JP2015097463A - 複合蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】回生能力を向上させることができるとともに、回生前に回生時における電池に流れる電流を見積もることのできる複合蓄電システムを提供する。【解決手段】第１スイッチＳＷ１を介して負荷１５に接続される第１の電池３０１と、第３スイッチＳＷ３を介して負荷１５に接続される第２の電池３０２と、を有し、第１スイッチＳＷ１の一端と第３スイッチＳＷ３の一端は互いに接続され、第１スイッチＳＷ１には並列に第２スイッチＳＷ２が接続され、第３スイッチＳＷ３には並列に第４スイッチＳＷ４が接続され、かつ、それぞれの電池３０１、３０２の電流及び電圧を検出する手段３０７〜３１０と、該手段により検出された電流及び電圧に基づき、前記各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のＯｎ／Ｏｆｆ制御を行うコントローラ３１１とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電気的な負荷に電力を供給する複合蓄電システムに係り、特に、２つの二次電池を並列に接続した複合蓄電システムに関する。

エネルギーマネージメントシステムの一例として、近年の自動車は、アイドリングストップ機能に加えて減速時の回生エネルギーを発電機によって電気エネルギーに変換して鉛電池に充電し、この鉛電池を用いて電気負荷であるヘッドライト、ヒータ等の補機の電源とするマイクロハイブリッド自動車（以下、マイクロＨＥＶという）が普及し始めている。

ここで、従来のマイクロＨＥＶの二次電池は、例えば特許文献１に所載のように、減速エネルギーを多く回収（回生）するために二種類の電池（鉛電池、所謂、容量型電池と、リチウムイオン電池のようなパワー（出力）型電池）を並列に組み合わせて使用している。尚、基本的には自動車用の二次電池は鉛電池を搭載するのが前提である。この理由は、自動車においては、駐車中に使用する保安装置等の微弱な電力を数か月に亘って供給する必要があるため、容量の大きい鉛電池の方がこの要求を満足するからである。

更には、家庭、ビル、工場等のエネルギーマネージメントシステム（以下、ＸＥＭＳという）では、屋内配線に直流４８Ｖから４００Ｖまでの電圧を用いることが有り、外部からの電源（外部送電線からの交流電力を直流電力に変換したものや、太陽電池等がある）によって二次電池を充電し、ビルや工場内の電力需要が増えた場合に、この二次電池に蓄えられた電力を用いてピークカットを行う。更に、雷による瞬時停電が起きた場合に、二次電池に蓄えられた電力を利用することも考慮されている。

そして、ピークカット量を大きくして電気契約料金を安くする（即ち契約アンペア数を減らす）には、上述したマイクロＨＥＶと同様に複合蓄電システムの高出力化が必要となる。また、瞬時停電時の電力を賄うにも複合蓄電システムの高出力化が必要となる。更に、瞬間的なピークカットや瞬時停電自体には小容量のパワー型電池で十分であるが、パワー型電池は容量（Ａｈ）に対するコストが高い傾向にある。このため、大きな容量が必要になるＸＥＭＳにおいては、低コストの鉛電池も使用せざるを得ないのが実情である。したがって、産業向けでも二種類の電池（例えば鉛電池とパワー型電池）を並列に組み合わせた複合蓄電システムが提案されている。

ここで、パワー型電池及び鉛電池のような特性の異なった二次電池を併用する複合蓄電システムでは、パワー型電池は鉛電池よりも大きな電流で充放電が行われ、鉛電池ではパワー型電池よりも小さい電流で充放電が行われ、また、鉛電池はパワー型電池よりも大きな蓄電容量を有している。

特開２００３−１３４６８９号公報

しかしながら、特許文献１に所載の複合蓄電システムおいては、鉛電池とパワー型電池を並列に繋ぎ、２つの電池をスイッチで、時分割切り替え（パワー型電池の電圧が上限に達すると容量型電池に切り替える）で使用しているが、時分割切り替えだけでは、マイクロＨＥＶ等の車両に適用した場合、パワー型電池の性能を使い切れず、減速時の回生で十分にエネルギーを回収できないという課題があった。

また、減速時には、発電機（オルタネータ）による減速と、機械式ブレーキによる協調が必要となるため、前もって回生時に電池に流れる電流（ブレーキＯｎ時のトルク）を見積もる必要が有る。しかし、特許文献１に所載の複合蓄電システムでは、減速（回生）前に電池に流れる電流を見積もることが難しく、オルタネータによる減速と機械式ブレーキによる協調がうまくできないという課題が有った。そのため、ブレーキ時の発電機によるトルクの変化で加速度の不連続な変化を起こし、乗り心地が悪くなるおそれがあった。

さらに、従来の複合蓄電システムをＸＥＭＳ等の施設に適用したもとでは、該施設内の発電装置（例えば太陽電池）の発電電流が大きくなった場合でも、充電可能な電力を増やせず、その結果、電気代を節約することができないという課題があった。また、配電線からの電力供給とＸＥＭＳ内機器との協調を行うことが難しいので、配電線の契約Ａ数以上の突入電流を抑えることができず、また、負荷のピーク電流が大きい場合にも、電池からの電力供給量を増やせない等の課題があった。

本発明は、上述した如くの課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、さほどコスト増を招くことなく、回生能力を向上させることができるとともに、回生前に回生時における電池に流れる電流を見積もることのできる複合蓄電システムを提供することにある。

本発明に係る複合蓄電システムは、基本的には、第１スイッチを介して負荷に接続される第１の電池と、第３スイッチを介して負荷に接続される第２の電池と、を有し、前記第１スイッチの一端と前記第３スイッチの一端は互いに接続され、前記第１スイッチには並列に第２スイッチが接続され、前記第３スイッチには並列に第４スイッチが接続されていることを特徴としている。

本発明に係る複合蓄電システムでは、２つの電池と電気負荷との間にそれぞれハードウェア的には安価なスイッチを並列に二重に設け、各スイッチを特定の態様でＯｎ／Ｏｆｆさせることにより、２つの電池を並列繋ぎにしたり、一方の電池のみを発電機に繋いだりするようにされるので、様々な制御を低コストで行うことができ、費用対効果に優れる。

より具体的には、回生電力が大きい場合には、例えば、少なくとも第１スイッチと第３スイッチをＯｎにして２つの電池を並列繋ぎとなすことにより、充電可能な電力を増やすことができるので、回生能力が向上し、また、回生電力が小さい場合には、例えば第１スイッチＳＷ１又は第３スイッチＳＷ３のみをＯｎとして片方（低抵抗側）の電池にのみ充電することで、回生効果を高めること等が可能となる。

また、回生前に、定期的に特定のスイッチをＯｎ／Ｏｆｆすることで、各電池の抵抗とＯｐｅｎ時の電圧を検出することができ、これにより、回生前に、回生時に電池に流れる電流を見積もることができる。

したがって、例えば当該複合蓄電システムを車両に適用した場合には、見積もられた回生時に流れる電流でブレーキＯｎ時のトルクが判るので、オルタネータによる減速と機械式ブレーキによる協調がうまくでき、そのため、ブレーキ時の加速度不連続性を無くすように機械式ブレーキの制動力を決めることができ、その結果、乗り心地等が向上する。
上記した以外の、課題、構成、及び作用効果は、以下の実施形態により明らかにされる。

本発明に係る複合蓄電システムが適用されたマイクロＨＥＶの一例を示す概略図。 本発明に係る複合蓄電システムの実施例１を示す概略構成図。 コントローラが回生時（充電時）に実行するスイッチＯｎ／Ｏｆｆ制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 コントローラが実行するOpen電圧推定ルーチン（図３のステップＳ４５）の一例を示すフローチャート。 図３、図４に示されるルーチンにおいて分極抵抗を推定するのに使用されるテーブルの一例を示す図。 図３、図４に示されるルーチンにおいて分極時定数を推定するのに使用されるテーブルの一例を示す図。 図３、図４に示されるルーチンにおいて電池のＯＣＶを推定するのに使用されるテーブルの一例を示す図。 図３、図４に示されるルーチンにおいてスイッチＳＷのＯｎ抵抗を推定するのに使用されるテーブルの一例を示す図。 図３、図４に示されるルーチンにおいて電池の内部抵抗を推定するのに使用されるテーブルの一例を示す図。 コントローラが放電時に実行するスイッチＯｎ／Ｏｆｆ制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 コントローラが実行する放電時スイッチＯｎチェックルーチンの一例を示すフローチャート。 本発明に係る複合蓄電システムの実施例２を示す概略構成図。 本発明に係る複合蓄電システムの実施例３を示す概略構成図。 本発明に係る複合蓄電システムの実施例４を示す概略構成図。 本発明に係る複合蓄電システムが適用されたＸＥＭＳの一例を示す概略図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

図１は、本発明に係る複合蓄電システムが適用されたマイクロＨＥＶ（単に車両と称することがある）の一例を示す概略図である。なお、本発明に係る複合蓄電システムが適用されたＸＥＭＳについては、後で図１５を参照しながら説明する。

