(57)【要約】【課題】二次電池と他の動力源とを組み合わせて用いられるハイブリッドシステムの模擬試験を適切に行うことを可能とする。【解決手段】電圧制御信号を受けて、当該電圧制御信号に応じた電圧を出力する電源部３０と、電源部３０から出力される電流を検出する電流センサ３４と、電流センサ３４で検出された電流値を受けて、模擬対象となる二次電池における出力電圧と出力電流との関係を示す出力電圧−出力電流関係テーブルを参照して、検出された電流値に対応する出力電圧を示す電圧制御信号を生成し、電源部３０へ出力する電池ＥＣＵ模擬装置３２と、を備える電源装置により上記課題を解決することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置と他の動力源とを組み合わせて負荷装置を駆動させるハイブリッドシステム、の試験に用いられる電源装置であって、
電圧制御信号を受けて、当該電圧制御信号に応じた電圧を出力する電源部と、
前記電源部から出力される電流を検出する電流センサと、
前記電流センサで検出された電流値を受けて、模擬対象となる蓄電装置における出力電圧と出力電流との関係を示す出力電圧−出力電流関係テーブルを参照して、前記検出された電流値に対応する出力電圧を示す電圧制御信号を生成し、前記電源部へ出力する電池電子制御ユニットと、
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置において、
前記電池電子制御ユニットは、前記電流センサで検出された電流値を受けて、前記出力電圧−出力電流関係テーブル及び模擬対象となる蓄電装置における充電状態（ＳＯＣ）と出力電流との関係を示すＳＯＣ−出力電流関係テーブルとを参照して、前記検出された電流値に対応するＳＯＣを示すＳＯＣ信号を生成して出力することを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電源装置において、
前記出力電圧−出力電流関係テーブルは、模擬対象となる蓄電装置の内部抵抗に応じた出力電圧と出力電流との関係を示すデータを含むことを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電源装置において、
前記ＳＯＣ−出力電流関係テーブルは、模擬対象となる蓄電装置のＳＯＣに応じたＯＣＶと出力電流との関係を示すデータを含むことを特徴とする電源装置。
【請求項５】
蓄電装置と他の動力源とを組み合わせて負荷装置を駆動させるハイブリッドシステム、の試験装置であって、
前記動力源と、
電圧制御信号を受けて、当該電圧制御信号に応じた電圧を出力する電源部と、
前記電源部から出力される電流を検出する電流センサと、
前記電流センサで検出された電流値を受けて、模擬対象となる蓄電装置における出力電圧と出力電流との関係を示す出力電圧−出力電流関係テーブルを参照して、前記検出された電流値に対応する出力電圧を示す電圧制御信号を生成し、前記電源部へ出力する電池電子制御ユニットと、
を備えることを特徴とする試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置と他の動力源とを組み合わせて用いられるハイブリッドシステムの試験装置及びそれに用いられる電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池と蓄電装置（二次電池）を組み合わせて、複数の動力源によって駆動されるモータを搭載したハイブリッド車両が開発されている。このようなハイブリッドシステムの機能を試験するための装置が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電池の負荷試験において、燃料電池から発生される電力の消費を抑制し、電力消費に伴う発熱を抑える電池試験用負荷装置が開示されている。また、特許文献２には、燃料電池による電力供給装置の稼動時の電気パラメータ及びガス供給状況をシミュレーションする機能試験及び展示装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６４０００号公報
【特許文献２】特開２００４−１８６１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハイブリッドシステムの試験装置では、蓄電装置を含む電源の電力制御を正しく評価するために、蓄電装置の特性変化による外乱をなくし、蓄電装置を繰り返し精度よく制御できることが必要とされる。
【０００６】
