(57)【要約】  電力貯蔵装置（２）の充放電を制御する充放電装置（１）であって、電力貯蔵装置（２）の起動時に、電力貯蔵装置（２）の温度に基づいて電力貯蔵装置（２）を加温するか否かを判断する加温判断部（３１）と、加温すると判断した場合に、電力貯蔵装置（２）の温度および充電レベルに対応する電力貯蔵装置（２）の内部抵抗の抵抗値の周波数特性を求め、前記周波数特性に基づいて決定した充放電周期で電力貯蔵装置（２）の充電と放電を交互に繰り返す制御を行う加温制御部（３２）と、を備える。
2012060016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力貯蔵装置の充放電を制御する充放電装置であって、
前記電力貯蔵装置の起動時に前記電力貯蔵装置の温度を取得し、前記温度に基づいて前記電力貯蔵装置を加温するか否かを判断する加温判断部と、
前記加温判断部が前記電力貯蔵装置を加温すると判断した場合に、前記電力貯蔵装置の温度および充電レベルに対応する前記電力貯蔵装置の内部抵抗の抵抗値の周波数特性を求め、前記周波数特性に基づいて決定した充放電周期で前記電力貯蔵装置の充電と放電を交互に繰り返す制御を行うことにより前記電力貯蔵装置の加温を制御する前記加温制御部と、
を備えることを特徴とする充放電装置。
【請求項２】
前記加温判断部は、前記電力貯蔵装置の温度が下限温度値未満の場合に前記電力貯蔵装置を加温すると判断することを特徴とする請求項１に記載の充放電装置。
【請求項３】
前記電力貯蔵装置の電圧を測定する電圧測定器、
をさらに備え、
前記加温制御部は、任意の電流を一定時間前記電力貯蔵装置へ印加した後に電流をゼロにし、電流をゼロにした直後からの前記電圧測定器の測定電圧の時間変化に基づいて得られる電圧低下特性に基づいて前記周波数特性を求めることを特徴とする請求項１に記載の充放電装置。
【請求項４】
前記周波数特性を、前記電力貯蔵装置の温度および充電レベルごとに予め取得された前記電力貯蔵装置の内部抵抗の初期データとすることを特徴とする請求項１に記載の充放電装置。
【請求項５】
前記加温制御部は、充電時の通電電荷量と放電時の通電電荷量が同等となるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の充放電装置。
【請求項６】
前記加温制御部は、前記電力貯蔵装置へ印加する電流をゼロとした場合の前記電圧測定器における測定電圧と前記電力貯蔵装置の上限電圧との差を前記内部抵抗で除した値を充電電流の上限値として前記電力貯蔵装置へ印加する充電電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の充放電装置。
【請求項７】
前記加温制御部は、前記電力貯蔵装置へ印加する電流をゼロとした場合の前記電圧測定器における測定電圧と前記電力貯蔵装置の下限電圧との差を前記内部抵抗で除した値を放電電流の上限値として前記電力貯蔵装置へ印加する充電電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の充放電装置。
【請求項８】
前記加温制御部は、前記電力貯蔵装置へ印加する電流のリップル成分を制御することにより前記電力貯蔵装置の加温を制御することを特徴とする請求項１に記載の充放電装置。
【請求項９】
電力貯蔵装置の充放電を制御する充放電装置における充放電制御方法であって、
前記電力貯蔵装置の起動時に前記電力貯蔵装置の温度を取得し、前記温度に基づいて前記電力貯蔵装置を加温するか否かを判断する第１のステップと、
前記第１のステップで前記電力貯蔵装置を加温すると判断した場合に、前記電力貯蔵装置の温度および充電レベルに対応する前記電力貯蔵装置の内部抵抗の抵抗値の周波数特性を求める第２のステップと、
前記周波数特性に基づいて決定した充放電周期で前記電力貯蔵装置の充電と放電を交互に繰り返す制御を行うことにより前記電力貯蔵装置の加温を制御する第３のステップと、