［マイクロＨＥＶに適用した場合］
図１に示される車両１１は、エンジンン１２、エンジン１２に機械的に接続された発電機（オルタネータ）１３、複合蓄電システム１０、ライト、電動エアコン、スタータ等の電気負荷１５、当該蓄電システム１０を含む全体の電源システムの発電と放電を管理する上位コントローラ１６、各部を接続する電力線（太い実線）及び信号線（細い実線）等を備えている。なお、複合蓄電システム１０は、実施例１のものの符号を１０Ａ、後述する実施例２、３、４のものの符号を１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄと記す。

上位コントローラ１６は、マイクロコンピュータを内蔵しており、当該車両１１に搭載配備された装置、アクチュエータ、機器類の統合制御、例えば、回生時の発電機Ｏｎ／Ｏｆｆ制御、機械式ブレーキの制御等を行うようになっている。前記上位コントローラ１６及び後述するスイッチＯｎ／Ｏｆｆ制御用のコントローラ３１１の内部構成（マイクロコンピュータを内蔵したハードウェア）等は、よく知られているので詳細説明は省略する。

車両１１の電気負荷１５の電力はアイドリングストップ時には複合蓄電システム１０から供給されるようになっている。そして、車両１１の減速時にはその惰行によって生じる車輪（タイヤ）１９からの回転力（減速エネルギー）で発電機１３を回転、動作させ、この発電機１３によって発生した電気エネルギーを電気負荷１５に電力として供給するとともに、複合蓄電システム１０に設けられている二次電池（３０１、３０２）に充電するように構成されている。ここで、発電機１３の電圧は電気負荷１５の定格電圧（例えば１４Ｖ）としている。

［実施例１］
以下、図２〜図１１を参照しながら実施例１の複合蓄電システム１０Ａを説明する。
実施例１の複合蓄電システム１０Ａは、図２にその全体構成が示されているように、第１の電池３０１、第２の電池３０２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４、第１電圧センサ（検出部）３０７、第１電流センサ３０８、第２電圧センサ（検出部）３０９、第２電流センサ３１０、各スイッチＳＷ１〜４のＯｎ／Ｏｆｆ制御を行うための、マイクロコンピュータを内蔵したコントローラ３１１等を備えている。

本実施例では、二つの電池（第１の電池３０１及び第２の電池３０２）と電気負荷１５との間に４個のスイッチ（スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４）が並列に二重に設けられている。詳しくは、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２は、並列に第１の電池３０１と負荷端子３１２に接続され、第３スイッチＳＷ３と第４スイッチＳＷ４は、並列に第２の電池３０２と負荷端子３１２に接続されている。言い換えれば、第１の電池３０１は、第１スイッチＳＷ１を介して負荷１５に接続され、第２の電池３０２は、第３スイッチＳＷ３を介して負荷１５に接続され、第１スイッチＳＷ１の一端と第３スイッチＳＷ３の一端とは互いに接続され、第１スイッチＳＷ１には並列に第２スイッチＳＷ２が接続され、第３スイッチＳＷ３には並列に第４スイッチＳＷ４が接続されている。

負荷端子３１２は、ヘッドライト、エアコンのファン等の補機類の電気負荷１５と発電機（オルタネータ）１３とに接続されている。
コントローラ３１１には、第１の電池３０１の充放電用の電力線に設けられた第１電流センサ３０８及び第１電圧センサ（検出部）３０７、並びに、第２の電池３０２の充放電用の電力線に設けられた第２電流センサ３１０及び第２電圧センサ（検出部）３０９がそれぞれ信号線で接続されている。また、コントローラ３１１と上位コントローラ１６とは、車内LAN等により信号・データの授受を行うようになっている。

したがって、電池３０１、３０２は、或る状態では電気負荷１５に電力を供給するように放電し、また、車両１１の減速時に発電機１３で発電された電気エネルギーで充電される。

電池３０１、３０２としては、鉛電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等が使用可能である。一般的に、第１の電池３０１は鉛電池のような容量（Ａｈ）を重視した容量型電池や蓄電素子が用いられ、第２の電池３０２はリチウムイオン電池やキャパシタのようなパワーの出せるパワー型電池が用いられるが、これに限定される訳ではなく、第１の電池３０１、第２の電池３０２として、同種の電池を用いても良い。

ここで、第１の電池３０１、第２の電池３０２は市販の単電池を直並列に繋いでおいても良いが、電気負荷１５は電池３０１、３０２から電力を供給されるため、電池３０１、３０２の直列数は電気負荷１５の定格電圧以下の電圧となるように設定することが必要である。例えば、マイクロＨＥＶでは発電機の定格電圧が一般的に１４Ｖであるため、自動車用鉛電池を使用する場合には、直列数を１、リチウムイオン電池を使用する場合には単電池の上限電圧が４.２Ｖのため、直列数を４、リチウムイオンキャパシタを使用する場合には単蓄電デバイスの上限電圧が３.８Ｖのため、直列数を４、ニッケル水素電池を使う場合には単電池の上限電圧が１.２Ｖのため、直列数を１２、電気二重層キャパシタの場合には単蓄電デバイスの上限電圧が２Ｖのため、直列数を７とする。

各スイッチＳＷ１、２、３、４は、機械式スイッチＳＷ、パワーＭＯＳ−ＦＥＴ、ＩＧＢＴのいずれかを使用することができる。また、各スイッチＳＷ１、２、３、４に直列に抵抗を繋いでも良い。
本実施例では、通常は、第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３が使用され（第２スイッチＳＷ２と第４スイッチＳＷ４はＯｆｆ）、第１スイッチＳＷ１のＯｎ抵抗は第２スイッチＳＷ２のＯｎ抵抗より小さくされ、また、第３スイッチＳＷ３のＯｎ抵抗は第４スイッチＳＷ４のＯｎ抵抗より小さくされている。
電流センサ３０８、３１０としては、はシャント抵抗、ホール素子を用いることができる。

次に、本実施例１の複合蓄電システム１０Ａにおいて、コントローラ３１１が実行する各スイッチＳＷ１、２、３、４のＯｎ／Ｏｆｆ制御を、充電時及び放電時に分けて説明する。
先ず、充電時の電流、電圧の変化を説明する。充電時においては、発電機１３の電力は自車両１１の減速エネルギー（回生）で生成されるが、この発電電圧は電気負荷１５の定格電圧（例えば、１４Ｖ）に維持され、複合蓄電システム１０自体の充電電圧もこの定格電圧（例えば１４Ｖ）となる。また、最近では電装部品の大電力化や燃費の改善要求に伴って自動車の発電機が大型化（４ｋＷ以上）する傾向にあり、例えば、複合蓄電システム１０に流れる充電電流は３００Ａ程度まで増加させたいという要求がある。

コントローラ３１１は、回生時（充電時）には、（１）第１スイッチＳＷ１をＯｎにする場合（及び／又は第２スイッチＳＷ２をＯｎにする場合）、（２）第３スイッチＳＷ３をＯｎにする場合（及び／又は第４スイッチＳＷ４をＯｎにする場合）、（３）第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３の両方を同時にＯｎにする場合（又は全スイッチＳＷ１、２、３、４を同時にＯｎにする場合）、の３通りのいずれかを行う。

図３は、コントローラ３１１が上記（１）、（２）、（３）のいずれを選択するか、つまり、回生時（充電時）において各スイッチＳＷ１、２、３、４をＯｎ／Ｏｆｆ制御するにあたって実行するプログラム（処理手順）の一例を示すフローチャートである。このプログラム（回生時スイッチＯｎ／Ｏｆｆ制御ルーチン）は、回生の開始でスタートし、所定時間（周期）毎に繰り返し実行され、回生終了で終了する。

まず、ステップＳ４１にて、上位コントローラ１６から複合蓄電システム１０Ａに流すことのできる電流（充電可能電流）Ｉ０を取得する。電流Ｉ０は、上位コントローラ１６により「（発電機１３の回転数で決まる発電電流）−（負荷１５（補機）の電流）」で計算される。なお、負荷１５（補機）の電流は上位コントローラ１６が把握しているものとする。

次に、ステップＳ４２にて、上位コントローラ１６から発電機１３の発電電圧Ｖ０を取得する。発電電圧Ｖ０は、発電機１３の仕様で決まる値であり、上位コントローラ１６のメモリに記憶されているか、または、上位コントローラ１６が発電機１３から受け取る値である。

次に、ステップＳ４３にて、第１の電池３０１に流すことのできる電流Ｉ１を式１、第２の電池３０２に流すことのできる電流Ｉ２を式２、複合蓄電システム１０Ａに流すことのできる最大電流Ｉｍ＝Ｉ１＋Ｉ２を計算する。ここで、Ｖ１、Ｖ２の初期値の計算方法、Ｒ１，Ｒ２の計算方法は後述する。
Ｉ１ ＝ （Ｖ０−Ｖ１）／Ｒ１ …（式１）
Ｉ２ ＝ （Ｖ０−Ｖ２）／Ｒ２ …（式２）
Ｒ１：第１の電池の内部抵抗
Ｒ２：第２の電池の内部抵抗

