JP5493368B2

JP5493368B2 - 電池ハイブリッドシステム

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Publication number: JP5493368B2
Application number: JP2009018780A
Authority: JP
Inventors: 博幸山川; 直樹牛来; 義宏田村
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: JP2010178515A

Description

本発明は、電池ハイブリッドシステム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二つの一次電池を接続し、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、電動車両を走行させている間に、一次電池の残容量が次第に小さくなり、所定の値になると、前記出力を発生させることができなくなり、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ができなくなってしまう。その結果、航続距離を十分に長くすることができない。

本発明は、前記従来の電動車両の問題点を解決して、電動車両の航続距離を十分に長くすることができる電池ハイブリッドシステム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、第１の電池と、該第１の電池と並列に接続された複数の第２の電池と、前記第１、第２の電池のうちの第２の電池だけの出力を変更するための出力変更部と、制御装置とを有する。

そして、該制御装置は、前記電動機械を駆動するのに必要な要求電力を算出する要求電力算出処理手段、前記出力変更部において、各第２の電池のうちの所定の第２の電池の電圧が、該所定の第２の電池の出力を残容量に対応させて発生させることができるように設定された閾値より低くならないようにする第１の電池出力制御処理手段、前記要求電力及び前記所定の第２の電池の出力に基づいて、他の第２の電池に必要とされる出力を算出する必要出力算出処理手段、並びに前記出力変更部において、前記他の第２の電池によって前記必要とされる出力を発生させる第２の電池出力制御処理手段を備える。

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、前記所定の第２の電池の出力が閾値より小さいかどうかを判断する出力判断処理手段、及び前記所定の第２の電池の出力が閾値より小さい場合に、前記所定の第２の電池の使用を終了する電池使用処理手段を備える。

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、前記出力変更部は各第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子を備える。

そして、前記第１の電池出力制御処理手段は、前記所定の第２の電池の電圧が前記閾値より低い場合に、該閾値と前記所定の第２の電池の電圧との電圧差分に対応させて、前記所定の第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子のデューティ比を変更する。

そして、前記第１の電池出力制御処理手段は、前記要求電力の変化量に基づいて算出された出力差分に対応させて、前記所定の第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子のデューティ比を変更する。

そして、前記第２の電池出力制御処理手段は、前記必要とされる出力の変化量に基づいて算出された出力差分に対応させて、前記他の第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子のデューティ比を変更する。

そして、前記第２の電池出力制御処理手段は、前記必要とされる出力の変化量に基づいて算出された出力差分、及び前記閾値と前記所定の第２の電池の電圧との電圧差分に対応させて、前記他の第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子のデューティ比を変更する。

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、前記制御装置は、前記各第２の電池の残容量を取得する電池情報取得処理手段を備える。

そして、前記第１の電池出力制御処理手段は、残容量が最も小さい第２の電池の電圧が閾値より低くならないように、前記所定の第２の電池の出力を小さくする。

本発明によれば、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、第１の電池と、該第１の電池と並列に接続された複数の第２の電池と、前記第１、第２の電池のうちの第２の電池だけの出力を変更するための出力変更部と、制御装置とを有する。

この場合、所定の第２の電池の電圧が閾値より低くならないように前記出力変更部において所定の第２の電池の出力が小さくされるので、残容量が十分に小さくなるまで第２の電池を使用することができる。したがって、電動車両の航続距離を十分に長くすることができる。

また、他の第２の電池によって必要出力が発生させられるので、電動機械によって十分なトルクを発生させることができる。

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、前記所定の第２の電池の出力が閾値より小さいかどうかを判断する出力判断処理手段、及び前記所定の第２の電池の出力が閾値より小さい場合に、前記所定の第２の電池の使用を終了する電池使用処理手段とを有する。

この場合、前記第２の電池の出力が閾値より小さくなった場合、前記第２の電池の使用が終了されるので、残容量が十分に小さくなるまで前記第２の電池の使用を継続することができる。

本発明の実施の形態における電池ハイブリッドシステムを示す図である。本発明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のフローチャートである。本発明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のフローチャートである。本発明の実施の形態における第１の一次電池出力制御処理のサブルーチンを示す図である。本発明の実施の形態における第１の一次電池出力制御処理手段の動作を示す説明図である。本発明の実施の形態における第２の一次電池出力制御処理のサブルーチンを示す図である。本発明の実施の形態における第１、第２の一次電池を交互に使用する場合の概念図である。

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は本発明の実施の形態における電池ハイブリッドシステムを示す図である。

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。本実施の形態において、該インバータ制御部９０は、インバータ１３に内蔵されるが、インバータ１３と独立させて配設することもできる。

