(57)【要約】【課題】従来の電源装置では、バッテリの開発とモータ制御装置の開発とを同時に進めることができない問題があった。【解決手段】本発明のセル倍率電源は、電池セル２に生じるセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出し、セル電圧Ｖｃｅｌｌに電池セル２の直列数Ｍｓを乗じた出力電圧指令値ＶＬ＿ｉを生成するセル電圧検出部１１と、負荷３に出力電圧指令値ＶＬ＿ｉに応じた大きさの出力電圧ＶＬを印加すると共に負荷３の要求に応じた負荷電流ＩＬを出力する直流電源１３と、負荷電流ＩＬを検出し、負荷電流ＩＬに電池セル２の並列数Ｍｐを除した出力電流指令値Ｉｃｅｌｌ＿ｉを生成する負荷電流検出部１４と、出力電流指令値Ｉｃｅｌｌ＿ｉに応じた大きさのセル電流Ｉｃｅｌｌを電池セル２から引き出すセル評価電源装置１５と、を有する。【選択図】図２
2017162556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルに生じるセル電圧を検出し、前記セル電圧に前記電池セルの直列数を乗じた出力電圧指令値を生成するセル電圧検出部と、
負荷に前記出力電圧指令値に応じた大きさの出力電圧を印加すると共に前記負荷の要求に応じた負荷電流を出力する直流電源と、
前記負荷電流を検出し、前記負荷電流に前記電池セルの並列数を除した出力電流指令値を生成する負荷電流検出部と、
前記出力電流指令値に応じた大きさのセル電流を前記電池セルから引き出すセル評価電源装置と、
を有するセル倍率電源装置。
【請求項２】
前記直流電源は、前記負荷に前記直流電源側に回生する方向の前記負荷電流が発生した場合には、前記負荷電流を流入させ、
前記セル評価電源装置は、前記直流電源側に回生する方向の前記負荷電流が発生した場合には前記出力電流指令値に応じた大きさの前記セル電流を前記電池セルに出力する請求項１に記載のセル倍率電源装置。
【請求項３】
前記電池セルの前記直列数と、前記電池セルの前記並列数と、は外部から変更可能な変数である請求項１又は２に記載のセル倍率電源装置。
【請求項４】
前記電池セルは、燃料電池セルである請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセル倍率電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセル倍率電源装置に関し、特に電池セルの充放電特性を模擬した出力特性で電流及び電圧を負荷に与えるセル倍率電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、動力源のひとつにモータを用いた電動車輌（エンジンを動力源に含むハイブリット自動車を含む）が多く開発されている。電動車輌では、バッテリとモータ駆動装置とが互いに連携して動作する。また、電動車輌では、バッテリの性能検証と、モータ駆動装置の性能検証と、並列して進めながら開発が進められる。
【０００３】
そこで、モータの駆動制御の評価を行うための方法が特許文献１に開示されている。特許文献１では、所定のバッテリ性能を模擬するＥＶ用モータ駆動制御部を用いることによりモータ駆動装置の開発を進めるものである。
【０００４】
また、バッテリの性能評価を行うための方法が特許文献２に開示されている。特許文献２では、エンジンを始動させるエンジン始動用モータを負荷として動作させた場合のバッテリ電流及びバッテリ電圧を電流センサ及び電圧センサで検出し、バッテリコントローラにおいて電流及び電圧に基づくバッテリのＩＶ特性を算出する。なお、バッテリとして用いられる電池の１つである燃料電池の評価方法が非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０３５３８０号公報
【特許文献２】特開２０００−２７０４０８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「セル評価解析プロトコル」、平成２４年度ＮＥＤＯ新エネルギー成果報告会―燃料電池・水素分野の技術開発と実証研究―配布資料、平成２５年９月３０日開催
