JP5104898B2 - 電気システムの電力制限装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気システムの電力制限装置に関し、特に、複数の蓄電装置が設けられた蓄電システムの電力を制限する技術に関する。

電動モータを駆動源として搭載した電気自動車が知られている。このような車両には、電力を蓄える、バッテリおよびキャパシタなどの蓄電装置が搭載される。電動モータには、蓄電装置に蓄えられた電力が供給される。電動モータは、所望のパワーを出力するように制御される。

電気自動車の課題の一つは、１回の充電で走行可能な距離が、内燃機関を駆動源として有する車両に比べて短いことである。走行可能な距離を伸ばす一つの方策は、たとえば蓄電装置を複数搭載するなどにより、車両全体としての容量を増やすことである。

電気自動車の別の課題は、蓄電装置を過放電および過充電から保護することである。たとえば、蓄電装置の残存容量が低い場合においては、過放電を避けるため、蓄電装置からの出力電力を制限することが好ましい。蓄電装置の残存容量が高い場合には、過充電を避けるため、蓄電装置への充電電力を制限することが好ましい。

特開２０１０−２２１２８号公報（特許文献１）は、全体として充放電制御が行なわれる複数の蓄電装置のうちのいずれか１つの蓄電装置の充電状態値が充電限界値を超えるときに、複数の蓄電装置の全体に対し強制的に放電を行ない、または、いずれか１つの蓄電装置の充電状態値が放電限界値を超えるときに、複数の蓄電装置の全体に対し強制的に充電を行なう蓄電装置充放電制御システムを開示する。

特開２０１０−２２１２８号公報

全体として充放電を制御する場合、充電電力または放電電力が過大にならないように制限することが必要である。しかしながら、複数の蓄電装置の全体としての充電電力または放電電力を制限しても、各蓄電装置の充電電力または放電電力が制限値以下に制限されるとは限らない。たとえば、複数の蓄電装置を並列に接続したシステムにおいては、内部抵抗に差がある場合、各蓄電装置の充電電流または放電電流が異なり得る。内部抵抗が低い蓄電装置の充電電流または放電電流は、内部抵抗が高い蓄電装置の充電電流または放電電流よりも大きくなり得る。その結果、内部抵抗が低い蓄電装置の充電電力または放電電力は、内部抵抗が高い蓄電装置の充電電力または放電電力よりも大きくなり得る。この場合、複数の蓄電装置の全体としての充電電力または放電電力を制限しても、内部抵抗が低い蓄電装置の充電電力または放電電力が適切に制限されているとは限らない。

一方、特開２０１０−２２１２８号公報に記載の充放電制御システムのように、各蓄電装置の状態に応じて電力を制限すると、電力が制限され易くなる。その結果、車両の走行のために費やされる電力、すなわち車両の駆動力が不足し得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電力の制限と、電力の確保とを両立することができる電気システムの電力制限装置を提供することである。

第１の発明に係る電気システムの電力制限装置は、駆動源として車両に搭載された電動モータと、電動モータに電気的に接続された複数の蓄電装置とを含む電気システムの電力制限装置である。電力制限装置は、各蓄電装置の電力の制限値を算出するための手段と、駆動力を発生するように電動モータが制御される第１の状態において、複数の蓄電装置の電力の和を複数の制限値の和に応じて制限し、制動力を発生するように電動モータが制御される状態を含む第２の状態において、蓄電装置の電力を複数の制限値のうちのいずれかに応じて制限するための制限手段とを備える。

この構成によると、駆動力を発生するように電動モータが制御される第１の状態において、システム全体として電力が制限される。制動力を発生するように電動モータが制御される状態を含む第２の状態において、複数の制限値のうちのいずれかに応じて電力が制限される。よって、状態に応じて好適な制御態様が選択される。システム全体として電力が制限される場合、システム全体として可能な範囲で、電動モータに電力が供給される。よって、車両の走行のために十分な電力を確保することができる。複数の制限値のうちのいずれかに応じて電力が制限される場合、個々の蓄電装置に対して電力が制限される。そのため、個々の蓄電装置の電力が確実に制限される。たとえば、回生制動によって発電された電力による過充電から、個々の蓄電装置を保護することができる。その結果、電力の制限と、十分な電力の確保とを両立することができる。

第２の発明に係る電気システムの電力制限装置においては、車両には、電気システムに電気的に接続された空調装置が搭載される。第２の状態は、制動力を発生するように電動モータが制御される状態に加えて、停車中に空調装置が作動する状態をさらに含む。

この構成によると、停車中に空調装置が作動する場合、個々の蓄電装置に対して電力が制限される。これにより、たとえば炎天下において冷房するために大きな電力で空調装置を作動することに起因する過放電から、個々の蓄電装置を保護することができる。

第３の発明に係る電気システムの電力制限装置においては、制限手段は、第２の状態において、複数の蓄電装置の電力の和を、複数の制限値のうち、絶対値が小さい制限値に応じて制限する。

