ、１０ｂ全体の充放電制御を行う制御装置である。コントローラ３０は、車両出力要求に基づいて負荷に組電池１０の電力を出力する放電制御、車両が減速したり、停止したりする際の車両制動時における回生電力を組電池１０ａ、１０ｂに充電する充電制御を行う。本実施例のコントローラ３０は、直並列切替部３１、回生量予測部３２、回生損失推定部３３、及びメモリ３４を含んで構成される。

コントローラ３０は、組電池１０ａ、１０ｂそれぞれのＳＯＣ（State of Charge）を管理することができる。ＳＯＣは、満充電容量に対する現在充電容量の割合を示すものである。電圧センサ２０ａ、２０ｂ又は電流センサ２１を用いて組電池１０ａ、１０ｂのＳＯＣを算出したり特定する処理を行い、メモリ３４に組電池１０ａ、１０ｂの充放電履歴やＳＯＣ情報を記憶して管理することができる。

組電池１０ａ、１０ｂのＳＯＣは、組電池１０ａ、１０ｂのＯＣＶ（Open Circuit Voltage）から特定することができる。ＳＯＣ及びＯＣＶは対応関係にあるため、この対応関係を予め求めておけば、ＯＣＶからＳＯＣを特定することができる。組電池１０ａ、１０ｂのＯＣＶは、電圧センサ２０ｂによって検出された組電池１０ａ、１０ｂの電圧（ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage）から算出することができる。一方、電流センサ２１を用いて組電池１０ａ、１０ｂの充放電電流を検出し、組電池１０の充放電の際の電流値を積算することにより、組電池１０ａ、１０ｂそれぞれのＳＯＣを算出することができる。

満充電容量は、ＳＯＣに基づいて算出することができる。一例として、ＩＧ−ＯＮされて充放電制御を開始する際の開始ＳＯＣ、ＩＧ−ＯＦＦされて充放電制御を終了した後の終了ＳＯＣ、及びＩＧ−ＯＮからＩＧ−ＯＦＦまでに積算された充放電電流積算値を用いて、満充電容量を演算できる。満充電容量は、「満充電容量＝１００÷（終了ＳＯＣ−開始ＳＯＣ）×充放電電流積算値」で算出できる。

コントローラ３０は、ＳＯＣ同様に、直並列切り替え回路で接続された組電池１０ａ、１０ｂの電池群それぞれの満充電容量を演算し、各満充電容量をメモリ３４に記憶して管理する。

直並列切替部３１は、スイッチＳ１〜Ｓ３のＯＮ／ＯＦＦを制御し、組電池１０ａ、１０ｂの接続方式（直列接続、並列接続）の切り替え制御を行う。例えば、直並列切り替え回路のスイッチＳ１〜Ｓ３の直列方式スイッチ制御パターン及び並列方式スイッチ制御パターンを予めメモリ３４に記憶しておくことができる。コントローラ３０は、各スイッチ制御パターンを参照してスイッチＳ１〜Ｓ３のＯＮ／ＯＦＦを制御し、組電池１０ａ、１０ｂの接続方式の切り替え制御を行うことができる。

回生量予測部３２は、車両状態情報に基づいて、モータ・ジェネレータ２４によって生成される回生予測量を算出する。車両状態情報は、例えば、車両の走行速度（車速）、車両の減速度、ブレーキペダルの踏み込み量などを含むことができる。回生量予測部３２は、車両状態情報を用いて回生量予測処理を行い、処理結果は、回生損失推定部３３で使用される。回生予測量は、回生量を予測する所定のタイミングから時間経過に伴う回生量の推移を予測した値である。

本実施例では、例えば、車速及び減速度に対応する回生エネルギーマップを予め作成し、コントローラ３０が入力（取得）される車速及び減速度を用いて、モータ・ジェネレータ２４によって生成される回生電力を算出することができる。この場合の回生エネルギーマップは、車速が速く、減速度が大きいほど大きな値となり、車速が遅く、減速度が小さいほど小さな値となる。また、車速及びブレーキペダルの踏み込み量に対応する回生エネルギーマップを用いて回生予測量を算出することもできる。

