二次電池の制御システム
【課題】ニッケル水素電池からなる二次電池の昇温抑止を効率的に行う。
【解決手段】二次電池２１の放電動作を開始させる前、電池温度がリミット温度ＴＬを下回るよう、エアコン２３による二次電池２１の冷却を実行させる。二次電池２１の放電動作を開始させた後、少なくとも電池温度が吸熱反応によって下降傾向を示す期間において、エアコン２３による二次電池２１の冷却は行わない。さらに、放電動作の開始後に電池温度が上昇傾向に転じたとしても直ちにエアコン２３による冷却動作を開始させるのではなく、電池温度が上昇傾向に転じた後、先ず、二次電池２１の放電電流を減少させる第１制御を行なう。そして、前記第１制御から所定期間経過後、電池温度がなおも上昇傾向を示している場合に、エアコン２３による二次電池２１の冷却を開始させる第２制御を行う。
【解決手段】二次電池２１の放電動作を開始させる前、電池温度がリミット温度ＴＬを下回るよう、エアコン２３による二次電池２１の冷却を実行させる。二次電池２１の放電動作を開始させた後、少なくとも電池温度が吸熱反応によって下降傾向を示す期間において、エアコン２３による二次電池２１の冷却は行わない。さらに、放電動作の開始後に電池温度が上昇傾向に転じたとしても直ちにエアコン２３による冷却動作を開始させるのではなく、電池温度が上昇傾向に転じた後、先ず、二次電池２１の放電電流を減少させる第１制御を行なう。そして、前記第１制御から所定期間経過後、電池温度がなおも上昇傾向を示している場合に、エアコン２３による二次電池２１の冷却を開始させる第２制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電時に吸熱反応を示すニッケル水素電池からなる二次電池の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力需要家において負荷平準化等を行うことを目的として電力貯蔵装置が導入されつつある。電力貯蔵装置には充放電サイクルを実行することができる二次電池が用いられるが、この二次電池としてニッケル水素電池が用いられる場合がある。ニッケル水素電池はエネルギー密度が高い等の利点があるが、高温環境に置かれると電池性能が劣化すると共に、寿命も低下する不具合がある。従って、ニッケル水素電池を用いる場合、電池温度が所定値以上に上昇しないように冷却する必要がある。
【０００３】
ニッケル水素電池の昇温抑止技術として、例えば特許文献１〜３に開示された技術がある。特許文献１の制御装置は、電池温度が一定範囲（６０℃〜９０℃）に至ったときは放電動作を一定時間経過後に停止し、上限温度（９０℃）を超過下場合は、即時に放電動作を停止させる。一方、特許文献２の制御装置では、電池の周囲温度が所定の閾値温度を超えると電池の冷却ファンを稼働させ、前記閾値温度を下回るまで冷却されたら前記冷却ファンを停止させる。また、特許文献３の制御装置は、電池温度が所定温度以上に至ったときや放電電流値が所定値を超過したときに放電動作を停止させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６９７８４号公報
【特許文献２】特開２００４−８０９１４号公報
【特許文献３】特開２００１−９５１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、３の制御装置のように、電池温度の昇温が計測される度にニッケル水素電池の放電動作を停止させたのでは、電力貯蔵装置の装置効率が低下し、十分な負荷平準化効果を発揮させることができない。また、特許文献２の制御装置のように、所定の閾値温度を基準として冷却装置を動作させたのでは冷却に要するコストが上昇してしまう問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、ニッケル水素電池からなる二次電池の昇温抑止を効率的に行うことが出来る二次電池の制御システ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】
【０００７】
本発明の一局面に係る二次電池の制御システムは、ニッケル水素電池からなる二次電池と、前記二次電池の温度を計測する温度計測手段と、前記二次電池を冷却する冷却手段と、前記二次電池の充放電動作及び前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、前記二次電池の放電動作を実行させ得る上限温度として予め定められた第１閾値温度を記憶する記憶手段と、を備え、前記制御手段は、前記二次電池の放電動作を開始させる前、前記温度計測手段が計測する温度が前記第１閾値温度を下回るよう、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を実行させ、前記二次電池の放電動作を開始させた後、少なくとも前記温度計測手段が計測する温度が下降傾向を示す期間において、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を停止させることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
ニッケル水素電池は、放電時に吸熱反応が発生する。このため、一定の条件下では、放電時に電池温度は下降乃至は維持される。また、電池温度が所定温度以上で放電動作を行うと、電池性能や寿命が低下する。上記構成では、このようなニッケル水素電池の特性に鑑みて、前記制御手段は、二次電池の放電動作を開始させる前、前記温度計測手段が計測する温度が前記第１閾値温度を下回るよう、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を実行させる。そして、放電開始後は、前記吸熱反応によって電池温度が下降傾向を示す期間においては、前記冷却手段による前記二次電池の冷却が行われないように制御を行う。このような制御が行われることで、前記第１閾値温度を超過する環境で二次電池の放電動作が行われることが回避されると共に、無用な冷却動作の実行を抑止することができる。
【０００９】
上記構成において、前記制御手段は、前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた後、前記二次電池の放電電流を減少させる第１制御を行い、前記第１制御から所定期間経過後、前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向を示している場合に、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を開始させる第２制御を行うことが望ましい（請求項２）。
【００１０】
ニッケル水素電池の放電時において、電池温度の上昇要因となるのは放電電流が流れることに伴うジュール熱である。上記構成によれば、電池温度が上昇傾向に転じても、直ちに冷却手段による冷却動作を開始させるのではなく、放電電流を減少させる第１制御を行う。そして、この第１制御から所定期間経過後、なおも電池温度が上昇傾向を示している場合、前記冷却動作を開始させる。従って、無用な冷却動作の実行を一層確実に抑止することができる。
【００１１】
上記構成において、前記記憶手段は、前記第１閾値温度よりも低い所定の第２閾値温度をさらに記憶し、前記制御手段は、前記二次電池の放電電流を、予め定められた最小値まで減少させることが可能であって、前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた時点において、前記温度計測手段が計測する温度が前記第２閾値温度を超過している場合、前記第１制御において前記放電電流を前記最小値まで減少させることが望ましい（請求項３）。
【００１２】
この構成によれば、電池温度が前記第２閾値温度を超過している場合、直ちに放電電流が最小値まで減少される。従って、二次電池の放電動作を継続させつつ、電池温度の上昇要因を最小に抑制することができる。
【００１３】
この場合、前記制御手段は、前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた時点において、前記温度計測手段が計測する温度が前記第２閾値温度を下回っている場合において、前記第１制御において、前記放電電流を前記最小値よりも大きい所定値まで減少させ、前記第１制御から所定期間経過後、前記温度計測手段が計測する温度がなお上昇傾向を示している場合に、前記放電電流を前記所定値から前記最小値まで減少させる第３制御を行うことが望ましい（請求項４）。
【００１４】
電池温度が前記第２閾値温度を下回っている場合、放電動作を実行させ得る上限温度である第１閾値温度に至るまでは比較的余裕のある状態と言える。そこで、上記構成では、電池温度が上昇傾向に転じた時点で電池温度が前記第２閾値温度を下回っている場合は、直ちに放電電流を最小値まで減少させず、前記所定値までの減少に止める。これにより、過剰に二次電池の放電動作が抑制されてしまうことを防止することができる。
【００１５】
また、前記制御手段は、前記第３制御の後、前記温度計測手段が計測する温度が前記第２閾値温度を超過したときに、前記第２制御を行うことが望ましい（請求項５）。
【００１６】
この構成によれば、前記冷却手段による冷却動作の開始を可及的に送らせることができ、システムの効率を一層向上させることができる。
【００１７】
上記構成において、前記記憶手段は、前記第２閾値温度よりも低い所定の第３閾値温度をさらに記憶し、前記制御手段は、前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた時点において、前記温度計測手段が計測する温度が前記第３閾値温度を下回っている場合、前記第１制御を行わず、しかる後、前記温度計測手段が計測する温度が前記第３閾値温度を超過したとき、前記第１制御を行うことが望ましい（請求項６）。
【００１８】
電池温度が前記第３閾値温度を下回っている場合、前記第１閾値温度に至るまではさらに余裕のある状態と言える。上記構成では、このような場合に、二次電池の放電動作を優先して放電電流の抑制動作を実行しないようにする。これにより、一層効果的に二次電池を運用することができる。
【００１９】
上記構成において、前記二次電池は、電力貯蔵装置に備えられた二次電池であり、前記制御手段は、前記電力貯蔵装置の平準化制御を行うものであることが望ましい（請求項７）。
【００２０】
電力貯蔵装置においては、二次電池の放電停止が可及的に回避されること、並びに電池の冷却コストを抑制することが特に求められる。従って、本発明の適用用途として特に好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ニッケル水素電池からなる二次電池の昇温抑止を効率的に行うことが出来き、また本来の二次電池としての放電動作も確保することができる。従って、ニッケル水素電池からなる二次電池を効率良く活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る二次電池の制御システムの概要を示すブロック図である。
【図２】上記制御システムの制御部の機能を示す機能ブロック図である。
【図３】放電動作前後の電池温度の推移を示すグラフである。
