JP7413242B2 - 電源システム - Google Patents

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Description

本発明は、電源システムに関する。より詳しくは、特性の異なる2つの蓄電器を搭載する車両の電源システムに関する。
近年、動力発生源として駆動モータを備える電動輸送機器や、動力発生源として駆動モータと内燃機関とを備えるハイブリッド車両等の電動車両の開発が盛んである。このような電動車両には、駆動モータに電気エネルギを供給するために蓄電器(バッテリ、及びキャパシタ等)も搭載されている。また近年では、電動車両に特性が異なる複数の蓄電器を搭載するものも開発されている。
特許文献1には、容量型である第1バッテリと出力型である第2バッテリとが電力回路を介して駆動モータに接続された車両用の電源システムが示されている。特許文献1の電源システムによれば、駆動モータで要求される電力を第1バッテリから出力される電力だけで賄えない場合には、この不足分を第2バッテリから出力される電力で補うことができる。特許文献1に示された電源システムでは、運転者から加速要求が生じた場合には第2バッテリから必要な電力を出力でき、かつ回生時には駆動モータによる回生電力を第2バッテリで取り切れるように、第2バッテリの充電率が所定の目標範囲内に維持されるように第2バッテリの充放電を制御する。
また特許文献1に示された電源システムでは、第1バッテリの充電率が所定の範囲内であり、かつ第2バッテリの充電率が上記目標範囲の下限値以下である場合には、第2バッテリの充電率が目標範囲内へ向けて変化するように、第1バッテリから出力される電力で第2バッテリを充電する電力パス制御の実行を許可している。
特開2019-180211号公報
ところで第1バッテリから出力可能な電力は、第1バッテリの充電率が低下するほど低くなる傾向がある。このため、第1バッテリの充電率が低下するほど、第2バッテリからの出力が要求される機会も多くなる傾向がある。しかしながら出力型の第2バッテリは、容量型の第2バッテリと比べて充放電が頻繁に切り替わるため、その充電率も大きく上下に変動する。このため、第2バッテリからの出力が要求されたときに第2バッテリの充電率が十分でないと、第2バッテリはその出力性能を十分に発揮することができない。すなわち、第1バッテリの充電率が低下すると、第2バッテリの出力性能を十分に発揮できなくなる機会も増えてしまう。
本発明は、容量型の第1蓄電器の充電率が低下しても出力型の第2蓄電器の出力性能を十分に発揮できる電源システムを提供することを目的とする。
(1)本発明に係る電源システムは、駆動輪に連結された回転電機を含む負荷回路と、第1蓄電器と、前記第1蓄電器よりも出力重量密度が高くかつエネルギ重量密度が低い第2蓄電器と、前記負荷回路、前記第1蓄電器、及び前記第2蓄電器を接続する電力回路と、前記第1蓄電器の残量に応じて増加する第1残量パラメータを取得する第1残量パラメータ取得手段と、前記第2蓄電器の残量に応じて増加する第2残量パラメータを取得する第2残量パラメータ取得手段と、前記電力回路を操作することにより、前記第1及び第2蓄電器と前記回転電機との間の電力の流れ並びに前記第1蓄電器から前記第2蓄電器への電力の流れを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第2残量パラメータが第2下限値未満である場合、前記第1蓄電器から出力される電力を前記第2蓄電器に供給する電力パス制御の実行を許可するとともに、前記第1残量パラメータが小さくなるほど前記第2下限値を大きな値に設定することを特徴とする。
(2)この場合、前記制御装置は、前記回転電機の回生時には、前記回転電機から前記電力回路に供給される回生電力を前記第1蓄電器及び前記第2蓄電器の両方又は何れかに供給する回生制御を実行するとともに、前記第2下限値が所定の閾値より大きい場合、前記第2蓄電器よりも前記第1蓄電器を優先して回生電力を供給することが好ましい。
(3)この場合、前記制御装置は、前記第2残量パラメータが前記第2下限値より大きな値に設定された第2上限値より大きい場合、前記第1蓄電器よりも前記第2蓄電器を優先して放電させるとともに、前記第1残量パラメータが大きくなるほど前記第2上限値を小さな値に設定することが好ましい。
(4)本発明に係る電源システムは、駆動輪に連結された回転電機を含む負荷回路と、第1蓄電器と、前記第1蓄電器よりも出力重量密度が高くかつエネルギ重量密度が低い第2蓄電器と、前記負荷回路、前記第1蓄電器、及び前記第2蓄電器を接続する電力回路と、前記第1蓄電器の残量に応じて増加する第1残量パラメータを取得する第1残量パラメータ取得手段と、前記第2蓄電器の残量に応じて増加する第2残量パラメータを取得する第2残量パラメータ取得手段と、前記電力回路を操作することにより、前記第1及び第2蓄電器と前記回転電機との間の電力の流れ並びに前記第1蓄電器から前記第2蓄電器への電力の流れを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第2残量パラメータが第2下限値と当該第2下限値よりも大きな値に設定された第2上限値との間の第2目標残量範囲外である場合には、前記第2残量パラメータが前記第2目標残量範囲内へ向けて変化するように前記第2蓄電器の充放電を制御するとともに、前記第1残量パラメータが小さくなるほど前記第2下限値を大きな値に設定することを特徴とする。
(5)この場合、前記制御装置は、前記第1残量パラメータが大きくなるほど前記第2上限値を小さな値に設定することが好ましい。
(1)本発明に係る電源システムにおいて、制御装置は、出力型の第2蓄電器の第2残量パラメータが第2下限値未満である場合、容量型の第1蓄電器から出力される電力を第2蓄電器に供給する電力パス制御の実行を許可する。これにより電源システムによれば、第2残量パラメータが第2下限値未満である場合には、要求に応じてその出力性能を発揮できるように、第2蓄電器の第2残量パラメータを第2下限値より大きな値へ向けて上昇させることができる。また制御装置は、第1蓄電器の第1残量パラメータが小さくなるほど第2下限値を大きな値に設定することにより、電力パス制御を実行する機会を多くする。換言すれば、制御装置は、第1蓄電器の第1残量パラメータが小さくなり、第2蓄電器からの出力が要求される機会が多くなるほど、電力パス制御を実行する機会を多くすることにより、第1蓄電器の第1残量パラメータが低下しても第2蓄電器の出力性能を十分に発揮することができる。
(2)制御装置は、回転電機の回生時には、回転電機から電力回路に供給される回生電力を第1蓄電器及び第2蓄電器の両方又は何れかに供給する回生制御を実行する。また制御装置は、第2下限値が所定の閾値より大きい場合、第2蓄電器よりも第1蓄電器を優先して回生電力を供給する。これにより、回生能力の高い第1蓄電器によって回生電力を取り切ることができる。
(3)制御装置は、第2残量パラメータが第2下限値より大きな値に設定された第2上限値より大きい場合、第1蓄電器よりも第2蓄電器を優先して放電させる。これにより第2蓄電器の第2残量パラメータを第2上限値と第2下限値との間へ向けて減少させることができるので、第2蓄電器によって回生電力を回収するための空容量を確保することができる。また制御装置は、第1残量パラメータが大きくなるほど、すなわち第1蓄電器の回生能力が低下するほど、第2上限値を小さな値に設定する。これにより、第1蓄電器の回生能力の低下に合せて第2蓄電器の回生能力を上昇させることができるので、第2蓄電器によって回生電力を取り切ることができる。
(4)本発明に係る電源システムにおいて、制御装置は、出力型の第2蓄電器の第2残量パラメータが第2下限値と第2上限値との間の第2目標残量範囲外である場合、第2残量パラメータが第2目標残量範囲内へ向けて変化するように第2蓄電器の充放電を制御する。これにより電源システムによれば、出力要求が生じた場合にはこの出力要求に応じて第2蓄電器の出力性能を発揮し、かつ回生要求が生じた場合にはこの回生要求に応じて第2蓄電器によって回生電力を回収できるように、第2残量パラメータを第2目標残量範囲から大きく逸脱しないようにすることができる。また制御装置は、第1蓄電器の第1残量パラメータが小さくなるほど第2下限値を大きな値に設定することにより、第2蓄電器を充電する機会を多くする。換言すれば、制御装置は、第1蓄電器の第1残量パラメータが小さくなり、第2蓄電器からの出力が要求される機会が多くなるほど、第2蓄電器を充電する機会を多くすることにより、第1蓄電器の第1残量パラメータが低下しても第2蓄電器の出力性能を十分に発揮することができる。
(5)制御装置は、第1残量パラメータが大きくなるほど、すなわち第1蓄電器の回生能力が低下するほど、第2上限値を小さな値に設定する。これにより、第1蓄電器の回生能力の低下に合せて第2蓄電器の回生能力を上昇させることができるので、第2蓄電器によって回生電力を取り切ることができる。
