JP3882703B2 - 蓄電システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はハイブリッド車両等に用いられる蓄電システムに関し、特に、蓄電システムにおける電力損失を抑える技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平9-322314号は、車両駆動用のモータへの電源としてバッテリとキャパシタを備え、回生中に得られた電力をコンバータを用いてバッテリとキャパシタに分配する蓄電システムを開示している。
【０００３】
この従来技術では、予めキャパシタへの充電電流の制限値を設定しておき、回生電流が充電電流の制限値以内であれば全ての電流をキャパシタに充電し、回生電流が充電電流の制限値を超えればその超えた分の電流をバッテリに充電する。充電電流の制限値はキャパシタ充電効率が所定値以上となるように設定されるので、キャパシタにおける電力損失を軽減し、回生効率を向上させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、上記従来技術では、充電時におけるキャパシタの電力損失のみを軽減する構成となっており、キャパシタ以外で発生する電力損失を含む蓄電システム全体の電力損失を低減することができず、回生効率を効果的に向上させることができなかった。また、放電時には、バッテリに先駆け、まずキャパシタから放電するため、放電時の電力損失を低減する構成となっていない。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の技術的課題を鑑みてなされたもので、蓄電システムへの充電電力をバッテリとキャパシタとに適切に分配し、蓄電システム全体における電力損失を低減することを目的とする。また、蓄電システムからの放電電力をバッテリとキャパシタとで適切に分配（分担）し、放電時においても蓄電システム全体における電力損失を低減することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】
バッテリと、キャパシタと、充放電電流をバッテリとキャパシタに任意の比率で分配（分担）する分配装置（例えば、コンバータ）とを備えた蓄電システムにおいて、充放電の際に生じる蓄電システムにおける電力損失を演算し、演算された蓄電システムにおける電力損失が最小になるようにバッテリとキャパシタへの充放電電流の分配率を演算し、演算された分配率に基づき分配装置を制御するように構成する。
【０００７】
【作用及び効果】
本発明によれば、蓄電システムの充電あるいは放電を行う際、蓄電システムにおける電力損失が演算され、蓄電システムにおける電力損失を最小にするようにキャパシタ、バッテリへの充電電流の配分比率が決定され、充放電電流の配分が行われるので、充電時、放電時における電力損失を最小に抑えることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
図１は本発明に係る蓄電システムを備えたシリーズハイブリッド車両の概略構成図である。車両は、エンジン１と、エンジン１のクランクシャフトに連結され、エンジン１と同期して回転する発電機２と、図示しない駆動輪を駆動するためのモータ３とを備えている。発電機２、モータ３にはそれぞれインバータ４、５が接続されており、インバータ４、５は共通のＤＣリンク６を介して蓄電システム９に接続されている。
【００１０】
エンジン１で発生した運動エネルギは発電機２で電力に変換され、この電力の供給を受けるモータ３が力行することによって車両が駆動される。モータ３の消費電力が発電機２の発電電力を上回り、電力が不足する場合は、蓄電システム９からモータ３に電力が供給される。逆に、モータ３の消費電力が発電機２の発電電力を下回り、電力が余る場合は、発電機２から蓄電システム９に電力が供給され、余剰電力は蓄電システム９に蓄えられる。
【００１１】
蓄電システム９は、キャパシタ１０、バッテリ１１、双方向コンバータ１２（分配装置）、コンバータ制御装置１３、電流検出回路１４とで構成される。双方向コンバータ１２は、キャパシタ１０とバッテリ１１の電圧に応じて昇降圧制御するものであり、公知の昇圧コンバータ、降圧コンバータを組み合わせたものである。コンバータ制御装置１３は、１または２以上のマイクロプロセッサ、メモリ、入出力インターフェース等を含んで構成され、キャパシタ１０とバッテリ１１の電圧や、充放電電流の分配率の設定に応じて双方コンバータ１２の昇圧、降圧動作を制御する。充放電電流の分配率は蓄電システム９全体における電力損失が最小になるように、すなわち、蓄電システム９全体の効率が最もよくなるように設定される。
【００１２】
電流検出回路１４は、ＤＣリンク６を流れる電流値と電流の方向、すなわち蓄電システム９が充電状態にあるか否かを検出する回路である。電流の流れがＤＣリンク６の入力側に流れ込む方向をマイナス方向とし、入力側から流れ出す方向をプラス方向とすれば、電流検出回路１４によって検出される電流値は、蓄電システム９の充電時にはプラス、充電時以外ではマイナスを示すことになる。
【００１３】
また、キャパシタ１０、バッテリ１１には、温度を検出する手段として温度センサ２１、２２がそれぞれ設けられている。温度センサ２１、２２の検出値はそれぞれコンバータ制御装置１３に入力される。
【００１４】
図２は、コンバータ制御装置１３において行われる充放電電流の分配制御の内容を示したフローチャートであり、所定時間毎、例えば１０ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行される。
【００１５】
図２を参照しながら充放電電流の分配制御について説明すると、まず、ステップＳ１では、蓄電システム９の運転状態を検出する。蓄電システム９の運転状態としては、キャパシタ１０、バッテリ１１の温度、充電状態ＳＯＣ等を検出する。充電状態ＳＯＣの検出方法としては、キャパシタ１０、バッテリ１１の入出力電流を積算する方法、端子間電圧に基づき推定する方法等があるが、本発明を適用するにあたってはいずれの方法を用いて充電状態ＳＯＣを検出してもよい。
【００１６】
ステップＳ２では、蓄電システム９が現在充電を行っている状態であるか否かを判断する。蓄電システム９が充電を行っている状態であるか否かは電流検出回路１４からの検出値に基づき判断する。電流検出回路１４からの検出値の符号がプラスであるならば充電を行っている状態であると判断し、マイナスであるならば充電を行っている状態以外（放電を行っている状態あるいは充放電を行っていない状態）であると判断する。
【００１７】
ステップＳ３では、充電時に蓄電システム９全体で発生する電力損失を算出する。充電時に蓄電システム９で発生する電力損失としては、キャパシタ１０に充電する際の電力損失、コンバータ１２を介してバッテリ１１に充電する際のバッテリ１１及びコンバータ１２の電力損失が発生する。以下、キャパシタ１０、バッテリ１１、コンバータ１２における電力損失の算出方法について説明する。
【００１８】
《キャパシタにおける電力損失》
キャパシタ１０を充電する時に発生する電力損失（キャパシタ電力損失）は、キャパシタ１０の内部抵抗により発生する電圧降下が主要な要因である。コンバータ制御装置１３のメモリには図３から図５に示すテーブルが格納されており、コンバータ制御装置１３はこれらのテーブルの参照値を用いてキャパシタ電力損失を演算する。なお、各テーブルは予め実験データに基づき作成される。
【００１９】