【図４】二次電池の制御例を説明するための、電池温度の変化を示すグラフである。
【図５】二次電池の制御例を説明するための、電池温度の変化を示すグラフである。
【図６】二次電池の制御例を説明するための、電池温度の変化を示すグラフである。
【図７】二次電池の放電制御動作を示すフローチャートである。
【図８】二次電池の放電制御動作を示すフローチャートである。
【図９】二次電池の放電制御動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る二次電池の制御システムの概要を示すブロック図である。本実施形態においては、ニッケル水素電池からなる二次電池を用いた電力貯蔵装置Ｓの負荷平準化制御に、本発明に係る制御システムを適用する場合を例示する。
【００２４】
電力貯蔵装置Ｓは、二次電池収容部２０、インバータ３１、変圧器３２及び制御部４０（制御手段）を含む。二次電池収容部２０は、二次電池の収容空間を区画するハウジング２００と、ハウジング２００内に設置され単位セルである二次電池２１を多数個備える二次電池スタック２１０と、二次電池２１の温度を計測する温度センサ２２（温度計測手段）と、ハウジング２００の壁面に取り付けられたエアコン（エアーコンデショナー）２３（冷却手段）とを含む。
【００２５】
電力貯蔵装置Ｓは、電力を消費する負荷１を有する電力需要家に対する電力供給系統に接続されている。負荷１は、２００Ｖ又は１００Ｖの電力を供給する商用電力系統１０に、受電口１１を介して配電線１２で電気的に接続されている。電力貯蔵装置Ｓは、配電線１２から分岐する分岐配電線１３に電気的に接続され、商用電力系統１０から電力の供給を受けて、二次電池２１に電力を貯蔵する。負荷１は、通常は商用電力系統１０のみから電力の供給を受けるが、負荷平準化動作時には電力貯蔵装置Ｓから電力の供給を受ける。
【００２６】
二次電池スタック２１０は、電力の貯蔵及び供給のために充放電動作が繰り返されるものであって、単位セルである複数個の二次電池２１が直列接続された電池モジュールからなる。図１では簡略化して示しているが、複数個の二次電池スタック２１０が並列乃至は直列接続された状態で、ハウジング２００内に収容されている。
【００２７】
二次電池２１は、本実施形態では充電式のニッケル水素電池からなる。ニッケル水素電池は、例えば水酸化ニッケルを主活物質とする正極、水素を可逆的に吸蔵及び放出する水素吸蔵合金を主材料とする負極、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ性電解液及び不織布セパレータを備えて構成される。ニッケル水素電池は、放電時に吸熱反応が発生する。このため、一定の条件下では、放電時に二次電池２１の電池温度は下降乃至は維持される。また、ニッケル水素電池は、電池温度が所定温度以上の状態で放電動作を行うと、電池性能や寿命が低下する特性を有している。本実施形態では、このようなニッケル水素電池の特性を考慮して、二次電池２１の放電動作を制御する。
【００２８】
温度センサ２２は、例えば白金測温抵抗体、サーミスタ、熱電対等の直接接触型の温度センサであり、二次電池スタック２１０（二次電池２１）の電池温度を計測する。温度センサ２２の装着態様は任意であり、二次電池２１のセル間にプローブ部を配置しても良いし、二次電池スタック２１０の外表面にプローブ部を添設する態様としても良い。
【００２９】
エアコン２３は、冷暖房機能を有する空調装置であって、通常はハウジング２００の室内を冷房することで、二次電池２１を冷却する。なお、エアコン２３に代えて、外気をハウジング２００内に取り入れて二次電池スタック２１０に吹き付ける冷却ファンを用いるようにしても良い。
【００３０】
インバータ３１は、交流−直流変換機能を備える電気機器であり、例えばＰＷＭインバータである。二次電池２１の放電時には、二次電池２１から放電される直流電力を、負荷１に応じた電圧値または電流値もしくは電力値の交流電力に変換して負荷１に供給する。なお、インバータ３１から出力される交流電圧の波形整形のために、ＡＣフィルタを設けることが望ましい。また、インバータ３１は、二次電池２１の充電時においては、商用電力系統１０から供給される交流電力を直流電力に変換して二次電池２１に供給する整流器として機能する。
【００３１】
変圧器３２は、負荷１に繋がる商用電力系統１０及び配電線１２と、電力貯蔵装置Ｓの系統とを電気的に絶縁する機能を有すると共に、本来の昇圧機能を発揮して電力貯蔵装置Ｓの系統を配電線１２に連係させる機能を有する。すなわち、変圧器３２は、二次電池２１の充電時には商用電力系統１０の交流電圧を降圧してインバータ３１に入力する。一方、二次電池２１の放電時には、二次電池２１が放電する直流電圧をインバータ３１が交流電圧に変換し、変圧器３２が当該交流電圧を所定の電圧値まで昇圧して負荷１に供給するものである。
【００３２】
制御部４０は、電力貯蔵装置Ｓの動作を統括的に制御するコントローラである。制御部４０は、インバータ３１を通して二次電池２１の充放電動作を制御すると共に、温度センサ２２が検知する電池温度の情報に基づき適時エアコン２３を動作させて二次電池２１を冷却させる動作を制御する。
【００３３】
図２は、制御部４０の機能ブロック図である。制御部４０は、計時部４１、記憶部４２及びＣＰＵ（Central Processing Unit）４３を備える。ＣＰＵ４３は、記憶部４２に予め格納されている制御プログラムを実行することで、ソフトウェア的に充放電制御部４３１、温度データ処理部４３２、エアコン制御部４３３及び放電電流制御部４３４を具備するように機能する。
【００３４】
計時部４１は、一定周期でクロック信号を発生させるクロック発信器を備え、このクロック信号を、ＣＰＵ４３に出力する。当該クロック信号は、例えば電池温度の計測タイミングの決定のために活用される。
【００３５】
記憶部４２は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、電力貯蔵装置Ｓの動作に必要な制御プログラムや、各種設定データを記憶する。さらに本実施形態では、記憶部４２は、後記で説明する二次電池２１の放電動作を実行させ得る上限温度として予め定められたリミット温度ＴＬ（第１閾値温度）と、放電電流を減少させる制御を開始する電流減少開始温度Ｔ１（第３閾値温度）と、エアコンによる二次電池２１の冷却を開始する冷却開始温度Ｔ２（第２閾値温度）とを記憶する。なお、上記各温度間の関係は、ＴＬ＞Ｔ２＞Ｔ１である。
【００３６】
ＣＰＵ４３の充放電制御部４３１は、二次電池２１の充電時に、商用電力系統１０から供給される電力を用いて、例えば定電圧・定電流充電方式で二次電池２１を充電させる。このとき、充放電制御部４３１は、インバータ３１に設定電圧及び設定電流の指示信号を与える。また、充放電制御部４３１は、二次電池２１の放電時に、二次電池２１から放電される直流電力を、所定の設定電圧および設定電流ならびに電力値に変換するよう、インバータ３１に指示信号を与える。
【００３７】
温度データ処理部４３２は、温度センサ２２の出力電圧等を受信し、その出力電圧に基づき二次電池２１の電池温度を求める。また、温度データ処理部４３２は、計時部４１から与えられるクロック信号を利用して、電池温度データを計時的に整理し、電池温度が上昇傾向又は下降傾向、若しくは維持傾向であるかを判定する。
【００３８】
エアコン制御部４３３は、エアコン２３の動作を制御するものであって、温度データ処理部４３２により求められた前記電池温度及びその動向に基づいて、エアコン２３のＯＮ−ＯＦＦを制御する。本実施形態では、エアコン制御部４３３は、少なくともニッケル水素電池（二次電池２１）が放電を開始した後、吸熱反応により電池温度が下降傾向を示す期間においては、エアコン制御部４３３はエアコン２３をＯＮ状態としない点に特徴を有する。
【００３９】
放電電流制御部４３４は、二次電池２１の放電時における放電電流を所定の値に設定する制御を行う。放電電流制御部４３４の主な役目は、二次電池２１の電池温度が上昇傾向を示す場合において、エアコン２３をＯＮ状態とする前に、放電電流を制限して電池温度の上昇を抑止する、若しくは電池温度を下降に転換させることにある。なお、放電電流制御部４３４が設定する放電電流の下限値（最小値）が、インバータ３１及び変圧器３２の機器効率を考慮して予め定められる。かかる放電電流の下限値は、機器効率が一定レベルより低下するポイントを参照して決定される。
【００４０】
図３は、二次電池２１の放電動作前後の電池温度の推移を実験的に取得した例を示すグラフである。ここでは、時刻Ｐ０２から二次電池２１の放電動作が開始され、時刻Ｐ０４で放電動作が停止された場合を例示している。なお、この二次電池２１のリミット温度ＴＬは４０℃である。
【００４１】
時刻Ｐ０２に至る直前の時刻Ｐ０１まで、エアコン２３がＯＮ状態とされ、二次電池２１の電池温度がリミット温度ＴＬを下回るよう、二次電池２１の周囲温度（ハウジング２００内の空調温度）が調整されている。エアコン２３の動作及びその残余効果によって、時刻Ｐ０２まで電池温度は下降傾向を示している。一方、周囲温度は、エアコン２３がＯＦＦ状態とされた時刻Ｐ０２以降、上昇傾向を示している。
【００４２】
時刻Ｐ０２で二次電池２１の放電動作が開始されると、放電電流が流れ始める。実際の電力貯蔵装置Ｓでは、この二次電池２１が発生する電力は、上述の通りインバータ３１で交流電力に変換されて負荷１に供給される。ここで、電池温度に注目すると、時刻Ｐ０２から時刻Ｐ０３までの２０分強の期間は、二次電池２１の放電動作が実行されているにも拘わらず、電池温度が下降傾向を示していることが判る。既述の通り、これはニッケル水素電池においては、放電動作時に吸熱反応が発生することに依る。かかる現象が生じることから、二次電池２１としてニッケル水素電池が採用されている場合は、放電動作の開始から一定期間（時刻Ｐ０２〜Ｐ０３）は、少なくともエアコン２３をＯＮ状態とする必要がないことが判る。
【００４３】
時刻Ｐ０３以降、電池温度は上昇に転じる。これは、放電電流が流れることに伴い二次電池２１内でジュール熱が発生し、吸熱反応で吸収される熱を上回る熱が発生するからである。しかしながら、電池温度が上昇傾向に転じたとしても、直ちに二次電池２１の冷却が必要な状況ではないことは、図３における電池温度の推移から明らかである。従って、時刻Ｐ０３以降も、エアコン２３はＯＦＦ状態としても差し支えない。
【００４４】
図３では、電池温度がリミット温度ＴＬに近づいた時刻Ｐ０４で、二次電池２１の放電動作が停止された例を示している。この時刻Ｐ０４においてエアコン２３がＯＮ状態とされれば、放電動作を継続させることが可能となる。また、電池温度の上昇要因は放電電流によるジュール熱であるので、時刻Ｐ０３から時刻Ｐ０４へ至るまでの時間、つまり二次電池２１の強制冷却若しくは放電動作の停止措置が必要な状態に至るまでの時間は、前記放電電流を制限することで延長させることが可能である。
【００４５】
本実施形態の制御システムは、以上の知見に基づいたものである。すなわち、基本的な制御思想として、
（１）二次電池２１の放電動作を開始させる前、電池温度がリミット温度ＴＬを下回るよう、エアコン２３による二次電池２１の冷却を実行させる、
