(57)【要約】【課題】  組電池が搭載された車両の走行性能を向上させる。【解決手段】  電池システムは、車両を走行させる駆動源であるモータと、モータに電力を供給可能な高容量型組電池および高出力型組電池と、高容量型組電池および高出力型組電池の充放電を制御するコントローラと、を有する。高容量型組電池は、高出力型組電池より相対的に大きなエネルギ容量を有する。高出力型組電池は、高容量型組電池より相対的に大きな電流で充放電を行うことができる。コントローラは、高容量型組電池を継続的に放電する。コントローラは、高容量型組電池を継続的に放電している間、高出力型組電池のＳＯＣが所定値に沿うように高出力型組電池の充放電を制御する。コントローラは、高容量型組電池を継続的に放電していないとき、高出力型組電池のＳＯＣが所定値よりも低下する方向に、高出力型組電池を継続的に放電させる。【選択図】  図１
2013038441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を走行させる駆動源であるモータと、
前記モータに電力を供給可能な高容量型組電池および高出力型組電池と、
前記高容量型組電池および前記高出力型組電池の充放電を制御するコントローラと、を有し、
前記高容量型組電池は、前記高出力型組電池より相対的に大きなエネルギ容量を有し、前記高出力型組電池は、前記高容量型組電池より相対的に大きな電流で充放電が可能であり、
前記コントローラは、
前記高容量型組電池を継続的に放電するとともに、前記高容量型組電池を継続的に放電している間、前記高出力型組電池のＳＯＣが所定値に沿うように前記高出力型組電池の充放電を制御し、
前記高容量型組電池を継続的に放電していないとき、前記高出力型組電池のＳＯＣが前記所定値よりも低下する方向に、前記高出力型組電池を継続的に放電させる、
ことを特徴とする電池システム。
【請求項２】
前記高容量型組電池の出力電力を、前記モータに供給される電力に変換する電力変換器を有しており、
前記コントローラは、前記電力変換器の制御により、前記高容量型組電池から前記モータに供給される電力を一定電力に維持することを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
前記電力変換器は、前記高容量型組電池の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータであり、
前記コントローラは、前記昇圧コンバータのリアクトルに流れる電流値を制御して、前記昇圧コンバータから前記モータに出力される電力を一定電力に維持することを特徴とする請求項２に記載の電池システム。
【請求項４】
前記高出力型組電池は、前記電力変換器および前記モータを接続する電力線と接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の電池システム。
【請求項５】
前記一定電力は、所定時間内における要求電力の平均値であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の電池システム。
【請求項６】
前記コントローラは、要求電力のうち、前記高容量型組電池の出力電力を超える電力を、前記高出力型組電池から出力させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の電池システム。
【請求項７】
前記高容量型組電池および前記高出力型組電池を継続的に放電していないとき、前記高容量型組電池および前記高出力型組電池は、車両の外部に設けられた電源からの電力を受けて充電を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の電池システム。
【請求項８】
車両を走行させる駆動源であるモータに電力を供給可能な高容量型組電池および高出力型組電池の充放電を制御する制御方法であって、
前記高容量型組電池は、前記高出力型組電池より相対的に大きなエネルギ容量を有し、前記高出力型組電池は、前記高容量型組電池より相対的に大きな電流で充放電が可能であり、
前記高容量型組電池を継続的に放電し、
前記高容量型組電池を継続的に放電している間、前記高出力型組電池のＳＯＣが所定値に沿うように前記高出力型組電池の充放電を制御し、
前記高容量型組電池を継続的に放電していないとき、前記高出力型組電池のＳＯＣが前記所定値よりも低下する方向に、前記高出力型組電池を継続的に放電させる、
ことを特徴とする制御方法。
【請求項９】
前記高容量型組電池から前記モータに供給される電力を一定電力に維持することを特徴とする請求項８に記載の制御方法。
【請求項１０】
昇圧コンバータを用いて、前記高容量型組電池の出力電圧を昇圧するとともに、昇圧された電圧を前記モータに出力し、
前記昇圧コンバータに流れる電流を制御して、前記昇圧コンバータから前記モータに出力される電力を一定電力に維持することを特徴とする請求項９に記載の制御方法。
【請求項１１】
前記一定電力は、所定時間内における要求電力の平均値であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の制御方法。
【請求項１２】
前記高出力型組電池は、要求電力のうち、前記高容量型組電池の出力電力を超える電力を出力することを特徴とする請求項８から１１のいずれか１つに記載の制御方法。
【請求項１３】
