JP6170984B2 - 蓄電装置、輸送機器及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、２つ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、３つの蓄電装置と、３つの蓄電装置からの電力を用いて、駆動力を発生するように構成された駆動装置と、３つの蓄電装置にそれぞれ対応して設けられ、３つの蓄電装置からの電力の供給と遮断とを切替えるための３つのリレーとを含む車両が記載されている。当該車両のＥＣＵは、３つの蓄電装置の故障を検出し、検出された蓄電装置の故障状態に応じて、駆動装置と３つの蓄電装置との接続状態を変更するように３つのリレーを制御する。

特開２０１１−０４１３８６号公報

特許文献１に記載の車両は、検出された３つの蓄電装置の故障状態に応じて、駆動装置と３つの蓄電装置との接続状態を３つのリレーの開閉によって制御し、走行の継続を図っている。しかし、蓄電装置の故障の前兆が発生した際に、当該前兆に対する制御については何ら行っていない。このため、前兆が発生した蓄電装置が故障し、当該故障した蓄電装置に残された電力はリレーが開かれた時点で使用不能となるため、車両の航続可能距離は使用不能となった電力の分、短くなる。

本発明の目的は、２つの蓄電器のいずれか一方が故障しても使用可能な電力をできる限り多く確保可能な蓄電装置、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）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）と、
前記第１蓄電器の出力電圧及び前記第２蓄電器の出力電圧の少なくとも一方を変換する変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０１，２０１）と、
前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の少なくとも一方の故障の前兆を検出する検出部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１１）と、
前記変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１１）と、を備え、
前記制御部は、前記検出部が前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の故障の前兆を検出すると、前記前兆が検出された蓄電器からもう一方の蓄電器へ電力を移行するよう、前記変換部を制御する、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、
前記検出部は、前記前兆を検出した蓄電器が実際に故障する可能性の高さを表す前兆レベルを判別し、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記前兆レベルに基づき、前記検出部が前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の故障の前兆を検出した場合の前記前兆が検出された蓄電器の放電レートを設定するよう、前記変換部を制御する。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、
前記制御部は、前記前兆レベルが第１しきい値未満であれば、前記前兆レベルが小さいほど低い第１放電レートで前記前兆が検出された蓄電器が放電するよう、前記変換部を制御する。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、
前記制御部は、前記前兆レベルが前記第１しきい値よりも大きな第２しきい値以上であれば、前記前兆レベルが大きいほど低い第２放電レートで前記前兆が検出された蓄電器が放電するよう、前記変換部を制御する。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、
前記制御部は、前記前兆レベルが前記第１しきい値以上であり、かつ、前記第２しきい値未満であれば、前記第１放電レート及び前記第２放電レートよりも大きな放電レートで前記前兆が検出された蓄電器が放電するよう、前記変換部を制御する。

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、
前記第１蓄電器の充放電に関する特性と前記第２蓄電器の充放電に関する特性とは異なり、
前記制御部は、前記検出部が前記第１蓄電器の故障の前兆を検出した場合の前記第１蓄電器の放電レートと、前記検出部が前記第２蓄電器の故障の前兆を検出した場合の前記第２蓄電器の放電レートとが異なるよう、前記変換部を制御する。

請求項７に記載の発明では、請求項６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り、
前記制御部は、前記検出部が前記第２蓄電器の故障の前兆を検出した場合の前記第２蓄電器の放電レートよりも、前記検出部が前記第１蓄電器の故障の前兆を検出した場合の前記第１蓄電器の放電レートを高く設定する。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の発明において、
前記制御部は、前記検出部が検出していた前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の故障の前兆がなくなった場合、前記もう一方の蓄電器から前記前兆を検出していた蓄電器へ電力を移行するよう前記変換部を制御する。

