JP2018196274A - Battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池システムに関する。 The present invention relates to a battery system.
近年、負荷へ供給される電力を蓄電する二次電池と、二次電池へ充電される電力を発電する燃料電池とを備える電池システムが種々の装置に利用されている。例えば、特許文献1に記載されているように、二次電池から供給される電力を用いて駆動される駆動用モータの出力により走行する電動車両において、燃料電池により発電される電力を用いて二次電池を充電することによって、二次電池の残存容量(SOC:State Of Charge)が低下し電力が枯渇することを抑制しつつ走行の継続を可能にする電動車両がある。このような電動車両では、例えば、外部電源により二次電池が充電され、電動車両の走行中に二次電池の残存容量の低下に応じて燃料電池が起動される。 In recent years, a battery system including a secondary battery that stores electric power supplied to a load and a fuel cell that generates electric power charged to the secondary battery is used in various apparatuses. For example, as described in Patent Document 1, in an electric vehicle that travels by the output of a driving motor that is driven using electric power supplied from a secondary battery, the electric power generated by the fuel cell is There is an electric vehicle that allows the vehicle to continue running while charging a secondary battery and suppressing a remaining capacity (SOC: State Of Charge) of the secondary battery and depleting power. In such an electric vehicle, for example, the secondary battery is charged by an external power source, and the fuel cell is activated in accordance with a decrease in the remaining capacity of the secondary battery while the electric vehicle is traveling.
ところで、電動車両等に搭載される上記の電池システムにおいて、電力の供給についての効率である電力供給効率を向上させることが望ましいと考えられる。具体的には、上記の電池システムにおいて、二次電池に蓄電される電力は、二次電池と負荷とを接続する電力線を介して負荷へ供給される。例えば、二次電池から負荷への電力の供給において、二次電池の内部抵抗及び電力線の電気抵抗に起因して電力損失が生じる。このような電力損失は、電池システムにおける電力供給効率を低下させる要因となり得る。 By the way, in said battery system mounted in an electric vehicle etc., it is thought desirable to improve the power supply efficiency which is the efficiency about supply of electric power. Specifically, in the battery system described above, the electric power stored in the secondary battery is supplied to the load via a power line connecting the secondary battery and the load. For example, in the supply of power from the secondary battery to the load, power loss occurs due to the internal resistance of the secondary battery and the electrical resistance of the power line. Such power loss can be a factor of reducing power supply efficiency in the battery system.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、二次電池及び燃料電池を含む電池システムにおいて電力供給効率を向上させることが可能な、新規かつ改良された電池システムを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a novel and capable of improving power supply efficiency in a battery system including a secondary battery and a fuel cell. It is to provide an improved battery system.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、負荷と、前記負荷へ供給される電力を蓄電する二次電池と、前記二次電池へ充電される電力を発電する燃料電池と、を備える電池システムであって、前記負荷へ供給される電力を蓄電する蓄電装置と、前記蓄電装置に蓄電される電力を利用せずに前記二次電池から前記負荷へ電力を供給する第1供給モードと、前記蓄電装置と前記二次電池とが直列に接続されている状態で前記蓄電装置及び前記二次電池から前記負荷へ電力を供給する第2供給モードとを切り替え可能な切替部と、前記切替部の動作を制御することにより前記負荷への電力の供給モードの切り替えを制御する制御装置と、をさらに備え、前記蓄電装置は、前記燃料電池により発電される電力を用いて充電される、電池システムが提供される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a load, a secondary battery that stores electric power supplied to the load, and a fuel cell that generates electric power charged to the secondary battery, A power storage device that stores power supplied to the load, and a first power supply from the secondary battery to the load without using the power stored in the power storage device. A switching unit capable of switching between a supply mode and a second supply mode for supplying power from the power storage device and the secondary battery to the load in a state where the power storage device and the secondary battery are connected in series; And a control device that controls switching of a power supply mode to the load by controlling an operation of the switching unit, and the power storage device is charged using power generated by the fuel cell. Battery Stem is provided.
前記制御装置は、前記第1供給モードにおいて、前記蓄電装置を含まずに前記二次電池及び前記負荷が直列に接続される閉回路を形成し、前記第2供給モードにおいて、前記蓄電装置、前記二次電池及び前記負荷が直列に接続される閉回路を形成してもよい。 In the first supply mode, the control device forms a closed circuit in which the secondary battery and the load are connected in series without including the power storage device, and in the second supply mode, the power storage device, A closed circuit in which a secondary battery and the load are connected in series may be formed.
前記電池システムは、電動車両に搭載され、前記負荷は、前記電動車両の駆動用モータを含んでもよい。 The battery system may be mounted on an electric vehicle, and the load may include a drive motor for the electric vehicle.
前記二次電池に蓄電される電力は、主として前記駆動用モータの駆動に用いられ、前記燃料電池により発電される電力は、主として前記二次電池の充電に用いられてもよい。 The electric power stored in the secondary battery may be mainly used for driving the driving motor, and the electric power generated by the fuel cell may be mainly used for charging the secondary battery.
前記二次電池は、前記電動車両の外部の外部電源と接続可能であり、前記外部電源から供給される電力を用いて充電されてもよい。 The secondary battery may be connected to an external power source outside the electric vehicle, and may be charged using electric power supplied from the external power source.
前記制御装置は、前記負荷の電力要求値が基準値以下であると判定される場合に前記供給モードを前記第1供給モードへ切り替え、前記電力要求値が前記基準値より大きいと判定される場合に前記供給モードを前記第2供給モードへ切り替えてもよい。 The control device switches the supply mode to the first supply mode when it is determined that the power demand value of the load is less than or equal to a reference value, and the power request value is determined to be greater than the reference value The supply mode may be switched to the second supply mode.
前記制御装置は、前記電力要求値が前記基準値以下であるか否かを前記電動車両の走行に関連する情報である走行情報に基づいて判定してもよい。 The control device may determine whether or not the required power value is equal to or less than the reference value based on travel information that is information related to travel of the electric vehicle.
前記走行情報は、前記電動車両のアクセル開度を含んでもよい。 The travel information may include an accelerator opening of the electric vehicle.
前記走行情報は、前記電動車両が走行する路面の勾配を含んでもよい。 The travel information may include a road gradient on which the electric vehicle travels.
前記制御装置は、前記負荷における現在の電流値及び電流要求値の間の差と閾値との比較結果に応じて前記供給モードの切り替えを制御してもよい。 The control device may control switching of the supply mode according to a comparison result between a difference between a current value and a current request value in the load and a threshold value.
前記制御装置は、前記供給モードが前記第1供給モードから前記第2供給モードへ切り替えられることにより生じる前記電池システムにおける電気抵抗の増大に起因する前記電池システムにおける電力損失の増大分が相殺されて前記電力損失が低減されるように、前記第1供給モードから前記第2供給モードへの切り替えを実行してもよい。 The controller cancels an increase in power loss in the battery system caused by an increase in electrical resistance in the battery system that occurs when the supply mode is switched from the first supply mode to the second supply mode. Switching from the first supply mode to the second supply mode may be performed so that the power loss is reduced.
前記蓄電装置は、電圧を変換可能な第1電力変換装置を介して前記燃料電池と接続され、前記制御装置は、前記第1電力変換装置及び前記燃料電池の動作を制御することにより、前記燃料電池により発電される電力の前記蓄電装置への供給を制御してもよい。 The power storage device is connected to the fuel cell via a first power conversion device capable of converting a voltage, and the control device controls the operation of the first power conversion device and the fuel cell, thereby You may control supply to the said electrical storage apparatus of the electric power generated with a battery.
前記二次電池は、電圧を変換可能な第2電力変換装置を介して前記燃料電池と接続され、前記制御装置は、前記第2電力変換装置及び前記燃料電池の動作を制御することにより、前記燃料電池により発電される電力の前記二次電池への供給を制御してもよい。 The secondary battery is connected to the fuel cell via a second power conversion device capable of converting a voltage, and the control device controls the operations of the second power conversion device and the fuel cell, thereby You may control supply to the said secondary battery of the electric power generated with a fuel cell.
前記第2電力変換装置は、双方向に電圧を変換可能であり、前記制御装置は、前記第1電力変換装置及び前記第2電力変換装置の動作を制御することにより、前記二次電池に蓄電される電力の前記蓄電装置への供給を制御してもよい。 The second power conversion device is capable of bi-directionally converting voltage, and the control device stores power in the secondary battery by controlling operations of the first power conversion device and the second power conversion device. The supplied power may be controlled to the power storage device.
