(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池から流出する或いは前記電池に流入する電流の情報を取得する電流情報取得部と、
前記電流情報取得部で取得した電流の情報に基づいて前記電池の内部で生成された発熱量を算出する発熱量算出部と、
前記電池の表面および前記電池周囲の物質の少なくとも１つの温度情報を取得する温度情報取得部と、
前記温度情報取得部で取得した温度情報に基づいて前記電池の表面から放出された放熱量を算出する放熱量算出部と、
前記発熱量の情報と前記放熱量の情報とに基づいて前記電池の内部温度を算出する内部温度算出部と、を備え、
前記電池は、吸気口と排気口を有する容器の中に設置されており、
前記温度情報取得部は、前記吸気口から供給される空気の温度情報、前記排気口から排出される空気の温度情報および前記容器の外表面の温度を取得し、
前記放熱量算出部は、前記吸気口から供給された或いは前記排気口から排出された空気量の情報を取得し、前記空気量の情報と前記吸気口から供給される空気の温度情報と前記排気口から排出される空気の温度情報、ならびに前記容器の外表面の温度に基づいて前記容器から排出された排熱量を算出し、前記排熱量の情報に基づいて前記放熱量を算出する、
電池監視装置。
【請求項２】
前記電池の端子間の電圧情報を取得する電圧情報取得部と、
前記電池の内部温度の情報に基づいて前記電池の内部抵抗値を特定し、該内部抵抗値と前記端子間の電圧情報とに基づいて前記電池の開放電圧値を算出し、算出した前記開放電圧値に基づいて前記電池の充電状態を算出する充電状態算出部と、を備える、
請求項１に記載の電池監視装置。
【請求項３】
蓄電装置と電池監視装置とを備える蓄電システムであって、
前記蓄電装置は、吸気口と排気口を有する容器の中に設置された少なくとも１つの電池を備え、
前記電池監視装置は、
前記電池から流出する或いは前記電池に流入する電流の情報を取得する電流情報取得部と、
前記電流情報取得部で取得した電流の情報に基づいて前記電池の内部で生成された発熱量を算出する発熱量算出部と、
前記吸気口から供給される空気の温度情報、前記排気口から排出される空気の温度情報および前記容器の外表面の温度を取得する温度情報取得部と、
前記吸気口から供給された或いは前記排気口から排出された空気量の情報を取得し、前記空気量と前記温度情報取得部で取得した前記吸気口から供給される空気の温度情報および前記排気口から排出される空気の温度情報、ならびに前記容器の外表面の温度に基づいて前記電池の表面から放出された放熱量を算出する放熱量算出部と、
前記発熱量の情報と前記放熱量の情報とに基づいて前記電池の内部温度を算出する内部温度算出部と、を備える、
蓄電システム。
【請求項４】
前記蓄電装置は、前記電池が設置された容器内部の空気を入れ替える送風機と、
前記内部温度算出部で算出された前記電池の内部温度の情報に基づいて前記送風機を制御する送風機制御部と、を備える、
請求項３に記載の蓄電システム。
【請求項５】
蓄電装置と電池監視装置と電力制御装置とを備える制御システムであって、
前記蓄電装置は、吸気口と排気口を有する容器の中に設置された少なくとも１つの電池を備え、
前記電池監視装置は、
前記電池から流出する或いは前記電池に流入する電流の情報を取得する電流情報取得部と、
前記電流情報取得部で取得した電流の情報に基づいて前記電池の内部で生成された発熱量を算出する発熱量算出部と、
前記吸気口から供給される空気の温度情報、前記排気口から排出される空気の温度情報および前記容器の外表面の温度を取得する温度情報取得部と、
前記吸気口から供給された或いは前記排気口から排出された空気量の情報を取得し、前記空気量と前記温度情報取得部で取得した前記吸気口から供給される空気の温度情報および前記排気口から排出される空気の温度情報、ならびに前記容器の外表面の温度に基づいて前記電池の表面から放出された放熱量を算出する放熱量算出部と、
前記発熱量の情報と前記放熱量の情報とに基づいて前記電池の内部温度を算出する内部温度算出部と、を備え、
前記電力制御装置は、
前記電池の内部温度の情報および前記電池の内部温度の情報を使って算出した情報の少なくとも１つの情報を前記電池監視装置から取得する電池情報取得部と、
前記電池情報取得部が取得した情報に基づいて前記蓄電装置の放電または充電を制御する充放電制御部と、を備える、
制御システム。
【請求項６】
前記電池監視装置は、
前記電池の端子間の電圧情報を取得する電圧情報取得部と、
前記電池の内部温度の情報に基づいて前記電池の内部抵抗値を特定し、該内部抵抗値と前記端子間の電圧情報とに基づいて前記電池の開放電圧値を算出し、算出した前記開放電圧値に基づいて前記蓄電装置の充電状態を算出する充電状態算出部と、を備え、
前記電池情報取得部は、前記電池監視装置から前記蓄電装置の充電状態の情報を取得し、
前記充放電制御部は、前記蓄電装置の充電状態の情報に基づいて前記蓄電装置の放電または充電を制御する、
請求項５に記載の制御システム。
【請求項７】
前記電力制御装置は、発電装置および電動機の少なくとも１つが接続されており、前記発電装置および前記電動機の少なくとも１つが発生させる電力を前記蓄電装置に供給可能に構成されており、
前記充放電制御部は、前記蓄電装置の充電状態の情報に基づいて前記蓄電装置が充電可能な状態か否か判別し、充電可能な状態であると判別した場合に前記電動機または前記発電装置が発生させる電力を前記蓄電装置に充電する、
請求項６に記載の制御システム。
【請求項８】
前記電力制御装置は、発電装置および電動機が接続されており、前記発電装置が発生させる電力および前記蓄電装置から放電される電力を前記電動機に供給可能に構成されており、