前記高容量型組電池および前記高出力型組電池を継続的に放電していないとき、車両の外部に設けられた電源からの電力供給により、前記高容量型組電池および前記高出力型組電池を充電することを特徴とする請求項８から１２のいずれか１つに記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに異なる特性を有する２種類の組電池が搭載された車両において、各組電池の充放電を制御する電池システムと、この制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の技術では、電気自動車に搭載される組電池として、並列に接続された高出力密度型二次電池および高エネルギ密度型二次電池を用いている。これにより、一定以上の高出力密度を維持しつつ、高エネルギ密度を得ることができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１１２４２号公報
【特許文献２】特開平０９−２９８８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、車両の走行性能を向上させる点に関して、高出力密度型二次電池および高エネルギ密度型二次電池の充放電を、どのように制御するかについては、何ら開示されていない。高出力密度型二次電池および高エネルギ密度型二次電池の充放電制御によっては、車両の走行性能を確保しにくいことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願第１の発明である電池システムは、車両を走行させる駆動源であるモータと、モータに電力を供給可能な高容量型組電池および高出力型組電池と、高容量型組電池および高出力型組電池の充放電を制御するコントローラと、を有する。高容量型組電池は、高出力型組電池より相対的に大きなエネルギ容量を有する。高出力型組電池は、高容量型組電池より相対的に大きな電流で充放電を行うことができる。【０００６】
コントローラは、高容量型組電池を継続的に放電する。コントローラは、高容量型組電池を継続的に放電している間、高出力型組電池のＳＯＣが所定値に沿うように高出力型組電池の充放電を制御する。コントローラは、高容量型組電池を継続的に放電していないとき、高出力型組電池のＳＯＣが所定値よりも低下する方向に、高出力型組電池を継続的に放電させる。【０００７】
本願第１の発明によれば、高容量型組電池を継続的に放電させることにより、高容量型組電池の出力電力を用いて車両を走行させることができる。高容量型組電池は、高出力型組電池よりもエネルギ容量が大きいため、高容量型組電池の出力電力を用いることにより、車両の走行距離を確保することができる。【０００８】
また、高容量型組電池を継続的に放電させている間は、高出力型組電池の充放電制御によって、高出力型組電池のＳＯＣを所定値に沿うように変化させている。これにより、車両の要求電力が高容量型組電池の出力電力を超えるときには、高出力型組電池の出力電力を用いることにより、要求電力を確保することができる。また、車両の制動時に回生電力が発生したときには、回生電力を高出力型組電池に蓄えることができる。このように、車両の走行状態に応じて、高出力型組電池の充電および放電を使い分けることができる。【０００９】
電力変換器を用いて、高容量型組電池の出力電力を、モータに供給される電力に変換することができる。電力変換器を用いることにより、高容量型組電池からモータに供給される電力を一定電力に維持することができる。これにより、定電流に近い状態で、高容量型組電池を放電することができ、高容量型組電池において、過電流や過電圧が発生するのを抑制することができる。【００１０】
電力変換器としては、高容量型組電池の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータを用いることができる。ここで、昇圧コンバータのリアクトルに流れる電流値を制御することにより、昇圧コンバータからモータに出力される電力を一定電力に維持することができる。高出力型組電池は、電力変換器およびモータを接続する電力線に接続することができる。また、一定電力としては、所定時間内における要求電力の平均値とすることができる。【００１１】
高容量型組電池および高出力型組電池の充電状態に応じて、継続的な放電を行わないことができる。高容量型組電池および高出力型組電池を継続的に放電していないときには、車両の外部に設けられた電源から、高容量型組電池および高出力型組電池に電力を供給することができる。これにより、高容量型組電池および高出力型組電池の継続的な放電を再び行うことができる。【００１２】
本願第２の発明は、高容量型組電池および高出力型組電池の充放電を制御する制御方法である。高容量型組電池および高出力型組電池は、車両を走行させる駆動源であるモータに電力を供給することができる。高容量型組電池は、高出力型組電池より相対的に大きなエネルギ容量を有する。高出力型組電池は、高容量型組電池より相対的に大きな電流で充放電を行うことができる。【００１３】
ここで、高容量型組電池は、継続的に放電させる。高容量型組電池を継続的に放電している間、高出力型組電池のＳＯＣが所定値に沿うように高出力型組電池の充放電を制御する。高容量型組電池を継続的に放電していないとき、高出力型組電池のＳＯＣが所定値よりも低下する方向に、高出力型組電池を継続的に放電させる。本願第２の発明においても、本願第１の発明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電池システムの構成を示す図である。
【図２】高出力型組電池の単電池で用いられる発電要素の構成を示す図である。
【図３】高容量型組電池の単電池で用いられる発電要素の構成を示す図である。
【図４】単電池の出力および温度の関係を示す図である。
【図５】単電池の容量維持率および温度の関係を示す図である。
【図６】電池システムの動作を説明するフローチャートである。
【図７】高容量型組電池および高出力型組電池におけるＳＯＣの推移を示す図である。
【図８】高出力型組電池の出力性能および入力性能を説明する図である。
