特許 6195320 蓄電装置の充放電制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6195320

(24)【登録日】2017年8月25日

(45)【発行日】2017年9月13日

(54)【発明の名称】蓄電装置の充放電制御システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20170904BHJP

   H02J 7/14 20060101ALI20170904BHJP

   B60L 11/18 20060101ALI20170904BHJP

   B60L 7/14 20060101ALI20170904BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20170904BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 B

   H02J7/14 M

   B60L11/18 A

   B60L7/14

   B60L9/18 J

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-550535(P2015-550535)

(86)(22)【出願日】2014年9月4日

(86)【国際出願番号】JP2014004548

(87)【国際公開番号】WO2015079605

(87)【国際公開日】20150604

【審査請求日】2017年2月20日

(31)【優先権主張番号】特願2013-246944(P2013-246944)

(32)【優先日】2013年11月29日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001889

【氏名又は名称】三洋電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石井 洋平

【審査官】 小池 堂夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２５５８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７１６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３２５５５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｂ６０Ｌ ７／１４

Ｂ６０Ｌ ９／１８

Ｂ６０Ｌ １１／１８

Ｈ０２Ｊ ７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機と、
蓄電装置と、
前記回転電機の交流電力と前記蓄電装置の直流電力の間の交直変換処理を行う交直変換部と、
前記蓄電装置の充放電を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記蓄電装置の現在の充電状態値を取得する充電状態取得部と、
前記蓄電装置について予め定めた目標充電状態値と前記現在の充電状態値を比較し、前記現在の充電状態値が前記目標充電状態値未満のときにその差である不足充電量を算出し、前記回転電機の制動期間について推定される推定制動期間内で前記不足充電量を充電するために必要な充電電流値を算出する充電電流値算出部と、
前記回転電機が制動時に発生する発電電力から発電電流値を算出する発電電流値算出部と、
前記発電電流値と前記算出された充電電流値とを比較し、前記発電電流値が前記算出された充電電流値を超えるときは、前記蓄電装置に供給する供給電流値を前記算出された充電電流値に制限して前記交直変換処理を行わせ、前記発電電流値が前記算出された充電電流値以下のときは、前記発電電流値の全量について前記交直変換を行わせる変換指示部と、
を有する、蓄電装置の充放電制御システム。

【請求項2】

回転電機と、
蓄電装置と、
前記回転電機の交流電力と前記蓄電装置の直流電力の間の交直変換処理を行う交直変換部と、
前記蓄電装置の充放電を制御する制御装置と、
を備え、
前記回転電機は、発電する発電電力値を前記制御装置の制御の下で制御可能で、
前記制御装置は、
前記蓄電装置の現在の充電状態値を取得する充電状態取得部と、
前記蓄電装置について予め定めた目標充電状態値と前記現在の充電状態値を比較し、前記現在の充電状態値が前記目標充電状態値未満のときにその差である不足充電量を算出し、前記回転電機の制動期間について推定される推定制動期間内で前記不足充電量を充電するために必要な充電電流値を算出する充電電流値算出部と、
前記回転電機が制動時に発生する発電電力から発電電流値を算出する発電電流値算出部と、
を有し、前記発電電流値と前記算出された充電電流値とを比較し、前記発電電流値が前記算出された充電電流値を超えるときは、前記蓄電装置に供給する供給電流値を前記算出された充電電流値に制限して回転電機の発電電力値を制御する、蓄電装置の充放電制御システム。

【請求項3】

請求項１または２に記載の蓄電装置の充放電制御システムにおいて、
前記制御装置は、
前記現在の充電状態値が前記目標充電状態値以上のときに、前記蓄電装置に供給する前記供給電流値を予め定めた劣化許容閾値以下の前記供給電流値に絞って前記交直変換処理を行わせる、蓄電装置の充放電制御システム。

