WO2017090156A1 - 電力制御装置、および電力制御システム - Google Patents

電力制御装置、および電力制御システム Download PDF

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secondary battery
current
power control
maximum current
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そのか 池田
小杉　伸一郎
関野　正宏
黒田　和人
山崎　修
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株式会社東芝
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Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to a power control apparatus and a power control system.
  • the charge state range is defined by electric capacity and set in a wide range, before reaching the upper and lower limit electric capacity, the upper and lower limit values of the closed circuit voltage of the battery are reached and the device stops, In some cases, the usable energy range is greatly limited. As described above, in the conventional technique, there is a case where the voltage limitation of the secondary battery cannot be performed accurately.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a power control device and a power control system that can more accurately limit the voltage of the secondary battery.
  • the power control apparatus of the embodiment has an acquisition unit and a determination unit.
  • An acquisition part acquires the information regarding the voltage and electric current at the time of charge of the secondary battery which can be charged / discharged.
  • the determination unit determines a maximum current during charging of the secondary battery based on the information acquired by the acquisition unit so that the voltage of the secondary battery does not exceed the first predetermined voltage.
  • the figure which shows an example of a structure of the electric power control system The figure which shows an example of a structure of the battery module. The figure which shows an example of a structure of the control relation in the electric power control system. The figure which shows an example of the voltage / current profile information 62.
  • the flowchart which shows an example of the flow of the process performed at the time of charge in the electric power control apparatus. 5 is a flowchart showing an example of a flow of processing executed at the time of discharging in the power control device 50.
  • 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a mobile system 100 that uses a power control system 1.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of the power control system 1.
  • the power control system 1 may include battery units 10-1, 10-2,..., 10-n (n is an arbitrary natural number), a power control device 50, an input device 70, and a control target 80.
  • the present invention is not limited to this.
  • the battery unit 10 when it is not distinguished which battery unit, it is simply expressed as the battery unit 10.
  • the plurality of battery units 10 are connected to the control target 80 in parallel by the power line PL and supply power to the control target 80. Since each battery unit 10 has the same configuration (there may be some differences), in the figure, only the configuration of the battery unit 10-1 is shown in detail on behalf of a plurality of battery units. It is described.
  • the battery unit 10 includes a plurality of battery modules 20 connected in series, a current sensor 30, and a BMU (Battery Management Unit) 40. Each component in the battery unit 10 is connected by an intra-unit communication line CL1. In the intra-unit communication line CL1, for example, communication based on CAN (Controller Area Network) is performed.
  • CAN Controller Area Network
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the battery module 20.
  • the battery module 20 is an assembled battery (battery) to which a plurality of battery cells 21 are connected.
  • the battery unit 10 and the battery unit 10 connected in parallel are also assembled batteries (batteries).
  • a set of two battery cells 21 connected in parallel is connected in series. Not only this but the connection mode of the battery cell in the battery module 20 may be determined arbitrarily.
  • Battery cell 21 is a rechargeable secondary battery such as a lithium ion battery, a lead storage battery, a sodium sulfur battery, a redox flow battery, or a nickel metal hydride battery.
  • the battery cell 21 may be one using lithium titanate as a negative electrode material. 1 and 2, the configuration for charging the battery cell 21 is not shown.
  • the battery module 20 further includes a CMU (Cell Monitoring Unit) 22, a plurality of voltage sensors 23, and a plurality of temperature sensors 24.
  • the CMU 22 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit), various storage devices, a CAN controller, and other communication interfaces.
  • CPU Central Processing Unit
  • the voltage sensor 23 measures the voltage of a set of battery cells 21 connected in parallel, for example. Further, an arbitrary number of temperature sensors 24 are attached to arbitrary locations in the battery module 20. The detection results of the voltage sensor 23 and the temperature sensor 24 are output to the CMU 22. The CMU 22 outputs the detection results of the voltage sensor 23 and the temperature sensor 24 to the BMU 40.
  • the BMU 40 is connected to the plurality of CMUs 22 by the intra-unit communication line CL1, and is connected to the power control device 50 by the communication line CL2.
  • the BMU 40 includes a processor such as a CPU, various storage devices, a CAN controller, and a communication interface corresponding to the communication line CL2. Note that the communication line CL2 may be omitted, and wireless communication may be performed between the BMU 40 and the power control device 50.
  • the detection result of the current sensor 30 that detects the current flowing through the battery module 20 of the battery unit 10 is input to the BMU 40.
  • the power control device 50 includes a processor such as a CPU, various storage devices, a communication interface corresponding to the communication line CL2, and the like.
  • the power control device 50 controls the control target 80 based on information input from the plurality of BMUs 40 and operation information input from the input device 70.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a control-related configuration in the power control system 1.
  • Information such as the voltage for each battery cell 21, the voltage of the battery module 20, and the temperature of the battery module 20 is provided from the CMU 22 to the BMU 40.
  • the CMU 22 calculates the voltage of the battery module 20 by adding the voltage for each battery cell 21.
  • the voltage of the battery module 20 may be calculated by adding the voltage for each battery cell 21 on the BMU 40 side.
  • the BMU 40 calculates the SOC (State Of Charge) of each battery module 20 based on the detection result of the current sensor 30 (see FIG. 1). Note that the SOC of each battery module 20 (or the SOC of each battery cell 21) may be calculated by the CMU 22 based on the detection result of the voltage sensor 23 or the like.
  • the BMU 40 outputs the voltage for each battery cell 21 input from the CMU 22, information about the voltage of the battery module 20, the temperature of the battery module 20, and the calculated SOC to the power control apparatus 50.
  • the power control device 50 includes a processor such as a CPU, various storage devices, a communication interface corresponding to communication with the communication line CL2 and the control target 80, and the like.
  • the power control device 50 includes an acquisition unit 52, an estimation unit 54, a maximum current determination unit 56, a control amount determination unit 58, and a storage unit 60 as functional configurations.
  • Part or all of the estimation unit 54, the maximum current determination unit 56, and the control amount determination unit 58 is realized by a processor such as a CPU executing a program stored in the storage unit 60.
  • These functional units may be realized by hardware such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and FPGA (Field-Programmable Gate Array).
  • the acquisition unit 52 includes a communication interface and causes the storage unit 60 to store information acquired from the BMU 40.
  • the estimation unit 54 acquires information on the voltage and current when the secondary battery (the battery cell 21, the battery module 20, or the battery unit 10) is charged and discharged, and based on the acquired information, the inside of the secondary battery Estimate resistance and voltage at zero current.
  • the maximum current determination unit 56 determines the maximum current during charging or discharging of the secondary battery based on a comparison between the result estimated by the estimation unit 54 and the upper limit voltage Vc MAX or the lower limit voltage Vc MIN .
  • the control amount determination unit 58 determines the control amount to be given to the control target 80 based on the operation information input from the input device 70 and the maximum current determined by the maximum current determination unit 56.
  • the input device 70 may include a lever switch, a dial switch, various keys, a touch panel, and the like.
  • the controlled object 80 may include a DC-AC converter that has a plurality of transistors and converts direct current into alternating current by switching control of the transistors.
  • the control amount given to the controlled object 80 is, for example, a duty ratio in switching control.
  • the control amount given to the control target 80 may include a command value such as an i-axis current or a q-axis current.
  • the control target 80 may include a generator that generates electric power and supplies it to the battery unit 10, and a device that discards a part of the power supplied to the generator as heat (a device that limits the amount of power generation). Good.
  • the function of the control amount determination unit 58 may be a function of a control device that is separate from the power control device 50.
  • the power control device 50 outputs the maximum current determined by the maximum current determination unit 56 to the separate control device.
  • the input device 70 is omitted from the configuration shown in FIGS. 1 and 3, and the control amount determination unit 58 controls the control amount to be given to the control target 80 based on the maximum current and other information determined by the maximum current determination unit 56. May be determined.
