JP6383500B2 - 蓄電池制御装置、制御方法、プログラム、蓄電システム、電力システム - Google Patents

蓄電池制御装置、制御方法、プログラム、蓄電システム、電力システム Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、蓄電池制御装置、制御方法、プログラム、蓄電システム、および電力システムに関する。
電気事業法により、新電力（ＰＰＳ：Ｐｏｗｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔ ａｎｄ Ｓｕｐｐｌｉｅｒ）は、３０分単位で、使用される電力量と供給する電力量とを合致させること（同時同量）を求められている。しかし、３０分単位といえども、新電力が同時同量を完全に達成するのは難しく、ある程度の超過または不足が生じ得る。超過または不足が生じた場合、地域の電力会社が不足分の補給および超過分の吸収を行う。電力会社は、不足分の補給を行ったときは、新電力に「インバランス料金」を請求する。そのため、新電力は供給量を調整するために、蓄電システムを備え、同時同量を達成できるようにしている。
蓄電システムを用いる場合、任意の時点において、蓄電システム内の蓄電池が、充電または放電可能な電気量（電荷量）または電力量を予測することが重要である。予測が正確でないと、目的とする変動抑制やピークシフトに支障を生じ、インバランス料金が発生する恐れがある。そのため、充放電量予測システムが用いられる。充放電量予測システムは、蓄電システム以外でも、太陽光発電、風力発電などの自然エネルギーを利用した発電、または、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などを利用した発電でも用いられる。
二次電池の充放電可能な電気量などは、周囲の温度や経年劣化などにより、大きく変化する。そのため、一般的に、二次電池の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）、二次電池の温度などをパラメータとし、当該パラメータ下における充放電可能な標準的な最大電力値を実験により求めて、特性値テーブルとしてテーブル化しておく。この特性値テーブルに基づき、任意のパラメータにおける充放電電力値を予測していた。
しかし、上記のような充放電電力値の予測は、標準的な一律の特性値テーブルに基づくため、個々の二次電池の特性ばらつき、経時的に進行する特性劣化への動的な対応などを考慮することができず、充放電電力予測値の誤差は大きくなる。ゆえに、運用上のマージンを確保するために、予測値を小さめに見積もることとなり、結果として、充放電量予測システムは、実用上の性能が低いものとなっていた。
一方、一定期間ごとに、試験用充放電を行い、特性値データを更新し、その結果に基づき、充放電可能電力を予測することで、特性ばらつきや劣化進行への対応を可能とする方法もある。しかし、試験用充放電には時間がかかり、瞬時の入出力制御精度は低い。また、試験用充放電中は、同時同量の達成、変動抑制、ピークシフトなどに対応することに対し支障が生じ、インバランス料金が発生するおそれがあり、やはり実用上の性能は低いものであった。
特開平１１−１８７５７７号公報 特開２００２−５８１１３号公報 特開２００７−３０６７７１号公報 特開２００８−４２９６０号公報 特開２０１３−１８３５０９号公報 特開２０１２−２５１８０６号公報
本発明の実施形態は、蓄電池が入出力可能な電力量を高精度に算出することで、電力の不足分の補給および超過分の吸収を、適宜行うことができるようにする。
本発明の実施形態に係る蓄電池制御装置は、二次電池の充電または放電時に計測された前記二次電池の温度、電圧、および電流のデータに基づいて前記二次電池の内部抵抗と、前記二次電池の開回路電圧と前記二次電池の充電状態または充電された電荷量との関係を示す関数を算出する電池特性推定部と、前記電池特性推定部により算出された前記内部抵抗および前記関数に基づいて、前記二次電池の入出力可能な電力量を算出する入出力能力値算出部とを備える。
第１の実施形態に係る蓄電システムを利用した電力システムの概略構成の一例を示すブロック図。 制御部２の概略処理のフローチャート。 充電時の電流・電圧の履歴の一例を示す図。 活物質量算出部の処理の流れを示すフローチャート。 開回路電圧算出部の処理の流れを示すフローチャート。 充電量と開回路電圧との関係を表すグラフ（充電量‐ＯＣＶ曲線）の一例を示す図。 ＳＯＣと開回路電圧との関係を表すグラフ（ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線）の一例を示す図。 各温度におけるＳＯＣと反応抵抗Ｒｃｔとの関係を示す図。 各抵抗成分について説明する図。 入出力可能な電力量（Ｗｈ）の算出を説明する図。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る蓄電システムを利用した電力システムの概略構成の一例を示すブロック図である。この電力システムは、蓄電池１と、制御部２と、コントロールシステム３と、発電システム４と、電力系統５と、需要家６を備える。制御部２は、充放電制御部２１と、計測部２２と、ＳＯＣ（充電状態：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）推定部２３と、データベース２４と、電池特性推定部２５と、内部抵抗補正部２６と、電力量産出部２７とを備える。電池特性推定部２５は、充電履歴記録部２５１、活物質量（パラメータ）算出部２５２、開回路電圧算出部２５３を備える。
蓄電池１は、１以上の電池パックを備える。各電池パックは、１以上の電池モジュールを備える。各電池モジュールは、複数の単位電池（セル）を備える。各電池パックが備える電池モジュールの数は、同数でも異なってもよい。また、各電池モジュールが備える単位電池の数は、同数でも異なってもよい。
単位電池は、充放電が可能な二次電池であればよい。ここでは、リチウムイオン二次電池を想定して説明する。
なお、以降の説明において、特に断りがなければ、蓄電池１と記載されている場合、電池パック、電池モジュール、単位電池を含むものとする。
制御部２は、蓄電池１と接続され、蓄電池１の制御および状態の計測を行う。制御部２が、蓄電池１の状態から、入出力可能な電力量を算出しておくことで、発電システム４の電力供給の過不足に対応できるようにする。
図２は、制御部２の概略処理のフローチャートである。図２（Ａ）は蓄電池１の状態を把握するための処理である。当該処理は、リアルタイムに変動する状態ではなく、劣化など一定期間を経過した後に変化する状態を把握するために行われるものであり、一定期間経過ごとに行われることを想定する。図２（Ｂ）は、入出力可能な電力量を計算するための処理であり、入出力可能な電力量は常に把握しておく必要があるため、１０秒から３０分程度の間隔で行われることを想定する。
蓄電池１の状態を把握するための処理について説明する。制御部２は、一定期間を経過するごとに、蓄電池１に対して、所定条件における充電（または放電）の指示を行う（Ｓ１０１）。制御部２は、蓄電池１からの充電（放電）結果を取得し、充電結果の解析を行う（Ｓ１０３）。充電結果の解析とは、充電結果に基づき、各単位電池の電池特性（セル特性）および内部状態パラメータを算出することである。具体的には、充電時または放電時の電流および電圧のデータに基づき、単位電池の正極および負極の活物質量、電池容量、内部抵抗などを推定する。また、各極の活物質量に基づき、二次電池の開回路電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）の推定を行う。
