JP5182504B2 - 電力供給装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の蓄電手段を直列接続又は並列接続に切り換え可能な電力供給装置およびその制御方法に関する。

車両駆動用のモータに電気的に接続される複数の蓄電池を有する電力供給装置が組み込まれた電動自動車が記載されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された電力供給装置は、複数の蓄電池を直列接続又は並列接続に切り換え可能に構成されている。そして、アクセルペダルの踏込量、電動機の出力、ブレーキペダルの踏込量等から算出される要求充放電電圧の大きいときに直列接続に、小さいときに並列接続にすることで、低電圧運転（充放電）時にインバータへの入力電圧を抑制し、インバータにおけるスイッチング損失を低減させていた。
特開平５−２３６６０８号公報

しかしながら、従来技術では要求充放電電圧の大小のみに基づき直並列を切り換えており、実際の各接続状態における電力供給装置の供給可能電力の違いについては何ら検討されておらず、実際の負荷装置（インバータ及び該インバータで駆動されるモータジェネレータ、或いはモータジェネレータの何れか一方を備えたもの）のあらゆる使用状態を考慮すると、結果的に不望な供給電力低下や損失の増大を招く恐れがあるという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑み、負荷装置のあらゆる使用状態において、要求駆動電力を可能な限り実現するとともに、総損失を低減して総合効率を向上させることができる電力供給装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために本発明は、負荷装置に電力を供給する複数の蓄電手段と、該複数の蓄電手段の直列接続状態と並列接続状態とを切り換える切換制御手段と、を有する電力供給装置において、前記切換制御手段は、負荷装置の要求駆動電力を演算し、複数の蓄電手段の直列接続状態および並列接続状態における最大供給電力をそれぞれ推定し、複数の蓄電手段の直列接続状態および並列接続状態における負荷装置の総損失をそれぞれ推定し、要求駆動電力と、各接続状態における最大供給電力と総損失との差と、総損失とに基づいて、複数の蓄電手段を直列接続状態または並列接続状態に切り換えるようにした。

本発明によれば、負荷装置のあらゆる使用状態において、要求駆動電力を可能な限り実現するとともに、総損失を低減して総合効率を向上させることができる電力供給装置を提供できるという効果がある。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る電力供給装置の実施例１の構成を説明するシステム構成図であり、電力供給装置を車両駆動用電源として用いた例である。図１において、電力供給装置１は、蓄電装置２と切換制御部３から構成される。

蓄電装置２は、第１蓄電ユニット１１と、第２蓄電ユニット１２と、第１スイッチ１３と、第２スイッチ１４と、第３スイッチ１５と、端子１６と、端子１７とを備える。

蓄電装置２の内部接続は、以下の通りである。第１蓄電ユニット１１の正極は、第１スイッチ１３の一端子および第３スイッチ１５の一端子に接続されている。第１スイッチ１３の他端子は、第２蓄電ユニット１２の正極および端子１６に接続されている。第１蓄電ユニット１１の負極は、第２スイッチ１４の一端子および端子１７に接続されている。第２スイッチ１４の他端子は、第３スイッチ１５の他端子および第２蓄電ユニット１２の負極に接続されている。

端子１６，１７には、インバータ４が接続されている。またインバータ４には、最終的な負荷であるモータジェネレータ５が接続されている。蓄電装置２は、モータジェネレータ５が力行運転する際、電力を供給するとともに、モータジェネレータ５が回生発電する際に充電される。インバータ４は入力端に図示しない平滑コンデンサを含むものとする。尚、インバータ４を介することなく、蓄電装置２の端子１６，１７に直接モータジェネレータ５を接続してもよい。

切換制御部３は、第１スイッチ１３、第２スイッチ１４、第３スイッチ１５のオン／オフを制御することにより、第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２との直列接続状態と並列接続状態とを切り換える制御部である。

切換制御部３は、インバータ４およびモータジェネレータ５の要求駆動電力を演算する要求駆動電力演算部２１と、第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２との直列接続状態および並列接続状態における最大供給電力をそれぞれ推定する最大供給電力推定部２２と、直列接続状態および並列接続状態におけるインバータ４およびモータジェネレータ５の損失を合計した総損失をそれぞれ推定する総損失推定部２３と、第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２の残存容量を推定する残存容量推定部２４とを備える。

そして、切換制御部３は、前記要求駆動電力と、各接続状態における前記最大供給電力と前記総損失との差と、前記総損失とに基づいて、第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２との状態を直列接続状態または並列接続状態に切り換える制御を行う。

