CN107615087B - 蓄电池管理装置及蓄电池管理方法 - Google Patents

蓄电池管理装置及蓄电池管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明的实施方式涉及蓄电池管理装置及蓄电池管理方法。蓄电池管理装置具备可充放电容量表、控制部和通信控制部。可充放电容量表中预先存储有与二次电池的温度、SOC、被要求的充电率或放电率以及电池劣化率对应的可充放电容量，控制部基于二次电池的温度、SOC、被要求的充电率或放电率以及电池劣化率，参照可充放电容量表，计算实际的可充放电容量，通信控制部将计算出的二次电池的可充放电容量向上位装置通知。因此，在始终重复充放电的蓄电池系统中也能够正确地推测出实际可充放电的容量，能够稳定地运用蓄电池系统。

Description

蓄电池管理装置及蓄电池管理方法
技术领域
本发明的实施方式涉及蓄电池管理装置及蓄电池管理方法。
背景技术
近年来，不断地导入以太阳能发电和风力发电等为代表的安全且洁净的可再生能源。但是，可再生能源的输出并不稳定，如果不断大量导入，可能会给电力系统中的电压及频率带来不良影响。此外，如果这些可再生能源的供给量大幅地超过电力需求，那么不得不停止可再生能源的发电系统，导致发电设备的利用率下降。
为了解决这些问题，在发电系统中并设使用了二次电池的大规模蓄电池，期待通过来自蓄电池的充放电电力来抑制可再生能源的输出变动或将电力剩余量贮存到蓄电池等用途。
在此，作为面向电力系统的蓄电池系统的利用目的，能够举出可再生能源的输出变动抑制、电力系统的频率稳定化等。将蓄电池系统用于这样的用途的情况下，蓄电池始终重复充放电，几乎没有将系统停止的时间。作为推测蓄电池的SOC的方式，以往使用电流积分方式等，但是在这样始终重复充放电的用途中，电流的计测误差被累积，无法正确地推测SOC，可能对蓄电池系统的运用造成不利影响。
更具体地说，在SOC推测值被估测成比本来的值少的情况下，可放电的容量看起来变少，无法有效地运用蓄电池系统，在SOC推测值被估测成比本来的值多的情况下，在SOC成为0％之前蓄电池就达到放电末电压(Vlower)，蓄电池系统可能会非预期地停止。
发明内容
本发明所要解决的课题在于提供一种蓄电池管理装置及蓄电池管理方法，在始终重复充放电的蓄电池系统中也能够正确地推测实际可充放电的容量，能够稳定地运用蓄电池系统。
实施方式的蓄电池管理装置包括可充放电容量表、控制部和通信控制部。
可充放电容量表中预先存储与二次电池的温度、SOC、被要求的充电率或放电率及电池劣化率对应的可充放电容量。
控制部基于二次电池的温度、SOC、被要求的充电率或放电率及电池劣化率，参照可充放电容量表，计算实际的可充放电容量。
通信控制部向上位装置通知计算出的二次电池的可充放电容量。
附图说明
图1是具备蓄电池系统的可再生能源发电系统的概要结构图。
图2是实施方式的蓄电池系统的概要结构框图。
图3是单体模块、CMU及BMU的详细结构说明图。
图4是二次电池的等效电路模型的说明图。
图5是放电率不同的情况下的可放电电力量的说明图。
图6是二次电池的劣化率的推测处理流程图。
图7是同一平均电池温度下的内部电阻推测值相对于平均SOC的变化状态的说明图。
图8是规定的电池劣化率的可充电电力量预测表的一例的说明图。
图9是规定的电池劣化率的可放电电力量预测表的一例的说明图。
图10是第2实施方式的具体例的说明图。
图11是用于使用可充电电力量计算表来计算二次电池的可充电容量的计算电路的框图。
图12是用于使用可放电电力量计算表来计算二次电池的可放电容量的计算电路的框图。
具体实施方式
接下来，参照附图说明实施方式。
[1]第1实施方式
图1是具备蓄电池系统的可再生能源发电系统的概要结构图。
可再生能源发电系统100具备：可再生能源发电单元1，能够利用太阳能、水力、风力、生物能、地热等可再生能源来作为系统电力进行输出；电力计2，测定可再生能源发电单元1的发电电力；蓄电池系统3，基于电力计2的测定结果，将可再生能源发电单元1的剩余电力充电，将不足电力放电，重叠到可再生能源发电单元1的发电电力而输出；变压器4，对可再生能源发电单元1的输出电力(也包括重叠了蓄电池系统3的输出电力的情况)进行电压变换；蓄电池控制控制器5，进行蓄电池系统3的本地控制；以及上位控制装置6，进行未图示的多个蓄电池系统3的远程控制。
图2是实施方式的蓄电池系统的概要结构框图。
蓄电池系统3大体上包括：蓄电池装置11，蓄积电力；以及电力变换装置(PCS：Power Conditioning System)12，将从蓄电池装置11供给的直流电力变换为具有所需电力品质的交流电力并供给至负载。
蓄电池装置11大体上包括：多个电池盘21-1～21-N(N为自然数)；以及与电池盘21-1～21-N连接的电池端子盘22。
