JP2017125699A - 蓄電装置、輸送機器及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電器の残容量を正確に推定可能な蓄電装置を提供すること。【解決手段】蓄電装置は、第１蓄電器と、第２蓄電器と、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方の電圧を取得する取得部と、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方の電圧を用いて、当該電圧の蓄電器の残容量を推定する制御部と、を備える。制御部は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方を、残容量を推定する対象蓄電器に選択し、前記対象蓄電器の充放電の停止から緩和時間の経過後に前記取得部が取得した前記対象蓄電器の電圧を用いて、前記対象蓄電器の残容量を推定する。【選択図】図３

Description

本発明は、複数の蓄電器を備えた蓄電装置、輸送機器及び制御方法に関する。

特許文献１には、車両走行中であっても二次電池のＳＯＣ（State Of Charge、残容量）を推定可能な電源システムが記載されている。この電源システムは、２つの二次電池と、２つのコンバータと、コンバータＥＣＵと、電池ＥＣＵとを備える。コンバータＥＣＵは、２つのコンバータを制御することによって、２つの二次電池のいずれか一方を一定電流で充電又は放電させるとともに駆動力発生部の電力要求に応じて他方の二次電池を充放電させる。電池ＥＣＵは、一定電流で充電又は放電している二次電池の電圧に基づいてその二次電池のＳＯＣを推定する。

特開２００８−２７６９７０号公報

特許文献１に記載の電源システムでは、一定電流で充電又は放電中の二次電池の電圧に基づいてその二次電池のＳＯＣを推定する。しかし、ＳＯＣの推定のために利用される二次電池の電圧はＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）である。ＣＣＶとＳＯＣの相関は、二次電池のＳＯＣ推定に広く用いられているＯＣＶ（Open Circuit Voltage）とＳＯＣの相関ほど、綺麗な連続性を有していない。加えて、充放電していないため一定なＯＣＶに対して、充放電によって絶えず変動しているＣＣＶでは、推定されるＳＯＣも変動量を含んだ値となる。このため、ＣＣＶに基づいては、二次電池のＳＯＣを正確に推定できない。

一方、二次電池のＳＯＣはＯＣＶに対しては一定の関係を有する。このため、ＣＣＶからＯＣＶを高精度に置換できれば二次電池のＳＯＣを正確に推定することはできる。しかし、ＣＣＶからＯＣＶへの置換には、直流抵抗や拡散抵抗の推定等に起因する誤差が含まれてしまうため、ＣＣＶから高精度なＯＣＶを得ることはできない。

本発明の目的は、蓄電器の残容量を正確に推定可能な蓄電装置、輸送機器及び制御方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ又は高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ又は高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方の電圧を取得する取得部（例えば、後述の実施形態での電圧センサ１０７ｐ、電圧センサ１０７ｅ）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方の電圧を用いて、当該電圧の蓄電器の残容量を推定する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１７）と、を備え、
前記制御部は、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方を、残容量を推定する対象蓄電器に選択し、
前記対象蓄電器の充放電の停止から緩和時間の経過後に前記取得部が取得した前記対象蓄電器の電圧を用いて、前記対象蓄電器の残容量を推定する、蓄電装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記対象蓄電器の温度を検知する検知部（例えば、後述の実施形態での温度センサ１１１ｐ、温度センサ１１１ｅ）を備え、
前記制御部は、前記対象蓄電器の温度に基づき前記緩和時間を設定する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記制御部は、前記対象蓄電器の温度が高いほど前記緩和時間を短く設定する。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、
前記対象蓄電器の拡散抵抗を算出する算出部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１７）を備え、
前記制御部は、前記対象蓄電器の拡散抵抗に基づき前記緩和時間を設定する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記制御部は、前記対象蓄電器の拡散抵抗が大きいほど前記緩和時間を長く設定する。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、
前記蓄電装置は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力により駆動する駆動部を駆動源とした輸送機器に設けられ、
前記制御部は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器のうち、前記駆動部との間で充放電を行わない蓄電器を前記対象蓄電器に選択する。

請求項７に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、
前記蓄電装置は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力により駆動する駆動部を駆動源とした輸送機器に設けられ、
前記輸送機器及び前記駆動部の少なくとも一方の状態を検出する検出部（例えば、後述の実施形態での車速センサ１１３）を備え、
前記制御部は、前記輸送機器及び前記駆動部の少なくとも一方が停止した状態ならば、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の双方を前記対象蓄電器に選択する。

請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、
外部電力系統から供給される電力によって前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方を充電する充電部（例えば、後述の実施形態での普通充電器１０１、急速充電器１０３）を備え、
前記制御部は、前記外部電力系統に接続された前記充電部による、前記第１蓄電器と前記第２蓄電器の充電に先立って、前記第１蓄電器と前記第２蓄電器の双方を前記対象蓄電器に選択する。

請求項９に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、
外部電力系統から供給される電力によって前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方を充電する充電部（例えば、後述の実施形態での普通充電器１０１、急速充電器１０３）を備え、
前記制御部は、前記外部電力系統に接続された前記充電部によって充電が行われていない蓄電器を前記対象蓄電器に選択する。