本発明の一実施形態に係る電源システムを搭載する電動車両の構成を示す図である。 電圧変換器の回路構成の一例を示す図である。 駆動モータの力行時における電力マネジメント処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 目標第2SOC範囲算出処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 第2下限値マップの一例を示す図である。 第2上限値マップの一例を示す図である。 目標第2SOC範囲と第1バッテリの第1SOCとの関係を模式的に示す図である。 マネジメントECUによって生成される要求電力マップの一例を示す図である。 システム出力上限を算出する手順を示すフローチャートである。 目標駆動電力を算出する手順を示すフローチャートである。 目標通過電力を算出する手順を示すフローチャートである。 駆動モータの回生時における電力マネジメント処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 目標回生電力を算出する手順を示すフローチャートである。 目標通過電力を算出する手順を示すフローチャートである(その1)。 目標通過電力を算出する手順を示すフローチャートである(その2)。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る電源システム1を搭載する電動車両V(以下、単に「車両」という)の構成を示す図である。
車両Vは、駆動輪Wと、この駆動輪Wに連結された回転電機としての駆動モータMと、この駆動モータMと後述の第1バッテリB1及び第2バッテリB2との間での電力の授受を行う電源システム1と、を備える。なお本実施形態では、車両Vは、主として駆動モータMで発生する動力によって加減速するもの例に説明するが、本発明はこれに限らない。車両Vは、動力発生源として駆動モータMとエンジンとを搭載する所謂ハイブリッド車両としてもよい。
駆動モータMは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Wに連結されている。電源システム1から駆動モータMに三相交流電力を供給することによって駆動モータMで発生させた駆動トルクは、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪Wに伝達され、駆動輪Wを回転させ、車両Vを走行させる。また駆動モータMは、車両Vの減速時には発電機の機能を発揮し、回生電力を発電するとともに、この回生電力の大きさに応じた回生制動トルクを駆動輪Wに付与する。駆動モータMによって発電された回生電力は、電源システム1のバッテリB1,B2に適宜充電される。
電源システム1は、第1蓄電器としての第1バッテリB1が接続される第1電力回路2と、第2蓄電器としての第2バッテリB2が接続される第2電力回路3と、これら第1電力回路2と第2電力回路3とを接続する電圧変換器5と、駆動モータMを含む各種電気負荷を有する負荷回路4と、これら電力回路2,3,4及び電圧変換器5を操作する電子制御ユニット群7と、を備える。すなわち電源システム1において、第1バッテリB1及び第2バッテリB2と負荷回路4とを接続する電力回路は、第1電力回路2と、第2電力回路3と、電圧変換器5と、によって構成される。またこの電力回路を操作し、第1バッテリB1及び第2バッテリB2と負荷回路4との間の電力の流れ並びに第1バッテリB1から第2バッテリB2への電力の流れを制御する制御装置は、電子制御ユニット群7によって構成される。電子制御ユニット群7は、それぞれコンピュータであるマネジメントECU71と、モータECU72と、コンバータECU73と、第1バッテリECU74と、第2バッテリECU75と、を備える。
第1バッテリB1は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。以下では、この第1バッテリB1として、電極間をリチウムイオンが移動することで充放電を行う所謂リチウムイオン蓄電池を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。第1バッテリB1としては、キャパシタを用いてもよい。
第1バッテリB1には、第1バッテリB1の内部状態を推定するための第1バッテリセンサユニット81が設けられている。第1バッテリセンサユニット81は、第1バッテリECU74において第1バッテリB1の充電率(バッテリの蓄電量を百分率で表したものであり、第1バッテリB1の残量に応じて増加する)や温度等を取得するために必要な物理量を検出し、検出値に応じた信号を第1バッテリECU74へ送信する複数のセンサによって構成される。より具体的には、第1バッテリセンサユニット81は、第1バッテリB1の端子電圧を検出する電圧センサ、第1バッテリB1を流れる電流を検出する電流センサ、及び第1バッテリB1の温度を検出する温度センサ等によって構成される。以下では、第1バッテリB1の充電率を第1SOCともいう。従って本実施形態において、第1バッテリB1の残量に応じて増加する第1SOCを取得する第1残量パラメータ取得手段は、第1バッテリセンサユニット81及び第1バッテリECU74によって構成される。
第2バッテリB2は、化学エネルギを電気エネルギに変換する放電と、電気エネルギを化学エネルギに変換する充電との両方が可能な二次電池である。以下では、この第2バッテリB2として、電極間をリチウムイオンが移動することで充放電を行う所謂リチウムイオン蓄電池を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。第2バッテリB2は、例えばキャパシタを用いてもよい。
第2バッテリB2には、第2バッテリB2の内部状態を推定するための第2バッテリセンサユニット82が設けられている。第2バッテリセンサユニット82は、第2バッテリECU75において第2バッテリB2の充電率や温度等を取得するために必要な物理量を検出し、検出値に応じた信号を第2バッテリECU75へ送信する複数のセンサによって構成される。より具体的には、第2バッテリセンサユニット82は、第2バッテリB2の端子電圧を検出する電圧センサ、第2バッテリB2を流れる電流を検出する電流センサ、及び第2バッテリB2の温度を検出する温度センサ等によって構成される。以下では、第2バッテリB2の充電率を第2SOCともいう。従って本実施形態において、第2バッテリB2の残量に応じて増加する第2SOCを取得する第2残量パラメータ取得手段は、第2バッテリセンサユニット82及び第2バッテリECU75によって構成される。
ここで第1バッテリB1の特性と第2バッテリB2の特性とを比較する。
第1バッテリB1は、第2バッテリB2よりも出力重量密度が低くかつエネルギ重量密度が高い。また第1バッテリB1は第2バッテリB2よりも容量が大きい。すなわち、第1バッテリB1は、エネルギ重量密度の点で第1バッテリB1よりも優れる。なお、エネルギ重量密度とは、単位重量あたりの電力量[Wh/kg]であり、出力重量密度とは、単位重量あたりの電力[W/kg]である。したがって、エネルギ重量密度が優れている第1バッテリB1は、高容量を主目的とした容量型の蓄電器であり、出力重量密度が優れている第2バッテリB2は、高出力を主目的とした出力型の蓄電器である。このため電源システム1では、第1バッテリB1を主電源として用い、第2バッテリB2をこの第1バッテリB1を補う副電源として用いる。
バッテリB1,B2の静的電圧(すなわち、バッテリに電流が流れていない状態における電圧であって、開回路電圧ともいう)は、充電率が高くなるほど高くなる特性がある。また第1バッテリB1の第1SOCが最小値のときにおける第1バッテリB1の静的電圧、すなわち第1バッテリB1の静的電圧の最小値は、第2バッテリB2の第2SOCが最大値(満充電状態)のときにおける第2バッテリB2の静的電圧、すなわち第2バッテリB2の静的電圧の最大値よりも高い。このため車両Vの走行中、第2バッテリB2の静的電圧は、基本的には第1バッテリB1の静的電圧よりも低く維持される。
第1電力回路2は、第1バッテリB1と、この第1バッテリB1の正負両極と電圧変換器5の高圧側の正極端子及び負極端子とを接続する第1電力線21p,21nと、これら第1電力線21p,21nに設けられた正極コンタクタ22p及び負極コンタクタ22nと、を備える。
コンタクタ22p,22nは、外部からの指令信号が入力されていない状態では開成して第1バッテリB1の両電極と第1電力線21p,21nとの導通を絶ち、指令信号が入力されている状態では閉成して第1バッテリB1と第1電力線21p,21nとを接続するノーマルオープン型である。これらコンタクタ22p,22nは、第1バッテリECU74から送信される指令信号に応じて開閉する。なお正極コンタクタ22pは、第1電力回路2や負荷回路4等に設けられる複数の平滑コンデンサへの突入電流を緩和するためのプリチャージ抵抗を有するプリチャージコンタクタとなっている。