図３はキャパシタ１０の充電状態SOC_c[%]とその内部抵抗[Ω]の関係を規定したテーブルである。このテーブルは所定のキャパシタ温度（例えば、25[℃]）におけるものである。キャパシタ内部抵抗はキャパシタ１０の充電状態SOC_cが高くなる（充電量が多くなる）につれ徐々に小さくなる。
【００２０】
図４はキャパシタ１０の温度Tc[℃]とその内部抵抗比率の関係を規定したテーブルである。このテーブルは、所定のキャパシタ温度（例えば、25[℃]）におけるキャパシタ１０の内部抵抗を基準値とし、各温度におけるキャパシタ１０の内部抵抗の基準値に対する比率（内部抵抗比率）を示したものである。キャパシタ１０の内部抵抗比率はキャパシタ１０の温度が高くなるにつれて小さくなる。
【００２１】
また、図５は、キャパシタ１０の充電状態SOC_c[％]とその開放電圧Eoc[V]の関係を規定したテーブルであり、キャパシタ１０の開放電圧Eocはキャパシタ１０の充電状態SOC_cに比例して大きくなる。
【００２２】
キャパシタ１０を充電する時の電力損失するにあたっては、コンバータ制御装置１３は、まず、図３、図４に示すテーブルを参照して得られる値を掛け合わせることで、キャパシタ１０の内部抵抗Rc[Ω]を算出する。そして、図５に示すテーブルを参照することでキャパシタ１０の開放電圧Eocを演算する。キャパシタ１０の内部抵抗Rc、開放電圧Eocを演算したら、コンバータ制御装置１３は、キャパシタ１０を充電する時の電力損失Pc_loss[kW]を次式（１）、
により演算する。式（１）のIc[A]は、キャパシタ１０への充電電流である。
【００２３】
《コンバータにおける電力損失》
コンバータ動作時にコンバータ１２において発生する電力損失（コンバータ電力損失）は、電力用半導体スイッチおよびダイオードの順方向電圧降下、スイッチング損失、リアクトルの銅損ならびに鉄損に依存する。ここでは、これら要素とすべて含めたものとしてコンバータ１２への入力側における電力と出力側における電力を実験により求め、それら値の比からコンバータ効率を算出する。このコンバータ効率はテーブルとしてコンバータ制御装置１３のメモリに保存しておく。
【００２４】
図６は、コンバータ１２の入力側における電力Pcov_in[kW]とコンバータ効率Effcovの関係を規定したテーブルである。コンバータ効率Effcovは、あるコンバータ入力電力Pcov_inがある値になるまではコンバータ入力電力Pcov_inに比例して大きくなるが、ある値を超えるとコンバータ入力電力Pcov_inに関係なく略一定値をとるようになる。コンバータ制御装置１３は、コンバータ１２の入力側における電力Pcov_inからこのテーブルを参照することでコンバータ効率Effcovを演算する。コンバータ１２における電力損失Pcov_lossは、1-Effcovに比例することから、これらに基づき演算することができる。
【００２５】
《バッテリにおける電力損失》
バッテリ１１を充電する時に発生する電力損失（バッテリ電力損失）は、内部抵抗により発生する電圧降下が主要な要因である。バッテリ電力損失を演算するために、コンバータ制御装置１３のメモリには図７から図９に示すテーブルが格納されている。各テーブルは予め実験データに基づき作成される。
【００２６】
図７はバッテリ１１の充電状態SOC_b[%]とその内部抵抗[Ω]の関係を規定したテーブルである。このテーブルは所定のバッテリ温度（例えば、25[℃]）におけるものである。バッテリ１１の内部抵抗はある充電状態までは略一定値をとるが、ある充電状態を超えると急激に減少し、その後バッテリ充電状態SOC_bが大きくなるにつれ徐々に小さくなる。
【００２７】
図８は、バッテリ１１の温度Tb[℃]とその内部抵抗比率の関係を規定したテーブルである。このテーブルは、所定のバッテリ温度（例えば、25[℃]）でのバッテリ内部抵抗を基準値とし、各温度におけるバッテリ内部抵抗の基準値に対する比率（内部抵抗比率）を規定したものである。内部抵抗比率はあるバッテリ温度までは略一定値をとるが、あるバッテリ温度を超えると急激に減少し、バッテリ温度25℃以上で略一定値（＝１）をとる。
【００２８】
図９は、バッテリ１１の充電状態SOC_b[％]とその開放電圧Eob[V]の関係を規定したテーブルである。バッテリ１１の開放電圧Eob[V]はバッテリ１１のSOC_bが高くなるほど高くなる。
【００２９】
コンバータ制御装置１３は、図７、図８に示すテーブルを参照して得られる値を掛け合わせることで、バッテリ１１の内部抵抗Rb[Ω]を算出する。そして、図９に示すテーブルを参照してバッテリ１１の開放電圧Eobを算出する。バッテリ１１の内部抵抗Rb、開放電圧Eovを演算したら、バッテリ１１における電力損失Pb_loss[kW]を式（２）、
により算出する。式（２）のIb[A]は、バッテリ１１への充電電流である。ここで、コンバータ１２は開放電圧Eov[V]に合わせるよう制御されるので、コンバータ効率Effcovをバッテリ電流Ibに反映させている。つまり、バッテリ電流Ibは次式（３）、
Ib=(Itotal_chg-Ic)*Effcov ・・・（３）
で示す値となる。Itotal_chg[A]はＤＣリンク６から流れる充電電流である。
【００３０】
ステップＳ３では上記方法により、ＤＣリンク６から流れる充電電流をすべてキャパシタ１０に充電する場合から、すべてバッテリ１０に充電する場合までについてキャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失を演算する。すなわち全ての分配率についてキャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失を演算する。
【００３１】
ステップＳ４では、充電時に蓄電システム９全体で発生する電力損失が最も小さくなる充電電流の分配率を求める。具体的には、ステップＳ３において求めたキャパシタ１０の電力損失Pc_loss、バッテリ１１の電力損失Pb_lossを基に、蓄電システム９全体で発生する電力損失Ptotal_loss[W]を演算する次式（４）、
を立て、蓄電システム９全体で発生する電力損失Ptotal_loss[kW]を最小にするようなキャパシタ１０への充電電流Ic[A]を決定する。充電電流Itotal_chgの値が決まれば式（４）における変数はキャパシタ１０への充電電流Icのみとなるので、電力損失Ptotal_lossを最小にするキャパシタ充電電流Icを演算することができる。
【００３２】
式（４）においてコンバータ１２における電力損失Pcov_lossが入っていないのは、この実施例ではキャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失がコンバータ１２における電力損失に比べて大きいことから、簡略化のためコンバータ１２における電力損失Pcov_lossを無視しているからである。コンバータ１２における電力損失が大きくコンバータ１２における電力損失が無視できない場合、あるいは電力損失をさらに高い精度で演算する必要がある場合は、式（４）でコンバータ１２における電力損失Pcov_lossを加えるようにすればよい。
【００３３】
キャパシタ１０への充電電流Icが決まればバッテリ１１への充電電流IbはItotal_chg-Icとなり、充電電流のキャパシタ１０とバッテリ１１への分配率はIc：Ibとなる。
【００３４】
