复合蓄电系统的制作方法

本发明涉及一种复合蓄电系统。

背景技术：

以往，已知有一种复合蓄电系统，其在混合动力车、电动汽车等车辆中，将特性不同的异种电池并联地连接，从而实现电力的再生量的增加、输出以及容量的最优化。例如在专利文献1中，公开了一种手法，在铅蓄电池(容量型电池)与锂离子电池(动力型电池)并联地连接的复合蓄电系统中，利用不使用dc/dc转换器的结构来降低制造成本，并使再生量增加。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-213025号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，在上述容量型电池与动力型电池并联地连接的复合蓄电系统中，动力型电池仅为1个，所以未完全减轻向容量型电池的电力负载，而容量型电池必须动力运行或再生容许电力以上的电力。由此，容量型电池有可能会异常发热，造成急速的劣化。

本发明是为了解决这样的技术课题而完成的，其目的在于提供能够减轻容量型电池的负载，防止容量型电池的发热以及劣化的复合蓄电系统。

用于解决课题的技术手段

解决上述课题的本发明的复合蓄电系统对多个电力供给对象供给直流电力，该复合蓄电系统的特征在于，具备1个容量型电池和多个动力型蓄电装置，所述多个动力型蓄电装置相对于所述多个电力供给对象而以1对1的方式设置。

发明的效果

根据本发明，能够减轻容量型电池的负载，抑制容量型电池的发热以及劣化。

附图说明

图1为表示应用了第1实施方式的复合蓄电系统的电动汽车的概略图。

图2为表示各动力型电池周边的电路结构图以及脉动电流的平滑化的示意图。

图3为表示应用了第2实施方式的复合蓄电系统的电动汽车的概略图。

图4为表示使各逆变器的开关相位错开的效果的示意图。

图5为表示应用了第3实施方式的复合蓄电系统的电动汽车的概略图。

图6为表示使用了第1继电器的控制处理的流程图。

图7为表示应用了第4实施方式的复合蓄电系统的电动汽车的概略图。

图8为表示使用了第2继电器的控制处理的流程图。

图9为表示应用了第5实施方式的复合蓄电系统的电动汽车的概略图。

具体实施方式

以下，参考附图，对本发明的复合蓄电系统的实施方式进行说明。以下的说明表示本发明的内容的具体例，本发明并不限定于这些说明，本领域技术人员能够在本说明书所公开的技术思想的范围内进行各种变更以及修正。另外，在用于说明本发明的全部附图中，具有相同的功能的元件附加相同的符号，省略其重复的说明。

另外，在以下的说明中，设为本发明的复合蓄电系统应用于电动汽车的例子，但本发明除了应用于电动汽车之外，还应用于混合动力车、三轮车、电车、船舶以及飞机等。

<第1实施方式>

图1为表示应用了第1实施方式的复合蓄电系统的电动汽车的概略图。如图1所示，电动汽车1具有4个车轮2，该电动汽车1搭载有复合蓄电系统10。复合蓄电系统10具备1个容量型电池14和多个(在本实施方式中为4个)动力型电池13，对多个电力供给对象供给直流电力。此外，在本实施方式中，多个电力供给对象为相对于电动汽车1的车轮2而以1对1的方式设置的4个电动发电机11。

动力型电池13的输出密度比容量型电池14的输出密度优良，但能量密度以及容量(ah)比容量型电池14小。换言之，在以成本为核心时，动力型电池13具有每单位能量(kwh)的成本比容量型电池14高、但每单位输出(kw)的成本比容量型电池14便宜这样的特征。作为这样的动力型电池13，例如，可举出锂离子电池、镍氢电池等。

动力型电池13相当于权利要求书中记载的“动力型蓄电装置”。本发明的动力型蓄电装置除了包括动力型电池之外，还包括具有与动力型电池同样的高输出特性的锂离子电容器、双电层电容器等。在本实施方式以及以下的实施方式中，作为动力型蓄电装置，举出动力型电池的例子来进行说明，但本发明还应用于锂离子电容器、双电层电容器等，这是不言而喻的。

