JP2023170465A - 電池管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池を複数の運転モードで動作させる際に、運転モードごとに蓄電池の温度変化を適切に抑制することができる技術を提供する。【解決手段】本発明に係る電池管理装置は、上限Ｃレート以下で充放電する第１モードと、電池の温度変化を抑制する第２モードとを実施し、前記第２モードにおいては、ＳＯＣまたは電池出力電圧に応じてＣレートを変更する。【選択図】図１１

Description

本発明は、電池の状態を管理する技術に関する。

蓄電池（または２次電池）は、電池温度によってその特性が影響を受ける。電池温度が急激に変化すると、電池の劣化を早める可能性がある。そこで、電池温度を急激に変化させないように、電池の充放電動作を制御することが望ましい。

下記特許文献１は、『二次電池の温度変化に基づいて、想定される異常内容に応じた充放電制御を行うことができる二次電池の充放電制御回路、電池パック、電池電源システムを提供する。』ことを課題として、『二次電池４の温度ｔの基準時間ｔＬの間における変化量ｄＴＬに基づき第１変化率ｄＴＬ／ｔＬを算出する第１算出部５０１と、温度ｔの基準時間ｔＬより短い時間である基準時間ｔＳの間における変化量ｄＴＳに基づき第２変化率ｄＴＳ／ｔＳを算出する第２算出部５０２と、第１変化率ｄＴＬ／ｔＬ及び第２変化率ｄＴＳ／ｔＳに応じて、二次電池４の充放電を制御する充放電制御部５０５とを備えた。』という技術を記載している（要約参照）。

下記特許文献２は、『劣化の進んだ蓄電池は、劣化の進みが遅い蓄電池に対して、使用可能温度範囲を同じ、もしくは狭めるとともに、蓄電池温度に対する最大充放電電流を同じ、もしくは小さくする、あるいは蓄電池温度に対する蓄電池の使用可能電圧範囲を同じ、もしくは狭める』という技術を記載している（０００６参照）。

下記特許文献３には、『バッテリの電池残量に基づいて，前記バッテリステーションに格納された前記バッテリの交換可能性を定量的に評価し，当該バッテリの交換可能性の評価値に基づいて，当該バッテリステーションによる当該バッテリの充電速度を決定するバッテリ管理システム』が記載されている（請求項１等参照）。

特開２０１２－０３４４２５号公報 特許第５９３２１９０号 特許第６５６４５０２号

蓄電池は一般に、急激な温度変化が生じると劣化が促進すると考えられている。他方で電池の運転モードは様々であり、例えば急速な充放電を実施することもあれば、通常運転を実施することもある。さらに、電池の温度変化は、充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）や電池の出力電圧との間においても関係を有する。このように、電池の温度変化については運転モードおよびこれに関連するパラメータが様々に存在するが、特許文献１のような従来技術においては、これらが必ずしも十分に考慮されていない。

また、電池の温度変化は、運転モードによっては、正常時におけるＳＯＣの違いにおいても大きな変化が生じることがあるが、特許文献２では、劣化したものと正常なものにおいての温度使用範囲の制約に限定される。特許文献３においても、評価された残量と交換可能性に基づいての充電速度の決定のみであり、充電速度とＳＯＣの組み合わせによって、劣化が促進されるということまで考慮されていない。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、蓄電池を複数の運転モードで動作させる際に、運転モードごとに蓄電池の温度変化を適切に抑制することができる技術によって、管理や制御の中で、蓄電池を可能な限り劣化させない、いたわり運転を提供することを目的とする。

本発明に係る電池管理装置は、上限Ｃレート以下で充放電する第１モードと、電池の温度変化を抑制する第２モードとを実施し、前記第２モードにおいては、ＳＯＣまたは電池出力電圧に応じてＣレートを変更する。

本発明に係る電池管理装置によれば、運転モードごとに蓄電池の温度変化を適切に抑制することができる。本発明のその他の課題、構成、効果などについては、以下の実施形態の説明により明らかとなる。