ステップＳ５では、ステップＳ４において設定された充電電流の分配の結果が、キャパシタ１０のみに分配するものであるか否かを判断する。キャパシタ１０のみに分配するよう設定されていた場合は、ステップＳ６に進んでコンバータ１２は動作させない。即ち、コンバータ１２を停止させ、バッテリ１１側には電流を流さないようにする。これに対し、キャパシタ１０とバッテリ１１の双方に分配するよう設定されていた場合、ステップＳ７に進んでコンバータ１２を動作させ、充電電流Itotal_chg[A]の内キャパシタ充電電流Ic[A]以外はコンバータ１２を介してバッテリ１１へと流し、バッテリ１１を充電する。
【００３５】
一方、ステップＳ２で蓄電システム９が充電を行う状態以外、すなわち蓄電システム９が放電を行う場合あるいは蓄電システム９が充放電を行わない場合であると検出された場合は、ステップＳ８に進み、ステップＳ３と同様のテーブルを参照して放電時におけるキャパシタ１０、バッテリ１１の電力損失を算出する。電力損失の算出はＤＣリンク６から要求される放電電流をすべてキャパシタ１０から放電する場合から、すべてバッテリ１１から放電する場合までについて行う。
【００３６】
ステップＳ９では、ＤＣリンク６から要求される放電電流を、充電時に蓄電システム９全体で発生する電力損失が小さくなるようキャパシタ１０とバッテリ１１とで分担する場合の分配率を演算する。具体的には、ステップＳ８において求めたキャパシタ１０、バッテリ１１の電力損失を基に蓄電システム９全体で発生する電力損失Ptotal_loss[kW]を演算する次式（５）、
を立てる。Itotal_dchg[A]はＤＣリンク６から要求される放電電流である。そして、この放電電流Itotal_dchg[A]を得る際に、蓄電システム９全体で発生する電力損失Ptotal_lossが最小になるようキャパシタ放電電流Ic[A]を決定する。キャパシタ放電電流Icが決まればバッテリ放電電流Ibが決まり、放電電流をキャパシタ１０とバッテリ１１とで分担する場合の分配率はIc：Ibとなる。
【００３７】
ステップＳ１０では、ステップＳ９において設定された放電電流の分担の結果が、バッテリ１１のみで分担するものであるか否かを判断する。キャパシタ１０にのみ分担するように設定されていた場合はステップＳ１１に進み、コンバータ１２を停止させ、すべての放電電流をキャパシタ１０からの放電で賄う。これに対し、設定された放電電流の分担の結果が、キャパシタ１０とバッテリ１１の双方で分担するよう設定されていた場合、ステップＳ１２に進んでコンバータ１２を動作させ、放電電流Itotal_dchg[A]の内、キャパシタ放電電流以外はコンバータ１０を介してバッテリ１１からの放電で賄う。
【００３８】
したがって、上記制御によれば、蓄電システム９に充電を行う際、蓄電システム９における電力損失、すなわちキャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失の和が演算される。そして、蓄電システム９における電力損失を最小にするようにキャパシタ１０、バッテリ１１への充電電流の分配率が決定され、充電電流の配分が行われるので、充電時における電力損失を最小に抑えることができる。
【００３９】
さらに、蓄電システム９から放電を行う際にも同様に蓄電システム９における電力損失が演算され、蓄電システム９における電力損失を最小にするようにキャパシタ１０、バッテリ１１からの放電電流の分担比率が決定され、キャパシタ１０、バッテリ１１から放電が行われる。これにより、充電時のみならず放電時における電力損失をも最小に抑えることができる。
【００４０】
キャパシタ１０、バッテリ１１の内部抵抗は温度の影響を受け、これらの温度は電力損失を決定する上で重要な要因となるが、キャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失を演算するにあたっては、それらの温度を考慮して演算されるので、キャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失をそれらの温度に関係なく正確に演算することができる。
【００４１】
なお、この実施形態では、キャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失が大きいことから、キャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失の和を蓄電システム９全体における電力損失とみなして制御を行っているが、コンバータ１２における電力損失が大きいとき、あるいは電力損失の演算精度をさらに向上させる必要があるときは、コンバータ１２における電力損失を加えたものを蓄電システム９全体における電力損失としてもよい。
【００４２】
また、バッテリ１１の容量がキャパシタ１０に比べて小さい、バッテリ１１の充放電効率が高い等の理由により、バッテリ１１における電力損失が比較的小さいときは、キャパシタ１０、コンバータ１２における電力損失の和を蓄電システム９全体における電力損失とみなして上記制御を行うようにしても良い。
【００４３】
なお、ステップＳ３、Ｓ８における処理が電力損失演算手段に対応し、ステップＳ４、Ｓ９における処理が分配率演算手段に対応し、ステップＳ５〜Ｓ７、ステップＳ１０〜Ｓ１２における処理が分配装置制御手段に対応する。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４５】
第２の実施形態は、蓄電システム９の充電時の電力損失を演算する際に、充電時の損失だけでなく、その充電された電力がその後放電されるときの損失をも考慮して演算するようにした点で第１の実施形態と相違する。蓄電システム９の構成、制御フローは第１の実施形態のものと同じであり、以下の説明では第１の実施形態との相違点のみを説明する。
【００４６】
この実施形態では、図２のステップＳ８において、過去の放電におけるキャパシタ１０、バッテリ１１及び、コンバータ１２の放電効率の平均値を算出し、コンバータ制御装置１３のメモリに記憶する。各放電効率の平均値は、次式（６）〜（８）、
Effc_ave=[(Eoc-Ic*Rc)/Eoc+Effc_ave_z]/2 ・・・（６）
Effb_ave=[(Eob-Ib*Rb)/Eob+Effb_ave_z]/2 ・・・（７）
Effcov_ave=[Effcov+Effcov_ave]/2 ・・・（８）
により求めることができる。ここで、Effc_aveはキャパシタ１０の放電効率の平均値、Effc_aveはバッテリ１１の放電効率の平均値、Effcov_aveは蓄電システム９が放電を行う時のコンバータ１２の効率の平均値である。各放電効率の平均値の末尾にzが付いているものは、前回の演算で算出された放電効率の平均値である。当然ながら、この値はステップＳ２において充電状態以外であると判断された時にのみ算出すれば良い。
【００４７】
ステップＳ４では、ステップＳ８で算出した各放電効率の平均値も用いて充電電流の分配率を設定する。具体的には、蓄電システム９全体で発生する電力損失Ptotal_loss[kW]を求める次式（７）、
Ptotal_loss
=Pc_loss+Pb_loss+(Ic*Eoc/1000-Pc_loss)*(1-Effcave)+(Ib*Eob/1000-Pb_loss)*(1-Effb_ave*Effcov_ave) ・・・（７）
を立てる。そして、充電電流Itotal_chg[A]が得られる際に、蓄電システム９全体での電力損失Ptotal_loss[kW]を最小にするようキャパシタ放電電流Ic[A]を決定し、充電電流の分配率を設定する。
【００４８】
このように、第２の実施形態ではキャパシタ１０、バッテリ１１の充電効率だけでなく、キャパシタ１０、バッテリ１１に充電された電力が将来放電されるときの効率（キャパシタ放電効率、バッテリ放電効率、放電時のコンバータの効率）をも考慮して蓄電システム９における電力損失が演算され、この電力損失を最小にするようにキャパシタ１０、バッテリ１１への充電電流の分配率が決定される。
