WO2012172592A1 - 蓄電システムおよび蓄電装置の制御方法 - Google Patents

蓄電システムおよび蓄電装置の制御方法 Download PDF

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WO2012172592A1
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voltage
controller
rate
charging
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石倉　誠
井上　俊彦
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for reducing variations in voltage and the like in a plurality of power storage elements connected in series.
  • An assembled battery may be configured by connecting a plurality of single cells in series. By connecting a plurality of single cells in series, the required output of the assembled battery can be ensured.
  • the power storage system includes a power storage device and a controller.
  • the power storage device includes a plurality of power storage elements connected in series.
  • Each power storage element includes a redox shuttle material in the electrolyte.
  • the controller charges the power storage device at a charge rate equal to or lower than a predetermined rate while causing the voltage of at least one power storage element to reach the reaction potential of the redox shuttle material.
  • the predetermined rate can be C / 3.
  • a voltage sensor is provided in the storage system, and the voltage sensor can output voltage information of each storage element to the controller.
  • the timing of charging the power storage device at a charge rate equal to or lower than a predetermined rate there are times when the voltage difference among the plurality of power storage elements becomes larger than a predetermined value.
  • the voltage difference here can be, for example, the maximum voltage difference.
  • the voltage of each power storage element can be detected, and the SOC can be estimated from the detected voltage.
  • the timing at which the power storage device is charged at a charge rate equal to or lower than a predetermined rate is when the difference in SOC among the plurality of power storage elements is greater than a predetermined value.
  • the SOC difference here may be, for example, the maximum SOC difference.
  • the charging rate can be a fixed value or can be changed within a predetermined rate or less.
  • the charge rate can be changed according to the temperature of the power storage element. Specifically, the charging rate can be increased as the temperature of the power storage element increases. If the charge rate is changed to a higher side, the time during charging can be shortened.
  • the reaction potential can be made lower than the upper limit voltage used for charging control of each storage element. Thereby, it is possible to prevent the voltage of the storage element from exceeding the upper limit voltage when charging the storage element.
  • the control method according to the second invention of the present application controls charging / discharging of a power storage device including a plurality of power storage elements connected in series.
  • Each power storage element includes a redox shuttle material in the electrolyte.
  • the power storage device is charged at a charge rate equal to or lower than a predetermined rate while causing the voltage of at least one power storage element to reach the reaction potential of the redox shuttle material.
  • the voltages in the plurality of power storage elements can be made equal to the reaction potential of the redox shuttle material. That is, the voltages and SOCs in the plurality of power storage elements can be equalized.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a partial configuration of the battery system of Example 1. It is the schematic which shows the structure of a part of electric power generation element contained in a cell. It is a figure explaining the principle of the equalization process using a redox shuttle material. 3 is a flowchart illustrating an equalization process in the first embodiment. It is a figure which shows the voltage change of the cell when a charge rate is changed.
  • FIG. 6 is a diagram showing a partial configuration of a battery system that is a modification of Example 1;
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a battery system.
  • the battery system of the present embodiment can be mounted on a vehicle.
  • the battery system of this embodiment includes an assembled battery (corresponding to a power storage device) 10.
  • the assembled battery 10 includes a plurality of single cells (corresponding to power storage elements) 11 connected in series.
  • a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery can be used.
  • the number of single cells 11 can be appropriately set based on the required output.
  • the plurality of single cells 11 are connected in series, but the plurality of single cells 11 connected in parallel may be included in the assembled battery 10.
  • the voltage sensor 21 detects the voltage of each cell 11 and outputs the detection result to the controller 30.
  • the current sensor 22 detects the charge / discharge current flowing through the assembled battery 10 and outputs the detection result to the controller 30.
  • the charging current can be a positive value and the discharging current can be a negative value.
  • the controller 30 has a memory 30a, and the memory 30a stores various information for the controller 30 to perform predetermined processing.
  • the memory 30 a is built in the controller 30, but the memory 30 a may be provided outside the controller 30.
  • the system main relay SMR-B is connected to the positive terminal of the assembled battery 10. System main relay SMR-B is switched between on and off by receiving a control signal from controller 30.
  • a system main relay SMR-G is connected to the negative terminal of the assembled battery 10. System main relay SMR-G is switched between on and off by receiving a control signal from controller 30.
  • the system main relay SMR-P and the limiting resistor 23 are connected in parallel to the system main relay SMR-G.
  • System main relay SMR-P is switched between on and off in response to a control signal from controller 30.
  • the limiting resistor 23 is used to suppress the inrush current from flowing when the assembled battery 10 is connected to the inverter 31.
  • the system main relay SMR-P is switched from on to off. Thereby, the connection of the assembled battery 10 and the inverter 31 is completed.
  • the system main relays SMR-B and SMR-G may be switched from on to off.
  • the inverter 31 converts the DC power from the assembled battery 10 into AC power and outputs the AC power to the motor / generator 32.
  • the motor generator 32 for example, a three-phase AC motor can be used.
  • the motor / generator 32 receives AC power from the inverter 31 and generates kinetic energy for driving the vehicle. The kinetic energy generated by the motor generator 32 is transmitted to the wheels.
  • the motor / generator 32 converts kinetic energy generated during braking of the vehicle into electric energy (AC power).
  • the inverter 31 converts the AC power generated by the motor / generator 32 into DC power and outputs the DC power to the assembled battery 10. Thereby, the assembled battery 10 can store regenerative electric power.
  • the assembled battery 10 is connected to the inverter 31, but the present invention is not limited to this.
  • the assembled battery 10 can be connected to the booster circuit, and the booster circuit can be connected to the inverter 31.
  • the booster circuit By using the booster circuit, the output voltage of the assembled battery 10 can be boosted. Further, the booster circuit can step down the output voltage from the inverter 31 to the assembled battery 10.
  • the structure of the unit cell 11 will be specifically described.
  • the unit cell 11 has a power generation element housed in a battery case.
  • the battery case can be formed in, for example, a rectangular shape or a cylindrical shape.
  • the power generation element is an element that performs charging and discharging.
  • FIG. 3 shows a configuration of a part of the power generation element.
  • the power generation element 12 includes a positive electrode element 13, a negative electrode element 14, and an electrolyte layer 15 disposed between the positive electrode element 13 and the negative electrode element 14.
  • the power generation element 12 can be configured by stacking the positive electrode element 13, the negative electrode element 14, and the electrolyte layer 15 to form a stacked body and winding the stacked body.
  • the power generation element 12 can also be configured by simply laminating the positive electrode element 13, the electrolyte layer 15, and the negative electrode element 14 in this order.
  • the positive electrode element 13 includes a current collector plate 13a and a positive electrode active material layer 13b formed on the surface of the current collector plate 13a.
  • the positive electrode active material layer 13 b is in contact with the electrolyte layer 15.
