特許 6968319 制御装置および蓄電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6968319

(24)【登録日】2021年10月28日

(45)【発行日】2021年11月17日

(54)【発明の名称】制御装置および蓄電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20211108BHJP

   H02J 1/02 20060101ALI20211108BHJP

   H02M 1/14 20060101ALI20211108BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 A

   H02J1/02

   H02M1/14

【請求項の数】9

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2021-534264(P2021-534264)

(86)(22)【出願日】2021年2月5日

(86)【国際出願番号】JP2021004211

【審査請求日】2021年6月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】特許業務法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小笠原 圭佑

(72)【発明者】

【氏名】田渕 朗子

(72)【発明者】

【氏名】平井 勢児

【審査官】 宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１１０７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−３７５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３１５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−５４５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２０１９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７８６０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ １／０２

Ｈ０２Ｍ １／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電装置に入力される電圧および前記蓄電装置から出力される電圧の少なくとも一方を半導体スイッチング素子によって変換する変換器を制御する制御装置であって、
前記蓄電装置に関する蓄電装置パラメータを検出する検出部と、
前記検出部の出力から前記蓄電装置のインピーダンスを求めるインピーダンス計算部と、
前記検出部の出力から前記蓄電装置に印加されるリプル電流の振幅を求めるリプル電流計算部と、
前記インピーダンス計算部の出力および前記リプル電流計算部の出力から前記蓄電装置の電圧変動を推定するリプル変動計算部と、
前記電圧変動があらかじめ定められた前記蓄電装置の規定電圧範囲を超えないように前記変換器を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記検出部の出力を用いて前記蓄電装置の劣化速度を求め、前記蓄電装置の前記劣化速度の情報をもとに前記半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御する劣化判定部を備えたことを特徴とする制御装置。

【請求項2】

前記劣化判定部は、前記電圧変動による前記蓄電装置の劣化速度の情報をもとに前記半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記劣化判定部は、前記インピーダンス計算部の出力および前記リプル電流計算部の出力から推定した蓄電装置の発熱量から前記蓄電装置の劣化速度を求めることを特徴とした請求項１に記載の制御装置。

【請求項4】

前記劣化判定部は、前記電圧変動の時間積分値から前記蓄電装置の劣化速度を求めることを特徴とした請求項１に記載の制御装置。

【請求項5】

前記劣化判定部は、前記電圧変動から求められた実効電圧から前記蓄電装置の劣化速度を求めることを特徴とした請求項１に記載の制御装置。

【請求項6】

前記検出部は少なくとも前記蓄電装置に印加されるリプル電流の周波数を検出し、
前記制御部は、前記蓄電装置に印加されるリプル電流の前記周波数による前記蓄電装置の劣化速度の情報をもとに前記半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の制御装置

【請求項7】

蓄電装置に入力される電圧および前記蓄電装置から出力される電圧の少なくとも一方を半導体スイッチング素子によって変換する変換器を制御し、互いに並列に接続された複数のリアクトルと、複数の前記リアクトルのそれぞれに接続された複数の前記半導体スイッチング素子とを備えた前記変換器を制御する制御装置であって、
前記蓄電装置に関する蓄電装置パラメータを検出する検出部と、
前記検出部の出力から前記蓄電装置のインピーダンスを求めるインピーダンス計算部と、
前記検出部の出力から前記蓄電装置に印加されるリプル電流の振幅を求めるリプル電流計算部とを備え、
前記インピーダンス計算部の出力および前記リプル電流計算部の出力をもとに前記変換器を制御し、
前記インピーダンス計算部の出力と前記リプル電流計算部の出力と前記検出部の出力とから動作させる前記半導体スイッチング素子の個数を制御することを特徴とする制御装置。

【請求項8】

前記検出部の出力から前記変換器における損失を求める変換器損失計算部と、
前記インピーダンス計算部の出力および前記リプル電流計算部の出力から前記蓄電装置における損失を求める電池損失計算部と、
前記変換器損失計算部の出力および前記電池損失計算部の出力から動作させる前記半導体スイッチング素子の個数を決定する制御部とを備えたことを特徴とする請求項７に記載の制御装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載の制御装置と、
前記蓄電装置と、
前記変換器とを備えたことを特徴とする蓄電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、制御装置および蓄電システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン電池、燃料電池あるいは鉛蓄電池からなる蓄電装置は、所定の電圧範囲を超えてあるいは所定の電流範囲を超えて使用すると、蓄電装置の性能が著しく低下する、あるいは、蓄電装置に劣化が生じることがある。そのため、蓄電装置の電圧および電流の制御が行われる。蓄電装置の制御技術として、例えば、蓄電装置の温度が低い場合に、充電装置の直流出力電流に交流電流波形を重畳させるような電流基準を生成し、この電流基準に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ部に含まれるインバータ部の半導体スイッチング素子を駆動することにより直流出力電流に交流電流を重畳し、蓄電装置を昇温する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−０３０３５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

蓄電装置と接続される変換器では半導体スイッチング素子のスイッチング時にリプル電流が生じて、蓄電装置にリプル電流が印加される場合がある。蓄電装置は、温度、電圧、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電率）、電流およびリプル周波数などの状態に応じてインピーダンスが変化するため、蓄電装置の状態によっては、蓄電装置に大きなリプル電流が印加されることもある。蓄電装置に大きなリプル電流が印加されたときに所定の電圧または電流の範囲を超えて使用される場合があり、性能低下が生じることがあるという課題があった。

【0005】

本願は、上述の課題を解決するためになされたものであり、蓄電装置の性能低下を抑制する制御装置および蓄電システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願に開示される制御装置は、蓄電装置に入力される電圧および蓄電装置から出力される電圧の少なくとも一方を半導体スイッチング素子によって変換する変換器を制御する制御装置であって、蓄電装置に関する蓄電装置パラメータを検出する検出部と、検出部の出力から蓄電装置のインピーダンスを求めるインピーダンス計算部と、検出部の出力から蓄電装置に印加されるリプル電流の振幅を求めるリプル電流計算部と、インピーダンス計算部の出力およびリプル電流計算部の出力から蓄電装置の電圧変動を推定するリプル変動計算部と、電圧変動があらかじめ定められた蓄電装置の規定電圧範囲を超えないように変換器を制御する制御部とを備え、制御部は、検出部の出力を用いて蓄電装置の劣化速度を求め、蓄電装置の劣化速度の情報をもとに半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御する劣化判定部を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本願に開示される制御装置は、蓄電装置に関する蓄電装置パラメータを検出する検出部と、検出部の出力から蓄電装置のインピーダンスを求めるインピーダンス計算部と、検出部の出力から蓄電装置に印加されるリプル電流の振幅を求めるリプル電流計算部と、インピーダンス計算部の出力およびリプル電流計算部の出力から蓄電装置の電圧変動を推定するリプル変動計算部と、電圧変動があらかじめ定められた蓄電装置の規定電圧範囲を超えないように変換器を制御する制御部とを備え、制御部は、検出部の出力を用いて蓄電装置の劣化速度を求め、蓄電装置の劣化速度の情報をもとに半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御する劣化判定部を備えたので、蓄電装置の性能低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１による制御装置の構成を示すブロック図である。