請求項１０に記載の発明は、請求項１から５、７及び８のいずれか１項に記載の発明において、
前記第２蓄電器は、前記第１蓄電器より残容量に対する容量劣化係数の変動が大きく、
前記制御部は、前記容量劣化係数が閾値以下の好適容量域よりも高い残容量を前記第２蓄電器が有するなら、前記第１蓄電器を前記対象蓄電器に選択する。

請求項１１に記載の発明は、請求項１から５、７及び８のいずれか１項に記載の発明において、
前記第２蓄電器は、前記第１蓄電器より残容量に対する容量劣化係数の変動が大きく、
前記制御部は、前記容量劣化係数が閾値以下の好適容量域よりも低い残容量を前記第２蓄電器が有するなら、前記第２蓄電器を前記対象蓄電器に選択する。

請求項１２に記載の発明は、請求項１から１１のいずれか１項に記載の発明において、
前記制御部は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の双方を前記対象蓄電器に選択した場合、各蓄電器の残容量の推定を並列して行う。

請求項１３に記載の発明は、請求項１から１２のいずれか１項に記載の発明において、
前記第２蓄電器は、前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る。

請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、
前記制御部は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の双方を前記対象蓄電器に選択した場合、前記第２蓄電器の残容量の推定を優先する。

請求項１５に記載の発明は、請求項１から１３のいずれか１項に記載の発明において、
前記制御部は、前記対象蓄電器の充放電電流がないよう制御して、前記対象蓄電器の充放電を停止する。

請求項１６に記載の発明は、請求項１から１４のいずれか１項に記載の蓄電装置を有する、輸送機器である。

請求項１７に記載の発明は、
第１蓄電器（例えば、後述の実施形態での高容量型バッテリＥＳ−Ｅ又は高出力型バッテリＥＳ−Ｐ）と、
第２蓄電器（例えば、後述の実施形態での高出力型バッテリＥＳ−Ｐ又は高容量型バッテリＥＳ−Ｅ）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方の電圧を取得する取得部（例えば、後述の実施形態での電圧センサ１０７ｐ、電圧センサ１０７ｅ）と、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方の電圧を用いて、当該電圧の蓄電器の残容量を推定する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１７）と、を備えた蓄電装置が行う制御方法であって、
前記制御部は、
前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方を、残容量を推定する対象蓄電器に選択し、
前記対象蓄電器の充放電の停止から緩和時間の経過後に前記取得部が取得した前記対象蓄電器の電圧を用いて、前記対象蓄電器の残容量を推定する、制御方法である。

蓄電器に対する充放電を停止すると、蓄電器の電圧はＯＣＶ（Open Circuit Voltage）になる。前述したようにこのＯＣＶを用いることで、対象蓄電器の残容量を精度良く推定できる。しかし、蓄電器に対する充放電を停止しても、電極内のイオンの拡散抵抗などの影響によって、蓄電器の電圧が動的なＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）から、静的なＯＣＶに収束するまでには所定の時間を要する。換言すると、ＣＣＶからＯＣＶに収束するまでの所定の時間を考慮せずに測定した対象蓄電器の電圧では、精度良く対象蓄電器の残容量を推定できず、本願発明の課題を解決できない。

請求項１の発明、請求項１６の発明及び請求項１７の発明によれば、対象蓄電器の残容量を推定する際に用いられる電圧は、当該対象蓄電器の充放電の停止から緩和時間の経過後に取得されたＯＣＶであるため、ＣＣＶから残容量を推定する場合と比較して、対象蓄電器の残容量を正確に推定できる。

前述したように対象蓄電器の充放電の停止後、当該対象蓄電器の電圧がＣＣＶからＯＣＶに収束するには所定の時間を要し、当該時間は対象蓄電器の温度に応じて変化するが、請求項２の発明によれば、対象蓄電器の温度に基づいて設定された適切な緩和時間が用いられるため、より正確に対象蓄電器の残容量を推定できる。

対象蓄電器の電圧がＣＣＶからＯＣＶに収束する時間は当該対象蓄電器の温度が高いほど短く、請求項３の発明によれば、対象蓄電器の温度が高いほど短く設定された適切な緩和時間が用いられるため、より正確に対象蓄電器の残容量を推定できる。

対象蓄電器の電圧がＣＣＶからＯＣＶに収束する時間は当該対象蓄電器の拡散抵抗に応じて変化するが、請求項４の発明によれば、対象蓄電器の拡散抵抗に基づいて設定された適切な緩和時間が用いられるため、より正確に対象蓄電器の残容量を推定できる。

対象蓄電器の電圧がＣＣＶからＯＣＶに収束する時間は当該対象蓄電器の拡散抵抗が大きいほど長く、請求項５の発明によれば、対象蓄電器の拡散抵抗が大きいほど長く設定された適切な緩和時間が用いられるため、より正確に対象蓄電器の残容量を推定できる。