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２及び非特許文献１に開示されている方法では、バッテリの性能評価とモータ駆動装置の性能評価とを個別に行っている。そのため、単体で性能が十分と判断されたバッテリと、単体で性能が十分であると判断されたモータ駆動装置と、を組み合わせた場合に十分な性能が得られない結果となった場合に、設計作業の後戻りが大きく開発効率が悪い問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかるセル倍率電源の一態様は、電池セルに生じるセル電圧を検出し、前記セル電圧に前記電池セルの直列数を乗じた出力電圧指令値を生成するセル電圧検出部と、負荷に前記出力電圧指令値に応じた大きさの出力電圧を印加すると共に前記負荷の要求に応じた負荷電流を出力する直流電源と、前記負荷電流を検出し、前記負荷電流に前記電池セルの並列数を除した出力電流指令値を生成する負荷電流検出部と、前記出力電流指令値に応じた大きさのセル電流を前記電池セルから引き出すセル評価電源装置と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、実際の電池セルの性能に応じた入出力特性を有する電源を負荷に与えて、電池セルと負荷となる装置との開発を同時に進めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１にかかるセル倍率電源装置の概要を説明するブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかるセル倍率電源装置のブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかるセル倍率電源装置によって模擬される電池の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１
以下では、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１２】
まず、図１に実施の形態１にかかるセル倍率電源装置１の概要を説明するブロック図を示す。図１に示すブロック図は、セル倍率電源装置１の処理の概要を示すものである。また、図１に示すブロック図では、セル倍率電源装置１が試験する対象であるバッテリセル２及び車輌コンバータ３を示した。さらに、図１に示すブロック図では、車輌コンバータ３の制御対象である負荷（例えば、モータ）の電流入出力特性を模擬する直流電源（例えば、双方向電源４）を示した。この双方向電源４を場合に応じて疑似負荷と称す。
【００１３】
バッテリセル２は、例えば、組電池を構成する電池の１つ（以下、単セルと称す）である。組電池は、単セルを直列に接続したバッテリストリングを並列に接続した形態を有し、バッテリパックとも呼ばれる。また、車輌コンバータ３は、モータに駆動信号を出力するモータ駆動制御装置である。また、車輌コンバータ３は、入力電圧を昇圧して駆動信号を生成すると共に、双方向電源４が電力回生状態である場合には双方向電源４から出力される回生電流をセル倍率電源装置１側に出力する。
【００１４】
セル倍率電源装置１は、バッテリセル２が出力するセル電力Ｐｃｅｌｌに、バッテリストリングにおける単セルの直列数Ｍｓ及び組電池内のバッテリストリングの並列数Ｍｐを掛け合わせたバッテリ電力Ｐｂａｔを出力する。セル倍率電源装置１が出力するバッテリＰｂａｔは、Ｐｂａｔ＝Ｍｓ×Ｍｐ×Ｐｃｅｌｌで表される。このとき、セル倍率電源装置１では、実際のバッテリセル２から、バッテリセル２を組み合わせて構成した組電池の特性を模擬したバッテリ電力Ｐｂａｔを車輌コンバータ３に出力する。また、セル倍率電源装置１は、車輌コンバータ３が双方向電源４から回生される電流が生じ他場合には、この回生電流を流入させる。
【００１５】
