JP2019058050A - 充電量調整装置、電池装置、充電量調整方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】組電池に含まれる単位電池の内部抵抗にばらつきが生じた場合であっても、組電池に充電されたエネルギーを効率よく利用することが可能な充電量調整装置、電池装置、充電量調整方法及びコンピュータプログラムを提供する。【解決手段】充電量調整装置は、各単位電池の電圧を取得する電圧取得部と、組電池の充放電電流を取得する電流取得部と、取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の充電率を算出する充電率算出部と、算出した充電率に基づいて各単位電池の開放電圧を算出する開放電圧算出部と、取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出部と、算出した開放電圧から、算出した内部抵抗に所定の負荷電流を乗じた結果を減じることにより、各単位電池の負荷電圧を算出する負荷電圧算出部と、算出した負荷電圧が最も低い単位電池に他の単位電池から所定の充電エネルギーを移動させる移動部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、単位電池が複数直列に接続された組電池の充電量を調整する充電量調整装置、電池装置、充電量調整方法及びコンピュータプログラムに関する。

二次電池は、１個あたりの電池電圧及び充放電容量に限りがあるが、複数の二次電池を直並列に接続すれば、トータルの電池電圧及び充放電容量を増大させることができる。このような組電池では、各二次電池の内部抵抗、劣化度等の特性の違い、及び電池温度等の使用状態の違いにより、充放電が繰り返される間に二次電池間で充電量（残容量）のバランスが崩れることがある。

上記のような原因により充電量のバランスが崩れた状態で充放電を繰り返した場合、各二次電池の充放電時の端子電圧が不均等になってバランスの崩れが助長されたり、劣化による内部抵抗の違いが拡大したりする傾向がある。また、端子電圧が不均等になれば、充電時の端子電圧が最も高い二次電池に合わせて充電し、放電時の端子電圧が最も低い二次電池に合わせて放電しなければならないため、実質的な充放電容量が減少することになる。

これに対し、特許文献１には、組電池にて直列接続された複数の二次電池のうち、充電時の端子電圧が最も低い二次電池と比較して端子電圧の電圧差が第１の所定値を超える二次電池について、抵抗及びトランジスタの直列回路からなるバイパス回路を導通させて充電電流を減少させる組電池の充電装置が開示されている。バイパス回路は、上記の電圧差が第１の所定値より小さい第２の所定値以下となった場合に遮断される。第２の所定値は、内部抵抗による電圧降下分を除いた正味の電池電圧が等しくなる場合における両二次電池の端子電圧の差と一致するように設定される。即ち、充電中に両二次電池の正味の電池電圧が等しくなったときにバイパスが解除されるようになっている。

特開平８−１９１８８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術によって充電時に正味の電池電圧を揃えた場合であっても、内部抵抗の違いにより放電時に各二次電池の端子電圧にばらつきが生じることが避けられない。このため、内部抵抗が大きい二次電池の端子電圧が先に下限電圧に達して組電池としての放電が終止することとなり、組電池に充電されたエネルギーを有効に利用することができないという問題があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、組電池に含まれる単位電池の内部抵抗にばらつきが生じた場合であっても、組電池に充電されたエネルギーを効率よく利用することが可能な充電量調整装置、電池装置、充電量調整方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。

本発明の一態様に係る充電量調整装置は、単一の又は複数並列に接続された二次電池を含む単位電池が複数直列に接続された組電池の充電量を調整する充電量調整装置であって、各単位電池の電圧を取得する電圧取得部と、前記組電池の充放電電流を取得する電流取得部と、前記電圧取得部で取得した電圧、及び前記電流取得部で取得した充放電電流に基づいて各単位電池の充電率を算出する充電率算出部と、該充電率算出部で算出した充電率に基づいて各単位電池の開放電圧を算出する開放電圧算出部と、前記電圧取得部で取得した電圧、及び前記電流取得部で取得した充放電電流に基づいて各単位電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出部と、前記開放電圧算出部で算出した開放電圧から、前記内部抵抗算出部で算出した内部抵抗に所定の負荷電流を乗じた結果を減じることにより、各単位電池の負荷電圧を算出する負荷電圧算出部と、該負荷電圧算出部で算出した負荷電圧が最も低い単位電池に他の単位電池から所定の充電エネルギーを移動させる移動部とを備える。

本発明の一態様に係る電池装置は、上述の充電量調整装置と、該充電量調整装置によって複数直列に接続された単位電池の充電量が調整される組電池と、前記単位電池の電圧を各別に検出する電圧センサと、前記組電池の充放電電流を検出する電流センサとを備える。

本発明の一態様に係る充電量調整方法は、単一の又は複数並列に接続された二次電池を含む単位電池が複数直列に接続された組電池の充電量を調整する方法であって、各単位電池の電圧を取得し、前記組電池の充放電電流を取得し、取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の充電率を算出し、算出した充電率に基づいて各単位電池の開放電圧を算出し、取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の内部抵抗を算出し、算出した開放電圧から、算出した内部抵抗に所定の負荷電流を乗じた結果を減じることにより、各単位電池の負荷電圧を算出し、算出した負荷電圧が最も低い単位電池に他の単位電池から所定の充電エネルギーを移動させる。

本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、単一の又は複数並列に接続された二次電池を含む単位電池が複数直列に接続された組電池の充電量を調整させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、各単位電池の電圧を取得するステップと、前記組電池の充放電電流を取得するステップと、取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の充電率を算出するステップと、算出した充電率に基づいて各単位電池の開放電圧を算出するステップと、取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の内部抵抗を算出するステップと、算出した開放電圧から、算出した内部抵抗に所定の負荷電流を乗じた結果を減じることにより、各単位電池の負荷電圧を算出するステップと、算出した負荷電圧が最も低い単位電池に他の単位電池から所定の充電エネルギーを移動させる指令を行うステップと
を実行させる。

なお、本願は、このような特徴的な処理部を備える充電量調整装置及び電池装置として実現したり、特徴的な処理をステップとする充電量調整方法として実現したり、係るステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムとして実現したりすることができるだけでなく、充電量調整装置の一部又は全部を半導体集積回路として実現したり、充電量調整装置を含むシステムとして実現したりすることができる。

上記によれば、組電池に含まれる単位電池の内部抵抗にばらつきが生じた場合であっても、組電池に充電されたエネルギーを効率よく利用することが可能となる。

実施形態１に係る電池装置が搭載された車両の構成例を示すブロック図である。 実施形態１に係る充電量調整装置の構成例を示すブロック図である。 実施形態１に係る二次電池のインピーダンススペクトルの一例を示す説明図である。 実施形態１に係る二次電池の等価回路モデルの一例を示す説明図である。 実施形態１に係る二次電池の開放電圧と充電量との相関関係の一例を示す説明図である。 実施形態１に係る二次電池の電圧波形及び電流波形の一例を示す説明図である。 実施形態１に係る単位電池の内部抵抗及び開放電圧を模式的に示す説明図である。 実施形態１に係る単位電池の充電量調整前後における負荷電圧を模式的に示す説明図である。 実施形態１に係る電池装置の一部を示す回路図である。 実施形態１に係る充電量調整装置で各単位電池の充電率、開放電圧及び内部抵抗を算出するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 実施形態１に係る充電量調整装置で充電エネルギーを移動させるＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 実施形態２に係る単位電池の充電量調整前後における負荷電圧を模式的に示す説明図である。 実施形態２に係る充電量調整装置で充電エネルギーを移動させるＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 実施形態３に係る充電量調整装置で充電量の調整要否を判定するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

（１）本発明の一態様に係る充電量調整装置は、単一の又は複数並列に接続された二次電池を含む単位電池が複数直列に接続された組電池の充電量を調整する充電量調整装置であって、各単位電池の電圧を取得する電圧取得部と、前記組電池の充放電電流を取得する電流取得部と、前記電圧取得部で取得した電圧、及び前記電流取得部で取得した充放電電流に基づいて各単位電池の充電率を算出する充電率算出部と、該充電率算出部で算出した充電率に基づいて各単位電池の開放電圧を算出する開放電圧算出部と、前記電圧取得部で取得した電圧、及び前記電流取得部で取得した充放電電流に基づいて各単位電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出部と、前記開放電圧算出部で算出した開放電圧から、前記内部抵抗算出部で算出した内部抵抗に所定の負荷電流を乗じた結果を減じることにより、各単位電池の負荷電圧を算出する負荷電圧算出部と、該負荷電圧算出部で算出した負荷電圧が最も低い単位電池に他の単位電池から所定の充電エネルギーを移動させる移動部とを備える。

