JP3583303B2 - 多段接続二次電池の充放電制御方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段に直列接続した二次電池を高効率運転可能とし、かつ各二次電池を長寿命化した多段接続二次電池の充放電制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯型機器や電気自動車などの電源や電力貯蔵システムに係る技術分野において、二次電池を多段に直列接続して高い電圧を得ることが行われている。このように高い電圧を得る理由は、蓄電するエネルギーの大容量化を図ることや、高効率な利用をしたいことにある。なお、ここに「二次電池」というときには、二次電池セル、複数の二次電池セルからなるモジュール、あるいは当該モジュールを複数にて構成した群電池のことをいう。
【０００３】
ところで、上述したように多数の二次電池を直列接続して構成した多段接続二次電池（組電池）を充電／放電させるときに、前記多段接続二次電池（組電池）を構成する個々の電池を個別に制御する場合には、回路が複雑化し、これら電池の充放電制御も煩雑となる。
【０００４】
しかしながら、過充電／過放電を許容しないリチウム電池のような二次電池の場合には、複雑化するのをあえて許容して必要な制御回路を備えて個別に充電／放電の制御を行っていた。
【０００５】
一方、鉛電池やニッケル系電池のような二次電池の場合には、前記多段接続二次電池（組電池）の全電圧を測定し、これを基に電圧制御を行っている。
【０００６】
ところで、前記多段接続二次電池（組電池）の全電圧での端子制御を行うと、多段接続二次電池（組電池）全体では満充電状態にあっても、前記多段接続二次電池（組電池）を構成する個々の電池電圧は一定の値を示さず、必ずある程度の分布を持ち、充電電気容量も一致しない現象が表れる。その理由は、電池は、所定容量値以上の容量を有するように製造されており、可能な充放電電気容量には、必然的に分布を許容して製造されているからである。
【０００７】
また、電池内部のインピーダンスも製造段階、また、電池の温度環境により当然ながら均一にない。すなわち、多段に直列接続した電池間には、充電放電電気容量や内部インピーダンスにばらつきがある．このため、多段に直列接続した多段接続二次電池（組電池）全体の両端子電圧のみの測定で充電／放電の運転を制御すると、充電／放電の末期に過充電・過放電状態に至る電池が生じることになっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の多段接続二次電池の充放電制御方法にあっては、次のような課題があった。
【０００９】
（１）リチウム電池のような二次電池の場合には、複雑化するのをあえて許容して必要な制御回路を備えて個別に充電／放電制御する必要があることから、回路が複雑化しかつ制御が高度化して充電／放電の運転制御に多大な費用がかかる。
【００１０】
（２）鉛電池やニッケル系電池のような二次電池の場合には、回路は簡単化されるものの、多段接続二次電池（組電池）を構成する個々の電池の内で過放電／過充電してしまう電池が生じてしまって効率的な運転ができず、しかも寿命が短くなってしまう。
【００１１】
（３）さらに、多段接続二次電池（組電池）を構成する個々の電池の内で充電放電電気容量の少ない電池ほど、過充電／過放電に至りやすくなる。特に、接続段数が増加すればするほど、一層電池全体での微妙な電圧制御が困難になり、過放電／過充電に至る電池が発生しやすくなる。
【００１２】
（４）加えて、浅い放電深度で運転する方法があるが、これでは電池の性能を十分に利用できない。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、多段接続二次電池（組電池）を充填時に制御するとき、電池の劣化促進を防ぎ高い充電放電効率で、長い寿命での運転を可能とした多段接続二次電池の充放電制御方法及びその装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明の多段接続二次電池の充放電制御方法は、二次電池セルあるいは複数の二次電池セルからなるモジュールあるいは当該モジュールを複数にて構成した群電池を含む二次電池が多段に直列接続されてなる多段接続二次電池を充放電制御する方法において、多段接続二次電池の放電時に、多段接続した二次電池の各々の電圧値を測定し、各測定電圧で最低電圧を示す電池を決定しておき、かつ多段接続二次電池の全体電圧を測定し、前記測定した個々の二次電池の電圧値が単位電池の放電規制電圧以下のときは当該電圧値を示した電池を監視電池と決定し、前記全体電圧が単位電池の放電規制電圧値に段数を掛けて得た電圧以下のときは前記最低電圧を示した電池を監視電池と決定する第１の工程と、前記第１の工程にて一旦監視電池が決定された後には、当該監視電池の電圧値または多段接続二次電池の全体電圧が充電制御電圧以下に達したときに充電制御するとともに、当該監視電池の電圧値が充電規制電圧以上に達したときに充電制御を停止する第２の工程とを備えるようにしている。
【００１５】
したがって、放電時に最も早く放電電圧規制に至った電池が最も放電容量が少ないことに着目し、この電池の電圧変化に従って、多段接続二次電池（組電池）の充電を行う。電池を特定することにより、温度補正も可能になり、劣化電池を的確に抑制できる。これにより、電池の充電放電電気容量を十分に確保しながら、不要な過充電をせずに高い効率で、長いサイクル寿命までの充電放電運転制御が可能となる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の多段接続二次電池の充放電制御方法における第１の工程を、多段接続した二次電池の各々の電圧値を測定して各測定電圧で最低電圧を示す電池を決定しておき、かつ電圧以外の要因で放電が終了したことを検出したときに、最低電圧を示す電池を監視電池と決定するようにしている。この場合、各電池の中で最低電圧を示す電池が何らかの原因で放電したときに、これを監視電池と決定することができる。
【００１９】
また、請求項３記載の発明は、二次電池セルあるいは複数の二次電池セルからなるモジュールあるいは当該モジュールを複数にて構成した群電池を含む二次電池が多段に直列接続されてなる多段接続二次電池を充放電制御する装置において、前記多段接続二次電池の個々の電圧を測定するとともに全体電圧を測定できる電圧測定手段と、前記多段接続二次電池を充電する充電手段と、監視制御手段を備え、前記監視制御手段は、多段接続二次電池の放電時に監視電池を決定する監視電池決定手段と、前記監視電池決定手段にて一旦監視電池が決定された後には、当該監視電池の電圧値または多段接続二次電池の全体電圧が充電制御電圧以下に達したときに充電制御するとともに、当該監視電池の電圧値が充電規制電圧以上に達したときに充電制御を停止する充電監視制御手段とを備え、前記監視電池決定手段は、前記電圧測定手段から得た電圧を取り込み、前記測定した個々の二次電池の電圧値が単位電池の放電規制電圧以下のときは当該電圧値を示した電池を監視電池と決定する処理手段と、多段接続した二次電池の各測定電圧で最低電圧を示す電池を決定する最低電圧電池決定処理手段と、多段接続二次電池の全体電圧が単位電池の放電規制電圧値に段数を掛けて得た電圧以下のときは前記最低電圧を示した電池を監視電池と決定する比較決定手段とを備えるようにしている。
【００２０】
