JP6787220B2

JP6787220B2 - 蓄電システム

Info

Publication number: JP6787220B2
Application number: JP2017064192A
Authority: JP
Inventors: 克憲今井
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP2018170815A

Description

本発明は蓄電システムに関し、特に、組電池を有する蓄電システムに関する。

同じ種類のセル（単電池。蓄電デバイス）を複数個直並列に接続してなる組電池（蓄電モジュール）が知られている。組電池は、電池パックとも呼ばれる。組電池を使用すると、１つのセルを使用する場合に比べ、高い電圧及び電力を得ることが可能になる。

組電池においては、充放電の繰り返し（サイクル）を通じて、各セルの劣化が不均一に進行していくことが知られている。劣化が進んだセルは、進んでいないセルに比べて充放電時の電圧の振れ幅が大きくなるので、劣化の進行がより速くなる。そうすると、組電池全体としての寿命が短くなってしまうので、従来、特定のセルに劣化が集中しないようにするための各種の技術が検討されている。

特許文献１には、そのような技術の一例が開示されている。この技術では、各セルの開放電圧（負荷が接続されていないときの両端電圧）を検出し、その結果から全セルの平均開放電圧を算出し、各セルの開放電圧と平均開放電圧との偏差を求め、偏差が所定値以上のセルについて、所定の演算式により算出される調整容量分を強制的に放電させることにより、各セルの容量のバラツキが調整される。

特開２０００−４０５３０号公報

ところで、組電池は一般に、充放電を制御するための制御装置を含む蓄電システムとして構成される。そして、この蓄電システム内には、組電池の充電状態を管理するためのＳＯＣテーブルが予め用意される。ＳＯＣテーブルは、ＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）と、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開放電圧）と、ＲＣ（Remain Capacity：残存容量）とを対応付けて記憶するテーブルであり、例えばＳＯＣ＝０％からＳＯＣ＝１００％まで５％刻みで、具体的なＯＣＶとＲＣとを記憶するよう構成される。ＳＯＣテーブルに記憶されるデータは、実際に測定されたＯＣＶから現在のＳＯＣを決定し、決定したＳＯＣを例えばバー表示の形でユーザに提示するために用いられる。

ＳＯＣテーブルにおいてＳＯＣ＝１００％に対応付けて記憶されるＲＣは、その組電池の満充電容量を表している。しかし、各セルの劣化に伴って組電池の満充電容量は低下していくので、ＳＯＣテーブルの内容が固定されていると、時間の経過に伴って実態との乖離が生ずることになる。そこで本願の発明者は、各セルのＯＣＶを実測するとともにクーロンカウンタを用いて組電池に流れた電流を測定することによって組電池の残存容量も実測し、これらの実測結果に基づいて、ＳＯＣテーブルを更新していくことを検討している。

具体的には、まず充電開始の時点で各セルのＯＣＶを測定し、最も小さいＯＣＶの値に対応付けてＳＯＣテーブルに格納されるＲＣを、現在の容量を示す変数Ｖｃに代入する。充電中には、各セルのセル電圧を継続的に測定し、いずれかのセル電圧が後述する「充電終止電圧」になったところで、充電を終了する。充電終了後には、充電開始時点からのクーロンカウンタの増加分を変数Ｖｃに加算することにより、現在の容量を算出する。そして、こうして算出された現在の容量をＳＯＣ＝１００％に対応するＲＣの値としてＳＯＣテーブルに設定することにより、ＳＯＣテーブルの更新を行う。また、１００％以外のＳＯＣに対応するＲＣに関しては、比率計算により算出される値により、ＳＯＣテーブルの更新を行う。

しかしながら、本願の発明者が検討を進めるうちに、このような更新方法では、ＳＯＣテーブルの満充電容量を正しく更新できない場合があることが判明した。以下、詳しく説明する。

図９（ａ）は、５つのセル１〜５からなる組電池の充電終了時の状態を示す図であり、図９（ｂ）は、同じ組電池の充電開始時の状態を示す図である。これらの図には、後述する自己放電がない理想的な状態を示している。

図９（ａ）に示す「３．１６５Ｖ」「４．１２５Ｖ」は、ＳＯＣテーブルにおいてそれぞれＳＯＣ＝０％、１００％に対応付けて記憶されるＯＣＶの値である。放電下限電圧は、一般的にＳＯＣ＝０％に対応付けてＳＯＣテーブルに記憶されるＯＣＶよりも低くなり、例えば３．０Ｖである。充電終止電圧は、一般的にＳＯＣ＝１００％に対応付けてＳＯＣテーブルに記憶されるＯＣＶよりも高くなり、例えば４．２Ｖである。電池は充電や放電が終わった後も内部の化学反応が継続しており、ＯＣＶを測定する為には、数時間以上の安定化時間を必要とする。放電下限電圧が３．０Ｖの電池の場合、放電終了後に電池の電圧は上昇し、この例では３．１６５Ｖになる。同様に充電終止電圧が４．２Ｖの電池の場合、充電後に電池の電圧は低下し、この例では４．１２５Ｖになる。組電池の制御装置は原則として、いずれかのセルのセル電圧が放電下限電圧に達すると放電を停止し、いずれかのセルのセル電圧が充電終止電圧に達すると充電を停止するように構成される。

