JP7185437B2 - 電池管理装置、電池管理方法、電力貯蔵システム - Google Patents

Description

本発明は、電池管理装置、電池管理方法および電力貯蔵システムに関する。

近年、地球温暖化問題の観点から、太陽光や風力などの再生可能エネルギーを利用して発電を行い、電力貯蔵システム（Battery Energy Storage System：ＢＥＳＳ）を用いて出力の安定化を図った発送電システムの利用が拡大している。また、自動車等の移動交通システムにおいても、排ガス規制の観点から、こうした電力貯蔵システムが広く用いられている。

従来の一般的な電力貯蔵システムは、複数の電池セルを組み合わせた電池と、電池を冷却して温度調節を行う冷却システムと、電池の充放電制御を行ってシステムを安全な状態に維持する電池管理装置とを備えて構成される。こうした従来の電力貯蔵システムでは、冷却システムを用いて、電池温度が予め設定された上限温度以下となるように電池を強制的に冷却している。

一方、電力貯蔵システムの用途によっては、大きさや重さの低減が重要な場合がある。そのため、冷却システムを設けない自然冷却方式の電池を用いた電力貯蔵システムも利用されている。こうした自然冷却方式の電力貯蔵システムでは、運用状況や周囲環境を考慮して、電池の温度が上限温度を超えないように電池の充放電制御を行う必要がある。ここで、電池の上限温度は、通常は電池の使用期間の全域にわたって常に一定の値で設定される。一方、充放電を繰り返すことで電池の劣化が進むと、それに応じて電池の内部抵抗が増加するため、充放電電流当たりの発熱量が増加する。その結果、電池の使用期間が長くなるほど、電池に流すことができる充放電電流が低下し、電力貯蔵システムの性能が低下してしまう。したがって、自然冷却方式の電力貯蔵システムを運用する際には、運用期間の全域にわたってシステム性能と利用率を両立できるように、電池の上限温度を適切に調節する必要がある。

電池の劣化状態に応じた充放電制御に関して、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、蓄電池の情報を取得する電池情報取得部と、前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記蓄電池の劣化進行速度を演算する劣化進行速度演算部と、前記劣化進行速度演算部により演算された前記劣化進行速度に基づいて、前記蓄電池の充放電を制御するための制限値を設定する制限値設定部と、前記電池情報取得部により取得された前記情報に基づいて、前記制限値を出力すべきタイミングを判定するタイミング判定部と、前記タイミング判定部により判定された前記タイミングに基づいて、前記制限値を出力する制限値出力部と、を備える蓄電池制御装置が開示されている。

国際公開第２０１７／０４３２３９号

特許文献１の蓄電池制御装置では、電池の劣化状態に応じて電池の充放電電流やＳＯＣの制限値を変更できるが、電池の上限温度を適切に調節することは困難である。

本発明による電池管理装置は、充放電可能な電池を管理する装置であって、前記電池の劣化度を算出する電池状態算出部と、前記劣化度に基づいて前記電池の劣化速度を算出する劣化速度算出部と、前記劣化速度に基づいて前記電池の上限温度を設定する上限温度設定部と、を備え、前記上限温度設定部は、前記劣化速度の減少に伴って前記上限温度を上昇させる。
本発明による電池管理方法は、充放電可能な電池を管理するための方法であって、コンピュータにより、前記電池の劣化度を算出し、算出した前記劣化度に基づいて前記電池の劣化速度を算出し、算出した前記劣化速度に基づいて前記電池の上限温度を設定することで、前記劣化速度の減少に伴って前記上限温度を上昇させる。
本発明による電力貯蔵システムは、電池管理装置と、充放電可能な電池と、前記電池管理装置により上昇された前記電池の上限温度に従って設定された前記電池の充放電電流の許容値に基づいて、前記電池の充放電を行う充放電装置と、を備える。

本発明によれば、電池の劣化状態に応じて電池の上限温度を適切に調節することができる。

本発明の一実施形態に係る電力貯蔵システムの概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る上限温度設定処理および許容電流算出処理に関する電池管理装置の機能ブロックを示す図である。 電池状態算出部の機能ブロックを示す図である。 電池モデルにおける電池セルの等価回路の例を示す図である。 劣化速度算出部の機能ブロックを示す図である。 タイミング決定部の機能ブロック図を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電池管理装置による内部抵抗増加量、劣化速度および上限温度の変化の様子を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電池管理装置による効果を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る上限温度設定処理および許容電流算出処理に関する電池管理装置の機能ブロックを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る電池管理装置による内部抵抗増加量、劣化速度および上限温度の変化の様子を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る電池管理装置による効果を説明する図である。 変形例による劣化速度算出部の機能ブロックを示す図である。

以下では、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る電力貯蔵システムの概略構成図である。図１に示す電力貯蔵システム（ＢＥＳＳ）１は、組電池１０１、電池管理装置１０２、電流センサ１０３、セルコントローラ１０４、電圧センサ１０５、温度センサ１０６、およびリレー１０７を備える。電力貯蔵システム１は、インバータ２を介して、交流モータ等の負荷３に接続されている。電力貯蔵システム１およびインバータ２は、不図示の通信回線を介して上位コントローラ４に接続されている。

組電池１０１は、充放電可能な複数の電池セルを直並列に接続して構成されている。負荷３を力行運転する際には、組電池１０１から放電された直流電力がインバータ２により交流電力に変換され、負荷３に供給される。また、負荷３を回生運転する際には、負荷３から出力された交流電力がインバータ２により直流電力に変換され、組電池１０１に充電される。こうしたインバータ２の動作により、組電池１０１の充放電が行われる。インバータ２の動作は、上位コントローラ４により制御される。

電流センサ１０３は、組電池１０１に流れる電流を検出し、その検出結果を電池管理装置１０２に出力する。セルコントローラ１０４は、組電池１０１の各電池セルの電圧を検出し、その検出結果を電池管理装置１０２に出力する。電圧センサ１０５は、組電池１０１の電圧（総電圧）を検出し、その検出結果を電池管理装置１０２に出力する。温度センサ１０６は、組電池１０１の温度を検出し、その検出結果を電池管理装置１０２に出力する。リレー１０７は、上位コントローラ４の制御に応じて、電力貯蔵システム１とインバータ２の間の接続状態を切り替える。