電池の充放電動作における電池温度の変化を示す。 電池の充放電動作における電池温度の変化を示す。 電池の充放電動作における電池温度の変化を示す。 充電動作時における電池温度とＳＯＣそれぞれの経時変化例を示す。 放電動作時における電池温度とＳＯＣそれぞれの経時変化例を示す。 充電動作時における電池温度と電池出力電圧（電池電圧）それぞれの経時変化例を示す。 放電動作時における電池温度と電池電圧それぞれの経時変化例を示す。 電池の劣化にともなう電圧閾値の変化を示す。 電池の劣化にともなうＳＯＣ閾値の変化を示す。 実施形態１に係る電池管理装置が実施する第１モードを示す。 実施形態１に係る電池管理装置が実施する第２モードを示す。 電池周辺の温度が低い場合における第２モードの例を示す。 実施形態２に係る電池管理装置の周辺機器の構成例を示す。 実施形態２に係る電池管理装置の周辺機器の別構成例を示す。 実施形態２に係る電池管理装置の周辺機器の別構成例を示す。 電池管理装置１００の構成図である。 電池管理装置１００の別構成例を示す。 充電ステーション１５００の構成例を示す。 充電ステーション１５００の動作モードを制御する条件を説明する模式図である。 充電ステーション１５００の動作モードを制御する別条件を説明する模式図である。 電池管理装置１００が電池をクラスタリングする例を示す模式図である。 電池を直列接続する個数を電池管理装置１００が決定する手順を説明する模式図である。 サイト間において電力を融通する場合における電力システムの構成例を示す模式図である。 電力システムの運用スケジュールの例である。

＜実施の形態１：電池の温度特性についての検証＞
図１～図３は、電池の充放電動作における電池温度の変化を示す。各図において左図は放電動作を示し、右図は充電動作を示す。各図において、横軸はＳＯＣを示し、縦軸は電池温度を示す。いずれもＳＯＣを０％と１００％との間で変化させた結果を示す。図１から図３へ向かうにしたがって、Ｃレート（１時間で満充電状態または完放電状態となる電池動作電流を１Ｃとする）が次第に大きくなっている。例えば図１は通常運転時のＣレート、図２はやや大きいＣレート、図３はさらに大きいＣレートを用いた場合における電池温度の変化を示す。

図２における範囲２１～２３と範囲２４～２６においては、充放電が進むにしたがって電池温度が単調増加している。図３においてはその傾向が顕著となり、範囲３１～３３と範囲３４～３６いずれにおいても、充放電が進むにしたがって電池温度が直線的に増加する。これに対して図１の範囲１１～１３と範囲１４～１６においては、充放電動作の初期段階で電池温度がいったん下降し、その後に上昇へ転じる現象がみられる。これは、電荷が電池電極の一方へある程度蓄積されると電池温度が上がり始めることに起因すると考えられる。Ｃレートが高い動作モードにおいては、電荷蓄積が速やかに生じるので、充放電動作の初期段階から電池温度が上昇するが、Ｃレートが低い動作モードにおいてはある程度電荷が蓄積するまでは電池温度が下がると考えられる。

図４は、充電動作時における電池温度とＳＯＣそれぞれの経時変化例を示す。充電期間４１において、電池温度は図１右図に対応する経時変化を示す。図４に示すように、電池の温度変化は経過時間に対して変曲点４３と４４を有する。これらに対応するＳＯＣをそれぞれ図１におけるＳＯＣ＿ＵＬおよびＳＯＣ＿ｔｈ２として用いる。充電期間４２は充電期間４１よりもＣレートを下げた場合を示す。この場合も同様に、電池温度は変曲点４５と４６を有する。これらに対応するＳＯＣも、ＳＯＣ＿ＵＬおよびＳＯＣ＿ｔｈ２と一致している。

図５は、放電動作時における電池温度とＳＯＣそれぞれの経時変化例を示す。放電期間５１において、電池温度は図１左図に対応する経時変化を示す。放電動作においても充電動作と同様に電池温度は変曲点５２と５３を有する。これらに対応するＳＯＣをそれぞれ図１におけるＳＯＣ＿ＬＬおよびＳＯＣ＿ｔｈ１として用いる。

図６は、充電動作時における電池温度と電池出力電圧（電池電圧）それぞれの経時変化例を示す。図６は図４と同じグラフを再掲したものである。図１～図５で説明したＳＯＣ＿ＵＬ、ＳＯＣ＿ｔｈ２、ＳＯＣ＿ＬＬ、ＳＯＣ＿ｔｈ１は、ＳＯＣの値に代えて、これらに対応する電池電圧の値に置き換えることもできる。例えば変曲点４３はＳＯＣ＿ｔｈ２に対応しているので、変曲点４３に対応するＶ＿ｔｈ２はＳＯＣ＿ｔｈ２と等価である。同様に変曲点４４はＳＯＣ＿ＵＬに対応しているので、変曲点４４に対応するＶ＿ＵＬはＳＯＣ＿ＵＬと等価である。