【図2】電池における温度と抵抗との関係を示す図である。

【図3】電池におけるＳＯＣと抵抗との関係を示す図である。

【図4】電池に直流電圧とリプル電流とが印加されたときの電圧変動を示す図である。

【図5】電池において入力または出力される直流電流の電流値と抵抗との関係を示す図である。

【図6】燃料電池において入力または出力される直流電流の電流値と抵抗との関係を示す図である。

【図7】燃料電池において入力または出力される直流電流の電流値と電圧値との関係を示す図である。

【図8】リチウムイオン電池における周波数と抵抗の関係を示したインピーダンスボード線図である。

【図9】実施の形態１における変換器の等価回路を示す図である。

【図10】実施の形態１における蓄電装置の等価回路を示す図である。

【図11】電池の１つのセルのインピーダンスナイキスト線図である。

【図12】蓄電装置のそれぞれの温度における電圧変動および上限電圧の差分と劣化速度との関係を示す図である。

【図13】実施の形態２による制御装置の構成を示すブロック図である。

【図14】実施の形態２における変換器の等価回路の一例を示す図である。

【図15】比較例の変換器においてリプル電流が合成されている様子を示す図である。

【図16】実施の形態２の変換器においてリプル電流が合成されている様子を示す図である。

【図17】実施の形態２における変換器の直流電流と変換器損失との関係を示す図である。

【図18】実施の形態２における蓄電装置に印加されるリプル電流と電池損失との関係を示す図である。

【図19】実施の形態１および実施の形態２による制御装置のハードウェアの一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本願を実施するための実施の形態に係る制御装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。

【0010】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による制御装置１００の構成を示すブロック図である。蓄電装置１０は、１つまたは複数の電池から構成されるものである。変換器２０は、蓄電装置１０より出力する電圧を変換して昇圧または降圧して電力を負荷３０に供給する、あるいは、蓄電装置１０に入力する電圧を変換して昇圧または降圧するものである。制御装置１００は、検出部１、インピーダンス計算部２、リプル電流計算部３、リプル変動計算部４および制御部５を備えている。検出部１は、蓄電装置１０に関する蓄電装置パラメータである、蓄電装置１０の温度、電圧値、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電率）、蓄電装置１０に入力される直流電流の電流値、蓄電装置１０から出力される直流電流の電流値、蓄電装置１０に印加されるリプル電流の周波数の少なくとも一つを検出する検出器である。インピーダンス計算部２は、検出部１の出力から蓄電装置１０のインピーダンスを求める。リプル電流計算部３は、検出部１の出力から蓄電装置１０に印加されるリプル電流の大きさを求める。リプル変動計算部４は、蓄電装置１０のインピーダンスとリプル電流の値をもとに、蓄電装置１０の電圧変動を推定する。制御部５は、リプル変動計算部４の出力である電圧変動の値があらかじめ定められた蓄電装置１０の規定電圧範囲を超えないように変換器２０を制御する。

【0011】

また、制御装置１００と、蓄電装置１０と、変換器２０とを備えたものが、蓄電システムとなる。

【0012】

蓄電装置１０を構成する電池の種類は、リチウムイオン二次電池に限らず、燃料電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池などであってもよい。さらに蓄電装置１０の形状は、積層型、巻型、ボタン型など様々な形状の蓄電装置について実施の形態１に示す技術を適用することができる。また蓄電装置１０は、単電池に限らず複数個を直列もしくは並列に接続したモジュールあるいはパックであってもよい。変換器２０は、片方向のコンバータ、双方向機能を持つコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、負荷３０に対して蓄電装置１０からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換するインバータ等であってもよい。

【0013】

蓄電装置１０は、規定電圧範囲の上限電圧と下限電圧、規定電流範囲である上限電流が定められており、定められた規定電圧範囲または規定電流範囲を超えて使用すると、性能低下あるいは劣化が生じる可能性がある。リチウムイオン二次電池においては、上限電圧を超えて使用した場合は過充電状態となり、負極にＬｉ金属が析出し、内部の電解液が副反応によって被膜を形成することで抵抗が上がり、さらに電解液の分解反応によってガスが発生し容器が膨張し電極同士の接触性を低下させる場合がある。さらに、負極へのＬｉ析出が進むと、析出したＬｉ金属によって正極と負極の内部短絡を生じさせる、あるいは、Ｌｉ析出によって過充電が生じた場合に発熱反応による不具合が起こることがある。

【0014】

リチウムイオン電池が下限電圧以下で使用された場合は、正極へのＬｉ挿入による構造破壊、負極集電体の銅の溶解あるいは析出反応が生じ、その後充電すると微短絡などが生じて、性能低下あるいは劣化が生じる場合がある。リチウムイオン電池で上限電流を超えて電流を流した場合には、電池の内部抵抗と電流の積によるジュール発熱によって電池温度が上昇し、さらに上限電流を超えた電流で充電すると負極にＬｉ金属が析出し、性能低下あるいは劣化を生じさせる場合がある。

【0015】

鉛電池が上限電圧を超えて使用された場合、集電体が腐食する、あるいは、電解液の水が電気分解反応し液枯れによって導電性が低下する。鉛電池が下限電圧以下で使用されると、負極で生成された硫酸鉛がサルフェーションとして堆積するなど、性能低下あるいは劣化が生じる場合がある。燃料電池では、流す電流値によって電圧が決まるため、流す電流が大きすぎると水素ガスおよび空気の供給が追い付かず電圧が低下し、さらに性能低下あるいは劣化が生じる場合がある。

【0016】

よって、電池全般においては、電圧、電流、温度等を計測し保護するよう設計されている。ところが、電池の電圧を変換する変換器では、スイッチングデバイスとして使用されるＩＧＢＴあるいはＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子のスイッチングによって、リプル電流が発生する。発生したリプル電流が電池に印加された場合、電池の電圧が変動し、上限電圧を超えて大きくなるあるいは下限電圧を超えて下まわる可能性がある。なお、半導体スイッチング素子のスイッチング時に生じるリプルは、リプル電圧の可能性もあり、その場合は電池に流れる電流に変動が生じる。電池にリプル電流が印加されないようにするためには、変換器内の平滑コンデンサ容量を大きくする、適切なリアクトルを配置設計するといった設計面の対策、あるいは、変換器内の半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を制御する、例えば、スイッチング周波数を高くすることでリプル電流を抑制する、リアクトルが多重化された変換器にてリアクトル多重状態で動作させるなど、制御面の対策が取られる場合がある。

