特開 2023-164022 電源制御装置及び蓄電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023164022

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】電源制御装置及び蓄電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20231102BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 B

H02J3/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022075316

(22)【出願日】2022-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】プライムアースＥＶエナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】久保 貴之

【テーマコード（参考）】

5G066

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G066HB09

5G066JA01

5G066JB03

5G503AA01

5G503BB02

5G503CA08

5G503DA07

5G503EA05

5G503GD06

(57)【要約】

【課題】電源の寿命を延ばすことができる電源制御装置及び蓄電システムを提供する。
【解決手段】電源制御装置２０は、容量型電池１１と、容量型電池１１よりも容量が小さい一方で出力が大きい出力型電池１２とを含む蓄電システム１０を制御する。電源制御装置２０は、電力の入出力を繰り返した出力型電池１２の充電状態を示すＳＯＣの頻度である使用ＳＯＣ頻度に基づいて出力型電池１２が入出力制御を行うときの制御中心となる中心ＳＯＣへＳＯＣを戻すときの入出力指示値を決定する決定部２２と、を備える。決定部２２は、使用ＳＯＣ頻度が高いほど入出力指示値を小さくする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電源と、前記第１電源よりも容量が小さい一方で出力が大きい第２電源とを含む蓄電システムを制御する電源制御装置であって、
電力の入出力を繰り返した前記第２電源の充電状態を示すＳＯＣの頻度である使用ＳＯＣ頻度に基づいて前記第２電源が入出力制御を行うときの制御中心となる中心ＳＯＣへ前記ＳＯＣを戻すときの入出力指示値を決定する決定部と、を備え、
前記決定部は、前記使用ＳＯＣ頻度が高いＳＯＣほど前記入出力指示値を小さくする
電源制御装置。

【請求項2】

前記決定部は、前記使用ＳＯＣ頻度が所定値よりも高いＳＯＣの前記入出力指示値を、前記使用ＳＯＣ頻度が所定値以下であるＳＯＣの前記入出力指示値よりも小さくする
請求項１に記載の電源制御装置。

【請求項3】

前記使用ＳＯＣ頻度を取得する取得部と、を備え、
前記決定部は、前記取得部が取得した前記使用ＳＯＣ頻度に基づいて前記中心ＳＯＣへ前記ＳＯＣを戻すときの入出力指示値を決定する
請求項１に記載の電源制御装置。

【請求項4】

前記決定部は、前記使用ＳＯＣ頻度が少ないＳＯＣほど前記入出力指示値を大きくする
請求項１に記載の電源制御装置。

【請求項5】

前記第２電源は、前記第１電源をバックアップするように機能するために、出力要求がないときに前記ＳＯＣを前記中心ＳＯＣへ戻るように前記第１電源から入力して前記中心ＳＯＣへ戻して待機する
請求項１に記載の電源制御装置。

【請求項6】

第１電源と、
前記第１電源よりも容量が小さい一方で出力が大きい第２電源と、
請求項１～５のいずれか一項に記載の電源制御装置と、を備える
蓄電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源制御装置及び蓄電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載の電源システムでは、高容量かつ高出力の要求から、高容量型の電源と高出力型の電源とが電力変換回路等を介して並列に接続されている。この電源システムは、車両に備えられ、走行モードによって２種類の電源の電力分配方法を変更している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１８７７５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記特許文献１に記載の電源システムでは、分配方法によって電源の寿命が短くなるため、電源の交換コストが高くなる可能性がある。このため、電源の寿命を延ばすことが求められている。なお、車両に備えられる電源システムに限らず、電力網に対して入出力を行う蓄電システムにおいても同様の課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決する電源制御装置は、第１電源と、前記第１電源よりも容量が小さい一方で出力が大きい第２電源とを含む蓄電システムを制御する電源制御装置であって、電力の入出力を繰り返した前記第２電源の充電状態を示すＳＯＣの頻度である使用ＳＯＣ頻度に基づいて前記第２電源が入出力制御を行うときの制御中心となる中心ＳＯＣへ前記ＳＯＣを戻すときの入出力指示値を決定する決定部と、を備え、前記決定部は、前記使用ＳＯＣ頻度が高いＳＯＣほど小さくする。

