JP6310938B2 - 充放電システム - Google Patents

Description

本発明は、電動発電機に電力を供給可能であり電動発電機からの回生電力を充電可能な充放電システムに関する。

従来から、車両等の駆動力源としての電動機に電力を供給するためにバッテリが用いられる。バッテリとしては、例えば、鉛蓄電池やリチウムイオン電池等の二次電池が用いられる。また、バッテリとは別に、電気二重層キャパシタ等により電気エネルギを充放電する装置も知られている。

バッテリは、蓄積可能な容量が大きいが、高頻度の充放電や深度の大きな充放電を行うと寿命が低下するという特性である。一方、キャパシタは、高頻度の充放電や深度の大きな充放電には強く寿命は長いが、蓄積可能な容量が比較的小さいという特性である。このように、バッテリとキャパシタとは特性が異なるため、バッテリとキャパシタとを同時に搭載する場合には、それぞれの特性に応じた制御を行う必要がある。

ＪＰ２００８−０３５６７０Ａには、バッテリとキャパシタとによる複数の充電機構を搭載する車両において、出力性能がバッテリよりも優れているキャパシタの充電量を確保する電力供給装置が開示されている。

ＪＰ２００８−０３５６７０Ａに記載の電力供給装置では、走行用の回転電機に瞬時の高出力が要求されたときのためにキャパシタの充電量を確保している。そのため、キャパシタの充電量が確保される代わりに、バッテリの充電量が低下しすぎるおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、キャパシタと二次電池とを備える充放電システムの二次電池の充電量を確保することを目的とする。

本発明のある態様によれば、電動発電機に電力を供給可能であり前記電動発電機からの回生電力を充電可能な充放電システムであって、前記電動発電機に接続されるキャパシタと、前記キャパシタと並列に接続される二次電池と、前記キャパシタと前記二次電池との間に介装され前記二次電池の充放電電圧を昇降圧する電力変換装置と、前記電力変換装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記キャパシタの電流及び電圧と前記電力変換装置の入出力電流とに基づいて前記電動発電機の要求入出力電力を演算する要求電力演算部と、前記二次電池のＳＯＣが予め設定された第一設定値以上であれば、前記電動発電機の回生電力を前記キャパシタのみに充電し、前記二次電池のＳＯＣが前記第一設定値を下回ったら、前記電動発電機の回生電力の一部又は全部を前記二次電池に充電するように、前記要求電力演算部によって演算された要求出力電力のうち、前記電動発電機から前記キャパシタに充電される電力の割合を前記二次電池のＳＯＣに基づいて規定するキャパシタ充電係数マップと、を備える。

図１は、本発明の実施の形態に係る充放電システムが適用された車両の構成図である。 図２は、充放電システムにおける制御装置のブロック図である。 図３は、キャパシタ充電係数マップの一例を説明する図である。 図４Ａは、キャパシタ放電バイアス係数マップの一例を説明する図である。 図４Ｂは、キャパシタ充電バイアス係数マップの一例を説明する図である。 図５Ａは、二次電池の充放電マップの一例を説明する図である。 図５Ｂは、二次電池の充放電マップの一例を説明する図である。 図６Ａは、放電時における充放電システムの動作を説明する図であり、キャパシタのＳＯＣがｘ４からｘ３の範囲の場合を示す図である。 図６Ｂは、放電時における充放電システムの動作を説明する図であり、キャパシタのＳＯＣがｘ３からｘ２の範囲の場合を示す図である。 図６Ｃは、放電時における充放電システムの動作を説明する図であり、キャパシタのＳＯＣがｘ２からｘ１の範囲の場合を示す図である。 図７Ａは、充電時における充放電システムの動作を説明する図であり、キャパシタのＳＯＣがｘ１からｘ２の範囲の場合を示す図である。 図７Ｂは、充電時における充放電システムの動作を説明する図であり、キャパシタのＳＯＣがｘ２からｘ３の範囲の場合を示す図である。 図７Ｃは、充電時における充放電システムの動作を説明する図であり、キャパシタのＳＯＣがｘ３からｘ４の範囲の場合を示す図である。 図８は、充電時における充放電システムの動作を説明する図であり、二次電池のＳＯＣがＸ２からＸ２＋αの範囲の場合を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る充放電システム１の構成について説明する。

