JP6997955B2 - 蓄電装置および蓄電素子の制御方法 - Google Patents

Description

本明細書によって開示される技術は、蓄電装置および蓄電素子の制御方法に関する。

従来から、複数の蓄電素子を直列に接続して、所定電圧を得るようにした蓄電装置がある。直列に接続された複数の蓄電素子は、電気的特性のアンバランスが原因で、蓄電素子間に充電容量のばらつきが生じる。下記特許文献１に記載の充電装置は、蓄電素子と並列に放電回路（バイパス回路）を有している。充電装置は、各蓄電素子の電圧を比較し、最も低い電圧との電圧差が第１の所定値を超えた蓄電素子を、放電回路を用いて放電することにより、充電容量のばらつきを抑制している。

特開平８－１９１８８号公報

複数の蓄電素子間に充電容量のばらつきがある場合、充電率の高い蓄電素子の電圧が、充電中に、不具合が生じる場合がある閾値を超えやすくなる。充電率の高い蓄電素子の電圧が、不具合が生じる場合がある閾値を超えてしまうと、電流遮断装置などによって充電電流が遮断されてしまい、充電を継続できなくなる。電流遮断装置によって充電が突然遮断された場合には、インダクタンス成分による逆起電力の影響で、蓄電装置に印加される電圧が大きく上昇する。このため、蓄電装置を管理する管理装置が破損する場合がある。

本明細書では、蓄電素子に不具合が生じないように充電を継続させる技術を開示する。

蓄電装置は、直列に接続された複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電素子を放電する放電回路と、制御部とを備え、前記制御部は、前記複数の蓄電素子のうちの最も電圧の高い蓄電素子のみを前記放電回路により放電させる放電処理と、最も電圧の高い前記蓄電素子の電圧が第１電圧閾値を超えた状態で第１継続時間を経過した場合に充電を停止させる、もしくは、最も電圧の高い前記蓄電素子の電圧が、前記第１電圧閾値よりも大きい第２電圧閾値を超えた状態で前記第１継続時間よりも短い第２継続時間を経過した場合に充電を停止させる停止処理とを実行する。

複数の蓄電素子が直列接続されている場合、各蓄電素子の電圧の総和と充電電圧とが同一となる。制御部は、最も電圧の高い蓄電素子のみ放電し、他の複数の蓄電素子の充電を継続することで、相対的に他の複数の蓄電素子の充電電流値を高くする。すると、他の複数の蓄電素子の電圧が上がり易くなることで、最も電圧の高い蓄電素子の電圧が下がりやすくなる。これにより、最も電圧の高い蓄電素子の電圧を速やかに低下させることができ、蓄電素子に対する充電を継続できる。

放電が間に合わず、最も電圧の高い蓄電素子の電圧が第１電圧閾値を超えた状態が第１継続時間の間継続された場合、制御部は、充電を停止する。もしくは、最も電圧の高い蓄電素子の電圧が第２電圧閾値を超えた状態が第２継続時間を経過した場合、制御部は、蓄電素子への充電を停止するから、蓄電素子に不具合が生じることを防ぐことができる。

これにより、最も電圧の高い蓄電素子に不具合が生じないように充電を継続できる。

実施形態１における車両を示す図 蓄電装置の斜視図 蓄電装置の分解斜視図 蓄電装置の電気的構成を示すブロック図 放電回路の回路図 充電制御処理のフローチャート セル電圧と時間との関係において充電許容領域と充電非許容領域とを示した図 実施形態１の蓄電装置における充電時の各セル電圧の時間的推移を示した図 比較用の蓄電装置における充電時の各セル電圧の時間的推移を示した図 実施形態２における充電制御処理のフローチャート

（本実施形態の概要）
初めに、本実施形態にて開示する蓄電装置の概要について説明する。
蓄電装置は、直列に接続された複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電素子を放電する放電回路と、制御部とを備え、前記制御部は、前記複数の蓄電素子のうちの最も電圧の高い蓄電素子のみを前記放電回路により放電させる放電処理と、最も電圧の高い前記蓄電素子の電圧が第１電圧閾値を超えた状態で第１継続時間を経過した場合に充電を停止させる、もしくは、最も電圧の高い前記蓄電素子の電圧が、前記第１電圧閾値よりも大きい第２電圧閾値を超えた状態で前記第１継続時間よりも短い第２継続時間を経過した場合に充電を停止させる停止処理とを実行する。

複数の蓄電素子の総電圧を指標に充電管理する定電圧充電において、蓄電素子の電圧が閾値を超えたことだけを条件に充電を停止させる。すると、他の蓄電素子の充電率が不十分であるにもかかわらず、一部の蓄電素子の電圧が閾値を超えることで充電が停止されてしまう。

本発明者らは、最も電圧の高い蓄電素子に不具合が生じないように充電を継続させることができないか、鋭意検討を行った。従来は、直列接続された複数の蓄電素子を定電圧充電する場合、規定の電圧を超えたすべての蓄電素子、もしくは、最も電圧の低い蓄電素子以外の蓄電素子を放電させるという制御であった。その場合、各蓄電素子の電圧の総和と充電電圧とは同一となるため、最も電圧が高いセルの電圧の低下速度が遅くなってしまう。

本発明者らは、鋭意検討を行った結果、最も電圧の高い蓄電素子のみを放電させることに至った。最も電圧の高い蓄電素子のみを放電させると、他の複数の蓄電素子の充電電流値が高くなり、他の蓄電素子の電圧が上昇する。最も電圧の高い蓄電素子の電圧が下がりやすくなることを知見した。

