JP2013042598A

JP2013042598A - 充放電制御装置

Info

Publication number: JP2013042598A
Application number: JP2011178002A
Authority: JP
Inventors: Soichi Sakai; 総一酒井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2013-02-28

Abstract

【課題】蓄電装置のための充放電制御装置において、蓄電装置の内部抵抗を考慮し、蓄電装置の過充電、過放電を防止しながら、目標ＳＯＣに近づける充放電を可能にすることである。
【解決手段】充放電制御装置５２の開放端電圧推定部６８は、充放電中の蓄電池３４の電流Ｉの値と、端子間電圧Ｖの値を用い、蓄電池３４の内部抵抗の値をｒとして、ＶＯＣ＝Ｖ−Ｉｒの関係式から蓄電池３４の開放端電圧ＶＯＣを推定し、残容量推定部７０は、予め求めたＳＯＣとＶＯＣの間の関係式に基づいて、充放電中の蓄電池３４のＳＯＣを推定する。設定変更部７４は、推定されたＳＯＣと、目標ＳＯＣとの間の偏差であるΔＳＯＣ＝｛目標ＳＯＣ−推定ＳＯＣ）の絶対値｝が小さくなるにつれて、充放電電力値が小さくなるように、充放電電力値の設定を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充放電制御装置に係り、特に、蓄電装置の充電状態指標に基づいて充放電制御を行う蓄電装置のための充放電制御装置に関する。

蓄電装置は充放電可能であるが、これ以上充電できない限度である充電上限と、これ以上放電できない限度である放電限界がある。蓄電装置を効率よく利用するには、できるだけ充電限界に近いところまで充電し、できるだけ放電限界に近いところまで放電することが好ましい。

例えば、特許文献１には、蓄電池の充放電方法として、電流設定値に従って定電流充電し、電池電圧が電圧設定値に到達した時点で、定電圧充電に切替える方法が用いられることを述べている。ここでは、多直列状態の蓄電池を充電中に、単電池毎、あるいは複数個の電池ブロック毎に、電池電圧を検出し、検出した各電池電圧のいずれかが所定の上限値に到達した時点で、その時点の全体電圧値で定電圧充電することが開示されている。

また、特許文献２には、電池の残容量検出方法としては、電池電流および電池電圧を検出し、検出された電池電流の積算に基づいて電池の残容量を演算する第１の方法と、電池電圧に基づいて電池の残容量を演算する第２の方法とがあることを述べている。そして、電池容量が高くなる領域と低くなる領域では、第２の方法の重みづけを大きくし、それ以外の領域では第１の方法の重みづけを大きくすることを開示している。

特開２００２−１５２９８４号公報特開２００６−１１２７８６号公報

蓄電装置に対する充電が充電限界を超すと過充電となり、放電限界を超すと過放電となり、いずれも蓄電装置に損傷を与えることがある。したがって、蓄電装置の充放電は、現在の充電状態を把握して、そこからの充放電が充電限界と放電限界を超えないように制御が行われる。蓄電装置の現在の充電状態を示す指標として、ＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）が用いられる。

ところで、蓄電装置の内部抵抗は、蓄電装置が充放電を繰り返すうちに経時変化する。また、蓄電装置を使用する温度条件によっても内部抵抗は変化する。内部抵抗の変化は、実際のＳＯＣの値と、推定されたＳＯＣの値との間に誤差を生じさせる場合がある。この誤差により、所定のＳＯＣまで充放電しようとする場合に、所定のＳＯＣまで充放電できない場合がある。場合によっては、蓄電装置の過充電、過放電が生じ得る。

本発明の目的は、蓄電装置の過充電、過放電を防止しながら、目標とするＳＯＣに近づけるような充放電を可能にする充放電制御装置を提供することである。

本発明に係る充放電制御装置は、蓄電装置の充電電流および放電電流の電流値を取得する電流値取得部と、蓄電装置の端子間電圧の電圧値を取得する電圧値取得部と、蓄電装置の内部抵抗の値を記憶する第１記憶部と、電流値取得部によって取得された電流値と、電圧値取得部によって取得された電圧値と、内部抵抗の値より、蓄電装置の開放端電圧を推定する開放端電圧推定部と、開放端電圧と蓄電装置のＳＯＣとの関係について予め作成された相関関係を記憶する第２記憶部と、開放端電圧推定部により推定された開放端電圧を相関関係に対応させることにより、蓄電装置のＳＯＣを推定する残容量推定部と、目標ＳＯＣと残容量推定部により推定されたＳＯＣとの差である偏差を算出する偏差算出部と、偏差算出部によって算出された偏差に応じて、充電電力値または放電電力値の設定を変更する設定変更部と、を備える。

