特開 2023-177920 蓄電制御装置、蓄電装置、充電残時間算出方法、及び充電残時間算出プログラム

(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】P2023177920

(43)【公開日】2023-12-14

(54)【発明の名称】蓄電制御装置、蓄電装置、充電残時間算出方法、及び充電残時間算出プログラム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20231207BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20231207BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20231207BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20231207BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 U

H02J7/02 U

H01M10/48 Z

H01M10/48 301

H01M10/44 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022090892

(22)【出願日】2022-06-03

(71)【出願人】

【識別番号】000237721

【氏名又は名称】ＦＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉森 駿一郎

(72)【発明者】

【氏名】玉木 克彦

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA04

5G503BB01

5G503BB02

5G503CA02

5G503CA20

5G503CC02

5G503DA07

5G503DA16

5G503DA18

5G503EA01

5G503GB03

5G503GD03

5G503GD06

5H030AA01

5H030AS03

5H030AS06

5H030BB03

5H030FF22

5H030FF52

(57)【要約】

【課題】充電残時間の推定精度を向上させること。
【解決手段】蓄電制御装置は、外部電源からの給電により動作する負荷装置に対し、外部電源の給電状態の非常時に給電する蓄電装置の充電残時間を算出する処理部を有し、処理部は、蓄電装置の充電残時間を、蓄電装置の使用環境と蓄電装置の充電中断時間を包含する充電時間との間の、直線近似された相関に基づいて、算出する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電装置の充電残時間を、前記蓄電装置の使用環境と前記蓄電装置の充電中断時間を包含する充電時間との間の、直線近似された相関に基づいて算出する処理部を有する、
蓄電制御装置。

【請求項2】

前記処理部は、記憶部に予め記憶されている相関データを読み出し、読み出した相関データを用いて前記充電残時間を算出し、前記記憶部における前記相関データを、前記充電時間の実測値に基づいて更新する、
請求項１に記載の蓄電制御装置。

【請求項3】

前記相関データは、前記蓄電装置の電池温度の基準値毎に設定された電池温度別データを含み、
前記処理部は、前記電池温度別データのうち、充電開始時の前記電池温度に対応する特定の電池温度別データを用いて、前記充電残時間を算出する、
請求項２に記載の蓄電制御装置。

【請求項4】

前記電池温度別データは、前記蓄電装置のフル充電時間の基準値と、外部電源から前記蓄電装置への入力電圧の基準値と、を含み、
前記処理部は、
前記フル充電時間の基準値を、充電開始時の前記入力電圧と前記入力電圧の基準値との差分に基づいて調整して、前記フル充電時間の推定値を取得し、
取得された前記フル充電時間の推定値を、充電開始時の前記蓄電装置の充電状態に基づいて調整して、前記充電残時間の推定値を取得する、
請求項３に記載の蓄電制御装置。

【請求項5】

前記相関データは、前記相関を表す近似式の定数を含み、
前記処理部は、前記フル充電時間の基準値の調整に、前記電池温度に依存しない定数を使用し、前記フル充電時間の推定値の調整に、前記電池温度に依存する定数を使用する、
請求項４に記載の蓄電制御装置。

【請求項6】

前記相関データは、前記蓄電装置の電池温度の基準値毎に夫々設定された、前記蓄電装置のフル充電時間の基準値と、外部電源から前記蓄電装置への入力電圧の基準値と、を含み、
前記処理部は、
前記充電時間の実測値を換算して、前記フル充電時間の換算値を取得し、
充電開始時の電池温度に対応する前記フル充電時間の基準値を、取得された前記フル充電時間の換算値に基づいて更新し、
充電開始時の電池温度に対応する前記入力電圧の基準値を、充電開始時の前記入力電圧に基づいて更新する、
請求項２に記載の蓄電制御装置。

【請求項7】

外部電源からの給電により動作する負荷装置に対し、前記外部電源の給電状態の非常時に給電する蓄電装置であって、
請求項１に記載の蓄電制御装置を有する、
蓄電装置。

【請求項8】

処理部により、蓄電装置の充電残時間を、前記蓄電装置の使用環境と前記蓄電装置の充電中断時間を包含する充電時間との間の、直線近似された相関に基づいて算出する、充電残時間算出方法。

【請求項9】

請求項８に記載の充電残時間算出方法をコンピュータに実行させるための、充電残時間算出プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、蓄電制御装置、蓄電装置、充電残時間算出方法、及び充電残時間算出プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

外部電源からの給電により動作する負荷装置に対し、主に外部電源の給電状態の非常時に（例えば停電時）、外部電源に代わって給電を行うよう放電する蓄電装置（「バッテリバンクユニット」とも称される）が、従来から知られている（例えば特許文献１参照）。蓄電装置は一般に、複数の蓄電デバイス（「バッテリバンク」或いは「バッテリパック」とも称される）を有し、複数の蓄電デバイスは夫々、平時に外部電源からの給電により充電可能な複数の二次電池により構成され、互いに並列に接続されている。

【0003】

複数の蓄電デバイスは夫々、対応して設けられた出力スイッチのオンオフにより放電可否を制御可能である。いずれかの蓄電デバイスを充電のため放電不能とするよう、対応する出力スイッチがオフされ、同時に、他の蓄電デバイスを給電のため放電可能とするよう、対応する出力スイッチがオンされる。このような充電方式は、「バンク切替方式」と称されることがある。バンク切替方式では、必要時には途切れることなく負荷装置への給電を行うことができ、不要時には負荷装置に対する無駄な給電を抑制することができる。

【0004】

ところで、例えば負荷装置の管理目的等で、蓄電装置の充電に要する時間、特に充電中の場合は充電に要する残りの時間（充電残時間）を把握したいという要望がある。

【0005】

充電残時間を推定するための充電残時間算出方法としては、例えば特許文献２に記載されたものがある。特許文献２に記載された従来の充電残時間算出方法は、充電電流を積算して得るＳＯＣ（State Of Charge）と充電中の充電電流とから充電残時間の推定値を得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１６－１０２５０号公報

