WO2012101771A1 - 電動車両用蓄電システム - Google Patents

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power storage
storage system
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龍 稲葉
直之 田代
山岡　士朗
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株式会社 日立製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a power storage system for electric vehicles, and more particularly to a power storage system for electric vehicles in which a plurality of power storage element arrays are connected in parallel.
  • a high-capacity battery is mounted as a power supply source.
  • a battery cell hereinafter referred to as a power storage element
  • temperature variations occur between the power storage elements in this power storage element array, or the battery cells in the power storage element array
  • a parallel connection power storage system a system in which a plurality of power storage element arrays are connected in parallel
  • the parallel-connected power storage system can cope with the problem that the power supply to the motor is cut off by disconnecting only the power storage element row to which the failed power storage element belongs when some of the power storage elements fail. It becomes. In addition, since only the storage element row including the failed storage element is replaced, it is possible to reduce the cost of the battery when replacing the battery.
  • the amount of charge and internal resistance may vary between storage elements due to leakage current due to wiring abnormality, replacement with a new battery, etc.
  • a voltage difference is generated between the storage element arrays, and a current (cross current) flows between the storage element arrays in accordance with the voltage difference.
  • a cross current exceeding the allowable current determined by the storage element occurs, abnormal heat generation or life deterioration occurs.
  • the timing for reaching the lower limit value of the storage element usage range differs for each storage element array, so that the power supply to the motor is supplied by the storage element array with the lowest output. Problems such as limitations will also occur.
  • Patent Document 1 a current control element is provided for each power storage element array, so that an excessive cross current between the power storage element arrays and a temperature variation of the power storage elements do not occur.
  • a switch is provided for each power storage element array, and only a switch having a voltage difference between the power storage element arrays of a certain value or less is turned on, thereby causing a problem caused by a cross current generated at the time of connection. It is described to prevent.
  • Patent Document 2 among the plurality of power storage element arrays, the power storage element array whose remaining power is lower than the other power storage element array by a predetermined value or more is disconnected from the parallel power storage element array system. Possible electric power is limited, and driving power may be insufficient during traveling.
  • a storage system for an electric vehicle mounted on an electric vehicle comprising a plurality of storage element arrays configured by connecting a plurality of storage elements in series. Select and connect in parallel, connect to and disconnect from the electrical load mounted on the electric vehicle for each storage element array, a parallel connection switch for controlling the parallel connection switch, a vehicle required power Vehicle required power calculation unit to calculate, remaining amount detection unit to detect the remaining amount of the storage element array, voltage detection unit to detect the voltage of the storage element array, vehicle required power, the remaining amount of the storage element array, and the storage element A storage system control device that controls the parallel connection switch based on the voltage of the column.
  • the parallel connection switch control unit applies the electric load in order from the power storage element row having the largest remaining amount.
  • the power storage element array connected to the electric load includes the entire voltage of the power storage element array already connected to the electric load and the power storage element. It is preferable that the voltage difference between the columns is selected from among the storage elements having a value less than a predetermined value.
  • the power storage element string connected to the electric load when the power storage element string connected to the electric load is greater than zero, the power storage element string connected to the electric load If the remaining battery capacity is selected from among the storage element arrays whose remaining amount is larger than the predetermined lower limit value and the vehicle required power is smaller than zero, the remaining remaining capacity of the connected storage element array is smaller than the predetermined upper limit value. Is preferably selected from.
  • the parallel connection switch control unit is configured such that the vehicle required power and the power storage when the vehicle required power is other than zero and the vehicle speed is other than zero.
  • the chargeable / dischargeable power of the power storage element array is all connected to the current that can be passed through the power storage element array and the electric load. It is preferable to calculate based on the output voltage of the entire storage element array.
  • the vehicle required power calculation unit preferably calculates the vehicle required power using the vehicle required power and the required air conditioning power.
  • the required torque calculation unit that calculates the driver's required torque based on the accelerator pedal and brake pedal depression amounts of the driver, and the motor speed
  • the vehicle required power is calculated by the power storage system control device based on the driver's required torque and the motor speed.
  • the required air conditioning power is calculated using at least one of the set temperature of the air conditioner, the interior temperature, and the vehicle speed. preferable.