本発明者らは、充電中に、最も電圧の高い蓄電素子のみを放電回路により放電させるという結論に至った。これにより、最も電圧の高い蓄電素子の電圧を速やかに低下させ、蓄電素子に対する充電を継続させることができる。

最も電圧の高い蓄電素子のみを放電させるものの、放電が間に合わず、最も電圧の高い蓄電素子の電圧が第１電圧閾値を超えた状態が第１継続時間の間継続する場合、制御部は、蓄電素子への充電を停止する。もしくは、放電が間に合わず、最も電圧の高い蓄電素子の電圧が第２電圧閾値を超えた状態で第２継続時間を経過する場合には、蓄電素子への充電を停止する。

これにより、最も電圧の高い蓄電素子に不具合が生じることを抑制しつつ、充電を継続できる。

前記制御部は、前記複数の蓄電素子のうち最も電圧が高い前記蓄電素子が前記第１電圧閾値を超えた場合に、前記放電処理を行ってもよい。

前記制御部は、前記複数の蓄電素子の電圧の差が電圧差閾値よりも大きい場合に、第１継続時間よりも短い第３継続時間を第１継続時間として設定してもよい。

複数の蓄電素子の電圧の差が、電圧差閾値よりも大きい場合には、蓄電素子間の充電容量のばらつきが大きすぎて、放電回路により蓄電素子間の充電容量のばらつきを解消させることができない。したがって、制御部は、最も電圧の高い蓄電素子の電圧を第１電圧閾値よりも低下させることができないと判断する。そして、制御部は、第３継続時間を第１継続時間として設定するから、当初設定されていた第１継続時間の経過を待たずして、第３継続時間が経過したところで充電を停止することができる。放電回路を動作させても、最も電圧の高い蓄電素子の電圧の低下に長時間を要すると判断した場合、制御部は、当初設定されていた第１継続時間の経過を待たずして充電を停止する。これにより、蓄電素子に劣化などの不具合が生じることを抑制できる。

前記蓄電素子は、リチウムイオンセルであり、前記複数の蓄電素子は、鉛蓄電池用の外部充電器によって充電可能としてもよい。

複数のリチウムイオンセルの総電圧よりも高い充電電圧である鉛蓄電池用の外部充電器で充電したとしても、最も電圧の高い蓄電素子が第１電圧閾値を超えた場合に、制御部は、最も電圧の高い蓄電素子のみを放電させる。これにより、最も電圧の高い蓄電素子の電圧を速やかに低下させることができる。放電が間に合わず、蓄電素子に不具合が生じる可能性が高いと判断した場合、制御部は、蓄電素子への充電を停止させる。これにより、鉛蓄電池用の外部充電器で充電したとしても、リチウムイオンセルに不具合が生じることを防ぎつつ、リチウムイオンセルの充電を行うことができる。

蓄電装置は、直列に接続された複数の蓄電素子と、前記複数の蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電素子を放電する放電回路と、制御部とを備え、、前記制御部は、前記複数の蓄電素子が充電器によって充電される際に、前記複数の蓄電素子のうちの最も電圧の高い蓄電素子のみを前記放電回路により放電させる。

複数の蓄電素子を充電器で充電する場合、制御部は、最も電圧の高い蓄電素子のみを放電させ、他の蓄電素子の充電を継続する。相対的に他の蓄電素子の充電電流が高くなって、他の蓄電素子の電圧が上がり易くなり、最も電圧の高い蓄電素子の電圧が下がりやすくなる。これにより、最も電圧の高い蓄電素子の電圧を速やかに低下させ、蓄電素子に対する充電を継続できる。

本技術は、蓄電素子の制御方法、蓄電素子の制御プログラムに適用することができる。

（実施形態１）
実施形態１について図１から図９を参照して説明する。
図１に示すように、自動車などの車両１に設置されるエンジン始動用の蓄電装置１０を例示する。蓄電装置１０は、車両１に搭載されるエンジン始動用のスタータモータや電装品などの車両負荷３、オルタネータなどの車両発電機４、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５などに接続される。

蓄電装置１０は、図２に示すように、ブロック状の電池ケース１１を有している。電池ケース１１内には、図３に示すように、組電池２０や制御基板１８などが収容されている。組電池２０は、直列に接続された複数（本実施形態では４つ）の蓄電素子２１からなる。

以下の説明において、図２および図３を参照する場合、上下方向とは、電池ケース１１が設置面に対して傾きなく水平に置かれた時の電池ケース１１の上下方向を基準とする。前後方向とは、電池ケース１１の短辺部分に沿う方向（奥行き方向）を基準として図示左手前側を前側とする。左右方向とは、電池ケース１１の長辺部分に沿う方向を基準とし、図示右手前側を右方向として説明する。

電池ケース１１は、合成樹脂製であって、図３に示すように、上方に開口する箱型のケース本体１３と、複数の蓄電素子２１を位置決めする位置決め部材１４と、ケース本体１３の上部に装着される中蓋１５と、中蓋１５の上部に装着される上蓋１６とを備える。

ケース本体１３内には、複数（本実施形態は、４つ）の蓄電素子２１が個別に収容される４つのセル室１３Ａが左右方向に並んで設けられている。

蓄電素子２１は、黒鉛、易黒鉛化カーボン、難黒鉛化カーボンなどのグラファイト系材料の負極活物質と、リン酸鉄リチウムなどのリン酸鉄系の正極活物質とを使用したリチウムイオンセルであり、通常使用における上限電圧は３．５［Ｖ］に設定されている。

