JP7598271B2

JP7598271B2 - 蓄電池制御装置、蓄電システム、及び蓄電池制御方法

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Publication number: JP7598271B2
Application number: JP2021041766A
Authority: JP
Inventors: ちひろ大野; 隆博荘田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2024-12-11
Anticipated expiration: 2041-03-15
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Description

本発明は、蓄電池制御装置、蓄電システム、及び蓄電池制御方法に関する。

複数のバッテリが直列に接続されたバッテリ装置の充放電を制御するシステムとして、各バッテリの状態に基づいて充放電を避けるバッテリを選択し、その充放電を避けるバッテリをバイパスして他のバッテリから充放電させるものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１３－３１２４７号公報特開２０１３－３１２４９号公報

上記システムにおいて、複数のバッテリ（以下、蓄電池という）を充電していく場合、全ての蓄電池を直列に接続した状態で充電し、満充電になった蓄電池からバイパスされていくことが想定される。しかしながら、複数の蓄電池の劣化状態に差異があること等を理由として、複数の蓄電池の充電状態に差異がある場合、複数の蓄電池にその充電状態等に応じて設定される電流制限値にも差異が生じ、複数の蓄電池に設定される電流制限値の中の最小値の電流により複数の蓄電池の充電が行われる。ここで、充電時の電流制限値は、蓄電池が満充電に近づくほど小さく設定され、蓄電池が全放電に近づくほど大きく設定される。このため、全ての蓄電池を直列に接続した状態で充電していく場合、最大の充電電力での充電が実行されず、充電効率が低くなる場合がある。

上記システムにおいて、複数の蓄電池を放電していく場合、全ての蓄電池を直列に接続した状態で放電し、全放電になった蓄電池からバイパスされていくことが想定される。しかしながら、複数の蓄電池の劣化状態に差異があること等を理由として、複数の蓄電池の充電状態に差異がある場合、複数の蓄電池に設定される電流制限値にも差異が生じ、複数の蓄電池に設定される電流制限値の中の最小値の電流により複数の蓄電池の放電が行われる。ここで、放電時の電流制限値は、蓄電池が満充電に近づくほど大きく設定され、蓄電池が全放電に近づくほど小さく設定される。このため、全ての蓄電池を直列に接続した状態で放電していく場合、最大放電電力での放電が実行されず、高出力が得られない場合がある。

本発明は上記事情に鑑み、複数の蓄電池が直列に接続された蓄電システムにおいてより大きな入出力を実現することができる蓄電池制御装置、蓄電システム、及び蓄電池制御方法を提供することを目的とする。

本発明の蓄電池制御装置は、蓄電システムを制御する蓄電池制御装置であって、前記蓄電システムは、直列に接続され、各々、電流制限値が設定される複数の蓄電池と、各々、前記蓄電池をバイパスすることにより、当該蓄電池を遮断する複数のバイパス回路とを備え、前記蓄電池制御装置は、前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池の入力電力又は出力電力が、全ての前記蓄電池を前記バイパス回路により遮断せずに接続する場合に比して大きくなるように、前記バイパス回路による前記蓄電池の遮断及び接続を制御する。

また、本発明の蓄電システムは、直列に接続された複数の蓄電池と、各々、前記蓄電池をバイパスすることにより、当該蓄電池を遮断する複数のバイパス回路と、前記バイパス回路を制御し、前記蓄電池に電流制限値を設定する蓄電池制御装置とを備え、前記蓄電池制御装置は、前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池の入力電力又は出力電力が、全ての前記蓄電池を前記バイパス回路により遮断せずに接続する場合に比して大きくなるように、前記バイパス回路による前記蓄電池の遮断及び接続を制御する。

また、本発明の蓄電池制御方法は、蓄電システムを制御する蓄電池制御装置を用いて行う蓄電池制御方法であって、前記蓄電システムは、直列に接続され、各々、電流制限値が設定される複数の蓄電池と、各々、前記蓄電池をバイパスすることにより、当該蓄電池を遮断する複数のバイパス回路とを備え、前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池の入力電力又は出力電力が、全ての前記蓄電池を前記バイパス回路により遮断せずに接続する場合に比して大きくなるように、前記バイパス回路による前記蓄電池の遮断及び接続を制御する。