を含むことを特徴とする充放電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力貯蔵装置の充放電制御を行う充放電装置および充放電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力貯蔵デバイスには、一般にニッケル水素電池やリチウムイオン電池に代表される二次電池や、大容量の電気二重層キャパシタ等が使用される。これらの電力貯蔵デバイスでは、電力を貯蔵する過程で化学反応や物質移動現象を利用するため、性能は環境温度の影響を受けやすい。【０００３】
特に、低温では内部抵抗の増大によって化学反応の速度が低下し、たとえば氷点下における内部抵抗は、室温環境の５倍以上に上昇する。この原因は、電力貯蔵デバイス内部の化学反応に関与するイオンなど電荷担体の移動速度が、低温環境下で遅くなることにある。特にイオンはデバイス内にある電解液中を移動するため、低温による液体粘性の増大がイオンの移動速度を低下させ、急激な抵抗上昇を引き起こす。【０００４】
このような低温における内部抵抗の上昇は、充電または放電時に通常より大きいＩＲ損（充電時には必要電力の増加、放電時には出力の低下）を生じさせ、多くのエネルギーが熱として失われて、システム効率が低下する。また充電時のＩＲ損の増大は電力貯槽デバイスの電圧を増大させるため、充電時にはわずかな電流でもデバイスの使用上限電圧に到達してしまう。また放電時には電力貯蔵デバイスの電圧を低下させるため、使用下限電圧に達してしまう。すなわち、通電可能な電流値が小さくなるという問題が生じる。【０００５】
さらに、反応活性の低下した状態で充放電を繰り返すと、不完全な反応がデバイス内部で発生し、これにより電力貯蔵デバイスの劣化が加速する。例えば、リチウムイオン電池では、低温で十分な充電速度が得られず、副反応としてマイナス極に活性の高いリチウム金属の析出反応が起こり、電力貯蔵デバイスの容量低下、安全性低下などの劣化を加速させる。こういった現象は低温で多く観察されるため、低温での使用が想定される場合には、充電電流の抑制や使用停止も念頭に置いたシステム設計をしなければならない。【０００６】
近年、電気車や自動車に電力貯蔵デバイスを搭載し、ブレーキ時の回生エネルギーを電力貯蔵デバイスに貯蔵して、力行加速時にエネルギーを再利用するシステムの開発が進められている。フィールド走行を前提とした機器の電力貯蔵システムは、低温環境下でも十分な性能が必要である。一般に電気車の機器では、マイナス２５℃程度で正常動作するよう設計されているが、現在、マイナス２５℃程度でも十分な性能を満足する電力貯蔵デバイスは存在していない。【０００７】
電力貯蔵デバイスを低温環境で起動させる方法としては、外部電源からヒータによって電力貯蔵デバイスの表面を直接加温する方法があるが、この方法だとヒータの反対側から放熱があり、加温効果は低い。一方、電力貯蔵デバイスに通電して充放電させ、内部抵抗を発熱源とした加温を行えば効率的な電力貯蔵デバイスの加温ができる。例えば、通電による加温方法のひとつとして、電力貯蔵デバイスに接続されたチョッパ回路のスイッチング周波数を低下させて電流リップルを増加させ、このときのジュール熱を利用して電力貯蔵デバイスを加温する構成も検討されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−００６０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のジュール熱を利用して電力貯蔵デバイスを加温する方法では、電力貯蔵デバイスに接続されたチョッパ回路のスイッチング周波数を制御してリップル電流を増加させるなど、電力貯蔵デバイスに電流を流して充電または放電による反応熱およびジュール熱によって電力貯蔵デバイスを加温している。そのため、以下の課題がある。【００１０】
