JP2014113006A - 充放電管理装置、パワーコンディショナ、蓄電装置、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電池温度により充電電流の大きさを制御するにあたり、充電電流の急激な変化による蓄電池へのストレスを抑制する。
【解決手段】充放電管理装置１０は、電気負荷３０に電力を供給する配電網３１との間で電力を授受する蓄電池２１の充電および放電の状態を管理するために、指示部１１と温度取得部１２と設定部１３とを備える。指示部１１は、電力変換部２３に、充電電流の大きさと放電電流の上限値とを指示する。温度取得部１２は蓄電池２１の電池温度を取得する。設定部１３は、電池温度が正常範囲である場合、充電電流の大きさと放電電流の上限値とを一定値とする。また、設定部１３は、電池温度が正常範囲から逸脱している場合、充電電流の大きさと放電電流の上限値とを、電池温度が正常範囲である場合よりも引き下げ、かつ正常範囲からの逸脱の程度が大きいほど小さくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池の充電および放電を管理する充放電管理装置、充放電管理装置を電力変換装置と併せて備えるパワーコンディショナ、パワーコンディショナを蓄電池と併せて備える蓄電装置、コンピュータを充放電管理装置として機能させるプログラムに関する。

一般に、蓄電池の寿命は、蓄電池の種類、放電深度、電池温度、充放電回数、充電電流の大きさ、放電電流の大きさなどの種々の条件に依存する。

特許文献１には、主としてリチウムイオン蓄電池を対象として、電池温度と充電電流とを関連付けることにより、蓄電池の劣化を抑制する技術が記載されている。特許文献１に記載された充電装置は、蓄電池の温度（電池温度）を測定する温度測定回路を備え、温度測定回路が測定した電池温度に応じて充電電流を調節している。

具体的には、充電装置は、電池温度が４５℃以上であれば充電を停止し、電池温度が３０℃以上かつ４５℃未満であれば充電電流を０．２Ｃとして充電し、電池温度が３０℃未満であれば充電電流を１Ｃとして充電する。充電電流を表す「Ｃ」は、蓄電池の１時間当たりの定格容量（単位はＡｈ）を１とする表記である。たとえば、定格容量が２０００ｍＡｈの蓄電池に対して、充電電流が０．２Ｃであることは、充電電流が４００ｍＡであることを意味する。

特許文献２にも同様に、電池温度を検出するセンサを備え、電池温度に応じて充電電流を調節する技術が記載されている。つまり、電池温度に関して、通常の充電電流を採用する温度範囲と、通常よりも上昇させた充電電流を採用する温度範囲とを定めている。特許文献２は、複数の事例を含んでいる。たとえば、電池温度が３０℃以上かつ５０℃未満であれば充電電流を１．２Ｃ以上として充電し、電池温度が５０℃以上であれば充電電流を１．０Ｃとして充電することが、特許文献２に記載されている。

特開２００６−２０３９７８号公報 特開２００７−２５９５０９号公報

上述したように、電池温度に応じて充電電流を調節すると、蓄電池の劣化が抑制され、寿命が向上すると考えられる。特許文献１に記載された技術は、充電電流が０．２Ｃと１Ｃとの２種類から選択され、特許文献２に記載された技術は、上述の事例では充電電流が１．２Ｃと１．０Ｃとの２種類から選択されている。なお、特許文献１には、充電を停止させる選択も記載されている。また、特許文献２には、充電電流が１Ｃである電池温度の範囲において、０．２Ｃ以上、望ましくは０．８Ｃ以上を選択することが記載されているが、いずれにしても充電電流は２種類から選択されている。

上述したように、電池温度に応じて充電電流を２種類から選択する構成であると、充電過程において設定された温度を挟んで、充電電流が急激に変化することになる。このような充電電流の急激な変化は、蓄電池にストレスを与える可能性がある。

本発明は、充電電流の急激な変化による蓄電池へのストレスを抑制する充放電管理装置を提供することを目的とし、さらに、充放電管理装置を電力変換装置と併せて備えるパワーコンディショナ、パワーコンディショナを蓄電池と併せて備える蓄電装置、およびコンピュータを充放電管理装置として機能させるプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る充放電管理装置は、電気負荷に電力を供給する配電網との間で電力を授受する蓄電池の充電および放電の状態を管理する充放電管理装置であって、前記蓄電池への充電電流の大きさを指示する機能を有した指示部と、前記蓄電池の電池温度を取得する温度取得部と、前記温度取得部が取得した前記電池温度に応じて、前記充電電流の大きさを定める機能を有する設定部とを備え、前記設定部は、前記電池温度が正常範囲である場合に、前記充電電流の大きさを規定の第１の標準値に定める機能と、前記電池温度が前記正常範囲から逸脱している場合に、前記充電電流を前記第１の標準値より小さくし、かつ前記正常範囲から逸脱している程度が大きいほど前記充電電流と前記第１の標準値との差を大きくするように定める機能とを有することを特徴とする。

