蓄电装置、蓄电系统、电源系统及蓄电装置的控制方法与流程

本发明涉及蓄电装置、蓄电系统以及电源系统。本发明特别涉及固定式蓄电装置。

背景技术：

近年来，除了系统电源之外还具备发电装置和蓄电装置且能够将自家发电的电力供给至外部负荷的电源系统被不断开发。该电源系统与系统电源并联，在电费较低的夜间将从系统电源供给的电力充电至蓄电装置，并在白天从蓄电装置将已充电的电力供给至家电产品等外部负荷从而能够降低电费。

另外，对电力进行蓄电的蓄电装置内置串并联连接了多个二次电池的二次电池组，并通过串联连接多个二次电池而提高电压，能够对更大的电力进行充放电。

专利文献1：日本特开2016－25760号公报

然而，内置于蓄电装置的二次电池由于长期间的使用，二次电池的构成材料劣化，电池容量降低。若产生该电池容量的降低，则导致在实际的满充电容量与出厂时的满充电容量之间产生差。该情况下，用户监视的容量显示产生误差，或者实施不伴随实际的满充电容量的充电、放电，根据情况，存在产生过放电、过充电的担心。若产生过放电、过充电，则导致促进二次电池的构成材料的劣化，而进一步导致缩短二次电池的寿命这样的问题。特别是，在内置串并联连接了多个二次电池的二次电池组的蓄电装置中，在二次电池组中的二次电池间存在个体差，所以也存在容易在容量较小的二次电池中产生过放电、过充电这样的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供能够实施与实际的满充电容量对应的满充电容量的设定的蓄电装置、蓄电系统、电源系统、以及蓄电装置的控制方法。

本发明的蓄电装置具备电池部、和控制电池部的充放电的控制部，电池部能够从满充电容量放电至预先设定的设定容量，控制部能够执行满充电容量修正模式。

满充电容量修正模式执行剩余容量计算动作和消耗容量计算动作，其中，在该剩余容量计算动作中，在电池部从满充电容量实施放电至设定容量的情况下，获取在设定容量下的电池部的第一电压，并基于第一电压、和预先设定的电池部的电压与电池容量之间的相关关系，来计算电池部的实际剩余容量，在该消耗容量计算动作中，对从满充电容量放电到设定容的时的电流值进行累计，计算从满充电容量到设定容量为止所消耗的消耗容量，在满充电容量修正模式中，将实际剩余容量与上述消耗容量之和设定为满充电容量。

将电池部的电压与电池容量的相关关系预先设定为不同的环境温度下的多个相关关系，使用多个相关关系中接近实际环境温度的相关关系来执行剩余容量计算动作。

这里所说的“电流值”不仅包含正，也包含负。例如，若将放电的电流量设为+i〔a〕，则充电的电流量成为－i〔a〕。

这里所说的“满充电容量”是指根据规定的基准被视为满充电状态的状态下的充电容量。

这里所说的“设定容量下的第一电压”是指设定容量下的电池部整体或者部分的电压。即，“设定容量下的第一电压”在电池部由单一电池构成的情况下，是指电池部整体的电压，在电池部由多个电池构成的情况下，不仅包含电池部整体的电压，也包含各个电池各自电压或者一组电压。

根据本发明的构成，满充电容量修正模式以电池部从满充电容量实施了放电至设定容量为条件，分别实施计算实际剩余容量的剩余容量计算动作、和计算消耗容量的消耗容量计算动作，并将剩余容量计算动作和消耗容量计算动作的计算结果相加设定为实际的满充电容量。即，在剩余容量计算动作中，利用预先设定的电池部的电压与电池容量之间的相关关系，来计算作为实际的充电容量的剩余容量，并且，在消耗容量计算动作中，对电池部的电流进行累计，并根据与剩余容量计算动作不同的考虑方法计算消耗容量，来设定满充电容量。因此，能够重新设定与电池部的劣化所引起的电池部的容量降低对应的实际的满充电容量，能够进行伴随该实际的满充电容量的控制，所以能够防止过放电、过充电。