電池管理装置１０２は、電流センサ１０３、セルコントローラ１０４、電圧センサ１０５および温度センサ１０６の各検出結果に基づき、組電池１０１の充放電制御を行う。電池管理装置１０２が行う組電池１０１の充放電制御には、例えば、組電池１０１の充放電時の上限温度T_limitを定める上限温度設定処理、上限温度T_limitに従って組電池１０１の充放電電流の許容値I_limitを定める許容電流算出処理、各電池セルの充電状態を調整するバランシング制御などが含まれる。電池管理装置１０２は、上位コントローラ４との間で、組電池１０１の充放電制御に必要な情報通信を行う。

なお、電力貯蔵システム１は、冷却ファンや水冷ヒートシンク等の冷却装置を持たない自然冷却方式のシステムである。組電池１０１の充放電中には、各電池セルにおける電気化学反応や相転移、ジュール発熱、周囲環境等によって組電池１０１の温度が変化する。このときの温度変化量は、充放電電流に大きく依存する。そのため、電力貯蔵システム１では、電池管理装置１０２の上限温度設定処理や許容電流算出処理により、充放電時の上限温度T_limitや充放電電流の許容値I_limitを定め、これらの値に従って充放電電流を制限する。これにより、充放電中の組電池１０１における急激な温度上昇を抑制し、組電池１０１の温度を上限温度T_limit以下に維持することができる。

自然冷却方式の二次電池システムを対象とした従来の制御方法では、通常、電池の上限温度がシステムの全運用期間において一定の値に維持される。しかしながら、一般的に二次電池は充放電を繰り返すことで劣化が進行し、充電容量が減少するとともに内部抵抗が増加する。電池の内部抵抗の増加は充放電時の発熱量の増大につながるため、上限温度が一定の場合には、二次電池の劣化が進むほど充放電電流の許容値が低下する。その結果、システム運用期間が長くなるにつれて、充放電時に利用できる電流や電力が減少し、システム利用率が低下してしまう。

そこで本実施形態では、組電池１０１の劣化状態に応じて上限温度T_limitの値を適切に調節することで、上記のような従来の制御方法における課題を解決し、運用期間全体でのシステム利用率を向上させるようにしている。以下では、その具体的な方法について説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る上限温度設定処理および許容電流算出処理に関する電池管理装置１０２の機能ブロックを示す図である。本実施形態の電池管理装置１０２は、電池状態算出部５０１、電流制限値算出部５０２、劣化速度算出部５０３、タイミング決定部５０４および上限温度設定部５０５の各機能ブロックを有する。これらの機能ブロックは、例えば所定のプログラムをコンピュータで実行することにより実現される。

電池状態算出部５０１は、電流センサ１０３、電圧センサ１０５および温度センサ１０６から、組電池１０１が充放電中のときに検出された電流I、閉回路電圧CCVおよび電池温度T_cellをそれぞれ取得する。そして、これらの情報に基づき、組電池１０１の現在の状態を表す開回路電圧OCV、充電状態SOC、分極電圧Vp、充電容量減少量SOHQおよび内部抵抗増加量SOHRの各状態値を算出する。なお、電池状態算出部５０１によるこれらの状態値の算出方法の詳細については、後で図３を参照して説明する。

電流制限値算出部５０２は、電池状態算出部５０１で算出された組電池１０１の各状態値を取得すると共に、温度センサ１０６から電池温度T_cellを取得する。また、上限温度設定部５０５で設定される上限温度T_limitを取得する。そして、取得したこれらの情報に基づき、組電池１０１の充放電電流の許容値I_limitを算出する。なお、電流制限値算出部５０２による充放電電流の許容値I_limitの算出方法については、周知の様々な算出方法を使用可能であるが、本実施形態ではその具体的な説明を省略する。

劣化速度算出部５０３は、電池状態算出部５０１で算出された組電池１０１の各状態値のうち、組電池１０１の劣化度を表す状態値を取得する。そして、取得した劣化度に基づいて、組電池１０１の劣化速度を算出する。本実施形態では、劣化速度算出部５０３により、組電池１０１の劣化度を表す状態値として、内部抵抗増加量SOHRを電池状態算出部５０１から取得し、この内部抵抗増加量SOHRの時間微分値dSOHR/dtを、組電池１０１の劣化速度として算出する例を説明する。なお、後述するように内部抵抗増加量SOHRの時間微分値dSOHR/dtは、上限温度T_limitが一定であれば、組電池１０１の使用時間が長くなるほど小さくなっていく。劣化速度算出部５０３による組電池１０１の劣化速度、すなわち内部抵抗増加量SOHRの時間微分値dSOHR/dtの算出方法の詳細については、後で図５を参照して説明する。

タイミング決定部５０４は、劣化速度算出部５０３で算出された組電池１０１の劣化速度dSOHR/dtを取得する。そして、取得した劣化速度dSOHR/dtに基づいて、組電池１０１の上限温度T_limitを上昇させるタイミングを決定し、その結果を示すフラグ値を出力する。本実施形態では、タイミング決定部５０４は、現在設定されている上限温度T_limitの値を上限温度設定部５０５から取得し、この現在の上限温度T_limitに対して予め設定された所定の条件を劣化速度dSOHR/dtが満たしているか否かを判断する。その結果、条件を満たさないと判断したときには、上限温度設定部５０５に対して出力するフラグ値を変化させることで、上限温度設定部５０５が上限温度T_limitを上昇させるタイミングを決定する。なお、タイミング決定部５０４による上限温度T_limitの上昇タイミングの決定方法の詳細については、後で図６を参照して説明する。

