JP5304277B2 - 電池ハイブリッドシステム及びその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池ハイブリッドシステム及びその使用方法に関するものである。

従来、電動車両には、ハイブリッド型車両、電気自動車等があり、例えば、ハイブリッド型車両は、エンジン及び電動機械としての駆動モータを備え、市街地において、駆動モータを駆動し、郊外において、エンジンを駆動し、必要に応じて駆動モータを駆動することによって走行させられるようになっている。また、電気自動車は、駆動モータを備え、該駆動モータを駆動することによって走行させられる。

前記電動車両においては、電源としてリチウムイオン電池等の充電可能な二次電池が使用される。そして、駆動モータは、電動車両を加速したり、定常走行（定地走行）させたりする際に、前記二次電池から出力（力行出力）された電力を受けて駆動され、電動車両を減速する際に、電力を回生し、二次電池に入力（回生入力）する。

すなわち、二次電池から電力が出力されるのに伴って、二次電池は放電され、二次電池に電力が入力されるのに伴って、二次電池は充電される。

ところが、前記構成の電動車両においては、二次電池の単位重量当たりの容量を表す重量エネルギー密度が低いので、航続距離を長くすることができない。

そこで、例えば、二次電池と並列に、重量エネルギー密度の高い一次電池を接続し、各一次電池の出力を利用して、二次電池の残容量が小さくなったときに、一次電池の電力を二次電池に供給したり、一次電池及び二次電池の電力を駆動モータに供給したりすることによって電動車両の航続距離を長くすることが考えられる（例えば、特許文献１参照。）。

特開平６−２８３２１０号公報

しかしながら、前記従来の電動車両においては、一般的に、重量エネルギー密度の高い一次電池は重量出力密度が低いので、二次電池の残容量がなくなった場合に、一次電池だけでは十分な電力を駆動モータに供給することができないことがある。

本発明は、前記従来の電動車両の問題点を解決して、二次電池の残容量がなくならないように制御を行うことによって、常に十分な電力を電動機械に供給することができる電池ハイブリッドシステム及びその使用方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の電池ハイブリッドシステムにおいては、電動機械と、一次電池と、該一次電池と接続され、一次電池の出力を変更するための出力変更部と、前記一次電池と前記出力変更部を介して接続された二次電池と、制御装置とを有する。

そして、該制御装置は、前記一次電池及び二次電池の各残容量を取得し、二次電池の残容量が第１の閾値以下になると、一次電池の使用を開始し、前記電動機械を駆動するための要求電力を取得し、該要求電力に対して変動緩和処理を行った値及び前記二次電池の残容量に基づいて前記出力変更部を制御することによって、前記電動機械において消費される電力及び二次電池を充電するのに必要な電力を、一次電池から供給される電力でまかなうことができるように一次電池の出力を発生させ、二次電池の残容量が第１の閾値より大きい第２の閾値より大きくなると、一次電池の使用を停止させ、一次電池の残容量が理論上使用可能な最小の値になると、一次電池の使用を終了する。

本発明の他の電池ハイブリッドシステムにおいては、さらに、前記制御装置は、前記二次電池の残容量があらかじめ設定された範囲内を維持するように前記一次電池の出力を変更する。

本発明の更に他の電池ハイブリッドシステムにおいては、さらに、前記出力変更部は、スイッチング素子を備えた昇圧回路であり、前記電動機械において消費される電力及び二次電池の残容量に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御する。

本発明の電池ハイブリッドシステムの使用方法においては、電動機械、一次電池、該一次電池と接続され、一次電池の出力を変更するための出力変更部、前記一次電池と前記出力変更部を介して接続された二次電池、及び制御装置を有する電池ハイブリッドシステムに適用されるようになっている。

そして、前記一次電池及び二次電池の各残容量を取得し、二次電池の残容量が第１の閾値以下になると、一次電池の使用を開始し、前記電動機械を駆動するための要求電力を取得し、該要求電力に対して変動緩和処理を行った値及び前記二次電池の残容量に基づいて前記出力変更部を制御することによって、前記電動機械において消費される電力及び二次電池を充電するのに必要な電力を、一次電池から供給される電力でまかなうことができるように一次電池の出力を発生させ、二次電池の残容量が第１の閾値より大きい第２の閾値より大きくなると、一次電池の使用を停止させ、一次電池の残容量が理論上使用可能な最小の値になると、一次電池の使用を終了する。

本発明によれば、電池ハイブリッドシステムにおいては、電動機械と、一次電池と、該一次電池と接続され、一次電池の出力を変更するための出力変更部と、前記一次電池と前記出力変更部を介して接続された二次電池と、制御装置とを有する。

