JP5887431B2 - 電池複合システム - Google Patents

Description

本発明は、特性の異なる複数の電池を併用した電池複合システムに関する発明である。

現在、社会に供給される電力の多くは、石油や石炭などの化石燃料を燃焼させ、高温・高圧の蒸気を発生させ、蒸気タービンを回転させることによって発電されている。しかし近年、環境への配慮から、自然エネルギーを利用する発電システム（太陽光発電、風力発電等）が増加している。

上記自然エネルギーを用いて発電するシステムに対して、複数の蓄電池が複数直並列に接続されてなる大型の電池システムを併設することで、電力系統に出力する電力を平滑化するシステムがある。しかし、この電池システムは、設置場所の環境（風速や日射量）により、電池の充放電電力パターンが異なるため、必要な出力(Ｗ)、および容量(Ｗｈ)の仕様は、案件ごとに異なる。

この出力(Ｗ)、および容量(Ｗｈ)比が、セルの特性と一致していない場合、出力、又は容量のいずれかにミスマッチが生じ、結果として、余分な電池を増加させるような設計を招いてしまう。このような設計はコスト増を招き、投資回収を悪化させるため、電池システムの導入上の課題となる。

この課題を解決するために、特許文献１には、容量が多く出力が小さい容量型の電池群（以後、「容量型電池」と表記）と、容量型電池に比べ容量に対する出力（出力／容量）の値が高いパワー型の電池群（以後、「パワー型電池」と表記）を並列に接続し、アプリケーションに最適な出力容量比のシステムを提供する電池複合システムが開示されている。

一方で、特許文献１のような容量型電池とパワー型電池とを併設させる電池システムでは、電池複合システムを運用する上では、電池複合システムに入力される全体の充放電電力を容量型電池とパワー型電池に振り分ける電力分配制御が必要となる。

例えば特許文献２には、任意の固定の設定値を定め、設定値以下の電流を容量型電池へ、設定値以上の電流をパワー型、又はパワー型と容量型電池へ入力させる制御が開示されている。

特開２００７−１３５３５５号公報 特開２０００−２９５７８４号公報

しかしながら、特許文献２に記載の閾値を固定して電力を分配する方法では、パワー型電池の容量が小さいため、当該パワー型電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電量）が上限、または下限に達し易い。

そして、パワー型電池のＳＯＣが上限、または下限に達すると、充電、又は放電不可となるため、システム稼働率が低下してしまうという課題がある。

そこで本発明では、上記課題に鑑み、パワー型電池のＳＯＣが上限値または下限値に達する回数を従来方法よりも低減させることによって、システム稼働率を向上させた電池複合システムを提供する点にある。

本発明に記載の電池複合システムは、容量型電池と、該容量型電池に比べ、容量に対する出力（出力/容量）の値が高いパワー型電池を並列接続した電池複合システムであって、充放電電力が、前記容量型電池の最大充電電力以下であって最大放電電力以上である場合、充放電電力を前記パワー型電池または前記容量型電池に分配する閾値を変化させることを特徴とする。

本発明により、パワー型電池のＳＯＣ調整を行うことで、ＳＯＣが上限、または下限に達する回数が減少するため、パワー型電池が充電不可、又は放電不可となる機会が減り、電池複合システムのシステム稼働率を向上できる。

本発明の電池複合システムの構成を示す図である。 第一の実施形態に係る電池複合コントローラのインバータ電力指令値の算出手順を示すフローチャートを示す図である。 （ａ）図２のステップＳ３０２での第一の閾値、及び第二の閾値の相関関係を示す図、並びに（ｂ）図２のステップＳ３０３での第一の閾値、及び第二の閾値の相関関係を示す図である。 （ａ）閾値変動させなかった場合の充放電電力及びＳＯＣ_Pの時間変化を表す図、及び（ｂ）第一の実施形態を用いた場合の充放電電力及びＳＯＣ_Pの時間変化を表す図を示したものである。 第一の実施形態にかかる電池複合コントローラ１０４のブロック図を示したものである。 第二の実施形態に係る電池複合コントローラのインバータ電力指令値の算出手順を示すフローチャートを示す図である。 （ａ）図６のステップＳ３０２での第一の閾値、及び第二の閾値の相関関係を示す図、並びに（ｂ）図２のステップＳ３１３での第一の閾値、及び第二の閾値の相関関係を示す図である。 第二の実施形態を用いた場合の充放電電力及びＳＯＣ_Pの時間変化を表す図を示したものである。 （ａ）図２のステップＳ３０２での第一の閾値、及び第二の閾値の相関関係を示す図、並びに（ｂ）図２のステップＳ３０３での第一の閾値、及び第二の閾値の相関関係を示す図である。 第三の実施形態を用いた場合の充放電電力及びＳＯＣ_Pの時間変化を表す図を示したものである。 第四の実施形態に係る電池複合コントローラのインバータ電力指令値の算出手順を示すフローチャートを示す図である。

