JP7420224B2 - 蓄電装置、電動車両および電力システム - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電装置、電動車両および電力システムに関する。
近年、二次電池の用途が拡大している。例えば、二次電池の代表例であるリチウムイオン二次電池の用途は、種々の電子機器だけでなく、自動車、バイク、電動飛行体等にも拡大してきている。１または複数のリチウムイオン二次電池を有し、当該リチウムイオン二次電池の保護回路等を含む構成は、一般に蓄電モジュールと称されている。蓄電モジュールには、その安全性を確保することが望まれる。例えば、下記の特許文献１には、安全性の診断機能を有する蓄電システムが記載されている。また、下記の特許文献２には、リチウムイオン二次電池セルの劣化度を計測する装置が記載されている。
特開２０１８－５００９３３号公報
特開２０１５－２０４１４９号公報
一般に、リチウムイオン二次電池は、充放電電流が流れることによりリチウム（Ｌｉ）が析出し、リチウムイオン二次電池が適用される蓄電モジュールの安全性に影響を与える。上述した特許文献に記載の技術では、充放電電流が流れた場合のリチウム析出に着目した劣化が考慮されておらず、蓄電モジュールの安全性を評価する尺度としては不十分であった。
従って、本発明は、充放電電流が流れた場合の劣化を考慮して蓄電モジュールの安全性を評価する蓄電装置、電動車両および電力システムを提供することを目的の一つとする。
本発明は、
蓄電部と、
蓄電部の温度を検出する温度測定部と、
蓄電部の充放電電流を測定する電流測定部と、
蓄電部の安全性評価値を算出する安全性評価部と
を有し、
安全性評価部は、温度測定部により検出された温度が複数の温度領域のうちどの温度領域に属するかを判定し、判定の結果である温度領域と蓄電部の充放電時間に関する値の累積値とある範囲で分割された電流帯とに基づいて安全性評価値を算出する
蓄電装置である。
本発明の少なくとも実施形態によれば、蓄電装置の安全性を適切に計測することが可能となる。なお、本明細書で例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。
図１は、一実施形態に係る蓄電モジュールの構成例を示すブロック図である。 図２は、一実施形態に係るＤパラメータを説明するための図である。 図３は、一実施形態に係るＦパラメータを説明するための図である。 図４は、充放電時間の累積値の一例を示す図である。 図５は、充放電サイクル値の一例を示す図である。 図６は、リチウム析出劣化率の一例を説明するための図である。 図７は、ＳＯＳとリチウム析出劣化率とを対比的に示した図である。 図８は、ＳＯＳの表示例を示す図である。 図９は、応用例を説明するための図である。 図１０は、応用例を説明するための図である。
以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行われる。
＜背景＞
＜一実施形態＞
＜変形例＞
＜応用例＞
以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
＜背景＞
始めに、本発明の理解を容易とするために、本発明の背景について説明する。蓄電モジュールに使用される二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池）の状態に対する指標（尺度）としては、「ＳＯＣ（State Of Charge）」および「ＳＯＨ（State Of Health）」が挙げられる。ＳＯＣは残容量に対応する指標であり、ＳＯＨはリチウムイオン二次電池の劣化状態に対応する指標である。これらの指標はリチウムイオン二次電池の劣化の具合がわかるものの、リチウムイオン二次電池およびリチウムイオン二次電池が適用される蓄電モジュールの安全性に対する指標はこれまでなかった。より具体的には、充放電電流が流れた場合に起こるリチウムの析出が安全性に影響を与えるが、従来の指標は係る観点が欠如していた。従って、リチウムイオン二次電池そのものが劣化していたとしても安全性に影響がない場合に、安全性に関する指標がないことから、当該リチウムイオン二次電池の使用を中止せざるを得ない場合があった。また、国際規格において、蓄電モジュールの安全性に関する指標が求められる場合も想定される。本発明は係る点を考慮して、リチウムイオン二次電池が適用される蓄電モジュールの安全性に関する指標を規定することにより、上述した不都合を回避する。なお、以下の説明において、蓄電モジュールの安全性に関する指標を安全性評価値またはＳＯＳ(State Of Safety)と適宜、称する。
