JP6047929B2 - バッテリ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリ制御装置に関するものである。

補助電源系から車載負荷への供給電力の動作モードと、電池状態センサから取得した電圧値及び電流値により算出した温度とに基づいて、二次電池の温度を調整する温度調整部を制御し、動作モードが高出力モードである場合、電池制御部は二次電池の当該温度が所定の温度範囲を維持するように、温度調整部を制御して、二次電池を高温に維持させる電池装置が知られている（特許文献１）。

特開２００９−１４０７７０号公報

しかしながら、センサにより電池の状態を検出し、バッテリを所定温度まで昇温させる必要があると判断した後に、温度調整部を制御しても、バッテリの温度時定数により、実際のバッテリの昇温が遅れるため、負荷を動作させるまでに、バッテリの温度を当該所定温度に上昇することができず、バッテリの出力電力が不足するという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、バッテリの出力電力の不足を防止するバッテリ制御装置を提供することである。

本発明は、負荷の消費電力推移の履歴からバッテリへの要求電力を予測し、バッテリの推定温度に基づいて、バッテリから出力可能な出力可能電力を演算し、要求電力が当該出力可能電力より高くなる時点を予め特定するとともに、当該特定した時点より前に、バッテリの温度を調整する調整手段を制御して、上記特定した要求電力が当該出力可能電力より高くなる時点におけるバッテリの出力電力を要求電力以上にする、ことによって上記課題を解決する。

本発明は、要求電力が演算された出力可能電力より高くなる時点では、バッテリの温度を調整することにより出力電力が要求電力以上になるため、バッテリの出力電力の不足を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係るバッテリ制御装置のブロック図である。 図１の蓄電装置のブロック図である。 図１のバッテリ制御装置において、発電電力特性、負荷電力特性及び充放電電力特性を示すグラフである。 図１のコントローラに格納されているマップの関係を示すグラフである。 図１に示すバッテリ制御装置において、（ａ）は時間に対する必要温度特性及び無制御温度の特性を示すグラフであり、（ｂ）は時間に対する要求電力及び限界電力の特性を示すグラフである。 図１に示すバッテリ制御装置において、時間に対する必要温度特性及び無制御温度の特性を示すグラフである。 図１に示すバッテリ制御装置において、時間に対する必要温度特性及び無制御温度の特性と、コントローラによる制御の時間に対するバッテリ１３の温度特性とを示すグラフである。 図１のコントローラの制御手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るバッテリ制御装置の蓄電ユニットのブロック図である。 本発明の変形例に係るバッテリ制御装置の蓄電ユニットのブロック図である。 本発明の他の実施形態に係るバッテリ制御装置において、（ａ）は時間に対する必要温度特性及び無制御温度の特性を示すグラフであり、（ｂ）は時間に対する充放電電力の特性を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るバッテリ制御装置において、時間に対する必要温度特性及び無制御温度の特性と、制御後の時間に対するバッテリの温度特性とを示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明のバッテリ制御装置のブロック図である。本例のバッテリ制御装置は、家庭用の屋内又は屋外に設けられている負荷に対して電力を供給する制御装置である。バッテリ制御装置は、交流電源１と、太陽光パネル２と、ＰＶ用電力制御器３と、負荷４と、分電盤５と、蓄電装置１０と、コントローラ１００とを備えている。なお、本図１における矢印線は制御線を意味し、それ以外の実線は電力線を意味する。また、蓄電装置１０内部の電力線のみ正負それぞれの電力線（２本の電力線）で記載し、蓄電装置１０外部の電力線は便宜上、正負の電力線をまとめて１本の実線で記載している。

交流電源１は、商用電源であり、電力会社から各家庭に分配されている電力源である。交流電源１は２４時間、負荷４に対して電力を供給可能な電力である。太陽光パネル２は、家屋の屋上等に設置され、太陽電池を利用して太陽光のエネルギーを電力に変換して発電し、負荷４に電力を供給する発電装置（発電手段）である。なお、太陽光パネル２で発電された電力が負荷４の消費電力以上である場合には、太陽光パネル２で発電された電力の一部はバッテリ１３を充電する充電電力として用いられる。

ＰＶ用電力制御器３は、電力変換器等を備え、太陽光パネル２により発生した直流電力を交流電力に変換し、分電盤５に供給する。太陽光パネル２で発生する電力は、気象条件等により変化するため、ＰＶ用電力制御器３は、太陽光パネル２からの出力に応じて、負荷４への供給に適した電力になるよう、太陽光パネル２の出力電力を制御する。ＰＶ用電力制御器３は、太陽光パネル２と分電盤５との間に電力線により接続されている。

負荷４は、負荷Ａ〜Ｄを含み、エアコン、テレビ、給湯器などの家庭で使用される家電製品である。負荷４の消費電力は、ユーザによる負荷Ａ〜Ｄ等の利用状況に応じて変わる。また負荷４は、家屋内に配線された電力線により分電盤５に接続されている。分電盤５は、交流電源１、太陽光パネル２及びバッテリ１３から供給される電力を負荷４に分電して供給する装置であり、漏電防止用の遮断機等を有している。

蓄電装置１０は、バッテリ用電力制御器１１と、リレースイッチ１２と、バッテリ１３と、電圧センサ１４とを備えている。蓄電装置１０は、家庭内で利用される交流電源１の消費電力量を抑制するために、負荷４で消費される分の電力を予め蓄電する装置である。

バッテリ用電力制御器１１は、電力変換器等を備え、蓄電装置１０のバッテリ１３から出力される直流電力を交流電力に変換して、分電盤５を介して負荷４へ供給する。また本例では、交流電源１及び太陽光パネル２の電力によりバッテリ１３を充電する際には、バッテリ用電力制御器１１は充電器として機能し、交流電源１及び太陽光パネル２の電力をバッテリ１３の充電に適した充電電力に変換して、バッテリ１３に供給する。