电池盘21-1～21-N具备：相互并联连接的多个电池单元23-1～23-M(M为自然数)；网关装置24；以及向后述的BMU(Battery Management Unit：电池管理装置)及CMU(CellMonitoring Unit：单体监视装置)供给动作用的直流电源的直流电源装置25。
在此，说明电池单元的结构。
电池单元23-1～23-M分别经由高电位侧电源供给线(高电位侧电源供给电线)LH及低电位侧电源供给线(低电位侧电源供给电线)LL与输出电源线(输出电源电线；母线)LHO、LLO连接，向作为主电路的电力变换装置12供给电力。
电池单元23-1～23-M为同一结构，因此以电池单元23-1为例来说明。
电池单元23-1大体上包括：多个(在图2中为24个)单体模块31-1～31-24；分别设置于单体模块31-1～31-24的多个(在图2中为24个)CMU32-1～32-24；设置在单体模块31-12和单体模块31-13之间的服务断开器(Service Disconnect)33；电流传感器34；以及接触器35，多个单体模块31-1～31-24、服务断开器33、电流传感器34及接触器35串联连接。
在此，单体模块31-1～31-24将多个电池单体串并联地连接而构成电池组。并且，由多个串联连接的单体模块31-1～31-24构成电池组群。
此外，电池单元23-1具备BMU36，各CMU32-1～32-24的通信线、电流传感器34的输出线与BMU36连接。
BMU36在网关装置24的控制下，控制电池单元23-1整体，基于与各CMU32-1～32-24之间的通信结果(后述的电压数据及温度数据)及电流传感器34的检测结果，进行接触器35的开闭控制。
接下来，说明电池端子盘的结构。
电池端子盘22具备：与电池盘21-1～21-N对应设置的多个盘断路器41-1～41-N；以及控制蓄电池装置11整体的作为微计算机而构成的主机(Master)装置42。
主机装置42上连接有与电力变换装置12之间经由电力变换装置12的UPS(Uninterruptible Power System)12A被供给的控制电源线51、以及作为以太网(注册商标)构成、进行控制数据的交换的控制通信线52。
在此，说明单体模块31-1～31-24、CMU32-1～32-24及BMU36的详细结构。
图3是单体模块、CMU及BMU的详细结构说明图。
单体模块31-1～31-24分别具备串联连接的多个(在图3中为10个)电池单体61-1～61-10。
CMU32-1～32-24具备：电压温度计测IC(Analog Front End IC:AFE-IC)62，用于测定构成对应的单体模块31-1～31-24的电池单体的电压及规定部位的温度；MPU63，分别进行对应的CMU32-1～32-24整体的控制；通信控制器64，遵循用于与BMU36之间进行CAN通信的CAN(Controller Area Network)标准；以及存储器65，保存与每个单体的电压相当的电压数据及温度数据。
在以下的说明中，将各个单体模块31-1～31-24和对应的CMU32-1～32-24组合而成的结构称为电池模块37-1～37-24。例如，将单体模块31-1和对应的CMU32-1组合而成的结构称为电池模块37-1。
此外，BMU36具备：MPU71，控制BMU36整体；通信控制器72，遵循用于与CMU32-1～32-24之间进行CAN通信的CAN标准；以及存储器73，保存从CMU32-1～32-24发送来的电压数据及温度数据。
蓄电池控制控制器5检测可再生能源发电单元1的发电电力，为了缓和该发电电力对电力系统的影响，使用蓄电池装置11进行发电电力的输出变动抑制。在此，相对于蓄电池装置11的变动抑制量由该蓄电池控制控制器5或其上位控制装置6来计算，被作为充放电指令提供给与蓄电池装置11对应的PCS(Power Conditioning System)12。
在此，说明由蓄电池控制控制器5进行与蓄电池装置11的可充放电电力量有关的推测。
如图1所示，蓄电池控制控制器5预先保持用于预测蓄电池装置11的可充电电力量及可放电电力量的可充电电力量预测表5TC及可放电电力量预测表5TD(以下，对两者不加区分时，称为可充放电电力量预测表5T)。
并且，蓄电池控制控制器5将蓄电池装置11作为一个蓄电池处理，使用蓄电池装置11的当前的SOC、电池温度、充放电电力及电池劣化率，预测可充电电力量或可放电电力量。
预测出的可充电电力量或可放电电力量被通知给上位控制装置6，上位控制装置6基于该预测值，进行蓄电池装置11的充放电控制。
在此，可充电电力量预测表5TC及可放电电力量预测表5TD中保存有使用二次电池的等效电路模型和预先取得的二次电池的特性值、通过模拟而推测出的各电池状态(电池温度、SOC)下的可充放电的电力量的结果。
首先，说明作为蓄电池的二次电池的等效电路模型。
图4是二次电池的等效电路模型的说明图。
如图4所示，二次电池的等效电路模型能够由开电路电压OCV(Open CircuitVoltage)、作为刚施加恒流脉后瞬间上升的电阻成分的反应电阻Ra、作为在施加恒流脉冲过程中缓慢增加的电阻成分的扩散电阻Rb、以及电容成分C。
