JP2008276950A - 二次電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】あらかじめ設定された充放電予定時間において、充放電可能な最大電力値または最大電流値を出力することができる二次電池システムを提供する。
【解決手段】 充放電可能な二次電池１１と、あらかじめ設定された充放電予定時間で二次電池に充放電可能な最大電流値を算出し、充放電可能最大電流値として外部に出力する制御部１２〜２１とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池の充放電に関する情報を出力する二次電池システムに関する。

エンジンや燃料電池などとモータとを併用するハイブリッド装置や、モータの回生エネルギーを蓄積する装置では、これらにおいて使用されている二次電池の入出力可能なエネルギーを正確に把握することにより効率のよい運転が可能となる。

このような二次電池を制御する技術として、特許文献１は、バッテリ特性変化、劣化進行度を考慮したバッテリの暖気運転を行う電気車のバッテリ制御装置を開示している。このバッテリ制御装置は、バッテリの温度を検出する検出手段と、この検出されたバッテリ温度とバッテリの電圧および電流からバッテリの充電可能電力または放電可能電力を演算する手段と、この演算結果と予め定められた充電電力または放電電力のそれぞれの所望値によりバッテリの暖機運転の可否をきめる暖気運転判断手段とを備える。

また、特許文献２は、電流値の変化に影響されることなく充放電時間を正確に算出できる電池パック電源装置を開示している。この電池パック電源装置は、充電式の複数のセルを内蔵した電池パックの充放電完了時間の算出機能を有し、充電または放電時の電流やセル温度を検出する検出手段と、充電または放電時の相対時間と電流値やセル温度を記憶する記憶手段と、相対時間と電流値の関数を近似する近似手段と、近似した関数と現在の残容量に基づき充放電完了時間を求める演算手段とを備え、相対時間と電流値に基づき関数を近似し電池パックの充放電完了時間を求め、また、相対時刻と平均電流値およびセル温度を過去のデータと比較して充放電完了時間を求める演算手段を備え、過去の充放電電流値と相対時間とのデータから充放電完了時間を求める。
特開２００３−２３７０４号公報 特開２０００−３２３１８２号公報

上述した特許文献１に開示されたバッテリ制御装置は、電池が入出力できる電力を算出し、あらかじめ定められた電力の必要量に応じて、電池を暖めるかどうかを判定するものである。

また、上述した特許文献２に開示された電池パック電源装置は、電池の充放電完了時間を算出する機能を有し、現在の電流値を用いて充放電が完了する時間を推定するものであるが、いずれの技術においても、電池を使用できる残余時間を求めるものであり、あらかじめ設定された時間、例えば１０秒、２０秒または３０秒などといった短い時間において、充放電可能な最大電力または最大電流を求めることはできない。

そこで、二次電池を使用した装置を効率よく運転するために、あらかじめ設定された時間において、充放電可能な最大電力または最大電流を求めることができる二次電池システムの開発が望まれている。

本発明は、上述した要請に応えるためになされたものであり、その課題は、あらかじめ設定された充放電予定時間において、充放電可能な最大電力値または最大電流値を出力することができる二次電池システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、充放電可能な二次電池と、あらかじめ設定された充放電予定時間で二次電池に充放電可能な最大電流値を算出し、充放電可能最大電流値として外部に出力する制御部とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、制御部は、二次電池の充放電電流を検出する電流検出器と二次電池を構成する複数の単セル電池の電圧をそれぞれ検出する複数の単セル電池電圧検出器と、複数の単セル電池電圧検出器で検出された電圧の最大値、最小値および全電圧値を算出する演算器と、二次電池の温度を検出する温度検出器と、二次電池の現在のエネルギー残量を算出する残エネルギー算出回路と、二次電池の寿命に対する現在の寿命状態を算出する寿命状態算出回路と、温度検出器で検出された温度、残エネルギー算出回路で算出されたエネルギー残量および寿命状態算出回路で算出された寿命状態から二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出回路と、内部抵抗算出回路で算出された内部抵抗と電流検出器により検出された電流の積、演算器で算出された二次電池の現在の全電圧、および、設定された二次電池の上限電圧または下限電圧のいずれかを用いて、最大電流値を算出し、該算出した最大電流値または外部からフィードバックされた最大電流値を出力する最大電流算出回路と、最大電流算出回路で算出された最大電流値と充放電予定時間との積と、残エネルギー算出回路で算出されたエネルギー残量とを用いて該最大電流値の適否を判定し、適正である場合は、最大電流値を充放電可能最大電流値として出力し、適正でない場合は、適正な値に収束させるように変更した最大電流値を最大電流算出回路にフィードバックする判定回路とを備えたことを特徴とする。