内部状態パラメータは、単位電池の正極容量（正極の質量）、負極容量（負極の質量）、ＳＯＣずれ、および内部抵抗を想定する。ＳＯＣずれは、正極の初期充電量と負極の初期充電量との差を意味する。電池特性は、上記内部状態パラメータから算出するＯＣＶ曲線、電池容量などがある。また、内部抵抗は電池特性に含めてもよい。
入出力可能な電力量を計算するための処理について説明する。制御部２は、蓄電池１から電圧、温度など現在の単位電池の状態に関する現状情報を取得する（Ｓ２０１）。そして、先に推定した各電池の電池特性（セル特性）および内部状態パラメータ、および現状情報に基づき、入出力可能な電力量（入出力能力値）を算出する（Ｓ２０２）。制御部２は、算出した入出力可能な電力量を、逐次コントロールシステム３に通知する（Ｓ２０３）。これにより、コントロールシステム３は、蓄電池１の状態を把握でき、制御部２は、コントロールシステム３からの指示を受けて、蓄電池１に対し、充放電（入出力）の指示を行う。
制御部２が備える各部および動作の詳細については、後述する。
コントロールシステム３は、制御部２をコトンロールする外部の上位コントローラである。コントロールシステム３は、電力系統４との同時同量の達成、電力系統４の電圧および周波数の安定化、発電量および負荷量の変動抑制、並びにピークシフトなどを目的として、制御部２を介して、蓄電池１に対し充放電の指示を行う。
コントロールシステム３は、電力系統４に接続されている発電システム５の発電量と、電力需要家の各種負荷装置の負荷量の予測を行う。この予測に基づき、電力需要家の需要量が供給量（発電量）を上回った場合に、蓄電池１から必要量を正確に取出し、インバランス料金の発生を防ぐ。また、供給量（発電量）が電力需要家の需要量を上回った場合、電力を無駄なく蓄電池１に充電し、蓄電池１への過充電による電池の劣化を抑制する。
コントロールシステム３は、同時同量の達成、変動抑制、ピークシフトなどの目的または計画に基づき、充放電および入出力を行うべき電池パック、電池モジュールおよびセルを決定する。そして、コントロールシステム３は、制御部２に対し、決定した電池パック、電池モジュールおよびセルに対し、充放電が行われるよう制御部２に指示する。なお、当該指示は、制御部２ではなく、蓄電池１に直接通知してもよい。
電力系統４は、電力システム５、需要家６などと接続され、電力の出力および入力を行う。
発電システム５は、太陽光発電システム、風力発電システムなど自然エネルギーを活用する発電システムとし、電力の供給が不安定であることを想定する。但し、発電システム５は、これらに限られるわけではない。
需要家６は、個人住宅、ビルディング、工場などであり、電力系統４から電力供給を受けるのみならず、需要家６が発電した電力を電力系統４に供給することもできるものとする。
なお、ここで説明したシステム構成は、一例であり、この構成に限られるものではない。例えば、コントロールシステム３は、電力系統４と発電システム５の両方に接続されていてもよい。逆に、電力系統４、発電システム５に接続されずに、仮想発電所などと接続されていてもよい。または、電力系統４または発電システム５がなくともよい。
次に、制御部２が備える各部について説明する。
充放電制御部２１は、蓄電池１に対し、一定期間が経過するごとに、所定条件での充放電の指示を行う。充放電は、蓄電池１のセルの劣化進行による特性変化が無視できなくなる前に行う必要があるため、当該一定期間は、特性変化を考慮して、予め適切に定めておく。また、コントローラ３の指示を受け付けて、指示を行ってもよい。
計測部２２は、蓄電池１に関する情報をリアルタイムで計測する。計測する情報は、単位電池の正極端子と負極端子との間の電圧と、単位電池に流れる電流と、単位電池の温度などがある。
ＳＯＣ推定部２３は、計測部が計測した、電圧、電流、および温度のリアルタイム計測データから、蓄電池１の現時点でのＳＯＣ（充電状態）を推定する。
データベース２４は、単位電池が有する各電極を構成する正極または負極の充電量と電位との関係を示す関数などが格納される。
電池特性推定部２５は、現時点における電池特性を算出する。電池特性は、内部抵抗、ＯＣＶ曲線、電池容量であり、一定期間ごとに算出され、更新される。ここでいうＯＣＶ曲線は、電池に関する何らかの指標とＯＣＶとの関係を示すグラフを意味する。例えば、ＳＯＣとＯＣＶとの関係を示すＳＯＣ−ＯＣＶグラフでもよいし、充電量とＯＣＶとの関係を示す充電量−ＯＣＶグラフでもよい。算出するＯＣＶ曲線の種類は、予め定めておけばよい。
電池特性の評価には、公知の電池特性測定方法を用いることができる。具体的には、実際に電流を流して電池容量の測定を行う充放電試験、主に内部抵抗値の測定を行う電流休止法、交流インピーダンス測定などの電気化学的測定などがあり、これらを組み合わせて測定することができる。また、充放電曲線を解析して、簡易的に電池特性を推定する方法を用いてもよい。
充電履歴記録部２５１は、蓄電池１の充電時または放電時に、計測部２２で計測された、電圧、電流、および温度などのデータ（履歴）を記録する。当該記録は、蓄電池１の充電の開始から、蓄電池１の充電の終了まで、一定時間間隔ごとに繰り返し行われる。この時間間隔は、当該記録を用いる処理に応じて、任意に設定すればよい。例えば、０．１秒から１秒間隔程度に設定することが考えられる。記録される時刻は、絶対時刻でも、充電が開始されてからの相対時刻でもよい。また、充電履歴記録部１０６の処理が一定時間間隔で繰り返されている場合は、時刻の記録は省略してもよい。
図３は、充電時の電流および電圧のデータの一例を示す図である。図３に示すデータは、二次電池の充電方法として一般的に用いられる定電流定電圧充電の一例である。図３の破線は、電流履歴を表し、実線は電圧履歴を表す。
後述する活物質量算出部２５２の処理においては、例えば、定電流定電圧充電全体の充電履歴、または定電流充電区間（図３のｔ０からｔ１の間）の充電履歴のみを用いてもよい。
活物質量算出部２５２は、充電履歴記録部２５１が記録した履歴に基づき、単位電池の正極または負極を構成する活物質の量、初期充電量、単位電池の内部抵抗をそれぞれ算出する。具体的には、活物質量および内部抵抗から電池電圧を算出する関数を利用する。電池充電時または放電時の電流データおよび電圧データ、並びに当該関数に基づき算出した電池電圧の差が少なくなるような活物質量と内部抵抗を回帰計算により求める。なお、特許文献６には正極が複数の活物質から構成される場合の例が示されているが、本実施形態では正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる二次電池を例にとって説明する。
正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる二次電池を充電する場合、時刻ｔにおける端子電圧Ｖｔは、次式で表すことができる。
Figure 0006383500
 Ｉｔは時刻ｔにおける電流値、ｑｔは時刻ｔにおける電池の充電量を表す。ｆｃは正極の充電量と電位との関係を示す関数、ｆａは負極の充電量と電位との関係を示す関数を表す。ｑｏ ｃは正極の初期充電量、Ｍｃは正極の質量を表す。ｑｏ ａは負極の初期充電量、Ｍ ａは負極の質量を表す。Ｒは内部抵抗である。