そして、回生エネルギーマップを用いて車両状態情報から回生電力を予測する際に、車両の挙動学習値を用いることができる。例えば、ある車速から減速する際の減速度やブレーキペダルの踏み込み量を予め学習しておき、減速する車両の挙動が時間経過と共にどのように推移するかを学習情報として蓄積する。コントローラ３０は、所定タイミングでの車速及び減速度（又はブレーキペダルの踏み込み量）から、その後の車速及び減速度の車両の挙動を学習値から予測し、予測された車両の挙動（車速及び減速度）に応じた回生量の予測値を、回生エネルギーマップに基づいて算出することができる。

また、回生エネルギの学習マップを用いて回生量の予測値を算出するようにしてもよい。例えば、減速開始速度から回生電力の推移を予め学習しておき、車両の減速開始時の車速から、所定時間経過後までの所定時間内又は減速開始時の回生量が時間経過に伴って所定値となるまでの回生量の推移を予測した回生量を算出することができる。回生エネルギの学習マップとして、例えば、縦軸に回生量、横軸に減速開始速度をとり、減速開始速度に応じた回生量の関係に基づいて作成することができる。

回生損失推定部３３は、回生量予測部３２によって算出された回生予測量から現在の接続方式を継続（維持）して回生エネルギを充電した場合の回生電力の第１損失回生量と、接続方式を切り替えて回生エネルギを充電した場合の回生電力の第２損失回生量と、を算出する。

図２は、組電池１０ａ、１０ｂに入力される回生電力の一例を示す図である。横軸が時間、縦軸が電池出力である。組電池１０ａ、１０ｂが並列接続されている場合、直列接続されている場合よりも電池群の許容電圧が低いので、並列接続時の組電池１０ａ、１０ｂの電池群に対する入出力制限値Ｗｉｎ（Ｐ）は、直列接続時の組電池１０ａ、１０ｂの電池群に対する入出力制限値Ｗｉｎ（Ｓ）よりも低く設定されている。入出力制限値Ｗｉｎ（Ｐ）、Ｗｉｎ（Ｓ）は、組電池１０ａ、１０ｂの電池性能等に応じて予め決定することができる。

このため、図２に示すように入出力制限値Ｗｉｎ（Ｐ）よりも大きい電力の入力が制限され、入出力制限値Ｗｉｎ（Ｐ）よりも大きい電力分の回生電力が、並列接続された組電池１０ａ、１０ｂの電池群に充電することができない。したがって、並列接続時の入出力制限値Ｗｉｎ（Ｐ）を超える回生電力は、充電しきれない回生電力、すなわち、損失量ａ（図２の斜線で示した部分）となる。

一方、直列接続された組電池１０ａ、１０ｂの電池群の許容電圧は、組電池１０ａ、１０ｂが並列接続されている場合よりも高いので、並列接続されている組電池１０ａ、１０ｂの入出力制限値Ｗｉｎ（Ｐ）よりも高い入出力制限値Ｗｉｎ（Ｓ）に設定されている。電池群が直列接続されている場合、図２の斜線で示した並列接続では回収しきれない損失量ａを、組電池１０ａ、１０ｂに充電することができるが、インバータ２３の電圧が高くなる分、インバータ２３でのスイッチング損失が大きくなる。

インバータ２３を構成する半導体スイッチ等のスイッチング動作の損失は、インバータ２３の入出力電圧が高いほど、高くなる。組電池１０ａ、１０ｂの電池群の入出力電圧が高いと、インバータ２３の入出力電圧も高くなるので、直列接続の組電池１０ａ、１０ｂの電池群で回生電力を充電する場合、インバータ２３でのスイッチング損失が大きくなる。このスイッチング損失は、並列接続の電池群の電圧に対して高電圧となる分の損失量、すなわち、並列接続時でもインバータ２３でのスイッチング損失が発生するので、並列接続時の電圧に対して直列接続時の高くなった電圧分のスイッチング損失を損失量ｂとすることができる。

次に、図３に示すように、並列接続された組電池１０ａ、１０ｂの電池群に対して回生電力を充電する場合に、電池群の接続方式を直列に切り替えて図２の斜線で示した並列接続では回収しきれない損失量ａを充電することで効率を向上させることができるが、組電池１０ａ、１０ｂの接続方式を切り替えている最中（切替中）は、回生電力を充電できない。図３の斜線で示した損失量ｃは、接続方式の切り替えによって発生する回生損失である。並列から直列又は直列から並列への切り替え時間は、直並列切り替え回路のスイッチＳ１〜Ｓ３のオン／オフ制御なので、一定の時間とすることができ、切替時間ｔの間の回生電力が、接続方式の切り替えによって発生する損失量ｃとすることができる。

