JP2023042406A - 管理装置、蓄電装置、管理方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電素子の充電受入性能を向上できる管理装置等を提供する。【解決手段】管理装置は、蓄電素子の電流値及び電圧値を取得する取得部と、前記蓄電素子の内部抵抗と、取得した前記電流値及び電圧値とに基づいて、前記蓄電素子の電流制限特性に沿った電流制限値を算出する算出部とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電素子の管理装置、蓄電装置、管理方法及びプログラムに関する。

蓄電素子の充電方法として定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電が広く知られている。ＣＣＣＶ充電は、充電初期は定電流（ＣＣ）で充電を行い、蓄電素子が所定の電圧値に到達した段階で定電圧（ＣＶ）に切り替えて充電する方法である。

特許文献１には、ＣＣ充電とＣＶ充電との間に、充電電流を減少させながら充電を行う領域を設けた充電装置が開示されている。

特許第５５２５８６２号公報

ＣＣ充電とＣＶ充電との間に充電電流を減少させながら充電を行う領域を設けた場合、当該領域における充電電流によっては、蓄電素子の充電受入性能を十分に活用できない。

本開示の目的は、蓄電素子の充電受入性能を向上できる技術を提供することにある。

本開示の一態様に係る管理装置は、蓄電素子の電流値及び電圧値を取得する取得部と、前記蓄電素子の内部抵抗と、取得した前記電流値及び電圧値とに基づいて、前記蓄電素子の電流制限特性に沿った電流制限値を算出する算出部とを備える。

本開示によれば、管理装置は、蓄電素子の充電受入性能を向上できる。

太陽光発電システムの概要を示す図である。 第１実施形態に係る管理装置が搭載される蓄電装置及び充電装置の構成例を示すブロック図である。 蓄電素子（電池）の平面図である。 図３のIV－IV線断面図である。 電流制限値の算出方法の概念を説明する図である。 所定係数を用いて電流制限値を算出する場合を説明する図である。 所定係数を用いて電流制限値を算出する場合を説明する図である。 電流制限値の算出処理手順の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態における電流制限値の算出方法の概念を説明する図である。 第２実施形態における電流制限値の算出処理手順の一例を示すフローチャートである。 第３実施形態における電流制限値の算出方法の概念を説明する図である。

管理装置は、蓄電素子の電流値及び電圧値を取得する取得部と、前記蓄電素子の内部抵抗と、取得した前記電流値及び電圧値とに基づいて、前記蓄電素子の電流制限特性に沿った電流制限値を算出する算出部とを備える。

ここで、「電流制限特性」とは、蓄電素子の電圧値と電流制限値との関係を示すプロファイルを意味する。
「電流制限値」とは、蓄電素子の充電電流値の制限値（上限値）を意味する。
「内部抵抗」とは、蓄電素子のオーム抵抗であってもよく、オーム抵抗に非オーム抵抗を加味したものであってもよい。

管理装置は、蓄電素子の電圧値と電流制限値との関係を規定した電流制限特性を用いて、電流制限特性に沿った電流制限値、すなわち目標値を算出する。管理装置は、例えば電流制限特性上の電流制限値、または電流制限特性上の電流制限値に近似する電流制限値を算出してもよい。算出された電流制限値は、例えば外部の充電装置へ送信される。外部の充電装置は、管理装置から受信した電流制限値を超えないよう、蓄電素子を充電する。

電流制限値は、蓄電素子の現在（推定時点）の電流値及び電圧値と、例えば管理装置の記憶部等に予め記憶される蓄電素子の内部抵抗とに基づいて算出される。現在の電流値及び電圧値に対し、蓄電素子の内部抵抗に基づいて、電流制限値を流した場合の電流値及び電圧値の変化を予測し、予測される電流値及び電圧値が電流制限特性に沿うような、電流値（電流制限値）を求める。本手法によれば、電流値及び電圧値の変化を予測することなく現在の電流値に対し予め設定される所定係数を一律に加えた値を電流制限値として算出する場合に比べて、算出される電流制限値と電流制限特性との乖離を低減できる。従って、蓄電素子が持つ充電受入性能を十分に活用できる。これにより、蓄電素子の安全性を保ちながら（過度の発熱、電析等の異常事象の発生を防止しながら）、充電装置との協働によって高度なエネルギーマネジメントを実現できる。

管理装置において、前記電流制限特性は、第１領域と、前記蓄電素子の電圧値の増加に応じて前記電流制限値が減少する第２領域とを含み、前記算出部は、前記電流制限特性の前記第２領域に沿った前記電流制限値を算出してもよい。
第１領域は、前記蓄電素子の電圧値に関わらず前記電流制限値が一定の領域であってもよい。

第１領域及び第２領域はいずれも、定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電における定電圧（ＣＶ）充電時の電圧よりも、蓄電素子の電圧値が低い領域であってよい。管理装置は、電流制限特性の第２領域、すなわち定電流（ＣＣ）充電以降の電流制限値を、内部抵抗を考慮しつつ、電圧値の増加に応じて減少させる。これにより、従来の手法のときよりも、電流制限値を減少させるタイミングを遅らせる（定電流充電領域を拡げる）ことができ、蓄電素子の充電受入性能を向上できる。

管理装置において、前記算出部は、前記蓄電素子の等価回路モデルを用いて前記電流値及び電圧値並びに前記内部抵抗に基づき推定される推定電流値と、前記電流制限特性とが交差する値を前記電流制限値として算出してもよい。

上記構成によれば、管理装置は、蓄電素子の等価回路モデルを用いて、推定時点における蓄電素子の電流値及び電圧値に対応する推定電流値を求める。推定電流値は、実測データ等により予め得られる蓄電素子の内部抵抗等により容易に算出できる。推定電流値と、電流制限特性との交点を算出することで、推定時点における蓄電素子の電流値及び電圧値の状態に適合する電流制限値を容易かつ精度よく算出できる。