  • the storage unit 60 is realized by various storage devices such as ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), and other flash memory devices.
  • the storage unit 60 stores the voltage / current profile information 62 collected by the estimation unit 54, in addition to the program executed by the processor of the power control apparatus 50.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the voltage / current profile information 62.
  • the voltage / current profile information 62 is information grouped for each battery condition such as temperature and SOC.
  • the estimation unit 54 groups the voltage and current combinations for each battery cell 21 for each battery condition and registers them in the individual profile information 62A. This grouping process may be performed in the BMU 40.
  • the BMU 40 or the power control device 50 uses the current detected by the current sensor 30 as the number of parallel battery cells 21 in the battery module 20 ( In FIG. 2, the current per battery cell 21 is calculated by dividing by 2) and registered in the individual profile information 62A.
  • the step size of the SOC and temperature in the voltage / current profile information 62 does not have to be a constant interval and may be arbitrarily determined. As shown in the figure, the step width of the SOC and temperature in the voltage / current profile information 62 is set in increments of 5% (tolerance 2.5%) for SOC and for example in increments of 10% for temperature. Further, for a temperature range in which the influence of the temperature change on the characteristics of the battery cell 21 is small (for example, 10 ° C. to 25 ° C.), the step size may be set larger than the other temperature ranges. Thereby, the processing load in the power control apparatus 50 can be reduced.
  • the estimation unit 54 performs processing such as adding information input from the BMU 40 to the individual profile information 62A as needed and discarding outdated information.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining processing for estimating the internal resistance and the voltage at zero current based on the individual profile information 62A.
  • the individual profile information 62A is information obtained by collecting the voltage and current pairs (indicated by Pt in the figure) shown in FIG.
  • the vertical axis represents voltage (V)
  • the horizontal axis represents current (A).
  • the charging current is expressed as plus and the discharging current is expressed as minus. Note that “maximum current” to be described later is calculated as an absolute value.
  • the estimation unit 54 applies a regressive method (statistical method) such as a least square method to the combination of voltage and current for each battery condition, and for each battery cell 21, the voltage / current straight line L ⁇ b> 1 during charging and discharging The voltage / current straight line L2 is derived. Then, the estimation unit 54 derives the internal resistance Rc of the battery cell 21 based on one or both of the voltage / current straight line L1 during charging and the voltage / current straight line L2 during discharging. For example, the estimation unit 54 derives the first-order coefficient of the voltage / current straight line L1 during charging as the internal resistance Rc of the battery cell 21. The estimation unit 54 may separately derive the internal resistance Rc of the battery cell 21 at the time of charging and the internal resistance Rc of the battery cell 21 at the time of discharging. Rc may be derived.
  • a regressive method such as a least square method to the combination of voltage and current for each battery condition, and for each battery cell 21, the voltage / current straight
  • the estimation unit 54 determines the voltage (charge side) of the battery cell 21 at zero current based on the set of the voltage Vc and current Acell of the battery cell 21 input from the BMU 40 and the internal resistance Rc estimated as described above. ) Vc_ccv (C) or the voltage (discharge side) Vc_ccv (D) of the battery cell 21 at the time of zero current is derived.
  • the voltage at the time of zero current is a voltage when it is assumed that the current flowing through the battery cell 21 becomes zero while maintaining the state of the battery cell 21 at that time.
  • the estimation unit 54 subtracts the product of the current Acell and the internal resistance Rc from the voltage Vc of the battery cell 21 input from the BMU 40, so that the battery cell 21 at the time of zero current is subtracted.
  • the voltage (charge side) Vc_ccv (C) is derived.
  • FIG. 5 shows a state in which the voltage Vc_ccv (C) is obtained for the set Pt (1) of the voltage Vc and current Acell of one battery cell 21.
  • the voltage Vc_ccv (C) passes through the set of the voltage Vc and the current Acell of the battery cell 21 and has a straight V-axis having an inclination according to the internal resistance Rc. Is an intercept.
  • the estimation unit 54 adds the product of the current Acell and the internal resistance Rc to the voltage Vc of the battery cell 21 input from the BMU 40, so that the voltage (discharge side) of the battery cell 21 at the time of zero current Vc_ccv. (D) is derived.
  • FIG. 5 shows a state in which the voltage Vc_ccv (D) is obtained for the set Pt (2) of the voltage Vc and current Acell of one battery cell 21.
  • the voltage Vc_ccv (D) passes through a set of the voltage Vc and the current Acell of the battery cell 21 and has a straight V-axis having an inclination according to the internal resistance Rc. Is an intercept.
  • the estimation unit 54 may directly obtain the voltage Vc_ccv (C) from the voltage / current straight line L1 corresponding to the current battery condition. For example, the estimation unit 54 may set the V-axis intercept of the voltage / current straight line L1 as the voltage Vc_ccv (C). Similarly, the estimation unit 54 may directly obtain the voltage Vc_ccv (D) from the voltage / current straight line L2 corresponding to the current battery condition. For example, the estimation unit 54 may set the V-axis intercept of the voltage / current straight line L2 as the voltage Vc_ccv (D).
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the contents of processing by the maximum current determination unit 56.
  • the maximum current determination unit 56 determines the maximum current so that the voltage Vc of the battery cell 21 does not exceed the upper limit voltage Vc MAX (first predetermined voltage) and does not fall below the lower limit voltage Vc MIN (second predetermined voltage).
  • the upper limit voltage Vc MAX and the lower limit voltage Vc MIN are predetermined values based on the viewpoint of suppressing the deterioration of the battery cell 21.
  • the maximum current determination unit 56 The maximum current of the battery cell 21 is determined so that the current voltage Vc falls within the range of the voltage increase room shown in FIG.
  • the maximum current determination unit 56 determines that the battery cell 21 has a voltage Vc lower than the second threshold voltage Vc LOWER and the voltage Vc of the battery cell 21 is decreasing (that is, when discharging). The maximum current of the battery cell 21 is determined so that the voltage Vc of the cell 21 falls within the range of the potential for voltage reduction shown in FIG.
  • the maximum current determination unit 56 does not determine the maximum current of the battery cell 21. In other words, the power control device 50 performs charge / discharge control based solely on other factors without providing any particular limitation on the maximum current.
  • the maximum current determination unit 56 determines the maximum current based on the following formula. First, parameters in the equation will be described. First, parameters in the equation will be described. First, parameters in the equation will be described. First, parameters in the equation will be described. Np_cell is the module parallel number, that is, the parallel number of the battery cells 21 in the battery module 20. In the example of FIG. 2, np_cell is 2. Np_mod is the system parallel number, that is, the parallel number of the battery modules 20. In the example of FIG. 1, np_mod is n. Acellmax is the maximum current allowed per battery cell 21. Amodmax is the maximum current allowed per battery module 20. Amax is the sum of the maximum currents (system maximum current) that each battery unit 10 is allowed to charge / discharge in the power control system 1, and is the maximum current supplied to the controlled object 80 by the power line PL.
  • Np_cell is the module parallel number, that is, the parallel number of the battery cells 21 in the battery module 20.
  • np_cell is 2.
  • the maximum current determination unit 56 is a system based on the equations (1) to (3).
  • the maximum current Amax is derived.
  • Acellmax (Vc MAX ⁇ Vc_ccv (C)) / Rc (1)
  • Amodmax np_cell ⁇ Acellmax (2)
  • Amax np_mod * Amodmax (3)
  • the maximum current determination unit 56 divides the value obtained by subtracting the voltage Vc_ccv (C) from the upper limit voltage Vc MAX of the battery cell 21 by the internal resistance Rc, thereby obtaining the maximum current of the battery cell 21.