また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、判定回路は、充放電予定時間が経過した後の二次電池の内部抵抗を予測する内部抵抗推定回路を備え、内部抵抗推定回路により予測された内部抵抗を用いて最大電流値の適否を判定し、充放電可能最大電流値を算出することを特徴とする。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の発明において、判定回路は、充放電予定時間が経過した後の温度上昇を推定する温度上昇推定回路を備え、温度上昇推定回路により推定された温度が所定温度を超えているかどうかに応じて最大電流値の適否を判定し、充放電可能最大電流値を算出することを特徴とする。

また、請求項５記載の発明は、充放電可能な二次電池と、あらかじめ設定された充放電予定時間で二次電池に充放電可能な最大電力値を算出し、充放電可能最大電力値として外部に出力する制御部とを備えたことを特徴とする。

また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、制御部は、二次電池の充放電電流を検出する電流検出器と、二次電池を構成する複数の単セル電池の電圧をそれぞれ検出する複数の単セル電池電圧検出器と、複数の単セル電池電圧検出器で検出された電圧の最大値、最小値および全電圧値を算出する演算器と、二次電池の温度を検出する温度検出器と、二次電池の現在のエネルギー残量を算出する残エネルギー算出回路と、二次電池の寿命に対する現在の寿命状態を算出する寿命状態算出回路と、温度検出器で検出された温度、残エネルギー算出回路で算出されたエネルギー残量および寿命状態算出回路で算出された寿命状態から二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出回路と、内部抵抗算出回路で算出された内部抵抗と電流検出器により検出された電流の積、演算器で算出された緩やかに二次電池の現在の全電圧、および、設定された二次電池の上限電圧または下限電圧のいずれかを用いて、最大電流値を算出し、該算出した最大電流値または外部からフィードバックされた最大電流値を出力する最大電流算出回路と、最大電流算出回路で算出された最大電流値と充放電予定時間との積と、残エネルギー算出回路で算出されたエネルギー残量とを用いて該最大電流値の適否を判定し、適正である場合は、最大電流値を充放電可能最大電流値として出力し、適正でない場合は、適正な値に収束させるように変更した最大電流値を最大電流算出回路にフィードバックする判定回路と、判定回路から出力される充放電可能最大電流値と、演算器から出力される全電力値またはあらかじめ設定された下限電圧値とを乗算し、充放電可能最大電力値として外部に出力する乗算器とを備えたことを特徴とする。

また、請求項７記載の発明は、請求項５または請求項６記載の発明において、判定回路は、充放電予定時間が経過した後の二次電池の内部抵抗を予測する内部抵抗推定回路を備え、内部抵抗推定回路により予測された内部抵抗を用いて最大電流値の適否を判定し、充放電可能最大電力値を算出することを特徴とする。

また、請求項８記載の発明は、請求項５乃至請求項７のいずれか１項記載の発明において、判定回路は、充放電予定時間が経過した後の温度上昇を推定する温度上昇推定回路を備え、温度上昇推定回路により推定された温度が所定温度を超えているかどうかに応じて最大電流値の適否を判定し、充放電可能最大電力値を算出することを特徴とする。

本発明によれば、あらかじめ設定された充放電予定時間において、充放電可能最大電力値または充電可能最大電流値を出力することができるので、これらを電流指令として負荷に通知することにより、負荷は、二次電池の残エネルギー量を効率よく使用することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る二次電池システムを利用した装置の構成を概念的に示す図である。この装置は、二次電池システム１、二次電池システム１を電源として駆動される負荷２および二次電池システム１と負荷２との間の通信を制御する通信手段３から構成されている。

通信手段３としては、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）やＲＳ−２３２Ｃなどを用いることができる。この通信手段３による通信の内容には、二次電池システム１が、あらかじめ設定された充放電予定時間内で入出力（充放電）できる最大電流値である充放電可能最大電流値３ａが含まれる。負荷２は、例えばインバータやモータなどから構成されており二次電池システム１から充放電可能最大電流値３ａを得て各部を制御することにより、効率のよい運転が可能となる。