請求項６の発明によれば、輸送機器における第１蓄電器及び第２蓄電器の各充放電状態に応じて対象蓄電器が選択されるため、輸送機器の状態を考慮した上で、正確な残容量を推定可能な蓄電器を適切に選択できる。

請求項７の発明によれば、輸送機器又は駆動部が停止していれば第１蓄電器及び第２蓄電器の双方が駆動部との間で充放電を行っていないと考えられるため輸送機器に影響を与えることなく、第１蓄電器及び第２蓄電器の各残容量を正確に推定できる。

請求項８の発明によれば、外部電力系統に接続された充電部によって充電が行われる前に、第１蓄電器と第２蓄電器の残容量が推定されるため、精度良く第１蓄電器と第２蓄電器を充電できる。

請求項９の発明によれば、外部電力系統に接続された充電部によって充電が行われていない蓄電器は充放電を行っていないと考えられるため、当該蓄電器の残容量を正確に推定できる。

請求項１０の発明によれば、第２蓄電器の残容量が好適容量域よりも高い領域に属する場合、第２蓄電器の残容量が好適容量域まで低下するよう、駆動部への放電は第２蓄電器が積極的に行うよう制御される。従って、他方の第１蓄電器に対する充放電は抑制されるため、第１蓄電器の残容量を正確に推定できる。

請求項１１の発明によれば、第２蓄電器の残容量が好適容量域よりも低い領域に属する場合、第２蓄電器の残容量がさらに低下しないよう、駆動部への放電は第１蓄電器が積極的に行うよう制御される。従って、少なくとも第２蓄電器の放電は抑制されるため、第２蓄電器の残容量を正確に推定できる。

請求項１２の発明によれば、第１蓄電器及び第２蓄電器の各残容量をそれぞれ正確かつ略同時に推定できるため、第１蓄電器及び第２蓄電器の各残容量を用いた制御の精度が向上する。

請求項１３の発明によれば、特性の異なる２つの蓄電器を併用する当該蓄電装置において、対象蓄電器の残容量を正確に推定できる。

エネルギー重量密度に優れる第１蓄電器と、出力重量密度に優れる第２蓄電器を備える蓄電装置においては、それぞれの特性を活かすため、定常的な放電は第１蓄電器が行い、第１蓄電器のみでは放電量が不足する際に、その差分のみを第２蓄電器が放電することが好ましい。また、駆動部が回生発電した電力はＣレートに換算すると高レートの充電になるため、第２蓄電器に優先して取り込まれることが好ましい。これらの制御を高精度に実現するためには、第２蓄電部の残容量を精度良く検知することが重要である。

従って、請求項１４の発明によれば、出力重量密度が優れる第２蓄電器は充放電の変化が頻繁であるため、第２蓄電器を優先して残容量を正確に推定することで、特性の異なる２つの蓄電器を併用する当該蓄電装置における制御の精度が向上する。

請求項１５の発明によれば、対象蓄電器の充放電が停止した状態を充放電電流の制御によって実現できるため、対象蓄電器の残容量の推定機会を増やすことができる。

本発明に係る一実施形態の蓄電装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。 高出力型バッテリのＳＯＣに対する容量劣化係数を示す図である。 ＥＣＵが対象バッテリを選択し、当該対象バッテリのＳＯＣをＯＣＶ推定方式により推定する処理の流れを示すフローチャートである。 図３に示すステップＳ１０７で行われるサブルーチン（対象バッテリの選択制御）の処理の流れを示すフローチャートである。 充放電を停止した際のバッテリのＯＣＶに対するＣＣＶの経時変化を示す図である。 バッテリの温度に応じた緩和時間の相違を示す図である。 高容量型バッテリ及び高出力型バッテリのＯＣＶとＳＯＣの関係の一例を示す図である。 他の実施形態の蓄電装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る一実施形態の蓄電装置を搭載した電動車両の概略構成を示すブロック図である。図１中の太い実線は機械連結を示し、二重点線は電力配線を示し、細い実線は制御信号を示す。図１に示す１ＭＯＴ型の電動車両は、モータジェネレータ（MG）１１と、ＰＤＵ（Power Drive Unit）１３と、一実施形態の蓄電装置１００とを備える。以下、電動車両が備える各構成要素について説明する。

モータジェネレータ１１は、蓄電装置１００から供給される電力によって駆動され、電動車両が走行するための動力を発生する。モータジェネレータ１１で発生したトルクは、変速段又は固定段を含むギヤボックスＧＢ及びデファレンシャル・ギアＤを介して駆動輪Ｗに伝達される。また、モータジェネレータ１１は、電動車両の減速時には発電機として動作して、電動車両の制動力を出力する。なお、モータジェネレータ１１を発電機として動作させることで生じた回生電力は、蓄電装置１００が有するバッテリに蓄えられる。

ＰＤＵ１３は、直流電圧を交流電圧に変換して３相電流をモータジェネレータ１１に供給する。また、ＰＤＵ１３は、モータジェネレータ１１の回生動作時に入力される交流電圧を直流電圧に変換する。

