JP6439146B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置に関する。

リチウムイオン電池などの二次電池を備え、商用交流電源が停電した際に、二次電池から給電を行うバックアップ用の電源装置が知られている。二次電池が過放電や過充電になることを防止するため、二次電池の満充電容量を精度よく算出することが要望される。しかしながら、バックアップ用の電源装置で利用される二次電池は満充電のまま保持されることが多く、完全な放電や充電により満充電容量を検出できないこともある。従来のある方法では、二次電池が無負荷となるタイミングで検出した二次電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、充電率とも言う）の変化率と、充放電電流積算値の変移量に基づき、満充電容量を算出している（下記特許文献１参照）。

特開２００６−１５５９１５号公報

本発明に係る電源装置は、二次電池と、電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記二次電池を充放電させる充放電制御部と、所定のタイミングにおける前記二次電池の内部抵抗を推定する第１推定部と、初期状態における二次電池の内部抵抗と前記所定のタイミングにおける二次電池の内部抵抗との比率である内部抵抗比率を算出する第１算出部と、前記初期状態における二次電池の内部抵抗と劣化状態における二次電池の内部抵抗との比率である内部抵抗比率と、前記初期状態における二次電池の満充電容量と前記劣化状態における二次電池の満充電容量との比である満充電容量比率とを関連付ける関連データを記憶する記憶部と、前記関連データを参照し、前記第１算出部で算出した内部抵抗比率に基づき、前記所定のタイミングにおける二次電池の満充電容量を推定する第２推定部と、を備え、前記記憶部は、前記第１算出部で算出された内部抵抗比率を第１比率として記憶しており、前記充放電制御部は、前記二次電池の保存期間中に所定の期間が経過するごとに前記二次電池の予備放電を実行し、前記予備放電により前記第１算出部で算出された内部抵抗比率である第２比率と前記記憶部に記憶されている前記第１比率との差分値が、前記差分値に関するしきい値より大きくなると、前記二次電池の慣らし充放電制御の放電を開始し、前記第２推定部は、前記保存期間中であって前記二次電池の慣らし充放電制御の放電の開始後に、前記二次電池の満充電容量を推定する。

以上の構成により、二次電池の満充電容量を容易に短時間で算出可能な電源装置を提供することが可能である。

図１は本発明の第１実施形態に係る電源装置を説明するための図である。 図２は内部抵抗比率と満充電容量比率との対応関係を示す概念図である。 図３は内部抵抗比率と満充電容量比率との対応関係を記述したテーブル図である。 図４は本発明の第１実施形態に係る状態検出部の構成例を示す図である。 図５は本発明の第１実施形態の満充電容量の推定に関わる動作フローチャートである。 図６は本発明の第２実施形態に係る電源装置を説明するための図である。 図７は本発明の第２実施形態に係る二次電池の保存期間中の慣らし充放電に関わる動作フローチャートである。

本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の電池状態推定装置及び電源装置における課題を説明する。

二次電池の満充電容量を算出する従来の方法は、二次電池が無負荷となるタイミングで検出した二次電池のＳＯＣの変化率と、充放電電流積算値の変移量に基づいている。そのため、従来の方法は、商用交流電源が停電し、バックアップ用の電源装置から給電が開始されると二次電池が無負荷でなくなるため、満充電容量を算出できないことがある。また、従来の方法は、二次電池が無負荷となるタイミングのＳＯＣの変化率と、充放電電流積算値の変移量を検出する必要があり、算出されるまでの所要時間が長くなることがある。

以下、二次電池の満充電容量を容易に短時間で算出可能な電池状態推定装置及び電源装置について説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電源装置１を説明するための図である。本第１実施形態では、電源装置１は商用交流電源１０と接続され、商用交流電源１０の停電時に、負荷１１に交流電力を供給するバックアップ用の電源装置を想定する。電源装置１は、電池モジュール２０、電流センサ３０、電圧センサ３１、温度センサ３２、コンバータ４０、インバータ５０、電源切替部６０、記憶部７０及び制御部８０を備える。

電池モジュール２０は、１つ以上の二次電池から構成される。電池モジュール２０に含まれる二次電池は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。図１では、直列接続された複数の二次電池にて電池モジュール２０が構成されているが、電池モジュール２０を構成する二次電池の個数は１つでも良い。また、電池モジュール２０に含まれる二次電池の一部又は全部は、互いに並列接続されていても良い。本第１実施形態において、放電及び充電は、特に説明がない限り電池モジュール２０の放電及び充電を意味する。

電流センサ３０（例えば、シャント抵抗、ホール素子）は、電池モジュール２０とコンバータ４０及びインバータ５０との間に配置され、電池モジュール２０に流れる電流の電流値Ｉｄを測定する。電流センサ３０は、検出した電流値Ｉｄを制御部８０に出力する。

電圧センサ３１は、電池モジュール２０を構成する各複数の二次電池のそれぞれの端子電圧（複数の二次電池のそれぞれの正極及び負極間の電位差）の電圧値Ｖｄを検出する。電圧センサ３１は、検出した各二次電池の電圧値Ｖｄを制御部８０に出力する。

温度センサ３２（例えば、サーミスタ）は、電池モジュール２０の温度Ｔｄ（例えば、電池モジュール２０の表面温度）を検出する。温度センサ３２は、検出した温度Ｔｄを制御部８０に出力する。

コンバータ４０は、制御部８０からの指示に従い、商用交流電源１０から供給される交流電力を直流電力に変換して電池モジュール２０に供給し、電池モジュール２０を充電する。また、充電する際、コンバータ４０は、制御部８０からの指示に従い、充電電圧および充電電流を管理する。

