特開 2024-175263 充電システム

(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】P2024175263

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】充電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/04 20060101AFI20241211BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20241211BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

H02J7/04 Q

H01M10/48 P

H01M10/48 301

H01M10/44 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092906

(22)【出願日】2023-06-06

(71)【出願人】

【識別番号】000004606

【氏名又は名称】ニチコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】弁理士法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】粟津 悠介

(72)【発明者】

【氏名】野末 恵亮

(72)【発明者】

【氏名】前川 敦

(72)【発明者】

【氏名】吉見 隆

(72)【発明者】

【氏名】脇野 裕司

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA03

5G503BB02

5G503CA01

5G503CA11

5G503CA20

5G503CB11

5G503DA07

5G503EA05

5G503FA16

5G503FA18

5G503GB03

5G503GD06

5G503HA00

5H030AA10

5H030AS08

5H030BB01

5H030FF22

5H030FF41

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF52

(57)【要約】

【課題】低温時において充電動作状態と待機状態とが繰り返されるのを抑制可能な充電システムを提供する。
【解決手段】蓄電池１１と、ＢＭＳ１２と、充電部（直流／直流変換部２２）と、制御部２３とを備える充電システム１であって、ＢＭＳ１２は、蓄電池１１の満充電状態を検出する状態検出部と最大充電電流値（ＭＣＣＶ）を制御部２３に送信する処理部とを備え、制御部２３は、充電電流Ｉ１の電流値がＭＣＣＶとなるように充電動作を制御する充電電流制御を行い、充電電流制御時に予め設定された充電終了条件を満たした場合は充電電流制御を終了させる充電終了制御を行い、充電終了条件は、０アンペアではないＭＣＣＶを受信した後に０アンペアのＭＣＣＶを複数回受信するという条件であることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電池と、
前記蓄電池を管理するバッテリーマネジメントシステムと、
前記蓄電池に充電電流を供給して前記蓄電池に対する充電動作を行う充電部と、
前記充電部の前記充電動作を制御する制御部と、
を備える充電システムであって、
前記バッテリーマネジメントシステムは、
前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、
前記蓄電池の温度を測定する温度測定部と、
前記蓄電池の満充電状態を検出する状態検出部と、
前記温度測定部で測定された前記温度および前記電圧測定部で測定された前記電圧に基づいて、前記充電電流の最大値である最大充電電流値を所定の周期で決定し、決定した前記最大充電電流値に関する信号を前記制御部に送信する処理部と、
を備え、
前記制御部は、
前記信号に基づいて前記充電電流の電流値が前記最大充電電流値に近づくように前記充電動作を制御する充電電流制御を行い、
前記充電電流制御時に予め設定された充電終了条件を満たした場合、前記状態検出部が前記満充電状態を検出する前に前記充電電流制御を終了させる充電終了制御を行い、
前記充電終了条件は、前記最大充電電流値が０アンペアではない第１信号を前記制御部が受信した後に、前記最大充電電流値が０アンペアの第２信号を前記制御部が複数回受信するという条件である
ことを特徴とする充電システム。

【請求項2】

前記充電終了条件は、前記制御部が前記第２信号を複数回連続して受信するという条件である
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。

【請求項3】

前記充電終了条件は、前記制御部が所定期間に受信した前記第２信号の割合が予め定めた閾値以上になるという条件である
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。

【請求項4】

前記制御部は、
前記第２信号を受信した後に前記第１信号を受信した時点から、前記信号の数をカウントするカウント処理を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の充電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、充電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、充電システムの一例として、蓄電ユニットとパワーコンディショナとを備える蓄電システムが知られている。蓄電システムには、太陽電池による太陽光発電機能を備えたものや、太陽光発電機能に加えてＶ２Ｈ（Vehicle to Home）装置による電気自動車の充放電機能を備えたものが存在する（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

蓄電ユニットは、蓄電池と、蓄電池を管理するバッテリーマネジメントシステム（ＢＭＳ：Battery Management System）とを備える。パワーコンディショナは、充電動作を行って蓄電池に充電電流を供給する充電部と、充電部の充電動作を制御する制御部とを備える。充電部は、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータで構成される。

【0004】

ＢＭＳは、蓄電池を構成する二次電池（リチウムイオン二次電池）のセル温度およびセル電圧に基づいて、蓄電池に供給可能な充電電流の最大値である最大充電電流値（ＭＣＣＶ：Max Charging Current Value）を決定する。ＭＣＣＶは、セル温度およびセル電圧によって一義的に決定される。例えば、セル温度が同じでもセル電圧が異なれば、ＭＣＣＶは異なる値となる。

【0005】

また、ＢＭＳは、蓄電池の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）を算出し、蓄電池の満充電状態（例えば、ＳＯＣ１００％）を検出する。パワーコンディショナの制御部は、ＢＭＳとの通信を行い、充電電流の電流値をＭＣＣＶに一致させる充電電流制御を行う。この充電電流制御は、ＢＭＳが蓄電池の満充電状態を検出するまで継続して行われる。