この構成によると、システム全体としての電力が絶対値が小さい制限値に応じて制限されることにより、個々の蓄電装置の電力が制限される。よって、個々の蓄電装置が過放電または過充電から保護される。

第４の発明に係る電気システムの電力制限装置においては、制限手段は、第２の状態に加えて、第１の状態において、蓄電装置の電力を複数の制限値のうちのいずれかに応じて制限する。

この構成によると、第１の状態では、システム全体として電力が制限されるとともに、個々の蓄電装置に対して電力が制限される。そのため、システム全体として可能な範囲で電動モータに電力が供給されるときに、蓄電装置の内部抵抗の差などに起因して、いずれかの蓄電装置の電力のみが過大になっても、個々の蓄電装置の電力が確実に制限される。

第５の発明に係る電気システムの電力制限装置においては、制限手段は、第１の状態において、複数の蓄電装置の電力の和を複数の制限値の和に応じて制限するとともに、各蓄電装置の電力を、各制限値に応じて制限し、第２の状態において、複数の蓄電装置の電力の和を、複数の制限値のうち、絶対値が小さい制限値に応じて制限する。

この構成によると、第１の状態では、システム全体として電力が制限されるとともに、各蓄電装置の電力が各制限値に応じて制限される。そのため、システム全体として可能な範囲で電動モータに電力が供給されるときに、内部抵抗の差などに起因して、いずれかの蓄電装置の電力のみが増大しても、各蓄電装置の電力が確実に制限される。第２の状態では、システム全体としての電力が、絶対値が小さい制限値に応じて制限されることにより、個々の蓄電装置の電力が制限される。よって、個々の蓄電装置が過放電または過充電から保護される。

第６の発明に係る電気システムの電力制限装置においては、制限手段は、第２の状態において、複数の蓄電装置の電力の和を、複数の制限値のうち、絶対値が小さい制限値に応じて制限するとともに、各蓄電装置の電力を各制限値に応じて制限する。

この構成によると、第２の状態では、システム全体としての電力が、絶対値が小さい制限値に応じて制限されるとともに、各蓄電装置の電力が各制限値に応じて制限される。これにより、システム全体としての電力を個々の蓄電装置の制限値に応じて制限しているにもかかわらず、蓄電装置の内部抵抗の差などに起因して、いずれかの蓄電装置の電力のみが増大しても、各蓄電装置の電力が確実に制限される。

電気自動車を示す概略構成図である。 電気自動車の電気システムを示す図（その１）である。 電気自動車の電気システムを示す図（その２）である。 充電ケーブルのコネクタを示す図である。 蓄電システムを示す図である。 ＥＣＵの機能ブロック図である。 ＥＣＵが実行する処理の制御構造を示すフローチャート（その１）である。 ＥＣＵが実行する処理の制御構造を示すフローチャート（その２）である。 ＥＣＵが実行する処理の制御構造を示すフローチャート（その３）である。 ＥＣＵが実行する処理の制御構造を示すフローチャート（その４）である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、電気自動車について説明する。この電気自動車には、電動モータ１００と、第１バッテリスタック１１０と、第２バッテリスタック１２０とが搭載される。電気自動車は、第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０から電力が供給された電動モータ１００を駆動源として走行する。電動モータ１００に加えて内燃機関を搭載したハイブリッド車を用いるようにしてもよい。

電動モータ１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１３０により制御される。ＥＣＵ１３０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

電動モータ１００は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。電動モータ１００は、第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０に蓄えられた電力により駆動する。

電動モータ１００の駆動力は、減速機１０２を介して駆動輪１０４に伝えられる。これにより、電動モータ１００は車両を走行させる。電気自動車の回生制動時には、減速機１０２を介して駆動輪１０４により電動モータ１００が駆動され、電動モータ１００が発電機として作動する。これにより電動モータ１００は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。電動モータ１００により発電された電力は、第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０に蓄えられる。

第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０は、互いに並列に接続される。第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０には、電動モータ１００の他、車両の外部の電源から供給される電力が充電される。

第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０の容量（充電可能な最大充電量）は、同じもしくは略同じである。電気自動車の蓄電システムは、第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０を含む。

図２を参照して、電気自動車の電気システムについてさらに説明する。電気自動車には、コンバータ２００と、インバータ２１０と、システムメインリレー２３０と、充電器２４０と、インレット２５０とが設けられる。

コンバータ２００は、リアクトルと、二つのｎｐｎ型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトルは、各バッテリの正極側に一端が接続され、２つのｎｐｎ型トランジスタの接続点に他端が接続される。

２つのｎｐｎ型トランジスタは、直列に接続される。ｎｐｎ型トランジスタは、ＥＣＵ１３０により制御される。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。

なお、ｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。

第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０から放電された電力を電動モータ１００に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧される。逆に、電動モータ１００により発電された電力を第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０に充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。

インバータ２１０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、電動モータ１００の各コイルの中性点とは異なる端部にそれぞれ接続される。

インバータ２１０は、第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０から供給される直流電流を交流電流に変換し、電動モータ１００に供給する。また、インバータ２１０は、電動モータ１００により発電された交流電流を直流電流に変換する。