管理装置において、前記算出部は、前記蓄電素子の充電状態及び温度の少なくとも一方に対応する前記内部抵抗に基づいて前記電流制限値を算出してもよい。

充電状態は、例えば蓄電素子のＳＯＣ（State of Charge ）であってもよい。上記構成によれば、蓄電素子の充電状態又は温度に対応する内部抵抗に基づいて電流制限値を算出するため、蓄電素子の状態を好適に反映した電流制限値を算出でき、充電受入性能をより向上できる。

管理装置において、前記算出部は、補正係数を用いて補正した前記内部抵抗に基づいて前記電流制限値を算出してもよい。

補正係数は、例えば電流制限値の上げ又は下げの速度を表すものであってもよい。補正係数を用いて内部抵抗を補正することにより、電流制限値の算出における自由度が高まる。

管理装置において、前記電流値に応じて前記補正係数を変化させてもよい。

上記構成によれば、蓄電素子の推定時点における電流値に応じて補正係数を変化させることにより、蓄電素子の電流値の状態を電流制限値の算出に反映でき、より好適な電流制限値を算出できる。

管理装置において、取得した前記蓄電素子の前記電流値及び電圧値と、前記蓄電素子の前記電流制限特性との比較結果に基づいて前記補正係数を変化させてもよい。

蓄電素子の推定時点における電流値及び電圧値と、電流制限特性との比較結果とは、例えば、蓄電素子の推定時点における電流値及び電圧値と、電流制限特性との大小関係の比較結果であってもよい。蓄電素子の推定時点における電流値及び電圧値と、電流制限特性との比較結果に基づいて補正係数を変化させることにより、蓄電素子の電流値及び電圧値の状態を電流制限値の算出に反映でき、より好適な電流制限値を算出できる。

蓄電装置は、蓄電素子と、上述のいずれかに記載の管理装置とを備える。

管理方法は、蓄電素子の電流値及び電圧値を取得し、前記蓄電素子の内部抵抗と、取得した前記電流値及び電圧値とに基づいて、前記蓄電素子の電流制限特性に沿った電流制限値を算出する処理をコンピュータが実行する。

プログラムは、蓄電素子の電流値及び電圧値を取得し、前記蓄電素子の内部抵抗と、取得した前記電流値及び電圧値とに基づいて、前記蓄電素子の電流制限特性に沿った電流制限値を算出する処理をコンピュータに実行させる。

以下、本開示をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。

（第１実施形態）
図１は、太陽光発電システムの概要を示す。太陽光発電システムは、太陽光発電装置Ｐ、蓄電装置１０及び充電装置２０を備える。太陽光発電装置Ｐは、太陽光を電力に変換して出力する。太陽光発電装置Ｐで発電した電力は、充電装置２０を介して負荷６０へ供給される。また、太陽光発電装置Ｐで発電した電力の余剰分は、充電装置２０を介して蓄電装置１０に蓄電される。太陽光発電装置Ｐに代えて、風力などの他の再生可能エネルギーによる発電装置（再生可能エネルギー発電装置）が用いられてもよい。

充電装置２０は、例えばパワーコンディショナであってもよい。充電装置２０は、電力線等を介して太陽光発電装置Ｐ、蓄電装置１０、負荷６０及び電力系統７０それぞれと接続されている。充電装置２０は、太陽光発電装置Ｐによって発電される直流電流を交流電流に変換する。充電装置２０は、家庭の電化製品や、施設のモータ（動力負荷）等の電力負荷６０へ、変換した交流電流を出力する。充電装置２０はまた、電力系統７０から受電する電力を、負荷６０や蓄電装置１０へ供給する。蓄電装置１０は、充電装置２０を介して太陽光発電装置Ｐ又は電力系統７０からの電力を受電し、受電した電力を蓄電する。

図２は、第１実施形態に係る管理装置４０が搭載される蓄電装置１０及び充電装置２０の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、蓄電装置１０は、複数の二次電池（以下、単に電池とも称する）３０からなる組電池３１、各電池３０を管理するＢＭＵ（Battery Management Unit ）４０、電流遮断装置５１、電流計測抵抗５２、及び温度センサ５３を備える。ＢＭＵ４０は、管理装置４０の一例である。電池３０は蓄電素子３０の一例である。電池３０は、一例として、リチウムイオン二次電池である。電池３０は、組電池に限定はされず、単電池であってもよい。電池以外の蓄電素子が用いられてもよい。ＢＭＵ４０の機能の一部が、図示しない監視装置（例えば、ＣＭＵ：Cell Monitoring Unit）に割り当てられてもよい。

組電池３１、電流遮断装置５１及び電流計測抵抗５２は、通電路Ｌを介して直列に接続されている。組電池３１の正極は、電流計測抵抗５２及び電流遮断装置５１を介して正極の外部端子５４に接続されている。組電池３１の負極は、負極の外部端子５５に接続されている。

図２は、電流計測抵抗５２が組電池３１の正極に接続される例を示す。代替的に、電流計測抵抗５２は、組電池３１の負極に接続されていてもよい。

電流遮断装置５１は、機械式スイッチ（例えばリレー）や、ＦＥＴ又はトランジスタ等の半導体スイッチにより構成することができる。電流遮断装置５１は、ＢＭＵ４０と接続されており、ＢＭＵ４０からの制御信号に対応してオン／オフが切り替えられる。ＢＭＵ４０は、電流遮断装置５１をオフすることにより、組電池３１と正極の外部端子５４との間の通電を遮断する。

