JP5597728B2 - 電動車両用蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、電動車両用蓄電システムに関し、とりわけ蓄電素子列を複数並列に接続した電動車両用蓄電システムに関する。

自動車の駆動源の一部にモータを利用した電動車両（ハイブリッド自動車、電気自動車など）では、電力供給源として高容量のバッテリが搭載されている。環境負荷低減のため、内燃機関ではなく、モータのみでの駆動距離の延長が要求されている。このためには、バッテリの高容量化が必須である。電池セル（以後、蓄電素子とする）を高容量化し、直列接続して蓄電素子列とした場合、この蓄電素子列の蓄電素子間で温度ばらつきが発生したり、あるいは蓄電素子列の電池セルが一つでも故障して出力が低下した際には、安全性を考慮して、モータへの電力供給が遮断されるといった問題が生じる。そこで、高容量化のために蓄電素子列を複数並列接続したシステム（以後、並列接続蓄電システムとする）が開発されている。

並列接続蓄電システムは、一部の蓄電素子が故障した際に、故障した蓄電素子が属する蓄電素子列のみを切り離すことで、モータへの電力供給が遮断されるといった問題にも対処することが可能となる。また，故障した蓄電素子を含む蓄電素子列のみを交換するので、電池交換時の電池のコストを低減することが可能となる。

しかしながら、蓄電素子列を並列に接続した並列接続蓄電システムでは、配線異常によるリーク電流、新品電池への交換などによって蓄電素子間で電荷量や内部抵抗にばらつきが生じることがあり、それに起因し，蓄電素子列間に電圧差が生じ、電圧差に応じて蓄電素子列間に電流（横流）が流れる。蓄電素子によって決まる許容電流以上の横流が発生した場合、異常発熱や寿命劣化を生じる。また、蓄電素子列間に電荷量のばらつきが存在すると、蓄電素子列毎に蓄電素子使用範囲の下限値に達するタイミングが異なるため、最も出力の低下した蓄電素子列によって、モータへの電力供給が制限されるなどの問題も発生する。

上記課題を解決するために、特許文献１においては、蓄電素子列毎に、電流制御素子を設け、蓄電素子列間の過大な横流の発生や蓄電素子の温度ばらつきが発生しないように蓄電素子列の電流を制御する手法が行われているが、電流制御素子を蓄電素子列の数だけ設置する必要があるため、システムコストが上昇する。また、特許文献２には、蓄電素子列毎にスイッチを設け、蓄電素子列間の電圧差が一定値以下のもののみスイッチを投入することで、接続する際に発生する横流に起因する不具合を防ぐことが記載されている。しかしながら、特許文献２では、複数の蓄電素子列のうち、蓄電残量が他の蓄電素子列より所定値以上低い蓄電素子列は、並列蓄電素子列システムから切り離されるので、これによりモータへの供給可能な電力が制限され、走行中に駆動力不足などが発生する可能性がある。

特開２０１０−２９０１５号公報 特開２００９−３３９３６号公報

従来の並列蓄電システムでは、電動車両の走行中でのドライバのアクセル操作から算出された車両要求電力に対応し、かつ各蓄電素子列の電圧、残量および充放電可能電力に基づいて、必要な数だけ蓄電素子列を接続するように、各蓄電素子列に設けられた接続スイッチを制御することができない。

本発明に係る電動車両用蓄電システムは、複数の蓄電素子を直列に接続して構成される蓄電素子列を複数備えた、電動車両に搭載される電動車両用蓄電システムであって、前記蓄電素子列を選択して並列に接続し、前記電動車両に搭載された電気負荷への接続と切り離しを前記蓄電素子列ごとに行う並列接続スイッチと、前記並列接続スイッチの開閉を制御する並列接続スイッチ制御部と、前記電動車両の車両要求電力を算出する車両要求電力算出部と、前記蓄電素子列それぞれの蓄電残量を検出する残量検出部と、前記蓄電素子列それぞれの端子間電圧を検出する電圧検出部と、前記車両要求電力と前記蓄電素子列の蓄電残量および前記蓄電素子列の端子間電圧とに基づいて前記並列接続スイッチ制御部を制御する蓄電システム制御装置とを備え、前記並列接続スイッチ制御部は、前記車両要求電力が零以上の場合、蓄電残量が大きい蓄電素子列から順に前記電気負荷に接続し、前記車両要求電力が零未満の場合、蓄電残量が小さい蓄電素子列から順に、前記電気負荷に接続する、ことを特徴とする。