（１）電力貯蔵デバイスの内部抵抗は、温度やＳＯＣ(State  of  Charge：充電状態，充電レベル)に依存して変化する。このため、加温のために印加する電流値が一律同一条件の場合、内部抵抗が小さいと反応熱およびジュール熱の発生が小さく加温効果が小さくなり、特に電力貯蔵デバイスの熱容量が大きいと、実効的温度上昇が見られない場合がある。逆に、電力貯蔵デバイスの内部抵抗が大きいと、電流印加時に発生する大きなＩＲ損のため、電力貯蔵デバイスの電圧が上限電圧または下限電圧に到達してしまうため、加温に必要な電力に相当する電流を印加できなくなる。【００１１】
（２）電力貯蔵デバイスを充電または放電一方向の電流を印加することで加温する場合、加温開始時にＳＯＣが低いと放電による加温が短時間となり、また、ＳＯＣが高いと充電による加温時間が十分とれないという問題がある。これに対しては充電と放電を交互に繰り返すことで、ＳＯＣに依らず長時間の加温が可能となるが、電力貯蔵デバイスの内部抵抗は充電と放電を繰り返す周期（繰り返し周期）に依存するため、繰り返し周期が適切でないと所望の加温効果が得られないという問題がある。【００１２】
（３）電力貯蔵デバイスの内部抵抗は、上記特許文献１に記載されているように、低温ほど大きいのが一般的であるが、内部抵抗の変動要因は、温度だけではなくＳＯＣレベルに対しても依存性がある。また、電力貯蔵デバイスの劣化進行に伴う内部抵抗の上昇も考慮する必要がある。したがって、上記特許文献１に記載されているような内部抵抗と温度のデータテーブルだけを用いる加温方法では、効果的な加温が困難である。【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、二次電池や電気二重層キャパシタ等の電力貯蔵デバイスを含む電力貯蔵装置の温度を効率的に上昇させることのできる充放電装置および充放電制御方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、前記電力貯蔵装置の充放電を制御する充放電装置であって、前記電力貯蔵装置の起動時に前記電力貯蔵装置の温度を取得し、前記温度に基づいて前記電力貯蔵装置を加温するか否かを判断する加温判断部と、前記加温判断部が前記電力貯蔵装置を加温すると判断した場合に、前記電力貯蔵装置の温度および充電レベルに対応する前記電力貯蔵装置の内部抵抗の抵抗値の周波数特性を求め、前記周波数特性に基づいて決定した充放電周期で前記電力貯蔵装置の充電と放電を交互に繰り返す制御を行うことにより前記電力貯蔵装置の加温を制御する前記加温制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる充放電装置および充放電制御方法は、電力貯蔵装置の温度を効率的に上昇させることのできる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、充放電装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、内部抵抗の温度およびＳＯＣ依存性の測定結果を示すデータテーブルの一例を示す図である。
【図３】図３は、電力貯蓄装置に対する通電パターンの一例を示す図である。
【図４】図４は、電力貯蔵装置の内部抵抗の抵抗値と周波数との関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、加温に必要な電流値の決定手順の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる充放電装置および充放電制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
実施の形態．
図１は、本発明にかかる充放電装置の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の充放電装置１は、端子Ｐ１，Ｎ１，Ｐ２，Ｎ２と、リアクトル１１と、フィルタコンデンサ１２と、スイッチング回路１３と、平滑リアクトル１５と、制御部１６と、電流検出器１７と、電圧検出器１８と、で構成される。また、制御部１６は、加温判断部３１と、加温制御部３２と、を備える。
