WO2011074390A1

WO2011074390A1 - 電池モジュール制御システム及び電池モジュール制御方法

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Publication number: WO2011074390A1
Application number: PCT/JP2010/071174
Authority: WO
Inventors: 鈴木　伸
Original assignee: Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2011-06-23
Also published as: CN102687365B; JP5455215B2; JP2011129327A; US20120293112A1; CN102687365A; US9184476B2

Abstract

　簡便で安価なシステムによって任意の２次電池モジュールのリユースが可能な電池モジュール制御システムを提供するために、本発明では、共通電圧検出手段（７４、制御部１０）によって、並列接続された複数の電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）の共通の充放電路の電圧（Ｖ_com）を検出し、複数の電圧検出手段（７１、７２、７３、制御部１０）によって、前記複数の電池モジュールそれぞれの電圧を検出し、前記共通電圧検出手段によって検出された電圧と、所定の電池モジュールに対応する前記電圧検出手段によって検出された電圧との差が、前記所定の電池モジュールの許容電圧差より大きい場合、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路（ＳＷ₁、ＳＷ₂、ＳＷ₃）をオフする制御を行う。

Description

電池モジュール制御システム及び電池モジュール制御方法

　本発明は、１つ以上の電池セルから構成される電池モジュールを制御するために用いられる電池モジュール制御システム及び電池モジュール制御方法に関する。

　環境問題に対する意識の高まりと共に、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの電気モーターで駆動される車両、或いは、太陽光によって発電した電気を蓄電するシステムなどが急速に普及することが予想されている。これらの車両、蓄電システムにおいては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池、鉛電池その他の２次電池が用いられるが、今後、車両や蓄電システムで一度利用された電池が大量に回収されることが考えられ、回収された中古の電池を有効に再利用する方策が種々検討されている。

　ところで、一般的に言われるように、電池を複数接続して使用する場合、それぞれの劣化度や容量などの特性の異なる電池の並列使用を禁止するのは、電池間での逆流による充放電が大きく出た場合、逆流した電流による発熱などの危険が伴うためである。そこで、容量特性が異なる電池を並列使用する場合には、逆流防止機能などによる安全性の担保が必要となる。ただし、逆流防止機能を設けたとしても、電池間で大きな容量のバラツキが出た場合、劣化度の一番ひどい（容量が少ない）電池に依存され、本来の容量が取り出せない傾向がある。

　使用履歴により電池の劣化度、容量などが異なることとなるので、電池モジュールのリユースを行う際には、回収された電池モジュールに関するデータを何らかの形で取得する必要があり、このための方法がこれまで提案されてきた。

　例えば、特許文献１（特開２００７－１４１４６４号公報）には、自らの電気的特性情報または使用履歴情報の少なくともいずれか一方を電池情報として記憶する電池情報記憶手段を備えた２次電池モジュールに接続される電池情報管理装置であって、ＣＰＵとメモリーとを少なくとも含んで構成された情報処理手段と、前記情報処理手段の情報処理結果を出力する出力手段と、前記２次電池モジュールを前記情報処理手段に接続するインターフェイス手段とを備え、前記情報処理手段が、前記２次電池モジュールの前記電池情報記憶手段に記憶されている電池情報を、前記インターフェイス手段によって読み出し、前記電池情報について別途あらかじめ定められた１以上の閾値と、前記読み出した電池情報とに基づき、前記２次電池モジュールの再利用のためのグレード分けを行い、そのグレード分けの結果得られたグレード分けの情報を前記出力手段に出力し、前記インターフェイス手段によって読み出された前記電池情報を、その電池情報を出力した前記２次電池モジュールの識別情報に対応させて蓄積する電池情報データベースを備えたこと電池情報管理装置が開示されている。
特開２００７－１４１４６４号公報

　特許文献１に記載のものは、２次電池モジュールに自らの電気的特性情報または使用履歴情報などの電池情報を記憶させる電池情報記憶手段を設けたり、或いは、装置側にはこの電池情報記憶手段に記憶された電池情報を読み出す手段を設けたりする必要があり、２次電池モジュールをリユースするための構成が非常に複雑で、かつ高価なものとなってしまう、という問題があった。また、リユース可能な２次電池モジュールは、上記のような規格通りの電池情報記憶手段が設けられたものであり、任意の２次電池モジュールをリユースすることができない、という問題もあった。