本発明によれば、バイパス回路により遮断されずに接続される蓄電池の入力電力又は出力電力が、全ての蓄電池がバイパス回路により遮断されずに接続される場合に比して大きくなるように、接続される蓄電池が選択されるので、複数の蓄電池が直列に接続された蓄電システムにおいてより大きな入出力を実現することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置を備える蓄電システムの概略を示す図である。図２は、図１に示す蓄電池制御装置による充電制御について説明するためのフローチャートである。図３は、図１に示す蓄電池制御装置による放電制御について説明するためのフローチャートである。図４は、図１に示す蓄電池制御装置による充電制御の変形例について説明するためのフローチャートである。図５は、図１に示す蓄電池制御装置による放電制御の変形例について説明するためのフローチャートである。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用される。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置１００を備える蓄電システム１の概略を示す図である。この図に示すように、蓄電システム１は、複数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎと、複数のバイパス回路Ｂ１～Ｂｎと、蓄電池制御装置１００とを備える。複数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎは、直列に接続された車載用あるいは定置用の電源系統１０を構成する。特に限定するわけではないが、本実施形態の蓄電池セルＣ１～Ｃｎは、中古電池を再生したものであり、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの劣化度に差がある。蓄電池セルＣ１～Ｃｎは、例えば、リチウムイオンバッテリ、リチウムイオンキャパシタ等の二次電池であり、外部系統ＥＳから電力を供給されて充電され、充電された電力を放電して外部系統ＥＳに電力を供給する。

蓄電システム１は、複数の電圧測定部１２と、電流測定部１３と、電池温度測定部１４と、電流制限部１５とを備える。電圧測定部１２は、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの正負極端子間に接続されている。この電圧測定部１２は、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの端子間の電圧Ｖを測定する。

電流測定部１３は、電源系統１０の電流経路に設けられている。この電流測定部１３は、電源系統１０の充放電電流を測定する。また、電源系統１０には、電池温度測定部１４が設けられている。この電池温度測定部１４は、電源系統１０の温度Ｔを測定する。また、電流制限部１５は、後述の電流制御部１０４から制御信号に応じて電源系統１０の入出力電流を制限する。

各バイパス回路Ｂ１～Ｂｎは、蓄電池セルＣ１～Ｃｎ毎に設けられている。バイパス回路Ｂ１～Ｂｎは、バイパス線ＢＬと、スイッチＳ１，Ｓ２とを備える。バイパス線ＢＬは、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎをバイパスする電力線である。スイッチＳ１は、バイパス線ＢＬに設けられている。このスイッチＳ１は、例えば機械的スイッチである。スイッチＳ２は、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの正極とバイパス線ＢＬの一端との間に設けられている。このスイッチＳ２は、例えば半導体スイッチである。

始端の蓄電池セルＣ１と終端の蓄電池セルＣｎとは外部系統ＥＳに接続されている。全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎにおいてスイッチＳ１がオープンになりスイッチＳ２がクローズになった場合に、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎと外部系統ＥＳとの間での充放電が可能になる。他方で、何れかのバイパス回路Ｂ１～ＢｎにおいてスイッチＳ２がオープンになり、スイッチＳ１がクローズになった場合に、当該バイパス回路Ｂ１～Ｂｎに対応する蓄電池セルＣ１～Ｃｎがバイパスされる。

蓄電池制御装置１００は、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎと各バイパス回路Ｂ１～Ｂｎとに接続され、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの監視及び制御と各バイパス回路Ｂ１～Ｂｎの切り替え制御とを実行する。本実施形態の蓄電池制御装置１００は、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖと充電電流制限値Ｉｃ及び放電電流制限値Ｉｄとに基づいて、各バイパス回路Ｂ１～Ｂｎを切り替える。

蓄電池制御装置１００は、測定値取得部１０１と、電流制限値算出部１０２と、記憶部１０３と、電流制御部１０４と、バイパス制御部１０５とを備える。

測定値取得部１０１は、電圧測定部１２と電流測定部１３と電池温度測定部１４とに接続されている。この測定値取得部１０１は、電圧測定部１２と電流測定部１３と電池温度測定部１４とから測定値を取得して記憶部１０３に記憶させる。