前記充放電制御部は、前記蓄電装置の充電状態の情報に基づいて前記蓄電装置の充電量が所定量以下か判別し、所定量以下と判別した場合は前記蓄電装置の放電を停止するとともに前記発電装置が発生させる電力を前記電動機に供給する、
請求項６に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池監視装置、蓄電システム、及び制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は温度の影響を受けやすい。電池残量を算出する時は、温度の影響を十分に考慮する必要がある。特許文献１には、温度センサで測定したバッテリの温度を使ってバッテリの電池残量を算出する蓄電デバイスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０１７６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池残量の算出に必要な電池温度は、電池の内部温度である。しかし、電池は、その性質上、硬い外殻で覆われており、電池の内部を直接温度センサで計測するのは困難である。通常、電池温度が必要な場合は、電池の表面温度を使用する。しかし、電池の表面は外気の影響を受けており、実際には、電池の表面温度と電池の内部温度とは異なる。計測された表面温度が電池の内部温度と乖離している場合、算出される電池残量は実際の電池残量とは大きくかけ離れたものになる。【０００５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、電池の内部温度を精度よく算出可能な電池監視装置、蓄電システム、及び制御システム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】
【０００６】
本発明の電池監視装置は、電池から流出する或いは電池に流入する電流の情報に基づいて電池の内部で生成された発熱量を算出する。また、電池監視装置は、電池の表面および電池周囲の物質の少なくとも１つの温度情報に基づいて電池の表面から放出された放熱量を算出する。そして、電池監視装置は、発熱量の情報と放熱量の情報とに基づいて電池の内部温度を算出する。電池は、吸気口と排気口を有する容器の中に設置されており、電池監視装置は、吸気口から供給される空気の温度情報、排気口から排出される空気の温度情報、および容器の外表面の温度情報、ならびに、吸気口から供給された或いは排気口から排出された空気量の情報を取得し、空気量の情報と吸気口から供給される空気の温度情報と排気口から排出される空気の温度情報、ならびに容器の外表面の温度に基づいて容器から排出された排熱量を算出し、排熱量の情報に基づいて放熱量を算出する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電池の内部温度を精度よく算出可能な電池監視装置、蓄電システム、及び制御システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１の蓄電システムのブロック図である。
【図２】図１に示す制御部が有する機能を説明するための機能ブロック図である。
【図３Ａ】図１に示す記憶部に記憶される内部抵抗データを説明するための図である。
【図３Ｂ】図１に示す記憶部に記憶されるエントロピーデータを説明するための図である。
【図４】充電状態算出処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】電池の内部に蓄積される蓄積熱量を説明するための図である。
【図６】実施の形態１の内部温度算出処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２の蓄電システムのブロック図である。
【図８】電池の表面から放出される放熱量を説明するための図である。
【図９】実施の形態２の内部温度算出処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態３の蓄電システムのブロック図である。
【図１１】図１０に示す制御部が有する機能を説明するための機能ブロック図である。
【図１２】電池温度最適化処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】電池収容箱の表面から放出される放熱量を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態４の制御システムのブロック図である。
【図１５】図１４に示す制御部が有する機能を説明するための機能ブロック図である。
【図１６】放電制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図１７】充電制御処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態に係る電池監視装置を備える蓄電システム１は、例えば、列車や自動車等に設置され、列車や自動車等にエネルギーを供給するためのシステムである。蓄電システム１は、図１に示すように、蓄電装置１００と、電池監視装置２００とから構成される。
【００１１】
蓄電装置１００は、内部に複数の蓄電池を備える蓄電装置である。蓄電装置１００は、電池１１０と、電池収容箱１２０とから構成される。
【００１２】
電池１１０は、電池１１１と電池１１２とから構成される。電池１１１と電池１１２は、鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池から構成される。電池１１１と電池１１２は、それぞれ、硬い外殻で覆われている。電池１１１と電池１１２は、直列に接続され、電池収納箱１２０の中に収容されている。