【請求項4】

請求項３に記載の蓄電装置の充放電制御システムにおいて、
前記制御装置は、
前記目標充電状態値を予め定めた上限値と下限値の幅で設定し、
前記現在の充電状態値が前記目標充電状態値の前記下限値を超え前記上限値以下のときに、前記劣化許容閾値以下の第１供給電流値に絞り、前記現在の充電状態値が前記目標充電状態値の前記上限値を超えるときに、前記劣化許容閾値以下であって前記第１供給電流値よりもさらに小さな値の第２供給電流値に絞って前記交直変換処理を行わせる、蓄電装置の充放電制御システム。

【請求項5】

請求項１または２に記載の蓄電装置の充放電制御システムにおいて、
前記制御装置は、
予め定めた制御間隔で前記交直変換処理を行わせ、
前記蓄電装置に供給する前記供給電流値が隣り合う制御間隔の間で予め定めた閾値電流差以内のときは、後の前記制御間隔の前記供給電流値を前の前記制御間隔の前記供給電流値と同じにする、蓄電装置の充放電制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電装置の充放電制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

蓄電装置は、大電流による充放電や充放電の頻度が多いと劣化が進むことが知られている。例えば、特許文献１には、ハイブリッド車のエンジン制御装置として、アクセルペダル、ブレーキペダル等の操作状態や車速等の車両運転状態の各種検出信号から求まる車両走行に必要な要求電力等から車両の走行状態を検出することが述べられている。その検出結果から、車両の負荷変動が所定値以上で要求電力の変動が大きな走行状態に対しては、要求電力の変動分をエンジンの運転出力で吸収するように制御し、大電力でのバッテリの充放電を抑制することが開示されている。

【0003】

特許文献２には、ハイブリッド車の制御方法として、車両の要求パワーが閾値未満で、車速が低速ではあるが閾値以上のときは、エンジンを停止せずにアイドル回転を行うことが述べられている。そして、要求トルクが急変するときにエンジンが迅速に追従できるように、車速が大ほどアイドル回転数を高くし、これによってバッテリの充放電電力の急変を防止し劣化を抑制することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９−０９８５１５号公報

【特許文献2】特開２００５−３４４６０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

回転電機の制動エネルギで充電される蓄電装置の劣化を抑制することが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る蓄電装置の充放電制御システムは、回転電機と、蓄電装置と、回転電機の交流電力と蓄電装置の直流電力の間の交直変換処理を行う交直変換部と、蓄電装置の充放電を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、蓄電装置の現在の充電状態値を取得する充電状態取得部と、蓄電装置について予め定めた目標充電状態値と現在の充電状態値を比較し、現在の充電状態値が目標充電状態値未満のときにその差である不足充電量を算出し、回転電機の制動期間について推定される推定制動期間内で不足充電量を充電するために必要な充電電流値を算出する充電電流値算出部と、回転電機が制動時に発生する発電電力から発電電流値を算出する発電電流値算出部と、発電電流値と算出された充電電流値とを比較し、発電電流値が算出された充電電流値を超えるときは、蓄電装置に供給する供給電流値を算出された充電電流値に制限して交直変換処理を行わせ、発電電流値が算出された充電電流値以下のときは、発電電流値の全量について交直変換を行わせる変換指示部と、を有する。
本発明に係る蓄電装置の充放電制御システムは、回転電機と、蓄電装置と、回転電機の交流電力と蓄電装置の直流電力の間の交直変換処理を行う交直変換部と、蓄電装置の充放電を制御する制御装置と、を備え、回転電機は、発電する発電電力値を制御装置の制御の下で制御可能で、制御装置は、蓄電装置の現在の充電状態値を取得する充電状態取得部と、蓄電装置について予め定めた目標充電状態値と現在の充電状態値を比較し、現在の充電状態値が目標充電状態値未満のときにその差である不足充電量を算出し、回転電機の制動期間について推定される推定制動期間内で不足充電量を充電するために必要な充電電流値を算出する充電電流値算出部と、回転電機が制動時に発生する発電電力から発電電流値を算出する発電電流値算出部と、を有し、発電電流値と算出された充電電流値とを比較し、発電電流値が算出された充電電流値を超えるときは、蓄電装置に供給する供給電流値を算出された充電電流値に制限して回転電機の発電電力値を制御する。