本発明による並列接続蓄電システムは、電動車両から要求される車両要求電力に最適な電力を供給し、また、電動車両の走行性能の低下を防ぎつつ、蓄電素子列間の残量のばらつきを防ぐことができる。

本発明による第１の実施形態の並列接続蓄電システムを備えた電動車両の全体構成を説明するためのブロック図である 図１の電動車両全体の制御システムの概略を示すブロック図である 本発明による第１の実施形態の並列接続蓄電システムの構成を説明するブロック図である 本発明による第１の実施形態の電動車両用並列接続蓄電システムでの制御処理フローを示すフローチャートである 本発明による第１の実施形態の並列接続蓄電システムの各蓄電素子列への指標付けを説明するための図である 図１の電動車両の力行時における、並列接続蓄電システムの処理フローを示すフローチャートである 図１の電動車両の回生時における、並列接続蓄電システムの処理フローを示すフローチャートである 本発明による第１の実施形態の並列接続蓄電システムの出力可能トルク算出フローを示すフローチャートである 本発明による第１の実施形態の電動車両を走行させた場合の車両要求トルクと各蓄電素子列の残量と各蓄電素子列の接続状態の一例を示す図である 本発明による第２の実施形態の電動車両用並列接続蓄電システムの制御フロー示すフローチャートである 本発明による第２の実施形態の並列接続蓄電システムを備えた電動車両における空調電力指令値と蓄電素子列分散値の関係を示すグラフである 本発明による第２の実施形態の並列接続蓄電システムを備えた電動車両の停止中における空調電力の制御フローを示すフローチャートである 本発明による第２の実施形態の並列接続蓄電システムを備えた電動車両の停止中における空調電力目標値と蓄電素子列間残容量差の関係を示すグラフである 本発明による第２の実施形態の並列接続蓄電システムを備えた電動車両の空調電力指令値と温度差の関係を示すグラフである

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明によるの第１の実施形態の並列接続蓄電システムを備えた電動車両１０１の全体構成を示す概略図である。電動車両１０１は、駆動輪１０２ａ、１０２ｂに駆動力を出力する走行用のモータ１０３と、モータ１０３の駆動力を制御するインバータ１０４と、インバータ１０４を介してモータ１０３に電力を供給する並列接続蓄電システム１０５と、並列接続蓄電システム１０５内の蓄電素子を充電するために、外部電源から供給された電力を変換する充電器１０６と、空調装置１０７と、並列接続蓄電システム１０５の電力を空調装置１０７が使用することのできる電圧へ変圧させるための電力変換機１０８と、電動車両１０１の車内温度を測定することができる車内温度測定装置１１１と、電動車両１０１を制御するための統合制御装置１０９を備える。

インバータ１０４は、たとえば６個の半導体スイッチング素子を有するインバータ回路として構成されており、半導体スイッチング素子のスイッチングにより並列接続蓄電システム１０５から供給される直流電力を三相交流電力に変換した後に、モータ１０３の三相コイルに電力を供給する。モータ１０３には、モータの回転数を測定するセンサ（不図示）が取り付けられている。

次に、上記に述べた電気コンポーネントを制御するための統合制御装置１０９について図２を参照して説明する。図２は電動車両全体の制御システムのブロック図である。
電動車両全体の制御システムはインバータ１０４及びモータ１０３を制御するためのモータ制御装置２０１、並列接続蓄電システム１０５を制御する並列接続蓄電システム制御装置２０２、空調装置１０７を制御する空調制御装置２０３、充電器１０６を制御するための充電器制御装置２０４を備え、さらに、上記制御装置らを統合して制御する統合制御装置１０９を備えている。

モータ制御装置２０１は、統合制御装置１０９からのトルク指令値およびモータ回転数などを基に電流指令値を算出し、インバータ１０４では、電流指令値および並列接続蓄電システム１０５の電圧を基に、スイッチングを行う。また並列接続蓄電システム制御装置２０２については後述する。充電器制御装置２０４は外部電源１１０から供給される電力を所望の電圧、電流に変換するように充電器１０６に指令を与える。

