JP2022147162A - 電池管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】電池の劣化状態に応じて、電池の適切な利用と保護とを図る。【解決手段】電池セラー２は、複数の電池を保管する保管ユニット２１と、保管ユニット２１に保管された複数の電池と電力系統５との間に電気的に接続された電力変換装置（ＡＣ／ＤＣコンバータ２２およびＤＣ／ＤＣ今コンバータ２３）と、電力系統５からのデマンドレスポンス要求に応じて電力変換装置の動作を制御することで複数の電池を充放電させるサーバ２０とを備える。サーバ２０は、複数の電池の各々の劣化状態が記録された電池データを記憶する電池データ記憶部２０１を含む。サーバ２０は、複数の電池のうち利用された電池に関しても利用後の劣化状態を利用先から取得し、電池データを更新する。【選択図】図１

Description

本開示は、電池管理システムに関する。

特開２０１８－２０５８７３号公報（特許文献１）には、電力貯蔵システムに適合する蓄電池を有する電気自動車のユーザに当該蓄電池の交換を促すことが記載されている。

特開２０１８－２０５８７３号公報

近年、走行用の組電池が搭載された車両の普及が急速に進んでいる。そのため、これらの車両の買い換え、解体等に伴って回収される中古電池の数量が増加している。持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ：Sustainable Development Goals）を推進する観点からは、回収された中古電池を用いて新たな組電池を製造し、中古電池を再利用することが要望される。発明者らは、電池の利用に際して以下のような課題が生じ得ることに着目した。

電池は、利用されるまでの間、物流拠点などに保管される。電池を適切に保管するにはコストが掛かる。また、電池の入庫から次の利用に向けた出庫までには一定程度の時間（保管期間）を要し得る。したがって、電池の保管期間を有効活用することが望ましい。

また、本発明者らは、電池そのものに加えて、その電池がどのように利用されたか（使用履歴）に関する情報にも価値がある点に着目した。より詳細に説明すると、新品電池と異なり、電池の劣化状態は電池毎に様々である。しかし、多くの場合、回収された電池の回収前の使用履歴は管理されていない。一方、回収後に利用される電池は、利用先（たとえば販売先）での使用によっても劣化し得る。また、電池は、利用先での使用後にさらに別の用途で利用される可能性がある。このような電池の利用サイクルの中で、電池の適切な利用と保護とを図ることが望ましい。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、電池の劣化状態に応じて、電池の適切な利用と保護とを図ることが可能な技術を提供することである。

本開示のある局面に係る電池管理システムは、複数の電池を保管する保管庫と、保管庫に保管された複数の電池と電力系統との間に電気的に接続された電力変換装置と、電力系統からのデマンドレスポンス要求に応じて電力変換装置の動作を制御することで複数の電池を充放電させる制御装置とを備える。制御装置は、複数の電池の各々の劣化状態を管理するための電池データを記憶する記憶部を含む。制御装置は、複数の電池のうち利用された電池に関しても利用後の劣化状態を利用先から取得し、電池データを更新する。

上記構成においては、利用先での利用後の電池に関しても劣化状態が取得される。つまり、制御装置（サーバ）は、利用後の電池を含む多くの電池に関する電池データを収集して電池データを更新する。これにより、電池に付随する電池データの付加価値を高めることができるとともに、当該電池データを使用することで、劣化が進行している電池を使用し過ぎたり、あまり劣化していない電池の使用を抑制し過ぎたりすることを防止できる。よって、上記構成によれば、電池の適切な利用と保護とを図ることが可能になる。

本開示によれば、電池の適切な利用と保護とを図ることできる。

本実施の形態における組電池の物流の一態様を示す図である。 中古電池が保管ユニットに保管されている様子の一例を示す図である。 中古電池を再利用するための作業工程の概要を示すフローチャートである。 電池セラーの電気的な構成を示すシステム構成図である。 電池データのデータ構造の一例を示す図である。 本実施の形態における電池データの更新に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。 中古電池の劣化評価に関するサーバの機能ブロック図である。 電池セラーと電力系統との間の電力調整に関するサーバの機能ブロック図である。

本開示および実施の形態において、電池の充放電とは、電池の充電および放電のうちの少なくとも一方を意味する。すなわち、電池の充放電とは、電池の充電および放電の両方に限られず、電池の充電だけであってもよいし、電池の放電だけであってもよい。

本開示および実施の形態において、組電池は、複数のモジュール（ブロック、スタックとも呼ばれる）を含む。複数のモジュールは、直列接続されていてもよいし、互いに並列接続されていてもよい。複数のモジュールの各々は、複数のセル（単電池）を含む。

一般に、組電池の「再利用」は、リユース、リビルド、材料リサイクルに大別される。リユースの場合、回収された組電池は、必要な出荷検査を経て、そのままリユース品として出荷される。リビルトの場合、回収された組電池は、一旦、モジュールに分解される。そして、分解されたモジュールのうち、使用可能なモジュール（性能回復後に使用可能となるモジュールであってもよい）が組み合わされて新たな組電池が製造される。新たに製造された組電池は、出荷検査を経て、リビルト品として出荷される。これに対し、材料リサイクルでは、各セルから再生可能な材料（資源）が取り出される。回収された組電池が他の組電池として使用されることはない。