要求駆動電力演算部２１は、例えば、車両の速度およびアクセルペダルの操作量から要求駆動電力を算出する。

最大供給電力推定部２２は、直列接続状態における最大供給電力、および並列接続状態における最大供給電力をそれぞれ推定する。

総損失推定部２３は、直列接続状態における、インバータ４の損失およびモータジェネレータ５の損失をそれぞれ推定し、これらの損失を加算して、直列接続状態における総損失を推定する。また、総損失推定部２３は、並列接続状態における、インバータ４の損失およびモータジェネレータ５の損失をそれぞれ推定し、これらの損失を加算して、並列接続状態における総損失を推定する。

残存容量推定部２４は、後述する電流計３３，３４，後述する電圧計３５，３６の検出値に基づいて、第１蓄電ユニット１１の残存容量ＳＯＣ１と、第２蓄電ユニット１２の残存容量ＳＯＣ２とを推定する。

尚、特に限定されないが本実施例では、切換制御部３は中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。切換制御部３を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。

図２は、第１蓄電ユニット１１，第２蓄電ユニット１２の詳細を説明する回路図である。図２に示すように、第１蓄電ユニット１１は、第１蓄電モジュール３１と、電流計３３と、電圧計３５とを備えている。同様に、第２蓄電ユニット１２は、第２蓄電モジュール３２と、電流計３４と、電圧計３６とを備えている。電流計３３，３４と、電圧計３５，３６とは、何れか一方、或いは両方を備えてもよい。電流計３３，３４と、電圧計３５，３６とは、切換制御部３に接続され、第１蓄電ユニット１１および第２蓄電ユニット１２のそれぞれの残存容量の推定、最大供給電力の推定、内部抵抗の推定に用いられる。

次に、図３を参照して、第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２との直列接続状態を説明する。第１スイッチ１３および第２スイッチ１４がオフで、第３スイッチ１５がオンのときに、直列接続状態となる。このとき、端子１６，端子１７間には、第１蓄電ユニット１１の電圧Ｖ１と、第２蓄電ユニット１２の電圧Ｖ２との和であるＶ１＋Ｖ２が出力される。また出力電流は、第１蓄電ユニット１１の電流Ｉ１＝第２蓄電ユニット１２の電流Ｉ２となる。

次に、図４を参照して、第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２との並列接続状態を説明する。第１スイッチ１３および第２スイッチ１４がオンで、第３スイッチ１５がオフのときに、並列接続状態となる。このとき、端子１６，端子１７間には、第１蓄電ユニット１１の電圧Ｖ１＝第２蓄電ユニット１２の電圧Ｖ２が出力される。また出力電流は、第１蓄電ユニット１１の電流Ｉ１と、第２蓄電ユニット１２の電流Ｉ２との和であるＩ１＋Ｉ２となる。

ここで、直並列切替可能な電力供給装置において、直並列を切り換えることによるシステム効率を検討する。以下に、損失低減を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方と、容量バラツキを補正することによる高出力化を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方とを順に記載する。

まず、このようなシステムにおける主な損失は、オン損、スイッチング損、銅損、鉄損などがある。

モータジェネレータ５が低回転で要求電圧が低く直列接続でも並列接続でも力行可能な状態のとき、即ち、モータの誘起電圧は低いので弱め界磁制御が不要のときは、インバータ４への印加電圧を低電圧化することで、スイッチング損や鉄損を低減する。そこで電力供給装置１は、第１蓄電ユニット１１、第２蓄電ユニット１２を並列接続することにより、インバータ４への印加電圧を低電圧化する。

図５はモータジェネレータ５のトルク−回転数（Ｔ−Ｎ）特性図上に誘起電圧の分布を示した概略図である。図５からは、モータジェネレータ５が高回転で要求電圧が高い力行状態のときは誘起電圧が高くなることが判る。モータジェネレータ５において所望の出力を得るためには、弱め界磁制御をして誘起電圧を低減させるか、弱め界磁をせずに誘起電圧以上の電圧を印加する必要がある。そこで直並列切り換え可能な電力供給装置１では、第１蓄電ユニット１１、第２蓄電ユニット１２を直列接続することにより、インバータ４への印加電圧を高電圧化する。このように高電圧化することにより、高回転運転時のモータ制御の一つである弱め界磁制御を低減することができるため、インバータ４、モータジェネレータ５での発生損失を低減することができる。