そして、該制御装置は、前記一次電池及び二次電池の各残容量を取得し、二次電池の残容量が第１の閾値以下になると、一次電池の使用を開始し、前記電動機械を駆動するための要求電力を取得し、該要求電力に対して変動緩和処理を行った値及び前記二次電池の残容量に基づいて前記出力変更部を制御することによって、前記電動機械において消費される電力及び二次電池を充電するのに必要な電力を、一次電池から供給される電力でまかなうことができるように一次電池の出力を発生させ、二次電池の残容量が第１の閾値より大きい第２の閾値より大きくなると、一次電池の使用を停止させ、一次電池の残容量が理論上使用可能な最小の値になると、一次電池の使用を終了する。

この場合、制御装置において、二次電池及び一次電池を電動車両の走行状態にかかわらず、同時に使用することができる。例えば、電動車両の加速時等のように電動機械を駆動するための要求電力が大きい場合、二次電池及び一次電池を同時に使用し、停止時及び定速走行時等のように前記要求電力が小さい場合、一次電池の重量エネルギー密度が高く、二次電池の重量エネルギー密度が低いので、一次電池を主として使用することによって、電動車両の航続距離を長くすることができる。

そして、停止時及び定速走行時等のように前記要求電力が小さい場合、一次電池から二次電池に電力を供給し、二次電池を充電することができるので、二次電池の容量をその分小さくすることができる。したがって、二次電池を大型化する必要がなく、電動車両のコストを低くすることができる。

また、二次電池の残容量を第１の閾（しきい）値以上に保持することができるので、電動車両の加速時等のように電動機械を駆動するための要求電力が大きい場合、十分な電力を電動機械に供給することができる。
さらに、前記要求電力に対して変動緩和処理が行われるので、変動が緩和された後の要求電力に基づいて目標出力が算出され、該目標出力に基づいてデューティ比が算出される。したがって、要求電力が急に変動しても、一次電池によって適正な出力を発生させることができる。

本発明の第１の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの制御ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの要部回路図である。 本発明の第１の実施の形態におけるインバータ制御部の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示す第１の概念図である。 本発明の第１の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示す第２の概念図である。 本発明の第２の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態におけるインバータ要求電力算出処理手段の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示す第１の概念図である。 本発明の第２の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示す第２の概念図である。 本発明の第２の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示す第３の概念図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの制御ブロック図、図２は本発明の第１の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの要部回路図である。

図において、１０は制御装置としての、かつ、第１の制御部としての昇圧回路制御部、１１は電動機械としての駆動モータ、１３は該駆動モータ１１に接続された負荷としての、かつ、電流変換部としてのインバータ、１４は該インバータ１３に接続された電源部、９０は前記駆動モータ１１を駆動するためにインバータ１３の制御を行う第２の制御部としてのインバータ制御部である。

前記駆動モータ１１は、図示されない出力軸を介して駆動輪と機械的に連結され、力行時にインバータ１３を介して電源部１４から電力が供給されて駆動され、駆動モータ１１のトルク、すなわち、駆動モータトルクを発生させて駆動輪に送り、回生時に駆動輪からの回転を受けて電力を回生し、インバータ１３を介して電源部１４に供給する。

前記インバータ１３は、電圧変換部としての図示されないＤＣ／ＤＣコンバータ、及び複数の、例えば、６個のスイッチング素子としての図示されないトランジスタを備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、電源部１４の出力電圧を所定の電圧に変更し、前記各トランジスタは、一対ずつユニット化されて各相のトランジスタモジュール（ＩＧＢＴ）を構成し、前記インバータ制御部９０から送られた駆動信号によってオン・オフさせられ、電源部１４から供給された直流の電流を３相の交流の電流に変換し、駆動モータ１１に供給する。

また、前記電源部１４は、充電可能な第１の電池としての、かつ、主電池としての二次電池１５、充電不能な第２の電池としての、かつ、補助電池としての一次電池１６、及び一次電池１６の出力及び電圧を変更するための出力変更部としての、かつ、電圧変更部としての昇圧回路１８を備え、二次電池１５、一次電池１６及び昇圧回路１８は、互いに、かつ、前記インバータ１３に対して並列に接続される。

前記昇圧回路制御部１０は、第１の電池情報として二次電池１５の残容量ＳＯＣｍを、第２の電池情報として一次電池１６の残容量ＳＯＣｓを読み込む。なお、残容量ＳＯＣｍ、ＳＯＣｓは、二次電池１５及び一次電池１６の各容量（電池容量）に対する充電された電気量を百分率で表したものである。また、前記昇圧回路制御部１０は、インバータ制御部９０から、前記駆動モータ１１を駆動する際にインバータ１３において必要とされる電力、すなわち、要求電力としてのインバータ要求電力Ｗｉｒを読み込む。