ここで、各スイッチＳＷ１，２，３，４のＯｎ抵抗を加味して、式１の代わりに式３、式２の代わりに式４を用いても良い。
Ｉ１ ＝ （Ｖ０−Ｖ１）／（Ｒ１＋ｒ１） …（式３）
Ｉ２ ＝ （Ｖ０−Ｖ２）／（Ｒ２＋ｒ３） …（式４）
ｒ３：第３スイッチＳＷ３のＯｎ抵抗

また、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２を同時にＯｎする場合等を考慮し、式３の代わりに式５、式４の代わりに式６を用いても良い。
Ｉ１＝（Ｖ０−Ｖ１）／｛Ｒ１＋ｒ１×ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）｝ …（式４）
Ｉ２＝（Ｖ０−Ｖ２）／｛Ｒ２＋ｒ３×ｒ４／（ｒ３＋ｒ４）｝ …（式５）
ｒ２：第２スイッチＳＷ２のＯｎ抵抗
ｒ４：第４スイッチＳＷ４のＯｎ抵抗

ｒ１〜ｒ４は、予め抵抗値を計測してコントローラ３１１のメモリに記憶させておくか、または、電圧信号線をコントローラ３１１から負荷端子３１２に繋ぎ、各スイッチＳＷ１、２、３、４のＯｎ／Ｏｆｆ時の電圧変化、電流変化によりコントローラ３１１で、値を求めても良い。

次にステップＳ４４にて、どのスイッチＳＷ１、２、３、４をＯｎにするかを決定する。
（ａ）もし、Ｉｍ≦Ｉ０の場合には、発電機１３が発電できる電流値が複合蓄電システム１０Ａに流すことのできる最大電流値より大きいため、第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３を同時にＯｎにする（又は全スイッチＳＷ１、２、３、４を同時にＯｎにする）。
（ｂ）もし、Ｉ１＜Ｉ２＜Ｉ０＜Ｉｍ、または、Ｉ０＜Ｉ２＜Ｉ１＜Ｉｍの場合には、第２の電池３０２に充電させるため、第３スイッチＳＷ３（及び／又は第４スイッチＳＷ４）をＯｎにする。
（ｃ）それ以外の場合には、第１の電池３０１に充電させるため、第１スイッチＳＷ１（及び／又は第２スイッチＳＷ２）をＯｎにする。

ここで、電池には流すことのできる最大電流値が設定されている場合が有る。この場合には、各電池の放電できる電流値が予めコントローラ３１１に設定されていた値以上のときには、該当スイッチＳＷをＯｎにすることを禁止する。第１の電池３０１の寿命が第２の電池３０２の寿命（及び／又は容量、内部抵抗、取り出せるパワー）より短い（若しくは小さい）場合、第２の電池３０２のＳＯＣが下限値以上の場合、及び、第２の電池３０２の端子電圧が下限値以上の場合、のいずれかであるときは、第３スイッチＳＷ３をＯｎにして、第２の電池３０２を優先的に使用する。

次にステップＳ４５にて、各電池のOpen電圧Ｖ１、Ｖ２を計算する。このOpen電圧は、電池の場合、一般的に分極と呼ばれる現象が起き、時間と共に変化する。この計算方法について述べる。この計算方法には主に２つ有り、一つは初期電圧と過去の電流時系列から推定する方法、もう一つは第２スイッチＳＷ２、第４スイッチＳＷ４をＯｎ／Ｏｆｆして電圧を測定する方法である。詳細な計算方法は後述する。

次にステップＳ４６にて、発電機１３の発電が終了（回生終了）したか否かを判断し、終了したならばこのルーチンを終了し、発電機１３の発電が終了していないならば、最初（ステップＳ４１）に戻り、以降のステップを、発電機１３の発電が終了するまで繰り返す。発電機１３の発電の終了は上位コントローラ１６で判断され、その旨を表わす信号がコントローラ３１１に送られる。

続いて、ステップＳ４５における各電池３０１、３０２のOpen電圧の計算方法を述べる。はじめに、初期電圧と過去の電流時系列から推定する方法について述べる。

図４は、コントローラ３１１が実行するOpen電圧推定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間（周期）毎に繰り返し実行される。なお、このルーチンは、第１の電池３０１、第２の電池３０２についてそれぞれ個別に実行される。

ここでは、予め各電池電圧の初期値（第１の電池３０１、第２の電池３０２によらず記号としてｖ（０）とする）、各電池の充電率の初期値（第１の電池３０１、第２の電池３０２によらず記号としてＳＯＣ（０）とする）を得ているものとする。初期値の決定はコントローラ３１１にて、回生前に随時計算される。この計算方法は後述する。

まず、ステップＳ５１にて、電池に充電される電流ｉ（ｔ）（充電方向を＋とする）を、電流センサ（第１の電池３０１の場合には３０８、第２の電池３０２の場合には３１０）で検出する。なお、電池が並列につながれている場合には検出された電流を並列数で割った値をｉ（ｔ）とする。

次に、ステップＳ５２にて、電池の充電率（ＳＯＣ（ｔ））を更新する。更新は式６に従って行う。
ＳＯＣ（ｔ）＝ＳＯＣ（ｔ−Δｔ）＋ Δｔ×ｉ（ｔ）／Ｑｍａｘ …（式６）
Δｔ：時間刻み幅
Ｑｍａｘ：電池の容量［Ａｈ］
Ｑｍａｘは、各電池３０１、３０２の容量で有り、コントローラ３１１に、予め計測されて記憶されている値である。

次に、ステップＳ５３にて、電池の分極電圧（第１の電池３０１、第２の電池３０２によらず記号としてｖｐ（ｔ）とする）を推定する。この推定には、例えば式７を用いる。
ｖｐ（ｔ）＝ｗ１×ｖｐ（ｔ−Δｔ）＋ｗ２×ｉ（ｔ）×ｒ（ＳＯＣ（ｔ））…（式７）
ｗ１＝τ（ＳＯＣ（ｔ））／｛Δｔ＋τ（ＳＯＣ（ｔ））｝
ｗ２＝１−ｗ１
ｒ（ＳＯＣ（ｔ））：分極抵抗
τ（ＳＯＣ（ｔ））：分極時定数

ＳＯＣの初期値は、複合蓄電システム１０Ａが起動した瞬間（電流が殆ど０の状態）の各電池３０１、３０２の電圧検出値より、後述するＯＣＶ（Open Circuit Voltage；開放電圧）から求める。各電池３０１、３０２の電圧を、例えば車両１１が駐車中にコントローラ３１１を定期的に起動させ（例えば１時間毎）、電圧だけを検出しておいても良い。

ここで、Δｔは分極時定数τより小さい値としておく。分極抵抗ｒ、分極時定数τは予めデータを取得し、コントローラ３１１内にテーブルとして記憶しておき、ｒ，τはテーブルの補間値でＳＯＣから求めるものとする。また分極電圧の初期値ｖｐ（０）は、初期電圧−ＯＣＶ（ＳＯＣ（０））として求めておく。ＯＣＶとは、電池が十分に長い間充放電無しに放置された後の電池のOpen電圧であり、同様に予めデータを取得し、コントローラ３１１内にテーブルとして記憶しておき、ＯＣＶはテーブルの補間値でＳＯＣから求めるものとする。分極抵抗、分極時定数、ＯＣＶの仮想的なテーブル例を、それぞれ図５、図６、図７に示す。この分極抵抗、分極時定数、ＯＣＶは第１の電池３０１、第２の電池３０２についてそれぞれ用意する。
最後に、ステップＳ５４にて電池のOpen電圧を求める。電池のOpen電圧を｛ＯＣＶ（ＳＯＣ（ｔ））＋ｖｐ（ｔ）｝×直列数とする。

続いて、図３のフローチャートのステップＳ４５における各電池３０１、３０２のOpen電圧の計算方法として、各スイッチＳＷ１、２、３、４のＯｎ／Ｏｆｆを使う場合の一例について述べる。この例では、普段のスイッチＳＷのＯｎ／Ｏｆｆに第１スイッチＳＷ１、第３スイッチＳＷ３を使い、定期的に短い時間だけ第２スイッチＳＷ２、第４スイッチＳＷ４をＯｎ／Ｏｆｆする。このパターンを、（１）第１スイッチＳＷ１（及び／又は第２スイッチＳＷ２）がＯｎで第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４がＯｆｆになった状態、（２）第３スイッチＳＷ３（及び／又は第４スイッチＳＷ４）がＯｎで第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２がＯｆｆになった状態、（３）第１スイッチＳＷ１及び第３スイッチＳＷ３の両方（又は全スイッチＳＷ１、２、３、４）がＯｎになった状態の３通りについて説明する。

