JP6706679B2 - 複合蓄電システム - Google Patents

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Description

本発明は、容量型電池およびパワー型電池が併用される複合蓄電システムに関する。
電気自動車では、単独種の電池を用いて、電気エネルギーを供給している。この電池としては、容量（Ａｈ）性能を重視した容量型電池が使われている。しかしながら、容量型電池単独では、電気自動車の加速時および減速時に大きな電流が流れるため、電池温度が高くなり、電池寿命が短くなる。
これに対し、特許文献１に記載の従来技術が知られている。本従来技術では、パワー性能を重視したパワー型電池を、ＤＣＤＣコンバータ（直流−直流変換器）を介して、容量型電池に並列接続する。このように、本従来技術では、容量型電池およびパワー型電池を併用する複合蓄電システムが構成される。これにより、容量型電池への充放電電流を抑えることができると共に、循環電流を抑えることができる。
特開２０１２−２３５６１０号公報
上記従来技術においては、容量型電池が、直接、インバータに接続されている。この場合、容量型電池の動作電圧範囲内に、インバータおよびモータの電圧範囲を納める必要があるが、一般的に容量型電池の動作電圧範囲は狭いため、モータのトルク定数（トルクと電流の変換定数）を低くする必要があり、モータ特性が制限される。トルク定数を低くすると、回生電圧が低くなり、電気自動車の効率が低下する。また、パワー型電池がＤＣＤＣコンバータに接続されるので、ＤＣＤＣコンバータの電力容量を大きくする必要があり、ＤＣＤＣコンバータのコストが増える。
そこで、本発明は、パワー型電池および容量型電池を併用しながらも、電力供給対象の特性に対する制約を緩和することができる複合蓄電システムを提供する。
上記課題を解決するために、本発明による複合蓄電システムは、パワー型電池および容量型電池に直流電力を蓄電し、蓄電される直流電力を電力供給対象へ出力するものであって、容量型電池に蓄電される直流電力は、電力制御装置を介して電力供給対象へ出力され、容量型電池は、電力制御装置を介して、パワー型電池と並列に接続され、電力制御装置はＤＣＤＣコンバータから構成され、ＤＣＤＣコンバータは、パワー型電池のＳＯＣ（State Of Charge）が所定の下限値よりも大きな場合、出力電流を、電力供給対象の電流の定数（０から１の間）倍に一致させ、パワー型電池のＳＯＣ（State Of Charge）が所定の下限値以下である場合、出力電流を、電力供給対象の電流に一致させる。
本発明によれば、容量型電池の電力、あるいはパワー型電池および容量型電池の電力が電力制御装置を介して電力供給対象へ出力されるので、パワー型電池および容量型電池を併用しながらも、電力供給対象の性能に対する制約が緩和できる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施例１である複合蓄電システム並びにそれを搭載する電気自動車の構成を示す。 ＥＣＵによって実行される制御ロジックの一例を示すフローチャートである。 ＥＣＵによって実行される制御ロジックの一例を示すフローチャートである。 ＥＣＵによって実行される制御ロジックの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施例２である複合蓄電システム並びにそれを搭載する電気自動車の構成を示す。 パワー型電池および容量型電池の直列接続の電圧範囲を示す。 実施例１の変形例を示す。
以下、本発明の実施形態について、下記の実施例１〜３により、図面を用いながら説明する。なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。
図１は、本発明の実施例１である複合蓄電システム並びにそれを搭載する電気自動車の構成を示す。