この充放電管理装置において、前記指示部は、前記蓄電池からの放電電流の上限値を指示する機能をさらに有し、前記設定部は、前記電池温度が正常範囲である場合に、前記放電電流の上限値を規定の第２の標準値に定める機能と、前記電池温度が前記正常範囲から逸脱している場合に、前記放電電流の上限値を前記第２の標準値より小さくし、かつ前記正常範囲から逸脱している程度が大きいほど前記放電電流の上限値と前記第２の標準値との差を大きくするように定める機能とをさらに有することが好ましい。

この充放電管理装置において、前記蓄電池を充電または放電している期間において、前記温度取得部から取得した電池温度が前記正常範囲から逸脱した場合に報知信号を出力する報知出力部と、前記報知出力部が前記報知信号を出力した場合に前記蓄電池の充電または放電を継続させるか停止させるかの指示を待ち受ける指示入力部とをさらに備え、前記指示部は、前記指示入力部が前記蓄電池の充電または放電を停止させる指示を受けた場合に前記蓄電池の充電または放電を停止させる機能を有することがさらに好ましい。

この充放電管理装置において、前記蓄電池の劣化の程度を表す指標値を求め、前記指標値で表された劣化の程度が進んでいるほど前記第１の標準値および前記第２の標準値を引き下げる補正部をさらに備えることが好ましい。

この充放電管理装置において、前記電気負荷の動作を管理するコントローラとの通信が可能である通信インターフェイス部をさらに備え、前記設定部は、前記蓄電池を充電している期間には、前記蓄電池および前記電気負荷に電力を供給する電力供給源からの供給電力と前記電気負荷が使用している電力との差分である使用可能電力が前記通信インターフェイス部を通して前記コントローラから通知され、かつ前記使用可能電力を用いて前記充電電流の大きさが定められ、前記蓄電池から放電している期間には、前記蓄電池から前記電気負荷に供給可能な電力の目安になる前記放電電流の上限値を前記通信インターフェイス部を通して前記コントローラに通知することが好ましい。

この充放電管理装置において、前記蓄電池は、走行用のエネルギー源として電力の使用が可能である電動車両に搭載され、かつ前記電動車両は、前記蓄電池と前記配電網との間で電力の授受が可能になる結合状態と前記配電網から分離され走行が可能になる分離状態とが選択可能である電力結合部を備え、前記指示部は、前記蓄電池が前記配電網に対して結合状態である期間に動作することが好ましい。

本発明に係るパワーコンディショナは、上述したいずれかの充放電管理装置と、前記充放電管理装置からの指示内容で前記蓄電池と前記配電網との間で電力を双方向に変換する電力変換部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る蓄電装置は、上述したパワーコンディショナと、前記蓄電池とを１つの筐体に併せて備えることを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上述したいずれかの充放電管理装置として機能させるものである。

本発明の構成によれば、電池温度が正常範囲を逸脱した場合に、逸脱の程度に応じて充電電流を変化させるので、充電電流の急激な変化が抑制され、結果的に、蓄電池へのストレスおよび充電電流の振動を抑制することができるという利点がある。また、放電電流の上限値も電池温度が正常範囲から逸脱する程度に応じて変化させるので、蓄電池から給電されている電気負荷に供給される電力が突然大きく低下することが防止されるという利点もある。

実施形態を示すブロック図である。 同上に用いる設定部の動作説明図である。 同上の要部の動作をフローチャートで示した動作説明図である。 同上の動作例を示す動作説明図である。 同上において劣化の程度を評価するためのデータ例を示す図である。 同上の他の構成例を示すブロック図である。 同上の別の構成例を示すブロック図である。

本実施形態では、図１に示すように、充放電管理装置１０が、電力変換部２３を備えたパワーコンディショナ２２の筐体に収納されている場合を例として説明する。ただし、充放電管理装置１０は、パワーコンディショナ２２と分離されていてもよい。また、充放電管理装置１０と電力変換部２３とによりパワーコンディショナ２２が構成され、かつこのパワーコンディショナ２２が蓄電池２１と１つの筐体に収納された蓄電装置２０を構成していてもよい。

パワーコンディショナ２２は、電気負荷３０に電力を供給する配電網３１に接続され、配電網３１と蓄電池２１との間で双方向に電力の授受を行う。つまり、蓄電池２１を充電する電力は配電網３１から供給され、蓄電池２１は配電網３１に電力を供給する機能を有する。蓄電池２１が電力を授受する配電網３１の範囲は、住居用あるいは事業用の建物に設定された責任分界点で区切られた範囲内、あるいは、公園、運動場、街路などの様々な施設において設定された責任分界点で区切られた範囲内などになる。