蓄電装置１００は、図１に示すように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと、高出力型バッテリＥＳ−Ｐと、普通充電器１０１と、急速充電器１０３と、ＶＣＵ（Voltage Control Unit）１０５と、電圧センサ１０７ｅ，１０７ｐと、電流センサ１０９ｅ，１０９ｐと、温度センサ１１１ｅ，１１１ｐと、車速センサ１１３と、スイッチ部１１５と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１７とを備える。

高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等といった複数の蓄電セルを有し、モータジェネレータ１１に高電圧の電力を供給する。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐも、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等といった複数の蓄電セルを有し、ＶＣＵ１０５を介してモータジェネレータ１１に高電圧の電力を供給する。高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、ＶＣＵ１０５を介して、ＰＤＵ１３に対して高容量型バッテリＥＳ−Ｅと並列に接続されている。また、一般的に、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧よりも低い。したがって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電力は、ＶＣＵ１０５によって高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧と同レベルまで昇圧された後、ＰＤＵ１３を介してモータジェネレータ１１に供給される。

なお、高容量型バッテリＥＳ−Ｅや高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、前述したニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池に限定される訳ではない。例えば、蓄電可能容量は少ないものの、短時間に大量の電力を充放電可能なコンデンサやキャパシタを高出力型バッテリＥＳ−Ｐとして用いても構わない。

また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの特性と高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性は互いに異なる。高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐよりも、出力重量密度は低いが、エネルギー重量密度は高い。一方、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅよりも、エネルギー重量密度は低いが、出力重量密度は高い。このように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、エネルギー重量密度の点で相対的に優れ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、出力重量密度の点で相対的に優れる。なお、エネルギー重量密度とは、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、エネルギー重量密度が優れている高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、高容量を主目的とした蓄電器であり、出力重量密度が優れている高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高出力を主目的とした蓄電器である。

このような高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性の違いは、例えば電極や活物質、電解質／液といった電池の構成要素の構造や材質等により定まる種々のパラメータに起因するものである。例えば、充放電可能な電気の総量を示すパラメータである蓄電可能容量は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐより高容量型バッテリＥＳ−Ｅの方が優れる、一方、充放電に対する蓄電可能容量の劣化耐性を示すパラメータであるＣレート特性や充放電に対する電気抵抗値を示すパラメータである内部抵抗（インピーダンス）は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅより高出力型バッテリＥＳ−Ｐの方が優れる。

また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、残容量（ＳＯＣ：State of Charge）に対する容量劣化係数の変動が小さく、満充電電圧や放電終止電圧においても大幅に劣化することはない。一方、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、図２に示すように、ＳＯＣに対する容量劣化係数の変動が大きく、中間域のＳＯＣにおける容量劣化係数は小さいが、中間域以外のＳＯＣにおける容量劣化係数は大きい。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの中間域よりもＳＯＣが低い領域と高い領域とでは、ＳＯＣが中間域から離れる際の容量劣化係数の増加率は高い領域の方が高い。

普通充電器１０１は、高出力型バッテリＥＳ−ＰとＶＣＵ１０５との間に設けられたジャンクションボックスＪＢを介して、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ及びＶＣＵ１０５と並列に接続されている。普通充電器１０１は、商用電源等の外部電力系統からの交流電力を高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電圧レベルの直流電力に変換する。

急速充電器１０３は、高容量型バッテリＥＳ−ＥとＰＤＵ１３との間に設けられたジャンクションボックスＪＢを介して、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと並列に接続されている。急速充電器１０３は、商用電源等の外部電力系統からの交流電力を高容量型バッテリＥＳ−Ｅの出力電圧レベルの直流電力に変換する。

ＶＣＵ１０５は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電圧又は普通充電器１０１が出力した直流電力の電圧を直流のまま昇圧する。また、ＶＣＵ１０５は、電動車両の減速時にモータジェネレータ１１が発電して直流に変換された電力を降圧する。さらに、ＶＣＵ１０５は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの出力電圧を直流のまま降圧する。ＶＣＵ１０５によって降圧された電力は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに充電される。なお、ＶＣＵ１０５が出力する直流電力の電圧レベル又は電流レベルは、ＥＣＵ１１７によって制御される。

電圧センサ１０７ｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを検出する。電圧センサ１０７ｐが検出した電圧Ｖｐを示す信号はＥＣＵ１１７に送られる。電圧センサ１０７ｅは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅを検出する。なお、電圧センサ１０７ｅが検出した電圧Ｖｅは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧ＶｐをＶＣＵ１０５が昇圧した値に等しい。電圧センサ１０７ｅが検出した電圧Ｖｅを示す信号はＥＣＵ１１７に送られる。

電流センサ１０９ｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの入出力電流Ｉｐを検出する。電流センサ１０９ｐが検出した入出力電流Ｉｐを示す信号はＥＣＵ１１７に送られる。電流センサ１０９ｅは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの入出力電流Ｉｅを検出する。電流センサ１０９ｅが検出した入出力電流Ｉｅを示す信号はＥＣＵ１１７に送られる。