図７は、放電動作時における電池温度と電池電圧それぞれの経時変化例を示す。図７は図５と同じグラフを再掲したものである。変曲点５２はＳＯＣ＿ｔｈ１およびＶ＿ｔｈ１と対応し、これらは等価である。変曲点５３はＳＯＣ＿ＬＬおよびＶ＿ＬＬと対応し、これらは等価である。

図８は、電池の劣化にともなう電圧閾値の変化を示す。図８下段は、図８上段に対して電池が劣化した時点における各閾値の変化を示す。ここでは図６～図７で説明した電圧閾値Ｖ＿ＵＬ、Ｖ＿ＬＬ、Ｖ＿ｔｈ１、Ｖ＿ｔｈ２を示した。図８に示すように、電池劣化にともなって、Ｖ＿ＵＬとＶ＿ＬＬは変化しない。Ｖ＿ｔｈ１は、劣化にともなう内部抵抗増加による電圧降下分だけ小さい方向にシフトする。Ｖ＿ｔｈ２は、劣化にともなう内部抵抗増加による電圧上昇分だけ大きい方向にシフトする。なおＶ＿ｔｈ１とＶ＿ｔｈ２は 充放電電流によっても同様に上下にシフトすることを付言しておく。

図９は、電池の劣化にともなうＳＯＣ閾値の変化を示す。図９下段は、図９上段に対して電池が劣化した時点における各閾値の変化を示す。ここでは図４～図５で説明したＳＯＣ閾値ＳＯＣ＿ＵＬ、ＳＯＣ＿ＬＬ、ＳＯＣ＿ｔｈ１、ＳＯＣ＿ｔｈ２を示した。図９に示すように、電池劣化にともなって、ＳＯＣ＿ｔｈ１とＳＯＣ＿ｔｈ２は変化しない。ＳＯＣ＿ＬＬは、劣化にともなう内部抵抗増加による電圧降下分だけ大きい方向にシフトする。ＳＯＣ＿ＵＬは、劣化にともなう内部抵抗増加による電圧上昇分だけ小さい方向にシフトする。

＜実施の形態１：動作モード＞
図１０は、実施形態１に係る電池管理装置が実施する第１モードを示す。便宜上、第１モードをＭＯＤＥ１＿１とＭＯＤＥ１＿２の２つに分けた。横軸は充電電流を示し、縦軸は１サイクルの充電動作中における電池温度の変化を示す。黒丸は、ＳＯＣがＳＯＣ＿ｔｈ２からＳＯＣ＿ＵＬまでのときにおける電池温度の変化を示す。白丸は、ＳＯＣがＳＯＣ＿ｔｈ２以下のときにおける電池温度の変化を示す。各モードにおける電池温度の経時変化は同じものを示している。

ＭＯＤＥ１＿１は、電池の温度変化を抑制したいときに実施する動作モードである。この場合は、電池温度の経時変化が小さいかあるいはマイナス（温度が下がる）となる充電電流を用いることが望ましい。図１右図におけるＳＯＣ＿ｔｈ２以下の範囲は電池温度が下がるので、この場合は図１に対応する動作電流を用いることが望ましい。ＳＯＣがＳＯＣ＿ｔｈ２～ＳＯＣ＿ＵＬである場合においても、充電電流が小さいほうが電池温度の上昇をより抑制できるので、同様に図１に対応する動作電流を用いることが望ましい。そこでＭＯＤＥ１＿１においては、図１に対応する動作電流Ｉ１を用いることとした。

ＭＯＤＥ１＿２は、電池を急速充電（または急速放電）したいときに実施する動作モードである。この場合は電池の温度変化よりも充電時間を短縮することを優先するので、ＭＯＤＥ１＿１よりも大きいＣレートＩ２（＞Ｉ１）を用いる。この場合は、ＭＯＤＥ１＿１よりも電池温度の上昇が大きいが、一時的な急速運転なので温度変化については許容することとした。

図１１は、実施形態１に係る電池管理装置が実施する第２モードを示す。縦軸、横軸、黒丸、白丸は図１０と同じである。第２モードは、通常運転時において実施するものであり、１サイクルの充電動作中における電池温度の変化をある範囲内に収めることを目的としている。例えばＳＯＣがＳＯＣ＿ｔｈ２～ＳＯＣ＿ＵＬである場合はＣレートをＩ３とするが、ＳＯＣがＳＯＣ＿ｔｈ２以下であれば温度変化はより小さいので、より高いＣレートＩ４（＞Ｉ３）を用いることが許容される。このように、ＳＯＣの値によって電池温度の変化量が異なることに着目し、ＳＯＣの値ごとにＣレートを変化させることにより、電池温度の変化を抑制するとともに運転効率を確保できる。