請求項９に記載の発明は、請求項１から８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１０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）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）と、
前記第１蓄電器の出力電圧及び前記第２蓄電器の出力電圧の少なくとも一方を変換する変換部（例えば、後述の実施形態でのＶＣＵ１０１，２０１）と、
前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の少なくとも一方の故障の前兆を検出する検出部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１１）と、
前記変換部を制御する制御部（例えば、後述の実施形態でのＥＣＵ１１１）と、を備えた蓄電装置の制御方法であって、
前記制御部は、前記検出部が前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の故障の前兆を検出すると、前記前兆が検出された蓄電器からもう一方の蓄電器へ電力を移行するよう前記変換部を制御する、制御方法である。

請求項１の発明、請求項９の発明及び請求項１０の発明によれば、２つの蓄電器のいずれか一方が故障する前の前兆の段階で、故障の前兆が検出された蓄電器の電力はもう一方の正常な蓄電器に移行されるため、故障の前兆が検出された蓄電器が実際に故障しても、使用可能な電力をできる限り多く確保することができる。

請求項２の発明によれば、電力を移行する際の蓄電器の放電レートが前兆レベルに応じて可変であるため、前兆から故障に至る可能性に応じた適当な放電レートで電力を移行できる。

請求項３の発明によれば、前兆レベルが低く、故障に至る可能性が低い場合には、前兆レベルが小さいほど低い放電レートで電力を移行することによって、前兆が検出された蓄電器が故障しない場合の電力の移行によるエネルギー損失を減らすことができる。

請求項４の発明によれば、前兆レベルが高く、故障に至る可能性が高い場合には、前兆が検出された蓄電器が放電することによって当該蓄電器が故障に至る可能性は高いため、前兆レベルが大きいほど低い放電レートで電力を移行することによって、電力の移行による故障の促進を抑制できる。

請求項５の発明によれば、前兆レベルが中程度であり、故障に至る可能性は高いが、前兆が検出された蓄電器が放電することによって当該蓄電器が故障に至る可能性は低いため、前兆が検出された蓄電器が、前兆レベルが低い場合の第１放電レートや前兆レベルが高い場合の第２放電レートよりも大きな放電レートで放電することによって、短時間のうちに電力移行を完了することができる。

請求項６の発明によれば、蓄電器の充放電に関する特性に応じた放電レートで電力を移行できる。

請求項７の発明によれば、第１蓄電器に比べて出力重量密度が優れエネルギー重量密度が劣る第２蓄電器は、高レートでの充電に対する耐性が高いが、第２蓄電器に比べて出力重量密度が劣りエネルギー重量密度が優れる第１蓄電器は、高レートでの充電に対する耐性が低い。また、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、第２蓄電器より第１蓄電器の方が優れ、前兆が発生した蓄電器が第１蓄電器である場合に移行する電力量は大きい。このように、電力が移行される側の蓄電器の充電に対する耐性と移行する電力量に応じて、故障の前兆が検出された蓄電器の放電レートを適切な値に設定することによって、電力移行に伴う充電による蓄電器の劣化を防止できる。

請求項８の発明によれば、第１蓄電器及び前記第２蓄電器が共に正常に戻れば、移行された電力を元の蓄電器に戻すことによって、第１蓄電器の蓄電容量と第２蓄電器の蓄電容量のバランスをそれぞれの充放電に関する特性に応じた適切な状態に戻すことができる。

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。 高容量型バッテリ、高出力型バッテリ、ＶＣＵ、ＰＤＵ及びモータジェネレータの関係を示す電気回路図である。 高容量型バッテリ及び高出力型バッテリのいずれかに故障の前兆が発生した際のＥＣＵによるＶＣＵの制御方法を示すフローチャートである。 高出力型バッテリに故障の前兆が発生した際に行われる高出力型バッテリから高容量型バッテリへの電力の移行時の電流の流れを示す図である。 高容量型バッテリに故障の前兆が発生した際に行われる高容量型バッテリから高出力型バッテリへの電力の移行時の電流の流れを示す図である。 前兆レベルと補正係数との関係を示す図である。 高容量型バッテリに前兆の後、故障が発生した際のＥＣＵの制御による各パラメータの経時変化を示すタイミングチャートである。 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、ＶＣＵ（Voltage Control Unit）１０１と、電圧センサ１０３ｐ，１０３ｅと、電流センサ１０５ｐ，１０５ｅと、温度センサ１０７ｐ，１０７ｅと、スイッチ部１０９と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１１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、ＶＣＵ１０１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、ＶＣＵ１０１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、ＶＣＵ１０１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、蓄電容量が少ないものの、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。