【図９】高容量型組電池および高出力型組電池の使用状況を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の実施例１である電池システムについて説明する。図１は、本実施例である電池システムの構成を示す図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載される。この車両としては、電気自動車やハイブリッド自動車がある。電気自動車は、車両を走行させる動力源として、後述する組電池だけを備えている。ハイブリッド自動車は、車両を走行させる動力源として、後述する組電池の他に、エンジンや燃料電池を備えている。【００１７】
高容量型組電池１０は、直列に接続された複数の単電池１１を有する。高容量型組電池１０に含まれる２つの単電池１１には、ヒューズ１２が接続されている。高出力型組電池２０は、直列に接続された複数の単電池２１を有する。高出力型組電池２０に含まれる２つの単電池２１には、ヒューズ２２が接続されている。単電池１１，２１としては、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を用いることができる。【００１８】
高容量型組電池１０は、高出力型組電池２０よりも大きなエネルギ容量を有している。高出力型組電池２０は、高容量型組電池１０よりも大きな電流で充放電を行うことができる。図１では、組電池１０，２０を構成する複数の単電池１１，２１が直列に接続されているが、組電池１０，２０には、並列に接続された複数の単電池１１，２１が含まれていてもよい。組電池１０，２０の違いについては、後述する。【００１９】
電圧センサ１３は、高容量型組電池１０の端子間電圧を検出し、検出結果をコントローラ１００に出力する。電流センサ１４は、高容量型組電池１０の充放電電流を検出し、検出結果をコントローラ１００に出力する。電圧センサ２３は、高出力型組電池２０の端子間電圧を検出し、検出結果をコントローラ１００に出力する。電流センサ２４は、高出力型組電池２０の充放電電流を検出し、検出結果をコントローラ１００に出力する。【００２０】
高容量型組電池１０は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１を介して、昇圧コンバータ３０に接続されている。コンデンサ１６は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１に接続されており、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１の間における電圧変動を平滑化する。【００２１】
正極ラインＰＬ１には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ１が設けられており、負極ラインＮＬ１には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１が設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐ１および制限抵抗１５は、互いに直列に接続されているとともに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ１に対して並列に接続されている。【００２２】
システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｐ１，ＳＭＲ−Ｂ１は、コントローラ１００からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。高容量型組電池１０を昇圧コンバータ３０と接続するとき、まず、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐ１，ＳＭＲ−Ｂ１がオフからオンに切り替わる。このとき、制限抵抗１５に電流が流れる。次に、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ１がオフからオンに切り替わるとともに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐ１がオンからオフに切り替わる。【００２３】
これにより、高容量型組電池１０および昇圧コンバータ３０の接続が完了する。高容量型組電池１０および昇圧コンバータ３０の接続を遮断するときには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｂ１がオンからオフに切り替わる。【００２４】
高出力型組電池２０は、正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬ２を介して、インバータ４０と接続されている。正極ラインＰＬ２には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ２が設けられており、負極ラインＮＬ２には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２が設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐ２および制限抵抗２５は、互いに直列に接続されているとともに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ２に対して並列に接続されている。【００２５】
システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ２，ＳＭＲ−Ｐ２，ＳＭＲ−Ｂ２は、コントローラ１００からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。高出力型組電池２０をインバータ４０と接続するとき、まず、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐ２，ＳＭＲ−Ｂ２がオフからオンに切り替わる。このとき、制限抵抗２５に電流が流れる。次に、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ２がオフからオンに切り替わるとともに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐ２がオンからオフに切り替わる。【００２６】
これにより、高出力型組電池２０およびインバータ４０の接続が完了する。高出力型組電池２０およびインバータ４０の接続を遮断するときには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ２，ＳＭＲ−Ｂ２がオンからオフに切り替わる。【００２７】
昇圧コンバータ３０は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１の間における電圧を昇圧してバスラインＰＢ，ＮＢの間に出力する。昇圧コンバータ３０は、リアクトル３１を有している。リアクトル３１の一端は、正極ラインＰＬ１と接続され、リアクトル３１の他端は、トランジスタ３２のエミッタと、トランジスタ３３のコレクタとに接続されている。【００２８】
トランジスタ３２，３３は、バスラインＰＢ，ＮＢの間で、直列に接続されている。トランジスタ３２，３３としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、ｎｐｎ型トランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）を用いることができる。【００２９】
ダイオード３４，３５は、トランジスタ３２，３３に対して、それぞれ並列に接続されている。具体的には、ダイオード３４，３５のアノードが、トランジスタ３２，３３のエミッタと接続され、ダイオード３４，３５のカソードが、トランジスタ３２，３３のコレクタと接続されている。コンデンサ１７は、バスラインＰＢ，ＮＢに接続されており、バスラインＰＢ，ＮＢの間における電圧変動を平滑化する。【００３０】
昇圧コンバータ３０は、昇圧動作や降圧動作を行う。昇圧コンバータ３０が昇圧動作を行うとき、コントローラ１００は、トランジスタ３３をオンにするとともに、トランジスタ３２をオフにする。これにより、高容量型組電池１０からリアクトル３１に電流が流れ、リアクトル３１には、電流量に応じた磁場エネルギが蓄積される。次に、コントローラ１００は、トランジスタ３３をオンからオフに切り替えることにより、リアクトル３１からダイオード３４を介して、インバータ４０に電流を流す。これにより、リアクトル３１で蓄積されたエネルギが、昇圧コンバータ３０から放出され、昇圧動作が行われる。【００３１】
昇圧コンバータ３０が降圧動作を行うとき、コントローラ１００は、トランジスタ３２をオンにするとともに、トランジスタ３３をオフにする。これにより、インバータ４０からの電力が高容量型組電池１０に供給され、高容量型組電池１０の充電が行われる。【００３２】
インバータ４０は、昇圧コンバータ３０や高出力型組電池２０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）５０に出力する。また、インバータ４０は、モータジェネレータ５０が生成した交流電力を直流電力に変換して、昇圧コンバータ３０に出力する。インバータ４０は、コントローラ１００からの制御信号を受けて動作する。モータジェネレータ５０は、三相交流モータである。【００３３】
インバータ４０は、Ｕ相アームと、Ｖ相アームと、Ｗ相アームとを有する。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、並列に接続されている。【００３４】
Ｕ相アームは、トランジスタ４１１，４１２およびダイオード４１３，４１４を有する。トランジスタ４１１，４１２は、バスラインＰＢ，ＮＢの間で、直列に接続されている。ダイオード４１３，４１４は、トランジスタ４１１，４１２に対して、それぞれ並列に接続されている。具体的には、ダイオード４１３，４１４のアノードは、トランジスタ４１１，４１２のエミッタと接続され、ダイオード４１３，４１４のカソードは、トランジスタ４１１，４１２のコレクタと接続されている。【００３５】
Ｖ相アームは、トランジスタ４２１，４２２およびダイオード４２３，４２４を有する。トランジスタ４２１，４２２は、バスラインＰＢ，ＮＢの間で、直列に接続されている。ダイオード４２３，４２４は、トランジスタ４２１，４２２に対して、それぞれ並列に接続されている。具体的には、ダイオード４２３，４２４のアノードは、トランジスタ４２１，４２２のエミッタと接続され、ダイオード４２３，４２４のカソードは、トランジスタ４２１，４２２のコレクタと接続されている。【００３６】
Ｗ相アームは、トランジスタ４３１，４３２およびダイオード４３３，４３４を有する。トランジスタ４３１，４３２は、バスラインＰＢ，ＮＢの間で、直列に接続されている。ダイオード４３３，４３４は、トランジスタ４３１，４３２に対して、それぞれ並列に接続されている。具体的には、ダイオード４３３，４３４のアノードは、トランジスタ４３１，４３２のエミッタと接続され、ダイオード４３３，４３４のカソードは、トランジスタ４３１，４３２のコレクタと接続されている。【００３７】