前記駆動モータ１１は、図示されない出力軸を介して図示されない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伝達し、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、昇圧回路制御部１０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。なお、本実施の形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータはインバータ１３に内蔵されるが、インバータ１３とは独立させて配設することができる。

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、補助電池としての複数の、本実施の形態においては、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂ、及び該第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂの各電圧Ｖｓａ、Ｖｓｂ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、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂ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の電池情報として第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂの各残容量ＳＯＣｓａ、ＳＯＣｓｂを読み込む。なお、残容量ＳＯＣｍ、ＳＯＣｓａ、ＳＯＣｓｂは、二次電池１５及び第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂ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、図示されないアクセルペダルに配設された加速指標検出部としてのアクセル開度センサによって検出された加速指標としてのアクセル開度αを読み込む。

なお、前記昇圧回路制御部１０、駆動モータ１１、インバータ１３、電源部１４、二次電池１５、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂ、昇圧回路１８、インバータ制御部９０等によって電池ハイブリッドシステムが構成される。

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く、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、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂとして、出力密度が低く、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。

本実施の形態においては、第１の電池として、かつ、主電池として二次電池１５が使用されるようになっているが、二次電池１５に代えて、前記第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂとは別の一次電池を使用することができる。また、本実施の形態においては、第２の電池として、かつ、補助電池として第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂが使用されるようになっているが、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂに代えて、前記二次電池１５とは別の二次電池又は同じもので、容量の異なる二次電池を使用することができる。

なお、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂは、重量エネルギー密度が高い分だけ寸法が小さく、軽量であり、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。また、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂの出力密度は、二次電池１５に比べて低いので、大きな電力が必要となる場合には二次電池１５から、又は第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂ及び二次電池１５から電力を供給するのが望ましい。

そして、車両本体には、電池検出部としての図示されない近接スイッチが配設され、近接スイッチのセンサ出力によって、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂが車両本体にセットされているかどうかを判断することができる。また、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、電力を発生させる。

本実施の形態においては、インバータ１３と昇圧回路１８とが独立させて配設され、二次電池１５又は第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂと昇圧回路１８とが独立させて配設されるが、インバータ１３と昇圧回路１８とを一体にしてインバータユニットを形成したり、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、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂ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もできる。

また、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、各電圧Ｖｓａ、Ｖｓｂ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、前記昇圧回路１８は、各電圧Ｖｓａ、Ｖｓｂを高く（昇圧）することができるだけでなく、降圧回路として機能して、電圧Ｖｓａ、Ｖｓｂを低く（降圧）することもできる。

そのために、昇圧回路１８は、第１の一次電池１６ａに対応させて、コイルＬａ、ダイオードＤａ及びスイッチング素子としての電界効果トランジスタＴｒａを、第２の一次電池１６ｂに対応させて、コイルＬｂ、ダイオードＤｂ及びスイッチング素子としての電界効果トランジスタＴｒｂを備えるとともに、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂに共通のコンデンサＣを備える。本実施の形態においては、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂに、共通のコンデンサＣが配設されるようになっているが、それぞれコンデンサを配設することができる。

そして、前記二次電池１５及び第１の一次電池１６ａの各正極側の端子間に、前記コイルＬａ及びダイオードＤａが直列に配設され、コイルＬａの一端と一次電池１６ａの正極側の端子とが、コイルＬａの他端とダイオードＤａのアノードとが、ダイオードＤａのカソードと二次電池１５の正極側の端子とが接続される。また、前記コイルＬａの他端とダイオードＤａのアノードとの間の結線部ｐａ１とグラウンドＧＮＤとの間に、前記電界効果トランジスタＴｒａが配設され、電界効果トランジスタＴｒａのドレーンと前記結線部ｐａ１とが、電界効果トランジスタＴｒａのソースとグラウンドＧＮＤとが、電界効果トランジスタＴｒａのゲートと前記昇圧回路制御部１０とが接続される。さらに、ダイオードＤａ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ｐａ３とグラウンドＧＮＤ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ｐａ３とが、コンデンサＣの他端とグラウンドＧＮＤとが接続される。

また、前記二次電池１５及び第２の一次電池１６ｂの各正極側の端子間に、前記コイルＬｂ及びダイオードＤｂが直列に配設され、コイルＬｂの一端と一次電池１６ｂの正極側の端子とが、コイルＬｂの他端とダイオードＤｂのアノードとが、ダイオードＤｂのカソードと二次電池１５の正極側の端子とが接続される。また、前記コイルＬｂの他端とダイオードＤｂのアノードとの間の結線部ｐｂ１とグラウンドＧＮＤとの間に、前記電界効果トランジスタＴｒｂが配設され、電界効果トランジスタＴｒｂのドレーンと前記結線部ｐｂ１とが、電界効果トランジスタＴｒｂのソースとグラウンドＧＮＤとが、電界効果トランジスタＴｒｂのゲートと前記昇圧回路制御部１０とが接続される。