しかしながら、実際のシステムで用いられる蓄電装置や予め定められたタイミングで出力電圧を変化させる電源装置を用いる従来の試験方法では、それぞれ蓄電装置の特性の劣化等による再現性の低下や充放電特性が実際に用いられる蓄電装置と異なる等の問題があり、ハイブリッドシステムの稼動試験を適切に行うことができなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、蓄電装置と他の動力源とを組み合わせて用いられるハイブリッドシステムの試験を適切に行うことを可能とする試験装置及びそれに用いられる電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、蓄電装置と他の動力源とを組み合わせて負荷装置を駆動させるハイブリッドシステム、の試験に用いられる電源装置であって、電圧制御信号を受けて、当該電圧制御信号に応じた電圧を出力する電源部と、前記電源部から出力される電流を検出する電流センサと、前記電流センサで検出された電流値を受けて、模擬対象となる蓄電装置における出力電圧と出力電流との関係を示す出力電圧−出力電流関係テーブルを参照して、前記検出された電流値に対応する出力電圧を示す電圧制御信号を生成し、前記電源部へ出力する電池電子制御ユニットと、を備えることを特徴とする。これによって、模擬対象となる蓄電装置における出力電圧と出力電流との関係に応じた蓄電装置の模擬を行うことができる。
【０００９】
さらに、前記電池電子制御ユニットは、前記電流センサで検出された電流値を受けて、前記出力電圧−出力電流関係テーブル及び模擬対象となる蓄電装置における充電状態（ＳＯＣ）と出力電流との関係を示すＳＯＣ−出力電流関係テーブルとを参照して、前記検出された電流値に対応するＳＯＣを示すＳＯＣ信号を生成して出力することが好適である。ＳＯＣ信号を利用することによって、パワー制御ユニットにおいて、前記電源部と前記動力源とから前記負荷装置へ供給される動力の配分を適切に制御することができる。  
【００１０】
また、前記出力電圧−出力電流関係テーブルは、模擬対象となる蓄電装置の内部抵抗に応じた出力電圧と出力電流との関係を示すデータを含むことが好適である。また、前記ＳＯＣ−出力電流関係テーブルは、模擬対象となる蓄電装置のＳＯＣに応じたＯＣＶと出力電流との関係を示すデータを含むことが好適である。これにより、蓄電装置の出力特性及び充放電特性の経時的な変化を考慮した模擬試験を行うことができる。
【００１１】
本発明の電源装置はハイブリッドシステムの試験装置に適用することができる。すなわち、蓄電装置と他の動力源とを組み合わせて負荷装置を駆動させるハイブリッドシステム、の試験装置であって、前記動力源と、電圧制御信号を受けて、当該電圧制御信号に応じた電圧を出力する電源部と、前記電源部から出力される電流を検出する電流センサと、前記電流センサで検出された電流値を受けて、模擬対象となる蓄電装置における出力電圧と出力電流との関係を示す出力電圧−出力電流関係テーブルを参照して、前記検出された電流値に対応する出力電圧を示す電圧制御信号を生成し、前記電源部へ出力する電池電子制御ユニットと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蓄電装置と他の動力源とを組み合わせて用いられるハイブリッドシステムの試験を適切に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本実施の形態におけるハイブリッドシステムの試験装置１００は、図１に示すように、動力部１０２、電力制御部１０４、燃料電池１０６、模擬電源部１０８及び評価用コンピュータ１１０を含んで構成される。
【００１４】
動力部１０２は、負荷装置としてのトラクションモータ（電動機）１０及び動力計１２を含んで構成される。ここで、負荷装置は電気的な負荷装置であって、電動機の他にも、照明や熱源（エアコン）等がある。なお、本ハイブリッドシステムの実施の形態は車両だけでなく、建物用発電機としての用途もある。トラクションモータ１０は、電力制御部１０４に含まれるパワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２０から電力の供給を受けて、ロータを回転させる。トラクションモータ１０のロータは動力計１２の駆動軸に接続されており、動力計１２の駆動軸はトラクションモータ１０のロータの回転に伴って回転させられる。動力計１２は、駆動軸の回転角速度、回転角加速度、トルク等の検出センサを備え、駆動軸の回転角速度ω、回転角加速度α、トルクＴ等の評価パラメータを測定して評価用コンピュータ１１０へ出力する。
【００１５】