【特許文献2】特開平９－３２２４２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、蓄電装置においては、内蔵する蓄電デバイスへの充電が一時的に行われない充電中断時間が存在する場合がある。例えば上述したバンク切替方式を採用する蓄電装置では、いずれかの蓄電デバイスの充電を終えた後、他の蓄電デバイスの充電を始めるまでの間に、一時的にいずれの蓄電デバイスにも充電が行われない期間が発生する場合がある。

【0008】

上記従来の充電残時間算出方法では、充電中断時間が存在する場合を想定していない。よって、充電残時間の推定精度向上に一定の限界がある。

【0009】

本開示は、充電残時間の推定精度を向上させることができる蓄電制御装置、蓄電装置、充電残時間算出方法、及び充電残時間算出プログラ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】

【0010】

本開示に係る蓄電制御装置の一態様は、
蓄電装置の充電残時間を、蓄電装置の使用環境と蓄電装置の充電中断時間を包含する充電時間との間の、直線近似された相関に基づいて、算出する処理部を有する。

【0011】

本開示に係る蓄電装置の一態様は、
外部電源からの給電により動作する負荷装置に対し、外部電源の給電状態の非常時に給電する蓄電装置であって、
上記の蓄電制御装置を有する。

【0012】

本開示に係る充電残時間算出方法の一態様は、
処理部により、蓄電装置の充電残時間を、蓄電装置の使用環境と蓄電装置の充電中断時間を包含する充電時間との間の、直線近似された相関に基づいて、算出する。

【0013】

本開示に係る充電残時間算出プログラムの一態様は、
上記の充電残時間算出方法をコンピュータに実現させる。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、充電残時間の推定精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示の一実施の形態に係るバッテリバンクユニットの構成を模式的に示す図

【図2】図１に示す制御装置の構成を示すブロック図

【図3】図２に示す記憶部に記憶されるテーブルの一例を示す図

【図4】本実施の形態に係るバッテリバンクユニットの充電処理を示すフローチャート

【図5】本実施の形態に係るバッテリバンクユニットの充電処理を示すタイムチャート

【図6】本実施の形態に係るバッテリバンクユニットの充電残時間算出方法を示すフローチャート

【図7A】入力電圧と充電時間との相関関係の説明に供する図

【図7B】ＳＯＣと充電時間との相関関係の説明に供する図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本開示の一実施の形態に係るバッテリバンクユニット（ＢＢＵ）ついて、図面を参照しながら説明する。

【0017】

図１は、本実施の形態に係るＢＢＵ１の概要図である。ＢＢＵ１は、外部電源２が停電になったときに、外部電源２に接続された負荷装置３に電力を供給する。また、ＢＢＵ１は、外部電源２の電力によって充電される。

【0018】

外部電源２は、例えば商用の交流電力を直流電力に変換して出力する装置である。負荷装置３は、直流電力で動作する装置（例えばサーバ装置）である。

【0019】

ＢＢＵ１は、入出力端子１０、制御装置２０、蓄電部３０及び充放電回路４０を有する。ＢＢＵ１は、蓄電装置の一例である。

【0020】

入出力端子１０は、外部電源２から負荷装置３へ電力を供給する電源ライン４に接続されている。入出力端子１０が電源ライン４に接続されることで、ＢＢＵ１は、外部電源２の給電状態の非常時（主に停電時）に負荷装置３へ給電可能となる。

【0021】

蓄電部３０は、第１バッテリバンク（ＢＢ）３１及び第２ＢＢ３２を有する。第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２は夫々、蓄電デバイスの一例であり、これらは互いに同様に構成されている。例えば、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２は夫々、複数の二次電池が直列に接続された構成を有する。二次電池の種類は、本実施の形態では、ニッケル水素二次電池である。なお、二次電池の種類は、リチウムイオン二次電池等、ニッケル水素二次電池以外の二次電池であってもよい。第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２は、互いに並列に接続されている。

【0022】

充放電回路４０は、入出力端子１０を介して第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２の充電及び放電（充放電）をする回路として機能する。充放電回路４０は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４１、切替スイッチ４２、第１充電スイッチ４３、第１放電スイッチ４４、第２充電スイッチ４５、第２放電スイッチ４６、第１定電流回路４８及び第２定電流回路４９を有する。充放電回路４０は、後述する充電処理において、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２を順次（又は交互に）充電する。つまり、ＢＢＵ１は、充電方式としてバンク切替方式を採用している。

【0023】

昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、外部電源２から供給された電力を昇圧して出力する電源変換装置である。

【0024】

切替スイッチ４２は、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２に印加される電圧値を切り替える。切替スイッチ４２において、第１端子４２ａが昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の出力端子に接続され、第２端子４２ｂが入出力端子１０に接続されている。また、第３端子４２ｃは、第１充電スイッチ４３及び第１定電流回路４８を介して第１ＢＢ３１に接続され、第２充電スイッチ４５及び第２定電流回路４９を介して第２ＢＢ３２に接続されている。

【0025】

切替スイッチ４２がオン状態である場合、第１端子４２ａと第３端子４２ｃとが接続される。この場合、外部電源から出力された電力は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を経由して出力される。すなわち、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４１から出力された電力が第１充電スイッチ４３及び第２充電スイッチ４５を介して第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２に供給される。一方、切替スイッチ４２がオフ状態である場合、第２端子４２ｂと第３端子４２ｃとが接続され、外部電源２から出力された電力が昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を経由せずに、第１充電スイッチ４３及び第２充電スイッチ４５を介して第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２に供給される。