（１）はじめに、第１スイッチＳＷ１（及び／又は第２スイッチＳＷ２）がＯｎで第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４がＯｆｆになった状態について説明する。この場合には第２電池３０２はＯｐｅｎ（開路状態）であるため、第２の電池３０２の第２電圧センサ３０９から得られる端子電圧により、第２電池のOpen電圧が判る。しかしながら、第１の電池３０１は接続されたままであるため、そのOpen電圧は不明となる。この場合には、定期的に（例えば１ｓ間隔）、例えば、第１スイッチＳＷ１をＯｆｆにするとともに第３スイッチＳＷ３をＯｎにして、第１の電池３０１の第１電圧センサ３０７から得られる端子電圧により、第１電池３０１のOpen電圧を求める。この時間は短く（例えば１０ｍｓ）し、再び第１スイッチＳＷ１をＯｎにして第３スイッチＳＷ３をＯｆｆにする。若しくは、第１の電池３０１の内部抵抗Ｒ１、第１スイッチＳＷ１（又は第２スイッチＳＷ２）の抵抗Ｒは判るため、スイッチＳＷ切り替え動作無しに、第１電圧センサ３０７から得られる電圧ｖ１と、電流センサ３０８で検出された電流ｉ１より、第１の電池３０１のOpen電圧を＝ｖ１−ｉ１×（Ｒ１＋Ｒ）で求めても良い。

（２）次に、第３スイッチＳＷ３（及び／又は第４スイッチＳＷ４）がＯｎで第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２がＯｆｆになった状態について説明する。この場合には第１電池３０１はＯｐｅｎ（開路状態）であるため、第１の電池３０１の第１電圧センサ３０７から得られる端子電圧により、第１電池３０１のOpen電圧が判る。しかしながら、第２電池３０２は接続されたままであるため、そのOpen電圧は不明となる。この場合には、定期的に（例えば１ｓ間隔）、例えば第３スイッチＳＷ３をＯｆｆにするとともに第１スイッチＳＷ１をＯｎにして第２の電池３０２の第２電圧センサ３０９から得られる端子電圧により、第２電池３０２のOpen電圧を求める。この時間は短く（例えば１０ｍｓ）し、再び第３スイッチＳＷ３をＯｎにして第１スイッチＳＷ１をＯｆｆにする。若しくは、第２の電池３０２の内部抵抗Ｒ２、第３スイッチＳＷ３（又は第４スイッチＳＷ４）の抵抗Ｒは判るため、スイッチＳＷ切り替え動作無しに、第２電圧センサ３０９から得られる電圧ｖ２と、電流センサ３１０で検出された電流ｉ２より、第２の電池３０２のOpen電圧＝ｖ２−ｉ２×（Ｒ２＋Ｒ）で求めても良い。

（３）次に、第１スイッチＳＷ１及び第３スイッチＳＷ３の両方（又は全スイッチＳＷ１、２、３、４）がＯｎになった状態について説明する。この状態では、第１の電池３０１、第２の電池３０２が共に、Open電圧が不明である。この場合には、定期的に（例えば１ｓ間隔）で第１スイッチＳＷ１をＯｆｆにして、第１電圧センサ３０７により第１の電池３０１のOpen電圧を求め（この時間を短くする、例えば１０ｍｓ）、再び第１スイッチＳＷ１をＯｎにする。その後、第３スイッチＳＷ３をＯｆｆにして、第２電圧センサ３０９により第２の電池３０２のOpen電圧を求め（この時間は短くする、例えば１０ｍｓ）、再び第３スイッチＳＷ３をＯｎにする。若しくは、第１の電池の内部抵抗Ｒ１、第２電池の内部抵抗Ｒ２、各スイッチＳＷ１、２、３、４の抵抗Ｒは判るため、スイッチＳＷ切り替え動作無しに、第１電圧センサ３０７及び第２電圧センサ３０９から得られる各電圧と、電流センサ３０８、３１０で検出された各電池３０１、３０２の電流を用いて、各電池３０１、３０２のOpen電圧を求めても良い。

ここで、スイッチＳＷの抵抗（記号をｒとする）も温度に応じて、時々刻々と変化することが有る。この場合、ｒも推定する必要がある。この推定方法について述べる。この方法として、予めコントローラ３１１に温度と抵抗のテーブルを用意する方法と、スイッチＳＷ１、２、３、４の切り替えにて推定する方法の２つがある。それぞれについて説明する。

まず、予めコントローラ３１１に温度と抵抗のテーブルを用意する方法について述べる。この場合には各スイッチＳＷ１、２、３、４に温度センサが必要となる。そして、それぞれの温度センサをコントローラ３１１に接続し、各温度センサにより検出された温度を、例えば図８に示される如くのテーブルにより、補間して抵抗ｒを推定する。この場合、第１スイッチＳＷ１，第２スイッチＳＷ２，第３スイッチＳＷ３，第４スイッチＳＷ４それぞれに対して図８に示されるテーブルを予め設定してコントローラ３１１内のメモリに記憶しておく。

次に、スイッチＳＷ１、２、３、４の切り替えにて推定する方法について述べる。この場合には、負荷端子３１２にも電圧検出線を設け、コントローラ３１１で電圧を検出できるようにする。第２スイッチＳＷ２及び第４スイッチＳＷ４をＯｎ／Ｏｆｆして、負荷端子３１２の電圧と各電池３０１、３０２の電圧差と、各電池３０１、３０２の電流より各スイッチＳＷの抵抗を求めれば良い。

例えば、第１スイッチＳＷ１がＯｎで第２スイッチＳＷ２がＯｆｆの場合には、負荷端子３１２の電圧と第１の電池３０１の電圧差と第１の電池３０１の電流より第１スイッチＳＷ１の抵抗が求められる。第２スイッチＳＷ２の抵抗を求めたい場合には、第２スイッチＳＷ２を定期的に（例えば１ｓ毎）に短い時間（例えば１０ｍｓ）だけＯｎにして、負荷端子３１２の電圧と第１の電池３０１の電圧差と第１の電池３０１の電流より第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２の合成抵抗が求められる。この合成抵抗と第１スイッチＳＷ１の抵抗より第２スイッチＳＷ２の抵抗を求めることができる。

第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２が同時にＯｎの場合には、同様に、第２スイッチＳＷ２を定期的に（例えば１ｓ毎）に短い時間（例えば１０ｍｓ）だけＯｆｆにして、負荷端子３１２の電圧と第１の電池３０１の電圧差と第１の電池３０１の電流より第２スイッチＳＷ２の抵抗が求められる。

第３スイッチＳＷ３がＯｎで第４スイッチＳＷ４がＯｆｆの場合には、負荷端子３１２の電圧と第２の電池３０２の電圧差と第２の電池３０２の電流より第３スイッチＳＷ３の抵抗が求められる。第４スイッチＳＷ４の抵抗を求めたい場合には、第４スイッチＳＷ４を定期的に（例えば１ｓ毎）に短い時間（例えば１０ｍｓ）だけＯｎにして、負荷端子３１２の電圧と第２の電池３０２の電圧差と第２の電池３０２の電流より第３スイッチＳＷ３と第４スイッチＳＷ４の合成抵抗が求められる。この合成抵抗と第３スイッチＳＷ３の抵抗より第４スイッチＳＷ４の抵抗を求めることができる。

第３スイッチＳＷ３と第４スイッチＳＷ４が同時にＯｎの場合には、同様に、第４スイッチＳＷ４を定期的に（例えば１ｓ毎）に短い時間（例えば１０ｍｓ）だけＯｆｆにして、負荷端子３１２の電圧と第２の電池３０２の電圧差と第２の電池３０２の電流より第３スイッチＳＷ３の抵抗が求められる。

更には、電池の内部抵抗（記号をＲとする）も温度とＳＯＣに応じて時々刻々と変化することが有る。この推定方法について述べる。この方法として、予めコントローラ３１１に温度とＳＯＣ毎に電池の内部抵抗のテーブルを用意する方法と、スイッチＳＷの切り替えにて電池の内部抵抗を推定する方法の２つが有る。それぞれについて説明する。

まず、予めコントローラ３１１に温度とＳＯＣ毎に電池の内部抵抗のテーブルを用意する方法について述べる。この場合には、各電池３０１、３０２に温度センサを取り付け、この温度センサをコントローラ３１１に接続し、コントローラ３１１で電池温度を読み取る。このテーブル例を図９に示す。コントローラ３１１は、第１の電池３０１と第２の電池３０２の両方についてそれぞれ図９に例示される如くのテーブルを持ち、それぞれの内部抵抗をテーブルの補間値で計算する。