【0006】

しかしながら、リチウムイオン二次電池の特性上、蓄電ユニットが屋外または寒冷地に設置されている場合、低温時に、ＳＯＣ１００％まで蓄電池を充電できないことがある。このため、ＢＭＳは、低温時には、蓄電池の満充電状態を検出する前にＭＣＣＶを０アンペアに制限する。ＭＣＣＶが０アンペアに制限された場合、制御部は、充電電流の電流値を０アンペアに制御する。これにより、蓄電池への充電電流の供給は停止し、パワーコンディショナは待機状態となる。

【0007】

充電中におけるリチウムイオン二次電池のセル電圧上昇には、電気エネルギー蓄積による電圧上昇分の他に、充電電流とセルの内部抵抗により生じる電圧上昇分がある。よって充電電流が０アンペアになると、セルの内部抵抗により生じる電圧上昇分がなくなり（０ボルトになり）、結果としてセル電圧が降下する特性を有する。セル電圧が所定の閾値に達するまで降下すると、ＢＭＳは、ＭＣＣＶの０アンペアの制限を解除し、０アンペアではないＭＣＣＶを制御部に送信する。０アンペアではないＭＣＣＶを受信した制御部は、充電電流の電流値を上昇させて蓄電池への充電電流の供給を再開させるため、パワーコンディショナは充電動作状態となる。しかしながら、セルへの電気エネルギー蓄積およびセルの内部抵抗によってセル電圧が上昇し所定の閾値に達すると、ＢＭＳは、再びＭＣＣＶを０アンペアに制限するため、パワーコンディショナは再び待機状態となる。

【0008】

このように、従来の蓄電システムでは、低温時において、充電動作状態と待機状態とが繰り返され、動作が安定しないという問題が生じる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０２１－８７２７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、低温時において充電動作状態と待機状態とが繰り返されるのを抑制可能な充電システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明に係る充電システムは、
蓄電池と、
前記蓄電池を管理するバッテリーマネジメントシステムと、
前記蓄電池に充電電流を供給して前記蓄電池に対する充電動作を行う充電部と、
前記充電部の前記充電動作を制御する制御部と、
を備える充電システムであって、
前記バッテリーマネジメントシステムは、
前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、
前記蓄電池の温度を測定する温度測定部と、
前記蓄電池の満充電状態を検出する状態検出部と、
前記温度測定部で測定された前記温度および前記電圧測定部で測定された前記電圧に基づいて、前記充電電流の最大値である最大充電電流値を所定の周期で決定し、決定した前記最大充電電流値に関する信号を前記制御部に送信する処理部と、
を備え、
前記制御部は、
前記信号に基づいて前記充電電流の電流値が前記最大充電電流値に近づくように前記充電動作を制御する充電電流制御を行い、
前記充電電流制御時に予め設定された充電終了条件を満たした場合、前記状態検出部が前記満充電状態を検出する前に前記充電電流制御を終了させる充電終了制御を行い、
前記充電終了条件は、前記最大充電電流値が０アンペアではない第１信号を前記制御部が受信した後に、前記最大充電電流値が０アンペアの第２信号を前記制御部が複数回受信するという条件であることを特徴とする。

【0012】

この構成では、最大充電電流値が０アンペアではない第１信号を制御部が受信した後に、最大充電電流値が０アンペアの第２信号を制御部が複数回受信するという充電終了条件を満たした場合、制御部は、状態検出部が前記満充電状態を検出する前に前記充電電流制御を終了させる。したがって、この構成によれば、低温時において充電動作状態と待機状態とが繰り返されるのを抑制することができる。

【0013】

前記充電システムにおいて、
前記充電終了条件は、前記制御部が前記第２信号を複数回連続して受信するという条件であってもよい。

【0014】

前記充電システムにおいて、
前記充電終了条件は、前記制御部が所定期間に受信した前記第２信号の割合が予め定めた閾値以上になるという条件であってもよい。

【0015】

前記充電システムにおいて、
前記制御部は、
前記第２信号を受信した後に前記第１信号を受信した時点から、前記信号の数をカウントするカウント処理を行うよう構成できる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、低温時において充電動作状態と待機状態とが繰り返されるのを抑制可能な充電システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係る蓄電システムのブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る蓄電ユニットのブロック図である。

【図3】（Ａ）ＢＭＳに記憶されたセル電圧とＳＯＣとの関係を示すデータである。（Ｂ）ＢＭＳに記憶されたセル温度およびセル電圧とＭＣＣＶとの関係を示すデータである。

【図4】本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナが行う充電終了制御のフローチャートである。

【図5】カウント処理時における時刻とＭＣＣＶとの関係を示す図である。

【図6】セル電圧、ＭＣＣＶおよび充電電流の時間変化を示す図であって、（Ａ）は比較例の図、（Ｂ）は本発明の図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明に係る充電システムの実施形態として、蓄電システムを例に挙げて説明する。

