特許 7599561 蓄電池システムおよび蓄電池システムの充放電制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-05

(45)【発行日】2024-12-13

(54)【発明の名称】蓄電池システムおよび蓄電池システムの充放電制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20241206BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 302C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023528870

(86)(22)【出願日】2021-06-17

(86)【国際出願番号】 JP2021022983

(87)【国際公開番号】W WO2022264346

(87)【国際公開日】2022-12-22

【審査請求日】2023-10-11

(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】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】原 聡

【審査官】赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／２３９６４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１１４０５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ３／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４－７／３６

Ｈ０１Ｍ １０／４２－１０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電池モジュールと変換器の組が複数接続され、前記蓄電池モジュールの充放電を制御する充放電制御装置を備えた蓄電池システムであって、
前記充放電制御装置は、
前記蓄電池モジュールの電流、電圧および温度ならびに前記変換器の電流および電圧を含む情報を取得し、
取得した前記情報をもとに前記変換器の変換効率を推定する変換器効率推定部と、
取得した前記情報をもとに少なくとも前記蓄電池モジュールの定格容量を含む蓄電池性能を推定する蓄電池性能推定部と、
前記変換器効率推定部で推定された前記変換器の変換効率をもとに複数の前記組を１または複数の群に分別するとともに、分別された前記群ごとに設定された目標変換効率を超えるように前記蓄電池モジュールの出力下限値を決定する出力下限値決定部と、を備え、
前記出力下限値決定部は、分別された前記群ごとに前記蓄電池モジュールの定格容量に基づいて前記蓄電池モジュールの出力下限値を決定する、蓄電池システム。

【請求項2】

複数の前記蓄電池モジュールは、蓄電池性能の異なるものを含む、請求項１に記載の蓄電池システム。

【請求項3】

複数の前記変換器は、変換器特性の異なるものを含む、請求項１または２に記載の蓄電池システム。

【請求項4】

前記出力下限値決定部は、前記群内では前記蓄電池モジュールの定格容量が大きいほど出力下限値を大きくする、請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電池システム。

【請求項5】

蓄電池モジュールと変換器の組が複数接続された蓄電池システムの充放電制御方法であって、
前記蓄電池モジュールの電流、電圧および温度ならびに前記変換器の電流および電圧を含む情報を取得するステップと、
取得した前記情報をもとに、前記変換器の変換効率を推定するステップと、
推定された前記変換器の変換効率から、複数の前記蓄電池モジュールを変換器特性ごとに蓄電池モジュールの群に分別するステップと、
取得した前記情報をもとに、前記蓄電池モジュールの定格容量を含む蓄電池性能を推定する蓄電池性能推定ステップと、
前記群に分別するステップで分別された群内で、設定された群の目標変換効率に対応する群の出力下限値を前記蓄電池モジュールの性能によって配分し、前記蓄電池モジュールの出力下限値を決定するステップと、
を備えた蓄電池システムの充放電制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、蓄電池システムおよび蓄電池システムの充放電制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車およびハイブリット自動車の増加に伴い、劣化した電池および車種によって特性の異なる電池、例えば、電圧および容量が異なるモジュール構成の電池、あるいは電池を構成する電池材料が異なるもの等の再利用方法が検討されている。また、出力の大きな電気自動車で使用できなくなった電池は、出力の小さな定置用途での再利用方法が検討されている。

【0003】

再利用方法として、最小単位である電池セルまで分解して、劣化が同程度の電池を再度構成して使用する方法と、電池モジュールまで分解し、そのまま使用する再利用方法が検討されている。最小単位である電池セルまで分解して、再構成する方法はコストが高いため、電池モジュールまで分解し、定置用途で再利用する方法が注目されている。現状では、劣化が同程度の電池および同種類の電池など特性が同等な電池の適用に留まっている。

【0004】

一方、系統向け大容量蓄電池システムなど、大型の蓄電池システムへの利用においては、容量および劣化状態などの特性が異なる蓄電池モジュールを効率よく使用する制御技術が望まれている。大容量蓄電池システムは、複数の蓄電池モジュールで構成されており、各蓄電池モジュールの出力を制御することで蓄電池システムの効率が向上する。また、各蓄電池モジュールに接続され各蓄電池モジュールの出力電力を変換する変換器は、蓄電池モジュールの出力が低い領域において効率が低くなるため、効率向上のためには特に低出力領域における制御方法の開発が課題である。

【0005】

これに対し、蓄電池と変換器の組が複数並列に電力系統に接続された蓄電池システムの制御方式であって、複数の蓄電池と変換器の組による充放電総電力を複数の蓄電池と変換器の組に分配する電力分配決定部を備え、電力分配決定部において、変換器の変換効率が基準効率以上となるときの限界出力と充放電総電力を比較し、充放電総電力が限界出力以上である時、運転する全ての蓄電池と変換器の組の出力を限界出力以上とするように運転台数を決定することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１５－１６２９１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１には、さらに、運転することに決定した全ての蓄電池と変換器の組について、充電量の上限下限の余裕度に応じ出力配分が決定されること、および各組の余寿命管理の観点から運転する組を選択することも開示されている。しかし、蓄電池の容量のばらつきは考慮されているものの、中古電池など特性の異なる蓄電池モジュールを組み合わせた場合、あるいは変換器の効率が異なっている場合については考慮されていない。

