JP2014108052A - バッテリ管理装置及びエネルギー保存システム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ管理装置及びエネルギー保存システムを提供する。
【解決手段】バッテリ管理システムは、バッテリセルまたはトレイそれぞれのパラメータ及びバッテリセルまたはトレイそれぞれの使用程度を示す因子の少なくともいずれかに基づき、バッテリセルまたはトレイをバランシングするか否かを決定し、バッテリセルまたはトレイをバランシングするように構成されるコントローラを含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、バッテリ管理装置及びエネルギー保存システムに関する。

環境破壊、資源枯渇などが深刻な問題として提起されつつ、エネルギーを保存し、保存されたエネルギーを効率的に利用することができるシステムの重要性が高まっている。また、エネルギーを生産しながらも、公害を誘発しない新再生エネルギー源への関心も高まっている。新再生エネルギー発電システム、エネルギーを保存するバッテリ・システム、及び既存の系統を含むエネルギー保存システムで、バッテリを効率的に管理することが重要である。バッテリの効率的な管理によって、バッテリの寿命が長くなり、さらに安定した電力供給が可能である。

例えば、特許文献１には、多数のバッテリそれぞれを効率的に管理するための技術が開示されている。

特開２０１１−３４９６４号公報

本発明が解決しようとする課題は、バッテリを効率的に管理することができるバッテリ管理システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第１バッテリセル及び第２バッテリセルを含むバッテリを管理するように構成されるバッテリ管理システムであって、前記バッテリセルそれぞれのパラメータを測定可能に構成される測定回路と、前記バッテリセルそれぞれの使用程度を示す因子及び前記測定されたパラメータに少なくとも部分的に基づき、前記バッテリセルをバランシングするか否かを決定し、前記バッテリセルをバランシングするように構成されるコントローラと、を含むバッテリ管理システムが提供される。

また、前記パラメータは、電圧を含むものであってもよい。

また、前記パラメータは、充電状態（ＳＯＣ）を含むものであってもよい。

また、前記バッテリセルそれぞれの使用程度を示す因子は、前記バッテリセルそれぞれの使用サイクル、使用時間、設置日または製造年月日のうち少なくとも一つを含むものであってもよい。

また、前記バッテリセルをバランシングするか否かということは、前記第１バッテリセルに係わる前記パラメータの値と前記第２バッテリセルに係わる前記パラメータの値との第１の差が閾値より大きいか否かということに少なくとも基づき、前記閾値の大きさは、前記第１バッテリセルの使用程度と前記第２バッテリセルの使用程度との第２の差の大きさに基づくものであってもよい。

また、前記第２の差の大きさが大きくなるほど、前記閾値の大きさが大きくなるものであってもよい。

また、前記閾値を保存するように構成される保存部をさらに含むものであってもよい。

また、前記バッテリセルをバランシングするか否かということは、前記第１バッテリセルに係わる前記パラメータの値と前記第２バッテリセルに係わる前記パラメータの値との第１の差が閾値より大きいか否かということに少なくとも基づき、前記閾値の大きさは、前記第１バッテリセル及び第２バッテリセルの前記因子のいずれかが、所定の使用程度を示す閾値より大きいか否かということに基づくものであってもよい。

また、前記バッテリセルのバランシングをするための規則を保存するように構成される保存部をさらに含み、前記バッテリセルをバランシングするか否かということは、前記規則に基づいて決定されるものであってもよい。

また、前記規則は、前記測定されたパラメータ及び使用程度を示す因子に基づくものであってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、第１バッテリトレイ及び第２バッテリトレイを含むバッテリを管理するように構成されるバッテリ管理システムであって、前記バッテリトレイそれぞれのパラメータを測定するように構成される測定回路と、前記バッテリトレイそれぞれの使用程度を示す因子及び前記測定されたパラメータに少なくとも部分的に基づいて前記バッテリトレイをバランシングするか否かを決定し、前記バッテリトレイをバランシングするように構成されるコントローラと、を含むバッテリ管理システムが提供される。

また、前記パラメータは、電圧を含むものであってもよい。

また、前記パラメータは、充電状態（ＳＯＣ）を含むものであってもよい。

また、前記バッテリトレイそれぞれの使用程度を示す因子は、前記バッテリトレイそれぞれの使用サイクル、使用時間、設置日または製造年月日のうち少なくとも一つを含むものであってもよい。

また、前記バッテリトレイをバランシングするか否かということは、前記第１バッテリトレイに係わる前記パラメータの値と前記第２バッテリトレイに係わる前記パラメータの値との第１の差が閾値より大きいか否かということに少なくとも基づき、前記閾値の大きさは、前記第１バッテリトレイの使用程度と前記第２バッテリトレイの使用程度との第２の差の大きさに基づくものであってもよい。

また、前記第２の差の大きさが大きくなるほど、前記閾値の大きさが大きくなるものであってもよい。

また、前記閾値を保存するように構成される保存部をさらに含むものであってもよい。

また、前記バッテリトレイをバランシングするか否かということは、前記第１バッテリトレイに係わる前記パラメータの値と前記第２バッテリトレイに係わる前記パラメータの値との第１の差が閾値より大きいか否かということに少なくとも基づき、前記閾値の大きさは、前記第１バッテリトレイ及び第２バッテリトレイの前記因子が、所定の使用程度を示す閾値より大きいか否かということに基づくものであってもよい。

また、前記バッテリトレイのバランシングをするための規則を保存するように構成される保存部をさらに含み、前記バッテリトレイをバランシングするか否かということは、前記規則に基づいて決定されるものであってもよい。

また、前記規則は、前記測定されたパラメータ及び使用程度を示す因子に基づくものであってもよい。

以上説明したように本発明によれば、効率的にバッテリを管理することが可能となる。

本発明の実施形態によるエネルギー保存システムを示すブロック図である。 本発明の実施形態によるバッテリ・システムを示すブロック図である。 本発明の特定実施形態によるＢＭＳとバッテリとを示すブロック図である。 本発明の実施形態によるバッテリ・システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるラックの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるバッテリセル・バランシング方法を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明の利点及び特徴、並びにそれらを達成する方法は、添付図面と共に詳細に説明する実施形態を参照すれば、さらに明確になるであろう。ただし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、様々な形態で具現することができる。

本明細書で使用した用語は、一実施形態を説明するために使用されたものであり、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上明示しない限り、複数の表現を含む。本明細書で、「含む」または「有する」のような用語は、明細書に記載した特徴、数値、段階、動作、構成要素、部品、またはそれらを組み合わせたものが存在するということを示唆するものであり、一つ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはそれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除するものではないということが理解される。第１、第２のような用語は、様々な構成要素を説明するのに使用されるが、構成要素は、前記用語によって限定されるものではなく、１つの構成要素を他の構成要素から区別するための目的のみに使用される。

図１は、本発明の実施形態によるエネルギー保存システムを示すブロック図である。図１を参照すれば、本実施形態によるエネルギー保存システム１は、発電システム２及び系統３と連繋し、負荷４に電力を供給する。

発電システム２は、エネルギー源から電力を生産するシステムである。発電システム２は、生産した電力を、エネルギー保存システム１に供給することができる。発電システム２は、例えば、太陽光発電システム、風力発電システム及び潮力発電システムのうち少なくとも一つを含んでもよい。ただし、それは例示的なものに過ぎず、発電システム２は、前述の種類に限定されるものではない。例えば、太陽熱や地熱のような新再生エネルギー源から電力を生産する全ての発電システムが発電システム２に含まれる。特に、太陽光を利用して電力を生産する太陽電池は、家庭や工場のような様々な場所に容易に設置されるので、家庭や工場のエネルギー保存システム１と共に使用される場合もある。発電システム２は、電力を生産することができる多数の発電モジュールを並列に配列することにより、大容量エネルギー・システムを構成することができる。

系統３は、発電所、変電所、送電線などを含んでもよい。系統３が正常状態である場合、系統３は、エネルギー保存システム１、例えば、バッテリ・システム２０、及び負荷４のうち少なくとも一つに電力を供給したり、あるいはエネルギー保存システム１、特に、バッテリ・システム２０から電力を供給されたりする。系統３が非正常状態である場合、系統３とエネルギー保存システム１との間の電力の伝送は、中断される。

負荷４は、発電システム２で生産された電力、バッテリ・システム２０に保存された電力、または系統３から供給された電力を消費することができる。家庭や工場の電気装置が、負荷４の一例として挙げられる。

エネルギー保存システム１は、発電システム２で生産した電力を、バッテリ・システム２０に保存したり、あるいは系統３に供給したりすることができる。エネルギー保存システム１は、バッテリ・システム２０に保存された電力を系統３に供給したり、あるいは系統３から供給された電力をバッテリ・システム２０に保存したりすることもできる。また、エネルギー保存システム１は、発電システム２で生産された電力や、バッテリ・システム２０に保存されている電力を負荷４に供給することができる。また、エネルギー保存システム１は、系統３が非正常状態である場合、例えば、停電が発生した場合、ＵＰＳ（ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）機能を実行し、発電システム２で生産された電力や、バッテリ・システム２０に保存されている電力を負荷４に供給することができる。

