JP2015133858A - 車両用電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】電池の寿命を延ばすことが可能な車両用電源システムを提供する。【解決手段】車両用電源システム１Ｂは、出力密度とエネルギー密度の比の値が、車両の電気モータ２の出力値である要求モータ出力と当該電池のエネルギー容量の要求値である要求電池エネルギー容量の比の値とほぼ同等である二次電池１２と、電気モータ２を駆動するための電力および電気モータ２が発生した回生電力を蓄えることが可能な容量を有するキャパシタ１６と、電気モータ２への電力供給および回生電力の充電を制御する、インバータ１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８およびコントローラ３０等を含む充放電手段とを備える。充放電手段は、電気モータ２で発生した回生電力を電池１２よりも優先的にキャパシタ１６に充電するとともに、キャパシタ１６に蓄えられた電力を電気モータ２よりも優先的に電気モータ２に供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両に用いられる車両用電源システムに関するものである。

近年、走行用の動力源として発電可能な電気モータが搭載され、家庭用電源などから充電プラグを利用して直接電力を供給し充電できるように構成された電動車両の実用化が進んでいる。電動車両は、電池（二次電池）に蓄えられた電力で電気モータを駆動することにより走行し、減速時には、電気モータを発電機として機能させて、その発生電力（回生電力）を電池に蓄電することでエネルギー効率の向上を図っている。

この種の電動車両では、搭載される電池の特性が車両の走行性能に影響するため、要求される走行性能（車両要求出力、要求後続距離など）に応じた適切な電池を選定する必要がある。これは、電池が最適でない場合、全ての要求値を満足させるためには電池の重量を増やす必要があり、そのことが車両重量の増大や燃費の悪化を招く要因となるからである。しかし、入手可能な限られた電池の中に、走行性能を過不足なく満足することのできる最適な電池が存在しない場合も少なくない。そこで、種類の異なる蓄電装置を組み合わせて用いること、具体的には電池（二次電池）とキャパシタとを組み合わせることで要求される走行性能を満足させながら電池の軽量化を図ることも考えられている（例えば特許文献１）。

特開２００３−２１９５６６号公報

電動車両の電源システムでは、上記の通り、車両の走行性能を満足させながら電池の軽量化を図ることが重要である。しかし、モータの駆動と回生を繰り返す電動車両では、モータの駆動および回生に伴う充放電に加え、高い頻繁で外部充電が実施されるため電池が劣化し易く、電池の寿命を延ばすことも重要である。なお、特許文献１には、種類の異なる蓄電装置を組み合わせる点が開示されているが、この特許文献１に開示される技術は、車両の走行性能を満足させながら電池の軽量化を図り、さらに電池の寿命を延ばし得るというものではない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、車両の走行性能を満足させながら電池の軽量化を図り、しかも電池の寿命を延ばすことが可能な車両用電源システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一の局面に係る車両用電源システムは、電力回生が可能な走行用の電気モータを備えた車両の電源システムであって、前記車両で用いられる電力を蓄えるための二次電池であって、かつ出力密度とエネルギー密度の比の値が、前記電気モータの出力値である要求モータ出力と当該電池のエネルギー容量の要求値である要求電池エネルギー容量の比の値とほぼ同等である二次電池と、この二次電池とは別に、前記電気モータを駆動するための電力および前記電気モータが発生した回生電力を蓄えることが可能な容量を有するキャパシタと、前記電気モータへの電力の供給および電気モータが発生した回生電力の充電を制御する充放電手段と、を含み、前記充放電手段は、電気モータで発生した回生電力を二次電池よりも優先的にキャパシタに充電するとともに、キャパシタに蓄えられた電力を二次電池よりも優先的に電気モータに供給するものである。

この車両用電源システムによれば、二次電池の出力密度とエネルギー密度の比の値が、要求モータ出力と要求電池エネルギー容量の比の値とほぼ同等であるため、後の実施形態において説明する通り、要求モータ出力と要求電池エネルギー容量の双方を満足させつつ、電池の総重量を必要最小限度に抑えることが可能となる。しかも、電気モータで発生した回生電力が優先的にキャパシタに充電され、またキャパシタに蓄えられた電力が優先的に電気モータに供給されるため、電気モータの駆動および回生に伴う二次電池の充放電の機会が大幅に低減される。よって、車両の走行性能を満足させながら二次電池の軽量化を図り、さらに二次電池の寿命を延ばすことが可能となる。

より具体的な構成として、前記充放電手段は、前記電気モータを制御するインバータと、このインバータと前記キャパシタとの間に設けられてキャパシタ電圧を変換する電圧変換装置と、前記二次電池の電圧である電池電圧および前記キャパシタ電圧を検出する電圧検出装置と、電気モータの回生時に、その回生電力が二次電池よりも優先的にキャパシタに充電され、かつ電気モータの駆動時に、キャパシタに蓄えられた電力が二次電池よりも優先的に電気モータに供給されるように、前記電圧検出装置が検出する電池電圧およびキャパシタ電圧の値に基づいて前記電圧変換装置を制御する制御装置と、を含む。この場合、前記キャパシタおよび前記電池は、前記インバータに対して各々並列に接続され、前記電圧変換装置は、前記キャパシタに対して直列でかつ前記インバータに対して並列に接続される。

この構成によれば、電圧変換装置によりキャパシタ電圧が変換（昇圧又は降圧）されることで、二次電池よりも優先的にキャパシタの充放電が行われる。そのため、比較的簡単な構成で、電気モータの駆動および回生に伴う二次電池の充放電の機会を低減させることができる。

なお、上記車両用電源システムは、前記電圧変換装置を経由して前記キャパシタと前記インバータとを接続する第１状態と、記電圧変換装置を迂回して前記キャパシタと前記インバータとを接続する第２状態とに切り換え可能なパイパス装置をさらに備え、前記制御装置は、電気モータの回生時であってかつキャパシタ電圧が電池電圧未満のときには前記パイパス装置が前記第２状態となり、キャパシタ電圧が電池電圧以上のときには、前記パイパス装置が前記第１状態となるように、前記パイパス装置をさらに制御するものであるのが好適である。

また、上記車両用電源システムは、前記電圧変換装置を経由して前記キャパシタと前記インバータとを接続する第１状態と、記電圧変換装置を迂回して前記キャパシタと前記インバータとを接続する第２状態とに切り換え可能なパイパス装置をさらに備え、前記制御装置は、前記モータの駆動時であってかつキャパシタ電圧が電池電圧を超えるときには前記パイパス装置が前記第２状態となり、キャパシタ電圧が電池電圧以下のときには、前記パイパス装置が前記第１状態になるように、前記バイパス装置をさらに制御するものであるのが好適である。

これらの構成によれば、キャパシタに対する充放電に際して、電圧変換装置を経由して電力の充放電が行われることによる電気的ロスを合理的に回避することができる。そのため、キャパシタに対する充放電を効率的に行うことができる。

上記車両用電源システムにおいて、前記電気モータ、前記二次電池および前記キャパシタの搭載例は種々考えられるが、例えば、次のような構成は、車両の走行性能を満足させながら電池の軽量化を図り、さらに二次電池の寿命を延ばす上で好適である。すなわち、前記車両は、前記要求モータ出力が５０ｋＷで、前記要求電池エネルギー容量が１０ｋＷｈのものであり、前記二次電池は、その出力密度が１３００Ｗ／ｋｇで、エネルギー密度が２３０Ｗｈ／ｋｇのものであり、前記キャパシタは、その最大出力が５０ｋＷ、エネルギー容量が７０Ｗｈである。