＜一実施形態＞
［蓄電モジュールの構成］
図１は、一実施形態に係る蓄電装置としての蓄電モジュール（蓄電モジュール１）の構成例を示すブロック図である。蓄電モジュール１は、蓄電部１１、電池特性測定部１２、制御部１３、使用履歴記憶部１４、安全性評価部１５、表示部１６、および、通信部１７を有している。
蓄電部１１は、１または複数のリチウムイオン二次電池を有している。本実施形態では、蓄電部１１は、９個のリチウムイオン二次電池（単セル）が直列に接続された構成を有している。蓄電部１１が有するリチウムイオン二次電池の個数や接続態様は、適宜、変更することができる。
電池特性測定部１２は、蓄電部１１の特性を測定する複数のセンサを総称したものである。電池特性測定部１２は、例えば、温度測定部１２Ａ、電流測定部１２Ｂ、電圧測定部１２Ｃ、および、カウンタ１２Ｄを有している。温度測定部１２Ａは、蓄電部１１の温度を測定する。電流測定部１２Ｂは、蓄電部１１の充放電電流を測定する。電圧測定部１２Ｃは、蓄電部１１の電圧を測定する。なお、温度測定部１２Ａ、電流測定部１２Ｂ、および、電圧測定部１２Ｃのそれぞれによる測定は例えば周期的に行われ、使用履歴である測定結果が、制御部１３による制御によって使用履歴記憶部１４に記憶される。使用履歴記憶部１４に記憶される使用履歴は、例えば、温度測定部１２Ａ等による測定が行われるたびに更新される。カウンタ１２Ｄは、時間（例えば、秒）を測定する。
制御部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、蓄電モジュール１の全体を統括的に制御する。制御部１３は、プログラムが保持されるＲＯＭ(Read Only Memory)、プログラムが実行される際のワークメモリ等として使用されるＲＡＭ(Random Access Memory)を有している（これらのメモリの図示は省略している。）。
使用履歴記憶部１４は、不揮発性のメモリからなり、電池特性測定部１２による測定結果を記憶する。使用履歴記憶部１４は、蓄電モジュール１に内蔵される記憶部が想定されるが、蓄電モジュール１に着脱自在とされる記憶部であってもよい。
安全性評価部１５は、蓄電部１１の安全性の評価値である安全性評価値を算出する。具体的には、安全性評価部１５は、温度測定部１２Ａにより検出された温度が複数の温度領域のうちどの温度領域に属するかを判定し、判定の結果である温度領域と蓄電部１１の充放電時間に関する値の累積値とに基づいて安全性評価値（ＳＯＳ）を算出する。ＳＯＳが０になると蓄電モジュール１が故障していると判断され、蓄電モジュール１の使用が禁止される。
表示部１６は、液晶ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）等から構成されている。本実施形態では、安全性評価部１５によって算出されたＳＯＳが安全性評価部１５から出力され、出力されたＳＯＳが制御部１３の制御によって表示部１６に供給される。そして、表示部１６にＳＯＳが表示される。
通信部１７は、インターネット等のネットワーク上に存在する外部機器と通信を行ったり、他の蓄電モジュールやＢＭＳ（Battery Management System）とＲＳ－４８５等を用いた通信を行う。通信部１７は、通信方式に対応した変復調回路等を有している。通信部１７による通信は、有線による通信でも良いし、無線による通信でも良い。無線通信としては、ＬＡＮ（Local Area Network）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Wireless USB）等が挙げられる。
［ＳＯＳの算出について］
蓄電モジュール１は、ある範囲で分割された温度帯と電流帯、電圧帯にどれだけ滞在したか、時間を記録する仕組みを持っている。記録データは、例えば、温度帯、電流帯、電圧帯の３次元のマップで管理されており、それぞれの帯域の累積滞在時間が記録する。例えば、セル表面温度が２３℃で充電電流が１Ｃ流れ、セル電圧が３．３８Ｖの状態が３０分継続した場合、マップ上の０．３Ｃ＜Ｉ≦１Ｃという電流帯と、２０℃≦Ｔｅｍｐ＜３０℃という温度帯と、３．３５Ｖ≦Ｖ＜３．４０Ｖという電圧帯が重なり合う領域に、３０分という時間が過去の時間に累積して記録される。
係る機能を有する蓄電モジュール１の安全性評価部１５によりＳＯＳの算出が行われる。安全性評価部１５は、下記の式（１）に基づいてＳＯＳを算出する。
Figure 0007420224000001
