JP2012167978A - 内部抵抗推定方法、バッテリ劣化判定方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ装置の負荷装置の稼働中に、該バッテリ装置を構成する各バンクの内部抵抗の推定を可能とすること。
【解決手段】複数のバンク１２が並列接続されて構成されるバッテリ装置１０において、バッテリ装置１０の稼働中（放電／充電中）に、バンク１２の接続／開放時の各バンクの電流Ｉ及び電圧Ｖの変化量ΔＩ，ΔＶから、バンク１２の内部抵抗Ｒを算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリ装置を構成するバンクの内部抵抗を推定する内部抵抗推定方法等に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車では動力源としてバッテリ装置が使用されており、電気車では新たな動力源としてバッテリ装置（蓄電装置）の使用が進められている。バッテリ装置が複数のバンク（バッテリ群）から構成される場合、各バンクの劣化の程度や寿命の目安となるその内部抵抗を知る必要がある。

バッテリ装置の内部抵抗を測定する方法として、負荷電流の遮断時の電流及び電圧の変化量から内部抵抗を算出する「電流遮断法」が知られている。また、充電と放電とが切り替えられて使用される場合に、その充電と放電との切り替え時の電圧及び電流の変化から内部抵抗を推定（算出）する技術も知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−２９４１０２号公報

ところで、上述の電流遮断法では、負荷電流を遮断するため、負荷装置の稼働中には測定できない。また、上述の特許文献１の方法では、負荷装置の稼働中ではあるが、充電／放電の切り替え時といった特異なタイミングでの測定であるとともに、バッテリ装置全体の内部抵抗を測定するものであり、該バッテリ装置を構成する各バンクの内部抵抗を測定するものではない。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バッテリ装置の負荷装置の稼働中に、該バッテリ装置を構成する各バンクの内部抵抗の推定を可能とすることである。

第１の形態は、
１又は複数のバッテリでなるバンクをｎ台（ｎは２以上の整数）有して構成されたバッテリ装置の前記バンクそれぞれを、負荷電力又は回生電力の変動に応じて並列に投入又は切り離し制御することで接続バンク数を可変制御する際に、前記バンクの内部抵抗を推定する内部抵抗推定方法であって、
前記接続バンク数を変更する際に、変更前後に亘り継続して接続されるバンクの変更前後の出力電圧及び出力電流の変化量を検出することと、
前記変化量を用いて、前記継続して接続されるバンク全体の内部抵抗を推定することと、
を含む内部抵抗推定方法である。

また、他の形態として、
１又は複数のバッテリでなるバンクをｎ台有して構成されたバッテリ装置の前記バンクそれぞれを、負荷電力又は回生電力の変動に応じて並列に投入又は切り離し制御することで接続バンク数を可変制御する制御装置であって、
前記接続バンク数を変更する際に、変更前後に亘り継続して接続されるバンクの変更前後の出力電圧及び出力電流の変化量を検出する変化量検出手段と、
前記変化量を用いて、前記継続して接続されるバンク全体の内部抵抗を推定する推定手段と、
を備えた制御装置を構成しても良い。

この第１の形態等によれば、バンクをｎ台有して構成されたバッテリ装置において、接続バンク数を変更する際に、変更前後に亘り継続して接続されるバンクの変更前後の出力電圧及び出力電流の変化量が検出され、この検出された出力電圧及び出力電流の変化量を用いて、該接続バンク数の変更前後で継続して接続されるバンク全体の内部抵抗が推定される。

つまり、例えば、バンクを投入する際には、すでに接続されているバンクの出力電圧及び出力電流の変化量から、その継続して接続されているバンク全体の内部抵抗が推定される。一方、バンクを切り離す際には、切り離し後も接続されているバンクの出力電圧及び出力電流の変化量から、その継続して接続されているバンク全体の内部抵抗が推定される。これにより、負荷装置の稼働中に、バッテリ装置の各バンクの内部抵抗を推定することが可能となる。

第２の形態として、第１の形態の内部抵抗推定方法であって、
前記変化量を検出することは、前記接続バンク数を１台から２台に変更する際の前記変化量の検出を少なくとも含み、
前記内部抵抗を推定することは、前記接続バンク数を１台から２台に変更する際の変更前に接続されていたバンクの内部抵抗を推定することを少なくとも含む、
内部抵抗推定方法を構成しても良い。

この第２の形態によれば、接続バンク数を１台から２台に変更する際に、この変更前に接続されていたバンクの内部抵抗が推定される。

第３の形態として、第１の形態の内部抵抗推定方法であって、
前記変化量を検出することは、前記接続バンク数を２台から１台に変更する際の前記変化量の検出を少なくとも含み、
前記内部抵抗を推定することは、前記接続バンク数を２台から１台に変更する際の変更後に接続されていたバンクの内部抵抗を推定することを少なくとも含む、
内部抵抗推定方法を構成しても良い。