《第一の実施形態》
図１を用いて、電池複合システム１００を説明する。

電池複合システム１００は、インバータ１０７Ａとインバータ１０７Ｂを備え、各インバータのＤＣライン（１０８Ａ、１０８Ｂ）側にそれぞれ複数の電池からなる容量型電池１０５及び複数の電池からなるパワー型電池１０６が接続されている。また、インバータ１０７Ａ及びインバータ１０７ＢはそれぞれＡＣライン１０９側でそれぞれ互いに並列に接続されており、電池複合システム１００の外部にある発電装置１０１及び電力系統１０２に接続されている。また、このＡＣライン１０９上には電力測定器１０３が備わっている。

電力測定器１０３は、電池複合システム１００に入力される充放電電力Ｐ_inを測定し、電池複合コントローラ１０４に送信する機能を有する。ここで、電池複合システム１００に入力される充放電電力Ｐ_inと、容量型電池１０５、及びパワー型電池１０６にそれぞれ入力される充放電電力Ｐ_E__in、およびＰ_P__inの値は、充電電力値を正、放電電力値を負と定義する。また、パワー型電池１０６は、パワー型電池１０６に入力される充放電電力Ｐ_{P_in}とパワー型電池１０６で取得される情報（電池電圧Ｖ_P、電池温度Ｔｍｐ_P等）に基づきパワー型電池のＳＯＣであるＳＯＣ_Pを算出し、電池複合コントローラ１０４に送信する機能を有する。

電池複合コントローラ１０４は、電力測定器１０３より充放電電力Ｐ_inを、パワー型電池１０６よりＳＯＣ_Pの情報を取得し、インバータ１０７Ａの充放電電力指令値Ｐ_Aおよびインバータ１０７Ｂの充放電電力指令値Ｐ_Bを算出する。なお、算出方法については後に詳細に説明する。

図５は、図１の電池複合コントローラ１０４の中身を示した図である。この電池複合コントローラ１０４は、第１の閾値Ｔ_r1および第２の閾値Ｔ_r2を演算する閾値演算部１４１、パワー型電池１０６のＳＯＣ_Pを演算するＳＯＣ_P演算部１４２、容量型電池１０５の最大充電電力Ｐ_{E_max}やパワー型電池の満充電容量Ｃ_{P_max}等の情報を格納するメモリ１４３、及びインバータ１０７Ａ、１０７Ｂを制御する充放電電力指令値Ｐ_A、Ｐ_Bを演算する電力指令値演算部１４４を有している。

まず、ＳＯＣ_P演算部１４２にパワー型電池１０６に入力される充放電電力Ｐ_{P_in}、電池電圧Ｖ_P、電池温度Ｔｍｐが入力され、現在のパワー型電池１０６のＳＯＣ_Pを演算する。算出方法の一例として、電流積算法を用いた方法を述べる。パワー型電池１０６は、パワー型電池１０６に入力される充放電電流Ｉ_{P_in}を電池電圧Ｖ_Pと充放電電力Ｐ_{P_in}を用いて（１）式で算出する。

ここで、充放電電流Ｉ_{P_in}は、電流センサをインバータ１０７ＢのＤＣライン１０８Ｂ上に設置し、測定することで取得してもよい。次に、充放電電流Ｉ_{P_in}と、パワー型電池の初期充電容量Ｃ_P0、満充電容量Ｃ_{P_max}を基に、次式でパワー型電池のＳＯＣであるＳＯＣ_Pを算出する。

その後、電流測定器１０３より取得された充放電電力Ｐ_in、パワー型電池１０６のＳＯＣ_Pが閾値演算部１４１に入力される。このとき、閾値演算部１４１には、メモリ１４３から最大充電電力Ｐ_{E_max}、最大放電電力Ｐ_{E_min}、ＳＯＣ目標値ＳＯＣ_PT、パワー型電池１０６の満充電容量Ｃ_{P_max}が入力される。そして、閾値演算部１４１内で後述する演算を行ない第１の閾値Ｔ_r1および第２の閾値Ｔ_r2を算出する。なお、その算出方法については後で詳しく説明する。