エネルギー保存システム１は、電力を変換する電力変換システム（ＰＣＳ：ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）１０、バッテリ・システム２０、第１スイッチ３０及び第２スイッチ４０を含んでもよい。

ＰＣＳ１０は、発電システム２、系統３及びバッテリ・システム２０から供給される電力を変換し、バッテリ・システム２０、負荷４または系統３に供給することができる。ＰＣＳ１０は、電力変換部１１、ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）リンク部１２、インバータ１３、コンバータ１４、統合制御器１５を含んでもよい。

電力変換部１１は、発電システム２とＤＣリンク部１２との間に接続される電力変換装置でもある。電力変換部１１は、発電システム２で生産した電力を、直流リンク電圧に変換し、ＤＣリンク部１２に伝達することができる。

電力変換部１１は、発電システム２の種類によって、コンバータ回路、整流回路などのような電力変換回路を含んでもよい。発電システム２が直流電力を生産する場合、電力変換部１１は、発電システム２が生産した直流電力を、ＤＣリンク部１２の直流電力に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータ回路を含んでもよい。発電システム２が交流電力を生産する場合、電力変換部１１は、発電システム２が生産した交流電力を、ＤＣリンク部１２の直流電力に変換するための整流回路を含んでもよい。

発電システム２が太陽光発電システムである場合、電力変換部１１は、日射量、温度などの変化によって、発電システム２で生産する電力を最大に得ることができるように、最大電力ポイント追跡（ＭＰＰＴ：ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を行うＭＰＰＴコンバータを含んでもよい。また、発電システム２で電力が生産されない場合には、電力変換部１１によって消費する電力を減少させるために、電力変換部１１の動作が中止される場合もある。

発電システム２または系統３での瞬時電圧降下、または負荷４でのピーク負荷発生のような問題によって、直流リンク電圧の大きさが不安定になる場合がある。しかし、直流リンク電圧は、コンバータ１４及びインバータ１３の正常動作のために安定化されることが望ましい。一実施形態によれば、ＤＣリンク部１２は、電力変換部１１とインバータ１３との間に接続され、直流リンク電圧を一定に、または実質的に一定に維持されてもよい。また、一実施形態によれば、ＤＣリンク部１２は、大容量キャパシタを含んでもよい。

本実施形態において、インバータ１３は、ＤＣリンク部１２と第１スイッチ３０との間に接続される電力変換装置である。インバータ１３は、発電システム２及びバッテリ・システム２０のうち少なくとも一つから出力される直流リンク電圧を系統３の交流電圧に変換するインバータを含んでもよい。また、インバータ１３は、充電モードで、系統３の電力をバッテリ・システム２０に保存するために、系統３からの交流電圧を直流リンク電圧に変換する整流回路を含んでもよい。インバータ１３は、入力と出力との方向が変わる双方向インバータでもある。

インバータ１３は、系統３に出力される交流電圧の高調波成分を除去するためのフィルタを含んでもよい。また、インバータ１３は、無効電力の発生を抑制または制限するために、インバータ１３から出力される交流電圧の位相と、系統３の交流電圧の位相とを同期化させるための位相同期ループ（ＰＬＬ）回路を含んでもよい。また、インバータ１３は、電圧変動範囲制限、力率改善、直流成分除去、過渡現象（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ）保護または低減のような機能を実行することができる。

コンバータ１４は、ＤＣリンク部１２とバッテリ・システム２０との間に接続される電力変換装置でもある。コンバータ１４は、放電モードで、バッテリ・システム２０に保存された電力の直流電圧レベルを直流リンク電圧のレベルに変換するＤＣ−ＤＣコンバータを含んでもよい。また、コンバータ１４は、充電モードで、電力変換部１１から出力される電力、またはインバータ１３から出力される電力の電圧の直流電圧レベルを、バッテリ・システム２０を充電するのに適する電圧レベルの電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータを含む。コンバータ１４は、入力と出力との方向が変わる双方向コンバータでもある。バッテリ・システム２０の充電または放電が行われない場合には、コンバータ１４の動作が中断されることにより、電力消費が最小化または低減されてもよい。

統合制御器１５は、発電システム２、系統３、バッテリ・システム２０及び負荷４の状態をモニタリングすることができる。例えば、統合制御器１５は、系統３に停電が発生したか否か、発電システム２で電力が生産されているか否か、発電システム２で生産される電力量、バッテリ・システム２０の充電状態、負荷４の消費電力量、時間などをモニタリングすることができる。

統合制御器１５は、モニタリング結果、及び事前に決定されたアルゴリズムによって、電力変換部１１、インバータ１３、コンバータ１４、バッテリ・システム２０、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０の動作を制御することができる。例えば、系統３に停電が発生した場合、統合制御器１５は、バッテリ・システム２０に保存された電力、または発電システム２で生産された電力が負荷４に供給されるように制御することができる。また、統合制御器１５は、負荷４に十分な電力が供給されない場合、負荷４の電気装置について優先順位を決定し、優先順位が最も高い電気装置に電力を供給するように、負荷４を制御することもできる。また、統合制御器１５は、バッテリ・システム２０の充電及び放電を制御することができる。

第１スイッチ３０及び第２スイッチ４０は、インバータ１３と系統３との間に直列に接続され、統合制御器１５の制御によって、オン及びオフの動作を遂行し、発電システム２と系統３との間の電流の流れを制御する。発電システム２、系統３及びバッテリ・システム２０の状態によって、第１スイッチ３０と第２スイッチ４０とのオン状態及びオフ状態が決定される。

例えば、発電システム２及びバッテリ・システム２０のうち少なくとも一つからの電力を負荷４に供給したり、あるいは系統３からの電力をバッテリ・システム２０に供給したりする場合、第１スイッチ３０は、オン状態になる。発電システム２及びバッテリ・システム２０のうち少なくとも一つからの電力を、系統３に供給するか、あるいは系統３からの電力を、負荷４及びバッテリ・システム２０のうち少なくとも一つに供給する場合には、第２スイッチ４０は、オン状態になる。

系統３で停電が発生した場合には、第２スイッチ４０はオフ状態になり、第１スイッチ３０はオン状態になる。すなわち、発電システム２及びバッテリ・システム２０のうち少なくとも一つからの電力を負荷４に供給すると同時に、負荷４に供給される電力が系統３に流れることを防止する。このように、エネルギー保存システム１を単独運転システム（ｓｔａｎｄ ａｌｏｎｅ ｓｙｓｔｅｍ）として動作させることにより、系統３の電力線などで作業する人力が、発電システム２またはバッテリ・システム２０からの電力による感電事故を防止することができる。

第１スイッチ３０及び第２スイッチ４０は、大電流に耐えたり、あるいは大電流を処理したりすることができるリレー（ｒｅｌａｙ）のようなスイッチング装置を含んでもよい。

バッテリ・システム２０は、発電システム２及び系統３のうち少なくとも一つから電力を供給されて保存し、保存している電力を、負荷４及び系統３のうち少なくとも一つに供給することができる。バッテリ・システム２０は、電力を保存する部分と、それを制御及び保護する部分とを含んでもよい。バッテリ・システム２０の充電及び放電は、統合制御器によって制御されてもよい。以下、図２を参照し、バッテリ・システム２０についてさらに具体的に説明する。

図２は、本発明の実施形態によるバッテリ・システムを示すブロック図である。図２を参照すれば、バッテリ・システム２０は、バッテリ管理部（ＢＭＳ：ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）２１及びバッテリ２２を含んでもよい。

ＢＭＳ２１は、バッテリ２２と接続され、統合制御器１５からの制御命令または内部アルゴリズムによって、バッテリ・システム２０の全般的な動作を制御することができる。例えば、ＢＭＳ２１は、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、過電圧保護機能、過熱保護機能、セルバランシング（ｃｅｌｌ ｂａｌａｎｃｉｎｇ）機能などを実行することができる。

ＢＭＳ２１は、過充電、過放電、過電流、過電圧、過熱、セルバランシングなどに係わる管理情報を保存している。特に、セルバランシングに係わる管理基準は、インバランシング・マージン（ｉｍｂａｌａｎｃｉｎｇ ｍａｒｇｉｎ）またはセルバランシング開始電圧差のような閾値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）によって定義することができる。また、ＢＭＳ２１は、バッテリ２２の電圧、電流、温度、残余電力量、寿命、充電状態（ＳＯＣ：ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）などを得ることができる。例えば、ＢＭＳ２１は、センサを利用して、バッテリ２２の電圧、電流及び温度を測定することができ、ＢＭＳ２１は、測定された電圧及び電流を基に、バッテリ２２の残余電力量、寿命、充電状態などを算出することができる。ＢＭＳ２１は、管理情報、測定結果及び算出結果などを基に、バッテリ２２を管理することができる。