【００４９】
この結果、例えば、キャパシタ１０の充電効率が良くてもキャパシタ１０に充電された電力が将来放電されるときの効率（キャパシタ放電効率）が低いときは、キャパシタ１０への充電電流の配分を減らし、将来キャパシタ１０から放電が行われる頻度、キャパシタ１０からの放電量を抑えることができる。逆に、バッテリ１１に充電された電力が放電されるときの効率（バッテリ放電効率）が低いときは、バッテリ１１への充電電流の配分を減らし、将来バッテリ１１から放電が行われる頻度、バッテリ１１からの放電量を抑えることができる。
【００５０】
このように、充電時の電力損失だけでなく、キャパシタ１０、バッテリ１１に充電された電力が将来放電される時のキャパシタ１０、バッテリ１１、コンバータ１２における電力損失（放電効率）をも考慮して充電電力の分配比率を決定することにより、現時点の電力損失を低く抑えるだけでなく、将来に渡って蓄電システム９における電力損失を低く抑えることができる。また、将来の放電が行われるときの電力損失は、蓄電システム９の将来の運転パターンを予測して求めるようにしてもよいが、本実施形態のように過去の放電効率の平均値を用いて推定するようにすれば、簡素な方法でありながら将来の電力損失を十分な精度で予測することができる。
【００５１】
なお、ステップＳ８における処理が、キャパシタ放電効率演算手段、バッテリ放電効率演算手段、放電時分配装置効率演算手段に対応する。
【００５２】
次に、第３の実施形態について説明する。
【００５３】
この第３の実施形態においては、蓄電システム９の構成、制御フローは第１の実施形態のものと同じであるが、図２に示したフローのステップＳ４、ステップＳ９において、キャパシタ１０、バッテリ１１の入出力電力がそれらの入出力可能電力の範囲内となるように充放電電流の分配率を設定するようにした点が第１の実施形態と相違する。
【００５４】
ここで、キャパシタ１０、バッテリ１１の入力可能電力Pin[kW]、出力可能電力Pout[kW]は、次式（８）、（９）、
Pin=Emin*(Eo-Emin)/R/1000 ・・・（８）
Pout=Emax*+(Eo-Emax)/R/1000 ・・・（９）
で示される。Emin[V]は下限電圧、Emax[V]は上限電圧、Eoは開放電圧、Rは内部抵抗である。式（８）、（９）にキャパシタ１０とバッテリ１１各々に対応する値を適用することでキャパシタ１０、バッテリ１１の入力可能電力Pin、出力可能電力Poutを算出することができる。
【００５５】
ステップＳ４、９では、キャパシタ１０、バッテリ１１の入出力可能電力を演算し、キャパシタ１０、バッテリ１１の入出力電力が演算された入出力可能電力の範囲内となるように充放電電流の分配率を設定する。例えば、蓄電システム９における電力損失が最小となるように充電電流分配率を設定したところ、キャパシタ１０への入力電力がキャパシタ１０の入力可能電力Pinを超えることとなる場合は、キャパシタ１０への入力電力が減少するよう充電電流分配率を補正する。
【００５６】
これにより、バッテリ１１の入出力可能電力の範囲を超えてキャパシタ１０、バッテリ１１の充放電が行われ、蓄電システム９における電力損失がかえって大きくなったり、蓄電システム９において所望の充放電量が確保されないといった事態を回避することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施形態は本発明を適用した蓄電システムの一例を示したもので、本発明の適用範囲を上記構成に限定する趣旨ではない。例えば、上記構成に限らずバッテリ、キャパシタ及び充放電電流を任意の比率でバッテリとキャパシタに分配することができる分配装置を備えた蓄電システムであればハイブリッド車両用か否かに関係なく本発明を適用することができる。
【００５８】
また、蓄電システムの構成が変われば充電、放電時の動作も異なってくるため、蓄電システムにおける電力損失の算出方法についても蓄電システムの構成に合わせて変更する必要があるが、そのような変更は当業者にとって自明のことであり、これら変更を施した蓄電システムも本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蓄電システムを備えたハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】充放電電流の配分制御の内容を示したフローチャートである。
【図３】キャパシタの充電状態とその内部抵抗の関係を規定したテーブルである。
【図４】キャパシタの温度とその内部抵抗比率の関係を規定したテーブルである。
【図５】キャパシタの充電状態とその開放電圧の関係を規定したテーブルである。
【図６】コンバータ入力電力とコンバータ効率の関係を規定したテーブルである。
【図７】バッテリの充電状態とその内部抵抗の関係を規定したテーブルである。
【図８】バッテリの温度とその内部抵抗比率の関係を規定したテーブルである。
【図９】バッテリの充電状態とその開放電圧の関係を規定したテーブルである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 発電機
３ モータ
４、５ インバータ
６ ＤＣリンク
９ 蓄電システム
１０ キャパシタ
１１ バッテリ
１２ 双方向コンバータ（分配装置）
１３ コンバータ制御装置
１４ 電流検出回路
２０、２１ 温度センサ
【産業上の利用分野】
本発明はハイブリッド車両等に用いられる蓄電システムに関し、特に、蓄電システムにおける電力損失を抑える技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平9-322314号は、車両駆動用のモータへの電源としてバッテリとキャパシタを備え、回生中に得られた電力をコンバータを用いてバッテリとキャパシタに分配する蓄電システムを開示している。
【０００３】
この従来技術では、予めキャパシタへの充電電流の制限値を設定しておき、回生電流が充電電流の制限値以内であれば全ての電流をキャパシタに充電し、回生電流が充電電流の制限値を超えればその超えた分の電流をバッテリに充電する。充電電流の制限値はキャパシタ充電効率が所定値以上となるように設定されるので、キャパシタにおける電力損失を軽減し、回生効率を向上させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、上記従来技術では、充電時におけるキャパシタの電力損失のみを軽減する構成となっており、キャパシタ以外で発生する電力損失を含む蓄電システム全体の電力損失を低減することができず、回生効率を効果的に向上させることができなかった。また、放電時には、バッテリに先駆け、まずキャパシタから放電するため、放電時の電力損失を低減する構成となっていない。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の技術的課題を鑑みてなされたもので、蓄電システムへの充電電力をバッテリとキャパシタとに適切に分配し、蓄電システム全体における電力損失を低減することを目的とする。また、蓄電システムからの放電電力をバッテリとキャパシタとで適切に分配（分担）し、放電時においても蓄電システム全体における電力損失を低減することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】