最後に、第１の閾値Ｔ_r1、第２の閾値Ｔ_r2、及び充放電電力Ｐ_inが電力指令演算部１４４に入力され、当該電力指令演算部１４４内で電力指令値Ｐ_A、Ｐ_Bが演算される。そして、これらの電力指令値Ｐ_A、Ｐ_Bは各インバータ１０７Ａ、１０７Ｂに出力される。

続いて、上記演算内容の詳細を図２を用いて説明する。図２は電池複合コントローラ１０４のインバータ電力指令値Ｐ_A、Ｐ_Bの算出手順を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ３００で、閾値演算部１４１が充放電電力Ｐ_inとパワー型電池ＳＯＣ_Pの値をそれぞれ取得する。次に、ステップＳ３０１で充放電電力Ｐ_inが、容量型電池１０５の最大充電電力Ｐ_{E_max}以下で、且つ最大放電電力Ｐ_{E_min}以上であるか判定する。

なお、最大充電電力Ｐ_{E_max}、および最大放電電力Ｐ_{E_min}は、容量型電池１０５に１０Ｃ以上等、寿命や発熱に影響が及ぶ程の過度な電力が流れないよう制御するための値であって、電池の連続定格値や２秒以内パルスの最大充放電電力値等とする。また、これらの値は上述したようにメモリ１４３内に格納されている。

ステップＳ３０１において、充放電電力Ｐ_inが最大充電電力Ｐ_{E_max}以下で、且つ最大放電電力Ｐ_{E_min}以上であると判定した場合、ステップＳ３０２に進む。

なお、ここで言う最大放電電力Ｐ_{E_min}以上というのは、充電側を正の値として取った場合のことである。そのため、ステップＳ３０１の条件では充放電電力Ｐ_inの絶対値を取った場合に、その大きさが０≦｜Ｐ_in｜≦｜Ｐ_{E_max}｜、０≦｜Ｐ_in｜≦｜Ｐ_{E_min}｜となる。つまり言い換えると、充放電電力Ｐ_inの絶対値の大きさが、前記容量型電池の最大充電電力の絶対値の大きさ以下であって最大放電電力の絶対値の大きさ以下であることと同義である。

ステップＳ３０２では、パワー型電池１０６のＳＯＣであるＳＯＣ_Pと、ＳＯＣ目標値ＳＯＣ_PTを基に、第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2を設定する。電池複合システム１００を電力平滑化用途に用いる場合、パワー型電池１０６は常に充電、および放電がどちらも可能である状態であることが望ましい。

本実施形態ではパワー型電池１０６のＳＯＣ目標値ＳＯＣ_PTをＳＯＣ使用範囲の中心値（例えばＳＯＣ使用範囲の下限値３０％、ＳＯＣ使用範囲の上限値が８０％であった場合、ＳＯＣ目標値ＳＯＣ_PTは５５％となる。）として説明する。なお、ＵＰＳの様に大電力放電が多く、大電力充電がほとんど発生しない考えられるアプリケーションの場合、ＳＯＣ_PTをＳＯＣの使用範囲の９割程度と設定してもよい。これにより、ＳＯＣ_PTをＳＯＣ使用範囲の中心値とした場合よりも、長時間パワー型電池１０６の大電力放電が可能となる。

ここで、第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2の算出例として、パワー型電池１０６のＳＯＣ_Pの他に、パワー型電池の電池電圧Ｖ_Pと満充電容量Ｃ_{P_max}、制御周期から設定する比例定数Ｓを用いた方法を述べる。ＳＯＣ_P≧ＳＯＣ_PTの場合の式を（１）式、及びのＳＯＣ_P＜ＳＯＣ_PT場合の式を（２）式として示す。

なお、（１）式では第一の閾値の条件はＴ_r1＝Ｐ_{E_max}を満たす必要がある。なぜなら、容量型電池１０５の最大充電電力Ｐ_{E_max}を超えて容量型電池１０５に電力を充電させることが出来ないからである。また、当該（１）式でＴ_r2≧０となった場合にＴ_r2＝０としたのは、ＳＯＣ_P≧ＳＯＣ_PTの場合に、パワー型電池１０６の充電を防止することで、ＳＯＣ_Pの目標値ＳＯＣ_PTからの乖離を防ぐためである。

