JP6729985B2 - 蓄電池システム充電制御装置、蓄電池システム及び蓄電池充電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池システムの充電制御装置、蓄電池システム及び蓄電池充電制御方法に関するものである。

リチウムイオン電池などを備えた蓄電池システムは、一般的に高温高充電状態において劣化が促進する。また、寿命予測を行う際は、一般的に√則で近似を行うため、初期の劣化が大きく、時間の経過によって劣化が緩やかになる傾向にある。劣化が大きいと推定される場合には、蓄電池の充放電制御（主に充電電圧及び放電電圧制御）を行うことで劣化を小さくし、劣化が小さいと推定される時には、充放電制御（主に充電電圧及び放電電圧制御）を拡大させる技術がある。

特開２０１３−６５４８１（図１）

リチウムイオン電池などを備えた蓄電池システムは、高温高充電状態において劣化の度合いが大きいという問題を有している。蓄電池システムの劣化の度合いが大きいと推定される時には、蓄電池システムの充放電制御（主に充電電圧及び放電電圧の制御）を行うことで劣化を小さくし、蓄電池システムの充電状態を低下させることで、蓄電池システムの劣化抑制が可能であるが、蓄電池システムの劣化抑制のみを考慮して充電状態を下げると１サイクルにおける蓄電池システムの容量が低下し、さらに、寿命までの積算容量も低下する。

本願発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、蓄電池システムの劣化の抑制のために、寿命までの積算容量を推定して、推定された積算容量が大きくなるように蓄電池システムの充電状態を制御する蓄電池システム充放電制御装置、かかる蓄電池システム充放電制御装置を有する蓄電池システム、および蓄電池システムの充放電制御方法を得ることを目的としている。

本願発明の蓄電池システム充電制御装置は、蓄電池ユニットの状態検出部により検出された蓄電池の電力データを記憶し、電力データに基づき、蓄電池の寿命までの電力を推定電力データとして算出する電力推定部と、外気温予測情報を取得し、外気温予測情報に基づき、蓄電池の寿命までの外気温を推定外気温データとして算出する外気温推定部と、推定電力データ及び推定外気温データに基づき、蓄電池の寿命までの蓄電池の温度を推定蓄電池温度データとして算出する温度推定部と、蓄電池の温度及び蓄電池の充電率に対応する劣化係数を記憶するデータ記憶部と、推定蓄電池温度データ及び劣化係数を取得し、蓄電池の寿命までの稼働時間あるいは蓄電池の寿命までのサイクル数のいずれか一方と劣化係数とに基づき、充電率をパラメータとして蓄電池の寿命までの各充電率に対する容量維持率データを順次演算する容量維持率演算部と、蓄電池の定格容量及び容量維持率データに基づき、各充電率に対応する積算容量を演算する積算容量演算部と、各充電率に対応する積算容量に基づき、充電制御電圧を決定する充電制御電圧決定部と、を備える。

本願発明の蓄電池システムは、蓄電池と蓄電池の蓄電池データを検出する状態検出部とを有する蓄電池ユニットと、蓄電池の充放電制御を行う蓄電池システム充電制御装置と、蓄電池システム充電制御装置と蓄電池ユニットとを接続する制御監視用のシステムコントローラと、を備える。

本願発明の蓄電池充電制御方法は、状態検出部が、蓄電池の電力データを検出するステップと、電力推定部が、電力データを記憶し、電力データに基づき、蓄電池の寿命までの電力を推定電力データとして算出するステップと、外気温推定部が、外気温予測情報を取得し、外気温予測情報に基づき、蓄電池の寿命までの外気温を推定外気温データとして算出するステップと、温度推定部が、推定電力データ及び推定外気温データに基づき、蓄電池の寿命までの蓄電池の温度を推定蓄電池温度データとして算出するステップと、容量維持率演算部が、推定蓄電池温度データ及び蓄電池の充電率に対応する劣化係数を取得するステップと、容量維持率演算部が、蓄電池の寿命までの稼働時間あるいは蓄電池の寿命までのサイクル数のいずれか一方と劣化係数とに基づき、充電率をパラメータとして蓄電池の寿命までの容量維持率データを演算するステップと、積算容量演算部が、蓄電池の定格容量及び容量維持率データに基づき積算容量を演算するステップと、積算容量演算部が、各充電率に対応する蓄電池の寿命までの積算容量を順次演算するステップと、充電制御電圧決定部が、各充電率に対応する積算容量に基づき充電制御電圧を決定するステップと、を備える。

本願発明に係る蓄電池システム充電制御装置によれば、充電率をパラメータとして、各充電率に対応する蓄電池の寿命までの積算容量を演算し、充電制御電圧を決定するため、蓄電池の寿命及び経済性を向上させることが可能となる。

本願発明に係る蓄電池システムによれば、充電率をパラメータとして、各充電率に対応する蓄電池の寿命までの積算容量を演算し、充電制御電圧を決定するため、蓄電池の寿命及び経済性を向上させることが可能となる。