パワーコンディショナ２２は、蓄電池２１と配電網３１との間で双方向に電力を変換する電力変換部２３と、蓄電池２１の充電および放電を管理し電力変換部２３に動作を指示する充放電管理装置１０とを備える。電力変換部２３は、配電網３１が商用電源に接続されている場合、交流と直流との間の電力変換を双方向で行い、配電網３１が直流電力を供給する場合、直流同士の電力変換を双方向に行う。なお、電力変換部２３の構成は種々選択可能である。すなわち、本実施形態において説明する充放電管理装置１０の技術は、様々な構成の電力変換部２３と組み合わせて用いることが可能である。

配電網３１は、一般的には商用電源の電力系統に接続されるが、太陽光発電装置や燃料電池のような分散電源に接続されていてもよい。また、電力系統と分散電源との双方に接続されていてもよい。図１は配電網３１が電力系統３２にのみ接続されている場合を例示している。配電網３１と電力系統３２との間には分電盤３３が設けられる。また、分電盤３３に隣接して計測装置３４が設けられる。計測装置３４は、分電盤３３で分岐された分岐回路ごとに電気負荷３０が消費している電力を計測する機能、分岐前の主回路において消費電力を計測する機能などを備える。なお、分岐回路ごとに計測した消費電力の合計を主回路における消費電力に代えてもよい。

ところで、蓄電池２１の寿命は、種類、放電深度、電池温度、充放電回数、充電電流の大きさ、放電電流の大きさなどの種々の条件に依存することが知られている。配電網３１との間で電力の授受を行う大容量の蓄電池２１は、現状ではリチウムイオン蓄電池が主流であり、鉛蓄電池が用いられる場合もある。

リチウムイオン蓄電池では放電終止電圧に至るほど放電深度を深くすることは寿命を短くし、この逆に、鉛蓄電池では放電深度が３０％程度の浅い放電を繰り返すことは寿命を短くすると言われている。また、蓄電池２１は、化学反応を利用しているから、電池温度が高温あるいは低温になる環境で充放電を行うことは好ましくなく、電池温度が高温あるいは低温になる状態で充電や放電を行うことは寿命を短くすることになる。

なお、蓄電池２１の寿命は、公称容量に対して放電容量が５０〜６０％まで低下する充電と放電との繰り返し回数（サイクル寿命）で表されることが多い。また、無停電電源のように充電と放電との繰り返し回数を明確に計測できない用途においては、蓄電池２１の寿命は、使用時間（カレンダ寿命）で表されることが多い。

本実施形態は、電池温度が高温あるいは低温である環境における充電電流の大きさおよび放電電流の大きさを抑制することにより、蓄電池２１の寿命が短くなるのを防止することが目的である。そのため、充放電管理装置１０は、電池温度に着目して蓄電池２１の充電および放電を管理している。

充放電管理装置１０は、蓄電池２１への充電電流の大きさと蓄電池２１からの放電電流の大きさとを電力変換部２３に指示する機能を有した指示部１１を備える。さらに、充放電管理装置１０は、蓄電池２１の電池温度を取得する温度取得部１２と、温度取得部１２が取得した温度に応じて充電電流の大きさと放電電流の上限値とを定める設定部１３とを備える。

充放電管理装置１０は、プログラムを実行するプロセッサを備えたデバイスを主なハードウェア要素として備える。この種のデバイスは、プロセッサを単独で備えメモリとともに用いられるＣＰＵ（Central Processing Unit）、プロセッサとメモリとを備えるマイコン、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などから選択される。充放電管理装置１０は、この種のデバイスにインターフェイス部を構成するデバイスを組合せ、プログラムを実行することにより、以下に説明する機能を実現する。

電力変換部２３は、周知の種々の構成から選択される。電力変換部２３は、双方向に電力を変換可能な構成であれば、たとえば、４個のスイッチング素子からなる１組のブリッジ回路を備える構成、２組のブリッジ回路の間に絶縁トランスを介在させた構成などを採用可能である。本実施形態は、配電網３１が交流の電路であることを想定しているから、電力変換部２３は、交流と直流との間の電力変換を行う。

電力変換部２３は、スイッチング素子のオンオフを制御する制御部を備えており、充放電管理装置１０からの指示により、蓄電池２１を充電する状態と蓄電池２１から放電する状態とを選択する。制御部は、蓄電池２１を充電する場合と蓄電池２１から放電する場合とでスイッチング素子の動作を切り替える。また、制御部は、スイッチング素子のオン期間とオフ期間との少なくとも一方を調節することによって、充電電流の大きさと放電電流の大きさとを調節する。すなわち、制御部は、指示部１１からの指示内容に応じて、スイッチング素子のオンオフの制御を、ＰＷＭ制御とＰＦＭ制御との少なくとも一方で行う。