【0006】

上記構成によれば、第２電源の使用ＳＯＣ頻度に基づいて使用ＳＯＣ頻度が高いＳＯＣほど入出力指示値を小さくする。このため、使用ＳＯＣ頻度に応じて第２電源の制御が行われ、第２電源の電流値の上昇による温度上昇を抑えつつ、充放電電気量（Ａｈ／ｄａｙ）を低減することができる。よって、電源の寿命を延ばすことができる。

【0007】

上記電源制御装置について、前記使用ＳＯＣ頻度が所定値よりも高いＳＯＣの前記入出力指示値を、前記使用ＳＯＣ頻度が所定値以下であるＳＯＣの前記入出力指示値よりも小さくすることが好ましい。

【0008】

上記構成によれば、使用ＳＯＣ頻度を所定値で区切ることで、使用ＳＯＣ頻度が所定値よりも高いＳＯＣの入出力指示値を特に小さくすることができる。このため、第２電源の充放電電気量（Ａｈ／ｄａｙ）及び電流値を更に低減することができる。

【0009】

上記電源制御装置について、前記使用ＳＯＣ頻度を取得する取得部と、を備え、前記決定部は、前記取得部が取得した前記使用ＳＯＣ頻度に基づいて前記中心ＳＯＣへ前記ＳＯＣを戻すときの入出力指示値を決定することが好ましい。

【0010】

上記構成によれば、取得部が取得した実際の第２電源の使用ＳＯＣ頻度に基づいて入出力指示値を決定することができる。このため、第２電源の使用状態に合わせることができ、第２電源の電流値の上昇による温度上昇を抑えつつ、充放電電気量（Ａｈ／ｄａｙ）を更に低減することができる。

【0011】

上記電源制御装置について、前記決定部は、前記使用ＳＯＣ頻度が少ないＳＯＣほど前記入出力指示値を大きくすることが好ましい。
上記構成によれば、使用ＳＯＣ頻度が少ないＳＯＣほど前記入出力指示値を大きくする。このため、第２電源のＳＯＣの変動幅を低減することができる。よって、電源の寿命を延ばすことができる。

【0012】

上記電源制御装置について、前記第２電源は、前記第１電源をバックアップするように機能するために、出力要求がないときに前記ＳＯＣを前記中心ＳＯＣへ戻るように前記第１電源から入力して前記中心ＳＯＣへ戻して待機することが好ましい。

【0013】

上記構成によれば、第２電源は出力要求があるときに高出力することで第１電源をバックアップするために第１電源から電力が入力される。そして、この電力の入出力における使用ＳＯＣ頻度に基づいて入出力指示値を決定する。このとき、第２電源が中心ＳＯＣで待機していることで、第２電源は出力要求に適切に対応することができる。

【0014】

上記課題を解決する蓄電システムについて、第１電源と、前記第１電源よりも容量が小さい一方で出力が大きい第２電源と、上記電源制御装置と、を備える。
上記構成によれば、第２電源の使用ＳＯＣ頻度に基づいて使用ＳＯＣ頻度が高いＳＯＣほど入出力指示値を小さくする。このため、使用ＳＯＣ頻度に応じて電源の制御が行われ、第２電源の電流値の上昇による温度上昇を抑えつつ、充放電電気量（Ａｈ／ｄａｙ）を低減することができる。よって、電源の寿命を延ばすことができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、電源の寿命を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】蓄電システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図。

【図2】同実施形態の電源制御装置による出力値の算出処理を示す図。

【図3】同実施形態の電源制御装置の入出力指示値更新処理を示すフローチャート。

【図4】同実施形態の蓄電システムの第２電源の使用ＳＯＣ頻度を示すグラフ。

【図5】同実施形態の蓄電システムの第２電源の入出力値を示すグラフ。

【図6】同実施形態の蓄電システムの第２電源の上下限値マップ及び低減率マップ。

【図7】同実施形態の蓄電システムの第２電源の使用ＳＯＣ頻度を示すグラフ。

【図8】同実施形態の蓄電システムの第２電源の入出力値を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図１～図８を参照して、電源制御装置及び蓄電システムの一実施形態について説明する。蓄電システムは、電源制御装置によって電源からの出力及び電源への入力が制御される。

