(57)【要約】【課題】劣化特性についてのＳＯＣ依存性が異なる異種二次電池を組み合わせたハイブリッド電池において、各二次電池が本来持つ性能を制約することなく、各二次電池の寿命を延命化する。【解決手段】劣化速度が低ＳＯＣ領域よりも高ＳＯＣ領域で速い二次電池２Ａと劣化速度が高ＳＯＣ領域よりも低ＳＯＣ領域で速い二次電池２Ｂとを並列接続したハイブリッド電池において、放電時、二次電池２Ａが所定の高ＳＯＣ超である場合には、それ以外の放電時の電力配分比よりも、二次電池２Ａへの放電電力配分比を高くし、充電時、二次電池２Ｂが所定の低ＳＯＣ未満である第２の場合には、それ以外の充電時の電力配分比よりも記二次電池２Ｂへの充電電力配分比を高くする。【選択図】図２
2014017982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
劣化速度が低ＳＯＣ領域よりも高ＳＯＣ領域で速い二次電池Ａと劣化速度が高ＳＯＣ領域よりも低ＳＯＣ領域で速い二次電池Ｂとを並列接続したハイブリッド電池の充放電電力配分方法であって、
放電時、前記二次電池Ａが所定の高ＳＯＣ超である第１の場合には、それ以外の放電時の電力配分比よりも、前記二次電池Ａへの放電電力配分比を高くし、
充電時、前記二次電池Ｂが所定の低ＳＯＣ未満である第２の場合には、それ以外の充電時の電力配分比よりも、前記二次電池Ｂへの充電電力配分比を高くすること、
を特徴とする充放電電力配分方法。
【請求項２】
前記それ以外の充放電時での電力配分比を、前記二次電池Ａと前記二次電池Ｂの充放電余裕容量の比と一致させること、
を特徴とする請求項１記載の充放電電力配分方法。
【請求項３】
前記それ以外の充放電時での電力配分比を、前記二次電池Ａと前記二次電池Ｂとの出力特性の比で補正すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の充放電電力配分方法。
【請求項４】
劣化進行が顕著になる所定の高温領域、且つ前記第１の場合に、前記二次電池Ａの放電電力配分比を高め、
劣化進行が顕著になる所定の高温領域、且つ前記第２の場合に、前記二次電池Ｂの充電電力配分比を高めること、
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の充放電電力配分方法。
【請求項５】
前記ハイブリッド電池は、劣化速度が速くなるＳＯＣ領域が異なる３種類以上の二次電池を並列接続してなること、
を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の充放電電力配分方法。
【請求項６】
劣化速度が低ＳＯＣ領域よりも高ＳＯＣ領域で速い二次電池Ａと劣化速度が高ＳＯＣ領域よりも低ＳＯＣ領域で速い二次電池Ｂとが並列接続されてなるハイブリッド電池に対する電池コントローラであって、
前記ハイブリッド電池に対する充電又は放電の指令値を受け取る入力部と、
前記指令値に対応する充電電力又は放電電力を前記二次電池Ａ及び前記二次電池Ｂに配分する配分量算出部と、
を備え、
前記配分量算出部は、
放電時、前記二次電池Ａが所定の高ＳＯＣ超である第１の場合には、それ以外の放電時の電力配分比よりも、前記二次電池Ａへの放電電力配分比を高くし、
充電時、前記二次電池Ｂが所定の低ＳＯＣ未満である第２の場合には、それ以外の充電時の電力配分比よりも、前記二次電池Ｂへの充電電力配分比を高くすること、
を特徴とする電池コントローラ。
【請求項７】
前記配分量算出部は、
前記それ以外の充放電時での電力配分比を、前記二次電池Ａと前記二次電池Ｂの充放電余裕容量の比に基づきと一致させること、
を特徴とする請求項６記載の電池コントローラ。
【請求項８】
前記配分量算出部は、
前記それ以外の充放電時での電力配分比を、前記二次電池Ａと前記二次電池Ｂとの出力特性の比で補正すること、
を特徴とする請求項６又は７記載の電池コントローラ。
【請求項９】
劣化進行が顕著になる所定の高温領域、且つ前記第１の場合に、前記二次電池Ａの放電電力配分比を高め、
劣化進行が顕著になる所定の高温領域、且つ前記第２の場合に、前記二次電池Ｂの充電電力配分比を高めること、
を特徴とする請求項６乃至８の何れかに記載の電池コントローラ。
【請求項１０】
劣化速度が速くなるＳＯＣ領域が異なる３種類以上の二次電池の充放電電力配分を制御すること、
を特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の電池コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、劣化速度が低ＳＯＣ領域よりも高ＳＯＣ領域で速い二次電池と劣化速度が高ＳＯＣ領域よりも低ＳＯＣ領域で速い二次電池とを並列接続したハイブリッド電池の充放電電力配分方法、及びハイブリッド電池に対する電池コントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の応用範囲は多岐にわたっている。例えば、ハイブリット車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、あるいはプラグインハイブリット車（ＰＨＥＶ）等の車両用電源用途、太陽光や風力等の自然エネルギーを利用した発電あるいは負荷の変動抑制用途、変電所の平準化用途、電力需要の変動抑制、ピークシフト用途等を挙げることができる。
