(57)【要約】  実施形態の電力制御装置は、取得部と、決定部とを持つ。取得部は、充放電可能な二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する。決定部は、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記二次電池の電圧が第１所定電圧を超えないように前記二次電池の充電時における最大電流を決定する。
2017090156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報に基づいて、前記二次電池の電圧が第１所定電圧を超えないように前記二次電池の充電時における最大電流を決定する決定部と、
を備える電力制御装置。
【請求項２】
前記取得部により取得された情報に基づいて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する推定部を更に備え、
前記決定部は、前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧と第１所定電圧との比較に基づいて、前記二次電池の充電時における最大電流を決定する、
請求項１記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記推定部は、前記取得部により取得された情報に基づいて前記二次電池の内部抵抗を推定し、前記推定した前記二次電池の内部抵抗に基づいて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する、
請求項２記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記決定部は、前記第１所定電圧と、前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧との差分を、前記推定部により推定された前記二次電池の内部抵抗で除算することで、前記二次電池の充電時における最大電流を決定する、
請求項３記載の電力制御装置。
【請求項５】
充放電可能な二次電池の放電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報に基づいて、前記二次電池の電圧が第２所定電圧を下回らないように前記二次電池の放電時における最大電流を決定する決定部と、
を備える電力制御装置。
【請求項６】
前記取得部により取得された情報に基づいて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する推定部を更に備え、
前記決定部は、前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧と第２所定電圧との比較に基づいて、前記二次電池の放電時における最大電流を決定する、
請求項５記載の電力制御装置。
【請求項７】
前記推定部は、前記取得部により取得された情報に基づいて前記二次電池の内部抵抗を推定し、前記推定した前記二次電池の内部抵抗に基づいて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する、
請求項６記載の電力制御装置。
【請求項８】
前記決定部は、前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧と、前記第２所定電圧との差分を、前記推定部により推定された前記二次電池の内部抵抗で除算することで、前記二次電池の放電時における最大電流を決定する、
請求項７記載の電力制御装置。
【請求項９】
充放電可能な複数の二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報に基づいて、各二次電池の電圧が第１所定電圧を超えないように前記二次電池の充電時における最大電流を決定し、前記決定した最大電流のうち最も小さい値に基づいて、前記複数の二次電池の充電時において前記複数の二次電池に流入する最大電流を決定する決定部と、
を備える電力制御装置。
【請求項１０】
充放電可能な複数の二次電池の放電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報に基づいて、各二次電池の電圧が第２所定電圧を下回らないように前記二次電池の放電時における最大電流を決定し、前記決定した最大電流のうち最も小さい値に基づいて、前記複数の二次電池の放電時において前記複数の二次電池から流出する最大電流を決定する決定部と、
を備える電力制御装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のうちいずれか１項記載の電力制御装置と、
一または複数の前記二次電池と、
を備える電力制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力制御装置、および電力制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、機関車、バス、建機などのエンジンとのハイブリッド用途や定置型産業機器における電力変動抑制用途への二次電池の適用の動きが活発になってきている。これらの用途では、大電流の入出力と、広範囲にエネルギーを使用可能な充電状態範囲が求められている。従来の技術では、貯蔵や走行に使用できるエネルギー容量を無駄なく使用するために、二次電池の持つエネルギーの使用可能な充電状態範囲の上下限を、電気容量で規定して制御することが多かった。しかしながら、充電状態範囲を電気容量で規定し、且つ広範囲に設定した場合、上下限の電気容量に到達する前に、電池の閉回路電圧の上下限値に到達して機器が停止してしまい、使用できるエネルギー範囲が大きく制限されてしまう場合があった。このように、従来の技術では、二次電池の電圧制限を正確に行うことができない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１７７６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、より正確に二次電池の電圧制限を行うことが可能な電力制御装置、および電力制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の電力制御装置は、取得部と、決定部とを持つ。取得部は、充放電可能な二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する。決定部は、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記二次電池の電圧が第１所定電圧を超えないように前記二次電池の充電時における最大電流を決定する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】電力制御システム１の構成の一例を示す図。