上記構成により、蓄電装置の内部抵抗の値ｒが経時変化等によって初期値から変化した場合でも、蓄電装置の過充電、過放電を防止しながら、目標ＳＯＣに近づける充放電が可能になる。

本発明に係る実施形態の充放電制御装置を含む蓄電池集合体の充放電制御システムの構成図である。蓄電装置の開放端電圧ＶＯＣとＳＯＣの相関関係図である。本発明に係る実施形態の充放電制御装置の知見の元となったもので、蓄電装置の内部抵抗と充電電流とによるＳＯＣの変化のデータである。図３と同様に、本発明に係る実施形態の充放電制御装置の知見の元となったもので、蓄電装置の内部抵抗と放電電流とによるＳＯＣの変化のデータである。本発明に係る実施形態の充放電制御装置における充放電設定変更の例を示す図である。図６とは別の充放電設定変更の例を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、蓄電池としてリチウムイオン二次電池を説明するが、これ以外の二次電池であってもよい。例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等であってもよい。

以下では、充放電制御システムの制御対象として、５つの蓄電池を直列接続した組電池をさらに４つ並列接続して構成される蓄電池集合体を述べるが、これは説明のため例示である。組電池、蓄電池集合体とするのは、負荷の必要電力に対応するための電圧と電流とを得るためである。したがって、蓄電池集合体を構成する組電池の数、組電池を構成する蓄電池の数等は、充放電制御システムの仕様に応じ適宜なものとできる。場合によっては、以下で説明する蓄電池集合体をさらに複数組み合わせた蓄電池集合体システムとしてもよい。

以下では、ＳＯＣを推定する対象の蓄電装置として、蓄電池を説明するが、これ以外の構成の蓄電装置であってもよい。すなわち、ＳＯＣを推定する蓄電装置としては、動作中における電流と端子間電圧を用いてＳＯＣを推定するものであればよい。例えば１つの組電池のＳＯＣを推定するものとしてもよく、組電池を複数組み合わせた蓄電池集合体のＳＯＣを推定するものとしてもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、蓄電池集合体の充放電制御システム１０の構成を示す図である。蓄電池集合体の充放電制御システム１０は、複数の蓄電池３４を組み合わせた蓄電池集合体３０と、電源部１２と、負荷部１４との間の電力管理を通して、蓄電池集合体３０の最適な充放電制御を行うシステムである。ここで、充放電制御装置５２が、蓄電池３４のＳＯＣを推定する。そして、蓄電池３４が、充放電の目標とするＳＯＣに近づけるような充放電を行えるように、電力変換器１６が、充電電力値または放電電力値の設定を適切に変更する機能を有する。なお、充放電の目標とするＳＯＣを目標ＳＯＣという。

電源部１２は、外部商用電源、太陽光発電システム等を含む。外部商用電源は、単相または三相の交流電力源であり、例えば外部の電力会社から供給される。太陽光発電システムは、太陽光エネルギを直流電力に変換する光電変換システムである。負荷部１４は、例えば、工場の負荷であり、機械設備の他、一般照明、一般空調、厨房器具、サーバやＰＣ等の事務機器、工場内空調等を含む。

電力変換器１６は、充放電制御装置５２から送信される充放電指令の下で、電源部１２からの充電電力を蓄電池集合体３０へ供給し、あるいは、蓄電池集合体３０からの放電電力を負荷部１４へ供給する機能を有する。具体的には、充放電指令に基づいて、電源部１２の交流電力を蓄電池３４に充電するために直流電力へ電力変換し、または電源部１２の直流電力の電圧を蓄電池３４に適した電圧へ電圧変換し、あるいは蓄電池３４の電圧を負荷部１４に適した電圧へ電圧変換を行う。電力変換器１６は、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ等のコンバータで、実際に行われる変換の内容に応じて、用いられるコンバータの種類が選択される。