この第３の形態によれば、接続バンク数を２台から１台に変更する際に、この変更後に接続されていたバンク、すなわち切り離されなかった方のバンクの内部抵抗が推定される。

第４の形態として、第１〜第３の何れかの形態の内部抵抗推定方法であって、
前記接続バンク数を１台変更する際に、当該変更に係る投入又は切り離し対象のバンク（以下「対象バンク」という。）の出力端電圧及び出力端電流の変更前後の変化量を検出することと、
前記対象バンクの前記出力端電圧及び出力端電流の変化量を用いて、前記対象バンクの内部抵抗を推定することと、
を更に含む内部抵抗推定方法を構成しても良い。

この第４の形態によれば、バンク数を１台変更する際に、投入された或いは切り離されたバンクの内部抵抗が推定される。

第５の形態として、第１〜第４の何れかの形態の内部抵抗推定方法であって、
前記内部抵抗を用いて前記バンクの接続順序を設定することを更に含み、
前記接続バンク数の可変制御は、前記接続順序に従って行う、
ことを特徴とする内部抵抗推定方法を構成しても良い。

この第５の形態によれば、推定されたバンクの内部抵抗を用いてバンクの接続順序が設定され、この接続順序に従って接続バンク数の可変制御が行われる。これにより、例えば、内部抵抗から各バンクの劣化具合を判定し、劣化していると判定されるバンクを接続しないようにするといった制御が可能となる。

第６の形態として、第５の形態の内部抵抗推定方法であって、
前記接続順序を、所定のタイミングで前記バンクそれぞれの出力端電流に基づき変更することを更に含む内部抵抗推定方法を構成しても良い。

バンクは入出力電流が多いほど温度が上昇し、温度上昇に伴い内部抵抗が低下するという温度特性がある。そのため、内部抵抗が僅差であるものの、使用されないが故に他のバンクと比較して温度が低く、相対的に内部抵抗が高く判定されるという課題がある。この第６の形態によれば、当該課題を解決し得る。

第７の形態として、第１〜第６の何れかの内部抵抗推定方法によって各前記バンクの内部抵抗を推定することと、
前記推定された内部抵抗を当該推定時の環境温度、前記バッテリ装置の出力電流、及び、当該バンクのＳＯＣのうちの少なくとも１つに対応づけて記憶することと、
前記記憶された内部抵抗に基づいて、前記バンクそれぞれの劣化具合を判定することと、
を含むバッテリ劣化判定方法を構成しても良い。

この第７の形態によれば、推定された各バンクの内部抵抗を、推定時の環境温度、バッテリ装置の出力電流、当該バンクのＳＯＣのうちの少なくとも１つに対応付けて記憶し、この記憶された各バンクの内部抵抗に基づいて、バンクそれぞれの劣化具合が判定される。

第９の形態として、第８の形態の制御装置であって、
前記推定手段により推定された内部抵抗が所定の劣化条件を満たすバンクが存在する場合に、当該バンクの接続を抑制する接続抑制手段を更に備えた制御装置を構成しても良い。

この第９の形態によれば、推定された内部抵抗が劣化条件を満たすバンクが存在する場合、該バンクの接続が抑制される。これにより、推定した内部抵抗からバンクが劣化しているかを判定し、劣化していると判定したバンクを、以降は接続しないように制御することが可能である。

電力システムの概略構成図。 バッテリ装置の構成図。 放電時における内部抵抗の推定原理図。 充電時における内部抵抗の推定原理図。 放電時における内部抵抗の推定の一例。 充電時における内部抵抗の推定の一例。 バンク接続／開放順序テーブルのデータ構成例。 推定結果データのデータ構成例。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。但し、本発明の適用がこれに限定されるものではない。

［システム構成］
図１は、本実施形態における電力システム１の全体構成図である。図１に示すように、この電力システム１は、バッテリ装置１０と、コンバータ３０と、負荷装置５０と、制御装置７０とを備えて構成される。

バッテリ装置１０は、直流電力を供給する電源装置であり、図２に示すように、ほぼ同一性能の複数のバンク（１又は複数のバッテリでなるバッテリ群）１２が、スイッチ１４を介して並列接続されて構成されている。スイッチ１４は、制御装置７０から入力されるバンク接続／開放指令に従ってオン／オフ制御される。また、各バンク１２の出力端には、該バンクの出力電圧Ｖを計測する電圧計１６と、出力電流Ｉを計測するための電流計１８とが設けられている。また、バッテリ装置１０の出力端には、バッテリ装置１０の出力電圧Ｖを計測するための電圧計１７と、出力電流を計測するための電流計１９とが設けられている。