【図２】電池モジュール２０の構成の一例を示す図。
【図３】電力制御システム１における制御関係の構成の一例を示す図。
【図４】電圧／電流プロファイル情報６２の一例を示す図。
【図５】個別プロファイル情報６２Ａに基づいて内部抵抗およびゼロ電流時の電圧を推定する処理を説明するための図。
【図６】最大電流決定部５６による処理の内容を説明するための図。
【図７】電力制御装置５０において充電時に実行される処理の流れの一例を示すフローチャート。
【図８】電力制御装置５０において放電時に実行される処理の流れの一例を示すフローチャート。
【図９】電力制御システム１を利用した移動体システム１００の構成の一例を示す図。
【図１０】電力制御システム１を利用した定置型蓄電システム２００の構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の電力制御装置、および電力制御システムを、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、電力制御システム１の構成の一例を示す図である。電力制御システム１は、電池ユニット１０−１、１０−２、…、１０−ｎ（ｎは任意の自然数）と、電力制御装置５０と、入力装置７０と、制御対象８０とを含んでよいが、これに限定されない。以下、いずれの電池ユニットであるかを区別しないときは、単に電池ユニット１０と表記する。
【０００９】
複数の電池ユニット１０は、制御対象８０に対して、電力線ＰＬによって並列に接続され、制御対象８０に電力を供給する。それぞれの電池ユニット１０は、同様の構成を有しているため（一部に相違点があってもよい）、図では複数の電池ユニットを代表して電池ユニット１０−１の構成についてのみ詳細に記載している。電池ユニット１０は、直列に接続された複数の電池モジュール２０と、電流センサ３０と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）４０とを含む。電池ユニット１０内の各構成要素は、ユニット内通信線ＣＬ１で接続されている。ユニット内通信線ＣＬ１では、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）に基づいた通信が行われる。
【００１０】
図２は、電池モジュール２０の構成の一例を示す図である。電池モジュール２０は、複数の電池セル２１が接続された組電池（電池）である。また、電池ユニット１０、および電池ユニット１０が並列に接続されたものも同様に、組電池（電池）である。電池モジュール２０では、例えば、並列に接続された二つの電池セル２１の組が、直列に接続されている。これに限らず、電池モジュール２０内の電池セルの接続態様は、任意に定めてよい。
【００１１】
電池セル２１は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池、ニッケル水素電池等の充放電可能な二次電池である。リチウムイオン電池である場合、電池セル２１は、チタン酸リチウムを負極材料として用いたものであってよい。なお、図１および図２では、電池セル２１を充電するための構成について図示を省略している。
【００１２】
電池モジュール２０は、更に、ＣＭＵ（Cell Monitoring Unit）２２と、複数の電圧センサ２３と、複数の温度センサ２４とを含む。ＣＭＵ２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ、各種記憶装置、ＣＡＮコントローラその他の通信インターフェースなどを備える。
【００１３】
電圧センサ２３は、例えば、並列に接続された電池セル２１の組の電圧を測定する。また、温度センサ２４は、電池モジュール２０内の任意の箇所に、任意の個数、取り付けられる。電圧センサ２３および温度センサ２４の検出結果は、ＣＭＵ２２に出力される。ＣＭＵ２２は、電圧センサ２３および温度センサ２４の検出結果をＢＭＵ４０に出力する。
【００１４】
図１に戻り、ＢＭＵ４０は、ユニット内通信線ＣＬ１によって複数のＣＭＵ２２に接続されると共に、通信線ＣＬ２によって電力制御装置５０に接続される。ＢＭＵ４０は、ＣＰＵなどのプロセッサ、各種記憶装置、ＣＡＮコントローラ並びに通信線ＣＬ２に対応した通信インターフェースなどを備える。なお、通信線ＣＬ２を省略し、ＢＭＵ４０と電力制御装置５０との間で無線通信が行われてもよい。ＢＭＵ４０には、電池ユニット１０の電池モジュール２０を流れる電流を検出する電流センサ３０の検出結果が入力される。
【００１５】
電力制御装置５０は、ＣＰＵなどのプロセッサ、各種記憶装置、通信線ＣＬ２に対応した通信インターフェースなどを備える。電力制御装置５０は、複数のＢＭＵ４０から入力された情報、および入力装置７０から入力された操作情報に基づいて、制御対象８０を制御する。
【００１６】
図３は、電力制御システム１における制御関係の構成の一例を示す図である。ＣＭＵ２２からＢＭＵ４０には、電池セル２１ごとの電圧、電池モジュール２０の電圧、電池モジュール２０の温度などの情報が提供される。ＣＭＵ２２は、電池セル２１ごとの電圧を加算して電池モジュール２０の電圧を算出する。これに代えて、ＢＭＵ４０の側で電池セル２１ごとの電圧を加算して電池モジュール２０の電圧を算出してもよい。
【００１７】
ＢＭＵ４０は、電流センサ３０（図１参照）の検出結果に基づいて、各電池モジュール２０のＳＯＣ（State Of Charge；充電率）を算出する。なお、各電池モジュール２０のＳＯＣ（または各電池セル２１のＳＯＣ）は、電圧センサ２３の検出結果などに基づいてＣＭＵ２２が算出してもよい。ＢＭＵ４０は、ＣＭＵ２２から入力された電池セル２１ごとの電圧、電池モジュール２０の電圧、電池モジュール２０の温度などの情報、並びに算出したＳＯＣを電力制御装置５０に出力する。
【００１８】
電力制御装置５０は、ＣＰＵなどのプロセッサ、各種記憶装置、通信線ＣＬ２および制御対象８０との通信に対応した通信インターフェースなどを備える。電力制御装置５０は、機能構成として、取得部５２と、推定部５４と、最大電流決定部５６と、制御量決定部５８と、記憶部６０とを備える。推定部５４、最大電流決定部５６、および制御量決定部５８のうち一部または全部は、記憶部６０に記憶されたプログラムをＣＰＵ等のプロセッサが実行することにより実現される。また、これらの機能部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェアによって実現されてもよい。