在此，反应电阻Ra是电池内部的分离器部分处的离子电导电阻、正极/负极的电荷移动电阻。
此外，扩散电阻Rb是正负极活物质粒子内部的离子的扩散延迟所形成的电阻成分。
作为二次电池的特性值的开电路电压OCV、反应电阻Ra、扩散电阻Rb及电容成分C能够通过恒流脉冲法等二次电池的特性实验来测定。
这些各种特性值随着电池温度或SOC等电池状态而变化。例如，锂离子电池在温度越低时内部电阻的值越高，可充电或放电的容量减少，所以这些特性值的取得需要按照每个电池状态来进行。
因此，使用引入了这些各种特性值的二次电池的等效电路模型，对蓄电池的充放电动作进行模拟，预先计算每个电池状态的可充放电电力量，作为可充放电电力量预测表5T存储到搭载于蓄电池控制控制器5的未图示的存储装置中。
蓄电池的可充放电电力量不仅随着当前的SOC及电池温度，还随着充放电电力的大小(充放电率：例如2小时率、1小时率、1/2小时率等)而变化。
图5是放电率不同的情况下的可放电电力量的说明图。
将按照相当于1小时率的电力P1进行放电的情况下的放电容量Cap1(图5中相当于高度P1、宽度x的面积)和按照相当于2小时率的电力P2进行放电的情况下的放电容量Cap2(图5中相当于高度P2、宽度2x的面积)进行比较时，Cap1＜Cap2，按照2小时率进行放电时实质的可放电电力量更大。这是因为，一般来说若充放电电流大则电压上升或电压下降也大，所以实质的可充放电容量减少。
上述的可充放电容量的减少是二次电池的内部电阻的变化导致的，这样的蓄电池的充放电动作也可以通过使用等效电路模型来进行模拟。
在此，本实施方式中，为了提高预测精度，按照每个充电率或放电率准备可充电电力量预测表5TC及可放电电力量预测表5TD。
此外，二次电池随着充放电循环或经时间变化而劣化，内部电阻值增加并且电池容量逐渐减少。二次电池的劣化倾向有各种各样，但是在等效电路模型中，特别反映在反应电阻Ra的增加方面。
例如，已知与初始状态(BOL：Begin Of Life)的电池相比，在寿命末期状态(EOL：End Of Life)的电池中，该反应电阻Ra增加到数倍程度。由于该内部电阻值的变化，二次电池的可充放电电力量变化。
在此，在本实施方式中，掌握内部电阻值的增加倾向，推测二次电池的劣化率，由此来预测劣化后的可充放电电力量。
具体地说，求出当前的内部电阻值相对于在BOL时取得的内部电阻值的比率，并将其定义为电池的劣化率。根据二次电池的劣化率，准备预选准备了多个的可充放电电力量预测表5T，根据当前的电池劣化率来预测可充放电电力量。
在此，说明二次电池的SOH(State Of Health:电池的劣化状态)的定义。
对于二次电池的SOH的定义有多种多样，但二次电池随着劣化而内部电阻增加并且可充放电的容量减少，所以能够通过内部电阻增加率或容量降低率等来表示。例如，设初始的电池容量为Cap0、当前的电池容量为Cap、寿命末期的电池容量为CapEOL时，二次电池的SOH通过(1)式来表示。
【数1】
Figure GDA0000794367120000071
例如，在车载用二次电池中，多数情况下以初始的电池容量Cap0为基准，将电池容量下降到初始的电池容量Cap0的80％的时刻定义为寿命末期。这种情况下，寿命末期的电池容量CapEOL能够通过(2)式来定义。
CapEOL＝Cap0×0.8…(2)
此外，使用恒流脉冲法等来测定内部电阻值的情况下，设初始的内部电阻值为R0、当前的内部电阻值为R、寿命末期的内部电阻值为REOL时，二次电池的SOH通过(3)式来表示。
【数2】
Figure GDA0000794367120000072
例如，在作为二次电池的锂离子电池中，相对于初始的内部电阻值R0，寿命末期的内部电阻值REOL增加到数倍程度。
在此，值得注意的是，电池容量及内部电阻值还与电池的劣化无关地随着电池温度而变化。
更具体地说，锂离子电池在温度下降时内部电阻值增加，可充放电的容量下降。另一方面，锂离子电池在温度上升时内部电阻值减少，所以可充放电的容量稍微增加。
即，根据电池容量及内部电阻值的变化来推测二次电池的SOH的情况下，必须在同一温度条件下进行测定。如果能够在同一温度条件下持续地测定电池容量和内部电阻值，则能够推测电池的SOH。
但是，在处于工作中的蓄电池系统3中在将电池温度保持为一定的状态下测定电池容量及内部电阻值从现实来看是不容易的，很难正确地掌握电池的劣化状态。
在此，内部电阻推测方式是解决该课题的一个方法，对充放电中的电流变化和电池电压变化的相关性进行分析，推测电池的直流内部电阻。
在此，二次电池的内部电阻值能够使用串联单元的整体电压、电池模块电压或各电池单体的电压中的某一个来计算。此外，按照串联单元的整体电压→电池模块电压→各电池单体的电压的顺序，越是靠后越能够更详细地掌握各个电池单体的内部电阻值。
此外，在二次电池的充放电中，电池温度不仅受到周围温度变化的影响，还始终受到二次电池的内部发热等的影响。