位置決め部材１４は、図３に示すように、複数のバスバー１７が上面に配置されている。位置決め部材１４は、ケース本体１３内に配置された複数の蓄電素子２１の上部に配置されることで各蓄電素子２１を位置決めする。各蓄電素子２１は、複数のバスバー１７によって４つの蓄電素子２１が直列に接続されている。４つの蓄電素子２１は、組電池２０を構成する。４つの蓄電素子２１を直列に接続した組電池２０の上限電圧は１４．０［Ｖ］である。

中蓋１５は、平面視略矩形状である。中蓋１５の内部には、制御基板１８が収容可能である。中蓋１５がケース本体１３に装着されると、組電池２０と制御基板１８とが接続される。

中蓋１５の左右方向両端部には、図２および図３に示すように、車両１に設けられた図示しないバッテリ端子が接続され一対の外部端子部１２が設けられている。一対の外部端子部１２は、中蓋１５に埋設された状態で設けられている。一対の外部端子部１２は、鉛合金等の金属からなる。一対の外部端子部１２のうち、一方が正極端子部１２Ｐであり、他方が負極端子部１２Ｎである。

一対の外部端子部１２には、商用電源を用いた外部充電器ＣＨが接続可能である。外部充電器ＣＨは、充電初期に定電流で充電する。外部充電器ＣＨは、組電池２０の電池電圧が設定電圧まで上昇すると、その電池電圧を維持して充電を継続する、いわゆる定電流定電圧充電を行う。このように、外部充電器ＣＨは、定電流定電圧充電で、組電池２０を充電する。

次に、蓄電装置１０の電気的構成について、図４を参照して説明する。
蓄電装置１０は、図４に示すように、組電池２０と、電池管理装置（以下、「ＢＭＵ」という）３０と、電流センサ４１と、電流遮断装置４２と、温度センサ４３と、放電回路４４とを備える。組電池２０、ＢＭＵ３０、電流センサ４１、電流遮断装置４２、温度センサ４３、放電回路４４は、電池ケース１１内に配置されている。

組電池２０と、電流センサ４１と、電流遮断装置４２とは、通電路Ｌを介して直列に接続されている。組電池２０の正極は、電流遮断装置４２を介して正極端子部１２Ｐに接続され、負極が電流センサ４１を介して負極端子部１２Ｎに接続されている。蓄電装置１０は、車両１に搭載されると、正極端子部１２Ｐと負極端子部１２Ｎとが、電源ケーブルなどによって車両負荷３、車両発電機４、車両ＥＣＵ５などと電気的に接続される。

電流センサ４１は、通電路Ｌに流れる電流を計測するセンサである。電流センサ４１は、信号線Ｌ１によってＢＭＵ３０に接続されている。電流センサ４１によって計測される電流計測値は、信号線Ｌ１を通じてＢＭＵ３０に取り込まれる。

電流遮断装置４２は、ＦＥＴ等の半導体スイッチやリレーである。電流遮断装置４２は、ＢＭＵ３０からの制御信号に応答して、組電池２０と正極端子部１２Ｐとの間の電流を遮断する。

温度センサ４３は、接触式あるいは非接触式であって、組電池２０の温度を計測する。温度センサ４３は、信号線Ｌ２によってＢＭＵ３０に接続されており、温度センサ４３によって計測された温度計測値は、信号線Ｌ２を通じてＢＭＵ３０に取り込まれる。

放電回路４４は、図４および図５に示すように、蓄電素子２１と並列接続となるように、各蓄電素子２１にそれぞれ設けられている。放電回路４４は、放電抵抗Ｒと放電スイッチＳとが直列に接続された回路である。放電回路４４は、ＢＭＵ３０からの指令により、放電スイッチＳを閉状態にすることで蓄電素子２１を個別に放電する。

ＢＭＵ３０は、電圧検出回路３１と、制御部３２とを備える。電流検出回路３１と制御部３２は、制御基板１８上に搭載されている。ＢＭＵ３０は、通電路Ｌに接続されることにより組電池２０から電力の供給を受けている。

電圧検出回路３１は、電圧検出線Ｌ４を介して、各蓄電素子２１の両端にそれぞれ接続されている。電圧検出回路３１は、ＣＰＵ３３からの指示に応答して、各蓄電素子２１のセル電圧および組電池２０の電池電圧（複数の蓄電素子２１の総電圧）を検出する。

制御部３２は、中央処理装置であるＣＰＵ３３と、メモリ３４と、通信部３５とを備える。

メモリ３４は、例えばフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリである。メモリ３４には、蓄電装置１０が車両１に搭載された際に、各蓄電素子２１または組電池２０の充電状態を管理する車載時制御プログラム、蓄電素子間の電圧を均等化する均等化プログラム、蓄電装置１０が外部充電器ＣＨによって充電される際の充電制御プログラムなどの各種プログラム、各種プログラムの実行に必要なデータ（許容電位差、第１電圧閾値、第１継続時間、第２電圧閾値、第２継続時間、電圧差閾値）などが記憶されている。

通信部３５は、電池ケース１１に設けられた図示しない接続コネクタを介して車両ＥＣＵ５と接続可能である。通信部３５と車両ＥＣＵ５とは、ＬＩＮ通信、もしくはＣＡＮ通信によって通信可能である。

ＣＰＵ３３は、メモリ３４に記憶された車載時制御プログラム、均等化プログラム、充電制御プログラムなどの各種プログラムを実行する。

車載時制御プログラムは、蓄電装置１０が車両１に搭載された際に、電流センサ４１、電圧検出回路３１、温度センサ４３などの出力信号から蓄電素子２１の電流、電圧などを常時あるいは定期的に監視する処理を含む。車載時制御プログラムは、異常を検出した場合には、電流遮断装置４２に制御信号を出力し、電流遮断装置４２が組電池２０と正極端子部１２Ｐとの間の電流を遮断することで、組電池２０に不具合が生じることを防ぐ処理を含む。