式（１）におけるＤは、重みづけ係数の一例であるＤパラメータである。式（１）におけるＦは、電圧測定部１２Ｃが測定した電圧によって設定される電圧係数である。式（１）における「Cycle Number」は、充放電サイクル値（サイクル回数）であり、充放電時間の累積値（充放電時間に関する値の一例）に対して、電流測定部１２Ｂにより測定された電流値を掛け合わせ、その結果を蓄電部１１の定格容量で除することにより計算される値である。なお、ＳＯＣが０％→１００％、１００％→０％に推移した時点を１サイクルとする。最大安全劣化率は、後述する方法によって実験的に得られる値である。なお、上述した式（１）における下記の式（２）
Figure 0007420224000002
は、リチウム析出劣化率（％）を示す。リチウム析出劣化率は、ＳＯＨの計算にも用いられる。例えば、保存劣化率とリチウム析出劣化率との合計値が１００から引かれることによってＳＯＨが算出される。
（Ｄパラメータ）
図２は、Ｄパラメータの一例を示す図である。図２に示すように、Ｄパラメータは、横方向に設定される蓄電部１１の複数の温度領域毎に設定される重みづけ係数である。また、Ｄパラメータは、縦方向に設定される蓄電部１１の充放電電流（充電、放電のそれぞれの電流レート）によって設定される重みづけ係数でもある。
なお、充電、放電のそれぞれの電流レートにおける「Ｃ」は、Capacityを意味し、正の値は充電レート、負の値は放電レートを示している。Ｃ＝０は、電流が流れていない、すなわち、蓄電モジュール１が使用されていないことを示す。式（１）からＤパラメータが大きいほど、ＳＯＳの値が小さくなる。
なお、以下に説明する表において、横方向を「行」、縦方向を「列」、横方向の所定のパラメータおよび縦方向の所定のパラメータで規定される領域を「マス」とそれぞれ適宜、称する。
Ｄパラメータは、基準温度領域よりも離れた温度領域ほど大きな値に設定される。例えば、充電時（Ｃが正の値を含む）に対応する温度領域において、２０≦Ｔｅｍｐ≦４０を基準温度領域とした場合に、基準温度領域から離れる温度領域ほど、当該温度領域に対応するＤパラメータは大きな値に設定される。例えば、基準温度領域であって充電レートが「２＜Ｃ≦３」に対応するＤパラメータは「１５」であるが、基準温度領域から離れるほどＤパラメータが「３０」、「６０」、「８０」、「１５００」と大きく設定されている。
さらに、Ｄパラメータは、充電時の温度領域において、温度領域が基準温度領域よりも低くなるほど大きな値に設定される。例えば、基準温度領域であって充電レートが３＜Ｃ≦４に対応するパラメータは「３０」であるが、基準温度領域から低くなるほどＤパラメータが「１００」、「２０００」と大きく設定されている。このように設定される理由は、低温下において高い充電レートによる充電がリチウムの析出が多く容量劣化がし易くなり、蓄電モジュール１の安全性を低下させ易いからである。
さらに、Ｄパラメータは、充放電電流における充電レートおよび放電レートが大きいほど、大きく設定される。このように設定される理由は、充電レートおよび放電レートが大きいほどリチウムの析出が多くなり、蓄電モジュール１の安全性を低下させ易いからである。
なお、蓄電部１１が複数のリチウムイオン二次電池である場合の蓄電部１１の温度は、その平均値や最小値、最大値等によって適宜、規定される。そのように規定された蓄電部１１の温度を用いて温度領域が判断される。
（Ｆパラメータ）
図３は、Ｆパラメータの一例を示す。Ｆパラメータは、電圧測定部１２Ｃにより測定された蓄電部１１の電圧によって設定される値である。より具体的には、Ｆパラメータは、電圧測定部１２Ｃにより測定された蓄電部１１の電圧が属する電圧の範囲（滞在電圧帯）によって設定される値である。式（１）からＦパラメータが大きいほど、ＳＯＳの値が小さくなる。Ｆパラメータは、蓄電部１１の電圧値が大きいほど大きな値に設定される。このように設定される理由は、高電圧ほどリチウムの析出が多くなり容量劣化が生じ易く、蓄電モジュール１の安全性を低下させ易いからである。
なお、蓄電部１１が複数のリチウムイオン二次電池である場合の蓄電部１１の電圧は、その平均値でもよいし最小値でもよいし、ＳＯＳが最も厳しくなるように判定し、蓄電モジュール１の安全性を確保するために最大値でもよい。また、蓄電部１１の電圧は、現在の電圧ではなく、今までの使用履歴における蓄電部１１の電圧の平均等であってもよい。
安全性評価部１５は、上述したＦパラメータやＤパラメータが規定される２次元マップやテーブルを適宜なメモリに記憶している。
（充放電サイクル値）
充放電サイクル値の具体的な例については後述する。充放電サイクル値を算出する上で必要となる充放電時間の累積値が使用履歴記憶部１４に記憶される。図４は、充放電時間の累積値の一例を示す。