電流値Ｉｔは、充電履歴記録部２５１により記録された電流データを用い、充電量ｑｔは、電流値Ｉｔを時間積分することにより算出することができる。関数ｆｃおよび関数ｆ ａは、関数情報として、データベース２４に記録されているものとする。
その他の正極の初期充電量ｑｏ ｃ、正極の質量Ｍｃ、負極の初期充電量ｑｏ ａ、負極の質量Ｍａ、および内部抵抗Ｒの５つの値（パラメータセット）は、回帰計算によって推定される。
図４は、活物質量算出部２５２の処理の流れを示すフローチャートである。活物質量算出部２５２の処理は、蓄電池１の充電が終了したのち開始される。
活物質量算出部２５２は、初期化を行い、前述のパラメータセットに初期値を、回帰計算の繰り返し回数に０を設定する（Ｓ３０１）。初期値は、例えば、直近の活物質量算出処理が行われた際に算出された値などを用いる。
活物質量算出部２５２は、次式で表される残差Ｅを計算する（Ｓ３０２）。
Figure 0006383500
 Ｖｂａｔ＿ｔは時刻ｔにおける端子電圧、ｔｅｎｄは充電終了時刻を表す。
活物質量算出部２５２は、パラメータセットの更新ステップ幅を計算する（Ｓ３０３）。パラメータセットの更新ステップ幅は、例えば、Ｇａｕｓｓ−Ｎｅｗｔｏｎ法、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−ｍａｒｑｕａｒｄｔ法などを用いて算出することができる。
活物質量算出部２５２は、更新ステップ幅の大きさが、予め定められた大きさ未満であるかどうかを判定する（Ｓ３０４）。更新ステップ幅の大きさが予め定められた大きさ未満であった場合（Ｓ３０４のＮＯ）は、活物質量算出部２５２は、計算が収束したと判定し、現在のパラメータセットを出力する（Ｓ３０７）。更新ステップ幅の大きさが、予め定められた閾値以上であった場合（Ｓ３０４のＹＥＳ）は、回帰計算の繰り返し回数が、予め定められた値を超えているかを確認する（Ｓ３０５）。
回帰計算の繰り返し回数が予め定められた値を超えている場合（Ｓ３０５のＹＥＳ）は、現在のパラメータセットを出力する（Ｓ３０７）。回帰計算の繰り返し回数が予め定められた回数以下であった場合（Ｓ３０５のＮＯ）は、パラメータセットにＳ３０３で算出した更新ステップ幅を加算し、回帰計算の繰り返し回数を１つ加算する（Ｓ３０６）。そして、再度、残差の計算に戻る（Ｓ３０２）。以上が、活物質量算出部２５２の処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態においては、活物質量算出部の入力として充電履歴を用いたが、放電履歴を用いても、同様に活物質量を算出することは可能である。なお、放電履歴を用いる場合にも、活物質量算出部２５２の処理の流れおよび用いられるパラメータは、充電履歴を用いて活物質量を算出する場合と同一のものを用いることが可能である。
開回路電圧算出部２５３は、活物質量算出部２５２により算出された、正極の初期充電量ｑｏ ｃ、正極の質量Ｍｃ、負極の初期充電量ｑｏ ａ、負極の質量Ｍａを利用し、電池の充電量と開回路電圧との関係を算出する。
図５は、開回路電圧算出部２５３の処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートは、活物質量算出部２５２の処理が終了した後に開始される。このフローチャートでは、充電量ｑｎを一定の値△ｑｎにて増減し、開回路電圧が下限値未満から下限値以上になる充電量ｑｎ０を発見した上で、ｑｎ０を初期値として、開回路電圧が上限値を超えるまで、△ｑｎごとにｑｎを増加させていき、増加の度に、そのときの充電量と開回路電圧を記録する。これにより、開回路電圧が下限値から上限値までの範囲における充電量と開回路電圧との関係を算出することができる。
開回路電圧算出部２５３は、充電量ｑｎの初期値を設定する（Ｓ４０１）。ｑｎの初期値は、０もしくは０よりも蓄電池１の公称容量の数％程度小さい値にすればよい。具体的には、蓄電池１の公称容量が１０００ｍＡｈであれば−５０ｍＡｈから０ｍＡｈ程度の範囲に設定すればよい。
開回路電圧算出部２５３は、開回路電圧を算出する（Ｓ４０２）。開回路電圧の算出には、次式を用いることができる。
Figure 0006383500
次に、開回路電圧算出部２５３は、算出された開回路電圧を、予め定められた電池の下限電圧と比較する（Ｓ４０３）。電池の下限電圧は、蓄電池１に用いられる正極活物質と負極活物質との組み合わせにより定まる値である。具体的には、正極活物質、負極活物質それぞれについて、安全性、寿命、抵抗などの観点から各観点それぞれの適切な使用範囲の電圧を定め、それらの組み合わせにより、電池としての使用範囲の下限および上限電圧を決定する。
開回路電圧が予め定められた下限電圧未満でない場合（Ｓ４０３のＮＯ）は、充電量ｑｎからΔｑｎを減算し（Ｓ４０４）、再度、開回路電圧を算出する（Ｓ４０２）。開回路電圧が予め定められた下限電圧未満である場合（Ｓ４０３のＹＥＳ）は、開回路電圧算出部２５３は、充電量ｑｎにΔｑｎを加算する（Ｓ４０５）。これらにより、充電量ｑｎは下限値に近づく。Δｑｎは任意の値に設定可能である。例えば、蓄電池１の公称容量の１／１０００から１／１００程度にすることが考えられる。具体的には蓄電池１の公称容量が１０００ｍＡｈであれば１ｍＡｈから１０ｍＡｈ程度の範囲に設定することが考えられる。
開回路電圧算出部２５３は、加算された充電量ｑｎ＋Δｑｎを用いて、開回路電圧を算出する（Ｓ４０６）。そして、開回路電圧算出部２５３は、算出された開回路電圧を、前述の下限電圧と比較する（Ｓ４０７）。開回路電圧が下限電圧未満であった場合（Ｓ４０７のＮＯ）は、Ｓ４０５に戻り、再度、充電量ｑｎにΔｑｎを加算する（Ｓ４０５）。開回路電圧が下限電圧以上であった場合（Ｓ４０７のＹＥＳ）は、開回路電圧が下限値未満から下限値以上になったため、このときの充電量ｑｎをｑｎ０とし、充電量ｑｎ０と開回路電圧Ｅｎを合わせて記録する（Ｓ４０８）。なお、この充電量ｑｎ０の値を基準値として０と表してもよい。その場合は、以降の記録の際に、充電量ｑｎの値からｑｎ０の値を引いた値を記録する。
開回路電圧算出部２５３は、充電量ｑｎにΔｑｎを加算し（Ｓ４０９）、開回路電圧を算出し（Ｓ４１０）、充電量ｑｎからｑｎ０を引いた値と、算出された開回路電圧Ｅｎを記録する（Ｓ４１１）。
開回路電圧算出部２５３は、算出された開回路電圧と予め定められた電池の上限電圧とを比較する（Ｓ４１２）。電池の上限電圧は、蓄電池１に用いられる正極活物質と負極活物質の組み合わせによって定まる値である。開回路電圧が予め定められた上限電圧未満であった場合（Ｓ４１２のＮＯ）は、再度、充電量ｑｎにΔｑｎを加算する処理に戻る（Ｓ４０９）。開回路電圧が予め定められた上限電圧以上となった場合（Ｓ４１２のＹＥＳ）は、処理を終了する。以上が、開回路電圧算出部２５３の処理の流れを示すフローチャートである。