【００１９】
取得部５２は、通信インターフェースを含み、ＢＭＵ４０から取得した情報を記憶部６０に記憶させる。
【００２０】
推定部５４は、二次電池（電池セル２１、電池モジュール２０、または電池ユニット１０）の充電時および放電時における電圧と電流に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、二次電池の内部抵抗およびゼロ電流時の電圧を推定する。
【００２１】
最大電流決定部５６は、推定部５４により推定された結果と上限電圧ＶｃＭＡＸまたは下限電圧ＶｃＭＩＮとの比較に基づいて、二次電池の充電時または放電時における最大電流を決定する。
【００２２】
制御量決定部５８は、入力装置７０から入力された操作情報、および最大電流決定部５６により決定された最大電流に基づいて、制御対象８０に与える制御量を決定する。入力装置７０は、レバースイッチやダイヤルスイッチ、各種キー、タッチパネルなどを含んでよい。
【００２３】
制御対象８０は、複数のトランジスタを有し、トランジスタをスイッチング制御することで直流を交流に変換するＤＣ−ＡＣ変換器を含んでよい。この場合、制御対象８０に与える制御量とは、例えばスイッチング制御におけるデューティ比である。また、制御対象８０がかご型誘導電動機に電力供給するものである場合、制御対象８０に与える制御量とは、i軸電流やq軸電流などの指令値を含んでもよい。更に、制御対象８０は、電力を発電して電池ユニット１０に供給する発電機、並びに発電機に供給される動力の一部を熱として破棄する装置（発電量を制限する装置）などを含んでもよい。
【００２４】
なお、制御量決定部５８の機能は、電力制御装置５０とは別体の制御装置の機能であってもよい。この場合、電力制御装置５０は、最大電流決定部５６により決定された最大電流を、上記別体の制御装置に出力する。また、図１および図３に示す構成から入力装置７０を省略し、制御量決定部５８は、最大電流決定部５６により決定された最大電流その他の情報に基づいて、制御対象８０に与える制御量を決定してもよい。
【００２５】
記憶部６０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）その他のフラッシュメモリ装置などの各種記憶装置によって実現される。記憶部６０には、電力制御装置５０のプロセッサが実行するプログラムの他、推定部５４によって収集される電圧／電流プロファイル情報６２などが記憶される。
【００２６】
以下、推定部５４および最大電流決定部５６による処理の内容について説明する。図４は、電圧／電流プロファイル情報６２の一例を示す図である。電圧／電流プロファイル情報６２は、温度やＳＯＣといった電池条件ごとにグループ化された情報である。推定部５４は、ＢＭＵ４０から入力される情報に基づいて、電池セル２１ごとの電圧と電流の組み合わせを電池条件ごとにグループ化して、個別プロファイル情報６２Ａに登録する。なお、このグループ化処理は、ＢＭＵ４０において行われてもよい。また、電流センサ３０によって検出される電流は、電池ユニット１０を流れる電流であるため、ＢＭＵ４０または電力制御装置５０は、電流センサ３０によって検出される電流を電池モジュール２０における電池セル２１の並列数（図２では２）で除算して電池セル２１あたりの電流を算出し、個別プロファイル情報６２Ａに登録する。
【００２７】
電圧／電流プロファイル情報６２におけるＳＯＣと温度の刻み幅は、一定間隔で無くてもよく、任意に定めてよい。図示するように、電圧／電流プロファイル情報６２におけるＳＯＣと温度の刻み幅は、ＳＯＣに関しては例えば５％刻み（公差２．５％）、温度に関しては例えば１０％刻みで設定される。また、温度変化が電池セル２１の特性に与える影響が小さい温度範囲（例えば１０℃〜２５℃）については、他の温度範囲よりも刻み幅が大きく設定されてもよい。これによって、電力制御装置５０における処理負荷を軽減することができる。推定部５４は、ＢＭＵ４０から入力される情報を随時個別プロファイル情報６２Ａに追加し、古くなった情報を破棄する等の処理を行う。
【００２８】
図５は、個別プロファイル情報６２Ａに基づいて内部抵抗およびゼロ電流時の電圧を推定する処理を説明するための図である。個別プロファイル情報６２Ａは、図５に示す電圧と電流の組（図中、Ｐｔで表す）を集めた情報である。図中、縦軸は電圧（Ｖ）であり、横軸は電流（Ａ）である。以下の説明では、充電電流をプラス、放電電流をマイナスで表現する。なお、後述する「最大電流」については、絶対値で算出されるものとする。
【００２９】
推定部５４は、電池条件ごとの電圧と電流の組み合わせに対して最小二乗法などの回帰的手法（統計的手法）を適用し、電池セル２１ごとに、充電時の電圧／電流直線Ｌ１と放電時の電圧／電流直線Ｌ２を導出する。そして、推定部５４は、充電時の電圧／電流直線Ｌ１と放電時の電圧／電流直線Ｌ２の一方または双方に基づいて、電池セル２１の内部抵抗Ｒｃを導出する。例えば、推定部５４は、充電時の電圧／電流直線Ｌ１の一次係数を電池セル２１の内部抵抗Ｒｃとして導出する。推定部５４は、充電時の電池セル２１の内部抵抗Ｒｃと、放電時の電池セル２１の内部抵抗Ｒｃとを別々に導出してもよいし、これらが同じであるとみなして一つの内部抵抗Ｒｃを導出してもよい。
【００３０】
また、推定部５４は、ＢＭＵ４０から入力された電池セル２１の電圧Ｖｃおよび電流Ａｃｅｌｌの組、並びに上記のように推定した内部抵抗Ｒｃに基づいて、ゼロ電流時の電池セル２１の電圧（充電側）Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）、またはゼロ電流時の電池セル２１の電圧（放電側）Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）を導出する。ゼロ電流時の電圧とは、その時点の電池セル２１の状態を維持しつつ、電池セル２１を流れる電流がゼロになったと仮定した場合の電圧である。
【００３１】
より具体的には、充電時において推定部５４は、ＢＭＵ４０から入力された電池セル２１の電圧Ｖｃから、電流Ａｃｅｌｌと内部抵抗Ｒｃとの積を減算することで、ゼロ電流時の電池セル２１の電圧（充電側）Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）を導出する。図５では、一つの電池セル２１の電圧Ｖｃおよび電流Ａｃｅｌｌの組Ｐｔ（１）に対し、電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）が求められる様子を示している。図示するように、仮想的な幾何学的関係を考慮すると、電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）は、電池セル２１の電圧Ｖｃおよび電流Ａｃｅｌｌの組を通り、内部抵抗Ｒｃに応じた傾きを有する直線のＶ軸における切片である。