なお、前記第１の一次電池１６ａと直列に電流検出部としての電流センサ２２ａ（Ａ）が、第１の一次電池１６ａと並列に電圧検出部としての電圧センサ２３ａ（Ｖ）が接続され、電流センサ２２ａによって、第３の電池情報としての第１の一次電池１６ａの電流、すなわち、コイルＬａを流れる電流Ｉｓａが検出され、電圧センサ２３ａによって、第４の電池情報としての第１の一次電池１６ａの電圧Ｖｓａが検出される。また、前記第２の一次電池１６ｂと直列に電流検出部としての電流センサ２２ｂ（Ａ）が、第２の一次電池１６ｂと並列に電圧検出部としての電圧センサ２３ｂ（Ｖ）が接続され、電流センサ２２ｂによって、第５の電池情報としての第２の一次電池１６ｂの電流、すなわち、コイルＬｂを流れる電流Ｉｓｂが検出され、電圧センサ２３ｂによって、第６の電池情報としての第２の一次電池１６ｂの電圧Ｖｓｂが検出される。さらに、前記二次電池１５と直列に電流検出部としての電流センサ２４（Ａ）が、二次電池１５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、第７の電池情報としての二次電池１５の電流Ｉｍが検出され、電圧センサ２５によって、第８の電池情報としての二次電池１５の電圧Ｖｍが検出される。そして、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２６（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２７（Ｖ）が接続され、電流センサ２６によって、第９の電池情報としてのインバータ１３に入力される電流、すなわち、インバータ電流Ｉｉが検出され、電圧センサ２７によって、第１０の電池情報としてのインバータ１３に入力される電圧、すなわち、インバータ電圧Ｖｉが検出される。

ところで、前記昇圧回路制御部１０は、前記電界効果トランジスタＴｒａ、Ｔｒｂ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Ｔｒａ、Ｔｒｂのゲートに送る。

そして、該電界効果トランジスタＴｒａ、Ｔｒｂがオンになると、コイルＬａ、Ｌｂを電流が流れ、電界効果トランジスタＴｒａ、Ｔｒｂがオフになると、コイルＬａ、Ｌｂ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Ｄａ、Ｄｂ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Ｔｒａ、Ｔｒｂのスイッチング、すなわち、オン・オフが繰り返されると、ダイオードＤａ、Ｄｂ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、スイッチングの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２は本発明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、アクセル開度αを読み込む。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。そして、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。

続いて、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２７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１１の回転速度、すなわち、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駆動モータ回転速度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Ｓ６ＩＧＢＴ制御処理を行い、処理を終了する。

次に、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂのうちの一方の一次電池を、電動車両の航続距離を長くするために使用し、他方の一次電池を、電動車両を走行させるのに必要な駆動モータトルクを発生させるために使用する際の電池ハイブリッドシステムの動作について説明する。

本実施の形態においては、所定の第２の電池としての、第１の一次電池１６ａを電動車両の航続距離を長くするために、他の第２の電池としての、第２の一次電池１６ｂを前記駆動モータトルクを発生させるために使用したり、第１の一次電池１６ａを前記駆動モータトルクを発生させるために、第２の一次電池１６ｂを電動車両の航続距離を長くするために使用したりすることができるようになっている。したがって、例えば、第１の一次電池１６ａが電動車両の航続距離を長くするために使用され、残容量ＳＯＣｓａが小さくなり、第１の一次電池１６ａを使用することができなくなると、第１の一次電池１６ａが新しいものと交換され、続いて、第２の一次電池１６ｂが電動車両の航続距離を長くするために使用される。

本実施の形態においては、第１の一次電池１６ａを電動車両の航続距離を長くするために、第２の一次電池１６ｂを駆動モータトルクを発生させるために使用する場合について説明する。

図３は本発明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のフローチャート、図４は本発明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のフローチャート、図５は本発明の実施の形態における第１の一次電池出力制御処理のサブルーチンを示す図、図６は本発明の実施の形態における第１の一次電池出力制御処理手段の動作を示す説明図、図７は本発明の実施の形態における第２の一次電池出力制御処理のサブルーチンを示す図、図８は本発明の実施の形態における第１、第２の一次電池を交互に使用する場合の概念図である。なお、図６において、横軸に電流Ｉｓａを、縦軸に出力Ｗｓａを採ってある。

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取得する。

続いて、前記昇圧回路制御部１０の図示されない第１の電池使用処理手段は、第１の電池使用処理を行い、二次電池１５の使用を開始する。そして、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が閾値としての下限値ＳＯＣＬ、本実施の形態においては、３０〔％〕より小さくなったかどうかを判断する。