コンバータ３０は、入力される直流電力を、昇圧／降圧して出力する電力変換装置であり、定電圧制御を行う。具体的には、例えば、負荷装置５０側が電力を要求している場合、すなわち、バッテリ装置１０の放電時には、バッテリ装置１０から供給される電力を変換して負荷装置５０に供給し、負荷装置５０側が電力を発生している場合、すなわち、バッテリ装置１０の充電時には、負荷装置５０から供給される電力を変換してバッテリ装置１０に供給し、各バンク１２を充電する。

負荷装置５０は、例えば、電動機やエアコン、コンプレッサ等の何れでも適用可能であり、これらの電気機器を駆動するインバータでも良い。勿論、負荷装置５０は、これらの組み合わせでもよく、また、単に電力供給ラインとして想定しても良い。負荷装置５０が電動機を少なくとも含むのであれば、回生動作時が、バッテリ装置１０の充電時となる。

制御装置７０は、ＣＰＵや各種メモリ（ＲＯＭやＲＡＭ等）から構成されるコンピュータや各種の電子回路等によって実現され、例えば、制御ボードとして実装されたり、或いは、コンバータに含まれて一体的にコンバータ装置として構成される。また、制御装置７０は、電圧計１６によって計測された各バンク１２の電圧Ｖや、電流計１８によって計測された各バンク１２の電流Ｉ、電圧計１７によって計測されたバッテリ装置１０の出力電圧Ｖ、電流計１９によって計測されたバッテリ装置１０の出力電流Ｉ、バンク接続／開放指令等をもとに、バッテリ装置１０を構成する各バンク１２の内部抵抗Ｒを推定する。

［原理］
バッテリ装置１０を構成する各バンク１２の内部抵抗Ｒの推定の原理について説明する。各バンク１２の内部抵抗Ｒの推定は、バンク１２を接続（投入）／開放（切り離し）したときの、各バンク１２の電流Ｉ及び電圧Ｖの変化に基づいて行う。

図３は、バッテリ装置１０の「放電時」における内部抵抗Ｒの推定原理を説明する図である。図３に示すように、バッテリ装置１０は、二つのバンク１２Ａ，１２Ｂが並列接続されて構成されているとする。そして、このバッテリ装置１０の「放電時」は、新たにバンク１２を接続したときの各バンク１２の電圧及び電流の変化から、各バンク１２の内部抵抗Ｒを推定する。

すなわち、図３の左側に示すように、一方のバンク１２Ａのみが接続され、他方のバンク１２Ｂが開放されているとする。このときのバンク１２Ａの電圧Ｖａを「Ｖａ１」、電流Ｉａを「Ｉａ１」とし、バンク１２Ｂの電圧Ｖｂを「Ｖｂ１（開放電圧）」、電流Ｉｂを「Ｉｂ１」とする。なお、バンク１２Ｂは開放されているため、電流Ｉｂ１＝０、である。

次いで、図３の右側に示すように、開放されているバンク１２Ｂを接続（投入）すると、バンク１２Ｂから電流Ｉｂが流れ始め、これに伴ってバンク１２Ｂの電圧Ｖｂも変化する。すなわち、電流Ｉｂが、「Ｉｂ１（＝０）」から「Ｉｂ２（＝Ｉｂ１＋ΔＩｂ）」に変化し、電圧Ｖｂが、「Ｖｂ１」から「Ｖｂ２（＝Ｖｂ２＋ΔＶｂ）」に変化する。そして、このときのバンク１２Ｂの電圧Ｖｂの変化量ΔＶｂ、及び、電流Ｉｂの変化量ΔＩｂから、バンク１２Ｂの内部抵抗Ｒｂ_ｄは、次式（１）で算出される。
Ｒｂ_ｄ＝ΔＶｂ／ΔＩｂ ・・・（１）

また、バンク１２Ｂの電流Ｉｂの変化に伴って、バンク１２Ａの電流Ｉａが変化し、更に、電圧Ｖａも変化する。すなわち、電流Ｉａが、「Ｉａ１」から「Ｉａ２（＝Ｉａ１＋ΔＩａ）」に変化し、電圧Ｖａが、「Ｖａ１」から「Ｖａ２（＝Ｖａ１＋ΔＶａ）」に変化する。そして、このときのバンク１２Ａの電圧Ｖａの変化量ΔＶａ、及び、電流Ｉａの変化量ΔＩａから、バンク１２Ａの内部抵抗Ｒａ_ｄは、次式（２）で算出される。
Ｒａ_ｄ＝ΔＶａ／ΔＩａ ・・・（２）

図４は、「充電時」における内部抵抗Ｒの推定原理を説明する図である。図４に示すように、バッテリ装置１０は、二つのバンク１２Ａ，１２Ｂが並列接続されて構成されているとする。そして、このバッテリ装置１０の「充電時」は、接続されているバンク１２を開放したときの各バンク１２の電圧及び電流の変化から、各バンク１２の内部抵抗Ｒを推定する。

