JP2014087243A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】走行用モータによって生成される回生電力を商用電力として外部機器に供給する場合でも、通電部品を適切に保護する。
【解決手段】蓄電システムは、蓄電装置１０からの直流電力を交流電力に変換して走行用モータ２３に出力するインバータ２２と、インバータと蓄電装置との間に接続され、蓄電装置から供給される電力又は走行用モータによって生成される回生電力を変換して商用電力を出力する商用電力供給部と、蓄電装置の充放電を制御するコントローラ６０と、を有する。コントローラは、商用電力を外部機器３２に供給している状態又は外部機器への商用電力の出力要求がある状態で回生電力を充電する場合に、蓄電装置の充電電力の上限値を制限した充放電制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の搭載された蓄電装置を備えた蓄電システムに関する。

特許文献１は、車両の走行用モータに電力を供給する電池を、商用交流電源として利用し、車室内に設けられたＡＣコンセントを介して接続される外部機器に交流電力を出力している。

特開２００２−３７４６０４号公報 特開２０１２−０９６７１２号公報

ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載される電池は、リレーやヒューズ、ハーネス、電力変換装置などの通電部品を備えている。電池に電流が流れると、これら通電部品にジュール熱が発生する。通電部品の温度が上昇すると正常に機能しなくなるおそれがあるため、通電部品を適切に保護する観点から、電池の充放電を制御する必要がある。

しかしながら、走行用モータによって生成される回生電力（充電電力）を商用電力としてＡＣコンセントから供給する場合、ＡＣコンセントに接続されるＤＣ／ＡＣインバータに供給される電力（電流）を検出できないことがあり、通電部品を適切に保護できないおそれがある。

そこで、本発明の目的は、走行用モータによって生成される回生電力を商用電力として外部機器に供給する場合でも、通電部品を適切に保護できる蓄電システムを提供することにある。

本願第１の発明は、車両の走行用モータに電力を供給する蓄電装置を備えた蓄電システムであり、蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して走行用モータに出力するインバータと、インバータと蓄電装置との間に接続され、蓄電装置から供給される電力又は走行用モータによって生成される回生電力を変換して商用電力を出力する商用電力供給部と、蓄電装置の充放電を制御するコントローラと、を有する。コントローラは、商用電力が給電状態で回生電力を充電する場合に、蓄電装置の充電電力の上限値を制限した充放電制御を行う。

本願第１の発明によれば、走行用モータによって生成される回生電力が商用電力として出力される場合に、蓄電装置の充電電力の上限値を制限した充放電制御を行うので、商用電力供給部に出力される回生電力に対して、通電部品を適切に保護することができる。

実施例１の電池システムの構成を示す図である。 実施例１の電池システムの充放電制御における入出力制限の一例を示す図であり、評価関数Ｆ（Ｎ）と入出力制限値、通電部品の温度の関係を示す図である。 実施例１の組電池の充放電を制御する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）

図１から図３を参照して実施例１の電池システムについて説明する。図１は、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、車両走行用電力及び車両内に設けられたコンセントに接続される外部機器の商用交流電力を供給するものであり、車両に搭載される。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。

組電池１０（蓄電装置に相当する）は、例えば、直列に接続された複数の単電池で構成することができる。単電池（蓄電素子）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１０を構成する単電池の数は、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１０は、並列に接続された複数の単電池を含んでいてもよい。

組電池１０は、昇圧コンバータ２１を介してインバータ２２に接続されている。組電池１０の正極端子および昇圧コンバータ２１は、正極ライン（ケーブル）ＰＬを介して接続され、組電池１０の負極端子および昇圧コンバータ２１は、負極ライン（ケーブル）ＰＬを介して接続されている。正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられており、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。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、コントローラ６０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。

昇圧コンバータ２１は、組電池１０の出力電圧を昇圧して、昇圧後の電力をインバータ２２に出力する。また、昇圧コンバータ２１は、インバータ２２の出力電圧を降圧して、降圧後の電力を組電池１０に出力する。昇圧コンバータ２１は、例えば、チョッパ回路で構成することができる。昇圧コンバータ２１は、コントローラ６０からの制御信号を受けて動作する。

インバータ２２は、昇圧コンバータ２１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２３に出力する。モータ・ジェネレータ２３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２２は、モータ・ジェネレータ２３から出力される交流電力を直流電力に変換して、直流電力を昇圧コンバータ２１に出力する。

モータ・ジェネレータ２３は、インバータ２２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２３は、車輪と接続されており、モータ・ジェネレータ２３によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。なお、ハイブリッド自動車では、モータ・ジェネレータ２３に接続される車輪が、エンジン等の内燃機関にも接続されている。