【0017】

図１に示す変換器２０において電圧を変換するときには、変換器２０の内部の半導体スイッチング素子をスイッチング動作するが、スイッチング動作はパルス幅変調のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号に従って実施してもよい。ＰＷＭ信号の生成には例えば三角波を使用し、キャリア周波数が設定される。

【0018】

図１に示した実施の形態１における制御装置１００では、検出部１は、蓄電装置１０に関する蓄電装置パラメータである、蓄電装置１０の温度、電圧値、ＳＯＣ、蓄電装置１０に入力または出力される直流電流の電流値、および、蓄電装置１０に印加されるリプル電流の周波数の少なくとも１つを検出し、インピーダンス計算部２は、検出部１において検出された値をもとに蓄電装置１０のインピーダンスを計算する。電池のインピーダンス変化は温度の影響によるものが大きいため、検出部１は少なくとも蓄電装置１０の温度を検出するものとしてもよい。

【0019】

図２から図８をもとに、電池のインピーダンスの変化について説明し、検出部１によって検出された値からインピーダンス計算部２においてインピーダンスを求める方法について説明する。図２は、電池における温度と抵抗との関係を示す図である。電池は、温度が低いほど抵抗が大きくなり、温度が高いほど抵抗は小さくなる。よって、電池の温度が低い状態ではインピーダンスが大きくなり、電池にリプル電流が印加されると電圧の変動も大きくなる。例えば、セ氏１５度からセ氏２５度の常温時において電池にリプル電流が印加されたときに電池の上限電圧および下限電圧を超えていない場合であっても、低温時においてはリプル電流印加時の電圧の変動が大きくなるため、上限電圧あるいは下限電圧を超えて性能低下あるいは劣化が生じることがある。例えば、リチウムイオン電池においては、特に低温時において上限電圧を超えて使用されると、負極にＬｉ金属が析出して性能低下あるいは劣化が生じる可能性が高くなる。検出部１において蓄電装置１０の温度を検出した場合は、インピーダンス計算部２において、図２に示すような蓄電装置１０の温度と抵抗との関係を示す情報をあらかじめ持っておき、図２に示すような温度と抵抗の関係を示す情報を用いて検出部１において検出した温度の値を蓄電装置１０のインピーダンスである抵抗値に変換する。インピーダンス計算部２において、図２に示すような情報は、マップあるいはテーブルとして保有してもよく、式あるいは関数の形で保有してもよい。

【0020】

図３は、電池におけるＳＯＣと抵抗の関係を示す図である。一般的には、電池においてはＳＯＣまたは電圧が低いほど抵抗値が大きくなる。よって、電池のＳＯＣが低い状態において電池に電流リプルが印加されると、電池の電圧の変動が大きくなり、電池の下限電圧以下の範囲で使用される可能性がある。一方、電池のＳＯＣが高い状態において電池にリプル電流が印加されると、電池の電圧の変動によって、電池の上限電圧を超えた状態で使用されて性能低下あるいは劣化が生じる可能性がある。検出部１においてＳＯＣを検出した場合は、インピーダンス計算部２において、図３に示すような蓄電装置１０のＳＯＣと抵抗との関係を示す情報をあらかじめ持っておき、図３に示すようなＳＯＣと抵抗の関係を示す情報を用いて検出部１において検出したＳＯＣの値を蓄電装置１０のインピーダンスである抵抗値に変換する。インピーダンス計算部２において、図３に示すような情報は、マップあるいはテーブルとして保有してもよく、式あるいは関数の形で保有してもよい。

【0021】

図４の下側の図は電池に３．９Ｖの直流電圧とリプル電流とが印加されたときの電圧変動を示しており、図４の上側の図は電池に４．１Ｖの直流電圧とリプル電流とが印加されたときの電圧変動を示している。図４の下側の図と図４の上側の図では、同じ振幅のリプル電流が印加されている。例えば、電池の規定電圧範囲の上限電圧が４．２Ｖである場合、図４の上側の図に示されたように電池に４．１Ｖの直流電圧とリプル電流とが印加されたときには上限電圧を超えており劣化が生じるが、図４の下側の図に示されたように電池に３．９Ｖの直流電圧とリプル電流とが印加されたときには上限電圧を超えず、劣化が生じない。

【0022】

図５は、電池において入力または出力される直流電流の電流値と抵抗の関係を示す図である。例えば、鉛蓄電池においては、図５に示すように、入力または出力される直流電流の電流値の大きさによって電池の抵抗が変化する。この特徴は、充電あるいは放電によって電池内部に生じるイオン拡散あるいは濃度拡散による影響が大きい。電池において入力または出力される直流電流の電流値あるいは電流の平均値が小さいほど抵抗が大きくなるため、リプル電流印加時の電圧変動が大きくなる可能性があり、電池の規定電圧範囲の上限電圧あるいは下限電圧を超える可能性がある。

【0023】

図６は、燃料電池において入力または出力される直流電流の電流値と抵抗の関係を示す図である。燃料電池は、電流値が小さいときに抵抗が大きく、電流値が高くなるにつれて抵抗は小さくなり、電流値が一定値を超えると燃料電池内のガス供給が不足し、ガス不足となり抵抗が大きくなる。燃料電池に流れる電流の大きさによってリプル印加時の電圧変動が大きくなる可能性があり、電池の規定電圧範囲の上限電圧あるいは下限電圧を超える可能性がある。図７は、燃料電池において入力または出力される直流電流の電流値と電圧値の関係を示す図である。燃料電池は、電流値が小さいときに電圧が大きくなる。

【0024】

検出部１において、蓄電装置１０において入力または出力される直流電流の電流値を検出した場合は、インピーダンス計算部２において、図５または図６に示すような蓄電装置１０において入力または出力される直流電流の電流値と抵抗との関係を示す情報をあらかじめ持っておき、検出部１において検出した電流値と図５または図６に示すような電流値と抵抗の関係を示す情報とから、蓄電装置１０のインピーダンスである抵抗値を求める。図５または図６に示すような情報は、マップあるいはテーブルとして保有してもよく、式あるいは関数の形で保有してもよい。

