JP6966871B2

JP6966871B2 - 電池システム

Info

Publication number: JP6966871B2
Application number: JP2017099560A
Authority: JP
Inventors: 正人櫻井
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2037-05-19
Also published as: JP2018196274A

Description

本発明は、電池システムに関する。

近年、負荷へ供給される電力を蓄電する二次電池と、二次電池へ充電される電力を発電する燃料電池とを備える電池システムが種々の装置に利用されている。例えば、特許文献１に記載されているように、二次電池から供給される電力を用いて駆動される駆動用モータの出力により走行する電動車両において、燃料電池により発電される電力を用いて二次電池を充電することによって、二次電池の残存容量（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）が低下し電力が枯渇することを抑制しつつ走行の継続を可能にする電動車両がある。このような電動車両では、例えば、外部電源により二次電池が充電され、電動車両の走行中に二次電池の残存容量の低下に応じて燃料電池が起動される。

特開２０１４−１４３８５１号公報

ところで、電動車両等に搭載される上記の電池システムにおいて、電力の供給についての効率である電力供給効率を向上させることが望ましいと考えられる。具体的には、上記の電池システムにおいて、二次電池に蓄電される電力は、二次電池と負荷とを接続する電力線を介して負荷へ供給される。例えば、二次電池から負荷への電力の供給において、二次電池の内部抵抗及び電力線の電気抵抗に起因して電力損失が生じる。このような電力損失は、電池システムにおける電力供給効率を低下させる要因となり得る。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、二次電池及び燃料電池を含む電池システムにおいて電力供給効率を向上させることが可能な、新規かつ改良された電池システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、負荷と、前記負荷へ供給される電力を蓄電する二次電池と、前記二次電池へ充電される電力を発電する燃料電池と、を備える電池システムであって、前記負荷へ供給される電力を蓄電する蓄電装置と、前記蓄電装置に蓄電される電力を利用せずに前記二次電池から前記負荷へ電力を供給する第１供給モードと、前記蓄電装置と前記二次電池とが直列に接続されている状態で前記蓄電装置及び前記二次電池から前記負荷へ電力を供給する第２供給モードとを切り替え可能な切替部と、前記切替部の動作を制御することにより前記負荷への電力の供給モードの切り替えを制御する制御装置と、をさらに備え、前記蓄電装置は、前記燃料電池により発電される電力を用いて充電され、前記第１供給モードにおいて、前記蓄電装置は、電圧を変換可能な第１電力変換装置を介して前記燃料電池と接続され、前記制御装置は、前記第１電力変換装置及び前記燃料電池の動作を制御することにより、前記燃料電池により発電される電力の前記蓄電装置への供給を制御する、電池システムが提供される。

前記制御装置は、前記第１供給モードにおいて、前記蓄電装置を含まずに前記二次電池及び前記負荷が直列に接続される閉回路を形成し、前記第２供給モードにおいて、前記蓄電装置、前記二次電池及び前記負荷が直列に接続される閉回路を形成してもよい。

前記電池システムは、電動車両に搭載され、前記負荷は、前記電動車両の駆動用モータを含んでもよい。

前記二次電池に蓄電される電力は、主として前記駆動用モータの駆動に用いられ、前記燃料電池により発電される電力は、主として前記二次電池の充電に用いられてもよい。

前記二次電池は、前記電動車両の外部の外部電源と接続可能であり、前記外部電源から供給される電力を用いて充電されてもよい。

前記制御装置は、前記負荷の電力要求値が基準値以下であると判定される場合に前記供給モードを前記第１供給モードへ切り替え、前記電力要求値が前記基準値より大きいと判定される場合に前記供給モードを前記第２供給モードへ切り替えてもよい。

前記制御装置は、前記電力要求値が前記基準値以下であるか否かを前記電動車両の走行に関連する情報である走行情報に基づいて判定してもよい。

前記走行情報は、前記電動車両のアクセル開度を含んでもよい。

前記走行情報は、前記電動車両が走行する路面の勾配を含んでもよい。

前記制御装置は、前記負荷における現在の電流値及び電流要求値の間の差と閾値との比較結果に応じて前記供給モードの切り替えを制御してもよい。

前記制御装置は、前記供給モードが前記第１供給モードから前記第２供給モードへ切り替えられることにより生じる前記電池システムにおける電気抵抗の増大に起因する前記電池システムにおける電力損失の増大分が相殺されて前記電力損失が低減されるように、前記第１供給モードから前記第２供給モードへの切り替えを実行してもよい。

前記制御装置は、前記第１供給モードにおいて、前記蓄電装置の残存容量が所定の第１基準容量より低い場合に、前記燃料電池にアイドリング発電を行わせ、前記アイドリング発電において発電される電力を前記蓄電装置に供給してもよい。

前記二次電池は、電圧を変換可能な第２電力変換装置を介して前記燃料電池と接続され、前記制御装置は、前記第２電力変換装置及び前記燃料電池の動作を制御することにより、前記燃料電池により発電される電力の前記二次電池への供給を制御してもよい。

前記制御装置は、前記第１供給モードにおいて、前記二次電池の残存容量が所定の第２基準容量より低い場合に、前記燃料電池に所定の値以上の電力を出力する発電を行わせ、前記燃料電池により発電される電力を前記二次電池に供給し、前記二次電池の残存容量が前記第２基準容量以上であって前記蓄電装置の残存容量が前記第１基準容量より低い場合に、前記燃料電池に前記所定の値よりも低い電力を出力する前記アイドリング発電を行わせ、前記アイドリング発電において発電される電力を前記蓄電装置に供給してもよい。また、第１供給モードにおいて、前記二次電池は、双方向に電圧を変換可能な第２電力変換装置を介して前記燃料電池と接続され、前記制御装置は、前記第１電力変換装置及び前記第２電力変換装置の動作を制御することにより、前記二次電池に蓄電される電力の前記蓄電装置への供給を制御してもよい。

前記蓄電装置は、前記二次電池の内部抵抗と比較して小さい内部抵抗を有してもよい。

前記蓄電装置は、電気二重層コンデンサであってもよい。

以上説明したように本発明によれば、二次電池及び燃料電池を含む電池システムにおいて電力供給効率を向上させることが可能となる。

電池と負荷を含む一般的な電気回路を示す模式図である。本発明の実施形態に係る電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。同実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。同実施形態に係る制御装置が実行するモード切替制御における処理の流れの一例を示すフローチャートである。同実施形態に係る電池システムにおける第１供給モード中の電力の流れを示す説明図である。同実施形態に係る電池システムにおける第２供給モード中の電力の流れを示す説明図である。同実施形態に係る制御装置が実行するモード切替制御における処理の流れの図４と異なる例を示すフローチャートである。変形例に係る電池システムの概略構成の一例を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．電気回路における電力損失＞
まず、本発明の実施形態に係る電池システム１の説明に先立って、図１を参照して、一般的な電気回路９における電気抵抗に起因して生じる電力損失について説明する。

図１は、電池９０１と負荷９０３を含む一般的な電気回路９を示す模式図である。

電池９０１は、電力線９０２を介して負荷９０３と接続される。ここで、電池９０１の内部抵抗をＲｖとし、電力線９０２の電気抵抗をＲａとし、電流をＩとすると、電気回路９における電気抵抗に起因して生じる電圧降下による電位差Ｖｒは、以下の式（１）によって表される。