第2電力回路3は、第2バッテリB2と、この第2バッテリB2の正負両極と電圧変換器5の低圧側の正極端子及び負極端子とを接続する第2電力線31p,31nと、これら第2電力線31p,31nに設けられた正極コンタクタ32p及び負極コンタクタ32nと、第2電力線31pに設けられた電流センサ33と、を備える。
コンタクタ32p,32nは、外部からの指令信号が入力されていない状態では開成して第2バッテリB2の両電極と第2電力線31p,31nとの導通を絶ち、指令信号が入力されている状態では閉成して第2バッテリB2と第2電力線31p,31nとを接続するノーマルオープン型である。これらコンタクタ32p,32nは、第2バッテリECU75から送信される指令信号に応じて開閉する。なお正極コンタクタ32pは、第1電力回路2や負荷回路4等に設けられる複数の平滑コンデンサへの突入電流を緩和するためのプリチャージ抵抗を有するプリチャージコンタクタとなっている。
電流センサ33は、第2電力線31pを流れる電流、すなわち電圧変換器5を流れる電流である通過電流に応じた検出信号をコンバータECU73へ送信する。なお本実施形態では、通過電流の向きは、第2電力回路3側から第1電力回路2側を正とし、第1電力回路2側から第2電力回路3側を負とする。
負荷回路4は、車両補機42と、駆動モータMが接続された電力変換器43と、これら車両補機42及び電力変換器43と第1電力回路2とを接続する負荷電力線41p,41nと、を備える。
車両補機42は、バッテリヒータ、エアコンプレッサ、DCDCコンバータ、及び車載充電器等の複数の電気負荷によって構成される。車両補機42は、負荷電力線41p,41nによって第1電力回路2の第1電力線21p,21nに接続されており、第1電力線21p,21nにおける電力を消費することによって作動する。車両補機42を構成する各種電気負荷の作動状態に関する情報は、例えばマネジメントECU71へ送信される。
電力変換器43は、負荷電力線41p,41nによって、車両補機42と並列になるように第1電力線21p,21nに接続されている。電力変換器43は、第1電力線21p,21nと駆動モータMとの間で電力を変換する。電力変換器43は、例えば、複数のスイッチング素子(例えば、IGBT)をブリッジ接続して構成されるブリッジ回路を備えた、パルス幅変調によるPWMインバータであり、直流電力と交流電力とを変換する機能を備える。電力変換器43は、その直流入出力側において第1電力線21p,21nに接続され、その交流入出力側において駆動モータMのU相、V相、W相の各コイルに接続されている。電力変換器43は、モータECU72の図示しないゲートドライブ回路から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従って各相のスイッチング素子をオン/オフ駆動することにより、第1電力線21p,21nにおける直流電力を三相交流電力に変換して駆動モータMに供給し、駆動モータMに駆動トルクを発生させたり、駆動モータMから供給される三相交流電力を直流電力に変換して第1電力線21p,21nに供給し、駆動モータMに回生制動トルクを発生させたりする。
電圧変換器5は、第1電力回路2と第2電力回路3とを接続し、これら両回路2,3の間で電圧を変換する。この電圧変換器5には、既知の昇圧回路が用いられる。
図2は、電圧変換器5の回路構成の一例を示す図である。電圧変換器5は、第1バッテリB1が接続される第1電力線21p,21nと、第2バッテリB2が接続される第2電力線31p,31nと、を接続し、これら第1電力線21p,21n及び第2電力線31p,31nの間で電圧を変換する。電圧変換器5は、第1リアクトルL1と、第2リアクトルL2と、第1ハイアーム素子53Hと、第1ローアーム素子53Lと、第2ハイアーム素子54Hと、第2ローアーム素子54Lと、負母線55と、低圧側端子56p,56nと、高圧側端子57p,57nと、図示しない平滑コンデンサと、を組み合わせて構成されるフルブリッジ型のDCDCコンバータである。
低圧側端子56p,56nは、第2電力線31p,31nに接続され、高圧側端子57p,57nは第1電力線21p,21nに接続される。負母線55は、低圧側端子56nと高圧側端子57nとを接続する配線である。
第1リアクトルL1は、その一端側が低圧側端子56pに接続され、その他端側が第1ハイアーム素子53Hと第1ローアーム素子53Lとの接続ノード53に接続される。第1ハイアーム素子53H及び第1ローアーム素子53Lは、それぞれ、IGBTやMOSFET等の既知のパワースイッチング素子と、このパワースイッチング素子に接続された還流ダイオードと、を備える。これらハイアーム素子53H及びローアーム素子53Lは、高圧側端子57pと負母線55との間で、直列に、この順で接続される。
第1ハイアーム素子53Hのパワースイッチング素子のコレクタは高圧側端子57pに接続され、そのエミッタは第1ローアーム素子53Lのコレクタに接続される。第1ローアーム素子53Lのパワースイッチング素子のエミッタは、負母線55に接続される。第1ハイアーム素子53Hに設けられる還流ダイオードの順方向は、第1リアクトルL1から高圧側端子57pへ向かう向きである。また第1ローアーム素子53Lに設けられる還流ダイオードの順方向は、負母線55から第1リアクトルL1へ向かう向きである。
第2リアクトルL2は、その一端側が低圧側端子56pに接続され、その他端側が第2ハイアーム素子54Hと第2ローアーム素子54Lとの接続ノード54に接続される。第2ハイアーム素子54H及び第2ローアーム素子54Lは、それぞれ、IGBTやMOSFET等の既知のパワースイッチング素子と、このパワースイッチング素子に接続された還流ダイオードと、を備える。これらハイアーム素子54H及びローアーム素子54Lは、高圧側端子57pと負母線55との間で、直列に、この順で接続される。
第2ハイアーム素子54Hのパワースイッチング素子のコレクタは高圧側端子57pに接続され、そのエミッタは第2ローアーム素子54Lのコレクタに接続される。第2ローアーム素子54Lのパワースイッチング素子のエミッタは、負母線55に接続される。第2ハイアーム素子54Hに設けられる還流ダイオードの順方向は、第2リアクトルL2から高圧側端子57pへ向かう向きである。また第2ローアーム素子54Lに設けられる還流ダイオードの順方向は、負母線55から第2リアクトルL2へ向かう向きである。
電圧変換器5は、コンバータECU73の図示しないゲートドライブ回路から所定のタイミングで生成されるゲート駆動信号に従い、第1ハイアーム素子53H及び第2ローアーム素子54Lと、第1ローアーム素子53L及び第2ハイアーム素子54Hとを交互にオン/オフ駆動することにより、第1電力線21p,21nと第2電力線31p,31nとの間で電圧を変換する。
図1に戻り、車両Vの走行中、第2バッテリB2の静的電圧は、上述のように基本的には第1バッテリB1の静的電圧よりも低く維持される。したがって基本的には、第1電力線21p,21nの電圧は第2電力線31p,31nの電圧よりも高い。そこでコンバータECU73は、第1バッテリB1から出力される電力と第2バッテリB2から出力される電力との両方を用いて駆動モータMを駆動する場合には、電圧変換器5において昇圧機能が発揮されるように電圧変換器5を操作する。昇圧機能とは、低圧側端子56p,56nが接続されている第2電力線31p,31nにおける電力を昇圧して、高圧側端子57p,57nが接続されている第1電力線21p,21nに出力する機能をいい、これにより第2電力線31p,31n側から第1電力線21p,21n側へ正の通過電流が流れる。また第2バッテリB2の放電を抑制し、第1バッテリB1から出力される電力のみで駆動モータMを駆動する場合、コンバータECU73は、電圧変換器5をオフにし、第1電力線21p,21nから第2電力線31p,31nへ電流が流れないようにする。
また減速時に駆動モータMから第1電力線21p,21nに出力される回生電力によって第1バッテリB1や第2バッテリB2を充電する場合には、コンバータECU73は、電圧変換器5において降圧機能を発揮されるように電圧変換器5を操作する。降圧機能とは、高圧側端子57p,57nが接続されている第1電力線21p,21nにおける電力を降圧して、低圧側端子56p,56nが接続されている第2電力線31p,31nに出力する機能をいい、これにより第1電力線21p,21n側から第2電力線31p,31n側へ負の通過電流が流れる。