（９）本発明の一態様に係る充電量調整方法は、単一の又は複数並列に接続された二次電池を含む単位電池が複数直列に接続された組電池の充電量を調整する方法であって、各単位電池の電圧を取得し、前記組電池の充放電電流を取得し、取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の充電率を算出し、算出した充電率に基づいて各単位電池の開放電圧を算出し、取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の内部抵抗を算出し、算出した開放電圧から、算出した内部抵抗に所定の負荷電流を乗じた結果を減じることにより、各単位電池の負荷電圧を算出し、算出した負荷電圧が最も低い単位電池に他の単位電池から所定の充電エネルギーを移動させる。

（１０）本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、単一の又は複数並列に接続された二次電池を含む単位電池が複数直列に接続された組電池の充電量を調整させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、各単位電池の電圧を取得するステップと、前記組電池の充放電電流を取得するステップと、取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の充電率を算出するステップと、算出した充電率に基づいて各単位電池の開放電圧を算出するステップと、取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の内部抵抗を算出するステップと、算出した開放電圧から、算出した内部抵抗に所定の負荷電流を乗じた結果を減じることにより、各単位電池の負荷電圧を算出するステップと、算出した負荷電圧が最も低い単位電池に他の単位電池から所定の充電エネルギーを移動させる指令を行うステップとを実行させる。

本態様にあっては、１又は複数並列の二次電池を含む単位電池を複数直列に接続してある組電池について、各単位電池の電圧と組電池全体の充放電電流とに基づいて単位電池の充電率と内部抵抗とを各別に算出し、算出した充電率に基づいて単位電池の開放電圧を各別に算出する。その上で、各単位電池について、算出した開放電圧から、算出した内部抵抗と所定の負荷電流との積で示される電圧降下を減じて負荷電圧（即ち放電時の端子電圧）を算出し、算出した負荷電圧が最も低い単位電池を特定し、特定した単位電池に対して他の単位電池から所定の充電エネルギーを移動させる。これにより、同じ負荷電流を放電させたときに最も端子電圧が低い単位電池の端子電圧がより高くなるように充電量が調整されるため、放電中に何れかの単位電池が下限電圧に達するタイミングがより遅くなる。

（２）前記他の単位電池は、前記負荷電圧算出部で算出した負荷電圧が最も高い単位電池を含むことが好ましい。

負荷電圧が最も低い単位電池に対する充電エネルギーの移動元に、負荷電圧が最も高い単位電池が含まれるため、負荷電圧の差が効率的に狭まるように調整されて、放電中に各単位電池が下限電圧に達するタイミングがより近くなる。

（３）前記移動部は、第１周期毎に所定の充電エネルギーを移動させ、前記負荷電圧算出部は、前記第１周期より長い第２周期毎に負荷電圧を算出することが好ましい。

第１周期より第２周期が長いため、エネルギーの移動先に一旦特定された単位電池に対して少なくとも一定以上の充電エネルギーが移される。そして、第２周期毎に充電エネルギーの移動元及び移動先が新たに特定されるため、最終的に各単位電池の負荷電圧が揃うように調整される。

（４）前記負荷電流は、前記負荷電圧算出部で算出される負荷電圧が前記単位電池の放電を終止すべき放電終止電圧より高くなるように特定されることが好ましい。

最も負荷電圧が低い単位電池の負荷電圧が放電終止電圧以下である場合は、充電エネルギーの移動後に各単位電池の負荷電圧が揃った段階で負荷電圧が放電終止電圧より低いことがあり得るため、負荷電圧の算出結果が放電終止電圧以下とならない範囲で負荷電流が特定される。

（５）前記充電率算出部で算出した充電率の何れかが第１閾値より小さいか否か、又は前記充電率算出部で算出した充電率の最大値と最小値の差分若しくは充電率の偏差の最大値が第２閾値より大きいか否かを判定する充電率判定部を更に備え、前記移動部は、前記充電率判定部が第１閾値より小さいと判定するか、又は第２閾値より大きいと判定した場合、前記充電エネルギーを移動させることが好ましい。

各単位電池の充電率の最小値が第１閾値より小さい場合、又は充電率のばらつき幅若しくは充電率の平均値に対する最大の偏差が第２閾値より大きい場合に充電量の調整を行う。これにより、充電率の調整による効果が顕著ではない場合に不要な調整が保留される。

（６）前記開放電圧算出部で算出した開放電圧の最大値と最小値の差分若しくは開放電圧の偏差の最大値が第３閾値より大きいか否か、又は前記開放電圧算出部で算出した開放電圧の何れかが第４閾値より小さいか否かを判定する開放電圧判定部を更に備え、前記移動部は、前記開放電圧判定部が第３閾値より大きいと判定するか、又は第４閾値より小さいと判定した場合、前記充電エネルギーを移動させることが好ましい。

各単位電池の開放電圧のばらつき幅若しくは開放電圧の平均値に対する最大の偏差が第３閾値より大きい場合、又は開放電圧の最小値が第４閾値より小さい場合に充電量の調整を行う。これにより、充電率の調整による効果が顕著ではない場合に不要な調整が保留される。

（７）前記内部抵抗算出部で算出した内部抵抗の最大値と最小値の差分若しくは内部抵抗の偏差の最大値が第５閾値より大きいか否か、又は前記内部抵抗算出部で算出した内部抵抗を正規化した値の何れかが第６閾値を越えるか否かを判定する内部抵抗判定部を更に備え、前記移動部は、前記内部抵抗判定部が第５閾値より大きいと判定するか、又は第６閾値を越えると判定した場合、前記充電エネルギーを移動させることが好ましい。

各単位電池の内部抵抗のばらつき幅若しくは内部抵抗の平均値に対する最大の偏差が第５閾値より大きい場合、又は内部抵抗を例えば最小値で正規化した値の何れかが第６閾値を上回るか、若しくは内部抵抗を例えば最大値で正規化した値の何れかが第６閾値を下回る場合に充電量の調整を行う。これにより、充電率の調整による効果が顕著ではない場合に不要な調整が保留される。

（８）本発明の一態様に係る電池装置は、上述の充電量調整装置と、該充電量調整装置によって複数直列に接続された単位電池の充電量が調整される組電池と、前記単位電池の電圧を各別に検出する電圧センサと、前記組電池の充放電電流を検出する電流センサとを備える。

本態様にあっては、単位電池が複数直列に接続された組電池における各単位電池の充電量を上述の充電量調整装置が調整するため、組電池に含まれる単位電池の内部抵抗にばらつきが生じた場合であっても、組電池に充電されたエネルギーを効率よく利用することが可能な充電量調整装置が電池装置に適用される。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る充電量調整装置、電池装置、充電量調整方法及びコンピュータプログラムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施形態で記載されている技術的特徴は、お互いに組み合わせることが可能である。

（実施の形態１）
図１は、実施形態１に係る電池装置が搭載された車両の構成例を示すブロック図である。車両は、電池装置２００の正極側が一端に接続されたリレー６１及び６２と、リレー６１の他端及び基準電位の間に接続されたインバータ６３及びモータ６４の直列回路並びに電気負荷６５と、リレー６２の他端及び基準電位の間に接続された充電器６６とを含んでなる。電池装置２００の負極側は基準電位に接続されている。電池装置２００は、組電池５０と、該組電池の充電量を調整する充電量調整装置１００とを含んでなる。

組電池５０は、リチウムイオン電池等の二次電池である単位電池５１を複数直列に接続してあり、各単位電池５１の電圧を各別に検出する電圧センサ５２と、基準電位との間に流れる組電池５０の充電電流及び放電電流（充放電電流）を検出する電流センサ５３と、各単位電池５１の表面温度を検出する温度センサ５４とを更に備える。各単位電池５１は、同じ数の二次電池が並列に接続されていてもよい。温度センサ５４は、各単位電池５１夫々に１つずつ設けられていてもよいし、何れか１つの単位電池５１に設けられていてもよい。