より具体的には、セル倍率電源装置１は、バッテリ電力Ｐｂａｔを生成するために、バッテリセル２側からセル倍率電源装置１の直流電源（例えば、双方向電源であり、場合に応じて疑似電池と称す）に向かってバッテリセル２の特性に基づく疑似電池の特性情報（例えば疑似電池電圧情報）を転送する。セル倍率電源装置１の双方向電源は、疑似電池電圧情報に基づき車輌コンバータ３に与える電力の電圧を決定する。また、セル倍率電源装置１は、バッテリセル２に入出力させる電流を決定するために、実負荷電流の電流特性の模擬情報（例えば、疑似電池電流情報）を車輌コンバータ３側からセル倍率電源装置１のセル充放電装置に転送する。これにより、セル倍率電源装置１のセル充放電装置は、実負荷の変動に応じた電流を単セルが入出力する電流に適した大きさにスケーリングし、スケーリング後の電流をバッテリセル２に入出力させる。このような処理により、セル倍率電源装置１は、数１０〜数１００Ｗ程度の能力しかないバッテリセル２の電力を数１００ｋＷの電力にスケーリングして車輌コンバータ３に与える。
【００１６】
以下では、セル倍率電源装置１について更に詳細に説明を行う。そこで、図２に実施の形態１にかかるセル倍率電源装置のブロック図を示す。図２に示すように、実施の形態１にかかるセル倍率電源装置１は、セル電圧検出部１１、ループ補償器１２、直流電源（例えば、双方向電源１３）、負荷電流検出部１４、セル評価電源装置（例えば、セル充放電装置１５）を有する。
【００１７】
セル電圧検出部１１は、電池セル（例えば、バッテリセル２）に生じるセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出し、セル電圧Ｖｃｅｌｌに電池セルの直列数Ｍｓを乗じた出力電圧指令値を生成する。このセル電圧検出部１１は、電圧検出部２１及び乗算器２２を有する。電圧検出部２１は、セル電圧Ｖｃｅｌｌを検出する。乗算器２２は、電圧検出部２１で検出されたセル電圧Ｖｃｅｌｌにバッテリセル２を用いて電池パックを構成した場合のバッテリストリングに含まれるバッテリセル２の直列数Ｍｓを乗算した値を出力電圧指令値として出力する。
【００１８】
ループ補償器１２は、セル電圧検出部１１が出力した出力電圧指令値にループ補償処理を施して出力電圧指令値ＶＬ＿ｉを出力する。ループ補償器１２は、セル倍率電源装置１、バッテリセル２、車輌コンバータ３により構成される制御ループの安定性を補償する。ループ補償器１２としては、フィルタ回路、遅延補償回路、発振補償回路等の少なくとも１つを含む。
【００１９】
双方向電源１３は、負荷（例えば、車輌コンバータ３）に出力電圧指令値ＶＬ＿ｉに応じた大きさの出力電圧ＶＬを印加すると共に車輌コンバータ３の要求に応じた負荷電流ＩＬを出力する。また、双方向電源１３は、車輌コンバータ３に双方向電源１３側に回生する方向の負荷電流が発生した場合には、負荷電流ＩＬを流入させる。
【００２０】
負荷電流検出部１４は、負荷電流を検出し、前記負荷電流に前記電池セルの並列数を除した出力電流指令値Ｉｃｅｌｌ＿ｉを生成する。負荷電流検出部１４は、乗算器２３を有する。乗算器２３には、双方向電源１３から車輌コンバータ３に電流を供給する配線上に設けられた電流計で計測された電流値と、並列数Ｍｐを除数とする値と、が入力される。乗算器２３は、入力される２つの値を乗算することで負荷電流ＩＬを並列数Ｍｐで除した出力電流指令値Ｉｃｅｌｌ＿ｉを出力する。
【００２１】
セル充放電装置１５は、出力電流指令値Ｉｃｅｌｌ＿ｉに応じた大きさのセル電流Ｉｃｅｌｌをバッテリセル２から引き出す。また、出力電流指令値Ｉｃｅｌｌ＿ｉは、双方向電源１３側に回生する方向の負荷電流ＩＬが発生した場合には負の値となる。そのため、セル充放電装置１５は、双方向電源１３側に回生する方向の負荷電流ＩＬが発生した場合には出力電流指令値ＩＬ＿ｉに応じた大きさのセル電流Ｉｃｅｌｌをバッテリセル２に出力する。
【００２２】
なお、セル倍率電源装置１で用いられる、バッテリセル２の直列数Ｍｓ及び並列数Ｍｐは、外部から変更可能な値である。直列数Ｍｓ及び並列数Ｍｐの値は、セル倍率電源装置１内のメモリ上に格納しても良く、セル倍率電源装置１に外部から直接与えても良い。
【００２３】
