JP7842674B2 - 充放電回路の制御方法、及び充放電回路の制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数の２次電池を用いた充放電回路の制御方法、及び充放電回路の制御プログラムに関する。

例えば、モーターのように比較的大きな電力を消費する負荷に電力を供給するバッテリーは、２次電池を直列に接続した複数のストリング（「組電池」ともいう）によって構成される。こうしたストリングが性能を発揮するためには、ストリングを構成する各々の２次電池の充電率（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）や電圧といった性能をできるだけ均等にすることが求められる。

そのため、特許文献１には、容量差のある２次電池に抵抗を接続することで放電し、各電池の容量差を小さくする制御方法が開示されている。

特許文献２には、他の２次電池より容量の大きい２次電池によってインダクタに電力をチャージし、インダクタから他の２次電池より容量の少ない２次電池に電力を供給することで、各電池の容量差を小さくする制御方法が開示されている。

特許文献３には、蓄電池の劣化速度を求め、劣化速度がより小さい蓄電池における充放電量が大きくなるように配分率を設定する充放電配分制御装置が開示されている。

特許文献４には、ストリングを構成する複数の２次電池の中から劣化している２次電池を検出し、劣化している２次電池と正常な２次電池の放電特性分布に基づき、劣化している２次電池の容量調整を行う容量調整装置が開示されている。

特開平１１－２９９１２２号公報 国際公開第２０２０／０４９９０９号 特開２０１８－１９１５００号公報 特開２００３－６１２５７号公報

特許文献１及び特許文献２では、一方のストリングから他方のストリングに流れ込む流れ込み電流が少なくなるようにストリング間の電位差に着目した充放電制御が行われている。

特許文献３及び特許文献４では、ストリングを構成する２次電池の劣化度合いに着目した充放電制御が行われている。

しかしながら、流れ込み電流及びストリングを構成する２次電池の劣化度合いの何れか一方に基づいて２次電池の充放電制御を行うよりも、流れ込み電流とストリングを構成する２次電池の劣化度合いの両方に基づいて２次電池の充放電制御を行った方が、ストリングを構成する２次電池の充電状態や電圧を、無駄なエネルギーを抑えて均等にすることができる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ストリングの流れ込み電流とストリングを構成する２次電池の劣化度合いの両方に基づいて２次電池の充放電制御を行うことができる充放電回路の制御方法、及び充放電回路の制御プログラムを提供することを目的とする。

第１態様に係る充放電回路の制御方法は、直列に接続される２次電池の数がスイッチによって変化する複数のストリングが負荷に対して並列に接続されている２次電池の充放電回路において、前記負荷の要求電力以上の電力を前記負荷に供給するように、前記ストリング毎に、充電容量の大きさに基づいて表される２次電池の劣化度合いが高い方から順に２次電池を選択し、前記劣化度合いに着目して選択した２次電池によって構成される各々の前記ストリングの電圧、各々の前記ストリングの内部インピーダンス、及び前記負荷の内部インピーダンスを用いて、各々の前記ストリングに流れる流れ込み電流を推定し、前記劣化度合いに着目して選択した２次電池の少なくとも１つを含むように、推定した各々の前記流れ込み電流が、前記ストリングにおける前記流れ込み電流の許容値以下となるような２次電池の組み合わせを前記ストリング毎に選択し直し、再選択後の２次電池の組み合わせによって各々の前記ストリングが構成されるように前記充放電回路のスイッチの開閉状態を制御する処理をコンピュータが実行する方法である。

第２態様に係る充放電回路の制御プログラムは、直列に接続される２次電池の数がスイッチによって変化する複数のストリングが負荷に対して並列に接続されている２次電池の充放電回路において、前記負荷の要求電力以上の電力を前記負荷に供給するように、前記ストリング毎に、充電容量の大きさに基づいて表される２次電池の劣化度合いが高い方から順に２次電池を選択し、前記劣化度合いに着目して選択した２次電池によって構成される各々の前記ストリングの電圧、各々の前記ストリングの内部インピーダンス、及び前記負荷の内部インピーダンスを用いて、各々の前記ストリングに流れる流れ込み電流を推定し、前記劣化度合いに着目して選択した２次電池の少なくとも１つを含むように、推定した各々の前記流れ込み電流が、前記ストリングにおける前記流れ込み電流の許容値以下となるような２次電池の組み合わせを前記ストリング毎に選択し直し、再選択後の２次電池の組み合わせによって各々の前記ストリングが構成されるように前記充放電回路のスイッチの開閉状態を制御する処理をコンピュータに実行させるプログラムである。

本発明によれば、ストリングの流れ込み電流とストリングを構成する２次電池の劣化度合いの両方に基づいて２次電池の充放電制御を行うことができる充放電回路の制御方法、及び充放電回路の制御プログラムを提供することができる、という効果を有する。