除此之外，将电池部的电压与电池容量之间的相关关系预先设定为不同的环境温度下的多个相关关系，在剩余容量计算动作中，利用接近实际环境温度的相关关系来计算实际剩余容量。因此，能够精度良好地重新设定与环境温度的变化对应的实际的满充电容量。

根据本发明，能够实施与实际的满充电容量对应的满充电容量的设定。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的电源系统的框图。

图2是本发明的第一实施方式中的蓄电装置的框图。

图3是到从蓄电装置的通常运转模式移至满充电容量修正模式为止的流程图。

图4是蓄电装置的满充电容量修正模式的流程图。

图5是表示构成二次电池单元的二次电池的充电率与开路电位的相关关系的说明图。

图6是表示蓄电装置的满充电容量修正模式中的典型的电压的推移的图表。

图7是表示不同的环境温度下的充电率与开路电位的相关关系的说明图。

具体实施方式

以下，基于附图，对本发明的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不限定于以下的实施方式。另外，能够在不脱离发挥本发明的效果的范围的范围内，适当地变更。

本发明的第一实施方式的电源系统1是主要设置于家、大厦等建筑物，并构成电器产品等外部负荷100的电源的电源系统。即，电源系统1是固定于所希望的位置进行使用的固定式电源系统。

如图1所示，电源系统1具备发电装置2、电源控制装置3、未图示的显示装置、以及蓄电系统5。电源系统1在电源控制装置3连接外部负荷100和系统电源101，对外部负荷100供给电力，该电力从作为从电力公司等供给的工业电源的系统电源101供给或者从电力切换装置供给。

发电装置2是太阳能电池模块、燃料电池模块等电力产生装置。

电源控制装置3是能够在系统电源101与蓄电系统5之间切换向外部负荷100的供给电源的装置。

显示装置(未图示)是显示与发电装置2的电力、蓄电装置8的电力相关的信息的装置，能够显示发电装置2、蓄电装置8的电流/电压/电力以及蓄电量等。

如图1所示，蓄电系统5具备电力转换装置7和蓄电装置8。

电力转换装置7是所谓的功率调节器，能够转换交流电力和直流电力。即，电力转换装置7能够将在发电装置2发电的直流电力转换为交流电力并供给至电源控制装置3，或者将从系统电源101供电的交流电力转换为直流电力并供给至蓄电装置8。

蓄电装置8暂时对在发电装置2发电的电力或者从系统电源101供给的电力进行蓄电。

如图2所示，蓄电装置8具备二次电池单元10(电池部)、检测二次电池单元10的电压的电压检测单元(未图示)、多个电压检测单元11a～11e(电压信息检测单元)、电流检测单元12、控制部15、以及切换部16。

二次电池单元10将多个二次电池组20a～20e电串联连接。如图2所示，本实施方式的二次电池单元10由五个二次电池组20a～20e构成。

各二次电池组20a～20e将多个二次电池(未图示)电并联连接。

此外，这里，虽然设定各二次电池组20a～20e将多个二次电池电并联连接，但也可以分别由单体的二次电池构成。该情况下，二次电池单元10将五个单体的二次电池串联连接。

电压检测单元11a～11e是与各二次电池组20a～20e对应地设置，并检测各二次电池组20a～20e的电压的单元。即，电压检测单元11a～11e能够分别独立地检测各二次电池组20a～20e的电压。

电流检测单元12是检测二次电池单元10的充放电电流的装置，也是检测通过二次电池单元10的总电流量的装置。

本实施方式的电流检测单元12将放电电流设为正，并将充电电流设为负来进行检测。即，对于电流检测单元12来说，若流过1a的放电电流则检测为“+1a”，若流过1a的充电电流则检测为“－1a”。

控制部15是控制二次电池单元10的充放电的充放电控制装置，且是管理二次电池单元10的剩余容量的剩余容量管理装置。

控制部15也是通过无线或者有线与各电压检测单元11a～11e以及电流检测单元12连接，且能够基于各电压检测单元11a～11e以及电流检测单元12检测到的信息，执行规定的运算处理的运算装置。