因此，如果不能区分电池温度引起的内部电阻值的变化和电池劣化所伴随的内部电阻值的变化，则无法正确地掌握二次电池的劣化状态。因此，每隔一定期间重复内部电阻值的推测，基于解析时的平均电池温度或平均SOC来将各个推测值聚类化。
结果，通过比较同一测定条件(电池温度及SOC)的内部电阻推测值，能够掌握其增加量。
此外，在内部电阻推测方式中，越是小波变换中的高频率区域的回归分析结果，反应电阻Ra的影响越强。锂离子电池的劣化倾向容易出现在该反应电阻Ra中，所以在该高频区域中推测二次电池的内部电阻值来掌握其增加倾向。
接下来，说明使用内部电阻推测方式来计算二次电池的劣化率的方法。
图6是二次电池的劣化率的推测处理流程图。
在蓄电池系统3的蓄电池装置11中，每隔一定周期(例如100ms等)计测充放电电流、电池单体电压及电池温度(步骤S11)。
然后，将一定期间内(例如每数十分钟)计测到的充放电电流的计测值(与电流波形相当)进行小波变换，计算每个频率的小波系数WΨi(a,b)[a：缩放(放大缩小)、b：移相](步骤S12)。
此外，将同一期间内的电池单体电压的计测值(与电压波形相当)进行小波变换，计算每个频率的小波系数WΨV(a,b)(步骤S13)。
基于计算出的充放电电流の小波系数WΨi(a,b)及电池单体电压的小波系数WΨV(a,b)，通过用(4)式表示的回归分析来计算蓄电池装置11的内部电阻值R(a)(步骤S14)。该内部电阻值R(a)按照每个频率来计算。
【数3】
Figure GDA0000794367120000091
具体地说，设小波变换中的解析等级为j、相对于在一定的解析区间内计算出的充放电电流和电池单体电压的各计测值的小波系数分别为Wi[j][k](k＝1,2,...n，n是与解析区间宽度相应的系数的数)、Wv[j][k](k＝1,2,...n)时，通过回归分析求出的内部电阻值R[j]用以下的(5)式来表示。
【数4】
Figure GDA0000794367120000092
在此，越是高频率(解析等级小)则内部电阻值R(a)越低，反应电阻Ra的影响越强地表现出来。另一方面，根据频率不同，有时会受到计测传感器的噪声的影响或者受到电池温度及SOC的影响等而推测误差变大。因此，如果在更高频侧且回归分析中的决定系数R2高的频率下进行二次电池的劣化率的推测，则推测精度更高。
这样，根据随时计测出的充放电电流和电池单体电压来推测内部电阻值R(a)，基于推测区间的平均电池温度和平均SOC来进行聚类化，掌握各测定条件下的内部电阻值R(a)的增加率。
具体地说，在平均电池温度25℃、平均SOC50％等条件下，观察中、长期的内部电阻值R(a)的变化，进行推测值的比较。在这样的条件下，通过(3)式求出初始的内部电阻推测值和当前的内部电阻推测值的关系，推测二次电池的劣化率(SOH)(步骤S15)。
图7是同一平均电池温度下的内部电阻推测值相对于平均SOC的变化状态的说明图。
在图7中，以内部电阻推测值为纵轴，以平均SOC为横轴，示出推测期间(推测区间)中的平均电池温度相同的内部电阻值。
初始(BOL)的二次电池的内部电阻特性CRBOL由于平均SOC而内部电阻值变化，如图7所示，在平均SOC低的区域和高的区域中内部电阻值高，在平均SOC＝50％前后变低，以U字状变化。
此外，伴随着二次电池的劣化而内部电阻值增加，如劣化后推测出的二次电池的内部电阻特性CRDEG所示那样，开始工作后经过了数年的二次电池的内部电阻值(在平均SOC＝50％的情况下，在图7的例子中为内部电阻值R)与初始的内部电阻值(＝R0)相比增加。
因此，在本实施方式中，通过掌握二次电池的劣化所伴随的内部电阻值的增加倾向来进行电池的劣化率的推测。
根据以上的结果，控制控制器5所保持的可充放电电力量预测表5T中使用SOC、电池温度、充放电率、电池劣化率(SOH)这四个参数来进行可充放电电力量的预测。
图8是规定的电池劣化率的可充电电力量预测表的一例的说明图。
图9是规定的电池劣化率的可放电电力量预测表的一例的说明图。
在图8及图9中，示出了表示二次电池的电池劣化率的SOH＝0％的情况(初始状态)的例子，但实际上需要针对多个电池劣化率分别制作可充电电力量预测表5TC及可放电电力量预测表5TD。例如，将寿命末期(EOL)的二次电池作为SOH＝100％，制作这时的可充放电电力量预测表5T、或表示其中间的SOH＝50％的可充放电电力量预测表5T等。
此外，根据可充电电力量预测表5TC预测与蓄电池的劣化率(SOH)相应的可充电电力量，或者根据可放电电力量预测表5TD预测与蓄电池的劣化率(SOH)相应的可放电电力量。
更具体地说，蓄电池的劣化率SOH＝0％的情况下，在电池温度为20度且当前的SOC＝40％的情况下，2小时率充电时的可充电的电力量如图8所示为106kWh。
同样，蓄电池的劣化率SOH＝0％的情况下，在电池温度为30度且当前的SOC＝50％的情况下，2小时率放电时的可放电电力量如图9所示为90kWh。