上限温度設定部５０５は、組電池１０１の劣化状態に応じて上限温度T_limitの値を設定し、電流制限値算出部５０２へ出力する。本実施形態では、上限温度設定部５０５は、タイミング決定部５０４により決定されたタイミングに従って、上限温度T_limitの値を段階的に上昇させる。すなわち、タイミング決定部５０４から入力されるフラグ値が変化すると、上限温度設定部５０５は、それまでの上限温度T_limitの値に替えて、変化後のフラグ値に応じた新たな上限温度T_limitの値を設定することで、上限温度T_limitを段階的に上昇させる。なお、フラグ値ごとの上限温度T_limitの値は、上限温度設定部５０５において予め設定されている。

電池管理装置１０２により上限温度T_limitに応じて求められた充放電電流の許容値I_limitは、電池管理装置１０２から上位コントローラ４に送信され、インバータ２の制御等に利用される。これにより、電池温度T_cellが上限温度T_limitを超えないように、電力貯蔵システム１において組電池１０１の充放電制御が行われる。このときインバータ２は、充放電電流の許容値I_limitに従って組電池１０１の充放電を行う。

図３は、電池状態算出部５０１の機能ブロックを示す図である。電池状態算出部５０１は、電池モデル部６０１および劣化状態検出部６０２を備える。

電池モデル部６０１は、組電池１０１をモデル化した電池モデルを記憶しており、この電池モデルを用いて、開回路電圧OCV、充電状態SOCおよび分極電圧Vpを求める。電池モデル部６０１における電池モデルは、例えば、実際の組電池１０１における電池セルの直列接続数および並列接続数や、各電池セルの等価回路に応じて設定されている。電池モデル部６０１は、電流センサ１０３、電圧センサ１０５および温度センサ１０６からそれぞれ取得した電流I、閉回路電圧CCVおよび電池温度T_cellをこの電池モデルに対して適用することで、組電池１０１の状態に応じた開回路電圧OCV、充電状態SOCおよび分極電圧Vpを求めることができる。

図４は、電池モデル部６０１に設定される電池モデルにおける電池セルの等価回路の例を示す図である。図４に示す電池セルの等価回路は、電圧値Vocを有する開放電圧源６０３と、抵抗値Rを有する内部抵抗６０４と、容量値Cpを有する分極容量６０５と抵抗値Rpを有する分極抵抗６０６の並列回路である分極モデルとが、互いに直列接続されて構成されている。この等価回路において、開放電圧源６０３の両端電圧、すなわち電圧値Vocは開回路電圧OCVに相当し、分極容量６０５と分極抵抗６０６の並列回路の両端電圧は分極電圧Vpに相当する。また、この等価回路に電流Iが流れたときの内部抵抗６０４の印加電圧I×Rおよび分極電圧Vpを開回路電圧OCVに加えた値は、閉回路電圧CCVに相当する。さらに、図４の等価回路における各回路定数の値は、電池温度T_cellに応じて定まる。したがって、電池モデル部６０１では、これらの関係に基づき、電流I、閉回路電圧CCVおよび電池温度T_cellから、組電池１０１全体での開回路電圧OCVおよび分極電圧Vpを求め、さらに開回路電圧OCVの算出結果から充電状態SOCを求めることができる。

図３の説明に戻ると、劣化状態検出部６０２は、組電池１０１の劣化状態を検出し、その劣化状態に応じた充電容量減少量SOHQおよび内部抵抗増加量SOHRを求める。組電池１０１の各電池セルは、充放電を繰り返すことで劣化が進行し、その劣化状態に応じて充電容量の減少および内部抵抗の増加が生じる。劣化状態検出部６０２は、例えば、組電池１０１の電流、電圧および温度と劣化状態との関係を表す情報を予め記憶しており、この情報を用いることで、電流センサ１０３、電圧センサ１０５および温度センサ１０６からそれぞれ取得した電流I、閉回路電圧CCVおよび電池温度T_cellに基づいて、組電池１０１の劣化状態を検出する。そして、予め記憶された劣化状態と充電容量減少量SOHQおよび内部抵抗増加量SOHRとの関係に基づき、組電池１０１の劣化状態の検出結果に対応する充電容量減少量SOHQおよび内部抵抗増加量SOHRを求めることができる。

図５は、劣化速度算出部５０３の機能ブロックを示す図である。劣化速度算出部５０３は、記憶部６０７、平滑フィルタ６０８、および微分演算部６０９を備える。

記憶部６０７には、電流制限値算出部５０２から取得した内部抵抗増加量SOHRの値が時系列的に記録される。平滑フィルタ６０８は、例えば記憶部６０７に記録された内部抵抗増加量SOHRの移動平均等を算出することで、内部抵抗増加量SOHRの履歴に含まれる短期間での変動を除去して平滑化する。この平滑フィルタ６０８の作用により、組電池１０１の劣化状態の長期的な傾向を把握することができる。微分演算部６０９は、平滑フィルタ６０８により平滑化された内部抵抗増加量SOHRの時間微分値dSOHR/dtを演算することで、組電池１０１の劣化速度を算出する。

なお、劣化速度算出部５０３による劣化速度の算出頻度は、組電池１０１の使用頻度や充放電傾向に応じて定まり、これは電力貯蔵システム１の用途に応じて異なる。例えば、ハイブリッド自動車において用いられる電力貯蔵システム１の場合、劣化速度算出部５０３により週単位で劣化速度が算出される。

図６は、タイミング決定部５０４の機能ブロック図を示す図である。タイミング決定部５０４は、例えば条件テーブル６１０を有しており、この条件テーブル６１０を用いて、劣化速度dSOHR/dtから上限温度T_limitを上昇させるタイミングを決定する。

図６に示す例では、条件テーブル６１０として、T_{limit 1}～T_{limit N}の各上限温度値に対して予め設定されたＮ個の劣化速度dSOHR/dtの条件と、各条件に対応するフラグ値１～Ｎとを示している。ただし、Ｎは２以上の整数である。なお、条件テーブル６１０の最初の行では、組電池１０１の運用開始時（ＢＯＬ：Beginning Of Life）におけるフラグの初期値が１であることを示している。タイミング決定部５０４は、この条件テーブル６１０を参照することで、上限温度設定部５０５により設定されている現在の上限温度T_limitの値に対応するフラグ値を選択して出力する。また、現在の上限温度T_limitの値に対応する劣化速度dSOHR/dtの条件を取得し、劣化速度算出部５０３から入力された劣化速度dSOHR/dtの値が当該条件を満たさなくなったときには、次の条件に対応するフラグ値を出力する。これにより、劣化速度dSOHR/dtに応じてフラグ値を変化させる。