図１に示すように、電気自動車１０は、パワー型電池１３と、電力制御装置であるＤＣＤＣコンバータ１４を介してパワー型電池１３に並列接続される容量型電池１５とを含む複合蓄電システムを備える。複合蓄電システムは、インバータ１２を介して、モータジェネレータ１１と接続される。従って、パワー型電池１３は、ＤＣＤＣコンバータを介することなく直接、インバータ１２に接続され、容量型電池１５は、ＤＣＤＣコンバータ１４を介してインバータ１２に接続される。なお、インバータ１２、パワー型電池１３、ＤＣＤＣコンバータ１４並びに容量型電池１５は、ＥＣＵ１６（“ＥＣＵ”は“Electronic Control Unit”の略）によって制御される。
ここで、モータジェネレータ１１は交流機、例えば、誘導機や同期機である。
パワー型電池１３からは直接、容量型電池１５からはＤＣＤＣコンバータ１４を介して、インバータ１２へ直流電力が出力される。インバータ１２は、パワー型電池１３および容量型電池１５から供給される直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ１２が出力する三相交流電力によって、モータジェネレータ１１が電動機として回転駆動される。
これにより、電気自動車１０が走行する。なお、ＤＣＤＣコンバータ１４は、容量型電池１５の電圧を、インバータ１２やモータジェネレータ１１の動作電圧まで昇圧あるいは降圧する。
容量型電池１５だけではモータジェネレータ１１への供給電力が不足する場合、例えば電気自動車１０の加速時などにおいては、パワー型電池１３からも、インバータ１２を介してモータジェネレータ１１に電力が供給される。
電気自動車１０の減速時あるいは制動時などにおいて、すなわちモータジェネレータ１１の回生時において、モータジェネレータ１１で発電される交流電力は、インバータ１２を整流装置として動作させることにより直流電力に変換され、パワー型電池１３に蓄電されたり、ＤＣＤＣコンバータ１４を介して容量型電池１５に蓄電されたりする。
電気自動車１０の駐車時には、容量型電池１５およびパワー型電池１３は、図示しない充電装置によって充電される。
なお、図１におけるモータジェネレータ１１は、それぞれ別体のモータおよびジェネレータによって構成されても良い。
パワー型電池１３は、容量型電池１５よりも、大きな電流を流せるが容量（Ａｈ）は低い。このようなパワー型電池１３としては、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などが適用される。また、パワー型電池１３に代えて、これと同様の高出力特性を有するリチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタなどの蓄電装置（言わば、パワー型蓄電装置）を用いても良い。なお、以下においては、これらの電池およびキャパシタを含めて、「パワー型電池」と総称する。
容量型電池１５は、パワー型電池１３よりも内部抵抗が高く大きな電流は流せないが容量（Ａｈ）は高い。このような容量型電池１５としては、リチウムイオン電池、リチウムイオン半固体電池、リチウム固体電池、鉛電池、ニッケル亜鉛電池などが適用される。なお、パワー型電池１３として用いるリチウムイオン電池と、容量型電池１５として用いるリチウムイオン電池は、電極材料などの構成が異なる。
上記のように、本実施例１によれば、パワー型電池１３および容量型電池１５を併用して、使用する電池全体として、電池容量を確保しながらも電池出力を高めたり、電池出力を確保しながらも電池容量を高めたりすることができる。さらに、パワー型電池１３および容量型電池１５を併用するにあたって、これらの内、パワー型電池１３よりも動作電圧範囲が狭い容量型電池１５の方がＤＣＤＣコンバータ１４接続される。これにより、容量型電池１５からの出力電圧をモータジェネレータ１１の動作電圧に応じて変換できると共に、モータジェネレータ１１の回生電圧を容量型電池１５の充電電圧に応じて変換できる。すなわち、容量型電池１５の動作電圧範囲の狭さが補償されるので、モータジェネレータ１１のトルク定数の設定値に対する制約が緩和できる。従って、回生電圧を高くすることができるので、電気自動車１０の効率が向上する。また、ＤＣＤＣコンバータの電力容量を低減できるので、ＤＣＤＣコンバータのコストが低減できる。