すなわち、図４の左側に示すように、両方のバンク１２Ａ，１２Ｂが接続されているとする。このときのバンク１２Ａの電圧Ｖａを「Ｖａ１」、電流Ｉａを「Ｉａ１」とし、バンク１２Ｂの電圧Ｖｂを「Ｖｂ１」、電流Ｉｂを「Ｉｂ１」とする。

次いで、図４の右側に示すように、バンク１２Ｂを開放する（切り離す）。すると、バンク１２Ｂの電流Ｉｂがゼロになり、これに伴って電圧Ｖｂも変化する。すなわち、電流Ｉｂが「Ｉｂ１」から「Ｉｂ２（＝Ｉｂ１＋ΔＩｂ＝０）」に変化し、電圧Ｖｂが「Ｖｂ１」から「Ｖｂ２（＝Ｖｂ１＋ΔＩＶｂ）」に変化する。そして、このときの電圧Ｖｂの変化量ΔＶｂ、及び、電流Ｉｂの変化量ΔＩｂから、「電流遮断法」によって、バンク１２Ｂの内部抵抗Ｒｂ_ｃが、次式（３）で算出される。
Ｒｂ_ｃ＝ΔＶｂ／ΔＩｂ ・・・（３）

また、バンク１２Ｂの電流Ｉｂの変化に伴って、バンク１２Ａの電流Ｉａが変化し、更に電圧Ｖａも変化する。すなわち、電流Ｉａが、「Ｉａ１」から「Ｉａ２（＝Ｉａ１＋ΔＩａ）」に変化し、電圧Ｖａが「Ｖａ１」から「Ｖａ２（＝Ｖａ１＋ΔＶａ）」に変化する。そして、このときのバンク１２Ａの電流Ｉａの変化量ΔＩａ、及び、電圧Ｖａの変化量ΔＶａから、バンク１２Ａの内部抵抗Ｒａ_ｃが、次式（４）で算出される。
Ｒａ_ｃ＝ΔＶａ／ΔＩａ ・・・（４）

［具体例］
続いて、上述の原理を用いたバンク１２の内部抵抗の推定の具体例として、３つのバンク１２−１〜１２−３が並列接続されてバッテリ装置１０が構成されている場合を説明する。

図５は、バッテリ装置１０の「放電時」における内部抵抗の推定の一例である。図５では、横軸を共通の時刻ｔとして、上から順に、バッテリ装置１０の全体電流Ｉ、バンク１２−１の電流Ｉ１、バンク１２−２の電流Ｉ２、バッテリ装置１０の全体電圧Ｖ、バンク１２−１の電圧Ｖ１、バンク１２−２の電圧Ｖ２、及び、バンク１２−１〜１２−３の接続状態、を示している。

先ず、初期状態として（時刻ｔ０）、放電が開始されていないとともに、１つのバンク１２−１のみが接続され、それ以外のバンク１２−２，１２−３は開放されているとする。このとき、放電がなされていないため、各バンク１２−１〜１２−３に流れる電流Ｉ１〜Ｉ３はゼロであり、電圧Ｖ１〜Ｖ３は開放電圧を保っている。

そして、時刻ｔ１において、放電を開始する。すると、接続されているバンク１２−１の電流Ｉ１が流れ始めるとともに、電圧Ｖ１が変化（低下）する。このときの、バンク１２−１の電流Ｉ１の変化量ΔＩ１_ｔ１、及び、電圧Ｖ１の変化量ΔＶ１_ｔ１から、バンク１２−１の内部抵抗Ｒ１を算出する。すなわち、Ｒ１＝ΔＶ１_ｔ１／ΔＩ１_ｔ１、である。なおこのとき、バンク１２−２，１２−３は開放されているため、その電流Ｉ１，Ｉ２、及び、電圧Ｖ１，Ｖ２に変化は無い。

次いで、時刻ｔ２において、バンク１２−２を接続する。すると、このバンク１２−２の電流Ｉ２が流れ始めるとともに、電圧Ｖ２が変化する。このときの、バンク１２−２の電流Ｉ２の変化量ΔＩ２_ｔ２、及び、電圧Ｖ２の変化量ΔＶ２_ｔ２から、バンク１２−２の内部抵抗Ｒ２を算出する。すなわち、Ｒ２＝ΔＶ２_ｔ２／ΔＩ２_ｔ２、である。

それとともに、先に接続されているバンク１２−１の電圧Ｖ１、及び、電流Ｉ１が変化する。このときの、バンク１２−１の電流Ｉ１の変化量ΔＩ１_ｔ２、及び、電圧Ｖ１の変化量ΔＶ１_ｔ２から、バンク１２−１の内部抵抗Ｒ１を算出する。すなわち、Ｒ１＝ΔＶ１_ｔ２／ΔＩ１_ｔ２、である。