　上記問題点を解決するために、本発明に係る電池モジュール制御システムは、互いに並列接続された複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールそれぞれの充放電路に設けられたスイッチ回路と、前記複数の電池モジュールそれぞれの平均インピーダンス値を算出する平均インピーダンス値算出手段と、前記複数の電池モジュールそれぞれの許容最大充放電レートを入力する許容最大充放電レート入力手段と、前記平均インピーダンス値算出手段で算出された平均インピーダンス値と、前記許容最大充放電レート入力手段で入力された許容最大充放電レートと、から前記複数の電池モジュールそれぞれの許容電圧差を算出する許容電圧差算出手段と、前記複数の電池モジュールの共通の充放電路の電圧を検出する共通電圧検出手段と、前記複数の電池モジュールそれぞれの電圧を検出する複数の電圧検出手段と、を有し、前記共通電圧検出手段によって検出された電圧と、所定の電池モジュールに対応する前記電圧検出手段によって検出された電圧との差が、前記所定の電池モジュールの許容電圧差より大きい場合、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路をオフする制御を行うことを特徴とする。

　また、本発明に係る電池モジュール制御システムは、互いに並列接続された複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールそれぞれの充放電路に設けられたスイッチ回路と、前記複数の電池モジュールそれぞれの平均インピーダンス値を算出する平均インピーダンス値算出手段と、前記複数の電池モジュールそれぞれの許容最大充放電レートを入力する許容最大充放電レート入力手段と、前記複数の電池モジュールそれぞれの充放電路を流れる電流を検出する複数の電流検出手段と、を有し、所定の電池モジュールに対応する前記電流検出手段によって検出された電流値の絶対値が、前記所定の電池モジュールの許容最大充放電レートより大きい場合、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路をオフする制御を行うことを特徴とする。

　また、本発明に係る電池モジュール制御システムは、前記複数の電池モジュールそれぞれの生産時期が異なることを特徴とする。

　また、本発明に係る電池モジュール制御システムは、前記複数の電池モジュールそれぞれの利用履歴が異なることを特徴とする。

　また、本発明に係る電池モジュール制御システムは、前記複数の電池モジュールそれぞれの規格が異なることを特徴とする。

　また、本発明に係る電池モジュール制御方法は、共通電圧検出手段によって、並列接続された複数の電池モジュールの共通の充放電路の電圧を検出し、
複数の電圧検出手段によって、前記複数の電池モジュールそれぞれの電圧を検出し、
前記共通電圧検出手段によって検出された電圧と、所定の電池モジュールに対応する前記電圧検出手段によって検出された電圧との差が、前記所定の電池モジュールの許容電圧差より大きい場合、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路をオフする制御を行うことを特徴とする。

　また、本発明に係る電池モジュール制御方法は、複数の電流検出手段によって、並列接続された複数の電池モジュールそれぞれの充放電路を流れる電流を検出し、
所定の電池モジュールに対応する前記電流検出手段によって検出された電流値の絶対値が、前記所定の電池モジュールの許容最大充放電レートより大きい場合、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路をオフする制御を行うことを特徴とする。

　本発明に係る電池モジュール制御システム及び電池モジュール制御方法によれば、実使用等を通じて、それぞれの２次電池モジュールの許容電圧差を取得して、この許容電圧差より大きい電圧が２次電池モジュールに印加されないように、２次電池モジュールの充放電経路に設けられたスイッチ回路を制御することにより、２次電池モジュールが安全な使用領域で使用されることを担保するものであるので、２次電池モジュール自体にその使用履歴等を記憶させるための記憶手段などを設けることなく、簡便で安価なシステムによって２次電池モジュールのリユースが可能となる。

　また、本発明に係る電池モジュール制御システム及び電池モジュール制御方法によれば、上記のように許容電圧差に基づきスイッチ回路を制御することによって、任意の２次電池モジュールの安全使用を担保できるので、規格通りの電池情報記憶手段が設けられていなくても、任意の２次電池モジュールをリユースすることが可能となる。

本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システムの回路構成の概略を示す図である。本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システムにおける充放電ログデータ／モジュールデータテーブル記憶部のデータ構造を説明する図である。本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システムの充放電処理のフローチャートを示す図である。本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システムのＳＷオンオフ状態変更処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システムにおける処理ステップの概要を示す図である。本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システムにおける処理ステップの概要を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システムの回路構成の概略を示す図である。図１において、１は電池モジュール制御システム、１０は制御部、１１はＣＰＵ、１２はＲＡＭ、１３はＲＯＭ、１４は計時部、１５はＡ／Ｄ変換部、１６はインターフェイス部、２０は放電用スイッチ回路、３０は充電用スイッチ回路、４０は充放電ログデータ／モジュールデータテーブル記憶部、５０は入力部、６１、６２、６３はスイッチ回路、７１、７２、７３、７４は電圧検出端子、８１、８２、８３は電池モジュール、９１、９２、９３は電流検出部をそれぞれ示している。

