WO2015029568A1

WO2015029568A1 - 蓄電システム、蓄電池の制御方法及びプログラム

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Publication number: WO2015029568A1
Application number: PCT/JP2014/066949
Authority: WO
Inventors: 小林　憲司; 園駱; 潤一宮本; 高橋　真吾; 吉田　信秀
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2015-03-05
Also published as: US20160211677A1; US9954378B2; JPWO2015029568A1; JP6332273B2

Abstract

　複数の電池セルを接続した電池部（１１）と、電池部（１１）から放電している間、継続的に、電池部（１１）からの放電の程度を表す(Ｖ)と、放電の程度が（Ｖ)の時の電池部（１１）の温度（Ｔ)を取得する取得部（１２）と、電池セル間の充電量の差を小さくするセルバランス処理を実行するバランス処理部（１３）と、（Ｖ)及び（Ｔ)に基づいて所定の状態を検知すると、当該検知に応じて、セルバランス処理を実行しないようにバランス処理部（１３）を制御するバランス処理制御部（１４）と、を有する蓄電システム（１０）。

Description

蓄電システム、蓄電池の制御方法及びプログラム

　本発明は、蓄電システム、蓄電池の制御方法及びプログラムに関する。

　特許文献１に、セルバランス回路を備えたセルバランス制御装置が開示されている。当該セルバランス制御装置は、電池内で直列に接続された充電可能な複数の電池セルを制御するセルバランス制御装置であって、各電池セルの電圧を検出する電圧検出手段と、電池の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出される電池温度に基づいて閾値電圧を決定する閾値決定手段と、前記複数の電池セルの中の前記閾値よりも高い電圧を有する電池セルから、前記複数の電池セルの中の前記閾値電圧よりも低い電圧を有する電池セルへ、電流を流すセルバランス回路とを備える。

特開２０１３－５６７８号公報

　一般的に、複数の電池セルを接続した二次電池は、少なくとも１つの電池セルの充電量が所定のレベル以下になると、他の電池セルに電力が残っていても放電を停止するように構成される。いわゆるアクティブ方式のセルバランス処理を実行して、充電量の多い電池セルから充電量の少ない電池セルに電力を供給することで、電池の実効容量を高めることができる。しかし、セルバランス処理の実行によっても電力が消費される。このため、セルバランス処理を実行し過ぎると、セルバランス処理の実行に起因した電力消費により、電池の実効容量が低くなってしまう。

　本願発明は、電池の実効容量を高めるための技術を提供することを課題とする。

　本発明によれば、
　複数の電池セルを接続した電池手段と、
　前記電池手段から放電している間、前記電池手段からの放電の程度を表すＶと、放電の程度がＶの時の前記電池手段の温度Ｔを取得する取得手段と、
　前記電池セル間の充電量の差を小さくするセルバランス処理を実行するバランス処理手段と、
　前記Ｖ及び前記Ｔに基づいて所定の状態を検知すると、当該検知に応じて、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理手段を制御するバランス処理制御手段と、
を有する蓄電システムが提供される。

　また、本発明によれば、
　コンピュータが、
　複数の電池セルを接続した電池手段から放電している間、前記電池手段からの放電の程度を表すＶと、放電の程度がＶの時の前記電池手段の温度Ｔを取得する取得工程と、
　前記電池セル間の充電量の差を小さくするセルバランス処理を実行するバランス処理工程と、
　前記Ｖ及び前記Ｔに基づいて所定の状態を検知すると、当該検知に応じて、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理工程を制御するバランス処理制御工程と、
を実行する蓄電地の制御方法が提供される。

　また、本発明によれば、
　コンピュータを、
　複数の電池セルを接続した電池手段から放電している間、前記電池手段からの放電の程度を表すＶと、放電の程度がＶの時の前記電池手段の温度Ｔを取得する取得手段、
　前記電池セル間の充電量の差を小さくするセルバランス処理を実行するバランス処理手段、
　前記Ｖ及び前記Ｔに基づいて所定の状態を検知すると、当該検知に応じて、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理手段を制御するバランス処理制御手段、
として機能させるためのプログラムが提供される。

　本発明によれば、電池の実効容量を高めるための技術が実現される。

　上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

本実施形態の蓄電システムの機能ブロック図の一例を概念的に示す図である。本実施形態の蓄電システムの処理の流れの一例を示すフローチャートである。実施例で用いた蓄電システムの回路図を示す図である。本実施形態の作用効果を説明するための図である。本実施形態の作用効果を説明するための図である。本実施形態の作用効果を説明するための図である。本実施形態の作用効果を説明するための図である。本実施形態の作用効果を説明するための図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