残容量ＳＯＣｍが３０〔％〕より小さくなった場合、前記電池情報取得処理手段は、第１の一次電池１６ａの電圧Ｖｓａ及び電流Ｉｓａ、並びに第２の一次電池１６ｂの電圧Ｖｓｂ及び電流Ｉｓｂを読み込むことによって取得し、昇圧回路制御部１０の図示されない第２の電池使用処理手段は、第２の電池使用処理を行い、第１の一次電池１６ａの使用を開始する。

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、電圧Ｖｓａ及び電流Ｉｓａに基づいて、第１の一次電池１６ａの出力Ｗｓａ
Ｗｓａ＝Ｖｓａ・Ｉｓａ
を算出するとともに、電圧Ｖｓｂ及び電流Ｉｓｂに基づいて、第２の一次電池１６ｂの出力Ｗｓｂ
Ｗｓｂ＝Ｖｓｂ・Ｉｓｂ
を算出する。

また、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、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂの全体の出力の目標値を表す目標出力Ｗｓｒを算出する。

そのために、前記昇圧回路制御部１０の図示されない要求電力取得処理手段としてのインバータ要求電力取得処理手段は、要求電力取得処理としてのインバータ要求電力取得処理を行い、駆動モータ１１を駆動するのに必要な要求電力としてのインバータ要求電力Ｗｉをインバータ制御部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、インバータ電圧Ｖｉ及びインバータ電流Ｉｉを読み込み、前記インバータ要求電力Ｗｉ
Ｗｉ＝Ｖｉ・Ｉｉ
を算出する。本実施の形態においては、インバータ制御部９０においてインバータ要求電力Ｗｉが算出されるようになっているが、昇圧回路制御部１０においてインバータ要求電力Ｗｉを算出することができる。

そして、前記目標出力算出処理手段は、前記インバータ要求電力Ｗｉの移動平均値（時間の経過に伴って算出されるインバータ要求電力Ｗｉの平均値）を算出し、移動平均値を前記目標出力Ｗｓｒとする。

続いて、前記昇圧回路制御部１０の図示されない電池動作判断処理手段は、電池動作判断処理を行い、前記近接スイッチのセンサ出力を読み込み、第２の一次電池１６ｂが車両本体にセットされているかどうかによって第２の一次電池１６ｂが存在するかどうかを判断する。

第２の一次電池１６ｂが車両本体にセットされておらず、第２の一次電池１６ｂが存在しない場合、前記昇圧回路制御部１０の図示されない第１の電池出力制御処理手段としての第１の一次電池出力制御処理手段は、第１の電池出力制御処理としての第１の一次電池出力制御処理を行い、第１の一次電池１６ａによって出力Ｗｓａを発生させる。

また、第２の一次電池１６ｂが車両本体にセットされており、第２の一次電池１６ｂが存在している場合、前記電池動作判断処理手段は、第２の一次電池１６ｂが出力Ｗｓｂを発生させているかどうかによって、第２の一次電池１６ｂが使用されているかどうかを判断する。

該第２の一次電池１６ｂが、出力Ｗｓｂを発生させておらず、使用されていない場合、昇圧回路制御部１０の図示されない電池使用要否判断処理手段は、電池使用要否判断処理を行い、出力Ｗｓａだけでは不足しているかどうか、すなわち、第１の一次電池１６ａだけでなく第２の一次電池１６ｂを併せて使用する必要があるかどうかを判断する。そのために、昇圧回路制御部１０の図示されない必要出力算出処理手段は、必要出力算出処理を行い、前記目標出力Ｗｓｒから出力Ｗｓａを減算して必要出力Ｗｓｂｒ
Ｗｓｂｒ＝Ｗｓｒ−Ｗｓａ
を算出する。そして、前記電池使用要否判断処理手段は、前記必要出力Ｗｓｂｒを読み込み、必要出力Ｗｓｂｒが閾値Ｗｔｈより大きい場合、第２の一次電池１６ｂを併せて使用する必要があると判断し、必要出力Ｗｓｂｒが閾値Ｗｔｈ以下である場合、第２の一次電池１６ｂを併せて使用する必要はないと判断する。

第２の一次電池１６ｂを併せて使用する必要がある場合、前記第２の電池使用処理手段は、第２の一次電池１６ｂの使用を開始する。そして、前記第１の一次電池出力制御処理手段は出力Ｗｓａを制御し、昇圧回路制御部１０の図示されない第２の電池出力制御処理手段としての第２の一次電池出力制御処理手段は、第２の電池出力制御処理としての第２の一次電池出力制御処理を行い、出力Ｗｓｂを制御する。