リレースイッチ１２は、負荷４とバッテリ１３との間の電気的な導通及び遮断を切り替えるためのスイッチであり、配電盤５及びバッテリ用電力制御器１１を介して、負荷４とバッテリ１３との間に接続されている。リレースイッチ１２はコントローラ１００の制御によりオン、オフを切り替える。

バッテリ１３は、リチウムイオン電池等の二次電池を複数接続したバッテリである。バッテリ１３は、電気自動車などの車両用として用いられていたバッテリを、定置用のバッテリとして再利用したものであってもよい。電圧センサ１４は、バッテリ１３の両端に接続され、バッテリ１３の電圧を検出するセンサである。

コントローラ１００は、太陽光パネル２、ＰＶ用電力制御器３、分電盤５及び蓄電装置１０を制御するコントローラである。コントローラ１００は、温度推定部１０と、電力予測部１０２と、温度調整部１０３とを有している。

コントローラ１００は、太陽光パネル２から発電される電力と、負荷４への供給電力に基づいて、ＰＶ用電力制御器３を制御し、太陽光パネル２の電力を、分電盤５を介して負荷４に供給する。また、太陽光パネル２の電力でバッテリ１３を充電する際には、コントローラ１００はＰＶ用電力制御器３及び分電盤５を制御し、蓄電装置１０に電力を供給する。

コントローラ１００は、バッテリ１３の充電及び放電を制御する機能及びバッテリ１３の状態を管理する機能も有している。コントローラ１００は、電圧センサ１４を用いて、バッテリ１３の電圧を検出することで、バッテリ１３の充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を測定している。また、バッテリ１３は、使用に伴い劣化するため、コントローラ１００はバッテリ１３の劣化度、満充電時の容量等も管理している。なお、バッテリ１３の劣化度等は、バッテリ１３の内部抵抗を演算することで測定すればよい。またコントローラ１００は、バッテリ１３の充放電電流を検出する電流センサ（図示しない）を用いて、バッテリ１３の充電状態等を測定してもよい。

コントローラ１００は、バッテリ１３の管理制御の他に、バッテリ用電力制御器１１の制御及びリレースイッチ１２のオン、オフ制御を行う。バッテリ１３の電力を負荷４に供給する場合には、コントローラ１００はバッテリ用電力制御器１１を制御して、バッテリ１３からの放電電力を負荷４への供給に適した電力に変換し、分電盤５に電力を出力させる。一方、太陽光パネル２の発電電力または交流電源１の電力をバッテリ１３に供給する場合には、コントローラ１００はバッテリ用電力制御器１１を充電器として作用するよう制御して、太陽光パネル２の発電電力または交流電源１の電力をバッテリ１３の充電に適した電力に変換して、バッテリ１３に出力する。コントローラ１００は、バッテリ１３の放電制御中または充電制御中、電圧センサ１４の検出電圧及び図示しない電流センサの検出値を用いてバッテリ１３の電力を管理している。

温度推定部１０１は、外部から入手する温度情報に基づいて、バッテリ１３の温度を推定する。外部から入手する温度情報は、気象庁等から取得され、少なくとも外気温の情報を含んだ気象情報である。温度推定部１０１は、気象情報から、蓄電装置１０の周囲の温度を時系列で予測し、バッテリ１３の温度の推移を推定する。例えば、日中、外気温の高い時間帯は、外気温の低い時間帯と比較して、バッテリ１３の温度が高くなり、また気温が高い季節は、気温が低い季節よりもバッテリ１３の温度が高くなる。実際のバッテリ１３の温度は、バッテリ１３の充放電の制御によって異なるが、温度推定部１０１は、バッテリ１３の状態を考慮しておらず、バッテリ１３の温度に影響を及ぼすバッテリ１３の外部情報から温度を推定している。

電力予測部１０２は、バッテリ１３の電力、負荷４の消費電力及び太陽光パネル２の発電電力の過去の電力推移を電力履歴として記録し、当該電力履歴に基づいて、バッテリ１３への要求電力（すなわち、バッテリ１３からの出力が必要な電力）を予測する。温度調整部１０３は、図２に示すファン１５の動作を制御することで、バッテリ１３の温度を調整する。

図２に、蓄電装置１０のうち、バッテリ１３の温度を調整するための構成を示す。図２に示すように、蓄電装置１０は、バッテリ１３を冷却するためのファン１５と、ファン１５により発生した空気の流れを外部に排気するための排気口１６とを備えている。ファン１５は、温度上昇によるバッテリ１３への負荷を軽減させるために設けられている。ファン１５により発生した風はバッテリ１３に当たり、排気口１６から外部に排出される。そして、ファン１５の回転数や回転時間を制御することで、バッテリ１３の温度を調整する。

次に、本例のバッテリ制御装置の制御内容について説明する。まず、電力系統の制御について説明する。本例は、以下のとおり、バッテリ１３の電力及び太陽光パネル２の電力を有効に活用することで、交流電源１から供給される電力を抑制するような電力制御を行っている。

太陽光パネル２の発電電力が負荷４の消費電力より大きい場合には、コントローラ１００は、太陽光パネル２で発電された電力を負荷４に供給しつつ、太陽光パネル２で余った電力でバッテリ１３を充電するように制御している。また、太陽光パネル２の発電電力が負荷４の消費電力より小さい場合には、コントローラ１００は、太陽光パネル２で発電された電力を負荷４に供給しつつ、太陽光パネル２で足りない分の電力を、バッテリ１３から放電させて負荷４に供給するよう制御している。

コントローラ１００は、交流電源１の電気料金が高い時間帯では、交流電源１の電力の利用を抑えるよう、太陽光パネル２の発電電力及びバッテリ１３に充電されている電力を利用する。コントローラ１００は、交流電源１の電気料金が安い時間帯（例えば深夜電力の時間帯）では、交流電源１の電力を負荷４に供給する。