【0025】

図８は、リチウムイオン電池における周波数と抵抗の関係を示したインピーダンスボード線図である。１０ｍＨｚから２０ｋＨｚの周波数における抵抗値を示している。周波数が１ｋＨｚから２０ｋＨｚの範囲の抵抗値は、電池内部の配線、複数個の電池を直列もしくは並列に接続した電池モジュールであれば電池間の配線、さらに電池から変換器への配線のインピーダンスの影響が大きい。周波数が１ｋＨｚのときの抵抗値は、リチウムイオン電池内の電解液抵抗、内部配線等の直流抵抗に相当する。周波数が１ｋＨｚ以下の範囲の抵抗値は、リチウムイオン電池内部の正極、負極とＬｉイオンとの反応あるいは電極内、電解液中のＬｉイオンの拡散インピーダンスに相当するものである。インピーダンス周波数特性は、図８に示す通り、リプル周波数が高周波であるほど大きく、約１ｋＨｚ付近で最も小さくなり、１ｋＨｚ以下の低周波範囲ほど大きくなる特徴を持つ。そのため、リチウムイオン電池に印加されるリプル電流の周波数によって、リプル電流印加時の電池の電圧変動が変化することになる。

【0026】

検出部１において蓄電装置１０に印加されるリプル電流の周波数を検出した場合は、インピーダンス計算部２において図８に示すような蓄電装置１０に印加されるリプル電流の周波数と抵抗の関係を示す情報をあらかじめ持っておき、検出部１において検出したリプル電流の周波数と図８に示すようなリプル電流の周波数と抵抗の関係を示す情報とから、蓄電装置１０のインピーダンスである抵抗値を求める。図８に示すような情報は、マップあるいはテーブルとして保有してもよく、式あるいは関数の形で保有してもよい。また、検出部１におけるリプル電流の周波数の検出は、例えばＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）による解析を実施し、発生割合として最も多い周波数を検出結果としてもよい。

【0027】

蓄電装置１０が複数個の電池を接続したものである場合は、インピーダンス計算部２では、複数個の電池を接続したときの蓄電装置１０の全体の電池インピーダンスと、複数の電池を接続するためのバスバーおよびケーブルのインピーダンスと、蓄電装置１０と変換器２０を接続するケーブルのインピーダンスを求めてもよい。基本的に蓄電装置１０は１つの電池から構成されることはなく、複数個の電池を直列接続あるいは並列に接続したモジュールの形態で利用されるため、電池のインピーダンスと接続時に使用されるバスバー、ケーブルのインピーダンスの影響は大きい。そのため、インピーダンス計算部２において、複数個の電池を接続したときの蓄電装置１０の全体の電池インピーダンスと、複数の電池を接続するためのバスバーおよびケーブルのインピーダンスと、蓄電装置１０と変換器２０を接続するケーブルのインピーダンスを求めてることにより、正確に蓄電装置１０に印加されるリプル電流を計算することができる。またバスバーおよびケーブルのインピーダンスは温度、周波数によって変化する特徴をもつため、その特徴を情報として保有し、インピーダンスを求める構成としてもよい。

【0028】

また、インピーダンス計算部２で求めた蓄電装置１０のインピーダンスは電池の劣化が進むにつれて変化する傾向を持つため、検出部１にてさらに電池の劣化状態あるいは劣化度を検知し、劣化度と抵抗の関係を保有しておくことで、劣化状態における電池のインピーダンスを計算する構成にしてもよい。

【0029】

次に、リプル電流計算部３においてリプル電流を求める方法について説明する。図９は、変換器２０の等価回路の一例を示す図である。図９において、変換器２０は、昇圧コンバータであり、一次側コンデンサ２１、リアクトル２２、半導体スイッチング素子２３および二次側コンデンサ２４から構成されている。変換器２０は、蓄電装置１０からの入力電圧Ｖ_ｉｎを出力電圧Ｖ_ｏｕｔに昇圧し、負荷３０に出力する。

【0030】

リアクトル２２のインダクタンス値をＬ、リアクトル２２に流れる電流をｉＬ、リアクトル２２の入力電圧をＶ_ｉｎとしたとき、半導体スイッチング素子２３のＯＮ期間であるＴ_ｏｎにおいて、電流ｉＬはｄｉＬだけ増加し、以下の式（１）に示すような関係となる。

【0031】

【数1】

【0032】

式（１）を書き換えると、以下の式（２）となる。

【0033】

【数2】

【0034】

半導体スイッチング素子２３のＯＮ期間であるＴ_ｏｎは、半導体スイッチング素子２３のスイッチング周波数ｆ、オンデューティ比Ｄ、変換器２０の入力電圧Ｖ_ｉｎ、出力電圧Ｖ_ｏｕｔを用いると、以下の式（３）で表される。

【0035】

【数3】

【0036】

リプル電流ｄｉＬは、式（２）および式（３）をもとに、以下の式（４）で表される。

【0037】

【数4】

【0038】

リプル電流のピーク値Ｐ_ｄｉＬは、以下の式（５）で表される。

【0039】

【数5】

【0040】

式（４）で示されるリプル電流ｄｉＬは、一次側コンデンサ２１の容量Ｃ_ｉｎによって蓄電装置１０にリプル電流として印加され、蓄電装置１０のインピーダンスによって電圧変動が生じる。以上のように、リプル電流計算部３では、変換器２０における、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子２３のスイッチング周波数ｆ、一次側電圧Ｖ_ｉｎと二次側電圧Ｖ_ｏｕｔの昇降電圧比、リアクトル２２のインダクタンス値Ｌ、一次側コンデンサ２１の容量Ｃ_ｉｎと二次側コンデンサ２４の容量Ｃ_ｏｕｔをもとに、リプル電流を計算する。リプル電流計算部３は、変換器２０のリアクトル２２のインダクタンス値Ｌ、一次側コンデンサ２１の容量Ｃ_ｉｎおよび二次側コンデンサ２４の容量Ｃ_ｏｕｔの情報は、あらかじめ入手して記憶しておいてもよいし、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子２３のスイッチング周波数ｆ、一次側電圧Ｖ_ｉｎと二次側電圧Ｖ_ｏｕｔの値と共に、変換器２０から入手してもよい。さらに、リプル電流計算部３は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子２３のスイッチング周波数ｆ、一次側電圧Ｖ_ｉｎと二次側電圧Ｖ_ｏｕｔの情報を、制御部５から入手してもよい。あるいは、変換器２０の半導体スイッチング素子２３のスイッチング周波数をもとにサンプリングを実施するタイミングを設定し、検出部１においてリプル電流を計測して、その値を用いてもよい。