また、前記第２の一次電池１６ｂが、出力Ｗｓｂを発生させており、使用されている場合、第１の一次電池出力制御処理手段は出力Ｗｓａを制御し、第２の一次電池出力制御処理手段は出力Ｗｓｂを制御する。

次に、図３及び４の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３０〔％〕より小さいかどうかを判断する。残容量ＳＯＣｍが３０〔％〕より小さい場合はステップＳ１３に進み、３０〔％〕以上である場合はステップＳ１１に戻る。
ステップＳ１３第１の一次電池１６ａの電圧Ｖｓａを読み込む。
ステップＳ１４第１の一次電池１６ａの電流Ｉｓａを読み込む。
ステップＳ１５第２の一次電池１６ｂの電圧Ｖｓｂを読み込む。
ステップＳ１６第２の一次電池１６ｂの電流Ｉｓｂを読み込む。
ステップＳ１７第１の一次電池１６ａの出力Ｗｓａを算出する。
ステップＳ１８第２の一次電池１６ｂの出力Ｗｓｂを算出する。
ステップＳ１９一次電池の目標出力Ｗｓｒを読み込む。
ステップＳ２０第２の一次電池１６ｂが存在するかどうかを判断する。第２の一次電池１６ｂが存在する場合はステップＳ２１に進み、存在しない場合はステップＳ２７に進む。
ステップＳ２１第２の一次電池１６ｂが使用されているかどうかを判断する。第２の一次電池１６ｂが使用されている場合はステップＳ２５に、第２の一次電池１６ｂが使用されていない場合はステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２不足出力を算出する。
ステップＳ２３必要出力Ｗｓｂｒが閾値Ｗｔｈより大きいかどうかを判断する。必要出力Ｗｓｂｒが閾値Ｗｔｈより大きい場合はステップＳ２４に進み、閾値Ｗｔｈ以下である場合はステップＳ２７に進む。
ステップＳ２４第２の一次電池１６ｂの使用を開始する。
ステップＳ２５第１の一次電池出力制御処理を行う。
ステップＳ２６第２の一次電池出力制御処理を行い、処理を終了する。
ステップＳ２７第１の一次電池出力制御処理を行い、処理を終了する。

次に、前記第１の一次電池出力制御処理手段の動作について説明する。

この場合、第１の一次電池出力制御処理手段は、電圧Ｖｓａがあらかじめ設定された閾値としての下限電圧ＶｓＬより低くならないように前記昇圧回路１８における電界効果トランジスタＴｒａをスイッチングするためのデューティ比を調整し、出力Ｗｓａを制御する。

なお、前記二次電池１５と第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂとの間、例えば、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂとコイルＬａ、Ｌｂとの間に、図示されないスイッチが配設される。そして、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂの使用が開始されたときに、電圧Ｖｓａ、Ｖｓｂが電圧Ｖｍより高い場合、前記スイッチをオンにして二次電池１５と第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂとの間を接続するだけで、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂから二次電池１５に電力が供給される。これに対して、電圧Ｖｓａ、Ｖｓｂが電圧Ｖｍより低い場合、前記スイッチをオンにして二次電池１５と第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂとの間を接続するだけでは、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂから二次電池１５への電力の供給はなく、前記昇圧回路１８によって電圧Ｖｓａ、Ｖｓｂが電圧Ｖｍより高くされたときに、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂから二次電池１５に電力が供給される。

ところで、図６に示されるように、第１の一次電池１６ａの使用を点Ａの状態（残容量ＳＯＣｓａが１００〔％〕であり、出力Ｗｓａが値Ｗｓ１であり、電流Ｉｓａが値Ｉｓ１である状態）で開始し、駆動モータ１１を駆動し、電動車両を走行させると、残容量ＳＯＣｓａが次第に小さくなる。このとき、仮に、出力Ｗｓａを値Ｗｓ１に維持していると、電圧Ｖｓａが低くなった分だけ多くの電流Ｉｓａを流す必要が生じ、電流Ｉｓａの値は次第に大きくなる。

そして、点Ｂ’の状態で残容量ＳＯＣｓａが３０〔％〕になると、それ以降は、出力Ｗｓａを値Ｗｓ１に維持することができなくなってしまう。したがって、残容量ＳＯＣｓａが３０〔％〕の状態で第１の一次電池１６ａの使用が不可能になってしまう。

そこで、本実施の形態においては、第１の一次電池１６ａの使用を点Ａの状態で開始した後、残容量ＳＯＣｓａが小さくなるのに伴って出力Ｗｓａが小さくされ、残容量ＳＯＣｓａが３０〔％〕になったときに状態Ｂが、残容量ＳＯＣｓａが１０〔％〕になったときに状態Ｃが形成されるようになっている。すなわち、残容量ＳＯＣｓａが小さくなるのに伴って電源部１４における出力Ｗｓａの値が小さくされるので、残容量ＳＯＣｓａ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〔％〕になるまで第１の一次電池１６ａを使用し続けることができる。なお、この間、第１の一次電池１６ａの電圧Ｖｓａは、前記下限電圧ＶｓＬより低くならないように設定される。

