JP2016119167A - 電源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】2つの電源間で電力をやり取りして電源温度を昇温させる電源システムにおいて、電源の内部温度が目標温度を大きく超えて過熱するのを抑制することである。
【解決手段】電源システムは、複数の電源と、複数の電源のうち少なくとも2つの電源間で電力をやり取りすることにより2つの電源の温度を上昇させる温調制御を実行する制御装置とを備える。制御装置は、2つの電源の入出力電力が比較的大きくなるSOC領域を記憶して、このSOC領域内にある目標SOCで電力をやり取りさせる電力授受制御部と、2つの電源の温度と目標温度との差が所定温度より小さくなったときに2つの電源間でやり取りする電力を減少させる電力調整部S32,S36とを含む、
【選択図】図8
【解決手段】電源システムは、複数の電源と、複数の電源のうち少なくとも2つの電源間で電力をやり取りすることにより2つの電源の温度を上昇させる温調制御を実行する制御装置とを備える。制御装置は、2つの電源の入出力電力が比較的大きくなるSOC領域を記憶して、このSOC領域内にある目標SOCで電力をやり取りさせる電力授受制御部と、2つの電源の温度と目標温度との差が所定温度より小さくなったときに2つの電源間でやり取りする電力を減少させる電力調整部S32,S36とを含む、
【選択図】図8
Description
本発明は、複数の電源を備える電源システムに関する。
従来、例えば下記特許文献1には、第1の二次電池と第2の二次電池とを接続し、互いに一方の二次電池が放電した電力によって他方の二次電池を充電する充放電器と、第1および第2の二次電池のSOC(State of charge、以下に同じ)をそれぞれ推定するSOC推定部と、予め取得した第1および第2の二次電池の出力可能なSOC領域に基づいて目標SOCを表す直線を決定し、SOC推定部で推定されたSOCが直線上の目標SOCになるように充放電器を制御する充放電制御部とを有する二次電池制御装置が記載されている。この二次電池制御装置によれば、短期間に効率良く二次電池を昇温させることができると述べられている。
上記特許文献1に記載されるように2つの二次電池間で電力のやり取り又は授受を行って二次電池の温度を昇温させるとき、電池内部温度と、電池温度を測定する温度センサが取り付けられた電池外部の温度測定部との温度差が大きくなり、その結果、電池内部温度が目標温度を大きく超えて上昇することがある。その場合、二次電池が過熱するとともに電池昇温に要するエネルギーが無駄になるという問題がある。
本発明の目的は、2つの電源間で電力をやり取りして電源温度を上昇させる際に、電源温度を所望の目標温度へ迅速に昇温させるとともに過熱を抑制してエネルギー浪費を低減できる電源システムを提供することである。
本発明に係る電源システムは、複数の電源と、前記複数の電源のうち少なくとも2つの電源間で電力をやり取りすることにより前記2つの電源の温度を上昇させる温調制御を実行する制御装置と、を備える電源システムであって、前記制御装置は、前記2つの電源の入出力電力が比較的大きくなるSOC領域を記憶して、このSOC領域内にある目標SOCで電力をやり取りさせる電力授受制御部と、前記2つの電源の温度と目標温度との差が所定温度より小さくなったときに前記2つの電源間でやり取りする電力を減少させる電力調整部とを含む。
本発明に係る電源システムによれば、入出力電力が比較的大きくなるSOC領域を記憶していて、このSOC領域内にある目標SOCで電力をやり取りさせるため、2つの電源を迅速に所望の目標温度に昇温することができる。加えて、2つの電源の温度と目標温度との差が所定温度より小さくなったときに2つの電源間でやり取りする電力を減少させるので、電源の内部温度が目標温度を大きく超えて過熱するのを抑制でき、エネルギー浪費を低減できる。
以下に、本発明に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
図1は、本実施形態の電源システム10を含むモータ駆動装置の全体ブロック図である。なお、図1においては、電源システム10が2つの電源B1,B2を含む例について説明するが、3つ以上の電源を含んでこのうちの2つの電源間で電力をやり取りして昇温制御する場合に適用されてもよい。
図1を参照して、電源システムをモータ駆動装置100は、例えば、電気自動車、ハイブリッド車両、燃料電池自動車等の車両に搭載されて、走行用動力を出力するために用いられる。モータ駆動装置100は、電源B1,B2と、システムメインリレー13,23と、コンバータ40,50と、インバータ60と、制御装置70と、モータジェネレータMGと、電圧センサ11,21,80と、電流センサ12,22と、温度センサ14,24と、平滑コンデンサC0とを備える。ここで、本実施形態の電源システム10は、図1に示されるモータ駆動装置100の構成から、インバータ60およびモータジェネレータMGを除いた部分によって構成される。また、電源B1,B2が本発明における第1の電源および第2の電源に相当する。