【0019】

図１に、本発明の一実施形態に係る蓄電システム１を示す。蓄電システム１は、蓄電ユニット１０と、パワーコンディショナ２０（直流／交流変換部２１、直流／直流変換部２２、制御部２３および系統保護リレー２４）とを備える。

【0020】

蓄電ユニット１０は、蓄電池１１と、蓄電池１１を管理するバッテリーマネジメントシステム（ＢＭＳ：Battery Management System）１２と、端子Ｔａ１、Ｔａ２とを備える。図２に、蓄電ユニット１０のブロック図を示す。

【0021】

蓄電池１１は、少なくとも１つの二次電池１１’で構成される。本実施形態では、蓄電池１１は、直列接続された複数の二次電池１１’で構成され、二次電池１１’としてはリチウムイオン二次電池が用いられる。蓄電池１１は、正極が端子Ｔａ１に接続され、負極が端子Ｔａ２に接続される。なお、図２では、各二次電池１１’を１つの二次電池として図示しているが、１つの二次電池を並列接続された複数の二次電池に変更することも可能である。また、二次電池１１’としてはリチウムイオン二次電池以外のものを用いることも可能である。

【0022】

ＢＭＳ１２は、電圧測定部１３と、温度測定部１４と、電流測定部１５と、開閉手段１６と、管理部１７とを備える。管理部１７は、記憶部１７ａと、状態検出部１７ｂと、処理部１７ｃとを備える。また、ＢＭＳ１２は、各二次電池１１’のセル電圧を均等化するための図示しない放電部を備える。

【0023】

電圧測定部１３は、蓄電池１１を構成する各二次電池１１’の正極および負極に接続され、各二次電池１１’の正極と負極との間の端子電圧（セル電圧）を測定し、測定結果を管理部１７に出力する。

【0024】

温度測定部１４は、少なくとも１つの温度センサを備える。１つの温度センサは、１つの二次電池１１’の温度（セル温度）を測定する。温度センサは、接触式の温度センサでもよいし、非接触式の温度センサでもよい。温度測定部１４は、測定結果を管理部１７に出力する。

【0025】

電流測定部１５は、端子Ｔａ１と蓄電池１１の正極とを接続する電力線を流れる直流の電流（充電電流Ｉ１または放電電流）を測定し、測定結果を管理部１７に出力する。

【0026】

開閉手段１６は、端子Ｔａ１と蓄電池１１の正極とを接続する電力線に介装される。開閉手段１６は、蓄電池１１を過充電、過放電あるいは温度異常、その他電圧測定部１３の異常等、ＢＭＳ１２の何らかの異常から保護するために設けられたものであり、管理部１７により、開状態と閉状態とが切り換えられる。本実施形態では、開閉手段１６としてリレーが用いられる。

【0027】

管理部１７は、マイクロコントローラやＤＳＰ等を使用したデジタル回路で構成されていてもよいし、当該デジタル回路とアナログ回路とを組み合わせた回路で構成されていてもよい。管理部１７は、パワーコンディショナ２０の制御部２３と相互に通信可能に構成される。

【0028】

記憶部１７ａには、ＢＭＳ１２の各部の動作を制御するための制御プログラムと、蓄電池１１（二次電池１１’）に関する各種データとが記憶されている。各種データは、例えば、二次電池１１’のセル電圧と充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）との関係を示す第１データと、蓄電池１１に供給可能な充電電流Ｉ１の最大値である最大充電電流値（ＭＣＣＶ：Max Charging Current Value）に関するテーブルデータであって、ＭＣＣＶとセル温度およびセル電圧との関係を示す第２データとを含む。二次電池１１’のＳＯＣは、二次電池１１’の満充電状態を１００％とし、二次電池１１’の完全放電状態を０％とする。

【0029】

図３（Ａ）に、第１データの一部を示す。第１データは、上記のとおり、二次電池１１’のセル電圧とＳＯＣとの関係を示すデータである。第１データでは、例えば、二次電池１１’のセル電圧が３．９［Ｖ］の時に二次電池１１’のＳＯＣが８０％相当となり、セル電圧が４．０［Ｖ］の時にＳＯＣが９３％相当となる。図３（Ａ）では、ＳＯＣが７５％～１００％の範囲のみ図示しているが、第１データは、ＳＯＣが０％～１００％の範囲のデータを含む。

【0030】

なお、本実施形態では、第１データを二次電池１１’のセル電圧とＳＯＣとの関係を示すデータとしているが、第１データは、二次電池１１’の開放電圧（ＯＣＶ）とＳＯＣとの関係を示すデータでもよい。ＯＣＶは、例えば、セル電圧、二次電池１１’の内部抵抗および充電電流Ｉ１の電流値を用いて算出できる。また、各二次電池１１’のセル電圧は、図示しない放電部により均等化されるので、二次電池１１’のＳＯＣと蓄電池１１のＳＯＣは同じ値となる。

