(57)【要約】【課題】低温環境において外部電源を使用せずに充放電できる蓄電装置を提供する。【解決手段】電池温度を測定する温度センサと複数の二次電池を備えた蓄電手段と、温度センサの測定結果を温度情報として出力する温度監視手段と、外部の系統電力と接続され、蓄電手段に充放電を行わせる充放電手段と、温度情報に基づいて複数の二次電池の一部を放電側として放電させた電力を複数の二次電池の他の一部を充電側として充電させて電池温度を上昇させる電池温度制御を充放電手段に行わせる制御手段を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池温度を測定する温度センサと複数の二次電池を備えた蓄電手段と、
前記温度センサの測定結果を温度情報として出力する温度監視手段と、
外部の系統電力に接続され、前記蓄電手段に充放電を行わせる充放電手段と、
前記温度情報に基づいて前記複数の二次電池の一部を放電側として放電させた電力を前記複数の二次電池の他の一部を充電側として充電させて前記電池温度を上昇させる電池温度制御を前記充放電手段に行わせる制御手段と、
を備えることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記温度情報に基づいて、前記電池温度が予め設定された温度制御開始温度に達したかどうかを判断し、前記判断に基づいて前記電池温度制御を開始する
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記温度情報に基づいて、前記電池温度が予め設定された温度制御終了温度に達したかどうかを判断し、前記判断に基づいて前記電池温度制御を終了する
ことを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記充放電手段は、昇圧手段をさらに備え、
前記電池温度制御を行うときに、前記放電側の前記二次電池から放電された前記電力を前記昇圧手段によって昇圧させて、前記充電側の前記二次電池に充電する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記充放電手段は、前記放電側の前記二次電池と前記縦断側の前記二次電池との電位差が所定の閾値を超えていれば、前記昇圧手段を使用しない
ことを特徴とする請求項４に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記温度センサは、
前記二次電池にそれぞれ対応して備えられる、
または、前記二次電池の電池温度の最悪値を測定する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の蓄電装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記蓄電手段の保持する電力を所定の二次電池に集中させて保持させる縮退充放電を行わせ、前記所定の二次電池に対して前記電池温度制御を行う
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の蓄電装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記電池温度制御を開始したとき、前記外部の系統電力との充放電を併用する
ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の蓄電装置。
【請求項９】
電池温度を測定する温度センサと複数の二次電池を備え、前記温度センサの測定結果を温度情報として出力して、外部の系統電力と接続され、前記複数の二次電池に充放電を行わせ、前記温度情報に基づいて前記複数の二次電池の一部を放電側として放電させた電力を前記複数の二次電池の他の一部を充電側として充電させて前記電池温度を上昇させる電池温度制御を行わせる
ことを特徴とする充放電方法。
【請求項１０】
電池温度を測定する温度センサと複数の二次電池を備えた蓄電手段と、
前記温度センサの測定結果を温度情報として出力する温度監視手段と、
外部の系統電力と接続され、前記蓄電手段に充放電を行わせる充放電手段とを備えた蓄電装置のコンピュータを、
前記温度情報に基づいて前記複数の二次電池の一部を放電側として放電させた電力を前記複数の二次電池の他の一部を充電側として充電させて前記電池温度を上昇させる電池温度制御を前記充放電手段に行わせる制御手段として動作させる
ことを特徴とする蓄電装置制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置、充放電方法および蓄電装置制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生可能エネルギーを活用した発電が注目されている。再生可能エネルギーで発電された電力の安定供給には、蓄電機能が必要とされる。また、夜間の低電力料金時間帯の電力を活用する手段としても蓄電機能が必要とされる。
【０００３】