温度測定部１２Ａにより測定された蓄電部１１の温度が属する温度領域、および、その時点で電流測定部１２Ｂにより測定された所定の充電レートまたは放電レート、カウンタ１２Ｄにより測定された当該充電レートまたは放電レートでの蓄電モジュール１の使用時間が制御部１３に供給される。制御部１３は、対応する温度領域および充電レート（または放電レート）の箇所に、カウンタ１２Ｄにより測定された使用時間を書き込む。既に書き込まれている使用時間がある場合には、当該使用時間に測定された使用時間を加算する。充放電時間の累積値が使用履歴記憶部１４に記憶される。なお、図４では簡単のため電池の電圧は一定としている。
（最大安全劣化率）
最大安全劣化率は、電池の特性に応じて実験的に求められる。例えば、最大安全劣化率は、事前に低温サイクル試験を実施し、低温サイクル後の容量維持率と安全性試験結果の安全度の関係から求められた値であり、サイクル劣化が進行しても安全性に問題のない低温サイクル後の容量維持率の範囲の最大値である。
具体的には、最大安全劣化率は以下の方法で決定される。
（１）－２０℃での低温サイクル充放電を行ってセルを劣化させ、下記の表１の各容量維持率になるサンプルを作成する。各サンプルに対して加熱試験を実施し、安全な場合はＯＫ、安全でない場合はＮＧとする。（発火破裂等がないことを確認する）。なお、加熱試験は、ＪＩＳ Ｃ８７１４携帯電子機器用リチウムイオン蓄電池の単電池及び組電池の安全性試験の加熱試験にしたがって行う。
（２）加熱試験の結果、ＯＫとなった容量維持率の範囲を調べ、劣化率が最大となる値を最大安全劣化率とする。（表１に示す例の場合、安全性試験結果、容量維持率が１００～４０％まではＯＫとなっている。即ち、リチウム析出劣化率が０％～６０％までは安全であることから最大安全劣化率は６０％となる。)
なお、最大安全劣化率の決定方法では、リチウム析出しやすい条件である－２０℃での充放電を行っている。したがって、ここでの容量維持率はリチウム析出による劣化が支配的であるとして試験を行った。
Figure 0007420224000003
（具体的な計算例）
次に、安全性評価部１５によるＳＯＳの計算例について説明する。安全性評価部１５は、例えば、周期的且つリアルタイムにＳＯＳを算出する。以下の計算例では、下記の条件を用いて説明する。
蓄電モジュール１の定格容量：１０００Ａｈ
Ｆパラメータ；：１．５（滞在電圧帯３．４５Ｖ以上）
最大安全劣化率：６０％
安全性評価部１５は、図４に示した充放電時間の累積値に対して、当該充放電時間の累積値が属する電流帯の電流値を掛け合わせて容量（Ａｈ）を算出し、算出結果を蓄電モジュール１の定格容量で除することで充放電サイクル値を計算する。電流帯の電流値とは、充電レートではその最大値、Ｃ＝０の場合は０、放電レートではその最小値の絶対値である。具体的には、温度領域が「２０≦Ｔｅｍｐ＜４０」であり且つ充電レートが「０＜Ｃ≦１」に対応する充放電時間の累積値は「８００」である。充放電時間の累積値「８００」に電流帯の電流値である「１」を掛け、その結果を蓄電モジュール１の定格容量である「１０００」で割ることにより充放電サイクル値「０．８」が計算される。また、温度領域が「２０≦Ｔｅｍｐ＜４０」であり且つ充電レートが「－１≦Ｃ≦０」に対応する充放電時間の累積値は「１０００」である。充放電時間の累積値「１０００」に電流帯の電流値である「１（－１の絶対値）」を掛け、その結果を蓄電モジュール１の定格容量である「１０００」で割ることにより充放電サイクル値「１」が計算される。図５に、充放電サイクル値の計算結果を示す。
次に、安全性評価部１５は、充放電サイクル値に対して、対応するＤパラメータおよびＦパラメータを掛け合わせる。例えば、温度領域が「－２０≦Ｔｅｍｐ＜０」であり且つ充電レートが「０≦Ｃ≦１」に対応する充放電サイクル値は「０．００１」である（図５参照）。安全性評価部１５は、充放電サイクル値「０．００１」に対して、対応するＤパラメータ「５００」（図２参照）とＦパラメータ「１．５」を掛け合わせる。その結果として「０．７５」が算出される。安全性評価部１５は、同様の計算を他のマスに対しても行う。図６に計算結果を示す。
安全性評価部１５は、各マスに対して行った計算結果を行方向に加算する。例えば、充電レートが「０＜Ｃ≦１」の行における各マスの計算結果「０．７５」、「０．７５」、「０」、「０」、「０」が加算されることにより「１．５」が算出される。そして、安全性評価部１５は、行毎の計算結果を列方向に加算することで「３．１５」を得る。「３．１５」は、リチウム析出劣化率を示す値である。