図２は、本発明の実施例１に係る二次電池システム１の構成を示すブロック図である。この二次電池システム１は、二次電池パック１１、単セル電池電圧検出器１２、演算器１３、充放電電流検出器１４、温度検出器１５、残エネルギー算出回路１６、寿命状態算出回路１７、内部抵抗算出回路１８、乗算器１９、最大電流算出回路２０および判定回路２１を備えている。二次電池パック１１は、本発明の「二次電池」に対応し、その他の構成要素は、本発明の「制御部」に対応する。

二次電池パック１１は、複数の単セル電池が直列に接続されることにより構成されている。この二次電池パック１１の出力が、負荷２の電源として使用される。単セル電池電圧検出器１２は、二次電池パック１１を構成する複数の単セル電池の各々の電圧を検出する。この単セル電池電圧検出器１２で検出された複数の単セル電池の電圧は、演算器１３に送られる。

演算器１３は、単セル電池電圧検出器１２から送られてくる複数の単セル電池の電圧に基づき、最小電圧、最大電圧および全電圧（全積算電圧）などを算出する。この演算器１３で算出された全電圧ＶＲは、最大電流算出回路２０に送られる。

充放電電流検出器１４は、例えばカレントトランスまたはシャント抵抗などから構成されており、二次電池パック１１と負荷２との間に流れる電流（放電電流および充電電流）を検出する。この充放電電流検出器１４で検出された電流ＩＲは、乗算器１９に送られる。

温度検出器１５は、例えばサーミスタから構成されており、二次電池パック１１の内部の温度を検出する。この温度検出器１５で検出された温度Ｔは、内部抵抗算出回路１８に送られる。

残エネルギー算出回路１６は、二次電池パック１１の現在のエネルギー残量［Ａｈ］を算出する。このエネルギー残量の算出には種々の方法を用いることができる。例えば、エネルギー残量は、図２では結線を省略しているが、充放電電流検出器１４で検出された電流ＩＲを積算することにより求めるように構成できる。この残エネルギー算出回路１６で算出されたエネルギー残量は、残容量ＳＯＣ（State of Charge）１として、内部抵抗算出回路１８に送られる。なお、残容量ＳＯＣは、二次電池パック１１の定格容量に対する充電容量を割合（％）で示した値である。

寿命状態算出回路１７は、二次電池パック１１の寿命に対する現在の寿命状態を算出する。この寿命状態の算出には種々の方法を用いることができる。例えば、寿命状態は、二次電池パック１１の内部抵抗や満充電が検出された時の残容量ＳＯＣなどから求めるように構成できる。寿命状態算出回路１７で算出された寿命状態は、劣化度ＳＯＨ（State of Health）として内部抵抗算出回路１８に送られる。なお、劣化度ＳＯＨは、二次電池パック１１の寿命に対して、残りの寿命を割合（％）で示した値である。

内部抵抗算出回路１８は、温度検出器１５から送られてくる二次電池パック１１の内部の温度、残エネルギー算出回路１６から送られてくる二次電池パック１１の残容量ＳＯＣ１および寿命状態算出回路１７から送られてくる劣化度ＳＯＨから、二次電池パック１１の内部抵抗Ｒｉを算出する。この内部抵抗Ｒｉは、例えば図３に示すような、内部抵抗算出回路１８の内部に、各温度に対応してあらかじめ設けられた、残容量ＳＯＣと内部抵抗Ｒｉとの関係を劣化度ＳＯＨ毎に記憶したテーブルを参照することによって求めることができる。

なお、以下においては、残容量ＳＯＣの値に応じた内部抵抗Ｒｉを表すときは、残容量ＳＯＣｎ（ｎ＝０，１，２，・・・）の時の内部抵抗を「Ｒｉ（ＳＯＣｎ）」と表す。この内部抵抗算出回路１８で算出された内部抵抗Ｒｉは、乗算器１９に送られる。

乗算器１９は、充放電電流検出器１４で検出された電流ＩＲと、内部抵抗算出回路１８で算出された内部抵抗Ｒｉとを乗算する。この乗算器１９による乗算結果（電圧）は、二次電池パック１１の内部抵抗Ｒｉによって降下する電圧を表し、最大電流算出回路２０に送られる。

最大電流算出回路２０は、乗算器１９から送られてくる電圧（電流ＩＲ×内部抵抗Ｒｉ）、演算器１３から送られてくる現在の二次電池パック１１の全電圧ＶＲ、および、あらかじめ設定された二次電池パック１１の上限電圧Ｖｍａｘまたは下限電圧Ｖｍｉｎを用いて、最大電流値Ｉｍａｘを算出する。この最大電流算出回路２０の詳細は後述する。最大電流算出回路２０で算出された最大電流値Ｉｍａｘは、判定回路２１に送られる。