  • the positive electrode active material layer 13b includes a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like.
  • the negative electrode element 14 includes a current collector plate 14a and a negative electrode active material layer 14b formed on the surface of the current collector plate 14a.
  • the negative electrode active material layer 14 b is in contact with the electrolyte layer 15.
  • the negative electrode active material layer 14b includes a negative electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like.
  • the positive electrode element 13 (current collector plate 13a) is electrically connected to a positive electrode terminal (not shown) fixed to the battery case.
  • the negative electrode element 14 (current collector plate 14a) is electrically connected to a negative electrode terminal (not shown) fixed to the battery case.
  • the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are used for taking out electric power from the unit cell 11 or supplying electric power to the unit cell 11.
  • a liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used as the electrolyte layer 15.
  • a separator that is disposed between the positive electrode element 13 and the negative electrode element 14 and that contains an electrolytic solution can be used.
  • the polymer electrolyte is composed of an ion conductive polymer.
  • an intrinsic polymer electrolyte or a gel polymer electrolyte can be used.
  • the redox shuttle material (redox reagent) is added to the electrolyte layer 15.
  • the redox shuttle material has a function of suppressing the potential difference (battery voltage) between the positive and negative electrodes through the oxidation-reduction reaction from being equal to or higher than the reaction potential of the redox shuttle material.
  • the redox shuttle material which is a reduction type (non-ion type) is oxidized at the positive electrode to become an oxidation type (cationic type) when the battery voltage exceeds the reaction potential of the redox shuttle material during charging. This oxidized form is reduced at the negative electrode and returns to the reduced form (nonionic form) again. By repeating this cycle, overcharge current can be consumed and overcharge can be prevented.
  • the specific compound of the redox shuttle material is not particularly limited, and a compound that can exhibit the above-described action can be appropriately selected.
  • aromatic compound can be used as the redox shuttle material.
  • aromatic compound examples include 4,4-dimethoxybiphenylbenzene, 1,4-dimethoxy-2-fluorobenzene, 1,3-dimethoxy-5-chlorobenzene, 3,5-dimethoxy-1-fluorobenzene, 1, 2-Dimethoxy-4-fluorobenzene, 1,2-dimethoxy-4-bromobenzene, 1,3-dimethoxy-4-bromobenzene, 2,5-dimethoxy-1-bromobenzene can be used. These compounds can be used alone or as a mixture.
  • a triphenylamine compound can be used as the radical compound.
  • the triphenylamine compound include tris (4-fluorophenyl) amine, tris (4-trifluoromethylphenyl) amine, tris (2,4,6-trifluorophenyl) amine, tris (4-methyl1- 2,3,5,6-tetrafluorophenyl) amine, tris (2,3,5,6-tetrafluorophenyl) amine, tris (2,3,4,5,6-pentafluorophenyl) amine, tris ( 4-trifluoromethyl-2,3,5,6-tetrafluorophenyl) amine, tris (2,6-difluoro-4-bromophenyl) amine, tris (2,4,6-tribromophenyl) amine, tris (2,4,6-Trichlorophenyl) amine can be used. These compounds can be used alone or as
  • N-oxyl compound When a heterocyclic complex is used as the redox shuttle material, an N-oxyl compound can be used as the heterocyclic complex.
  • N-oxyl compounds include 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy (referred to as TEMPO), 4-hydroxy-TEMPO, 4-amino-TEMPO, 4-cyano-TEMPO, 4-carboxy- TEMPO, 4- (2-bromoacetamide) -TEMPO, 4- (2-iodoacetamide) -TEMPO, 3-hydroxy-TEMPO, 3-amino-TEMPO, 3-cyano-TEMPO, 3- (2-bromoacetamide) -TEMPO, 3- (2-Iodoacetamide) -TEMPO, proxyl, ⁇ -hydroxy-proxyl, ⁇ - (2-bromoacetamide) -proxyl, ⁇ - (2-iodoacetamide) -proxyl can be used. These compounds can be used alone or as a mixture.
  • a metallocene complex (metal complex) can be used.
  • metallocene complex for example, Fe (5-Cl-1,10-phenanthroline) 3 X 2 and Ru (phenanthroline) 3 X 2 can be used.
  • X is an anionic molecule.
  • a Ce compound such as Ce (NH 4 ) 2 (NO 3 ) 5 can be used.
  • the voltage of the plurality of single cells 11 can be equalized by using a redox shuttle material.
  • the voltage of the unit cell 11 may vary depending on the variation of the deterioration state of each unit cell 11. If the voltages of the unit cells 11 vary, the charge / discharge of the battery pack 10 must be controlled based on the lowest voltage or the highest voltage in order to protect all the unit cells 11. When such charge / discharge control is performed, the charge or discharge of some of the single cells 11 is excessively limited, and the single cells 11 cannot be used efficiently.
  • the voltages of the plurality of unit cells 11 are equalized, all the unit cells 11 can be used efficiently.
  • FIG. 4 the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the voltage of the unit cell 11.
  • FIG. 4 the voltage change of two cell 11A, 11B is shown.
  • the voltages of the cells 11A and 11B increase at a substantially constant rate of change as shown in a period T1 in FIG.
  • the voltage of the unit cell 11A is V A1 and the voltage of the unit cell 11B is V B1 ( ⁇ V A1 ).
  • the voltage difference between the two unit cells 11A and 11B is ⁇ V.
  • the reaction potential V RS is set to a value lower than the upper limit voltage V MAX , and a redox shuttle material that can obtain the set reaction potential V RS may be selected.
  • the upper limit voltage V MAX is an upper limit voltage value used in charging control of the single cells 11A and 11B, and is a preset value.
  • the difference between the upper limit voltage V MAX and the reaction potential V RS is preferably set in a range in which the voltage increase of the unit cell 11 can be allowed when the redox shuttle material becomes difficult to react.
  • the reaction potential V RS is set lower than the upper limit voltage V MAX , the unit cell 11 cannot be charged / discharged efficiently. Considering these points, the reaction potential V RS can be set.
  • the voltage of the unit cell 11B does not reach the reaction potential V RS even after the period T1 has elapsed.
  • the voltage of the unit cell 11A After the voltage of the unit cell 11A reaches the reaction potential V RS, only the voltage of the cell 11B rises (the period of Fig. 5 T2). When the period T2 elapses, the voltage of the cell 11B reaches the reaction potential VRS . Thereafter, even when the cell 11B is charged, the voltage of the cell 11B is maintained at the reaction potential VRS . Therefore, in the period T3, the voltages of the single cells 11A and 11B are maintained at the reaction potential VRS . Thereby, the voltage of unit cell 11A, 11B can be arrange
  • the equalization process can be terminated.