電流計測抵抗５２は、通電路Ｌの電流を計測する抵抗器である。電流計測抵抗５２は、電流計測抵抗５２の両端電圧、すなわち組電池３１の電流に応じた電圧を時系列的に計測することで、組電池３１（電池３０）の電流を計測できる。電流計測抵抗５２は、ＢＭＵ４０と接続されており、計測した電流に関する信号をＢＭＵ４０へ出力する。電流計測抵抗５２の両端電圧の極性（正負）から放電と充電を判別できる。

温度センサ５３は、組電池３１の近傍に配されており、接触式あるいは非接触式で、組電池３１又は組電池３１の周囲等の温度を時系列的に計測する。温度センサ５３は、ＢＭＵ４０と接続されており、検出した温度に関する信号をＢＭＵ４０へ出力する。

ＢＭＵ４０は、制御部４１、記憶部４２、電圧検出回路４３、入出力部４４及び通信部４５を備える。ＢＭＵ４０は、電池３０の電圧値、電流値及び温度を含む計測データを随時取得し、取得した計測データに基づき、電池３０の充電を制御するための電流制限値を算出する。

制御部４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える演算回路である。制御部４１が備えるＣＰＵは、ＲＯＭや記憶部４２に格納された各種コンピュータプログラムを実行し、上述したハードウェア各部の動作を制御することによって、装置全体を本開示の管理装置として機能させる。制御部４１は、計測開始指示を与えてから計測終了指示を与えるまでの経過時間を計測するタイマ、数をカウントするカウンタ、日時情報を出力するクロック等の機能を備えていてもよい。

記憶部４２は、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置である。記憶部４２には各種のコンピュータプログラム及びデータが記憶される。記憶部４２に記憶されるコンピュータプログラム（コンピュータプログラム製品）には、電池３０の充電制御に関する処理を行うためのプログラム４２１が含まれる。記憶部４２に記憶されるデータには、プログラム４２１にて用いられる制御データ４２２が含まれる。

制御データ４２２には、例えば、電池３０に応じた電流制限特性、シミュレーションで用いられる電池３０の等価回路モデル、及び算出処理に用いる各種補正係数等の情報が含まれる。電流制限特性は、電池３０の電圧と電流制限値との関係を示すプロファイルであり、例えば当該プロファイルを示す関数式として記憶される。代替的に、電流制限特性は、プロファイルを示す曲線が記憶されてもよく、近似によりプロファイルを描けるような代表点のデータが記憶されてもよい。

等価回路モデルは、回路構成を示す構成情報、及び等価回路モデルを構成する各素子の値等により記述される。記憶部４２には、回路構成を示す構成情報、および各素子の値等が記憶される。制御部４１は、例えば不図示の外部装置と通信することにより、予め電流制限特性、等価回路モデル及び各種補正係数の情報を取得し、取得した情報を制御データ４２２に記憶してもよい。制御データ４２２は、電池３０の劣化を考慮し、所定の時間間隔で更新してもよい。

記憶部４２に記憶されるコンピュータプログラムは、当該コンピュータプログラムを読み取り可能に記録した非一時的な記録媒体４２Ａにより提供されてもよい。記録媒体４２Ａは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、ＳＤ（Secure Digital）カード等の可搬型メモリである。制御部４１は、図示しない読取装置を用いて、記録媒体４２Ａから所望のコンピュータプログラムを読み取り、読み取ったコンピュータプログラムを記憶部４２に記憶させる。代替的に、上記コンピュータプログラムは通信により提供されてもよい。プログラム４２１は、単一のコンピュータ上で、または１つのサイトにおいて配置されるか、もしくは複数のサイトにわたって分散され、通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるように展開することができる。

電圧検出回路４３は、信号線を介し各電池３０の両端にそれぞれ接続されており、各電池３０の端子間電圧及び組電池３１の総電圧を時系列的に計測する。制御部４１は、電圧検出回路４３を通じて、各電池３０の端子間電圧及び組電池３１の総電圧を取得する。

入出力部４４は、外部装置を接続するための入出力インタフェースを備える。入出力部４４に接続される外部装置には、電流計測抵抗５２及び温度センサ５３が含まれる。入出力部４４は、電流計測抵抗５２が計測した電流及び温度センサ５３が計測した温度に関する信号の入力を受け付ける。制御部４１は、入出力部４４を通じて電流及び温度のデータを取得する。入出力部４４には、液晶ディスプレイ等の表示装置（不図示）が接続されていてもよい。制御部４１は、電池３０に対する電流制限値の算出結果を入出力部４４から表示装置へ出力する。

通信部４５は、ネットワーク等を介して充電装置２０と通信するための通信インタフェースを備える。通信部４５は、例えばＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、４Ｇ、５Ｇ等の無線通信インタフェースであってもよいし、ＣＡＮ等の有線通信インタフェースであってもよい。制御部４１は、電池３０に対する電流制限値の算出結果が得られた場合、算出結果に基づく情報を通信部４５から充電装置２０へ送信する。充電装置２０は、通信部４５より送信される情報を受信し、受信した情報に基づき、電流制限値を超えない範囲で電池３０を充電する。通信部４５は、図示しないネットワークインタフェースカードを介して、ユーザや管理者等が使用するパーソナルコンピュータ、スマートフォンなどの外部装置と通信可能に接続され、これら外部装置へ算出結果に基づく情報を出力してもよい。管理装置４０は、算出結果をユーザに報知するために、ＬＥＤランプやブザー等の報知部を備えてもよい。

充電装置２０は、電流計測抵抗２１、充電回路２２及び制御ユニット２３を備える。充電装置２０は、蓄電装置１０の外部端子５４，５５に接続されている。制御ユニット２３は、電流計測抵抗２１及び充電回路２２を制御するための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース、通信インタフェース（いずれも不図示）等を備える。制御ユニット２３は、ＢＭＵ４０から受信する電流制限値に基づいて、充電回路２２を介して充電電流の大きさを制御する。電流計測抵抗２１は、充電電流を計測する。

