JPWO2012157747A1 - 組電池の制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

組電池を構成するセル間で充放電を行うことで、エネルギーロスを低減して短時間で均等化制御が可能な組電池の制御方法及び制御装置を提供する。制御管理部１２３は、組電池１１０内のセルのそれぞれのＳＯＣを算出してこれを均等化させるのに必要なＳＯＣの目標移動量ΔＳＯＣを算出し、ΔＳＯＣの移動元及び移動先となるセルをセレクタ回路１３１に出力して両者を接続させる。また、ΔＳＯＣを充放電回路１３２に出力して充放電を行わせる。さらに、モニタ部１２１から充放電中の電流を入力して時間積分することで測定移動量を算出し、測定移動量がΔＳＯＣに達すると充放電回路１３２に対し充放電の停止を指示する。

Description

本発明は、組電池を構成する２以上の電池のそれぞれの充電量を均等化させるための組電池の制御方法及び制御装置に関するものである。

近年、電池は技術の進歩により多方面の分野で利用されるようになってきており、容量や寸法等も多種類のものが提供されている。例えば、小型小容量の電池として、携帯電話、電動工具、ノート型パソコン、ゲーム機、デジタルカメラ等の携帯用機器に利用されるものがあり、大型大容量の電池としては、ＵＰＳや基地局のバックアップ用電源、電動アシスト付き自転車、電動バイク、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）等の電源に利用されるものがある。

電池を大型機器のエネルギー源として利用するためには、ある程度以上の出力電圧や出力容量を確保する必要があるが、単体の電池の特性改善だけでは限界がある。そこで、単体の電池を１つのセルとしてこれを複数個直列や並列に組み合わせることによって、利用目的に応じた出力電圧や出力容量を確保することが行なわれてきている。このような複数のセルを組み合わせた組電池は、電池パックや電池モジュールなどの名称で呼ばれている。

電池を組電池の形態で使用した場合、それぞれのセルの各種条件の相違によってセル間で不均等な状態が発生する。セル間で不均等な状態が発生する各種条件の相違として、例えば製造工程におけるバラツキ分布であったり、各セルを接続するための接続部材の導体抵抗の違いであったり、外部から受ける環境温度の違いによる各セルの内部反応の差であったりする。

上記のようなセル間の不均等な状態を放置したまま組電池を使用し続けると、例えば特定のセルに負荷が集中してそのセルが先に故障してしまうといった事態が生じる。このように特定のセルが早期に故障してしまうと、組電池全体が使用できなくなってしまうといった問題が発生する。あるいは、特定のセルが故障に至らずともその出力が低下すると、組電池全体としての電圧や容量が低下し、電池をエネルギー源としている機器に十分な電源供給ができなくなってしまう。

上記のように、セル間で不均等な状態が生じたまま組電池を使用し続けることは、組電池を搭載した機器の動作を不安定にしたり、バックアップ機能が動作しなくなるなど、機器の安全性や安定性に対して大きな問題になる。そこで、組電池の各セルを均等に使用するための均等化制御に関する技術が、従来より種々提案されている。

均等化制御に関する従来の技術として、特許文献１では、組電池を外部に接続された機器から切り離し、それぞれのセルを下限電圧に達するまで放電し、その後均等に充電する、といった均等化制御を行う方法が提案されている。また、特許文献２では、それぞれのセルの残容量（ＳＯＣ）を最小の状態（ＳＯＣ＝０％）にリセットし、その後均等に充電する均等化制御の方法が提案されている。これらは、リチウム（Ｌｉ）イオン電池やニッケル水素電池に用いられる均等化制御の方法である。これに対し鉛電池では、電池を満充電することでリセットしている。

特開２００９−２８４６０６号公報 特開２０１０−１１８２６５号公報

しかしながら、特許文献１、２に開示されているような従来の均等化制御の方法では、各電池に残容量があるにもかかわらずこれを放電することで電池間の不均等な容量を均等化させるものである。そのため、エネルギーの無駄が大きく、また各電池を放電させた後各電池に均等に充電を行う必要があることから、この充放電制御にかかる時間が長くなるといった問題がある。また、個別のセル（単電池）が異なる劣化状態にある場合には、均等に充電しなおしても劣化込みでの充電となるので、それぞれの電池から放電可能な容量は均等化されていないという問題が生じる。

本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、組電池を構成するセル間で充放電を行うことで、エネルギーロスを低減して短時間で均等化制御が可能な組電池の制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。

本発明の組電池の制御方法の第１の態様は、単体の電池をセルとしてこれを２以上組み合わせて構成された組電池の前記セルの残容量（ＳＯＣ：State of Charge）、放電能力（ＣＯＤ：Capability of Discharge）及び充電能力（ＣＯＡ：Capability of Acceptance）のいずれか１つの状態量を相互に均等化させるための組電池の制御方法であって、前記セルのそれぞれの前記状態量を算出し、セル間の均等化制御として、前記セル毎の前記状態量を均等化させるのに必要な前記状態量の移動量を前記ＳＯＣの目標移動量ΔＳＯＣに換算して算出するとともに該目標移動量ΔＳＯＣの移動元及び移動先となる前記セルを選択し、前記移動元及び移動先のセル間で充放電を行い、前記充放電中の電流を測定して時間積分することで測定移動量を算出し、前記測定移動量が前記目標移動量ΔＳＯＣに達すると前記充放電を停止させることを特徴とする。

本発明の組電池の制御方法の他の態様は、前記組電池の充放電停止後の所定期間の開放端電圧の測定値を取得して所定の電圧積算値を算出し、前記電圧積算値から前記ＳＯＣを算出するための参照データまたは参照関数を事前に作成しておき、前記参照データまたは参照関数から前記電圧積算値に対応する前記セル毎のＳＯＣを算出することを特徴とする。

本発明の組電池の制御方法の他の態様は、前記電圧積算値は、前記所定期間の開放端電圧の測定値を時間積分して算出されることを特徴とする。

本発明の組電池の制御方法の他の態様は、前記電圧積算値は、前記所定期間の開放端電圧の測定値を時間積分したものから所定の基準ＯＣＶに前記所定期間の時間長さを掛けたものを減算して算出されることを特徴とする。

本発明の組電池の制御方法の他の態様は、前記セル間の均等化制御は、前記組電池の少なくとも１つのセルが所定のＳＯＣ上限値と下限値からなるＳＯＣ利用領域から逸脱したときに行うことを特徴とする。

本発明の組電池の制御方法の他の態様は、前記セル毎のＳＯＣまたは事前に選択された１以上の代表的なセルのＳＯＣから前記組電池のＳＯＣを算出し、前記組電池のＳＯＣが前記ＳＯＣ下限値より低いときは前記組電池を所定の外部電源に接続して前記組電池のすべてのセルを一括充電し、前記組電池のＳＯＣが前記ＳＯＣ上限値より高いときは前記組電池を所定の外部負荷又は接地部に接続して前記組電池のすべてのセルを一括放電することを特徴とする。

本発明の組電池の制御方法の他の態様は、前記一括充電または前記一括放電は、前記セル間の均等化制御の前に行うことを特徴とする。

本発明の組電池の制御方法の他の態様は、前記一括充電または前記一括放電は、前記セル間の均等化制御の後に行うことを特徴とする。

本発明の組電池の制御方法の他の態様は、前記目標移動量ΔＳＯＣを前記セル間の均等化制御に伴うエネルギーロス分を前記移動元のセルのＳＯＣから予め除いて算出し、前記測定移動量が前記目標移動量ΔＳＯＣに前記エネルギーロス分を加算した移動量に達したときに前記充放電を停止させることを特徴とする。