また、コントローラ１００は、日中、太陽光パネル２で発電される電力量が少ない又は負荷４で消費される電力量が多いことが太陽光パネル２の発電電力特性及び負荷４の消費電力の特性より予測される場合には、事前に電気料金が安い深夜時間にバッテリ１３を充電するよう、バッテリ用電力制御器１１を制御する。これにより、本例は、効率的なエネルギーマネージメントの下、バッテリ１３の充放電電力パターンを実現できる。また、交流電源１の電力よりもバッテリ１３から電力を優先的に使うことで、電気料金を下げることができる。

図３に、ある一日における、太陽光パネル２の発電電力の時系列での推移である発電電力特性、負荷４の消費電力の時系列での推移である負荷電力特性及びバッテリ１３の充放電電力の時系列での推移である充放電電力特性を示す。図３において、グラフａは発電電力特性を、グラフｂは負荷電力特性を、グラフｃは充放電電力特性を示す。またグラフｃについて、プラス側の電力が放電電力を示し、マイナス側の電力が充電電力を示す。図２に示す一日において、６時（午前６時）から９時３０分までの間は、負荷４の消費電力は高いが、太陽光パネル２の発電電力が低いため、バッテリ１３の電力を放電させて負荷４を駆動させている。９時３０分から１６時３０分までの間は、太陽光パネル２の発電電力が高く、負荷４を動作しつつ、余った電力でバッテリ１３を充電している。そして、１６時３０分から２３時までは、太陽光パネル２からの発電電力は、ほぼゼロになり、バッテリ１３からの放電電力で、負荷４を動作させている。２３時以降の深夜電力の時間帯では、次の日の電力消費に備えて、交流電源１の電力でバッテリ１３を充電させている。また、２３時以降の負荷４の消費電力は、交流電源１の電力を割り当てている。

負荷４の消費電力は、季節、気象条件、利用時間帯等に応じて、ある程度の傾向をもっている。そして、消費電力の傾向は、過去の消費電力の利用履歴から把握することができる。電力予測部１０２は、消費電力量を計測するメータ（図示しない）の値を季節、気象条件、利用時間帯等に対応させて時系列で蓄積し、蓄積したデータから季節、気象条件、利用時間帯等に合致する、過去の消費電力推移のデータを抽出することで、負荷４で消費される消費電力の時系列での推移（以下、負荷電力特性と称す。）を予測する。

太陽光パネル２で発電される電力は、太陽光パネル２の性能及び設置位置と気象条件等により決まる。太陽光パネル２の性能及び設置位置は予め決まっている。そして、気象条件は、例えば気象庁のデータ等を利用する。電力予測部１０２は、過去の気象データと太陽光パネル２で発電された電力とを対応させつつ時系列で保存している。電力予測部１０２は、気象予報の情報と合致する、過去の電力推移のデータを抽出することで、太陽光パネル２で発電される電力の時系列での推移（以下、発電電力特性と称す。）を予測する。

バッテリ１３の充放電電力は、図３に示すように、太陽光パネル２の発電電力、負荷７の消費電力及び交流電源１の電力により決まる。そのため、電力予測部１０２は、負荷電力特性及び発電電力特性から、バッテリ１３の充放電電力の時系列での推移（以下、充放電電力特性と称す）を演算する。そして、バッテリ１３の充放電電力特性が、負荷４の電力消費に対してバッテリ１３への要求される電力（要求電力）の時系列での推移となる。これにより、電力予測部１０２はバッテリ１３の電力推移の履歴からバッテリ１３への要求電力を予測する。

次に、本例のバッテリ制御装置の制御のうち、バッテリ１３の温度特性及び電力特性の演算制御について説明する。まずコントローラ１００に格納されているマップについて、図４を用いて説明する。図４は、バッテリ１３の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて、バッテリ１３から放電される限界電力と温度との関係を示すグラフである。図４に示すように、バッテリ１３から放電される限界電力（バッテリ１３から放電可能な電力の上限値）は、バッテリ１３は、ＳＯＣと電池の温度に応じて、バッテリ１３の性能により予め決まっている。例えば、バッテリ１３の充電状態がＳＯＣ_ａである場合に、バッテリ１３の温度がＴ_１の時にはバッテリ１３からの限界電力はＰ_１となるが、バッテリ１３の温度がＴ_２（＜Ｔ_１）に低くなると、バッテリ１３の限界電力はＰ_２となり、Ｐ_１より低くなる。

コントローラ１００は、図４に示すマップを参照し、電力予測部１０２により予想された要求電力から、当該要求電力を出力させるために必要なバッテリ１３の必要温度を演算する。図４に示すように、バッテリ１３から要求電力に相当する電力を出力させるためには、バッテリ１３の温度を所定の温度まで上げなければならない。要求電力は、電力予測部１０２により時系列で予測されている。そのため、マップ上で、要求電力に対応する温度が必要温度となる。

また、図４のマップ上で、要求電力に対する必要温度の関係は、バッテリ１３のＳＯＣに応じて変わる。バッテリ１３のＳＯＣは、電力予測部で予測された、バッテリ１３の充放電特性から予測することができる。そのため、コントローラ１００は、要求電力の時系列の特性である、充放電特性からバッテリ１３のＳＯＣの推移を予測した上で、図４のマップを用いて要求電力に対応する温度を必要温度として演算する。