【００３２】
放電時において推定部５４は、ＢＭＵ４０から入力された電池セル２１の電圧Ｖｃに、電流Ａｃｅｌｌと内部抵抗Ｒｃとの積を加算することで、ゼロ電流時の電池セル２１の電圧（放電側）Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）を導出する。図５では、一つの電池セル２１の電圧Ｖｃおよび電流Ａｃｅｌｌの組Ｐｔ（２）に対し、電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）が求められる様子を示している。図示するように、仮想的な幾何学的関係を考慮すると、電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）は、電池セル２１の電圧Ｖｃおよび電流Ａｃｅｌｌの組を通り、内部抵抗Ｒｃに応じた傾きを有する直線のＶ軸における切片である。
【００３３】
上記の処理に代えて、推定部５４は、現在の電池条件に該当する電圧／電流直線Ｌ１から電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）を直接的に求めてもよい。例えば、推定部５４は、電圧／電流直線Ｌ１のＶ軸切片を電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）としてもよい。同様に、推定部５４は、現在の電池条件に該当する電圧／電流直線Ｌ２から電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）を直接的に求めてもよい。例えば、推定部５４は、電圧／電流直線Ｌ２のＶ軸切片を電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）としてもよい。
【００３４】
図６は、最大電流決定部５６による処理の内容を説明するための図である。最大電流決定部５６は電池セル２１の電圧Ｖｃが上限電圧ＶｃＭＡＸ（第１所定電圧）を超えず、下限電圧ＶｃＭＩＮ（第２所定電圧）を下回らないように、最大電流を決定する。上限電圧ＶｃＭＡＸおよび下限電圧ＶｃＭＩＮは電池セル２１の劣化を抑制する観点に基づいて、予め定められた値である。
【００３５】
最大電流決定部５６は、電池セル２１の電圧Ｖｃが第１閾値電圧ＶｃＵＰＰＥＲを上回り、且つ電池セル２１の電圧Ｖｃが上昇中である場合に（すなわち充電中である場合に）、電池セル２１の電圧Ｖｃが図６に示す電圧上昇余地の範囲内に収まるように、電池セル２１の最大電流を決定する。
【００３６】
また、最大電流決定部５６は、電池セル２１の電圧Ｖｃが第２閾値電圧ＶｃＬＯＷＥＲを下回り、且つ電池セル２１の電圧Ｖｃが低下中である場合に（すなわち放電中である場合に）、電池セル２１の電圧Ｖｃが図６に示す電圧低下余地の範囲内に収まるように、電池セル２１の最大電流を決定する。
【００３７】
これら以外の場合において、最大電流決定部５６は、電池セル２１の最大電流を決定しない。すなわち、電力制御装置５０は、最大電流について特段の制限を設けず、専ら他の要因に基づく充放電制御を行う。
【００３８】
最大電流決定部５６は、以下に示す式に基づいて最大電流を決定する。まず式中のパラメータについて説明する。
・ｎｐ＿ｃｅｌｌは、モジュール並列数、すなわち電池モジュール２０における電池セル２１の並列数である。図２の例では、ｎｐ＿ｃｅｌｌは２である。
・ｎｐ＿ｍｏｄは、システム並列数、すなわち電池モジュール２０の並列数である。図１の例では、ｎｐ＿ｍｏｄはｎである。
・Ａｃｅｌｌｍａｘは、電池セル２１あたりに許容される最大電流である。
・Ａｍｏｄｍａｘは、電池モジュール２０あたりに許容される最大電流である。
・Ａｍａｘは、電力制御システム１において各電池ユニット１０が充放電を許容される最大電流の総和（システム最大電流）であり、電力線ＰＬによって制御対象８０に供給される最大電流である。
【００３９】
（１）充電時
最大電流決定部５６は、電池セル２１の充電時において、電池セル２１の電圧Ｖｃが第１閾値電圧ＶｃＵＰＰＥＲを上回る場合に、式（１）〜（３）に基づいてシステム最大電流Ａｍａｘを導出する。
Ａｃｅｌｌｍａｘ＝（ＶｃＭＡＸ−Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ））／Ｒｃ  …（１）
Ａｍｏｄｍａｘ＝ｎｐ＿ｃｅｌｌ×Ａｃｅｌｌｍａｘ  …（２）
Ａｍａｘ＝ｎｐ＿ｍｏｄ＊Ａｍｏｄｍａｘ  …（３）
【００４０】
式（１）から分かるように、最大電流決定部５６は、電池セル２１の上限電圧ＶｃＭＡＸから電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）を差し引いた値を内部抵抗Ｒｃで除算することで、電池セル２１の最大電流を求める。すなわち、最大電流決定部５６は、内部抵抗による電圧変動分を補正した電圧を閾値と比較することで、電池セル２１の最大電流を求める。これによって、電池制御装置５０は、より正確に二次電池の電圧制限を行うことができる。
【００４１】
ここで、上記の手法を採用せず、仮に、実測された電池セル２１の電圧Ｖｃと電池セル２１の上限電圧ＶｃＭＡＸとを比較することで最大電流を求める場合について検討する。この場合、実測された電池セル２１の電圧Ｖｃは、電池セル２１を流れる電流と内部抵抗による電圧変動分が重畳した電圧であるため、まず「現在の電流に対して追加可能な最大電流」を求め、求めた値を現在の電流に加算するという処理を行うことになる。しかしながら、測定された電流は時間と共に変動するものであるため、電流に電流を加算する処理を行うと、誤差が大きくなってしまう場合がある。
【００４２】
これに対し、本実施形態の電力制御装置５０では、ゼロ電流時の電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）を求め、これに基づいて最大電流を求めるため、より正確に最大電流を導出することができ、より正確に二次電池の電圧制限を行うことができる。
【００４３】
（放電時）
最大電流決定部５６は、電池セル２１の放電時において、電池セル２１の電圧Ｖｃが第２閾値電圧ＶｃＬＯＷＥＲを下回る場合に、式（４）〜（６）に基づいてシステム最大電流Ａｍａｘを導出する。
