JP6225588B2 - 蓄電装置および蓄電装置の制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、蓄電装置および蓄電装置の制御方法に関する。

複数の蓄電モジュールを接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通の制御装置（メインコントローラと適宜称する）を設ける電力貯蔵装置が知られている。各蓄電モジュールがモジュールコントローラを有し、モジュールコントローラとメインコントローラとの間で通信路を介して通信する構成とされている。

モジュールコントローラは、蓄電部の状態を監視し、異常を検出するために、監視回路およびマイクロコンピュータ（サブマイクロコントローラユニットと適宜称する）からなる。蓄電部は、例えば複数のサブモジュールを直列接続した構成とされる。監視回路は、各サブモジュールの電圧を監視し、所定の域値と各サブモジュールの電圧とをコンパレータによって比較し、正常／異常を示す検出信号（例えば１ビットの検出信号）を出力する。

充電時には、各サブモジュールの電圧が所定値と比較され、過大電圧（ＯＶと適宜称する）か否かを示す検出信号が生成される。放電時には、各サブモジュールの電圧が所定値と比較され、過小電圧（ＵＶと適宜称する）か否かを示す検出信号が生成される。充放電時には、サブモジュールを流れる電流値が所定値と比較され、過大電流（ＯＣと適宜称する）か否かを示す検出信号が生成される。さらに、充放電時には、サブモジュールのそれぞれの温度が所定値と比較され、過熱状態（ＯＴと適宜称する）か否かを示す検出信号が生成される。

さらに、蓄電モジュールを充電する際には、各サブモジュールの電圧および電流が各モジュールのサブマイクロコントローラユニットに供給され、複数のサブモジュールの電圧を均等化させるバランス調整がなされる。バランス調整を行わないと、サブモジュール間のバラツキによって、充電が不十分なサブモジュールが生じる。

バランス調整のために、上述した監視回路の検出信号がサブマイクロコントローラユニットに供給される。さらに、検出信号がモジュールコントローラから通信路を介してメインコントローラのマイクロコンピュータ（メインマイクロコントローラユニットと適宜称する）に伝送される。メインコントローラは、各蓄電モジュールからの検出信号を受け取って、充放電動作を制御する。

例えば下記の特許文献１には、複数のサブモジュール（セルブロック）から検出された最大電圧との電圧幅が、放電対象電圧幅以内となるサブモジュールが存在する場合、一旦充電を停止し、そのサブモジュールを、最大電圧となるサブモジュールとともに放電させ、放電後の最大電圧を更新する。最大電圧と最小電圧との電圧幅が、規定電圧幅内に収まるまで、セルバランス調整を繰り返すことにより、セルバランス制御に要する時間を短縮することが記載されている。

特開２０１２−６０６９１号公報

引用文献１では、充電のオン／オフを繰り返すもので、サブモジュール間の特性のバラツキがあると、満充電に到達するまでの時間がかなり長くなったり、充電のオン／オフに伴うノイズが発生する問題があった。

したがって、本開示は、短時間で充電を完了することができ、且つノイズの発生を防止することができる蓄電装置および蓄電装置の制御方法の提供を目的とする。

本開示は、直列接続され、少なくとも１以上の電池を有する複数の蓄電部と、
蓄電部のそれぞれにスイッチを介して並列接続されたセルバランス部と、
セルバランス部を制御する制御部とを備え、
制御部は、
複数の蓄電部を第１の定電流値で充電し、複数の蓄電部の内で、最高電圧の蓄電部が第１の電位に達した際に、最高電圧の蓄電部と最高電圧に対応するセルバランス部とを接続すると共に、充電電流を第１の定電流値よりも小さい第２の定電流値に切り替えるように制御し、
複数の蓄電部の内、最高電圧の蓄電部と異なる少なくとも一つの蓄電部が第１の電位よりも高い第２の電位に達した際に、第２の電位に達した蓄電部と第２の電位に達した蓄電部に対応するセルバランス部とを接続する共に、充電電流を第２の定電流値よりも小さい第３の定電流値に切り替えるように制御する
蓄電装置である。

本開示は、充電完了までの所要時間を短縮化することができ、また、ノイズの発生を防止することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であっても良い。

電力貯蔵装置の一例のブロック図である。 電力貯蔵装置の使用時の外観の一例の略線図である。 電力貯蔵装置におけるコントローラの関係を示すブロック図である。 本開示による蓄電モジュールの制御部の第１の実施の形態のブロック図である。 本開示の第１の実施の形態におけるセルバランス放電回路の接続図である。 本開示の第１の実施の形態における制御処理の流れを示すフローチャートである。 本開示の第１の実施の形態における制御処理の流れを示すフローチャートである。 本開示の第１の実施の形態における制御の第１の例を説明するためのグラフである。 本開示の第１の実施の形態における制御の第２の例を説明するためのグラフである。 本開示の第１の実施の形態における制御の第２の例を説明するためのグラフである。 本開示の第１の実施の形態における制御の変形例を説明するためのグラフである。 本開示の第２の実施の形態におけるセルバランス放電回路の接続図である。 本開示の第２の実施の形態における制御処理の流れを示すフローチャートである。 本開示の第２の実施の形態における制御処理の流れを示すフローチャートである。 本開示の第２の実施の形態における制御の例を説明するためのグラフである。 本開示の第２の実施の形態における制御の例を説明するためのグラフである。 本開示の応用例の第１の例のブロック図である。 本開示の応用例の第２の例のブロック図である。

