JP6547691B2

JP6547691B2 - 充放電制御装置

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Publication number: JP6547691B2
Application number: JP2016117189A
Authority: JP
Inventors: 卓敏周; 金山　光浩; 光浩金山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2036-06-13
Also published as: US10166881B2; DE102017112617A1; US20170355277A1; JP2017225212A

Description

本発明は、充放電可能な蓄電池の充電状態を管理する充放電制御装置に関する。

充放電可能な蓄電池は過放電、過充電を行なうと電池性能を劣化させることになるため、蓄電池の充電状態（以下、ＳＯＣ：ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅとも称する）を把握して、充放電を制御する必要がある。蓄電池の充電状態は満充電の状態（１００％）と、全く充電されていない状態（０％）のおおよそ中間付近（５０〜６０％）に維持されることが多い。このため、蓄電池の充電状態であるＳＯＣをより正確に把握する必要がある。

下記特許文献１に記載の技術では、低下するＳＯＣ推定精度を高めるため、意図的に蓄電池を過充電状態とし、ＳＯＣが１００％になったものとする、ＳＯＣリセット充電を行っている。

特開２０１３−１７６１９５号公報

上記従来の技術では、一日に一度、所定の時間に個々の蓄電池の端子電圧を調べて、電圧のばらつきが一定値以上あるときに、夜間電力を利用して１００％充電することにより、ＳＯＣ計算の誤差を解消している。しかしながら、このようなＳＯＣリセット充電は、蓄電池側の状態に依存して行われるため、システム全体として最適なタイミングかどうかは考慮されていない。例えば、電気料金との兼ね合いでは充電を行うタイミングを調整すべきであるのに、蓄電池の状態のみで判断しているとこのような調整を行うことができない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、充放電可能な蓄電池の充電状態を管理する充放電制御装置であって、蓄電池のＳＯＣのみならず経済的な事情も考慮したＳＯＣリセット充電を行うことができる充放電制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る充放電制御装置は、充放電可能な蓄電池の充電状態を管理する充放電制御装置であって、前記蓄電池を過充電状態とするＳＯＣリセット充電を実行するリセット実行部（１０４）と、前記リセット実行部が前記ＳＯＣリセット充電を実行するタイミングを算出するタイミング算出処理を実行するタイミング演算部（１０３）と、を備える。前記タイミング演算部は、前記タイミング算出処理において、複数の時間帯それぞれにおいて予め定められた充放電計画通りに充放電を行った場合の金銭的利益に対する前記ＳＯＣリセット充電を実行した場合の金銭的利益の差分を利益減少量として算出し、最も利益減少量が少なくなる１つ又は２つ以上の時間帯において前記ＳＯＣリセット充電を実行するようにタイミングを設定する。

本発明によれば、最も利益減少量が少なくなる１つ又は２つ以上の時間帯においてＳＯＣリセット充電を実行するタイミングを設定するので、蓄電池の充電状態に加えてＳＯＣリセット充電を行った場合の利益減少を考慮した判断が可能となる。

尚、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」に記載した括弧内の符号は、後述する「発明を実施するための形態」との対応関係を示すものであって、「課題を解決するための手段」及び「特許請求の範囲」に記載の発明が、後述する「発明を実施するための形態」に限定されることを示すものではない。

本発明によれば、充放電可能な蓄電池の充電状態を管理する充放電制御装置であって、蓄電池のＳＯＣのみならず経済的な事情も考慮したＳＯＣリセット充電を行うことができる充放電制御装置を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る充放電制御装置を含むシステム構成を説明するための図である。図２は、本実施形態に係る充放電制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。図３は、本実施形態に係る充放電制御装置のＳＯＣリセット充電処理を説明するためのフローチャートである。図４は、本実施形態に係る充放電制御装置の処理タイミングを説明するための図である。図５は、本実施形態に係る充放電制御装置のＳＯＣリセット充電処理を説明するためのフローチャートである。図６は、本実施形態に係る充放電制御装置のＳＯＣリセット充電処理を説明するためのフローチャートである。図７は、車載の蓄電池を制御対象とした場合の、充電時間帯の予測処理を説明するためのフローチャートである。図８は、最大充電量を超える時間帯がある場合の処理を説明するための図である。図９は、単一の時間帯でＳＯＣリセット充電を実行する場合を説明するための図である。図１０は、複数の時間帯でＳＯＣリセット充電を実行する場合を説明するための図である。図１１は、複数の時間帯でＳＯＣリセット充電を実行する場合を説明するための図である。図１２は、利益減少分を考慮したＳＯＣリセット充電について説明するための図である。図１３は、複数の蓄電池に対してＳＯＣリセット充電を行う場合について説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、本実施形態に係る充放電制御装置１０は、系統電力６から電力供給を受ける電力需要家４に設けられている。充放電制御装置１０は、インターネット２を介して電力料金情報を受信することができる。充放電制御装置１０は、電力変換器１２の動作を指示する駆動信号を出力する。電力変換器１２は、車両２０に搭載されている蓄電池である車載電池２２の充放電を実行する装置である。尚、電力変換器１２は、車載電池２２だけではなく、定置タイプの蓄電池の充放電を実行することもできる。

