JP6607316B2

JP6607316B2 - 組電池回路、容量係数検出方法、および容量係数検出プログラム

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Publication number: JP6607316B2
Application number: JP2018527536A
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Inventors: 孝典佐野
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Description

この発明は、組電池回路に関し、特に標準容量を有する複数のセルによって形成された組電池の充放電を制御する、組電池回路に関する。この発明はまた、組電池を構成するセルの容量係数を検出する、容量係数検出方法、および容量係数検出プログラムに関する。

電池のＳＯＣ(State Of Charge：電池の容量係数であり、具体的には充電深度)を検知する場合、通常は、電圧−ＳＯＣテーブルが準備され、電池を測定して得られた電圧が電圧−ＳＯＣテーブルと照合される。

しかし、正極ＬＦＰ−負極Ｇｒ系電池などの電位プラトー領域の大きい電池については、電位プラトー領域でＳＯＣを検知するのは容易ではない。つまり、実際には、電位プラトー領域以外の領域で検知したＳＯＣとその後の電流量の積算値とに基づいて、電位プラトー領域におけるＳＯＣを検知することになる。このような方法では、ＳＯＣの検知精度に限界がある。

ＳＯＨ(State Of Health：電池の容量係数であり、具体的には劣化度)についても、一般的な電池では、劣化に伴ってΔ容量／ΔＶ（＝電位の変動幅に対する容量の変動幅の割合）が小さくなることを検知して、電池の劣化状態を判定することができる。しかし、正極ＬＦＰ−負極Ｇｒ系電池では、劣化に伴って電位プラトー領域のみが縮退するのみであり、Δ容量／ΔＶが変化することはないため、電池の劣化状態を判定することは不可能である。つまり、電位プラトー領域の大きい電池では電流値を積算してＳＯＨを定量化するため、ＳＯＨの検知精度に限界がある。

これを踏まえて、特許文献１では、初期電池容量が互いに異なる充電深度検知用リチウムイオン二次電池（検知用セル）と非充電深度検知用リチウムイオン二次電池（通常セル）とを直列接続して、組電池が構成される。これによって、大電流による充放電中でも、複雑な判定回路を必要とせず、充電深度を精度良く評価できる。

特開２０１３−８９５２２号公報

特許文献１のような組電池を長期にわたって安定的に利用するためには、検知用セルの劣化状態に基づく電圧−ＳＯＣテーブルと、通常セルの劣化状態に基づく電圧−ＳＯＣテーブルとを個別に準備し、各セルの劣化状態を監視してＳＯＣをリセットする（セル間でＳＯＣを揃える）必要がある。

ただし、性能や劣化特性の異なる２種類のセルを対象とする監視・リセットは、煩雑さを増大させる。また、低抵抗で大電流を流すパワータイプの電池においては、材料系の異なる２種類のセルを設計すること自体が困難である。さらに、従来の巻回缶タイプの電池においては、缶に自由度がなく、容量アップなどの異種設計を行うことは容易ではない。したがって、特許文献１のような組電池は、実用性に欠ける。

それゆえに、この発明の主たる目的は、電位プラトー領域においても簡単かつ高精度で容量係数を検知することができる、組電池回路を提供することである。

この発明に係る組電池回路(10：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、基準軸に割り当てられた容量係数に対する電圧の変化を表す容量係数・電圧特性曲線が標準曲線(CVst)を描く標準セル(20st)と、容量係数・電圧特性曲線が標準曲線を基準軸の延在方向に既定量シフトさせたシフト曲線(CVsh)を描く特定セル(20sh)とによって構成された組電池(20)の充放電を制御する組電池回路(10)であって、標準セルおよび特定セル間の電位差の容量係数に対する変化を表す容量係数・電位差特性曲線(CVdf)をメモリ(16m)から取得する容量係数・電位差特性曲線取得手段(S1, S31)、標準セルおよび特定セル間の電位差を検出する電位差検出手段(S19, S37)、および電位差検出手段によって検出された電位差を容量係数・電位差特性曲線取得手段によって取得された容量係数・電位差特性曲線と照合して標準セルの現時点の容量係数値を検出する容量係数値検出手段(S21, S39)を備える。

標準セルの容量係数・電圧特性曲線は標準曲線を描く一方、特定セルの容量係数・電圧特性曲線は標準曲線を基準軸の延在方向に既定量シフトさせたシフト曲線を描く。したがって、標準セルの電圧の変動が少ない容量係数領域（電位プラトー領域）においても、容量係数・電位差特性曲線上では電位差が大きく変動し得る。このような容量係数・電位差特性曲線を参照することで、電位プラトー領域においても簡単かつ高精度で標準セルの容量係数を検出することができる。