例えば、ＢＭＳ２１は、バッテリ２２の温度を測定することができ、測定されたバッテリ２２の温度が、所定温度閾値より高い場合、バッテリ２２と入出力端子Ｔ＋，Ｔ−との間を開放させることができる。ＢＭＳ２１は、前記所定温度閾値を管理情報として保存することができる。

ＢＭＳ２１は、バッテリ２２のバッテリセルのうち、ある１つのバッテリセル（第１のバッテリセル）のセル電圧が、他のバッテリセル（第２のバッテリセル）より所定の電圧閾値以上に高い場合、前記セル電圧が高いバッテリセルを放電させるセルバランシング動作を実行することができる。セルバランシングは、直列に接続されたバッテリセルが、同一の充電状態を有するように行われる。例えば、一実施形態によれば、ある１つのバッテリセルが、他のバッテリセルより先に完全に放電される場合、前記他のバッテリセルに電気エネルギーが残っているとしても、残っている電気エネルギーを使用されることができないので、効率が低下し得る。このような非効率発生を防止するために、セルバランシングが行われる。

バッテリ２２内に、古いバッテリセルと新しいバッテリセルとが共に含まれる場合、新しいバッテリセルと古いバッテリセルとが同一の充電状態を有しているとしても、新しいバッテリセルの電圧が、古いバッテリセルの電圧より高い場合がある。セル電圧を基準にセルバランシングを行う場合、新しいバッテリセルの電圧レベルが、古いバッテリセルの電圧レベルに低くなるように、新しいバッテリセルは放電される。このような新しいバッテリセルに対する放電は、充電状態の観点から、新しいバッテリセルの充電状態が、古いバッテリセルの充電状態より低くするという点で、不要な動作でもある。また、一般的に、新しいバッテリセルの電圧レベルが、古いバッテリセルの電圧レベルより高いので、新しいバッテリセルのみからなる場合や、古いバッテリセルのみからなる場合に比べ、新しいバッテリセルと古いバッテリセルとが混合している場合、セルバランシング動作がさらに頻繁に行われる場合がある。従って、使用程度が類似しているバッテリセルのみからなる場合に適用するセルバランシングの閾値と、使用程度が異なるバッテリセルを含む場合に適用するセルバランシングの閾値は、互いに異なるように設定される必要がある。

本明細書で、「古いバッテリセル」や「新しいバッテリセル」という意味は、必ずしもバッテリセルの生産後の経過年数（ａｇｅ）に係わるものではなく、バッテリセルの使用サイクルの多少、使用期間の長短、製造年月日の前後、または設置日のような使用程度を示す因子に係わるものである。本明細書で、例えば、バッテリセルの使用サイクル、使用期間、製造年月日、設置日のような様々な要素の組み合わせによって、前記バッテリセルが古いか、あるいは新しいか、またはどの程度古いかが決定されるのである。また、本明細書で、「使用程度」という用語は、「古くなった程度」と実質的に同一の意味を有し、前述のように、使用サイクル、使用時間、製造年月日や設置日のような因子によって決定される。バッテリセルの使用サイクルは、バッテリセルの充放電回数を意味する。

例えば、古いバッテリセルと新しいバッテリセルとが混合している場合には、例えば、使用サイクルが異なるバッテリセルが使用される場合には、セルバランシングの閾値は大きく設定されてもよい。すなわち、インバランシング・マージンが広く設定されたり、あるいはセルバランシング開始電圧差が大きく設定されたりする。

例えば、一部の劣化されたバッテリセルを新しいバッテリセルに替えた場合、新しいバッテリセルの完全充電された状態での電圧レベルが、既存の古いバッテリセルの完全充電された状態での電圧レベルと類似したレベルになるまでは、セルバランシングの閾値は大きく設定されてもよい。

セルバランシング開始電圧差は、セルバランシング基準電圧と、セルバランシングが行われなければならない電圧との差を意味する。例えば、あるバッテリセルのセル電圧から、前記セルバランシング基準電圧を差し引いた電圧差が、セルバランシング開始電圧差より大きい場合、前記バッテリセルは、セルバランシングが行われなければならないと決定される。すなわち、本実施形態においては、インバランシング・マージンまたはセルバランシング開始電圧差が第１の差として定義される。セルバランシング基準電圧は、例えば、直列に接続されたバッテリセルのグループで、最も低いセル電圧、または前記グループの平均セル電圧と定義することができる。

ＢＭＳ２１は、バッテリ２２内のバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準、すなわち、インバランシング・マージンについての情報、またはセルバランシング開始電圧差についての情報を保存している。セルバランシング管理基準は、バッテリ２２内のバッテリセルの使用程度の差によって異なる。例えば、バッテリ２２内の一部の劣化されたバッテリセルを新しいバッテリセルに替える場合、バッテリ２２には、古いバッテリセルと新しいバッテリセルとが共に含まれる。その場合に適用するセルバランシング管理基準は、劣化されたバッテリセルの取り替え前に適用したセルバランシング管理基準と異なる。

例えば、ＢＭＳ２１が、統合制御器１５から、バッテリセルが取り替えられたという情報を受信する場合、ＢＭＳ２１は、セルバランシング管理基準を緩和することができる。例えば、ＢＭＳ２１は、セルバランシングの閾値を、２０ｍＶから、バッテリセルが取り替えられた後には、４０ｍＶに変更することができる。ＢＭＳ２１は、バッテリセルが取り替えられ、所定時間が過ぎた後には、セルバランシングの閾値を２０ｍＶに、再び復帰させることができる。前記所定時間は、取り替えられたバッテリセルの完全充電時の電圧レベルが、既存バッテリセルの完全充電時の電圧レベルと類似したレベルに下がるまでにかかる時間でもある。

他の例によれば、ＢＭＳ２１は、バッテリセルが取り替えられた後には、セルバランシングの閾値を４０ｍＶに変更し、バッテリセルが取り替えられ、第１所定時間が過ぎた後、セルバランシングの閾値を３０ｍＶに変更し、さらに第２所定時間が過ぎた後、セルバランシングの閾値を２０ｍＶに変更することができる。すなわち、ＢＭＳ２１は、バッテリセルが取り替えられた後には、第１閾値から第２閾値に変更した後、所定時間が経つに伴って、第２閾値から第１閾値で漸進的に復帰させることもできる。

ＢＭＳ２１は、バッテリ２２内のバッテリセルの使用程度を判断するための情報を保存することができる。例えば、バッテリ２２内のバッテリセルそれぞれに係わる使用サイクル、全使用時間、製造年月日及び設置日のうち少なくとも一つはＢＭＳ２１に保存されてもよい。ＢＭＳ２１は、バッテリセルそれぞれに係わる前記情報を基に、各バッテリセルの使用程度を判断することができる。ＢＭＳ２１は、バッテリ２２内のバッテリセルのうち最新のバッテリセルの使用程度と最も古いバッテリセルの使用程度との差を基に、例えば、セルバランシングの閾値のようなセルバランシング管理基準を決定することができる。すなわち、本実施形態においては、バッテリ２２内のバッテリセルの使用程度の差が第２の差として定義される。また、ＢＭＳ２１は、バッテリ２２内のバッテリセルのうち最新のバッテリセルの使用程度と、最も古いバッテリセルの使用程度との差だけではなく、バッテリ２２内のバッテリセルのうち最新のバッテリセルの使用程度を基に、例えば、セルバランシングの閾値のようなセルバランシング管理基準を決定することもできる。

また、バッテリ２２内に、古いバッテリセルと新しいバッテリセルとが混合している場合、古いバッテリセルと新しいバッテリセルは、互いに異なるセルバランシング管理基準で管理されてもよい。すなわち、バッテリセルは、使用程度によって、それぞれ異なるセルバランシング管理基準によって管理されてもよい。例えば、古いバッテリセルに比べて、新しいバッテリセルについては、インバランシング・マージンがさらに広く設定される。また、古いバッテリセルに比べて、新しいバッテリセルについては、セルバランシング開始電圧差を大きく設定することができる。すなわち、古いバッテリセルに係わるセルバランシング基準より、新しいバッテリセルに係わるセルバランシング基準は、さらに緩和されたものである。インバランシング・マージン及びセルバランシング開始電圧差は、セルバランシングの閾値とも呼ばれる。

ＢＭＳ２１は、古いバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準と、新しいバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準とを保存することができる。ＢＭＳ２１は、バッテリセルの使用サイクル、全使用時間、製造年月日、またはそれらの組み合わせによって判断される使用程度によって、様々なセルバランシング管理基準を保存することができる。また、バッテリセルの新旧を判断するために、ＢＭＳ２１は、バッテリセルの設置日及び製造年月日のうち少なくとも一つを保存することができる。他の例によれば、ＢＭＳ２１は、バッテリセルの使用サイクルまたは全使用時間を保存することができる。