蓄電装置に搭載されるリチウムイオン二次電池（以降、二次電池という）では、低温時（例えば、０度以下）に充電や放電（以降、充放電という）を行うと性能劣化や、電極へのデンドライト析出による内部短絡の危険性などがあり、充放電を抑止している。このため、寒冷地などの低温環境下では充放電が行えないという運用上の制限が課題であった。
【０００４】
二次電池における低温対策は、エアコンやヒーターなどの温度制御機構を併設する方法が主流である。しかし、温度制御機構の設置には、設置スペースの確保と追加費用や維持費用の負担が必要となる。
【０００５】
特許文献１には、蓄電池の容量や電池状態を管理する方法が開示されている。具体的には、特許文献１の技術では、複数の蓄電池の端子の接続を、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子と出力端子、および外部への接続端子にそれぞれ切替えを行う。特許文献１の技術は、個々の蓄電池の接続端子の接続を、ＤＣ／ＤＣコンバータおよび外部にそれぞれ切替えることで、蓄電池を完放電状態から満充電状態とするまで充放電（以降、回復充放電という）と、外部負荷への電力供給を行う技術である。
【０００６】
特許文献２には、二次電池の電池温度によって充電電流値を変更して充電する方法が開示されている。特許文献２の技術では、二次電池の電池温度が所定の閾値以下である場合に、充電開始時に加熱期間を設けて、通常の充電電流値より大きい充電電流値で二次電池の充電を行う。その後、特許文献２の技術は、二次電池の温度が所定の温度になれば通常の充電電流値に戻して充電を継続する技術である。
【０００７】
特許文献３には、複数の二次電池の電池状態を把握する装置が開示されている。特許文献３の技術は、複数の二次電池の電池状態を把握するために、個々の二次電池の電池温度を測定するセンサを選択して温度情報と、選択された二次電池を識別する識別情報とを対応付ける技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−０１３２０５号公報（第３−６頁、図１−３）
【特許文献２】特開２０１２−０２３８３６号公報（第３−１０頁、図１、６）
【特許文献３】特開平１０−０２７６３１号公報（第２−４頁、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の技術は、複数の蓄電池の接続端子を切替えることで、個々の蓄電池の回復充放電と外部との充放電を行うものである。また、特許文献３の技術は、二次電池の電池温度を測定するものである。特許文献１、３の技術では、外部の電源が供給されることが前提とされた技術である。
【００１０】
特許文献２の技術は、低温環境下における前述の問題に対応する技術である。しかし、特許文献２の技術では、所定の電池温度で充電を開始する時に、通常の充電電流値より大きい充電電流値で充電して、自己発熱によって電池温度を上昇させる。このとき、特許文献２の技術では、充電は外部電源を使用することが前提とされている。
【００１１】
したがって、特許文献１−３の技術は、いずれも外部電源が供給されることが前提とされたものである。
【００１２】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものである。本発明は、低温環境において外部電源を使用せずに充放電できる蓄電装置、充放電方法および蓄電装置制御プログラム提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の蓄電装置は、電池温度を測定する温度センサと複数の二次電池を備えた蓄電手段と、温度センサの測定結果を温度情報として出力する温度監視手段と、外部の系統電力と接続され、蓄電手段に充放電を行わせる充放電手段と、温度情報に基づいて複数の二次電池の一部を放電側として放電させた電力を複数の二次電池の他の一部を充電側として充電させて電池温度を上昇させる電池温度制御を充放電手段に行わせる制御手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の充放電方法は、電池温度を測定する温度センサと複数の二次電池を備え、温度センサの測定結果を温度情報として出力して、外部の系統電力と接続され、複数の二次電池に充放電を行わせ、温度情報に基づいて複数の二次電池の一部を放電側として放電させた電力を複数の二次電池の他の一部を充電側として充電させて電池温度を上昇させる電池温度制御を行わせることを特徴とする。
【００１５】