好ましくは、標準曲線(CVst)および／またはシフト曲線(CVtw)をメモリから取得する容量係数・電圧特性曲線取得手段(S1, S31)、および容量係数値検出手段によって検出された容量係数値の数が２以上のとき容量係数・電圧特性曲線取得手段によって取得された曲線に基づいて唯一の容量係数値を選定する容量係数値選定手段(S23, S25, S41, S43)がさらに備えられる。

標準曲線および／またはシフト曲線を参照することで、標準セルの容量係数値が誤検出される懸念を軽減することができる。

好ましくは、容量係数値検出手段によって検出された容量係数値を出力する容量係数値出力手段(S27)がさらに備えられる。これによって、標準セルの容量係数値を容易に確認することができる。

好ましくは、標準セルの数は複数であり、電位差検出手段および容量係数値検出手段の各々は標準セル毎に検出処理を実行し、容量係数値検出手段によって検出された容量係数値に基づいて標準セル間の充電バランスを調整するバランス調整手段(S49~S63)がさらに備えられる。

容量係数・電位差特性曲線を参照することで、電位プラトー領域においても標準セル間の充電バランスを調整することができる。

好ましくは、容量係数は劣化前の対象セルの満充電容量を基準とする現時点の対象セルの容量を表す係数である。

この発明に係る容量係数検出方法は、基準軸に割り当てられた容量係数に対する電圧の変化を表す容量係数・電圧特性曲線が標準曲線(CVst)を描く標準セル(20st)と、容量係数・電圧特性曲線が標準曲線を基準軸の延在方向に既定量シフトさせたシフト曲線(CVsh)を描く特定セル(20sh)とによって構成された組電池(20)の充放電を制御する組電池回路(10)によって実行される容量係数検出方法であって、標準セルおよび特定セル間の電位差の容量係数に対する変化を表す容量係数・電位差特性曲線(CVdf)をメモリ(16m)から取得する容量係数・電位差特性曲線取得ステップ(S1, S31)、標準セルおよび特定セル間の電位差を検出する電位差検出ステップ(S19, S37)、および電位差検出ステップによって検出された電位差を容量係数・電位差特性曲線取得ステップによって取得された容量係数・電位差特性曲線と照合して標準セルの現時点の容量係数値を検出する容量係数値検出ステップ(S21, S39)を備える。

この発明に係る容量係数検出プログラムは、基準軸に割り当てられた容量係数に対する電圧の変化を表す容量係数・電圧特性曲線が標準曲線(CVst)を描く標準セル(20st)と、容量係数・電圧特性曲線が標準曲線を基準軸の延在方向に既定量シフトさせたシフト曲線(CVsh)を描く特定セル(20sh)とによって構成された組電池(20)の充放電を制御する組電池回路(10)のプロセッサ(16)に、標準セルおよび特定セル間の電位差の容量係数に対する変化を表す容量係数・電位差特性曲線(CVdf)をメモリ(16m)から取得する容量係数・電位差特性曲線取得ステップ(S1, S31)、標準セルおよび特定セル間の電位差を検出する電位差検出ステップ(S19, S37)、および電位差検出ステップによって検出された電位差を容量係数・電位差特性曲線取得ステップによって取得された容量係数・電位差特性曲線と照合して標準セルの現時点の容量係数値を検出する容量係数値検出ステップ(S21, S39)を実行させるための、容量係数検出プログラムである。

この発明によれば、電位プラトー領域においても簡単かつ高精度で容量係数を検知することができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この実施例の組電池回路とその周辺の構成を示すブロック図である。標準セルの構成の一例を示す回路図である。シフトセルまたは標準セルについてＳＯＣに対する開路電圧の変化の一例を示すグラフである。シフトセルまたは標準セルについてＳＯＣに対するシフトセル・標準セル間の電位差の変化の一例を示すグラフである。シフトセルまたは標準セルについて出力特性の劣化の変化の一例を示すグラフである。図１に示すシステム制御回路の動作の一部を示すフロー図である。図１に示すシステム制御回路の動作の他の一部を示すフロー図である。図１に示すシステム制御回路の動作のその他の一部を示すフロー図である。図１に示すシステム制御回路の動作のさらにその他の一部を示すフロー図である。図１に示すシステム制御回路の動作の他の一部を示すフロー図である。８個の標準セルからなる組電池または７個の標準セルと１個のシフトセルからなる組電池について、ＳＯＣに対する４７Ａ定電流出力時の電力の変化の一例を示すグラフである。他の実施例におけるシステム制御回路の動作の一部を示すフロー図である。