本願発明に係る蓄電池充電制御方法によれば、充電率をパラメータとして、各充電率に対応する蓄電池の寿命までの積算容量を演算し、充電制御電圧を決定するため、蓄電池の寿命及び経済性を考慮して、蓄電池の充放電制御を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態１による蓄電池システム充電制御装置の概略図である。 本発明の実施の形態１による劣化係数テーブルデータを示す図である。 本発明の実施の形態１による容量維持率推移例を示す図である。 本発明の実施の形態１による蓄電池システムのＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を示す図である。 本発明の実施の形態１による蓄電池充電制御のためのフローチャート図である。 本発明の実施の形態１による各ＳＯＣと温度における１〜２０００サイクルの積算容量結果のデータを示す図である。 本発明の実施の形態１による本制御装置適用時と未適用時の蓄電池システム容量維持率の推移図である。 本発明の実施の形態１による本制御装置適用時と未適用時の蓄電池システム積算容量の推移図である。

以下、本発明の実施の形態による蓄電池システム充電制御装置及び方法を図面に基づき説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る蓄電池システム１００の概略を示す図である。図１に示す、蓄電池システム充電制御装置２００、蓄電池ユニット３００、システムコントローラ４００を用いて説明を行う。

蓄電池システム１００は、蓄電池システム充電制御装置２００、蓄電池ユニット３００及びシステムコントローラ４００で構成される。蓄電池システム充電制御装置２００は、制御監視用のシステムコントローラ４００に接続され、制御監視用のシステムコントローラ４００は蓄電池ユニット３００に接続されている。

蓄電池ユニット３００の構成を説明する。蓄電池ユニット３００は、蓄電池３０１、蓄電池用パワーコンディショナー（ＰＣＳ）３０２及びバッテリーマネージメントユニット（ＢＭＵ）３０３で構成される。蓄電池用ＰＣＳ３０２及びＢＭＵ３０３は、蓄電池３０１の状態データと、蓄電池３０１の状態を推定するための蓄電池データとを検出する状態検出部３００ａをなしている。蓄電池３０１として、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池、ＮＡＳ電池又はレドックスフロー電池等が挙げられる。

蓄電池用ＰＣＳ３０２は、蓄電池３０１へと流れる電流を交流から直流に変換し、蓄電池３０１に流入させる機能、蓄電池３０１の入出力電流及び電圧のモニター機能、外気温計測機能等を有する。蓄電池用ＰＣＳ３０２で検出された蓄電池３０１の各データは、検出した日付もしくは曜日等で管理され、過去データとして記憶される。蓄電池用ＰＣＳ３０２で検出された蓄電池３０１の各データは、蓄電池データとして制御監視用のシステムコントローラ４００へと出力される。

ＢＭＵ３０３は、蓄電池３０１の過充電、過放電、過電圧、過電流又は温度異常等が発生しないように蓄電池３０１を保護するために、電圧計測、電流計測、電力計測、蓄電池システム温度計測又は残存容量管理などの蓄電池３０１の状態を監視する機能を有する。ＢＭＵ３０３で検出された蓄電池３０１の各データは、検出された日付もしくは曜日等で時間管理され、過去データとして記憶される。以下、ＢＭＵ３０３で検出された蓄電池３０１の各データを総括して蓄電池データと称する。かかる蓄電池データは、蓄電池用ＰＣＳ３０２及び制御監視用のシステムコントローラ４００へと出力される。ＢＭＵ３０３で検出される蓄電池３０１の温度は、蓄電池３０１の平均温度、モジュール温度、単セル温度等で良いが、単セル温度であれば蓄電池３０１の容量維持率推定精度向上が見込める。

蓄電池システム１００は以下のように動作する。
蓄電池ユニット３００を構成する蓄電池用ＰＣＳ３０２及びＢＭＵ３０３によって検出された蓄電池３０１の蓄電池データは、制御監視用のシステムコントローラ４００へと出力される。
制御監視用のシステムコントローラ４００は、蓄電池用ＰＣＳ３０２及びＢＭＵ３０３から出力された蓄電池データを、蓄電池システム充電制御装置２００へと出力する。蓄電池システム充電制御装置２００は、蓄電池データを含む蓄電池システム充電制御装置２００が取得もしくは記憶している各データに基づき、充電制御電圧を決定する。蓄電池システム充電制御装置２００は、充電制御電圧を制御監視用のシステムコントローラ４００へと出力する。制御監視用のシステムコントローラ４００は、充電制御電圧をＢＭＵ３０３に出力する。ＢＭＵ３０３は充電制御電圧に基づき、蓄電池３０１の充放電制御を行う。

次に、蓄電池システム充電制御装置２００の構成を示す。蓄電池システム充電制御装置２００は、ユーザー情報取得部２０１、電力推定部２０２、外気温推定部２０３、温度推定部２０４、データ記憶部２０５、蓄電池劣化誤差補正部２０６、容量維持率演算部２０７、積算容量演算部２０８及び充電制御電圧決定部２０９で構成される。

ユーザー情報取得部２０１は、ユーザー情報として家族情報、蓄電池システム１００に接続された機器の情報等を取得する。ユーザー情報は、蓄電池システム１００の制御開始時に一回だけ取得できればよいが、蓄電池システム１００が制御を行う毎にユーザー情報を取得する構成としてもよい。なお、家族情報は取得できる方が望ましいものの、必須の情報ではない。