充放電メインバス１８は、電力変換器１６と蓄電池集合体３０を接続する電力バスである。蓄電池集合体３０は、スイッチ部２０を介して充放電メインバス１８に接続される。

蓄電池集合体３０は、負荷部１４への供給電力に応じて予め定められた個数の蓄電池３４を直列接続した組電池３２を、図１の例では、５つの蓄電池３４を直列接続して１つの組電池３２を形成し、その組電池３２を４列並列接続して、蓄電池集合体３０が構成されている。すなわち、蓄電池集合体３０は、２０個の蓄電池３４から構成される。なお、１つの蓄電池３４は、セルと呼ばれる３００個の単位蓄電池から構成される。

蓄電池３４のそれぞれの端子間電圧は、図示されていない電圧検出器によって検出される。各蓄電池３４の端子間電圧を合計すると、組電池３２としての端子間電圧となる。なお、後述する蓄電池３４の端子間電圧Ｖとは、複数の蓄電池３４の端子間電圧の平均値である。また、蓄電池３４の温度は、蓄電池温度として、図示されていない温度検出器によって検出される。また、蓄電池３４に流れる電流は、電池電流Ｉとして電流値取得部６０によって検出される。これらのデータは、サブコントローラ５６を経由して、充放電制御装置５２に伝送される。

スイッチ部２０は、蓄電池集合体３０と、充放電メインバス１８との間に配置される回路基板である。スイッチ部２０は、図１のように複数の組電池３２が相互に並列接続されるときに、並列接続された各組電池３２の間で電圧差があるときに、その電圧差のために各組電池３２の間に過大電流が流れることを防止し、かつ電圧差を解消するために設けられる。

スイッチ部２０の構成としては、並列接続される各組電池３２ごとに、各組電池３２と充放電メインバス１８との間に保護抵抗を直列接続するものが考えられる。これによって、並列接続された各組電池３２の間に電圧差があっても、その電圧差のために過大電流が流れることを抑制できる。また、保護抵抗を電流が流れることで、各組電池３２の間の電圧差が次第に解消する。そして、各保護抵抗には、それぞれ並列にスイッチが設けられる。各組電池３２の間の電圧差が次第に解消して、予め定めた閾値電圧差以下まで解消すると、このスイッチをオンして、保護抵抗を介さずに組電池３２を直接的に充放電メインバス１８に接続する。

各組電池３２の間の電圧差を監視してスイッチをオンオフするのは、サブコントローラ５６によって行われる。このように、サブコントローラ５６とスイッチ部２０との作用により、各組電池３２の間の電圧差がない状態で、図１の例では４つの組電池３２が共に充放電に寄与することになる。以下では、そのような状態であるものとして、説明を続ける。

サブコントローラ５６は、蓄電池集合体３０を構成する各蓄電池３４の電池電流に関するデータと、各蓄電池３４の端子間電圧と、各蓄電池３４の温度に関するデータを取得し、充放電制御装置５２に伝送する機能を有する。また、サブコントローラ５６は、上記のように、各組電池３２を構成する５つの蓄電池３４の端子間電圧から、各組電池３２の端子間電圧Ｖを算出して監視し、スイッチ部２０のスイッチをオンオフする機能を有する。

図１におけるシステムコントローラ５０は、電源部１２の供給電力に関するデータと、負荷部１４の負荷電力に関するデータと、蓄電池集合体３０のＳＯＣや充放電電力等の蓄電池電力に関するデータとに基づいて、蓄電池集合体３０の充放電制御を行うための充放電制御指令を生成する。生成された充放電制御指令は、充放電制御装置５２に伝送される。なお、充放電制御指令には、目標ＳＯＣに関する情報も含まれる。

充放電制御装置５２は、各蓄電池３４について、電池電流に関するデータを取得する電流値取得部６０と、端子間電圧を取得する電圧値取得部６２と、温度に関するデータを取得する温度取得部６４を備える。また、システムコントローラ５０からの充放電制御指令を受け取る受信部と、電力変換器１６に充放電指令を送信する送信部を含む送受信部６６を備える。

充放電制御装置５２の受信部は、システムコントローラ５０から充放電制御指令を受け取る。そして、充放電制御装置５２は、充放電制御指令に基づいて、充放電指令を生成する。そして、充放電制御装置５２の送信部は、電力変換器１６に充放電指令を送信する。なお、充放電指令の内容には、設定変更部７４で設定変更された充電電力値または放電電力値に関する情報が含まれる。充放電制御装置５２は、コンピュータで構成することができる。もちろん、個別の制御回路を組み合わせて構成してもよい。