図１を参照して、この実施例の組電池回路１０は、充放電回路１８を通して組電池２０の充放電を制御するシステム制御回路１６を含む。充放電回路１８は、システム制御回路１６の制御の下で、系統電源１２から供給された電力を組電池２０に充電し、或いは組電池２０の電力を負荷１４に対して放電する。

組電池２０は、Ｋｍａｘ個の標準セル２０ｓｔと単一のシフトセル（特定セル）２０ｓｈとを直列接続してなる。標準セル２０ｓｔとシフトセル２０ｓｈは正極と負極とをセパレータを介して積層し、ラミネートに収納し、電解液を充填して封止してなる。ここで、定数Ｋｍａｘは２以上の整数であり、たとえば“７”である。また、標準セル２０ｓｔおよびシフトセル２０ｓｈはいずれも標準容量を有するが、ＳＯＣに対する開路電圧（ＯＣＶ）の変化を表す曲線は標準セル２０ｓｔおよびシフトセル２０ｓｈの間で相違する（詳細は後述）。

標準セル２０ｓｔは、詳しくは図２に示すように構成される。図２によれば、スイッチＳＷｓｔの一方端はセルＥｓｔの正極に接続され、スイッチＳＷｓｔの他方端は外部短絡抵抗Ｒｓｔの一方端に接続される。また、外部短絡抵抗Ｒｓｔの他方端はセルＥｓｔの負極に接続される。スイッチＳＷｓｔをオンしたときにセルＥｓｔから放電される電流の値は、セルＥｓｔの端子電圧値と外部短絡抵抗Ｒｓｔの値とによって規定される。

標準セル２０ｓｔおよびシフトセル２０ｓｈの各々の容量を表す容量係数の１つとしてＳＯＣがあるが、この実施例では特に、標準セル２０ｓｔのＳＯＣを“劣化前の標準セル２０ｓｔの満充電容量を基準とする現時点の標準セル２０ｓｔの充電容量”と定義し、シフトセル２０ｓｈのＳＯＣを“劣化前のシフトセル２０ｓｈの満充電容量を基準とする現時点のシフトセル２０ｓｈの充電容量”と定義する。

標準セル２０ｓｔおよびシフトセル２０ｓｈのいずれについても、正極および負極はそれぞれ、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）およびグラファイト（Ｇｒ）を材料とし、ＡＣ比（正極と負極の対向充電容量比）は“１．７５”である。

また、正極のＳＯＣ勾配が２［ｍＶ／ＳＯＣ％］以下の領域はセル実効ＳＯＣの３０％以上であり、かつ、負極のＳＯＣ勾配が２．５［ｍＶ／ＳＯＣ％］の領域はセル実効ＳＯＣの３０％以上である。さらに、容量は４．５Ａｈである。つまり、シフトセル２０ｓｈの材料および設計は、標準セル２０ｓｔの材料および設計と同一である。

図３を参照して、曲線ＣＶｓｔは、横軸（基準軸）に割り当てられた標準セル２０ｓｔのＳＯＣに対する標準セル２０ｓｔの開路電圧の変化を表す曲線であり、曲線ＣＶｓｈは、横軸に割り当てられたシフトセル２０ｓｈのＳＯＣに対するシフトセル２０ｓｈの開路電圧の変化を表す曲線である。つまり、曲線ＣＶｓｔおよびＣＶｓｈはいずれも、対象セルのＳＯＣに対する対象セルの開路電圧の変化を表す。

図３によれば、標準セル２０ｓｔの開路電圧値はＳＯＣが０％から１００％までの範囲に分布する一方、シフトセル２０ｓｈの開路電圧値はＳＯＣが−３０％から７０％までの範囲に分布する。ただし、シフトセル２０ｓｈの材料および設計は標準セル２０ｓｔの材料および設計と同一であるため、曲線ＣＶｓｈは、曲線ＣＶｓｔを横軸方向の負側に３０ポイント（既定量）シフトさせた曲線と重なる。

以下では、曲線ＣＶｓｔを“ＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線”と定義し、曲線ＣＶｓｈを“ＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線”と定義する。なお、ＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔおよびＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈはそれぞれ、“標準曲線”および“シフト曲線”呼んでもよい。

