JP5664446B2 - 電池システム - Google Patents

Description

本発明は、電気的に並列に接続された高出力型電池および高容量型電池を備えた電池システムに関する。

特許文献１，２には、高出力型電池および高容量型電池を電気的に並列に接続したシステムが記載されている。高出力型電池は、高容量型電池よりも大きな電流で充放電を行うことができ、高容量型電池は、高出力型電池よりも大きな蓄電容量を有している。

特開平１１−３３２０２３号公報 特開２００８−０４１６２０号公報

高出力型電池および高容量型電池を電気的に並列に接続するシステムでは、高出力型電池から高容量型電池に電流（循環電流）が流れてしまうことがある。ここで、循環電流を抑制するためには、高容量型電池の電圧を、高出力型電池の電圧よりも高い状態に維持しておくことが考えられる。

しかし、高容量型電池の電圧を、高出力型電池の電圧よりも高い状態に維持しようとすると、高容量型電池の充放電制御において、ＳＯＣの利用範囲が制限されてしまう。すなわち、高容量型電池に蓄えられる電気エネルギを効率良く利用しにくくなってしまう。

本願第１の発明である電池システムは、並列接続され、充放電を行う第１電池および第２電池と、第１リレーおよび第２リレーと、第１リレーおよび第２リレーを制御するコントローラと、第１電池および第２電池の電圧をそれぞれ検出し、検出結果をコントローラに出力する電圧センサと、を有する。

第１リレーは、第１電池の充放電を許容状態および禁止状態の間で切り替える。第２リレーは、第２電池の充放電を許容状態および禁止状態の間で切り替える。第１電池は、第２電池よりも大きな電流で充放電が可能であり、第２電池は、第１電池よりも大きな蓄電容量を有している。第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値は、第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値よりも高いとともに、第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値は、第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値よりも低くなっている。すなわち、第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの範囲を、第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの範囲よりも広くすることができる。コントローラは、第２電池の電圧が第１電池の電圧よりも低いとき、第１電池および第２電池を並列接続する前に、第２リレーを介して第２電池の充電だけを行うことにより、第２電池の電圧を第１電池の電圧に到達させる。

本願第１の発明によれば、第１電池および第２電池の電圧を等しくした状態において、第１電池および第２電池を並列接続することができるため、第１電池および第２電池の間における循環電流を抑制することができる。また、第２電池の電圧が第１電池の電圧よりも低い状態であれば、第２電池の充放電制御におけるＳＯＣの利用範囲を、第１電池の充放電制御におけるＳＯＣの利用範囲よりも広げることができる。

本願第１の発明において、コントローラは、第２電池の電圧が第１電池の電圧に到達したとき、第２電池の充電を継続するとともに、第１リレーを介して第１電池の充電を行う。これにより、循環電流が発生するのを抑制しながら、第１電池および第２電池を充電することができる。コントローラは、第１電池の充電によって、第１電池のＳＯＣが、第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値および下限値の間に含まれる基準値に到達したとき、第１リレーを介して第１電池の充電を禁止する。これにより、第１電池のＳＯＣが基準値よりも低いときには、第１電池のＳＯＣを基準値に戻すことができる。

コントローラは、第１電池の充電を禁止した後、第２電池のＳＯＣが、第２電池の充放電制御に用いられるＳＯＣの上限値に到達するまで、第２電池の充電を行う。これにより、第２電池のＳＯＣが上限値に到達した状態から、第２電池を放電することができ、第２電池で蓄えることができるエネルギを効率良く利用することができる。

第１電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路を設けることができる。また、外部電源からの電力を第１電池および第２電池に供給する充電回路を設けることができる。第１電池および第２電池のそれぞれとしては、複数の単電池が直列接続された組電池を用いることができる。

本願第２の発明は、並列接続される第１電池および第２電池の充放電を制御する制御方法である。ここで、第１電池は、第２電池よりも大きな電流で充放電が可能であり、第２電池は、第１電池よりも大きな蓄電容量を有している。第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値が、第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値よりも高いとともに、第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値が、第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値よりも低い。第２電池の電圧が第１電池の電圧よりも低いとき、第１電池および第２電池を並列接続する前に、第２電池の充電だけを行うことにより、第２電池の電圧を第１電池の電圧に到達させる。第２電池の電圧が第１電池の電圧に到達したとき、第２電池の充電を継続するとともに、第１電池の充電を行。第１電池の充電によって、第１電池のＳＯＣが、第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値および下限値の間に含まれる基準値に到達したとき、第１電池の充電を禁止する。第１電池の充電を禁止した後、第２電池のＳＯＣが、第２電池の充放電制御に用いられるＳＯＣの上限値に到達するまで、第２電池の充電を行う。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。