インバータ５０は、制御部８０からの指示に従い、電池モジュール２０を放電させ、電池モジュール２０から供給される直流電力を交流電力に変換して電源切替部６０に供給する。また、放電する際、インバータ５０は、制御部８０からの指示に従い、放電電圧および放電電流を管理する。なお、コンバータ４０とインバータ５０により、電源装置１の電力変換部が構成されている、と考えることもできる。

電源切替部６０は、商用交流電源１０から交流電力の供給を受ける。また、電源切替部６０は、インバータ５０から交流電力の供給を受ける。さらに、電源切替部６０は、制御部８０からの指示に従い、商用交流電源１０から供給される交流電力と、インバータ５０から供給される交流電力とのうちいずれか一方を選択し、負荷１１に供給する。

記憶部７０は、制御部８０で実行されるプログラム、及びそのプログラムで使用されるデータを保持する。例えば、記憶部７０は、状態検出部８１で算出・推定されたＳＯＣ、ＳＯＨ、ＦＣＣ等を保持する。さらに記憶部７０はＳＯＣ−ＯＣＶテーブル及びＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルを含む。

ＳＯＣ−ＯＣＶテーブルは、二次電池のＳＯＣと、二次電池のＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ、開放電圧とも言う）との関係を記述したテーブルである。
ＳＯＣ−ＯＣＶテーブルは、例えば、事前の実験またはシミュレーションにより、二次電池の充電率が０％の状態から徐々に充電していく際に取得されるＳＯＣとＯＣＶのデータから生成される。

ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルは、二次電池の初期状態の内部抵抗と劣化状態の内部抵抗との比であるＳＯＨ＿Ｒ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ＿Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）と、二次電池の初期状態のＦＣＣ（ＦｕｌｌＣｈａｒｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ、満充電容量とも言う）と二次電池の劣化状態のＦＣＣとの比であるＳＯＨ＿Ｃ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ＿Ｃａｐａｃｉｔｙ）との関係を記述したテーブルである。ここで初期状態とは、二次電池の劣化が発生していない状態を言い、例えば、二次電池を製造した直後の状態を言う。また、劣化状態とは、二次電池に劣化が発生している状態を言い、例えば、二次電池を充電あるいは放電した後の状態を言う。ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルは、事前の実験またはシミュレーションにより、二次電池が初期状態から徐々に劣化していく際に取得されるＳＯＨ＿ＲとＳＯＨ＿Ｃのデータから生成される。ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルの詳細な構成例については後述する。

制御部８０は、電源装置１全体を管理する。例えば、制御部８０は、商用交流電源１０が停電等の異常時に、負荷１１に供給する交流電力をインバータ５０から供給される交流電力へ切り替えるよう電源切替部６０に指示する。また、制御部８０は、商用交流電源１０の復旧時に、負荷１１に供給する交流電力を商用交流電源１０から供給される交流電力に切り替えるよう電源切替部６０に指示する。

また、制御部８０は、状態検出部８１及び充放電制御部８２を含む。状態検出部８１は、電流センサ３０から受け取った電流値Ｉｄ、電圧センサ３１から受け取った電圧値Ｖｄ及び温度センサ３２から受け取った温度Ｔｄを含む電池状態データを用いて、二次電池のＳＯＣ、ＳＯＨ、ＦＣＣなどを検出する。充放電制御部８２は、状態検出部８１で検出されたＳＯＣ等やユーザ操作に起因してコンバータ４０に充電制御を実行させ、あるいはインバータ５０に放電制御を実行させる。また、充放電制御部８２は、電池モジュール２０の放電あるいは充電を停止あるいは開始するタイミングで、状態検出部８１から受け取ったＳＯＣ、ＳＯＨ、ＦＣＣ等を記憶部７０に記憶する。さらに、充放電制御部８２は、電池モジュール２０の放電あるいは充電を停止し、電池モジュール２０の保存を開始してからの経過時間をタイマ等で計測する。なお、記憶部７０と状態検出部８１を含む電池状態推定装置が電源装置１に含まれている、と考えることもできる。

状態検出部８１を具体的に説明する前に、状態検出部８１で実行するＦＣＣの推定動作の概要について述べる。

図２は、ＳＯＨ＿ＲとＳＯＨ＿Ｃとの対応関係を示す概念図である。図２において三角で示す点は、初期状態の二次電池を所定の充電率（ＳＯＣａ％）に充電し、温度や期間等の保存条件を変えながら保存して、劣化度が異なる複数の二次電池を作製し、それら複数の二次電池ごとに求めた（ＳＯＨ＿Ｒ，ＳＯＨ＿Ｃ）をプロットしたものである。また、四角で示す点は、ＳＯＣａ％より低い充電率（ＳＯＣｂ％）に充電し、同様に保存条件を変えながら保存して、劣化度が異なる複数の二次電池を作製し、それら複数の二次電池ごとに求めた（ＳＯＨ＿Ｒ，ＳＯＨ＿Ｃ）をプロットしたものである。

図２に示すように、劣化度が異なる二次電池から求めたＳＯＨ＿ＲとＳＯＨ＿Ｃとの間に相関関係があり、関係式として１次関数（単に特性関数とも言う）を適用することができる。この特性関数は、事前の実験で得られたデータに回帰演算等を行うことで、あらかじめ定めておくことができる。ＳＯＨ＿Ｒを求めると、この特性関数に適用することで、ＳＯＨ＿Ｃを求めることができる。初期状態のＦＣＣは既知のため、特性関数を用いることで、ＳＯＨ＿ＲからＦＣＣを求めることができる。

ＦＣＣを直接求める場合、例えば、一定の期間、二次電池を放電あるいは充電し、ＳＯＣの変化率と放電電流積算値の変移量を検出することが必要である。そのため、そのＦＣＣの精度はＳＯＣの変化率の大きさに依存する。このため、ＦＣＣを直接求めようとするとその所要時間が長くなることもある。一方、ＳＯＨ＿Ｒは内部抵抗を推定することにより求められ、内部抵抗は、事前に求めておいたマップ情報を参照等することで比較的短時間で求めることができる。