【0031】

図３（Ｂ）に、第２データの一部を示す。第２データは、上記のとおり、ＭＣＣＶとセル温度およびセル電圧との関係を示すデータである。第２データでは、二次電池１１’のセル温度が－１０［℃］未満の場合、二次電池１１’のセル電圧が３．８［Ｖ］以上の時にＭＣＣＶは０［Ａ］となり、セル温度が－１０［℃］以上、０［℃］未満の場合、セル電圧が３．９［Ｖ］以上の時にＭＣＣＶは０［Ａ］となり、セル温度が０［℃］以上、１０［℃］未満の場合、セル電圧が４．０［Ｖ］以上の時にＭＣＣＶは０［Ａ］となる。このように、第２データでは、１０［℃］未満の低温時において、ＳＯＣが１００％（セル電圧が４．０６［Ｖ］）に達する前にＭＣＣＶが０［Ａ］に制限される。

【0032】

なお、第２データは、セル温度として２０［℃］以上の範囲（例えば、２０～４５［℃］）をさらに含み、セル電圧としてＳＯＣが０％～１００％に対応するセル電圧の範囲を含み、上記セル温度およびセル電圧に対応したＭＣＣＶを含む。また、本実施形態では、第２データをテーブルデータとしているが、第２データは、ＭＣＣＶとセル温度およびセル電圧との関係式に関するデータでもよい。

【0033】

状態検出部１７ｂは、所定の周期で蓄電池１１の満充電状態を検出するよう構成される。状態検出部１７ｂは、電圧測定部１３から二次電池１１’のセル電圧が入力されると、記憶部１７ａの第１データを参照して二次電池１１’のＳＯＣを算出する。第１データを参照することで、状態検出部１７ｂは、セル電圧に基づいてＳＯＣを一義的に算出することができる。

【0034】

状態検出部１７ｂは、算出したＳＯＣが１００％の場合、蓄電池１１の満充電状態を検出したものとして、満充電検出信号をパワーコンディショナ２０の制御部２３に出力する。例えば、状態検出部１７ｂは、制御部２３に出力する電圧信号をローレベルからハイレベルに切り換える。電圧信号は、ＳＯＣが１００％以外の時にローレベルとなり、ＳＯＣが１００％の時にハイレベルになる。

【0035】

状態検出部１７ｂは、第１データを参照して算出したＳＯＣの数値［％］に関する信号をパワーコンディショナ２０の制御部２３に出力してもよい。この場合、ＳＯＣの数値が１００％の時の信号が満充電検出信号となる。なお、本実施形態では、状態検出部１７ｂは、ＳＯＣが１００％の場合を蓄電池１１の満充電状態としているが、満充電状態の条件はこれに限定されるものではない。

【0036】

処理部１７ｃは、所定の周期でＭＣＣＶを決定するよう構成される。処理部１７ｃは、電圧測定部１３から二次電池１１’のセル電圧が入力され、温度測定部１４から二次電池１１’のセル温度が入力されると、第２データを参照してＭＣＣＶを決定する。第２データを参照することで、処理部１７ｃは、セル電圧およびセル温度に基づいてＭＣＣＶを一義的に決定することができる。処理部１７ｃは、決定したＭＣＣＶをパワーコンディショナ２０の制御部２３に出力する。

【0037】

パワーコンディショナ２０は、図１に示すように、端子ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＮ１と、端子ＴＬ３、ＴＬ４、ＴＮ２と、端子Ｔｂ１、Ｔｂ２と、直流／交流変換部２１と、直流／直流変換部２２と、制御部２３と、系統保護リレー２４を備える。また、パワーコンディショナ２０は、図示しない検出部を備える。検出部は、制御部２３の制御に必要な電圧値および電流値を検出するものであり、例えば、少なくとも１つの電圧センサおよび少なくとも１つの電流センサで構成される。

【0038】

端子ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＮ１は、単相３線を介して商用の電力系統２に接続される。具体的には、端子ＴＬ１は、単相３線の第１電圧線に接続され、端子ＴＬ２は、単相３線の第２電圧線に接続され、端子ＴＮ１は、単相３線の中性線に接続される。単相３線の各線間には図示しない一般負荷（例えば、家庭内の電化製品）が接続される。直流／交流変換部２１と、端子ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＮ１は各々、系統保護リレー２４を介して接続され、直流／交流変換部２１と系統保護リレー２４との間から自立負荷３（停電時でも蓄電池１１からの電力供給を必要とする重要負荷）が接続される端子ＴＬ３、ＴＬ４、ＴＮ２へ、蓄電池１１からの放電電力を供給可能な給電線が分岐している。

【0039】

電力系統２は、単相３線に交流２００［Ｖ］の系統電力を供給する。すなわち、第１電圧線－中性線間（端子ＴＬ１－ＴＮ１間）に交流１００［Ｖ］の系統電力が供給され、中性線－第２電圧線間（端子ＴＮ１－ＴＬ２間）に交流１００［Ｖ］の系統電力が供給され、第１電圧線－第２電圧線間（端子ＴＬ１－ＴＬ２間）に交流２００［Ｖ］の系統電力が供給される。