続いて、時刻ｔ３において、バンク１２−３を接続する。すると、このバンク１２−３に電流Ｉ３が流れ始めるとともに、電圧Ｖ３が変化する。このときの、電流Ｉ３の変化量ΔＩ３_ｔ３、及び、電圧Ｖ３の変化量ΔＶ３_ｔ３から、バンク１２−３の内部抵抗Ｒ３を算出する。すなわち、Ｒ３＝ΔＶ３_ｔ３／ΔＩ３_ｔ３、である。

それとともに、バンク１２−１，１２−２それぞれの電圧Ｖ１，Ｖ２、及び、電流Ｉ１，Ｉ２が変化する。このときの、バンク１２−１の電流Ｉ１の変化量ΔＩ１_ｔ３、及び、電圧Ｖ１の変化量ΔＶ１_ｔ３、バンク１２−２の電流Ｉ２の変化量ΔＩ２_ｔ３、及び、電圧Ｖ２の変化量ΔＶ２_ｔ３から、並列接続されたバンク１２−１，１２−２を１つの抵抗とみなした合成抵抗Ｒ１＊２を算出する。（なお、“＊”は並列接続を表す印である。以下同じ。）すなわち、電流Ｉ１，Ｉ２それぞれの変化量ΔＩ１_ｔ３，ΔＩ２_ｔ３の和ΔＩ１＊２_ｔ３（＝ΔＩ１_ｔ３＋ΔＩ２_ｔ３）と、電圧Ｖ１，Ｖ２それぞれの変化量ΔＶ１_ｔ３，ΔＶ２_ｔ３の平均値ΔＶ１＊２_ｔ３（＝（ΔＶ１_ｔ３＋ΔＶ２_ｔ３）／２）とから、Ｒ１＊２＝ΔＶ１＊２_ｔ３／ΔＩ１＊２_ｔ３、となる。

その後、時刻ｔ４において、放電を終了する。このときの、バッテリ装置１０の全体電圧の変化量ΔＶ_ｔ４、及び、全体電流Ｉの変化量ΔＩ_ｔ４から、電流遮断法によって、並列接続されたバンク１２−１〜１２−３を１つの抵抗とみなした合成抵抗Ｒ１＊２＊３を算出する。すなわち、Ｒ１＊２＊３＝ΔＶ_ｔ４／ΔＩ_ｔ４、である。

図６は、バッテリ装置１０の「充電時」における内部抵抗の推定の一例である。図６では、横軸を共通の時刻ｔとして、上から順に、バッテリ装置１０の全体電流Ｉ、バンク１２−１の電流Ｉ１、バンク１２−２の電流Ｉ２、バッテリ装置１０の全体電圧、バンク１２−１の電圧Ｖ１、バンク１２−２の電圧Ｖ２、及び、バンク１２の接続状態、を示している。

先ず、初期状態として（時刻ｔ０）、充電が開始されていないとともに、全てのバンク１２−１〜１２−３が接続されているとする。このとき、充電がなされていないので、電流Ｉ１〜Ｉ３はゼロであり、電圧Ｖ１〜Ｖ３は、開放電圧を保っている。

そして、時刻ｔ１において、充電を開始する。すると、バンク１２−１〜１２−３それぞれの電流Ｉ１〜Ｉ３が流れ始めるとともに、電圧Ｖ１〜Ｖ３それぞれが変化する。このときの電流Ｉ１〜Ｉ３それぞれの変化量ΔＩ１_ｔ１〜ΔＩ３_ｔ１、及び電圧Ｖ１〜Ｖ３それぞれの変化量ΔＶ１_ｔ１〜ΔＶ３_ｔ１から、並列接続されたバンク１２−１〜１２−３を１つの抵抗とみなした合成抵抗Ｒ１＊２＊３を算出する。すなわち、電流Ｉ１〜Ｉ３それぞれの変化量ΔＩ１_ｔ１〜ΔＩ３_ｔ１の和ΔＩ１＊２＊３_ｔ１（＝ΔＩ１_ｔ１＋ΔＩ２_ｔ１＋ΔＩ３_ｔ１）と、電圧Ｖ１〜Ｖ３それぞれの変化量ΔＶ１_ｔ１〜ΔＶ３_ｔ１の平均値ΔＶ１＊２＊３_ｔ１（＝（ΔＶ１_ｔ１＋ΔＶ２_ｔ１＋ΔＶ３_ｔ１）／３）とから、Ｒ１＊２＊３＝ΔＶ１＊２＊３_ｔ１／ΔＩ１＊２＊３_ｔ１、となる。