上記理由と同様に、（２）式では第二の閾値の条件Ｔ_r2＝Ｐ_{E_min}を満たす必要がある。なぜなら、容量型電池１０５の最大放電電力Ｐ_{E_min}を超えて容量型電池１０５から電力を放電させることが出来ないからである。また、当該（２）式でＴ_r1＜０となった場合にＴ_r1＝０としたのは、ＳＯＣ_P＜ＳＯＣ_PTの場合に、パワー型電池１０６の放電を防止することで、ＳＯＣ_Pの目標値ＳＯＣ_PTからの乖離を防ぐためである。

以上のように、当該（１）式、及び（２）式を基にパワー型電池１０６のＳＯＣ_Pと第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2の相関を図で表わすと、図３（ａ）となる。

ステップＳ３０１において、充放電電力Ｐ_inが最大充電電力Ｐ_{E_max}以下、又は最大放電電力Ｐ_{E_min}以上であると判定した場合、ステップＳ３０１の条件を満たすため、ステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２では、上述した（１）式、及び（２）式の条件を満たすように制御を行なう。つまり、ステップＳ３０２に進んだ場合には図３（ａ）に示したような第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2の制御となる。

一方、ステップＳ３０１において、充放電電力Ｐ_inが最大充電電力Ｐ_{E_max}より大きい、又は最大放電電力Ｐ_{E_min}より小さいと判定した場合、ステップＳ３０１の条件を満たさないため、ステップＳ３０３に進む。

ステップＳ３０３では、第１の閾値Ｔ_r1を容量型電池１０５の最大充電電力Ｐ_{E_max}とし、第２の閾値Ｔ_r2を容量型電池１０５の最大放電電力Ｐ_{E_min}と設定する。上述したが、ここで言う最大放電電力Ｐ_{E_min}以上というのは、充電側を正の値として取った場合のことである。そのため、ステップＳ３０１からステップＳ３０３に至るための条件は充放電電力Ｐ_inの絶対値を取った場合に、その大きさが｜Ｐ_{E_max}｜＜｜Ｐ_in｜、｜Ｐ_{E_min}｜＜｜Ｐ_in｜となる。

つまり言い換えると、充放電電力Ｐ_inの絶対値の大きさが、前記容量型電池の最大充電電力の絶対値の大きさより大きい、または充放電電力Ｐ_inの絶対値の大きさが最大放電電力の絶対値の大きさより大きいことと同義である。

図３（ｂ）はステップ３０３におけるパワー型電池１０６のＳＯＣ_Pと第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2の相関を表している。つまり、ステップＳ３０３に進んだ場合には図３（ｂ）に示したような第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2の制御となる。

ステップＳ３０２、又はステップＳ３０３で第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2を設定した後、ステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０４ではインバータ１０７Ａ、および１０７Ｂの電力指令値Ｐ_A、Ｐ_Bを算出する。（３）、（４）式に電力指令値Ｐ_A、およびＰ_Bの算出式を示す。

電池複合コントローラ１０４は、図２のフローチャートを用いて電力指令値Ｐ_A、Ｐ_Bを算出し、インバータ１０７Ａ、およびインバータ１０７Ｂに電力指令値Ｐ_A、Ｐ_Bを送信する。インバータ１０７Ａ、およびインバータ１０７Ｂは、複合コントローラ１０４が送信した電力指令値Ｐ_A、およびＰ_Bを受信し、前記電力指令値Ｐ_A、Ｐ_Bを基に、容量型電池１０５、およびパワー型電池１０６の充放電制御を行う。

上述したように、本実施形態ではＰ_in＞Ｐ_{E_max}の場合、及びＰ_{E_min}＞Ｐ_inの場合には、強制的にパワー型電池１０６に充放電を任せるようにしている。しかし、Ｐ_{E_max}≧Ｐ_in≧Ｐ_{E_min}の場合には上述した制御をすることによって、容量型電池１０５及びパワー型電池１０６に対して柔軟に電力の分配が可能となる。そのため、容量型電池１０５とパワー型電池１０６にバランスよく電力の割り振りが出来、パワー型電池１０６のＳＯＣが上限値または下限値に達する回数を低減させることができる。また、パワー型電池１０６の充放電不可となる領域を回避した制御が可能となり、システム稼働率が向上した電池複合システムを提供することが可能となる。

図４（ａ）に閾値を固定した場合、並びに図４（ｂ）に本実施形態の制御を用いて閾値を変動させた場合の充放電電力の時間変化、及びパワー型電池のＳＯＣｐの時間変化を示す。