システムメインリレー２３０は、第１バッテリスタック１１０とコンバータ２００との間に設けられる。システムメインリレー２３０が開いた状態であると、第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０が電気システムから遮断される。システムメインリレー２３０が閉じた状態であると、第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０が電気システムに接続される。

システムメインリレー２３０の状態は、ＥＣＵ１３０により制御される。たとえば、ＥＣＵ１３０が起動すると、システムメインリレー２３０が閉じられる。ＥＣＵ１３０が停止する際、システムメインリレー２３０が開かれる。

充電器２４０は、システムメインリレー２３０とコンバータ２００との間に接続される。図３に示すように、充電器２４０は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２４２と、ＤＣ／ＡＣ変換回路２４４と、絶縁トランス２４６と、整流回路２４８とを含む。

ＡＣ／ＤＣ変換回路２４２は、単相ブリッジ回路から成る。ＡＣ／ＤＣ変換回路２４２は、ＥＣＵ１３０からの駆動信号に基づいて、交流電力を直流電力に変換する。また、ＡＣ／ＤＣ変換回路２４２は、コイルをリアクトルとして用いることにより電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路としても機能する。

ＤＣ／ＡＣ変換回路２４４は、単相ブリッジ回路から成る。ＤＣ／ＡＣ変換回路２４４は、ＥＣＵ１３０からの駆動信号に基づいて、直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス２４６へ出力する。

絶縁トランス２４６は、磁性材から成るコアと、コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルを含む。一次コイルおよび二次コイルは、電気的に絶縁されており、それぞれＤＣ／ＡＣ変換回路２４４および整流回路２４８に接続される。絶縁トランス２４６は、ＤＣ／ＡＣ変換回路２４４から受ける高周波の交流電力を一次コイルおよび二次コイルの巻数比に応じた電圧レベルに変換して整流回路２４８へ出力する。整流回路２４８は、絶縁トランス２４６から出力される交流電力を直流電力に整流する。

ＥＣＵ１３０は、車両外部の電源から第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０への充電が行なわれるとき、充電器２４０を駆動するための駆動信号を生成して充電器２４０へ出力する。

インレット２５０は、たとえば電気自動車の側部に設けられる。インレット２５０には、電気自動車と外部の電源４０２とを連結する充電ケーブル３００のコネクタ３１０が接続される。

電気自動車と外部の電源４０２とを連結する充電ケーブル３００は、コネクタ３１０と、プラグ３２０と、ＣＣＩＤ（Charging Circuit Interrupt Device）３３０とを含む。

充電ケーブル３００のコネクタ３１０は、電気自動車に設けられたインレット２５０に接続される。コネクタ３１０には、スイッチ３１２が設けられる。充電ケーブル３００のコネクタ３１０が、電気自動車に設けられたインレット２５０に接続された状態でスイッチ３１２が閉じると、充電ケーブル３００のコネクタ３１０が、電気自動車に設けられたインレット２５０に接続された状態であることを表わすコネクタ信号ＣＮＣＴがＥＣＵ１３０に入力される。

スイッチ３１２は、充電ケーブル３００のコネクタ３１０を電気自動車のインレット２５０に係止する係止金具に連動して開閉する。係止金具は、コネクタ３１０に設けられたボタンを操作者が押すことにより揺動する。

たとえば、充電ケーブル３００のコネクタ３１０が電気自動車に設けられたインレット２５０に接続した状態で、操作者が、図４に示すコネクタ３１０のボタン３１４から指を離した場合、係止金具３１６が電気自動車に設けられたインレット２５０に係合するとともに、スイッチ３１２が閉じる。操作者がボタン３１４を押すと、係止金具３１６とインレット２５０との係合が解除されるとともに、スイッチ３１２が開く。なお、スイッチ３１２を開閉する方法はこれに限らない。

図３に戻って、充電ケーブル３００のプラグ３２０は、家屋に設けられたコンセント４００に接続される。コンセント４００には、電気自動車の外部の電源４０２から交流電力が供給される。

ＣＣＩＤ３３０は、リレー３３２およびコントロールパイロット回路３３４を有する。リレー３３２が開いた状態では、電気自動車の外部の電源４０２から電気自動車へ電力を供給する経路が遮断される。リレー３３２が閉じた状態では、電気自動車の外部の電源４０２から電気自動車へ電力を供給可能になる。リレー３３２の状態は、充電ケーブル３００のコネクタ３１０が電気自動車のインレット２５０に接続された状態でＥＣＵ１３０により制御される。

コントロールパイロット回路３３４は、充電ケーブル３００のプラグ３２０がコンセント４００、すなわち外部の電源４０２に接続され、かつコネクタ３１０が電気自動車に設けられたインレット２５０に接続された状態において、コントロールパイロット線にパイロット信号（方形波信号）ＣＰＬＴを送る。パイロット信号は、コントロールパイロット回路３３４内に設けられた発振器から発振される。