充放電制御装置１０は、ハードウェア的な構成要素として、ＣＰＵといった演算部、ＲＡＭやＲＯＭといった記憶部、データの授受を行うためのインターフェイス部を備えるコンピュータとして構成されている。続いて、充放電制御装置１０の機能的な構成要素について説明する。

図２に示されるように、充放電制御装置１０は、料金情報演算部１０１と、検討通知部１０２と、タイミング演算部１０３と、リセット実行部１０４と、利益情報格納部１０５と、を備えている。

料金情報演算部１０１は、電気料金に関する情報を受信する部分である。料金情報演算部１０１は、時間帯ごとの電気料金情報と、時間帯ごとに計画的に充電した場合の金銭的利益と、ＳＯＣリセット充電をした場合の金銭的利益とを演算し、利益情報格納部１０５に格納する。ＳＯＣリセット充電とは、蓄電池を過充電状態とするものである。

検討通知部１０２は、ＳＯＣリセット充電をどのタイミングで実行するか判断する所定の時間間隔に従って、タイミング演算部１０３に演算実行タイミングのトリガを出力する部分である。所定の時間間隔としては、１週間や１０日など適宜定められるものであって、蓄電池のＳＯＣ推定が補正を必要とするほどずれると想定される期間となる。

タイミング演算部１０３は、検討通知部１０２から出力されるトリガに従って、リセット実行部１０４がＳＯＣリセット充電を実行するタイミングを算出するタイミング算出処理を実行する部分である。タイミング演算部１０３は、タイミング算出処理において、複数の時間帯それぞれにおいて予め定められた充放電計画通りに充放電を行った場合の金銭的利益に対するＳＯＣリセット充電を実行した場合の金銭的利益の差分を利益減少量として算出し、最も利益減少量が少なくなる１つ又は２つ以上の時間帯においてＳＯＣリセット充電を実行するタイミングを設定する。

リセット実行部１０４は、蓄電池を過充電状態とするＳＯＣリセット充電を実行する部分である。リセット実行部１０４は、タイミング演算部１０３が算出したタイミングにＳＯＣリセット充電が実行されるように、電力変換器１２に対して駆動信号を出力する。

図３を参照しながら、充放電制御装置１０の動作について説明する。ステップＳ１０１では、検討通知部１０２がＳＯＣリセット充電の実行を検討するタイミングが到来しているか否かを判断する。図４に示されるように、１回目のＳＯＣリセット充電が実行されてから、一定期間である１週間経過後が、ＳＯＣリセット充電の実行を検討するタイミングである。検討通知部１０２は、ＳＯＣリセット充電の実行を検討するタイミングが到来していると判断すれば、その情報をタイミング演算部１０３に出力する。検討通知部１０２は、ＳＯＣリセット充電の実行を検討するタイミングが到来していないと判断すれば、ステップＳ１０１の判断を繰り返す。

ステップＳ１０２では、タイミング演算部１０３が、リセット実行部１０４がＳＯＣリセット充電を実行するタイミングを算出するタイミング算出処理を実行する。図４に示されるように、一定時間内において、２回目のＳＯＣリセット充電を行うにはどのタイミングが最適かを算出する。

一例として、タイミング演算部１０３は、図５の（Ａ）に示されるように、破線で示される充電計画ａｋ，ａｋ＋１，ａｋ＋３及び放電計画ａｋ＋２に対して、ＳＯＣリセット充電Ｘｋを実行するタイミングを、時刻Ｔｋから時刻Ｔｋ＋１に実行するものと決定する。図５の（Ｂ）に示されるように、ＳＯＣリセット充電Ｘｋの実行によって、蓄電池のＳＯＣは１００％となる。

タイミング演算部１０３は、図６の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、利益減少量が最小となる時間帯においてＳＯＣリセット充電Ｘｋを実行するようにタイミングを決定する。図６の（Ｂ）に示される利益情報は、利益情報格納部１０５に格納されている。