電力推定部２０２は、制御監視用のシステムコントローラ４００を経由して取得した蓄電池３０１の蓄電池データの一つである電力データに基づき、蓄電池３０１の寿命までの蓄電池３０１の推定電力データを算出する。また、蓄電池システム１００の稼動開始時に、蓄電池用ＰＣＳ３０２から電力データが出力されていない場合には、ユーザー情報取得部で取得されたユーザー情報に基づき、蓄電池３０１の寿命までの蓄電池３０１の推定電力データを推定する。また、かかる推定電力データは、蓄電池用ＰＣＳ３０２から出力された電力データと、ユーザー情報とに基づき、計算することも可能である。
なお、蓄電池の寿命とは、蓄電池システムの用途によって異なるが、一般的に使用可能年数後、あるいは使用サイクル数後における容量維持率が６０％以上等によって規定される。例えば、定置用蓄電池システムでは、１０年後の容量維持率６０％以上、家庭用電気機械器具では、２０００回使用時に容量維持率８０％または６０％以上と定められる場合が多い。また、容量維持率とは、稼働開始時の蓄電池システムの容量を１００とした時の、現在の容量との割合を表わす。なお、蓄電池劣化率は、（１００−容量維持率）で表される。

外気温推定部２０３は、外気温予測情報に基づき、蓄電池３０１の寿命までの外気温を推定外気温データとして算出する。外気温予測情報は、天気予報の予測データ、過去の気象データ、気象庁の気候変化予測データ等を適用できる。天気予報の予測データ、過去の気象データ、気象庁の気候変化予測データ等のいずれか一つあるいは複数のデータに基づき、蓄電池３０１の寿命までの推定外気温データを算出する。外気温推定部２０３での外気温推定の際に用いる外気温予測情報は、例えば、インターネット等を用いて、気象庁等のサイトから、最新のデータを取得することが可能である。

温度推定部２０４は、ある外気温の場合に蓄電池３０１に一定の電力値を印加した際の蓄電池３０１の温度データを、保持データとして記憶している。また、制御監視用のシステムコントローラ４００から出力される蓄電池３０１の蓄電池データの一つである温度データを、蓄電池３０１の過去温度データとして記憶する。

温度推定部２０４は、制御監視用のシステムコントローラ４００を介して取得される蓄電池データ中の温度データ、電力推定部２０２から出力される蓄電池３０１の寿命までの蓄電池の推定電力データ及び外気温推定部２０３から出力される蓄電池３０１の寿命までの推定外気温データを、温度推定部２０４が記憶している保持データと比較することにより、蓄電池３０１の寿命までの蓄電池３０１の推定蓄電池温度データを算出する。なお、蓄電池３０１の劣化の度合いが大きくなるにしたがって、蓄電池３０１の発熱も大きくなるため、蓄電池システム１００の使用開始時のある外気温の場合に、蓄電池３０１に一定の電力値を印加した際の蓄電池３０１の温度データである保持データを用いて蓄電池３０１の温度の推定を継続すると、誤差が生じる恐れがある。そのため、電力推定部２０２が記憶している電力過去データ及び温度推定部２０４が記憶している過去温度データを用いて、温度推定部２０４の保持データを随時補正することにより、誤差を修正する。

データ記憶部２０５は、蓄電池３０１の各温度と各充電率（以下、ＳＯＣと称する）とに対応する劣化係数を記憶する。劣化係数は、蓄電池３０１の温度及び充電率（ＳＯＣ）に依存する係数であり、予め蓄電池３０１の寿命試験により取得される。なお、充電率（ＳＯＣ）とは、満充電状態を１００（％）とし、蓄電池の容量に対して、充電している電気量を比率で表したものである。データ記憶部２０５では、劣化係数を図２に示すようなテーブルデータとして記憶する。

蓄電池劣化誤差補正部２０６は、ＢＭＵ３０３で検出され、蓄電池用ＰＣＳ３０２から出力される蓄電池３０１の蓄電池データ中の電圧データ、温度データ及び電流データに基づき、蓄電池３０１の現時点における容量維持率を演算して、記憶する。蓄電池３０１の蓄電池容量維持率演算方法は、一般的な方法で良い。

容量維持率演算部２０７は、データ記憶部２０５に記憶された劣化係数と温度推定部２０４で算出された蓄電池３０１の寿命までの推定蓄電池温度データとに基づき、蓄電池３０１の寿命までの容量維持率データを演算する。容量維持率の演算方法は、一般的な方法で良い。

蓄電池劣化誤差補正部２０６は、蓄電池劣化誤差補正部２０６で演算した現時点における蓄電池３０１の容量維持率データと容量維持率演算部２０７で演算された寿命までの容量維持率データとを比較して、それぞれに誤差がある場合は、補正データを演算する。容量維持率演算部２０７は、蓄電池劣化誤差補正部２０６において演算した補正データに基づき、容量維持率データを修正する機能も有する。

一般的な容量維持率の演算方法である、√則について、以下に説明する。容量維持率は、温度推定部２０４によって推定される蓄電池３０１の寿命までの蓄電池３０１の推定蓄電池温度データ及びデータ記憶部２０５に記憶された劣化係数に基づき、容量維持率データの演算を行う。図３に示すように、時間もしくは充電サイクルの√を横軸に容量維持率をプロットすると、時間もしくは充電サイクルの√に対して、容量維持率は直線的に劣化することが知られている。経時的基準としては、経過時間と充電サイクル数のいずれでも良いが、以下では、経時的基準としてサイクル数を採用する場合について説明する。容量維持率の推定式は、式（１）で表される。