バッテリと、キャパシタと、充放電電流をバッテリとキャパシタに任意の比率で分配（分担）する分配装置（例えば、コンバータ）とを備えた蓄電システムにおいて、充放電の際に生じる蓄電システムにおける電力損失を演算し、演算された蓄電システムにおける電力損失が最小になるようにバッテリとキャパシタへの充放電電流の分配率を演算し、演算された分配率に基づき分配装置を制御するように構成する。
【０００７】
【作用及び効果】
本発明によれば、蓄電システムの充電あるいは放電を行う際、蓄電システムにおける電力損失が演算され、蓄電システムにおける電力損失を最小にするようにキャパシタ、バッテリへの充電電流の配分比率が決定され、充放電電流の配分が行われるので、充電時、放電時における電力損失を最小に抑えることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
図１は本発明に係る蓄電システムを備えたシリーズハイブリッド車両の概略構成図である。車両は、エンジン１と、エンジン１のクランクシャフトに連結され、エンジン１と同期して回転する発電機２と、図示しない駆動輪を駆動するためのモータ３とを備えている。発電機２、モータ３にはそれぞれインバータ４、５が接続されており、インバータ４、５は共通のＤＣリンク６を介して蓄電システム９に接続されている。
【００１０】
エンジン１で発生した運動エネルギは発電機２で電力に変換され、この電力の供給を受けるモータ３が力行することによって車両が駆動される。モータ３の消費電力が発電機２の発電電力を上回り、電力が不足する場合は、蓄電システム９からモータ３に電力が供給される。逆に、モータ３の消費電力が発電機２の発電電力を下回り、電力が余る場合は、発電機２から蓄電システム９に電力が供給され、余剰電力は蓄電システム９に蓄えられる。
【００１１】
蓄電システム９は、キャパシタ１０、バッテリ１１、双方向コンバータ１２（分配装置）、コンバータ制御装置１３、電流検出回路１４とで構成される。双方向コンバータ１２は、キャパシタ１０とバッテリ１１の電圧に応じて昇降圧制御するものであり、公知の昇圧コンバータ、降圧コンバータを組み合わせたものである。コンバータ制御装置１３は、１または２以上のマイクロプロセッサ、メモリ、入出力インターフェース等を含んで構成され、キャパシタ１０とバッテリ１１の電圧や、充放電電流の分配率の設定に応じて双方コンバータ１２の昇圧、降圧動作を制御する。充放電電流の分配率は蓄電システム９全体における電力損失が最小になるように、すなわち、蓄電システム９全体の効率が最もよくなるように設定される。
【００１２】
電流検出回路１４は、ＤＣリンク６を流れる電流値と電流の方向、すなわち蓄電システム９が充電状態にあるか否かを検出する回路である。電流の流れがＤＣリンク６の入力側に流れ込む方向をマイナス方向とし、入力側から流れ出す方向をプラス方向とすれば、電流検出回路１４によって検出される電流値は、蓄電システム９の充電時にはプラス、充電時以外ではマイナスを示すことになる。
【００１３】
また、キャパシタ１０、バッテリ１１には、温度を検出する手段として温度センサ２１、２２がそれぞれ設けられている。温度センサ２１、２２の検出値はそれぞれコンバータ制御装置１３に入力される。
【００１４】
図２は、コンバータ制御装置１３において行われる充放電電流の分配制御の内容を示したフローチャートであり、所定時間毎、例えば１０ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行される。
【００１５】
図２を参照しながら充放電電流の分配制御について説明すると、まず、ステップＳ１では、蓄電システム９の運転状態を検出する。蓄電システム９の運転状態としては、キャパシタ１０、バッテリ１１の温度、充電状態ＳＯＣ等を検出する。充電状態ＳＯＣの検出方法としては、キャパシタ１０、バッテリ１１の入出力電流を積算する方法、端子間電圧に基づき推定する方法等があるが、本発明を適用するにあたってはいずれの方法を用いて充電状態ＳＯＣを検出してもよい。
【００１６】
ステップＳ２では、蓄電システム９が現在充電を行っている状態であるか否かを判断する。蓄電システム９が充電を行っている状態であるか否かは電流検出回路１４からの検出値に基づき判断する。電流検出回路１４からの検出値の符号がプラスであるならば充電を行っている状態であると判断し、マイナスであるならば充電を行っている状態以外（放電を行っている状態あるいは充放電を行っていない状態）であると判断する。
【００１７】
ステップＳ３では、充電時に蓄電システム９全体で発生する電力損失を算出する。充電時に蓄電システム９で発生する電力損失としては、キャパシタ１０に充電する際の電力損失、コンバータ１２を介してバッテリ１１に充電する際のバッテリ１１及びコンバータ１２の電力損失が発生する。以下、キャパシタ１０、バッテリ１１、コンバータ１２における電力損失の算出方法について説明する。
【００１８】
《キャパシタにおける電力損失》
キャパシタ１０を充電する時に発生する電力損失（キャパシタ電力損失）は、キャパシタ１０の内部抵抗により発生する電圧降下が主要な要因である。コンバータ制御装置１３のメモリには図３から図５に示すテーブルが格納されており、コンバータ制御装置１３はこれらのテーブルの参照値を用いてキャパシタ電力損失を演算する。なお、各テーブルは予め実験データに基づき作成される。
【００１９】
図３はキャパシタ１０の充電状態SOC_c[%]とその内部抵抗[Ω]の関係を規定したテーブルである。このテーブルは所定のキャパシタ温度（例えば、25[℃]）におけるものである。キャパシタ内部抵抗はキャパシタ１０の充電状態SOC_cが高くなる（充電量が多くなる）につれ徐々に小さくなる。
【００２０】
図４はキャパシタ１０の温度Tc[℃]とその内部抵抗比率の関係を規定したテーブルである。このテーブルは、所定のキャパシタ温度（例えば、25[℃]）におけるキャパシタ１０の内部抵抗を基準値とし、各温度におけるキャパシタ１０の内部抵抗の基準値に対する比率（内部抵抗比率）を示したものである。キャパシタ１０の内部抵抗比率はキャパシタ１０の温度が高くなるにつれて小さくなる。
【００２１】
また、図５は、キャパシタ１０の充電状態SOC_c[％]とその開放電圧Eoc[V]の関係を規定したテーブルであり、キャパシタ１０の開放電圧Eocはキャパシタ１０の充電状態SOC_cに比例して大きくなる。
【００２２】
キャパシタ１０を充電する時の電力損失するにあたっては、コンバータ制御装置１３は、まず、図３、図４に示すテーブルを参照して得られる値を掛け合わせることで、キャパシタ１０の内部抵抗Rc[Ω]を算出する。そして、図５に示すテーブルを参照することでキャパシタ１０の開放電圧Eocを演算する。キャパシタ１０の内部抵抗Rc、開放電圧Eocを演算したら、コンバータ制御装置１３は、キャパシタ１０を充電する時の電力損失Pc_loss[kW]を次式（１）、
【００２３】
《コンバータにおける電力損失》
コンバータ動作時にコンバータ１２において発生する電力損失（コンバータ電力損失）は、電力用半導体スイッチおよびダイオードの順方向電圧降下、スイッチング損失、リアクトルの銅損ならびに鉄損に依存する。ここでは、これら要素とすべて含めたものとしてコンバータ１２への入力側における電力と出力側における電力を実験により求め、それら値の比からコンバータ効率を算出する。このコンバータ効率はテーブルとしてコンバータ制御装置１３のメモリに保存しておく。
【００２４】