（２）二次電池２１の放電動作を開始させた後、少なくとも電池温度が下降傾向を示す期間において、エアコン２３による二次電池２１の冷却を停止させる、
ようにする。
【００４６】
さらに、放電動作の開始後に電池温度が上昇傾向に転じたとしても直ちにエアコン２３による冷却動作を開始させるのではなく、
（３）電池温度が上昇傾向に転じた後、先ず、二次電池２１の放電電流を減少させる第１制御を行なわせ、
（４）前記第１制御から所定期間経過後、電池温度がなおも上昇傾向を示している場合に、エアコン２３による二次電池２１の冷却を開始させる第２制御を行う、
ようにする。
【００４７】
このような制御を行うため、次の３つの閾値温度が予め設定される。
（Ａ）リミット温度ＴＬ（第１閾値温度）；当該温度を超過する電池温度で二次電池２１の放電動作を実行させると、電池性能や寿命が低下するとされる温度。ニッケル水素電池のメーカがスペックで動作上限値として設定している温度を用いる。電池温度がリミット温度ＴＬ以上であるとき、二次電池２１の放電動作は行わない。
（Ｂ）冷却開始温度Ｔ２（第２閾値温度）；リミット温度ＴＬよりも所定温度だけ低い温度であって、エアコン２３による二次電池２１の冷却を実行させる目安となる温度。電池温度が冷却開始温度Ｔ２以下であるとき、エアコン２３はＯＦＦ状態とされる。
（Ｃ）電流減少開始温度Ｔ１（第３閾値温度）；冷却開始温度Ｔ２よりも所定温度だけ低い温度であって、放電電流制御部４３４による放電電流の制限を実行させる目安となる温度。電池温度が電流減少開始温度Ｔ１以下であるとき、放電電流の制限は行わない。
【００４８】
続いて、図４〜図６に基づき、二次電池２１の放電動作の、実際の制御例について説明する。図４〜図６の縦軸に示されているＴＬ、Ｔ２、Ｔ１は、それぞれ上述のリミット温度、冷却開始温度、電流減少開始温度であり、横軸は時間であって、各図は電池温度（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）の時間変化の例をそれぞれ示している。
【００４９】
図４は、初期電池温度が冷却開始温度Ｔ２を超過しており、且つ、放電動作の開始後に電池温度が上昇に転じたときの電池温度も冷却開始温度Ｔ２を超過している場合の制御例である。充放電制御部４３１によって二次電池２１の放電動作が時刻Ｐ１１から開始されると、図４の実線Ｗ１で示すように吸熱反応の効果によって一定の期間だけ電池温度は低下する。温度データ処理部４３２は、温度センサ２２から所定のサンプリング周期で計測値データを取得し、このような電池温度の変化傾向を求める。
【００５０】
時刻Ｐ１２で電池温度が上昇傾向に転じたと温度データ処理部４３２が判定すると、まず、放電電流制御部４３４によって放電電流を減少させる第１制御が実行される。ここで、電池温度が上昇傾向に転じた時点において冷却開始温度Ｔ２を超過しているので、放電電流制御部４３４は放電電流Ｉを最小値Ｉminまで一気に減少させる。これはジュール熱の発生を最小限に抑え、電池温度の上昇を最大限に規制するためである。
【００５１】
時刻Ｐ１２から所定期間経過後の時刻Ｐ１３において、温度データ処理部４３２によって電池温度が上昇傾向を継続しているか否かが判定される。実線Ｗ１では、電池温度は上昇傾向にあるので、このＰ１３の時点でエアコン制御部４３３がエアコン２３をＯＮとし、二次電池２１の冷却を行う第２制御を開始させる。ここでは、エアコン２３の冷却効果によって、その後の時刻Ｐ１４から電池温度が下降傾向に転じている例を示している。
【００５２】
もし、点線Ｗ１１で示すように、電池温度の減少が顕著となり、電池温度が時刻Ｐ１５で冷却開始温度Ｔ２を下回ると、エアコン制御部４３３はエアコン２３をＯＦＦとする制御を行う。一方、点線Ｗ１２で示すように、エアコン２３の冷却動作に拘わらず電池温度の上昇が止まらず、リミット温度ＴＬもしくはその近傍まで電池温度が上昇すると（時刻Ｐ１６）、充放電制御部４３１は二次電池２１の放電動作を停止させる。これらに対し、点線Ｗ１３で示すように、時刻Ｐ１３において電池温度が下降傾向に再び転じたときは、エアコン２３による冷却動作は実行されない。
【００５３】
次に、図５は、初期電池温度が冷却開始温度Ｔ２を超過しているが、放電動作の開始後に電池温度が上昇に転じたときの電池温度が冷却開始温度Ｔ２と電流減少開始温度Ｔ１との間である場合の制御例である。二次電池２１の放電動作が時刻Ｐ２１から開始されると、図５の実線Ｗ２で示すように吸熱反応の効果によって一定の期間だけ電池温度は下降する。
【００５４】
時刻Ｐ２２で電池温度が上昇傾向に転じたと温度データ処理部４３２が判定すると、放電電流制御部４３４によって放電電流を減少させる第１制御が実行される。ここで、電池温度が上昇傾向に転じた時刻Ｐ２２において、電池温度は、電流減少開始温度Ｔ１は超過しているものの冷却開始温度Ｔ２を下回っている。この場合、放電電流制御部４３４は、放電電流Ｉを最小値Ｉminまで一気に減少させるのではなく、前記第１制御にて最小値Ｉminよりも大きい所定値Ｉ１まで減少させる。そして、前記第１制御から所定期間経過後、電池温度がなお上昇傾向を示している場合に、放電電流を前記所定値から最小値Ｉminまで減少させる第３制御を行う。
【００５５】
図５の実線Ｗ２の例では、時刻Ｐ２２で放電電流が所定値Ｉ１まで減少される（第１制御）。時刻Ｐ２２から所定期間経過後の時刻Ｐ２３において、温度データ処理部４３２によって電池温度が上昇傾向を継続しているか否かが判定される。実線Ｗ２の例では時刻Ｐ２３の時点で上昇傾向を示しているので、放電電流制御部４３４は、放電電流を所定値Ｉ１よりも低いＩ２（但し、Ｉmin＜Ｉ２）まで減少させる（第３制御）。さらに、時刻Ｐ２３から所定期間経過後の時刻Ｐ２４において、温度データ処理部４３２によって電池温度が上昇傾向を継続しているか否かが判定される。実線Ｗ２の例では時刻Ｐ２４の時点でも上昇傾向を示しているので、放電電流制御部４３４は、放電電流を最小値Ｉminまで減少させる。なお、放電電流の減少手法は任意であり、上記よりもさらに細かいステップで放電電流を最小値Ｉminまで減少させても良い。
【００５６】
時刻Ｐ２４で放電電流が最小値Ｉminまで減少されたにも拘わらず電池温度が上昇を続け、時刻Ｐ２５において冷却開始温度Ｔ２を超過した場合、エアコン制御部４３３がエアコン２３をＯＮとし、二次電池２１の冷却を行う上述の第２制御が開始されることになる。それ以降は、図４で説明した制御が援用される。
【００５７】
これに対し、点線Ｗ２１で示すように、時刻Ｐ２３で放電電流がＩ２まで減少されたことにより、電池温度が時刻Ｐ２４の時点で下降傾向に転じている場合、時刻Ｐ２４において放電電流のさらなる減少は実行されない。また、点線Ｗ２２で示すように、時刻Ｐ２４で放電電流が最小値Ｉminまで減少されたことにより、電池温度がほぼ一定に維持される傾向となり、冷却開始温度Ｔ２を下回り続ける場合は、エアコン２３がＯＮとされることなく、放電電流＝最小値Ｉminでの放電動作が継続される。
【００５８】
最後に、図６は、初期電池温度が冷却開始温度Ｔ２を下回っており、放電動作の開始後に電池温度が上昇に転じたときの電池温度が電流減少開始温度Ｔ１を下回っている場合の制御例である。二次電池２１の放電動作が時刻Ｐ３１から開始されると、図６の実線Ｗ３で示すように吸熱反応の効果によって一定の期間だけ電池温度は下降する。
【００５９】
この例では、電池温度が上昇傾向に転じた時刻Ｐ３２で、電池温度が電流減少開始温度Ｔ１を下回っているので、放電電流制御部４３４は特段放電電流を減少させない（第１制御の不実行）。しかる後、時刻Ｐ３３において電池温度が電流減少開始温度Ｔ１を超過すると、放電電流制御部４３４は放電電流を例えば所定値Ｉ１まで減少させる第１制御を行う。その後は、図５で説明した制御が援用される。すなわち、第１制御が実行された時刻Ｐ３３から所定期間経過後の時刻Ｐ３４において、温度データ処理部４３２によって電池温度が上昇傾向を継続しているか否かが判定される。実線Ｗ３の例では時刻Ｐ３４の時点で上昇傾向を示しているので、放電電流はさらに減少されることになる。
【００６０】
これに対し、点線Ｗ３１で示すように、電池温度が下降傾向を示したならば、放電電流のさらなる減少は実行されない。そして、時刻Ｐ３５で電池温度が電流減少開始温度Ｔ１を下回った場合は、放電電流制御部４３４は放電電流の減少制御を解除する。その後、時刻Ｐ３６で電池温度が再び電流減少開始温度Ｔ１を超過したら、放電電流制御部４３４は放電電流を減少させるものである。
【００６１】
続いて、上記で説明した制御部４０の放電時における動作を説明する。図７〜図９は、二次電池２１の放電制御動作を示すフローチャートである。ＣＰＵ４３の充放電制御部４３１は、温度データ処理部４３２が温度センサ２２から取得している電池温度Ｔと、記憶部４２に記憶されているリミット温度ＴＬとを比較して、電池温度Ｔがリミット温度ＴＬ以下であるか否かを確認する（ステップＳ１）。Ｔ＜ＴＬである場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、充放電制御部４３１は二次電池２１の放電動作を開始させる（ステップＳ２）。同時に、エアコン制御部４３３は、エアコン２３をＯＦＦ状態とする（ステップＳ３）。一方、電池温度Ｔがリミット温度ＴＬを超過している場合（ステップＳ１でＮＯ）、充放電制御部４３１は、放電動作不実行の決定を行い（ステップＳ９）、処理を終える。なお、本実施形態では、放電動作の開始時に電池温度Ｔがリミット温度ＴＬを超過しないよう、エアコン２３による冷却動作をエアコン制御部４３３が予め実行するので、ステップＳ９の判定が行われることは、原則として無い。
【００６２】
ステップＳ３の後、温度データ処理部４３２により、電池温度Ｔの変化傾向が求められ、電池温度Ｔが上昇傾向であるか否かが判定される（ステップＳ４）。上述の通り、放電開始後から一定期間は、吸熱反応によってニッケル水素電池からなる二次電池２１の電池温度Ｔは一般に下降する。電池温度Ｔが下降傾向であると温度データ処理部４３２が判定した場合（ステップＳ４でＮＯ）、そのまま待機する。
【００６３】
これに対し、電池温度Ｔが上昇傾向であると判定された場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、その上昇傾向に転じたときの電池温度Ｔが、電流減少開始温度Ｔ１を超過しているか否かが判定される（ステップＳ５）。電池温度Ｔが、電流減少開始温度Ｔ１を下回っている場合（ステップＳ５でＮＯ）、そのまま待機する。なお、当該電池温度は、図６に示す実線Ｗ３の時刻Ｐ３２の時点の電池温度に相当する。
【００６４】
電池温度Ｔが、電流減少開始温度Ｔ１を超過している場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、今度は電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を超過しているか否かが判定される（ステップＳ６）。電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を超過している場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、さらに、電池温度Ｔが、リミット温度ＴＬを超過しているか否かが判定される（ステップＳ７）。リミット温度ＴＬを超過していれば（ステップＳ７でＹＥＳ）、充放電制御部４３１は二次電池２１の放電動作を停止させ（ステップＳ８）、処理を終える。