  • the maximum current determination unit 56 obtains the maximum current of the battery cell 21 by comparing the voltage obtained by correcting the voltage fluctuation due to the internal resistance with the threshold value. Accordingly, the battery control device 50 can more accurately limit the voltage of the secondary battery.
  • the actually measured voltage Vc of the battery cell 21 is a voltage obtained by superimposing the current flowing through the battery cell 21 and the voltage fluctuation due to the internal resistance, so first, the “maximum current that can be added to the current current” is set. A process of obtaining and adding the obtained value to the current current is performed. However, since the measured current fluctuates with time, an error may increase when the process of adding the current to the current is performed.
  • the voltage Vc_ccv (C) at zero current is obtained, and the maximum current is obtained based on this, so that the maximum current can be derived more accurately and more accurately.
  • the voltage of the secondary battery can be limited.
  • the maximum current determination unit 56 divides the value obtained by subtracting the lower limit voltage Vc MIN of the battery cell 21 from the voltage Vc_ccv (D) by the internal resistance Rc, thereby obtaining the maximum current of the battery cell 21. Ask for. Accordingly, the battery control device 50 can more accurately limit the voltage of the secondary battery.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a flow of processing executed during charging in the power control device 50.
  • the process by the estimation part 54 shall be performed as a routine different from this flowchart.
  • the maximum current determination unit 56 of the power control device 50 executes the processes of steps S100 to S106 for each battery cell 21. First, the maximum current determination unit 56 determines whether or not the voltage Vc of the battery cell 21 exceeds the first threshold voltage Vc UPPER (step S100).
  • the maximum current determination unit 56 changes the maximum current Acellmax allowed per battery cell 21 from the upper limit voltage Vc MAX of the battery cell 21 to the voltage Vc_ccv (C ) Is subtracted by the internal resistance Rc (step S102).
  • the maximum current determination unit 56 does not set the maximum current Acellmax allowed per battery cell 21 (step S104). That is, the maximum current determination unit 56 does not limit the current per battery cell 21.
  • the maximum current determination unit 56 (or estimation unit 54) updates items corresponding to the temperature and SOC at that time in the voltage / current profile information 62 (step S106).
  • the maximum current determination unit 56 selects the smallest one of the calculated maximum currents Acellmax allowed per battery cell 21 (step S108). Based on the maximum current Acellmax, the system maximum current Amax is calculated (step S110; see equations (2) and (3)).
  • the control amount determination unit 58 sets the control amount to be given to the control target 80 based on the operation information input from the input device 70 with the system maximum current Amax as the upper limit value (S112). For example, the control amount determination unit 58 first determines the primary duty ratio of the switching control to be given to the controlled object 80 based on the operation information input from the input device 70, and the primary duty ratio corresponds to the system maximum current Amax. If the duty ratio is not exceeded, the primary duty ratio is given to the controlled object 80 as a controlled variable, and if the primary duty ratio exceeds the duty ratio corresponding to the system maximum current Amax, the duty ratio corresponding to the system maximum current Amax Is given to the controlled object 80 as a controlled variable. Thereby, the process of this flowchart is complete
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a flow of processing executed at the time of discharging in the power control device 50.
  • the process by the estimation part 54 shall be performed as a routine different from this flowchart.
  • the maximum current determination unit 56 of the power control device 50 executes the processes of steps S200 to S206 for each battery cell 21. First, the maximum current determination unit 56 determines whether or not the voltage Vc of the battery cell 21 is lower than the second threshold voltage Vc LOWER (step S200).
  • the maximum current determination unit 56 calculates the maximum current Acellmax allowed per battery cell 21 from the voltage Vc_ccv (D) to the lower limit voltage Vc of the battery cell 21. The value obtained by subtracting MIN is divided by the internal resistance Rc (step S202). On the other hand, when the voltage Vc of the battery cell 21 is equal to or higher than the second threshold voltage Vc LOWER , the maximum current determination unit 56 does not set the maximum current Acellmax allowed per battery cell 21 (step S204). That is, the maximum current determination unit 56 does not limit the current per battery cell 21.
  • the maximum current determination unit 56 (or the estimation unit 54) updates items corresponding to the temperature and SOC at that time in the voltage / current profile information 62 (step S206).
  • the maximum current determination unit 56 selects the smallest one of the calculated maximum currents Acellmax allowed per battery cell 21 (step S208). Based on the maximum current Acellmax, the system maximum current Amax is calculated (step S210; see equations (5) and (6)).
  • the control amount determination unit 58 sets the control amount to be given to the control target 80 based on the operation information input from the input device 70 with the system maximum current Amax as the upper limit value (S212). For example, the control amount determination unit 58 first determines a primary command value of the power generation amount to be given to the controlled object 80 based on the operation information input from the input device 70, and the primary command value corresponds to the system maximum current Amax. If the power generation amount is not exceeded, the primary command value is given to the control object 80 as a control amount, and if the primary command value exceeds the power generation amount corresponding to the system maximum current Amax, the power generation amount corresponding to the system maximum current Amax. Is given to the controlled object 80 as a controlled variable. Thereby, the process of this flowchart is complete
  • the power control device 50 of the embodiment described above information on the voltage and current at the time of charging the chargeable / dischargeable battery cell 21 is acquired, and the voltage of the battery cell 21 is set to the upper limit voltage Vc based on the acquired information. Since the maximum current Acellmax during charging of the battery cell 21 is determined so as not to exceed MAX , the voltage of the battery cell 21 can be more accurately limited in a system in which a relatively large current flows.
  • the power control apparatus 50 of the embodiment information on the voltage and current at the time of discharging the chargeable / dischargeable battery cell 21 is acquired, and the voltage of the battery cell 21 is set to the lower limit voltage Vc MIN based on the acquired information. Since the maximum current Acellmax at the time of discharging of the battery cell 21 is determined so as not to fall below, the voltage of the battery cell 21 can be more accurately limited in a system in which a relatively large current flows.
  • the system maximum current Amax is calculated based on the smallest of the maximum currents Acellmax obtained for each battery cell 21, there is an individual difference for each battery cell 21.
  • the control on the safe side according to the progress state of can be performed.
  • the internal resistance Rc of the battery cell 21 is derived by a statistical method, and the voltage at the time of zero current is obtained based on this, whereby the voltage of the battery cell 21 is more accurately determined. Restrictions can be made.
  • the power control device 50 determines the maximum current Acellmax of the battery cell 21 so that the voltage of the battery cell 21 does not exceed the upper limit voltage Vc MAX at the time of charging, and the battery cell 21 at the time of discharging. so that the voltage does not fall below the lower limit voltage Vc MIN, it is assumed to perform both the determining the maximum current Acellmax of the battery cell 21 may perform only one of these.
  • the power control system 1 may include only one battery unit 10, for example.
  • the power control device 50 may be integrated into the BMU 40.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the configuration of the mobile system 100 using the power control system 1.
  • the mobile system 100 is, for example, a system that drives a hybrid railway vehicle (hereinafter referred to as a vehicle).
  • Mobile system 100 includes power control system 1, and further includes an engine 110, a generator 120, an AC-DC converter 130, and wheels 140.
  • a plurality of battery units are represented as the battery unit 10 as a representative.
  • Engine 110 outputs power by burning fuel such as gasoline.
  • the generator 120 generates power using the power output from the engine 110.
  • the AC-DC converter 130 converts the two-phase or three-phase alternating current output from the generator 120 into direct current and outputs the direct current.
  • the power line PL extending from the battery unit 10 is integrated with the output side power line of the AC-DC converter 130 via the DC link circuit and connected to the power converter 81.
  • a power conversion device 81, a motor 82, and a mechanical brake 83 are shown as the control target 80 of the power control device 50.
  • the power converter 81 converts the input direct current into alternating current and outputs it to the motor 82, or converts the electric power regenerated by the motor 82 into direct current and provides it to the battery unit 10.
