JP2022036156A - 電池管理装置、電池管理方法、電力貯蔵システム - Google Patents

Abstract

【課題】運用状況を考慮した適切な電池の充放電制御を行う。【解決手段】電池管理装置１０２は、充放電可能な電池を管理する装置であって、電池に対する充放電電流Iの許容値を算出する電流制限値算出部５０２と、電池温度Tcellが所定の温度範囲内のときの充放電電流Iの履歴に基づいて重みwを算出する重み算出部５０４を備える。電池管理装置１０２は、重み算出部５０４が算出した重みwを用いて、電池の充放電電流Iの履歴に基づき、電流制限値算出部５０２が算出した充放電電流Iの許容値を調節する。【選択図】図２

Description

本発明は、電池管理装置、電池管理方法および電力貯蔵システムに関する。

近年、地球温暖化問題の観点から、太陽光や風力などの再生可能エネルギーを利用して発電を行い、電力貯蔵システム（Battery Energy Storage System：ＢＥＳＳ）を用いて出力の安定化を図った発送電システムの利用が拡大している。また、自動車等の移動交通システムにおいても、排ガス規制の観点から、こうした電力貯蔵システムが広く用いられている。

従来の一般的な電力貯蔵システムは、複数の電池セルを組み合わせた電池と、電池を冷却して温度調節を行う冷却システムと、電池の充放電制御を行ってシステムを安全な状態に維持する電池管理装置とを備えて構成される。こうした従来の電力貯蔵システムでは、冷却システムを用いて、電池温度が予め設定された最大温度以下となるように電池を強制的に冷却している。

一方、電力貯蔵システムの用途によっては、大きさや重さの低減が重要な場合がある。そのため、冷却システムを設けない自然冷却方式の電池を用いた電力貯蔵システムも利用されている。こうした自然冷却方式の電力貯蔵システムでは、運用状況や周囲環境によっては、電池温度が許容値を超えてしまう場合がある。その場合、電池温度が許容値未満となるまでは充放電を停止しなければならず、その間は電力貯蔵システムが非稼働状態となる。すなわち、自然冷却方式の電力貯蔵システムでは、冷却システムを備えた強制冷却方式の電力貯蔵システムと比べて、運用条件を低く設定しなれればならない。したがって、自然冷却方式の電力貯蔵システムを運用する際には、電池の周囲環境を考慮して、電池温度を許容値以内に制限しつつ、非稼働状態の期間を最小化する運用条件を設定する必要がある。

電池の周囲環境を考慮した充電制御に関して、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、電池と接続され、前記電池の充放電を制御する電池制御システムであって、前記電池に流れる充放電電流を検知して電流値を測定する電流検知部と、前記電池の電圧を検知する電圧検知部と、前記電池の温度を検知する温度検知部と、前記電流検知部により測定された電流値に基づいて、所定のタイムウインドウにおける実効電流値を算出する実効電流値算出部と、所定の規定時間内に前記実効電流値が所定の許容値を超えた時間の割合を示す時間割合を求める時間割合算出部と、前記時間割合算出部により求められた時間割合に基づいて、前記充放電電流を制限する充放電制限部と、を備えたものが開示されている。

特許第６１７１１２８号

特許文献１の電池制御システムでは、電池の使用度合いが高い場合に充放電電流を制限することはできるが、充放電電流に対する制限を緩和して電池の使用度合いを拡大可能な場合であっても、これを行うことができない。したがって、実際の運用状況を考慮した適切な電池の充放電制御を行うことができない。

本発明による電池管理装置は、充放電可能な電池を管理する装置であって、前記電池に対する充放電電流の許容値を算出する電流制限値算出部を備え、前記電池の充放電電流の履歴に基づいて前記許容値を調節する。
本発明による電池管理方法は、充放電可能な電池を管理するための方法であって、コンピュータにより、前記電池に対する充放電電流の許容値を算出し、前記電池の充放電電流の履歴に基づいて前記許容値を調節する。
本発明による電力貯蔵システムは、電池管理装置と、充放電可能な電池と、前記電池管理装置により調節された前記電池の充放電電流の許容値に従って、前記電池の充放電を行う充放電装置と、を備える。