また、本発明の他の一の局面に係る車両用電源システムは、電力回生が可能な走行用の電気モータを備えた車両の電源システムであって、前記車両で用いられる電力を蓄えるための二次電池であって、出力密度とエネルギー密度の比の値が、前記電気モータの出力値である要求モータ出力と当該電池のエネルギー容量の要求値である要求電池エネルギー容量の比の値よりも大きいパワー電池である第１二次電池、および出力密度とエネルギー密度の比の値が、前記要求モータ出力と前記要求電池エネルギー容量の比の値よりも小さいエネルギー電池である第２二次電池と、前記第１二次電池および前記第２二次電池とは別に、前記電気モータを駆動するための電力および前記電気モータが発生した回生電力を蓄えることが可能な容量を有するキャパシタと、前記電気モータへの電力の供給および電気モータが発生した回生電力の充電を制御する充放電手段と、を含み、前記充放電手段は、電気モータで発生した回生電力を前記第１二次電池および前記第２二次電池よりも優先的にキャパシタに充電するとともに、キャパシタに蓄えられた電力を前記第１二次電池および前記第２二次電池よりも優先的に電気モータに供給するものである。

この車両用電源システムによれば、要求モータ出力と要求電池エネルギー容量の双方を単一の二次電池で満足させることが難しい場合でも、要求モータ出力と要求電池エネルギー容量の双方を満足させつつ、電池の総重量を必要最小限度に抑えることが可能となる。しかも、電気モータで発生した回生電力が優先的にキャパシタに充電され、またキャパシタに蓄えられた電力が優先的に電気モータに供給されるため、電気モータの駆動および回生に伴う第１二次電池および第２二次電池の充放電の機会が大幅に低減される。よって、車両の走行性能を満足させながらシステム全体としての二次電池の軽量化を図り、さらに二次電池の寿命を延ばすことが可能となる。

より具体的な構成として、前記充放電手段は、前記電気モータを制御するインバータと、このインバータと前記キャパシタとの間に設けられてキャパシタ電圧を変換する電圧変換装置と、前記第１二次電池および第２二次電池の各電池電圧および前記キャパシタ電圧を検出する電圧検出装置と、電気モータの回生時に、その回生電力が前記第１二次電池および第２二次電池よりも優先的にキャパシタに充電され、かつ電気モータの駆動時に、キャパシタに蓄えられた電力が前記第１二次電池および第２二次電池よりも優先的に電気モータに供給されるように、前記電圧検出装置が検出する電池電圧およびキャパシタ電圧の値に基づいて前記電圧変換装置を制御する制御装置と、を含むことを特徴とする車両用電源システム。

この構成によれば、電圧変換装置によりキャパシタ電圧が変換（昇圧又は降圧）されることで、第１二次電池および第２二次電池よりも優先的にキャパシタの充放電が行われる。そのため、比較的簡単な構成で、電気モータの駆動および回生に伴う第１二次電池および第２二次電池の充放電の機会を低減させることができる。

なお、上記の車両用電源システムにおいて、前記キャパシタは、前記第１電池に対して並列に設けられているのが好適である。

この構成によれば、第１二次電池の寿命を効果的に延ばすことが可能となる。すなわち、パワー電池である第１二次電池は、エネルギー電池である第２二次電池よりも内部抵抗が小さく、そのため第２二次電池よりも電気モータへの電力供給および回生電力の充電が行われ易いが、キャパシタが第１電池に対して並列に設けられる上記構成によれば、第１二次電池の充放電の機会を上記の通り低減させることができるので、第１二次電池の寿命を延ばすことが可能となる。

この場合には、前記第１二次電池の容量が前記第２二次電池の容量よりも大きく設定されていれば、電池全体としての寿命を延ばす上で有利となる。

以上説明したように、本発明の車両用電源システムによれば、車両の走行性能を満足させながら電池の軽量化を図り、しかも電池の寿命を延ばすことが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る車両用電源システムを示す概略回路図である。 車両用電源システムに採用されている二次電池の特性を説明するための電池性能マップを示す図である。 電気モータ回生時の充電動作制御の一例を示すフローチャートである。 電気モータ駆動時の放電動作制御の一例を示すフローチャートである。 電気モータ駆動時の放電動作制御の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る車両用電源システムおよび従来システムにおける二次電池の容量維持率と充放電サイクル数との関係を示すグラフである。 電気モータ駆動時の充電動作制御の変形例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る車両用電源システムを示す概略回路図である。 車両用電源システムに適用されている二次電池（第１電池・第２電池）の特性を説明するための電池性能マップを示す図である。 キャパシタモジュールを設けた場合と設けない場合の二次電池の容量維持率と充放電サイクル数との関係を示すグラフである。 二次電池の寿命管理制御の一例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。
（第１の実施形態）
（Ａ）電動車両の構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用電源システム１Ａを示す概略図である。この車両用電源システム１Ａは、電気モータ２のみを動力源として駆動輪（図示省略）を駆動する（すなわち内燃機関を併用しない）電動車両に搭載されるものである。

前記電気モータ２は、発電機能を有するモータジェネレータであり、車両の減速時には、発電機として制御されることで回生電力を発生する。

車両用電源システム１Ａは、上記電気モータ２に電力を供給するためのインバータ１０と、車両で使用される電力を各々蓄えるための二次電池１２（以下、電池１２という）及びキャパシタモジュール１４と、これらインバータ１０、電池１２及びキャパシタモジュール１４を互いに並列に接続する第１回路１１と、を含む。電池１２としては、例えばリチウムイオン電池が適用されている。

前記電池１２は、車外に設けられた充電器により充電可能であり、車両用電源システム１Ａには、この装置１Ａと充電器とを接続して充電器から電池１２への電力を供給可能にする充電用プラグ（図示省略）が設けられている。この充電用プラグには、家庭用電源である普通充電器、パーキングエリア等に設置される急速充電器が接続可能となっている。

前記キャパシタモジュール１４は、インバータ１０と電池１２との間で上記第１回路１１に接続されている。キャパシタモジュール１４は、上記電池１２とは別に、車両で用いられる電力を蓄えるためのキャパシタ１６と、このキャパシタ１６の電圧を変換（昇圧及び降圧）するＤＣ−ＤＣコンバータ１８（本発明の電圧変換装置に相当する）と、キャパシタ１６およびＤＣ−ＤＣコンバータ１８を直列に接続する第２回路２０と、この第２回路２０から分岐してＤＣ−ＤＣコンバータ１８をバイパスするパイパス回路２１と、バイパス回路２１を開閉するバイパススイッチ２２とを含む。当実施形態では、上記キャパシタ１６として電気二重層キャパシタが適用されている。

前記バイパススイッチ２２は、後記コントローラ３０により開閉制御される。バイパススイッチ２２のオフ（開いた）状態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８を経由してキャパシタ１６とインバータ１０とが電気的に接続され、バイパススイッチ２２のオン（閉じた）状態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８を迂回してキャパシタ１６とインバータ１０とが電気的に接続される。当例では、これらパイパス回路２１及びバイパススイッチ２２が本発明のバイパス装置に相当する。そして、バイパススイッチ２２がオフ状態のときが本発明におけるバイパス装置の第１状態に相当し、バイパススイッチ２２がオン状態のときが本発明におけるバイパス装置の第２状態に相当する。

また、車両用電源システム１Ａは、前記インバータ１０および前記キャパシタモジュール１４（ＤＣ−ＤＣコンバータ１８およびスイッチ２２）を制御するためのコントローラ３０（本発明の制御装置に相当する）と、種々のセンサとを含む。コントローラ３０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを備えている。このコントローラ３０には、上記センサから種々の情報が入力されている。具体的には、車両用電源システム１Ａは、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３２と、車両の走行速度を検出する車速センサ３４と、電池１２の電流、電圧を検出する電池電流・電圧センサ３６と、キャパシタの電流、電圧を検出するキャパシタ電流・電圧センサ３８と、インバータ１０の入力電流を検出するインバータ電流センサ４０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の入力電流を検出するＤＣ−ＤＣ電流センサ４２とを含み、これらセンサ３２〜４２からの信号がコントローラ３０に入力されている。当例では、電池電流・電圧センサ３６およびキャパシタ電流・電圧センサ３８が本発明の電圧検出装置に相当し、電流・電圧センサ３６、３８、インバータ１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８及び上記コントローラ３０が本発明の充放電手段に相当する。