  • the motor 82 drives the vehicle by rotationally driving the wheels 140, or performs regeneration to generate electric power when the vehicle is decelerated.
  • the mechanical brake 83 is a device that decelerates the vehicle by mechanical action.
  • the mobile system 100 includes a master controller that can input a notch instruction and a brake instruction as the input device 70.
  • the power control device 50 calculates the power to be output to the wheels 140 based on the notch instruction that is the operation information input from the master controller 70, and uses the power that can be output from the engine 110 from this. By subtracting, the electric power discharged from the battery unit 10 is calculated. Then, the power control device 50 calculates the current flowing from the battery unit 10 based on the power discharged from the battery unit 10, and determines whether or not the calculated current exceeds the system maximum current Amax described above. When the calculated current exceeds system maximum current Amax, power control device 50 outputs an instruction to limit the duty ratio applied to power conversion device 81 or increase the power output from engine 110 to an engine control device (not shown). To do.
  • the power control device 50 calculates power that can be regenerated by acting on the wheels 140 based on a brake instruction that is operation information input from the master controller 70, and based on the power that can be regenerated. Then, the power that can be charged in the battery unit 10 is calculated. Then, the power control device 50 calculates the current flowing into the battery unit 10 based on the power that can be charged in the battery unit 10, and determines whether the calculated current exceeds the system maximum current Amax described above. . When the calculated current exceeds the system maximum current Amax, the power control device 50 performs control such as operating the mechanical brake 83 to limit the power generated by the motor 82.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a configuration of a stationary power storage system 200 using the power control system 1.
  • the generator 210 is a solar panel (PV) or a fuel cell (FC).
  • Converter 220 is an AC-DC converter when generator 210 generates alternating current, and is a DC-DC converter when generator 210 generates direct current.
  • the control target 80 is, for example, a PCS (Power Conditioning System).
  • the PCS is connected to the system power SP and the load L via the transformer T. As a result, the power generated by the generator 210 is supplied to the system power SP while being stored in the battery unit 10.
  • the power control apparatus 50 controls the control target 80 so that the current flowing out from the battery unit 10 does not exceed the system maximum current Amax.
  • the power control apparatus 50 performs control so that the duty ratio given to the PCS does not exceed the duty ratio corresponding to the system maximum current Amax.
  • the generator 210 and the converter 220 may be included in the control target in this case, and the power control device 50 includes the generator 210 and the converter 220 so that the current flowing into the battery unit 10 does not exceed the system maximum current Amax. May be controlled.
  • the voltage of the battery cell 21 is set to the upper limit voltage Vc MAX based on the acquired information. Since the maximum current Acellmax at the time of charging of the battery cell 21 is determined so as not to exceed, the voltage limit of the battery cell 21 can be more accurately performed.
  • the voltage of the battery cell 21 is lower than the lower limit voltage Vc MIN Since the maximum current Acellmax at the time of discharge of the battery cell 21 is determined so as not to be, the voltage of the battery cell 21 can be more accurately limited.

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Abstract

実施形態の電力制御装置は、取得部と、決定部とを持つ。取得部は、充放電可能な二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する。決定部は、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記二次電池の電圧が第１所定電圧を超えないように前記二次電池の充電時における最大電流を決定する。

Description

電力制御装置、および電力制御システム
　本発明の実施形態は、電力制御装置、および電力制御システムに関する。