充放電制御装置５２は、開放端電圧推定部６８と、残容量推定部７０と、偏差算出部７２と、設定変更部７４を含んで構成される。また、充放電制御装置５２に含まれ、あるいは接続される記憶部５４には、蓄電池３４の内部抵抗の値ｒに関する内部抵抗ファイル７６、開放端電圧ＶＯＣとＳＯＣとの関係を示す相関関係図に関する相関関係図ファイル７８が記憶される。

開放端電圧推定部６８は、電流値取得部６０によって取得された電流値と、電圧値取得部６２によって取得された電圧値と、記憶部５４に記憶される蓄電池３４の内部抵抗の値より、蓄電池３４の開放端電圧を推定する。残容量推定部７０は、記憶部５４に記憶される相関関係図を用いて、開放端電圧推定部６８により推定された開放端電圧ＶＯＣからＳＯＣを推定する。偏差算出部７２は、目標ＳＯＣと、残容量推定部７０により推定されたＳＯＣとの差である偏差を算出する。設定変更部７４は、偏差算出部７２によって算出された偏差に応じて、充電電力値または放電電力値の設定を変更する。設定変更部７４が、偏差に応じて充電電力値や放電電力値の設定を変更するために、設定変更に関するデータ、例えば、後述する図５や図６に関するデータは、予め設定変更部７４の内部メモリや記憶部５４等に記憶される。これらの機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、充放電制御プログラムを実行することで、これらの機能を実現できる。なお、これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

ここで、蓄電池３４の充電状態を示す指標であるＳＯＣについて述べる。ＳＯＣは、蓄電池３４の現在の充電状態を示す指標である。蓄電池３４の電池容量は、電力×時間の電力時間積で示すことができる。蓄電池３４の充電限界のときの容量から放電限界のときの容量を差し引いたものを満充電容量とし、現在の電池容量を満充電容量で除し、これを百分率（％）で示したものがＳＯＣである。したがって、蓄電池３４の充放電制御は、ＳＯＣが０％から１００％の間で余裕を持った範囲で行われる。すなわち、目標ＳＯＣは、ＳＯＣが０％から１００％までの範囲で設定される。蓄電池３４の寿命を考慮すると、浅い充放電深度で使用することが好ましく、例えば、ＳＯＣが４０％〜９０％の浅い充放電深度で蓄電池３４を使用する。そこで、目標ＳＯＣの下限値を４０％とし、目標ＳＯＣの上限値を９０％とすることができる。目標ＳＯＣは、予めシステムコントローラ５０の内部メモリや記憶部５４等に記憶される。

このように、蓄電池３４の充電状態は、蓄電池３４に蓄電されている電力時間積で示すことができる。したがって、充電状態を示す１つの方法は、蓄電池３４に出入りする電力量を時々刻々追跡して、蓄電池３４における電力時間積を逐次計算し、これに基づいてＳＯＣを算出する方法である。もう１つの方法は、蓄電池３４の開放端電圧ＶＯＣとＳＯＣとの相関関係を利用するものである。

図２は、蓄電池３４の開放端電圧ＶＯＣとＳＯＣの相関関係を示す図である。横軸は、蓄電池３４におけるＳＯＣである。縦軸は、それぞれのＳＯＣの状態である蓄電池３４のＶＯＣである。白丸が実験値、破線が近似特性線である。

ＶＯＣとＳＯＣの相関関係は、実験により求めることができる。すなわち、蓄電池の種類により、ＳＯＣが０％になる開放端電圧とＳＯＣが１００％になる開放端電圧が定まっている。リチウムイオン二次電池の場合、電圧が３．０ＶでＳＯＣがほぼ０％、４．０ＶでＳＯＣがほぼ１００％になる。また、ＳＯＣと開放端電圧とは、一次直線関係にあることが知られている。

そこで、リチウムイオン二次電池について、以下の手順で、ＶＯＣとＳＯＣの相関関係を求める。まず、１サイクル目の充電を行う。１サイクル目の充電は、５０ｍＡの電流で４時間、定電流充電を行った後、２００ｍＡの電流で電池電圧が４．２Ｖになるまで、定電流充電を行い、さらに、４．２Ｖの電圧で電流値が５０ｍＡとなるまで、定電圧充電を行う。