【0008】

本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、特性の異なる蓄電池モジュールおよび特性の異なる変換器を備えていても、効率よく運転可能な蓄電池システムおよび蓄電池システムの充放電制御方法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】

【0009】

本願に開示される蓄電池システムは、
蓄電池モジュールと変換器の組が複数接続され、前記蓄電池モジュールの充放電を制御する充放電制御装置を備えた蓄電池システムであって、
前記充放電制御装置は、
前記蓄電池モジュールの電流、電圧および温度ならびに前記変換器の電流および電圧を含む情報を取得し、
取得した前記情報をもとに前記変換器の変換効率を推定する変換器効率推定部と、
取得した前記情報をもとに少なくとも前記蓄電池モジュールの定格容量を含む蓄電池性能を推定する蓄電池性能推定部と、
前記変換器効率推定部で推定された前記変換器の変換効率をもとに複数の前記組を１または複数の群に分別するとともに、分別された前記群ごとに設定された目標変換効率を超えるように前記蓄電池モジュールの出力下限値を決定する出力下限値決定部と、を備え、
前記出力下限値決定部は、分別された前記群ごとに前記蓄電池モジュールの定格容量に基づいて前記蓄電池モジュールの出力下限値を決定する、ものである。

【発明の効果】

【0010】

本願に開示される蓄電池システムおよび蓄電池システムの充放電制御方法によれば、特性の異なる蓄電池モジュールおよび特性の異なる変換器を備えていても、変換効率の低い低出力領域においても効率よく運転可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態１に係る蓄電池システムの構成を示す概略図である。

【図2】実施の形態１に係る充放電制御装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図3】実施の形態１に係る蓄電池システムが具備する蓄電池ユニットの電力変換について説明するための図である。

【図4】実施の形態１に係る蓄電池システムが具備する蓄電池ユニットの変換器の一例を示す構成図である。

【図5】蓄電池モジュールの出力下限値の決定方法を説明するための図で、図５Ａは特性が同じ蓄電池ユニットをｎ個用いた例の構成および変換効率曲線を示す図、図５Ｂは特性が同じ蓄電池ユニットをｎ―２個用いた例の構成および変換効率曲線を示す図である。

【図6】実施の形態１に係る充放電制御装置の出力下限値決定部による出力下限値の決定方法を説明するための図で、一部に特性の異なる蓄電池モジュールを用いた場合の構成図および変換効率曲線を示す図である。

【図7】図６で示した第１のユニット群における各蓄電池モジュールの定格容量、係数（定格容量比）、出力下限値を示す図である。

【図8】図６で示した第２のユニット群における各蓄電池モジュールの定格容量、係数（定格容量比）、出力下限値を示す図である。

【図9】図６で示した第１のユニット群の蓄電池モジュールの具体例を説明する図である。

【図10】図９で示した蓄電池モジュールの出力下限値の算出方法を説明するための図および算出結果を示す図である。

【図11】図６で示した第２のユニット群１１２の蓄電池モジュールの具体例を説明する図である。

【図12】図１１で示した蓄電池モジュールの出力下限値の算出方法を説明するための図および算出結果を示す図である。

【図13】実施の形態１に係る充放電制御装置において各蓄電池モジュールの出力下限値を決定する手順を示すフローチャートである。

【図14】実施の形態１に係る充放電制御装置による制御の効果を説明するための図で、図１４Ａは比較例である出力下限値が固定の場合、図１４Ｂは実施の形態１に係る充放電制御装置によって出力下限値が決定された場合の図である。

【図15】比較例である出力下限値が固定の場合の蓄電池モジュールの劣化推移を説明するための図である。

【図16】実施の形態１に係る充放電制御装置によって出力下限値が決定された場合の蓄電池モジュールの劣化推移を説明するための図である。

【図17】比較例である出力下限値が固定の場合の蓄電池モジュールの交換頻度と維持コストを説明するための図である。

【図18】実施の形態１に係る充放電制御装置によって出力下限値が決定された場合の蓄電池モジュールの交換頻度と維持コストを説明するための図である。

【図19】実施の形態１に係る充放電制御装置のハードウエア構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

【0013】

実施の形態１．
以下、実施の形態１に係る蓄電池システムについて図を用いて説明する。
図１は、実施の形態１に係る蓄電池システムの構成を示す概略図である。図１において、蓄電池システム１００は、複数の蓄電池ユニット１１０と充放電制御装置１０１を備えている。各蓄電池ユニット１１０は、蓄電池モジュール１０２と変換器１０３を備え、接続部１０６を介して、他の蓄電池ユニット１１０および負荷または電源に接続されている。
蓄電池モジュール１０２は、最小単位の電池セル１０４が複数直列または並列に接続されており、それを監視、制御するバッテリマネジメントユニット（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ、以下ＢＭＵと称す）１０５を有している。