前記蓄電装置は、前記二次電池の内部抵抗と比較して小さい内部抵抗を有してもよい。 The power storage device may have a small internal resistance compared to the internal resistance of the secondary battery.
前記蓄電装置は、電気二重層コンデンサであってもよい。 The power storage device may be an electric double layer capacitor.
以上説明したように本発明によれば、二次電池及び燃料電池を含む電池システムにおいて電力供給効率を向上させることが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to improve power supply efficiency in a battery system including a secondary battery and a fuel cell.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
<1.電気回路における電力損失>
まず、本発明の実施形態に係る電池システム1の説明に先立って、図1を参照して、一般的な電気回路9における電気抵抗に起因して生じる電力損失について説明する。
<1. Power loss in electrical circuits>
First, prior to the description of the battery system 1 according to the embodiment of the present invention, the power loss caused by the electric resistance in the general
図1は、電池901と負荷903を含む一般的な電気回路9を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a general
電池901は、電力線902を介して負荷903と接続される。ここで、電池901の内部抵抗をRvとし、電力線902の電気抵抗をRaとし、電流をIとすると、電気回路9における電気抵抗に起因して生じる電圧降下による電位差Vrは、以下の式(1)によって表される。
ゆえに、電池901の起電力をVとすると、負荷903へ印加される電圧VLは、以下の式(2)によって表される。
Therefore, when the electromotive force of the
よって、負荷903へ供給される電力PLは、以下の式(3)によって表される。
Therefore, the power PL supplied to the
式(3)のI×Vは電池901の出力に相当し、I2×(Rv+Ra)は、電気回路9における電気抵抗に起因して生じる電力損失に相当する。このように、負荷903へ供給される電力PLは、電気回路9における電気抵抗に起因して生じる電力損失の分だけ電池901の出力と比較して小さくなる。また、式(3)に示されるように、電気回路9における電気抵抗に起因して生じる電力損失は電流Iの2乗に比例する。ゆえに、例えば負荷903の電力要求値の増大に伴って電流を増大させる場合、電力損失が顕著に増大しやすい。それにより、電気回路9における電力供給効率が低下し得る。
In the formula (3), I × V corresponds to the output of the
<2.電池システムの構成>
続いて、図2及び図3を参照して、本発明の実施形態に係る電池システム1の構成について説明する。電池システム1は、電動車両に搭載される電池システムである。以下では、電動車両の電池システム1を一例として説明するが、本発明に係る電池システムは電動車両と異なる他の装置に適用されてもよい。
<2. Battery system configuration>
Then, with reference to FIG.2 and FIG.3, the structure of the battery system 1 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. The battery system 1 is a battery system mounted on an electric vehicle. Hereinafter, the battery system 1 of the electric vehicle will be described as an example, but the battery system according to the present invention may be applied to another device different from the electric vehicle.
図2は、本実施形態に係る電池システム1の概略構成の一例を示す模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a schematic configuration of the battery system 1 according to the present embodiment.
電池システム1は、例えば、図2に示したように、蓄電装置10と、二次電池20と、燃料電池30と、インバータ40と、駆動用モータ50と、第1電力変換装置60と、第2電力変換装置70と、アクセル開度センサ91と、加速度センサ92と、第1バッテリセンサ93と、第2バッテリセンサ94と、制御装置100とを備える。インバータ40及び駆動用モータ50は、本発明に係る負荷の一例に相当する。このように、本発明に係る負荷は、電動車両の駆動用モータ50を含み得る。
For example, as shown in FIG. 2, the battery system 1 includes a
電池システム1を搭載する電動車両は、二次電池20から供給される電力を用いて駆動される駆動用モータ50を駆動源として走行可能である。また、当該電動車両は、燃料電池30により発電される電力を用いて二次電池20を充電することによって、二次電池20の残存容量SOCが低下し電力が枯渇することを抑制しつつ走行を継続可能である。
The electric vehicle on which the battery system 1 is mounted can run using a
電池システム1は、例えば、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される。燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される電池システム1では、具体的には、二次電池20に蓄電される電力が主として駆動用モータ50の駆動に用いられ、燃料電池30により発電される電力が主として二次電池20の充電に用いられる。なお、燃料電池30により発電される電力が駆動用モータ50の駆動に用いられてもよい。例えば、燃料電池30により発電される電力が、二次電池20に蓄電される電力に加えて駆動用モータ50の駆動に用いられてもよい。二次電池20に蓄電される電力と燃料電池30により発電される電力との間での駆動用モータ50の駆動に用いられる頻度の割合は、特に限定されない。また、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される電池システム1では、具体的には、二次電池20は、電動車両の外部の外部電源と接続可能であり、外部電源から供給される電力を用いて充電され得る。
The battery system 1 is mounted on, for example, a fuel cell range extender type electric vehicle. In the battery system 1 mounted on the fuel cell range extender type electric vehicle, specifically, the electric power stored in the
電池システム1には、各装置の間を接続する電力線の一部に負荷としてのインバータ40への電力の供給モードを切り替えるためのスイッチが設けられる。例えば、電池システム1には、そのようなスイッチとして、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及び第5スイッチSW5が設けられる。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及び第5スイッチSW5は、本発明に係る切替部の一例に相当する。以下では、スイッチがONである場合にスイッチが設けられる部分が接続されて通電可能な状態になり、スイッチがOFFである場合にスイッチが設けられる部分が遮断されて通電されない状態になるものとして説明する。
In the battery system 1, a switch for switching a power supply mode to the
例えば、二次電池20は、インバータ40と第1スイッチSW1及び第3スイッチSW3を介して接続される。具体的には、第1スイッチSW1及び第3スイッチSW3は、二次電池20の高圧側とインバータ40の高圧側との間に設けられる。また、二次電池20は、第2電力変換装置70を介して燃料電池30と接続される。
For example, the
また、例えば、蓄電装置10の低圧側は、二次電池20の高圧側と第2スイッチSW2を介して接続される。このように、蓄電装置10は、二次電池20に対して直列に接続可能となっている。また、蓄電装置10の高圧側は、インバータ40の高圧側と第4スイッチSW4を介して接続される。また、蓄電装置10は、第1電力変換装置60を介して燃料電池30と接続される。具体的には、蓄電装置10の低圧側は、第1電力変換装置60の低圧側と第5スイッチSW5を介して接続される。なお、第1電力変換装置60は、燃料電池30に対して第2電力変換装置70と並列に接続される。
For example, the low voltage side of the
第1スイッチSW1、第3スイッチSW3及び第5スイッチSW5がONであり、第2スイッチSW2及び第4スイッチSW4がOFFである場合に、蓄電装置10を含まずに二次電池20と、インバータ40とが直列に接続される閉回路が形成される。それにより、蓄電装置10に蓄電される電力を利用せずに二次電池20からインバータ40へ電力を供給する第1供給モードが実現される。
When the first switch SW1, the third switch SW3, and the fifth switch SW5 are ON, and the second switch SW2 and the fourth switch SW4 are OFF, the
一方、第1スイッチSW1、第3スイッチSW3及び第5スイッチSW5がOFFであり、第2スイッチSW2及び第4スイッチSW4がONである場合に、蓄電装置10と、二次電池20と、インバータ40とが直列に接続される閉回路が形成される。それにより、蓄電装置10と二次電池20とが直列に接続されている状態で蓄電装置10及び二次電池20からインバータ40へ電力を供給する第2供給モードが実現される。
On the other hand, when the first switch SW1, the third switch SW3, and the fifth switch SW5 are OFF and the second switch SW2 and the fourth switch SW4 are ON, the
このように、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及び第5スイッチSW5は、第1供給モードと、第2供給モードとを切り替え可能である。 Thus, the first switch SW1, the second switch SW2, the third switch SW3, the fourth switch SW4, and the fifth switch SW5 can be switched between the first supply mode and the second supply mode.