図３に戻って説明を続ける。ステップＳ１０２に続くステップＳ１０３では、リセット実行部１０４が、ＳＯＣリセット充電を行うタイミングになったか否かを判断する。ＳＯＣリセット充電を行うタイミングになっていなければステップＳ１０３の処理を繰り返し、ＳＯＣリセット充電を行うタイミングになっていればステップＳ１０４の処理に進む。

ステップＳ１０４では、リセット実行部１０４が電力変換器１２にＳＯＣリセット充電を行わせるための駆動信号を出力し、電力変換器１２がＳＯＣリセット充電を実行する。

制御対象の蓄電池が図１に示されるように車載電池２２である場合、車両２０が使用中の場合は電力変換器１２に繋がれていない場合もあり、その場合は予定通り充電することができない。そこで、充放電制御装置１０は、図７の（Ａ）に示されるように電力変換器１２に対して車載電池２２が接続されている時間帯の実績情報を取得する。この実績情報に基づいて、充放電制御装置１０は、図７の（Ｂ）に示されるように、予測の接続時間帯を算出する。タイミング演算部１０３は、一定時間帯の中から更に絞り込んだ予測の接続時間帯の中で、上記したような経済的メリットがある時間帯においてＳＯＣリセット充電を行うようにタイミングを設定する。

図８に示されるように、充電可能な最大量である最大充電量Ｐｍａｘが設定されている場合、タイミング演算部１０３は、その最大充電量Ｐｍａｘを超えないようにＳＯＣリセット充電を行うタイミングを調整する。例えば、時刻Ｔｋ＋３からＴｋ＋４の間にＳＯＣリセット充電Ｘｋを実行すると、最大充電量Ｐｍａｘを超えてしまうので、この時間帯はＳＯＣリセット充電を行う候補から除外する。

図９に示されるように、単一の時間帯にＳＯＣリセット充電Ｘｋを行う場合は、上記したように経済的なメリットがある時間帯に設定される。一方、このように単一の時間帯に設定することのみとすれば、図８を参照しながら説明したように、最大充電量を超えてしまう場合もある。そこで、図１０に示されるように、ＳＯＣリセット充電を複数の時間帯に振り分けて実行することも好ましい。図１０に示す例では、時刻Ｔｋから時刻Ｔｋ＋１までの時間帯と、時刻Ｔｋ＋１から時刻Ｔｋ＋２までの時間帯とに均等に振り分けている。

図１１に示されるように、時刻Ｔｋから時刻Ｔｋ＋１までの時間帯にＳＯＣリセット充電の８０％を振り分け、時刻Ｔｋ＋１から時刻Ｔｋ＋２までの時間帯にＳＯＣリセット充電の２０％を振り分けることも好ましい。時刻Ｔｋから時刻Ｔｋ＋１までの時間帯にＳＯＣリセット充電を行った方が、利益減少量が少ない場合等、経済的なメリットがより高まるように適宜振り分け比率を変更することができる。

上記したように、ある時間帯にＳＯＣリセット充電を行った場合に、利益減少量がどれくらいになるかを考慮してＳＯＣリセット充電を行うことが好ましい。更に、ＳＯＣリセット充電を行うことで、計画充電及び計画放電に影響が出てしまい、計画外れによる利益減少分が発生する場合は、これも考慮に入れることが好ましい。

図１２の（Ａ）に示されるように、例えば、時刻Ｔｋから時刻Ｔｋ＋１にかけて、計画充電ａｋと共にＳＯＣリセット充電Ｘｋを実行する。想定よりも使用電気量が少ない場合等、ＳＯＣリセット充電Ｘｋの実行により、次の時刻Ｔｋ＋１から時刻Ｔｋ＋２にかけての計画充電ａｋ＋１が計画通りに実行されない場合もある。この場合に、計画外れによる利益現象が見込まれるので、図１２の（Ｂ）に示されるように、計画外れによる利益減少分を見込んで判断することができる。

本実施形態に係る充放電制御装置１０は、蓄電池を過充電状態とするＳＯＣリセット充電を実行するリセット実行部１０４と、リセット実行部１０４がＳＯＣリセット充電を実行するタイミングを算出するタイミング算出処理を実行するタイミング演算部１０３と、を備えている。タイミング演算部１０３は、タイミング算出処理において、複数の時間帯それぞれにおいてＳＯＣリセット充電を実行した場合の利益減少量を算出し、最も利益減少量が少なくなる１つ又は２つ以上の時間帯においてＳＯＣリセット充電を実行するようにタイミングを設定する。

本実施形態では、最も利益減少量が少なくなる１つ又は２つ以上の時間帯においてＳＯＣリセット充電を実行するタイミングを設定するので、蓄電池の充電状態に加えてＳＯＣリセット充電を行った場合の利益減少を考慮した判断が可能となる。

