JP2015133858A - 車両用電源システム - Google Patents
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Abstract
Description
(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。
DP/DE=P/E ・・・(1)
ここに、
DP:仮想最適電池の出力密度(W/kg)
DE: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。
[数2]
E/DE=P/DP ・・・(2)
が得られる。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
Rp=ΔE1/ΔSOC1・E10 ・・・(3)
Re=ΔE2/ΔSOC2・E20 ・・・(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(%)
ΔE1:第1電池13aの入出力電流の積算値
ΔE2:第2電池13bの入出力電流の積算値
ΔSOC1:第1電池13aのSOCの変化量(SOC1′−SOC1)
ΔSOC2:第1電池13aのSOCの変化量(SOC2′−SOC2)
E10:第1電池13aの初期(出荷時)容量
E20: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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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