【発明の効果】

【0007】

上記構成によれば、回転電機の制動エネルギで充電される蓄電装置の劣化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る実施の形態の蓄電装置の充放電制御システムの構成を示す図である。

【図2】本発明に係る実施の形態の蓄電装置の充放電制御システムにおいて、充放電制御の手順を示すフローチャートである。

【図3】本発明に係る実施の形態の蓄電装置の充放電制御システムにおいて、放電制御の詳細な手順を示すフローチャートである。

【図4】本発明に係る実施の形態の蓄電装置の充放電制御システムにおいて、回転電機の制動時の回転数の時間変化のモデル図である。

【図5】蓄電装置に供給される供給電流値と蓄電装置の劣化の関係の一例を示す図である。

【図6】本発明に係る実施の形態の蓄電装置の充放電制御システムにおいて、蓄電装置の充電状態値と、蓄電装置に供給される供給電流値の関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に図面を用いて、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。以下では、ハイブリッド車両に搭載される蓄電装置の充放電制御システムを述べるが、これは説明のための例示であって、回転電機と蓄電装置を含むシステムであればよい。以下で述べる数値等は、説明のための例示であって、蓄電装置の充放電制御システムの仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0010】

図１は、ハイブリッド車両に搭載される蓄電装置の充放電制御システム１０の構成を示す図である。蓄電装置の充放電制御システム１０は、制御対象である本体部１１と制御装置１２とで構成される。本体部１１は、回転電機１３と、蓄電装置１４と、その間に配置接続される交直変換部１５を含む。この蓄電装置の充放電制御システム１０は、放電制御において回転電機１３の適切な駆動を制御し、充電制御において、蓄電装置１４の劣化を抑制するように、回転電機１３の制動時の発電電力を蓄電装置１４の充電状態に応じて制限する機能を有する。

【0011】

回転電機１３は、図１では図示を省略したハイブリッド車両のエンジンの駆動力をアシストするモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、蓄電装置１４から交直変換部１５を介して電力が供給されるときはモータとして機能し、エンジンによる駆動時、あるいはハイブリッド車両の制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。

【0012】

蓄電装置１４は、充放電可能な２次電池である。蓄電装置１４としては、例えば、約３ ６Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。

【0013】

交直変換部１５は、回転電機１３の三相交流電力と蓄電装置１４の直流電力の間の交直変換処理を行う回路である。交直変換は、回転電機１３の三相交流電力を蓄電装置１４の直流電力へ、または、蓄電装置１４の直流電力を回転電機１３の三相交流電力への双方の変換を含む。

【0014】

交直変換部１５は、インバータ回路で構成することができる。インバータ回路は、蓄電装置１４側の高圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、あるいは逆に、回転電機１３側からの交流三相回生電力を高圧直流充電電力に変換する機能を有する回路である。インバータ回路は、複数のスイッチング素子と複数のダイオードとを含んで構成される。

【0015】

交直変換部１５は、電圧変換器を含むことができる。蓄電装置１４の直流電圧がインバータ回路の正極側と負極側の間の電圧であるシステム電圧よりも高い場合、あるいは低い場合に、それぞれに応じて、電圧変換器は、インバータ回路のシステム電圧を蓄電装置１ ４側の直流電圧に合わせる。電圧変換器は、リアクトルと、スイッチング素子とを含んで構成される。

【0016】

回転電機１３が発電機として機能するとき、回転電機１３が発生する交流発電電力は、インバータ回路の機能によって直流のシステム電圧を有する直流電力に変換され、電圧変換器の機能によってシステム電圧を有する直流電力は蓄電装置１４の電圧を有する直流電力に変換される。これを電流で見ると、回転電機１３が制動時に発生する交流発電電力は、交直変換部１５を介して、蓄電装置１４への充電電流と蓄電装置１４の電圧で決まる直流電力に変換され、そのときの電流を充電電流として蓄電装置１４への充電が行われる。交流発電電力は、交直変換部１５での損失等を考慮した変換効率で直流電力に変換される。以下では、この発電電力から換算された電流値を、単に発電電流値と呼ぶ。