本願第３の発明である電池システムでは、コントローラは、第２電池の電圧が第１電池の電圧よりも高いとき、第１電池および第２電池を並列接続する前に、第２リレーを介して第２電池の放電だけを行うことにより、第２電池の電圧を第１電池の電圧に到達させる。第２電池の電圧が第１電池の電圧に到達したときには、第２電池の放電を継続するとともに、第１リレーを介して第１電池の放電を行う。第１電池の放電によって、第１電池のＳＯＣが、第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値に到達する前に、第１リレーを介して第１電池の放電を禁止する。第１電池の放電を禁止した後、第２電池のＳＯＣが、第２電池の充放電制御に用いられるＳＯＣの下限値に到達するまで、第２電池の放電を行う。

本願第３の発明では、第１電池および第２電池の電圧を等しくした状態において、第１電池および第２電池を並列接続できるため、第１電池および第２電池の間における循環電流を抑制することができる。また、第２電池の電圧が第１電池の電圧よりも高い状態であれば、第２電池の充放電制御におけるＳＯＣの利用範囲を、第１電池の充放電制御におけるＳＯＣの利用範囲よりも広げることができる。

本願第４の発明である制御方法では、第２電池の電圧が第１電池の電圧よりも高いとき、第１電池および第２電池を並列接続する前に、第２電池の放電だけを許容して、第２電池の電圧を第１電池の電圧に到達させる。ここで、第２電池の電圧が第１電池の電圧に到達したときには、第１電池および第２電池を並列接続させた状態において、放電することができる。本願第４の発明においても、本願第３の発明と同様の効果を得ることができる。

実施例１である電池システムの構成を示す回路図である。 高出力型組電池および高容量型組電池におけるＳＯＣの利用範囲を説明する図である。 高出力型組電池および高容量型組電池における総電圧の関係を示す図である。 実施例１の電池システムにおける充電制御を説明するフローチャートである。 高出力型組電池および高容量型組電池における総電圧の変化を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

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、電池システムの構成を示す回路図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載することができる。

本実施例の電池システムは、高出力型組電池（第１電池に相当する）１０および高容量型組電池（第２電池に相当する）２０を備えており、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０は、電気的に並列に接続されている。高出力型組電池１０は、高容量型組電池２０よりも大きな電流で充放電を行うことができる組電池である。高容量型組電池２０は、高出力型組電池１０よりも大きな蓄電容量を有する組電池である。

高出力型組電池１０は、電気的に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２０は、電気的に直列に接続された複数の単電池２１を有する。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。高出力型組電池１０を構成する単電池１１の数や、高容量型組電池２０を構成する単電池２１の数は、適宜設定することができる。また、単電池１１，２１を一つずつ用いることもできる。高出力型組電池１０および高容量型組電池２０の少なくとも一方は、電気的に並列に接続された単電池を含んでいてもよい。

単電池１１，２１として、リチウムイオン電池を用いるとき、例えば、単電池１１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１１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。また、単電池２１の負極活物質として、グラファイト（黒鉛）を用い、単電池２１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。

高出力型組電池１０の単電池１１および高容量型組電池２０の単電池２１は、互いに比較したときに、以下の表１に示す関係を有する。

表１において、単電池１１，２１の出力は、例えば、単電池１１，２１の単位質量当たりの電力（単位［Ｗ／ｋｇ］）や、単電池１１，２１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。単電池の出力に関して、単電池１１は、単電池２１よりも高い。ここで、単電池１１，２１の質量又は体積を等しくしたとき、単電池１１の出力［Ｗ］は、単電池２１の出力［Ｗ］よりも高くなる。