【0018】

（蓄電システム１０）
図１に示すように、蓄電システム１０は、商用電力網１に接続され、商用電力網１に対して電力の入出力を行う。蓄電システム１０は、容量型電池１１と、出力型電池１２と、電源制御装置２０と、を備えている。容量型電池１１は、第１電源に相当し、容量が出力型電池１２よりも大きい。容量型電池１１は、例えばリチウムイオン二次電池である。出力型電池１２は、第２電源に相当し、出力が容量型電池１１よりも大きい。出力型電池１２は、例えばニッケル水素二次電池である。出力型電池１２は、出力が必要なときに容量型電池１１をバックアップするように機能する。このため、電源制御装置２０は、急な要求に対応するために充電状態を示すＳＯＣを中心ＳＯＣへ戻して待機している。電源制御装置２０は、出力要求がないときに出力型電池１２に容量型電池１１から電力を入力する。このため、出力型電池１２は、ＳＯＣを中心ＳＯＣへ戻すように電力の入出力が行われる。中心ＳＯＣは、入出力制御を行うときの制御中心となるＳＯＣである。中心ＳＯＣは、任意に設定可能である。

【0019】

容量型電池１１と商用電力網１との接続線には、容量型電池１１の電圧及び電流等を計測する第１計測器１１Ａが設けられている。第１計測器１１Ａは、計測結果を電源制御装置２０に出力する。出力型電池１２と商用電力網１との接続線には、出力型電池１２の電圧及び電流等を計測する第２計測器１２Ａが設けられている。第２計測器１２Ａは、計測結果を電源制御装置２０に出力する。電源制御装置２０は、第１計測器１１Ａの計測結果から容量型電池１１のＳＯＣを算出する。また、電源制御装置２０は、第２計測器１２Ａの計測結果から出力型電池１２のＳＯＣを算出する。

【0020】

（電源制御装置２０）
電源制御装置２０は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って各種処理を実行する１つ以上のプロセッサとして構成し得る。電源制御装置２０すなわちプロセッサにより実行される処理には、電源制御方法が含まれる。電源制御方法は、後述する取得ステップと決定ステップとを含む。なお、電源制御装置２０は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路、またはその組み合わせを含む回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）として構成してもよい。プロセッサは、ＣＰＵ及び、ＲＡＭ並びにＲＯＭ等のメモリを含む。メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスすることができるあらゆる利用可能な媒体を含む。コンピュータ可読媒体に格納されたプログラムには電源制御プログラムが含まれる。電源制御プログラムは、取得ステップと決定ステップとを電源制御装置２０に実行させる。

【0021】

電源制御装置２０は、取得部２１と、決定部２２とを備える。取得部２１は、出力型電池１２の使用ＳＯＣ頻度を取得する。使用ＳＯＣ頻度は、所定期間において電力の入出力を繰り返した出力型電池１２のＳＯＣの頻度である。所定期間は、１か月や１週間等の任意の期間である。決定部２２は、使用ＳＯＣ頻度に基づいて出力型電池１２のＳＯＣを中心ＳＯＣへ戻すときの入出力指示値を決定する。

【0022】

（出力値の算出処理）
次に、図２を併せ参照して、上記電源制御装置２０の出力値の算出処理について説明する。商用電力網１から出力要求がある場合には、電源制御装置２０は、要求電力に従って出力値を算出する。

【0023】

まず、電源制御装置２０は、出力型電池１２のＳＯＣを取得して、出力型電池１２の入出力指示値を算出する（ステップＳ１）。すなわち、電源制御装置２０は、出力型電池１２のＳＯＣが中心ＳＯＣへ戻るように出力型電池１２の入出力指示値を算出する。

【0024】

続いて、電源制御装置２０は、容量型電池１１の要求電力を算出する（ステップＳ２）。すなわち、商用電力網１の出力要求からステップＳ１で算出した出力型電池１２の入出力指示値を引くことで容量型電池１１の要求電力を算出する。

【0025】

続いて、電源制御装置２０は、出力型電池１２の要求電力を算出する（ステップＳ３）。すなわち、商用電力網１の出力要求からステップＳ２で算出した容量型電池１１の要求電力を引くことで出力型電池１２の要求電力を算出する。

【0026】

続いて、電源制御装置２０は、ステップＳ１において算出した容量型電池１１の出力と、ステップＳ２において算出した出力型電池１２の出力と、をそれぞれ出力値として得ることができる。

【0027】

（入出力指示値の更新処理）
次に、図３を併せ参照して、電源制御装置２０の図２のステップＳ１における出力型電池１２の入出力指示値の更新処理について説明する。なお、電源制御装置２０は、初期稼働時は、初期設定の入出力指示値で入出力制御を行う。また、電源制御装置２０は、出力型電池１２の入出力指示値の更新処理を所定期間毎に実施する。