【0041】

また、リプル電流計算部３では、蓄電装置１０の等価回路をもとにリプル電流を求めてもよい。図１０は、蓄電装置１０の等価回路を示す図であり、蓄電装置１０の電気的、化学的な特性を簡易的な電気回路で表現している。図１０において、Ｌは蓄電装置１０の内部の導電経路、集電体金属、電池モジュールの電池間のバスバーおよびケーブルのインダクタンス、Ｒｌは配線抵抗、Ｒｓは電池内部の電解液抵抗、Ｒｃは電池内部の反応に伴う反応抵抗、Ｃは電気二重層容量、ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）は電池の開回路電圧を示している。各素子の定数を設定した後に、例えば、図９に示す入力電圧Ｖ_ｉｎに図１０に示す等価回路を組み込むことで、交流が印加されたときのリプル電流をシミュレーションで計算することができる。あるいは、式（１）から式（５）において入力電圧Ｖ_ｉｎの代わりに図１０に示す蓄電装置１０の等価回路の電圧Ｖｂを用いることにより、リプル電流を計算してもよい。等価回路は、電池間のバスバー、ケーブルに関するインダクタンスおよび抵抗成分だけでもよく、電池内の導電経路、集電体となる金属のインダクタンスおよび抵抗を含めてもよい。

【0042】

例えば、リチウムイオン電池は、電極と集電体が巻回されている構造であり、電池内部のインダクタンス、導電経路に基づくインダクタンスおよび抵抗成分が大きい可能性がある。図１１は、電池の１つのセルのインピーダンスナイキスト線図である。図１１は、電池の１つのセルのインピーダンスを実数部Ｚｒｅと虚数部Ｚｉｍに分けて各周波数でのそれぞれの値をプロットしたものである。図１１において、電池のインダクタンスに基づくインピーダンスは虚数部Ｚｉｍが正の範囲であり、Ｚｉｍが正の範囲においては周波数が高くなるほどインダクタンスと実数成分が大きくなる特性が示されている。これら特性を反映した等価回路を組み込むことによって、より正確に電池に印加されるリプル電流の計算が可能となり、電池の電圧変動を推定することができる。また、リプル電流は、図１１に示す特性をもとに算出したインピーダンスを図９に示す入力電圧Ｖ_ｉｎに抵抗として組み込むことにより計算することができる。等価回路の各回路素子の定数は、電池の種類、電気的または化学的な特性に合わせて可変とすることで、使用する電池にあったインピーダンスを計算する構成にしてもよい。更に、等価回路は、電池間の接続に使用するバスバーあるいはケーブルの配線インダクタンス、配線抵抗に基づく等価回路を利用してもよい。それら配線、ケーブルの回路素子定数は温度、周波数によって変化するため、それら変化の関係を表し計算するようにしてもよい。

【0043】

リプル変動計算部４は、インピーダンス計算部２の出力であるインピーダンスの値と、リプル電流計算部３の出力であるリプル電流の値から、蓄電装置１０にリプル電流が印加された場合の電圧変動を推定する。蓄電装置１０のインピーダンスの値をもとに蓄電装置１０の電圧変動を推定するので、蓄電装置１０の規定電圧範囲の上限電圧あるいは下限電圧を超えて使用されないかをより正確に判断することができるため、電池の性能低下あるいは劣化をより正確に抑制することができる。

【0044】

制御部５では、リプル変動計算部４の出力である蓄電装置１０の電圧変動の情報をもとに、変換器２０を制御することによって、蓄電装置１０に印加するリプル電流を制御し、蓄電装置１０の電圧があらかじめ定められた蓄電装置１０の規定電圧範囲を超えないように変換器２０を制御する。リプル電流の制御は、例えば、変換器２０の内部の半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を調整することによって行われる。半導体スイッチング素子のスイッチング動作をパルス幅変調のＰＷＭ信号によって行っている場合は、リプル電流の制御は、ＰＷＭ信号生成のためのキャリア周波数を調整することによって行ってもよい。半導体スイッチング素子のスイッチング周波数あるいはＰＷＭ信号生成のためのキャリア周波数を高くすることによりリプル電流の振幅を小さくするように制御してもよいし、半導体スイッチング素子のスイッチング周波数あるいはＰＷＭ信号生成のためのキャリア周波数を低くすることによりリプル電流の振幅を大きくするように制御してもよい。あるいは、制御部５では、蓄電装置１０の電圧目標値を設定し、電圧値あるいはＳＯＣを上げるあるいは下げるように制御してもよい。さらに、蓄電装置１０に流す電流目標値を設定し、電流値を制御してもよい。

【0045】

制御部５は、劣化判定部を備えてもよい。劣化判定部では、リプル変動計算部４の出力である蓄電装置１０の電圧変動の情報をもとに、リプル電流の制御要否、制御目標を判定し、蓄電装置１０に印加するリプル電流を制御する。例えば、劣化判定部では、検出部１において検出した蓄電装置１０の電圧もしくはＳＯＣをもとにリプル変動計算部４で求めた電圧変動によって、蓄電装置１０の上限電圧、上限ＳＯＣ、下限電圧および下限ＳＯＣのいずれかを超えるときには、リプル電流の制御が必要と判断し、リプル電流を制御する。

【0046】

さらに、劣化判定部は、変換器２０のスイッチング動作によって生じるリプル電流が蓄電装置１０に印加され、蓄電装置１０の電圧変動が上限電圧あるいは下限電圧を超えた場合に、上限電圧あるいは下限電圧と蓄電装置１０の電圧との差分である電圧超過値を求める。電圧超過値と蓄電装置１０の劣化速度との関係、例えば、電圧超過値と蓄電装置１０の容量の変化との関係を示す情報をあらかじめ持っておき、電圧超過値と蓄電装置１０の劣化速度との関係を示す情報と求めた電圧超過値とから、劣化速度が遅くなるように蓄電装置１０に印加するリプル電流を制御してもよい。また、リプル電流の印加回数と蓄電装置１０の容量の変化との関係を示す情報をあらかじめ持っておき、リプル電流の印加回数と蓄電装置１０の劣化速度との関係を示す情報と求めた電圧超過値とから、劣化速度が遅くなるように蓄電装置１０に印加するリプル電流を制御してもよい。電圧超過値と蓄電装置１０の劣化速度との関係を示す情報、あるいは、リプル電流の印加回数と蓄電装置１０の容量の変化との関係を示す情報は、マップあるいはテーブルとして保有してもよく、式あるいは関数の形で保有してもよい。

【0047】

検出部１において検出した蓄電装置１０の温度によって、蓄電装置１０の電圧変動に対する蓄電装置１０の劣化速度が変化するため、劣化判定部は、蓄電装置１０の温度とリプル変動計算部４によって求まる電圧変動と蓄電装置１０の劣化速度との関係を示す情報をあらかじめ保有し、この情報をもとにリプル電流を制御してもよい。蓄電装置１０の温度とリプル変動計算部４によって求まる電圧変動と蓄電装置１０の劣化速度との関係を示す情報は、マップあるいはテーブルとして保有してもよく、式あるいは関数の形で保有してもよい。