【００１９】
充放電装置１は、端子Ｐ２，Ｎ２を介して電力貯蔵装置２と接続される。電力貯蔵装置２は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池に代表される二次電池や大容量の電気二重層キャパシタ等の電力貯蔵デバイスを備える電力貯蔵手段である。
【００２０】
外部電源からの電力は端子Ｐ１，Ｎ１に入力される。入力端子Ｐ１にはリアクトル１１が接続され、リアクトル１１の後段にはフィルタコンデンサ１２が接続される。リアクトル１１とフィルタコンデンサ１２により構成されたＬＣフィルタ回路は、後述するスイッチング素子のスイッチング動作により発生するノイズ電流の外部電源への流出を抑制するとともに、外部電源から入力される外部電源電圧に含まれるリプル成分を平滑化してフィルタコンデンサ１２の両端電圧を平滑化する。
【００２１】
フィルタコンデンサ１２の両端には、スイッチング回路１３が接続される。スイッチング回路１３は、スイッチング素子１４Ｈと１４Ｌとで構成され、スイッチング素子１４Ｈ，１４Ｌは、それぞれ制御部１６からのオンオフ信号ＤＧＣによりオンオフ制御（スイッチング制御）される。スイッチング回路１３はいわゆる双方向降圧チョッパ回路であり、フィルタコンデンサ１２の電圧をスイッチング素子１４Ｈ，１４Ｌのスイッチング制御により降圧して出力する降圧機能とともに、出力電流を任意の値に調整する電流制御機能を有する。その回路構成と動作については、公知であるので説明は割愛する。
【００２２】
スイッチング回路１３の後段には、スイッチング回路１３からの出力電流ＩＢを検出して制御部１６へ出力する電流検出器１７が接続される。電流検出器１７の後段には、電流を平滑化する平滑リアクトル１５が接続される。電圧検出器１８は、平滑リアクトル１５の後段電圧（＝電力貯蔵装置２の電圧）を検出し、検出した出力電圧ＶＢを制御部１６に出力する。
【００２３】
また、制御部１６には、外部より、スイッチング回路１３の出力電流ＩＢの目標値を示す信号ＩＢＲと、電力貯蔵装置２の内部の温度に相当する信号ＢＴＭＰと、が入力される。制御部１６は、これらの入力された信号に基づいて、スイッチング回路１３のオン／オフを制御するオンオフ信号ＤＧＣを生成する。制御部１６は、通常時には、出力電流ＩＢが信号ＩＢＲの示す目標値となるようにオンオフ信号ＤＧＣを生成する。また、電力貯蔵装置２の内部の温度が所定の値以下となった場合（低温時）には、制御部１６は、電力貯蔵装置２の加温に必要な電流値を決定し、出力電流ＩＢが決定した電流値となるようオンオフ信号ＤＧＣを生成する。
【００２４】
電力貯蔵装置２は一般に低温では内部抵抗の増大によって化学反応の速度が低下して性能が低下するため、低温環境下で電力貯蔵装置２を起動する場合には、電力貯蔵装置２を十分な活性が得られる温度まで加温することが望ましい。電力貯蔵装置２に通電することにより、加温する場合、加温に必要なエネルギーは、電力貯蔵装置２として用いられるデバイスの熱容量に基づいて計算できる。例えば、このデバイスがリチウムイオン電池を用いている場合、デバイスにはプラス極、マイナス極、セパレータ、電解液、容器など複数の材料が用いられるが、平均熱容量は約１Ｊ／Ｋ／ｇである。１Ｋｇのデバイスを１０Ｋ加温するのに必要なエネルギーは１００００Ｊであり、デバイスの内部抵抗が１０ｍΩ一定だとすると、加温の所要時間は、電流１００Ａの通電では１００秒、電流１０Ａで通電では１００００秒である。このように、加温に要する時間は、電流値に大きく依存する。
【００２５】
一方、低温環境下では、ＩＲ損が大きくなり、通電可能な電流値が小さくなる。さらに、充電方向の電流によってのみ加温すると満充電で通電が終了する。同様に放電方向の電流だけでは蓄電電気量を放出し終わったらそれ以上の加温はできない。従って、充電方向のみの加温または放電方向のみの加温では、電力貯蔵装置２の十分な加温ができない可能性がある。本実施の形態では、充電と放電を交互に繰り返すパターンで通電を行うことにより、効果的な加温を行なう。以下、本実施の形態の加温方法を説明する。