電流制限値算出部１０２は、測定値取得部１０１が取得した測定値に基づいて各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電流制限値Ｉｃ及び放電電流制限値Ｉｄを算出する。充電電流制限値Ｉｃは、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの劣化を抑えたり、損傷を防止したりする観点から設定される充電電流の上限値である。また、放電電流制限値Ｉｄは、同様の観点から設定される放電電流の上限値である。充電電流制限値Ｉｃは、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎが満充電に近いほど小さい値に設定され、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎが全放電に近いほど大きい値に設定される。他方で、放電電流制限値Ｉｄは、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎが全放電に近いほど小さい値に設定され、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎが満充電に近いほど大きい値に設定される。

電流制限値算出部１０２は、従来から公知の種々の方法により、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電流制限値Ｉｃ及び放電電流制限値Ｉｄを算出する。充電電流制限値Ｉｃの算出方法としては、下記（１）式に基づいて算出する方法を例示でき、放電電流制限値Ｉｄの算出方法としては、下記（２）式に基づいて算出する方法を例示できる。
ＯＣＶ＋ｒ・Ｉｃ＝Ｖ_ＣＥ …（１）
ＯＣＶ－ｒ・Ｉｄ＝Ｖ_ＤＥ …（２）

ＯＣＶは、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの開回路電圧であり、電流制限値算出部１０２が、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖ、電流値Ｉ、温度Ｔ等に基づいて従来公知の種々の方法により算出する値である。また、ｒは、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの内部抵抗であり、電流制限値算出部１０２が、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖ、電流値Ｉ、温度Ｔ等に基づいて従来公知の種々の方法により算出する値である。さらに、Ｖ_ＣＥは、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電終止電圧であり、Ｖ_ＤＥは、放電終止電圧である。

電流制限値算出部１０２は、現在の開回路電圧ＯＣＶと内部抵抗ｒとを算出し、算出した値に応じた充電電流制限値Ｉｃ、放電電流制限値Ｉｄを、上記（１），（２）式に基づいて算出する。なお、充電電流制限値Ｉｃ及び放電電流制限値Ｉｄは、Ｃレートで規定してもよい。また、予め、ＳＯＣ（State of Charge）と充電電流制限値Ｉｃとの相関関係を規定するテーブルやＳＯＣと放電電流制限値Ｉｄとの相関関係を規定するテーブルを作成して記憶部１０３に記憶させておき、現在のＳＯＣに対応する充電電流制限値Ｉｃや放電電流制限値Ｉｄをテーブルから導出するようにしてもよい。

ここで、複数の蓄電池セルＣ１～ＣｎのＳＯＣやＳＯＨ（State of Health）や内部抵抗、温度等に差異がある場合には、複数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの開回路電圧ＯＣＶに差異が生じ、複数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電流制限値Ｉｃや放電電流制限値Ｉｄに差異が生じる。複数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの何れに対しても、充電電流制限値Ｉｃを超える充電電流を入力させたり放電電流制限値Ｉｄを超える放電電流を出力させたりすることはできない。そのため、電流制御部１０４は、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより遮断されずに接続される蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電流を、当該蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電流制限値Ｉｃとして電流制限値算出部１０２により算出された値の中の最小値以下に制御する。また、電流制御部１０４は、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより遮断されずに接続される蓄電池セルＣ１～Ｃｎの放電電流を、当該蓄電池セルＣ１～Ｃｎの放電電流制限値Ｉｄとして電流制限値算出部１０２により算出された値の中の最小値以下に制御する。

ここで、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより遮断する蓄電池セルＣ１～Ｃｎとバイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより遮断せずに接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎとの組み合わせは多数存在する。バイパス制御部１０５は、遮断する蓄電池セルＣ１～Ｃｎと遮断せずに接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎとの多数の組み合わせについて、充電電力制限値Ｐｃと放電電力制限値Ｐｄとを算出する。充電電力制限値Ｐｃは、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電流制限値Ｉｃの中の最小値と、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖの総和との積である。また、放電電力制限値Ｐｄは、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの放電電流制限値Ｉｄの中の最小値と、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖの総和との積である。