　本実施形態の蓄電システムは、任意のコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、メモリにロードされたプログラム（あらかじめ装置を出荷する段階からメモリ内に格納されているプログラムのほか、ＣＤ（Compact Disc）等の記憶媒体やインターネット上のサーバ等からダウンロードされたプログラムも含む）、そのプログラムを格納するハードディスク等の記憶ユニット、ネットワーク接続用インタフェイスを中心にハードウェアとソフトウェアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。

　また、本実施形態の説明において利用する機能ブロック図は、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。これらの図においては、各システム、装置は１つの機器により実現されるよう記載されているが、その実現手段はこれに限定されない。すなわち、物理的に分かれた構成であっても、論理的に分かれた構成であっても構わない。

　まず、本実施形態の概念について説明する。本発明者らは、複数の電池セルを接続した蓄電システムを鋭意研究した結果、蓄電システムから放電を継続している間の放電の程度（Ｖ）と、放電の程度がＶの時の電池の温度Ｔとの間に特徴的な所定の関係があることを見出した。

　図４及び８を用いて所定の関係を説明する。図４及び８は、放電動作中での電池モジュールの充電電圧の低下に対する電池モジュールの温度の変化の二回微分曲線を示している。横軸に電池モジュールの充電電圧（残存電圧）Ｖ、縦軸にＶ及びＴから算出される（導かれる）Ｖの関数Ｔ（Ｖ）の二回微分の値をとっている。放電が進むにつれてＶが小さくなることから、放電が進むにつれてＴ（Ｖ）の二回微分の値が図中右から左方向に変化していくことを示している。図４は、一回目の充電－放電サイクル時の測定データであり、図８は、一回目の充電－放電サイクル時の測定データ（初期）と、１５０サイクル後の測定データ（１５０サイクル後）を重ねて示している。データの測定方法等については、以下の実施例で説明する。

　図４より、一回目の充電－放電サイクル時において、放電開始から所定の間はＴ（Ｖ）の二回微分の値は大きく変化するが、その後、０に収束するという特徴的な傾向が見られことが分かる。そして、図８より、１５０サイクル後も同様の特徴的な傾向がみられることが分かる。

　詳細は以下の実施例で示すが、本発明者らは、この所定の関係を利用し、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が収束するまではセルバランス処理を動作させ、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が収束した後はセルバランス処理を動作させないように制御することで、実効容量を高めることができることを見出した。以下、当該検知に基づいてなされた本発明の実施の形態を説明する。

　図１に、本実施形態の蓄電システム１０の機能ブロック図の一例を示す。図示するように、蓄電システム１０は、電池部１１と、取得部１２と、バランス処理部１３と、バランス処理制御部１４とを有する。なお、図示しないが、蓄電システム１０は、交流回路に接続するためのインバーターや、直流配電するための変圧器などを備えてもよい。

　蓄電システム１０は、例えば、定置用の蓄電システム１０であってもよい。定置用の蓄電システム１０は、例えば、所定レベル（例：所定のＳＯＣ（State Of Charge）レベル）まで充電後、放電し、その後再び所定レベル（例：所定のＳＯＣ（State Of Charge）レベル）まで充電後、放電するというサイクルを繰り返す。例えば、電力料金が安い夜間に所定レベルまで充電した後、昼間に放電するというサイクルを繰り返す。

　電池部１１は、複数の電池セル（例：リチウムイオン二次電池セル）を直列及び／又は並列に接続している。電池セルの数は設計的事項である。電池部１１は、充放電制御部を有してもよい。充放電制御部は、複数の電池セルへの充電及び複数の電池セルからの放電を制御する。

　取得部１２は、電池部１１の状態を示す情報を取得する。例えば、電池部１１全体及び各電池セルの充電状態を示す情報（例：ＳＯＣ）や、電池部１１全体及び各電池セルからの放電量を示す情報や、電池部１１全体及び各電池セルの温度を示す情報などを取得する。取得部１２がこれらの情報を取得する手段は特段制限されず、あらゆる技術を採用することができる。

　なお、取得部１２は、電池部１１から放電している間、継続的に、電池部１１からの放電の程度を表すＶと、放電の程度がＶの時の電池部１１の温度Ｔを取得する。データを取得する時間間隔は設計的事項である。放電の程度を表すＶは、放電量（例：放電開始時点からの総放電量）そのものであってもよいし、または、電池部１１に残っている充電量（例：ＳＯＣ）であってもよい。後者の場合、ある時点（例：放電開始時点）の充電量と、現時点の充電量を比較することで、ある時点（例：放電開始時点）からの放電の程度を知ることができる。

　Ｖ及びＴは、任意の手段を用いて同期される。例えば、取得部１２は、放電開始時点からの経過時間や現在時刻などの時間情報と対応付けて、Ｖ及びＴ各々を取得してもよい。かかる場合、時間情報を介してＶとＴは同期される。なお、取得部１２は、リアルタイムにＶ及びＴを取得することができる。

