JP2016081579A - 二次電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】二次電池の長寿命化と冷却運用の低コスト化を両立させた二次電池システムを提供する。【解決手段】上記課題を解決するために本発明に係る二次電池システムは、二次電池と、二次電池を冷却する温度制御装置と、電池管理部と、二次電池の温度を検出する温度検出部と、を備える二次電池システムであって、電池管理部は、二次電池の充電率（ＳＯＣ）を算出するＳＯＣ算出部と、二次電池の正極電位及び負極電位を推定する電位推定部とを備え、電極電位が二次電池が劣化しやすい範囲にあるときを優先して、温度制御装置を稼働させることを特徴とする。【選択図】 図１
Description
本発明は、二次電池システムに関する。
近年、リチウムイオン二次電池を用いた蓄電システムが盛んに開発されている。蓄電システム稼動時、リチウムイオン二次電池は内部抵抗成分による発熱を伴う。発熱による電池温度上昇は電池劣化の要因となるため、蓄電システムにはエアコンやファンなどの温度制御装置を設置する必要がある。しかし、温度制御装置を稼動させると電力が消費されるため、蓄電システムの運用損失が発生する。そのため、過度な冷却を抑制し、運用損失を低減させることが必要である。リチウムイオン二次電池の劣化は電池温度に依存するが、電池の内部状態にも依存することが知られている。電池の内部状態は、電池充電率（以下、ＳＯＣ）と関係がある。この特徴から、特許文献１では、推定ＳＯＣに対応する温度のしきい値を電池温度が超えた場合に、温度制御装置を稼動させる蓄電システムが報告されている。
高温による電池劣化は、電池の内部状態、すなわち電池を構成する正極、負極の電位に依存する。特許文献１の技術は、ＳＯＣに連動して温度制御装置を稼動させる点に特徴がある。しかし、電池は使用されると電池内部で様々な反応が進行し、電池の内部状態によって同じＳＯＣにおける電池の正極、負極の電位が変化する。特許文献１では、あらかじめシステムに保持されているＳＯＣに応じた温度しきい値により、温度制御装置を稼働させる温度を決定している。そのため、特許文献１の技術では、電池内部の状態に応じて温度制御することが困難であり、電池の長寿命化と冷却運用の低コスト化を両立させる適切な冷却制御が難しい。
本発明は、電池の長寿命化と冷却運用の低コスト化を両立させることを目的とする。
上記課題を解決するために本発明に係る二次電池システムは、二次電池と、二次電池を冷却する温度制御装置と、電池管理部と、二次電池の温度を検出する温度検出部と、を備える電池システムであって、電池管理部は、二次電池の充電率（ＳＯＣ）を算出するＳＯＣ算出部と、二次電池の正極電位及び負極電位を推定する電位推定部とを備え、正極電位及び負極電位が二次電池が劣化しやすい範囲にあるときを優先して、温度制御装置を稼働させることを特徴とする。
本発明により、電池の長寿命化と温度制御運用の低コスト化を両立させることを可能とする。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
図１は、本発明の一実施形態における温度制御装置が稼動する過程を示した図である。図１に係る二次電池システムは、リチウムイオン二次電池と、リチウムイオン二次電池を冷却する温度制御装置と、電池管理ユニットと、リチウムイオン二次電池の温度を検出する温度検出部とを備える。電池管理ユニット１００は、リチウムイオン二次電池のＳＯＣを推定し、各ＳＯＣに対応する正極電位、負極電位を算出する機能を持つ。本発明では、算出された正極電位、負極電位と電池温度に基づいて、温度制御機能を稼動させ、ＦＡＮを稼動させたり、ＦＡＮの風量を調整したり、空調設備の設定温度を調整する機構を持つ。したがって、電池管理ユニットは、電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部と、正極電位及び負極電位を推定する電位推定部と、温度制御を稼働させる温度を、電池の内部状態に基づき決定する制限温度決定部とを備える。
ＦＡＮの風量の強さの段階は問わないが、例えば、大中小の３段階で切り換えても良い。空調設備の設定温度の制御方法は問わないが、例えば、標準を２８℃設定とし、１℃単位で切り換えても良い。以下では、本発明の構成について、詳細に説明する。
初めに、蓄電システムに搭載するリチウムイオン二次電池の内部構造について説明する。図２に、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池の内部構成の概略図を示す。リチウムイオン二次電池２００において、正極２０１、セパレータ２０３、負極２０２を含む電極群が電池ケース２０６内に設置され構成されている。
正極２０１、負極２０２は、電解液を含有したセパレータ２０３を通じて互いに離れて配置されており、正極２０１、負極２０２間は電子伝導性が無く、イオン導電性がある構成となっている。