【００１３】
電池収容箱１２０は、電池１１０を格納するための容器である。電池収容箱１２０は、密閉容器となっており、電池１１０は、常に、静止空気中に置かれた状態になっている。電池収容箱１２０の外表面には、充放電に使用する端子１２１が設置されている。端子１２１には、直列に接続された電池１１１と電池１１２が接続されている。
【００１４】
電池監視装置２００は、蓄電装置１００の状態を監視するための装置である。電池監視装置２００は、電池残量等の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を算出して出力する機能を備えている。電池監視装置２００は、電流計測部２１０と、温度計測部２２０と、電圧計測部２３０と、制御部２４０と、記憶部２５０と、外部インタフェース２６０とから構成される。
【００１５】
電流計測部２１０は、ＡＤ変換器等から構成される。電流計測部２１０は、電流センサ２１１から受け取った電気信号をデジタルデータに変換して制御部２４０に出力する。電流センサ２１１は、電池１１０から流出する、或いは電池１１０に流入する電流を計測するためのセンサである。電流センサ２１１は、例えば、端子１２１のプラス極側に接続されている。
【００１６】
温度計測部２２０は、電池１１０の表面の温度および電池１１０周囲の物質（固体、液体、及び気体）の温度を計測するための装置である。温度計測部２２０は、ＡＤ変換器等から構成される。温度計測部２２０は、温度センサ２２１〜２２３から受け取った電気信号をデジタルデータに変換して制御部２４０に出力する。温度センサ２２１は、電池収容箱１２０の内部の空気温度を計測するためのセンサである。温度センサ２２１は、例えば、電池収容箱１２０の内壁に設置されている。また、温度センサ２２２と温度センサ２２３は、電池１１０の表面温度を計測するためのセンサである。温度センサ２２２と温度センサ２２３は、それぞれ、電池１１１と電池１１２の表面に設置されている。
【００１７】
電圧計測部２３０は、ＡＤ変換器等から構成される。電圧計測部２３０は、電圧センサ２３１から受け取った電気信号をデジタルデータに変換して制御部２４０に出力する。電圧センサ２３１は、電池１１０の端子間電圧を計測するためのセンサであり、一端が端子１２１のプラス極に、他端がマイナス極に接続されている。
【００１８】
制御部２４０は、プロセッサ等の処理装置から構成される。制御部２４０は不図示のＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）に格納されているプログラムに従って動作し、後述の「充電状態算出処理」を含む種々の動作を実行する。制御部２４０は、「充電状態算出処理」に従って動作することで、図２に示すように、電流情報取得部２４１、発熱量算出部２４２、温度情報取得部２４３、放熱量算出部２４４、内部温度算出部２４５、電圧情報取得部２４６、充電状態算出部２４７として機能する。これら機能の動作については、後述の「充電状態算出処理」の説明の箇所で述べる。
【００１９】
図１に戻り、記憶部２５０は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスク等の記憶装置から構成される。記憶部２５０には、内部抵抗データ２５１や、エントロピーデータ２５２等の各種データが格納されている。
【００２０】
内部抵抗データ２５１は、例えば図３（Ａ）に示すような、電池１１０の内部抵抗Ｒと充電状態ＳＯＣとの関係を示すデータである。内部抵抗データ２５１は、実際に計測したデータであってもよいし、文献等に示されたデータであってもよい。なお、充電状態ＳＯＣは、満充電のときが１、空のときが０である。
【００２１】
エントロピーデータ２５２は、例えば図３（Ｂ）に示すような、電池１１０のエントロピーΔＳとＳＯＣとの関係を示すデータである。エントロピーデータ２５２は、実際に計測したデータであってもよいし、文献等に示されたデータであってもよい。
【００２２】
外部インタフェース２６０は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）装置等の外部機器接続インタフェースから構成される。外部インタフェース２６０は、外部機器に対し、制御部２４０で算出された充電状態等の情報を送信する。
【００２３】
次に、このような構成を有する電池監視装置２００の動作について説明する。
【００２４】
電池監視装置２００に電源が投入されると、制御部２４０は蓄電装置１００の充電状態を算出する充電状態算出処理を開始する。充電状態算出処理は一定時間間隔で実行される。以下、図４のフローチャートを参照して充電状態算出処理を説明する。なお、以下の説明では、理解を容易にするため、充電状態算出処理が実行される時間間隔は１秒であるものとする。
【００２５】
１秒間に電池の内部に蓄積される蓄積熱量ＱＡＣＣは、図５に示すように、１秒間に電池の内部で生成される発熱量ＱＣと１秒間に電池１１０の表面から放出される放熱量ＱＣ−ＢＡを使って算出可能である。蓄積熱量ＱＡＣＣが算出できれば、１秒間の電池内部の温度変化量ΔＴＣも算出できる。１秒毎に算出される温度変化量ΔＴＣを積算することによって、正確な電池の内部温度ＴＣＥを算出することが可能である。
【００２６】
制御部２４０は、温度変化量ΔＴＣを積算することによって電池の内部温度ＴＣＥを算出する内部温度算出処理を実行する（ステップＳ１１０）。以下、図６のフローチャートを参照して内部温度算出処理を説明する。
【００２７】