本発明の組電池の制御方法の他の態様は、前記セルの劣化に伴うＣＯＤまたはＣＯＡの個々のセルに依存した能力低下分が前記目標移動量ΔＳＯＣによって調整されて前記ＣＯＤまたはＣＯＡが均等化されることを特徴とする。

本発明の組電池の制御方法の他の態様は、前記組電池は、２以上の前記セルが直列または並列のいずれか一方で接続されたユニットを２以上備え、前記ユニット間で均等化制御を行うとともに、前記ユニット内のセル間で均等化制御を行うことを特徴とする。

本発明の組電池の制御方法の他の態様は、前記２以上のユニットのいずれか１つのユニットのセル間で行う均等化制御は、前記２以上のユニットの別のユニットを電源に用いて行うことを特徴とする。

本発明の組電池の制御装置の第１の態様は、単体の電池をセルとしてこれを２以上組み合わせて構成された組電池の前記セル間の充電量を均等化させるための組電池の制御装置であって、前記組電池の充放電を制御する充放電制御部と、前記組電池の少なくとも電圧と電流を測定して監視するモニタ部と、前記組電池と所定の外部電源との接続をオン／オフする第１スイッチと、前記組電池と所定の外部負荷との接続をオン／オフする第２スイッチと、前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御する外部スイッチ制御部と、前記充放電制御部、前記モニタ部、及び前記外部スイッチ制御部を制御する制御管理部と、を備え、さらに前記充放電制御部は、充放電の接続先を選択するセレクタ回路と、充放電を実行する充放電回路とを備え、前記制御管理部は、前記セルのそれぞれのＳＯＣを算出してこれを均等化させるのに必要なＳＯＣの目標移動量ΔＳＯＣを算出し、前記目標移動量ΔＳＯＣの移動元及び移動先となる前記セルを前記セレクタ回路に出力して両者を接続させ、前記目標移動量ΔＳＯＣを前記充放電回路に出力して充放電を行わせ、前記モニタ部から前記充放電中の電流を入力して時間積分することで測定移動量を算出し、前記測定移動量が前記目標移動量ΔＳＯＣに達すると前記充放電回路に対し充放電の停止を指示することを特徴とする。

本発明の組電池の制御装置の他の態様は、前記組電池は、２以上の前記セルが直列または並列に接続されたユニットを２以上備えることを特徴とする。

本発明の組電池の制御装置の他の態様は、前記充放電回路は、充電のみを行う充電回路を有することを特徴とする。

本発明の組電池の制御装置の他の態様は、前記充放電回路は、放電のみを行う放電回路を有することを特徴とする。

本発明の組電池の制御装置の他の態様は、前記充放電回路は、充電のみを行う充電回路と放電のみを行う放電回路の両方を有することを特徴とする。

本発明によれば、組電池を構成するセル間で充放電を行うことで、エネルギーロスを低減して短時間で均等化制御が可能な組電池の制御方法及び制御装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の組電池の制御装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の組電池の制御方法を説明するための説明図である。 ＳＯＣ利用領域における組電池の電圧変化の一例を示すグラフである。 充放電回路の構成例を示すブロック図である。 第１実施形態の組電池の制御方法の処理の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態の組電池の別の制御方法の処理の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態の組電池制御装置の一部を取り出した部分構成図である。 本発明の第２実施形態の組電池の制御方法を説明するための組電池の充電状態を示す説明図である。 本発明の第３実施形態の組電池の制御方法を説明するための組電池の充電状態を示す説明図である。 本発明の第３実施形態の電池の状態量の相関を示した図である。 本発明の第３実施形態の劣化した電池の組電池の制御方法を説明するための組電池の充電状態説明図である。 本発明の第４実施形態の組電池制御装置が備える組電池の構成例を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態の組電池制御装置の一部を取り出した部分構成図である。

本発明の好ましい実施の形態における組電池の制御方法及び制御装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

（第１実施形態）
従来、蓄電池は満充電またはそれに近い状態に維持しながら用いるのが一般的であった。これに対し近年は、蓄電池から受電するだけでなく余った電力を蓄電池に充電させたいといったニーズが高まっている。このように、蓄電池からの放電だけでなく充電も可能とするためには、充放電とも可能な部分残容量（部分ＳＯＣ）の状態にしておく必要がある。そこで、部分ＳＯＣの状態で運用する蓄電池に対しては、図２に示すようなＳＯＣ利用領域が設定される。同図において、ＳＯＣ利用領域は上限ＳＯＣ１と下限ＳＯＣ２との間の領域であり、蓄電池のＳＯＣをこの範囲内に維持するように運用される。

単体の電池をセルとしてこれを２以上組み合わせて構成された組電池においても、部分ＳＯＣの状態で運用する場合には、各セルのＳＯＣが図２に示すＳＯＣ利用領域内に維持される。組電池で充電または放電を行うときは、全セルを一括して充電または放電する。そのため、セル間でＳＯＣがばらついていると、一部のセルがＳＯＣ利用領域から逸脱しやすくなってしまう。そこで、組電池では各セルのＳＯＣをできるだけ均等化することが望まれる。

組電池の均等化制御の一例を、図２を用いて説明する。同図では、説明容易のために、組電池１１０が２つのセル１１１、１１２を有するものとしている。同図（ａ）は、均等化制御を行う前のセル１１１、１１２のＳＯＣを例示しており、セル１１１のＳＯＣがＳＯＣ利用領域に達せずセル１１２のＳＯＣがＳＯＣ利用領域を超過しているとしている。また同図（ｂ）は、均等化制御を行った後のセル１１１、１１２のＳＯＣを例示しており、それぞれのＳＯＣがＳＯＣ利用領域内に維持されている。

組電池の均等化制御では、従来は測定可能な電圧を用いて行っており、ＳＯＣが１００％となる上限電圧またはＳＯＣが０％となる下限電圧に測定電圧が達するまで充電または放電を行っていた。しかし、均等化制御では組電池の電圧でなく残容量そのもので制御を行うのが望ましい。とくに、組電池を部分ＳＯＣの状態で運用する場合には、ＳＯＣ利用領域の上限ＳＯＣ１に対応する上限電圧と下限ＳＯＣ２に対応する下限電圧との差が小さいため、電圧を用いて均等化制御を行うと精度良くＳＯＣを調整することができないといった問題がある。

ＳＯＣ利用領域における組電池の電圧変化の一例を図３に示す。同図では、組電池の電圧変化を符号５０で示している。同図に示すように、上限ＳＯＣ１と下限ＳＯＣ２との間では電圧の変化が小さく、上限電圧と下限電圧との差も小さい。そのため、電圧に基づいてＳＯＣの均等化制御を行うと、ＳＯＣの誤差が大きくなってしまう。

そこで、本発明の組電池の制御方法の第１実施形態では、電圧に代えてＳＯＣそのものを用いて均等化制御を行うようにしている。本実施形態では、ＳＯＣを均等化させるためにセル間で移動させる必要のあるＳＯＣの目標移動量（ΔＳＯＣとする）を算出し、電流を測定してその時間積分値を測定移動量とし、これが目標移動量ΔＳＯＣに達するまで充電または放電を行う。

本実施形態の組電池の制御方法に適用可能なＳＯＣの算出方法について、一例を以下に説明する。ここでは、組電池１１０の充放電停止後に開放端電圧（以下ではＯＣＶとする）を測定し、その測定値を用いてＳＯＣを算出する方法について説明する。但し、本実施形態の組電池の制御方法に適用可能なＳＯＣの算出方法は、これに限定されず別の方法を用いてもよい。