図１のように正極１０１から負極１０２に電流が流れることで、負極１０２中の活物質からリチウムイオンが脱離し、正極１０１中の活物質へリチウムイオンが挿入する反応が進行する。
電極群は正極２０１、セパレータ２０３、負極２０２、セパレータ２０３を交互に重ね合わせて捲回した構成、または、正極１０１、セパレータ１０３、負極１０２、セパレータ１０３を交互に重ね合わせて積層した構成となっている。電池の形状は、電極群が捲回された構成の場合、円筒型、偏平長円形型、角型であり、電極群が捲回された構成の場合、角型、ラミネート型などがあり、いずれの形状を選択してもよい。
正極端子２０４、負極端子２０５はそれぞれ正極２０１、負極２０２と通電しており、リチウムイオン二次電池２００は正極端子２０４、負極端子２０５、電子回路２１０を介して外部回路から充放電される。正極端子２０４、負極端子２０５には電圧センサ２１１が接続され、電子回路２１０中には、電流センサ２１２が組み込まれており、リチウムイオン二次電池２００に流れる電流値や、正負極間の電位差、すなわち電池電圧を検出する構成となっている。
次に、リチウムイオン二次電池２００のＳＯＣを推定し、各ＳＯＣに対応する正極電位、負極電位を算出する機能について説明する。ＳＯＣの推定方法は例えば、ある時点で電圧センサ２１１から検出された電池電圧と、電流センサ２１２から検出された電流値から算出される検出時点からの累積充放電容量の結果を用いて推定される。
各ＳＯＣに対応する正極電位、負極電位の算出は、各ＳＯＣと正負極電位の関係を電池管理ユニット１００に組み込むことで可能となる。各ＳＯＣと正負極電位の関係は、各ＳＯＣに対応する電極電位の特性図から、各ＳＯＣに対応する正極電位の特性図と各ＳＯＣに対応する負極電位の特性図に分離することにより算出される。図３に初期電池のＳＯＣと正極、負極の電位の関係を示す特性図の一例を示す。横軸はＳＯＣ、縦軸は電圧、電極電位を示す。初期ＳＯＣ曲線３０１は、初期におけるＳＯＣと電池電圧との関係を示す曲線である。初期正極ＳＯＣ曲線３０２、初期負極ＳＯＣ曲線３０３は、それぞれ初期におけるＳＯＣと正極電位、負極電位との関係を示す曲線である。電池電圧は正極電位と負極電位の差分なので、初期正極ＳＯＣ曲線３０２から初期負極ＳＯＣ曲線３０３を差し引いた結果が、初期ＳＯＣ曲線３０１である。
ＳＯＣ１００％から微小電流を用いて放電する時に、電流値と電池電圧を検出することで、平衡状態に近い電池電圧の特性曲線が得られる。その結果を微分解析することで、電池電圧の特性曲線を正極電位の特性曲線と負極電位の特性曲線に分解する技術が知られている。図３で例として示したＳＯＣと正極、負極の電位の関係を示す特性図は、上記の電池電圧の特性曲線を微分解析する技術を用いて作成することができる。この特性図は、蓄電システムに搭載前のリチウムイオン二次電池について、あらかじめ測定した試験データを微分解析することで求める事ができる。
電池は使用することで、電池内部で様々な反応が進行し、電池内部状態、同じＳＯＣにおける電池の正極、負極の電位が変化する。図４に使用後電池のＳＯＣと正極、負極の電位の関係を示す特性図の一例を示す。横軸はＳＯＣ、縦軸は電圧、電極電位を示す。使用後ＳＯＣ曲線４０１は、使用後におけるＳＯＣと電池電圧との関係を示す曲線である。使用後正極ＳＯＣ曲線４０２、使用後負極ＳＯＣ曲線４０３は、それぞれ初期におけるＳＯＣと正極電位、負極電位との関係を示す曲線である。使用後正極ＳＯＣ曲線４０２から使用後負極ＳＯＣ曲線４０３を差し引いた結果が、使用後ＳＯＣ曲線４０１である。
図４で例として示した使用後電池のＳＯＣと正極、負極の電位の関係を示す特性図は、使用後電池の電池電圧の特性曲線を微分解析する技術を用いて作成される。この特性図は、例えば、定期的な蓄電システムのメンテナンスにおいて、微小電流による放電測定を実施し、その結果を微分解析することで求める事ができる。微小電流による放電測定は、例えば、0.01C 〜 0.02Cで、単セル当りの電圧が作動電圧である4.2Ｖ〜2.7Ｖとなるように放電試験を実施すればよい。1Cは公称容量を1時間かけて放電する電流値に相当する。
例として示した初期電池と使用後電池のＳＯＣにおける電池の正極、負極の電位の関係（図３、図４）を比較した特性図を図５に示す。電池は使用されると電池内部で様々な反応が進行し、電池内部状態が変化するため、初期正極ＳＯＣ曲線３０２、初期負極ＳＯＣ曲線３０３は、使用後正極ＳＯＣ曲線４０２と使用後負極ＳＯＣ曲線４０３と異なり、各ＳＯＣにおける正極電位、負極電位は変化する。
メンテナンス前において、制御に用いていた初期正極ＳＯＣ曲線３０２、初期負極ＳＯＣ曲線３０３を、メンテナンス後に、使用後正極ＳＯＣ曲線４０２と使用後負極ＳＯＣ曲線４０３に切り換える事で、電池の内部状態に依存したより正確な正負極電位を算出することが可能となる。その結果、過度な冷却手段の稼働が抑制され、適切な温度管理制御が可能となる。特に、電池の使用初期は、ＳＯＣと正負極電位の関係の変化が大きいため、データを更新するメンテナンスの機会を多くすることにより、ＳＯＣからより正確な正極の電位、負極の電位を算出できる。