【0017】

例えば、システム電圧値＝２００Ｖ、蓄電装置１４の端子間電圧値＝１００Ｖとし、インバータ回路および電圧変換器の電力利用率＝１００％、変換効率＝１００％と仮定する。回転電機１３の交流発電電力はインバータ回路によって直流電力に変換される。そのときのシステム電圧値＝２００Ｖ、直流電流値＝３０Ａと仮定する。この（システム電圧値＝２００Ｖ、直流電流値＝３０Ａ）の直流電力は、電圧変換器によって、蓄電装置１４の端子間電圧＝１００Ｖ、直流電流値＝６０Ａに変換されて蓄電装置１４側に出力される。この例の場合、発電電流値は６０Ａと算出される。これらの電圧値、電流値は例示であって、他の電圧値、電流値であってもよい。

【0018】

交直変換部１５は、制御装置１２の制御の下で、電力利用率を所定の値に制御できる。例えば、インバータ回路のＰＷＭ制御を用いて、デューティ比を変更する等で電力利用率を所定の値とすることができる。例えば、電力利用率＝１００％のときの発電電流値が蓄電装置１４の劣化抑制の観点から大きすぎるときは、交直変換部１５は、電力利用率を低下させる制御によって、所望の供給電流値として蓄電装置１４側に出力することができる。

【0019】

制御装置１２は、交直変換部１５を介して蓄電装置１４の充放電を制御する。かかる制御装置１２としては、ハイブリッド車両の搭載に適したコンピュータを用いることができる。

【0020】

制御装置１２は、交直変換部１５を介して蓄電装置１４の放電を制御する放電制御部１ ６を有する。また、回転電機１３が制動のときに、交直変換部１５を介して蓄電装置１４ への充電を制御するために以下の機能を有する。すなわち、制御装置１２は、蓄電装置１ ４の充電状態を取得する充電状態取得部１７と、蓄電装置１４の現在の充電状態を予め定めた目標充電状態にするために必要な充電電流値を算出する充電電流値算出部１８と、交直変換部１５の電力利用率＝１００％のときの換算発電電流値を算出する発電電流値算出部１９と、算出された充電電流値に基づいて交直変換部１５に対し交直変換処理の内容を指示する変換指示部２０を含んで構成される。

【0021】

かかる制御装置１２の機能は、制御装置１２に搭載されたソフトウェアで実現でき、具体的には、制御装置１２が充放電制御プログラムを実行することで実現できる。上記機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

【0022】

上記構成につき、特に、制御装置１２の各機能について、図２以下を用いてさらに詳細に説明する。図２は、制御装置１２の充放電制御の手順を示すフローチャートであり、図３は、制御装置１２の充電制御の詳細な手順を示すフローチャートである。図４〜図６は、図３の説明に用いる図である。

【0023】

制御装置１２に搭載される充放電プログラムが起動されると、交直変換部１５等の初期化が行われる。次に、図２のフローチャートに示されるように、データおよびコマンドの取得が実行される（Ｓ１０）。この取得は、予め定められた制御間隔毎に行われる。制御間隔としては、要求される制御精度に応じて設定できる。例えば、高速制御が必要な場合には数ｍｓ周期とでき、緩やかな制御で十分なときは数秒周期とすることができる。制御間隔を放電制御と充電制御とで異ならせてもよい。例えば、ハイブリッド車両においてエンジンのアシストを行う放電制御のときは、ハイブリッド車両の走行状態の変化に追従できる高速制御として制御間隔を短くし、回転電機１３の制動時の充電制御はハイブリッド車両の制動期間に応じて制御間隔を適度に長くしてもよい。

【0024】

Ｓ１０で取得されるデータは、本体部１１の構成要素である回転電機１３の状態値、蓄電装置１４の状態値、蓄電装置の充放電制御システム１０に対するユーザの要求値等である。充電制御において取得されるデータについては、図３において説明する。コマンドは、今の場合、放電制御を実行させるための放電コマンドとその電力値または充電制御を実行させるための充電コマンドとその電力値である。