充放電システム１は、電動発電機としてのモータジェネレータ２と、モータジェネレータ２を駆動するインバータ３と、インバータ３を介してモータジェネレータ２に接続されるキャパシタ１０と、キャパシタ１０と並列に接続される二次電池２０と、キャパシタ１０と二次電池２０との間に介装される電力変換装置３０と、電力変換装置３０を制御する制御装置５０と、充放電システム１を含む車両全体を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御装置）１００とを備える。充放電システム１は、モータジェネレータ２に電力を供給可能であり、モータジェネレータ２からの回生電力を充電可能である。

キャパシタ１０は、電気二重層キャパシタによって構成され、電力を充放電する。二次電池２０は、例えば、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池によって構成され、電力を充放電する。

キャパシタ１０及び二次電池２０は、インバータ３を介して、充電された電力をモータジェネレータ２に供給する。また、キャパシタ１０及び二次電池２０は、モータジェネレータ２によって発電された電力を、インバータ３を介して充電する。インバータ３は、キャパシタ１０及び二次電池２０とモータジェネレータ２との間で交直流の変換を行う。

電力変換装置３０は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータによって構成される。電力変換装置３０は、二次電池２０から放電される電力の電圧を昇圧してモータジェネレータ２に供給する。電力変換装置３０は、モータジェネレータ２からの回生電力の電圧を降圧して二次電池２０に充電する。このように、電力変換装置３０は、二次電池２０の充放電電圧を昇降圧する。

二次電池２０には、電動補機９が接続されており、二次電池２０は電動補機９に電力を供給する。電動補機９には、エアコンや冷却水回路のポンプ，ラジエータのファン，その他電気駆動される装置等が含まれる。

モータジェネレータ２は、車両の駆動力源として機能し、駆動輪５を回転させる。また、モータジェネレータ２は、車両の減速時に発電機として機能し、回生電力として回収する。エンジン４は、モータジェネレータ２と共に、又は単体で車両の駆動力源として機能する。また、エンジン４は、モータジェネレータ２を駆動してモータジェネレータ２に発電をさせることもできる。

ＥＣＵ１００は、インバータ３及びエンジン４の動作を制御する。ＥＣＵ１００は、制御装置５０と通信可能に電気的に接続されている。車両が停止状態から発進を要求されたときには、ＥＣＵ１００は、キャパシタ１０及び二次電池２０に充電された電力を、インバータ３を介してモータジェネレータ２に供給することによって、車両を発進させる。ＥＣＵ１００は、例えば、キャパシタ１０及び二次電池２０のＳＯＣが共に低い場合や、大きな出力が必要な場合には、エンジン４を運転して、エンジン４の駆動力とモータジェネレータ２の駆動力とで走行するハイブリッド走行とする。

その後、車両が走行状態から減速を要求された場合には、ＥＣＵ１００は、モータジェネレータ２を発電機として駆動させ、発電された電力を、インバータ３を介してキャパシタ１０及び二次電池２０に充電する。

次に、上記のように構成された充放電システム１の動作を説明する。

二次電池２０は、リチウムイオン二次電池によって構成されている。二次電池４０は、高出力高頻度の充放電や深度の大きな充放電を行うと寿命が著しく低下するため、このような充放電を避けるように制御をする必要がある。キャパシタ１０は、充電容量は二次電池２０と比較して小さいものの、高出力高頻度の充放電や深度の大きな充放電による寿命低下が起こりにくい。

このような特性により、例えば、車両の発進時など、モータジェネレータ２に短時間内に大きな電力を供給するような場合には、キャパシタ１０に充電された電力を用いることが好適である。一方、キャパシタ１０が蓄積できる電力は限られるため、二次電池２０に充電された電力を適宜利用できるような仕組みを設けることが好適である。

このように、キャパシタ１０と二次電池２０とのそれぞれの特性に合わせた適切な電力の充放電制御を行うことによって、二次電池２０の寿命を低下させることなく、エネルギ効率を向上することができて、車両の燃費を向上できる。

ＥＣＵ１００は、図１のように構成された充放電システム１において、車両の状態に基づいてモータジェネレータ２を駆動させるかモータジェネレータ２を発電させるかの制御を行う。制御装置５０は、電力変換装置３０を制御して、充放電時におけるキャパシタ１０と二次電池２０との各々の入出力電圧の割合を決定する。この制御装置５０における制御については、後で詳細に説明する。

ＥＣＵ１００は、例えば、運転者による加減速要求，車速，及びキャパシタ１０のＳＯＣに基づいてモータジェネレータ２の駆動及び発電を行うと共に、エンジン４の運転も制御する。