コントロールパイロット回路３３４は、充電ケーブル３００のプラグ３２０がコンセント４００に接続されると、コネクタ３１０が電気自動車に設けられたインレット２５０から外されていても、一定のパイロット信号ＣＰＬＴを出力し得る。ただし、コネクタ３１０が電気自動車に設けられたインレット２５０から外された状態で出力されたパイロット信号ＣＰＬＴを、ＥＣＵ１３０は検出できない。

充電ケーブル３００のプラグ３２０がコンセント４００に接続され、かつコネクタ３１０が電気自動車のインレット２５０に接続されると、コントロールパイロット回路３３４は、予め定められたパルス幅（デューティサイクル）のパイロット信号ＣＰＬＴを発振する。

パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅により、供給可能な電流容量が電気自動車に通知される。たとえば、充電ケーブル３００の電流容量が電気自動車に通知される。パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅は、外部の電源４０２の電圧および電流に依存せずに一定である。

一方、用いられる充電ケーブルの種類が異なれば、パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅は異なり得る。すなわち、パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅は、充電ケーブルの種類毎に定められ得る。

本実施の形態においては、充電ケーブル３００により電気自動車と外部の電源４０２とが連結された状態において、外部の電源４０２から供給された電力が第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０に充電される。第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０の充電時には、システムメインリレー２３０、ＣＣＩＤ３３０内のリレー３３２が閉じられる。

図５を参照して、蓄電システムについてさらに説明する。蓄電システムは、第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０を含む。第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０は、互いに並列に接続される。なお、３つ以上のバッテリスタックを設けるようにしてもよい。

第１バッテリスタック１１０の電圧は、電圧センサ１４１により検出される。第２バッテリスタック１２０の電圧は、電圧センサ１４２により検出される。

第１バッテリスタック１１０の入出力電流は、電流センサ１５１により検出される。第２バッテリスタック１２０の入出力電流は、電流センサ１５２により検出される。第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０の総合的な入出力電流、すなわち、第１バッテリスタック１１０の入出力電流と、第２バッテリスタック１２０の入出力電流との和は、電流センサ１５３により検出される。

第１バッテリスタック１１０と、第２バッテリスタック１２０とは、互いに並列に接続されているため、入出力電流が常に同じであるとは限らない。したがって、第１バッテリスタック１１０の第１残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）Ｓ１と、第２バッテリスタック１２０の第２残存容量Ｓ２とは、異なり得る。本実施の形態においては、第１バッテリスタック１１０の第１残存容量Ｓ１と、第２バッテリスタック１２０の第２残存容量Ｓ２とが、個別に算出される。

第１バッテリスタック１１０の第１残存容量Ｓ１は、第１監視ユニット１６１により算出される。第１監視ユニット１６１は、第１バッテリスタック１１０の電圧、第１バッテリスタック１１０の入出力電流および第１バッテリスタック１１０と第２バッテリスタック１２０との総合的な入出力電流などに基づいて、第１バッテリスタック１１０の残存容量を算出する。

同様に、第２バッテリスタック１２０の第２残存容量Ｓ２は、第２監視ユニット１６２により算出される。第２監視ユニット１６２は、第２バッテリスタック１２０の電圧、第２バッテリスタック１２０の入出力電流および第１バッテリスタック１１０と第２バッテリスタック１２０との総合的な入出力電流などに基づいて、第２バッテリスタック１２０の残存容量を算出する。

第１監視ユニット１６１および第２監視ユニット１６２は、ＥＣＵ１３０の一部として実装してもよい。各バッテリスタックの残存容量を算出する方法には、周知の一般的は方法を利用すればよいため、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。

本実施の形態においては、各バッテリスタックの残存容量を示すデータが、ＥＣＵ１３０に入力される。ＥＣＵ１３０は、各バッテリスタックの残存容量に基づいて、総合的な残存容量、すなわち蓄電システムの全体的な残存容量ＳＴＯＴＡＬを算出する。

たとえば、各バッテリスタックの残存容量を相加平均することにより、蓄電システムの全体的な残存容量ＳＴＯＴＡＬが算出される。各バッテリスタックの残存容量を加重平均することにより、蓄電システムの全体的な残存容量ＳＴＯＴＡＬを算出するようにしてもよい。各バッテリスタックの残存容量の和を、蓄電システムの全体的な残存容量ＳＴＯＴＡＬとして算出するようにしてもよい。

ＥＣＵ１３０には、電圧センサ１４１，１４２により検出された電圧を表わす信号、電流センサ１５１，１５２，１５３により検出された電流を表わす信号がさらに入力される。

また、第１バッテリスタック１１０の温度が温度センサ１７１により検出され、第２バッテリスタック１２０の温度が電圧センサ１７２により検出され、温度センサ１７１，１７２により検出された温度を表わす信号が、ＥＣＵ１３０に入力される。