モータジェネレータ５０は、インバータ４０から供給された電気エネルギを運動エネルギに変換する。モータジェネレータ５０は、車輪と接続されており、モータジェネレータ５０によって生成された運動エネルギ（回転力）は、車輪に伝達される。これにより、車両を走行させることができる。また、車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータジェネレータ５０は、車輪からの回転力を受けて発電する。モータジェネレータ５０によって生成された交流電力は、インバータ４０に出力される。【００３８】
充電器２００は、バスラインＰＢ，ＮＢに接続されており、外部電源からの電力を組電池１０，２０に供給する。外部電源としては、例えば、商用電源を用いることができる。外部電源が交流電力を供給するときには、充電器２００は、交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池１０，２０に出力する。また、外部電源が直流電力を供給するときには、直流電力が組電池１０，２０に供給される。【００３９】
次に、高容量型組電池１０で用いられる単電池１１の特性と、高出力型組電池２０で用いられる単電池２１の特性について説明する。表１は、単電池１１，２１の特性を比較したものである。表１に示す「高」および「低」は、２つの単電池１１，２１を比較したときの関係を示している。すなわち、「高」は、比較対象の単電池と比べて高いことを意味しており、「低」は、比較対象の単電池と比べて低いことを意味している。【００４０】
【表１】
2013038441.tif 000003
【００４１】
単電池２１の出力密度は、単電池１１の出力密度よりも高い。単電池１１，２１の出力密度は、例えば、単電池の単位質量当たりの電力（単位［Ｗ／ｋｇ］）や、単電池の単位体積当たりの電力（単位［Ｗ／Ｌ］）として表すことができる。単電池１１，２１の質量又は体積を等しくしたとき、単電池２１の出力［Ｗ］は、単電池１１の出力［Ｗ］よりも高くなる。【００４２】
また、単電池１１，２１の電極素子（正極素子又は負極素子）における出力密度は、例えば、電極素子の単位面積当たりの電流値（単位［ｍＡ／ｃｍ＾２］）として表すことができる。電極素子の出力密度に関して、単電池２１は、単電池１１よりも高い。ここで、電極素子の面積が等しいとき、単電池２１の電極素子に流すことができる電流値は、単電池１１の電極素子に流すことができる電流値よりも大きくなる。【００４３】
単電池１１の電力容量密度は、単電池２１の電力容量密度よりも高い。単電池１１，２１の電力容量密度は、例えば、単電池の単位質量当たりの容量（単位［Ｗｈ／ｋｇ］）や、単電池の単位体積当たりの容量（単位［Ｗｈ／Ｌ］）として表すことができる。単電池１１，２１の質量又は体積を等しくしたとき、単電池１１の電力容量［Ｗｈ］は、単電池２１の電力容量［Ｗｈ］よりも大きくなる。【００４４】
単電池１１，２１の電極素子における容量密度は、例えば、電極素子の単位質量当たりの容量（単位［ｍＡｈ／ｇ］）や、電極素子の単位体積当たりの容量（単位［ｍＡｈ／ｃｃ］）として表すことができる。電極素子の容量密度に関して、単電池１１は、単電池２１よりも高い。ここで、電極素子の質量又は体積が等しいとき、単電池１１の電極素子の容量は、単電池２１の電極素子の容量よりも大きくなる。【００４５】
単電池１１，２１として、リチウムイオン二次電池を用いるとき、例えば、単電池１１の負極活物質として、グラファイト（黒鉛）を用い、単電池１１の正極活物質として、リチウム・ニッケル系複合酸化物を用いることができる。また、例えば、単電池２１の負極活物質として、ハードカーボン（難黒鉛化炭素材料）を用い、単電池２１の正極活物質として、リチウム・マンガン系複合酸化物を用いることができる。【００４６】
図２は、単電池１１における発電要素の構成を示す概略図であり、図３は、単電池２１における発電要素の構成を示す概略図である。【００４７】
図２において、単電池１１の発電要素を構成する正極素子１１１は、集電板１１２と、集電板１１２の両面に形成された活物質層１１３とを有する。単電池１１がリチウムイオン二次電池であるとき、集電板１１２の材料としては、例えば、アルミニウムを用いることができる。活物質層１１３は、正極活物質、導電材およびバインダーなどを含んでいる。【００４８】
単電池１１の発電要素を構成する負極素子１１４は、集電板１１５と、集電板１１５の両面に形成された活物質層１１６とを有する。単電池１１がリチウムイオン二次電池であるとき、集電板１１５の材料としては、例えば、銅を用いることができる。活物質層１１６は、負極活物質、導電材およびバインダーなどを含んでいる。【００４９】
正極素子１１１および負極素子１１４の間には、セパレータ１１７が配置されており、セパレータ１１７は、正極素子１１１の活物質層１１３と、負極素子１１４の活物質層１１６とに接触している。正極素子１１１、セパレータ１１７および負極素子１１４を、この順に積層して積層体を構成し、積層体を巻くことによって、発電要素を構成することができる。【００５０】
本実施例では、集電板１１２の両面に活物質層１１３を形成したり、集電板１１５の両面に活物質層１１６を形成したりしているが、これに限るものではない。具体的には、いわゆるバイポーラ電極を用いることができる。バイポーラ電極では、集電板の一方の面に正極活物質層１１３が形成され、集電板の他方の面に負極活物質層１１６が形成されている。複数のバイポーラ電極の間にセパレータを挟んで積層することにより、発電要素を構成することができる。【００５１】
図３において、単電池２１の発電要素を構成する正極素子２１１は、集電板２１２と、集電板２１２の両面に形成された活物質層２１３とを有する。単電池２１がリチウムイオン二次電池であるとき、集電板２１２の材料としては、例えば、アルミニウムを用いることができる。活物質層２１３は、正極活物質、導電材およびバインダーなどを含んでいる。【００５２】
