JP2017118741A - 制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷凍車に搭載される蓄電池の充電を制御する制御装置であって、低温環境下において限られた時間内に所望の充電量を確保できる制御装置を提供する。【解決手段】制御装置21は、蓄電池20の温度を取得する温度取得部211と、温度取得部211が取得した蓄電池20の温度と保護閾値温度との比較結果に基づいて、蓄電池20の充電及び放電を調整する充放電制御部213と、を備える。充放電制御部213は、蓄電池20の温度が保護閾値温度以下の場合に、蓄電池20を放電させ、蓄電池20の温度が保護閾値温度を上回った場合に、蓄電池20への充電を開始する。【選択図】図2

Description

本発明は、冷凍車に搭載される蓄電池の充電を制御する制御装置に関する。
特許文献1には、車載用蓄電池の充電システムであって、車載用蓄電池を外部の充電装置を用いて充電する場合、車載用蓄電池を充電するための電流と、負荷を駆動するための電流と、を合計した合計電流を供給するように、制御手段が充電装置へ要求する車載用蓄電池の充電システムが開示されている。充電装置は、要求に応じて、合計電流を充電システムに供給する。例えばコンプレッサなどの負荷が駆動中でも、車載用蓄電池を充電するための電流を確保することができ、車載用蓄電池の充電中であっても負荷を駆動することができる。
ここで、特許文献1に記載されたように、車両が冷凍機を備える冷凍車である場合には、冷凍車に荷物を搬入する前(例えば、朝)に、冷凍庫の内部を予め冷却しておく必要がある。そのため、冷凍車に搭載されている車載用蓄電池の充電は、例えば朝などの限られた時間内に行われる。
特開2013−9558号公報
しかし、特許文献1に記載されたように、車載用蓄電池がリチウムイオン電池を有する場合において、低温環境下で車載用蓄電池の充電を行うと、リチウムの析出により車載用蓄電池が劣化するおそれがある。そのため、リチウムイオン電池を有する車載用蓄電池の充電を低温環境下で行う場合には、充電するための電流が定格電流よりも小さい電流に絞られる。すると、車載用蓄電池の充電量が限られた時間内に満充電量にはならないことがあるという点においては、改善の余地がある。
また、低温環境下で車載用蓄電池の温度を上昇させるために、ヒータ等を用いることがひとつの考えとして挙げられる。しかし、車載用蓄電池の温度を上昇させるためにヒータ等を用いると、ヒータ等を車載用蓄電池の温度上昇に用いるために設けなければならないことや、ヒータ等に通電するための電力が必要になるという点においては、改善の余地がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷凍車に搭載される蓄電池の充電を制御する制御装置であって、低温環境下において限られた時間内に所望の充電量を確保できる制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る制御装置は、冷凍車(10)に搭載される蓄電池(20,20A)の充電を制御する制御装置(21)であって、蓄電池の温度を取得する温度取得部(211)と、温度取得部が取得した蓄電池の温度と保護閾値温度との比較結果に基づいて、蓄電池の充電及び放電を調整する充放電制御部(213)と、を備える。充放電制御部は、蓄電池の温度が保護閾値温度以下の場合に、蓄電池を放電させ、蓄電池の温度が保護閾値温度を上回った場合に、蓄電池への充電を開始する。
本発明では、蓄電池の温度が保護閾値温度以下である場合に蓄電池の放電を行うので、蓄電池の温度は、蓄電池の放電による自己発熱で上昇する。このように蓄電池の温度を自己発熱で上昇させているので、ヒータといった別の温度上昇手段を設けることなく、蓄電池の温度を上昇させることができる。更に本発明では、蓄電池の温度が保護閾値温度よりも高い場合や、放電の結果として温度が保護閾値温度よりも高い温度に上昇すると、蓄電池の充電を行う。蓄電池の温度が保護閾値温度よりも高くなっていることを条件に充電するので、リチウム析出を考慮することなく定格電流以上の電流で蓄電池を充電することができる。これにより、低温環境下において限られた時間内に充電量を所望の充電量を確保することができる。