本発明によれば、運用状況を考慮した適切な電池の充放電制御を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る電力貯蔵システムの概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る許容電流算出処理に関する電池管理装置の機能ブロックを示す図である。 電池状態算出部の機能ブロックを示す図である。 電池モデルにおける電池セルの等価回路の例を示す図である。 電流パターン分析部の機能ブロックを示す図である。 電流頻度分布テーブルの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る重み算出方法の例を説明する図である。 過去の電流プロファイルの例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る許容電流算出処理に関する電池管理装置の機能ブロックを示す図である。 劣化分析部の機能ブロックを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る重み算出方法の例を説明する図である。

以下では、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る電力貯蔵システムの概略構成図である。図１に示す電力貯蔵システム（ＢＥＳＳ）１は、組電池１０１、電池管理装置１０２、電流センサ１０３、セルコントローラ１０４、電圧センサ１０５、温度センサ１０６、およびリレー１０７を備える。電力貯蔵システム１は、インバータ２を介して、交流モータ等の負荷３に接続されている。電力貯蔵システム１およびインバータ２は、不図示の通信回線を介して上位コントローラ４に接続されている。

組電池１０１は、充放電可能な複数の電池セルを直並列に接続して構成されている。負荷３を力行運転する際には、組電池１０１から放電された直流電力がインバータ２により交流電力に変換され、負荷３に供給される。また、負荷３を回生運転する際には、負荷３から出力された交流電力がインバータ２により直流電力に変換され、組電池１０１に充電される。こうしたインバータ２の動作により、組電池１０１の充放電が行われる。インバータ２の動作は、上位コントローラ４により制御される。

電流センサ１０３は、組電池１０１に流れる電流を検出し、その検出結果を電池管理装置１０２に出力する。セルコントローラ１０４は、組電池１０１の各電池セルの電圧を検出し、その検出結果を電池管理装置１０２に出力する。電圧センサ１０５は、組電池１０１の電圧（総電圧）を検出し、その検出結果を電池管理装置１０２に出力する。温度センサ１０６は、組電池１０１の温度を検出し、その検出結果を電池管理装置１０２に出力する。リレー１０７は、上位コントローラ４の制御に応じて、電力貯蔵システム１とインバータ２の間の接続状態を切り替える。

電池管理装置１０２は、電流センサ１０３、セルコントローラ１０４、電圧センサ１０５および温度センサ１０６の各検出結果に基づき、組電池１０１の充放電制御を行う。電池管理装置１０２が行う組電池１０１の充放電制御には、例えば、組電池１０１の充放電電流の許容値（上限値）を定める許容電流算出処理、各電池セルの充電状態を調整するバランシング制御などが含まれる。電池管理装置１０２は、上位コントローラ４との間で、組電池１０１の充放電制御に必要な情報通信を行う。

電力貯蔵システム１は、冷却ファンや水冷ヒートシンク等の冷却装置を持たない自然冷却方式のシステムである。組電池１０１の充放電中には、各電池セルにおける電気化学反応や相転移、ジュール発熱、周囲環境等によって組電池１０１の温度が変化する。このときの温度変化量は、充放電電流に大きく依存する。そのため、電力貯蔵システム１では、電池管理装置１０２の許容電流算出処理により充放電電流の許容値を定め、この許容値に従って充放電電流を制限する。これにより、充放電中の急激な温度上昇を抑制し、組電池１０１の温度を所定の範囲内に維持することができる。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る許容電流算出処理に関する電池管理装置１０２の機能ブロックを示す図である。本実施形態の電池管理装置１０２は、電池状態算出部５０１、電流制限値算出部５０２、電流パターン分析部５０３および重み算出部５０４の各機能ブロックを有する。これらの機能ブロックは、たとえば所定のプログラムをコンピュータで実行することにより実現される。