式（１）中、Ｙｎは蓄電池３０１の容量維持率、ａ（Ｔ，ＳＯＣ）は蓄電池３０１の温度及びＳＯＣに依存する劣化係数、ｎはサイクル数、ｂｎは定数である。容量維持率Ｙｎは、蓄電池３０１のサイクル数ｎと劣化係数ａ（Ｔ，ＳＯＣ）とに基づき、推定される。
例えば、蓄電池システム１００の稼動開始時は、サイクル数ｎについてはｎ＝０となるが、稼動開始時は蓄電池３０１の劣化は無いため、Ｙ_０＝１００となり、式（１）から、ｂ_０＝１００となる。

劣化係数ａ（Ｔ，ＳＯＣ）は、データ記憶部２０５に記憶されるテーブルデータである。図２にテーブルデータの一例を示す。容量維持率演算部２０７では、温度推定部２０４において推定された推定蓄電池温度データと、データ記憶部２０５に記憶された各ＳＯＣデータに対応する劣化係数ａ（Ｔ，ＳＯＣ）とをそれぞれ取得して、蓄電池３０１の寿命までのサイクル数ｎと劣化係数ａ（Ｔ，ＳＯＣ）とに基づき、蓄電池３０１の寿命までの各ＳＯＣに対応する容量維持率データを演算する。すなわち、ＳＯＣ（０〜１００％）をパラメータとして、各ＳＯＣに対応する容量維持率データが順次演算される。蓄電池劣化誤差補正部２０６より補正データが出力された場合は、補正データを基に、式（１）のＹｎを修正し容量維持率の演算を行う。

実施の形態１に係る蓄電池システム充電制御装置では、温度推定部２０４において推定された推定蓄電池温度データに対して、上述の各ＳＯＣに対応する容量維持率データを順次演算する。さらに、Ｔを寿命までの推定温度Ｔｅとして、上述の各ＳＯＣ（０〜１００％）に対応する蓄電池３０１の容量維持率データをそれぞれ演算する。推定式は式（２）で表され、容量維持率の演算は、サイクル数ｎに対して行われる。

積算容量演算部２０８は、容量維持率演算部２０７でＳＯＣ（０〜１００％）をパラメータとして、ＳＯＣ毎にそれぞれ演算された容量維持率データＹｎと、蓄電池３０１の定格容量ｑ０とに基づき、各ＳＯＣ（０〜１００％）に対応する積算容量を演算する。なお、蓄電池３０１の定格容量ｑ０とは、蓄電池の劣化が無い場合における蓄電池３０１の最大適用負荷の容量である。また、積算容量とは、決められたＳＯＣ範囲内で蓄電池が放電可能な電流値を積算した値である。１サイクルで使用可能な蓄電池３０１の容量は、蓄電池３０１の蓄電池の劣化及びＳＯＣによって制限され、蓄電池３０１の定格容量ｑ０と容量維持率データＹｎとＳＯＣｎとの積で求められる。なお、ｎは蓄電池３０１の寿命までのサイクル数を表す。蓄電池３０１の寿命までの積算容量Ｃｎは、式（３）で算出される。

充電制御電圧決定部２０９は、積算容量演算部２０８で演算された、各ＳＯＣ（０〜１００％）に対する積算容量の中で、最大の積算容量に対応するＳＯＣを制御充電率として決定する。制御充電率とは、充電制御電圧決定部２０９で決定した蓄電池３０１を充放電制御する際の充電率（ＳＯＣ）である。各ＳＯＣとして、例えば、０〜１００％の間で５％ステップの数値を用いることができる。蓄電池３０１の積算容量が最大となるように決定された制御充電率は、図４に示すＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を用いて電圧に換算され、充電制御電圧として、充電制御電圧決定部２０９から制御監視用のシステムコントローラ４００を経て蓄電池ユニット３００側に出力されて、ＢＭＵ３０３の充電制御電圧が更新される。ＢＭＵ３０３は、更新された充電制御電圧での蓄電池３０１の充放電を実行する。充電制御電圧とは、充電制御電圧決定部２０９で決定した制御充電率をＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を用いて電圧値に換算した、蓄電池３０１を充放電制御する際の電圧値である。

実施の形態１に係る蓄電池システム充電制御装置および蓄電池システムでは、温度推定部２０４は、電力推定部２０２において算出された推定電力データと外気温推定部２０３において算出された推定外気温データとに基づき、推定蓄電池温度データを算出する。容量維持率演算部２０７は、推定蓄電池温度データ及びＳＯＣに対応する劣化係数をデータ記憶部２０５から取得し、蓄電池３０１の寿命までの稼働時間あるいは蓄電池３０１の寿命までのサイクル数のいずれか一方と劣化係数とに基づき、蓄電池３０１の寿命までの各ＳＯＣ（０〜１００％）に対応する容量維持率データを演算する。積算容量演算部２０８は、蓄電池３０１の定格容量及び容量維持率データに基づき、蓄電池３０１の寿命までのＳＯＣ（０〜１００％）をパラメータとして、各ＳＯＣに対する積算容量を順次演算する。充電制御電圧決定部２０９は、各ＳＯＣに対応する積算容量から、積算容量が最大となる場合のＳＯＣを決定する。実施の形態１に係る蓄電池システム充電制御装置２００は、蓄電池３０１の寿命までの積算容量が最大となる充電制御電圧を決定することができるため、蓄電池システムの寿命までの積算容量を最大にすることが可能となる。