電圧センサ５２は、例えば各単位電池５１にクランプダイオードを介して二次巻線が接続されたトランスの一次側にパルスを印加し、そのときに1次側コイルに発生するクランプ電圧を各別に計測するようにしてもよいし、リニアテクノロジ社製のマルチセル・バッテリ・スタック・モニタ（ＬＴＣ６８０３／６８０４）等の汎用のＩＣを用いてもよい。電圧センサ５２の検出結果は、充電量調整装置１００に出力される。電圧センサ５２が充電量調整装置１００に含まれていてもよい。

電流センサ５３は、例えば、シャント抵抗又はホールセンサで構成されている。温度センサ５４は、例えば、サーミスタで構成されている。電流センサ５３及び温度センサ５４夫々の検出結果は、充電量調整装置１００に出力される。

リレー６１及び６２のオン／オフは、不図示のリレー制御部が行う。インバータ６３は、不図示の車両コントローラからの指令により、モータ６４への通電制御を行う。充電器６６は、車両の停止時に車外の電源から電力供給を受けて組電池５０を充電する。不図示のオルタネータが発電した電力、又はモータ６４の回生電力によって、組電池５０が充電されてもよい。

図２は、実施形態１に係る充電量調整装置１００の構成例を示すブロック図である。充電量調整装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含む制御部１０が装置全体を制御する。制御部１０には、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ：登録商標）等の不揮発性メモリを用いたＲＯＭ２１と、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の書き換え可能なメモリを用いたＲＡＭ（記憶部に相当）２２と、時間を計時するタイマ２３とが接続されている。

制御部１０には、また、電圧センサ５２で検出された電圧を取得する電圧取得部３２と、電流センサ５３で検出された電流を取得する電流取得部３３と、温度センサ５４で検出された温度を取得する温度取得部３４と、ＳＰＩ（登録商標：Ｓｅｒｉａｌ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に準拠する通信を行う汎用のＳＰＩコントローラ３５とが接続されている。ＳＰＩコントローラ３５は、各単位電池５１の充電量を調整する充電量調整回路（移動部に相当）３６に接続されている。なお、制御部１０が制御する電圧、電流の取得頻度は、例えば１０ｍｓであるが、これに限定されるものではない。

制御部１０は、予めＲＯＭ２１に記憶された制御プログラムに従って不図示のＣＰＵが実行するソフトウェア処理により、充電率算出部１１、内部抵抗算出部１２、開放電圧算出部１３、負荷電圧算出部１４及び移動指令部１５の機能を実現する。これらの機能の一部又は全部が、集積回路化によって実現されてもよい。ソフトウェア処理により発生した情報の一部は、ＲＡＭ２２に一時的に記憶される。ＣＰＵによるソフトウェア処理の手順を定めたコンピュータプログラムを、不図示の手段を用いて予めＲＡＭ２２にロードし、コンピュータプログラムをＣＰＵで実行するようにしてもよいし、制御部１０全体を専用のハードウェア回路で構成してもよい。

充電率算出部１１は、電圧取得部３２で取得した各単位電池５１の電圧Ｖｂｎ（ｎは自然数）と、電流取得部３３で取得した充放電電流Ｉｂ（以下、単に電流Ｉｂとも言う）とに基づいて、各単位電池５１の充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を各別に算出する。充電率は、満充電時の充電量に対するその時の充電量の比率として表される。電流の取得頻度をΔｔとし、取得される電流をＩｂｉ（ｉ＝１，２，・・）、満充電時の充電量をＦＣＣとすると、一般的に充電率の変化量は（ΣＩｂｉ×Δｔ）／ＦＣＣなる式で算出することができる。これにより、組電池５０全体の充電率を都度算出することができるが、ここでは各単位電池５１の充電率を各別に算出する必要がある。

そこで、本実施形態１では、カルマンフィルタを用いて単位電池５１毎に充電率を算出する。具体的には、各単位電池５１をモデル化した等価回路モデルに含まれる複数の要素によって各単位電池５１の状態を表した状態ベクトルと、各単位電池５１の電圧Ｖｂｎ及び電流Ｉｂの検出結果に基づく観測値を表した観測ベクトルとに基づき、カルマンフィルタを用いて各単位電池５１の状態を更新して各単位電池５１の充電率を各別に推定する。カルマンフィルタを用いた充電率の推定については、特開２０１５−２２４９２７号公報に詳しいので、詳細な説明を省略する。なお、取得される電圧Ｖｂｎｉ及び電流Ｉｂｉの積である電力を各単位電池５１について各別に積算（ΣＩｂｉ×Ｖｂｎｉ×Δｔ）し、満充電時の充電電力量に対する蓄電されている電力量の比として充電率を算出してもよい。

内部抵抗算出部１２は、電圧取得部３２で取得した各単位電池５１の電圧Ｖｂｎと、電流取得部３３で取得した電流Ｉｂとに基づいて、各単位電池５１の内部抵抗を各別に算出する。図３は、実施形態１に係る二次電池のインピーダンススペクトルの一例を示す説明図である。以下では、二次電池と単位電池５１とを特に区別せずに説明する。図３において、横軸はインピーダンスＺの実数成分Ｚｒを示し、縦軸はインピーダンスＺの虚数成分Ｚｉを示す。破線は比較的新しい二次電池の特性を表し、実線は劣化した二次電池の特性を表す。図３に示すように、二次電池が劣化するとインピーダンススペクトルの円弧が大きくなり、インピーダンスが大きくなる。

二次電池の内部抵抗は、電解液バルクの抵抗Ｒｓ及び界面電荷移動抵抗Ｒｃが主要部分を占める。一方、交流インピーダンス法での周波数を高周波数から低周波数へ（例えば、２ｋＨｚから０．１Ｈｚへ）変化させた場合、図３に示すように、二次電池のインピーダンスはある周波数域（境界周波数域と称する：図３の符号Ａ，Ａ’で示す付近）で極値をとり、その後増加する。この増加は拡散インピーダンスが寄与することが知られている。つまり、境界周波数域は、二次電池のインピーダンスが、電解液バルクの抵抗Ｒｓと界面電荷移動抵抗Ｒｃとの合計値で表すことができ、拡散インピーダンスによる影響が少ない又は無視することができる程度となる周波数域を意味する。そして、境界周波数域でのインピーダンスＺを、二次電池の内部抵抗Ｒとして推定することができる。

図４は、実施形態１に係る二次電池の等価回路モデルの一例を示す説明図である。等価回路モデルは、二次電池のインピーダンスを表す等価回路であり、例えば、図４に示すように、開放電圧ＯＣＶを有する電圧源と、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２〜Ｒ５夫々とキャパシタＣ２〜Ｃ５夫々との並列回路が４個直列に接続された回路との組み合わせで構成される。二次電池は、開放電圧ＯＣＶを有する電圧源、内部インピーダンスの直列抵抗等で決定付けられる。開放電圧ＯＣＶは、正極、負極及び電解質の静的なつり合いで決まり、内部インピーダンスは動的なメカニズムで決まる。

より具体的には、抵抗Ｒ１は、例えば、電解液バルクの抵抗を表し、抵抗Ｒ２〜Ｒ５は、例えば、界面電荷移動抵抗及び拡散インピーダンスを表し、キャパシタＣ２〜Ｃ５は、例えば、電気二重層キャパシタンスを表す。電解液バルクの抵抗は、電解液中でのリチウム（Ｌｉ）イオンの伝導抵抗、正極及び負極での電子抵抗などを含む。界面電荷移動抵抗
は、活物質表面における電荷移動抵抗及び被膜抵抗などを含む。拡散インピーダンスは、活物質粒子内部へのリチウム（Ｌｉ）イオンの拡散過程に起因するインピーダンスである。

なお、二次電池の電圧Ｖｂと開放電圧ＯＣＶとの差の電圧を過電圧という。過電圧は、二次電池の内部で生じる電圧降下に相当する。取得（検出）される電圧Ｖｂ、過電圧及び開放電圧ＯＣＶの間には「ＯＣＶ＝Ｖｂ−過電圧」、という関係が成り立つ。充電時の電流Ｉｂを正の電流とすると、過電圧は正の電圧となる。