各スイッチは図示しない駆動装置によって駆動され、駆動装置の動作が制御されることによって、各スイッチの動作が制御され得る。なお、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2及び第5スイッチSW5の動作は連動していてもよく、第3スイッチSW3及び第4スイッチSW4の動作は連動していてもよい。その場合、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2及び第5スイッチSW5を連動して駆動する駆動装置と、第3スイッチSW3及び第4スイッチSW4を連動して駆動する駆動装置の動作が制御されることによって、各スイッチの動作が制御され得る。各スイッチの種類は特に限定されず、例えば、各スイッチとして、トランジスタ等の半導体スイッチが用いられることが好ましい。なお、各スイッチとして、リレー等の機械式スイッチが用いられてもよい。 Each switch is driven by a drive device (not shown), and the operation of each switch can be controlled by controlling the operation of the drive device. The operations of the first switch SW1, the second switch SW2, and the fifth switch SW5 may be interlocked, and the operations of the third switch SW3 and the fourth switch SW4 may be interlocked. In this case, the operations of the drive device that drives the first switch SW1, the second switch SW2, and the fifth switch SW5 in conjunction with each other and the drive device that drives the third switch SW3 and the fourth switch SW4 in conjunction with each other are controlled. Thus, the operation of each switch can be controlled. The type of each switch is not particularly limited. For example, a semiconductor switch such as a transistor is preferably used as each switch. Note that a mechanical switch such as a relay may be used as each switch.
蓄電装置10は、電力を充放電可能な装置である。具体的には、蓄電装置10は、二次電池20の内部抵抗と比較して小さい内部抵抗を有し得る。蓄電装置10として、例えば、電気二重層コンデンサが用いられる。また、蓄電装置10として、リチウムイオンキャパシタ等のハイブリッドキャパシタが用いられてもよい。ハイブリッドキャパシタは、一方の電極が電気二重層であり、他方の電極が酸化還元反応を利用する二次電池である装置を意味する。なお、蓄電装置10の種類は、係る例に限定されない。蓄電装置10の種類は、二次電池20の種類と異なってもよく、二次電池20の種類と同じであってもよい。
The
例えば、蓄電装置10は、電力を充放電可能な複数の蓄電装置モジュール11を含んで構成され得る。また、複数の蓄電装置モジュール11は、直列又は並列に接続され得る。なお、図2では、2つの蓄電装置モジュール11が互いに並列に接続される例が示されているが、蓄電装置モジュール11の数及び接続経路は係る例に限定されない。
For example, the
蓄電装置10は、負荷へ供給される電力を蓄電する。具体的には、蓄電装置10は、駆動用モータ50の電力源でありインバータ40へ供給される電力を蓄電する。蓄電装置10は、第2供給モードにおいて、インバータ40への電力の供給源として追加的に利用される。蓄電装置10の起電力は、例えば、二次電池20の起電力と比較して小さい。具体的には、蓄電装置10の起電力は、二次電池20の起電力の10%〜20%程度であり得る。なお、蓄電装置10の起電力は、二次電池20の起電力と比較して同程度であってもよく、大きくてもよい。
The
なお、蓄電装置10に蓄電される電力は、電動車両に備えられた種々の電気部品、電子機器、車室内の空調機器及び表示機器等の構成部品である補機へ供給されてもよい。
Note that the electric power stored in the
二次電池20は、電力を充放電可能な電池である。二次電池20として、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池又は鉛蓄電池が用いられる。なお、二次電池20の種類は、係る例に限定されない。
The
例えば、二次電池20は、電力を充放電可能な複数の二次電池モジュール21を含んで構成され得る。各二次電池モジュール21は、直列に接続された複数のセルを含んで構成され得る。また、複数の二次電池モジュール21は、直列又は並列に接続され得る。なお、図2では、直列に接続された4つの二次電池モジュール21が並列に接続される例が示されているが、二次電池モジュール21の数及び接続経路は係る例に限定されない。
For example, the
二次電池20は、負荷へ供給される電力を蓄電する。具体的には、二次電池20は、駆動用モータ50の主たる電力源でありインバータ40へ供給される電力を蓄電する。二次電池20は、供給モードによらずにインバータ40への電力の供給源として利用される。
The
なお、二次電池20に蓄電される電力は、電動車両に備えられた補機へ供給されてもよい。また、二次電池20は、図示しない充電回路及びコネクタを介して電動車両の外部の外部電源と接続可能であり、外部電源と接続された状態で外部電源から供給される電力を用いて充電され得る。
In addition, the electric power stored in the
燃料電池30は、水素ガスと酸素ガスとを反応させることにより発電可能な電池である。燃料電池30は、図示しない水素タンクと接続されており、水素タンクには、例えば、燃料電池30に供給される高圧水素が充填されている。図示しないモータポンプ等により水素タンクから燃料電池30へ水素ガスが供給される。また、燃料電池30には、図示しないコンプレッサ等により酸素ガスとしての空気が供給される。燃料電池30への水素ガス及び酸素ガスの供給量が制御されることによって、燃料電池30の出力が制御される。
The
燃料電池30は、二次電池20へ充電される電力を発電する。具体的には、燃料電池30は、二次電池20の起電力と比較して低電圧の電力を発電する。燃料電池30により発電される電力は、主として二次電池20の充電に用いられる。また、燃料電池30により発電される電力は、蓄電装置10の充電にも用いられる。
The
インバータ40は、双方向の電力変換を行う。インバータ40は、例えば、三相ブリッジ回路を含んで構成される。
The
具体的には、インバータ40は、供給される直流電力を交流電力に変換して駆動用モータ50へ供給可能である。また、インバータ40は、駆動用モータ50により回生発電された交流電力を直流電力に変換して二次電池20へ供給可能である。インバータ40にはスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、インバータ40による電力の変換が制御される。
Specifically, the
駆動用モータ50は、供給される電力を用いて駆動(力行駆動)されることにより動力を出力可能である。駆動用モータ50として、例えば、三相交流式のモータが用いられる。また、駆動用モータ50は、電動車両の減速時に回生駆動されて車輪の回転エネルギを用いて発電する発電機としての機能(回生機能)を有してもよい。
The
具体的には、駆動用モータ50は、電動車両の駆動輪を駆動させるための動力を出力可能である。駆動用モータ50から出力された動力は、例えば、図示しないディファレンシャル装置に伝達され、ディファレンシャル装置によって左右一対の駆動輪へ分配して伝達される。
Specifically, the
第1電力変換装置60は、いわゆるDCDCコンバータとしての機能を有し、電圧を変換可能である。第1電力変換装置60は、例えば、いわゆるチョッパ方式の回路を含んで構成される。
The 1st
具体的には、第1電力変換装置60は、燃料電池30側から蓄電装置10側への単方向の電圧変換を行う。第1電力変換装置60は、燃料電池30により発電される電力を昇圧して蓄電装置10へ供給可能である。燃料電池30により発電される電力は、直流電力のままで蓄電装置10に供給される。
Specifically, the first
第1電力変換装置60にはスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、第1電力変換装置60による電力の変換が制御される。なお、スイッチング素子のスイッチング動作におけるデューティー比が制御されることによって、第1電力変換装置60における昇圧比が制御される。
The
第2電力変換装置70は、いわゆるDCDCコンバータとしての機能を有し、電圧を変換可能である。第2電力変換装置70は、例えば、いわゆるチョッパ方式の回路を含んで構成される。
The 2nd
具体的には、第2電力変換装置70は、燃料電池30側から二次電池20側への単方向の電圧変換を行う。第2電力変換装置70は、燃料電池30により発電される電力を昇圧して二次電池20へ供給可能である。燃料電池30により発電される電力は、直流電力のままで二次電池20に供給される。
Specifically, the second
第2電力変換装置70にはスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、第2電力変換装置70による電力の変換が制御される。なお、スイッチング素子のスイッチング動作におけるデューティー比が制御されることによって、第2電力変換装置70における昇圧比が制御される。
The second
アクセル開度センサ91は、アクセルペダルの踏み込み量である電動車両のアクセル開度を検出し、検出結果を出力する。
The
加速度センサ92は、電動車両に生じる加速度を検出し、検出結果を出力する。加速度センサ92として、例えば、3方向の加速度を検出可能なセンサが用いられる。
The
第1バッテリセンサ93は、蓄電装置10の状態に関する情報を検出し、検出結果を出力する。第1バッテリセンサ93は、そのような情報として、例えば、蓄電装置10の開放電圧及び残存容量SOCを検出する。
第2バッテリセンサ94は、二次電池20の状態に関する情報を検出し、検出結果を出力する。第2バッテリセンサ94は、そのような情報として、例えば、二次電池20の開放電圧及び残存容量SOCを検出する。
The
制御装置100は、演算処理装置であるCPU(Central Processing Unit)、CPUが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるROM(Read Only Memory)及びCPUの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるRAM(Random Access Memory)等で構成される。
The
図3は、本実施形態に係る制御装置100の機能構成の一例を示すブロック図である。制御装置100は、例えば、図3に示したように、判定部110と、制御部130とを備える。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the
判定部110は、各判定を実行し、判定結果を制御部130へ出力する。
The
制御部130は、電池システム1に備えられる各装置へ動作指令を出力することによって、各装置の動作を制御する。制御部130は、例えば、図3に示したように、供給モード制御部131と、駆動制御部132と、充電制御部133とを備える。
The