コントローラ１００は、温度推定部１０１で推定される推定温度と、電力予測部１０２で予測された要求電力から、バッテリ１３の温度推移を演算する。バッテリ１３を充放電させると、バッテリ１３の内部抵抗による発熱作用、バッテリ１３に含まれる活物質の反応熱によって、バッテリ１３の温度は変化する。そして、充放電電力特性から、充放電時間及び充放電力を予測することができる。また、充放電時間及び電力に対して、バッテリ１３の温度変化はバッテリ１３に応じて予め決まっている。またバッテリ１３の温度特性は、バッテリ１３の外部温度に影響されるため、コントローラ１００は、温度推定部１０１の推定温度から外部温度の温度推移を把握する。そのため、コントローラ１００は、温度推定部１０１の推定温度からバッテリ１３の環境温度を把握した上で、要求電力から、バッテリ１３を充放電制御した場合のバッテリ１３の温度を演算により求めることができる。この演算により算出されたバッテリ１３の温度は、温度調整部１０３によってファン１５の動作を制御することで調整された温度ではなく、言い換えると、温度調整部１０３の温度調整制御が無い状態における、温度である。

ここで、コントローラ１００で演算された必要温度と、温度推定部１０１の推定温度及び要求電力の特性（時系列の推移）から演算され、温度調整部１０３による温度調整がない場合の温度（以下、無制御の温度、と称す。）との関係について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は時間に対する必要温度特性及び無制御温度の特性（時系列の推移）を示すグラフであり、図５（ｂ）は時間に対する要求電力及び限界電力の特性（時系列の推移）を示すグラフである。図５（ａ）のグラフａは必要温度の特性、グラフｂは無制御の温度の特性である。図５（ｂ）のグラフａは要求電力の特性、グラフｂは限界電力の特性である。なお、限界電力の特性は、図４に示す関係のマップ上で、無制御の温度特性に対応する電力の特性であって、バッテリ１３の温度が無制御の温度特性で推移した場合に、バッテリ１３から出力可能な電力の限界値の特性である。

予測された要求電力の特性に基づいて、バッテリ１３を制御した場合に、無制御の温度特性が必要温度より高い期間では、バッテリ１３の温度は、要求電力をバッテリ１３から出力させるために必要な温度よりも高くなっているため、バッテリ１３は要求電力を出力することができる。一方、無制御の温度特性が必要温度より低い期間では、バッテリ１３の温度が必要温度よりも低いため、バッテリ１３は要求電力を出力することができない。図５の例において、時間ｔ_１以前及び時間ｔ_２以降では、バッテリ１３の要求電力がバッテリ１３の限界電力より低いため、バッテリ１３は要求電力を出力することができるが、時間ｔ_１から時間ｔ_２の間では、バッテリ１３の要求電力がバッテリ１３の限界電力より高いため、バッテリ１３は要求電力を出力することができない。

本例は、以下のとおり、要求電力が、バッテリ１３の出力可能電力を示すバッテリ１３の限界電力より高くなる時点より前に、ファン１５の動作を制御して、バッテリ１３の出力電力を当該要求電力以上にする。

コントローラ１００は、要求電力に対応するバッテリ１３の必要温度の時系列推移と、無制御の温度の時系列推移とを比較し、必要温度が無制御の温度より高くなる期間を特定する。コントローラ１００は、特定された当該各期間のうち、期間の始点に相当する時間（必要温度が無制御の温度より高くなる時点）よりも前の時間で、バッテリ１３の温度を上昇させるために、ファン１５の動作を停止させるタイミングを設定する。

ファン１５を停止させるタイミングは、必要温度が無制御の温度より高くなる時点より前に設定する。そして、コントローラ１００は、設定されたタイミングで、ファン１５を停止させることで、バッテリ１３の温度を無制御温度より上昇させる。

必要温度が無制御の温度より高くなる前に、ファン１５を停止させると、バッテリ１３の冷却機能が弱まるため、バッテリ１３の温度が上昇する。そして、バッテリ１３の温度上昇により、バッテリ１３から出力される限界電力が高くなり、実際のバッテリ１３から出力を要求電力以上に高めることができる。

そして、コントローラ１００は、必要温度が無制御の温度より高くなる期間を終えると、ファン１５の制御を、バッテリ１３の温度の上昇制御から通常の制御に戻す。

図６及び図７を用いて、上記の本例の温度制御について説明する。図６は時間に対する必要温度の特性及び無制御温度の特性を示すグラフであり、図７は時間に対する必要温度の特性及び無制御温度の特性と、本例の制御後の、時間に対するバッテリ１３の温度特性とを示すグラフである。図６、図７のグラフａは必要温度の特性を、グラフｂは無制御温度の特性を、図７のグラフｃは本例の制御後のバッテリ１３の温度特性を示す。

図６に示すように、時間ｔ_ｐの時点で、要求電力に対するバッテリ１３の必要温度が無制御での温度より高くなる。ファン１５の動作を停止させない場合には、バッテリ１３の実際の温度はグラフｂに沿うように推移するため、バッテリ１３の実際の出力は要求電力よりも低くなる。

一方、本例では、図７に示すように、時間ｔ_ｐより前の時点でファン１５の動作を停止することで、時間ｔ_ｐ以降、バッテリ１３の実際の温度がグラフａに沿うように、バッテリ１３の温度を制御する。これにより、時間ｔ_ｐ以降に、バッテリ１３からの出力電力の不足を防ぐことができる。

図８を用いて、本例のコントローラ１００の制御フローを説明する。図８は、本例のバッテリ制御装置の制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ１にて、コントローラ１００は、蓄積した過去の使用電力に関するデータから、負荷４における負荷電力特性を予測する。ステップＳ２にて、コントローラ１００は、気象庁からの気象データに基づいて、太陽光パネル２の発電電力特性を予測する。

ステップＳ３にて、電力予測部１０２は、負荷電力特性及び発電電力特性から、要求電力の特性を予測する。ステップＳ４にて、コントローラ１００は、図４を参照し、要求電力と対応する温度から、要求電力を出力させるために必要なバッテリ１３の必要温度の特性を演算する。ステップＳ５にて、コントローラ１００は、温度推定部１０１により推定されるバッテリ１３の温度及び要求電力特性から、当該要求電力でバッテリ１３を制御した場合のバッテリ１３の温度特性（ファン１５の動作を制御することでバッテリ１３の温度を制御していない状態の温度特性（無制御の温度特性））を演算する。