次に、スイッチＳＷ１、２、３、４の切り替えにて電池３０１、３０２の内部抵抗を推定する方法について述べる。まずは第１スイッチＳＷ１のみＯｎになっている場合について述べる。この場合には、定期的に（例えば１ｓ毎）、第３スイッチＳＷ３をＯｎにして第２の電池３０２の電圧と電流を測る。その後（例えば１０ｍｓ後）に、第３スイッチＳＷ３をＯｆｆにする。そして、第３スイッチＳＷ３をＯｎにする直前の第２の電池３０２の電圧Ｖ２とＯｎにしたときの電圧Ｖ２’、電流ｉにより、第２の電池３０２の内部抵抗が（Ｖ２’−Ｖ２）／ｉとして計算できる。第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２が同時にＯｎになっているときも同様に、第３スイッチＳＷ３を定期的にＯｆｆにした後にＯｎにして、第２の電池３０２の内部抵抗を求めることができる。

また、第１の電池３０１の抵抗を測るため、第２スイッチＳＷ２を定期的に（例えば１ｓ毎）にＯｎにして、第１の電池３０１の電圧と電流を測る。その後（例えば１０ｍｓ後）に、第２スイッチＳＷ２をＯｆｆにする。第２スイッチＳＷ２をＯｎにする直前の第１の電池３０１の電圧Ｖ１、電流ｉ１と、Ｏｆｆにしたときの電圧Ｖ１’、電流ｉ１’により、第１の電池の内部抵抗が（Ｖ１’−Ｖ１）／（ｉ１’−ｉ１）として計算できる。第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２が同時にＯｎになっている場合には、第２スイッチＳＷ２を定期的にＯｆｆにした後Ｏｎにすることで同様に、第２の電池３０２の内部抵抗を求めることができる。

次に、第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３が同時にＯｎになっている場合についても同様に、第２スイッチＳＷ２，第４スイッチＳＷ４をＯｎ／Ｏｆｆして各電池３０１、３０２の内部抵抗を求めることができる。全スイッチＳＷがＯｎになっている場合も同様に、第２スイッチＳＷ２，第４スイッチＳＷ４をＯｎ／Ｏｆｆして各電池３０１、３０２の内部抵抗を求めることができる。

以上で述べた、内部抵抗を精度良く求めるためには、例えば、各スイッチＳＷ１、２、３、４の抵抗のオーダーと、電池３０１、３０２の内部抵抗のオーダーが同程度で合っても良い。即ち、プリチャージ（突入電流を防ぐために低抵抗のスイッチＳＷと高抵抗のスイッチＳＷを並列に繋ぎ、高抵抗のスイッチＳＷを先にＯｎにするための並列のスイッチＳＷ）と違い、プリチャージでは並列のスイッチＳＷの高抵抗側の抵抗のオーダーが大きいのに対し、本発明では、同程度で第１スイッチＳＷ１のＯｎ抵抗は第２スイッチＳＷ２のＯｎ抵抗以下としても良い。

次に、放電時について述べる。ここでは、内部抵抗Ｒと電池３０１、３０２のOpen電圧を時々刻々と推定する必要がある。また、負荷に応じて電池３０１、３０２を切り替える必要がある。

図１０は、コントローラ３１１が放電時において各スイッチＳＷ１、２、３、４をＯｎ／Ｏｆｆ制御するにあたって実行するプログラム（処理手順）の一例を示すフローチャートである。このプログラム（放電時スイッチＯｎ／Ｏｆｆ制御ルーチン）の各ステップは、複合蓄電システム１０Ａの放電開始から放電終了まで、所定時間（周期）毎に繰り返し実行され、放電終了で終了する。

この放電時スイッチＯｎ／Ｏｆｆ制御ルーチンにおいては、はじめにステップＳ１１０で、車両（マイクロＨＥＶ）１１全体に必要な最低電圧Ｖｍ、必要電力Ｐｍ（放電側であるがここではプラスの符合とする）を上位コントローラ１６から取得する。ここで、必要電力Ｐｍは、負荷の最大電力（マイクロＨＥＶ１１ではクランキング時の電力）とする。または、上位コントローラ１６で推定した現時点で必要な電力としても良い。

次にステップＳ１１１で、複合蓄電システム１０Ａの端子電圧Ｖと電流Ｉを取得する。電圧Ｖは、負荷端子３１２とコントローラ３１１とを電圧検出線で接続して、コントローラ３１１で電圧を読み取るか、または、上位コントローラ１６で検出された電圧を受信するようにしても良い。電流Ｉは、電流センサ３０８と電流センサ３１０で検出された電流の和としても良いし、上位コントローラ１６で検出された電流を受信するようにしても良い。

次に、ステップＳ１１２で、各電池のＳＯＣを更新する。この更新方法として、式（６）を用いる。ここで、電流は放電方向をマイナスの符合としておく。

次に、ステップＳ１１３で、複合蓄電システム１０Ａの第１の電池３０１のみを接続したと仮定した場合の、負荷端子３１２の電圧Ｖ１、電流Ｉ１を推定する。この方法として、第１の電池の内部抵抗Ｒ１と第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２の抵抗（それぞれｒ１，ｒ２）、第１の電池３０１のOpen電圧ｖ１より求める。第１の電池３０１の内部抵抗Ｒ１は、予め用意したテーブル（例えば図９に示される放電時版のテーブル）で、入力をＳＯＣと温度にして補間した値を求めておくか、または、後述するスイッチＳＷ１、２、３、４のＯｎ／Ｏｆｆで求める。Open電圧を前述したＯＣＶ（ＳＯＣ）で求めるか、または、前述した「（前回検出した電池の端子電圧）−（前回検出した電流×Ｒ１）」で求める。ｒ１，ｒ２は前述したテーブル（図８）で求めるか、または、後述するスイッチＳＷ１、２、３、４のＯｎ／Ｏｆｆで求める。

ここで、第１スイッチＳＷ１のみがＯｎされた場合、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２がＯｎされた場合のそれぞれの電圧Ｖ１、電流Ｉ１を求める。第１スイッチＳＷ１のみがＯｎされた場合には式８にて電流（放電側でマイナス）を求める。この式は電力＝電圧×電流として求めた式である。ここで、式８中のルートが負［即ち、ｖ１^２＜４Ｐｍ×（Ｒ１＋ｒ１）］の条件の場合、第１の電池３０１のみでは負荷を動かすことができないと判断する（この使用方法は後述するスイッチＳＷ１、２、３、４のＯｎ／Ｏｆｆに使用する）。

Ｉ１＝−２Ｐｍ／｛ｖ１＋√（ｖ１^２−４Ｐｍ×（Ｒ１＋ｒ１））｝ …（式８）
ｖ１：第１の電池のOpen電圧

第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２の両方がＯｎされた場合の電圧Ｖ１はｖ１＋Ｉ１×（Ｒ１＋ｒ１）で求める。第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２の両方がＯｎになった場合の電流は式９で求める。ここで、式９中のルートが負［即ち、ｖ１^２＜４Ｐｍ×（Ｒ１＋ｒ１’）］の条件の場合、第１の電池のみでは負荷を動かすことができないと判断する（この使用方法は後述するスイッチＳＷ１、２、３、４のＯｎ／Ｏｆｆに使用する）。

Ｉ１＝−２Ｐｍ／｛ｖ１＋√（ｖ１^２−４Ｐｍ×（Ｒ１＋ｒ１’））｝ …（式９）
ｖ１：第１の電池のOpen電圧
ｒ１’：第１スイッチＳＷ１のＯｎ抵抗ｒ１と第２スイッチＳＷ２のＯｎ抵抗ｒ２の合成抵抗＝ｒ１×ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）

同様に、電圧Ｖ１はｖ１＋Ｉ１×（Ｒ１＋ｒ１’）として求める。
次に、ステップＳ１１４で、複合蓄電システム１０Ａの第２の電池３０２のみを接続したと仮定した場合の、負荷端子３１２の端子電圧Ｖ２、電流Ｉ２を推定する。この方法として、第２の電池３０２の内部抵抗Ｒ２と第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４の抵抗（それぞれｒ３，ｒ４）、第２の電池３０２のOpen電圧ｖ２より求める。第２の電池３０２の内部抵抗Ｒ２は、予め用意したテーブル（例えば図９に示される放電時版のテーブル）で、入力をＳＯＣと温度にして補間した値を求めておくか、または、後述するスイッチＳＷ１、２、３、４のＯｎ／Ｏｆｆで求める。Open電圧を前述したＯＣＶ（ＳＯＣ）で求めるか、または、前述した「（前回検出した電池の端子電圧）−（前回検出した電流×Ｒ２）」で求める。ｒ３，ｒ４は前述したテーブル（図８）で求めるか、または、後述するスイッチＳＷのＯｎ／Ｏｆｆで求める。