以下に説明する実施の形態は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
なお、本開示の説明は、下記の順序にしたがってなされる。
＜１．本開示の第１の実施の形態＞
＜２．本開示の第２の実施の形態＞
＜３．応用例＞
＜４．変形例＞

＜１．本開示の第１の実施の形態＞
「電力貯蔵装置」
大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば電池セルを使用する場合、複数の蓄電ユニット（以下、蓄電モジュールと称する）を接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通に制御装置を設ける構成が採用される。かかる構成を電力貯蔵装置と称する。さらに、複数の電力貯蔵装置を接続する電力貯蔵システムも可能である。蓄電素子としては、電池以外にキャパシタ等を使用しても良い。

蓄電モジュールは、複数の電池セル例えばリチウムイオン二次電池の直列接続、または複数の電池セルの並列接続（サブモジュール）の直列接続を含む蓄電部と、モジュール毎に設けられているモジュールコントローラとを組み合わせた単位である。各モジュールコントローラのサブマイクロコントローラユニットが全体の制御装置であるメインコントローラのメインマイクロコントローラユニットとデータ伝送路（バス）を介して接続され、メインマイクロコントローラユニットが充電管理、放電管理、劣化抑制等のための管理を行う。

バスとしては、シリアルインターフェースが使用される。シリアルインターフェースとしては、具体的には、Ｉ２Ｃ(Inter-Integrated Circuit)方式、ＳＭバス(System Management Bus)、ＣＡＮ(Controller Area Network)、ＳＰＩ(Serial Peripheral Interface)
等が使用される。

一例として、Ｉ２Ｃ方式の通信が使用される。この方式は、比較的近距離で直結したデバイスとの間で、シリアル通信を行うものである。１台のマスタと１台または複数台のスレーブとの間が２本の線で接続される。一方の線を通じて伝送されるクロストークを基準としてデータ信号が他方の線上で転送される。個々のスレーブがアドレスを持っていてデータの中にアドレスが含まれ、１バイト毎に受信側からアクノリッジを返送して互いに確認をとりながらデータの転送がなされる。電力貯蔵装置の場合には、メインマイクロコントローラユニットかマスタとなり、サブマイクロコントローラユニットがスレーブとなる。

各モジュールコントローラのサブマイクロコントローラユニットからメインマイクロコントローラユニットに対してデータが送信される。例えば、各蓄電モジュールの内部状態の情報、すなわち、各電池セルの電圧、モジュール全体の電圧の情報、電流の情報、温度の情報等の電池情報がサブマイクロコントローラユニットからメインマイクロコントローラユニットに伝送され、各蓄電モジュールの充電処理および放電処理が管理される。

図１に、電力貯蔵装置の具体的な接続構成の一例を示す。例えば４個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ４が直列に接続される。この場合では、正極端子１（ＶＢ＋）および負極端子２（ＶＢ−）に例えば電力貯蔵装置の全体の出力電圧例えば約２００Ｖが取り出される。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ４のそれぞれには、モジュールコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴ４と複数の電池セルまたは複数のサブモジュールの並列接続が複数接続された蓄電部ＢＢ１〜ＢＢ４とが含まれている。蓄電部ＢＢ１〜ＢＢ４が電源ラインを介して接続される。

各モジュールコントローラには、後述するように、監視回路、サブコントロールユニット等が含まれている。メインコントローラＩＣＮＴとモジュールコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴ４が共通のシリアル通信のバス３を介して接続されている。メインコントローラＩＣＮＴに対して、各モジュールコントローラからのモジュール毎の電圧等の電池情報が伝送される。メインコントローラＩＣＮＴは、さらに、外部例えばエレクトロニックコントロールユニットとの通信が可能なように通信端子４を有する。

図２に示すように、例えば２台の蓄電モジュールＭＯＤ１およびＭＯＤ２とメインコントローラＩＣＮＴとのそれぞれが箱状のケースを有する構成とされ、積み重ねられて使用される。オプションとしてＵＰＳ(Uninterruptable Power Supply:無停電電源装置）５が使用される場合もある。図２において破線で示すように、メインコントローラＩＣＮＴおよび各蓄電モジュールのモジュールコントローラＣＮＴがバス３によって接続されている。