ＶＣＵ１０１は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電圧を直流のまま昇圧する。また、ＶＣＵ１０１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、ＶＣＵ１０１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。ＶＣＵ１０１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、ＶＣＵ１０１が出力する直流電力の電圧レベル又は電流レベルは、ＥＣＵ１１１によって制御される。

図２は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ、高出力型バッテリＥＳ−Ｐ、ＶＣＵ１０１、ＰＤＵ１３及びモータジェネレータ１１の関係を示す電気回路図である。図２に示すように、ＶＣＵ１０１は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電圧を入力電圧として２つのスイッチング素子をオンオフ切換動作することによって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧を昇圧して出力する。これら２つのスイッチング素子をオンオフ切換動作せずに、上アームスイッチング素子をオン状態、下アームスイッチング素子をオフ状態とすれば、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及びＰＤＵ１３と電気系統的に直結された状態になる。また、上述したように、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の電圧よりも低いため、ＶＣＵ１０１の２つのスイッチング素子が共にオフ状態とすることによって、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは開回路の状態となる。また、ＰＤＵ１３は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの出力電圧を入力電圧として６つのスイッチング素子をオンオフ切換動作することによって、直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ１１に出力する。これら６つのスイッチング素子をオンオフ切換動作せずに、全てのスイッチング素子をオフ状態とすれば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、モータジェネレータ１１から電気系統的に開放された状態になる。

このように、例えば電動車両が停車してモータジェネレータ１１が駆動する必要のないとき、ＥＣＵ１１１が、ＰＤＵ１３の６つのスイッチング素子を全てオフ状態とするようＰＤＵ１３を制御し、ＶＣＵ１０１の２つのスイッチング素子を共にオフ状態とするようＶＣＵ１０１を制御する。このスイッチング操作によって、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より高い状態であるならば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐは充放電しないため、それぞれ開回路の状態となる。この状態でＥＣＵ１１１がＶＣＵ１０１の上アームスイッチング素子のみをオン状態とすれば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐとは電気系統的に直結した状態になる。

電圧センサ１０３ｐ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１０３ｐが検出した電圧Ｖｐを示す信号はＥＣＵ１１１に送られる。電圧センサ１０３ｅ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１０３ｅが検出した電圧Ｖｅは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧ＶＰをＶＣＵ１０１が昇圧した値に等しい。電圧センサ１０３ｅが検出した電圧Ｖｅを示す信号はＥＣＵ１１１に送られる。

電流センサ１０５ｐ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１０５ｐが検出した入出力電流Ｉｐを示す信号はＥＣＵ１１１に送られる。電流センサ１０５ｅ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１０５ｅが検出した入出力電流Ｉｅを示す信号はＥＣＵ１１１に送られる。

温度センサ１０７ｐ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１０７ｐが検出した温度Ｔｐを示す信号はＥＣＵ１１１に送られる。温度センサ１０７ｅ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１０７ｅが検出した温度Ｔｅを示す信号はＥＣＵ１１１に送られる。

スイッチ部１０９は、高容量型バッテリＥＳ−ＥからＰＤＵ１３又はＶＣＵ１０１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ＶＣＵ１０１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、ＥＣＵ１１１の制御によって開閉される。

ＥＣＵ１１１は、ＰＤＵ１３及びＶＣＵ１０１の制御、並びに、スイッチ部１０９の開閉制御を行う。また、ＥＣＵ１１１は、電圧センサ１０３ｐ，１０３ｅが検出した各電圧及び電流センサ１０５ｐ，１０５ｅが検出した各入出力電流に基づき、電流積算方式及び／又はＯＣＶ（開路電圧）推定方式によって、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各蓄電容量（ＳＯＣ：State of Charge、「残容量」ともいう。）を導出する。また、ＥＣＵ１１１は、ＰＤＵ１３及びモータジェネレータ１１によって構成される駆動部に供給可能な電力の上限値（以下「システム許可電力」という。）を管理する。通常は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが出力可能な電力と高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力の合計がシステム許可電力として設定される。なお、過大な電力の持出しに起因する劣化や故障の促進を抑制するため、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力可能な電力は、それぞれのバッテリが出力可能な最大電力より小さな値が設定される。