指示部１１は、蓄電池２１を充電するか蓄電池２１から放電するかの指示を行うだけでなく、設定部１３が定めた充電電流の大きさおよび放電電流の上限値を、電力変換部２３の制御部に指示する。電力変換部２３の制御部は、指示部１１からの指示を受けると、指示された充電電流の大きさになるように充電電流を調節し、また、放電電流が上限値以下に保たれるように充電電流を制限する。

温度取得部１２は、電池温度を検出する温度センサ２４が計測した温度を間欠的に取得する。ここでは、温度取得部１２は、電池温度を一定周期で取得する構成を備える。ただし、電池温度の変化が所定温度を超えたときに、温度センサ２４が温度取得部１２に温度を通知する構成を採用する場合、温度取得部１２は、一定周期で電池温度を取得しなくてもよい。

温度センサ２４は、蓄電池２１の外側面の温度、蓄電池２１を収納する筐体の内部温度（図に示している例）、蓄電池２１の内部温度、蓄電池２１を使用する環境の温度（外気温など）から選択される温度を計測するように配置される。これらの温度は、蓄電池２１の充放電の際の温度環境である蓄電池２１の内部温度を反映しているから、電池温度と等価に扱うことが可能である。

なお、温度センサ２４が配置されている場所に応じて、温度センサ２４が計測した温度と実際の電池温度との間に差が生じ、また温度センサ２４が計測した温度の変化に対する電池温度の追従性も異なる。そのため、充放電管理装置１０は、以下の動作を行う前に、温度センサ２４が計測した温度を、温度センサ２４が配置されている場所に応じて補正することが望ましい。

設定部１３は、温度取得部１２が温度センサ２４から取得した電池温度に応じて、充電電流の大きさを定める機能および放電電流の上限値を定める機能を有する。図２に示すように、設定部１３は、電池温度に正常範囲Ｚ１を定めており、電池温度が正常範囲Ｚ１であるか正常範囲Ｚ１を逸脱しているかに応じて、充電電流の大きさおよび放電電流の上限値を変更する。なお、図２は、充電電流の大きさまたは放電電流の上限値と、電池温度との関係を概念的に示す図であり、充電電流の大きさと放電電流の上限値とは実際には異なる値になる。

すなわち、設定部１３は、電池温度が正常範囲Ｚ１である場合に、充電電流の大きさを規定の第１の標準値Ｉｓ１に定め、放電電流の上限値を規定の第２の標準値Ｉｓ２に定める。一方、電池温度が正常範囲Ｚ１から逸脱している場合に、設定部１３は、充電電流の大きさを第１の標準値Ｉｓ１より小さくし、放電電流の上限値を第２の標準値Ｉｓ２より小さくする。ここで、電池温度が正常範囲Ｚ１から逸脱している場合、充電電流の大きさは、電池温度が正常範囲Ｚ１から逸脱している程度が大きいほど第１の標準値Ｉｓ１との差が大きくなるように定められる。また、放電電流の上限値は、電池温度が正常範囲Ｚ１から逸脱している程度が大きいほど第２の標準値Ｉｓ２との差が大きくなるように定められる。

設定部１３に上述した規則が定められていることにより、充電電流の大きさおよび放電電流の上限値は、電池温度が正常範囲Ｚ１であれば一定値になる。つまり、充電電流の大きさは第１の標準値Ｉｓ１になり、放電電流の上限値は第２の標準値Ｉｓ２になる。一方、電池温度が正常範囲Ｚ１を逸脱していれば、正常範囲Ｚ１の下限値あるいは上限値とのうち電池温度との差が小さいほうの差分が求められる。さらに、充電電流の大きさは、当該差分に応じて第１の標準値Ｉｓ１から引き下げられ、放電電流の上限値は、当該差分に応じて第２の標準値Ｉｓ２から引き下げられる。

たとえば、正常範囲Ｚ１が下限値θ１と上限値θ２とにより規定され、電池温度がθｘ（＞θ２）である場合、正常範囲Ｚ１に対する差分Δθは、Δθ＝θｘ−θ２になる。ここで、適宜の係数α，β（α，β＞０）を設定しておけば、充電電流の大きさは、Ｉｓ１−α・Δθになり、放電電流の上限値は、Ｉｓ２−β・Δθになる。そのため、電池温度θｘが正常範囲Ｚ１から乖離する程度が大きくなるほど、充電電流の大きさおよび放電電流の上限値は小さい値になる。

ここにおいて、設定部１３は、充電電流の大きさと放電電流の上限値とを連続値（アナログ値）で設定する必要はなく、適宜間隔の離散値（デジタル値）で設定すればよい。充電電流の大きさと放電電流の上限値とが離散値である場合に、１段階の間隔をΔＩとすれば、電池温度が正常範囲Ｚ１を逸脱している場合に、充電電流の大きさは、Ｉｓ１−ｎ・ΔＩで表され、放電電流の上限値は、Ｉｓ２−ｍ・ΔＩで表される。ただし、ｎ，ｍは自然数である。