図１２は、電池周辺の温度が低い場合における第２モードの例を示す。周辺温度が十分低い場合、電池の温度上昇は、周辺温度が高い場合と比較して抑制される。したがってこの場合は、周辺温度が高い場合における上限Ｃレートを超えるＣレートを用いることが許容される。例えば動作電流がＳＯＣ＿ｔｈ２～ＳＯＣ＿ＵＬであるときにおける上限Ｃレートに達したとしても、現在のＳＯＣがＳＯＣ＿ｔｈ２以下であれば、さらに高いＣレートを用いたとしても、温度上昇は第２モードの制限範囲内に抑えることができる。図１１と図１２いずれを用いるかについては、電池周辺温度の閾値をあらかじめ定めておき、周辺温度がその閾値以上であれば図１１、閾値未満であれば図１２を用いる、などのように切り替えればよい。図１２においてどの程度のＣレートまでを許容するかについても同様にあらかじめ電池の仕様にしたがって定めておけばよい。

図１０～図１２においては、充電動作時の動作モードについて説明した。放電動作時については、図１０～図１２における『ＳＯＣ＿ｔｈ２～ＳＯＣ＿ＵＬ』を『ＳＯＣ＿ｔｈ１以上』に置き換え、『ＳＯＣ＿ｔｈ２以下』を『ＳＯＣ＿ＬＬ～ＳＯＣ＿ｔｈ１』に置き換えれば、図１０～図１２における説明をそのまま適用することができる。

＜実施の形態２＞
図１３Ａは、本発明の実施形態２に係る電池管理装置の周辺機器の構成例を示す。電池はバッテリ管理ユニット（ＢＭＵ）を介して、ＤＣＤＣコンバータと接続され、ＤＣＤＣコンバータはさらにＤＣＡＣコンバータと接続されている。ＤＣＡＣコンバータは変圧器とも接続されている。電池管理装置は、ＢＭＵまたはＤＣＤＣコンバータから、電池電圧またはＳＯＣ、電池電流、電池温度、などについての計測値を取得する。電池管理装置は上位コントローラから、充放電計画、電流上限値、電圧上下限値、ΔＴの許容値（ＭＯＤＥ２における縦軸の許容範囲）、電圧閾値またはＳＯＣ閾値（図１～図７で説明したＶ＿ＵＬ、ＳＯＣ＿ＵＬ、Ｖ＿ｔｈ１、ＳＯＣ＿ｔｈ１などの閾値）、などを受け取る。電池管理装置はこれらに基づき電池の運転モードと指令値を決定する。電池管理装置はその指令値をＤＣＡＣコンバータに対して出力する。ＤＣＡＣコンバータはその指令値にしたがって電池動作を制御する。説明の便宜上、図１３ＡにおけるＤＣＤＣコンバータとＤＣＡＣコンバータのセットを充放電装置ａと呼ぶ。

図１３Ｂは、実施形態２に係る電池管理装置の周辺機器の別構成例を示す。図１３Ａとは異なり、電池はＢＭＵを介してＤＣＡＣコンバータと接続されている。電池管理装置はＢＭＵまたはＤＣＡＣコンバータから計測値を受け取り、ＤＣＡＣコンバータに対して指令値を出力する。説明の便宜上、図１３ＢにおけるＤＣＡＣコンバータを充放電装置ａ１と呼ぶ。

図１３Ｃは、実施形態２に係る電池管理装置の周辺機器の別構成例を示す。図１３Ａとは異なり、電池はＢＭＵを介してＤＣＡＣコンバータと接続され、ＤＣＡＣコンバータは変圧器を介してＡＣＤＣコンバータと接続されている。ＡＣＤＣコンバータはさらにＤＣバスと接続されている。電池管理装置はＢＭＵまたはＤＣＡＣコンバータから計測値を受け取り、ＤＣＡＣコンバータおよびＡＣＤＣコンバータに対して指令値を出力する。図１３ＡにおけるＤＣＡＣコンバータと変圧器とＡＣＤＣコンバータのセットを充放電装置ｂと呼ぶ。