そこで本発明の第１実施形態では、推定した内部抵抗からＳＯＨ＿Ｒを求めて、これを特性関数に適用することでＦＣＣを求める。これにより、ＦＣＣを直接求める場合に比べ、容易かつ短時間でＦＣＣを求めることができる。本発明の第１実施形態では、特性関数の対応関係をＳＯＨ＿ＲとＳＯＨ＿Ｃとを関連付けるＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルで規定することを想定する。

ところで、図２に示すよう、二次電池をＳＯＣａ％（例えばＳＯＣ１００％）で保存した場合の特性関数（図２において点線で示す。第１特性関数とも言う）と二次電池をＳＯＣａ％より低いＳＯＣｂ％（例えばＳＯＣ５０％）で保存した場合の特性関数（図２において一点鎖線で示す。第２特性関数とも言う）とは異なる対応関係を示す。このため、ＳＯＨ＿Ｒを特性関数に適用してＦＣＣを推定する際、ＦＣＣの推定精度を向上させるためには、二次電池の保存時のＳＯＣに適した特性関数を選択することが望まれる。

そこで本発明の第１実施形態のＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルは、二次電池の保存時のＳＯＣの大きさに応じて特性関数の対応関係を補正するための補正量を含む。これにより、二次電池の保存期間の長さに適したＳＯＨ＿ＲとＳＯＨ＿Ｃとの対応関係を規定できるようになり、ＦＣＣの推定精度を向上させることができる。

図３に示すように、ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルは、ＳＯＨ＿Ｒに関連付けるＳＯＨ＿Ｃを、基準値と保存時のＳＯＣの大きさに応じた補正量の組み合わせにより記述している。ＳＯＨ＿Ｒ欄に、ｎ個のＳＯＨ＿Ｒの値ｓｏｈｒｉ（ｉは=１からｎの整数）が記述されている。ＳＯＨ＿Ｃ欄に、ｓｏｈｒｉに関連付けるべきＳＯＨ＿Ｃが基準値ｓｏｈｃｉと保存時のＳＯＣの大きさ（ＳＯＣ１＜ＳＯＣ２＜…＜ＳＯＣｍ−１＜ＳＯＣｍ）に応じたｍ個の補正量ｄｉｊ（ｊは=１からｍの整数）の組み合わせが記述されている。ＳＯＨ＿Ｒの値ｓｏｈｒｉと二次電池の保存時のＳＯＣｊを用いて、ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルを参照することで、対応するＳＯＨ＿Ｃの基準値ｓｏｈｃｉと補正量ｄｉｊが決定できる。そして、基準値ｓｏｈｃｉに補正量ｄｉｊを加算することにより、二次電池の保存時のＳＯＣの大きさに応じてＳＯＨ＿ＲとＳＯＨ＿Ｃとの対応関係は補正することができる。

以下、上述の構成を基本とする、状態検出部８１を具体的に説明する。状態検出部８１は、ＳＯＣ推定部８１０、内部抵抗推定部８１１、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２、ＳＯＨ＿Ｃ算出部８１３及びＦＣＣ推定部８１４を含む。

ＳＯＣ推定部８１０は、電流センサ３０から受け取った電流値Ｉｄを積算することにより電池セルのＳＯＣ＿ｉを推定する。具体的には下記（１）式によりＳＯＣ＿ｉを推定する。

ＳＯＣ＿ｉ＝ＳＯＣ０±（Ｑ／ＦＣＣ）×１００ …（１）
ここで、ＳＯＣ０は充電あるいは放電開始前のＳＯＣ、Ｑは電流積算値、ＦＣＣは満充電容量をそれぞれ示す。＋は充電、−は放電を示す。ＳＯＣ推定部８１０は、記憶部７０に記憶されているＳＯＣ、ＦＣＣを読み出し、電流値Ｉｄを積算してＱを算出し、上記（１）によりＳＯＣ＿ｉを推定する。

また、ＳＯＣ推定部８１０は、電流センサ３０から受け取った電流値Ｉｄ、電圧センサ３１から受け取った各二次電池の電圧値Ｖｄ及び内部抵抗推定部８１１から受け取った各二次電池の内部抵抗Ｒから、各二次電池のＯＣＶを推定し、そのＯＣＶに対応するＳＯＣを特定する。本第１実施形態では下記（２）式によりＯＣＶを推定することを想定する。

ＯＣＶ＝Ｖｄ±Ｉｄ×Ｒ …（２）
なお、上記（２）式はＯＣＶ推定式の一例であり、その他の推定式を用いてもよい。例えば、温度補正が導入された推定式を用いてもよい。

ＳＯＣ推定部８１０は、ＳＯＣ−ＯＣＶテーブルを参照して、算出したＯＣＶに対応するＳＯＣ＿ｖを特定する。具体的には、ＳＯＣ−ＯＣＶテーブルを参照して、算出したＯＣＶに対応するＳＯＣを読み出す。

そして、ＳＯＣ推定部８１０は、算出したＳＯＣ＿ｉとＳＯＣ＿ｖから採用すべきＳＯＣを決定する。例えば、ＳＯＣ推定部８１０は、二次電池が充放電してないときはＳＯＣ＿ｖをそのまま採用し、二次電池が充放電しているときはＳＯＣ＿ｉをそのまま、あるいはＳＯＣ＿ｉをＳＯＣ＿ｖで補正したものを採用する。

内部抵抗推定部８１１は、電流センサ３０から受け取った電流値Ｉｄ及び電圧センサ３１から受け取った各二次電池の電圧値Ｖｄから、各二次電池の内部抵抗Ｒを推定する。内部抵抗値は事前に求めておいたマップ情報を参照して特定してもよいし、充放電中に検出される電流値と電圧値とのＩ−Ｖ関係から推定してもよい。

ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２は、内部抵抗推定部８１１から受け取った各二次電池の内部抵抗Ｒから、下記（３）式により所定のタイミングｔにおけるＳＯＨ＿Ｒを算出する。

ＳＯＨ＿Ｒ＝Ｒ／Ｒｉ …（３）
ここで、Ｒｉは、初期状態の内部抵抗を示す。本第１実施形態では、Ｒｉを事前に実験等で測定しておき、記憶部７０に記憶しておくことを想定する。

ＳＯＨ＿Ｃ算出部８１３は、ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルを参照し、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２から受け取った各二次電池のＳＯＨ＿Ｒと記憶部７０に記憶されている各二次電池の保存時のＳＯＣから、所定のタイミングｔにおけるＳＯＨ＿Ｃを特定する。具体的には、ＳＯＨ＿Ｃ算出部８１３は、ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルを参照して、算出したＳＯＨ＿Ｒと保存時のＳＯＣに対応するＳＯＨ＿Ｃの基準値と補正量を読み出す。算出したＳＯＨ＿Ｒと保存時のＳＯＣがＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルに記述されていない場合、ＳＯＨ＿Ｃ算出部８１３は、算出したＳＯＨ＿Ｒに隣接する少なくとも二つの基準値と保存時のＳＯＣに隣接する少なく四つの補正量を読み出して、算出したＳＯＨ＿Ｒと保存時のＳＯＣに対応する基準値と補正量を補間により算出する。ＳＯＨ＿Ｃ算出部８１３は、算出した基準値と補正量を加算し、所定のタイミングｔにおけるＳＯＨ＿Ｃを特定する。

ＦＣＣ推定部８１４は、ＳＯＨ＿Ｃ算出部８１３から受け取った各二次電池のＳＯＨ＿Ｃから、下記（４）式により所定のタイミングｔにおけるＦＣＣを推定する。

ＦＣＣ＝ＳＯＨ＿Ｃ×ＦＣＣｉ …（４）
ここで、ＦＣＣｉは、初期状態の満充電容量を示す。Ｒｉと同様、本第１実施形態において、ＦＣＣｉは記憶部７０に記憶されることを想定する。ＦＣＣ推定部８１４は、推定したＦＣＣを充放電制御部８２に出力する。

以上の構成による電池状態推定装置の動作を説明する。図５は、本発明の第１実施形態の満充電容量の推定に関わる動作フローチャートである。例えば、インバータ５０を介して負荷１１に交流電力を供給するため充放電制御部８２が電池モジュール２０の充電あるいは放電制御を開始すると、内部抵抗推定部８１１は、電流センサ３０から受け取った電流値Ｉｄと電圧センサ３１から受け取った電圧値Ｖｄから、各二次電池の内部抵抗を推定する（Ｓ１０）。ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２は、内部抵抗推定部８１１で推定された各二次電池の内部抵抗と記憶部７０から読み出した初期状態の内部抵抗Ｒｉを用いて所定のタイミングにおけるＳＯＨ＿Ｒを算出する（Ｓ１１）。ＳＯＨ＿Ｃ算出部８１３は、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２で算出されたＳＯＨ＿Ｒと記憶部７０に記憶されている保存時のＳＯＣを用いて、記憶部７０から読み出したＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルを参照し、所定のタイミングにおけるＳＯＨ＿Ｃを算出する（Ｓ１２）。ＦＣＣ推定部８１４は、ＳＯＨ＿Ｃ算出部８１３で算出されたＳＯＨ＿Ｃを用いて所定のタイミングにおけるＦＣＣを推定し、充放電制御部８２は、ＦＣＣ推定部８１４から受け取ったＦＣＣで、記憶部７０に保持するＦＣＣを更新する（Ｓ１３）。ＳＯＣ推定部８１０は、更新されたＦＣＣを記憶部７０から読み出し、ＳＯＣの推定を行う。充放電制御部８２は、ＳＯＣ推定部８１０から受け取ったＳＯＣ等を参照し、電池モジュール２０の充電あるいは放電制御を続行する。充放電制御部８２は、電池モジュール２０の充電あるいは放電を停止し、電池モジュール２０の保存を開始する前に、ＳＯＣ推定部８１０から受け取ったＳＯＣで、記憶部７０に保持するＳＯＣを更新する。

本発明の第１実施形態によれば、内部抵抗推定部８１１は、二次電池の内部抵抗Ｒを推定する。ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２は、推定された内部抵抗Ｒに基づきＳＯＨ＿Ｒを算出する。記憶部７０は、ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルを記憶する。ＳＯＨ＿Ｃ算出部８１３は、ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルを参照し、算出されたＳＯＨ＿Ｒに基づきＳＯＨ＿Ｃを算出する。ＦＣＣ推定部８１４は、算出されたＳＯＨ＿Ｃに基づきＦＣＣを推定する。このため、容易かつ短時間でＦＣＣを推定することができる。ＦＣＣ推定部８１４は、ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルに含まれる補正量で補正されたＳＯＨ＿Ｃに基づきＦＣＣを推定する。このため、精度よくＦＣＣを推定することができる。ＳＯＣ推定部８１０は、ＦＣＣ推定部８１４で更新されたＦＣＣを用いてＳＯＣを推定する。このため、長期間保存された後も、二次電池の充電状態を正確に把握することができ、安全かつ的確に二次電池を充放電させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態を説明する。第２実施形態では、第１実施形態で述べた技術の変形技術を説明する。保存期間中に二次電池の充放電を行うこと、およびそれに伴う後述の内容を除き、第２実施形態に係る電源装置の構成および動作は、第１実施形態に係る電源装置のそれと同じである。

一般に、二次電池を長期間保存した後に二次電池の内部抵抗を測定すると、測定された内部抵抗は真値よりも大きくずれていることがある。このような場合、内部抵抗は二次電池の充放電を数回行った後に再度測定されると、内部抵抗の真値からのずれは緩和されることもある。

