JP2017184534A - 蓄電素子管理装置、蓄電装置、及び蓄電システム - Google Patents

蓄電素子管理装置、蓄電装置、及び蓄電システム Download PDF

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Abstract

【課題】複数の蓄電素子間に充電量差がある場合において、特定の蓄電素子が過電圧になる事態を抑制する。
【解決手段】ＢＭＵ５０（蓄電素子管理装置）は、電圧検出回路６０と、放電回路６５と、中央処理装置であるＣＰＵ７１（制御部）と、メモリ７３（記憶部）と、通信部７５と、計時部７６とを備える。電圧検出回路６０は、検出ラインを介して、各二次電池３１の両端にそれぞれ接続され、ＣＰＵ７１からの指示に応答して、各二次電池３１の電圧及び組電池３０の総電圧を測定する機能を果たす。放電回路６５は、放電抵抗と放電スイッチとを備え、二次電池３１に対して並列に接続されている。ＣＰＵ７１から指令を与えて、放電スイッチをオンすることで二次電池３１を個別に放電することができ、二次電池３１の充電量差を少なくする処理（均等化処理）を行うことができる。
【選択図】図４

Description

本明細書によって開示される技術は、蓄電素子管理装置、蓄電装置、及び蓄電システムに関する。
複数の蓄電素子を直列に接続した組電池においては、各蓄電素子の初期容量の差や劣化度の差などに起因して、各蓄電素子の充電量にばらつき（充電量差）が生じる場合がある。蓄電素子に充電量差が生じると、充電時において、充電量の大きい蓄電素子が過電圧になる事態が懸念される。従来、充電電圧を所定の電圧よりも低く設定することで、蓄電素子が過電圧となる事態を抑制する技術が知られている（下記特許文献１）。
特許第４４６１１１４号公報
しかしながら、充電電圧を低く設定すると充電できる充電量や充電効率が低下してしまう。また、蓄電素子の充電量差を少なくする均等化制御を行ったり、過電圧にならないように充電電圧を制御したりすることで、蓄電素子が過電圧になる事態を抑制することも考えられるが、この場合、均等化制御や電圧制御を行うための装置が必要となる。また、蓄電素子によっては、満充電付近で電圧が急激に上昇する特性を有するものもあり、このような特性を有する蓄電素子では、均等化制御や電圧制御が間に合わない事態も懸念される。
本明細書では、複数の蓄電素子間に充電量差がある場合において、特定の蓄電素子が過電圧になる事態を抑制することが可能な技術を開示する。
本明細書によって開示される技術は、直列に接続された複数の蓄電素子に対する充電電圧を決定する制御部を備える蓄電素子管理装置であって、前記制御部は、前記複数の蓄電素子間の充電量差に基づいて、前記充電電圧を決定する決定処理を実行する構成とした。
本明細書によって開示される技術によれば、複数の蓄電素子間に充電量差がある場合において、特定の蓄電素子が過電圧になる事態を抑制することができる。
実施形態に係る車両の側面図 バッテリモジュールの斜視図 バッテリモジュールの分解斜視図 蓄電システムの電気的構成を示すブロック図 放電回路の回路図 二次電池のＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性を示すグラフ 電圧決定用データを示す図 電圧決定用データを作成するための試験結果をまとめた図表 電圧決定用データを作成するための試験結果の一例を示すグラフ 電圧決定用データを作成するための試験結果の一例を示すグラフ 電圧決定用データを作成するための試験結果の一例を示すグラフ 電圧決定用データを作成するための試験結果の一例を示すグラフ 充電電圧の決定に係るＣＰＵの処理を示すフローチャート図 電圧決定用データを作成するための試験結果をまとめた図表の変形例１ 電圧決定用データを作成するための試験結果をまとめた図表の変形例２ 回生充電時の二次電池の電流及び電圧の時間推移の一例を示すグラフ
（本実施形態の概要）
初めに、本実施形態にて開示する技術の概要について説明する。
本明細書により開示される蓄電素子管理装置は、直列に接続された複数の蓄電素子に対する充電電圧を決定する制御部を備える蓄電素子管理装置であって、前記制御部は、前記複数の蓄電素子間の充電量差又は電圧差に基づいて、前記充電電圧を決定する決定処理を実行するものとされる。充電量差に基づいて充電電圧を決定することで蓄電素子が過電圧となる事態を抑制することができる。また、蓄電素子においては、充電量と電圧には相関関係がある。このため、充電量差の代わりに電圧差に基づいて充電電圧を決定することでも蓄電素子が過電圧となる事態を抑制することができる。
また、本明細書により開示される技術の一実施態様として、前記充電電圧は、前記充電量差又は前記電圧差が大きい程小さい値で設定されるものとしてもよい。充電量差が大きい場合には、充電電圧は、より小さい値で設定されるから、蓄電素子が過電圧となる事態を抑制することができる。また、充電量差（又は電圧差）が小さい場合には、充電電圧は、より大きい値で設定されるから、充電可能な充電量を多くすることができる。