そして安全性評価部１５は、算出したリチウム析出劣化率および最大安全劣化率を式（１）に代入することでＳＯＳを算出する。具体的には、ＳＯＳは、
ＳＯＳ＝１００-３．１５／６０×１００＝９４．７５（％）となる。
（リチウム析出劣化率とＳＯＳとの関係）
図７は、リチウム析出劣化率とＳＯＳとの関係を示す図である（但し、最大安全劣化率は６０％とした。）。リチウム析出劣化率が例えば３０％まで進行してしまった場合であってもＳＯＳは５０％であることから、蓄電モジュール１は通常動作範囲である。リチウム析出劣化率が例えば５０％まで進行してしまった場合であってもＳＯＳは１６．７％であることから、蓄電モジュール１は通常動作範囲である。リチウム析出劣化率が例えば６０％まで進行してしまった場合にはＳＯＳが０％となり、蓄電モジュール１が故障と判断される。本発明では、ＳＯＳを用いることにより、従来、容量維持率やＳＯＨだけでは判断することができなかった蓄電モジュール１の安全性を判断することが可能となり、適切なタイミングまでの蓄電モジュール１の使用が可能となる。
［ＳＯＳの表示例］
図８は、ＳＯＳの表示例を示す図である。図８に示すように、ＳＯＳは、例えば百分率で表される。具体的には、向かって左側を１００％、右側を０％とするバー３１が表示され、算出されたＳＯＳの率の分、バー３１内が発光する。ＳＯＳが０％、若しくは、０％に近くなった場合に、バー３１内が点滅等するようにしてもよいし、警告メッセージが併せて表示されてもよい。また、ＳＯＳは、バー３１を用いた表示に限らず、数値等で表示されてもよい。また、所定の操作入力に応じて、ＳＯＳが音声によって報知されてもよい。ＳＯＳが０％になった場合には、ユーザにより蓄電モジュール１が交換される。
［効果］
以上、説明した本実施形態によれば、例えば、以下の効果を得ることができる。
充放電電流が流れた場合のリチウム析出による劣化を考慮することで、蓄電モジュールの安全性を適切に評価することが可能となる。従来の容量維持率やＳＯＨ等は保存による劣化や常温・低レートの充放電などリチウム析出に寄与しない劣化も含め評価されていたため、安全性に関連するリチウム析出劣化を適切に評価できていなかった。例えば、容量維持率が５０％である場合でも保存劣化等のリチウム析出劣化に寄与しない部分も含めて評価されていたため、安全性の評価の点で不十分であった。本実施形態によれば、リチウム析出劣化を適切に評価できるため正確に安全性を評価しユーザに通知することが可能となる。
蓄電モジュールが製造されてから現在までの使用履歴に基づいてＳＯＳを算出することができる。また、ＳＯＳをリアルタイムに算出することができるので、非破壊検査や、安全性確認のため蓄電モジュールを停止した定期検査等を行う必要がなくなる。
蓄電モジュールの再利用を考慮した場合に、ＳＯＳが示されることにより蓄電モジュールの安全性を証明することができる。また、蓄電モジュールの安全的な価値を示す指標としてＳＯＳを用いることができる。バー表示を用いた百分率でＳＯＳを表示することにより、ユーザが直感的に安全性を認識することができる。
＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明の内容は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
上述した一実施形態において、安全性評価部の機能が制御部に組み込まれていてもよく、この場合、制御部が安全性評価値を算出するようにしてもよい。
蓄電モジュールが上位のコントローラと接続される場合に、蓄電モジュールから使用履歴記憶部に記憶された情報がコントローラに送信されてもよい。そして、上位のコントローラで安全性評価値が算出されるようにしてもよい。また、複数の蓄電モジュールが上位のコントローラに接続される場合に、蓄電モジュール毎にＳＯＳが表示されてもよい。
蓄電モジュールがパーソナルコンピュータ等の外部機器と通信を行い、当該通信により蓄電モジュールによって算出されたＳＯＳがパーソナルコンピュータに送信されてもよい。そして、パーソナルコンピュータのディスプレイに図８に示した態様等でＳＯＳが表示されてもよい。このように、蓄電モジュールの制御部による制御に応じてＳＯＳが外部機器に出力されるようにしてもよい。ＳＯＳを表示するデバイスは、上述したパーソナルコンピュータの他にスマートホンや車載の表示デバイス等を挙げることができる。
上述した実施形態において、充放電時間に関する値は、充放電時間に基づいて計算される充放電サイクル値やその他のパラメータであってもよい。