図３から分かるように、ＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔおよびＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈの各々は、電位プラトー領域（電圧の変動が少ないＳＯＣ領域）を有する。しかし、ＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔおよびＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈが上述のような関係を有するため、電位プラトー領域の位置はＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔおよびＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈの間で相違する。

なお、組電池２０にはＫｍａｘ個の標準セル２０ｓｔが設けられ、かつ標準セル２０ｓｔ間には個体差があるため、標準セル２０ｓｔの開路電圧と標準セル２０ｓｔのＳＯＣとの関係は、標準セル２０ｓｔ毎に僅かに異なる。

また、標準セル２０ｓｔの開路電圧と標準セル２０ｓｔのＳＯＣとの関係は組電池回路１０の動作環境（充電／放電の別，組電池２０の温度）によって変動し、シフトセル２０ｓｈの開路電圧とシフトセル２０ｓｈのＳＯＣとの関係もまた組電池回路１０の動作環境によって変動する。

これを踏まえて、メモリ１６ｍには、Ｋｍａｘ×動作環境数に等しい数のＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔと、動作環境数に等しい数のＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈとが予め記憶される。

図４を参照して、曲線ＣＶｄｆは、０％以上７０％未満のＳＯＣ領域における、標準セル２０ｓｔのＳＯＣに対する標準セル２０ｓｔ・シフトセル２０ｓｈ間の開路電圧の差（＝電位差）の変化を表す曲線である。標準セル２０ｓｔ・シフトセル２０ｓｈ・間の電位差は、ＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔおよびＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈの相違を反映し、ＳＯＣが６０％の近傍の値を示す極一部の領域を除いて激しく変動する。

つまり、曲線ＣＶｄｆは複数の極値を有し、プラトー領域は極一部の領域に現れるに過ぎない。これは、曲線ＣＶｄｆを参照してＳＯＣ値を検出する場合に、６０％の近傍において僅かな誤差が生じるに過ぎないことを意味する。以下では、このような曲線ＣＶｄｆを“ＳＯＣ・電位差特性曲線”と定義する。

上述したように、ＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔの数はＫｍａｘ×動作環境数に等しく、ＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈの数は動作環境数に等しい。したがって、メモリ１６ｍには、Ｋｍａｘ×動作環境数に等しい数のＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆが予め記憶される。

ただし、共通の材料および設計を採用する標準セル２０ｓｔおよびシフトセル２０ｓｈは、互いに同じ要領で経年劣化を起こす。たとえば標準セル２０ｓｔの出力特性が５８％まで徐々に劣化したとき、ＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔは図５に示す軌跡を描く。シフトセル２０ｓｈもまた、劣化に伴って同様の軌跡を描く。つまり、ＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔおよびＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈは、低ＳＯＣ領域以外の領域において、所定の圧縮率で圧縮される。

なお、図５に示すＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔは、出力特性が１００％，９７％，９０％，８３％，７３％，６４％，５８％の順で劣化したときの軌跡を示す。

システム制御回路（プロセッサ）２６は、図６〜図７に示すフロー図に従って標準セル２０ｓｔのＳＯＣ値を繰り返し検知し、図８〜図１０に示すフロー図に従って標準セル２０ｓｔおよびシフトセル２０ｓｈの充電バランスを繰り返し調整する。なお、これらのフロー図に対応する制御プログラムもまた、メモリ１６ｍに記憶される。

図６を参照して、ステップＳ１では、現時点の動作環境に対応するＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔ，ＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈ，ＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆをメモリ１６ｍから取得する。

ＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔについては、参照標準セル（＝Ｋｍａｘ個の標準セル２０ｓｔのうち予め指定された標準セル２０ｓｔ）のＳＯＣに対する参照標準セル２０ｓｔの開路電圧の変化を表す曲線が取得される。また、ＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆについては、参照標準セル２０ｓｔのＳＯＣに対するシフトセル２０ｓｈ・参照標準セル２０ｓｔ間の電位差の変化を表す曲線が取得される。

ステップＳ３では、シフトセル２０ｓｈの現時点の開路電圧を検出する。ステップＳ５では、検出された開路電圧に対応するＳＯＣ値がステップＳ１で取得したＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈ上の電位プラトー領域に属するか否かを判別する。判別結果がＮＯであればステップＳ７に進み、判別結果がＹＥＳであればステップＳ１１に進む。