本実施の形態においては、二次電池１５として、エネルギー密度、本実施の形態においては、重量エネルギー密度が低いが、出力密度が高い電池、例えば、リチウムイオン電池が使用され、一次電池１６として、出力密度は低いが、重量エネルギー密度が高い電池、例えば、空気電池が使用される。該空気電池においては、正極に空気が、負極に金属、例えば、アルミニウム、亜鉛等が使用され、空気中の酸素と金属とが化学反応を起こすことによって、電力が発生させられる。

なお、一次電池１６は、重量エネルギー密度が高い分だけ寸法が小さく、かつ、軽量にされ、電動車両の本体、すなわち、車両本体に対して着脱自在に配設される。

この場合、二次電池１５及び一次電池１６を同時に使用することができる。例えば、電動車両の加速時等のようにインバータ要求電力Ｗｉｒが大きい場合、前述されたように、一次電池１６の出力密度が低く、二次電池１５の出力密度が高いので、二次電池１５を主として使用し、必要に応じて二次電池１５及び一次電池１６を使用して電動車両の駆動トルクを大きくすることができる。また、停止時及び定速走行時等のようにインバータ要求電力Ｗｉｒが小さい場合、一次電池１６の重量エネルギー密度が高く、二次電池１５の重量エネルギー密度が低いので、一次電池１６を主として使用することによって、電動車両の航続距離を長くすることができる。

さらに、停止時及び定速走行時等のようにインバータ要求電力Ｗｉｒが小さい場合に、一次電池１６から二次電池１５に電力を供給し、二次電池１５を充電することによって、二次電池１５の使用に伴って小さくなった残容量ＳＯＣｍを大きくすることができる。

なお、本実施の形態においては、前述されたように、第２の電池として、かつ、補助電池として一次電池１６が使用されるようになっているが、一次電池１６に代えて、前記二次電池１５とは異なる種類の二次電池、又は同じ種類でも容量が大きい二次電池を使用することができる。

さらに、本実施の形態においては、出力変更部として、一次電池１６の電圧を高くするために昇圧回路１８が配設されるが、出力変更部として、一次電池１６の電圧を低くするために降圧回路を配設することができる。また、本実施の形態においては、二次電池１５又は一次電池１６と昇圧回路１８とが独立させて配設されるが、二次電池１５と昇圧回路１８とを一体にして、二次電池ユニットを形成したり、一次電池１６と昇圧回路１８とを一体にして、一次電池ユニットを形成したりすることができる。

前記昇圧回路１８は、昇圧回路制御部１０から出力変更用の駆動信号としてのＰＷＭ指令を受け、一次電池１６の電圧（直流電圧）を変更し、変更された電圧を出力電圧としてインバータ１３に印加する。この場合、変更される前の電圧は一次電池１６の端子間電圧を表し、変更された後の一次電池１６の電圧は昇圧回路１８の出力端子ｔｍ１に発生する電圧を表す。

なお、一次電池１６の電圧の変更に伴って一次電池１６の出力も変更され、一次電池１６の電圧が高く（昇圧）されると、一次電池１６の出力が大きくされ、一次電池１６の電圧が低く（降圧）されると、一次電池１６の出力が小さくされる。そのために、昇圧回路１８は、コイルＬ、ダイオードＤ、スイッチング素子である電界効果トランジスタＴｒ及びコンデンサＣを備える。

そして、前記二次電池１５及び一次電池１６の各正極側の端子間に、前記コイルＬ及びダイオードＤが直列に配設され、コイルＬの一端と一次電池１６の正極側の端子とが、コイルＬの他端とダイオードＤのアノードとが、ダイオードＤのカソードと二次電池１５の正極側の端子とがそれぞれ接続される。また、前記コイルＬの他端とダイオードＤのアノードとの間の結線部ｐ１と、二次電池１５及び一次電池１６の各負極側の端子間の結線部ｐ２（ＧＮＤ）との間に、前記電界効果トランジスタＴｒが配設され、電界効果トランジスタＴｒのドレーンと前記結線部ｐ１とが、電界効果トランジスタＴｒのソースと前記結線部ｐ２とが、電界効果トランジスタＴｒのゲートと前記昇圧回路制御部１０とがそれぞれ接続される。さらに、前記ダイオードＤのカソードと二次電池１５の正極側の端子との間の結線部ｐ３と、二次電池１５及び一次電池１６の各負極側の端子間の結線部ｐ４との間に、前記コンデンサＣが配設され、コンデンサＣの一端と結線部ｐ３とが、コンデンサＣの他端と結線部ｐ４とがそれぞれ接続される。

なお、前記一次電池１６と直列に電流検出部としての電流センサ２２（Ａ）が、一次電池１６と並列に電圧検出部としての電圧センサ２３（Ｖ）が接続され、電流センサ２２によってコイルＬを流れる電流が検出され、電圧センサ２３によって一次電池１６の電圧が検出される。また、前記インバータ１３と直列に電流検出部としての電流センサ２４（Ａ）が、インバータ１３と並列に電圧検出部としての電圧センサ２５（Ｖ）が接続され、電流センサ２４によってインバータ１３を流れる電流、すなわち、インバータ電流が検出され、電圧センサ２５によってインバータ１３に入力される電圧、すなわち、インバータ電圧が検出される。