如以上说明，根据本第1实施方式，能够基于蓄电池的状态及充放电条件来更可靠地预测可充电电力量及可放电电力量。
[2]第2实施方式
首先，说明第2实施方式的原理。
将二次电池用于可再生能源的输出变动抑制的情况下，控制二次电池的上位控制装置以使二次电池的SOC不会成为完全充电或完全放电的方式始终在规定的范围内进行控制并进行充放电。此外，蓄电池随着劣化而能够充放电的容量(实际容量)逐渐减少，所以可充放电电力量的预测还必须考虑电池的劣化。
在此，本第2实施方式是根据二次电池的期待寿命而使电池容量具有余量、以SOC＝50％为基准来限制蓄电池的使用范围的实施方式。
由此，只要是二次电池的期待寿命内，蓄电池的上位控制装置随时能够在决定的容量的范围(将其称为运用容量Cap_l)内进行蓄电池的充放电控制。
在此，可以想到使用SOC来限制电池的运用范围(使用范围)的方法。例如，为了以运用容量100kWh来进行限制，可以想到限制为SOC＝20％～80％。但是，SOC和可放电容量的关系随着电池温度及劣化状态而变化，所以通过该方法无法正确地求出可放电容量。
此外，作为二次电池而使用了锂离子电池的情况下，锂离子电池在高SOC和低SOC的区域中，劣化的进展比SOC50％的情况更快。因此，通过以SOC＝50％(＝规定的基准SOC)为中心来限制蓄电池的运用范围(使用范围)，能够抑制电池的劣化，能够实现长寿命化。
因此，在第2实施方式中，使用在第1实施方式中使用的可充电电力量预测表5TC及可放电电力量预测表5TD来预测寿命末期(EOL)的二次电池的可充/放电电力量，推测包含寿命末期(EOL)在内的运用时的二次电池的实际容量，以使期待寿命内的实际的运用容量不超过实际容量的范围、且不进行缩短电池寿命的运用的方式计算运动容量。
图10是第2实施方式的具体例的说明图。
如图10左端所示，设初始状态(BOL)下的SOC＝100％时的实际容量为160kWh，SOC＝0％时的实际容量为0kWh。即，作为二次电池的实际容量为160kWh。
另一方面，使用在第1实施方式中使用的可充电电力量预测表5TC及可放电电力量预测表5TD来预测寿命末期(EOL)的二次电池的可充/放电电力量的情况下，如图10的中央部所示，设寿命末期(EOL)的SOC＝100％时的实际容量为120kWh，SOC＝0％时的实际容量为0kWh。即，作为二次电池的实际容量为120kWh。
在此，如上述那样具有在高SOC和低SOC的区域内劣化的进展快的倾斜，所以若考虑到在寿命末期(EOL)也将二次电池的使用范围限制为SOC＝10％～90％程度的范围的话，则优选为以SOC＝50％为基准将运用容量设为上下50kWh程度(实际容量范围：10kWh～110kWh)(＝实际SOC＝8～92％)。
这样，通过预先决定实际容量，在期待寿命内，在任何运用时，实际容量都始终比运用容量更大，所以能够可靠地确保二次电池的运用容量不会超过实际容量的限制，不必考虑劣化状态，能够始终以相同的控制来进行运用。
图11是使用可充电电力量计算表来计算二次电池的可充电容量的计算电路的框图。
蓄电池系统3计测蓄电池系统3内的各电池模块的温度，计算其最低温度并向蓄电池控制控制器5通知。此外，如图2所示，在二次电池并联连接的情况下，蓄电池系统3推测它们的平均SOC，并向蓄电池控制控制器5通知。
此外，蓄电池控制控制器5使用在第1实施方式中说明过的二次电池的劣化率推测方法来推测蓄电池的当前的劣化率(SOH)。
然后，蓄电池控制控制器5将最低电池温度、平均SOC、当前的充放电电力及电池劣化率作为参数，根据可充电电力量计算表计算蓄电池的可充电电力量。该可充电电力量是相对于蓄电池的全部容量的可充电的电力量。
同样，蓄电池控制控制器5将最低电池温度、基准SOC＝50％、当前的充放电电力及电池劣化率作为参数，根据可充电电力量计算表5TC计算二次电池的可充电电力量。该可充电电力量是二次电池的基准SOC＝50％时的可充电的电力量(图中标记为kWh＠SOC50％)。
然后，蓄电池控制控制器5作为减法器起作用，从相对于蓄电池的全部容量的可充电的电力量中减去二次电池的基准SOC＝50％时的可充电的电力量。
然后，蓄电池控制控制器5在相减而得到的值的绝对值为运用容量Cap_l的l/2以下的情况下，将从相对于蓄电池的全部容量的可充电的电力量中减去二次电池的基准SOC＝50％时的可充电的电力量而得到的值原样输出到加法器的一个输入端子。
此外，蓄电池控制控制器5的限制器在相减而得到的值的绝对值超过运用容量Cap_l的1/2的情况下，取代从相对于蓄电池的全部容量的可充电的电力量中减去二次电池的基准SOC＝50％时的可充电的电力量而得到的值，而将运用容量Cap_l的1/2输出到加法器的一个输入端子。
此外，蓄电池控制控制器5的限制器在相减而得到的值的绝对值低于运用容量－Cap_l的1/2的情况下，取代从相对于蓄电池的全部容量的可充电的电力量中减去二次电池的基准SOC＝50％时的可充电的电力量而得到的值，而将运用容量－Cap_l的1/2输出到加法器的一个输入端子。