ステップＳ７では、ステップＳ３で検出された開路電圧をステップＳ１で取得したＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈと照合して、シフトセル２０ｓｈの現時点のＳＯＣ値を検出する。ステップＳ９では、検出されたＳＯＣ値に３０ポイントを加算した値を標準セル２０ｓｔの現時点のＳＯＣ値としてモニタ（図示せず）から出力し、その後に今回のＳＯＣ検知処理を終了する。

ステップＳ１１では、参照標準セル２０ｓｔの現時点の開路電圧を検出する。ステップＳ１３では、検出された開路電圧に対応するＳＯＣ値がステップＳ１で取得したＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔ上の電位プラトー領域に属するか否かを判別する。判別結果がＮＯであればステップＳ１５に進み、判別結果がＹＥＳであればステップＳ１９に進む。

ステップＳ１５では、ステップＳ１１で検出された開路電圧をステップＳ１で取得したＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔと照合して、参照標準セル２０ｓｔの現時点のＳＯＣ値を検出する。ステップＳ１７では、検出されたＳＯＣ値を標準セル２０ｓｔの現時点のＳＯＣ値としてモニタから出力し、その後に今回のＳＯＣ検知処理を終了する。

図７に示すステップＳ１９では、シフトセル２０ｓｈと参照標準セル２０ｓｔとの間の現時点の電位差を算出し、ステップＳ２１では算出した電位差に対応する１または２以上のＳＯＣ値をステップＳ１で取得したＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆ上で検出する。

ステップＳ１で取得したＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆが図４に示す曲線を描き、ステップＳ１９で算出した電位差が０．０５Ｖであれば、ステップＳ２１では２つのＳＯＣ値が検出される。

ステップＳ２３では検出されたＳＯＣ値の数が２以上であるか否かを判別し、判別結果がＮＯであればそのままステップＳ２７に進む一方、判別結果がＹＥＳであればステップＳ２５で以下の処理を実行してからステップＳ２７に進む。

つまり、ステップＳ２５では、ステップＳ１で取得したＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔおよびＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈの少なくとも一方を参照して、参照標準セル２０ｓｔの開路電圧に対応する唯一のＳＯＣ値を選定する。図３および図４から分かるように、参照標準セル２０ｓｔの開路電圧が３．２５Ｖでかつシフトセル２０ｓｈの開路電圧が３．３Ｖである場合、ステップＳ２５では“３５％”が唯一のＳＯＣ値として選定される。

ステップＳ２７では、こうして検出ないし選定された唯一のＳＯＣ値をモニタから出力し、その後に今回のＳＯＣ検知処理を終了する。

図８を参照して、ステップＳ３１では、現時点の動作環境に対応するＫｍａｘ個のＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔ，単一のＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈ，現時点の動作環境に対応するＫｍａｘ個のＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆをメモリ１６ｍから取得する。

ステップＳ３３では、Ｋｍａｘ個の標準セル２０ｓｔおよび単一のシフトセル２０ｓｈの各々の現時点の開路電圧を検出する。ステップＳ３５では変数Ｋを“１”に設定し、ステップＳ３７ではシフトセル２０ｓｈとＫ番目の標準セル２０ｓｔとの間の現時点の電位差を算出する。ステップＳ３９では、算出した電位差に対応する１または２以上のＳＯＣ値を、ステップＳ３１で取得したＫ番目のＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆ上で検出する。

ステップＳ４１では検出されたＳＯＣ値の数が２以上であるか否かを判別し、判別結果がＮＯであればそのままステップＳ４５に進む一方、判別結果がＹＥＳであればステップＳ４３で以下の処理を実行してからステップＳ４５に進む。

つまり、ステップＳ４３では、ステップＳ３１で取得したＫ番目のＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔおよびＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈの少なくとも一方を参照して、Ｋ番目の標準セル２０ｓｔの開路電圧に対応する唯一のＳＯＣ値を選定する。

ステップＳ４５では変数Ｋをインクリメントし、ステップＳ４７では変数Ｋが定数Ｋｍａｘを上回るか否かを判別する。判別結果がＮＯであればステップＳ３７に戻り、判別結果がＹＥＳであればステップＳ４９に進む。

ステップＳ４９では、ＳＯＣ値が最小値を示す標準セル２０ｓｔをＫｍａｘ個の標準セル２０ｓｔの中から検出する。ステップＳ５１では、検出した標準セル２０ｓｔの識別番号を変数Ｌに設定する。ステップＳ５３では変数Ｋを“１”に設定し、ステップＳ５５では変数Ｋが変数Ｌに等しいか否かを判別する。判別結果がＹＥＳであればそのままステップＳ６１に進む一方、判別結果がＮＯであればステップＳ５７〜Ｓ５９で以下の処理を実行してからステップＳ６１に進む。