この発明によれば、放電時に最も早く放電電圧規制に至った電池が最も放電容量が少ないことに着目し、この電池の電圧変化を取込み可能とし、これらの電圧を監視制御手段で監視し、監視電池を決定してから、当該監視電池の電圧を基に充電器を駆動制御して多段接続二次電池（組電池）の充電を行う。電池が特定されるので、温度補正を行うことが可能となり、かつ劣化が一番早い電池を的確に制御できる。これにより、電池の充電放電電気容量を十分に確保しながら、不要な過充電をせずに高い効率で、長いサイクル寿命までの充電放電運転制御が可能となる。
【００２１】
また、請求項４記載の発明は、請求項３の多段接続二次電池の充放電制御装置において、電圧測定手段を、多段接続二次電池の個々の電圧及び全体電圧を取り込み、これらの内から少なくとも一つを出力できるマルチプレクサと、前記マルチプレクサから出力された電圧値をデジタルデータにするアナログデジタル変換手段とからなるようにしている。この場合、複数の入力電圧を一つにしてアナログデジタル変換手段に与えてデジタルデータにし、これを監視制御手段に入力することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明では、請求項３において、前記電圧測定手段は、前記多段接続二次電池の個々の電圧及び全体電圧をそれぞれデジタルデータにするアナログデジタル変換手段と、これらアナログデジタル変換手段からのデジタルデータを所定の数のデータとして出力できるデジタルマルチプレクサとからなることを特徴とする。複数の電池電圧をデジタルデータにし、これを一つあるいは複数にして監視制御手段に入力することができる。
【００２６】
また、請求項６記載の発明は、請求項３の多段接続二次電池の充放電制御装置において、監視電池決定手段が、電圧以外の要因で放電が終了したことを検出したときに、最低電圧電池決定処理手段より決定された最低電圧を示す電池を監視電池と決定する判断手段を備えるようにしている。この場合、各電池の中で最低電圧を示す電池をもって監視電池と決定することができる。各電池の中で最低電圧を示す電池が何らかの原因で放電したときに、これを監視電池と決定することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す一実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
図１から図５に本発明の一実施の形態である多段接続二次電池の充放電制御装置を示す。
【００２９】
この多段接続二次電池の充放電制御装置１は、図１に示すように、多段接続二次電池２を充放電制御することができるものであり、大別すると、電圧測定回路３と、充電装置４と、監視制御装置５とを備えている。
【００３０】
ここに、多段接続二次電池２は、二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎを多段に直列接続して構成したものである。なお、多段接続二次電池２は、上記二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎに代えて、図示しないが複数の二次電池セルからなるモジュールあるいは当該モジュールを複数にて構成した群電池から構成してもよい。この多段接続二次電池２の各二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各端子は電圧測定回路３に接続されている。
【００３１】
また、電圧測定回路３は、多段接続二次電池２の個々の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎを測定するとともに全体電圧Ｖｏを測定することができる。この測定した電圧は、デジタルデータになって監視制御装置５に供給されるようになっている。
【００３２】
充電装置４の端子は多段接続二次電池２の両端に接続されており、監視制御装置５の制御信号の基に前記多段接続二次電池２を充電することができる。また、充電装置４には負荷６が接続されており、充電しないときには多段接続二次電池２から負荷６に電力が供給できるようになっている。
【００３３】
監視制御装置５は、電圧測定回路３から得た電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−2 ，Ｖｎ−１，Ｖｎ及び電圧ＶｏをデジタルデータＳｖとして取り込み、多段接続二次電池２の内で放電時に放電終止電圧に達した電池を監視電池２ｉ（ｉは任意の電池を示し、図面上には表示しない）と決定するとともに、一旦監視電池２ｉが決定された後には、当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉまたは多段接続２次電池の全体電圧Ｖｏを取り込み当該電圧値が充電制御電圧Ｖｓ以下に達したときに充電装置４を充電動作させるとともに、当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉが充電規制電圧Ｖｃ以上に達したときに充電装置４に対して充電制御を停止させる。この監視制御装置５のデジタル入力端子には電圧測定回路３が接続されるとともに、監視制御装置５のデジタル出力端子には充電装置４が接続されている。
【００３４】
図２に、電圧測定回路の構成例を示す。この図２において、電圧測定回路３は、多段接続二次電池２の個々の二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎ及び多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏを取り込み、これらの内から少なくとも一つ選択して電圧Ｖｊとして出力できるマルチプレクサ３１と、このマルチプレクサ３１から出力された電圧値ＶｊをデジタルデータＳｖにするアナログデジタル変換手段３２とからなる。マルチプレクサ３１は、２列の固定子に対して二つの可動子がそれぞれ接続されるものであり、電子的に構成されていて、監視制御装置５からの指令により可動子を移動させることができる。なお、一旦、監視電池が決定した場合には、監視制御装置５からの指令により、前記マルチプレクサ３１の可動子を、監視電池が接続された固定子と、多段接続二次電池２の全体電圧の入力された固定子にのみ接続されるようになっている。このアナログデジタル変換手段３２からのデジタルデータＳｖは、監視制御装置５に入力されている。
【００３５】
図３に、監視制御装置の構成例を示す。この図３において、監視制御装置５は、監視電池決定手段５１と、充電監視制御手段５２とから構成されている。ここに、監視電池決定手段５１は、多段接続二次電池２の内で放電時に放電終止電圧Ｖｎに達した電池を監視電池２ｉと決定するように構成されている。また、監視制御装置５は、監視電池決定手段５１にて一旦監視電池２ｉが決定された後には、当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉまたは多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏが充電制御電圧Ｖｓ以下に達したときに充電制御するとともに、当該監視電池２ｉの電圧値が充電規制電圧Ｖｃ以上に達したときに充電制御を停止するように構成されている。
【００３６】
ここで、監視電池決定手段５１は、まず、多段接続した二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各々の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎを測定し、当該測定した個々の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎが単位電池２ｉの放電規制電圧Ｖｄ以下のときに当該電圧値を示した電池を監視電池２ｉと決定する処理手段から構成している。