【００６５】
ステップＳ６において、電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を下回っている場合（ステップＳ６でＮＯ）、図８に示すフローが実行される。なお、当該電池温度は、図５に示す実線Ｗ２の時刻Ｐ２２の時点の電池温度に相当する。まず、放電電流制御部４３４により、二次電池２１の放電電流Ｉが最小値Ｉminより大きいか否かが判定される（ステップＳ１１）。放電電流Ｉが最小値Ｉminより大きい場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、放電電流制御部４３４は放電電流Ｉを所定値だけ減少させる第１制御を行う（ステップＳ１２）。一方、放電電流Ｉが最小値Ｉminに至っている場合（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ６に戻る。
【００６６】
ステップＳ１２の第１制御の後、温度データ処理部４３２は、所定時間のカウントを行いつつ（ステップＳ１３）、電池温度データを連続的に求める。所定時間経過後（例えば図５の時刻Ｐ２３）、電池温度Ｔが、電流減少開始温度Ｔ１を超過しているか否かの判定が行われる（ステップＳ１４）とともに、電池温度Ｔが上昇傾向を示しているか否かが判定される（ステップＳ１５）。電池温度Ｔが上昇傾向を示している場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１１に戻り、放電電流をさらに減少させる制御が行われる。電池温度Ｔが上昇傾向を示す限りにおいて、最終的に放電電流Ｉは最小値Ｉminまで減少される。これに対し、電池温度Ｔが上昇傾向を示していない場合（ステップＳ１５でＮＯ）、放電電流制御部４３４は放電電流のそれ以上の減少の停止を決定し（ステップＳ１６）、ステップＳ１４に戻って処理を繰り返す。
【００６７】
また、ステップＳ１４において、電池温度Ｔが、電流減少開始温度Ｔ１を下回っている場合（ステップＳ１４でＮＯ）、放電電流制御部４３４は放電電流の減少制御を停止する（ステップＳ１７）。これにより、放電電流は負荷１の需要に応じた放電電流となる。その後、所定時間のカウントが実行され（ステップＳ１８）、ステップＳ４に戻って処理が繰り返される。
【００６８】
次に、上記ステップＳ７において、電池温度Ｔが、リミット温度ＴＬを下回っている場合（ステップＳ７でＮＯ）、図９に示すフローが実行される。なお、当該電池温度は、図４に示す実線Ｗ１の時刻Ｐ１２の時点の電池温度に相当する。この場合、放電電流制御部４３４により、二次電池２１の放電電流Ｉが最小値Ｉminより大きいか否かが判定される（ステップＳ２１）。放電電流Ｉが最小値Ｉminより大きい場合（ステップＳ２１でＹＥＳ）、放電電流制御部４３４は放電電流Ｉを最小値Ｉminまで一気に減少させる第１制御を行う（ステップＳ２２）。
【００６９】
ステップＳ２２の第１制御の後、温度データ処理部４３２は、所定時間のカウントを行いつつ（ステップＳ２３）、電池温度データを連続的に求める。所定時間経過後（例えば図４の時刻Ｐ１３）、電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を超過しているか否かの判定が行われる（ステップＳ２４）。電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を超過している場合（ステップＳ２４でＹＥＳ）、さらに電池温度Ｔが上昇傾向を示しているか否かが判定される（ステップＳ２５）。電池温度Ｔが上昇傾向を示していない場合（ステップＳ２５でＮＯ）、ステップＳ２４に戻り現状が維持される。
【００７０】
一方、電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を下回っている場合（ステップＳ２４でＮＯ）、放電電流制御部４３４は放電電流Ｉの減少を解除する（ステップＳ２６）。なお、このステップＳ２６では、放電電流Ｉの減少を完全に解除するのではなく、例えば最小値Ｉminから１ステップ上昇させるようにすることが望ましい。その後、所定時間のカウントが実行され（ステップＳ２７）、ステップＳ４に戻って処理が繰り返される。
【００７１】
また、ステップＳ２５において電池温度Ｔが上昇傾向を示している場合（ステップＳ２５でＹＥＳ）、エアコン制御部４３３によりエアコン２３がＯＮ状態とされ、二次電池２１の冷却動作が開始される（第２制御；ステップＳ２８）。
【００７２】
その後、電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を超過しているか否かの判定が行われる（ステップＳ２９）。電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を超過している場合（ステップＳ２９でＹＥＳ）、さらに電池温度Ｔがリミット温度ＴＬを超過しているか否かが判定される（ステップＳ３０）。電池温度Ｔがリミット温度ＴＬを超過している場合（ステップＳ３０でＹＥＳ）、ステップＳ８に進み、放電動作が停止される。電池温度Ｔがリミット温度ＴＬを下回っている場合（ステップＳ３０でＮＯ）、ステップＳ２９に戻って処理が繰り返される。ここで、電池温度Ｔが上昇傾向であるか否かを判定し、上昇傾向にある場合はエアコン２３の出力を増加させ、冷却効果を高めるようにしても良い。
【００７３】
また、ステップＳ２９で、電池温度Ｔが冷却開始温度Ｔ２を下回っている場合（ステップＳ２９でＮＯ）、エアコン制御部４３３によりエアコン２３がＯＦＦ状態とされる（ステップＳ３１）。そして、電池温度Ｔが上昇傾向であるか否かが判定される（ステップＳ３２）。電池温度Ｔが上昇傾向である場合（ステップＳ３２でＹＥＳ）、ステップＳ５に戻って処理が繰り返される。一方、電池温度Ｔが上昇傾向でない場合（ステップＳ３２でＮＯ）、ステップＳ２６に進んで処理が繰り返される。
【００７４】
以上説明した本実施形態に係る二次電池の制御システムによれば、制御部４０は、二次電池２１の放電動作を開始させる前、電池温度がリミット温度ＴＬを下回るよう、エアコン２３による二次電池２１の冷却を実行させる。そして、放電開始後は、吸熱反応によって電池温度が下降傾向を示す期間においては、エアコン２３による二次電池２１の冷却が行われないように制御を行う。従って、リミット温度ＴＬを超過する環境で二次電池２１の放電動作が行われることが回避されると共に、エアコン２３による無用な冷却動作の実行を抑止することができる。
【００７５】
さらに、電池温度が上昇傾向に転じても、直ちにエアコン２３による冷却動作を開始させるのではなく、放電電流制御部４３４が放電電流を減少させる第１制御を行う。そして、この第１制御から所定期間経過後、なおも電池温度が上昇傾向を示している場合、エアコン２３による二次電池２１の冷却動作を開始させる。従って、無用な冷却動作の実行を一層確実に抑止することができる。
【符号の説明】
【００７６】
Ｓ 電力貯蔵装置
１ 負荷
２０ 二次電池収容部
２１ 二次電池
２２ 温度センサ（温度計測手段）
２３ エアコン（冷却手段）
３１ インバータ
３２ 変圧器
４０ 制御部（制御手段）
４１ 計時部
４２ 記憶部
４３ ＣＰＵ
４３１ 充放電制御部
４３２ 温度データ処理部
４３３ エアコン制御部
４３４ 放電電流制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電時に吸熱反応を示すニッケル水素電池からなる二次電池の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力需要家において負荷平準化等を行うことを目的として電力貯蔵装置が導入されつつある。電力貯蔵装置には充放電サイクルを実行することができる二次電池が用いられるが、この二次電池としてニッケル水素電池が用いられる場合がある。ニッケル水素電池はエネルギー密度が高い等の利点があるが、高温環境に置かれると電池性能が劣化すると共に、寿命も低下する不具合がある。従って、ニッケル水素電池を用いる場合、電池温度が所定値以上に上昇しないように冷却する必要がある。
【０００３】
ニッケル水素電池の昇温抑止技術として、例えば特許文献１〜３に開示された技術がある。特許文献１の制御装置は、電池温度が一定範囲（６０℃〜９０℃）に至ったときは放電動作を一定時間経過後に停止し、上限温度（９０℃）を超過下場合は、即時に放電動作を停止させる。一方、特許文献２の制御装置では、電池の周囲温度が所定の閾値温度を超えると電池の冷却ファンを稼働させ、前記閾値温度を下回るまで冷却されたら前記冷却ファンを停止させる。また、特許文献３の制御装置は、電池温度が所定温度以上に至ったときや放電電流値が所定値を超過したときに放電動作を停止させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６９７８４号公報
【特許文献２】特開２００４−８０９１４号公報
【特許文献３】特開２００１−９５１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、３の制御装置のように、電池温度の昇温が計測される度にニッケル水素電池の放電動作を停止させたのでは、電力貯蔵装置の装置効率が低下し、十分な負荷平準化効果を発揮させることができない。また、特許文献２の制御装置のように、所定の閾値温度を基準として冷却装置を動作させたのでは冷却に要するコストが上昇してしまう問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、ニッケル水素電池からなる二次電池の昇温抑止を効率的に行うことが出来る二次電池の制御システ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】
【０００７】
本発明の一局面に係る二次電池の制御システムは、ニッケル水素電池からなる二次電池と、前記二次電池の温度を計測する温度計測手段と、前記二次電池を冷却する冷却手段と、前記二次電池の充放電動作及び前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、前記二次電池の放電動作を実行させ得る上限温度として予め定められた第１閾値温度を記憶する記憶手段と、を備え、前記制御手段は、前記二次電池の放電動作を開始させる前、前記温度計測手段が計測する温度が前記第１閾値温度を下回るよう、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を実行させ、前記二次電池の放電動作を開始させた後、少なくとも前記温度計測手段が計測する温度が下降傾向を示す期間において、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を停止させることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