ＥＣＵ１３０は、各バッテリスタックの状態に応じて、各バッテリスタックの入出力電力を制限する。たとえば、各バッテリスタックの残存容量、蓄電システムの全体的な残存容量ＳＴＯＴＡＬ、電圧、入出力電流および温度などに基づいて、各バッテリスタックの入出力電力が制限される。各バッテリスタックの入出力電力、すなわち、各バッテリスタックの放電電力および充電電力を制限する方法については、後で詳細に説明する。

図５に示すように、電気自動車は空調装置２６０を有する。空調装置２６０は、蓄電システムに電気的に接続される。すなわち、空調装置２６０は、第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０に電気的に接続される。空調装置２６０には、第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック１２０から電力が供給される。空調装置２６０は、供給された電力を消費して作動する。

空調装置２６０は、使用者の操作に応じて作動する。本実施の形態において、使用者は、たとえば、停車中にリモートコントローラなどを用いて車両の外部から空調装置２６０を操作することが可能である。たとえば、使用者が乗車する前に空調装置２６０の冷房または暖房機能をオンにすることにより、車室内の温度を好適にすることができる。

図６を参照して、ＥＣＵ１３０の、電気システムの電力を制限する機能ついてさらに説明する。なお、以下に説明する機能はソフトウエアにより実現するようにしてもよく、ハードウェアにより実現するようにしてもよい。

ＥＣＵ１３０は、算出部５００と、制限部５１０とを備える。算出部５００は、各バッテリスタックの状態に応じて、各バッテリスタックの電力の制限値を算出する。より具体的には、各バッテリスタックの残存容量および温度などをパラメータに有するマップに従って、各バッテリスタックの放電電力の制限値ＷＯＵＴおよび充電電力の制限値ＷＩＮが算出される。マップは、実験およびシミュレーションなどの結果に基づいて、開発者により予め作成される。なお、制限値を算出する方法はこれらに限らない。

本実施の形態において、放電電力の制限値ＷＯＵＴは正値として算出され、充電電力の制限値ＷＩＮは負値として算出される。したがって、放電電力は正値で表わされ、充電電力は負値で表わされる。放電電力の制限値ＷＯＵＴおよび充電電力の制限値ＷＩＮの両方を正値として算出するようにしてもよい。すなわち、放電電力および充電電力の両方を正値で表わすようにしてもよい。

制限部５１０は、第１状態において、複数の制限値の和に応じて複数のバッテリスタック１１０，１２０の電力の和を制限する。より具体的には、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴと第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴとの和に応じて、第１バッテリスタック１１０の放電電力と第２バッテリスタック１２０の放電電力との和が制限される。たとえば、第１バッテリスタック１１０の放電電力と第２バッテリスタック１２０の放電電力との和の絶対値が、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴと第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴとの和の絶対値以下になるように制限される。

また、第１バッテリスタック１１０の充電電力の制限値ＷＩＮと第２バッテリスタック１２０の充電電力の制限値ＷＩＮとの和に応じて、第１バッテリスタック１１０の充電電力と第２バッテリスタック１２０の充電電力との和が制限される。たとえば、第１バッテリスタック１１０の充電電力と第２バッテリスタック１２０の充電電力との和の絶対値が、第１バッテリスタック１１０の充電電力の制限値ＷＩＮと第２バッテリスタック１２０の充電電力の制限値ＷＩＮとの和の絶対値以下になるように制限される。

第１状態は、後述する第２状態に比べて、運転者が大きな加速度を要求する状態である。より具体的には、第１状態は、車両の駆動力を発生するように電動モータ１００が制御される状態を含む。したがって、駆動力を発生するように電動モータ１００が制御される場合、複数の制限値の和に応じて複数のバッテリスタック１１０，１２０の電力の和が制限される。

駆動力を発生するように電動モータ１００が制御される場合、車両は前進または後進する。電動モータ１００が発生する駆動力は、たとえば、アクセル開度および車速などをパラメータに有するマップに従って決定される。電動モータ１００は、決定された駆動力を実現するように制御される。すなわち、決定された駆動力を実現するために必要な電力が、蓄電システムから電動モータ１００に供給される。第１バッテリスタック１１０の放電電力と第２バッテリスタック１２０の放電電力との和から損失等を減算した電力が、電動モータ１００に供給される。

また、制限部５１０は、第２状態において、複数の制限値のうちのいずれかに応じて、バッテリスタック１１０，１２０の電力を制限する。たとえば、複数のバッテリスタックの和が、複数の制限値のうちの、絶対値が小さい制限値に応じて制限される。

より具体的には、第１バッテリスタック１１０の放電電力と第２バッテリスタック１２０の放電電力との和の絶対値が、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴと第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴとのうち、絶対値が小さい方の制限値ＷＯＵＴの絶対値の２倍以下になるように制限される。すなわち、第１バッテリスタック１１０の放電電力と、第２バッテリスタック１２０の放電電力との和が、小さい方の制限値ＷＯＵＴの２倍以下になるように制限される。