【００２６】
電力貯蔵装置２は環境温度によって変化する内部抵抗２１を備える。図１では、内部抵抗２１として、電力貯蔵デバイスの内部抵抗を等価回路抵抗で表している。実際の電力貯蔵装置２の内部抵抗は容量成分を含む時定数を有した等価回路抵抗になるが、定常状態では簡単に図１のように温度に対して変化する抵抗で表すことができる。この内部抵抗２１は、温度以外にＳＯＣに対しても依存性を有している。電力貯蔵装置２を、電力貯蔵装置２を用いるシステムに組み込む前に、内部抵抗２１の温度およびＳＯＣに対する依存性を初期データとして測定しておく。
【００２７】
図２は、内部抵抗２１の温度およびＳＯＣ依存性の測定結果を示すデータテーブルの一例を示す図である。図２の例は、電力貯蔵装置２としてリチウムイオン電池を用いた場合の内部抵抗２１の温度およびＳＯＣ依存性の初期の測定結果（抵抗値）を示している。測定した温度範囲は−２５℃から＋４５℃までであり、ＳＯＣの範囲は０％から１００％である。図２中の抵抗値の単位は、容量で規格した抵抗値ｍΩ／Ａｈである。
【００２８】
例えば、−５℃の環境温度で充電レベルがＳＯＣ６０％の場合、抵抗値は０．２３ｍΩ／Ａｈであるから、５０Ａｈの単セルに１０Ａの電流を印加すると１１５ｍＶの電圧ドロップと同時に１．１５Ｗの熱が発生し、２０Ａの電流を印加すると２３０ｍＶの電圧ドロップと４．６Ｗの熱が発生する。この熱は電力貯蔵装置２の内部からの発熱であるため、低温環境下にある電力貯蔵装置２を効率よく加温できるが、上述のように充電方向の電流によってのみ、または放電方向によってのみ加温すると加温時間に制約が生じる。
【００２９】
そこで、本実施の形態では、充放電装置１は、電力貯蓄装置２に対する充電電気量と放電電気量とが一定期間内で同等程度になるように充電と放電を交互に繰り返すパターンで通電を行う。図３は、電力貯蓄装置２に対する通電パターンの一例を示す図である。電流波形４１は、充電電気量と放電電気量が同等程度になるように充電と放電を交互に繰り返す通電パターンの一例を示している。充放電装置１の制御部１６は、例えば図３に示した通電パターンで電力貯蓄装置２へ電流が出力されるようスイッチング回路１３に出力するオンオフ信号を制御する。
【００３０】
図３に示した通電パターンを一定時間繰り返すことでＳＯＣを一定に保ちながら連続した通電を行うことが可能となり、電力貯蔵装置２を必要な温度に加温するまでの時間的制約がなくなる。なお、この通電の際の電流値は充電と放電で異なってもよい。例えば、電力貯蓄装置２にリチウムイオン電池を用いる場合には、充電電流の劣化への影響が相対的に大きいため、充電方向は電流値を小さくて時間を長くし、放電方向は電流値を大きくして時間を短くするのが好ましい。また、電力貯蓄装置２の電圧が比較的高くＳＯＣが高いレベルにあるときは、充電電流印加時の電圧損で上限電圧に到達して所望の電流を流せなくなるので、充電方向の電流値を小さくして通電時間を長くするのが好ましい。またＳＯＣレベルが低い場合には、セル電圧が低いため、放電電流印加時の電圧損で下限電圧に到達して所定の電流を流せなくなるので、充電方向の電流値を大きく通電時間を短く、放電方向の電流を小さく通電時間を長く設定するのが好ましい。
【００３１】
なお、図３は、一例であり充電電気量と放電電気量が同等程度になるような通電パターンであれば、図３に示した例に限定されない。電流波形は三角波、矩形波、正弦波、リップル電流に見られるパルス状の三角波でもよく、充電と放電の電気量が等価であれば、波形は特定な形である必要はなく、異なる波形の組み合わせでもよい。また、一定時間充電してＳＯＣを上昇させた後に充電と放電の電気量が等価になるように電流を印加してもよいし、一定時間放電してＳＯＣを下降させた後に充電と放電の電気量が等価になるように電流を印加してもよい。
【００３２】