另一方面，容量型电池14的输出密度比动力型电池13的输出密度差，但能量密度优良，容量(ah)大。换言之，在以成本为核心时，容量型电池14具有每单位输出(kw)的成本比动力型电池13高、但每单位能量(kwh)的成本比动力型电池13便宜这样的特征。作为这样的容量型电池14，可举出锂离子电池、锂离子半固体电池、锂固体电池、铅电池、镍锌电池等。

如图1所示，4个动力型电池13相对于上述4个电动发电机11而以1对1的方式设置，且分别与容量型电池14并联地连接。而且，各动力型电池13经由作为与各电动发电机11对应的电力转换装置的逆变器12而与各电动发电机11连接。

电动发电机11在动力运行时作为驱动马达发挥功能，该驱动马达使用从与其对应的动力型电池13或者/以及容量型电池14供给的电力来对车轮2提供驱动力。另外，电动发电机11在再生时作为发电机发挥功能，该发电机用于使用通过再生制动进行发电而得到的电力对与其对应的动力型电池13或者/以及容量型电池14进行充电。在此，电动发电机11为交流电机、例如感应电机、同步电机。

逆变器12将从动力型电池13以及容量型电池14供给的直流电力转换为三相交流电力，输出至电动发电机11。电动发电机11利用从逆变器12输出的三相交流电力对车轮2进行旋转驱动。由此，电动汽车1行驶。

逆变器12、动力型电池13以及容量型电池14由搭载于电动汽车1的ecu(electroniccontrolunit，电子控制单元)15控制。ecu15内置有微型计算机，通过存储的程序的执行来进行针对构成复合蓄电系统10的各结构部件的控制。

在这样构成的电动汽车1中，例如在如电动汽车1的加速等那样仅凭容量型电池14的话向电动发电机11的供给电力会不足的情况下，除了容量型电池14之外，还从动力型电池13也经由逆变器12对电动发电机11供给直流电力。然后，在电动汽车1的减速时或者制动时等，即在电动发电机11的再生时，由电动发电机11发电而得到的交流电力通过使逆变器12作为整流装置进行动作而转换为直流电力，蓄电于动力型电池13或者/以及容量型电池14。另外，在电动汽车1驻车时，容量型电池14或者/以及动力型电池13由未图示的充电装置充电。

根据本实施方式的复合蓄电系统10，将动力型电池13以及容量型电池14并用，能够实现作为使用的电池整体而确保电池的容量并提高电池的输出这样的输出容量性能的最优化、以及针对要求性能(kwh、kw)的成本的最优化。这样的复合蓄电系统10能够实现性能的最优化，所以相比于仅使用容量型电池14的情况，能够减轻负载。

另外，在本实施方式的复合蓄电系统10中，相对于电动发电机11而以1对1的方式设置动力型电池13，所以起到能够进一步减轻容量型电池14的负载，能够抑制容量型电池14的发热以及劣化的作用效果。以下，参考图2，对其作用效果详细地进行说明。

图2为表示各动力型电池周边的电路结构图以及脉动电流的平滑化的示意图。如图2所示，在与电动发电机11对应的逆变器12的附近，用于使对交流电压进行整流时的电压变动平滑化的电容器16在动力型电池13与逆变器12之间并联地连接。另外，当用详细的等效电路模型记载动力型电池13时，用电压源101表现ocv(opencircuitvoltage，开路电压)，用电阻102表现表示电解液的电阻等的直流电阻，用电阻103表现来源于电解液中的离子的浓度极化等的极化的电阻分量，用电容器104表达极化电容分量。此外，在本实施方式中，将作为电阻103与电容器104的并联电路的极化项设为1个，但实际上串联地连接多个。在此，简易地设为1个。

在本实施方式中，相对于电动发电机11而以1对1的方式设置动力型电池13，所以例如能够将动力型电池13配置于各电动发电机11的在物理上靠近的位置，由此，能够与逆变器12相邻地设置动力型电池13。因此，能够缩短图2的虚线所示的从动力型电池13至逆变器12为止的布线105，能够降低由布线105的电阻r产生的电力损耗p。