　バランス処理部１３は、電池セル間の充電量の差を小さくするセルバランス処理を実行する。ここでのバランス処理は、コンデンサを利用して複数の電池セル間で補充しあうアクティブ方式のセルバランス処理とすることができる。バランス処理部１３は、セルバランス回路を含んで構成される。バランス処理部１３は、電池セル間の充電量のバランスが予め定められた所定のレベル（設計的事項）まで崩れると、セルバランス処理を実行する。すなわち、バランス処理部１３は、電池セル間の充電量のバランスが予め定められた所定のレベルまで崩れると、それに応じて所定の電池セル同士を互いにセルバランス回路を介して接続し、接続した電池セル間で電力の受け渡しを行わせる。バランス処理部１３は、電池部１１から放電している間、セルバランス処理を実行することができる。バランス処理部１３は、電池部１１から放電していない間、セルバランス処理を実行できてもよい。

　バランス処理部１３によるセルバランス処理により、電池部１１の実効容量を高めることができる。しかし、セルバランス処理の実行によっても電力が消費されるため、セルバランス処理を実行し過ぎると、セルバランス処理の実行に起因した電力消費により、電池部１１の実効容量が低くなってしまう。

　そこで、バランス処理部１３は、セルバランス動作を起動しているモードと、セルバランス動作を起動していないモードとを有する。セルバランス動作を起動している時に電池セル間の充電量のバランスが予め定められた所定のレベルまで崩れると、バランス処理部１３は、それに応じてセルバランス処理を実行する。一方、セルバランス動作を起動していない時に電池セル間の充電量のバランスが予め定められた所定のレベルまで崩れても、バランス処理部１３は、セルバランス処理を実行しない。本実施形態では、セルバランス動作のＯＮ／ＯＦＦを適切に切り替えることで、電池部１１の実効容量を高めている。

　バランス処理制御部１４は、取得部１２が取得したＶ及びＴに基づいて、セルバランス処理を実行しないようにバランス処理部１３を制御するタイミング、すなわち、バランス処理部１３のモードを、セルバランス動作を起動していないモードにするタイミングを検知する。そして、当該検知に応じて、それ以降、セルバランス処理を実行しないように（セルバランス動作を起動していないモードにするように）バランス処理部１３を制御する。

　バランス処理制御部１４は、例えば、電池部１１から放電開始後、取得部１２が取得したＶとＴを用いて導かれるＶの関数（例：近似関数）であるＴ（Ｖ）の二回微分の値が所定の条件を満たす状態になったことを検知すると、それ以降セルバランス処理を実行しないようにバランス処理部１３を制御する。

　所定の条件は、例えば、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が０（ゼロ）に収束することである。なお、所定の条件は、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値の絶対値が所定値（０＋α）以下に収束することであってもよい。収束とは、所定の状態（例：Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が０、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値の絶対値が所定値以下）が所定期間（設計的事項）継続することである。

　詳細は以下の実施例で示すが、バランス処理制御部１４によるこのような制御により、電池部１１の実効容量を高めることができる。

　上記所定の条件を満たしているか否かを判定する手段は特段制限されない。例えば、取得部１２がリアルタイムに取得したＶ及びＴを利用して、バランス処理制御部１４は、リアルタイムにＴ（Ｖ）の二回微分の値を算出する。その後、バランス処理制御部１４は、算出した値が所定の値（例：０、絶対値が所定値以下）となっているか判定する。所定の値となっている場合、バランス処理制御部１４は、それ以前の判定結果を考慮して、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が所定の値（例：０、絶対値が所定値以下）となっている状態が予め定められた所定期間継続しているか判定する。バランス処理制御部１４は、例えばこのような流れで上記所定の条件を満たしているか否かを判定することができる。なお、ここでの例示はあくまで一例であり、これに限定されない。例えば、バランス処理制御部１４は、Ｔ（Ｖ）の一回微分の値の変化を追跡していくことで、二回微分の値が０（ゼロ）に収束した状態（一回微分の値が変化しなくなった状態）、または、二回微分の値の絶対値が所定値（０＋α）以下に収束した状態（一回微分の値が所定レベル以上変化しなくなった状態）を検出してもよい。

　次に、図２のフローチャートを用いて、本実施形態の蓄電システム１０の処理の流れの一例を説明する。

　蓄電システム１０は、電池部１１に所定のレベル（設計的事項。例：ＳＯＣが１００％）まで充電した後、放電開始待ち状態となる（Ｓ１０）。放電を開始しない間（Ｓ１０のｎｏ）、放電開始の待機モードを継続する（Ｓ１１）。