電源B1,B2は、再充電可能に構成された直流の蓄電装置である。電源B1,B2は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子によって構成されることができる。
電源B1は、電力線PL1および接地線NL1を介してコンバータ40に接続される。また、電源B2は、電力線PL2および接地線NL2を介して、コンバータ50に接続される。そして、電源B1,B2は、それぞれコンバータ40,50を介して、モータ駆動装置100の駆動力を発生させるための電力を供給する。また、電源B1,B2は、モータジェネレータMGで発電された電力を蓄電する。
電圧センサ11,21は、それぞれ電源B1,B2の電圧(すなわち端子間電圧)VB1,VB2を検出する。そして、電圧センサ11,21は、その検出値を制御装置70へ出力する。
電流センサ12,22は、それぞれ電源B1,B2に入出力される電流IB1,IB2を検出する。そして、電流センサ12,22は、その検出値を制御装置70へ出力する。なお、電源B1,B2から出力される電流を正とする。すなわち、電源B1,B2からの放電電力を正とし、電源B1,B2への充電電力を負として表わすことができる。
温度センサ14,24は、それぞれ電源B1,B2の温度TB1,TB2を検出する。そして、温度センサ14,24は、その検出値を制御装置70へ出力する。温度センサ14,24は、例えば、電源B1,B2のケース外部に接触してそれぞれ配置されている。
システムメインリレー13に含まれるスイッチは、電源B1とコンバータ40とを結ぶ電力線PL1および接地線NL1にそれぞれ介挿される。そして、システムメインリレー13は、制御装置70からの制御信号SE1に基づいて、電源B1とコンバータ40との間での電力の供給と遮断とを切替える。
また、システムメインリレー23に含まれるスイッチは、電源B2とコンバータ50とを結ぶ電力線PL2および接地線NL2にそれぞれ介挿される。そして、システムメインリレー23は、制御装置70からの制御信号SE2に基づいて、電源B2とコンバータ50との間での電力の供給と遮断とを切替える。
コンバータ40は、電力線PL1および接地線NL1を介して、電源B1に接続される。また、コンバータ40は、モータジェネレータMGへの給電ラインである電力線MPLおよび接地線MNLを介してインバータ60およびモータジェネレータMGに接続される。コンバータ40は、制御装置70からの制御信号PWC1に基づいて、電力線PL1および接地線NL1と、電力線MPLおよび接地線MNLとの間で電圧変換を行なう。
コンバータ50は、電力線PL2および接地線NL2を介して、電源B1と電気的に接続される。また、コンバータ50は、インバータ60に対してコンバータ40と並列に、電力線MPLおよび接地線MNLに接続される。コンバータ50は、制御装置70からの制御信号PWC2に基づいて、電力線PL2および接地線NL2と、電力線MPLおよび接地線MNLとの間で電圧変換を行なう。
コンバータ40は、スイッチング素子Q1A,Q1Bと、ダイオードD1A,D1Bと、リアクトルL1とを含む。本実施形態において、スイッチング素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が適用されるものとして説明するが、制御信号によってオン・オフを制御可能であれば任意のスイッチング素子を適用可能である。例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やバイポーラトランジスタ等を用いてもよい。
スイッチング素子Q1A,Q1Bは電力線MPLと接地線MNLの間に直列に接続される。スイッチング素子Q1A,Q1Bは、制御装置70からの制御信号PWC1に従って、図示しないドライバー回路を介してオン・オフの動作を行なう。また、ダイオードD1A,D1Bは、それぞれスイッチング素子Q1A,Q1Bに逆並列に接続される。
リアクトルL1の一方端は、スイッチング素子Q1A,Q1Bの接続ノードに接続され、他方端は電力線PL1に接続に接続される。なお、コンバータ40は、電力線PL1と接地線NL1との間に接続された平滑コンデンサ(図示せず)を含んでもよく、これにより電力線PL1および接地線NL1間の直流電圧に含まれる電圧変動を低減することができる。