并且，控制部15也是能够实施对通过电流检测单元12检测到的电流值进行累计的累计处理的电流量累计部。

具体而言，控制部15由进行各种运算处理的cpu(中央运算装置)等构成。

切换部16是切换与电力转换装置7的电连接以及切断的开关。

蓄电装置8能够实施进行将在发电装置2发电的电力以及来自系统电源101的电力充电的充电动作、和将已蓄电的电力放电到外部负荷100侧的放电动作的通常运转模式。

在该通常运转模式中，在放电动作中，设定为不变为预先设定的电池容量以下，在充电动作中，设定为不变为预先设定的电压以上。

另外，蓄电装置8除了该通常运转模式之外，还能够反复执行由于满足规定的条件而根据随着时间的变化等所引起的二次电池组20a～20e的各二次电池的容量降低，重新设定实际的满充电容量(以下，也称为fcc)的满充电容量修正模式。

如上述那样，满充电容量修正模式是在蓄电装置8以通常运转模式进行运转的状态下满足规定的条件的情况下移至的修正模式。

具体而言，基于图3的流程图，满充电容量修正模式如下述那样移行。

即，若蓄电装置8以通常运转模式进行运转，并检测到通过充电而二次电池单元10成为满充电状态(步骤1，满充电检测步骤)，则判定从初次启动时或者进行上一次的满充电容量修正模式开始，是否经过了规定的期间t1(步骤2)。

这里，在本实施方式中，作为检测满充电状态的方法，通过满足下述的两个基准中的任一个的基准来进行检测。

具体而言，第一个是由于构成二次电池单元10的二次电池组20a～20e中的最大电压vmax达到规定的电压而检测到满充电状态。第二个是由于二次电池组20a～20e的总电压达到规定的电压而检测到满充电状态。这些“规定的电压”是预先设定的规定的充电率所对应的电压，是成为充电的阈值的电压。当然，值彼此不同。

另外，“规定的期间t1”是预计二次电池单元10的满充电容量引起某种程度变化的期间，例如假定20天以上90天以下左右的期间。

此外，在基于来自外部负荷100的电力请求，向外部负荷100侧进行放电直至达到预先设定的规定的电池容量(以下，也称为设定容量)为止时，通过电压检测单元11a～11e以及电流检测单元12，监视施加给二次电池单元10的电压以及通过二次电池单元10的电流。

这里，优选设定容量在初始设定的满充电容量或者在上一次的满充电容量修正模式设定的满充电容量的10％以上50％以下，更优选在20％以上40％以下。即，优选充电的电量的比率亦即充电率(以下，也称为soc)设定在10％以上50％以下，更优选在20％以上40％以下。

而且，若从初次启动时或者进行上一次的满充电容量修正模式开始，经过规定的期间t1(步骤2：是)，当到成为预先设定的设定容量为止未检测到充电电流(步骤3：否)，并检测到放电至设定容量(步骤4：是，放电终止检测步骤)时，则移至满充电容量修正模式，实际将充电电流以及放电电流限制为0a(步骤5)。即，来自蓄电装置8的外部的电流收支实质上为0a，形成疑似(pseudo)的开路状态。

若移至满充电容量修正模式，则如图4的流程图那样，确认是否没有满充电容量修正模式的解除请求(步骤6)，并在没有满充电容量修正模式的解除请求的状态下，进行待机直至经过规定时间t2为止(步骤7)。即，进行待机直至在不进行二次电池单元10的充放电动作，而电流收支实质上为0a，维持设定容量的状态下经过规定时间t2为止。因此，在该期间，电源系统不能够进行通常动作。

规定时间t2是到ocv充分地稳定为止的时间，虽然根据使用的电池而不同，但例如假定100分钟～200分钟左右的时间。

此外，在本实施方式的蓄电装置8中，在电池容量达到设定容量后，设置不在显示装置更新二次电池单元10的电流以及电压的状态的时间t3。即，在显示装置中，在时间t3的期间，保持显示之前的电流以及电压的状态，而不显示实际的电流以及电压的状态。时间t3例如设定10秒～20秒左右的时间。

若没有满充电容量修正模式的解除请求，而在维持设定容量的状态下经过规定时间t2(步骤7：是)，则检测并获取二次电池单元10的电压(第一电压)、和各二次电池组20a～20e的各个电压(第一电压)(电池电压检测步骤)，进行后述的剩余容量计算动作(步骤8)。接着剩余容量计算动作，进行后述的消耗容量计算动作(步骤9)，基于这些动作，进行更新与满充电容量相关的信息的fcc更新动作(步骤10)。然后，若fcc更新动作结束，则移至通常运转模式(步骤11)。