【0040】

端子Ｔｂ１、Ｔｂ２は、蓄電ユニット１０に接続される。具体的には、端子Ｔｂ１は、蓄電ユニット１０の端子Ｔａ１に接続され、蓄電池１１の正極に接続される。端子Ｔｂ２は、蓄電ユニット１０の端子Ｔａ２に接続され、蓄電池１１の負極に接続される。

【0041】

パワーコンディショナ２０は、蓄電池１１の充電および放電を行うよう構成される。充電時のパワーコンディショナ２０は、端子ＴＬ１－ＴＬ２間に供給された交流２００［Ｖ］の系統電力を直流電力に変換し、当該直流電力を蓄電池１１に供給する。放電時のパワーコンディショナ２０は、端子Ｔｂ１－Ｔｂ２間に供給された蓄電池１１の放電電力を商用周波数の交流電力に変換し、当該交流電力を単相３線の各線間に接続された負荷に供給する。パワーコンディショナ２０は、系統通電時は系統保護リレー２４を閉じて系統連系運転を行う一方、系統停電時は系統保護リレー２４を開いて自立運転を行う。

【0042】

直流／交流変換部２１は、端子ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＮ１および端子ＴＬ３、ＴＬ４、ＴＮ２に接続される交流端と、直流／直流変換部２２に接続される直流端とを備え、交流端に入力された交流電圧を直流電圧に変換する交流／直流変換動作と、直流端に入力された直流電圧を交流電圧に変換する直流／交流変換動作とを行う。

【0043】

直流／交流変換部２１は、交流／直流変換動作および直流／交流変換動作を行うスイッチング回路で構成される。スイッチング回路は、例えば、並列接続された第１レグ、第２レグおよび第３レグを含み、各レグが直列接続された上アームおよび下アームを含み、各アームがスイッチング素子を含む。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）やＧａＮ（窒化ガリウム）を使用したＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）等の、高周波でスイッチングが可能な電力用半導体スイッチング素子を用いることができる。直流／交流変換部２１は、スイッチング回路と交流端との間に、ＬＣフィルタ回路を含んでもよい。

【0044】

直流／直流変換部２２は、直流／交流変換部２１の直流端に接続される第１直流端と、端子Ｔｂ１、Ｔｂ２に接続される第２直流端とを備え、第１直流端に入力された直流電圧を昇降圧（昇圧または降圧）して第２直流端から出力したり、第２直流端に入力された直流電圧を昇降圧して第１直流端から出力したりする直流／直流変換動作を行う。換言すれば、直流／直流変換部２２は、蓄電池１１に充電電流Ｉ１を供給して蓄電池１１を充電する充電動作と、蓄電池１１を放電させる放電動作とを行う。直流／直流変換部２２は、本発明の「充電部」に相当する。

【0045】

直流／直流変換部２２は、直流／直流変換動作を行うスイッチング回路、例えば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路で構成される。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、例えば、双方向動作が可能な電流共振型ＤＣ／ＤＣコンバータでもよいし、電圧電流型ＤＣ／ＤＣコンバータでもよいし、位相シフト方式、ＤＡＢ（Dual Active Bridge）方式等のＤＣ／ＤＣコンバータでもよい。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路に含まれるスイッチング素子は、直流／交流変換部２１のスイッチング素子と同様のものを用いることができる。

【0046】

制御部２３は、ＢＭＳ１２の管理部１７と通信を行いつつ、直流／交流変換部２１、直流／直流変換部２２および系統保護リレー２４を制御する。制御部２３は、マイクロコントローラやＤＳＰ等を使用したデジタル回路で構成されていてもよいし、アナログ回路で構成されていてもよいし、デジタル回路とアナログ回路とを組み合わせた回路で構成されていてもよい。本実施形態では、直流／交流変換部２１、直流／直流変換部２２および系統保護リレー２４を１つの制御部２３で制御しているが、制御部２３を、直流／交流変換部２１を制御する第１制御部と、直流／直流変換部２２を制御する第２制御部と、系統保護リレー２４を制御する第３制御部とに分けて、少なくとも第１制御部と第２制御部とが相互に通信を行う構成としてもよい。

【0047】

制御部２３は、直流／交流変換部２１のスイッチング素子を制御して、直流／交流変換部２１の出力値（出力電流値、出力電圧値または出力電力値）を所定の目標値（目標電流値、目標電圧値または目標電力値）に一致させる制御を行う。例えば、直流／交流変換部２１に交流／直流変換動作を行わせる場合、制御部２３は、スイッチング素子のＰＷＭ制御を行うとともに、出力電圧値を所定の目標電圧値に一致させる電圧制御を行う。出力値を目標値に一致させる制御は、フィードバック制御でもよいし、フィードフォワード制御でもよいし、その両方でもよい。また、目標値は、例えば、制御部２３で予め設定した値としてもよいし、直流／交流変換部２１の入出力条件から決まる値としてもよいし、外部の装置から入力される値としてもよい。目標値は、時々刻々と変化してもよい。