ＳＯＣから算出された正極電位と負極電位から温度制御装置を稼動させるには、温度制御装置を稼動させる温度と正極電位と負極電位の関係が必要である。図６に電池のＳＯＣと電池劣化の関係を示す特性図の一例を示す。この特性図は、各ＳＯＣに充電した電池を様々な温度で貯蔵した時の電池劣化を算出した結果から得られた図である。図６では例として、電池劣化の指標である電池容量劣化率を２５℃、５０℃について示している。横軸はＳＯＣ、縦軸は電池容量劣化率を示している。
図６より、高温では電池劣化が顕著である反面、低温では比較的劣化が緩やかであることがわかる。また、電池劣化はＳＯＣに依存することがわかる。詳細に説明すると、電池劣化は各ＳＯＣにおける正極電位と負極電位に依存する。正極電位と負極電位には、それぞれ電池劣化に大きく寄与する電位が存在する。劣化に寄与する正極電位となる電池のＳＯＣと、劣化に寄与する負極電位となる電池のＳＯＣは異なることもある。そのため、図６のように、ＳＯＣと電池劣化が単純増加の関係とならない場合がある。
図６の結果では、正極、負極を解析することにより、約ＳＯＣ３０％の電池劣化は正極電位に依存、高ＳＯＣの電池劣化は負極電位に依存することが判明している。これらの結果から、それぞれの正極電位、負極電位において、劣化が顕著に促進され始める電池温度を算出した。その結果を基に、温度制御装置を稼動させる温度を決定した。
図７に温度制御装置を稼動させる電池温度と正極電位の関係を示す特性図を示す。横軸に正極電位、縦軸は温度を示す。正極温度制限曲線７０１は、温度制御装置を稼動させる温度と正極電位の関係を示しており、正極温度制限曲線７０１の温度を超えると温度制御装置を稼動させる。
図８に温度制御装置を稼動させる電池温度と負極電位の関係を示す特性図を示す。横軸に負極電位、縦軸は温度を示す。負極温度制限曲線８０１は、温度制御装置を稼動させる温度と負極電位の関係を示しており、負極温度制限曲線８０１の温度を超えると温度制御装置を稼動させる。
図７、８のような正負極温度制限曲線に基づいて温度制御装置を稼働させることにより、正負極電位が劣化加速の範囲内であるときを優先して冷却システムを稼働することができ、運用コストを低減できる。このように、ＳＯＣと電池劣化の関係から算出した正負極電位と温度制御装置を稼働させる温度の関係を電池管理ユニット１００に組み込んでおくことで、電池内部の状態を反映した温度制御が可能となる。
また、図６〜図８の結果は一例であり、これらの結果は、正極活物質、負極活物質に用いられている材料により変化する。あらかじめ、二次電池の劣化要因を特定し、劣化が正極起因、負極起因であるかを検証し、制限温度と正極電位と負極電位の関係を構築することで、正極活物質、負極活物質に用いられている材料が異なる電池に適用できる。
正極電位と負極電位を検出する方法として、反応に寄与しない電位測定用の参照電極をリチウムイオン二次電池内に入れても良い。図９は、実施形態の一つとして、正極電位、負極電位測定用に正極用参照極９０１、負極用参照極９０２をリチウムイオン二次電池内に入れたリチウムイオン二次電池の概略図である。
正極端子２０４、正極参照極端子９０３と電圧計２１１を接続することで、正極電位を検出することができる。負極端子２０５、正極参照極端子９０４と電圧計２１１を接続することで、負極電位を検出することができる。
図９の電池を用いることで、メンテナンス期間において、微分解析手法により、正極電位、負極電位を分離しなくても、より正確な正極電位、負極電位を検出する事が可能である。その結果、高精度な制御が可能となる。一方、ＳＯＣから正負極電位を検出する場合よりも、電池の作製工程の負荷が高く、作製コストが高くなってしまう。正極用参照極９０１、負極用参照極９０２と参照極を２種類設置されたリチウムイオン二次電池について例を示したが、参照極は２種類である必要はない。
これらの結果について、以下の実施例を用いて制御方法を説明する。
図１０は、本発明の一実施形態に関る蓄電システム１０００の概要図であり、定置用蓄電システムを想定している。蓄電システム１０００は、外部回路と接続部１０１０で系統連携している。接続部１０１０から流れてくる交流波をパワーコンディショナー１０２０で直流に変換し、電池盤１０３０に直流電流が流れる設計となっている。電池盤１０３０には、直列電池で構成されたた電池モジュール１０３４が直並列に連なっている。電池モジュール１０３４における各電池の電池温度、電池電圧、流れている電流値は、温度センサ１０３１、電圧センサ１０３２、電流センサ１０３３からそれぞれ検出され、電池管理ユニット１００に送信される。電池管理ユニット１００は、検出された電池温度、電池電圧、電流値を解析し、その結果を基に、ＦＡＮ１０３５に信号を送信し、システムを稼動させる構成となっている。また、各電池盤１０３０内の電池管理ユニット１００を統括したマスター電池管理ユニット１０５０が空調機１０４０に信号を送信し、システムを稼動させる構成となっている。