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２３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。インバータ２２は、モータ・ジェネレータ２３が生成した交流電力を直流電力に変換して、組電池１０に供給する。このとき、昇圧コンバータ２１は、インバータ２２の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池１０に供給することができる。これにより、組電池１０は、回生電力を蓄えることができる。なお、ハイブリッド自動車では、回生電力の加え、エンジン等の内燃機関によりモータ・ジェネレータ２３を駆動させて電気エネルギを組電池１０に蓄えることができる。

ここで、本実施例の電池システムでは、昇圧コンバータ２１を用いているが、昇圧コンバータ２１を省略することもできる。すなわち、組電池１０を正極ラインＰＬ，負極ラインＮＬを介してインバータ２２に接続する構成とすることもできる。

ＤＣ／ＡＣインバータ３０（商用電力供給部に相当する）は、外部給電用インバータであり、コントローラ６０によって制御される。本実施例のＤＣ／ＡＣインバータ３０は、組電池１０と昇圧コンバータ２１との間、すなわち、組電池１０とインバータ２２との間に接続ラインＰＬ１，接続ラインＮＬ１を介して接続され、組電池１０から出力される直流電力を、外部機器３２に応じた商用交流電力（例えば、ＡＣ１００Ｖ）に変換する電力変換器である。接続ラインＰＬ１，接続ラインＮＬ１は、組電池１０と昇圧コンバータ２１との間の正極ラインＰＬ，負極ラインＮＬそれぞれに接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ３０は、車室内に設けられたアクセサリコンセント３１と接続されており、アクセサリコンセント３１に接続される外部機器３２に、ＡＣ１００Ｖ等の商用電力を出力する。

また、本実施例のＤＣ／ＡＣインバータ３０は、組電池１０から出力される直流電力に加えて、モータ・ジェネレータ２３によって生成される回生電力（インバータ２２で直流に変換された回生電力）を、外部機器３２に商用交流電力に変換することができる。上述ように、ＤＣ／ＡＣインバータ３０は、組電池１０と昇圧コンバータ２１との間、昇圧コンバータ２１とインバータ２２との間、又は昇圧コンバータ２１を備えていない場合の組電池１０とインバータ２２の間に接続され、モータ・ジェネレータ２３によって生成される回生電力が組電池１０を介さずに入力される。

アクセサリコンセント３１は、外部機器３２に商用電力を出力する出力手段であり、外部機器３２の接続端子（プラグ）と接続される差し込み口である。アクセサリコンセント３１は、乗員が乗降することができる乗車スペース及び荷物等を収納するラゲージスペース（luggage area）を含む車室内に１つ又は複数設けることができる。

外部機器３２は、車両とは個別に設けられた機器であり、アクセサリコンセント３１を介してＤＣ／ＡＣインバータ３０から出力される商用交流電力を受けて動作する。外部機器３２としては、例えば、家電製品などがある。

また、本実施例は、車内からユーザが操作可能な商用電力スイッチ７０が設けられている。例えば、商用電力スイッチ７０がユーザによってオン操作されることで、ＤＣ／ＡＣインバータ３０は、アクセサリコンセント３１を介した外部機器３２への商用電力供給を許容し、オフ操作されることで、アクセサリコンセント３１を介した外部機器３２への商用電力供給を停止（禁止）する。商用電力スイッチ７０のオン／オフ操作の信号は、ＤＣ／ＡＣインバータ３０を介してコントローラ６０に出力され、コントローラ６０は、商用電力スイッチ７０のオン／オフ状態に基づいて、ＤＣ／ＡＣインバータ３０を介した商用電力の供給制御を行う。

コントローラ６０は、商用電力スイッチ７０のオン／オフ状態に基づいて、外部機器３２への商用電力の出力要求の有無を把握することができ、アクセサリコンセント３１に接続されている外部機器３２に商用電力を供給する。このとき、商用電力スイッチ７０のオン状態において、コントローラ６０は、実際に外部機器３２に商用電力がされていない状態（供給可能状態）であっても、後述するように通電部品の保護の観点から、外部機器３２への商用電力の出力要求がなされていることをもって、商用電力の供給状態と識別するように構成することができる。

充電器４０は、外部電源からの電力を組電池１０に供給する。これにより、組電池１０を充電することができる。充電器４０は、接続ラインＰＬ２，ＮＬ２を介して組電池１０に接続され、接続ラインＰＬ２，ＮＬ２は、組電池１０と昇圧コンバータ２１との間の正極ラインＰＬ，負極ラインＮＬそれぞれに接続されている。