　近年、機関車、バス、建機などのエンジンとのハイブリッド用途や定置型産業機器における電力変動抑制用途への二次電池の適用の動きが活発になってきている。これらの用途では、大電流の入出力と、広範囲にエネルギーを使用可能な充電状態範囲が求められている。従来の技術では、貯蔵や走行に使用できるエネルギー容量を無駄なく使用するために、二次電池の持つエネルギーの使用可能な充電状態範囲の上下限を、電気容量で規定して制御することが多かった。しかしながら、充電状態範囲を電気容量で規定し、且つ広範囲に設定した場合、上下限の電気容量に到達する前に、電池の閉回路電圧の上下限値に到達して機器が停止してしまい、使用できるエネルギー範囲が大きく制限されてしまう場合があった。このように、従来の技術では、二次電池の電圧制限を正確に行うことができない場合があった。
特開２０１５－１７７６０１号公報
　本発明が解決しようとする課題は、より正確に二次電池の電圧制限を行うことが可能な電力制御装置、および電力制御システムを提供することである。
　実施形態の電力制御装置は、取得部と、決定部とを持つ。取得部は、充放電可能な二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する。決定部は、前記取得部により取得された情報に基づいて、前記二次電池の電圧が第１所定電圧を超えないように前記二次電池の充電時における最大電流を決定する。
電力制御システム１の構成の一例を示す図。 電池モジュール２０の構成の一例を示す図。 電力制御システム１における制御関係の構成の一例を示す図。 電圧／電流プロファイル情報６２の一例を示す図。 個別プロファイル情報６２Ａに基づいて内部抵抗およびゼロ電流時の電圧を推定する処理を説明するための図。 最大電流決定部５６による処理の内容を説明するための図。 電力制御装置５０において充電時に実行される処理の流れの一例を示すフローチャート。 電力制御装置５０において放電時に実行される処理の流れの一例を示すフローチャート。 電力制御システム１を利用した移動体システム１００の構成の一例を示す図。 電力制御システム１を利用した定置型蓄電システム２００の構成の一例を示す図。
　以下、実施形態の電力制御装置、および電力制御システムを、図面を参照して説明する。
　図１は、電力制御システム１の構成の一例を示す図である。電力制御システム１は、電池ユニット１０－１、１０－２、…、１０－ｎ（ｎは任意の自然数）と、電力制御装置５０と、入力装置７０と、制御対象８０とを含んでよいが、これに限定されない。以下、いずれの電池ユニットであるかを区別しないときは、単に電池ユニット１０と表記する。
　複数の電池ユニット１０は、制御対象８０に対して、電力線ＰＬによって並列に接続され、制御対象８０に電力を供給する。それぞれの電池ユニット１０は、同様の構成を有しているため（一部に相違点があってもよい）、図では複数の電池ユニットを代表して電池ユニット１０－１の構成についてのみ詳細に記載している。電池ユニット１０は、直列に接続された複数の電池モジュール２０と、電流センサ３０と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）４０とを含む。電池ユニット１０内の各構成要素は、ユニット内通信線ＣＬ１で接続されている。ユニット内通信線ＣＬ１では、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）に基づいた通信が行われる。
　図２は、電池モジュール２０の構成の一例を示す図である。電池モジュール２０は、複数の電池セル２１が接続された組電池（電池）である。また、電池ユニット１０、および電池ユニット１０が並列に接続されたものも同様に、組電池（電池）である。電池モジュール２０では、例えば、並列に接続された二つの電池セル２１の組が、直列に接続されている。これに限らず、電池モジュール２０内の電池セルの接続態様は、任意に定めてよい。
　電池セル２１は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池、ニッケル水素電池等の充放電可能な二次電池である。リチウムイオン電池である場合、電池セル２１は、チタン酸リチウムを負極材料として用いたものであってよい。なお、図１および図２では、電池セル２１を充電するための構成について図示を省略している。
　電池モジュール２０は、更に、ＣＭＵ（Cell Monitoring Unit）２２と、複数の電圧センサ２３と、複数の温度センサ２４とを含む。ＣＭＵ２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ、各種記憶装置、ＣＡＮコントローラその他の通信インターフェースなどを備える。
　電圧センサ２３は、例えば、並列に接続された電池セル２１の組の電圧を測定する。また、温度センサ２４は、電池モジュール２０内の任意の箇所に、任意の個数、取り付けられる。電圧センサ２３および温度センサ２４の検出結果は、ＣＭＵ２２に出力される。ＣＭＵ２２は、電圧センサ２３および温度センサ２４の検出結果をＢＭＵ４０に出力する。
　図１に戻り、ＢＭＵ４０は、ユニット内通信線ＣＬ１によって複数のＣＭＵ２２に接続されると共に、通信線ＣＬ２によって電力制御装置５０に接続される。ＢＭＵ４０は、ＣＰＵなどのプロセッサ、各種記憶装置、ＣＡＮコントローラ並びに通信線ＣＬ２に対応した通信インターフェースなどを備える。なお、通信線ＣＬ２を省略し、ＢＭＵ４０と電力制御装置５０との間で無線通信が行われてもよい。ＢＭＵ４０には、電池ユニット１０の電池モジュール２０を流れる電流を検出する電流センサ３０の検出結果が入力される。
　電力制御装置５０は、ＣＰＵなどのプロセッサ、各種記憶装置、通信線ＣＬ２に対応した通信インターフェースなどを備える。電力制御装置５０は、複数のＢＭＵ４０から入力された情報、および入力装置７０から入力された操作情報に基づいて、制御対象８０を制御する。
　図３は、電力制御システム１における制御関係の構成の一例を示す図である。ＣＭＵ２２からＢＭＵ４０には、電池セル２１ごとの電圧、電池モジュール２０の電圧、電池モジュール２０の温度などの情報が提供される。ＣＭＵ２２は、電池セル２１ごとの電圧を加算して電池モジュール２０の電圧を算出する。これに代えて、ＢＭＵ４０の側で電池セル２１ごとの電圧を加算して電池モジュール２０の電圧を算出してもよい。
　ＢＭＵ４０は、電流センサ３０（図１参照）の検出結果に基づいて、各電池モジュール２０のＳＯＣ（State Of Charge；充電率）を算出する。なお、各電池モジュール２０のＳＯＣ（または各電池セル２１のＳＯＣ）は、電圧センサ２３の検出結果などに基づいてＣＭＵ２２が算出してもよい。ＢＭＵ４０は、ＣＭＵ２２から入力された電池セル２１ごとの電圧、電池モジュール２０の電圧、電池モジュール２０の温度などの情報、並びに算出したＳＯＣを電力制御装置５０に出力する。
　電力制御装置５０は、ＣＰＵなどのプロセッサ、各種記憶装置、通信線ＣＬ２および制御対象８０との通信に対応した通信インターフェースなどを備える。電力制御装置５０は、機能構成として、取得部５２と、推定部５４と、最大電流決定部５６と、制御量決定部５８と、記憶部６０とを備える。推定部５４、最大電流決定部５６、および制御量決定部５８のうち一部または全部は、記憶部６０に記憶されたプログラムをＣＰＵ等のプロセッサが実行することにより実現される。また、これらの機能部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェアによって実現されてもよい。
　取得部５２は、通信インターフェースを含み、ＢＭＵ４０から取得した情報を記憶部６０に記憶させる。
　推定部５４は、二次電池（電池セル２１、電池モジュール２０、または電池ユニット１０）の充電時および放電時における電圧と電流に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、二次電池の内部抵抗およびゼロ電流時の電圧を推定する。
　最大電流決定部５６は、推定部５４により推定された結果と上限電圧ＶｃＭＡＸまたは下限電圧ＶｃＭＩＮとの比較に基づいて、二次電池の充電時または放電時における最大電流を決定する。
　制御量決定部５８は、入力装置７０から入力された操作情報、および最大電流決定部５６により決定された最大電流に基づいて、制御対象８０に与える制御量を決定する。入力装置７０は、レバースイッチやダイヤルスイッチ、各種キー、タッチパネルなどを含んでよい。
　制御対象８０は、複数のトランジスタを有し、トランジスタをスイッチング制御することで直流を交流に変換するＤＣ－ＡＣ変換器を含んでよい。この場合、制御対象８０に与える制御量とは、例えばスイッチング制御におけるデューティ比である。また、制御対象８０がかご型誘導電動機に電力供給するものである場合、制御対象８０に与える制御量とは、i軸電流やq軸電流などの指令値を含んでもよい。更に、制御対象８０は、電力を発電して電池ユニット１０に供給する発電機、並びに発電機に供給される動力の一部を熱として破棄する装置（発電量を制限する装置）などを含んでもよい。
　なお、制御量決定部５８の機能は、電力制御装置５０とは別体の制御装置の機能であってもよい。この場合、電力制御装置５０は、最大電流決定部５６により決定された最大電流を、上記別体の制御装置に出力する。また、図１および図３に示す構成から入力装置７０を省略し、制御量決定部５８は、最大電流決定部５６により決定された最大電流その他の情報に基づいて、制御対象８０に与える制御量を決定してもよい。
　記憶部６０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）その他のフラッシュメモリ装置などの各種記憶装置によって実現される。記憶部６０には、電力制御装置５０のプロセッサが実行するプログラムの他、推定部５４によって収集される電圧／電流プロファイル情報６２などが記憶される。