　そして、蓄電システム１０は、所定のタイミング（例：放電を開始するユーザ入力があったタイミング、放電を開始する所定の時刻になったタイミング、負荷が稼動し始めたタイミング等）で放電処理を開始する（Ｓ１０のｙｅｓ）。放電処理を開始すると、まず、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を確認し（Ｓ１２）、その後、一定電力での放電を開始する。

　バランス処理部１３は、放電開始後の所定のタイミングでセルバランス動作を起動する（Ｓ１３）。例えば、バランス処理部１３は、放電開始に応じてセルバランス動作を起動する。セルバランス動作を起動している間に、電池セル間の充電量のバランスが予め定められた所定のレベルまで崩れると、バランス処理部１３はセルバランス処理を実行する。

　また、取得部１２は、電池部１１から放電している間、継続的に、電池部１１からの放電の程度を表すＶと、放電の程度がＶの時の電池部１１の温度Ｔをリアルタイムに取得する（Ｓ１４）。

　バランス処理制御部１４は、Ｓ１４で取得部１２が取得したＶ及びＴを利用して、ＶとＴを用いて導かれるＶの関数（例：近似関数）であるＴ（Ｖ）の二回微分の値をリアルタイムに算出する（Ｓ１５）。なお、バランス処理制御部１４は、Ｓ１４で取得部１２が取得したＶ及びＴのすべてのデータを用いてＴ（Ｖ）の二回微分の値を算出してもよいし、又は、所定個数おきのデータを用いてＴ（Ｖ）の二回微分の値を算出してもよい。微分間隔は単セルの電圧変化量が１０ｍＶ以内（時間にして１分以上５分以内）である事が好ましい。

　その後、Ｓ１６において、バランス処理制御部１４は、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が所定の条件を満たしているか判定する。例えば、バランス処理制御部１４は、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値の絶対値が所定値（０＋α）以下に収束しているか否かを判定する。

　Ｓ１６の判定の結果が「所定の条件を満たしている」である場合（Ｓ１６のｙｅｓ）、バランス処理制御部１４は、それ以降セルバランス処理を実行しないようにバランス処理部１３を制御する（Ｓ１７）。これに応じて、バランス処理部１３はセルバランス動作を停止する。以降、電池セル間の充電量のバランスが予め定められた所定のレベルまで崩れても、バランス処理部１３はセルバランス処理を実行しない。

　一方、Ｓ１６の判定の結果が「所定の条件を満たしていない」である場合（Ｓ１６のｎｏ）、取得部１２及びバランス処理制御部１４は、Ｓ１４乃至Ｓ１６の処理を継続する。この間、バランス処理部１３はセルバランス動作を継続する。すなわち、電池セル間の充電量のバランスが予め定められた所定のレベルまで崩れると、バランス処理部１３はセルバランス処理を実行する。

　その後、複数の電池セルの中の少なくとも１つの充電量が所定のレベル以下になると、蓄電システム１０は放電を停止し（Ｓ１８）、処理を終了する。なお、以下の実施例で示す通り、充放電を所定回数繰り返しても、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が上記条件を満たすときのＶの値（Ｖ１）は、ほとんど変化しない。このため、一度充放電及び上記測定を行い、Ｖ１の値を特定した後は、上記Ｓ１５の処理に代えて、Ｖの値がＶ１を満たすか否かを判定することで、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が上記条件を満たすか否かを判断してもよい。なお、毎回上記Ｓ１５の処理を実行してもよい。

＜＜実施例＞＞
　次に、実施例により、本実施形態の作用効果を説明する。

＜蓄電システムの構成＞
　図３の回路図で示される蓄電システムを用意した。図示する蓄電システムは、電池モジュールと、電池制御装置（ＢＭＵ：Buttery Management Unit）と、インバーターと、セルバランス回路と、電圧センサと、電流センサと、温度センサと、スイッチとを有する。

　電池モジュールは、４つのリチウムイオン二次電池セルを直列に接続している。具体的には、電池モジュールは、容量３３Ａｈの積層型ラミネート型セル（正極／セパレーター／負極を３０セット積層）を４セル用いて構成した。

　電池制御装置は、蓄電システム全体の動作を制御するとともに（制御部）、電圧センサ、電流センサ、及び、温度センサから測定データを取得し、記録する（記録部）。

　電圧センサは、各電池セルの充電量を測定可能に接続されている。これにより、電池モジュール全体の充電量（充電電圧）が測定できる。本実施例では、電池モジュール全体の充電量（充電電圧）を、電池モジュールからの放電の程度を表すＶとした。電流センサは、電池モジュールから流れる電流を測定可能に接続されている。