制御部２４０の電流情報取得部２４１は、電流計測部２１０から電流センサ２１１で計測した電流情報ｉを取得する（ステップＳ１１１）。
【００２８】
制御部２４０の発熱量算出部２４２は、電流情報ｉを使って発熱量ＱＣを算出する（ステップＳ１１２）。発熱量ＱＣは、下記（式１）に示すように、電流によるジュール発熱ＱＪと電池反応による化学反応熱量ＱＲを使って算出可能である。ジュール発熱量ＱＪと化学反応熱量ＱＲは、下記（式２）と（式３）に示すように、ともに、電流計測値ｉを使って理論的に算出可能である。
【００２９】
ＱＣ  ＝  ＱＪ＋ＱＲ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式１）
ＱＪ  ＝  ｉ２×Ｒ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式２）
ＱＲ  ＝  ＴＣＥ×ΔＳ×（ｉ／ｎＦ）・・・・・・・・・・（式３）
【００３０】
なお、上記の式において、Ｒは電池１１０の内部抵抗値、ＴＣＥは電池１１０の内部温度、ΔＳはエントロピー、ｎは移動電子数、Ｆはファラデー定数である。内部温度ＴＣＥの値は１秒前に実行された内部温度算出処理で算出された内部温度ＴＣＥの値を使用する。電源が投入された後、内部温度算出処理が初めて実行される場合、内部温度ＴＣＥは温度センサ２２２や温度センサ２２３の計測値で代替されてもよい。また、内部抵抗値ＲやエントロピーΔＳは、内部抵抗データ２５１やエントロピーデータ２５２を使って算出される。なお、内部抵抗値Ｒは温度によっても変化するので、内部温度ＴＣＥを使って補正すればより正確な内部抵抗値Ｒが求まる。なお、発熱量ＱＣを算出する方法は上記に限定されず、既知のさまざまな方法を使用可能である。
【００３１】
次に、制御部２４０の温度情報取得部２４３は、温度計測部２２０から温度センサ２２１〜２２３で計測した温度情報（空気温度ＴＢおよび表面温度ＴＣＭ）を取得する（ステップＳ１１３）。ここで、空気温度ＴＢは電池収容箱１２０の内部の空気の温度である。また、表面温度ＴＣＭは電池１１０の表面の温度である。表面温度ＴＣＭは、温度センサ２２２の計測値と温度センサ２２３の計測値の平均であってもよいし、温度センサ２２２の計測値と温度センサ２２３の計測値のいずれかであってもよい。
【００３２】
制御部２４０の放熱量算出部２４４は、空気温度ＴＢおよび表面温度ＴＣＭの情報を使って、１秒間に電池１１０の表面から放出された放熱量ＱＣ−ＢＡを算出する（ステップＳ１１４）。放熱量ＱＣ−ＢＡは、例えば、下記（式４）を使って算出可能である。なお、下記の式において、ｈ１は熱伝達係数、Ａ１は放熱面積である。熱伝達係数ｈ１は、予め実験で計測された値であってもよい。また、放熱面積Ａ１は、電池１１０の表面積であってもよい。
【００３３】
ＱＣ−ＢＡ  ＝  ｈ１×Ａ１×（ＴＣＭ−ＴＢ）・・・・・・・（式４）
【００３４】
制御部２４０の内部温度算出部２４５は、発熱量ＱＣおよび放熱量ＱＣ−ＢＡの情報を使って、１秒間に電池１１０の内部に蓄積された蓄積熱量ＱＡＣＣを算出する（ステップＳ１１５）。蓄積熱量ＱＡＣＣは、例えば、下記（式５）を使って算出可能である。
【００３５】
ＱＡＣＣ  ＝  ＱＣ−ＱＣ−ＢＡ・・・・・・・・・・・・・・・（式５）
【００３６】
内部温度算出部２４５は、蓄積熱量ＱＡＣＣを使って１秒間の電池１１０の温度変化量ΔＴＣを算出する（ステップＳ１１６）。温度変化量ΔＴＣは、例えば、下記（式６）を使って算出可能である。なお、下記の式において、ｍは電池１１０の質量、ＣＣＬＬは電池１１０の比熱である。
【００３７】
ΔＴＣ  ＝  ＱＡＣＣ／（ｍ×ＣＣＬＬ）・・・・・・・・・・（式６）
【００３８】
内部温度算出部２４５は、温度変化量ΔＴＣを使って現在の電池１１０の内部温度ＴＣＥを算出する（ステップＳ１１７）。内部温度ＴＣＥは、例えば、下記（式７）を使って算出可能である。なお、下記の式において、右辺のＴＣＥは１秒前に実行された内部温度算出処理によって算出された内部温度である。電源投入後、内部温度算出処理を初めて実行する場合は、右辺のＴＣＥの値は温度センサ２２２や温度センサ２２３の計測値で代替してもよい。
【００３９】
ＴＣＥ  ＝  ＴＣＥ＋ΔＴＣ・・・・・・・・・・・・・・・・（式７）
【００４０】
図４の充電状態算出処理に戻り、制御部２４０の電圧情報取得部２４６は、制御部２４０の電流情報取得部２４１は、電流計測部２１０から電流センサ２１１で計測した電圧情報Ｖを取得する（ステップＳ１２０）。
【００４１】
制御部２４０の充電状態算出部２４７は、電圧情報Ｖと内部温度ＴＣＥを使って電池１１０の現在の充電状態ＳＯＣを算出する（ステップＳ１３０）。充電状態は、例えば、以下に示す方法により算出可能である。まず、充電状態算出部２４７は、内部抵抗データ２５１と内部温度ＴＣＥを使って電池１１０の内部抵抗Ｒを算出する。そして、電圧情報Ｖから内部抵抗Ｒによる電圧降下を差し引いて電池１１０の開路電圧を算出する。なお、開路電圧はネルンスト式を使って算出することも可能である。開放電圧と充電状態の関係を示すデータは、予め記憶部２５０に記憶されている。充電状態算出部２４７は、記憶部２５０に記憶されたデータを使って蓄電装置１００の現在の充電状態ＳＯＣを算出する。なお、充電状態の算出方法は上記に限定されず、既知のさまざまな方法が使用可能である。
【００４２】
充電状態算出部２４７は、外部インタフェース２６０を介して、算出した充電状態ＳＯＣを外部の機器に送信する（ステップＳ１４０）。送信が完了したら、制御部２４０は充電状態算処理を終了する。１秒が経過したら、制御部２４０は、再び、充電状態算処理を実行する。
【００４３】