【０００３】
二次電池は、必要な電圧値や電流値を得るために複数の電池セルが直並列に接続されて使用されることが多い。近年では、特性の異なる異種の二次電池を組み合わせてなる所謂ハイブリッド電池についての検討と実証が進められている。単一種類の均一な特性の電池のみを組み合わせるのではなく、特性の異なる異種の二次電池を組み合わせて、それぞれの特性を生かした使い方をすることによって、電池システム全体としての性能を高める、或いは寿命を延ばすことを目指すものである。
【０００４】
例えば、異なる特性の電池を組合せたハイブリッド電池に関しては、特許文献１に示されているように、鉛電池とキャパシタとを電池セルのレベルでハードウェア的に並列接続したものが提示されている。
【０００５】
このようなハイブリッド電池において提案されている寿命延命化策は、例えば、密閉型ニッケル水素電池とキャパシタとのハイブリッド電池においては、急激な充放電指令電流値の変化に対して内部抵抗の違いによってキャパシタ側が多く負担するように電流を配分することにより、ＮｉＭＨ側の寿命を延命するものである。
【０００６】
その他、寿命延命化策としては、二次電池全般まで拡げると、特許文献２に示されているように、二次電池セルの容量劣化を抑制するために、劣化した二次電池に優先的に冷却風を配分することも提案されている。更には、特許文献３に示されているように、組電池の電力分配方法として、直列または直並列に接続した組電池に回生充電が行われる際、バイパス回路で充電量を制御することで特定電池の劣化を防止する方策が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−９５０２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９３５８８号公報
【特許文献３】特開平０９−１８２３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、現状ハイブリッド電池において提案されている寿命延命化策は、単純に充放電回数に由来するサイクル劣化に対応したものであり、劣化特性にＳＯＣ依存性がある場合のカレンダ劣化の解決策を与えるものではない。例えば、鉛電池やリチウムイオン電池のハイブリッド電池においては、鉛電池やリチウムイオン電池の劣化特性に大きく影響を与えるのはＳＯＣであるが、このＳＯＣの影響は配慮されてはいない。
【０００９】
また、単一電池を利用した変動抑制用途では、目標ＳＯＣを定め、ＳＯＣが極力その目標値に近づくように充放電に制約をかけるＳＯＣ制御も提案されている。これは本来の二次電池の充放電性能に制約をかけ、容量などの性能をフルに活かせないことになり、ハイブリッド電池として目指すべき個々特性に対応した寿命延命化方策とはいえない。
【００１０】
本発明の実施形態は、上記の課題を解消するために提案されたものであり、劣化特性についてのＳＯＣ依存性が異なる複数種類の二次電池を組み合わせたハイブリッド電池において、各二次電池が本来持つ性能を制約することなく、各二次電池の寿命を延命化する充放電電力配分方法及び電池コントローラを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、実施形態の充電電力配分方法は、劣化速度が低ＳＯＣ領域よりも高ＳＯＣ領域で速い二次電池Ａと劣化速度が高ＳＯＣ領域よりも低ＳＯＣ領域で速い二次電池Ｂとを並列接続したハイブリッド電池の充放電電力配分方法であって、放電時、前記二次電池Ａが所定の高ＳＯＣ超である第１の場合には、それ以外の放電時の電力配分比よりも、前記二次電池Ａへの放電電力配分比を高くし、充電時、前記二次電池Ｂが所定の低ＳＯＣ未満である第２の場合には、それ以外の充電時の電力配分比よりも、前記二次電池Ｂへの充電電力配分比を高くすること、を特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、実施形態の電池コントローラは、劣化速度が低ＳＯＣ領域よりも高ＳＯＣ領域で速い二次電池Ａと劣化速度が高ＳＯＣ領域よりも低ＳＯＣ領域で速い二次電池Ｂとが並列接続されてなるハイブリッド電池に対する電池コントローラであって、
前記ハイブリッド電池に対する充電又は放電の指令値を受け取る入力部と、前記指令値に対応する充電電力又は放電電力を前記二次電池Ａ及び前記二次電池Ｂに配分する配分量算出部と、を備え、前記配分量算出部は、放電時、前記二次電池Ａが所定の高ＳＯＣ超である第１の場合には、それ以外の放電時の電力配分比よりも、前記二次電池Ａへの放電電力配分比を高くし、充電時、前記二次電池Ｂが所定の低ＳＯＣ未満である第２の場合には、それ以外の充電時の電力配分比よりも、前記二次電池Ｂへの充電電力配分比を高くすること、を特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】充放電電力配分のアルゴリズムを示す模式図である。