同様に、第１バッテリスタック１１０の充電電力と第２バッテリスタック１２０の充電電力との和の絶対値が、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＩＮと第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＩＮとのうち、絶対値が小さい方の制限値ＷＩＮの絶対値の２倍以下になるように制限される。すなわち、第１バッテリスタック１１０の放電電力と、第２バッテリスタック１２０の放電電力との和が、大きい方の制限値ＷＩＮの２倍以上になるように制限される。

さらに、各バッテリスタックの電力が、各バッテリスタックの電力の制限値に応じて制限される。より具体的には、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴに応じて、第１バッテリスタック１１０の放電電力が制限される。同様に、第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴに応じて、第２バッテリスタック１２０の放電電力が制限される。

たとえば、フィードバック制御を用いて、第１バッテリスタック１１０の放電電力の絶対値が、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴの絶対値以下になるように制限される。同様に第２バッテリスタック１２０の放電電力の絶対値が、第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴの絶対値以下になるように制限される。

さらに、第１バッテリスタック１１０の充電電力の制限値ＷＩＮに応じて、第１バッテリスタック１１０の充電電力が制限される。同様に、第２バッテリスタック１２０の充電電力の制限値ＷＩＮに応じて、第２バッテリスタック１２０の充電電力が制限される。

たとえば、フィードバック制御を用いて、第１バッテリスタック１１０の充電電力の絶対値が、第１バッテリスタック１１０の充電電力の制限値ＷＩＮの絶対値以下になるように制限される。同様に、第２バッテリスタック１２０の充電電力の絶対値が、第２バッテリスタック１２０の充電電力の制限値ＷＩＮの絶対値以下になるように制限される。

また、制限部５１０は、第２状態に加えて、第１の状態において、複数の制限値のうちのいずれかに応じて、バッテリスタック１１０，１２０の電力を制限する。たとえば、上述したように、第１の状態では、第１バッテリスタック１１０の充電電力の制限値ＷＩＮと第２バッテリスタック１２０の充電電力の制限値ＷＩＮとの和に応じて、第１バッテリスタック１１０の充電電力と第２バッテリスタック１２０の充電電力との和が制限される。これに加えて、第１の状態では、各バッテリスタックの電力が、各バッテリスタックの電力の制限値に応じて制限される。各バッテリスタックの電力を各バッテリスタックの電力の制限値に応じて制限する方法は上述したため、ここではその説明は繰り返さない。

第２状態は、たとえば、制動力を発生するように電動モータ１００が制御される状態を含む。制動力を発生するように電動モータ１００が制御される場合には、減速機１０２を介して駆動輪１０４により電動モータ１００が駆動され、電動モータ１００が発電機として作動する。すなわち、電動モータ１００は、回生ブレーキとして作動する。したがって、制動力を発生するように電動モータ１００が制御される場合には、回生制動が行なわれる。なお、電動モータ１００による回生ブレーキは、エンジンによるものではないが、エンジンブレーキと呼ばれることもある。

第２状態は、制動力を発生するように電動モータ１００が制御される状態の他、空調装置２６０が作動する状態を含む。空調装置２６０が作動する状態は、より具体的には、車両の停車中に使用者が乗車する前に空調装置２６０が作動する状態である。

要するに、第２状態は、加速度が零である状態、および加速度が零よりも小さい（負値である）状態を含む。したがって、第２状態における車両の加速度は、第１状態における車両の加速度よりも小さい。

図７を参照して、駆動力を発生するように電動モータ１００が制御される状態において電力を制限するためにＥＣＵが実行する処理について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ１３０は、各バッテリスタックの放電電力の制限値ＷＯＵＴおよび充電電力の制限値ＷＩＮを算出する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ１３０は、複数の制限値の和に応じて複数のバッテリスタック１１０，１２０の電力の和を制限する。より具体的には、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴと第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴとの和以下になるように、第１バッテリスタック１１０の放電電力と第２バッテリスタック１２０の放電電力との和が制限される。

これにより、システム全体として電力が制限される。そのため、システム全体として可能な範囲で、電動モータ１００に電力が供給される。よって、車両の走行のために十分な電力を確保することができる。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ１３０は、各バッテリスタックの電力を、各バッテリスタックの電力の制限値に応じて制限する。より具体的には、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴ以下になるように、第１バッテリスタック１１０の放電電力が制限される。同様に、第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴ以下になるように、第２バッテリスタック１２０の放電電力が制限される。

これにより、個々のバッテリスタックの放電電力が確実に制限される。そのため、個々のバッテリスタックが過放電から保護される。

図８を参照して、制動力を発生するように電動モータ１００が制御される状態において電力を制限するためにＥＣＵが実行する処理について説明する。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ１３０は、各バッテリスタックの放電電力の制限値ＷＯＵＴおよび充電電力の制限値ＷＩＮを算出する。

Ｓ２０２にて、ＥＣＵ１３０は、第１バッテリスタック１１０の充電電力の制限値ＷＩＮが、第２バッテリスタック１２０の充電電力の制限値ＷＩＮよりも大きいか否かを判断する。充電電力の制限値ＷＩＮは負値として算出されるため、第１バッテリスタック１１０の充電電力の制限値ＷＩＮの絶対値が、第２バッテリスタック１２０の充電電力の制限値ＷＩＮの絶対値よりも小さいか否かが判断される。