判定回路２１は、残エネルギー算出回路１６から送られてくる二次電池パック１１の残容量ＳＯＣ１、最大電流算出回路２０から送られてくる最大電流値Ｉｍａｘ、および、あらかじめ設定された充放電予定時間Δｔを用いて、最大電流値Ｉｍａｘが適正であるかどうかを判定する。

この判定回路２１において、最大電流値Ｉｍａｘが適正でないことが判定された場合は、最大電流算出回路２０に対するフィードバック制御により、最大電流値Ｉｍａｘを適正値に収束させる制御が行われる。

一方、最大電流値Ｉｍａｘが適正であることが判定されると、その最大電流値Ｉｍａｘが充放電可能最大電流値３ａとして通信手段３を介して負荷２に送られる。この判定回路２１の詳細は後述する。

次に、最大電流検出回路２０および判定回路２１の詳細な構成を、図４に示すブロック図を参照しながら説明する。まず、最大電流検出回路２０について説明する。最大電流検出回路２０は、減算器３１、減算器３２、除算器３３および切り換えスイッチ３４を備えている。

減算器３１は、演算器１３から送られてくる全電圧ＶＲから、乗算器１９から送られてくる電圧（電流ＩＲ×内部抵抗Ｒｉ（ＳＯＣ１））を減算する。この減算器３１による減算結果は、残容量ＳＯＣ１の時の開路電圧Ｖｏｃｖ（ＳＯＣ１）として減算器３２に送られる。なお、残容量ＳＯＣの値に応じた開路電圧Ｖｏｃｖを表すときは、残容量ＳＯＣｎ（ｎ＝０，１，２，・・・）の時の開路電圧Ｖｏｃｖを「Ｖｏｃｖ（ＳＯＣｎ）」と表す。

減算器３２は、あらかじめ設定された上限電圧Ｖｍａｘから、減算器３１から送られてくる開路電圧Ｖｏｃｖ（ＳＯＣ１）を減算する。この減算器３２による減算結果は、除算器３３に送られる。この減算器３２から出力される電圧が、これから充放電できる電圧の余裕分となる。

除算器３３は、減算器３２から送られてくる電圧（上限電圧Ｖｍａｘ−開路電圧Ｖｏｃｖ（ＳＯＣ１））を、内部抵抗算出回路１８から送られてくる内部抵抗Ｒｉ（ＳＯＣ１）で除算する。この除算器３３による除算結果が、最大電流値Ｉｍａｘの初期値Ｉｍａｘ（ｋ＝１）として切り換えスイッチ３４の入力端子Ａに送られる。

切り換えスイッチ３４は、除算器３３から入力端子Ａに入力される最大電流値Ｉｍａｘの初期値Ｉｍａｘ（ｋ＝１）と、判定回路２１からフィードバックされて入力端子Ｂに入力される最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ＋１）とのいずれかを選択し、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）として共通端子Ｃから判定回路２１に送る。この切り換えスイッチ３４の共通端子Ｃは、初期状態では、入力端子Ａに接続される。したがって、初期状態では、最大電流算出回路２０で演算された最大電流値Ｉｍａｘの初期値Ｉｍａｘ（ｋ＝１）が判定回路２１に送られ、それ以後は、判定回路２１からフィードバックされた最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ＋１）が判定回路２１に送られる。

次に、判定回路２１について説明する。判定回路２１は、乗算器４１、加算器４２、ＳＯＣ判定回路４３、フィードバック制御回路４４、残エネルギー電圧変換回路４５、内部抵抗推定回路４６、乗算器４７、加算器４８および電圧判定回路４９を備えている。

乗算器４１は、最大電流算出回路２０から送られてくる最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）と、あらかじめ設定された充放電予定時間Δｔとを乗算する。この乗算器４１による乗算結果が、充放電予定時間Δｔにおいて二次電池パック１１に蓄積されるエネルギー［Ａｈ］となる。この乗算器４１における乗算結果は、加算器４２に送られる。

加算器４２は、乗算器４１の出力と残エネルギー算出回路１６から送られてくる残容量ＳＯＣ１（現在の二次電池パック１１のエネルギー）とを加算する。この加算器４２による加算結果は、ＳＯＣ判定回路４３に送られる。