【図３】電池コントローラと電池別制御部の詳細構成を示すブロック図である。
【図４】電圧とＳＯＣの関係を示すグラフである。
【図５】二次電池の種類毎に劣化速度が急増する閾値が記憶されている状態を示す模式図である。
【図６】二次電池の定格容量が記憶されている状態を示す模式図である。
【図７】第１の実施形態に係り、配分比補正係数ｒＡ及びｒＢの具体値が分類されて記憶されている状態を示す模式図である。
【図８】充放電電力配分方法を示すフローチャートである。
【図９】第１の実施形態に係り、ハイブリッド電池を構成する二次電池が同一種類である場合の充放電電力配分を示す模式図である。
【図１０】第１の実施形態に係り、一方の二次電池が高出力特性を有し、他方の二次電池が相対的に低出力特性である場合の充放電電力配分を示す模式図である。
【図１１】第１の実施形態に係り、２種の二次電池の両ＳＯＣが劣化急進領域にない状態での放電電力配分を示す模式図である。
【図１２】第１の実施形態に係り、劣化速度が高ＳＯＣ領域よりも低ＳＯＣ領域で速い二次電池のＳＯＣが劣化急進領域にある状態で充電電力配分を示す模式図である。
【図１３】第１の実施形態に係り、２種の二次電池の両ＳＯＣが劣化急進領域にない状態での充電電力配分を示す模式図である。
【図１４】第１の実施形態に係り、劣化速度が高ＳＯＣ領域よりも低ＳＯＣ領域で速い二次電池のＳＯＣが劣化急進領域にある状態で其の電池が満充電となっている状態での充電電力配分を示す模式図である。
【図１５】第１の実施形態に係り、劣化速度が低ＳＯＣ領域よりも高ＳＯＣ領域で速い二次電池のＳＯＣが劣化急進領域にある状態で放電電力配分を示す模式図である。
【図１６】第２の実施形態に係る電池システムの構成を示すブロック図である。
【図１７】第３の実施形態に係り、配分比補正係数ｒＡ及びｒＢの具体値が分類されて記憶されている状態を示す模式図である。
【図１８】第４の実施形態に係り、２種の二次電池の放電電力配分を示す模式図である。
【図１９】第４の実施形態に係り、優先放電される二次電池が空の場合の放電電力配分を示す模式図である。
【図２０】第４の実施形態に係り、２種の二次電池の充電電力配分を示す模式図である。
【図２１】第４の実施形態に係り、優先充電される二次電池が満充電の場合の放電電力配分を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施形態に係る電力システムが備える電池コントローラの充放電電力配分方法に係る実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
（全体構成）
図１は、本実施形態に係る電池システム１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、電池システム１は、上位システムであるＥＭＳ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）より充放電指令を受けて、電池の充放電を行うシステムである。この電池システム１には、複数の二次電池２Ａ、２Ｂ・・・が直流バス９に並列に接続されて設置される。
【００１６】
直流バス９は、その他、発電機、負荷、電力系統等に接続されており、二次電池２Ａ、２Ｂ・・・に対して充放電が可能となっている。発電機としては、太陽光発電機、風力発電機、燃料電池、負荷としては、電気自動車やハイブリッド車両の電源、家庭用電源、その他の各種が挙げられる。また、負荷の一例としては系統電力網が含まれる。
【００１７】
二次電池２Ａ、２Ｂ・・・は、それぞれが単一の蓄電池セル２１、２２又は直列接続された複数の蓄電池セル２１、２２群である。尚、本実施形態では、説明の都合上、電池システム１が二次電池２Ａ、２Ｂを有するものとする。
【００１８】
この二次電池２Ａ、２Ｂは、電池の種類が異なり、ハイブリッド電池を構成している。例えば、二次電池２Ａはリチウムイオン電池であり、二次電池２Ｂは鉛電池である。そのため、二次電池２Ａ、２Ｂとでは、電池の特性が異なり、特に劣化に対するＳＯＣ依存性が異なる。リチウムイオン電池である二次電池２Ａは、一般に、高入出力、高容量単価であり、特に劣化速度が高ＳＯＣ側で速い。一方、鉛電池である二次電池２Ｂは、一般に、リチウムイオン電池に比べて入出力能力は低いが、低容量単価であり、劣化速度は低ＳＯＣ側で速い。ＳＯＣは、Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅの略であり、定格充電容量に対する残容量の割合である。
【００１９】
この二次電池２Ａ、２Ｂに対して充放電を制御する電池システム１は、電池コントローラ３と、電池別制御部４Ａ、４Ｂと、各種のセンサを備えている。各種センサは、電池システム１では、各電池セルに並列接続された電圧測定部５、二次電池２Ａ、２Ｂの各一端に接続された電流測定部６、二次電池２Ａ、２Ｂのそれぞれ近傍に設置された温度測定部７である。
【００２０】