第1バッテリECU74は、主に第1バッテリB1の状態監視及び第1電力回路2のコンタクタ22p,22nの開閉操作を担うコンピュータである。第1バッテリECU74は、第1バッテリセンサユニット81から送信される検出値を用いた既知のアルゴリズムに基づいて、第1バッテリB1の内部状態を表す様々なパラメータ、より具体的には、第1バッテリB1の温度、第1バッテリB1の内部抵抗、第1バッテリB1の静的電圧、第1バッテリB1の閉回路電圧、第1バッテリB1の第1SOC、第1バッテリB1の第1出力リミット、及び第1バッテリB1の第1回生リミット等を算出する。第1バッテリECU74において取得した第1バッテリB1の内部状態を表すパラメータに関する情報は、例えばマネジメントECU71へ送信される。
ここで第1バッテリB1の第1出力リミットとは、第1バッテリB1の出力性能を示すパラメータであり、第1バッテリB1から出力可能な正の電力に対する上限に相当する正の値である。すなわち、第1バッテリB1の出力電力を第1出力リミットよりも大きくすると第1バッテリB1が劣化するおそれがあるため、第1バッテリB1の出力電力は第1出力リミット以下に制限することが好ましい。第1バッテリB1の第1出力リミットは、第1SOCが低くなるほど0へ向けて低下する傾向がある。第1バッテリB1の第1出力リミットは、第1SOC、温度、及び内部抵抗等の第1バッテリB1の内部状態を表すパラメータに基づいて第1バッテリECU74によって算出される。
また第1バッテリB1の第1回生リミットとは、第1バッテリB1の回生性能を示すパラメータであり、第1バッテリB1へ入力可能な負の電力に対する下限に相当する負の値である。すなわち、第1バッテリB1への入力電力を第1回生リミットよりも負側へ大きくすると第1バッテリB1が劣化するおそれがあるため、第1バッテリB1の入力電力は第1回生リミット以上に制限することが好ましい。第1バッテリB1の第1回生リミットは、第1SOCが高くなるほど0へ向けて上昇する傾向がある。第1バッテリB1の第1回生リミットは、第1SOC、温度、及び内部抵抗等の第1バッテリB1の内部状態を表すパラメータに基づいて第1バッテリECU74によって算出される。
第2バッテリECU75は、主に第2バッテリB2の状態監視及び第2電力回路3のコンタクタ32p,32nの開閉操作を担うコンピュータである。第2バッテリECU75は、第2バッテリセンサユニット82から送信される検出値を用いた既知のアルゴリズムに基づいて、第2バッテリB2の内部状態を表す様々なパラメータ、より具体的には、第2バッテリB2の温度、第2バッテリB2の内部抵抗、第2バッテリB2の静的電圧、第2バッテリB2の閉回路電圧、第2バッテリB2の第2SOC、第2バッテリB2の第2出力リミット、及び第2バッテリB2の第2回生リミット等を算出する。第2バッテリECU75において取得した第2バッテリB2の内部状態を表すパラメータに関する情報は、例えばマネジメントECU71へ送信される。
ここで第2バッテリB2の第2出力リミットとは、第2バッテリB2の出力性能を示すパラメータであり、第2バッテリB2から出力可能な正の電力に対する上限に相当する正の値である。すなわち、第2バッテリB2の出力電力を第2出力リミットよりも大きくすると第2バッテリB2が劣化するおそれがあるため、第2バッテリB2の出力電力は第2出力リミット以下に制限することが好ましい。第2バッテリB2の第2出力リミットは、第2SOCが低くなるほど0へ向けて低下する傾向がある。第2バッテリB2の第2出力リミットは、第2SOC、温度、及び内部抵抗等の第2バッテリB2の内部状態を表すパラメータに基づいて第2バッテリECU75によって算出される。
また第2バッテリB2の第2回生リミットとは、第2バッテリB2の回生性能を示すパラメータであり、第2バッテリB2へ入力可能な負の電力に対する下限に相当する負の値である。すなわち、第2バッテリB2への入力電力を第2回生リミットよりも負側へ大きくすると第2バッテリB2が劣化するおそれがあるため、第2バッテリB2の入力電力は第2回生リミット以上に制限することが好ましい。第2バッテリB2の第2回生リミットは、第2SOCが高くなるほど0へ向けて上昇する傾向がある。第2バッテリB2の第2回生リミットは、第2SOC、温度、及び内部抵抗等の第2バッテリB2の内部状態を表すパラメータに基づいて第2バッテリECU75によって算出される。
マネジメントECU71は、主に電源システム1全体における電力の流れを管理するコンピュータである。マネジメントECU71は、後に図3~図14Bを参照して説明する電力マネジメント処理を実行することにより、駆動モータMで発生する駆動トルクや回生制動トルクに対する指令に相当するトルク指令信号と、電圧変換器5を通過する電力に対する指令に相当する通過電力指令信号とを生成する。
モータECU72は、主に第1電力回路2から駆動モータMへの電力の流れを管理するコンピュータである。モータECU72は、マネジメントECU71から送信されるトルク指令信号に基づいて、この指令に応じた駆動トルク又は回生制動トルクが駆動モータMにおいて発生するように電力変換器43を操作する。
コンバータECU73は、主に電圧変換器5を通過する電力である通過電力の流れを管理するコンピュータである。コンバータECU73は、マネジメントECU71から送信される通過電力指令信号に応じて、指令に応じた通過電力が電圧変換器5を通過するように電圧変換器5を操作する。より具体的には、コンバータECU73は、通過電力指令信号に基づいて、電圧変換器5における通過電流に対する目標である目標電流を算出するとともに、電流センサ33によって検出される通過電流(以下、「実通過電流」ともいう)が目標電流になるように、既知のフィードバック制御アルゴリズムに従って電圧変換器5を操作する。
図3は、駆動モータMの力行時における電力マネジメント処理の具体的な手順を示すフローチャートである。この電力マネジメント処理(力行時)は、後述の要求駆動電力Pmot_dが正となる駆動モータMの力行時にマネジメントECU71において所定の周期で繰り返し実行される。
始めにS1では、マネジメントECU71は、第2バッテリB2の第2SOCに対する目標範囲に相当する目標第2SOC範囲を算出する目標第2SOC範囲算出処理を実行し、S2に移る。
図4は、目標第2SOC範囲算出処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
始めにS31では、マネジメントECU71は、第1バッテリECU74から第1バッテリB1の第1出力リミットP1out_lim(正値)及び第1回生リミットP1in_lim(負値)を取得し、S32に移る。
次にS32では、マネジメントECU71は、第2バッテリECU75から第2バッテリB2の第2出力リミットP2out_lim(正値)及び第2回生リミットP2in_lim(負値)を取得し、S33に移る。
次にS33では、マネジメントECU71は、第1出力リミットP1out_limに基づいて図5に例示するような第2下限値マップを検索することにより、目標第2SOC範囲の下限値に相当する第2SOC下限値Aを算出し、S34に移る。
図5に示すように、マネジメントECU71は、第1出力リミットP1out_limが小さくなるほど、換言すれば第1SOCが小さくなるほど、第2SOC下限値Aを大きな値に設定する。すなわち、マネジメントECU71は、第1出力リミットP1out_limが大きくなるほど、換言すれば第1SOCが大きくなるほど、第2SOC下限値Aを小さな値に設定する。
次にS34では、マネジメントECU71は、第1回生リミットP1in_limに基づいて図6に例示するような第2上限値マップを検索することにより、上述の第2SOC下限値Aより大きな値に設定されかつ目標第2SOC範囲の上限値に相当する第2SOC上限値Bを算出し、S35に移る。
図6に示すように、マネジメントECU71は、負値である第1回生リミットP1in_limが大きくなるほど(P1in_limが0に近づくほど)、換言すれば第1SOCが大きくなるほど、第2SOC上限値Bを小さな値に設定する。すなわち、マネジメントECU71は、負値である第1回生リミットP1in_limが小さくなるほど(P1in_limが0から負側へ離れるほど)、換言すれば第1SOCが小さくなるほど、第2SOC上限値Bを大きな値に設定する。
図7は、以上のような手順によって算出される目標第2SOC範囲と第1バッテリB1の第1SOCとの関係を模式的に示す図である。図7の左側には第1SOCが比較的大きい場合を示し、右側には第1SOCが比較的小さい場合を示す。
図7の左側に示すように、マネジメントECU71は、第1SOCが大きくなるほど、換言すれば第1バッテリB1の出力性能が高くなりかつ回生性能が低くなるほど、目標第2SOC範囲の第2SOC下限値Aを小さな値に設定し、目標第2SOC範囲の第2SOC上限値Bを小さな値に設定する。また図7の右側に示すように、マネジメントECU71は、第1SOCが小さくなるほど、換言すれば第1バッテリB1の出力性能が低くなりかつ回生性能が高くなるほど、目標第2SOC範囲の第2SOC下限値Aを大きな値に設定し、目標第2SOC範囲の第2SOC上限値Bを大きな値に設定する。以上のように目標第2SOC範囲は、第1バッテリB1の第1SOCに応じて変化する。