図１１、図１２は、図１０の蓄電システムにおいて、温度制御装置を稼動させる制御を説明するためのフローチャートである。なお、この制御フローチャートに示される処理は、一定時間ごとにメインルーチンから呼出されて実行される。
リチウムイオン二次電池２００は、電池発熱による温度上昇や、稼働中における正極電位や負極電位によって、電池劣化が進行する。そこで、図１１、図１２のフローチャートにおいて、推定されるＳＯＣと、あらかじめ抽出した初期正極ＳＯＣ曲線３０２、初期負極ＳＯＣ曲線３０３、正極温度制限曲線７０１、負極温度制限曲線８０１を用いて、温度制御装置を稼動させることで、電池の長寿命化と冷却運用の低コスト化を両立できる。
また、メンテナンス後に使用後正極ＳＯＣ曲線４０２、使用後負極ＳＯＣ曲線４０３が算出されれば、図１１のフローチャートにおいて、使用後正極ＳＯＣ曲線４０２、使用後負極ＳＯＣ曲線４０３、正極温度制限曲線７０１、負極温度制限曲線８０１を用いて、温度制御装置を稼動させることで、冷却装置の過度な稼働を抑制でき、電池の長寿命化と冷却運用の低コスト化を両立できる。
図１１の制御フローチャートを説明する。
＜ステップＳ１＞
温度センサ１０３１から検出された電池モジュール１０３４の各電池温度を電池管理ユニット１００へ送信し、電池最大温度ＴMを検出する。ステップＳ２へ処理を移行する。
温度センサ１０３１から検出された電池モジュール１０３４の各電池温度を電池管理ユニット１００へ送信し、電池最大温度ＴMを検出する。ステップＳ２へ処理を移行する。
＜ステップＳ２＞
電圧センサ１０３２、電流センサ１０３３から送信されてきた電池モジュール１０３４の各電池の電圧と、電流値の結果を、電池管理ユニット１００で解析し、電池のＳＯＣを推定し、出力する。ステップＳ３へ処理を移行する。
電圧センサ１０３２、電流センサ１０３３から送信されてきた電池モジュール１０３４の各電池の電圧と、電流値の結果を、電池管理ユニット１００で解析し、電池のＳＯＣを推定し、出力する。ステップＳ３へ処理を移行する。
＜ステップＳ３＞
出力された推定ＳＯＣと、初期正極ＳＯＣ曲線３０２、初期負極ＳＯＣ曲線３０３を用いて、正極電位ＶP、負極電位ＶNを算出する。次に、出力された正極電位ＶP、負極電位ＶNから正極温度制限曲線７０１、負極温度制限曲線８０１を用いて、正極制限温度ＴP、負極制限温度ＴNを算出する。ステップＳ４へ処理を移行する。
出力された推定ＳＯＣと、初期正極ＳＯＣ曲線３０２、初期負極ＳＯＣ曲線３０３を用いて、正極電位ＶP、負極電位ＶNを算出する。次に、出力された正極電位ＶP、負極電位ＶNから正極温度制限曲線７０１、負極温度制限曲線８０１を用いて、正極制限温度ＴP、負極制限温度ＴNを算出する。ステップＳ４へ処理を移行する。
＜ステップＳ４＞
正極制限温度ＴP、負極制限温度ＴNを比較し、正極制限温度ＴPが負極制限温度ＴNよりも大きいか否かを判定する。正極制限温度ＴPと負極制限温度ＴNのうち、温度が低い方に合わせて制御するためである。そして、正極制限温度ＴPが負極制限温度ＴNよりも大きいと判定されると（ステップＳ４においてＹＥＳ）、ステップＳ５へ処理を移行する。ステップＳ４において正極制限温度ＴPが負極制限温度ＴNよりも小さいと判定されると（ステップＳ４においてＮＯ）、ステップＳ１３へ処理を移行する。
正極制限温度ＴP、負極制限温度ＴNを比較し、正極制限温度ＴPが負極制限温度ＴNよりも大きいか否かを判定する。正極制限温度ＴPと負極制限温度ＴNのうち、温度が低い方に合わせて制御するためである。そして、正極制限温度ＴPが負極制限温度ＴNよりも大きいと判定されると（ステップＳ４においてＹＥＳ）、ステップＳ５へ処理を移行する。ステップＳ４において正極制限温度ＴPが負極制限温度ＴNよりも小さいと判定されると（ステップＳ４においてＮＯ）、ステップＳ１３へ処理を移行する。
＜ステップＳ５＞
電池最大温度ＴM、と負極制限温度ＴNを比較し、電池最大温度ＴMが負極制限温度ＴNよりも大きいか否かを判定する。電池最大温度ＴMが負極制限温度ＴNよりも大きいと判定されると（ステップＳ５においてＹＥＳ）、ステップＳ６へ処理を移行する。ステップＳ５において電池最大温度ＴMが負極制限温度ＴNよりも小さいと判定されると（ステップＳ５においてＮＯ）、ステップＳ７へ処理を移行する。
電池最大温度ＴM、と負極制限温度ＴNを比較し、電池最大温度ＴMが負極制限温度ＴNよりも大きいか否かを判定する。電池最大温度ＴMが負極制限温度ＴNよりも大きいと判定されると（ステップＳ５においてＹＥＳ）、ステップＳ６へ処理を移行する。ステップＳ５において電池最大温度ＴMが負極制限温度ＴNよりも小さいと判定されると（ステップＳ５においてＮＯ）、ステップＳ７へ処理を移行する。