また、本明細書により開示される技術の一実施態様として、前記充電量差又は前記電圧差のうちいずれか一方と前記充電電圧を対応付けた電圧決定用データが記憶された記憶部を備える構成としてもよい。
また、本明細書により開示される技術の一実施態様として、前記制御部は、前記充電量差又は前記電圧差のうちいずれか一方と、前記記憶部に記憶された前記電圧決定用データに基づいて、前記充電電圧を決定する構成としてもよい。記憶部に記憶されている電圧決定用データに基づいて充電電圧を決定することで、例えば充電電圧を計算によって求める処理を行う場合と比べて、容易に充電電圧を決定することができる。
また、本明細書により開示される技術の一実施態様として、前記制御部は、前記充電量差を推定する推定処理を実行する構成としてもよい。これにより、充電電圧を決定する時点の蓄電素子の状態に基づいた充電量差を推定することができ、例えば予め記憶された充電量差を用いる場合と比べて、より正確な充電量差によって充電電圧を決定することができる。
また、本明細書により開示される技術の一実施態様として、前記複数の蓄電素子間の充電量差を小さくする均等化処理を行う均等化回路を備え、前記推定処理は、前回前記均等化処理が完了してからの経過時間に基づいて、前記決定処理に用いる前記充電量差を推定する処理としてもよい。
複数の蓄電素子に対する均等化処理が完了した時点から次回の均等化処理が開始されるまでの間には、各蓄電素子の自己放電容量の差に起因して複数の蓄電素子間に充電量差が生じる。自己放電によって生じる充電量差は、均等化処理が完了してからの経過時間が長い程、大きくなる。このため、制御部は、前回均等化処理が完了してからの経過時間に基づいて充電量差を推定することができる。
また、本明細書により開示される技術の一実施態様として、前記蓄電素子は、リン酸鉄系のリチウムイオン電池としてもよい。リン酸鉄系のリチウムイオン電池では、満充電付近で急激に電圧が上昇する特性があるため、均等化制御や充電電圧の制御が間に合わず過電圧となる場合がある。上記技術では、充電量差に基づいて、過電圧にならない充電電圧を予め決定するため、リチウムイオン電池のような充電終了付近で急激に電圧が上昇する特性を有する電池であっても、過電圧を確実に防止することができる。
また、本明細書により開示される蓄電装置は、前記蓄電素子管理装置と、前記複数の蓄電素子と、を備える構成とした。
また、本明細書により開示される蓄電システムは、前記蓄電装置と、前記複数の蓄電素子に対して充電を行う充電器と、を備える構成とした。
また、本明細書により開示される技術は、例えば、複数の蓄電素子の充電量差に基づいて充電電圧を決定するための決定方法、及び充電電圧を決定するためのコンピュータプログラムに適用することも可能である。
本明細書で開示される技術を蓄電システム１０に適用した実施形態について図１から図１３を参照して説明する。
１．蓄電システム１０の構成
本実施形態の蓄電システム１０は、図１に示すように、自動車１（車両）に搭載されるもので、バッテリモジュール２０（蓄電装置）と、車両発電機１５（充電器）と、を備えている。
バッテリモジュール２０は、図２に示すように、ブロック状の電池ケース２１を有している。電池ケース２１内には、複数の二次電池３１からなる組電池３０や制御基板２８が収容されている（図３参照）。なお、以下の説明において、図２及び図３を参照する場合、電池ケース２１が設置面に対して傾きなく水平に置かれた時の電池ケース２１の上下方向をＹ方向とし、電池ケース２１の長辺方向に沿う方向をＸ方向とし、電池ケース２１の奥行き方向をＺ方向として説明する。
電池ケース２１は、図３に示すように、上方に開口する箱型のケース本体２３と、複数の二次電池３１を位置決めする位置決め部材２４と、ケース本体２３の上部に装着される中蓋２５と、中蓋２５の上部に装着される上蓋２６と、を備える。ケース本体２３内には、各二次電池３１が個別に収容される複数のセル室２３ＡがＸ方向に並んで設けられている。
位置決め部材２４の上面には、図３に示すように、複数のバスバー２７が配置されている。位置決め部材２４がケース本体２３内に配置された複数の二次電池３１の上部に配置されることで、複数の二次電池３１が位置決めされると共に複数のバスバー２７によって直列に接続されるようになっている。
中蓋２５は、図３に示すように、平面視略矩形状をなし、Ｙ方向に高低差を付けた形状とされている。中蓋２５のＸ方向両端部には、図示しないハーネス端子が接続される一対の端子部２２Ｐ，２２Ｎが設けられている。一対の端子部２２Ｐ，２２Ｎは、例えば、鉛合金等の金属からなり、端子部２２Ｐが正極側端子部、端子部２２Ｎが負極側端子部である。
また、中蓋２５は、図３に示すように、制御基板２８が内部に収容可能とされており、中蓋２５がケース本体２３に装着されることで、二次電池３１と制御基板２８とが接続されるようになっている。