接続ラインＰＬ２，ＮＬ２には、充電リレー４２，４３がそれぞれ設けられ、充電リレー４２，４３がオンであるとき、外部電源からの電力を組電池１０に供給することができる。充電リレー４２，４３のオンとオフとの間の切替制御は、コントローラ６０によって行われる。なお、図１の例では、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇを介して充電器４０が組電池１０に接続されているので、外部充電は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ及び充電リレー４２，４３を共にオン状態とすることで行うことができるが、例えば、組電池１０の正極端子とシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂとの間の正極ラインＰＬ、組電池１０の負極端子とシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇとの間の負極ラインＮＬそれぞれに、接続ラインＰＬ２，ＮＬ２が接続されるように構成し、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフ状態としたままで充電リレー４２，４３のみをオン状態にして外部充電を行うこともできる。

インレット４１は、外部電源から延びる充電ケーブルと接続される接続部である。インレット４１が充電器４０に接続されると、充電器４０は、インレット４１に充電ケーブルが接続されたか否かを、例えば、物理的な接触状態を検出するセンサ等で検出することができる。

外部電源とは、車両の外部に設けられた電源であり、外部電源としては、例えば、商用電源がある。外部電源が交流電力を供給するとき、充電器４０は、交流電力を直流電力に変換して、直流電力を組電池１０に供給する。一方、外部電源が直流電力を供給するときには、外部電源からの直流電力を組電池１０に供給するだけでよい。

電圧監視ユニット５１は、組電池１０の電圧を検出し、検出結果をコントローラ６０に出力する。本実施例では、組電池１０の端子間電圧を検出しているが、これに限るものではない。例えば、組電池１０を構成する複数の単電池それぞれの電圧を個別に検出することができる。また、組電池１０を構成する複数の単電池を複数のブロックに分け、各ブロックの電圧を検出することができる。

組電池１０の電流経路上には、電流センサ５２が設けられている。電流センサ５２は、組電池１０に流れる充放電電流を検出し、検出結果をコントローラ６０に出力する。電流センサ５２によって検出された電流値に関して、放電電流を正の値とし、充電電流を負の値とすることができる。また、電流センサ５２は、充電器４０を介して外部電源から供給される充電電流を検出することもできる。なお、充電器４０を介した充電電流は、電流センサ５２と個別に設けられる電流センサを用いて検出するようにしてもよい。

温度センサ５３は、組電池１０の温度を検出し、検出結果をコントローラ６０に出力する。温度センサ５３の数は、適宜設定することができる。複数の温度センサ５３を用いるときには、複数の温度センサ５３によって検出された温度の平均値を組電池１０の温度として用いたり、特定の温度センサ５３によって検出された温度を組電池１０の温度として用いたりすることができる。

コントローラ６０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ、昇圧コンバータ２１，インバータ２２、及びモータ・ジェネレータ２３、ＤＣ／ＡＣインバータ３０及び充電器４０の動作を制御する制御装置である。コントローラ６０は、各種の情報を記憶するメモリ６３しており、メモリ６３には、コントローラ６０を動作させるためのプログラム等も記憶されている。メモリ６３は、コントローラ６０の外部に設けることもできる。

なお、コントローラ６０は、昇圧コンバータ２１、インバータ２２及びモータ・ジェネレータ２３毎に設けることも可能であり、また、ＤＣ／ＡＣインバータ３０及び充電器４０毎に設けることも可能である。つまり、車両全体の制御を司る中央制御装置が、各部全体を制御したり、各部の制御毎の個別のコントローラを設けて中央制御装置が個別の各コントローラと接続される構成であってもよい。

コントローラ６０には、車両のイグニッションスイッチのオン／オフ（ＩＧ−ＯＮ，ＩＧ−ＯＦＦ）に関する情報が入力される。イグニッションスイッチのオン／オフに基づいて、コントローラ６０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇに制御信号を出力することにより、各システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンおよびオフの間で切り替えられる。

コントローラ６０は、車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからがオンに切り替え、組電池１０と昇圧コンバータ２１（インバータ２２）とを接続する。これにより、図１に示す電池システムは、起動状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ）となる。

一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、コントローラ６０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替え、組電池１０と昇圧コンバータ２１（インバータ２２）との接続を遮断する。これにより、図１に示す電池システムは、停止状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｆｆ）となる。

コントローラ６０は、車両要求出力に基づいてモータ・ジェネレータ２３（昇圧コンバータ２１を介してインバータ２２）に組電池１０の電力を出力する放電制御とともに、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１０に充電する充電制御を行う。なお、ハイブリッド自動車の場合、コントローラ６０は、車両全体で要求される車両要求出力を算出し、車両要求出力に基づいてエンジン及び／又は電池システムの出力制御を行う制御装置として構成される。