さらに、本開示の一実施の形態においては、図３に示すように、複数の蓄電モジュールを制御するために、各蓄電モジュールのサブコントロールユニット（図では、ＳＵＢ ＭＣＵと表記する）がメインマイクロコントローラユニット（図では、ＭＡＩＮ ＭＣＵと表記する）と接続される。さらに、複数のメインマイクロコントローラユニットが最上位のエレクトロニックコントロールユニット（図では、ＥＣＵと表記する）と接続される。エレクトロニックコントロールユニットは、一般的にアナログ機器を制御するユニットを総称するものである。

「モジュールコントローラおよびメインコントローラの一例」
図４を参照してモジュールコントローラＣＮＴおよびメインコントローラＩＣＮＴの構成の一例について説明する。蓄電部ＢＢは、ｎ個例えば１６個の電池セル（以下、単にセルと適宜称する）Ｃ１〜Ｃ１６の直列接続からなる。蓄電部ＢＢとしては、複数のセルの並列接続（サブモジュール）を直列接続した構成でも良い。各セルの電圧がセル電圧マルチプレクサ１１に供給され、セルＣ１〜Ｃ１６のそれぞれの電圧が順次選択されてＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２に対して供給される。さらに、セルバランス制御でセルＣ１〜Ｃ１６のそれぞれを放電するためのセルバランス放電回路２３が設けられている。

セル電圧マルチプレクサ１１によって、１６個のセルの電圧が時分割多重され、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２において、デジタル信号に変換され、さらに、電圧しきい値と比較される。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２は、各セルの１４〜１８ビットのデジタル電圧データと、各セルの電圧と電圧しきい値との比較結果（例えば１ビットの信号）とを出力する。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２の出力信号が監視回路１３に供給される。

さらに、各セルの温度を測定する温度測定部１４およびＩＣ内部の温度を測定する温度測定部１５が設けられている。温度測定部１４および１５からの温度情報が温度マルチプレクサ１６に供給される。温度マルチプレクサ１６によって多重化された温度データがＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２に供給される。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２は、デジタル温度データを生成し、デジタル温度データと温度しきい値との比較結果（例えば１ビットの信号）とを出力する。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２は、上述したように、セル電圧データに関する比較結果も出力する。温度用に別個にＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータを設けても良い。

蓄電部（セルＣ１〜Ｃ１６）を流れる電流を検出する抵抗１７が蓄電部ＢＢと直列に接続されている。抵抗１７の両端の電圧がアンプ１８を介してＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１９に供給される。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１９からは、デジタル電流データと、電流値と電流しきい値との比較結果（例えば１ビットの信号）とが出力される。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１９の出力信号が監視回路１３に供給される。

Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２が出力する１ビットの信号は、各セルの電圧の正常／異常を示す検出信号である。充電時には、各セルの電圧が所定値と比較され、過大電圧ＯＶか否かを示す検出信号が生成される。放電時には、各セルの電圧が所定値と比較され、過小電圧ＵＶか否かを示す検出信号が生成される。さらに、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２が出力する他の１ビットの信号は、温度の過熱ＯＴを示す検出信号である。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１９が出力する１ビットの信号は、電流の過大ＯＣを示す検出信号である。

監視回路１３から上述した検出信号と電圧値のデータと電流値のデータと温度のデータとがサブマイクロコントローラユニット２０に供給される。監視回路１３およびサブマイクロコントローラユニット２０間は、例えばシリアル通信で接続されている。サブマイクロコントローラユニット２０は、受け取った検出信号を使用して、必要に応じてモジュールコントローラＣＮＴの診断処理を行う。サブマイクロコントローラユニット２０が出力する検出信号と診断処理の結果を示すデータとが通信部２１に供給される。

通信部２１は、メインコントローラＩＣＮＴのメインマイクロコントローラユニットとバス３を介してシリアル通信例えばＩ２Ｃ通信を行うためのインターフェースである。なお、通信方式としては、有線または無線の通信路を使用できる。図４では省略されているが、バス３には、他の蓄電モジュールのモジュールコントローラのサブマイクロコントローラユニットが接続されている。

蓄電モジュールＭＯＤの正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂが電源ラインを介してメインコントローラＩＣＮＴの正極端子３２ａおよび負極端子３２ｂとそれぞれ電源ラインを介して接続される。

バス３に対してメインコントローラＩＣＮＴの通信部３１が接続される。通信部３１に対してメインマイクロコントローラユニット３０が接続されており、通信部３１を通じてなされる通信がメインマイクロコントローラユニット３０によって制御される。さらに、メインマイクロコントローラユニット３０が通信路を介して上位のエレクトロニックコントロールユニットＥＣＵに接続されている。

メインマイクロコントローラユニット３０に対してレギュレータ３３によって生成された電源電圧が供給される。メインコントローラＩＣＮＴは、正極端子１および負極端子２を有する。電源の出力経路中に、スイッチング部３４および３５が直列に挿入されている。これらのスイッチング部３４および３５は、メインマイクロコントローラユニット３０によって制御される。スイッチング部３４および３５は、スイッチ素子（ＦＥＴ(Field Effect Transistor)、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor):絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ）等と、並列のダイオードとをそれぞれ有する。