  • the required air conditioning power is the remaining amount of all power storage element arrays when the vehicle required power is other than zero and the vehicle speed is other than zero. It is preferable that the larger the variance value is, the smaller the dispersion value is.
  • the required air conditioning power is calculated as follows: when the vehicle required power is zero and the vehicle speed is zero, the set temperature of the air conditioner and the in-vehicle temperature When the difference is within the predetermined value, it is preferable that the difference is set so as to increase as the remaining amount difference between the storage element arrays increases.
  • the parallel-connected power storage system supplies optimal power to the required vehicle power required from the electric vehicle, and prevents variations in the remaining amount among the power storage element rows while preventing the running performance of the electric vehicle from deteriorating. be able to.
  • FIG. 1 It is a block diagram for demonstrating the whole structure of the electric vehicle provided with the parallel connection electrical storage system of 1st Embodiment by this invention. It is a block diagram which shows the outline of the control system of the whole electric vehicle of FIG. It is a block diagram explaining the structure of the parallel connection electrical storage system of 1st Embodiment by this invention. It is a flowchart which shows the control processing flow in the parallel connection electrical storage system for electric vehicles of 1st Embodiment by this invention. It is a figure for demonstrating indexing to each electrical storage element row
  • 2 is a flowchart showing a processing flow of a parallel-connected power storage system during powering of the electric vehicle of FIG. 1.
  • 2 is a flowchart showing a processing flow of a parallel-connected power storage system during regeneration of the electric vehicle of FIG. 1.
  • It is a flowchart which shows the output possible torque calculation flow of the parallel connection electrical storage system of 1st Embodiment by this invention.
  • It is a figure which shows an example of the vehicle request
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of an electric vehicle 101 including a parallel connection power storage system according to a first embodiment of the present invention.
  • the electric vehicle 101 includes a traveling motor 103 that outputs driving force to the driving wheels 102 a and 102 b, an inverter 104 that controls the driving force of the motor 103, and a parallel connection power storage that supplies electric power to the motor 103 via the inverter 104.
  • the parallel connection power storage system 105 In order to charge power storage elements in the system 105, the parallel connection power storage system 105, a charger 106 that converts power supplied from an external power source, an air conditioner 107, and the power of the parallel connection power storage system 105 A power converter 108 for transforming the voltage into a voltage that can be used by the vehicle, an in-vehicle temperature measuring device 111 that can measure the in-vehicle temperature of the electric vehicle 101, and an integrated control device 109 for controlling the electric vehicle 101.
  • a charger 106 that converts power supplied from an external power source
  • an air conditioner 107 the power of the parallel connection power storage system 105
  • a power converter 108 for transforming the voltage into a voltage that can be used by the vehicle
  • an in-vehicle temperature measuring device 111 that can measure the in-vehicle temperature of the electric vehicle 101
  • an integrated control device 109 for controlling the electric vehicle 101.
  • the inverter 104 is configured, for example, as an inverter circuit having six semiconductor switching elements. After the DC power supplied from the parallel-connected power storage system 105 is converted into three-phase AC power by switching of the semiconductor switching elements, the motor 103 Power is supplied to the three-phase coil. A sensor (not shown) for measuring the rotation speed of the motor is attached to the motor 103.
  • FIG. 2 is a block diagram of a control system for the entire electric vehicle.
  • the control system for the entire electric vehicle includes a motor control device 201 for controlling the inverter 104 and the motor 103, a parallel connection power storage system control device 202 for controlling the parallel connection power storage system 105, an air conditioning control device 203 for controlling the air conditioner 107, and charging.
  • the motor control device 201 calculates a current command value based on the torque command value from the integrated control device 109 and the motor rotational speed, and the inverter 104 performs switching based on the current command value and the voltage of the parallel-connected power storage system 105. I do.
  • the parallel connection power storage system control device 202 will be described later.
  • the charger controller 204 gives a command to the charger 106 to convert the power supplied from the external power supply 110 into a desired voltage and current.
  • the parallel-connected power storage system 105 includes a plurality (N) of power storage element arrays (ROW (1) to ROW (N)), and each power storage element array includes a plurality of power storage elements (Bat).