ＳＯＣの算出方法として、充放電停止後の蓄電池の内部状態が安定したときのＯＣＶである安定時ＯＣＶがＳＯＣと１対１の関係にあることが知られており、この関係を用いて安定時ＯＣＶからＳＯＣを算出することができる。しかし、例えばリン酸鉄系Ｌｉイオン電池のように、蓄電池によってはＳＯＣが所定の範囲にあるときの安定時ＯＣＶの変化が極めて小さくなるものがある。このような蓄電池では、上記の関係を用いて安定時ＯＣＶからＳＯＣを算出しようとすると、安定時ＯＣＶのわずかな変化でＳＯＣが大きく変化することから、ＳＯＣを精度良く求めることができないといった問題がある。

そこで、安定時ＯＣＶが上記のＳＯＣに対する変化が小さくなる範囲にあるときには、ＳＯＣに対する変化が比較的大きい別の状態量を用いてＳＯＣを算出するものとする。このような別の状態量として、充放電停止後の所定期間におけるＯＣＶをもとに算出される電圧積算値を用いることができる。電圧積算値を用いてＳＯＣを算出する方法では、電圧積算値からＳＯＣを算出するための参照データまたは参照関数を事前に作成しておく。そして、充放電停止後にＯＣＶを測定して電圧積算値を算出し、この電圧積算値に対応するＳＯＣを参照データまたは参照関数を用いて算出する。

上記の電圧積算値として、ＯＣＶを所定期間にわたって時間積分したものを用いることができる。あるいは別の電圧積算値として、所定の基準ＯＣＶからのＯＣＶ変化量を所定期間にわたって時間積分したものを用いることもできる。以下では、ＯＣＶ変化量から算出される電圧積算値を用いてＳＯＣを算出方法について説明する。

電圧積算値の算出に用いるＯＣＶは、充放電停止後の組電池１１０の各セルの内部状態が緩和途中にあるときのＯＣＶを用いる。具体的には、充放電停止からの経過時間がｔのときの組電池１１０の各セルのＯＣＶを測定し（以下では、この測定値をＯＣＶ＿now（ｔ）とする）、これを用いて次式より電圧積算値を算出する。但し、上記の所定期間を、充放電停止からの経過時間ｔ１からｔ２までの期間とする。

ここで、ＤＳt1＿t2がＯＣＶ変化量から算出される電圧積算値を表し、ＯＣＶ＿baseが基準ＯＣＶを表している。ＯＣＶ＿baseは、充放電停止後の蓄電池１０の内部状態が安定したときの安定時ＯＣＶに相当するものである。また、Δｔ＝ｔ２−ｔ１となる。

以下では、ＳＯＣに対する変化が小さくなる安定時ＯＣＶの範囲をＯＣＶ１からＯＣＶ２までの範囲（ＯＣＶ１＜ＯＣＶ２とする）とする。このとき、ＳＯＣは次式で算出される。
（ａ）ＯＣＶ＿base＞ＯＣＶ２のとき
ＳＯＣ＝Ｆ（ＯＣＶ＿base） （２）
（ｂ）ＯＣＶ１＜ＯＣＶ_base≦ＯＣＶ２のとき
ＳＯＣ＝Ｇ（ＯＣＶ＿base、ＤＳt1＿t2） （３）
（ｃ）ＯＣＶ＿base≦ＯＣＶ１のとき
ＳＯＣ＝Ｈ（ＯＣＶ＿base） （４）

上記の式（２）〜（４）で用いられる関数Ｆ（ＯＣＶ＿base）、Ｇ（ＯＣＶ＿base、ＤＳt1＿t2）及びＨ（ＯＣＶ＿base）は、事前に作成された参照関数である。ＯＣＶ＿baseからＳＯＣを算出する参照関数Ｆ（ＯＣＶ＿base）及びＨ（ＯＣＶ＿base）は、ＳＯＣ対安定時ＯＣＶの関係を示す関数であり、参照関数Ｇ（ＯＣＶ＿base、ＤＳt1＿t2）は、電圧積算値ＤＳt1＿t2を用いてＳＯＣを算出するための関数である。

本実施形態の組電池の制御方法では、上記説明の方法で算出した各セルの現在のＳＯＣをもとに、いずれかのセルのＳＯＣがＳＯＣ利用領域を逸脱すると、当該セルのＳＯＣがＳＯＣ利用領域内に入るように当該セルと別のセルとの間で移動させるＳＯＣの目標移動量ΔＳＯＣを算出する。本実施形態の組電池の制御方法を、図２を用いて説明する。

図２（ａ）に示す均等化制御前のセル１１１、１１２のＳＯＣをもとに、セル１１２からセル１１１に移動させるΔＳＯＣを算出する。そして、セル１１２からセル１１１に流される電流の時間積分を行って測定移動量を算出し、該測定移動量がΔＳＯＣに達するまでセル１１２の放電（セル１１１の充電）を行う。これにより、セル１１１、１１２のＳＯＣは、同図（ｂ）に示すように均等化され、それぞれのＳＯＣがＳＯＣ利用領域内に保たれる。

上記の本実施形態の組電池の制御方法において、ΔＳＯＣの算出を以下のように行うことができる。ΔＳＯＣの第１の算出方法として、セル１１１のＳＯＣとセル１１２のＳＯＣの平均値を求め、この平均値とセル１１２のＳＯＣとの差をΔＳＯＣとする。また、ΔＳＯＣの第２の算出方法として、セル１１１のＳＯＣとセル１１２のＳＯＣの平均値を求め、さらに平均値からの許容変動幅を事前に設定しておき、平均値とセル１１２のＳＯＣとの差から許容変動幅だけ絶対値を小さくしたものをΔＳＯＣとする。これにより、目標移動量ΔＳＯＣを小さくすることができる。なお、ここでは、組電池１１０が２つのセル１１１、１１２を有している場合について説明したが、３つ以上のセルを有している場合にも同様にしてΔＳＯＣを求めることができる。

上記説明の本実施形態の組電池の制御方法を行う制御装置の構成を、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の組電池の制御装置の構成を示すブロック図である。組電池制御装置１００は、組電池１１０とこれを制御する制御部１２０、及び入出力部１５０を備えている。

組電池１１０は、２以上のセルを組み合わせて構成されるが、ここでは説明容易のために、セル１１１と１１２の２つが直列に接続されているものとしている。組電池１１０は、これに限定されず２以上のセルが直列または並列に接続されていてよく、あるいは直列と並列とを組み合わせて接続されていてもよい。組電池１１０は、第１スイッチ１０１を介して外部電源１０と接続されるとともに、第２スイッチ１０２を介して外部負荷２０と接続されている。外部負荷２０は、組電池１１０から給電される各種負荷あるいは接地部である。

制御部１２０は、組電池１１０の充放電を制御する充放電制御部１３０と、組電池１１０の電圧等を監視するモニタ部１２１と、第１スイッチ１０１及び第２スイッチ１０２を制御する外部スイッチ制御部１２２と、充放電制御部１３０、モニタ部１２１、外部スイッチ制御部１２２、及び入出力１５０に接続されて組電池１１０の制御を管理する制御管理部１２３と、を備えている。

モニタ部１２１は、組電池１１０内のセルの少なくとも電圧及び電流を測定して監視し、測定データを制御管理部１２３に出力する。電圧及び電流に加えて、さらにセルの温度、圧力等も測定するようにしてもよい。測定対象のセルは、組電池１１０内のすべてのセル、あるいはその一部とすることができる。外部スイッチ制御部１２２は、制御管理部１２３からの指示により、組電池１１０を外部電源１０と接続／切断するために第１スイッチ１０１をオン／オフ制御したり、組電池１１０を外部負荷２０と接続／切断するために第２スイッチ１０１をオン／オフ制御するものである。

制御管理部１２３は、モニタ部１２１から入力した組電池１１０の測定データをもとに、組電池１１０の充電状態等を判定して外部スイッチ制御部１２２や充放電制御部１３０に必要な制御を指示したり、入出力部１５０に測定データ等を出力したりする。制御管理部１２３は、上記の処理に必要十分な能力を有するパソコンやマイコンなどの演算処理手段を備えている。