図６は、コンバータ１２の入力側における電力Pcov_in[kW]とコンバータ効率Effcovの関係を規定したテーブルである。コンバータ効率Effcovは、あるコンバータ入力電力Pcov_inがある値になるまではコンバータ入力電力Pcov_inに比例して大きくなるが、ある値を超えるとコンバータ入力電力Pcov_inに関係なく略一定値をとるようになる。コンバータ制御装置１３は、コンバータ１２の入力側における電力Pcov_inからこのテーブルを参照することでコンバータ効率Effcovを演算する。コンバータ１２における電力損失Pcov_lossは、1-Effcovに比例することから、これらに基づき演算することができる。
【００２５】
《バッテリにおける電力損失》
バッテリ１１を充電する時に発生する電力損失（バッテリ電力損失）は、内部抵抗により発生する電圧降下が主要な要因である。バッテリ電力損失を演算するために、コンバータ制御装置１３のメモリには図７から図９に示すテーブルが格納されている。各テーブルは予め実験データに基づき作成される。
【００２６】
図７はバッテリ１１の充電状態SOC_b[%]とその内部抵抗[Ω]の関係を規定したテーブルである。このテーブルは所定のバッテリ温度（例えば、25[℃]）におけるものである。バッテリ１１の内部抵抗はある充電状態までは略一定値をとるが、ある充電状態を超えると急激に減少し、その後バッテリ充電状態SOC_bが大きくなるにつれ徐々に小さくなる。
【００２７】
図８は、バッテリ１１の温度Tb[℃]とその内部抵抗比率の関係を規定したテーブルである。このテーブルは、所定のバッテリ温度（例えば、25[℃]）でのバッテリ内部抵抗を基準値とし、各温度におけるバッテリ内部抵抗の基準値に対する比率（内部抵抗比率）を規定したものである。内部抵抗比率はあるバッテリ温度までは略一定値をとるが、あるバッテリ温度を超えると急激に減少し、バッテリ温度25℃以上で略一定値（＝１）をとる。
【００２８】
図９は、バッテリ１１の充電状態SOC_b[％]とその開放電圧Eob[V]の関係を規定したテーブルである。バッテリ１１の開放電圧Eob[V]はバッテリ１１のSOC_bが高くなるほど高くなる。
【００２９】
コンバータ制御装置１３は、図７、図８に示すテーブルを参照して得られる値を掛け合わせることで、バッテリ１１の内部抵抗Rb[Ω]を算出する。そして、図９に示すテーブルを参照してバッテリ１１の開放電圧Eobを算出する。バッテリ１１の内部抵抗Rb、開放電圧Eovを演算したら、バッテリ１１における電力損失Pb_loss[kW]を式（２）、
Ib=(Itotal_chg-Ic)*Effcov ・・・（３）
で示す値となる。Itotal_chg[A]はＤＣリンク６から流れる充電電流である。
【００３０】
ステップＳ３では上記方法により、ＤＣリンク６から流れる充電電流をすべてキャパシタ１０に充電する場合から、すべてバッテリ１０に充電する場合までについてキャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失を演算する。すなわち全ての分配率についてキャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失を演算する。
【００３１】
ステップＳ４では、充電時に蓄電システム９全体で発生する電力損失が最も小さくなる充電電流の分配率を求める。具体的には、ステップＳ３において求めたキャパシタ１０の電力損失Pc_loss、バッテリ１１の電力損失Pb_lossを基に、蓄電システム９全体で発生する電力損失Ptotal_loss[W]を演算する次式（４）、
【００３２】
式（４）においてコンバータ１２における電力損失Pcov_lossが入っていないのは、この実施例ではキャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失がコンバータ１２における電力損失に比べて大きいことから、簡略化のためコンバータ１２における電力損失Pcov_lossを無視しているからである。コンバータ１２における電力損失が大きくコンバータ１２における電力損失が無視できない場合、あるいは電力損失をさらに高い精度で演算する必要がある場合は、式（４）でコンバータ１２における電力損失Pcov_lossを加えるようにすればよい。
【００３３】
キャパシタ１０への充電電流Icが決まればバッテリ１１への充電電流IbはItotal_chg-Icとなり、充電電流のキャパシタ１０とバッテリ１１への分配率はIc：Ibとなる。
【００３４】
ステップＳ５では、ステップＳ４において設定された充電電流の分配の結果が、キャパシタ１０のみに分配するものであるか否かを判断する。キャパシタ１０のみに分配するよう設定されていた場合は、ステップＳ６に進んでコンバータ１２は動作させない。即ち、コンバータ１２を停止させ、バッテリ１１側には電流を流さないようにする。これに対し、キャパシタ１０とバッテリ１１の双方に分配するよう設定されていた場合、ステップＳ７に進んでコンバータ１２を動作させ、充電電流Itotal_chg[A]の内キャパシタ充電電流Ic[A]以外はコンバータ１２を介してバッテリ１１へと流し、バッテリ１１を充電する。
【００３５】
一方、ステップＳ２で蓄電システム９が充電を行う状態以外、すなわち蓄電システム９が放電を行う場合あるいは蓄電システム９が充放電を行わない場合であると検出された場合は、ステップＳ８に進み、ステップＳ３と同様のテーブルを参照して放電時におけるキャパシタ１０、バッテリ１１の電力損失を算出する。電力損失の算出はＤＣリンク６から要求される放電電流をすべてキャパシタ１０から放電する場合から、すべてバッテリ１１から放電する場合までについて行う。
【００３６】
ステップＳ９では、ＤＣリンク６から要求される放電電流を、充電時に蓄電システム９全体で発生する電力損失が小さくなるようキャパシタ１０とバッテリ１１とで分担する場合の分配率を演算する。具体的には、ステップＳ８において求めたキャパシタ１０、バッテリ１１の電力損失を基に蓄電システム９全体で発生する電力損失Ptotal_loss[kW]を演算する次式（５）、
【００３７】
ステップＳ１０では、ステップＳ９において設定された放電電流の分担の結果が、バッテリ１１のみで分担するものであるか否かを判断する。キャパシタ１０にのみ分担するように設定されていた場合はステップＳ１１に進み、コンバータ１２を停止させ、すべての放電電流をキャパシタ１０からの放電で賄う。これに対し、設定された放電電流の分担の結果が、キャパシタ１０とバッテリ１１の双方で分担するよう設定されていた場合、ステップＳ１２に進んでコンバータ１２を動作させ、放電電流Itotal_dchg[A]の内、キャパシタ放電電流以外はコンバータ１０を介してバッテリ１１からの放電で賄う。
【００３８】
したがって、上記制御によれば、蓄電システム９に充電を行う際、蓄電システム９における電力損失、すなわちキャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失の和が演算される。そして、蓄電システム９における電力損失を最小にするようにキャパシタ１０、バッテリ１１への充電電流の分配率が決定され、充電電流の配分が行われるので、充電時における電力損失を最小に抑えることができる。
【００３９】
さらに、蓄電システム９から放電を行う際にも同様に蓄電システム９における電力損失が演算され、蓄電システム９における電力損失を最小にするようにキャパシタ１０、バッテリ１１からの放電電流の分担比率が決定され、キャパシタ１０、バッテリ１１から放電が行われる。これにより、充電時のみならず放電時における電力損失をも最小に抑えることができる。
【００４０】