コントローラ６０は、車両要求出力及び外部機器３２への給電に対する電力供給制御を行うに当たり、組電池１０の最大出力を算出し、算出された組電池１０の最大出力の範囲内で、車両要求出力と外部機器３２の消費電力それぞれに対する電力分配を行うことができる。

また、組電池１０から外部機器３２への電力供給制御中に、回生による充電制御を遂行する場合、コントローラ６０は、組電池１０から外部機器３２への放電制御を、組電池１０に回生電力を充電させる充電制御に切り替える（昇圧コンバータ２１、インバータ２２を放電モードから充電モードに切り替える）。動作中のＤＣ／ＡＣインバータ３０には、組電池１０から出力される電力と回生による充電電力とのいずれか一方が入力される。組電池１０に充電される回生による充電電力は、組電池１０に入力されるとともに、接続ラインＰＬ１，ＮＬ１を介して動作中のＤＣ／ＡＣインバータ３０に入力される。

放電制御及び充電制御の切り替えは、モータ・ジェネレータ２３のトルクや回転方向を検出することで行うことができる。例えば、車輪に運動エネルギを伝達するモータトルクを正とし、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換するモータトルクを負として、モータトルク＜０である場合に充電制御に切り替え、また、モータトルク＞０である場合に放電制御に切り替えることができる。また、モータトルク以外にも例えば、ブレーキトルク（制動力）が０より大きい場合に、充電制御に切り替えることができる。

また、本実施例のコントローラ６０は、車両の走行速度を検出する車速センサ８０と接続することができる。車速センサ８０は、検出した車両の速度をコントローラ６０に出力する。例えば、車速センサ８０は、車輪の回転数等から車両速度を算出・検出することができる。したがって、コントローラ６０は、車両速度が低下中（車両速度の変動＜０）出る場合に、充電制御に切り替えることができる。

このように、コントローラ６０は、モータトルクや車両速度から充電制御への切り換えを判断できることから、組電池１０に対して回生による充電中（回生充電中）であるかを識別することができる。なお、コントローラ６０は、回生充電中であるかを電流センサ５２の電流値（＜０）から識別することもできる。

したがって、１）モータトルク＜０、２）車両速度の変動＜０、３）電流値＜０の３つの条件を全て満たす場合に、コントローラ６０は、組電池１０が回生充電中であると判定することができる。なお、いずれか１つ以上の条件を満たしている場合に組電池１０が回生充電中であると判定することもできる。

なお、コントローラ６０は、充電器４０を介した外部電源の電力を組電池１０に充電する外部充電制御を行うことができる。コントローラ６０は、外部電源から延設された充電ケーブルがインレット４１に接続されたことを検出すると、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ及び充電リレー４２，４３をオフからオンに切り替えて充電器４０と組電池１０とを接続し、充電器４０を介した外部充電を行う。

ここで、組電池１０の充放電制御について詳細に説明する。コントローラ６０は、電圧監視ユニット５１の組電池１０の電圧検出値に基づいて、組電池１０のＳＯＣを算出し、算出されたＳＯＣに基づいて組電池１０の充放電制御を行うことができる。このとき、コントローラ６０は、例えば、組電池１０の劣化を抑制するためにＳＯＣが予め規定された上限値および下限値を越えないように、モータ・ジェネレータ２３への出力及びモータ・ジェネレータ２３による回生電力の充放電制御を行うことができる。

組電池１０のＳＯＣは、組電池１０の満充電容量に対して現在の充電容量の割合（充電状態）を示すものであり、満充電容量はＳＯＣの上限値である。ＳＯＣは、組電池１０のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）から特定することができ、ＳＯＣ及びＯＣＶは対応関係にある。このため、予め求められたＯＣＶとＳＯＣとの対応関係をメモリ６３にマップとして保持しておき、電圧監視ユニット５１の電圧検出値に基づいてＳＯＣを特定することができる。組電池１０のＯＣＶは、電圧監視ユニット５１によって検出される組電池１０の電圧（ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage）から算出することができる。

また、コントローラ６０は、組電池１０の温度やＳＯＣなどに基づいて、充電電力制限値（組電池１０に充電される電力の最大値）Ｗ_inおよび放電電力制限値（組電池１０から放電される電力の最大値）Ｗ_outを算出する。コントローラ６０は、充電電力制限値Ｗ_inおよび放電電力制限値Ｗ_outを越えないように、組電池１０の充放電電力を制限する。これにより、組電池１０の過放電や過充電が防止され、組電池１０が保護される。