供給モード制御部131は、判定部110による判定結果に応じて、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及び第5スイッチSW5の動作を制御することによって、負荷としてのインバータ40への電力の供給モードの切り替えを制御する。このように、判定部110及び供給モード制御部131によって、インバータ40への電力の供給モードの切り替えを制御するモード切替制御が実行される。
The supply
駆動制御部132は、インバータ40の動作を制御することによって、駆動用モータ50へ供給される電力を制御する駆動制御を実行する。
The
充電制御部133は、第1電力変換装置60、第2電力変換装置70及び燃料電池30の動作を制御することによって、蓄電装置10及び二次電池20への電力の供給を制御する充電制御を実行する。
The
また、制御装置100は、各装置から出力される情報を受信する。制御装置100と各装置との通信は、例えば、CAN(Controller Area Network)通信を用いて実現される。例えば、制御装置100は、アクセル開度センサ91、加速度センサ92、第1バッテリセンサ93及び第2バッテリセンサ94から出力される情報を受信する。本実施形態に係る制御装置100が有する機能は複数の制御装置により分割されてもよく、その場合、当該複数の制御装置は、CAN等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。
Further, the
<3.電池システムの動作>
続いて、図4〜図7を参照して、本発明の実施形態に係る電池システム1の動作について説明する。
<3. Battery system operation>
Then, with reference to FIGS. 4-7, operation | movement of the battery system 1 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
図4は、本実施形態に係る制御装置100が実行するモード切替制御における処理の流れの一例を示すフローチャートである。図5は、本実施形態に係る電池システム1における第1供給モード中の電力の流れを示す説明図である。図6は、本実施形態に係る電池システム1における第2供給モード中の電力の流れを示す説明図である。図7は、本実施形態に係る制御装置100が実行するモード切替制御における処理の流れの図4と異なる例を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a process flow in the mode switching control executed by the
[3−1.モード切替制御]
まず、判定部110及び供給モード制御部131が実行するモード切替制御について説明する。判定部110及び供給モード制御部131は、モード切替制御において、例えば、図4に示される制御フローをあらかじめ設定された時間間隔で繰り返す。
[3-1. Mode switching control]
First, the mode switching control executed by the
図4に示される制御フローが開始されると、まず、ステップS501において、判定部110は、負荷としての駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であるか否かを判定する。駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であると判定された場合(ステップS501/YES)、ステップS503へ進む。一方、駆動用モータ50の電力要求値が基準値より大きいと判定された場合(ステップS501/NO)、ステップS505へ進む。基準値は、具体的には、インバータ40への電力の供給モードが第1供給モードである場合に電池システム1における電気抵抗に起因して生じる電力損失が、供給モードが第2供給モードである場合と比較して、大きくなる程度に駆動用モータ50の電力要求値が大きいか否かを判定し得る値に相当し、電池システム1の設計仕様に応じて適宜変動し得る値である。
When the control flow shown in FIG. 4 is started, first, in step S501, the
例えば、判定部110は、駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であるか否かを電動車両の走行に関連する情報である走行情報に基づいて判定する。走行情報は、駆動用モータ50の電力要求値の指標となる情報であり、例えば、電動車両のアクセル開度及び電動車両が走行する路面の勾配を含み得る。
For example, the
判定部110は、電動車両のアクセル開度が基準開度以下である場合に、駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であると判定してもよい。基準開度は、具体的には、駆動用モータ50の電力要求値が基準値となる可能性が比較的高いアクセル開度であり、制御装置100の記憶素子に予め記憶され得る。
The
また、判定部110は、電動車両が走行する路面の勾配が基準勾配以下である場合に、駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であると判定してもよい。判定部110は、例えば、電動車両に生じる加速度に基づいて電動車両のピッチ方向についての傾きの角度であるピッチ角を路面の勾配として算出し得る。基準勾配は、具体的には、駆動用モータ50の電力要求値が基準値となる可能性が比較的高い路面の勾配であり、制御装置100の記憶素子に予め記憶され得る。
Moreover, the
なお、上記では、ステップS501の判定がアクセル開度と基準開度との比較又は路面の勾配と基準勾配との比較によって行われる例を説明したが、ステップS501の判定の方法は係る例に限定されない。例えば、判定部110は、駆動用モータ50の電力要求値を算出し、算出結果と基準値との比較を行うことによって、駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であるか否かを判定してもよい。駆動用モータ50の電力要求値の算出は、例えば、種々の走行情報と電力要求値との関係を規定するマップを利用して行われ得る。
In the above description, the example in which the determination in step S501 is performed by comparing the accelerator opening with the reference opening or comparing the road surface gradient with the reference gradient has been described. However, the determination method in step S501 is limited to such an example. Not. For example, the
ステップS503において、供給モード制御部131は、供給モードを第1供給モードへ切り替える。第1供給モードは、蓄電装置10に蓄電される電力を利用せずに二次電池20から負荷としてのインバータ40へ電力を供給する供給モードである。
In step S503, the supply
例えば、供給モード制御部131は、第1スイッチSW1、第3スイッチSW3及び第5スイッチSW5をONにし、第2スイッチSW2及び第4スイッチSW4をOFFにすることによって、第1供給モードへの切り替えを行う。それにより、図5に示したように、蓄電装置10を含まずに二次電池20と、インバータ40とが直列に接続される閉回路が形成される。このように、供給モード制御部131は、第1供給モードにおいて、蓄電装置10を含まずに二次電池20と、負荷としてのインバータ40とが直列に接続される閉回路を形成する。具体的には、そのような閉回路において、二次電池20、第1スイッチSW1、第3スイッチSW3、インバータ40、二次電池20の順に電流が流れる。ゆえに、図5の実線矢印F19により示されるように、蓄電装置10に蓄電される電力を利用せずに二次電池20からインバータ40へ電力が供給される。
For example, the supply
第1供給モードでは、蓄電装置10はインバータ40への電力の供給源として利用されず、二次電池20がインバータ40への電力の供給源として利用される。ゆえに、インバータ40への電力の供給源の起電力は、二次電池20の起電力に相当する。
In the first supply mode, the
また、第1供給モードにおいて、第2スイッチSW2がOFFになることによって、蓄電装置10と二次電池20との直列接続が遮断される。それにより、二次電池20の高圧側から第1電力変換装置60側へ電流が流れることが抑制される。また、第1供給モードにおいて、第4スイッチSW4がOFFになることによって、蓄電装置10とインバータ40との直列接続が遮断される。それにより、例えば、駆動用モータ50により回生発電が行われる場合に、インバータ40の高圧側から蓄電装置10側へ電流が流れることが抑制される。なお、第4スイッチSW4に替えて蓄電装置10側からインバータ40側へ向かう一方向に電流の向きを規制するダイオードを設けることによっても、インバータ40の高圧側から蓄電装置10側へ電流が流れることが抑制される。
Further, in the first supply mode, when the second switch SW2 is turned off, the series connection between the
ステップS505において、供給モード制御部131は、供給モードを第2供給モードへ切り替える。第2供給モードは、蓄電装置10と二次電池20とが直列に接続されている状態で蓄電装置10及び二次電池20から負荷としてのインバータ40へ電力を供給する供給モードである。
In step S505, the supply
例えば、供給モード制御部131は、第1スイッチSW1、第3スイッチSW3及び第5スイッチSW5をOFFにし、第2スイッチSW2及び第4スイッチSW4をONにすることによって、第2供給モードへの切り替えを行う。それにより、図6に示したように、蓄電装置10と、二次電池20と、インバータ40とが直列に接続される閉回路が形成される。このように、供給モード制御部131は、第2供給モードにおいて、蓄電装置10と、二次電池20と、負荷としてのインバータ40とが直列に接続される閉回路を形成する。具体的には、そのような閉回路において、二次電池20、第2スイッチSW2、蓄電装置10、第4スイッチSW4、インバータ40、二次電池20の順に電流が流れる。ゆえに、図6の実線矢印F29により示されるように、蓄電装置10と二次電池20とが直列に接続されている状態で蓄電装置10及び二次電池20からインバータ40へ電力が供給される。
For example, the supply
第2供給モードでは、直列に接続された蓄電装置10及び二次電池20がインバータ40への電力の供給源として利用される。ゆえに、インバータ40への電力の供給源の起電力は、二次電池20の起電力に蓄電装置10の起電力を加算して得られる値に相当する。このように、第2供給モードでは、蓄電装置10がインバータ40への電力の供給源として追加的に利用されることによって、インバータ40への電力の供給源の起電力が第1供給モードと比較して大きくなる。
In the second supply mode, the
また、第2供給モードにおいて、第5スイッチSW5がOFFになることによって、蓄電装置10の低圧側と第1電力変換装置60の低圧側との接続が遮断される。それにより、二次電池20の高圧側から第1電力変換装置60側へ電流が流れることが抑制される。
In the second supply mode, when the fifth switch SW5 is turned off, the connection between the low voltage side of the
ステップS503又はステップS505の次に、図4に示される制御フローは終了する。 After step S503 or step S505, the control flow shown in FIG. 4 ends.