さらに、車両用電源システム１Ａは、前記電気モータ２以外の車両電装品２６に電力を供給するための第３回路２７が設けられ、さらに当該第３回路２７に、車両電装品２６の種類に応じて電圧を変換（昇圧・降圧）するＤＣ−ＤＣコンバータ２４が設けられている。車両電装品２６としては、電気モータ２よりも低電圧・低出力の電気負荷である電動空調装置、ナビゲーション装置およびオーディオ機器等が挙げられる。

この車両用電源システム１Ａでは、後に詳述する通り、車両の加速時などには、電池１２よりもキャパシタ１６に蓄えられた電力が優先的に電気モータ２に供給され、車両の減速時などには、電気モータ２で発生した回生電力を電池１２よりも優先的にキャパシタ１６に充電されるように、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ１８およびスイッチ２２が制御される。つまり、電気モータ２に対する電力の供給や電気モータ２で生成される回生電力の蓄電を主にキャパシタ１６が負担する。そのため、上記キャパシタ１６としては、少なくとも電気モータ２を駆動するための電力、および電気モータ２が発生した回生電力を蓄えることが可能な容量を有するものが選定されている。

一方、上記電池１２は、主に電動空調装置などの車両電装品２６に対する電力の供給や上記充電用プラグを介して供給される充電器からの電力の蓄電を負担する。但し、電池１２としては、車両の走行性能、すなわち、前記電気モータ２の出力値である要求モータ出力と当該電池１２の要求電池エネルギー容量（車両の要求後続距離）の双方を満足させ得えるものが選定されている。このように電池１２が選定されることで、電池１２のみで（つまり、キャパシタ１６の電力を用いず）車両の走行性能を確保することができ、また、電池１２の軽量化も図られている。

ここで、電池１２の選定について説明する。

電動車両の設計では、まず、電気モータの最大出力をいくらにするかという要求モータ出力（Ｗ）と、電気モータに電力を供給する電池のエネルギー容量をいくらにするかという要求電池エネルギー容量（Ｗｈ）とが決定され、この２種類の要求値に基づいて電池が選定される。なお、当実施形態のような電動車両の場合、走行用の動力源は電気モータ２だけであるから、要求モータ出力は、車両に求められる走行性能を実現するために車輪に与えるべき出力と実質的に同じ値となる。また、要求電池エネルギー容量は、車両の航続可能距離をいくらにするかという要求航続距離から求められる。

電池を選定する際には、上記要求モータ出力と要求電池エネルギー容量との双方を過不足なく満足する１つの電池を選定するのが理想的である。図２は、そのような選定を行うためのグラフである。本グラフの横軸は電池のエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）を、縦軸は電池の出力密度（Ｗ／ｋｇ）を表している。また、本グラフにおいて、「要求Ｐ／Ｅライン」とは、要求モータ出力と要求電池エネルギー容量の比の値に一致する一定の傾きをもった直線である。また、「ＢＩＣライン」とは、当該ラインよりも出力密度およびエネルギー密度の双方が高い電池が現時点で存在しないことを示す限界ラインであり、現存する各種電池の性能をグラフ上にプロットした場合の各プロットの分布から求めることができる（ＢＩＣとは“Ｂｅｓｔ ｉｎ Ｃｌａｓｓ”の略である）。

ここで、上記要求Ｐ／ＥラインとＢＩＣラインとが交差するポイントに一致する性能を有する電池が仮に存在したとして、これをＡ０としてプロットする。そして、このＡ０で表される電池を「仮想最適電池」という。このような性能の仮想最適電池Ａ０が仮に存在していれば、上述した要求モータ出力と要求電池エネルギー容量とを、当該電池Ａ０を単独で用いることで過不足なく満足でき、しかも電池の重量を最小限に抑えることができる。

その理由は次のとおりである。

上記仮想最適電池Ａ０のプロット（白丸）は、図示のとおり要求Ｐ／Ｅライン上に存在しているので、この仮想最適電池Ａ０の出力密度とエネルギー密度の比の値は、上記要求Ｐ／Ｅラインの傾きと一致するはずである。このため、仮想最適電池Ａ０の出力密度およびエネルギー密度と、要求モータ出力および要求航続距離との関係は、下記の式（１）によって表現することができる。

［数１］
Ｄ_Ｐ／Ｄ_Ｅ＝Ｐ／Ｅ ・・・（１）
ここに、
Ｄ_Ｐ：仮想最適電池の出力密度（Ｗ／ｋｇ）
Ｄ_Ｅ：仮想最適電池のエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）
Ｐ：要求モータ出力（Ｗ）＝車両要求出力（Ｗ）
Ｅ：要求電池エネルギー容量（Ｗｈ）∝要求航続距離（ｋｍ）である。

上記式（１）を変形することにより、
［数２］
Ｅ／Ｄ_Ｅ＝Ｐ／Ｄ_Ｐ ・・・（２）
が得られる。

上記式（２）の左辺と右辺の単位は、それぞれ「ｋｇ」である。つまり、式（２）の左辺（Ｅ／Ｄ_Ｅ）は、要求電池エネルギー容量Ｅを満たすことのできる電池の重量（ｋｇ）に相当し、右辺（Ｐ／Ｄ_Ｐ）は、要求モータ出力Ｐを満たすことのできる電池の重量（ｋｇ）に相当する。上記のように右辺と左辺が等しいということは、１種類の電池を用いることで、要求モータ出力Ｐと要求電池エネルギー容量Ｅとの両方を過不足なく満足できることを意味する。

従って、上記電池１２としては、その出力密度とエネルギー密度の比の値が、上記車両の要求モータ出力と要求電池エネルギー容量の比の値とほぼ同等である電池、つまり、図２のグラフを用いて示すと、その出力密度とエネルギー密度の比の値が要求Ｐ／Ｅライン上のポイント、又はその近傍のポイントであって要求Ｐ／Ｅライン上とＢＩＣラインとが交差するポイントにより近いポイントと一致する性能、つまり仮想最適電池Ａ０により近い性能のものが選定されている。これにより、上記電池１２としては、要求モータ出力と要求電池エネルギー容量（車両の要求後続距離）の双方を満足させることが可能で、かつ可及的に軽量な電池が選定されている。

例えば、当実施形態では、車両の要求モータ出力は５０ｋＷ、要求電池エネルギー容量は１０ｋＷｈであり（要求Ｐ／Ｅラインの傾きは約５．６）、上記電池１２として、出力密度が１３００Ｗ／ｋｇで、エネルギー密度が２３０Ｗｈ／ｋｇのリチウムイオン電池が適用されている。また、上記の通り、電気モータ２を駆動するための電力、および電気モータ２が発生した回生電力を蓄えることが可能となるように、上記キャパシタ１６として、最大出力が５０ｋＷで、エネルギー容量が７０Ｗｈのものが適用されている。

（Ｂ）車両用電源システム１Ａの充放電動作
まず、車両用電源システム１Ａの充電動作（回生時の充電動作）について説明する。

図３は、車両用電源システム１Ａの充電動作制御の一例を示すフローチャートである。この制御は、車両の走行状態が加速、又は定速から減速に移行されることにより実行される。具体的には、アクセル開度が０になることにより実行される。なお、このように車両が減速走行に移行されると、電気モータ２は発電機として制御（回生制御）される。