電力制御部１０４は、図１に示すように、ＰＣＵ２０及び電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２２を含んで構成される。ＰＣＵ２０は、直交流変換用のインバータ回路２４、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２６を含んで構成される。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２６は、ＥＣＵ２２から制御信号Ｓｃを受けて、燃料電池１０６及び模擬電源部１０８から供給される電力のバランスを調整する。燃料電池１０６及び模擬電源部１０８から供給される電力は、インバータ回路２４により直流−交流変換されて動力部１０２のトラクションモータ１０へ出力される。
【００１６】
ＥＣＵ２２は、模擬電源部１０８に含まれる電池電子制御ユニット模擬装置（電池ＥＣＵ模擬装置）３２と通信可能に接続され、電池ＥＣＵ模擬装置３２からＳＯＣ信号及び異常検出信号を受けて、これらの信号に基づいてＰＣＵ２０を制御する。また、ＥＣＵ２２から必要とされる電力を示す電力制御信号を電池ＥＣＵ模擬装置３２へ出力する。ＥＣＵ２２は、ＳＯＣ信号に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２６へ制御信号を出力して、燃料電池１０６及び模擬電源部１０８からトラクションモータ１０へ供給される電力のバランスを調整する。また、ＥＣＵ２２は、異常検出信号が模擬電源部１０８の異常を示している場合には、スイッチＳを遮断して模擬電源部１０８からトラクションモータ１０へ電力の供給を停止させる。
【００１７】
燃料電池１０６は、発電のユニットであるセルを多数積層して構成される。各セルは、イオン交換膜からなる電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込み、さらにその外側を一対のセパレータで挟み込んで構成される。セパレータには、アノード及びカソードに水素ガス等の燃料ガス及び酸素ガス等の酸化剤ガスを供給するための通路が形成され、この通路を介して燃料ガス及び酸化剤ガスを供給することによってセルの内部で化学反応が生じて発電がなされる。燃料電池１０６は、図１に示すように、電力制御部１０４のＰＣＵ２０に接続される。なお、動力源は好ましくは発電機であり、その実施の形態は燃料電池であったり、機械的な出力（回転力等）を発生する動力源（エンジン、タービン）を発電機とセットにした動力源であってもよい。
【００１８】
模擬電源部１０８は、本実施の形態におけるハイブリッドシステムの試験装置１００において蓄電装置（二次電池）を模擬するために用いられる。模擬電源部１０８は、図１に示すように、電源部３０、電池ＥＣＵ模擬装置３２及び電流センサ３４を含んで構成される。電源部３０は、外部からの電力供給を受けて、電池ＥＣＵ模擬装置３２からの電圧制御信号Ｓｖに基づいて制御された電圧で電力を出力する。電源部３０としては、例えば、スイッチング電源等を適用することができる。
【００１９】
電池ＥＣＵ模擬装置３２は、マイクロコンピュータを含んで構成され、電源部３０から出力される電力を制御すると共に、ＥＣＵ２２へＳＯＣ信号及び異常検出信号を出力する。電池ＥＣＵ模擬装置３２の内部メモリには、図２、図３及び図４に示すような必要電力−必要電流の関係テーブル、模擬する二次電池の特性をそれぞれ表す出力電圧−出力電流の関係テーブル及びＳＯＣ（充電状態：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）−出力電流の関係テーブルが格納及び保持されている。出力電圧−出力電流の関係テーブル及びＳＯＣ−出力電流の関係テーブルは回路の内部抵抗の値別に用意することが好適である。電池ＥＣＵ模擬装置３２は、評価用コンピュータ１１０から必要とされる出力電力に設定値を受けると、必要電力−必要電流の関係テーブルを参照してその設定値に応じた必要電流値を求める。さらに、出力電圧−出力電流の関係テーブルを参照して、求められた必要電流値に対応する電圧を求め、その電圧値を示す電圧制御信号Ｓｖを生成して電源部３０へ出力する。電源部３０からは電圧制御信号Ｓｖに応じた電圧Ｖが出力される。これによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２６には回路の内部抵抗値に応じた電流Ｉが供給される。電流センサ３４では、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２６へ供給されている電流Ｉが検出される。電池ＥＣＵ模擬装置３２は、電流センサ３４で検出された電流Ｉの値を受けて、模擬する二次電池の特性を表す出力電圧−出力電流の関係テーブルを再び参照して電流Ｉの値及び回路の内部抵抗値に基づいて現在の電圧制御信号Ｓｖを補正して出力する。このようなフィードバック回路によって出力電流Ｉが制御され、電源部３０は二次電池を模擬する電源装置として機能する。