また、図９（ａ）（ｂ）では、長方形の面積により各セルの容量を表し、縦軸により各セルのＯＣＶ又はセル電圧を示している。充電開始時には、電流が流れていないためにセル電圧とＯＣＶは等価になるが、充電終了時には、電流が流れているためにセル電圧により定義する。この表記法によれば、各セルの長方形の横幅は、劣化が進行するほど小さくなる。同図にはセル５のみが劣化している場合を示しており、したがってセル５を示す長方形の横幅のみ、他と比べて小さくなっている。また、容量Ｂは充電開始時の各セルの残存容量を示し、容量Ａは充電による増加分を示している。容量Ａの面積はセル間で同一となっているが、これは、各セルの充電が同一の電圧で同一の時間だけ実行されることに対応している。

充放電に伴う各セルの基本的な動作は、図９（ａ）の状態と、図９（ｂ）の状態との間の往復となる。なお、完全に放電しない状態から充電を開始する場合もあり得るが、説明を簡単にするため、そのような場合の説明は省略する。図９（ａ）（ｂ）から理解されるように、放電時に放電下限電圧に達するセル、充電時に充電終止電圧に達するセルはともに、最も劣化の進んだセル５となる。

図９（ａ）（ｂ）を前提として上述したＳＯＣテーブルの更新を行う場合、ＳＯＣ＝１００％に対応するＲＣの値としては、容量Ａとセル５にかかる容量Ｂとの合計値が設定され、ＳＯＣ＝０％に対応するＲＣの値としては、セル５にかかる容量Ｂが設定されることになる。こうして設定される値は、適切な値であるということができる。

図１０（ａ）は、図９（ａ）の状態から放電が進む場合において、内部抵抗の劣化などによりセル４の自己放電が大きくなった場合の例を示している。組電池が長期にわたり充電されずに保管された場合、自己放電の大きいセル４の容量が他のセルに比べて早く減少するため、図１０（ａ）に示すように、劣化の進んだセル５ではなくセル４が放電下限電圧に達する場合が生ずる。その場合、セル１〜３，５においては、放電しきれなかった容量Ａ'が残った状態で充電が開始されることになる。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の状態から充電を行い、終了した状態を示している。同図に示すように、各セルには容量Ｃが上積みされることになるが、図９（ａ）と図１０（ｂ）を比較すると理解されるように、容量Ｃは、容量Ａ'の分だけ容量Ａより小さくなっている。

図１０（ａ）（ｂ）を前提として上述したＳＯＣテーブルの更新を行う場合、充電開始時の変数Ｖｃは、セル５にかかる容量Ｂに等しくなる。これは、それまでのＳＯＣテーブルの更新により、ＳＯＣ＝０％に対応するＲＣの値として、セル５にかかる容量ＢがＳＯＣテーブルに設定されているからである。一方、充電開始から充電終了までのクーロンカウンタの増加分は、容量Ｃに等しくなる。したがって、ＳＯＣ＝１００％に対応するＲＣの値として、容量Ｃとセル５にかかる容量Ｂとの合計値が設定されることになる。

こうしてＳＯＣテーブルに設定される値は、組電池の実態を正しく反映したものとは言えない。なぜなら、最も劣化が進行したセル５の充電終了時の残存容量は、容量Ｃとセル５にかかる容量Ｂの合計値にさらに容量Ａ'を足した値であって、容量Ｃとセル５にかかる容量Ｂとの合計値ではないからである。したがって、図１０（ａ）（ｂ）を前提とするような場合、すなわち、自己放電の大きなセルが存在する場合には、ＳＯＣテーブルの満充電容量を正しく更新できないということになる。

したがって、本発明の目的の一つは、自己放電の大きなセルが存在する場合であっても、ＳＯＣテーブルの満充電容量を正しく更新できる蓄電システムを提供することにある。

本発明による蓄電システムは、複数の蓄電デバイスを含む蓄電モジュールを有する蓄電システムであって、前記蓄電モジュールが負荷に接続されたときの前記蓄電モジュールの出力電流を積算してなる出力電流積算値を求める積算値取得手段と、満充電容量の設定値及び前記出力電流積算値に基づいて、前記蓄電モジュールの残存容量に関する残存容量指示値を算出する算出手段と、前記複数の蓄電デバイスそれぞれの開放電圧又はセル電圧を測定する電圧測定手段と、前記設定値を変更する変更手段と、を備え、前記変更手段は、前記複数の蓄電デバイスのうち、充電開始時に前記電圧測定手段によって測定された開放電圧が最も低いものと、充電終了時に前記電圧測定手段によって測定されたセル電圧が最も高いものとが一致した場合に、充電開始時の前記残存容量指示値に基づいて前記設定値の変更を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、自己放電の大きなセルが存在する場合であっても、最も劣化が進行した蓄電デバイス（セル）の充電終了時の残存容量を正しく設定値（ＳＯＣ＝１００％に対応付けてＳＯＣテーブルに格納されるＲＣの値）に反映させることができる。したがって、自己放電の大きなセルが存在する場合であっても、ＳＯＣテーブルの満充電容量を正しく更新することが可能になる。