図4に戻り、S35では、マネジメントECU71は、第2出力リミットP2out_limと、第2回生リミットP2in_limと、目標第2SOC範囲と、に基づいて、第2バッテリB2に対する要求電力P2_dを決定するための要求電力マップを生成し、図3のS2の処理に移る。
図8は、マネジメントECU71によって生成される要求電力マップの一例を示す図である。図8に示すように要求電力マップは、第2SOCに基づいて第2バッテリB2に対する要求電力P2_dを算出するためのマップである。
マネジメントECU71は、第2SOCが第2SOC下限値Aより大きくかつ第2SOC上限値B以下である場合には要求電力P2_dが0となるように要求電力マップを生成する。マネジメントECU71は、第2SOCが第2SOC上限値Bより大きい場合には、第2SOCが上昇するに従い、要求電力P2_dが0と第2出力リミットP2out_limとの間に定められた正の上限値に近づくように要求電力マップを生成する。またマネジメントECU71は、第2SOCが第2SOC下限値A以下である場合には、第2SOCが低下するに従い、要求電力P2_dが0と第2回生リミットP2in_limとの間に定められた負の下限値に近づくように要求電力マップを生成する。
マネジメントECU71は、以上のような要求電力マップを生成することにより、第2SOCが目標第2SOC範囲外である場合には、第2バッテリB2に対する要求電力P2_dを正値又は負値とすることにより、第2SOCが目標第2SOC範囲内へ向けて変化するように第2バッテリB2の第2SOCを充放電を制御する。より具体的には、マネジメントECU71は、第2SOCが第2SOC上限値Bより大きい場合には、要求電力P2_dを正値とし、第2バッテリB2の放電を積極的に促すことにより、第2SOCを目標第2SOC範囲内へ向けて低下させ、第2SOCが第2SOC下限値A以下である場合には、要求電力P2_dを負値とし、第1バッテリB1から出力される電力を第2バッテリB2に供給する電力パス制御の実行を許可することにより、第2SOCを目標第2SOC範囲内へ向けて上昇させる。
図3に戻り、S2では、マネジメントECU71は、車両補機42において要求されている電力である要求補機電力Pauxを算出し、S3に移る。マネジメントECU71は、車両補機42から送信される各種電気負荷の作動状態に関する情報に基づいて正値である要求補機電力Pauxを算出する。
S3では、マネジメントECU71は、駆動モータMの力行時に電力変換器43を介して第1電力回路2から駆動モータMへ供給する電力に対する要求に相当する要求駆動電力Pmot_dを算出し、S4に移る。マネジメントECU71は、運転者によるアクセルペダルやブレーキペダル等のペダル類P(図1参照)の操作量に基づいて駆動モータMで発生させる駆動トルクに対する要求に相当する要求駆動トルクを算出し、この要求駆動トルクを電力に換算することによって正値である要求駆動電力Pmot_dを算出する。
S4では、マネジメントECU71は、S2で算出した要求補機電力PauxとS3で算出した要求駆動電力Pmot_dとを合算することにより、第1バッテリB1及び第2バッテリB2を合わせたシステム全体から負荷回路4へ出力される電力であるシステム出力電力に対する要求に相当する要求システム出力電力Psys_dを算出し、S5に移る。
S5では、マネジメントECU71は、システム出力電力に対する上限であるシステム出力電力上限Psys_limを算出し、S6に移る。
図9は、システム出力電力上限Psys_limを算出する手順を示すフローチャートである。
始めにS50では、マネジメントECU71は、第2バッテリECU75から第2バッテリB2の第2SOCを取得し、この第2SOCに基づいて図4のS35で生成した要求電力マップを検索することにより、第2バッテリB2に対する要求電力P2_dを算出する。
次にS51では、マネジメントECU71は、要求電力P2_dは0以上であるか否かを判定する。マネジメントECU71は、S51の判定結果がYESである場合にはS52に移り、S51の判定結果がNOである場合にはS53に移る。
ここでS51の判定結果がYESである場合とは、第2バッテリB2に対する要求電力P2_dが0以上である場合、すなわち第2バッテリB2から放電が許可されている場合に相当する。従ってS52では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1の第1出力リミットP1out_limと第2バッテリB2の第2出力リミットP2out_limとの和をシステム出力電力上限Psys_limとし、図4のS6に移る。
またS51の判定結果がNOである場合とは、第2バッテリB2に対する要求電力P2_dが0未満である場合、すなわち第2バッテリB2から放電が許可されていない場合に相当する。従ってS53では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1の第1出力リミットP1out_limをシステム出力電力上限Psys_limとし、図3のS6に移る。
S6では、マネジメントECU71は、第1電力回路2から駆動モータMへ供給する電力に対する目標に相当する目標駆動電力Pmot_cmdを算出し、S7に移る。
図10は、目標駆動電力Pmot_cmdを算出する手順を示すフローチャートである。
始めにS60では、マネジメントECU71は、S5で算出したシステム出力電力上限Psys_limは、S4で算出した要求システム出力電力Psys_dより大きいか否かを判定する。マネジメントECU71は、S60の判定結果がYESである場合、S61に移り、S60の判定結果がNOである場合、S62に移る。
ここでS60の判定結果がYESである場合とは、システム出力電力がその上限Psys_limを超えることなくS3で算出した要求駆動電力Pmot_dを出力できる場合に相当する。従ってS61では、マネジメントECU71は、S3で算出した要求駆動電力Pmot_dを目標駆動電力Pmot_cmdとし、図3のS7に移る。
またS60の判定結果がNOである場合とは、要求駆動電力Pmot_dを出力しようとすると、システム出力電力がシステム出力電力上限Psys_limを超えてしまう場合に相当する。従ってS62では、マネジメントECU71は、システム出力電力上限Psys_limから要求補機電力Pauxを減算したものを目標駆動電力Pmot_cmdとし、図3のS7に移る。
図3に戻り、S7では、マネジメントECU71は、駆動モータMの力行時に電圧変換器5を第2電力回路3側から第1電力回路2側へ流れる通過電力(すなわち、第2バッテリB2の出力電力)に対する目標に相当する目標通過電力Pcnv_cmdを算出し、S8に移る。
図11は、目標通過電力Pcnv_cmdを算出する手順を示すフローチャートである。
始めにS70では、マネジメントECU71は、第2バッテリECU75から第2バッテリB2の第2SOCを取得し、この第2SOCに基づいて図4のS35で生成した要求電力マップを検索することにより、第2バッテリB2に対する要求電力P2_dを算出し、S71に移る。
次にS71では、マネジメントECU71は、S70で算出した第2バッテリB2に対する要求電力P2_dは、0であるか否かを判定する。マネジメントECU71は、S71の判定結果がYESである場合には、S72に移り、S71の判定結果がNOである場合には、S75に移る。
ここでS71の判定結果がYESである場合とは、要求電力P2_dが0である場合、すなわち第2バッテリB2から放電が許可されている状態に相当する。従って要求電力P2_dが0である場合、マネジメントECU71は、第1バッテリB1から優先的に電力を放電するとともに、第1バッテリB1の出力電力のみでは不足が生じる場合、この不足分が第2バッテリB2の出力電力によって補われるように目標通過電力Pcnv_cmdを算出する(S72~S74参照)。
より具体的には、S72では、マネジメントECU71は、第1出力リミットP1out_limが、目標駆動電力Pmot_cmdと要求補機電力Pauxとの和よりも大きいか否かを判定する。マネジメントECU71は、S72の判定結果がYESである場合、S73に移り、S72の判定結果がNOである場合、S74に移る。
S73では、マネジメントECU71は、第2バッテリB2から放電する必要はないと判断し、値0を目標通過電力Pcnv_cmdとし、図3のS8に移る。
S74では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1だけでは不足する分(P1out_lim-Pmot_cmd-Paux)を第2バッテリB2からの出力電力で補うべく、この不足分(P1out_lim-Pmot_cmd-Paux)を目標通過電力Pcnv_cmdとし、図3のS8に移る。