このように切り替え中の損失量ｃや直列接続時の高くなった電圧分の損失量ｂによって、組電池１０ａ、１０ｂの接続方式を切り替えても充電効率は向上しない場合がある。本実施例では、回生量予測部３２によって算出された回生量の予測値から損失回生量ａ、ｂ、ｃをそれぞれ求め、現在の電池群の接続方式を継続（維持）して回生エネルギを充電した場合の回生電力の第１損失回生量と、接続方式を切り替えて回生エネルギを充電した場合の回生電力の第２損失回生量とを比較して、回生中の電池群の直並列接続の切り替え制御を行い、充電効率を向上させる。

図４は、本実施例の回生電力の充電制御の一例を示す図である。図４は、並列接続時の組電池１０ａ、１０ｂの電池群が回生電力を充電する場合を示している。コントローラ３０は、電圧センサ２０ａ、２０ｂ及び電流センサ２１の各検出値を用いて並列又は直列に接続されている組電池１０ａ、１０ｂの電池出力（回生電力）を監視し、所定の時間間隔で回生中の回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも大きいか否かを検出する。

コントローラ３０は、回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも大きいと判別されると、車両状態情報を用いて回生量予測処理を遂行する。例えば、回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも大きいと判別された時刻ｔ１からモータ・ジェネレータ２４で生成される回生予測量を算出する。

コントローラ３０は、算出された回生予測量に基づいて、Ｗｉｎ（Ｐ）を超えた並列接続では充電できない損失量ａを算出するとともに、並列接続から直列接続に電池群の接続方式を切り替えた場合の切替中の損失量ｃと、直列接続時の高くなった電圧分の損失量ｂを算出する。そして、コントローラ３０は、現在の電池群の並列接続を継続して充電した場合の回生エネルギの第１損失回生量（損失量ａ）と、接続方式を直列接続に切り替えて充電した場合の回生エネルギの第２損失回生量（損失量ｂ＋損失量ｃ）とを比較して、損失量が少ない接続方式を選択する。

図４の例の場合、算出された各損失回生量において第１損失回生量が第２損失回生量よりも大きいので、現在の並列接続を直列接続に切り替えて時刻ｔ１から並列接続では充電しきれない損失量ａに相当する回生電力を充電するように制御する。このように、並列接続から直列接続に切り替える際の損失量ｃ及び直列接続時の高くなった電圧分の損失量ｂを考慮しても、並列接続を継続した場合に充電しきれない損失量ａを充電することで、充電効率を向上させることができる。

次に、コントローラ３０は、接続方式を切り替えた時刻ｔ１以降の直列接続の電池群での回生電力の充電中において、回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも小さいか否かを判別する。回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも小さい場合、図４の時刻ｔ２から直列接続を継続した場合の損失量ｂと、直列接続から並列接続に切り替える際の損失量ｃとを回生予測量から算出する。コントローラ３０は、現在の電池群の直列接続を継続して充電した場合の回生エネルギの第１損失回生量（損失量ｂ）と、接続方式を並列接続に切り替えて充電した場合の回生エネルギの第２損失回生量（損失量ｃ）とを比較して、損失量が少ない接続方式を選択する。

図４の例では、算出された各損失回生量において第１損失回生量が第２損失回生量よりも大きいので、現在の直列接続を並列接続に切り替えて並列接続の電池群で時刻ｔ２から回生エネルギを充電する。この場合、直列接続から並列接続に切り替える際の損失量ｃを考慮しても、現在の直列接続を継続した場合の損失量ｂを低減させて充電効率を向上させることができる。

なお、図４において回生予測処理は、回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも大きいと判別された時刻ｔ１から回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも小さくなるまでの回生予測処理と、回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも小さいと判別された時刻ｔ２から回生電力が０となるまで（時刻ｔ３）の回生予測処理を、回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも大きい又は小さいと判別された時点で分けて行うことができる。また、回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも大きいと判別された場合に、時刻ｔ１から回生電力が０となるまで（時刻３）の回生予測処理を行うこともできる。