ゆえに、電池９０１の起電力をＶとすると、負荷９０３へ印加される電圧ＶＬは、以下の式（２）によって表される。

よって、負荷９０３へ供給される電力ＰＬは、以下の式（３）によって表される。

式（３）のＩ×Ｖは電池９０１の出力に相当し、Ｉ^２×（Ｒｖ＋Ｒａ）は、電気回路９における電気抵抗に起因して生じる電力損失に相当する。このように、負荷９０３へ供給される電力ＰＬは、電気回路９における電気抵抗に起因して生じる電力損失の分だけ電池９０１の出力と比較して小さくなる。また、式（３）に示されるように、電気回路９における電気抵抗に起因して生じる電力損失は電流Ｉの２乗に比例する。ゆえに、例えば負荷９０３の電力要求値の増大に伴って電流を増大させる場合、電力損失が顕著に増大しやすい。それにより、電気回路９における電力供給効率が低下し得る。

＜２．電池システムの構成＞
続いて、図２及び図３を参照して、本発明の実施形態に係る電池システム１の構成について説明する。電池システム１は、電動車両に搭載される電池システムである。以下では、電動車両の電池システム１を一例として説明するが、本発明に係る電池システムは電動車両と異なる他の装置に適用されてもよい。

図２は、本実施形態に係る電池システム１の概略構成の一例を示す模式図である。

電池システム１は、例えば、図２に示したように、蓄電装置１０と、二次電池２０と、燃料電池３０と、インバータ４０と、駆動用モータ５０と、第１電力変換装置６０と、第２電力変換装置７０と、アクセル開度センサ９１と、加速度センサ９２と、第１バッテリセンサ９３と、第２バッテリセンサ９４と、制御装置１００とを備える。インバータ４０及び駆動用モータ５０は、本発明に係る負荷の一例に相当する。このように、本発明に係る負荷は、電動車両の駆動用モータ５０を含み得る。

電池システム１を搭載する電動車両は、二次電池２０から供給される電力を用いて駆動される駆動用モータ５０を駆動源として走行可能である。また、当該電動車両は、燃料電池３０により発電される電力を用いて二次電池２０を充電することによって、二次電池２０の残存容量ＳＯＣが低下し電力が枯渇することを抑制しつつ走行を継続可能である。

電池システム１は、例えば、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される。燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される電池システム１では、具体的には、二次電池２０に蓄電される電力が主として駆動用モータ５０の駆動に用いられ、燃料電池３０により発電される電力が主として二次電池２０の充電に用いられる。なお、燃料電池３０により発電される電力が駆動用モータ５０の駆動に用いられてもよい。例えば、燃料電池３０により発電される電力が、二次電池２０に蓄電される電力に加えて駆動用モータ５０の駆動に用いられてもよい。二次電池２０に蓄電される電力と燃料電池３０により発電される電力との間での駆動用モータ５０の駆動に用いられる頻度の割合は、特に限定されない。また、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される電池システム１では、具体的には、二次電池２０は、電動車両の外部の外部電源と接続可能であり、外部電源から供給される電力を用いて充電され得る。

電池システム１には、各装置の間を接続する電力線の一部に負荷としてのインバータ４０への電力の供給モードを切り替えるためのスイッチが設けられる。例えば、電池システム１には、そのようなスイッチとして、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４及び第５スイッチＳＷ５が設けられる。第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４及び第５スイッチＳＷ５は、本発明に係る切替部の一例に相当する。以下では、スイッチがＯＮである場合にスイッチが設けられる部分が接続されて通電可能な状態になり、スイッチがＯＦＦである場合にスイッチが設けられる部分が遮断されて通電されない状態になるものとして説明する。

例えば、二次電池２０は、インバータ４０と第１スイッチＳＷ１及び第３スイッチＳＷ３を介して接続される。具体的には、第１スイッチＳＷ１及び第３スイッチＳＷ３は、二次電池２０の高圧側とインバータ４０の高圧側との間に設けられる。また、二次電池２０は、第２電力変換装置７０を介して燃料電池３０と接続される。

また、例えば、蓄電装置１０の低圧側は、二次電池２０の高圧側と第２スイッチＳＷ２を介して接続される。このように、蓄電装置１０は、二次電池２０に対して直列に接続可能となっている。また、蓄電装置１０の高圧側は、インバータ４０の高圧側と第４スイッチＳＷ４を介して接続される。また、蓄電装置１０は、第１電力変換装置６０を介して燃料電池３０と接続される。具体的には、蓄電装置１０の低圧側は、第１電力変換装置６０の低圧側と第５スイッチＳＷ５を介して接続される。なお、第１電力変換装置６０は、燃料電池３０に対して第２電力変換装置７０と並列に接続される。

第１スイッチＳＷ１、第３スイッチＳＷ３及び第５スイッチＳＷ５がＯＮであり、第２スイッチＳＷ２及び第４スイッチＳＷ４がＯＦＦである場合に、蓄電装置１０を含まずに二次電池２０と、インバータ４０とが直列に接続される閉回路が形成される。それにより、蓄電装置１０に蓄電される電力を利用せずに二次電池２０からインバータ４０へ電力を供給する第１供給モードが実現される。

一方、第１スイッチＳＷ１、第３スイッチＳＷ３及び第５スイッチＳＷ５がＯＦＦであり、第２スイッチＳＷ２及び第４スイッチＳＷ４がＯＮである場合に、蓄電装置１０と、二次電池２０と、インバータ４０とが直列に接続される閉回路が形成される。それにより、蓄電装置１０と二次電池２０とが直列に接続されている状態で蓄電装置１０及び二次電池２０からインバータ４０へ電力を供給する第２供給モードが実現される。

このように、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４及び第５スイッチＳＷ５は、第１供給モードと、第２供給モードとを切り替え可能である。

各スイッチは図示しない駆動装置によって駆動され、駆動装置の動作が制御されることによって、各スイッチの動作が制御され得る。なお、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２及び第５スイッチＳＷ５の動作は連動していてもよく、第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４の動作は連動していてもよい。その場合、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２及び第５スイッチＳＷ５を連動して駆動する駆動装置と、第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４を連動して駆動する駆動装置の動作が制御されることによって、各スイッチの動作が制御され得る。各スイッチの種類は特に限定されず、例えば、各スイッチとして、トランジスタ等の半導体スイッチが用いられることが好ましい。なお、各スイッチとして、リレー等の機械式スイッチが用いられてもよい。

蓄電装置１０は、電力を充放電可能な装置である。具体的には、蓄電装置１０は、二次電池２０の内部抵抗と比較して小さい内部抵抗を有し得る。蓄電装置１０として、例えば、電気二重層コンデンサが用いられる。また、蓄電装置１０として、リチウムイオンキャパシタ等のハイブリッドキャパシタが用いられてもよい。ハイブリッドキャパシタは、一方の電極が電気二重層であり、他方の電極が酸化還元反応を利用する二次電池である装置を意味する。なお、蓄電装置１０の種類は、係る例に限定されない。蓄電装置１０の種類は、二次電池２０の種類と異なってもよく、二次電池２０の種類と同じであってもよい。

例えば、蓄電装置１０は、電力を充放電可能な複数の蓄電装置モジュール１１を含んで構成され得る。また、複数の蓄電装置モジュール１１は、直列又は並列に接続され得る。なお、図２では、２つの蓄電装置モジュール１１が互いに並列に接続される例が示されているが、蓄電装置モジュール１１の数及び接続経路は係る例に限定されない。