本発明によれば、冷凍車に搭載される蓄電池の充電を制御する制御装置であって、低温環境下において限られた時間内に所望の充電量を確保できる制御装置を提供することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る制御装置を用いた充電制御システムを説明する図である。 図2は、本発明の実施形態に係る制御装置の機能的な構成を示すブロック構成図である。 図3は、制御装置が充電制御を行う処理を示すフローチャートである。 図4は、制御装置が充電制御を行う処理を示すフローチャートである。 図5は、制御装置が実行する充電制御の別例を説明するための図である。 図6は、制御装置が実行する充電制御の別例を示すフローチャートである。 図7は、制御装置が実行する充電制御の別例を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
まず、図1を参照しながら、本実施形態に係る制御装置を用いた充電制御システムについて説明する。充電制御システム12は、蓄電池20と、制御装置(Electronic Control Unit:ECU)21と、冷凍機22と、充放電コネクタ23と、蓄電池温度センサ24と、を備え、冷凍車10に搭載される。充電制御システム12は、荷物の集配を行う集配拠点30の外部電源310から供給される電力により蓄電池20の充電を行う。外部電源310には充放電コネクタ311が設けられている。充放電コネクタ311を充放電コネクタ23に繋ぐことで、外部電源310から蓄電池20に充電することができる。
蓄電池20は、冷凍車10に搭載され、充放電コネクタ23を介して外部電源310から供給される電力により電気を蓄えることができる。また、蓄電池20は、蓄えた電気を放出することができる。蓄電池20は、充電および放電を行うことができる。蓄電池20は、リチウムイオン電池を有している。蓄電池20は、負荷としての冷凍機22に電気的に接続され、制御装置21から送信される信号に基づいて冷凍機22に電力を供給する。
制御装置21は、冷凍車10に搭載され、各部を制御する機能を有する。制御装置21は、蓄電池20、冷凍機22、および充放電コネクタ23のそれぞれと通信を行うために電気的に接続されている。制御装置21は、蓄電池20や冷凍機22などに信号を送信し、制御プログラムに基づいて各処理を実行する。
冷凍機22は、冷凍車10に搭載され、冷凍庫11の内部の温度を調整する。具体的には、冷凍機22は、圧縮機と、蒸発器と、凝縮器と、を有し、蓄電池20および外部電源310の少なくともいずれかから供給される電力により公知の冷凍サイクルを運転する。冷凍機22が作動すると、冷凍庫11の内部の温度は、冷凍機22から送られる冷気により低下する。
蓄電池20の放電が行われるときには、蓄電池20は、制御装置21から送信される信号に基づいて、例えば負荷としての冷凍機22に電力を供給する。冷凍機22は、蓄電池20から供給された電力により作動し、冷凍庫11の内部へ冷気を送る。これにより、蓄電池20の放電が行われ、冷凍庫11が冷却される。そして、蓄電池20が冷凍機22に電力を供給することで、冷凍車10のエンジンが比較的長い時間にわたって停止していても、冷凍機22は、冷凍庫11の内部を冷却することができる。
蓄電池20が放電を行うときの負荷は、冷凍機22には限定されず、冷凍車10の車両内部13の空調であってもよいし、集配拠点30の空調であってもよい。この詳細については、後述する。
蓄電池温度センサ24は、蓄電池20の温度を測定できる位置に配置されている。蓄電池温度センサ24は、測定した温度を示す情報を制御装置21に出力する。
続いて、図2を参照しながら、制御装置21について説明する。制御装置21は、ハードウェアの構成としては、CPUといった演算部と、RAM,ROMといった記憶部と、信号送受信用のインターフェイスとを備えている。制御装置21は、機能的な構成要素として、電池温度取得部211と、電池状態取得部212と、充放電制御部213と、を備えている。電池温度取得部211は、本発明の温度取得部に相当する。電池状態取得部212は、本発明の状態取得部に相当する。