充放電時間に関する値として、積算容量値（Total Capacity）を用いてもよい。積算容量値は充放電時間の累積値に対して、当該充放電時間の累積値が属する電流帯の電流値を掛け合わせることで算出される。充放電サイクル値に替えて積算容量値を用いる場合はＤパラメータを（積算容量値用に）設定し直した値を用いる必要がある。
充放電サイクル値の算出では、蓄電モジュールの定格容量で積算容量値を除するが、定格容量は蓄電モジュールの劣化により変化するので劣化が進んだ蓄電モジュールで算出誤差が生じる。積算容量値を用いた場合では、誤差が少なくより正確にＳＯＳを算出することができる。ＳＯＳは式（１）と同様に下記の式（３）のように算出される。
Figure 0007420224000004
上述した一実施形態では安全性評価値をＳＯＳ(State Of Safety)と称したが、その他の名称を用いることができる。例えば、安全性評価値がＳＯＬ（State Of Life）、ＳＯＲ（State Of Reliability）、ＳＯＶ（State Of Value）と称されてもよい。
＜応用例＞
本発明に係る蓄電モジュール１は、電動工具、電動車両、各種の電子機器等に搭載又は電力を供給するために使用することができる。
本発明を電動車両用の蓄電システムに適用した例として、図９に、シリーズハイブリッドシステムを採用したハイブリッド車両（ＨＶ）の構成例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンを動力とする発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
このハイブリッド車両６００には、エンジン６０１、発電機６０２、電力駆動力変換装置（直流モータ又は交流モータ。以下単に「モータ６０３」という。）、駆動輪６０４ａ、駆動輪６０４ｂ、車輪６０５ａ、車輪６０５ｂ、バッテリ６０８、車両制御装置６０９、各種センサ６１０、充電口６１１が搭載されている。実施形態に係る蓄電モジュール１のうち、蓄電部が上述したバッテリ６０８、その他の構成が車両制御装置６０９に対して適用され得る。
バッテリ６０８の電力によってモータ６０３が作動し、モータ６０３の回転力が駆動輪６０４ａ、６０４ｂに伝達される。エンジン６０１によって産み出された回転力によって、発電機６０２で生成された電力をバッテリ６０８に蓄積することが可能である。各種センサ６１０は、車両制御装置６０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度を制御したりする。
図示しない制動機構によりハイブリッド車両６００が減速すると、その減速時の抵抗力がモータ６０３に回転力として加わり、この回転力によって生成された回生電力がバッテリ６０８に蓄積される。またバッテリ６０８は、ハイブリッド車両６００の充電口６１１を介して外部の電源に接続されることで充電することが可能である。このようなＨＶ車両を、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ又はＰＨＥＶ）という。
なお、本発明に係る蓄電装置を小型化された一次電池に応用して、車輪６０４、６０５に内蔵された空気圧センサシステム（TPMS: Tire Pressure Monitoring system）の電源として用いることも可能である。
以上では、シリーズハイブリッド車を例として説明したが、エンジンとモータを併用するパラレル方式、又は、シリーズ方式とパラレル方式を組み合わせたハイブリッド車に対しても本発明は適用可能である。さらに、エンジンを用いない駆動モータのみで走行する電気自動車（ＥＶ又はＢＥＶ）や、燃料電池車（ＦＣＶ）に対しても本発明は適用可能である。また、本発明は、電動自転車に対しても適用可能である。
他の応用例は、本発明を住宅用の蓄電システムに適用した例である。図１０は、蓄電システムの構成例を示す。例えば住宅９００１用の蓄電システム９１００においては、火力発電９００２ａ、原子力発電９００２ｂ、水力発電９００２ｃ等の集中型電力系統９００２から電力網９００９、情報網９０１２、スマートメータ９００７、パワーハブ９００８等を介し、電力が蓄電装置９００３に供給される。これと共に、家庭内発電装置９００４等の独立電源から電力が蓄電装置９００３に供給される。蓄電装置９００３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置９００３を使用して、住宅９００１で使用する電力が給電される。住宅９００１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