＜ステップＳ６＞
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５が稼動しているか否かを判定する。温度制御設備が稼働していると判定されると（ステップＳ６においてＹＥＳ）、ステップＳ７へ処理を移行する。ステップＳ６において温度制御設備が稼働していないと判定されると（ステップＳ６においてＮＯ）、ステップＳ９へ処理を移行する。
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５が稼動しているか否かを判定する。温度制御設備が稼働していると判定されると（ステップＳ６においてＹＥＳ）、ステップＳ７へ処理を移行する。ステップＳ６において温度制御設備が稼働していないと判定されると（ステップＳ６においてＮＯ）、ステップＳ９へ処理を移行する。
＜ステップＳ７＞
電池管理ユニット１００において、ＦＡＮ１０３５の風量がＭＡＸか否かを判定する。ＦＡＮ１０３５の風量がＭＡＸであると判定されると（ステップＳ７においてＹＥＳ）、ステップＳ８へ処理を移行する。ステップＳ７においてＦＡＮ１０３５の風量がＭＡＸでないと判定されると（ステップＳ７においてＮＯ）、ステップＳ１０へ処理を移行する。
電池管理ユニット１００において、ＦＡＮ１０３５の風量がＭＡＸか否かを判定する。ＦＡＮ１０３５の風量がＭＡＸであると判定されると（ステップＳ７においてＹＥＳ）、ステップＳ８へ処理を移行する。ステップＳ７においてＦＡＮ１０３５の風量がＭＡＸでないと判定されると（ステップＳ７においてＮＯ）、ステップＳ１０へ処理を移行する。
＜ステップＳ８＞
温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５の稼動をそのままの状態で継続させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５の稼動をそのままの状態で継続させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
＜ステップＳ９＞
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５を風量小で稼動させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５を風量小で稼動させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
＜ステップＳ１０＞
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５の風量を１段階アップさせる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５の風量を１段階アップさせる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
＜ステップＳ１１＞
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５が稼動しているか否かを判定する。温度制御設備が稼働していると判定されると（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、ステップＳ１２へ処理を移行する。ステップＳ１１において温度制御設備が稼働していないと判定されると（ステップＳ１１においてＮＯ）、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５が稼動しているか否かを判定する。温度制御設備が稼働していると判定されると（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、ステップＳ１２へ処理を移行する。ステップＳ１１において温度制御設備が稼働していないと判定されると（ステップＳ１１においてＮＯ）、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
＜ステップＳ１２＞
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５の稼動を停止させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５の稼動を停止させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
＜ステップＳ１３＞
電池最大温度ＴM、と正極制限温度ＴPを比較し、電池最大温度ＴMが正極制限温度ＴPよりも大きいか否かを判定する。電池最大温度ＴMが正極制限温度ＴPよりも大きいと判定されると（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、ステップＳ１４へ処理を移行する。ステップＳ１３において電池最大温度ＴMが正極制限温度ＴPよりも小さいと判定されると（ステップＳ１３においてＮＯ）、ステップＳ１１へ処理を移行する。