即，电力损耗p通过下述式(1)来求出。式(1)中的i为电流值。而且，若从作为电力的供给源的动力型电池13至作为负载的逆变器12为止的物理上的距离变短，则布线105的电阻r变小，所以电力损耗p减少。

p＝i²r式(1)

进而，相对于电动发电机11而以1对1的方式设置动力型电池13，所以能够实现电压和电流的平滑化。即，通常，在逆变器的开关中如脉动电流106(参考图2)那样的周期性地变动的电压、电流流入至电池侧。在该状态下向电池的负载扩大，发热增加。为了抑制这样的电池的发热，需要使脉动电流106平滑化，输出稳定的电压、电流。

相对于此，在本实施方式中，如上所述，在逆变器12的附近配置用于使对交流电压进行整流时的电压变动平滑化的电容器16，能够经由该电容器16使脉动电流106平滑化成脉动电流107(参考图2)。

除此之外，本实施方式的动力型电池13具有上述的电容器104，所以能够进一步实现电压以及电流的平滑化。因而，由电容器16平滑化后的脉动电流107在通过动力型电池13时被平滑化成脉动电流108(参考图2)。由此，能够减少向容量型电池14的电流负载，且使电容器16承担的平滑化的功能由动力型电池13负担一部分，从而能够减少电容器16的容量。而且，在使电容器16承担的平滑化的功能由动力型电池13全部负担的情况下，能够省去电容器16，所以起到削减制造成本的效果。

这样使流入至容量型电池14侧的脉动电流平滑化，从而能够减轻容量型电池14的负载，能够抑制容量型电池14的发热以及劣化。

此外，在本实施方式中，设为车轮为4个，对每个车轮设置有电动发电机的例子，但不限定于这些内容，例如也可以用一个电动发电机来驱动两个车轮。另外，若车轮的数量以及与其对应的电动发电机的数量分别为两个以上，则也可以变更为任意的数量。进而，在本实施方式中，对具备1个容量型电池14和4个动力型电池13的例子进行了说明，但动力型电池13的数量不限于4个，为1个容量型电池与n(n≥2)个动力型电池的组合即可。

另外，在本实施方式中，也可以采用轮内马达的结构。例如，考虑在车轮2的轮[bai1]内部配置逆变器12以及动力型电池13。通过这样采用轮内马达的结构，从而除了能够提高用电效率之外，还能够有效利用轮内的无效空间，所以能够抑制动力型电池13的配置对车辆内的空间的影响。

<第2实施方式>

图3为表示应用了第2实施方式的复合蓄电系统的电动汽车的概略图。本实施方式的复合蓄电系统10a在多个逆变器12用高速通信线201连接这点上与上述第1实施方式不同，但其它结构与第1实施方式相同。

如图3所示，4个逆变器12利用高速通信线201相互连接，且经由该高速通信线201而与ecu15连接。在此的高速通信线201为能够高速地收发数据的通信线，例如通信周期为数十μsec以下。然后，通过高速通信而得到的各逆变器12的相位信息被发送至ecu15。ecu15基于被发送的各逆变器12的相位信息来进行各逆变器12的控制。

根据本实施方式的复合蓄电系统10a，除了能够得到与上述第1实施方式相同的作用效果之外，由于各逆变器12用高速通信线201连接，所以还能够使用高速通信线201将各电动发电机11的负载电流考虑在内地减轻向容量型电池14的电流负载。

更具体而言，在现实状况下，用10khz左右的频率的交流电力来驱动电动发电机11。因此，用第1实施方式的图2叙述的脉动电流也成为10khz左右的频率的脉动电流。当使其平滑化时，成为如脉动电流108(参考图2)那样，但尽管如此，在容量型电池14中也会流过某种程度的频率的负载电流。而且，在ecu15在逆变器12间不借鉴相互的状态而进行控制的情况下，来自各电动发电机11的负载电流成为相位一致的状态，所以负载电流为各电动发电机11的电流的4倍(电动发电机11为4个的情况)。