充電禁止時には、スイッチング部３４がオフとなる。放電禁止時には、放電禁止時には、スイッチング部３５がオフとなる。さらに、充電および放電を行わない場合は、スイッチング部３４および３５のそれぞれのスイッチ素子がオフとされる。メインマイクロコントローラユニット３０は、上位のエレクトロニックコントロールユニットＥＣＵに対して蓄電モジュールＭＯＤから受け取ったデータを伝送する。さらに、エレクトロニックコントロールユニットＥＣＵから充電／放電に関する制御信号を受け取る。

「セルバランス放電回路」
セルバランス放電回路２３の一例を図５に示す。セルＣ１と並列に抵抗ｒ１とスイッチｓ１とが接続される。同様に、セルＣ２〜Ｃ１６のそれぞれと並列に抵抗ｒ２〜ｒ１６とスイッチｓ２〜ｓ１６とが接続される。スイッチｓ１〜ｓ１６は、半導体スイッチ素子例えばＦＥＴ によって構成されている。

スイッチｓ１〜ｓ１６は、例えばサブマイクロコントローラユニット２０において生成されるスイッチング制御信号によってそのオン／オフが制御される。スイッチｓ１〜ｓ１６がオンすることによって、セルＣ１〜Ｃ１６の正極および負極が抵抗ｒ１〜ｒ１６を介して接続され、セルＣ１〜Ｃ１６に蓄積されている電荷が放電される。充電電流がセルＣ１〜Ｃ１６に供給されている期間では、スイッチｓ１〜ｓ１６がオンすることによって、充電電流が分流されて実質的に充電電流が減少する。例えば充電期間中で、オンとされたスイッチは、オン状態を継続する。

正極端子１および負極端子２に対して充電回路が接続されてセルＣ１〜Ｃ１６が充電される。充電は、定電流によってなされる。本開示では、充電電流を段階的に減少させる。すなわち、充電時に各セルの電圧が監視回路１３によって監視されており、何れかのセルが設定されている電流切替電圧Ｖ１に達すると、電流が１段階低下されると共に、電流切替電圧Ｖ１に到達したセルに対応するスイッチ（セルバランス放電回路２３）がオンとされ、電圧上昇が抑制される。このような動作が繰り返され、所定総電圧またはほぼ全体のセルが充電完了電圧Ｖｆに到達すると、充電が停止される。

「制御動作」
図６および図７のフローチャートを参照してサブマイクロコントローラユニット２０によりなされる充電時の制御処理について説明する。図６および図７は、本来一連の処理の流れを表すものであるが、作図スペースの関係で２枚の図面へ分割したものである。なお、以下の説明において使用する記号の定義を下記に示す。

Ｖcell n：ｎ番目のセル
Ｖcellmin：ｎ個のセルの中で最小の電圧
Ｖov：充電休止電圧
Ｖf ：充電完了電圧
Ｖcellov：ｎ個のセルの中で充電休止電圧に到達したセルの電圧
ＶL ：放電電圧
Ｖ１〜Ｖｎ：電流切替電圧（放電抵抗オン電圧） （Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３・・・＜Ｖｎ）
cellＶｎ：Ｖｎに到達したセル

一例として、（Ｖov＞Ｖｆ）とされ、Ｖov＝４．１５Ｖに設定され、Ｖf ＝４．１０Ｖに設定される。Ｖovより高い電圧例えば４．２Ｖ以上は、過充電電圧とされ、充電禁止とされる。さらに、放電電圧ＶＬが３．０Ｖに設定される。ＶＬより低い電圧例えば２．３Ｖが過放電電圧とされ、放電が禁止される。実際には、各電圧が多少の幅を持つようにされる。本開示において、使用される２次電池の一例は、正極活物質と、黒鉛等の炭素材料を負極活物質として含むリチウムイオン２次電池である。正極材料として特に限定はないが、オリビン構造を有する正極活物質を含有するものも使用できる。この種の電池では、例えばＶovが３．５５Ｖに設定され、ＶLが２．０Ｖに設定される。

ステップＳ１：充電が開始される。
ステップＳ２：Ｖcell n＞ＶＬかどうかが判定される。全てのセルの電圧がＶＬより大かどうかが判定される。
ステップＳ３：ステップＳ２の条件が成立しないと判定されると、予備充電がなされる。予備充電における充電電流が例えば１Ａとされる。予備充電は、ステップＳ２の判定の結果が肯定となるまでなされる。

ステップＳ４：ステップＳ２の判定の結果が肯定となると、Ｖcellmin≧Ｖｆかどうか
が判定される。
ステップＳ５：ステップＳ４の結果が肯定の場合、充電が完了する。
ステップＳ６：ステップＳ４の結果が否定の場合、Ｖcell n≧Ｖovかどうかが判定される。ステップＳ６の判定結果が肯定の場合、処理がステップＳ１６（図７）に移行する。