電力貯蔵装置２は、一般に抵抗、コンデンサの並列等価回路で表すことができ、交流電流を印加するとある時定数に応じた電圧波形が出力されるが、図３に例示したような矩形波を印加した場合にも、同様に時定数に応じた電圧波形が出力される。充電と放電の１周期（１サイクル：充放電周期）に要する時間の逆数を周波数とすると、内部抵抗２１は周波数に依存する。図４は、電力貯蔵装置２の内部抵抗２１の抵抗値と周波数との関係の一例を示す図である。図４の周波数依存性４２は、−１５℃における内部抵抗２１の抵抗値の周波数依存性を示し、周波数依存性４３は−５℃における内部抵抗２１の抵抗値の周波数依存性を示し、周波数依存性４４は５℃における内部抵抗２１の抵抗値の周波数依存性を示し、周波数依存性４５は２５℃における内部抵抗２１の抵抗値の周波数依存性を示す。なお、周波数依存性４２〜４５は、同一のＳＯＣでの値を示している。
【００３３】
図４に示すように、周波数が高いほど内部抵抗２１（内部抵抗２１の抵抗値）は小さく、逆に周波数が低いほど内部抵抗２１は高くなる。この傾向は温度によらない。図２に例示した内部抵抗２１の温度およびＳＯＣ依存性の初期の測定結果を得る際に、図４に例示した内部抵抗２１と周波数の関係についても取得しておく。制御部１６は、内部抵抗２１の温度およびＳＯＣ依存性の初期の測定結果と、温度およびＳＯＣごとの内部抵抗２１と周波数の関係（周波数依存特性）と、を初期データのデータテーブルとして保持しておく。なお、周波数依存特性については、温度とＳＯＣの組み合わせごとに保持してもよいし、温度ごとに周波数依存特性を保持して、ＳＯＣの値により周波数依存特性を補正する等の方法を用いてもよい。また、データデーブルで保持する替わりに、各パラメータ（温度、ＳＯＣ、周波数）の近似式として保持してもよい。
【００３４】
一方、内部抵抗２１は、充放電サイクル回数および経過時間とともに不可逆に増大し、また、電力貯蔵装置２の使用温度環境、充放電電流、電圧などの使用条件によっても内部抵抗２１の抵抗値の増大速度は複雑に変化する。例えば、充電電流、環境温度が大きいと内部抵抗２１の抵抗値の増大速度は大きく、電圧が高いほど経年劣化速度は上昇する。また、低温での充放電を繰り返しのより内部抵抗２１の抵抗値は増大する。そのため、図２に例示した初期データは、電力貯蔵装置２の使用初期段階にしか用いることができない。このため、本実施の形態では、低温時に電力貯蔵装置２の加温に必要な電流値を求める際には、リアルタイムに測定した内部抵抗２１の抵抗値を用いる。なお、初期データからの変化が少ないと想定される場合（電力貯蔵装置２の使用開始からの経過時間が短い場合等）には、初期データを用いてもよい。
【００３５】
本実施の形態では、電流検出器１７がスイッチング回路１３の出力電流ＩＢを測定し、電圧検出器１８が、平滑リアクトル１５の後段電圧（＝電力貯蔵装置２の電圧）である出力電圧ＶＢを測定している。制御部１６は、リアルタイムに測定された出力電流ＩＢおよび出力電圧ＶＢに基づいて内部抵抗２１の抵抗値を測定する。
【００３６】
また、リアルタイムで抵抗値を測定する場合は、任意の電流を一定時間印加し、その後電流をゼロにし、電流をゼロにした直後からの電圧緩和過程に基づいて内部抵抗２１の周波数依存性を特定する。充電電流を一定時間印加し、その後電流をゼロにすると、電圧は減少する。電流をゼロにした直後の電圧低下は、内部抵抗２１の高い周波数の成分による電圧変化に相当し、長い時間経過した電圧変化領域の電圧変化は、内部抵抗２１の低い周波数の成分による電圧変化に相当する。すなわち、電流をゼロにした後の電圧低下特性に基づいて内部抵抗２１の抵抗値の周波数依存性を求めることができる。
【００３７】