均等化プログラムは、各蓄電素子２１のセル電圧から蓄電装置１０の各蓄電素子２１間の充電容量のばらつきを常時あるいは定期的に監視する処理を含む。均等化プログラムは、各蓄電素子２１の電圧の差が所定値を超えた場合には、放電回路４４によって相対的に充電量が多い蓄電素子２１を放電し、各蓄電素子２１間の充電容量のばらつきを解消する処理を含む。

充電制御プログラムは、常時あるいは定期的に実行されており、各蓄電素子２１のセル電圧を監視する処理を含む。充電制御プログラムは、商用電源を用いる外部充電器ＣＨにより充電がされるなどして蓄電素子２１のセル電圧が上昇した場合に、各蓄電素子２１または組電池２０の充電状態を制御する処理（充電制御処理）を含む。

近年、エンジン始動用バッテリに用いられる鉛蓄電池がリチウムイオン組電池に置き換わるに伴って、鉛蓄電池用の外部充電器ＣＨによるリチウムイオン組電池の充電が求められている。鉛蓄電池用の外部充電器ＣＨは、１４．８［Ｖ］程度（一つの例）の充電を行う。鉛蓄電池用の外部充電器ＣＨによって蓄電装置１０を最大電圧で充電すると、各蓄電素子２１の充電容量が均等である場合には、各蓄電素子２１のセル電圧は、３．７［Ｖ］となる。正極活物質にリン酸鉄系を使用したリチウムイオンセルからなる蓄電素子は、セル当たりで、４．０［Ｖ］程度の充電電圧であれば、問題ない。各蓄電素子間において充電容量にばらつきがあると、最も電圧の高い蓄電素子が４．０［Ｖ］を超えて蓄電素子に不具合が生じる電圧に到達する場合がある。

本発明者らは、鋭意検討の結果、蓄電装置１０の組電池２０のように、複数の蓄電素子２１が直列接続されている場合、各蓄電素子２１のセル電圧の総和と充電電圧とは同一となることに着目した。そして、発明者らは、最も電圧の高い蓄電素子（以下、「最高電圧蓄電素子」ともいう）２１Ｕのみ放電させて、最高電圧蓄電素子２１Ｕ以外の他の蓄電素子２１の充電を継続させることで、最高電圧蓄電素子２１Ｕの電圧が下がりやすくなる傾向にあることを知見した。これにより、第１電圧閾値を超えた全ての蓄電素子を放電させる場合、最も電圧の低い蓄電素子よりも所定値以上電圧が高い全ての蓄電素子を放電させる場合に比べて、最高電圧蓄電素子２１Ｕの電圧が下がりやすくなる。

図６を参照し、説明する。
充電制御処理は、蓄電装置１０の組電池２０が、外部充電器ＣＨなどによって定電流定電圧充電される場合に、常時あるいは定期的に、ＣＰＵ３３により実行される。充電制御処理において、ＣＰＵ３３は、各蓄電素子２１のセル電圧が、メモリ３４に記憶された第１電圧閾値を超えているか判定する（Ｓ１１）。「第１電圧閾値」とは、２時間以上など長時間に亘って継続されると蓄電素子２１に不具合が生じる可能性のある電圧値である。

いずれの蓄電素子２１のセル電圧も第１電圧閾値を超えていない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ＣＰＵ３３は、充電制御処理を終了する。いずれかの蓄電素子２１のセル電圧が第１電圧閾値を超えている場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は、第１電圧閾値を超えた最高電圧蓄電素子２１Ｕのみの放電を放電回路４４によって行う（Ｓ１２）。詳細には、均等化プログラムにより、複数の蓄電素子２１が放電回路４４によって放電されている場合、ＣＰＵ３３は、複数の蓄電素子２１を放電する状態から最高電圧蓄電素子２１Ｕのみの放電に切り換える。全ての蓄電素子２１の放電が開始されていない場合、ＣＰＵ３３は、最高電圧蓄電素子２１Ｕのみの放電を開始する。Ｓ１２における最高電圧蓄電素子２１Ｕのみの放電が放電処理に相当する。

また、Ｓ１２の放電の開始とほぼ同時に、ＣＰＵ３３は、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が、メモリ３４に記憶された第２電圧閾値を超えているか判定する（Ｓ１３）。

Ｓ１３の判定の結果、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が、第２電圧閾値を超えていない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ３３は、Ｓ１４の処理を実行する。Ｓ１４では、ＣＰＵ３３は、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が、第１電圧閾値から第２電圧閾値の範囲に属している時間を算出（計測）する。ＣＰＵ３３は、算出した時間が、第１継続時間を超えて継続されているか判定する（Ｓ１４）。

Ｓ１４の判定の結果、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が、第１電圧閾値から第２電圧閾値の範囲に属している時間が、第１継続時間を超えていない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ＣＰＵ３３は、充電制御処理を終了する。最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が、第１電圧閾値から第２電圧閾値の範囲に属している時間が、第１継続時間を超えて継続されている場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は、電流遮断装置４２に制御信号を出力する。制御信号が入力された電流遮断装置４２は、組電池２０と正極端子部１２Ｐとの間の電流を遮断する（Ｓ１５）。これにより、充電が停止され、充電制御処理は終了する。Ｓ１５の処理（最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が、第１電圧閾値から第２電圧閾値の範囲に属している時間が、第１継続時間を超えた場合に、電流遮断装置４２によって充電を停止する）が停止処理に相当する。