入出力部１５０は、組電池１１０の運用・制御にかかわる要求等を使用者が入力したり、組電池１１０に関わる情報を使用者等に提供する手段を有している。入出力部１５０は外部との通信手段を有していてもよく、その場合には通信手段を介して組電池１１０の制御や情報提供を行うことが可能となる。

充放電制御部１３０は、セレクタ回路１３１と充放電回路１３２を備えている。セレクタ回路１３１は、組電池１１０内のセル１１１、１１２、及び充放電回路１３２に接続され、セル間の接続関係を選択することが可能となっている。充放電回路１３２は、セレクタ回路１３１を介して組電池１１０内のセル１１１、１１２を充電または放電するものである。

充放電回路１３２は、充電回路または放電回路のいずれかを備えればよく、あるいは充電回路と放電回路の両方を備えていてもよい。充放電回路１３２の詳細な構成を図４に示す。同図（ａ）は充放電回路１３２が充電回路１３２ａのみを備える構成、同図（ｂ）は充放電回路１３２が放電回路１３２ｂのみを備える構成、及び同図（ｃ）は充放電回路１３２が充電回路１３２ａと放電回路１３２ｂの両方を備える構成、をそれぞれ示している。

本実施形態の組電池の制御方法を、図５を用いてさらに詳細に説明する。図５は、本実施形態の組電池の制御方法の処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態の組電池制御装置１００を用いた組電池の制御方法は、主に制御管理部１２３で処理され、さらに制御管理部１２３からの指示によりそれぞれで処理が行われる。

まずステップＳ１において、組電池１１０を外部電源１０及び外部負荷２０と切断して外部から切り離せるかを判定する。この判定は、例えば入出力部１５０から外部との切断を許可するか否かをあらかじめ入力しておき、切断許可が入力されているときに切断できると判定し、切断許可が入力されていないときは切断できないと判定するようにすることができる。切断できると判定するとステップＳ２に進む一方、切断できないと判定したときは処理を終了する。

ステップＳ２では、外部スイッチ制御部１２２により第１スイッチ１０１及び第２スイッチ１０２をオフにして外部電源１０及び外部負荷（または接地部）２０から組電池１１０を切断する。ステップＳ３では、組電池１１０を外部電源１０及び外部負荷２０から切断した後の充放電停止中のセル毎のＯＣＶをモニタ部１２１から入力し、所定期間のＯＣＶ測定値からセル毎のＳＯＣを算出する。そして、ステップＳ４で、セル毎のＳＯＣから組電池１１０の現在のＳＯＣを算出する。なお、ステップＳ２で組電池１１０を外部電源１０及び外部負荷２０から切断した後の均等化制御の途中であっても、例えば入出力部１５０から復帰要求の信号が入力されると、状態判定や均等化制御を停止して組電池１１０を再び外部電源１０及び／または外部負荷２０に接続して充放電可能な状態に復帰させる。その後、外部との切断許可が再び入出力部１５０から入力されると、ステップＳ１から処理を開始する。このように、組電池１１０を外部から切り離して行う均等化制御を、必要に応じて外部から強制的に終了させることを可能にしておく。

ステップＳ５では、組電池１１０に対して設定されたＳＯＣ利用領域とステップＳ４で算出した組電池１１０の現在のＳＯＣとを比較する。その結果組電池１１０のＳＯＣがＳＯＣ利用領域の下限ＳＯＣ２より低いと判定されるとステップＳ１０に進む一方、下限ＳＯＣ２以上と判定されたときはステップＳ６に進む。

組電池１１０のＳＯＣがＳＯＣ利用領域の下限ＳＯＣ２より低いと判定されたときは、ステップＳ１０で外部スイッチ制御部１２２により第１スイッチ１０１をオンにして組電池１１０を外部電源１０に接続する。そして、組電池１１０のＳＯＣがＳＯＣ利用領域内となるように、ステップＳ１１で外部電源を用いて組電池１１０内の全セルを一括して充電する。その後、ステップＳ１２で外部スイッチ制御部１２２により第１スイッチ１０１をオフにして組電池１１０を外部電源１０から切断し、ステップＳ７に進む。

一方、組電池１１０のＳＯＣがＳＯＣ利用領域の下限ＳＯＣ２以上と判定されたときは、ステップＳ６で組電池１１０のＳＯＣとＳＯＣ利用領域の上限ＳＯＣ１とを比較し、組電池１１０のＳＯＣが上限ＳＯＣ１を超過すると判定するとステップＳ１３に進む一方、上限ＳＯＣ１以下と判定したときはステップＳ７に進む。ステップＳ１３では、外部スイッチ制御部１２２により第２スイッチ１０２をオンにして組電池１１０を外部負荷２０に接続する。そして、組電池１１０のＳＯＣがＳＯＣ利用領域内となるように、ステップＳ１４で組電池１１０内の全セルから一括して外部負荷に放電する。その後、ステップＳ１５で外部スイッチ制御部１２２により第２スイッチ１０２をオフにして組電池１１０を外部負荷２０から切断し、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、充放電制御部１３０を用いて組電池１１０のセル間でそれぞれのＳＯＣを均等化させる制御を行う。ステップＳ７の均等化制御が終了すると、ステップＳ８で入出力部１５０から均等化制御終了の情報提供を行う。その後、ステップＳ９で組電池１１０を外部と接続し、処理を終了する。ステップＳ９では、通常は外部スイッチ制御部１２２により第２スイッチ１０２をオンにして外部負荷２０との接続を行う。

本実施形態の組電池の別の制御方法を、図６に示すフローチャートを用いて説明する。図５に示すステップＳ３ではすべてのセルのＳＯＣを算出するようにしていたが、ここではステップＳ３１でＳＯＣの算出を１つ以上の代表的なセルについてのみ行うようにしている。この代表的なセルのＳＯＣを用いて、ステップＳ４で組電池１１０の現在のＳＯＣを算出する。これにより、ステップＳ５、Ｓ６の判定までに要する時間を短縮することができる。また、ステップＳ７でセル間の均等化制御を行う前に、すべてのセルのＳＯＣを算出するためにステップＳ３２を追加する。

上記の組電池の別の制御方法では、ステップＳ５における外部からの充電の必要性、またはステップＳ６における外部への放電の必要性の判定を短時間に行うことができるといったメリットがある。また、ステップＳ１１で行われる一括充電またはステップＳ１４で行われる一括放電に伴う個々のセルのバラツキの影響を低減することができ、均等化制御の精度を向上させることができる。本実施形態の組電池の制御方法では、組電池１１０を用いるシステムの稼働状況や定期メンテナンス等に応じて、図５に示す制御方法と図６に示す制御方法のいずれか一方を適宜選択して用いるようにすることができる。

次に、ステップＳ６で行うセル間の均等化制御について、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態の組電池制御装置１００の組電池１１０、充放電制御部１３０、スイッチ１０１、１０２、及び組電池制御装置１００に接続される外部電源１０と外部負荷２０とを取り出して示したものである。図７（ａ）は組電池１１０が２つのセル１１１、１１２を直列に接続して構成されている場合を示し、図７（ｂ）は２つのセル１１１、１１２を並列に接続して構成されている場合を示す。

セル間の均等化制御は、制御管理部１２３において組電池１１０内のセルのうちＳＯＣ利用領域から逸脱するものがあるか否かを判定し、逸脱するものがあると判定するとＳＯＣ利用領域内に戻すのに必要な目標移動量ΔＳＯＣを算出する。その後制御管理部１２３は、算出されたΔＳＯＣ及びΔＳＯＣをどのセル（移動元）からどのセル（移動先）に移動させるか等の情報を充放電制御部１３０に出力する。充放電制御部１３０では、ΔＳＯＣの移動元、移動先の情報をもとに移動元のセルから移動先のセルへの接続をセレクタ回路１３１で選択し、充放電回路１３２でΔＳＯＣの充放電を行う。

