JP2017085754A - 蓄電装置、輸送機器及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電器を昇温でき、かつ、昇温時の蓄電器の劣化を抑制可能な蓄電装置を提供すること。
【解決手段】蓄電装置は、第１蓄電器と、蓄電容量に対する容量劣化係数の依存が第１蓄電器より大きい第２蓄電器と、第１蓄電器の出力電圧及び第２蓄電器の出力電圧の少なくとも一方を変換する変換部と、変換部を制御する制御部とを備える。制御部は、第１蓄電器及び第２蓄電器の各温度がしきい値以下であれば、変換部を制御して、第１蓄電器と第２蓄電器の間で交互に充放電を行う交互充放電を実行し、第２蓄電器の蓄電容量に基づき、交互充放電を開始する際に第１蓄電器及び第２蓄電器のどちらが先に放電するかを決定する。
【選択図】図８

Description

本発明は、複数の蓄電器を備えた蓄電装置、輸送機器及び制御方法に関する。

特許文献１には、二次電池により構成された第１蓄電部と、充電可能な第２蓄電部と、第１蓄電部の出力する電圧により第２蓄電部を充電する第１充放電回路と、昇圧回路を含み、第２蓄電部の出力する電圧を昇圧して第１蓄電部を充電する第２充放電回路と、第１蓄電部の温度を測定する温度センサと、第１蓄電部の温度が稼働に適した所定値に満たないときは、当該温度が所定値に達するまで、第１充放電回路の動作によるエネルギーの移動及び第２充放電回路の動作によるエネルギーの移動を、交互に実行させる制御部とを設けた電源装置が記載されている。

特開２０１４−２３８９６６号公報

特許文献１に記載の電源装置によれば、第１蓄電部と第２蓄電部とで充電／放電の立場を入れ替えながら相互充放電を繰り返すことによって、第１蓄電部の温度は所定値に達する。したがって、第１蓄電部が充放電可能な状態である限りは、ヒータを用いなくても、第１蓄電部を、稼働に適した温度まで昇温することができる。ところで、蓄電部の種類によっては蓄電容量（ＳＯＣ：State of Charge、「残容量」ともいう。）に応じてその容量劣化係数が大きく変動するものがある。この様な蓄電部を含む電源装置において、この蓄電容量と劣化係数の関係を考慮せずに上述した相互充放電を行うと、蓄電容量が変動して容量劣化係数が高い状態となってしまい、その劣化が進行するため好ましくない。

本発明の目的は、蓄電器を昇温でき、かつ、昇温時の蓄電器の劣化を抑制可能な蓄電装置、輸送機器及び制御方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
蓄電容量に対する容量劣化係数の依存が前記第１蓄電器より大きい第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第１蓄電器の出力電圧及び前記第２蓄電器の出力電圧の少なくとも一方を変換する変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０１，２０１）と、
前記変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１０９）と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の各温度がしきい値以下であれば、前記変換部を制御して、前記第１蓄電器と前記第２蓄電器の間で交互に充放電を行う交互充放電を実行し、
前記第２蓄電器の蓄電容量に基づき、前記交互充放電を開始する際に前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器のどちらが先に放電するかを決定する、蓄電装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記第２蓄電器の蓄電容量が、前記第２蓄電器の前記容量劣化係数がしきい値以下となる蓄電容量の範囲である好適範囲を超える場合、前記制御部は、前記交互充放電を開始する際に、前記第２蓄電器が放電して前記第１蓄電器が充電する充放電を先に行うよう、前記変換部を制御する。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、
前記第２蓄電器の蓄電容量が、前記第２蓄電器の前記容量劣化係数がしきい値以下となる蓄電容量の範囲である好適範囲を下回る場合、前記制御部は、前記交互充放電を開始する際に、前記第１蓄電器が放電して前記第２蓄電器が充電する充放電を先に行うよう、前記変換部を制御する。

請求項４に記載の発明では、請求項２又は３に記載の発明において、
前記第２蓄電器の蓄電容量が前記好適範囲の最大値から第１マージンを引いた値を超える場合、前記制御部は、前記交互充放電を開始する際に、前記第２蓄電器が放電して前記第１蓄電器が充電する充放電を先に行うよう、前記変換部を制御する。