  • N power storage element arrays
  • Bat power storage elements
  • the parallel-connected power storage system 105 includes two power storage element arrays, and ROW (1) includes two power storage elements Bat_11 and Bat_12 connected in series.
  • the storage element rows ROW are N-parallel (in FIG. 3, two rows ROW (1) and ROW (2) are parallel), and the storage element rows ROW (1) to ROW (N) are respectively connected in parallel to the switch SW (1 ) To SW (N).
  • the storage element Bat may be a secondary battery that can be charged and discharged. For example, a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery can be considered.
  • ROW (1) to ROW (N) are connected to storage element array state detection devices SN (1) to SN (N) that can detect respective voltages, remaining battery power, and chargeable / dischargeable power. These detection signals are transmitted to the parallel-connected power storage system control device 202.
  • the chargeable / dischargeable power of the storage element array is calculated based on the current that can be passed through the storage element array and the total voltage of the storage element array.
  • the storage element array is charged and discharged at that moment. It represents the upper limit of power that can be done.
  • the parallel connection power storage system control device 202 controls SW (1) to SW (N) based on a signal from the integrated control device 109. Control of these switches by the integrated control device 109 is performed by setting the parallel connection switch flags F_SW (1) to F_SW (N), which are flags for turning on / off these switches, from the integrated control device 109 to the parallel connection power storage system control device 202. Done by sending to.
  • this signal is referred to as a parallel connection switch flag.
  • the parallel connection power storage system control device 202 When the parallel connection power storage system control device 202 receives the parallel connection switch flag from the integrated control device 109, the parallel connection power storage system control device 202 performs an ON / OFF operation of SW (1) to SW (N). By turning on the switches SW (1) to SW (N), the storage element rows ROW (1) to ROW (N) are connected to the electric load (inverter 104), and the inverter 104 is connected to the connected storage element row ROW. Is converted into three-phase AC power and supplied to the motor 103.
  • the vehicle running means a state between key-on and key-off.
  • the parallel-connected power storage system 105 of the electric vehicle is controlled according to the flowchart of FIG. 4 while the key-on state continues.
  • the voltage, remaining amount and chargeable / dischargeable power of storage element column ROW are detected by storage element column state detection devices SN (1) to SN (N).
  • the required vehicle torque is calculated according to the amount of depression of the accelerator pedal and brake pedal of the driver. Then, in the calculation of the required vehicle power in step S404, the map data stored in the integrated control device 109 is the power required to output the required vehicle torque T_d calculated in step S403 by the drive motor (drive required power). This result is taken as the vehicle required power.
  • step S405 In the calculation of the required number n of storage element arrays connected in step S405, the storage element arrays necessary to satisfy the vehicle required power in step S404 based on the state (voltage, remaining battery level, chargeable / dischargeable power) of each storage element array The number n of connections is calculated.
  • step S406 if the vehicle required torque T_d is equal to or greater than zero, the process proceeds to step S407, and a power running process is executed. If torque T_d is less than zero, it will progress to step S408 and will perform the process at the time of regeneration.
  • step 409 the storage element arrays set in step 407 or step 408 (each setting method will be described later) are connected.
  • step S410 the torque that can be output by the storage element array connected to the load of the motor and auxiliary equipment (hereinafter referred to as electric load) mounted on the electric vehicle is calculated.
  • step S411 it is determined whether the electric vehicle is key-off. If not, the process returns to step S402 again.
  • Each power storage element row ROW (i) to ROW (N) is indexed to each power storage element row from L (1) to L (N) in order of increasing remaining amount. That is, L (1) indicates the number of the power storage element column having the largest remaining amount, and L (N) indicates the number of the power storage element column having the smallest remaining amount. Therefore, the remaining amount of the power storage element row ROW (L (k)) having the largest remaining amount is represented as “remaining amount (L (k))” (k is a natural number from 1 to N).
  • step S404 the required number n of storage element array connections is calculated.
  • electric power (driving required electric power) necessary for outputting the vehicle required torque T_d calculated in step S404 by the driving motor is calculated from map data stored in the integrated control device 109.