ステップＳ７：通常充電がなされる。例えば１Ｃ充電がなされる。１Ｃ充電とは、公称容量の電池を定格充電して１時間（１ｈ）で充電終了となる電流値のことである。例えば２．０Ａｈの公称容量のリチウムイオン２次電池の場合、（１Ｃ＝２．０Ａｈ／１ｈ＝２．０Ａ）となる。
ステップＳ８：Ｖcell n≧Ｖ１が成立するかどうかが判定される。例えば最初の電流切替電圧がＶ１＝４．０５Ｖに設定される。この条件が成立しない場合は、処理がステップＳ７に戻る。
ステップＳ９：電流切替電圧Ｖ１に到達したセルのみ、セルバランスがオンとされる。すなわち、セルバランス放電回路２３において、対応するセルのスイッチがオンとされる。セルバランスがオンとされたセルは、次回以降の電流切替電圧Ｖｎに到達しても特別な処理を行わない。

ステップＳ１０：充電電流がより小さい値に切り替えられる。例えば１Ｃから開始して０．７Ｃと順次切り替えられる。さらに、以降にセルの最小の電圧が電流切替電圧に到達する度に、０．４Ｃ、０．１Ｃと充電電流が順次切り替えられる。
ステップＳ１１：０．７Ｃによる充電が継続される。

ステップＳ１２：上述したステップＳ４およびステップＳ６と同様の判定処理が行われる。すなわち、Ｖcellmin≧Ｖｆかどうかが判定され、結果が肯定の場合、充電が完了す
る（ステップＳ５）。Ｖcell n≧Ｖovかどうかが判定され、結果が肯定の場合、処理がステップＳ１５（図７）に移行する。ステップＳ１５は、充電を一旦停止する処理である。これらの条件の何れもが成立しない場合に、処理がステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３：Ｖcell Ｖ１以外の電圧≧Ｖ_n+1（例えばＶ２）が成立するかどうかが判定される。この条件が成立しない場合は、処理がステップＳ１１（充電継続）に戻る。
ステップＳ１４：Ｖ_n+1に到達したセルのみ、セルバランスがオンとされる。すなわち
、セルバランス放電回路２３において、対応するセルのスイッチがオンとされる。セルバランスがオンとされたセルは、次回以降に電流切替電圧に到達しても特別な処理を行わない。ステップＳ１４の後に、処理がステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では、充電電流がさらに減少される。例えば０．７Ｃから０．４Ｃに減少される。

ステップＳ１６：上述したステップＳ６の判定結果が肯定の場合、すなわち、Ｖcell n≧Ｖovが成立する場合、電圧がＶovに達したcellovのみセルバランスがオンとされる。
ステップＳ１７：Ｖcellov≦Ｖｎかどうかが判定される。この条件が成立しない場合には、ステップＳ１６（cellovのみセルバランスがオン）に処理が戻る。
ステップＳ１８：ステップＳ１８の条件が成立する場合、充電一旦停止処理前にオンしていたセルバランスのみオンとする。そして、処理が図６のステップＳ１１（充電継続）に戻る。

「第１の実施の形態による制御の第１の例」
図８のセルの電圧の時間変化のグラフを参照して制御の第１の例について説明する。蓄電部ＢＢが４個のセルＣ１〜Ｃ４から構成されている。各セルの間の特性のバラツキのために、時間変化のグラフが相違している。最初に、１Ｃ充電によって、セルＣ１〜Ｃ４の電圧が徐々に増加する。

タイミングｔ１において、セルＣ２の電圧が電流切替電圧Ｖ１（例えば４．０５Ｖ）に到達すると、セルバランス放電回路２３のスイッチｓ２がオンとされると共に、充電電流が０．７Ｃに減少される（図６中のステップＳ８、Ｓ９およびＳ１０）。そして、充電が継続される（ステップＳ１１）。充電電流が減少されるので、タイミングｔ１以降の電圧上昇カーブが緩やかになる。タイミングｔ１までは、電圧上昇のカーブがセル間で平行している。タイミングｔ１においてスイッチｓ２がオンされるために、セルＣ２の電圧上昇カーブの傾きが他のセルのものに比して緩やかとなる。

次に、タイミングｔ２において、セルＣ２以外のセル例えばセルＣ１が電流切替電圧Ｖ２に達する。したがって、セルバランス放電回路２３のスイッチｓ１がオンとされると共に、充電電流が０．４Ｃに減少される。充電電流が減少されるので、タイミングｔ２以降の電圧上昇カーブが緩やかになる。タイミングｔ２以降では、セルＣ１の電圧上昇カーブも他のセルＣ３およびＣ４のものに比して緩やかとなる。