【0014】

蓄電池システム１００において、複数の蓄電池ユニット１１０が図１のように直列接続されていれば、各変換器１０３の電圧Ｖ_１、・・、Ｖ_ｎを制御し、複数の蓄電池ユニット１１０が並列接続されていれば、各変換器１０３の電流Ｉ_１、・・、Ｉ_ｎを制御することで、間接的に各蓄電池モジュール１０２の電流Ｉ_ｂ１、・・、Ｉ_ｂｎもしくは電圧Ｖ_ｂ１、・・、Ｖ_ｂｎを制御可能となる。
充放電制御装置１０１は、各蓄電池モジュール１０２の情報を取得し、負荷もしくは電源に対する要求出力あるいは入力を各蓄電池ユニット１１０に分配する装置である。

【0015】

変換器１０３は、一例は後述するが、蓄電池モジュール１０２の直流電流を交流電流に変換するＡＣ／ＤＣ変換器、あるいは蓄電池モジュール１０２の電圧を任意の電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換器等が用いられる。

【0016】

各蓄電池モジュール１０２の電池セル１０４は、充放電可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池および鉛蓄電池等のいずれかである。
ＢＭＵ１０５は、電池セル１０４の過充電、過放電、過電圧、過電流、温度異常などを防止する目的で、上下限電圧、最大充放電電流、最大セル温度が設定され、保護機能および電圧計測、電流計測、電力計測、温度計測、満充電管理および残容量管理等の電池セル１０４の状態監視機能を有する。

【0017】

接続部１０６は、蓄電池モジュール１０２と変換器１０３とを、および変換器１０３と他の変換器１０３もしくは負荷または電源とを接続する。なお、蓄電池ユニット１１０は接続部１０６により、変換器１０３と蓄電池モジュール１０２のＢＭＵ１０５を除く電池セル１０４群もしくは電池セル１０４群のみを交換可能な構成と想定している。

【0018】

図２は、実施の形態１に係る充放電制御装置１０１の構成を示す機能ブロック図である。図２において、充放電制御装置１０１は、電流取得部２００、電圧取得部２０１、温度取得部２０２、変換器効率推定部２０３、蓄電池性能推定部２０４および出力下限値決定部２０５を備えている。なお、図では例として複数の蓄電池ユニット１１０のうちの１つを示し、充放電制御装置１０１との情報の流れを説明している。

【0019】

電流取得部２００、電圧取得部２０１および温度取得部２０２は、それぞれ蓄電池モジュール１０２の電流、電圧および温度を、変換器１０３を介して取得する。取得した電流値と電圧値を用いて、変換器効率推定部２０３にて、変換器１０３の変換効率を計算する。なお、変換器１０３の詳細な構成は後述するが、変換器１０３は蓄電池モジュール１０２の電流、電圧を計測可能な構成が望ましい。

【0020】

ここで、図３を用いて蓄電池モジュール１０２の出力Ｐ_ｂ１と変換器出力Ｐ_１の関係を説明する。図３の変換器１０３と蓄電池モジュール１０２を備えた蓄電池ユニット１１０において、蓄電池モジュール１０２の出力Ｐ_ｂ１は変換器１０３の変換効率Ｃｅを用いて、
Ｐ_ｂ１＝Ｃｅ・Ｐ_１ ・・・（１）
と表される。ここで、蓄電池モジュールの電圧をＶ_ｂ１、電流をＩ_ｂ１、変換後の電圧をＶ_１、電流をＩ_１とすると式（１）は、
Ｖ_ｂ１・Ｉ_ｂ１＝Ｃｅ・Ｖ_１・Ｉ_１ ・・・（２）
となる。

【0021】

式（２）から、蓄電池モジュールの電流Ｉ_ｂ１は、次式（３）のようになる。

【数1】

なお、図３に示すように、蓄電池ユニット１に備わる蓄電池モジュール１のように、蓄電池ユニットの番号と蓄電池モジュールの番号は対応しており、以下も同様な扱いとする。

【0022】

上述したように、変換器１０３の電圧、電流を制御することにより、間接的に蓄電池モジュール１０２の電流を制御可能であることがわかる。本実施の形態では、変換器１０３に電圧計測、電流計測機能を持たせているが、蓄電池モジュール１０２内にて計測を実施し、ＢＭＵ１０５がそれらを取得してもよい。その場合でも、充放電制御装置１０１でそれらの情報がＢＭＵ１０５からあるいはＢＭＵ１０５から変換器１０３を経由して取得可能であればよい。

【0023】

次に、充放電制御装置１０１の蓄電池性能推定部２０４について説明する。
蓄電池性能推定部２０４は、蓄電池モジュール１０２の蓄電池性能として劣化および定格容量を推定する機能を有する。蓄電池モジュール１０２の劣化の推定は、一般的な方法でよく、本実施の形態では、オームの法則を用いた抵抗を算出する方法について説明する。蓄電池モジュールの抵抗値Ｒ_ｂｎは蓄電池モジュールの劣化と相関があり、時間の経過とともに抵抗値を追跡することで、蓄電池の劣化がわかる。ある時刻における蓄電池モジュールの電圧Ｖ_ｂｎと電流Ｉ_ｂｎを取得し、
Ｒ_ｂｎ＝Ｖ_ｂｎ／Ｉ_ｂｎ
から算出することが可能である。
抵抗算出の時刻は任意でよいが、抵抗値は充電状態および温度によって変化するため、充電状態および温度が同じ状態であると誤差が少なく、正確な劣化状態を検知することができる。