次いで、時刻ｔ２において、バンク１２−３を開放する。このときの、バンク１２−１，１２−２それぞれの電圧Ｖ１，Ｖ２の変化量ΔＶ１_ｔ２，Ｖ２_ｔ２、及び、電流Ｉ１，Ｉ２の変化量ΔＩ１_ｔ２，Ｉ２_ｔ２から、並列接続されたバンク１２−１，１２−２を１つの抵抗と見なした合成抵抗Ｒ１＊２を算出する。すなわち、電流Ｉ１，Ｉ２それぞれの変化量ΔＩ１_ｔ２，ΔＩ２_ｔ２の和ΔＩ１＊２_ｔ２（＝ΔＩ１_ｔ２＋ΔＩ２_ｔ２）と、電圧Ｖ１，Ｖ２それぞれの変化量ΔＶ１_ｔ２，ΔＶ２_ｔ２の平均値ΔＶ１＊２_ｔ２（＝（ΔＶ１_ｔ２＋ΔＶ２_ｔ２）／２）とから、Ｒ１＊２＝ΔＶ１＊２_ｔ２／ΔＩ１＊２_ｔ２、となる。

またこのとき、バンク１２−３の電圧Ｖ３の変化量ΔＶ３_ｔ２、及び、電流Ｉ３の変化量ΔＩ３_ｔ２から、電流遮断法によって、バンク１２−３の抵抗Ｒ３を算出する。すなわち、Ｒ３＝ΔＶ３_ｔ２／ΔＩ３_ｔ２、となる。

続いて、時刻ｔ３において、バンク１２−２を開放する。このときの、バンク１２−１の電圧Ｖ１の変化量ΔＶ１_ｔ３、及び、電流Ｉ１の変化量ΔＩ１_ｔ３から、バンク１２−１の内部抵抗Ｒ１を算出する。すなわち、Ｒ１＝ΔＶ１_ｔ３／ΔＩ１_ｔ３、となる。

またこのとき、バンク１２−２の電圧Ｖ２の変化量ΔＶ２_ｔ３、及び、電流Ｉ２の変化量ΔＩ２_ｔ３から、電流遮断法によって、バンク１２−２の内部抵抗Ｒ２を算出する。すなわち、Ｒ２＝ΔＶ２_ｔ３／ΔＩ２_ｔ３、となる。

その後、時刻ｔ４において、充電を終了する。このときの、バンク１２−１の電圧Ｖ１の変化量ΔＶ１_ｔ４、及び、電流Ｉ１の変化量ΔＩ１_ｔ４から、電流遮断法によって、バンク１２−１の内部抵抗Ｒ１を算出する。すなわち、Ｒ１＝ΔＶ１_ｔ４／ΔＩ１_ｔ４、となる。

［適用例］
続いて、上述の電力システム１の具体的な適用例として、電車の動力システムに適用した例を説明する。この場合、負荷装置５０は、モータ（主電動機）を駆動するインバータとなる。また、コンバータ３０は、制御装置７０からの放電／充電指令に従って、バッテリ装置１０の充放電を制御する。

そして、制御装置７０は、バッテリ装置１０の放電／充電を指示する放電／充電指令を生成し、コンバータ３０に出力する。すなわち、電車の加速時には、コンバータ３０に、バッテリ装置１０を放電させて、バッテリ装置１０からの出力電力（放電電力）を、所定電圧の直流電力（例えば、ＤＣ１５００Ｖ）に変換させてインバータ（負荷装置５０）へ供給させ、減速時（制動時）には、コンバータ３０に、インバータ（負荷装置５０）からの回生電力を、バッテリ装置１０に供給させてバッテリ装置１０を充電させる。

また、制御装置７０は、バッテリ装置１０の各バンクの接続／開放を指示するバンク接続／開放指令を生成し、バッテリ装置１０の各スイッチ１４を制御する。すなわち、加速時には、バッテリ装置１０を構成する各バンク１２を１台ずつ順に接続させ、減速時（制動時）には、各バンク１２を１台ずつ順に開放させる。このとき、バンク１２の接続／開放させる順序は、制御装置７０が記憶するバンク接続／開放順序テーブル１１０に定められた順序とする。

図７は、バンク接続／開放順序テーブル１１０のデータ構成の一例を示す図である。図７によれば、バンク接続／開放順序テーブル１１０は、該電車の走行区間の駅間１１１それぞれに、バンクの接続順１１２と、開放順１１３とを対応付けて格納している。

また、制御装置７０は、バッテリ装置１０の各バンク１２の接続／開放時における各バンク１２の電圧Ｖ及び電流Ｉの変化量をもとに、各バンク１２の内部抵抗Ｒの推定を行う。すなわち、接続時には、既に接続されているバンク全体を１つの合成抵抗とみなしたときの内部抵抗Ｒを算出するとともに、新たに接続したバンク１２の内部抵抗Ｒを算出し、開放時には、開放後に接続されているバンク全体を１つの合成抵抗とみなしたときの内部抵抗Ｒを算出するとともに、開放したバンク１２の内部抵抗Ｒを算出する。