【0048】

制御部２３は、直流／直流変換部２２のスイッチング素子を制御して、直流／直流変換部２２の出力値（出力電流値、出力電圧値または出力電力値）を所定の目標値（目標電流値、目標電圧値または目標電力値）に一致させる制御を行う。例えば、直流／直流変換部２２に充電動作を行わせる場合、制御部２３は、出力電流値を所定の目標電流値に一致させるための電流制御を行う。本実施形態では、制御部２３は、電流制御の１つとして、充電電流Ｉ１の電流値をＭＣＣＶに一致させる充電電流制御を行う。

【0049】

出力値を目標値に一致させる制御には、公知の制御、例えば、フィードバック制御および／またはフィードフォワード制御を用いることができる。また、充電電流制御時の直流／直流変換部２２のスイッチング素子の制御には、直流／直流変換部２２の回路構成に応じて任意の方法を用いることができ、例えば、ＰＷＭ制御でもよいし、周波数変調制御でもよいし、位相シフト制御でもよい。

【0050】

制御部２３は、充電電流制御時に、図４に示す充電終了制御を行うことを特徴とする。充電電流制御時に充電終了制御を開始した制御部２３は、蓄電池１１が満充電状態か否かの判定を行う（Ｓ１０１）。

【0051】

制御部２３は、ＢＭＳ１２の状態検出部１７ｂが満充電状態を検出した場合、すなわち状態検出部１７ｂから満充電検出信号が入力された場合（例えば、電圧信号がローレベルからハイレベルに切り換わった場合）、あるいは管理部１７との通信にてＳＯＣが１００％であることを検知した場合、蓄電池１１が満充電状態であると判定する（Ｓ１０１でＹＥＳ）。蓄電池１１が満充電状態であると判定した制御部２３は、充電電流制御を終了させて、充電終了制御を終了させる。

【0052】

制御部２３は、ＢＭＳ１２の状態検出部１７ｂが満充電状態を検出していない場合、すなわち状態検出部１７ｂから満充電検出信号が入力されていない場合（例えば、電圧信号がローレベルの場合）、あるいは管理部１７との通信にてＳＯＣが１００％未満あることを検知した場合、蓄電池１１が満充電状態ではないと判定する（Ｓ１０１でＮＯ）。

【0053】

ところで、蓄電ユニット１０が屋外または寒冷地に設置されていると、蓄電池１１が低温（例えば、１０［℃］未満）になる場合がある。また、リチウムイオン二次電池の特性上、低温時に蓄電池１１に充電電流を供給可能か否かにかかわりなく、ＭＣＣＶを著しく制限する傾向にあり、例えば、蓄電池１１の実力値によりＭＣＣＶを制限する場合もある。状態検出部１７ｂが満充電状態を検出する前にＢＭＳ１２がＭＣＣＶを０［Ａ］に制限した場合、制御部２３は、充電電流Ｉ１の電流値を０［Ａ］に制御する。これにより、パワーコンディショナ２０は待機状態となる。充電電流Ｉ１の電流値が０［Ａ］に制御され、二次電池１１’のセル電圧が降下すると、ＢＭＳ１２はＭＣＣＶを０［Ａ］の制限を解除する。すなわち、制御部２３に入力されるＭＣＣＶが、０［Ａ］から０［Ａ］以外の値に変わる。

【0054】

例えば、図３（Ｂ）に示すように、二次電池１１’のセル温度が０［℃］以上、１０［℃］未満の場合、二次電池１１’のセル電圧が４．０［Ｖ］（ＳＯＣが９３％相当）になるまで蓄電池１１が充電されると、制御部２３に入力されるＭＣＣＶは０［Ａ］となる。その後、二次電池１１’のセル温度が０［℃］以上、１０［℃］未満のまま、二次電池１１’のセル電圧が３．９［Ｖ］まで降下すると、制御部２３に入力されるＭＣＣＶは０［Ａ］から２［Ａ］に変わる。これにより、制御部２３は、充電電流Ｉ１の電流値を２［Ａ］に制御するので、充電電流Ｉ１の供給が再開される。

【0055】

図４のステップＳ１０１の判定において、蓄電池１１が満充電状態ではないと判定した制御部２３は、ＭＣＣＶが０［Ａ］からＸ［Ａ］（ただし、Ｘは０以外の値）に変わったか否かを判定する（Ｓ１０２）。ここで、Ｘ［Ａ］のＭＣＣＶは本発明の「第１信号」に相当し、０［Ａ］のＭＣＣＶは本発明の「第２信号」に相当する。

【0056】

ＭＣＣＶが０［Ａ］の場合、またはＭＣＣＶが一度も０［Ａ］になることなくＸ［Ａ］の場合（パワーコンディショナ２０が充電動作を継続中の場合）、制御部２３は、ＭＣＣＶが０［Ａ］からＸ［Ａ］に変わっていないと判定し（Ｓ１０２でＮＯ）、ステップＳ１０１に移行する。