另外，在假设负载电流为完整的正弦波的情况下，来自各电动发电机11的负载通过下述式(2)求出，向容量型电池14的负载通过下述式(3)求出。在式(2)和式(3)中，in为从任意的电动发电机11向容量型电池14的负载电流，ω为频率，t为时间，a为振幅。itotal为来自4个电动发电机11的负载电流之和，为被施加至容量型电池14的负载电流。

in＝asin(ωt)式(2)

itotal＝4asin(ωt)式(3)

另一方面，利用高速通信线201相互进行通信，从而能够有意地使各逆变器12的控制电流相位错开。在使各电动发电机11的相位错开φ的情况下，itotal通过下述式(4)求出。

而且，若将φ例如设为π/2，则各负载电流彼此相抵消，itotal成为0。即，向容量型电池14的电流负载消失。

此外，从各电动发电机11输出的负载电流不是理想的正弦波，所以难以完全使各负载电流彼此相抵消，负载的平滑化成为如图4所示那样。图4的箭头的上方的图表示输入至各动力型电池13的负载电流的形态。各脉动电流以与电动发电机11的驱动频率对应的周期被输入至动力型电池13。在动力型电池13中也使该脉动电流平滑化，但未完全去除的分量被输入至容量型电池14。但是，通过高速通信来借鉴相互的状态，使相位错开，从而能够使各脉动电流抵消。由此，成为如图4的箭头的下方的图所示比原来的脉动电流稳定的负载，被输入至容量型电池14，所以能够减轻向容量型电池14的负载。

另外，作为控制电路，考虑将相位同步电路改良一部分，以使各相位差成为作为目标的φ的方式进行控制的结构。相位同步电路本来为了使各信号的相位成为0而施加反馈控制，但通过以使各信号的相位成为φ的方式施加反馈控制，能够错开目标相位差。

<第3实施方式>

图5为表示应用了第3实施方式的复合蓄电系统的电动汽车的概略图。本实施方式的复合蓄电系统10b与上述第1实施方式的不同点在于在由多个动力型电池13构成的动力型电池组17与容量型电池14之间设置第1继电器301，但其它结构与第1实施方式相同。

具体而言，4个动力型电池13构成动力型电池组17。动力型电池组17相当于权利要求书所记载的“动力型蓄电装置组”。而且，动力型电池组17与容量型电池14由1个第1继电器301连接。第1继电器301为用于控制容量型电池14的继电器，其接通/关断操作被ecu15控制。ecu15例如根据动力型电池13的电压信息、soc信息、电动汽车1的加速踏板角度信息、电动汽车1的速度信息等来进行第1继电器301的控制。

根据本实施方式的复合蓄电系统10b，除了能够得到与上述第1实施方式相同的作用效果之外，由于在动力型电池组17与容量型电池14之间设置第1继电器301，所以还能够进一步减轻容量型电池14的负载。

更具体而言，例如在1个动力型电池13的能量为1kwh的情况下，由于当前状况的电动汽车1能够进行10km/kwh[bai2]左右的行驶，所以仅凭4个动力型电池13就能够行驶40km。因而，只要为较短的行驶，就能够仅凭这些动力型电池13进行行驶，若使第1继电器301成为关断，则向容量型电池14的负载成为0。

由于能够进行这样的控制，所以例如在动力型电池13的电压、soc(stateofcharge)为规定值以下的情况下，使第1继电器301成为接通而进行控制处理，从而能够减轻容量型电池14的负载。关于在此的控制处理，可举出用容量型电池14补偿动力型电池13的能量的不足量的控制处理、通过仅在踩踏加速踏板的情况下使第1继电器301接通的加速联动控制来使再生全部由动力型电池13负担的控制处理、在电动汽车1完全停止的情况下通过使第1继电器301接通来补偿动力型电池13的能量不足量的控制处理等。