図２は、管理装置がＢＭＵ４０である例を示す。代替的に、管理装置は、電池３０から離れた場所に配置されてもよい。管理装置は、電池３０から離れた場所にあって、ＢＭＵと通信接続されるサーバ装置を含んでもよい。電流制限値の算出を行う場所は限定されず、例えばサーバ装置で行ってもよい。この場合、電池３０に関して計測される計測データは、通信によりサーバ装置へ送信されるとよい。

図３は、蓄電素子（電池）３０の平面図である。図４は、図３のIV－IV線断面図である。図３及び図４を用いて電池３０の構成例を説明する。電池３０は、上述の通り、例えばリチウムイオン二次電池である。電池３０は、扁平形状の巻回電極体３０１と、図に示していない電解質とが中空直方体状のケース３０２に収容されることにより構成される。ケース３０２の蓋部３０３には、外部接続用の正極端子３０４及び負極端子３０５が設けられる。３０４及び負極端子３０５はそれぞれ、正極集電体３０６及び負極集電体３０７に電気的に接続されている。ケース３０２の材質には、例えば、アルミニウム等の軽量かつ熱伝導性が高い金属材料が用いられる。

巻回電極体３０１は、詳細については図示しないが、シート状の正極と、負極とを、２枚のシート状のセパレータを介して重ね合わせ、これらを巻回（縦巻き又は横巻き）することにより構成されている。正極及び負極は、互いにシートの幅方向にずらした状態で配置される。

正極は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等からなる長尺帯状の正極基材の表面に、正極活物質層が形成された電極板である。正極活物質層は、正極活物質を含む。正極活物質層に用いられる正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を使用できる。正極活物質としては、例えばＬｉＦｅＰＯ₄が挙げられるが、これに限定されない。正極活物質層は、導電助剤、バインダ等を更に含んでもよい。正極の幅方向の一端には、正極活物質層が形成されていない領域が設けられており、この領域には正極集電体３０６が接合される。

負極は、例えば銅又は銅合金等からなる長尺帯状の負極基材の表面に、負極活物質層が形成された電極板である。負極活物質層は、負極活物質を含む。負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を使用できる。負極活物質としては、例えば黒鉛（グラファイト）、ハードカーボン、ソフトカーボン等が挙げられる。負極活物質層は、バインダ、増粘剤等を更に含んでもよい。負極の幅方向の他端には、負極活物質層が形成されていない領域が設けられており、この領域には負極集電体３０７が接合される。

セパレータは、多孔性の樹脂フィルムにより形成される。多孔性の樹脂フィルムとして、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂からなる多孔性樹脂フィルムを使用できる。

ケース８２に封入される電解質は、従来のリチウムイオン二次電池と同様のものを使用できる。例えば、電解質として、有機溶媒中に支持塩を含有させた電解質を使用できる。有機溶媒として、例えば、カーボネート類、エステル類、エーテル類等の非プロトン性溶媒が用いられる。支持塩として、例えば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄等のリチウム塩が好適に用いられる。電解質は、例えば、ガス発生剤、被膜形成剤、分散剤、増粘剤等の各種添加剤を含んでもよい。

電池３０の一例として、図３及び図４では巻回電極体３０１を備える角型のリチウムイオン電池について説明した。代替的に、電池３０は、積層型電極体を備えるリチウムイオン電池であってもよく、円筒型リチウムイオン電池、ラミネート型リチウムイオン電池等であってもよい。更に、電池３０は、電解質に固体を用いた全固体リチウムイオン電池であってもよい。

図５は、本実施形態における電流制限値の算出方法の概念を説明する図である。図５を用いて本実施形態における電流制限値の算出方法を具体的に説明する。図５に示すグラフの縦軸は電流制限値（アンペア。[Ａ]）、横軸は電圧（ボルト。［Ｖ］）である。図５中、太実線は電池３０の電流制限特性を示す。電圧（電圧値）は、組電池３１に含まれる電池３０の最大電池電圧（最大端子電圧）を意味する。

電流制限特性は、電池３０の電圧（電圧値）と電流制限値との関数として示される。図５に示すように、電流制限特性は、電池３０の電圧がゼロからＶ_shiftまでの第１領域と、電池３０の電圧がＶ_shiftからＶ_cまでの第２領域と、電池３０の電圧がＶ_c以上の第３領域とを有する。Ｖ_shiftは、電池３０に許容される最大電流Ｉ_maxを流すことのできる領域における最大電圧であってもよく、電池３０毎に設定される固定値であってもよい。Ｖ_cは、電池３０に許容される最大充電電圧であってもよく、電池３０毎に設定される固定値であってもよい。Ｖ_cは、ＣＶ充電のＣＶ電圧であってもよい。本実施形態における第１領域では、電池３０の電圧に関わらず電流制限値が一定であり、第２領域では、電池３０の電圧の増加に応じて電流制限値が直線状に減少する。電流制限特性は、この形態に限定はされない。

本実施形態における第１領域は、電池３０をＣＣ充電する領域に相当する。第２領域は、ＣＣ充電後、電池３０の電圧の上昇に伴い充電電流を低減させながら充電する領域に相当する。第３領域は、電池３０の電圧が最大充電電圧Ｖ_c以上となった場合に、充電を一時停止する領域に相当する。電流制限特性は、予め電池３０の種類毎に生成され、記憶部４２の制御データ４２２に記憶されていてもよい。こうすることで、ＢＭＵ４０の汎用性が高まる。