次に図４を参照して、蓄電システム１０の電気的構成を説明する。図４に示すように、バッテリモジュール２０及び車両発電機１５は、自動車１に搭載された電気負荷１１及び車両ＥＣＵ１４に対して電源ライン３６Ｐ、グランドライン３６Ｎを介して接続されている。電気負荷１１としては、セルモータ等のエンジン始動装置、ヘッドライド、車内灯、オーディオ、時計、セキュリティ装置などを例示することができる。
これら電気負荷１１は、バッテリモジュール２０及び車両発電機１５（オルタネータ）と接続されており、バッテリモジュール２０及び車両発電機１５から電力供給される。すなわち、駐車中や停車中など、車両発電機１５が発電していない時は、バッテリモジュール２０から電力が供給される。また、例えば、走行中で、負荷を発電量が上回っている時は、車両発電機１５から電力が供給され、その余剰の電力によりバッテリモジュール２０は充電される。また、負荷を発電量が下回っている時は、その不足分を補うため、車両発電機１５だけでなく、バッテリモジュール２０からも電力が供給される。
車両ＥＣＵ１４（Electronic Control Unit）は、自動車１に搭載された各機器の制御を行うものとされる。車両発電機１５は、図示しない充電回路を備えており、車両ＥＣＵ１４は、充電回路を介して、車両発電機１５からバッテリモジュール２０に供給される電力の制御を行う構成となっている。
バッテリモジュール２０は、組電池３０と、電流センサ４１と、サーミスタ４３と、電流遮断装置４５と、組電池３０を管理する電池管理装置５０（以下、ＢＭＵ５０）と、を備える。組電池３０は、直列に接続された複数の二次電池３１（蓄電素子）から構成されている。なお、ＢＭＵ５０は、蓄電素子管理装置の一例である。
組電池３０、電流センサ４１、電流遮断装置４５は、接続ライン３５を介して、直列に接続されている。本実施形態では、電流センサ４１を負極側、電流遮断装置４５を正極側に配置しており、電流センサ４１は負極側端子部２２Ｎ、電流遮断装置４５は、正極側端子部２２Ｐにそれぞれ接続されている。
電流センサ４１は、電池ケース２１の内部に設けられており、二次電池３１に流れる電流を検出する機能を果たす。サーミスタ４３は接触式あるいは非接触式で、二次電池３１の温度［℃］を測定する機能を果たす。
電流センサ４１とサーミスタ４３は、信号線によって、ＢＭＵ５０に電気的に接続されており、電流センサ４１やサーミスタ４３の検出値は、ＢＭＵ５０に取り込まれる構成になっている。電流センサ４１は、電池ケース２１内に設けられている。
電流遮断装置４５は、電池ケース２１の内部に設けられている。電流遮断装置４５は、例えば、ＦＥＴ等の半導体スイッチやリレーであり、ＢＭＵ５０からの指令（制御信号）に応答して、正極側の電力ラインを開放することで、二次電池３１の電流を遮断する機能を果たす。
ＢＭＵ５０は、電圧検出回路６０と、放電回路６５と、中央処理装置であるＣＰＵ７１（制御部）と、メモリ７３（記憶部）と、通信部７５と、計時部７６と、を備えている。上述した制御基板２８は、電圧検出回路６０、ＣＰＵ７１、メモリ７３などを主に構成するものとされる。また、図４に示すように、ＢＭＵ５０の電源ラインは組電池３０の正極側の接続点Ｊ１に接続され、グランドラインは負極側の接続点Ｊ２に接続されており、ＢＭＵ５０は組電池３０から電力の供給を受ける。
電圧検出回路６０は、検出ラインを介して、各二次電池３１の両端にそれぞれ接続され、ＣＰＵ７１からの指示に応答して、各二次電池３１の電圧及び組電池３０の総電圧を測定する機能を果たす。放電回路６５は、図５に示すように、放電抵抗Ｒと放電スイッチＳＷとを備え、二次電池３１に対して並列に接続されている。ＣＰＵ７１から指令を与えて、放電スイッチＳＷをオンすることで二次電池３１を個別に放電することができ、二次電池３１の充電量差を少なくする処理（均等化処理）を行うことができる。
ＣＰＵ７１は、電流センサ４１、電圧検出回路６０、サーミスタ４３の出力から、二次電池３１の電流、電圧、温度を監視しており、異常を検出した場合には、電流遮断装置４５を作動して二次電池３１が危険な状態になることを防いでいる。
また、メモリ７３は、例えばフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリである。メモリ７３には、二次電池３１を管理するためのプログラムや、プログラムの実行に必要なデータが記憶されている。また、メモリ７３には、二次電池３１間の充電量差を推定する充電量差推定処理（後述）を行うためのプログラムや、二次電池３１の充電電圧を決定する充電電圧決定処理（後述）を行うためのプログラムや、充電電圧決定処理を行うために用いる電圧決定用データ（後述）が記憶されている。通信部７５は、車両ＥＣＵ１４と通信線１７を介して接続されている。これにより、ＢＭＵ５０は、車両ＥＣＵ１４との間で通信可能となっている。計時部７６は、現在時刻を計時するものとされる。