住宅９００１には、家庭内発電装置９００４、電力消費装置９００５、蓄電装置９００３、各装置を制御する制御装置９０１０、スマートメータ９００７、各種情報を取得するセンサ９０１１が設けられている。各装置は、電力網９００９及び情報網９０１２によって接続されている。家庭内発電装置９００４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置９００５及び／又は蓄電装置９００３に供給される。電力消費装置９００５は、冷蔵庫９００５ａ、空調装置９００５ｂ、テレビジョン受信機９００５ｃ、風呂９００５ｄ等である。さらに、電力消費装置９００５には、電動車両９００６が含まれる。電動車両９００６は、電気自動車９００６ａ、ハイブリッドカー９００６ｂ、電気バイク９００６ｃである。
スマートメータ９００７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網９００９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つ又は複数を組み合わせても良い。
各種のセンサ９０１１は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種センサ９０１１により取得された情報は、制御装置９０１０に送信される。センサ９０１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置９００５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置９０１０は、住宅９００１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
パワーハブ９００８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置９０１０と接続される情報網９０１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｗｉ-Ｆｉ（登録商標）等の無線通信規格によるセンサネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）は、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) 又はＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
制御装置９０１０は、外部のサーバ９０１３と接続されている。このサーバ９０１３は、住宅９００１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ９０１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表示されても良い。
各部を制御する制御装置９０１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等で構成され、この例では、蓄電装置９００３に格納されている。制御装置９０１０は、蓄電装置９００３、家庭内発電装置９００４、電力消費装置９００５、各種センサ９０１１、サーバ９０１３と情報網９０１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。制御装置９０１０は電力情報送受信部としても機能する。
以上のように、電力が火力発電９００２ａ、原子力発電９００２ｂ、水力発電９００２ｃ等の集中型電力系統９００２のみならず、家庭内発電装置９００４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置９００３に蓄えることができる。従って、家庭内発電装置９００４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、又は、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置９００３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置９００３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置９００３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
なお、この例では、制御装置９０１０が蓄電装置９００３内に格納される例を説明したが、スマートメータ９００７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム９１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