蓄電装置１０は、負荷へ供給される電力を蓄電する。具体的には、蓄電装置１０は、駆動用モータ５０の電力源でありインバータ４０へ供給される電力を蓄電する。蓄電装置１０は、第２供給モードにおいて、インバータ４０への電力の供給源として追加的に利用される。蓄電装置１０の起電力は、例えば、二次電池２０の起電力と比較して小さい。具体的には、蓄電装置１０の起電力は、二次電池２０の起電力の１０％〜２０％程度であり得る。なお、蓄電装置１０の起電力は、二次電池２０の起電力と比較して同程度であってもよく、大きくてもよい。

なお、蓄電装置１０に蓄電される電力は、電動車両に備えられた種々の電気部品、電子機器、車室内の空調機器及び表示機器等の構成部品である補機へ供給されてもよい。

二次電池２０は、電力を充放電可能な電池である。二次電池２０として、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池又は鉛蓄電池が用いられる。なお、二次電池２０の種類は、係る例に限定されない。

例えば、二次電池２０は、電力を充放電可能な複数の二次電池モジュール２１を含んで構成され得る。各二次電池モジュール２１は、直列に接続された複数のセルを含んで構成され得る。また、複数の二次電池モジュール２１は、直列又は並列に接続され得る。なお、図２では、直列に接続された４つの二次電池モジュール２１が並列に接続される例が示されているが、二次電池モジュール２１の数及び接続経路は係る例に限定されない。

二次電池２０は、負荷へ供給される電力を蓄電する。具体的には、二次電池２０は、駆動用モータ５０の主たる電力源でありインバータ４０へ供給される電力を蓄電する。二次電池２０は、供給モードによらずにインバータ４０への電力の供給源として利用される。

なお、二次電池２０に蓄電される電力は、電動車両に備えられた補機へ供給されてもよい。また、二次電池２０は、図示しない充電回路及びコネクタを介して電動車両の外部の外部電源と接続可能であり、外部電源と接続された状態で外部電源から供給される電力を用いて充電され得る。

燃料電池３０は、水素ガスと酸素ガスとを反応させることにより発電可能な電池である。燃料電池３０は、図示しない水素タンクと接続されており、水素タンクには、例えば、燃料電池３０に供給される高圧水素が充填されている。図示しないモータポンプ等により水素タンクから燃料電池３０へ水素ガスが供給される。また、燃料電池３０には、図示しないコンプレッサ等により酸素ガスとしての空気が供給される。燃料電池３０への水素ガス及び酸素ガスの供給量が制御されることによって、燃料電池３０の出力が制御される。

燃料電池３０は、二次電池２０へ充電される電力を発電する。具体的には、燃料電池３０は、二次電池２０の起電力と比較して低電圧の電力を発電する。燃料電池３０により発電される電力は、主として二次電池２０の充電に用いられる。また、燃料電池３０により発電される電力は、蓄電装置１０の充電にも用いられる。

インバータ４０は、双方向の電力変換を行う。インバータ４０は、例えば、三相ブリッジ回路を含んで構成される。

具体的には、インバータ４０は、供給される直流電力を交流電力に変換して駆動用モータ５０へ供給可能である。また、インバータ４０は、駆動用モータ５０により回生発電された交流電力を直流電力に変換して二次電池２０へ供給可能である。インバータ４０にはスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、インバータ４０による電力の変換が制御される。

駆動用モータ５０は、供給される電力を用いて駆動（力行駆動）されることにより動力を出力可能である。駆動用モータ５０として、例えば、三相交流式のモータが用いられる。また、駆動用モータ５０は、電動車両の減速時に回生駆動されて車輪の回転エネルギを用いて発電する発電機としての機能（回生機能）を有してもよい。

具体的には、駆動用モータ５０は、電動車両の駆動輪を駆動させるための動力を出力可能である。駆動用モータ５０から出力された動力は、例えば、図示しないディファレンシャル装置に伝達され、ディファレンシャル装置によって左右一対の駆動輪へ分配して伝達される。

第１電力変換装置６０は、いわゆるＤＣＤＣコンバータとしての機能を有し、電圧を変換可能である。第１電力変換装置６０は、例えば、いわゆるチョッパ方式の回路を含んで構成される。

具体的には、第１電力変換装置６０は、燃料電池３０側から蓄電装置１０側への単方向の電圧変換を行う。第１電力変換装置６０は、燃料電池３０により発電される電力を昇圧して蓄電装置１０へ供給可能である。燃料電池３０により発電される電力は、直流電力のままで蓄電装置１０に供給される。

第１電力変換装置６０にはスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、第１電力変換装置６０による電力の変換が制御される。なお、スイッチング素子のスイッチング動作におけるデューティー比が制御されることによって、第１電力変換装置６０における昇圧比が制御される。

第２電力変換装置７０は、いわゆるＤＣＤＣコンバータとしての機能を有し、電圧を変換可能である。第２電力変換装置７０は、例えば、いわゆるチョッパ方式の回路を含んで構成される。

具体的には、第２電力変換装置７０は、燃料電池３０側から二次電池２０側への単方向の電圧変換を行う。第２電力変換装置７０は、燃料電池３０により発電される電力を昇圧して二次電池２０へ供給可能である。燃料電池３０により発電される電力は、直流電力のままで二次電池２０に供給される。

第２電力変換装置７０にはスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、第２電力変換装置７０による電力の変換が制御される。なお、スイッチング素子のスイッチング動作におけるデューティー比が制御されることによって、第２電力変換装置７０における昇圧比が制御される。

アクセル開度センサ９１は、アクセルペダルの踏み込み量である電動車両のアクセル開度を検出し、検出結果を出力する。

加速度センサ９２は、電動車両に生じる加速度を検出し、検出結果を出力する。加速度センサ９２として、例えば、３方向の加速度を検出可能なセンサが用いられる。

第１バッテリセンサ９３は、蓄電装置１０の状態に関する情報を検出し、検出結果を出力する。第１バッテリセンサ９３は、そのような情報として、例えば、蓄電装置１０の開放電圧及び残存容量ＳＯＣを検出する。

第２バッテリセンサ９４は、二次電池２０の状態に関する情報を検出し、検出結果を出力する。第２バッテリセンサ９４は、そのような情報として、例えば、二次電池２０の開放電圧及び残存容量ＳＯＣを検出する。

制御装置１００は、演算処理装置であるＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）及びＣＰＵの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等で構成される。

図３は、本実施形態に係る制御装置１００の機能構成の一例を示すブロック図である。制御装置１００は、例えば、図３に示したように、判定部１１０と、制御部１３０とを備える。

判定部１１０は、各判定を実行し、判定結果を制御部１３０へ出力する。

制御部１３０は、電池システム１に備えられる各装置へ動作指令を出力することによって、各装置の動作を制御する。制御部１３０は、例えば、図３に示したように、供給モード制御部１３１と、駆動制御部１３２と、充電制御部１３３とを備える。

供給モード制御部１３１は、判定部１１０による判定結果に応じて、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４及び第５スイッチＳＷ５の動作を制御することによって、負荷としてのインバータ４０への電力の供給モードの切り替えを制御する。このように、判定部１１０及び供給モード制御部１３１によって、インバータ４０への電力の供給モードの切り替えを制御するモード切替制御が実行される。

駆動制御部１３２は、インバータ４０の動作を制御することによって、駆動用モータ５０へ供給される電力を制御する駆動制御を実行する。

充電制御部１３３は、第１電力変換装置６０、第２電力変換装置７０及び燃料電池３０の動作を制御することによって、蓄電装置１０及び二次電池２０への電力の供給を制御する充電制御を実行する。