本実施の形態によれば、温度情報のみならず電流情報をも使って電池１１０の内部温度を算出しているので、精度の高い内部温度の情報を取得できる。
【００４４】
また、精度の高い内部温度の情報に基づいて充電状態を算出しているので、精度の高い充電状態の情報を取得できる。
【００４５】
（実施の形態２）
実施の形態１では、電池１１０は静止空気中に置かれていた。しかし、電池収容箱１２０に吸気口と排気口を設け、電池１１０を対流した空気中に置くことも可能である。以下、吸気口と排気口が設けられた電池収容箱１２０を備える蓄電システム１について説明する。
【００４６】
蓄電システム１は、図７に示すように、蓄電装置１００と、電池監視装置２００とから構成される。電池収容箱１２０は、吸気口１２２と排気口１２３が設けられた容器である。温度センサ２２４は、電池収容箱１２０に吸気される空気の温度を計測するためのセンサであり、吸気口１２２に設置されている。温度センサ２２５は、電池収容箱１２０から排気される空気の温度を計測するためのセンサであり、排気口１２３に設置されている。温度センサ２２６は、電池収容箱１２０の外側の表面の温度を計測するためのセンサであり、電池収容箱１２０の外側の表面に設置されている。温度計測部２２０は、温度センサ２２４〜２２６から受け取った電気信号をデジタルデータに変換して制御部２４０に出力する。蓄電システム１のその他の構成は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００４７】
次に、電池監視装置２００の動作について説明する。
【００４８】
静止空気中に置かれた物体の熱伝達係数を求めることは容易である。そのため、実施の形態１では、電池１１０の表面から放出される放熱量ＱＣ−ＢＡを熱伝達係数を使って算出した。しかし、対流した空気中に置かれた物体の熱伝達係数を求めることは容易ではない。そこで、実施の形態２では、図８に示すように、排気口１２３から排出される排熱量ＱＡＩＲと電池収容箱１２０の表面から放出される放熱量ＱＢ−Ｏの情報を使って放熱量ＱＣ−ＢＡを算出する。放熱量ＱＣ−ＢＡを算出できれば、実施の形態１と同じ方法で電池の内部温度ＴＣＥを算出することができる。
【００４９】
以下、図９のフローチャートを参照して、吸気口１２２と排気口１２３が設けられた電池収容箱１２０に設置された電池１１０の内部温度を算出する内部温度算出処理を説明する。なお、図９に示すステップＳ２１１〜ステップＳ２１４以外のステップは実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００５０】
制御部２４０の温度情報取得部２４３は、温度計測部２２０から温度センサ２２４〜２２６で計測された温度情報（外気温度ＴＩＮ、排気温度ＴＯＵＴ、及び収容箱表面温度ＴＢＭ）を取得する（ステップＳ２１１）。ここで、外気温度ＴＩＮは電池収容箱１２０に流入した空気の温度（すなわち、外気の温度）である。また、排気温度ＴＯＵＴは電池収容箱１２０から排出された空気の温度である。また、収容箱表面温度ＴＢＭは電池収容箱１２０の外側の表面の温度である。
【００５１】
制御部２４０の放熱量算出部２４４は、外気温度ＴＩＮおよび排気温度ＴＯＵＴを使って１秒間に排気口１２３から排出された排熱量ＱＡＩＲを算出する（ステップＳ２１２）。排熱量ＱＡＩＲは、例えば、下記（式８）を使って算出可能である。なお、下記の式において、ＭＡＩＲは流入空気量、ＣＡＩＲは空気の比熱である。なお、流入空気量ＭＡＩＲは自動車や列車等の走行速度の情報を使用して算出してもよい。また、吸気口１２２または排気口１２３に風速計を設置し、風速計の計測値を使用して算出してもよい。
【００５２】
ＱＡＩＲ  ＝  ＭＡＩＲ×ＣＡＩＲ×（ＴＯＵＴ−ＴＩＮ）・・・・・（式８）
【００５３】
放熱量算出部２４４は、収容箱表面温度ＴＢＭおよび外気温度ＴＩＮを使って１秒間に電池収容箱１２０の外表面から放出された放熱量ＱＢ−Ｏを算出する（ステップＳ２１３）。放熱量ＱＢ−Ｏは、例えば、下記（式９）を使って算出可能である。なお、下記の式において、ｈ２は熱伝達係数、Ａ２は電池収容箱１２０の外表面の面積である。
【００５４】
ＱＢ−Ｏ  ＝  ｈ２×Ａ２×（ＴＢＭ−ＴＩＮ）・・・・・・・（式９）
【００５５】
放熱量算出部２４４は、排熱量ＱＡＩＲおよび放熱量ＱＢ−Ｏを使って１秒間に電池１１０の表面から放出された放熱量ＱＣ−ＢＡを算出する（ステップＳ２１４）。放熱量ＱＣ−ＢＡは、例えば、下記（式１０）を使って算出可能である。
【００５６】
ＱＣ−ＢＡ  ＝  ＱＡＩＲ＋ＱＢ−Ｏ・・・・・・・・・・・・・（式１０）
【００５７】
本実施の形態によれば、走行風により電池１１０を空冷する場合であっても、精度よく内部温度を算出できる。
【００５８】
（実施の形態３）
実施の形態１や２では、内部温度の情報は電池１１０の充電状態の算出に使用されていたが、内部温度の情報を電池１１０の温度制御に使用することも可能である。以下、電池１１０の内部温度の情報を使用して電池１１０の温度制御を実行する蓄電システム１について説明する。
【００５９】
蓄電システム１は、図１０に示すように、蓄電装置１００と、電池監視装置２００とから構成される。電池収容箱１２０は、吸気口１２２と排気口１２３が設けられた容器である。排気口１２３には、排気量を調整するための送風機１２４が設置されている。電池監視装置２００は、送風機１２４を動作させるための駆動部２７０を備えている。電池監視装置２００の制御部２４０は、「電池温度最適化処理」に従って動作することで、図１１に示すように、電流情報取得部２４１、発熱量算出部２４２、温度情報取得部２４３、放熱量算出部２４４、内部温度算出部２４５、送風機制御部２４８として機能する。蓄電システム１のその他の構成は実施の形態２と同じであるので説明を省略する。