電池状態算出部５０１は、電流センサ１０３、電圧センサ１０５および温度センサ１０６から、組電池１０１が充放電中のときに検出された電流I、閉回路電圧CCVおよび電池温度T_cellをそれぞれ取得する。そして、これらの情報に基づき、組電池１０１の現在の状態を表す開回路電圧OCV、充電状態SOC、分極電圧Vp、充電容量減少量SOHQおよび内部抵抗増加量SOHQの各状態値を算出する。なお、電池状態算出部５０１によるこれらの状態値の算出方法の詳細については、後で図３を参照して説明する。

電流制限値算出部５０２は、電池状態算出部５０１で算出された組電池１０１の各状態値を取得すると共に、温度センサ１０６から電池温度T_cellを取得する。そして、取得したこれらの情報に基づき、重み付け前の組電池１０１の充放電電流の許容値（上限値）を表す電流制限値I_{limit,conventional}を算出する。

電流制限値算出部５０２は、たとえば以下のようにして重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}を算出する。まず、電流制限値算出部５０２は、以下の式（１）により、適用可能な充電電流値I_Ch,availableを算出する。

次に、電流制限値算出部５０２は、式（１）で算出した充電電流値I_Ch,availableを用いて、以下の式（２）により、適用可能な充電電力値P_Ch,availableを算出する。

次に、電流制限値算出部５０２は、式（２）で算出した充電電力値P_Ch,availableと、温度センサ１０６から取得した電池温度T_cellとを用いて、以下の式（３）により、電池温度が高いときの制限後の充電電力値P_Ch,limitを算出する。

式（３）において、制限係数k(T_cell)の値は電池温度T_cellに応じて定まり、以下の式（４）で表される。なお、式（４）において、ａ，ｂはそれぞれ定数であり、０≦k(T_cell)≦１である。

電流制限値算出部５０２は、上記式（３）で求められた制限後の充電電力値P_Ch,limitに対する最大の充電電流値として、重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}を算出することができる。なお、同様の方法で放電電流値についても重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}を算出することが可能である。

電流パターン分析部５０３は、電流センサ１０３および温度センサ１０６から、組電池１０１が充放電中のときに検出された電流Iおよび電池温度T_cellをそれぞれ取得する。また、電流制限値算出部５０２で算出された重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}を取得する。そして、これらの情報に基づき、電流Iの履歴に応じた直近の電流パターンのプロファイルを特徴付ける電流パターン値P_{high current}を算出して出力する。なお、電流パターン分析部５０３による電流パターン値P_{high current}の算出方法の詳細については、後で図５を参照して説明する。

本実施形態において、重み算出部５０４は、電流パターン分析部５０３で算出された電流パターン値P_{high current}と、温度センサ１０６から取得した電池温度T_cellとに基づいて、重みw（w≧１）を算出する。なお、本実施形態の重み算出部５０４による重みwの算出方法の詳細については、後で図７を参照して説明する。

電池管理装置１０２は、電流制限値算出部５０２により算出した重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}に、重み算出部５０４で算出した重みwを乗算することで、電流Iの履歴に基づく最終的な重み付け後の電流制限値I_limit,newを算出する。具体的には、以下の式（５）により、時刻ｔにおける重み付け後の電流制限値I_limit,newを算出する。式（５）において、I_maxは予め定められた電流上限値である。この電流上限値I_maxと、重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}を重みwで重み付けした値とのうち、いずれか小さい方の値が重み付け後の電流制限値I_limit,newとして式（５）により求められる。

電池管理装置１０２は、上記のような方法による重み付け後の電流制限値I_limit,newの算出を、充電方向と放電方向のそれぞれに対して行う。こうして電池管理装置１０２により算出された重み付け後の充電／放電電流制限値I_limit,newは、電池管理装置１０２から上位コントローラ４に送信され、インバータ２の制御等に利用される。これにより、組電池１０１に流れる充放電電流が重み付け後の電流制限値I_limit,newを超えないように、電力貯蔵システム１において組電池１０１の充放電制御が行われる。このときインバータ２は、重み付け後の電流制限値I_limit,newに従って組電池１０１の充放電を行う。