ＢＭＳ２１は、バッテリセルそれぞれの使用サイクル、バッテリセルそれぞれの全使用時間、バッテリセルそれぞれの設置日、バッテリセルそれぞれの製造年月日、またはそれらの組み合わせを基に、バッテリセルの新旧を判断したり、あるいはバッテリセルの使用程度を判断したりすることができる。ＢＭＳ２１は、バッテリセルの使用程度によって決定される互いに異なるセルバランシング管理基準を保存することができる。ＢＭＳ２１は、バッテリセルの使用程度によって決定される互いに異なるインバランシング・マージンを、セルバランシングの閾値として保存することができる。また、ＢＭＳ２１は、バッテリセルの使用程度によって決定される互いに異なるセルバランシング開始電圧差を、セルバランシングの閾値として保存することができる。

ＢＭＳ２１は、測定結果及び算出結果を統合制御器１５に提供し、統合制御器１５から、バッテリ２２の制御に係わる命令を受信することもできる。ＢＭＳ２１は、統合制御器１５から、バッテリ２２の設置日及び／または製造年月日に係わる情報を受信することもできる。バッテリセルのうち少なくとも一部が取り替えられた場合、ＢＭＳ２１は、統合制御器１５から、取り替えられたバッテリセルに係わる使用サイクル及び／または全使用時間をリセットさせ、０に更新せよという制御命令を受信することもできる。

バッテリ２２は、直列、並列または直列と並列との組み合わせで接続されるバッテリセルを含んでもよい。バッテリ２２は、バッテリセルのセル電圧を提供するために、バッテリセル間のノードからＢＭＳ２１に接続される配線を含んでもよい。

例えば、バッテリ２２は、互いに直列に接続される第１バッテリセルと第２バッテリセルとを含んでもよい。ＢＭＳ２１は、互いに異なる第１バッテリセルのための第１セルバランシング管理基準と、第２バッテリセルのための第２セルバランシング管理基準とを有することができる。ＢＭＳ２１は、第１セルバランシング管理基準によって、第１バッテリセルのセルバランシング動作を遂行し、第２セルバランシング管理基準によって、第２バッテリセルのセルバランシング動作を遂行することができる。例えば、第１セルバランシング管理基準は、古いバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準であり、第２セルバランシング管理基準は、新しいバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準でもある。

新しいバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準は、古いバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準より緩和されてもよい。セルバランシング管理基準は、セルバランシングが行われる規則を意味することができる。すなわち、あるバッテリセルの電圧が、セルバランシング基準電圧と、セルバランシング開始電圧差との和より大きい場合、前記バッテリセルに対して、セルバランシングが始まるという規則とすることもできる。

また、ＢＭＳ２１は、互いに異なる第１インバランシング・マージンと、第２インバランシング・マージンとを有することができる。第１バッテリセルのセル電圧が、第１インバランシング・マージン内にある場合、第１バッテリセルに係わるセルバランシングは、行われない。また、第２バッテリセルのセル電圧が、第２インバランシング・マージン内にある場合、第２バッテリセルに係わるセルバランシングは、行われない。第１バッテリセルが第２バッテリセルより使用サイクルが多かったり、使用時間がさらに長かったり、あるいは設置日や製造年月日がさらに前であるという場合、第２インバランシング・マージンは、第１インバランシング・マージンより広い。

例えば、古いバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準は、古いバッテリセルのセル電圧が、バッテリ２２内のバッテリセルの最低セル電圧より第１電圧閾値以上大きい場合、セルバランシングが行われるように決定される。新しいバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準は、新しいバッテリセルのセル電圧が、バッテリ２２内のバッテリセルの最低セル電圧より第２電圧閾値以上大きい場合、セルバランシングが行われるように決定される。第２電圧閾値は、第１電圧閾値より大きい。このとき、バッテリ２２内のバッテリセルの最低セル電圧は、セルバランシング基準電圧とも呼ばれ、第１電圧閾値と第２電圧閾値は、セルバランシング開始電圧差とも呼ばれる。

他の例によれば、古いバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準は、古いバッテリセルのセル電圧が、バッテリ２２内のバッテリセルの平均セル電圧より、第３電圧閾値以上大きい場合、セルバランシングが行われるように決定される。新しいバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準は、新しいバッテリセルのセル電圧が、バッテリ２２内のバッテリセルの平均セル電圧より、第４電圧閾値以上大きい場合、セルバランシングが行われるように決定される。第４電圧閾値は、第３電圧閾値より大きい。このとき、バッテリ２２内のバッテリセルの平均セル電圧は、セルバランシング基準電圧とも呼ばれ、第３電圧閾値と第４電圧閾値は、セルバランシング開始電圧差とも呼ばれる。

ＢＭＳ２１とバッテリ２２は、ラックに含まれてもよい。その場合、ＢＭＳ２１は、ラックＢＭＳとも呼ばれ、バッテリ２２は、ラックバッテリとも呼ばれる。

図２で、バッテリ・システム２０は、ＢＭＳ２１とバッテリ２２とを含むと示されている。しかし、それは、本実施形態を明確に理解可能とするために提示されたものであり、バッテリ・システム２０は、さらに複雑な構成を有することもある。例えば、バッテリ・システム２０は、システムＢＭＳ、及びＢＭＳ２１とバッテリ２２とをそれぞれ含む複数のラックを含んでもよい。

図３は、本発明の実施形態によるＢＭＳとバッテリとを示すブロック図である。図３を参照すれば、ＢＭＳ２１は、制御部１１０、保存部１２０、測定回路１３０及びセルバランシング回路１４０を含む。バッテリ２２は、複数のバッテリセルＢＣ１〜ＢＣ５を含む。

図３で、バッテリ２２が直列に接続された５個のバッテリセルＢＣ１〜ＢＣ５を含むと図示されているが、それは例示的なものであり、さらに多いか、あるいは少ない個数のバッテリセルを含んでもよく、バッテリセルは、並列に接続されたり、あるいは並列と直列との組み合わせで接続されたりしてもよい。また、バッテリ２２は、複数のバッテリ・モジュール（図示せず）を含んでもよい。バッテリ・モジュールは、直列、並列、または直列と並列との組み合わせで接続される複数のバッテリセルを含んでもよい。以下の説明で、理解を容易にするために、バッテリ２２が５個のバッテリセルＢＣ１〜ＢＣ５を含むものであると仮定して説明する。

バッテリ２２は、第１バッテリセルＢＣ１ないし第５バッテリセルＢＣ５を含む。第１バッテリセルＢＣ１ないし第５バッテリセルＢＣ５は、充電可能な二次電池を含んでもよい。例えば、第１バッテリセルＢＣ１ないし第５バッテリセルＢＣ５は、ニッケル−カドミウム電池（ｎｉｃｋｅｌ−ｃａｄｍｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｙ）、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池（ＮｉＭＨ：ｎｉｃｋｅｌ ｍｅｔａｌ ｈｙｄｒｉｄｅ ｂａｔｔｅｒｙ）、リチウム−イオン電池（ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ）、リチウムポリマー電池（ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｏｌｙｍｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ）などを含んでもよい。

図３に示されているように、第１バッテリセルＢＣ１ないし第５バッテリセルＢＣ５は、直列に接続されてもよい。セルバランシングは、直列に接続されたバッテリセル間に行われることが一般的である。従って、バッテリ２２内のバッテリセルが、直列と並列との組み合わせで接続されている場合、直列に接続されたバッテリセル間だけにセルバランシングが行われる。

バッテリ２２は、第１ノードＮ０ないし第６ノードＮ６を含む。図３に示されているように、第１ノードＮ０は、第１バッテリセルＢＣ１の負極であり、第６ノードＮ６は、第５バッテリセルＢＣ５の正極であり、第２ノードＮ１ないし第５ノードＮ５は、それぞれ第１バッテリセルＢＣ１ないし第５バッテリセルＢＣ５の間の接点である。図３で、第１ノードＮ０ないし第６ノードＮ６の電圧はそれぞれ、Ｖ０ないしＶ５と表示され、第１バッテリセルＢＣ１ないし第５バッテリセルＢＣ５のセル電圧は、それぞれΔＶ１ないしΔＶ５と表示される。バッテリ２２の全電圧は、第１ノードＮ０並びに電圧Ｖ０と、第６ノードＮ５及び電圧Ｖ５との差に該当する。第１ノードＮ０が０電位を有する場合、バッテリ２２の全電圧は、第６ノードＮ５の電圧Ｖ５と表示されもする。