ステップＳ５７では、Ｋ番目の標準セル２０ｓｔのＳＯＣ値と最小ＳＯＣ値（＝Ｌ番目の標準セル２０ｓｔのＳＯＣ値）との差分を算出する。ステップＳ５９では、Ｋ番目の標準セル２０ｓｔを対象として、スイッチＳＷｓｔをオン状態にした上で、外部短絡抵抗Ｒｓｔの値とセルＥｓｔの特性からバランス電流値を算出し、算出されたバランス電流値とステップＳ５７で算出された差分とに基づいて、Ｋ番目の標準セル２０ｓｔの放電時間を算出する。算出される放電時間は、Ｋ番目の標準セル２０ｓｔのＳＯＣ値が最小ＳＯＣ値を下回るまでの時間である。

ステップＳ６１では変数Ｋをインクリメントし、ステップＳ６３では変数Ｋが定数Ｋｍａｘを上回るか否かを判別する。判別結果がＮＯであればステップＳ５５に戻り、判別結果がＹＥＳであればステップＳ６５に進む。ステップＳ６５では、Ｌ番目の標準セル２０ｓｔ以外の標準セル２０ｓｔについて、スイッチＳＷｓｔをオンする。これによって、放電が開始される。

ステップＳ６７では変数Ｋを“１”に設定し、ステップＳ６９では変数Ｋが変数Ｌに等しいか否かを判別し、ステップＳ７１ではＫ番目の標準セル２０ｓｔについて設定された放電時間が経過したか否かを判別する。ステップＳ６９の判別結果がＹＥＳであるか或いはステップＳ７１の判別結果がＮＯであればそのままステップＳ７５に進み、ステップＳ６９の判別結果がＮＯでかつステップＳ７１の判別結果がＹＥＳであればステップＳ７３でＫ番目の標準セル２０ｓｔの放電動作を終了（＝Ｋ番目の標準セル２０ｓｔに設けられたスイッチＳＷｓｔをオフ）してからステップＳ７５に進む。

ステップＳ７５では変数Ｋが定数Ｋｍａｘに達したか否かを判別し、ステップＳ７９ではＫｍａｘ個の標準セル２０ｓｔの全ての放電動作が終了したか否かを判別する。ステップＳ７５の判別結果がＮＯであれば、ステップＳ７７で変数Ｋをインクリメントし、その後にステップＳ６９に戻る。

ステップＳ７５の判別結果がＹＥＳである一方、ステップＳ７９の判別結果がＮＯであれば、ステップＳ６７に戻る。ステップＳ７５の判別結果およびステップＳ７９の判別結果のいずれもがＹＥＳであれば、今回のバランス調整処理を終了する。

以上の説明から分かるように、標準セル２０ｓｔの開路電圧はＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔに沿って変化する一方、シフトセル２０ｓｈの開路電圧はＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈに沿って変化する。ここで、ＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈは、ＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔを横軸方向に既定量シフトさせた曲線と重なる。

参照標準セル２０ｓｔ（＝Ｋｍａｘ個の標準セル２０ｓｔの中から予め指定された標準セル２０ｓｔ）のＳＯＣを検出する際、システム制御回路１６は、参照標準セル２０ｓｔ・シフトセル２０ｓｈ間の電位差のＳＯＣに対する変化を表すＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆをメモリ１６ｍから取得し(S1)、参照標準セル２０ｓｔ・シフトセル２０ｓｈ間の現時点の電位差を算出する(S19)。システム制御回路１６はまた、算出された現時点の電位差をＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆと照合して、参照標準セル２０ｓｔの現時点のＳＯＣ値を検出する(S21)。

システム制御回路１６はまた、Ｋｍａｘ個の標準セル２０ｓｔの間の充電バランスを調整する際、Ｍｍａｘ個の標準セル２０ｓｔにそれぞれ対応するＫｍａｘ個のＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆをメモリ１６ｍから取得し(S31)、Ｋ番目（Ｋ：１〜Ｋｍａｘ）の標準セル２０ｓｔの各々とシフトセル２０ｓｈとの間の電位差を検出し(S37)、そして検出された電位差をＫ番目のＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆと照合してＫ番目の標準セル２０ｓｔのＳＯＣ値を検出する(S39)。

ＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈは、ＳＯＣ・標準セル電圧特性曲線ＣＶｓｔを横軸方向に既定量シフトさせた曲線と重なる。したがって、標準セル２０ｓｔの電圧の変動が少ない容量係数領域（電位プラトー領域）においても、ＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆ上では電位差が大きく変動し得る。このようなＳＯＣ・電位差特性曲線ＣＶｄｆを参照することで、電位プラトー領域においても簡単かつ高精度で標準セル２０ｓｔのＳＯＣ値を検出することができ、さらには検出されたＳＯＣ値に基づいて標準セル２０ｓｔ間の充電バランスを調整することができる。

また、シフトセル２０ｓｈの材料および設計は、標準セル２０ｓｔの材料および設計と同一であるため、同一のレート特性および寿命特性が得られる。これによって、シフトセル２０ｓｈと標準セル２０ｓｔとのリバランスに掛かる作業負担を抑制することができる。

参考までに、この実施例の組電池２０に４７Ａ負荷を掛けた状態で組電池２０から定電流を出力させたときの電力の変化と、８つの標準セル２０ｓｔによって構成された参照組電池に４７Ａ負荷を掛けた状態で参照組電池から定電流を出力させたときの電力の変化とを、図１１に示す。図１１によれば、前者の電力は曲線ＣＷｓｈに沿って変化する一方、後者の電力は曲線ＣＷｓｔに沿って変化する。

ＳＯＣ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈは図３に示すように変化するため、組電池２０の総電圧は低ＳＯＣ領域において上昇し、これによって組電池２０の出力電力特性が向上する。

また、低ＳＯＣ領域における組電池２０の総電圧の上昇は、組電池２０の総電圧がプラトー領域以外の勾配の大きい領域において平坦化されることを意味する。これより、組電池２０は、電位平坦性が高くかつＳＯＣ検知範囲が広い組電池となる。

なお、この実施例では、組電池２０に設けられたシフトセル２０ｓｈの数は１つであるが、２以上のシフトセル２０ｓｈを組電池２０に設けるようにしてもよい。また、この実施例では、シフト量を３０％としているが、シフト量は１０％以上５０％未満の範囲で適宜変更してもよい。

さらに、この実施例では、組電池回路１０には単一の組電池２０を設けるようにしているが、複数の組電池２０を並列接続または直列接続し、図６〜図１０に示す処理を組電池２０毎に実行するようにしてもよい。

また、この実施例では、標準セル２０ｓｔのＳＯＣ値を検出するようにしているが、これに代えて標準セル２０ｓｔのＳＯＨ値を検出するようにしてもよい。

なお、標準セル２０ｓｔのＳＯＨは“劣化前の標準セル２０ｓｔの満充電容量を基準とする現時点の標準セル２０ｓｔの満充電容量”と定義することができ、シフトセル２０ｓｈのＳＯＨは“劣化前のシフトセル２０ｓｈの満充電容量を基準とする現時点のシフトセル２０ｓｈの満充電容量”と定義することができる。

このような容量係数を検出する場合、シフトセル２０ｓｈの開路電圧とシフトセル２０ｓｈのＳＯＨとの関係を示すＳＯＨ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈ´をメモリ１６ｍに記憶し（記憶する曲線ＣＶｓｈ´の数＝動作環境数）、図６〜図７の処理に代えて図１２に示す処理を実行する必要がある。なお、ＳＯＨの性質上、図８〜図１０に示すようなバランス調整は不要である。

図１２を参照して、ステップＳ８１では、現時点の動作環境に対応するＳＯＨ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈ´をメモリ１６ｍから取得する。ステップＳ８３では変数Ｋを“１”に設定し、ステップＳ８５ではＫ番目の標準セル２０ｓｔが満充電状態であるか否かを判別する。

判別結果がＹＥＳであればステップＳ８７に進み、シフトセル２０ｓｈの現時点の開路電圧を検出する。ステップＳ８９では、ステップＳ８７で検出された開路電圧をステップＳ８１で取得したＳＯＨ・シフトセル電圧特性曲線ＣＶｓｈ´と照合して、シフトセル２０ｓｈの現時点のＳＯＨ値を検出する。ステップＳ９１では、検出されたＳＯＨ値に３０ポイントを加算した値をＫ番目の標準セル２０ｓｔの現時点のＳＯＨ値としてモニタから出力する。出力が完了すると、ステップＳ９５に進む。