Ｓ１３の判定の結果、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が、第２電圧閾値を超えている場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が、第２継続時間を超えて継続しているか判定する（Ｓ１６）。

最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が、第２継続時間を超えて継続していない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ＣＰＵ３３は、Ｓ１４において、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が、第１電圧閾値から第２電圧閾値の範囲に属している時間が、第１継続時間を超えているか判定する。

Ｓ１６の判定の結果、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が、第２継続時間を超えて継続されている場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は、電流遮断装置４２に制御信号を出力する。制御信号が入力された電流遮断装置４２によって組電池２０と正極端子部１２Ｐとの間の電流を遮断する。これにより、充電が停止され、充電制御処理は終了する。

図７は、セル電圧と時間との関係において、充電を許容できる充電許容領域Ａ１と、充電を許容できない充電非許容領域Ａ２とを示すグラフである。図７のＸ軸は最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧［Ｖ］、Ｙ軸は時間［ｍｉｎ］を示す。Ｙ軸の時間［ｍｉｎ］は放電開始からの時間を示す。

図７では、セル電圧が第１電圧閾値である４．０［Ｖ］を超えていない領域を第１許容領域Ａ１１とする。セル電圧が第１電圧閾値である４．０［Ｖ］を超えており、かつ放電時間が第１継続時間である２時間を超えるまでの領域を第２許容領域Ａ１２とする。充電を許容できる充電許容領域Ａ１は、第１許容領域Ａ１１と第２許容領域Ａ１２とを合わせた領域である。セル電圧が第２電圧閾値である４．６［Ｖ］を超えており、かつ放電時間が第２継続時間である２秒を超えるまでの領域も、充電を許容できる充電許容領域Ａ１に含まれる。セル電圧が第２電圧閾値である４．６［Ｖ］を超えており、かつ放電時間が第２継続時間である２秒を超えるまでの領域は、非常に小さな領域であるため、図７では省略している。セル電圧が第２電圧閾値である４．６［Ｖ］を超えて、放電時間が第２継続時間である２秒を超えた領域を第１非許容領域Ａ２１とする。セル電圧が第１電圧閾値である４．０［Ｖ］を超えて、かつ、放電時間が第１継続時間である２時間を超えた領域を第２非許容領域Ａ２２とする。充電を許容できない充電非許容領域Ａ２は、第１非許容領域Ａ２１と第２非許容領域Ａ２２とを合わせた領域である。

図８は、蓄電装置１０を鉛蓄電池用の外部充電器ＣＨで充電した際の各蓄電素子２１のセル電圧（組電池２０の電池電圧）の時間推移を示している。図８では、Ｘ軸を時間［ｍｉｎ］、Ｙ軸を蓄電素子２１のセル電圧［Ｖ］および組電池２０の電池電圧（複数の蓄電素子２１の総電圧）で表している。Ｘ軸の時間は、充電開始からの時間を示している。

図８に示すように、蓄電装置１０の組電池２０の充電が開始されると、各蓄電素子２１のセル電圧および組電池２０の電池電圧が上昇し、各蓄電素子２１間の充電容量にばらつきが生じる。充電開始後、約３分が経過すると、最も電圧の低い蓄電素子（以下、「最低電圧蓄電素子」ともいう）２１Ｌである第１蓄電素子αの電圧と他の３つの蓄電素子２１との電圧差が大きくなる。電圧差が大きくなると、均等化プログラムによって、ＣＰＵ３３は、最低電圧蓄電素子２１Ｌである第１蓄電素子α以外の蓄電素子２１を各放電回路４４により放電する処理を開始する。

最も電圧の高い最高電圧蓄電素子２１Ｕである第４蓄電素子βと他の蓄電素子２１との間のセル電圧のばらつきが所定値以上になっていると、図８に示すように、第４蓄電素子βと他の蓄電素子２１との間のセル電圧のばらつきが大きくなる。この結果、最高電圧蓄電素子２１Ｕである第４蓄電素子βのセル電圧が急上昇する。

Ｓ１１において、ＣＰＵ３３は、蓄電素子２１のセル電圧が第１電圧閾値（４．０［Ｖ］）を超えていないか判定する。充電後約４分の時点で、第４蓄電素子βのセル電圧は、約４．３［Ｖ］となり、第１電圧閾値（４．０［Ｖ］）を超えている（図８を参照）。ＣＰＵ３３は、Ｓ１２において第４蓄電素子β以外の蓄電素子２１の放電を停止し、第４蓄電素子βのみの放電に切り換える。

これと同時に、ＣＰＵ３３は、Ｓ１３において、第４蓄電素子βのセル電圧が、第２電圧閾値（４．６［Ｖ］）を超えていないか判定する。図８では、第４蓄電素子βのセル電圧は、第２電圧閾値（４．６［Ｖ］）を超えていないため、Ｓ１４において、ＣＰＵ３３は、第４蓄電素子βのセル電圧が、第１電圧閾値（４．０［Ｖ］）から第２電圧閾値（４．６［Ｖ］）の範囲に属している時間を算出（計測）する。つまり、ＣＰＵ３３は、セル電圧が第１電圧閾値を超えてから、セル電圧が第１電圧閾値と第２電圧閾値との間の電圧を維持している時間を計測する。そして、ＣＰＵ３３は、算出した時間が、第１継続時間（２時間）を超えているか判定する。