ＢＭＳ２１がバッテリ２２のセル電圧及び全電圧を得ることができるように、第１ノードＮ０ないし第６ノードＮ５から、ＢＭＳ２１の測定回路１３０に向けて配線が接続されてもよい。制御部１１０は、測定回路１３０を利用して、第１ノードＮ０の電圧Ｖ０を基準に、第２ノードＮ１ないし第６ノードＮ５の電圧Ｖ１ないしＶ５を測定した後、第１バッテリセルＢＣ１ないし第５バッテリセルＢＣ５のセル電圧ΔＶ１ないしΔＶ５を算出することができる。他の例によれば、制御部１１０は、測定回路１３０を利用して、セル電圧ΔＶ１ないしΔＶ５を測定した後、前記セル電圧ΔＶ１ないしΔＶ５を累積することにより、全電圧Ｖ５を得ることもできる。

制御部１１０は、保存部１２０に保存されたセルバランシング管理基準によって、セルバランシング動作を遂行することができる。セルバランシング基準は、セル電圧ΔＶ１ないしΔＶ５のうち、最も低いセル電圧、またはセル電圧ΔＶ１ないしΔＶ５の平均電圧より、セルバランシング開始電圧差を超えて大きいセル電圧を有するバッテリセルを放電させるものでもある。

例えば、セル電圧ΔＶ１ないしΔＶ５が、それぞれ４．１８０Ｖ、４．１７７Ｖ、４．１９９Ｖ、４．１８３Ｖ、４．１９５Ｖである場合、最も低いセル電圧は、４．１７７Ｖである。前記セルバランシング開始電圧差が２０ｍＶである場合、４．１９９Ｖのセル電圧ΔＶ３を有するバッテリセルＢＣ３は、前記セルバランシング規則によって、セルバランシングされなければならない。バッテリセルＢＣ３について放電が行われ、バッテリセルＢＣ３は、４．１９７Ｖ未満になるように、セルバランシング動作が行われる。

制御部１１０は、セルバランシング回路１４０を利用して、バッテリセルを放電させることにより、セルバランシング動作を遂行することができる。セルバランシング回路１４０は、第１ノードＮ０ないし第６ノードＮ５の間にそれぞれ直列に接続される第１抵抗Ｒ１ないし第５抵抗Ｒ５、及び第１スイッチＳＷ１ないし第５スイッチＳＷ５を含んでもよい。制御部１１０は、セルバランシングが必要なバッテリセルと並列に接続されるスイッチを短絡させ、抵抗を含む閉回路を構成させることにより、セルバランシングが必要なバッテリセルを放電させることができる。例えば、前記例で、制御部１１０は、第３バッテリセルＢＣ３に対応する第３スイッチＳＷ３を短絡させることにより、第３抵抗Ｒ３を介して、第３バッテリセルＢＣ３を放電させ、第３セル電圧ΔＶ３を４．１９７Ｖ未満に低くすることができる。

他の例によれば、第３バッテリセルＢＣ３について、セルバランシングが行われる場合、第３バッテリセルＢＣ３の第３セル電圧ΔＶ３は、所定電圧閾値未満に低くされる。前記所定電圧閾値は、セルバランシング基準電圧とセルバランシング終了電圧差との和であるとも定義され、セルバランシング終了電圧差も、バッテリセルの使用サイクル、使用期間、製造年月日、設置日などによって異なる。例えば、古いセルのセルバランシング終了電圧差は、１０ｍＶでもある。

第１スイッチＳＷ１ないし第５スイッチＳＷ５は、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）から構成されてもよい。

図３で、セルバランシング回路１４０は、バランシング抵抗（すなわち、抵抗）を介して、充電状態が相対的に高いバッテリセルの電力を放出する受動型セルバランシング方法（ｐａｓｓｉｖｅ ｃｅｌｌ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）を使用してセルバランシングを行うと提示されているが、本発明は、それに限定されるものではない。セルバランシング回路１４０は、充電状態が相対的に高いバッテリセルの電力を、充電状態が相対的に低いバッテリセルに供給する能動型セルバランシング方法（ａｃｔｉｖｅ ｃｅｌｌ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）を使用して、セルバランシングを行うこともできる。

セルバランシング回路１４０は、バッテリセルＢＣ１ないしＢＣ５それぞれについて、個別的にセルバランシングを行うこともでき、複数のバッテリセルをグループでまとめてセルバランシングを行うこともできる。

前記例で、第３バッテリセルＢＣ３と第５バッテリセルＢＣ５は、第１バッテリセルＢＣ１、第２バッテリセルＢＣ２及び第４バッテリセルＢＣ４より新しいものでもある。このように、古いバッテリセルと新しいバッテリセルとが混合している場合には、セルバランシング基準は緩和されもする。すなわち、インバランシング・マージンが広く設定されたり、あるいはセルバランシング開始電圧差が大きく設定されたりしてもよい。本例で、インバランシング・マージンまたはセルバランシング開始電圧差は、１０ｍＶから３０ｍＶに変更されてもよい。すなわち、セル電圧ΔＶ１ないしΔＶ５のうち、最も低いセル電圧より、前記所定電圧サイズ以上さらに大きい電圧サイズ、例えば、３０ｍＶを超えて大きい場合、セルバランシングが行われるように、セルバランシング基準が変更されてもよい。

保存部１２０は、バッテリセルに係わるセルバランシング規則及び／またはセルバランシング基準を保存することができる。前記セルバランシング規則及び／またはセルバランシング基準は、バッテリセルのうち、最新のバッテリセルと最も古いバッテリセルとの使用程度の差だけではなく、最新のバッテリセルの使用程度を基に決定されてもよい。

また、前記例で、第３バッテリセルＢＣ３と第５バッテリセルＢＣ５は、第１バッテリセルＢＣ１、第２バッテリセルＢＣ２及び第４バッテリセルＢＣ４に比べて、同一の充電状態で、高い出力電圧を有することができる。前述の例で、４．１９９Ｖのセル電圧ΔＶ３を有するバッテリセルＢＣ３や、４．１９５Ｖのセル電圧、を有するバッテリセルＢＣ５の充電状態は他のバッテリセルＢＣ１，ＢＣ２，ＢＣ４の充電状態と類似している。その場合には、第３バッテリセルＢＣ３や第５バッテリセルＢＣ５に係わるセルバランシングは、不要である。従って、このように、新しいバッテリセルと古いバッテリセルとが混合している場合、バッテリセルの使用程度によって、異なるセルバランシング管理基準を有することが望ましい。前述のような、古いバッテリセルに係わるセルバランシング開始電圧差は、第１セルバランシング開始電圧差とも呼ばれる。

本例で、第３バッテリセルＢＣ３と第５バッテリセルＢＣ５とについては、セル電圧ΔＶ１ないしΔＶ５のうち最も低いセル電圧より、第１セルバランシング開始電圧差以上さらに大きい第２セルバランシング開始電圧差、例えば、３０ｍＶを超えて大きい場合、セルバランシングが行われるセルバランシング管理基準が適用されてもよい。すなわち、新しいバッテリセルについては、古いバッテリセルに比べ、それほど厳格ではない基準で、セルバランシングの必要か否かを判断することができる。本実施形態において、第２セルバランシング開始電圧差は、新しいバッテリセルに係わるセルバランシング開始電圧差を意味する。

保存部１２０は、古いバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準と、新しいバッテリセルに係わるセルバランシング管理基準とを保存することができる。例えば、保存部１２０は、古いバッテリセルに係わるセルバランシング開始電圧差と、新しいバッテリセルに係わるセルバランシング開始電圧差とを保存することができる。保存部１２０は、古いバッテリセルと新規バッテリセルとを区分するための基準と、バッテリセルのデータとを保存することができる。例えば、保存部１２０は、バッテリセルの使用サイクル、使用時間、設置日、製造年月日またはそれらの組み合わせを保存することができる。保存部１２０には、制御部１１０の内部アルゴリズムが保存されてもよい。保存部１２０は、不揮発性メモリを含んでもよい。

制御部１１０は、バッテリセルの新旧を区分する基準を有することができる。例えば、管理者は、バッテリセルそれぞれについて、古いものであるか、あるいは新しいものであるかを表示することができ、制御部１１０は、管理者の表示に基づいて、バッテリセルが古いものであるか否かを判断することができる。管理者は、統合制御器１５（図１）を介して、バッテリセルについて表示することができ、統合制御器１５は、管理者の表示データを、制御部１１０に伝送することができる。別の方法としては、管理者は、制御部１１０を介して、保存部１２０に、直接バッテリセルが古いものであるか、あるいは新しいものであるかを表示することができる。

他の例によれば、バッテリセルの設置日に係わるデータが、保存部１２０に保存されてもよい。バッテリ・システム２０が設置されたり、バッテリ２２が追加されたり、あるいは劣化されたバッテリセルが新しいバッテリセルに取り替えられる場合、管理者は、バッテリセルごとに設置日を、保存部１２０に記録することができる。取り替えられたり、あるいは新たに設置されたりする単位によって、バッテリセル、バッテリ・モジュール、バッテリトレイ、バッテリラック、バッテリパックの単位で設置日が記録される。管理者は、統合制御器１５を介して、設置日を入力し、統合制御器１５が、ＢＭＳ２１に前記データを伝送することができる。別の方法としては、管理者は、制御部１１０に接続し、保存部１２０に直接バッテリセルの設置日を入力することもできる。バッテリセルの製造年月日が、保存部１２０に保存されてもよい。