コンバータ40はチョッパ回路を含んで構成される。コンバータ40は、基本的には、各スイッチング周期内で制御装置70からの制御信号PWC1に従って、スイッチング素子Q1AおよびQ1Bが相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ40は、昇圧動作時には、電源B1から供給された直流電圧VB1を直流電圧VH(以下「システム電圧」とも称する)に昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Q1Aのオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギーを、スイッチング素子Q1のオフ期間に逆並列ダイオードD1Bを介して電力線MPLへ供給することにより行なわれる。
また、コンバータ40は、降圧動作時には、直流電圧VHを直流電圧VB1に降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Q1Bのオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギーを、スイッチング素子Q1Bのオフ期間に逆並列ダイオードD1Aを介して電源B1へ供給することにより行なわれる。これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比(VHおよびVB1の比)は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Q1A,Q1Bのオン期間比(デューティ比)により制御される。なお、スイッチング素子Q1AおよびQ1Bをオフおよびオンにそれぞれ固定すれば、VH=VB1(電圧変換比=1.0)とすることもできる。
コンバータ50は、コンバータ40と同様の構成を有する。すなわち、コンバータ40における、スイッチング素子Q1A,Q1Bがスイッチング素子Q2A,Q2Bにそれぞれ置き換えられ、ダイオードD1A,D1BがそれぞれダイオードD2A,D2Bに置き換えられる。また、リアクトルL1がリアクトルL2に置き換えられる。コンバータ50の機能はコンバータ40と同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。また、コンバータ40と同様に、電力線PL2と接地線NL2との間に平滑コンデンサを接続してもよい。
インバータ60は、電力線MPLおよび接地線MNLに接続される。インバータ60は、制御装置70からの制御信号PWIに基づいて、コンバータ40,50から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータMGを駆動する。また、インバータ60は、モータジェネレータMGにより発電された交流電力を電源B1,B2の充電電力に変換する。
モータジェネレータMGは、交流回転電機であり、例えば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。モータジェネレータMGは、インバータ60から供給される交流電力を受けて回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータMGは、外部から回転力を受け、制御装置70からの回生トルク指令に従って交流電力を発電するとともに回生制動力を、モータ駆動装置100を搭載した車両に発生する。
平滑コンデンサC0は、電力線MPLおよび接地線MNLの間に設けられ、電力線MPLおよび接地線MNL間の電圧変動を減少させる。電圧センサ80は、平滑コンデンサC0の両端にかかるシステム電圧VHを検出し、その検出値を制御装置70へ出力する。
制御装置70は、いずれも図示しないが、CPU(Central Processing Unit)と、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサの入力や各機器への制御信号の出力を行ない、モータ駆動装置100の各機器の制御、および、電源システム10の充放電制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、一部を専用のハードウェア(電子回路)で構築して処理することも可能である。
制御装置70は、電圧センサ11,21および電流センサ12,22により検出された、電源B1,B2の電圧VB1,VB2および電流IB1,IB2の各検出値を受ける。また、制御装置70は、電圧センサ80からのシステム電圧VHの検出値を受ける。さらに、制御装置70は、温度センサ14,24からの電源B1,B2の温度TB1,TB2の検出値を受ける。そして、制御装置70は、これらの情報に基づいて、コンバータ40,50の制御信号PWC1,PWC2、およびインバータ60の制御信号PWIを生成して、コンバータ40,50およびインバータ60を制御する。また、制御装置70は、制御信号SE1,SE2を生成して、システムメインリレー13,23を制御する。