例えば、フラグ値が１であるときには、上限温度設定部５０５により、上限温度T_limitの値がT_{limit 1}に設定されている。このときタイミング決定部５０４は、条件テーブル６１０の２番目の行を参照し、劣化速度dSOHR/dtを所定の閾値A₁と比較する。そして、劣化速度dSOHR/dtが閾値A₁よりも大きい間はフラグ値を１のままで変化させず、閾値A₁以下になるとフラグ値を１から２に変化させる。このフラグ値の変化に応じて、上限温度設定部５０５により設定される上限温度T_limitの値がT_{limit 1}からT_{limit 2}（T_{limit 1}＜T_{limit 2}）に変化する。こうした処理がＮ個の条件についてそれぞれ行われることで、上限温度設定部５０５により設定される上限温度T_limitの値が、初期値のT_{limit 1}から最終値のT_{limit N}までＮ段階に変化する。

図７は、本発明の第１の実施形態に係る電池管理装置１０２による内部抵抗増加量SOHR、劣化速度dSOHR/dtおよび上限温度T_limitの変化の様子を示す図である。図７では、例えばＮ＝３として本実施形態の電池管理装置１０２を適用した場合（以下、「本発明適用時」という）について、電力貯蔵システム１の使用時間に応じた内部抵抗増加量SOHR、劣化速度dSOHR/dtおよび上限温度T_limitの変化の様子を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のグラフでそれぞれ示している。なお、図７（ａ）～（ｃ）の各グラフでは、比較例として、上限温度T_limitを一定の値で変化させない従来の制御方法を用いた場合（以下、「従来制御時」という）についても併せて示している。

図７（ａ）～（ｂ）の各グラフにおいて、横軸は組電池１０１の運用開始時（ＢＯＬ）から運用終了時（ＥＯＬ：End Of Life）までの年単位のシステム使用時間を表している。一方、図７（ａ）の縦軸は、組電池１０１の内部抵抗Rの初期値を100%としたときの内部抵抗増加量SOHR（％）を表し、図７（ｂ）の縦軸は、劣化速度dSOHR/dtの大きさを表し、図７（ｃ）の縦軸は、上限温度T_limitの値（℃）を表している。図７（ａ）では、従来制御時と本発明適用時の内部抵抗増加量SOHRを、破線６１１、実線６１２にそれぞれ示している。図７（ｂ）では、従来制御時と本発明適用時の劣化速度dSOHR/dtを、破線６１３、実線６１４にそれぞれ示している。図７（ｃ）では、従来制御時と本発明適用時の上限温度T_limitを、破線６１５、実線６１６にそれぞれ示している。

従来制御時は、図７（ａ）の破線６１１で示すように、組電池１０１の使用時間に応じて内部抵抗増加量SOHRが次第に大きくなる。この破線６１１の傾きは、使用時間が短いほど大きく、使用時間が進むにつれて小さくなっている。そのため、図７（ｂ）の破線６１３で示すように、従来制御時の劣化速度dSOHR/dtは使用時間に応じて減少する。なお、図７（ｃ）の破線６１５で示すように、従来制御時の上限温度T_limitは初期値のT_{limit 1}から変化しない。

一方、本発明適用時は、図７（ｂ）の実線６１４で示す劣化速度dSOHR/dtが時刻t_{1_2}において所定の閾値A₁を下回ると、タイミング決定部５０４から出力されるフラグ値が１から２に変化する。そのため、図７（ｃ）の実線６１６で示すように、上限温度設定部５０５の処理により、時刻t_{1_2}において上限温度T_limitがT_{limit 1}からそれよりも高いT_{limit 2}へと変化する。その結果、図７（ａ）、（ｂ）の実線６１２、６１４でそれぞれ示すように、内部抵抗増加量SOHRと劣化速度dSOHR/dtの傾向は、時刻t_{1_2}以前と時刻t_{1_2}以降とでそれぞれ変化する。その後、劣化速度dSOHR/dtが所定の閾値A₂を上回っている間は、タイミング決定部５０４から出力されるフラグ値が２に維持される。

図７（ｂ）の実線６１４で示す劣化速度dSOHR/dtが時刻t_{2_3}において閾値A₂を下回ると、タイミング決定部５０４から出力されるフラグ値が２から３に変化する。そのため、図７（ｃ）の実線６１６で示すように、上限温度設定部５０５の処理により、時刻t_{2_3}において上限温度T_limitがT_{limit 2}からそれよりも高いT_{limit 3}へと変化する。このときも時刻t_{1_2}と同様に、内部抵抗増加量SOHRと劣化速度dSOHR/dtの傾向は、時刻t_{2_3}以前と時刻t_{2_3}以降とでそれぞれ変化する。その後は、組電池１０１の運用終了時（ＥＯＬ）まで、上限温度T_limitがT_{limit 3}に維持される。

本実施形態の電池管理装置１０２によれば、以上説明したような処理により、劣化速度dSOHR/dtの減少に伴って上限温度T_limitを段階的に上昇させることができる。

図８は、本発明の第１の実施形態に係る電池管理装置１０２による効果を説明する図である。図８（ａ）は、本発明適用時と従来制御時のそれぞれにおいて利用可能な充放電電流の最大値I_{available max}の変化の様子を示している。図８（ａ）において、横軸は図７の各グラフと同様に、組電池１０１の運用開始時（ＢＯＬ）から運用終了時（ＥＯＬ）までの年単位のシステム使用時間を表している。一方、図８（ａ）の縦軸は、充放電電流の最大値I_{available max}の絶対値を表している。図８（ａ）では、従来制御時と本発明適用時の充放電電流の最大値I_{available max}の絶対値を、破線６１７、実線６１８にそれぞれ示している。なお、充放電電流の最大値I_{available max}は、電流制限値算出部５０２により上限温度T_limitに応じて算出される充放電電流の許容値I_limitと対応している。また、図８（ｂ）は上限温度T_limitの変化の様子を表しており、これは図７（ｃ）で示したものと同一である。