また、制御装置１００は、各装置から出力される情報を受信する。制御装置１００と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。例えば、制御装置１００は、アクセル開度センサ９１、加速度センサ９２、第１バッテリセンサ９３及び第２バッテリセンサ９４から出力される情報を受信する。本実施形態に係る制御装置１００が有する機能は複数の制御装置により分割されてもよく、その場合、当該複数の制御装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。

＜３．電池システムの動作＞
続いて、図４〜図７を参照して、本発明の実施形態に係る電池システム１の動作について説明する。

図４は、本実施形態に係る制御装置１００が実行するモード切替制御における処理の流れの一例を示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る電池システム１における第１供給モード中の電力の流れを示す説明図である。図６は、本実施形態に係る電池システム１における第２供給モード中の電力の流れを示す説明図である。図７は、本実施形態に係る制御装置１００が実行するモード切替制御における処理の流れの図４と異なる例を示すフローチャートである。

［３−１．モード切替制御］
まず、判定部１１０及び供給モード制御部１３１が実行するモード切替制御について説明する。判定部１１０及び供給モード制御部１３１は、モード切替制御において、例えば、図４に示される制御フローをあらかじめ設定された時間間隔で繰り返す。

図４に示される制御フローが開始されると、まず、ステップＳ５０１において、判定部１１０は、負荷としての駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であるか否かを判定する。駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であると判定された場合（ステップＳ５０１／ＹＥＳ）、ステップＳ５０３へ進む。一方、駆動用モータ５０の電力要求値が基準値より大きいと判定された場合（ステップＳ５０１／ＮＯ）、ステップＳ５０５へ進む。基準値は、具体的には、インバータ４０への電力の供給モードが第１供給モードである場合に電池システム１における電気抵抗に起因して生じる電力損失が、供給モードが第２供給モードである場合と比較して、大きくなる程度に駆動用モータ５０の電力要求値が大きいか否かを判定し得る値に相当し、電池システム１の設計仕様に応じて適宜変動し得る値である。

例えば、判定部１１０は、駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であるか否かを電動車両の走行に関連する情報である走行情報に基づいて判定する。走行情報は、駆動用モータ５０の電力要求値の指標となる情報であり、例えば、電動車両のアクセル開度及び電動車両が走行する路面の勾配を含み得る。

判定部１１０は、電動車両のアクセル開度が基準開度以下である場合に、駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であると判定してもよい。基準開度は、具体的には、駆動用モータ５０の電力要求値が基準値となる可能性が比較的高いアクセル開度であり、制御装置１００の記憶素子に予め記憶され得る。

また、判定部１１０は、電動車両が走行する路面の勾配が基準勾配以下である場合に、駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であると判定してもよい。判定部１１０は、例えば、電動車両に生じる加速度に基づいて電動車両のピッチ方向についての傾きの角度であるピッチ角を路面の勾配として算出し得る。基準勾配は、具体的には、駆動用モータ５０の電力要求値が基準値となる可能性が比較的高い路面の勾配であり、制御装置１００の記憶素子に予め記憶され得る。

なお、上記では、ステップＳ５０１の判定がアクセル開度と基準開度との比較又は路面の勾配と基準勾配との比較によって行われる例を説明したが、ステップＳ５０１の判定の方法は係る例に限定されない。例えば、判定部１１０は、駆動用モータ５０の電力要求値を算出し、算出結果と基準値との比較を行うことによって、駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であるか否かを判定してもよい。駆動用モータ５０の電力要求値の算出は、例えば、種々の走行情報と電力要求値との関係を規定するマップを利用して行われ得る。

ステップＳ５０３において、供給モード制御部１３１は、供給モードを第１供給モードへ切り替える。第１供給モードは、蓄電装置１０に蓄電される電力を利用せずに二次電池２０から負荷としてのインバータ４０へ電力を供給する供給モードである。

例えば、供給モード制御部１３１は、第１スイッチＳＷ１、第３スイッチＳＷ３及び第５スイッチＳＷ５をＯＮにし、第２スイッチＳＷ２及び第４スイッチＳＷ４をＯＦＦにすることによって、第１供給モードへの切り替えを行う。それにより、図５に示したように、蓄電装置１０を含まずに二次電池２０と、インバータ４０とが直列に接続される閉回路が形成される。このように、供給モード制御部１３１は、第１供給モードにおいて、蓄電装置１０を含まずに二次電池２０と、負荷としてのインバータ４０とが直列に接続される閉回路を形成する。具体的には、そのような閉回路において、二次電池２０、第１スイッチＳＷ１、第３スイッチＳＷ３、インバータ４０、二次電池２０の順に電流が流れる。ゆえに、図５の実線矢印Ｆ１９により示されるように、蓄電装置１０に蓄電される電力を利用せずに二次電池２０からインバータ４０へ電力が供給される。

第１供給モードでは、蓄電装置１０はインバータ４０への電力の供給源として利用されず、二次電池２０がインバータ４０への電力の供給源として利用される。ゆえに、インバータ４０への電力の供給源の起電力は、二次電池２０の起電力に相当する。

また、第１供給モードにおいて、第２スイッチＳＷ２がＯＦＦになることによって、蓄電装置１０と二次電池２０との直列接続が遮断される。それにより、二次電池２０の高圧側から第１電力変換装置６０側へ電流が流れることが抑制される。また、第１供給モードにおいて、第４スイッチＳＷ４がＯＦＦになることによって、蓄電装置１０とインバータ４０との直列接続が遮断される。それにより、例えば、駆動用モータ５０により回生発電が行われる場合に、インバータ４０の高圧側から蓄電装置１０側へ電流が流れることが抑制される。なお、第４スイッチＳＷ４に替えて蓄電装置１０側からインバータ４０側へ向かう一方向に電流の向きを規制するダイオードを設けることによっても、インバータ４０の高圧側から蓄電装置１０側へ電流が流れることが抑制される。

ステップＳ５０５において、供給モード制御部１３１は、供給モードを第２供給モードへ切り替える。第２供給モードは、蓄電装置１０と二次電池２０とが直列に接続されている状態で蓄電装置１０及び二次電池２０から負荷としてのインバータ４０へ電力を供給する供給モードである。

例えば、供給モード制御部１３１は、第１スイッチＳＷ１、第３スイッチＳＷ３及び第５スイッチＳＷ５をＯＦＦにし、第２スイッチＳＷ２及び第４スイッチＳＷ４をＯＮにすることによって、第２供給モードへの切り替えを行う。それにより、図６に示したように、蓄電装置１０と、二次電池２０と、インバータ４０とが直列に接続される閉回路が形成される。このように、供給モード制御部１３１は、第２供給モードにおいて、蓄電装置１０と、二次電池２０と、負荷としてのインバータ４０とが直列に接続される閉回路を形成する。具体的には、そのような閉回路において、二次電池２０、第２スイッチＳＷ２、蓄電装置１０、第４スイッチＳＷ４、インバータ４０、二次電池２０の順に電流が流れる。ゆえに、図６の実線矢印Ｆ２９により示されるように、蓄電装置１０と二次電池２０とが直列に接続されている状態で蓄電装置１０及び二次電池２０からインバータ４０へ電力が供給される。