　温度センサは、電池モジュール内部に取り付けられた抵抗温度計を含む。そして、本実施例では、４セル分の平均温度を電池モジュールの温度Ｔとした。

　第１のスイッチ（図中、左側のスイッチ）は、電池制御装置によりＯＮ／ＯＦＦの切り替えを制御される。第１のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、セルバランス回路と電池モジュールとの接続状態が切り替えられる。セルバランス処理を実行する間、第１のスイッチはＯＮになる。セルバランス処理を実行しない間、第１のスイッチはＯＦＦにする。

　第２のスイッチ（図中、右側のスイッチ）は、電池制御装置によりＯＮ／ＯＦＦの切り替えを制御される。第２のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、電池モジュールとインバーターとの接続状態が切り替えられる。インバーターに電流を流す間（放電する間）、第２のスイッチはＯＮになる。インバーターに電流を流さない間（放電しない間）、第２のスイッチはＯＦＦになる。第１及び第２のスイッチのＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、例えばリレーなどを利用することができる。

　セルバランス回路は、キャパシタと抵抗を組み合わせたＲＣ回路を介して電圧が高い電池セルの電気を低い電池セルに移動させる事で各電池セルの電圧を揃えるアクティブ方式を用いた。セルバランス回路によって電池セル間に流せる電流値は約０．５Ａとした。なお、図３においては、電池制御装置とセルバランス回路を分けて示しているが、実際にはマイコンなどで回路的には統合されている。また、図では詳細を示していないが、複数の電池セルは個別にセルバランス回路に接続可能となっている。

＜測定１＞
　上述した蓄電システムに対して、最初にモジュール電圧が１６．２V程度になるように充電を行った（定電流１０Ａ－定電圧１Ａ下限値）。すなわち、所定の電圧近くになると電流を少なくしてゆき、最終的に電流が１Ａになると停止した。充電終了後、各セル電圧に異常が無い事を確認し、放電を開始した。ここで４Ａの定電流条件で動作させた。なお、当該測定においては、蓄電システムは、セルバランス動作を起動しなかった。すなわち、蓄電システムは、セルバランス処理を一度も実行しなかった。

　図４に放電動作中での電池モジュールの充電電圧の低下に対する電池モジュールの温度の変化の二回微分曲線を示している。横軸にＶ、縦軸にＴ（Ｖ）の二回微分の値をとっている。放電が進むにつれてＶが小さくなることから、放電が進むにつれてＴ（Ｖ）の二回微分の値が図中右から左方向に変化していくことを示している。なお、１５．２５～１６．２Ｖの間はＴ（Ｖ）の二回微分の値の変動幅が大きく、図示する変動と同じスケールで表記することができなかったため、削除している。

　図４より、放電開始後、電池モジュールの充電電圧が１４．４Ｖ付近になるまではＴ（Ｖ）の二回微分の値は大きく変化するが、その後、０に収束することがわかる。これは、内部抵抗成分の増加による温度上昇と電位低下量に相関がある事によると推測される。なお、本発明者は、１５．２５～１６．２Ｖの間（図示しない部分）にＴ（Ｖ）の二回微分の値が収束しないことを確認している。

＜測定２＞
　上述した蓄電システムに対して、最初にモジュール電圧が１６．２V程度になるように充電を行った（定電流１０Ａ－定電圧１Ａ下限値）。充電終了後、各セル電圧に異常が無い事を確認し、放電を開始した。ここで４Ａの定電流条件で動作させた。

　なお、当該測定においては、蓄電システムは、放電開始に応じて、セルバランス動作を起動した。その後、実施例１では、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が収束した直後のポイントＢ（電池モジュールの充電電圧が１４．４Ｖ付近）でセルバランス動作を停止し、それ以降は停止状態のまま放電を継続した。比較例１では、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が収束する前のポイントＡ（電池モジュールの充電電圧が１５Ｖ付近）でセルバランス動作を停止し、それ以降は停止状態のまま放電を継続した。比較例２では、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が収束後、しばらく経過した後のポイントＣ（電池モジュールの充電電圧が１３．１Ｖ付近）でセルバランス動作を停止し、それ以降は停止状態のまま放電を継続した。

　得られた結果を表１と図５に示してある。図５における横軸は、セルバランス動作を駆動した時間を示している。図５にプロットされたデータのうち、Ａとして示しているデータが比較例１のデータであり、Ｂとして示しているデータが実施例１のデータであり、Ｃとして示しているデータが比較例２のデータである。縦軸は、セルバランス動作を駆動することで実現される実効容量の改善率を示している。

　セルバランス処理による実効容量の改善率は、セルバランス動作をまったく駆動しなかった場合の実効容量を基準とし、セルバランス動作を上述の条件で駆動した場合の実効容量の増加率を容量改善率とした。