従来制御時は、図８（ｂ）の破線６１５で示すように、上限温度T_limitは初期値のT_{limit 1}のままで変化しない。そのため、組電池１０１の内部抵抗Rは時間の経過に応じて上昇し続け、それに応じて充放電時の組電池１０１の発熱量も増加し続ける。したがって、図８（ａ）の破線６１７で示すように、組電池１０１の使用時間が進むにつれて、充放電電流の最大値I_{available max}の絶対値が低下する。

一方、本発明適用時は、図８（ｂ）の実線６１６で示すように、上限温度T_limitが時刻t_{1_2}および時刻t_{2_3}において段階的に上昇する。したがって、図８（ａ）の実線６１８で示すように、時刻t_{1_2}以降では、従来制御時と比べて充放電電流の最大値I_{available max}の絶対値が大きくなる。なお、時刻t_{2_3}以降では、従来制御時との差がさらに大きくなる。

本実施形態の電池管理装置１０２によれば、以上説明したように、劣化速度dSOHR/dtの減少に伴って上限温度T_limitを段階的に上昇させることで、従来制御時と比べて充放電電流の最大値I_{available max}の絶対値を大きくすることができる。したがって、電力貯蔵システム１の利用率を上昇させることができる。その結果、例えばハイブリッド自動車に適用した場合には、燃料消費量を大幅に低減することが可能となる。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電池管理装置１０２は、充放電可能な組電池１０１を管理する装置であって、組電池１０１の劣化度を表す内部抵抗増加量SOHRを算出する電池状態算出部５０１と、内部抵抗増加量SOHRに基づいて組電池１０１の劣化速度dSOHR/dtを算出する劣化速度算出部５０３と、劣化速度dSOHR/dtに基づいて組電池１０１の上限温度T_limitを設定する上限温度設定部５０５とを備える。上限温度設定部５０５は、劣化速度dSOHR/dtの減少に伴って上限温度T_limitを上昇させる。このようにしたので、組電池１０１の劣化状態に応じて組電池１０１の上限温度T_limitを適切に調節することができる。

（２）電池管理装置１０２は、劣化速度dSOHR/dtに基づいて上限温度T_limitを上昇させるタイミングを決定するタイミング決定部５０４を備える。上限温度設定部５０５は、タイミング決定部５０４により決定されたタイミングに従って上限温度T_limitを段階的に上昇させる。このようにしたので、劣化速度dSOHR/dtに応じて上限温度T_limitを適切なタイミングで上昇させることができる。

（３）タイミング決定部５０４は、劣化速度dSOHR/dtおよび現在の上限温度T_limitに基づいて上限温度T_limitを上昇させるタイミングを決定する。このようにしたので、上限温度T_limitを段階的に上昇させる際のタイミングを適切に決定することができる。

（４）タイミング決定部５０４は、例えば図６のような条件テーブル６１０を用いて、劣化速度dSOHR/dtと上限温度T_limitの値ごとに予め設定された劣化速度条件とを比較し、その比較結果に基づいて上限温度T_limitを上昇させるタイミングを決定する。このようにしたので、上限温度T_limitを上昇させるタイミングを容易に決定することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、電池管理装置１０２が行う上限温度設定処理の別形態について説明する。なお、本実施形態に係る電力貯蔵システムの構成は、第１の実施形態で説明した図１の電力貯蔵システム（ＢＥＳＳ）１と同様であるため、説明を省略する。

図９は、本発明の第２の実施形態に係る上限温度設定処理および許容電流算出処理に関する電池管理装置１０２の機能ブロックを示す図である。本実施形態の電池管理装置１０２は、電池状態算出部５０１、電流制限値算出部５０２、劣化速度算出部５０３、上限温度算出部５０６および上限温度設定部５０５の各機能ブロックを有する。これらの機能ブロックは、たとえば所定のプログラムをコンピュータで実行することにより実現される。

図９の電池状態算出部５０１、電流制限値算出部５０２および劣化速度算出部５０３は、第１の実施形態で説明した図２の電池管理装置１０２におけるものとそれぞれ同様である。そのため以下では、図２のタイミング決定部５０４に替えて設けられた図９の上限温度算出部５０６と、これに対応する上限温度設定部５０５の動作について主に説明し、図９の他の機能ブロックの説明を省略する。

上限温度算出部５０６は、劣化速度算出部５０３で算出された組電池１０１の劣化速度dSOHR/dtを取得する。そして、取得した劣化速度dSOHR/dtに基づいて、組電池１０１の上限温度T_limitに対する設定値を表す上限温度値T_{limit_value}を算出し、上限温度設定部５０５に出力する。上限温度設定部５０５は、この上限温度値T_{limit_value}に基づいて、上限温度T_limitの値を連続的に変化させる。

上限温度算出部５０６は、例えば以下の式（１）に示す関数を用いて、劣化速度dSOHR/dtから時刻ｔにおける上限温度値T_{limit_value}(t)を直接的に算出する。
T_{limit_value}(t) = f(x₁(t), …, x_p(t)) ・・・（１）

式（１）の関数において、引数x₁(t), …, x_p(t)は組電池１０１の劣化速度情報をそれぞれ表している。本実施形態では、引数を一つとし、組電池１０１の劣化速度として算出される内部抵抗増加量SOHRの時間微分値dSOHR/dtが、この引数に該当する例を説明する。なお、式（１）の引数の数は一つに限らず、任意に設定することができる。また、式（１）で表される関数は、引数の値が小さくなるほど、すなわち組電池１０１の劣化が進むことで劣化速度が低下するほど、上限温度値T_{limit_value}(t)の値が大きくなるような特徴を有している。この関数は、例えば様々な温度条件で取得した各種の実験データ等に基づいて予め設定されたものが上限温度算出部５０６において記憶されている。