【００６０】
次に、電池監視装置２００の動作について説明する。
【００６１】
電池監視装置２００に電源が投入されると、制御部２４０は１秒間隔で電池温度最適化処理を実行する。以下、図１２のフローチャートを参照して電池温度最適化処理を説明する。
【００６２】
制御部２４０は、内部温度算出処理を実行する（ステップＳ３１０）。内部温度算出処理は、図９に示す実施の形態２の内部温度算出処理と同じであるので説明を省略する。
【００６３】
制御部２４０の送風機制御部２４８は、ステップＳ１１０の内部温度算出処理で算出された内部温度ＴＣＥが、予め設定された設定温度の範囲内に収まっているか判別する（ステップＳ３２０）。収まっている場合（ステップＳ３２０：Ｙｅｓ）、送風機制御部２４８は電池温度最適化処理を終了する。収まっていない場合（ステップＳ３２０：Ｎｏ）、送風機制御部２４８はステップＳ３３０に進む。
【００６４】
送風機制御部２４８は、内部温度ＴＣＥが設定温度より低いか判別する（ステップＳ３３０）。内部温度ＴＣＥが設定温度より低い場合（ステップＳ３３０：Ｙｅｓ）、送風機制御部２４８は送風機１２４の風速を低下させる（ステップＳ３４０）。内部温度ＴＣＥが設定温度以上の場合（ステップＳ３３０：Ｎｏ）、送風機制御部２４８は送風機１２４の風速を上昇させる（ステップＳ３５０）。
【００６５】
風速の制御が完了したら、制御部２４０は電池温度最適化処理を終了する。１秒が経過したら、制御部２４０は、再び、電池温度最適化処理を実行する。
【００６６】
本実施の形態によれば、走行状態に依存しないで電池１１０の温度状態を最適な状態に保つことができる。
【００６７】
（実施の形態４）
電池１１０の内部温度の情報や充電状態の情報は電池１１０の充放電の制御にも利用可能である。以下、電池１１０の内部温度や充電状態の情報を使用して電池１１０の充放電を制御する制御システム２について説明する。
【００６８】
制御システム２は、図１４に示すように、蓄電装置１００と、電池監視装置２００と、電力制御装置３００と、電動機４００と、発電装置５００とから構成される。
【００６９】
蓄電装置１００は、内部に複数の蓄電池を備える蓄電装置である。蓄電装置１００の構成は、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００７０】
電池監視装置２００は、蓄電装置１００を監視するための装置である。電池監視装置２００は、電力制御装置３００に対して電池１１０の情報（以下、「電池情報」という。）を送信する。電池情報は、例えば、内部温度算出部２４５で算出した電池１１０の内部温度ＴＣＥ、充電状態算出部２４７で算出した電池１１０の充電状態ＳＯＣ、電流センサ２１１で計測した電流情報ｉ、電流センサ２１１で計測した電圧情報Ｖである。電池監視装置２００のその他の構成は、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００７１】
電力制御装置３００は、蓄電装置１００の放電および充電を制御するための装置である。電力制御装置３００は、切替部３１０と、制御部３２０と、外部インタフェース３３０とから構成される。
【００７２】
切替部３１０は、蓄電装置１００と電動機４００と発電装置５００の接続を切り替えるための装置である。切替部３１０は、制御部３２０から蓄電装置１００と電動機４００を接続するよう命令されると、蓄電装置１００と電動機４００を接続するとともに、電動機４００と発電装置５００の接続、及び蓄電装置１００と発電装置５００の接続を切断する。また、切替部３１０は、制御部３２０から電動機４００と発電装置５００を接続するよう命令されると、電動機４００と発電装置５００を接続するとともに、蓄電装置１００と発電装置５００の接続、及び蓄電装置１００と電動機４００の接続を切断する。また、切替部３１０は、制御部３２０から蓄電装置１００と発電装置５００を接続するよう命令されると、蓄電装置１００と発電装置５００を接続するとともに、蓄電装置１００と電動機４００の接続、及び電動機４００と発電装置５００の接続を切断する。
【００７３】
なお、切替部３１０は受け取った電力を所望の電圧レベルに変換するＤＣ／ＤＣコンバータを備えていてもよい。この場合、切替部３１０は、制御部３２０の制御に従って、蓄電装置１００や電動機４００に出力する電力の電圧レベルを制御部３２０が要求する電圧レベルに変換してもよい。
【００７４】
制御部３２０は、プロセッサ等の処理装置から構成される。制御部３２０は不図示のＲＯＭやＲＡＭに格納されているプログラムに従って動作し、後述の「放電制御処理」、「充電制御処理」を含む種々の動作を実行する。制御部３２０は、「放電制御処理」、「充電制御処理」に従って動作することで、図１５に示すように、電池情報取得部３２１、充放電制御部３２２として機能する。これら機能の動作については、後述の「放電制御処理」、「充電制御処理」の説明の箇所で述べる。
【００７５】
図１４に戻り、外部インタフェース３３０は、ＵＳＢ装置等の外部機器接続インタフェースから構成される。外部インタフェース３３０は、制御部３２０の制御に従って、電池監視装置２００から電池情報を取得する。また、外部インタフェース３３０は、外部機器から充電制御の開始命令や放電制御の開始命令を受信する。
【００７６】