なお、モード切替制御において実行される制御フローは、図4に示した例に限定されない。判定部110及び供給モード制御部131は、モード切替制御において、例えば、図7に示される制御フローを実行してもよい。なお、図7に示される制御フローは、インバータ40への電力の供給モードが第1供給モードである場合に実行される制御フローの例である。例えば、図7に示される制御フローは、供給モードが第1供給モードである場合において、あらかじめ設定された時間間隔で繰り返される。
Note that the control flow executed in the mode switching control is not limited to the example shown in FIG. For example, the
図7に示される制御フローが開始されると、まず、ステップS701において、判定部110は、負荷としての駆動用モータ50における電流要求値から現在の電流値を減算して得られる値が閾値より大きいか否かを判定する。駆動用モータ50における電流要求値から現在の電流値を減算して得られる値が閾値より大きいと判定された場合(ステップS701/YES)、ステップS703へ進む。一方、駆動用モータ50における電流要求値から現在の電流値を減算して得られる値が閾値以下であると判定された場合(ステップS701/NO)、図7に示される制御フローは終了し、供給モードは第1供給モードに維持される。
When the control flow shown in FIG. 7 is started, first, in step S701, the
ここで、駆動用モータ50における電流要求値が現在の電流値に対して比較的大きい場合、二次電池20からインバータ40へ供給される電流が増大することが予測される。閾値は、具体的には、インバータ40への電力の供給モードが第1供給モードである場合に電池システム1における電気抵抗に起因して生じる電力損失が、供給モードが第2供給モードである場合と比較して、大きくなる程度にインバータ40へ供給される電流が増大するか否かを判定し得る値に相当し、電池システム1の設計仕様に応じて適宜変動し得る値である。
Here, when the current request value in the
具体的には、判定部110は、車両の走行状態に応じて駆動用モータ50の目標トルクを算出し、目標トルクと実トルクとの差に応じて駆動用モータ50における電流要求値を算出し得る。判定部110は、例えば、アクセル開度を含む種々のパラメータに基づいて目標トルクを算出し得る。また、例えば、電動車両には駆動用モータ50により実際に出力されているトルクを検出するトルクセンサが搭載され、制御装置100はトルクセンサから出力される検出結果を受信することにより実トルクを取得し得る。
Specifically, the
ステップS703において、供給モード制御部131は、供給モードを第1供給モードから第2供給モードへ切り替える。
In step S703, the supply
なお、インバータ40への電力の供給モードが第2供給モードである場合、制御装置100は、例えば、駆動用モータ50における現在の電流値から電流要求値を減算して得られる値が閾値より大きいと判定された場合に供給モードを第2供給モードから第1供給モードへ切り替える。一方、制御装置100は、駆動用モータ50における現在の電流値から電流要求値を減算して得られる値が閾値以下であると判定された場合、供給モードを第2供給モードに維持する。
When the supply mode of power to the
このように、制御装置100は、負荷としての駆動用モータ50における現在の電流値及び電流要求値の間の差と閾値との比較結果に応じて供給モードの切り替えを制御してもよい。
As described above, the
上述したように、第2供給モードでは、第1供給モードと異なり、蓄電装置10がインバータ40への電力の供給源として追加的に利用される。それにより、供給モードが第1供給モードから第2供給モードへ切り替えられることによって、電池システム1における電気抵抗が増大する。ここで、電池システム1における電気抵抗の増大は、電池システム1における電力損失を増大させる要因となり得る。一方、第2供給モードでは、インバータ40への電力の供給源の起電力が第1供給モードと比較して大きくなることにより、後述されるように、二次電池20からインバータ40へ供給される電流が増大することを抑制することができる。それにより、電池システム1における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大を抑制することができる。
As described above, in the second supply mode, unlike the first supply mode, the
ゆえに、制御装置100は、モード切替制御において、具体的には、供給モードが第1供給モードから第2供給モードへ切り替えられることにより生じる電池システム1における電気抵抗の増大に起因する電池システム1における電力損失の増大分が相殺されて電力損失が低減されるように、第1供給モードから第2供給モードへの切り替えを実行する。
Therefore, the
例えば、図4に示される制御フローのステップS501における基準値又は図7に示される制御フローのステップS701における閾値は、電池システム1における電気抵抗の増大に起因する電池システム1における電力損失の増大分が相殺されて電力損失が低減されるように第1供給モードから第2供給モードへの切り替えを実行し得る値に適宜設定される。 For example, the reference value in step S501 of the control flow shown in FIG. 4 or the threshold value in step S701 of the control flow shown in FIG. 7 is an increase in power loss in the battery system 1 due to an increase in electrical resistance in the battery system 1. Is appropriately set to a value at which switching from the first supply mode to the second supply mode can be performed so that the power loss is reduced.
[3−2.駆動制御]
続いて、駆動制御部132が実行する駆動制御について説明する。
[3-2. Drive control]
Next, drive control executed by the
駆動制御部132は、駆動制御において、駆動用モータ50へ供給される電力が電力要求値と一致するようにインバータ40の動作を制御する。より具体的には、駆動制御部132は、現在の供給モード及び電力要求値に基づいて、少なくとも二次電池20を含む電力の供給源からインバータ40へ供給される電流及びインバータ40から駆動用モータ50へ供給される電流を制御する。ここで、第2供給モードでは、上述したように、インバータ40への電力の供給源の起電力が第1供給モードと比較して大きくなる。ゆえに、仮に電力要求値が同一である場合、第2供給モードでは、インバータ40へ供給される電流を第1供給モードと比較して小さくすることができる。よって、第2供給モードでは、電力要求値が第1供給モードと比較して大きくなるものの、二次電池20からインバータ40へ供給される電流が増大することを抑制することができる。
In the drive control, the
[3−3.充電制御]
続いて、充電制御部133が実行する充電制御について説明する。
[3-3. Charge control]
Next, charge control executed by the
充電制御部133は、充電制御において、第1電力変換装置60及び燃料電池30の動作を制御することにより、燃料電池30により発電される電力の蓄電装置10への供給を制御する。具体的には、充電制御部133は、燃料電池30を起動させた状態で第1電力変換装置60にスイッチング動作を行わせることによって、燃料電池30により発電される電力を蓄電装置10により充電可能な電圧へ昇圧させて蓄電装置10へ供給する。それにより、蓄電装置10が燃料電池30により発電される電力を用いて充電される。
The charging
例えば、充電制御部133は、蓄電装置10の残存容量SOCが第1基準容量より低い場合に、燃料電池30により発電される電力を用いた蓄電装置10の充電を実行する。第1基準容量は、具体的には、蓄電装置10の開放電圧が過剰に低いか否かを判定し得る値であり、制御装置100の記憶素子に予め記憶され得る。
For example, the charging
上述したように、第1供給モードにおいて、第5スイッチSW5がONになっているので、蓄電装置10は第1電力変換装置60と高圧側及び低圧側で接続されている。ゆえに、図5の破線矢印F11により示されるように、第1供給モードにおいて、燃料電池30により発電される電力が第1電力変換装置60を介して蓄電装置10へ供給され得る。よって、充電制御部133は、第1供給モードにおいて、燃料電池30により発電される電力を用いた蓄電装置10の充電を実行し得る。
As described above, since the fifth switch SW5 is ON in the first supply mode, the
また、充電制御部133は、充電制御において、第2電力変換装置70及び燃料電池30の動作を制御することにより、燃料電池30により発電される電力の二次電池20への供給を制御する。具体的には、充電制御部133は、燃料電池30を起動させた状態で第2電力変換装置70にスイッチング動作を行わせることによって、燃料電池30により発電される電力を二次電池20により充電可能な電圧へ昇圧させて二次電池20へ供給する。それにより、二次電池20が燃料電池30により発電される電力を用いて充電される。
Further, the charging
例えば、充電制御部133は、二次電池20の残存容量SOCが第2基準容量より低い場合に、燃料電池30により発電される電力を用いた二次電池20の充電を実行する。第2基準容量は、具体的には、二次電池20の開放電圧が過剰に低いか否かを判定し得る値であり、制御装置100の記憶素子に予め記憶され得る。
For example, when the remaining capacity SOC of the
二次電池20は、供給モードによらず、第2電力変換装置70と高圧側及び低圧側で接続されている。ゆえに、図5の破線矢印F12及び図6の破線矢印F22により示されるように、第1供給モード及び第2供給モードにおいて、燃料電池30により発電される電力が第2電力変換装置70を介して二次電池20へ供給され得る。よって、充電制御部133は、第1供給モード及び第2供給モードにおいて、燃料電池30により発電される電力を用いた二次電池20の充電を実行し得る。
The
充電制御部133は、例えば、二次電池20の残存容量SOCが第2基準容量より低い場合に、二次電池20の充電を比較的迅速に実行し得る程度の電力を燃料電池30に発電させる。また、充電制御部133は、二次電池20の残存容量SOCが第2基準容量以上である場合であっても、蓄電装置10の残存容量SOCが第1基準容量より低い場合に、比較的低い電力を発電するアイドリング発電を燃料電池30に行わせてもよい。アイドリング発電において発電される電力は、蓄電装置10の充電に利用され得る。
For example, when the remaining capacity SOC of the
なお、充電制御部133は、電動車両の減速時に、インバータ40の動作を制御することにより、駆動用モータ50により回生発電される電力の二次電池20への供給を制御してもよい。電動車両の減速時において、駆動用モータ50が力行駆動されていない状態であるので、供給モードは第1供給モードに切り替えられる。ゆえに、図5に示したように、蓄電装置10を含まずに二次電池20と、インバータ40とが直列に接続される閉回路が形成される。それにより、二次電池20が駆動用モータ50により回生発電される電力を用いて充電され得る。
Note that the charging