図１０は、本発明の第２の実施形態に係る電池管理装置１０２による内部抵抗増加量SOHR、劣化速度dSOHR/dtおよび上限温度T_limitの変化の様子を示す図である。図１０では、本実施形態の電池管理装置１０２を適用した場合（以下、「本発明適用時」という）について、電力貯蔵システム１の使用時間に応じた内部抵抗増加量SOHR、劣化速度dSOHR/dtおよび上限温度T_limitの変化の様子を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のグラフでそれぞれ示している。なお、図１０（ａ）～（ｃ）の各グラフでは、第１の実施形態で説明した図７（ａ）～（ｃ）の各グラフと同様に、比較例として、上限温度T_limitを一定の値で変化させない従来制御時の場合についても併せて示している。

図１０（ａ）～（ｃ）の各グラフにおける横軸と縦軸は、第１の実施形態で説明した図７（ａ）～（ｃ）の各グラフのものとそれぞれ同様である。図１０（ａ）では、従来制御時と本発明適用時の内部抵抗増加量SOHRを、破線６１１、実線６１９にそれぞれ示している。図１０（ｂ）では、従来制御時と本発明適用時の劣化速度dSOHR/dtを、破線６１３、実線６２０にそれぞれ示している。図１０（ｃ）では、従来制御時と本発明適用時の上限温度T_limitを、破線６１５、実線６２１にそれぞれ示している。

本発明適用時は、図１０（ｂ）の実線６２０で示す劣化速度dSOHR/dtが使用時間の経過に応じて低下するにつれて、図１０（ｃ）の実線６２１で示すように、上限温度T_limitが連続的に増加する。すなわち、前述のような特徴を有する式（１）の関数を用いて計算される上限温度値T_{limit_value}に従って、劣化速度dSOHR/dtが低下するほど上限温度T_limitが高くなるように、上限温度T_limitが連続的に変化する。その結果、図１０（ａ）、（ｂ）の実線６１９、６２０でそれぞれ示すように、内部抵抗増加量SOHRと劣化速度dSOHR/dtは、使用時間が進むほど従来制御時との差が大きくなる。

本実施形態の電池管理装置１０２によれば、以上説明したような処理により、劣化速度dSOHR/dtの減少に伴って上限温度T_limitを連続的に上昇させることができる。

図１１は、本発明の第２の実施形態に係る電池管理装置１０２による効果を説明する図である。図１１（ａ）は、本発明適用時と従来制御時のそれぞれにおいて利用可能な充放電電流の最大値I_{available max}の変化の様子を示している。図１１（ａ）、（ｂ）の各グラフにおける横軸と縦軸は、第１の実施形態で説明した図８（ａ）、（ｂ）の各グラフのものとそれぞれ同様である。図１１（ａ）では、従来制御時と本発明適用時の充放電電流の最大値I_{available max}の絶対値を、破線６１７、実線６２２にそれぞれ示している。また、図１１（ｂ）は上限温度T_limitの変化の様子を表しており、これは図１０（ｃ）で示したものと同一である。

本発明適用時は、図１１（ｂ）の実線６２１で示すように、使用時間の経過に応じて上限温度T_limitが連続的に上昇する。したがって、図１１（ａ）の実線６２２で示すように、従来制御時と比べて充放電電流の最大値I_{available max}の絶対値が次第に大きくなる。

本実施形態の電池管理装置１０２によれば、以上説明したように、劣化速度dSOHR/dtの減少に伴って上限温度T_limitを連続的に上昇させることで、従来制御時と比べて充放電電流の最大値I_{available max}の絶対値を大きくすることができる。したがって、電力貯蔵システム１の利用率を上昇させることができる。その結果、例えばハイブリッド自動車に適用した場合には、燃料消費量を大幅に低減することが可能となる。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した（１）の作用効果に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。

（５）電池管理装置１０２は、劣化速度dSOHR/dtに基づいて上限温度T_limitの値を表す上限温度値T_{limit_value}を算出する上限温度算出部５０６を備える。上限温度設定部５０５は、上限温度算出部５０６により算出された上限温度値T_{limit_value}に基づいて上限温度T_limitを上昇させる。このようにしたので、劣化速度dSOHR/dtに応じて上限温度T_limitを連続的に上昇させることができる。

（６）上限温度算出部５０６は、予め設定された前述の式（１）の関数を用いて上限温度値T_{limit_value}を算出する。このようにしたので、適切な上限温度値T_{limit_value}を容易に算出することができる。

（変形例）
なお、以上説明した第１および第２の実施形態では、劣化速度算出部５０３において、内部抵抗増加量SOHRの時間微分値dSOHR/dtのみを組電池１０１の劣化速度として算出する例を説明したが、他の劣化速度情報を組電池１０１の劣化速度として算出してもよい。例えば、内部抵抗増加量SOHRの時間微分値dSOHR/dtに加えて、充電容量減少量SOHQの時間微分値dSOHQ/dtを組電池１０１の劣化速度として算出することができる。

図１２は、変形例による劣化速度算出部５０３の機能ブロックを示す図である。劣化速度算出部５０３は、内部抵抗増加量SOHRに対応する記憶部６０７ａ、平滑フィルタ６０８ａおよび微分演算部６０９ａと、充電容量減少量SOHQに対応する記憶部６０７ｂ、平滑フィルタ６０８ｂおよび微分演算部６０９ｂとを備える。

図１２において、記憶部６０７ａ、平滑フィルタ６０８ａおよび微分演算部６０９ａは、電流制限値算出部５０２から取得した内部抵抗増加量SOHRに対して、図５で説明したのとそれぞれ同様の処理を行う。これにより、組電池１０１の劣化速度情報の一つとして、内部抵抗増加量SOHRの時間微分値dSOHR/dtが算出される。また、記憶部６０７ｂ、平滑フィルタ６０８ｂおよび微分演算部６０９ｂは、電流制限値算出部５０２から取得した充電容量減少量SOHQに対して、記憶部６０７ａ、平滑フィルタ６０８ａおよび微分演算部６０９ａとそれぞれ同様の処理を行う。これにより、組電池１０１の劣化速度情報の一つとして、充電容量減少量SOHQの時間微分値dSOHQ/dtが算出される。