そして、１サイクル目の充電における充電開始から充電終了までの「電流×時間」の積算したものを求める。これがＳＯＣ１００％のときの容量（単位はＡｈ）である。

その後、２００ｍＡの電流で、ＳＯＣが９０％になるまで、つまり、満充電容量×１０％の放電を行って、そこで放電を停止する。停止後の開放端電圧ＶＯＣを測定する。同様に、ＳＯＣ８０％，７０％，６０％，・・・１０％になるまでの放電と、これらに対応する開放端電圧ＶＯＣの測定を繰り返す。そして、電池電圧が２．７５Ｖになったら、定電流放電を停止する。

そして、定電流放電により求められたＳＯＣと開放端電圧ＶＯＣとを用い、横軸にＳＯＣをとり、縦軸に開放端電圧ＶＯＣをとり、ＶＯＣとＳＯＣの一次直線関係を求める。図２は、このようにして求められた開放端電圧ＶＯＣとＳＯＣの相関関係を示す図である。求められた相関関係図は、相関関係図ファイル７８として、記憶部５４に記憶される。

図２を用いてＶＯＣからＳＯＣを推定することができるが、ＶＯＣは、蓄電池３４の開放端電圧であるので、動作中の蓄電池３４においてはＶＯＣを得ることは困難である。そこで、充放電中の蓄電池３４の電流Ｉの値と、充放電中の蓄電池３４の端子間電圧Ｖの値を用いると、蓄電池３４の内部抵抗をｒとして、蓄電池３４の開放端電圧ＶＯＣは、ＶＯＣ＝Ｖ−Ｉｒの関係式から計算することにより推定される。このようにして推定されたＶＯＣから、図２で示したＳＯＣとＶＯＣの相関関係図を用いて、充放電中の蓄電池３４のＳＯＣを推定する。なお、内部抵抗の値ｒは、所定の固定値であり、記憶部５４の内部抵抗ファイル７６に記憶される。内部抵抗の値ｒは、例えば、蓄電池３４の初期状態の内部抵抗の値とすることができる。

ＶＯＣの推定は、充放電制御装置５２の開放端電圧推定部６８の機能によって実行され、ＳＯＣの推定は、充放電制御装置５２の残容量推定部７０の機能によって実行される。具体的には、動作中の蓄電池３４の電流Ｉの値と端子間電圧Ｖを、サブコントローラ５６を経由して、充放電制御装置５２の電流値取得部６０、電圧値取得部６２が取得する。そして、取得された電流値Ｉと端子間電圧Ｖの値を用いて、ＶＯＣ＝Ｖ−Ｉｒの関係式を用
いてＶＯＣを推定する。次に図２の相関関係図を用いて、ＳＯＣを推定する。そして、推定されたＳＯＣと目標ＳＯＣとの間の偏差であるΔＳＯＣ＝｛（目標ＳＯＣ−推定ＳＯＣ）の絶対値｝をゼロに近づけるように、充放電制御が行われる。この充放電制御については後述する。

上記ＳＯＣの推定には、蓄電池３４の内部抵抗の値ｒが用いられる。ｒは所定の固定値であるが、実際には、蓄電池３４の内部抵抗は、蓄電池３４が充放電を繰り返すうちに、次第にその値が大きくなる。したがって、仮に、初期状態の内部抵抗の値を、ＶＯＣを推定する際の固定値として採用する場合、実際の内部抵抗の値が大きくなると、充電の場合には、推定されるＶＯＣの値よりも実際のＶＯＣの値は小さめの値になる。したがって、推定ＳＯＣは、実際のＳＯＣよりも大きめの値に推定される。放電の場合には、推定されるＶＯＣの値よりも実際のＶＯＣの値が大きめの値となる。したがって、推定ＳＯＣは、実際のＳＯＣよりも、小さめの値に推定される。

図３は、充電電流とＳＯＣの関係を示した図であり、横軸が充電電流、縦軸がＳＯＣである。開放端電圧ＶＯＣをＶＯＣ＝Ｖ−Ｉｒの関係式から求め、求められたＶＯＣを図２に示されるＳＯＣとＶＯＣの相関関係図に当てはめることにより、図３のＳＯＣを求めた。なお、ＶＯＣを求める際の内部抵抗としては、４０ｍΩ、６０ｍΩ、８０ｍΩを用いた。