充放電回路１３２でΔＳＯＣの充放電を行っている間、ＳＯＣの移動量を制御管理部１２３で計量する。制御管理部１２３において、モニタ部１２１から電流測定値を入力してこれを時間積分する。そして、電流の時間積分値がΔＳＯＣに達すると、充放電制御部１３０に対し充放電の停止を指示する。これにより、各セルのＳＯＣが均等化される。電流の時間積分値の算出では、モニタ部１２１による電流測定値に代えて充放電回路１３２の回路定数で決定される電流値を用いてもよい。上記説明の均等化制御は、組電池１１０内のセルが直列接続であっても並列接続であっても同様に行うことができる。

上記の均等化制御で用いる充放電回路１３２は、図４に示す充電回路１３２ａのみを備える構成（図４（ａ））、放電回路１３２ｂのみを備える構成（図４（ｂ））、及び充電回路１３２ａと放電回路１３２ｂの両方を備える構成（図４（ｃ））、のいずれであってもよい。充電回路１３２ａのみのときは、ＳＯＣの高いセルを電源にしてＳＯＣの低いセルの充電を行う。また、放電回路１３２ｂのみのときは、ＳＯＣの低いセルを放電先としてＳＯＣの高いセルからの放電を行う。さらに、充電回路１３２ａと放電回路１３２ｂの両方を備えるときは、上記説明の充電と放電を併用して行う。

従来の均等化制御では、組電池内のセル毎に電圧制御によりＳＯＣをその上限または下限まで充電または放電させて均等化していたため、セルの数だけ充電または放電を行う必要があった。これに対し、本実施形態の組電池の制御方法及び制御装置では、組電池内のセル間で充放電を行っている。これにより、従来に比べて均等化制御に要する時間を短縮でき、組電池搭載システムの稼働率を向上させることができる。また、均等化制御に伴うエネルギーロスも、従来より低減させることができる。

組電池がLiイオン電池からなるセルで構成されている場合には、従来のように満充電することで均等化させると劣化が進みやすいが、本実施形態の均等化制御では部分充電の状態で均等化制御を行うことができ、Ｌｉイオン電池の劣化を低減して長寿命化を図ることができる。また、満充電させる回数を低減することで、高電圧で発火の危険性がある状態をできるだけ回避させることができ、組電池搭載システムを安全に管理できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の組電池の制御方法を、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の組電池の制御方法を説明するための組電池の充電状態を示す説明図である。

一般的な充放電回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）では電圧変換回路を経由するため、昇圧型（充電回路）、降圧型（放電回路）のどちらを用いても電圧変換時に電力のロスを伴う。また、蓄電池は充電または放電により蓄えたエネルギーを移動させる際に、それぞれの内部抵抗や接続部品の導体抵抗等によりエネルギーロスが生じる。さらに、充放電中の各セル内部での反応過程におけるエネルギーロスも生じる。そのため、電流の時間積分値である測定移動量が目標移動量ΔＳＯＣに達するまで充電を行ったとしても、充電を受けたセルは目標移動量ΔＳＯＣに相当するＳＯＣの増加を得られない。

そこで、本実施形態の組電池の制御方法では、ΔＳＯＣの移動に伴うエネルギーロスを考慮して移動量を決定するようにする。図８において、セル２からセル１へのＳＯＣの移動量を決定するときは、まず移動に伴うエネルギーロスＰを移動元のセル１１２のＳＯＣから減算した後目標移動量ΔＳＯＣを決定する。そして、目標移動量ΔＳＯＣにエネルギーロスＰを加算したものをセル２から放電する放電移動量ΔＳＯＣ'とする。

本実施形態では、制御管理部１２３がＳＯＣの目標移動量として放電移動量ΔＳＯＣ'を充放電制御部１３０に出力し、充放電中は電流の時間積分値である測定移動量がΔＳＯＣ'に達するのを監視する。そして、測定移動量が放電移動量ΔＳＯＣ'に達すると、充放電制御部１３０に対し充放電の停止を指示する。これにより、セル１には目標移動量ΔＳＯＣの充電が行われるとともに、セル２からは放電移動量ΔＳＯＣ'の放電が行われて均等化が行われる。本実施形態の組電池の制御方法によれば、ＳＯＣの移動制御に伴うエネルギーロスを考慮して充放電を行うことから、より高精度に均等化制御を行うことが可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の組電池の制御方法を、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態の組電池の制御方法を説明するための組電池の充電状態を示す説明図である。

蓄電池の内部に蓄えられるエネルギー量、すなわち放電可能な絶対容量は、使用開始とともに不可逆的な劣化の進行に伴って新品時の絶対容量から徐々に低下していく。そのため、蓄電池の電圧が同じ値を示していても、新品時の蓄電池と劣化の進んだ蓄電池とでは取り出せる絶対容量が異なってくる。ＳＯＣは、その時点の蓄電池を満容量にしたときの絶対容量に対する割合を示していることから、新品時の蓄電池と劣化の進んだ蓄電池が同じＳＯＣであっても、それぞれから取り出せる絶対容量は異なってしまう。

複数のセルを有する組電池では、外部に取り出せる絶対容量が重要であり、必要な絶対容量を取り出せるように組電池を維持しておく必要がある。しかし、組電池が有するセルのそれぞれのＳＯＣがほぼ同等に維持されていても、一部のセルの劣化が進んでいると、放電に伴って当該セルのＳＯＣが他のセルよりも早く低下して下限に達してしまう。これにより組電池の使用が制限されてしまうと、劣化の進んだセルによって組電池から取り出せる絶対容量が低減されてしまう。そこで、各セルからほぼ同等の絶対容量を取り出せるようにするために、本実施形態の組電池の制御方法では各セルの劣化度を考慮して均等化制御を行うようにしている。

図９（ａ）は、組電池１１０のセル１１１のＳＯＣがＳＯＣ使用領域内に維持され、セル１１２のＳＯＣがＳＯＣ利用領域を超過している状態を示している。このとき、各セルの劣化度を考慮しない場合には、セル１１１のＳＯＣとセル１１２のＳＯＣとの差に基づいてΔＳＯＣを決定することになる。これに対し本実施形態では、劣化による絶対容量の低下分（図９の符号Ｑで示す）を予め除いた上で目標移動量ΔＳＯＣを算出する。すなわち、図９（ａ）において、セル１１１のＳＯＣから劣化による低下分Ｑを減算した容量とセル１１２のＳＯＣとからΔＳＯＣを算出する。

このようにして算出されたΔＳＯＣを、充放電制御部１３０によりセル１１２からセル１１１に移動させたときの各セルのＳＯＣを図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）において、セル１１１のＳＯＣは見かけ上ＳＯＣ利用領域を超過することになる。しかしながら、劣化による絶対容量の低下分を除くと、セル１１１とセル１１２はともに同程度の絶対容量を有することになる。これにより、組電池１１０からはセル１１１とセル１１２がともにＳＯＣ利用領域の下限に達するまで放電することが可能となる。なお、組電池１１０に充電を行う場合も同様に、各セルの劣化度を考慮することで、ＳＯＣ利用領域の上限まで各セルにほぼ同等の絶対容量の充電を行うことが可能となる。

本実施形態の組電池の制御方法によれば、組電池が有するセルのそれぞれの劣化度を考慮することで、劣化度の差による充放電能力の低下を防止することが可能となる。また、本実施形態の均等化制御により、特定のセルの劣化が加速するのを防止することができ、組電池の長寿命化を図ることができる。