【0025】

Ｓ１０の次に、コマンドが充電コマンドか否かが判断される（Ｓ１１）。判断が否定されると、コマンドは放電コマンドであるので、Ｓ１２に進み、回転電機１３の駆動のための放電制御が行われる。Ｓ１２の手順は、制御装置１２の放電制御部１６の機能によって実行される。放電制御においては、ハイブリッド車両における車速、アクセルペダルの踏度等に応じて、蓄電装置１４から交直変換部１５を介して回転電機１３に三相交流電力が供給され、これによって、回転電機１３からエンジンのアシストに必要なトルクが出力される。

【0026】

Ｓ１１の判断が肯定されると、蓄電装置１４の劣化を抑制する充電制御が行われる（Ｓ １３）。充電制御の詳細については図３で説明する。Ｓ１２，Ｓ１３が行われた後、制御間隔が経過すると、Ｓ１０に戻る。充放電制御においては、上記の手順が所定の制御間隔で繰り返し実行される。

【0027】

図３は、充電制御の詳細な手順を示すフローチャートである。ここで、蓄電装置１４の現在のＳＯＣの取得が行われる（Ｓ２０）。現在のＳＯＣのデータは、図２のＳ１０におけるデータの１つである。この処理手順は、制御装置１２の充電状態取得部１７の機能によって実行される。ＳＯＣは、Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅの略で、蓄電装置１４の充電状態を示す値である。蓄電装置１４は、満充電の状態がＳＯＣ＝１００％で、完全放電の状態がＳＯＣ＝０％である。充電量は（電流値Ａ×時間ｈ）で示される。

【0028】

ＳＯＣは、蓄電装置１４に入力される充電電流値と充電時間と、蓄電装置１４から出力される放電電流値と放電時間とを、時々刻々取得し、蓄電装置１４に入力された充電電流値と充電時間の積を加算し、蓄電装置１４から出力された放電電流値と放電時間の積を減算して、差し引いて積算された（電流値Ａ×時間ｈ）に基づいて算出される。また、充放電が長時間停止している状態では、そのときの電圧値である開放電圧（Ｏｐｅｎ ｃｉｒ ｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＯＣＶ）とＳＯＣの関係を予め求めておいてＳＯＣを算出してもよい。Ｓ２０では、その算出されたＳＯＣの現在値を取得する。

【0029】

蓄電装置１４は、充放電を繰り返すと劣化が生じ、ＳＯＣ＝１００％のときの充電量が低下し、充放電可能な容量が低下する。一般に、劣化は、充放電電流値が大きいほど進みやすい。すなわち、大電流値の急速充放電は、蓄電装置１４の劣化が進みやすい。したがって、蓄電装置１４の劣化を抑制するには、少ない充放電電流で長時間かけてゆっくりと充放電することが望ましい。

【0030】

蓄電装置１４の現在のＳＯＣが取得されると、予め定めた目標ＳＯＣとの比較が行われ、現在のＳＯＣが目標ＳＯＣ未満か否かが判断される（Ｓ２１）。目標ＳＯＣは、回転電機１３がハイブリッド車両の走行においてエンジンをアシストできる条件によって設定される。例えば、ＳＯＣが６０％未満では蓄電装置１４の充電量が十分でなく、回転電機１ ３がエンジンを十分にはアシストできないが、ＳＯＣが６０％以上あれば、回転電機１３ がエンジンをアシストできる駆動力を出力できる場合には、目標ＳＯＣ＝６０％と設定される。このように目標ＳＯＣは１つの値として設定できるが、予め定めた上限値と下限値の幅で設定することもできる（後述の図６参照）。以下では特に断らない限り、幅で設定された範囲の下限値を目標ＳＯＣとする。

【0031】

Ｓ２１の判断が否定されるときについては後述することにして、判断が肯定されると、次に、制動期間の推定が行われる（Ｓ２２）。図４は、制動期間の推定を示すモデル図の例である。図４の横軸は時間ｔで、縦軸は回転電機１３の回転数Ｎである。回転数Ｎは、ハイブリッド車両の車速に比例する値である。時間ｔ＝０は、ユーザの要求等で回転電機１３の制動が開始した時間で、制動期間の始期である。今の場合、充電制御を開始する現在の時間である。時間ｔ＝ｔ0は制動期間の終期であり、回転電機１３が停止した時である。回転数Ｎ0は時間ｔ＝０における回転電機１３の回転数である。回転数Ｎ0は、図２のＳ１０におけるデータの１つである。