Ａｃｅｌｌｍａｘ＝（Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）−ＶｃＭＩＮ）／Ｒｃ  …（４）
Ａｍｏｄｍａｘ＝ｎｐ＿ｃｅｌｌ×Ａｃｅｌｌｍａｘ  …（５）
Ａｍａｘ＝ｎｐ＿ｍｏｄ＊Ａｍｏｄｍａｘ  …（６）
【００４４】
式（４）から分かるように、最大電流決定部５６は、電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）から電池セル２１の下限電圧ＶｃＭＩＮを差し引いた値を内部抵抗Ｒｃで除算することで、電池セル２１の最大電流を求める。これによって、電池制御装置５０は、より正確に二次電池の電圧制限を行うことができる。
【００４５】
以下、電力制御装置５０において実行される処理の流れについて説明する。
図７は、電力制御装置５０において充電時に実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、推定部５４による処理は、本フローチャートとは別のルーチンとして実行されているものとする。
【００４６】
電力制御装置５０の最大電流決定部５６は、ステップＳ１００〜Ｓ１０６の処理を、電池セル２１ごとに実行する。まず、最大電流決定部５６は、電池セル２１の電圧Ｖｃが第１閾値電圧ＶｃＵＰＰＥＲを上回るか否かを判定する（ステップＳ１００）。
【００４７】
電池セル２１の電圧Ｖｃが第１閾値電圧ＶｃＵＰＰＥＲを上回る場合、最大電流決定部５６は、電池セル２１あたりに許容される最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを、電池セル２１の上限電圧ＶｃＭＡＸから電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）を差し引いた値を内部抵抗Ｒｃで除算して算出する（ステップＳ１０２）。一方、電池セル２１の電圧Ｖｃが第１閾値電圧ＶｃＵＰＰＥＲ以下である場合、最大電流決定部５６は、電池セル２１あたりに許容される最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを設定しない（ステップＳ１０４）。すなわち、最大電流決定部５６は、電池セル２１あたりの電流に制限を設けない。
【００４８】
次に、最大電流決定部５６（または推定部５４）は、電圧／電流プロファイル情報６２における、その時点の温度およびＳＯＣに対応する項目を更新する（ステップＳ１０６）。
【００４９】
ステップＳ１００〜Ｓ１０６の処理を電池セル２１ごとに実行すると、最大電流決定部５６は、算出した電池セル２１あたりに許容される最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘのうち最も小さいものを選択し（ステップＳ１０８）、選択した最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘに基づいて、システム最大電流Ａｍａｘを算出する（ステップＳ１１０；式（２）、（３）参照）。
【００５０】
そして、制御量決定部５８は、入力装置７０から入力された操作情報に基づいて、制御対象８０に与える制御量を、システム最大電流Ａｍａｘを上限値として設定する（Ｓ１１２）。例えば、制御量決定部５８は、まず、入力装置７０から入力された操作情報に基づいて制御対象８０に与えるスイッチング制御の一次デューティ比を決定し、一次デューティ比が、システム最大電流Ａｍａｘに対応するデューティ比を超えていなければ、一次デューティ比を制御量として制御対象８０に与え、一次デューティ比が、システム最大電流Ａｍａｘに対応するデューティ比を超えていれば、システム最大電流Ａｍａｘに対応するデューティ比を制御量として制御対象８０に与える。これによって、本フローチャートの処理が終了する。
【００５１】
図８は、電力制御装置５０において放電時に実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、推定部５４による処理は、本フローチャートとは別のルーチンとして実行されているものとする。
【００５２】
電力制御装置５０の最大電流決定部５６は、ステップＳ２００〜Ｓ２０６の処理を、電池セル２１ごとに実行する。まず、最大電流決定部５６は、電池セル２１の電圧Ｖｃが第２閾値電圧ＶｃＬＯＷＥＲを下回るか否かを判定する（ステップＳ２００）。
【００５３】
電池セル２１の電圧Ｖｃが第２閾値電圧ＶｃＬＯＷＥＲを下回る場合、最大電流決定部５６は、電池セル２１あたりに許容される最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを、電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）から電池セル２１の下限電圧ＶｃＭＩＮを差し引いた値を内部抵抗Ｒｃで除算して算出する（ステップＳ２０２）。一方、電池セル２１の電圧Ｖｃが第２閾値電圧ＶｃＬＯＷＥＲを以上である場合、最大電流決定部５６は、電池セル２１あたりに許容される最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを設定しない（ステップＳ２０４）。すなわち、最大電流決定部５６は、電池セル２１あたりの電流に制限を設けない。
【００５４】
次に、最大電流決定部５６（または推定部５４）は、電圧／電流プロファイル情報６２における、その時点の温度およびＳＯＣに対応する項目を更新する（ステップＳ２０６）。
【００５５】
ステップＳ２００〜Ｓ２０６の処理を電池セル２１ごとに実行すると、最大電流決定部５６は、算出した電池セル２１あたりに許容される最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘのうち最も小さいものを選択し（ステップＳ２０８）、選択した最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘに基づいて、システム最大電流Ａｍａｘを算出する（ステップＳ２１０；式（５）、（６）参照）。
【００５６】
そして、制御量決定部５８は、入力装置７０から入力された操作情報に基づいて、制御対象８０に与える制御量を、システム最大電流Ａｍａｘを上限値として設定する（Ｓ２１２）。例えば、制御量決定部５８は、まず、入力装置７０から入力された操作情報に基づいて制御対象８０に与える発電量の一次指令値を決定し、一次指令値が、システム最大電流Ａｍａｘに対応する発電量を超えていなければ、一次指令値を制御量として制御対象８０に与え、一次指令値が、システム最大電流Ａｍａｘに対応する発電量を超えていれば、システム最大電流Ａｍａｘに対応する発電量を制御量として制御対象８０に与える。これによって、本フローチャートの処理が終了する。