図５は、本実施の形態の電力貯蔵装置２の加温に必要な電流値の決定手順の一例を示す図である。制御部１６の加温判断部３１は、電力貯蔵装置２の起動時に、外部から入力される電力貯蔵装置２のセル温度ＢＴＭＰを取得する。セル温度ＢＴＭＰは、例えば、電力貯蔵装置２に内蔵されたサーミスターまたは熱電対によって測定され、制御部１６に入力される。セル温度ＢＴＭＰがしきい値（例えば、５℃）を下回った場合には、加温判断部３１は、電力貯蔵装置２の加温シーケンスへ移行すると判断し、図５に示した手順（電力貯蔵装置２の加温に必要な電流値の決定手順）を実行する。一方、加温判断部３１は、セル温度ＢＴＭＰがしきい値以上の場合には、出力電流ＩＢが信号ＩＢＲの示す目標値となるようにオンオフ信号ＤＧＣを生成する通常の制御を実施する。なお、電力貯蔵装置２が複数セルで構成され、複数セルの温度をそれぞれ測定している場合には、各測定値の平均値または測定値の最低値を用いて、加温シーケンスへの移行を判断する。
【００３８】
電力貯蔵装置２の加温に必要な電流値の決定手順を開始すると、制御部１６の加温制御部３２は、まず、セル温度ＢＴＭＰと、出力電流ＩＢをゼロとしたときの測定電圧（電圧検出器１８が検出した出力電圧ＶＢ）と、を取得する（ステップＳ１）。なお、電力貯蔵装置２が複数セルで構成される場合には、例えば、複数セルに対してそれぞれ電圧検出器１８を設けてセル電圧を測定し、測定したセル電圧の平均値を測定電圧として用いる。
【００３９】
つぎに、予め定められている電力貯蔵装置２の上限電圧または下限電圧と測定電圧との差の絶対値を許容電圧振幅として計算する（ステップＳ２）。なお、ここでは、充電方向の電流値と放電方向の電流値の絶対値を同じとする。上限電圧と測定電圧の差の絶対値と、下限電圧と測定電圧の差の絶対値と、のどちらを計算するかは、予め定めておいたいずれか一方を計算してもよいし、両方を計算して、例えば絶対値の小さい方を許容電圧振幅としてもよい。
【００４０】
つぎに、加温制御部３２は、内部抵抗２１の抵抗値の周波数依存性を計算または測定する（ステップＳ３）。具体的には、制御部１６が保持している電力貯蔵装置２の初期データのデータテーブルに基づいて、ＳＯＣとセル温度ＢＴＭＰに対応する内部抵抗２１の抵抗値の周波数依存性を計算するか、または上述したように電流をゼロにした直後からの電圧緩和過程に基づいて内部抵抗２１の周波数依存性を測定する。なお、制御部１６は電力貯蔵装置２のＳＯＣをどのように求めてもよいが、例えば測定電圧に基づいて算出する。
【００４１】
つぎに、加温制御部３２は、電流値を設定し（ステップＳ４）、周波数を設定する（ステップＳ５）。ステップＳ４，Ｓ５で設定する電流値および周波数は、例えば、それぞれ初期値を定めておき、初回（後述のステップＳ６による繰り返しが実施される前）はその初期値を設定する。初期値は、固定値を用いてもよいし、ＳＯＣごとに異なる値を設定しておいてもよい。
【００４２】
加温制御部３２は、設定した周波数と、ステップＳ３で計算または測定した周波数依存性と、に基づいて内部抵抗２１の抵抗値を求め、求めた抵抗値と設定した電流値との積が許容電圧振幅以下であるか否かを判断する（ステップＳ６）。抵抗値と設定した電流値との積が許容電圧振幅以下であると判断した場合（ステップＳ６  Ｙｅｓ）、加温制御部３２は、設定した周波数と、設定した電流値と、をそれぞれ加温シーケンスで用いる周波数、電流値として決定する（ステップＳ７）。
【００４３】
抵抗値と設定した電流値との積が許容電圧振幅を超えると判断した場合（ステップＳ６  Ｎｏ）、ステップＳ４へ戻る。ステップＳ６を経由して、ステップＳ４へ戻った場合、以降のステップＳ４，Ｓ５では、設定する周波数、電流値のうち少なくとも一方をそれまで設定されていた値から変更する。例えば、電流値をより小さい値に変更するか、または周波数をより大きい値に変更する。なお、抵抗値と設定した電流値との積は大きい方が加温の効果が高いため、許容電圧振幅を超えないは範囲でなるべく内部抵抗２１の抵抗値と設定した電流値との積を大きくするために、電流値の初期値は大きな値とし、周波数の初期値は小さい値としておくことが望ましい。
【００４４】