なお、このとき、印加電圧によるインバータ４、モータジェネレータ５における発生損失は、電動車両のテストベンチにおける実験結果や、可変直流電源装置によるインバータ４およびモータジェネレータ５の駆動試験結果、或いはインバータ４、モータジェネレータ５の設計パラメータ等から推定することができる。さらに、ここで得られた印加電圧によるインバータ４、モータジェネレータ５における発生損失を切換制御部３のメモリに保持することにより、電力供給装置１において、第１蓄電ユニット１１、第２蓄電ユニット１２を直列接続にするか並列接続にするかを決定する。

以上が、損失低減を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方である。これを実現する制御フローチャートは後述する。

次に、第１蓄電ユニット１１と、第２蓄電ユニット１２との容量バラツキを補正することによる高出力化を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方を説明する。

電力供給装置１は、第１蓄電ユニット１１、第２蓄電ユニット１２の残存容量（以下、ＳＯＣと略す）と接続状態によって最大供給出力が異なるという特徴がある。

第１蓄電ユニット１１、第２蓄電ユニット１２のＳＯＣが等しい場合、開放電圧および最大供給電流が共に等しいため、直並列接続状態によらず電力供給装置１の最大供給電力は一定である。

一方、第１蓄電ユニット１１が第２蓄電ユニット１２よりＳＯＣが少ない場合、ＳＯＣの少ない第１蓄電ユニット１１は第２蓄電ユニット１２と比較して最大供給電流が小さい。そのため、図３のように直列接続状態では、ＳＯＣの小さい第１蓄電ユニット１１の供給電流によりＳＯＣの多い第２蓄電ユニット１２の供給電流が制限されるため、第２蓄電モジュールは最大供給電力を出力できない。

また、図４のように並列接続状態では、ＳＯＣの小さい第１蓄電ユニット１１の供給電流によりＳＯＣの多い第２蓄電ユニット１２の供給電流が制限されないため、各蓄電モジュールが最大供給電力を出力可能である。これは第２蓄電ユニット１２が第１蓄電ユニット１１よりＳＯＣが少ない場合も同様である。

このように第１蓄電ユニット１１、第２蓄電ユニット１２の接続状態に応じて最大供給電力が出力できない場合の対策として、第１スイッチ１３、第２スイッチ１４をオンし、第３スイッチをオフして、第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２を並列接続することにより各蓄電ユニット間で電力の授受が行なわれる。この結果、ＳＯＣの差が低減し、直列接続時の最大供給電力の低減を抑えることができる。つまり、ＳＯＣのバラツキ補正のみを考慮すると、バラつきが生じる度に、第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２を並列接続することで、ＳＯＣの差をできるだけ低減することができる。

以上が、容量バラツキを補正することによる高出力化を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方であるが、実際のシステム効率（損失面）を考慮すると、バラつきが生じる度に第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２を並列接続すると、直列接続することによる出力向上と弱め界磁時の損失削減の効果が低減してしまい、かえって、弱め界磁による損失が増大し、出力効率が悪化する可能性がある。

本発明は、上述した、損失低減を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方と、容量バラツキを補正することによる高出力化を考慮した場合の基本的な直並列切り替えの考え方の双方を考慮し、要求駆動電力を満たすような場合に加え、さらに直列接続しても要求電圧を満たさないような場合においても損失低減を図りつつ、高出力化を実現するものである。

要求駆動電力を満たすような場合には、実際に供給可能な最大供給電力と総損失との関係を判断し、直並列の切換を適正化すると共に、要求駆動電力を満たさない場合には、第１蓄電ユニット１１のＳＯＣ１と、第２蓄電ユニット１２のＳＯＣ２とのバラつきに応じて、直並列の接続を切換を最適化することにより、全てのシーンにおいて損失低減を図りつつ、高効率化を実現する。

図６は、実施例１における接続切換部３に制御内容を説明するフローチャートである。制御の要点１は、直列接続状態と並列接続状態における、最大供給電力と総損失との差がいずれも要求駆動電力以上のときは、総損失が小さい方の接続状態となるように第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２との接続状態を切り換えることである。

制御の要点２は、直列接続状態と並列接続状態における、最大供給電力と総損失との差のうち、いずれか一方の差のみが要求駆動電力以上のときは、要求駆動電力以上の差を有する接続状態となるように第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２との接続状態を切り換えることである。