次に、図２から図５Ｂを参照して、制御装置５０について説明する。

図２に示すように、制御装置５０は、キャパシタ１０のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電状態）［％］を検出するキャパシタＳＯＣ検出部５１と、キャパシタ１０に入出力される電流Ｉｃ［Ａ］を検出するキャパシタ電流検出部５２と、キャパシタ１０の電圧Ｖｃ［Ｖ］を検出するキャパシタ電圧検出部５３と、モータジェネレータ２との間の電力変換装置３０の入出力電流Ｉｂｒｅｆ［Ａ］を検出する入出力電流検出部５４と、二次電池２０のＳＯＣ［％］を検出する二次電池ＳＯＣ検出部５５とを備える。制御装置５０は、電力変換装置３０の動作を制御する。

これに限らず、キャパシタ１０に、ＳＯＣを検出するＳＯＣ検出器と、入出力される電流値を検出する電流検出器と、電圧を検出する電圧検出器とを設けてもよい。同様に、二次電池２０に、ＳＯＣを検出するＳＯＣ検出器を設け、電力変換装置３０に、入出力電流を検出する電流検出器を設けてもよい。また、キャパシタＳＯＣ検出部５１は、キャパシタ電圧検出部５３が検出したキャパシタ１０の電圧からＳＯＣを演算する構成であってもよい。

制御装置５０は、キャパシタ１０の電流及び電圧と電力変換装置３０の入出力電流とに基づいてモータジェネレータ２の要求入出力電力を演算する要求電力演算部６１と、要求電力演算部６１によって演算された要求出力電力のうち、モータジェネレータ２からキャパシタ１０に充電される電力の割合を二次電池２０のＳＯＣに基づいて規定するキャパシタ充電係数マップ６８と、要求電力演算部６１によって演算された要求入力電力のうち、キャパシタ１０からモータジェネレータ２に供給する電力の割合をキャパシタ１０のＳＯＣに基づいて規定するキャパシタ放電バイアス係数マップ６２と、要求電力演算部６１によって演算された要求出力電力のうち、モータジェネレータ２からキャパシタ１０に充電される電力の割合をキャパシタ１０のＳＯＣに基づいて規定するキャパシタ充電バイアス係数マップ６３とを備える。

要求電力演算部６１は、キャパシタ１０の電流Ｉｃ［Ａ］及び電圧Ｖｃ［Ｖ］と、モータジェネレータ２との間の電力変換装置３０の入出力電流Ｉｂｒｅｆ［Ａ］とから、Ｖｃ×（Ｉｃ＋Ｉｂｒｅｆ）によって要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］を演算する。要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］は、モータジェネレータ２がモータとして動作する際に必要となる電力、又はモータジェネレータ２が発電機として動作する際に出力する回生電力である。入出力電流Ｉｂｒｅｆ［Ａ］は、モータジェネレータ２に電力を供給する場合には、電力変換装置３０からモータジェネレータ２に流れる電流であり、モータジェネレータ２からの回生電力を充電する場合には、モータジェネレータ２から電力変換装置３０に流れる電流である。

図３に示すように、キャパシタ充電係数マップ６８は、二次電池ＳＯＣ検出部５５から入力された二次電池２０のＳＯＣに応じてキャパシタ充電係数を決定する。キャパシタ充電係数マップ６８は、二次電池２０のＳＯＣが予め設定された第一設定値であるＸ２＋α［％］以上の場合には、１．０を出力する。

キャパシタ充電係数マップ６８は、Ｘ２＋α［％］を下回った二次電池２０のＳＯＣが小さくなるほど、キャパシタ１０から放電する電力量が小さくなり、Ｘ２［％］まで小さくなると０になるように設定される。このとき、キャパシタ１０に充電する電力量が小さくなった分だけ、二次電池２０に充電する電力量が大きくなる。なお、Ｘ２［％］は、後述する充放電マップ７１，７２にて用いられる閾値である。定数αは、Ｘ２［％］に対する余裕分であり、例えば２０［％］である。

このように、キャパシタ充電係数マップ６８は、モータジェネレータ２からの回生電力を充電する際には、二次電池２０のＳＯＣがＸ２＋α［％］以上であれば、モータジェネレータ２の回生電力をキャパシタ１０のみに充電し、二次電池２０のＳＯＣがＸ２＋α［％］を下回ったら、モータジェネレータ２の回生電力の一部又は全部を二次電池２０に充電するように設定される。