　実施例１、比較例１、比較例２、及び、セルバランス動作をまったく駆動しなかった場合各々の実効容量は、電圧×電流×放電時間として算出した。算出の結果、セルバランス動作をまったく駆動しなかった場合の実効容量は２４０．１Ｗｈ、実施例１の実効容量は２４４．９Ｗｈ、比較例１の実効容量は２４１．５Ｗｈ、比較例２の実効容量は２４５．０Ｗｈだった。

　図５より、放電開始後、ポイントＢに達するまで（Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が０に収束するまで）セルバランス動作を駆動した実施例１（Ｂ）及び比較例２（Ｃ）は、セルバランス処理により実効容量を大幅に改善できることが分かる（実施例１の改善率：２．００％、比較例２の改善率：２．０５％）。これに対し、ポイントＢに達する前にセルバランス動作を停止させた比較例１（Ａ）は、セルバランス処理により実効容量の改善が０．５８％と低くとどまっている。

　この結果より、セルバランス動作をＴ（Ｖ）の二回微分の値が０に収束する前に停止すると、セルバランス動作をＴ（Ｖ）の二回微分の値が０に収束するまで行った場合に比べて、セルバランス処理による実効容量の改善率が大幅に低くなることが分かる。

　また、図５及び表１より、実施例１及び比較例２のセルバランス処理による実効容量の改善率は同等の値であることが分かる。すなわち、ポイントＢに達した後（Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が０に収束した後）にセルバランス動作を継続しても、セルバランス処理による実効容量の改善率は劇的には改善されないことが分かる。

　ここで、実施例１でのセルバランス動作の駆動による消費電力は１．０Ｗｈであり、比較例２でのセルバランス動作の駆動による消費電力は１．２Ｗｈであった。この消費電力は、制御回路必要電力×時間の式に基づいて算出した。

　実施例１でセルバランス動作の駆動により改善した実効容量は４．８Ｗｈであるが、セルバランス動作の駆動による消費電力は１．０Ｗｈであるため、実質改善した実効容量は３．８Ｗｈである。同様に、比較例２でセルバランス動作により改善した実効容量は４．９Ｗｈであるが、セルバランス動作の駆動による消費電力は１．２Ｗｈであるため、実質改善した実効容量は３．７Ｗｈである。ちなみに、比較例１でセルバランス動作の駆動により改善した実効容量は１．４Ｗｈであるが、セルバランス動作の駆動による消費電力は０．７Ｗｈであるため、実質改善した実効容量は０．７Ｗｈである。

　このように、実施例１の方が比較例１及び比較例２よりも実効容量が改善している。以上より、本実施形態のようにセルバランス動作のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、電池の実効容量を高められることが分かる。以上から、電圧－温度の微分曲線の振動構造が収束する点を基準としてセルバランス動作のＯＮ／ＯＦＦを切り替える制御方式を用いる事で、セルバランス機能の効率を改善できることが確認できた。

＜測定３＞
　次に動作環境と劣化状態が異なっても、上記の効果が得られる事を確認するため、充電－放電のサイクル１回目（初期）、及び、１５０サイクル後、各々で測定１と同様な測定を行った。

　図６および図７はサイクル初期の電池モジュールと１５０サイクル後の電池モジュールの放電開始からの経過時間に対する放電曲線と温度曲線をそれぞれ示している。図６及び図７いずれも横軸に放電開始からの経過時間をとっている。図６では、縦軸に電池モジュールの充電電圧（Ｖ）をとっている。図７では、縦軸に電池モジュールの温度Ｔをとっている。図６より、１５０サイクル後では初期よりも容量が１０％近く低下していることが分かる。また、図７より、１５０サイクル後では初期よりもモジュール温度が１０℃以上上昇していることが分かる。これは、内部抵抗の増加によるものと推測される。

　次に、図８に、図６及び図７のデータに基づいて算出した電池モジュールの充電電圧の低下に対する電池モジュールの温度の変化の二回微分曲線を示している。グラフは、図４と同様の手法で示している。

　両者では収束するまでのＴ（Ｖ）の二回微分の値の挙動は異なる。しかし、放電開始後はＴ（Ｖ）の二回微分の値が変動し、所定のタイミングから収束するという挙動は一致していた。また、収束するタイミングは、ほぼ同じ（１４．４～１４．５Ｖ付近）であった。このことより、ある変曲点をもつセル電圧と温度の相関関係は、電池の劣化状態によらず成り立つ事を確認した。

＜測定４＞
　測定３に示した１５０サイクル後の蓄電システムに対して、最初にモジュール電圧が１６．２V程度になるように充電を行った（定電流１０Ａ－定電圧１Ａ下限値）。充電終了後、各セル電圧に異常が無い事を確認して、放電を開始した。ここで４Ａの定電流条件で動作させた。