電池コントローラ３は、プロセッサ、メモリ、及び通信インターフェースを含み構成され、電池コントローラ３と、制御信号や電池情報信号を送受信するための信号線８で電池別制御部４Ａ、４Ｂ及び各種センサと接続されている。信号線８は、例えばＳＭＢｕｓ通信方式が利用され、２つの通信ラインであるデータラインとクロックラインを有し、データ信号等を送受信する。
【００２１】
この電池コントローラ３は、ＥＭＳからの充放電指令を受信して、二次電池２Ａ、２Ｂの充放電制御を統括する。すなわち、電池コントローラ３は、充放電指令が示す充放電力量の二次電池２Ａ、２Ｂへの配分を決定し、その配分量を電池別制御部４Ａ、４Ｂに指示する。充放電電力配分の決定に際しては、二次電池２Ａ、２Ｂの電池特性、特に劣化のＳＯＣ依存特性、及び各種センサが示す状況を加味する。
【００２２】
電池別制御部４Ａ、４Ｂは、充放電のスイッチング及び二次電池２Ａ、２Ｂに対して入出力する充放電量の制御を行う。電池別制御部４Ａは、二次電池２Ａの充放電を制御し、電池別制御部４Ｂは、二次電池２Ｂの充放電を制御する。
【００２３】
この電池別制御部４Ａ、４Ｂは、充電回路、放電回路、充電回路と放電回路を切り換えるスイッチングトランジスタ等からなるスイッチ、及び当該スイッチを切り換えるコントローラを備えたＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）であり、電池コントローラ３の決定した電力配分に従って実際に二次電池２Ａ、２Ｂへの充放電を制御する。
【００２４】
電流測定部６は、例えば二次電池２Ａ、２Ｂのそれぞれと直列な抵抗素子を有し、抵抗素子の両端に誘導される電圧を検出して、二次電池２Ａ、２Ｂに流れる充放電電流を測定する。温度測定部７は、サーミスタ、ＰＴＣ等であり、二次電池２Ａ、２Ｂの表面に接触し、あるいは熱伝導材を介して接触し、あるいは二次電池２Ａ、２Ｂの表面に接触して電池に熱結合されることで、二次電池２Ａ、２Ｂの温度を測定する。
【００２５】
（電力配分アルゴリズム）
このような電池システム１における電池コントローラの、二次電池２Ａ、２Ｂの電池特性、特に劣化のＳＯＣ依存特性、及び各種センサが示す状況を加味した、充放電電力配分のアルゴリズムについて、以下説明する。
【００２６】
まず、このアルゴリズムは、ＳＯＣに依存する電池のカレンダ劣化を抑制するものであり、その方針は、図２に示すように、高ＳＯＣ側で劣化速度の大きい二次電池２Ａは、出来るだけ低ＳＯＣ側の滞在時間を長くし、低ＳＯＣ側で劣化速度の大きい二次電池２Ｂは、出来るだけ高ＳＯＣ側の滞在時間を長くすることにある。また、電池の温度上昇を極力抑えるべく、発生熱量が電流の二乗に比例することを考慮して、一方の電池への電力配分の偏重を避け、二次電池２Ａと２Ｂとの充放電電力配分は相応に分担させる。
【００２７】
そこで、電力コントローラ３は、以下の３形態に配分パターンを分け、状況に応じて何れかの配分パターンを選択する。
【００２８】
（１）基本形態
基本的には、ＥＭＳから指示された充放電電力を、二次電池２Ａと二次電池２Ｂの充放電余裕容量比と一致させて配分する。例えば、二次電池２Ａの残容量がＸ（Ａｈ）で、二次電池２Ｂの残容量が２Ｘであれば、二次電池２Ａと２Ｂの放電量比が１：２となるように、電力システム１全体の放電電力を配分する。また、例えば、二次電池２Ａの充電余裕容量がＹ（Ａｈ）で、二次電池２Ｂの充電余裕容量が２Ｙであれば、二次電池２Ａと２Ｂの充電量比が１：２となるように、電力システム１全体の充電電力を配分する。
【００２９】
（２）二次電池２ＡのＳＯＣがＳＯＣａ超の場合
ＳＯＣａは、二次電池２Ａの劣化速度がその値を超えると急増するようなＳＯＣの閾値である。この場合、充電時においては、上記基本形態よりも二次電池２Ａへの放電電力配分を高める。例えば、二次電池２ＡがＥＭＳから指示された充電電力のほとんど全てを分担する。
【００３０】
（３）二次電池２ＢのＳＯＣがＳＯＣｂ未満の場合
ＳＯＣｂは、二次電池２Ｂの劣化速度がその値を下回ると急増するようなＳＯＣの閾値である。この場合、充電時においては、上記基本形態よりも二次電池２Ｂへの充電電力配分を高める。例えば、二次電池２ＢがＥＭＳから指示された充電電力のほとんど全てを分担する。
【００３１】
このような方針における基本形態は、以下の考え方により具現化される。まず、二次電池２Ａと２Ｂとが同一種類で同一定格容量を有する場合には、上記方針に基づき、以下の基本計算式（１）及び計算式（２）を立てることができる。
【００３２】
2014017982.tif 000003
2014017982.tif 000004
Ｐ（Ｔｎ）：時刻ＴｎでのＥＭＳからの充電又は放電の合計電力指令値（ｋＷ）
Ｐａ（Ｔｎ）：時刻Ｔｎにおける二次電池２Ａへの配分値（ｋＷ）
Ｐｂ（Ｔｎ）：時刻Ｔｎにおける二次電池２Ｂへの配分値（ｋＷ）
Ｃａｒｅｍ：時刻Ｔｎでの二次電池２Ａの充電余裕容量又は放電余裕容量（Ａｈ）であり、充電指令時には充電余裕容量、放電指令時には放電余裕容量。
Ｃｂｒｅｍ：時刻Ｔｎでの二次電池２Ｂの充電余裕容量又は放電余裕容量（Ａｈ）であり、充電指令時には充電余裕容量、放電指令時には放電余裕容量。