このフローチャートの制御がスタートすると、コントローラ３０は、電池電流・電圧センサ３６およびキャパシタ電流・電圧センサ３８から入力される情報、すなわち電池１２およびキャパシタ１６の各電圧値を取得し、電池電圧がキャパシタ電圧よりも高いか否かを判定する（ステップＳ１、Ｓ３）。ここでの判定がＹＥＳの場合には、コントローラ３０は、バイパススイッチ２２をオン（閉じた）状態にし、電気モータ２で発生した回生電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８をバイパスしてキャパシタ１６に充電する（ステップＳ５）。つまり、電池電圧がキャパシタ電圧よりも大きい場合には、その電圧差により回生電力は自ずとキャパシタ１６に充電される。そのため、この場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８をバイパスさせ、当該ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の内部抵抗による電気ロスを回避することで、回生電力を効率良く回収する。

一方、ステップＳ３の判定がＮＯの場合には、コントローラ３０は、バイパススイッチ２２をオフ（閉じた）状態にし、さらに電池電圧よりもキャパシタ電圧が低くなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１８を降圧制御する（ステップＳ１５）。これにより、回生電力をキャパシタ１６に充電する。

回生電力の充電が開始されると、コントローラ３０は、キャパシタ電圧値がキャパシタ１６の許容上限値未満か否かを判定する（ステップＳ７、Ｓ９）。ここでＹＥＳと判定した場合には、コントローラ３０は、さらに回生継続か否かを判定し（ステップＳ１７）、ＹＥＳの場合には、キャパシタ１６への回生電力の充電を継続する。

一方、ステップＳ９での判定がＮＯの場合、すなわちキャパシタ電圧値がキャパシタ１６の許容上限値以上の場合には、回生継続か否かをさらに判定し（ステップＳ１１）、ここでの判定がＹＥＳの場合には、コントローラ３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８を昇圧制御する（ステップＳ１３）。具体的には、電池電圧よりもキャパシタ電圧が高くなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１８を昇圧制御し、その後、ステップＳ１１に移行する。つまり、回生電力の充電先をキャパシタ１６から電池１２に切り換えることで、キャパシタ１６が過充電となることを抑制する。

そして、最終的にステップＳ１１、又はステップＳ１７でＮＯと判定すると、具体的には、車両の走行状態が減速から加速に移行される、又は車両の走行速度が０になって電気モータ２の回生が停止されると、コントローラ３０は、当該フローチャートを終了する。

以上のように、この車両用電源システム１Ａでは、電気モータ２が発生する回生電力がキャパシタ１６に優先的に充電され、キャパシタ電圧がキャパシタ１６の許容上限値以上であると判定された場合に限りに、回生電力が電池１２に充電される。

次に、車両用電源システム１Ａの放電（電力供給）動作について説明する。

図４及び図５は、車両用電源システム１Ａの放電動作制御の一例を示すフローチャートである。この制御は、電気モータ２の駆動による車両走行時に実行される。

このフローチャートの制御がスタートすると、コントローラ３０は、電池電流・電圧センサ３６およびキャパシタ電流・電圧センサ３８から入力される情報、つまり電池１２およびキャパシタ１６の各電流値、各電圧値を取得し、キャパシタ１６の容量（充電率）を求めた上で、この容量が所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２１、Ｓ２３）。ここでの判定がＹＥＳの場合には、コントローラ３０は、キャパシタ電圧が電池電圧よりも高いか否かを判定し（ステップＳ２５）、ここでＹＥＳの場合には、さらにキャパシタ電圧がインバータ許容上限値よりも低いか否かを判断する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７での判定がＹＥＳの場合には、コントローラ３０は、バイパススイッチ２２をオン状態とし、キャパシタ１６に蓄えられている電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８をバイパスして電気モータ２（インバータ１０）に供給する。つまり、キャパシタ電圧が電池電圧よりも大きい場合には、その電圧差によりキャパシタ１６の電力が自ずと電気モータ２に供給（放電）される。そのため、この場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８をバイパスさせ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の内部抵抗による電気ロスを回避することで、電力を効率良く電気モータ２に供給する。

キャパシタ１６から電気モータ２への電力供給が開始されると、コントローラ３０は、インバータ入力電流値を取得し、このインバータ入力電流値がインバータ入力許容上限値未満か否かを判定する（ステップＳ３１、Ｓ３３）。ここでの判定がＹＥＳの場合には、放電継続か否かを判定し（ステップＳ３９）、ＹＥＳの場合には、コントローラ３０は、ステップＳ３１に処理を移行し、電気モータ２へのキャパシタ１６からの電力供給を継続させる。一方、ステップＳ３９での判定がＮＯの場合、例えば車両の走行状態が減速に移行された場合には、コントローラ３０は、当該フローチャートに基づく制御を終了する。

上記ステップＳ３３での判定がＮＯの場合、すなわち、インバータ入力電流値がインバータ入力許容上限値以上の場合には、コントローラ３０は、放電継続か否かを判定し（ステップＳ３５）、ここでの判定がＮＯの場合には、当該フローチャートに基づく制御を終了する。他方、ステップＳ３５での判定がＹＥＳの場合には、コントローラ３０は、バイパススイッチ２２をオフ状態とし、さらに電池電圧よりもキャパシタ電圧が低くなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１８を降圧制御する（ステップＳ３７）。これによりキャパシタ１６からの電力供給を停止し、代わりに電池１２から電気モータ２（インバータ１０）への電力供給を開始する。つまり、キャパシタ１６は大電力を短時間で充放電可能な特性を有するため、キャパシタ１６からの電力供給時に、インバータ入力電流値がインバータ入力許容上限値以上となることが考えられる。そのため、インバータ入力電流値がインバータ入力許容上限値以上となった場合には、キャパシタ１６からの電力供給を停止し、出力（放電）が緩慢な電池１２から電力供給を行うことでインバータ１０を保護している。なお、ステップＳ２３での判定がＮＯの場合、すなわち、キャパシタ１６の容量が所定値以下の場合も同様に、コントローラ３０は、ステップＳ３７に処理を移行する。これによりキャパシタ１６が過放電となることを防止する。

一方、ステップＳ２５での判定がＮＯの場合、すなわち、キャパシタ電圧が電池電圧以下である場合には、コントローラ３０は、バイパススイッチ２２をオフ状態とし、さらに電池電圧よりもキャパシタ電圧が高くなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１８を昇圧制御する（ステップＳ４３）。また、ステップＳ２７での判定がＮＯの場合、すなわち、キャパシタ電圧がインバータ許容上限値以上の場合には、コントローラ３０は、バイパススイッチ２２をオフ状態とし、さらにキャパシタ電圧がインバータ許容上限値よりも低く、かつ電池電圧よりも高くなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１８を降圧制御する（ステップＳ４１）。これにより、キャパシタ１６から電気モータ２（インバータ１０）への電力供給を開始する。

ステップＳ４１又はＳ４３の処理を経由して、キャパシタ１６から電気モータ２への電力供給を開始した場合、コントローラ３０は、ＤＣ−ＤＣ電流センサ４２からの入力情報、すなわちＤＣ−ＤＣコンバータ１８の入力電流値を取得し、このＤＣ−ＤＣ入力電流値がＤＣ−ＤＣコンバータ１８の入力許容上限値未満か否かを判定する（ステップＳ４５、Ｓ４７）。ここでの判定がＹＥＳの場合には、コントローラ３０は、さらに放電継続か否かを判定し（ステップＳ４９）、ＹＥＳの場合には、ステップＳ４５に処理を移行して、キャパシタ１６から電気モータ２への電力供給を継続する。一方、ステップＳ４９での判定がＮＯの場合、例えば車両の走行状態が減速に移行された場合には、コントローラ３０は、当該フローチャートに基づく制御を終了する。なお、ステップＳ４７での判定がＮＯの場合、すなわち、ＤＣ−ＤＣ入力電流値がＤＣ−ＤＣコンバータ１８の入力許容上限値以上の場合には、コントローラ３０は、処理をステップＳ３５に移行する。