一方で、組電池１０に電流が流れる際には、電池システムを構成する組電池１０に電気的に接続される通電部品（例えば、サービスプラグ、組電池１０の正負極の各電極端子、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇや、組電池１０、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ、インバータ２２をそれぞれ接続する接続ライン等のワイヤハーネス、ヒューズ、ＤＣ／ＡＣインバータ３０など）にも電流が流れ、これらの通電部品にジュール熱が発生する。そのため、通電部品の温度が上昇して許容温度を越えると、通電部品が正常に機能しなくなるおそれがある。

このため、電池システムの作動時間において検出される組電池１０の電流値Ｉに基づいて、これらの通電部品の温度状態に関する評価値Ｆを算出し、算出された評価値Ｆに基づいて、充電電力制限値Ｗ_inおよび放電電力制限値Ｗ_outを変更し、通電部品の温度上昇に対して当該通電部品を保護する。

図１に示すように、コントローラ６０は、評価値算出部６１及びＷ_in／Ｗ_out変更部６２を含んで構成されている。

評価値算出部６１は、通電部品の温度状態（温度上昇）の評価に用いられる値である評価値Ｆを算出する。評価値算出部６１は、組電池１０の電流値Ｉおよびメモリ６３に記憶された評価値（前回算出された評価値）に基づいて、評価値Ｆを算出する。

Ｗ_in／Ｗ_out変更部６２は、評価値算出部６１で算出された評価値Ｆに基づいて、充電電力制限値Ｗ_inおよび放電電力制限値Ｗ_outを変更し、変更されたＷ_inおよびＷ_outで組電池１０の電力を制限するように、昇圧コンバータ２１（インバータ２２）を制御する。

なお、評価値算出部６１及びＷ_in／Ｗ_out変更部６２を有する本実施例のコントローラ６０は、デジタル回路やアナログ回路を主体としたハードウェアで構成することができる。また、コントローラ６０に含まれるＣＰＵがメモリ６３に記憶されている所定のプログラムを読み込んで実行するソフトウェアで構成することもできる。

本実施例の評価値Ｆの算出方法と、算出された評価値Ｆを用いた充電電力制限値Ｗ_inおよび放電電力制限値Ｗ_outの算出方法について詳細に説明する。図２は、評価関数Ｆ（Ｎ）と入出力制限値、通電部品の温度の関係を示す図である。

コントローラ６０は、通電部品の温度に相関するように、通電部品の温度が高いほど評価値Ｆ（Ｎ）を大きく設定する。また、コントローラ６０は、通電部品の温度に相関するように、検出された組電池１０の電流値Ｉに基づいて、評価値Ｆ（Ｎ）を算出する。例えば、評価値Ｆ（Ｎ）は以下の式１で表される関数で算出することができる。
（式１）

式１において、Ｎは、評価値Ｆの算出回数を示す。前回算出された評価値Ｆ（Ｎ−１）が存在しない場合は、評価値Ｆの初期値を用いることができる。ここで、なまし係数Ｋは、１以上の定数であって、通電部品の温度の変化に応じて予め設定される値である。なお、評価値Ｆ（Ｎ）の算出方法はこれに限定されない。例えば、通電時間を考慮して、通電時間と電流値Ｉとに基づいて評価値Ｆを算出するようにしてもよい。

本実施例の評価値Ｆを算出するためのなまし係数Ｋの値は、固定された値を用いることができる。なまし係数Ｋの設定手法の一例について説明すると、上記式１において、Ｉ（Ｎ−１）は、評価値Ｆ（Ｎ−１）算出時の組電池１０の電流値Ｉである。そして、上記式１に示す式を、電流値Ｉを一定値Ｉ_ＢＯとして変形すると、下記の式２となる。

（式２）

評価値Ｆ（Ｎ）が制限値Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔ^２を超えないように制限するための係数Ｋは、電流値Ｉを一定値Ｉ_ＢＯとしたとき、上記式２に示す式を変形して下記式３に示す式で算出される。なお、制限値Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔ^２は、通電部品の許容温度などに基づいて予め設定された値であり、Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔは、通電部品の通電電流許容値である。
（式３）

次に、上述した評価値Ｆを用いた充電電力制限値Ｗ_inおよび放電電力制限値Ｗ_outの算出方法について説明する。

本実施例では、評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇを超えた時点でＷ_in／Ｗ_outの制限が開始され、充電電力制限値Ｗ_inおよび放電電力制限値Ｗ_outを、評価値Ｆをパラメータとしたフュードバック制御によって算出する。なお、本実施例では、Ｗ_inとＷ_outの各制限において異なる閾値Ｆｔａｇで制御し、Ｗ_in制限開始用の閾値Ｆｔａｇ１とＷ_out制限開始用の閾値Ｆｔａｇ２とを用いている。閾値Ｆｔａｇは、Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔ（通電電流許容値）に対応する閾値Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔ^２よりも小さい値である。