判定の結果、第４蓄電素子βのセル電圧が第１電圧閾値（４．０［Ｖ］）から第２電圧閾値（４．６［Ｖ］）の範囲に属している時間が、第１継続時間（２時間）を超えている場合には、ＣＰＵ３３は、電流遮断装置４２によって充電電流を遮断する。

充電制御処理では、蓄電素子２１のセル電圧が第１電圧閾値を超えている場合、Ｓ１２において、ＣＰＵ３３は、最低電圧蓄電素子である第１蓄電素子α以外の第２蓄電素子～第４蓄電素子を全て放電する状態から、第４蓄電素子βのみの放電に切り換える。この結果、図８に示すように、第４蓄電素子βのセル電圧が第１電圧閾値（４．０［Ｖ］）から第２電圧閾値（４．６［Ｖ］）の範囲に属している時間は、約１継続時間である。したがって、各蓄電素子２１の電圧のばらつきが第１継続時間以内に解消されているため、その後の充電を継続できる。

図９は、第４蓄電素子β１以外の蓄電素子２１の放電を停止しない比較用の蓄電装置における各蓄電素子の時間推移を示している。図９では、Ｘ軸を時間［ｍｉｎ］、Ｙ軸を蓄電素子２１のセル電圧［Ｖ］および組電池２０の電池電圧（複数の蓄電素子２１の総電圧）で表している。

最低電圧蓄電素子である第１蓄電素子α以外の第２蓄電素子～第４蓄電素子を全て放電する場合、図９に示すように、最低電圧蓄電素子２１Ｌである第１蓄電素子α１の電圧と、他の３つの蓄電素子２１との電圧差が大きくなった時点で、ＣＰＵ３３は、次の処理を行う。ＣＰＵ３３は、均等化プログラムによって、第１蓄電素子α１以外の蓄電素子２１を各放電回路４４により放電する処理を開始する。放電開始後、最高電圧蓄電素子２１Ｕである第４蓄電素子β１のセル電圧が第１電圧閾値（４．０［Ｖ］）を超えた場合でも、最低電圧蓄電素子２１Ｌである第１蓄電素子α１以外の全ての蓄電素子２１の放電が継続される。

最低電圧蓄電素子２１Ｌである第１蓄電素子α１以外の全ての蓄電素子２１の放電が継続される場合、第４蓄電素子βは放電され難くなる。そのため、図９に示すように、第４蓄電素子β１のセル電圧が、第１電圧閾値（４．０［Ｖ］）から第２電圧閾値（４．６［Ｖ］）の範囲に属している時間が、第１継続時間（２時間）を超える。第４蓄電素子β１のセル電圧が第１電圧閾値から第２電圧閾値の範囲に属している時間が、第１継続時間（２時間）を超えると、蓄電素子２１に不具合が生じる場合があるとして、ＣＰＵ３３が、電流遮断装置４２によって充電電流を遮断する。

蓄電装置１０によると、最高電圧蓄電素子２１Ｕである第４蓄電素子βのセル電圧が、第１電圧閾値（４．０［Ｖ］）を超えた場合、ＣＰＵ３３は、第４蓄電素子β以外の蓄電素子２１の放電を停止し、最高電圧蓄電素子２１Ｕである第４蓄電素子βのみの放電に切り換える。これにより、第４蓄電素子βは放電され易くなり、最高電圧蓄電素子２１Ｕである第４蓄電素子βのセル電圧を速やかに低下させることができる。

最高電圧蓄電素子２１Ｕのみの放電に切り換えることで、第１電圧閾値を超えた全ての蓄電素子を放電させたり、最も電圧の低い最低電圧蓄電素子から所定値以上電圧が高い全ての蓄電素子を放電する場合に比べて、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧を低下させることができる。各蓄電素子２１に不具合が生じることを抑制しつつ、蓄電装置１０の充電を継続できる。

仮に、第４蓄電素子βのセル電圧が、第１電圧閾値（４．０［Ｖ］）から第２電圧閾値（４．６［Ｖ］）の範囲に属している時間が、第１継続時間（２時間）を超えた場合、ＣＰＵ３３は、電流遮断装置４２によって充電電流を遮断する。また、第４蓄電素子βのセル電圧が第２電圧閾値（４．６［Ｖ］）を超えたりした場合、ＣＰＵ３３は、電流遮断装置４２によって充電電流を遮断する。充電電流の遮断により、最高電圧蓄電素子２１Ｕである第４蓄電素子βや組電池２０、蓄電装置１０に不具合が生じることを抑制することができる。

（実施形態２）
実施形態２について図１０を参照して説明する。
実施形態２の充電制御処理は、実施形態１の充電制御処理に対して一部の処理を変更している。以下の説明において、実施形態１と共通する構成、作用、および効果については重複するため、その説明を省略する。また、実施形態１と同じ構成については同一の符号を用いるものとする。

実施形態２の充電制御処理において、図１０に示すように、ＣＰＵ３３は、蓄電素子２１のセル電圧が第１電圧閾値（４．０［Ｖ］）を超えていないか判定する（Ｓ１１）。Ｓ１１の処理において、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が第１電圧閾値を超えている場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧と最低電圧蓄電素子２１Ｌのセル電圧との電圧差を算出する。ＣＰＵ３３は、算出した電位差が、メモリ３４に記憶された電圧差閾値を超えているか判定する（Ｓ２１）。「電圧差閾値」とは、電圧差の許容値であり、一例として、６００［ｍＶ］である。「電圧差閾値」は、放電回路４４を動作させても、蓄電素子２１間の充電容量(セル電圧）のばらつきを解消するための時間が長くなり、蓄電素子２１に劣化等の不具合が生じない範囲を超える電圧差である。