制御装置７０によって算出されたバンク１２の内部抵抗Ｒは、内部抵抗推定結果データ１３０として蓄積記憶される。

図８は、内部抵抗推定結果データ１３０のデータ構成の一例を示す図である。図８に示すように、内部抵抗推定結果データ１３０は、内部抵抗の推定対象となるバンク１３１それぞれについて、ＳＯＣ（State of Charge：残存容量）１３２、推定時のバンクの環境温度１３３、及び、バッテリ装置１０の全体電流１３４の組み合わせに、推定した内部抵抗を対応付けて格納している。ここで、推定対象バンク１３１は、１つのバンク１２、或いは、複数のバンク１２の組み合わせである。また、環境温度１３３は、例えば、各バンク１２或いはバッテリ装置１０に取り付けられた温度センサ（不図示）から取得する。

［作用・効果］
このように、本実施形態によれば、複数のバンク１２が並列接続されて構成されるバッテリ装置１０において、バンク１２の接続数の変更時、すなわち、新たなバンク１２の接続時や接続されているバンク１２の開放時に、その際の各バンク１２の電圧Ｖ及び電流Ｉの変化量ΔＶ，ΔＩから、バンク１２の内部抵抗Ｒを推定することができる。これにより、バッテリ装置１０の放電／充電中に、バンク１２の接続／開放のタイミングを利用して、バンク１２の内部抵抗を推定することができる。

［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

（Ａ）バンクの劣化の判定
例えば、推定した内部抵抗Ｒをもとに、各バンク１２の劣化を推定することとしても良い。すなわち、バッテリには、劣化すると内部抵抗Ｒが大きくなる特性がある。このため、抵抗値に応じた劣化レベル条件を定めておき、推定された内部抵抗Ｒが、一定レベル以上の劣化条件となる所定の抵抗値以上ならば、該バンクは「劣化している」と判定する。

（Ｂ）バンク１２の接続／開放順序の決定
また、上述の実施形態では、予め定められた順序でバンク１２を接続／開放することとしたが（図７のバンク接続／開放順序テーブル１１０参照）、走行中に、例えば、推定した各バンク１２の内部抵抗Ｒをもとに、接続／開放順序を決定することとしても良い。具体的には、上述のように、推定した各バンク１２の内部抵抗Ｒをもとに該バンク１２の劣化レベル（劣化具合）を判定する。そして、接続（投入）する順序は、劣化レベルが低い順とし、開放（切り離し）する順序は、劣化レベルが高い順として、接続されている各バンク１２の劣化レベルが平均化するように決定すると好適である。なお、劣化レベルが一定以上に達して劣化していると判定されるバンク１２については、接続しないようにしても良い。

更にこの場合、各バンク１２の入出力電流（出力電流（放電時）或いは入力電流（充電時））に基づいて、各バンク１２の接続／開放順序を切り替えても良い。より好適には、入出力電流の積算値（所定時間当りの入出力電流の総和）に基づいて切り替えるとよい。なお、各バンク１２の入出力電流は、電流計１８によって計測される。

バンク１２には、温度上昇に伴って内部抵抗が低下するという温度特性があり、また、入出力電流が多いほど温度が上昇するという特性がある。このため、各バンク１２の内部抵抗に基づいて接続／開放順序を決定する場合、内部抵抗が大きいバンク１２は、その劣化レベルが高いと判定されて接続（使用）されないため、電流が流れずに温度が低下し（または上昇せず）、他のバンクと比較して内部抵抗が相対的に高いと判定される結果、益々接続（使用）されなくなる。つまり、例えば、各バンク１２の劣化レベルがほぼ同じであるにも関わらず、特定のバンク１２のみが接続（使用）されず、各バンク１２の劣化レベルの差が大きくなるといった事態が起こり得る。

そこで、例えば、負荷電流が小さくなる惰行運転時や停車時などの所定タイミングで、各バンク１２の電流の積算値を平均化するよう、接続されているバンク１２の数はそのままに、接続されているバンク１２を入れ替える。

或いは、内部抵抗によって判定される劣化レベルと、入出力電流の積算値とに基づいて、各バンク１２の接続／開放順序を決定することにしても良い。具体的には、接続時には、劣化レベルが低く且つ入出力電流の積算値が小さいバンク１２を優先的に接続し、開放時には、劣化レベルが高く且つ入出力電流の積算値が大きいバンク１２を優先的に開放する。

（Ｃ）接続バンクの決定方法
また、バンク１２の接続時（投入時）には、バンク間の電圧差が小さくなるように、次に接続するバンク１２を決定することにしても良い。これは、バンク間の横流（短絡電流）を防止するためである。具体的には、未だ接続されていないバンク１２のうち、その電圧Ｖｏが、所定の基準電圧Ｖｍによって定まる基準範囲（例えば、Ｖｍ×０．５≦Ｖｏ≦Ｖｍ×１．５）内にあるバンク１２を、新たに接続するバンク１２として選択・決定する。ここで、基準電圧Ｖｍは、バンク１２の定格電圧としても良いし、或いは、既に接続されているバンク１２の総電圧（全体電圧）としても良い。