【0032】

ユーザによる制動要求は、ハイブリッド車両のブレーキペダルをユーザが踏むことで行われる。ブレーキペダルの踏度が大きいほど、減速度、すなわち、減速加速度（−α）の絶対値が大きくなる。減速度（−α）を一定値とすると、時間ｔにおける回転数Ｎは、Ｎ ＝Ｎ0−αｔとなる。回転数Ｎ＝０となる時間ｔ0は、Ｎ＝Ｎ0−αｔ0＝０とおいて、ｔ0 ＝Ｎ0／αと求められる。ｔ＝０からｔ＝ｔ0の間の期間が推定された制動期間である。本例では、車両の減速度が一定である線形モデルでの制動期間の推定例を示したが、線形モデル以外のモデル式を用いてもよい。以下では、推定された制動期間を、単に制動期間と呼ぶ。

【0033】

再び図３に戻り、制動期間が求められると、蓄電装置１４の現在のＳＯＣ、つまりｔ＝ ０のときのＳＯＣを目標ＳＯＣにするために必要な充電電流値ＩCの算出が行われる（Ｓ ２３）。この処理手順は、制御装置１２の充電電流値算出部１８の機能によって実行される。

【0034】

現在のＳＯＣを目標ＳＯＣにするために必要な充電電流値ＩCは次のようにして算出される。すなわち、目標ＳＯＣと現在のＳＯＣとの差を不足充電量として求める。不足充電量＝ΔＳＯＣ＝（目標ＳＯＣ−現在のＳＯＣ）である。この不足充電量をＳ２２で求めた制動期間の長さｔ0で除算した値が、現在のＳＯＣを目標ＳＯＣにするために必要な充電電流値ＩCである。したがって、ＩC＝｛（ΔＳＯＣ×満充電容量）／ｔ0｝として算出される。

【0035】

算出の一例を挙げると、蓄電装置１４の満充電量＝５Ａｈ＝（５Ａ×３，６００ｓ）＝ １８，０００Ａｓ）とし、目標ＳＯＣ＝６０％、現在のＳＯＣ＝５８％とすると、ΔＳＯ Ｃ＝（１８，０００Ａｓ×２％）＝３６０Ａｓである。図４において、回転数Ｎ0で回転していた回転電機１３が制動開始後９ｓで停止したとするとｔ0＝９ｓである。この場合、ＩC＝（３６０Ａｓ／９ｓ）＝４０Ａとなる。これらの数値は例示であって、これら以外の数値であってもよい。

【0036】

Ｓ２３と並行して、またはＳ２３の前に、発電電流値ＩGの算出が行われる（Ｓ２４） 。この処理手順は、制御装置１２の発電電流値算出部１９の機能によって実行される。発電電流値ＩGは、回転電機１３が制動時に発生する発電電力を蓄電装置１４の電圧レベルに換算したときの電流値である。交直変換部１５の説明で述べた例では、ＩG＝６０Ａである。

【0037】

ＩCとＩGが求まると、次にその大小関係が比較され、ＩGがＩCを超えるか否かが判断される（Ｓ２５）。

【0038】

Ｓ２５の判断が肯定されると、交直変換部１５を介して蓄電装置１４に供給する供給電流値ＩBを、Ｓ２４で算出された発電電流値ＩGではなく、Ｓ２３で算出された充電電流値ＩCに制限して、交直変換部１５に対し、電力利用率を低下させて制限された電流を供給するように交直変換処理を行わせる（Ｓ２６）。上記の例では、ＩG＝６０Ａ，ＩC＝４０ Ａであるので、Ｓ２５の判断が肯定され、供給電流値ＩBは、ＩG＝６０Ａではなく、交直変換部１５の電力利用率を６６％に低下させて、ＩB＝ＩC＝４０Ａが交直変換部１５から蓄電装置１４に供給される。これにより、現在のＳＯＣを目標ＳＯＣとしながら、蓄電装置１４に供給される電流値を抑制できる。これによって、蓄電装置１４の劣化を抑制できる。