実施の形態１に係る蓄電池システムの充放電制御方法について、図５に示す蓄電池システム１００の充電電圧決定のためのフローチャートを用いて説明する。

蓄電池システムの充放電制御が開始されると、ＳＴＥＰ１では、蓄電池ユニット３００内の状態検出部３００ａは、蓄電池３０１の蓄電池データの一つである電力データを取得する。

ＳＴＥＰ２では、電力推定部２０２は、取得された電力データを記憶し、取得された電力データに基づき、蓄電池３０１の寿命までの推定電力データを演算する。なお、状態検出部３００ａにおいて稼動開始時に電力データが取得できない場合は、ユーザー情報取得部２０１で取得されたユーザー情報に基づき、蓄電池３０１の寿命までの蓄電池３０１の推定電力データを演算する。

ＳＴＥＰ３では、外気温推定部２０３は、外部から取得された外気温予測情報に基づき、蓄電池３０１の寿命までの推定外気温データを算出する。

ＳＴＥＰ４では、温度推定部２０４は、ＳＴＥＰ２において算出された推定電力データ及びＳＴＥＰ３において算出された推定外気温データに基づき、蓄電池３０１の寿命までの推定蓄電池温度データを演算する。

ＳＴＥＰ５では、容量維持率演算部２０７は、ＳＴＥＰ４において算出された推定蓄電池温度データとデータ記憶部２０５に記憶された各ＳＯＣに対応する劣化係数とを取得する。

ＳＴＥＰ６では、容量維持率演算部２０７は、蓄電池３０１の寿命までの稼働時間あるいは蓄電池３０１の寿命までのサイクル数のいずれか一方と劣化係数とに基づき、ＳＯＣをパラメータとして、蓄電池３０１の寿命までの容量維持率データを演算する。

ＳＴＥＰ７では、積算容量演算部２０８は、蓄電池３０１の定格容量及びＳＴＥＰ６において演算された容量維持率データに基づき、積算容量を演算する。

ＳＴＥＰ８では、積算容量演算部２０８は、各ＳＯＣ（０〜１００％）に対応する蓄電池３０１の寿命までの積算容量を順次演算する。

ＳＴＥＰ９では、充電制御電圧決定部２０９は、ＳＴＥＰ８において演算された各ＳＯＣ（０〜１００％）に対応する積算容量から、積算容量が最大となる場合のＳＯＣを制御充電率として決定し、制御充電率を蓄電池のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に基づき、充電制御電圧へと換算する。

創エネ及び蓄エネ連係設備において、蓄電池システム単独の場合では、電力料金の安価な時間帯における充電は、蓄電池システムの満充電まで蓄電する、もしくは、ＰＶ余剰電力が発生する場合は、ＰＶ余剰電力分を充電可能な充電率まで充電する充電方法が採用されており、蓄電池システムの劣化(寿命)の観点ではなく、経済性の観点から制御が実施されていた。今後、電気給湯器と蓄電池システムなど、蓄エネ機器が複数台連携される設備において、蓄電池システムの制御方法は、実施の形態１に係る蓄電池システム充電制御装置、蓄電池システム及び蓄電池充電制御方法を用いて充電制御電圧を決定する寿命及び経済性を最大限に向上させる制御方法が実施され、劣化抑制を実施しつつ寿命までの積算容量を最大とすることができる。

実施の形態１に係る蓄電池システム充電制御装置、蓄電池システムおよび充電制御方法では、蓄電池３０１の寿命までの電力データ及び温度データを推定し、かかる推定結果に基づき、各ＳＯＣに対応する蓄電池３０１の寿命までの積算容量を算出するため、蓄電池３０１の寿命までの積算容量が最大となるように蓄電池３０１の充放電を制御することが可能である。さらに、蓄電池３０１の充電状態を最適に制御できる結果、蓄電池の劣化を小さくすることが可能である。

実施の形態１に係る蓄電池システム充電制御装置、蓄電池システムおよび充電制御方法を適用すれば、定置用蓄電池システムなど、電気料金の安価な時間帯に充電可能な蓄電池システムにおいて、劣化抑制効果により、蓄電池システムの寿命までの総積算容量が増加するため、電気料金が削減される効果がある。

蓄エネ機器を２台搭載する蓄電池システムでは、一方の充電率を柔軟に決定することができ、蓄電池システムの劣化量の最小化及び積算容量の最大化が実現可能となる。

本明細書における蓄電池システムは、例えば、住宅用の蓄電システム、蓄電池を備えた電気自動車あるいはハイブリッドカーへ商用電源を用いて充電を行う蓄電池システムなどへと適用できる。

〔実施例１〕
図５のフローチャートに関して、蓄電池３０１の定格容量を３０Ａｈと仮定して、蓄電池システムの充放電制御方法について説明する。本実施例では、寿命を２０００サイクルとし、予測する区間を４００サイクル毎に区切っている。推定する区間は、２００サイクル、１００サイクル等に短くしても良い。また、サイクル数ではなく時間（ｔ）の軸としても良い。

推定蓄電池温度データは、推定電力データ及び推定外気温データからサイクル数毎に推定を行う。本実施例では、蓄電池３０１は、１〜４００サイクルでは４５℃、４０１〜８００サイクルでは２５℃、８０１〜１２００サイクルでは５℃、１２０１〜１６００サイクルでは２５℃、１６０１〜２０００サイクルでは４５℃で使用されると仮定した。なお、蓄電池３０１の寿命は、２０００サイクルとした。
データ記憶部２０５が保持する、予め寿命試験から得られた劣化係数から、蓄電池３０１の寿命である２０００サイクルまでの蓄電池３０１の積算容量の演算を実施する。