  • the voltages of the cells 11B does not reach the reaction potential V RS, the charging of the cell 11B, it is possible to bring the voltages of the cells 11B to reaction potential V RS. Thereby, the voltage variation in unit cell 11A, 11B can be made small.
  • step S101 the controller 30 acquires the voltage (CCV: Closed Circuit Voltage) of each cell 11 based on the output of the voltage sensor 21.
  • CCV Closed Circuit Voltage
  • step S102 the controller 30 estimates the SOC (State of Charge) of each cell 11 based on the voltage (CCV) acquired in step S101.
  • the SOC indicates the ratio of the current remaining capacity to the full charge capacity of the unit cell 11. If the cell 11 is in a fully charged state, the SOC is 100%. If the fully charged unit cell 11 is discharged, the SOC decreases.
  • the SOC of the cell 11 is in correspondence with the OCV (Open Circuit Voltage) of the cell 11, the SOC of the cell 11 can be specified from the OCV of the cell 11 if this correspondence is obtained in advance. it can.
  • OCV and CCV of the single battery 11 have the relationship of following formula (1).
  • CCV OCV + IR (1)
  • I indicates a current flowing through the cell 11
  • R indicates an internal resistance of the cell 11.
  • the OCV of the unit cell 11 can be estimated by measuring the CCV of the unit cell 11. For example, if the CCV of the unit cell 11 is measured in a state where the IR component can be ignored, the OCV can be specified. As a state in which the IR component can be ignored, for example, a state after the unit cell 11 is left without charging / discharging can be considered. If the unit cell 11 is left unattended, the uneven ion concentration in the power generation element can be alleviated and the IR component can be ignored. After the cell 11 is left unattended, the voltage (CCV) of the cell 11 can be detected by passing a weak current through the cell 11. The voltage (CCV) at this time can be OCV.
  • step S103 the controller 30 determines whether or not the maximum SOC difference ⁇ SOCmax is larger than a predetermined value.
  • a predetermined value When there is a variation in SOC in the plurality of single cells 11, there is an SOC indicating the maximum value and an SOC indicating the minimum value.
  • the maximum value ⁇ SOCmax corresponds to the difference between the SOC as the maximum value and the SOC as the minimum value.
  • the controller 30 calculates the maximum value ⁇ SOCmax based on the SOC of each single battery 11 estimated in step S102.
  • the predetermined value used in the process of step S103 is a preset value and is stored in the memory 30a.
  • the predetermined value can be set as appropriate. That is, the smaller the predetermined value, the narrower the range in which the SOC variation is allowed. In other words, the larger the predetermined value, the wider the range in which the SOC variation is allowed.
  • the predetermined value can be set based on a range in which the SOC variation is allowed.
  • step S103 when the maximum value ⁇ SOCmax is larger than the predetermined value, the controller 30 determines that SOC variation has occurred in the plurality of single cells 11, and performs the process of step S104. On the other hand, when the maximum value ⁇ SOCmax is smaller than the predetermined value, the controller 30 determines that there is no SOC variation in the plurality of single cells 11 and ends this process.
  • step S104 the controller 30 charges the assembled battery 10 at a predetermined charging rate. That is, the controller 30 performs equalization processing on the assembled battery 10.
  • the battery pack 10 is preferably charged with a constant current.
  • the predetermined charging rate is C / 3 or less. If the assembled battery 10 is charged at a predetermined charging rate, it is possible to suppress variations in SOC among the plurality of single cells 11 as described with reference to FIG.
  • the charging method of the assembled battery 10 can be selected as appropriate.
  • the motor / generator 32 can convert the kinetic energy generated by the internal combustion engine into electrical energy. Therefore, the assembled battery 10 is charged using this electrical energy. Can do.
  • the assembled battery 10 can be charged using an external power source.
  • an external power source for example, a commercial power source can be used.
  • a charger for supplying power from the external power source to the assembled battery 10 is required.
  • display on a display or sound can be used.
  • step S104 the timing for stopping the charging of the battery pack 10 can be set as appropriate. That is, as described with reference to FIG. 4, it is only necessary that the battery pack 10 continues to be charged even after the voltage of at least one unit cell 11 reaches the reaction potential VRS . Thereby, voltage variation (in other words, SOC variation) in the plurality of single cells 11 can be suppressed.
  • the maximum value ⁇ SOCmax is compared with a predetermined value (a value corresponding to the SOC), but is not limited thereto.
  • the difference between the maximum voltage and the minimum voltage can be calculated from the voltages in the plurality of single cells 11, and the voltage difference can be compared with a predetermined value (a value corresponding to the voltage).
  • the equalization process is performed when the maximum value ⁇ SOCmax is larger than the predetermined value, but the present invention is not limited to this. That is, the timing for performing the equalization process can be set as appropriate. For example, the equalization process can be performed periodically. Further, when the assembled battery 10 is charged using an external power source, the equalization process can be performed.
  • the charge rate is set to C / 3 or less. If the charging rate is higher than C / 3, the suppression of the charging reaction by the redox shuttle material does not function, and the voltage of the unit cell 11 may increase too much.
  • FIG. 6 shows the voltage change of the unit cell 11 when charged at the charging rate of C / 2, C / 3, and C / 5.
  • the horizontal axis indicates the charge capacity
  • the vertical axis indicates the voltage of the unit cell 11.
  • the unit cells 11 used in the experiment of FIG. 6 are the same at all charge rates (C / 2, C / 3, C / 5). A specific configuration of the unit cell 11 will be described below.
  • LiCoO 2 was used as a positive electrode active material
  • acetylene black was used as a conductive agent
  • polyvinylidene fluoride was used as a binder.
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • a graphite-based carbon material was used as the negative electrode active material, a styrene-butadiene copolymer (SBR) as the binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as the thickener.
  • SBR styrene-butadiene copolymer
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • Graphite-based carbon material, SBR and CMC were mixed in water, and this mixture was applied to a copper current collector plate 14a.
  • the negative electrode active material layer 14b was formed on the surface of the current collecting plate 14a by drying the water contained in the mixture applied to the current collecting plate 14a.
  • a porous film of a polypropylene / polyethylene composite was used as the electrolyte layer 15.
  • electrolytic solution a mixture of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC) and lithium hexafluorophosphate was used. Then, 4,4-dimethoxybiphenylbenzene as a redox shuttle material was added to the electrolytic solution.
  • the voltage of the unit cell 11 does not exceed the reaction potential V RS, and the voltage (or SOC) in the plurality of unit cells 11 is increased. Can be equalized. If charging is performed at a charging rate higher than C / 3, the voltage of the unit cell 11 may exceed the reaction potential V RS, and the voltage of the plurality of unit cells 11 can be made equal to the reaction potential V RS. It will disappear.
  • the charge rate when performing the equalization process may be C / 3 or less, and can be set as appropriate within this range.