次に、並列接続蓄電システム１０５の内部の構造の例について、図３を用いて説明する。
並列接続蓄電システム１０５は複数個（Ｎ個）の蓄電素子列（ＲＯＷ（１）〜ＲＯＷ（Ｎ））を備え、各々の蓄電素子列は複数個の蓄電素子（Ｂａｔ）から構成されている。例えば図３の例では、並列接続蓄電システム１０５は２つの蓄電素子列から構成され、ＲＯＷ（１）は２個の蓄電素子Ｂａｔ＿１１、Ｂａｔ＿１２が直列接続されて構成されている。

蓄電素子列ＲＯＷがＮ並列（図３ではＲＯＷ（１）およびＲＯＷ（２）の２並列）され、この蓄電素子列ＲＯＷ（１）からＲＯＷ（Ｎ）にはそれぞれ直列に並列接続スイッチＳＷ（１）からＳＷ（Ｎ）が接続されている。蓄電素子Ｂａｔは充放電可能な２次電池であれば良い。例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池が考えられる。またＲＯＷ（１）〜ＲＯＷ（Ｎ）には、それぞれの電圧、電池残量、充放電可能電力を検出することができる蓄電素子列状態検出装置ＳＮ（１）〜ＳＮ（Ｎ）が接続されていて、それらの検出信号は並列接続蓄電システム制御装置２０２に伝送される。ここで、蓄電素子列の充放電可能電力とは、蓄電素子列が流すことが可能な電流および蓄電素子列の総電圧を基に算出され、この例では蓄電素子列がその瞬間に充放電をすることができる電力の上限値を表す。

並列接続蓄電システム制御装置２０２は統合制御装置１０９からの信号に基づき、ＳＷ（１）〜ＳＷ（Ｎ）の制御を行う。統合制御装置１０９によるこれらのスイッチの制御は、これらのスイッチをオン／オフするフラグである並列接続スイッチフラグＦ＿ＳＷ（１）〜Ｆ＿ＳＷ（Ｎ）を、統合制御装置１０９から並列接続蓄電システム制御装置２０２へ送信することによって行われる。ただしＦ＿ＳＷ（ｊ）＝１または０（ｊ＝１〜Ｎの自然数）であり、すなわち、Ｆ＿ＳＷ（ｊ）＝１の場合はスイッチＳＷ（ｊ）をオンにし、Ｆ＿ＳＷ（ｊ）＝０の場合はスイッチＳＷ（ｊ）オフにすることを表す。以下、この信号を並列接続スイッチフラグと呼ぶ。並列接続蓄電システム制御装置２０２は統合制御装置１０９から並列接続スイッチフラグを受信した際に、ＳＷ（１）〜ＳＷ（Ｎ）のオン・オフ操作を実行する。
スイッチＳＷ（１）〜ＳＷ（Ｎ）をオンとすることにより、蓄電素子列ＲＯＷ（１）〜ＲＯＷ（Ｎ）は電気負荷（インバータ１０４）に接続され、インバータ１０４は接続された蓄電素子列ＲＯＷからの直流電力を３相交流電力に変換してモータ１０３に供給する。

次に、実施形態の電動車両１０１の動作、特に車両走行中の並列接続蓄電システム１０５の動作について、図４〜８を用いて説明する。ここで車両走行中とは、キーオンからキーオフの間の状態を指す。
電動車両がキーオン（ステップＳ４０１）されると、キーオン状態が継続している間は図４のフローチャートに従って電動車両の並列接続蓄電システム１０５は制御される。キーオンの後、ステップＳ４０２の各蓄電素子列状態検出において、蓄電素子列状態検出装置ＳＮ（１）〜ＳＮ（Ｎ）によって蓄電素子列ＲＯＷの電圧、残量および充放電可能電力が検出される。ステップＳ４０３の車両要求トルクＴ＿ｄ算出において、ドライバーのアクセルペダルおよびブレーキペダル踏み込み量に応じて、車両要求トルクの算出を行う。そして、ステップＳ４０４の車両要求電力算出において、ステップＳ４０３で算出した車両要求トルクＴ＿ｄを駆動用モータによって出力するために必要な電力（駆動要求電力）を、統合制御装置１０９に格納されているマップデータから算出し、この結果を車両要求電力とする。