　以下、推定部５４および最大電流決定部５６による処理の内容について説明する。図４は、電圧／電流プロファイル情報６２の一例を示す図である。電圧／電流プロファイル情報６２は、温度やＳＯＣといった電池条件ごとにグループ化された情報である。推定部５４は、ＢＭＵ４０から入力される情報に基づいて、電池セル２１ごとの電圧と電流の組み合わせを電池条件ごとにグループ化して、個別プロファイル情報６２Ａに登録する。なお、このグループ化処理は、ＢＭＵ４０において行われてもよい。また、電流センサ３０によって検出される電流は、電池ユニット１０を流れる電流であるため、ＢＭＵ４０または電力制御装置５０は、電流センサ３０によって検出される電流を電池モジュール２０における電池セル２１の並列数（図２では２）で除算して電池セル２１あたりの電流を算出し、個別プロファイル情報６２Ａに登録する。
　電圧／電流プロファイル情報６２におけるＳＯＣと温度の刻み幅は、一定間隔で無くてもよく、任意に定めてよい。図示するように、電圧／電流プロファイル情報６２におけるＳＯＣと温度の刻み幅は、ＳＯＣに関しては例えば５％刻み（公差２．５％）、温度に関しては例えば１０％刻みで設定される。また、温度変化が電池セル２１の特性に与える影響が小さい温度範囲（例えば１０℃～２５℃）については、他の温度範囲よりも刻み幅が大きく設定されてもよい。これによって、電力制御装置５０における処理負荷を軽減することができる。推定部５４は、ＢＭＵ４０から入力される情報を随時個別プロファイル情報６２Ａに追加し、古くなった情報を破棄する等の処理を行う。
　図５は、個別プロファイル情報６２Ａに基づいて内部抵抗およびゼロ電流時の電圧を推定する処理を説明するための図である。個別プロファイル情報６２Ａは、図５に示す電圧と電流の組（図中、Ｐｔで表す）を集めた情報である。図中、縦軸は電圧（Ｖ）であり、横軸は電流（Ａ）である。以下の説明では、充電電流をプラス、放電電流をマイナスで表現する。なお、後述する「最大電流」については、絶対値で算出されるものとする。
　推定部５４は、電池条件ごとの電圧と電流の組み合わせに対して最小二乗法などの回帰的手法（統計的手法）を適用し、電池セル２１ごとに、充電時の電圧／電流直線Ｌ１と放電時の電圧／電流直線Ｌ２を導出する。そして、推定部５４は、充電時の電圧／電流直線Ｌ１と放電時の電圧／電流直線Ｌ２の一方または双方に基づいて、電池セル２１の内部抵抗Ｒｃを導出する。例えば、推定部５４は、充電時の電圧／電流直線Ｌ１の一次係数を電池セル２１の内部抵抗Ｒｃとして導出する。推定部５４は、充電時の電池セル２１の内部抵抗Ｒｃと、放電時の電池セル２１の内部抵抗Ｒｃとを別々に導出してもよいし、これらが同じであるとみなして一つの内部抵抗Ｒｃを導出してもよい。
　また、推定部５４は、ＢＭＵ４０から入力された電池セル２１の電圧Ｖｃおよび電流Ａｃｅｌｌの組、並びに上記のように推定した内部抵抗Ｒｃに基づいて、ゼロ電流時の電池セル２１の電圧（充電側）Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）、またはゼロ電流時の電池セル２１の電圧（放電側）Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）を導出する。ゼロ電流時の電圧とは、その時点の電池セル２１の状態を維持しつつ、電池セル２１を流れる電流がゼロになったと仮定した場合の電圧である。
　より具体的には、充電時において推定部５４は、ＢＭＵ４０から入力された電池セル２１の電圧Ｖｃから、電流Ａｃｅｌｌと内部抵抗Ｒｃとの積を減算することで、ゼロ電流時の電池セル２１の電圧（充電側）Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）を導出する。図５では、一つの電池セル２１の電圧Ｖｃおよび電流Ａｃｅｌｌの組Ｐｔ（１）に対し、電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）が求められる様子を示している。図示するように、仮想的な幾何学的関係を考慮すると、電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）は、電池セル２１の電圧Ｖｃおよび電流Ａｃｅｌｌの組を通り、内部抵抗Ｒｃに応じた傾きを有する直線のＶ軸における切片である。
　放電時において推定部５４は、ＢＭＵ４０から入力された電池セル２１の電圧Ｖｃに、電流Ａｃｅｌｌと内部抵抗Ｒｃとの積を加算することで、ゼロ電流時の電池セル２１の電圧（放電側）Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）を導出する。図５では、一つの電池セル２１の電圧Ｖｃおよび電流Ａｃｅｌｌの組Ｐｔ（２）に対し、電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）が求められる様子を示している。図示するように、仮想的な幾何学的関係を考慮すると、電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）は、電池セル２１の電圧Ｖｃおよび電流Ａｃｅｌｌの組を通り、内部抵抗Ｒｃに応じた傾きを有する直線のＶ軸における切片である。
　上記の処理に代えて、推定部５４は、現在の電池条件に該当する電圧／電流直線Ｌ１から電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）を直接的に求めてもよい。例えば、推定部５４は、電圧／電流直線Ｌ１のＶ軸切片を電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）としてもよい。同様に、推定部５４は、現在の電池条件に該当する電圧／電流直線Ｌ２から電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）を直接的に求めてもよい。例えば、推定部５４は、電圧／電流直線Ｌ２のＶ軸切片を電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）としてもよい。
　図６は、最大電流決定部５６による処理の内容を説明するための図である。最大電流決定部５６は電池セル２１の電圧Ｖｃが上限電圧ＶｃＭＡＸ（第１所定電圧）を超えず、下限電圧ＶｃＭＩＮ（第２所定電圧）を下回らないように、最大電流を決定する。上限電圧ＶｃＭＡＸおよび下限電圧ＶｃＭＩＮは電池セル２１の劣化を抑制する観点に基づいて、予め定められた値である。
　最大電流決定部５６は、電池セル２１の電圧Ｖｃが第１閾値電圧ＶｃＵＰＰＥＲを上回り、且つ電池セル２１の電圧Ｖｃが上昇中である場合に（すなわち充電中である場合に）、電池セル２１の電圧Ｖｃが図６に示す電圧上昇余地の範囲内に収まるように、電池セル２１の最大電流を決定する。
　また、最大電流決定部５６は、電池セル２１の電圧Ｖｃが第２閾値電圧ＶｃＬＯＷＥＲを下回り、且つ電池セル２１の電圧Ｖｃが低下中である場合に（すなわち放電中である場合に）、電池セル２１の電圧Ｖｃが図６に示す電圧低下余地の範囲内に収まるように、電池セル２１の最大電流を決定する。
　これら以外の場合において、最大電流決定部５６は、電池セル２１の最大電流を決定しない。すなわち、電力制御装置５０は、最大電流について特段の制限を設けず、専ら他の要因に基づく充放電制御を行う。
　最大電流決定部５６は、以下に示す式に基づいて最大電流を決定する。まず式中のパラメータについて説明する。
・ｎｐ＿ｃｅｌｌは、モジュール並列数、すなわち電池モジュール２０における電池セル２１の並列数である。図２の例では、ｎｐ＿ｃｅｌｌは２である。
・ｎｐ＿ｍｏｄは、システム並列数、すなわち電池モジュール２０の並列数である。図１の例では、ｎｐ＿ｍｏｄはｎである。
・Ａｃｅｌｌｍａｘは、電池セル２１あたりに許容される最大電流である。
・Ａｍｏｄｍａｘは、電池モジュール２０あたりに許容される最大電流である。
・Ａｍａｘは、電力制御システム１において各電池ユニット１０が充放電を許容される最大電流の総和（システム最大電流）であり、電力線ＰＬによって制御対象８０に供給される最大電流である。
　（１）充電時
　最大電流決定部５６は、電池セル２１の充電時において、電池セル２１の電圧Ｖｃが第１閾値電圧ＶｃＵＰＰＥＲを上回る場合に、式（１）～（３）に基づいてシステム最大電流Ａｍａｘを導出する。
　Ａｃｅｌｌｍａｘ＝（ＶｃＭＡＸ－Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ））／Ｒｃ　…（１）
　Ａｍｏｄｍａｘ＝ｎｐ＿ｃｅｌｌ×Ａｃｅｌｌｍａｘ　…（２）
　Ａｍａｘ＝ｎｐ＿ｍｏｄ＊Ａｍｏｄｍａｘ　…（３）
　式（１）から分かるように、最大電流決定部５６は、電池セル２１の上限電圧ＶｃＭＡＸから電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）を差し引いた値を内部抵抗Ｒｃで除算することで、電池セル２１の最大電流を求める。すなわち、最大電流決定部５６は、内部抵抗による電圧変動分を補正した電圧を閾値と比較することで、電池セル２１の最大電流を求める。これによって、電池制御装置５０は、より正確に二次電池の電圧制限を行うことができる。
　ここで、上記の手法を採用せず、仮に、実測された電池セル２１の電圧Ｖｃと電池セル２１の上限電圧ＶｃＭＡＸとを比較することで最大電流を求める場合について検討する。この場合、実測された電池セル２１の電圧Ｖｃは、電池セル２１を流れる電流と内部抵抗による電圧変動分が重畳した電圧であるため、まず「現在の電流に対して追加可能な最大電流」を求め、求めた値を現在の電流に加算するという処理を行うことになる。しかしながら、測定された電流は時間と共に変動するものであるため、電流に電流を加算する処理を行うと、誤差が大きくなってしまう場合がある。
　これに対し、本実施形態の電力制御装置５０では、ゼロ電流時の電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）を求め、これに基づいて最大電流を求めるため、より正確に最大電流を導出することができ、より正確に二次電池の電圧制限を行うことができる。