コントローラ１００は、ステップＳ４で演算された必要温度の特性と、ステップＳ５で演算された無制御の温度特性とを比較する。そして、コントローラ１００は、必要温度が無制御の温度より高くなることによって、バッテリ１３の出力電力が要求電力まで達しない期間（出力未達期間）を特性し、例えば１日あたりの電力推移で、出力未達期間があるか否かを判定する（ステップＳ６）。

出力未達期間がある場合には、ステップＳ７にて、コントローラ１００は、ファン１５を停止させるタイミングを、出力未達期間の始点に相当する時刻より前に設定する。ファン１５を停止させるタイミングは、出力未達期間の始点に相当する時刻に対して、バッテリ１３の大きさ（体積）等に応じた温度時定数を考慮して予め定められた所定時間だけ前に設定することが望ましい。ステップＳ８にて、温度調整部１０３は、ステップＳ７で設定されたタイミングでファン１５を停止し、出力未達期間の終了時にファン１５の制御を通常制御に戻す（ステップＳ８）。これにより、出力未達期間において、バッテリ１３の実際の温度は必要以上になり、バッテリ１３の出力電力が不足することを防ぐ。

ステップＳ６に戻り、出力未達期間がない場合には、電力を増加させるために、バッテリ１３の温度を制御しなくてもよいため、図８の制御ステップを終了させる。

上記のように、本例は、要求電力がバッテリ１３から出力可能な出力可能電力より高くなる前にファン１５を制御することで、バッテリ１３の温度を高めて、バッテリ１３の実際の出力電力を要求電力以上にする。これにより、本例は、バッテリ１３の温度推移に対して、フィードフォワードでバッテリ１３の温度制御を行うことができるため、バッテリ１３の温度時定数によるバッテリ１３の昇温の遅れを回避することができる。特に、従来のようにセンサにより電池の状態を検出し、バッテリを所定温度まで昇温させるバッテリ制御装置を、家庭用の電源装置に用いた場合には、バッテリ１３の体積が大きくなり、温度時定数が大きくなるため、バッテリ１３の温度時定数によるバッテリ１３の昇温の遅れの問題が顕著になるが、本例では、バッテリ１３の昇温の遅れを回避することができる。その結果として、要求電力に対して、バッテリ１３の出力電力の不足を防ぐことができる。

また本例は、図４に示す関係のマップを参照して、要求電力からバッテリ１３の必要温度を演算し、温度推定部１０１の推定温度を用いて、要求電力でバッテリ１３を制御した場合のバッテリ１３の演算温度を演算し、必要温度が演算温度より高くなる時点より前に、ファン１５を制御することで、バッテリ１３の実際の温度を必要温度以上にする。これにより、バッテリ１３の温度時定数によるバッテリ１３の昇温の遅れを回避し、要求電力に対して、バッテリ１３の出力電力の不足を防ぐことができる。

なお、本例は、バッテリ１３の必要温度と、要求電力でバッテリ１３を制御した場合のバッテリ１３の温度とを演算し、それぞれの温度を比較して、要求電力がバッテリ１３の出力可能電力より高くなる期間を特定したが、以下のとおり、温度推定部１０１で推定された温度からバッテリ１３の出力可能電力を演算し、当該出力可能電力と要求電力とを比較することで、要求電力が出力可能電力より高くなる期間を特定し、要求電力が出力可能電力より高くなる時点より前に、ファン１５を制御してもよい。

出力可能電力の演算について、コントローラ１００は、温度推定部１０１で推定されたバッテリ温度の推移と、図４に示す関係のマップを用いることで、推定温度に基づいた、バッテリ１３の出力可能電力を演算する。また、充放電によるバッテリ１３の温度変化を加味して、出力可能電力を演算する場合には、コントローラ１００は、温度推定部１０１の推定温度からバッテリ１３の環境温度を把握した上で、電力予測部１０２の要求電力からバッテリ１３を充放電制御した場合のバッテリ１３の温度を演算する。そして、コントローラ１００は、図４に示す関係のマップを用いて、演算された当該温度に対応する限界電力を、出力可能電力として演算する。

なお、本例は、バッテリ１３の温度を検出する温度センサ（図示しない）を設け、温度調整部１０３によるバッテリ１３の温度制御の際には、当該温度センサの検出値を用いて、ファン１５の動作を制御してもよい。図７に示すように、コントローラ１００は時間ｔ_ｐより前の時点でファン１５の動作を停止させた後に、当該温度センサの検出値によりバッテリ１３の温度を管理する。そして、ファン１５の停止後、バッテリ１３の実際の温度が必要温度より大幅に高くなった場合には、ファン１５を動作させて、バッテリ１３の温度を必要温度に近づけるよう、バッテリ１３の温度を制御する。

また、時間ｔ_ｐより前は、ファン１５の動作を停止させて、必要以上にバッテリ１３の温度を上昇させなくてもよい。そのため、時間ｔ_ｐより前には、バッテリ１３の実際の温度が無制御の温度特性に沿うよう、温度センサの検出値に基づいてバッテリ１３の温度を制御する。すなわち、本例は、バッテリ１３の必要温度または無制御の温度のうち、高い方の温度に基づいてファン１５を制御する。

また本例は、必要温度が無制御の温度より高くなる期間内における、必要温度と無制御温度との間の最大の温度差に応じて、ファン１５を停止させるタイミングを設定してもよい。具体的には、コントローラ１００は、必要温度と無制御温度との間の温度差が大きくなるほど、ファン１５を停止させるタイミングを早めるよう、ファン１５を制御する。そして、コントローラ１００は、設定されたタイミングで、ファン１５を停止させることで、バッテリ１３の温度を無制御温度より上昇させる。