ところで、前記昇圧回路制御部１０の図示されない電圧変更制御処理手段としての昇圧制御処理手段は、電圧変更制御処理としての昇圧制御処理を行い、前記電界効果トランジスタＴｒをスイッチングするためのデューティ比を算出すると、該デューティ比に基づいてＰＷＭ指令を算出し、前記電界効果トランジスタＴｒのゲートに送る。

そして、電界効果トランジスタＴｒがオンになると、コイルＬを電流が流れ、電界効果トランジスタＴｒがオフになると、コイルＬを電流が流れなくなるが、このとき発生する磁束の変化を妨げるように、ダイオードＤのカソードに高電圧が発生する。そして、前記電界効果トランジスタＴｒのオン・オフが繰り返されると、ダイオードＤのカソード側に高電圧が繰り返し発生し、高電圧がコンデンサＣによって平滑され、昇圧回路１８の出力端子ｔｍ１に、デューティ比が高いほど高く、デューティ比が低いほど低い出力電圧が発生させられる。

次に、前記駆動モータ１１を駆動する際のインバータ制御部９０の動作について説明する。

図３は本発明の第１の実施の形態におけるインバータ制御部の動作を示すフローチャートである。

まず、インバータ制御部９０の図示されない情報取得処理手段は、情報取得処理を行い、加速指標としてのアクセル開度αを読み込む。そのために、図示されないアクセルペダルに加速指標検出部としてのアクセル開度センサが配設され、該アクセル開度センサによってアクセル開度αが検出される。次に、インバータ制御部９０の図示されない車両要求トルク算出処理手段は、車両要求トルク算出処理を行い、図示されないレゾルバ等の位置検出部によって検出された駆動モータ１１の磁極位置θＭを読み込み、該磁極位置θＭに基づいて車速ｖを算出する。続いて、前記車両要求トルク算出処理手段は、前記車速ｖ及び前記アクセル開度αに基づいて車両要求トルクを算出する。

次に、インバータ制御部９０の図示されない電流指令値算出処理手段は、電流指令値算出処理を行い、電圧センサ２５によって検出されたインバータ電圧Ｖｉを読み込むとともに、前記磁極位置θＭに基づいて算出された駆動モータ回転速度ＮＭを読み込み、前記インバータ電圧Ｖｉ及び駆動モータ回転速度ＮＭに基づいて電流指令値を算出する。

そして、インバータ制御部９０の図示されないＩＧＢＴ制御処理手段は、ＩＧＢＴ制御処理を行い、電流指令値に基づいてインバータ１３を駆動する。その結果、駆動モータ１１にＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相の電流が供給され、駆動モータ１１が駆動される。

次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ アクセル開度αを読み込む。
ステップＳ２ 車両要求トルクを算出する。
ステップＳ３ インバータ電圧Ｖｉを読み込む。
ステップＳ４ モータ回転速度ＮＭを読み込む。
ステップＳ５ 電流指令値を算出する。
ステップＳ６ ＩＧＢＴ制御処理を行い、処理を終了する。

次に、二次電池１５の残容量ＳＯＣｍに応じて二次電池１５及び一次電池１６を選択的に使用することができるようにした電池ハイブリッドシステムについて説明する。

図４は本発明の第１の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示すフローチャート、図５は本発明の第１の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示す第１の概念図、図６は本発明の第１の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示す第２の概念図である。

まず、昇圧回路制御部１０の図示されない電池情報取得処理手段は、電池情報取得処理を行い、二次電池１５の残容量ＳＯＣｍを読み込むことによって二次電池１５の電池情報を取得する。

続いて、前記昇圧回路制御部１０の図示されない残容量判断処理手段は、残容量判断処理を行い、二次電池１５の使用に伴って、残容量ＳＯＣｍが第１の閾値としての下限値ＳＯＣＬ、本実施の形態においては、３０〔％〕以下になったかどうかを判断する。

前記残容量ＳＯＣｍが、例えば、図５に示されるように、３０〔％〕以下になると、前記昇圧回路制御部１０の第２の電池使用処理手段は、第２の電池使用処理を行い、一次電池１６の使用を開始する。

そして、前記昇圧制御処理手段は、前記デューティ比を変更して大きくし、一次電池１６の出力を大きくし、昇圧回路１８の出力端子ｔｍ１の出力電圧を電圧ｖｍより高くする。このとき、昇圧制御処理手段は、インバータ１３において消費される電力及び二次電池１５に充電するのに必要な電力を一次電池１６から供給される電力でまかなうことができる程度までデューティ比を変更する。すなわち、残容量ＳＯＣｍ及びインバータ１３の要求電力にそれぞれ対応させてデューティ比が制御される。