第１の実施形態において上記の変形例を適用した場合、タイミング決定部５０４では、劣化速度算出部５０３によりそれぞれ算出された劣化速度dSOHR/dt、dSOHQ/dtに基づいて、上限温度T_limitを上昇させるタイミングを決定する。この場合、図６に示した条件テーブル６１０には、前述の劣化速度dSOHR/dtの条件に加えて、劣化速度dSOHQ/dtの条件がさらに設定される。そして、劣化速度dSOHR/dt、dSOHQ/dtがそれぞれの条件を満たすか否かを判定し、その判定結果に応じてフラグ値を変化させることで、上限温度設定部５０５により設定される上限温度T_limitの値を段階的に変化させる。

また、第２の実施形態において上記の変形例を適用した場合、上限温度算出部５０６では、劣化速度算出部５０３によりそれぞれ算出された劣化速度dSOHR/dt、dSOHQ/dtに基づいて、上限温度値T_{limit_value}を算出する。この場合、前述の式（１）で表される関数の引数に劣化速度dSOHR/dt、dSOHQ/dtをそれぞれ用いることで、劣化速度dSOHR/dt、dSOHQ/dtから時刻ｔにおける上限温度値T_{limit_value}(t)を直接的に算出し、上限温度設定部５０５により設定される上限温度T_limitの値を連続的に変化させる。

なお、上記の変形例では、内部抵抗増加量SOHRの時間微分値dSOHR/dtに加えて、充電容量減少量SOHQの時間微分値dSOHQ/dtを組電池１０１の劣化速度情報として用いる例を説明したが、さらに別の劣化速度情報を用いてもよい。また、こうした複数種類の劣化速度情報に対してそれぞれ重み付け係数を設定して重み付け加算することにより、複数種類の劣化速度情報を統合した劣化速度情報を算出し、これを用いて上限温度T_limitの値を変化させてもよい。

以上説明した本発明の変形例によれば、第１および第２の実施形態で説明した（１）～（６）の作用効果に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。

（７）電池状態算出部５０１は、組電池１０１の劣化度を複数種類（充電容量減少量SOHQおよび内部抵抗増加量SOHR）算出する。劣化速度算出部５０３は、電池状態算出部５０１が算出した複数種類の劣化度について劣化速度をそれぞれ算出する（内部抵抗増加量SOHRの時間微分値dSOHR/dtおよび充電容量減少量SOHQの時間微分値dSOHQ/dt）。上限温度設定部５０５は、劣化速度算出部５０３が算出した複数種類の劣化速度dSOHR/dt、dSOHQ/dtを用いて上限温度T_limitを設定する。このようにしたので、組電池１０１の劣化状態をより詳細に反映して上限温度T_limitを変化させることができる。

（８）上記の複数種類の劣化度は、組電池１０１の内部抵抗増加量SOHRおよび組電池１０１の充電容量減少量SOHQを少なくとも含むことができる。このようにすれば、組電池１０１の劣化状態を適切に表す劣化度とすることができる。

なお、上記実施形態では、自然冷却方式の電力貯蔵システムにおける適用例を説明したが、冷却ファンや水冷ヒートシンク等の冷却装置を用いて組電池１０１を冷却する強制冷却方式の電力貯蔵システムにおいても、本発明を同様に適用可能である。

以上説明した実施形態や各種の変化例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。例えば、第１の実施形態で説明した段階的な上限温度T_limitの変化と、第２の実施形態で説明した連続的な上限温度T_limitの変化とを組み合わせて、組電池１０１の劣化速度に応じた上限温度T_limitの調節を行うこととしてもよい。また、第２の実施形態において、所定の劣化速度になるまでは上限温度T_limitを一定値に維持し、その後に式（１）のような関数を用いて上限温度値T_{limit_value}を算出することで、組電池１０１の劣化速度に応じた上限温度T_limitの調節を行うこととしてもよい。

さらに、内部抵抗増加量SOHRの時間微分値dSOHR/dtや、充電容量減少量SOHQの時間微分値dSOHQ/dtのように、組電池１０１の劣化速度を直接表すものの代わりに、組電池１０１の劣化速度を間接的に表す情報を劣化速度情報として用いて、上限温度T_limitの調節を行ってもよい。例えば、組電池１０１のこれまでの出力電力量の合計値や、車両の合計走行距離および合計駐車時間（車両に搭載される電力貯蔵システムの場合）、アンシラリーサービスの合計提供時間（送電網に接続される電力貯蔵システムの場合）などを、組電池１０１の劣化速度情報として用いることができる。なお、その場合には、劣化速度情報の種類に応じて適切な条件や関数が必要となる。

本発明は上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１ 電力貯蔵システム（ＢＥＳＳ）
２ インバータ
３ 負荷
４ 上位コントローラ
１０１ 組電池
１０２ 電池管理装置
１０３ 電流センサ
１０４ セルコントローラ
１０５ 電圧センサ
１０６ 温度センサ
１０７ リレー
５０１ 電池状態算出部
５０２ 電流制限値算出部
５０３ 劣化速度算出部
５０４ タイミング決定部
５０５ 上限温度設定部
５０６ 上限温度算出部
６０１ 電池モデル部
６０２ 劣化状態検出部
６０３ 開放電圧源
６０４ 内部抵抗
６０５ 分極容量
６０６ 分極抵抗
６０７ 記憶部
６０８ 平滑フィルタ
６０９ 微分演算部
６１０ 条件テーブル

Claims (10)