２次電池を用いた充放電システムの一例を示す図である。 制御装置の機能ブロックの一例を示す図である。 制御装置の電気系統の要部構成例を示す図である。 セルの充放電処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、本実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素及び同じ処理には全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明を省略する。

図１は、２次電池を用いた充放電システム１００の一例を示す図である。充放電システム１００は、充放電装置１と負荷４によって構成される。充放電システム１００では、充放電装置１の外部端子８－１と外部端子８－２との間に負荷４を接続し、充放電装置１から負荷４に電力を供給する。

充放電装置１は、充放電回路２と充放電回路２を制御する制御装置３を含む。充放電回路２には２次電池の一例である複数のセル７が含まれる。充放電回路２に含まれるセル７の種類に制約はなく、２次電池であれば、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、金属リチウム電池、リチウムイオンポリマー電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池（「ＮＡＳ電池」ともいう）等の何れであってもよい。

充放電回路２では、少なくとも１つ以上のセル７が直列に接続されることで、複数のストリング５が構成される。すなわち、ストリング５とは、直列に接続された少なくとも１つ以上のセル７によって構成される組電池の一例である。各々のストリング５の両極がそれぞれ外部端子８－１と外部端子８－２に接続されることにより、各々のストリング５が負荷４に対して並列に接続される。

図１に示す充放電回路２の例では、２つのストリング５が負荷４に対して並列に接続されているが、充放電回路２を構成するストリング５の数は複数であればよく、必ずしも２つに限定されるわけではない。

説明の便宜上、一方のストリング５を「ストリング５Ａ」と表し、他方のストリング５を「ストリング５Ｂ」と表す。ストリング５Ａ及びストリング５Ｂを区別して説明する必要がない場合、ストリング５Ａ及びストリング５Ｂを総称してストリング５と表す。これに伴い、ストリング５Ａに含まれるセル７を「セル７Ａ」と表し、ストリング５Ｂに含まれるセル７を「セル７Ｂ」と表す。また、セル７Ａは少なくとも１つ以上存在することから、各々のセル７Ａを区別して説明する場合には、「セル７Ａ－Ｎ_Ａ」と表す。ここで“Ｎ_Ａ”は１以上の整数を表す。同様に、各々のセル７Ｂを区別して説明する場合には、「セル７Ｂ－Ｎ_Ｂ」と表す。“Ｎ_Ｂ”も１以上の整数を表す。

図１に示す充放電回路２の例の場合、各々のストリング５には５個のセル７が含まれることから、“Ｎ_Ａ”及び“Ｎ_Ｂ”はそれぞれ“５”となる。なお、各々のストリング５に含まれるセル７の数は同じでなくてもよい。例えばストリング５Ａに含まれるセル７Ａの数が８個でストリング５Ｂに含まれるセル７Ｂの数が４個というように、ストリング５毎に含まれるセル７の数が異なってもよい。

更に、各々のストリング５には複数のスイッチ６が含まれ、スイッチ６の開閉状態を制御することによってストリング５を構成するセル７が選択できるようになっている。スイッチ６には、例えば半導体スイッチやリレーが用いられる。

説明の便宜上、ストリング５Ａに含まれるスイッチ６を「スイッチ６Ａ」と表し、ストリング５Ｂに含まれるスイッチ６を「スイッチ６Ｂ」と表す。また、各々のスイッチ６Ａを区別して説明する場合には、「スイッチ６Ａ－Ｍ_Ａ」と表す。ここで“Ｍ_Ａ”は１以上の整数を表す。同様に、各々のスイッチ６Ｂを区別して説明する場合には、「スイッチ６Ｂ－Ｍ_Ｂ」と表す。図１に示す充放電回路２の例の場合、各々のストリング５には１４個のスイッチ６が含まれることから、“Ｍ_Ａ”及び“Ｍ_Ｂ”はそれぞれ“１４”となる。各々のストリング５に含まれるセル７の数と同様に、各々のストリング５に含まれるスイッチ６の数は同じでなくてもよい。

各々のストリング５では、すべてのセル７の組み合わせを選択し、選択したセル７同士を直列に接続したうえで、直列に接続されたセル７の両端をストリング５の両極に接続できるようにスイッチ６が配置されている。すなわち、充放電回路２では、スイッチ６を制御して直列に接続されるセル７を選択することで、各々のストリング５の電圧を変化させることができる。また、充放電回路２では、スイッチ６を制御することで、負荷４に対して並列に接続されるストリング５を選択することができる。なお、ストリング５において選択されたセル７を「ストリング５を構成するセル７」という。

図１に示す充放電回路２の例の場合、ストリング５Ａを構成するセル７Ａとして、セル７Ａ－１～セル７Ａ－５が選択され、ストリング５Ｂを構成するセル７Ｂとして、セル７Ｂ－２～セル７Ｂ－５が選択されている。仮に、各々のセル７の電圧が同じであるとすれば、この場合、ストリング５Ａの電圧の方がストリング５Ｂの電圧よりも高くなる。したがって、矢印Ｆ１の方向に流れるストリング５Ａの電流は、矢印Ｆ２及び矢印Ｆ３で表す方向に分流して負荷４及びストリング５Ｂに流れ込む。すなわち、図１に示す充放電装置１は負荷４に電力を供給しながら、ストリング５Ｂを構成するセル７Ｂの充電を行う。