単電池２１の発電要素を構成する負極素子２１４は、集電板２１５と、集電板２１５の両面に形成された活物質層２１６とを有する。単電池２１がリチウムイオン二次電池であるとき、集電板２１５の材料としては、例えば、銅を用いることができる。活物質層２１６は、負極活物質、導電材およびバインダーなどを含んでいる。正極素子２１１および負極素子２１４の間には、セパレータ２１７が配置されており、セパレータ２１７は、正極素子２１１の活物質層２１３と、負極素子２１４の活物質層２１６とに接触している。【００５３】
図２および図３に示すように、単電池１１および単電池２１における正極素子１１１，２１１を比較したとき、活物質層２１３の厚さＤ２１は、活物質層１１３の厚さＤ１１よりも薄い。また、単電池１１および単電池２１における負極素子１１４，２１４を比較したとき、活物質層２１６の厚さＤ２２は、活物質層１１６の厚さＤ１２よりも薄い。活物質層２１３，２１６の厚さＤ２１，Ｄ２２が活物質層１１３，１１６の厚さＤ１１，Ｄ１２よりも薄いことにより、単電池２１では、正極素子２１１および負極素子２１４の間で電流が流れやすくなる。したがって、単電池２１の出力密度は、単電池１１の出力密度よりも高くなる。【００５４】
ここで、活物質層における単位容量当たりの体積（単位［ｃｃ／ｍＡｈ］）に関して、活物質層２１３は、活物質層１１３よりも大きく、活物質層２１６は、活物質層１１６よりも大きい。活物質層１１３，１１６の厚さＤ１１，Ｄ１２は、活物質層２１３，２１６の厚さＤ２１，Ｄ２２よりも厚いため、単電池１１の容量密度は、単電池２１の容量密度よりも高くなる。また、単電池１１の内部抵抗は、単電池２１の内部抵抗よりも高くなる。【００５５】
次に、電池の入出力の温度依存性について説明する。表１に示すように、入出力の温度依存性に関して、単電池１１は、単電池２１よりも高い。すなわち、単電池１１の入出力は、単電池２１の入出力と比べて、温度変化に対して変化しやすい。図４は、温度に対する単電池１１，２１の出力特性を示している。図４において、横軸は温度を示し、縦軸は出力を示している。図４は、単電池１１，２１の出力特性を示しているが、単電池１１，２１の入力特性についても、図４と同様の関係がある。【００５６】
図４に示すように、温度が低下するにつれて、単電池１１，２１の出力性能が低下する。ここで、単電池１１における出力性能の低下率は、単電池２１における出力性能の低下率よりも高い。すなわち、単電池１１の出力性能は、単電池２１の出力性能に比べて、温度による影響を受けやすい。【００５７】
図５は、単電池１１，２１の容量維持率と、温度との関係を示す図である。図５において、横軸は温度を示し、縦軸は容量維持率を示している。容量維持率とは、初期状態にある単電池１１，２１の容量（初期容量）と、使用状態（劣化状態）にある単電池１１，２１の容量（劣化容量）との比（劣化容量／初期容量）で表される。初期状態とは、単電池１１，２１を製造した直後の状態であり、単電池１１，２１を使用し始める前の状態をいう。図５に示すグラフは、各温度において、単電池の充放電を繰り返した後の単電池１１，２１の容量維持率を示している。【００５８】
図５に示すように、温度が上昇するにつれて、単電池１１，２１の容量維持率が低下する傾向がある。容量維持率の低下は、単電池１１，２１の劣化を表している。温度上昇に対する容量維持率の低下率に関して、単電池１１は、単電池２１よりも高い。言い換えれば、単電池１１は、単電池２１と比べて、温度上昇（温度変化）に対して劣化し易くなっている。このように、高容量型組電池１０は、高出力型組電池２０よりも温度に対する依存性が高くなっている。【００５９】
本実施例の電池システムの動作について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。図６に示す処理は、コントローラ１００によって実行され、所定の周期で繰り返して行われる。図７は、組電池１０，２０におけるＳＯＣ（State of Charge）の変化（一例）を示す図である。図７において、横軸は時間を示し、縦軸はＳＯＣを示す。ＳＯＣは、満充電容量に対して、現在の充電容量が占める割合である。【００６０】
例えば、組電池１０，２０が満充電状態となっているとき、図６に示す処理を開始することができる。図７では、図６に示す処理を開始するタイミング（ｔ０）において、組電池１０，２０のＳＯＣが１００％となっているが、これに限るものではない。組電池１０，２０のＳＯＣが１００％よりも低い値であっても、図２に示す処理を開始させることができる。ここで、組電池１０，２０のＳＯＣを１００％に近づけておけば、車両の走行距離を延ばすことができる。【００６１】
図６に示す処理を開始するとき、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ２，ＳＭＲ−Ｂ２がオンとなっており、組電池１０，２０は、負荷（昇圧コンバータ３０やインバータ４０）に接続されている。【００６２】
ステップＳ１０１において、コントローラ１００は、高容量型組電池１０の放電を開始させる。これにより、高容量型組電池１０のＳＯＣは、低下し始める。【００６３】
ステップＳ１０２において、コントローラ１００は、車両の要求電力が、高容量型組電池１０の出力電力よりも高いか否かを判別する。車両の要求電力は、例えば、アクセルペダル（図示せず）の操作に応じて変化する。運転者がアクセルペダルを踏み込むことにより、車両の要求電力が上昇すれば、車両の要求電力は、高容量型組電池１０の出力電力よりも高くなりやすい。車両の要求電力が、高容量型組電池１０の出力電力よりも高いときには、ステップＳ１０３に進み、そうでなければ、本処理を終了する。【００６４】