  • the charge rate when performing the equalization process may be a fixed value or may be changed according to the environment of the unit cell 11. Here, the charging rate can be changed according to the temperature of the unit cell 11. If the charge rate is changed according to the temperature of the unit cell 11, the time for the equalization process can be shortened compared to the case where the charge rate is set to a fixed value.
  • the internal resistance of the unit cell 11 increases. Therefore, it is preferable to lower the charging rate when the internal resistance increases. On the other hand, when the temperature of the unit cell 11 rises, the internal resistance of the unit cell 11 decreases. Therefore, when the internal resistance decreases, the charging rate can be increased. If the charge rate is increased, the time for the equalization process can be shortened.
  • a map showing the relationship between the temperature of the cell 11 and the charging rate can be created in advance. Information about this map can be stored in the memory 30a.
  • the charging rate here is set within a range of C / 3 or less.
  • the controller 30 can detect the temperature of the single battery 11 using a temperature sensor, and can specify the charging rate corresponding to the detected temperature from the map.
  • the equalization process can be prohibited when the detected temperature is lower than the threshold value.
  • the threshold value can be set as appropriate.
  • each cell 11 is detected, but the present invention is not limited to this.
  • all the unit cells 11 constituting the assembled battery 10 can be divided into a plurality of blocks, and the voltage of each block (referred to as a block voltage) can be detected.
  • each block includes two or more single cells 11. If the present embodiment is applied to the configuration for detecting the block voltage, the variation of the plurality of block voltages can be suppressed.
  • the equalization process is performed on all the cells 11 constituting the assembled battery 10, but the present invention is not limited to this.
  • a bypass circuit including a switch element 24 is connected to each unit cell 11, and only the specific unit cell 11 is switched by switching the switch element 24 on and off.
  • the equalization process can be performed.
  • the controller 30 can control switching of the switch element 24 between on and off.
  • the equalization process can be performed by supplying the charging current only to the specific unit cell 11. For example, the equalization process can be performed only on the unit cell 11 indicating the maximum voltage and the unit cell 11 indicating the minimum voltage.

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Abstract

レドックスシャトル剤を含む蓄電池の電圧均等化手段を含む蓄電システムおよびその制御方法。直列に接続された複数個の蓄電素子の充電電圧を均等化させる際に、蓄電素子の電圧をレドックスシャトル剤の反応電位に到達させ、各蓄電素子の電圧の差またはＳＯＣの差を基に所定のレートで各蓄電素子を定電流で充電する。蓄電素子の温度を温度センサで測定し、温度が高くなると所定のレート以下の範囲内で充電レートを高くする。蓄電素子としてニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。この蓄電システムは、車両走行用の電源に利用できる。

Description

蓄電システムおよび蓄電装置の制御方法
　本発明は、直列に接続された複数の蓄電素子における電圧等のバラツキを低減させる技術に関する。
　複数の単電池を直列に接続することにより、組電池を構成していることがある。複数の単電池を直列に接続することにより、組電池の要求出力を確保することができる。
特開２００９－５２７０９６号公報 特開２００６－１２９５７７号公報 特開２００９－０３８８７６号公報 特開２００８－１０４２８９号公報
　直列に接続された複数の単電池では、例えば、単電池の劣化状態や自己放電特性のバラツキによって、複数の単電池における電圧やＳＯＣ（State of Charge）にバラツキが発生してしまう。複数の単電池は、直列に接続されているため、電圧やＳＯＣにバラツキが発生すると、組電池の充放電を効率良く行うことができないことがある。
　例えば、組電池を充電するときには、最大の電圧値（又はＳＯＣ）を示す単電池を基準として、充電が制限されてしまい、他の単電池を十分に充電することができなくなってしまう。また、組電池を放電するときには、最小の電圧値（又はＳＯＣ）を示す単電池を基準として、放電が制限されてしまい、他の単電池を十分に放電することができなくなってしまう。