二次電池３１は、例えば、正極活物質にリン酸鉄リチウム(LiFePO4)、負極活物質にグラファイトを用いたリン酸鉄系のリチウムイオン二次電池とされる。図６に二次電池３１のＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性を示す。二次電池３１は、図６に示すように、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が相対的に低い低変化領域と、相対的に高い高変化領域とを有している。
具体的には、二次電池３１は、図６に示すように、ＳＯＣが１０％未満である充電初期（放電末期）、及びＳＯＣが９０％以上である充電末期においてＳＯＣの増加に対してＯＣＶ（開放電圧）が急激に上昇する領域（高変化領域）を有する。また、二次電池３１は、ＳＯＣが１０％以上９０％未満である充電中期（放電中期）においてＳＯＣの増加に対してＯＣＶが略一定である領域（低変化領域、プラトー領域）を有する。
複数の二次電池３１において充電量差があると、充電末期に相対的に充電量の大きい二次電池３１が過電圧となり、劣化する可能性がある。そこで、本実施形態のＣＰＵ７１は、複数の二次電池３１間の充電量差に基づいて、複数の二次電池３１の充電電圧を決定する充電電圧決定処理（決定処理）を行う。
２．電圧決定用データ
ＣＰＵ７１は、複数の二次電池３１間の充電量差、及び電圧決定用データ（図７参照）に基づいて充電電圧を決定する。電圧決定用データは、図７に示すように、複数の二次電池３１について、充電量差と充電電圧とを対応付けたデータであり、メモリ７３に記憶されている。電圧決定用データは、複数の二次電池３１（組電池３０）に対して試験的に充電を行った結果に基づいて作成される。
電圧決定用データを作成するためには、組電池３０に対して充電量差及び充電電圧をそれぞれ変えて試験的に充電を行い、二次電池３１の各電圧が、規定の電圧（例えば４Ｖ）に達するか否かを調べる。その試験結果を図８に示す。なお、以下の説明では、組電池３０が４つの二次電池３１を備え、４つの二次電池３１のうち、１つの二次電池３１の充電量が相対的に高く、残りの３つの二次電池３１の充電量がほぼ等しい値で相対的に低い場合を例示する。なお、４つの二次電池３１の充電量がこのような関係を有する場合には、充電末期において充電量が高い１つの二次電池３１の電圧が、相対的に充電量が低い他の３つの二次電池３１の電圧に比べて高くなり、過電圧になる。また、以下の説明では「充電量差」とは、４つの二次電池３１のうち、最も充電量が高い二次電池３１と、最も充電量が低い二次電池３１の充電量の差のことを言うものとする。
図８においては、複数の二次電池３１の各電圧のうち、いずれかの電圧が規定の電圧に達したものを網掛けの欄で図示してあり、規定の電圧に達しなかったものを空欄で図示してある。なお、本実施形態では、規定の電圧を例えば４Ｖとし、二次電池３１の電圧が４Ｖを超えた状態を過電圧であると判定しているが、規定の電圧は４Ｖに限定されず適宜変更可能である。また、図８では、充電量差を例えば０〜８００ｍＡｈの範囲内で設定し、充電電圧を１４．４〜１４．８Ｖの範囲内で設定した場合の結果を図示しているが、この数値範囲に限定されるものではない。なお、上記充電量差の範囲（０〜８００ｍＡｈ）は、二次電池３１の定格容量が７０Ａｈである場合の値であり、定格容量の０〜１．１４％に相当する。また、二次電池３１の定格容量はこれに限定されない。例えば、二次電池３１の定格容量が３５Ａｈである場合には、充電量差の範囲は０〜４００ｍＡｈ（定格容量の０〜１．１４％に相当）となる。
図８に示す充電量差と充電電圧の組み合わせ（図８では計５０種類）のうち、３種類の組み合わせにおける試験結果をそれぞれ図９から図１１に示す。なお、本実施形態では、いずれも定電圧充電時の試験結果を用いて電圧決定用データを作成する。なお、定電圧充電では、組電池３０の電圧が所定の充電電圧に到達した以降は、その充電電圧を維持しつつ、時間経過に伴って充電電流が垂下していく。図９では、充電量差が７００ｍＡｈ、充電電圧が１４．４Ｖの条件で充電した場合の試験結果を示している。図９によれば、時間経過に伴って充電電流が垂下する過程で、相対的に充電量の高い１つの二次電池３１の電圧（符号３１Ｈを付す）が大きくなり、他の３つの二次電池３１の電圧（符号３１Ｌを付す）がわずかに小さくなるものの、電圧３１Ｈが４Ｖを超えることがない。つまり、この充電量差と充電電圧の組み合わせは、図８において空欄で図示される。
また、充電量差が３００ｍＡｈ、充電電圧が１４．６Ｖで設定されている場合の試験結果を図１０に示し、充電量差が２５０ｍＡｈ、充電電圧が１４．８Ｖで設定されている場合の試験結果を図１１に示す。図１０及び図１１の試験結果によれば、図１０及び図１１で例示する充電量差と充電電圧の組み合わせでは、いずれも二次電池３１の電圧が４Ｖを超えないことから、図８においていずれも空欄で図示されている。なお、図１０〜図１２では、図９と同様に、相対的に充電量の高い１つの二次電池３１の電圧に符号３１Ｈを付し、相対的に充電量の低い３つの二次電池３１の電圧に符号３１Ｌを付している。