図６は、充電量と開回路電圧との関係を表すグラフ（充電量―ＯＣＶ曲線）の一例を示す図である。図６（Ａ）は開回路電圧算出部２５３により求められた現在の状態における充電量―ＯＣＶ曲線である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すグラフの縦軸を、下限電圧から上限電圧までにした図である。図７は、充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆＣｈａｒｇｅ）と開回路電圧との関係を表すグラフ（ＳＯＣ‐ＯＣＶ曲線）の一例を示す図である。横軸が、充電量ではなく、ＳＯＣである点が図６と異なる。図７は、図６（Ｂ）に示すグラフをＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に変換したグラフ（実線）と、初期状態の電池のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線（破線）とを、重ねて表示したものである。図７の破線が初期状態の電池の開回路電圧を、実線が電池の劣化などによる変化後（現在）の電池の開回路電圧を表す。ＳＯＣは、満充電容量に対して現在充電されている電荷量の割合を示し、０から１の間の値で表される。
なお、ここでの説明において、単に充電状態と称しているものには、ＳＯＣだけでなく、充電量なども含まれるものとする。
変化後の曲線は、容量の減少に伴い、曲線の長さが短くなるが、図７によれば、曲線の長さだけでなく形状自体が変化していることがわかる。例えば、開回路電圧に基づいて充電状態（ＳＯＣ）を推定する場合に、計測された開回路電圧がＡであるとき、正しい充電状態（現在の充電状態）はＢ１となる。しかし、開回路電圧の曲線が変形しないとみなした場合、つまり、初期状態のおけるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線で開回路電圧を求めようとすると、電圧Ａにおける充電状態はＢ２と求められ、充電状態の推定精度が低くなる。ゆえに、この第１の実施形態にように、現在の状態におけるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を利用することにより、充電状態を高精度に測定することが可能となる。
したがって、第１実施形態によれば、特別な充放電などを行うことなく、使用に伴い変化する充電量と開回路電圧との関係（充電量―ＯＣＶ曲線またはＳＯＣ−ＯＣＶ曲線）を正確に把握することができ、充電状態を高精度に推定することが可能となる。
なお、ここでは、二次電池の正極、負極がそれぞれ１種類の活物質からなる場合について説明したが、二次電池の正極、負極のいずれかが複数の活物質からなる二次電池に対しても同様に適用することが可能である。また、蓄電池１の活物質量を記憶するデータベースが予め用意されている場合には、開回路電圧算出部２５３は、このデータベースに記憶された活物質量を用いて、予め定められた電池の電圧範囲における二次電池の充電量と開回路電圧との関係を示すグラフを算出することができる。
内部抵抗補正部２６は、電池特性推定部２５より算出された内部抵抗Ｒと、計測部２２で計測された温度Ｔに基づき、現在の蓄電池１の温度Ｔにおける内部抵抗へ補正する。補正後の内部抵抗Ｒｃｒとする。
内部抵抗補正部２６が行う内部抵抗の温度補正について説明する。内部抵抗の温度補正とは、例えば、充放電曲線から、各活物質の充電量−ＯＣＶデータを参照し、電池容量、内部抵抗、および正負極の各活物質の劣化の程度を推算する電池性能診断方法に対し、温度の影響を補正する手段を提供し、電池性能診断を良好に適用することができる温度範囲を拡大するものである。
その原理と方法について、説明する。リチウムイオン二次電池は、対向する正極と負極と、正負極間のＬｉ塩を含む電解質とを有する。また、正極および負極には、活物質が集電箔上に塗布されている。集電箔は、電池外装の正極および負極端子にそれぞれ接続されている。電池の充放電時には、電解質を通じてＬｉイオンが正極活物質と負極活物質間を移動し、電子が活物質から外部端子へ流れる。
活物質は、物質ごとに、可逆に挿入または脱離可能なＬｉ量と電位を有している。一定の充放電電圧の範囲にて、電池が貯蔵できるエネルギー量は、電池内の正極活物質と負極活物質の量およびその組み合わせにより決定される。
また、充放電時にはＬｉイオン伝導、電解質中のＬｉイオンが活物質内部へ侵入する際の電荷移動抵抗、電解質と活物質の界面に形成される被膜による抵抗、活物質や集電箔を電子が流れる電気抵抗が生じる。電池の内部抵抗は、これらＬｉイオンの移動、電子の移動、電荷移動抵抗、被膜の抵抗、並びに正極および負極内での拡散抵抗などの総和となる。
一般的に、リチウムイオン二次電池内部の電池制御システムでは、安全性の観点から、各単位電池の電圧、電池パック内の温度などを計測している。これらの計測データに基づき、電池性能を算出することができれば、費用や時間をかけずに、劣化診断を行うことが可能となる。
しかしながら、充電放電条件が細かくランダムに変動する実使用時の電池挙動を解析することは非常に難しい。時間に依存する抵抗、拡散抵抗、および緩和過程などが複雑に複合された現象となり、計算モデル化が容易ではないからである。一方で、例えば、一定条件下で行われた電気自動車の充電のような単純な挙動のみを対象とすれば、簡略化モデルにより、解析が可能となる。
そこで、本実施形態に係る電池性能推定方法では、一定条件下での充電または放電のデータ（充放電カーブ）により求められた、各活物質のＬｉ挿入脱離反応に対する「電位−充電量」のカーブ（曲線）に基づき、各活物質の量、充電電流の印加に伴う内部抵抗による電池電圧の上昇（過電圧）を変数として、フィッティング計算により変数の値を定める。これにより容量減少（各活物質の減少）および内部抵抗の増加を推定することができる。
しかし、実際の電池の使用状況下では、外部環境、充電時の電池の状態などにより温度条件が変動する。電池の温度が変化すると電池性能も変化する。特に内部抵抗は、温度の低下に大きくより増加する。図８は、各温度におけるＳＯＣと反応抵抗Ｒｃｔとの関係を示す図である。反応抵抗Ｒｃｔは内部抵抗の成分の１つである。図８に示す通り、温度の違いにより、反応抵抗が大きく異なることが分かる。このため、温度が異なる測定データの解析結果を比較しても、温度による解析結果の変動が大きく影響し、劣化による内部抵抗の増加の評価は難しい。
したがって、実使用下の電池の測定データに基づき、電池特性を推定し、劣化の進行を評価するためには、内部抵抗の温度補正が必要となる。
電池の内部抵抗は、複数の種類の抵抗成分が複合されている。各抵抗成分は、温度依存性および劣化による増加速度が異なる。そのため、劣化の進行により、抵抗の占める割合が変化し、それに伴い内部抵抗全体としての温度依存性も変化する。このことに着目して、本実施形態の電池性能推定方法における内部抵抗の温度補正は、内部抵抗を、反応抵抗Ｒｃｔ、拡散抵抗Ｒｄ、およびオーミック抵抗Ｒｏｈｍの３つの成分に分け、それぞれ固有の温度依存性に従い、基準温度Ｔ０へ補正した後で、合算する。
具体的には、以下の数式により、測定時の電池温度から基準温度への補正を行う。なお、下記の式中のＲｇａｓは気体定数を表す。Ｔ０は基準温度、Ｔは測定時の電池温度を表す。Ｒ１は定数を表す。Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃは、それぞれの抵抗成分の温度依存性を決定する定数である。
（反応抵抗）
Ｒｃｔ（Ｔ０）＝Ｒｃｔ（Ｔ）×Ｅｘｐ（−Ｅａ／（Ｒｇａｓ・Ｔ））／Ｅｘｐ（−Ｅａ／（Ｒｇａｓ・Ｔ０））
（拡散抵抗）
Ｒｄ（Ｔ０）＝Ｒｄ（Ｔ）×Ｅｘｐ（−Ｅｂ／（Ｒｇａｓ・Ｔ））／Ｅｘｐ（−Ｅｂ／（Ｒｇａｓ・Ｔ０））
（オーミック抵抗）
Ｒｏｈｍ（Ｔ０）＝（Ｒｏｈｍ（Ｔ）−Ｒ１）×Ｅｘｐ（−Ｅｃ／（Ｒｇａｓ・Ｔ））／Ｅｘｐ（−Ｅｃ／（Ｒｇａｓ・Ｔ０））＋Ｒ１