そのために、本実施の形態において、前記第１の一次電池出力制御処理手段の出力判断処理手段は、出力判断処理を行い、出力Ｗｓａがあらかじめ設定された閾値としての下限出力ＷｓＬより小さいかどうかを判断する。出力Ｗｓａが下限出力ＷｓＬより小さい場合、前記第１の一次電池出力制御処理手段の電池使用処理手段は、電池使用処理を行い、第１の一次電池１６ａの使用を終了する。そして、前記第１の一次電池出力制御処理手段の通知処理手段は、通知処理を行い、第１の一次電池１６ａの使用を終了したことを、電動車両のインストルメントパネルに配設された図示されない表示部に表示し、操作者である運転者に通知する。

また、出力Ｗｓａが前記下限出力ＷｓＬ以上である場合、第１の一次電池１６ａの残容量ＳＯＣｓａが小さくなるのに伴って、電圧Ｖｓａが前記下限電圧ＶｓＬより低くならないように、電界効果トランジスタＴｒａをスイッチングするためのデューティ比Ｄｕｔｙａが調整される。

そのために、前記第１の一次電池出力制御処理手段の電圧判断処理手段は、電圧判断処理を行い、電圧Ｖｓａが下限電圧ＶｓＬ以下であるかどうかを判断する。電圧Ｖｓａが下限電圧ＶｓＬ以下である場合、前記第１の一次電池出力制御処理手段の電圧差分算出処理手段は、電圧差分算出処理を行い、下限電圧ＶｓＬと電圧Ｖｓａとの電圧差分δＶｓａ
δＶｓａ＝ＶｓＬ−Ｖｓａ
を算出し、前記第１の一次電池出力制御処理手段の出力変更処理手段としてのデューティ比算出処理手段は、出力変更処理としてのデューティ比算出処理を行い、前記電圧差分δＶｓａに対応させて、電界効果トランジスタＴｒａをスイッチングするためのデューティ比Ｄｕｔｙａを変更し、小さくする。小さくされた後のデューティ比Ｄｕｔｙａの値をＤｕｔｙａ’とし、比例定数をｋ１とすると、値Ｄｕｔｙａ’は、
Ｄｕｔｙａ’＝Ｄｕｔｙａ−ｋ１・δＶｓａ
にされる。したがって、第１の一次電池１６ａの出力Ｗｓａを小さくすることができる。

電圧Ｖｓａが下限電圧ＶｓＬより高い場合、前記第１の一次電池出力制御処理手段の出力差分算出処理手段は、出力差分算出処理を行い、目標出力Ｗｓｒの今回の値Ｗｓｒ（ｎ）から前回の値Ｗｓｒ（ｎ−１）を減算し、２で除算した値を表す出力差分δＷｓ
δＷｓ＝（Ｗｓｒ（ｎ）−Ｗｓｒ（ｎ−１））／２
を算出し、前記デューティ比算出処理手段は、前記出力差分δＷｓを読み込み、前記デューティ比Ｄｕｔｙａを変更する。変更された後のデューティ比Ｄｕｔｙａの値をＤｕｔｙａ’とし、比例定数をｋ２とすると、値Ｄｕｔｙａ’は、
Ｄｕｔｙａ’＝Ｄｕｔｙａ＋ｋ２・δＷｓ
にされる。したがって、第１の一次電池１６ａの出力Ｗｓａを大きくすることができる。

次に、図５のフローチャートについて説明する。
ステップＳ２５−１出力Ｗｓａが下限出力ＷｓＬより小さいかどうかを判断する。出力Ｗｓａが下限出力ＷｓＬより小さい場合はステップＳ２５−５に進み、下限出力ＷｓＬ以上である場合はステップＳ２５−２に進む。
ステップＳ２５−２電圧Ｖｓａが下限電圧ＶｓＬ以下であるかどうかを判断する。電圧Ｖｓａが下限電圧ＶｓＬ以下である場合はステップＳ２５−３に、電圧Ｖｓａが下限電圧ＶｓＬより高い場合はステップＳ２５−７に進む。
ステップＳ２５−３下限電圧ＶｓＬから電圧Ｖｓａを減算した値を電圧差分δＶｓａにする。
ステップＳ２５−４デューティ比Ｄｕｔｙａから値ｋ１・δＶｓａを減算した値をデューティ比Ｄｕｔｙａにし、リターンする。
ステップＳ２５−５第１の一次電池１６ａの使用を終了する。
ステップＳ２５−６通知処理を行い、リターンする。
ステップＳ２５−７目標出力Ｗｓｒの今回の値Ｗｓｒ（ｎ）から前回の値Ｗｓｒ（ｎ−１）を減算し、２で除算した値を出力差分δＷｓにする。
ステップＳ２２−８デューティ比Ｄｕｔｙａに値ｋ２・δＷｓを加算した値をデューティ比Ｄｕｔｙａにし、リターンする。