例えば、３個の蓄電池セルＣ１～Ｃ３が直列に接続されている場合において、蓄電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の電圧Ｖが、それぞれ３Ｖ，３Ｖ，４Ｖであり、蓄電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の充電電流制限値Ｉｃが、それぞれ１０Ａ，１０Ａ，１Ａであったと仮定する。この場合、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃ３を接続すると、充電電力制限値Ｐｃは、蓄電池セルＣ１～Ｃ３の充電電流制限値Ｉｃの最小値（１Ａ）と蓄電池セルＣ１～Ｃ３の電圧Ｖの総和（１０Ｖ）との積（１０Ｗ）となる。それに対して、バイパス回路Ｂ３により蓄電池セルＣ３を遮断し、蓄電池セルＣ１，Ｃ２を接続すると、充電電力制限値Ｐｃは、蓄電池セルＣ１，Ｃ２の充電電流制限値Ｉｃの最小値（１０Ａ）と蓄電池セルＣ１，Ｃ２の電圧Ｖの総和（６Ｖ）との積（６０Ｗ）となる。即ち、充電電流制限値Ｉｃが最小の蓄電池セルＣ３を遮断する場合の充電電力制限値Ｐｃは、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃ３を接続する場合の充電電力制限値Ｐｃよりも大きくなる。なお、放電電力制限値Ｐｄについても同様である。

そこで、バイパス制御部１０５は、電源系統１０の充電時には、上記の多数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせについて、充電電力制限値Ｐｃを算出し、算出した充電電力制限値Ｐｃが最大となる組み合わせを選択し、選択した組み合わせの蓄電池セルＣ１～Ｃｎが接続されるように、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎによる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの遮断及び接続を制御する。また、バイパス制御部１０５は、電源系統１０の放電時には、上記の多数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせについて、放電電力制限値Ｐｄを算出し、算出した放電電力制限値Ｐｄが最大となる組み合わせを選択し、選択した組み合わせの蓄電池セルＣ１～Ｃｎが接続されるように、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎによる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの遮断及び接続を制御する。

ここで、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの選択に際して、充電電力制限値Ｐｃが最大となる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択することは必須ではなく、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎを接続する場合に比して充電電力制限値Ｐｃが大きくなる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択すればよい。例えば、充電電力制限値Ｐｃが最大となる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせに劣化の度合いが大きい蓄電池セルＣｘが含まれているような場合には、当該蓄電池セルＣｘを除外して、当該組み合わせに次いで充電電力制限値Ｐｃが大きくなる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択すること等も可能である。

また、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの選択に際して、放電電力制限値Ｐｄが最大となる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択することは必須ではなく、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎを接続する場合に比して放電電力制限値Ｐｄが大きくなる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択すればよい。例えば、放電電力制限値Ｐｄが最大となる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせに劣化の度合いが大きい蓄電池セルＣｙが含まれているような場合には、当該蓄電池セルＣｙを除外して、当該組み合わせに次いで放電電力制限値Ｐｄが大きくなる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択すること等も可能である。

図２は、図１に示す蓄電池制御装置１００による充電制御について説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、蓄電システム１が充電モードに設定されると開始されてステップ１に移行する。

ステップ１において、バイパス制御部１０５は、全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎのスイッチＳ１，Ｓ２をＯＦＦにする。次に、ステップ２において、電流制限値算出部１０２は、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電流制限値Ｉｃを算出する。

次に、ステップ３において、バイパス制御部１０５は、電流制限値算出部１０２により算出された全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電流制限値Ｉｃと、電圧測定部１２により測定された全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖとに基づいて、上記の多数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせについての充電電力制限値Ｐｃを算出する。次に、ステップ４において、バイパス制御部１０５は、多数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせの中から充電電力制限値Ｐｃが最大となる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択する。

次に、ステップ５において、バイパス制御部１０５は、選択した蓄電池セルＣ１～Ｃｎの中に除外すべき蓄電池セルＣ１～Ｃｎが含まれているか否かを判定する。除外すべき蓄電池セルＣ１～Ｃｎが含まれている場合にはステップ６に移行し、除外すべき蓄電池セルＣ１～Ｃｎが含まれていない場合にはステップ７に移行する。

ステップ６において、バイパス制御部１０５は、選択されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせに次いで充電電力制限値Ｐｃが大きい蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択する。ステップ６からステップ５に移行する。

ステップ７において、バイパス制御部１０５は、選択されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎが接続され、選択されていない蓄電池セルＣ１～Ｃｎが遮断されるように、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎを制御する。次に、ステップ８において、電流制御部１０４は、接続されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電流制限値Ｉｃの中の最小値以下の電流を、接続されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎに入力する。