【0026】

第１充電スイッチ４３は、オン状態である場合に第１ＢＢ３１の充電を許容し、オフ状態である場合に第１ＢＢ３１の充電を許容しない。第１充電スイッチ４３において、第１端子４３ａが切替スイッチ４２の第３端子４２ｃに接続され、第２端子４３ｂが第１ＢＢ３１の正極に接続されている。なお、第１ＢＢ３１の負極はグランドに接続されている。

【0027】

第１放電スイッチ４４は、オン状態である場合に第１ＢＢ３１の放電を許容し、オフ状態である場合に第１ＢＢ３１の放電を許容しない。第１放電スイッチ４４において、第１端子４４ａが第１ＢＢ３１の正極に接続され、第２端子４４ｂが入出力端子１０に接続されている。

【0028】

第２充電スイッチ４５は、オン状態である場合に第２ＢＢ３２の充電を許容し、オフ状態である場合に第２ＢＢ３２の充電を許容しない。第２充電スイッチ４５において、第１端子４５ａが切替スイッチ４２の第３端子４２ｃに接続され、第２端子４５ｂが第２ＢＢ３２の正極に接続されている。なお、第２ＢＢ３２の負極はグランドに接続されている。

【0029】

第２放電スイッチ４６は、オン状態である場合に第２ＢＢ３２の放電を許容し、オフ状態である場合に第２ＢＢ３２の放電を許容しない。第２放電スイッチ４６において、第１端子４６ａが第２ＢＢ３２の正極に接続され、第２端子４６ｂが入出力端子１０に接続されている。

【0030】

図２は、ＢＢＵ１のブロック図である。図２に示されるように、ＢＢＵ１は、入出力電圧センサ６１、入出力電流センサ６２、第１電池電圧センサ６３、第１電池温度センサ６４、第２電池電圧センサ６５及び第２電池温度センサ６６をさらに有する。

【0031】

入出力電圧センサ６１は、入出力端子１０を介して外部電源２からＢＢＵ１に入力され、又は、入出力端子１０を介してＢＢＵ１から負荷装置３に出力される、電圧値を検出する。入出力電圧センサ６１は、具体的には、入出力端子１０と充放電回路４０の接続点４０ａとの間の電圧値を検出する。入出力電圧センサ６１により検出される外部電源２からＢＢＵ１への入力電圧値（電源電圧値）に基づいて、外部電源２の停電を検出することができる。

【0032】

入出力電流センサ６２は、入出力端子１０を介して、電源ライン４から流入し又は電源ライン４に流出する、電流値を検出する。入出力電流センサ６２は、具体的には、入出力端子１０と充放電回路４０の接続点４０ａとの間の電流値を検出する。

【0033】

第１電池電圧センサ６３は、第１ＢＢ３１の電圧値を検出する。第１電池温度センサ６４は、第１ＢＢ３１の温度を検出する。

【0034】

第２電池電圧センサ６５は、第２ＢＢ３２の電圧値を検出する。第２電池温度センサ６６は、第２ＢＢ３２の温度を検出する。入出力電圧センサ６１、入出力電流センサ６２、第１電池電圧センサ６３、第１電池温度センサ６４、第２電池電圧センサ６５、及び第２電池温度センサ６６は夫々、検出値を制御装置２０に送信する。

【0035】

第１定電流回路４８及び第２定電流回路４９は夫々、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２に対応して設けられている。第１定電流回路４８及び第２定電流回路４９は、外部電源２から（昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を経由して又は経由せずに）入力される電圧とは関係なく一定の電流を、対応する第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２に出力する。

【0036】

なお、第１定電流回路４８及び第２定電流回路４９は、本実施の形態で使用するニッケル水素二次電池のように、定電流充電を行うことが望ましい種類の二次電池が使用される場合に、夫々の二次電池に対応して設ければよい。

【0037】

制御装置２０は、記憶部２１と処理部２２とを有し、例えばコンピュータ等により実現される。処理部２２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等により実現される。記憶部２１は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）等により実現されるストレージ装置と例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等により実現されるメモリ装置とを含む。

【0038】

処理部２２は、ＢＢＵ１の各機能を実現させるための各種制御用のプログラム又は指示、及び当該プログラム又は指示に関連するデータ等（以下、単に「プログラム等」ともいう）を、ストレージ装置から読み出してメモリ装置に記憶させ、データ等を使用しつつ各種制御用のプログラム又は指示を実行する。本実施の形態では、データ等は、後述するテーブルＴ及び数式を含む。

【0039】

プログラム等は、フラッシュメモリ等の着脱可能な記憶媒体に記憶されてもよい。この場合、制御装置２０は、着脱可能な記憶媒体を着脱可能に構成され、記憶媒体からプログラム等を読み出す。なお、制御装置２０を外部と通信可能に構成して、プログラム等が通信ネットワークを介して外部から制御装置２０にダウンロードされるようにしてもよい。

【0040】

上述したストレージ装置、メモリ装置及び着脱可能な記憶媒体は、非一時的な記憶媒体の一例である。

【0041】

制御装置２０は、各スイッチ４２～４６夫々の状態を制御する。また、制御装置２０は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の駆動を制御する。制御装置２０によるＢＢＵ１内各部の制御により、ＢＢＵ１の充放電が制御され、ＢＢＵ１の例えば無停電電源装置としての機能が実現される。制御装置２０は、蓄電装置であるＢＢＵ１を制御する蓄電制御装置の一例である。

【0042】

テーブルＴは、制御装置２０が充電残時間を算出する際に参照されるデータ群である。充電残時間の算出は、ＢＢＵ１の充電開始時に実行される。充電残時間とは、ＢＢＵ１の充電開始から充電完了までに要する時間である。