次に、前記第２の一次電池出力制御処理手段の動作について説明する。

この場合、第２の一次電池出力制御処理手段は、前記必要出力Ｗｓｂｒを発生させるために前記昇圧回路１８における電界効果トランジスタＴｒｂをスイッチングするためのデューティ比を調整し、第２の一次電池１６ｂの出力Ｗｓｂを制御する。

そのために、前記第２の一次電池出力制御処理手段の出力差分算出処理手段は、出力差分算出処理を行い、前記必要出力Ｗｓｂｒの今回の値Ｗｓｂｒ（ｎ）から前回の値Ｗｓｂｒ（ｎ−１）を減算することによって出力差分δＷｓｂ
δＷｓｂ＝Ｗｓｂｒ（ｎ）−Ｗｓｂｒ（ｎ−１）
を算出し、第２の一次電池出力制御処理手段の出力変更処理手段としてのデューティ比算出処理手段は、出力変更処理としてのデューティ比算出処理を行い、前記電圧差分δＶｓａ及び出力差分δＷｓｂを読み込み、前記デューティ比Ｄｕｔｙｂを変更する。変更された後のデューティ比Ｄｕｔｙｂの値をＤｕｔｙｂ’とし、比例定数をｋ３、ｋ４とすると、値Ｄｕｔｙｂ’は、
Ｄｕｔｙｂ’＝Ｄｕｔｙｂ＋ｋ３・δＶｓａ−ｋ４・δＷｓｂ
にされる。したがって、第２の一次電池１６ｂの出力Ｗｓｂを第１の一次電池１６ａの出力Ｗｓａに応じて変更することができる。

次に、図７のフローチャートについて説明する。
ステップＳ２６−１必要出力Ｗｓｂｒの今回の値Ｗｓｂｒ（ｎ）から前回の値Ｗｓｂｒ（ｎ−１）を減算した値を出力差分δＷｓｂにする。
ステップＳ２６−２デューティ比Ｄｕｔｙｂに値ｋ３・δＶｓａを加算した値から、値ｋ４・δＷｓｂを減算した値をデューティ比Ｄｕｔｙｂにし、リターンする。

このように、本実施の形態においては、二次電池１５の残容量ＳＯＣｍが小さくなると、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂのうちの一方の一次電池、この場合、第１の一次電池１６ａの電圧Ｖｓａが下限電圧ＶｓＬより低くならないように、デューティ比Ｄｕｔｙａを徐々に小さくしながら、第１の一次電池１６ａの使用が継続され、第１の一次電池１６ａを使用することができなくなると、図８に示されるように、第１の一次電池１６ａが新しいものと交換され、第２の一次電池１６ｂが使用されるので、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂの残容量ＳＯＣｓａ、ＳＯＣｓｂが十分に小さくなるまで第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂを使用することができる。したがって、電動車両の航続距離を十分に長くすることができる。

なお、図８において、Ａｉ（ｉ＝１、２、…）は第１の一次電池１６ａの出力Ｗｓａの変化を、Ｂｉ（ｉ＝１、２、…）は第２の一次電池１６ｂの出力Ｗｓｂの変化を表す。

また、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂのうちの一方の一次電池、この場合、第２の一次電池１６ｂによって必要出力Ｗｓｂｒが発生させられるので、駆動モータ１１によって十分な駆動モータトルクを発生させることができる。

本実施の形態においては、二次電池１５の残容量ＳＯＣｍが小さくなると、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂのうちの一方の一次電池、この場合、第１の一次電池１６ａの電圧Ｖｓａが下限電圧ＶｓＬより低くならないように、デューティ比Ｄｕｔｙａを徐々に小さくしながら第１の一次電池１６ａの使用が継続され、第１の一次電池１６ａを使用することができなくなると、第１の一次電池１６ａが新しいものと交換され、第２の一次電池１６ｂが使用されるようになっているが、第１、第２の一次電池１６ａ、１６ｂのうちの残容量ＳＯＣｓａ、ＳＯＣｓｂが小さい一次電池について電圧が下限電圧ＶｓＬより低くならないように、デューティ比を徐々に小さくしながら、一次電池の使用を継続することもできる。