以上、本発明に係る技術が適用され得る蓄電システム９１００の一例について説明した。上述した実施形態に係る制御部や安全性評価部が有する機能は、例えば、制御装置９０１０に適用することができる。
１・・・蓄電モジュール
１１・・・蓄電部
１２・・・電池特性測定部
１２Ａ・・・温度測定部
１２Ｂ・・・電流測定部
１２Ｃ・・・電圧測定部
１２Ｄ・・・カウンタ
１３・・・制御部
１４・・・使用履歴記憶部
１５・・・安全性評価部
１６・・・表示部
１７・・・通信部

Claims (15)

  1. 蓄電部と、
    前記蓄電部の温度を検出する温度測定部と、
    前記蓄電部の充放電電流を測定する電流測定部と、
    前記蓄電部の安全性評価値を算出する安全性評価部と
    を有し、
    前記安全性評価部は、前記温度測定部により検出された温度が複数の温度領域のうちどの温度領域に属するかを判定し、前記判定の結果である温度領域と前記蓄電部の充放電時間に関する値の累積値とある範囲で分割された電流帯とに基づいて前記安全性評価値を算出する
    蓄電装置。
  2. 前記安全性評価部は、前記温度領域毎に設定される重みづけ係数を、前記充放電時間に関する値にかけ合わせた値を累積することにより前記安全性評価値を算出する
    請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 前記重みづけ係数は、基準温度領域よりも離れた温度領域ほど大きな値に設定される
    請求項２に記載の蓄電装置。
  4. 前記重みづけ係数は、充電時において前記温度領域が基準温度領域よりも低くなるほど大きな値に設定される
    請求項３に記載の蓄電装置。
  5. 前記重みづけ係数は、前記充放電電流によっても設定され、
    前記充放電電流が大きいほど、前記重みづけ係数が大きく設定される
    請求項２から４までの何れかに記載の蓄電装置。
  6. 前記蓄電部は複数の電池を有し、
    前記複数の電池の電圧を測定する電圧測定部を有し、
    前記安全性評価部は、前記充放電時間に関する値に対して前記電圧測定部が測定した電圧によって設定される電圧係数を掛け合わせた値を累積することにより、前記安全性評価値を算出する
    請求項１から５までの何れかに記載の蓄電装置。
  7. 前記電圧係数は、前記電圧測定部が測定した電圧が大きいほど大きな値に設定される
    請求項６に記載の蓄電装置。
  8. 前記安全性評価値は、百分率で表される
    請求項１から７までの何れかに記載の蓄電装置。
  9. 前記充放電時間に関する値は、充放電サイクル値として計算され、
    前記充放電サイクル値は、前記充放電時間の累積値に対して、前記電流測定部により測定された電流値を掛け合わせ、その結果を前記蓄電部の定格容量で除することにより計算される
    請求項１から８までの何れかに記載の蓄電装置。
  10. 前記充放電時間に関する値は、積算容量値として計算され、
    前記積算容量値は、前記充放電時間の累積値に対して、前記電流測定部により測定された電流値を掛け合わせることにより計算される
    請求項１から８までの何れかに記載の蓄電装置。
  11. 前記安全性評価部は、下記の式（１）により前記安全性評価値（ＳＯＳ）を算出する
    請求項９に記載の蓄電装置。
    Figure 0007420224000005
    （但し、式（１）におけるＤは重みづけ係数、Ｆは電圧係数、Cycle Numberは充放電サイクル値）
  12. 前記安全性評価部は、下記の式（３）により前記安全性評価値（ＳＯＳ）を算出する
    請求項１０に記載の蓄電装置。
    Figure 0007420224000006
    （但し、式（３）におけるＤは重みづけ係数、Ｆは電圧係数、Total Capacityは積算容量値）
  13. 制御部と、
    表示部と
    を有し、
    前記安全性評価値が前記制御部に出力され、前記制御部によって前記表示部に表示される
    請求項１から１２までの何れかに記載の蓄電装置。
  14. 請求項１から１３までの何れかに記載の蓄電装置を有する電動車両。
  15. 請求項１から１３までの何れかに記載の蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から前記蓄電装置に電力を供給する電力システム。
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