上述した温度取得部１２および設定部１３の動作をまとめると、図３のようになる。ここでは、温度取得部１２が一定のサンプリング周期で温度センサ２４から電池温度を取得している場合を想定する。温度取得部１２はサンプリング周期ごとに電池温度θｘを取得する（Ｓ１１）。設定部１３は、電池温度θｘを正常範囲Ｚ１の下限値θ１および上限値θ２と比較する（Ｓ１２）。

設定部１３は、電池温度θｘが下限値θ１以上かつ上限値θ２以下であれば（Ｓ１２：ｙｅｓ）、充電電流の大きさを第１の標準値Ｉｓ１に設定し、かつ放電電流の上限値を第２の標準値Ｉｓ２に設定する（Ｓ１３）。

一方、電池温度θｘが下限値θ１未満または上限値θ２を超える場合（Ｓ１２：ｎｏ）、設定部１３は、電池温度θｘと下限値θ１の差分Δθ１、および電池温度θｘと上限値θ２との差分Δθ２を求める（Ｓ１４）。さらに、設定部１３は、小さいほうの差分Δθ（＝ｍｉｎ（Δθ１，Δθ２））を採用する（Ｓ１５）。差分Δθが求められると、第１の標準値Ｉｓ１と係数αとの組合せを用いて充電電流の大きさがＩｓ１−α・Δθとして定められ、第２の標準値Ｉｓ２と係数βとの組合せを用いて放電電流の上限値がＩｓ２−β・Δθとして定められる（Ｓ１６）。定められた充電電流の大きさおよび放電電流の上限値は指示部１１に与えられ、指示部１１は設定部１３から与えられた値を用いて電力変換部２３の動作を指示する（Ｓ１７）。上述した処理は、サンプリング周期ごとに繰り返される（Ｓ１８）。

充放電管理装置１０が上述した動作を行うことにより、蓄電池２１の電池温度が時間経過に伴って図４（ａ）のように変化する場合、充電電流の大きさあるいは放電電流の上限値は、図４（ｂ）のように変化することになる。すなわち、電池温度θｘが正常範囲Ｚ１を逸脱している場合に、充電電流の大きさあるいは放電電流の上限値（図では、両者を電流値Ｉ０として表している）は、電池温度θｘと下限値θ１または上限値θ２との差が大きいほど小さい値になる。また、電池温度θｘが正常範囲Ｚ１であれば、電流値Ｉ０は、一定値に維持される。

なお、上述した例では、電池温度θｘが正常範囲Ｚ１を逸脱している場合に、充電電流の大きさおよび放電電流の上限値を差分Δθの１次関数として決定しているが、差分Δθの２次関数あるいは他の関係で表すことも可能である。また、充電時に用いる係数αと放電時に用いる係数βとは等しく設定してもよく、また、電池温度が正常範囲Ｚ１を超える場合と正常範囲Ｚ１に達しない場合とで係数α，βを異ならせてもよい。

上述した動作では、係数α，βが適切に設定されていれば、設定部１３は、電池温度が正常範囲Ｚ１を逸脱したときに、蓄電池２１の充電電流の大きさと放電電流の上限値とを急激に変化させることなく、比較的緩やかに変化させることになる。

つまり、充電電流の大きさは、電池温度が正常範囲Ｚ１から逸脱した程度に応じて変化するから、充電電流の大きさが急激に変化することがなく、蓄電池２１へのストレスや充電電流の振動が抑制されることになる。また、設定部１３は、放電電流の上限値を、電池温度が正常範囲Ｚ１から逸脱した程度に応じて変化させるから、放電電流が突然大きく低下することが防止される。さらに、放電電流を制限するための上限値を電池温度θｘに応じて変化させ、電池温度θｘが正常範囲Ｚ１を逸脱した高温や低温である環境では放電電流を抑制するから、放電時における蓄電池２１へのストレスが抑制される。

また、設定部１３は、差分Δθがあらかじめ定めた制限値に達したときに、蓄電池２１の充電あるいは蓄電池２１からの放電を停止させる機能を有していてもよい。すなわち、設定部１３は、差分Δθが大きくなると充電電流の大きさあるいは放電電流の上限値を小さくするが、差分Δθが制限値に達すると充電または放電を停止することが望ましい。これは、差分Δθが大きい状態が継続すると、蓄電池２１の機能に損傷を与える可能性があるからである。