ステップＳ１０３において、コントローラ１００は、高出力型組電池２０を放電させる。これにより、組電池１０，２０の出力電力がモータジェネレータ５０に供給され、車両の走行が行われる。高出力型組電池２０は、高容量型組電池１０よりも大きな電流で充放電を行うことができる。このため、車両の要求電力のうち、高容量型組電池２０の出力電力を超えた分については、高出力型組電池２０の出力電力を用いることにより、車両の要求電力を確保しやすくなる。【００６５】
組電池１０，２０を放電させれば、図７に示すように、組電池１０，２０のＳＯＣが低下し始める。モータジェネレータ５０が生成した回生電力は、高出力型組電池２０に蓄えることができる。【００６６】
ステップＳ１０４において、コントローラ１００は、高出力型組電池２０のＳＯＣが基準値ＳＯＣ_refよりも低いか否かを判別する。コントローラ１００は、電圧センサ２３の出力に基づいて、高出力型組電池２０のＳＯＣを推定することができる。【００６７】
高出力型組電池２０のＳＯＣは、高出力型組電池２０のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）と対応関係がある。ＳＯＣおよびＯＣＶの対応関係を予め求めておけば、高出力型組電池２０のＯＣＶから、高出力型組電池２０のＳＯＣを特定することができる。高出力型組電池２０のＯＣＶは、高出力型組電池２０のＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）、言い換えれば、電圧センサ２３による検出電圧と、高出力型組電池２０の反応抵抗による電圧降下量とから求められる。【００６８】
ここでは、電圧センサ２３による検出電圧から、高出力型組電池２０のＳＯＣを推定しているが、これに限るものではない。例えば、高出力型組電池２０の充放電電流を積算することにより、高出力型組電池２０のＳＯＣを推定することができる。高出力型組電池２０の充放電電流は、電流センサ２４を用いて取得することができる。【００６９】
基準値ＳＯＣ_refは、１００％よりも低く、０％よりも高い値であり、車両の走行性能などを考慮して、適宜設定することができる。例えば、基準値ＳＯＣ_refは、以下に説明するように設定することができる。【００７０】
図８は、高出力型組電池２０の出力性能および入力性能を示している。図８において、縦軸は、高出力型組電池２０の入力性能および出力性能を示し、横軸は、高出力型組電池２０のＳＯＣを示す。高出力型組電池２０のＳＯＣが上昇することに応じて、高出力型組電池２０の出力性能は向上する。すなわち、高出力型組電池２０のＳＯＣが上昇することに応じて、高出力型組電池２０の出力を確保しやすくなるとともに、高出力型組電池２０の入力を確保し難くなる。言い換えれば、高出力型組電池２０のＳＯＣが低下することに応じて、高出力型組電池２０の入力を確保しやすくなるとともに、高出力型組電池２０の出力を確保し難くなる。【００７１】
基準値ＳＯＣ_refは、出力性能を示す曲線と、入力性能を示す曲線とが互いに交わるときのＳＯＣに設定することができる。このように基準値ＳＯＣ_refを設定することにより、高出力型組電池２０のＳＯＣが基準値ＳＯＣ_refであるときには、高出力型組電池２０の出力および入力を確保し易くなる。すなわち、高出力型組電池２０の入力又は出力だけが確保されるのを防止できる。【００７２】
高出力型組電池２０の入力を確保するだけでは、高出力型組電池２０を放電（出力）することができず、要求電力を確保し難くなる。また、高出力型組電池２０の出力を確保するだけでは、高出力型組電池２０を充電（入力）することができず、回生電力を蓄えることができなくなってしまう。このように、高出力型組電池２０の入力又は出力だけを確保すると、車両の走行性能を向上させにくくなる。【００７３】
基準値ＳＯＣ_refは、図８で説明した値からずれていてもよい。基準値ＳＯＣ_refが、図８で説明した値からずれていても、高出力型組電池２０の入力および出力を確保することができる。図８で説明した値からのずれ（許容量）は、適宜設定することができる。【００７４】
ステップＳ１０４において、高出力型組電池２０のＳＯＣが基準値ＳＯＣ_refよりも低いときには、ステップＳ１０５の処理に進み、そうでなければ、本処理を終了する。【００７５】
ステップＳ１０５において、コントローラ１００は、高出力型組電池２０のＳＯＣが基準値ＳＯＣ_refに沿うように、高出力型組電池２０の充放電を制御する。具体的には、高出力型組電池２０のＳＯＣが基準値ＳＯＣ_refよりも低いとき、コントローラ１００は、高出力型組電池２０の充電を優先して、高出力型組電池２０のＳＯＣを基準値ＳＯＣ_refに近づける。高出力型組電池２０の充電を行うとき、モータジェネレータ５０によって生成された回生電力を高出力型組電池２０に供給したり、高容量型組電池１０の出力電力を高出力型組電池２０に供給したりすることができる。【００７６】
一方、高出力型組電池２０のＳＯＣが基準値ＳＯＣ_refよりも高いとき、コントローラ１００は、高出力型組電池２０の放電を優先して、高出力型組電池２０のＳＯＣを基準値ＳＯＣ_refに近づける。高出力型組電池２０の放電を行うときには、高出力型組電池２０の出力電力をモータジェネレータ５０に供給する。【００７７】
高出力型組電池２０は、高容量型組電池１０よりもエネルギ容量が小さいため、図７に示すように、高出力型組電池２０のＳＯＣは、高容量型組電池１０のＳＯＣよりも低下しやすいことがある。図７に示す例では、時刻ｔ１において、高出力型組電池２０のＳＯＣが基準値ＳＯＣ_refに到達している。時刻ｔ１を経過した後において、コントローラ１００は、高出力型組電池２０のＳＯＣが基準値ＳＯＣ_refに沿うように、高出力型組電池２０の充放電を制御する。【００７８】