電池温度取得部211は、蓄電池20の温度を取得する部分である。より具体的には、蓄電池温度センサ24が測定した温度を示す情報に基づいて、蓄電池20の温度を取得し、充放電制御部213に出力する。
電池状態取得部212は、蓄電池20の充電状態を取得する部分である。電池状態取得部212は、取得した蓄電池20の充電状態を示す情報を、充放電制御部213に出力する。
充放電制御部213は、電池温度取得部211が取得した蓄電池20の温度と保護閾値温度との比較結果に基づいて、蓄電池20の充電及び放電を調整する部分である。充放電制御部213は、蓄電池20の温度が保護閾値温度以下の場合に、蓄電池20を放電させ、蓄電池の温度が保護閾値温度を上回った場合に、蓄電池20への充電を開始する。保護閾値温度は、定格電流で充電した場合であっても蓄電池20にリチウム析出が起きない温度として設定される。
充放電制御部213は、蓄電池20の充電状態が放電可能な状態である場合に、蓄電池20を放電させる。蓄電池20が放電可能なほど充電されていなければ、十分な温度上昇が見込めないためである。
蓄電池20の放電による電力は、冷凍車10に搭載される冷凍機22の駆動に用いられる。放電電力を冷凍機22の駆動に用いることで、温度上昇のために行う放電を単なる電力消費ではなく、冷凍機22の駆動に有効活用することができる。
続いて図3を参照しながら、本実施形態の制御装置21が実行する処理について説明する。冷凍車10においては、荷物が集配拠点30から冷凍庫11に搬入される前に、冷凍庫11の内部を予め冷却しておく必要がある。荷物が冷凍庫11に搬入される前とは、例えば朝の時間である。そのため、蓄電池20の充電は、例えば朝の限られた時間内に行われる。
ここで、前述したように、蓄電池20は、リチウムイオン電池を有する。蓄電池がリチウムイオン電池を有する場合において、蓄電池20の温度が保護閾値温度以下であるときに定格電流で蓄電池の充電を行うと、リチウムの析出により蓄電池20が劣化することがある。
これに対して、本実施形態の制御装置21は、次の処理を実行する。ステップS101では、制御装置21は、冷凍庫11の予冷開始時刻になったか否かを判断する。予冷開始時刻になっていなければステップS101の処理を繰り返し、予冷開始時刻になっていればステップS102の処理に進む。ステップS102において、蓄電池20の温度が保護閾値温度以下であるか否かを判断する。蓄電池20の温度が保護閾値温度以下である場合には(ステップS102:Yes)、制御装置21は、ステップS103の処理を実行する。一方で、蓄電池20の温度が温度保護制御閾値よりも高い場合には(ステップS102:No)、制御装置21は、ステップS105の処理を実行する。
ステップS103において、制御装置21は、蓄電池20の残りの充電量が所定量以上であるか否かを判断する。蓄電池20の残りの充電量が所定量以上である場合には(ステップS103:Yes)、制御装置21は、ステップS104の処理を実行する。一方で、蓄電池20の残りの充電量が所定量よりも少ない場合には(ステップS103:No)、制御装置21は、ステップS105の処理を実行する。
ステップS104において、制御装置21は、蓄電池20の放電を開始し、負荷としての冷凍機22に電力を供給する。蓄電池20が放電を行うと、蓄電池20の温度は、蓄電池20の放電による自己発熱で上昇する。また、蓄電池20が冷凍機22に電力を供給することで、冷凍機22が冷凍庫11の内部を冷却する。ステップ104の処理を続けながら、ステップS102の判断を継続する。蓄電池20の放電の結果、蓄電池20の温度が保護閾値温度より高くなれば、蓄電池20の放電を停止してステップS105の処理に進む。尚、予冷が不足していれば、外部電源310から供給される電力によって予冷を継続することができる。
ステップS102およびステップS103に続くステップS105において、制御装置21は、外部電源310から供給される電力により少なくとも定格電流以上の電流で蓄電池20の充電を行う。