電池複合システム１００に入力される充放電電力Ｐ_in（図４の実線）、容量型電池１０５に入力される充放電電力Ｐ_{E_in}、パワー型電池１０６に入力される充放電電力Ｐ_{P_in}、第１の閾値Ｔ_r1、第２の閾値Ｔ_r2、パワー型電池ＳＯＣ_Pの時間変化を示す。図４に示す斜線部はパワー型電池１０６への充電電力（もしくは放電電力）Ｐ_{P_in}を示し、網掛け部は容量型電池１０５への充電電力（もしくは放電電力）Ｐ_{E_in}を示す。従って、充放電電力Ｐ_inは、Ｐ_{P_in}とＰ_{E_in}との合計量となる。

図４（ａ）に示した制御では、第１の閾値Ｔ_r1、第２の閾値Ｔ_r2が一定となっている（図４（ａ）の一点鎖参照）。区間Ｔ１の時刻Ｔ_1Eではパワー型電池１０６のＳＯＣ_pが上限ＳＯＣに達している。その後の区間Ｔ２では充放電電力Ｐ_inが閾値Ｔｒ１より小さく、閾値Ｔｒ２より大きいため、充電もしくは放電は全て容量型電池１０５を用いて行なわれる。そして、区間Ｔ３で再度充放電電力Ｐ_inが閾値Ｔ_r1を超えると、パワー型電池１０６に電力を充電させようとするが、既にパワー型電池１０６のＳＯＣ_pが上限ＳＯＣに達しているため、充電不可状態となってしまう（区間Ｔ３の黒塗り部に該当）。従って、この間の電力は無駄になってしまうばかりでなく、電力系統１０２に吸収しきれなかった分の電力がノイズとして乗るおそれがある。

一方、図４（ｂ）には本実施形態に記載の本発明を用いた場合の状態を示す。本実施形態に記載の発明を用いた場合には、区間Ｔ１の終端Ｔ１_Eでパワー型電池１０６のＳＯＣ_pが上限ＳＯＣに達しているため、それ以降の区間Ｔ２で第２の閾値Ｔ_r2が変動し、パワー型電池１０６より放電させる制御となっている。そして、区間Ｔ２の間にパワー型電池のＳＯＣ_pが目標ＳＯＣ_PTに達したとき（図４（ｂ）のＴ２_Nに達したとき）に閾値Ｔ２を再度変動させる制御を行なう。このような制御を行なうことによってパワー型電池１０６のＳＯＣ_pが上限まで達している期間を短くすることが出来る。したがって、区間Ｔ３で充放電電力Ｐ_inが閾値Ｔ_r1を超えたとしてもパワー型電池１０６へ充電可能になり、充電不可となる時間がなくなるため、システム稼働率を向上することが可能となる。

なお、実施の形態１では、発電装置１０１の電力平滑化用電池システムを例に挙げて説明したが、ＢＥＭＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＵＰＳに用いられる定置型電池システムや、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車載用電池システム、ＥＶ建機、ハイブリッド建機等の建設機械用電池システム、ハイブリッド鉄道、Ｂ-Ｃｈｏｐ等の鉄道用電池システムにも本発明を適用することができる。

また、実施の形態１では、充放電電力をベースに電力分配を行ったが、充放電電力の代わりに、充放電電流を用いてもよい。
《第二の実施形態》
続いて、第二の実施形態について説明する。

第二の実施形態の全体構成は、図１で示した第一の実施形態の全体構成と同様である。本実施形態が第一の実施形態と異なる点は、Ｐ_in＞Ｐ_{E_max}の場合、及びＰ_{E_min}＞Ｐ_inの場合にも第１の閾値Ｔ_r1、第２の閾値Ｔ_r2を変動させた点である。

図６は第二の実施形態の電池複合コントローラ１０４のインバータ電力指令値Ｐ_A、Ｐ_Bの算出手順を示すフローチャートである。第二の実施形態では、ステップＳ３１３において第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2をそれぞれパワー型電池１０６のＳＯＣ_pに応じて可変とする。

ここで、ステップＳ３１３における第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2の算出例として、パワー型電池１０６のＳＯＣ_Pとその上下限値ＳＯＣ_Pmin、およびＳＯＣ_Pmax、定数α₁を用いて（５）式、および（６）式に示す。なお、ここで言うＳＯＣ_Pminは例えばＳＯＣ_PT−α₁であり、ＳＯＣ_Pmaxは例えばＳＯＣ_PT＋α₁で定義されるのが良い。このように定義することによって、パワー型電池のＳＯＣが目標値ＳＯＣから大きく乖離することが低減されるため、安定しで駆動可能な電池複合システムを提供することが可能となる。