以下に説明する実施の形態においては、車両から回収された組電池が一旦モジュールに分解される。そして、モジュール単位で各種工程が行われる。つまり、以下では、再利用が可能な中古電池とは、リビルトが可能なモジュールを意味する。しかしながら、モジュールへの分解は必須ではない。組電池の構成または組電池の劣化度合いによっては、モジュールに分解することなくリユースすることも可能である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

［実施の形態］
＜電池物流モデル＞
図１は、本実施の形態における組電池の物流の一態様を示す図である。以下では、図１に示される物流の態様を「電池物流モデル」と称する。電池物流モデル１００は、回収業者１と、電池セラー２と、販売先３と、リサイクル工場４と、電力系統５と、分散型エネルギーリソース（ＤＥＲ：Distributed Energy Resource）６とを含む。

回収業者１は、複数の車両から使用済みの組電池（中古電池９）を回収する。回収業者１は、車両販売店（ディーラー）であってもよいし、車両の解体業者であってもよい。

本実施の形態に係る電池物流モデル１００においては、電池データ（図中、ＤＡＴＡで示す）を用いた在庫管理および販売管理が導入されている（図５参照）。電池データは、中古電池９の各々に紐付けられている。より詳細には、中古電池９毎に識別情報（電池ＩＤ）が付与されている。また、中古電池９毎に、その中古電池の劣化状態の評価結果が記録されている。したがって、電池物流モデル１００では、電池ＩＤを用いて中古電池９を特定し、その中古電池の劣化状態を管理したり、その中古電池の流通経路を追跡したりすることができる。

電池セラー２とは、ワインボトルを温度および湿度の管理下で貯蔵するワインセラーのように、回収業者１により回収された中古電池９を適切に管理するための施設である。電池セラー２は、図１に示す例では港湾近くの物流拠点に設置されている。電池セラー２は、中古電池９に関するデータを管理するサーバ２０と、複数の保管ユニット２１とを含む。なお、電池セラー２は、本開示に係る「電池管理システム」に相当する。保管ユニット２１は、本開示に係る「保管庫」に相当する。電池セラー２に保管される電池は、中古電池に限らず、新品の電池が含まれてもよい。

図２は、中古電池９が保管ユニット２１に保管されている様子の一例を示す図である。図２に示すように、電池セラー２の建屋内には複数の保管ユニット２１が配置されている。複数の保管ユニット２１の各々は、多くの中古電池９を格納するように構成されている。詳細は後述するが、本実施の形態において電池セラー２は、保管ユニット２１に格納された中古電池９の各々について劣化評価試験を実施する。そして、電池セラー２は、劣化評価試験の結果に基づいて、各中古電池９を再利用可能か再利用不可能か（再利用に適するか適さないか）を判定する。

図１に戻り、販売先３は、電池セラー２により再利用可能と判定された中古電池９を販売する。販売先３は、中古電池９を車両用として販売する販売店３１と、工場、ビル等で使用される定置用として使用するユーザ３２とを含み得る。また、販売先３は、中古電池９を補給品（保守・修理用の交換部品）として販売する販売店３３を含んでもよい。

リサイクル工場４は、電池セラー２により再利用不可能と判定された中古電池９を他の製品の原料として再生するための材料リサイクルを行う。

中古電池９を販売先３に販売する場合、中古電池９と、その中古電池に紐付けられた電池データとが販売先３に提供される。リサイクル工場４への中古電池９の引き渡しに関しても同様である。なお、電池データは無償で提供されてよい。言い換えると、電池データの費用が中古電池９の購入代金に含まれていてもよい。あるいは、電池データの提供は有償であってもよい。すなわち、電池セラー２の運営会社は、中古電池９の購入代金とは別に、電池データの購入代金を販売先３から受け取ってもよい。

電力系統５は、発電所および送配電設備等によって構築された電力網である。この実施の形態では、電力会社が発電事業者と送配電事業者とを兼ねる。電力会社は、一般送配電事業者に相当するとともに、電力系統５の管理者に相当し、電力系統５を保守および管理する。電力系統５には事業者サーバ５０が設けられている。事業者サーバ５０は、電力会社に帰属し、電力系統５の電力需給を管理する。サーバ２０と事業者サーバ５０とは双方向通信が可能に構成されている。

ＤＥＲ６は、電池セラー２が設置された物流拠点（または、その周辺地域）に設けられ、電池セラー２との間で電力の授受が可能な比較的小規模な電力設備である。ＤＥＲ６は、たとえば、発電型ＤＥＲと、蓄電型ＤＥＲとを含む。

発電型ＤＥＲは、自然変動電源と、発電機とを含み得る。自然変動電源は、気象条件によって発電出力が変動する発電設備である。図１には太陽光発電設備（太陽光パネル）が例示されているが、自然変動電源は、太陽光発電設備に代えてまたは加えて、風力発電設備を含んでもよい。一方、発電機は、気象条件に依存しない発電設備である。発電機は、蒸気タービン発電機、ガスタービン発電機、ディーゼルエンジン発電機、ガスエンジン発電機、バイオマス発電機、定置式の燃料電池などを含み得る。発電機は、発電時に発生する熱を活用するコージェネレーションシステムを含んでもよい。