【００３７】
つぎに、監視電池決定手段５１は、図示しないが、多段接続した二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各々の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎを測定して各測定電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎで最低電圧を示す電池を決定する最低電圧電池決定処理手段と、多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏを測定し、その全体電圧Ｖｏが単位二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの放電規制電圧値Ｖｄに段数ｎを掛けて得た電圧（Ｖｄ×ｎ）以下のときに、前記最低電圧Ｖｍｉｎ を示した電池を監視電池２ｉと決定する比較決定手段とから構成している。
【００３８】
さらに、監視電池決定手段５１は、図示しないが、多段接続した二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各々の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎを測定して各測定電圧で最低電圧Ｖｍｉｎ を示す電池を決定する最低電圧電池決定処理手段と、電圧以外の要因で放電が終了したことを検出したときに、最低電圧を示す電池を監視電池と決定する判断手段とから構成している。
【００３９】
このように構成された実施の形態の動作について図１乃至図３を基に図４乃至図６を参照して以下に説明する。ここで、図４に、当該実施の形態の全体動作を説明するためのフローチャートを示す。
【００４０】
まず、多段接続二次電池２の各二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎ及び電圧Ｖｏをマルチプレクサ３１に入力する。マルチプレクサ３１では、これら電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎ及び電圧Ｖｏの内の一つの電圧Ｖｊを選択してアナログデジタル変換手段３２に与える。アナログデジタル変換手段３２では、この電圧ＶｊをデジタルデータＳｖに変換する。この変換されたデジタルデータＳｖは、監視制御装置５の監視電池決定手段５１に入力される。
【００４１】
監視電池決定手段５１は、入力されたデジタルデータＳｖが放電終止電圧Ｖｎに達したか否かを決定処理を実行する（ステップＳ１０１）。監視電池決定手段５１は、多段接続二次電池２の各電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎ及び全体電圧Ｖｏを取り込んでは監視電池決定処理（第１の工程）を実行する（図４のＳ１０１−Ｓ１０２；ＮＯ）。この工程は、監視電池２ｉが決定されるまで実行される。
【００４２】
前記第１の工程（図４のＳ１０１−Ｓ１０２；ＮＯ）において一旦監視電池２ｉが決定された後には、充電監視制御手段５２は、電圧測定回路３のマルチプレクサ３１に指令を与えて、当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉ及び多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏのみを取込み充電制御電圧Ｖｓ（放電規制電圧Ｖｄまたは電圧Ｖｄ×ｎ段）と比較処理を実行する（図４のＳ１０３）。当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉまたは多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏが充電制御電圧Ｖｓ（放電規制電圧Ｖｄまたは電圧Ｖｄ×ｎ段）以下に達しないときには（図４のＳ１０４；ＮＯ）、再び、充電監視制御手段５２は判断処理を実行する（図４のＳ１０３）。この処理は当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉまたは多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏが充電制御電圧Ｖｓ（放電規制電圧Ｖｄまたは電圧Ｖｄ×ｎ段）以下に達するまで（図４のＳ１０４；ＹＥＳ）、実行される。
【００４３】
また、充電監視制御手段５２は、当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉまたは多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏが充電制御電圧Ｖｓ以下に達したときには（図４のＳ１０４；ＹＥＳ）、充電に切り換える（図４のＳ１０５）。
【００４４】
充電監視制御手段５２は、充電時には、監視電池２ｉの電圧値Ｖｉを取込み充電規制電圧Ｖｃと比較処理を実行する（図４のＳ１０５）。充電監視制御手段５２は、監視電池２ｉの電圧値Ｖｉが充電規制電圧Ｖｃ以上に達するまで（図４のＳ１０６；ＮＯ）、充電における比較処理を実行する（図４のＳ１０５−Ｓ１０６；ＮＯ）。
【００４５】
そして、充電監視制御手段５２は、監視電池２ｉの電圧値Ｖｉが充電規制電圧Ｖｃ以上に達したときに（図４のＳ１０６；ＹＥＳ）、ステップ１０３に移行する。
【００４６】
図５に、監視電池を決定する動作の詳細を説明するためのフローチャートを示す。この図５において、多段接続二次電池２（組電池）の測定単位での終止電圧をＶｄとする（図５のＳ２０１）。まず、多段接続二次電池２の二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各々の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎ及び多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏを電圧測定回路３のマルチプレクサ３１で選択し、その選択した電圧Ｖｊを電圧測定回路３のアナログデジタル変換手段３２でデジタルデータＳｖにして監視制御装置５に与える。
【００４７】
監視制御装置５の監視電池決定手段５１では、そのデジタルデータＳｖがＶｄ以上か否かの判定をする（図５のＳ２０２）。デジタルデータＳｖがＶｄ以下であると監視電池決定手段５１において判定されると（図５のＳ２０２；ＮＯ）、監視電池決定手段５１では当該電圧Ｖｄに至った電池２ｉを監視電池２ｉと決定する（図５のＳ２０３）。
【００４８】
一方、デジタルデータＳｖがＶｄ以上であると監視電池決定手段５１において判定されると（図５のＳ２０２；ＹＥＳ）、監視制御装置５の監視電池決定手段５１では、ステップ２０２において多段接続二次電池２の各々の電圧値を取り込んでおいたので、これら電圧から最低電圧を示す電池を決定する（図５のＳ２０４）。
【００４９】
そして、監視電池決定手段５１は、多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏを測定し、その全体電圧Ｖｏが単位電池の放電規制電圧値Ｖｄに段数ｎを掛けて得た電圧（Ｖｄ×ｎ）以下のときに（図５のＳ２０５；ＮＯ）、その最低電圧を示した電池を監視電池２ｉと決定する（図５のＳ２０６）。
【００５０】
また、既にステップ２０４において最低電圧を示す電池が分かっているので、監視電池決定手段５１は、電圧以外の要因で放電が終了したことを検出したときに（図５のＳ２０７；Ｙｅｓ）、最低電圧を示す電池を監視電池２ｉと決定する（図５のＳ２０６）。