【００２０】
また、電池ＥＣＵ模擬装置３２は、電流センサ３４で検出された電流Ｉの値を受けて、模擬する二次電池の特性を表すＳＯＣ−出力電流の関係テーブルを参照して、現在の電流Ｉの値及び回路の内部抵抗値に対応するＳＯＣを求め、そのＳＯＣを示すＳＯＣ信号を生成してＥＣＵ２２へ出力する。すなわち、電池ＥＣＵ模擬装置３２が模擬している二次電池の充放電特性に応じたＳＯＣを示すＳＯＣ信号がＥＣＵ２２へ送信される。
【００２１】
ここで、図３及び図４に示すように、模擬する二次電池のＯＣＶ（図３，４ではＯＣＶ１，ＯＣＶ２・・・・ＯＣＶｎ。）に対応する出力電力−出力電流の関係テーブル、出力電圧−出力電流の関係テーブル及びＳＯＣ−出力電流の関係テーブルをそれぞれ複数用意しておき、電池ＥＣＵ模擬装置３２が評価用コンピュータ１１０から電圧の初期設定値を受けて試験が開始されてからの時間Ｔに対応する出力電圧−出力電流の関係テーブル及びＳＯＣ−出力電流の関係テーブルを選択して用いることによって二次電池の経時的な劣化を考慮した模擬を行うことができる。
【００２２】
また、同様に、外部温度等の他の条件をパラメータとして出力電圧−出力電流の関係テーブル及びＳＯＣ−出力電流の関係テーブルをそれぞれ複数用意しておき、それらのパラメータの値に応じた出力電圧−出力電流の関係テーブル及びＳＯＣ−出力電流の関係テーブルを選択して用いることによって、それらのパラメータの変化を考慮した二次電池の模擬を行うことができる。
【００２３】
評価用コンピュータ１１０は、動力計１２から回転角速度ω、回転角加速度α、トルクＴ等の評価パラメータを受信して、ハイブリッドシステムの評価分析処理を行う。また、ＥＣＵ２２及び電池ＥＣＵ模擬装置３２に対してハイブリッドシステムの試験装置１００の制御に必要な制御信号を送信する。これらの制御は従来技術と同様であるので説明を省略する。
【００２４】
以上のように、本実施の形態によれば、模擬電源部１０８を用いることによって二次電池の劣化等による特性の変化や実際に用いられる二次電池を模擬した充放電特性を模擬してハイブリッドシステムの稼動試験を行うことができる。また、二次電池自体を用いることなく、二次電池を模擬する電源装置を用いることによって再現性の高いハイブリッドシステムの稼動試験を行うことができる。これによって、ハイブリッドシステムの研究・開発を迅速かつ適切に行うことが可能となる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、二次電池と燃料電池とを組み合わせるハイブリッドシステムの試験装置１００を例に説明を行ったが、本実施の形態における模擬電源部１０８の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、内燃機関による駆動系と二次電池及びモータによる駆動系とを有するハイブリッドシステムの模擬試験にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態におけるハイブリッドシステムの試験装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において必要電力−必要電流の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態において模擬の対象となる二次電池の出力電圧−出力電流の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態において模擬の対象となる二次電池のＳＯＣ−出力電流の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１０  トラクションモータ、１２  動力計、２４  インバータ回路、２６  コンバータ回路、３０  電源部、３２  電池電子制御ユニット模擬装置、３４  電流センサ、１００  試験装置、１０２  動力部、１０４  電力制御部、１０６  燃料電池、１０８  模擬電源部、１１０  評価用コンピュータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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