上述の内容から、単位電池５１の内部抵抗Ｒは、境界周波数域に対応する周波数ｆで測定されるインピーダンスＺで表される。一方、交流インピーダンス法での周波数ｆと、直流を通電してから測定するまでの待機時間Ｔとの間には、Ｔ＝１／２ｆという関係がある。待機時間Ｔは、二次電池のインピーダンススペクトル（図３参照）を鑑みた場合に、単位電池５１全体としてのインピーダンスが、単位電池５１におけるイオンの拡散インピーダンスの影響を無視することができる程度となるまでの、充放電の切り替え時点からの経過時間である。例えば、周波数ｆが５Ｈｚの場合、待機時間Ｔは０．１秒となる。

具体的には、各単位電池５１が充電から放電に、又は放電から充電に切り換わると、各単位電池５１の内部抵抗Ｒのうち、例えば、拡散インピーダンス及び界面電荷移動抵抗が一旦リセットされて過電圧の影響が小さくなり、その後の通電時間に応じて内部抵抗Ｒが増加し始める。そこで、充放電の切り替えがあった場合、切り替え前に記憶した単位電池５１の電圧Ｖｂｎ及び電流Ｉｂと、切り替えから待機時間Ｔ後に取得した単位電池５１の電圧Ｖｃｎ及び電流Ｉｃとに基づいて、各単位電池５１の内部抵抗Ｒを各別に算出することができる。

より具体的には、内部抵抗Ｒは、２点間の電圧及び電流から求められる直線の傾きの絶対値として表されるから、内部抵抗Ｒは以下の式（１）で算出することができる。これにより、充放電が頻繁に繰り返される場合であっても、各単位電池５１の内部抵抗Ｒを精度よく算出することができる。以上の算出方法は、国際公開第２０１７／０４７１９２号に詳しい。

Ｒ＝（Ｖｃｎ−Ｖｂｎ）／（Ｉｃ−Ｉｂ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）

待機時間Ｔは、各単位電池５１の充電率（ＳＯＣ）が大きくなるほど短くなることが分かっているので、予め単位電池５１毎に、充電率に対応付けて待機時間ＴをＲＯＭ２１又はＲＡＭ２２に記憶させておくことが好ましい。また、待機時間Ｔは、各単位電池５１の温度にも依存する。そこでＲＯＭ２１又はＲＡＭ２２には、単位電池５１毎に、且つ充電率の範囲及び温度範囲別に、待機時間Ｔをテーブルにして記憶させておくことが好ましい。より厳密には、図３にＡ及びＡ’で示す境界周波数が、単位電池５１の劣化度によって多少変化するため、各単位電池５１の劣化度を算出し、算出した劣化度に応じて待機時間を補正することが好ましい。

図２に戻って、開放電圧算出部１３は、以下の式（２）により、各単位電池５１の開放電圧（以下、ＯＣＶとも言う）を算出する。式（２）における係数Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４は、各単位電池５１に対して予め実測したＳＯＣ−ＯＣＶの対応に基づいて最小二乗法で求めた係数である。式（２）によるＯＣＶの算出については、“第５９回システム制御情報学会研究発表講演会資料「パラメータ依存状態空間モデルに基づく蓄電池のＳｏＣ推定」、２０１５年５月”及び“足立修一、廣田幸嗣編著「バッテリマネージメント工学」東京電機大学出版局、ｐ１６０−１６２”に詳しい。

ＯＣＶ＝Ｋ０＋Ｋ１×ｌｎ（ＳＯＣ）＋Ｋ２×ｌｎ（１−ＳＯＣ）
＋Ｋ３／ＳＯＣ＋Ｋ４×ＳＯＣ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）

開放電圧算出部１３は、また、ＲＯＭ２１又はＲＡＭ２２に予め記憶されているＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示すテーブルを参照して、各単位電池５１のＯＣＶを算出してもよい。図５は、実施形態１に係る二次電池の開放電圧と充電量との相関関係の一例を示す説明図である。図５において、横軸は開放電圧（ＯＣＶ）を示し、縦軸は充電率（ＳＯＣ）を示す。図５に示すように、二次電池は開放電圧が大きいほど充電率が増加する。図５に例示する開放電圧と充電率との相関関係は、開放電圧算出部１３によって参照されるようにＲＯＭ２１又はＲＡＭ２２にテーブルとして記憶してもよく、あるいは制御部１０で演算するようにしてもよい。

負荷電圧算出部１４は、開放電圧算出部１３で算出した各単位電池５１の開放電圧から、内部抵抗算出部１２で算出した内部抵抗と所定の負荷電流との積で示される電圧降下を減じて、放電時の端子電圧である負荷電圧を算出する。算出された負荷電圧は、実際に負荷電流を放電させたときの各単位電池５１の端子電圧として推定されるものである。

移動指令部１５は、ＳＰＩコントローラ３５を介して充電量調整回路３６と通信することにより、負荷電圧算出部１４で算出した負荷電圧が最も低い単位電圧５１に対して、他の単位電池５１から所定の充電エネルギーを移動させる。これにより、実際に負荷電流を放電させたときに最も端子電圧が低い単位電池５１の端子電圧がより高くなるように充電量が調整される。

図６は、実施形態１に係る二次電池の電圧波形及び電流波形の一例を示す説明図である。図の上段に電圧波形を示し、下段に電流波形を示す。図６において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧又は電流を表す。図の下段に示す電流波形では、電流が正の場合は充電状態であり、電流が負の場合は放電状態である。この電流波形における充電状態及び放電状態と照合させて、図の上段に示す電圧波形を見ると、二次電池の電圧は、ＯＣＶに対し、内部抵抗による電圧降下（即ち過電圧）により、上下に大きく変動することがわかる。

従来、二次電池間のバランス調整は、二次電池の無通電状態、且つ過電圧の解消時に計測したＯＣＶを揃えるように行われていたが、二次電池の使用中はバランス調整が可能な機会が少なく、バランスが崩れやすいのが問題であった。図７は、実施形態１に係る単位電池５１の内部抵抗及び開放電圧を模式的に示す説明図である。図の上段にセル＿１（基準電位から数えて１番目の単位電池５１に相当、以下同様）からセル＿ｎまでの内部抵抗を示し、下段に開放電圧を示す。ここでは、各セルの開放電圧が３Ｖに揃っている場合を想定する。図７では、各セルの内部抵抗を模式的に示してあり、例えばセル＿１は１ｍΩ、セル＿２は１．３ｍΩ、セル＿３は２ｍΩ、・・セル＿ｎは１．１ｍΩである。以下では、代表的な例としてセル＿１及びセル＿３について説明する。

図８は、実施形態１に係る単位電池５１の充電量調整前後における負荷電圧を模式的に示す説明図である。図の横軸は充電時の電流を正とする電流を表し、縦軸は電圧を表す。電流が０のときの電圧はＯＣＶである。放電電流の絶対値を増大させると、細い実線で示すセル＿１は−２００Ａで端子電圧が２．８Ｖに降下するのに対し、太い実線で示すセル＿３は−１００Ａで端子電圧が２．８Ｖまで降下する。例えば２．８Ｖが放電終止電圧である場合、図８に実線で示す例では、−１００Ａの放電電流、即ち１００Ａの負荷電流しか流すことができない。そこで、例えばセル＿２，セル＿４，・・セル＿ｎからセル＿３に充電エネルギーを少しずつ移動させて、太い一点鎖線で示すようにセル＿３のＯＣＶを３．２Ｖまで上昇させることができれば、セル＿３についても２００Ａの負荷電流を流すことができる。但し、簡単のためにセル＿１の充電量の減少は無視する。

次に、各単位電池５１間で充電エネルギーを移動させるための充電量調整回路３６について詳細に説明する。図９は、実施形態１に係る電池装置２００の一部を示す回路図である。図９では、充電量調整装置１００のうち、制御部１０、ＳＰＩコントローラ３５、及び充電量調整回路３６のみが図示されている。また、組電池５０のうち、各単位電池５１のみが図示されている。単位電池５１の数が６つの場合を例として記載してあるが、これに限定されるものではない。なお、６つの単位電池５１夫々は、基準電位側から順に、図７に示すセル＿１、セル＿２、・・セル＿６に相当する。