【0048】

また、検出部１で検出した蓄電装置１０の温度によって蓄電装置１０の上限電圧あるいは下限電圧が変化するため、劣化判定部は、検出部１において検出された蓄電装置１０の温度に応じて上限電圧あるいは下限電圧を変更し、リプル電流が印加されたときの蓄電装置１０の電圧変動と上限電圧または下限電圧との差分をもとに、蓄電装置１０の劣化が少なくなるようにリプル電流を制御してもよい。この構成により、例えばリチウムイオン電池では、低温時に変換器２０のスイッチング動作によって生じるリプル電流が蓄電装置１０に印加された場合に負極へのＬｉ析出に伴う劣化が進行しやすくなる特徴を持つため、低温時の電池劣化を抑制することができる。また、高温状態においても、リチウムイオン電池は変換器のスイッチング動作によって生じるリプル電流が電池に印加された場合に電解液の還元分解反応、負極、正極の副反応、Ｌｉ金属の析出が進行しやすくなるため、高温時の劣化を抑制することができる。

【0049】

図１２は、蓄電装置１０のそれぞれの温度における、蓄電装置１０の電圧変動および上限電圧の差分と劣化速度との関係を示す図であり、四角はセ氏マイナス２０度のときの様子、三角はセ氏０度のときの様子、丸はセ氏２５度のときの様子、ひし形はセ氏４５度のときの様子を示している。劣化判定部は、図１２に示すような情報をあらかじめ持っておき、リプル電流が印加されたときの蓄電装置１０の電圧変動と上限電圧との差分をもとに、蓄電装置１０の劣化が少なくなるようにリプル電流を制御してもよい。図１２に示すような情報は、マップあるいはテーブルとして保有してもよく、式あるいは関数の形で保有してもよい。

【0050】

リプル電流が蓄電装置１０に印加されたときに温度が上昇し、あらかじめ定めた蓄電装置の上限温度を超え、蓄電装置１０が劣化することがある。劣化判定部は、インピーダンス計算部２で求めたインピーダンスの値とリプル電流計算部３で求めたリプル電流とから蓄電装置１０の発熱量を求め、この発熱量により上昇した蓄電装置１０の温度を求め、この上昇後の温度の情報をもとにリプル電流を制御してもよい。変換器２０のスイッチング動作によって生じるリプル電流と蓄電装置１０の内部抵抗Ｒに基づく発熱量Ｑは、リプルの実効電流をＩ_ｒｍｓとすると、以下の式（６）によって定義される。

【0051】

【数6】

【0052】

ここで、蓄電装置１０の内部抵抗Ｒは、検出部１において検出した蓄電装置１０の温度、ＳＯＣ、入力される電流、出力される電流、あるいは、印加されるリプル電流の周波数に応じて変化するため、インピーダンス計算部２で求めたインピーダンスの抵抗値を用いてもよい。式（６）から求まる蓄電装置１０の発熱量Ｑおよび時間によって生じるエネルギーと、電池の熱容量Ｃｖ［Ｊ／Ｋ］とをもとに、蓄電装置１０の温度上昇を推定することができる。以上の処理により、変換器２０のスイッチング動作によって生じるリプル電流が蓄電装置１０に印加され、蓄電装置１０の内部発熱によって蓄電装置１０の温度が上昇して蓄電装置１０の劣化が進行することを防ぐことができる。

【0053】

劣化判定部は、リプル電流を印加したときの蓄電装置１０の内部発熱による温度上昇と、蓄電装置１０の電圧変動と、蓄電装置１０の劣化速度との関係を示す情報をあらかじめ持っておき、この情報をもとにリプル電流を制御してもよい。蓄電装置１０に印加される電流リプルと蓄電装置１０のインピーダンスによって蓄電装置１０にジュール発熱が生じ、蓄電装置１０の温度が上昇するため、特に高温状態で使用している場合には温度上昇によってさらに蓄電装置１０は高温状態となるため、性能低下または劣化が生じる可能性があるが、劣化判定部においてこのような処理をすることにより、蓄電装置１０の性能低下または劣化を抑制することができる。内部発熱による温度上昇と、蓄電装置１０の電圧変動と、蓄電装置１０の劣化速度との関係を示す情報は、マップあるいはテーブルとして保有してもよく、式あるいは関数の形で保有してもよい。

【0054】

劣化判定部は、蓄電装置１０の電圧の時間積分値と蓄電装置１０の劣化速度との関係を示す情報をあらかじめ持っておき、リプル電流の周波数とリプル電流印加による電池電圧変動に対して電圧の時間積分値を算出し、この電圧の時間積分値をもとにリプル電流を制御してもよい。あるいは、劣化判定部は、蓄電装置１０の電圧の実効電圧値と蓄電装置１０の劣化速度との関係を示す情報をあらかじめ持っておき、蓄電装置１０の電圧の実効電圧値を算出して、この実効電圧値をもとにリプル電流を制御してもよい。リプル電流印加時の蓄電装置１０の電圧変動において電圧の時間積分値あるいは実効電圧によって電池の劣化進行速度が変化するため、電圧の時間積分値あるいは実効電圧の値をもとにリプル電流を制御することで、蓄電装置１０の性能低下または劣化を抑制することができる。蓄電装置１０の電圧の時間積分値と蓄電装置１０の劣化速度との関係を示す情報は、マップあるいはテーブルとして保有してもよく、式あるいは関数の形で保有してもよい。

【0055】

劣化判定部は、変換器２０のスイッチング動作によって生じるリプル電流の周波数をもとに、電池に印加するリプル電流を制御してもよい。リチウムイオン電池は、電池内部の電解液中のＬｉイオンの移動あるいは電池内の電極反応によって、例えば１ｋＨｚ以下の周波数領域のリプル電流が印加された場合に劣化が進行しやすくなる特徴を持っている。そのため、劣化判定部は、１ｋＨｚ以下のリプル電流が印加されるときは、蓄電装置１０に印加するリプル電流を抑制するなどの制御を行うことにより、蓄電装置１０の性能低下または劣化を制御することができる。

【0056】

リチウムイオン電池については、劣化の要因によって劣化判定部において使用する蓄電装置１０の上限電圧の値を変更する必要がある。よって、蓄電装置１０の劣化要因を診断する劣化要因診断部を劣化判定部に設けて、劣化要因診断部によって診断された劣化要因の情報をもとに劣化判定部においてリプル電流を制御してもよい。劣化要因診断部では、例えば、一般的な方法である未劣化電池の電圧曲線および微分電圧曲線と、劣化電池の電圧曲線および微分電圧曲線とをそれぞれ解析比較し、パラメータとして正極劣化、負極劣化、Ｌｉ析出による劣化を診断し、Ｌｉ析出による劣化パラメータが閾値を超える場合にリプル電流を抑制するように制御する。なお、必ずしも電圧曲線および微分電圧曲線の両方を解析比較する必要はなく、どちらか一方を解析比較するようにしてもよい。例えば、リチウムイオン電池では、負極にＬｉ析出が生じることで、正極および負極内を充放電に伴い移動するＬｉイオンが消費されて容量低下または劣化が生じる場合、さらにＬｉ析出が進行するとセパレータを突き破り微短絡あるいは内部短絡を生じさせることがあるため、電池の性能低下、劣化を抑制することができる。