【0043】

図３は、テーブルＴの一例を示す図である。テーブルＴでは、電池温度と、フル充電時間の基準値（フル充電時間基準値ＦＴＲ）と、入力電圧の基準値（入力電圧基準値ＶＲ）とが、電池温度の基準値（本実施の形態では、温度帯）毎に互いに対応付けられている。

【0044】

テーブルＴは、ＢＢＵ１の使用環境とＢＢＵ１の充電時間との相関を表す相関データの一例である。フル充電時間基準値ＦＴＲと入力電圧基準値ＶＲとの組合せは、ＢＢＵ１の電池温度基準値毎に設定された電池温度別データの一例である。なお、本実施の形態において「使用環境」は、例えば、充電開始時の電池温度、充電開始時の入力電圧、及び充電開始時のＳＯＣを含む。

【0045】

テーブルＴにおいて、電池温度は、全部で６つの温度帯に区分けされており、ニッケル水素二次電池の一般的な動作温度帯である０℃から４０℃の間では、１０℃ずつ６つに区分けされている。なお、電池温度の区分けの個数が、図３に示す例に限定されないことは言うまでもない。

【0046】

図３に示す例では、例えば電池温度「０℃未満」に対しては、フル充電時間基準値ＦＴＲとして「Ａ０」及び入力電圧基準値として「Ｂ０」が保存されている。フル充電時間基準値ＦＴＲとしての「Ａ０」、「Ａ１」、「Ａ２」、「Ａ３」、「Ａ４」、「Ａ５」及び入力電圧基準値としての「Ｂ０」、「Ｂ１」、「Ｂ２」、「Ｂ３」、「Ｂ４」、「Ｂ５」はいずれも、便宜上記号として例示されているが実際は数値であり、これらの数値は、充電完了後に更新される場合がある。テーブルＴの使い方（充電残時間算出方法）については後述する。

【0047】

以上、本実施の形態に係るＢＢＵ１の構成について説明した。

【0048】

次いで、制御装置２０が実行するＢＢＵ１の充電処理の一例について、図４のフローチャート及び図５のタイムチャートを用いて説明する。

【0049】

なお、図５の上側部分に示すグラフにおいて、実線の電圧値は、第１ＢＢ３１の電圧値を示し、一点鎖線の電圧値は、第２ＢＢ３２の電圧値を示している。本例では、一括充電処理の開始前、及び、一括充電処理中において、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２の電圧値は、略等しいものとする。つまり、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２の電圧値を示す線は重なっており、そのため実線で示されている。また、図５に示す「電源電圧値」とは、外部電源２から平時に負荷装置３及びＢＢＵ１に入力される電圧の値である。よって、以下の説明では、特に言及しない限り、電源電圧値は平時の電源電圧値である。言うまでもなく、停電時等の非常時では、外部電源２の実際の電源電圧値は平時の電源電圧値に比べて著しく低くなる。

【0050】

充電処理が開始されていない状態では、切替スイッチ４２、第１充電スイッチ４３及び第２充電スイッチ４５夫々がオフ状態であり、且つ、第１放電スイッチ４４及び第２放電スイッチ４６夫々がオン状態である。これにより、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２夫々の放電が許容されている。本例では、充電処理の開始前、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２の電圧値及び充電量は略等しいものとする。したがって、第１ＢＢ３１のＳＯＣ及び第２ＢＢ３２のＳＯＣとの平均であるＢＢＵ１のＳＯＣは、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２夫々のＳＯＣと略等しい。ちなみに、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２夫々のＳＯＣは、例えば夫々の電池電圧の測定値から算出することができる。

【0051】

制御装置２０は、入出力電圧センサ６１の検出値に基づいて外部電源２との接続を検出したとき、又は、外部電源２の停電の終了を検出したときに、充電処理を開始する。制御装置２０は、ＢＢＵ１のＳＯＣが所定値以下まで低下したときに、充電処理を開始してもよい。

【0052】

制御装置２０は、ステップＳ１０１にて、一括充電処理を開始する。一括充電処理は、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２を一括で充電する処理である。制御装置２０は、具体的には、図５に示されるように、切替スイッチ４２、第１充電スイッチ４３及び第２充電スイッチ４５夫々がオフ状態であり、且つ、第１放電スイッチ４４及び第２放電スイッチ４６夫々がオン状態である状態から、切替スイッチ４２、第１充電スイッチ４３及び第２充電スイッチ４５夫々をオン状態に切り替える（時刻ｔ０）。

【0053】

第１放電スイッチ４４及び第２放電スイッチは夫々、オン状態のままである。これにより、一括充電処理中に外部電源２が停電しても、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２のうち少なくともいずれか一方の電池電圧値が外部電源２の電源電圧値（停電時）を上回れば、放電が行われてＢＢＵ１から負荷装置３への給電を行うことができる。

【0054】

一括充電処理が開始されると（時刻ｔ０）、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４１から電力が第１ＢＢ３１及び第２のＢＢ３２に供給され、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２の電圧値が上昇する。

【0055】

続けて、制御装置２０は、ステップＳ１０２にて、ＢＢＵ１の電圧値であるバンク電圧値が電源電圧値以上であるか否かを判定する。バンク電圧値は、具体的には、第１ＢＢ３１の電圧値と第２ＢＢ３２の電圧値との平均値である。なお、バンク電圧値は、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２のうち一方の電圧値でもよい。バンク電圧値が電源電圧値より低い場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、一括充電処理を継続する。

【0056】

一方、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２の電圧値が上昇し、バンク電圧値が電源電圧値以上となった場合（時刻ｔ１；Ｓ１０２にてＹＥＳ）、制御装置２０は、ステップＳ１０３にて、一括充電処理を終了し、第１バンク充電処理を開始する。