【0057】

一方、ＭＣＣＶが０［Ａ］からＸ［Ａ］に変わった場合（Ｓ１０２でＹＥＳ）、制御部２３は、カウント処理を開始する（Ｓ１０３）。カウント処理を開始した制御部２３は、所定の時間間隔で（本実施形態では、２５０［ｍｓ］毎に）、Ｘ［Ａ］のＭＣＣＶの数と０［Ａ］のＭＣＣＶの数をカウントし、制御部２３において予め設定された充電終了条件を満たすか否かの判定を行う（Ｓ１０４）。制御部２３は、充電終了条件を満たすと判定した場合（Ｓ１０４でＹＥＳ）、充電電流制御を終了させて、充電終了制御を終了させる。

【0058】

本実施形態では、充電終了条件は、カウント処理を開始した後、制御部２３が予め定めた判定期間に受信した０［Ａ］のＭＣＣＶの割合が予め定めた閾値以上になるという条件である。本実施形態では、判定期間は直近２．５［ｓ］に設定され、閾値は４０％に設定される。判定期間および／または閾値は、適宜変更することができる。

【0059】

図５に、カウント処理時の時刻とＭＣＣＶとの関係を示す。図５では、時刻ｔ０よりも前から、充電電流制御が行われており、時刻ｔ０において、はじめてＭＣＣＶが０［Ａ］になったものとする。また、図５では、二次電池１１’のセル温度が０［℃］以上、１０［℃］未満であるものとする。

【0060】

図５に示すように、制御部２３は、ＭＣＣＶが０［Ａ］から２［Ａ］に変わった時刻ｔ１において、カウント処理を開始する。カウント処理を開始した制御部２３は、所定の時間間隔で（図５では、２５０［ｍｓ］毎に）、Ｘ［Ａ］のＭＣＣＶの数と０［Ａ］のＭＣＣＶの数とをカウントし、充電終了条件を満たすか否かの判定を行う。

【0061】

本実施形態では、充電終了条件の判定期間は直近２．５［ｓ］に設定されているので、制御部２３は、２．５［ｓ］経過後のカウント数が１０になる時刻ｔ１０（ｔ１からｔ１０までの期間）で１回目の充電終了条件を満たすか否かの判定を行う。本実施形態の充電終了条件は、直近２．５［ｓ］において０［Ａ］のＭＣＣＶの割合が４０％以上になるという条件であるが、１回目の割合は３０％だったため、充電電流制御を継続させる。制御部２３は、時刻ｔ１１において、２回目のカウント処理を開始し、０［Ａ］のＭＣＣＶの割合が４０％に達する時刻ｔ２０（ｔ１１からｔ２０までの期間）において、充電終了条件を満たすと判定し、充電電流制御を終了させる。

【0062】

なお、本実施形態では、ｔ１からｔ１０までの期間で１回目のカウント処理（ｔ１０で１回目の判定）を行い、ｔ１１からｔ２０までの期間で２回目のカウント処理（ｔ２０で２回目の判定）を行っているが、これに替えて、ｔ１０以降は２５０［ｍｓ］毎（＋１カウント毎）に充電終了条件を満たすか否かの判定を行ってもよい。その場合、制御部２３は、例えば、ｔ２からｔ１１までの期間のカウント値に基づいてｔ１１で２回目の判定を行うことになり、ｔ７からｔ１６までの期間のカウント値に基づく７回目の判定（０［Ａ］のＭＣＣＶの割合が４０％に達するｔ１６での判定）において、充電終了条件を満たすと判定し、充電電流制御を終了させる。

【0063】

充電電流制御を終了させた制御部２３は、充電電流Ｉ１の電流値をＭＣＣＶに追随させない。例えば、時刻ｔ２０において、ＢＭＳ１２の処理部１７ｃから出力されるＭＣＣＶが０［Ａ］から２［Ａ］に変わっても、パワーコンディショナ２０から出力される充電電流Ｉ１の電流値は上昇しない。なお、制御部２３は、充電電流制御を終了させた後（例えば、時刻ｔ２０以降）もＢＭＳ１２と通信を行っているが、充電電流制御を終了させるとともにＢＭＳ１２との通信（少なくともＭＣＣＶに関する通信）を終了させてもよい。

【0064】

図６（Ａ）に比較例におけるセル電圧、ＭＣＣＶおよび充電電流の時間変化を示し、図６（Ｂ）に本実施形態の図５の場合におけるセル電圧、ＭＣＣＶおよび充電電流の時間変化を示す。比較例は、図４に示す充電終了制御を行わない点を除き、本実施形態と共通する。すなわち、比較例では、ＢＭＳの状態検出部が満充電状態を検出するまで、充電電流制御が継続される。

【0065】

図６（Ａ）に示すように、比較例の場合、充電終了制御が行われないため、セル電圧が上昇と下降とを繰り返し、ＭＣＣＶが０［Ａ］と２［Ａ］との間で頻繁に切り換わり、それに伴い、充電電流が上昇と下降とを繰り返す。すなわち、比較例のパワーコンディショナは、充電動作状態と待機状態とが繰り返され、動作が安定しない。