図３は、電池状態算出部５０１の機能ブロックを示す図である。電池状態算出部５０１は、電池モデル部６０１および劣化状態検出部６０２を備える。

電池モデル部６０１は、組電池１０１をモデル化した電池モデルを記憶しており、この電池モデルを用いて、開回路電圧OCV、充電状態SOCおよび分極電圧Vpを求める。電池モデル部６０１における電池モデルは、例えば、実際の組電池１０１における電池セルの直列接続数および並列接続数や、各電池セルの等価回路に応じて設定されている。電池モデル部６０１は、電流センサ１０３、電圧センサ１０５および温度センサ１０６からそれぞれ取得した電流I、閉回路電圧CCVおよび電池温度T_cellをこの電池モデルに対して適用することで、組電池１０１の状態に応じた開回路電圧OCV、充電状態SOCおよび分極電圧Vpを求めることができる。

図４は、電池モデル部６０１に設定される電池モデルにおける電池セルの等価回路の例を示す図である。図４に示す電池セルの等価回路は、電圧値Vocを有する開放電圧源６０３と、抵抗値Rを有する内部抵抗６０４と、容量値Cpを有する分極容量６０５と抵抗値Rpを有する分極抵抗６０６の並列回路である分極モデルとが、互いに直列接続されて構成されている。この等価回路において、開放電圧源６０３の両端電圧、すなわち電圧値Vocは開回路電圧OCVに相当し、分極容量６０５と分極抵抗６０６の並列回路の両端電圧は分極電圧Vpに相当する。また、この等価回路に電流Iが流れたときの内部抵抗６０４の印加電圧I×Rおよび分極電圧Vpを開回路電圧OCVに加えた値は、閉回路電圧CCVに相当する。さらに、図４の等価回路における各回路定数の値は、電池温度T_cellに応じて定まる。したがって、電池モデル部６０１では、これらの関係に基づき、電流I、閉回路電圧CCVおよび電池温度T_cellから、組電池１０１全体での開回路電圧OCVおよび分極電圧Vpを求め、さらに開回路電圧OCVの算出結果から充電状態SOCを求めることができる。

図３の説明に戻ると、劣化状態検出部６０２は、組電池１０１の劣化状態を検出し、その劣化状態に応じた充電容量減少量SOHQおよび内部抵抗増加量SOHQを求める。組電池１０１の各電池セルは、充放電を繰り返すことで劣化が進行し、その劣化状態に応じて充電容量の減少および内部抵抗の増加が生じる。劣化状態検出部６０２は、例えば、組電池１０１の電流、電圧および温度と劣化状態との関係を表す情報を予め記憶しており、この情報を用いることで、電流センサ１０３、電圧センサ１０５および温度センサ１０６からそれぞれ取得した電流I、閉回路電圧CCVおよび電池温度T_cellに基づいて、組電池１０１の劣化状態を検出する。そして、予め記憶された劣化状態と充電容量減少量SOHQおよび内部抵抗増加量SOHQとの関係に基づき、組電池１０１の劣化状態の検出結果に対応する充電容量減少量SOHQおよび内部抵抗増加量SOHQを求めることができる。

図５は、電流パターン分析部５０３の機能ブロックを示す図である。電流パターン分析部５０３は、記憶部６０７、頻度分布算出部６０８、および確率算出部６０９を備える。

記憶部６０７は、電流センサ１０３から取得した電流Iの値を記録する。頻度分布算出部６０８は、温度センサ１０６から電池温度T_cellの値を取得し、電池温度T_cellが所定の閾値T_{high,threshold}以上になったら、その時点までに記憶部６０７に記録された過去の所定時間分の電流Iの履歴に応じた頻度分布を算出する。頻度分布算出部６０８は、所定サイズの時間窓Δt_windowを有しており、この時間窓Δt_windowの範囲内で電流Iの頻度分布を算出する。たとえば、時間窓Δt_windowを５分に設定した場合、電池温度T_cellが閾値T_{high,threshold}以上となった５分前の時点を起点として、その時点から５分間に電流センサ１０３から取得して記憶部６０７に記録された電流Iの値の履歴を用いて、電流Iの頻度分布を算出する。