次にパワー型電池１３の直列数について説明する。
本実施例１において、パワー型電池直列数とモータジェネレータ１１の電圧範囲の関係は、式（１）で表される。なお、式（１）においては、各電圧範囲が、いわば、この電圧範囲にある電圧値の集合を示すので、集合記号「⊃」を用いている。
（パワー型電池電圧範囲）×（パワー型電池直列数）⊃（モータ電圧範囲）…（１）
すなわち、本実施例１においては、一個のパワー型電池の電圧範囲を直列数倍した電圧範囲、すなわちパワー型電池の直列接続の電圧範囲が、モータの電圧範囲の全てをカバーする。
例えば、パワー型電池としてリチウムイオンキャパシタを用い、リチウムイオンキャパシタの電圧範囲が２．２Ｖから３．８Ｖの範囲であり、リチウムイオンキャパシタの直列数が１４直列であるとする。この場合、モータの電圧範囲を３０．８Ｖから５３．２Ｖとし、この電圧範囲になるようにモータのトルク定数を設定する。また、モータの電圧範囲が３４Ｖから４９Ｖであるとする。この場合、リチウムイオンキャパシタの直列数を１３直列とすれば、リチウムイオンキャパシタの直列接続の電圧範囲は、２８．６Ｖから４９．４Ｖとなり、モータの電圧範囲をカバーする。
上記のように、パワー型電池の直列数が設定されることにより、モータのトルク定数を大きくでき、回生効率が向上する。
本実施例１におけるＤＣＤＣコンバータ１４は、双方向のものを使用しても良いし、一方向（容量型電池１５からインバータ１２側への方向）で、昇圧型もしくは降圧型のものを使用しても良い。昇圧型のＤＣＤＣコンバータを使う場合には、「（インバータの電圧）＞（容量型電池の電圧最大）×（容量型電池直列数）」とする。降圧型を使用する場合には、「（インバータの電圧）＜（容量型電池の電圧最小）×（容量型電池直列数）」とする。双方向ＤＣＤＣコンバータ、一方向昇圧型のＤＣＤＣコンバータ、一方向降圧型のＤＣＤＣコンバータの回路構成としては、公知のチョッパ回路を用いることができる（例えば、「河村篤男、「エコ未来型電気自動車の試作と性能評価試験」、デンソーテクニカルレビュー、Ｖｏｌ．１６、２０１１、ｐ．３−８」を参照）。
本実施例１の変形例として、上記のような昇圧あるいは降圧機能を有するＤＣＤＣコンバータに代えて、電流制限回路を用いても良い。このような変形例を図７に示す。
図７に示すように、図１の電気自動車１０中のＤＣＤＣコンバータ１４が電流制限回路７１に置き換わる。電流制限回路７１においては、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ７２とＮチャネルＭＯＳＦＥＴ７３が直列に接続され、これらのＭＯＳＦＥＴがゲートドライバ７４によってＯＮ／ＯＦＦ駆動される。ゲートドライバ７４の指令信号であるオンオフ信号はＥＣＵ１６からのオンオフ論理信号である。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ７２とＮチャネルＭＯＳＦＥＴ７３からなるスィッチをオンオフすることにより、電流値が、時間平均で所望の電流値に制限される。
図２は、ＥＣＵ１６によって実行される制御ロジックの一例を示すフローチャートである。なお、ＤＣＤＣコンバータ１４として双方向のものが使用される。図２の制御ロジックは、電気自動車１０のイグニッションオンから走行終了までにおいて、ＥＣＵ１６によって実行される。ＥＣＵ１６は、予め実装されるコンピュータプログラムに従って図２の制御ロジックを実行する。
まず、ステップＳ２１にて、パワー型電池１３からＳＯＣ（State Of Chargeの略で、充電率を示す）を受信する。なお、パワー型電池は、パック化されており、パック内に搭載されるマイクロコンピュータ（図示せず）でＳＯＣを計算してＥＣＵに送信する。ＥＣＵとマイクロコンピュータは、通信線（例えばＣＡＮ：Controller Area Networkの略）で接続され、ＳＯＣは通信線を介してＥＣＵに送信される。