続いて、実施の形態１にかかるセル倍率電源装置１の動作について説明する。そこで、図３に実施の形態１にかかるセル倍率電源装置１によって模擬される電池の状態を説明する図を示す。図３の上図は、直列数Ｍｓを１、並列数Ｍｐを１とした単セル状態を模擬するものであり、双方向電源１３が出力する電圧及び電流の値を示すものである。図３の上図に示す状態では、セル倍率電源装置１の双方向電源１３は、バッテリセル２のセル電圧Ｖｃｅｌｌをそのまま模擬して負荷電圧ＶＬを出力する。また、図３の上図の状態では、セル倍率電源装置１は、負荷電流ＩＬをスケーリングすることなくセル電流Ｉｃｅｌｌを出力する。
【００２４】
図３の中図は、直列数Ｍｓを負荷が要求する電圧値を発生しうる任意の数、並列数Ｍｐを１としたセルスタック状態を模擬するものであり、双方向電源１３が出力する電圧及び電流の値を示すものである。図３の中図に示す状態では、セル倍率電源装置１の双方向電源１３は、バッテリセル２のセル電圧Ｖｃｅｌｌを直列数Ｍｓ倍して模擬した負荷電圧ＶＬを出力する。また、図３の中図の状態では、セル倍率電源装置１は、負荷電流ＩＬをスケーリングすることなくセル電流Ｉｃｅｌｌを出力する。
【００２５】
図３の下図は、直列数Ｍｓを負荷が要求する電圧値を発生しうる任意の数、並列数Ｍｐを負荷が要求する電流値に対応する負荷電流ＩＬを発生しうる数としたパック状態を模擬するものであり、双方向電源１３が出力する電圧及び電流の値を示すものである。図３の下図に示す状態では、セル倍率電源装置１の双方向電源１３は、バッテリセル２のセル電圧Ｖｃｅｌｌを直列数Ｍｓ倍して模擬した負荷電圧ＶＬを出力する。また、図３の下図の状態では、セル倍率電源装置１は、負荷電流ＩＬを並列数Ｍｐで割ることで算出されるセル電流Ｉｃｅｌｌを出力する。
【００２６】
上記説明より、実施の形態１にかかるセル倍率電源装置１では、供試体であるバッテリセル２で生じるセル電圧Ｖｃｅｌｌを模擬すべき組電池におけるバッテリセル２の直列数Ｍｓでスケーリングすることで負荷電圧ＶＬを生成する。また、実施の形態１にかかるセル倍率電源装置１では、車輌コンバータ３で消費される負荷電流ＩＬをも模擬すべき組電池におけるバッテリセル２の並列数Ｍｐでスケーリングすることでバッテリセル２に入出力するセル電流Ｉｃｅｌｌを決定する。これにより、実施の形態１にかかるセル倍率電源装置１では、単セルでのバッテリセル２の開発と車輌コンバータ３の制御方式の開発とを同時に進行させることができる。また、バッテリセル２と車輌コンバータ３の開発を同時に進めることで、開発の後戻りを回避することができる。
【００２７】
特に、バッテリセル２として燃料電池を用いる場合には、燃料電池の構造、電解質、触媒等の開発を進めなければならず、単セルでの出力特性で車輌コンバータ３を動作させたときの状態をエミュレートできることは、開発期間を短縮させる効果が非常に大きい。また、実施の形態１にかかるセル倍率電源装置１を用いることで、車輌コンバータ３に与える電力を単セルで与えることができるため、バッテリセル２を大量に作成して組電池を構成する必要がなく、試作品作成時間を削減することができる。また、実施の形態１にかかるセル倍率電源装置１が入出力する電力の特性は、実際に作成されたバッテリセル２から生成されるものであるため、試験制度を高めることができる。
【００２８】
また、実施の形態１にかかるセル倍率電源装置１では、組電池を構成する際のバッテリセル２の直列数及び並列数のみを設定するのみで、バッテリセル２を用いた組電池の入出力特性を模擬できる。つまり、実施の形態１にかかるセル倍率電源装置１では、単セルのバッテリセル２の入出力特性からバッテリセル２を用いた組電池の入出力特性を予測して車輌コンバータ３への電源の与え方を制御するプログラム等を要しない。これにより、実施の形態１にかかるセル倍率電源装置１では、プログラムの作成時間の削減を実現することができる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  セル倍率電源装置
２  バッテリセル
３  車輌コンバータ
４  双方向電源
１１  セル電圧検出部
１２  ループ補償器
１３  双方向電源
１４  負荷電流検出部
１５  セル充放電装置
２１  電圧検出部
２２、２３  乗算器
【図１】
2017162556.tif 000003
【図２】
2017162556.tif 000004
【図３】
2017162556.tif 000005