また、ＥＣＵ１１１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、ＶＣＵ１０１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、ＥＣＵ１１１は、電圧センサ１０３ｅが検出した電圧、電流センサ１０５ｅが検出した電流、及び温度センサ１０７ｅが検出した温度に基づいて、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの少なくとも一方の故障及びその前兆を検出する。各バッテリの故障は、例えば断線等が発生して各バッテリを流れる電流が極端に小さい場合に検出される。また、各バッテリの故障の前兆は、バッテリの温度が極端に高い場合に検出される。ＥＣＵ１１１は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐのいずれかに故障の前兆を検出すると、当該前兆が検出されたバッテリからもう一方のバッテリへ電力を移行するよう、ＶＣＵ１０１を制御する。なお、当該電力移行におけるバッテリの放電レートは、ＥＣＵ１１１によって決定される。

ＥＣＵ１１１によるバッテリの故障やその前兆の検知についてさらに詳述する。前述したように温度センサ１０７ｅ，１０７ｐや電流センサ１０５ｅ，１０５ｐが検出した値を用いてバッテリの故障やその前兆の検知をＥＣＵ１１１は行う。ＥＣＵ１１１は、各センサの検出した値が所定の範囲内であれば正常と検知し、この範囲から所定量内で逸脱する場合は、故障の前兆を、逸脱した値に基づきそのレベルと共に検知し、この範囲を所定量以上逸脱する場合は故障と検知する。なお、ＥＣＵ１１１は、前述したＳＯＣの不連続性に基づきバッテリの故障やその前兆を検出しても良い。

また、ＥＣＵ１１１は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに故障が発生していなければ「電流制御モード」でＶＣＵ１０１を制御し、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに故障が発生した際には「電圧制御モード」でＶＣＵ１０１を制御する。以下、ＥＣＵ１１１がＶＣＵ１０１を制御する際の上記２つの制御モード（電流制御モードと電圧制御モード）について説明する。

電流制御モードは、原則、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方のバッテリが正常な状態のとき用いられる。電流制御モードでは、上述したＶＣＵ１０１の電力分配制御によって、モータジェネレータ１１には高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧が印加され、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの供給電力がモータジェネレータ１１への要求駆動力に応じた要求電力に満たない場合は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐが不足電力分を出力する。但し、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐは、モータジェネレータ１１に印加される高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅよりも低いため、ＶＣＵ１０１は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅに等しい電圧まで昇圧する。このように、電流制御モードでは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの電圧Ｖｅに等しい電圧まで一律に昇圧され、高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力する電流Ｉｐは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに求められる不足電力の大きさによって異なる。したがって、電流制御モードでは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐと電流ＩｐがＶＣＵ１０１にフィードバックされる。なお、電流制御モードでの制御が行われると、当該制御が安定する。

一方、電圧制御モードは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐは正常であるが、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障した状態のときに用いられる。電圧制御モードでは、高出力型バッテリＥＳ−Ｐのみからモータジェネレータ１１に電力が供給され、モータジェネレータ１１に印加される電圧がモータジェネレータ１１への要求駆動力における駆動効率が最大となる最適電圧となるよう、ＶＣＵ１０１は高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐを昇圧する。したがって、電圧制御モードでは、モータジェネレータ１１の最適電圧を指令値とするフィードフォワード制御、又は、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧Ｖｐとモータジェネレータ１１の最適電圧の差分を指令値とするフィードバック制御を用いてＶＣＵ１０１を制御するため、モータジェネレータ１１の駆動効率を最適化できる。

以下、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐのいずれかに故障の前兆が発生した際のＥＣＵ１１１によるＶＣＵ１０１の制御方法について、図３を参照して詳細に説明する。図３は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐのいずれかに故障の前兆が発生した際のＥＣＵ１１１によるＶＣＵ１０１の制御方法を示すフローチャートである。