【0024】

また、定格容量は、蓄電池モジュールに蓄えられることが可能な電気量を意味し、蓄電池モジュールの制御範囲内(例えば、セル電圧２．５Ｖから４．２Ｖの電圧範囲)において充電した時の電流の総和である。

【0025】

本実施の形態で想定しているような、特性の異なる蓄電池モジュール１０２を具備する蓄電池システム１００の場合には、劣化が進行し、定格容量が小さくなった蓄電池モジュール１０２および異なる定格容量の蓄電池モジュール１０２が蓄電池システム１００内で接続される場合がある。そのため、各蓄電池モジュール１０２に対し、定格容量の推定を実施し、制御に利用する。推定方法は、上述したように蓄電池モジュール１０２の規定範囲内(例えば、セル電圧２．５Ｖから４．２Ｖの電圧範囲)において充電した時の電流の総和でも良いが、各蓄電池モジュール１０２のＢＭＵ１０５から送付される定格容量を用いてもよい。

【0026】

ここで、図４を用いて変換器１０３の構成について説明する。
図４は、蓄電池ユニット１１０に備わる変換器１０３の一例を示す構成図である。変換器１０３は、蓄電池モジュール１０２の電圧Ｖ_ｂの昇圧あるいは降圧を実施する機能を有する。図４では、トランスを挟んで蓄電池モジュール側にスイッチング素子ＳＷ１からスイッチング素子ＳＷ４で構成されたフルブリッジ回路を備え、負荷および電源側にスイッチング素子ＳＷ１１からスイッチング素子ＳＷ１４で構成されたフルブリッジ回路を備えた絶縁型変換器の一例を示している。変換器１０３、このような回路構成に限るものではなく、他の回路構成でもよいし、絶縁型、非絶縁型のいずれの構成でも良い。

【0027】

変換器１０３は、蓄電池モジュール１０２の電圧Ｖ_ｂの昇圧あるいは降圧を行うために、各スイッチング素子のオンオフ駆動用の制御指令を送信する。また、変換器１０３は、電圧計３０１、電流計３０２を有し、計測された蓄電池モジュール１０２の電圧Ｖ_ｂｎ、電流Ｉ_ｂｎは制御器３０３に送信される。さらに、変換器１０３は、電流計３０４、電圧計３０５を有し、電流計３０４、電圧計３０５で計測された変換器１０３の電流Ｉ_ｎ、電圧Ｖ_ｎも制御器３０３に送信される。制御器３０３に集約されたこれら情報は電池情報として充放電制御装置１０１に送信される。

【0028】

また、この蓄電池システム１００の特徴として、蓄電池ユニット１１０が直列接続の場合には各蓄電池ユニット１１０の電圧の総和が、電源および負荷に要求される電圧Ｖである必要があるため、
Ｖ_１＋Ｖ_２＋・・・＋Ｖ_ｎ＝Ｖ
が成立する。蓄電池ユニット１１０が並列接続の場合には各蓄電池ユニット１１０の電流の総和が、電源および負荷に要求される電流Ｉである必要があるため、
Ｉ_１＋Ｉ_２＋・・・＋Ｉ_ｎ＝Ｉ
が成立する。

【0029】

変換器１０３に電圧計測、電流計測機能を持たせているが、蓄電池モジュール１０２の電圧Ｖ_ｂｎ、電流Ｉ_ｂｎはＢＭＵ１０５で計測を実施し、充放電制御装置１０１へ送信してもよい。送信する場合であっても、充放電制御装置１０１で電圧、電流の情報が取得可能であれば問題ない。

【0030】

このように、充放電制御装置１０１の蓄電池性能推定部２０４では、変換器１０３で取得した、あるいはＢＭＵ１０５から取得した蓄電池モジュールの電圧Ｖ_ｂｎと電流Ｉ_ｂｎから上述したオームの法則により、各蓄電池モジュールの劣化状態が推定できる。また、定格容量も、上述したように変換器１０３で取得した蓄電池モジュールの電圧Ｖ_ｂｎと電流Ｉ_ｂｎから算出可能である。また、予め蓄電池モジュールの定格容量が判明している場合には、ＢＭＵ１０５から入手すればよく、変換器１０３から取得する必要はない。
なお、ＢＭＵ１０５から蓄電池制御情報として、蓄電池モジュールの電圧Ｖ_ｂｎ、電流Ｉ_ｂｎおよび温度を変換器１０３の制御器３０３に送信してもよい。

【0031】

次に、充放電制御装置１０１の出力下限値決定部２０５について説明する。出力下限値決定部２０５は、変換器効率推定部２０３で推定された変換器の変換効率、および蓄電池性能推定部２０４で推定された蓄電池モジュール１０２の劣化および蓄電池モジュール１０２の定格容量を用いて、蓄電池モジュール１０２の低負荷領域における出力制限値を算出し決定する。以下に、出力制限値である出力下限値の算出方法について説明する。

【0032】

図５は、蓄電池モジュールの出力下限値を決定する方法を説明するための図で、図５Ａは特性が同じ蓄電池ユニット１１０をｎ個用いた例、図５Ｂは特性が同じ蓄電池ユニット１１０をｎ―２個用いた例である。ここで、同じ特性とは、各蓄電池ユニット１１０の変換器１０３は全て同じ変換器特性、すなわち同じ変換効率特性を持ち、蓄電池モジュール１０２の劣化状態、定格容量もほぼ等しいものとする。