ニッケル水素電池は、放電時に吸熱反応が発生する。このため、一定の条件下では、放電時に電池温度は下降乃至は維持される。また、電池温度が所定温度以上で放電動作を行うと、電池性能や寿命が低下する。上記構成では、このようなニッケル水素電池の特性に鑑みて、前記制御手段は、二次電池の放電動作を開始させる前、前記温度計測手段が計測する温度が前記第１閾値温度を下回るよう、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を実行させる。そして、放電開始後は、前記吸熱反応によって電池温度が下降傾向を示す期間においては、前記冷却手段による前記二次電池の冷却が行われないように制御を行う。このような制御が行われることで、前記第１閾値温度を超過する環境で二次電池の放電動作が行われることが回避されると共に、無用な冷却動作の実行を抑止することができる。
【０００９】
上記構成において、前記制御手段は、前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた後、前記二次電池の放電電流を減少させる第１制御を行い、前記第１制御から所定期間経過後、前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向を示している場合に、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を開始させる第２制御を行うことが望ましい（請求項２）。
【００１０】
ニッケル水素電池の放電時において、電池温度の上昇要因となるのは放電電流が流れることに伴うジュール熱である。上記構成によれば、電池温度が上昇傾向に転じても、直ちに冷却手段による冷却動作を開始させるのではなく、放電電流を減少させる第１制御を行う。そして、この第１制御から所定期間経過後、なおも電池温度が上昇傾向を示している場合、前記冷却動作を開始させる。従って、無用な冷却動作の実行を一層確実に抑止することができる。
【００１１】
上記構成において、前記記憶手段は、前記第１閾値温度よりも低い所定の第２閾値温度をさらに記憶し、前記制御手段は、前記二次電池の放電電流を、予め定められた最小値まで減少させることが可能であって、前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた時点において、前記温度計測手段が計測する温度が前記第２閾値温度を超過している場合、前記第１制御において前記放電電流を前記最小値まで減少させることが望ましい（請求項３）。
【００１２】
この構成によれば、電池温度が前記第２閾値温度を超過している場合、直ちに放電電流が最小値まで減少される。従って、二次電池の放電動作を継続させつつ、電池温度の上昇要因を最小に抑制することができる。
【００１３】
この場合、前記制御手段は、前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた時点において、前記温度計測手段が計測する温度が前記第２閾値温度を下回っている場合において、前記第１制御において、前記放電電流を前記最小値よりも大きい所定値まで減少させ、前記第１制御から所定期間経過後、前記温度計測手段が計測する温度がなお上昇傾向を示している場合に、前記放電電流を前記所定値から前記最小値まで減少させる第３制御を行うことが望ましい（請求項４）。
【００１４】
電池温度が前記第２閾値温度を下回っている場合、放電動作を実行させ得る上限温度である第１閾値温度に至るまでは比較的余裕のある状態と言える。そこで、上記構成では、電池温度が上昇傾向に転じた時点で電池温度が前記第２閾値温度を下回っている場合は、直ちに放電電流を最小値まで減少させず、前記所定値までの減少に止める。これにより、過剰に二次電池の放電動作が抑制されてしまうことを防止することができる。
【００１５】
また、前記制御手段は、前記第３制御の後、前記温度計測手段が計測する温度が前記第２閾値温度を超過したときに、前記第２制御を行うことが望ましい（請求項５）。
【００１６】
この構成によれば、前記冷却手段による冷却動作の開始を可及的に送らせることができ、システムの効率を一層向上させることができる。
【００１７】
上記構成において、前記記憶手段は、前記第２閾値温度よりも低い所定の第３閾値温度をさらに記憶し、前記制御手段は、前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた時点において、前記温度計測手段が計測する温度が前記第３閾値温度を下回っている場合、前記第１制御を行わず、しかる後、前記温度計測手段が計測する温度が前記第３閾値温度を超過したとき、前記第１制御を行うことが望ましい（請求項６）。
【００１８】
電池温度が前記第３閾値温度を下回っている場合、前記第１閾値温度に至るまではさらに余裕のある状態と言える。上記構成では、このような場合に、二次電池の放電動作を優先して放電電流の抑制動作を実行しないようにする。これにより、一層効果的に二次電池を運用することができる。
【００１９】
上記構成において、前記二次電池は、電力貯蔵装置に備えられた二次電池であり、前記制御手段は、前記電力貯蔵装置の平準化制御を行うものであることが望ましい（請求項７）。
【００２０】
電力貯蔵装置においては、二次電池の放電停止が可及的に回避されること、並びに電池の冷却コストを抑制することが特に求められる。従って、本発明の適用用途として特に好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ニッケル水素電池からなる二次電池の昇温抑止を効率的に行うことが出来き、また本来の二次電池としての放電動作も確保することができる。従って、ニッケル水素電池からなる二次電池を効率良く活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る二次電池の制御システムの概要を示すブロック図である。
【図２】上記制御システムの制御部の機能を示す機能ブロック図である。
【図３】放電動作前後の電池温度の推移を示すグラフである。
【図４】二次電池の制御例を説明するための、電池温度の変化を示すグラフである。
【図５】二次電池の制御例を説明するための、電池温度の変化を示すグラフである。
【図６】二次電池の制御例を説明するための、電池温度の変化を示すグラフである。
【図７】二次電池の放電制御動作を示すフローチャートである。
【図８】二次電池の放電制御動作を示すフローチャートである。
【図９】二次電池の放電制御動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る二次電池の制御システムの概要を示すブロック図である。本実施形態においては、ニッケル水素電池からなる二次電池を用いた電力貯蔵装置Ｓの負荷平準化制御に、本発明に係る制御システムを適用する場合を例示する。
【００２４】
電力貯蔵装置Ｓは、二次電池収容部２０、インバータ３１、変圧器３２及び制御部４０（制御手段）を含む。二次電池収容部２０は、二次電池の収容空間を区画するハウジング２００と、ハウジング２００内に設置され単位セルである二次電池２１を多数個備える二次電池スタック２１０と、二次電池２１の温度を計測する温度センサ２２（温度計測手段）と、ハウジング２００の壁面に取り付けられたエアコン（エアーコンデショナー）２３（冷却手段）とを含む。
【００２５】
電力貯蔵装置Ｓは、電力を消費する負荷１を有する電力需要家に対する電力供給系統に接続されている。負荷１は、２００Ｖ又は１００Ｖの電力を供給する商用電力系統１０に、受電口１１を介して配電線１２で電気的に接続されている。電力貯蔵装置Ｓは、配電線１２から分岐する分岐配電線１３に電気的に接続され、商用電力系統１０から電力の供給を受けて、二次電池２１に電力を貯蔵する。負荷１は、通常は商用電力系統１０のみから電力の供給を受けるが、負荷平準化動作時には電力貯蔵装置Ｓから電力の供給を受ける。
【００２６】
二次電池スタック２１０は、電力の貯蔵及び供給のために充放電動作が繰り返されるものであって、単位セルである複数個の二次電池２１が直列接続された電池モジュールからなる。図１では簡略化して示しているが、複数個の二次電池スタック２１０が並列乃至は直列接続された状態で、ハウジング２００内に収容されている。
【００２７】
二次電池２１は、本実施形態では充電式のニッケル水素電池からなる。ニッケル水素電池は、例えば水酸化ニッケルを主活物質とする正極、水素を可逆的に吸蔵及び放出する水素吸蔵合金を主材料とする負極、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ性電解液及び不織布セパレータを備えて構成される。ニッケル水素電池は、放電時に吸熱反応が発生する。このため、一定の条件下では、放電時に二次電池２１の電池温度は下降乃至は維持される。また、ニッケル水素電池は、電池温度が所定温度以上の状態で放電動作を行うと、電池性能や寿命が低下する特性を有している。本実施形態では、このようなニッケル水素電池の特性を考慮して、二次電池２１の放電動作を制御する。
【００２８】
温度センサ２２は、例えば白金測温抵抗体、サーミスタ、熱電対等の直接接触型の温度センサであり、二次電池スタック２１０（二次電池２１）の電池温度を計測する。温度センサ２２の装着態様は任意であり、二次電池２１のセル間にプローブ部を配置しても良いし、二次電池スタック２１０の外表面にプローブ部を添設する態様としても良い。
【００２９】
エアコン２３は、冷暖房機能を有する空調装置であって、通常はハウジング２００の室内を冷房することで、二次電池２１を冷却する。なお、エアコン２３に代えて、外気をハウジング２００内に取り入れて二次電池スタック２１０に吹き付ける冷却ファンを用いるようにしても良い。
【００３０】
インバータ３１は、交流−直流変換機能を備える電気機器であり、例えばＰＷＭインバータである。二次電池２１の放電時には、二次電池２１から放電される直流電力を、負荷１に応じた電圧値または電流値もしくは電力値の交流電力に変換して負荷１に供給する。なお、インバータ３１から出力される交流電圧の波形整形のために、ＡＣフィルタを設けることが望ましい。また、インバータ３１は、二次電池２１の充電時においては、商用電力系統１０から供給される交流電力を直流電力に変換して二次電池２１に供給する整流器として機能する。
【００３１】
変圧器３２は、負荷１に繋がる商用電力系統１０及び配電線１２と、電力貯蔵装置Ｓの系統とを電気的に絶縁する機能を有すると共に、本来の昇圧機能を発揮して電力貯蔵装置Ｓの系統を配電線１２に連係させる機能を有する。すなわち、変圧器３２は、二次電池２１の充電時には商用電力系統１０の交流電圧を降圧してインバータ３１に入力する。一方、二次電池２１の放電時には、二次電池２１が放電する直流電圧をインバータ３１が交流電圧に変換し、変圧器３２が当該交流電圧を所定の電圧値まで昇圧して負荷１に供給するものである。
【００３２】
制御部４０は、電力貯蔵装置Ｓの動作を統括的に制御するコントローラである。制御部４０は、インバータ３１を通して二次電池２１の充放電動作を制御すると共に、温度センサ２２が検知する電池温度の情報に基づき適時エアコン２３を動作させて二次電池２１を冷却させる動作を制御する。