第２供給モードでは、直列に接続された蓄電装置１０及び二次電池２０がインバータ４０への電力の供給源として利用される。ゆえに、インバータ４０への電力の供給源の起電力は、二次電池２０の起電力に蓄電装置１０の起電力を加算して得られる値に相当する。このように、第２供給モードでは、蓄電装置１０がインバータ４０への電力の供給源として追加的に利用されることによって、インバータ４０への電力の供給源の起電力が第１供給モードと比較して大きくなる。

また、第２供給モードにおいて、第５スイッチＳＷ５がＯＦＦになることによって、蓄電装置１０の低圧側と第１電力変換装置６０の低圧側との接続が遮断される。それにより、二次電池２０の高圧側から第１電力変換装置６０側へ電流が流れることが抑制される。

ステップＳ５０３又はステップＳ５０５の次に、図４に示される制御フローは終了する。

なお、モード切替制御において実行される制御フローは、図４に示した例に限定されない。判定部１１０及び供給モード制御部１３１は、モード切替制御において、例えば、図７に示される制御フローを実行してもよい。なお、図７に示される制御フローは、インバータ４０への電力の供給モードが第１供給モードである場合に実行される制御フローの例である。例えば、図７に示される制御フローは、供給モードが第１供給モードである場合において、あらかじめ設定された時間間隔で繰り返される。

図７に示される制御フローが開始されると、まず、ステップＳ７０１において、判定部１１０は、負荷としての駆動用モータ５０における電流要求値から現在の電流値を減算して得られる値が閾値より大きいか否かを判定する。駆動用モータ５０における電流要求値から現在の電流値を減算して得られる値が閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ７０１／ＹＥＳ）、ステップＳ７０３へ進む。一方、駆動用モータ５０における電流要求値から現在の電流値を減算して得られる値が閾値以下であると判定された場合（ステップＳ７０１／ＮＯ）、図７に示される制御フローは終了し、供給モードは第１供給モードに維持される。

ここで、駆動用モータ５０における電流要求値が現在の電流値に対して比較的大きい場合、二次電池２０からインバータ４０へ供給される電流が増大することが予測される。閾値は、具体的には、インバータ４０への電力の供給モードが第１供給モードである場合に電池システム１における電気抵抗に起因して生じる電力損失が、供給モードが第２供給モードである場合と比較して、大きくなる程度にインバータ４０へ供給される電流が増大するか否かを判定し得る値に相当し、電池システム１の設計仕様に応じて適宜変動し得る値である。

具体的には、判定部１１０は、車両の走行状態に応じて駆動用モータ５０の目標トルクを算出し、目標トルクと実トルクとの差に応じて駆動用モータ５０における電流要求値を算出し得る。判定部１１０は、例えば、アクセル開度を含む種々のパラメータに基づいて目標トルクを算出し得る。また、例えば、電動車両には駆動用モータ５０により実際に出力されているトルクを検出するトルクセンサが搭載され、制御装置１００はトルクセンサから出力される検出結果を受信することにより実トルクを取得し得る。

ステップＳ７０３において、供給モード制御部１３１は、供給モードを第１供給モードから第２供給モードへ切り替える。

なお、インバータ４０への電力の供給モードが第２供給モードである場合、制御装置１００は、例えば、駆動用モータ５０における現在の電流値から電流要求値を減算して得られる値が閾値より大きいと判定された場合に供給モードを第２供給モードから第１供給モードへ切り替える。一方、制御装置１００は、駆動用モータ５０における現在の電流値から電流要求値を減算して得られる値が閾値以下であると判定された場合、供給モードを第２供給モードに維持する。

このように、制御装置１００は、負荷としての駆動用モータ５０における現在の電流値及び電流要求値の間の差と閾値との比較結果に応じて供給モードの切り替えを制御してもよい。

上述したように、第２供給モードでは、第１供給モードと異なり、蓄電装置１０がインバータ４０への電力の供給源として追加的に利用される。それにより、供給モードが第１供給モードから第２供給モードへ切り替えられることによって、電池システム１における電気抵抗が増大する。ここで、電池システム１における電気抵抗の増大は、電池システム１における電力損失を増大させる要因となり得る。一方、第２供給モードでは、インバータ４０への電力の供給源の起電力が第１供給モードと比較して大きくなることにより、後述されるように、二次電池２０からインバータ４０へ供給される電流が増大することを抑制することができる。それにより、電池システム１における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大を抑制することができる。

ゆえに、制御装置１００は、モード切替制御において、具体的には、供給モードが第１供給モードから第２供給モードへ切り替えられることにより生じる電池システム１における電気抵抗の増大に起因する電池システム１における電力損失の増大分が相殺されて電力損失が低減されるように、第１供給モードから第２供給モードへの切り替えを実行する。

例えば、図４に示される制御フローのステップＳ５０１における基準値又は図７に示される制御フローのステップＳ７０１における閾値は、電池システム１における電気抵抗の増大に起因する電池システム１における電力損失の増大分が相殺されて電力損失が低減されるように第１供給モードから第２供給モードへの切り替えを実行し得る値に適宜設定される。

［３−２．駆動制御］
続いて、駆動制御部１３２が実行する駆動制御について説明する。

駆動制御部１３２は、駆動制御において、駆動用モータ５０へ供給される電力が電力要求値と一致するようにインバータ４０の動作を制御する。より具体的には、駆動制御部１３２は、現在の供給モード及び電力要求値に基づいて、少なくとも二次電池２０を含む電力の供給源からインバータ４０へ供給される電流及びインバータ４０から駆動用モータ５０へ供給される電流を制御する。ここで、第２供給モードでは、上述したように、インバータ４０への電力の供給源の起電力が第１供給モードと比較して大きくなる。ゆえに、仮に電力要求値が同一である場合、第２供給モードでは、インバータ４０へ供給される電流を第１供給モードと比較して小さくすることができる。よって、第２供給モードでは、電力要求値が第１供給モードと比較して大きくなるものの、二次電池２０からインバータ４０へ供給される電流が増大することを抑制することができる。

［３−３．充電制御］
続いて、充電制御部１３３が実行する充電制御について説明する。

充電制御部１３３は、充電制御において、第１電力変換装置６０及び燃料電池３０の動作を制御することにより、燃料電池３０により発電される電力の蓄電装置１０への供給を制御する。具体的には、充電制御部１３３は、燃料電池３０を起動させた状態で第１電力変換装置６０にスイッチング動作を行わせることによって、燃料電池３０により発電される電力を蓄電装置１０により充電可能な電圧へ昇圧させて蓄電装置１０へ供給する。それにより、蓄電装置１０が燃料電池３０により発電される電力を用いて充電される。

例えば、充電制御部１３３は、蓄電装置１０の残存容量ＳＯＣが第１基準容量より低い場合に、燃料電池３０により発電される電力を用いた蓄電装置１０の充電を実行する。第１基準容量は、具体的には、蓄電装置１０の開放電圧が過剰に低いか否かを判定し得る値であり、制御装置１００の記憶素子に予め記憶され得る。

上述したように、第１供給モードにおいて、第５スイッチＳＷ５がＯＮになっているので、蓄電装置１０は第１電力変換装置６０と高圧側及び低圧側で接続されている。ゆえに、図５の破線矢印Ｆ１１により示されるように、第１供給モードにおいて、燃料電池３０により発電される電力が第１電力変換装置６０を介して蓄電装置１０へ供給され得る。よって、充電制御部１３３は、第１供給モードにおいて、燃料電池３０により発電される電力を用いた蓄電装置１０の充電を実行し得る。