【0033】

図５Ａにおいて、蓄電池システム１００の要求出力Ｐに対して、ｎ個（ｎは３以上の自然数）の蓄電池ユニットで要求出力Ｐを等配分した出力Ｐ／ｎ［Ｗ］が、各蓄電池ユニットに分配される。変換器の変換効率曲線が示されているが、要求出力Ｐが低い場合には、この変換効率特性により、分配出力Ｐ／ｎ時の効率は小さく、変換器の変換効率が悪くなる恐れがある。ここで、変換効率Ｚ以上となる、出力下限値をＰｔｈと定め、各蓄電池モジュールの負担する出力をこのＰｔｈ以上の出力になるようにすることで変換効率を向上することができる。

【0034】

図５Ｂは、図５Ａの特性が同じ蓄電池ユニット１１０をｎ個から２個減らしてｎ―２個とした例である。要求出力Ｐを等配分した出力Ｐ／（ｎ―２）［Ｗ］が、各蓄電池ユニットに分配されるが、出力Ｐ／（ｎ―２）では変換効率曲線上で、出力下限値Ｐｔｈを超え、変換効率がＺ以上となる。

【0035】

このように、蓄電池ユニットの数を調整する方法は、変換器の特性および蓄電池モジュールの特性が同一の場合には問題はないが、特性の異なる蓄電池モジュールあるいは変換効率特性の異なる変換器を使用する場合などには、異なる特性を考慮した出力下限値を決定する必要がある。

【0036】

次に、特性の異なる蓄電池モジュールを含む場合について説明する。図６は、蓄電池システム１００内に、図５Ａで示した特性が同じ蓄電池ユニット１１０をｍ個（ｍは２以上の自然数かつｍ＜ｎ）有する第１のユニット群１１１と、第１のユニット群１１１とは特性が異なるが、ユニット群内で特性が同じ蓄電池ユニット１１０をｎ―ｍ個有する第２のユニット群１１２とを備えた構成例および変換器の変換効率曲線を示す図である。蓄電池システム１００内の蓄電池ユニット１１０はｎ個であり、第２のユニット群１１２の蓄電池ユニット１１０の蓄電池モジュール１０２は、例えばリユース品である。

【0037】

図６において、第１のユニット群１１１と第２のユニット群１１２とは蓄電池モジュールの特性および変換効率特性が異なるので、互いに異なる変換効率曲線に対し、異なる出力下限値が設定される。なお、ここでは、各群内では特性の等しい変換効率曲線を有する、すなわち各群内では変換特性が等しいものとする。変換効率Ｚに対し、第１のユニット群１１１の蓄電池モジュールの出力下限値はＰｔｈ _＿ａ であり、変換効率Ｚに対し、第２のユニット群１１２の蓄電池モジュールの出力下限値はＰｔｈ _＿b である。以下、各群の各蓄電池モジュールの出力下限値の決定方法について説明する。

【0038】

図７に、第１のユニット群１１１の各蓄電池モジュールの定格容量、係数（定格容量比）、出力下限値を示す。
まず、第１のユニット群１１１の蓄電池モジュール１から蓄電池モジュールｍに対し、定格容量をそれぞれＱ１，Ｑ２，・・・，Ｑａ・・・，Ｑｍ－１，Ｑｍと定義する。第１のユニット群１１１の蓄電池モジュールの変換器の変換効率Ｚにおける出力下限値Ｐｔｈ _＿ａ に対して、蓄電池モジュールの定格容量に応じて出力下限値を分配する。各蓄電池モジュールの出力下限値Ｐｔｈ_＿１，・・・，Ｐｔｈ_＿ｍは、次式（４）のように表される。

【0039】

【数2】

ここで係数αは、蓄電池モジュールの定格容量比に応じた値であり、すなわち

【数3】

である。

【0040】

Ｑａは、第１のユニット群１１１の蓄電池モジュールの定格容量の中で最も平均に近い定格容量を示す。
式（５）を用いると、各蓄電池モジュールの出力下限値Ｐｔｈ_＿１，・・・，Ｐｔｈ_＿ｍは、次式（６）のように表される。

【数4】

なお、各係数αの和は蓄電池モジュールの個数と一致する。
すなわち、
α_１＋α_２＋・・・＋α_ｍ－１＋α_ｍ＝ｍ
である。

【0041】

この時、各蓄電池モジュールの出力下限値に対応する変換効率をＺ_１，Ｚ_２，・・・，Ｚ_ｍとすると、第１のユニット群１１１の平均効率Ｚ_α＿aveは次式で計算される。