在步骤2中，从上一次的满充电开始未经过规定的期间t1的情况下(步骤2：否)，判断为不需要移至满充电容量修正模式，保持通常运转模式的状态进行运转。

在步骤3中，若检测到充电电流(步骤3：是)，则不移至满充电容量修正模式而进行充电，并保持通常运转模式的状态进行运转。

在步骤6中，若有满充电容量修正模式的解除请求(步骤6：否)，则结束满充电容量修正模式(步骤12)，移至通常运转模式(步骤11)。

接下来，对剩余容量计算动作进行说明。

首先，如图6所示，获取在从满充电容量实施放电至设定容量之后，在维持了设定容量的状态下经过了规定时间t2的时刻t3时的二次电池单元10整体的开路电压v0，并根据开路电压v0，计算各二次电池组20a～20e的开路电压的平均电压(第一电压)v1。

接下来，如图5所示，使用预先设定的构成二次电池单元10的二次电池的开路电压(ocv)与电池容量(充电率(soc))的相关关系，求出与平均电压(第一电压)v1对应的充电率soc1。此外，图5所示的开路电压与电池容量的相关关系(ocv－soc曲线)能够使预先对二次电池求出的数据存储于控制部15的存储部。

因此，能够使用初始设定或者在上一次的满充电容量修正模式中重新设定的满充电容量fcc1，根据以下的式(1)计算在从满充电容量放电至设定容量时，在各二次电池组20a～20e残留的电池容量(剩余容量)rc。

[式1]

此外，在利用由离散的数值构成的表设定图5所示的开路电压(ocv)与电池容量(充电率(soc))的相关关系的情况下，能够使用插值法，求出与平均电压(第一电压)v1对应的充电率soc1。

接下来，对消耗容量计算动作进行说明。

如图6所示，能够使用以下的式(2)，通过对从时刻t1到时刻t2的电流量进行累计来计算在从成为满充电状态并开始放电的时刻t1，到达到设定容量的时刻t2，各二次电池组20a～20e消耗的消耗容量(dcr)。

[式2]

接着，对fcc更新动作进行说明。

在fcc更新动作中，如以下的式(3)所示，将通过上述的剩余容量计算动作计算出的剩余容量rc、和通过消耗容量计算动作计算出的消耗容量dcr相加，计算实际的满充电容量fcc2，并将其重新设定为fcc。

[式3]

fcc2＝rc+dcr…(3)

接着，对电源系统1的各构成的电连接关系进行说明。

发电装置2经由电力转换装置7与蓄电装置8连接。因此，蓄电装置8能够直接对在发电装置2发电的直流电力进行充电。

发电装置2经由电力转换装置7以及电源控制装置3与外部负荷100电连接。因此，能够利用电力转换装置7将在发电装置2发电的直流电力转换为交流电力并供电至外部负荷100。

蓄电装置8经由电力转换装置7以及电源控制装置3与外部负荷100电连接。因此，能够利用电力转换装置7将在蓄电装置8蓄电的直流电力转换为交流电力并供电至外部负荷100。

蓄电装置8经由电力转换装置7以及电源控制装置3与系统电源101电连接。因此，能够利用电力转换装置7将从系统电源101供给的交流电力转换为直流电力并蓄电至蓄电装置8。换句话说，蓄电装置8能够将从系统电源101供给的交流电力作为直流电力进行充电。

根据本实施方式的蓄电装置8，将仅实施了从满充电容量放电至设定容量作为条件，实施满充电容量修正模式，并基于设定容量下的各二次电池组20a～20e的电压(第一电压)、和预先设定的电压(ocv)与电池容量(soc)的相关关系，计算当前的剩余容量rc，通过从成为满充电状态到设定容量为止的放电时的电流值的累计计算消耗容量dcr，并将剩余容量rc与消耗容量dcr的和重新设定为实际的满充电容量。即，根据独立的不同的基准，分别计算消耗容量dcr和剩余容量rc，并设定实际的满充电容量，所以能够设定与二次电池单元10的劣化所引起的二次电池单元10的容量降低对应的实际的满充电容量。另外，由于能够根据实际进行伴随设定的满充电容量的控制，所以能够防止各二次电池组20a～20e的过放电、过充电。由此，蓄电装置8能够安装多个二次电池，内置大容量的二次电池单元10。