このように、充放電装置１では、スイッチ６の開閉状態を制御することにより、充放電対象のストリング５及びセル７を選択することができる。スイッチ６の開閉状態が変化すれば、ストリング５Ｂからストリング５Ａ及び負荷４に電流が流れ込み、負荷４に電力を供給しながら、ストリング５Ａを構成するセル７Ａの充電を行うこともある。以降では、ストリング５間の電位差によってストリング５に流れ込む電流を「流れ込み電流」という。

なお、ストリング５と外部端子８－１及び外部端子８－２との間にはそれぞれスイッチ６－１及びスイッチ６－２が接続され、スイッチ６－１又はスイッチ６－２をオフにすることによって充放電装置１から負荷４への電力の供給を停止することができる。

制御装置３は、充放電回路２に含まれるスイッチ６の開閉状態を制御し、充放電対象となるストリング５及びセル７を選択する。

図２は、こうした制御装置３の機能ブロックの一例を示す図である。図２に示すように、制御装置３は選択部３Ａ、推定部３Ｂ、及び制御部３Ｃの各機能部を含んで構成される。

選択部３Ａは、充放電回路２において、負荷４が要求する要求電力以上の電力を負荷４に供給するように、ストリング５毎にセル７の劣化度合いが高い方から順にセル７を選択する。

セル７の劣化度合いは、例えばＳＯＨ（Ｓｔａｔｅｓ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）のように、充電容量の大きさに基づく指標によって表される。ＳＯＨは、セル７の未使用時の満充電容量に対する現在の満充電容量の割合である。ＳＯＨが低い値であるほど、セル７の劣化度合いが高いことを示している。

推定部３Ｂは、ストリング５間のセル７のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）や、ストリング５内のセル７のＳＯＣにばらつきが認められる場合、選択部３Ａが選択したセル７によって構成される各々のストリング５の電圧と内部インピーダンス、及び負荷４の内部インピーダンスを用いて、各々のストリング５に流れる流れ込み電流を推定する。ＳＯＣはセル７の充電率とも呼ばれ、セル７の満充電容量に対する残容量の割合によって表される。

制御部３Ｃは、選択部３Ａがストリング５毎に選択したセル７の少なくとも１つを含むように、推定部３Ｂで推定した流れ込み電流が、流れ込み電流の流入先のストリング５における流れ込み電流の許容値以下となるようなセル７の組み合わせをストリング５毎に選択し直し、再選択後のセル７の組み合わせによって各々のストリング５が構成されるように充放電回路２のスイッチ６の開閉状態を制御する。

このような処理を行う制御装置３は、コンピュータ１０を用いて構成することができる。図３は、コンピュータ１０を用いて構成した制御装置３の電気系統の要部構成例を示す図である。

コンピュータ１０は、図２に示した各機能部の処理を実行するプロセッサの一例であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１を備える。また、コンピュータ１０は、コンピュータ１０の起動処理を行う起動プログラム（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＩＯＳ）を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２、ＣＰＵ１１の一時的な作業領域として利用されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３、不揮発性メモリ１４、及び入出力インターフェース(Ｉ／Ｏ)１５を備える。ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４、及びＩ／Ｏ１５はバス１６を介して各々接続されている。

不揮発性メモリ１４は、不揮発性メモリ１４に供給される電力が遮断されても記憶した情報が維持される記憶装置の一例であり、例えば半導体メモリが用いられるがハードディスクを用いてもよい。

Ｉ／Ｏ１５には、例えばＳＯＣ計測ユニット１７、ＳＯＨ計測ユニット１８、及び内部インピーダンス計測ユニット１９が接続される。

ＳＯＣ計測ユニット１７は、例えばセル７の開放電圧からＳＯＣを推定するＯＣＶ法等といった公知のＳＯＣ推定手法を用いて各々のセル７のＳＯＣを計測する。

ＳＯＨ計測ユニット１８は、例えばＳＯＣ計測ユニット１７で計測されたＳＯＣ－ＯＣＶ特性の変化によってＳＯＨを推定する変曲点推定法といった公知のＳＯＨ推定手法を用いて各々のセル７のＳＯＨを計測する。

内部インピーダンス計測ユニット１９は、例えば各々のセル７に試験抵抗を接続し、セル７から供給される電流とセル７の開放電圧と試験抵抗の抵抗値との関係からセル７の内部インピーダンスを推定するといった公知の内部インピーダンス推定手法を用いて、各々のセル７の内部インピーダンスを計測する。