なお、セルの劣化度の算出は、例えば以下のようにして行うことができる。組電池１１０が停止状態のときにセルが満充電になるまで満充電制御を行い、満充電制御を停止してから所定の基準時間が経過するまでセルのＯＣＶを所定周期で測定し、これからＯＣＶの時間変化の関数ＯＣＶ(ｔ)を求め、この関数ＯＣＶ(ｔ)をもとに電圧変化量を算出し、該電圧変化量と満充電制御停止から基準時間経過時の基準ＯＣＶとを用いてセルの現在の新品満充電に対する換算容量（ＳＯＨ）を算出する。

本発明の第３実施形態の組電池の制御方法を、図１０および図１１を用いてさらに詳細に説明する。図１０は１つの電池における放電能力、充電能力、残容量、劣化の相関関係を示し、図１１は組電池を構成する蓄電池に劣化が生じている場合の電池状態量の制御方法を示す説明図である。

ここで、１つの蓄電池における放電能力、充電能力、残容量、劣化に関して再度定義を明確にするとともに、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は蓄電池が新品時のイメージであり、最大放電可能容量をＣＯＤ＿ｎｅｗ＿ｍａｘ［Ｗ］とし、新品時の最大充電可能容量をＣＯＡ＿ｎｅｗ＿ｍａｘ［Ｗ］とする。また、図１０（ｂ）は使用に伴い劣化が進んだ場合のイメージ図であり、最大放電可能容量と最大充電可能容量をそれぞれＣＯＤ＿ｕｓｅｄ＿ｍａｘ［Ｗ］、ＣＯＡ＿ｕｓｅｄ＿ｍａｘ［Ｗ］とする。

新品からの劣化に伴う指標をＳＯＨ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）とし、０〜１の間の数値で表すものとすると、
ＣＯＤ＿ｕｓｅｄ＿ｍａｘ＝ＣＯＤ＿ｎｅｗ＿ｍａｘ＊ＳＯＨ （５）
ＣＯＡ＿ｕｓｅｄ＿ｍａｘ＝ＣＯＡ＿ｎｅｗ＿ｍａｘ＊ＳＯＨ （６）
となる。電池の使用からｎ回後の判定時の指標をｎとしてＣＯＤ，ＣＯＡ，ＳＯＨを表すと、
ＣＯＤ＿ｎ＿ｍａｘ＝ＣＯＤ＿０＿ｍａｘ＊ＳＯＨ＿ｎ （５‘）
ＣＯＡ＿ｎ_ｍａｘ＝ＣＯＡ＿０_ｍａｘ＊ＳＯＨ＿ｎ （６‘）
ただし、ＣＯＤ＿０＿ｍａｘ＝ＣＯＤ＿ｎｅｗ＿ｍａｘ、ＣＯＡ＿０＿ｍａｘ＝ＣＯＡ＿ｎｅｗ＿ｍａｘである。

ここで、最大容量とは別にｎ回目の判定時における現在蓄電池に残存している容量をＳＯＣ＿ｎ（％）とすると、
SOC_n＝SOC_0＋（ΣΔSOC_i）/COD_ｎ-1_max＊100（％）（n≧1）（７）
（Σの指数はi＝1〜ｎとする）

なお、式７に用いられるそれぞれのパラメータは下記のように定義される。
SOC_0＝新品時の最大放電可能容量/新品時の最大放電可能容量＊100（％）（８）
ΔSOC＝∫I_mes(t)・dt＊V_mes_ave[W] （９）
（積分区間はｔ１〜ｔ２。時刻ｔ１はｎ−１回目の時刻、時刻ｔ２はｎ回目の時刻。）
Ｉ＿ｍｅｓ（ｔ）は時刻ｔにおける測定電流値
Ｖ＿ｍｅｓ＿ａｖｅは時刻ｔ1〜ｔ２における測定電圧値の平均値
で定義される。

式７のSOC_ｎを用いて、現在の放電可能容量（ＣＯＤ＿ｎ＿ｎｏｗ）と充電可能容量（ＣＯＡ＿ｎ＿ｎｏｗ）を定義すると以下のようになる。
COD_ｎ_now＝COD_0_max ＊ SOH＿ｎ ＊（SOC_ｎ/100） （１０）
COA_ｎ_now＝COA_0_max ＊ SOH＿ｎ ＊（1-SOC_ｎ/100） （１１）

図１１は、2つのセル１１１、セル１１２に対して、ＣＯＤおよびＣＯＡの均等化制御を行う場合の説明図である。
図１１（ａ）は、ＣＯＤを均等化する例であり、それぞれのｎ回目のＣＯＤをＣＯＤ＿ｎ１、ＣＯＤ＿ｎ２とすると、式（１０）におけるＣＯＤ＿ｎ１とＣＯＤ＿ｎ２が等しくなるように、ＳＯＣ＿ｎ１とＳＯＣ＿ｎ２の値を調整する。これらのエネルギーの移動は、式（９）で定義されるΔＳＯＣを算出し、調整を行なう。
図１１（ｂ）は、ＣＯＡを均等化する例であり、それぞれのＣＯＡをＣＯＡ＿ｎ１、ＣＯＡ＿ｎ２とすると、式（１１）におけるＣＯＡ＿ｎ１とＣＯＡ＿ｎ２が等しくなるように、ＳＯＣ＿ｎ１とＳＯＣ＿ｎ２の値を調整する。これらのエネルギーの移動は、式（９）で定義されるΔＳＯＣを算出し、調整を行なう。

図１１（ａ）と図１１（ｂ）に示した、ＣＯＤとＣＯＡのどちらに対して均等化制御を行うかは、組電池に用いられる電池の特性やシステムの運用条件に応じて、予め優先順位をつけて運用アルゴリズムに組み込む事が望ましい。

本実施形態の組電池の制御方法によれば、組電池が有するセルのそれぞれの劣化度を考慮することで、劣化度の差による充放電能力の低下を防止することが可能となる。また、本実施形態の均等化制御により、充電時の過充電や充電不足を特定のセルの劣化が原因で引き起こすことを防止することができ、システムの安定化や組電池の長寿命化を図ることができる。

なお、式（５‘）や式（６’）におけるＣＯＡやＣＯＤの判定回数とＳＯＨの判定回数は必ずしも一致しなくてよく、ＳＯＨの判定回数がＣＯＡやＣＯＤの判定回数より少ない場合は、前回判定されたＳＯＨの値を最新の値として用いれば良い。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態の組電池の制御方法を、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態の組電池制御装置に備えられた組電池の構成例を示している。本実施形態の組電池制御装置に備えられた組電池は、複数のセルが所定の接続方法で接続されて一組のユニットを構成し、このようなユニットが複数組み合わされて組電池を構成しているものである。

図１２（ａ）では、一例として６個のセルが直列に接続されて１組のユニットを形成し、このように形成された２組のユニット４１１、４１２が並列に接続されて組電池４１０を構成している。ここで、ユニット４１１はＢ１１〜Ｂ１６の６個のセルを直列に接続して形成され、ユニット４１２はＢ２１〜Ｂ２６の６個のセルを直列に接続して形成されている。また、図１２（ｂ）では、６個のセルＢ１１〜Ｂ１６が並列に接続されてユニット４２１を形成し、６個のセルＢ２１〜Ｂ２６が並列に接続されてユニット４２２を形成しており、ユニット４２１と４２２とが直列に接続されて組電池４２０を構成している。なお、図１２ではユニット同士が並列または直列に接続されている例を示しているが、ユニットとセルとが並列または直列に接続される組電池であってもよい。