ステップS105に続くステップS106では、蓄電池20の充電が完了したか否かを判断する。充電が完了していなければステップS106の判断を継続し、充電が完了していれば処理を終了する。
なお、図3に表したフローチャートでは、蓄電池20が放電を行うときの負荷として冷凍機22を例示している。但し、蓄電池20が放電を行うときの負荷は、冷凍機22には限定されない。例えば、冬場の寒冷地では、蓄電池20の周囲の温度が比較的低い。そのため、冷凍庫11の冷却に必要な電力量が比較的少なく、ステップS104において蓄電池20の放電を十分に行うことができないことがある。このような場合には、制御装置21は、蓄電池20の放電を引き続き行い、冷凍車10の車両内部13の空調および集配拠点30の空調の少なくともいずれかを負荷として電力を供給してもよい。これにより、冬場の寒冷地においても、蓄電池20の放電を十分に行うことができ、より確実に、蓄電池20の温度を温度保護制御閾値よりも高い温度に上昇させることができる。
続いて、図4を参照しながら、本実施形態の制御装置21が蓄電池20の充電を実行するときの処理について説明する。ステップS201において制御装置21は、充電開始条件を満たしているか否かを判断する。充電開始条件を満たしていなければステップS201の判断を継続し、充電開始条件を満たしていればステップS202の処理を実行する。
ステップS202において制御装置21は、蓄電池20の温度が保護閾値温度以下であるか否かを判断する。蓄電池20の温度が保護閾値温度以下である場合には(ステップS202:Yes)、制御装置21は、ステップS203の処理を実行する。一方で、蓄電池20の温度が温度保護制御閾値よりも高い場合には(ステップS202:No)、制御装置21は、ステップS204の処理を実行する。
ステップS203において、制御装置21は、保護制御に従って蓄電池20の充電を行う。具体的には、制御装置21は、外部電源310から供給される定格電流よりも小さい電流で蓄電池20の充電を行う。これにより、リチウムの析出が抑えられる。
ステップS204において、制御装置21は、定格電流で蓄電池20の充電量を満充電量にするまでに必要な第1の時間を算出する。続いて、ステップS205において、制御装置21は、蓄電池20を充電可能な第2の時間を取得する。
続いて、ステップS206において、制御装置21は、第1の時間が第2の時間よりも長いか否かを判断する。第1の時間が第2の時間よりも長い場合には(ステップS206:Yes)、制御装置21は、ステップS207の処理を実行する。一方で、第1の時間が第2の時間以下である場合には(ステップS206:No)、制御装置21は、ステップS208の処理を実行する。
ステップS207では、制御装置21は、蓄電池20の充電量が満充電量になるように、必要な分だけ急速充電を行う。具体的には、制御装置21は、定格電流よりも大きい電流で蓄電池20の充電を行い、蓄電池20の充電量を満充電量にする処理を行う。ステップS208では、制御装置21は、通常の充電電流(すなわち、定格電流)で蓄電池20の充電を行う。
ステップS207およびステップS208に続くステップS209では、蓄電池20の充電が完了したか否かを判断する。充電が完了していなければステップS209の判断を継続し、充電が完了していれば処理を終了する。
このように本実施形態では、充放電制御部213は、蓄電池20に充電するにあたって、定格電流で満充電するまでに要する第1の時間を算出すると共に、蓄電池20に電力供給可能な第2の時間を取得し、前記第1の時間と前記第2の時間とを比較する。充放電制御部213は、第1の時間が第2の時間以下である場合は、少なくとも定格電流による充電を実行し、第1の時間が第2の時間より長い場合は、第2の時間内で満充電状態となるように急速充電を実行する。これにより、蓄電池20を充電可能な第2の時間が第1の時間よりも短い場合であっても、より確実に、低温環境下において限られた時間内に蓄電池20の充電量を満充電量にすることができる。