ステップＳ４０５の蓄電素子列接続必要数ｎ算出において、各蓄電素子列の状態（電圧、電池残量、充放電可能電力）を基に、ステップＳ４０４の車両要求電力を満たすのに必要な蓄電素子列接続本数ｎを算出する。ステップＳ４０６において、車両要求トルクＴ＿ｄがゼロ以上であればステップＳ４０７へ進み、力行時処理を実行する。トルクＴ＿ｄがゼロ未満であれば、ステップＳ４０８へ進み、回生時処理を実行する。ステップ４０９で、ステップ４０７あるいはステップ４０８で設定された（それぞれの設定方法については後述）、蓄電素子列を接続する。そして、ステップＳ４１０の出力可能トルク算出において、電動車両に搭載されたモータおよび補機の負荷（以下、電気負荷）に接続されている蓄電素子列によって出力可能なトルクの算出を行う。そして、ステップＳ４１１において、電動車両がキーオフであるかどうかが判定され、キーオフでなければ、再びステップＳ４０２に戻る。

ステップＳ４０２の各蓄電素子列状態検出について図５を用いて説明する。各蓄電素子列ＲＯＷ（１）〜ＲＯＷ（Ｎ）は残量の多い順番にＬ（１）からＬ（Ｎ）まで各蓄電素子列に指標付けが行われる。すなわち、Ｌ（１）は最も残量の多い蓄電素子列の番号を示し、Ｌ（Ｎ）は最も残量の少ない蓄電素子列の番号を示す。したがって、ｋ番目（ｋは１からＮまでの自然数）に残量の多い蓄電素子列ＲＯＷ（Ｌ（ｋ））の残量を「残量（Ｌ（ｋ））」と表す。

ステップＳ４０５では蓄電素子列接続必要数ｎが算出される。まず、ステップＳ４０３で算出される車両要求トルクＴ＿ｄを駆動用モータによって出力するために必要な電力（駆動要求電力）を、統合制御装置１０９の内部に格納されているマップデータから算出する。そして、ステップＳ４０２の各蓄電素子列状態検出で得られた各蓄電素子列ＲＯＷ（１）〜ＲＯＷ（Ｎ）の電圧、残量および充放電可能電力から、何本の蓄電素子列をＲＯＷ（１）〜ＲＯＷ（Ｎ）から接続すれば駆動要求電力を満たすことができるかを算出し、その本数を蓄電素子列接続必要数ｎとする。すなわち、ステップＳ４０５で、Ｌ（１）〜Ｌ（ｎ）番目の蓄電素子列ＲＯＷ（Ｌ（１））〜ＲＯＷ（Ｌ（ｎ））の充放電可能電力の和が駆動要求電力となるｎを決定する。

図４のステップＳ４０７の力行時処理について以下に説明する。図６は図４のステップＳ４０７における処理の詳細フローを示す。
力行時処理が開始されると、ステップＳ６０１において、全ての並列接続スイッチフラグＦ＿ＳＷ（１）〜Ｆ＿ＳＷ（Ｎ）を０にする。その後ステップＳ６０２において、変数ｉに１を代入する。ステップＳ６０３において、ｉと、ステップＳ４０４で算出したｎとを比較し、ｉ＞ｎであればステップＳ４０７での処理は終了となり、ｉ≦ｎであればステップＳ６０４に進む。

ステップＳ６０４において、電気負荷に接続されている並列接続蓄電システム１０５全体の電圧Ｖｏｌｔ（ｓｙｓｔｅｍ）と蓄電素子列ＲＯＷ（Ｌ（ｉ））の電圧Ｖｏｌｔ（Ｌ（ｉ））の差を求め、所定値ΔＶｏｌｔ未満であればステップＳ６０５に進み、所定値ΔＶｏｌｔ以上であればステップＳ４０７での処理は終了となる。所定値ΔＶｏｌｔは蓄電素子の充放電可能電力と内部抵抗と蓄電素子列間の配線抵抗によって決定される。この処理は、接続しようとしている蓄電素子列の電圧が、並列接続蓄電システム１０５全体の電圧Ｖｏｌｔ（ｓｙｓｔｅｍ）との差が大きい場合、その電圧差、内部抵抗および配線抵抗によって決まる横流が蓄電素子列間に発生し、蓄電素子の充放電可能電力を超える電流が流れることによる劣化や発熱が生じる可能性があるため、それを防ぐための処理である。