然而，虽然在上述的剩余容量计算动作中，基于设定容量下的第一电压v1、和预先设定的电压(ocv)与电池容量(soc)的相关关系，计算实际剩余容量rc，但有若环境温度改变，则ocv与soc的相关关系改变的情况。因此，根据获取第一电压v1的定时，存在即使第一电压v1的值相同，但与第一电压v1对应的soc1的值也改变的情况。

图7是表示环境温度不同的情况下的ocv与soc的相关关系(ocv－soc曲线)的图表，箭头a所示的曲线与箭头b所示的曲线相比，示出环境温度较高的情况。

如图7所示，根据第一电压v1的值相同，且环境温度不同的曲线a和曲线b求出的soc1和soc'1成为不同的值。该差(δsoc1＝|soc'1－soc1|)根据电池的种类、环境温度而不同，但例如对于相同的值的第一电压v1，在根据环境温度为25℃、和－20℃时求出的ocv－soc曲线分别求出soc1的情况下，δsoc1典型而言成为3～5％左右的大小。因此，若环境温度不同，则有在满充电容量修正模式求出的实际的满充电容量的精度降低的担心。

因此，优选预先将ocv与soc的相关关系设定为不同的环境温度下的多个相关关系，并在剩余容量计算动作中，使用多个相关关系中接近实际环境温度的相关关系，来进行剩余容量的计算。由此，能够重新设定精度更高的满充电容量。

这里，只要根据使用的二次电池单元的环境、二次电池的规格适当地决定设定的环境温度的范围即可，例如只要在－20℃～50℃的范围内分为几个阶段进行设定即可。

另外，优选在图1所示的蓄电装置8中，具备检测实际环境温度的检测单元(未图示)。由此，能够使用多个相关关系中接近在检测单元检测出的实际环境温度的相关关系来执行剩余容量计算动作。

在上述的实施方式中，对在进行满充电容量修正模式时，必定更新满充电容量、ocv、soc等的情况进行了说明，但本发明并不限定于此。

例如，在满充电容量修正模式中，在与过去的ocv相比ocv几乎没有变化的情况下，或者在与过去的ocv相比ocv增加的情况下，也可以不更新满充电容量、ocv、soc等。

作为上述的实施方式的应用，也可以根据基于满充电容量修正模式计算出的fcc，计算劣化状态(soh)。能够通过将fcc除以设计容量(dc)来计算soh。

在上述的实施方式中，从电池容量达到设定容量开始，设置不在显示装置更新二次电池单元10的电流以及电压的状态的时间t3，但本发明并不限定于此。

也可以一直在显示装置显示现状的二次电池单元10的电流以及电压的状态，也可以不显示。

在上述的实施方式中，在满充电容量修正模式中，通过程序，将向二次电池单元10的充电电流以及放电电流实际限制为0a，但本发明并不限定于此。也可以通过切换部16从电力转换装置7将二次电池单元10电切断，形成开路，将充电电流以及放电电流限制为0a。

在上述的实施方式中，根据二次电池单元10整体的开路电压v0，计算各二次电池组20a～20e的开路电压的平均电压v1，并将其作为第一电压，计算剩余容量rc，但也可以分别测定各二次电池组20a～20e的电压，并将其中最小的电压vmin作为第一电压，来计算剩余容量rc。

由此，能够使用以电池容量的降低最大的二次电池组为基准重新设定的满充电容量，控制二次电池单元10的充放电，所以能够更有效地防止容量较小的电池中的过放电、过充电的产生。

在上述的实施方式中，通过电压检测单元11a～11e直接检测二次电池组20a～20e的电压，但本发明并不限定于此。也可以通过电压检测单元11a～11e检测与二次电池组20a～20e的电压相关的信息来间接地检测电压。