図３に示すように、ＥＣＵ１１１は、電圧センサ１０３ｅ，１０３ｐが検出した電圧、電流センサ１０５ｅ，１０５ｐが検出した電流、及び温度センサ１０７ｅ，１０７ｐが検出した温度などに基づいて、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ又は高出力型バッテリＥＳ−Ｐに故障の前兆が発生したか否かを判断し（ステップＳ１０１）、前兆があればステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１１１は、前兆が発生したバッテリに応じた放電レートを仮決定する。

ステップＳ１０３で仮決定される放電レートは、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐのどちらに前兆が発生したかによって異なる。上述したように、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り、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、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、前兆が発生したバッテリが高容量型バッテリＥＳ−Ｅである場合に移行可能な電力量は大きい。このため、ＥＣＵ１１１は、前兆が発生したバッテリが高出力型バッテリＥＳ−Ｐである図４に示す場合の放電レートよりも、前兆が発生したバッテリが高容量型バッテリＥＳ−Ｅである図５に示す場合の放電レートを高く設定する。当該設定によって、電力が移行される側のバッテリの充電に対する耐性と移行する電力量に応じた適当な放電レートで電力を移行することができる。

適当な放電レートについて更に詳述する。高容量型バッテリＥＳ−Ｅの故障の前兆を検知した場合は、前述したように移行可能な電力量が大きく、移行先の高出力型バッテリＥＳ−Ｐの充電に対するＣレート特性が優れるため、ＥＣＵ１１１は、図５に示すように放電レートを高く設定することが好ましい。一方、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの故障の前兆を検知した場合は、移行可能な電力量が小さく、移行先の高容量型バッテリＥＳ−Ｅの充電に対するＣレート特性が劣るため、ＥＣＵ１１１は、図４に示すように放電レートを低く設定することが好ましい。

次に、ＥＣＵ１１１は、前兆が発生したバッテリが実際に故障する可能性の高さを表す前兆レベルを判別する（ステップＳ１０５）。前兆レベルは、ステップＳ１０１でＥＣＵ１１１が前兆を検出した際のバッテリの温度等に基づき判別され、数値によって表される。ＥＣＵ１１１は、前兆レベルに応じた補正係数を設定し、当該補正係数によってステップＳ１０３で仮決定した放電レートを補正する（ステップＳ１０７）。

ステップＳ１０７で設定される補正係数は、図６に示すように、前兆レベルが第１しきい値未満であれば、前兆レベルが小さいほど小さな値に設定される。第１しきい値未満の低い前兆レベルであれば、前兆が発生したバッテリが故障に至る可能性は低い。このため、前兆レベルが小さいほど放電レートが低くなる補正係数を設定することによって、当該補正係数によって補正された放電レートは低くなり、前兆が発生したバッテリが故障しない場合の電力の移行によるエネルギー損失を減らすことができる。

また、ステップＳ１０７で設定される補正係数は、前兆レベルが第１しきい値よりも大きな第２しきい値以上であれば、前兆レベルが大きいほど小さな値に設定される。第２しきい値以上の高い前兆レベルであれば、前兆が発生したバッテリが放電することによって当該バッテリが故障に至る可能性が高まる。このため、前兆レベルが大きいほど放電レートが低くなる補正係数を設定することによって、当該補正係数によって補正された放電レートは低くなり、電力の移行による故障の促進を抑制できる。但し、放電レートが低すぎると電力移行が長期化するため、前兆レベルが第２しきい値から大きくなる際の補正係数の減少率は、前兆レベルが第１しきい値から小さくなる際の補正係数の減少率よりも小さい。すなわち、第２しきい値以上の補正係数によって補正された放電レートは、第１しきい値未満の補正係数によって補正された放電レートよりも高い中程度の値となる。