ここで、定数α₁は、大きすぎるとパワー型電池１０６の使用比率が高くなり、電池寿命を短くしてしまう恐れがあるため、例えば５〜１０％程度の値とすることが好ましい。

図７（ａ）は、図３（ａ）と同様の図である。本実施形態で導入された定数α₁は閾値の変動幅を決める値である。図７(ｂ)に示すように、ステップ３１３において、パワー型電池のＳＯＣ_Pが、それぞれ上下限値のα₁％に達すると、第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2の絶対値を減少させ始める。
図８に第二の実施形態の制御を用いて閾値を変動させた場合の充放電電力の時間変化、及びパワー型電池のＳＯＣｐの時間変化を示す。第一の実施形態と異なる点は、上述したステップＳ３１３を導入したことにより、Ｔ_1Nまでの放電をパワー型電池１０６に負担させることが可能になる点である。Ｐ_in＞Ｐ_{E_max}の場合、及びＰ_{E_min}＞Ｐ_inの場合にも第１の閾値Ｔ_r1、第２の閾値Ｔ_r2を変動させることによって、パワー型電池１０６のＳＯＣ_pを目標値に近づける機会を増加させることが可能となる。そのため、ＳＯＣ_pが上下限まで達している期間をより短くすることが出来、結果として、第一の実施形態よりも、システム稼働率を向上することが可能となる。
《第三の実施形態》
続いて、第三の実施形態について説明する。

第三の実施形態の全体構成、およびインバータ電力指令値Ｐ_A、Ｐ_Bの算出手順を示すフローチャートは、図１、および図２で示した第一の実施形態と同様である。本実施形態が第一の実施形態と異なる点は、ステップＳ３０２で決定していた第１の閾値Ｔ_r1、及び第２の閾値Ｔ_r2の算出方法を変更した点である。

図９（ａ）に第一の形態の図３（ａ）で示したパワー型電池１０６のＳＯＣ_Pと第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2の相関を変更したものの相関図を示す。第三の形態では、パワー型電池１０６のＳＯＣ_pが、目標値ＳＯＣ_PTの±α₂の領域であるとき、第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2をそれぞれＰ_{E_max}、および_{E_min}とする。

ここで、第１の閾値Ｔ_r1、および第２の閾値Ｔ_r2の算出例として、パワー型電池１０６のＳＯＣ_Pの他に、パワー型電池の電池電圧Ｖ_Pと満充電容量Ｃ_{P_max}、制御周期から設定する比例定数Ｓ、定数α₂を用いた方法を述べる。ＳＯＣ_P≧ＳＯＣ_PT＋α₂の場合の式を（７）式、ＳＯＣ_P＜ＳＯＣ_PT−α₂の場合の式を（８）式、及びＳＯＣ_PT−α₂≦ＳＯＣ_P＜ＳＯＣ_PT＋α₂の場合の式を（９）式として示す。

なお、第一の実施形態と同様に、（７）式では、第一の閾値の条件はＴ_r1＝Ｐ_{E_max}を満たし、（８）式では、第二の閾値の条件Ｔ_r2＝Ｐ_{E_min}を満たす必要がある。

ここで、定数α₂は、パワー型電池の一つであるハイブリッド自動車用リチウムイオン電池のＳＯＣ使用幅（ΔＳＯＣ）が、通常１０〜２０％程度で設計されていることから、例えば５〜１０％程度とする。

図１０に第三の実施形態の制御を用いて閾値を変動させた場合の充放電電力の時間変化、及びパワー型電池のＳＯＣ_pの時間変化を示す。閾値の算出方法を上述した算出方法に変更することによって、α₂の値を変動させることによって、容量型電池１０５の充放電、パワー型電池１０６の充放電の変更の自由度を、第一の実施形態よりも確保することが可能となる。本実施形態では上記式を用いることによって、図１０に記載のＴ_1E〜Ｔ_2Nまでの区間の放電をパワー型電池１０６に負担させることが可能となる。図より、パワー型電池１０６のＳＯＣ_pを目標値に近づける機会が減るため、第一の実施形態に比べ、ＳＯＣ_pが上下限まで達している期間は長くなるが、パワー型電池１０６に入出力する充放電電流Ｉ_{P_in}の積算量が小さくて済むため、パワー型電池の劣化度合いを減少させることが可能となる。
《第四の実施形態》
続いて、第四の実施形態について説明する。本実施形態が第一の実施形態と異なる点は、電池温度上限設定値を判断フローに導入した点である。