制御の要点３は、直列接続状態と並列接続状態における、最大供給電力と総損失との差がいずれも要求駆動電力よりも小さいときは、第１蓄電ユニット１１のＳＯＣ１と第２蓄電ユニット１２のＳＯＣ２とに差がなければ直列接続状態とし、ＳＯＣ１とＳＯＣ２とに差があれば、最大供給電力と総損失との差が大きい方の接続状態となるように第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２との接続状態を切り換えることである。

図６において、まずステップ（以下、ステップをＳと略す）１０において、切換制御部３の要求駆動電力演算部２１により、現在の車両運転状態からモータジェネレータ５の要求駆動電力Ｐｍを算出する。要求駆動電力Ｐｍは、例えば車両速度とアクセルペダルの操作量から算出される。

次いでＳ１２で、切換制御部３の最大供給電力推定部２２により、直列接続状態における最大供給電力Ｐｓを算出する。次いでＳ１４で、切換制御部３の最大供給電力推定部２２により、並列接続状態における最大供給電力Ｐｐを推定する。これらの最大供給電力Ｐｓ、Ｐｐの具体的な推定方法の一例を以下に示す。

バッテリやキャパシタを用いた蓄電ユニット１１，１２の単体の最大電流（Ｉmax ）および最大供給電力（Ｐmax ）は、一般的に下限電圧（Ｖmin ）と開放電圧（Ｖo ）、内部抵抗（Ｒ）から下記の（１）式、（２）式によって推定できる。

Ｉmax ＝（Ｖo−Ｖmin）／Ｒ …（１）
Ｐmax ＝Ｖmin×Ｉmax …（２）
但し、第１蓄電ユニット１１，第２蓄電ユニット１２は、残存容量に応じて開放電圧および内部抵抗が変化するため、事前に残存容量毎に開放電圧および内部抵抗の情報を切換制御部３内のメモリに保持しておき、残存容量推定部２４により推定した第１蓄電ユニット１１，第２蓄電ユニット１２の残存容量に基づきメモリから各蓄電ユニットの開放電圧および内部抵抗を参照することで各蓄電ユニットの最大供給電力を求める。

このとき第１蓄電ユニット１１と、第１蓄電ユニット１１より残存容量が小さい第２蓄電ユニット１２が並列接続されている場合の最大供給電力（Ｐｐ）は（２）式に基づき求めた各蓄電ユニットの最大供給電力の和から求まる。

一方、第１蓄電ユニット１１，第２蓄電ユニット１２が直列接続されている場合の最大供給電力（Ｐｓ）は、（１）式に基づき求めた各蓄電モジュールの最大電流（Ｉ1max、Ｉ2max）のうち小さい方のＩ2max に基づき、次式で求まる。

Ｉ2max＝（Ｖ2o−Ｖmin）／Ｒ2 …（３）
Ｐ1 ＝（Ｖ1o−Ｉ2max×Ｒ1）×Ｉ2max …（４）
Ｐ2 ＝（Ｖ2o−Ｉ2max×Ｒ2）×I2max …（５）
Ｐｓ＝Ｐ1＋Ｐ2 …（６）
このとき、Ｒn、Ｖno、Ｐn（但しn ＝1,2 ）は、各蓄電ユニット１１，１２の内部抵抗、開放電圧、出力を表す。

次いでＳ１６で、切換制御部３の総損失推定部２３により、直列接続状態の総損失Ｌｓを推定する。次いでＳ１８で、切換制御部３の総損失推定部２３により、並列接続状態の総損失Ｌｐを推定する。

これらの総損失Ｌｓ、Ｌｐは、それぞれの印加電圧におけるインバータ４における発生損失と、モータジェネレータ５における発生損失との和で算出される。これらインバータ４、モータジェネレータ５における個別の発生損失は、電動車両のテストベンチにおける実験結果や、可変直流電源装置によるインバータ４およびモータジェネレータ５の駆動試験結果、或いはインバータ４、モータジェネレータ５の設計パラメータ等から推定した結果を予め切換制御部３の総損失推定部２３に記憶したものを読み出すことで推定することができる。尚、インバータ４を用いないシステムでは、総損失はモータジェネレータ５の損失のみとなる。

次いでＳ２０において、直列接続状態の最大供給電力Ｐｓと直列接続状態の総損失Ｌｓとの差がモータの要求駆動電力Ｐｍ以上であるか否かを判定する。Ｓ２０の判定がＹＥＳであれば、即ち（Ｐｓ−Ｌｓ）≧Ｐｍであれば、Ｓ２２進む。Ｓ２０の判定がＮＯであれば、即ち直列接続状態の最大供給電力Ｐｓと直列接続状態の総損失Ｌｓとの差がモータの要求駆動電力Ｐｍ未満であれば、Ｓ２６へ進む。