評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇを超えた場合のＷ_in／Ｗ_outの各値は、下記の式４−１、式４−２に示すように算出することができる。
（式４−１）
（式４−２）

式４−１において、ＳＷ_inは、上述した組電池１０のＳＯＣと電池温度に基づいて算出されるＷ_inであり、Ｋ_in×（Ｆ−Ｆｔａｇ１）は、評価値Ｆをパラメータとしたフュードバック制御による補正項である。上述したように充電電流は負の値で表されているので、充電電力も負の値で表すことができ、ＳＷ_inに対して正の値である補正項Ｋ_in×（Ｆ−Ｆｔａｇ１）が加算されるので、Ｗ_inは、ＳＷ_inよりも大きい値（絶対値としては小さい値）となる。

式４−２において、ＳＷ_outは、上述した組電池１０のＳＯＣと電池温度に基づいて算出されるＷ_outであり、Ｋ_out×（Ｆ−Ｆｔａｇ２）は、評価値Ｆをパラメータとしたフュードバック制御による補正項である。また、上述したように放電電流は正の値で表されているので、放電電力も正の値で表すことができ、ＳＷ_outに対して正の値である補正項Ｋ_out×（Ｆ−Ｆｔａｇ２）が減算されるので、Ｗ_outは、ＳＷ_outよりも小さい値となる。

Ｋ_in、Ｋ_outは係数であり、評価値Ｆをパラメータとしたフュードバック制御の補正項の比例制御値であり、Ｗ_in／Ｗ_outを算出するためのフィードバックゲインである。Ｋ_in、Ｋ_outは、固定値とすることができる。

このように、Ｗ_in／Ｗ_outの低下量を、評価値Ｆの値をパラメータとしてフュードバック制御（ＳＷ_in／ＳＷ_outに対し、評価値Ｆをパラメータとした補正項を適用した制御）をすることで、通電部品の温度が許容温度を超えることを抑制しつつ、充放電電力の制限量を最小限に抑えることができる。

例えば、図２の例において、時間ｔａで評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇ１を超え、式４−１に基づいて算出されるＷ_inを上限値として組電池１０の充電電力が制限される。一方、時間ｔｂで評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇ２を超え、式４−２に基づいて算出されるＷ_outを上限値として組電池１０の放電電力が制限される。

制限された充電電力又は放電電力により、図２に示すように制限開始後（評価値ＦがＦｔａｇを超えた際）から評価値Ｆの上昇、すなわち、通電部品の温度上昇が低く抑えられる。

しかしながら、ＤＣ／ＡＣインバータ３０が、組電池１０から出力される直流電力のみならず、モータ・ジェネレータ２３によって生成される回生電力を、商用交流電力として外部機器３２に出力する場合、ＤＣ／ＡＣインバータ３０に入力される回生電力の電流値が検出できないため、ＤＣ／ＡＣインバータ３０及び接続ラインＰＬ１，ＮＬ１等の通電部品の温度変化を評価値Ｆで把握することができない。

言い換えれば、ＤＣ／ＡＣインバータ３０は、組電池１０と昇圧コンバータ２１（インバータ２２）との間に接続ラインＰＬ１，ＮＬ１を介して接続されているので、図１において太字点線で示すように、昇圧コンバータ２１から組電池１０に出力される回生電流（充電電流）の一部は、接続ラインＰＬ１，ＮＬ１に分岐して流れ、ＤＣ／ＡＣインバータ３０に入力される。このとき、電流センサ５２では、ＤＣ／ＡＣインバータ３０に入力される回生電流が把握できない。このため、電流センサ５２で検出される電流値Ｉを用いて算出される評価値Ｆでは、ＤＣ／ＡＣインバータ３０及び接続ラインＰＬ１，ＮＬ１等の通電部品の温度上昇を正確に把握できないおそれがある。

一方で、接続ラインＰＬ１，ＮＬ１上に電流センサを個別に設け、接続ラインＰＬ１，ＮＬ１を流れてＤＣ／ＡＣインバータ３０に入力される回生電流を把握することができるが、この場合、部品点数が増加し、電池システム全体の大型化を招くとともに、コストが高くなるので、別途電流センサ等の設けることは好ましくない。

そこで、本実施例では、車両走行中のＤＣ／ＡＣインバータ３０から外部機器３２への給電状態で回生による充電が行われる場合は、評価値Ｆの算出においてなまし係数Ｋを変更して、回生による充電が行われていない場合よりも評価値Ｆが大きくなるように算出し、早期にかつ大きくＷ_inを制限することで、ＤＣ／ＡＣインバータ３０及び接続ラインＰＬ１，ＮＬ１等の通電部品を適切に保護できるようにする。