さらに、充電が継続され、タイミングｔ３において、セルＣ３の電圧が電圧Ｖｆに達する。したがって、セルバランス放電回路２３のスイッチｓ３がオンとされると共に、充電電流が０．１Ｃに減少される。タイミングｔ３以降では、セルＣ３の電圧上昇カーブも他のセルＣ４のものに比して緩やかとなる。

さらに、充電が継続され、タイミングｔ４において、セルＣ４の電圧が電圧Ｖｆに達する。最小の電圧が電圧Ｖｆに達したために、充電が完了する（図６のステップＳ１２およびＳ５）。このようにして、複数のセルの電圧を充電完了電圧Ｖｆとなるまで充電することができる。

上述した本開示の第１の実施の形態では、充電電流をオン／オフするのに伴い発生するスパイク（ヒゲ）状の電圧の発生を防止することができる。さらに、本開示の第１の実施の形態では、電圧が高いセルに対する充電電流を小さくすることによって充電電流を減少させることができる。

「第１の実施の形態による制御の第２の例」
図９および図１０のセルの電圧の時間変化のグラフを参照して制御の第２の例について説明する。図９および図１０は、時間的に連続する変化を示す１つのグラフを、作図スペースの制約上、２分割したものである。上述した第１の例と同様に、蓄電部ＢＢが４個のセルＣ１〜Ｃ４の直列接続の場合を例にしている。第２の例は、各セルの間のバラツキが第１の例に比して非常に大きい例である。最初に、１Ｃ充電によって、セルＣ１〜Ｃ４の電圧が増加する。

タイミングｔ１において、セルＣ２の電圧が電流切替電圧Ｖ１（例えば４．０５Ｖ）に到達すると、セルバランス放電回路２３のスイッチｓ２がオンとされると共に、充電電流が０．７Ｃに減少される（図６中のステップＳ８、Ｓ９およびＳ１０）。そして、充電が継続される（ステップＳ１１）。充電電流が減少されるので、タイミングｔ１以降の電圧上昇カーブが緩やかになる。タイミングｔ１までは、電圧上昇のカーブがセル間で平行している。タイミングｔ１においてスイッチｓ２がオンされるために、セルＣ２の電圧上昇カーブの傾きが他のセルのものに比して緩やかとなる。

次に、タイミングｔ２において、セルＣ２以外のセル例えばセルＣ１が電流切替電圧Ｖ２に達する。したがって、セルバランス放電回路２３のスイッチｓ１がオンとされると共に、充電電流が０．４Ｃに減少される。充電電流が減少されるので、タイミングｔ２以降の電圧上昇カーブが一段と緩やかになる。タイミングｔ２以降では、セルＣ１の電圧上昇カーブも他のセルＣ３およびＣ４のものに比して緩やかとなる。

次に、タイミングｔ３において、セルＣ１およびＣ２以外のセル例えばセルＣ３が電流切替電圧Ｖｎに達する。したがって、セルバランス放電回路２３のスイッチｓ３がオンとされると共に、充電電流が０．１Ｃに減少される。充電電流が減少されるので、タイミングｔ３以降の電圧上昇カーブが一段と緩やかになる。タイミングｔ３以降では、セルＣ３の電圧上昇カーブも他のセルＣ４のものに比して緩やかとなる。

タイミングｔ３以降では、セルＣ１〜Ｃ３の電圧上昇カーブの傾きが同一であるのに対してセルＣ４の傾きがセルＣ１〜Ｃ３のものに比してより急なものとなる。そして、タイミングｔ４において、セルＣ２の電圧が充電休止電圧Ｖovに到達する。図６のステップＳ１２における判定の結果、処理がステップＳ１５に進み（図７）、充電が一旦停止する。セルＣ２のみセルバランスがオンするので、セルＣ２の電圧が低下する。そして、タイミングｔ５になると、再び充電が再開される。そして、図１０におけるタイミングｔ６になると、充電が停止する。

上述した例では、充電電流を段階的に切り替える場合、１Ｃ→０．７Ｃ→０．４Ｃ→０．１Ｃと切り替えている。充電電流を１Ｃ→０．８Ｃ→０．６Ｃ→０．３Ｃと切り替える場合には、図１１に示すように、充電完了までの時間を短くすることができる。

上述した本開示の第１の実施の形態は、充電電流をオン／オフさせるものではなく、スイッチングに伴うヒゲ状ノイズが発生することを防止することができる。さらに、電圧が高いセルに対する充電電流が減少するので、充電電流を減少させることができる。なお、オリビン構造を有するものでも同様に実施可能である。その際、Ｖ＝３．５５Ｖとするのが望ましい。詳細な説明は、同様のため省略する。

＜２．本開示の第２の実施の形態＞
図１２に示すように、本開示の第２の実施の形態は、セルバランス放電回路２３に対してモジュールバランス放電回路を付加するものである。モジュールバランス放電回路は、抵抗ｒＭとスイッチｓＭとの直列回路をセルＣ１〜Ｃ１６の直列回路の正側および負側の間に接続するものである。したがって、スイッチｓＭがオンとされると、セルＣ１〜Ｃ１６と並列に抵抗ｒＭが挿入されることになる。したがって、充電時に、スイッチｓＭがオンした場合には、充電電流がより小さいものとされる。スイッチｓＭは、セルＣ１〜Ｃ１６の電圧が予め設定したモジュールバランスオン電圧Ｖmb（＜Ｖ_0V）より大となるとオンされる。