以上のように、この車両用電源システム１Ａにおける放電（電力供給）動作では、キャパシタ１６に蓄えられた電力が優先的に電気モータ２（インバータ１０）供給され、キャパシタ１６から電気モータ２への電力供給中に、ＤＣ−ＤＣ入力電流値がＤＣ−ＤＣコンバータ１８の入力許容上限値以上となった場合、又はインバータ入力電流値がインバータ入力許容上限値以上となった場合にのみ、電池１２から電気モータ２に電力の供給が行われる。

（Ｃ）車両用電源システム１Ａの充放電動作による作用効果
この車両用電源システム１Ａによれば、上記の通り、電気モータ２が回生制御される際には、当該電気モータ２が発生する回生電力がキャパシタ１６に優先的に充電され、キャパシタ電圧がキャパシタ１６の許容上限値以上と判定された場合にのみ、回生電力が電池１２に充電される。そのため、充電用プラグを介して充電器から電力が充電される場合以外、電池１２の充電機会が殆ど無い。

また、電気モータ２の駆動による車両走行の際には、キャパシタ１６の電力が優先的に電気モータ２（インバータ１０）に供給され、キャパシタ１６からの電力供給中に、ＤＣ−ＤＣ入力電流値がＤＣ−ＤＣコンバータ１８の入力許容上限値以上となった場合、又はインバータ入力電流値がインバータ入力許容上限値以上となった場合にのみ、電池１２から電気モータ２への電力供給が行われる。そのため、実質的には、電池１２の電力が電気モータ２（インバータ１０）に供給される機会も殆ど無い。

つまり、この車両用電源システム１Ａでは、電気モータ２（インバータ１０）への電力供給および回生電力の充電を主にキャパシタ１６が賄うため、電池１２が電気モータ２への電力供給や回生電力の充電を行うことが殆ど無い。そのため、従来のこの種のシステム、具体的には、電池のみから電気モータへの電力供給が行われ、かつ回生電力を電池のみに充電が行われるシステムと比べると、電池１２に対する充放電の機会が大幅に低減される。従って、この車両用電源システム１Ａによれば、充放電に伴う電池１２の劣化を効果的に抑制することができ、これにより、電池１２の寿命を従来システムに比べて延ばすことが可能となる。

例えば、図６は、上記車両用電源システム１Ａの電池１２と、従来システムの電池１２との劣化度合を比較したグラフである。本グラフの縦軸は電池の容量維持率（％）を、横軸はシステム全体としての充放電のサイクル数を表したものである。容量維持率とは、当初（出荷時）に蓄電可能であった電池の容量に対する実際に（現在）蓄電可能な電池の容量の割合である。また、充放電の１サイクルは、予め定められた距離を所定回数だけ連続高負荷運転（加減速を繰り返す）した後、一定電流値で外部充電を所定回数行うというものであり、当該グラフでは、充放電サイクル数をルート値（１／２乗根）で示している。なお、両システムで用いられている電池は共通である。

このグラフに示す通り、上記車両用電源システム１Ａによれば、従来システムに比べて電池の容量維持率の低下が抑制されている。これは上記の通り、上述した車両用電源システム１Ａでは、電池１２に対する充放電の機会が低減されているためである。

なお、この車両用電源システム１Ａにおいては、上記の通り、電池１２は、その出力密度とエネルギー密度の比の値が、当該車両の要求モータ出力と要求電池エネルギー容量の比の値とほぼ同等であるものが選定されている。つまり、電池１２としては、車両の走行性能を満足させながら可及的に軽量なものが選定されている。従って、この車両用電源システム１Ａによれば、車両の走行性能を満足させながら電池の軽量化を図り、さらに、電池の寿命を延ばすことができるという効果を享受することができる。

（Ｄ）車両用電源システム１Ａの変形例
例えば、図４、図５に示すフローチャート（充電動作制御）では、キャパシタ電圧がキャパシタ１６の許容上限値以上と判定された場合であって、かつ回生動作が継続される場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）には、コントローラ３０がＤＣ−ＤＣコンバータ１８を降圧制御することで、回生電力の充電先をキャパシタ１６から電池１２に切り換えているが、回生電力を充電することなく放電するようにしてもよい。具体的には、開閉スイッチを備えた放電回路をキャパシタモジュール１４に対して並列に設け、図７に示すフローチャートに基づき充電動作制御を行う。このフローチャートは、図４、図５のフローチャートのステップＳ１３の処理に代えて、ステップＳ１８、Ｓ１９の処理を設けたものである。すなわち、ステップＳ１１での判定がＹＥＳの場合、コントローラ３０は、警告ランプ等を作動させてドライバに報知した上で、前記開閉スイッチを閉じて放電回路をオン状態とする（ステップＳ１８、Ｓ１９）。これにより、回生電力を放電回路に与えて放電させる。

このような構成によれば、電池１２に対して回生電力が充電される機会が無くなる分、電池１２の寿命を延ばす上で有利となる。

（第２の実施形態）
（Ａ）電動車両の構成
図８は、本発明の第２実施形態に係る車両用電源システム１Ｂを示す概略図である。この車両用電源システム１Ｂの基本的な構成は、第１実施形態の車両用電源システム１Ａと共通している。従って、以下の説明では、第１実施形態の車両用電源システム１Ａと共通する構成については同一符号を付して説明を省略し、主に、第１実施形態の車両用電源システム１Ａとの相違点について詳細に説明することにする。

図８に示すように、第２実施形態に係る車両用電源システム１Ｂは、二次電池として、第１二次電池１３ａおよび第２二次電池１３ｂを備えている（以下、第１電池１３ａ、第２電池１３ｂと略す）。当例では、各電池１３ａ、１３ｂとして、何れもリチウムイオン電池が適用されている。

第１電池１３ａおよび第２電池１３ｂは、互いに特性の異なる電池であり、互いに並列に第１回路１１に接続されている。具体的に、第１電池１３ａと第２電池１３ｂとを比較すると、第２電池１３ｂは、第１電池１３ａよりも出力密度が小さくかつエネルギー密度が大きい。言い換えると、第１電池１３ａの出力密度は第２電池１３ｂよりも大きく、第２電池１３ｂのエネルギー密度は第１電池１３ａよりも大きい。

上記のように、出力密度が相対的に大きい第１電池１３ａは、高出力を発揮することを重視した電池であり、本明細書では、このようなタイプの電池をパワー電池（図８ではＰ電池と記載）という。また、エネルギー密度が相対的に大きい第２電池１３ｂは、充電容量の確保を重視した電池であり、本明細書では、このようなタイプの電池をエネルギー電池（図８ではＥ電池と記載）という。

このように特性の異なる２つの電池が設けられる理由は、単一の電池で車両の要求モータ出力と要求電池エネルギー容量を満足することができない場合があるためである。図２のグラフを用いると、電池の出力密度とエネルギー密度の比の値が要求Ｐ／Ｅライン上のポイント、又はその近傍のポイントであって要求Ｐ／Ｅライン上とＢＩＣラインとが交差するポイントにより近いポイントと一致する性能のものが存在しないために、電池の重量が極端に大きくなるような場合である。つまり、図２の仮想最適電池Ａ０のような適当な単一の電池が存在しない場合でも、要求Ｐ／Ｅラインよりも出力密度の大きい電池と要求Ｐ／Ｅラインよりもエネルギー密度の大きい電池とをうまく組み合わせて使用すれば、車両の要求モータ出力と要求電池エネルギー容量を満足しつつ、電池の総重量を軽くすることができる。

第２実施形態の車両用電源システム１Ｂでは、図９のマップに示すように、第１電池１３ａとして、要求Ｐ／Ｅラインよりも出力密度の大きい電池、つまり要求Ｐ／Ｅラインよりもマップの左上側のポイントであって、ＢＩＣライン上のポイントＢ１と一致する性能のものが適用され、第２電池１３ｂとして、要求Ｐ／Ｅラインよりもエネルギー密度の大きい電池、つまり要求Ｐ／Ｅラインよりもマップの右下側のポイントであって、ＢＩＣライン上のポイントＣ１と一致する性能のものが適用されている。これにより、要求モータ出力と要求電池エネルギー容量を満足しつつ、電池（第１電池１３ａ、第２電池１３ｂ）の総重量の軽量化が図られている。