続いて、上記の構成を有するモータ駆動装置100に含まれる電源システム10における昇温制御について説明する。図2は、図1に示した2つの電源B1,B2間で電力をやり取りする様子を模式的に示す図である。また、図3は、2つの電源B1,B2間で電力をやり取りする際の、(a)電源B1における電流波形図、(b)電源B2における電流波形図である。
電源システム10では、図2中の矢印Aで示すように電源B1から放出した電力で電源B2を充電する第1の状態と、図2中の矢印Bで示すように電源B2から放出した電力で電源B1を充電する第2の状態とを、交互に繰り返す。図3に示すように、上記第1の状態では、電源B1から正の電流IB1が時間t12だけ流れ出て、コンバータ40,50を介して電源B2に供給される。このとき、電源B2では、負の電流IB2が時間t12だけ流れて充電される。他方、上記第2の状態では、第1の状態とは逆に、電源B2から正の電流IB2が時間t21だけ流れ出て、コンバータ50,40を介して電源B2に供給される。このとき、電源B1では、負の電流IB1が時間t12だけ流れて充電される。ここで上記の時間t12は時間t21と同一であってもよいし、あるいは、電源B1,B2の定格容量等の違いに応じて異ならせてもよい。
より詳しく説明すると、上記第1の状態のとき、電源B1から放出された電力は、コンバータ40のリアクトルL1およびダイオードD1Bを介して電力線MPLに供給される。このとき、例えばVB1>VB2であるとき、コンバータ40のスイッチング素子Q1A,Q1Bを上述したようにオン・オフ制御して降圧動作を行い、電源B2に適した電圧に降圧させる。
電源B1からコンバータ40を介して電力線MPLに供給された電力は、コンバータ50におけるオン状態のスイッチング素子Q2BとリアクトルL2とを介して、電源B2に充電される。このとき、必要に応じてコンバータ50のスイッチング素子Q2A,Q2Bをオン・オフ制御して降圧動作させ、電源B2の充電に適した電圧に降圧させてもよい。
これに対し、上記第2の状態のときには、電源B2から放出された電力は、コンバータ50のリアクトルL2およびダイオードD2Bを介して電力線MPLに供給される。このとき、例えばVB1>VB2であるとき、コンバータ40のスイッチング素子Q1A,Q1Bを上述したようにオン・オフ制御して昇圧動作を行い、電源B1に適した電圧に昇圧させる。
電源B2からコンバータ50を介して電力線MPLに供給された電力は、コンバータ40におけるオン状態のスイッチング素子Q1BとリアクトルL1とを介して、電源B1に充電される。このとき、必要に応じてコンバータ40のスイッチング素子Q1A,Q1Bをオン・オフ制御して降圧動作させ、電源B1の充電に適した電圧に降圧させてもよい。
このように電源B1,B2間で電力のやり取り又は授受を行うことで、各電源B1,B2は昇温する。したがって、電源B1,B2の温度TB1,TB2が所定温度より低く、各電源B1,B2の入出力電力が低く制限される場合等に上記のような昇温制御を行うことで、電源B1,B2の入出力上限値を増加させることができる。その結果、電源システム10を備えたモータ駆動装置100の動力性能を向上させることができる。また、電源B1,B2の温度が上昇して入出力上限値が増加することで、電源B1,B2が過電力(すなわち過充電や過放電)となって劣化するのを抑制できる。
次に、図4を参照して、本実施形態の電源システム10において実行される昇温制御について説明する。図4は、図1に示した電源システム10の制御装置70において実行される昇温制御の処理手順を示すフローチャートである。この昇温制御は、制御装置70において、記憶装置に記憶されたプログラムを所定時間ごとに処理して実行される。
図4を参照して、制御装置70は、まずステップS10において、電源温度TB1,TB2と、各電源B1,B2のSOC1,SOC2に基づいて、各電源B1,B2の出力上限値(Pout1,Pout2)および入力上限値(Pin1,Pin2)を導出する。電源温度TB1,TB2は、温度センサ14,24による検出値を用いることができる。また、制御装置70は、電流センサ12,22の検出値を積算することによって各電源B1,B2のSOC1,SOC2を常時監視しているため、その値を用いることができる。さらに、制御装置70の記憶装置には、例えば、電源温度およびSOCを引数として入出力上限値Pout1,Pout2,Pin1,Pin2を特定できるマップまたはテーブル等が各電源B1,B2に対応してそれぞれ記憶されている。したがって、制御装置70は、TB1,TB2,SOC1,SOC2の各情報に基にマップ等を参照することによって、各電源B1,B2の入出力上限値Pout1,Pout2,Pin1,Pin2を導出することができる。