この場合、図５に示されるように、一次電池１６からの電力をインバータ１３及び二次電池１５に供給することができる。そして、例えば、インバータ１３において消費される電力、すなわち、電流変換部電力としてのインバータ電力Ｗｉを１０〔ｋＷ〕とし、二次電池１５の残容量ＳＯＣｍの低下に伴って、二次電池１５を充電するのに必要な電力を表す出力Ｗｍを−５〔ｋＷ〕としたとき、一次電池１６で発生させるべき出力Ｗｓは、
Ｗｓ＝Ｗｉ−Ｗｍ
＝１５〔ｋＷ〕
になる。

そして、前記昇圧制御処理手段は、一次電池１６が前記出力Ｗｓを発生させるように昇圧回路１８のデューティ比をフィードバック制御する。また、電動車両を走行させる際に、インバータ要求電力Ｗｉｒが変化するのに伴って、一次電池１６の発生させるべき出力Ｗｓが変化するので、昇圧回路１８のデューティ比が連続的に変更されることになる。また、二次電池１５の残容量ＳＯＣｍに対応させて二次電池１５の出力Ｗｍが変化することになるので、これに対応して同様に昇圧回路１８のデューティ比が連続的に変更される。

このように、一次電池１６に接続された昇圧回路１８のデューティ比を変更することによって、一次電池１６及び二次電池１５からインバータ１３に供給される電力を制御することができるので、インバータ１３に電力を供給しながら、二次電池１５を充電し、残容量ＳＯＣｍを大きくすることができる。

また、一次電池１６からの電力をインバータ１３及び二次電池１５に供給している間、前記電池情報取得処理手段は、二次電池１５の残容量ＳＯＣｍを読み込み、前記残容量判断処理手段は、前記残容量ＳＯＣｍが、第１の閾値より大きい第２の閾値としての上限値ＳＯＣＨ、本実施の形態においては、４０〔％〕より大きくなったかどうかを判断する。

図６に示されるように、残容量ＳＯＣｍが４０〔％〕より大きくなると、前記第１の電池使用処理手段は、一次電池１６の使用を停止させる。そのために、前記第１の電池使用処理手段は、昇圧制御処理手段が昇圧回路１８に指令するデューティ比を０〔％〕に変更するか、又は昇圧回路１８内に配設された図示されないリレーをオフにする。

その後、再び残容量ＳＯＣｍが３０〔％〕以下になるまで、二次電池１５からの電力がインバータ１３に供給される。例えば、インバータ電力Ｗｉが１０〔ｋＷ〕である場合、二次電池１５の出力Ｗｍは１０〔ｋＷ〕になる。

ところで、残容量ＳＯＣｍが３０〔％〕より大きく、かつ、４０〔％〕以下である場合、一次電池１６が継続して使用されるが、その間、前記電池情報取得処理手段は、一次電池１６の残容量ＳＯＣｓを読み込むことによって一次電池１６の電池情報を取得する。

そして、前記残容量判断処理手段は、残容量ＳＯＣｓが理論上使用可能な最小の値、本実施の形態においては、０〔％〕になったかどうかを判断する。そして、残容量ＳＯＣｓが０〔％〕になると、前記第２の電池使用処理手段は、一次電池１６の使用を終了し、昇圧回路制御部１０の図示されない通知処理手段は、通知処理を行い、残容量ＳＯＣｓが０〔％〕になったこと、及び一次電池１６の使用を終了したことを図示されない表示部に表示し、運転者に通知する。

このように、本実施の形態においては、残容量ＳＯＣｍを、
ＳＯＣＬ≦ＳＯＣｍ≦ＳＯＣＨ
の範囲に維持することができる。したがって、出力密度の高い二次電池１５を使用することによって、高出力で駆動モータ１１を駆動することができ、電動車両の駆動トルクを大きくすることができる。

また、残容量ＳＯＣｍを前記範囲に維持するために、重量エネルギー密度の高い一次電池１６を、残容量ＳＯＣｓが０〔％〕になるまで使用することができるので、電動車両の航続距離を長くすることができる。したがって、二次電池１５の容量をその分小さくすることができるので、二次電池１５を大型化する必要がなく、電動車両のコストを低くすることができる。