制御部１１０は、現在日付と設置日との差を基に、バッテリセルが古いものであるか、あるいは新しいものであるかを判断することもできる。他の例によれば、制御部１１０は、現在日付と設置日との差を基に、バッテリセルの使用程度を判断することもできる。例えば、使用開始から３０日以内では、使用程度が１段階であると判断することができる。また、使用開始から１００日以内では、使用程度が２段階であると判断することができる。また、使用開始から１年以内では、使用程度が３段階であると判断することができる。また、使用開始から３年以内では、使用程度が４段階であると判断し、使用開始から３年が経てば、使用程度が５段階であると判断することができる。

その場合、使用程度の段階によるセルバランシング管理基準が、保存部１２０に保存されてもよい。例えば、第５段階のバッテリセルに係わるセルバランシング開始電圧差は、１０ｍＶであり、第４段階のバッテリセルに係わるセルバランシング開始電圧差は１５ｍＶであり、第３段階のバッテリセルに係わるセルバランシング開始電圧差は２０ｍＶであり、第２段階のバッテリセルに係わるセルバランシング開始電圧差は２５ｍＶであり、第１段階のバッテリセルに係わるセルバランシング開始電圧差は３０ｍＶでもある。

他の例によれば、現在日付と設置日との差と、セルバランシング開始電圧差との間に関係式が規定され、前記関係式によって決定されるセルバランシング開始電圧差が使用されてもよい。

さらに他の例によれば、バッテリセルの使用サイクルに係わるデータが、保存部１２０に保存されてもよい。バッテリ・システム２０が設置されたり、バッテリ２２が追加されたり、あるいは劣化されたバッテリセルが新しいバッテリセルに取り替えられる場合、管理者は、バッテリセルの使用サイクルを０にリセットさせることができる。制御部１１０は、バッテリセルの使用サイクルを、保存部１２０に記録することができる。

制御部１１０は、バッテリセルの使用サイクルを基に、バッテリセルの使用程度を判断することもできる。例えば、使用サイクルが１００回未満である場合、新しいバッテリセルであると判断されてもよい。他の例によれば、制御部１１０は、バッテリセルの使用サイクルを基に、バッテリセルの使用程度を判断することもできる。また、使用程度によって、他のセルバランシング管理基準が保存部１２０に保存されてもよい。また、バッテリセルの使用サイクルと、セルバランシング開始電圧差との間に関係式が規定され、前記関係式によって決定されるセルバランシング開始電圧差が使用されてもよい。

さらに他の例によれば、バッテリセルの使用時間に係わるデータが、保存部１２０に保存されてもよい。バッテリ・システム２０が設置されたり、バッテリ２２が追加されたり、あるいは劣化されたバッテリセルが新しいバッテリセルに取り替えられる場合、管理者は、バッテリセルの使用時間を０にリセットさせることができる。制御部１１０は、現在までのバッテリセルの使用時間を、保存部１２０に記録することができる。もし中古バッテリセルに替える場合、管理者は、中古バッテリセルの使用時間を保存部１２０に記録させる。

制御部１１０は、バッテリセルの使用時間を基に、バッテリセルの使用程度を判断することもできる。例えば、使用時間が１，０００時間未満である場合、新しいバッテリセルであると判断されてもよい。他の例によれば、制御部１１０は、バッテリセルの使用時間を基に、バッテリセルの使用程度を判断することもできる。また、使用程度によって、他のセルバランシング管理基準が保存部１２０に保存されてもよい。また、バッテリセルの使用時間と、セルバランシング開始電圧差との間に関係式が規定され、前記関係式によって決定されるセルバランシング開始電圧差が使用されてもよい。

以下の説明で、バッテリセルが古いものであるか、あるいは新しいものであるかを判断するための基礎情報、すなわち、バッテリセルの使用サイクル、使用時間、設置日、製造年月日などは、バッテリセルの使用情報とも呼ばれる。また、前述の例で提示された数字は、いずれも例示的なものであり、本発明を限定するものではない。

以上の説明で、バッテリセルＢＣ１ないしＢＣ５のセルバランシングを実行するか否かを決定するためのセルバランシングの規則に、バッテリセルの使用情報及びバッテリセルの電圧だけが考慮されるように説明されているが、それは、本実施形態を容易に理解させるためのものである。セルバランシングの規則は、さらに複雑なものでもある。例えば、セルバランシングの規則には、バッテリセルの充電状態（ＳＯＣ：ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）が考慮されてもよい。

制御部１１０は、測定回路１３０の測定結果から、バッテリセルの充電状態（ＳＯＣ）を算出することができる。制御部１１０は、バッテリセルＢＣ１ないしＢＣ５の開放回路電圧を検出し、開放回路電圧と充電状態との関係を示すデータから、各バッテリセルＢＣ１ないしＢＣ５の充電状態を算出することができる。保存部１２０は、開放回路電圧と充電状態との関係を示すデータテーブルを保存することができる。しかし、バッテリセルＢＣ１ないしＢＣ５の充電状態を算出する方法は、開放回路電圧から算出する方法に限定されるものではない。例えば、電流積算方式のような、充電状態を算出する様々な方法が使用されてもよい。

図４は、本発明の実施形態によるバッテリ・システムの構成を示すブロック図である。
図４を参照すれば、バッテリ・システム２０は、システムＢＭＳ２０１、複数のラック２００ａ〜２００ｍ、及びデータ通信のための第１バス２０３を含んでもよい。ラック２００ａ〜２００ｍは、ラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍ、及びラックバッテリ２２０ａ〜２２０ｍをそれぞれ含んでもよい。以下の説明で、複数の形態で記載したラック２００ａ〜２００ｍ、ラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍ、及びラックバッテリ２２０ａ〜２２０ｍは、説明の便宜のために、ラック２００、ラックＢＭＳ２１０及びラックバッテリ２２０とそれぞれ称することもある。

図４は、バッテリ・システム２０が複数のラック２００ａ〜２００ｍを含む場合を図示するものである。ラック２００のラックＢＭＳ２１０及びラックバッテリ２２０は、図３に示されたＢＭＳ２１と、バッテリ２２とにそれぞれ対応する。

システムＢＭＳ２０１は、バッテリ・システム２０の全般的な動作を制御することができる。システムＢＭＳ２０１は、統合制御器１５からの制御命令または内部アルゴリズムによって、ラック２００ａ〜２００ｍを制御するための命令を、当該ラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍに伝送することができる。例えば、システムＢＭＳ２０１は、ラック２００ａ〜２００ｍのオン／オフを制御するための命令を、当該ラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍに伝送することができる。また、システムＢＭＳ２０１は、ラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍに、ラックバッテリ２２０ａ〜２２０ｍの状態を測定したデータを伝送することを命令することができる。システムＢＭＳ２０１は、ラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍから、ラックバッテリ２２０ａ〜２２０ｍの状態、例えば、温度、出力電圧、出力電流などのデータを受信し、受信したデータを、統合制御器１５に伝送することができる。

システムＢＭＳ２０１と複数のラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍは、図４に示されているように、マスター・スレーブ・システムを構成することができる。システムＢＭＳ２０１は、ラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍを制御し、ラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍは、システムＢＭＳ２０１の制御を基に、さまざまな処理を行うことができる。他の例によれば、システムＢＭＳ２０１が省略され、システムＢＭＳ２０１の機能を行う第１ラックＢＭＳ２１０ａがバッテリ・システム２０の全般的な動作を制御することができる。例えば、第１ラックＢＭＳ２１０ａが残りのラックＢＭＳ２１０ｂ〜２１０ｍを制御し、残りのラックＢＭＳ２１０ｂ〜２１０ｍは、第１ラックＢＭＳ２１０ａの制御によって、さまざまな処理を行うことができる。その場合、第１ラックＢＭＳ２１０ａも、第１ラックバッテリ２２０ａに係わる処理を行うことができる。

ラックバッテリ２２０は、発電システム２（図１）及び系統３（図１）のうち少なくとも一つから供給された電力を保存し、保存している電力を、系統３並びに負荷４のうち少なくとも一つに供給することができる。ラックバッテリ２２０は、直列、並列、または直列と並列とに接続された少なくとも１つのトレイを含んでもよい。図４で、ラックバッテリ２２０ａ〜２２０ｍは、並列に接続されると図示されているが、バッテリ・システム２０の要求によって、ラックバッテリ２２０ａ〜２２０ｍは、直列に接続されたり、あるいは直列と並列との組み合わせで接続されたりしてもよい。