【0057】

なお、変換器２０に設けられるリアクトルのインダクタンス値、コンデンサ容量は、予め設計段階で変換器２０のスイッチング動作によって生じるリプル電流を計算した上で、想定される蓄電装置１０のインピーダンスを計算し、電圧変動を推定し上で、それをもとに設計する構成にしてもよい。これらの処理により、変換器２０に搭載するリアクトルの小型化あるいはコンデンサ容量を提言することができる。

【0058】

以上のように、実施の形態１による制御装置１００は、蓄電装置１０に入力される電圧および蓄電装置１０から出力される電圧の少なくとも一方を半導体スイッチング素子によって変換する変換器２０を制御する制御装置１００であって、蓄電装置１０に関する蓄電装置パラメータを検出する検出部１と、検出部１の出力から蓄電装置１０のインピーダンスを求めるインピーダンス計算部２と、検出部１の出力から蓄電装置１０に印加されるリプル電流の振幅を求めるリプル電流計算部３とを備え、インピーダンス計算部２の出力およびリプル電流計算部３の出力をもとに変換器２０を制御するので、蓄電装置１０の性能低下または劣化を抑制することができる。

【0059】

実施の形態２．
図１３は、実施の形態２による制御装置１００ａの構成を示す図である。実施の形態２による制御装置１００ａは、互いに並列に接続された複数のリアクトルと、複数のリアクトルのそれぞれに接続された複数の半導体スイッチング素子とを備えた変換器２０ａを制御するものである。図１３に示す実施の形態２による制御装置１００ａを図１に示す実施の形態１による制御装置１００と比較すると、リプル電流計算部３がリプル電流計算部３ａになっており、制御部５が制御部５ａになっており、リプル変動計算部４ではなく損失計算部６を備えている。損失計算部６は、変換器損失計算部６１と電池損失計算部６２とを備えている。実施の形態２による制御装置１００ａの他の構成は、実施の形態１による制御装置１００の構成と同じである。

【0060】

また、制御装置１００ａと、蓄電装置１０と、変換器２０ａとを備えたものが、蓄電システムとなる。

【0061】

リプル電流計算部３ａは、検出部１の出力と、変換器２０ａにおいて動作しているリアクトルの数、すなわち、変換器２０ａにおいて動作している半導体スイッチング素子の数とから、蓄電装置１０に印加されるリプル電流の大きさを求める。変換器損失計算部６１は、蓄電装置１０において入力あるいは出力される直流電流の値を検出部１から入手し、直流電流の値から変換器２０ａの半導体スイッチング素子のスイッチング動作によって生じる損失である変換器損失を求める。電池損失計算部６２は、インピーダンス計算部２の出力である蓄電装置１０のインピーダンスと、リプル電流計算部３の出力であるリプル電流の値とから、蓄電装置１０に生じる電池損失である蓄電装置１０のインピーダンスによる内部発熱量を求める。制御部５ａは、変換器損失計算部６１の出力である変換器損失と、電池損失計算部６２の出力である電池損失の値とから、変換器２０ａにおいて動作させる半導体スイッチング素子の個数を制御する。以上の構成により、変換器損失および電池損失を考慮しつつ動作させるリアクトルの数を多くすることにより、リプル電流を抑制し、蓄電装置１０の性能低下を抑制することができる。

【0062】

電圧を変換するリアクトルを２個備えて２重化した変換器２０ａを例に、リプル電流を制御する方法について説明する。図１４は、変換器２０ａの等価回路を示す図である。図１４において、変換器２０ａは、一次側コンデンサ２１ａ、リアクトル２２ａ、半導体スイッチング素子２３ａ、半導体スイッチング素子２３ｂ、リアクトル２２ｂ、半導体スイッチング素子２３ｃ、半導体スイッチング素子２３ｄおよび二次側コンデンサ２４ａから構成されている。

【0063】

リアクトルを２重化した変換器２０ａにおいて、キャリア周波数ｆで半導体スイッチング素子２３ａおよび半導体スイッチング素子２３ｂをスイッチング動作したときにリアクトル２２ａに流れるリプル電流をｉ_１とし、キャリア周波数ｆで半導体スイッチング素子２３ｃおよび半導体スイッチング素子２３ｄをスイッチング動作したときにリアクトル２２ｂに流れるリプル電流をｉ_２とする。ｉ_１とｉ_２とを合成したｉ_３のリプル電流が蓄電装置１０に印加されることになる。図１５は、比較例の変換器においてｉ_１とｉ_２との位相が同じになるように半導体スイッチング素子のスイッチング動作を行ったときの、ｉ_１、ｉ_２およびｉ_３の様子を示した図である。振幅がｉ_ａで同位相のｉ_１とｉ_２とが合成されて、リプル電流ｉ_３の振幅は２ｉ_ａとなっている。一方、図１６は、実施の形態２の変換器においてｉ_１とｉ_２との位相が１８０度ずれるように半導体スイッチング素子のスイッチング動作を行ったときのｉ_１、ｉ_２およびｉ_３の様子を示した図である。振幅がｉ_ａで位相が１８０度ずれたｉ_１とｉ_２とが合成されて、リプル電流ｉ_３の振幅はｉ_ａとなり周波数は２ｆとなっている。実施の形態２の変換器においては、蓄電装置１０には合成された振幅がｉ_ａのリプル電流ｉ_３が印加されることになり、ｉ_１とｉ_２との位相が同じになるように半導体スイッチング素子のスイッチング動作を行う比較例と比べて蓄電装置１０に印加されるリプル電流の振幅を抑制することができる。また、リアクトルを２重化することにより、１つのリアクトルを用いて同じ大きさの直流電流を流すときに比べて、１つのリアクトルに流れる直流電流が低減され、変換器２０ａの発熱量が低減される。