また、充電制御部１３３は、充電制御において、第２電力変換装置７０及び燃料電池３０の動作を制御することにより、燃料電池３０により発電される電力の二次電池２０への供給を制御する。具体的には、充電制御部１３３は、燃料電池３０を起動させた状態で第２電力変換装置７０にスイッチング動作を行わせることによって、燃料電池３０により発電される電力を二次電池２０により充電可能な電圧へ昇圧させて二次電池２０へ供給する。それにより、二次電池２０が燃料電池３０により発電される電力を用いて充電される。

例えば、充電制御部１３３は、二次電池２０の残存容量ＳＯＣが第２基準容量より低い場合に、燃料電池３０により発電される電力を用いた二次電池２０の充電を実行する。第２基準容量は、具体的には、二次電池２０の開放電圧が過剰に低いか否かを判定し得る値であり、制御装置１００の記憶素子に予め記憶され得る。

二次電池２０は、供給モードによらず、第２電力変換装置７０と高圧側及び低圧側で接続されている。ゆえに、図５の破線矢印Ｆ１２及び図６の破線矢印Ｆ２２により示されるように、第１供給モード及び第２供給モードにおいて、燃料電池３０により発電される電力が第２電力変換装置７０を介して二次電池２０へ供給され得る。よって、充電制御部１３３は、第１供給モード及び第２供給モードにおいて、燃料電池３０により発電される電力を用いた二次電池２０の充電を実行し得る。

充電制御部１３３は、例えば、二次電池２０の残存容量ＳＯＣが第２基準容量より低い場合に、二次電池２０の充電を比較的迅速に実行し得る程度の電力を燃料電池３０に発電させる。また、充電制御部１３３は、二次電池２０の残存容量ＳＯＣが第２基準容量以上である場合であっても、蓄電装置１０の残存容量ＳＯＣが第１基準容量より低い場合に、比較的低い電力を発電するアイドリング発電を燃料電池３０に行わせてもよい。アイドリング発電において発電される電力は、蓄電装置１０の充電に利用され得る。

なお、充電制御部１３３は、電動車両の減速時に、インバータ４０の動作を制御することにより、駆動用モータ５０により回生発電される電力の二次電池２０への供給を制御してもよい。電動車両の減速時において、駆動用モータ５０が力行駆動されていない状態であるので、供給モードは第１供給モードに切り替えられる。ゆえに、図５に示したように、蓄電装置１０を含まずに二次電池２０と、インバータ４０とが直列に接続される閉回路が形成される。それにより、二次電池２０が駆動用モータ５０により回生発電される電力を用いて充電され得る。

＜４．電池システムの効果＞
続いて、本発明の実施形態に係る電池システム１の効果について説明する。

本実施形態に係る電池システム１では、蓄電装置１０に蓄電される電力を利用せずに二次電池２０から負荷としてのインバータ４０へ電力を供給する第１供給モードと、蓄電装置１０と二次電池２０とが直列に接続されている状態で蓄電装置１０及び二次電池２０から負荷としてのインバータ４０へ電力を供給する第２供給モードとが切り替え可能である。それにより、供給モードを第１供給モードから第２供給モードへ切り替えることによって、インバータ４０への電力の供給源の起電力を増大させることができる。ゆえに、駆動用モータ５０の電力要求値の増大に伴って二次電池２０からインバータ４０へ供給される電流が増大することを抑制することができる。よって、電池システム１における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大を抑制することができる。したがって、二次電池２０及び燃料電池３０を含む電池システム１において電力供給効率を向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態に係る電池システム１では、蓄電装置１０は、燃料電池３０により発電される電力を用いて充電される。それにより、蓄電装置１０の残存容量ＳＯＣが低下し電力が枯渇することを抑制することができるので、第２供給モードへの切り替えを継続的に行うことができる。また、燃料電池３０のアイドリング発電において発電される電力を蓄電装置１０の充電に有効に利用することができるので、燃料電池３０の起動及び停止が繰り返される頻度を低減することができる。それにより、燃料電池３０の起動及び停止が繰り返されることに起因するエネルギ効率の低下を抑制することができる。

また、電池システム１は、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載され得る。それにより、このような電動車両に搭載される電池システム１において電力供給効率を向上させることが可能となる。さらに、このような電動車両に搭載される燃料電池３０の起動及び停止が繰り返されることに起因するエネルギ効率の低下を抑制することができる。なお、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される電池システム１では、具体的には、二次電池２０に蓄電される電力が主として駆動用モータ５０の駆動に用いられ、燃料電池３０により発電される電力が主として二次電池２０の充電に用いられる。あるいは、燃料電池レンジエクステンダー式の電動車両に搭載される電池システム１では、具体的には、二次電池２０は、電動車両の外部の外部電源と接続可能であり、外部電源から供給される電力を用いて充電され得る。

また、電池システム１では、第１供給モードにおいて、蓄電装置１０を含まずに二次電池２０と、インバータ４０とが直列に接続される閉回路が形成され、第２供給モードにおいて、蓄電装置１０と、二次電池２０と、インバータ４０とが直列に接続される閉回路が形成され得る。それにより、第１供給モードにおいて、蓄電装置１０をインバータ４０への電力の供給源として利用せず、二次電池２０をインバータ４０への電力の供給源として利用することが具体的に実現される。また、第２供給モードにおいて、直列に接続された蓄電装置１０及び二次電池２０をインバータ４０への電力の供給源として利用することが具体的に実現される。

また、電池システム１では、負荷としての駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であると判定される場合に供給モードが第１供給モードへ切り替えられ、駆動用モータ５０の電力要求値が基準値より大きいと判定される場合に供給モードが第２供給モードへ切り替えられ得る。それにより、駆動用モータ５０の電力要求値に応じて、適切に供給モードを切り替えることができる。ゆえに、駆動用モータ５０の電力要求値の増大に伴って二次電池２０からインバータ４０へ供給される電流が増大することを適切に抑制することができる。よって、電池システム１における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大を適切に抑制することができる。

また、電池システム１では、負荷としての駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であるか否かが電動車両の走行に関連する情報である走行情報に基づいて判定され得る。それにより、駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であるか否かを適切に判定することができる。

また、電池システム１では、走行情報は電動車両のアクセル開度を含み、負荷としての駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であるか否かがアクセル開度に基づいて判定され得る。それにより、駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であるか否かをアクセル開度に応じてより適切に判定することができる。

また、電池システム１では、走行情報は電動車両が走行する路面の勾配を含み、負荷としての駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であるか否かが路面の勾配に基づいて判定され得る。それにより、駆動用モータ５０の電力要求値が基準値以下であるか否かを路面の勾配に応じてより適切に判定することができる。

また、電池システム１では、負荷としての駆動用モータ５０における現在の電流値及び電流要求値の間の差と閾値との比較結果に応じて供給モードの切り替えが制御され得る。ここで、駆動用モータ５０における電流要求値が現在の電流値に対して比較的大きい場合、二次電池２０からインバータ４０へ供給される電流が増大することが予測される。ゆえに、現在の電流値及び電流要求値の間の差と閾値との比較結果に応じて供給モードを切り替えることによって、二次電池２０からインバータ４０へ供給される電流が増大することを適切に抑制することができる。よって、電池システム１における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大を適切に抑制することができる。