　電池モジュール制御システム１は、不図示の上位装置からの充電指令／放電指令、充電中止指令／放電中止指令を受けて、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃に対して充電を行ったり、これらモジュールから放電を行ったり、或いは、充電を中止したり、放電を中止したりするシステムであり、電池モジュール制御システム１に接続される電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃の充放電管理を行うものである。ここで、本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システム１が管理する電池モジュールの数は、本実施形態のように３つでなく、１つ以上の任意の数の電池モジュールを管理することが可能である。また、電池モジュール制御システム１は、任意の種類の２次電池セルを組み合わせて構成された電池モジュールを管理することができる。すなわち、本実施形態で言えば、電池モジュールＭ₁、電池モジュールＭ₂、電池モジュールＭ₃のそれぞれのモジュールの種類、規格が異なっていても構わない。また、電池モジュール制御システム１が管理する電池モジュールは、既に使用履歴のある中古のものであっても、或いは新品のものであっても構わない。より詳しくは、電池モジュール制御システム１が管理する電池モジュールとしては、電池モジュールそれぞれの生産時期が異なっていても、或いは、電池モジュールそれぞれの利用履歴が異なっていても、或いは、電池モジュールそれぞれの規格が異なっていても構わない。

　本発明に係る電池モジュール制御システム１では、実使用等を通じて、それぞれの電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃の許容電圧差を取得する。そして、この許容電圧差より大きい電圧がそれぞれの電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃に印加されないように、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃の充放電経路に設けられたスイッチ回路ＳＷ₁、ＳＷ₂、ＳＷ₃を制御することにより、電池モジュールが安全な使用領域で使用されることを担保する。このため、上述したように、電池モジュール制御システム１が管理する電池モジュールのそれぞれの生産時期が異なっていても、或いは、それぞれの利用履歴が異なっていても、或いは、それぞれの規格が異なっていても構わないのである。なお、許容電圧差などの定義については後述する。

　本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システム１においては、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃と、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃それぞれの充放電時の電流を検出する抵抗等からなる電流検出部Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃と、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃それぞれの充放電路に設けられ電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃個々の充放電を制御するスイッチ回路ＳＷ₁、ＳＷ₂、ＳＷ₃と、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃の充放電を監視、制御する制御部１０と、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃全体の充電・放電を制御するＦＥＴからなる放電用スイッチ回路２０、充電用スイッチ回路３０と、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃に関するデータを記憶する充放電ログデータ／モジュールデータテーブル記憶部４０と、制御部１０に所定の情報をユーザー等が入力する場合に用いられる入力部５０と、を備えている。

　制御部１０においては、電圧検出端子７１、７２、７３、７４おける各端子電圧値Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、Ｖ_com、及び電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃個々の充放電路における電流検出部９１、９２、９３における電流値Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１１等で処理可能なデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部１５が設けられている。なお、７４おける端子電圧値Ｖ_comは電池モジュール制御システム１全体としての充放電電圧値である。

　そして、Ａ／Ｄ変換部１５からの出力が、制御手段としてのＣＰＵ１１に入力されて、演算、比較、判定等が行われて、このＣＰＵ１１からの信号で、スイッチングトランジスタ等からなる
放電用スイッチ回路２０、充電用スイッチ回路３０、スイッチ回路ＳＷ₁、ＳＷ₂、ＳＷ₃をオンオフ制御する。

　また、制御部１０には、ＣＰＵ１１が処理するための各種データを記録するためのメモリーが設けられている。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１２は、プログラムの一部や、各種データを一時的に記憶する。また、電池モジュール制御システム１の動作を制御するプログラムを保存するプログラムメモリを備える不揮発性の記憶媒体であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）１３には、プログラムの実行時に必要なデータなどがあらかじめ記憶される。

　また、制御部１０には、各種のタイマーである計時部１４が設けられており、時間計測等に利用される。制御部１０におけるインターフェイス部１６は、制御部１０外の構成である充放電ログデータ／モジュールデータテーブル記憶部４０や入力部５０との入出力を司るものである。

　充放電ログデータ／モジュールデータテーブル記憶部４０は、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）又はＦｌａｓｈＭｅｍｏｒｙなどの書き換え可能な不揮発性メモリーから構成されるものであり、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃の充放電の履歴を記録する充放電ログデータと、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃の特性を記憶するモジュールデータテーブルとを、記憶している。