S75では、マネジメントECU71は、第2バッテリB2に対する要求電力P2_dは、0より大きいか否かを判定する。マネジメントECU71は、S75の判定結果がYESである場合には、S76に移り、S75の判定結果がNOである場合には、S77に移る。
ここでS75の判定結果がYESである場合とは、要求電力P2_dが0より大きい場合、すなわち第2バッテリB2から積極的な放電が要求されている場合に相当する。従ってS75では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1よりも第2バッテリB2から優先して放電させるべく、要求電力P2_dを目標通過電力Pcnv_cmdとし、図3のS8に移る。
またS75の判定結果がNOである場合とは、要求電力P2_dが0より小さい場合、すなわち第1バッテリB1から出力される電力を第2バッテリB2に供給する電力パス制御の実行が許可されている場合に相当する。従って要求電力P2_dが0より小さい場合、マネジメントECU71は、第1バッテリB1の出力電力の余剰分を利用して電力パス制御が実行されるように目標通過電力Pcnv_cmdを算出する(S77~S79参照)。
より具体的には、S77では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1の余剰分(P1out_lim-Pmot_cmd-Paux)が、負値である要求電力P2_dに値-1を乗じた値以上であるか否かを判定する。マネジメントECU71は、S77の判定結果がYESである場合には、S78に移り、S77の判定結果がNOである場合には、S79に移る。
S78では、マネジメントECU71は、負値である要求電力P2_dを目標通過電力Pcnv_cmdとし、図3のS8に移る。これにより、第1バッテリB1から第2バッテリB2へ、要求電力P2_dに応じた電力が供給される。またS78では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1の余剰分(P1out_lim-Pmot_cmd-Paux)に値-1を乗じた値を目標通過電力Pcnv_cmdとし、図3のS8に移る。これにより第1バッテリB1から第2バッテリB2へ、余剰分(P1out_lim-Pmot_cmd-Paux)に応じた電力が供給される。
図3に戻り、S8では、マネジメントECU71は、S6で算出した目標駆動電力Pmot_cmdに基づいてトルク指令信号を生成し、これをモータECU72へ送信し、S9に移る。より具体的には、マネジメントECU71は、目標駆動電力Pmot_cmdをトルクに変換することによって目標駆動トルクを算出し、この目標駆動トルクに応じたトルク指令信号を生成する。モータECU72は、このトルク指令信号に基づいて電力変換器43を操作する。これにより、第1電力回路2から駆動モータMへ、目標駆動電力Pmot_cmdに応じた電力が出力される。
S9では、マネジメントECU71は、S7で算出した目標通過電力Pcnv_cmdに応じた通過電力指令信号を生成し、これをコンバータECU73へ送信し、図3に示すマネジメント処理(力行時)を終了する。コンバータECU73は、この通過電力指令信号に基づいて電圧変換器5を操作する。これにより、第2バッテリB2から第1電力回路2へ目標通過電力Pcnv_cmdに応じた電力が出力される。また要求電力P2_dを負値とする電力パス制御の実行時には、第1電力回路2から第2バッテリB2へ負値の目標通過電力Pcnv_cmdに応じた電力が供給される。
図12は、駆動モータMの回生時における電力マネジメント処理の具体的な手順を示すフローチャートである。この電力マネジメント処理(回生時)は、要求回生電力Pmot_dが負となる駆動モータMの回生時にマネジメントECU71において所定の周期で繰り返し実行される。
始めにS81では、マネジメントECU71は、図4を参照して説明した目標第2SOC範囲算出処理を実行することにより、目標第2SOC範囲及び要求電力マップを算出し、S82に移る。
次にS82では、マネジメントECU71は、図3のS2と同じ手順によって要求補機電力Pauxを算出し、S83に移る。
S83では、マネジメントECU71は、駆動モータMの回生時に電力変換器43を介して駆動モータMから第1電力回路2へ供給する電力に対する要求に相当する要求回生電力Pmot_dを算出し、S84に移る。マネジメントECU71は、運転者によるアクセルペダルやブレーキペダル等のペダル類P(図1参照)の操作量に基づいて駆動モータMで発生させる回生制動トルクに対する要求に相当する要求回生制動トルクを算出し、この要求回生制動トルクを電力に換算することによって負値である要求回生電力Pmot_dを算出する。
S84では、マネジメントECU71は、S82で算出した要求補機電力PauxとS83で算出した要求回生電力Pmot_dとを合算することにより、負荷回路4から第1バッテリB1及び第2バッテリB2を合わせたシステム全体へ出力される電力であるシステム入力電力に対する要求に相当する要求システム入力電力Psys_dを算出し、S85に移る。
S85では、マネジメントECU71は、S84で算出した要求システム入力電力Psy_dが0以上であるか否かを判定する。マネジメントECU71は、S85の判定結果がYESである場合、すなわち駆動モータMから出力される回生電力だけでは要求補機電力Pauxを賄うことができず、第1バッテリB1及び第2バッテリB2の少なくとも何れかから電力を出力する必要がある場合、図3のS5に移る。マネジメントECU71は、S85の判定結果がNOである場合、すなわち駆動モータMから出力される回生電力の少なくとも一部を第1バッテリB1及び第2バッテリB2の少なくとも何れかに供給する必要がある場合、S86に移る。
S86では、マネジメントECU71は、システム入力電力に対する下限である負値のシステム入力電力下限Psys_limを算出し、S87に移る。より具体的には、マネジメントECU71は、第1バッテリB1の第1回生リミットP1in_limと第2バッテリB2の第2回生リミットP2in_limとの和をシステム入力電力下限Psys_limとし、S87に移る。
図12に戻り、S87では、マネジメントECU71は、駆動モータMから第1電力回路2へ供給する回生電力に対する目標に相当する負値の目標回生電力Pmot_cmdを算出し、S88に移る。
図13は、目標回生電力Pmot_cmdを算出する手順を示すフローチャートである。
始めにS110では、マネジメントECU71は、S86で算出したシステム入力電力下限Psys_limは、S84で算出した要求システム入力電力Psys_dより小さいか否かを判定する。マネジメントECU71は、S110の判定結果がYESである場合、S111に移り、S110の判定結果がNOである場合、S112に移る。
ここでS110の判定結果がYESである場合とは、システム入力電力がその下限Psys_limを超えることなくS83で算出した要求回生電力Pmot_dを入力できる場合に相当する。従ってS111では、マネジメントECU71は、S83で算出した要求回生電力Pmot_dを目標回生電力Pmot_cmdとし、図12のS88に移る。
またS110の判定結果がNOである場合とは、要求回生電力Pmot_dを入力しようとすると、システム入力電力がシステム入力電力下限Psys_limを超えてしまう場合に相当する。従ってS112では、マネジメントECU71は、負値であるシステム入力電力上限Psys_limと正値である要求補機電力Pauxとの和を目標回生電力Pmot_cmdとし、図12のS88に移る。
図12に戻り、S88では、マネジメントECU71は、駆動モータMの回生時に電圧変換器5を第1電力回路2側から第2電力回路3側へ流れる通過電力(すなわち、第2バッテリB2への入力電力)に対する目標に相当する負値の目標通過電力Pcnv_cmdを算出し、S89に移る。
図14A及び図14Bは、目標通過電力Pcnv_cmdを算出する手順を示すフローチャートである。
始めにS119では、マネジメントECU71は、第2バッテリECU75から第2バッテリB2の第2SOCを取得し、この第2SOCに基づいて図4のS35で生成した要求電力マップを検索することにより、第2バッテリB2に対する要求電力P2_dを算出し、S120に移る。
次にS120では、マネジメントECU71は、S81の目標第2SOC範囲算出処理において算出した第2SOC下限値Aは、予め定められた閾値C(図8参照)より大きいか否かを判定する。マネジメントECU71は、S120の判定結果がNOである場合、第1バッテリB1よりも第2バッテリB2を優先して回生電力を供給するべくS121に移り、S120の判定結果がYESである場合、第2バッテリB2よりも第1バッテリB1を優先して回生電力を供給するべくS130に移る。