这里所说的“与电压相关的信息”是指与电压一对一地对应的信息。

在上述的实施方式中，二次电池单元10具备五个二次电池组20a～20e，但本发明并不限定于此。二次电池单元10中的二次电池组20的数目并不特别限定。

在上述的实施方式中，二次电池组20由多个二次电池构成，但本发明并不限定于此。二次电池组20也可以是单体的二次电池。

在上述的实施方式中，基于来自外部负荷100的电力请求从满充电容量进行放电至设定容量，放任放电环境的发展，但本发明并不限定于此。例如，也可以根据向电力公司等的电力供给强制地从满充电容量放电至设定容量。

在上述的实施方式中，通过单调放电从满充电容量消耗电池容量至设定容量，但本发明并不限定于此。

也可以在从满充电容量到设定容量为止的期间进行充电。该情况下，在消耗容量计算动作中，将放电时的电流量设为正，并将充电时的电流量设为负，来对从成为满充电状态开始放电的时刻t1到成为设定容量的时刻t2为止的电流量进行累计。

在上述的实施方式中，在检测满充电状态时，使用了二次电池单元10整体的电压以及二次电池组20a～20e的各个电压，但本发明并不限定于此。

也可以仅利用二次电池单元10整体的电压来检测满充电状态，也可以仅利用二次电池组20a～20e的各个电压来检测满充电状态。另外，也可以利用其它的公知的满充电状态的检测方法检测满充电状态。

在本实施方式中，优选在从满充电容量到设定容量，仅实施了放电的情况下执行满充电容量修正模式。由此，能够在除去了充电对容量变化的影响的状态下设定实际的满充电容量，所以能够更正确地进行设定。

另外，优选在使电池部中的电流收支实际为0并维持设定容量的状态下，获取从达到设定容量开始经过了规定时间之后的电池部的电压作为第一电压。由此，能够获取稳定的状态的设定容量下的疑似的开路电压(以下，也称为ocv)，所以测定值不易浮动，能够计算正确的充电容量。

这里所说的“使电池部中的电流收支实际为0”是指限制到能够忽略向电池部的充电电流以及从电池部的放电电流的程度，具体而言，是指将向电池部的充电电流以及从电池部的放电电流限制到0.01c以下。

这里所说的“1c”是指通过一个小时的恒流放电成为放电结束的电流值。即，“0.01c”是指通过一百个小时的恒流放电成为放电结束的电流值。

另外，也可以反复执行满充电容量修正模式。由此，在进行满充电容量修正模式的间隔隔开规定的期间的状态下，在仅实施了放电的情况下，执行满充电容量修正模式，所以满充电容量修正模式不容易妨碍通常的运转动作。

另外，本实施方式中的电力转换装置7能够与系统电源101电连接，且能够将从系统电源101供给的交流电力转换为直流电力并充电到蓄电装置8。由此，由于能够将从系统电源101供给的交流电力转换为直流电力并充电至蓄电装置8，所以例如能够在电费较便宜的时间段进行充电，并在电费较高的时间段使用在电装置8蓄电的电力。因此，能够降低使用者支付的电费等。

另外，在本实施方式中，具备能够获取并显示与蓄电装置8的电力相关的信息的显示装置，所以使用者能够视觉确认蓄电装置8的电力相关的信息，能够把握蓄电装置8的当前的状况。

然而，理论上，在电池部中的电流收支实质上为0的状态下维持设定容量的情况下，由于没有电流收支所以应该示出恒定的电压。然而，实际上在到设定容量为止仅实施了放电的之后，电压值上升。因此，电压相关的信息随着电压的变动而变化，所以有在使用者观察电压相关的信息的显示时，感觉产生了故障等的可能性。因此，显示装置在满充电容量修正模式中，优选从电池部达到设定容量开始在规定的期间，不更新与蓄电装置的电力相关的信息。由此，能够防止在使用者观察显示装置时，感觉产生了故障等。

附图标记说明

1…电源系统，2…发电装置，3…电源控制装置，5…蓄电系统，7…电力转换装置，8…蓄电装置，10…二次电池单元(电池部)，11a～11e…电压检测单元(电压信息检测单元)，12…电流检测单元，15…控制部，16…切换部，20a～20e…二次电池组。