単電池１１，２１の容量は、例えば、単電池１１，２１の単位質量当たりの容量（単位［Ｗｈ／ｋｇ］）や、単電池１１，２１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。単電池の容量に関して、単電池２１は、単電池１１よりも大きい。ここで、単電池１１，２１の質量又は体積を等しくしたとき、単電池２１の容量［Ｗｈ］は、単電池１１の容量［Ｗｈ］よりも大きくなる。

表１において、単電池１１，２１の電極の出力は、例えば、電極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。電極の出力に関して、単電池１１は、単電池２１よりも高い。ここで、電極の面積が等しいとき、単電池１１の電極に流れる電流値は、単電池２１の電極に流れる電流値よりも大きくなる。

単電池１１，２１の電極の容量は、例えば、電極の単位質量当たりの容量（単位［ｍＡｈ／ｇ］）や、電極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。電極の容量に関して、単電池２１は、単電池１１よりも大きい。ここで、電極の質量又は体積が等しいとき、単電池２１の電極の容量は、単電池１１の電極の容量よりも大きくなる。

電圧センサ３１は、高出力型組電池１０の端子間電圧（総電圧）を検出し、検出結果をコントローラ５３に出力する。電圧センサ３２は、高容量型組電池２０の端子間電圧（総電圧）を検出し、検出結果をコントローラ５３に出力する。

高出力型組電池１０および高容量型組電池２０の間には、昇圧回路６０が配置されている。昇圧回路６０は、高出力型組電池１０の出力電圧を昇圧して、高容量型組電池２０の側に出力する。また、昇圧回路６０は、高容量型組電池２０の側から出力された電圧を降圧して、高出力型組電池１０に出力することができる。

昇圧回路６０は、リアクトル６１と、ダイオード６２，６３と、スイッチング素子としてのトランジスタ（ｎｐｎ型トランジスタ）６４，６５とを有する。リアクトル６１は、一端がリレー（第１リレーに相当する）４１に接続され、他端がトランジスタ６４，６５の接続点に接続されている。

トランジスタ６４，６５は、直列に接続されており、各トランジスタ６４，６５のベースには、コントローラ５３からの制御信号が入力される。各トランジスタ６４，６５のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオード６２，６３がそれぞれ接続されている。

なお、トランジスタ６４，６５としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることもできる。また、ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることもできる。

高出力型組電池１０に対して平滑コンデンサ（図示せず）を並列に接続することにより、高出力型組電池１０の正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬの間における電圧変動を平滑化することができる。また、高容量型組電池２０に対して平滑コンデンサ（図示せず）を並列に接続することにより、高容量型組電池２０の正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬの間における電圧変動を平滑化することができる。

昇圧回路６０は、高出力型組電池１０の正極ラインＰＬ１から供給される直流電圧を昇圧して、高容量型組電池２０の正極ラインＰＬ２に出力する。具体的には、コントローラ５３は、トランジスタ６５をオン状態にするとともに、トランジスタ６４をオフ状態にする。これにより、高出力型組電池１０からリアクトル６１に電流が流れ、リアクトル６１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５３は、トランジスタ６５をオン状態からオフ状態に切り替えることにより、リアクトル６１からダイオード６２を介して、高容量型組電池２０の正極ラインＰＬ２に電流を流す。これにより、リアクトル６１で蓄積されたエネルギが放出され、昇圧動作が行われる。

一方、昇圧回路６０は、後述するインバータ５１から供給される直流電圧を、高出力型組電池１０の電圧レベルに降圧することができる。具体的には、コントローラ５３は、トランジスタ６４をオン状態にするとともに、トランジスタ６５をオフ状態にする。これにより、インバータ５１からの電力が高出力型組電池１０に供給され、高出力型組電池１０の充電が行われる。

コントローラ５３は、リレー４１をオフ状態からオン状態に切り替えることにより、高出力型組電池１０をインバータ５１と接続することができる。高出力型組電池１０の出力電圧は、昇圧回路６０によって昇圧された後に、インバータ５１に供給される。また、コントローラ５３は、リレー（第２リレーに相当する）４２をオフ状態からオン状態に切り替えることにより、高容量型組電池２０をインバータ５１と接続することができる。

インバータ５１は、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０からの直流電力を交流電力に変換して、モータ・ジェネレータ５２に出力する。モータ・ジェネレータ５２としては、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ５２は、インバータ５１からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ５２によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。