なお、Ｉ／Ｏ１５に接続されるユニットは、必要に応じて取捨選択が可能である。例えば、充放電装置１が外部の装置とデータ通信を行う場合、Ｉ／Ｏ１５には通信ユニットが接続される。

次に、充放電装置１で実行されるセル７の充放電処理について説明する。

図４は、充放電装置１への負荷４の接続に伴い、外部から充放電指示を受け付けた場合に、制御装置３のＣＰＵ１１によって実行されるセル７の充放電処理の流れの一例を示すフローチャートである。

セル７の充放電処理を規定する制御プログラムは、例えば制御装置３の不揮発性メモリ１４に予め記憶されている。制御装置３のＣＰＵ１１は、不揮発性メモリ１４に記憶される制御プログラムを読み込み、セル７の充放電処理を実行する。制御プログラムは、充放電回路２におけるスイッチ６の開閉状態の制御を伴うセル７の充放電処理をＣＰＵ１１に実行させるプログラムである。したがって、不揮発性メモリ１４に記憶される制御プログラムは、充放電回路２の制御プログラムの一例である。

なお、不揮発性メモリ１４には、ストリング５毎に選択されたセル７を直列に接続するためのスイッチ６と開閉状態の対応付けが予め記憶されているものとする。また、不揮発性メモリ１４には、ＳＯＣ計測ユニット１７及びＳＯＨ計測ユニット１８でそれぞれ測定した各々のセル７のＳＯＣとＳＯＨが予め記憶されているものする。

まず、ステップＳ１０において、ＣＰＵ１１は、充放電装置１に含まれる各々のセル７の供給可能電力を合計して、充放電装置１の最大供給電力を算出する。

ステップＳ２０において、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０で算出した最大供給電力が負荷４の要求電力以上であるか否かを判定する。負荷４の要求電力としては、例えば予め不揮発性メモリ１４に記憶されている要求電力を用いればよいが、Ｉ／Ｏ１５に通信ユニットが接続されている場合、ＣＰＵ１１は、外部から通信ユニット経由で負荷４の要求電力を取得してもよい。充放電装置１の最大供給電力が負荷４の要求電力以上である場合、充放電装置１から負荷４に電力の供給が可能であるため、ステップＳ３０に移行する。

ステップＳ３０において、ＣＰＵ１１は、不揮発性メモリ１４に記憶される各々のセル７のＳＯＨを用いてセル７の劣化度合いを算出し、ストリング５毎に、セル７の劣化度合いが高い方から順に予め定めた数のセル７を選択する。ＳＯＨを用いたセル７の劣化度合いの算出方法には公知の算出方法を用いることができる。

このように、ＣＰＵ１１は、ストリング５に含まれるセル７のうち、劣化度合いの高いセル７を優先的に選択する。

以降では、他のセル７よりも劣化度合いが高いセル７として選択されたセル７を他のセル７と区別するために「劣化セル７」という。なお、ＣＰＵ１１は、ＳＯＨから算出される劣化度合いを示す値が、セル７が劣化していると認められる予め定めた範囲（「劣化範囲」という）に含まれているセル７を劣化セル７として選択してもよい。劣化セル７は、劣化度合いに着目して選択した２次電池の一例である。

ステップＳ４０において、ＣＰＵ１１は、ストリング５毎に選択した各々の劣化セル７の供給可能電力を合計して、劣化セル７による充放電装置１の供給電力を算出する。

ステップＳ５０において、ＣＰＵ１１は、ステップＳ４０で算出した供給電力が、負荷４の要求電力以上であるか否かを判定する。充放電装置１の供給電力が負荷４の要求電力未満である場合、このままでは負荷４を駆動することができない。したがって、ステップＳ６０に移行する。

ステップＳ６０において、ＣＰＵ１１は、何れかのストリング５に含まれるセル７の中から、ステップＳ３０でまだ劣化セル７として選択されていないセル７を選択して、選択したセル７を当該ストリング５の劣化セル７に追加する。その後、ステップＳ４０に移行する。ステップＳ４０において、ＣＰＵ１１は、ステップＳ６０で追加したセル７を含んだ各々の劣化セル７の供給可能電力を合計して、劣化セル７による充放電装置１の供給電力を算出し直す。すなわち、ＣＰＵ１１は、ステップＳ５０の判定処理によって、劣化セル７による供給電力が負荷４の要求電力以上となるまで、劣化セル７を追加しながらステップＳ４０～Ｓ６０の処理を繰り返し実行する。

この場合、ＣＰＵ１１は、劣化セル７として選択されていないセル７のうち、劣化度合いが高い方のセル７から順に劣化セル７に追加することが好ましい。また、ステップＳ３０において、劣化範囲に含まれているセル７を劣化セル７として選択した場合には、劣化度合いを示す値が劣化範囲に含まれていないセル７のうち、劣化度合いを示す値が劣化範囲に近い方のセル７から順に劣化セル７に追加することが好ましい。しかしながら、ＣＰＵ１１はこれに限らず、劣化セル７として選択されていないセル７であれば、何れのセル７を劣化セル７に追加してもよい。