Ｓ２１の結果、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧と最低電圧蓄電素子２１Ｌのセル電圧との電圧差が電圧差閾値を超えていない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ＣＰＵ３３は、Ｓ１２以降を実行する。電圧差が電圧差閾値を超えている場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は、第１継続時間（２時間）よりも短い第３継続時間（１０秒）を第１継続時間として設定し（Ｓ２２）、Ｓ１２以降を実行する。

蓄電素子２１間のセル電圧の差が、電圧差閾値よりも大きい場合には、ＣＰＵ３３は、蓄電素子２１間の充電容量のばらつきが大きすぎると判断する。放電回路４４によって放電を行っても、蓄電素子２１間の充電容量のばらつきを解消させるには長時間を要する。このため、第３継続時間を第１継続時間として設定する。これにより、当初設定されていた第１継続時間の経過を待たずして、第３継続時間が経過したところで充電を停止することができる。

放電回路４４を動作させても、蓄電素子２１間の充電容量(セル電圧）のばらつきを解消するための時間が長くなるような電圧差の場合には、第１継続時間を短縮する。これにより、最高電圧蓄電素子２１Ｕや組電池２０に対して負担の大きい充電を行うことを回避することができる。

（他の実施形態）
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。

（１）上記実施形態では、鉛蓄電池用の外部充電器ＣＨによって蓄電装置１０を充電する場合に、充電制御処理を実行した。充電制御処理は、リチウムイオン電池用の外部充電器によって蓄電装置１０を充電する場合に、実行してもよい。

（２）上記実施形態では、第１電圧閾値を４．０［Ｖ］、第２電圧閾値を４．６［Ｖ］、第１継続時間を２時間、第２継続時間を２秒、第３継続時間を１０秒、電圧差閾値を６００［ｍＶ］に設定した。第１電圧閾値、第２電圧閾値、第１継続時間、第２継続時間、第３継続時間、電圧差閾値は、実施形態の数値例に限らず、蓄電素子の特性に合わせて適宜変更してもよい。

（３）上記実施形態では、ＣＰＵ３３は、常時あるいは定期的に充電制御処理を実行した。充電制御処理は、外部充電器による充電が開始された場合に行ってもよい。例えば、ＢＭＵが、車両とＬＩＮ通信していない状態で充電電流を検出した場合に、外部充電器による充電が開始されたと判断し、充電制御処理を実行してもよい。

（４）上記実施形態２では、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧が、第１電圧閾値を超えていると判断した場合に、ＣＰＵ３３は、最高電圧蓄電素子２１Ｕのセル電圧と最低電圧蓄電素子２１Ｌのセル電圧との電圧差を算出した。更に、ＣＰＵ３３は、算出した電圧差に基づいて、蓄電素子間の充電容量(セル電圧）のばらつきを判定した。ＣＰＵ３３は、前回の放電回路の動作からの時間に基づいて、充電容量(セル電圧）のばらつきを判定してもよい。蓄電装置を出荷する際の充電容量のばらつきに基づいて、充電容量(セル電圧）のばらつきを判定してもよい。

（５）上記実施形態では、蓄電素子２１はリチウムイオンセルであった。蓄電素子はリチウムイオンセル以外の電池セルやキャパシタであってもよい。

（６）上記実施形態では、車両１に搭載された蓄電装置１０を、外部充電器ＣＨで充電した。外部充電器ＣＨは、定電流での充電後、組電池２０の総電圧が設定電圧に到達した時点で定電圧充電に切り換える。外部充電器ＣＨは、例えば、充電電流が閾値以下になると、充電を停止する。各蓄電素子２１の電圧を監視せず、組電池２０の総電圧や充電電流だけを監視しながら、蓄電装置１０の充電を制御する充電方式の場合、蓄電素子間でセル電圧に差があっても、総電圧が設定電圧を維持していれば、充電が継続される。各蓄電素子のセル電圧に応じて充電を制御することは出来ないので、蓄電素子間でセル電圧に差があると、一部のセル電圧が上昇し易い。本発明は、蓄電装置を充電する装置が組電池２０の総電圧や充電電流だけを監視しながら充電する場合、その蓄電装置に対して、広く適用することが出来る。蓄電装置を充電する装置は、組電池２０の総電圧や充電電流だけを監視しながら充電する装置であれば、外部充電器ＣＨに限らず、車両１に搭載されたオルタネータでもよい。

ＢＭ３０が車両１との通信機能を有していない場合、ＢＭ３０が各蓄電素子２１の電圧を監視していても、その情報は、車両１に伝達されない。そのため、車両１のオルタネータは、各蓄電素子２１の電圧を監視せず、組電池２０の総電圧や充電電流だけを監視しながら、蓄電装置１０を充電する。従って、ＢＭ３０との通信機能を有していない車両１に搭載された蓄電装置１０にも、本発明を適用することができる。

（７）上記実施形態では、蓄電装置１０を自動四輪車に搭載したが、自動二輪車に搭載してもよい。自動二輪車に搭載されたオルタネータは、一般的に、組電池２０の総電圧や充電電流だけを監視しながら蓄電装置１０を充電する。自動二輪に搭載された蓄電装置１０に本技術を適用することで、最も電圧の高い蓄電素子の電圧上昇を抑制しつつ、充電を継続できる。