【００５７】
以上説明した実施形態の電力制御装置５０によれば、充放電可能な電池セル２１の充電時における電圧と電流に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、電池セル２１の電圧が上限電圧ＶｃＭＡＸを超えないように電池セル２１の充電時における最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを決定するため、比較的大電流が流れるシステムにおいて、より正確に電池セル２１の電圧制限を行うことができる。
【００５８】
また、実施形態の電力制御装置５０によれば、充放電可能な電池セル２１の放電時における電圧と電流に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、電池セル２１の電圧が下限電圧ＶｃＭＩＮを下回らないように電池セル２１の放電時における最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを決定するため、比較的大電流が流れるシステムにおいて、より正確に電池セル２１の電圧制限を行うことができる。
【００５９】
また、実施形態の電力制御装置５０によれば、電池セル２１ごとに求めた最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘのうち最も小さいものに基づいてシステム最大電流Ａｍａｘを算出するため、電池セル２１ごとに個体差がある劣化の進行状態に応じた安全側の制御を行うことができる。
【００６０】
また、実施形態の電力制御装置５０によれば、統計的手法によって電池セル２１の内部抵抗Ｒｃを導出し、これに基づいてゼロ電流時の電圧を求めることで、更に正確に電池セル２１の電圧制限を行うことができる。
【００６１】
上記実施形態において、電力制御装置５０は、充電時において電池セル２１の電圧が上限電圧ＶｃＭＡＸを超えないように、電池セル２１の最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを決定することと、放電時において電池セル２１の電圧が下限電圧ＶｃＭＩＮを下回らないように、電池セル２１の最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを決定することとの双方を実行するものとしたが、これらの一方のみを実行してもよい。
【００６２】
また、図１および図２に示す電池の接続構成は、あくまで一例であり、例えば、電力制御システム１は、一つの電池ユニット１０のみ備えてもよい。また、電力制御装置５０は、ＢＭＵ４０に統合されてもよい。
【００６３】
（適用例）
以下、電力制御システム１の適用例について説明する。図９は、電力制御システム１を利用した移動体システム１００の構成の一例を示す図である。移動体システム１００は、例えば、ハイブリッド鉄道車両（以下、車両）を駆動するシステムである。移動体システム１００は、電力制御システム１を含み、更に、エンジン１１０と、発電機１２０と、ＡＣ−ＤＣコンバータ１３０と、車輪１４０とを備える。なお、図９および後述する図１０では、複数の電池ユニットを代表して電池ユニット１０として表している。
【００６４】
エンジン１１０は、ガソリンなどの燃料を燃焼させることによって動力を出力する。発電機１２０は、エンジン１１０により出力された動力を用いて発電する。ＡＣ−ＤＣコンバータ１３０は、発電機１２０により出力された二相または三相の交流を直流に変換して出力する。
【００６５】
電池ユニット１０から延出する電力線ＰＬは、直流リンク回路を介してＡＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力側電力線と統合され、電力変換装置８１に接続される。図９の例では、電力制御装置５０の制御対象８０として、電力変換装置８１と、モータ８２と、機械ブレーキ８３とを示している。
【００６６】
電力変換装置８１は、入力された直流を交流に変換してモータ８２に出力したり、モータ８２が回生した電力を直流に変換して電池ユニット１０に提供したりする。モータ８２は、車輪１４０を回転駆動することで車両を走行駆動したり、車両の減速時に回生を行って発電したりする。機械ブレーキ８３は、機械的な作用によって車両を減速させる装置である。
【００６７】
また、移動体システム１００は、入力装置７０として、ノッチ指示やブレーキ指示を入力可能なマスターコントローラを備える。
【００６８】
電力制御装置５０は、電池ユニット１０の放電時には、マスターコントローラ７０から入力される操作情報であるノッチ指示に基づいて、車輪１４０に出力すべき動力を算出し、これからエンジン１１０の出力可能な動力を差し引くことで、電池ユニット１０が放電する電力を算出する。そして、電力制御装置５０は、電池ユニット１０が放電する電力に基づいて電池ユニット１０から流れる電流を算出し、算出した電流が、上記説明したシステム最大電流Ａｍａｘを超えるか否かを判定する。電力制御装置５０は、算出した電流がシステム最大電流Ａｍａｘを超える場合に、電力変換装置８１に与えるデューティ比を制限したり、エンジン１１０の出力する動力を増加する指示を図示しないエンジン制御装置に出力したりする。
【００６９】
電力制御装置５０は、電池ユニット１０の充電時には、マスターコントローラ７０から入力される操作情報であるブレーキ指示に基づいて、車輪１４０に作用し回生可能な動力を算出し、回生可能な動力に基づいて、電池ユニット１０に充電可能な電力を算出する。そして、電力制御装置５０は、電池ユニット１０に充電可能な電力に基づいて電池ユニット１０に流入する電流を算出し、算出した電流が、上記説明したシステム最大電流Ａｍａｘを超えるか否かを判定する。電力制御装置５０は、算出した電流がシステム最大電流Ａｍａｘを超える場合に、機械ブレーキ８３を作動させてモータ８２の発電する電力を制限するなどの制御を行う。
【００７０】
電力制御システム１の適用例として、ハイブリッド鉄道車両を例示したが、これに限定されず、電力制御システム１は、太陽光パネル（ＰＶ）や燃料電池（ＦＣ）などの発電機と、系統電力とに接続される定置型の蓄電システムにも適用することができる。図１０は、電力制御システム１を利用した定置型蓄電システム２００の構成の一例を示す図である。
【００７１】