ステップＳ１０６において、コントローラ１００は、高容量型組電池１０のＳＯＣが０％に到達したか否かを判別する。高出力型組電池２０のＳＯＣを推定する方法と同様の方法によって、高容量型組電池１０のＳＯＣを推定することができる。高容量型組電池１０のＳＯＣが０％に到達したときには、ステップＳ１０７の処理に進み、そうでなければ、本処理を終了する。【００７９】
ステップＳ１０７において、コントローラ１００は、高容量型組電池１０の充放電を停止する。図７では、時刻ｔ２において、高容量型組電池１０のＳＯＣが０％に到達しており、時刻ｔ２を経過した後においては、高容量型組電池１０の充放電が停止される。ここで、モータジェネレータ５０によって生成された回生電力は、高出力型組電池２０に蓄えられる。本実施例では、高容量型組電池１０のＳＯＣが０％に到達するまで、高容量型組電池１０を放電させているが、これに限るものではない。例えば、高容量型組電池１０のＳＯＣが０％に到達する直前に、高容量型組電池１０の充放電を停止することができる。【００８０】
高容量型組電池１０のＳＯＣが１００％から０％に変化するまで、高容量型組電池１０を継続的に放電させて、高容量型組電池１０に蓄えられた電気エネルギを使い切ることにより、車両の走行距離を延ばすことができる。また、高容量型組電池１０の電力を用いることにより、高出力型組電池２０からの電力供給を抑制することができる。すなわち、車両を走行させる上で、高出力型組電池２０の電力を補足的に用いることができる。【００８１】
ステップＳ１０８において、コントローラ１００は、基準値ＳＯＣ_refに基づく、高出力型組電池２０の充放電制御を解除する。そして、コントローラ１００は、高出力型組電池２０を積極的に放電させる。高容量型組電池１０のＳＯＣが０％に到達しているため、車両の要求電力を確保するためには、高出力型組電池２０を積極的に放電させる必要がある。これにより、図７に示すように、時刻ｔ２が経過した後においては、高出力型組電池２０のＳＯＣが基準値ＳＯＣ_refから低下し始める。【００８２】
車両の走行パターンによっては、回生電力が高出力型組電池２０に蓄えられるが、車両の走行に応じて、高出力型組電池２０のＳＯＣは低下しやすくなる。高出力型組電池２０を放電し続ければ、時刻ｔ３において、高出力型組電池２０のＳＯＣが０％に到達する。組電池１０，２０のＳＯＣが０％に到達した後は、充電器２００を用いることにより、組電池１０，２０を充電することができる。これにより、組電池１０，２０のＳＯＣを１００％に近づけることができる。組電池１０，２０を充電した後は、図６に示す処理を行うことができる。【００８３】
本実施例によれば、高容量型組電池１０の出力電力を用いて車両を走行させることができる。また、車両の要求電力が、高容量型組電池１０の出力電力を超えるときには、不足分の電力を、高出力型組電池２０の出力電力で補うことができる。【００８４】
図９は、車両の要求電力に応じて組電池１０，２０の使用状況を説明する図である。図９において、縦軸は電力を示し、横軸は時間を示す。図９に示す波形は、車両の要求電力（一例）を示している。車両の要求電力は、車両の走行パターンに応じて変化する。【００８５】
車両の要求電力が、高容量型組電池１０の出力電力に到達していないときには、高容量型組電池１０の出力だけを用いて、車両を走行させることができる。一方、車両の要求電力が、高容量型組電池１０の出力電力を超えているときには、組電池１０，２０の出力を用いて車両を走行させることができる。【００８６】
高容量型組電池１０の電力としては、例えば、負荷の電力の平均値とすることができる。ここでいう負荷とは、インバータ４０およびモータジェネレータ５０である。負荷の電力は、時刻に応じて変化するため、平均値としては、所定時間内における負荷の電力の平均値とすることができる。所定時間は、適宜設定することができ、例えば、数秒に設定することができる。コントローラ１００は、直近における負荷電力の平均値を算出し、算出された平均値を、高容量型組電池１０からインバータ４０に供給される電力として設定することができる。【００８７】
コントローラ１００は、昇圧コンバータ３０のリアクトル３１に流れる電流値を制御することにより、高容量型組電池１０からインバータ４０に供給される電力を、負荷電力の平均値とすることができる。昇圧コンバータ３０に対する制御指令値となる電流値は、負荷電力の平均値を、インバータ４０の電圧（バスラインＰＢ，ＮＢの間の電圧）で割った値とすることができる。【００８８】
高容量型組電池１０の出力電力を、一定値（負荷電力の平均値）に維持することにより、定電流に近い状態で、高容量型組電池１０を放電させることができる。これにより、高容量型組電池１０において、過電流や過電圧の発生を抑制することができ、高容量型組電池１０の定格電圧および定格電流を確保することができる。【００８９】
上述したように、高容量型組電池１０は、高出力型組電池２０よりも内部抵抗が高くなるため、発熱などを抑制するためには、高容量型組電池１０において、定格電圧や定格電流を確保する必要がある。また、上述したように、高容量型組電池１０は、高出力型組電池２０よりも温度依存性が高く、温度が高いほど、劣化しやすい。このため、高容量型組電池１０の発熱を抑制することにより、高容量型組電池１０の劣化を抑制することができる。【００９０】
本実施例では、昇圧コンバータ３０を用いて、高容量型組電池１０の出力電圧を昇圧しているが、これに限るものではない。すなわち、昇圧コンバータ３０を省略することもできる。この場合には、高容量型組電池１０からインバータ４０に供給される電力を一定値に維持するための電力変換器を設ける必要がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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