ＳＯＣ判定回路４３は、加算器４２から送られてくる加算結果が、二次電池パック１１の定格容量を超えているかどうかを調べ、定格容量を超えていることを判定した場合は、入力された最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）は適正でない旨（否）を認識して、その旨をフィードバック制御回路４４に通知する。

一方、ＳＯＣ判定回路４３は、定格容量を超えていないことを判定した場合は、入力された最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）は適正である旨（合）を認識し、その旨を残エネルギー電圧変換回路４５および内部抵抗推定回路４６に通知する。

フィードバック制御回路４４は、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）は適正でない旨（否）の通知があった場合は、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）を所定値Δｉだけ減算し、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ＋１）として最大電流算出回路２０の内部の切り換えスイッチ３４の入力端子Ｂに送る。この際、切り換えスイッチ３４の共通端子Ｃは、入力端子Ｂに接続されるように制御される。したがって、以降は、前回の最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）を所定値Δｉだけ減じて得られた最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ＋１）が新たな最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）とされ、再度、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）の適否が判定される。

残エネルギー電圧変換回路４５は、ＳＯＣ判定回路４３から、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）は適正である旨（合）の通知があった場合は、残容量ＳＯＣ２に対する開路電圧Ｖｏｃｖ（ＳＯＣ２）を算出する。この開路電圧Ｖｏｃｖ（ＳＯＣ２）の算出は、図５に示すような、開路電圧Ｖｏｃｖと残容量ＳＯＣとの関係を記憶したテーブルを用いて行うことができる。この残エネルギー電圧変換回路４５で算出された開路電圧Ｖｏｃｖ（ＳＯＣ２）は、加算器４８に送られる。

内部抵抗推定回路４６は、上述した内部抵抗算出回路１８と同様にして、二次電池パック１１の内部抵抗Ｒｉ（ＳＯＣ２）を推定する。なお、図４では、図面の煩雑さを避けるために、劣化度ＳＯＨおよび温度Ｔの結線は省略している。この内部抵抗推定回路４６で推定された内部抵抗Ｒｉ（ＳＯＣ２）は、乗算器４７に送られる。

乗算器４７は、最大電流算出回路２０から送られてくる最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）と、内部抵抗推定回路４６で推定された内部抵抗Ｒｉ（ＳＯＣ２）とを乗算する。この乗算器４７による乗算結果は、加算器４８に送られる。

加算器４８は、残エネルギー電圧変換回路４５から送られてきた開路電圧Ｖｏｃｖ（ＳＯＣ２）と、乗算器４７から送られてきた電圧（最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）×内部抵抗Ｒｉ（ＳＯＣ２））とを加算する。この加算器４８による加算結果は、電圧判定回路４９に送られる。

電圧判定回路４９は、加算器４８から送られてくる電圧が、あらかじめ設定された上限電圧Ｖｍａｘ（図示は省略している）を超えているかどうかを調べ、上限電圧Ｖｍａｘを超えていることを判定した場合は、入力された最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）は適正でない（否）として、その旨をフィードバック制御回路４４に通知する。これにより、フィードバック制御回路４４は、上述したように、前回の最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）を所定値Δｉだけ減じて得られた最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ＋１）を、最大電流算出回路２０の内部の切り換えスイッチ３４の入力端子Ｂに送り、その結果、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ＋１）が新たな最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）とされ、再度、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）の適否が判定される。

一方、電圧判定回路４９は、上限電圧Ｖｍａｘを超えていないことを判定した場合は、入力された最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）は適正である（合）として、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）を、充放電可能最大電流値３ａとして負荷２に送る。

次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係る二次電池システムの動作を、最大電流算出回路２０および判定回路２１で行われる最大電流値を求める処理を中心に、図６に示す充電時のタイミングチャートを参照しながら説明する。

まず、時刻ｔ０において、二次電池パック１１と負荷２との間に電流ＩＲが流れると、乗算器１９の出力電圧（内部抵抗Ｒｉ（ＳＯＣ０）×電流ＩＲ）は急激に上昇し、その後、緩やかに全電圧ＶＲに向けて上昇する。したがって、最大電流値Ｉｍａｘを演算するタイミング（ＳＯＣ１）、つまり時刻ｔ１においては、全電圧ＶＲから電流ＩＲが流れることに起因する電圧上昇分（内部抵抗Ｒｉ（ＳＯＣ１）×電流ＩＲ）を減じた値が、残容量ＳＯＣ１の時の開路電圧Ｖｏｃｖ（ＳＯＣ１）となる。