蓄電型ＤＥＲは、電力貯蔵システムと、蓄熱システムとを含み得る。電力貯蔵システムは、自然変動電源などにより発電された電力を蓄える定置式の蓄電装置である。電力貯蔵システムは、電力を用いて気体燃料（水素、メタン等）を製造するパワー・ツー・ガス（Power to Gas）機器であってもよい。蓄熱システムは、熱源と負荷との間に設けられた蓄熱槽を含み、蓄熱槽内の液媒体を保温状態で一時的に蓄えるように構成されている。蓄熱システムを用いることで熱の発生と消費とを時間的にずらすことができる。そのため、たとえば、夜間に電力を消費して熱源機を運転することで発生した熱を蓄熱槽に蓄えておき、昼間にその熱を消費して空調することが可能になる。

このように、回収業者１により回収された中古電池９は、販売先３またはリサイクル工場４への出庫を待つ間、電池セラー２に保管される。しかし、電池セラー２を用いて中古電池９を適切に保管するにも維持費（ランニングコスト）が掛かる。さらに、回収された中古電池９の入庫から販売先３またはリサイクル工場４への出庫までの間には一定程度の時間を要し得る。したがって、電池セラー２における中古電池９の保管期間を有効活用することが望ましい。

本実施の形態においては、電池セラー２を中古電池９の保管場所に加えて、バーチャルパワープラント（ＶＰＰ：Virtual Power Plant）としても機能させる。これにより、中古電池９が充放電する機会が、中古電池９の再利用態様を決定するための中古電池９の劣化評価と、中古電池９を利用した電力系統５の電力需給バランス調整とを兼ねる。その結果、電池セラー２では、中古電池９の保管と、中古電池９の劣化評価と、中古電池９による電力需給バランス調整とが「三位一体」に行われる。

＜中古電池の再利用工程＞
図３は、中古電池９を再利用するための作業工程の概要を示すフローチャートである。まず、回収業者１により回収された中古電池９が電池セラー２に引き渡される（Ｓ１）。

本実施の形態においては、サーバ２０は、中古電池９の各々について、保管ユニット２１に格納された状態で劣化評価試験（性能検査）を実施する（Ｓ２）。サーバ２０は、各中古電池９について、満充電容量、内部抵抗（たとえば交流インピーダンス）等の電気的特性に基づいて劣化度合いを評価する。そして、サーバ２０は、劣化評価試験の結果に応じて、各中古電池９が再利用可能か再利用不可能かを判定する（Ｓ３）。

本実施の形態では、劣化評価試験の結果（より具体的には満充電容量の測定結果）に応じて中古電池９のランク付けが行われる。たとえば図２に示すように、リビルドが可能な中古電池９に関しては、満充電容量が大きい順に、Ｓランク、Ａランク、Ｂランク、Ｃランクの４段階にランク付けされる。これにより、中古電池９の売買価格をランクに紐付けて設定したり、中古電池９の品質をランクに応じて保証したりすることが可能になる。よって、電池セラー２を経た中古電池９を市場に円滑に流通させることができる。なお、満充電容量が規定値を下回る中古電池９に関しては、Ｃランクよりも低くランク付けされ（Ｒｅと記載）、材料リサイクルに回される。

再利用可能と判定された場合（Ｓ３においてＹＥＳ）、作業工程は性能回復工程へと進む（Ｓ４）。性能回復工程においては、中古電池９の性能を回復させるための処理（性能回復処理）が実施される。たとえば中古電池９を過充電することによって、中古電池９の満充電容量を回復させることができる。ただし、性能回復工程を省略してもよい。また、劣化評価試験の結果、劣化度合いが大きい（性能が大きく低下している）中古電池９には性能回復処理を実施する一方で、劣化度合いが小さい（あまり性能低下していない）中古電池９については性能回復処理を非実施としてもよい。

続いて、性能回復工程により性能が回復された中古電池９を用いて新たな組電池が製造（リビルド）される（Ｓ５）。組電池のリビルドに用いられる中古電池９は、基本的には性能回復工程を経て性能が回復された中古電池９であるが、性能回復工程が省略された中古電池９を含んでもよいし、新品電池（新品のモジュール）を含んでもよい。その後、組電池は販売先３へと販売および出荷される（Ｓ６）。

劣化評価試験の結果、再利用不可能と判定された場合（Ｓ３においてＮＯ）、中古電池９は、リサイクル工場４へと運ばれる（Ｓ７）。リサイクル工場４では中古電池９が解体されて再資源化される。