また本例は、バッテリ１３の出力電力を要求電力以上にするために、ファン１５を停止させることで、バッテリ１３の温度を調整したが、ファンの風量を調整し、あるいは、ファンの風向を調整することで、バッテリ１３の温度を調整してもよい。また、排気口１６を塞ぐことでバッテリ１３の温度を上昇させてもよい。

上記の温度推定部１０１が本発明の「推定手段」に相当し、ファン１５が本発明の「調整手段」に、コントローラ１００が「制御手段」に相当する。

《第２実施形態》
図９は、発明の他の実施形態に係るバッテリ制御装置に含まれる蓄電ユニット２００のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、ファン１５の代わりに、燃料電池ユニット２０の排熱を利用して、バッテリ１３の温度を制御する点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

本例のバッテリ制御装置は、図１に示す構成に加えて、燃料電池ユニット２０を有している。燃料電池ユニット２０は、分電盤５に接続され、コントローラ１００により制御されて電力を発電する。また蓄電装置１０に含まれるバッテリ１３と燃料電池ユニット２０とで、蓄電ユニット２００を構成する。なお、以下では本実施形態における構成は第１実施形態と同様に、図１に示す太陽光パネル２を備えた構成として説明するが、第１実施形態における太陽光パネル２を燃料電池ユニット２０に置き換えた構成としても良い。

燃料電池ユニット２０は、燃料処理部２１と、燃料電池２２と、インバータ（ＩＮＶ）２３を備えている。燃料処理部２１は、外部から送られるガスから水素を作り、燃料電池２２に送る。燃料電池２２は燃料処理部２１から出力される水素と空気中の酸素とを反応させて発電する発電手段であり、発電した電力をインバータに出力する。そして、インバータ２３は燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換して分電盤５に出力する。

バッテリ１３の周囲には、開閉装置１３１、１３２及び断熱材１３３が設けられている。バッテリ１３は、燃料処理部２１の近くに開閉装置１３１を介して設置されている。開閉装置１３１はバッテリ１３と燃料処理部２１との間に設けられ、開閉部分を開閉することで、燃料処理部２１から排出される熱をバッテリ１３に伝え、又は、遮断するための装置である。開閉装置１３２は、バッテリ１３の上部に設けられ、開閉部分を開閉することで、バッテリ１３で発生した熱をバッテリ１３の外部へ逃がし、または、遮断するための装置である。開放装置１３１、１３２は、コントローラ１００の制御により開閉部分を開閉させる。断熱材１３３は、バッテリ１３を外部から断熱するための部材である。

電力予測部１０２は、バッテリ１３の電力、負荷４の消費電力及び太陽光パネル２の発電電力の電力推移に加えて、燃料電池ユニット２０の電力推移を電力履歴として記録している。コントローラ１００は、燃料電池ユニット２０のエネルギーも含めて、家庭用の電力のマネジメントを効率よく行っている。そして、電力予測部１０２は、電力履歴に基づいて、バッテリ１３への要求電力を予測する。

コントローラ１００は、要求電力がバッテリ１３の出力可能電力より高くなる期間を特定し、要求電力がバッテリ１３の出力可能電力より高くなる時点より前に、開閉装置１３１を開き、かつ、開閉装置１３２を閉じて、燃料処理部２１の排熱をバッテリ１３に伝える。これにより、バッテリ１３の温度を、要求電力を出力させるために必要な必要温度以上に上昇させる。なお、開閉装置１３１を開き、かつ、開閉装置１３２を閉じるタイミングは、出力未達期間の始点に相当する時刻（要求電力がバッテリ１３の出力可能電力より高くなる時点）に対して、バッテリ１３の大きさ（体積）等に応じた温度時定数を考慮して予め定められた所定時間だけ前に設定することが望ましい。

そして、コントローラ１００は、要求電力がバッテリ１３の出力可能電力より高くなる期間を終えると、開閉装置１３１、１３２の制御を通常制御に戻す。当該通常制御では、コントローラ１００はバッテリ１３に設けられた温度センサ（図示しない）またはバッテリ１３の外部の温度を検出するための温度センサ（図示しない）の検出値からバッテリ１３の温度を管理し、バッテリ１３の温度が充放電制御に適した温度範囲内に収まるように、開閉装置１３１、１３２の開閉動作を制御する。

上記のように、本例は、燃料電池ユニット２０から排出される排熱を利用してバッテリ１３の温度を調整することで、要求電力がバッテリ１３の出力可能電力より高くなる時点より前に、バッテリ１３の実際の出力電力を要求電力以上にする。これにより、バッテリの温度を短期間で上昇させることができる。その結果として、要求電力に対して、バッテリ１３の出力電力の不足を防ぐことができる。

なお本例は、燃料処理部２１の排熱を利用する変形例として、図１０に示すように、燃料ユニット２０とバッテリ１３をパイプ２４で結びつつ、バッテリ１３にパイプ２４を巻き付けて、燃料処理部２１の排熱で熱したお湯をパイプ２４内で循環させることで、バッテリ１３の温度を制御してもよい。図１０は、本発明の変形例に係るバッテリ制御装置の蓄電ユニットのブロック図である。

なお、本例は、燃料電池ユニット２０の排熱を利用する代わりに、バッテリ１３の電力により動作する負荷４に含まれる熱源を利用してバッテリ１３の温度を制御してもよい。例えば給湯器などの負荷４は、お湯を沸かす際に熱を発するため、当該熱をバッテリ１３の加熱に利用することで、熱エネルギーを有効に活用することができる。また本例は、地熱や水熱などの自然エネルギーからの発熱分を上記の温度制御に利用してもよい。