そこで本発明の第２実施形態では、保存期間中に二次電池の充放電（慣らし充放電とも言う）は実行され、内部抵抗の真値からのずれを緩和してからＳＯＨ＿Ｒは求められ、これを特性関数に適用することでＦＣＣは求められる。これにより、ＦＣＣの推定精度はさらに向上する。

図６は、本発明の第２実施形態に係る電源装置１を説明するための図である。第１実施形態に係る電源装置１に放電部９０を追加することで第２実施形態に係る電源装置１を構成できる。

放電部９０は、直列接続されたスイッチング素子ＳＷＤと抵抗素子ＲＤから構成される。スイッチング素子ＳＷＤとして、例えば、半導体スイッチの一つであるｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)を用いることができる。ｎ型ＭＯＳＦＥＴの代わりにＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧａＮトランジスタ、ＳｉＣトランジスタなどを用いてもよい。スイッチング素子ＳＷＤは、充放電制御部８２からの制御信号に応じてオン・オフする。放電部９０は、スイッチング素子ＳＷＤをオンすることにより抵抗素子ＲＤを介して電池モジュール２０を放電させる。

充放電制御部８２は、保存期間中であって所定の期間を経過するごとに、ＳＯＨ＿Ｒを算出するため、電池モジュール２０の予備放電を実行する。具体的には、充放電制御部８２は、放電部９０のスイッチング素子ＳＷＤをオンする制御を行ったり、電池モジュール２０から制御部８０が直接給電を受けるように、図示しないスイッチング素子をオンする制御を行う。充放電制御部８２は、この予備放電によりＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２で算出されたＳＯＨ＿Ｒ（第２ＳＯＨ＿Ｒとも言う）と記憶部７０に記憶されているＳＯＨ＿Ｒ（第１ＳＯＨ＿Ｒとも言う）との差分値を、差分値に関するしきい値（第１しきい値とも言う）と比較する。差分値が第１しきい値より大きくなった場合、充放電制御部８２は、測定された内部抵抗の真値からのずれが大きくなったと判断し、放電部９０のスイッチング素子ＳＷＤをオンとする制御を行い、電池モジュール２０の放電を開始する。充放電制御部８２は、ＳＯＣｃ％（例えば、ＳＯＣ８０％）になるまで電池モジュール２０を放電させると、放電部９０のスイッチング素子ＳＷＤをオフと制御をするとともに、コンバータ４０を制御し、電池モジュール２０の充電を開始する。充放電制御部８２は、ＳＯＣｄ％（例えば、ＳＯＣ１００％）になるまで電池モジュール２０を充電させると充電を停止する。充放電制御部８２はこのような慣らし充放電制御を所定の回数繰り返す。慣らし充放電制御の放電を開始したタイミングごとに、充放電制御部は、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２で算出されたＳＯＨ＿Ｒと、そのＳＯＨ＿Ｒに基づきＦＣＣ推定部８１４で推定されたＦＣＣを取得する。そして、所定の回数繰り返す慣らし充放電制御のうち、最後の放電を開始したタイミングで取得したＳＯＨ＿ＲとＦＣＣを用いて、充放電制御部８２は、記憶部７０で保持されているＳＯＨ＿ＲとＦＣＣを更新する。

充放電制御部８２は、慣らし充放電制御ごとの充電を停止する前のタイミングで、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２で算出されたＳＯＨ＿Ｒ（第３ＳＯＨ＿Ｒとも言う）を取得し、第１ＳＯＨ＿Ｒと第３ＳＯＨ＿Ｒとの差分値が第１しきい値より小さければ、慣らし充放電制御を終了してもよい。これにより効率的な慣らし充放電制御を行うことができる。充放電制御部８２は、慣らし充放電制御ごとに、慣らし充放電制御を継続するか否かを判断する場合、規定の回数慣らし充放電制御を実行しても第１ＳＯＨ＿Ｒと第３ＳＯＨ＿Ｒとの差分値が第１しきい値より大きければ慣らし充放電制御を継続せず終了してもよい。第１ＳＯＨ＿Ｒと第３ＳＯＨ＿Ｒとの差分値が第１しきい値より大きい場合、内部抵抗の測定値に対する真値のずれが大きくなっているためでなく、保存期間中に二次電池の劣化が進行したため実際の内部抵抗が大きくなり、ＳＯＨ＿Ｒが大きくなっている可能性があるためである。これにより、無駄な慣らし充放電制御の実行を防止することができる。

以上の構成による電源装置１の動作を説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係る二次電池の保存期間中の慣らし充放電に関わる動作フローチャートである。充放電制御部８２は、保存期間中、前回充放電制御を行ってからの経過時間の計測をし、所定の期間が経過したかを判断する（Ｓ２０）。充放電制御部８２は、所定の期間が経過すると（Ｓ２０のＹ）、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２で算出された第２ＳＯＨ＿Ｒを取得する。充放電制御部８２は、第１ＳＯＨ＿Ｒと第２ＳＯＨ＿Ｒとの差分値を第１しきい値と比較する（Ｓ２２）。差分値が第１しきい値より大きい場合（Ｓ２２のＹ）、充放電制御部８２は、所定の回数、慣らし充放電制御を実行する（Ｓ２３）。所定の回数繰り返す慣らし充放電制御のうち、最後の慣らし充放電制御の放電を開始したタイミングで、充放電制御部８２は、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２で算出されたＳＯＨ＿ＲとそのＳＯＨ＿Ｒに基づきＦＣＣ推定部８１４で推定されたＦＣＣを取得する。充放電制御部８２は、記憶部７０で保持されているＳＯＨ＿ＲとＦＣＣを、取得したＳＯＨ＿ＲとＦＣＣで更新する。