　また、入力部５０はユーザーが電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃に関するデータを入力することを可能とするタッチパネル等の入力手段である。

　図２は本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システムにおける充放電ログデータ／モジュールデータテーブル記憶部４０のデータ構造を説明する図である。

　図２（Ａ）は充放電ログデータのデータ構造を示すものである。充放電ログデータには計時部１４で取得された時刻データに対応した、電池モジュール制御システム１が充電を行っているのか放電を行っているのかに係るデータ、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃個々の充放電路における電流検出部９１、９２、９３における電流値Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃のデータ、電圧検出端子７１、７２、７３、７４おける各端子電圧値Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、Ｖ_comのデータが記録されるようになっている。

　図２（Ｂ）は、これまでに記録された上述の充放電ログデータから、算出される電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃それぞれの特性に関するテーブルである。図２（Ｂ）に示すモジュールデータテーブルで管理するデータ例としては、電池モジュールのＩＤナンバーであるｎ（本実施形態ではｎ＝１，２，３）、それぞれの電池モジュールの電池容量（Ａｈ₁，Ａｈ₂，Ａｈ₃）、それぞれの電池モジュールのＤＣインピーダンスの平均値（Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃）、それぞれの電池モジュールの充放電レート（Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃）、それぞれの電池モジュールの許容最大充放電レート（Ｃmax₁，Ｃmax₂，Ｃmax₃）、それぞれの電池モジュールの許容電圧差（ΔＶ₁，ΔＶ₂，ΔＶ₃）を挙げることができる。

　電池モジュール制御システム１に新たな電池モジュールをセットしたときには、モジュールデータテーブルに用いる値として、どのような電池モジュールについても十分に安全に利用できる値を入力しておき、電池モジュール制御システム１を実使用しつつログデータを取得していき、適宜モジュールデータテーブルを更新するように運用することができる。

　電池容量（Ａｈ₁，Ａｈ₂，Ａｈ₃）は、充放電ログデータによって電流積算法や電圧法などの周知の方法を用いて、ＣＰＵ１１がアイドルタイムや充放電終了時に算出し適宜更新されるようになっている。なお、新たな電池モジュール（新品、中古に限らない）を電池モジュール制御システム１にセットしたときには、初期設定として満充電から放電を行い、電池容量を求めるようにプログラムしておいてもよいが、通常の実使用における充放電ログデータから、電池容量を求めるようにしてもよい。

　ＤＣインピーダンスの平均値（Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃）は、それぞれの電池モジュールの電圧値を電流値によって除したものを累積的に平均化することによって求められる電池モジュールの直流内部抵抗である。このようなＤＣインピーダンス平均値も、充放電ログデータから、ＣＰＵ１１が適宜算出して更新するようにされている。

　１Ｃの充放電レートは、公称容量値の容量を有するセルを定電流放電して、１時間で放電終了となる電流値のことである。例えば、２．５Ａｈの公称容量値の電池モジュールでは、１Ｃが２．５Ａとなる。また、ここで、この電池モジュールでは、０．２Ｃが０．５Ａとなる。

　モジュールデータテーブルで管理する電池モジュールの充放電レート（Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃）は、このような電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃それぞれの充放電レート（単位はアンペア）である。この充放電レート（Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃）については、モジュールデータテーブルの電池容量で算出した電池容量Ｘ［Ａｈ］から、Ｘ［Ａ］（＝１Ｃ）と求めることができる。

　許容最大充放電レートは、ある電池モジュールが最大で何Ｃの電流を充放電することが可能であるかを定義するものである。例えば、２．５Ａｈの公称容量値の電池モジュールは、１Ｃが２．５Ａとなるが、この電池モジュールの許容最大充放電レートが２Ｃである場合には、許容最大充放電電流は５Ａとなる。

　また、モジュールデータテーブルで管理する電池モジュールの許容最大充放電レート（Ｃmax₁，Ｃmax₂，Ｃmax₃）は、上記のような電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃それぞれの許容最大充放電レート（単位はアンペア）である。このような許容最大充放電レート（Ｃmax₁，Ｃmax₂，Ｃmax₃）については、入力部５０からユーザーが入力して、テーブルに設定することが望ましい。あるいは、このような入力部５０からのユーザー入力に代えて、インターネット上のウエブサイトなどから提供されるから情報を自動的に取得するように構成してもよい。