請求項５に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、
前記第２蓄電器の蓄電容量が前記好適範囲の最小値から第２マージンを足した値未満である場合、前記制御部は、前記交互充放電を開始する際に、前記第１蓄電器が放電して前記第２蓄電器が充電する充放電を先に行うよう、前記変換部を制御する。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記第２蓄電器の蓄電容量が前記好適範囲の最小値から第２マージンを足した値未満である場合、前記制御部は、前記交互充放電を開始する際に、前記第１蓄電器が放電して前記第２蓄電器が充電する充放電を先に行うよう、前記変換部を制御する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、
前記第２マージンは、前記第１マージンより小さい。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、
前記第２マージンは、前記第１マージンより大きい。

請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の発明において、
前記制御部は、前記交互充放電を実行する際、前記変換部の変換効率が前記交互充放電を行わない場合と比べて低くなるよう、前記変換部を制御する。

請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の発明において、
前記第２蓄電器は、前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る。

請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の蓄電装置を有する、輸送機器である。

請求項１２に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
蓄電容量に対する容量劣化係数の依存が前記第１蓄電器より大きい第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
前記第１蓄電器の出力電圧及び前記第２蓄電器の出力電圧の少なくとも一方を変換する変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０１，２０１）と、
前記変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１０９）と、を備えた蓄電装置が行う制御方法であって、
前記制御部は、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の各温度がしきい値以下であれば、前記変換部を制御して、前記第１蓄電器と前記第２蓄電器の間で交互に充放電を行う交互充放電を実行し、
前記第２蓄電器の蓄電容量に基づき、前記交互充放電を開始する際に前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器のどちらが先に放電するかを決定する、制御方法である。

請求項１の発明、請求項１１の発明及び請求項１２の発明によれば、第１蓄電器及び第２蓄電器を昇温するための交互充放電を行うことによって、蓄電容量に対する容量劣化係数の依存が高い第２蓄電器の蓄電容量が容量劣化係数が大きなものにならないよう、第２蓄電器の蓄電容量に応じて第２蓄電器が先に放電するか又は先に充電される。したがって、第２蓄電器の劣化を抑制しつつ第１蓄電器及び第２蓄電器を昇温できる。

請求項２の発明によれば、蓄電容量が好適範囲を超える第２蓄電器の容量劣化係数は大きい可能性が高いため、交互充放電を開始する際に第２蓄電器を先に放電して第２蓄電器の蓄電容量の低下を図ることによって、第２蓄電器の容量劣化係数を低減できる。

請求項３の発明によれば、蓄電容量が好適範囲を下回る第２蓄電器の容量劣化係数は大きい可能性が高いため、交互充放電を開始する際に第２蓄電器を先に充電して第２蓄電器の蓄電容量の増加を図ることによって、第２蓄電器の容量劣化係数を低減できる。

請求項４の発明によれば、第２蓄電器の蓄電容量が好適範囲の最大値から第１マージンを引いた値を超える場合、第２蓄電器の蓄電容量がさらに増加すると第２蓄電器の容量劣化係数がしきい値以上となる可能性が高いため、交互充放電を開始する際に第２蓄電器を先に放電して第２蓄電器の蓄電容量の低下を図ることによって、第２蓄電器の容量劣化係数がしきい値以上に高い状態を回避できる。

請求項５の発明及び請求項６の発明によれば、第２蓄電器の蓄電容量が好適範囲の最小値から第２マージンを足した値未満である場合、第２蓄電器の蓄電容量がさらに低下すると第２蓄電器の容量劣化係数がしきい値以上となる可能性が高いため、交互充放電を開始する際に第２蓄電器を先に充電して第２蓄電器の蓄電容量の増加を図ることによって、第２蓄電器の容量劣化係数がしきい値以上に高い状態を回避できる。

請求項７の発明によれば、第２蓄電器の蓄電容量における好適範囲の最小値側の第２マージンが最大値側の第１マージンよりも小さいことにより、第２蓄電器の蓄電容量が好適範囲の最大値を超過する可能性を小さくできるため、第２蓄電器の容量劣化係数が蓄電容量が高い状態で特に大きい場合、第２蓄電器の劣化をより一層抑制できる。