図６は、頻度分布算出部６０８により算出された電流Iの頻度分布テーブル６１０の一例を示す図である。図６の頻度分布テーブル６１０では、電池温度T_cellが閾値T_{high,threshold}となる直前の時間窓Δt_window内に得られた電流Iの絶対値|I|（０≦|I|≦I_max）に対して、１０［Ａ］間隔で区切られた電流インターバルInt_k（１≦k≦ｐ）を設定している。そして、この電流インターバルInt_kのそれぞれについて、所定のサンプリング間隔ごとに電流センサ１０３から取得して記憶部６０７に記録された電流Iのデータ数を集計することで、カウント値Count(Int_k)を求めている。

図５の説明に戻ると、確率算出部６０９は、電流制限値算出部５０２で算出された重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}と、頻度分布算出部６０８で算出された電流Iの頻度分布、すなわち電流インターバルInt_kごとのカウント値Count(Int_k)とを取得する。確率算出部６０９は、取得したこれらの値に基づき、電流インターバルInt_kの中で重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}が属する電流インターバルInt_i0（１≦i₀≦ｐ）を特定する。そして、特定した電流インターバルInt_i0および他の電流インターバルの各カウント値を用いて、次の時間ステップで重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}を超える電流値が要求される確率P_{high current}を算出する。具体的には、以下の式（６）により確率P_{high current}を算出する。

以上説明したような方法で電流パターン分析部５０３が算出した確率P_{high current}は、電池温度T_cellが閾値T_{high,threshold}以上になる直近の電流パターンのプロファイルを特徴付けるものである。したがって、この確率P_{high current}を電流パターン値として用いることにより、前述の電流パターン値P_{high current}を算出することができる。

図７は、本発明の第１の実施形態に係る重み算出部５０４による重みwの算出方法の例を説明する図である。図７のグラフ６１１、６１２は、本実施形態の重み算出部５０４において用いられる重み関数の例をそれぞれ示したものである。これらのグラフ６１１、６１２では、確率P_{high current}の値が増加するほど重みwの値が減少している。また、グラフ６１１、６１２の傾きは電池温度T_cellの値に応じて異なっており、図７ではグラフ６１１がT_cell＝T₁のときの重みw(T₁)に、グラフ６１２がT_cell＝T₂のときの重みw(T₂)にそれぞれ対応する。ここで、T₁＜T₂とすると、グラフ６１１、６１２では、電池温度T_cellの値が増加するほど重みwの値が減少している。すなわち、時刻tにおける重みw、電池温度T_cell、確率P_{high current}の値をそれぞれw(t)、T_cell(t)、P_{high current}(t)と表すと、w(t)はT_cell(t)およびP_{high current}(t)を変数とする重み関数を用いて、以下の式（７）のように表される。

本実施形態の電池管理装置１０２は、上記式（７）で求められる重みw(t)の値を用いて、前述の式（５）に従って重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}を調節することにより、電流Iの履歴に基づいて重み付け後の電流制限値I_limit,newを算出することができる。

図８は、現在時刻t_nowから時間窓Δt_windowだけ前の期間における過去の電流プロファイル（電流Iの絶対値）の例を示している。図８において、グラフ６１５は、当該電流プロファイルの頻度分布を示している。グラフ６１５に示すように、図８に例示した電流プロファイルには比較的電流値が小さいデータが多く含まれており、電流値の大きなデータは相対的に少ない。このような場合、確率算出部６０９において算出される確率P_{high current}の値は１より０に近くなるため、図７に示すように、重みwが比較的大きな値に設定される。これにより、現在の電流制限値６１３よりも大きな値で新たな電流制限値６１４が設定される。その結果、実際の運用状況や電池温度の振る舞いに応じて充放電時の電流制限値が調整され、電池の使用度合いを拡大することが可能となる。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電池管理装置１０２は、充放電可能な組電池１０１を管理する装置であって、組電池１０１に対する充放電電流の許容値を表す重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}を算出する電流制限値算出部５０２を備える。電池管理装置１０２は、組電池１０１の充放電電流Iの履歴に基づいて、電流制限値算出部５０２が算出した重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}を調節する。このようにしたので、運用状況を考慮した適切な組電池１０１の充放電制御を行うことができる。