　なお、電池モジュールの許容最大充放電レートに係るデータを取得することができない場合には、モジュールデータテーブルにおける充放電レートの値をそのまま利用することができる。これは、どのような電池モジュールであっても、最低限１Ｃに相当する電流を流すことは可能であるものと考えられるからである。

　電池モジュールの許容電圧差（ΔＶ₁，ΔＶ₂，ΔＶ₃）は、電池モジュールの許容最大充放電レートと、電池モジュールのＤＣインピーダンス平均値との積によって求める電圧値である。新品であれ、リユース品であれ電池モジュールの充放電においては、このように定義される許容電圧差を超えた電圧差が電池モジュールに印加されないこと、及び許容最大充放電レートを超えた電流が電池モジュールに流れないこと、の２点が守られれば、安全に電池モジュールを利用することが可能である。本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システム１においては、この２点が守られるようにスイッチ回路ＳＷ₁、ＳＷ₂、ＳＷ₃を制御するようにしている。これによって、電池モジュール自体にその使用履歴等を記憶させるための記憶手段などを設けることなく、簡便で安価なシステムによって２次電池モジュールのリユースが可能となるし、また、中古であれ新品であれ、任意の電池モジュールをリユースすることが可能となるのである。

　次に、以上のように構成される電池モジュール制御システム１における充放電動作についてフローチャートを参照して説明する。図３は本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システム１の充放電処理のフローチャートを示す図である。図１において、電池モジュール制御システム１の制御部１０に対して上位装置（不図示）から放電指令（又は、充電指令）が入力されると、ステップＳ１００で充放電処理が開始される。

　ステップＳ１００に続いてステップＳ１０１に進むと、放電指令の場合には放電用スイッチ回路２０（充電指令の場合は充電用スイッチ回路３０）を動作させる。次のステップＳ１０２では、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃個々の充放電路に設けられている全てのスイッチ回路ＳＷ₁、ＳＷ₂、ＳＷ₃をＯＮとする。

　次のステップＳ１０３では、電圧検出端子における電圧値Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、Ｖ_comの電圧値、及び、電流検出部Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃の電流値Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃を取得する。続くステップＳ１０４では、計時部１４による計時データと共に、取得された電圧値Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、Ｖ_com及び電流値Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃を充放電ログデータ／モジュールデータテーブル記憶部４０に記録する。

　ステップＳ１０５では、ＳＷオンオフ状態変更処理のサブルーチンが実行される。このサブルーチンについては、後に詳しく説明する。

　ステップＳ１０６では、制御部１０が不図示の上位装置から充電中止指令（又は放電中止指令）が入力されたか否かが判定される。ステップＳ１０６の判定結果がＮＯでるときにはステップＳ１０３に戻りループする。

　一方、ステップＳ１０６の判定結果がＹＥＳでるときにはステップＳ１０７に進み、ステップＳ１０７において、放電用スイッチ回路２０（又は、充電用スイッチ回路３０）を停止する。続く、ステップＳ１０８においては、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃個々の充放電路に設けられている全てのスイッチ回路ＳＷ₁、ＳＷ₂、ＳＷ₃をＯＦＦとする。

　ステップＳ１０９では、今回の放電（又は充電）によって取得されたログ（充放電ログデータ／モジュールデータテーブル記憶部４０に記録されたもの）によって、電池モジュールＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃それぞれの「電池容量」の値、「ＤＣインピーダンス平均値」を算出する。

　そして、ステップＳ１１０では、これまでに記録されているモジュールデータテーブルの値と、今回算出された「電池容量」の値、「ＤＣインピーダンス平均値」とを比較して、これまでに記録されているモジュールデータテーブルの変更が必要であるか否かが判定される。ステップＳ１１０の判定がＹＥＳであるときにはステップＳ１１１に進み、充放電ログデータ／モジュールデータテーブル記憶部４０に記憶されるモジュールデータテーブルを更新し、判定がＮＯであるときにはステップＳ１１２に進み、処理を終了する。

　次に、ステップＳ１０５におけるＳＷオンオフ状態変更処理のサブルーチンについてフローチャートを参照して説明する。図４は本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システム１のＳＷオンオフ状態変更処理サブルーチンのフローチャートを示す図である。

　図４において、ステップＳ２００で、ＳＷオンオフ状態変更処理サブルーチンが開始されると、続いて、ステップＳ２０１に進み、電池モジュールのＩＤナンバーであるｎナンバーとしてｎ＝１がセットされ、まず電池モジュールＭ₁の充放電路に設けられたスイッチ回路ＳＷ₁の状態がチェックされる。