図８に示す試験結果から、図７に示す電圧決定用データを作成する際には、例えば次のようにする。図８に示すように、充電量差が０〜２５０ｍＡｈの範囲では、充電電圧が１４．４Ｖ〜１４．８Ｖのいずれの値であっても、二次電池３１の電圧が４Ｖを超えることがないから、図７に示すように、充電電圧を最も高い値である１４．８Ｖとする。また、充電量差が２５０〜３００ｍＡｈの範囲では、充電電圧が１４．４Ｖ〜１４．６Ｖのいずれの値であっても、二次電池３１の電圧が４Ｖを超えることがないから、充電電圧を１４．６Ｖとする。そして、充電量差が３００〜８００ｍＡｈの範囲では、充電電圧が１４．５Ｖ以上になると二次電池３１の電圧が４Ｖを超える場合があるため、充電電圧を１４．４Ｖとする。つまり、図７に示す充電電圧は、ある充電量差において二次電池３１が過電圧にならない（４Ｖを超えない）充電電圧のうち、最も高い電圧のことである。
また、図１２には、充電量差が２００００ｍＡｈ、充電電圧が１４．０Ｖで設定された場合の定電圧充電の試験結果を示す。図１２に示すように、充電電圧１４．０Ｖであれば、充電量差が８００ｍＡｈよりも十分大きい場合であっても、二次電池３１の各電圧が４Ｖを超えることがない。この結果に基づいて、充電量差が８００ｍＡｈより大きい場合には、充電電圧を例えば１４．０Ｖとする（図７参照）。なお、本実施形態の電圧決定用データでは、図７に示すように、充電量差の範囲を４つに分け、各範囲について充電電圧をそれぞれ設定した場合を例示したが、充電量差の範囲の分け方はこれに限定されず適宜変更可能である。
３．充電電圧の決定に係るＣＰＵの処理
次に充電電圧の決定に係るＣＰＵ７１の処理について説明する。本実施形態では、複数の二次電池３１間の充電量差を推定し、推定した充電量差と、上述した電圧決定用データに基づいて充電電圧を決定する。充電電圧の決定に係るＣＰＵ７１の処理は、図１３に示すように、Ｓ１１０〜Ｓ１３０のステップから構成されている。
＜充電量差推定処理（推定処理）＞
本実施形態では、充電量差推定処理として、放電回路６５が動作していない時間（非動作時間）に基づいて、複数の二次電池３１間の充電量差を推定する処理を例示する。本実施形態では、ＣＰＵ７１は、各二次電池３１の電圧の差が所定値以上になると、放電回路６５を動作させ、相対的に充電量が多い（電圧が高い）二次電池３１を放電することで、二次電池３１間の充電量差を少なくする均等化処理を行う。プラトー領域においては、各二次電池３１の電圧の差が小さいことから、放電回路６５は動作せず、各二次電池３１の電圧の差が大きくなる満充電付近において、放電回路６５が動作する。
均等化処理が完了した時点では、複数の二次電池３１の充電量は、ほぼ等しいものとなっているが、その後、放電回路６５が動作していない状態が続くことで、各二次電池３１の充電量は、それぞれ自己放電によって減少する。この時、各二次電池３１の自己放電容量（ひいては自己放電電流）のばらつきに起因して充電量差が生じる。そして、放電回路６５が動作していない期間が長い程、自己放電に起因した充電量差は大きくなる。このため、放電回路６５が動作していない時間（均等化処理が実行されていない時間）を求めることで、複数の二次電池３１間の充電量差を推定することができる。
具体的には、ＣＰＵ７１は、放電回路６５が停止した際に、その時刻Ｔ１を計時部７６から取得し、メモリ７３に記憶する。充電量差推定処理を行う際には、ＣＰＵ７１は、現在時刻Ｔ２と、その直前に放電回路６５が停止した時刻Ｔ１との時間差ＤＴを算出する。つまり、時間差ＤＴは、放電回路６５が動作していない時間（前回均等化処理が完了してからの経過時間）である。
続いて、ＣＰＵ７１は、メモリ７３に記憶されている各二次電池３１の自己放電電流［ｍＡ］の値に、時間差ＤＴを乗算することで、放電回路６５の非動作時間（時間差ＤＴ）における各二次電池３１の自己放電容量［ｍＡｈ］をそれぞれ算出する。次に、ＣＰＵ７１は、算出された各二次電池３１の自己放電容量のうち、例えば、最も大きい自己放電容量と、最も小さい自己放電容量の差を算出することで充電量差を推定する（Ｓ１１０）。なお、ＣＰＵ７１は、二次電池３１間の自己放電電流の差と、時間差ＤＴとを乗算することで、充電量差を推定してもよい。また、各二次電池３１の自己放電電流の値は、例えば、二次電池３１の製造時などに測定したものを、メモリ７３に予め記憶しておけばよい。
＜充電電圧決定処理（決定処理）＞