【００３３】
図２は、制御部４０の機能ブロック図である。制御部４０は、計時部４１、記憶部４２及びＣＰＵ（Central Processing Unit）４３を備える。ＣＰＵ４３は、記憶部４２に予め格納されている制御プログラムを実行することで、ソフトウェア的に充放電制御部４３１、温度データ処理部４３２、エアコン制御部４３３及び放電電流制御部４３４を具備するように機能する。
【００３４】
計時部４１は、一定周期でクロック信号を発生させるクロック発信器を備え、このクロック信号を、ＣＰＵ４３に出力する。当該クロック信号は、例えば電池温度の計測タイミングの決定のために活用される。
【００３５】
記憶部４２は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、電力貯蔵装置Ｓの動作に必要な制御プログラムや、各種設定データを記憶する。さらに本実施形態では、記憶部４２は、後記で説明する二次電池２１の放電動作を実行させ得る上限温度として予め定められたリミット温度ＴＬ（第１閾値温度）と、放電電流を減少させる制御を開始する電流減少開始温度Ｔ１（第３閾値温度）と、エアコンによる二次電池２１の冷却を開始する冷却開始温度Ｔ２（第２閾値温度）とを記憶する。なお、上記各温度間の関係は、ＴＬ＞Ｔ２＞Ｔ１である。
【００３６】
ＣＰＵ４３の充放電制御部４３１は、二次電池２１の充電時に、商用電力系統１０から供給される電力を用いて、例えば定電圧・定電流充電方式で二次電池２１を充電させる。このとき、充放電制御部４３１は、インバータ３１に設定電圧及び設定電流の指示信号を与える。また、充放電制御部４３１は、二次電池２１の放電時に、二次電池２１から放電される直流電力を、所定の設定電圧および設定電流ならびに電力値に変換するよう、インバータ３１に指示信号を与える。
【００３７】
温度データ処理部４３２は、温度センサ２２の出力電圧等を受信し、その出力電圧に基づき二次電池２１の電池温度を求める。また、温度データ処理部４３２は、計時部４１から与えられるクロック信号を利用して、電池温度データを計時的に整理し、電池温度が上昇傾向又は下降傾向、若しくは維持傾向であるかを判定する。
【００３８】
エアコン制御部４３３は、エアコン２３の動作を制御するものであって、温度データ処理部４３２により求められた前記電池温度及びその動向に基づいて、エアコン２３のＯＮ−ＯＦＦを制御する。本実施形態では、エアコン制御部４３３は、少なくともニッケル水素電池（二次電池２１）が放電を開始した後、吸熱反応により電池温度が下降傾向を示す期間においては、エアコン制御部４３３はエアコン２３をＯＮ状態としない点に特徴を有する。
【００３９】
放電電流制御部４３４は、二次電池２１の放電時における放電電流を所定の値に設定する制御を行う。放電電流制御部４３４の主な役目は、二次電池２１の電池温度が上昇傾向を示す場合において、エアコン２３をＯＮ状態とする前に、放電電流を制限して電池温度の上昇を抑止する、若しくは電池温度を下降に転換させることにある。なお、放電電流制御部４３４が設定する放電電流の下限値（最小値）が、インバータ３１及び変圧器３２の機器効率を考慮して予め定められる。かかる放電電流の下限値は、機器効率が一定レベルより低下するポイントを参照して決定される。
【００４０】
図３は、二次電池２１の放電動作前後の電池温度の推移を実験的に取得した例を示すグラフである。ここでは、時刻Ｐ０２から二次電池２１の放電動作が開始され、時刻Ｐ０４で放電動作が停止された場合を例示している。なお、この二次電池２１のリミット温度ＴＬは４０℃である。
【００４１】
時刻Ｐ０２に至る直前の時刻Ｐ０１まで、エアコン２３がＯＮ状態とされ、二次電池２１の電池温度がリミット温度ＴＬを下回るよう、二次電池２１の周囲温度（ハウジング２００内の空調温度）が調整されている。エアコン２３の動作及びその残余効果によって、時刻Ｐ０２まで電池温度は下降傾向を示している。一方、周囲温度は、エアコン２３がＯＦＦ状態とされた時刻Ｐ０２以降、上昇傾向を示している。
【００４２】
時刻Ｐ０２で二次電池２１の放電動作が開始されると、放電電流が流れ始める。実際の電力貯蔵装置Ｓでは、この二次電池２１が発生する電力は、上述の通りインバータ３１で交流電力に変換されて負荷１に供給される。ここで、電池温度に注目すると、時刻Ｐ０２から時刻Ｐ０３までの２０分強の期間は、二次電池２１の放電動作が実行されているにも拘わらず、電池温度が下降傾向を示していることが判る。既述の通り、これはニッケル水素電池においては、放電動作時に吸熱反応が発生することに依る。かかる現象が生じることから、二次電池２１としてニッケル水素電池が採用されている場合は、放電動作の開始から一定期間（時刻Ｐ０２〜Ｐ０３）は、少なくともエアコン２３をＯＮ状態とする必要がないことが判る。
【００４３】
時刻Ｐ０３以降、電池温度は上昇に転じる。これは、放電電流が流れることに伴い二次電池２１内でジュール熱が発生し、吸熱反応で吸収される熱を上回る熱が発生するからである。しかしながら、電池温度が上昇傾向に転じたとしても、直ちに二次電池２１の冷却が必要な状況ではないことは、図３における電池温度の推移から明らかである。従って、時刻Ｐ０３以降も、エアコン２３はＯＦＦ状態としても差し支えない。
【００４４】
図３では、電池温度がリミット温度ＴＬに近づいた時刻Ｐ０４で、二次電池２１の放電動作が停止された例を示している。この時刻Ｐ０４においてエアコン２３がＯＮ状態とされれば、放電動作を継続させることが可能となる。また、電池温度の上昇要因は放電電流によるジュール熱であるので、時刻Ｐ０３から時刻Ｐ０４へ至るまでの時間、つまり二次電池２１の強制冷却若しくは放電動作の停止措置が必要な状態に至るまでの時間は、前記放電電流を制限することで延長させることが可能である。
【００４５】
本実施形態の制御システムは、以上の知見に基づいたものである。すなわち、基本的な制御思想として、
（１）二次電池２１の放電動作を開始させる前、電池温度がリミット温度ＴＬを下回るよう、エアコン２３による二次電池２１の冷却を実行させる、
（２）二次電池２１の放電動作を開始させた後、少なくとも電池温度が下降傾向を示す期間において、エアコン２３による二次電池２１の冷却を停止させる、
ようにする。
【００４６】
さらに、放電動作の開始後に電池温度が上昇傾向に転じたとしても直ちにエアコン２３による冷却動作を開始させるのではなく、
（３）電池温度が上昇傾向に転じた後、先ず、二次電池２１の放電電流を減少させる第１制御を行なわせ、
（４）前記第１制御から所定期間経過後、電池温度がなおも上昇傾向を示している場合に、エアコン２３による二次電池２１の冷却を開始させる第２制御を行う、
ようにする。
【００４７】
このような制御を行うため、次の３つの閾値温度が予め設定される。
（Ａ）リミット温度ＴＬ（第１閾値温度）；当該温度を超過する電池温度で二次電池２１の放電動作を実行させると、電池性能や寿命が低下するとされる温度。ニッケル水素電池のメーカがスペックで動作上限値として設定している温度を用いる。電池温度がリミット温度ＴＬ以上であるとき、二次電池２１の放電動作は行わない。
（Ｂ）冷却開始温度Ｔ２（第２閾値温度）；リミット温度ＴＬよりも所定温度だけ低い温度であって、エアコン２３による二次電池２１の冷却を実行させる目安となる温度。電池温度が冷却開始温度Ｔ２以下であるとき、エアコン２３はＯＦＦ状態とされる。
（Ｃ）電流減少開始温度Ｔ１（第３閾値温度）；冷却開始温度Ｔ２よりも所定温度だけ低い温度であって、放電電流制御部４３４による放電電流の制限を実行させる目安となる温度。電池温度が電流減少開始温度Ｔ１以下であるとき、放電電流の制限は行わない。
【００４８】
続いて、図４〜図６に基づき、二次電池２１の放電動作の、実際の制御例について説明する。図４〜図６の縦軸に示されているＴＬ、Ｔ２、Ｔ１は、それぞれ上述のリミット温度、冷却開始温度、電流減少開始温度であり、横軸は時間であって、各図は電池温度（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）の時間変化の例をそれぞれ示している。
【００４９】
図４は、初期電池温度が冷却開始温度Ｔ２を超過しており、且つ、放電動作の開始後に電池温度が上昇に転じたときの電池温度も冷却開始温度Ｔ２を超過している場合の制御例である。充放電制御部４３１によって二次電池２１の放電動作が時刻Ｐ１１から開始されると、図４の実線Ｗ１で示すように吸熱反応の効果によって一定の期間だけ電池温度は低下する。温度データ処理部４３２は、温度センサ２２から所定のサンプリング周期で計測値データを取得し、このような電池温度の変化傾向を求める。
【００５０】
時刻Ｐ１２で電池温度が上昇傾向に転じたと温度データ処理部４３２が判定すると、まず、放電電流制御部４３４によって放電電流を減少させる第１制御が実行される。ここで、電池温度が上昇傾向に転じた時点において冷却開始温度Ｔ２を超過しているので、放電電流制御部４３４は放電電流Ｉを最小値Ｉminまで一気に減少させる。これはジュール熱の発生を最小限に抑え、電池温度の上昇を最大限に規制するためである。
【００５１】
時刻Ｐ１２から所定期間経過後の時刻Ｐ１３において、温度データ処理部４３２によって電池温度が上昇傾向を継続しているか否かが判定される。実線Ｗ１では、電池温度は上昇傾向にあるので、このＰ１３の時点でエアコン制御部４３３がエアコン２３をＯＮとし、二次電池２１の冷却を行う第２制御を開始させる。ここでは、エアコン２３の冷却効果によって、その後の時刻Ｐ１４から電池温度が下降傾向に転じている例を示している。
【００５２】
もし、点線Ｗ１１で示すように、電池温度の減少が顕著となり、電池温度が時刻Ｐ１５で冷却開始温度Ｔ２を下回ると、エアコン制御部４３３はエアコン２３をＯＦＦとする制御を行う。一方、点線Ｗ１２で示すように、エアコン２３の冷却動作に拘わらず電池温度の上昇が止まらず、リミット温度ＴＬもしくはその近傍まで電池温度が上昇すると（時刻Ｐ１６）、充放電制御部４３１は二次電池２１の放電動作を停止させる。これらに対し、点線Ｗ１３で示すように、時刻Ｐ１３において電池温度が下降傾向に再び転じたときは、エアコン２３による冷却動作は実行されない。
【００５３】
次に、図５は、初期電池温度が冷却開始温度Ｔ２を超過しているが、放電動作の開始後に電池温度が上昇に転じたときの電池温度が冷却開始温度Ｔ２と電流減少開始温度Ｔ１との間である場合の制御例である。二次電池２１の放電動作が時刻Ｐ２１から開始されると、図５の実線Ｗ２で示すように吸熱反応の効果によって一定の期間だけ電池温度は下降する。
【００５４】
時刻Ｐ２２で電池温度が上昇傾向に転じたと温度データ処理部４３２が判定すると、放電電流制御部４３４によって放電電流を減少させる第１制御が実行される。ここで、電池温度が上昇傾向に転じた時刻Ｐ２２において、電池温度は、電流減少開始温度Ｔ１は超過しているものの冷却開始温度Ｔ２を下回っている。この場合、放電電流制御部４３４は、放電電流Ｉを最小値Ｉminまで一気に減少させるのではなく、前記第１制御にて最小値Ｉminよりも大きい所定値Ｉ１まで減少させる。そして、前記第１制御から所定期間経過後、電池温度がなお上昇傾向を示している場合に、放電電流を前記所定値から最小値Ｉminまで減少させる第３制御を行う。