第１バッテリスタック１１０の充電電力の制限値ＷＩＮが、第２バッテリスタック１２０の充電電力の制限値ＷＩＮよりも大きいと（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、処理はＳ２０４に移される。第２バッテリスタック１２０の充電電力の制限値ＷＩＮが、第１バッテリスタック１１０の充電電力の制限値ＷＩＮよりも大きいと（Ｓ２０２にてＮＯ）、処理はＳ２０６に移される。

Ｓ２０４にて、ＥＣＵ１３０は、第１バッテリスタック１１０の充電電力の制限値ＷＩＮの２倍を、ベース制限値として設定する。したがって、第１バッテリスタック１１０の充電電力の制限値ＷＩＮと第２バッテリスタック１２０の充電電力の制限値ＷＩＮとのうち、絶対値が小さい方の制限値ＷＩＮの２倍が、ベース制限値として設定される。

Ｓ２０６にて、ＥＣＵ１３０は、第２バッテリスタック１２０の充電電力の制限値ＷＩＮの２倍を、ベース制限値として設定する。

Ｓ２０８にて、ＥＣＵ１３０は、蓄電システムの全体的な残存容量ＳＴＯＴＡＬが、予め定められたしきい値ＳＮＧより大きく、またはベース制限値が、予め定められたしきい値ＷＩＮＮＧ（ＷＩＮＮＧ＜０）より大きいか否かを判断する。ベース制限値は負値であるため、ベース制限値の絶対値が、しきい値ＷＩＮＮＧの絶対値より小さいか否かが判断される。なお、しきい値ＳＮＧおよびしきい値ＷＩＮＮＧがヒステリシスを有するようにしてもよい。

蓄電システムの全体的な残存容量ＳＴＯＴＡＬが、予め定められたしきい値ＳＮＧより大きく、またはベース制限値がしきい値ＷＩＮＮＧより大きいと（Ｓ２０８にてＹＥＳ）、処理はＳ２１０に移される。もしそうでないと（Ｓ２０８にてＮＯ）、処理はＳ２００に戻される。すなわち、電動モータ１００が発生した制動力による制動が継続される。

Ｓ２１０にて、ＥＣＵ１３０は、電動モータ１００による制動力を零にする。したがって、回生発電される電力が零にされ、蓄電システムへの充電電力、すなわち第１バッテリスタック１１０の充電電力と第２バッテリスタック１２０の充電電力との和が零にされる。これにより、個々のバッテリスタックの充電電力が制限される。特に、大きい制限値ＷＩＮを有するバッテリスタックが、過充電から保護される。

図９を参照して、車両の停車中に空調装置２６０が作動する状態において電力を制限するためにＥＣＵが実行する処理（その１）について説明する。

Ｓ３００にて、ＥＣＵ１３０は、各バッテリスタックの放電電力の制限値ＷＯＵＴおよび充電電力の制限値ＷＩＮを算出する。

Ｓ３０２にて、ＥＣＵ１３０は、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴが、第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴよりも小さいか否かが判断される。放電電力の制限値ＷＯＵＴは正値として算出されるため、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴの絶対値が、第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴの絶対値よりも小さいか否かが判断される。

第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴが、第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴよりも小さいと（Ｓ３０２にてＹＥＳ）、処理はＳ３０４に移される。第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴが、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴよりも小さいと（Ｓ３０２にてＮＯ）、処理はＳ３０６に移される。

Ｓ３０４にて、ＥＣＵ１３０は、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴの２倍から、補機（電動ウォータポンプ、電動オイルポンプ、電動ファンなど）により消費される電力を減算した値を、蓄電システムから空調装置２６０に供給可能な電力として設定する。空調装置２６０には、設定された供給可能電力以下の電力が供給される。

すなわち、第１バッテリスタック１１０の放電電力と第２バッテリスタック１２０の放電電力との和が、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴと第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴとのうち、絶対値が小さい方の制限値ＷＯＵＴの２倍より小さくなるように制限される。これにより、個々のバッテリスタックの放電電力が制限される。特に、小さい制限値ＷＯＵＴを有するバッテリスタックが、過放電から保護される。

Ｓ３０６にて、ＥＣＵ１３０は、第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴの２倍から、補機により消費される電力を減算した値を、蓄電システムから空調装置２６０に供給可能な電力として設定する。

Ｓ３０８にて、ＥＣＵ１３０は、各バッテリスタックの電力を、各バッテリスタックの電力の制限値に応じて制限する。より具体的には、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴ以下になるように、第１バッテリスタック１１０の放電電力が制限される。同様に、第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴ以下になるように、第２バッテリスタック１２０の放電電力が制限される。これにより、各バッテリスタックが過放電から保護される。