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５２は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換する。モータ・ジェネレータ５２によって生成された交流電力は、インバータ５１によって直流電力に変換された後に、高出力型組電池１０や高容量型組電池２０に出力される。これにより、回生エネルギを、高出力型組電池１０や高容量型組電池２０に蓄えることができる。

一方、本実施例の電池システムでは、高容量型組電池２０の正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬに対して、充電回路５４が接続されている。充電回路５４は、外部電源からの電力を受けて、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を充電する。外部電源としては、例えば、家庭用電源を用いることができる。家庭用電源を用いたとき、充電回路５４は、家庭用電源から供給された交流電力を直流電力に変換して、高容量型組電池２０および高出力型組電池１０に供給する。

図２は、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０におけるＳＯＣ（State Of Charge）の利用範囲を説明する図である。高出力型組電池１０では、下限値ＳＯＣmin1および上限値ＳＯＣmax1の範囲内にＳＯＣが収まるように、高出力型組電池１０の充放電が制御される。高容量型組電池２０では、下限値ＳＯＣmin2および上限値ＳＯＣmax2の範囲内にＳＯＣが収まるように、高容量型組電池２０の充放電が制御される。

下限値ＳＯＣmin2は、下限値ＳＯＣmin1よりも低い値であり、上限値ＳＯＣmax2は、上限値ＳＯＣmax1よりも高い値である。高容量型組電池２０では、高出力型組電池１０と比べて、充放電制御で用いられるＳＯＣの利用範囲が広くなっている。このため、上限値ＳＯＣmax2から下限値ＳＯＣmin2まで、高容量型組電池２０を放電すれば、高容量型組電池２０の出力エネルギを用いて車両の走行距離を延ばすことができる。

図３は、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０における総電圧の関係を示す図である。満充電状態における高出力型組電池１０の総電圧は、満充電状態における高容量型組電池２０の総電圧よりも低くなっている。

図２を用いて説明したように、高出力型組電池１０では、下限値ＳＯＣmin1および上限値ＳＯＣmax1の範囲内で充放電が制御される。このため、高出力型組電池１０の総電圧は、下限電圧Ｖmin1および上限電圧Ｖmax1の範囲内において変化することになる。下限電圧Ｖmin1は、下限値ＳＯＣmin1に対応しており、上限電圧Ｖmax1は、上限値ＳＯＣmax1に対応している。

また、高容量型組電池２０では、下限値ＳＯＣmin2および上限値ＳＯＣmax2の範囲内で充放電が制御される。このため、高容量型組電池２０の総電圧は、下限電圧Ｖmin2および上限電圧Ｖmax2の範囲内において変化することになる。下限電圧Ｖmin2は、下限値ＳＯＣmin2に対応しており、上限電圧Ｖmax2は、上限値ＳＯＣmax2に対応している。図３に示すように、高容量型組電池２０の下限電圧Ｖmin2は、高出力型組電池１０の下限電圧Ｖmin1よりも低くなっている。また、高容量型組電池２０の上限電圧Ｖmax2は、高出力型組電池１０の上限電圧Ｖmax1よりも高くなっている。

本実施例の電池システムでは、上限値ＳＯＣmax2から下限値ＳＯＣmin2まで、高容量型組電池２０を放電することにより、この放電エネルギを用いて車両を走行させることができる。運転者のアクセル操作に応じて大電流が要求されるときには、高容量型組電池２０の出力に加えて、高出力型組電池１０の出力を用いることができる。

また、高容量型組電池２０を下限値ＳＯＣmin2まで放電した後においては、高出力型組電池１０の出力を用いて車両を走行させることができる。これにより、高容量型組電池２０および高出力型組電池１０の出力エネルギを用いた車両の走行距離を延ばすことができる。本実施例の車両が内燃機関又は燃料電池を備えているときには、内燃機関又は燃料電池で生成されたエネルギと、高出力型組電池１０から出力されたエネルギとを用いて、車両を走行させることができる。

高容量型組電池２０の総電圧が下限電圧Ｖmin2に到達するまで、高容量型組電池２０を放電したときには、高容量型組電池２０を充電する必要がある。具体的には、充電回路５４を用いて、高容量型組電池２０を充電することができる。

