(57)【要約】【課題】より好適に電池の内部抵抗を算出することができる電源装置システムを提供することである。【解決手段】モータジェネレータ６０に電力を供給するための蓄電装置１２の内部抵抗を蓄電装置１２の両端電圧の電圧変動量と蓄電装置１２を流れる電流の電流変動量とに基づいて求める電源装置システム１０において、電圧変動量と電流変動量とを大きくすることで、蓄電装置１２の内部抵抗を求める精度を向上させる精度向上手段を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機に電力を供給するための電池の内部抵抗を電池の両端電圧の電圧変動量と電池を流れる電流の電流変動量とに基づいて求める電源装置システムにおいて、
電圧変動量と電流変動量とを大きくすることで、電池の内部抵抗を求める精度を向上させる精度向上手段を備えることを特徴とする電源装置システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置システムにおいて、
電池と回転電機との間に設けられる昇圧回路を備え、
精度向上手段は、
昇圧回路のコイルの値とキャパシタの値との少なくとも１つを変更してコイルとキャパシタとの間で共振させ、電圧変動量と電流変動量とを大きくすることを特徴とする電源装置システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電源装置システムにおいて、
回転電機に流れる電流を検出する電流センサを備え、
精度向上手段は、
電流センサにオフセット誤差を与えて回転電機のパワー変動を発生させ、電圧変動量と電流変動量とを大きくすることを特徴とする電源装置システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置システムに係り、特に、回転電機に電力を供給するための電池を備える電源装置システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機に電力を供給するための電池を備える電源装置システムがハイブリッド車両等において搭載されることがある。そして、このような電源装置システムにおいて、電池の内部抵抗を算出することが求められることがある。例えば、特許文献１には、充電制御装置として、エンジンの回転を電動モータに伝え、電動モータにより発電された電力をバッテリに充電するハイブリッド車両の充電制御装置であって、車両停車時に、エンジンに回転数が周期的に変動する間欠アイドリング運転を行わせるように制御するエンジン制御手段と、バッテリに加わる周期的に変動する充電電圧及び充電電流からバッテリの内部抵抗を算出する内部抵抗算出手段と、バッテリの内部抵抗に応じてバッテリの充電状態を算出する充電状態算出手段とを備える構成が開示されている。そして、バッテリの充電状態が所定値以上となった場合には、エンジンの回転を停止することが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３３２０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の構成によれば、バッテリに加わり周期的に変動する充電電圧及び充電電流からバッテリの内部抵抗を算出することが出来るが、バッテリに加わり周期的に変動する充電電圧及び充電電流の変動量によって、内部抵抗を算出する精度が悪くなることがある。
【０００５】
本発明の目的は、より好適に電池の内部抵抗を算出することができる電源装置システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電源装置システムは、回転電機に電力を供給するための電池の内部抵抗を電池の両端電圧の電圧変動量と電池を流れる電流の電流変動量とに基づいて求める電源装置システムにおいて、電圧変動量と電流変動量とを大きくすることで、電池の内部抵抗を求める精度を向上させる精度向上手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る電源装置システムにおいて、電池と回