時刻ｔ１において、暫定的な最大電流値Ｉｍａｘが流れるとすると、この最大電流値Ｉｍａｘに基づく電圧（内部抵抗Ｒｉ（ＳＯＣ１）×最大電流値Ｉｍａｘ）は、開路電圧Ｖｏｃｖ（ＳＯＣ１）から急激に上昇し、その後、緩やかに上限電圧Ｖｍａｘに向けて上昇する。そして、時刻ｔ１から充放電予定時間Δｔだけ経過した時刻ｔ２において、上限電圧Ｖｍａｘに到達した場合の最大電流値Ｉｍａｘが、充放電可能最大電流値３ａとして判定回路２１から出力される。なお、時刻ｔ２において、上限電圧Ｖｍａｘを超えた場合は、最大電流値Ｉｍａｘを所定値Δｉだけ減じてフィードバック制御することにより、再度、最大電流値Ｉｍａｘの計算が行われる。

時刻ｔ２において、二次電池パック１１と負荷２との間に流れる電流がゼロ（電流ＩＲがゼロ）に変化すると仮定すると、最大電流値Ｉｍａｘに基づく電圧（内部抵抗Ｒｉ（ＳＯＣ２）×最大電流値Ｉｍａｘ）は、上限電圧Ｖｍａｘから下降する。そして、最大電流値Ｉｍａｘに基づく電圧（内部抵抗Ｒｉ（ＳＯＣ２）×最大電流値Ｉｍａｘ）分だけ降下した電圧が、残容量ＳＯＣ２の時の開路電圧Ｖｏｃｖ（ＳＯＣ２）となる。

以上説明したように、本発明の実施例１に係る二次電池システムによれば、充放電予定時間で使用できる充放電可能最大電流値３ａを、電流指令として負荷２に通知することができるので、負荷２は、二次電池パック１１の残エネルギー量を効率よく使用することができる。また、二次電池システム１から負荷２に対し、電流指令としてゼロ値を出力すれば、二次電池システム１を構成する二次電池パック１１を保護することもできる。

図７は、本発明の実施例２に係る二次電池システムを利用した装置の構成を概念的に示す図である。この装置は、二次電池システム１、二次電池システム１を電源として駆動される負荷２および二次電池システム１と負荷２との間の通信を制御する通信手段３から構成されている。この装置は、二次電池システム１が、充放電可能最大電力値３ｂを負荷２に送ることを除けば、実施例１に係る二次電池システムを利用した装置と同じである。

図８は、本発明の実施例２に係る二次電池システム１の構成を示すブロック図である。この二次電池システム１は、実施例１に係る二次電池システム１に、切り換えスイッチ２２および乗算器２３が追加されて構成されている。以下では、実施例１に係る二次電池システム１と相違する部分のみを説明する。

切り換えスイッチ２２は、演算器１３から送られてくる全電圧ＶＲを乗算器２３に送るか、あらかじめ設定された下限電圧Ｖｍｉｎを乗算器２３に送るかを切り換える。この切り換えスイッチ２２は、充電時には、全電圧ＶＲを乗算器２３に送り、放電時には、下限電圧Ｖｍｉｎを乗算器２３に送るように制御される。

乗算器２３は、判定回路２１から送られてくる充放電可能最大電流に、切り換えスイッチ２２から送られてくる全電圧ＶＲまたは下限電圧Ｖｍｉｎを乗算する。この乗算器２３による乗算結果は、充放電可能最大電力値２ｂとして、通信手段３を介して負荷２に送られる。

以上説明したように、本発明の実施例２に係る二次電池システムによれば、充放電予定時間で使用できる充放電可能最大電力値３ｂを、電力指令として負荷２に通知することができるので、負荷２は、二次電池パック１１の残エネルギー量を効率よく使用することができる。また、二次電池システム１から負荷２に対し、電力指令としてゼロ値を出力すれば、二次電池システム１を構成する二次電池パック１１を保護することもできる。

図９は、本発明の実施例３に係る二次電池システム１の要部の構成を示すブロック図である。この二次電池システム１は、実施例１に係る二次電池システム１の判定回路２１に、温度上昇推定回路５０および温度判定回路５１が追加されて構成されている。以下では、実施例１に係る二次電池システム１と相違する部分のみを説明する。