ここで、第３スイッチＳＷ３のみがＯｎされた場合、第３スイッチＳＷ３と第４スイッチＳＷ４がＯｎされた場合のそれぞれの電圧Ｖ２、電流Ｉ２を求める。第３スイッチＳＷ３のみがＯｎされた場合には式１０にて電流（放電側でマイナス）を求める。この式は電力＝電圧×電流として求めた式である。式１０中のルートが負（即ちｖ２^２＜４Ｐｍ×（Ｒ２＋ｒ３））の条件の場合、第２の電池３０２のみでは負荷を動かすことができないと判断する（この使用方法は後述するスイッチＳＷのＯｎ／Ｏｆｆに使用する）。

Ｉ２＝−２Ｐｍ／｛ｖ２＋√（ｖ２^２−４Ｐｍ×（Ｒ２＋ｒ３））｝ …（式１０）
ｖ２：第２の電池のOpen電圧

第３スイッチＳＷ３と第４スイッチＳＷ４の両方がＯｎされた場合の電圧Ｖ２は、ｖ２＋Ｉ２×（Ｒ２＋ｒ３）で求める。第３スイッチＳＷ３と第４スイッチＳＷ４の両方がＯｎになった場合の電流は式１１で求める。ここで、式１１中のルートが負［即ち、ｖ２^２＜４Ｐｍ×（Ｒ２＋ｒ３’）］の条件の場合、第２の電池のみでは負荷を動かすことができないと判断する（この使用方法は後述するスイッチＳＷのＯｎ／Ｏｆｆに使用する）。

Ｉ２＝−２Ｐｍ／｛ｖ２＋√（ｖ２^２−４Ｐｍ×（Ｒ２＋ｒ３’））｝ …（式１１）
ｖ２：第２の電池のOpen電圧
ｒ３’：第３スイッチＳＷ３のＯｎ抵抗ｒ３と第４スイッチＳＷ４のＯｎ抵抗ｒ４の合成抵抗＝ｒ３×ｒ４／（ｒ３＋ｒ４）

同様に、電圧Ｖ１はｖ２＋Ｉ２×（Ｒ２＋ｒ３’）として求める。
次に、ステップＳ１１５で、複合蓄電システム１０Ａの両方の電池３０１、３０２を接続したと仮定した場合の、負荷端子３１２の電圧Ｖ、第１の電池３０１に流れる電流Ｉ１、第２の電池３０２に流れる電流Ｉ２、トータルの電流Ｉ１２を推定する。

この方法として、第１の電池３０１の内部抵抗Ｒ１、第２の電池３０２の内部抵抗Ｒ２と第１スイッチＳＷ１，第２スイッチＳＷ２，第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４の抵抗（それぞれｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４）、第１の電池３０１のOpen電圧ｖ１、第２の電池３０２のOpen電圧ｖ２より求める。ここで、第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３のみが接続された場合、更に第２スイッチＳＷ２がＯｎで第４スイッチＳＷ４がＯｆｆの場合、第２スイッチＳＷ２がＯｆｆで第４スイッチＳＷ４がＯｎの場合、全スイッチＳＷがＯｎの場合の４通りのそれぞれの電圧、電流を求める。

第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３のみが接続された場合には式１２にて電圧Ｖを求める。この式は電力＝電圧×電流として求めた式である。ここで、式１２中のルートが負［即ち、ｖ０^２＜４Ｐｍ／Ｒ’）］の条件の場合、第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３がＯｎのみでは負荷を動かすことができないと判断する（この使用方法は後述するスイッチＳＷ１、２、３、４のＯｎ／Ｏｆｆに使用する）。

Ｖ＝２Ｐｍ／｛ｖ０＋√（ｖ０^２−４Ｐｍ／Ｒ’）｝ …（式１２）
ｖ０＝ｖ１／（Ｒ１＋ｒ１）＋ｖ２／（Ｒ２＋ｒ３）
Ｒ’：Ｒ１＋ｒ１とＲ２＋ｒ３の合成抵抗＝（Ｒ１＋ｒ１）×
（Ｒ２＋ｒ３）／（Ｒ１＋ｒ１＋Ｒ２＋ｒ３）

第１の電池３０１に流れる電流は「−（ｖ１−Ｖ）／（Ｒ１＋ｒ１）」、第２の電池３０２に流れる電流は「−（ｖ２−Ｖ）／（Ｒ２＋ｒ３）」として計算する。ここで、第１スイッチＳＷ１，第２スイッチＳＷ２，第３スイッチＳＷ３がＯｎの場合には式１２中のｒ１の代わりに、ｒ１’［第１スイッチＳＷ１のＯｎ抵抗ｒ１と第２スイッチＳＷ２のＯｎ抵抗ｒ２の合成抵抗＝ｒ１×ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）］として計算する。第１スイッチＳＷ１，第３スイッチＳＷ３，第４スイッチＳＷ４がＯｎの場合には式１２中のｒ３の代わりに、ｒ３’［第３スイッチＳＷ３のＯｎ抵抗ｒ３と第４スイッチＳＷ４のＯｎ抵抗ｒ４の合成抵抗＝ｒ３×ｒ４／（ｒ３＋ｒ４）］として計算する。全スイッチＳＷ１、２、３、４がＯｎの場合には、式１２中のｒ１の代わりにｒ１’、ｒ３の代わりにｒ３’として計算する。ここで、負荷を動かすことができない条件は、前述したのと同様に判断する。

次にステップＳ１１６で、各スイッチＳＷ１、２、３、４のＯｎ／Ｏｆｆを選択する。ここで、各スイッチＳＷ１、２、３、４をＯｎにして良いかどうかのチェックが必要となる。

図１１は、コントローラ３１１が実行する上記スイッチＯｎ可否チェックのためのルーチンの一例を示すフローチャートである。このスイッチＯｎ可否チェックルーチンは、所定時間（周期）毎に繰り返し実行される。
このチェックルーチンにおいては、まずステップＳ１２１で各ＳＯＣが予め設定された値以上にあるか否かを判断し、第１スイッチＳＷ１，第３スイッチＳＷ３を、Ｏｎ禁止にするか否かを判断する。ここで、各電池３０１、３０２のＳＯＣの下限値は予めコントローラ３１１に設定されている。そして、もし、第１の電池３０１のＳＯＣが下限値以下ならば、第１スイッチＳＷ１をＯｎ禁止にする。もし、第２の電池３０２のＳＯＣが下限値以下ならば、第３スイッチＳＷ３をＯｎ禁止にする。

次にステップＳ１２２で、各電池３０１、３０２の保護電圧（各電池の最低電圧）に収まっているか否かを判断し、第１スイッチＳＷ１，第３スイッチＳＷ３を、Ｏｎ禁止にするか否かを判断する。ここで、各電池の端子電圧の下限値は予めコントローラ３１１に設定されている。そして、もし第１スイッチＳＷ１をＯｎにしたときの第１の電池３０１の端子電圧が下限値以下ならば、第１スイッチＳＷ１をＯｎ禁止にする。もし、第３スイッチＳＷ３をＯｎにしたときの第２の電池３０２の端子電圧が下限値以下ならば、第３スイッチＳＷ３をＯｎ禁止にする。

続くステップＳ１２３で、負荷端子電圧が負荷１５の最低電圧Ｖｍ未満となるスイッチＳＷ：Ｏｎの組み合わせを全て禁止する。次にステップＳ１２４で、電力Ｐｍを供給できないスイッチＳＷ：Ｏｎの組み合わせを全て禁止する。

次にステップＳ１２５で、第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３をＯｎして第１の電池３０１と第２の電池３０２を両方繋いだときに、どちらかの電池の電流が充電方向（正の値）にならないか（横流）をチェックする。このチェックは、前述した［−（ｖ１−Ｖ）／（Ｒ１＋ｒ１）］が正、または、［−（ｖ２−Ｖ）／（Ｒ２＋ｒ３）］が正の場合に、第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３の両方同時Ｏｎを禁止するためのものである。

次のステップＳ１２６では、第１スイッチＳＷ１をＯｎにして良いか否か、または、第３スイッチＳＷ３をＯｎにして良いか否かを判断し、Ｙｅｓの場合はステップ１２７に進み、Ｎｏの場合はステップ１２７をとばしてステップＳ１２８に進む。

ステップＳ１２６でＹｅｓの場合に進むステップＳ１２７では、優先すべき電池のチェックを行う。もし第１の電池３０１の寿命が第２の電池３０２の寿命（及び／又は容量、内部抵抗、取り出せるパワー）より短い（若しくは小さい）場合、第２の電池のＳＯＣが下限値以上の場合、及び第２の電池の端子電圧が下限値以上の場合うちのいずれかの場合に第３スイッチＳＷ３をＯｎにして、第２の電池３０２を優先的に使用する。そうでなければ、ここまでのステップで禁止されていないスイッチＳＷをＯｎ判定にする。

最後にステップＳ１２８で、Ｏｎ判定として残ったスイッチＳＷを選択する。このステップＳ１２８では、基本的に第１スイッチＳＷ１または第３スイッチＳＷ３をＯｎにして、定期的（例えば１ｓ間隔）な内部抵抗診断として第２スイッチＳＷ２，第４スイッチＳＷ４をＯｎ／Ｏｆｆする（Ｏｎ期間は例えば１０ｍｓ）。