図４は、放電電流とＳＯＣの関係を示した図であり、横軸が放電電流、縦軸がＳＯＣである。開放端電圧ＶＯＣをＶＯＣ＝Ｖ−Ｉｒの関係式から求め、求められたＶＯＣを図２に示されるＳＯＣとＶＯＣの相関関係図に当てはめることにより、図４のＳＯＣを求めた。なお、ＶＯＣを求める際の内部抵抗としては、４０ｍΩ、６０ｍΩ、８０ｍΩを用いた。

図３に示されるように、充電電流がより大きくなると、内部抵抗の値ｒの影響がより大きく現われる。図４に示されるように、放電電流がより大きくなると、内部抵抗の値ｒの影響がより大きく現われる。

前述したように、内部抵抗の値ｒを所定の固定値にした場合、実際の内部抵抗の値との差が生じ、推定ＳＯＣと実際のＳＯＣとの間でも差が生じる。しかしながら、図３、図４から理解できるように、ＳＯＣの推定において、内部抵抗の値ｒの影響を抑制するには、充放電電流をより小さくすればよい。充放電電力をより小さくすることで、ＶＯＣを求める際およびＳＯＣの推定における内部抵抗の値ｒの影響をより小さくできる。

したがって、ＶＯＣを求める際の内部抵抗を所定の固定値とすることにより、実際の内部抵抗の値と差が生じた場合でも、充放電電力値を小さくすることにより、内部抵抗に起因する推定ＳＯＣと実際のＳＯＣとの差分も小さくすることができる。

充放電制御装置５２の設定変更部７４は、図３、図４の知見を用い、ΔＳＯＣに応じて、充放電電力値の設定を変更する機能を有する。具体的には、ΔＳＯＣが小さくなるにつれて、充放電電力値を小さく設定する。これにより、推定ＳＯＣと実際のＳＯＣとの差分を小さくすることができる。なお、この設定変更は、内部抵抗の値の変動の大小、すなわち、推定ＳＯＣと実際のＳＯＣとの差分の大小にかかわらず行う。推定ＳＯＣと実際のＳＯＣとの差分の大小にかかわらず、推定ＳＯＣと実際のＳＯＣとの差分が生じていれば、充放電電力を小さくすることにより、この差分を緩和することができるためである。

図５は、充電制御における充電電力値の設定変更の１例を示す図である。横軸は充電開始の時間ｔ₀からの経過時間、縦軸は推定ＳＯＣの値である。ここでは、目標ＳＯＣがＳＯＣ_Tとして示されている。充電は、時間ｔ₀から充電電力値＝１Ａｋｗの定電力充電が実行される。時間経過とともに、推定ＳＯＣは次第に増加し、時間ｔ₁でΔＳＯＣ＝（目標ＳＯＣ−推定ＳＯＣ）＝１０％となる。そこで、ＳＯＣ＝（ＳＯＣ_T−１０％）となる時間ｔ₁において、充電電力値を１ＡｋＷから、０．５ＡｋＷに変更する。これによって、推定ＳＯＣの増加速度が小さくなる。図３からは、充電電力値を小さくすることで、内部抵抗の値ｒの影響が小さくなるので、推定ＳＯＣの誤差が小さくなる。

その後、ΔＳＯＣ＝（目標ＳＯＣ−推定ＳＯＣ）＝５％となると、ＳＯＣ＝（ＳＯＣ_T−５％）となる時間ｔ₂において、充電電力値を０．５ＡｋＷから、０．１ＡｋＷに変更する。これによって、推定ＳＯＣの増加速度がさらに小さくなる。図３からは、充電電力値をさらに小さくすることで、内部抵抗の値ｒの影響がさらに小さくなるので、推定ＳＯＣの誤差がさらに小さくなる。このように、ΔＳＯＣが小さくなるにつれて、充電電力値を小さい値に変更することで、推定ＳＯＣの誤差が小さくなる。これによって、実際のＳＯＣを目標ＳＯＣにより近づけることができる。

図５では、充電電力値の変更として、ΔＳＯＣが予め定めた変更閾値を超える値のときは予め定めた定電力充放電値に設定し、ΔＳＯＣが変更閾値以下となるときに、定電力充放電値に予め定めた低減係数を乗じた低電力充放電値に設定した。具体的には、変更閾値＝１０％として、ΔＳＯＣが１０％以下となると、低減係数０．５を乗じた。さらに、もう１段階の設定変更として、変更閾値＝５％として、ΔＳＯＣが５％以下となると、当初の定電力充電値に低減係数０．１を乗じた。なお、変更閾値は、推定ＳＯＣの誤差によって、蓄電池３４が過充電とならないように、図３で示される内部抵抗の値ｒの影響の大きさを考慮して設定することができる。