【００５５】
図５の実線Ｗ２の例では、時刻Ｐ２２で放電電流が所定値Ｉ１まで減少される（第１制御）。時刻Ｐ２２から所定期間経過後の時刻Ｐ２３において、温度データ処理部４３２によって電池温度が上昇傾向を継続しているか否かが判定される。実線Ｗ２の例では時刻Ｐ２３の時点で上昇傾向を示しているので、放電電流制御部４３４は、放電電流を所定値Ｉ１よりも低いＩ２（但し、Ｉmin＜Ｉ２）まで減少させる（第３制御）。さらに、時刻Ｐ２３から所定期間経過後の時刻Ｐ２４において、温度データ処理部４３２によって電池温度が上昇傾向を継続しているか否かが判定される。実線Ｗ２の例では時刻Ｐ２４の時点でも上昇傾向を示しているので、放電電流制御部４３４は、放電電流を最小値Ｉminまで減少させる。なお、放電電流の減少手法は任意であり、上記よりもさらに細かいステップで放電電流を最小値Ｉminまで減少させても良い。
【００５６】
時刻Ｐ２４で放電電流が最小値Ｉminまで減少されたにも拘わらず電池温度が上昇を続け、時刻Ｐ２５において冷却開始温度Ｔ２を超過した場合、エアコン制御部４３３がエアコン２３をＯＮとし、二次電池２１の冷却を行う上述の第２制御が開始されることになる。それ以降は、図４で説明した制御が援用される。
【００５７】
これに対し、点線Ｗ２１で示すように、時刻Ｐ２３で放電電流がＩ２まで減少されたことにより、電池温度が時刻Ｐ２４の時点で下降傾向に転じている場合、時刻Ｐ２４において放電電流のさらなる減少は実行されない。また、点線Ｗ２２で示すように、時刻Ｐ２４で放電電流が最小値Ｉminまで減少されたことにより、電池温度がほぼ一定に維持される傾向となり、冷却開始温度Ｔ２を下回り続ける場合は、エアコン２３がＯＮとされることなく、放電電流＝最小値Ｉminでの放電動作が継続される。
【００５８】
最後に、図６は、初期電池温度が冷却開始温度Ｔ２を下回っており、放電動作の開始後に電池温度が上昇に転じたときの電池温度が電流減少開始温度Ｔ１を下回っている場合の制御例である。二次電池２１の放電動作が時刻Ｐ３１から開始されると、図６の実線Ｗ３で示すように吸熱反応の効果によって一定の期間だけ電池温度は下降する。
【００５９】
この例では、電池温度が上昇傾向に転じた時刻Ｐ３２で、電池温度が電流減少開始温度Ｔ１を下回っているので、放電電流制御部４３４は特段放電電流を減少させない（第１制御の不実行）。しかる後、時刻Ｐ３３において電池温度が電流減少開始温度Ｔ１を超過すると、放電電流制御部４３４は放電電流を例えば所定値Ｉ１まで減少させる第１制御を行う。その後は、図５で説明した制御が援用される。すなわち、第１制御が実行された時刻Ｐ３３から所定期間経過後の時刻Ｐ３４において、温度データ処理部４３２によって電池温度が上昇傾向を継続しているか否かが判定される。実線Ｗ３の例では時刻Ｐ３４の時点で上昇傾向を示しているので、放電電流はさらに減少されることになる。
【００６０】
これに対し、点線Ｗ３１で示すように、電池温度が下降傾向を示したならば、放電電流のさらなる減少は実行されない。そして、時刻Ｐ３５で電池温度が電流減少開始温度Ｔ１を下回った場合は、放電電流制御部４３４は放電電流の減少制御を解除する。その後、時刻Ｐ３６で電池温度が再び電流減少開始温度Ｔ１を超過したら、放電電流制御部４３４は放電電流を減少させるものである。
【００６１】
続いて、上記で説明した制御部４０の放電時における動作を説明する。図７〜図９は、二次電池２１の放電制御動作を示すフローチャートである。ＣＰＵ４３の充放電制御部４３１は、温度データ処理部４３２が温度センサ２２から取得している電池温度Ｔと、記憶部４２に記憶されているリミット温度ＴＬとを比較して、電池温度Ｔがリミット温度ＴＬ以下であるか否かを確認する（ステップＳ１）。Ｔ＜ＴＬである場合（ステップＳ１でＹＥＳ）、充放電制御部４３１は二次電池２１の放電動作を開始させる（ステップＳ２）。同時に、エアコン制御部４３３は、エアコン２３をＯＦＦ状態とする（ステップＳ３）。一方、電池温度Ｔがリミット温度ＴＬを超過している場合（ステップＳ１でＮＯ）、充放電制御部４３１は、放電動作不実行の決定を行い（ステップＳ９）、処理を終える。なお、本実施形態では、放電動作の開始時に電池温度Ｔがリミット温度ＴＬを超過しないよう、エアコン２３による冷却動作をエアコン制御部４３３が予め実行するので、ステップＳ９の判定が行われることは、原則として無い。
【００６２】
ステップＳ３の後、温度データ処理部４３２により、電池温度Ｔの変化傾向が求められ、電池温度Ｔが上昇傾向であるか否かが判定される（ステップＳ４）。上述の通り、放電開始後から一定期間は、吸熱反応によってニッケル水素電池からなる二次電池２１の電池温度Ｔは一般に下降する。電池温度Ｔが下降傾向であると温度データ処理部４３２が判定した場合（ステップＳ４でＮＯ）、そのまま待機する。
【００６３】
これに対し、電池温度Ｔが上昇傾向であると判定された場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、その上昇傾向に転じたときの電池温度Ｔが、電流減少開始温度Ｔ１を超過しているか否かが判定される（ステップＳ５）。電池温度Ｔが、電流減少開始温度Ｔ１を下回っている場合（ステップＳ５でＮＯ）、そのまま待機する。なお、当該電池温度は、図６に示す実線Ｗ３の時刻Ｐ３２の時点の電池温度に相当する。
【００６４】
電池温度Ｔが、電流減少開始温度Ｔ１を超過している場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、今度は電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を超過しているか否かが判定される（ステップＳ６）。電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を超過している場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、さらに、電池温度Ｔが、リミット温度ＴＬを超過しているか否かが判定される（ステップＳ７）。リミット温度ＴＬを超過していれば（ステップＳ７でＹＥＳ）、充放電制御部４３１は二次電池２１の放電動作を停止させ（ステップＳ８）、処理を終える。
【００６５】
ステップＳ６において、電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を下回っている場合（ステップＳ６でＮＯ）、図８に示すフローが実行される。なお、当該電池温度は、図５に示す実線Ｗ２の時刻Ｐ２２の時点の電池温度に相当する。まず、放電電流制御部４３４により、二次電池２１の放電電流Ｉが最小値Ｉminより大きいか否かが判定される（ステップＳ１１）。放電電流Ｉが最小値Ｉminより大きい場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、放電電流制御部４３４は放電電流Ｉを所定値だけ減少させる第１制御を行う（ステップＳ１２）。一方、放電電流Ｉが最小値Ｉminに至っている場合（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ６に戻る。
【００６６】
ステップＳ１２の第１制御の後、温度データ処理部４３２は、所定時間のカウントを行いつつ（ステップＳ１３）、電池温度データを連続的に求める。所定時間経過後（例えば図５の時刻Ｐ２３）、電池温度Ｔが、電流減少開始温度Ｔ１を超過しているか否かの判定が行われる（ステップＳ１４）とともに、電池温度Ｔが上昇傾向を示しているか否かが判定される（ステップＳ１５）。電池温度Ｔが上昇傾向を示している場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１１に戻り、放電電流をさらに減少させる制御が行われる。電池温度Ｔが上昇傾向を示す限りにおいて、最終的に放電電流Ｉは最小値Ｉminまで減少される。これに対し、電池温度Ｔが上昇傾向を示していない場合（ステップＳ１５でＮＯ）、放電電流制御部４３４は放電電流のそれ以上の減少の停止を決定し（ステップＳ１６）、ステップＳ１４に戻って処理を繰り返す。
【００６７】
また、ステップＳ１４において、電池温度Ｔが、電流減少開始温度Ｔ１を下回っている場合（ステップＳ１４でＮＯ）、放電電流制御部４３４は放電電流の減少制御を停止する（ステップＳ１７）。これにより、放電電流は負荷１の需要に応じた放電電流となる。その後、所定時間のカウントが実行され（ステップＳ１８）、ステップＳ４に戻って処理が繰り返される。
【００６８】
次に、上記ステップＳ７において、電池温度Ｔが、リミット温度ＴＬを下回っている場合（ステップＳ７でＮＯ）、図９に示すフローが実行される。なお、当該電池温度は、図４に示す実線Ｗ１の時刻Ｐ１２の時点の電池温度に相当する。この場合、放電電流制御部４３４により、二次電池２１の放電電流Ｉが最小値Ｉminより大きいか否かが判定される（ステップＳ２１）。放電電流Ｉが最小値Ｉminより大きい場合（ステップＳ２１でＹＥＳ）、放電電流制御部４３４は放電電流Ｉを最小値Ｉminまで一気に減少させる第１制御を行う（ステップＳ２２）。
【００６９】
ステップＳ２２の第１制御の後、温度データ処理部４３２は、所定時間のカウントを行いつつ（ステップＳ２３）、電池温度データを連続的に求める。所定時間経過後（例えば図４の時刻Ｐ１３）、電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を超過しているか否かの判定が行われる（ステップＳ２４）。電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を超過している場合（ステップＳ２４でＹＥＳ）、さらに電池温度Ｔが上昇傾向を示しているか否かが判定される（ステップＳ２５）。電池温度Ｔが上昇傾向を示していない場合（ステップＳ２５でＮＯ）、ステップＳ２４に戻り現状が維持される。
【００７０】
一方、電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を下回っている場合（ステップＳ２４でＮＯ）、放電電流制御部４３４は放電電流Ｉの減少を解除する（ステップＳ２６）。なお、このステップＳ２６では、放電電流Ｉの減少を完全に解除するのではなく、例えば最小値Ｉminから１ステップ上昇させるようにすることが望ましい。その後、所定時間のカウントが実行され（ステップＳ２７）、ステップＳ４に戻って処理が繰り返される。
【００７１】
また、ステップＳ２５において電池温度Ｔが上昇傾向を示している場合（ステップＳ２５でＹＥＳ）、エアコン制御部４３３によりエアコン２３がＯＮ状態とされ、二次電池２１の冷却動作が開始される（第２制御；ステップＳ２８）。
【００７２】