【００５１】
このようにして監視電池２ｉを決定した後には（Ｓ２０３、Ｓ２０６）、既に説明したように、放電の監視（図５のＳ２０８）、充電監視（図５のＳ２０９）を処理することになる。実際には、放電の監視（図５のＳ２０８）、充電監視（図５のＳ２０９）を繰り返して行うことになる。
【００５２】
このように本実施の形態では、放電時に最も早く放電電圧Ｖｄに至った電池２ｉが最も放電容量が少ないので、この電池２ｉの電圧変化に従って、多段接続二次電池（組電池）２の充電を行うものである。このように電池を特定ことにより、電池の温度補正も可能になり、劣化電池を的確に抑制することができる。そして、電池の充電放電電気容量を十分に確保しながら、不要な過充電をせずに高い効率で、長いサイクル寿命までの充電放電運転制御が可能となる。
【００５３】
図６に、ニッケル水素電池で構成した多段接続二次電池の充放電の電圧特性を示し、横軸に時間〔時〕を、縦軸に多段接続二次電池の電圧〔Ｖ〕をとったものである。多段接続二次電池（組電池）２の内の劣化電池の電圧値は、図６の実線で示すように、充電時に電圧が上昇し、充電規制電圧Ｖｃを越えて過充電に至り、放電時には過放電に至る。
【００５４】
そこで、本実施の形態では、監視電池２ｉの電圧曲線を図６の一点鎖線で示し、この監視電池２ｉの電圧曲線を監視制御装置５で監視することによって充電・放電の運転を行うようにしている。この監視電池２ｉは、図６に示すように、過放電・過充電を繰り返しているが、放電規制電圧Ｖｄ、充電規制電圧Ｖｃの間で充電／放電を行うことにより、電池劣化も生じず、サイクル寿命も延ばすことができる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、規制電庄まで定電流で充電したり、その後に、定電圧充電したりする充電方式を適用することが望ましい。
【００５６】
上記実施の形態では、電圧測定回路３は、マルチプレクサ３１と、一つのアナログデジタル変換手段３２とで構成したが、これに代えて、多段接続二次電池の個々の電圧及び全体電圧をそれぞれデジタルデータにするアナログデジタル変換手段と、これらアナログデジタル変換手段からのデジタルデータを所定の数のデータとして出力できるデジタルマルチプレクサとから構成してもよい。
【００５７】
さらに、上記実施の形態では、多段接続二次電池２の二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各電圧を電圧測定回路３のマルチプレクサ３１を介して監視制御装置５に取り込めるようにしたが、これに代えて、各二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各電圧を電圧計等で定期的に測定し、これら測定した測定値をその都度キーボードから監視制御装置５に与えて監視電池を決定するようにしてもよい。このようにした場合、監視電池２ｉが決定したところで、当該監視電池２ｉの電圧及び多段接続二次電池２の全体電圧をアナログデジタル変換手段を介して監視制御装置５に入力できるような電気的構成とし、以後、その監視電池２ｉ等を監視しながら監視制御装置５で充電装置４を制御するようにしてもよい。
【００５８】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。この実施例は、負荷平準化、夜間電力の有効利用を目的とした、一般家庭に設置する小型電力貯蔵装置のロードコンディンョナーに本発明の多段接続２次電池の充放電制御装置を適用したものである。このロードコンディショナーは、多く接続した二次電池を電力貯蔵に利用している。その用途から電力出力３〜５〔ｋＷ〕、電気容量約３０〔ｋＷ〕で、１００〜２００〔Ｖ〕の高い電圧を必要としている。高い電圧を得るためには、数十個以上の電池を直列に接続して多段接続二次電池（組電池）２を構成するものとする。このとき、この多段接続二次電池（組電池）２を構成する各電池セルの電気容量は均一ではなく、ばらつきを生じているので、上述した実施の形態における多段接続２次電池の充放電制御装置を適用することで、電池の劣化促進を防ぎ高い充電放電効率で、長い寿命での運転が可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る多段接続２次電池の充放電制御方法によれば、電池の劣化促進を防ぎ高い充電放電効率で長い寿命での運転が可能となる。
【００６０】
また、本発明に係る多段接続２次電池の充放電制御装置によれば、電池の劣化促進を防ぎ高い充電放電効率で長い寿命での運転が可能となる装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多段接続２次電池の充放電制御装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】同電圧測定回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】同監視制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】同実施の形態の全体動作を説明するために示すフローチャートである。
【図５】同監視電池を決定する動作の詳細を説明するために示すフローチャートである。
【図６】同ニッケル水素電池で構成した多段接続二次電池の充放電の電圧特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 多段接続二次電池の充放電制御装置
２ 多段接続二次電池（組電池）
３ 電圧測定回路（電圧測定手段）
４ 充電装置（充電手段）
５ 監視制御装置（監視制御手段）
３１ マルチプレクサ
３２ アナログデジタル変換手段
５１ 監視電池決定手段
５２ 充電監視制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段に直列接続した二次電池を高効率運転可能とし、かつ各二次電池を長寿命化した多段接続二次電池の充放電制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯型機器や電気自動車などの電源や電力貯蔵システムに係る技術分野において、二次電池を多段に直列接続して高い電圧を得ることが行われている。このように高い電圧を得る理由は、蓄電するエネルギーの大容量化を図ることや、高効率な利用をしたいことにある。なお、ここに「二次電池」というときには、二次電池セル、複数の二次電池セルからなるモジュール、あるいは当該モジュールを複数にて構成した群電池のことをいう。
【０００３】
ところで、上述したように多数の二次電池を直列接続して構成した多段接続二次電池（組電池）を充電／放電させるときに、前記多段接続二次電池（組電池）を構成する個々の電池を個別に制御する場合には、回路が複雑化し、これら電池の充放電制御も煩雑となる。
【０００４】
しかしながら、過充電／過放電を許容しないリチウム電池のような二次電池の場合には、複雑化するのをあえて許容して必要な制御回路を備えて個別に充電／放電の制御を行っていた。
【０００５】
一方、鉛電池やニッケル系電池のような二次電池の場合には、前記多段接続二次電池（組電池）の全電圧を測定し、これを基に電圧制御を行っている。
【０００６】
ところで、前記多段接続二次電池（組電池）の全電圧での端子制御を行うと、多段接続二次電池（組電池）全体では満充電状態にあっても、前記多段接続二次電池（組電池）を構成する個々の電池電圧は一定の値を示さず、必ずある程度の分布を持ち、充電電気容量も一致しない現象が表れる。その理由は、電池は、所定容量値以上の容量を有するように製造されており、可能な充放電電気容量には、必然的に分布を許容して製造されているからである。