キャパシタ１０、バッテリ１１の内部抵抗は温度の影響を受け、これらの温度は電力損失を決定する上で重要な要因となるが、キャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失を演算するにあたっては、それらの温度を考慮して演算されるので、キャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失をそれらの温度に関係なく正確に演算することができる。
【００４１】
なお、この実施形態では、キャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失が大きいことから、キャパシタ１０、バッテリ１１における電力損失の和を蓄電システム９全体における電力損失とみなして制御を行っているが、コンバータ１２における電力損失が大きいとき、あるいは電力損失の演算精度をさらに向上させる必要があるときは、コンバータ１２における電力損失を加えたものを蓄電システム９全体における電力損失としてもよい。
【００４２】
また、バッテリ１１の容量がキャパシタ１０に比べて小さい、バッテリ１１の充放電効率が高い等の理由により、バッテリ１１における電力損失が比較的小さいときは、キャパシタ１０、コンバータ１２における電力損失の和を蓄電システム９全体における電力損失とみなして上記制御を行うようにしても良い。
【００４３】
なお、ステップＳ３、Ｓ８における処理が電力損失演算手段に対応し、ステップＳ４、Ｓ９における処理が分配率演算手段に対応し、ステップＳ５〜Ｓ７、ステップＳ１０〜Ｓ１２における処理が分配装置制御手段に対応する。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４５】
第２の実施形態は、蓄電システム９の充電時の電力損失を演算する際に、充電時の損失だけでなく、その充電された電力がその後放電されるときの損失をも考慮して演算するようにした点で第１の実施形態と相違する。蓄電システム９の構成、制御フローは第１の実施形態のものと同じであり、以下の説明では第１の実施形態との相違点のみを説明する。
【００４６】
この実施形態では、図２のステップＳ８において、過去の放電におけるキャパシタ１０、バッテリ１１及び、コンバータ１２の放電効率の平均値を算出し、コンバータ制御装置１３のメモリに記憶する。各放電効率の平均値は、次式（６）〜（８）、
Effc_ave=[(Eoc-Ic*Rc)/Eoc+Effc_ave_z]/2 ・・・（６）
Effb_ave=[(Eob-Ib*Rb)/Eob+Effb_ave_z]/2 ・・・（７）
Effcov_ave=[Effcov+Effcov_ave]/2 ・・・（８）
により求めることができる。ここで、Effc_aveはキャパシタ１０の放電効率の平均値、Effc_aveはバッテリ１１の放電効率の平均値、Effcov_aveは蓄電システム９が放電を行う時のコンバータ１２の効率の平均値である。各放電効率の平均値の末尾にzが付いているものは、前回の演算で算出された放電効率の平均値である。当然ながら、この値はステップＳ２において充電状態以外であると判断された時にのみ算出すれば良い。
【００４７】
ステップＳ４では、ステップＳ８で算出した各放電効率の平均値も用いて充電電流の分配率を設定する。具体的には、蓄電システム９全体で発生する電力損失Ptotal_loss[kW]を求める次式（７）、
Ptotal_loss
=Pc_loss+Pb_loss+(Ic*Eoc/1000-Pc_loss)*(1-Effcave)+(Ib*Eob/1000-Pb_loss)*(1-Effb_ave*Effcov_ave) ・・・（７）
を立てる。そして、充電電流Itotal_chg[A]が得られる際に、蓄電システム９全体での電力損失Ptotal_loss[kW]を最小にするようキャパシタ放電電流Ic[A]を決定し、充電電流の分配率を設定する。
【００４８】
このように、第２の実施形態ではキャパシタ１０、バッテリ１１の充電効率だけでなく、キャパシタ１０、バッテリ１１に充電された電力が将来放電されるときの効率（キャパシタ放電効率、バッテリ放電効率、放電時のコンバータの効率）をも考慮して蓄電システム９における電力損失が演算され、この電力損失を最小にするようにキャパシタ１０、バッテリ１１への充電電流の分配率が決定される。
【００４９】
この結果、例えば、キャパシタ１０の充電効率が良くてもキャパシタ１０に充電された電力が将来放電されるときの効率（キャパシタ放電効率）が低いときは、キャパシタ１０への充電電流の配分を減らし、将来キャパシタ１０から放電が行われる頻度、キャパシタ１０からの放電量を抑えることができる。逆に、バッテリ１１に充電された電力が放電されるときの効率（バッテリ放電効率）が低いときは、バッテリ１１への充電電流の配分を減らし、将来バッテリ１１から放電が行われる頻度、バッテリ１１からの放電量を抑えることができる。
【００５０】
このように、充電時の電力損失だけでなく、キャパシタ１０、バッテリ１１に充電された電力が将来放電される時のキャパシタ１０、バッテリ１１、コンバータ１２における電力損失（放電効率）をも考慮して充電電力の分配比率を決定することにより、現時点の電力損失を低く抑えるだけでなく、将来に渡って蓄電システム９における電力損失を低く抑えることができる。また、将来の放電が行われるときの電力損失は、蓄電システム９の将来の運転パターンを予測して求めるようにしてもよいが、本実施形態のように過去の放電効率の平均値を用いて推定するようにすれば、簡素な方法でありながら将来の電力損失を十分な精度で予測することができる。
【００５１】
なお、ステップＳ８における処理が、キャパシタ放電効率演算手段、バッテリ放電効率演算手段、放電時分配装置効率演算手段に対応する。
【００５２】
次に、第３の実施形態について説明する。
【００５３】
この第３の実施形態においては、蓄電システム９の構成、制御フローは第１の実施形態のものと同じであるが、図２に示したフローのステップＳ４、ステップＳ９において、キャパシタ１０、バッテリ１１の入出力電力がそれらの入出力可能電力の範囲内となるように充放電電流の分配率を設定するようにした点が第１の実施形態と相違する。
【００５４】
ここで、キャパシタ１０、バッテリ１１の入力可能電力Pin[kW]、出力可能電力Pout[kW]は、次式（８）、（９）、
Pin=Emin*(Eo-Emin)/R/1000 ・・・（８）
Pout=Emax*+(Eo-Emax)/R/1000 ・・・（９）
で示される。Emin[V]は下限電圧、Emax[V]は上限電圧、Eoは開放電圧、Rは内部抵抗である。式（８）、（９）にキャパシタ１０とバッテリ１１各々に対応する値を適用することでキャパシタ１０、バッテリ１１の入力可能電力Pin、出力可能電力Poutを算出することができる。
【００５５】
ステップＳ４、９では、キャパシタ１０、バッテリ１１の入出力可能電力を演算し、キャパシタ１０、バッテリ１１の入出力電力が演算された入出力可能電力の範囲内となるように充放電電流の分配率を設定する。例えば、蓄電システム９における電力損失が最小となるように充電電流分配率を設定したところ、キャパシタ１０への入力電力がキャパシタ１０の入力可能電力Pinを超えることとなる場合は、キャパシタ１０への入力電力が減少するよう充電電流分配率を補正する。
【００５６】