また本実施形態では、図１２を参照しながら説明したように、タイミング演算部１０３は、一の時間帯においてＳＯＣリセット充電を実行することで、他の時間帯における利益減少が見込まれる場合は、その利益減少分も見込んでＳＯＣリセット充電を実行するタイミングを設定することができる。他の時間帯における利益減少分も考慮することで、より経済的影響に考慮したＳＯＣリセット充電が可能となる。

また本実施形態では、図８を参照しながら説明したように、タイミング演算部１０３は、複数の時間帯それぞれにいて蓄電池を過充電状態とするのに必要な過充電量を算出し、算出した渦充電量が充電可能な最大量である最大充電量を超える時間帯を、ＳＯＣリセット充電を実行する候補から除外することができる。最大充電量を超えた充電はできないので、予め最大充電量を超える時間帯をＳＯＣリセット充電の候補から外すことで、適切な時間帯へＳＯＣリセット充電を割り当てることができる。

また本実施形態では、図１０及び図１１を参照しながら説明したように、タイミング演算部１０３は、２つ以上の時間帯においてＳＯＣリセット充電を実行するにあたって、蓄電池を過充電状態とするのに必要な過充電量を２つ以上の時間帯それぞれに振り分けるようにタイミング算出処理を実行することができる。このように振り分けることで、最大充電量超過の可能性を低減することができる。

また本実施形態では、図１１を参照しながら説明したように、タイミング演算部１０３は、２つ以上の時間帯においてＳＯＣリセット充電を実行するにあたって、利益減少量の多い時間帯への過充電量の振り分け量を、利益減少率の少ない時間帯への過充電量の振り分け量よりも減らすようにタイミング算出処理を実行することができる。このように利益減少量を考慮しつつ複数の時間帯に振り分けることで、最大充電量超過の可能性を低減すると共に利益減少の最小化を図ることができる。

また本実施形態では、図３及び図４を参照しながら説明したように、タイミング演算部１０３は、一定周期毎にタイミング算出処理を実行することができる。例えば１週間といったスパンでタイミング算出処理を実行することで、定期的にＳＯＣ推測の精度を上げることができる。また本実施形態では、タイミング演算部１０３は、蓄電池の充放電量を積算し、積算した充放電量が閾値を超えた場合にタイミング算出処理を実行することもできる。充放電を繰り返すと誤差が広がるので、充放電量が閾値を超えた場合にタイミング算出処理を行うことで、的確なタイミングでＳＯＣ推測の精度を上げることができる。

また本実施形態では、図１を参照しながら説明したように蓄電池は、車両に搭載されている車載電池２２である。また本実施形態では、図７を参照しながら説明したように、タイミング演算部１０３は、車両２０及び車載電池２２が充放電器である電力変換器１２に接続されている時間帯を推定し、この推定した時間帯の中でＳＯＣリセット充電が行われるようにタイミング算出処理を実行することができる。車両２０及び車載電池２２が電力変換器１２に接続されている時間帯を推定することで、ＳＯＣリセット充電がより確実に実行されると期待される時間帯を設定することができる。

また本実施形態では、図７を参照しながら説明したように、タイミング演算部１０３は、車両２０及び車載電池２２が充放電器である電力変換器１２に接続された時間帯に関する情報を収集し、タイミング算出処理を実行することができる。

また本実施形態では、図７を参照しながら説明したように、リセット実行部１０４は、ＳＯＣリセット充電を行う時間帯の途中で車両２０及び車載電池２２と電力変換器１２との接続が解除され、ＳＯＣリセット充電が完了しなかった場合に、車両２０及び車載電池２２と電力変換器１２とが再接続された後にＳＯＣリセット充電を実行することができる。再接続後にＳＯＣリセット充電を続行することで、確実にＳＯＣリセット充電を完了することができる。

上記した例では、主に蓄電池が車載電池２２であるものとして説明したが、蓄電池は、複数の定置電池であってもよい。この場合、タイミング演算部１０３は、複数の定置電池それぞれに対するＳＯＣリセット充電の時間帯をずらして設定することができる。

図１３を参照しながら、蓄電池１及び蓄電池２に充放電する場合の例について説明する。図１３の（Ａ）は通常の充放電状態を示し、図１３の（Ｂ）は、ＳＯＣリセット充電の場合を示す。