次に、ステップ９において、バイパス制御部１０５は、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの中で充電終止電圧ＣＣＶに達した（充電が完了した）蓄電池セルＣ１～Ｃｎが存在するか否かを判定する。本ステップにおいて肯定判定がされた場合にはステップ１０に移行し、本ステップにおいて否定判定がされた場合にはステップ２に移行する。

ステップ１０において、バイパス制御部１０５は、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖが充電終止電圧ＣＣＶに達したか（充電が完了したか）否かを判定する。本ステップにおいて肯定判定がされた場合にはステップ１２に移行し、本ステップにおいて否定判定がされた場合にはステップ１１に移行する。

ステップ１１において、バイパス制御部１０５は、充電が完了した蓄電池セルＣ１～Ｃｎが遮断されるように対応するバイパス回路Ｂ１～Ｂｎを制御する。ステップ１１からステップ２に移行する。

一方、ステップ１２において、電流制御部１０４は、充電を停止する。次に、ステップ１３において、バイパス制御部１０５は、全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎのスイッチＳ１，Ｓ２をＯＦＦにする。次に、ステップ１４において、バイパス制御部１０５は、全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎのスイッチＳ２をＯＮにする。以上で、図２に示す処理を終了する。

ここで、例えば、外部系統ＥＳが太陽光発電システムを備え、この太陽光発電システムにより発電された電力を蓄電池セルＣ１～Ｃｎに充電していく場合、日中の充電量を増やす必要がある。このような場合には、充電電力制限値Ｐｃを可能な限り大きくして充電の効率を向上させる必要がある。そこで、本実施形態の蓄電システム１では、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより遮断されずに接続される複数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電力制限値Ｐｃが、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎがバイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより遮断されずに接続される場合に比して大きくなるように、接続される蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせが選択される。従って、蓄電システム１における充電電力制限値Ｐｃを可能な限り大きくすることができ、蓄電システム１における単位時間当たりの充電量がより高い高効率な充電を実現することができる。

特に、本実施形態の蓄電システム１では、例えば劣化の進行が著しい等の理由から電源系統１０から遮断すべき蓄電池セルＣ１～Ｃｎが存在する場合を除いて、電源系統１０の充電電力制限値Ｐｃが最大となるように、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより遮断せずに接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択する。これによって、蓄電システム１における充電電力制限値Ｐｃを最大限大きくすることができ、蓄電システム１における充電の効率を最大限向上させることができる。

また、本実施形態の蓄電システム１では、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより遮断せずに接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電力制限値Ｐｃが、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎに設定される充電電流制限値Ｉｃの中の最小値と、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖの総和との積である。ここで、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖが高いほど各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電流制限値Ｉｃが低くなる傾向がある。そのため、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖにのみ基づいて、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択する場合、充電電力制限値Ｐｃが小さくなる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択する場合がある。それに対して、本実施形態の蓄電システム１では、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖの総和と充電電流制限値Ｉｃとの積である充電電力制限値Ｐｃに基づいて、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択するので、充電電力制限値Ｐｃが最大となるような組み合わせを選択することが可能である。

図３は、図１に示す蓄電池制御装置１００による放電制御について説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、蓄電システム１が放電モードに設定されると開始されてステップ１０１に移行する。

ステップ１０１において、バイパス制御部１０５は、全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎのスイッチＳ１，Ｓ２をＯＦＦにする。次に、ステップ１０２において、電流制限値算出部１０２は、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの放電電流制限値Ｉｄを算出する。

次に、ステップ１０３において、バイパス制御部１０５は、電流制限値算出部１０２により算出された全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの放電電流制限値Ｉｄと、電圧測定部１２により測定された全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖとに基づいて、上記の多数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせについての放電電力制限値Ｐｄを算出する。次に、ステップ１０４において、バイパス制御部１０５は、多数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせの中から放電電力制限値Ｐｄが最大となる蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択する。

次に、ステップ１０５において、バイパス制御部１０５は、選択した蓄電池セルＣ１～Ｃｎの中に除外すべき蓄電池セルＣ１～Ｃｎが含まれているか否かを判定する。除外すべき蓄電池セルＣ１～Ｃｎが含まれている場合にはステップ１０６に移行し、除外すべき蓄電池セルＣ１～Ｃｎが含まれていない場合にはステップ１０７に移行する。

ステップ１０６において、バイパス制御部１０５は、選択されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせに次いで放電電力制限値Ｐｄが大きい蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択する。ステップ１０６からステップ１０５に移行する。