図４Ａに示すように、キャパシタ放電バイアス係数マップ６２は、キャパシタＳＯＣ検出部５１から入力されたキャパシタ１０のＳＯＣに応じてバイアス係数を決定する。キャパシタ放電バイアス係数マップ６２は、キャパシタ１０のＳＯＣが予め定められた第二設定値であるｘ２［％］以上の場合には、１．０を出力する。

キャパシタ放電バイアス係数マップ６２は、ｘ２［％］を下回ったキャパシタ１０のＳＯＣが小さくなるほど、キャパシタ１０から放電する電力量が小さくなり、ｘ１［％］まで小さくなると０になるように設定される。このとき、キャパシタ１０から放電する電力量が小さくなった分だけ、二次電池２０から放電する電力量が大きくなる。なお、ｘ１［％］は、インバータ３の最低動作可能電圧に余裕分を加えた電圧に対応するＳＯＣに設定され、ｘ２［％］は、ハンチングを防止するために、ｘ１［％］からｘ４［％］の範囲の５〜１０％程度をｘ１［％］に加えたＳＯＣに設定される。

このように、キャパシタ放電バイアス係数マップ６２は、モータジェネレータ２に電力を供給する際には、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ２［％］以上であればキャパシタ１０のみから電力を供給し、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ２［％］を下回ったら電力の一部又は全部を二次電池２０から供給するように設定される。

同様に、図４Ｂに示すように、キャパシタ充電バイアス係数マップ６３は、キャパシタＳＯＣ検出部５１から入力されたキャパシタ１０のＳＯＣに応じてバイアス係数を決定する。キャパシタ充電バイアス係数マップ６３は、キャパシタ１０のＳＯＣが予め定められた第三設定値であるｘ３［％］以下の場合には、１．０を出力する。

キャパシタ充電バイアス係数マップ６３は、ｘ３［％］を上回ったキャパシタ１０のＳＯＣが大きくなるほど、キャパシタ１０に充電する電力量が小さくなり、ｘ４［％］まで大きくなると０になるように設定される。このとき、キャパシタ１０に充電する電力量が小さくなった分だけ、二次電池２０に充電する電力量が大きくなる。なお、ｘ４［％］は、キャパシタ１０がフル充電されている場合の電圧に対応するＳＯＣに設定され、ｘ３［％］は、ハンチングを防止するために、ｘ１［％］からｘ４［％］の範囲の５〜１０％程度をｘ４［％］から減じたＳＯＣに設定される。

このように、キャパシタ充電バイアス係数マップ６３は、モータジェネレータ２からの回生電力を充電する際には、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ３［％］以下であれば回生電力をキャパシタ１０のみに充電し、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ３［％］を上回ったら回生電力の一部又は全部を二次電池２０に充電するように設定される。

また、図２に示すように、制御装置５０は、要求入力電力にキャパシタ放電バイアス係数マップ６２から得られたバイアス係数を積算する積算部６４と、要求出力電力にキャパシタ充電バイアス係数マップ６３から得られたバイアス係数とキャパシタ充電係数マップから得られた充電係数とを積算する積算部６５と、要求入出力電力に基づいてキャパシタ１０から放電を行うかキャパシタ１０に充電を行うかを切り換える充放電切換スイッチ６６と、キャパシタ放電バイアス係数マップ６２又はキャパシタ充電バイアス係数マップ６３から得られたキャパシタ１０の充放電電力を要求入出力電力から減算して二次電池２０の充放電電力を演算する減算部６７とを備える。

積算部６４は、要求電力演算部６１によって演算された要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］に、キャパシタ放電バイアス係数マップ６２から得られたバイアス係数を積算する。このとき、バイアス係数は、０から１．０の間の値である。よって、積算部６４では、要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］のうちキャパシタ１０からモータジェネレータ２に供給する目標キャパシタ出力の大きさが演算される。

積算部６５は、要求電力演算部６１によって演算された要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］に、キャパシタ充電バイアス係数マップ６３から得られたバイアス係数と、キャパシタ充電係数マップ６８から得られた充電係数とを積算する。このとき、バイアス係数は、０から１．０の間の値である。充電係数も同様に、０から１．０の間の値である。よって、積算部６５では、要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］のうちモータジェネレータ２からキャパシタ１０に充電される目標キャパシタ出力の大きさが演算される。