【0064】

一方、リアクトルを２重化すると、スイッチングによる損失が生じ、効率が低下するという欠点がある。図１７は、変換器２０ａにおいて昇圧する場合の、直流電流と損失との関係を示す図である。図１７において、リアクトルを２重化して動作させたときのリアクトル１つ当たりの変換器損失をＱａ１とし、リアクトルを２重化せずに１つのリアクトルのみで動作させたときの変換器損失をＱａ２として示している。リアクトルを２重化して動作させると、リアクトル１つ当たりに流れる電流は小さくなり、リアクトル１つ当たりの変換器損失も小さくなるが、変換器２０ａの全体としての変換器損失は２Ｑａ１となる。変換器２０ａの全体としての変換器損失を小さくしたいときは、例えば、制御部５ａにおいて、リアクトルを２重化して動作させたときの変換器損失である２Ｑａ１と、１つのリアクトルのみで動作させたときの変換器損失であるＱａ２とを比較し、２Ｑａ１がＱａ２よりも大きいときは１つのリアクトルのみで動作させるように制御する。なお、直流電流と変換器損失との関係は、蓄電装置１０の電圧を変換器２０ａによって昇圧または降圧するときの電流に対する効率をもとに損失を計算してもよい。

【0065】

図１８は、蓄電装置１０に印加されるリプル電流と、インピーダンスをもとに計算した蓄電装置１０の電池損失、すなわち、蓄電装置１０の発熱による損失との関係を示す図である。図１８において、リアクトルを２重化して動作させたときの蓄電装置１０の電池損失をＱｂ１とし、リアクトルを２重化せずに１つのリアクトルのみで動作させたときの蓄電装置１０の電池損失をＱｂ２として示している。蓄電装置１０の電池損失を小さくしたいときは、例えば、制御部５ａにおいて、リアクトルを２重化して動作させたときの電池損失であるＱｂ１と、１つのリアクトルのみで動作させたときの電池損失であるＱｂ２とを比較し、電池損失が小さな方で動作させるように制御する。また、変換器２０ａの変換器損失と蓄電装置１０の電池損失との合計を小さくしたいときには、例えば、制御部５ａにおいて、２Ｑａ１＋Ｑｂ１とＱａ２＋Ｑｂ２を比較して、変換器２０ａにおいて動作させるリアクトルの数を決定して制御する。

【0066】

さらに、制御装置１００ａは、インピーダンスおよびリプル電流の値をもとに蓄電装置１０の電圧変動を推定するリプル変動計算部４をさらに備え、制御部５ａにおいて蓄電装置１０に印加されるリプル電流を抑制するように動作させる前記半導体スイッチング素子の個数を制御してもよい。このような構成にすることにより、蓄電装置１０のインピーダンスおよび蓄電装置１０に印加されるリプル電流により蓄電装置１０の電圧変動が生じ、上限電圧あるいは下限電圧を超えることで蓄電装置１０の劣化が生じることを抑制することができる。

【0067】

変換器２０ａの並列に接続されるリアクトルの個数は２個よりも多い数を多重化してもよく、制御部５ａは、動作させるリアクトルの個数を決定することで蓄電装置１０に印加されるリプル電流を制御するようにしてもよい。リアクトルの個数を増やすことによって、蓄電装置１０に印加されるリプル電流をより抑制することができる。また、並列に接続されるリアクトルの数が多い変換器２０ａを制御するときは、変換器２０ａ全体の損失はリアクトル１つ当たりのスイッチング動作による損失をリアクトルの個数分だけ足し合わせた値となるため、リプル電流を考慮しながら動作させるリアクトルの個数を減らすことにより、変換器２０ａの変換器損失を減らすこともできる。

【0068】

また、リアクトルには定格電流値が定められているため、多重化されたリアクトルのいくつかを停止させるときには、動作しているリアクトルの１個あたりに流れる電流は定格電流値以下となるように動作させる個数を制御することが望ましい。また、図１７に示したように、２つ以上のリアクトルを動作させると変換器２０ａの全体の変換器損失は大きくなる傾向を持っているため、負荷が軽く変換器２０ａをリアクトルの定格電流値以下の小さな直流電流で動作させるときには、リアクトルを１つだけ動作させることにより変換器２０ａの変換器損失を小さくすることができる。例えば、図１４に示した変換器２０ａにおいて、蓄電装置１０に印加されるリプル電流をｉ_３がリアクトルの定格電流の１／２以下の場合、半導体スイッチング素子２３ｃと半導体スイッチング素子２３ｄとをゲートオフしてリアクトル２２ｂを停止することにより、変換器２０ａの変換器損失を小さくすることができる。このとき、リアクトル２２ａに流れるリプル電流ｉ_１が蓄電装置１０に印加されるリプル電流をｉ_３となる。

【0069】

実施の形態１および実施の形態２による制御装置は、制御方法として実現されてもよく、制御方法の各動作を記述したコンピュータプログラムとして実現されてもよい。コンピュータプログラムは、通信路を介して提供されてもよいし、記録媒体に記録されて提供されてもよい。

【0070】

図１９は、実施の形態１および実施の形態２による制御装置のハードウェアの一例を示す模式図である。インピーダンス計算部２、リプル電流計算部３、３ａ、リプル変動計算部４、制御部５、５ａ、損失計算部６は、メモリ２０２に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ２０１によって実現される。メモリ２０２は、プロセッサ２０１が実行する各処理における一時記憶装置としても使用される。また、複数の処理回路が連携して上記機能を実行してもよい。さらに、専用のハードウェアによって上記機能を実現してもよい。

【0071】

専用のハードウェアによって上記機能を実現する場合は、専用のハードウェアは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものである。プロセッサ２０１およびメモリ２０２によって上記機能を実現する場合は、プロセッサ２０１はＣＰＵであり、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）など、あるいは、これらを組み合わせたものである。メモリ２０２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（登録商標）（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、または、これらを組み合わせたものである。検出部１、プロセッサ２０１およびメモリ２０２は、互いにバス接続されている。

【0072】

本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0073】

１ 検出部、２ インピーダンス計算部、３、３ａ リプル電流計算部、４ リプル変動計算部、５、５ａ 制御部、６ 損失計算部、１０ 蓄電装置、２０、２０ａ 変換器、２１、２１ａ 一次側コンデンサ、２２、２２ａ、２２ｂ リアクトル、２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 半導体スイッチング素子、２４、２４ａ 二次側コンデンサ、３０ 負荷、６１ 変換器損失計算部、６２ 電池損失計算部、１００、１００ａ 制御装置、２０１ プロセッサ、２０２ メモリ。

【要約】

蓄電装置の性能低下を抑制する制御装置である。
蓄電装置（１０）に関する蓄電装置パラメータを検出する検出部（１）と、検出部（１）の出力から蓄電装置（１０）のインピーダンスを求めるインピーダンス計算部（２）と、検出部（１）の出力から蓄電装置（１０）に印加されるリプル電流の振幅を求めるリプル電流計算部（３）とを備え、インピーダンス計算部（２）の出力およびリプル電流計算部（３）の出力をもとに変換器（２０）を制御する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】