転電機との間に設けられる昇圧回路を備え、精度向上手段は、昇圧回路のコイルの値とキャパシタの値との少なくとも１つを変更してコイルとキャパシタとの間で共振させ、電圧変動量と電流変動量とを大きくすることが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係る電源装置システムにおいて、回転電機に流れる電流を検出する電流センサを備え、精度向上手段は、電流センサにオフセット誤差を与えて回転電機のパワー変動を発生させ、電圧変動量と電流変動量とを大きくすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成の電源装置システムによれば、回転電機に電力を供給するための電池の内部抵抗を電池の両端電圧の電圧変動量と電池を流れる電流の電流変動量とに基づいて求める電源装置システムにおいて、電圧変動量と電流変動量とを大きくすることで、電池の内部抵抗を求める精度を向上させることができる。したがって、より好適に電池の内部抵抗を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電源装置システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では電源装置システムは、ハイブリッド車両に搭載されるものとして説明するが、電気自動車に搭載されるものであってもよい。
【００１２】
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。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１３】
図１は、電源装置システム１０を示す図である。電源装置システム１０は、電源装置１００と制御部１１０とを含んで構成される。モータジェネレータ６０は、電源装置１００によって駆動される。以下、電源装置１００について説明して、モータジェネレータ６０、制御部１１０の順に説明する。なお、以下では電源装置システム１０は、ＩＧ−ＯＮ（イグニッションオン）を行うことでシステムが起動されるハイブリッド車両に搭載されるものとして説明する。
【００１４】
電源装置１００は、蓄電装置１２と、電流センサ１４と、第１リレー回路部１６と、第２リレー回路部２０と、第３リレー回路部２３と、コンデンサ２８，４０と、昇降圧コンバータ回路３９と、インバータ回路２００とを含んで構成される。
【００１５】
蓄電装置１２は、モータジェネレータ６０に電力を供給するための二次電池である。また、蓄電装置１２は、充放電可能な直流電源であって、例えば、炭素物質で構成された負極と、リチウムイオンが移動するための電解液と、リチウムイオンを可逆的に出し入れできる正極活物質とを有するリチウムイオン二次電池を用いることができる。なお、蓄電装置１２には、内部抵抗Ｚbが存在するが内部抵抗Ｚbの算出については後述する。
【００１６】
電流センサ１４は、蓄電装置１２の一方側端子に直列に接続され、蓄電装置１２に対して流れる電流ＩBを計測する電流センサである。なお、蓄電装置１２に対して流れる電流値は、電流センサ１４を用いて計測するものとして説明するが、電源装置システム１０の蓄電装置１２によって駆動される回路についての電力総計値をコンデンサ２８の両端電圧ＶL（換言すれば、蓄電装置１２の両端電圧）で除算した値から推定して求めてもよい。
【００１７】
第１リレー回路部１６は、電流センサ１４に直列に接続されるリレーであり、制御部１１０の制御指令によって接続あるいは遮断の制御が行われる。第２リレー回路部２０は、抵抗素子２２と、制御部１１０の制御指令によって接続あるいは遮断の制御が行われるリレー１８とが直列に接続されて構成される。また、第２リレー回路部２０は、蓄電装置１２の他方側端子に直列に接続される。第３リレー回路部２３は、第２リレー回路部２０に並列に接続されるリレーであり、制御部１１０の制御指令によって接続あるいは遮断の制御が行われる。
【００１８】