上記蓄電システムにおいて、前記積算値取得手段は、前記蓄電モジュールが充電装置に接続されたときの前記蓄電モジュールの入力電流を積算してなる入力電流積算値を求めることができるように構成されており、前記変更手段は、前記残存容量指示値と前記入力電流積算値との合計値に基づいて前記設定値を決定する、こととしてもよい。これによれば、最も劣化が進行した蓄電デバイス（セル）の充電終了時の残存容量を得ることが可能になる。

上記各蓄電システムにおいて、前記複数の蓄電デバイスのうちの１つ以上を選択的かつ強制的に放電させる強制放電手段をさらに備え、前記強制放電手段は、前記複数の蓄電デバイスのうち、充電終了時に前記電圧測定手段によって測定されたセル電圧が最も高いもののセル電圧を、前記複数の蓄電デバイスのセル電圧の平均値まで低下させる、こととししてもよい。これによれば、充電開始時において、最も劣化が進行した蓄電デバイス（セル）と最も劣化していない蓄電デバイス（セル）のセル電圧の差分を小さくすることが可能になり、複数回充放電を繰り返すことによって、最も容量の小さい蓄電デバイスが充電開始時に一番開放電圧が低くなり、充電終了時に一番セル電圧が高くできるようになる。

上記各蓄電システムにおいて、前記複数の蓄電デバイスのうちの１つ以上を選択的かつ強制的に放電させる強制放電手段をさらに備え、前記強制放電手段は、前記複数の蓄電デバイスのうち、充電終了時に前記電圧測定手段によって測定されたセル電圧が前記複数の蓄電デバイスのセル電圧の平均値より高い１以上の蓄電デバイスのセル電圧を、前記平均値まで低下させる、こととしてもよい。これによれば、劣化による容量低下が進んだセルが複数存在する場合であっても、複数回の充放電動作を繰り返すことによって、ＳＯＣテーブルの満充電容量を正しく更新することが可能になる。

上記各蓄電システムにおいて、前記変更手段は、充電開始時の前記残存容量指示値が前記設定値の０％以上１０％以下である場合に、前記設定値の変更を行う、こととしてもよい。これによれば、完全に放電した状態又はそれに近い状態の場合にのみ、ＳＯＣテーブルの更新を行うことが可能になる。

上記各蓄電システムにおいて、前記複数の蓄電デバイスはそれぞれ、二次電池、電気二重層キャパシタ、又はリチウムイオンキャパシタである、こととしてもよい。

本発明によれば、自己放電の大きなセルが存在する場合であっても、ＳＯＣテーブルの満充電容量を正しく更新することが可能になる。

（ａ）は、本発明の第１の実施の形態による蓄電システム１の構成を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したセル２ａの等価回路を示す図である。図１に示した制御装置３の機能ブロックを示す略ブロック図である。（ａ）は、更新前のＳＯＣテーブルの一例を示す図であり、（ｂ）は、更新後のＳＯＣテーブルの一例を示す図である。図２に示した制御部１７が行う設定値ＦＣＣの変更処理を説明するための説明図である。図２に示した制御部１７が行う処理を示すフロー図である。図５に示した充電時処理の詳細を示すフロー図である。図５に示した充電時処理の詳細の続きを示すフロー図である。本発明の第２の実施の形態による制御部１７が行う処理を示すフロー図である。本発明の背景技術による充放電動作を説明するための説明図である。本発明の背景技術による充放電動作を説明するための説明図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態による蓄電システム１の構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態による蓄電システム１は、複数のセル２ａ（蓄電デバイス）を含む組電池２（蓄電モジュール）と、制御装置３と、電流検出素子４と、スイッチ５と、強制放電回路６と、電圧測定回路７とを有して構成される。

組電池２を構成する複数のセル２ａは、それぞれ二次電池、電気二重層キャパシタ、又はリチウムイオンキャパシタであり、図１（ａ）に示すように、組電池２の２つの端子Ｔ１，Ｔ２の間に直列に接続される。同図には、５個のセル２ａを直列に接続した例を示しているが、組電池２の具体的な構成はこれに限られない。組電池２の内部においては、各セル２ａのＯＣＶ又はセル電圧を測定する電圧測定回路７と各セル２ａを放電させるための強制放電回路６が各セル２ａに接続されており、制御装置３からの指令値に基づいて、各セル２ａのＯＣＶ又はセル電圧を測定したり、各セル２ａを放電することが可能になっている。なお、電圧測定回路７によって測定される電圧は、セル２ａに電流が流れていない時（放電終了後かつ充電開始前の時点など）にはＯＣＶとなり、セル２ａに電流が流れている時（放電中、充電中など）にはセル電圧となる。