続いて、図5および図6を参照しながら、本実施形態の制御装置21が実行する他の処理について説明する。図5に表した蓄電池20Aは、第1の電池パック201と、第2の電池パック202と、第3の電池パック203と、を有する。蓄電池20Aが有する電池パックの数は、「3」には限定されず、2以上の複数であればよい。低温環境下では、蓄電池20Aは、第1の電池パック201と、第2の電池パック202と、および第3の電池パック203と、の互いの間において充電および放電を行う。
図4(A)に表したように、まず、制御装置21は、第1の電池パック201の放電を行い、負荷としての第2の電池パック202および第3の電池パック203に電力を供給する。このとき、第1の電池パック201の温度は、第1の電池パック201の放電による自己発熱で上昇する。また、第2の電池パック202および第3の電池パック203のそれぞれの温度は、充電にる自己発熱によって上昇する。充電による自己発熱の量は、放電による自己発熱の量よりも少ない。
続いて、図4(B)に表したように、第1の電池パック201の温度が保護閾値温度よりも高い温度に上昇すると、制御装置21は、第2の電池パック202の放電を行い、負荷としての第1の電池パック201および第3の電池パック203に電力を供給する。このとき、第2の電池パック202の温度は、第2の電池パック202の放電による自己発熱で上昇する。また、第1の電池パック201および第3の電池パック203のそれぞれの温度は、充電による自己発熱で上昇する。
続いて、図4(C)に表したように、第2の電池パック202の温度が保護閾値温度よりも高い温度に上昇すると、制御装置21は、第3の電池パック203の放電を行い、負荷としての第1の電池パック201および第2の電池パック202に電力を供給する。このとき、第3の電池パック203の温度は、第3の電池パック203の放電による自己発熱で上昇する。また、第1の電池パック201および第2の電池パック202のそれぞれの温度は、充電による自己発熱で上昇する。
制御装置21が実行する具体的な処理について図6を参照しつつ説明する。ステップS301において制御装置21は、充電開始条件を満たしているか否かを判断する。充電開始条件を満たしていなければステップS301の判断を継続し、充電開始条件を満たしていればステップS302の処理を実行する。
ステップS302において制御装置21は、蓄電池20Aのうちの最低温度が保護閾値温度以下であるか否かを判断する。蓄電池20Aのうちの最低温度が保護閾値温度以下である場合には(ステップS302:Yes)、制御装置21は、ステップS303の処理を実行する。一方で、蓄電池20Aのうちの最低温度が保護閾値温度よりも高い場合には(ステップS302:No)、ステップS306の処理を実行する。
ステップS303では、蓄電池20Aの残りの充電量が所定量以上である場合には(ステップS303:Yes)、制御装置21は、ステップS304の処理を実行する。一方で、蓄電池20Aの残りの充電量が所定量よりも少ない場合には(ステップS303:No)、制御装置21は、ステップS306の処理を実行する。
ステップS304において、制御装置21は、蓄電池20Aのうちの最低温度と、保護閾値温度と、に基づいて、蓄電池20Aのうちの最低温度が保護閾値温度よりも高い温度になるために必要な温度上昇量を算出する。続いて、ステップS305において、制御装置21は、ステップS304において算出した温度上昇量を電池パックの数(本実施形態では、3)で割り、各電池パック201,202,203の放電の切り替えを均等に行う。
ステップS306において、制御装置21は、外部電源310から供給される電力により少なくとも定格電流以上の電流で蓄電池20の充電を行う。
ステップS306に続くステップS307では、蓄電池20の充電が完了したか否かを判断する。充電が完了していなければステップS106の判断を継続し、充電が完了していれば処理を終了する。
このように本実施形態では、蓄電池20Aが、複数の蓄電池としての電池パック201,202,203を有する場合に、充放電制御部213は、複数の蓄電池としての電池パック201,202,203を交互に放電させる。電池パック201,202,203を交互に放電させることで、放電している電池パックの電力を他の電池パックの充電に使うことができるので、温度上昇に使うエネルギーを有効活用することができる。