与向上述加法器的一个输入端子的输出并行地，蓄电池控制控制器5的选择器在二次电池的基准SOC＝50％时的可充电的电力量(图中标记为kWh＠SOC50％)为运用容量Cap_l的1/2以上的情况下，将运用容量Cap_l的1/2输出到加法器的另一个输入端子。
此外，蓄电池控制控制器5的选择器在二次电池的基准SOC＝50％时的可充电的电力量(图中标记为kWh＠SOC50％)小于运用容量Cap_l的1/2的情况下，将二次电池的基准SOC＝50％时的可充电的电力量输出到加法器的另一个输入端子。
由此，蓄电池控制控制器5的加法器将限制器的输出和选择器的输出相加，作为可充电容量输出。
更具体地说，例如考虑将BOL时的额定容量160kWh的蓄电池限制为运用容量Cap_l＝100kWh来进行控制的情况。
当前的电池温度为30℃、SOC＝30％、可充电电力量为80kW(2小时率)、SOH＝0％的情况下，按照以下的步骤来计算限制为运用容量100kWh的当前的可充电容量。
(1)根据图8所示的2小时率充电时的可充电电力量预测表，计算电池温度＝30℃、SOC30％的可充电电力量。
具体地说，电池温度30℃、SOC＝30％的可充电电力量被求出为139kWh。
(2)同样地，根据2小时率充电时的可充电电力量预测表，计算基准SOC＝50％、电池温度＝30℃的可充电电力量。
具体地说，电池温度30℃、SOC＝50％的可充电电力量被求出为99kWh。
(3)接着，从电池温度30℃、SOC30％的可充电电力量(＝139kWh)中减去SOC50％的可充电电力量(＝99kWh)(139－99＝40kWh)，以使相减而得到的值最大为运用容量Cap_l的1/2的方式进行限制。在本例子的情况下，比运用容量Cap_l的1/2即50kWh更少，所以维持40kWh。
(4)将基准SOC50％、电池温度30℃的可充电电力量(＝99kWh)和运用容量Cap_l的1/2(＝50kWh)中的较小一方(本次为50kWh)加到通过上述(3)求出的值(40kWh)中，作为可充电容量(＝90kWh)。
通过使用了该运用容量的蓄电池控制，在可充放电电力量的预测困难的充电末期附近，在可充电电力量成为0kWh之前先到达充电结束电压或放电结束电压，能够避免蓄电池系统非预期地停止。此外，上位控制装置不必在意伴随着电池劣化的电池容量的减少而能够始终在决定的容量的范围内进行蓄电池的充电。这样，通过基于与电池温度或电池的劣化状态相应的可充电电力量计算表5TC来进行预测，与仅仅以SOC为基准来限制电池的使用范围的方法相比，能够提高可充电容量的预测精度。
图12是使用可放电电力量计算表计算二次电池的可放电容量的计算电路的框图。
蓄电池系统3计测蓄电池系统3内的各电池模块的温度，计算其最低温度，并向蓄电池控制控制器5通知。此外，如图2所示，蓄电池系统3在二次电池并联连接的情况下推测它们的平均SOC，并向蓄电池控制控制器5通知。
此外，蓄电池控制控制器5使用在第1实施方式中说明的二次电池的劣化率推测方法，推测蓄电池的当前的劣化率(SOH)。
然后，蓄电池控制控制器5将最低电池温度、平均SOC、当前的充放电电力及电池劣化率作为参数，根据可放电电力量计算表5TD计算蓄电池的可放电电力量。该可放电电力量是相对于蓄电池的全部容量的可放电的电力量。
同样，蓄电池控制控制器5将最低电池温度、基准SOC＝50％、当前的充放电电力及电池劣化率作为参数，根据可放电电力量计算表5TD计算二次电池的可放电电力量。该可放电电力量是二次电池的基准SOC＝50％时的可放电的电力量(图中标记为kWh＠SOC50％)。
然后，蓄电池控制控制器5的减法器从相对于蓄电池的全部容量的可放电的电力量中减去二次电池的基准SOC＝50％时的可放电的电力量。
然后，蓄电池控制控制器5在相减而得到的值的绝对值为运用容量Cap_1的l/2以下的情况下，将从相对于蓄电池的全部容量的可放电的电力量中减去二次电池的基准SOC＝50％时的可放电的电力量而得到的值原样输出到加法器的一个输入端子。
此外，蓄电池控制控制器5的限制器在相减而得到的值的绝对值超过运用容量Cap_l的1/2的情况下，取代从相对于蓄电池的全部容量的可放电的电力量中减去二次电池的基准SOC＝50％时的可放电的电力量而得到的值，将运用容量Cap_l的1/2输出到加法器的一个输入端子。
此外，蓄电池控制控制器5的限制器在相减而得到的值的绝对值小于运用容量－Cap_l的1/2的情况下，取代从相对于蓄电池的全部容量的可放电的电力量中减去二次电池的基准SOC＝50％时的可放电的电力量而得到的值，将运用容量－Cap_l的1/2输出到加法器的一个输入端子。
与向上述加法器的一个输入端子的输出并行地，蓄电池控制控制器5的选择器在二次电池的基准SOC＝50％时的可放电的电力量(图中标记为kWh＠SOC50％)为运用容量Cap_l的1/2以上的情况下，将运用容量Cap_l的1/2输出到加法器的另一个输入端子。