図９は、各抵抗成分について説明する図である。オーミック抵抗は、電解液のイオン伝導抵抗と電池内の電子伝導抵抗とを含む。温度依存性が相対的に小さい電子伝導抵抗は、定数とする。反応抵抗は、電荷移動抵抗と表面被膜の抵抗とを含む。拡散抵抗は、活物質内部、電極内のリチウムイオン拡散に伴う抵抗を含む。
オーミック抵抗のＥｃは、Ｌｉイオンの電解液中での移動に伴う活性化エネルギーを表す。反応抵抗のＥａは、電解液中で溶媒和されたＬｉイオンが活物質表面で脱溶媒和する際のエネルギーを表す。拡散抵抗のＥｂは、活物質内部におけるＬｉイオンサイト間移動に伴う活性化エネルギーと考察される。従って、劣化過程ではこれらの値は一定で変化しないと考えることが出来る。
これらＥａ、Ｅｂ、Ｅｃの値は、単電池の交流インピーダンス測定、電流パルス測定等により算出することができる。解析対象とする電池に関するＥａ、Ｅｂ、Ｅｃの値は、予め測定値から算出しておき、データベースに記憶する。そして、内部抵抗の温度補正演算時に参照すればよい。
次に、充放電カーブからの電池特性の推算において、内部抵抗を３つの成分に分けて算出する方法について説明する。
電池の劣化過程において、内部抵抗の３つの成分はいずれも上昇するが、劣化による増加の速度は、各成分により異なる。そのため、評価する電池寿命の範囲を限定することにより、劣化しないという仮定が成立する場合もあり得る。例えば、電気自動車用の電池であって、評価の下限を残容量９０〜７０％程度までと想定した場合は、使用条件、電池の構成などにも影響されるが、電池寿命を通じて、一部の抵抗成分を一定値と近似できることもあり得る。
（第一の方法）
算出された電池の内部抵抗値からの３成分の算出を行う第一の方法は、オーミック抵抗成分および拡散抵抗成分を一定とみなして、残差を反応抵抗とみなす方法である。この方法では、オーミック抵抗成分および拡散抵抗成分については、劣化による増加が生じないと想定し、セル温度に依存する温度変化のみを考慮する。充放電曲線の解析においては、ある温度Ｔに対して推定された内部抵抗値から、温度Ｔにおけるオーミック抵抗成分および拡散抵抗成分を引き、その残りを反応抵抗成分とする。そして、それぞれの成分を基準温度Ｔ０へ温度補正した上で合計し、基準温度Ｔ０における内部抵抗値を算出する。第一の方法は、正負極の活物質が安定しているＳＯＣの範囲内であって、温度は室温付近以下、電池の電流は比較的小さいといった緩やかな使い方がされる場合に適する。
（第二の方法）
第二の方法は、オーミック抵抗成分および拡散抵抗成分を、これら２つの抵抗成分それぞれと、累積時間または累積電力量との関係に関する関数により推算し、残差を反応抵抗とする方法である。この方法では、オーミック抵抗成分および拡散抵抗成分についての劣化が、時間または充放電サイクル量に相関すると想定して、オーミック抵抗成分および拡散抵抗成分を算出する。充放電曲線の解析においては、ある温度Ｔに対して推定された内部抵抗値から、算出されたオーミック抵抗成分および拡散抵抗成分を引き、残りを反応抵抗成分とする。そして、それぞれの成分を基準温度Ｔ０へ温度補正した上で合計し、基準温度Ｔ０における内部抵抗値を算出する。第二の方法は、オーミック抵抗成分および拡散抵抗成分の劣化が、比較的小さいけれども、確実に進行する場合に適している。
また、累積時間または累積電力量のいずれかを用いるかは、使用環境などに応じて、決定すればよい。例えば、貯蔵時にガスが発生するなどして、電池の劣化が進む場合には、累積時間による劣化量推定が適している。一方、活物質の体積変化など、充放電などの処理のサイクルの繰り返しによる電池の劣化が顕著な場合には、累積電力量による劣化量推定が適している。
なお、累積時間または累積電力量のデータは、予め保持しておくものとする。累積電力量は、機器の稼動量、例えば、車両であれば走行距離で代替してもよい。
（第三の方法）
第三の方法は、反応抵抗成分および拡散抵抗成分が、予め保持する各活物資の拡散抵抗と充電量とのデータ、または反応抵抗と充電量とのデータにより推算され、残差をオーミック抵抗成分とする方法である。第三の方法においては、第一および第二の方法とは異なり、充放電曲線の解析において、活物質の反応抵抗−充電量カーブ、拡散抵抗−充電量カーブ、または電池の内部抵抗−充電量カーブを参照して回帰計算することにより、反応抵抗および拡散抵抗の値を推定する方法である。活物質の抵抗成分が充電量、すなわちＳＯＣに対して依存性を有しており、劣化してもその依存性の傾向は変化しないことを利用して、電池の内部抵抗−充電量の傾向から、内部抵抗の組成の推定を行う。
活物質の反応抵抗−充電量カーブおよび拡散抵抗−充電量カーブは、予め測定する必要がある。また、劣化による変化の様態も電池の構成によるため、予め測定しておく必要がある。例えば、抵抗性の表面被膜が形成される場合では、一様に一定値ずつ増加し、活物質が減少する場合には、一様にｎ倍となるような挙動をとると考えられる。
第三の方法は、反応抵抗−充電量に顕著な変化があり、その結果として電池としての反応抵抗に充電量の依存性が明確に現れている場合に適している。
（第四の方法）
第四の方法は、予め保持する各活物資の拡散抵抗−充電量、反応抵抗−充電量、およびオーミック抵抗−充電量データを用いて回帰計算することにより、反応抵抗成分、オーミック抵抗成分、および拡散抵抗成分を推定する方法である。第三の方法では、拡散抵抗−充電量、反応抵抗−充電量のみを用いたが、第四の方法では、オーミック抵抗−充電量データも用いることが特徴である。活物質のオーミック抵抗−充電量の依存性に特徴がある場合、例えば、充放電により活物質の電子導電性が大きく変化する場合に有効である。
入出力能力値算出部２７は、算出された各電池特性、内部状態パラメータ、および現在の電圧、温度などの電池状態に基づき、入出力可能な電力量（入出力能力値）を算出する。出力可能な電力量の算出処理は、図２（Ｂ）の説明で述べたとおり、１０秒から３０分程度の間隔で常時行われる。
まず、入出力能力値算出部２７は、電池特性推定部２５より算出された、現時点での充電量−ＯＣＶ曲線、電池容量、およびＳＯＣ推定部２３より推定された蓄電池１の現時点のＳＯＣより、現時点での充放電可能な電気量(電荷量)（Ａｈ）を算出する。
次に、算出された充放電可能な電気量（Ａｈ）に対して、ある一定期間ｔの間に充放電可能な電気量を最大限、無駄なく使用するための電流値Ｉｂｅｓｔを決定する。なお、蓄電池１の設計電流値Ｉｍａｘと比較して、設計電流値のほうが小さい場合は、ＩｂｅｓｔをＩｍａｘとする。
そして、入出力能力値算出部２７は、補正後の内部抵抗Ｒｃｒおよび電流値Ｉｂｅｓｔにより、放電（出力）時における電圧降下ΔＶを算出する。そして、電圧降下ΔＶとＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に基づき、ある一定期間ｔにおいて、単位電池の実際に入出力可能な電力量（Ｗｈ）を算出する。
図１０は、入出力可能な電力量（Ｗｈ）の算出を説明する図である。現在の蓄電池１の温度における補正後の内部抵抗をＲｃｒとする。ＳＯＣ推定部２３が推定した蓄電池１の現時点のＳＯＣを６０％と仮定する。また、電池特性推定部２５より算出された現時点の電池容量を１０Ａｈと仮定する。
現時点における電池容量が１０Ａｈであり、ＳＯＣは６０％であることから、現時点において単位電池は、６Ａｈ分の電力量を蓄えている。したがって、現時点での充放電可能な電気量（Ａｈ）は、充電（入力）が４Ａｈ、放電（出力）が６Ａｈとなる。但し、実際に使用することのできる蓄電池１のＳＯＣの範囲は、安全上または運用上の設計により、１０〜９０％程度にすることが多い。ここでも、ＳＯＣの範囲を１０〜９０％とする。これは、充電、放電ともに、最後の１０％分の１Ａｈは使用できないことを意味する。したがって、実質的な充放電可能な電気量（Ａｈ）は、充電（入力）が４Ａｈから１Ａｈを引いた３Ａｈ、放電（出力）は、６Ａｈから１Ａｈを引いた５Ａｈとなる。