ラックＢＭＳ２１０は、ラックバッテリ２２０の状態、例えば、温度、電圧、電流などをモニタリングし、データを測定することができる。ラックＢＭＳ２１０は、測定されたデータ、及び事前に決定されたアルゴリズムによって、ラックバッテリ２２０に含まれたバッテリセルのセルバランシング動作を制御することができる。ラックバッテリ２２０ａ〜２２０ｍが直列に接続された場合、ラックバッテリ２２０ａ〜２２０ｍに含まれる全体バッテリセルについて、セルバランシングの行われる必要がある。その場合、システムＢＭＳ２０１が、全体バッテリセルに係わるデータを収集し、セルバランシング動作を制御することができ、ラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍは、システムＢＭＳ２０１の制御命令によって、受動的にセルバランシング動作を遂行することができる。

ラックＢＭＳ２１０は、測定されたデータを、第１バス２０３を介して、システムＢＭＳ２０１に伝送することができ、システムＢＭＳ２０１は、第１バス２０３を介して、既定であったり、あるいは特定の動作を遂行させる命令をラックＢＭＳ２１０に送信したりすることができる。

第１バス２０３は、システムＢＭＳ２０１とラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍとの間で、データまたは命令を伝送する経路である。第１バス２０３は、ＣＡＮ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）バスでもある。しかし、第１バス２０３は、ＣＡＮに限定されるものではなく、バスを使用して、データや命令を伝送する適切な通信プロトコルであるならば、いずれも適用可能である。

図４に示したバッテリ・システム２０の構成はあくまでも一例である。図４では、システムＢＭＳ２０１とラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍとが、第１バス２０３を使用して互いに通信する場合について説明したが、それに限定されるものではない。例えば、システムＢＭＳ２０１とラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍとが互いに直列に接続され、互いに隣接したシステムＢＭＳ２０１及びラックＢＭＳ２１０ａ〜２１０ｍの間で、データや命令が伝送されるように構成されもする。その場合、特定のある１つのラックＢＭＳ、例えば、ラックＢＭＳ２１０ａだけがシステムＢＭＳ２０１と通信することができる。

図５は、本発明の実施形態によるラックの構成を示すブロック図である。図５を参照すれば、ラック２００は、ラックＢＭＳ２１０、複数のバッテリトレイ２２３、及びデータ通信のための第２バス２１３を含んでもよい。

複数のバッテリトレイ２２３は、ラック２００の下位構成であり、電力を保存し、保存された電力を系統３（図１）及び負荷４（図１）に供給することができる。バッテリトレイ２２３は、トレイＢＭＳ２２１及びトレイバッテリ２２２を含んでもよい。

トレイバッテリ２２２は、電力を保存し、直列、並列、または直列と並列との組み合わせで接続される複数のバッテリセルを含んでもよい。トレイバッテリ２２２に含まれるバッテリセルの個数は、要求される出力電圧によって決定されてもよい。

トレイバッテリ２２２は、直列、並列または、直列と並列との組み合わせで接続される少なくとも１つのバッテリ・モジュールを含んでもよい。前記バッテリ・モジュールは、直列、並列または、直列と並列との組み合わせで接続される複数のバッテリセルを含んでもよい。バッテリ・モジュールは、直列に接続されたバッテリセルで構成されもし、管理の便宜のために、取替え単位でもある。すなわち、劣化されたバッテリ・モジュールは、新しいバッテリ・モジュールに取り替えられる。トレイバッテリ２２２は、バッテリ・モジュールとも呼ばれる。

トレイＢＭＳ２２１の制御によって、トレイバッテリ２２２内のバッテリセルに対して、セルバランシング動作が行われる。

トレイＢＭＳ２２１は、トレイバッテリ２２２の状態、例えば、温度や電圧、電流などをモニタリングし、測定されたデータを、ラックＢＭＳ２１０に伝送することができる。また、ラックＢＭＳ２１０のセルバランシング制御命令によって、トレイバッテリ２２２のセルバランシングを行うことができる。

図３の測定回路１３０及びセルバランシング回路１４０は、トレイＢＭＳ２２１内に含まれてもよい。また、図３の制御部１１０及び保存部１２０は、ラックＢＭＳ２１０内に含まれてもよい。トレイＢＭＳ２２１は、測定回路１３０を介して、バッテリセルのセル電圧を測定または算出することができる。トレイＢＭＳ２２１は、測定したり、あるいは算出したバッテリセルのセル電圧を、ラックＢＭＳ２１０に伝送したりすることができる。ラックＢＭＳ２１０は、保存部１２０に保存されたバッテリセルに係わる使用情報、バッテリセルのセル電圧、及びセルバランシング管理基準を基に、セルバランシングが行われる必要があるバッテリセルを決定することができる。ラックＢＭＳ２１０は、セルバランシングが行われる必要があると決定されたバッテリセルに係わる情報をトレイＢＭＳ２２１に伝送し、トレイＢＭＳ２２１は、セルバランシング回路１４０を利用して、前記バッテリセルを放電させることにより、セルバランシング動作を遂行することができる。

図５には、トレイバッテリ２２２がいずれも直列に接続されている例が示されている。複数のトレイバッテリ２２２内のバッテリセルが、いずれも直列に接続された場合には、トレイ２２３の上位構成であるラック２００で、セルバランシングの制御を担当することが適切である。その場合、セルバランシング制御は、ラックＢＭＳ２１０によって行われもする。すなわち、図３の制御部１１０は、ラックＢＭＳ２１０に含まれてもよい。

しかし、セルバランシング制御は、トレイＢＭＳ２２１によって行われてもよい。すなわち、図３の制御部１１０が、トレイＢＭＳ２２１に含まれてもよい。例えば、トレイバッテリ２２２が並列に接続される場合、トレイバッテリ２２２内のバッテリセルに対してのみセルバランシングが行われればよい。従って、トレイＢＭＳ２２１が、トレイバッテリ２２２内のセルバランシング制御を担当し、セルバランシングが行われるバッテリセルを決定することができる。その場合、トレイＢＭＳ２２１に係わる説明は、図３のＢＭＳ２１に関する説明を参照することができる。

第２バス２１３は、ラックＢＭＳ２１０とトレイＢＭＳ２２１との間で、データや命令を伝送する経路である。ラックＢＭＳ２１０とトレイＢＭＳ２２１との間では、ＣＡＮ通信が使用されてもよい。しかし、それに限定されるものではなく、バスを使用して、データや命令を伝送する通信プロトコルであるならば、いずれも適用可能である。

図６は、本発明の実施形態によるバッテリセル・バランシング方法を示すフローチャートである。図３及び図６を共に参照して説明する。前記セルバランシング方法によれば、制御部１１０は、測定回路１３０を利用して、バッテリセルの少なくとも１つのパラメータ、例えば、セル電圧を測定する（Ｓ１０）。パラメータは、セル電圧以外にも、例えば、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）としてもよい。

バッテリセルのセル電圧が測定されれば、制御部１１０は、セルバランシングが必要であるか否かを判断する（Ｓ２０）。セルバランシングが必要であるか否かということは、保存部１２０に保存されているセルバランシング管理基準によって決定される。一例によれば、保存部１２０には、少なくとも２種のセルバランシング管理基準が保存される。例えば、保存部１２０には、古いバッテリセルと新しいバッテリセルとが混合している場合に適用されるセルバランシング管理基準、及び古いバッテリセルまたは新しいバッテリセルのみからなる場合に適用されるセルバランシング管理基準が保存されてもよい。保存部１２０には、バッテリセルの使用程度によって、互いに異なる複数のセルバランシング管理基準が保存されてもよい。前記複数のセルバランシング管理基準は、最も古いバッテリセルの使用程度と、最新のバッテリセルの使用程度との差、及び最新のバッテリセルの使用程度のうち少なくとも一つによって決定されてもよい。

セルバランシング管理基準は、セルバランシング基準電圧と、セルバランシング開始電圧差とを含んでもよい。セルバランシング基準電圧は、バッテリセルのグループ内の最低セル電圧、平均電圧、中間電圧などと定義されてもよい。セルバランシング開始電圧差は、バッテリセルの使用程度の差によって異なる。例えば、古いバッテリセルと、新しいバッテリセルとが混合された場合に適用されるセルバランシング開始電圧差は、使用程度が類似したバッテリセルからなる場合に適用されるセルバランシング開始電圧差より大きくなる場合がある。バッテリセルの使用程度は、バッテリセルが古いものであるか、新しいものであるか、あるいはバッテリセルがいかほどに古いものであるかを示す用語として使用される。セルバランシング開始電圧差は、バッテリセルのセル電圧と、セルバランシング基準電圧との差が前記セルバランシング開始電圧差より大きい場合、セルバランシングが行われるという点で、セルバランシングの閾値または単に閾値とも呼ばれる。