（２）電池管理装置１０２は、組電池１０１の温度T_cellが所定の温度範囲内、すなわち所定の閾値T_{high,threshold}以上の温度範囲内のときの充放電電流Iの履歴に基づいて重みwを算出する重み算出部５０４をさらに備え、この重み算出部５０４が算出した重みwを用いて重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}を調節する。このようにしたので、充放電電流Iの履歴に基づく電流制限値I_{limit,conventional}の調節を適切に行うことができる。

（３）電池管理装置１０２は、電池温度T_cellが閾値T_{high,threshold}以上の温度範囲内となったときの充放電電流Iの履歴に応じた電流パターン値P_{high current}を算出する電流パターン分析部５０３をさらに備える。重み算出部５０４は、電流パターン値P_{high current}に基づいて重みwを算出する。このようにしたので、充放電電流Iの履歴に基づく電流制限値I_{limit,conventional}の調節を行うための重みwを確実に算出することができる。

（４）電流パターン分析部５０３は、電池温度T_cellが閾値T_{high,threshold}以上の温度範囲内になった時点から過去の所定時間内、すなわち時間窓Δt_window内における充放電電流Iの頻度分布を表す頻度分布テーブル６１０を算出する頻度分布算出部６０８と、頻度分布算出部６０８が算出した頻度分布テーブル６１０に基づいて充放電電流Iが重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}を超える確率P_{high current}を算出する確率算出部６０９とを備え、確率算出部６０９が算出した確率P_{high current}を電流パターン値P_{high current}として用いる。このようにしたので、電池温度T_cellが閾値T_{high,threshold}以上の温度範囲内となったときの充放電電流Iの履歴に応じた電流パターン値P_{high current}を確実に算出することができる。

（５）重み算出部５０４は、電池温度T_cellおよび確率P_{high current}の関数として重みwを算出する。このようにしたので、電池温度T_cellおよび確率P_{high current}の値に応じて電流制限値I_{limit,conventional}を適切に調節可能な重みwを算出できる。

（６）電池管理装置１０２は、重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}に重み算出部５０４が算出した重みwを乗算することで電流制限値I_{limit,conventional}を調節する。このようにしたので、電流制限値I_{limit,conventional}を容易に調節可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、電池管理装置１０２が行う許容電流算出処理の別形態について説明する。なお、本実施形態に係る電力貯蔵システムの構成は、第１の実施形態で説明した図１の電力貯蔵システム（ＢＥＳＳ）１と同様であるため、説明を省略する。

図９は、本発明の第２の実施形態に係る許容電流算出処理に関する電池管理装置１０２の機能ブロックを示す図である。本実施形態の電池管理装置１０２は、電池状態算出部５０１、電流制限値算出部５０２、劣化分析部５０５および重み算出部５０４の各機能ブロックを有する。これらの機能ブロックは、たとえば所定のプログラムをコンピュータで実行することにより実現される。

図９の電池状態算出部５０１、電流制限値算出部５０２および重み算出部５０４は、第１の実施形態で説明した図２の電池管理装置１０２におけるものとそれぞれ同様である。そのため以下では、図２の電流パターン分析部５０３に替えて設けられた図９の劣化分析部５０５について主に説明し、図９の他の機能ブロックの説明を省略する。

劣化分析部５０５は、電流センサ１０３および温度センサ１０６から、組電池１０１が充放電中のときに検出された電流Iおよび電池温度T_cellをそれぞれ取得する。また、電池状態算出部５０１で算出された充電容量減少量SOHQおよび内部抵抗増加量SOHQを取得する。そして、取得したこれらの情報に基づき、電池温度T_cellに応じた組電池１０１の積算電流値Ah(T)と、組電池１０１の劣化状態に応じたフラグ値Flagとを算出して出力する。なお、劣化分析部５０５による積算電流値Ah(T)およびフラグ値Flagの算出方法の詳細については、後で図１０を参照して説明する。