次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１１ 二次電池１５の残容量ＳＯＣｍを読み込む。
ステップＳ１２ 残容量ＳＯＣｍが下限値ＳＯＣＬ以下であるかどうかを判断する。残容量ＳＯＣｍが下限値ＳＯＣＬ以下である場合はステップＳ１３に進み、下限値ＳＯＣＬより大きい場合はステップＳ１１に戻る。
ステップＳ１３ 一次電池１６の使用を開始する。
ステップＳ１４ 二次電池１５の残容量ＳＯＣｍを読み込む。
ステップＳ１５ 残容量ＳＯＣｍが上限値ＳＯＣＨより大きいかどうかを判断する。残容量ＳＯＣｍが上限値ＳＯＣＨより大きい場合はステップＳ１６に、上限値ＳＯＣＨ以下である場合はステップＳ１７に進む。
ステップＳ１６ 一次電池１６の使用を停止して、ステップＳ１１に戻る。
ステップＳ１７ 昇圧制御処理を行う。
ステップＳ１８ 一次電池１６の残容量ＳＯＣｓを読み込む。
ステップＳ１９ 残容量ＳＯＣｓが０〔％〕以下であるかどうかを判断する。残容量ＳＯＣｓが０〔％〕以下である場合はステップＳ２０に進み、残容量ＳＯＣｓが０〔％〕より大きい場合はステップＳ１４に戻る。
ステップＳ２０ 一次電池１６の使用を終了する。
ステップＳ２１ 通知処理を行い、処理を終了する。

次に、二次電池１５の残容量ＳＯＣｍを一定の値に維持して電動車両を走行させることができるようにした本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図７は本発明の第２の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示すフローチャート、図８は本発明の第２の実施の形態におけるインバータ要求電力算出処理手段の動作を示すフローチャートである。

この場合、第１の電池としての、かつ、主電池としての二次電池１５の残容量ＳＯＣｍを任意の一定の値、例えば、目標値ＳＯＣｍｒに維持するために 二次電池１５、及び第２の電池としての、かつ、補助電池としての一次電池１６の各出力Ｗｍ、Ｗｓが制御される。

まず、制御装置としての、かつ、第１の制御部としての昇圧回路制御部１０の図示されないインバータ要求電力取得処理手段は、インバータ要求電力取得処理を行い、要求電力としてのインバータ要求電力Ｗｉｒを第２の制御部としてのインバータ制御部９０から読み込むことによって取得する。そのために、該インバータ制御部９０の図示されない要求電力算出処理手段としてのインバータ要求電力算出処理手段は、要求電力算出処理としてのインバータ要求電力算出処理を行い、負荷としての、かつ、電流変換部としてのインバータ１３を作動させ、電動機械としての駆動モータ１１を駆動するために必要な前記インバータ要求電力Ｗｉｒを算出する。

ところで、一次電池１６は追従性が低く、インバータ要求電力Ｗｉｒが急に変動すると、インバータ要求電力Ｗｉｒに追従した出力Ｗｓを発生させることができない。そこで、前記昇圧回路制御部１０の図示されない変動緩和処理手段は、変動緩和処理を行い、前記インバータ要求電力Ｗｉｒを図示されないローパスフィルタに通し、高周波成分を除去することによってインバータ要求電力Ｗｉｒの変動を緩和し、変動が緩和された後のインバータ要求電力Ｗｉｒ’を生成する。

なお、インバータ要求電力Ｗｉｒが急に変動する場合、インバータ要求電力Ｗｉｒと変動が緩和された後のインバータ要求電力Ｗｉｒ’に差分が生じるが、追従性の高い二次電池１５からの出力Ｗｍで電力差を補うことができるので、インバータ電力Ｗｉが不足することがない。

次に、前記昇圧回路制御部１０の電池情報取得処理手段は、二次電池１５の残容量ＳＯＣｍを読み込む。

そして、前記昇圧回路制御部１０の図示されない目標出力算出処理手段は、目標出力算出処理を行い、前記目標値ＳＯＣｍｒ及びインバータ要求電力Ｗｉｒ’を読み込み、残容量ＳＯＣｍを目標値ＳＯＣｍｒに維持するための一次電池１６の目標出力Ｗｓｒを算出する。この場合、目標出力Ｗｓｒは、比例定数をｋ１とすると、
Ｗｓｒ＝Ｗｉｒ’＋ｋ１・（ＳＯＣｍｒ−ＳＯＣｍ）
になる。

次に、前記目標出力算出処理手段は、最大値Ｗｓｒｍａｘを超えないように目標出力Ｗｓｒを補正する。そのために、目標出力Ｗｓｒがあらかじめ設定された最大値Ｗｓｒｍａｘを超える場合、前記目標出力算出処理手段は、最大値Ｗｓｒｍａｘを目標出力Ｗｓｒとする。

続いて、前記昇圧回路制御部１０の図示されない出力算出処理手段は、出力算出処理を行い、一次電池１６の電圧Ｖｓ及び電流Ｉｓを読み込み、出力Ｗｓ
Ｗｓ＝Ｖｓ・Ｉｓ
を算出する。