　ステップＳ２０２では、ＳＷ_nがＯＮであるかＯＦＦであるかに係るスイッチ状態が取得され、ステップＳ２０３では、ＳＷ_nがＯＮであるか否かが判定される。ステップＳ２０３における判定がＹＥＳであるときにはステップＳ２０４に進み、ＮＯであるときにはステップＳ２０８に進む。

　ステップＳ２０４では、｜Ｉｎ｜＜Ｃ_maxnを満たすか否かが判定される。ステップＳ２０４における判定がＹＥＳであるときには、Ｃ_maxnを超えない安全な電流が電池モジュールに流れている状態であるので、ステップＳ２０５に進み、ＳＷ_nのＯＮ状態を維持する。逆に、ステップＳ２０４における判定がＮＯであるときには、Ｃ_maxnを超えた安全が保障できない電流が電池モジュールに流れている状態であるので、ステップＳ２０６に進み、ＳＷ_nをＯＮ状態からＯＦＦ状態に変更する。

　また、ステップＳ２０３において、ＳＷ_nがＯＦＦ状態であるものと判定されたときに進むステップＳ２０８では、｜Ｖ_com―Ｖ_n｜＞ΔＶ_nであるか否かが判定される。すなわち、ステップＳ２０８では、電池モジュール制御システム１全体の充放電電圧値と、自らのモジュールの電圧差が、許容電圧差を超えているかが判定される。

　ステップＳ２０８における判定がＹＥＳであるときには、電池モジュールにＣ_maxnを超えた安全が保障できない電流が流れこむことが想定されるので、ステップＳ２０９に進み、ＳＷ_nのＯＦＦ状態を維持する。

　逆に、ステップＳ２０８における判定がＮＯであるときには、電池モジュールにＣ_maxnを超えない安全な電流が流れこむことが想定されるので、ＳＷ_nをＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更するように制御する。

　ステップＳ２０７では、全てのｎについて済んだか否かが判定される。このステップの判定がＮＯであるときには、ステップＳ２１１に進み、ｎを１インクリメントして、ステップＳ２０２に進む。一方、ステップＳ２０７の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２１２に進み、元のルーチンにリターンする。

　以上のような本発明に係る電池モジュール制御システム１によれば、実使用等を通じて、それぞれの２次電池モジュールの許容電圧差ΔＶを取得して、この許容電圧差ΔＶより大きい電圧が２次電池モジュールに印加されないように（すなわち、Ｃ_maxnを超えた安全が保障できない電流が電池モジュールに流れないように）、２次電池モジュールの充放電経路に設けられたスイッチ回路ＳＷ_nを制御することにより、２次電池モジュールが安全な使用領域で使用されることを担保するものであるので、２次電池モジュール自体にその使用履歴等を記憶させるための記憶手段などを設けることなく、簡便で安価なシステムによって２次電池モジュールのリユースが可能となる。

　また、本発明に係る電池モジュール制御システム１によれば、上記のように許容電圧差ΔＶに基づきスイッチ回路ＳＷ_nを制御することによって、任意の２次電池モジュールの安全使用を担保できるので、規格通りの電池情報記憶手段が設けられていなくても、任意の２次電池モジュールをリユースすることが可能となる。

　以下、本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システムにおける処理ステップの概要をまとめる。本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システムは、（１）所定の電池モジュールに対応する電圧検出手段によって検出された電圧を検出して、これに基づいて所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路のオンオフ制御を行う態様と、（２）所定の電池モジュールに対応する電流検出手段によって検出された電流を検出して、これに基づいて所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路のオンオフ制御を行う態様の２つの態様を内包している。

　まず、（１）に関連する処理ステップの概要についてまとめる。図５は本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システムにおける処理ステップの概要を示す図であり、図５（Ａ）はモジュールデータテーブルの作成までのステップの概要を示す図であり、図５（Ｂ）は当該モジュールデータテーブルを参照し、検出された電圧に基づいて、スイッチ回路のオンオフを制御するステップの概略を示す図である。

　図５（Ａ）において、まず、ステップＳ１１では、複数の電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）それぞれの平均インピーダンス値（Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃）を算出する。平均インピーダンス値の算出については、それぞれの電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）の電圧値を電流値によって除したものを累積的に平均化することによって求められることができる。

　続く、ステップＳ１２では、複数の電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）それぞれの許容最大充放電レート（Ｃmax₁，Ｃmax₂，Ｃmax₃）を入力する。このような入力については、入力部５０を利用して行い得る。