また、ステップＳ１０７で設定される補正係数は、前兆レベルが第１しきい値以上であり、かつ、第２しきい値未満であれば、当該範囲以外の補正係数よりも大きな値に設定される。第１しきい値以上かつ第２しきい値未満といった中程度の前兆レベルでは、前兆が発生したバッテリが故障に至る可能性が高いが、当該バッテリが放電することによって故障に至る可能性は低い。したがって、前兆が発生したバッテリの放電レートが高くなるよう補正係数を設定することによって、短時間のうちに電力移行を完了することができる。

次に、ＥＣＵ１１１は、ステップＳ１０１で前兆が発生したと判断されたバッテリがステップＳ１０７で得られた放電レートで放電し、もう一方のバッテリが充電することによる電力の移行が行われるよう、ＶＣＵ１０１を制御する（ステップＳ１０９）。次に、ＥＣＵ１１１は、電圧センサ１０３ｅ，１０３ｐが検出した電圧、電流センサ１０５ｅ，１０５ｐが検出した電流、及び温度センサ１０７ｅ，１０７ｐが検出した温度に基づいて、前兆が発生したバッテリにおける当該前兆がなくなったか否かを判断し（ステップＳ１１１）、前兆がなくなっていればステップＳ１１３に進み、なくなっていなければステップＳ１１５に進む。

ステップＳ１１３では、ＥＣＵ１１１は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの各ＳＯＣがステップＳ１０９よりも前の状態に戻るよう、ステップＳ１０９とは逆方向の電力の移行が行われるようＶＣＵ１０１を制御する。ステップＳ１１５では、ＥＣＵ１１１は、前兆が発生したバッテリからもう一方のバッテリへの電力の移行によって、電力が移行される側のバッテリのＳＯＣが上限値に到達したかを判断し、当該ＳＯＣが上限値に到達すればステップＳ１１７に進み、到達していなければステップＳ１０９に戻る。ステップＳ１１７では、ＥＣＵ１１１は、前兆が発生したバッテリからもう一方のバッテリへの電力の移行を停止するようＶＣＵ１０１を制御する。

以上説明したフローチャートの処理に従えば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅと高出力型バッテリＥＳ−Ｐの双方が正常であるためＥＣＵ１１１が電流制御モードでＶＣＵ１０１を制御しているときに、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐのいずれかに故障の前兆が発生すると、ＥＣＵ１１１は、前兆が発生したバッテリからもう一方のバッテリへ電力を移行するようＶＣＵ１０１を制御する。

図７は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに前兆の後、故障が発生した際のＥＣＵ１１１の制御による各パラメータの経時変化を示すタイミングチャートである。図７に示すように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに故障の前兆が発生し、高容量型バッテリＥＳ−Ｅから高出力型バッテリＥＳ−Ｐへの電力の移行が行われると、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣは低下し、高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣは増加する。

その後、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障すると、ＥＣＵ１１１は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅの故障を示す故障フラグを立てる。その後、ＥＣＵ１１１は、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ側のコンタクタＭＣｅを開き、かつ、システム許可電力の設定値を高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力（Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｐ}）へと徐々に下げる。ＥＣＵ１１１は、システム許可電力の設定値を高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力（Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｐ}）まで下げた後、ＶＣＵ１０１の制御モードを電流制御モードから電圧制御モードに切替える。その後、ＥＣＵ１１１は、電圧制御モードでＶＣＵ１０１を制御する。

このように、ＶＣＵ１０１による制御モードの切替えは、システム許可電力の設定値が高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力（Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｐ}）に低下するまで行われないため、図７に示すように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが故障してＶＣＵ１０１の制御モードが切り替わる前に電動車両のアクセルペダルが踏まれてＡＰ開度が増加しても、高容量型バッテリＥＳ−Ｅが出力可能な電力と高出力型バッテリＥＳ−Ｐの合計（Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｅ}＋Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｐ}）にシステム許可電力は設定されているが、電流制御モードであるＶＣＵ１０１によって、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐから放電される電流量が制御されるため、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電力はモータジェネレータ１１への要求駆動力に応じた要求電力を上限として抑制される。