この診断は、図１０に示されるフローチャートのステップＳ１１７で行う。第１スイッチＳＷ１のみＯｎで、第２スイッチＳＷ２もＯｎにして良い場合、第２スイッチＳＷ２のＯｎ／Ｏｆｆ前後の第１の電池３０１の電流と電圧変化により、第１の電池３０１の内部抵抗が求められる。第１スイッチＳＷ１のみＯｎで第４スイッチＳＷ４もＯｎにして良い場合には、第４スイッチＳＷ４のＯｎ／Ｏｆｆ前後の第２の電池３０２の電流と電圧変化により、第２の電池３０２の内部抵抗が求められる。

第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ３がＯｎのみで第２スイッチＳＷ２または第４スイッチＳＷ４をＯｎにして良い場合も同様である。第１スイッチＳＷ１，第２スイッチＳＷ２，第３スイッチＳＷ３がＯｎで、第４スイッチＳＷ４をＯｎにして良い場合にも同様に、第４スイッチＳＷ４をＯｎにして内部抵抗を求める。第１スイッチＳＷ１，第３スイッチＳＷ３，第４スイッチＳＷ４がＯｎで、第２スイッチＳＷ２をＯｎにして良い場合にも同様に、第２スイッチＳＷ２をＯｎにして内部抵抗を求める。

続くステップＳ１１８では、上記のようにして求められた第１の電池３０１及び第２の電池３０２の内部抵抗、各スイッチＳＷの抵抗、起電力、発電機の発電電圧、発電機の最大電流より求めた電流Ｉを、上位コントローラ１６に送信する。ここで求められた電流は、図３に示されるフローチャート（回生時スイッチＯｎ／Ｏｆｆ制御ルーチン）において、各スイッチＳＷ１、２、３、４のＯｎ／Ｏｆｆを仮定して求めた電流とする。

ここで、電池には最大電流が設定されている場合が有る、この場合には、図１１のステップＳ１２１からステップＳ１２５の間に、各スイッチＳＷ１、２、３、４：Ｏｎにしたときの組み合わせで、各電池３０１、３０２の放電できる電流が予めコントローラ３１１に設定されていた値以上のときには、該当スイッチＳＷをＯｎにすることを禁止する。

次に、複合蓄電システム１０ＡをＯｎにしたときの内部抵抗の初期値、決定方法について述べる。内部抵抗は、前回システムをＯｆｆにする直前の値を使用しても良い。また、複合蓄電システム１０ＡをＯｎにしたときには、電流は殆ど流れず、Ｏｎにして暫くしてから電流が増えるため、その電流変化と電圧変化により内部抵抗の初期値を決定しても良い。更には、予めコントローラ３１１に設定しておいても良い。

以上で述べたスイッチＳＷに関して、第１スイッチＳＷ１のＯｎ抵抗を第２スイッチＳＷ２のＯｎ抵抗より小さくしてもよい。また、第３スイッチＳＷ３のＯｎ抵抗を第４スイッチＳＷ４のＯｎ抵抗より小さくしても良い。ここで、スイッチＳＷにはプリチャージ用の別スイッチＳＷが並列に繋がれることがあるが、プリチャージ用のスイッチＳＷ抵抗より値を大きくする。これは、プリチャージ用のスイッチＳＷ抵抗は大きく、電圧差、電流差が読み取り難いためである。

このようにすることで、第１の電池３０１と第２の電池３０２の電圧差が有る場合でも、第１の電池３０１から第２の電池３０２へ、若しくは第２の電池３０２から第１の電池３０１へ流れる電流（横流）を小さくでき、損失を小さく抑えることができる。

また、第１の電池３０１に容量重視型ないしＯＣＶが変化し難い電池（例えば鉛電池やニッケル水素電池、またはリチウムイオン電池でもＳＯＣにより電圧が変化し難い電池）、第２の電池３０２にパワー重視型ないしＯＣＶが変化し易い電池（例えばリチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、またはリチウムイオン電池であってもＳＯＣの変化に対してＯＣＶの変化の大きい電池）を用いると、横流を小さくできる。

そして、放電時に定期的に、複合蓄電システム１０Ａに充電される電流推定値を上位コントローラ１６に送ることで、車両１１の機械式ブレーキとの協調制御を行うことができる。

なお、車両１１が駐車した場合には、全てのスイッチＳＷ１、２、３、４をＯｆｆにしてコントローラ３１１の動作を終了させる。

以上の如くの構成とされた、車両１１に適用された本発明実施例１の複合蓄電システム１０Ａでは、２つの電池３０１、３０２と電気負荷１５との間にそれぞれハードウェア的には安価な第１スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を並列に二重に設け、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を特定の態様でＯｎ／Ｏｆｆさせることにより、２つの電池３０１、３０２を並列繋ぎにしたり、一方の電池のみを発電機１３に繋いだりするようにされるので、様々な制御を低コストで行うことができ、費用対効果に優れる。

より具体的には、回生電力が大きい場合には、例えば第１スイッチＳＷ１と第３スイッチＳＷ２をＯｎにして２つの電池３０１、３０２を並列繋ぎとなすことにより、充電可能な電力を増やすことができるので、回生能力が向上し、また、回生電力が小さい場合には、例えば第３スイッチＳＷ３のみをＯｎとして低抵抗側の第２の電池３０２にのみ充電することで、回生効果を高めること等が可能となる。

また、回生前に、定期的に、抵抗の大きい第２スイッチＳＷ２又は第４スイッチＳＷ４をＯｎ／Ｏｆｆすることで、各電池３０１、３０２の抵抗とＯｐｅｎ時の電圧を検出することができ、これにより、回生前に、回生時に電池３０１、３０２に流れる電流を見積もることができる。

したがって、例えば当該複合蓄電システム１０Ａを車両１１に適用した場合には、見積もられた回生時に流れる電流でブレーキＯｎ時のトルクが判るので、オルタネータによる減速と機械式ブレーキによる協調がうまくでき、そのため、ブレーキ時の加速度不連続性を無くすように機械式ブレーキの制動力を決めることができる。その結果、乗り心地等が向上する。

更には、第１スイッチＳＷ１のＯｎ抵抗は第２スイッチＳＷ２のＯｎ抵抗より小さくされ、また、第３スイッチＳＷ３のＯｎ抵抗は第４スイッチＳＷ４のＯｎ抵抗より小さくされるので、第１の電池３０１と第２の電池３０２との間の電流の流れを小さくでき、これにより、エネルギーの損失を小さくでき、かつ第２スイッチＳＷ２、第４スイッチＳＷ４をＯｎにさせたときの電圧を安定化することができる。

また、第２の電池が取り出せるパワーが第１の電池のパワーより大きい場合について述べる。この場合、SW1とSW3のどちらでもOnに出来る場合には、充電も放電でも、SW3を優先的にOnにして第２の電池を使用する。このようにすることによって、次の回生前に、第２の電池の電気量を空にでき、次の回生時によりパワーを吸える電池を優先的に接続することによって、よりエネルギーを回収することができる。

［実施例２］
図１２は、実施例２の複合蓄電システム１０Ｂを示す。本実施例２の複合蓄電システム１０Ｂが、図２に示される実施例１の複合蓄電システム１０Ａと異なるところは、第１の電池３０１と負荷端子３１２とを接続する電力線にダイオード１３１を介装した点である。ダイオード１３１を追加した理由は、マイクロＨＥＶ１１が駐車中に保安装置等に電力を供給するため、使用中でも最低電圧を確保するため、及び、各スイッチＳＷ１、２、３、４の切り替え時に全スイッチＳＷ１、２、３、４がＯｆｆになる瞬間を防ぐための保護を行うためである。

このようにダイオード１３１を追加したことにより、実施例１の作用効果に加えて、全スイッチＳＷ１、２、３、４がＯｆｆの状態でも電流を負荷１５に供給可能となるという効果が得られる。

［実施例３］
図１３は、実施例３の複合蓄電システム１０Ｃを示す。本実施例３の複合蓄電システム１０Ｃが、図２に示される実施例１の複合蓄電システム１０Ａと異なるところは、第１の電池３０１と第２の電池３０２の充放電端子間を電力線で接続するとともに、該電力線にダイオード１４１とスイッチＳＷ５（コントローラ３１１によりＯｎ／Ｏｆｆ制御される）を介装した点である。ダイオード１４１を追加した理由は、第２の電池３０２の上限電圧が第１の電池３０１の上限電圧より小さい場合に、第２の電池３０２を保護するためであり、スイッチＳＷ５を設けた理由は、前記電力線の回路を切断できるようにするためである。