電池最大温度ＴM、と正極制限温度ＴPを比較し、電池最大温度ＴMが正極制限温度ＴPよりも大きいか否かを判定する。電池最大温度ＴMが正極制限温度ＴPよりも大きいと判定されると（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、ステップＳ１４へ処理を移行する。ステップＳ１３において電池最大温度ＴMが正極制限温度ＴPよりも小さいと判定されると（ステップＳ１３においてＮＯ）、ステップＳ１１へ処理を移行する。
＜ステップＳ１４＞
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５が稼動しているか否かを判定する。温度制御設備が稼働していると判定されると（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、ステップＳ１６へ処理を移行する。ステップＳ１４において温度制御設備が稼働していないと判定されると（ステップＳ１４においてＮＯ）、ステップＳ１５へ処理を移行する。
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５が稼動しているか否かを判定する。温度制御設備が稼働していると判定されると（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、ステップＳ１６へ処理を移行する。ステップＳ１４において温度制御設備が稼働していないと判定されると（ステップＳ１４においてＮＯ）、ステップＳ１５へ処理を移行する。
＜ステップＳ１５＞
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５を風量小で稼動させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５を風量小で稼動させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
＜ステップＳ１６＞
電池管理ユニット１００において、ＦＡＮ１０３５の風量がＭＡＸか否かを判定する。ＦＡＮ１０３５の風量がＭＡＸであると判定されると（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、ステップＳ１８へ処理を移行する。ステップＳ１６においてＦＡＮ１０３５の風量がＭＡＸでないと判定されると（ステップＳ１６においてＮＯ）、ステップＳ１７へ処理を移行する。
電池管理ユニット１００において、ＦＡＮ１０３５の風量がＭＡＸか否かを判定する。ＦＡＮ１０３５の風量がＭＡＸであると判定されると（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、ステップＳ１８へ処理を移行する。ステップＳ１６においてＦＡＮ１０３５の風量がＭＡＸでないと判定されると（ステップＳ１６においてＮＯ）、ステップＳ１７へ処理を移行する。
＜ステップＳ１７＞
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５の風量を1段階アップさせる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
電池管理ユニット１００において、温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５の風量を1段階アップさせる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
＜ステップＳ１８＞
温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５の稼動をそのままの状態で継続させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
温度制御設備、すなわちＦＡＮ１０３５の稼動をそのままの状態で継続させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
図１１のフローチャートに沿った制御では、正極制限温度と負極制限温度のうち、温度の低い制限温度と、電池温度を比較し、制限温度よりも電池温度が高い場合には、温度制御装置を稼働し、制限温度よりも電池温度が低い場合には、温度制御装置を停止する。その結果、制限温度を超えた場合に、二次電池を冷却できるため、電池の長寿命化が可能となる。また、電池の内部状態に基づき正負極電位に応じた制限温度を決定できるため、正負極電位が電池の劣化加速の範囲内であるときに優先して冷却システムを稼働することができ、冷却システムの運用コストを低減できる。