以下，参考图6，对使用了第1继电器301的控制处理的一个例子进行说明。该控制处理例如由ecu15执行。

如图6所示，在步骤s100中，控制处理开启，开始运算。

在步骤s101中，ecu15判断是否正踩踏加速踏板。在被判断为驾驶员正踩踏加速踏板的情况下，控制处理进入至步骤s102。另一方面，在被判断为未踩踏的情况下，控制处理进入至步骤s104。ecu15根据加速踏板角度的信号，判断是否正踩踏加速踏板。

在步骤s102中，ecu15判断动力型电池13的电压以及soc是否为规定范围外。在此的规定范围为根据电池的安全使用范围来决定的控制范围。例如是soc为30～70％的使用范围外则劣化加深那样的电池的情况下，以保持该范围的方式进行控制。电压也同样。然后，在被判断为动力型电池13的电压以及soc为规定范围外的情况下，控制处理进入至步骤s103。另一方面，在被判断为不是规定范围外的情况下，控制处理进入至步骤s104。

在步骤s103中，ecu15对第1继电器301发送控制信号，使该第1继电器301接通。因此，容量型电池14和动力型电池组17为电连接的状态，从容量型电池14向动力型电池13供给电力。步骤s103对应于电力负载小的情况或者动力型电池13处于危险水域的情况。在成为该步骤s103的时机，为电力负载小的时机，通过从容量型电池14向动力型电池13供给电力，来防止能量不足。然后，当步骤s103结束时，控制处理进入至步骤s105。

在步骤s104中，ecu15对第1继电器301发送控制信号，使该第1继电器301关断。步骤s104对应于电力负载大的情况或者仅动力型电池13能够负担电力的情况。在成为该步骤s104的时机，能够减轻向容量型电池14的负载。然后，当步骤s104结束时，控制处理进入至步骤s105。

在步骤s105中，运算结束。然后，每个运算周期而重复这样的控制处理。

这样，在电力负载大的时机的情况下，通过以不连接容量型电池14的方式控制第1继电器301，能够减轻容量型电池14的负载。

<第4实施方式>

图7为表示应用了第4实施方式的复合蓄电系统的电动汽车的概略图。本实施方式的复合蓄电系统10c在针对每个动力型电池13还设置有第2继电器401这点上与上述第3实施方式不同，但其它结构与第3实施方式相同。

具体而言，复合蓄电系统10c还具备相对于4个动力型电池13而以1对1的方式设置的4个第2继电器401。各动力型电池13经由对应的第2继电器401而与容量型电池14连接。第2继电器401为用于控制动力型电池13的继电器，其接通/关断操作被ecu15控制。ecu15例如根据动力型电池13的电压信息、soc信息等来进行第2继电器401的控制。

根据本实施方式的复合蓄电系统10c，除了能够得到与上述第3实施方式相同的作用效果之外，由于还具备相对于4个动力型电池13而以1对1的方式设置的4个第2继电器401，各动力型电池13经由第2继电器401而与容量型电池14连接，所以还能够使来自动力型电池13的电力负载分散。

例如，在上述第3实施方式中，为仅第1继电器301的控制，所以来自各动力型电池13的负载全部同时输入至容量型电池14。另一方面，通过做成本实施方式的结构，能够使输入各动力型电池13的负载的时机错开，所以能够防止来自容量型电池14的急剧的电力输出。

以下，参考图8，对使负载的定时错开的控制处理进行说明。此外，该控制处理例如由ecu15进行。

如图8所示，在步骤s200中，控制处理开启，开始运算。

在步骤s201中，ecu15判断第1个动力型电池13的电压以及soc是否为与其对应的规定范围外。在此，与其对应的规定范围为与第1个动力型电池13对应的控制范围。因而，与第2个动力型电池13对应的规定范围为与第2个动力型电池13对应的控制范围，与第n个动力型电池13对应的规定范围为与第n个动力型电池13对应的控制范围。与各动力型电池13对应的规定范围既可以为相同的控制范围，也可以为不同的控制范围。此外，动力型电池13的顺序没有确定的规则等，例如按照电动汽车1中的动力型电池13的配置位置适当地决定。