  • the voltage, remaining amount, and chargeable / dischargeable power of each of the storage element rows ROW (1) to ROW (N) obtained by the detection of each storage element row state in step S402 how many storage element rows are ROW (1 ) To ROW (N), it is calculated whether the required drive power can be satisfied, and the number is determined as the required number n of storage element array connections. That is, in step S404, n is calculated that the sum of chargeable / dischargeable powers of the L (1) to L (n) -th power storage element rows ROW (L (1)) to ROW (L (n)) becomes the drive required power. decide.
  • FIG. 6 shows a detailed flow of the process in step S407 of FIG.
  • all the parallel connection switch flags F_SW (1) to F_SW (N) are set to 0 in step S601.
  • step S602 1 is substituted into the variable i.
  • step S603 i is compared with n calculated in step S404. If i> n, the process in step S407 ends. If i ⁇ n, the process proceeds to step S604.
  • step S604 a difference between the voltage Volt (system) of the entire parallel-connected power storage system 105 connected to the electric load and the voltage Volt (L (i)) of the power storage element row ROW (L (i)) is obtained, and a predetermined value is obtained. If it is less than ⁇ Volt, the process proceeds to step S605, and if it is equal to or greater than the predetermined value ⁇ Volt, the process in step S407 ends.
  • the predetermined value ⁇ Volt is determined by the chargeable / dischargeable power of the power storage element, the internal resistance, and the wiring resistance between the power storage element arrays.
  • step S605 the remaining amount (L (i)) is compared with the remaining amount _min (L (i)) determined by the remaining amount (L (i)) and the remaining amount of electric power constituting the electric storage element row ROW (L (i)). If (i)) ⁇ remaining quantity_min (L (i)), the process proceeds to step S606, and if remaining quantity (L (i)) ⁇ remaining quantity_min (L (i)), the process in step S407 is ended. It becomes.
  • the remaining amount_min (i) is a lower limit value that can be used for the power storage element array ROW (i), and the states of the plurality of power storage elements constituting the ROW (i) are detected by the power storage element array state detection device SN (i).
  • step S605 is a process for preventing the storage element row ROW (L (i)) below the lower limit remaining amount_min (L (i)) from being connected.
  • F_SW (L (i)) is set to 1. That is, the parallel connection switch flag F_SW (L (i)) is set to 1 from the power storage element row with a large remaining amount.
  • FIG. 7 shows a detailed flow of the process in step S408 of FIG. Similar to the power running process, all the parallel connection switch flags F_SW (1) to F_SW (N) are set to 0 in step S601. In step S701, 1 is substituted for variable i. In step S703, i is compared with the required number n of storage element array connections calculated in step S404. If i> n, the process in step S408 ends. If i ⁇ n, the process proceeds to step S704.
  • step S704 the voltage Volt (system) of the entire parallel-connected power storage system 105 connected to the electric load (inverter 104) and the voltage Volt (L (N ⁇ i + 1)) of the power storage element array ROW (L (N ⁇ i + 1)) If the difference is less than the predetermined value ⁇ Volt, the process proceeds to step S705, and if it is equal to or greater than the predetermined value ⁇ Volt, the process in step S408 ends, where the predetermined value ⁇ Volt is the chargeable / dischargeable power of the storage element, the internal resistance, and the storage.
  • step S705 the remaining amount (L (N ⁇ i + 1)) and the remaining amount determined by the storage elements constituting the storage element row ROW (L (N ⁇ i + 1)) are determined. Compared with quantity_min (L (N ⁇ i + 1)), if remaining amount (L (N ⁇ i + 1)) ⁇ remaining amount_max (L (N ⁇ i + 1)), The process proceeds to step S706, and if remaining amount (L (N ⁇ i + 1)) ⁇ remaining amount_max (L (N ⁇ i + 1)), the process in step S408 is terminated.
  • step S705 is a process for preventing the storage element array ROW (L (i)) exceeding the upper limit remaining amount_max (L (i)) from being connected.
  • F_SW N ⁇ i + 1 is set to 1.
  • step 407 or step 408 described in FIG. 6 and FIG. 7 the process proceeds to step S409.
  • the integrated control device 109 switches to the parallel connection power storage system control device 202 based on the set values of the parallel connection switch flags F_SW (1) to F_SW (N) in step S407 or step S408.
  • SW (1) to SW (N) are switched.