また、電池システム１では、供給モードが第１供給モードから第２供給モードへ切り替えられることにより生じる電池システム１における電気抵抗の増大に起因する電池システム１における電力損失の増大分が相殺されて電力損失が低減されるように、第１供給モードから第２供給モードへの切り替えが実行され得る。それにより、供給モードが第１供給モードから第２供給モードへ切り替えられることにより生じる電池システム１における電気抵抗の増大に起因して電池システム１における電力損失が増大することが抑制される。ゆえに、電池システム１における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大をより効果的に抑制することができる。

また、電池システム１では、第１電力変換装置６０及び燃料電池３０の動作が制御されることにより、燃料電池３０により発電される電力の蓄電装置１０への供給が制御され得る。それにより、蓄電装置１０を適切に充電することができる。ゆえに、蓄電装置１０の残存容量ＳＯＣが低下し電力が枯渇することをより効果的に抑制することができる。

また、電池システム１では、第２電力変換装置７０及び燃料電池３０の動作が制御されることにより、燃料電池３０により発電される電力の二次電池２０への供給が制御され得る。それにより、二次電池２０を適切に充電することができる。ゆえに、二次電池２０の残存容量ＳＯＣが低下し電力が枯渇することをより効果的に抑制することができる。

また、電池システム１では、蓄電装置１０は、二次電池２０の内部抵抗と比較して小さい内部抵抗を有し得る。それにより、蓄電装置１０の内部抵抗を比較的小さくすることができるので、第２供給モードにおいて、電池システム１における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大をより効果的に抑制することができる。

また、電池システム１では、蓄電装置１０は、電気二重層コンデンサであり得る。それにより、蓄電装置１０を小型化することができるので、電池システム１におけるレイアウトの自由度を向上させることができる。

＜５．変形例＞
続いて、図８を参照して、変形例に係る電池システム５について説明する。

図８は、変形例に係る電池システム５の概略構成の一例を示す模式図である。

変形例に係る電池システム５では、上述した電池システム１と比較して、第２電力変換装置８０の構成が異なる。

変形例に係る第２電力変換装置８０は、いわゆるＤＣＤＣコンバータとしての機能を有し、双方向に電圧を変換可能である。第２電力変換装置８０は、例えば、いわゆるチョッパ方式の回路を含んで構成される。

具体的には、第２電力変換装置８０は、燃料電池３０側と二次電池２０側との間で双方向の電圧変換を行う。第２電力変換装置８０は、燃料電池３０により発電される電力を昇圧して二次電池２０へ供給可能である。燃料電池３０により発電される電力は、直流電力のままで二次電池２０に供給される。また、第２電力変換装置８０は、二次電池２０に蓄電される電力を降圧して第１電力変換装置６０へ供給可能である。二次電池２０に蓄電される電力は、直流電力のままで第１電力変換装置６０に供給される。その場合、第１電力変換装置６０は、第２電力変換装置８０を介して二次電池２０から供給される電力を昇圧して蓄電装置１０へ供給可能である。

第２電力変換装置８０にはスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、第２電力変換装置８０による電力の変換が制御される。具体的には、スイッチング素子のスイッチング動作におけるデューティー比が制御されることによって、第２電力変換装置８０における燃料電池３０側から二次電池２０側への電圧の変換についての昇圧比が制御される。また、スイッチング素子のスイッチング動作におけるデューティー比が制御されることによって、第２電力変換装置８０における二次電池２０側から第１電力変換装置６０側への電圧の変換についての降圧比が制御される。

変形例では、充電制御部１３３は、充電制御において、第１電力変換装置６０及び第２電力変換装置８０の動作を制御することにより、二次電池２０に蓄電される電力の蓄電装置１０への供給を制御し得る。具体的には、充電制御部１３３は、第１電力変換装置６０及び第２電力変換装置８０にスイッチング動作を行わせることによって、二次電池２０に蓄電される電力を蓄電装置１０により充電可能な電圧へ変換させて蓄電装置１０へ供給する。それにより、蓄電装置１０が二次電池２０に蓄電される電力を用いて充電される。

例えば、充電制御部１３３は、蓄電装置１０の残存容量ＳＯＣが第１基準容量より低く、かつ、燃料電池３０が起動していない場合に、二次電池２０に蓄電される電力を用いた蓄電装置１０の充電を実行する。また、充電制御部１３３は、蓄電装置１０の残存容量ＳＯＣが第１基準容量より低く、かつ、燃料電池３０により発電される電力が蓄電装置１０の充電を比較的迅速に実行し得る程度の電力より小さい場合に、二次電池２０に蓄電される電力を用いた蓄電装置１０の充電を実行してもよい。

上述したように、第１供給モードにおいて、第５スイッチＳＷ５がＯＮになっているので、蓄電装置１０は第１電力変換装置６０と高圧側及び低圧側で接続されている。また、二次電池２０は、供給モードによらず、第２電力変換装置８０と高圧側及び低圧側で接続されている。また、第１電力変換装置６０は、燃料電池３０に対して第２電力変換装置８０と並列に接続される。ゆえに、図７の破線矢印Ｆ５１により示されるように、第１供給モードにおいて、二次電池２０に蓄電される電力が第２電力変換装置８０及び第１電力変換装置６０を介して蓄電装置１０へ供給され得る。よって、充電制御部１３３は、第１供給モードにおいて、二次電池２０に蓄電される電力を用いた蓄電装置１０の充電を実行し得る。

変形例に係る電池システム５では、第２電力変換装置８０は、双方向に電圧を変換可能である。また、第１電力変換装置６０及び第２電力変換装置８０の動作が制御されることにより、二次電池２０に蓄電される電力の蓄電装置１０への供給が制御される。それにより、燃料電池３０が起動していない場合又は燃料電池３０により発電される電力が蓄電装置１０の充電を比較的迅速に実行し得る程度の電力より小さい場合であっても、蓄電装置１０を適切に充電することができる。ゆえに、蓄電装置１０の残存容量ＳＯＣが低下し電力が枯渇することをより効果的に抑制することができるので、第２供給モードへの切り替えを継続的に行うことができる効果を向上させることができる。

＜６．むすび＞
以上説明したように、本実施形態によれば、蓄電装置１０に蓄電される電力を利用せずに二次電池２０から負荷へ電力を供給する第１供給モードと、蓄電装置１０と二次電池２０とが直列に接続されている状態で蓄電装置１０及び二次電池２０から負荷へ電力を供給する第２供給モードとが切り替え可能である。それにより、供給モードを切り替えることにより負荷への電力の供給源の起電力を増大させることができるので、負荷の電力要求値の増大に伴って負荷へ供給される電流が増大することを抑制することができる。よって、電池システム１における電気抵抗に起因して生じる電力損失の増大を抑制することができる。したがって、二次電池２０及び燃料電池３０を含む電池システム１において電力供給効率を向上させることが可能となる。

上記では、図面を参照して、電池システム１における各装置の間を接続する電力線について説明したが、電池システム１における各装置の間を接続する電力線の接続経路及び各スイッチの配置は係る例に限定されない。具体的には、電力線の接続経路及び各スイッチの配置は、蓄電装置１０に蓄電される電力を利用せずに二次電池２０から負荷へ電力を供給する第１供給モードと、蓄電装置１０と二次電池２０とが直列に接続されている状態で蓄電装置１０及び二次電池２０から負荷へ電力を供給する第２供給モードとを切り替え可能に実現できるものであればよい。例えば、電池システム１に対してスイッチがさらに追加されてもよい。また、一部のスイッチは省略されてもよく、ダイオード等の他の電気素子に置き換えられてもよい。