一方、ステップＳ５０の判定処理において、劣化セル７による充放電装置１の供給電力が負荷４の要求電力以上であると判定された場合にはステップＳ７０に移行する。

ステップＳ７０において、ＣＰＵ１１は、選択した劣化セル７のＳＯＣにばらつきがあるか否かをストリング５毎に判定する。具体的には、ＣＰＵ１１は、ストリング５を構成する劣化セル７のうち、最大のＳＯＣと最小のＳＯＣの差分が、ＳＯＣがばらついていないとみなされる予め定めた範囲（「均等範囲」という）に含まれているか否かを判定する。ＣＰＵ１１は、ＳＯＣの差分が均等範囲に含まれていない場合、当該ストリング５ではＳＯＣにばらつきがあると判定する。すなわち、ＣＰＵ１１は、ストリング５を構成する劣化セル７の中に、他の劣化セル７よりも極端に高いＳＯＣ又は低いＳＯＣを示す劣化セル７が含まれる場合、選択した劣化セル７のＳＯＣにばらつきがあると判定する。選択した劣化セル７のＳＯＣにばらつきがあると判定された場合、ステップＳ８０に移行する。

ステップＳ８０において、ＣＰＵ１１は内部インピーダンス計測ユニット１９を制御して、各々のストリング５を構成する劣化セル７の内部インピーダンスを計測することによって、劣化セル７でストリング５を構成した場合のストリング５の内部インピーダンスをストリング５毎に算出する。また、ＣＰＵ１１は、各々のストリング５を構成する劣化セル７の電圧を合計して、劣化セル７でストリング５を構成した場合のストリング５の電圧をストリング５毎に算出する。

ストリング５間に電位差が生じる場合、電圧の高いストリング５から電圧の低いストリング５に対して流れ込み電流が流れる。したがって、ＣＰＵ１１は、各々のストリング５の電圧、各々のストリング５の内部インピーダンス、及び負荷４の内部インピーダンスを用いて、ストリング５に流れる流れ込み電流を推定する。

一方で、各々のストリング５には、流れ込み電流の許容値を表す許容電流値が存在する。したがって、ステップＳ９０において、ＣＰＵ１１は、劣化セル７の少なくとも１つが含まれるように劣化セル７に対してセル７の追加や削除を行うことで、ストリング５への流れ込み電流が許容電流値以下となるようなストリング５を構成するセル７の組み合わせをストリング５毎に選択し直す。すなわち、ＣＰＵ１１は、ストリング５を構成するセル７の組み合わせを、流れ込み電流を考慮してストリング５毎に選択し直す。

しかしながら、劣化セル７に基づいてセル７の組み合わせを調整しても、流れ込み電流が許容電流値以下となるようなセル７の組み合わせが存在しないこともある。したがって、ステップＳ１００において、ＣＰＵ１１は、ステップＳ９０で選択し直した再選択後のセル７の組み合わせによってストリング５に流れる流れ込み電流が許容電流値以下になっているか否かを判定する。流れ込み電流が許容電流値以下である場合には、ステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ１２０において、ＣＰＵ１１は、ステップＳ９０で選択し直した再選択後のセル７の組み合わせによって各々のストリング５が構成されるように、充放電回路２のスイッチ６の開閉状態を制御して、図４に示すセル７の充放電処理を終了する。すなわち、制御装置３は、流れ込み電流とストリング５を構成するセル７の劣化度合いの両方を考慮したセル７の充放電制御を行うことができる。

一方、ステップＳ１００の判定処理によって、劣化セル７に基づいてセル７の組み合わせを調整しても、流れ込み電流がストリング５の許容電流値を超えていると判定された場合には、ステップＳ１１０に移行する。

ステップＳ１１０において、ＣＰＵ１１は、ステップＳ９０で再選択し直す前の劣化セル７を、そのままストリング５を構成するセル７として選択してステップＳ１２０に移行する。この場合、ステップＳ１２０において、ＣＰＵ１１は、充放電装置１の供給電力が負荷４の要求電力以上となるように選択された劣化セル７によって各々のストリング５が構成されるように、充放電回路２のスイッチ６の開閉状態を制御して図４に示すセル７の充放電処理を終了する。

また、ステップＳ７０の判定処理によって劣化セル７のＳＯＣにばらつきがないと判定された場合には、ステップＳ８０～Ｓ１１０を実行することなく、ステップＳ１２０に移行する。この場合、ステップＳ１１０の処理を実行した後のステップＳ１２０の処理と同様に、ステップＳ１２０において、ＣＰＵ１１は、充放電装置１の供給電力が負荷４の要求電力以上となるように選択された劣化セル７によって各々のストリング５が構成されるように、充放電回路２のスイッチ６の開閉状態を制御して図４に示すセル７の充放電処理を終了する。