1. 充放電可能な電池を管理する電池管理装置であって、
   前記電池の劣化度を算出する電池状態算出部と、
   前記劣化度に基づいて前記電池の劣化速度を算出する劣化速度算出部と、
   前記劣化速度に基づいて前記電池の上限温度を設定する上限温度設定部と、
   前記劣化速度と前記上限温度の値ごとに予め設定された劣化速度条件とを比較し、その比較結果に基づいて前記上限温度を上昇させるタイミングを決定するタイミング決定部と、
   を備え、
   前記上限温度設定部は、前記劣化速度の減少に伴って、前記タイミング決定部により決定された前記タイミングに従い、前記上限温度を段階的に上昇させる、
   電池管理装置。
2. 請求項１記載の電池管理装置において、
   前記電池状態算出部は、前記電池の劣化度を複数種類算出し、
   前記劣化速度算出部は、前記電池状態算出部が算出した複数種類の前記劣化度について前記劣化速度をそれぞれ算出し、
   前記上限温度設定部は、前記劣化速度算出部が算出した複数種類の前記劣化速度を用いて前記上限温度を設定する電池管理装置。
3. 充放電可能な電池を管理する電池管理装置であって、
   前記電池の劣化度を算出する電池状態算出部と、
   前記劣化度に基づいて前記電池の劣化速度を算出する劣化速度算出部と、
   前記劣化速度に基づいて前記電池の上限温度を設定する上限温度設定部であって、前記劣化速度の減少に伴って前記上限温度を上昇させる上限温度設定部と、
   を備え、
   前記電池状態算出部は、前記電池の劣化度を複数種類算出し、
   前記劣化速度算出部は、前記電池状態算出部が算出した複数種類の前記劣化度について前記劣化速度をそれぞれ算出し、
   前記上限温度設定部は、前記劣化速度算出部が算出した複数種類の前記劣化速度を用いて前記上限温度を設定する電池管理装置。
4. 請求項２又は３に記載の電池管理装置において、
   複数種類の前記劣化度は、前記電池の内部抵抗増加量および前記電池の充電容量減少量を少なくとも含む電池管理装置。
5. コンピュータが充放電可能な電池を管理する方法であって、
   前記電池の劣化度を算出する劣化度算出ステップと、
   算出した前記劣化度に基づいて前記電池の劣化速度を算出する劣化速度算出ステップと、
   算出した前記劣化速度に基づいて前記電池の上限温度を設定する上限温度設定ステップと、
   前記劣化速度と前記上限温度の値ごとに予め設定された劣化速度条件とを比較し、その比較結果に基づいて前記上限温度を上昇させるタイミングを決定するタイミング決定ステップと、
   を備え、
   前記上限温度設定ステップは、前記劣化速度の減少に伴って、前記決定された前記タイミングに従い、前記上限温度を段階的に上昇させることを含む、
   電池管理方法。
6. コンピュータが充放電可能な電池を管理するための方法であって、
   前記電池の劣化度を算出する劣化度算出ステップと、
   算出した前記劣化度に基づいて前記電池の劣化速度を算出する劣化速度算出ステップと、
   算出した前記劣化速度に基づいて前記電池の上限温度を設定するステップであって、前記劣化速度の減少に伴って前記上限温度を上昇させる上限温度設定ステップと、
   を備え、
   前記劣化度算出ステップは、前記劣化度を複数種類算出することを含み、
   前記劣化速度算出ステップは、前記複数種類算出された劣化度それぞれについて前記劣化速度を算出することを含み、
   前記上限温度設定ステップは、算出した前記複数種類の前記劣化速度を用いて前記上限温度を設定することを含む、
   電池管理方法。
7. 充放電可能な電池を管理する電池管理装置と、
   充放電可能な電池と、
   前記電池管理装置により上昇された前記電池の上限温度に従って設定された前記電池の充放電電流の許容値に基づいて、前記電池の充放電を行う充放電装置と、
   を備える電力貯蔵システムであって、
   前記電池管理装置は、
   前記電池の劣化度を算出する電池状態算出部と、
   前記劣化度に基づいて前記電池の劣化速度を算出する劣化速度算出部と、
   前記劣化速度に基づいて前記電池の上限温度を設定する上限温度設定部と、
   前記劣化速度と前記上限温度の値ごとに予め設定された劣化速度条件とを比較し、その比較結果に基づいて前記上限温度を上昇させるタイミングを決定するタイミング決定部と、
   を備え、
   前記上限温度設定部は、前記劣化速度の減少に伴って、前記タイミング決定部により決定された前記タイミングに従い、前記上限温度を段階的に上昇させる、
   電力貯蔵システム。
8. 請求項７記載の電力貯蔵システムにおいて、
   前記電池状態算出部は、前記電池の劣化度を複数種類算出し、
   前記劣化速度算出部は、前記電池状態算出部が算出した複数種類の前記劣化度について前記劣化速度をそれぞれ算出し、
   前記上限温度設定部は、前記劣化速度算出部が算出した複数種類の前記劣化速度を用いて前記上限温度を設定する電力貯蔵システム。
9. 充放電可能な電池を管理する電池管理装置と、
   充放電可能な電池と、
   前記電池管理装置により上昇された前記電池の上限温度に従って設定された前記電池の充放電電流の許容値に基づいて、前記電池の充放電を行う充放電装置と、
   を備える電力貯蔵システムであって、
   前記電池管理装置は、
   前記電池の劣化度を算出する電池状態算出部と、
   前記劣化度に基づいて前記電池の劣化速度を算出する劣化速度算出部と、
   前記劣化速度に基づいて前記電池の上限温度を設定する上限温度設定部であって、前記劣化速度の減少に伴って前記上限温度を上昇させる上限温度設定部と、
   を備え、
   前記電池状態算出部は、前記電池の劣化度を複数種類算出し、
   前記劣化速度算出部は、前記電池状態算出部が算出した複数種類の前記劣化度について前記劣化速度をそれぞれ算出し、
   前記上限温度設定部は、前記劣化速度算出部が算出した複数種類の前記劣化速度を用いて前記上限温度を設定する、
   電力貯蔵システム。
10. 請求項８又は９に記載の電池貯蔵システムにおいて、
    複数種類の前記劣化度は、前記電池の内部抵抗増加量および前記電池の充電容量減少量を少なくとも含む電力貯蔵システム。

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