このように、回収業者１により回収されて販売先３またはリサイクル工場４に引き渡されるまでの間、中古電池９は、電池セラー２内に保管され、その間に劣化評価試験が実施される。劣化評価試験において中古電池９の満充電容量等の電気的特性を測定する際には、中古電池９が充放電される。本実施の形態では、この充放電に、電池セラー２（およびＤＥＲ６）と電力系統５との間で授受される電力が用いられる。これにより、電池セラー２がＶＰＰ（またはＤＥＲの１つ）として機能し、電力系統５の負荷平準化に貢献する。より詳細には、電池セラー２は、電力系統５において需要に対して供給の余剰が生じている時間帯には、その余剰分の電力を中古電池９に充電することで電力余剰を吸収する。一方、電池セラー２は、電力系統５において需要に対して供給の不足が生じている場合には、その不足分の電力を中古電池９から放電することで電力不足を緩和する。

ただし、電池セラー２は、電力系統５における電力余剰の吸収および電力不足の緩和の両方に貢献するように構成されていなくてもよい。電池セラー２は、電力余剰の吸収および電力不足の緩和のうちの一方のみに貢献するように構成されていてもよい。たとえば、電池セラー２は、電力系統５における余剰分の電力を中古電池９に充電する一方で、中古電池９からの放電先に電力系統５を含まないようにすることも可能である。中古電池９からの放電先は、たとえばＤＥＲ６のみであってもよい。

＜電池セラーのシステム構成＞
図４は、電池セラー２の電気的な構成を示すシステム構成図である。電池セラー２は、たとえば、保管ユニット２１と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３と、サーバ２０とを備える。なお、図４では紙面の都合上、保管ユニット２１が１つだけ図示されているが、図２に示したように、典型的な電池セラー２は複数の保管ユニット２１を備える。

保管ユニット２１は複数の中古電池９を格納する。図４では複数の中古電池９が互いに並列接続されているが、これは例示に過ぎず、複数の中古電池９の接続態様は特に限定されない。複数の中古電池９は、直列接続されていてもよいし、直列接続と並列接続とが組み合わせられていてもよい。保管ユニット２１は、電圧センサ２１１と、電流センサ２１２と、リレー２１３とを含む。

電圧センサ２１１は、中古電池９の電圧ＶＢを検出し、その検出値をサーバ２０に出力する。電流センサ２１２は、中古電池に充放電される電流ＩＢを検出し、その検出値をサーバ２０に出力する。なお、中古電池９の劣化評価に温度が用いられる場合には、保管ユニット２１が温度センサ（図示せず）をさらに含んでもよい。また、各センサは、中古電池９に備え付けのセンサであってもよい。

リレー２１３は、たとえば、中古電池９の正極側に電気的に接続された第１リレーと、中古電池９の負極側に電気的に接続された第２リレーとを含む。リレー２１３は、中古電池９と電力系統５との間の電気的な接続と遮断とを切り替え可能に構成されている。これにより、任意の中古電池９を他の中古電池９の充放電中にも電気的に切り離し、その中古電池９を保管ユニット２１から取り出すことができる。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２２は、電力系統５とＤＣ／ＤＣコンバータ２３との間に電気的に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ２２は、サーバ２０からの制御指令（充放電指令）に従って、保管ユニットに格納された中古電池９を充放電するための双方向の電力変換動作が可能に構成されている。より具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２は、電力系統５から供給される交流電力を、中古電池９を充電するための直流電力に変換する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２は、中古電池９から放電される直流電力を、電力系統５に供給するための交流電力に変換する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２と保管ユニット２１との間に電気的に接続されているとともに、ＤＥＲ６と保管ユニット２１との間に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３もＡＣ／ＤＣコンバータ２２と同様に、サーバ２０からの制御指令（充放電指令）に従って双方向の電力変換動作が可能に構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２および／またはＤＥＲ６からの直流電力を中古電池９に充電させたり、中古電池９に蓄えられた直流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ２２および／またはＤＥＲ６に放電させたりすることができる。

サーバ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリと、各種信号が入出力される入出力ポート（いずれも図示せず）とを含む。サーバ２０は、各センサから受ける信号ならびにメモリに記憶されたプログラムおよびマップに基づいて、様々な制御を実行する。サーバ２０は、電池データ記憶部２０１と、劣化評価部２０２と、電力調整部２０３と、タイミング調整部２０４と、表示部２０５とを含む。

電池データ記憶部２０１は、電池セラー２において中古電池９を管理するために使用される電池データを記憶する。電池データには中古電池９の劣化状態に関する情報が記録される。

図５は、電池データのデータ構造の一例を示す図である。電池データは、たとえばマップ形式で記憶されている。電池データは、パラメータとして、たとえば、中古電池９を識別するための識別情報（電池ＩＤ）と、中古電池９の型番と、製造日と、現在のＳＯＣ（State Of Charge）と、満充電容量と、ランクと、劣化評価日時（劣化評価試験を実施した最新の日時）と、保管場所（中古電池９が格納された保管ユニットの識別情報など）とを含む。電池データは上記以外にも劣化状態の評価結果（具体的には、中古電池９の内部抵抗、中古電池９の電解液中の塩濃度分布の偏りを示す指標ΣＤなど）を含んでもよい。電池データは、中古電池９の劣化状態に関する種々の評価結果が記録されている点において、中古電池９の「カルテ」とも言える。