本実施例では、充電回路５４からの充電電流を、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０に供給するようにしているが、これに限るものではない。高出力型組電池１０および高容量型組電池２０に電力を供給できるシステムを用いることができればよい。例えば、内燃機関で生成された運動エネルギを電気エネルギに変換し、この電気エネルギを用いて、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を充電することができる。また、燃料電池で生成された電気エネルギを用いて、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を充電することができる。

図４は、高容量型組電池２０を充電するときの処理を説明するフローチャートである。図４に示す処理は、コントローラ５３によって実行される。図４に示す処理をコントローラ５３（ＣＰＵ）に実行させるためのプログラムは、予めメモリ（図示せず）に記憶しておくことができる。

ステップＳ１０１において、コントローラ５３は、高容量型組電池２０の充電を開始する。具体的には、コントローラ５３は、リレー４２をオフ状態からオン状態に切り替えることにより、充電回路５４からの充電電流を高容量型組電池２０に供給する。ここで、コントローラ５３は、リレー４１をオフ状態としている。

ステップＳ１０２において、コントローラ５３は、電圧センサ３２の出力に基づいて、高容量型組電池２０の総電圧Ｖ２を検出する。ステップＳ１０３において、コントローラ５３は、ステップＳ１０２で検出された総電圧Ｖ２が、高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１に到達したか否かを判別する。

高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１は、リレー４１をオン状態からオフ状態に切り替えたときの電圧センサ３１の出力に基づいて特定することができる。すなわち、リレー４１をオン状態からオフ状態に切り替えたときに、コントローラ５３は、電圧センサ３１の出力から得られた高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１をメモリに記憶しておくことができる。

ステップＳ１０２で検出された総電圧Ｖ２が総電圧Ｖ１に到達していないときには、ステップＳ１０２の処理に戻り、総電圧Ｖ２が総電圧Ｖ１に到達したときには、ステップＳ１０４の処理に進む。図５において、高容量型組電池２０の充電を開始して、時刻ｔ１が経過するまでは、高容量型組電池２０の総電圧Ｖ２が上昇する。一方、高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１は、変化していない。すなわち、高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１は、高出力型組電池１０の充放電を禁止したときの電圧に維持されている。

ステップＳ１０４において、コントローラ５３は、高出力型組電池１０の充電を開始する。具体的には、コントローラ５３は、トランジスタ６４をオフ状態からオン状態に切り替えるとともに、リレー４１をオフ状態からオン状態に切り替える。ここで、トランジスタ６５は、オフ状態となっている。これにより、充電回路５４からの充電電流が高出力型組電池１０にも供給される。充電回路５４からの電圧は、昇圧回路６０によって降圧されてから高出力型組電池１０に供給される。

ステップＳ１０５において、コントローラ５３は、高出力型組電池１０のＳＯＣ１を算出する。ＳＯＣ１を算出する方法は、公知の方法を適宜用いることができる。

例えば、高出力型組電池１０の充放電電流を積算することにより、高出力型組電池１０のＳＯＣ１を算出することができる。この場合には、高出力型組電池１０の充放電電流を検出するための電流センサが必要になる。また、高出力型組電池１０のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を測定することにより、高出力型組電池１０のＳＯＣ１を特定することができる。ＯＣＶおよびＳＯＣ１は、対応関係にあるため、予め求めた対応関係を示すマップを用いることにより、ＯＣＶからＳＯＣ１を特定することができる。

ステップＳ１０６において、コントローラ５３は、ステップＳ１０５で算出されたＳＯＣ１が基準値ＳＯＣrefに到達したか否かを判別する。基準値ＳＯＣrefは、上限値ＳＯＣmax1および下限値ＳＯＣmin1の間の値であり、適宜設定することができる。ＳＯＣ１が基準値ＳＯＣrefに到達していないときには、ステップＳ１０５に戻り、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０の充電が続けられる。ＳＯＣ１が基準値ＳＯＣrefに到達したときには、ステップＳ１０７の処理に進む。

ステップＳ１０７において、コントローラ５３は、高出力型組電池１０の充電を停止する。具体的には、コントローラ５３は、リレー４１をオン状態からオフ状態に切り替えるとともに、トランジスタ６４をオン状態からオフ状態に切り替える。これにより、高容量型組電池２０の充電だけが続けられることになる。