ステップ１０７において、バイパス制御部１０５は、選択されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎが接続され、選択されていない蓄電池セルＣ１～Ｃｎが遮断されるように、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎを制御する。次に、ステップ１０８において、電流制御部１０４は、接続されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎの放電電流制限値Ｉｄの中の最小値以下の電流を、接続されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎから出力する。

次に、ステップ１０９において、バイパス制御部１０５は、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの中で放電終止電圧に達した（放電が完了した）蓄電池セルＣ１～Ｃｎが存在するか否かを判定する。本ステップにおいて肯定判定がされた場合にはステップ１１０に移行し、本ステップにおいて否定判定がされた場合にはステップ１０２に移行する。

ステップ１１０において、バイパス制御部１０５は、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖが放電終止電圧に達したか（放電が完了したか）否かを判定する。本ステップにおいて肯定判定がされた場合にはステップ１１２に移行し、本ステップにおいて否定判定がされた場合にはステップ１１１に移行する。

ステップ１１１において、バイパス制御部１０５は、放電が完了した蓄電池セルＣ１～Ｃｎが遮断されるように対応するバイパス回路Ｂ１～Ｂｎを制御する。ステップ１１１からステップ１０２に移行する。

一方、ステップ１１２において、電流制御部１０４は、放電を停止する。次に、ステップ１１３において、バイパス制御部１０５は、全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎのスイッチＳ１，Ｓ２をＯＦＦにする。次に、ステップ１１４において、バイパス制御部１０５は、全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎのスイッチＳ２をＯＮにする。以上で、図３に示す処理を終了する。

ここで、例えば、電動車において、蓄電システム１に接続された外部系統ＥＳ（負荷）の要求出力が、蓄電システム１の放電電力制限値Ｐｄより高い場合には、出力制限モードに設定される。このような場合には、放電電力制限値Ｐｄを可能な限り大きくして放電時の出力をより大きくする必要がある。そこで、本実施形態の蓄電システム１では、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより遮断されずに接続される複数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの放電電力制限値Ｐｄが、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎがバイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより遮断されずに接続される場合に比して大きくなるように、接続される蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせが選択される。従って、蓄電システム１における放電電力制限値Ｐｄを可能な限り大きくすることができ、蓄電システム１における単位時間当たりの放電量が大きい高出力運転を実現することができる。

特に、本実施形態の蓄電システム１では、例えば劣化の進行が著しい等の理由から電源系統１０から遮断すべき蓄電池セルＣ１～Ｃｎが存在する場合を除いて、電源系統１０の放電電力制限値Ｐｄが最大となるように、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより遮断せずに接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択する。これによって、蓄電システム１における放電電力制限値Ｐｄを最大限大きくすることができ、蓄電システム１における放電時の出力を最大限大きくすることができる。

また、本実施形態の蓄電システム１では、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎにより遮断せずに接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの放電電力制限値Ｐｄが、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎに設定される放電電流制限値Ｉｄの中の最小値と、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖの総和との積である。ここで、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖが低いほど各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの放電電流制限値Ｉｄが低くなる傾向がある。そのため、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖにのみ基づいて、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択する場合、放電電力制限値Ｐｄが小さい組み合わせを選択する場合がある。それに対して、本実施形態の蓄電システム１では、各蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖの総和と放電電流制限値Ｉｄとの積である放電電力制限値Ｐｄに基づいて、接続する蓄電池セルＣ１～Ｃｎの組み合わせを選択するので、放電電力制限値Ｐｄが最大となるような組み合わせを選択することが可能である。

図４は、図１に示す蓄電池制御装置１００による充電制御の変形例について説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、蓄電システム１が充電モードに設定されると開始されてステップ２０１に移行する。

ステップ２０１において、バイパス制御部１０５は、全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎのスイッチＳ１，Ｓ２をＯＦＦにする。次に、ステップ２０２において、電流制限値算出部１０２は、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電流制限値Ｉｃを算出する。

次に、ステップ２０３において、バイパス制御部１０５は、複数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの中から充電電流制限値Ｉｃが最小となる蓄電池セルＣｍｉｎを除外し、それ以外の蓄電池セルＣ１～Ｃｎを選択する。ステップ２０３からステップ２０４に移行する。