充電量調整回路３６は、各単位電池５１に対する充電及び放電を行う６つの充放電回路３６１，３６２，・・３６５，３６６と、これらによる充放電を制御する制御回路３６０とを備える。制御回路３６０は、ＳＰＩコントローラ３５との間でＳＰＩに準拠する通信を行うものであり、ＳＰＩコントローラ３５から端子ＳＣＫに入力されるクロックに同期して、端子ＳＤＩに入力されるシリアルデータを受信し、ＳＰＩコントローラ３５に送信するシリアルデータを端子ＳＤＯから出力する。本実施形態１では、制御回路３６０にリニアテクノロジ社製のＬＴＣ３３００−１を用いた場合を例示するが、これに限定されるものではない。

上記６つの充放電回路３６１，３６２，・・３６５，３６６の夫々は、構成が同一であるため、基準電位からｋ番目（ｋ＝１，２，・・６）の充放電回路３６ｋの構成、及び該充放電回路３６ｋと制御回路３６０の接続について説明する。ｋ番目の充放電回路３６ｋは、一次巻線の一端（巻始め）がｋ番目の単位電池５１の正極側に接続されたトランスＴｋと、上記一次巻線の他端にドレインが接続された一次側トランジスタＱｋＰと、該一次側トランジスタＱｋＰのソース及びｋ番目の単位電池５１の負極側の間に接続された一次側抵抗ＲｋＰとを有する。ｋ番目の充放電回路３６ｋは、また、トランスＴｋの二次巻線の一端（巻始め）にドレインが接続された二次側トランジスタＱｋＳと、該二次側トランジスタＱｋＳのソース及び基準電位の間に接続された二次側抵抗ＲｋＳとを有する。

一次側トランジスタＱｋＰのゲートは、制御回路３６０の端子ＧｋＰに接続されている。一次側トランジスタＱｋＰのソース及び一次側抵抗ＲｋＰの接続点は、制御回路３６０の端子ＩｋＰに接続されている。二次側トランジスタＱｋＳのゲートは、制御回路３６０の端子ＧｋＳに接続されている。二次側トランジスタＱｋＳのソース及び二次側抵抗ＲｋＳの接続点は、制御回路３６０の端子ＩｋＳに接続されている。ｋ番目の単位電池５１の正極側及び負極側夫々は、更に、制御回路３６０の端子Ｃｋ及びＣｋ−１に接続されている。上記二次巻線の他端は、６番目の単位電池５１の正極側に接続されている。この接続は、どの充放電回路３６ｋについても共通である。

制御回路３６０は、一次側トランジスタＱｋＰ及び二次側トランジスタＱｋＳ夫々を駆動するためのゲート信号を、端子ＧｋＰ及びＧｋＳから出力し、トランスＴｋの一次側巻線電流及び二次側巻線電流夫々を測定するための電圧信号を端子ＩｋＰ及びＩｋＳから入力する。

上述の構成において、ｋ番目の単位電池５１を放電させる場合、一次側トランジスタＱｋＰがオンしている間にｋ番目の単位電池５１からトランスＴｋの一次巻線に所定のエネルギーが蓄えられ、一次側トランジスタＱｋＰがオフした後にトランスＴｋの二次巻線からエネルギーが放出されて、６つ直列接続された単位電池５１に所定のエネルギーが回収される。これにより、ｋ番目の単位電池５１から他の単位電池５１に所定の充電エネルギーが移動させられる。

このようなエネルギーの移動は、単位電池５１の数、単位電池５１の電圧、トランスＴｋの巻数比、トランスＴｋの一次巻線のインダクタンス、一次側巻線のピーク電流値等によって決まる周期で繰り返し実行させたり、任意の回数で停止させたりすることができる。本実施形態１では、トランスＴｋの各巻線のインダクタンスが１０μＨであり、約５μｓの間だけ一次側トランジスタＱｋＰがオンし、約４２０ｎｓの間にトランスＴｋの二次巻線からエネルギーが放出される。なお、ｋ番目の単位電池５１については、放出されたエネルギーの１／６が戻されるが、差し引きではエネルギーが放出される。

一方、ｋ番目の単位電池５１を充電する場合、二次側トランジスタＱｋＳがオンしている間に６つ直列接続された単位電池５１からトランスＴｋの二次巻線に所定のエネルギーが蓄えられ、二次側トランジスタＱｋＳがオフした後にトランスＴｋの一次巻線からエネルギーが放出されて、ｋ番目の単位電池５１に所定のエネルギーが充電される。これにより、ｋ番目の単位電池５１を除く他の単位電池５１からｋ番目の単位電池５１に所定の充電エネルギーが移動させられる。

このようなエネルギーの移動は、単位電池５１の数、単位電池５１の電圧、トランスＴｋの巻数比、トランスＴｋの一次巻線のインダクタンス、二次側巻線のピーク電流値等によって決まる周期で繰り返し実行させたり、任意の回数で停止させたりすることができる。本実施形態１では、約４２０ｎｓの間だけ二次側トランジスタＱｋＳがオンし、約５μｓの間にトランスＴｋの一次巻線からエネルギーが放出される。なお、ｋ番目の単位電池５１については、充電されるエネルギーの１／６が先に放出されるが、差し引きではエネルギーが注入される。

本実施形態１では、最も負荷電圧が低い単位電池５１に対して他の単位電池５１から充電エネルギーを移動させるために、充電量調整回路３６によって、最も負荷電圧が低い単位電池５１を充電することとする。この場合、他の単位電池５１には、最も負荷電圧が高い単位電池５１が常に含まれている。

以下では、上述した制御部１０の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。図１０は、実施形態１に係る充電量調整装置１００で各単位電池５１の充電率、開放電圧及び内部抵抗を算出するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートであり、図１１は、実施形態１に係る充電量調整装置１００で充電エネルギーを移動させるＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。ここでいうＣＰＵは、制御部１０が有する不図示のＣＰＵである（以下同様）。

図１０に示す処理は、例えば１０ｍｓ毎に起動されて周期的に実行される。図１１に示す処理は、例えば１０ｍｓより長い５０ｍｓ毎に起動されて周期的に実行される。各ステップにおける取得結果及び算出結果は、適宜ＲＡＭ２２に記憶される。なお、図１１に示す処理の実行周期（第２周期に相当）は、図９を用いて説明した充電量調整回路３６による各単位電池５１の充電周期及び放電周期（第１周期に相当：何れも最短で約５．５μｓ）より十分長い。このため、充電エネルギーを移動させる指令を更新する間に、任意の単位電池５１の充電又は放電を繰り返し行わせることができる。

図１０の処理が起動された場合、ＣＰＵは、電圧取得部３２により各単位電池５１の電圧を取得し（Ｓ１１）、更に電流取得部３３により組電池５０の充放電電流を取得する（Ｓ１２）。次いで、ＣＰＵは、取得した充放電電流に基づいて充放電の切り替わりがあったか否かを判定する（Ｓ１３）。具体的には、前回取得して記憶した充放電電流と比較して電流の向きが逆であるか否かを判定する。この場合、ノイズの影響をなくすために、絶対値が０より有意に大きい充放電電流について判定することが好ましい。

充放電の切り替わりがなかった場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵは、取得した電圧を切り替わり前の各単位電池５１の電圧としてＲＡＭ２２に記憶する（Ｓ１４）と共に、取得した充放電電流を切り替わり前の組電池５０の充放電電流としてＲＡＭ２２に記憶する（Ｓ１５）。これにより、記憶される電圧及び充放電電流が更新される。

その後、ＣＰＵは、ＲＡＭ２２に記憶した各単位電池５１の状態表す状態ベクトルと、検出した電圧及び充放電電流を表す観測ベクトルとに基づき、カルマンフィルタを用いて各単位電池５１の状態を更新して（Ｓ１６）、各単位電池５１の充電率（ＳＯＣ）を算出する（Ｓ１７：充電率算出部に相当）。次いで、ＣＰＵは、上述した式（２）によって各単位電池５１の開放電圧（ＯＣＶ）を算出して（Ｓ１８：開放電圧算出部に相当）、図１０の処理を終了する。