図５において、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では、高容量型組電池２０の総電圧Ｖ２および高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１が上昇する。時刻ｔ２において、高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１が電圧Ｖrefに到達すると、高出力型組電池１０の充電が停止し、高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１は、電圧Ｖrefに維持される。電圧Ｖrefは、基準値ＳＯＣrefに対応した値である。

ステップＳ１０８において、コントローラ５３は、高容量型組電池２０のＳＯＣ２を算出する。ＳＯＣ２は、高出力型組電池１０のＳＯＣ１と同様の方法によって算出することができる。

ステップＳ１０９において、コントローラ５３は、ステップＳ１０８で算出されたＳＯＣ２が上限値ＳＯＣmax2に到達したか否かを判別する。ＳＯＣ２が上限値ＳＯＣmax2に到達していないときには、ステップＳ１０８に戻り、高容量型組電池２０の充電が続けられる。ＳＯＣ２が上限値ＳＯＣmax2に到達したときには、ステップＳ１１０の処理に進む。

ステップＳ１１０において、コントローラ５３は、高容量型組電池２０の充電を停止する。具体的には、コントローラ５３は、リレー４２をオン状態からオフ状態に切り替える。

図５において、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間では、高容量型組電池２０の総電圧Ｖ２だけが上昇する。高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１は、電圧Ｖrefに維持されている。時刻ｔ３において、高容量型組電池２０の総電圧Ｖ２が上限電圧Ｖmax2に到達すると、高容量型組電池２０の充電が停止し、高容量型組電池２０の総電圧Ｖ２は、上限電圧Ｖmax2に維持される。

図４に示す制御によれば、リレー４１がオフ状態において、言い換えれば、高出力型組電池１０の充放電を禁止した状態において、高容量型組電池２０の充電を開始している。ここで、リレー４１をオン状態にすると、高出力型組電池１０から高容量型組電池２０に対して循環電流が流れてしまう。高出力型組電池１０の充放電時における電流値は、高容量型組電池２０の充放電時における電流値よりも大きいため、高出力型組電池１０から高容量型組電池２０に流れる電流値が、高容量型組電池２０の許容電流値を超えてしまうおそれがある。

そこで、本実施例のように、高容量型組電池２０の総電圧Ｖ２が高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１よりも低い状態において、高容量型組電池２０の充電を行うときには、リレー４１をオフ状態にしておくことにより、高出力型組電池１０から高容量型組電池２０に電流が流れてしまうのを阻止することができる。

なお、高容量型組電池２０の下限電圧Ｖmin2を、高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１よりも高い状態に維持しておけば、高出力型組電池１０から高容量型組電池２０に電流が流れるのを防止することができる。しかし、この場合には、高容量型組電池２０の充放電制御において、ＳＯＣの利用範囲が制限されてしまい、高容量型組電池２０を効率良く利用することができなくなってしまう。

一方、高容量型組電池２０の総電圧Ｖ２が高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１に到達した後は、高容量型組電池２０および高出力型組電池１０を充電することにより、高出力型組電池１０のＳＯＣ１を基準値ＳＯＣrefまで戻すことができる。また、高出力型組電池１０のＳＯＣ１が基準値ＳＯＣrefに到達した後は、高容量型組電池２０だけを充電することにより、高容量型組電池２０のＳＯＣ２を上限値ＳＯＣmax2まで上昇させることができる。

このように、本実施例によれば、高容量型組電池２０のＳＯＣ２が下限値ＳＯＣmin2に到達するまで、高容量型組電池２０を放電した後は、ＳＯＣ２が上限値ＳＯＣmax2に到達するまで、高容量型組電池２０を充電することができる。これにより、上限値ＳＯＣmax2および下限値ＳＯＣmin2の範囲内において、高容量型組電池２０を利用することができる。

本実施例では、昇圧回路６０を設けているが、昇圧回路６０を省略することもできる。すなわち、昇圧回路６０を介さずに、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を電気的に並列に接続することができる。

本実施例では、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を充電する場合について説明したが、これに限るものではない。具体的には、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を放電する場合には、以下に説明する制御を行うことができる。