このように、１以上のユニットが形成された組電池を均等化制御する場合、一つの電源等を用いて個々のセルを充放電することで均等化制御を行うと、１回の充放電に要する時間にセルの数を乗算した時間だけ均等化制御にかかってしまう。そのため、とくに電気自動車（ＥＶ）や家庭用電源マネージメント（ＨＥＭＳ）のように多数のセルから構成されている組電池を用いる場合には、組電池の均等化制御に長時間を要して使用できない時間が長くなってしまうといった課題がある。

そこで、本実施形態の組電池の制御方法では、ユニット間の均等化制御とセル間の均等化制御を組み合わせることで、均等化制御を短時間で行えるようにしている。まず、ユニットの構成に対応して大電流で行う均等化制御を優先して実施し、その後小電流で行うセルの均等化制御を実施するようにしている。図１２（ａ）に示す組電池４１０では、ユニット４１１、４１２の容量が大きいことから、まずユニット４１１とユニット４１２との間で均等化制御を行う。その後、ユニット４１１内のセル間、及びユニット４１２内のセル間でそれぞれ均等化制御を行う。同様に、図１２（ｂ）に示す組電池４２０でも、容量の大きいユニット４２１とユニット４２２との間で均等化制御を行い、その後ユニット４２１内のセル間、及びユニット４２２内のセル間でそれぞれ均等化制御を行う。

上記説明の本実施形態の組電池の制御方法によれば、均等化制御の回数を減らせることができ、均等化制御に要する時間を短縮するとともに、均等化制御に伴うＳＯＣの損失を低減することができる。また、大電流を伴う均等化制御を限定できることから、充放電制御部１３０等の回路構成を小規模化することができる。さらに、均等化制御の回数を減らせることに伴って、ＳＯＣ移動量の精度が向上することが期待できる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態の組電池の制御方法及び制御装置を、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態の組電池制御装置５００の組電池５１０、充放電制御部５３０、スイッチ５０１、５０２、及び組電池制御装置５００に接続される外部電源１０及び外部負荷２０を取り出したものである。組電池制御装置５００のその他の構成は、図１に示した第１実施形態の組電池制御装置１００と同様である。

組電池制御装置５００では、セル５１２と５１３とが直列に接続されて一つのユニット５１１を形成し、セル５１５と５１６とが直列に接続されて別のユニット５１４を形成し、これら２つのユニットが並列に接続されて組電池５１０を構成している。また、本実施形態の充放電制御部５３０は、一つの充放電回路５３１と、４つのセレクタ回路５３２〜５３５を有している。

セレクタ回路５３２は、ユニット５１１と５１４との間で均等化制御するために設けられたものであり、第４実施形態と同様に大電流の制御が行われることから、各ユニットの両端とセレクタ回路５３２の端子とが大容量の線路（太線）で接続されている。また、セレクタ回路５３３、５３４、５３５は、各セルの均等化制御に用いるものであり、各セルとセレクタ回路との間、及びセレクタ回路間が小容量の線路（細線）で接続されている。

組電池５１０の均等化制御では、まず外部電源１０を電源とし外部負荷２０を放電先として、セレクタ回路５３２と充放電回路５３１を用いてユニット５１１と５１４との間で均等化制御を行う。セレクタ回路５３２は、充電する側のユニットと充電される側のユニットを選択するために用いられる。

その後、一方のユニットを電源として他方のユニット内のセルの均等化制御を行い、さらに、他方のユニットを電源として一方のユニット内のセルの均等化制御を行う。以下では、一方のユニットをユニット５１１とし他方のユニットをユニット５１４としてセルの均等化制御について説明するが、同様にしてユニット５１４を電源としてユニット５１１内のセルの均等化制御を行うことができる。

まず、ユニット５１４内のセル５１５、５１６の均等化制御を行うために、セレクタ回路５３２によりユニット５１１が電源に選択される。また、セレクタ回路５３３により均等化制御されるセルとしてユニット５１４側のセル５１５、５１６が選択される。さらに、セレクタ回路５３４によりセル５１５、５１６のうち充電する側のセルと充電される側のセルが選択される。これにより、セル５１５と５１６との間で均等化制御が行われる。同様にして、セルセル５１２と５１３との間の均等化制御を行うことができる。

本実施形態の組電池の制御方法及び制御装置によれば、複数のセルで構成されるユニットを複数有する組電池において一つのユニット内のセル間で均等化制御を行うとき、別のユニットを電源に用いることが可能となる。その結果、組電池が有する残容量を有効に活用して均等化制御を行うことが可能となる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態の組電池の制御方法を以下に説明する。第１実施形態の組電池の制御方法では、図５のフローチャートに示すように、組電池のＳＯＣがＳＯＣ利用領域内に入るように外部電源１０を用いて充電、または外部負荷（接地）２０への放電を行い、その後セル間の均等化制御を行っていた。これに対し本実施形態の組電池の制御方法では、まずセル間で均等化制御を行い、各セルのＳＯＣが均等化された後に、組電池のＳＯＣをＳＯＣ利用領域内に戻すのに必要な容量だけ外部電源１０を用いて全セルを一括して充電、またはＳＯＣ利用領域からの超過分を外部負荷２０に一括して放電する。

本実施形態の組電池の制御方法によれば、各セルのＳＯＣが予め均等化されていることから、外部電源からの充電または外部負荷への放電中に一部のセルが過剰に充電または放電されてしまうといった不適切な状態を回避することができ、外部電源からの充電または外部負荷への放電を効率的に行わせることが可能となる。

上記の各実施形態では、組電池を構成するセルの残容量を相互に均等化させるための組電池の制御方法について説明したが、均等化する状態量は残容量に限定されず、放電能力（ＣＯＤ）や充電能力（ＣＯＡ）の状態量についても同様に均等化制御することができる。放電能力や充電能力を均等化するときは、均等化させるのに必要な状態量の移動量をＳＯＣの目標移動量ΔＳＯＣに換算して行う。

放電能力は、例えば当該の蓄電システムに取り付けられた蓄電池（組電池）から負荷への放電に際して、放電電流、放電時間、放電時電圧が要求値を満たすのに必要な能力であるとする。このとき放電能力は、電池の内部の状態、例えばＳＯＣ，ＳＯＨ、温度によって決まり、その状態量が電池間で均等化されていないと特定の電池に放電負荷が集中し、蓄電システム全体として放電能力が維持できなくなる。そのため、電池の内部状態を診断し、構成電池の放電能力が一定となるようにΔＳＯＣの増減によって調整を行う。

例えば、不可逆的な容量の低下（劣化）が進んだ電池（Ａ）と劣化の進んでいない状態の良い電池（Ｂ）がある場合、（Ａ）に対してΔＳＯＣを多めに移動してＳＯＣの状態を高くすることによって、電池の放電能力は擬似的に（Ａ）と（Ｂ）が同程度になるように調整が可能である。こうすることにより、蓄電システム全体として見た場合、構成電池（Ａ），（Ｂ）の受ける外部的な負荷が等しくなるように調整ができる。

また、充電能力（充電受け入れ性）は、蓄電システムへ充電を行なうときの特性であり、そのときの充電電流や充電電圧は蓄電システムの電池構成により変わる。蓄電システムを構成するそれぞれの電池の状態によって充電限界に到達するセルがある場合、そのセルが律速となって蓄電システム全体の充電能力が低下してしまう。

第１の例として、不可逆的な容量の低下（劣化）が進んだ電池（Ａ）と劣化の進んでいない状態の良い電池（Ｂ）がある場合、電池（Ａ）は充電時の電圧がすぐに高くなり、電池（Ｂ）は充電が進むまで電圧が高くなりにくい。そのため、予め電池（Ａ）の電圧を低くするためにＳＯＣの値を低く設定しておき、電池（Ａ）と（Ｂ）の充電受け入れ時の電圧上昇を同じ程度になるようにする。そうすることによって、充電能力の均等化が可能となる。