　本願第１の発明である蓄電システムは、蓄電装置およびコントローラを有する。蓄電装置は、直列に接続された複数の蓄電素子を含む。各蓄電素子は、電解質中にレドックスシャトル材を含んでいる。コントローラは、少なくとも１つの蓄電素子の電圧をレドックスシャトル材の反応電位に到達させながら、所定レート以下の充電レートで蓄電装置を充電する。所定レートとしては、例えば、Ｃ／３とすることができる。
　蓄電システムに電圧センサを設け、電圧センサは、各蓄電素子の電圧情報をコントローラに出力することができる。ここで、所定レート以下の充電レートで蓄電装置を充電するタイミングとしては、複数の蓄電素子における電圧の差が所定値よりも大きくなったときがある。ここでの電圧差としては、例えば、最大の電圧差とすることができる。
　また、各蓄電素子の電圧を検出し、検出電圧からＳＯＣを推定することができる。ＳＯＣを推定したとき、所定レート以下の充電レートで蓄電装置を充電するタイミングとしては、複数の蓄電素子におけるＳＯＣの差が所定値よりも大きくなったときがある。ここでのＳＯＣの差としては、例えば、最大のＳＯＣの差とすることができる。
　蓄電装置の充電を行うときには、定電流で充電することができる。また、充電レートは、固定値とすることもできるし、所定レート以下の範囲内で変化させることもできる。充電レートは、蓄電素子の温度に応じて変化させることができる。具体的には、蓄電素子の温度が高くなることに応じて、充電レートを高くすることができる。充電レートを高い側に変化させれば、充電を行う間の時間を短縮することができる。
　反応電位は、各蓄電素子の充電制御に用いられる上限電圧よりも低くすることができる。これにより、蓄電素子を充電するときに、蓄電素子の電圧が上限電圧を超えてしまうのを防止することができる。
　本願第２の発明である制御方法は、直列に接続された複数の蓄電素子を含む蓄電装置の充放電を制御する。各蓄電素子は、電解質中にレドックスシャトル材を含んでいる。本発明の制御方法では、少なくとも１つの蓄電素子の電圧をレドックスシャトル材の反応電位に到達させながら、所定レート以下の充電レートで蓄電装置を充電する。
　本発明によれば、複数の蓄電素子における電圧を、レドックスシャトル材の反応電位に揃えることができる。すなわち、複数の蓄電素子における電圧やＳＯＣを均等化することができる。
実施例１である電池システムの構成を示す図である。 実施例１の電池システムにおける一部の構成を示す図である。 単電池に含まれる発電要素の一部の構成を示す概略図である。 レドックスシャトル材を用いた均等化処理の原理を説明する図である。 実施例１における均等化処理を示すフローチャートである。 充電レートを変更したときの単電池の電圧変化を示す図である。 実施例１の変形例である電池システムの一部の構成を示す図である。
　以下、本発明の実施例について説明する。
　本発明の実施例１である電池システム（蓄電システムに相当する）について、図１を用いて説明する。図１は、電池システムの構成を示す図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載することができる。
　本実施例の電池システムは、組電池（蓄電装置に相当する）１０を有する。組電池１０は、直列に接続された複数の単電池（蓄電素子に相当する）１１を有する。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。
　単電池１１の数は、要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。本実施例では、複数の単電池１１が直列に接続されているが、並列に接続された複数の単電池１１が、組電池１０に含まれていてもよい。
　電圧センサ２１は、図２に示すように、各単電池１１の電圧を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。電流センサ２２は、組電池１０に流れる充放電電流を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。電流センサ２２によって検出される値としては、充電電流を正の値とし、放電電流を負の値とすることができる。
　コントローラ３０は、メモリ３０ａを有しており、メモリ３０ａは、コントローラ３０が所定処理を行うための各種の情報を格納している。本実施例では、メモリ３０ａが、コントローラ３０に内蔵されているが、コントローラ３０の外部にメモリ３０ａを設けることもできる。
　組電池１０の正極端子には、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂが接続されている。システムメインリレーＳＭＲ－Ｂは、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。組電池１０の負極端子には、システムメインリレーＳＭＲ－Ｇが接続されている。システムメインリレーＳＭＲ－Ｇは、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。
　システムメインリレーＳＭＲ－Ｇに対しては、システムメインリレーＳＭＲ－Ｐおよび制限抵抗２３が並列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ－Ｐは、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。制限抵抗２３は、組電池１０をインバータ３１と接続するときに、突入電流が流れるのを抑制するために用いられる。
　組電池１０をインバータ３１と接続するときには、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーＳＭＲ－Ｐをオフからオンに切り替える。これにより、制限抵抗２３に電流が流れることになる。
　次に、システムメインリレーＳＭＲ－Ｇをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーＳＭＲ－Ｐをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０およびインバータ３１の接続が完了する。一方、組電池１０およびインバータ３１の接続を遮断するときには、システムメインリレーＳＭＲ－Ｂ，ＳＭＲ－Ｇをオンからオフに切り替えればよい。
　インバータ３１は、組電池１０からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ３２に出力する。モータ・ジェネレータ３２としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ３２は、インバータ３１からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ３２によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。
　車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ３２は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ３１は、モータ・ジェネレータ３２が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池１０に出力する。これにより、組電池１０は、回生電力を蓄えることができる。
　本実施例では、組電池１０をインバータ３１に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０を昇圧回路に接続し、昇圧回路をインバータ３１に接続することができる。昇圧回路を用いることにより、組電池１０の出力電圧を昇圧することができる。また、昇圧回路は、インバータ３１から組電池１０への出力電圧を降圧することができる。
　単電池１１の構造について、具体的に説明する。単電池１１は、発電要素を電池ケースに収容したものである。電池ケースは、例えば、矩形状又は円筒状に形成することができる。発電要素は、充放電を行う要素である。図３は、発電要素の一部の構成を示す。
　発電要素１２は、正極素子１３と、負極素子１４と、正極素子１３および負極素子１４の間に配置される電解質層１５とを有する。具体的には、正極素子１３、負極素子１４および電解質層１５を積層して積層体を構成し、この積層体を巻くことにより、発電要素１２を構成することができる。なお、正極素子１３、電解質層１５および負極素子１４を、この順で積層するだけで、発電要素１２を構成することもできる。