図４を再び参照して、劣化評価部２０２は、中古電池９の充放電に際して電圧センサ２１１および電流センサ２１２によりそれぞれ検出される電圧ＶＢおよび電流ＩＢに基づいて、中古電池９の劣化評価試験を実施する。この評価手法の一例については図７にて説明する。劣化評価部２０２は、劣化評価試験の結果に基づいて、中古電池９のランク付けを行う。

電力調整部２０３は、電池セラー２（およびＤＥＲ６）と電力系統５との間の電力調整を行う。より具体的には、サーバ２０は、複数の中古電池９のなかから、事業者サーバ５０（図１参照）からのデマンドレスポンス（ＤＲ：Demand Response）要求に応えるために充放電される中古電池９を選択する。電力調整部２０３は、選択された中古電池９が充放電されるように、リレー２１３、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２およびＤＣ／ＤＣコンバータ２３への指令を出力する。この制御手法の一例については図８にて説明する。

タイミング調整部２０４は、劣化評価部２０２による中古電池９の劣化評価試験のタイミングと、電力調整部２０３による電池セラー２と電力系統５との間の電力調整のタイミングとを調整する。より具体的には、タイミング調整部２０４は、事業者サーバ５０からのＤＲ要求に応答して電池セラー２のＤＲが行われるタイミングに合わせて中古電池９の劣化評価試験が実施されるように、タイミング調整を行う。なお、電池セラー２のＤＲに合わせて行われるのは中古電池９の劣化評価試験に限られず、劣化評価試験に加えて性能回復処理（図３のＳ４参照）が行われてもよい。

表示部２０５は、電池セラー２の管理者（電池セラー２で働く作業員であってもよい）の操作に応じて電池データを表示する。また、表示部２０５は、劣化評価部２０２による劣化評価試験の進捗および結果を表示する。これにより、管理者が劣化評価試験の状況を把握できる。さらに、表示部２０５は、電力調整部２０３により選択されて充放電されている中古電池９の状態を表示する。これにより、管理者が電池セラー２と電力系統５との間の電力調整の状況を把握できる。

なお、サーバ２０は、本開示に係る「制御装置」に相当する。ＡＣ／ＤＣコンバータ２２およびＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、本開示に係る「電力変換装置」に相当する。

＜電池データの更新＞
電池セラー２への回収後に再利用される中古電池９は、販売先３での使用によっても劣化し得る。また、中古電池９は、販売先３での使用後にさらに別の用途で再利用される可能性がある。このような中古電池９の再利用サイクルの中で、安全を確保しつつ（保護）、中古電池９の性能を十分に引き出す（利用）ことが望ましい。そこで、本実施の形態において、サーバ２０は、電池セラー２から中古電池９を電池データとともに販売先３に販売した後においても、その中古電池の劣化状態に関する情報を販売先３から継続的に取得する。

図６は、本実施の形態における電池データの更新に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定条件の成立時にメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。各ステップは、サーバ２０によるソフトウェア処理により実現されるが、サーバ２０内に配置されたハードウェア（電気回路）により実現されてもよい。以下、ステップをＳと略す。

Ｓ１１において、サーバ２０は、電池データのなかの中古電池９の劣化状態に関連する項目、具体的には、満充電容量、ランクおよび／または劣化評価日時に関する情報を販売先３から取得する。サーバ２０は、中古電池９の販売先３での保管場所に関する情報も取得することが望ましい。これらの情報の取得は、サーバ２０と、販売先３が管理するサーバ（図示せず）との間の通信により実現される。サーバ２０は、これらの情報を、たとえば定期的に取得することができる。そして、サーバ２０は、Ｓ１１にて取得した項目に関して電池データを更新する（Ｓ１２）。

たとえば定置用のユーザ３２が中古電池９を以下のように管理することが考えられる。一例として、ユーザ３２は、自身が購入した中古電池９の管理を電池セラー２の運営会社に依頼する。他の一例として、ユーザ３２は、電池セラー２の運営会社から中古電池９をリースし、一定期間の経過後には中古電池９を電池セラー２の運営会社に返却する。このような場合、電池セラー２の運営会社は、中古電池９を販売したら中古電池９の管理は終了とするのではなく、販売後の中古電池９についても管理を継続することが望ましい。

したがって、サーバ２０は、回収業者１から引き取った中古電池９に関しては、販売前に劣化状態を評価する（いわば中古電池９の素性を確認する）のに加えて、販売後にも劣化状態を取得して電池データを更新する（いわばフォローアップを行う）。市場に流通する様々な中古電池９に関する電池データをサーバ２０（電池データ記憶部２０１）により一元管理することにより、電池データの価値を一層高めることできる。また、電池データを最新の状態に更新しておくことにより、中古電池９を過剰に使用したり、中古電池９の使用を過剰に抑制したりすることを防止できる。その結果、中古電池９の適切な利用と保護とを図ることが可能になる。