セルバランシング管理基準は、セルバランシング終了電圧差を含んでもよい。セルバランシング終了電圧差も、バッテリセルの使用程度の差によって異なる。

他の例によれば、保存部１２０には、少なくとも２種のセルバランシング管理基準が保存されてもよい。例えば、保存部１２０には、古いバッテリセルに適用するセルバランシング管理基準と、新しいバッテリセルに適用するセルバランシング管理基準とが保存されてもよい。他の例によれば、保存部１２０には、バッテリセルの使用程度によって、互いに異なる複数のセルバランシング管理基準が保存されてもよい。

セルバランシング開始電圧差は、バッテリセルの使用程度によって異なる。例えば、古いバッテリセルに適用するセルバランシング開始電圧差は、新しいバッテリセルに適用するセルバランシング開始電圧差より小さくてもよい。セルバランシング管理基準は、セルバランシング終了電圧差を含んでもよい。セルバランシング終了電圧差も、バッテリセルの使用程度によって異なる。

保存部１２０には、バッテリセルの使用程度を区分するためのデータが保存されてもよい。例えば、保存部１２０は、バッテリセルの使用サイクル、使用時間、設置日、製造年月日、またはそれらの組み合わせに係わる情報を保存することができる。制御部１１０は、バッテリセルの使用サイクル、使用時間、設置日、及び／または製造年月日などを考慮し、バッテリセルの使用程度を判断することができる。また、制御部１１０は、前記使用程度に対応するセルバランシング管理基準を、保存部１２０から読み取り、読み取られたセルバランシング管理基準により、前記バッテリセルのセルバランシングが必要か否かを判断することができる。

セルバランシングが必要ではないと判断された場合、制御部１１０は、測定回路１３０を利用して、バッテリセルのセル電圧をさらに測定する。

セルバランシングが必要であると判断された場合、制御部１１０は、セルバランシング回路１４０を利用して、セルバランシングが必要であると決定されたバッテリセルを放電させることにより、セルバランシングを行う（Ｓ３０）。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本実施形態においては、明細書の簡潔さのために、従来の電子的な構成、制御システム、ソフトウェア、前記システムの他の機能的な側面の記載は省略されている。また、図面に示された構成要素間の線による接続または接続部材は、機能的な接続及び／または物理的または回路的な接続を例示的に示したものである。実際の装置では、図面に示された構成要素間の線による接続または接続部材は、他の手段に代替可能であったり、追加的な様々な機能的な接続、物理的な接続、または回路接続として具現されたりもする。一部の代案的な実施形態で、特定の特徴及び側面は省略される。

明細書、特に、特許請求の範囲において、「前記」の用語及びそれと類似した指示用語の使用は、単数及び複数いずれにも該当するものでもある。また、本明細書に開示された範囲（ｒａｎｇｅ）は、前記範囲に属する個別的な値を含む。図６で説明された方法を遂行する段階で、前記段階は、具体的に記載していない手順によって行われてもよい。発明的は側面及び思想、並びに本発明の範囲は、全ての例または例示的な用語によって限定されるものではない。また、当業者は、様々な修正、組み合わせ及び変更が付加された特許請求の範囲またはその均等物の範疇内で、設計条件及びファクタによって構成されもするということを理解することができるであろう。従って、本発明は、前述の実施形態に限定されたり定義されたりするものではない。

本発明のバッテリ管理装置及びエネルギー保存システムは、例えば、バッテリ管理関連の技術分野に効果的に適用可能である。

１ エネルギー保存システム
２ 発電システム
３ 系統
４ 負荷
１０ 電力変換システム
１１ 電力変換部
１２ ＤＣリンク部
１３ インバータ
１４ コンバータ
１５ 統合制御部
２０ バッテリ・システム
２１ ＢＭＳ
２２ バッテリ
３０ 第１スイッチ
４０ 第２スイッチ
１１０ 制御部
１２０ 保存部
１３０ 測定回路
１４０ セルバランシング回路
２００ａないし２００ｍ ラック
２０１ システムＢＭＳ
２０３ 第１バス
２１０，２１０ａないし２１０ｍ ラックＢＭＳ
２１３ 第２バス
２２０，２２０ａないし２２０ｍ ラックバッテリ
２２１ トレイＢＭＳ
２２２ トレイバッテリ
２２３ 複数のバッテリトレイ

Claims (20)

1. 第１バッテリセル及び第２バッテリセルを含むバッテリを管理するように構成されるバッテリ管理システムであって、
   前記バッテリセルそれぞれのパラメータを測定可能に構成される測定回路と、
   前記バッテリセルそれぞれの使用程度を示す因子及び前記測定されたパラメータに少なくとも部分的に基づき、前記バッテリセルをバランシングするか否かを決定し、前記バッテリセルをバランシングするように構成されるコントローラと、を含むバッテリ管理システム。
2. 前記パラメータは、電圧を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ管理システム。
3. 前記パラメータは、充電状態（ＳＯＣ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ管理システム。
4. 前記バッテリセルそれぞれの使用程度を示す因子は、前記バッテリセルそれぞれの使用サイクル、使用時間、設置日または製造年月日のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリ管理システム。
5. 前記バッテリセルをバランシングするか否かということは、前記第１バッテリセルに係わる前記パラメータの値と前記第２バッテリセルに係わる前記パラメータの値との第１の差が閾値より大きいか否かということに少なくとも基づき、
   前記閾値の大きさは、前記第１バッテリセルの使用程度と前記第２バッテリセルの使用程度との第２の差の大きさに基づくことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリ管理システム。
6. 前記第２の差の大きさが大きくなるほど、前記閾値の大きさが大きくなることを特徴とする請求項５に記載のバッテリ管理システム。
7. 前記閾値を保存するように構成される保存部をさらに含むことを特徴とする請求項５または６に記載のバッテリ管理システム。
8. 前記バッテリセルをバランシングするか否かということは、前記第１バッテリセルに係わる前記パラメータの値と、前記第２バッテリセルに係わる前記パラメータの値との第１の差が閾値より大きいか否かということに少なくとも基づき、
   前記閾値の大きさは、前記第１バッテリセル及び前記第２バッテリセルの前記因子により判断される使用程度のいずれかが、使用程度の閾値より大きいか否かということに基づくことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリ管理システム。
9. 前記バッテリセルのバランシングをするための規則を保存するように構成される保存部をさらに含み、
   前記バッテリセルをバランシングするか否かということは、前記規則に基づいて決定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリ管理システム。
10. 前記規則は、前記測定されたパラメータ及び使用程度を示す因子に基づくことを特徴とする請求項９に記載のバッテリ管理システム。
11. 第１バッテリトレイ及び第２バッテリトレイを含むバッテリを管理するように構成されるバッテリ管理システムであって、
    前記バッテリトレイそれぞれのパラメータを測定するように構成される測定回路と、
    前記バッテリトレイそれぞれの使用程度を示す因子及び前記測定されたパラメータに少なくとも部分的に基づいて前記バッテリトレイをバランシングするか否かを決定し、前記バッテリトレイをバランシングするように構成されるコントローラと、を含むバッテリ管理システム。
12. 前記パラメータは、電圧を含むことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリ管理システム。
13. 前記パラメータは、充電状態（ＳＯＣ）を含むことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリ管理システム。
14. 前記バッテリトレイそれぞれの使用程度を示す因子は、前記バッテリトレイそれぞれの使用サイクル、使用時間、設置日または製造年月日のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のバッテリ管理システム。
15. 前記バッテリトレイをバランシングするか否かということは、前記第１バッテリトレイに係わる前記パラメータの値と、前記第２バッテリトレイに係わる前記パラメータの値との第１の差が閾値より大きいか否かということに少なくとも基づき、
    前記閾値の大きさは、前記第１バッテリトレイの使用程度と、前記第２バッテリトレイの使用程度との第２の差の大きさに基づくことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のバッテリ管理システム。
16. 前記第２の差の大きさが大きくなるほど、前記閾値の大きさが大きくなることを特徴とする請求項１５に記載のバッテリ管理システム。
17. 前記閾値を保存するように構成される保存部をさらに含むことを特徴とする請求項１５または１６に記載のバッテリ管理システム。
18. 前記バッテリトレイをバランシングするか否かということは、前記第１バッテリトレイに係わる前記パラメータの値と、前記第２バッテリトレイに係わる前記パラメータの値との第１の差が閾値より大きいか否かということに少なくとも基づき、
    前記閾値の大きさは、前記第１バッテリトレイ及び第２バッテリトレイの前記因子が、所定の使用程度を示す閾値より大きいか否かということに基づくことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のバッテリ管理システム。
19. 前記バッテリトレイのバランシングをするための規則を保存するように構成される保存部をさらに含み、
    前記バッテリトレイをバランシングするか否かということは、前記規則に基づいて決定されることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のバッテリ管理システム。
20. 前記規則は、前記測定されたパラメータ及び使用程度を示す因子に基づくことを特徴とする請求項１９に記載のバッテリ管理システム。
    

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