図１（ｂ）は、各セル２ａの等価回路を示す図である。同図に示すように、セル２ａは、起電力Ｅの電源に内部抵抗ｒが直列に接続された回路と等価であり、セル２ａの両端に現れる電圧Ｖは、セル２ａを流れる電流Ｉを用いてＶ＝Ｅ−ｒＩと表される。セル２ａのＯＣＶは、電流Ｉがゼロである場合の電圧Ｖであり、起電力Ｅに等しい値となる。

図１（ａ）に戻り、制御装置３は、組電池２の充放電を制御する機能を有するマイコンであり、組電池２、電流検出素子４、スイッチ５のそれぞれと接続される。図示していないが、制御装置３は中央処理装置と記憶装置とを有しており、制御装置３が行う各処理は、記憶装置内に記憶されるプログラムを中央処理装置が読み込んで実行することによって実現される。記憶装置は、ＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)などの主記憶装置と、書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)とを含み、上記プログラムの他、上述したＳＯＣテーブルや変数Ｖｃを含む各種のデータを記憶するように構成される。その他の制御装置３の機能については、後ほど詳細に説明する。

電流検出素子４は、例えばシャント抵抗やホール素子などの電流を検出可能に構成された素子であり、組電池２と端子Ｔ１又は端子Ｔ２との間に挿入される。電流検出素子４の測定値は、端子Ｔ１，Ｔ２間に負荷（図示せず）が接続されているときには組電池２の出力電流の電流値となり、端子Ｔ１，Ｔ２間に充電装置（図示せず）が接続されているときには組電池２の入力電流の電流値となる。

スイッチ５は、端子Ｔ１，Ｔ２間に接続されている負荷又は充電装置と、組電池２との間の接続状態を切り替えるためのスイッチあるいはリレーである。スイッチ５がオフである場合、組電池２は負荷又は充電装置から切り離される。一方、スイッチ５がオンである場合、組電池２と負荷又は充電装置とが接続される。図１（ａ）の例では、制御装置３は、充電終了時には、スイッチ５ａをオフとすることによってスイッチ５をオフとし、放電終了時には、スイッチ５ｂをオフとすることによってスイッチ５をオフとする。通常は、スイッチ５ａ，５ｂともオンになるように制御装置３が制御する。

図２は、制御装置３の機能ブロックを示す略ブロック図である。同図に示すように、制御装置３は機能的に、記憶部１０、積算値取得部１１、算出部１２、電圧測定部１３、強制放電部１４、充電装置検出部１５、充放電制御部１６、及び制御部１７を有して構成される。

記憶部１０は、上述したＳＯＣテーブルを記憶する機能部である。

図３（ａ）は、記憶部１０に記憶されるＳＯＣテーブルの一例を示す図である。ＳＯＣテーブルは、上述したようにＳＯＣ、ＯＣＶ、及びＲＣを対応付けて記憶するテーブルであり、ＳＯＣ＝０％からＳＯＣ＝１００％まで５％刻みで、具体的なＯＣＶとＲＣとを記憶するよう構成される。ＳＯＣテーブルに記憶されるデータは、実際に測定されたＯＣＶから現在のＳＯＣを決定し、決定したＳＯＣを例えばバー表示の形でユーザに提示するために用いられる。また、ＳＯＣテーブルにおいてＳＯＣ＝１００％に対応付けて記憶されるＲＣは、組電池２の満充電容量ＦＣＣを表している。本書では、ＳＯＣ＝１００％に対応付けてＳＯＣテーブル内に設定されるＲＣを、図３（ａ）に括弧書きで示すように設定値ＦＣＣ(Full Charge Capacity)と称する。

図２に戻り、積算値取得部１１は、図１に示した電流検出素子４の計測結果に基づき、組電池２に流れる電流の積算値であるクーロンカウンタ値ＣＣを求める機能部（積算値取得手段）である。クーロンカウンタ値ＣＣは、組電池２が負荷（図示せず）に接続されているときには組電池２の出力電流を積算してなる出力電流積算値となり、組電池２が充電装置（図示せず）に接続されているときには組電池２の入力電流を積算してなる入力電流積算値となる。積算値取得部１１は、制御部１７からリセットを指示された場合に、クーロンカウンタ値ＣＣをゼロにリセットするよう構成される。

算出部１２は、制御部１７の処理で用いる変数Ｖｃ（残存容量指示値）を算出する機能部（算出手段）である。算出部１２による変数Ｖｃの算出方法は、制御部１７によって指示される。変数Ｖｃの算出方法の具体的な内容については、後ほど制御部１７の処理フローを説明する際に詳しく説明する。

電圧測定部１３は、図１に示した電圧測定回路７を用いて、複数のセル２ａそれぞれのＯＣＶを測定する機能部（電圧測定手段）である。電圧測定部１３は、あるセル２ａのＯＣＶを測定するにあたり、充電直後や放電直後ではなく、化学的に安定した後の無負荷状態で、図１（ｂ）に示した電圧Ｖを測定する。そして、測定した電圧Ｖを、そのセル２ａのＯＣＶとして制御部１７に出力する。電圧測定部１３が測定を実行するタイミングは、制御部１７によって指示される。