容量維持率演算部２０７は、１〜４００サイクルの容量維持率を推定する。なお、本実施例における蓄電池３０１の劣化係数は、蓄電池３０１の温度が２５℃でＳＯＣ１００％の場合を−１と設定して、１０℃で劣化係数が２倍、ＳＯＣ８０％からＳＯＣ１００％への電圧上昇において劣化が１．５倍に加速するものとして計算を行っている。実際には、この劣化係数は、事前の寿命試験で求めることが望ましい。本実施例では、１０℃２倍則及びＳＯＣ８０％からＳＯＣ１００％への電圧上昇において、１．５倍の劣化加速を想定している。また、温度は５〜４５℃の間で５℃刻み、ＳＯＣは０〜１００％の間で５％刻みとしているが、１℃、１％刻みでもよい。

１〜４００サイクルの容量維持率は、容量維持率の推定式である式（１）より、

Y₁=a(T,SOC)n ^0.5+b₀=a(45℃,SOC)1^0.5+b₀
・
・
・
Y₄₀₀=a(T,SOC)n ^0.5+b₀= a(45℃,SOC)400^0.5+b₀

となり、容量維持率演算部２０７によって各ＳＯＣに対応した容量維持率が推定される。なお、ａ（４５℃，ＳＯＣ）は、蓄電池３０１の温度４５℃における劣化係数であり、ＳＯＣに依存する。ｂ_０は、蓄電池システムの稼働開始時での蓄電池３０１の容量維持率から算出されるため、ｂ_０＝１００である。ｂ_ｎは、予測する区間のサイクル毎に更新され、予測する区間のサイクルの直前の容量維持率から算出される。本実施例では、ｂ_ｎは、充電サイクルが４００回毎に更新される。各サイクルにおける容量Ｑｎは、容量維持率Ｙｎと定格容量３０Ａｈの積となる（ｎ＝１〜４００）。

Qn=(a(45℃,SOC)n ^0.5+b₀)×30×SOC

１〜４００サイクルの積算容量Ｃ_{１〜４００}は、積算容量演算部２０８によって、１サイクル毎の容量が積算され、式（４）より１〜４００サイクルまでの各ＳＯＣに対する積算容量が算出される。

同様に、４０１〜８００サイクルの容量維持率は、劣化係数を用いて、

Y₄₀₁=a(T,SOC)n ^0.5+b₄₀₀=a(25℃,SOC)401^0.5+b₄₀₀
・
・
・
Y₈₀₀=a(T,SOC)n ^0.5+b₄₀₀=a(25℃,SOC)800^0.5+b₄₀₀

となり、容量維持率演算部２０７によって、４０１〜８００サイクルと同様にＳＯＣに依存した容量維持率が推定される。なお、ａ（２５℃，ＳＯＣ）は、蓄電池３０１の温度２５℃における劣化係数であり、ＳＯＣに依存する。ｂ_４００は、４００サイクル時の容量維持率から算出される定数であり、

b₄₀₀=Y₄₀₀-a(45℃,SOC)400^0.5=40.00

と算出される。
また、各サイクルにおける容量Ｑｎは、容量維持率Ｙｎと定格容量３０Ａｈとの積となる（ｎ＝４０１〜８００）。

Qn=(a(25℃,SOC)n ^0.5+b₄₀₀)×30×SOC

４０１〜８００サイクルの積算容量Ｃ_{４０１〜８００}は、積算容量演算部２０８によって、１サイクル毎の容量が積算され、式（５）より、４０１〜８００サイクルまでの各ＳＯＣに対する積算容量が算出される。

同様に、８０１〜１２００サイクルの容量維持率は、劣化係数を用いて、

Y₈₀₁=a(T,SOC)n ^0.5+b₈₀₀=a(5℃,SOC)801^0.5+b₈₀₀
・
・
・
Y₁₂₀₀=a(T,SOC)n ^0.5+b₈₀₀=a(5℃,SOC)1200^0.5+b₈₀₀

となり、容量維持率演算部２０７によって、８０１〜１２００サイクルと同様に、各ＳＯＣに対応した容量維持率が推定される。なお、ａ（５℃，ＳＯＣ）は、蓄電池３０１の温度５℃における劣化係数であり、ＳＯＣに依存する。ｂ_８００は、８００サイクル時の容量維持率から算出される定数であり、

b₈₀₀= Y₈₀₀-a(25℃,SOC)800^0.5=16.72

と算出される。
また、各サイクルにおける容量Ｑｎは、容量維持率Ｙｎと定格容量３０Ａｈの積となる（ｎ＝８０１〜１２００）。

Qn=(a(5℃,SOC)n ^0.5+b₈₀₀)×30×SOC

８０１〜１２００サイクルの積算容量Ｃ_{８０１〜１２００}は、積算容量演算部２０８によって、１サイクル毎の容量が積算され、式（６）より、８０１〜１２００サイクルまでの各ＳＯＣに対する積算容量が算出される。

同様に、１２０１〜１６００サイクルの容量維持率は、劣化係数を用いて、

Y₁₂₀₁=a(T,SOC)n ^0.5+b₁₂₀₀=a(25℃,SOC)1201^0.5+b₁₂₀₀
・
・
・
Y₁₆₀₀=a(T,SOC)n ^0.5+b₁₂₀₀=a(25℃,SOC)1600^0.5+b₁₂₀₀