　次の、ステップＳ１３では、ステップＳ１１の平均インピーダンス値算出ステップで算出された平均インピーダンス値（Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃）と、ステップＳ１２の許容最大充放電レート入力ステップで入力された許容最大充放電レート（Ｃmax₁，Ｃmax₂，Ｃmax₃）と、から前記複数の電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）それぞれの許容電圧差（ΔＶ₁，ΔＶ₂，ΔＶ₃）を算出する許容電圧差を算出する。

　ステップＳ１４では、以上のようにして算出されたり、入力されたりした各値をモジュールデータテーブルに格納する。

　続いて、上記のようにモジュールデータテーブルに格納された値を参照して、図５（Ｂ）以降の処理ステップを実行する。なお、図５（Ｂ）において、複数の電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）の充放電制御を継続的に行うときには、最後の処理ステップから最初の処理ステップに戻り、ループするものである。

　図５（Ｂ）において、まず、ステップＳ２１では、複数の電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）の共通の充放電路の電圧（Ｖ_com）を共通電圧検出手段（７４、制御部１０）によって検出する。

　次のステップＳ２２では、複数の電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）それぞれの電圧（Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃）を複数の電圧検出手段（７１、７２、７３、制御部１０）によって検出する
　ステップＳ２３では、共通電圧検出手段によって検出された電圧（Ｖ_com）と、所定の電池モジュールに対応する電圧検出手段によって検出された電圧（Ｖ_n；ただし、ｎ＝１，２，３のいずれか）との差が、前記所定の電池モジュールの許容電圧差（ΔＶ_n；ただし、ｎ＝１，２，３のいずれか）より大きいかを判定する。

　ステップＳ２３における判定がＹＥＳであれば、ステップＳ２４に進み、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路（ＳＷ_n；ただし、ｎ＝１，２，３のいずれか）をオフする制御を行う。

　一方、ステップＳ２３における判定がＮＯであれば、ステップＳ２５に進み、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路（ＳＷ_n；ただし、ｎ＝１，２，３のいずれか）をオンする制御を行う。

　以上、（１）に基づく態様によれば、許容電圧差ΔＶを判定基準として、スイッチ回路ＳＷ_nを制御することによって、任意の２次電池モジュールの安全使用を担保できるので、規格通りの電池情報記憶手段が設けられていなくても、任意の２次電池モジュールをリユースすることが可能となる。

　次に（２）に関連する処理ステップの概要についてまとめる。図６は本発明の実施形態に係る電池モジュール制御システムにおける処理ステップの概要を示す図であり、図６（Ａ）はモジュールデータテーブルの作成までのステップの概要を示す図であり、図６（Ｂ）は当該モジュールデータテーブルを参照し、検出された電流に基づいて、スイッチ回路のオンオフを制御するステップの概略を示す図である。

　図６（Ａ）において、まず、ステップＳ３１では、複数の電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）それぞれの平均インピーダンス値（Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃）を算出する。平均インピーダンス値の算出については、それぞれの電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）の電圧値を電流値によって除したものを累積的に平均化することによって求められることができる。

　続く、ステップＳ３２では、複数の電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）それぞれの許容最大充放電レート（Ｃmax₁，Ｃmax₂，Ｃmax₃）を入力する。このような入力については、入力部５０を利用して行い得る。

　ステップＳ３３では、以上のようにして算出されたり、入力されたりした各値をモジュールデータテーブルに格納する。

　続いて、上記のようにモジュールデータテーブルに格納された値を参照して、図６（Ｂ）以降の処理ステップを実行する。なお、図６（Ｂ）において、複数の電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）の充放電制御を継続的に行うときには、最後の処理ステップから最初の処理ステップに戻り、ループするものである。

　図６（Ｂ）において、まず、ステップＳ４１では、複数の電池モジュール（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃）それぞれの充放電路を流れる電流（Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃）を複数の電流検出手段（９１、９２、９３）によって検出する。

　ステップＳ４２では、所定の電池モジュールに対応する電流検出手段によって検出された電流値（Ｉ_N；ただし、Ｎ＝１，２，３のいずれか）の絶対値が、前記所定の電池モジュールの許容最大充放電レート（Ｃmax₁，Ｃmax₂，Ｃmax₃）より大きいか否かが判定される。

　ステップＳ４２における判定がＹＥＳであれば、ステップＳ４３に進み、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路（ＳＷ_n；ただし、ｎ＝１，２，３のいずれか）をオフする制御を行う。

　一方、ステップＳ４２における判定がＮＯであれば、ステップＳ４４に進み、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路（ＳＷ_n；ただし、ｎ＝１，２，３のいずれか）をオンする制御を行う。