　正極素子１３は、集電板１３ａと、集電板１３ａの表面に形成された正極活物質層１３ｂとを有する。正極活物質層１３ｂは、電解質層１５に接触している。正極活物質層１３ｂは、正極活物質、導電剤やバインダー等を含んでいる。負極素子１４は、集電板１４ａと、集電板１４ａの表面に形成された負極活物質層１４ｂとを有する。負極活物質層１４ｂは、電解質層１５に接触している。負極活物質層１４ｂは、負極活物質、導電剤やバインダー等を含んでいる。
　正極素子１３（集電板１３ａ）は、電池ケースに固定された正極端子（不図示）と電気的に接続されている。また、負極素子１４（集電板１４ａ）は、電池ケースに固定された負極端子（不図示）と電気的に接続されている。正極端子および負極端子は、単電池１１から電力を取り出したり、単電池１１に電力を供給したりするために用いられる。
　電解質層１５としては、液体電解質又はポリマー電解質を用いることができる。液体電解質では、正極素子１３および負極素子１４の間に配置されるセパレータに、電解液を含ませたものを用いることができる。ポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーから構成されており、例えば、真性ポリマー電解質やゲルポリマー電解質を用いることができる。
　電解質層１５には、レドックスシャトル材（酸化還元試薬）が添加されている。レドックスシャトル材は、酸化還元反応を介して正負極間の電位差（電池電圧）が、レドックスシャトル材の反応電位以上となることを抑制する機能を有する。還元型（非イオン型）であるレドックスシャトル材は、充電時に電池電圧が、レドックスシャトル材の反応電位を超えると、正極において酸化されて酸化型（カチオン型）となる。この酸化型は負極において還元されて再度、還元型（非イオン型）に戻る。このサイクルが繰り返されることで、過充電電流を消費して、過充電を防止することができる。
　レドックスシャトル材の具体的な化合物については特に制限はなく、上述した作用を発揮できる化合物を適宜選択することができる。
　レドックスシャトル材としては、芳香族化合物を用いることができる。芳香族化合物としては、例えば、４，４－ジメトキシビフェニルベンゼン、１，４－ジメトキシ－２－フルオロベンゼン、１，３－ジメトキシ－５－クロロベンゼン、３，５－ジメトキシ－１－フルオロベンゼン、１，２－ジメトキシ－４－フルオロベンゼン、１，２－ジメトキシ－４－ブロモベンゼン、１，３－ジメトキシ－４－ブロモベンゼン、２，５－ジメトキシ－１－ブロモベンゼンを用いることができる。これらの化合物は、単体又は混合物として用いることができる。
　レドックスシャトル材としてラジカル化合物を用いるときには、ラジカル化合物として、トリフェニルアミン化合物を用いることができる。トリフェニルアミン化合物としては、例えば、トリス（４－フルオロフェニル）アミン、トリス（４－トリフルオロメチルフェニル）アミン、トリス（２，４，６－トリフルオロフェニル）アミン、トリス（４－メチル１－２，３，５，６－テトラフルオロフェニル）アミン、トリス（２，３，５，６－テトラフルオロフェニル）アミン、トリス（２，３，４，５，６－ペンタフルオロフェニル）アミン、トリス（４－トリフルオロメチル－２，３，５，６－テトラフルオロフェニル）アミン、トリス（２，６－ジフルオロ－４－ブロモフェニル）アミン、トリス（２，４，６－トリブロモフェニル）アミン、トリス（２，４，６－トリクロロフェニル）アミンを用いることができる。これらの化合物は、単体又は混合物として用いることができる。
　レドックスシャトル材として複素環錯体を用いるときには、複素環錯体として、Ｎ－オキシル化合物を用いることができる。Ｎ－オキシル化合物としては、例えば、２，２，６，６－テトラメチル－１－ピペリジニロキシ（ＴＥＭＰＯという）、４－ヒドロキシ－ＴＥＭＰＯ、４－アミノ－ＴＥＭＰＯ、４－シアノ－ＴＥＭＰＯ、４－カルボキシ－ＴＥＭＰＯ、４－（２－ブロモアセタミド）－ＴＥＭＰＯ、４－（２－ヨードアセタミド）－ＴＥＭＰＯ、３－ヒドロキシ－ＴＥＭＰＯ、３－アミノ－ＴＥＭＰＯ、３－シアノ－ＴＥＭＰＯ、３－（２－ブロモアセタミド）－ＴＥＭＰＯ、３－（２－ヨードアセタミド）－ＴＥＭＰＯ、プロキシル、β－ヒドロキシ－プロキシル、β－（２－ブロモアセタミド）－プロキシル、β－（２－ヨードアセタミド）－プロキシルを用いることができる。これらの化合物は、単体又は混合物として用いることができる。
　レドックスシャトル材として、メタロセン錯体（金属錯体）を用いることができる。メタロセン錯体としては、例えば、Ｆｅ（５－Ｃｌ－１，１０－フェナントロリン）３Ｘ２、Ｒｕ（フェナントロリン）３Ｘ２を用いることができる。ここで、Ｘはアニオン性分子である。レドックスシャトル材として、Ｃｅ（ＮＨ４）２（ＮＯ３）５などのＣｅ化合物を用いることができる。
　本実施例では、レドックスシャトル材を用いることにより、複数の単電池１１の電圧を均等化することができる。組電池１０では、各単電池１１の劣化状態のバラツキなどに応じて、単電池１１の電圧にバラツキが発生することがある。単電池１１の電圧にバラツキが発生していると、すべての単電池１１を保護するために、最も低い電圧や最も高い電圧を基準として、組電池１０の充放電を制御しなければならない。このような充放電制御を行うと、一部の単電池１１については、充電又は放電を過度に制限してしまい、単電池１１を効率良く使用することができない。ここで、複数の単電池１１の電圧を均等化すれば、すべての単電池１１を効率良く使用することができる。
　まず、レドックスシャトル材を用いた均等化処理の原理について、図４を用いて説明する。図４において、横軸は、時間を示し、縦軸は、単電池１１の電圧を示す。図４では、２つの単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧変化を示している。
　単電池１１Ａ，１１Ｂの充電（定電流充電）を開始すると、図４の期間Ｔ１に示すように、単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧は、略一定の変化率で上昇する。均等化処理を行う前の状態において、単電池１１Ａの電圧はＶＡ１であり、単電池１１Ｂの電圧はＶＢ１（＜ＶＡ１）である。２つの単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧差はΔＶである。
　単電池１１Ａ，１１Ｂを充電し続けると、期間Ｔ１が経過したときに、単電池１１Ａの電圧がレドックスシャトル材の反応電位ＶＲＳに到達する。これにより、単電池１１Ａの充電を続けても、単電池１１Ａの電圧は、反応電位ＶＲＳに維持される。反応電位ＶＲＳは、上限電圧ＶＭＡＸよりも低い値に設定されており、この設定された反応電位ＶＲＳが得られるレドックスシャトル材を選択すればよい。上限電圧ＶＭＡＸは、単電池１１Ａ，１１Ｂの充電制御で用いられる上限の電圧値であり、予め設定された値である。
　上限電圧ＶＭＡＸおよび反応電位ＶＲＳの差は、レドックスシャトル材が反応し難くなったときに、単電池１１の電圧上昇を許容できる範囲に設定しておくことが好ましい。また、反応電位ＶＲＳを上限電圧ＶＭＡＸよりも低くしすぎると、単電池１１の充放電を効率良く行うことができなくなってしまう。これらの点を考慮して、反応電位ＶＲＳを設定することができる。
　単電池１１Ｂの初期電圧ＶＢ１は、単電池１１Ａの初期電圧ＶＡ１よりも低いため、期間Ｔ１が経過しても、単電池１１Ｂの電圧は、反応電位ＶＲＳに到達していない。
　単電池１１Ａの電圧が反応電位ＶＲＳに到達した後は、単電池１１Ｂの電圧だけが上昇する（図５の期間Ｔ２）。期間Ｔ２が経過すると、単電池１１Ｂの電圧が反応電位ＶＲＳに到達する。この後は、単電池１１Ｂの充電を行っても、単電池１１Ｂの電圧は、反応電位ＶＲＳに維持される。したがって、期間Ｔ３では、単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧が反応電位ＶＲＳに維持される。これにより、単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧を揃えることができる。