【0028】

まず、図３に示すように、電源制御装置２０は、稼働中の出力型電池１２の使用ＳＯＣの所定期間のログを取得する（ステップＳ１１）。すなわち、電源制御装置２０は、出力型電池１２の使用ＳＯＣ頻度を算出するために、出力型電池１２の使用ＳＯＣのログを取得する。

【0029】

続いて、電源制御装置２０は、取得した使用ＳＯＣのログから使用ＳＯＣ頻度を算出する（ステップＳ１２）。すなわち、図４に示すように、取得部２１は、所定期間のＳＯＣ毎の回数を算出することで使用ＳＯＣ頻度を取得する。本実施形態では、中心ＳＯＣは、６０％で設定しているが、他の値でもよい。ステップＳ１２が取得ステップに相当する。

【0030】

続いて、電源制御装置２０は、入出力指示値を算出する（ステップＳ１３）。すなわち、決定部２２は、使用ＳＯＣ頻度に基づいて出力型電池１２のＳＯＣを中心ＳＯＣへ戻すときの入出力指示値を算出する。

【0031】

続いて、電源制御装置２０は、算出した入出力指示値を更新する（ステップＳ１４）。すなわち、決定部２２は、算出した入出力指示値を新たな入出力指示値として書き換える。決定部２２は、算出した入出力指示値を新たな入出力指示値として決定する。ステップＳ１３，Ｓ１４が決定ステップに相当する。

【0032】

（入出力指示値の算出）
次に、図４～図６を併せ参照して、電源制御装置２０の図３のステップＳ１３における出力型電池１２の入出力指示値の算出について説明する。なお、出力型電池１２の中心ＳＯＣは、６０％である。

【0033】

図４に示すように、出力型電池１２の使用ＳＯＣ頻度は、ＳＯＣが６０％をピークとして、ＳＯＣがおよそ５０～７０％の間で発生している。決定部２２は、使用ＳＯＣ頻度が高いＳＯＣほど入出力指示値を小さくする。言い換えれば、決定部２２は、使用ＳＯＣ頻度が低いＳＯＣほど入出力指示値を大きくする。また、決定部２２は、使用ＳＯＣ頻度が所定値よりも高いＳＯＣの入出力指示値を、使用ＳＯＣ頻度が所定値以下であるＳＯＣの入出力指示値よりも小さくしてもよい。その場合、所定値を使用ＳＯＣ頻度の変曲点又は変曲点の近傍とする。

【0034】

決定部２２は、予め設定された上下限値に対して使用ＳＯＣ頻度に基づいて選択される低減率を乗算することで、入出力指示値を決定する（式（１））。
入出力指示値＝上下限値×低減率・・・（１）

【0035】

図５に破線で示すように、出力型電池１２の上下限値が予め設定されている。出力型電池１２の上下限値は、ＳＯＣが６０％でゼロである直線で示される。なお、上下限値は、任意に設定可能である。

【0036】

図６に示すように、電源制御装置２０には、上下限値マップＭ１と、低減率マップＭ２とが予め記憶されている。上下限値マップＭ１は、各ＳＯＣに対する上下限値を示すマップである。低減率マップＭ２は、使用ＳＯＣ頻度に対する低減率を示すマップである。低減率は、頻度が高くなるほど小さくなる。低減率は、任意に設定可能である。そして、決定部２２は、低減率マップＭ２から各ＳＯＣの使用ＳＯＣ頻度に対する低減率を選択する。そして、決定部２２は、各ＳＯＣに対する入出力指示値を上下限値マップＭ１の上下限値に低減率を乗算することで決定する。

【0037】

また、決定部２２は、使用ＳＯＣ頻度が所定値よりも高いＳＯＣの入出力指示値をゼロにしてもよい。例えば、図７に示すように、使用ＳＯＣ頻度が６０％の近傍のみであるときに、決定部２２は、図８に示すように、使用ＳＯＣ頻度がゼロではないＳＯＣ、言い換えれば使用ＳＯＣ頻度があるＳＯＣでは、入出力指示値をゼロとしてもよい。