【００３３】
この計算式（１）及び（２）によれば、二次電池２Ａと二次電池２Ｂの双方のＳＯＣが片方に偏ることなく、ほぼ同時に使い切ることが期待できる。
【００３４】
ここで、二次電池２Ａがリチウムイオン電池であり、高出力特性、高容量単価であり、二次電池２Ｂが鉛電池であり、相対的に低出力、低容量単価であることを考慮すると、二次電池２Ｂは安価に大容量が確保できるため、一般に二次電池２Ａの定格容量は二次電池２Ｂの定格容量より小さいこと（例えば１／１０程度）であることが想定される。
【００３５】
この場合、計算式（１）及び（２）を基本形態として、二次電池２Ａの負担量Ｐａ（Ｔｎ）が二次電池２Ｂの負担量Ｐｂ（Ｔｎ）より格段に小さくならず、換言すると、二次電池２Ａの出力レートを二次電池２Ｂに比べて極端に低くならないよいように、二次電池２Ａの特徴である高出力特性を生かした修正が望ましい。
【００３６】
そこで、以下の計算式（３）及び（４）のように、補正係数ｋＡを導入して計算式（１）及び（２）を補正することが望ましい。この計算式（３）及び（４）に倣うことで、二次電池２Ａと二次電池２Ｂの発生熱量を同等にすべきという要件にも適う。
【００３７】
2014017982.tif 000005
2014017982.tif 000006
【００３８】
すなわち、充放電余裕量Ｃａｒｅｍに対して補正係数ｋＡを掛ける。補正係数ｋＡは、例えば数倍程度であり、双方の出力特性の比に相当することが望ましい。出力特性とは、瞬時にどれだけ大電流を流せるかを示し、出力密度で表すこともできる。出力密度は、重量当たり又は体積当たりの出力である。
【００３９】
更に、ＳＯＣ領域に応じた劣化速度の差に対応して計算式（３）及び（４）を修正すると、最終的な計算式は以下の計算式（５）乃至（１０）となる。計算式（５）乃至（１０）によると、劣化が速いＳＯＣ領域の早期脱出による劣化抑制効果が期待できる。
【００４０】
2014017982.tif 000007
係数ｒＡは、二次電池２Ａの残容量が高ＳＯＣ領域にあるときの放電時の配分比補正係数であり、例えば、閾値ＳＯＣａ＝７０％とすると、ＳＯＣが７０％以上である場合には放電時の配分比補正係数ｒＡを２０とする。
【００４１】
2014017982.tif 000008
係数ｒＢは、二次電池２Ａの残容量が低ＳＯＣ領域にあるときの充電時の配分比補正係数であり、例えば、ＳＯＣｂ＝８０％とすると、ＳＯＣが８０％以下である場合には充電時の配分比補正係数ｒＢを１００とする。
【００４２】
2014017982.tif 000009
【００４３】
上記計算式（５）及び（６）においては、係数ｒＢ＝１、上記計算式（７）及び（８）においては、係数ｒＡ＝１、上記計算式（９）及び（１０）においては、係数ｒＡ＝１且つ係数ｒＢ＝１と言い換えることもできる。
【００４４】
（詳細構成）
このような電力配分アルゴリズムを実現する電池コントローラ３の構成を更に詳細に説明する。図３は、電池コントローラ３と電池別制御部４Ａ、４Ｂの詳細構成を示すブロック図である。つまり、ＥＭＳから出力された充放電指令に対する電力配分の決定方法と其の決定された電力配分に基づく充放電の具体例を示している。
【００４５】
図３に示すように、電池コントローラ３は、指令値受信部３１、ＳＯＣ算出部３２、配分方法判断部３３、電池情報記憶部３４、充放電余裕量算出部３５、配分量算出部３６、及び係数記憶部３７を備えている。
【００４６】
指令値受信部３１は、ＬＡＮケーブル等の通信線が接続された通信インターフェースを含み構成され、ＥＭＳから指令を受信する。ＥＭＳからの指令には、充電又は放電を示す充放電種別情報、及び充電又は放電の合計電力指令値Ｐ（Ｔｎ）が含まれている。
【００４７】
ＳＯＣ算出部３２は、プロセッサを含み構成され、電力配分方法を決定するための要素である二次電池２Ａ、２ＢのＳＯＣを算出する。ＥＭＳからの指令が放電であるときは、劣化速度が低ＳＯＣよりも高ＳＯＣで高い二次電池２ＡのＳＯＣを計算する。ＥＭＳからの指令が充電であるときは、劣化速度が高ＳＯＣよりも低ＳＯＣで高い二次電池２ＢのＳＯＣを計算する。
【００４８】
ＳＯＣの計算方法は、特に限定されるものではないが、例えば、ＳＯＣ算出部３２は、電圧測定部５が測定した二次電池２Ａ又は２Ｂの電圧値からＳＯＣを計算する。電池記憶部３４は、フラッシュメモリやＨＤＤ等の不揮発性メモリを含み構成されているが、この電池記憶部３４には、図４に模式的に示すような、電圧とＳＯＣとの関係を示す電圧−ＳＯＣ関係データを電池の種類毎に予め記憶している。ＳＯＣ算出部３２は、電圧測定部５から入力された電圧値に対応づけられているＳＯＣを電池記憶部３４から検索することにより、ＳＯＣを計算する。
【００４９】
配分方法判断部３３は、プロセッサを含み構成され、指令が放電且つ二次電池２ＡがＳＯＣａ超であるか、指令が充電且つ二次電池２ＢがＳＯＣｂ未満であるか、あるいは其れ以外であるかを判定する。
【００５０】