　単電池１１Ｂの電圧が反応電位に到達した後は、均等化処理を終了することができる。ここで、単電池１１Ｂの電圧が反応電位ＶＲＳに到達しないことがあっても、単電池１１Ｂの充電によって、単電池１１Ｂの電圧を反応電位ＶＲＳに近づけることができる。これにより、単電池１１Ａ，１１Ｂにおける電圧のバラツキを小さくすることができる。
　次に、本実施例の電池システムにおける均等化処理について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。図５に示す処理は、コントローラ３０によって実行することができる。
　ステップＳ１０１において、コントローラ３０は、電圧センサ２１の出力に基づいて、各単電池１１の電圧（ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage）を取得する。
　ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、ステップＳ１０１で取得した電圧（ＣＣＶ）に基づいて、各単電池１１のＳＯＣ（State of Charge）を推定する。ＳＯＣは、単電池１１の満充電容量に対する現在の残存容量の割合を示す。単電池１１が満充電状態であれば、ＳＯＣは、１００％となる。満充電状態の単電池１１を放電すれば、ＳＯＣは、低下する。
　単電池１１のＳＯＣは、単電池１１のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）と対応関係にあるため、この対応関係を予め求めておけば、単電池１１のＯＣＶから単電池１１のＳＯＣを特定することができる。また、単電池１１のＯＣＶおよびＣＣＶは、下記式（１）の関係を有する。
　ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋ＩＲ　・・・（１）
　式（１）において、Ｉは、単電池１１に流れる電流を示し、Ｒは、単電池１１の内部抵抗を示す。
　式（１）に基づけば、単電池１１のＣＣＶを測定することにより、単電池１１のＯＣＶを推定することができる。例えば、ＩＲ成分を無視できる状態において、単電池１１のＣＣＶを測定すれば、ＯＣＶを特定することができる。ＩＲ成分を無視できる状態としては、例えば、充放電を行うことなく、単電池１１を放置した後の状態が考えられる。単電池１１を放置すれば、発電要素内におけるイオン濃度の偏りを緩和することができ、ＩＲ成分を無視することができる。単電池１１を放置した後において、単電池１１に微弱な電流を流すことによって、単電池１１の電圧（ＣＣＶ）を検出することができる。このときの電圧（ＣＣＶ）を、ＯＣＶとすることができる。
　ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、ＳＯＣの差の最大値ΔＳＯＣmaxが所定値よりも大きいか否かを判別する。複数の単電池１１において、ＳＯＣのバラツキが発生しているときには、最大値を示すＳＯＣと、最小値を示すＳＯＣが存在する。最大値ΔＳＯＣmaxは、最大値としてのＳＯＣと、最小値としてのＳＯＣとの差に相当する。コントローラ３０は、ステップＳ１０２で推定した各単電池１１のＳＯＣに基づいて、最大値ΔＳＯＣmaxを算出する。
　ステップＳ１０３の処理で用いられる所定値は、予め設定された値であり、メモリ３０ａに格納されている。所定値は、適宜設定することができる。すなわち、所定値を小さくするほど、ＳＯＣのバラツキを許容する範囲が狭くなる。言い換えれば、所定値を大きくするほど、ＳＯＣのバラツキを許容する範囲が広くなる。ＳＯＣのバラツキを許容する範囲に基づいて、所定値を設定することができる。
　ステップＳ１０３において、最大値ΔＳＯＣmaxが所定値よりも大きいとき、コントローラ３０は、複数の単電池１１において、ＳＯＣのバラツキが発生していると判断して、ステップＳ１０４の処理を行う。一方、最大値ΔＳＯＣmaxが所定値よりも小さいとき、コントローラ３０は、複数の単電池１１において、ＳＯＣのバラツキが発生していないと判断して、本処理を終了する。
　ステップＳ１０４において、コントローラ３０は、所定の充電レートにおいて、組電池１０を充電する。すなわち、コントローラ３０は、組電池１０に対して均等化処理を行う。組電池１０の充電は、定電流で行うことが好ましい。本実施例では、所定の充電レートをＣ／３以下としている。所定の充電レートにおいて、組電池１０を充電すれば、図４で説明したように、複数の単電池１１におけるＳＯＣのバラツキを抑制することができる。
　組電池１０の充電方法は、適宜選択することができる。例えば、内燃機関が搭載された車両では、モータ・ジェネレータ３２は、内燃機関で生成された運動エネルギを電気エネルギに変換することができるため、この電気エネルギを用いて、組電池１０を充電することができる。
　一方、外部電源を用いて、組電池１０を充電することもできる。外部電源としては、例えば、商用電源を用いることができる。この場合には、外部電源からの電力を、組電池１０に供給するための充電器が必要になる。外部電源を用いて、組電池１０を充電するときには、均等化処理のための充電を行う必要があることを、ユーザに知らせることが好ましい。ユーザに知らせる手段としては、ディスプレイでの表示や、音声を用いることができる。
　ステップＳ１０４において、組電池１０の充電を停止させるタイミングは、適宜設定することができる。すなわち、図４を用いて説明したように、少なくとも１つの単電池１１の電圧が反応電位ＶＲＳに到達した後も、組電池１０の充電が続けられていればよい。これにより、複数の単電池１１における電圧のバラツキ（言い換えれば、ＳＯＣのバラツキ）を抑制することができる。
　本実施例において、ステップＳ１０３の処理では、最大値ΔＳＯＣmaxを所定値（ＳＯＣに対応する値）と比較しているが、これに限るものではない。具体的には、複数の単電池１１における電圧から、最大電圧および最小電圧の差を算出し、この電圧差を所定値（電圧に対応する値）と比較することもできる。
　本実施例では、最大値ΔＳＯＣmaxが所定値よりも大きいときに、均等化処理を行うようにしているが、これに限るものではない。すなわち、均等化処理を行うタイミングは、適宜設定することができる。例えば、均等化処理を定期的に行うことができる。また、外部電源を用いて、組電池１０の充電を行うときに、均等化処理を行うことができる。
　ステップＳ１０４の処理で説明したように、均等化処理を行うときには、充電レートをＣ／３以下としている。充電レートをＣ／３よりも大きくすると、レドックスシャトル材による充電反応の抑制が機能せず、単電池１１の電圧が上昇しすぎてしまうことがある。
　図６には、Ｃ／２，Ｃ／３，Ｃ／５の充電レートで充電したときの単電池１１の電圧変化を示している。図６において、横軸は、充電容量を示し、縦軸は、単電池１１の電圧を示す。図６の実験で用いられた単電池１１は、すべての充電レート（Ｃ／２，Ｃ／３，Ｃ／５）において、同一である。単電池１１の具体的な構成について、以下に説明する。
　単電池１１の正極素子１３に関して、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２、導電剤としてアセチレンブラック、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用いた。分散溶媒としてのＮＭＰ（Ｎ－メチルピロリドン）に、ＬｉＣｏＯ２、アセチレンブラックおよびポリフッ化ビニリデンを混合した。この混合物を、アルミニウム製の集電板１３ａに塗布した後、ＮＭＰの溶媒を乾燥させることにより、集電板１３ａの表面に正極活物質層１３ｂを形成した。
　単電池１１の負極素子１４に関して、負極活物質として黒鉛系炭素材料、バインダーとしてスチレン－ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を用いた。黒鉛系炭素材料、ＳＢＲおよびＣＭＣを水中で混合し、この混合物を、銅製の集電板１４ａに塗布した。集電板１４ａに塗布した混合物に含まれる水を乾燥させることにより、集電板１４ａの表面に負極活物質層１４ｂを形成した。
　電解質層１５としては、ポリプロピレン／ポリエチレン複合体の多孔質膜を用いた。電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）および六フッ化リン酸リチウムの混合物を用いた。そして、電解液には、レドックスシャトル材としての４，４－ジメトキシビフェニルベンゼンを添加した。