請求項８の発明によれば、第２蓄電器の代わりに、蓄電容量における好適範囲の最大値側よりも最小値側の方が容量劣化係数の増加率が大きな特性の蓄電器が用いられる場合、蓄電容量における好適範囲の最小値側の第２マージンが最大値側の第１マージンよりも大きいことにより、蓄電容量が好適範囲の最小値を下回る可能性を小さくできるため、当該蓄電器の容量劣化係数が蓄電容量が低い状態で特に大きい場合、蓄電器の劣化をより一層抑制できる。

請求項９の発明によれば、交互充放電を実行する際の変換部の変換効率を低くすることによって変換部で発生する熱量は増加するため、交互充放電による蓄電器の昇温だけでなく、変換部で発生した熱によっても蓄電器の温度を上げることができる。

請求項１０の発明によれば、特性の異なる２つの蓄電器を併用する当該蓄電装置において、第２蓄電器の劣化を抑制しつつ当該双方の蓄電器を昇温できる。よって、昇温効率が上昇して交互充放電を行う回数が減るため、第２蓄電器に加えて第１蓄電器の劣化を最小限にできる。

本発明に係る一実施形態の蓄電装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。 高出力型バッテリのＳＯＣに対する容量劣化係数を示す図である。 高容量型バッテリ、高出力型バッテリ、ＶＣＵ、ＰＤＵ及びモータジェネレータの関係を示す電気回路図である。 交互充放電を実行中の高容量型バッテリと高出力型バッテリの間の充放電電流の流れを示す図である。 ＥＣＵが行うバッテリの昇温制御の処理の流れを示すフローチャートである。 ＥＣＵが行うバッテリの昇温制御の処理の流れを示すフローチャートである。 バッテリの昇温制御を行うか否かを判断する際にＥＣＵが参照するテーブルを示す図である。 高出力型バッテリのＳＯＣの好適範囲と交互充放電のパターンを示す図である。 他の実施形態の蓄電装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る一実施形態の蓄電装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。図１中の太い実線は機械連結を示し、二重点線は電力配線を示し、細い実線は制御信号を示す。図１に示す１ＭＯＴ型の電動車両は、モータジェネレータ（MG）１１と、ＰＤＵ（Power Drive Unit）１３と、一実施形態の蓄電装置１００とを備える。以下、電動車両が備える各構成要素について説明する。

モータジェネレータ１１は、蓄電装置１００から供給される電力によって駆動され、電動車両が走行するための動力を発生する。モータジェネレータ１１で発生したトルクは、変速段又は固定段を含むギヤボックスＧＢ及びデファレンシャル・ギアＤを介して駆動輪Ｗに伝達される。また、モータジェネレータ１１は、電動車両の減速時には発電機として動作して、電動車両の制動力を出力する。なお、モータジェネレータ１１を発電機として動作させることで生じた回生電力は、蓄電装置１００が有するバッテリに蓄えられる。

ＰＤＵ１３は、直流電圧を交流電圧に変換して３相電流をモータジェネレータ１１に供給する。また、ＰＤＵ１３は、モータジェネレータ１１の回生動作時に入力される交流電圧を直流電圧に変換する。

蓄電装置１００は、図１に示すように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと、高出力型バッテリＥＳ−Ｐと、ＶＣＵ（Voltage Control Unit）１０１と、電圧センサ１０３ｐ，１０３ｅと、電流センサ１０５ｐ，１０５ｅと、温度センサ１０７ｐ，１０７ｅと、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０９とを備える。

高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等といった複数の蓄電セルを有し、モータジェネレータ１１に高電圧の電力を供給する。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐも、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等といった複数の蓄電セルを有し、ＶＣＵ１０１を介してモータジェネレータ１１に高電圧の電力を供給する。高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、ＶＣＵ１０１を介して、ＰＤＵ１３に対して高容量型バッテリＥＳ−Ｅと並列に接続されている。また、一般的に、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧よりも低い。したがって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電力は、ＶＣＵ１０１によって高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧と同レベルまで昇圧された後、ＰＤＵ１３を介してモータジェネレータ１１に供給される。

なお、高容量型バッテリＥＳ−Ｅや高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、前述した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に限定される訳ではない。例えば、蓄電可能容量は少ないものの、短時間に大量の電力を充放電可能なコンデンサやキャパシタを高出力型バッテリＥＳ−Ｐとして用いても構わない。