これにより、バッテリ１１の入出力可能電力の範囲を超えてキャパシタ１０、バッテリ１１の充放電が行われ、蓄電システム９における電力損失がかえって大きくなったり、蓄電システム９において所望の充放電量が確保されないといった事態を回避することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施形態は本発明を適用した蓄電システムの一例を示したもので、本発明の適用範囲を上記構成に限定する趣旨ではない。例えば、上記構成に限らずバッテリ、キャパシタ及び充放電電流を任意の比率でバッテリとキャパシタに分配することができる分配装置を備えた蓄電システムであればハイブリッド車両用か否かに関係なく本発明を適用することができる。
【００５８】
また、蓄電システムの構成が変われば充電、放電時の動作も異なってくるため、蓄電システムにおける電力損失の算出方法についても蓄電システムの構成に合わせて変更する必要があるが、そのような変更は当業者にとって自明のことであり、これら変更を施した蓄電システムも本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蓄電システムを備えたハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】充放電電流の配分制御の内容を示したフローチャートである。
【図３】キャパシタの充電状態とその内部抵抗の関係を規定したテーブルである。
【図４】キャパシタの温度とその内部抵抗比率の関係を規定したテーブルである。
【図５】キャパシタの充電状態とその開放電圧の関係を規定したテーブルである。
【図６】コンバータ入力電力とコンバータ効率の関係を規定したテーブルである。
【図７】バッテリの充電状態とその内部抵抗の関係を規定したテーブルである。
【図８】バッテリの温度とその内部抵抗比率の関係を規定したテーブルである。
【図９】バッテリの充電状態とその開放電圧の関係を規定したテーブルである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 発電機
３ モータ
４、５ インバータ
６ ＤＣリンク
９ 蓄電システム
１０ キャパシタ
１１ バッテリ
１２ 双方向コンバータ（分配装置）
１３ コンバータ制御装置
１４ 電流検出回路
２０、２１ 温度センサ
Claims (18)
- バッテリと、キャパシタと、充電電流を前記バッテリと前記キャパシタに任意の比率で分配する分配装置とを備えた蓄電システムにおいて、
前記蓄電システムが充電を行う際に生じる前記蓄電システムにおける電力損失を演算する電力損失演算手段と、
演算された前記蓄電システムにおける電力損失が最小になるように前記バッテリと前記キャパシタへの充電電流の分配率を演算する分配率演算手段と、
演算された分配率に基づき前記分配装置を制御する分配装置制御手段と、
を備えたことを特徴とする蓄電システム。 - 前記電力損失演算手段が、充電の際に生じる前記キャパシタ及び前記分配装置における電力損失に基づき前記蓄電システムにおける電力損失を演算することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
- 前記電力損失演算手段が、充電の際に生じる前記キャパシタ及び前記バッテリにおける電力損失に基づき前記蓄電システムにおける電力損失を演算することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
- 前記電力損失演算手段が、充電の際に生じる前記キャパシタ、前記バッテリ及び前記分配装置における電力損失に基づき前記蓄電システムにおける電力損失を演算することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
- 前記キャパシタに充電される電力が後に放電されるときの放電効率を演算するキャパシタ放電効率演算手段をさらに備え、
前記電力損失演算手段が、前記キャパシタの放電効率をも考慮して前記蓄電システムにける電力損失を演算することを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の蓄電システム。 - 前記バッテリに充電される電力が後に放電されるときの放電効率を演算するバッテリ放電効率演算手段をさらに備え、
前記電力損失演算手段が、前記バッテリの放電効率をも考慮して前記蓄電システムにける電力損失を演算することを特徴とする請求項３または４に記載の蓄電システム。 - 前記蓄電システムに充電される電力が後に放電される時における前記分配装置の効率を演算する放電時分配装置効率演算手段をさらに備え、
前記電力損失演算手段が、放電時における前記分配装置の効率をも考慮して前記蓄電システムにける電力損失を演算することを特徴とする請求項２または４に記載の蓄電システム。 - 前記キャパシタ放電効率演算手段は、前記キャパシタの過去の放電効率の平均値を用いて前記キャパシタの放電効率を演算することを特徴とする請求項５に記載の蓄電システム。
- 前記バッテリ放電効率演算手段は、前記バッテリの過去の放電効率の平均値を用いて前記バッテリの放電効率を演算することを特徴とする請求項６に記載の蓄電システム。
- 前記放電時分配装置効率演算手段は、前記分配装置の過去の放電時における効率の平均値を用いて前記放電時の分配装置の効率を演算することを特徴とする請求項７に記載の蓄電システム。
- バッテリと、キャパシタと、放電電流を前記バッテリと前記キャパシタに任意の比率で分担させる分配装置とを備えた蓄電システムにおいて、
前記蓄電システムが放電を行う際に生じる前記蓄電システムにおける電力損失を演算する電力損失演算手段と、
演算された前記蓄電システムにおける電力損失が最小になるように前記バッテリと前記キャパシタの放電電流の分配率を演算する分配率演算手段と、
演算された分配率に基づき前記分配装置を制御する分配装置制御手段と、
を備えたことを特徴とする蓄電システム。 - 前記電力損失演算手段が、放電の際に生じる前記キャパシタ及び前記分配装置における電力損失に基づき前記蓄電システムにおける電力損失を演算することを特徴とする請求項１１に記載の蓄電システム。
- 前記電力損失演算手段が、放電の際に生じる前記キャパシタ及び前記バッテリにおける電力損失に基づき前記蓄電システムにおける電力損失を演算することを特徴とする請求項１１に記載の蓄電システム。
- 前記電力損失演算手段が、放電の際に生じる前記キャパシタ、前記バッテリ及び前記分配装置における電力損失に基づき前記蓄電システムにおける電力損失を演算することを特徴とする請求項１１に記載の蓄電システム。
- 前記分配率演算手段が、前記バッテリの入出力電力が前記バッテリの入出力可能電力の範囲内となるように前記バッテリと前記キャパシタの充放電電流の分配率を演算することを特徴とする請求項１から１４のいずれかひとつに記載の蓄電システム。
- 前記分配率演算手段が、前記キャパシタの入出力電力が前記キャパシタの入出力可能電力の範囲内となるように前記バッテリと前記キャパシタの充放電電流の分配率を演算することを特徴とする請求項１から１５のいずれかひとつに記載の蓄電システム。
- 前記バッテリの温度を検出する手段をさらに備え、
前記電力損失演算手段は、前記バッテリの温度に基づき充放電の際に生じる前記バッテリにおける電力損失を演算することを特徴とする請求項３、４、６、９、１３、１４のいずれかひとつに記載の蓄電システム。 - 前記キャパシタの温度を検出する手段と、
前記電力損失演算手段は、前記キャパシタの温度に基づき充放電の際に生じる前記キャパシタにおける電力損失を演算することを特徴とする請求項２から１０、１２から１４のいずれかひとつに記載の蓄電システム。
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