此外，蓄电池控制控制器5的选择器在二次电池的基准SOC＝50％时的可放电的电力量(图中标记为kWh＠SOC50％)小于运用容量Cap_l的1/2的情况下，将二次电池的基准SOC＝50％时的可放电的电力量输出到加法器的另一个输入端子。
由此，蓄电池控制控制器5的加法器将限制器的输出和选择器的输出相加，作为可放电容量输出。
更具体地说，例如考虑将BOL时的额定容量160kWh的蓄电池限制为运用容量Cap_l＝100kWh来进行控制的情况。
当前的电池温度为30℃、SOC＝70％、放电电力为80kW(2小时率)、SOH＝0％的情况下，通过以下的步骤计算限制为运用容量100kWh的当前的可放电容量。
(1)根据图9所示的2小时率放电时的可放电电力量预测表，计算电池温度＝30℃、SOC70％的可放电电力量。
具体地说，电池温度30℃、SOC＝70％的可放电电力量被求出为126kWh。
(2)同样地，根据2小时率放电时的可放电电力量预测表，计算基准SOC＝50％、电池温度＝30℃的可放电电力量。
具体地说，电池温度30℃、SOC＝50％的可放电电力量被求出为90kWh。
(3)接着，从电池温度30℃、SOC70％的可放电电力量(＝126kWh)中减去SOC50％的可放电电力量(＝90kWh)(126－90＝36kWh)，以使相减而得到的值最大为运用容量Cap_l的1/2的方式进行限制。在本例的情况下，比运用容量Cap_l的1/2即50kWh少，所以维持36kWh。
(4)将基准SOC50％、电池温度30℃的可放电电力量(＝90kWh)和运用容量Cap_l的1/2(＝50kWh)的较小一方(本次为50kWh)加到通过上述(3)求出的值(36kWh)中，作为可放电容量(＝86kWh)。
通过使用了该运用容量的蓄电池控制，在可放电电力量的预测困难的放电末期附加，在可放电电力量成为0kWh之前先到达放电结束电压，能够避免蓄电池系统非予期地停止。此外，上位控制装置不必在意伴随着电池劣化的电池容量的减少而能够始终在决定的容量的范围内较小蓄电池的放电。
如以上说明，根据本第2实施方式，在放电时也以使期待寿命内的实际的运用容量不超过实际容量的范围、且不进行缩短电池寿命的运用的方式计算运动容量计算运用容量，因此可放电的实际容量始终大于放电运用容量，所以能够可靠地确保二次电池的运用容量不会超过实际容量的限制，不必考虑劣化状态，能够始终在相同的控制下进行放电时的运用。
将以上的说明总结，通过基于与电池温度或电池的劣化状态相应的可充放电电力量计算表来进行预测，与仅仅以SOC为基准来限制电池的使用范围的方法相比，能够提高可充放电容量的预测精度。
在以上的说明中，在某个电池温度下，相对于基准SOC的可充放电电力量，将运用容量均等分配，但是从二次电池(蓄电池)的BOL到EOL，只要运用容量可靠地不超过实际容量，能够采用任何分配方式。
[3]第3实施方式
将二次电池(蓄电池)用于可再生能源发电装置的输出变动抑制的情况下，为了始终能够根据需要来进行充放电，需要由控制蓄电池的上位控制装置始终以使蓄电池不达到完全充电状态或完全放电状态的方式控制SOC并进行充放电。
因此，与第2实施方式同样，根据蓄电池的期待寿命使电池容量具有余量，在以SOC50％为基准的运用容量的范围内进行控制(限制蓄电池的使用范围)。
另一方面，电力需求相对于电力供给能力大幅增加的情况下，希望也能够应对以削减峰值(peak cut)为目的而将蓄电池内蓄积的全部电力能源放电的情形。
因此，在这样的情况下，希望提供一种将运用容量对蓄电池的使用范围限制解除而能够以可充放电的全部容量来进行控制的构架。
因此，上位控制装置6将蓄电池优先用于削减峰值等用途的情况下，对控制蓄电池系统3的蓄电池控制控制器5，请求解除使用范围限制。
另一方面，蓄电池控制控制器5在接受到使用范围限制的解除请求的情况下，将使用范围限制解除，将余量设定为0。
具体地说，以将用于进行所述使用范围限制的运用容量Cap_l暂时重新设定为实际容量(BOL)来计算可充放电容量的方式，进行设定变更。
结果，蓄电池控制控制器5按照到蓄电池的上限电压(充电结束电压)及下限电压(放电结束电压)的范围极限为止的全部容量进行充放电，能够暂时增加可充放电容量。因此，能够灵活地运用系统。
根据本第3实施方式，在可再生能源发电系统100中，在电力需求暂时地大幅增加的情况下，通过变更运用容量設定时的电池容量的余量来进行控制，能够灵活地进行与电力需求相应的控制。
本实施方式的蓄电池管理装置具备：CPU等控制装置、ROM(Read Only Memory)或RAM等存储装置、HDD、CD驱动器装置等外部存储装置、显示器装置等显示装置、键盘和鼠标等输入装置，是利用了通常的计算机的硬件结构。
本实施方式的蓄电池管理装置所执行的程序以可安装的形式或可执行的形式的文件记录在CD-ROM、软盘(FD)、CD-R、DVD(Digital Versatile Disk)等计算机可读取的记录介质中而被提供。