<4.電池システムの効果>
続いて、本発明の実施形態に係る電池システム1の効果について説明する。
<4. Effect of battery system>
Then, the effect of the battery system 1 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
本実施形態に係る電池システム1では、蓄電装置10に蓄電される電力を利用せずに二次電池20から負荷としてのインバータ40へ電力を供給する第1供給モードと、蓄電装置10と二次電池20とが直列に接続されている状態で蓄電装置10及び二次電池20から負荷としてのインバータ40へ電力を供給する第2供給モードとが切り替え可能である。それにより、供給モードを第1供給モードから第2供給モードへ切り替えることによって、インバータ40への電力の供給源の起電力を増大させることができる。ゆえに、駆動用モータ50の電力要求値の増大に伴って二次電池20からインバータ40へ供給される電流が増大することを抑制することができる。よって、電池システム1における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大を抑制することができる。したがって、二次電池20及び燃料電池30を含む電池システム1において電力供給効率を向上させることが可能となる。
In the battery system 1 according to the present embodiment, the first supply mode for supplying power from the
さらに、本実施形態に係る電池システム1では、蓄電装置10は、燃料電池30により発電される電力を用いて充電される。それにより、蓄電装置10の残存容量SOCが低下し電力が枯渇することを抑制することができるので、第2供給モードへの切り替えを継続的に行うことができる。また、燃料電池30のアイドリング発電において発電される電力を蓄電装置10の充電に有効に利用することができるので、燃料電池30の起動及び停止が繰り返される頻度を低減することができる。それにより、燃料電池30の起動及び停止が繰り返されることに起因するエネルギ効率の低下を抑制することができる。
Furthermore, in the battery system 1 according to the present embodiment, the
また、電池システム1は、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載され得る。それにより、このような電動車両に搭載される電池システム1において電力供給効率を向上させることが可能となる。さらに、このような電動車両に搭載される燃料電池30の起動及び停止が繰り返されることに起因するエネルギ効率の低下を抑制することができる。なお、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される電池システム1では、具体的には、二次電池20に蓄電される電力が主として駆動用モータ50の駆動に用いられ、燃料電池30により発電される電力が主として二次電池20の充電に用いられる。あるいは、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される電池システム1では、具体的には、二次電池20は、電動車両の外部の外部電源と接続可能であり、外部電源から供給される電力を用いて充電され得る。
The battery system 1 can be mounted on a fuel cell range extender type electric vehicle. Thereby, it is possible to improve the power supply efficiency in the battery system 1 mounted on such an electric vehicle. Further, it is possible to suppress a decrease in energy efficiency due to repeated starting and stopping of the
また、電池システム1では、第1供給モードにおいて、蓄電装置10を含まずに二次電池20と、インバータ40とが直列に接続される閉回路が形成され、第2供給モードにおいて、蓄電装置10と、二次電池20と、インバータ40とが直列に接続される閉回路が形成され得る。それにより、第1供給モードにおいて、蓄電装置10をインバータ40への電力の供給源として利用せず、二次電池20をインバータ40への電力の供給源として利用することが具体的に実現される。また、第2供給モードにおいて、直列に接続された蓄電装置10及び二次電池20をインバータ40への電力の供給源として利用することが具体的に実現される。
Further, in the battery system 1, in the first supply mode, a closed circuit is formed in which the
また、電池システム1では、負荷としての駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であると判定される場合に供給モードが第1供給モードへ切り替えられ、駆動用モータ50の電力要求値が基準値より大きいと判定される場合に供給モードが第2供給モードへ切り替えられ得る。それにより、駆動用モータ50の電力要求値に応じて、適切に供給モードを切り替えることができる。ゆえに、駆動用モータ50の電力要求値の増大に伴って二次電池20からインバータ40へ供給される電流が増大することを適切に抑制することができる。よって、電池システム1における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大を適切に抑制することができる。
In the battery system 1, when it is determined that the power requirement value of the
また、電池システム1では、負荷としての駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であるか否かが電動車両の走行に関連する情報である走行情報に基づいて判定され得る。それにより、駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であるか否かを適切に判定することができる。
Further, in the battery system 1, it can be determined whether or not the power requirement value of the driving
また、電池システム1では、走行情報は電動車両のアクセル開度を含み、負荷としての駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であるか否かがアクセル開度に基づいて判定され得る。それにより、駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であるか否かをアクセル開度に応じてより適切に判定することができる。
Further, in the battery system 1, the travel information includes the accelerator opening of the electric vehicle, and it can be determined based on the accelerator opening whether or not the required power value of the driving
また、電池システム1では、走行情報は電動車両が走行する路面の勾配を含み、負荷としての駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であるか否かが路面の勾配に基づいて判定され得る。それにより、駆動用モータ50の電力要求値が基準値以下であるか否かを路面の勾配に応じてより適切に判定することができる。
In the battery system 1, the travel information includes a road surface gradient on which the electric vehicle travels, and it is determined based on the road surface gradient whether or not the required power value of the
また、電池システム1では、負荷としての駆動用モータ50における現在の電流値及び電流要求値の間の差と閾値との比較結果に応じて供給モードの切り替えが制御され得る。ここで、駆動用モータ50における電流要求値が現在の電流値に対して比較的大きい場合、二次電池20からインバータ40へ供給される電流が増大することが予測される。ゆえに、現在の電流値及び電流要求値の間の差と閾値との比較結果に応じて供給モードを切り替えることによって、二次電池20からインバータ40へ供給される電流が増大することを適切に抑制することができる。よって、電池システム1における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大を適切に抑制することができる。
In the battery system 1, the switching of the supply mode can be controlled according to the comparison result between the difference between the current value and the current request value in the driving
また、電池システム1では、供給モードが第1供給モードから第2供給モードへ切り替えられることにより生じる電池システム1における電気抵抗の増大に起因する電池システム1における電力損失の増大分が相殺されて電力損失が低減されるように、第1供給モードから第2供給モードへの切り替えが実行され得る。それにより、供給モードが第1供給モードから第2供給モードへ切り替えられることにより生じる電池システム1における電気抵抗の増大に起因して電池システム1における電力損失が増大することが抑制される。ゆえに、電池システム1における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大をより効果的に抑制することができる。 Further, in the battery system 1, the increase in power loss in the battery system 1 due to the increase in electric resistance in the battery system 1 caused by switching the supply mode from the first supply mode to the second supply mode is offset and the power is increased. Switching from the first supply mode to the second supply mode can be performed so that the loss is reduced. Thereby, it is suppressed that the power loss in the battery system 1 increases due to the increase in electrical resistance in the battery system 1 caused by switching the supply mode from the first supply mode to the second supply mode. Therefore, an increase in power loss caused by the electric resistance in the battery system 1 can be more effectively suppressed.