温度上昇推定回路５０は、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）により発生する熱と、内部抵抗推定回路４６で推定された内部抵抗によるジュール熱とにより温度を推定する。この温度上昇推定回路５０は、例えば、電流および内部抵抗の各値に対して温度を規定したテーブルから構成することができる。この温度上昇推定回路５０で推定された温度は、温度判定回路５１に送られる。

温度判定回路５１は、温度上昇推定回路５０から送られてくる温度が、あらかじめ設定された所定温度（図示は省略している）を超えているかどうかを調べ、超えていることを判定した場合は、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）は適正でない（否）として、その旨をフィードバック制御回路４４に通知する。これにより、フィードバック制御回路４４は、上述したように、前回の最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）を所定値Δｉだけ減じて得られた最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ＋１）を、最大電流算出回路２０の内部の切り換えスイッチ３４の入力端子Ｂに送り、その結果、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ＋１）が新たな最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）とされ、再度、最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）の適否が判定される。

一方、温度判定回路５１は、あらかじめ設定された所定温度を超えていないことを判定した場合は、入力された最大電流値Ｉｍａｘ（ｋ）は適正である（合）として、電圧判定回路４９から出力される電流値を、充放電可能最大電流値３ａとして負荷２に送る。

以上説明したように、本発明の実施例３に係る二次電池システムによれば、温度上昇を考慮した充放電可能最大電流値３ａを算出できるので、より正確な二次電池パック１１の残エネルギー量を負荷２に通知することができる。

図１０は、本発明の実施例４に係る二次電池システム１の要部の構成を示すブロック図である。この二次電池システム１は、実施例３に係る二次電池システム１に、切り換えスイッチ２２および乗算器２３が追加されて構成されている。これら切り換えスイッチ２２および乗算器２３の構成および機能（動作）は、実施例２に係る二次電池システム１のそれらと同じである。

以上説明したように、本発明の実施例４に係る二次電池システムによれば、温度上昇を考慮した充放電可能最大電力値３ｂを算出できるので、より正確な二次電池パック１１の残エネルギー量を負荷２に通知することができる。

本発明に係る二次電池システムは、二次電池の残エネルギー量を効率よく使用することが要請される負荷の電源として利用可能である。

本発明の実施例１に係る二次電池システムを利用した装置の構成を概念的に示す図である。 本発明の実施例１に係る二次電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る二次電池システムの内部抵抗算出回路で使用されるテーブルの例を示す図である。 本発明の実施例１に係る二次電池システムの最大電流検出回路および判定回路の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る二次電池システムの残エネルギー電圧変換回路で使用されるテーブルの例を示す図である。 本発明の実施例１に係る二次電池システムの動作を、最大電流算出回路および判定回路で行われる処理を中心に示す充電時のタイミングチャートである。 本発明の実施例２に係る二次電池システムを利用した装置の構成を概念的に示す図である。 本発明の実施例２に係る二次電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例３に係る二次電池システムの要部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例４に係る二次電池システムの要部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 二次電池システム
２ 負荷
３ 通信手段
３ａ 充放電可能最大電流値
３ｂ 充放電可能最大電力値
１１ 二次電池パック
１２ 単セル電池電圧検出器
１３ 演算器
１４ 充放電電流検出器
１５ 温度検出器
１６ 残エネルギー算出回路
１７ 寿命状態算出回路
１８ 内部抵抗算出回路
１９、２３、４１、４７ 乗算器
２０ 最大電流算出回路
２１ 判定回路
２２、３４ 切り換えスイッチ
３１、３２ 減算器
３３ 除算器
４２、４８ 加算器
４３ ＳＯＣ判定回路
４４ フィードバック制御回路
４５ 残エネルギー電圧変換回路
４６ 内部抵抗推定回路
４９ 電圧判定回路
５０ 温度上昇推定回路
５１ 温度判定回路

Claims (8)