ところで、蓄電池２１の寿命は、上述のように、サイクル寿命あるいはカレンダ寿命で表されることが多い。言い換えると、蓄電池２１は、充電と放電とを繰り返すと劣化が進行する。また、蓄電池２１は劣化が進行するほど、満充電時の蓄電容量が低下し、また電池電圧が低下することが知られている。したがって、劣化が進行した蓄電池２１は、劣化が進行していない蓄電池２１に比べて、充電電流の大きさおよび放電電流に対する許容範囲が狭くなる。

このことを考慮し、本実施形態の充放電管理装置１０は、蓄電池２１の劣化の程度を評価し、蓄電池２１の劣化の程度が進んでいるほど充電電流の大きさおよび放電電流の上限値を引き下げる補正部１４を備えている。補正部１４は、必須ではないが、設けておくことが望ましい。

補正部１４は、蓄電池２１の劣化の程度を表す指標値を求め、当該指標値を用いて充電電流の大きさおよび放電電流の上限値を補正する。指標値は、サイクル寿命あるいはカレンダ寿命に基づいて、充電と放電との繰り返し回数、あるいは使用時間が用いられる。

また、補正部１４は、蓄電池２１の劣化に伴って蓄電容量と電池電圧とが変化することを利用し、放電した電荷量と放電前後の電池電圧の変化幅とを計測し、両者の組合せを劣化の程度の指標値に換算してもよい。放電した電荷量と放電前後の電池電圧の変化幅との組合せから前記指標値への換算はデータテーブルを用いて行う。

このデータテーブルは、図５に示すような関係に基づいて設定することが可能である。図５における複数の曲線は、それぞれ劣化の程度を表しており、放電した電荷量と放電前後の電池電圧の変化幅との関係がどの曲線に合致するかに応じて劣化の程度の指標値が得られる。

補正部１４は、蓄電池２１の劣化の程度を表す指標値が得られると、指標値で表された劣化の程度が進んでいるほど、充電電流の大きさを引き下げ、また放電電流の上限値を引き下げるように補正する。充電電流の大きさを引き下げるには第１の標準値Ｉｓ１を引き下げ、放電電流の上限値を引き下げるには第２の標準値Ｉｓ２を引き下げる。劣化の程度の指標値と、第１の標準値Ｉｓ１および第２の標準値Ｉｓ２との関係は、蓄電池２１の仕様、容量などに基づいて定められる。

なお、上述した例では、補正部１４は、蓄電池２１の劣化が進行するほど、第１の標準値Ｉｓ１および第２の標準値Ｉｓ２を引き下げる補正を行っているが、劣化が進行するほど係数α，βを大きくするように補正する構成を採用してもよい。

上述したように、充放電管理装置１０に設けられた設定部１３は、温度センサ２４が検出した電池温度が正常範囲Ｚ１を逸脱すると、充電電流の大きさと放電電流の上限値とを引き下げている。しかしながら、放電電流の上限値が引き下げられると、電気負荷３０に供給される電力が低減され、結果的に電気負荷３０を使用することにより得られていた快適性が損なわれる可能性がある。そのため、蓄電池２１の寿命を優先した動作を行うか、電気負荷３０の使用を優先した動作を行うかを利用者に選択させることが望ましい。

蓄電池２１の寿命を優先するか電気負荷３０の使用を優先するかを利用者に選択させるために、充放電管理装置１０は、利用者とのインターフェイスとなる報知器４１および操作器４２の利用を可能にする報知出力部１５および指示入力部１６を備える。

報知出力部１５は、蓄電池２１を充電または放電している期間において、温度取得部１２から取得した電池温度が正常範囲Ｚ１から逸脱した場合に報知信号を出力する。また、指示入力部１６は、報知出力部１５が報知信号を出力した場合に蓄電池２１の充電または放電を継続させるか停止させるかの指示を待ち受ける。指示部１１は、指示入力部１６が蓄電池２１の充電または放電を停止する指示を受けた場合に蓄電池２１の充電または放電を停止する機能を有する。

報知器４１は、報知音のような聴覚的報知と、報知灯あるいは報知用表示のような視覚的報知との両方を行う構成であることが望ましいが、いずれか一方を行う構成でもよい。報知器４１がフラットパネルディスプレイを含み、かつ操作器４２がフラットパネルディスプレイの画面に重ねたタッチパネルを含む操作表示器を用いてもよい。報知器４１および操作器４２は、充放電管理装置１０と筐体を共用する構成と、充放電管理装置１０と別の筐体を備え充放電管理装置１０と通信する構成とのどちらでもよい。また、報知出力部１５および指示入力部１６に、スマートホン、タブレット端末、パーソナルコンピュータなどの汎用装置と通信する機能を持たせることにより、これらの汎用装置を報知器４１および操作器４２として用いてもよい。

上述した構成により、蓄電池２１を充電している期間あるいは蓄電池２１から放電している期間に電池温度が正常範囲Ｚ１から逸脱した場合、充電あるいは放電を継続した状態で、報知出力部１５は報知器４１に報知信号を出力する。すなわち、報知器４１を通して電池温度が正常範囲Ｚ１を逸脱したことが利用者に報知され、指示入力部１６は操作器４２からの入力を待ち受ける状態になる。