　図６に示すように、Ｃ／３およびＣ／５の充電レートで充電を行うと、単電池１１の電圧は、上昇した後に、一定の電圧（レドックスシャトル材の反応電位）で維持された。このため、充電レートがＣ／３やＣ／５であるときには、レドックスシャトル材による充電反応の抑制機能が発揮されていることが分かる。
　一方、Ｃ／２の充電レートで充電を行うと、単電池１１の電圧は、上昇し続けた。したがって、レドックスシャトル材による充電反応の抑制機能が発揮されていないことが分かる。レドックスシャトル材の材料を変えても、単電池１１の電圧変化は、図６と同様の挙動を示した。すなわち、Ｃ／３までの充電レートでは、単電池１１の電圧が上昇した後に、一定の電圧に維持された。一方、Ｃ／２の充電レートでは、単電池１１の電圧が上昇し続け、一定の電圧に維持されることはなかった。
　本実施例によれば、Ｃ／３以下の充電レートで充電を行っているため、単電池１１の電圧が反応電位ＶＲＳを超えることはなく、複数の単電池１１における電圧（又はＳＯＣ）を均等化させることができる。Ｃ／３よりも大きな充電レートで充電を行うと、単電池１１の電圧が反応電位ＶＲＳを超えてしまうことがあり、複数の単電池１１の電圧を、反応電位ＶＲＳで揃えることができなくなってしまう。
　均等化処理を行うときの充電レートは、Ｃ／３以下であればよく、この範囲内において適宜設定することができる。均等化処理を行うときの充電レートは、固定値であってもよいし、単電池１１の環境に応じて変更してもよい。ここで、単電池１１の温度に応じて、充電レートを変更することができる。単電池１１の温度に応じて充電レートを変更すれば、充電レートを固定値に設定する場合と比べて、均等化処理の時間を短縮することができる。
　単電池１１の温度が低下すると、単電池１１の内部抵抗が上昇する。したがって、内部抵抗が上昇するときには、充電レートを下げることが好ましい。一方、単電池１１の温度が上昇すると、単電池１１の内部抵抗が低下する。したがって、内部抵抗が低下するときには、充電レートを上げることができる。充電レートを上げれば、均等化処理の時間を短縮することができる。
　単電池１１の温度に応じて充電レートを変更する場合には、単電池１１の温度と充電レートとの関係を示すマップを、予め作成しておくことができる。このマップに関する情報は、メモリ３０ａに格納することができる。ここでの充電レートは、Ｃ／３以下の範囲内で設定される。コントローラ３０は、温度センサを用いて単電池１１の温度を検出し、検出温度に対応する充電レートをマップから特定することができる。
　一方、単電池１１の温度を検出する構成では、検出温度が閾値よりも低いときに、均等化処理を禁止することができる。単電池１１の温度が低すぎるときには、充電を行うことは好ましくないため、均等化処理を禁止させることができる。閾値の値は、適宜設定することができる。
　本実施例では、各単電池１１の電圧を検出しているが、これに限るものではない。例えば、組電池１０を構成する、すべての単電池１１を複数のブロックに分けておき、各ブロックの電圧（ブロック電圧という）を検出することもできる。ここで、各ブロックには、２つ以上の単電池１１が含まれる。ブロック電圧を検出する構成において、本実施例を適用すれば、複数のブロック電圧のバラツキを抑制することができる。
　本実施例では、組電池１０を構成する、すべての単電池１１に対して、均等化処理を行っているが、これに限るものではない。例えば、図７に示すように、各単電池１１に対して、スイッチ素子２４を含むバイパス回路を接続しておき、スイッチ素子２４のオンおよびオフを切り替えることにより、特定の単電池１１だけに対して均等化処理を行うことができる。コントローラ３０は、スイッチ素子２４のオンおよびオフの切り替えを制御することができる。
　スイッチ素子２４をオンにすれば、スイッチ素子２４を含むバイパス回路に対して、電流を積極的に流すことができる。言い換えれば、オンであるスイッチ素子２４に対応する単電池１１において、充電電流が流れなくなる。したがって、特定の単電池１１だけに充電電流を流して均等化処理を行うことができる。例えば、最大電圧を示す単電池１１と、最小電圧を示す単電池１１だけに対して、均等化処理を行うことができる。

Claims (14)

  1. 　直列に接続された複数の蓄電素子を含む蓄電装置と、
    　前記蓄電装置の充放電を制御するコントローラと、を有し、
    　前記各蓄電素子は、電解質中にレドックスシャトル材を含んでおり、
    　前記コントローラは、少なくとも１つの前記蓄電素子の電圧を前記レドックスシャトル材の反応電位に到達させながら、所定レート以下の充電レートで前記蓄電装置を充電することを特徴とする蓄電システム。
  2. 　前記各蓄電素子の電圧情報を前記コントローラに出力する電圧センサを有し、
    　前記コントローラは、前記複数の蓄電素子における電圧の差が所定値よりも大きいときに、前記所定レート以下の充電レートで前記蓄電装置を充電することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
  3. 　前記各蓄電素子の電圧情報を前記コントローラに出力する電圧センサを有し、
    　前記コントローラは、前記電圧センサの出力に基づいて前記各蓄電素子のＳＯＣを推定し、前記複数の蓄電素子におけるＳＯＣの差が所定値よりも大きいときに、前記所定レート以下の充電レートで前記蓄電装置を充電することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
  4. 　前記コントローラは、前記蓄電装置の充電を定電流で行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電システム。
  5. 　前記蓄電素子の温度情報を前記コントローラに出力する温度センサを有し、
    　前記コントローラは、前記温度センサから得られた温度が高くなることに応じて、前記所定レート以下の範囲内で、前記充電レートを高くすることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
  6. 　前記反応電位は、前記各蓄電素子の充電制御に用いられる上限電圧よりも低いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電システム。
  7. 　前記所定レートは、Ｃ／３であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電システム。
  8. 　直列に接続された複数の蓄電素子を含む蓄電装置の充放電を制御する制御方法であって、
    　前記各蓄電素子は、電解質中にレドックスシャトル材を含んでおり、
    　少なくとも１つの前記蓄電素子の電圧を前記レドックスシャトル材の反応電位に到達させながら、所定レート以下の充電レートで前記蓄電装置を充電することを特徴とする制御方法。
  9. 　前記各蓄電素子の電圧を検出し、
    　前記複数の蓄電素子における検出電圧の差が所定値よりも大きいときに、前記所定レート以下の充電レートで前記蓄電装置を充電することを特徴とする請求項８に記載の制御方法。
  10. 　前記各蓄電素子の電圧を検出し、
    　検出電圧に基づいて前記各蓄電素子のＳＯＣを推定し、
    　前記複数の蓄電素子におけるＳＯＣの差が所定値よりも大きいときに、前記所定レート以下の充電レートで前記蓄電装置を充電することを特徴とする請求項８に記載の制御方法。
  11. 　前記蓄電装置の充電を定電流で行うことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１つに記載の制御方法。
  12. 　前記蓄電素子の温度を検出し、
    　検出温度が高くなることに応じて、前記所定レート以下の範囲内で、前記充電レートを高くすることを特徴とする請求項８から１１のいずれか１つに記載の制御方法。
  13. 　前記反応電位は、前記各蓄電素子の充電制御に用いられる上限電圧よりも低いことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１つに記載の制御方法。
  14. 　前記所定レートは、Ｃ／３であることを特徴とする請求項８から１３のいずれか１つに記載の制御方法。
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