上記の開放装置１３１、１３２が本発明の「調整手段」に相当し、燃料電池ユニット２０が「発電手段」に相当する。

《第３実施形態》
図１１は、発明の他の実施形態に係るバッテリ制御装置において、時間に対するバッテリの温度特性及び充放電電力特性を示すグラフである。本例では上述した第１実施形態に対して、バッテリ１３の温度をバッテリ１３の充放電によって自己発熱する熱（バッテリの内部抵抗によって発生する熱やジュール熱）を用いて調整する点が異なる。その他の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１実施形態及び第２実施形態の記載を適宜、援用する。図１１（ａ）は時間に対する必要温度特性及び無制御温度の特性を示すグラフであり、図１１（ｂ）は時間に対するバッテリ１１の充放電特性を示すグラフである。図１１（ａ）のグラフａは必要温度の特性、グラフｂは無制御の温度の特性である。図１１（ｂ）のグラフａは制御前の特性、グラフｂは制御後の特性である。

コントローラ１００は、必要温度特性と無制御の温度特性とを比較して、要求電力がバッテリ１３の出力可能電力より高くなる期間（出力未達期間、図１１の時間ｔ_１から時間ｔ_２の間）を特定する。コントローラ１００は、出力未達期間がある場合には、出力未達期間の始点に相当する時刻よりも前に、バッテリ１３の充放電電力が電力予測部１０２で予測された充放電電力特性の電力よりも高くなるように、バッテリ用電力制御器１１を制御する（図１１（ｂ）を参照）。充放電電力を高くすると、バッテリ１３に加わる負担が大きくなるため、バッテリ１３の温度を高めることができる。

バッテリ１３の温度の上昇制御のために、充放電電力を制御するタイミング及び上昇させる電力の大きさは、出力未達期間における、必要温度と無制御の温度との温度差及び出力未達期間の長さに応じて設定される。言い換えると、温度調整部１０３は、出力未達期間において、バッテリ１３の実際の温度が必要温度以上になるように、充放電電力を制御するタイミング及び上昇させる電力の大きさを設定する。これにより、温度調整部１０３は、バッテリ１３の充放電よりバッテリ１３の温度を調整する。なお、バッテリ１３の温度の上昇制御のために、充放電電力を制御するタイミングは、出力未達期間の始点に相当する時刻（要求電力がバッテリ１３の出力可能電力より高くなる時点）に対して、バッテリ１３の大きさ（体積）等に応じた温度時定数を考慮して予め定められた所定時間だけ前に設定することが望ましい。本実施形態においてはバッテリ１３の自己発熱を利用するため、バッテリ１３外部からバッテリ１３の温度を制御するもの（ファンの作動制御や燃料電池の熱を利用する等、バッテリ１３外部から温度制御するもの）に対して、応答性が高い温度制御が可能である。

上記のように、本例は、バッテリ１３への要求電力がバッテリ１３の出力可能電力より高くなる時点より前に、バッテリ１３の充放電によりバッテリの温度を調整し、バッテリ１３の出力電力を要求電力以上にする。これにより、要求電力に対して、バッテリ１３の出力電力の不足を防ぐことができる。

上記のバッテリ用電力制御器１１が本発明の「調整手段」に相当する。

《第４実施形態》
図１２は、発明の他の実施形態に係るバッテリ制御装置において、時間に対する必要温度特性及び無制御温度の特性と、本例の制御後の、時間に対するバッテリ１３の温度特性とを示すグラフである。本例では上述した第１実施形態に対して、バッテリ１３の温度制御の一部が異なる。その他の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第３実施形態の記載を適宜、援用する。図１２のグラフａは必要温度特性を、グラフｂは無制御温度の特性を、グラフｃは本例の制御後のバッテリの温度特性を示す。

コントローラ１００は、要求電力に対応するバッテリ１３の必要温度の時系列特性と、無制御の温度の時系列特性とを比較することで、必要温度が無制御の温度より高くなる期間を特定し、バッテリ１３の温度を上昇させるための目標温度を設定する。目標温度は、特定された期間内におけるバッテリ１３の必要温度の最大温度よりも高い温度に設定される。また、目標温度への到達時点の時刻を、当該最大温度に対する時刻よりも前に設定する。目標温度の高さ及び目標温度への到達時刻は、目標温度に到達後の温度特性がバッテリ１３の必要温度の温度特性以上になっている状態を維持するように設定される。

図１２を例に、上記の制御を説明すると、まず、コントローラ１００は、必要温度の時系列特性（グラフａ）と、無制御の温度の時系列特性（グラフｂ）とを比較して、必要温度が無制御の温度より高くなる期間を特定する。コントローラ１００は、当該期間の始点に相当する時刻（ｔ_ｐ）より前の時刻に、バッテリ１３の温度の上昇制御を行うタイミングを設定する。また、コントローラ１００は、当該上昇制御を開始する時刻（ｔ_ｓ）から、必要温度が無制御の温度より高くなる期間の終了時刻まで、バッテリ１３の実際の温度特性が必要温度特性より高くなるように、この期間における必要温度の特性及び無制御の温度特性に応じて、目標温度（Ｔ_ｎ）及び目標温度の到達時刻（ｔ_ｎ）を設定する。

バッテリ１３に加わる負担を考慮すると、バッテリ１３の温度上昇は必要温度の特性に対して小さくする方が好ましい。そのため、時刻（ｔ_ｓ）から時刻（ｔ_ｎ）までのバッテリ１３の温度特性の傾き（温度上昇の傾き）が、必要温度特性の傾き（温度上昇の傾き）より大きくしつつ、時刻（ｔ_ｓ）から時刻（ｔ_ｐ）までの時間を最小限するように、バッテリ１３の温度の上昇制御を行うタイミングを設定する。また、時刻（ｔ_ｎ）以降の温度推移について、目標温度（Ｔ_ｎ）は必要温度の最大温度（Ｔ_ｍ）より高くしつつ、目標温度の到達時刻（ｔ_ｎ）を、最大温度（Ｔ_ｍ）に対する時刻（ｔ_ｍ）より前の時刻にする。さらに、目標温度（Ｔ_ｎ）後の温度特性が必要温度特性より低くならないように、目標温度（Ｔ_ｎ）及び到達時刻（ｔ_ｎ）を設定する。