さらに、たとえば新規顧客から問い合わせを受けた場合に、サーバ２０は、電池セラー２に保管された中古電池９だけでなく、販売先３の中古電池９に関しても電池データを保有しているので、より多くの中古電池９のなかから新規顧客に販売する中古電池９を選択できる。販売先３の中古電池９を新規顧客に販売した場合には、販売先３の要求仕様を満たす別の中古電池を販売先３に補充すればよい。

＜劣化評価＞
図７は、中古電池９の劣化評価に関するサーバ２０（劣化評価部２０２）の機能ブロック図である。以下では、説明の簡略化のため、１つの中古電池９に着目して説明する。しかし、実際には、劣化評価が未実施の中古電池９が複数存在する場合には、それらの中古電池９に対して同様の処理が同時に実行され得る。劣化評価部２０２は、電流積算部７１と、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）算出部７２と、ＳＯＣ変化量算出部７３と、満充電容量算出部７４と、ランク付け部７５とを含む。

電流積算部７１は、電流センサ２１２により検出される電流ＩＢに基づいて、電流積算の開始条件が成立してから終了条件が成立するまでの間に中古電池９に充放電された電流の積算値（電流積算量）ΔＡｈ（単位：Ａｈ）を算出する。本実施の形態では前述のように、中古電池９の充放電が事業者サーバ５０からのＤＲ要求に応じて実施され、そのＤＲ時に流れる電流が積算される。より具体的には、上げＤＲ（電力需要の増大要請）を行う場合には、電池セラー２の電力需要を増やすために中古電池９が充電され、そのときの充電電流が積算される。一方、下げＤＲを行う場合には、電池セラー２の電力需要を減らすために中古電池９が放電され、そのときの放電電流が積算される。電流積算部７１は、算出された電流積算量ΔＡｈを満充電容量算出部７４に出力する。

ＯＣＶ算出部７２は、電流積算開始時における中古電池９のＯＣＶと、電流積算終了時における中古電池９のＯＣＶとを算出する。ＯＣＶは、たとえば下記式（１）に従って算出できる。
ＯＣＶ＝ＶＢ－ΔＶｐ－ＩＢ×Ｒ ・・・（１）

式（１）では、中古電池９の内部抵抗をＲと記載し、分極電圧をＶｐと記載している。電流積算開始時（充放電の開始直前）には電流ＩＢ＝０である。また、電流積算開始前に中古電池９が充放電されずに放置されていた場合には分極電圧Ｖｐ≒０と近似できる。したがって、電流積算開始時におけるＯＣＶは、電圧センサ２１１により検出される電圧ＶＢに基づいて算出できる。一方、内部抵抗Ｒについては電圧ＶＢと電流ＩＢとの間の関係（オームの法則）から特定できる。また、中古電池９の充放電時が一定電流で行われる場合には、電流と分極電圧Ｖｐとの間の関係を事前に測定しておくことで、電流センサ２１２により検出される電流ＩＢから分極電圧Ｖｐも特定できる。したがって、電流積算終了時における中古電池９のＯＣＶも電圧ＶＢおよび電流ＩＢに基づいて算出できる。ＯＣＶ算出部７２は、算出された２通りのＯＣＶをＳＯＣ変化量算出部７３に出力する。

ＳＯＣ変化量算出部７３は、２通りのＯＣＶに基づいて、電流積算開始時から電流積算終了時までの間の中古電池９のＳＯＣ変化量ΔＳＯＣを算出する。ＳＯＣ変化量算出部７３は、ＯＣＶのＳＯＣ依存性を示す特性曲線（ＯＣＶ－ＳＯＣカーブ）を予め有している。したがって、ＳＯＣ変化量算出部７３は、ＯＣＶ－ＳＯＣカーブを参照することによって、電流積算開始時におけるＯＣＶに対応するＳＯＣと、電流積算終了時におけるＯＣＶに対応するＳＯＣとを読み出し、これらのＳＯＣ間の差をΔＳＯＣとして算出できる。ＳＯＣ変化量算出部７３は、算出されたΔＳＯＣを満充電容量算出部７４に出力する。

満充電容量算出部７４は、電流積算部７１からのΔＡｈと、ＳＯＣ変化量算出部７３からのΔＳＯＣとに基づいて、中古電池９の満充電容量Ｃを算出する。詳細には、中古電池９の満充電容量Ｃは、ΔＳＯＣに対するΔＡｈとの比率と、ΔＳＯＣ＝１００％に対する満充電容量Ｃとの比率とが等しいとする下記式（２）に従って算出できる。なお、初期状態における満充電容量Ｃ０は中古電池９の仕様から既知であるため、満充電容量算出部７４は、満充電容量Ｃから容量維持率Ｑをさらに算出してもよい（Ｑ＝Ｃ／Ｃ０）。満充電容量算出部７４は、算出された満充電容量Ｃをランク付け部７５に出力する。
Ｃ＝ΔＡｈ／ΔＳＯＣ×１００ ・・・（２）

ランク付け部７５は、満充電容量Ｃに応じて中古電池９をランク付けする。ランク付け部７５は、ランク付けの日時を劣化評価日時として電池データ（図５参照）に記録できる。

中古電池９のランクは、その中古電池９の電池ＩＤ、保管位置などとともに表示部２０５に表示される。これにより、販売先３から中古電池９の購入の要望を受けた場合に、電池セラー２で働く作業員が販売先３の要望に合うランクの中古電池９を保管位置から取り出すことができる。販売する中古電池については保管ユニット２１から適宜取り出すことで、保管ユニット２１の空きがなくなる状況を抑制できる。