【0057】

第１バンク充電処理は、第１ＢＢ３１のみを充電する処理である。第１バンク充電処理において、第１ＢＢ３１は、満充電状態まで充電される。満充電状態の電池電圧値は、電源電圧値よりも十分に高い電圧値である。第１バンク充電処理では、第２ＢＢ３２は充電されない。

【0058】

制御装置２０は、具体的には、第２充電スイッチ４５をオフ状態に切り替え、且つ、第１放電スイッチ４４をオフ状態に切り替える（時刻ｔ１）。これにより、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の電力が第１ＢＢ３１のみに供給され、第１ＢＢ３２の電圧値が電源電圧値からさらに上昇する。第１バンク充電処理において、第１放電スイッチ４４はオフ状態であり、第１ＢＢ３１の放電は行われない。よって、電源電圧値より高い電圧が負荷装置３に印加されることを未然に防止することができ、ひいては、負荷装置３の故障等を防止できる。

【0059】

一方、第２ＢＢ３２の充電は停止され、第２ＢＢ３２の電圧値が自己放電によって徐々に低下する。第１バンク充電処理において、第２放電スイッチ４６はオン状態である。よって、仮に第１バンク充電処理中に外部電源２が停電して、電源電圧値が平時の電源電圧値よりも著しく低下した場合、第２ＢＢ３２の放電が開始され、ＢＢＵ１から負荷装置３への給電が行われる。

【0060】

続けて、制御装置２０は、ステップＳ１０４にて、第１ＢＢ３１が満充電状態となったか否かを判定する。制御装置２０は、具体的には、第１電池温度センサ６４の検出値が所定の第１温度となったか否かを判定する。第１温度は、第１ＢＢ３１が満充電状態となるときの温度である。第１電池温度センサ６４の検出値が第１温度より低い場合（Ｓ１０４にてＮＯ）、制御装置２０は、第１ＢＢ３１のみを充電する第１バンク充電処理を継続する。

【0061】

一方、第１ＢＢ３１が満充電状態になり、第１電池温度センサ６４の検出値が第１温度に到達した場合（時刻ｔ２；Ｓ１０４にてＹＥＳ）、制御装置２０は、ステップＳ１０５にて、第１ＢＢ３１のみを充電する第１バンク充電処理を停止する。

【0062】

制御装置２０は、具体的には、第１充電スイッチ４３をオフ状態に切り替える（時刻ｔ２）。これにより、第１ＢＢ３１の充電が停止され、第１ＢＢ３１の電圧値が自己放電によって徐々に低下する。このとき、第１ＢＢ３１の温度は、第２ＢＢ３２の温度より高い。よって、第１ＢＢ３１の電圧値の単位時間あたりの降下量は、第２ＢＢ３２の電圧値の単位時間あたりの降下量より大きい。

【0063】

続けて、制御装置２０は、ステップＳ１０６にて、第１ＢＢ３１の電圧値が電源電圧値以下となったか否かを判定する。第１ＢＢ３１の電圧値が電源電圧値より高い場合（Ｓ１０６にてＮＯ）、制御装置２０は、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２の充電がいずれも停止されている状態を継続する。この期間（時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間）は、充電中断時間である。

【0064】

一方、第１ＢＢ３１の電圧値が電源電圧値以下となった場合（時刻ｔ３；Ｓ１０６にてＹＥＳ）、制御装置２０は、ステップＳ１０７にて、第１バンク充電処理を終了し、第２バンク充電処理を開始する。

【0065】

第２バンク充電処理は、第２ＢＢ３２のみを充電する処理である。第２バンク充電処理において、第２ＢＢ３２は、満充電状態まで充電される。第２バンク充電処理では、第１ＢＢ３１は充電されない。

【0066】

制御装置２０は、具体的には、第２充電スイッチ４５をオン状態に切り替え、第１放電スイッチ４４をオン状態に切り替え、第２放電スイッチ４６をオフ状態に切り替える（時刻ｔ３）。これにより、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ４１から電力が第２ＢＢ３２のみに供給され、第２ＢＢ３２の電圧値が上昇し、やがて電源電圧値を超える。第２バンク充電処理において、第２放電スイッチ４６はオフ状態であり、第２ＢＢ３２の放電は行われない。よって、電源電圧値より高い電圧値が負荷装置３に印加されることを未然に防止することができ、ひいては、負荷装置３の故障等を防止できる。

【0067】

一方、第１ＢＢ３１の充電は停止されたままであり、第１ＢＢ３１の電圧値が自己放電によって徐々に低下する。第２バンク充電処理において、第１放電スイッチ４４はオン状態である。よって、仮に第２バンク充電処理中に外部電源２が停電して、電源電圧値が平時の電源電圧値よりも著しく低下した場合、第１ＢＢ３１の放電が開始され、ＢＢＵ１から負荷装置３への給電が行われる。

【0068】

続けて、制御装置２０は、ステップＳ１０８にて、第２ＢＢ３２が満充電状態となったか否かを判定する。制御装置２０は、具体的には、第２電池温度センサ６６の検出値が所定の第２温度となったか否かを判定する。第２温度は、第２ＢＢ３２が満充電状態となるときの温度である。第２温度は、第１温度と同じであってもよい。第２電池温度センサ６６の検出値が第２温度より低い場合（Ｓ１０８にてＮＯ）、制御装置２０は、第２ＢＢ３２のみを充電する第２バンク充電処理を継続する。

【0069】

一方、第２ＢＢ３２が満充電状態になり、第２電池温度センサ６６の検出値が第２温度に到達した場合（時刻ｔ４；Ｓ１０８にてＹＥＳ）、制御装置２０は、ステップＳ１０９にて、第２ＢＢ３２のみを充電する第２バンク充電処理を停止する。