図１４Ａは、電池管理装置１００の構成図である。電池管理装置１００は、データ取得部１１０と制御部１２０を備える。この構成は他の実施形態においても用いることができる。データ取得部１１０は、ＢＭＵや上位コントローラから図１３Ａ～図１３Ｃにおける各パラメータを取得する。制御部１２０は、これらのパラメータに基づき電池に対する指令値を決定する。電池の動作モードは、上位コントローラから指示してもよいし、上位コントローラは例えば運転モード、充放電計画、などについてのみを指示し、制御部１２０がこれらに基づき動作モードを決定することもできる。制御部１２０が動作モードを決定する場合は、（ａ）ＭＯＤＥ１＿１においては電池電圧の上下限を上位コントローラから取得し、（ｂ）ＭＯＤＥ１＿２においてはＣレート上限と電池電圧の上下限を上位コントローラから取得し、（ｃ）ＭＯＤＥ２においては電池電圧の上下限と温度変化ΔＴの許容範囲と電圧閾値またはＳＯＣ閾値（Ｖ＿ＵＬ、ＳＯＣ＿ＵＬなど）を上位コントローラから取得すればよい。

図１４Ｂは、電池管理装置１００の別構成例を示す。データ取得部１１０は、ＢＭＵから電池の劣化状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ：ＳＯＨ）を取得する。制御部１２０はそのＳＯＨを電池の残り運転サイクル数へ変換する。制御部１２０は、その残り運転サイクル数を電池のアイリングモデルに対して適用することにより、電池の温度変化の許容範囲（ΔＴの許容範囲）を取得する。その他は図１４Ａと同様である。アイリングモデルはあらかじめ作成しておいてそのモデルを記述したデータを電池管理装置１００が備える記憶装置に格納しておけばよい。

図１５は、充電ステーション１５００の構成例を示す。充電ステーション１５００（充電装置）は、例えば電気自動車などのように蓄電池を搭載した電気機器に対して充電機能を提供する設備である。充電ステーション１５００は、充放電装置ａを介して電池を充電する機能と、充放電装置ｂを介して電池を充電する機能とを備える。電池管理装置１００は、各充放電装置を制御することにより、充放電動作を制御する。充放電装置ｂは、ＤＣバスを介して太陽電池（ＰＶ）制御装置およびＰＶと接続され、あるいはＤＣ負荷と接続されている場合もある。ユーザは、充電したい電池を充電ステーション１５００に対して接続することにより、充電することができる。

図１６Ａは、充電ステーション１５００の動作モードを制御する条件を説明する模式図である。ここでは４つの充電ステーション１５００がある地理的範囲内に存在していると仮定する。第１充電ステーションにおいて電気自動車が充電を実施し、ＳＯＣ（残量）８０％、ＳＯＨ８０％の状態で発進したものとする。第１充電ステーションの近傍にその他の電気自動車は存在しないので、第１充電ステーションが所定時間内に充電動作を実施する予測件数は０である。第２および第３充電ステーションの近傍には、残量２０％の電気自動車が１台存在するので、これらが所定時間内に充電動作を実施する予測件数は１である。第４充電ステーションの近傍には、それぞれ残量２０％と１０％の電気自動車が存在するので、所定時間内に充電動作を実施する予測件数は２である。

上位コントローラ（または可能であれば電池管理装置１００）は、各電気自動車から現在位置およびＳＯＣとＳＯＨを取得し、これらに基づき、各充電ステーションの動作モードを決定する。充電動作の予測件数は、電気自動車の位置に基づきその電気自動車近傍の充電ステーションを特定し、さらにＳＯＣに基づき充電要否を判定することにより、その電気自動車が所定時間内において近傍ステーションで充電動作を実施すると予測することができる。この例においては、第２および第３充電ステーションは充電動作の予測件数が過大ではないので、ＭＯＤＥ２（通常運転モード）を指示する。第４充電ステーションに到着すると予測される電気自動車が搭載している電池はＳＯＨが低いので、劣化抑制を優先してＭＯＤＥ１＿１を指示する。

図１６Ｂは、充電ステーション１５００の動作モードを制御する別条件を説明する模式図である。充電ステーションの構成は図１６Ａと同じであるが、第４充電ステーションの周辺にはＳＯＣが小さい電気自動車が４台存在し、したがって所定時間内における充電動作の予測件数は４である。この場合、第４充電ステーションは急速充電を実施しないと充電リクエストを滞留させてしまう。そこで上位コントローラ（または可能であれば電池管理装置１００）は、第４充電ステーションについてはＭＯＤＥ１＿２を指示する。