温度センサ１１１ｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐを検出する。温度センサ１１１ｐが検出した温度Ｔｐを示す信号はＥＣＵ１１７に送られる。温度センサ１１１ｅは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度Ｔｅを検出する。温度センサ１１１ｅが検出した温度Ｔｅを示す信号はＥＣＵ１１７に送られる。

車速センサ１１３は、電動車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する。車速センサ１１３によって検出された車速ＶＰを示す信号は、ＥＣＵ１１７に送られる。

スイッチ部１１５は、ジャンクションボックスＪＢ内に設けられた、高容量型バッテリＥＳ−ＥからＰＤＵ１３、ＶＣＵ１０５又は急速充電器１０３までの電流経路を断接するコンタクタＭＣｅと、高出力型バッテリＥＳ−ＰからＶＣＵ１０５又は普通充電器１０１までの電流経路を断接するコンタクタＭＣｐとを有する。各コンタクタＭＣｅ，ＭＣｐは、ＥＣＵ１１７の制御によって開閉される。

ＥＣＵ１１７は、ＰＤＵ１３、ＶＣＵ１０５、普通充電器１０１及び急速充電器１０３の制御、並びに、スイッチ部１１５の開閉制御を行う。また、ＥＣＵ１１７は、車速センサ１１３から得られた信号が示す車速ＶＰに基づいて、電動車両の走行状態を判別する。

また、ＥＣＵ１１７は、特性の異なる高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各々の特性を活かすよう、ＶＣＵ１０５を用いた電力分配制御を行う。この電力分配制御を行えば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、電動車両の走行時に一定の電力をモータジェネレータ１１に電力を供給するよう用いられ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、電動車両の走行のために大きな駆動力が必要なときに、モータジェネレータ１１に電力を供給するよう用いられる。また、モータジェネレータ１１が発電した回生電力は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに優先的に入力される。したがって、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣは、０％〜１００％までの略全域が使用範囲として設定され、走行に伴い継続的に低下する。一方、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣは、図２に示した例えば４０％〜７０％の中間域が使用範囲として設定され、この中間域に属する所定の中間値を維持するようその近傍で変動する。

さらに、ＥＣＵ１１７は、電動車両の状態に基づき、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び出力型バッテリＥＳ−Ｐの少なくとも一方を、ＳＯＣを推定する対象バッテリに選択し、当該対象バッテリの充放電の停止から緩和時間の経過後に電圧センサ１０７ｅ，１０７ｐが検出した対象バッテリの電圧を用いて、対象バッテリのＳＯＣを推定する。すなわち、ＥＣＵ１１７は、充放電電流が流れていない状態のバッテリの電圧、すなわちＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を用いた方式によって、対象バッテリのＳＯＣを推定する。なお、当該ＯＣＶ推定方式による高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの少なくとも一方のＳＯＣの推定にかかわらず、ＥＣＵ１１７は、電流センサ１０９ｅが検出した入出力電流に基づく電流積算方式によって高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣを推定しても良い。

以下、ＥＣＵ１１７が対象バッテリを選択し、当該対象バッテリのＳＯＣをＯＣＶ推定方式により推定する際の処理について、図３〜図７を参照して詳細に説明する。図３は、ＥＣＵ１１７が対象バッテリを選択し、当該対象バッテリのＳＯＣをＯＣＶ推定方式により推定する処理の流れを示すフローチャートである。図４は、図３に示すステップＳ１０７で行われるサブルーチン（対象バッテリの選択制御）の処理の流れを示すフローチャートである。

図３に示すように、ＥＣＵ１１７は、温度センサ１１１ｅが検出した高容量型バッテリＥＳ−Ｅの温度Ｔｅ及び温度センサ１１１ｐが検出した高出力型バッテリＥＳ−Ｐの温度Ｔｐを取得する（ステップＳ１０１）。次に、ＥＣＵ１１７は、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｅ，Ｔｐから高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各拡散抵抗を算出する（ステップＳ１０３）。次に、ＥＣＵ１１７は、ステップＳ１０３で算出した拡散抵抗から高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各緩和時間を算出する（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０３の処理は、図３に示すメインルーチンが行われる前に行われても良い。この場合、ＥＣＵ１１７は、事前に行われた拡散抵抗を参考に、温度に対する緩和時間のマップを予め作成しておき、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０１で取得した温度Ｔｅ，Ｔｐから当該マップを用いて高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各緩和時間を導出する。