　当該測定においては、蓄電システムは、放電開始に応じて、セルバランス動作を起動した。その後、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が収束した直後のポイント（電池モジュールの充電電圧が１４．５Ｖ付近）でセルバランス動作を停止し、当該状態のまま放電を継続した（実施例２）。

　測定２と同様にして算出した実効容量の改善率を表２に示す。１５０サイクル後の改善量は約１％であった。

　以上、リチウムイオン二次電池の放電時において、セル電圧と温度との間に強い相関関係が存在する。この相関関係は電池の劣化状態に大きな影響を与える動作温度とサイクル数によらず成り立つ。さらに、この指標はセルバランス機能の効率とも相関があり、動作環境によらず、その制御回路の判定指標として用いる事で効率改善に利用できる。

＜測定５＞
　上述した蓄電システムに対して、最初にモジュール電圧が１６．２V程度になるように充電を行った（定電流１０Ａ－定電圧１Ａ下限値）。充電終了後、各セル電圧に異常が無い事を確認し、放電を開始した。ここで４Ａの定電流条件で動作させた。

　なお、当該測定においては、蓄電システムは、放電開始直後はセルバランス動作を起動せず、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が収束した直後のポイントＢ（電池モジュールの充電電圧が１４．４Ｖ付近）でセルバランス動作を起動し、それ以降はセルバランス動作を起動した状態のまま放電を継続した（比較例３）。

　比較例３の実効容量改善率は、０．０４％であった。比較例３においてセルバランス動作を起動していた時間は７５ｍｉｎであり、セルバランス動作に起因して改善された実効容量は０．１Ｗｈである。これらより、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が収束した後におけるセルバランス動作に起因した実効容量の平均的な改善速度は０．００１Ｗｈ／ｍｉｎ程度であることが分かる。これに対し、セルバランス動作に起因した電力の消費速度（実効容量の減少速度）は０．００５Ｗｈ／ｍｉｎ程度である。このため、Ｔ（Ｖ）の二回微分の値が収束した後は、セルバランス動作を起動しない方が、実効容量を高められることが分かる。

　以下、参考形態の例を付記する。
１．　複数の電池セルを接続した電池手段と、
　前記電池部から放電している間、継続的に、前記電池手段からの放電の程度を表すＶと、放電の程度がＶの時の前記電池手段の温度Ｔを取得する取得手段と、
　前記電池セル間の充電量の差を小さくするセルバランス処理を実行するバランス処理手段と、
　前記Ｖ及び前記Ｔに基づいて所定の状態を検知すると、当該検知に応じて、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理手段を制御するバランス処理制御手段と、
を有する蓄電システム。
２．　１に記載の蓄電システムにおいて、
　前記バランス処理制御手段は、
　前記電池手段から放電開始後、前記Ｖと前記Ｔを用いて導かれる前記Ｖの関数であるＴ（Ｖ）の二回微分の値が所定の条件を満たす状態になったことを検知すると、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理手段を制御する蓄電システム。
３．　２に記載の蓄電システムにおいて、
　前記所定の条件は、前記Ｔ（Ｖ）の二回微分の値の絶対値が所定値以下に収束することである蓄電システム。
４．　１から３のいずれかに記載の蓄電システムにおいて、
　前記バランス処理手段は、前記電池手段からの放電開始後の所定のタイミングから前記セルバランス処理の実行を開始し、前記バランス処理制御手段による制御に応じて、前記セルバランス処理の実行を停止する蓄電システム。
５．　１から４のいずれかに記載の蓄電システムにおいて、
　前記バランス処理手段は、アクティブ方式のセルバランス処理を実行する蓄電システム。
６．　コンピュータが、
　複数の電池セルを接続した電池手段から放電している間、継続的に、前記電池手段からの放電の程度を表すＶと、放電の程度がＶの時の前記電池手段の温度Ｔを取得する取得工程と、
　前記電池セル間の充電量の差を小さくするセルバランス処理を実行するバランス処理工程と、
　前記Ｖ及び前記Ｔに基づいて所定の状態を検知すると、当該検知に応じて、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理工程を制御するバランス処理制御工程と、
を実行する蓄電地の制御方法。
６－２．　６に記載の蓄電池の制御方法において、
　前記バランス処理制御工程では、
　前記電池手段から放電開始後、前記Ｖと前記Ｔを用いて導かれる前記Ｖの関数であるＴ（Ｖ）の二回微分の値が所定の条件を満たす状態になったことを検知すると、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理工程を制御する蓄電池の制御方法。
６－３．　６－２に記載の蓄電池の制御方法において、
　前記所定の条件は、前記Ｔ（Ｖ）の二回微分の値の絶対値が所定値以下に収束することである蓄電池の制御方法。
６－４．　６から６－３のいずれかに記載の蓄電池の制御方法において、
　前記バランス処理工程では、前記電池手段からの放電開始後の所定のタイミングから前記セルバランス処理の実行を開始し、前記バランス処理制御工程の制御に応じて、前記セルバランス処理の実行を停止する蓄電池の制御方法。
６－５．　６から６－４のいずれかに記載の蓄電池の制御方法において、
　前記バランス処理工程では、アクティブ方式のセルバランス処理を実行する蓄電池の制御方法。
７．　コンピュータを、
　複数の電池セルを接続した電池手段から放電している間、継続的に、前記電池手段からの放電の程度を表すＶと、放電の程度がＶの時の前記電池手段の温度Ｔを取得する取得手段、
　前記電池セル間の充電量の差を小さくするセルバランス処理を実行するバランス処理手段、
　前記Ｖ及び前記Ｔに基づいて所定の状態を検知すると、当該検知に応じて、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理手段を制御するバランス処理制御手段、
として機能させるためのプログラム。
７－２．　７に記載のプログラムにおいて、
　前記バランス処理制御手段に、
　前記電池手段から放電開始後、前記Ｖと前記Ｔを用いて導かれる前記Ｖの関数であるＴ（Ｖ）の二回微分の値が所定の条件を満たす状態になったことを検知すると、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理手段を制御させるプログラム。
７－３．　７－２に記載のプログラムにおいて、
　前記所定の条件は、前記Ｔ（Ｖ）の二回微分の値の絶対値が所定値以下に収束することであるプログラム。
７－４．　７から７－３のいずれかに記載のプログラムにおいて、
　前記バランス処理手段に、前記電池手段からの放電開始後の所定のタイミングから前記セルバランス処理の実行を開始させ、前記バランス処理制御手段による制御に応じて、前記セルバランス処理の実行を停止させるプログラム。
７－５．　７から７－４のいずれかに記載のプログラムにおいて、
　前記バランス処理手段に、アクティブ方式のセルバランス処理を実行させるプログラム。