図５では、説明の容易化のため、Ｖ_shiftとＶ_cとの差を大きく示したが、実際の電流制限特性におけるＶ_shiftとＶ_cとの差は小さい（例えば、１０ｍＶなど）ことが好ましい。電流制限特性におけるＶ_shiftとＶ_cとの差をより小さく、すなわち第２領域をより狭くすることで、電池３０の充電受入性能を向上できる。代替的に、電流制限特性におけるＶ_shiftとＶ_cとの差はゼロ、すなわちＶ_shift＝Ｖ_cであってもよい。

ＢＭＵ４０の制御部４１は、電池３０の充放電時において、電流制限特性に基づき特定される電流制限値を充電装置２０へ出力する。制御部４１は、所定間隔で、電池３０の状態に応じた電流制限値を算出する。本実施形態における第１領域では、電流制限値として、電池３０の電圧に関わらず常に最大電流Ｉ_maxが用いられる。第２領域では、電池３０の電圧に依存して、目標となる電流制限値が異なる。そのため制御部４１は、電池３０の現在の電流値及び電圧値に基づいて、電流制限特性に沿うよう、次段階（次の制御周期タイミング）の電流制限値を算出する。

電流制限特性により示される電流制限値は、充電電流の上限値である。電流制限特性上の値を次段階の電流制限値とすることで、充電の制限を緩やかにすることができる。例えば、太陽光発電された電力による充電を、電池保護の観点から過度に安全サイドに制限することなく、受け入れることができる。特に、電流制限特性の第２領域に沿うよう電流制限値を算出することで、電池３０の充電特性（充電受入性能）を向上できる。

本実施形態では、制御部４１は、現在（算出時点）の電池３０の電流値及び電圧値と、電池３０の内部抵抗とを用いて、電流制限値を算出する。制御部４１は、電池３０の電流値及び電圧値が、電流制限特性にて規定される電流制限値及び電圧値に等しくなるよう、次段階の電流制限値を算出する。具体例には、制御部４１は、現在の電流値及び電圧値から求められる推定電流値を示す直線と、電流制限特性との交点を算出する。

図５中、黒点●は現在（算出時点）の電圧Ｖ_n及び電流Ｉ_nのプロットを示す。図５中の細実線は、推定電流値を示す直線を表している。図５中、白点〇は電流制限特性と推定電流値を示す直線との交点のプロットを示す。

電池３０の推定電流値は、電池３０の等価回路モデルにより求めることができる。電池３０は、例えば、正極端子と負極端子との間に直列に接続される定電圧源と、オーム抵抗成分（直流抵抗成分）を模擬するための直流抵抗器とを備える、簡易化した等価回路モデルとすることができる。

定電圧源は、直流電圧を出力する電圧源である。定電圧源が出力する電圧は、電池３０の開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）である。ＯＣＶは、例えばＳＯＣの関数として与えられる。直流抵抗器は、電池３０の直流抵抗成分（直流インピーダンス）を模擬するためのものであり、内部抵抗（抵抗素子）Ｒ_iを含む。内部抵抗Ｒ_iは、通電電流、電圧、ＳＯＣ、温度などに対応するよう変動する値として与えられる。

等価回路モデルは、電池３０の現在（算出時点ｎ）の端子電圧Ｖ_n、現在の電流Ｉ_n、内部抵抗Ｒ_i、及び開放電圧ＯＣＶを用いて、下記（１）式で表すことができる。

式（１）を変形すると、下記（２）式が得られる。

式（２）に示されるように、電池３０の電圧Ｖ_n及び電流Ｉ_nの関数式は、傾き１/Ｒ_i、接点をＯＣＶとする直線で示すことができる。換言すれば、図５中の細実線で示すように、電池３０の電圧Ｖ_n及び電流Ｉ_nは、（Ｖ_n，Ｉ_n）を通り、傾き１/Ｒ_iを有する直線に沿って変化する。

図５中の白点〇にて示される、等価回路モデルにより推定される推定電流値を示す直線と、電流制限特性との交点を算出することで、電池３０の電圧及び電流の変化を考慮した、電流制限値Ｉ_limitが得られる。

推定電流値を示す直線と電流制限特性との交点である電流制限値Ｉ_limit、及び当該電流制限値Ｉ_limitに対応する電圧値Ｖ′_ｎはそれぞれ、下記（３）（４）式により求められる。

式（３）（４）中、最大電流Ｉ_max、最大電圧Ｖ_shift、最大充電電圧Ｖ_cはそれぞれ、予め電池３０毎に設定される固定値である。内部抵抗Ｒ_iは、電池３０の温度及びＳＯＣ等に基づいて決定される値である。制御部４１は、記憶部４２の制御データ４２２に、例えば電池のＳＯＣと温度との２次元テーブルデータとして内部抵抗Ｒ_iを記憶しておき、電池３０の温度及び充電状態に対応する内部抵抗Ｒ_iを読み出す。内部抵抗Ｒ_iの２次元テーブルデータは、例えばバッテリ試験の実測データを基に生成される。内部抵抗Ｒ_iは、例えば電池３０における内部抵抗の最大値等の固定値であってもよい。

なお内部抵抗Ｒ_iは、温度にのみ依存するパラメータであってもよい。内部抵抗Ｒ_iは、等価回路モデルを用いた逐次演算により算出されてもよい。

開放電圧ＯＣＶは、下記（５）式により求められる。

式（５）において、電圧Ｖ_n及び電流Ｉ_nはそれぞれ、電圧検出回路４３及び電流計測抵抗５２により得られる計測データを用いてよい。

算出された電流制限値Ｉ_limitが最大電流Ｉ_maxよりも大きい場合には、電流制限値Ｉ_limitを最大電流Ｉ_maxに変更するとともに、電圧値Ｖ′_ｎを、上記式（４）に代えて下記（６）式により求める。