本発明の第２実施形態によれば、充放電制御部８２は、記憶部７０に記憶されている第１ＳＯＨ＿ＲとＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２で算出された第２ＳＯＨ＿Ｒとの差分値を第１しきい値と比較する。差分値が第１しきい値より大きくなると、充放電制御部８２は、慣らし充放電制御を開始する。所定の回数繰り返す慣らし充放電制御のうち、最後の慣らし充放電制御の放電を開始したタイミングで、ＦＣＣ推定部８１４は、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２で算出されたＳＯＨ＿Ｒに基づきＦＣＣを推定する。充放電制御部８２は、そのタイミングで、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２で算出されたＳＯＨ＿ＲとＦＣＣ推定部８１４で推定されたＦＣＣを取得し、記憶部７０に記憶されているＳＯＨ＿ＲとＦＣＣを更新する。このため、慣らし充放電により内部抵抗の真値からのずれを緩和してＦＣＣを推定することができ、ＦＣＣの推定精度をさらに向上させることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態を説明する。第３実施形態では、第２実施形態で述べた技術の変形技術を説明する。保存期間中に、二次電池の放電可能容量が減少すると充電を行うこと、およびそれに伴う後述の内容を除き、第３実施形態に係る電源装置の構成および動作は、第２実施形態に係る電源装置のそれと同じである。

一般に、二次電池を長期間保存していると、自己放電等のため二次電池の放電可能容量が減少することがある。商用交流電源１０の異常時に負荷１１へ十分な給電を行うためには、放電可能容量が減少したときに二次電池を充電（補充電とも言う）することが好ましい。この充電を停止する前のタイミングでＦＣＣ等の推定を行えば、内部抵抗の真値からのずれを緩和してＦＣＣを推定することが可能になる。

そこで本発明の第３実施形態では、充放電制御部８２は、保存期間中に二次電池の放電可能容量が減少すると二次電池を充電し、その充電を開始したタイミングでＳＯＨ＿Ｒを求めて、これを特性関数に適用することでＦＣＣを求める。これにより、ＦＣＣの推定精度をさらに向上させることができる。

このため、充放電制御部８２は、保存期間中であって所定の期間を経過するごとにＳＯＣ推定部８１０で推定されたＳＯＣと、ＳＯＣに関するしきい値（第２しきい値とも言う）と比較する。推定されたＳＯＣが第２しきい値より小さくなった場合、充放電制御部８２は、放電可能容量が大きく減少したと判断し、コンバータ４０を制御し、電池モジュール２０の充電を開始する。充電を開始したタイミングで、充放電制御部８２は、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２で算出されたＳＯＨ＿Ｒと、そのＳＯＨ＿Ｒに基づきＦＣＣ推定部８１４で推定されたＦＣＣを取得する。そして、記憶部７０で保持されているＳＯＨ＿ＲとＦＣＣを、取得したＳＯＨ＿ＲとＦＣＣで更新する。充放電制御部８２は、充電期間中の所定のタイミングごとに、ＳＯＣ推定部８１０で推定されたＳＯＣを取得する。取得したＳＯＣが充電を停止する上限ＳＯＣ（例えば、ＳＯＣ１００％）に達した場合、充放電制御部８２は、放電可能容量が所望の容量まで回復したと判断し、コンバータ４０を制御し、電池モジュールの充電を停止する。充電を停止する前のタイミングで、充放電制御部８２は、記憶部７０で保持されているＳＯＣを、そのタイミングで取得したＳＯＣで更新する。

本発明の第３実施形態によれば、充放電制御部８２は、保存期間中に、ＳＯＣ推定部８１０で推定されたＳＯＣが第２しきい値より小さくなると、電池モジュール２０の充電を開始する。この充電を開始したタイミングで、ＦＣＣ推定部８１４は、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２で算出されたＳＯＨ＿Ｒに基づきＦＣＣを推定する。充放電制御部８２は、そのタイミングで、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２で算出されたＳＯＨ＿ＲとＦＣＣ推定部８１４で推定されたＦＣＣを取得し、記憶部７０に記憶されているＳＯＨ＿ＲとＦＣＣを更新する。このため、補充電により内部抵抗の真値からのずれを緩和してＦＣＣを推定することができ、ＦＣＣの推定精度をさらに向上させることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態を説明する。第４実施形態では、第１〜３実施形態で述べた技術の変形技術を説明する。第４実施形態の記載事項を第１〜３実施形態に適用することができ、矛盾なき限り、第１〜第３実施形態の内の任意の２以上の実施形態の記載事項を自由に組み合わせたものについても第４実施形態を適用することができる。

一般に、二次電池を満充電に近い状態で長期間保存しておくと二次電池の劣化が進行する。商用交流電源１０の異常時に負荷１１へ十分な給電を行うために、二次電池は満充電に近い充電状態で保存されることが好ましい。一方、商用交流電源１０の異常が発生しても早期に復旧した場合など、二次電池を低い充電状態で保存していても負荷１１に十分な給電が行えることもある。

そこで本発明の第４実施形態では、二次電池の充電あるいは放電に伴うＳＯＣの変動履歴を記憶しておき、充放電制御部８２は、ＳＯＣの変動幅が小さい場合、二次電池の充電を停止する上限ＳＯＣを変更する。これにより、適切な放電可能容量を確保しながら二次電池の劣化を抑制することができる。