本実施形態において、重み算出部５０４は、劣化分析部５０５で算出された積算電流値Ah(T)およびフラグ値Flagと、温度センサ１０６から取得した電池温度T_cellとに基づいて、重みw（w≧１）を算出する。なお、本実施形態の重み算出部５０４による重みwの算出方法の詳細については、後で図１１を参照して説明する。

図１０は、劣化分析部５０５の機能ブロックを示す図である。劣化分析部５０５は、記憶部６１６、積算電流算出部６１７、記憶部６１８、および劣化傾向判定部６１９を備える。

記憶部６１６は、電流センサ１０３から取得した電流Iの値と、温度センサ１０６から取得した電池温度T_cellの値とを、互いに関連付けて記録する。積算電流算出部６１７は、記憶部６１６に記録されたこれらのデータを取得し、電池温度T_cellが所定の高温度域内になったときの電流Iを組電池１０１の使用開始時から積算した積算電流値Ah(T)を算出して出力する。記憶部６１８は、電池状態算出部５０１から取得した充電容量減少量SOHQおよび内部抵抗増加量SOHQを記録する。劣化傾向判定部６１９は、記憶部６１８に記録されたこれらのデータを取得し、組電池１０１の劣化状態を判定する。具体的には、充電容量減少量SOHQおよび内部抵抗増加量SOHQの値の大きさや、これらの時間当たりの変化量を表す|dSOHQ/dt|および|dSOHR/dt|に基づいて、組電池１０１の劣化度合いや劣化速度が所定の範囲内にあるか否かを判定する。その結果、組電池１０１の劣化度合いや劣化速度が所定の範囲内であれば、組電池１０１が劣化状態にはないと判定して、フラグ値Flagを１に設定して出力する。一方、組電池１０１の劣化度合いや劣化速度が大きい場合は、組電池１０１が劣化状態にあると判定して、フラグ値Flagを０に設定して出力する。

重み算出部５０４は、時刻ｔにおけるフラグ値Flagが０である場合は、重みw(t)を１に設定して出力する。一方、時刻ｔにおけるフラグ値Flagが１である場合は、時刻ｔにおける電池温度T_cellの値T_cell(t)および積算電流値Ah(T)を変数とする重み関数により、重みw(t)を算出して出力する。

図１１は、本発明の第２の実施形態に係る重み算出部５０４による重みwの算出方法の例を説明する図である。図１１のグラフ６２０、６２１は、本実施形態の重み算出部５０４において用いられる重み関数の例をそれぞれ示したものである。これらのグラフ６２０、６２１では、積算電流値Ah(T)の値が増加するほど重みwの値が減少している。また、グラフ６２０、６２１の傾きは電池温度T_cellの値に応じて異なっており、図１１ではグラフ６２０がT_cell＝T₁のときの重みw(T₁)に、グラフ６２１がT_cell＝T₂のときの重みw(T₂)にそれぞれ対応している。ここで、T₁＜T₂とし、特定の積算電流値Ah(T)におけるグラフ６２０、６２１の値をそれぞれw(T₁, Ah(T))、w(T₂, Ah(T))と表すと、グラフ６２０の値はグラフ６２１の値よりも大きいため、w(T₁, Ah(T))＞w(T₂, Ah(T))の関係が成り立つ。

本実施形態の電池管理装置１０２は、上記のような算出方法で求められた重みwの値を用いて、前述の式（５）に従って重み付け前の電流制限値I_{limit,conventional}を調節することにより、電流Iの履歴に基づいて重み付け後の電流制限値I_limit,newを算出することができる。その結果、実際の運用状況や電池温度の振る舞いに応じて充放電時の電流制限値が調整され、電池の使用度合いを拡大することが可能となる。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、電池管理装置１０２は、組電池１０１が劣化状態にあるか否かを判定する劣化分析部５０５をさらに備え、重み算出部５０４は、組電池１０１が劣化状態にあると劣化分析部５０５が判定した場合に重みwを１に設定する。このようにしたので、組電池１０１が劣化状態にある場合、組電池１０１の劣化が進行するのを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、自然冷却方式の電力貯蔵システムにおける適用例を説明したが、冷却ファンや水冷ヒートシンク等の冷却装置を用いて組電池１０１を冷却する強制冷却方式の電力貯蔵システムにおいても、本発明を同様に適用可能である。