（８）上記実施形態では、蓄電装置１０を車両１に搭載した。本発明は、車両用の蓄電装置１０に限定されず、産業用に用いられる蓄電装置に適用してもよい。例えば、無停電電源装置用の蓄電装置、太陽光発電システム用の蓄電装置、又は電力系統の需要設備（負荷設備）に設けられたデマンド制御用（使用電力量のピーク値を抑える制御用）の蓄電装置に適用してもよい。産業用の蓄電装置は、車両用に比べて組電池２０の総電圧が高く、蓄電素子２１の直列数が多い。直列数が多いと、各蓄電素子の電圧ばらつきが積み重なる。積み重なった電圧ばらつきは、最も充電率が高いセルに加わるため、各蓄電素子の電圧ばらつきは小さくても、最も充電率の高いセルが異常な電圧に到達する場合がある。産業用の蓄電装置に本発明を適用することで、最も電圧の高い蓄電素子の電圧上昇を抑えながら、充電を継続できる。

（９）上記実施形態では、充電中に、いずれかの蓄電素子２１のセル電圧が、第１電圧閾値を超えている場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は、第１電圧閾値を超えた最高電圧蓄電素子２１Ｕのみ放電回路４４により放電した。ＣＰＵ３３は、充電中に、いずれかの蓄電素子２１のセル電圧が任意の電圧閾値を超えた場合、最高電圧蓄電素子２１Ｕのみ放電回路４４により放電してもよい。例えば、ＣＰＵ３３は、いずれかの蓄電素子２１のセル電圧が第１電圧閾値４Ｖより小さい電圧閾値（一例として３．５Ｖ）を超えた場合、最高電圧蓄電素子２１Ｕのみ放電回路４４により放電してもよい。また、ＣＰＵ３３は、いずれかの蓄電素子２１のセル電圧が第１電圧閾値４Ｖより大きく第２電圧閾値４．６Ｖより小さい電圧閾値（一例として４．１Ｖ）を超えた場合、最高電圧蓄電素子２１Ｕのみ放電回路４４により放電してもよい。

１０：蓄電装置
２１：蓄電素子
３０：ＢＭＵ（「制御部」の一例）
３１：電圧検出回路（「電圧検出部」の一例）
３２：制御部
４４：放電回路
ＣＨ：外部充電器

Claims (10)

1. 直列に接続された複数の蓄電素子と、
   前記複数の蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記蓄電素子を放電する放電回路と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記複数の蓄電素子のうちの最も電圧が高い蓄電素子のみを前記放電回路により放電させる放電処理と、
   最も電圧が高い前記蓄電素子の電圧が第１電圧閾値を超えた状態で第１継続時間を経過した場合に充電を停止させる、もしくは、最も電圧が高い前記蓄電素子の電圧が、前記第１電圧閾値よりも大きい第２電圧閾値を超えた状態で前記第１継続時間よりも短い第２継続時間を経過した場合に充電を停止させる停止処理とを実行する蓄電装置。
2. 前記制御部は、前記複数の蓄電素子のうち最も電圧が高い前記蓄電素子が前記第１電圧閾値を超えた場合に、前記放電処理を行う、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記制御部は、前記複数の蓄電素子の電圧の差が電圧差閾値よりも大きい場合に、第１継続時間よりも短い第３継続時間を第１継続時間として設定する請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記蓄電素子は、リチウムイオンセルであり、
   前記複数の蓄電素子は、鉛蓄電池用の外部充電器によって充電可能である請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の蓄電装置。
5. 直列に接続された複数の蓄電素子と、
   前記複数の蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記蓄電素子を放電する放電回路と、
   制御部と、を備え、
   前記蓄電素子は、リチウムイオンセルであり、
   前記複数のリチウムイオンセルは、鉛蓄電池用の外部充電器によって充電可能であり、
   鉛蓄電用の外部充電器は、１セル当たりの充電電圧が前記リチウムイオンセルの上限電圧よりも高く、
   前記制御部は、前記複数のリチウムイオンセルが充電器によって充電される際に、前記複数のリチウムイオンセルのうちの最も電圧が高いリチウムイオンセルのみを放電させる蓄電装置。
6. 直列に接続された複数の蓄電素子と、
   前記複数の蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記蓄電素子を放電する放電回路と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記複数の蓄電素子の充電中、前記複数の蓄電素子のうちの最も電圧が高い蓄電素子のみを放電させることより、他の蓄電素子の電圧を上昇させる蓄電装置。
7. 直列に接続された複数の蓄電素子のうちの最も電圧が高い前記蓄電素子のみを放電させる放電処理と、
   最も電圧が高い前記蓄電素子の電圧が第１電圧閾値を超えた状態で第１継続時間を経過した場合に充電を停止させる、もしくは、最も電圧が高い前記蓄電素子の電圧が前記第１電圧閾値よりも大きい第２電圧閾値を超えた状態で前記第１継続時間よりも短い第２継続時間を経過した場合に充電を停止させる停止処理と、を含む蓄電素子の制御方法。
8. 請求項７に記載の制御方法であって、
   前記放電処理を、前記複数の蓄電素子のうち最も電圧が高い前記蓄電素子が前記第１電圧閾値を超えた場合に、行う、制御方法。
9. 直列に接続された複数のリチウムイオンセルが、１セル当たりの充電電圧が前記リチウムイオンセルの上限電圧よりも高い鉛蓄電池用の外部充電器によって充電される際に、前記複数のリチウムイオンセルのうちの最も電圧が高いリチウムイオンセルのみを放電させるリチウムイオンセルの制御方法。
10. 直列に接続された複数の蓄電素子の充電中に、前記複数の蓄電素子のうちの最も電圧が高い蓄電素子のみを放電させることにより、他の蓄電素子の電圧を上昇させる、蓄電素子の制御方法。

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