S121では、マネジメントECU71は、S119で算出した第2バッテリB2に対する要求電力P2_dは、0であるか否かを判定する。マネジメントECU71は、S121の判定結果がYESである場合には、S122に移り、S121の判定結果がNOである場合には、S125に移る。
ここでS121の判定結果がYESである場合とは、要求電力P2_dが0である場合、すなわち第2バッテリB2の充電が許可されている状態に相当する。従って要求電力P2_dが0である場合、マネジメントECU71は、第1バッテリB1よりも第2バッテリB2に優先して回生電力を供給しつつ、第2バッテリB2によって回収しきれない余剰分を第1バッテリB1に供給するように目標通過電力Pcnv_cmdを算出する(S122~S124参照)。
より具体的には、S122では、マネジメントECU71は、第2回生リミットP2in_limが、目標回生電力Pmot_cmdと要求補機電力Pauxとの和よりも小さいか否かを判定する。マネジメントECU71は、S122の判定結果がYESである場合、S123に移り、S122の判定結果がNOである場合、S124に移る。
S123では、マネジメントECU71は、回生電力を第2バッテリB2のみで回収するべく、目標回生電力Pmot_cmdと要求補機電力Pauxとの和を目標通過電力Pcnv_cmdとし、図12のS89に移る。
S124では、マネジメントECU71は、第2バッテリB2によってその第2回生リミットP2in_limまで回生電力を回収しつつ、余剰分を第1バッテリB1によって回収するべく、第2回生リミットP2in_limを目標通過電力Pcnv_cmdとし、図12のS89に移る。
S125では、マネジメントECU71は、第2バッテリB2に対する要求電力P2_dは0より小さいか否かを判定する。マネジメントECU71は、S125の判定結果がYESである場合には、S126に移り、S125の判定結果がNOである場合には、S127に移る。
ここでS125の判定結果がYESである場合とは、要求電力P2_dが0より小さい場合、すなわち第2バッテリB2の電力パス制御の実行が許可されている場合に相当する。従ってS126では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1よりも第2バッテリB2へ優先的に回生電力を供給するべく、要求電力P2_dを目標通過電力Pcnv_cmdとし、図12のS89に移る。なお要求電力P2_dを目標通過電力Pcnv_cmdとすることにより、回生電力だけでは要求電力P2_dを賄いきれない場合には、この不足分は第1バッテリB1から放電される。
またS125の判定結果がNOである場合とは、要求電力P2_dが0より大きい場合、すなわち第2バッテリB2から積極的な放電が要求されている場合に相当する。従って要求電力P2_dが0より大きい場合、マネジメントECU71は、第2バッテリB2よりも第1バッテリB1へ優先的に回生電力を供給しつつ、第1バッテリB1によって回収しきれない余剰分を第2バッテリB2に供給するように目標通過電力Pcnv_cmdを算出する(S127~S129参照)。
より具体的には、S127では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1の第1回生リミットP1in_limが、目標回生電力Pmot_cmdと要求補機電力Pauxとの和よりも小さいか否かを判定する。マネジメントECU71は、S127の判定結果がYESである場合、S128に移り、S127の判定結果がNOである場合、S129に移る。
S128では、マネジメントECU71は、第2バッテリB2を充電する必要はないと判断し、値0を目標通過電力Pcnv_cmdとし、図12のS89に移る。
S129では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1だけでは回収しきれない余剰分(P1in_lim-Pmot_cmd-Paux)を第2バッテリB2で回収するべく、この余剰分(P1in_lim-Pmot_cmd-Paux)を目標通過電力Pcnv_cmdとし、図12のS89に移る。
S130では、マネジメントECU71は、S119で算出した第2バッテリB2に対する要求電力P2_dは、0であるか否かを判定する。マネジメントECU71は、S130の判定結果がYESである場合には、S131に移り、S130の判定結果がNOである場合には、S134に移る。
ここでS130の判定結果がYESである場合とは、要求電力P2_dが0である場合、すなわち第2バッテリB2の充電が許可されている状態に相当する。従って要求電力P2_dが0である場合、マネジメントECU71は、第2バッテリB2よりも第1バッテリB1に優先して回生電力を供給しつつ、第1バッテリB1によって回収しきれない余剰分を第2バッテリB2に供給するように目標通過電力Pcnv_cmdを算出する(S131~S133参照)。
より具体的には、S131では、マネジメントECU71は、第1回生リミットP1in_limが、目標回生電力Pmot_cmdと要求補機電力Pauxとの和よりも小さいか否かを判定する。マネジメントECU71は、S131の判定結果がYESである場合、S132に移り、S131の判定結果がNOである場合、S133に移る。
S132では、マネジメントECU71は、回生電力を第1バッテリB1のみで回収するべく、値0を目標通過電力Pcnv_cmdとし、図12のS89に移る。
S133では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1だけでは回収しきれない余剰分(P1in_lim-Pmot_cmd-Paux)を第2バッテリB2で回収するべく、この余剰分(P1in_lim-Pmot_cmd-Paux)を目標通過電力Pcnv_cmdとし、図12のS89に移る。
S134では、マネジメントECU71は、第2バッテリB2に対する要求電力P2_dは0より小さいか否かを判定する。マネジメントECU71は、S134の判定結果がYESである場合には、S135に移り、S134の判定結果がNOである場合には、S136に移る。
ここでS134の判定結果がYESである場合とは、要求電力P2_dが0より小さい場合、すなわち第2バッテリB2の電力パス制御の実行が許可されている場合に相当する。従ってS135では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1よりも第2バッテリB2へ優先的に回生電力を供給するべく、要求電力P2_dを目標通過電力Pcnv_cmdとし、図12のS89に移る。なお要求電力P2_dを目標通過電力Pcnv_cmdとすることにより、回生電力だけでは要求電力P2_dを賄いきれない場合には、この不足分は第1バッテリB1から放電される。
またS134の判定結果がNOである場合とは、要求電力P2_dが0より大きい場合、すなわち第2バッテリB2から積極的な放電が要求されている場合に相当する。従って要求電力P2_dが0より大きい場合、マネジメントECU71は、第2バッテリB2よりも第1バッテリB1へ優先的に回生電力を供給しつつ、第1バッテリB1によって回収しきれない余剰分を第2バッテリB2に供給するように目標通過電力Pcnv_cmdを算出する(S136~S138参照)。
より具体的には、S136では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1の第1回生リミットP1in_limが、目標回生電力Pmot_cmdと要求補機電力Pauxとの和よりも小さいか否かを判定する。マネジメントECU71は、S136の判定結果がYESである場合、S137に移り、S136の判定結果がNOである場合、S138に移る。
S137では、マネジメントECU71は、第2バッテリB2を充電する必要はないと判断し、値0を目標通過電力Pcnv_cmdとし、図12のS89に移る。
S138では、マネジメントECU71は、第1バッテリB1だけでは回収しきれない余剰分(P1in_lim-Pmot_cmd-Paux)を第2バッテリB2で回収するべく、この余剰分(P1in_lim-Pmot_cmd-Paux)を目標通過電力Pcnv_cmdとし、図12のS89に移る。
図12に戻り、S89では、マネジメントECU71は、S87で算出した目標回生電力Pmot_cmdに基づいてトルク指令信号を生成し、これをモータECU72へ送信し、S90に移る。より具体的には、マネジメントECU71は、負値である目標回生電力Pmot_cmdをトルクに変換することによって目標回生制動トルクを算出し、この目標回生制動トルクに応じたトルク指令信号を生成する。モータECU72は、このトルク指令信号に基づいて電力変換器43を操作する。これにより、駆動モータMから第1電力回路2へ、目標回生電力Pmot_cmdに応じた電力が出力される。