【0070】

制御装置２０は、具体的には、第２充電スイッチ４５をオフ状態に切り替える（時刻ｔ４）。これにより、第２ＢＢ３２の充電が停止され、第２ＢＢ３２の電圧値が自己放電によって徐々に低下する。このとき、第２ＢＢ３２の温度は、第１ＢＢ３１の温度より高い。よって、第２ＢＢ３２の電圧値の単位時間あたりの降下量は、第１ＢＢ３１の電圧値の単位時間あたりの降下量より大きい。

【0071】

続けて、制御装置２０は、ステップＳ１１０にて、第２ＢＢ３２の電圧値が電源電圧値以下となったか否かを判定する。第２ＢＢ３２の電圧値が電源電圧値より高い場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、制御装置２０は、第１ＢＢ３１及び第２ＢＢ３２の充電が停止されている状態を継続する。

【0072】

一方、第２ＢＢ３２の電圧値が電源電圧値以下となった場合（時刻ｔ５；Ｓ１１０にてＹＥＳ）、制御装置２０は、ステップＳ１１１にて、第２バンク充電処理を終了する。制御装置２０は、具体的には、切替スイッチ４２をオフ状態に、且つ、第２放電スイッチ４６をオン状態に切り替える（時刻ｔ５）。これにより、ＢＢＵ１の充電を終了し、一連の充電処理を終了する。制御装置２０は、ＢＢＵ１の充電を終了した時点におけるＢＢＵ１のＳＯＣを１００％と定める。

【0073】

なお、ＢＢＵ１は、３つ以上のバッテリバンクを有してもよい。バッテリバンクの個数がＮ個（Ｎは３以上の整数）である場合、一括充電処理では、Ｎ個のバッテリバンクが一括に充電される。また、一括充電処理が終了すると、上記の第１、第２バンク充電処理と同様に、Ｎ個のバッテリバンク夫々に対する第ｎバンク充電処理（ｎは１からＮまでの整数）が順次実行される。また、バッテリバンクの個数が多数である場合、Ｎ個のバッテリバンクをＭ個（Ｍは２以上の整数）のバッテリバンク群に分け、Ｍ個のバッテリバンク群夫々に対する第ｍバンク充電処理（ｍは１からＭまでの整数）を順次実行するようにしてもよい。第ｍバンク充電処理では、同じバッテリバンク群に属する複数個のバッテリバンクが同時に充電される。

【0074】

次いで、制御装置２０の処理部２２が実行する、ＢＢＵ１の充電残時間算出方法について、図６のフローチャートを用いて説明する。

【0075】

充電処理が開始されると（ステップＳ２０１）、処理部２２は、充電開始時の電池温度、入力電圧及びＳＯＣを取得する（ステップＳ２０２）。充電処理の開始条件としては、上述した通り、ＢＢＵ１と外部電源２との接続、外部電源２の停電の終了、又は、ＢＢＵ１のＳＯＣの低下等が挙げられる。処理部２２は、充電処理の開始時に夫々取得される第１電池温度センサ６４の検出値と第２電池温度センサ６６の検出値との平均値を、充電開始時電池温度として算出する。また、処理部２２は、充電処理の開始時に、入出力電圧センサ６１の検出値を充電開始時の入力電圧（充電開始時入力電圧ＶＭ）として取得する。また、処理部２２は、充電処理の開始時に夫々取得される第１電池電圧センサ６３の検出値及び第２電池電圧センサ６５の検出値、並びに、予め定められているＢＢＵ１のＳＯＣ１００％に相当する電圧値から、充電開始時ＳＯＣ（以下、「充電開始時充電状態ＳＯＣＳ」という）を取得する。

【0076】

そして、処理部２２は、テーブルＴを参照する（ステップＳ２０３）。このとき、処理部２２は、テーブルＴにおいて、充電開始時電池温度が該当する温度帯に対応付けられている入力電圧（入力電圧基準値ＶＲ）及びフル充電時間（フル充電時間基準値ＦＴＲ）を読み出す。

【0077】

そして、処理部２２は、充電残時間の推定処理を行う（ステップＳ２０４）。具体的には、処理部２２は、フル充電時間の推定値を算出して、充電残時間の推定値を算出する。

【0078】

フル充電時間の推定値の算出は、次の式（１）を用いて行われる。式（１）は、予め記憶部２１に記憶されている。

【数1】

【0079】

式（１）において、ｋは定数である。式（１）及び定数ｋの具体的な数値は、予め記憶部２１に記憶されている。定数ｋは相関データの一例である。

【0080】

式（１）では、充電開始時入力電圧ＶＭと入力電圧基準値ＶＲとの差分に定数ｋを乗算した値で、フル充電時間基準値ＦＴＲを調整することにより、フル充電時間推定値ＦＴＥを求めることができる。

【0081】

充電残時間の算出は、次の式（２）を用いて行われる。

【数2】

【0082】

式（２）において、ｋ_ｔｅｍｐはテーブルＴにおいて区分けされている温度帯毎に設定された定数である。式（２）及び定数ｋ_ｔｅｍｐの具体的な数値は、予め記憶部２１に記憶されている。定数ｋ_ｔｅｍｐは相関データの一例である。

【0083】

式（２）では、式（１）で算出されたフル充電時間推定値ＦＴＥを、充電開始時充電状態ＳＯＣＳを定数ｋ_ｔｅｍｐで乗算した値で調整することにより、充電残時間推定値ＲＴＥを求めることができる。「充電開始時充電状態ＳＯＣＳを定数ｋ_ｔｅｍｐで乗算した値」は、充電開始時充電状態ＳＯＣＳに応じて充電時間が短縮されると推定される時間の長さであり、換言すれば、ＳＯＣが０％から充電開始時充電状態ＳＯＣＳまで充電する場合に要するであろうと推定される時間の長さである。