第四の実施形態の全体構成、およびインバータ電力指令値Ｐ_A、Ｐ_Bの算出手順を示すフローチャートは、図１、および図２で示した第一の実施形態と同様である。

図１１は第四の実施形態の電池複合コントローラ１０４のインバータ電力指令値Ｐ_A、Ｐ_Bの算出手順を示すフローチャートである。第四の実施形態では、テップＳ３０１において、充放電電力Ｐ_inが最大充電電力Ｐ_{E_max}以下、又は最大放電電力Ｐ_{E_min}以上であると判定した場合、ステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では、パワー型電池１０６の電池温度Ｔｍｐ_Pが電池温度上限設定値Ｔｍｐ_Plim以下であるか判定を行う。パワー型電池１０６の電池温度Ｔｍｐ_Pが電池温度設定値Ｔｍｐ_Pset以下である場合は、Ｓ３０２に進み、それ以外の場合は、Ｓ３０３に進む。

この電池温度判定を加えることにより、パワー型電池１０６が温度上限に達して充放電不可となることが防止できるため、結果として、システム稼働率を向上することが可能となる。

以下、上述した第一の実施形態から第四の実施形態までの本発明の特徴を纏める。

本発明の１つは、容量型電池と、該容量型電池に比べ、出力/容量の値が高いパワー型電池を並列接続した電池複合システムであって、充放電電力が、前記容量型電池の最大充電電力以下であって最大放電電力以上である場合、充放電電力を前記パワー型電池または前記容量型電池に分配する閾値を変化させることを特徴とする。

当該構成によって、前記容量型電池の最大充電電力以下であって最大放電電力以上である場合であったとしても、パワー型電池に電力を充電または放電させることが可能となる。従って、パワー型電池と容量型電池に柔軟に電力を分配することが可能となり、パワー型電池のＳＯＣが上限値または下限値に到達する回数を低減できる。

また、パワー型電池の充放電が不可能になることを回避した電池複合システムを提供することができる。

また、本発明の１つは、閾値（Ｔ_r1、Ｔ_r2）が、前記パワー型電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電量）に基づいて設定されることを特徴とする。

このように閾値（Ｔ_r1、Ｔ_r2）が容量型電池のＳＯＣではなくパワー型電池のＳＯＣに基づいて決定されることによって、より容量が満充電状態になりやすいパワー型電池のＳＯＣの調整をしやすくなり、パワー型電池のＳＯＣが上限値または下限値に到達する回数を低減できる。

また、本発明の１つは、閾値（Ｔ_r1、Ｔ_r2）がさらに前記パワー型電池の目標値ＳＯＣに基づいて設定されることによって、パワー型電池のＳＯＣが所定のＳＯＣから乖離するのを防ぐことが可能となる。

また、本発明の１つは、充放電電力が容量型電池の最大充電電力より大きい場合には、閾値（Ｔ_r1、Ｔ_r2）を容量型電池の最大充電電力とし、充放電電力が、容量型電池の最大放電電力より小さい場合には、閾値（Ｔ_r1、Ｔ_r2）を容量型電池の最大放電電力とすることを特徴とする。

このようにすることによって、容量型電池では吸収しきれない電力を確実にパワー型電池に吸収させることが可能となる。

また、本発明の１つは、閾値（Ｔ_r1、Ｔ_r2）が、目標値ＳＯＣに所定の定数を加算または減算した値に基づいて設定されることを特徴とする。

このように、充放電電力が、前記容量型電池の最大充電電力以下であって最大放電電力以上である場合以外であっても、パワー型電池に充放電を負担させることが可能となる。そのため、第一の実施形態に記載の方式よりも、パワー型電池の充放電電流量を小分けにすることができ、温度上昇等によるパワー型電池の劣化を抑制することが可能となる。

また、本発明の１つは、目標値ＳＯＣにパワー型電池のＳＯＣ使用幅の１／２を加算または減算することを特徴とする。

このような構成にすることによって、パワー型電池の充放電電流量を十分小分けにすることが可能となり、よりパワー型電池の劣化を抑制することが可能となる。

また、本発明の１つは、充放電電力が前記容量型電池の最大充電電力より大きい場合、または充放電電力が前記容量型電池の最大放電電力より小さい場合には、前記閾値はパワー型電池の上限値ＳＯＣ、またはパワー型電池の下限値ＳＯＣに基づいて設定されることを特徴とする。