本発明の蓄電装置制御プログラムは、電池温度を測定する温度センサと複数の二次電池を備えた蓄電手段と、温度センサの測定結果を温度情報として出力する温度監視手段と、外部の系統電力と接続され、蓄電手段に充放電を行わせる充放電手段とを備えた蓄電装置のコンピュータを、温度情報に基づいて複数の二次電池の一部を放電側として放電させた電力を複数の二次電池の他の一部を充電側として充電させて電池温度を上昇させる電池温度制御を充放電手段に行わせる制御手段として動作させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、低温環境において外部電源を使用せずに充放電できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態の蓄電装置の構成例を示したブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の二次電池の温度遷移例を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の蓄電装置の動作例を示した説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の蓄電装置の動作例を示したフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態の蓄電装置の構成例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。図１に本発明の第１の実施形態の蓄電装置の構成例を示したブロック図である。図２は、本発明の第１の実施形態の蓄電に利用される二次電池の電池温度遷移例を示した図である。図３は、本発明の第１の実施形態の蓄電装置の動作例を示した説明図である。図１−３を参照して、本実施形態の蓄電装置１の構成と動作について説明する。
【００１９】
蓄電装置１は、蓄電部１０、温度監視部２０、制御部３０とパワーコンディショナ４０を備える。蓄電部１０は、電力を保持して蓄電する二次電池１０１、二次電池１０２、・・・、二次電池１０ｎ（ｎは、３以上の整数である）を備える。各二次電池には、温度センサ２０１、温度センサ２０２、・・・、温度センサ２０ｎが備えられ、それぞれに対応する二次電池の電池温度が測定される。
【００２０】
温度監視部２０は、各温度センサに対応する各二次電池の電池温度の測定結果を温度情報として出力する。制御部３０は、温度監視部２０からの温度情報に基づいてパワーコンディショナ４０を制御する。制御の内容については後述する。パワーコンディショナ４０は、外部の系統電力と接続され、制御部３０の制御に基づいて、系統電力および蓄電池部１０が備える各二次電池の電力の充放電を行う。
【００２１】
図２は、二次電池の電池温度の遷移例を示した図である。図２において、放電抑止温度は、二次電池の性能劣化などを抑制するために、二次電池からの放電が抑制される温度である。充電抑止温度は、二次電池の性能劣化などを抑制するために、二次電池への充電が抑制される温度である。
【００２２】
温度制御開始温度とは、放電抑止温度および充電抑止温度より高い温度として制御部３０に設定されて、制御部３０が後述する電池温度制御を開始する温度である。温度制御終了温度とは、温度制御開始温度より高い温度として制御部３０に設定されて、制御部３０が後述する電池温度制御を終了する温度である。ここで、電池温度制御とは、制御部３０がパワーコンディショナ４０を制御して、蓄電池部１０が備える二次電池１０１、１０２から１０ｎのそれぞれで相互に行わせる充放電である。
【００２３】
制御部３０は、温度監視部２０からの温度情報に基づいて、二次電池の電池温度のどれか一つでも温度制御開始温度（ポイントＡ）に達したとき、電池温度制御を開始する。また、二次電池の電池温度がほぼ同時に温度制御開始温度（ポイントＡ）に達すれば、予め設定された二次電池を放電側と充電側として、制御部３０は、電池温度制御を開始する。すなわち、制御部３０は、パワーコンディショナ４０が蓄電池部１０の一部の二次電池を放電側として放電を開始させ、放電された電力を充電側の二次電池に充電させる。このとき、放電側の二次電池と充電側の二次電池との電位差が所定の電位差でないときに、図３に示すように、制御部３０は、二次電池１０１、１０２から放電させた電力をＤＣ／ＤＣコンバータ４１によって昇圧して、二次電池１０３、１０４に充電する。すなわち、放電側の二次電池と充電側の二次電池との電位差が所定の電位差でないとき、そのままでは放電側から充電側への充放電がなされない。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１によって放電側の電位が昇圧される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１によって放電側の電位が昇圧されることで、放電側から充電側への充電が開始され、充電電圧も安定化されるので、安定な充放電が行われる。なお所定の電位差があれば昇圧は不要である。
【００２４】
このように、制御部３０は、パワーコンディショナ４０を制御して、蓄電池部１０の二次電池に充放電させることで発生する熱エネルギーで二次電池の電池温度を上昇させる。すなわち、制御部３０は、蓄電池部１０の二次電池に放電させることにより発生する熱エネルギーで放電側の電池温度を上昇させ、蓄電池部１０の二次電池に充電させることにより発生する熱エネルギーで充電側の電池温度を上昇させる。
【００２５】