S90では、マネジメントECU71は、S88で算出した目標通過電力Pcnv_cmdに応じた通過電力指令信号を生成し、これをコンバータECU73へ送信し、図12に示すマネジメント処理(回生時)を終了する。コンバータECU73は、この通過電力指令信号に基づいて電圧変換器5を操作する。これにより、第1電力回路2から第2バッテリB2へ目標通過電力Pcnv_cmdに応じた電力が出力される。
本実施形態に係る電源システム1によれば、以下の効果を奏する。
(1)電源システム1において、マネジメントECU71は、出力型の第2バッテリB2の第2SOCが第2SOC下限値A未満である場合、容量型の第1バッテリB1から出力される電力を第2バッテリB2に供給する電力パス制御の実行を許可する。これにより電源システム1によれば、第2SOCが第2SOC下限値A未満である場合には、要求に応じてその出力性能を発揮できるように、第2バッテリB2の第2SOCを第2SOC下限値Aより大きな値へ向けて上昇させることができる。またマネジメントECU71は、第1バッテリB1の第1SOCが小さくなるほど第2SOC下限値Aを大きな値に設定することにより、電力パス制御を実行する機会を多くする。換言すれば、マネジメントECU71は、第1バッテリB1の第1SOCが小さくなり、第2バッテリB2からの出力が要求される機会が多くなるほど、電力パス制御を実行する機会を多くすることにより、第1バッテリB1の第1SOCが低下しても第2バッテリB2の出力性能を十分に発揮することができる。
(2)電子制御ユニット群7は、駆動モータMの回生時には、駆動モータMから第1電力回路2に供給される回生電力を第1バッテリB1及び第2バッテリB2の両方又は何れかに供給する回生制御を実行する。またマネジメントECU71は、第2SOC下限値Aが所定の閾値Cより大きい場合、第2バッテリB2よりも第1バッテリB1を優先して回生電力を供給する。これにより、回生能力の高い第1バッテリB1によって回生電力を取り切ることができる。
(3)マネジメントECU71は、第2SOCが第2SOC下限値Aより大きな値に設定された第2SOC上限値Bより大きい場合、第1バッテリB1よりも第2バッテリB2を優先して放電させる。これにより第2バッテリB2の第2SOCを第2SOC上限値Bと第2SOC下限値Aとの間へ向けて減少させることができるので、第2バッテリB2によって回生電力を回収するための空容量を確保することができる。またマネジメントECU71は、第1SOCが大きくなるほど、すなわち第1バッテリB1の回生能力が低下するほど、第2SOC上限値Bを小さな値に設定する。これにより、第1バッテリB1の回生能力の低下に合せて第2バッテリB2の回生能力を上昇させることができるので、第2バッテリB2によって回生電力を取り切ることができる。
(4)電源システムにおいて、マネジメントECU71は、出力型の第2バッテリB2の第2SOCが第2SOC下限値Aと第2SOC上限値Bとの間の第2目標SOC範囲外である場合、第2SOCが第2目標SOC範囲内へ向けて変化するように第2バッテリB2の充放電を制御する。これにより電源システム1によれば、出力要求が生じた場合にはこの出力要求に応じて第2バッテリB2の出力性能を発揮し、かつ回生要求が生じた場合にはこの回生要求に応じて第2バッテリB2によって回生電力を回収できるように、第2SOCを第2目標SOC範囲から大きく逸脱しないようにすることができる。またマネジメントECU71は、第1バッテリB1の第1SOCが小さくなるほど第2SOC下限値Aを大きな値に設定することにより、第2バッテリB2を充電する機会を多くする。換言すれば、マネジメントECU71は、第1バッテリB1の第1SOCが小さくなり、第2バッテリB2からの出力が要求される機会が多くなるほど、第2バッテリB2を充電する機会を多くすることにより、第1バッテリB1の第1SOCが低下しても第2バッテリB2の出力性能を十分に発揮することができる。
(5)マネジメントECU71は、第1SOCが大きくなるほど、すなわち第1バッテリB1の回生能力が低下するほど、第2SOC上限値Aを小さな値に設定する。これにより、第1バッテリB1の回生能力の低下に合せて第2バッテリB2の回生能力を上昇させることができるので、第2バッテリB2によって回生電力を取り切ることができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
例えば上記実施形態では、第1バッテリB1の第1SOCを第1バッテリB1の残量に応じて増加する第1残量パラメータとし、第2バッテリB2の第2SOCを第2バッテリB2の残量に応じて増加する第2残量パラメータとした場合について説明したが、本発明はこれに限らない。第1バッテリB1や第2バッテリB2の電圧(特に静的電圧)も各々の残量に応じて増加することから、各々の電圧を残量パラメータとしてもよい。
V…電動車両(車両)
W…駆動輪
1…電源システム
2…第1電力回路(電力回路)
B1…第1バッテリ(第1蓄電器)
3…第2電力回路(電力回路)
B2…第2バッテリ(第2蓄電器)
4…負荷回路(負荷回路)
M…駆動モータ(回転電機)
43…電力変換器(電力回路)
5…電圧変換器(電力回路)
7…電子制御ユニット群(制御装置)
71…マネジメントECU
72…モータECU
73…コンバータECU
74…第1バッテリECU(第1残量パラメータ取得手段)
75…第2バッテリECU(第2残量パラメータ取得手段)
81…第1バッテリセンサユニット(第1残量パラメータ取得手段)
82…第2バッテリセンサユニット(第2残量パラメータ取得手段)

Claims (5)

  1. 駆動輪に連結された回転電機を含む負荷回路と、
    第1蓄電器と、
    前記第1蓄電器よりも出力重量密度が高くかつエネルギ重量密度が低い第2蓄電器と、
    前記負荷回路、前記第1蓄電器、及び前記第2蓄電器を接続する電力回路と、
    前記第1蓄電器の残量の増減に応じて増減する第1残量パラメータを取得する第1残量パラメータ取得手段と、
    前記第2蓄電器の残量の増減に応じて増減する第2残量パラメータを取得する第2残量パラメータ取得手段と、
    前記電力回路を操作することにより、前記第1及び第2蓄電器と前記回転電機との間の電力の流れ並びに前記第1蓄電器から前記第2蓄電器への電力の流れを制御する制御装置と、を備える電源システムであって、
    前記制御装置は、前記第2残量パラメータが第2下限値未満である場合、前記第1蓄電器から出力される電力を前記第2蓄電器に供給する電力パス制御の実行を許可するとともに、前記第1残量パラメータが小さくなるほど前記第2下限値を大きな値に設定することを特徴とする電源システム。
  2. 前記制御装置は、前記回転電機の回生時には、前記回転電機から前記電力回路に供給される回生電力を前記第1蓄電器及び前記第2蓄電器の両方又は何れかに供給する回生制御を実行するとともに、前記第2下限値が所定の閾値より大きい場合、前記第2蓄電器よりも前記第1蓄電器を優先して回生電力を供給することを特徴とする請求項1に記載の電源システム。
  3. 前記制御装置は、前記第2残量パラメータが前記第2下限値より大きな値に設定された第2上限値より大きい場合、前記第1蓄電器よりも前記第2蓄電器を優先して放電させるとともに、前記第1残量パラメータが大きくなるほど前記第2上限値を小さな値に設定することを特徴とする請求項2に記載の電源システム。
  4. 駆動輪に連結された回転電機を含む負荷回路と、
    第1蓄電器と、
    前記第1蓄電器よりも出力重量密度が高くかつエネルギ重量密度が低い第2蓄電器と、
    前記負荷回路、前記第1蓄電器、及び前記第2蓄電器を接続する電力回路と、
    前記第1蓄電器の残量の増減に応じて増減する第1残量パラメータを取得する第1残量パラメータ取得手段と、
    前記第2蓄電器の残量の増減に応じて増減する第2残量パラメータを取得する第2残量パラメータ取得手段と、
    前記電力回路を操作することにより、前記第1及び第2蓄電器と前記回転電機との間の電力の流れ並びに前記第1蓄電器から前記第2蓄電器への電力の流れを制御する制御装置と、を備える電源システムであって、
    前記制御装置は、前記第2残量パラメータが第2下限値と当該第2下限値よりも大きな値に設定された第2上限値との間の第2目標残量範囲外である場合には、前記第2残量パラメータが前記第2目標残量範囲内へ向けて変化するように前記第2蓄電器の充放電を制御するとともに、前記第1残量パラメータが小さくなるほど前記第2下限値を大きな値に設定することを特徴とする電源システム。
  5. 前記制御装置は、前記第1残量パラメータが大きくなるほど前記第2上限値を小さな値に設定することを特徴とする請求項4に記載の電源システム。
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