＜実施の形態３＞
図１７は、電池管理装置１００が電池をクラスタリングする例を示す模式図である。電池に対して実施形態１で説明した動作モードを指示する場合、電池の特性は、劣化にともなって変化する閾値にしたがって分類することができる。例えば電池が劣化するとＶ＿ｔｈ１とＶ＿ｔｈ２が変化するので（図８参照）、制御部１２０はこれらの値が近接する電池個体を類似特性のものとして分類することができる。同様にＳＯＣ＿ＵＬとＳＯＣ＿ＬＬに基づく分類することもできる（図９参照）。制御部１２０はその結果を適当なインターフェース経由で（例：画面表示、結果を記述したデータ、など）出力する。ユーザはその結果にしたがって、同じ分類に属する電池群を直列接続して運用する。これにより、電池を交換するタイミングを、電池群ごとに揃えることができる。

＜実施の形態４＞
図１８は、電池を直列接続する個数を電池管理装置１００が決定する手順を説明する模式図である。ここでは実施形態２において説明した充放電装置ｂ（図１３Ｃの構成）を想定する。図１８右図に示す領域１８０１は、ＤＣＡＣコンバータとＡＣＤＣコンバータとの間に配置された変圧器の動作波形の歪が小さく、電力品質が高い動作領域である。充放電装置ｂを用いる場合、良好な電力品質を提供するためには、領域１８０１内において変圧器が動作するように、充電電流を制御することが望ましい。したがって電池管理装置１００は、領域１８０１にしたがって電流指令値を出力することが望ましい。

図１１において説明したように、電池電圧がＶ＿ｔｈ２以下である場合においては充電電流としてＩ４を用い、電池電圧がＶ＿ｔｈ２～Ｖ＿ＵＬにおいては充電電流としてＩ３３を用いる。したがって充電電流および電池電圧は図１８左図のように変化する。他方で領域１８０１は、充電電流がＩ４からＩ３へ下がると、電池電圧に対するＤＣバス電圧の比率が下がるようになっている。ここでいう電池電圧は、複数の電池を直列接続した場合においては、その直列接続した電池電圧の合計である。

以上に鑑みると、領域１８０１内において電池を動作させる際に、電池の好適な直列接続数も変化することになる。そこで電池管理装置１００は、領域１８０１にしたがってその直列接続数を計算し、その結果を出力してもよい。電池の直列接続数は、例えばＢＭＵまたはその上位装置によって動的に変更することもできるし、ユーザが手作業によって入れ替えてもよい。

電池が充電動作を実施する場合、電池劣化を抑制するためには、電池に対してかける負荷をなるべく小さくすることが望ましい。したがって領域１８０１による動作を実施することにより、変圧器における波形歪みが小さいほうが好適である。他方で電池が放電動作を実施する際には、ＤＣバス側において電力波形が多少歪んでいても、ＤＣ負荷などの作用によってその歪みが吸収され、電池に対する負荷は小さい。したがって放電動作時においては、必ずしも領域１８０１内で電池を動作させる必要はない。

＜実施の形態５＞
図１９は、サイト間において電力を融通する場合における電力システムの構成例を示す模式図である。第１サイトにおいては、充放電装置ａ（またはａ１）によって電池が制御され、さらに太陽電池発電も備えている。第１サイトにおける余剰電力は、電力系統を介して第２サイトに対して送電される。電力系統を安定運用するために、各サイトは統括システムに対して以下の報告をすることが必要である。第１サイトの上位コントローラは、太陽電池による発電量予測、需要予測、などを統括システム（例：電力広域的運営推進機関：ＯＣＴＴＯ）へ報告する。第２サイトにおいても上位コントローラが需要予測を統括システムへ報告する。電池管理装置１００は第１サイトに配置されている。

図２０は、電力システムの運用スケジュールの例である。第１サイトは、統括システムに対して、送電を実施する前日１２：００までに、太陽電池の発電予測（ＰＶ発電予測１）と需要予測を報告する。第２サイトにおいても需要予測を同様に報告する。翌日の送電時刻前において、電池管理装置１００は、太陽電池の発電実績を得ることができる。この送電直前の発電実績に基づき、上位コントローラは改めて太陽電池の発電予測を実施する（ＰＶ発電予測２）。