次に、制御装置70は、ステップS12において、上記各電源B1,B2の入出力上限値Pout1,Pout2,Pin1,Pin2の絶対値での最小値を選択する。そして、制御装置70は、このように選択された最小値の電力を各電源B1,B2間でやり取りする電力Pに設定して充放電を行う。このように、現在温度での電源B1,B2の入出力上限値の最小値で充放電制御することで、各電源B1,B2が過度の電力を充放電することによって劣化するのを回避できる。
続いて、制御装置70は、ステップS14において、前回の電流方向切替から所定時間が経過したか否かを判定する。ここでの所定時間は、記憶装置に予め記憶された時間値を用いることができる。そして、ここで肯定判定されると(ステップS14でYES)、続くステップS16において、逆方向に電流を流すようにコンバータ40,50を制御する。具体的には、現状が電源B1の電力Pで電源B2を充電する第1の状態であれば第2の状態に切り替え、現状が電源B2の電力Pで電源B1を充電する第2の状態であれば第1の状態に切り替える。
これに対し、上記ステップS14において否定判定された場合(ステップS14でNO)、同じ方向に電力を流す状態に維持する。
このようにして、電源B1からの電力Pで電源B2を充電する第1の状態を所定時間t12だけ継続した後、電源B2からの電力Pで電源B1を充電する第2の状態に切り替えられて所定時間t21だけ継続される。そして、このような第1および第2の状態の切り替えが交互に繰り返され、その結果、各電源B1,B2の温度が上昇する。
上述した図4の昇温制御では、各電源B1,B2の入出力上限値の絶対値での最小値に相当する電力Pで各電源B1,B2を充放電する例について説明した。しかし、例えば二次電池からなる電源B1,B2では、各SOC1,SOC2が所定領域にある状態で充放電動作を交互に繰り返すと、入出力電力が比較的大きくなるために電源B1,B2の温度上昇を効率的に行えることが判っている。したがって、各電源B1,B2のSOC1,SOC2が上記の所定領域にある目標SOCとなるように充放電動作を制御することで、各電源B1,B2の昇温制御を迅速に行うことが可能になる。以下において、このようなSOCの所定領域を「高効率昇温可能SOC領域」という。
図5は、電源B1,B2のSOCと出力および入力との関係を示すグラフである。このグラフでは、横軸にSOCが、縦軸に電源入出力電力がそれぞれ取ってある。そして、電源B1の出力が細い破線61で示され、電源B1の入力が細い実線63で示されている。また、電源B2の出力が太い破線62で示され、電源B2の入力が太い実線64で示されている。ここで、図5には、電源B1の定格容量が電源B2の定格容量より大きい場合が例示されている。
図5を参照すると、SOCが増加するにしたがって各電源B1,B2の出力電力は上昇する。この場合、本実施形態の電源B1,B2では、電源B1の出力電力が電源B2の出力電力よりも大きな値でほぼ平行に上昇している。これに対し、各電源B1,B2の入力電力は、SOCが増加するにしたがって減少する傾向にあり、SOCが60%より小さい領域では電源B1の入力電力が電源B2の入力電力より大きいが、SOCが60数%辺りより上では各電源B1,B2の入力電力はほぼ同じになっている。
図6は、制御装置70の記憶装置に予め記憶される高効率昇温可能SOC領域を示すグラフである。このグラフでは、横軸に電源B1のSOC1が取られ、縦軸に電源B2のSOC2が取られている。そして、本実施形態の電源B1,B2では、例えば、SOC1が40%〜63%、SOC2が20%〜65%で規定される長方形状の範囲が高効率昇温可能SOC領域72になっている。このような高効率昇温可能SOC領域72内にあるSOC1,SOC2を目標SOCとして各電源B1,B2の充放電制御を実行することによって、電源B1,B2を迅速かつ効率的に昇温させることができる。
また、図6に示すように、高効率昇温可能SOC領域72を横切る直線状の等エネルギー線74が示されている。電源B1,B2間で電力をやり取りする際に生じる配線上での銅損やコンバータ40,50におけるスイッチング損等を無視すれば、2つの電源B1,B2間での電力のやり取りは等エネルギー線上にあるSOC上で実施されることになる。したがって、制御装置70は、高効率昇温可能SOC領域72内で且つ等エネルギー線上にあるSOC1,SOC2のペアを選択するのが好まく、特にその中でも電源B1,B2間でやり取り可能な電力値Pが最大となるSOC1,SOC2のペアを目標SOCとして選択するのがより好ましいといえる。