　（放電時）
　最大電流決定部５６は、電池セル２１の放電時において、電池セル２１の電圧Ｖｃが第２閾値電圧ＶｃＬＯＷＥＲを下回る場合に、式（４）～（６）に基づいてシステム最大電流Ａｍａｘを導出する。
　Ａｃｅｌｌｍａｘ＝（Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）－ＶｃＭＩＮ）／Ｒｃ　…（４）
　Ａｍｏｄｍａｘ＝ｎｐ＿ｃｅｌｌ×Ａｃｅｌｌｍａｘ　…（５）
　Ａｍａｘ＝ｎｐ＿ｍｏｄ＊Ａｍｏｄｍａｘ　…（６）
　式（４）から分かるように、最大電流決定部５６は、電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）から電池セル２１の下限電圧ＶｃＭＩＮを差し引いた値を内部抵抗Ｒｃで除算することで、電池セル２１の最大電流を求める。これによって、電池制御装置５０は、より正確に二次電池の電圧制限を行うことができる。
　以下、電力制御装置５０において実行される処理の流れについて説明する。
　図７は、電力制御装置５０において充電時に実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、推定部５４による処理は、本フローチャートとは別のルーチンとして実行されているものとする。
　電力制御装置５０の最大電流決定部５６は、ステップＳ１００～Ｓ１０６の処理を、電池セル２１ごとに実行する。まず、最大電流決定部５６は、電池セル２１の電圧Ｖｃが第１閾値電圧ＶｃＵＰＰＥＲを上回るか否かを判定する（ステップＳ１００）。
　電池セル２１の電圧Ｖｃが第１閾値電圧ＶｃＵＰＰＥＲを上回る場合、最大電流決定部５６は、電池セル２１あたりに許容される最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを、電池セル２１の上限電圧ＶｃＭＡＸから電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｃ）を差し引いた値を内部抵抗Ｒｃで除算して算出する（ステップＳ１０２）。一方、電池セル２１の電圧Ｖｃが第１閾値電圧ＶｃＵＰＰＥＲ以下である場合、最大電流決定部５６は、電池セル２１あたりに許容される最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを設定しない（ステップＳ１０４）。すなわち、最大電流決定部５６は、電池セル２１あたりの電流に制限を設けない。
　次に、最大電流決定部５６（または推定部５４）は、電圧／電流プロファイル情報６２における、その時点の温度およびＳＯＣに対応する項目を更新する（ステップＳ１０６）。
　ステップＳ１００～Ｓ１０６の処理を電池セル２１ごとに実行すると、最大電流決定部５６は、算出した電池セル２１あたりに許容される最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘのうち最も小さいものを選択し（ステップＳ１０８）、選択した最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘに基づいて、システム最大電流Ａｍａｘを算出する（ステップＳ１１０；式（２）、（３）参照）。
　そして、制御量決定部５８は、入力装置７０から入力された操作情報に基づいて、制御対象８０に与える制御量を、システム最大電流Ａｍａｘを上限値として設定する（Ｓ１１２）。例えば、制御量決定部５８は、まず、入力装置７０から入力された操作情報に基づいて制御対象８０に与えるスイッチング制御の一次デューティ比を決定し、一次デューティ比が、システム最大電流Ａｍａｘに対応するデューティ比を超えていなければ、一次デューティ比を制御量として制御対象８０に与え、一次デューティ比が、システム最大電流Ａｍａｘに対応するデューティ比を超えていれば、システム最大電流Ａｍａｘに対応するデューティ比を制御量として制御対象８０に与える。これによって、本フローチャートの処理が終了する。
　図８は、電力制御装置５０において放電時に実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、推定部５４による処理は、本フローチャートとは別のルーチンとして実行されているものとする。
　電力制御装置５０の最大電流決定部５６は、ステップＳ２００～Ｓ２０６の処理を、電池セル２１ごとに実行する。まず、最大電流決定部５６は、電池セル２１の電圧Ｖｃが第２閾値電圧ＶｃＬＯＷＥＲを下回るか否かを判定する（ステップＳ２００）。
　電池セル２１の電圧Ｖｃが第２閾値電圧ＶｃＬＯＷＥＲを下回る場合、最大電流決定部５６は、電池セル２１あたりに許容される最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを、電圧Ｖｃ＿ｃｃｖ（Ｄ）から電池セル２１の下限電圧ＶｃＭＩＮを差し引いた値を内部抵抗Ｒｃで除算して算出する（ステップＳ２０２）。一方、電池セル２１の電圧Ｖｃが第２閾値電圧ＶｃＬＯＷＥＲを以上である場合、最大電流決定部５６は、電池セル２１あたりに許容される最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを設定しない（ステップＳ２０４）。すなわち、最大電流決定部５６は、電池セル２１あたりの電流に制限を設けない。
　次に、最大電流決定部５６（または推定部５４）は、電圧／電流プロファイル情報６２における、その時点の温度およびＳＯＣに対応する項目を更新する（ステップＳ２０６）。
　ステップＳ２００～Ｓ２０６の処理を電池セル２１ごとに実行すると、最大電流決定部５６は、算出した電池セル２１あたりに許容される最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘのうち最も小さいものを選択し（ステップＳ２０８）、選択した最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘに基づいて、システム最大電流Ａｍａｘを算出する（ステップＳ２１０；式（５）、（６）参照）。
　そして、制御量決定部５８は、入力装置７０から入力された操作情報に基づいて、制御対象８０に与える制御量を、システム最大電流Ａｍａｘを上限値として設定する（Ｓ２１２）。例えば、制御量決定部５８は、まず、入力装置７０から入力された操作情報に基づいて制御対象８０に与える発電量の一次指令値を決定し、一次指令値が、システム最大電流Ａｍａｘに対応する発電量を超えていなければ、一次指令値を制御量として制御対象８０に与え、一次指令値が、システム最大電流Ａｍａｘに対応する発電量を超えていれば、システム最大電流Ａｍａｘに対応する発電量を制御量として制御対象８０に与える。これによって、本フローチャートの処理が終了する。
　以上説明した実施形態の電力制御装置５０によれば、充放電可能な電池セル２１の充電時における電圧と電流に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、電池セル２１の電圧が上限電圧ＶｃＭＡＸを超えないように電池セル２１の充電時における最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを決定するため、比較的大電流が流れるシステムにおいて、より正確に電池セル２１の電圧制限を行うことができる。
　また、実施形態の電力制御装置５０によれば、充放電可能な電池セル２１の放電時における電圧と電流に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、電池セル２１の電圧が下限電圧ＶｃＭＩＮを下回らないように電池セル２１の放電時における最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを決定するため、比較的大電流が流れるシステムにおいて、より正確に電池セル２１の電圧制限を行うことができる。
　また、実施形態の電力制御装置５０によれば、電池セル２１ごとに求めた最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘのうち最も小さいものに基づいてシステム最大電流Ａｍａｘを算出するため、電池セル２１ごとに個体差がある劣化の進行状態に応じた安全側の制御を行うことができる。
　また、実施形態の電力制御装置５０によれば、統計的手法によって電池セル２１の内部抵抗Ｒｃを導出し、これに基づいてゼロ電流時の電圧を求めることで、更に正確に電池セル２１の電圧制限を行うことができる。
　上記実施形態において、電力制御装置５０は、充電時において電池セル２１の電圧が上限電圧ＶｃＭＡＸを超えないように、電池セル２１の最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを決定することと、放電時において電池セル２１の電圧が下限電圧ＶｃＭＩＮを下回らないように、電池セル２１の最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを決定することとの双方を実行するものとしたが、これらの一方のみを実行してもよい。
　また、図１および図２に示す電池の接続構成は、あくまで一例であり、例えば、電力制御システム１は、一つの電池ユニット１０のみ備えてもよい。また、電力制御装置５０は、ＢＭＵ４０に統合されてもよい。
　（適用例）
　以下、電力制御システム１の適用例について説明する。図９は、電力制御システム１を利用した移動体システム１００の構成の一例を示す図である。移動体システム１００は、例えば、ハイブリッド鉄道車両（以下、車両）を駆動するシステムである。移動体システム１００は、電力制御システム１を含み、更に、エンジン１１０と、発電機１２０と、ＡＣ－ＤＣコンバータ１３０と、車輪１４０とを備える。なお、図９および後述する図１０では、複数の電池ユニットを代表して電池ユニット１０として表している。