また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの特性と高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性は互いに異なる。高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐよりも、出力重量密度は低いが、エネルギー重量密度は高い。一方、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅよりも、エネルギー重量密度は低いが、出力重量密度は高い。このように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、エネルギー重量密度の点で相対的に優れ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、出力重量密度の点で相対的に優れる。なお、エネルギー重量密度とは、単位重量あたりの電力量（Ｗｈ／ｋｇ）であり、出力重量密度とは、単位重量あたりの電力（Ｗ／ｋｇ）である。したがって、エネルギー重量密度が優れている高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、高容量を主目的とした蓄電器であり、出力重量密度が優れている高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高出力を主目的とした蓄電器である。

このような高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性の違いは、例えば電極や活物質、電解質／液といった電池の構成要素の構造や材質等により定まる種々のパラメータに起因するものである。例えば、充放電可能な電気の総量を示すパラメータである蓄電可能容量は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐより高容量型バッテリＥＳ−Ｅの方が優れる、一方、充放電に対する蓄電可能容量の劣化耐性を示すパラメータであるＣレート特性や充放電に対する電気抵抗値を示すパラメータである内部抵抗（インピーダンス）は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅより高出力型バッテリＥＳ−Ｐの方が優れる。

また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、蓄電容量（ＳＯＣ：State of Charge、「残容量」ともいう。）に対する容量劣化係数の変動が小さく、満充電電圧や放電終止電圧においても大幅に劣化することはない。一方、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、図２に示すように、ＳＯＣに対する容量劣化係数の変動が大きく、中間域のＳＯＣにおける容量劣化係数は小さいが、中間域以外のＳＯＣにおける容量劣化係数は大きい。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの中間域よりもＳＯＣが低い領域と高い領域とでは、ＳＯＣが中間域から離れる際の容量劣化係数の増加率は高い領域の方が高い。

ＶＣＵ１０１は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電圧を直流のまま昇圧する。また、ＶＣＵ１０１は、電動車両の減速時にモータジェネレータ１１が発電して直流に変換された電力を降圧する。さらに、ＶＣＵ１０１は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの出力電圧を直流のまま降圧する。ＶＣＵ１０１によって降圧された電力は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに充電される。図３は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ、ＶＣＵ１０１、ＰＤＵ１３及びモータジェネレータ１１の関係を示す電気回路図である。図３に示すように、ＶＣＵ１０１は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電圧を入力電圧として２つのスイッチング素子をオンオフ切換動作することによって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧を昇圧して出力する。

電圧センサ１０３ｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを検出する。電圧センサ１０３ｐが検出した電圧Ｖｐを示す信号はＥＣＵ１０９に送られる。電圧センサ１０３ｅは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅを検出する。なお、電圧センサ１０３ｅが検出した電圧Ｖｅは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧ＶｐをＶＣＵ１０１が昇圧した値に等しい。電圧センサ１０３ｅが検出した電圧Ｖｅを示す信号はＥＣＵ１０９に送られる。

電流センサ１０５ｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの入出力電流Ｉｐを検出する。電流センサ１０５ｐが検出した入出力電流Ｉｐを示す信号はＥＣＵ１０９に送られる。電流センサ１０５ｅは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの入出力電流Ｉｅを検出する。電流センサ１０５ｅが検出した入出力電流Ｉｅを示す信号はＥＣＵ１０９に送られる。

温度センサ１０７ｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐを検出する。温度センサ１０７ｐが検出した温度Ｔｐを示す信号はＥＣＵ１０９に送られる。温度センサ１０７ｅは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度Ｔｅを検出する。温度センサ１０７ｅが検出した温度Ｔｅを示す信号はＥＣＵ１０９に送られる。

ＥＣＵ１０９は、ＰＤＵ１３及びＶＣＵ１０１の制御を行う。また、ＥＣＵ１０９は、電圧センサ１０３ｐ，１０３ｅが検出した各電圧及び電流センサ１０５ｐ，１０５ｅが検出した各入出力電流に基づき、電流積算方式及び／又はＯＣＶ（開放電圧）推定方式によって、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各ＳＯＣを導出する。