Ｓ２２では、並列接続状態の最大供給電力Ｐｐと並列接続状態の総損失Ｌｐとの差がモータの要求駆動電力Ｐｍ以上であるか否かを判定する。Ｓ２２の判定がＹＥＳであれば、即ち（Ｐｐ−Ｌｐ）≧Ｐｍであれば、直列接続状態と並列接続状態における、最大供給電力と総損失との差がいずれも要求駆動電力以上であるので、総損失が小さい方の接続状態を選択するために、Ｓ２４へ進む。Ｓ２４では、直列接続状態の総損失Ｌｓが並列接続状態の総損失Ｌｐ以上であるか否かを判定する。

Ｓ２４の判定で、直列接続状態の総損失Ｌｓが並列接続状態の総損失Ｌｐ以上であれば、総損失の小さい方の並列接続状態とするために、Ｓ３８へ進む。Ｓ３８では、切換制御部３は、蓄電装置２のスイッチ１３、１４、１５を図４に示した並列接続状態として、リターンする。

Ｓ２４の判定で、直列接続状態の総損失Ｌｓが並列接続状態の総損失Ｌｐ未満であれば、総損失の小さい方の直列接続状態とするために、Ｓ３６へ進む。Ｓ３６では、切換制御部３は、蓄電装置２のスイッチ１３、１４、１５を図３に示した直列接続状態として、リターンする。

Ｓ２２の判定がＮＯであれば、直列接続状態における最大供給電力と総損失との差が要求駆動電力以上、且つ並列接続状態における最大供給電力と総損失との差が要求駆動電力未満であるので、直列接続状態とするために、Ｓ３６へ進む。

Ｓ２６では、並列接続状態の最大供給電力Ｐｐと並列接続状態の総損失Ｌｐとの差がモータの要求駆動電力Ｐｍ以上であるか否かを判定する。Ｓ２６の判定がＹＥＳであれば、即ち（Ｐｐ−Ｌｐ）≧Ｐｍであれば、直列接続状態における最大供給電力と総損失との差が要求駆動電力未満、且つ並列接続状態における最大供給電力と総損失との差が要求駆動電力以上であるので、並列接続状態とするために、Ｓ３８へ進む。

Ｓ２６の判定がＮＯであれば、即ち、直列接続状態および並列接続状態のいずれの接続状態でも最大供給電力と総損失との差が要求駆動電力未満であれば、第１蓄電ユニット１１および第２蓄電ユニット１２のＳＯＣを判定するために、Ｓ２８以下の処理を行う。

Ｓ２８では、第１蓄電ユニット１１の残存容量であるＳＯＣ１を推定し、Ｓ３０では、第２蓄電ユニット１２の残存容量であるＳＯＣ２を推定する。これらＳＯＣ１、ＳＯＣ２の推定は、各蓄電ユニット１１，１２の電流計３３，３４，電圧計３５，３６の各検出値に基づいて、切換制御部３の残存容量推定部２４が行う。

次いでＳ３２では、ＳＯＣ１とＳＯＣ２とが等しいか否かを判定する。Ｓ３２の判定で、ＳＯＣ１とＳＯＣ２とが等しければ、直列接続状態とするために、Ｓ３６へ進む。ここで、ＳＯＣ１とＳＯＣ２とが等しければ、第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２の開放電圧および最大供給電流が共に等しいため、直並列接続状態によらず電力供給装置１の最大供給電力は一定である。しかし、本実施例では、蓄電装置２とインバータ４間の電流による損失を低減するために、直列接続を選択することとした。

Ｓ３２の判定で、ＳＯＣ１とＳＯＣ２とが等しくなければ、Ｓ３４へ進む。Ｓ３４では、直列接続状態と並列接続状態とで、実際に駆動力に変換される電力の大小を比較する。このため、Ｓ３４では、直列接続状態における最大供給電力と総損失との差（Ｐｓ−Ｌｓ）が並列接続状態における最大供給電力と総損失との差（Ｐｐ−Ｌｐ）より小さいか否かを判定する。（Ｐｓ−Ｌｓ）が（Ｐｐ−Ｌｐ）より小さければ、負荷装置の有効電力が直列状態よりも並列接続状態の方が大きくなるので、並列接続状態とするために、Ｓ３８へ進む。（Ｐｓ−Ｌｓ）が（Ｐｐ−Ｌｐ）より小さくなければ、負荷装置の有効電力が並列状態よりも直列接続状態の方が大きいか、等しいので、直列接続状態とするために、Ｓ３６へ進む。