具体的には、指令に含まれる充放電種別情報の内容に応じて二次電池２Ａ又は２Ｂのうちの一方を判定対象とし、また当該内容に応じて閾値ＳＯＣａ又はＳＯＣｂの何れかを選択し、判定対象と選択値とを比較する。電池情報記憶部３４には、図５に示すように、閾値ＳＯＣａ及びＳＯＣｂが記憶されている。
【００５１】
充放電余裕量算出部３５は、プロセッサを含み構成され、二次電池２Ａと二次電池２Ｂの充放電余裕量ＣａｒｅｍとＣｂｒｅｍを算出する。ＥＭＳからの指令が放電であれば、充放電余裕量ＣａｒｅｍとＣｂｒｅｍは残容量であり、放電であれば、充放電余裕量ＣａｒｅｍとＣｂｒｅｍは受入可能容量である。
【００５２】
充放電余裕量の算出方法は、特に限定されるものではないが、例えば、充放電余裕量算出部３５は、指令が放電であれば、定格容量のＳＯＣで示される割合を計算する。また、充放電余裕量算出部３５は、指令が充電であれば、定格容量の（１００−ＳＯＣ）％で示される割合を計算する。電池情報記憶部３４には、図６に示すように、予め、二次電池２Ａと２Ｂの定格容量が記憶されている。
【００５３】
配分量算出部３６は、プロセッサを含み構成され、電力配分アルゴリズムに従って、二次電池２Ａと二次電池２Ｂに配分する充放電量を算出する。具体的には、配分比補正係数ｒＡ及びｒＢの具体値を配分方法判断部３３の判定結果に応じて選択し、上記計算式（５）乃至（１０）を纏めた以下の計算式（１１）及び（１２）を計算する。
【００５４】
2014017982.tif 000010
【００５５】
配分比補正係数ｒＡ及びｒＢの具体値、及び補正係数ｋＡの具体値は、フラッシュメモリやＨＤＤ等の不揮発性メモリを含み構成される係数記憶部３７に予め記憶されている。図７に示すように、配分比補正係数ｒＡ及びｒＢの具体値は、充放電種別情報及び配分方法判断部３３の判定結果のパターンに応じて分類されて記憶されている。
【００５６】
配分量算出部３６は、二次電池２Ａの種類に応じて定数である補正係数ｋＡを係数記憶部３７から読み出し、ＥＭＳからの充放電種別情報及び配分方法判断部３３が示した判定結果に対応づけられている配分比補正係数ｒＡ及びｒＢを係数記憶部３７から読み出し、充放電余裕量算出部３５が算出した充放電余裕量ＣａｒｅｍとＣｂｒｅｍを読み出し、指令値受信部３１が受信した合計電力指令値Ｐ（Ｔｎ）を読み出し、上記計算式（１１）及び（１２）を計算する。
【００５７】
配分量算出部３６の計算結果である配分量Ｐａ（Ｔｎ）は、二次電池２Ａを制御する電池別制御部４Ａに信号線８を介して出力され、配分量Ｐｂ（Ｔｎ）は、二次電池２Ｂを制御する電池別制御部４Ｂに信号線８を介して出力される。
【００５８】
尚、電池別制御部４Ａと４Ｂは、充放電量算出部４２と指令値比較部４１とスイッチ４３とを備え、受信した配分量Ｐａ（Ｔｎ）とＰｂ（Ｔｎ）を満たすように二次電池２Ａと２Ｂの充放電を制御する。充放電算出部４２は、プロセッサを含み構成され、二次電池２Ａと２Ｂの充放電量を算出する。充放電量の算出方法は、特に限定されるものではないが、例えば、電流測定部６の測定値と経過時間とを乗算する。指令値比較部４１は、比較回路を含み構成され、充放電算出部４２が算出した充放電量と配分量Ｐａ（Ｔｎ）やＰｂ（Ｔｎ）を比較する。そして、比較の結果に応じてスイッチ４３を開閉する。
【００５９】
（動作）
この電池コントローラ３の電力配分動作の一例をフローチャートに示す。図８は、充放電電力配分方法を示すフローチャートである。
【００６０】
まず、電池コントローラ３は、配分比補正係数をｒＡ＝１及びｒＢ＝１に予め初期化しておく（ステップＳ０１）。この状態で、ＥＭＳから充放電指令を受信すると（ステップＳ０２）、充放電指令に含まれる充放電種別情報が充電指令であるか（ステップＳ０３）、放電指令であるか（ステップＳ０４）を判断する。
【００６１】
充電指令の場合（ステップＳ０３，Ｙｅｓ）、二次電池２ＢのＳＯＣが閾値ＳＯＣｂ未満であるか判断する（ステップＳ０５）。二次電池２ＢのＳＯＣ＜ＳＯＣｂである場合（ステップＳ０４，Ｙｅｓ）、二次電池２Ｂに対する配分比補正係数をｒＢ＝１００に変更する（ステップＳ０５）。
【００６２】
電池コントローラ３は、配分比補正係数ｒＢ＝１００に変更した後、又は二次電池２ＢのＳＯＣ≧ＳＯＣｂである場合（ステップＳ０４，Ｎｏ）、充放電余裕量をＣａｒｅｍ＝Ａｈａ×（１−ＳＯＣ＿Ａ）、及びＣｂｒｅｍ＝Ａｈｂ×（１−ＳＯＣ＿Ｂ）とする（ステップＳ０７）。ここで、Ａｈａは、二次電池２Ａの定格容量、Ａｈｂは、二次電池２Ｂの定格容量であり、ＳＯＣ＿Ａは、二次電池２ＡのＳＯＣで表される割合を比に換算した小数（７０％であれば０．７）、ＳＯＣ＿Ｂは、二次電池２ＢのＳＯＣで表される割合を比に換算した小数である。
【００６３】
一方、充放電種別情報が充電指令ではなく（ステップＳ０３，Ｎｏ）、放電指令の場合（ステップＳ０４，Ｙｅｓ）、二次電池２ＡのＳＯＣが閾値ＳＯＣａ超であるか判断する（ステップＳ０８）。二次電池２ＡのＳＯＣ＞ＳＯＣａである場合（ステップＳ０８，Ｙｅｓ）、二次電池２Ａに対する配分比補正係数をｒＡ＝２０に変更する（ステップＳ０９）。
【００６４】