「制御動作」
図１３および図１４のフローチャートを参照して充電時の制御処理について説明する。図１３および図１４は、本来一連の処理の流れを表すものであるが、作図スペースの関係で２枚の図面へ分割したものである。なお、第１の実施の形態の制御動作と同様の処理であり、図１３は、図６と処理と同様である。但し、ステップＳ１２’においては、Ｖcell n≧Ｖmbかどうかが判定される。

ステップＳ１２’における上述した判定結果が肯定の場合では、処理が図１４のステップＳ１９に移行する。
ステップＳ１９：スイッチｓＭがオンとされ、モジュール間バランスがオンとされる。

ステップＳ２０：Ｖcellmin≧Ｖｆかどうかが判定される。この判定結果が肯定の場合
では、充電が完了する（ステップＳ５）。また、Ｖcell n≧Ｖovかどうかが判定される。この判定結果が否定の場合では、処理がステップＳ１３（図１３）に移行する。

ステップＳ２０の判定結果が肯定の場合には、ステップＳ１５（充電一旦停止）に処理が移行する。そして、ステップＳ１６に処理が移る。

ステップＳ１６：上述したステップＳ６の判定結果が肯定の場合、すなわち、Ｖcell n≧Ｖovが成立する場合、電圧がＶovに達したcell ovのみセルバランスがオンとされる。
ステップＳ１７：Ｖcellov≦Ｖｎかどうかが判定される。この条件が成立しない場合には、ステップＳ１６（cell ovのみセルバランスがオン）に処理が戻る。
ステップＳ１８：ステップＳ１８の条件が成立する場合、充電一旦停止処理前にオンしていたセルバランスのみオンとする。そして、処理が図１３のステップＳ１１（充電継続）に戻る。

「第２の実施の形態による制御の例」
図１５および図１６のセルの電圧の時間変化のグラフを参照して第２の実施の形態による制御の例について説明する。図１５および図１６は、時間的に連続する変化を示す１つのグラフを、作図スペースの制約上、２分割したものである。上述した第１の実施の形態における例と同様に、蓄電部ＢＢが４個のセルＣ１〜Ｃ４の直列接続の場合を例にしている。最初に、１Ｃ充電によって、セルＣ１〜Ｃ４の電圧が増加する。

タイミングｔ１において、セルＣ２の電圧が電流切替電圧Ｖ１（例えば４．０５Ｖ）に到達すると、セルバランス放電回路２３のスイッチｓ２がオンとされると共に、充電電流が０．７Ｃに減少される。そして、充電が継続される。タイミングｔ１までは、電圧上昇のカーブがセル間で平行している。タイミングｔ１においてスイッチｓ２がオンされるために、セルＣ２の電圧上昇カーブの傾きが他のセルのものに比して緩やかとなる。充電電流が減少されるので、タイミングｔ１以降の電圧上昇カーブが緩やかになる。

次に、タイミングｔ２において、セルＣ２以外のセル例えばセルＣ１が電流切替電圧Ｖ２に達する。したがって、セルバランス放電回路２３のスイッチｓ１がオンとされると共に、充電電流が０．４Ｃに減少される。タイミングｔ２以降では、セルＣ１の電圧上昇カーブも他のセルＣ３およびＣ４のものに比して緩やかとなる。充電電流が減少されるので、タイミングｔ２以降の電圧上昇カーブが一段と緩やかになる。

次に、タイミングｔ３において、セルＣ２の電圧がモジュールバランスオン電圧Ｖmbより大となる。したがって、モジュールバランスがオンとなる。モジュールバランスがオンするために、充電時の電圧上昇の傾きが緩やかとなり、電圧がＶovに達するために、一旦充電が停止することがない。低い充電電流による充電が継続し、図１６のタイミングｔ４において、Ｖcellmin≧Ｖｆとなり、充電が完了する。

＜３．応用例＞
「住宅における電力貯蔵装置」
本開示を住宅用の電力貯蔵装置に適用した例について、図１７を参照して説明する。例えば住宅１０１用の電力貯蔵装置１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８等を介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４等の独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の電力貯蔵装置を使用できる。

住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサー１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置１０５ｂ、テレビジョン受信機１０５ｃ、風呂１０５ｄ等である。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。

蓄電装置１０３に対して、上述した本開示の電力貯蔵装置が適用される。蓄電装置１０３は、二次電池、またはキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン電池によって構成されている。リチウムイオン電池は、定置型であっても、電動車両１０６で使用されるものでも良い。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。