ステップ２０４において、バイパス制御部１０５は、選択されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎが接続され、充電電流制限値Ｉｃが最小の蓄電池セルＣｍｉｎが遮断されるように、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎを制御する。次に、ステップ２０５において、電流制御部１０４は、接続されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎの充電電流制限値Ｉｃの中の最小値以下の電流を、接続されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎに入力する。

次に、ステップ２０６において、バイパス制御部１０５は、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの中で充電終止電圧ＣＣＶに達した（充電が完了した）蓄電池セルＣ１～Ｃｎが存在するか否かを判定する。本ステップにおいて肯定判定がされた場合にはステップ２０７に移行し、本ステップにおいて否定判定がされた場合にはステップ２０２に移行する。

ステップ２０７において、バイパス制御部１０５は、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖが充電終止電圧ＣＣＶに達したか（充電が完了したか）否かを判定する。本ステップにおいて肯定判定がされた場合にはステップ２０９に移行し、本ステップにおいて否定判定がされた場合にはステップ２０８に移行する。

ステップ２０８において、バイパス制御部１０５は、充電が完了した蓄電池セルＣ１～Ｃｎが遮断されるように対応するバイパス回路Ｂ１～Ｂｎを制御する。ステップ２０８からステップ２０２に移行する。

一方、ステップ２０９において、電流制御部１０４は、充電を停止する。次に、ステップ２１０において、バイパス制御部１０５は、全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎのスイッチＳ１，Ｓ２をＯＦＦにする。次に、ステップ２１１において、バイパス制御部１０５は、全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎのスイッチＳ２をＯＮにする。以上で、図４に示す処理を終了する。

以上説明したように、この変形例の充電制御では、複数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの中で充電電流制限値Ｉｃが最小の蓄電池セルＣｍｉｎをバイパスし、それ以外の蓄電池セルＣ１～Ｃｎを直列接続する。これにより、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎを直列接続する場合に比して、蓄電システム１における充電電力制限値Ｐｃを大きくすることを実現できる。

図５は、図１に示す蓄電池制御装置１００による放電制御の変形例について説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、蓄電システム１が放電モードに設定されると開始されてステップ３０１に移行する。

ステップ３０１において、バイパス制御部１０５は、全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎのスイッチＳ１，Ｓ２をＯＦＦにする。次に、ステップ３０２において、電流制限値算出部１０２は、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの放電電流制限値Ｉｄを算出する。

次に、ステップ３０３において、バイパス制御部１０５は、複数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの中から放電電流制限値Ｉｄが最小となる蓄電池セルＣｍｉｎを除外し、それ以外の蓄電池セルＣ１～Ｃｎを選択する。ステップ３０３からステップ３０４に移行する。

ステップ３０４において、バイパス制御部１０５は、選択されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎが接続され、放電電流制限値Ｉｄが最小の蓄電池セルＣｍｉｎが遮断されるように、バイパス回路Ｂ１～Ｂｎを制御する。次に、ステップ３０５において、電流制御部１０４は、接続されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎの放電電流制限値Ｉｄの中の最小値以下の電流を、接続されている蓄電池セルＣ１～Ｃｎから出力する。

次に、ステップ３０６において、バイパス制御部１０５は、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの中で放電終止電圧に達した（放電が完了した）蓄電池セルＣ１～Ｃｎが存在するか否かを判定する。本ステップにおいて肯定判定がされた場合にはステップ３０７に移行し、本ステップにおいて否定判定がされた場合にはステップ３０２に移行する。

ステップ３０７において、バイパス制御部１０５は、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎの電圧Ｖが放電終止電圧に達したか（放電が完了したか）否かを判定する。本ステップにおいて肯定判定がされた場合にはステップ３０９に移行し、本ステップにおいて否定判定がされた場合にはステップ３０８に移行する。

ステップ３０８において、バイパス制御部１０５は、放電が完了した蓄電池セルＣ１～Ｃｎが遮断されるように対応するバイパス回路Ｂ１～Ｂｎを制御する。ステップ３０８からステップ３０２に移行する。

一方、ステップ３０９において、電流制御部１０４は、放電を停止する。次に、ステップ３１０において、バイパス制御部１０５は、全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎのスイッチＳ１，Ｓ２をＯＦＦにする。次に、ステップ３１１において、バイパス制御部１０５は、全てのバイパス回路Ｂ１～ＢｎのスイッチＳ２をＯＮにする。以上で、図５に示す処理を終了する。