また、ＥＣＵ１０９は、特性の異なる高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各々の特性を活かすよう、ＶＣＵ１０１を用いた電力分配制御を行う。この電力分配制御を行えば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、電動車両の走行時に一定の電力をモータジェネレータ１１に電力を供給するよう用いられ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、電動車両の走行のために大きな駆動力が必要なときに、モータジェネレータ１１に電力を供給するよう用いられる。また、モータジェネレータ１１が発電した回生電力は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに優先的に入力される。したがって、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣは、０％〜１００％までの略全域が使用範囲として設定され、走行に伴い継続的に低下する。一方、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣは、例えば４０％〜７０％の略中間域が使用範囲として設定され、この中間域に属する所定の中間値を維持するようその近傍で変動する。

さらに、ＥＣＵ１０９は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度Ｔｅ又は高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐがしきい値以下であれば、バッテリを昇温するために一方のバッテリから他方のバッテリへ電力を供給する「電力供給」を行うようＶＣＵ１０１を制御する。特に、ＥＣＵ１０９は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度Ｔｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐの双方がしきい値以下であれば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの間で交互に充放電を行ってバッテリを昇温するための図４に示す「交互充放電」を行うようＶＣＵ１０１を制御する。以下、ＥＣＵ１０９が行うバッテリを昇温するための制御を「バッテリの昇温制御」という。

以下、ＥＣＵ１０９によるバッテリの昇温制御の詳細について、図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６は、ＥＣＵ１０９が行うバッテリの昇温制御の処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、ＥＣＵ１０９は、温度センサ１０７ｅが検出した高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度Ｔｅ及び温度センサ１０７ｐが検出した高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐを取得する（ステップＳ１０１）。次に、ＥＣＵ１０９は、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣ及び高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣを算出する（ステップＳ１０３）。

次に、ＥＣＵ１０９は、ステップＳ１０１及びステップＳ１０３で得られた情報に基づき、図７に示すテーブルに従って、バッテリの昇温制御を行うか否かを判断し（ステップＳ１０５）、バッテリの昇温制御を行う場合はステップＳ１０７に進み、行わない場合は一連の処理を終了する。なお、図７のテーブルに示す高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度は、しきい値を超える温度を「高」、しきい値以下の温度を「低」と示す。また、図７のテーブルに示す高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣは、後述する好適範囲の最大値から第１マージンを引いた値以上のＳＯＣを「高」、好適範囲の最小値から第２マージンを足した値以下のＳＯＣを「低」と示す。一方、図７のテーブルに示す高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣは、例えばＳＯＣが８０％を越えれば「高」、ＳＯＣが２０％を下回れば「低」と示す。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１０９は、ステップＳ１０１及びステップＳ１０３で得られた情報に基づき、図７に示すテーブルに従って、交互充放電によるバッテリの昇温制御を行うか否かを判断し、交互充放電を行う場合は図６に示すステップＳ１２１に進み、行わない場合はステップＳ１０９に進む。なお、図７に示すテーブルによれば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方のＳＯＣが「高」の場合を除き、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方の温度が「低」の場合は交互充放電によるバッテリの昇温制御を行い、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐのいずれか一方の温度が「低」の場合は電力供給によるバッテリの昇温制御を行うと判断される。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ１０９は、バッテリを昇温するために高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの一方から他方へ電力を供給するようＶＣＵ１０１を制御する。次に、ＥＣＵ１０９は、温度センサ１０７ｅが検出した高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度Ｔｅ及び温度センサ１０７ｐが検出した高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐを取得する（ステップＳ１１１）。次に、ＥＣＵ１０９は、ステップＳ１１１で得られた情報に基づき、ステップＳ１０１の時点で温度が「低」であったバッテリの温度がしきい値を超えて「高」になったかを判断し（ステップＳ１１３）、バッテリの温度が「高」であれば一連の処理を終了し、しきい値以下の「低」であればステップＳ１０９に戻る。