発電機２１０は、太陽光パネル（ＰＶ）や燃料電池（ＦＣ）などである。コンバータ２２０は、発電機２１０が交流を発電する場合、ＡＣ−ＤＣコンバータであり、発電機２１０が直流を発電する場合、ＤＣ−ＤＣコンバータである。制御対象８０は、例えば、ＰＣＳ（Power Conditioning System）である。ＰＣＳは、変圧器Ｔを介して系統電力ＳＰおよび負荷Ｌに接続される。これによって、発電機２１０の発電した電力が、電池ユニット１０に蓄えられながら、系統電力ＳＰの側に供給される。
【００７２】
この場合において、電力制御装置５０は、電池ユニット１０から流出する電流が、システム最大電流Ａｍａｘを超えないように制御対象８０を制御する。例えば、電力制御装置５０は、ＰＣＳに与えるデューティ比が、システム最大電流Ａｍａｘに対応するデューティ比を超えないように制御する。また、この場合の制御対象には発電機２１０とコンバータ２２０が含まれてよく、電力制御装置５０は、電池ユニット１０に流入する電流がシステム最大電流Ａｍａｘを超えないように発電機２１０およびコンバータ２２０を制御してもよい。
【００７３】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、充放電可能な電池セル２１の充電時における電圧と電流に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、電池セル２１の電圧が上限電圧ＶｃＭＡＸを超えないように電池セル２１の充電時における最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを決定するため、より正確に電池セル２１の電圧制限を行うことができる。
【００７４】
また、少なくともひとつの実施形態によれば、充放電可能な電池セル２１の放電時における電圧と電流に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、電池セル２１の電圧が下限電圧ＶｃＭＩＮを下回らないように電池セル２１の放電時における最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを決定するため、より正確に電池セル２１の電圧制限を行うことができる。
【００７５】
本発明のいくつか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り、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら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。
【図１】
2017090156.tif 000003
【図２】
2017090156.tif 000004
【図３】
2017090156.tif 000005
【図４】
2017090156.tif 000006
【図５】
2017090156.tif 000007
【図６】
2017090156.tif 000008
【図７】
2017090156.tif 000009
【図８】
2017090156.tif 000010
【図９】
2017090156.tif 000011
【図１０】
2017090156.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月27日(2017.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報に基づいて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する推定部と、
前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧と第１の所定電圧とを用いて、前記二次電池の充電時における最大電流を決定する決定部と、
を備えた電力制御装置。
【請求項２】
二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報に基づいて、複数の条件ごとに前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する推定部と、
前記複数の条件のうちの１つの条件におけるゼロ電流時の電圧と第１の所定電圧とを用いて、前記二次電池の充電時における最大電流を決定する決定部と、
を備えた電力制御装置。
【請求項３】
前記推定部は、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記複数の条件のうちの少なくとも１つの条件について前記二次電池の内部抵抗を推定し、この推定した内部抵抗を用いて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する請求項２記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記決定部は、前記第１の所定電圧と前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧との差分を、前記推定部により推定された前記二次電池の内部抵抗で除算することで、前記二次電池の充電時における最大電流を決定する、
請求項３記載の電力制御装置。
【請求項５】
二次電池の放電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報に基づいて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する推定部と、
前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧と第２の所定電圧とを用いて、前記二次電池の放電時における最大電流を決定する決定部と、
を備えた電力制御装置。
【請求項６】
二次電池の放電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報に基づいて、複数の条件ごとに前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する推定部と、
前記複数の条件のうちの１つの条件におけるゼロ電流時の電圧と第２の所定電圧とを用いて、前記二次電池の放電時における最大電流を決定する決定部と、
を備えた電力制御装置。
【請求項７】
前記推定部は、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記複数の条件のうちの少なくとも１つの条件について前記二次電池の内部抵抗を推定し、この推定した内部抵抗を用いて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する請求項６記載の電力制御装置。