図４で説明した充電制御を行うと、高出力型組電池１０のＳＯＣ１が基準値ＳＯＣrefとなり、高容量型組電池２０のＳＯＣ２が上限値ＳＯＣmax2となる。このとき、コントローラ５３は、リレー４２をオン状態にして、高容量型組電池２０を放電させることができる。これにより、高容量型組電池２０から出力された電力を用いて、車両を走行させるための運動エネルギを生成することができる。ここで、コントローラ５３は、リレー４１をオフ状態にして、高出力型組電池１０の放電を禁止させることができる。

高容量型組電池２０だけを放電させたときには、高容量型組電池２０の総電圧Ｖ２だけが低下する。高容量型組電池２０の総電圧Ｖ２が、高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１に到達したとき、コントローラ５３は、リレー４１をオフ状態からオン状態に切り替えることにより、高出力型組電池１０も放電させることができる。

高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を電気的に並列に接続するときには、高容量型組電池２０の総電圧Ｖ２は、高出力型組電池１０の総電圧Ｖ１と等しくなっている。このため、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０の間において循環電流が流れるのを抑制することができる。

並列接続された高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を放電すると、高出力型組電池１０のＳＯＣ１は、基準値ＳＯＣrefよりも低くなるとともに、高容量型組電池２０のＳＯＣ２も低下する。高出力型組電池１０のＳＯＣ１が下限値ＳＯＣmin1に到達する前に、コントローラ５３は、リレー４１をオン状態からオフ状態に切り替えることにより、高出力型組電池１０の放電を禁止する。

一方、コントローラ５３は、リレー４２をオン状態のままとし、高容量型組電池２０の放電を続ける。高容量型組電池２０のＳＯＣ２が下限値ＳＯＣmin2に到達するまで、コントローラ５３は、高容量型組電池２０を放電することができる。高容量型組電池２０のＳＯＣ２が下限値ＳＯＣmin2に到達すると、コントローラ５３は、リレー４２をオン状態からオフ状態に切り替えることにより、高容量型組電池２０の放電を禁止する。

高出力型組電池１０および高容量型組電池２０の放電を停止した後は、図４で説明したように、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を充電することができる。本変形例でも、昇圧回路６０を設けているが、昇圧回路６０を省略して、高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を並列接続することもできる。

１０：高出力型組電池（第１組電池） １１：単電池
２０：高容量型組電池（第２組電池） ２１：単電池
３１，３２：電圧センサ ４１：リレー（第１リレー）
４２：リレー（第２リレー） ５１：インバータ
５２：モータ・ジェネレータ ５３：コントローラ
５４：充電回路 ６０：昇圧回路
６１：リアクトル ６２，６３：ダイオード
６４，６５：トランジスタ

Claims (8)