  • FIG. 8 shows a detailed flow of the process in step S410 of FIG.
  • the number of connected power storage element rows is checked.
  • input / output can be performed by the storage element array connected to the electric load based on the battery state obtained by detecting each storage element array state in step S402 of FIG.
  • the power that can be calculated is calculated.
  • the maximum torque value is calculated based on the electric power, and the value is transmitted to the integrated control device 109. Based on the control flowcharts of FIGS.
  • FIG. 9 (a) shows the vehicle required torque during running of the electric vehicle, and the cases 1 to 4 are classified according to each required torque.
  • FIG. 9B shows the transition of the remaining amount of each power storage element row ROW (1) to ROW (3).
  • FIG. 9C shows the connection state of each storage element row, that is, the period during which the parallel connection switches SW (1) to SW (3) of these storage element rows are closed.
  • a large required torque is generated during power running in state 1.
  • ROW (1) is less reduced in remaining amount than ROW (2) and ROW (3).
  • state 2 the required torque is reduced, and only the storage element row ROW (1) with a large remaining amount is connected.
  • state 3 since regenerative torque is generated, the storage element rows ROW (2) and ROW (3) with a small remaining amount are connected to the electric load (inverter 104), and the storage element row ROW (1) is disconnected.
  • the state 2 and the state 3 the variation between the respective power storage element rows is eliminated while satisfying the vehicle required torque.
  • state 4 since a large required torque is generated again, all the power storage element arrays are connected.
  • FIG. Changes in the remaining amounts of the power storage element rows ROW (1) to ROW (3) shown in FIG. That is, for example, there are three ROW (1) remaining amount change curves that are close to each other.
  • the dischargeable power (remaining amount) of the storage element arrays is proportional to the SOC (voltage) of each storage element array. Therefore, for example, the upper limit remaining amount value of the power storage element array in the above description is proportional to the voltage at which the power storage element array is overcharged.
  • step 402 to step S410 of the operation flow shown in FIG. 4 may be appropriately executed according to the situation of the vehicle.
  • this operation flow is not executed frequently because there is no change in the vehicle required torque.
  • the execution cycle time of such an operation flow may be changed by the driver, or may be changed by predicting the traveling situation from the navigation device and road information.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the power command value to the air conditioner 107 is reduced when the remaining amount variation between the storage element arrays when the vehicle speed is other than substantially zero occurs more than a predetermined value.
  • Controlling the power supply taking into account the air conditioning power when calculating the required number of connection of the storage element rows, and the air conditioning power when the vehicle speed is substantially zero, the remaining amount of each storage element row and the driver specified Control is performed according to the set in-vehicle temperature T_0 of the electric vehicle.
  • steps S803 to S807 related to this air conditioning power are added after step S802 in FIG. 10 compared to FIG.
  • the parallel-connected power storage system of the electric vehicle is controlled according to the flowchart of FIG. 10 while the key-on state continues.
  • the storage element array state detection device SN detects the voltage, remaining amount, and chargeable / dischargeable power of the storage element array ROW.
  • step S803 it is determined whether the vehicle is stopped.
  • the vehicle is stopped means that the vehicle speed is substantially zero and the vehicle required torque is substantially zero. If the vehicle is stopped, the process proceeds to step S806; otherwise, the process proceeds to step S804.
  • step S804 electric power (normal air conditioning power target value) necessary to realize the set in-vehicle temperature T_0 of the electric vehicle specified by the driver is calculated.
  • step S805 the dispersion value of the remaining amount of each storage element array detected in step S802 (hereinafter referred to as storage element array dispersion value) is calculated, and the normal air conditioning power calculated in step S804 according to the amount is calculated.
  • the target value is corrected as shown in FIG. 11, the air conditioning power command value is calculated, and the value is transmitted to the air conditioning control device 203.
  • the vehicle required torque T_d is calculated according to the driver's accelerator pedal and brake pedal depression amounts. Then, in the vehicle required power calculation in step S809, the sum of the driving power necessary for outputting the air conditioning power command value calculated in step S805 and the vehicle required torque T_d calculated in step S808 by the driving motor is the vehicle required power.