となり、容量維持率演算部２０７によって、ＳＯＣに対応した容量維持率が推定される。なお、ａ（２５℃，ＳＯＣ）は、蓄電池３０１の温度２５℃における劣化係数であり、ＳＯＣに依存する。ｂ_１２００は、１２００サイクル時の容量維持率から算出される定数であり、

b₁₂₀₀= Y₁₂₀₀-a(5℃,SOC)1200^0.5=29.64

と算出される。
また、各サイクルにおける容量Ｑｎは、容量維持率Ｙｎと定格容量３０Ａｈの積となる（ｎ＝１２０１〜１６００）。

Qn=(a(25℃,SOC)n ^0.5+b₁₂₀₀)×30×SOC

１２０１〜１６００サイクルの積算容量Ｃ_{１２０１〜１６００}は、積算容量演算部２０８によって、１サイクル毎の容量が積算され、式（７）より、１２０１〜１６００サイクルまでの各ＳＯＣに対する積算容量が算出される。

同様に、１６０１〜２０００サイクルの容量維持率は、劣化係数を用いて、

Y₁₆₀₁=a(T,SOC)n ^0.5+b₁₆₀₀=a(45℃,SOC)1601^0.5+b₁₆₀₀
・
・
・
Y₂₀₀₀=a(T,SOC)n ^0.5+b₁₆₀₀=a(45℃,SOC)2000^0.5+b₁₆₀₀

となり、容量維持率演算部２０７によって、ＳＯＣに対応した容量維持率が推定される。なお、ａ（４５℃，ＳＯＣ）は、蓄電池３０１の温度４５℃における劣化係数であり、ＳＯＣに依存する。ｂ_１６００は、１６００サイクル時の容量維持率から算出される定数であり、

b₁₆₀₀= Y₁₆₀₀-a(25℃,SOC)1600^0.5=81.636

と算出される。
また、各サイクルにおける容量Ｑｎは、容量維持率Ｙｎと定格容量３０Ａｈの積となる（ｎ＝１６０１〜２０００）。

Qn=(a(45℃,SOC)n ^0.5+b₁₆₀₀)×30×SOC

１６０１〜２０００サイクルの積算容量Ｃ_{１６０１〜２０００}は、積算容量演算部２０８によって、１サイクル毎の容量が積算され、式（８）より、１６０１〜２０００サイクルまでの各ＳＯＣに対応する積算容量が算出される。

次に、充電制御電圧決定部２０９は、積算容量演算部２０８で演算された、図６に示す各ＳＯＣに対する積算容量から、蓄電池３０１の寿命までの積算容量が最大となるＳＯＣを決定する。図６は、ＳＯＣをパラメータとして、各温度における１〜２０００サイクルの積算容量を計算した結果である。ＳＯＣを、０％から１００％まで５％ステップのパラメータとして各ＳＯＣに対応した積算容量を計算した。充電制御電圧決定部２０９は、１〜４００サイクルでは、蓄電池３０１の温度が４５℃と推定されているので、積算容量が最大と推定されるＳＯＣ８５％に対応する電圧値を、充電制御電圧として決定する。一方、４０１〜１６００サイクルでは、充電制御電圧決定部２０９は、積算容量が最大と推定されるＳＯＣ１００％に対応する電圧値を、充電制御電圧として決定する。１６０１〜２０００サイクルでは、充電制御電圧決定部２０９は、積算容量が最大と推定されるＳＯＣ７０％に対応する電圧値を、充電制御電圧として決定する。すなわち、充電制御電圧決定部２０９は、推定区間（本実施の形態では４００サイクル毎）毎に、最適な充電制御電圧を決定する。なお、各サイクル単位で決定されたＳＯＣは、図４に示すＳＯＣ−ＯＣＶ曲線により電圧に換算される。

図７に蓄電池３０１の２０００サイクル寿命までの容量維持率推移を、図８に蓄電池３０１の２０００サイクル寿命までの積算容量を、それぞれ示す。図７のＸは、蓄電池３０１の寿命を示している。比較のため、実施の形態１に係る蓄電池システム充電制御装置、充電池システムおよび充電制御方法を適用した場合を一点鎖線で示し、従来の蓄電池システム充電制御装置、充電池システムおよび充電制御方法を適用した場合を二点鎖線として示している。

図７に示された従来の蓄電池システム充電制御装置、充電池システムおよび充電制御方法を適用した場合は、推定された温度が高いため劣化が大きいと推定される４５℃区間（１〜４００サイクル間）において、蓄電池３０１の容量維持率が、急激に劣化する傾向にある。

一方、実施の形態１に係る蓄電池システム充電制御装置を適用した場合は、推定された温度が高いため、劣化が大きいと推定される４５℃区間において、充電制御電圧を制御することにより、容量維持率の減少を防止する効果を奏する。また、４０１サイクル以降から寿命である２０００サイクルまで本制御を適用した場合の方が、劣化が緩やかになる傾向となり、２０００サイクルの寿命まで目標とされた容量維持率を保持することが可能である。

実施の形態１に係る蓄電池システム充電制御装置、蓄電池システム及び蓄電池充電制御方法を適用した場合の積算容量を算出して、従来の装置・方法の場合の積算容量と比較すると、本願発明の適用によって、図８に示すように積算容量が増加する効果を奏する。なお、本実施例では、サイクル数を４００サイクル毎に区切って試算を行ったが、電力・温度推定精度の観点からより短いサイクル数とする方が望ましい。