これにより、バッテリ１３の温度が不要に上昇させることなく、バッテリ１３の実際の温度を必要温度以上にすることできる。

上記のように、本例は、バッテリ１３の必要温度が無制御の温度より高くなる期間において、温度調整部１０３の制御により上昇させるバッテリ１３の目標温度の到達時刻を、必要温度の最大温度の時刻より前の時刻に設定する。これにより、温度を上昇させることでバッテリ１３に加わる負担を抑えつつ、バッテリ１３の実際の出力電力を要求電力以上にすることができる。その結果として、要求電力に対して、バッテリ１３の出力電力の不足を防ぐことができる。

なお、本発明の変形例として、コントローラ１００は、必要温度が無制御の温度より高くなる期間の始点に相当する時刻（ｔ_ｐ）より前の、バッテリ１３の電力の実測値に応じて、目標温度を補正してもよい。必要温度特性及び無制御の温度特性を演算する際に用いる要求電力の特性は、電力予測部１０２による予測値であるため、実際のバッテリ１３の電力及び温度とは異なる場合がある。

本例では、電圧センサ１４の検出値またはバッテリ１３の電流センサ（図示しない）の検出値からバッテリ１３の実際の電力を検出する。そして、バッテリ１３の実際の電力がバッテリ１３の出力可能電力より高い場合には、上記により設定された目標温度で制御を行うと、バッテリ１３の実際の温度は目標温度より高くなるため、コントローラ１００は目標温度を低くするように補正する。一方、バッテリ１３の実際の電力がバッテリ１３の出力可能電力より低い場合には、上記により設定された目標温度で制御を行うと、バッテリ１３の実際の温度は目標温度より低くなってしまうため、コントローラ１００は目標温度を高くするように補正する。

１…交流電源
２…太陽光パネル
３…ＰＶ用電力制御器
４…負荷
１０…蓄電装置
１１…バッテリ用電力制御器
１２…リレースイッチ
１３…バッテリ
１４…電圧センサ
１５…ファン
１６…排気口
１３１、１３２…開閉装置
１３３…絶縁材
２０…燃料電池ユニット
２１…燃料処理部
２２…燃料電池
２３…インバータ
２４…パイプ
１００…コントローラ
１０１…温度推定部
１０２…電力予測部
１０３…温度調整部
２００…蓄電ユニット

Claims (11)

1. 電装負荷に対して電力を供給するバッテリと、
   前記バッテリの温度を推定する推定手段と、
   前記バッテリの温度を調整する調整手段と、
   前記調整手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記負荷の消費電力推移の履歴から前記バッテリへの要求電力を予測し、
   前記推定手段で推定された前記バッテリの推定温度から、前記バッテリの出力可能な出力可能電力を演算し、
   前記要求電力が前記出力可能電力より高くなる時点を予め特定するとともに、当該特定した時点より前に前記調整手段を制御することで、前記要求電力が前記出力可能電力より高くなる時点における前記バッテリの出力電力を前記要求電力以上にする
   ことを特徴とするバッテリ制御装置。
2. 前記バッテリの温度と前記バッテリの出力可能電力との対応関係を示すマップをさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記マップを参照して、前記要求電力から、前記要求電力を出力させるために必要な前記バッテリの必要温度を演算し、
   前記要求電力が前記出力可能電力以下である場合には前記要求電力を出力し、前記要求電力が前記出力可能電力より大きい場合には前記出力可能電力を出力するように前記バッテリを制御した場合の前記バッテリの温度を演算し、
   前記必要温度が前記制御手段で演算された演算温度より高くなる時点より前に前記調整手段を制御することで前記バッテリの温度を前記必要温度以上にする
   ことを特徴とする請求項１記載のバッテリ制御装置。
3. 前記制御手段は、
   前記調整手段により上昇させる前記バッテリの目標温度を設定し、
   前記必要温度が前記演算温度より高くなる期間において、前記調整手段により上昇させる前記目標温度の到達時刻を、前記必要温度の最大温度の時刻より前の時刻に設定する
   ことを特徴とする請求項２記載のバッテリ制御装置。
4. 前記制御手段は、
   前記必要温度又は前記演算温度のうち、高い方の温度に基づいて前記調整手段を制御する
   ことを特徴とする請求項２又は３記載のバッテリ制御装置。
5. 前記バッテリの電力を検出するセンサをさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記調整手段により上昇させる前記バッテリの目標温度を設定し、
   前記目標温度を前記センサの検出値に基づいて補正する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバッテリ制御装置。
6. 前記バッテリの温度と前記バッテリの出力可能電力との対応関係を示すマップをさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記マップを参照して、前記推定温度から前記出力可能電力を演算する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバッテリ制御装置。
7. 電力を発電して、発電した電力を前記バッテリ及び負荷へ供給可能な発電手段を更に備え、
   前記制御手段は、
   前記発電手段の発電電力を予測し、該予測した発電電力と前記負荷の消費電力推移の履歴とから前記バッテリへの要求電力を予測することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のバッテリ制御装置。
8. 前記調整手段は、
   前記バッテリの充放電電力を制御することにより前記バッテリの温度を調整する
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のバッテリ制御装置。
9. 前記調整手段は、
   前記発電手段からの排熱を利用して前記バッテリの温度を調整する
   ことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ制御装置。
10. 前記調整手段は、
    前記バッテリの電力により動作する負荷に含まれる熱源を利用して前記バッテリの温度を調整する
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のバッテリ制御装置。
11. 前記バッテリを冷却するファンをさらに備え、
    前記調整手段は、
    前記ファンの風量又は風向を調整して前記バッテリの温度を調整する
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のバッテリ制御装置。

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