図５は、本実施例の回生電力の充電制御の一例を示す図である。図５の例は、直列接続時の組電池１０ａ、１０ｂの電池群が回生電力を充電する場合を示している。コントローラ３０は、図４の例と同様に、電圧センサ２０ａ、２０ｂ及び電流センサ２１の各検出値を用いて並列又は直列に接続されている組電池１０ａ、１０ｂの電池出力（回生電力）を監視し、回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも小さいか否かを検出する。

コントローラ３０は、回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも小さいと判別されたタイミングで、車両状態情報を用いて回生量予測処理を遂行する。例えば、回生電力がＷｉｎ（Ｐ）よりも小さいと判別された時刻ｔ４からモータ・ジェネレータ２４で生成される回生予測量を算出する。

コントローラ３０は、直列接続時の電圧が高くなった分のスイッチング損失である損失量ｂを算出するとともに、直列接続から並列接続に切り替えた場合の切替中の損失量ｃを算出する。そして、コントローラ３０は、現在の電池群の直列接続を継続して充電した場合の回生エネルギの第１損失回生量（損失量ｂ）と、接続方式を並列接続に切り替えて充電した場合の回生エネルギの第２損失回生量（損失量ｃ）とを比較して、損失量が少ない接続方式を選択する。

図５の例の場合、第１損失回生量が第２損失回生量よりも大きいので、現在の直列接続を並列接続に切り替えて時刻ｔ４から回生電力を充電する。直列接続から並列接続に切り替える際の損失量ｃを考慮しても、直列接続を継続した場合の損失量ｂを低減させて充電効率を向上させることができる。

図６は、本実施例の回生エネルギの充電制御の処理フローを示す図である。回生エネルギの充電制御は、コントローラ３０によって遂行される。

コントローラ３０は、車両のイグニッションスイッチＯＮ後の充放電制御において、車両状態情報を取得して例えば、車速から車両走行中であるか否かを検出する（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。車両走行中である場合、コントローラ３０は、減速度やブレーキペダルの踏み込み量からモータ・ジェネレータ２４によって生成された回生エネルギを充電している状態（回生中）か否かを判別する（Ｓ１０３）。回生中でない場合は、インバータ２３に電力を供給する放電制御を行う。

なお、回生中であるか否かの判別は、電圧センサ２０ａ、２０ｂ及び電流センサ２１の各検出値を用いて並列又は直列に接続されている組電池１０ａ、１０ｂの電池出力（回生電力）を監視し、回生電力が負の値となっているか否かを検出することで、行うこともできる。

ステップＳ１０３で回生中であると判別された場合、コントローラ３０は、現在の回生量を取得する。監視している電力出力から組電池１０ａ、１０ｂに充電される回生量を取得することができる。コントローラ３０は、取得した回生量が並列接続時の入出力上限値Ｗｉｎ（Ｐ）よりも大きいか否かを判別する。大きい場合はステップＳ１０６に進み、小さい場合は、ステップＳ１１４に進む。

ステップＳ１０６において、コントローラ３０は、現在の組電池１０ａ、１０ｂの電池群の接続方式を確認する。接続方式が直列接続の場合は、ステップＳ１１５に進み、現在の電池群の接続方式を継続する（直列接続から並列接続に切り替えない）。

一方、ステップＳ１０６において、現在の組電池１０ａ、１０ｂの電池群の接続方式が並列接続である場合、ステップＳ１０７に進み、コントローラ３０は、回生量予測処理を遂行する。

コントローラ３０は、ステップＳ１０８で、回生予測量と組電池１０ａ、１０ｂのＳＯＣに基づいて、接続方式を切り替えなくても組電池１０ａ、１０ｂの電池群のＳＯＣが所定の満充電容量（上限ＳＯＣ）に達するか否かを判別する。例えば、予測された回生電力がＷｉｎ（Ｐ）を超えて並列接続では充電できない損失量ａを算出し、算出された回生予測量から損失量ａを差し引いた回生電力を充電した場合に、組電池１０ａ、１０ｂの電池群のＳＯＣが所定の満充電容量に達するか否かを判別する。

接続方式を切り替えなくても組電池１０ａ、１０ｂの電池群のＳＯＣが所定の満充電容量に達すると判別された場合、コントローラ３０は、ステップＳ１１５に進み、現在の電池群の接続方式を継続する（直列接続から並列接続に切り替えない）。