図５に示すように、電圧センサ１０７ｅ，１０７ｐが検出する各バッテリの電圧は、充放電を停止したことによってバッテリの電圧がＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）からＯＣＶに収束するまでには所定の時間を要する。この所定の時間が、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５の処理を行うことによって算出される緩和時間である。例えばリチウムイオンバッテリにおける緩和時間は、リチウムイオンの拡散抵抗が影響し、図６に示すように、電極又は活物質内のリチウムイオンが均一になるまでに要する時間である。拡散抵抗はバッテリの温度によって変化し、図６に示すように、バッテリの温度が高いほど拡散抵抗は小さいため緩和時間は短くなる。これは、例えばバッテリの温度が高い程、イオンの運動量が増加して、電極又は活物質内で、イオンが移動し易くなるなどの種々の要因に拠るものである。したがって、ＥＣＵ１１７は、ステップＳ１０５において、バッテリの温度が高いほど短い緩和時間を算出する。

次に、ＥＣＵ１１７は、電動車両又はモータジェネレータ１１の状態に基づき、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐがそれぞれの緩和時間を確保できるか否かに応じて、ＳＯＣを推定する対象バッテリを選択するため、図４に示すサブルーチンを実行する（ステップＳ１０７）。なお、ＰＤＵ１３及びモータジェネレータ１１を含む駆動部との間で充放電を行わなくても良いバッテリは緩和時間を確保できる。

図４に示すサブルーチンでは、ＥＣＵ１１７は、電動車両又はモータジェネレータ１１の状態に基づき、高出力型バッテリＥＳ−Ｐが高出力型バッテリＥＳ−Ｐの緩和時間を確保できるか否かを判断し（ステップＳ２０１）、確保できればステップＳ２０３に進み、確保できなければステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１１７は、電動車両又はモータジェネレータ１１の状態に基づき、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが高容量型バッテリＥＳ−Ｅの緩和時間を確保できるか否かを判断し、確保できればステップＳ２０７に進み、確保できなければステップＳ２０９に進む。また、ステップＳ２０５では、ＥＣＵ１１７は、電動車両又はモータジェネレータ１１の状態に基づき、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが高容量型バッテリＥＳ−Ｅの緩和時間を確保できるか否かを判断し、確保できればステップＳ２１１に進み、確保できなければステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０７では、ＥＣＵ１１７は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方を対象バッテリに仮設定する。また、ステップＳ２０９では、ＥＣＵ１１７は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐのみを対象バッテリに設定し、図３のメインルーチンに戻る。また、ステップＳ２１１では、ＥＣＵ１１７は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅのみを対象バッテリに設定し、図３のメインルーチンに戻る。

ステップＳ２０７を行った後、ＥＣＵ１１７は、ＥＣＵ１１７における処理負荷がしきい値以上であるかを判断し（ステップＳ２１３）、処理負荷≧しきい値であればステップＳ２１５に進み、処理負荷＜しきい値であればステップＳ２１７に進む。ステップＳ２１５では、ＥＣＵ１１７は、対象バッテリに仮設定した高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐのうち、高出力型バッテリＥＳ−Ｐを優先的に対象バッテリに設定し、図３のメインルーチンに戻る。また、ステップＳ２１７では、対象バッテリに仮設定した高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方を対象バッテリに設定し、図３のメインルーチンに戻る。

次に、ＥＣＵ１１７は、対象バッテリの充放電を停止すべく０Ａ（ゼロアンペア）制御を行う（ステップＳ１０９）。当該０Ａ制御は、例えば高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電圧が高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧より低くなるようなＶＣＵ１０５における昇圧比の制御や、スイッチ部１１５のコンタクタＭＣｅ，ＭＣｐを開くといった制御によって達成される。次に、ＥＣＵ１１７は、０Ａ制御を開始してからステップＳ１０５で算出した緩和時間が経過したかを判断し（ステップＳ１１１）、緩和時間を経過すればステップＳ１１３に進む。ステップＳ１１３では、ＥＣＵ１１７は、電圧センサ１０７ｅが検出した高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅ及び電圧センサ１０７ｐが検出した高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを取得する。このとき取得される電圧Ｖｅ，Ｖｐは、０Ａ制御から緩和時間を経過後に検出された値であるため、ＯＣＶである。高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−ＰのＯＣＶとＳＯＣとの間には、図７に示すような関係があるため、ＥＣＵ１１７は、ステップＳ１１３で取得した電圧Ｖｅ，Ｖｐを用いて、図７に示した関係に基づくマップ又は計算式から対象バッテリのＳＯＣを推定する（ステップＳ１１５）。

なお、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣを推定する際に用いられるマップ又は計算式と、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣを推定する際に用いられるマップ又は計算式とは異なる。また、対象バッテリに高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方が選択されていれば、ＥＣＵ１１７は、並列処理にて各バッテリのＳＯＣを推定する。但し、高出力型バッテリＥＳ−Ｐを高容量型バッテリＥＳ−Ｅよりも優先する場合、ＥＣＵ１１７は、先に高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣの推定処理を行った後、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣの推定処理を行っても良い。また、高出力型バッテリＥＳ−Ｐを高容量型バッテリＥＳ−Ｅよりも優先する場合、ＥＣＵ１１７は、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣの推定処理のみを行っても良い。