【数5】

第１のユニット群１１１の効率は、各蓄電池モジュール出力時の変換効率の和をモジュール数で割った値となり、その値は目標の変換効率Ｚと等しくなる。

【0042】

第２のユニット群１１２の蓄電池モジュールに関しても同様に、計算を実施する。
図８に、第２のユニット群１１２の各蓄電池モジュールの定格容量、係数（定格容量比）、出力下限値を示す。
第２のユニット群１１２の蓄電池モジュールｍ＋１から蓄電池モジュールｎに対し、定格容量をそれぞれＱｍ＋１，Ｑｍ＋２，・・・，Ｑｂ・・・，Ｑｎ－１，Ｑｎと定義する。第２のユニット群１１２の蓄電池モジュールの変換器の効率Ｚにおける出力下限値Ｐｔｈ _＿b に対して、蓄電池モジュールの定格容量に応じて出力下限値を分配する。各蓄電池モジュールの出力下限値Ｐｔｈ_＿ｍ＋１，・・・，Ｐｔｈ_＿ｎは、次式（７）のように表される。

【0043】

【数6】

ここで係数βは、蓄電池モジュールの定格容量比に応じた値であり、すなわち

【数7】

である。

【0044】

Ｑｂは、第２のユニット群１１２の蓄電池モジュールの定格容量の中で最も平均に近い定格容量を示す。
式（８）を用いると、各蓄電池モジュールの出力下限値Ｐｔｈ_＿ｍ＋１，・・・，Ｐｔｈ_＿ｎは、次式（９）のように表される。

【数8】

なお、各係数βの和は蓄電池モジュールの個数と一致する。
すなわち、
β_ｍ＋１＋β_ｍ＋２＋・・・＋β_ｎ－１＋β_ｎ＝ｎ―ｍ
である。

【0045】

この時、各蓄電池モジュールの効率をＺ_ｍ＋１，Ｚ_ｍ＋２，・・・，Ｚ_ｎとすると、第２のユニット群１１２の平均効率Ｚ_β＿aveは次式で計算される。

【数9】

第２のユニット群１１２の効率は、各蓄電池モジュール出力時の効率の和をモジュール数で割った値となり、その値は目標の変換効率Ｚと等しくなる。

【0046】

以上のように、第１のユニット群１１１と第２のユニット群１１２のように異なる特性の蓄電池モジュールを備えた蓄電池システムにおいても、各群で目標変換効率Ｚを超えるように各群内の各蓄電池モジュールの出力下限値を算出することができるので、蓄電池システムとして、目標の変換効率Ｚを超える充放電制御が可能となる。すなわち、効率よく運転可能な蓄電池システムが実現できる。

【0047】

以下、さらに具体的な例に基づいて説明する。
蓄電池ユニット１１０を１０個備えた蓄電池システムを想定する。蓄電池ユニット１１０のそれぞれの蓄電池モジュールを蓄電池モジュール１、２・・・、１０と称する。第１のユニット群には蓄電池モジュール１～５、第２のユニット群には蓄電池モジュール６～１０を備え、各群内では変換器特性が同等と仮定し、各群において蓄電池モジュールの定格容量が異なる場合を示している。ここで、定格容量が異なる蓄電池モジュールがあるが、初期特性が同じ蓄電池であれば、定格容量の違いは、蓄電池の劣化を表す。

【0048】

図９に第１のユニット群の蓄電池モジュールの定格容量とそれから求めた係数（定格容量比）を、図１１に第２のユニット群の蓄電池モジュールの定格容量とそれから求めた係数（定格容量比）を示す。
まず、第１のユニット群の蓄電池モジュール１～５について説明する。図１０は、第１のユニット群の変換器特性である、変換効率曲線とそれを用いて求めた各蓄電地モジュールの出力下限値を示している。ここで、目標変換効率を９０％とする。目標変換効率９０％を満たす出力は８８[ｋＷ]である。図９より、最も平均の定格容量に近い蓄電池モジュールは蓄電池モジュール３であり、これを基準に各蓄電池モジュールの出力下限値を算出する。すなわち、蓄電池モジュール３の出力下限値Ｐｔｈ_＿３は８８[ｋＷ]、各蓄電池モジュールは蓄電池モジュール３から係数を乗算して算出する。その結果が、図１０である。

【0049】

また、この結果を変換効率曲線にプロットすると、最も平均の定格容量に近い蓄電池モジュール３を基準に、定格容量の大きな蓄電池モジュール４，５の出力下限値が大きく、定格容量の小さな蓄電池モジュール１、２の出力下限値が小さく制御されていることがわかる。そして、この出力下限値以上で制御された場合、この第１のユニット群の平均変換効率は目標変換効率の９０％を超えることができる。

【0050】

次に、第２のユニット群の蓄電池モジュール６～１０について説明する。図１２は、第２のユニット群の変換器特性である、変換効率曲線とそれを用いて求めた各蓄電地モジュールの出力下限値を示している。ここで、目標変換効率を９０％とする。目標変換効率９０％を満たす出力は１８[ｋＷ]である。図１１より、最も平均の定格容量に近い蓄電池モジュールは蓄電池モジュール８であり、これを基準に各蓄電池モジュールの出力下限値を算出する。すなわち、蓄電池モジュール８の出力下限値Ｐｔｈ_＿８は１８[ｋＷ]、各蓄電池モジュールは蓄電池モジュール８から係数を乗算して算出する。その結果が、図１２である。

【0051】

また、この結果を変換効率曲線にプロットすると、最も平均の定格容量に近い蓄電池モジュール８を基準に、定格容量の大きな蓄電池モジュール６，７の出力下限値が大きく、定格容量の小さな蓄電池モジュール９，１０の出力下限値が小さく制御されていることがわかる。そして、この出力下限値以上で制御された場合、この第２のユニット群の平均変換効率は目標変換効率の９０％を超えることができる。