充放電切換スイッチ６６は、要求電力演算部６１によって演算された要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］が正の値か負の値かを判定する。充放電切換スイッチ６６は、要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］が正の値である場合には、キャパシタ１０が放電を行うように切り換え（目標キャパシタ出力が正）、要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］が負の値である場合には、キャパシタ１０が充電を行うように切り換える（目標キャパシタ出力が負）。

減算部６７は、要求電力演算部６１によって演算された要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］から、キャパシタ１０の目標キャパシタ出力を減算する。これにより、二次電池２０の目標二次電池出力が演算される。

また、制御装置５０は、二次電池２０の使用可能なＳＯＣの範囲の上限を規定する充放電マップ７１と、下限を規定する充放電マップ７２と、充放電マップ７１，７２から得られた二次電池２０の出力の上下限値に基づいて二次電池２０の出力を制限する充放電リミッター７３とを備える。

充放電マップ７１，７２には、二次電池ＳＯＣ検出部５５から二次電池２０のＳＯＣ［％］が入力される。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、二次電池２０のＳＯＣが所定値Ｘ４よりも大きい場合は、正側への出力を制限する、すなわち、モータジェネレータ２から二次電池２０への充電を制限する。また、二次電池２０のＳＯＣが所定値Ｘ１よりも小さい場合は、負側の出力を制限する。すなわち、二次電池２０からモータジェネレータ２への放電を制限する。

図５Ａにおいて、充放電マップ７１は、二次電池２０の充放電電力がＳＯＣの変化により急変することを防ぐ目的で、ＳＯＣが所定値Ｘ３から、Ｘ３よりも大きいＸ４までの間は、ＳＯＣが大きくなるにつれて出力が小さくなるように設定され、所定値Ｘ４となったところで出力を行わないように、すなわちモータジェネレータ２から二次電池２０への充電を行わないように設定されている。

同様に、図５Ｂにおいて、充放電マップ７２は、ＳＯＣが所定値Ｘ２から、Ｘ２よりも小さいＸ１までの間は、ＳＯＣが小さくなるにつれて負側の出力が小さくなるように設定され、所定値Ｘ１となったところで出力を行わないように、すなわち二次電池２０からモータジェネレータ２への放電を行わないように設定されている。

また、これら充放電マップ７１，７２の充放電量の上限値は、電力変換装置３０の最大出力として設定されている。

以下、図６Ａから図８を参照して、充放電システム１の動作について説明する。

まず、主に図６Ａから図６Ｃを参照して、キャパシタ１０及び二次電池２０からモータジェネレータ２に電力を供給する際における充放電システム１の動作について説明する。

図６Ａに示すように、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ４からｘ３の範囲である場合には、キャパシタ１０のＳＯＣに充分な余裕があるため、キャパシタ放電バイアス係数マップ６２から得られるバイアス係数は１．０である。よって、キャパシタ１０から出力される電力が要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］と等しくなるため、キャパシタ１０のみからモータジェネレータ２へ電力が供給される。

図６Ｂに示すように、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ３からｘ２の範囲である場合にも同様に、キャパシタ１０のＳＯＣに充分な余裕があるため、キャパシタ１０のみからモータジェネレータ２へ電力が供給される。

図６Ｃに示すように、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ２からｘ１の範囲である場合には、キャパシタ放電バイアス係数マップ６２から得られるバイアス係数は０以上１．０未満の値である。よって、積算部６４にて、バイアス係数と要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］とが積算されて、キャパシタ１０からモータジェネレータ２に供給する電力の大きさが演算される。

また、減算部６７にて、要求電力演算部６１によって演算された要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］から、キャパシタ１０から出力される電力を減算する。これにより、二次電池２０からモータジェネレータ２に供給する電力の大きさが演算される。

したがって、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ２からｘ１の範囲である場合には、キャパシタ１０から出力される電力と二次電池２０から出力される電力との合計が要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］となるように、各々の電力の大きさが決定される。このとき、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ２からｘ１へと減っていくのに連れて、二次電池２０から出力される電力の大きさが徐々に大きくなる。そして、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ１になると、二次電池２０のみからモータジェネレータ２に電力が供給されることとなる。

以上のように、要求電力演算部６１によって演算されるモータジェネレータ２の要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］のうち、キャパシタ１０が放電を行う電力の割合が、キャパシタ放電バイアス係数マップ６２から得られる。また、減算部６７によって、キャパシタ放電バイアス係数マップ６２から得られたキャパシタ１０の放電電力を要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］から減算して、二次電池２０が放電を行う電力の割合が決定される。このように、キャパシタ１０と二次電池２０とが各々放電を行う電力の合計が要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］となる。