次にステップＳ２２にて、電気自動車が力行（電池の放電に相当）であるか否か（回生すなわち電池の充電に相当）を判断し、力行ならばステップＳ２３へ、力行でないならばステップＳ２６に処理を移す。力行か否かは、電気自動車を運転するドライバーからのアクセル要求や減速度などに基づいて判断する。なお、力行の場合、電力は電池側からインバータおよびモータジェネレータの側へ向かって流れ、電池に蓄電される直流電力がインバータおよびモータジェネレータの側に供給されて消費される。また、力行ではない場合、すなわちインバータおよびモータジェネレータの側で電力が発生する場合、発生される電力はインバータおよびモータジェネレータの側に蓄電される。
ステップＳ２３では、パワー型電池のＳＯＣが定数ＳＯＣ＿Ｌ以下か否かを判断し、ＳＯＣ＿Ｌ以下ならばステップＳ２４へ、ＳＯＣ＿Ｌ以下でないならばステップＳ２５に処理を移す。定数ＳＯＣ＿Ｌは、予め設定される定数であり、インバータ１２の最低電圧をＶＬとすると、（ＶＬ／パワー型電池直列数）の電圧に相当するパワー型電池のＳＯＣを超える値とする。すなわち、ＳＯＣ＿Ｌは、図２の制御ロジックにおいて、パワー型電池のＳＯＣの下限値を示す。
例えば、インバータの最低電圧が３５Ｖで、パワー型電池の直列数が１４とすると、パワー型電池一個当たりの最低電圧は２．５Ｖとなる。ここで、パワー型電池としてリチウムイオンキャパシタを使い、その１個の開放電圧が、ＳＯＣ０％に対して２．２Ｖ、ＳＯＣ１００％に対して３．８Ｖであり、ＳＯＣと開放電圧が直線関係にある場合、リチウムイオンキャパシタの最低ＳＯＣは１８．７５％となる。この場合、ＳＯＣ＿Ｌは、１８．７５％を超える値、例えば２０％に設定する。
ステップＳ２４では、ＤＣＤＣコンバータの出力電流（インバータ側の電流）を、モータとインバータの要求電流（この値はＥＣＵ内にてドライバーからのアクセル要求に基づいて設定される）と一致させ、パワー型電池からの電流を零にする。すなわち、力行でかつＳＯＣが下限ＳＯＣ＿Ｌ以下であるため、パワー型電池の放電を禁止する。なお、この時、ＥＣＵは、ＤＣＤＣコンバータに対して、要求電流に一致する電流を出力することを指令するコマンドを送る。ステップＳ２４終了後、ステップＳ２８に処理を移す。
ステップＳ２５では、パワー型電池の電流リミタをかけるため、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を「要求電流―ｍｉｎ（パワー型電池最大電流，要求電流）」に設定する。従って、要求電流がパワー型電池最大電流以下であり、パワー型電池によって要求電流を供給できる通常状態では、パワー型電池に電力を負担させ、ＤＣＤＣコンバータの出力電流は零に設定し、容量型電池の電流を零にする。この時、ＥＣＵは、ＤＣＤＣコンバータに対して、出力電流を零にすることを指令するコマンドを送る。また、要求電流がパワー型電池の最大電流よりも大きな場合、容量型電池にも電力を負担させるように、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を、要求電流とパワー型電池最大電流の差分に設定する。この時、ＥＣＵは、ＤＣＤＣコンバータに対して、出力電流をこの差分に一致させることを指令するコマンドを送る。ステップＳ２５終了後、ステップＳ２８に処理を移す。
ステップＳ２６では、パワー型電池のＳＯＣが定数ＳＯＣ＿Ｈ以上か否かを判断し、ＳＯＣ＿Ｈ以上ならばステップＳ２７へ、ＳＯＣ＿Ｈ以上でないならばステップＳ２９に処理を移す。定数ＳＯＣ＿Ｈは、予め設定される定数であり、インバータの最大電圧をＶＨとすると、「ＶＨ／パワー型電池直列数」の電圧に相当するパワー型電池のＳＯＣを下回る値とする。すなわち、ＳＯＣ＿Ｈは、図２の制御ロジックにおいて、パワー型電池のＳＯＣの上限値を示す。