第２の例として、残容量が高い電池（Ｃ）と残容量が低い電池（Ｄ）があり、どちらも劣化が進んでいない場合、この条件のまま外部から均等に充電を行なうと、電池（Ｃ）が先に高充電状態に到達して充電電流または充電電圧がシステムの上限に到達する。そこで、目標の状態量に向けて、電池（Ｃ）を放電したり、電池（Ｄ）を充電したり、あるいは電池（Ｃ）と（Ｄ）で同じＳＯＣになるようにΔＳＯＣを移動させることで、蓄電システム全体の充電能力が特定の電池に制限されないようにする。

第３の例として、電池（Ｅ）と電池（Ｆ）とで内部のＳＯＣ、ＳＯＨにともにズレが生じている場合、充電能力を判定するアルゴリズムを用いて電池（Ｅ），（Ｆ）の充電能力を算出し、それぞれの充電能力のズレが少なくなるようなＳＯＣの増減量ΔＳＯＣを決定する。この決定されたΔＳＯＣをもとに、充電能力の均等化を行なう。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る組電池の制御方法及び制御装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における組電池の制御方法及び制御装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１０ 外部電源
２０ 外部負荷
１００、５００ 組電池制御装置
１０１、５０１ 第１スイッチ
１０２，５０２ 第２スイッチ
１１０、４１０、４２０、５１０ 組電池
１１１、１１２，５１２，５１３、５１５、５１６ セル
１２０ 制御部
１２１ モニタ部
１２２ 外部スイッチ制御部
１２３ 制御管理部
１３０，５３０ 充放電制御部
１３１ セレクタ回路
１３２ 充放電回路
１５０ 入出力部
４１１、４１２、４２１、４２２、５１１、５１４ ユニット

Claims (17)

1. 単体の電池をセルとしてこれを２以上組み合わせて構成された組電池の前記セルの残容量（ＳＯＣ：State of Charge）、放電能力（ＣＯＤ：Capability of Discharge）及び充電能力（ＣＯＡ：Capability of Acceptance）のいずれか１つの状態量を相互に均等化させるための組電池の制御方法であって、
   前記セルのそれぞれの前記状態量を算出し、
   セル間の均等化制御として、
   前記セル毎の前記状態量を均等化させるのに必要な前記状態量の移動量を前記ＳＯＣの目標移動量ΔＳＯＣに換算して算出するとともに該目標移動量ΔＳＯＣの移動元及び移動先となる前記セルを選択し、
   前記移動元及び移動先のセル間で充放電を行い、
   前記充放電中の電流を測定して時間積分することで測定移動量を算出し、
   前記測定移動量が前記目標移動量ΔＳＯＣに達すると前記充放電を停止させる
   ことを特徴とする組電池の制御方法。
2. 前記組電池の充放電停止後の所定期間の開放端電圧の測定値を取得して所定の電圧積算値を算出し、
   前記電圧積算値から前記ＳＯＣを算出するための参照データまたは参照関数を事前に作成しておき、
   前記参照データまたは参照関数から前記電圧積算値に対応する前記セル毎のＳＯＣを算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の組電池の制御方法。
3. 前記電圧積算値は、前記所定期間の開放端電圧の測定値を時間積分して算出される
   ことを特徴とする請求項２に記載の組電池の制御方法。
4. 前記電圧積算値は、前記所定期間の開放端電圧の測定値を時間積分したものから所定の基準ＯＣＶに前記所定期間の時間長さを掛けたものを減算して算出される
   ことを特徴とする請求項２に記載の組電池の制御方法。
5. 前記セル間の均等化制御は、前記組電池の少なくとも１つのセルが所定のＳＯＣ上限値と下限値からなるＳＯＣ利用領域から逸脱したときに行う
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の組電池の制御方法。
6. 前記セル毎のＳＯＣまたは事前に選択された１以上の代表的なセルのＳＯＣから前記組電池のＳＯＣを算出し、
   前記組電池のＳＯＣが前記ＳＯＣ下限値より低いときは前記組電池を所定の外部電源に接続して前記組電池のすべてのセルを一括充電し、
   前記組電池のＳＯＣが前記ＳＯＣ上限値より高いときは前記組電池を所定の外部負荷又は接地部に接続して前記組電池のすべてのセルを一括放電する
   ことを特徴とする請求項５に記載の組電池の制御方法。
7. 前記一括充電または前記一括放電は、前記セル間の均等化制御の前に行う
   ことを特徴とする請求項６に記載の組電池の制御方法。
8. 前記一括充電または前記一括放電は、前記セル間の均等化制御の後に行う
   ことを特徴とする請求項６に記載の組電池の制御方法。
9. 前記目標移動量ΔＳＯＣを前記セル間の均等化制御に伴うエネルギーロス分を前記移動元のセルのＳＯＣから予め除いて算出し、
   前記測定移動量が前記目標移動量ΔＳＯＣに前記エネルギーロス分を加算した移動量に達したときに前記充放電を停止させる
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の組電池の制御方法。
10. 前記セルの劣化に伴うＣＯＤまたはＣＯＡの個々のセルに依存した能力低下分が前記目標移動量ΔＳＯＣによって調整されて前記ＣＯＤまたはＣＯＡが均等化される
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の組電池の制御方法。
11. 前記組電池は、２以上の前記セルが直列または並列のいずれか一方で接続されたユニットを２以上備え、
    前記ユニット間で均等化制御を行うとともに、前記ユニット内のセル間で均等化制御を行う
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の組電池の制御方法。
12. 前記２以上のユニットのいずれか１つのユニットのセル間で行う均等化制御は、前記２以上のユニットの別のユニットを電源に用いて行う
    ことを特徴とする請求項１１に記載の組電池の制御方法。
13. 単体の電池をセルとしてこれを２以上組み合わせて構成された組電池の前記セル間の充電量を均等化させるための組電池の制御装置であって、
    前記組電池の充放電を制御する充放電制御部と、
    前記組電池の少なくとも電圧と電流を測定して監視するモニタ部と、
    前記組電池と所定の外部電源との接続をオン／オフする第１スイッチと、
    前記組電池と所定の外部負荷との接続をオン／オフする第２スイッチと、
    前記第１スイッチ及び第２スイッチを制御する外部スイッチ制御部と、
    前記充放電制御部、前記モニタ部、及び前記外部スイッチ制御部を制御する制御管理部と、を備え、
    さらに前記充放電制御部は、充放電の接続先を選択するセレクタ回路と、充放電を実行する充放電回路とを備え、
    前記制御管理部は、
    前記セルのそれぞれのＳＯＣを算出してこれを均等化させるのに必要なＳＯＣの目標移動量ΔＳＯＣを算出し、前記目標移動量ΔＳＯＣの移動元及び移動先となる前記セルを前記セレクタ回路に出力して両者を接続させ、前記目標移動量ΔＳＯＣを前記充放電回路に出力して充放電を行わせ、前記モニタ部から前記充放電中の電流を入力して時間積分することで測定移動量を算出し、前記測定移動量が前記目標移動量ΔＳＯＣに達すると前記充放電回路に対し充放電の停止を指示する
    ことを特徴とする組電池の制御装置。
14. 前記組電池は、２以上の前記セルが直列または並列に接続されたユニットを２以上備える
    ことを特徴とする請求項１３に記載の組電池の制御装置。
15. 前記充放電回路は、充電のみを行う充電回路を有する
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の組電池の制御装置。
16. 前記充放電回路は、放電のみを行う放電回路を有する
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の組電池の制御装置。
17. 前記充放電回路は、充電のみを行う充電回路と放電のみを行う放電回路の両方を有する
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の組電池の制御装置。

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