具体的には、上記式１において、なまし係数Ｋよりも小さいなまし係数Ｋｒに変更する。なまし係数Ｋｒを用いて評価値Ｆを算出することで、なまし係数Ｋを用いるよりも評価値Ｆが大きくなり、ＤＣ／ＡＣインバータ３０から外部機器３２への給電状態で回生による充電が行われる場合のみ、充電電力の制限値を大きくし、かつ制限開始を早期に行う。なお、なまし係数Ｋｒは、ＤＣ／ＡＣインバータ３０及び接続ラインＰＬ１，ＮＬ１等の通電部品の許容電流値等に基づいて、なまし係数Ｋよりも小さい値に適宜設定することができる。

コントローラ６０は、外部機器３２への給電状態である場合であって回生による充電が行われるか否かを判別し、評価値算出部６１は、外部機器３２への給電状態でも回生による充電が入力されない場合や外部機器３２への給電状態でない場合は、なまし係数Ｋを用いて評価値Ｆを算出し、外部機器３２への給電状態である場合であって回生による充電が行われている場合は、なまし係数Ｋｒを用いてより高い値となる評価値Ｆを算出する。

図２の例において、例えば、車両走行中にＤＣ／ＡＣインバータ３０から外部機器３２への給電状態で回生による充電制御が行われている場合、評価値Ｆは、なまし定数Ｋｒを用いて算出されるので、点線で示すように評価値Ｆの上昇度合いが高くなる。

このため、なまし係数Ｋを用いた評価値Ｆでは、時間ｔａで制限が開始されるが、なまし係数Ｋｒを用いた評価値Ｆは、時間ｔａよりも早いタイミング（時間ｔｃ）で制限が開始される。このとき、評価値Ｆが高く算出されることから、上記式４−１に示すようにＷ_inの低下量が大きくなり、なまし係数Ｋに応じたＷ_inよりも高い制限レートで制限されるＲＷ_inに変更される。

このように本実施例では、車両走行中のＤＣ／ＡＣインバータ３０から外部機器３２への給電状態で回生による充電が行われる場合、ＤＣ／ＡＣインバータ３０に入力される回生による充電電力を考慮して、組電池１０の充電電力を制限し、ＤＣ／ＡＣインバータ３０及び接続ラインＰＬ１，ＮＬ１等の通電部品を適切に保護することができる。

特に、本実施例では、外部機器３２への給電状態でも回生による充電が入力されない場合や外部機器３２への給電状態でない場合は、通常のなまし係数Ｋを用いた評価値Ｆを算出するので、ＤＣ／ＡＣインバータ３０及び接続ラインＰＬ１，ＮＬ１等の通電部品の温度が許容温度を超えることを抑制しつつ、充電電力の制限を最小限に抑えることができる。

なお、図２に示すように、上限値ＲＷ_inで制限が開始された後の時間ｔｄにおいて、ＤＣ／ＡＣインバータ３０から外部機器３２への給電状態が解除された場合、すなわち、外部機器３２への商用電力の出力が停止等された場合には、組電池１０の充電電力の上限値を、ＲＷ_inから通常のＷ_inに変更することで、充電電力の制限量を過度に抑制することを防止できる。このとき、ＲＷ_inから通常のＷ_inに変更する際、ＲＷ_inから急激にＷ_inに変更（制限量を急激に緩和）するのではなく、上限値ＲａＷ_inで示すように、所定の時間経過を伴ってＲＷ_inからＷ_inで緩やかに変更することができる。

次に、図３に示すフローチャートを用いて、組電池１０の充放電を制御する処理について説明する。図３に示す処理は、予め設定された時間間隔（サイクルタイム）で繰り返して行われる。図３に示す処理は、コントローラ６０に含まれるＣＰＵが、メモリ６３に記憶されたプログラムを実行することにより行われる。

ステップＳ１０１において、コントローラ６０は、イグニッションスイッチがＯＮされると、電池システムを起動し、組電池１０の充放電制御を開始する。

ステップＳ１０２において、コントローラ６０は、電流センサ５２の出力信号に基づいて、放電電流又は充電電流の電流値Ｉを取得する。

ステップＳ１０３において、コントローラ６０は、商用電力を使用しているか否かを判別する。コントローラ６０は、例えば、商用電力スイッチ７０がオン状態であれば、商用電力を使用していると判別することができる。

ステップＳ１０３で、商用電力を使用していると判別された場合、コントローラ６０は、ステップＳ１０４において、回生充電中か否かを判別する。コントローラ６０は、例えば、モータトルク＜０、車両速度の変動＜０、電流値＜０の３つの条件を全て満たす場合に、組電池１０が回生充電中であると判定することができる。