ステップＳ１０７で交互充放電を行うと判断した際に進むステップＳ１２１以降の処理は図６に示される。ステップＳ１２１では、ＥＣＵ１０９は、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣ（ＳＯＣｐ）が、好適範囲の最大値Ｔｈｍａｘから第１マージンΔ１を引いた値を超える（ＳＯＣｐ＞Ｔｈｍａｘ−Δ１）か否かを判断する。好適範囲とは、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣに対する容量劣化係数がしきい値以下となるＳＯＣの範囲であり、図８に示すように、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣの好適範囲は略中間域である。ステップＳ１２１において、ＳＯＣｐ＞Ｔｈｍａｘ−Δ１と判断された場合はステップＳ１２５に進み、ＳＯＣｐ≦Ｔｈｍａｘ−Δ１と判断された場合はステップＳ１２３に進む。ステップＳ１２３では、ＥＣＵ１０９は、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣ（ＳＯＣｐ）が、好適範囲の最小値Ｔｈｍｉｎから第２マージンΔ２を足した値未満（ＳＯＣｐ＜Ｔｈｍｉｎ＋Δ２）であるか否かを判断し、ＳＯＣｐ＜Ｔｈｍｉｎ＋Δ２と判断した場合はステップＳ１２７に進み、ＳＯＣｐ≧Ｔｈｍｉｎ＋Δ２と判断した場合はステップＳ１２９に進む。なお、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣは中間域から離れる際の容量劣化係数の増加率は、好適範囲の最大値Ｔｈｍａｘ側よりも最小値Ｔｈｍｉｎ側の方が小さいため、第２マージンΔ２は、第１マージンΔ１よりも小さい。但し、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの代わりに、好適範囲の最大値Ｔｈｍａｘ側よりも最小値Ｔｈｍｉｎ側の方が容量劣化係数の増加率が大きな特性のバッテリが用いられる場合、第２マージンΔ２は、第１マージンΔ１よりも大きいことが望ましい。

ステップＳ１２５では、ＥＣＵ１０９は、交互充放電を開始する際に、高出力型バッテリＥＳ−Ｐが放電して高容量型バッテリＥＳ−Ｅが充電する充放電を先に行うと決定する。すなわち、図８に示すパターン１の交互充放電を行うと決定する。また、ステップＳ１２７では、ＥＣＵ１０９は、交互充放電を開始する際に、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが放電して高出力型バッテリＥＳ−Ｐが充電する充放電を先に行うと決定する。すなわち、図８に示すパターン２の交互充放電を行うと決定する。また、ステップＳ１２９では、ＥＣＵ１０９は、交互充放電を開始する際に、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐのどちらが先に放電するかをランダムに決める。すなわち、交互充放電をパターン１で行うかパターン２で行うかをランダムに決定する。

ステップＳ１２５，Ｓ１２７又はＳ１２９を行った後、ＥＣＵ１０９は、ＶＣＵ１０１を制御して、決定したパターンの交互充放電を開始する（ステップＳ１３１）。次に、ＥＣＵ１０９は、温度センサ１０７ｅが検出した高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度Ｔｅ及び温度センサ１０７ｐが検出した高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐを取得する（ステップＳ１３３）。次に、ＥＣＵ１０９は、ステップＳ１３３で得られた情報に基づき、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの少なくとも一方の温度がしきい値を超えて「高」になったかを判断し（ステップＳ１３５）、少なくとも一方のバッテリの温度が「高」であれば一連の処理を終了し、どちらのバッテリの温度もしきい値以下の「低」であればステップＳ１０５に戻る。ステップＳ１０５に戻った場合、どちらのバッテリの温度もしきい値以下の「低」であるため、図７のテーブルに従ってステップＳ１２１に進み、ＥＣＵ１０９は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの交互充放電を行うようＶＣＵ１０１を制御する。

なお、上記処理では、ステップ１３５の判断において、少なくとも一方のバッテリの温度が「高」であれば一連の処理を終了するが、ステップＳ１０５に戻っても良い。この場合、一方のバッテリの温度のみが「高」であると、ＥＣＵ１０９は、ステップＳ１０５でバッテリの昇温制御を行うと判断し、ステップＳ１０７で交互充放電を行わないと判断し、ステップＳ１０９で高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの一方から他方へ電力を供給するようＶＣＵ１０１を制御する。