また、上記では、第１供給モードにおいて、燃料電池３０により発電される電力を用いた蓄電装置１０の充電が実行され得る例について説明したが、燃料電池３０により発電される電力を用いた蓄電装置１０の充電は第２供給モードにおいて実行可能であってもよい。その場合、供給モード制御部１３１は、第２供給モードにおいて、第５スイッチＳＷ５をＯＮにすることにより、蓄電装置１０の低圧側と第１電力変換装置６０の低圧側とを接続する。ここで、二次電池２０の高圧側から第１電力変換装置６０側へ電流が流れることを抑制するために、例えば、第１電力変換装置６０と第２電力変換装置７０との間にトランスが設けられる。それにより、第１電力変換装置６０と第２電力変換装置７０との間が絶縁されるので、二次電池２０の高圧側から第１電力変換装置６０側へ電流が流れることを抑制しつつ燃料電池３０により発電される電力を用いた蓄電装置１０の充電を実行することができる。

また、上記では、本発明に係る電池システムの一例として電動車両に搭載される電池システム１について説明したが、本発明に係る電池システムは電動車両と異なる他の装置に適用されてもよい。例えば、本発明に係る電池システムは、燃料電池を搭載した鉄道やその他の輸送機械に搭載されてもよい。

また、上記では、本発明に係る負荷の一例としてインバータ４０及び駆動用モータ５０について説明したが、本発明に係る負荷は係る例に限定されない。本発明に係る負荷は、供給される電力を消費可能であればよく、電池システムが搭載される装置に応じて適宜異なり得る。

また、上記では、路面の勾配を算出するために加速度センサ９２が利用される例について説明したが、路面の勾配を算出するために加速度センサ９２と異なる他のセンサが利用されてもよい。例えば、そのようなセンサとして、３軸のジャイロセンサが用いられてもよい。その場合、電池システム１の構成から加速度センサ９２は省略されてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１，５電池システム
１０蓄電装置
１１蓄電装置モジュール
２０二次電池
２１二次電池モジュール
３０燃料電池
４０インバータ
５０駆動用モータ
６０第１電力変換装置
７０，８０第２電力変換装置
９１アクセル開度センサ
９２加速度センサ
９３第１バッテリセンサ
９４第２バッテリセンサ
１００制御装置
１１０判定部
１３０制御部
１３１供給モード制御部
１３２駆動制御部
１３３充電制御部
ＳＷ１第１スイッチ
ＳＷ２第２スイッチ
ＳＷ３第３スイッチ
ＳＷ４第４スイッチ
ＳＷ５第５スイッチ

Claims

負荷と、
前記負荷へ供給される電力を蓄電する二次電池と、
前記二次電池へ充電される電力を発電する燃料電池と、
を備える電池システムであって、
前記負荷へ供給される電力を蓄電する蓄電装置と、
前記蓄電装置に蓄電される電力を利用せずに前記二次電池から前記負荷へ電力を供給する第１供給モードと、前記蓄電装置と前記二次電池とが直列に接続されている状態で前記蓄電装置及び前記二次電池から前記負荷へ電力を供給する第２供給モードとを切り替え可能な切替部と、
前記切替部の動作を制御することにより前記負荷への電力の供給モードの切り替えを制御する制御装置と、
をさらに備え、
前記蓄電装置は、前記燃料電池により発電される電力を用いて充電され、
前記第１供給モードにおいて、
前記蓄電装置は、電圧を変換可能な第１電力変換装置を介して前記燃料電池と接続され、
前記制御装置は、前記第１電力変換装置及び前記燃料電池の動作を制御することにより、前記燃料電池により発電される電力の前記蓄電装置への供給を制御する、
電池システム。
前記制御装置は、前記第１供給モードにおいて、前記蓄電装置を含まずに前記二次電池及び前記負荷が直列に接続される閉回路を形成し、前記第２供給モードにおいて、前記蓄電装置、前記二次電池及び前記負荷が直列に接続される閉回路を形成する、
請求項１に記載の電池システム。
前記電池システムは、電動車両に搭載され、
前記負荷は、前記電動車両の駆動用モータを含む、
請求項１又は２に記載の電池システム。
前記二次電池に蓄電される電力は、主として前記駆動用モータの駆動に用いられ、
前記燃料電池により発電される電力は、主として前記二次電池の充電に用いられる、
請求項３に記載の電池システム。
前記二次電池は、前記電動車両の外部の外部電源と接続可能であり、前記外部電源から供給される電力を用いて充電される、
請求項３又は４に記載の電池システム。
前記制御装置は、前記負荷の電力要求値が基準値以下であると判定される場合に前記供給モードを前記第１供給モードへ切り替え、前記電力要求値が前記基準値より大きいと判定される場合に前記供給モードを前記第２供給モードへ切り替える、
請求項３〜５のいずれか一項に記載の電池システム。
前記制御装置は、前記電力要求値が前記基準値以下であるか否かを前記電動車両の走行に関連する情報である走行情報に基づいて判定する、
請求項６に記載の電池システム。
前記走行情報は、前記電動車両のアクセル開度を含む、
請求項７に記載の電池システム。
前記走行情報は、前記電動車両が走行する路面の勾配を含む、
請求項７又は８に記載の電池システム。
前記制御装置は、前記負荷における現在の電流値及び電流要求値の間の差と閾値との比較結果に応じて前記供給モードの切り替えを制御する、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電池システム。
前記制御装置は、前記供給モードが前記第１供給モードから前記第２供給モードへ切り替えられることにより生じる前記電池システムにおける電気抵抗の増大に起因する前記電池システムにおける電力損失の増大分が相殺されて前記電力損失が低減されるように、前記第１供給モードから前記第２供給モードへの切り替えを実行する、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電池システム。
前記制御装置は、前記第１供給モードにおいて、前記蓄電装置の残存容量が所定の第１基準容量より低い場合に、前記燃料電池にアイドリング発電を行わせ、前記アイドリング発電において発電される電力を前記蓄電装置に供給する、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池システム。
前記二次電池は、電圧を変換可能な第２電力変換装置を介して前記燃料電池と接続され、
前記制御装置は、前記第２電力変換装置及び前記燃料電池の動作を制御することにより、前記燃料電池により発電される電力の前記二次電池への供給を制御する、
請求項１２に記載の電池システム。
前記制御装置は、前記第１供給モードにおいて、
前記二次電池の残存容量が所定の第２基準容量より低い場合に、前記燃料電池に所定の値以上の電力を出力する発電を行わせ、前記燃料電池により発電される電力を前記二次電池に供給し、
前記二次電池の残存容量が前記第２基準容量以上であって前記蓄電装置の残存容量が前記第１基準容量より低い場合に、前記燃料電池に前記所定の値よりも低い電力を出力する前記アイドリング発電を行わせ、前記アイドリング発電において発電される電力を前記蓄電装置に供給する、
請求項１３に記載の電池システム。
前記第１供給モードにおいて、
前記二次電池は、双方向に電圧を変換可能な第２電力変換装置を介して前記燃料電池と接続され、
前記制御装置は、前記第１電力変換装置及び前記第２電力変換装置の動作を制御することにより、前記二次電池に蓄電される電力の前記蓄電装置への供給を制御する、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の電池システム。
前記蓄電装置は、前記二次電池の内部抵抗と比較して小さい内部抵抗を有する、
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の電池システム。
前記蓄電装置は、電気二重層コンデンサである、
請求項１６に記載の電池システム。