此外，也可以将本实施方式的蓄电池管理装置所执行的程序保存到与因特网等网络连接的计算机上，通过经由网络下载而提供。此外，也可以将本实施方式的蓄电池管理装置所执行的程序经由因特网等网络来提供或发布。
此外，也可以将本实施方式的蓄电池管理装置的程序预先装入ROM等来提供。
以上说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提示，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨中，也包含在权利要求所记载的发明及其等同的范围内。

Claims (9)

1.一种蓄电池管理装置，在始终重复充放电的蓄电池系统中使用，具备：
可充放电容量表，预先存储有与二次电池的温度、SOC、电池劣化率、以及在所述蓄电池系统中被要求的充电率或放电率对应的可充放电容量；
控制部，基于所述二次电池的温度、SOC、所述电池劣化率、以及所述充电率或所述放电率，参照所述可充放电容量表，计算可充放电容量的预测值；以及
通信控制部，将所述二次电池的实际的可充放电容量向上位装置通知，
所述控制部相对于所述二次电池的实际容量确保规定的余量地设定所述二次电池的运用容量，所述运用容量不超过包含寿命末期在内的运用时的所述二次电池的实际容量的范围，
所述控制部构成为，
基于所述二次电池的温度、当前的SOC、电池劣化率、以及充电率或放电率，参照所述可充放电容量表，计算可充放电容量的预测值，
基于所述二次电池的温度、基准SOC、电池劣化率、以及充电率或放电率，参照所述可充放电容量表，计算可充放电容量的基准值，
从所述可充放电容量的预测值中减去所述可充放电容量的基准值，在相减而得到的值的绝对值为所述运用容量的1/2以下的情况下，采用相减而得到的值的绝对值来作为输出，在相减而得到的值的绝对值超过所述运用容量的1/2的情况下，取代相减而得到的值的绝对值而采用所述运用容量的1/2的值来作为输出，
将所述可充放电容量的基准值和所述运用容量的1/2中的较小一方加到所述输出中，作为所述二次电池的实际的可充放电容量，
所述通信控制部将所述实际的可充放电容量向所述上位装置通知。
2.如权利要求1所述的蓄电池管理装置，
所述控制部相对于参照所述可充放电容量表而得到的可充放电容量确保规定的余量地设定所述运用容量。
3.如权利要求2所述的蓄电池管理装置，
所述控制部在有来自该蓄电池管理装置的上位装置的请求的情况下，将所述余量暂时设定为零。
4.如权利要求2所述的蓄电池管理装置，
所述控制部以预先设定的基准SOC为基准，设定所述运用容量。
5.如权利要求3所述的蓄电池管理装置，
所述控制部以预先设定的基准SOC为基准，设定所述运用容量。
6.如权利要求1～5中任一项所述的蓄电池管理装置，
所述控制部基于所述二次电池的内部电阻值的测定值或推测值，计算所述电池劣化率。
7.如权利要求1～5中任一项所述的蓄电池管理装置，
所述可充放电容量表中存储使用所述二次电池的等效电路模型及所述二次电池的特性值、通过模拟而计算出的所述可充放电容量。
8.如权利要求6所述的蓄电池管理装置，
所述可充放电容量表中存储使用所述二次电池的等效电路模型及所述二次电池的特性值、通过模拟而计算出的所述可充放电容量。
9.一种蓄电池管理方法，在蓄电池管理装置中执行，该蓄电池管理装置在始终重复充放电的蓄电池系统中使用，具有预先存储有与二次电池的温度、SOC、电池劣化率、以及在所述蓄电池系统中被要求的充电率或放电率对应的可充放电容量的可充放电容量表，管理所述二次电池的充放电，该方法包括：
基于所述二次电池的温度、SOC、所述电池劣化率、以及所述充电率或所述放电率，参照所述可充放电容量表的步骤；
基于所述可充放电容量表的参照结果，计算可充放电容量的预测值的步骤；以及
将所述二次电池的实际的可充放电容量向上位装置通知的步骤，
在所述蓄电池管理方法中，
相对于所述二次电池的实际容量确保规定的余量地设定所述二次电池的运用容量，所述运用容量不超过包含寿命末期在内的运用时的所述二次电池的实际容量的范围，
基于所述二次电池的温度、当前的SOC、电池劣化率、以及充电率或放电率，参照所述可充放电容量表，计算可充放电容量的预测值，
基于所述二次电池的温度、基准SOC、电池劣化率、以及充电率或放电率，参照所述可充放电容量表，计算可充放电容量的基准值，
从所述可充放电容量的预测值中减去所述可充放电容量的基准值，在相减而得到的值的绝对值为所述运用容量的1/2以下的情况下，采用相减而得到的值的绝对值来作为输出，在相减而得到的值的绝对值超过所述运用容量的1/2的情况下，取代相减而得到的值的绝对值而采用所述运用容量的1/2的值来作为输出，
将所述可充放电容量的基准值和所述运用容量的1/2中的较小一方加到所述输出中，作为所述二次电池的实际的可充电放容量，
将所述实际的可充放电容量向所述上位装置通知。
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