１００ 蓄電池システム
２００ 蓄電池システム充電制御装置
２０１ ユーザー情報取得部
２０２ 電力推定部
２０３ 外気温推定部
２０４ 温度推定部
２０５ データ記憶部
２０６ 蓄電池劣化誤差補正部
２０７ 容量維持率演算部
２０８ 積算容量演算部
２０９ 充電制御電圧決定部
３００ 蓄電池ユニット
３００ａ 状態検出部
３０１ 蓄電池
４００ システムコントローラ

Claims (8)

1. 蓄電池ユニットの状態検出部により検出された蓄電池の電力データを記憶し、前記電力データに基づき、前記蓄電池の寿命までの電力を推定電力データとして算出する電力推定部と、
   外気温予測情報を取得し、前記外気温予測情報に基づき、前記蓄電池の寿命までの外気温を推定外気温データとして算出する外気温推定部と、
   前記推定電力データ及び前記推定外気温データに基づき、前記蓄電池の寿命までの前記蓄電池の温度を推定蓄電池温度データとして算出する温度推定部と、
   前記蓄電池の温度及び前記蓄電池の充電率に対応する劣化係数を記憶するデータ記憶部と、
   前記推定蓄電池温度データ及び前記劣化係数を取得し、前記蓄電池の寿命までの稼働時間あるいは前記蓄電池の寿命までのサイクル数のいずれか一方と前記劣化係数とに基づき、充電率をパラメータとして前記蓄電池の寿命までの各充電率に対する容量維持率データを順次演算する容量維持率演算部と、
   前記蓄電池の定格容量及び前記容量維持率データに基づき、前記各充電率に対応する積算容量を演算する積算容量演算部と、
   前記各充電率に対応する積算容量に基づき、充電制御電圧を決定する充電制御電圧決定部と、
   を備える蓄電池システム充電制御装置。
2. 前記充電制御電圧決定部は、前記各充電率に対応する積算容量の中で、最大値を呈する積算容量に対応する充電率を制御充電率として決定して、前記制御充電率を充電制御電圧へと換算する請求項１に記載の蓄電池システム充電制御装置。
3. 前記蓄電池の予め設定された稼働時間あるいは予め設定されたサイクル数が経過するごとに、充電制御電圧を再演算する請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の蓄電池システム充電制御装置。
4. 前記状態検出部で検出された前記蓄電池の電圧データ、電流データ及び温度データに基づき、前記再演算時における前記蓄電池の容量維持率を算出し、前記容量維持率と前記容量維持率演算部で演算した容量維持率データとの間に誤差がある場合は、前記容量維持率データを補正するための補正データを演算する蓄電池劣化誤差補正部をさらに備え、
   前記容量維持率演算部は、さらに、前記蓄電池劣化誤差補正部において演算した補正データを取得し、前記蓄電池の寿命までの各充電率に対する前記容量維持率データを修正する請求項３に記載の蓄電池システム充電制御装置。
5. 前記外気温推定部は、天気予報の予測データ、過去の気象データ及び気候変化予測データのいずれか一つあるいは複数のデータに基づき、前記蓄電池の寿命までの外気温を推定外気温データとして算出する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蓄電池システム充電制御装置。
6. ユーザー情報を取得するユーザー情報取得部をさらに備え、前記電力推定部は、前記蓄電池の充電開始前は、前記ユーザー情報に基づき、前記蓄電池の寿命までの推定電力データを算出する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蓄電池システム充電制御装置。
7. 蓄電池と前記蓄電池の蓄電池データを検出する状態検出部とを有する蓄電池ユニットと、
   前記蓄電池の充放電制御を行う請求項１から請求項６のいずれか１項記載の蓄電池システム充電制御装置と、
   前記蓄電池システム充電制御装置と蓄電池ユニットとを接続する制御監視用のシステムコントローラと、
   を備える蓄電池システム。
8. 状態検出部が、蓄電池の電力データを検出するステップと、
   電力推定部が、前記電力データを記憶し、前記電力データに基づき、前記蓄電池の寿命までの電力を推定電力データとして算出するステップと、
   外気温推定部が、外気温予測情報を取得し、前記外気温予測情報に基づき、前記蓄電池の寿命までの外気温を推定外気温データとして算出するステップと、
   温度推定部が、前記推定電力データ及び前記推定外気温データに基づき、前記蓄電池の寿命までの前記蓄電池の温度を推定蓄電池温度データとして算出するステップと、
   容量維持率演算部が、前記推定蓄電池温度データ及び前記蓄電池の充電率に対応する劣化係数を取得するステップと、
   前記容量維持率演算部が、前記蓄電池の寿命までの稼働時間あるいは前記蓄電池の寿命までのサイクル数のいずれか一方と前記劣化係数とに基づき、充電率をパラメータとして蓄電池の寿命までの容量維持率データを演算するステップと、
   積算容量演算部が、前記蓄電池の定格容量及び前記容量維持率データに基づき積算容量を演算するステップと、
   前記積算容量演算部が、各充電率に対応する蓄電池の寿命までの積算容量を順次演算するステップと、
   充電制御電圧決定部が、前記各充電率に対応する積算容量に基づき充電制御電圧を決定するステップと、
   を備える蓄電池充電制御方法。

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