ステップＳ１３で充放電の切り替わりがあった場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、切り替わり後の電圧及び充放電電流を取得するまでの待機時間を特定して（Ｓ２０）、タイマ２３による計時を開始する（Ｓ２１）。上述したように、待機時間は、単位電池５１毎に、且つ充電率の範囲及び温度範囲別に、ＲＯＭ２１又はＲＡＭ２２に記憶されたテーブルを参照して特定することが好ましい。

その後、ＣＰＵは、特定した待機時間が経過したか否かを判定し（Ｓ２２）、経過しない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、待機時間が経過するまで判定を繰り返す。特定した待機時間が経過した場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、電圧取得部３２により各単位電池５１の電圧を取得し（Ｓ２３）、更に電流取得部３３により組電池５０の充放電電流を取得する（Ｓ２４）。

次いで、ＣＰＵは、上述した式（１）によって各単位電池５１の内部抵抗（Ｒ）を算出して（Ｓ２５：内部抵抗算出部に相当）、図１０の処理を終了する。式（１）の適用に際し、Ｖｂｎには切り替え前にＲＡＭ２２に記憶した各単位電池５１の電圧を代入し、Ｉｂには切り替え前にＲＡＭ２２に記憶した組電池５０の充放電電流を代入する。また、Ｖｃｎには待機時間後に取得した各単位電池５１の電圧を代入し、Ｉｃには待機時間後に取得した組電池５０の充放電電流を代入する。

次に、図１１に示す処理が起動された場合、ＣＰＵは、ＲＡＭ２２に記憶されている各単位電池５１の内部抵抗と、所定の負荷電流との積を算出する（Ｓ３１）。ここでの負荷電流は、一定の電流であってもよいし、他の処理から適時指定される電流であってもよい。次いで、ＣＰＵは、ＲＡＭ２２に記憶されている各単位電池５１の開放電圧（ＯＣＶ）から、各単位電池５１についてステップＳ３１で算出した積を減算して負荷電圧を算出する（Ｓ３２：負荷電圧算出部に相当）。

次いで、ＣＰＵは、負荷電圧が最も低い単位電池５１を特定し（Ｓ３３）、最も低い負荷電圧が放電終止電圧より高いか否かを判定する（Ｓ３４）。放電終止電圧より高い場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、充電エネルギーの移動を行う必要がないものとして図１１の処理を終了する。

一方、最も低い負荷電圧が放電終止電圧より高くない場合（Ｓ３４：ＮＯ）、ＣＰＵは、最も負荷電圧が低いと特定した単位電池５１に、所定の充電エネルギーを移動させるべく（Ｓ３５：移動指令部及び移動させる指令を行うステップに相当）、ＳＰＩコントローラ３５を用いて充電量調整回路３６に指令を行う。具体的には、最も負荷電圧が低い単位電池５１が５０ｍｓの間に所要回数だけ充電されるように指令する。この場合、充電量調整回路３６による１回の充電で移動可能な充電エネルギーが一定であるから、最も負荷電圧が低い単位電池５１の負荷電圧が、他の単位電池５１と同程度まで上昇するように、所要回数を決定すればよい。その後、ＣＰＵは、図１１の処理を終了する。

以上のように本実施形態１によれば、１又は複数並列の二次電池を含む単位電池５１をｎ個（６個）直列に接続してある組電池５０について、各単位電池５１の電圧Ｖｂｎと組電池５０全体の充放電電流Ｉｂとに基づいて単位電池５１の充電率（ＳＯＣ）と内部抵抗とを各別に算出し、算出した充電率（ＳＯＣ）に基づいて単位電池５１の開放電圧（ＯＣＶ）を各別に算出する。その上で、各単位電池５１について、算出した開放電圧（ＯＣＶ）から、算出した内部抵抗と所定の負荷電流との積で示される電圧降下を減じて負荷電圧（放電時の端子電圧）を算出し、算出した負荷電圧が最も低い単位電池５１を特定し、特定した単位電池５１に対して他の単位電池５１から所定の充電エネルギーを移動させる。これにより、同じ負荷電流を放電させたときに最も端子電圧が低い単位電池５１の端子電圧がより高くなるように充電量が調整されるため、放電中に何れかの単位電池５１が下限電圧に達するタイミングがより遅くなる。従って、組電池５０に含まれる単位電池５１の内部抵抗にばらつきが生じた場合であっても、組電池５０に充電されたエネルギーを効率よく利用することが可能となる。

また、実施形態１によれば、負荷電圧が最も低い単位電池５１に対する充電エネルギーの移動元に、負荷電圧が最も高い単位電池５１が含まれるため、負荷電圧の差が効率的に狭まるように調整される。これにより、放電中に各単位電池５１が下限電圧に達するタイミングがより近くなるようにすることができる。

更に、実施形態１によれば、充電量調整回路３６による充電の最短周期よりも、負荷電圧を更新して負荷電圧が最も低い単位電池５１を新たに特定する周期の方が十分に長いため、エネルギーの移動先に一旦特定された単位電池５１に対して少なくとも一定以上の充電エネルギーが移される。そして、負荷電圧を更新する毎に充電エネルギーの移動元及び移動先が新たに特定されるため、最終的に各単位電池５１の負荷電圧が揃うように調整することが可能となる。

更に、実施形態１によれば、単位電池５１が複数直列に接続された組電池５０における各単位電池５１の充電量を充電量調整装置１００が調整するため、組電池５０に含まれる単位電池５１の内部抵抗にばらつきが生じた場合であっても、組電池５０に充電されたエネルギーを効率よく利用することが可能な充電量調整装置１００を電池装置２００に適用することができる。

（実施形態２）
実施形態１が、負荷電圧が最も低い単位電池５１に対し、他の全ての単位電池５１から充電エネルギーを移動させる形態であるのに対し、実施形態２は、負荷電圧が最も低い単位電池５１に対し、特定の他の単位電池５１から充電エネルギーを移動させる形態である。また、実施形態１では、負荷電圧が放電終止電圧より低い場合に、充電エネルギーを移動させるのに対し、本実施形態２では、負荷電圧ができるだけ均等になるように、周期的に充電エネルギーを移動させる。実施形態２に係る電池装置２００及び充電量調整装置１００夫々のブロック構成は、実施形態１の図１及び２，９に示す構成と同様である。その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。

図１２は、実施形態２に係る単位電池５１の充電量調整前後における負荷電圧を模式的に示す説明図である。図の横軸は充電時の電流を正とする電流を表し、縦軸は電圧を表す。実施形態１の図８に示す場合と同様に、放電電流の絶対値を増大させると、細い実線で示すセル＿１は−２００Ａで端子電圧が２．８Ｖに降下するのに対し、太い実線で示すセル＿３は−１００Ａで端子電圧が２．８Ｖまで降下する。そこで、例えばセル＿１からセル＿３に充電エネルギーを移動させて、細い一点鎖線で示すようにセル＿１のＯＣＶを２．９５Ｖ程度まで低下させる代わりに、太い一点鎖線で示すようにセル＿３のＯＣＶを３．１Ｖ程度まで上昇させることができれば、セル＿１及びセル＿３の何れについても１５０Ａ程度の負荷電流を流すことができる。

実施形態１の図８に示す充電量調整装置１００によれば、上記のような充電エネルギーの移動が可能である。具体的には、基準電位から１番目の単位電池５１を放電させる場合、１番目の単位電池５１から放電された所定のエネルギーが、６つ直列接続された単位電池５１に回収される。また、３番目の単位電池５１を充電する場合、６つ直列接続された単位電池５１から供給された所定のエネルギーが、３番目の単位電池５１に充電される。このような充放電の期間を通じて、２，４，５，６番目の単位電池５１は、エネルギーの出入りが相殺されるため、実質的には１番目の単位電池５１から３番目の単位電池５１に所定の充電エネルギーが移動される。

以下では、上述した制御部１０の動作を、それを示すフローチャートを用いて説明する。図１３は、実施形態２に係る充電量調整装置１００で充電エネルギーを移動させるＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。図１３に示す処理は、例えば１０ｍｓより長い５０ｍｓ毎に起動されて周期的に実行される。各ステップによる取得結果及び算出結果は、適宜ＲＡＭ２２に記憶される。なお、図１３のステップＳ４１からＳ４４までの処理は、実施形態１の図１１に示すステップＳ３１からＳ３４までの処理と同様であるため、これらのステップの説明を簡略化する。