例えば、当実施形態では、車両の要求モータ出力は５０ｋＷで、要求電池エネルギー容量は３０ｋＷｈであり（要求Ｐ／Ｅラインの傾きは約１．７）、第１電池１３ａとして、出力密度が３８０Ｗ／ｋｇで、エネルギー密度が８０Ｗｈ／ｋｇのリチウムイオン電池が適用され、第２電池１３ｂとして、出力密度が４０Ｗ／ｋｇで、エネルギー密度が２４０Ｗｈ／ｋｇのリチウムイオン電池が適用されている。また、少なくとも電気モータ２を駆動するための電力、および電気モータ２が発生した回生電力を蓄えるため、上記キャパシタ１６としては、最大出力が２０ｋＷ、エネルギー容量が７０Ｗｈのものが適用されている。なお、当該キャパシタ１６は、いわゆるスモールカーと称される車両クラスを想定した場合のものであり、キャパシタ１６は、減速回生で車両重量に応じた回生力、回生エネルギーに対応した値のものが適用される。

なお、当実施形態において、第１電池１３ａの電気容量と第２電池１３ｂの容量比は１：１である。また、図８に示すように、第１電池１３ａは、第２電池１３ｂよりもキャパシタモジュール１４に近い側で第１回路１１に接続されている。これは要するに、第１電池１３ａに対してキャパシタモジュール１４が設けられていることを意味する。

さらに、第２実施形態の車両用電源システム１Ｂには、第１実施形態の電池電流・電圧センサ３６の代わりに、第１電池１３ａの電流、電圧を検出する第１電池電流・電圧センサ３７ａと、第２電池１３ｂの電流、電圧を検出する第２電池電流・電圧センサ３７ｂとが設けられており、これらセンサ３７ａ、３７ｂからの信号がコントローラ３０に入力されている。

（Ｂ）車両用電源システム１Ｂの充放電動作とその作用効果
第２実施形態の車両用電源システム１Ｂにおける充放電動作も、基本的には、第１実施形態の車両用電源システム１Ａの充電動作と同様に行われる。

すなわち、車両の走行状態が加速又は定速から減速に移行されると、コントローラ３０により、図３のフローチャートに基づいて回生電力の充電動作が制御される。

但し、第２実施形態では、車両用電源システム１Ｂが２つの電池１３ａ、１３ｂを備えているため、コントローラ３０は、ステップＳ１では、両電池１３ａ、１３ｂの電流値、電圧値を取得する。また、コントローラ３０は、ステップＳ３において、キャパシタ電圧が両電池１３ａ、１３ｂの電圧値よりも低いか否かを判定し、ステップＳ１５では、両電池１３ａ、１３ｂの電圧よりもキャパシタ電圧が低くなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１８を降圧制御する。さらに、コントローラ３０は、ステップＳ１３では、両電池１３ａ、１３ｂの電圧よりもキャパシタ電圧が高くなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１８を降圧制御する。

また、電気モータ２の駆動による車両の走行時には、コントローラ３０により、図４、図５のフローチャートに基づいて電気モータ２への電力供給（放電）動作が制御される。

但し、第２実施形態では、上記の通り車両用電源システム１Ｂが２つの電池１３ａ、１３ｂを備えているため、コントローラ３０は、ステップＳ２１では、両電池１３ａ、１３ｂの電流値、電圧値を取得する。また、コントローラ３０は、ステップＳ２５において、キャパシタ電圧が両電池１３ａ、１３ｂの電圧値よりも高いか否かを判定し、ステップＳ４３では、両電池１３ａ、１３ｂの電圧よりもキャパシタ電圧が高くなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１８を昇圧制御する。また、コントローラ３０は、ステップＳ４１では、キャパシタ電圧がインバータ許容上限値よりも低く、かつ両電池１３ａ、１３ｂの電圧よりも高くなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１８を降圧制御し、ステップＳ３７では、両電池１３ａ、１３ｂの電圧よりもキャパシタ電圧が低くなるようにＤＣ−ＤＣコンバータ１８を降圧制御する。

このような第２実施形態の車両用電源システム１Ｂについても、電気モータ２が回生制御される際には、当該電気モータ２が発生する回生電力がキャパシタ１６に優先的に充電され、キャパシタ電圧がキャパシタ１６の許容上限値以上と判定された場合にのみ、回生電力が電池１３ａ、１３ｂに充電される。そのため、充電用プラグを介して充電器から電力が充電される場合以外、電池１３ａ、１３ｂの充電機会が殆ど無い。

また、電気モータ２の駆動による車両走行の際には、キャパシタ１６の電力が優先的に電気モータ２（インバータ１０）に供給され、キャパシタ１６からの電力供給中に、ＤＣ−ＤＣ入力電流値がＤＣ−ＤＣコンバータ１８の入力許容上限値以上となった場合、又はインバータ入力電流値がインバータ入力許容上限値以上となった場合にのみ、電池１３ａ、１３ｂから電気モータ２への電力供給が行われる。そのため、実質的には、電池１３ａ、１３ｂの電力が電気モータ２（インバータ１０）に供給される機会も殆ど無い。

従って、このような第２実施形態の車両用電源システム１Ｂについても、充放電に伴う電池１３ａ、１３ｂの劣化を効果的に抑制することができ、これにより、第１実施形態の車両用電源システム１Ａ（図１）と同様に、電池１３ａ、１３ｂの寿命を延ばすことが可能となる。

例えば、図１０中のグラフ（ａ）は、キャパシタモジュール１４を備えていない場合、すなわち図８の構成からキャパシタモジュール１４を除いた場合の第１電池１３ａ、第２電池１３ｂの劣化度合、具体的には、充放電サイクル数と容量維持率との関係（劣化度合）を示すグラフであり（便宜上、ここでは比較システム（図１０中では比較例）という）、（ｂ）は、図８に示す車両用電源システム１Ｂの第１電池１３ａ、第２電池１３ｂの劣化度合を示すグラフである。

これらのグラフ（ａ）（ｂ）に示すように、上記車両用電源システム１Ｂによれば、第２電池１３ｂの容量維持率の変化は比較システムと殆ど変わりないが、第１電池１３ａについては容量維持率の低下が効果的に抑制されている。これは、比較システムにおいては、エネルギー電池に比べて内部抵抗の小さいパワー電池が専ら電気モータ２への電力供給および回生電力の充電を行うこととなるが、第１電池１３ａに対してキャパシタモジュール１４が設けられている上記車両用電源システム１Ｂでは、電気モータ２への電力供給および回生電力の充電を専らキャパシタ１６が行うこととなる。そのため、第１電池１３ａに対する充放電の機会が低減され、その結果、第１電池１３ａの容量維持率の低下が抑制されている。

なお、２つの電池１３ａ、１３ｂを備える車両用電源システムにおいて、システム全体の電池の劣化状態を評価するには、後に詳しく説明する通り、各電池１３ａ、１３ｂの容量維持率を個別に評価するよりも、電池トータルの容量維持率を評価するのが適切であるが、図１０のグラフ（ａ）、（ｂ）に示す通り、上記車両用電源システム１Ｂによれば、第２電池１３ｂの容量維持率の低下が抑制されている分、電池トータルの容量維持率の低下が比較システムに比べて抑制されている。すなわち、上記車両用電源システム１Ｂによれば、比較システムに比べて電池１３ａ、１３ｂの寿命を延ばすことができる。

（Ｃ）電池の寿命管理制御
図１１は、車両用電源システム１Ｂにおける電池の寿命管理制御の一例を示すフローチャートである。この制御は、車両のイグニッションオフ時に予め設定されたタイミングで実行される。