以上説明した本実施例によれば、電気自動車の要求駆動電力を可能な限り実現するとともに、総損失を低減して総合効率を向上させることができる電力供給装置を提供できるという効果がある。

従来技術においては、要求駆動電力を必ず満たせることを前提とした場合においての、インバータ損失低減切換手法が提案されているが、実際の電気自動車に想定される種々の状態を考慮すると、必ずしも要求駆動電力を満たせるとは限らない。本発明によれば、従来技術にように、要求駆動電力を必ず満たせることを前提とするシーンに限定されることなく、要求電力を満たせる場合、満たせない場合、それぞれに対し最適な切換を可能とし、総合的に要求駆動電力を可能な限り実現しつつ、総損失を低減して全体の効率向上を図ることができるという効果がある。

また本実施例によれば、要求駆動電力と、各接続状態で出力可能な最大供給電力とに応じて、出力向上を優先するのか（要求駆動電力と各接続状態で出力可能な電力との差を優先）、総損失低減を優先するのか（総損失を優先）を判断した上で、優先された値を基準に直列接続と並列接続とを切り換えることで、電気自動車に想定される種々の状態に最も適した切換を実現し、それにより電気自動車の要求駆動電力を可能な限り実現するとともに、総損失を低減し、全体の効率向上を実現することができるという効果がある。

また本実施例によれば、直列接続／並列接続の何れでも要求駆動電力を供給できるような場合に、要求駆動電力を満たしつつインバータおよびモータジェネレータの総損失を低減することを可能とし、電気自動車の全体の効率向上を実現することができる。

また本実施例によれば、各接続状態における最大供給電力と総損失との差のうち、いずれか一方の差のみが要求駆動電力よりも大きいときは、要求駆動電力よりも大きい差を有する接続状態となるように複数の蓄電ユニットの接続状態を切り換えるので、要求駆動電力を確実に得ることができるという効果がある。

また本実施例によれば、各接続状態における最大供給電力と総損失との差がいずれも要求駆動電力よりも小さく、かつ各残存容量に容量差があるときは、最大供給電力と総損失との差が大きいほうの接続状態となるように複数の蓄電ユニットの接続状態を切り換えているので、いずれの接続状態をもってしても要求駆動電力を満たせないような場合に、残存容量のバラツキ補正を頻繁に行う場合の直並列切替による損失低減を図りつつ、最も高出力で負荷に電力を印加することを可能とし、電気自動車の要求駆動電力を可能な限り実現するとともに、全体の効率向上を実現することができるという効果がある。

次に、本発明に係る電力供給装置の実施例２を説明する。実施例２の構成は、図１に示した実施例１の構成と同様である。実施例２の特徴は、実施例１における第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２との残存容量が等しいか否かの比較判定を緩和している点にある。実施例１のＳ３２においては、第１蓄電ユニット１１、第２蓄電ユニット１２の残存容量（ＳＯＣ１、ＳＯＣ２）に差があるか否かを判断していた。図２に電流計３３，３４、電圧計３５，３６が測定誤差等がない理想的な装置であれば、両者の残存容量差を判定する残存容量基準値はゼロでよい。しかし、実際の装置においてはセンサの精度や量子化誤差等の影響により、各蓄電ユニット１１，１２の残存容量を正確に推定することは難しい。そこで本実施例では、残存容量基準値（ΔＳＯＣ）をセンサの精度や量子化誤差による測定誤差の値以上に設定することで測定誤差による影響を低減できる。

図７は、本実施例における切換制御部３の制御フローチャートである。図６に対してＳ３２とＳ３４との間にＳ４０が追加されている。その他のステップは、実施例１の図６と同様であり、同じステップには、同じステップ番号を付与して、重複する説明を省略する。

図７においてＳ３２の判定がＮＯの場合、Ｓ４０へ進む。Ｓ４０では、第１蓄電ユニット１１のＳＯＣ１と、第２蓄電ユニット１２のＳＯＣ２と間に残存容量差がある場合、残存容量差（｜ＳＯＣ１−ＳＯＣ２｜）が許容差基準値（ΔＳＯＣ）より大きいか否かを判断する。残存容量差（｜ＳＯＣ１−ＳＯＣ２｜）が許容差基準値（ΔＳＯＣ）より大きければ、Ｓ３４へ進む。残存容量差（｜ＳＯＣ１−ＳＯＣ２｜）が許容差基準値（ΔＳＯＣ）より大きくなければ、Ｓ３６へ進む。