電動機４００は、電気モーターから構成される。電動機４００は、電力制御装置３００の切替部３１０と接続されている。電動機４００は、切替部３１０から電力が供給されると、回転動作を開始する。また、電動機４００は回転動作中に電力の供給が停止されると、回転エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力として切替部３１０に返還する。電動機４００は、信号線で制御部３２０と接続されており、回生電力を生成中であるか否かを制御部３２０に通知する。
【００７７】
発電装置５００は、太陽光パネルや発電機等の発電装置から構成される。発電装置５００は、電力制御装置３００の切替部３１０と接続されている。発電装置５００は、制御部３２０の制御に従って電力を生成し、切替部３１０に供給する。
【００７８】
次に、電力制御装置３００の動作について説明する。
【００７９】
電力制御装置３００の動作は、蓄電装置１００の放電を制御する放電制御処理と、蓄電装置１００の充電を制御する充電制御処理の２つに分けられる。最初に、放電制御処理について説明する。
【００８０】
電力制御装置３００は外部機器から放電制御の開始が命令されると、放電制御処理を開始する。以下、図１６のフローチャートを参照して放電制御処理を説明する。
【００８１】
制御部３２０の電池情報取得部３２１は、電池監視装置２００から電池情報を取得する（ステップＳ４０１）。
【００８２】
制御部３２０の充放電制御部３２２は、電池１１０の内部温度ＴＣＥが予め設定された温度範囲内に収まっているか判別する（ステップＳ４０２）。収まっていない場合（ステップＳ４０２：Ｎｏ）、充放電制御部３２２は、蓄電装置１００の放電を停止させるとともに、切替部３１０を制御して発電装置５００と電動機４００とを接続する。すなわち、充放電制御部３２２は、発電装置５００が発電した電力を電動機４００に供給する（ステップＳ４０４）。収まっている場合（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ４０３に進む。
【００８３】
充放電制御部３２２は、充電状態ＳＯＣにより特定される電池１１０の充電量が予め設定された充電量以下か、例えば、１０％以下か判別する（ステップＳ４０３）。予め設定された充電量以下の場合（ステップＳ４０３：Ｙｅｓ）、充放電制御部３２２は、蓄電装置１００の放電を停止するとともに、切替部３１０を制御して発電装置５００と電動機４００とを接続する。すなわち、充放電制御部３２２は、発電装置５００が発電した電力を電動機４００に供給する（ステップＳ４０４）。予め設定された充電量以下でない場合（ステップＳ４０３：Ｎｏ）、充放電制御部３２２は、蓄電装置１００の発電動作を停止させるとともに、切替部３１０を制御して蓄電装置１００と電動機４００とを接続する。すなわち、充放電制御部３２２は、蓄電装置１００が放電した電力を電動機４００に供給する（ステップＳ４０５）。
【００８４】
制御部３２０は、外部機器から放電制御の停止が命令されるまで、ステップＳ４０１からステップＳ４０５の動作を繰り返す。
【００８５】
次に、充電制御処理について説明する。
【００８６】
電力制御装置３００は外部機器から充電制御の開始が命令されると、充電制御処理を開始する。以下、図１７のフローチャートを参照して充電制御処理を説明する。
【００８７】
電池情報取得部３２１は、電池監視装置２００から電池情報を取得する（ステップＳ４１１）。
【００８８】
制御部３２０の充放電制御部３２２は、電池１１０の内部温度ＴＣＥが予め設定された温度範囲内に収まっているか判別する（ステップＳ４１２）。収まっていない場合（ステップＳ４１２：Ｎｏ）、充放電制御部３２２は蓄電装置１００の充電を停止する（ステップＳ４１３）。収まっている場合（ステップＳ４１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ４１４に進む。
【００８９】
充放電制御部３２２は、充電状態ＳＯＣにより特定される電池１１０の充電量に基づいて蓄電装置１００に充電が可能か判別する（ステップＳ４１４）。例えば、充放電制御部３２２は、電池１１０の充電量が９９％以上である場合は充電不能と判別する。９９％未満の場合は充電可能と判別する。
充電不能の場合（ステップＳ４１４：Ｎｏ）、充放電制御部３２２は蓄電装置１００の充電を停止する（ステップＳ４１３）。充電可能の場合（ステップＳ４１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ４１５に進む。
【００９０】
充放電制御部３２２は、電動機４００が回生電力を発生させているか判別する（ステップＳ４１５）。回生電力を発生させている場合（ステップＳ４１５：Ｙｅｓ）、充放電制御部３２２は、切替部３１０を制御して電動機４００と蓄電装置１００とを接続する。すなわち、充放電制御部３２２は、電動機４００が発生させた回生電力を蓄電装置１００に供給する（ステップＳ４１６）。回生電力を発生させていない場合（ステップＳ４１５：Ｎｏ）、充放電制御部３２２は、切替部３１０を制御して発電装置５００と蓄電装置１００とを接続する。すなわち、充放電制御部３２２は、発電装置５００が発電した電力を蓄電装置１００に供給する（ステップＳ４１７）。
【００９１】
制御部３２０は、外部機器から充電制御の停止が命令されるまで、ステップＳ４１１からステップＳ４１７の動作を繰り返す。
【００９２】
本実施の形態によれば、正確な電池情報に基づいて充放電制御をしているので、より安全に電池１１０を充放電させることができる。
【００９３】
なお、上述の各実施の形態は一例であり、種々の変更及び応用が可能である。
【００９４】
例えば、上述の各実施の形態では、充電状態算出処理、内部温度算出処理、及び電池温度最適化処理は１秒間隔で実行されていたが、これらの実行間隔は１秒に限定されない。実行間隔は１秒以下であってもよいし、１秒以上であってもよい。