このフローチャートの制御がスタートすると、コントローラ３０は、後述する警告フラグがオンか否かを判定し（ステップＳ５１）、ここでの判定がＮＯの場合には、コントローラ３０は、電池電流・電圧センサ３７ａ、３７ｂから入力される情報に基づき、第１電池１３ａのＯＣＶ_１（開放電圧：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）及び第２電池１３ｂのＯＣＶ_２を取得し、その値に基づき第１電池１３ａのＳＯＣ_１及び第２電池１３ｂのＳＯＣ_２を求める（ステップＳ５３）。コントローラ３０には、ＳＯＣとＯＣＶとの関係を示すマップが記憶されてり、コントローラ３０は、取得したＯＣＶの値に対応するＳＯＣをこのマップから抽出することにより、各電池１３ａ、１３ｂのＳＯＣ_１、ＳＯＣ_２を算出する。

次に、コントローラ３０は、車両が始動したか否か、つまりイグニッションがオンされたか否かを判定し（ステップＳ５５）、ここでの判定がＹＥＳの場合には、コントローラ３０は、電池電流・電圧センサ３７ａ、３７ｂから入力される情報に基づき、各電池１３ａ、１３ｂの入出力電流の積算処理（積分値の演算）を開始する（ステップＳ５７）。次に、車両が停止された否か、ここでは、イグニッションがオフされたか否かを判定し（ステップＳ５９）、ここでの判定がＹＥＳの場合には、コントローラ３０は、各電池１３ａ、１３ｂの入出力電流の積算処理を停止するとともに、各電池１３ａ、１３ｂのＯＣＶ_１′、ＯＣＶ_２′を取得してその値に基づき各電池１３ａのＳＯＣ_１′、ＳＯＣ_２′を求める（ステップＳ６１）。そして、ステップＳ５３、Ｓ５７、Ｓ６１で取得したデータに基づき、各電池１３ａ、１３ｂの容量維持率と電池トータルの容量維持率を求める（ステップＳ６３）。なお、容量維持率とは、第１実施形態でも言及した通り、当初（出荷時）に蓄電可能であった電池の容量に対する実際に（現在）蓄電可能な電池の容量の割合である。

ステップＳ５３、Ｓ５７、Ｓ６１で取得したデータを用いると、各電池１３ａ、１３ｂの容量維持率は、例えば下記の式（３）、（４）に基づいて求めることができる。

［数３］
Ｒｐ＝ΔＥ_１／ΔＳＯＣ_１・Ｅ_１０ ・・・（３）
Ｒｅ＝ΔＥ_２／ΔＳＯＣ_２・Ｅ_２０ ・・・（４）
ここに、
Ｒｐ：第１電池１３ａの容量維持率（％）
Ｒｅ：第２電池１３ｂの容量維持率（％）
ΔＥ_１：第１電池１３ａの入出力電流の積算値
ΔＥ_２：第２電池１３ｂの入出力電流の積算値
ΔＳＯＣ_１：第１電池１３ａのＳＯＣの変化量（ＳＯＣ_１′−ＳＯＣ_１）
ΔＳＯＣ_２：第１電池１３ａのＳＯＣの変化量（ＳＯＣ_２′−ＳＯＣ_２）
Ｅ_１０：第１電池１３ａの初期（出荷時）容量
Ｅ_２０：第２電池１３ｂの初期（出荷時）容量
そして、第１電池１３ａおよび第２電池１３ｂのトータルの容量維持率は、下記式（５）に基づいて求められる。

［数４］
Ｒ＝（Ｒｐ＋Ｒｅ・ｆ）／（１＋ｆ）・・・（５）
ここに、
Ｒ：電池トータルの容量維持率（％）
ｆ：第１電池１３ａの初期容量を１としたときの第２電池１３ｂの初期容量の比
この電池トータルの容量維持率Ｒは、要するに各電池１３ａ、１３ｂの初期容量の比率に応じた平気値である。当例では、上述の通り両電池１３ａ、１３ｂの初期の容量比率は１：１なので、この場合には、電池トータルの容量維持率Ｒは単純な平均値［（Ｒｐ＋Ｒｅ）／２］となる。

各電池１３ａ、１３ｂの容量維持率Ｒｐ、Ｒｅ及び電池トータルの容量維持率Ｒが求まると、コントローラ３０は、電池トータルの容量維持率Ｒが予め設定された交換基準値以下か否か、当例では８０％以下か否かを判定する（ステップＳ６５）。ここでの判定がＹＥＳの場合には、コントローラ３０は、警告フラグをオンして（ステップＳ６７）、本フローチャートを終了する。一方、ステップＳ６５でＮＯと判定した場合には、コントローラ３０は、第１電池１３ａ又は第２電池１３ｂの何れかの容量維持率が予め設定された限界値、当例では７０％以下であるか否かを判定し、ここでの判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ６７に移行して警告フラグをオンし、当該判定がＮＯの場合には、本フローチャートを終了する。

なお、ステップＳ５１での判定がＹＥＳの場合、すなわち警告フラグが既にＯＮである場合には、コントローラ３０は、例えばメンテナンス要求ランプを点灯させる等の警告表示を実行する（ステップＳ７１）。そして、警告表示のリセット操作が行われたか否かを判定し（ステップＳ７３）、ここでの判断がＹＥＳの場合には、警告フラグをオフした後（ステップＳ７５）、本フローチャートを終了し、当該判断がＮＯの場合には、ステップＳ７５の処理をスキップして本フローチャートを終了する。

（Ｄ）上記寿命管理制御による作用効果
このような寿命管理制御が実施される第２実施形態の車両用電源システム１Ｂによれば、電池トータルの容量維持率Ｒに基づいて警告表示が実行されるので、交換時期を適正な範囲で先延ばしにして各電池１３ａ、１３ｂをより長期的に使用することが可能となる。換言すれば、各電池１３ａ、１３ｂの寿命を合理的に延ばすことが可能になる。

すなわち、エネルギー電池とパワー電池を組み合わせて使用する従来システムでは、一定の劣化レベル（容量維持率）が設定され、何れか一方の電池がその劣化レベルに達するとメンテナンス（電池交換）が実施されるのが一般的である。しかし、パワー電池とエネルギー電池とは、その内部抵抗の差により劣化の進行度合が異なり、また、エネルギー電池とパワー電池とが協働して電力の入出力を負担するため、何れか一方の電池が劣化レベルに達した場合でも、電池トータルとしては未だ使用可能な場合が多い。このことは、各電池１３ａ、１３ｂの寿命を短くしていることに等しい。

この点、上記の車両用電源システム１Ｂによれば、電池トータルの容量維持率Ｒに基づいて、すなわち電池トータルの劣化状態の評価に基づいて警告表示が実行されるため、従来システムに比べると、電池１３ａ、１３ｂのメンテナンス（電池交換）時期の到来を先延ばしする、すなわち各電池１３ａ、１３ｂの寿命を延ばすことが可能となる。

例えば、図１０のグラフ（ｂ）に示すように、この車両用電源システム１Ｂでは、充放電サイクル数が９０回で第１電池１３ａの容量維持率Ｒｐが８０（％）に達するのに対して、第２電池１３ｂは、充放電サイクル数が２０回で既に容量維持率Ｒｐが８０（％）に達している。従って、交換基準値を仮に容量維持率８０％とした場合、従来システムでは充放電サイクル数が２０回でメンテナンス時期が到来するが、上記車両用電源システム１Ｂによれば、充放電サイクル数３６程度までメンテナンス時期を先延ばしすることができる。従って、この車両用電源システム１Ｂによれば、各電池１３ａ、１３ｂをより有効に使用することができるようになる。