図１３の（Ａ）では、全体計画に対して、充放電量を定置電池である蓄電池１と蓄電池２とに振り分けている。時刻Ｔｋから時刻Ｔｋ＋１においてＳＯＣリセット充電Ｘｋを蓄電池１に対して実行する場合には、全体の計画充電量ａｋが変化しないように、蓄電池２に対する充電量を減らすことができる。このように、タイミング演算部１０３は、ＳＯＣリセット充電を実行している定置電池以外の定置電池への充電量を調整し、複数の定置電池全体への充電量が計画充電量に近づくように調整することができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０：充放電制御装置
１０３：タイミング演算部
１０４：リセット実行部

Claims

充放電可能な蓄電池の充電状態を管理する充放電制御装置であって、
前記蓄電池を過充電状態とするＳＯＣリセット充電を実行するリセット実行部（１０４）と、
前記リセット実行部が前記ＳＯＣリセット充電を実行するタイミングを算出するタイミング算出処理を実行するタイミング演算部（１０３）と、を備え、
前記タイミング演算部は、前記タイミング算出処理において、複数の時間帯それぞれにおいて予め定められた充放電計画通りに充放電を行った場合の金銭的利益に対する前記ＳＯＣリセット充電を実行した場合の金銭的利益の差分を利益減少量として算出し、最も利益減少量が少なくなる１つ又は２つ以上の時間帯において前記ＳＯＣリセット充電を実行するようにタイミングを設定する、充放電制御装置。
請求項１に記載の充放電制御装置であって、
前記タイミング演算部は、一の時間帯において前記ＳＯＣリセット充電を実行することで、他の時間帯における利益減少が見込まれる場合は、その利益減少分も見込んで前記ＳＯＣリセット充電を実行するタイミングを設定する、充放電制御装置。
請求項１又は２に記載の充放電制御装置であって、
前記タイミング演算部は、前記複数の時間帯それぞれにおいて前記蓄電池を過充電状態とするのに必要な過充電量を算出し、算出した過充電量が充電可能な最大量である最大充電量を超える時間帯を、前記ＳＯＣリセット充電を実行する候補から除外する、充放電制御装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の充放電制御装置であって、
前記タイミング演算部は、２つ以上の時間帯において前記ＳＯＣリセット充電を実行するにあたって、前記蓄電池を過充電状態とするのに必要な過充電量を前記２つ以上の時間帯それぞれに振り分けるように前記タイミング算出処理を実行する、充放電制御装置。
請求項４に記載の充放電制御装置であって、
前記タイミング演算部は、２つ以上の時間帯において前記ＳＯＣリセット充電を実行するにあたって、利益減少量の多い時間帯への前記過充電量の振り分け量を、利益減少率の少ない時間帯への前記過充電量の振り分け量よりも減らすように前記タイミング算出処理を実行する、充放電制御装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の充放電制御装置であって、
前記タイミング演算部は、一定周期毎に前記タイミング算出処理を実行する、充放電制御装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の充放電制御装置であって、
前記タイミング演算部は、前記蓄電池の充放電量を積算し、積算した充放電量が閾値を超えた場合に前記タイミング算出処理を実行する、充放電制御装置。
請求項１から７のいずれか１項に記載の充放電制御装置であって、
前記蓄電池は、車両に搭載されている車載電池である、充放電制御装置。
請求項８に記載の充放電制御装置であって、
前記タイミング演算部は、前記車両が充放電器に接続されている時間帯を推定し、この推定した時間帯の中で前記ＳＯＣリセット充電が行われるように前記タイミング算出処理を実行する、充放電制御装置。
請求項９に記載の充放電制御装置であって、
前記タイミング演算部は、前記車両が充放電器に接続された時間帯に関する情報を収集し、前記タイミング算出処理を実行する、充放電制御装置。
請求項９又は１０に記載の充放電制御装置であって、
前記リセット実行部は、前記ＳＯＣリセット充電を行う時間帯の途中で前記車両と前記充放電器との接続が解除され、前記ＳＯＣリセット充電が完了しなかった場合に、前記車両と前記充放電器とが再接続された後に前記ＳＯＣリセット充電を実行する、充放電制御装置。
請求項１から７のいずれか１項に記載の充放電制御装置であって、
前記蓄電池は複数設けられている、充放電制御装置。
請求項１２に記載の充放電制御装置であって、
前記タイミング演算部は、複数の蓄電池それぞれに対する前記ＳＯＣリセット充電の時間帯をずらして設定する、充放電制御装置。
請求項１３に記載の充放電制御装置であって、
前記タイミング演算部は、前記ＳＯＣリセット充電を実行している蓄電池以外の蓄電池への充電量を調整し、前記複数の蓄電池全体への充電量が計画充電量に近づくように調整する、充放電制御装置。