このため、充放電制御部８２は、二次電池の放電中に所定の間隔（例えば、１０分）ごとに、ＳＯＣ推定部８１０で推定されたＳＯＣを取得し、ＳＯＣの変動履歴として記憶部７０に記憶する。充放電制御部８２は、二次電池の放電を終了し充電を開始してから任意のタイミングで、記憶部７０から変動履歴を読み出し、放電中のＳＯＣの変動幅として放電を開始してから終了するまでのＤＯＤ（Ｄｅｐｔｈｏｆ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、放電深度とも言う）を求める。充放電制御部８２は、ＤＯＤの大きさに応じて上限ＳＯＣを変更する。ＤＯＤが小さく（例えば、ＤＯＤが３０％）、設定されている上限ＳＯＣが高ければ（例えば、ＳＯＣ１００％）、充放電制御部８２は、上限ＳＯＣをＳＯＣｅ％（例えば、ＳＯＣ５０％）に変更する。逆に、ＤＯＤが大きく（例えば、ＤＯＤが５０％）、設定されている上限ＳＯＣが低ければ（例えば、ＳＯＣ５０％）充放電制御部８２は、上限ＳＯＣをＳＯＣｆ％（例えば、ＳＯＣ１００％）に変更する。

充放電制御部８２は、上限ＳＯＣを変更する際、ＳＯＨ＿Ｃ算出部８１３からＳＯＨ＿Ｃを取得し、受け取ったＳＯＨ＿Ｃに応じて、上限ＳＯＣを調整してもよい。例えば、充放電制御部８２は、ＤＯＤが３０％で、設定されている上限ＳＯＣがＳＯＣ１００％の場合、上述の説明では、ＳＯＨ＿Ｃが１００％であることを前提にＳＯＣｅ％に変更するとしたが、ＳＯＨ＿Ｃが９０％であれば、上限ＳＯＣをＳＯＣｅ％より高いＳＯＣｇ％（例えば、ＳＯＣ６０％）に変更してもよい。このようにＳＯＨ＿Ｃに応じて上限ＳＯＣを調整することにより、電池の劣化進行による充電可能容量の減少を考慮しつつ、過去の放電状況から予測される適切な放電可能容量を確保することができる。

また、充放電制御部８２は、変動履歴を参照して、過去の放電ごとのＤＯＤを複数求め、複数のＤＯＤを統計的に処理して上限ＳＯＣを変更してもよい。例えば、複数のＤＯＤの平均値（平均ＤＯＤとも言う）を算出し、平均ＤＯＤに基づいて上限ＳＯＣを変更してもよく、複数のＤＯＤの分散値（分散ＤＯＤ）を算出し、分散ＤＯＤの大きさに応じて、上限ＳＯＣを調整してもよい。このように複数のＤＯＤを統計的に処理して上限ＳＯＣを変更することにより、過去の放電状況からの予測精度が向上し、より適切な放電可能容量を確保することができる。

本発明の第４実施形態によれば、充放電制御部８２は、放電中にＳＯＣ推定部８１０で推定されたＳＯＣを取得し、ＳＯＣの変動履歴として記憶部７０に記憶する。充放電制御部８２は、記憶部７０から変動履歴を読み出し、上限ＳＯＣを変更する。このため、過去の放電状況から予測される適切な放電可能容量を確保するとともに、不必要に高い充電状態で保存されることが回避され電池の劣化進行を抑制できる。また、充放電制御部８２は、上限ＳＯＣを変更する際、ＳＯＨ＿Ｃ算出部８１３からＳＯＨ＿Ｃを取得し、受け取ったＳＯＨ＿Ｃに応じて、上限ＳＯＣを調整する。このため、電池の劣化進行による充電可能容量の減少を考慮しつつ、過去の放電状況から予測される適切な放電可能容量を確保することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態ではＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルに、二次電池の保存時のＳＯＣの大きさに応じて特性関数の対応関係を補正するための補正量を含む例を説明した。この点、ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルは、二次電池の保存時の端子電圧の大きさに応じて特性関数の対応関係を補正するための補正量を含んでもよい。この場合、ＳＯＨ＿Ｃ欄には、ｓｏｈｒｉに関連付けるべきＳＯＨ＿Ｃが基準値ｓｏｈｃｉと保存時の端子電圧の大きさ（Ｖ１＜Ｖ２＜…＜Ｖｍ−１＜Ｖｍ）に応じたｍ個の補正量ｄｉｊ（ｊは=１からｍの整数）の組み合わせで記述される。充放電制御部８２は、電池モジュール２０の放電あるいは充電を停止するタイミングで、状態検出部８１から受け取った電圧値Ｖｄを記憶部７０に記憶する。ＳＯＨ＿Ｃ算出部８１３は、ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルを参照し、ＳＯＨ＿Ｒ算出部８１２から受け取った各二次電池のＳＯＨ＿Ｒと記憶部７０に記憶されている各二次電池の電圧値Ｖｄから、所定のタイミングｔにおけるＳＯＨ＿Ｃを特定する。

また、上述の実施の形態ではＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルに、ＳＯＨ＿ＲとＳＯＨ＿Ｃとの関係を記述する例を説明した。この点、ＳＯＨ＿Ｒ−ＳＯＨ＿Ｃテーブルの代わりにグラフや数式などでＳＯＨ＿ＲとＳＯＨ＿Ｃの関係について記述してもよい。

また、上述の実施の形態では、保存時のＳＯＣとして、電池モジュール２０の充電あるいは放電を停止し、電池モジュール２０の保存を開始するタイミングのＳＯＣや二次電池の放電可能容量を所望の容量まで回復させる充電を停止する前のタイミングのＳＯＣを記憶部７０に保持すると説明した。この点、電池モジュール２０の保存を開始してからＳＯＨ＿Ｒを算出するまでの任意のタイミングで推定されたＳＯＣを記憶部７０に保持してもよい。