しかも、この車両用電源システム１Ｂによれば、電池トータルの容量維持率Ｒが交換基準値（当例では８０％）以上の場合であっても、電池１３ａ、１３ｂの何れかの容量維持率が限界値未満（当例では７０％）である場合には警告表示が実行される。具体的には、例えば第１電池１３ａの容量維持率Ｒｐが９５（％）であっても、第２電池１３ｂの容量維持率Ｒｅが６５（％）であるような場合には警告表示が実行される。そのため、電池１３ａ、１３ｂの何れか一方の劣化が過度に進行している状態で電池１３ａ、１３ｂが継続的に使用されることによるトラブル、例えば発熱による発火等を未然に回避することができるという利点もある。

なお、この車両用電源システム１Ｂでは、第１電池１３ａと第２電池１３ｂの容量の比率は１：１であるが、第１電池１３ａの容量を第２電池１３ｂの容量よりも大きく設定するようにしてもよい。つまり、上記車両用電源システム１Ｂによれば、上述の通り第１電池１３ａの寿命を効果的に延ばすことができる（図１０のグラフ（ｂ）参照）。そのため、第１電池１３ａの容量を第２電池１３ｂの容量よりも大きく設定すれば、電池トータルの寿命をより効果的に延ばすことが可能となる。

以上、車両用電源システム１Ａ、１Ｂの実施形態にてついて説明したが、これらの実施形態は、本発明に係る車両用電源システムの好ましい実施形態の例示であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更である。

１Ａ、１Ｂ 車両用電源システム
２ 電気モータ
１０ インバータ
１２ 二次電池
１３ａ 第１二次電池
１３ｂ 第２二次電池
１４ キャパシタモジュール
１６ キャパシタ
１８ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２２ バイパススイッチ
３６ 電池電流・電圧センサ
３７ａ 第１電池電流・電圧センサ
３７ｂ 第２電池電流・電圧センサ
３８ キャパシタ電流・電圧センサ
４０ インバータ電流センサ
４２ ＤＣ−ＤＣ電流センサ

Claims (10)

1. 電力回生が可能な走行用の電気モータを備えた車両の電源システムであって、
   前記車両で用いられる電力を蓄えるための二次電池であって、かつ出力密度とエネルギー密度の比の値が、前記電気モータの出力値である要求モータ出力と当該電池のエネルギー容量の要求値である要求電池エネルギー容量の比の値とほぼ同等である二次電池と、
   この二次電池とは別に、前記電気モータを駆動するための電力および前記電気モータが発生した回生電力を蓄えることが可能な容量を有するキャパシタと、
   前記電気モータへの電力の供給および電気モータが発生した回生電力の充電を制御する充放電手段と、を含み、
   前記充放電手段は、電気モータで発生した回生電力を二次電池よりも優先的にキャパシタに充電するとともに、キャパシタに蓄えられた電力を二次電池よりも優先的に電気モータに供給する、ことを特徴とする車両用電源システム。
2. 請求項１に記載の車両用電源システムにおいて、
   前記充放電手段は、前記電気モータを制御するインバータと、このインバータと前記キャパシタとの間に設けられてキャパシタ電圧を変換する電圧変換装置と、前記二次電池の電圧である電池電圧および前記キャパシタ電圧を検出する電圧検出装置と、電気モータの回生時に、その回生電力が二次電池よりも優先的にキャパシタに充電され、かつ電気モータの駆動時に、キャパシタに蓄えられた電力が二次電池よりも優先的に電気モータに供給されるように、前記電圧検出装置が検出する電池電圧およびキャパシタ電圧の値に基づいて前記電圧変換装置を制御する制御装置と、を含むことを特徴とする車両用電源システム。
3. 請求項２に記載の車両用電源システムにおいて、
   前記キャパシタおよび前記電池は、前記インバータに対して各々並列に接続され、
   前記電圧変換装置は、前記キャパシタに対して直列でかつ前記インバータに対して並列に接続されている、ことを特徴とする車両用電源システム。
4. 請求項３に記載の車両用電源システムにおいて、
   前記電圧変換装置を経由して前記キャパシタと前記インバータとを接続する第１状態と、記電圧変換装置を迂回して前記キャパシタと前記インバータとを接続する第２状態とに切り換え可能なパイパス装置をさらに備え、
   前記制御装置は、電気モータの回生時であってかつキャパシタ電圧が電池電圧未満のときには前記パイパス装置が前記第２状態となり、キャパシタ電圧が電池電圧以上のときには、前記パイパス装置が前記第１状態となるように、前記パイパス装置をさらに制御する、ことを特徴とする車両用電源システム。
5. 請求項３に記載の車両用電源システムにおいて、
   前記電圧変換装置を経由して前記キャパシタと前記インバータとを接続する第１状態と、記電圧変換装置を迂回して前記キャパシタと前記インバータとを接続する第２状態とに切り換え可能なパイパス装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記モータの駆動時であってかつキャパシタ電圧が電池電圧を超えるときには前記パイパス装置が前記第２状態となり、キャパシタ電圧が電池電圧以下のときには、前記パイパス装置が前記第１状態になるように、前記バイパス装置をさらに制御する、ことを特徴とする車両用電源システム。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の車両用電源システムにおいて、
   前記車両は、前記要求モータ出力が５０ｋＷで、前記要求電池エネルギー容量が１０ｋＷｈのものであり、
   前記二次電池は、その出力密度が１３００Ｗ／ｋｇで、エネルギー密度が２３０Ｗｈ／ｋｇのものであり、前記キャパシタは、その最大出力が５０ｋＷ、エネルギー容量が７０Ｗｈである、ことを特徴とする車両用電源システム。
7. 電力回生が可能な走行用の電気モータを備えた車両の電源システムであって、
   前記車両で用いられる電力を蓄えるための二次電池であって、出力密度とエネルギー密度の比の値が、前記電気モータの出力値である要求モータ出力と当該電池のエネルギー容量の要求値である要求電池エネルギー容量の比の値よりも大きいパワー電池である第１二次電池、および出力密度とエネルギー密度の比の値が、前記要求モータ出力と前記要求電池エネルギー容量の比の値よりも小さいエネルギー電池である第２二次電池と、
   前記第１二次電池および前記第２二次電池とは別に、前記電気モータを駆動するための電力および前記電気モータが発生した回生電力を蓄えることが可能な容量を有するキャパシタと、
   前記電気モータへの電力の供給および電気モータが発生した回生電力の充電を制御する充放電手段と、を含み、
   前記充放電手段は、電気モータで発生した回生電力を前記第１二次電池および前記第２二次電池よりも優先的にキャパシタに充電するとともに、キャパシタに蓄えられた電力を前記第１二次電池および前記第２二次電池よりも優先的に電気モータに供給する、ことを特徴とする車両用電源システム。
8. 請求項７に記載の車両用電源システムにおいて、
   前記充放電手段は、前記電気モータを制御するインバータと、このインバータと前記キャパシタとの間に設けられてキャパシタ電圧を変換する電圧変換装置と、前記第１二次電池および第２二次電池の各電池電圧および前記キャパシタ電圧を検出する電圧検出装置と、電気モータの回生時に、その回生電力が前記第１二次電池および第２二次電池よりも優先的にキャパシタに充電され、かつ電気モータの駆動時に、キャパシタに蓄えられた電力が前記第１二次電池および第２二次電池よりも優先的に電気モータに供給されるように、前記電圧検出装置が検出する電池電圧およびキャパシタ電圧の値に基づいて前記電圧変換装置を制御する制御装置と、を含むことを特徴とする車両用電源システム。
9. 請求項７又は８に記載の車両用電源システムにおいて、
   前記キャパシタは、前記第１二次電池に対して並列に設けられている、ことを特徴とする車両用電源システム。
10. 請求項９に記載の車両用電源システムにおいて、
    前記第１二次電池の容量が前記第２二次電池の容量よりも大きく設定されていることを特徴とする車両用電源システム。

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