【0038】

上記によれば、使用ＳＯＣ頻度が高い中心ＳＯＣの近傍のＳＯＣでは、入出力指示値を小さくすることで出力型電池１２の電流値を低減することができる。よって、電流値の上昇による温度上昇を抑えつつ、充放電電気量（Ａｈ／ｄａｙ）を低減することができる。また、使用ＳＯＣ頻度がない又は低い中心ＳＯＣから離れたＳＯＣでは、入出力指示値を大きくすることで中心ＳＯＣにすぐに戻る。よって、出力型電池１２のＳＯＣの変動幅を低減することができる。

【0039】

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）出力型電池１２の使用ＳＯＣ頻度に基づいて使用ＳＯＣ頻度が高いほど入出力指示値を小さくする。このため、使用ＳＯＣ頻度に応じて出力型電池１２の入出力制御が行われ、出力型電池１２の電流値の上昇による温度上昇を抑えつつ、充放電電気量（Ａｈ／ｄａｙ）を低減することができる。よって、出力型電池１２の寿命を延ばすことができる。

【0040】

（２）出力型電池１２の使用ＳＯＣ頻度を所定値で区切ることで、使用ＳＯＣ頻度が所定値よりも高いＳＯＣの入出力指示値を特に小さくすることができる。このため、出力型電池１２の電流値の上昇による温度上昇を抑えつつ、充放電電気量（Ａｈ／ｄａｙ）を更に低減することができる。

【0041】

（３）取得部２１が取得した実際の出力型電池１２の使用ＳＯＣ頻度に基づいて入出力指示値を決定することができる。このため、出力型電池１２の使用状態に合わせることができる。

【0042】

（４）使用ＳＯＣ頻度が少ないＳＯＣほど入出力指示値を大きくする。このため、出力型電池１２のＳＯＣの変動幅を低減することができる。よって、出力型電池１２の寿命を延ばすことができる。

【0043】

（５）出力型電池１２は使用時に高出力することで容量型電池１１をバックアップするために容量型電池１１から頻繁に電力が入力される。このため、この電力の入出力における使用ＳＯＣ頻度に基づいて入出力指示値を決定することができる。よって、出力型電池１２の寿命を延ばすことができる。

【0044】

（他の実施形態）
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0045】

・上記実施形態では、使用ＳＯＣ頻度が所定値よりも高いＳＯＣの入出力指示値を、使用ＳＯＣ頻度が所定値以下であるＳＯＣの入出力指示値よりも小さく決定部２２が決定した。しかしながら、決定部２２は、所定値によらず、使用ＳＯＣ頻度に応じて入出力指示値を決定してもよい。

【0046】

・上記実施形態では、取得部２１が取得した使用ＳＯＣ頻度に基づいて中心ＳＯＣへＳＯＣを戻すときの入出力指示値を決定部２２が決定した。しかしながら、取得部２１が取得した使用ＳＯＣ頻度ではなく予め作成された使用ＳＯＣ頻度に基づいて中心ＳＯＣへＳＯＣを戻すときの入出力指示値を決定部２２が決定してもよい。

【0047】

・上記実施形態では、入出力指示値を、予め設定された上下限値に対して使用ＳＯＣ頻度に基づいて決定される低減率を乗算することで決定した。しかしながら、使用ＳＯＣ頻度に基づいて、使用ＳＯＣ頻度が所定値よりも高いＳＯＣの入出力指示値を、使用ＳＯＣ頻度が所定値以下であるＳＯＣの入出力指示値よりも小さく、使用ＳＯＣ頻度が低いＳＯＣほど入出力指示値を大きくなるように決定すれば、上下限値を用いなくてもよい。

【0048】

・上記実施形態では、第１電源である容量型電池１１をリチウムイオン二次電池とし、第２電源である出力型電池１２をニッケル水素二次電池とした。しかしながら、第１電源と第２電源との組み合わせは、第２電源が第１電源よりも容量が小さい一方で出力が大きければ、他の電源の組み合わせでもよい。

【0049】

・上記実施形態では、蓄電システム１０を商用電力網１に接続した。しかしながら、蓄電システム１０の接続先は商用電力網１に限らず、電源を必要とする他のものであってもよい。

【符号の説明】

【0050】

１…商用電力網
１０…蓄電システム
１１…第１電源である容量型電池
１１Ａ…第１計測器
１２…第２電源である出力型電池
１２Ａ…第２計測器
２０…電源制御装置
２１…取得部
２２…決定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】