続いて、図7を参照しながら、本実施形態の制御装置21が実行するさらに他の処理について説明する。図7に表したフローチャートの処理を行う制御装置21は、例えばインターネットなどのネットワークに接続されている。
ステップS401において、制御装置21は、ネットワークを経由して翌日の気象情報を取得する。制御装置21が取得する気象情報としては、例えば外気温などが挙げられる。制御装置21は、複数の時間帯のそれぞれにおける外気温を気象情報として取得してもよい。
ステップS402において、制御装置21は、翌日に蓄電池20の放電が必要となるか判断する。翌日が蓄電池20の放電が必要なほど低温であることが想定できればステップS403の処理に進み、翌日が蓄電池20の放電が必要なほど低温であることが想定できなければ処理を終了する。
ステップS403において、制御装置21は、蓄電池20の温度を保護閾値温度よりも高い温度に上昇させるために必要な電力量を、取得した気象情報に基づいて予測する。続いて、ステップS404において、制御装置21は、予測した必要な電力量に基づいて蓄電池20の充電を行い、蓄電池20に電気を蓄える。
このように、制御装置21の充放電制御部213は、所定時間後の気象情報を取得し、所定時間後に蓄電池20の温度が保護閾値温度以下となると判断した場合に、蓄電池20の温度が保護閾値温度まで上昇するのに必要な電力を充電することができる。例えば、翌日の温度が蓄電池20の放電が必要なほどには下がらないのであれば、蓄電を回避することができるので、無駄な電力消費をしないようにすることができる。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
10:冷凍車
20,20a,201,202,203:蓄電池
21:制御装置
211:電池温度取得部
212:電池状態取得部
213:充放電制御部

Claims (6)

  1. 冷凍車(10)に搭載される蓄電池(20,20A)の充電を制御する制御装置(21)であって、
    前記蓄電池の温度を取得する温度取得部(211)と、
    前記温度取得部が取得した前記蓄電池の温度と保護閾値温度との比較結果に基づいて、前記蓄電池の充電及び放電を調整する充放電制御部(213)と、を備え、
    前記充放電制御部は、前記蓄電池の温度が前記保護閾値温度以下の場合に、前記蓄電池を放電させ、前記蓄電池の温度が前記保護閾値温度を上回った場合に、前記蓄電池への充電を開始する、制御装置。
  2. 更に、前記蓄電池の充電状態を取得する状態取得部(212)を備え、
    前記充放電制御部は、前記蓄電池の充電状態が放電可能な状態である場合に、前記蓄電池を放電させる、請求項1記載の制御装置。
  3. 前記充放電制御部は、所定時間後の気象情報を取得し、前記所定時間後に前記蓄電池の温度が前記保護閾値温度以下となると判断した場合に、前記蓄電池の温度が前記保護閾値温度まで上昇するのに必要な電力を充電する、請求項2記載の制御装置。
  4. 更に、前記蓄電池の充電状態を取得する状態取得部(212)を備え、
    前記充放電制御部は、
    前記蓄電池に充電するにあたって、定格電流で満充電するまでに要する第1の時間を算出し、前記蓄電池に電力供給可能な第2の時間を取得し、前記第1の時間と前記第2の時間とを比較して、
    前記第1の時間が前記第2の時間以下である場合は、前記定格電流による充電を実行し、
    前記第1の時間が前記第2の時間より長い場合は、前記第2の時間内で満充電状態となるように急速充電を実行する、請求項1記載の制御装置。
  5. 前記蓄電池(20A)が、複数の蓄電池(201,202,203)を有する場合に、
    前記充放電制御部は、前記複数の蓄電池を交互に放電させる、請求項1記載の制御装置。
  6. 前記蓄電池の放電による電力は、前記冷凍車に搭載される冷凍機(22)の駆動に用いられる、請求項1記載の制御装置。
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