次に、ＣＰＵ７１は、充電量差推定処理によって推定した複数の二次電池３１の充電量差と、メモリ７３に記憶されている電圧決定用データ（図７参照）に基づいて、組電池３０の充電電圧Ｖ１を決定する（Ｓ１２０）。例えば、充電量差が、２００ｍＡｈである場合には、図７に基づいて、充電電圧Ｖ１は、１４．８Ｖと決定され、充電量差が５００ｍＡｈである場合には、充電電圧Ｖ１は、１４．４Ｖと決定される。図７に示すように、充電電圧Ｖ１は、充電量差が、所定範囲（例えば、０〜８００ｍＡｈ）内にある場合には、充電量差が大きい程小さい値で設定され、所定範囲以上（例えば、８００ｍＡｈ以上）である場合には、充電量差に関わらず一定の電圧（図７では１４．０Ｖ）で決定される。このように、本実施形態では、図７の電圧決定用データを用いて充電電圧を決定することで、二次電池３１が過電圧にならない（４Ｖを超えない）充電電圧のうち、最も高い電圧を充電電圧Ｖ１として決定することができる。
そして、ＣＰＵ７１は、充電電圧決定処理で決定した充電電圧Ｖ１の値（指令値）を、通信部７５を介して車両ＥＣＵ１４に送信する（Ｓ１３０）。車両ＥＣＵ１４は、例えば、車両発電機１５に設けられた充電回路（例えば電圧レギュレータ）を動作させることで、車両発電機１５の出力電圧（組電池３０に印加される充電電圧）がＢＭＵ５０から送信された充電電圧Ｖ１となるように制御を行う。
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態では、複数の二次電池３１間の充電量差に基づいて充電電圧を決定することで二次電池３１が過電圧となる事態を抑制することができる。具体的には、充電量差が大きい場合には、充電電圧は、より小さい値で設定されるから、二次電池３１が過電圧となる事態を抑制することができる。また、充電量差が小さい場合には、充電電圧は、より大きい値で設定されるから、充電可能な充電量を多くすることができる。
また、本実施形態では、充電量差と充電電圧とを対応付けた電圧決定用データが記憶されたメモリ７３を備えており、ＣＰＵ７１は、充電量差と電圧決定用データに基づいて、充電電圧を決定する。メモリ７３に記憶されている電圧決定用データに基づいて充電電圧を決定することで、例えば充電電圧を計算によって求める処理を行う場合と比べて、容易に充電電圧を決定することができる。
また、ＣＰＵ７１は、充電量差を推定する充電量差推定処理を実行する。これにより、充電電圧を決定する時点の二次電池３１の状態に基づいた充電量差を推定することができ、例えば予め記憶された充電量差を用いる場合と比べて、より正確な充電量差によって充電電圧を決定することができる。
また、複数の二次電池３１間の充電量差を小さくする均等化処理を行う放電回路６５を備え、充電量差推定処理は、前回均等化処理が完了してからの経過時間に基づいて充電量差を推定する処理とされる。
複数の二次電池３１に対する均等化処理が完了した時点から次回の均等化処理が開始されるまでの間（放電回路６５の非動作時間）には、各二次電池３１の自己放電容量の差に起因して複数の二次電池３１間の充電量差が生じる。自己放電によって生じる充電量差は、前回の均等化処理が完了してからの経過時間が長い程、大きくなる。このため、ＣＰＵ７１は、前回均等化処理が完了してからの経過時間に基づいて充電量差を推定することができる。
また、二次電池３１は、例えば、リン酸鉄系のリチウムイオン電池とされる。リン酸鉄系のリチウムイオン電池では、満充電付近（充電終了付近）で急激に電圧が上昇する特性があるため、放電回路６５による均等化処理が間に合わず、二次電池３１が過電圧となる事態が懸念される。本実施形態では、充電量差に基づいて、過電圧にならない充電電圧を予め決定するため、リチウムイオン電池のような充電終了付近で急激に電圧が上昇する特性を有する電池であっても、過電圧を防止することができる。
＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
（１）上記実施形態では、蓄電素子の一例としてリン酸鉄系の正極活物質を使用したリチウムイオン二次電池を示したが、これに限定されない。蓄電素子としては、リチウムイオン二次電池以外の二次電池や、電気化学現象を伴うキャパシタ等でもよい。なお、リチウムイオン二次電池の正極活物質は、リン酸鉄系に限定されず、適宜変更可能であり、例えば、三元系の正極活物質を使用してもよい。なお、三元系のようにＳＯＣに対してＯＣＶが一義的に定まる特性（ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が大きい特性）を有する二次電池３１を用いる場合には、リン酸鉄系に比べて、各二次電池３１のＯＣＶからＳＯＣを容易に推定することができる。このような場合には、各二次電池３１のＯＣＶを測定することで、ＳＯＣを推定し、ＳＯＣから二次電池３１の充電量差を推定してもよい。また、各二次電池３１のＳＯＣ差と充電電圧とを対応付けた電圧決定用データを用いて、ＳＯＣ差から充電電圧を直接的に決定してもよい。なお、各二次電池３１のＳＯＣの推定方法は、ＯＣＶから求める方法（ＯＣＶ法）に限定されず、例えば、電流積算法などを用いてもよい。