【0052】

また、２つの群に分類された蓄電池モジュール出力の平均は、それぞれ８８[ｋＷ]、１８[ｋＷ]となり、蓄電池システム全体として、変換効率９０％となる。
本実施の形態および実施例では、変換器の変換効率曲線を一次関数として近似し、出力下限値を決定したが、近似曲線に制約はなく、変換器の変換効率曲線をよく説明できるような近似式であれば、どのような近似式でもよい。ただし、変換効率曲線を正確に説明できる近似曲線が望ましい。誤差が大きければ、制御の目標変換効率と変換効率の平均に誤差が生じる恐れがあるからである。

【0053】

上述の例では、変換器特性の等しい群に予め分別されていたが、分別の考え方を含め、以下のフローチャートで、蓄電池モジュールの出力下限値の決定方法の手順について説明する。
図１３は、充放電制御装置１０１の動作手順を示すフローチャートである。
充放電制御が開始されると、まず、ステップＳ１において、充放電制御装置１０１は、変換器１０３またはＢＭＵ１０５から蓄電池モジュール１０２の電圧Ｖ_ｂｎ、電流Ｉ_ｂｎを、変換器１０３から変換器１０３の電圧Ｖ_ｎ、電流Ｉ_ｎを取得する。また、温度は蓄電池モジュール１０２の温度をＢＭＵ１０５から取得する。

【0054】

ステップＳ２において、変換器効率推定部２０３は、取得した蓄電池モジュール１０２の電圧Ｖ_ｂｎ、電流Ｉ_ｂｎおよび変換器１０３の電圧Ｖ_ｎ、電流Ｉ_ｎを用いて、変換器１０３の変換効率および変換器特性を推定する。変換効率は、充電時には蓄電池モジュール１０２の入力(電圧Ｖ_ｂｎ×電流Ｉ_ｂｎ)、および変換器１０３の入力(電圧Ｖ_ｎ×電流Ｉ_ｎ)から算出することができ、放電時には蓄電池モジュール１０２の出力(電圧Ｖ_ｂｎ×電流Ｉ_ｂｎ)、および変換器１０３の出力(電圧Ｖ_ｎ×電流Ｉ_ｎ)から算出することができる。変換効率特性は、変換器の入力もしくは出力を横軸に変換効率をプロットすることで得られる。

【0055】

ステップＳ３において、推定された各変換器の変換効率特性から、複数の蓄電池モジュール１０２を同じあるいは同等の変換器特性を持つ蓄電池モジュールの群に分類する。
ここで、同じあるいは同等の変換器特性を持つと群とは、１つの近似された変換効率曲線で変換器特性が表記できるものをいう。
また、複数の蓄電池モジュール１０２に対し、変換器特性がすべて同じあるいは同等の場合は、群は１つである。

【0056】

次に、ステップＳ４において、蓄電池性能推定部２０４は、取得した蓄電池モジュール１０２の電圧Ｖ_ｂｎ、電流Ｉ_ｂｎおよび蓄電池モジュール１０２の温度を用いて、各蓄電池モジュール１０２の性能を推定する。推定する性能には蓄電池モジュールの定格容量を含む。

【0057】

ステップＳ５において、出力下限値決定部２０５は、推定された各蓄電池モジュールの定格容量から、分別された各群内での定格容量比（係数）を求める。一方、変換器の変換効率曲線と目標変換効率から各群の出力下限値を算出する。群内の各蓄電池モジュールに対し、群の出力下限値を定格容量比に対応して配分し、各蓄電池モジュールの出力下限値を決定する。
この手順により設定された出力下限値は、各蓄電池モジュール１０２のＢＭＵ１０５に入力され、ＢＭＵ１０５は各蓄電池モジュール１０２が出力下限値以上の出力となるように制御する。

【0058】

このように、蓄電池システム１００には性能の異なる蓄電池モジュール１０２を備えていても、同等な変換器特性ごとに分別して群を形成し、その群の目標変換効率を達成するように、それぞれの蓄電池モジュールの出力下限値を決定したので、蓄電池システム１００としての高効率な運転が可能となる。

【0059】

なお、本実施の形態では、蓄電池モジュールの定格容量比によって出力下限値を決定したが、定格容量比に拘らず、すなわち定格容量比に対応して正確に出力を配分しなくても、定格容量の大きな蓄電池モジュールは出力下限値を大きく設定し、定格容量の小さな蓄電池モジュールは出力下限値を小さくする制御が望ましい。

【0060】

以下に、本実施の形態の効果について比較例と対比して説明する。
図１４Ａおよび図１４Ｂは、蓄電池システムに備わる複数の蓄電池モジュールが例えば２種類の変換器特性を有する場合の出力下限値の決定方法を説明するための図である。
図１４Ａの比較例においては、複数の変換効率曲線Ａ、Ｂを想定していないため、例えば目標変換効率Ｚに対し、いずれかの変換効率曲線で出力下限値を決定する。ここでは、変換効率曲線Ａに基づいて出力下限値Ｐｎを決定した。そしてすべての蓄電池モジュールについて出力下限値Ｐｎとした。この場合、変換効率曲線Ｂを有する蓄電池モジュールは出力Ｐｎでは効率が悪くなってしまう。
図１４Ｂの本実施の形態においては、複数の変換効率曲線Ａ、Ｂごとに目標効率Ｚに対応する出力下限値Ｐｎ、Ｐ１を決定しているのでいずれの蓄電池モジュールも効率よく制御されることになる。