次に、主に図７Ａから図７Ｃを参照して、二次電池２０のＳＯＣがＸ２＋α［％］以上である場合に、モータジェネレータ２からの回生電力をキャパシタ１０及び二次電池２０に充電する際における充放電システム１の動作について説明する。

図７Ａに示すように、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ１からｘ２の範囲である場合には、キャパシタ１０のＳＯＣに充分な空き容量があるため、キャパシタ充電バイアス係数マップ６３から得られるバイアス係数は１．０である。また、二次電池２０のＳＯＣはＸ２＋α［％］以上であるため、キャパシタ充電係数マップ６８から得られる充電係数もまた１．０である。よって、キャパシタ１０に充電される電力が要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］と等しくなるため、モータジェネレータ２からの回生電力はキャパシタ１０のみに充電される。

図７Ｂに示すように、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ２からｘ３の範囲である場合にも同様に、キャパシタ１０のＳＯＣに充分な空き容量があり、二次電池２０のＳＯＣも充分であるため、モータジェネレータ２からの回生電力はキャパシタ１０のみに充電される。

図７Ｃに示すように、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ３からｘ４の範囲である場合には、二次電池２０のＳＯＣはＸ２＋α［％］以上であるため、キャパシタ充電係数マップ６８から得られる充電係数は１．０であるが、キャパシタ充電バイアス係数マップ６３から得られるバイアス係数は０以上１．０未満の値である。よって、積算部６５にて、充電係数とバイアス係数と要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］とが積算されて、モータジェネレータ２からキャパシタ１０に充電される回生電力の大きさが演算される。

また、減算部６７にて、要求電力演算部６１によって演算された要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］から、キャパシタ１０に充電される電力を減算する。これにより、モータジェネレータ２から二次電池２０に充電される電力の大きさが演算される。

したがって、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ３からｘ４の範囲である場合には、キャパシタ１０に充電される電力と二次電池２０に充電される電力との合計が要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］となるように、各々の電力の大きさが決定される。このとき、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ３からｘ４へと増えていくのに連れて、二次電池２０に充電される電力の大きさが徐々に大きくなる。そして、キャパシタ１０のＳＯＣがｘ４になると、モータジェネレータ２から二次電池２０のみに回生電力が充電されることとなる。

以上のように、要求電力演算部６１によって演算されるモータジェネレータ２の要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］のうち、キャパシタ１０が充電を行う電力の割合が、キャパシタ充電バイアス係数マップ６３とキャパシタ充電係数マップ６８とから得られる。また、減算部６７によって、キャパシタ充電バイアス係数マップ６３から得られたキャパシタ１０の充電電力を要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］から減算して、二次電池２０が充電を行う電力の割合が決定される。このように、キャパシタ１０と二次電池２０とが各々充電を行う電力の合計が要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］となる。

次に、主に図８を参照して、二次電池２０のＳＯＣがＸ２＋α［％］未満である場合に、モータジェネレータ２からの回生電力をキャパシタ１０及び二次電池２０に充電する際における充放電システム１の動作について説明する。

図８に示すように、二次電池２０のＳＯＣがＸ２からＸ２＋αの範囲である場合には、キャパシタ充電係数マップ６８から得られる充電係数は０以上１．０未満の値である。また、キャパシタ充電バイアス係数マップ６３から得られるバイアス係数は０以上１．０未満の値である。よって、積算部６５にて、充電係数とバイアス係数と要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］とが積算されて、モータジェネレータ２からキャパシタ１０に充電される回生電力の大きさが演算される。

また、減算部６７にて、要求電力演算部６１によって演算された要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］から、キャパシタ１０に充電される電力を減算する。これにより、モータジェネレータ２から二次電池２０に充電される電力の大きさが演算される。

例えば、キャパシタ充電係数マップ６８から得られる充電係数が０．５であり、キャパシタ充電バイアス係数マップ６３から得られるバイアス係数が０．８である場合には、キャパシタ１０に充電される回生電力の割合は０．５×０．８＝０．４であり、二次電池２０に充電される回生電力の割合は１．０−０．４＝０．６である。よって、この場合、モータジェネレータ２からの回生電力のうち、４０％がキャパシタ１０に充電され、６０％が二次電池２０に充電される。