図7は、制御装置70で実行される別の昇温制御の処理手順を示すフローチャートである。この昇温制御では、図6を参照して上述した高効率昇温可能SOC領域72内で且つ電源B1,B2間でやり取り可能な電力値Pが最大となるSOC1,SOC2のペアを目標SOCとして用いる。なお、図7におけるステップS20およびS22が本発明における電力授受制御部に相当する。
図7を参照して、制御装置70は、まずステップS20において、電源温度TB1,TB2と、各電源B1,B2の現在のSOC1,SOC2とに基づいて、各電源B1,B2の入出力上限値の絶対値が最大となる各電源B1,B2のSOC1,SOC2を取得する。制御装置70の記憶装置には、上述した高効率昇温可能SOC領域72および等エネルギー線74が例えばマップやテーブル等の形式で予め記憶されている。また、制御装置70の記憶装置には、各電源B1、B2のそれぞれについて、電源温度TB1,TB2とSOCとに関連づけて入出力上限値がマップ等の形式で予め記憶されている。したがって、このステップS20において、制御装置70は、電源温度TB1,TB2および現在のSOC1,SOC2を引数としてこれらのマップ等を参照することによって、電源B1,B2の入出力上限値の絶対値が最大となる各電源B1,B2のSOC1,SOC2を取得することができる。
次に、制御装置70は、上記ステップS20で取得したSOC1,SOC2を目標SOC1,目標SOC2に設定する。そして、続くステップS24で、現在SOC1が目標SOC1より小さいか否かを判定する。
上記ステップS24において肯定判定された場合(ステップS24でYES)、続くステップS26において、電源B1から電源B2に供給される電力を所定量減らす処理を実行する。この場合、電源B2から電源1に供給される電力はそのまま維持される。このようにして電源B1から電源B2に供給される電力を減らして昇温制御を実行することで、電源B1のSOC1が次第に上昇し、目標SOC1に近づくことになる。
他方、上記ステップS24において否定判定された場合(ステップS24でNO)、すなわち現在SOC1が目標SOC1以上である場合には、上記ステップS26とは反対に、電源B2から電源B1に供給する電力を所定量減らす処理を実行する。この場合、電源B1から電源B2に供給される電力はそのまま維持される。これにより、電源B1のSOC1が次第に低下して、目標SOC1に近づくことになる。
このように図7に示した昇温制御では、電源B1,B2の昇温のための充放電を、高効率昇温可能SOC領域72内で入出力電力が最大となるSOCと目標SOCに設定して、電源B1,B2間でやり取りする電力を調整する。これにより、電源B1,B2をより迅速にかつ効率よく目標温度へ昇温させることが可能になる。
なお、図7の昇温制御のステップS24では電源B1の現在SOC1と目標SOC1とを比較する例について説明するが、これに代えて、電源B2の現在SOC2と目標SOC2とを比較して、電源B1,B2間でやり取りする電力量を調整してもよい。目標SOC1と目標SOC2はペアで特定されるため、電源B2のSOC2に基づいて電力調整を行っても、上記と同様の作用効果が得られる。
次に、図8を参照して、制御装置70で実行される更に別の昇温制御について説明する。図8は、この昇温制御の処理手順を示すフローチャートである。この昇温制御は、図7に示した昇温制御、特にステップS20およびS22と共に実行するのが好ましい。また、図8に示すステップS32およびS34が本発明における電力調整部に相当する。
図8に示すように、制御装置70は、まずステップS30において、電源B1,B2の温度TB1,TB2が(目標温度TB*−α)より高いか否かを判定する。ここでは、電源B1,B2のいずれかの温度TB1,TB2が(目標温度TB*−α)より高ければ、肯定判定されるものとしてもよい。また、上記目標温度TB*は、電源B1,B2が所望の入出力特性を得るのに好適な電源温度であり、制御装置70の記憶装置内に予め記憶しておくことができる。さらに、上記αは電源温度TB1,TB2が目標温度TB*に近づいたことを判定するための閾値となる温度差であり、これも制御装置70の記憶装置内に予め記憶しておくことができる。
上記ステップS30において否定判定されると(ステップS30でNO)、制御装置70は、続くステップS38で、その時点で電源B1,B2間でやり取り可能な最大電力である電力Pの充放電を繰り返して昇温制御を継続する。
他方、上記ステップS30において肯定判定されると(ステップS30でYES)、制御装置70は、続くステップS32において、電源B1,B2の温度TB1,TB2が目標温度TB*より高いか否かを判定する。ここで肯定判定されると(ステップS32でYES)、制御装置70は、続くステップS34において昇温制御を終了する。