【請求項８】
前記決定部は、前記第２の所定電圧と前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧との差分を、前記推定部により推定された前記二次電池の内部抵抗で除算することで、前記二次電池の放電時における最大電流を決定する、
請求項７記載の電力制御装置。
【請求項９】
前記推定部は、所定の温度条件と、所定の充電率条件と、に基づいた条件ごとに前記二次電池の内部抵抗を推定し、前記推定した前記二次電池の内部抵抗を用いて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する、
請求項２又は請求項６記載の電力制御装置。
【請求項１０】
複数の二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報に基づいて、各二次電池の電圧が前記第１の所定電圧を超えないように前記二次電池の充電時における最大電流を決定し、前記決定した最大電流のうち最も小さい値に基づいて、前記複数の二次電池の充電時における前記複数の二次電池に流入する最大電流を決定する決定部と、
を備える請求項１乃至請求項４のいずれか一項記載の電力制御装置。
【請求項１１】
複数の二次電池の放電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報に基づいて、各二次電池の電圧が前記第２の所定電圧を下回らないように前記二次電池の放電時における最大電流を決定し、前記決定した最大電流のうち最も小さい値に基づいて、前記複数の二次電池の放電時における前記複数の二次電池から流出する最大電流を決定する決定部と、
を備える請求項５乃至請求項８のいずれか一項記載の電力制御装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のうちいずれか１項記載の電力制御装置と、
一または複数の前記二次電池と、
を備える電力制御システム。
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月10日(2017.10.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報を温度及び充電率の少なくとも１つを含む条件ごとにグループ化した複数のプロファイル情報に基づいて、前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する推定部と、
前記複数のプロファイル情報のうちの１つのプロファイル情報におけるゼロ電流時の電圧と第１の所定電圧とを用いて、前記二次電池の充電時における最大電流を決定する決定部と、
を備えた電力制御装置。
【請求項２】
前記推定部は、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記複数のプロファイル情報のうちの少なくとも１つのプロファイル情報について前記二次電池の内部抵抗を推定し、この推定した内部抵抗を用いて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する、
請求項１記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記決定部は、前記第１の所定電圧と前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧との差分を、前記推定部により推定された前記二次電池の内部抵抗で除算することで、前記二次電池の充電時における最大電流を決定する、
請求項２記載の電力制御装置。
【請求項４】
二次電池の放電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報を温度及び充電率の少なくとも１つを含む条件ごとにグループ化した複数のプロファイル情報に基づいて、前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する推定部と、
前記複数のプロファイル情報のうちの１つのプロファイル情報におけるゼロ電流時の電圧と第２の所定電圧とを用いて、前記二次電池の放電時における最大電流を決定する決定部と、
を備えた電力制御装置。
【請求項５】
前記推定部は、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記複数のプロファイル情報のうちの少なくとも１つのプロファイル情報について前記二次電池の内部抵抗を推定し、この推定した内部抵抗を用いて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する、
請求項４記載の電力制御装置。
【請求項６】
前記決定部は、前記第２の所定電圧と前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧との差分を、前記推定部により推定された前記二次電池の内部抵抗で除算することで、前記二次電池の放電時における最大電流を決定する、
請求項５記載の電力制御装置。
【請求項７】
複数の二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報に基づいて、各二次電池の電圧が前記第１の所定電圧を超えないように前記二次電池の充電時における最大電流を決定し、前記決定した最大電流のうち最も小さい値に基づいて、前記複数の二次電池の充電時における前記複数の二次電池に流入する最大電流を決定する決定部と、
を備える請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の電力制御装置。
【請求項８】
複数の二次電池の放電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された情報に基づいて、各二次電池の電圧が前記第２の所定電圧を下回らないように前記二次電池の放電時における最大電流を決定し、前記決定した最大電流のうち最も小さい値に基づいて、前記複数の二次電池の放電時における前記複数の二次電池から流出する最大電流を決定する決定部と、
を備える請求項４乃至請求項６のいずれか一項記載の電力制御装置。
【請求項９】
請求項１から８のうちいずれか１項記載の電力制御装置と、
一または複数の前記二次電池と、
を備える電力制御システム。
【国際調査報告】
2017090156.tif 000013
2017090156.tif 000014