以上より、電池３０の現在の電圧、電流及び温度等の計測データ、内部抵抗Ｒ_i、最大電流Ｉ_max、最大電圧Ｖ_shift、最大充電電圧Ｖ_cを用いて、電流制限特性上に位置する電流制限値Ｉ_limit及び電圧値Ｖ′_ｎを算出できる。

比較として、予め設定される所定係数αを用いて電流制限値を算出する場合を説明する。図６及び図７は、所定係数αを用いて電流制限値を算出する場合を説明する図である。図６は、所定係数αを比較的小さな値とした場合を示す。電池３０の現在の時点ｎにおける電圧Ｖ_n及び電流Ｉ_n（図６中の黒点●）に対し、電流Ｉ_nに所定係数αを加算した値を電流制限値_limitとする場合を考える。図６に示すように、電流Ｉ_nから所定係数α分だけ電流値を上げる（図６中の破線で示す丸印）と、電流値の増加に伴い電圧値も増加する。従って、ｎ＋１時点における電池３０の電圧Ｖ_n+1及び電流Ｉ_n+1は、電圧の増加する方向にシフトする（図６中の白点〇）。ここで、電流Ｉ_n+1は電流制限値_limitに等しい。所定係数αが比較的小さいため、電圧Ｖ_n+1及び電流Ｉ_n+1は、電流制限特性から離れた値となる。電流制限特性に近づけるためには、段階的に電流制限値の引き上げを繰り返す必要がある。

図７は、所定係数αを比較的大きな値とした場合を示す。図７に示すように、電流Ｉ_nから所定係数α分だけ電流値を上げると、所定係数αが比較的大きい値の場合、ｎ＋１時点における電池３０の電圧Ｖ_n+1及び電流Ｉ_n+1が、電圧の増加する方向に大きくシフトする。従って、電圧Ｖ_n+1及び電流Ｉ_n+1が、電流制限特性を超えるおそれがある。所定係数αを用いて充電電流を制限した場合、所定係数αが小さいと電池３０の最大電力を瞬時に受け入れることができない一方で、所定係数αが大きいとオーバーシュートのリスクが高まり、適切な調整が困難である。

本実施形態の手法によれば、電池３０の現在の電圧Ｖ_n及び電流Ｉ_nに基づいて、電流制限値を適用した場合の電流値及び電圧値の変化を予測した上で目標値を特定することで、電流制限特性に沿った目標値を好適に算出できる。

図８は、電流制限値の算出処理手順の一例を示すフローチャートである。ＢＭＵ４０の制御部４１は、プログラム４２１に従って以下の処理を実行する。制御部４１は、例えば所定の又は適宜の時間間隔で以下の処理を繰り返し実行するものであってよい。

ＢＭＵ４０の制御部４１は、電圧検出回路４３、電流計測抵抗５２及び温度センサ５３それぞれを通じて、電池３０の現在（推定時点）における電流値Ｉ_n、電圧値Ｖ_n及び温度を含む計測データを取得する（ステップＳ１１）。ＢＭＵ４０が遠隔地に設置される場合、制御部４１は、通信部４５を介した通信によって、電池３０の計測データを受信する。制御部４１は、電流値、電圧値及び温度を含む計測データを取得する取得部として機能する。

制御部４１は、電池３０の内部抵抗Ｒ_iを取得する（ステップＳ１２）。制御部４１は、記憶部４２の制御データ４２２に予め記憶する内部抵抗テーブルを参照して、取得した電池３０の温度及びＳＯＣに応じた内部抵抗Ｒ_iを特定し、特定した内部抵抗Ｒ_iを読み出すことにより、内部抵抗Ｒ_iを取得してよい。電池３０のＳＯＣは、例えば電池３０の計測データの履歴に基づいて、電流積算法により算出してもよい。制御部４１は、電池３０の温度のみに対応する内部抵抗Ｒ_iを特定してもよい。制御部４１は、等価回路モデルを用いた逐次演算により、内部抵抗Ｒ_iを算出してもよい。制御部４１は、電流制限値の算出の都度内部抵抗Ｒ_iを取得してもよく、所定のタイミングにて取得した内部抵抗Ｒ_iを継続的に使用してもよい。

制御部４１は、記憶部４２の制御データ４２２に予め記憶する電流制限特性を読み出す（ステップＳ１３）。

制御部４１は、電流値Ｉ_n、電圧値Ｖ_n、内部抵抗Ｒ_i及び電流制限特性に基づいて、電流制限値Ｉ_limitを算出する（ステップＳ１４）。具体的には、制御部４１は、電流値Ｉ_n、電圧値Ｖ_n、及び内部抵抗Ｒ_iを上述の式（３）～（５）に代入し、各式の演算処理を実行することにより、等価回路モデルにより推定される推定電流値を示す直線と、電流制限特性との交点を算出する。制御部４１は、電流制限値Ｉ_limit及び電圧値Ｖ′_ｎを算出する。制御部４１は、電流制限値を算出する算出部として機能する。

ステップＳ１４において、制御部４１は、算出された電流制限値Ｉ_limitが最大電流Ｉ_maxよりも大きい場合には、電流制限値Ｉ_limitを最大電流Ｉ_maxに変更するとともに、電圧値Ｖ′_ｎを、上述の（６）式により求める。

制御部４１は、算出した電流制限値Ｉ_limitを充電装置２０へ送信し（ステップＳ１５）、一連の処理を終了する。制御部４１は、電流制限値Ｉ_limit及び電圧値Ｖ′_ｎを充電装置２０へ送信してもよい。

充電装置２０は、電流制限値Ｉ_limitを受信する。充電装置２０は、受信した電流制限値Ｉ_limitを超えない範囲で充電電流を制御する。充電装置２０は、充電電流を電池３０に出力し、電池３０を充電する。