この場合において、３０分同時同量を達成するために、蓄電池１から３０分間出力する場合を考える。実質的に放電可能な電気量５Ａｈを、３０分間で放電（出力）するための電流値Ｉは、Ｉｂｅｓｔ×０．５ｈ＝５Ａｈより、Ｉｂｅｓｔ＝１０Ａとなる。これにより、放電（出力）時における電圧降下ΔＶ＝Ｒｃｒ×Ｉｂｅｓｔが求められる。そして、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線と電圧降下ΔＶに基づき、実際に出力可能な電力量（Ｗｈ）（図１０の斜線部分）を算出することが可能となる。なお、電気量５Ａｈを放出すると、電気量の残りは１Ａｈであるので、ＳＯＣは１０％になる。
算出した入出力能力値は、逐次コントロールシステム３に通知される。また、通知内容には、単位電池の入出力能力値だけに限らず、各電池モジュール、各電池パックの入出力能力値、蓄電池１の内部状態などに関する情報が含まれていてもよい。
以上のように、第１の実施形態によれば、個々の二次電池の特性ばらつきおよび劣化進行を考慮し、充放電可能な容量および電力値を高精度に算出し、蓄電池１の入出力制御精度を向上させた蓄電システムを実現できる。これにより、例えば、新電力が同時同量を達成し、供給量不足により生じる「インバランス料金」の発生を防ぐことができる。さらに、予期しない充放電停止を未然に防止することができる。これにより、例えば、蓄電池に充電させることにより、余剰に発生した電力を吸収している際に、蓄電池が満充電に達し、充電が停止するとともに、余剰電力が電力系統に流れ込み、電圧上昇などの問題が発生することを防ぐことができる。ゆえに、常に計画的に蓄電池の管理を行い、電力系統の安定化を図ることが可能となるとともに、蓄電池の劣化を抑制することが可能となる。
なお、本実施形態における蓄電池内の処理部は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより、本蓄電池内の各処理部の機能を実現することができる。このとき、各処理部は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいは通信網を介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に配置することで実現出来る。また、上記のコンピュータ装置に内蔵あるいは外付けされたメモリ、ハードディスク又はＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ等の記憶媒体などを利用することが出来る。
また、充電履歴記録部２５１、活物質量算出部２５２、開回路電圧算出部２５３、内部抵抗補正部２６、および電力量産出部２７は、専用の集積回路もしくはＣＰＵ、ＭＣＵなどの演算装置と、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置との組み合わせで構成されてもよい。
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ 蓄電池
２ 制御部
２１ 充放電制御部
２２ 計測部
２３ ＳＯＣ推定部
２４ データベース
２５ 電池特性推定部
２５１ 充電履歴記録部
２５２ 活物質力算出部
２５３ 開回路電圧算出部
２６ 内部抵抗補正部
２７ 入出力能力値算出部
３ コントロールシステム
４ 発電システム
５ 電力系統
６ 需要家

Claims (13)

  1. 二次電池の充電または放電時に計測された前記二次電池の温度、電圧、および電流のデータに基づいて前記二次電池の内部抵抗と、前記二次電池の開回路電圧と前記二次電池の充電状態または充電された電荷量との関係を示す関数を算出する電池特性推定部と、
    前記電池特性推定部により算出された前記内部抵抗および前記関数に基づいて、前記二次電池の入出力可能な電力量を算出する入出力能力値算出部と
    を備え、
    前記電池特性推定部は、
    前記二次電池の温度、電圧、および電流のデータに基づき、前記二次電池の正極および負極それぞれの初期充電量および質量を算出し、算出したそれらに基づき、前記関数を算出する
    蓄電池制御装置。
  2. 二次電池の充電または放電時に計測された前記二次電池の温度、電圧、および電流のデータに基づいて、前記二次電池の内部抵抗並びに前記二次電池の正極および負極それぞれの初期充電量および質量を算出し、算出した前記二次電池の正極および負極それぞれの初期充電量および質量に基づき、前記二次電池の開回路電圧と前記二次電池の充電状態または充電された電荷量との関係を示す関数を算出する電池特性推定部と、
    前記電池特性推定部により算出された前記内部抵抗および前記関数に基づいて、前記二次電池の入出力可能な電力量を算出する入出力能力値算出部と
    を備える蓄電池制御装置。
  3. 前記入出力能力値算出部は、
    予め定められた一定期間と前記関数に基づき、前記一定期間内に入出力可能な電流を算出し、前記内部抵抗と前記一定期間内に入出力可能な電流に基づき、前記二次電池の電圧降下を算出し、前記関数と前記電圧降下とに基づき、前記一定期間内における前記二次電池の入出力可能な電力量を算出する
    請求項１または２に記載の蓄電池制御装置。
  4. 前記二次電池の温度のデータと、前記電池特性推定部が算出した前記内部抵抗に基づき、予め定められた基準温度における内部抵抗を算出する内部抵抗補正部
    をさらに備え、
    前記入出力能力値算出部は、前記基準温度における内部抵抗に基づき、前記基準温度における前記二次電池の入出力可能な電力量を算出する
    請求項１ないし３のいずれか一項に記載の蓄電池制御装置。
  5. 前記内部抵抗補正部は、予め定められた算出方法に基づき、前記電池特性推定部が算出した前記内部抵抗から、反応抵抗成分、オーミック抵抗成分、および拡散抵抗成分の３つの抵抗成分を算出し、前記３つの抵抗成分それぞれに予め定められた変換式に基づき、前記基準温度における前記３つの抵抗成分の値を算出した上で合算することにより、前記基準温度における内部抵抗を算出する
    請求項４に記載の蓄電池制御装置。
  6. 前記内部抵抗補正部は、前記オーミック抵抗成分および前記拡散抵抗成分を一定値とみなし、前記電池特性推定部が算出した前記内部抵抗と、前記オーミック抵抗成分および前記拡散抵抗成分の和との差分を、前記反応抵抗成分とすることで、前記３つの抵抗成分を算出する
    請求項５に記載の蓄電池制御装置。
  7. 前記内部抵抗補正部は、前記二次電池の充電および放電に関する累積時間または累積電力量に基づき、前記オーミック抵抗成分および前記拡散抵抗成分を推算し、前記電池特性推定部が算出した前記内部抵抗と、前記オーミック抵抗成分および前記拡散抵抗成分の和との差分を、前記反応抵抗成分とすることで、前記３つの抵抗成分を算出する
    請求項５に記載の蓄電池制御装置。