次に、図１２の制御フローチャートを説明する。図１２のフローチャートに示される処理は、一定時間ごとにメインルーチンから呼出されて実行される。図１１のフローチャートに示されるステップＳ７やステップＳ１６と連動してスタートしてもよい。
＜ステップＳ１９＞
電池管理ユニット１００において、ＦＡＮ１０３５で風量がＭＡＸで稼動しているか否かを判定する。ＦＡＮの風量がＭＡＸで稼働していると判定されると（ステップＳ１９においてＹＥＳ）、ステップＳ２０へ処理を移行する。ステップＳ１９においてＦＡＮの風量がＭＡＸで稼働していないと判定されると（ステップＳ１９においてＮＯ）、ステップＳ２２へ処理を移行する。
電池管理ユニット１００において、ＦＡＮ１０３５で風量がＭＡＸで稼動しているか否かを判定する。ＦＡＮの風量がＭＡＸで稼働していると判定されると（ステップＳ１９においてＹＥＳ）、ステップＳ２０へ処理を移行する。ステップＳ１９においてＦＡＮの風量がＭＡＸで稼働していないと判定されると（ステップＳ１９においてＮＯ）、ステップＳ２２へ処理を移行する。
＜ステップＳ２０＞
電池管理ユニット１００において、ＦＡＮ１０３５で風量がＭＡＸで稼動している時間を出力し、３０分以上であるか否かを判定する。３０分以上、風量がＭＡＸで稼働していたと判定されると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、ステップＳ２１へ処理を移行する。ステップＳ２０において風量ＭＡＸで稼働していた時間が３０分未満であると判定されると（ステップＳ２０においてＮＯ）、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
電池管理ユニット１００において、ＦＡＮ１０３５で風量がＭＡＸで稼動している時間を出力し、３０分以上であるか否かを判定する。３０分以上、風量がＭＡＸで稼働していたと判定されると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、ステップＳ２１へ処理を移行する。ステップＳ２０において風量ＭＡＸで稼働していた時間が３０分未満であると判定されると（ステップＳ２０においてＮＯ）、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
＜ステップＳ２１＞
マスター電池管理ユニット１０５０において、空調機１０４０の空調温度を１℃下降させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
マスター電池管理ユニット１０５０において、空調機１０４０の空調温度を１℃下降させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
＜ステップＳ２２＞
マスター電池管理ユニット１０５０において、空調機１０４０の空調温度が２８℃未満か否かを判定する。空調機の空調温度が２８℃未満であると判定されると（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、ステップＳ２３へ処理を移行する。ステップＳ２２において、空調機の空調温度が２８℃以上であると判定されると（ステップＳ２２においてＮＯ）、その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
マスター電池管理ユニット１０５０において、空調機１０４０の空調温度が２８℃未満か否かを判定する。空調機の空調温度が２８℃未満であると判定されると（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、ステップＳ２３へ処理を移行する。ステップＳ２２において、空調機の空調温度が２８℃以上であると判定されると（ステップＳ２２においてＮＯ）、その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
＜ステップＳ２３＞
マスター電池管理ユニット１０５０において、空調機１０４０の空調温度を１℃上昇させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
マスター電池管理ユニット１０５０において、空調機１０４０の空調温度を１℃上昇させる。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。
図１２のフローチャートに沿った制御により、最大の風量で、所定時間を超えて稼働している場合に空調温度をさげる制御が可能である。このように、ＦＡＮの風量や、空調温度を、電池の温度に応じて制御することによって、過度な冷却が抑制され、運用コストの低減が可能となる。