強制放電部１４は、図１に示した強制放電回路６を用いて、複数のセル２ａのうちの１つ以上を選択的かつ強制的に放電させる機能部（強制放電手段）である。放電の対象となるセル２ａ及び放電のタイミングは、制御部１７によって指示される。

充電装置検出部１５は、組電池２と充電装置（図示せず）の接続状態を検出する機能部である。具体的な検出の方法としては各種のものが考えられるが、例えば機械的な接点を用いて検出してもよいし、通信機能を用いて検出してもよいし、図１に示した端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧を測定することによって検出することとしてもよい。充電装置検出部１５は、組電池２と充電装置の接続状態を示す情報を制御部１７に供給するよう構成される。

充放電制御部１６は、組電池２の充放電を制御する機能部である。具体的には、図１に示したスイッチ５のオンオフ制御を行うことにより、組電池２の充放電を制御するよう構成される。より詳しく言えば、充放電制御部１６は、スイッチ５ａ，５ｂをオンとすることにより組電池２の充電又は放電を開始し、スイッチ５ａをオフとすることにより組電池２の充電を終了し、スイッチ５ｂをオフとすることにより組電池２の放電を終了する。充電と放電のいずれになるかは、組電池２と接続されているものが充電装置であるか負荷であるかによるもので、充放電制御部１６は関知しない。充放電制御部１６による充電又は放電の開始のタイミング、及び、充電又は放電の終了のタイミングは、制御部１７によって指示される。

制御部１７は、図２に示した各機能部を含む蓄電システム１の各部を制御する機能部である。制御部１７が行う処理には、上述したように、クーロンカウンタ値ＣＣをゼロにリセットするよう積算値取得部１１に指示する処理、ＯＣＶの測定を実行するタイミングを電圧測定部１３に指示する処理、放電の対象となるセル２ａ及び放電のタイミングを強制放電部１４に指示する処理、充電又は放電の開始のタイミング及び充電又は放電の終了のタイミングを充放電制御部１６に指示する処理が含まれる他、記憶部１０に記憶される設定値ＦＣＣを変更する処理（変更手段）が含まれる。制御部１７は、複数のセル２ａのうち、充電開始時に電圧測定部１３によって測定されたＯＣＶが最も低いものと、充電終了時に電圧測定部１３によって測定されたセル電圧が最も高いものとが一致した場合に、充電開始時の変数Ｖｃに基づいて設定値ＦＣＣの変更を行うよう構成される。

図４は、制御部１７が行う設定値ＦＣＣの変更処理を説明するための説明図である。同図（ａ）〜（ｃ）は、上で説明した図１０（ｂ）の続き（セル４の自己放電が大きくなった場合）に相当する。以下、この図を参照しながら、制御部１７による設定値ＦＣＣの変更について詳しく説明する。

制御部１７は、図１０（ｂ）に示した充電終了時に、電圧測定部１３から各セル２ａのセル電圧を取得する。そして、取得したセル電圧が最も高いセル２ａを選択し、強制放電部１４を用いて強制的に放電させることにより、そのセル電圧を複数のセル２ａのセル電圧の平均値まで低下させる。図１０（ｂ）では、セル５のセル電圧が最も高かったので、セル５が強制放電の対象となる。図４（ａ）には、セル５を強制的に放電した後の状態を示している。

図４（ｂ）には、図４（ａ）の状態の後、組電池２が長期にわたり充電されずに保管された場合の例を示している。この例では、放電開始前にセル５を強制的に放電していることから、自己放電の大きいセル４ではなく、セル５が放電下限電圧に達することによって放電が終了している。セル１〜３には放電しきれなかった容量Ａ'，Ｃ'が、セル４には放電しきれなかった容量Ｃ'がそれぞれ残っており、セル１〜４の充電は、このように容量が残った状態で開始されることになる。

図４（ｃ）は、図４（ｂ）の状態から充電を行い、終了した状態を示している。同図に示すように、各セルには容量Ｄが上積みされることになるが、前回の充電終了後にセル５を強制的に放電していることから、容量Ｄの大きさは、図９（ａ）に示した容量Ａと同じ値となる。

制御部１７は、組電池２が図４（ｃ）の状態となった場合に、記憶部１０に記憶される設定値ＦＣＣの更新を行うよう構成される。具体的に説明すると、制御部１７は、充電開始の時点で、電圧測定部１３に各セル２ａのＯＣＶを測定させておく。そして、最も小さいＯＣＶの値に対応付けてＳＯＣテーブルに格納されるＲＣを、現在の容量を示す変数Ｖｃに代入しておく。充電中には、電圧測定部１３に各セル２ａのセル電圧を継続的に測定させ、いずれかのセル２ａのセル電圧が充電終止電圧（４．２Ｖ）に達したところで、充電を終了する。