ここで、利用者が電気負荷３０の使用を優先し、充電あるいは放電を継続するように操作器４２を操作した場合には、指示部１１は充電あるいは放電を継続するように電力変換部２３に指示する。一方、利用者が蓄電池２１の寿命を優先し、充電あるいは放電を停止するように操作器４２を操作した場合には、指示部１１は充電あるいは放電を停止するように電力変換部２３に指示する。なお、指示入力部１６は、操作器４２からの入力を待ち受けている期間において、操作器４２から入力が得られない状態が所定時間継続すると、充電あるいは放電を継続することが望ましい。すなわち、蓄電池２１の充電あるいは放電の停止は、利用者が意図的に操作したときのみ行われる。

上述したように、指示入力部１６は、蓄電池２１の充電あるいは蓄電池２１からの放電を継続させている状態で操作器４２からの入力を待ち受けるから、停止の指示が入力されないかぎり、充電あるいは放電が継続される。すなわち、充電電流あるいは放電電流の急激な変化によるストレスを蓄電池２１に与えることがない。

上述した構成例の蓄電池２１は、蓄電池２１を専用の筐体に収納した場合を想定しているが、蓄電池２１は、図６のように、電動車両２５に搭載されていてもよい。電動車両２５は、電気自動車、ハイブリッドカー、電動二輪車など走行用のエネルギー源として電力の使用が可能である車両を意味する。この種の電動車両２５は、走行用のエネルギー源として電力を使用するから、容量の比較的大きい蓄電池２１を搭載している。したがって、この蓄電池２１の電力を電気負荷３０の動作に用いることが可能である。

電動車両２５に搭載された蓄電池２１と配電網３１との間で電力を授受する場合、電動車両２５に設けられた電力結合部２６と、配電網３１に設けられた電力結合部２７とを結合状態にする。電力結合部２６と電力結合部２７とは、蓄電池２１と配電網３１との間で電力の授受を可能にする結合状態と、電動車両２５が走行可能になる分離状態とが選択可能であればどのような構成であってもよい。

たとえば、電力結合部２６と電力結合部２７とは、コンセントとプラグとの関係のように、電路同士の結合と分離とが可能になる構成を採用可能である。また、電力結合部２６と電力結合部２７とは、非接触給電の技術によって電力の伝送を可能にする構成であってもよい。この場合、共振磁界型あるいは共振電界型のような電力の伝送効率が高い非接触給電の技術を用いることによって、蓄電池２１と配電網３１との間で電力を伝送する際に生じる損失が低減される。

蓄電池２１が電動車両２５に搭載されている場合、充放電管理装置１０は、蓄電池２１が配電網３１に対して結合状態である期間に動作する。すなわち、指示部１１は、配電網３０の電力結合部２７に電動車両２５の電力結合部２６が結合されていることを検知している状態において動作する。

図７に示すように、充放電管理装置１０は、電気負荷３０の動作を管理するコントローラ４０と連携する機能を備えていてもよい。図７に示す充放電管理装置１０は、コントローラ４０との通信が可能である通信インターフェイス部１７を備える。

コントローラ４０は、いわゆるＨＥＭＳ（Home Energy Management System）コントローラであって、通信機能を有する電気負荷３０との間で通信することにより、電気負荷３０の動作を制御することを可能にする。この種のコントローラ４０は、需要家が使用する電力量を管理することにより、需要家が支払う電気料金の抑制、需要家で消費される電力量の低減などに寄与する。

図７に示す充放電管理装置１０は、通信インターフェイス部１７を通して設定部１３がコントローラ４０と通信する。設定部１３は、コントローラ４０から取得した情報を用いて充電電流の大きさを定める機能と、設定した放電電流の上限値をコントローラ４０に通知する機能とを有する。

すなわち、設定部１３は、蓄電池２１を充電している期間には、電力供給源からの供給電力と電気負荷３０が使用している電力との差分である使用可能電力をコントローラ４０から受け取り、使用可能電力を用いて充電電流の大きさを定める。電力供給源は、蓄電池２１および電気負荷３０に電力を供給する電源であり、図示例では商用電源になるが、分散電源を含んでいてもよい。また、設定部１３は、蓄電池２１から放電している期間には、蓄電池２１から電気負荷３０に供給可能な電力の目安になる放電電流の上限値をコントローラ４０に通知する。

このように充放電管理装置１０がコントローラ４０と通信することにより、蓄電池２１の充電に利用できる使用可能電力に基づいて充電電流を定めることが可能になる。また、コントローラ４０に対して蓄電池２１からの放電電流の上限値を通知することにより、蓄電池２１に蓄電した電力を電気負荷３０に適正に分配することが可能になる。