上述のステップＳ１４において、制御部４１は、算出した電流制限値Ｉ_limit及び電圧値Ｖ′_ｎが、電流制限特性に一致するか否かの検算処理を実行することが好ましい、これにより、電流制限値Ｉ_limitの算出精度を向上できる。上記では、電流制限値Ｉ_limit及び電圧値Ｖ′_ｎを算出する例を説明した。代替的に、制御部４１は、電流制限値Ｉ_limitのみを算出してもよい。これにより、制御部４１の演算負荷を低減できる。

上記では、オーム抵抗成分を模擬するための直流抵抗器を備える等価回路モデルにより電池３０の電圧挙動を模擬した。代替的に、電池３０は、オーム抵抗成分を模擬するための直流抵抗器に加え、非オーム抵抗（過渡的な分極特性）を模擬するためのＲＣ並列回路を備える等価回路モデルとして表されてもよい。ＲＣ並列回路は、１段又は複数段のいずれであってもよい。オーム抵抗及び非オーム抵抗を含む内部抵抗を用いることで、推定電流値の推定精度を向上できる。

本実施形態によれば、電流制限特性上にある電流制限値により電池３０の充電を制御することができる。電池３０に許容される最大の電流値を用いた充電が瞬時に可能となり、電池３０の充電特性を向上できる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、補正係数を用いて内部抵抗Ｒ_iを補正する。以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成については第１実施形態と同様であるので、共通する構成については同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図９は、第２実施形態における電流制限値の算出方法の概念を説明する図である。例えば、電流制限値の算出に用いる内部抵抗Ｒ_iが、実際の電池３０の内部抵抗と異なることにより、電流制限値Ｉ_limitを流したときの実際の電流値及び電圧値が電流制限特性に一致せず、予測された電圧値Ｖ′_ｎよりも高く又は低くなる場合がある。また、例えば、ＢＭＵ４０と充電装置２０との通信間隔の長さや、充電装置２０での充電制御速度等により、ＢＭＵ４０が出力した電流制限値が適用されるまでに時間を要する場合にも、実際の電流値及び電圧値が電流制限特性に一致しないことが予測される。内部抵抗のズレや、応答遅延を考慮し、予め電流制限値Ｉ_limitを基本値よりも小さく又は大きくしておくことで、実際の電流値及び電圧値を電流制限特性に近似させることができる。

第１実施形態で説明した通り、電流制限値Ｉ_limitは、等価回路モデルにより推定される推定電流値を示す直線と、電流制限特性との交点として算出できる。推定電流値を示す直線は、傾き１/Ｒ_iを有する。内部抵抗Ｒ_iに補正係数ｋを乗じることで、図９の一点鎖線又は二点鎖線で示すように、推定電流値を示す直線の傾きを、内部抵抗Ｒ_iを補正しない場合よりも小さく又は大きくできる。電流制限値Ｉ_limitを、内部抵抗Ｒ_iを補正しない場合よりも小さく又は大きくすることができる。ＢＭＵ４０の制御部４１は、予め電池３０の状態に応じた補正係数ｋを取得し、記憶部４２の制御データ４２２に記憶しておく。補正係数ｋは、例えば内部抵抗のズレ又は応答遅延に応じ、電池３０に対する電流制限値の上げ又は下げの度合いに基づき、適宜の値が設定される。

図１０は、第２実施形態における電流制限値の算出処理手順の一例を示すフローチャートである。ＢＭＵ４０の制御部４１は、電池３０の現在の計測データを取得する（ステップＳ２１）。制御部４１は、内部抵抗テーブルに基づいて特定した内部抵抗Ｒ_iを取得する（ステップＳ２２）。制御部４１は、電流制限特性を読み出す（ステップＳ２３）。ステップＳ２１～ステップＳ２３の処理は、図８に示すステップＳ１１～１３と同様である。

制御部４１は、記憶部４２の制御データ４２２から補正係数ｋを読み出すことにより、補正係数ｋを取得する（ステップＳ２４）。制御部４１は、電流制限値を算出する（ステップＳ２５）。制御部４１は、電流制限値Ｉ_limit及び電圧値Ｖ′_ｎの算出にあたり、内部抵抗テーブルに基づいて特定した内部抵抗Ｒ_iに対し、補正係数ｋを乗じた値を用いて演算を行う。制御部４１は、補正係数ｋを加味した電流制限値Ｉ_limit及び電圧値Ｖ′_ｎを算出できる。制御部４１は、内部抵抗Ｒ_iに対し、補正係数ｋを加算又は減算することで、内部抵抗Ｒ_iを補正してもよい。

制御部４１は、算出した電流制限値Ｉ_limitを充電装置２０へ送信し（ステップＳ２６）、一連の処理を終了する。

本実施形態によれば、補正係数ｋを用いて内部抵抗Ｒ_iを補正することにより、電流制限値Ｉ_limitの上げ又は下げ速度を調整できる。内部抵抗Ｒ_iの変化や、充電装置２０の応答遅延を加味し、好適に充電を制御できる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、電池３０の電流値や電圧値に応じて内部抵抗Ｒ_iの補正係数を変化させる。以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成については第１実施形態及び第２実施形態と同様であるので、共通する構成については同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１１は、第３実施形態における電流制限値の算出方法の概念を説明する図である。内部抵抗Ｒ_iを補正係数ｋにより補正する場合、電池３０の現在の電流値や電圧値に応じて補正係数ｋを変化させることが好ましい。