また、新たに接続するバンク１２の電圧が、上述の基準範囲外の場合には、例えば、該バンク１２に接続されているスイッチ１４のスイッチング制御によって、基準範囲内となるように電圧を調整することとしても良い。

（Ｄ）内部抵抗の推定タイミング
また、上述の実施形態では、バンク１２を接続／開放する毎に、バンク１２の内部抵抗Ｒを推定することとしたが、何れかのタイミングのみに行っても良い。例えば、最も推定精度が高いと思われるタイミングのみに行っても良い。すなわち、放電時には、１台のバンク１２が接続されている状態で２台目のバンク１２が接続されるタイミング（図５の時刻ｔ１のタイミング）において、先に接続されている１台目のバンク１２の内部抵抗Ｒを推定し、充電時には、２台のバンク１２が接続されている状態で一方のバンク１２が開放されるタイミング（図６の時刻ｔ３のタイミング）において、継続して接続されている他方のバンク１２の内部抵抗Ｒを推定する。

１ 電力システム
１０ バッテリ装置
１２ バンク、１４ スイッチ、１６ 電圧計、１８ 電流計
３０ コンバータ、５０ 負荷装置、７０ 制御装置

Claims (9)

1. １又は複数のバッテリでなるバンクをｎ台（ｎは２以上の整数）有して構成されたバッテリ装置の前記バンクそれぞれを、負荷電力又は回生電力の変動に応じて並列に投入又は切り離し制御することで接続バンク数を可変制御する際に、前記バンクの内部抵抗を推定する内部抵抗推定方法であって、
   前記接続バンク数を変更する際に、変更前後に亘り継続して接続されるバンクの変更前後の出力電圧及び出力電流の変化量を検出することと、
   前記変化量を用いて、前記継続して接続されるバンク全体の内部抵抗を推定することと、
   を含む内部抵抗推定方法。
2. 前記変化量を検出することは、前記接続バンク数を１台から２台に変更する際の前記変化量の検出を少なくとも含み、
   前記内部抵抗を推定することは、前記接続バンク数を１台から２台に変更する際の変更前に接続されていたバンクの内部抵抗を推定することを少なくとも含む、
   請求項１に記載の内部抵抗推定方法。
3. 前記変化量を検出することは、前記接続バンク数を２台から１台に変更する際の前記変化量の検出を少なくとも含み、
   前記内部抵抗を推定することは、前記接続バンク数を２台から１台に変更する際の変更後に接続されていたバンクの内部抵抗を推定することを少なくとも含む、
   請求項１に記載の内部抵抗推定方法。
4. 前記接続バンク数を１台変更する際に、当該変更に係る投入又は切り離し対象のバンク（以下「対象バンク」という。）の出力端電圧及び出力端電流の変更前後の変化量を検出することと、
   前記対象バンクの前記出力端電圧及び出力端電流の変化量を用いて、前記対象バンクの内部抵抗を推定することと、
   を更に含む請求項１〜３の何れか一項に記載の内部抵抗推定方法。
5. 前記内部抵抗を用いて前記バンクの接続順序を設定することを更に含み、
   前記接続バンク数の可変制御は、前記接続順序に従って行う、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の内部抵抗推定方法。
6. 前記接続順序を、所定のタイミングで前記バンクそれぞれの出力端電流に基づき変更することを更に含む請求項５に記載の内部抵抗推定方法。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の内部抵抗推定方法によって各前記バンクの内部抵抗を推定することと、
   前記推定された内部抵抗を当該推定時の環境温度、前記バッテリ装置の出力電流、及び、当該バンクのＳＯＣのうちの少なくとも１つに対応づけて記憶することと、
   前記記憶された内部抵抗に基づいて、前記バンクそれぞれの劣化具合を判定することと、
   を含むバッテリ劣化判定方法。
8. １又は複数のバッテリでなるバンクをｎ台有して構成されたバッテリ装置の前記バンクそれぞれを、負荷電力又は回生電力の変動に応じて並列に投入又は切り離し制御することで接続バンク数を可変制御する制御装置であって、
   前記接続バンク数を変更する際に、変更前後に亘り継続して接続されるバンクの変更前後の出力電圧及び出力電流の変化量を検出する変化量検出手段と、
   前記変化量を用いて、前記継続して接続されるバンク全体の内部抵抗を推定する推定手段と、
   を備えた制御装置。
9. 前記推定手段により推定された内部抵抗が所定の劣化条件を満たすバンクが存在する場合に、当該バンクの接続を抑制する接続抑制手段を更に備えた請求項８に記載の制御装置。

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