コントローラ６０は、商用電力の使用中かつ回生充電中であると判別された場合、ステップＳ１０６に進み、メモリ６３に記憶されているなまし係数Ｋｒを用いて評価値Ｆを算出する。

コントローラ６０は、ステップＳ１０７において、ステップＳ１０６で算出された評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇ１を超えているか否かを判別し、超えている場合は、ステップＳ１０８に進み、ＲＷ_inの制限を開始してＲＷ_inをＳＷ_inよりも低く変更する。超えていない場合は、ステップＳ１０８をスキップしてＷ_inの制限を開始しない。

一方、ステップＳ１０３において商用電力が使用されていないと判別された場合及びステップＳ１０５において商用電力の使用有無に関わらず、回生充電中でないと判別された場合、コントローラ６０は、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９において、コントローラ６０は、メモリ６３に記憶されているなまし係数Ｋを用いた評価値Ｆを算出する。コントローラ６０は、ステップＳ１１０において、ステップＳ１０９で算出された評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇ１を超えているか否かを判別し、超えている場合は、ステップＳ１１１に進み、Ｗ_inの制限を開始してＷ_inをＳＷ_inよりも低く変更する。超えていない場合は、ステップＳ１１１をスキップしてＷ_inの制限を開始しない。

続いて、ステップＳ１１２において、ステップＳ１０９で算出された評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇ１を超えていないと判別された場合やＷ_inの制限を開始した後、コントローラ６０は、ステップＳ１０９で算出された評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇ２を超えているか否かを判別し、超えている場合は、ステップＳ１１３に進み、Ｗ_outの制限を開始してＷ_outをＳＷ_outよりも低く変更する。

なお、ステップＳ１０８，Ｓ１１１，Ｓ１１３において、コントローラ６０は、評価値Ｆによる制限開始前の組電池１０のＳＯＣと電池温度に基づいて設定される入出力制限値ＳＷ_in／ＳＷ_outを取得し、式４−１、式４−２に基づいて、入出力制限値ＳＷ_in／ＳＷ_out、Ｋ_in又は／及びＫ_out、Ｆｔａｇ１又は／及びＦｔａｇ２、評価値Ｆを用いて、制限後のＷ_in／Ｗ_outそれぞれを求めることができる。

コントローラ６０は、算出されたＷ_in／Ｗ_outを組電池１０の入出力制限値として設定し、評価値Ｆによる通電部品保護の観点から、保護温度を超えた異常検出温度とならないように温度上昇を抑制するために、Ｗ_in／Ｗ_outを変更する。

なお、本実施例の電池システムは、外部充電中に商用電力が使用される場合にも、図３の例のようにＷ_inを制限して、ＤＣ／ＡＣインバータ３０及び接続ラインＰＬ１，ＮＬ１等の通電部品を適切に保護することができる。外部充電中も商用電力を使用することができ、このとき、外部充電電力も回生電力と同様に、ＤＣ／ＡＣインバータ３０に入力される。

そこで、例えば、図３のステップＳ１１４に示すように、コントローラ６０は、商用電力の使用中であって車両が走行中でない場合は、外部充電中か否かを判別し、外部充電中に商用電力が使用されている場合は、車両走行中の回生充電中と同様に、組電池１０の充電電力を早期にかつ大きく制限する。これによって、外部充電中の商用電力使用時でも、ＤＣ／ＡＣインバータ３０及び接続ラインＰＬ１，ＮＬ１等の通電部品を適切に保護することができる。なお、外部充電中か否かは、電流センサ５２の検出値がマイナス（＜０）であれば、外部充電中と判別することができる。

１０：組電池
２１：昇圧コンバータ
２２：インバータ
２３：モータ・ジェネレータ
３０：ＤＣ／ＡＣインバータ
３１：アクセサリコンセント
３２：外部機器
４０：充電器
４１：インレット
４２，４３：充電リレー
５１：電圧監視ユニット
５２：電流センサ
５３：温度センサ
６０：コントローラ
６１：評価値算出部
６２：Ｗ_in／Ｗ_out変更部
６３：メモリ
７０：商用電力スイッチ
８０：車速センサ
ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ：システムメインリレー

Claims (1)

1. 車両の走行用モータに電力を供給する蓄電装置を備えた蓄電システムであって、
   前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記走行用モータに出力するインバータと、
   前記インバータと前記蓄電装置との間に接続され、前記蓄電装置から供給される電力又は前記走行用モータによって生成される回生電力を変換して商用電力を出力する商用電力供給部と、
   前記蓄電装置の充放電を制御するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、前記商用電力が給電状態で前記回生電力を充電する場合に、前記蓄電装置の充電電力の上限値を制限した充放電制御を行うことを特徴とする蓄電システム。