ステップＳ６０５において、残量（Ｌ（ｉ））と蓄電素子列ＲＯＷ（Ｌ（ｉ））を構成する蓄電素子とによって決定される残量＿ｍｉｎ（Ｌ（ｉ））と比較し、残量（Ｌ（ｉ））≧残量＿ｍｉｎ（Ｌ（ｉ））ならば、ステップＳ６０６に進み、残量（Ｌ（ｉ））＜残量＿ｍｉｎ（Ｌ（ｉ））であればステップＳ４０７での処理は終了となる。なお、残量＿ｍｉｎ（ｉ）は蓄電素子列ＲＯＷ（ｉ）の使用できる下限値であり、ＲＯＷ（ｉ）を構成する複数の蓄電素子の状態を蓄電素子列状態検出装置ＳＮ（ｉ）により検出し、並列接続蓄電システム制御装置２０２によって蓄電素子列毎に設定される。このステップＳ６０５はこの下限値の残量＿ｍｉｎ（Ｌ（ｉ））を下回る蓄電素子列ＲＯＷ（Ｌ（ｉ））を接続させないための処理である。
Ｓ６０６において、Ｆ＿ＳＷ（Ｌ（ｉ））を１にする。すなわち残量の多い蓄電素子列から、その並列接続スイッチフラグＦ＿ＳＷ（Ｌ（ｉ））を１にする。そしてステップＳ６０７において、ｉ＝ｉ＋１とし、再びステップＳ６０３へ戻る。

次に、図４のステップＳ４０８の回生時処理について以下に説明する。図７は図４のステップＳ４０８における処理の詳細フローを示す。
力行時処理と同様に、ステップＳ６０１において、全ての並列接続スイッチフラグＦ＿ＳＷ（１）〜Ｆ＿ＳＷ（Ｎ）を０にする。その後ステップＳ７０１において、変数ｉに１を代入する。ステップＳ７０３において、ｉとステップＳ４０４で算出した蓄電素子列接続必要数ｎを比較し、ｉ＞ｎであればステップＳ４０８での処理は終了し、ｉ≦ｎであればステップＳ７０４に進む。

ステップＳ７０４において、電気負荷（インバータ１０４）に接続されている並列接続蓄電システム１０５全体の電圧Ｖｏｌｔ（ｓｙｓｔｅｍ）と蓄電素子列ＲＯＷ（Ｌ（Ｎ−ｉ＋１）の電圧Ｖｏｌｔ（Ｌ（Ｎ−ｉ＋１））の差を求め、所定値ΔＶｏｌｔ未満であればステップＳ７０５に進み、所定値ΔＶｏｌｔ以上であればステップＳ４０８での処理は終了となる。所定値ΔＶｏｌｔは蓄電素子の充放電可能電力と内部抵抗と蓄電素子列間の配線抵抗によって決定される。そして、ステップＳ７０５において、残量（Ｌ（Ｎ−ｉ＋１））と 蓄電素子列ＲＯＷ（Ｌ（Ｎ−ｉ＋１））を構成する蓄電素子によって決定される残量＿ｍｉｎ（Ｌ（Ｎ−ｉ＋１））と比較し、残量（Ｌ（Ｎ−ｉ＋１））＜ 残量＿ｍａｘ（Ｌ（Ｎ−ｉ＋１））ならば、ステップＳ７０６に進み、残量（Ｌ（Ｎ−ｉ＋１））≧ 残量＿ｍａｘ（Ｌ（Ｎ−ｉ＋１））であればステップＳ４０８での処理は終了となる。なお、残量＿ｍａｘ（ｉ）は蓄電素子列ＲＯＷ（ｉ）を充電する際の上限値であり、ＲＯＷ（ｉ）を構成する複数の蓄電素子の状態を蓄電素子列状態検出装置ＳＮ（ｉ）により検出し、並列接続蓄電システム制御装置２０２によって蓄電素子列毎に設定される。このステップＳ７０５はこの上限値残量＿ｍａｘ（Ｌ（ｉ））を越える蓄電素子列ＲＯＷ（Ｌ（ｉ））を接続させないための処理である。
ステップＳ７０６において、Ｆ＿ＳＷ（Ｎ−ｉ＋１）を１にする。ステップＳ７０７において、ｉ=ｉ＋１とし、再びステップＳ７０３へ戻る。

図４に戻り、図６および図７で説明したステップ４０７またはステップ４０８が終了すると、ステップＳ４０９に進む。
ステップ４０９の接続指令では、ステップＳ４０７もしくはステップＳ４０８での並列接続スイッチフラグＦ＿ＳＷ（１）〜Ｆ＿ＳＷ（Ｎ）の設定値に基づいて、統合制御装置１０９から並列接続蓄電システム制御装置２０２に対してスイッチＳＷ（１）〜ＳＷ（Ｎ）の切り替えが行われる。