上位コントローラは、以下の条件（ａ）（ｂ）いずれかを満たす場合、電池をＭＯＤＥ１＿２（急速運転モード）で動作させることを前提として、充放電計画を作成する：（ａ）ＰＶ発電予測２の予測値がＰＶ発電予測１の予測値よりも所定値以上小さい；（ｂ）ＰＶ発電実績（図２０における０３：００～０７：００の実績）がＰＶ発電予測１の予測値よりも所定値以上小さい（例：積雪などによる）。太陽電池の発電量が予測よりも小さければ、その不足分を電池からの放電によって補う必要があるからである。

＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

以上の実施形態において、データ取得部１１０と制御部１２０は、その機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアによって構成することもできるし、その機能を実装したソフトウェアをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置が実行することによって構成することもできる。

実施形態２において、充電ステーション１５００は、充電した電池を搭載した電気機器が充電ステーション１５００から発進できればよく、そのための具体的手段は限定されるものではない。

以上の実施形態において、上位コントローラが実施する動作は、制御部１２０によって実施することもできる。

以上の実施形態において、電池温度の変化による電池の劣化を抑制することは、電池の生産量を抑制することを介して、電池生産のための資源を節約することにもつながることを付言しておく。

１００：電池管理装置
１１０：データ取得部
１２０：制御部

Claims (14)