例えば、インバータの最大電圧が５２Ｖで、パワー型電池の直列数が１４とすると、パワー型電池一個当たりの最大電圧は約３．７Ｖとなる。ここで、パワー型電池としてリチウムイオンキャパシタを使い、その１個の開放電圧が、ＳＯＣ０％に対して２．２Ｖ、ＳＯＣ１００％に対して３．８Ｖであり、ＳＯＣと開放電圧が直線関係にある場合、リチウムイオンキャパシタの最大ＳＯＣは９３．７５％となる。この場合、ＳＯＣ＿Ｈは、９３．７５％を下回る値、例えば９０％に設定する。
ステップＳ２７では、ＤＣＤＣコンバータの出力電流（出力側すなわちインバータ側の電流）を、モータとインバータでの要求電流すなわち回生電流（この値はＥＣＵ内にてドライバーからの減速要求に基づいて設定される）と一致させ、パワー型電池の充電電流を零にする。すなわち、回生でかつＳＯＣが上限ＳＯＣ＿Ｈ以上であるため、パワー型電池の充電を禁止して、回生電力を容量型電池によって回収する。なお、この時、ＥＣＵは、ＤＣＤＣコンバータに対して、出力電流（出力側すなわちインバータ側の電流）を要求電流（回生電流）に一致させることを指令するコマンドを送る。ステップＳ２７終了後、ステップＳ２８に処理を移す。
ステップＳ２９では、パワー型電池の電流リミタをかけるため、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を「要求電流―ｍｉｎ（パワー型電池最大電流，要求電流）」に設定する。従って、パワー型電池によって要求電流（回生電流）を吸収できる通常状態では、パワー型電池側に回生電力を回収させ、容量型電池の充電電流を零にする。この時、ＥＣＵは、ＤＣＤＣコンバータに対して、出力電流を零にして、容量型電池によって回収する回生電力を零にすることを指令するコマンドを送る。また、要求電流がパワー型電池最大電流よりも大きな場合、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を、要求電流（回生電流）とパワー型電池最大電流の差分に設定する。この時、ＥＣＵは、ＤＣＤＣコンバータに対して、吸収する電流をこの差分に一致させ、回生電力の一部を容量型電池に回収させることを指令するコマンドを送る。ステップＳ２９終了後、ステップＳ２８に処理を移す。
ステップＳ２８では、イグニッションがオフにされたか否か、すなわち走行終了であるか否かを判断する。イグニッションがオフではない場合、すなわち走行終了ではない場合、ステップＳ２１以降の処理を繰り返す。イグニッションがオフである場合、すなわち走行終了である場合、一連の処理を終了する。
なお、ステップＳ２５およびＳ２９におけるパワー型電池最大電流の値は、例えば、パワー型電池のカタログに記載される放電時または充電時における最大電流に設定される。
図３は、ＥＣＵ１６によって実行される制御ロジックの一例を示すフローチャートである。本例においては、ＤＣＤＣコンバータ１４として一方向のものが使用される。図３の制御ロジックは、電気自動車１０のイグニッションオンから走行終了までにおいて、ＥＣＵ１６によって実行される。ＥＣＵ１６は、予め実装されるコンピュータプログラムに従って図３の制御ロジックを実行する。
ステップＳ３１では、電気自動車が力行か否かを判断し、力行ならばステップＳ３３へ、力行でない（回生）ならばステップＳ３２に処理を移す。
ステップＳ３２では、回生であるため、容量型電池への充電を禁止し、パワー型電池で回生エネルギーを回収するため、ＤＣＤＣコンバータに対して動作をオフにするコマンドを送り、ステップＳ３４に処理を移す。
ステップＳ３３では、力行であるが、パワー型電池の電流リミタをかけるため、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を「要求電流―ｍｉｎ（パワー型電池最大電流，要求電流）」に設定する。従って、パワー型電池によって要求電流を供給できる通常状態では、パワー型電池に力行のための電力を負担させ、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を零に設定して、容量型電池の電流を零にする。この時、ＥＣＵは、ＤＣＤＣコンバータに対して、出力電流を零にすることを指令するコマンドを送る。