以上説明したように、この変形例の放電制御では、複数の蓄電池セルＣ１～Ｃｎの中で放電電流制限値Ｉｄが最小の蓄電池セルＣｍｉｎをバイパスし、それ以外の蓄電池セルＣ１～Ｃｎを直列接続する。これにより、全ての蓄電池セルＣ１～Ｃｎを直列接続する場合に比して、蓄電システム１における充放電電力を大きくすることを実現できる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、適宜公知や周知の技術を組み合わせてもよい。

例えば、上記実施形態では、バイパス機能を有する単一の電源系統１０を備える蓄電システム１を例に挙げて本発明を説明したが、本発明は、バイパス機能を有する複数の電源系統１０を備える蓄電システムにも適用可能である。

また、上記実施形態では、放電時に放電電流を放電電流制限値Ｉｄの最小値以下に制御したが、必須ではない。例えば、負荷が軽くなるのに伴って自然に放電電流が小さくなるようにし、モータ等の負荷が正しく制御されない場合や短絡等により放電電流制限値を超える放電電流が流れてしまった場合には、放電電流を放電電流制限値Ｉｄの最小値以下に制御するようにしてもよい。

１：蓄電システム
１００：蓄電池制御装置
Ｂ１～Ｂｎ：バイパス回路
Ｃ１～Ｃｎ：蓄電池セル
Ｃｍｉｎ：蓄電池セル
Ｉｃ：充電電流制限値（電流制限値）
Ｉｄ：放電電流制限値（電流制限値）
Ｐｃ：充電電力（入力電力）
Ｐｄ：放電電力（出力電力）
Ｖ：電圧

Claims

蓄電システムを制御する蓄電池制御装置であって、
前記蓄電システムは、
直列に接続され、各々、電流制限値が設定される複数の蓄電池と、
各々、前記蓄電池をバイパスすることにより、当該蓄電池を遮断する複数のバイパス回路と
を備え、
前記蓄電池制御装置は、前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池の入力電力又は出力電力が、全ての前記蓄電池を前記バイパス回路により遮断せずに接続する場合に比して大きくなるように、前記バイパス回路による前記蓄電池の遮断及び接続を制御する蓄電池制御装置。
前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池の前記入力電力又は前記出力電力が、最大となるように、前記バイパス回路による前記蓄電池の遮断及び接続を制御する請求項１に記載の蓄電池制御装置。
前記蓄電池制御装置は、前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池の入力電流又は出力電流を、前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池に設定される前記電流制限値の中の最小値以下に制御する請求項１又は２に記載の蓄電池制御装置。
前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池の前記入力電力又は前記出力電力は、前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池に設定される前記電流制限値の中の最小値と、前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池の電圧の総和との積である請求項３に記載の蓄電池制御装置。
他の前記蓄電池に比して前記電流制限値が相対的に小さい前記蓄電池を優先的に前記バイパス回路により遮断することにより、前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池の入力電力又は出力電力が、全ての前記蓄電池を前記バイパス回路により遮断せずに接続する場合に比して大きくなることを実現する請求項３又は４に記載の蓄電池制御装置。
直列に接続された複数の蓄電池と、
各々、前記蓄電池をバイパスすることにより、当該蓄電池を遮断する複数のバイパス回路と、
前記バイパス回路を制御し、前記蓄電池に電流制限値を設定する蓄電池制御装置と
を備え、
前記蓄電池制御装置は、前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池の入力電力又は出力電力が、全ての前記蓄電池を前記バイパス回路により遮断せずに接続する場合に比して大きくなるように、前記バイパス回路による前記蓄電池の遮断及び接続を制御する蓄電システム。
蓄電システムを制御する蓄電池制御装置を用いて行う蓄電池制御方法であって、
前記蓄電システムは、
直列に接続され、各々、電流制限値が設定される複数の蓄電池と、
各々、前記蓄電池をバイパスすることにより、当該蓄電池を遮断する複数のバイパス回路と
を備え、
前記バイパス回路により遮断せずに接続する前記蓄電池の入力電力又は出力電力が、全ての前記蓄電池を前記バイパス回路により遮断せずに接続する場合に比して大きくなるように、前記バイパス回路による前記蓄電池の遮断及び接続を制御する蓄電池制御方法。