その後、電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を超過しているか否かの判定が行われる（ステップＳ２９）。電池温度Ｔが、冷却開始温度Ｔ２を超過している場合（ステップＳ２９でＹＥＳ）、さらに電池温度Ｔがリミット温度ＴＬを超過しているか否かが判定される（ステップＳ３０）。電池温度Ｔがリミット温度ＴＬを超過している場合（ステップＳ３０でＹＥＳ）、ステップＳ８に進み、放電動作が停止される。電池温度Ｔがリミット温度ＴＬを下回っている場合（ステップＳ３０でＮＯ）、ステップＳ２９に戻って処理が繰り返される。ここで、電池温度Ｔが上昇傾向であるか否かを判定し、上昇傾向にある場合はエアコン２３の出力を増加させ、冷却効果を高めるようにしても良い。
【００７３】
また、ステップＳ２９で、電池温度Ｔが冷却開始温度Ｔ２を下回っている場合（ステップＳ２９でＮＯ）、エアコン制御部４３３によりエアコン２３がＯＦＦ状態とされる（ステップＳ３１）。そして、電池温度Ｔが上昇傾向であるか否かが判定される（ステップＳ３２）。電池温度Ｔが上昇傾向である場合（ステップＳ３２でＹＥＳ）、ステップＳ５に戻って処理が繰り返される。一方、電池温度Ｔが上昇傾向でない場合（ステップＳ３２でＮＯ）、ステップＳ２６に進んで処理が繰り返される。
【００７４】
以上説明した本実施形態に係る二次電池の制御システムによれば、制御部４０は、二次電池２１の放電動作を開始させる前、電池温度がリミット温度ＴＬを下回るよう、エアコン２３による二次電池２１の冷却を実行させる。そして、放電開始後は、吸熱反応によって電池温度が下降傾向を示す期間においては、エアコン２３による二次電池２１の冷却が行われないように制御を行う。従って、リミット温度ＴＬを超過する環境で二次電池２１の放電動作が行われることが回避されると共に、エアコン２３による無用な冷却動作の実行を抑止することができる。
【００７５】
さらに、電池温度が上昇傾向に転じても、直ちにエアコン２３による冷却動作を開始させるのではなく、放電電流制御部４３４が放電電流を減少させる第１制御を行う。そして、この第１制御から所定期間経過後、なおも電池温度が上昇傾向を示している場合、エアコン２３による二次電池２１の冷却動作を開始させる。従って、無用な冷却動作の実行を一層確実に抑止することができる。
【符号の説明】
【００７６】
Ｓ 電力貯蔵装置
１ 負荷
２０ 二次電池収容部
２１ 二次電池
２２ 温度センサ（温度計測手段）
２３ エアコン（冷却手段）
３１ インバータ
３２ 変圧器
４０ 制御部（制御手段）
４１ 計時部
４２ 記憶部
４３ ＣＰＵ
４３１ 充放電制御部
４３２ 温度データ処理部
４３３ エアコン制御部
４３４ 放電電流制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル水素電池からなる二次電池と、
前記二次電池の温度を計測する温度計測手段と、
前記二次電池を冷却する冷却手段と、
前記二次電池の充放電動作及び前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、
前記二次電池の放電動作を実行させ得る上限温度として予め定められた第１閾値温度を記憶する記憶手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記二次電池の放電動作を開始させる前、前記温度計測手段が計測する温度が前記第１閾値温度を下回るよう、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を実行させ、
前記二次電池の放電動作を開始させた後、少なくとも前記温度計測手段が計測する温度が下降傾向を示す期間において、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を停止させることを特徴とする二次電池の制御システム。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた後、前記二次電池の放電電流を減少させる第１制御を行い、
前記第１制御から所定期間経過後、前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向を示している場合に、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を開始させる第２制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の制御システム。
【請求項３】
前記記憶手段は、前記第１閾値温度よりも低い所定の第２閾値温度をさらに記憶し、
前記制御手段は、
前記二次電池の放電電流を、予め定められた最小値まで減少させることが可能であって、
前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた時点において、前記温度計測手段が計測する温度が前記第２閾値温度を超過している場合、前記第１制御において前記放電電流を前記最小値まで減少させることを特徴とする請求項２に記載の二次電池の制御システム。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた時点において、前記温度計測手段が計測する温度が前記第２閾値温度を下回っている場合において、
前記第１制御において、前記放電電流を前記最小値よりも大きい所定値まで減少させ、
前記第１制御から所定期間経過後、前記温度計測手段が計測する温度がなお上昇傾向を示している場合に、前記放電電流を前記所定値から前記最小値まで減少させる第３制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の二次電池の制御システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第３制御の後、前記温度計測手段が計測する温度が前記第２閾値温度を超過したときに、前記第２制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の二次電池の制御システム。
【請求項６】
前記記憶手段は、前記第２閾値温度よりも低い所定の第３閾値温度をさらに記憶し、
前記制御手段は、
前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた時点において、前記温度計測手段が計測する温度が前記第３閾値温度を下回っている場合、前記第１制御を行わず、
しかる後、前記温度計測手段が計測する温度が前記第３閾値温度を超過したとき、前記第１制御を行うことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の二次電池の制御システム。
【請求項７】
前記二次電池は、電力貯蔵装置に備えられた二次電池であり、
前記制御手段は、前記電力貯蔵装置の平準化制御を行うものである、請求項１〜６のいずれかに記載の二次電池の制御システム。
【請求項１】
ニッケル水素電池からなる二次電池と、
前記二次電池の温度を計測する温度計測手段と、
前記二次電池を冷却する冷却手段と、
前記二次電池の充放電動作及び前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、
前記二次電池の放電動作を実行させ得る上限温度として予め定められた第１閾値温度を記憶する記憶手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記二次電池の放電動作を開始させる前、前記温度計測手段が計測する温度が前記第１閾値温度を下回るよう、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を実行させ、
前記二次電池の放電動作を開始させた後、少なくとも前記温度計測手段が計測する温度が下降傾向を示す期間において、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を停止させることを特徴とする二次電池の制御システム。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた後、前記二次電池の放電電流を減少させる第１制御を行い、
前記第１制御から所定期間経過後、前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向を示している場合に、前記冷却手段による前記二次電池の冷却を開始させる第２制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の制御システム。
【請求項３】
前記記憶手段は、前記第１閾値温度よりも低い所定の第２閾値温度をさらに記憶し、
前記制御手段は、
前記二次電池の放電電流を、予め定められた最小値まで減少させることが可能であって、
前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた時点において、前記温度計測手段が計測する温度が前記第２閾値温度を超過している場合、前記第１制御において前記放電電流を前記最小値まで減少させることを特徴とする請求項２に記載の二次電池の制御システム。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた時点において、前記温度計測手段が計測する温度が前記第２閾値温度を下回っている場合において、
前記第１制御において、前記放電電流を前記最小値よりも大きい所定値まで減少させ、
前記第１制御から所定期間経過後、前記温度計測手段が計測する温度がなお上昇傾向を示している場合に、前記放電電流を前記所定値から前記最小値まで減少させる第３制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の二次電池の制御システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第３制御の後、前記温度計測手段が計測する温度が前記第２閾値温度を超過したときに、前記第２制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の二次電池の制御システム。
【請求項６】
前記記憶手段は、前記第２閾値温度よりも低い所定の第３閾値温度をさらに記憶し、
前記制御手段は、
前記温度計測手段が計測する温度が上昇傾向に転じた時点において、前記温度計測手段が計測する温度が前記第３閾値温度を下回っている場合、前記第１制御を行わず、
しかる後、前記温度計測手段が計測する温度が前記第３閾値温度を超過したとき、前記第１制御を行うことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の二次電池の制御システム。
【請求項７】
前記二次電池は、電力貯蔵装置に備えられた二次電池であり、
前記制御手段は、前記電力貯蔵装置の平準化制御を行うものである、請求項１〜６のいずれかに記載の二次電池の制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２５６４８５（Ｐ２０１２−２５６４８５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２８３０７（Ｐ２０１１−１２８３０７）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
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