また、電池システム1では、第1電力変換装置60及び燃料電池30の動作が制御されることにより、燃料電池30により発電される電力の蓄電装置10への供給が制御され得る。それにより、蓄電装置10を適切に充電することができる。ゆえに、蓄電装置10の残存容量SOCが低下し電力が枯渇することをより効果的に抑制することができる。
In the battery system 1, the operation of the first
また、電池システム1では、第2電力変換装置70及び燃料電池30の動作が制御されることにより、燃料電池30により発電される電力の二次電池20への供給が制御され得る。それにより、二次電池20を適切に充電することができる。ゆえに、二次電池20の残存容量SOCが低下し電力が枯渇することをより効果的に抑制することができる。
In the battery system 1, the operation of the second
また、電池システム1では、蓄電装置10は、二次電池20の内部抵抗と比較して小さい内部抵抗を有し得る。それにより、蓄電装置10の内部抵抗を比較的小さくすることができるので、第2供給モードにおいて、電池システム1における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大をより効果的に抑制することができる。
Further, in the battery system 1, the
また、電池システム1では、蓄電装置10は、電気二重層コンデンサであり得る。それにより、蓄電装置10を小型化することができるので、電池システム1におけるレイアウトの自由度を向上させることができる。
In the battery system 1, the
<5.変形例>
続いて、図8を参照して、変形例に係る電池システム5について説明する。
<5. Modification>
Then, with reference to FIG. 8, the battery system 5 which concerns on a modification is demonstrated.
図8は、変形例に係る電池システム5の概略構成の一例を示す模式図である。 FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of a schematic configuration of a battery system 5 according to a modification.
変形例に係る電池システム5では、上述した電池システム1と比較して、第2電力変換装置80の構成が異なる。
In the battery system 5 which concerns on a modification, compared with the battery system 1 mentioned above, the structure of the 2nd
変形例に係る第2電力変換装置80は、いわゆるDCDCコンバータとしての機能を有し、双方向に電圧を変換可能である。第2電力変換装置80は、例えば、いわゆるチョッパ方式の回路を含んで構成される。
The 2nd
具体的には、第2電力変換装置80は、燃料電池30側と二次電池20側との間で双方向の電圧変換を行う。第2電力変換装置80は、燃料電池30により発電される電力を昇圧して二次電池20へ供給可能である。燃料電池30により発電される電力は、直流電力のままで二次電池20に供給される。また、第2電力変換装置80は、二次電池20に蓄電される電力を降圧して第1電力変換装置60へ供給可能である。二次電池20に蓄電される電力は、直流電力のままで第1電力変換装置60に供給される。その場合、第1電力変換装置60は、第2電力変換装置80を介して二次電池20から供給される電力を昇圧して蓄電装置10へ供給可能である。
Specifically, the second
第2電力変換装置80にはスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、第2電力変換装置80による電力の変換が制御される。具体的には、スイッチング素子のスイッチング動作におけるデューティー比が制御されることによって、第2電力変換装置80における燃料電池30側から二次電池20側への電圧の変換についての昇圧比が制御される。また、スイッチング素子のスイッチング動作におけるデューティー比が制御されることによって、第2電力変換装置80における二次電池20側から第1電力変換装置60側への電圧の変換についての降圧比が制御される。
The
変形例では、充電制御部133は、充電制御において、第1電力変換装置60及び第2電力変換装置80の動作を制御することにより、二次電池20に蓄電される電力の蓄電装置10への供給を制御し得る。具体的には、充電制御部133は、第1電力変換装置60及び第2電力変換装置80にスイッチング動作を行わせることによって、二次電池20に蓄電される電力を蓄電装置10により充電可能な電圧へ変換させて蓄電装置10へ供給する。それにより、蓄電装置10が二次電池20に蓄電される電力を用いて充電される。
In the modification, the charging
例えば、充電制御部133は、蓄電装置10の残存容量SOCが第1基準容量より低く、かつ、燃料電池30が起動していない場合に、二次電池20に蓄電される電力を用いた蓄電装置10の充電を実行する。また、充電制御部133は、蓄電装置10の残存容量SOCが第1基準容量より低く、かつ、燃料電池30により発電される電力が蓄電装置10の充電を比較的迅速に実行し得る程度の電力より小さい場合に、二次電池20に蓄電される電力を用いた蓄電装置10の充電を実行してもよい。
For example, the
上述したように、第1供給モードにおいて、第5スイッチSW5がONになっているので、蓄電装置10は第1電力変換装置60と高圧側及び低圧側で接続されている。また、二次電池20は、供給モードによらず、第2電力変換装置80と高圧側及び低圧側で接続されている。また、第1電力変換装置60は、燃料電池30に対して第2電力変換装置80と並列に接続される。ゆえに、図7の破線矢印F51により示されるように、第1供給モードにおいて、二次電池20に蓄電される電力が第2電力変換装置80及び第1電力変換装置60を介して蓄電装置10へ供給され得る。よって、充電制御部133は、第1供給モードにおいて、二次電池20に蓄電される電力を用いた蓄電装置10の充電を実行し得る。
As described above, since the fifth switch SW5 is ON in the first supply mode, the
変形例に係る電池システム5では、第2電力変換装置80は、双方向に電圧を変換可能である。また、第1電力変換装置60及び第2電力変換装置80の動作が制御されることにより、二次電池20に蓄電される電力の蓄電装置10への供給が制御される。それにより、燃料電池30が起動していない場合又は燃料電池30により発電される電力が蓄電装置10の充電を比較的迅速に実行し得る程度の電力より小さい場合であっても、蓄電装置10を適切に充電することができる。ゆえに、蓄電装置10の残存容量SOCが低下し電力が枯渇することをより効果的に抑制することができるので、第2供給モードへの切り替えを継続的に行うことができる効果を向上させることができる。
In the battery system 5 according to the modification, the second
<6.むすび>
以上説明したように、本実施形態によれば、蓄電装置10に蓄電される電力を利用せずに二次電池20から負荷へ電力を供給する第1供給モードと、蓄電装置10と二次電池20とが直列に接続されている状態で蓄電装置10及び二次電池20から負荷へ電力を供給する第2供給モードとが切り替え可能である。それにより、供給モードを切り替えることにより負荷への電力の供給源の起電力を増大させることができるので、負荷の電力要求値の増大に伴って負荷へ供給される電流が増大することを抑制することができる。よって、電池システム1における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大を抑制することができる。したがって、二次電池20及び燃料電池30を含む電池システム1において電力供給効率を向上させることが可能となる。
<6. Conclusion>
As described above, according to the present embodiment, the first supply mode for supplying power from the
さらに、本実施形態に係る電池システム1では、蓄電装置10は、燃料電池30により発電される電力を用いて充電される。それにより、蓄電装置10の残存容量SOCが低下し電力が枯渇することを抑制することができるので、第2供給モードへの切り替えを継続的に行うことができる。また、燃料電池30のアイドリング発電において発電される電力を蓄電装置10の充電に有効に利用することができるので、燃料電池30の起動及び停止が繰り返される頻度を低減することができる。それにより、燃料電池30の起動及び停止が繰り返されることに起因するエネルギ効率の低下を抑制することができる。
Furthermore, in the battery system 1 according to the present embodiment, the
上記では、図面を参照して、電池システム1における各装置の間を接続する電力線について説明したが、電池システム1における各装置の間を接続する電力線の接続経路及び各スイッチの配置は係る例に限定されない。具体的には、電力線の接続経路及び各スイッチの配置は、蓄電装置10に蓄電される電力を利用せずに二次電池20から負荷へ電力を供給する第1供給モードと、蓄電装置10と二次電池20とが直列に接続されている状態で蓄電装置10及び二次電池20から負荷へ電力を供給する第2供給モードとを切り替え可能に実現できるものであればよい。例えば、電池システム1に対してスイッチがさらに追加されてもよい。また、一部のスイッチは省略されてもよく、ダイオード等の他の電気素子に置き換えられてもよい。
In the above, the power lines connecting the respective devices in the battery system 1 have been described with reference to the drawings. However, the connection paths of the power lines connecting the respective devices in the battery system 1 and the arrangement of the switches are related examples. It is not limited. Specifically, the connection path of the power line and the arrangement of the switches are configured such that the first supply mode for supplying power from the
また、上記では、第1供給モードにおいて、燃料電池30により発電される電力を用いた蓄電装置10の充電が実行され得る例について説明したが、燃料電池30により発電される電力を用いた蓄電装置10の充電は第2供給モードにおいて実行可能であってもよい。その場合、供給モード制御部131は、第2供給モードにおいて、第5スイッチSW5をONにすることにより、蓄電装置10の低圧側と第1電力変換装置60の低圧側とを接続する。ここで、二次電池20の高圧側から第1電力変換装置60側へ電流が流れることを抑制するために、例えば、第1電力変換装置60と第2電力変換装置70との間にトランスが設けられる。それにより、第1電力変換装置60と第2電力変換装置70との間が絶縁されるので、二次電池20の高圧側から第1電力変換装置60側へ電流が流れることを抑制しつつ燃料電池30により発電される電力を用いた蓄電装置10の充電を実行することができる。
In the above description, the example in which the
また、上記では、本発明に係る電池システムの一例として電動車両に搭載される電池システム1について説明したが、本発明に係る電池システムは電動車両と異なる他の装置に適用されてもよい。例えば、本発明に係る電池システムは、燃料電池を搭載した鉄道やその他の輸送機械に搭載されてもよい。 Moreover, in the above, although the battery system 1 mounted in an electric vehicle was demonstrated as an example of the battery system which concerns on this invention, the battery system which concerns on this invention may be applied to other apparatuses different from an electric vehicle. For example, the battery system according to the present invention may be mounted on a railway or other transport machine equipped with a fuel cell.