これに対し、上記ステップS32において否定判定されると(ステップS32でNO)、制御装置70は、続くステップS36において、その時点で電源B1,B2間でやり取り可能な最大電力である電力Pから、所定量ΔPだけ減らした電力(P−ΔP)を電源B1,B2間でやり取りして昇温制御を実行する。ここで「所定量ΔP」は、電源B1,B2について試験やシミュレーション等を行って、昇温制御で電源B1,B2の温度TB1,TB2を目標温度TB*を少し超える程度まで昇温するのに好適な値として得られたものを、記憶装置に予め記憶させておくことができる。
図9(a)は図8に示した昇温制御における電力調整を行ったときの電源電流と電池内部および外部の温度との関係を示すグラフである。また、図9(b)は図8に示した昇温制御における電力調整を行わなかったときの電源電流と電池内部および外部の温度との関係を示すグラフである。
図9(b)に示すように、温度センサ14,24で検出される温度TB1,TB2が目標温度TB*になるまで電源B1,B2間でやり取りする電力Pを一定のままで昇温制御を行った場合、電源B1,B2の内部温度は温度センサ14,24による検出値よりも高くなっていることが一般的である。これは電源内部からの伝熱によって電源外部の測定部の温度が上昇するのに時間差があることによる。そのため、温度センサ14,24の検出値が目標温度TB*になったときは、電源内部が目標温度TB*よりかなり高温になっている場合がある。
これに対し、図8を参照して上述した昇温制御によれば、電源B1,B2の温度TB1,TB2が目標温度TB*に近づいたときに電源B1,B2間でやり取りする電力を減少させる処理を実行することで、図9(a)に示すように、電源B1,B2の内部温度が目標温度TB*を少し超える程度まで昇温することが可能になる。これにより、電源B1,B2の内部温度が目標温度TB*を大きく超えて過熱するのを抑制でき、エネルギー浪費を低減できる。
なお、本発明は上述した幾つかの実施形態およびその変形例の構成に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲内で種々の変更や改良が可能であることはいうまでもない。
例えば、上記の電源システム10において、2つの電源B1,B2の入出力上限値の絶対値が大きい場合よりも、上記入出力上限値の絶対値が小さい場合の方が、各電源B1,B2間でやり取りする電力を大きく設定してもよい。このようにすることで、低温時に入出力上限値が比較的低く制限される状態での昇圧制御において、互いにやり取りする電力を大きくすることで、2つの電源の昇温制御をより迅速に行うことが可能になる。
10 電源システム、11,21,80 電圧センサ、12,22 電流センサ、13,23 システムメインリレー、14,24 温度センサ、40,50 コンバータ、60 インバータ、70 制御装置、72 高効率昇温可能SOC領域、74 等エネルギー線、100 モータ駆動装置、B1,B2 電源、C0 平滑コンデンサ、D1A,D1B,D2A,D2B ダイオード、IB1,IB2 電流、L1,L2 リアクトル、MG モータジェネレータ、MNL,NL1,NL2 接地線、MPL,PL1,PL2 電力線、P 電力または電力値、Pout1,Pout2 出力上限値、Pin1,Pin2 入力上限値、PWC1,PWC2,PWI,SE1,SE2 制御信号、Q1A,Q1B,Q2A,Q2B スイッチング素子、TB* 目標温度、TB1,TB2 温度または電源温度、VB1,VB2 電圧、VH システム電圧または直流電圧、ΔP 所定量。
Claims (1)
- 複数の電源と、
前記複数の電源のうち少なくとも2つの電源間で電力をやり取りすることにより前記2つの電源の温度を上昇させる温調制御を実行する制御装置と、を備える電源システムであって、
前記制御装置は、
前記2つの電源の入出力電力が比較的大きくなるSOC領域を記憶して、このSOC領域内にある目標SOCで電力をやり取りさせる電力授受制御部と、
前記2つの電源の温度と目標温度との差が所定温度より小さくなったときに前記2つの電源間でやり取りする電力を減少させる電力調整部とを含む、電源システム。
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- 2014-12-18 JP JP2014256591A patent/JP2016119167A/ja active Pending
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