制御部３０は、温度監視部２０からの温度情報に基づいて、二次電池の電池温度が温度制御終了温度（ポイントＢ）に達したとき、電池温度制御を終了する。すなわち、制御部３０は、パワーコンディショナ４０が備えるＤＣ／ＤＣコンバータ４１によって、蓄電池部１０の放電側の二次電池からの放電と充電側の二次電池への充電とを終了させる。制御部３０は、二次電池１０１、二次電池１０２からの放電と、二次電池１０３、二次電池１０４への充電を終了する。制御部３０は、温度情報に基づいて、蓄電池部１０の備える二次電池の電池温度が温度制御終了温度に達したことで、上述した電池温度制御を終了させる。終了後、制御部３０は、通常の外部の系統電力との充放電を行うようにパワーコンディショナ４０を制御する。
【００２６】
このように、蓄電装置１は、充放電が抑制される温度に二次電池の電池温度が達する前に、二次電池に充放電させる電池温度制御を行うことで電池温度を上昇させる。そのため、蓄電装置１は、寒冷地でエアコンやヒーターなどの温度制御機構を追加設置する必要がなく、安価で省スペースな蓄電装置を実現できる。さらに、蓄電装置１では、上述した電池温度制御には、外部からの系統電力が不要なため停電時においても電池温度制御を行うことができる。
【００２７】
図４は、本実施形態の蓄電装置１の動作例を示したフローチャートである。図４を参照して、蓄電装置１の動作を説明する。
【００２８】
制御部３０は、温度監視部２０から二次電池の電池温度を示す温度情報を取得する（Ｓ１０１）。制御部３０は、取得された温度情報に基づいて、二次電池の電池温度が温度制御開始温度に達したかどうかを判断する（Ｓ１０２）。制御部３０は、二次電池の電池温度が温度制御開始温度に達していないと判断すれば（Ｓ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０１の処理に戻る。
【００２９】
一方、制御部３０は、二次電池の電池温度が温度制御開始温度に達したと判断すれば（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、パワーコンディショナ４０を制御して前述の電池温度制御を開始する（Ｓ１０３）。パワーコンディショナ４０が制御部３０の制御のもとで電池温度制御を開始することで、蓄電池部１０の二次電池の電池温度は上昇し始める。
【００３０】
制御部３０は、温度監視部２０から二次電池の電池温度を示す温度情報を取得する（Ｓ１０４）。制御部３０は、取得された温度情報に基づいて、二次電池の電池温度が温度制御終了温度に達したかどうかを判断する（Ｓ１０４）。制御部３０は、二次電池の電池温度が温度制御終了温度に達していないと判断すれば（Ｓ１０５：Ｎｏ）、ステップＳ１０４の処理に戻る。
【００３１】
一方、制御部３０は、二次電池の電池温度が温度制御終了温度に達したと判断すれば（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、パワーコンディショナ４０を制御して前述の電池温度制御を終了する（Ｓ１０６）。
【００３２】
このように、蓄電装置１は、二次電池の電池温度が、充放電が抑制される温度に達する前に、二次電池に充放電させる電池温度制御を行うことで電池温度を上昇させる。そのため、蓄電装置１は、寒冷地でエアコンやヒーターなどの温度制御機構を追加設置する必要がなく、安価で省スペースな蓄電装置を実現できる。
【００３３】
さらに、蓄電装置１は、上述した電池温度制御に外部からの系統電力が不要なため、停電時においても電池温度制御を行うことができる。なお、外部の系統電力が復旧すれば、制御部は、電池温度制御を開始していても、外部の系統電力との通常の充放電を併用して行うことができる。
【００３４】
以上、本実施形態の蓄電装置は、低温環境において外部電源を使用せずに電池温度を上昇させることができるので充放電することができる。
【００３５】
なお、本実施形態の電池温度制御は、二次電池に充放電を行わせるものとして説明した。しかし、電池温度制御は、二次電池の電池セルを単位として行われてもよい。
【００３６】
また、本実施形態の制御部は、蓄電装置と一体のものとして説明した。しかし、制御部は、蓄電装置と分離され、ネットワークを介して蓄電装置と接続されてもよい。すなわち、制御部は、温度監視部からの温度情報を受信してパワーコンディショナに電池温度制御を行わせる制御信号を送信して、遠隔から蓄電装置に電池温度制御を行わせるものでもよい。
【００３７】
また、図４に示したフローチャートは、本発明に関わる蓄電装置１の動作例として例示したものであって、本発明の蓄電装置の動作はこのフローチャートで示されたものに限定されない。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態の蓄電装置２の構成例を示したブロック図である。図５を参照して、本実施形態の蓄電装置２の構成と動作について説明する。
【００３８】