  • step S810 In the calculation of the required number n of storage element arrays connected in step S810, the number n of storage element arrays necessary to satisfy the vehicle power requirement calculated in step S808 is calculated based on each storage element array state. If the vehicle request torque T_d is greater than or equal to zero in step S406, the process proceeds to step S811, and if T_d is less than zero, the process proceeds to step S813. Then, a switching command for SW (1) to SW (N) is issued in accordance with the connection command in step S814, and in the calculation of the outputable torque in step S815, the storage element arrays SW (1) to SW connected to the electric load. The torque that can be output is calculated by (n). In step S816, it is determined whether or not the electric vehicle is key-off. If not, the process returns to step S802 again.
  • step S806 if the difference between the in-vehicle temperature T of the electric vehicle measured by the in-vehicle temperature measuring device 111 and the set in-vehicle temperature T_0 of the electric vehicle specified by the driver is within the predetermined value T_th, the process proceeds to step S807, otherwise Advances to step S816.
  • FIG. 12 shows a detailed flow of the process in the stopped air-conditioning power control step S807 of FIG.
  • Steps S901 to S903 are the same processing as in the first embodiment (FIG. 6).
  • step S903 when i is equal to or less than the number n of connection of the storage element arrays, the process proceeds to step S904, and otherwise, the process proceeds to step S908.
  • the stopped air-conditioning power target value is determined according to the difference in the remaining power amount between the storage element arrays.
  • the remaining amount difference between the storage element rows represents a difference between the average remaining amounts of the storage element rows currently connected to the electric load and all the storage element rows.
  • FIG. 13 shows the relationship between the residual amount difference between the storage element arrays and the target air conditioning power value during stoppage.
  • step S904 is performed in accordance with the difference (temperature difference) between the electric vehicle interior temperature T measured by the interior temperature measurement device 111 and the set interior temperature T_0 set by the driver. Is corrected as shown in FIG. 14 and calculated as an air conditioning power command value.
  • the value is transmitted to the air conditioning controller 203.
  • the air conditioning power command value is the temperature difference between the electric power (normal air conditioning power target value) required to realize the set vehicle interior temperature T_0 specified by the driver as the lower limit value and the stopped air conditioning power target value as the upper limit value. It is set to become larger as becomes larger.
  • the air-conditioning power command value can be reduced to prevent the in-vehicle temperature from greatly deviating from the predetermined temperature.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .

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Abstract

　本発明によ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、これらの蓄電素子列を選択して並列に接続し、電動車両に搭載された電気負荷への接続と切り離しを蓄電素子列ごとに行う並列接続スイッチと、並列接続スイッチを制御する並列接続スイッチ制御部と、車両要求電力を算出する車両要求電力算出部と、蓄電素子列の残量を検出する残量検出部と、蓄電素子列の電圧を検出する電圧検出部と、車両要求電力と蓄電素子列の残量および前記蓄電素子列の電圧とを基に前記並列接続スイッチを制御する蓄電システム制御装置とを備える。