図１３の処理が起動されてステップＳ４１からＳ４４までの処理が順次実行され、最も低い負荷電圧が放電終止電圧より高くない場合（Ｓ４４：ＮＯ）、ＣＰＵは、負荷電流を所定の電流だけ低減して（Ｓ４５）、ステップＳ４１に処理を移す。ステップＳ４１からＳ４５までの処理が繰り返される間に、負荷電流が適当な大きさになるように低減される。なお、負荷電流を低減すべきではない場合は、ステップＳ４４における判定を行わずに常に後述のステップＳ４６に処理を移すようにしてもよい。この場合は、充電エネルギーの移動後に、何れかの単位電池５１の電圧が放電終止電圧まで低下したときに、放電を停止すればよい。

一方、ステップＳ４４で、最も低い負荷電圧が放電終止電圧より高い場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）、ＣＰＵは、負荷電圧が最も高い単位電池５１を特定する（Ｓ４６）。次いで、ＣＰＵは、負荷電圧が最も高い単位電池５１が５０ｍｓの間に所要回数だけ放電されるように制御回路３６０に設定を行い（Ｓ４７）、更に、負荷電圧が最も低い単位電池５１が５０ｍｓの間に所要回数だけ充電されるように制御回路３６０に設定を行って（Ｓ４８）図１３の処理を終了する。

なお、本実施形態２にあっては、負荷電圧が最も高い単位電池５１から、負荷電圧が最も低い単位電池５１に充電エネルギーを移動させたが、これら以外の単位電池５１から、負荷電圧が最も低い単位電池５１に充電エネルギーを移動させてもよいし、２つ以上の単電池を放電させて、負荷電圧が最も低い単位電池５１に充電エネルギーを移動させてもよい。

以上のように本実施形態２によれば、実施形態１の場合と同様に、同じ負荷電流を放電させたときに最も端子電圧が低い単位電池５１の端子電圧がより高くなるように充電量が調整されるため、放電中に何れかの単位電池５１が下限電圧に達するタイミングがより遅くなる。従って、組電池５０に含まれる単位電池５１の内部抵抗にばらつきが生じた場合であっても、組電池５０に充電されたエネルギーを効率よく利用することが可能となる。

また、実施形態２によれば、実施形態１の場合と同様に、負荷電圧が最も低い単位電池５１に対する充電エネルギーの移動元に、負荷電圧が最も高い単位電池５１が含まれるため、負荷電圧の差が効率的に狭まるように調整される。これにより、放電中に各単位電池５１が下限電圧に達するタイミングがより近くなるようにすることができる。

更に、実施形態２によれば、最も負荷電圧が低い単位電池５１の負荷電圧が放電終止電圧以下である場合は、負荷電圧の算出結果が放電終止電圧以下とならない範囲で負荷電流が低減される。このため、充電エネルギーの移動後に各単位電池５１の負荷電圧が揃った段階で負荷電圧が放電終止電圧より高くなるようにすることができる。

（実施形態３）
実施形態２が、負荷電圧を算出する毎に充電エネルギーを移動させる形態であるのに対し、実施形態３は、特定の条件が成立する場合に充電エネルギーの移動を行わない形態である。実施形態３に係る電池装置２００及び充電量調整装置１００夫々のブロック構成は、実施形態１の図１及び２，９に示す構成と同様である。なお、制御部１０には、後述する充電率判定部、開放電圧判定部、及び内部抵抗判定部が含まれるが、これらについては後述のフローチャートにてソフトウェア処理との対応を明示する。その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付してその説明を省略する。

各単位電池５１の状態によっては、充電エネルギーを移動させる効果が顕著に表れない場合がある。例えば、各単位電池５１の充電率が十分に高い場合、又は充電率のばらつき幅若しくは偏差が小さい場合は、受電エネルギーの移動を行わなくても大きな問題が生じないと考えられる。各単位電池５１の開放電圧のばらつき幅若しくは偏差が小さい場合、又は開放電圧が十分に高い場合も同様であり、各単位電池５１の内部抵抗のばらつき幅若しくは偏差が小さい場合、又は内部抵抗が十分に低い場合も同様である。

以下では、実施形態１及び２夫々にて起動された図１１及び１３に示す充電エネルギーの移動処理を起動しない場合について、フローチャートを用いて説明する。図１４は、実施形態３に係る充電量調整装置１００で充電量の調整要否を判定するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。図１４に示す処理は、例えば１０ｍｓより長い５０ｍｓ毎に起動されて周期的に実行される。

図１４の処理が起動された場合、ＣＰＵは、各単位電池５１の充電率（ＳＯＣ）の最小値を算出し（Ｓ５１）、算出した最小値が第１閾値より小さいか否かを判定する（Ｓ５２：充電率判定部に相当）。第１閾値より小さい場合（Ｓ５２：ＹＥＳ）、即ち、何れかの単位電池５１のＳＯＣが十分に高くない場合、後述するステップＳ６７に処理を移す。

一方、算出したＳＯＣの最小値が第１閾値より小さくない場合（Ｓ５２：ＮＯ）、ＣＰＵは、ＳＯＣの最大値又は平均値を算出し（Ｓ５３）、算出した最大値と最小値の差分又は最大偏差を算出する（Ｓ５４）。ここでの最大偏差は、算出した平均値との偏差の最大値である（以下同様）。次いで、ＣＰＵは、算出した差分又は最大偏差が第２閾値より大きいか否かを判定し（Ｓ５５：充電率判定部に相当）、第２閾値より大きい場合（Ｓ５５：ＹＥＳ）、ステップＳ６７に処理を移す。

一方、算出したＳＯＣの差分又は最大偏差が第２閾値より大きくない場合（Ｓ５５：ＮＯ）、ＣＰＵは、各単位電池５１の開放電圧（ＯＣＶ）の最大値と最小値又は平均値を算出し（Ｓ５６）、算出した最大値と最小値の差分又は最大偏差を算出する（Ｓ５７）。次いで、ＣＰＵは、算出した差分又は最大偏差が第３閾値より大きいか否かを判定し（Ｓ５８：開放電圧判定部に相当）、第３閾値より大きい場合（Ｓ５８：ＹＥＳ）、ステップＳ６７に処理を移す。

一方、算出したＯＣＶの差分又は最大偏差が第３閾値より大きくない場合（Ｓ５８：ＮＯ）、ＣＰＵは、算出したＯＣＶの最小値が第４閾値より小さいか否かを判定し（Ｓ５９：開放電圧判定部に相当）、第４閾値より小さい場合（Ｓ５９：ＹＥＳ）、即ち、何れかの単位電池５１のＯＣＶが十分に高くない場合、ステップＳ６７に処理を移す。

一方、算出したＯＣＶの最小値が第４閾値より小さくない場合（Ｓ５９：ＮＯ）、ＣＰＵは、各単位電池５１の内部抵抗の最大値と最小値又は平均値を算出し（Ｓ６１）、算出した最大値と最小値の差分又は最大偏差を算出する（Ｓ６２）。次いで、ＣＰＵは、算出した差分又は最大偏差が第５閾値より大きいか否かを判定し（Ｓ６３：内部抵抗判定部に相当）、第５閾値より大きい場合（Ｓ６３：ＹＥＳ）、ステップＳ６７に処理を移す。

一方、算出した内部抵抗の差分又は最大偏差が第５閾値より大きくない場合（Ｓ６３：ＮＯ）、ＣＰＵは、各単位電池５１の内部抵抗を最小値で正規化し（Ｓ６４）、正規化した値の最大値を算出する（Ｓ６５）。次いで、ＣＰＵは、算出した最大値が第６閾値を上回るか否かを判定し（Ｓ６６：内部抵抗判定部に相当）、第６閾値を上回る場合（Ｓ６６：ＹＥＳ）、ステップＳ６７に処理を移す。