なお、上記の満充電容量Ｃの算出手法は一例に過ぎない。満充電容量Ｃの算出には、中古電池９の充放電に伴って検出される電圧ＶＢおよび電流ＩＢを用いる手法であれば、任意の手法を採用できる。また、満充電容量Ｃに代えてまたは加えて他の特性（中古電池９の内部抵抗、リチウムイオン電池における電解液濃度の偏りを表す指標ΣＤなど）に基づいて中古電池９のランクを決定してもよい。また、ランク付け部７５は、中古電池９が充放電された時間の長さ、および／または、中古電池９が充放電された回数に応じて、中古電池９のランクを決定してもよい。ランク付け部７５は、精度は多少低下する可能性はあるものの、中古電池９の製造時からの経過時間に応じて中古電池９のランクを決定してもよい。ランク付け部７５は、上記の各要素（満充電容量Ｃ、内部抵抗Ｒ、指標ΣＤ、充放電時間、充放電回数、製造時からの経過時間など）を組み合わせて中古電池９のランクを決定することも可能である。

＜電力調整＞
図８は、電池セラー２と電力系統５との間の電力調整に関するサーバ２０（電力調整部２０３）の機能ブロック図である。この例では、理解を容易にするため、ＤＥＲ６が発電型ＤＥＲ（特に、太陽光発電設備などの自然変動電源）である状況を想定して説明する。電力調整部２０３は、全体調整量算出部８１と、ＤＥＲ調整量算出部８２と、電池セラー調整量算出部８３と、中古電池選択部８４と、変換演算部８５と、指令生成部８６とを含む。

全体調整量算出部８１は、事業者サーバ５０からＤＲ要求を受け、電池セラー２およびＤＥＲ６を用いて所定期間中（たとえば３０分間）に電力調整を要する全体の電力量を算出する。この電力量を以下、全体調整量と呼び、ｋＷｈ（ｔｏｔａｌ）とも記載する。全体調整量算出部８１は、算出されたｋＷｈ（ｔｏｔａｌ）を電池セラー調整量算出部８３に出力する。

ＤＥＲ調整量算出部８２は、各ＤＥＲ６の運転状態（より詳細には、所定期間中に各ＤＥＲ６で発電される予想電力量）を、そのＤＥＲ６との通信により取得する。この電力量を以下、ＤＥＲ調整量と呼び、ｋＷｈ（ＤＥＲ）とも記載する。ＤＥＲ調整量算出部８２は、取得されたｋＷｈ（ＤＥＲ）を電池セラー調整量算出部８３に出力する。

電池セラー調整量算出部８３は、全体調整量算出部８１からのｋＷｈ（ｔｏｔａｌ）と、ＤＥＲ調整量算出部８２からのｋＷｈ（ＤＥＲ）とに基づいて、電池セラー２を用いた電力調整を要する電力量を算出する。この電力量を以下、電池セラー調整量と呼び、ｋＷｈ（ｂａｔ）とも記載する。電池セラー調整量算出部８３は、たとえば、上記２つの電力量の差であるΔｋＷｈ＝ｋＷｈ（ｔｏｔａｌ）－ｋＷｈ（ＤＥＲ）を電池セラー調整量ｋＷｈ（ｂａｔ）として算出できる。電池セラー調整量算出部８３は、算出されたｋＷｈ（ｂａｔ）を中古電池選択部８４に出力する。

中古電池選択部８４は、複数の保管ユニット２１に格納された多数の中古電池９の各々について、充放電可能な電力量を把握している。中古電池選択部８４は、電池セラー調整量算出部８３からのｋＷｈ（ｂａｔ）に基づいて、多数の中古電池９のなかから電力調整に使用する中古電池を選択する。ｋＷｈ（ｂａｔ）＞０である場合、電池セラー２からの放電により電力系統５の電力不足分が補われる。したがって、中古電池選択部８４は、ｋＷｈ（ｂａｔ）以上の電力量を放電可能な数量の中古電池９を選択する。一方、ｋＷｈ（ｂａｔ）＜０である場合には、電池セラー２への充電により電力系統５の電力余剰分が吸収される。したがって、中古電池選択部８４は、ｋＷｈ（ｂａｔ）（絶対値）以上の電力量を充電可能な数量の中古電池９を選択する。

変換演算部８５は、中古電池選択部８４により選択された中古電池９毎に、その中古電池９に充放電される電力を算出する。より具体的には、変換演算部８５は、中古電池９毎に、その中古電池９により調整される電力量（単位：ｋＷｈ）を電力調整の残り時間を用いて電力（単位：ｋＷ）へと換算する。一例として、ある中古電池９に割り当てられた電力調整量が１０ｋＷｈであり、電力調整の残り時間が１５分である場合、１０ｋＷｈ×（６０分／１５分）＝４０ｋＷと算出できる。変換演算部８５は、各中古電池９に充放電される電力を指令生成部８６に出力する。