コンデンサ２８は、正極側ライン２４と負極側ライン２６との間に接続され、正極側ライン２４と負極側ライン２６との間の電圧変動を平滑化する平滑コンデンサである。ここで、コンデンサ２８の両端電圧をＶLとする。なお、ＶLは図示しない電圧センサを用いて計測することができる。
【００１９】
昇降圧コンバータ回路３９は、正極側ライン２４と直列に接続されるリアクトル３０と、リアクトル３０と正極側ライン５０との間に接続されるトランジスタ３２と、リアクトル３０と負極側ライン５２との間に接続されるトランジスタ３４と、トランジスタ３２に並列に接続されるダイオード３６と、トランジスタ３４に並列に接続されるダイオード３８とを含んで構成される。ここで、リアクトル３０は、制御部１１０の制御によってインダクタンス値が変更される可変式のリアクトルであるが、制御部１１０の制御によらずにユーザ等の人手によってインダクタンス値を変更することができるものとしてもよい。
【００２０】
昇降圧コンバータ回路３９は、蓄電装置１２から受け取る直流電圧についてリアクトル３０を用いて昇圧する機能を有する。具体的には、昇降圧コンバータ回路３９は、トランジスタ３４のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトル３０に電磁エネルギとして蓄積する。そして、昇降圧コンバータ回路３９は、その蓄積された電磁エネルギをトランジスタ３４がオフされたタイミングに同期してダイオード３６を介してコンデンサ４０に蓄積することで昇圧を行う。
【００２１】
また、昇降圧コンバータ回路３９は、インバータ回路２００から受ける直流電圧を降圧し、蓄電装置１２を充電する。したがって、昇降圧コンバータ回路３９の昇降圧によって、蓄電装置１２とコンデンサ４０との間の充放電を繰り返して蓄電装置１２の昇温制御をすることができる。
【００２２】
コンデンサ４０は、正極側ライン５０と負極側ライン５２との間に接続され、正極側ライン５０と負極側ライン５２との間の電圧変動を平滑化する平滑コンデンサである。ここで、コンデンサ４０の両端電圧をＶHとする。ここで、コンデンサ４０は、制御部１１０の制御によって容量値が変更される可変式のコンデンサであるが、制御部１１０の制御によらずにユーザ等の人手によって容量値を変更することができるものとしてもよい。
【００２３】
インバータ回路２００は、力行時にはコンデンサ４０の直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ６０に供給し、これによりモータジェネレータ６０が回転駆動される。また、インバータ回路２００は、回生時にはモータジェネレータ６０で発電された交流電圧を直流電圧に変換して蓄電装置１２に供給し、これにより蓄電装置１２が充電される。
【００２４】
インバータ回路２００の構成要素として、正極側ライン５０と負極側ライン５２との間にトランジスタ２１０とトランジスタ２２０とが直列接続される。また、トランジスタ２１０にはダイオード２１２が並列に接続され、トランジスタ２２０にはダイオード２２２が並列に接続される。
【００２５】
インバータ回路２００の別の構成要素として、正極側ライン５０と負極側ライン５２との間にトランジスタ２３０とトランジスタ２４０とが直列接続される。そして、トランジスタ２３０にはダイオード２３２が並列に接続され、トランジスタ２４０にはダイオード２４２が並列に接続される。
【００２６】
インバータ回路２００のさらに別の構成要素として、正極側ライン５０と負極側ライン５２との間にトランジスタ２５０とトランジスタ２６０とが直列接続される。そして、トランジスタ２５０にはダイオード２５２が並列に接続され、トランジスタ２６０にはダイオード２６２が並列に接続される。
【００２７】
モータジェネレータ６０は、電源装置１００に接続される回転電機（負荷）である。モータジェネレータ６０は、Ｕ相リアクトル６２とＶ相リアクトル６４とＷ相リアクトル６６とを含んで構成される。Ｕ相リアクトル６２は、トランジスタ２１０とトランジスタ２２０との接続点と中性点６８との間に接続されるリアクトルである。Ｖ相リアクトル６４は、トランジスタ２３０とトランジスタ２４０との接続点と中性点６８との間に接続されるリアクトルである。Ｗ相リアクトル６６は、トランジスタ２５０とトランジスタ２６０との接続点と中性点６８との間に接続されるリアクトルである。