次に、ステップＳ４１０の出力可能トルク算出について以下に説明する。図８は図４のステップＳ４１０における処理の詳細フローを示す。ステップＳ４１０１の蓄電素子列ＲＯＷ（ｉ）〜ＲＯＷ（Ｎ）の接続本数確認において、現在接続されている蓄電素子列接続本数を確認する。そして、ステップＳ４１０２の充放電可能電力算出において、図４のステップＳ４０２の各蓄電素子列状態検出によって得られた電池状態に基づいて、電気負荷に接続状態にある蓄電素子列によって入出力することができる電力の算出を行う。ステップＳ４１０３において、その電力に基づいて最大トルク値を算出し、その値を統合制御装置１０９に送信する。図４〜８の制御フローチャートに基づいて、蓄電素子列ＲＯＷが３並列された並列接続蓄電システム１０５を搭載した電動車両を走行させた場合の車両要求トルクと蓄電素子列ＲＯＷ（１）〜ＲＯＷ（３）の残量と各蓄電素子列の接続状態の推移の例を図９に模式的に示す。

図９（ａ）には、電動車両走行中の車両要求トルクが示されており、各要求トルクに応じて状態１から状態４まで場合分けがされている。図９（ｂ）には、各蓄電素子列ＲＯＷ（１）〜ＲＯＷ（３）の残量の推移が示されている。図９（ｃ）には、各蓄電素子列の接続状態、すなわちこれらの蓄電素子列の並列接続スイッチＳＷ（１）〜ＳＷ（３）が閉状態となっている期間を示している。

状態１の力行時には大きな要求トルクが生じている。また蓄電素子の内部抵抗や劣化状態などの影響のため、ＲＯＷ（１）はＲＯＷ（２）およびＲＯＷ（３）よりも残量の減り方が小さい。状態２においては要求トルクが小さくなり、残量の多い蓄電素子列ＲＯＷ（１）のみが接続された状態となる。その後、状態３では回生トルクが生じたため、残量の少ない蓄電素子列ＲＯＷ（２）とＲＯＷ（３）が電気負荷（インバータ１０４）に接続され、蓄電素子列ＲＯＷ（１）は切り離される。状態２および状態３では、車両要求トルクを満たしつつ、各蓄電素子列間のばらつきが解消されている。状態４においては、再び大きな要求トルクが生じたため、全ての蓄電素子列を接続する。

なお、理解を容易とするため、各蓄電素子列の内部抵抗がほぼ等しく、車両の力行開始時で各蓄電素子列ＲＯＷ（１）〜ＲＯＷ（３）の残量がほぼ等しいとすると、図９（ｂ）に示す蓄電素子列ＲＯＷ（１）〜ＲＯＷ（３）の残量の変化はほぼ等しくなる。すなわち、たとえばＲＯＷ（１）の残量変化曲線が３本近接しているような状態となる。
また、各蓄電素子列の内部抵抗がほぼ等しい場合は、蓄電素子列の放電可能電力（残量）は各蓄電素子列のＳＯＣ（電圧）に比例する。従って、例えば上記の説明での蓄電素子列の上限残量値は、この蓄電素子列が過充電となる電圧に比例する。

上記で説明した、本発明による並列接続蓄電システム制御装置の動作、すなわち図４で示す動作フローのステップ４０２からステップＳ４１０は車両の状況に応じて適宜実行されてよい。たとえば高速道路などで定速運転状態にある場合は、車両要求トルクに変化がないので、この動作フローは頻繁に実行されない。しかし市街地での走行では発進・停止が頻繁であり、このための必要トルクは変化するので、蓄電素子列状態に基づいて接続する蓄電素子列の調整をきめ細かく行う必要があり、たとえば１秒程度のサイクルで実行される。