  8. 前記内部抵抗補正部は、反応抵抗と充電量との関係を示す第１関係性データおよび拡散抵抗と充電量との関係を示す第２関係性データを予め保持し、前記第１および第２関係性のデータに基づき、回帰計算を行うことにより、前記反応抵抗成分と前記拡散抵抗成分を算出し、前記電池特性推定部が算出した前記内部抵抗と、前記反応抵抗成分および前記拡散抵抗成分の和との差分を前記オーミック抵抗成分とすることで、前記３つの抵抗成分を算出する
    請求項５に記載の蓄電池制御装置。
  9. 前記内部抵抗補正部は、反応抵抗と充電量との関係を示す第１関係性データ、オーミック抵抗と充電量との関係を示す第２関係性データ、および拡散抵抗と充電量との関係を示す第３関係性データを予め保持し、前記第１ないし第３関係性データに基づき、回帰計算を行うことにより、前記３つの抵抗成分を算出する
    請求項５に記載の蓄電池制御装置。
  10. 二次電池の充電または放電時に計測された前記二次電池の温度、電圧、および電流のデータに基づいて前記二次電池の内部抵抗と、前記二次電池の開回路電圧と前記二次電池の充電状態または充電された電荷量との関係を示す関数を算出する電池特性推定ステップと、
    前記電池特性推定ステップにより算出された前記内部抵抗および前記関数に基づいて、前記二次電池の入出力可能な電力量を算出する入出力能力値算出ステップと
    をコンピュータが実行する制御方法。
  11. 二次電池の充電または放電時に計測された前記二次電池の温度、電圧、および電流のデータに基づいて前記二次電池の内部抵抗と、前記二次電池の開回路電圧と前記二次電池の充電状態または充電された電荷量との関係を示す関数を算出する電池特性推定ステップと、
    前記電池特性推定ステップにより算出された前記内部抵抗および前記関数に基づいて、前記二次電池の入出力可能な電力量を算出する入出力能力値算出ステップと
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  12. 蓄電池と、蓄電池制御装置と、コントロールシステムと、を備える蓄電システムであって、
    前記蓄電池は、１つ以上の二次電池から成り、一定期間ごとに所定条件で充電または放電を行い、
    前記蓄電池制御装置は、
    二次電池の充電または放電時に計測された前記二次電池の温度、電圧、および電流のデータに基づいて前記二次電池の内部抵抗と、前記二次電池の開回路電圧と前記二次電池の充電状態または充電された電荷量との関係を示す関数を算出する電池特性推定部と、
    前記電池特性推定部により算出された前記内部抵抗および前記関数に基づいて、前記二次電池の入出力可能な電力量を算出する入出力能力値算出部と
    を備え、
    前記電池特性推定部は、
    前記二次電池の温度、電圧、および電流のデータに基づき、前記二次電池の正極および負極それぞれの初期充電量および質量を算出し、算出したそれらに基づき、前記関数を算出し、
    前記蓄電池制御装置は、前記蓄電池内の前記二次電池それぞれの前記入出力可能な電力量を前記コントロールシステムに通知し、
    前記コントロールシステムは、
    前記蓄電池内の前記二次電池それぞれの前記入出力可能な電力量に基づき、前記蓄電池に対する充放電の指示を生成し、前記蓄電池制御装置または前記蓄電池に前記指示を通知する
    蓄電システム。
  13. 蓄電池と、蓄電池制御装置と、コントロールシステムと、発電システムまたは電力系統またはその両方とを備える電力システムであって、
    前記蓄電池は、１つ以上の二次電池から成り、一定期間ごとに所定条件で充電または放電を行い、
    前記蓄電池制御装置は、
    二次電池の充電または放電時に計測された前記二次電池の温度、電圧、および電流のデータに基づいて前記二次電池の内部抵抗と、前記二次電池の開回路電圧と前記二次電池の充電状態または充電された電荷量との関係を示す関数を算出する電池特性推定部と、
    前記電池特性推定部により算出された前記内部抵抗および前記関数に基づいて、前記二次電池の入出力可能な電力量を算出する入出力能力値算出部と
    を備え、
    前記電池特性推定部は、
    前記二次電池の温度、電圧、および電流のデータに基づき、前記二次電池の正極および負極それぞれの初期充電量および質量を算出し、算出したそれらに基づき、前記関数を算出し、
    前記蓄電池制御装置は、前記蓄電池内の前記二次電池それぞれの前記入出力可能な電力量を前記コントロールシステムに通知し、
    前記コントロールシステムは、
    前記蓄電池内の前記二次電池それぞれの前記入出力可能な電力量に基づき、前記発電システムまたは前記電力系統または両方に対する電力の入出力量を決定し、前記蓄電池に対する充放電の指示を生成し、前記蓄電池制御装置または前記蓄電池に前記指示を通知する
    電力システム。
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10355517B2 (en) * 2015-06-22 2019-07-16 Mitsubishi Electric Corporation Storage-battery control device, storage-battery charge/discharge system, photovoltaic power generation system, and storage-battery control method
JP6776904B2 (ja) * 2017-01-13 2020-10-28 株式会社デンソー 電池パック及び電源システム
JP6567583B2 (ja) * 2017-03-15 2019-08-28 株式会社東芝 電池安全性評価装置、電池制御装置、電池安全性評価方法、プログラム、制御回路及び蓄電システム
CN111164822A (zh) * 2017-07-25 2020-05-15 株式会社半导体能源研究所 蓄电系统、电子设备及车辆以及推测方法
JP7163571B2 (ja) * 2017-10-03 2022-11-01 株式会社Ｇｓユアサ 劣化量推定装置、蓄電システム、劣化量推定方法、及びコンピュータプログラム
JP6744886B2 (ja) 2018-03-20 2020-08-19 株式会社東芝 電池安全性評価装置、電池安全性評価方法、プログラム、制御回路及び蓄電システム
WO2019188890A1 (ja) * 2018-03-28 2019-10-03 古河電気工業株式会社 蓄電システムおよび計測方法
JP7040284B2 (ja) * 2018-05-23 2022-03-23 トヨタ自動車株式会社 二次電池の劣化状態推定方法、劣化状態推定装置、制御方法、及び制御システム
JP2020016582A (ja) * 2018-07-26 2020-01-30 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置、およびバッテリの残量の検出方法
WO2020031407A1 (en) * 2018-08-08 2020-02-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Charge control device, charge control method, program, control circuit and power storage system
JP6973334B2 (ja) * 2018-08-30 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 二次電池の劣化状態推定方法および二次電池システム