【0061】

このように、変換器特性および蓄電池モジュール特性に応じた出力下限値の決定によって、各蓄電池モジュールの高効率化が見込め、結果として蓄電池システムの低負荷領域における効率の向上が見込める。

【0062】

図１５は、複数の蓄電池モジュールを有する比較例である蓄電池システムに対して、蓄電池モジュールの出力下限値の決定方法を説明するための図と寿命曲線を示す図である。ここでは、すべての蓄電池モジュールに図１４Ａのように１つの変換効率曲線上の目標変換効率に基づいて決定した出力下限値Ｐｔｈ_＿ａをすべての蓄電池モジュールの出力下限値とした。そのため、各蓄電池モジュールの状態に応じて出力下限値が設定されていないため、蓄電池システムの使用が進むと寿命の指標である定格容量の容量維持率が低下するとともに蓄電池モジュールによりその低下率が異なり、劣化のばらつきが大きくなっていくことがわかる。

【0063】

図１６は、複数の蓄電池モジュールを有する本実施の形態に係る蓄電池システムに対して、蓄電池モジュールの出力下限値の決定方法を説明するための図と寿命曲線を示す図である。上述したように、本実施の形態においては、変換器特性ごとに蓄電池モジュールを分別するだけでなく、蓄電池モジュールの劣化度の指標となる定格容量に応じて目標変換効率Ｚに対応する出力下限値を配分し、分別された群内の平均の変換効率が目標変換効率Ｚとなるようにする。すなわち、図１６の上図のようにこの群に蓄電池モジュールがｍ個ある場合出力下限値がＰｔｈ_＿１からＰｔｈ_＿ｍまで配分される。すなわち、定格容量の大きな蓄電池モジュールは出力下限値Ｐｔｈ_＿ａより出力下限値を大きく設定し、定格容量の小さな蓄電池モジュールは出力下限値Ｐｔｈ_＿ａより出力下限値を小さく設定する。この設定で蓄電池システムの使用が進むと、寿命の指標である容量維持率が低下するが蓄電池モジュールの低下率の差異は小さくなり、劣化のばらつきが小さいことがわかる。

【0064】

このように、出力下限値を、劣化（定格容量）に応じて決定することで、劣化の大きな蓄電池モジュールの出力を抑制し、劣化の小さな蓄電池モジュールの出力を大きくすることで劣化の均等化が図れ、蓄電池システム自体の長寿命化および劣化ばらつきの抑制が見込める。

【0065】

図１７は、複数の蓄電池モジュールを有する比較例である蓄電池システムに対して、図１５で示した寿命曲線を有する場合の、維持コストについて説明するための図である。寿命到達ごとに該当する蓄電池モジュールを交換した場合には、交換ごとに、交換する電池のコストと諸経費が発生する。諸経費とは、交換を実施する作業員にかかるコストおよび交換のために蓄電池システムを停止してしまうコストなどである。

【0066】

一方、図１８に、複数の蓄電池モジュールを有する本実施の形態に係る蓄電池システムに対して、図１６で示した寿命曲線を有する場合の、維持コストについて説明するための図を示す。本実施の形態では、寿命のばらつきが抑制されているために、交換の頻度が少なくなり、諸経費に関して削減することが可能となる。そのため、蓄電池システムの維持コストを削減することが可能となる。

【0067】

なお、本実施の形態の充放電制御装置１０１は、ハードウエアの一例を図１９に示すように、プロセッサ１００１と記憶装置１００２から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ１００１は、記憶装置１００２から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１００１にプログラムが入力される。また、プロセッサ１００１は、演算結果等のデータを記憶装置１００２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
また、変換器１０３の具備する制御器３０３も例えば図１９のようなハードウエア構成を有し、各スイッチング素子の動作を制御する。

【0068】

なお、本実施の形態において、充放電制御装置１０１を蓄電池システム１００に組み込んだ例で説明したが、充放電制御装置１０１は蓄電池システム１００に組み込まれていなくてもよい。

【0069】

本願には、例示的な実施の形態が記載されているが、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。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書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が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0070】

１００：蓄電池システム、 １０１：充放電制御装置、 １０２：蓄電池モジュール、 １０３：変換器、 １０４：電池セル、 １０５：ＢＭＵ、 １０６：接続部、 １１０：蓄電池ユニット、 １１１：第１のユニット群、 １１２：第２のユニット群、 ２００：電流取得部、 ２０１：電圧取得部、 ２０２：温度取得部、 ２０３：変換器効率推定部、 ２０４：蓄電池性能推定部、 ２０５：出力下限値決定部、 ３０１：電圧計、 ３０２：電流計、 ３０３：制御器、 ３０４：電流計、 ３０５：電圧計、 １００１：プロセッサ、 １００２：記憶装置

【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】