1. 充放電可能な二次電池と、
   あらかじめ設定された充放電予定時間で前記二次電池に充放電可能な最大電流値を算出し、充放電可能最大電流値として外部に出力する制御部と、
   を備えたことを特徴とする二次電池システム。
2. 前記制御部は、
   前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出器と
   前記二次電池を構成する複数の単セル電池の電圧をそれぞれ検出する複数の単セル電池電圧検出器と、
   前記複数の単セル電池電圧検出器で検出された電圧の最大値、最小値および全電圧値を算出する演算器と、
   前記二次電池の温度を検出する温度検出器と、
   前記二次電池の現在のエネルギー残量を算出する残エネルギー算出回路と、
   前記二次電池の寿命に対する現在の寿命状態を算出する寿命状態算出回路と、
   前記温度検出器で検出された温度、前記残エネルギー算出回路で算出されたエネルギー残量および前記寿命状態算出回路で算出された寿命状態から前記二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出回路と、
   前記内部抵抗算出回路で算出された内部抵抗と前記電流検出器により検出された電流の積、前記演算器で算出された前記二次電池の現在の全電圧、および、設定された前記二次電池の上限電圧または下限電圧のいずれかを用いて、最大電流値を算出し、該算出した最大電流値または外部からフィードバックされた最大電流値を出力する最大電流算出回路と、
   前記最大電流算出回路で算出された最大電流値と前記充放電予定時間との積と、前記残エネルギー算出回路で算出されたエネルギー残量とを用いて該最大電流値の適否を判定し、適正である場合は、前記最大電流値を充放電可能最大電流値として出力し、適正でない場合は、適正な値に収束させるように変更した最大電流値を前記最大電流算出回路にフィードバックする判定回路と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の二次電池システム。
3. 前記判定回路は、前記充放電予定時間が経過した後の前記二次電池の内部抵抗を予測する内部抵抗推定回路を備え、
   前記内部抵抗推定回路により予測された内部抵抗を用いて前記最大電流値の適否を判定し、充放電可能最大電流値を算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の二次電池システム。
4. 前記判定回路は、前記充放電予定時間が経過した後の温度上昇を推定する温度上昇推定回路を備え、
   前記温度上昇推定回路により推定された温度が所定温度を超えているかどうかに応じて前記最大電流値の適否を判定し、充放電可能最大電流値を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の二次電池システム。
5. 充放電可能な二次電池と、
   あらかじめ設定された充放電予定時間で前記二次電池に充放電可能な最大電力値を算出し、充放電可能最大電力値として外部に出力する制御部とを備えたことを特徴とする二次電池システム。
6. 前記制御部は、
   前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出器と、
   前記二次電池を構成する複数の単セル電池の電圧をそれぞれ検出する複数の単セル電池電圧検出器と、
   前記複数の単セル電池電圧検出器で検出された電圧の最大値、最小値および全電圧値を算出する演算器と、
   前記二次電池の温度を検出する温度検出器と、
   前記二次電池の現在のエネルギー残量を算出する残エネルギー算出回路と、
   前記二次電池の寿命に対する現在の寿命状態を算出する寿命状態算出回路と、
   前記温度検出器で検出された温度、前記残エネルギー算出回路で算出されたエネルギー残量および前記寿命状態算出回路で算出された寿命状態から前記二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出回路と、
   前記内部抵抗算出回路で算出された内部抵抗と前記電流検出器により検出された電流の積、前記演算器で算出された前記二次電池の現在の全電圧、および、設定された前記二次電池の上限電圧または下限電圧のいずれかを用いて、最大電流値を算出し、該算出した最大電流値または外部からフィードバックされた最大電流値を出力する最大電流算出回路と、
   前記最大電流算出回路で算出された最大電流値と前記充放電予定時間との積と、前記残エネルギー算出回路で算出されたエネルギー残量とを用いて該最大電流値の適否を判定し、適正である場合は、前記最大電流値を充放電可能最大電流値として出力し、適正でない場合は、適正な値に収束させるように変更した最大電流値を前記最大電流算出回路にフィードバックする判定回路と、
   前記判定回路から出力される充放電可能最大電流値と、前記演算器から出力される全電力値またはあらかじめ設定された下限電圧値とを乗算し、充放電可能最大電力値として外部に出力する乗算器と、
   を備えたことを特徴とする請求項５記載の二次電池システム。
7. 前記判定回路は、前記充放電予定時間が経過した後の前記二次電池の内部抵抗を予測する内部抵抗推定回路を備え、
   前記内部抵抗推定回路により予測された内部抵抗を用いて最大電流値の適否を判定し、充放電可能最大電力値を算出することを特徴とする請求項５または請求項６記載の二次電池システム。
8. 前記判定回路は、前記充放電予定時間が経過した後の温度上昇を推定する温度上昇推定回路を備え、
   前記温度上昇推定回路により推定された温度が所定温度を超えているかどうかに応じて前記最大電流値の適否を判定し、充放電可能最大電力値を算出することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項記載の二次電池システム。

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