JP6985998B2 (ja) * 2018-09-12 2021-12-22 株式会社東芝 電池状態推定装置、電池状態推定方法、プログラム、制御回路及び蓄電システム
JP6737490B2 (ja) * 2019-01-11 2020-08-12 マレリ株式会社 システム同定方法及びシステム同定装置
JP7212560B2 (ja) * 2019-03-18 2023-01-25 本田技研工業株式会社 制御装置、電力制御システム、制御方法およびプログラム
JP7201792B2 (ja) * 2019-03-18 2023-01-10 ビークルエナジージャパン株式会社 電池管理装置、電池管理方法、電力貯蔵システム
JP2021048663A (ja) 2019-09-17 2021-03-25 株式会社東芝 電池制御装置、充放電システム、駐車場システム、二次電池リユースシステム、電池制御方法、及び電池制御プログラム
JP6942775B2 (ja) * 2019-11-25 2021-09-29 本田技研工業株式会社 バッテリ状態判定システム、およびバッテリ状態判定方法
DE102021104868A1 (de) * 2020-02-28 2021-09-02 Denso Corporation System zur vorhersage einer batteriealterung
JP7225153B2 (ja) * 2020-03-13 2023-02-20 株式会社東芝 充放電制御方法、電池搭載機器、管理システム、充放電制御プログラム、管理方法、管理サーバ及び管理プログラム
CN111665452B (zh) * 2020-06-30 2022-03-22 东风商用车有限公司 锂离子蓄电池单体寿命检测模型
KR102615670B1 (ko) * 2021-08-03 2023-12-19 울산과학기술원 쿨롱 카운팅 기반 성능 저하 예측 기능을 포함한 해수 배터리 관리 시스템 및 이의 해수 배터리 관리 방법
KR102638180B1 (ko) * 2021-11-03 2024-02-16 엘지전자 주식회사 에너지 저장장치 및 그 동작방법

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3680898B2 (ja) 1997-10-13 2005-08-10 トヨタ自動車株式会社 二次電池の充放電制御装置
JP4110639B2 (ja) * 1998-11-04 2008-07-02 株式会社デンソー 電池の残存容量演算装置
TW535308B (en) 2000-05-23 2003-06-01 Canon Kk Detecting method for detecting internal state of a rechargeable battery, detecting device for practicing said detecting method, and instrument provided with said
JP2002058113A (ja) 2000-08-07 2002-02-22 Toyota Motor Corp 動力出力装置およびその制御方法
JP2004357377A (ja) 2003-05-28 2004-12-16 Osaka Gas Co Ltd 分散型発電システム
JP4692246B2 (ja) * 2005-11-29 2011-06-01 日産自動車株式会社 二次電池の入出力可能電力推定装置
JP4961830B2 (ja) 2006-05-15 2012-06-27 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置の充放電制御装置および充放電制御方法ならびに電動車両
JP4265629B2 (ja) 2006-08-01 2009-05-20 トヨタ自動車株式会社 二次電池の充放電制御装置およびそれを搭載したハイブリッド車両
JP5386443B2 (ja) 2010-06-30 2014-01-15 株式会社日立製作所 電源装置，鉄道車両
JP2012135114A (ja) * 2010-12-21 2012-07-12 Panasonic Corp アルカリ蓄電池の充放電制御方法およびアルカリ蓄電池を含む充放電制御システム
JP5889548B2 (ja) 2011-05-31 2016-03-22 株式会社東芝 電池劣化算出装置
US9213070B2 (en) 2011-05-31 2015-12-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Calculation method, calculation system, and calculation apparatus
JP2013110912A (ja) 2011-11-24 2013-06-06 Toyota Motor Corp 蓄電システム及び蓄電システムを搭載した車両の制御装置
JP2013183509A (ja) 2012-02-29 2013-09-12 Toshiba Corp 充放電量予測システム及び充放電量予測方法
JP2014064362A (ja) 2012-09-20 2014-04-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 二次電池システムの制御装置および方法ならびにプログラム、それを備えた自然エネルギー発電システム
KR101454834B1 (ko) * 2012-12-04 2014-10-28 주식회사 엘지화학 이차 전지의 파라미터 추정 장치 및 방법
JP6239241B2 (ja) * 2013-02-04 2017-11-29 株式会社東芝 電池性能推定方法および電池性能推定装置
JP6033155B2 (ja) * 2013-03-29 2016-11-30 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池制御装置
KR20140139322A (ko) * 2013-05-27 2014-12-05 삼성에스디아이 주식회사 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법
US9726763B2 (en) * 2013-06-21 2017-08-08 Duracell U.S. Operations, Inc. Systems and methods for remotely determining a battery characteristic
US20160327613A1 (en) 2014-01-29 2016-11-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Battery state estimating device and power supply device
JP2015178963A (ja) * 2014-03-18 2015-10-08 株式会社東芝 算出装置及び算出方法
CN104184196B (zh) * 2014-09-10 2016-03-16 鞍山通尊科技企业孵化器有限公司 一种智能控制储能电池快速充电系统

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