続いて制御部１７は、組電池２の状態が図４（ｃ）の状態となっているか否かを判定する。この判定は、具体的には、複数のセル２ａのうち、充電開始時に電圧測定部１３によって測定されたＯＣＶが最も低いものと、充電終了時に電圧測定部１３によって測定されたセル電圧が最も高いものとが一致しているか否かを判定することによって行えばよい。すなわち、一致していると判定した場合には図４（ｃ）の状態となっていると判定し、一致していないと判定した場合には図４（ｃ）の状態となっていないと判定すればよい。

組電池２の状態が図４（ｃ）の状態となっていないと判定した場合、制御部１７は、設定値ＦＣＣの更新を行わない。一方、組電池２の状態が図４（ｃ）の状態となっていないと判定した場合、制御部１７は、充電開始時点からのクーロンカウンタ値ＣＣの増加分を変数Ｖｃに加算することにより、現在の容量を算出する。そして、こうして算出された現在の容量を、設定値ＦＣＣとしてＳＯＣテーブルに設定する。

図３（ｂ）は、設定値ＦＣＣの更新後のＳＯＣテーブルの一例を示す図である。同図には、図３（ａ）に示したＳＯＣテーブルをＦＣＣ＝４．５Ａｈにより更新した例を示している。同図に示すように、１００％以外のＳＯＣに対応するＲＣに関しては、設定値ＦＣＣから比率計算により算出される値により、ＳＯＣテーブルの更新が行われる。例えば、ＳＯＣ＝５０％に対応するＲＣとしては、設定値ＦＣＣの５０％に相当する２．２５Ａｈが設定される。

制御部１７が以上のようにして設定値ＦＣＣの更新を行うことで、自己放電の大きなセルが存在する場合であっても、最も劣化が進行したセルの充電終了時の残存容量（図４の例では、容量Ｂ，Ｄの合計値）を正しく設定値ＦＣＣに反映させることが可能になる。したがって、自己放電の大きなセルが存在する場合であっても、ＳＯＣテーブルの満充電容量を正しく更新することが可能になる。

以下、制御部１７が行う処理について、図２とともに図５〜図７に示す処理フローを参照しながら、再度より詳しく説明する。

図５は、制御部１７が行う処理を示すフロー図である。同図のステップＳ１に示す処理は、事前処理を示している。この事前処理では、同図に示すように、変数Ｖｃにゼロが設定される（Ｖｃ＝０）とともに、ＳＯＣ更新フラグに偽（Ｆａｌｓｅ）が設定される（ＳＯＣ更新フラグ＝Ｆａｌｓｅ）。なお、ＳＯＣ更新フラグは制御部１７の内部変数である。ステップＳ１の処理は例えば製造段階において一度だけ行われればよく、図示しないデバッグ用のツールを用いて実行すればよい。

制御部１７が最初に行う処理は、ステップＳ２に示す充電時処理である。ただし、この充電時処理の詳細については後ほど図６及び図７を参照して説明することとし、以下では、充電時処理が終了した状態（すなわち、組電池２が充電されている状態）からの処理を先に説明する。

組電池２の充電が終了した後、制御部１７は、積算値取得部１１にクーロンカウンタ値ＣＣをゼロにリセットさせた後（ＣＣ＝０、ステップＳ３）、スイッチ５ａ，５ｂをオンとするよう充放電制御部１６を制御することにより、組電池２の放電を開始する（ステップＳ４）。これにより、図１に示した端子Ｔ１，Ｔ２間に負荷が接続された場合、組電池２から負荷に電流が流れ、それによって各セル２ａの残存容量が減少していくことになる。各セル２ａの残存容量は、負荷の接続の有無によらず、自己放電によっても減少し得る。

放電を開始した後、制御部１７は、電圧測定部１３に複数のセル２ａそれぞれのセル電圧を測定させる（ステップＳ５）。そして、いずれかのセル２ａのセル電圧が所定の下限値（放電下限電圧３．０Ｖ）に達したか否かを判定する（ステップＳ６）。

ステップＳ６で下限値に達していないと判定した場合、制御部１７は、組電池２の充電が開始されたか否かを判定する（ステップＳ７）。この判定の結果は、充電装置検出部１５によって組電池２と充電装置（図示せず）の接続が検出されている場合に肯定となり、そうでない場合に否定となる。充電が開始されていないと判定した場合の制御部１７は、ステップＳ５に戻って処理を続ける。一方、充電が開始されたと判定した場合の制御部１７は、式Ｖｃ＝ＦＣＣ−ＣＣにより算出部１２に変数Ｖｃを算出させたうえで（ステップＳ１０）、ステップＳ２の充電時処理を開始する。

ステップＳ６で下限値に達したと判定した場合の制御部１７は、スイッチ５ｂをオフとするよう充放電制御部１６を制御することにより、組電池２の放電を終了する（ステップＳ８）。その後、組電池２の充電が開始されるまで、ステップＳ７と同様の判定を繰り返す（ステップＳ９）。ステップＳ９で充電が開始されたと判定した場合の制御部１７は、式Ｖｃ＝ＦＣＣ−ＣＣにより算出部１２に変数Ｖｃを算出させたうえで（ステップＳ１０）、ステップＳ２の充電時処理を開始する。