各種のセンサー１１１は、例えば人感センサー、照度センサー、物体検知センサー、消費電力センサー、振動センサー、接触センサー、温度センサー、赤外線センサー等である。各種センサー１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサー１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。

パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェー
スを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。

制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表
示されても良い。

各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、家庭内発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種センサー１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。

以上のように、電力が火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２のみならず、家庭内発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。

なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、電力貯蔵装置１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。

「車両における電力貯蔵装置」
本開示を車両用の電力貯蔵装置に適用した例について、図１８を参照して説明する。図１８に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。

このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、電池２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。電池２０８に対して、上述した本開示の電力貯蔵装置が適用される。

ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。電池２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。

エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力を電池２０８に蓄積することが可能である。

図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力が電池２０８に蓄積される。

電池２０８は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。

図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残容量に関する情報に基づき、電池残容量表示を行う情報処理装置などがある。

なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、モーターで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモーターの出力が何れも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。

＜４．変形例＞
以上、本開示の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。例えば本開示は、電力貯蔵装置以外のシステムに対しても適用することができる。

ＭＯＤ，ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮ・・・蓄電モジュール
ＩＣＮＴ・・・メインコントローラ
ＣＮＴ・・・モジュールコントローラ
Ｃ１〜Ｃｎ・・・セル
ＢＢ１〜ＢＢｎ・・・蓄電部
３・・・バス
１１・・・セル電圧マルチプレクサ
１２，１９・・・Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ
１３・・・監視回路
１６・・・温度マルチプレクサ
２０・・・サブマイクロコントローラユニット
２１・・・通信部
２３・・・セルバランス放電回路
３０・・・メインマイクロコントローラユニット
ｒ１〜ｒ１６、ｒＭ・・・抵抗
ｓ１〜ｓ１６、ｓＭ・・・スイッチ

Claims (8)

1. 直列接続され、少なくとも１以上の電池を有する複数の蓄電部と、
   前記蓄電部のそれぞれにスイッチを介して並列接続されたセルバランス部と、
   前記セルバランス部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記複数の蓄電部を第１の定電流値で充電し、前記複数の蓄電部の内で、最高電圧の蓄電部が第１の電位に達した際に、前記最高電圧の蓄電部と前記最高電圧に対応するセルバランス部とを接続すると共に、充電電流を前記第１の定電流値よりも小さい第２の定電流値に切り替えるように制御し、
   複数の蓄電部の内、前記最高電圧の蓄電部と異なる少なくとも一つの蓄電部が前記第１の電位よりも高い第２の電位に達した際に、前記第２の電位に達した蓄電部と前記第２の電位に達した蓄電部に対応するセルバランス部とを接続する共に、充電電流を前記第２の定電流値よりも小さい第３の定電流値に切り替えるように制御する
   蓄電装置。
2. 前記制御部は、前記充電電流の切替を行う閾値を３以上、設定するように構成される請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記制御部は、前記蓄電部の最高電圧が前記第１の電位より高く、過充電電圧より小さい充電停止電圧に達した場合に、充電を停止して当該蓄電部のみ放電し、当該蓄電部の電圧が設定電圧まで放電すると、充電を再開する請求項１又は２に記載の蓄電装置。
4. 前記複数の蓄電部の中で最小の電圧が充電完了電圧以上となると、充電を完了する請求項１から３までのいずれかに記載の蓄電装置。
5. 前記蓄電部の最高電圧が前記第２の電位より高い所定電圧に達した際に、前記複数の蓄電部の全体に対して並列接続されたバランス部のスイッチをオンとすると共に、定電流値を低下させる請求項１から４までのいずれかに記載の蓄電装置。
6. 前記セルバランス部が前記蓄電部とそれぞれ並列接続されるスイッチおよび抵抗である請求項１から５までのいずれかに記載の蓄電装置。
7. 前記蓄電部に含まれる電池がオリビン構造を有する正極活物質を有するものである請求項１から６までのいずれかに記載の蓄電装置。
8. 直列接続され、少なくとも１以上の電池を有する複数の蓄電部と、
   前記蓄電部のそれぞれにスイッチを介して並列接続されたセルバランス部と、
   前記セルバランス部を制御する制御部とを有し、
   前記制御部は、
   前記複数の蓄電部を第１の定電流値で充電し、前記複数の蓄電部の内で、最高電圧の蓄電部が第１の電位に達した際に、前記最高電圧の蓄電部と前記最高電圧に対応するセルバランス部とを接続すると共に、充電電流を前記第１の定電流値よりも小さい第２の定電流値に切り替えるように制御し、
   複数の蓄電部の内、前記最高電圧の蓄電部と異なる少なくとも一つの蓄電部が前記第１の電位よりも高い第２の電位に達した際に、前記第２の電位に達した蓄電部と前記第２の電位に達した蓄電部に対応するセルバランス部とを接続する共に、充電電流を前記第２の定電流値よりも小さい第３の定電流値に切り替えるように制御する
   蓄電装置の制御方法。

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