【０００７】
また、電池内部のインピーダンスも製造段階、また、電池の温度環境により当然ながら均一にない。すなわち、多段に直列接続した電池間には、充電放電電気容量や内部インピーダンスにばらつきがある．このため、多段に直列接続した多段接続二次電池（組電池）全体の両端子電圧のみの測定で充電／放電の運転を制御すると、充電／放電の末期に過充電・過放電状態に至る電池が生じることになっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の多段接続二次電池の充放電制御方法にあっては、次のような課題があった。
【０００９】
（１）リチウム電池のような二次電池の場合には、複雑化するのをあえて許容して必要な制御回路を備えて個別に充電／放電制御する必要があることから、回路が複雑化しかつ制御が高度化して充電／放電の運転制御に多大な費用がかかる。
【００１０】
（２）鉛電池やニッケル系電池のような二次電池の場合には、回路は簡単化されるものの、多段接続二次電池（組電池）を構成する個々の電池の内で過放電／過充電してしまう電池が生じてしまって効率的な運転ができず、しかも寿命が短くなってしまう。
【００１１】
（３）さらに、多段接続二次電池（組電池）を構成する個々の電池の内で充電放電電気容量の少ない電池ほど、過充電／過放電に至りやすくなる。特に、接続段数が増加すればするほど、一層電池全体での微妙な電圧制御が困難になり、過放電／過充電に至る電池が発生しやすくなる。
【００１２】
（４）加えて、浅い放電深度で運転する方法があるが、これでは電池の性能を十分に利用できない。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、多段接続二次電池（組電池）を充填時に制御するとき、電池の劣化促進を防ぎ高い充電放電効率で、長い寿命での運転を可能とした多段接続二次電池の充放電制御方法及びその装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明の多段接続二次電池の充放電制御方法は、二次電池セルあるいは複数の二次電池セルからなるモジュールあるいは当該モジュールを複数にて構成した群電池を含む二次電池が多段に直列接続されてなる多段接続二次電池を充放電制御する方法において、多段接続二次電池の放電時に、多段接続した二次電池の各々の電圧値を測定し、各測定電圧で最低電圧を示す電池を決定しておき、かつ多段接続二次電池の全体電圧を測定し、前記測定した個々の二次電池の電圧値が単位電池の放電規制電圧以下のときは当該電圧値を示した電池を監視電池と決定し、前記全体電圧が単位電池の放電規制電圧値に段数を掛けて得た電圧以下のときは前記最低電圧を示した電池を監視電池と決定する第１の工程と、前記第１の工程にて一旦監視電池が決定された後には、当該監視電池の電圧値または多段接続二次電池の全体電圧が充電制御電圧以下に達したときに充電制御するとともに、当該監視電池の電圧値が充電規制電圧以上に達したときに充電制御を停止する第２の工程とを備えるようにしている。
【００１５】
したがって、放電時に最も早く放電電圧規制に至った電池が最も放電容量が少ないことに着目し、この電池の電圧変化に従って、多段接続二次電池（組電池）の充電を行う。電池を特定することにより、温度補正も可能になり、劣化電池を的確に抑制できる。これにより、電池の充電放電電気容量を十分に確保しながら、不要な過充電をせずに高い効率で、長いサイクル寿命までの充電放電運転制御が可能となる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の多段接続二次電池の充放電制御方法における第１の工程を、多段接続した二次電池の各々の電圧値を測定して各測定電圧で最低電圧を示す電池を決定しておき、かつ電圧以外の要因で放電が終了したことを検出したときに、最低電圧を示す電池を監視電池と決定するようにしている。この場合、各電池の中で最低電圧を示す電池が何らかの原因で放電したときに、これを監視電池と決定することができる。
【００１９】
また、請求項３記載の発明は、二次電池セルあるいは複数の二次電池セルからなるモジュールあるいは当該モジュールを複数にて構成した群電池を含む二次電池が多段に直列接続されてなる多段接続二次電池を充放電制御する装置において、前記多段接続二次電池の個々の電圧を測定するとともに全体電圧を測定できる電圧測定手段と、前記多段接続二次電池を充電する充電手段と、監視制御手段を備え、前記監視制御手段は、多段接続二次電池の放電時に監視電池を決定する監視電池決定手段と、前記監視電池決定手段にて一旦監視電池が決定された後には、当該監視電池の電圧値または多段接続二次電池の全体電圧が充電制御電圧以下に達したときに充電制御するとともに、当該監視電池の電圧値が充電規制電圧以上に達したときに充電制御を停止する充電監視制御手段とを備え、前記監視電池決定手段は、前記電圧測定手段から得た電圧を取り込み、前記測定した個々の二次電池の電圧値が単位電池の放電規制電圧以下のときは当該電圧値を示した電池を監視電池と決定する処理手段と、多段接続した二次電池の各測定電圧で最低電圧を示す電池を決定する最低電圧電池決定処理手段と、多段接続二次電池の全体電圧が単位電池の放電規制電圧値に段数を掛けて得た電圧以下のときは前記最低電圧を示した電池を監視電池と決定する比較決定手段とを備えるようにしている。
【００２０】
この発明によれば、放電時に最も早く放電電圧規制に至った電池が最も放電容量が少ないことに着目し、この電池の電圧変化を取込み可能とし、これらの電圧を監視制御手段で監視し、監視電池を決定してから、当該監視電池の電圧を基に充電器を駆動制御して多段接続二次電池（組電池）の充電を行う。電池が特定されるので、温度補正を行うことが可能となり、かつ劣化が一番早い電池を的確に制御できる。これにより、電池の充電放電電気容量を十分に確保しながら、不要な過充電をせずに高い効率で、長いサイクル寿命までの充電放電運転制御が可能となる。
【００２１】
また、請求項４記載の発明は、請求項３の多段接続二次電池の充放電制御装置において、電圧測定手段を、多段接続二次電池の個々の電圧及び全体電圧を取り込み、これらの内から少なくとも一つを出力できるマルチプレクサと、前記マルチプレクサから出力された電圧値をデジタルデータにするアナログデジタル変換手段とからなるようにしている。この場合、複数の入力電圧を一つにしてアナログデジタル変換手段に与えてデジタルデータにし、これを監視制御手段に入力することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明では、請求項３において、前記電圧測定手段は、前記多段接続二次電池の個々の電圧及び全体電圧をそれぞれデジタルデータにするアナログデジタル変換手段と、これらアナログデジタル変換手段からのデジタルデータを所定の数のデータとして出力できるデジタルマルチプレクサとからなることを特徴とする。複数の電池電圧をデジタルデータにし、これを一つあるいは複数にして監視制御手段に入力することができる。
【００２６】