（２）上記実施形態では、制御部としてＣＰＵ７１を例示したが、これに限定されない。制御部は、複数のＣＰＵを備える構成や、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのハード回路であってもよく、ＦＰＧＡ、ＭＰＵ、また、それらが組み合わされた構成であってもよい。つまり、制御部は、上記実施形態で例示した各処理を、ソフトウェア又はハード回路を利用して実行するものであればよい。
（３）上記実施形態では、バッテリモジュール２０が搭載される車両として自動車１を例示したが、これに限定されない。本明細書で開示される技術は、電車など自動車以外の車両に適用することも可能である。また、上記実施形態では、充電器として、車両に搭載されているもの（車両発電機１５）を例示したが、充電器は、車両の外部に設置されているものであってもよい。例えば、本明細書で開示される技術を電車に適用した場合には、充電器は駅などに設置されていてもよい。また、電車に搭載された二次電池が架線から供給される電力によって充電される構成であってもよい。また、バッテリモジュール２０は、車両に搭載されるものに限定されず、産業用の電源装置（非常用電源など）として広く用いることができる。
（４）上記実施形態では、組電池３０が４つの二次電池３１を備える構成を例示したが、これに限定されない。二次電池３１の個数は２つ以上であればよく、その個数は適宜変更可能である。
（５）上記実施形態では、４つの二次電池３１のうち、１つの二次電池３１の充電量が相対的に高く、他の３つの二次電池３１の充電量が相対的に低い場合を例示したが、これに限定されない。例えば、２つの二次電池３１の充電量が相対的に高く、他の２つの二次電池３１の充電量が相対的に低い場合の試験結果（図１４参照）に基づいた電圧決定用データや、３つの二次電池３１の充電量が相対的に高く、残りの１つの二次電池３１の充電量が相対的に低い場合の試験結果（図１５参照）に基づいた電圧決定用データなど、様々なパターンに対応した電圧決定用データがメモリ７３に記憶されていてもよい。このようにすれば、ＣＰＵ７１は、充電電圧決定処理において、数種類の電圧決定用データのうち、該当する充電量差のパターンに対応する電圧決定用データを使用して充電電圧を決定することができる。
また、複数の二次電池３１の各充電量が全て異なる場合であっても、本明細書で開示される技術は適用可能である。なお、電圧決定用データを作成する際には、充電量が最も高い二次電池３１と、充電量が最も低い二次電池３１の充電量差に基づいて、電圧決定用データを作成することが好ましいが、これに限定されない。
（６）本明細書で開示される技術は、定電圧充電の場合に限定されず、例えば、車両減速時における回生充電について適用することも可能である。回生充電時における二次電池３１の電流及び電圧の時間推移の一例を図１６に示す。図１６に示すように、回生充電では、例えば、定電流充電時に電流が短時間で急激に上昇し、各二次電池３１の電圧がそれぞれ上昇する。この時、相対的に充電量が高い二次電池３１の電圧（符号３１Ｈ１）は、充電量が低い二次電池３１の電圧（符号３１Ｌ１）に比して上昇量が大きく、過電圧となる事態が懸念される。本明細書で開示される技術を回生充電に適用する場合には、上述した回生充電時の状況と同じ状況で試験的な充電を予め行い、その試験結果に基づいて電圧決定用データを作成し、この電圧決定用データを用いて充電電圧を決定すればよい。
（７）上記実施形態では、充電電圧決定処理をＢＭＵ５０側で行い、充電器（車両発電機１５）の制御を車両ＥＣＵ１４側で行う構成を例示したが、これに限定されない。充電電圧決定処理及び、充電器の制御を一つの制御部で行う構成としてもよい。
（８）上記実施形態では、均等化処理として、相対的に充電量が多い二次電池３１を放電する処理を例示したが、これに限定されない。例えば、相対的に充電量が少ない二次電池３１を充電することで複数の二次電池３１の充電量差を少なくしてもよい。
（９）上記実施形態では、充電量差推定処理によって推定された充電量差に基づいて、充電電圧を決定する技術を例示したが、これに限定されない。例えば、複数の二次電池３１の製造時などに測定した各二次電池３１の初期容量をメモリ７３に記憶しておき、この初期容量の差を充電量差として充電電圧決定処理を行ってもよい。
（１０）上記実施形態では、充電量差推定処理として放電回路６５の非動作時間を用いて充電量差を推定するものを例示したが、これに限定されない。充電量差推定処理としては、二次電池３１について電圧と充電量の相関関係を示すデータを予めメモリ７３に記憶させておき、そのデータと、充電中に計測した各二次電池３１間の電圧差に基づいて充電量差を推定し、その充電量差から充電電圧を決定してもよい。また、各二次電池３１間の電圧差から直接的に充電電圧を決定してもよい。具体的には、充電量差を用いる場合と同様に各二次電池３１間の電圧差と充電電圧とを対応付けた電圧決定用データをメモリ７３に記憶させておき、その電圧決定用データと電圧差に基づいて充電電圧を決定すればよい。