蓄電装置２は、図１で説明した蓄電装置１の蓄電池部１０と制御部３０が蓄電池部５０と制御部６０に変更され、断熱材５１が追加されていることが第１の実施形態と相違する。以下、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の名称と同一の参照番号を付記して、その説明を省略し、変更点を説明する。
【００３９】
蓄電池部５０は、二次電池の一部が断熱材５１によって囲まれているものと、囲まれていないものに分かれている。すなわち、蓄電池部５０は、二次電池１０１から二次電池１０ｍ（ｍは、２以上でｎより小さい整数である）と、二次電池１０ｍ＋１から二次電池１０ｎを備える。二次電池１０１から二次電池１０ｍには、それぞれ温度センサ２０１から温度センサ２０ｍが備えら、二次電池１０ｍ＋１から二次電池１０ｎには、それぞれ温度センサ２０ｍ＋１から温度センサ２０ｎが備えられる。二次電池１０ｍ＋１から二次電池１０ｎは、断熱材５１によって囲まれている。
【００４０】
制御部６０は、二次電池１０１から１０ｍまでの電池温度に基づいて、二次電池１０１から１０ｎの電池温度制御を行う。制御部６０は、所定の時間内で二次電池１０１から１０ｍの電池温度が温度制御終了温度に達しないとき、二次電池１０１から１０ｍに放電させた電力を、断熱材５１に囲まれていて温度環境の優れた二次電池１０ｍ＋１から１０ｎに集中して充電させる。このように、制御部６０は、電池温度制御において、二次電池１０ｍ＋１から１０ｎに縮退充放電をさせる。
【００４１】
制御部６０は、縮退充放電後、電池温度制御を二次電池１０ｍ＋１から二次電池１０ｎに対して行う。制御部６０は、電池温度制御を蓄電池部の一部の二次電池に他の二次電池の電力を集中させる縮退充放電をさせて、電池温度制御の効率的に行う。すなわち、制御部６０は、蓄電池部が保持する電力を所定の二次電池に集中して保持させて電池温度制御を行わせるので、さらに長時間の電池温度制御を行うことができる。
【００４２】
このように、本実施形態の蓄電装置２は、電池温度を所定の時間内で上昇できないとき、二次電池が保持する電力を一部の二次電池に集中させて保持させることで、蓄電池部に保持された電力を有効に使用して電池温度制御を行うことができる。なお、制御部６０は、二次電池１０１から二次電池１０ｍの電池温度が充電抑止温度を上回れば、充電を開始すればよい。また、制御部６０は、外部の系統電力が復旧すれば、電池温度制御中であっても、外部の系統電力との通常の充放電を行ってもよい。
【００４３】
以上、本実施形態の蓄電装置は、第１の実施形態と同様に低温環境において外部電源を使用せずに電池温度を上昇させて充放電することができる。さらに、本実施形態の蓄電装置は、蓄電池部が保持する電力を集中して保持し、有効に活用することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、縮退充放電後に電池温度制御が行われる二次電池は、断熱材に囲まれたものと説明した。しかし、縮退充放電後に電池温度制御が行われる二次電池は、断熱材に囲まれていなくてもよい。例えば、縮退充放電後に電池温度制御が行われる二次電池は、蓄電池部の外部温度の影響を受けにくい蓄電池部の内奥部に位置する二次電池でもよい。
【００４５】
なお、本願発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更、変形して実施することができる。
【００４６】
例えば、温度センサは、各実施形態では、各二次電池にそれぞれ対応して設けられると説明した。しかし、温度センサは、各二次電池にそれぞれ対応して設けられることに限定されない。例えば、温度センサは、蓄電池部の最も外周部にあって外部温度の影響を最も受けやすい二次電池の電池温度が測定できれば、それぞれの二次電池に対応して設けられなくてもよい。
【００４７】
また、上述の各実施形態の蓄電装置による電池温度制御処理は、蓄電装置が備えるコンピュータ（図示なし）を用いたソフトウェアによって実行されてもよい。すなわち、電池温度制御処理を行うコンピュータプログラムが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって読み込まれ、実行されることによって実現されてもよい。
【００４８】
なお、プログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等、非一時的な媒体に格納されてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１、２    蓄電装置
１０、５０    蓄電池部
２０    温度監視部
３０、６０    制御部
４０    パワーコンディショナ
４１    ＤＣ／ＤＣコンバータ
５１    断熱材
１０１、１０２、１０３、１０４、１０ｍ、１０ｍ＋１、１０ｎ    二次電池
２０１、２０２、２０ｍ、２０ｍ＋１、２０ｎ    温度センサ
【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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