また、請求項６記載の発明は、請求項３の多段接続二次電池の充放電制御装置において、監視電池決定手段が、電圧以外の要因で放電が終了したことを検出したときに、最低電圧電池決定処理手段より決定された最低電圧を示す電池を監視電池と決定する判断手段を備えるようにしている。この場合、各電池の中で最低電圧を示す電池をもって監視電池と決定することができる。各電池の中で最低電圧を示す電池が何らかの原因で放電したときに、これを監視電池と決定することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す一実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
図１から図５に本発明の一実施の形態である多段接続二次電池の充放電制御装置を示す。
【００２９】
この多段接続二次電池の充放電制御装置１は、図１に示すように、多段接続二次電池２を充放電制御することができるものであり、大別すると、電圧測定回路３と、充電装置４と、監視制御装置５とを備えている。
【００３０】
ここに、多段接続二次電池２は、二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎを多段に直列接続して構成したものである。なお、多段接続二次電池２は、上記二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎに代えて、図示しないが複数の二次電池セルからなるモジュールあるいは当該モジュールを複数にて構成した群電池から構成してもよい。この多段接続二次電池２の各二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各端子は電圧測定回路３に接続されている。
【００３１】
また、電圧測定回路３は、多段接続二次電池２の個々の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎを測定するとともに全体電圧Ｖｏを測定することができる。この測定した電圧は、デジタルデータになって監視制御装置５に供給されるようになっている。
【００３２】
充電装置４の端子は多段接続二次電池２の両端に接続されており、監視制御装置５の制御信号の基に前記多段接続二次電池２を充電することができる。また、充電装置４には負荷６が接続されており、充電しないときには多段接続二次電池２から負荷６に電力が供給できるようになっている。
【００３３】
監視制御装置５は、電圧測定回路３から得た電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−2 ，Ｖｎ−１，Ｖｎ及び電圧ＶｏをデジタルデータＳｖとして取り込み、多段接続二次電池２の内で放電時に放電終止電圧に達した電池を監視電池２ｉ（ｉは任意の電池を示し、図面上には表示しない）と決定するとともに、一旦監視電池２ｉが決定された後には、当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉまたは多段接続２次電池の全体電圧Ｖｏを取り込み当該電圧値が充電制御電圧Ｖｓ以下に達したときに充電装置４を充電動作させるとともに、当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉが充電規制電圧Ｖｃ以上に達したときに充電装置４に対して充電制御を停止させる。この監視制御装置５のデジタル入力端子には電圧測定回路３が接続されるとともに、監視制御装置５のデジタル出力端子には充電装置４が接続されている。
【００３４】
図２に、電圧測定回路の構成例を示す。この図２において、電圧測定回路３は、多段接続二次電池２の個々の二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎ及び多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏを取り込み、これらの内から少なくとも一つ選択して電圧Ｖｊとして出力できるマルチプレクサ３１と、このマルチプレクサ３１から出力された電圧値ＶｊをデジタルデータＳｖにするアナログデジタル変換手段３２とからなる。マルチプレクサ３１は、２列の固定子に対して二つの可動子がそれぞれ接続されるものであり、電子的に構成されていて、監視制御装置５からの指令により可動子を移動させることができる。なお、一旦、監視電池が決定した場合には、監視制御装置５からの指令により、前記マルチプレクサ３１の可動子を、監視電池が接続された固定子と、多段接続二次電池２の全体電圧の入力された固定子にのみ接続されるようになっている。このアナログデジタル変換手段３２からのデジタルデータＳｖは、監視制御装置５に入力されている。
【００３５】
図３に、監視制御装置の構成例を示す。この図３において、監視制御装置５は、監視電池決定手段５１と、充電監視制御手段５２とから構成されている。ここに、監視電池決定手段５１は、多段接続二次電池２の内で放電時に放電終止電圧Ｖｎに達した電池を監視電池２ｉと決定するように構成されている。また、監視制御装置５は、監視電池決定手段５１にて一旦監視電池２ｉが決定された後には、当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉまたは多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏが充電制御電圧Ｖｓ以下に達したときに充電制御するとともに、当該監視電池２ｉの電圧値が充電規制電圧Ｖｃ以上に達したときに充電制御を停止するように構成されている。
【００３６】
ここで、監視電池決定手段５１は、まず、多段接続した二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各々の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎを測定し、当該測定した個々の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎが単位電池２ｉの放電規制電圧Ｖｄ以下のときに当該電圧値を示した電池を監視電池２ｉと決定する処理手段から構成している。
【００３７】
つぎに、監視電池決定手段５１は、図示しないが、多段接続した二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各々の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎを測定して各測定電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎで最低電圧を示す電池を決定する最低電圧電池決定処理手段と、多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏを測定し、その全体電圧Ｖｏが単位二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの放電規制電圧値Ｖｄに段数ｎを掛けて得た電圧（Ｖｄ×ｎ）以下のときに、前記最低電圧Ｖｍｉｎ を示した電池を監視電池２ｉと決定する比較決定手段とから構成している。
【００３８】
さらに、監視電池決定手段５１は、図示しないが、多段接続した二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各々の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎを測定して各測定電圧で最低電圧Ｖｍｉｎ を示す電池を決定する最低電圧電池決定処理手段と、電圧以外の要因で放電が終了したことを検出したときに、最低電圧を示す電池を監視電池と決定する判断手段とから構成している。
【００３９】
このように構成された実施の形態の動作について図１乃至図３を基に図４乃至図６を参照して以下に説明する。ここで、図４に、当該実施の形態の全体動作を説明するためのフローチャートを示す。