上記説明した図４に示すサブルーチンのステップＳ２０１〜Ｓ２１１の処理を行うことによって、ＥＣＵ１１７は電動車両又はモータジェネレータ１１の状態に応じた適切な対象バッテリを選択できる。例えば、電動車両が駐停車時、補機への電力供給が行われていない限り高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの充放電は行われていない。駐停車などの電動車両の状態は、車速センサ１１３が検出した車速ＶＰやモータジェネレータ１１の駆動状態から判断される。この場合、双方のバッテリは緩和時間を確保可能であるため、ＥＣＵ１１７はステップＳ２０１，Ｓ２０３，Ｓ２０７を行って、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方を対象バッテリに仮設定する。

また、普通充電器１０１又は急速充電器１０３が外部電力系統に接続されてはいるが、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び／又は高出力型バッテリＥＳ−Ｐの充電が行われていない場合、双方のバッテリは緩和時間を確保可能であるため、ＥＣＵ１１７はステップＳ２０１，Ｓ２０３，Ｓ２０７を行って、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方を対象バッテリに仮設定する。

また、電動車両が加速走行中に、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣが図２に示した中間域よりも高いと、ＥＣＵ１１７は、当該ＳＯＣが中間域まで低下するよう高出力型バッテリＥＳ−Ｐの放電を積極的に行うため、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの放電機会は少ない。この場合、高容量型バッテリＥＳ−Ｅのみが緩和時間を確保可能であるため、ＥＣＵ１１７はステップＳ２０１，Ｓ２０５，Ｓ２１１を行って、高容量型バッテリＥＳ−Ｅを対象バッテリに設定する。

また、電動車両が加速走行中に、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣが図２に示した中間域よりも低いと、ＥＣＵ１１７は、当該ＳＯＣがさらに低下しないよう高容量型バッテリＥＳ−Ｅの放電を積極的に行うため、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの放電機会は少ない。この場合、高出力型バッテリＥＳ−Ｐのみが緩和時間を確保可能であるため、ＥＣＵ１１７はステップＳ２０１，Ｓ２０３，Ｓ２０９を行って、高出力型バッテリＥＳ−Ｐを対象バッテリに設定する。

また、電動車両が減速走行中、モータジェネレータ１１の発電によって得られた回生電力は高出力型バッテリＥＳ−Ｐに優先的に入力されるため、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの充電機会は少ない。この場合、高容量型バッテリＥＳ−Ｅのみが緩和時間を確保可能であるため、ＥＣＵ１１７はステップＳ２０１，Ｓ２０５，Ｓ２１１を行って、高容量型バッテリＥＳ−Ｅを対象バッテリに設定する。

以上説明したように、本実施形態によれば、対象バッテリのＳＯＣを推定する際に用いられる電圧は、当該対象バッテリの充放電の停止から緩和時間の経過後に取得されたＯＣＶであるため、ＣＣＶからＳＯＣを推定する場合と比較して、対象バッテリのＳＯＣを正確に推定できる。また、対象バッテリの充放電の停止後、当該対象バッテリの電圧がＣＣＶからＯＣＶに収束するまでの緩和時間は、対象バッテリの温度が高いほど拡散抵抗が大きくなるために短くなるが、本実施形態では、対象バッテリの温度が高いほど短い緩和時間を算出するため、適切な緩和時間を用いて、より正確に対象バッテリのＳＯＣを推定できる。

また、本実施形態では、電動車両における高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各充放電状態に応じて対象バッテリが選択されるため、正確なＳＯＣを推定可能なバッテリを適切に選択できる。さらに、出力重量密度が優れる高出力型バッテリＥＳ−Ｐは充放電の変化が頻繁であるため、高出力型バッテリＥＳ−Ｐを優先してＳＯＣを正確に推定することで、特性の異なる２つのバッテリを併用する当該蓄電装置における制御の精度を向上できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記説明した電動車両は、１ＭＯＴ型のＥＶ（Electrical Vehicle）であるが、複数のモータジェネレータを搭載したＥＶであっても、少なくとも１つのモータジェネレータと共に内燃機関を搭載したＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle）又はＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electrical Vehicle）であっても良い。

本実施形態のＶＣＵ１０５は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを昇圧するが、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅが高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐよりも低い場合、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを降圧するＶＣＵが用いられる。また、双方向に昇降圧が可能なＶＣＵを用いても良い。また、図８に示すように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ側にもＶＣＵ２０５を設けても良い。２つのＶＣＵを設けることで、モータジェネレータ１１及びＰＤＵ１３に印加される電圧が高容量型バッテリＥＳ−Ｅに束縛されないため、効率が向上する。なお、図８のような２つのＶＣＵ１０５，２０５を有する構成であったとしても、いずれか一方のみのＶＣＵで定電流制御は実行可能である。

１００ 蓄電装置
１１ モータジェネレータ
１３ ＰＤＵ
ＥＳ−Ｅ 高容量型バッテリ
ＥＳ−Ｐ 高出力型バッテリ
１０１ 普通充電器
１０３ 急速充電器
１０５，２０５ ＶＣＵ
１０７ｅ，１０７ｐ 電圧センサ
１０９ｅ，１０９ｐ 電流センサ
１１１ｅ，１１１ｐ 温度センサ
１１３ 車速センサ
１１５ スイッチ部
１１７ ＥＣＵ