また、要求電流がパワー型電池最大電流よりも大きな場合、容量型電池にも電力を負担させるように、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を、要求電流とパワー型電池最大電流の差分に設定する。この時、ＥＣＵは、ＤＣＤＣコンバータに対して、出力電流をこの差分に一致させることを指令するコマンドを送る。ステップＳ３３終了後はステップＳ３４に処理を移す。
ステップＳ３４では、イグニッションがオフにされたか否か、すなわち走行終了であるか否かを判断する。イグニッションがオフではない場合、すなわち走行終了ではない場合、ステップＳ３１以降の処理を繰り返す。イグニッションがオフである場合、すなわち走行終了である場合、一連の処理を終了する。
図３の制御ロジックによれば、極力パワー型電池に大電流を分担させることができる。
なお、図３のステップＳ３３の代わりに、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を「要求電流×η」としても良い。ηは０から１までの定数であり、例えば２／３といった値にしてもよい。
図３の例では、場合によりパワー型電池のＳＯＣが上限値、または下限値になる可能性がある。この場合には、図４に示すような制御ロジックとしても良い（この場合には、双方向ＤＣＤＣコンバータが用いられる）。
図４は、ＥＣＵ１６によって実行される制御ロジックの一例を示すフローチャートである。なお、ＤＣＤＣコンバータ１４として双方向のものが使用される。図４の制御ロジックは、電気自動車１０のイグニッションオンから走行終了までにおいて、ＥＣＵ１６によって実行される。ＥＣＵ１６は、予め実装されるコンピュータプログラムに従って図４の制御ロジックを実行する。
まず、ステップＳ４１にて、パワー型電池からＳＯＣを受信する。
次にステップＳ４２にて、電気自動車１０が力行か（電池として放電に相当する）否か（回生になり、電池として充電に相当する）を判断し、力行ならばステップＳ４３へ、そうでないならばステップＳ４６に処理を移す。力行かどうかは、ＥＣＵ内にてドライバーからのアクセル要求、減速度から判断する。
次にステップＳ４３では、パワー型電池のＳＯＣが定数ＳＯＣ＿Ｌ以下かどうかを判断し、真ならばステップＳ４４へ、そうでないならばステップＳ４５に処理を移す。定数ＳＯＣ＿Ｌは、予め設定した定数である。
ステップＳ４４では、ＤＣＤＣコンバータの出力電流（インバータに流す電流）をモータとインバータでの要求電流（この値はＥＣＵ内にてドライバーからのアクセル要求で値を決定する）と一致させ、パワー型電池の電流を０にする。これは力行でかつＳＯＣが下限ＳＯＣ＿Ｌ以下であるため、パワー型電池の放電を禁止するためである。そしてＤＣＤＣコンバータにコマンドを送る。ステップＳ４４終了後、ステップＳ４９に処理を移す。
ステップＳ４５では、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を「要求電流―ｍｉｎ（パワー型電池最大電流，要求電流）」として、普段はパワー型電池側で電力を分担させ、容量型電池の電流を０にする。そしてＤＣＤＣコンバータにコマンドを送る。ステップＳ４５終了後はステップＳ４９に処理を移す。またＤＣＤＣコンバータの出力電流を要求電流×定数（０から１の間）としても良い。
ステップＳ４６では、パワー型電池のＳＯＣが定数ＳＯＣ＿Ｈ以上かどうかを判断し、新ならがステップＳ４７へ、そうでないならステップＳ４８に処理を移す。定数ＳＯＣ＿Ｈは、予め設定した定数である。
ステップＳ４７では、回生電力を容量型電池のみに充電させる。そしてＤＣＤＣコンバータにコマンドを送る。ステップＳ４７終了後、ステップＳ４９に処理を移す。
ステップＳ４８では、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を「要求電流―ｍｉｎ（パワー型電池最大電流，要求電流）」として、普段はパワー型電池側で電力を分担させ、容量型電池の電流を０にする。そしてＤＣＤＣコンバータにコマンドを送る。ステップＳ４８終了後はステップＳ４９に処理を移す。なお、ＤＣＤＣコンバータの出力電流を「要求電流×定数（０から１の間）」としても良い。