1. 並列接続され、充放電を行う第１電池および第２電池と、
   前記第１電池の充放電を許容状態および禁止状態の間で切り替える第１リレーと、
   前記第２電池の充放電を許容状態および禁止状態の間で切り替える第２リレーと、
   前記第１リレーおよび前記第２リレーを制御するコントローラと、
   前記第１電池および前記第２電池の電圧をそれぞれ検出し、検出結果を前記コントローラに出力する電圧センサと、を有し、
   前記第１電池は、前記第２電池よりも大きな電流で充放電が可能であり、前記第２電池は、前記第１電池よりも大きな蓄電容量を有しており、
   前記第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値が、前記第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値よりも高いとともに、前記第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値が、前記第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値よりも低く、
   前記コントローラは、
   前記第２電池の電圧が前記第１電池の電圧よりも低いとき、前記第１電池および前記第２電池を並列接続する前に、前記第２リレーを介して前記第２電池の充電だけを行うことにより、前記第２電池の電圧を前記第１電池の電圧に到達させ、
   前記第２電池の電圧が前記第１電池の電圧に到達したとき、第２電池の充電を継続するとともに、前記第１リレーを介して前記第１電池の充電を行い、
   前記第１電池の充電によって、前記第１電池のＳＯＣが、前記第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値および下限値の間に含まれる基準値に到達したとき、前記第１リレーを介して前記第１電池の充電を禁止し、
   前記第１電池の充電を禁止した後、前記第２電池のＳＯＣが、前記第２電池の充放電制御に用いられるＳＯＣの上限値に到達するまで、前記第２電池の充電を行う、
   ことを特徴とする電池システム。
2. 前記第１電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路を有することを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
3. 外部電源からの電力を前記第１電池および前記第２電池に供給する充電回路を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池システム。
4. 前記第１電池および前記第２電池のそれぞれは、複数の単電池が直列接続された組電池であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電池システム。
5. 並列接続される第１電池および第２電池の充放電を制御する制御方法であって、
   前記第１電池は、前記第２電池よりも大きな電流で充放電が可能であり、前記第２電池は、前記第１電池よりも大きな蓄電容量を有しており、
   前記第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値が、前記第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値よりも高いとともに、前記第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値が、前記第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値よりも低く、
   前記第２電池の電圧が前記第１電池の電圧よりも低いとき、前記第１電池および前記第２電池を並列接続する前に、前記第２電池の充電だけを行うことにより、前記第２電池の電圧を前記第１電池の電圧に到達させ、
   前記第２電池の電圧が前記第１電池の電圧に到達したとき、第２電池の充電を継続するとともに、前記第１電池の充電を行い、
   前記第１電池の充電によって、前記第１電池のＳＯＣが、前記第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値および下限値の間に含まれる基準値に到達したとき、前記第１電池の充電を禁止し、
   前記第１電池の充電を禁止した後、前記第２電池のＳＯＣが、前記第２電池の充放電制御に用いられるＳＯＣの上限値に到達するまで、前記第２電池の充電を行う、
   ことを特徴とする制御方法。
6. 前記第１電池および前記第２電池は、外部電源からの電力供給を受けて、充電を行うことを特徴とする請求項５に記載の制御方法。
7. 並列接続され、充放電を行う第１電池および第２電池と、
   前記第１電池の充放電を許容状態および禁止状態の間で切り替える第１リレーと、
   前記第２電池の充放電を許容状態および禁止状態の間で切り替える第２リレーと、
   前記第１リレーおよび前記第２リレーを制御するコントローラと、
   前記第１電池および前記第２電池の電圧をそれぞれ検出し、検出結果を前記コントローラに出力する電圧センサと、を有し、
   前記第１電池は、前記第２電池よりも大きな電流で充放電が可能であり、前記第２電池は、前記第１電池よりも大きな蓄電容量を有しており、
   前記第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値が、前記第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値よりも高いとともに、前記第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値が、前記第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値よりも低く、
   前記コントローラは、
   前記第２電池の電圧が前記第１電池の電圧よりも高いとき、前記第１電池および前記第２電池を並列接続する前に、前記第２リレーを介して前記第２電池の放電だけを行うことにより、前記第２電池の電圧を前記第１電池の電圧に到達させ、
   前記第２電池の電圧が前記第１電池の電圧に到達したとき、前記第２電池の放電を継続するとともに、前記第１リレーを介して前記第１電池の放電を行い、
   前記第１電池の放電によって、前記第１電池のＳＯＣが、前記第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値に到達する前に、前記第１リレーを介して前記第１電池の放電を禁止し、
   前記第１電池の放電を禁止した後、前記第２電池のＳＯＣが、前記第２電池の充放電制御に用いられるＳＯＣの下限値に到達するまで、前記第２電池の放電を行う、
   ことを特徴とする電池システム。
8. 並列接続される第１電池および第２電池の充放電を制御する制御方法であって、
   前記第１電池は、前記第２電池よりも大きな電流で充放電が可能であり、前記第２電池は、前記第１電池よりも大きな蓄電容量を有しており、
   前記第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値が、前記第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの上限値よりも高いとともに、前記第２電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値が、前記第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値よりも低く、
   前記第２電池の電圧が前記第１電池の電圧よりも高いとき、前記第１電池および前記第２電池を並列接続する前に、前記第２電池の放電だけを行うことにより、前記第２電池の電圧を前記第１電池の電圧に到達させ、
   前記第２電池の電圧が前記第１電池の電圧に到達したとき、前記第２電池の放電を継続するとともに、前記第１電池の放電を行い、
   前記第１電池の放電によって、前記第１電池のＳＯＣが、前記第１電池の充放電制御で用いられるＳＯＣの下限値に到達する前に、前記第１電池の放電を禁止し、
   前記第１電池の放電を禁止した後、前記第２電池のＳＯＣが、前記第２電池の充放電制御に用いられるＳＯＣの下限値に到達するまで、前記第２電池の放電を行う、
   ことを特徴とする制御方法。

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