そして、前記昇圧回路制御部１０の前記昇圧制御処理手段は、目標出力Ｗｓｒ及び出力Ｗｓを読み込み、目標出力Ｗｓｒと実際の出力Ｗｓとの出力差分δＷｓ
δＷｓ＝Ｗｓｒ−Ｗｓ
を取得し、該出力差分δＷｓに応じて出力変更部としての昇圧回路１８におけるデューティ比Ｄｕｔｙを変更して大きくする。変更後のデューティ比Ｄｕｔｙの値をＤｕｔｙ’とし、比例定数をｋ２すると、
Ｄｕｔｙ’＝Ｄｕｔｙ＋ｋ２・δＷｓ
になる。

したがって、デューティ比Ｄｕｔｙに基づいて一次電池１６の出力Ｗｓを発生させると、残容量ＳＯＣｍを目標値ＳＯＣｍｒに維持することができる。

このように、本実施の形態においては、インバータ要求電力Ｗｉｒ及び二次電池１５の残容量ＳＯＣｍに基づいて目標出力Ｗｓｒが算出され、該目標出力Ｗｓｒ及び出力Ｗｓに基づいてデューティ比Ｄｕｔｙが連続的に変更されるので、残容量ＳＯＣｍを一定の目標値ＳＯＣｍｒに維持しながら電動車両を走行させることができる。

なお、前記目標出力Ｗｓｒを算出するに当たり、値ｋ１・（ＳＯＣｍｒ−ＳＯＣｍ）は、目標値ＳＯＣｍｒと残容量ＳＯＣｍとの差ΔＳＯＣｍ
ΔＳＯＣｍ＝ＳＯＣｍｒ−ＳＯＣｍ
に比例定数ｋ１を乗算したものであり、前記値Ｄｕｔｙ’を算出するに当たり、値ｋ２・δＷｓは、出力差分δＷｓに比例定数ｋ２を乗算したものであり、いずれも、デューティ比Ｄｕｔｙを連続的に変更するための比例項を構成する。

また、本実施の形態においては、変動緩和処理によって変動が緩和された後のインバータ要求電力Ｗｉｒ’に基づいて目標出力Ｗｓｒが算出され、該目標出力Ｗｓｒに基づいてデューティ比Ｄｕｔｙが算出されるので、インバータ要求電力Ｗｉｒが急に変動しても、適正な出力Ｗｓを発生させることができる。

次に、図７のフローチャートについて説明する。
ステップＳ３１ インバータ要求電力Ｗｉｒを読み込む。
ステップＳ３２ 変動緩和処理を行う。
ステップＳ３３ 二次電池１５の残容量ＳＯＣｍを読み込む。
ステップＳ３４ 一次電池１６の目標出力Ｗｓｒを算出する。
ステップＳ３５ 一次電池１６の目標出力Ｗｓｒが出力最大値Ｗｓｒｍａｘより大きいかどうかを判断する。一次電池１６の目標出力Ｗｓｒが出力最大値Ｗｓｒｍａｘより大きい場合はステップ３６に、一次電池１６の目標出力Ｗｓｒが出力最大値Ｗｓｒｍａｘ以下である場合はステップ３７に進む。
ステップＳ３６ 出力最大値Ｗｓｒｍａｘを一次電池１６の目標出力Ｗｓｒにする。
ステップＳ３７ 一次電池１６の出力Ｗｓを算出する。
ステップＳ３８ デューティ比Ｄｕｔｙを変更する。

次に、前記インバータ制御部９０における前記インバータ要求電力算出処理手段の動作について説明する。

すなわち、該インバータ要求電力算出処理手段は、加速指標としてのアクセル開度αを読み込み、車速ｖ及びアクセル開度αに基づいて車両要求トルクＴＯを算出する。

続いて、前記インバータ要求電力取得処理手段は、駆動モータ回転速度ＮＭを読み込み、前記車両要求トルクＴＯ及び駆動モータ回転速度ＮＭに基づいてインバータ要求電力Ｗｉｒを算出する。

なお、インバータ電圧及びインバータ電流を読み込み、インバータ電圧とインバータ電流とを乗算することによってインバータ要求電力Ｗｉｒを算出することもできる。

次に、図８のフローチャートについて説明する。
ステップＳ４１ アクセル開度αを取得する。
ステップＳ４２ 車両要求トルクＴＯを算出する。
ステップＳ４３ モータ回転速度ＮＭを算出する。
ステップＳ４４ インバータ要求電力Ｗｉｒを算出し、リターンする。

次に、インバータ１３におけるインバータ要求電力Ｗｉｒが電動車両の走行により変化しても、一次電池１６の出力Ｗｓが一定になるように制御を行う動作について説明する。

図９は本発明の第２の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示す第１の概念図、図１０は本発明の第２の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示す第２の概念図、図１１は本発明の第２の実施の形態における電池ハイブリッドシステムの動作を示す第３の概念図である。