Claims (17)

1. 第１蓄電器と、
   第２蓄電器と、
   前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方の電圧を取得する取得部と、
   前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方の電圧を用いて、当該電圧の蓄電器の残容量を推定する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方を、残容量を推定する対象蓄電器に選択し、
   前記対象蓄電器の充放電の停止から緩和時間の経過後に前記取得部が取得した前記対象蓄電器の電圧を用いて、前記対象蓄電器の残容量を推定する、蓄電装置。
2. 請求項１に記載の蓄電装置であって、
   前記対象蓄電器の温度を検知する検知部を備え、
   前記制御部は、前記対象蓄電器の温度に基づき前記緩和時間を設定する、蓄電装置。
3. 請求項２に記載の蓄電装置であって、
   前記制御部は、前記対象蓄電器の温度が高いほど前記緩和時間を短く設定する、蓄電装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電装置であって、
   前記対象蓄電器の拡散抵抗を算出する算出部を備え、
   前記制御部は、前記対象蓄電器の拡散抵抗に基づき前記緩和時間を設定する、蓄電装置。
5. 請求項４に記載の蓄電装置であって、
   前記制御部は、前記対象蓄電器の拡散抵抗が大きいほど前記緩和時間を長く設定する、蓄電装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄電装置であって、
   前記蓄電装置は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力により駆動する駆動部を駆動源とした輸送機器に設けられ、
   前記制御部は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器のうち、前記駆動部との間で充放電を行わない蓄電器を前記対象蓄電器に選択する、蓄電装置。
7. 請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄電装置であって、
   前記蓄電装置は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方から供給される電力により駆動する駆動部を駆動源とした輸送機器に設けられ、
   前記輸送機器及び前記駆動部の少なくとも一方の状態を検出する検出部を備え、
   前記制御部は、前記輸送機器及び前記駆動部の少なくとも一方が停止した状態ならば、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の双方を前記対象蓄電器に選択する、蓄電装置。
8. 請求項６又は７に記載の蓄電装置であって、
   外部電力系統から供給される電力によって前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方を充電する充電部を備え、
   前記制御部は、前記外部電力系統に接続された前記充電部による、前記第１蓄電器と前記第２蓄電器の充電に先立って、前記第１蓄電器と前記第２蓄電器の双方を前記対象蓄電器に選択する、蓄電装置。
9. 請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄電装置であって、
   外部電力系統から供給される電力によって前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方を充電する充電部を備え、
   前記制御部は、前記外部電力系統に接続された前記充電部によって充電されていない蓄電器を前記対象蓄電器に選択する、蓄電装置。
10. 請求項１から５、７及び８のいずれか１項に記載の蓄電装置であって、
    前記第２蓄電器は、前記第１蓄電器より残容量に対する容量劣化係数の変動が大きく、
    前記制御部は、前記容量劣化係数が閾値以下の好適容量域よりも高い残容量を前記第２蓄電器が有するなら、前記第１蓄電器を前記対象蓄電器に選択する、蓄電装置。
11. 請求項１から５、７及び８のいずれか１項に記載の蓄電装置であって、
    前記第２蓄電器は、前記第１蓄電器より残容量に対する容量劣化係数の変動が大きく、
    前記制御部は、前記容量劣化係数が閾値以下の好適容量域より低い残容量を前記第２蓄電器が有するなら、前記第２蓄電器を前記対象蓄電器に選択する、蓄電装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の蓄電装置であって、
    前記制御部は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の双方を前記対象蓄電器に選択した場合、各蓄電器の残容量の推定を並列して行う、蓄電装置。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の蓄電装置であって、
    前記第２蓄電器は、前記第１蓄電器に比べて、出力重量密度が優れ、かつ、エネルギー重量密度が劣る、蓄電装置。
14. 請求項１３に記載の蓄電装置であって、
    前記制御部は、前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の双方を前記対象蓄電器に選択した場合、前記第２蓄電器の残容量の推定を優先する、蓄電装置。
15. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の蓄電装置であって、
    前記制御部は、前記対象蓄電器の充放電電流がないよう制御して、前記対象蓄電器の充放電を停止する、蓄電装置。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の蓄電装置を有する、輸送機器。
17. 第１蓄電器と、
    第２蓄電器と、
    前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方の電圧を取得する取得部と、
    前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方の電圧を用いて、当該電圧の蓄電器の残容量を推定する制御部と、を備えた蓄電装置が行う制御方法であって、
    前記制御部は、
    前記第１蓄電器及び前記第２蓄電器の少なくとも一方を、残容量を推定する対象蓄電器に選択し、
    前記対象蓄電器の充放電の停止から緩和時間の経過後に前記取得部が取得した前記対象蓄電器の電圧を用いて、前記対象蓄電器の残容量を推定する、制御方法。

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