このように、閾値（Ｔ_r1、Ｔ_r2）の計算に幅を持ったＳＯＣ（ＳＯＣ_pmin〜ＳＯＣ_pmax）を使用することによって、第一の実施形態で説明した方式よりもパワー型電池のＳＯＣを目標値に近づける機会が増加する。そのため、第一の実施形態よりも、よりパワー型電池の充放電が不可能になることを回避することが可能となり電池複合システムの稼働率を向上させることが可能となる。

また、本発明の１つは、パワー型電池のＳＯＣの上限値ＳＯＣ（ＳＯＣ_pmax）は、前記目標値ＳＯＣに所定の定数を加算した値であり、パワー型電池のＳＯＣの下限値ＳＯＣ（ＳＯＣ_pmin）は、目標値ＳＯＣに前記所定の定数を減算した値であることを特徴とする。

このような構成にすることによって、パワー型電池のＳＯＣが目標値ＳＯＣから大きく乖離することが低減されるため、安定しで駆動可能な電池複合システムを提供することが可能となる。

また、本発明の１つは、上限値ＳＯＣ（ＳＯＣ_pmax）及び下限値ＳＯＣ（ＳＯＣ_pmin）は、目標値ＳＯＣから５〜１０％上または下であることを特徴とする。

このような構成にすることによって、パワー型電池の使用比率が極端に上昇してパワー型電池が短寿命化するのを防ぐことが可能となる。

また、本発明の１つは、パワー型電池の上限温度以上であった場合、閾値を容量型電池の最大充電電力、または閾値を容量型電池の最大放電電力とすることを特徴とする。

このような構成にすることによって、パワー型電池の電池温度が上限に達して充放電不可となることを防止できるため、結果としてシステム稼働率を向上させることが可能になる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の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。さらに、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。

１００ 電池複合システム
１０１ 発電要素
１０２ 電力系統
１０３ 電力測定器
１０４ 電池複合コントローラ
１０５ 容量型電池
１０６ パワー型電池
１０７Ａ、１０７Ｂ インバータ
１０８Ａ、１０８Ｂ ＤＣライン
１０９ ＡＣライン

Claims (7)

1. 容量型電池と、該容量型電池に比べ、出力/容量の値が高いパワー型電池を並列接続した電池複合システムであって、
   充放電電力が、前記容量型電池の最大放電電力から最大充電電力までの範囲にある場合、充放電電力を前記パワー型電池または前記容量型電池に分配するための閾値を、前記パワー型電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電量）及び前記パワー型電池の目標値ＳＯＣに基づいて設定し、
   前記充放電電力が、前記容量型電池の最大充電電力より大きい場合には、前記閾値は前記容量型電池の最大充電電力とし、前記充放電電力が、前記容量型電池の最大放電電力より小さい場合には、前記閾値は前記容量型電池の最大放電電力とすることを特徴とする電池複合システム。
2. 請求項１に記載の電池複合システムにおいて、
   前記閾値は、前記目標値ＳＯＣに所定の定数を加算または減算した値に基づいて設定されることを特徴とする電池複合システム。
3. 請求項２に記載の電池複合システムにおいて、
   所定の定数は、前記パワー型電池のＳＯＣ使用幅の１／２であることを特徴とする電池複合システム。
4. 請求項１に記載の電池複合システムにおいて、
   前記充放電電力が前記容量型電池の最大充電電力より大きい場合、または前記充放電電力が前記容量型電池の最大放電電力より小さい場合には、前記閾値はパワー型電池の上限値ＳＯＣ、またはパワー型電池の下限値ＳＯＣに基づいて設定されることを特徴とする電池複合システム。
5. 請求項４に記載の電池複合システムにおいて、
   前記上限値ＳＯＣは、前記目標値ＳＯＣに所定の定数を加算した値であり、
   前記下限値ＳＯＣは、前記目標値ＳＯＣに前記所定の定数を減算した値であることを特徴とする電池複合システム。
6. 請求項５に記載の電池複合システムにおいて、
   前記所定の定数は、５〜１０％であることを特徴とする電池複合システム。
7. 請求項１に記載の電池複合システムにおいて、
   前記パワー型電池の上限温度以上であった場合、前記閾値を前記容量型電池の最大充電電力、または前記閾値を前記容量型電池の最大放電電力とすることを特徴とする電池複合システム。

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