　この出願は、２０１３年８月２８日に出願された日本出願特願２０１３－１７７２３６号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

　複数の電池セルを接続した電池手段と、
　前記電池手段から放電している間、前記電池手段からの放電の程度を表すＶと、放電の程度がＶの時の前記電池手段の温度Ｔを取得する取得手段と、
　前記電池セル間の充電量の差を小さくするセルバランス処理を実行するバランス処理手段と、
　前記Ｖ及び前記Ｔに基づいて所定の状態を検知すると、当該検知に応じて、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理手段を制御するバランス処理制御手段と、
を有する蓄電システム。
　請求項１に記載の蓄電システムにおいて、
　前記バランス処理制御手段は、
　前記電池手段から放電開始後、前記取得手段が取得した前記Ｖと前記Ｔを用いて算出される前記Ｖの関数であるＴ（Ｖ）の二回微分の値が所定の条件を満たす状態になったことを検知すると、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理手段を制御する蓄電システム。
　請求項２に記載の蓄電システムにおいて、
　前記所定の条件は、前記Ｔ（Ｖ）の二回微分の値の絶対値が所定値以下に収束することである蓄電システム。
　請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電システムにおいて、
　前記バランス処理手段は、前記電池手段からの放電開始後の所定のタイミングから前記セルバランス処理の実行を開始し、前記バランス処理制御手段による制御に応じて、前記セルバランス処理の実行を停止する蓄電システム。
　請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄電システムにおいて、
　前記バランス処理手段は、アクティブ方式のセルバランス処理を実行する蓄電システム。
　コンピュータが、
　複数の電池セルを接続した電池手段から放電している間、前記電池手段からの放電の程度を表すＶと、放電の程度がＶの時の前記電池手段の温度Ｔを取得する取得工程と、
　前記電池セル間の充電量の差を小さくするセルバランス処理を実行するバランス処理工程と、
　前記Ｖ及び前記Ｔに基づいて所定の状態を検知すると、当該検知に応じて、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理工程を制御するバランス処理制御工程と、
を実行する蓄電地の制御方法。
　コンピュータを、
　複数の電池セルを接続した電池手段から放電している間、前記電池手段からの放電の程度を表すＶと、放電の程度がＶの時の前記電池手段の温度Ｔを取得する取得手段、
　前記電池セル間の充電量の差を小さくするセルバランス処理を実行するバランス処理手段、
　前記Ｖ及び前記Ｔに基づいて所定の状態を検知すると、当該検知に応じて、前記セルバランス処理を実行しないように前記バランス処理手段を制御するバランス処理制御手段、
として機能させるためのプログラム。