Description

電動車両用蓄電システム
　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。
　本発明の第１の態様によると、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、蓄電素子列を選択して並列に接続し、電動車両に搭載された電気負荷への接続と切り離しを蓄電素子列ごとに行う並列接続スイッチと、並列接続スイッチを制御する並列接続スイッチ制御部と、車両要求電力を算出する車両要求電力算出部と、蓄電素子列の残量を検出する残量検出部と、蓄電素子列の電圧を検出する電圧検出部と、車両要求電力と蓄電素子列の残量および蓄電素子列の電圧とを基に並列接続スイッチを制御する蓄電システム制御装置と、を備える。
　本発明の第２の態様によると、第１の態様の電動車両用蓄電システムにおいて、並列接続スイッチ制御部は、車両要求電力が零以上の場合、残量が大きい蓄電素子列から順に電気負荷に接続し、車両要求電力が零未満の場合、残量が小さい蓄電素子列から順に、電気負荷に接続することが好ましい。
　本発明の第３の態様によると、第２の態様の電動車両用蓄電システムにおいて、電気負荷に接続される蓄電素子列は、既に電気負荷に接続されている蓄電素子列の全体電圧と蓄電素子列の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が好ましい。
　本発明の第４の態様によると、第３の態様の電動車両用蓄電システムにおいて、電気負荷へ接続される蓄電素子列は、車両要求電力が零よりも大きい場合は、接続する蓄電素子列の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、車両要求電力が零より小さい場合は、接続する蓄電素子列の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が好ましい。
　本発明の第５の態様によると、第１の態様の電動車両用蓄電システムにおいて、並列接続スイッチ制御部は、車両要求電力が零以外、かつ車両速度が零以外の場合、車両要求電力と蓄電素子列の充放電可能電力を基に蓄電素子列接続必要数以下の蓄電素子列を電気負荷に接続することが好ましい。
　本発明の第６の態様によると、第５の態様の電動車両用蓄電システムにおいて、蓄電素子列の充放電可能電力は、蓄電素子列が流すことが可能な電流および電気負荷に接続された全ての蓄電素子列全体の出力電圧を基に算出することが好ましい。
　本発明の第７の態様によると、第１の態様の電動車両用蓄電システムにおいて、車両要求電力算出部は、車両要求電力と要求空調電力を用いて車両要求電力を算出することが好ましい。
　本発明の第８の態様によると、第７の態様の電動車両用蓄電システムにおいて、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を基にドライバーの要求トルクを算出する要求トルク算出部と、モータ回転数を検出するモータ回転数検出部とを備え、車両要求電力は、ドライバーの要求トルクとモータ回転数とを基に蓄電システム制御装置によって算出されることが好ましい。
　本発明の第９の態様によると、第７の態様の電動車両用蓄電システムにおいて、要求空調電力は、空調装置の設定温度、車内温度、車両速度の少なくとも一つを用いて算出されることが好ましい。
　本発明の第１０の態様によると、第７の態様の電動車両用蓄電システムにおいて、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が好ましい。
　本発明の第１１の態様によると、第７の態様の電動車両用蓄電システムにおいて、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が好ましい。
　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（ｉ）～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Ｓ４０４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Ｓ４０４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Ｓ４０４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 (11)

  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を制御する並列接続スイッチ制御部と、
    　車両要求電力を算出する車両要求電力算出部と、
    　前記蓄電素子列の残量を検出する残量検出部と、
    　前記蓄電素子列の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残量および前記蓄電素子列の電圧とを基に前記並列接続スイッチを制御する蓄電システム制御装置とを備え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、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、残量が小さい蓄電素子列から順に、電気負荷に接続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期蓄電素子列の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電動車両用蓄電システム。
  4. 　請求項３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電動車両用蓄電システム。
  5. 　請求項１に記載の電動車両用蓄電システムにおいて、
    　前記並列接続スイッチ制御部は、車両要求電力が零以外、かつ車両速度が零以外の場合、車両要求電力と蓄電素子列の充放電可能電力を基に蓄電素子列接続必要数以下の蓄電素子列を電気負荷に接続する電動車両用蓄電システム。
  6. 　請求項５に記載の電動車両用蓄電システムにおいて、
    　前記蓄電素子列の充放電可能電力は、前記蓄電素子列が流すことが可能な電流および前記電気負荷に接続された全ての蓄電素子列全体の出力電圧を基に算出する電動車両用蓄電システム。
  7. 　請求項１に記載の電動車両用蓄電システムにおいて、
    　前記車両要求電力算出部は、車両要求電力と要求空調電力を用いて前記車両要求電力を算出する電動車両用蓄電システム。
  8. 　請求項７に記載の電動車両用蓄電システムにおいて、
    　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を基にドライバーの要求トルクを算出する要求トルク算出部と、モータ回転数を検出するモータ回転数検出部とを備え、前記車両要求電力は、前記ドライバーの要求トルクと前記モータ回転数とを基に前記蓄電システム制御装置によって算出される電動車両用蓄電システム。
  9. 　請求項７に記載の電動車両用蓄電システムにおいて、
    　前記要求空調電力は、空調装置の設定温度、車内温度、車両速度の少なくとも一つを用いて算出される電動車両用蓄電システム。
  10. 　請求項７に記載の電動車両用蓄電システムにおいて、
    　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電動車両用蓄電システム。
  11. 　請求項７に記載の電動車両用蓄電システムにおいて、
    　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電動車両用蓄電システム。
     
     
     
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