【００４０】
まず、多段接続二次電池２の各二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎ及び電圧Ｖｏをマルチプレクサ３１に入力する。マルチプレクサ３１では、これら電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎ及び電圧Ｖｏの内の一つの電圧Ｖｊを選択してアナログデジタル変換手段３２に与える。アナログデジタル変換手段３２では、この電圧ＶｊをデジタルデータＳｖに変換する。この変換されたデジタルデータＳｖは、監視制御装置５の監視電池決定手段５１に入力される。
【００４１】
監視電池決定手段５１は、入力されたデジタルデータＳｖが放電終止電圧Ｖｎに達したか否かを決定処理を実行する（ステップＳ１０１）。監視電池決定手段５１は、多段接続二次電池２の各電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎ及び全体電圧Ｖｏを取り込んでは監視電池決定処理（第１の工程）を実行する（図４のＳ１０１−Ｓ１０２；ＮＯ）。この工程は、監視電池２ｉが決定されるまで実行される。
【００４２】
前記第１の工程（図４のＳ１０１−Ｓ１０２；ＮＯ）において一旦監視電池２ｉが決定された後には、充電監視制御手段５２は、電圧測定回路３のマルチプレクサ３１に指令を与えて、当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉ及び多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏのみを取込み充電制御電圧Ｖｓ（放電規制電圧Ｖｄまたは電圧Ｖｄ×ｎ段）と比較処理を実行する（図４のＳ１０３）。当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉまたは多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏが充電制御電圧Ｖｓ（放電規制電圧Ｖｄまたは電圧Ｖｄ×ｎ段）以下に達しないときには（図４のＳ１０４；ＮＯ）、再び、充電監視制御手段５２は判断処理を実行する（図４のＳ１０３）。この処理は当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉまたは多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏが充電制御電圧Ｖｓ（放電規制電圧Ｖｄまたは電圧Ｖｄ×ｎ段）以下に達するまで（図４のＳ１０４；ＹＥＳ）、実行される。
【００４３】
また、充電監視制御手段５２は、当該監視電池２ｉの電圧値Ｖｉまたは多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏが充電制御電圧Ｖｓ以下に達したときには（図４のＳ１０４；ＹＥＳ）、充電に切り換える（図４のＳ１０５）。
【００４４】
充電監視制御手段５２は、充電時には、監視電池２ｉの電圧値Ｖｉを取込み充電規制電圧Ｖｃと比較処理を実行する（図４のＳ１０５）。充電監視制御手段５２は、監視電池２ｉの電圧値Ｖｉが充電規制電圧Ｖｃ以上に達するまで（図４のＳ１０６；ＮＯ）、充電における比較処理を実行する（図４のＳ１０５−Ｓ１０６；ＮＯ）。
【００４５】
そして、充電監視制御手段５２は、監視電池２ｉの電圧値Ｖｉが充電規制電圧Ｖｃ以上に達したときに（図４のＳ１０６；ＹＥＳ）、ステップ１０３に移行する。
【００４６】
図５に、監視電池を決定する動作の詳細を説明するためのフローチャートを示す。この図５において、多段接続二次電池２（組電池）の測定単位での終止電圧をＶｄとする（図５のＳ２０１）。まず、多段接続二次電池２の二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各々の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ−３，Ｖｎ−２ ，Ｖｎ−１，Ｖｎ及び多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏを電圧測定回路３のマルチプレクサ３１で選択し、その選択した電圧Ｖｊを電圧測定回路３のアナログデジタル変換手段３２でデジタルデータＳｖにして監視制御装置５に与える。
【００４７】
監視制御装置５の監視電池決定手段５１では、そのデジタルデータＳｖがＶｄ以上か否かの判定をする（図５のＳ２０２）。デジタルデータＳｖがＶｄ以下であると監視電池決定手段５１において判定されると（図５のＳ２０２；ＮＯ）、監視電池決定手段５１では当該電圧Ｖｄに至った電池２ｉを監視電池２ｉと決定する（図５のＳ２０３）。
【００４８】
一方、デジタルデータＳｖがＶｄ以上であると監視電池決定手段５１において判定されると（図５のＳ２０２；ＹＥＳ）、監視制御装置５の監視電池決定手段５１では、ステップ２０２において多段接続二次電池２の各々の電圧値を取り込んでおいたので、これら電圧から最低電圧を示す電池を決定する（図５のＳ２０４）。
【００４９】
そして、監視電池決定手段５１は、多段接続二次電池２の全体電圧Ｖｏを測定し、その全体電圧Ｖｏが単位電池の放電規制電圧値Ｖｄに段数ｎを掛けて得た電圧（Ｖｄ×ｎ）以下のときに（図５のＳ２０５；ＮＯ）、その最低電圧を示した電池を監視電池２ｉと決定する（図５のＳ２０６）。
【００５０】
また、既にステップ２０４において最低電圧を示す電池が分かっているので、監視電池決定手段５１は、電圧以外の要因で放電が終了したことを検出したときに（図５のＳ２０７；Ｙｅｓ）、最低電圧を示す電池を監視電池２ｉと決定する（図５のＳ２０６）。
【００５１】
このようにして監視電池２ｉを決定した後には（Ｓ２０３、Ｓ２０６）、既に説明したように、放電の監視（図５のＳ２０８）、充電監視（図５のＳ２０９）を処理することになる。実際には、放電の監視（図５のＳ２０８）、充電監視（図５のＳ２０９）を繰り返して行うことになる。
【００５２】
このように本実施の形態では、放電時に最も早く放電電圧Ｖｄに至った電池２ｉが最も放電容量が少ないので、この電池２ｉの電圧変化に従って、多段接続二次電池（組電池）２の充電を行うものである。このように電池を特定ことにより、電池の温度補正も可能になり、劣化電池を的確に抑制することができる。そして、電池の充電放電電気容量を十分に確保しながら、不要な過充電をせずに高い効率で、長いサイクル寿命までの充電放電運転制御が可能となる。
【００５３】
図６に、ニッケル水素電池で構成した多段接続二次電池の充放電の電圧特性を示し、横軸に時間〔時〕を、縦軸に多段接続二次電池の電圧〔Ｖ〕をとったものである。多段接続二次電池（組電池）２の内の劣化電池の電圧値は、図６の実線で示すように、充電時に電圧が上昇し、充電規制電圧Ｖｃを越えて過充電に至り、放電時には過放電に至る。
【００５４】
そこで、本実施の形態では、監視電池２ｉの電圧曲線を図６の一点鎖線で示し、この監視電池２ｉの電圧曲線を監視制御装置５で監視することによって充電・放電の運転を行うようにしている。この監視電池２ｉは、図６に示すように、過放電・過充電を繰り返しているが、放電規制電圧Ｖｄ、充電規制電圧Ｖｃの間で充電／放電を行うことにより、電池劣化も生じず、サイクル寿命も延ばすことができる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、規制電庄まで定電流で充電したり、その後に、定電圧充電したりする充電方式を適用することが望ましい。
【００５６】