【0084】

算出された充電残時間推定値ＲＴＥは、負荷装置３或いはＢＢＵ１の管理者用端末の表示部（不図示）に表示させる等して、適宜利用することができる。

【0085】

ここで、定数ｋ及び定数ｋ_ｔｅｍｐについて、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明する。図７Ａは、充電開始時入力電圧と充電時間との相関関係を示す図であり、図７Ｂは、充電開始時ＳＯＣと充電時間との相関関係を示す図である。

【0086】

図７Ａは、ＢＢＵ１が電源ライン４に接続される前の段階で、ＢＢＵ１又はＢＢＵ１と同一構成のＢＢＵを用いて予め行われる実験等により収集されたデータをプロットしたグラフである。図７Ａのグラフは、異なる入力電圧（電源電圧値）でのフル充電時間が、異なる電池温度の下で複数回測定された、測定結果をプロットしたものである。なお、バンク切替方式のＢＢＵを用いた測定結果であることから、フル充電時間は、いずれかのＢＢが充電されている時間だけでなくいずれのＢＢも充電されない充電中断時間を包含して測定されたものである。

【0087】

図７Ａのグラフには、同じ電池温度での測定結果の相関関係を直線近似した近似直線ＡＬａ２５、ＡＬａ３５が示されている。すなわち、入力電圧とフル充電時間との間には、直線近似できる相関関係があることが分かる。図７Ａに示されるように、この実験結果によれば、これらの直線ＡＬａ２５、ＡＬａ３５の傾き（一次近似式の定数）は、電池温度にかかわらず一定である。よって、入力電圧とフル充電時間との相関関係は、電池温度に依存しない。したがって、既知の入力電圧とこれに対応する既知のフル充電時間との組合せが存在することを前提に、新規の入力電圧から新規のフル充電時間を求める場合は、これら２つの入力電圧の差分に、電池温度に依存せず一定の定数ｋを乗算した値に基づいて、既知のフル充電時間を調整すればよい。フル充電時間推定値ＦＴＥを算出する際に上記式（１）を使用する理由は、以上の通りである。

【0088】

図７Ｂは、ＢＢＵ１が電源ライン４に接続される前の段階で、ＢＢＵ１又はＢＢＵ１と同一構成のＢＢＵを用いて予め行われる実験等により収集されたデータをプロットしたグラフである。図７Ｂのグラフは、異なる充電開始時ＳＯＣから満充電状態に到達するまでに要する所要充電時間が、異なる電池温度の下で複数回測定された、測定結果をプロットしたものである。なお、バンク切替方式のＢＢＵを用いた測定結果であることから、所要充電時間は、いずれかのＢＢが充電されている時間だけでなくいずれのＢＢも充電されない充電中断時間を包含して測定されたものである。

【0089】

図７Ｂのグラフには、同じ電池温度での測定結果の相関関係を直線近似した近似直線ＡＬｂ２５、ＡＬｂ３５が示されている。すなわち、充電開始時ＳＯＣと所要充電時間との間には、直線近似できる相関関係があることが分かる。図７Ｂに示されるように、この実験結果によれば、これらの直線ＡＬｂ２５、ＡＬｂ３５の傾き（一次近似式の定数）は、電池温度によって異なる。よって、充電開始時ＳＯＣと所要充電時間との相関関係は、電池温度に依存する。したがって、特定電池温度でのフル充電時間推定値が存在することを前提に、新規の充電開始時ＳＯＣから新規の所要充電時間（つまり充電残時間）を求める場合は、この新規の充電開始時ＳＯＣに、その特定電池温度に対応する定数ｋ_ｔｅｍｐを乗算した値に基づいて、既存のフル充電時間推定値を調整すればよい。充電残時間推定値ＲＴＥを算出する際に上記式（２）を使用する理由は、以上の通りである。

【0090】

ステップＳ２０５では、処理部２２は、充電処理の終了まで待機する（Ｓ２０５にてＮＯ）、処理部２２は、充電処理が終了したとき（Ｓ２０５にてＹＥＳ）、充電時間の実測値（充電時間実測値ＴＭ）を取得する（ステップＳ２０６）。充電時間実測値ＴＭは、例えば、処理部２２が、制御装置２０内のタイマー（不図示）を用いて充電開始から充電完了までの経過時間を計時することにより、取得することができる。なお、言うまでもないが、充電処理中に充電中断が発生した場合、この充電時間実測値ＴＭには、充電中断時間が包含される。

【0091】

処理部２２は、取得された充電時間実測値ＴＭを正規化する（ステップＳ２０７）。具体的には、処理部２２は、充電時間実測値ＴＭを換算して、フル充電時間の推定値（フル充電時間換算値ＦＴＣ）を取得する。

【0092】

フル充電時間換算値ＦＴＣの算出は、次の式（３）を用いて行われる。

【数3】

【0093】

上記式（３）では、充電時間実測値ＴＭを、ＳＯＣが０％から充電開始時充電状態ＳＯＣＳまで充電する場合に要するであろうと推定される時間の長さに加算することにより、フル充電時間換算値ＦＴＣを求めることができる。

【0094】

このフル充電時間換算値ＦＴＣは、直近の充電時間実測値ＴＭを一成分として含む。そして、充電処理において充電中断時間が発生していれば、充電時間実測値ＴＭにはその充電中断時間が包含される。そのため、フル充電時間換算値ＦＴＣは、上記式（１）で求めたフル充電時間推定値ＦＴＥに比べて、現在の使用環境でフル充電（ＳＯＣが０％から１００％となるまで行う充電）に要する時間の推定値として、精度が高い。