このように、モータジェネレータ２からの回生電力を充電する際には、キャパシタ１０と二次電池２０とに各々充電される電力の割合は、キャパシタ充電バイアス係数マップ６３から得られたバイアス係数とキャパシタ充電係数マップ６８から得られた充電係数とに基づいて演算される。

したがって、二次電池２０のＳＯＣがＸ２からＸ２＋αの範囲である場合には、キャパシタ１０に充電される電力と二次電池２０に充電される電力との合計が要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］となるように、各々の電力の大きさが決定される。このとき、二次電池２０のＳＯＣがＸ２からＸ２＋αへと増えていくのに連れて、二次電池２０に充電される電力の大きさが徐々に小さくなる。そして、二次電池２０のＳＯＣがＸ２＋αになると、モータジェネレータ２からキャパシタ１０のみに回生電力が充電されることとなる。

以上のように、要求電力演算部６１によって演算されるモータジェネレータ２の要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］のうち、キャパシタ１０が充電を行う電力の割合が、キャパシタ充電バイアス係数マップ６３とキャパシタ充電係数マップ６８とから得られる。また、減算部６７によって、キャパシタ充電バイアス係数マップ６３とキャパシタ充電係数マップ６８とから得られたキャパシタ１０の充電電力を要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］から減算して、二次電池２０が充電を行う電力の割合が決定される。このように、キャパシタ１０と二次電池２０とが各々充電を行う電力の合計が要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］となる。

また、キャパシタ充電係数マップ６８が設けられることで、キャパシタ１０のＳＯＣに関わらず、二次電池２０のＳＯＣが低下すると、モータジェネレータ２からの回生電力の一部又は全部が二次電池２０に充電される。よって、二次電池２０のＳＯＣが低下しすぎることはなく、キャパシタ１０と二次電池２０とを備える充放電システム１の二次電池２０のＳＯＣを確保することができる。したがって、電動補機９に電力を供給する二次電池２０のＳＯＣが確保されるため、二次電池２０の失陥を防止することができる。

また、図６Ａから図８を参照して説明したように、キャパシタ１０はモータジェネレータ２との間でのみ充放電を行い、キャパシタ１０と二次電池２０との間で充放電が行われることはない。よって、余計な充放電によるエネルギのロスが抑えられ、キャパシタ１０の容量を最大限に活用できる。したがって、キャパシタ１０と二次電池２０とを備える充放電システム１のエネルギ効率を向上させることができる。

また、二次電池２０も同様に、モータジェネレータ２との間でのみ充放電を行う。したがって、二次電池２０の充放電頻度を低減できるため、二次電池２０の寿命を延ばすことができる。また、二次電池２０の容量を小さくすることができ、二次電池２０の大きさ及び重さを抑えることができる。もしくは、二次電池２０の容量を小さくするのに代えて、例えば、安価な鉛蓄電池を二次電池２０として使用することができる。したがって、二次電池２０のコストを削減することができる。

また、上記の制御は、ＥＣＵ１００によって制御される上位のシステムに依存することなく、制御装置５０によるキャパシタ１０と二次電池２０との電力を分配する制御だけで実現することができる。よって、キャパシタ１０と二次電池２０とを備える充放電システム１を、あたかも単一の蓄電池であるように使用することができる。

以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

キャパシタ充電係数マップ６８が設けられることで、キャパシタ１０のＳＯＣに関わらず、二次電池２０のＳＯＣが低下すると、モータジェネレータ２からの回生電力の一部又は全部が二次電池２０に充電される。よって、二次電池２０のＳＯＣが低下しすぎることはなく、キャパシタ１０と二次電池２０とを備える充放電システム１の二次電池２０のＳＯＣを確保することができる。したがって、電動補機９に電力を供給する二次電池２０のＳＯＣが確保されるため、二次電池２０の失陥を防止することができる。