指令生成部８６は、変換演算部８５による演算結果に基づいて、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２およびＤＣ／ＤＣコンバータ２３への充放電指令を生成するとともに、リレー２１３への開閉指令を生成する。より詳細には、また、指令生成部８６は、選択された中古電池９がＤＣ／ＤＣコンバータ２３に電気的に接続される一方で、非選択の中古電池９がＤＣ／ＤＣコンバータ２３から電気的に遮断されるように開閉指令を生成する。指令生成部８６は、選択された中古電池９に割り当てられた電力の合計が充放電されるように充放電指令を生成する。

なお、図８に示した電力調整手法も例示に過ぎないことを確認的に記載する。この例では、ＤＥＲ６が発電型ＤＥＲ、特に発電量を制御できない自然変動電源である状況を想定した。そのため、電池セラー調整量算出部８３は、全体調整量ｋＷｈ（ｔｏｔａｌ）からＤＥＲ調整量ｋＷｈ（ＤＥＲ）を差し引いた差分ｋＷｈ（ｔｏｔａｌ）－ｋＷｈ（ＤＥＲ）に基づいて電池セラー調整量ｋＷｈ（ｂａｔ）を算出する。つまり、この例では、ＤＥＲ調整量ｋＷｈ（ＤＥＲ）の決定後に、電池セラー調整量ｋＷｈ（ｂａｔ）によって最終的な電力調整が行われる。しかし、たとえばＤＥＲ６が蓄電型ＤＥＲを含む場合には、電池セラー調整量算出部８３は、全体調整量ｋＷｈ（ｔｏｔａｌ）を、ＤＥＲ調整量ｋＷｈ（ＤＥＲ）と電池セラー調整量ｋＷｈ（ｂａｔ）とに分配し、ＤＥＲ調整量ｋＷｈ（ＤＥＲ）および電池セラー調整量ｋＷｈ（ｂａｔ）の両方を用いて電力調整を行ってもよい。

以上のように、本実施の形態においては、保管ユニット２１に格納された状態で各中古電池９の劣化度合いが評価される。これにより、中古電池９の保管期間を時間的に有効活用できる。さらに、中古電池９の劣化度合いを評価するための中古電池９の充放電が基本的には事業者サーバ５０からのＤＲ要求に応じて行われる。また、中古電池９の数量が多い場合には大電力が充放電されるところ、その大電力が事業者サーバ５０からのＤＲ要求に応じて電池セラー２と電力系統５との間で授受される。これにより、電池セラー２の運営会社は、電力会社から対価（インセンティブ）の支払いを受けることができるので、その対価を電池セラー２のランニングコストとして使用できる。あるいは、電池セラー２の運営会社は、電池セラー２の初期投資（イニシャルコスト）の一部を回収できる。これにより、中古電池９の保管期間を金銭的にも有効活用できる。

さらに、本実施の形態において、サーバ２０は、回収業者１から引き取った中古電池９の劣化状態を販売先３への販売前に評価するのに加えて、販売先３への販売後にも劣化状態を販売先３から取得する。つまり、サーバ２０は、市場に流通する中古電池９に関する電池データを広く収集し、かつ、電池データを都度更新する。これにより、中古電池９に付随する電池データの付加価値を高めることできる。この電池データを使用することで、劣化が進行している中古電池９を使用し過ぎたり、あまり劣化していない中古電池９の使用を抑制したりすることを防止できる。よって、本実施の形態によれば、中古電池９の適切な利用と保護とを図ることが可能になる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 電池物流モデル、１ 回収業者、２ 電池セラー、３ 販売先、３１～３３ 販売店、４ リサイクル工場、５ 電力系統、５０ 事業者サーバ、６ 分散型エネルギーリソース（ＤＥＲ）、９ 中古電池、２０ サーバ、２０１ 電池データ記憶部、２０２ 劣化評価部、２０３ 電力調整部、２０４ タイミング調整部、２０５ 表示部、２１ 保管ユニット、２１１ 電圧センサ、２１２ 電流センサ、２１３ リレー、２２ ＡＣ／ＤＣコンバータ、２３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、７１ 電流積算部、７２ ＯＣＶ算出部、７３ ＳＯＣ変化量算出部、７４ 満充電容量算出部、７５ ランク付け部、８１ 全体調整量算出部、８２ 調整量算出部、８３ 電池セラー調整量算出部、８４ 中古電池選択部、８５ 変換演算部、８６ 指令生成部。

Claims (1)

1. 複数の電池を保管する保管庫と、
   前記保管庫に保管された前記複数の電池と電力系統との間に電気的に接続された電力変換装置と、
   前記電力系統からのデマンドレスポンス要求に応じて前記電力変換装置の動作を制御することで前記複数の電池を充放電させる制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記複数の電池の各々の劣化状態が記録された電池データを記憶する記憶部を含み、
   前記複数の電池のうち利用された電池に関しても利用後の劣化状態を利用先から取得し、前記電池データを更新する、電池管理システム。
   

Images