　エンジン１１０は、ガソリンなどの燃料を燃焼させることによって動力を出力する。発電機１２０は、エンジン１１０により出力された動力を用いて発電する。ＡＣ－ＤＣコンバータ１３０は、発電機１２０により出力された二相または三相の交流を直流に変換して出力する。
　電池ユニット１０から延出する電力線ＰＬは、直流リンク回路を介してＡＣ－ＤＣコンバータ１３０の出力側電力線と統合され、電力変換装置８１に接続される。図９の例では、電力制御装置５０の制御対象８０として、電力変換装置８１と、モータ８２と、機械ブレーキ８３とを示している。
　電力変換装置８１は、入力された直流を交流に変換してモータ８２に出力したり、モータ８２が回生した電力を直流に変換して電池ユニット１０に提供したりする。モータ８２は、車輪１４０を回転駆動することで車両を走行駆動したり、車両の減速時に回生を行って発電したりする。機械ブレーキ８３は、機械的な作用によって車両を減速させる装置である。
　また、移動体システム１００は、入力装置７０として、ノッチ指示やブレーキ指示を入力可能なマスターコントローラを備える。
　電力制御装置５０は、電池ユニット１０の放電時には、マスターコントローラ７０から入力される操作情報であるノッチ指示に基づいて、車輪１４０に出力すべき動力を算出し、これからエンジン１１０の出力可能な動力を差し引くことで、電池ユニット１０が放電する電力を算出する。そして、電力制御装置５０は、電池ユニット１０が放電する電力に基づいて電池ユニット１０から流れる電流を算出し、算出した電流が、上記説明したシステム最大電流Ａｍａｘを超えるか否かを判定する。電力制御装置５０は、算出した電流がシステム最大電流Ａｍａｘを超える場合に、電力変換装置８１に与えるデューティ比を制限したり、エンジン１１０の出力する動力を増加する指示を図示しないエンジン制御装置に出力したりする。
　電力制御装置５０は、電池ユニット１０の充電時には、マスターコントローラ７０から入力される操作情報であるブレーキ指示に基づいて、車輪１４０に作用し回生可能な動力を算出し、回生可能な動力に基づいて、電池ユニット１０に充電可能な電力を算出する。そして、電力制御装置５０は、電池ユニット１０に充電可能な電力に基づいて電池ユニット１０に流入する電流を算出し、算出した電流が、上記説明したシステム最大電流Ａｍａｘを超えるか否かを判定する。電力制御装置５０は、算出した電流がシステム最大電流Ａｍａｘを超える場合に、機械ブレーキ８３を作動させてモータ８２の発電する電力を制限するなどの制御を行う。
　電力制御システム１の適用例として、ハイブリッド鉄道車両を例示したが、これに限定されず、電力制御システム１は、太陽光パネル（ＰＶ）や燃料電池（ＦＣ）などの発電機と、系統電力とに接続される定置型の蓄電システムにも適用することができる。図１０は、電力制御システム１を利用した定置型蓄電システム２００の構成の一例を示す図である。
　発電機２１０は、太陽光パネル（ＰＶ）や燃料電池（ＦＣ）などである。コンバータ２２０は、発電機２１０が交流を発電する場合、ＡＣ－ＤＣコンバータであり、発電機２１０が直流を発電する場合、ＤＣ－ＤＣコンバータである。制御対象８０は、例えば、ＰＣＳ（Power Conditioning System）である。ＰＣＳは、変圧器Ｔを介して系統電力ＳＰおよび負荷Ｌに接続される。これによって、発電機２１０の発電した電力が、電池ユニット１０に蓄えられながら、系統電力ＳＰの側に供給される。
　この場合において、電力制御装置５０は、電池ユニット１０から流出する電流が、システム最大電流Ａｍａｘを超えないように制御対象８０を制御する。例えば、電力制御装置５０は、ＰＣＳに与えるデューティ比が、システム最大電流Ａｍａｘに対応するデューティ比を超えないように制御する。また、この場合の制御対象には発電機２１０とコンバータ２２０が含まれてよく、電力制御装置５０は、電池ユニット１０に流入する電流がシステム最大電流Ａｍａｘを超えないように発電機２１０およびコンバータ２２０を制御してもよい。
　以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、充放電可能な電池セル２１の充電時における電圧と電流に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、電池セル２１の電圧が上限電圧ＶｃＭＡＸを超えないように電池セル２１の充電時における最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを決定するため、より正確に電池セル２１の電圧制限を行うことができる。
　また、少なくともひとつの実施形態によれば、充放電可能な電池セル２１の放電時における電圧と電流に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、電池セル２１の電圧が下限電圧ＶｃＭＩＮを下回らないように電池セル２１の放電時における最大電流Ａｃｅｌｌｍａｘを決定するため、より正確に電池セル２１の電圧制限を行うことができる。
　本発明のいくつかの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同様に、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ものである。

Claims (11)

  1. 　充放電可能な二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
    　前記取得部により取得された情報に基づいて、前記二次電池の電圧が第１所定電圧を超えないように前記二次電池の充電時における最大電流を決定する決定部と、
    　を備える電力制御装置。
  2. 　前記取得部により取得された情報に基づいて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する推定部を更に備え、
    　前記決定部は、前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧と第１所定電圧との比較に基づいて、前記二次電池の充電時における最大電流を決定する、
    　請求項１記載の電力制御装置。
  3. 　前記推定部は、前記取得部により取得された情報に基づいて前記二次電池の内部抵抗を推定し、前記推定した前記二次電池の内部抵抗に基づいて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する、
    　請求項２記載の電力制御装置。
  4. 　前記決定部は、前記第１所定電圧と、前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧との差分を、前記推定部により推定された前記二次電池の内部抵抗で除算することで、前記二次電池の充電時における最大電流を決定する、
    　請求項３記載の電力制御装置。
  5. 　充放電可能な二次電池の放電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
    　前記取得部により取得された情報に基づいて、前記二次電池の電圧が第２所定電圧を下回らないように前記二次電池の放電時における最大電流を決定する決定部と、
    　を備える電力制御装置。
  6. 　前記取得部により取得された情報に基づいて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する推定部を更に備え、
    　前記決定部は、前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧と第２所定電圧との比較に基づいて、前記二次電池の放電時における最大電流を決定する、
    　請求項５記載の電力制御装置。
  7. 　前記推定部は、前記取得部により取得された情報に基づいて前記二次電池の内部抵抗を推定し、前記推定した前記二次電池の内部抵抗に基づいて前記二次電池のゼロ電流時の電圧を推定する、
    　請求項６記載の電力制御装置。
  8. 　前記決定部は、前記推定部により推定された前記二次電池のゼロ電流時の電圧と、前記第２所定電圧との差分を、前記推定部により推定された前記二次電池の内部抵抗で除算することで、前記二次電池の放電時における最大電流を決定する、
    　請求項７記載の電力制御装置。
  9. 　充放電可能な複数の二次電池の充電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
    　前記取得部により取得された情報に基づいて、各二次電池の電圧が第１所定電圧を超えないように前記二次電池の充電時における最大電流を決定し、前記決定した最大電流のうち最も小さい値に基づいて、前記複数の二次電池の充電時において前記複数の二次電池に流入する最大電流を決定する決定部と、
    　を備える電力制御装置。
  10. 　充放電可能な複数の二次電池の放電時における電圧と電流に関する情報を取得する取得部と、
    　前記取得部により取得された情報に基づいて、各二次電池の電圧が第２所定電圧を下回らないように前記二次電池の放電時における最大電流を決定し、前記決定した最大電流のうち最も小さい値に基づいて、前記複数の二次電池の放電時において前記複数の二次電池から流出する最大電流を決定する決定部と、
    　を備える電力制御装置。
  11. 　請求項１から１０のうちいずれか１項記載の電力制御装置と、
    　一または複数の前記二次電池と、
    　を備える電力制御システム。
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