図１０を参照して、車両の停車中に空調装置２６０が作動する状態において電力を制限するためにＥＣＵが実行する処理（その２）について説明する。

Ｓ３１０にて、ＥＣＵ１３０は、各バッテリスタックの放電電力の制限値ＷＯＵＴおよび充電電力の制限値ＷＩＮを算出する。

Ｓ３１２にて、ＥＣＵ１３０は、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴが、第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴよりも小さいか否かが判断される。

第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴが、第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴよりも小さいと（Ｓ３１２にてＹＥＳ）、処理はＳ３１４に移される。第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴが、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴよりも小さいと（Ｓ３１２にてＮＯ）、処理はＳ３１６に移される。

Ｓ３１４にて、ＥＣＵ１３０は、第１バッテリスタック１１０の放電電力の制限値ＷＯＵＴの２倍を、要求放電電力として設定する。

Ｓ３１６にて、ＥＣＵ１３０は、第２バッテリスタック１２０の放電電力の制限値ＷＯＵＴの２倍を、要求放電電力として設定する。

Ｓ３１８にて、ＥＣＵ１３０は、要求放電電力が、しきい値ＡＣＯＦＦより小さいか否かを判断する。要求放電電力がしきい値ＡＣＯＦＦより小さい場合（Ｓ３１８にてＹＥＳ）、処理はＳ３２０に移される。要求放電電力がしきい値ＡＣＯＦＦ以上である場合（Ｓ３１８にてＮＯ）、処理はＳ３１０に戻される。すなわち、空調装置２６０の作動が継続される。

Ｓ３２０にて、ＥＣＵ１３０は、空調装置２６０を停止する。これにより、個々のバッテリスタックの放電電力が制限される。特に、小さい制限値ＷＯＵＴを有するバッテリスタックが、過放電から保護される。

以上のように、本実施の形態によれば、電力の制限値の和に応じてシステム全体として電力が制限されるモード、または、絶対値が小さい制限値に応じて電力が制限されるモードが、車両の運転状態に応じて選択される。システム全体として電力が制限される場合、システム全体として可能な範囲で、電動モータに電力が供給される。よって、車両の走行のために十分な電力が確保される。絶対値が小さい制限値に応じて電力が制限される場合、個々の蓄電装置に対して電力が制限される。そのため、個々の蓄電装置の電力が確実に制限される。その結果、電力の制限と、十分な電力の確保とが両立される。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 電動モータ、１１０ 第１バッテリスタック、１２０ 第２バッテリスタック、１３０ ＥＣＵ、１４１，１４２ 電圧センサ、１５１，１５２，１５３ 電流センサ、１６１ 第１監視ユニット、１６２ 第２監視ユニット、１７１，１７２ 温度センサ、２６０ 空調装置、５００ 算出部、５１０ 制限部。

Claims (4)

1. 駆動源として車両に搭載された電動モータと、前記電動モータに電気的に接続された複数の蓄電装置とを含む電気システムの電力制限装置であって、
   各前記蓄電装置の電力の制限値を算出するための手段と、
   駆動力を発生するように前記電動モータが制御される第１の状態において、複数の前記蓄電装置の電力の和を複数の前記制限値の和に応じて制限し、制動力を発生するように前記電動モータが制御される状態を含む第２の状態において、複数の前記蓄電装置の電力の和を、複数の前記制限値のうち、絶対値が小さい制限値に応じて制限するための制限手段とを備える、電気システムの電力制限装置。
2. 駆動源として車両に搭載された電動モータと、前記電動モータに電気的に接続された複数の蓄電装置とを含む電気システムの電力制限装置であって、
   各前記蓄電装置の電力の制限値を算出するための手段と、
   駆動力を発生するように前記電動モータが制御される第１の状態において、複数の前記蓄電装置の電力の和を複数の前記制限値の和に応じて制限するとともに、各前記蓄電装置の電力を、各前記制限値に応じて制限し、制動力を発生するように前記電動モータが制御される状態を含む第２の状態において、複数の前記蓄電装置の電力の和を、複数の前記制限値のうち、絶対値が小さい制限値に応じて制限するための制限手段とを備える、電気システムの電力制限装置。
3. 駆動源として車両に搭載された電動モータと、前記電動モータに電気的に接続された複数の蓄電装置とを含む電気システムの電力制限装置であって、
   各前記蓄電装置の電力の制限値を算出するための手段と、
   駆動力を発生するように前記電動モータが制御される第１の状態において、複数の前記蓄電装置の電力の和を複数の前記制限値の和に応じて制限し、制動力を発生するように前記電動モータが制御される状態を含む第２の状態において、複数の前記蓄電装置の電力の和を、複数の前記制限値のうち、絶対値が小さい制限値に応じて制限するとともに、各前記蓄電装置の電力を各前記制限値に応じて制限するための制限手段とを備える、電気システムの電力制限装置。
4. 前記車両には、前記電気システムに電気的に接続された空調装置が搭載され、
   前記第２の状態は、制動力を発生するように前記電動モータが制御される状態に加えて、停車中に前記空調装置が作動する状態をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の電気システムの電力制限装置。

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