電池コントローラ３は、配分比補正係数ｒＡ＝２０に変更した後、又は二次電池２ＡのＳＯＣ≦ＳＯＣａである場合（ステップＳ０８，Ｎｏ）、充放電余裕量をＣａｒｅｍ＝Ａｈａ×ＳＯＣ＿Ａ、及びＣｂｒｅｍ＝Ａｈｂ×ＳＯＣ＿Ｂとする（ステップＳ１０）。
【００６５】
全ての係数値が設定されると、電池コントローラ３は、上記計算式（１１）及び（１２）を計算することで、二次電池２Ａと二次電池２Ｂに対する電力配分を決定する（ステップＳ１１）。
【００６６】
（作用）
このような電池コントローラ３によると、二次電池２Ａと二次電池２Ｂが同一種類である場合の充放電電力配分を次のようになる。図９は、二次電池２Ａと二次電池２Ｂが同一種類である場合の充放電電力配分を示す模式図である。
【００６７】
二次電池２Ａと二次電池２Ｂが同一種類である場合には、配分比補正係数ｒＡ＝１及びｒＢ＝１であり、補正係数ｋＡ＝１となる。そのため、図９に示すように、二次電池２Ａと二次電池２Ｂとは、充放電余裕容量と同比で充放電電力が配分されることになり、同一割合で充放電される。
【００６８】
次に、図１０に、二次電池２Ａが高出力特性を有し、二次電池２Ｂが相対的に低出力特性である場合の充放電電力配分を示す。この場合、配分比補正係数はｒＡ＝１及びｒＢ＝１であるが、補正係数は例えばｋＡ＝１０となる。
【００６９】
そうすると、図１０に示すように、二次電池２Ａには、充放電余裕容量の比よりも高い配分で充放電がなされることにより、二次電池２Ａが優先的に使用されることとなる。
【００７０】
更に、図１１乃至１５に、二次電池２Ａと２Ｂとは種類が異なり、二次電池２Ａの劣化速度が低ＳＯＣよりも高ＳＯＣで高く、二次電池２Ｂの劣化速度が高ＳＯＣよりも低ＳＯＣで高い場合の充放電電力配分を示す。この場合、補正係数は例えばｋＡ＝１０、配分比補正係数は、例えば、放電時にｒＡ＝２０及びｒＢ＝１、充電時にｒＡ＝１及びｒＢ＝１００となる。
【００７１】
図１１の（ａ）に示すように、二次電池２Ａと二次電池２ＢのＳＯＣとが双方とも劣化急進領域にない状態でＥＭＳから放電指令があった場合には、配分比補正係数ｒＡ＝１及びｒＢ＝１とし、放電余裕容量と同比で放電電力が配分することにより、図１１の（ｂ）のように、二次電池２Ａと二次電池２Ｂの残容量は同一割合で減少する。
【００７２】
図１２の（ｂ）に示すように、劣化速度が高ＳＯＣよりも低ＳＯＣで高い二次電池２ＢのＳＯＣが劣化急進領域にある状態でＥＭＳから充電指令があった場合には、配分比補正係数ｒＡ＝１及びｒＢ＝１００とすることで、二次電池２Ｂに対し、充電余裕容量の比よりも高く充電電力を配分することで、図１２の（ｃ）に示すように、早期に二次電池２ＢのＳＯＣが劣化急進領域から離脱する。
【００７３】
図１３の（ｃ）に示すように、二次電池２Ａと二次電池２ＢのＳＯＣとが双方とも劣化急進領域にない状態でＥＭＳから充電指令があった場合には、配分比補正係数ｒＡ＝１及びｒＢ＝１とし、充電余裕容量と同比で充電電力が配分することにより、図１３の（ｄ）のように、二次電池２Ａと二次電池２Ｂの受入可能容量は同一割合で減少する。
【００７４】
図１４の（ｄ）に示すように、二次電池２ＢのＳＯＣが劣化急進領域にある状態でＥＭＳから充電指令があった場合には、配分比補正係数ｒＡ＝１及びｒＢ＝１００とし、二次電池２Ｂに対して充電余裕容量の比よりも高く充電電力を配分するが、図１４の（ｅ）のように、途中で二次電池Ｂが満充電となった場合には、図１４の（ｆ）に示すように、その二次電池へ配分するはずだった残りの充電電力を他方の二次電池Ａに振り分けられる。
【００７５】
そして、図１５の（ｆ）に示すように、劣化速度が低ＳＯＣよりも高ＳＯＣで高い二次電池２ＡのＳＯＣが劣化急進領域にある状態でＥＭＳから放電指令があった場合には、配分比補正係数ｒＡ＝２０及びｒＢ＝１とすることで、二次電池２Ａに対し、放電余裕容量の比よりも高く放電電力を配分することで、図１５の（ｇ）に示すように、早期に二次電池２ＡのＳＯＣが劣化急進領域から離脱する。
【００７６】
（効果）
以上のように、本実施形態では、劣化速度が低ＳＯＣ領域よりも高ＳＯＣ領域で速い二次電池２Ａと劣化速度が高ＳＯＣ領域よりも低ＳＯＣ領域で低い二次電池２Ｂとを並列接続した場合、放電時において、二次電池２Ａが所定の高ＳＯＣ超である場合には、それ以外の放電時の電力配分比よりも、二次電池２Ａへの放電電力配分比を高くし、充電時において、二次電池２Ｂが所定の低ＳＯＣ未満である場合には、それ以外の充電時の電力配分比よりも、二次電池２Ｂへの充電電力配分比を高くするようにした。これにより、劣化についてのＳＯＣ依存特性が異なる種類の二次電池２Ａと２Ｂとを組み合わせたハイブリッド電池であっても、二次電池２Ａと２Ｂの充放電性能に制約をかけることなく、各二次電池２Ａと２Ｂの寿命延命を図ることができる。
【００７７】
それ以外の充放電時での電力配分比は、二次電池２Ａと二次電池２Ｂの充放電余裕容量の比と一致させることが望ましい。これにより、原則的には二次電池２Ａと二次電池２Ｂの双方の充放電余裕容量が片方に偏ることなく、ほぼ同時に使い切ることが期待できる。
【００７８】