また、電圧制御モードに切替えられた時点ではシステム許可電力の設定値は高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力（Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｐ}）まで低下しているため、正常な高出力型バッテリＥＳ−Ｐから放電される電流量が制御せずとも、ＶＣＵ１０１が高出力型バッテリＥＳ−Ｐの電圧をモータジェネレータ１１の最適電圧まで昇圧しても、高出力型バッテリＥＳ−Ｐの出力電力は高出力型バッテリＥＳ−Ｐが出力可能な電力（Ｐ_{ＭＡＸ＿ＥＳ−Ｐ}）を上限として抑制される。

以上説明したように、本実施形態によれば、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐのいずれか一方が故障する前の前兆の段階で、前兆が発生したバッテリの電力はもう一方の正常なバッテリに移行されるため、前兆が発生したバッテリが実際に故障しても、使用可能な電力をできる限り多く確保することができる。

また、前兆レベルが低く、故障に至る可能性が低い場合には、前兆レベルが小さいほど低い放電レートで電力を移行することによって、前兆が発生したバッテリが故障しない場合の電力の移行によるエネルギー損失を減らすことができる。また、前兆レベルが高く、故障に至る可能性が高い場合には、前兆が発生したバッテリが放電することによって当該バッテリが故障に至る可能性は高いため、前兆レベルが大きいほど低い放電レートで電力を移行することによって、電力の移行による故障の促進を抑制できる。さらに、前兆レベルが中程度であり、故障に至る可能性は高いが、前兆が発生したバッテリが放電することによって当該バッテリが故障に至る可能性は低いため、前兆が発生したバッテリが、前兆レベルが低い場合の放電レートや前兆レベルが高い場合の放電レートよりも大きな放電レートで放電することによって、短時間のうちに電力移行を完了することができる。このように、電力を移行する際のバッテリの放電レートが前兆レベルに応じて可変であるため、前兆から故障に至る可能性に応じた適当な放電レートで電力を移行できる。

また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに比べて出力重量密度が優れエネルギー重量密度が劣る高出力型バッテリＥＳ−Ｐは、高レートでの充電に対する耐性が高いが、高出力型バッテリＥＳ−Ｐに比べて出力重量密度が劣りエネルギー重量密度が優れる高容量型バッテリＥＳ−Ｅは、高レートでの充電に対する耐性が低い。また、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、高容量型バッテリＥＳ−Ｅに故障の前兆が発生した場合に移行する電力量は大きい。本実施形態では、前兆が発生したバッテリが高出力型バッテリＥＳ−Ｐである図４に示す場合の放電レートよりも、前兆が発生したバッテリが高容量型バッテリＥＳ−Ｅである図５に示す場合の放電レートを高く設定する。当該設定によって、電力が移行される側のバッテリの充電に対する耐性と移行する電力量に応じた適当な放電レートで電力を移行することができる。このように、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐの特性の違いに応じた放電レートで電力を移行できるため、電力移行に伴う充電による蓄電器の劣化を防止できる。

また、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐが共に正常な状態に戻れば、移行された電力を元のバッテリに戻すことによって、高容量型バッテリＥＳ−ＥのＳＯＣと高出力型バッテリＥＳ−ＰのＳＯＣのバランスをそれぞれの充放電に関する特性に応じた適切な状態に戻すことができる。

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）やＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electrical Vehicle）であっても、ＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle）であっても良い。

また、本実施形態のＥＣＵ１１１がＶＣＵ１０１に対して行う電圧制御モードや電流制御モードは、上述したようにフィードバック制御によって行っても良いが、フィードバック制御に代えて、フィードフォワード制御のような他の制御方式を用いても良い。

また、本実施形態のＶＣＵ１０１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ＶＣＵ２０１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。

また、上記説明では、例えば電動車両が停車してモータジェネレータ１１が駆動する必要のないとき、ＥＣＵ１１１が、ＰＤＵ１３の６つのスイッチング素子を全てオフ状態とするようＰＤＵ１３を制御し、ＶＣＵ１０１の２つのスイッチング素子を共にオフ状態とするようＶＣＵ１０１を制御することによって、高容量型バッテリＥＳ−Ｅ及び高出力型バッテリＥＳ−Ｐがそれぞれ開回路の状態としているが、ＥＣＵ１１１がスイッチ部１０９のコンタクタＭＣｅ，ＭＣｐを開制御することによって、各バッテリを開回路の状態としても良い。