以上説明した実施形態や各種の変化例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。例えば、電池管理装置１０２においてＧＰＳデータを利用することで、重み付け前の電流制限値を超える電流値が要求される確率の精度を向上させてもよい。また、電力供給網への適用時には、重みwの算出に太陽光発電システム（ＰＶシステム）の電力予想情報などを利用してもよい。本発明は上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１ 電力貯蔵システム（ＢＥＳＳ）
２ インバータ
３ 負荷
４ 上位コントローラ
１０１ 組電池
１０２ 電池管理装置
１０３ 電流センサ
１０４ セルコントローラ
１０５ 電圧センサ
１０６ 温度センサ
１０７ リレー
５０１ 電池状態算出部
５０２ 電流制限値算出部
５０３ 電流パターン分析部
５０４ 重み算出部
５０５ 劣化分析部
６０１ 電池モデル部
６０２ 劣化状態検出部
６０３ 開放電圧源
６０４ 内部抵抗
６０５ 分極容量
６０６ 分極抵抗
６０７ 記憶部
６０８ 頻度分布算出部
６０９ 確率算出部
６１６ 記憶部
６１７ 積算電流算出部
６１８ 記憶部
６１９ 劣化傾向判定部

Claims (9)

1. 充放電可能な電池を管理する装置であって、
   前記電池に対する充放電電流の許容値を算出する電流制限値算出部を備え、
   前記電池の充放電電流の履歴に基づいて前記許容値を調節する電池管理装置。
2. 請求項１に記載の電池管理装置において、
   前記電池の温度が所定の温度範囲内のときの前記充放電電流の履歴に基づいて重みを算出する重み算出部をさらに備え、
   前記重み算出部が算出した前記重みを用いて前記許容値を調節する電池管理装置。
3. 請求項２に記載の電池管理装置において、
   前記電池の温度が前記温度範囲内のときの前記充放電電流の履歴に応じた電流パターン値を算出する電流パターン分析部をさらに備え、
   前記重み算出部は、前記電流パターン値に基づいて前記重みを算出する電池管理装置。
4. 請求項３に記載の電池管理装置において、
   前記電流パターン分析部は、
   前記電池の温度が前記温度範囲内になった時点から過去の所定時間内における前記充放電電流の頻度分布を算出する頻度分布算出部と、
   前記頻度分布算出部が算出した前記頻度分布に基づいて前記充放電電流が前記許容値を超える確率を算出する確率算出部と、を備え、
   前記確率算出部が算出した前記確率を前記電流パターン値として用いる電池管理装置。
5. 請求項４に記載の電池管理装置において、
   前記重み算出部は、前記電池の温度および前記確率の関数として前記重みを算出する電池管理装置。
6. 請求項２に記載の電池管理装置において、
   前記電池が劣化状態にあるか否かを判定する劣化分析部をさらに備え、
   前記重み算出部は、前記電池が劣化状態にあると前記劣化分析部が判定した場合に前記重みを１に設定する電池管理装置。
7. 請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の電池管理装置において、
   前記許容値に前記重み算出部が算出した前記重みを乗算することで前記許容値を調節する電池管理装置。
8. 充放電可能な電池を管理するための方法であって、
   コンピュータにより、前記電池に対する充放電電流の許容値を算出し、前記電池の充放電電流の履歴に基づいて前記許容値を調節する電池管理方法。
9. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の電池管理装置と、
   充放電可能な電池と、
   前記電池管理装置により調節された前記電池の充放電電流の許容値に従って、前記電池の充放電を行う充放電装置と、を備える電力貯蔵システム。

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