【0039】

上記の例とは異なり、Ｓ２４で算出された換算発電電流値ＩGがＳ２３で算出された充電電流値ＩC以下のときはＳ２５の判断が否定されて、発電電流値ＩGの全量について交直変換が行われ、蓄電装置１４への供給電流値ＩB＝ＩGとされる（Ｓ２７）。これによって、現在のＳＯＣを目標ＳＯＣに最大限近づけることができる。

【0040】

すでに述べたＳ２１において、判断が否定されるときは、現在のＳＯＣが目標ＳＯＣ以上となるときである。この場合には、ＳＯＣを上昇させる必要がないが、過充電にならない範囲でＳＯＣを上昇させておくことで、放電制御を実行できる範囲が広がり、ひいては、次の制動時におけるΔＳＯＣを小さくできる。そこで、蓄電装置１４に供給する供給電流値ＩBを予め定めた劣化許容閾値ＩBth以下の電流値に絞って交直変換処理を行わせる（ Ｓ２８）。

【0041】

図５は、蓄電装置１４への供給電流値ＩBと劣化度との関係をモデル化した図の例である。横軸は対数で取ったＩB、縦軸は蓄電装置１４の劣化度である。劣化度は、ＳＯＣ０ ％から１００％に充電したときの最大可能充電量について、製造直後の初期値を基準とした値からの減少量で示す。図５に示すモデルでは、供給電流値ＩBが増加すると劣化度は進むが、ＩB0よりも小さい電流量ではほとんど劣化が進展せず、ＩB0を越えると劣化度が増加し始める。劣化許容閾値ＩBthは、劣化度が劣化許容度になる電流値である。劣化許容度は、蓄電装置１４の仕様によって予め設定できる。

【0042】

蓄電装置１４の環境温度によって劣化度の様子が変化する。すなわち、図５に示すように、温度が低温になるにつれて、劣化許容閾値が小電流側に移動する。また、劣化度は、充放電の頻度が多いほど高くなる。したがって、蓄電装置１４の劣化度を小さく抑えるには、温度が低温にならないようにし、充放電電流値を小さくし、充放電頻度を減らすことがよい。つまり、急速充放電をさけて、できるだけ低電流値で、好ましくは定電流値で充電または放電を行うことがよい。

【0043】

図６は、図３の供給電流値ＩBの設定を蓄電装置１４のＳＯＣについてまとめた図である。図６（ａ），（ｂ）の横軸はＳＯＣで、ここでは、目標ＳＯＣを１つの値でなく、下限値と上限値の幅で示してある。（ｂ）の縦軸は蓄電装置１４への供給電流値ＩBである。

【0044】

現在のＳＯＣが目標ＳＯＣの下限値未満で図３におけるＳ２５の判断が肯定された場合、Ｓ２５によってＩB＝ＩCに制限されて蓄電装置１４の充電が行われる。そのことが、図６（ｂ）において、目標ＳＯＣの下限値未満の低いＳＯＣの範囲で、ＩB＝ＩCの実線で示される。

【0045】

ＩCは、推定制動期間の終期であるｔ＝ｔ0で蓄電装置１４のＳＯＣは目標ＳＯＣの下限値に達するように設定された充電電流値である。すなわち、回転電機１３の制動期間内に目標ＳＯＣの下限値まで充電しようというものであるから、蓄電装置１４の劣化の面から見ると、劣化許容閾値ＩBthよりも大きな値となることがある。それでもＩCはＩGに比べ制限された値であるので、ＩGをそのまま蓄電装置１４に供給される場合に比べると、劣化度を低く抑制することができる。

【0046】

制動開始から時間ｔが経過すると、蓄電装置１４へ供給電流値ＩBの充電が行われるので、ＳＯＣが上昇する。一方で、図４で説明したように、回転電機１３の回転数Ｎが低下する。回転電機１３が発電機として機能するとき、その起電力ｅは、回転電機１３の起電力定数をＫeとして、ｅ＝ＫeＮの関係であるので、回転数Ｎが低下するに従い小さな値になる。起電力ｅにより発生する発電電流値は、内部抵抗を一定とすると、起電力ｅに比例する。したがって、発電電流値も回転数Ｎが低下するに従い小さな値になる。このことにより、制動開始から時間ｔが経過するにつれてＳ２４で算出されるＩGが小さくなり、Ｓ ２５の判断が否定されるようになる。