図１１に示すように、例えば、電池３０の電流値及び電圧値が電流制限特性よりも下側にある（電池３０の電流値及び電圧値が電流制限特性の制限電流値及び電圧値よりも小さい）現在ａの場合、目標値に対してゆっくりと近づくような電流制限値Ｉ_limitを算出する。推定電流値を示す直線の傾きを小さくするよう、補正係数ｋａを選択する。電池３０の電流値及び電圧値が電流制限特性よりも上側にある（電池３０の電流値及び電圧値が電流制限特性の制限電流値及び電圧値よりも大きい）現在ｂの場合、目標値に対して早く近づくような電流制限値Ｉ_limitを算出する。推定電流値を示す直線の傾きを大きくするよう、補正係数ｋｂを選択する。電池３０の電流値及び電圧値が電流制限特性よりも上側にあり、さらに電圧値が最大充電電圧Ｖc以上である現在ｃの場合、目標値に対してより早く近づくような電流制限値Ｉ_limitを算出する。推定電流値を示す直線の傾きをより大きくするよう、補正係数ｋｃを選択する。一例として、例えば新品時の電池３０の内部抵抗を基準とした場合に、現在ａに対する補正係数ｋａ＝１．５、現在ｂに対する補正係数ｋｂ＝１．０、現在ｃに対する補正係数ｋｃ＝０．５であってもよい。

ＢＭＵ４０の制御部４１は、予め電池３０の電流値及び電圧値の状態と、電流制限値の上げ又は下げ速度を表す補正係数ｋとを対応付けた補正係数テーブルを取得し、記憶部４２の制御データ４２２に記憶しておく。補正係数ｋは、例えば電池３０の電流値及び電圧値が電流制限特性よりも上側にある場合、電池３０の電流値及び電圧値が電流制限特性よりも下側にある場合など、電池３０の電流値及び電圧値の状態に応じて複数設定されてもよい。又は、補正係数ｋは、例えば電池３０の電流値に応じて複数設定されてもよい。

制御部４１は、電流制限値Ｉ_limit及び電圧値Ｖ′_ｎの算出にあたり、内部抵抗テーブルに基づいて特定した内部抵抗Ｒ_iに対し、補正係数ｋを乗じた値を用いて演算を行う。この場合において、制御部４１は、補正係数テーブルを参照し、電池３０の現在の電流値及び電圧値に応じた補正係数ｋを取得する。具合的には、制御部４１は、電池３０の現在の電流値及び電圧値と、電流制限特性との大小関係を比較し、比較結果に応じた補正係数ｋを選択する。制御部４１は、電池３０の現在の電流値に応じた補正係数ｋを取得してもよい。

本実施形態によれば、電池３０の電流値又は電流値及び電圧値に応じて補正係数ｋを変化させることにより、電流制限値Ｉ_limitの上げ又は下げ速度を調整できる。電流制限特性に対する電池３０の電流値又は電流値及び電圧値の状態を加味し、より好適に充電を制御できる。

上記の実施形態では、管理装置４０を備える蓄電装置１０を、太陽光発電システムに適用した。管理装置、管理方法及びプログラムは、他の設備や車両（例えば自動車、二輪車、鉄道車両、産業用車両等）、産業用機器（例えば航空用、宇宙用、海洋用、港湾用等）、電源機器などに適用されてもよい。

上記の実施形態では、１つの組電池３１を管理装置４０によって管理する蓄電装置１０とした。代替的に、電池を複数直列に接続した組電池（モジュール）を複数個直列に接続したバンクと、バンクを管理する管理装置とを備えてもよい。管理装置は、計測データを取得して上位の制御装置にデータを送信する簡易的な管理装置（セル監視装置：ＣＭＵ）であってもよい。

今回開示した実施の形態は、全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。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。

１０ 蓄電装置
２０ 充電装置
３０ 蓄電素子（電池）
３１ 組電池
４０ 管理装置（ＢＭＵ）
４１ 制御部
４２ 記憶部
４３ 電圧検出回路
４４ 入出力部
４５ 通信部
４２１ プログラム
４２２ 制御データ
４２Ａ 記録媒体

Claims (10)

1. 蓄電素子の電流値及び電圧値を取得する取得部と、
   前記蓄電素子の内部抵抗と、取得した前記電流値及び電圧値とに基づいて、前記蓄電素子の電流制限特性に沿った電流制限値を算出する算出部と
   を備える管理装置。
2. 前記電流制限特性は、第１領域と、前記蓄電素子の電圧値の増加に応じて前記電流制限値が減少する第２領域とを含み、
   前記算出部は、前記電流制限特性の前記第２領域に沿った前記電流制限値を算出する
   請求項１に記載の管理装置。
3. 前記算出部は、前記蓄電素子の等価回路モデルを用いて前記電流値及び電圧値並びに前記内部抵抗に基づき推定される推定電流値と、前記電流制限特性とが交差する値を前記電流制限値として算出する
   請求項１又は請求項２に記載の管理装置。
4. 前記算出部は、前記蓄電素子の充電状態及び温度の少なくとも一方に対応する前記内部抵抗に基づいて前記電流制限値を算出する
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の管理装置。
5. 前記算出部は、補正係数を用いて補正した前記内部抵抗に基づいて前記電流制限値を算出する
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の管理装置。
6. 前記電流値に応じて前記補正係数を変化させる
   請求項５に記載の管理装置。
7. 取得した前記蓄電素子の前記電流値及び電圧値と、前記蓄電素子の前記電流制限特性との比較結果に基づいて前記補正係数を変化させる
   請求項５に記載の管理装置。
8. 蓄電素子と、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の管理装置とを備える
   蓄電装置。
9. 蓄電素子の電流値及び電圧値を取得し、
   前記蓄電素子の内部抵抗と、取得した前記電流値及び電圧値とに基づいて、前記蓄電素子の電流制限特性に沿った電流制限値を算出する
   処理をコンピュータが実行する管理方法。
10. 蓄電素子の電流値及び電圧値を取得し、
    前記蓄電素子の内部抵抗と、取得した前記電流値及び電圧値とに基づいて、前記蓄電素子の電流制限特性に沿った電流制限値を算出する
    処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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