このような動作フローの実行サイクル時間は、運転者により変更されてもよく、またナビゲーション装置および道路情報等から、走行状況を予測して変更するようにしてもよい。

＜第２の実施形態＞
本実施形態が第１の実施形態と異なるのは、車速が略零以外の際の前記蓄電素子列間の残量ばらつきが所定値以上発生した場合に、空調装置１０７への電力指令値を低下させる制御をすること、蓄電素子列の接続必要数を算出する際に空調電力を考慮すること、及び車両速度が略零の際に空調電力を各蓄電素子列の残量およびドライバーが指定した前記電動車両の設定車内温度Ｔ＿０に応じて制御することである。本実施形態の車両走行中の並列接続蓄電システム１０５の動作について、図１０〜図１４のフローチャートを用いて説明する。

第２の実施形態においては、空調電力の制御も行われるので、図１０では図４に比べ、この空調電力に関連したステップＳ８０３〜Ｓ８０７が、ステップＳ８０２のあとに追加されている。
図１０において、電動車両がキーオン（ステップＳ８０１）されると、キーオン状態が継続している間、図１０のフローチャートに従って電動車両の並列接続蓄電システムが制御される。キーオンの後、ステップＳ８０２の各蓄電素子列状態検出において、蓄電素子列状態検出装置ＳＮによって蓄電素子列ＲＯＷの電圧、残量および充放電可能電力が検出される。

次に、ステップＳ８０３において、車両が停止しているかを判定する。ここで車両が停止であるとは、車両速度が略零であり、かつ車両要求トルクが略零であることを表す。車両が停止している場合、ステップＳ８０６に進み、それ以外の場合は、ステップＳ８０４に進む。

ステップＳ８０４において、ドライバーが指定した電動車両の設定車内温度Ｔ＿０を実現するのに必要な電力（通常空調電力目標値）が算出される。次に、ステップＳ８０５において、ステップＳ８０２で検出した各蓄電素子列の残量の分散値（以下、蓄電素子列分散値と呼ぶ）を計算し、その量に応じてステップＳ８０４で算出した通常空調電力目標値を図１１に示すように補正し、空調電力指令値を算出し、空調制御装置２０３にその値を伝送する。空調電力指令値は、蓄電素子列分散値が大きくなるに従って、小さくなるように設定することによって、電動車両停止時に使用できる空調電力を増やすことができ、その結果、蓄電素子列分散値を下げることができる。

ステップＳ８０８の車両要求トルクＴ＿ｄ算出において、ドライバーのアクセルペダルおよびブレーキペダル踏み込み量に応じて、車両要求トルクＴ＿ｄの算出を行う。そして、ステップＳ８０９の車両要求電力算出において、ステップＳ８０５で算出した空調電力指令値とステップＳ８０８で算出した車両要求トルクＴ＿ｄを駆動用モータによって出力するために必要な駆動用電力の和を車両要求電力として算出する。

ステップＳ８１０の蓄電素子列の接続必要数ｎの算出において、各蓄電素子列状態を基にステップＳ８０８で算出した車両要求電力を満たすのに必要な蓄電素子列の接続数ｎを算出する。ステップＳ４０６において、車両要求トルクＴ＿ｄがゼロ以上であればステップＳ８１１、Ｔ＿ｄがゼロ未満であれば、ステップＳ８１３へ進む。そして、ステップＳ８１４の接続指令により、ＳＷ（１）〜ＳＷ（Ｎ）の切り替え指令が行われ、ステップＳ８１５の出力可能トルク算出において、電気負荷に接続されている蓄電素子列ＳＷ（１）〜ＳＷ（ｎ）によって出力可能なトルクの算出を行う。そして、ステップＳ８１６において、前記電動車両がキーオフであるかどうかが判定され、キーオフでなければ、再びステップＳ８０２へ戻る。

ステップＳ８０６において、車内温度測定装置１１１によって測定された電動車両車内温度Ｔとドライバーが指定した前記電動車両の設定車内温度Ｔ＿０の差が所定値Ｔ＿ｔｈ以内の場合、ステップＳ８０７に進み、それ以外の場合は、ステップＳ８１６に進む。

図１０の停止中空調電力制御について以下に説明する。
図１２は図１０の停止中空調電力制御ステップＳ８０７における処理の詳細フローを示す。
ステップＳ９０１からステップＳ９０３は第１の実施形態（図６）と同様の処理である。ステップＳ９０３において、ｉが蓄電素子列の接続数ｎ以下のときはステップＳ９０４に進み、それ以外のときは、ステップＳ９０８に進む。ステップＳ９０４の停止中空調電力目標値算出において、蓄電素子列間残量差に応じて停止中空調電力目標値を決定する。