また、充放電システム１では、モータジェネレータ２の要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］が要求電力演算部６１によって演算される。そして、キャパシタ１０のＳＯＣに基づいて規定されるキャパシタ放電バイアス係数マップ６２及びキャパシタ充電バイアス係数マップ６３から、キャパシタ１０が充放電を行う電力の割合が決定される。また、減算部６７によって、キャパシタ放電バイアス係数マップ６２又はキャパシタ充電バイアス係数マップ６３から得られたキャパシタ１０の充放電電力を要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］から減算して、二次電池２０が充放電を行う電力の割合が決定される。よって、キャパシタ１０と二次電池２０とが各々充放電を行う電力の合計が要求入出力電力Ｐｒｅｑ［Ｗ］となるため、キャパシタ１０と二次電池２０との間で充放電が行われることはない。したがって、キャパシタ１０と二次電池２０とを備える充放電システム１のエネルギ効率を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、二次電池２０をリチウムイオン二次電池として説明したが、これに限られず、鉛蓄電池やニッケル水素電池等の他の二次電池であってもよい。また、キャパシタ１０は、電気二重層キャパシタに限られず、リチウムイオンキャパシタ等、他のキャパシタであってもよい。

Claims (7)

1. 電動発電機に電力を供給可能であり前記電動発電機からの回生電力を充電可能な充放電システムであって、
   前記電動発電機に接続されるキャパシタと、
   前記キャパシタと並列に接続される二次電池と、
   前記キャパシタと前記二次電池との間に介装され前記二次電池の充放電電圧を昇降圧する電力変換装置と、
   前記電力変換装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記キャパシタの電流及び電圧と前記電力変換装置の入出力電流とに基づいて前記電動発電機の要求入出力電力を演算する要求電力演算部と、
   前記二次電池のＳＯＣが予め設定された第一設定値以上であれば、前記電動発電機の回生電力を前記キャパシタのみに充電し、前記二次電池のＳＯＣが前記第一設定値を下回ったら、前記電動発電機の回生電力の一部又は全部を前記二次電池に充電するように、前記要求電力演算部によって演算された要求出力電力のうち、前記電動発電機から前記キャパシタに充電される電力の割合を前記二次電池のＳＯＣに基づいて規定するキャパシタ充電係数マップと、を備える充放電システム。
2. 請求項１に記載の充放電システムであって、
   前記キャパシタ充電係数マップは、前記第一設定値を下回った前記二次電池のＳＯＣが小さくなるほど前記二次電池に充電する電力量が大きくなるように設定される充放電システム。
3. 請求項１又は２に記載の充放電システムであって、
   前記制御装置は、
   前記要求電力演算部によって演算された要求入力電力のうち、前記キャパシタから前記電動発電機に供給する電力の割合を前記キャパシタのＳＯＣに基づいて規定するキャパシタ放電バイアス係数マップと、
   前記要求電力演算部によって演算された要求出力電力のうち、前記電動発電機から前記キャパシタに充電される電力の割合を前記キャパシタのＳＯＣに基づいて規定するキャパシタ充電バイアス係数マップと、
   前記キャパシタ放電バイアス係数マップ又は前記キャパシタ充電バイアス係数マップから得られた前記キャパシタの充放電電力を前記要求入出力電力から減算して前記二次電池の充放電電力を演算する減算部と、を更に備え、
   前記電動発電機からの回生電力を充電する際には、前記キャパシタと前記二次電池とに各々充電される電力の割合は、前記キャパシタ充電バイアス係数マップから得られたバイアス係数と前記キャパシタ充電係数マップから得られた充電係数とに基づいて演算される充放電システム。
4. 請求項３に記載の充放電システムであって、
   前記キャパシタ放電バイアス係数マップは、前記電動発電機に電力を供給する際には、前記キャパシタのＳＯＣが予め設定された第二設定値以上であれば前記キャパシタのみから電力を供給し、前記キャパシタのＳＯＣが前記第二設定値を下回ったら電力の一部又は全部を前記二次電池から供給するように設定される充放電システム。
5. 請求項４に記載の充放電システムであって、
   前記キャパシタ放電バイアス係数マップは、前記第二設定値を下回った前記キャパシタのＳＯＣが小さくなるほど前記二次電池から放電する電力量が大きくなるように設定される充放電システム。
6. 請求項３から５のいずれか一つに記載の充放電システムであって、
   前記キャパシタ充電バイアス係数マップは、前記電動発電機からの回生電力を充電する際には、前記キャパシタのＳＯＣが予め設定された第三設定値以下であれば回生電力を前記キャパシタのみに充電し、前記キャパシタのＳＯＣが前記第三設定値を上回ったら回生電力の一部又は全部を前記二次電池に充電するように設定される充放電システム。
7. 請求項６に記載の充放電システムであって、
   前記キャパシタ充電バイアス係数マップは、前記第三設定値を上回った前記キャパシタのＳＯＣが大きくなるほど前記二次電池に充電する電力量が大きくなるように設定される充放電システム。

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