その場合、前記電池情報取得処理手段は、残容量ＳＯＣｓａ、ＳＯＣｓｂを読み込むことによって取得し、前記第１の電池出力制御処理手段は、残容量が最も小さい一次電池の電圧が閾値ＶｓＬより低くならないように、前記一次電池の出力を小さくする。

なお、本発明は前記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
１４電源部
１５二次電池
１６ａ、１６ｂ第１、第２の一次電池
１８昇圧回路
９０インバータ制御部
Ｄｕｔｙａ、Ｄｕｔｙｂデューティ比
Ｔｒａ、Ｔｒｂ電界効果トランジスタ
Ｖｓａ、Ｖｓｂ電圧
ＶｓＬ下限電圧
Ｗｓａ出力
Ｗｉインバータ要求電力
Ｗｓｂｒ必要出力
δＶｓａ電圧差分
δＷｓ、δＷｓｂ出力差分

Claims

電動機械と、
第１の電池と、
該第１の電池と並列に接続された複数の第２の電池と、
前記第１、第２の電池のうちの第２の電池だけの出力を変更するための出力変更部と、
制御装置とを有するとともに、
該制御装置は、前記電動機械を駆動するのに必要な要求電力を算出する要求電力算出処理手段、前記出力変更部において、各第２の電池のうちの所定の第２の電池の電圧が、前記所定の第２の電池の出力を残容量に対応させて発生させることができるように設定された閾値より低くならないようにする第１の電池出力制御処理手段、前記要求電力及び前記所定の第２の電池の出力に基づいて、他の第２の電池に必要とされる出力を算出する必要出力算出処理手段、並びに前記出力変更部において、前記他の第２の電池によって前記必要とされる出力を発生させる第２の電池出力制御処理手段を備えることを特徴とする電池ハイブリッドシステム。
前記出力変更部は第１、第２の電池間に接続される請求項１に記載の電池ハイブリッドシステム。
前記制御装置は、前記電動機械を駆動するのに必要な要求電力に基づいて、各第２の電池の全体の出力の目標値を表す目標出力を算出する目標出力算出処理手段、前記出力変更部において、前記所定の第２の電池の電圧が前記閾値より低くならないように、前記所定の第２の電池の出力を発生させる第１の電池出力制御処理手段、前記目標出力及び前記所定の第２の電池の出力に基づいて、前記所定の第２の電池だけでなく、各第２の電池のうちの他の第２の電池を併せて使用する必要があるかどうかを判断する電池使用要否判断処理手段、他の第２の電池を併せて使用する必要がある場合に、前記目標出力及び前記所定の第２の電池の出力に基づいて、他の第２の電池に必要とされる出力を算出する必要出力算出処理手段、並びに前記出力変更部において、前記他の第２の電池に必要とされる出力を発生させる第２の電池出力制御処理手段を備える請求項１又は２に記載の電池ハイブリッドシステム。
前記制御装置は、前記所定の第２の電池の出力が閾値より小さいかどうかを判断する出力判断処理手段、及び前記所定の第２の電池の出力が閾値より小さい場合に、前記所定の第２の電池の使用を終了する電池使用処理手段を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池ハイブリッドシステム。
前記出力変更部は各第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子を備え、
前記第１の電池出力制御処理手段は、前記所定の第２の電池の電圧が前記閾値より低い場合に、該閾値と前記所定の第２の電池の電圧との電圧差分に対応させて、前記所定の第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子のデューティ比を変更する請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池ハイブリッドシステム。
前記出力変更部は各第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子を備え、
前記第１の電池出力制御処理手段は、前記要求電力の変化量に基づいて算出された出力差分に対応させて、前記所定の第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子のデューティ比を変更する請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池ハイブリッドシステム。
前記出力変更部は各第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子を備え、
前記第２の電池出力制御処理手段は、前記必要とされる出力の変化量に基づいて算出された出力差分に対応させて、前記他の第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子のデューティ比を変更する請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池ハイブリッドシステム。
前記出力変更部は各第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子を備え、
前記第２の電池出力制御処理手段は、前記必要とされる出力の変化量に基づいて算出された出力差分、及び前記閾値と前記所定の第２の電池の電圧との電圧差分に対応させて、前記他の第２の電池の出力を制御するためのスイッチング素子のデューティ比を変更する請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池ハイブリッドシステム。
前記制御装置は、前記各第２の電池の残容量を取得する電池情報取得処理手段を備えるとともに、
前記第１の電池出力制御処理手段は、残容量が最も小さい第２の電池の電圧が閾値より低くならないように、前記所定の第２の電池の出力を小さくする請求項１又は４に記載の電池ハイブリッドシステム。
前記第１の電池は充電可能な電池であり、
前記第２の電池は充電不能な電池である請求項１〜９のいずれか１項に記載の電池ハイブリッドシステム。