【0095】

処理部２２は、ステップＳ２０７で算出されたフル充電時間換算値ＦＴＣと、ステップＳ２０１で取得された充電開始時入力電圧ＴＭとを用いて、テーブルＴにおいて、フル充電時間基準値ＦＴＲと、入力電圧基準値ＶＲとを更新する（ステップＳ２０８）。例えば、充電開始時電池温度が１５℃であれば、テーブルＴにおいて、電池温度「１０℃以上２０度未満」に対応付けられているフル充電時間基準値ＦＴＲ「Ａ２」及び入力電圧基準値ＶＲ「Ｂ２」が、更新対象となる。更新後の新しいフル充電時間基準値ＦＴＲ及び入力電圧基準値ＶＲは、次回以降の充電残時間算出において利用される。次回以降の充電残時間算出では、直近の使用環境に合わせて学習した相関データを利用することになるため、より高精度な充電残時間の推定を実現することができる。

【0096】

以上、説明した通り、本実施の形態によれば、制御装置２０において、ＢＢＵ１の充電残時間を算出する処理部２２は、ＢＢＵ１の充電残時間を、ＢＢＵ１の使用環境とＢＢＵ１の充電中断時間を包含する充電時間との間の、直線近似された相関に基づいて算出する。これにより、例えばバンク切替方式で発生する充電中断時間を加味した充電残時間の推定を行うことができるため、充電残時間の推定精度を向上させることができる。

【0097】

また、処理部２２は、記憶部２１に予め記憶されている相関データを読み出し、読み出した相関データを用いて充電残時間を算出し、記憶部２１における相関データを、充電時間の実測値に基づいて更新する。これにより、ＢＢＵ１の直近の使用環境に合わせて学習した相関データを、次回以降の充電残時間の推定に利用することができるため、推定精度の持続的な向上を図ることができる。推定を繰り返し実施することで、推定誤差の最小化を図ることができる。

【0098】

また、処理部２２は、ＢＢＵ１の電池温度の基準値毎に設定された電池温度別データのうち、充電開始時電池温度に対応する特定の電池温度別データを用いて、充電残時間を算出する。これにより、電池温度に応じて異なる相関データを充電残時間の算出に反映させることができるため、如何なる電池温度に対しても、高精度な充電残時間の推定を行うことができる。

【0099】

また、電池温度別データは、フル充電時間基準値ＦＴＲと、入力電圧基準値ＶＲと、を含み、処理部２２は、フル充電時間基準値ＦＴＲを、充電開始時入力電圧ＶＭと入力電圧基準値ＶＲとの差分に基づいて調整して、フル充電時間推定値ＦＴＥを取得し、取得されたフル充電時間推定値ＦＴＥを、充電開始時充電状態ＳＯＣＳに基づいて調整して、充電残時間推定値ＲＴＥを取得する。これにより、既知のフル充電時間基準値ＦＴＲ及び入力電圧基準値ＶＲに基づく高精度な充電残時間の推定を行うことができる。

【0100】

また、相関データは、相関を表す近似式の定数ｋ及びｋ_ｔｅｍｐを含み、処理部２２は、フル充電時間基準値ＦＴＲの調整に、電池温度に依存しない定数ｋを使用し、フル充電時間推定値ＦＴＥの調整に、電池温度に依存する定数ｋ_ｔｅｍｐを使用する。これにより、電池温度に依存しない入力電圧とフル充電時間との相関関係（図７Ａ参照）、及び、電池温度に依存する充電開始時ＳＯＣと所要充電時間との相関関係（図７Ｂ参照）を、充電残時間の算出に反映させることができるため、高精度な充電残時間の推定をより確実に行うことができる。

【0101】

また、処理部２２は、充電時間実測値ＴＭを換算して、フル充電時間換算値ＦＴＣを取得し、充電開始時電池温度に対応するフル充電時間基準値ＦＴＲを、取得されたフル充電時間換算値ＦＴＣに基づいて更新し、充電開始時電池温度に対応する入力電圧基準値ＶＲを、充電開始時入力電圧ＶＭに基づいて更新する。充電時間実測値ＴＭを、次回以降の推定に利用しやすい値（フル充電時間換算値ＦＴＣ）に正規化することで、相関データの更新を容易に行うことができる。

【0102】

以上、本開示の実施の形態を具体的に説明したが、本開示は上述した特定の実施の形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内で、上記実施の形態に記載された具体例に対する種々の変形及び変更が可能である。

【0103】

例えば、制御装置２０とは別の蓄電制御装置をＢＢＵ１外部に配置し、ＢＢＵ１内部の制御装置２０とＢＢＵ１外部の蓄電制御装置とが通信により連携して、外部の蓄電制御装置において上記実施の形態で説明した充電残時間算出方法を実行するようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0104】

本開示は、外部電源からの給電により動作する負荷装置に対し、外部電源の給電状態の非常時に給電する蓄電装置の制御装置として、好適に利用することができる。

【符号の説明】

【0105】

１ バッテリバンクユニット
２ 外部電源
３ 負荷装置
４ 電源ライン
１０ 入出力端子
２０ 制御装置
２１ 記憶部
２２ 処理部
３０ 蓄電部
３１ 第１バッテリバンク
３２ 第２バッテリバンク
４０ 充放電回路
４１ 昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
４２ 切替スイッチ
４２ａ 第１端子
４２ｂ 第２端子
４２ｃ 第３端子
４３ 第１充電スイッチ
４３ａ 第１端子
４３ｂ 第２端子
４４ 第１放電スイッチ
４４ａ 第１端子
４４ｂ 第２端子
４５ 第２充電スイッチ
４５ａ 第１端子
４５ｂ 第２端子
４６ 第２放電スイッチ
４６ａ 第１端子
４６ｂ 第２端子
４８ 第１定電流回路
４９ 第２定電流回路
６１ 入出力電圧センサ
６２ 入出力電流センサ
６３ 第１電池電圧センサ
６４ 第１電池温度センサ
６５ 第２電池電圧センサ
６６ 第２電池温度センサ
Ｔ テーブル
ＡＬａ２５、ＡＬａ３５、ＡＬｂ２５、ＡＬｂ３５ 近似直線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】