　以上、（１）に基づく態様によれば、許容最大充放電レートを判定基準として、スイッチ回路ＳＷ_nを制御することによって、任意の２次電池モジュールの安全使用を担保できるので、規格通りの電池情報記憶手段が設けられていなくても、任意の２次電池モジュールをリユースすることが可能となる。

　この出願は、２００９年１２月１７日に出願された日本出願特願２００９－２８５８１６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てを個々に取り込む。

産業上の利用性

　本発明の電池モジュール制御システム及び電池モジュール制御方法によれば、無停電電源を構成する交流スイッチ（１２０）に流れる潮流を適切に制御することが可能となるので、耐量が大きい高価な交流スイッチ（１２０）を用いることなく、安価に電力システムを構築することができるようになり、産業上の利用性が非常に大きい。

１・・・電池モジュール制御システム、１０・・・制御部、１１・・・ＣＰＵ、１２・・・ＲＡＭ、１３・・・ＲＯＭ、１４・・・計時部、１５・・・Ａ／Ｄ変換部、１６・・・インターフェイス部、２０・・・放電用スイッチ回路、３０・・・充電用スイッチ回路、４０・・・充放電ログデータ／モジュールデータテーブル記憶部、５０・・・入力部、６１、６２、６３・・・スイッチ回路、７１、７２、７３、７４・・・電圧検出端子、８１、８２、８３・・・電池モジュール、９１、９２、９３・・・電流検出部

Claims

互いに並列接続された複数の電池モジュールと、
前記複数の電池モジュールそれぞれの充放電路に設けられたスイッチ回路と、
前記複数の電池モジュールそれぞれの平均インピーダンス値を算出する平均インピーダンス値算出手段と、
前記複数の電池モジュールそれぞれの許容最大充放電レートを入力する許容最大充放電レート入力手段と、
前記平均インピーダンス値算出手段で算出された平均インピーダンス値と、前記許容最大充放電レート入力手段で入力された許容最大充放電レートと、から前記複数の電池モジュールそれぞれの許容電圧差を算出する許容電圧差算出手段と、
前記複数の電池モジュールの共通の充放電路の電圧を検出する共通電圧検出手段と、
前記複数の電池モジュールそれぞれの電圧を検出する複数の電圧検出手段と、を有し、
前記共通電圧検出手段によって検出された電圧と、所定の電池モジュールに対応する前記電圧検出手段によって検出された電圧との差が、前記所定の電池モジュールの許容電圧差より大きい場合、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路をオフする制御を行うことを特徴とする電池モジュール制御システム。
互いに並列接続された複数の電池モジュールと、
前記複数の電池モジュールそれぞれの充放電路に設けられたスイッチ回路と、
前記複数の電池モジュールそれぞれの平均インピーダンス値を算出する平均インピーダンス値算出手段と、
前記複数の電池モジュールそれぞれの許容最大充放電レートを入力する許容最大充放電レート入力手段と、
前記複数の電池モジュールそれぞれの充放電路を流れる電流を検出する複数の電流検出手段と、を有し、
所定の電池モジュールに対応する前記電流検出手段によって検出された電流値の絶対値が、前記所定の電池モジュールの許容最大充放電レートより大きい場合、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路をオフする制御を行うことを特徴とする電池モジュール制御システム。
前記複数の電池モジュールそれぞれの生産時期が異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール制御システム。
前記複数の電池モジュールそれぞれの利用履歴が異なることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電池モジュール制御システム。
前記複数の電池モジュールそれぞれの規格が異なることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電池モジュール制御システム。
共通電圧検出手段によって、並列接続された複数の電池モジュールの共通の充放電路の電圧を検出し、
複数の電圧検出手段によって、前記複数の電池モジュールそれぞれの電圧を検出し、
前記共通電圧検出手段によって検出された電圧と、所定の電池モジュールに対応する前記電圧検出手段によって検出された電圧との差が、前記所定の電池モジュールの許容電圧差より大きい場合、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路をオフする制御を行うことを特徴とする電池モジュール制御方法。
複数の電流検出手段によって、並列接続された複数の電池モジュールそれぞれの充放電路を流れる電流を検出し、
所定の電池モジュールに対応する前記電流検出手段によって検出された電流値の絶対値が、前記所定の電池モジュールの許容最大充放電レートより大きい場合、前記所定の電池モジュールの充放電路に設けられたスイッチ回路をオフする制御を行うことを特徴とする電池モジュール制御方法。