ＥＣＵ１０９は、上記説明したバッテリの昇圧制御を行うとき、図７に示すようにＶＣＵ１０１の変換効率を低くしたＶＣＵ高損失制御を行っても良い。ＶＣＵ１０１の変換効率を低くすることによってＶＣＵ１０１で発生する熱量は増加するため、交互充放電によるバッテリの昇温だけでなく、ＶＣＵ１０１で発生した熱によってもバッテリの温度を上げることができる。これによって、昇温効率が上がるため、交互充放電の回数を減らすことができるため、高出力型バッテリＥＳ−Ｐのみならず高容量型バッテリＥＳ−Ｅの劣化を最小限にできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各温度がしきい値以下である場合には、バッテリを昇温するための交互充放電を行うことによって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの容量劣化係数が大きなＳＯＣとならないよう、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣに応じて交互充放電のパターンを決定する。交互充放電のパターンを決定する際、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣが好適範囲の最大値Ｔｈｍａｘから第１マージンΔ１を引いた値を超える場合、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣがさらに増加すると高出力型バッテリＥＳ−Ｐの容量劣化係数がしきい値以上となる可能性が高いため、交互充放電を開始する際に高出力型バッテリＥＳ−Ｐを先に放電して高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣの低下を図ることによって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの容量劣化係数がしきい値以上に高い状態を回避できる。また、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣが好適範囲の最小値Ｔｈｍｉｎから第２マージンΔ２を足した値未満である場合、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣがさらに低下すると高出力型バッテリＥＳ−Ｐの容量劣化係数がしきい値以上となる可能性が高いため、交互充放電を開始する際に高出力型バッテリＥＳ−Ｐを先に充電して高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣの増加を図ることによって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの容量劣化係数がしきい値以上に高い状態を回避できる。したがって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの劣化を抑制しつつ高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐを昇温できる。

また、第１マージンΔ１がゼロの場合、ＳＯＣが好適範囲の最大値Ｔｈｍａｘを超える高出力型バッテリＥＳ−Ｐの容量劣化係数は大きいため、交互充放電を開始する際に高出力型バッテリＥＳ−Ｐを先に放電して高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣの低下を図ることによって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの容量劣化係数を低減できる。また、第２マージンΔ２がゼロの場合、ＳＯＣが好適範囲の最小値Ｔｈｍｉｎ未満である高出力型バッテリＥＳ−Ｐの容量劣化係数は大きい可能性が高いため、交互充放電を開始する際に高出力型バッテリＥＳ−Ｐを先に充電して高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣの増加を図ることによって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの容量劣化係数を低減できる。したがって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの劣化を抑制しつつ高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐを昇温できる。

また、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣにおける好適範囲の最小値Ｔｈｍｉｎ側の第２マージンΔ２が最大値Ｔｈｍａｘ側の第１マージンΔ１よりも大きいことにより、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣが好適範囲の最小値Ｔｈｍｉｎまで低下する可能性を小さくできるため、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの容量劣化係数がしきい値以上に高い状態をより一層回避できる。なお、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの代わりに、ＳＯＣにおける好適範囲の最小値Ｔｈｍｉｎ側の第２マージンΔ２が最大値Ｔｈｍａｘ側の第１マージンΔ１よりも大きな特性のバッテリが用いられる場合、ＳＯＣにおける好適範囲の最小値Ｔｈｍｉｎ側の第２マージンΔ２が最大値Ｔｈｍａｘ側の第１マージンΔ１よりも大きいことにより、ＳＯＣが好適範囲の最小値Ｔｈｍｉｎを下回る可能性を小さくできるため、当該バッテリの容量劣化係数がＳＯＣが低い状態で特に大きい場合、バッテリの劣化をより一層抑制できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記説明した電動車両は、１ＭＯＴ型のＥＶ（Electrical Vehicle）であるが、複数のモータジェネレータを搭載したＥＶであっても、少なくとも１つのモータジェネレータと共に内燃機関を搭載したＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle）やＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electrical Vehicle）であっても、ＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle）であっても良い。

本実施形態のＶＣＵ１０１は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを昇圧するが、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅが高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐよりも低い場合、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを降圧するＶＣＵが用いられる。また、双方向に昇降圧が可能なＶＣＵを用いても良い。また、図９に示すように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ側にもＶＣＵ２０１を設けても良い。２つのＶＣＵを設けることで、モータジェネレータ１１及びＰＤＵ１３に印加される電圧が高容量型バッテリＥＳ−Ｅに束縛されないため、効率が向上する。