ステップＳ４９では、イグニッションがオフにされたかどうか（走行終了）を判断し、走行終了でないなら、ステップＳ４１以降の処理を繰り返し、オフならば図４の一連の処理を終了させる。
図５は、本発明の実施例２である複合蓄電システム並びにそれを搭載する電気自動車の構成を示す。以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。
本実施例２においては、実施例１とは異なり、容量型電池１５とパワー型電池１３を、電力制御装置を介することなく直接すなわち常時、並列に接続して、両電池ともＤＣＤＣコンバータ１４を介してインバータ１２接続する。すなわち、実施例２では、容量型電池１５とパワー型電池１３が組電池を構成し、パワー型電池１３と容量型電池１５は、共にＤＣＤＣコンバータ１４を介して直流電力を出力する。これにより、ＤＣＤＣコンバータ１４の制御が簡単になる。
本実施例２の複合蓄電システムの構成によれば、使用する電池全体として、電池容量を確保しながらも電池出力を高めたり、電池出力を確保しながらも電池容量を高めたりすることができる。さらに、本実施例２の複合蓄電システムは、パワー型電池１３と容量型電池１５にＤＣＤＣコンバータを接続することにより、電力供給対象であるインバータあるいはモータ／ジェネレータに応じた電流あるいは電圧を出力することができる。
次に、電池の直列数について説明する。
本実施例２におけるパワー型電池の直列数と容量型電池の直列数との関係は、式（２）で表される。なお、式（１）と同様に集合記号「⊃」を用いている。
（パワー型電池電圧範囲）×（パワー型電池直列数）⊃（容量型電池電圧範囲）×（容量型電池直列数）…（２）
例えば、パワー型電池としてリチウムイオンキャパシタを用い、電圧範囲は一個当たり２．２Ｖ（ＳＯＣ０％）から３．８Ｖ（ＳＯＣ１００％）、直列数は９０個とする。また、容量型電池として、リチウムイオン半固体電池を用い、電圧範囲は一個当たり３．０Ｖ（ＳＯＣ０％）から４．２Ｖ（ＳＯＣ１００％）、直列数は８０個とする。この例では、直列接続の電圧範囲は、パワー型電池（リチウムイオンキャパシタ）では１９８Ｖから３４２Ｖとなり、容量型電池（リチウムイオン半固体電池）では２４０Ｖから３３６Ｖとなる。従って、式（２）を満たす。この場合には容量型電池のＳＯＣは０％から１００％まで使える。そしてパワー型電池のＳＯＣは２９．１％から９５．８％の間となる。このように、電池出力を確保しながらも電池容量を高めることができる。
なお、パワー型電池にＳＯＣの限定範囲（例えば劣化を考慮）がある場合については、次のとおりである。例えば、パワー型電池のＳＯＣ範囲を２０％から８０％の範囲であり、この時のＯＣＶ（Open Circuit Voltageの略：電池の開放電圧）の定常値のＳＯＣ関数をＦ（ＳＯＣ）とする。この場合、１個当たりのパワー型電池の電圧範囲はＦ（２０％）からＦ（８０％）となる。この電圧範囲にて式（２）を用いて電池直列数を設定できる。
また、容量型電池のＳＯＣ範囲が制限されている場合も同様である。
次に、式（２）の関係が満たされない場合の直列数について説明する。
図６は、パワー型電池および容量型電池の直列接続の電圧範囲を示す。
図６に示すように、パワー型電池の直列接続の電圧範囲と容量型電池の直列接続の電圧範囲は、オーバーラップする部分はあるものの、式（２）が示すような包含関係にはない。この場合には、使用可能範囲（６３）の電圧幅を、「上限値（６４）−下限値（６５）」として、電力供給対象の電圧範囲や使用する電池の性能などを考慮しつつ、この電圧幅が大きくなるような直列数とする。もしくは、「上限値（６４）に相当する容量型電池のＳＯＣ―下限値（６５）に相当する容量型ＳＯＣ」が大きくなるような直列数とする。