このように接続方式を切り替えなくても組電池１０ａ、１０ｂの電池群のＳＯＣが所定の満充電容量に達する場合は、現在の電池群の接続方式を継続して直並列切り替え回路のスイッチング動作を抑制できるので、スイッチＳ１〜Ｓ３の消耗劣化を抑制することができる。後述するステップＳ１１７も同様である。

ステップＳ１０８において、組電池１０ａ、１０ｂの電池群のＳＯＣが所定の満充電容量に達しないと判別された場合、コントローラ３０は、回生電力がＷｉｎ（Ｐ）を超えた並列接続では充電できない損失量ａを算出するとともに、並列接続から直列接続に電池群の接続方式を切り替えた場合の切替中の損失量ｃと、直列接続時の高くなった電圧分の損失量ｂをそれぞれ算出し、現在の電池群の並列接続を継続して充電した場合の回生エネルギの損失回生量Ａ（損失量ａ）と、接続方式を直列接続に切り替えて充電した場合の回生エネルギの損失回生量Ｂ（損失量ｂ＋損失量ｃ）と算出する（Ｓ１０９、Ｓ１１０）

コントローラ３０は、ステップＳ１１１において算出した損失回生量Ａと損失回生量Ｂとを比較して、損失量が少ない接続方式を決定する。損失回生量Ａが損失回生量Ｂよりも大きい場合、ステップＳ１１２に進み、接続方式を現在の並列接続から直列接続に切り替えて回生電力を充電する。一方、損失回生量Ａが損失回生量Ｂよりも小さい場合、ステップＳ１１３に進み、接続方式を切り替えずに現在の並列接続を継続して回生電力を充電する。

次に、コントローラ３０は、ステップＳ１０５において取得した回生量が並列接続時の入出力上限値Ｗｉｎ（Ｐ）よりも小さいと判別された場合、ステップＳ１１４に進んでステップＳ１０６同様に、現在の組電池１０ａ、１０ｂの電池群の接続方式を確認する。

コントローラ３０は、取得した回生量が並列接続時の入出力上限値Ｗｉｎ（Ｐ）よりも小さく、接続方式が並列接続の場合は、ステップＳ１１５に進み、現在の電池群の接続方式を継続して（並列接続から直列接続に切り替えないで）、回生電力を充電する。

一方、ステップＳ１１４において、現在の組電池１０ａ、１０ｂの電池群の接続方式が直列接続である場合、ステップＳ１１６に進んでステップＳ１０７同様に、コントローラ３０は、回生量予測処理を遂行する。

コントローラ３０は、ステップＳ１１７で、回生予測量と組電池１０ａ、１０ｂのＳＯＣに基づいて、接続方式を切り替えなくても組電池１０ａ、１０ｂの電池群のＳＯＣが所定の満充電容量（上限ＳＯＣ）に達するか否かを判別する。例えば、直列接続時の高くなった電圧分の損失量ｂを算出し、算出された回生予測量から損失量ｂを差し引いた回生電力を充電した場合に、組電池１０ａ、１０ｂの電池群のＳＯＣが所定の満充電容量に達するか否かを判別する。

接続方式を切り替えなくても組電池１０ａ、１０ｂの電池群のＳＯＣが所定の満充電容量に達すると判別された場合、コントローラ３０は、ステップＳ１１５に進み、現在の電池群の接続方式（直列接続）を継続して回生電力を充電する。

ステップＳ１１７において、組電池１０ａ、１０ｂの電池群のＳＯＣが所定の満充電容量に達しないと判別された場合、コントローラ３０は、算出された回生予測量に基づいて、直列接続時の電圧が高くなった分のスイッチング損失である損失量ｂを算出するとともに、直列接続から並列接続に切り替えた場合の切替中の損失量ｃを算出し、現在の電池群の直列接続を継続して充電した場合の回生エネルギの損失回生量Ｃ（損失量ｂ）と、接続方式を並列接続に切り替えて充電した場合の回生エネルギの損失回生量Ｄ（損失量ｃ）とを算出する（Ｓ１１８，Ｓ１１９）。