図６及び図７は、ステップＳ２で実行される充電時処理の詳細を示すフロー図である。初めに図６に示すように、制御部１７はまず、電圧測定部１３に複数のセル２ａそれぞれのＯＣＶを測定させる（ステップＳ２０）。そして、測定されたＯＣＶが最も低いセル２ａを記録する（ステップＳ２１）。以下では、こうして記録されたセル２ａを「セルＡ」と称する。

続いて制御部１７は、内部変数であるＳＯＣ更新フラグの真偽を判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ１でＳＯＣ更新フラグに偽（Ｆａｌｓｅ）を設定しているので、充電時処理を初めて実行する場合には、ステップＳ２２の判定結果は偽（Ｆａｌｓｅ）となる。

ステップＳ２２で偽（Ｆａｌｓｅ）と判定した制御部１７は、積算値取得部１１にクーロンカウンタ値ＣＣをゼロにリセットさせた後（ＣＣ＝０、ステップＳ２３）、スイッチ５をオンとするよう充放電制御部１６を制御することにより、組電池２の充電を開始する（ステップＳ２４）。このとき、図１に示した端子Ｔ１，Ｔ２間に充電装置を接続しておく必要がある。制御部１７は、充電装置検出部１５によって組電池２と充電装置の接続が検出されているか否かを確認し、検出されている場合にのみステップＳ２４を実行することとしてもよい。

充電を開始した後の制御部１７は、電圧測定部１３に複数のセル２ａそれぞれのセル電圧を測定させる（ステップＳ２５）。そして、いずれかのセル２ａのセル電圧が所定の上限値（充電終止電圧）に達したか否かを判定する（ステップＳ２６）。この判定の結果が否定であった場合の制御部１７は、ステップＳ２５に戻って処理を行う。一方、肯定であった場合の制御部１７は、スイッチ５ａをオフとするよう充放電制御部１６を制御することにより、組電池２の充電を終了する（ステップＳ２７）。

図７に移り、続いて制御部１７は、最後に測定されたセル電圧が最も高いセル２ａを記録する（ステップＳ２８）。以下では、こうして記録されたセル２ａを「セルＢ」と称する。そして、このセルＢと、ステップＳ２１で記録したセルＡとが同じものであるか否かを判定する（ステップＳ２９。ＳＯＣ更新判定）。

ステップＳ２９において同じものでないとの判定結果が得られた場合、制御部１７は、セル電圧が各セル２ａのセル電圧の平均値に等しくなるまでセルＢを放電するよう、強制放電部１４を制御する（ステップＳ３０）。この放電は、図４（ａ）で説明した強制放電に相当する。なお、図４（ａ）の例では、セル４がセルＡに相当し、セル５がセルＢに相当する。ステップＳ３０を実行した制御部１７は、充電時処理を終了し、図５に示したステップＳ３以降の処理に戻る。

一方、ステップＳ２９において同じものであるとの判定結果が得られた場合、制御部１７は、まず初めに、式Ｖｃ＝Ｖｃ＋ＣＣにより算出部１２に変数Ｖｃを算出させる（ステップＳ４３）。こうして算出される変数Ｖｃの値は、図４（ｃ）に示したセル５の容量Ｂと容量Ｄの合計値に相当する。次いで制御部１７は、設定値ＦＣＣ（すなわち、ＳＯＣ＝１００％に対応付けてＳＯＣテーブル内に記憶されるＲＣ）を変数Ｖｃの値により更新する。さらに、ＳＯＣテーブルにて１００％以外のＳＯＣに対応付けるＲＣを上述した比率計算により算出し、算出した値によりＳＯＣテーブルを更新する（ステップＳ４５）。そして、ＳＯＣ更新フラグに真（Ｔｒｕｅ）を設定した後（ＳＯＣ更新フラグ＝Ｔｒｕｅ、ステップＳ４６）、充電時処理を終了し、図５に示したステップＳ３以降の処理に戻る。

図６に戻り、ステップＳ２２の判定結果が真（Ｔｒｕｅ）となった場合の制御部１７は、セルＡのＯＣＶに対応付けてＳＯＣテーブル内に記憶されるＲＣを変数Ｖｃに代入する（ステップＳ４０）。そして、ＳＯＣ更新フラグに偽（Ｆａｌｓｅ）を設定した後（ステップＳ４１）、ステップＳ２３に処理を移す。ステップＳ４０，Ｓ４１の処理は、クーロンカウンタ値ＣＣの誤差により図５のステップＳ１０で算出する変数Ｖｃに生じ得る誤差を修正するための処理である。

以上、図５〜図７に示す処理フローを参照しながら、制御部１７が行う処理について詳しく説明した。

以上説明したように、本実施の形態による蓄電システム１によれば、自己放電の大きなセル２ａが存在する場合であっても、最も劣化が進行したセル２ａの充電終了時の残存容量を正しく設定値ＦＣＣに反映させることができる。したがって、自己放電の大きなセル２ａが存在する場合であっても、ＳＯＣテーブルの満充電容量を正しく更新することが可能になる。