このようにダイオード１４１を追加したことにより、実施例１の作用効果に加えて、第２の電池３０２の電圧が上限電圧より高くなった場合、スイッチＳＷ５をＯｎにすることで、第２の電池３０２から第１の電池３０１に放電されるため、第２の電池３０２が保護されるとともに、車両１１において、第１の電池３０１に鉛電池、第２の電池３０２にリチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタを使用した際、長期駐車における保安装置による鉛電池の電力消費に対し、第２の電池３０２からも電力を供給でき、長期駐車後の電池が空になるまでの期間を延ばすことができるという効果が得られる。

［実施例４］
図１４は、実施例４の複合蓄電システム１０Ｄを示す。本実施例４の複合蓄電システム１０Ｄが、図２に示される実施例１の複合蓄電システム１０Ａと異なるところは、実施例２と同様にダイオード１３１を追加するとともに、実施例３と同様にダイオード１４１とスイッチＳＷ５を追加した点であり、このようにされることにより、実施例１の作用効果に加えて、実施例２及び実施例３の作用効果が得られる。

［ＸＥＭＳに適用した場合］
図１５は、本発明に係る複合蓄電システムが適用された工場等のＸＥＭＳの一例を示す概略図である。
図１５において、工場等のＸＥＭＳ２１は、外部からの配電線２２、配電設備２３、交流／直流変換器２４、発電機（例えば、燃料電池等）２５、変換器２６、太陽電池２８、太陽電池用直流／直流変換器２９、家庭、ビル等の電気負荷（ライト、電動機等がある）１５'、直流配電線２７、信号線、上記した実施例１（〜４）と略同様な構成の複合蓄電システム１０'、上位コントローラ１６'等を備える。

ここで、ＸＥＭＳ２１内の直流配電線２７は定格電圧が４８Ｖ〜４００Ｖで、かつ規定内の電圧に維持されるようになっている。また、発電機２５はメンテナンスのため定期的に停止される構成となっている。太陽電池２８も夜間は発電せず、曇りの日は電力出力が一定でない。配電線も停電の場合には、電力供給が停止する。このようにＸＥＭＳ２１に供給される電力は一定でなく、かつ発電電力も一定でない。更には、電気負荷１５も室内ライトのオン、オフや、エアコン等の負荷により一定でない。

この場合には、複合蓄電システム１０'によってＸＥＭＳ２１内の直流配電の電圧を一定に保つように電力を供給する。また、上位コントローラ１６'はＸＥＭＳ２１内の負荷１５の電力調整を行う。ここで、ＸＥＭＳ２１の瞬間的なピーク、瞬時停電は長時間持続しないため、複合蓄電システム１０'の電力を必要とする時間は一般的に長くないものである。つまり、ＸＥＭＳへの電力供給時間は短いものである。

以上の如くに、本発明実施例１（〜４）と略同様の構成の複合蓄電システム１０'が採用されたＸＥＭＳ２１では、ＸＥＭＳ２１内の発電装置（例えば太陽電池２８）の発電電流が大きくなった場合には、第１の電池３０１と第２の電池３０２とを並列繋ぎにすることで、充電可能な電力を増やせ、その結果、電気代を節約することが可能となる。

また、電池３０１、３０２が充電中に、片方のみの電池を接続し、定期的にもう片方の電池の内部抵抗とＯｐｅｎ時の電圧を測ることで、次に配電線からの電力供給での電池充電に備え、電池を片方づつＯｎにするか、または、突入電流を抑えるときには、ＸＥＭＳ２１内機器の電力を抑える協調制御を行うことで、配電線の契約Ａ数以上の突入電流を抑えることができる。

また、負荷のピーク電流が大きい場合には、両方の電池３０１、３０２のスイッチＳＷ１、２、３、４をＯｎにすることで、電池からの電力供給量を増やせ、配電線の契約Ａ数以上の突入電流を抑えることができる。

なお、以上は、本発明を車両（マイクロＨＥＶ）の複合蓄電システムあるいは工場等（ＸＥＭＳ）の複合蓄電システムに適用した場合を例にとって説明したが、本発明は、上記したものに限られず、例えばハイブリッド自動車の複合蓄電システムや鉄道車両の複合蓄電システムにも同様に適用できる。

また、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｄ、１０Ｃ）…複合蓄電システム
１１…車両（マイクロＨＥＶ）
１２…エンジン
１３…発電機
１５…電気負荷
１６…上位コントローラ
２１…工場等（ＸＥＭＳ）
３０１…第１の電池
３０２…第２の電池
ＳＷ１…第１スイッチ
ＳＷ２…第２スイッチ
ＳＷ３…第３スイッチ
ＳＷ４…第４スイッチ
３０７…第１電圧センサ
３０８…第１電流センサ
３０９…第２電圧センサ
３１０…第２電流センサ
３１１…コントローラ
３１２…負荷端子、
１３１…ダイオード
１４１…ダイオード

Claims (15)

1. 第１スイッチを介して負荷に接続される第１の電池と、第３スイッチを介して負荷に接続される第２の電池と、を有し、前記第１スイッチの一端と前記第３スイッチの一端は互いに接続され、前記第１スイッチには並列に第２スイッチが接続され、前記第３スイッチには並列に第４スイッチが接続されていることを特徴とする複合蓄電システム。
2. 前記第１スイッチのＯｎ抵抗は前記第２スイッチのＯｎ抵抗より小さくされ、前記第３スイッチのＯｎ抵抗は前記第４スイッチのＯｎ抵抗より小さくされていることを特徴とする請求項１に記載の複合蓄電システム。
3. 前記第１の電池及び第２の電池のそれぞれの電流及び電圧を検出する手段と、該検出手段により検出される前記各電池の電流及び電圧に基づいて前記各スイッチをＯｎ／Ｏｆｆ制御するコントローラと、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合蓄電システム。
4. 前記コントローラは、当該蓄電システムを含む全体の電源システムの発電と放電を管理する上位コントローラに、当該複合蓄電システムに流れる電流の情報を送り、前記上位コントローラからの前記電源システムにおける発電電圧と要求電力の情報を受け取るようにされていることを特徴とする請求項３に記載の複合蓄電システム。
5. 前記コントローラは、前記要求電力以下でかつ最大の電流が流せるようなスイッチの組み合わせとなるように前記各スイッチをＯｎ／Ｏｆｆ制御することを特徴とする請求項４に記載の複合蓄電システム。
6. 前記コントローラは、定期的に前記第２スイッチ及び第４スイッチをＯｎ／Ｏｆｆして、該Ｏｎ／Ｏｆｆ時における電流及び電圧変化に基づいて前記各電池の内部抵抗を測るようにされていることを特徴とする請求項３又は４に記載の複合蓄電システム。
7. 前記コントローラは、前記第１の電池の容量が前記第２の電池の容量より大きい場合で、かつ、前記第１スイッチも第３スイッチもＯｎにできる場合には、前記第３スイッチをＯｎにすることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の複合蓄電システム。
8. 前記コントローラは、前記第２の電池の寿命が前記第１の電池の寿命より長い場合で、かつ、前記第１スイッチも第３スイッチもＯｎにできる場合には、前記第３スイッチをＯｎにすることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の複合蓄電システム。
9. 前記コントローラは、前記第２の電池に流せる電流が前記第１の電池に流せる電流より大きい場合で、かつ、前記第１スイッチも第３スイッチもＯｎにできる場合には、前記第３スイッチをＯｎにすることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の複合蓄電システム。
10. 前記コントローラは、前記第２の電池の起電力に対する充電率の変化が前記第１の電池の起電力に対する充電率の変化より大きい場合で、かつ、前記第１スイッチも第３スイッチもＯｎにできる場合には、前記第３のスイッチをＯｎにすることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の複合蓄電システム。
11. 前記コントローラは、前記第２の電池の内部抵抗が前記第１の電池の内部抵抗より小さい場合で、かつ、前記第１スイッチも第３スイッチもＯｎにできる場合には、前記第３のスイッチをＯｎにすることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の複合蓄電システム。
12. 前記コントローラは、前記第２の電池の電圧が予め与えられた値になったとき、又は、前記第２の電池の充電率が予め与えられた値になったとき、前記第３スイッチをＯｎにして前記第１スイッチをＯｆｆにすることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の複合蓄電システム。
13. 前記コントローラは、最大の電流が流せるようなスイッチの組み合わせとして、前記第１スイッチから第４スイッチのＯｎ／Ｏｆｆの組み合わせそれぞれで、前記各電池の内部抵抗と起電力とにより電流を推定することを請求項５に記載の特徴とする複合蓄電システム。
14. 前記第１の電池と当該複合蓄電システムの出力端子の間にダイオードが介装され、前記全スイッチがＯｆｆでも前記第１の電池から外部の負荷に電流を流せるようにされていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の複合蓄電システム。
15. 前記第１の電池と前記第２の電池の間にダイオードが介装され、前記第２の電池の電圧が第１の電池の電圧より高い場合に前記第２の電池から前記第１の電池に電流を流せるようにされていることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の複合蓄電システム。

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