【0047】

Ｓ２５の判断が否定されると、Ｓ２７により、蓄電装置１４への供給電流値ＩBはＩGの全量となるが、ＩGは制動開始からの時間ｔが経過するにつれて小さくなる。図６（ｂ） に参考としてＩGの変化を一点鎖線で示した。Ｓ２５の判断が否定されたのちは、Ｓ２７ によって、ＩB＝ＩGとされるので、蓄電装置１４への供給電流値ＩBは、次第に小さい値となる。制御は、所定の制御間隔で行われるので、ＩBはその制御間隔ごとに段階的に低下する。図６（ｂ）では、目標ＳＯＣの下限値に近いＳＯＣの範囲において、供給電流値ＩBは、破線で示されるようにＩCから段階的に次第に小さくなる。

【0048】

図５に関連して説明したように、蓄電装置１４の劣化を抑制するには、段階的に変化する充電モードよりは、定電流値での充電モードが好ましい。図６（ｂ）では、目標ＳＯＣ の下限値に近いＳＯＣの範囲において、実線で示した供給電流値ＩBは、破線で示される段階的変化のいくつかを１つの同じ電流値にまとめ、できるだけ定電流充電に近づけるようにしたものである。このように、蓄電装置１４に供給する供給電流値ＩBが隣り合う制御間隔の間で予め定めた閾値電流差以内のときは、後の制御間隔の供給電流値を前の制御間隔の供給電流値と同じにすることで、蓄電装置１４の劣化を低減できる。

【0049】

このようにＳ２６，Ｓ２７の処理を実行することで、蓄電装置１４の充電が行われ、蓄電装置１４のＳＯＣが上昇する。そして目標ＳＯＣの下限に達すると、Ｓ２１における判断が否定される。ここでは、Ｓ２８の処理として、供給電流値ＩBを劣化許容閾値ＩBth以下の電流値に絞って蓄電装置１４に供給する。これによって、過充電等による劣化を避けながらＳＯＣを上昇させることができ、放電制御を実行できる範囲が広がる。図６（ｂ） では、目標ＳＯＣの範囲における供給電流値ＩBの大きさを劣化許容閾値ＩBth以下のものとして示した。

【0050】

さらに現在のＳＯＣが上昇して目標ＳＯＣの範囲の上限値を超えるときは、供給電流値ＩBをもっと絞ることができる。図６（ｂ）では、目標ＳＯＣの上限値を超える範囲における供給電流値ＩBの大きさを図５のＩB0とした。ＩB0は、ほとんど劣化が進展しない電流値である。供給電流値ＩB＝ＩB0に設定することで、実質的に劣化度進展＝０の状態を維持しながらＩB0の大きさで充電することができる。

【0051】

再び図３に戻り、Ｓ２５からＳ２８の処理手順は、制御装置１２の変換指示部２０の機能によって実行される。Ｓ２６からＳ２８の処理が完了し、制御間隔の時間が経過するとＳ２０に戻り、上記の処理手順が繰り返される。

【0052】

上記では、交直変換部１５のＰＷＭ制御によって蓄電装置１４に対する所望の供給電流値を得る構成を記載したが、実施する際には、電流値制限を行う構成であれば、他の構成でも構わない。例えば、回転電機の励磁電流の大きさを制御して回転電機から出力される発電電力の大きさを制御し、交直変換部１５はその交流発電電力をそのまま直流発電電力に変換する構成でもよい。

【符号の説明】

【0053】

１０ 充放電制御システム、１１ 本体部、１２ 制御装置、１３ 回転電機、１４ 蓄電装置、１５ 交直変換部、１６ 放電制御部、１７ 充電状態取得部、１８ 充電電流値算出部、１９ 発電電流値算出部、２０ 変換指示部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】