１１ モータジェネレータ
１３ ＰＤＵ
１００ 蓄電装置
１０１，２０１ ＶＣＵ
１０３ｐ，１０３ｅ 電圧センサ
１０５ｐ，１０５ｅ 電流センサ
１０７ｐ，１０７ｅ 温度センサ
１０９ ＥＣＵ
ＥＳ−Ｅ 高容量型バッテリ
ＥＳ−Ｐ 高出力型バッテリ

Claims (12)

1. 第１蓄電器と、
   蓄電容量に対する容量劣化係数の依存が前記第１蓄電器より大きい第２蓄電器と、
   前記第１蓄電器の出力電圧及び前記第２蓄電器の出力電圧の少なくとも一方を変換する変換部と、
   前記変換部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の各温度がしきい値以下であれば、前記変換部を制御して、前記第１蓄電器と前記第２蓄電器の間で交互に充放電を行う交互充放電を実行し、
   前記第２蓄電器の蓄電容量に基づき、前記交互充放電を開始する際に前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器のどちらが先に放電するかを決定する、蓄電装置。
2. 請求項１に記載の蓄電装置であって、
   前記第２蓄電器の蓄電容量が、前記第２蓄電器の前記容量劣化係数がしきい値以下となる蓄電容量の範囲である好適範囲を超える場合、前記制御部は、前記交互充放電を開始する際に、前記第２蓄電器が放電して前記第１蓄電器が充電する充放電を先に行うよう、前記変換部を制御する、蓄電装置。
3. 請求項１又は２に記載の蓄電装置であって、
   前記第２蓄電器の蓄電容量が、前記第２蓄電器の前記容量劣化係数がしきい値以下となる蓄電容量の範囲である好適範囲を下回る場合、前記制御部は、前記交互充放電を開始する際に、前記第１蓄電器が放電して前記第２蓄電器が充電する充放電を先に行うよう、前記変換部を制御する、蓄電装置。
4. 請求項２又は３に記載の蓄電装置であって、
   前記第２蓄電器の蓄電容量が前記好適範囲の最大値から第１マージンを引いた値を超える場合、前記制御部は、前記交互充放電を開始する際に、前記第２蓄電器が放電して前記第１蓄電器が充電する充放電を先に行うよう、前記変換部を制御する、蓄電装置。
5. 請求項２又は３に記載の蓄電装置であって、
   前記第２蓄電器の蓄電容量が前記好適範囲の最小値から第２マージンを足した値未満である場合、前記制御部は、前記交互充放電を開始する際に、前記第１蓄電器が放電して前記第２蓄電器が充電する充放電を先に行うよう、前記変換部を制御する、蓄電装置。
6. 請求項４に記載の蓄電装置であって、
   前記第２蓄電器の蓄電容量が前記好適範囲の最小値から第２マージンを足した値未満である場合、前記制御部は、前記交互充放電を開始する際に、前記第１蓄電器が放電して前記第２蓄電器が充電する充放電を先に行うよう、前記変換部を制御する、蓄電装置。
7. 請求項６に記載の蓄電装置であって、
   前記第２マージンは、前記第１マージンより小さい、蓄電装置。
8. 請求項６に記載の蓄電装置であって、
   前記第２マージンは、前記第１マージンより大きい、蓄電装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の蓄電装置であって、
   前記制御部は、前記交互充放電を実行する際、前記変換部の変換効率が前記交互充放電を行わない場合と比べて低くなるよう、前記変換部を制御する、蓄電装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の蓄電装置であって、
    前記第２蓄電器は、前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る、蓄電装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の蓄電装置を有する、輸送機器。
12. 第１蓄電器と、
    蓄電容量に対する容量劣化係数の依存が前記第１蓄電器より大きい第２蓄電器と、
    前記第１蓄電器の出力電圧及び前記第２蓄電器の出力電圧の少なくとも一方を変換する変換部と、
    前記変換部を制御する制御部と、を備えた蓄電装置が行う制御方法であって、
    前記制御部は、
    前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の各温度がしきい値以下であれば、前記変換部を制御して、前記第１蓄電器と前記第２蓄電器の間で交互に充放電を行う交互充放電を実行し、
    前記第２蓄電器の蓄電容量に基づき、前記交互充放電を開始する際に前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器のどちらが先に放電するかを決定する、制御方法。

Images