以上説明した本実施例によれば、実施例１の効果に加えて、残存容量推定のための測定誤差による影響を低減し、精度良く容量バラツキを補正できるという効果がある。

次に、本発明に係る電力供給装置の実施例３を説明する。実施例３は、第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２との劣化の進み方が異なる場合、両者の内部抵抗が異なってくることに対処したものである。実施例３の構成は、切換制御部３の残存容量推定部２４が内部抵抗推定の機能を備えていることである。この内部抵抗推定機能は、第１蓄電ユニット１１の電流計３３，電圧計３５と、第２蓄電ユニット１２の電流計３４，電圧計３５の各検出値に基づいて第１蓄電ユニット１１の内部抵抗Ｒ１と、第２蓄電ユニット１２の内部抵抗Ｒ２とをそれぞれ推定する。内部抵抗Ｒ１，Ｒ２の推定方法は、各蓄電ユニットの電流がΔＩ変化したときに、各蓄電ユニットの電圧がΔＶ変化したとすると、内部抵抗Ｒ＝−ΔＶ／ΔＩにより推定することができる。その他の構成は、図１に示した実施例１の構成と同様である。

実施例３における制御フローの特徴は、実施例１における残存容量が等しいか否かの比較判定を緩和するとともに、第１蓄電ユニット１１の内部抵抗Ｒ１と、第２蓄電ユニット１２の内部抵抗Ｒ２との差が許容差基準値（ΔＲ）より大きければ、残存容量の許容差基準値（ΔＳＯＣ）を増大補正する点にある。

図８は、本実施例における切換制御部３の制御フローチャートである。図７に対してＳ３２とＳ４０との間に、Ｓ４２〜Ｓ４８が追加されている。その他のステップは、実施例２の図７と同様であり、同じステップには、同じステップ番号を付与して、重複する説明を省略する。

図８において、Ｓ３２の判定がＮＯの場合、Ｓ４２へ進む。Ｓ４２では、第１蓄電ユニット１１の内部抵抗Ｒ１を推定する。次いでＳ４４で、第２蓄電ユニット１２の内部抵抗Ｒ２を推定する。内部抵抗の推定方法は、上記の方法による。

次いでＳ４６で、第１蓄電ユニット１１の内部抵抗Ｒ１と、第２蓄電ユニット１２の内部抵抗Ｒ２との抵抗差（｜Ｒ１−Ｒ２｜）が抵抗差基準値（ΔＲ）より大きいか否かを判定する。抵抗差（｜Ｒ１−Ｒ２｜）が抵抗差基準値（ΔＲ）より大きければ、Ｓ４８で容量差基準値（ΔＳＯＣ）を増大補正してＳ４０へ進む。Ｓ４６の判定で、抵抗差（｜Ｒ１−Ｒ２｜）が抵抗差基準値（ΔＲ）以下であれば、Ｓ４８の増大補正を行うことなくＳ４０へ進む。

以上説明した本実施例によれば、実施例１，２の効果に加えて、第１蓄電ユニット１１と第２蓄電ユニット１２との劣化の進み方が異なる場合、両者の内部抵抗が異なってくるが、第１蓄電ユニット１１の内部抵抗Ｒ１と第２蓄電ユニット１２の内部抵抗Ｒ２との差が抵抗差基準値（ΔＲ）を超えた場合に、容量差基準値（ΔＳＯＣ）を増大補正しているので、複数の蓄電手段が並列接続状態で動作する時間が長くなるため、内部抵抗の小さい方の蓄電手段からより大きい電流が取り出せるようになり、複数の蓄電ユニット間の内部抵抗のバラつきを低減させることができるという効果がある。