上記実施の形態では、電圧測定回路３は、マルチプレクサ３１と、一つのアナログデジタル変換手段３２とで構成したが、これに代えて、多段接続二次電池の個々の電圧及び全体電圧をそれぞれデジタルデータにするアナログデジタル変換手段と、これらアナログデジタル変換手段からのデジタルデータを所定の数のデータとして出力できるデジタルマルチプレクサとから構成してもよい。
【００５７】
さらに、上記実施の形態では、多段接続二次電池２の二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各電圧を電圧測定回路３のマルチプレクサ３１を介して監視制御装置５に取り込めるようにしたが、これに代えて、各二次電池セル２１，２２，２３，…，２ｎ−３，２ｎ−２ ，２ｎ−１，２ｎの各電圧を電圧計等で定期的に測定し、これら測定した測定値をその都度キーボードから監視制御装置５に与えて監視電池を決定するようにしてもよい。このようにした場合、監視電池２ｉが決定したところで、当該監視電池２ｉの電圧及び多段接続二次電池２の全体電圧をアナログデジタル変換手段を介して監視制御装置５に入力できるような電気的構成とし、以後、その監視電池２ｉ等を監視しながら監視制御装置５で充電装置４を制御するようにしてもよい。
【００５８】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。この実施例は、負荷平準化、夜間電力の有効利用を目的とした、一般家庭に設置する小型電力貯蔵装置のロードコンディンョナーに本発明の多段接続２次電池の充放電制御装置を適用したものである。このロードコンディショナーは、多く接続した二次電池を電力貯蔵に利用している。その用途から電力出力３〜５〔ｋＷ〕、電気容量約３０〔ｋＷ〕で、１００〜２００〔Ｖ〕の高い電圧を必要としている。高い電圧を得るためには、数十個以上の電池を直列に接続して多段接続二次電池（組電池）２を構成するものとする。このとき、この多段接続二次電池（組電池）２を構成する各電池セルの電気容量は均一ではなく、ばらつきを生じているので、上述した実施の形態における多段接続２次電池の充放電制御装置を適用することで、電池の劣化促進を防ぎ高い充電放電効率で、長い寿命での運転が可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る多段接続２次電池の充放電制御方法によれば、電池の劣化促進を防ぎ高い充電放電効率で長い寿命での運転が可能となる。
【００６０】
また、本発明に係る多段接続２次電池の充放電制御装置によれば、電池の劣化促進を防ぎ高い充電放電効率で長い寿命での運転が可能となる装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多段接続２次電池の充放電制御装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】同電圧測定回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】同監視制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】同実施の形態の全体動作を説明するために示すフローチャートである。
【図５】同監視電池を決定する動作の詳細を説明するために示すフローチャートである。
【図６】同ニッケル水素電池で構成した多段接続二次電池の充放電の電圧特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 多段接続二次電池の充放電制御装置
２ 多段接続二次電池（組電池）
３ 電圧測定回路（電圧測定手段）
４ 充電装置（充電手段）
５ 監視制御装置（監視制御手段）
３１ マルチプレクサ
３２ アナログデジタル変換手段
５１ 監視電池決定手段
５２ 充電監視制御手段
Claims (6)
- 二次電池セルあるいは複数の二次電池セルからなるモジュールあるいは当該モジュールを複数にて構成した群電池を含む二次電池が多段に直列接続されてなる多段接続二次電池を充放電制御する方法において、多段接続二次電池の放電時に、多段接続した二次電池の各々の電圧値を測定し、各測定電圧で最低電圧を示す電池を決定しておき、かつ多段接続二次電池の全体電圧を測定し、前記測定した個々の二次電池の電圧値が単位電池の放電規制電圧以下のときは当該電圧値を示した電池を監視電池と決定し、前記全体電圧が単位電池の放電規制電圧値に段数を掛けて得た電圧以下のときは前記最低電圧を示した電池を監視電池と決定する第１の工程と、前記第１の工程にて一旦監視電池が決定された後には、当該監視電池の電圧値または多段接続二次電池の全体電圧が充電制御電圧以下に達したときに充電制御するとともに、当該監視電池の電圧値が充電規制電圧以上に達したときに充電制御を停止する第２の工程とを備えたことを特徴とする多段接続二次電池の充放電制御方法。
- 前記第１の工程は、多段接続した二次電池の各々の電圧値を測定して各測定電圧で最低電圧を示す電池を決定しておき、かつ電圧以外の要因で放電が終了したことを検出したときに、最低電圧を示す電池を監視電池と決定することを特徴とする請求項１記載の多段接続二次電池の充放電制御方法。
- 二次電池セルあるいは複数の二次電池セルからなるモジュールあるいは当該モジュールを複数にて構成した群電池を含む二次電池が多段に直列接続されてなる多段接続二次電池を充放電制御する装置において、前記多段接続二次電池の個々の電圧を測定するとともに全体電圧を測定できる電圧測定手段と、前記多段接続二次電池を充電する充電手段と、監視制御手段を備え、前記監視制御手段は、多段接続二次電池の放電時に監視電池を決定する監視電池決定手段と、前記監視電池決定手段にて一旦監視電池が決定された後には、当該監視電池の電圧値または多段接続二次電池の全体電圧が充電制御電圧以下に達したときに充電制御するとともに、当該監視電池の電圧値が充電規制電圧以上に達したときに充電制御を停止する充電監視制御手段とを備え、前記監視電池決定手段は、前記電圧測定手段から得た電圧を取り込み、前記測定した個々の二次電池の電圧値が単位電池の放電規制電圧以下のときは当該電圧値を示した電池を監視電池と決定する処理手段と、多段接続した二次電池の各測定電圧で最低電圧を示す電池を決定する最低電圧電池決定処理手段と、多段接続二次電池の全体電圧が単位電池の放電規制電圧値に段数を掛けて得た電圧以下のときは前記最低電圧を示した電池を監視電池と決定する比較決定手段とを備えることを特徴とする多段接続二次電池の充放電制御装置。
- 前記電圧測定手段は、前記多段接続二次電池の個々の電圧及び全体電圧を取り込み、これらの内から少なくとも一つを出力できるマルチプレクサと、前記マルチプレクサから出力された電圧値をデジタルデータにするアナログデジタル変換手段とからなることを特徴とする請求項３記載の多段接続二次電池の充放電制御装置。
- 前記電圧測定手段は、前記多段接続二次電池の個々の電圧及び全体電圧をそれぞれデジタルデータにするアナログデジタル変換手段と、これらアナログデジタル変換手段からのデジタルデータを所定の数のデータとして出力できるデジタルマルチプレクサとからなることを特徴とする請求項３記載の多段接続二次電池の充放電制御装置。
- 前記監視電池決定手段は、電圧以外の要因で放電が終了したことを検出したときに、前記最低電圧電池決定処理手段より決定された最低電圧を示す電池を監視電池と決定する判断手段を備えることを特徴とする請求項３記載の多段接続二次電池の充放電制御装置。
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