以上、図１１、図１２のフローチャートを用いた制御をすることで、電池劣化を抑制することによる長寿命化が可能となる。また、温度制御設備の稼動温度を正極電位、負極電位に依存させ、電池劣化が顕著ではない正極電位、負極電位においては、温度制御設備の稼動を停止する事で、運用コストの低減を可能とする。
１００ 電池管理ユニット
２００ リチウムイオン二次電池
２０１ 正極
２０２ 負極
２０３ セパレータ
２０４ 正極端子
２０５ 負極端子
２０６ 電池ケース
２１０ 電子回路
２１１ 電圧センサ
２１２ 電流センサ
３０１ 初期ＳＯＣ曲線
３０２ 初期正極ＳＯＣ曲線
３０３ 初期負極ＳＯＣ曲線
４０１ 使用後ＳＯＣ曲線
４０２ 使用後正極ＳＯＣ曲線
４０３ 使用後負極ＳＯＣ曲線
７０１ 正極温度制限曲線
８０１ 負極温度制限曲線
９０１ 正極用参照極
９０２ 負極用参照極
９０３ 正極参照極端子
９０４ 負極参照極端子
１０００ 蓄電システム
１０１０ 連系点
１０２０ パワーコンディショナー１０３０ 電池盤
１０３１ 温度センサ
１０３２ 電圧センサ
１０３３ 電流センサ
１０３４ 電池モジュール
１０３５ ＦＡＮ
１０４０ 空調機
１０５０ マスター電池管理ユニット
２００ リチウムイオン二次電池
２０１ 正極
２０２ 負極
２０３ セパレータ
２０４ 正極端子
２０５ 負極端子
２０６ 電池ケース
２１０ 電子回路
２１１ 電圧センサ
２１２ 電流センサ
３０１ 初期ＳＯＣ曲線
３０２ 初期正極ＳＯＣ曲線
３０３ 初期負極ＳＯＣ曲線
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８０１ 負極温度制限曲線
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９０４ 負極参照極端子
１０００ 蓄電システム
１０１０ 連系点
１０２０ パワーコンディショナー１０３０ 電池盤
１０３１ 温度センサ
１０３２ 電圧センサ
１０３３ 電流センサ
１０３４ 電池モジュール
１０３５ ＦＡＮ
１０４０ 空調機
１０５０ マスター電池管理ユニット
Claims (8)
- 正極と負極とを有する二次電池と、前記二次電池を冷却する温度制御装置と、電池管理部と、前記二次電池の温度を検出する温度検出部と、を備える二次電池システムであって、
前記電池管理部は、前記二次電池の充電率（ＳＯＣ）を算出するＳＯＣ算出部と、前記二次電池の正極電位及び負極電位を推定する電位推定部とを備え、正極電位及び負極電位が、前記二次電池が劣化しやすい範囲にあるときを優先して、前記温度制御装置を稼働させることを特徴とする二次電池システム。 - 請求項１に記載の二次電池システムであって、
前記電池管理部は、推定された正極電位に応じた制限温度及び推定された負極電位に応じた制限温度を、電池容量劣化率とＳＯＣの関係に基づき決定する制限温度決定部を備え、前記温度検出部により検出された温度が前記制限温度よりも高い場合に前記温度制御装置を稼働させ、前記温度検出部により検出された温度が前記制限温度より低い場合に前記温度制御装置を停止させることを特徴とする二次電池システム。 - 請求項２に記載の二次電池システムであって、
電流値を検出する電流検出部と、電圧値を検出する電圧検出部とを備え
前記ＳＯＣ算出部は、前記電流検出部により検出された電流値と前記電圧検出部により検出された電圧値からＳＯＣを算出し、
電位推定部は、算出されたＳＯＣと、予め記憶されたＳＯＣと正負極電位との関係と、から正極電位及び負極電位を推定することを特徴とする二次電池システム。 - 請求項３に記載の二次電池システムであって、
前記電位推定部に記憶されたＳＯＣと正負極電位との関係は、定期的なシステムのメンテナンス時に前記二次電池の放電測定を実施し、その結果を微分解析したものに更新可能であることを特徴とする二次電池システム。 - 請求項２に記載の二次電池システムであって、
前記二次電池は、参照電極を有し、
電位推定部は、前記参照電極により正極電位及び負極電位を検出することを特徴とする二次電池システム。 - 請求項２に記載の二次電池システムであって、
正極電位に応じた制限温度と負極電位に応じた制限温度のうち、温度の低い制限温度と、前記温度検出部により検出された温度を比較し、前記制限温度よりも前記温度検出部により検出された温度が高い場合には、前記温度制御装置を稼働し、前記制限温度よりも前記温度検出部により検出された温度が低い場合には、前記温度制御装置を停止することを特徴とする二次電池システム。 - 請求項１ないし６のいずれかに記載の二次電池システムであって、
前記温度制御装置は、風量及び空調温度を調整することによって、前記二次電池の温度を制御することを特徴とする二次電池システム。 - 請求項７に記載の二次電池システムであって、
前記温度制御装置は、最大の風量で、所定時間を超えて稼働している場合、空調温度を下げること特徴とする二次電池システム。
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