以上の手順により、加温シーケンスで用いる周波数および電流値を決定すると、加温制御部３２は、決定した周波数および電流値に基づいてオンオフ信号ＤＧＣを生成することにより、電力貯蔵装置２の充放電を制御する。具体的には、例えば、図３で示した電流波形とする場合には、充電と放電を１組とする１周期を決定した周波数に対応する周期とし、充電電流の絶対値を決定した電流値とし、放電電流の絶対値を決定した電流値とするよう通電パターンで電流を印加する。ただし、電流の絶対値はゼロから図５の手順で決定した電流値まで徐々に増加させることが望ましい。計算誤差、セルばらつきが原因で電圧変動によって上限電圧または下限電圧に到達するセルが出現しないように、印加する電流の増加速度は例えば０．１Ａ／秒から１Ａ／秒程度とする。
【００４５】
なお、電力貯蔵装置２へ印加される出力電流ＩＢのリップル電流を用いて電力貯蔵装置２を加温するようにしてもよい。例えば、オンオフ信号ＤＧＣの充放電の周波数が低いほど大きくなるため、制御部１６は、周波数を低くすることによりリップル電流を増加させて、電力貯蔵装置２の加温効果を向上させることができる。
【００４６】
なお、ここでは、充電方向の電流値と放電方向の電流値の絶対値を同じとする場合について説明したが、充電方向の電流値と放電方向の電流値とを独立に決定してもよい。例えば、充電については測定電圧と上限電圧の差を許容電圧振幅とし、放電については測定電圧と下限電圧の差を許容電圧振幅として、各々の電流値を求めればよい。充電と放電でそれぞれ異なる電流値を用いる場合には、充電電気量と放電電気量が同等程度になるように充電と放電の通電時間を調整する。
【００４７】
なお、本実施の形態では、制御部１６が、加温シーケンスに移行するか否かの判断を行なう加温判断部３１と、加温シーケンスで用いる周波数および電流値を決定して、決定した周波数および電流値に基づいて充放電を制御することにより電力貯蔵装置２を加温する加温制御部と、を有している。これに限らず、加温判断部と、加温制御部と、を制御部１６と別に設けて、制御部１６が加温時以外の制御を行うようにしてもよい。
【００４８】
なお、図５で示した手順では、求めた抵抗値と電流値との積が許容電圧振幅以下となるよう電流値を決定するようにしたが、予め決定する電流値を設定しておく等、図５で述べた以外の手順で電流値を決定してもよい。
【００４９】
このように、本実施の形態では、電力貯蔵装置２の起動時に電力貯蔵装置２の温度が下限温度を下回る場合、制御部１６は、電力貯蔵装置２の温度および充電レベルに対応した電力貯蔵装置２の内部抵抗２１の抵抗値の周波数特性値を求め、前記周波数特性に基づいて決定した周波数に対応する繰り返し周期で充電と放電を交互に繰返す電流を印加するオンオフ信号を生成することにより電力貯蔵装置２の充放電を制御するようにした。そのため、二次電池や電気二重層キャパシタ等の電力貯蔵デバイスを含む電力貯蔵装置の温度を効率的に上昇させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明にかかる充放電装置および充放電制御方法は、電力貯蔵装置の充放電制御を行う充放電装置に有用であり、特に、電力貯蔵装置が低温環境下で起動される可能性がある場合に適している。
【符号の説明】
【００５１】
１  充放電装置
２  電力貯蔵装置
１１  リアクトル
１２  フィルタコンデンサ
１３  スイッチング回路
１４Ｈ，１４Ｌ  スイッチング素子
１５  平滑リアクトル
１６  制御部
１７  電流検出器
１８  電圧検出器
３１  加温判断部
３２  加温制御部
４１  電流波形
４２  −１５℃における内部抵抗２１の抵抗値の周波数依存性
４３  −５℃における内部抵抗２１の抵抗値の周波数依存性
４４  ５℃における内部抵抗２１の抵抗値の周波数依存性
４５  ２５℃における内部抵抗２１の抵抗値の周波数依存性
【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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【国際調査報告】
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