コントローラ３０は、ステップＳ１２０において、算出した損失回生量Ｃと損失回生量Ｄとを比較して、損失量が少ない接続方式を決定する。損失回生量Ｃが損失回生量Ｄよりも大きい場合、ステップＳ１２１に進み、接続方式を現在の直列接続から並列接続に切り替えて回生電力を充電する。一方、損失回生量Ｃが損失回生量Ｄよりも小さい場合、ステップＳ１２２に進み、接続方式を切り替えずに現在の直列接続を継続して回生電力を充電する。

本実施例では、回生量の予測値から現在の接続方式を継続して回生エネルギを充電した場合の損失回生量と、接続方式を切り替えて充電した場合の回生エネルギの損失回生量とを比較して、損失回生量が小さい接続方式を選択した回生電力の充電制御を行うことで、充電効率を向上させることができる。

すなわち、損失回生量の観点からより多くの回生エネルギを充電できる接続方式を選択した回生エネルギの充電制御を行うので、損失回生量を抑制して効率よく回生エネルギを充電することができる。

図７は、本実施例の電池システムの変形例を示す図である。図７に示すように、図１に示した直並列切り替え回路で接続された組電池１０ａ、１０ｂの電池群とは個別に、インバータ２３に正極ラインＰＬ１及び負極ラインＮＬ１を介して並列に接続される組電池１０ｃを備えている。正極ラインＰＬ１及び負極ラインＮＬ１にシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１がそれぞれ設けられている。

図７に示す変形例において、コントローラ３０は、組電池１０ａ、１０ｂの電池群の接続方式を切り替える際に発生する損失量ｃに相当する回生電力を、組電池１０ｃに充電するように制御することができる。

コントローラ３０は、例えば、図６のステップＳ１１２、Ｓ１２１での接続方式の切り替え制御において、コントローラ３０は、切り替え動作の開始時に組電池１０ａ、１０ｂの電池群に接続される正極ラインＰＬ及び負極ラインＮＬのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−ＧをＯＮからＯＦＦにし、組電池１０ｃに接続される正極ラインＰＬ１及び負極ラインＮＬ１のシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１をＯＦＦからＯＮにして、切り替え動作中の組電池１０ａ、１０ｂの電池群への回生電力の充電を中断し、組電池１０ｃへ充電させる。

コントローラ３０は、切り替え動作の終了時にシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１をＯＮからＯＦＦにし、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−ＧをＯＦＦからＯＮにして切り替え動作後の組電池１０ａ、１０ｂの電池群への回生電力の充電を再開し、組電池１０ｃへ充電を中断する。

図７に示した変形例では、組電池１０ａ、１０ｂの電池群の接続方式を切り替える際に発生する損失量ｃに相当する回生電力の一部又は全部を、組電池１０ｃに充電できるので、モータ・ジェネレータ２４で生成された回生エネルギの充電効率が向上する。なお、図７の変形例においても図６に示した回生エネルギの充電制御の処理フローを適用することができ、コントローラ３０は、上述したように図６のステップＳ１１２、Ｓ１２１での接続方式の切り替え中の回生電力を組電池１０ｃへ充電するとともに、損失回生量の算出及び算出した損失回生量の比較において、組電池１０ａ、１０ｂの電池群の接続方式を切り替える際に発生する損失量ｃを除外して損失回生量が小さい接続方式に切り替える制御を行う。

１０ａ，１０ｂ 組電池
１１ 単電池
２０ａ、２０ｂ 電圧センサ
２１ 電流センサ
２２ コンデンサ
２３ インバータ
２４ モータ・ジェネレータ
３０ コントローラ
３１ 直並列切替部
３２ 回生量予測部
３３ 損失推定部
３４ メモリ

Claims (1)

1. 車両の動力源として用いられる複数の蓄電装置を備え、前記複数の蓄電装置の接続方式を直列と並列に切り替え可能な直並列電池システムを搭載した車両の制御装置であって、
   走行中の車両状態情報から算出される回生予測量に基づいて、現在の接続方式を継続して回生エネルギを充電した場合の第１損失回生量と、接続方式を切り替えて回生エネルギを充電した場合の第２損失回生量とをそれぞれ算出し、前記算出した第１損失回生量及び第２損失回生量を比較して損失回生量が小さい接続方式を選択して回生エネルギの充電制御を行うことを特徴とする車両の制御装置。

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