なお、上記実施例１〜３においては、電気自動車に搭載される負荷装置と電力供給装置を前提に説明をしたが、これに限定されるものではない。

本発明に係る電力供給装置の実施例１の構成を説明する構成図である。 図１における第１、第２蓄電ユニットの内部接続を説明する回路図である。 直列接続状態を説明する回路図である。 並列接続状態を説明する回路図である。 モータジェネレータのトルク−回転数（Ｔ−Ｎ）特性図上に誘起電圧の分布を示した概略図である。 実施例１における切換制御部の動作を説明するフローチャートである。 実施例２における切換制御部の動作を説明するフローチャートである。 実施例３における切換制御部の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１…電力供給装置、２…蓄電装置、３…切換制御部、４…インバータ、５…モータジェネレータ、１１…第１蓄電ユニット、１２…第２蓄電ユニット、１３…第１スイッチ、１４…第２スイッチ、１５…第３スイッチ、１６…＋端子、１７…−端子、２１…要求駆動電力演算部、２２…最大供給電力推定部、２３…総損失推定部、２４…残存容量推定部。

Claims (8)

1. インバータ及び該インバータで駆動されるモータジェネレータ、或いはモータジェネレータの何れか一方を備えた負荷装置に電力を供給する複数の蓄電手段と、
   該複数の蓄電手段の直列接続状態と並列接続状態とを切り換える切換制御手段と、
   を有する電力供給装置において、
   前記切換制御手段は、
   前記負荷装置の要求駆動電力を演算する要求駆動電力演算手段と、
   前記複数の蓄電手段の直列接続状態および並列接続状態における最大供給電力をそれぞれ推定する最大供給電力推定手段と、
   前記複数の蓄電手段の直列接続状態および並列接続状態における前記負荷装置の総損失をそれぞれ推定する総損失推定手段と、
   を備え、
   前記要求駆動電力と、各接続状態における前記最大供給電力と前記総損失との差と、前記総損失とに基づいて、前記複数の蓄電手段の状態を直列接続状態または並列接続状態に切り換えることを特徴とする電力供給装置。
2. 前記切換制御手段は、前記要求駆動電力と前記差との比較結果に応じて、前記差及び前記総損失のうち優先すべき一方を判断し、直列接続する場合の前記優先された一方の値と並列接続する場合の前記優先された一方の値の大小に基づき前記複数の蓄電手段の状態を直列接続状態または並列接続状態に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記切換制御手段は、前記差がいずれも前記要求駆動電力よりも大きいときは、前記総損失が小さい方の接続状態となるように前記複数の蓄電手段の接続状態を切り換えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力供給装置。
4. 前記切換制御手段は、前記差のうち、いずれか一方の差のみが前記要求駆動電力以上の場合は、前記要求駆動電力以上の差を有する接続状態となるように前記複数の蓄電手段の接続状態を切り換えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力供給装置。
5. 前記切換制御手段は、前記複数の蓄電手段の各残存容量を推定する残存容量推定手段をさらに有し、
   前記差がいずれも前記要求駆動電力よりも小さく、かつ前記各残存容量に容量差がないときは、直列接続状態となるように接続状態を切り換え、
   前記差がいずれも前記要求駆動電力よりも小さく、かつ前記各残存容量に容量差があるときは、
   前記差が大きい方の接続状態となるように前記複数の蓄電手段の接続状態を切り換えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力供給装置。
6. 前記切換制御手段は、前記容量差の絶対値が、残存容量基準値より大きいとき、前記差が大きい方の接続状態となるように前記複数の蓄電手段の接続状態を切り換えること特徴とする請求項５に記載の電力供給装置。
7. 前記切換制御手段は、前記複数の蓄電手段の各内部抵抗を推定する内部抵抗推定手段を有し、推定された各内部抵抗の差が規定値より大きいとき、前記残存容量基準値の値を大きくすること特徴とする請求項６に記載の電力供給装置。
8. インバータ及び該インバータで駆動されるモータジェネレータ、或いはモータジェネレータの何れか一方を備えた負荷装置に電力を供給する複数の蓄電手段と、
   該複数の蓄電手段の直列接続状態と並列接続状態とを切り換える切換制御手段と、
   を有する電力供給装置の制御方法において、
   前記負荷装置の要求駆動電力を演算する要求駆動電力演算過程と、
   前記複数の蓄電手段の直列接続状態および並列接続状態における最大供給電力をそれぞれ推定する最大供給電力推定過程と、
   前記複数の蓄電手段の直列接続状態および並列接続状態における前記負荷装置の総損失をそれぞれ推定する総損失推定過程と、
   を備え、
   前記要求駆動電力と、各接続状態における前記最大供給電力と前記総損失との差と、前記総損失とに基づいて、前記複数の蓄電手段の状態を直列接続状態または並列接続状態に切り換えることを特徴とする電力供給装置の制御方法。

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