【0066】

一方、本実施形態の場合、制御部２３が充電終了制御を行うため、図６（Ｂ）に示すように、ＭＣＣＶが０［Ａ］から２［Ａ］に変わった時刻ｔ１においてカウント処理が開始され、充電終了条件を満たす時刻ｔ２０に充電電流制御が終了する。その後、充電電流は０［Ａ］に収束し、セル電圧は３．８５［Ｖ］に収束する。すなわち、本実施形態のパワーコンディショナ２０は、充電動作状態と待機状態との繰り返しが抑制され、動作が安定する。

【0067】

上記のとおり、本実施形態に係る蓄電システム１では、低温時において、ＢＭＳ１２の状態検出部１７ｂが満充電状態を検出する前に、パワーコンディショナ２０の制御部２３が充電終了制御を行って充電電流制御を終了させる。したがって、本実施形態に係る蓄電システム１によれば、低温時における充電動作状態と待機状態との繰り返しを抑制できる。

【0068】

本実施形態に係る蓄電システム１では、パワーコンディショナ２０の制御部２３が、低温時における蓄電池１１が満充電状態を定義する。例えば、パワーコンディショナ２０が蓄電池１１の状態を表示する表示部（例えば、表示画面を兼ねたタッチパネルを含む室内リモコン）を備える場合、制御部２３は、充電終了条件を満たすと判定して充電電流制御を終了させた時に、蓄電池１１の状態を満充電状態（例えば、ＳＯＣ１００％）として表示部に表示させてもよい。

【0069】

以上、本発明に係る充電システムの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

【0070】

本発明に係る充電システムは、蓄電池と、蓄電池を管理するバッテリーマネジメントシステムと、蓄電池に充電電流を供給して蓄電池に対する充電動作を行う充電部と、充電部の充電動作を制御する制御部と、を備える充電システムであって、バッテリーマネジメントシステムは、蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、蓄電池の温度を測定する温度測定部と、蓄電池の満充電状態を検出する状態検出部と、温度測定部で測定された温度および電圧測定部で測定された電圧に基づいて、充電電流の最大値である最大充電電流値を所定の周期で決定し、決定した最大充電電流値に関する信号を制御部に送信する処理部と、を備え、制御部は、信号に基づいて充電電流の電流値が最大充電電流値に近づくように充電動作を制御する充電電流制御を行い、充電電流制御時に予め設定された充電終了条件を満たした場合、状態検出部が満充電状態を検出する前に充電電流制御を終了させる充電終了制御を行い、充電終了条件は、最大充電電流値が０アンペアではない第１信号を制御部が受信した後に、最大充電電流値が０アンペアの第２信号を制御部が複数回受信するという条件であることを特徴とするのであれば、適宜構成を変更できる。

【0071】

例えば、上記実施形態において、充電終了条件を、制御部２３が０［Ａ］のＭＣＣＶを複数回（例えば、２回以上）連続して受信するという条件としてもよい。例えば、図５の場合、複数回を２回に設定すると時刻ｔ９において充電終了条件が満たされ、複数回を３回に設定すると時刻ｔ１０において充電終了条件が満たされる。

【0072】

また、上記実施形態の制御部２３は、ＭＣＣＶが０［Ａ］からＸ［Ａ］に変わった時（図５の時刻ｔ１）に、カウント処理を開始しているが、カウント処理を開始するタイミングも適宜変更できる。例えば、ＭＣＣＶが最初に０［Ａ］になった時（例えば、図５の時刻ｔ０）にカウント処理を開始してもよいし、ＭＣＣＶが最初に０［Ａ］になってから所定時間（制御部２３において予め定められた時間）経過後にカウント処理を開始してもよい。

【0073】

本発明に係る充電システムは、太陽光発電機能を備えた蓄電システムや、太陽光発電機能および電気自動車の充放電機能を備えた蓄電システムにも適用できる。

【0074】

また、本発明に係る充電システムは、蓄電システム以外のもの、例えば、電気自動車の充電システムにも適用できる。電気自動車の充電システムの場合、例えば、蓄電池およびバッテリーマネジメントシステムが電気自動車側に設けられ、充電部および制御部が充電装置（例えば、設置型の急速充電器）側に設けられる。

【符号の説明】

【0075】

１ 蓄電システム
２ 電力系統
３ 自立負荷
１０ 蓄電ユニット
１１ 蓄電池
１１’ 二次電池
１２ バッテリーマネジメントシステム（ＢＭＳ）
１３ 電圧測定部
１４ 温度測定部
１５ 電流測定部
１６ 開閉手段
１７ 管理部
１７ａ 記憶部
１７ｂ 状態検出部
１７ｃ 処理部
２０ パワーコンディショナ
２１ 交流変換部
２２ 直流変換部
２３ 制御部
２４ 系統保護リレー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】