上述した構成例は、蓄電池２１を充電する際の充電電流の大きさと、蓄電池２１から放電する際の放電電流の上限値との両方を、電池温度に応じて調節しているが、蓄電池２１の充電電流の大きさのみを電池温度に応じて調節する構成でもよい。すなわち、電池温度が正常範囲に対して高温あるいは低温である環境において、充電電流の大きさを制限するだけでも蓄電池２１の寿命を延ばす効果が期待できる。

１０ 充放電管理装置
１１ 指示部
１２ 温度取得部
１３ 設定部
１４ 補正部
１５ 報知出力部
１６ 指示入力部
１７ 通信インターフェイス部
２１ 蓄電池
２４ 温度センサ
２５ 電動車両
２６ 電力結合部
２７ 電力結合部
３０ 電気負荷
３１ 配電網
４０ コントローラ
４１ 報知器
４２ 操作器

Claims (9)

1. 電気負荷に電力を供給する配電網との間で電力を授受する蓄電池の充電および放電の状態を管理する充放電管理装置であって、
   前記蓄電池への充電電流の大きさを指示する機能を有した指示部と、
   前記蓄電池の電池温度を取得する温度取得部と、
   前記温度取得部が取得した前記電池温度に応じて、前記充電電流の大きさを定める機能を有する設定部とを備え、
   前記設定部は、
   前記電池温度が正常範囲である場合に、前記充電電流の大きさを規定の第１の標準値に定める機能と、
   前記電池温度が前記正常範囲から逸脱している場合に、前記充電電流を前記第１の標準値より小さくし、かつ前記正常範囲から逸脱している程度が大きいほど前記充電電流と前記第１の標準値との差を大きくするように定める機能とを有する
   充放電管理装置。
2. 前記指示部は、前記蓄電池からの放電電流の上限値を指示する機能をさらに有し、
   前記設定部は、
   前記電池温度が正常範囲である場合に、前記放電電流の上限値を規定の第２の標準値に定める機能と、
   前記電池温度が前記正常範囲から逸脱している場合に、前記放電電流の上限値を前記第２の標準値より小さくし、かつ前記正常範囲から逸脱している程度が大きいほど前記放電電流の上限値と前記第２の標準値との差を大きくするように定める機能とをさらに有する
   請求項１記載の充放電管理装置。
3. 前記蓄電池を充電または放電している期間において、前記温度取得部から取得した電池温度が前記正常範囲から逸脱した場合に報知信号を出力する報知出力部と、
   前記報知出力部が前記報知信号を出力した場合に前記蓄電池の充電または放電を継続させるか停止させるかの指示を待ち受ける指示入力部とをさらに備え、
   前記指示部は、前記指示入力部が前記蓄電池の充電または放電を停止させる指示を受けた場合に前記蓄電池の充電または放電を停止させる機能を有する
   請求項２記載の充放電管理装置。
4. 前記蓄電池の劣化の程度を表す指標値を求め、前記指標値で表された劣化の程度が進んでいるほど前記第１の標準値および前記第２の標準値を引き下げる補正部をさらに備える
   請求項２又は３記載の充放電管理装置。
5. 前記電気負荷の動作を管理するコントローラとの通信が可能である通信インターフェイス部をさらに備え、
   前記設定部は、
   前記蓄電池を充電している期間には、前記蓄電池および前記電気負荷に電力を供給する電力供給源からの供給電力と前記電気負荷が使用している電力との差分である使用可能電力が前記通信インターフェイス部を通して前記コントローラから通知され、かつ前記使用可能電力を用いて前記充電電流の上限値が定められ、
   前記蓄電池から放電している期間には、前記蓄電池から前記電気負荷に供給可能な電力の目安になる前記放電電流の上限値を前記通信インターフェイス部を通して前記コントローラに通知する
   請求項２〜４のいずれか１項に記載の充放電管理装置。
6. 前記蓄電池は、走行用のエネルギー源として電力の使用が可能である電動車両に搭載され、かつ前記電動車両は、前記蓄電池と前記配電網との間で電力の授受が可能になる結合状態と前記配電網から分離され走行が可能になる分離状態とが選択可能である電力結合部を備え、
   前記指示部は、前記蓄電池が前記配電網に対して結合状態である期間に動作する
   請求項２〜５のいずれか１項に記載の充放電管理装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の充放電管理装置と、前記充放電管理装置からの指示内容で前記蓄電池と前記配電網との間で電力を双方向に変換する電力変換部とを備えるパワーコンディショナ。
8. 請求項７記載のパワーコンディショナと、前記蓄電池とを１つの筐体に併せて備える
   蓄電装置。
9. コンピュータを、請求項１〜６のいずれか１項に記載の充放電管理装置として機能させるプログラム。

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