この場合、インバータ要求電力Ｗｉｒが算出され、二次電池１５の残容量ＳＯＣｍが読み込みまれ、一次電池１６の目標出力Ｗｓｒが算出され、デューティ比Ｄｕｔｙが変更される。

図９に示されるように、例えば、インバータ要求電力Ｗｉｒが１５〔ｋＷ〕であり、高負荷が要求されている状態であり、大きい電力をインバータ１３に供給したい場合、二次電池１５及び一次電池１６の電力がインバータ１３に供給される。二次電池１５の出力要求Ｗｍｒに一次電池１６の目標出力Ｗｓｒを加算した値がインバータ１３のインバータ要求電力Ｗｉｒであるので、一次電池１６の目標出力Ｗｓｒが５〔ｋＷ〕に維持され、残りをまかなうために二次電池１５の出力要求Ｗｍｒは１０〔ｋＷ〕になる。

また、図１０に示されるように、例えば、インバータ要求電力Ｗｉｒが２〔ｋＷ〕であり、図９の場合より低負荷が要求されている状態である場合、一次電池１６の目標出力Ｗｓｒが５〔ｋＷ〕に維持されているので、余剰分は二次電池１５に入力され、二次電池１５が充電される。したがって、二次電池１５の出力要求Ｗｍｒが−３〔ｋＷ〕になり、インバータ１３及び二次電池１５に電力が供給される。その結果、運転者は二次電池１５を充電しながら電動車両を走行させることができる。

そして、図１１に示されるように、例えば、インバータ要求電力Ｗｉｒが−１０〔ｋＷ〕であり、二次電池１５の残容量ＳＯＣｍが低下し、二次電池１５の充電が必要になり、出力要求Ｗｍｒが１５〔ｋＷ〕である場合、二次電池１５の出力要求Ｗｍｒが−１５〔ｋＷ〕になり、インバータ１３から電力が二次電池１５に供給される。この場合、一次電池１６の目標出力Ｗｓｒが５〔ｋＷ〕に維持されているので、回生時の回生電力の１０〔ｋＷ〕が二次電池１５に入力され、二次電池１５が充電される。

なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

１０ 昇圧回路制御部
１１ 駆動モータ
１５ 二次電池
１６ 一次電池
１８ 昇圧回路
９０ インバータ制御部
ＳＯＣｍ 残容量
Ｗｓ 出力

Claims (4)

1. 電動機械と、
   一次電池と、
   該一次電池と接続され、一次電池の出力を変更するための出力変更部と、
   前記一次電池と前記出力変更部を介して接続された二次電池と、
   制御装置とを有するとともに、
   該制御装置は、前記一次電池及び二次電池の各残容量を取得し、二次電池の残容量が第１の閾値以下になると、一次電池の使用を開始し、前記電動機械を駆動するための要求電力を取得し、該要求電力に対して変動緩和処理を行った値及び前記二次電池の残容量に基づいて前記出力変更部を制御することによって、前記電動機械において消費される電力及び二次電池を充電するのに必要な電力を、一次電池から供給される電力でまかなうことができるように一次電池の出力を発生させ、二次電池の残容量が第１の閾値より大きい第２の閾値より大きくなると、一次電池の使用を停止させ、一次電池の残容量が理論上使用可能な最小の値になると、一次電池の使用を終了することを特徴とする電池ハイブリッドシステム。
2. 前記制御装置は、前記二次電池の残容量があらかじめ設定された範囲内を維持するように前記一次電池の出力を変更する請求項１に記載の電池ハイブリッドシステム。
3. 前記出力変更部は、スイッチング素子を備えた昇圧回路であり、前記電動機械において消費される電力及び二次電池の残容量に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御する請求項１又は２に記載の電池ハイブリッドシステム。
4. 電動機械、一次電池、該一次電池と接続され、一次電池の出力を変更するための出力変更部、前記一次電池と前記出力変更部を介して接続された二次電池、及び制御装置を有する電池ハイブリッドシステムの使用方法において、
   前記一次電池及び二次電池の各残容量を取得し、
   二次電池の残容量が第１の閾値以下になると、一次電池の使用を開始し、
   前記電動機械を駆動するための要求電力を取得し、該要求電力に対して変動緩和処理を行った値及び前記二次電池の残容量に基づいて前記出力変更部を制御することによって、前記電動機械において消費される電力及び二次電池を充電するのに必要な電力を、一次電池から供給される電力でまかなうことができるように一次電池の出力を発生させ、
   二次電池の残容量が第１の閾値より大きい第２の閾値より大きくなると、一次電池の使用を停止させ、
   一次電池の残容量が理論上使用可能な最小の値になると、一次電池の使用を終了することを特徴とする電池ハイブリッドシステムの使用方法。

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