本実施例３は、図示しないが、図１，５，７におけるモータジェネレータ１１を直流機とする。これに伴い、同図におけるインバータ１２は、チョッパ回路などによって構成されるＤＣＤＣコンバータにする。このＤＣＤＣコンバータを用いて、直流機であるモータジェネレータの速度が制御される。
なお、本発明は前述した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
例えば、上述した各実施例における複合蓄電システムは、ビルマネージメントシステム、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、船舶、鉄道車両などにも適用できる。
１０…電気自動車、１１……モータジェネレータ、１２…インバータ、１３…パワー型電池、１４…ＤＣＤＣコンバータ、１５…容量型電池、１６…ＥＣＵ、７１…電流制限回路、７２…ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、７３…ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、７４…ゲートドライバ

Claims (6)

  1. パワー型電池および容量型電池に直流電力を蓄電し、蓄電される直流電力を電力供給対象へ出力する複合蓄電システムにおいて、
    前記容量型電池に蓄電される直流電力は、電力制御装置を介して前記電力供給対象へ出力され、
    前記容量型電池は、前記電力制御装置を介して、前記パワー型電池と並列に接続され、
    前記電力制御装置はＤＣＤＣコンバータから構成され、
    前記ＤＣＤＣコンバータは、
    前記パワー型電池のＳＯＣ（State Of Charge）が所定の下限値よりも大きな場合、出力電流を、前記電力供給対象の電流の定数（０から１の間）倍に一致させ、
    前記パワー型電池のＳＯＣ（State Of Charge）が前記所定の下限値以下である場合、前記出力電流を、前記電力供給対象の電流に一致させることを特徴とする複合蓄電システム。
  2. 請求項１に記載の複合蓄電システムにおいて、前記パワー型電池の電圧範囲および直列数、並びに前記電力供給対象の電圧範囲が式（１）を満たすことを特徴とする複合蓄電システム。
    パワー型電池の電圧範囲×パワー型電池の直列数⊃電力供給対象の電圧範囲…（１）
  3. 請求項１に記載の複合蓄電システムにおいて、
    前記ＤＣＤＣコンバータは、
    前記パワー型電池のＳＯＣ（State Of Charge）が所定の上限値よりも小さい場合、
    前記電力供給対象による電流が前記パワー型電池の最大電流以下ならば、出力側電流を零とし、前記電力供給対象による電流が前記パワー型電池の最大電流よりも大きければ、前記出力側電流を、前記電力供給対象による電流と前記パワー型電池の最大電流の差分に一致させ、
    前記パワー型電池のＳＯＣ（State Of Charge）が前記所定の上限値以上である場合、
    前記出力側電流を、前記電力供給対象による電流に一致させることを特徴とする複合蓄電システム。
  4. 請求項１に記載の複合蓄電システムにおいて、
    前記電力供給対象は、インバータおよび前記インバータによって駆動されるモータジェネレータであることを特徴とする複合蓄電システム。
  5. 請求項１に記載の複合蓄電システムにおいて、
    前記電力供給対象は、直流機であることを特徴とする複合蓄電システム。
  6. 請求項１に記載の複合蓄電システムにおいて、
    前記パワー型電池は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタおよび電気二重層キャパシタの内の一つであり、
    前記容量型電池は、リチウムイオン電池、リチウムイオン半固体電池、リチウム固体電池、鉛電池およびニッケル亜鉛電池の内の一つであることを特徴とする複合蓄電システム。
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