【００２８】
Ｕ相電流センサ６３は、モータジェネレータ６０のＵ相コイル６０を流れる電流値を計測するために取り付けられる電流センサである。Ｖ相電流センサ６５は、モータジェネレータ６０のＶ相コイル６４を流れる電流値を計測するために取り付けられる電流センサである。なお、Ｗ相コイル６６に流れる電流は、キルヒホッフの法則を用い、Ｕ相電流センサ６３での計測値とＶ相電流センサ６５での計測値を用いて算出することができる。
【００２９】
次に、制御部１１０について説明する。制御部１１０は、電源装置システム１０において電源装置１００を制御する制御装置である。例えば、制御部１１０は、昇降圧コンバータ回路３９とインバータ回路２００の各トランジスタのスイッチング制御を行う。ここでは、特に、制御部１１０において、蓄電装置１２の両端電圧の変動量と、蓄電装置１２に流れる電流の変動量とに基づいて、蓄電装置１２の内部抵抗Ｚb（インピーダンス）を算出する機能について説明する。ここで、Ｖb（蓄電装置１２の電圧）＝Ｚb（蓄電装置１２の内部抵抗）・ＩB（蓄電装置１２を流れる電流値）＋ＶL（コンデンサ２８の両端電圧）・・・（式１）である。そして、ＩB、ＶLが変動すると、Ｖb＝Ｚb・（ＩB＋ΔＩB（ｊω））＋（ＶL＋ΔＶL（ｊω））・・・（式２）となる。したがって、（式２）−（式１）となるとΔＶL（ｊω）＝−Ｚb・ΔＩB（ｊω）・・・（式３）であり、Ｚb＝−ΔＶL（ｊω）／ΔＩB（ｊω）＝−ΔＶL／ΔＩB・・・（式４）となり、（式４）を用いることで蓄電装置１２の内部抵抗Ｚbを算出することができる。
【００３０】
ここで、上記(式２)（式３）で示されたΔＶLとΔＩBは、それぞれＶLとＩBの変動量であり、蓄電装置１２の内部抵抗Ｚbは、（式４）に示されているように、ＶLとＩBの変動量から算出することができる。したがって、電池装置システム１０によれば、ＶLとＩBの変動量が小さい場合に比べてＶLとＩBの変動量が大きい方が蓄電装置１２の内部抵抗Ｚbを算出する精度が向上する。なお、ＩB，ΔＩBは電流センサ１４で計測することができ、ＶL，ΔＶLは上述の電圧センサで計測することができる。
【００３１】
制御部１１０は、（式４）を利用し、ΔＶLとΔＩBに基づいて内部抵抗Ｚbを算出する機能を有する。制御部１１０は、ユーザ等から蓄電装置１２の内部抵抗Ｚbの算出の要求があったときに、リアクトル３０とコンデンサ４０との間で共振させるように、リアクトル３０のインダクタンス値とコンデンサ４０の容量値のうち少なくともいずれか一方の値を変更する機能を有している。
【００３２】
したがって、リアクトル３０とコンデンサ４０との間で共振が発生すると、電荷がリアクトル３０を介してコンデンサ４０の両極間を行ったりきたりし、ＶLとＩBの変動量が大きくなる。これにより、（式４）を用いて蓄電装置１２の内部抵抗Ｚbを精度よく算出することができる。
【００３３】
次に、電源装置システム１０の変形例について説明する。電源装置システム１０の変形例と電源装置システム１０との相違は、制御部１１０のみであるため、制御部１１０を中心に説明する。
【００３４】
上記電源装置システム１０で説明したように、（式４）から蓄電装置１２の内部抵抗Ｚbを算出することができる。ここで、上述したように、ＶLとＩBの変動量が大きい方が蓄電装置１２の内部抵抗Ｚbを算出する精度が向上する。なお、ＩB，ΔＩBは電流センサ１４で計測することができ、ＶL，ΔＶLは上述の電圧センサで計測することができる。
【００３５】
続いて、モータジェネレータ６０のパワー変動が発生する原理について説明する。ここで、ｉｄはｄ軸電流、ｉｑはｑ軸電流、Δｉｄはｄ軸電流の変動量、Δｉｑはｑ軸電流の変動量、行列Ｔ32は、ｕｖｗ／ｄｑ変換を行うための変換行列である。また、ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、それぞれｕ相、ｖ相、ｗ相を流れる電流であり、δはＵ相電流センサ６３４、Ｖ相電流センサ６５のオフセットを示している。なお、ｉｕはＵ相電流センサ６３で計測することができ、ｉｖはＶ相電流センサ６５で計測することができ、ｉｗはキルヒホッフの法則を用い、Ｕ相電流センサ６３とＶ相電流センサ６５の計測値から算出することができる。