ここで蓄電素子列間残量差とは、現在電気負荷に接続されている蓄電素子列と全蓄電素子列の平均残量の差のことを表す。図１３は蓄電素子列間残量差と停止中空調電力目標値の関係を示したものである。蓄電素子列間残量差が大きい場合は、現在接続されている蓄電素子列の充放電可能電力を上限として停止中空調電力目標値を大きくしていく。これによって、畜電素子列間に残量差がある場合に、残量の多い蓄電素子列から先に空調電力用に使用することで早期に畜電素子列間の残量差を解消することができる。

次に、ステップＳ９０８の停止中空調電力補正において、車内温度測定装置１１１によって測定された電動車両車内温度Ｔとドライバーによって設定された設定車内温度Ｔ＿０との差（温度差）に応じて、ステップＳ９０４で算出された停止中空調電力目標値を図１４に示すように補正し、空調電力指令値として算出する．その値を空調制御装置２０３に伝送する。空調電力指令値は、ドライバーが指定した前記電動車両の設定車内温度Ｔ＿０を実現するのに必要な電力（通常空調電力目標値）を下限値、停止中空調電力目標値を上限値として、温度差が大きくなるに従って、大きくなるように設定する。温度差が所定値より小さくなった際は、空調電力指令値を小さくすることで、車内温度が所定温度から大きくずれることを防ぐことができる。

なお、本実施例１および実施例２では本制御装置を統合制御装置に実装した場合について、説明したが、本制御装置を他の制御装置、例えば、並列接続蓄電システム制御装置に実装しても良い。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

Claims (5)

1. 複数の蓄電素子を直列に接続して構成される蓄電素子列を複数備えた、電動車両に搭載される電動車両用蓄電システムであって、
   前記蓄電素子列を選択して並列に接続し、前記電動車両に搭載された電気負荷への接続と切り離しを前記蓄電素子列ごとに行う並列接続スイッチと、
   前記並列接続スイッチの開閉を制御する並列接続スイッチ制御部と、
   前記電動車両の車両要求電力を算出する車両要求電力算出部と、
   前記蓄電素子列それぞれの蓄電残量を検出する残量検出部と、
   前記蓄電素子列それぞれの端子間電圧を検出する電圧検出部と、
   前記車両要求電力と前記蓄電素子列の蓄電残量および前記蓄電素子列の端子間電圧とに基づいて前記並列接続スイッチ制御部を制御する蓄電システム制御装置とを備え、
   前記並列接続スイッチ制御部は、前記車両要求電力が零以上の場合、蓄電残量が大きい蓄電素子列から順に前記電気負荷に接続し、前記車両要求電力が零未満の場合、蓄電残量が小さい蓄電素子列から順に、前記電気負荷に接続する、
   ことを特徴とする電動車両用蓄電システム。
2. 請求項１に記載の電動車両用蓄電システムにおいて、
   前記電気負荷に接続される蓄電素子列は、既に前記電気負荷に接続されている蓄電素子列の全体電圧と前記蓄電素子列の端子間電圧の差が所定値未満である蓄電素子の中から選択されることを特徴とする電動車両用蓄電システム。
3. 請求項２に記載の電動車両用蓄電システムにおいて、
   前記電気負荷へ接続される蓄電素子列は、前記車両要求電力が零よりも大きい場合は、接続する前記蓄電素子列の蓄電残量が所定の下限値よりも大きい蓄電素子列の中から選択され、前記車両要求電力が零より小さい場合は、接続する前記蓄電素子列の蓄電残量が所定の上限値よりも小さい蓄電素子列の中から選択されることを特徴とする電動車両用蓄電システム。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の電動車両用蓄電システムにおいて、
   前記車両要求電力算出部は、要求空調電力を参照して前記車両要求電力を算出する際に、
   前記要求空調電力は、車両要求電力が零以外、かつ車両速度が零以外の場合、全蓄電素子列の残量の分散値が大きいほど、小さくなるように設定されることを特徴とする電動車両用蓄電システム。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の電動車両用蓄電システムにおいて、
   前記車両要求電力算出部は、要求空調電力を参照して前記車両要求電力を算出する際に、
   前記要求空調電力は，車両要求電力が零、かつ車両速度が零の場合、空調装置の設定温度と車内温度の差が所定値内の場合、蓄電素子列間の残量差が大きいほど、大きくなるように設定されることを特徴とする電動車両用蓄電システム。

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