1. 電池の状態を管理する電池管理装置であって、
   前記電池の出力電圧または前記電池の充電状態のうち少なくともいずれかを取得する取得部、
   前記電池の充放電動作を制御する制御部、
   を備え、
   前記制御部は、前記電池が実施する充放電動作を第１モードと第２モードとの間で切り替えることができるように構成されており、
   前記制御部は、前記第１モードを実施する場合は、前記電池が上限Ｃレート以下で動作するように、前記電池に対する動作指令を出力し、
   前記制御部は、前記第２モードを実施する場合は、前記電池が充電動作または放電動作を実施している間における前記電池の温度の変化が所定温度変化量以内に収まるように、前記電池の動作電流を指示し、
   前記制御部は、前記充電状態または前記出力電圧が所定範囲内となるように前記電池に対して指示することにより、前記温度の変化が前記所定温度変化量以内に収まるように前記動作電流を指示し、
   前記制御部は、前記第２モードを実施する場合において、前記充電状態または前記出力電圧が前記所定範囲内であれば、前記電池が第１動作電流で動作するように指示し、
   前記制御部は、前記第２モードを実施する場合において、前記充電状態または前記出力電圧が前記所定範囲外であれば、前記温度の時間変化が前記第１動作電流による動作時以下となる第２動作電流で前記電池が動作するように指示する
   ことを特徴とする電池管理装置。
2. 前記電池は、充電動作を実施している間は、前記所定範囲以下の範囲における前記温度の上昇量が、前記所定範囲における前記温度の上昇量以下である特性を有し、
   前記電池は、放電動作を実施している間は、前記所定範囲以上の範囲における前記温度の上昇量が、前記所定範囲における前記温度の上昇量以下である特性を有し、
   前記制御部は、充電動作中に前記第２モードを実施する場合は、前記充電状態または前記出力電圧が前記所定範囲以下であれば前記第１動作電流以上の前記第２動作電流で前記電池が動作するように指示し、
   前記制御部は、放電動作中に前記第２モードを実施する場合は、前記充電状態または前記出力電圧が前記所定範囲以上であれば前記第１動作電流以上の前記第２動作電流で前記電池が動作するように指示する
   ことを特徴とする請求項１記載の電池管理装置。
3. 前記制御部は、前記温度が基準値以下のとき前記第２モードを実施する場合は、前記温度の時間変化が前記所定温度変化量以内であれば、前記上限Ｃレート以上の動作電流で前記電池が動作することを許容するように、前記電池に対して指示する
   ことを特徴とする請求項１記載の電池管理装置。
4. 前記制御部は、前記第１モードにおいて、前記電池を通常Ｃレート運転させる場合は、前記電池が前記上限Ｃレート以下の第１範囲で動作するように、前記電池に対して指示し、
   前記制御部は、前記第１モードにおいて、前記電池を前記通常Ｃレート運転よりもＣレートが大きい急速Ｃレート運転させる場合は、前記電池が前記上限Ｃレート以下かつ前記第１範囲以上の第２範囲で動作するように、前記電池に対して指示する
   ことを特徴とする請求項１記載の電池管理装置。
5. 前記所定範囲の上限と下限は、前記電池の充放電動作における前記温度の時間変化の極値が発生する動作点によって定まる
   ことを特徴とする請求項１記載の電池管理装置。
6. 前記制御部は、充電動作を実施する場合は、前記出力電圧の前記所定範囲の下限を前記電池の劣化にともなって大きくするとともに、上限を前記電池の劣化にともなって変更せず、
   前記制御部は、放電動作を実施する場合は、前記出力電圧の前記所定範囲の上限を前記電池の劣化にともなって小さくするとともに、下限を前記電池の劣化にともなって変更しない
   ことを特徴とする請求項１記載の電池管理装置。
7. 前記制御部は、充電動作を実施する場合は、前記充電状態の前記所定範囲の上限を前記電池の劣化にともなって小さくするとともに、下限を前記電池の劣化にともなって変更せず、
   前記制御部は、放電動作を実施する場合は、前記充電状態の前記所定範囲の下限を前記電池の劣化にともなって大きくするとともに、上限を前記電池の劣化にともなって変更しない
   ことを特徴とする請求項１記載の電池管理装置。
8. 前記制御部は、前記電池の劣化状態を取得し、
   前記制御部は、前記劣化状態を、前記電池が寿命に達するまでの残り運転サイクル数へ変換し、
   前記制御部は、前記電池のアイリングモデルに対して前記残り運転サイクル数を適用することにより、前記所定温度変化量を求める
   ことを特徴とする請求項１記載の電池管理装置。
9. 前記制御部は、前記電池の劣化状態と前記充電状態を取得し、
   前記制御部は、前記劣化状態と前記充電状態に基づき、充電装置が所定時間内において前記電池を充電する回数を推定し、
   前記制御部は、前記推定した前記回数が回数基準値未満でありかつ前記劣化状態が劣化状態基準値未満である場合は、前記第１モードにおいて前記通常Ｃレート運転を実施するように前記電池に対して指示し、
   前記制御部は、前記推定した前記回数が前記回数基準値以上である場合は、前記第１モードにおいて前記急速Ｃレート運転を実施するように前記電池に対して指示する
   ことを特徴とする請求項４記載の電池管理装置。
10. 前記制御部は、前記所定範囲の上限と下限それぞれについて、充電動作と放電動作ごとにクラスタリングを実施してその結果を出力する
    ことを特徴とする請求項１記載の電池管理装置。
11. 前記電池は、ＤＣＡＣ変換器と変圧器とＡＣＤＣ変換器を介して、ＤＣバスと接続されており、
    前記制御部は、前記出力電圧に対する前記ＤＣバスの電圧の比率と、前記動作電流と、前記変圧器が安定動作することができる前記比率および前記動作電流との間の関係に基づき、前記電池の直列接続数を算出してその結果を出力する
    ことを特徴とする請求項１記載の電池管理装置。
12. 前記制御部は、前記電池が放電動作を実施する場合における前記電池の直列接続数については、前記関係に依拠することなく前記電池の直列接続数を算出してその結果を出力する
    ことを特徴とする請求項１１記載の電池管理装置。
13. 前記電池は、太陽光発電システムに対して接続されており、
    前記制御部は、前記太陽光発電システムの発電量予測と前記太陽光発電システムに対する需要予測と前記太陽光発電システムの発電量実績を取得し、
    前記制御部は、前記発電量予測と前記需要予測と前記発電量実績にしたがって、前記第１モードと前記第２モードのうちいずれを実施するかを決定する
    ことを特徴とする請求項１記載の電池管理装置。
14. 前記制御部は、前記第１モードにおいて、前記電池を通常Ｃレート運転させる場合は、前記電池が前記上限Ｃレート以下の第１範囲で動作するように、前記電池に対して指示し、
    前記制御部は、前記第１モードにおいて、前記電池を前記通常Ｃレート運転よりもＣレートが大きい急速Ｃレート運転させる場合は、前記電池が前記上限Ｃレート以下かつ前記第１範囲以上の第２範囲で動作するように、前記電池に対して指示し、
    前記制御部は、第１時点における前記発電量予測と前記第１時点よりも後の第２時点における前記発電量予測を比較し、前記第２時点における前記発電量予測が前記第１時点における前記発電量予測よりも所定量以上小さければ、前記急速Ｃレート運転を実施するように前記電池に対して指示し、
    前記制御部は、前記第１時点よりも後における前記発電量実績が、前記第１時点における前記発電量予測よりも所定量以上小さければ、前記急速Ｃレート運転を実施するように前記電池に対して指示する
    ことを特徴とする請求項１３記載の電池管理装置。

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