ステップＳ８５の判別結果がＮＯであればステップＳ９３に進み、Ｋ番目の標準セルを対象とする前回のステップＳ９１の処理によって得られたＳＯＨ値をモニタから出力する。出力が完了すると、ステップＳ９５に進む。

ステップＳ９５では変数Ｋをインクリメントし、ステップＳ９７では変数Ｋが定数Ｋｍａｘを上回るか否かを判別する。判別結果がＮＯであればステップＳ８５に戻る一方、判別結果がＹＥＳであれば今回のＳＯＨ検知処理を終了する。

１０ …組電池回路
１２ …系統電源
１４ …負荷
１６ …システム制御回路
１８ …充放電回路
２０ …組電池
２０ｓｈ …シフトセル
２０ｓｔ …標準セル

Claims

基準軸に割り当てられた容量係数に対する電圧の変化を表す容量係数・電圧特性曲線が標準曲線を描く標準セルと、前記容量係数・電圧特性曲線が前記標準曲線を前記基準軸の延在方向に既定量シフトさせたシフト曲線を描く特定セルとによって構成された組電池の充放電を制御する組電池回路であって、
前記標準セルおよび前記特定セル間の電位差の前記容量係数に対する変化を表す容量係数・電位差特性曲線をメモリから取得する容量係数・電位差特性曲線取得手段、
前記標準セルおよび前記特定セル間の電位差を検出する電位差検出手段、および
前記電位差検出手段によって検出された電位差を前記容量係数・電位差特性曲線取得手段によって取得された容量係数・電位差特性曲線と照合して前記標準セルの現時点の容量係数値を検出する容量係数値検出手段を備える、組電池回路。
前記標準曲線および／または前記シフト曲線を前記メモリから取得する容量係数・電圧特性曲線取得手段、および
前記容量係数値検出手段によって検出された容量係数値の数が２以上のとき前記容量係数・電圧特性曲線取得手段によって取得された曲線に基づいて唯一の容量係数値を選定する容量係数値選定手段をさらに備える、請求項１記載の組電池回路。
前記容量係数値検出手段によって検出された容量係数値を出力する容量係数値出力手段をさらに備える、請求項１または２記載の組電池回路。
前記標準セルの数は複数であり、
前記電位差検出手段および前記容量係数値検出手段の各々は前記標準セル毎に検出処理を実行し、
前記容量係数値検出手段によって検出された容量係数値に基づいて前記標準セル間の充電バランスを調整するバランス調整手段をさらに備える、請求項１ないし３のいずれかに記載の組電池回路。
前記容量係数は劣化前の対象セルの満充電容量を基準とする現時点の前記対象セルの容量を表す係数である、請求項１ないし４のいずれかに記載の組電池回路。
基準軸に割り当てられた容量係数に対する電圧の変化を表す容量係数・電圧特性曲線が標準曲線を描く標準セルと、前記容量係数・電圧特性曲線が前記標準曲線を前記基準軸の延在方向に既定量シフトさせたシフト曲線を描く特定セルとによって構成された組電池の充放電を制御する組電池回路によって実行される容量係数検出方法であって、
前記標準セルおよび前記特定セル間の電位差の前記容量係数に対する変化を表す容量係数・電位差特性曲線をメモリから取得する容量係数・電位差特性曲線取得ステップ、
前記標準セルおよび前記特定セル間の電位差を検出する電位差検出ステップ、および
前記電位差検出ステップによって検出された電位差を前記容量係数・電位差特性曲線取得ステップによって取得された容量係数・電位差特性曲線と照合して前記標準セルの現時点の容量係数値を検出する容量係数値検出ステップを備える、容量係数検出方法。
基準軸に割り当てられた容量係数に対する電圧の変化を表す容量係数・電圧特性曲線が標準曲線を描く標準セルと、前記容量係数・電圧特性曲線が前記標準曲線を前記基準軸の延在方向に既定量シフトさせたシフト曲線を描く特定セルとによって構成された組電池の充放電を制御する組電池回路のプロセッサに、
前記標準セルおよび前記特定セル間の電位差の前記容量係数に対する変化を表す容量係数・電位差特性曲線をメモリから取得する容量係数・電位差特性曲線取得ステップ、
前記標準セルおよび前記特定セル間の電位差を検出する電位差検出ステップ、および
前記電位差検出ステップによって検出された電位差を前記容量係数・電位差特性曲線取得ステップによって取得された容量係数・電位差特性曲線と照合して前記標準セルの現時点の容量係数値を検出する容量係数値検出ステップを実行させるための、容量係数検出プログラム。