一方、算出した最大値が第６閾値を上回らない場合（Ｓ６６：ＮＯ）、ＣＰＵは、図１１及び１３に示す充電エネルギーの移動処理を起動せずに、図１４の処理を終了する。これに対し、ステップＳ５２，Ｓ５５，Ｓ５８，Ｓ５９，Ｓ６３，Ｓ６６から処理が移されたステップＳ６７にて、ＣＰＵは、図１１及び１３に示す充電エネルギーの移動処理を起動して、図１４の処理を終了する。

なお、ステップＳ６４からＳ６６では、各単位電池５１の内部抵抗を最大値で正規化し、正規化した値の最小値を算出し、算出した最小値が第６閾値を下回るか否かを判定し、下回る場合にステップＳ６７に処理を移すようにしてもよい。このような正規化は、最小値又は最大値以外の値で行ってもよい。

以上のように本実施形態３によれば、各単位電池５１の充電率（ＳＯＣ）の最小値が第１閾値より小さい場合、又は充電率のばらつき幅若しくは充電率の平均値に対する最大の偏差が第２閾値より大きい場合に充電量の調整を行う。従って、充電率の調整による効果が顕著ではない場合に不要な調整を保留することができる。

また、実施形態３によれば、各単位電池５１の開放電圧（ＯＣＶ）のばらつき幅若しくは開放電圧の平均値に対する最大の偏差が第３閾値より大きい場合、又は開放電圧の最小値が第４閾値より小さい場合に充電量の調整を行う。従って、充電率の調整による効果が顕著ではない場合に不要な調整を保留することができる。

更に、実施形態３によれば、各単位電池５１の内部抵抗のばらつき幅若しくは内部抵抗の平均値に対する最大の偏差が第５閾値より大きい場合、又は内部抵抗を最小値で正規化した値の最大値が第６閾値を上回るか、若しくは内部抵抗を最大値で正規化した値の最小値が第６閾値を下回る場合に充電量の調整を行う。従って、充電率の調整による効果が顕著ではない場合に不要な調整を保留することができる。

１００ 充電量調整装置
２００ 電池装置
１０ 制御部
１１ 充電率算出部
１２ 内部抵抗算出部
１３ 開放電圧算出部
１４ 負荷電圧算出部
１５ 移動指令部
２１ ＲＯＭ
２２ ＲＡＭ
２３ タイマ
３２ 電圧取得部
３３ 電流取得部
３４ 温度取得部
３５ ＳＰＩコントローラ
３６ 充電量調整回路
３６０ 制御回路
３６１、３６２、・・３６６ 充放電回路
５０ 組電池
５１ 単位電池（二次電池）
５２ 電圧センサ
５３ 電流センサ
５４ 温度センサ
Ｑ１Ｐ、Ｑ２Ｐ、・・Ｑ５Ｐ、Ｑ６Ｐ 一次側トランジスタ
Ｑ１Ｓ、Ｑ２Ｓ、・・Ｑ５Ｓ、Ｑ６Ｓ 二次側トランジスタ
Ｒ１Ｐ、Ｒ２Ｐ、・・Ｒ５Ｐ、Ｒ６Ｐ 一次側抵抗
Ｒ１Ｓ、Ｒ２Ｓ、・・Ｒ５Ｓ、Ｒ６Ｓ 二次側抵抗
Ｔ１、Ｔ２、・・Ｔ５、Ｔ６ トランス

Claims (10)

1. 単一の又は複数並列に接続された二次電池を含む単位電池が複数直列に接続された組電池の充電量を調整する充電量調整装置であって、
   各単位電池の電圧を取得する電圧取得部と、
   前記組電池の充放電電流を取得する電流取得部と、
   前記電圧取得部で取得した電圧、及び前記電流取得部で取得した充放電電流に基づいて各単位電池の充電率を算出する充電率算出部と、
   該充電率算出部で算出した充電率に基づいて各単位電池の開放電圧を算出する開放電圧算出部と、
   前記電圧取得部で取得した電圧、及び前記電流取得部で取得した充放電電流に基づいて各単位電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出部と、
   前記開放電圧算出部で算出した開放電圧から、前記内部抵抗算出部で算出した内部抵抗に所定の負荷電流を乗じた結果を減じることにより、各単位電池の負荷電圧を算出する負荷電圧算出部と、
   該負荷電圧算出部で算出した負荷電圧が最も低い単位電池に他の単位電池から所定の充電エネルギーを移動させる移動部と
   を備える充電量調整装置。
2. 前記他の単位電池は、前記負荷電圧算出部で算出した負荷電圧が最も高い単位電池を含む請求項１に記載の充電量調整装置。
3. 前記移動部は、第１周期毎に所定の充電エネルギーを移動させ、
   前記負荷電圧算出部は、前記第１周期より長い第２周期毎に負荷電圧を算出する
   請求項１又は２に記載の充電量調整装置。
4. 前記負荷電流は、前記負荷電圧算出部で算出される負荷電圧が前記単位電池の放電を終止すべき放電終止電圧より高くなるように特定される請求項１から３の何れか１項に記載の充電量調整装置。
5. 前記充電率算出部で算出した充電率の何れかが第１閾値より小さいか否か、又は前記充電率算出部で算出した充電率の最大値と最小値の差分若しくは充電率の偏差の最大値が第２閾値より大きいか否かを判定する充電率判定部を更に備え、
   前記移動部は、前記充電率判定部が第１閾値より小さいと判定するか、又は第２閾値より大きいと判定した場合、前記充電エネルギーを移動させる請求項１から４の何れか１項に記載の充電量調整装置。
6. 前記開放電圧算出部で算出した開放電圧の最大値と最小値の差分若しくは開放電圧の偏差の最大値が第３閾値より大きいか否か、又は前記開放電圧算出部で算出した開放電圧の何れかが第４閾値より小さいか否かを判定する開放電圧判定部を更に備え、
   前記移動部は、前記開放電圧判定部が第３閾値より大きいと判定するか、又は第４閾値より小さいと判定した場合、前記充電エネルギーを移動させる請求項１から５の何れか１項に記載の充電量調整装置。
7. 前記内部抵抗算出部で算出した内部抵抗の最大値と最小値の差分若しくは内部抵抗の偏差の最大値が第５閾値より大きいか否か、又は前記内部抵抗算出部で算出した内部抵抗を正規化した値の何れかが第６閾値を越えるか否かを判定する内部抵抗判定部を更に備え、
   前記移動部は、前記内部抵抗判定部が第５閾値より大きいと判定するか、又は第６閾値を越えると判定した場合、前記充電エネルギーを移動させる請求項１から６の何れか１項に記載の充電量調整装置。
8. 請求項１から７の何れか１項に記載の充電量調整装置と、
   該充電量調整装置によって複数直列に接続された単位電池の充電量が調整される組電池と、
   前記単位電池の電圧を各別に検出する電圧センサと、
   前記組電池の充放電電流を検出する電流センサと
   を備える電池装置。
9. 単一の又は複数並列に接続された二次電池を含む単位電池が複数直列に接続された組電池の充電量を調整する方法であって、
   各単位電池の電圧を取得し、
   前記組電池の充放電電流を取得し、
   取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の充電率を算出し、
   算出した充電率に基づいて各単位電池の開放電圧を算出し、
   取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の内部抵抗を算出し、
   算出した開放電圧から、算出した内部抵抗に所定の負荷電流を乗じた結果を減じることにより、各単位電池の負荷電圧を算出し、
   算出した負荷電圧が最も低い単位電池に他の単位電池から所定の充電エネルギーを移動させる
   充電量調整方法。
10. コンピュータに、単一の又は複数並列に接続された二次電池を含む単位電池が複数直列に接続された組電池の充電量を調整させるためのコンピュータプログラムであって、
    コンピュータに、
    各単位電池の電圧を取得するステップと、
    前記組電池の充放電電流を取得するステップと、
    取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の充電率を算出するステップと、
    算出した充電率に基づいて各単位電池の開放電圧を算出するステップと、
    取得した電圧及び充放電電流に基づいて各単位電池の内部抵抗を算出するステップと、
    算出した開放電圧から、算出した内部抵抗に所定の負荷電流を乗じた結果を減じることにより、各単位電池の負荷電圧を算出するステップと、
    算出した負荷電圧が最も低い単位電池に他の単位電池から所定の充電エネルギーを移動させる指令を行うステップと
    を実行させるコンピュータプログラム。

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