一方、ステップＳ２０の判定処理によって充放電装置１の最大供給電力が負荷４の要求電力未満であると判定された場合にはステップＳ１３０に移行する。

この場合、充放電装置１では負荷４を駆動させることができない。したがって、ステップＳ１３０において、ＣＰＵ１１は、負荷４の要求電力の低下を要請して図４に示すセル７の充放電処理を終了する。具体的には、ＣＰＵ１１は、アラーム音を鳴らしたりＬＥＤを点灯させたりして、ユーザに負荷４の要求電力を低下するように要請する。また、Ｉ／Ｏ１５に通信ユニットが接続されている場合、ＣＰＵ１１は、通信ユニット経由で負荷４の要求電力を低下するように要請してもよい。

なお、ステップＳ９０において、ストリング５への流れ込み電流が許容電流値以下となるように、セル７の組み合わせをストリング５毎に選択し直す場合、できるだけストリング５を構成するセル７の数が少なくなるようなセル７の組み合わせにしてもよい。

また、ステップＳ７０では、ストリング５を構成する劣化セル７のＳＯＣの差分と均等範囲を比較することで、選択した劣化セル７のＳＯＣにばらつきがあるか否かを判定した。しかしながら、ＳＯＣのばらつきの有無の判定方法はこれに限られない。例えばストリング５を構成する各々の劣化セル７のＳＯＣを合計してストリング５単位のＳＯＣを算出し、最大のＳＯＣを有するストリング５と最小のＳＯＣを有するストリング５におけるＳＯＣの差分が均等範囲に含まれていない場合に、ＳＯＣにばらつきがあると判定してもよい。

本開示の充放電装置１は、充放電回路２のスイッチ６を制御することで、各々のストリング５を構成するセル７を自由に選択することができるため、劣化度合いに関係なくセル７の容量を使い切ることができる。容量を使い切ったセル７は切り離すことができるため、負荷４へ電力を供給しながらセル７の交換を行うことができる。

また、セル７の放電では、劣化度合いの高いセル７ほど放電終了電圧に早く到達し、セル７の充電では、劣化度合いの高いセル７ほど早く電圧が上昇して充電が終了する。またセル７の放電では、ＳＯＣが低いほど早く放電が終了し、セル７の充電では、ＳＯＣが高いほど早く充電が完了する。したがって、ストリング５を構成するセル７にこうしたセル７が含まれる場合、他のセル７の充放電が完了していない場合であっても、充放電装置１における充放電が終了する。しかしながら、本開示の充放電装置１は、充放電回路２のスイッチ６を制御することで各々のストリング５を構成するセル７を自由に選択することができるため、ＳＯＣが０％や１００％に近づいているセル７や、他のセル７に比べて劣化度合いの高いセル７を切り離すことで充放電を継続することができる。

また、本開示の充放電装置１は、ストリング５を構成するセル７の数を変化させることで、充電するストリング５を切り替えることができ、かつ、流れ込み電流の大きさも調整することができる。したがって、充放電装置１から負荷４への電力供給、及び負荷４から充放電装置１への電力供給の何れの状態（「負荷４の充放電状態」という）においても、負荷４の充放電状態とは無関係にストリング５間の充放電を実現することができる。

劣化度合いの高いセル７では、劣化が進んでいない、いわゆる正常なセル７に比べて充放電幅が狭くなっているため、劣化度合いの高いセル７から取り出す電流は正常なセル７ほど大きくすることができない。本開示の充放電装置１は、ストリング５を構成するセル７の数を少なくすることでストリング５の電圧を低下させることができる。ストリング５の電圧を低下させればストリング５から供給される電流を小さくすることができるため、劣化度合いの高いセル７であってもストリング５を構成するセル７として用いることができる。

また、本開示の充放電装置１によれば、流れ込み電流を用いてセル７を充電することができるため、セル７のＳＯＣを上昇させることができる。したがって、他のセル７に比べてＳＯＣが低いセル７を優先してストリング５を構成するセル７に選択すれば、当該セル７に対して充電が行われるため、ストリング５に含まれるセル７のＳＯＣのばらつきを抑制することができる。逆に、他のセル７に比べてＳＯＣが高いセル７を優先してストリング５を構成するセル７に選択すれば、当該セル７から放電が行われるため、ストリング５に含まれるセル７のＳＯＣのばらつきを抑制することができる。

また、本開示の充放電装置１によれば、劣化度合いの高いセル７を優先してストリング５を構成するセル７にすることができるため、ストリング５から負荷４に供給する電力を一時的に増加させたいような場合にも対応することができる。具体的には、劣化度合いの高いセル７で構成されたストリング５から電力を供給すれば、当該ストリング５の電圧が低下するため、他のストリング５からの流れ込み電流が増加する。充電時において、劣化度合いの高いセル７は正常なセル７に比べて短時間で電圧が上昇する特徴を有する。したがって、劣化度合いの高いセル７は正常なセル７に比べて短時間で充電が完了するため、負荷４に供給する電力を一時的に増加させることができる。