なお、本実施の形態に係る発明は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。
［項目１］
二次電池と、電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記二次電池を充放電させる充放電制御部と、所定のタイミングにおける前記二次電池の内部抵抗を推定する第１推定部と、初期状態における二次電池の内部抵抗と前記所定のタイミングにおける二次電池の内部抵抗との比率である内部抵抗比率を算出する第１算出部と、前記初期状態における二次電池の内部抵抗と劣化状態における二次電池の内部抵抗との比率である内部抵抗比率と、前記初期状態における二次電池の満充電容量と前記劣化状態における二次電池の満充電容
量との比である満充電容量比率とを関連付ける関連データを記憶する記憶部と、前記関連データを参照し、前記第１算出部で算出した内部抵抗比率に基づき、前記所定のタイミングにおける二次電池の満充電容量を推定する第２推定部と、を備え、前記記憶部は、前記第１算出部で算出された内部抵抗比率を第１比率として記憶しており、前記充放電制御部は、前記二次電池の保存期間中に所定の期間が経過するごとに前記二次電池の予備放電を実行し、前記予備放電により前記第１算出部で算出された内部抵抗比率である第２比率と前記記憶部に記憶されている前記第１比率との差分値が、前記差分値に関するしきい値より大きくなると、前記二次電池の慣らし充放電制御の放電を開始し、前記第２推定部は、前記保存期間中であって前記二次電池の慣らし充放電制御の放電の開始後に、前記二次電池の満充電容量を推定する、電源装置。
［項目２］
前記関連データは、前記二次電池の保存時の充電率の大きさに応じて前記内部抵抗比率と前記満充電容量比率との関連付けを補正する補正量を含む、項目１に記載の電源装置。［項目３］
前記二次電池の充電率を推定する第３推定部をさらに備え、前記二次電池の保存期間中に、前記第３推定部で推定された充電率が前記充電率に関する第２しきい値より小さくなると、前記充放電制御部は、前記二次電池の充電を開始し、前記第２推定部は、前記保存期間中であって前記二次電池の充電の開始後に、前記二次電池の満充電容量を推定する、項目１に記載の電源装置。
［項目４］
前記記憶部は、前記二次電池の充電率の変動履歴を記憶し、前記充放電制御部は、前記変動履歴を参照し、前記二次電池の充電を停止する上限充電率を変更する、項目３に記載の電源装置。
［項目５］
前記関連データを参照し、前記第１算出部で算出した第２比率に基づき、初期状態における二次電池の満充電容量と前記所定のタイミングにおける二次電池の満充電容量との第３比率を算出する第２算出部をさらに備え、前記充放電制御部は、前記変動履歴および前記第３比率を参照し、前記二次電池の充電を停止する上限充電率を変更する、項目４に記載の電源装置。

本発明に係る電池状態推定装置及び電源装置は、バックアップ電源等に有用である。

１０ 商用交流電源
１１ 負荷
２０ 電池モジュール
３０ 電流センサ
３１ 電圧センサ
３２ 温度センサ
４０ コンバータ
５０ インバータ
６０ 電源切替部
７０ 記憶部
８０ 制御部
８１ 状態検出部
８２ 充放電制御部
８１０ ＳＯＣ推定部
８１１ 内部抵抗推定部
８１２ ＳＯＨ＿Ｒ算出部
８１３ ＳＯＨ＿Ｃ算出部
８１４ ＦＣＣ推定部

Claims (5)

1. 二次電池と、
   電力変換部と、
   前記電力変換部を制御して前記二次電池を充放電させる充放電制御部と、
   所定のタイミングにおける前記二次電池の内部抵抗を推定する第１推定部と、
   初期状態における二次電池の内部抵抗と前記所定のタイミングにおける二次電池の内部抵抗との比率である内部抵抗比率を算出する第１算出部と、
   前記初期状態における二次電池の内部抵抗と劣化状態における二次電池の内部抵抗との比率である内部抵抗比率と、前記初期状態における二次電池の満充電容量と前記劣化状態における二次電池の満充電容量との比である満充電容量比率とを関連付ける関連データを記憶する記憶部と、
   前記関連データを参照し、前記第１算出部で算出した内部抵抗比率に基づき、前記所定のタイミングにおける二次電池の満充電容量を推定する第２推定部と、を備え、
   前記記憶部は、前記第１算出部で算出された内部抵抗比率を第１比率として記憶しており、
   前記充放電制御部は、前記二次電池の保存期間中に所定の期間が経過するごとに前記二次電池の予備放電を実行し、前記予備放電により前記第１算出部で算出された内部抵抗比率である第２比率と前記記憶部に記憶されている前記第１比率との差分値が、前記差分値に関するしきい値より大きくなると、前記二次電池の慣らし充放電制御の放電を開始し、
   前記第２推定部は、前記保存期間中であって前記二次電池の慣らし充放電制御の放電の開始後に、前記二次電池の満充電容量を推定する、電源装置。
2. 前記関連データは、前記二次電池の保存時の充電率の大きさに応じて前記内部抵抗比率と前記満充電容量比率との関連付けを補正する補正量を含む、
   請求項１に記載の電源装置。
3. 前記二次電池の充電率を推定する第３推定部をさらに備え、
   前記二次電池の保存期間中に、前記第３推定部で推定された充電率が前記充電率に関する第２しきい値より小さくなると、前記充放電制御部は、前記二次電池の充電を開始し、
   前記第２推定部は、前記保存期間中であって前記二次電池の充電の開始後に、前記二次
   電池の満充電容量を推定する、
   請求項１に記載の電源装置。
4. 前記記憶部は、前記二次電池の充電率の変動履歴を記憶し、
   前記充放電制御部は、前記変動履歴を参照し、前記二次電池の充電を停止する上限充電率を変更する、
   請求項３に記載の電源装置。
5. 前記関連データを参照し、前記第１算出部で算出した第２比率に基づき、初期状態における二次電池の満充電容量と前記所定のタイミングにおける二次電池の満充電容量との第３比率を算出する第２算出部をさらに備え、
   前記充放電制御部は、前記変動履歴および前記第３比率を参照し、
   前記二次電池の充電を停止する上限充電率を変更する、
   請求項４に記載の電源装置。

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