図６は、図５とは異なる設定変更の例を示す図である。横軸は図５と同じであるが、縦軸には推定ＳＯＣと、充電電力値とが取られている。図６では、時間ｔ₀から１Ａｋｗの低電力充電制御が開始し、時間ｔ₁でΔＳＯＣ＝１０％となる。ここまでは図５と同じである。時間ｔ₁以後は、一定の低減係数を乗じるのではなく、ΔＳＯＣの関数として、ΔＳＯＣが小さくなるにつれて、滑らかに充電電力値を低減させる。図６の場合でも、ΔＳＯＣが小さくなるにつれて推定ＳＯＣの誤差が小さくなるので、実際のＳＯＣを目標ＳＯＣにより近づけることができる。

図５、図６は、充電制御の場合について説明したが、放電制御の場合も同様である。すなわち、ΔＳＯＣが小さくなるにつれて、放電電力値が小さくなるように設定変更が行われる。これによって、放電制御の場合も、内部抵抗の値ｒの影響を抑制し、実際のＳＯＣを目標ＳＯＣにより近づけることができる。この場合も、変更閾値は、推定ＳＯＣの誤差によって、蓄電池３４が過放電とならないように、図４で示される内部抵抗の値ｒの影響の大きさを考慮して設定することができる。

本発明に係る充放電制御装置は、蓄電池集合体の充放電制御に利用できる。

１０充放電制御システム、１２電源部、１４負荷部、１６電力変換器、１８充放電メインバス、２０スイッチ部、３０蓄電池集合体、３２組電池、３４蓄電池、５０システムコントローラ、５２充放電制御装置、５４記憶部、５６サブコントローラ、６０電流検出器、６０電流値取得部、６２電圧値取得部、６４温度取得部、６６送受信部、６８開放端電圧推定部、７０残容量推定部、７２偏差算出部、７４設定変更部、７６内部抵抗ファイル、７８相関関係図ファイル。

Claims

蓄電装置の充電電流および放電電流の電流値を取得する電流値取得部と、
前記蓄電装置の端子間電圧の電圧値を取得する電圧値取得部と、
前記蓄電装置の内部抵抗の値を記憶する第１記憶部と、
前記電流値取得部によって取得された電流値と、前記電圧値取得部によって取得された電圧値と、前記内部抵抗の値より、前記蓄電装置の開放端電圧を推定する開放端電圧推定部と、
開放端電圧と蓄電装置のＳＯＣとの関係について予め作成された相関関係を記憶する第２記憶部と、
前記開放端電圧推定部により推定された前記開放端電圧を前記相関関係に対応させることにより、前記蓄電装置のＳＯＣを推定する残容量推定部と、
目標ＳＯＣと、前記残容量推定部により推定されたＳＯＣとの差である偏差を算出する偏差算出部と、
前記偏差算出部によって算出された前記偏差に応じて、充電電力値または放電電力値の設定を変更する設定変更部と、
を備える充放電制御装置。
請求項１に記載の充放電制御装置において、
前記開放端電圧推定部は、
前記電流値取得部によって取得された電流値をＩとし、前記電圧値取得部によって取得された電圧値をＶとし、前記内部抵抗の値をｒとし、前記開放端電圧をＶＯＣとして、
ＶＯＣ＝Ｖ−Ｉｒ
の式より前記開放端電圧を推定する充放電制御装置。
請求項１または２に記載の充放電制御装置において、
前記設定変更部は、ΔＳＯＣが小さくなるにつれて、前記充電電力値または前記放電電力値の絶対値を小さく設定することを特徴とする充放電制御装置。
請求項１から３のいずれか１に記載の充放電制御装置において、
前記設定変更部は、ΔＳＯＣが予め定めた変更閾値を超える値のときは予め定めた定電力充電値または定電力放電値に設定し、ΔＳＯＣが前記変更閾値以下となるときに、前記定電力充電値または前記定電力放電値に予め定めた低減係数を乗じた低電力放電値または低電力放電値に設定することを特徴とする充放電制御装置。