また、流れ込み電流によって劣化度合いの高いセル７で構成されたストリング５に充電を行えば、正常なセル７で構成されたストリング５よりもストリング５の電圧が短時間に上昇する。したがって、ストリング５への流れ込み電流が減少し、その結果、負荷４に流れる電流が短時間に増加して、充放電システム１００のシステム効率を早急に改善することができる。更に、他のストリング５よりも電圧を高く設定したストリング５において、劣化度合いの高いセル７を優先してストリング５を構成するセル７に選択すれば、劣化度合いの高いセル７から放電が行われ、他のストリング５に流れ込み電流を供給する。劣化度合いの高いセル７から放電が行われると、正常なセル７から放電を行うよりもストリング５の電圧が短時間に低下する。したがって、ストリング５間の電位差が低下することでストリング５への流れ込み電流が減少し、その結果、負荷４に流れる電流が短時間に増加して、充放電システム１００のシステム効率を早急に改善することができる。

以上、実施形態を用いて充放電システム１００の一態様について説明したが、開示した充放電システム１００の形態は一例であり、充放電システム１００の形態は実施形態に記載の範囲に限定されない。本開示の要旨を逸脱しない範囲で実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、当該変更又は改良を加えた形態も開示の技術的範囲に含まれる。例えば本開示の要旨を逸脱しない範囲で、図４に示したセル７の充放電処理における内部の処理順序を変更してもよい。

また、上記の実施形態では、一例として、図４に示したセル７の充放電処理をソフトウェアで実現する形態について説明した。しかしながら、セル７の充放電処理のフローチャートと同等の処理をハードウェアで処理させるようにしてもよい。この場合、セル７の充放電処理をソフトウェアで実現した場合と比較して処理の高速化が図られる。

上記の実施形態において、プロセッサとは広義的なプロセッサを指し、汎用的なプロセッサ（例えばＣＰＵ１１）や、専用のプロセッサ（例えば ＧＰＵ：Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ、プログラマブル論理デバイス、等）を含むものである。

また、上記の実施形態におけるプロセッサの動作は、１つのプロセッサによって成すのみでなく、物理的に離れた位置に存在する複数のプロセッサが協働して成すものであってもよい。また、プロセッサの各動作の順序は上記の実施形態において記載した順序のみに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。

上記の実施形態では、不揮発性メモリ１４に制御プログラムが記憶されている例について説明したが、制御プログラムの記憶先は不揮発性メモリ１４に限定されない。本開示の制御プログラムは、コンピュータ１０で読み取り可能な記憶媒体に記録された形態で提供することも可能である。例えば制御プログラムをＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びブルーレイディスクのような光ディスクに記録した形態で提供してもよい。また、制御プログラムを、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ及びメモリカードのような可搬型の半導体メモリに記録した形態で提供してもよい。ＲＯＭ１２、不揮発性メモリ１４、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ブルーレイディスク、ＵＳＢ、及びメモリカードは非一時的（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）記憶媒体の一例である。

更に、制御装置３は通信ユニットを通じて、通信回線に接続された外部装置から制御プログラムをダウンロードし、ダウンロードした制御プログラムを記憶装置に記憶してもよい。

この場合、制御装置３のＣＰＵ１１は、外部装置からダウンロードした制御プログラムを記憶装置から読み込んでセル７の充放電処理を実行する。

１ 充放電装置
２ 充放電回路
３ 制御装置
３Ａ 選択部
３Ｂ 推定部
３Ｃ 制御部
４ 負荷
５（５Ａ、５Ｂ） ストリング
６（６Ａ、６Ｂ） スイッチ
７（７Ａ、７Ｂ） セル（劣化セル）
８－１（８－２） 外部端子
１０ コンピュータ
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 不揮発性メモリ
１５ Ｉ／Ｏ
１６ バス
１７ ＳＯＣ計測ユニット
１８ ＳＯＨ計測ユニット
１９ 内部インピーダンス計測ユニット
１００ 充放電システム
Ｆ１（Ｆ２、Ｆ３） 矢印

Claims (8)