また、上記では、本発明に係る負荷の一例としてインバータ40及び駆動用モータ50について説明したが、本発明に係る負荷は係る例に限定されない。本発明に係る負荷は、供給される電力を消費可能であればよく、電池システムが搭載される装置に応じて適宜異なり得る。
In the above description, the
また、上記では、路面の勾配を算出するために加速度センサ92が利用される例について説明したが、路面の勾配を算出するために加速度センサ92と異なる他のセンサが利用されてもよい。例えば、そのようなセンサとして、3軸のジャイロセンサが用いられてもよい。その場合、電池システム1の構成から加速度センサ92は省略されてもよい。
In the above description, the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can make various modifications or application examples within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
1,5 電池システム
10 蓄電装置
11 蓄電装置モジュール
20 二次電池
21 二次電池モジュール
30 燃料電池
40 インバータ
50 駆動用モータ
60 第1電力変換装置
70,80 第2電力変換装置
91 アクセル開度センサ
92 加速度センサ
93 第1バッテリセンサ
94 第2バッテリセンサ
100 制御装置
110 判定部
130 制御部
131 供給モード制御部
132 駆動制御部
133 充電制御部
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
SW5 第5スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,5
Claims (16)
前記負荷へ供給される電力を蓄電する二次電池と、
前記二次電池へ充電される電力を発電する燃料電池と、
を備える電池システムであって、
前記負荷へ供給される電力を蓄電する蓄電装置と、
前記蓄電装置に蓄電される電力を利用せずに前記二次電池から前記負荷へ電力を供給する第1供給モードと、前記蓄電装置と前記二次電池とが直列に接続されている状態で前記蓄電装置及び前記二次電池から前記負荷へ電力を供給する第2供給モードとを切り替え可能な切替部と、
前記切替部の動作を制御することにより前記負荷への電力の供給モードの切り替えを制御する制御装置と、
をさらに備え、
前記蓄電装置は、前記燃料電池により発電される電力を用いて充電される、
電池システム。 Load,
A secondary battery for storing electric power supplied to the load;
A fuel cell for generating electric power charged in the secondary battery;
A battery system comprising:
A power storage device that stores power supplied to the load;
The first supply mode for supplying power from the secondary battery to the load without using the power stored in the power storage device, and the power storage device and the secondary battery are connected in series. A switching unit capable of switching between a power storage device and a second supply mode for supplying power from the secondary battery to the load;
A control device that controls switching of a power supply mode to the load by controlling the operation of the switching unit;
Further comprising
The power storage device is charged using electric power generated by the fuel cell.
Battery system.
請求項1に記載の電池システム。 In the first supply mode, the control device forms a closed circuit in which the secondary battery and the load are connected in series without including the power storage device, and in the second supply mode, the power storage device, Forming a closed circuit in which a secondary battery and the load are connected in series;
The battery system according to claim 1.
前記負荷は、前記電動車両の駆動用モータを含む、
請求項1又は2に記載の電池システム。 The battery system is mounted on an electric vehicle,
The load includes a drive motor for the electric vehicle.
The battery system according to claim 1 or 2.
前記燃料電池により発電される電力は、主として前記二次電池の充電に用いられる、
請求項3に記載の電池システム。 The power stored in the secondary battery is mainly used for driving the drive motor,
The power generated by the fuel cell is mainly used for charging the secondary battery.
The battery system according to claim 3.
請求項3又は4に記載の電池システム。 The secondary battery can be connected to an external power source outside the electric vehicle, and is charged using electric power supplied from the external power source.
The battery system according to claim 3 or 4.
請求項3〜5のいずれか一項に記載の電池システム。 The control device switches the supply mode to the first supply mode when it is determined that the power demand value of the load is less than or equal to a reference value, and the power request value is determined to be greater than the reference value Switching the supply mode to the second supply mode,
The battery system according to any one of claims 3 to 5.
請求項6に記載の電池システム。 The control device determines whether or not the power requirement value is equal to or less than the reference value based on travel information that is information related to travel of the electric vehicle.
The battery system according to claim 6.
請求項7に記載の電池システム。 The travel information includes an accelerator opening of the electric vehicle,
The battery system according to claim 7.
請求項7又は8に記載の電池システム。 The travel information includes a slope of a road surface on which the electric vehicle travels.
The battery system according to claim 7 or 8.
請求項1〜9のいずれか一項に記載の電池システム。 The control device controls switching of the supply mode according to a comparison result between a difference between a current value and a current request value in the load and a current request value,
The battery system according to any one of claims 1 to 9.
請求項1〜10のいずれか一項に記載の電池システム。 The controller cancels an increase in power loss in the battery system caused by an increase in electrical resistance in the battery system that occurs when the supply mode is switched from the first supply mode to the second supply mode. Performing a switch from the first supply mode to the second supply mode so that the power loss is reduced;
The battery system according to any one of claims 1 to 10.
前記制御装置は、前記第1電力変換装置及び前記燃料電池の動作を制御することにより、前記燃料電池により発電される電力の前記蓄電装置への供給を制御する、
請求項1〜11のいずれか一項に記載の電池システム。 The power storage device is connected to the fuel cell via a first power conversion device capable of converting a voltage,
The control device controls supply of the electric power generated by the fuel cell to the power storage device by controlling operations of the first power conversion device and the fuel cell.
The battery system according to any one of claims 1 to 11.
前記制御装置は、前記第2電力変換装置及び前記燃料電池の動作を制御することにより、前記燃料電池により発電される電力の前記二次電池への供給を制御する、
請求項12に記載の電池システム。 The secondary battery is connected to the fuel cell via a second power conversion device capable of converting voltage,
The control device controls supply of the electric power generated by the fuel cell to the secondary battery by controlling operations of the second power conversion device and the fuel cell.
The battery system according to claim 12.
前記制御装置は、前記第1電力変換装置及び前記第2電力変換装置の動作を制御することにより、前記二次電池に蓄電される電力の前記蓄電装置への供給を制御する、
請求項13に記載の電池システム。 The second power converter is capable of converting a voltage bidirectionally,
The control device controls the supply of power stored in the secondary battery to the power storage device by controlling operations of the first power conversion device and the second power conversion device.
The battery system according to claim 13.
請求項1〜14のいずれか一項に記載の電池システム。 The power storage device has a small internal resistance compared to the internal resistance of the secondary battery.
The battery system according to any one of claims 1 to 14.
請求項15に記載の電池システム。 The power storage device is an electric double layer capacitor,
The battery system according to claim 15.
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