また、それ以外の充放電時での電力配分比は、二次電池２Ａと二次電池２Ｂとの出力特性の比で補正することが望ましい。これにより、二次電池２Ａと二次電池２Ｂの発生熱量を同等にし、ジュール熱による損失を抑制することができる。
【００７９】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、２種類の二次電池２Ａと２Ｂとを組にしたハイブリッド電池を例に説明したが、これに限らず、３種類以上の二次電池を組にしたハイブリッド電池に対しても第１の実施形態の同様の充放電電力配分方法を適用することができる。
【００８０】
例えば、図１６に示すように、３種の二次電池２Ａと２Ｂと２Ｃとを組にしたバイブリッド電池に対しては、二次電池２Ｃ用の電池別制御部４Ｃを備えるようにし、電池コントローラ３が以下の計算式（１３）乃至（１５）を計算することで、第１の実施形態と同じ方針を具現化できる。
【００８１】
2014017982.tif 000011
Ｐｃ（Ｔｎ）：時刻Ｔｎにおける二次電池２Ｃへの配分値（ｋＷ）
Ｃｃｒｅｍ：時刻Ｔｎでの二次電池２Ｃの充電余裕容量又は放電余裕容量（Ａｈ）
ｒｃ：二次電池２Ｃに対する配分比補正係数
【００８２】
（第３の実施形態）
第３の実施形態においては、第１の実施形態と比べて二次電池２Ａと２Ｂの温度条件も加味して充放電電力配分を決定している。すなわち、電池の温度が所定以上となると劣化進行が顕著になる場合に、劣化急進領域から速やかに離脱させるべく、配分比補正係数ｒＡ又はｒＢを１超の数値とする。
【００８３】
具体的には、図１７に示すように、係数記憶部３７には、配分比補正係数ｒＡ及びｒＢの具体値が、充放電種別情報及び配分方法判断部３３の判定結果のパターンに加えて、電池温度に応じて分類されて記憶されている。配分量算出部３６は、温度測定部７から温度測定値を信号線８を介して取得し、その温度測定値が、劣化進行が顕著なるＺ℃以上であると、その温度条件に対応づけられた配分比補正係数ｒＡ及びｒＢの具体値を読み出し、充放電電力配分を決定する。
【００８４】
このように、劣化進行が顕著になる所定の高温領域であって、二次電池２ＡのＳＯＣが劣化急進領域にある場合には、二次電池２Ａの放電電力配分比を高め、劣化進行が顕著になる所定の高温領域であって、二次電池２ＢのＳＯＣが劣化急進領域にある場合には、二次電池２Ｂの充電電力配分比を高めるようにした。これにより、異なる種類の二次電池２Ａと２Ｂの寿命延命を図るとともに、二次電池２Ａと２Ｂの充放電性能の制約を更に緩和することができる。
【００８５】
（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る充放電電力配分方法のように、二次電池２Ａと２Ｂとには、充放電方向によって完全に片側を優先するように、配分比補正係数ｒＡ及びｒＢを設定するようにしてもよい。図１８乃至２１は、第４の実施形態に係る二次電池２Ａと２Ｂへの充放電電力配分方法を示した模式図である。
【００８６】
図１８に示すように、放電時には、ＥＭＳから指示された放電量の全てを二次電池２Ａから放電させるようにしてもよい。図１９に示すように、二次電池２Ａが空になったときにのみ、指示された放電量の残り分を二次電池２Ｂから放電させるようにしてもよい。
【００８７】
また、図２０に示すように、充電時には、ＥＭＳから指示された充電量の全てを二次電池２Ｂに充電するようにしてもよい。図２１に示すように、二次電池２Ｂが満充電になったときにのみ、指示された充電量の残り分を二次電池２Ａに充電するようにしてもよい。
【００８８】
（その他の実施の形態）
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、各種の過酷な充電条件の設定方法の全て又はいずれかを組み合わせたもの等も包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８９】
１  電池システム
２Ａ  二次電池
２Ｂ  二次電池
２Ｃ  二次電池
２１  蓄電池セル
２２  蓄電池セル
３  電池コントローラ
３１  指令値受信部
３２  ＳＯＣ算出部
３３  配分方法判断部
３４  電池情報記憶部
３５  充放電余裕量算出部
３６  配分量算出部
３７  係数記憶部
４Ａ  電池別制御部
４Ｂ  電池別制御部
４Ｃ  電池別制御部
４１  指令値比較部
４２  充放電量算出部
４３  スイッチ
５  電圧測定部
６  電流測定部
７  温度測定部
８  信号線
９  直流バス
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2014017982.tif 000026
【図１６】
2014017982.tif 000027
【図１７】
2014017982.tif 000028
【図１８】
2014017982.tif 000029
【図１９】
2014017982.tif 000030
【図２０】
2014017982.tif 000031
【図２１】
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