1. 直列に接続される２次電池の数がスイッチによって変化する複数のストリングが負荷に対して並列に接続されている２次電池の充放電回路において、
   前記負荷の要求電力以上の電力を前記負荷に供給するように、前記ストリング毎に、充電容量の大きさに基づいて表される２次電池の劣化度合いが高い方から順に２次電池を選択し、
   前記劣化度合いに着目して選択した２次電池によって構成される各々の前記ストリングの電圧、各々の前記ストリングの内部インピーダンス、及び前記負荷の内部インピーダンスを用いて、各々の前記ストリングに流れる流れ込み電流を推定し、
   前記劣化度合いに着目して選択した２次電池の少なくとも１つを含むように、推定した各々の前記流れ込み電流が、前記ストリングにおける前記流れ込み電流の許容値以下となるような２次電池の組み合わせを前記ストリング毎に選択し直し、再選択後の２次電池の組み合わせによって各々の前記ストリングが構成されるように前記充放電回路のスイッチの開閉状態を制御する処理をコンピュータが実行する
   充放電回路の制御方法。
2. 前記ストリングを構成する、前記劣化度合いに着目して選択された２次電池のうち、最大の充電率を有する２次電池と最小の充電率を有する２次電池における充電率の差分が、充電率にばらつきがないとみなされる予め定めた範囲に含まれていない場合に、前記劣化度合いに着目して選択した２次電池の少なくとも１つを含むように、推定した各々の前記流れ込み電流が、前記ストリングにおける前記流れ込み電流の許容値以下となるような２次電池の組み合わせを前記ストリング毎に選択し直す処理をコンピュータが実行する
   請求項１に記載の充放電回路の制御方法。
3. 前記ストリングを構成する、前記劣化度合いに着目して選択した２次電池の少なくとも１つを含むように、推定した各々の前記流れ込み電流が、前記ストリングにおける前記流れ込み電流の許容値以下となり、かつ、前記ストリングを構成する２次電池の数ができるだけ少なくなるような２次電池の組み合わせを前記ストリング毎に選択し直す処理をコンピュータが実行する
   請求項２に記載の充放電回路の制御方法。
4. 前記劣化度合いに着目して選択された２次電池の何れの充電率も前記予め定めた範囲に含まれる場合、又は、前記劣化度合いに着目して選択した２次電池の中から、推定した各々の前記流れ込み電流が、前記ストリングにおける前記流れ込み電流の許容値以下となるような２次電池の組み合わせが選択できない場合、２次電池の組み合わせを前記ストリング毎に選択し直すことなく、前記劣化度合いに着目して選択した２次電池の組み合わせによって各々の前記ストリングが構成されるように前記充放電回路のスイッチの開閉状態を制御する処理をコンピュータが実行する
   請求項２又は請求項３に記載の充放電回路の制御方法。
5. 直列に接続される２次電池の数がスイッチによって変化する複数のストリングが負荷に対して並列に接続されている２次電池の充放電回路において、
   前記負荷の要求電力以上の電力を前記負荷に供給するように、前記ストリング毎に、充電容量の大きさに基づいて表される２次電池の劣化度合いが高い方から順に２次電池を選択し、
   前記劣化度合いに着目して選択した２次電池によって構成される各々の前記ストリングの電圧、各々の前記ストリングの内部インピーダンス、及び前記負荷の内部インピーダンスを用いて、各々の前記ストリングに流れる流れ込み電流を推定し、
   前記劣化度合いに着目して選択した２次電池の少なくとも１つを含むように、推定した各々の前記流れ込み電流が、前記ストリングにおける前記流れ込み電流の許容値以下となるような２次電池の組み合わせを前記ストリング毎に選択し直し、再選択後の２次電池の組み合わせによって各々の前記ストリングが構成されるように前記充放電回路のスイッチの開閉状態を制御する処理をコンピュータに実行させる
   充放電回路の制御プログラム。
6. 前記ストリングを構成する、前記劣化度合いに着目して選択された２次電池のうち、最大の充電率を有する２次電池と最小の充電率を有する２次電池における充電率の差分が、充電率にばらつきがないとみなされる予め定めた範囲に含まれていない場合に、前記劣化度合いに着目して選択した２次電池の少なくとも１つを含むように、推定した各々の前記流れ込み電流が、前記ストリングにおける前記流れ込み電流の許容値以下となるような２次電池の組み合わせを前記ストリング毎に選択し直す処理をコンピュータに実行させる
   請求項５に記載の充放電回路の制御プログラム。
7. 前記ストリングを構成する、前記劣化度合いに着目して選択した２次電池の少なくとも１つを含むように、推定した各々の前記流れ込み電流が、前記ストリングにおける前記流れ込み電流の許容値以下となり、かつ、前記ストリングを構成する２次電池の数ができるだけ少なくなるような２次電池の組み合わせを前記ストリング毎に選択し直す処理をコンピュータに実行させる
   請求項６に記載の充放電回路の制御プログラム。
8. 前記劣化度合いに着目して選択された２次電池の何れの充電率も前記予め定めた範囲に含まれる場合、又は、前記劣化度合いに着目して選択した２次電池の中から、推定した各々の前記流れ込み電流が、前記ストリングにおける前記流れ込み電流の許容値以下となるような２次電池の組み合わせが選択できない場合、２次電池の組み合わせを前記ストリング毎に選択し直すことなく、前記劣化度合いに着目して選択した２次電池の組み合わせによって各々の前記ストリングが構成されるように前記充放電回路のスイッチの開閉状態を制御する処理をコンピュータに実行させる
   請求項６又は請求項７に記載の充放電回路の制御プログラム。