１１ モータジェネレータ（MG）
１３ ＰＤＵ
１００ 蓄電装置
１０１，２０１ ＶＣＵ
１０３ｐ，１０３ｅ 電圧センサ
１０５ｐ，１０５ｅ 電流センサ
１０７ｐ，１０７ｅ 温度センサ
１０９ スイッチ部
１１１ ＥＣＵ
ＥＳ−Ｅ 高容量型バッテリ
ＥＳ−Ｐ 高出力型バッテリ
ＭＣｅ，ＭＣｐ コンタクタ

Claims (10)

1. 第１蓄電器と、
   第２蓄電器と、
   前記第１蓄電器の出力電圧及び前記第２蓄電器の出力電圧の少なくとも一方を変換する変換部と、
   前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の少なくとも一方の故障の前兆を検出する検出部と、
   前記変換部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記検出部が前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の故障の前兆を検出すると、前記前兆が検出された蓄電器からもう一方の蓄電器へ電力を移行するよう、前記変換部を制御する、蓄電装置。
2. 請求項１に記載の蓄電装置であって、
   前記検出部は、前記前兆を検出した蓄電器が実際に故障する可能性の高さを表す前兆レベルを判別し、
   前記制御部は、前記検出部が検出した前記前兆レベルに基づき、前記検出部が前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の故障の前兆を検出した場合の前記前兆が検出された蓄電器の放電レートを設定するよう、前記変換部を制御する、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、前記前兆レベルが第１しきい値未満であれば、前記前兆レベルが小さいほど低い第１放電レートで前記前兆が検出された蓄電器が放電するよう、前記変換部を制御する、蓄電装置。
4. 請求項３に記載の蓄電装置であって、
   前記制御部は、前記前兆レベルが前記第１しきい値よりも大きな第２しきい値以上であれば、前記前兆レベルが大きいほど低い第２放電レートで前記前兆が検出された蓄電器が放電するよう、前記変換部を制御する、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、前記前兆レベルが前記第１しきい値以上であり、かつ、前記第２しきい値未満であれば、前記第１放電レート及び前記第２放電レートよりも大きな放電レートで前記前兆が検出された蓄電器が放電するよう、前記変換部を制御する、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、
   前記第１蓄電器の充放電に関する特性と前記第２蓄電器の充放電に関する特性とは異なり、
   前記制御部は、前記検出部が前記第１蓄電器の故障の前兆を検出した場合の前記第１蓄電器の放電レートと、前記検出部が前記第２蓄電器の故障の前兆を検出した場合の前記第２蓄電器の放電レートとが異なるよう、前記変換部を制御する、蓄電装置。
7. 請求項６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り、
   前記制御部は、前記検出部が前記第２蓄電器の故障の前兆を検出した場合の前記第２蓄電器の放電レートよりも、前記検出部が前記第１蓄電器の故障の前兆を検出した場合の前記第１蓄電器の放電レートを高く設定する、蓄電装置。
8. 請求項１から７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、前記検出部が検出していた前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の故障の前兆がなくなった場合、前記もう一方の蓄電器から前記前兆を検出していた蓄電器へ電力を移行するよう前記変換部を制御する、蓄電装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の蓄電装置を有する、輸送機器。
10. 第１蓄電器と、
    第２蓄電器と、
    前記第１蓄電器の出力電圧及び前記第２蓄電器の出力電圧の少なくとも一方を変換する変換部と、
    前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の少なくとも一方の故障の前兆を検出する検出部と、
    前記変換部を制御する制御部と、を備えた蓄電装置の制御方法であって、
    前記制御部は、前記検出部が前記第１蓄電器又は前記第２蓄電器の故障の前兆を検出すると、前記前兆が検出された蓄電器からもう一方の蓄電器へ電力を移行するよう前記変換部を制御する、制御方法。

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