然后，在被判断为第1个动力型电池13的电压以及soc为与其对应的规定范围外的情况下，控制处理进入至步骤s202。另一方面，在被判断为不是规定范围外的情况下，控制处理进入至步骤s203。

在步骤s202中，ecu15对与第1个动力型电池13对应的第2继电器401发送控制信号，使该第2继电器401接通。因此，第1个动力型电池13成为经由与其对应的第2继电器401和第1继电器301而与容量型电池14电连接的状态，从容量型电池14向第1个动力型电池13供给电力。另一方面，在步骤s203中，ecu15对与第1个动力型电池13对应的第2继电器401发送控制信号，使该第2继电器401关断。

接着，针对第2个、第3个动力型电池13而依次进行相同的控制处理。然后，在步骤s204中，ecu15判断第n个(在本实施方式中，第4个)动力型电池13的电压以及soc是否为与其对应的规定范围外。

然后，在被判断为第n个动力型电池13的电压以及soc为与其对应的规定范围外的情况下，控制处理进入至步骤s205。另一方面，在被判断为不是规定范围外的情况下，控制处理进入至步骤s206。

在步骤s205中，ecu15对与第n个动力型电池13对应的第2继电器401发送控制信号，使该第2继电器401接通。因此，第n个动力型电池13成为经由与其对应的第2继电器401和第1继电器301而与容量型电池14电连接的状态，从容量型电池14向第n个动力型电池13供给电力。然后，当步骤s205结束时，控制处理进入至步骤s207。

另一方面，在步骤s206中，ecu15对与第n个动力型电池13对应的第2继电器401发送控制信号，使该第2继电器401关断。然后，当步骤s206结束时，控制处理进入至步骤s207。

在步骤s207中，运算结束。然后，每个运算周期而重复这样的控制处理。

这样由动力型电池13划分控制规定范围n，从而能够将使第2继电器401接通的时机错开。例如，将与第1个动力型电池13对应的规定范围设为soc30～70％，使与第n个动力型电池13对应的规定范围变化为soc35～75％，从而在动力型电池13整体的soc大致成为35％时，使与第n个动力型电池13对应的第2继电器401接通，但能够使与第1个动力型电池13对应的第2继电器401仍保持关断。然后，在上述第3实施方式的构成中，向所有的动力型电池13供给电力，所以供给大电力，但通过采用本实施方式的构成，从而成为整体的电力负载的1/n，所以能够使容量型电池14的负载时机错开。

<第5实施方式>

图9为表示应用了第5实施方式的复合蓄电系统的电动汽车的概略图。本实施方式的复合蓄电系统10d与上述第4实施方式的不同点在于在动力型电池组17与容量型电池之间设置dc/dc转换器501，但其它构成与第4实施方式相同。

即，4个动力型电池13构成动力型电池组17，在动力型电池组17与容量型电池14之间设置有1个dc/dc转换器501。dc/dc转换器501由ecu15控制。ecu15例如根据动力型电池13的电压信息、soc信息、电动汽车1的加速踏板角度信息、电动汽车1的速度信息等来进行dc/dc转换器501的控制。

根据本实施方式的复合蓄电系统10d，除了能够得到与上述第4实施方式相同的作用效果之外，由于在动力型电池组17与容量型电池14之间设置dc/dc转换器501，所以即使容量型电池14与动力型电池13的电压不同，也能够构成复合蓄电系统10d。另外，通过设置dc/dc转换器501，能够进行例如将能够始终供应行驶的电力从容量型电池14持续供给至动力型电池13的控制，所以能够进一步减轻容量型电池14的负载。

符号说明

1电动汽车，2车轮，10、10a、10b、10c、10d复合蓄电系统，11电动发电机，12逆变器，13动力型电池，14容量型电池，15ecu，16电容器，17动力型电池组，201高速通信线，301第1继电器，401第2继电器，501dc/dc转换器。