【００３６】
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【００３７】
（式５）に示されるようにｉｄ、ｉｑにそれぞれΔｉｄ、Δｉｑの変動量が考慮されるが、ｕｖｗ／ｄｑ変換を行う式等を反映して整理することで（式６）を導くことができる。（式５）と（式６）から（式７）を導き、ΔｉｄとΔｉｑとδとの関係を導くことができる。（式７）からすると、Ｕ相電流センサ６３、Ｖ相電流センサ６５にオフセットδを乗せると、Δｉｄ、Δｉｑが振幅３√（２／３）δで振動することがわかる。
【００３８】
一方、（式８）に示されるように、モータジェネレータ６０のパワーＰは、ｄｑ電圧とｄｑ電流との内積で表すことが出来る。ここで、ｄｑ電圧とｄｑ電流のそれぞれをｄ軸、ｑ軸に分けて記載すると（式９）、（式１０）に示されるように、それぞれＶｄ，Ｖｑを求めることができる。そして、（式８）に（式９）、（式１０）を代入すると（式１１）に示されるようにモータジェネレータ６０のパワーＰを求める式を導出することができる。
【００３９】
そして、モータジェネレータ６０のパワーＰにパワー変動量ΔＰが考慮されると（式１２）となる。そして、（式１１）を（式１２）に代入して整理すると（式１３）となる。ここで、（式１３）と（式７）から（式１４）を導出することができる。
【００４０】
上述したようにＵ相電流センサ６３，Ｖ相電流センサ６５にオフセットδを乗せると、Δｉｄ、Δｉｑが振幅３√（２／３）δで振動し、この振動は（式１３）より、パワー変動量ΔＰに影響することが分かる。
【００４１】
制御部１１０は、（式４）を利用し、ΔＶLとΔＩBに基づいて内部抵抗Ｚbを算出する機能を有する。また、制御部１１０は、（式１２）で得られたパワーＰ＋パワー変動量ΔＰを用いてモータジェネレータ６０の回転制御を行う機能を有している。さらに、制御部１１０は、ユーザ等から蓄電装置１２の内部抵抗Ｚbの算出の要求があったときに、Ｕ相電流センサ６３，Ｖ相電流センサ６５のオフセットδを意図的に与える機能を有する。
【００４２】
したがって、Ｕ相電流センサ６３，Ｖ相電流センサ６５のオフセットδを、例えば意図的に大きな値を与えることで（式７）に示されるように、変動量Δｉｄ、Δｉｑが大きくなる。そして、（式１３）に示されるように、変動量Δｉｄ、Δｉｑが大きくなることでモータジェネレータ６０のパワー変動量ΔＰが大きくなる。このように、モータジェネレータ６０のパワー変動量ΔＰが大きくなることで、モータジェネレータ６０への電力の供給側の電圧変動量ΔＶLと電流変動量ΔＩBの大きさも大きくなる。したがって、電源装置システム１０の変形例によれば、電源装置システム１０と同様に、精度良く蓄電装置１２の内部抵抗Ｚbを算出することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  電源装置システム、１２  蓄電装置、１４  電流センサ、１６  第１リレー回路部、１８  リレー、２０  第２リレー回路部、２２  抵抗素子、２３  第３リレー回路部、２４，５０  正極側ライン、２６，５２  負極側ライン、２８，４０  コンデンサ、３０  リアクトル、３２，３４  トランジスタ、３６，３８  ダイオード、３９  昇降圧コンバータ回路、６０  モータジェネレータ、６２  Ｕ相リアクトル、６３  Ｕ相電流センサ、６４  Ｖ相リアクトル、６５  Ｖ相電流センサ、６６  Ｗ相リアクトル、６８  中性点、１００  電源装置、１１０  制御部、２００  インバータ回路、２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０  トランジスタ、２１２，２２２，２３２，２４２，２５２，２６２  ダイオード。
【図１】
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