（１１）上記実施形態では、充電量差推定処理において、メモリ７３に記憶されている二次電池３１の自己放電電流の値を用いて充電量差を推定する処理を例示したが、これに限定されない。例えば、放電回路６５の動作時間に基づいて二次電池３１間の自己放電電流の差を算出し、これに基づいて充電量差を推定してもよい。例えば、一つの二次電池３１についてのみ放電回路６５が動作する場合、その二次電池３１（以下、符号３１Ａ）は、他の二次電池３１（以下、符号３１Ｂ）に比べて充電量が高いことになる。言い換えると、二次電池３１Ａは、放電回路６５の非動作時間（上記実施形態における時間差ＤＴに対応）における自己放電容量（ひいては自己放電電流）の値が相対的に小さいものであると考えることができる。
このような場合、ＣＰＵ７１は、放電回路６５による二次電池３１Ａの放電電流を、その放電回路６５の動作時間（放電回路６５による放電時間）について積算することで、他の二次電池３１との自己放電容量の差ＤＸを算出する。この差ＤＸは、直前の放電回路６５の非動作時間における自己放電によって生じたものであると考えることができる。このため、自己放電容量の差ＤＸを、直前の放電回路６５の非動作時間で割ることで、二次電池３１Ａと他の二次電池３１Ｂとの自己放電電流の差ＤＩを算出することができる。自己放電電流の差ＤＩを算出し、これをメモリ７３に記憶させておけば、これ以降は、自己放電電流の差ＤＩに放電回路６５の非動作時間を乗算することで、二次電池３１Ａと他の二次電池３１Ｂとの充電量差を推定することができ、この充電量差に基づいて最適な充電電圧を決定することができる。
（１２）上記実施形態では、各二次電池３１の自己放電電流のばらつきに起因して充電量差が生じる場合を例示したが、充電量差が生じる原因は、これに限定されない。例えば、各二次電池３１の電圧を検出するための各ＩＣ（電圧検出回路６０の構成部品）の消費電流のばらつきに起因して、充電量差が生じる場合がある。このような場合には、例えば、各二次電池３１の自己放電電流に対して、対応する各ＩＣの消費電流を加算することで各二次電池３１の放電電流を求め、この放電電流の差と、放電回路６５の非動作時間とを乗算することで、二次電池３１の充電量差を求めることができる。
１０：蓄電システム
１５：車両発電機（充電器の一例）
２０：バッテリモジュール（蓄電装置の一例）
３１：二次電池（蓄電素子の一例）
５０：ＢＭＵ（蓄電素子管理装置の一例）
６５：放電回路（均等化回路の一例）
７１：ＣＰＵ（制御部の一例）
７３：メモリ（記憶部の一例）
ＤＴ：時間差（前回均等化処理が完了してからの経過時間）

Claims (9)

  1. 直列に接続された複数の蓄電素子に対する充電電圧を決定する制御部を備える蓄電素子管理装置であって、
    前記制御部は、
    前記複数の蓄電素子間の充電量差又は電圧差に基づいて、前記充電電圧を決定する決定処理を実行する蓄電素子管理装置。
  2. 請求項１に記載の蓄電素子管理装置であって、
    前記充電電圧は、前記充電量差又は前記電圧差が大きい程小さい値で設定される蓄電素子管理装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の蓄電素子管理装置であって、
    前記充電量差又は前記電圧差のうちいずれか一方と前記充電電圧とを対応付けた電圧決定用データが記憶された記憶部を備える蓄電素子管理装置。
  4. 請求項３に記載の蓄電素子管理装置であって、
    前記制御部は、
    前記充電量差又は前記電圧差のうちいずれか一方と、前記記憶部に記憶された前記電圧決定用データに基づいて、前記充電電圧を決定する蓄電素子管理装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蓄電素子管理装置であって、
    前記制御部は、
    前記充電量差を推定する推定処理を実行する蓄電素子管理装置。
  6. 請求項５に記載の蓄電素子管理装置であって、
    前記複数の蓄電素子間の充電量差を小さくする均等化処理を行う均等化回路を備え、
    前記推定処理は、
    前回前記均等化処理が完了してからの経過時間に基づいて、前記決定処理に用いる前記充電量差を推定する処理である蓄電素子管理装置。
  7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の蓄電素子管理装置であって、
    前記蓄電素子は、リン酸鉄系のリチウムイオン電池である蓄電素子管理装置。
  8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の蓄電素子管理装置と、
    前記複数の蓄電素子と、を備える蓄電装置。
  9. 請求項８に記載の蓄電装置と、
    前記複数の蓄電素子に対して充電を行う充電器と、を備える蓄電システム。
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