また、本実施の形態による蓄電システム１によれば、図７のステップＳ４３に示したように、変数Ｖｃと、上述した入力電流積算値であるクーロンカウンタ値ＣＣとに基づき、最も劣化が進行したセル２ａの充電終了時の残存容量（＝設定値ＦＣＣ）を得ることが可能になる。

また、本実施の形態による蓄電システム１によれば、図７のステップＳ３０でセルＢの強制放電を行っているので、充電開始時において、最も劣化が進行したセル２ａのＯＣＶを最小とすることが可能になる。

なお、制御部１７は、充電開始時の変数Ｖｃが設定値ＦＣＣの例えば０％以上１０％以下である場合にのみ、設定値ＦＣＣの変更処理（図７に示したステップＳ４３〜Ｓ４６の処理）を行うこととしてもよい。これによれば、完全に放電した状態又はそれに近い状態の場合にのみ、ＳＯＣテーブルの更新を行うことが可能になる。

図８は、本発明の第２の実施の形態による制御装置３が行う処理を示すフロー図である。本実施の形態による蓄電システム１は、図７に示したステップＳ３０に代えてステップＳ３０ａが実行される点で、第１の実施の形態による蓄電システム１と相違する。その他の点では第１の実施の形態による蓄電システム１と同様であるので、以下では、第１の実施の形態との相違点に着目して説明する。

本実施の形態による制御部１７は、ステップＳ２９において同じものでないとの判定結果が得られた場合に強制放電の対象とするセル２ａとして、セルＢだけでなく、測定されたセル電圧が各セル２ａのセル電圧の平均値を上回るすべてのセル２ａを選択する。そして、選択した１以上のセルについて、各セル２ａのセル電圧の平均値に等しくなるまで放電するよう、強制放電部１４を制御する（ステップＳ３０ａ）。

本実施の形態による蓄電システム１によれば、ステップＳ３０ａで複数のセル２ａを強制放電の対象とすることができるので、劣化による容量低下が進んだセル２ａが複数存在する場合であっても、複数回の充放電動作を繰り返すことによって、ＳＯＣテーブルの満充電容量を正しく更新することが可能になる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

１蓄電システム
２組電池
２ａセル
３制御装置
４電流検出素子
５スイッチ
５ａ充電スイッチ
５ｂ放電スイッチ
６強制放電回路
７セル電圧測定回路
１０記憶部
１１積算値取得部
１２算出部
１３電圧測定部
１４強制放電部
１５充電装置検出部
１６充放電制御部
１７制御部
Ｔ１，Ｔ２端子

Claims

複数の蓄電デバイスを含む蓄電モジュールを有する蓄電システムであって、
前記蓄電モジュールが負荷に接続されたときの前記蓄電モジュールの出力電流を積算してなる出力電流積算値を求める積算値取得手段と、
満充電容量の設定値及び前記出力電流積算値に基づいて、前記蓄電モジュールの残存容量に関する残存容量指示値を算出する算出手段と、
前記複数の蓄電デバイスそれぞれの開放電圧又はセル電圧を測定する電圧測定手段と、
前記設定値を変更する変更手段と、を備え、
前記変更手段は、前記複数の蓄電デバイスのうち、充電開始時に前記電圧測定手段によって測定された開放電圧が最も低いものと、充電終了時に前記電圧測定手段によって測定されたセル電圧が最も高いものとが一致した場合に、充電開始時の前記残存容量指示値に基づいて前記設定値の変更を行う、
ことを特徴とする蓄電システム。
前記積算値取得手段は、前記蓄電モジュールが充電装置に接続されたときの前記蓄電モジュールの入力電流を積算してなる入力電流積算値を求めることができるように構成されており、
前記変更手段は、前記残存容量指示値と前記入力電流積算値との合計値に基づいて前記設定値を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
前記複数の蓄電デバイスのうちの１つ以上を選択的かつ強制的に放電させる強制放電手段をさらに備え、
前記強制放電手段は、前記複数の蓄電デバイスのうち、充電終了時に前記電圧測定手段によって測定されたセル電圧が最も高いもののセル電圧を、前記複数の蓄電デバイスのセル電圧の平均値まで低下させる、
請求項１又は２に記載の蓄電システム。
前記複数の蓄電デバイスのうちの１つ以上を選択的かつ強制的に放電させる強制放電手段をさらに備え、
前記強制放電手段は、前記複数の蓄電デバイスのうち、充電終了時に前記電圧測定手段によって測定されたセル電圧が前記複数の蓄電デバイスのセル電圧の平均値より高い１以上の蓄電デバイスのセル電圧を、前記平均値まで低下させる、
請求項１又は２に記載の蓄電システム。
前記変更手段は、充電開始時の前記残存容量指示値が前記設定値の０％以上１０％以下である場合に、前記設定値の変更を行う、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の蓄電システム。
前記複数の蓄電デバイスはそれぞれ、二次電池、電気二重層キャパシタ、又はリチウムイオンキャパシタである、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の蓄電システム。