【００９５】
また、上述の各実施の形態では、蓄電装置１００は２つの電池を備えていたが、蓄電装置１００が備える電池は２つに限定されない。電池の数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、これらの接続は直列接続に限定されず、並列接続であってもよい。
【００９６】
また、上述の各実施の形態では、複数ある電池それぞれの表面に温度センサが設置されていたが、必ずしも全ての電池に温度センサが設置されていなくてもよい。複数ある電池の１つに温度センサを設置し、その温度センサの計測値を以って全ての電池の表面温度としてもよい。
【００９７】
また、上述の各実施の形態では、電池１１０は充電可能な二次電池であるものとして説明したが、電池１１０はマンガン乾電池、アルカリ乾電池、ニッケル乾電池、リチウム一次電池、酸化銀電池、空気亜鉛電池等の一次電池であってもよい。
【００９８】
また、実施の形態２では、排気口１２３から排出される排熱量ＱＡＩＲと電池収容箱１２０の表面から放出される放熱量ＱＢ−Ｏの情報を使って、電池１１０の表面から放出される放熱量ＱＣ−ＢＡを求めた。しかし、電池収容箱１２０が断熱性の高い素材から構成され、放熱量ＱＢ−Ｏが排熱量ＱＡＩＲに対して十分に小さいのであれば、排熱量ＱＡＩＲをそのまま放熱量ＱＣ−ＢＡとしてもよい。
【００９９】
一方、電池収容箱１２０が熱伝達性の高い素材から構成されるのであれば、電池１１０を静止空気中に設置した場合に想定される電池１１０の表面から放出される放熱量を放熱量ＱＢ−Ｏとすることも可能である。例えば、図１３に示すように、電池１１０の表面に温度センサを設置し、その温度センサの計測値（表面温度ＴＣＭ）を使って下記（式１１）に示すように放熱量ＱＢ−Ｏを算出する。なお、下記の式において、ｈ１は電池１１０が静止空気中におかれた場合の熱伝達係数、Ａ１は電池１１０の表面積である。
【０１００】
ＱＢ−Ｏ  ＝  ｈ１×Ａ１×（ＴＣＭ−ＴＩＮ）・・・・・・（式１１）
【０１０１】
内部温度算出処理で算出された内部温度の用途は、充電状態の算出、電池１１０の温度制御、電池１１０の充放電の制御に限定されず、既知のさまざまな用途に使用可能である。
【０１０２】
また、蓄電システム１が設置される場所は、列車や自動車等に限定されない。蓄電システム１は、例えば、自転車、船舶、飛行機、ヘリコプター等の輸送機器に設置されてもよいし、オフィスビル、変電設備、発電設備等の建物に設置されてもよい。なお、蓄電装置１００は、列車や自動車等に設置される大型の電池であってもよいし、携帯電話等に使用される携帯用の電池であってもよい。
【０１０３】
また、実施の形態４の制御システム２は電動機４００と発電装置５００の両方を備えていたが、制御システム２は電動機４００と発電装置５００のどちらか一方のみを備えるシステムであってもよい。
【０１０４】
また、上述の各実施の形態では、蓄電装置１００と電池監視装置２００と電力制御装置３００とを別々の装置として説明したが、電池監視装置２００と電力制御装置３００は、例えば、蓄電装置１００に内蔵されていてもよい。また、蓄電装置１００が電池監視装置２００又は電力制御装置３００に内蔵されていてもよい。
【０１０５】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明の電池監視装置、蓄電システム、及び制御システムは、列車や自動車等の電池を使用するシステムに適している。
【符号の説明】
【０１０７】
１  蓄電システム、２  制御システム、１００  蓄電装置、１１０〜１１２  電池、１２０  電池収容箱、１２１  端子、１２２  吸気口、１２３  排気口、１２４  送風機、２００  電池監視装置、２１０  電流計測部、２１１  電流センサ、２２０  温度計測部、２２１〜２２６  温度センサ、２３０  電圧計測部、２３１  電圧センサ、２４０  制御部、２４１  電流情報取得部、２４２  発熱量算出部、２４３  温度情報取得部、２４４  放熱量算出部、２４５  内部温度算出部、２４６  電圧情報取得部、２４７  充電状態算出部、２４８  送風機制御部、２５０  記憶部、２５１  内部抵抗データ、２５２  エントロピーデータ、２６０  外部インタフェース、２７０  駆動部、３００  電力制御装置、３１０  切替部、３２０  制御部、３２１  電池情報取得部、３２２  充放電制御部、３３０  外部インタフェース、４００  電動機、５００  発電装置。
【図１】
0005829767.tif 000002
【図２】
0005829767.tif 000003
【図３Ａ】
0005829767.tif 000004
【図３Ｂ】
0005829767.tif 000005
【図４】
0005829767.tif 000006
【図５】
0005829767.tif 000007
【図６】
0005829767.tif 000008
【図７】
0005829767.tif 000009
【図８】
0005829767.tif 000010
【図９】
0005829767.tif 000011
【図１０】
0005829767.tif 000012
【図１１】
0005829767.tif 000013
【図１２】
0005829767.tif 000014
【図１３】
0005829767.tif 000015
【図１４】
0005829767.tif 000016
【図１５】
0005829767.tif 000017
【図１６】
0005829767.tif 000018
【図１７】
0005829767.tif 000019