WO2015045660A1 - 蓄電装置、蓄電制御装置および蓄電制御方法 - Google Patents

蓄電装置、蓄電制御装置および蓄電制御方法 Download PDF

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power storage
control device
series
storage control
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中村 和夫
小澤 淳史
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ソニー株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a power storage device, a power storage control device, and a power storage control method. More specifically, the present invention relates to a power storage device that stores electricity in a cell, a power storage control device, and a power storage control method.
  • Patent Document 1 proposes an inter-battery voltage equalization circuit that boosts the terminal voltage of a capacitor with the voltage of a boosting element in which charges are accumulated and transfers the charge to a secondary battery.
  • the present disclosure provides a power storage device, a power storage control device, and a power storage control method that suppress a burden on the cell when equalizing the cell voltage.
  • a power storage device includes a plurality of cells connected in series, a series resonance circuit including a reactor and a capacitor, and a power storage control device that controls a connection state between the cell and the series resonance circuit, The power storage control device transfers energy between the same number of cells via the series resonance circuit.
  • the power storage control device includes the same number of cells as the first cells after connecting a first cell including at least one cell to the series resonant circuit, and has a total voltage compared to the first cell.
  • a second cell having a relatively small value may be connected to the series resonant circuit. In this case, the power storage control device may select a plurality of consecutive cells as the first cell and select the same number of consecutive cells as the first cell as the second cell.
  • the power storage control device disconnects the first cell from the series resonance circuit when the direction of the current flowing through the series resonance circuit changes after the first cell is connected to the series resonance circuit. You may let them.
  • the power storage control device removes the second cell from the series resonance circuit when the direction of the current flowing through the series resonance circuit changes after the second cell is connected to the series resonance circuit. It may be cut.
  • the power storage control device maintains a state in which all the cells are disconnected from the series resonance circuit. In the set period, it may be determined whether or not to transfer energy based on the voltage of the cell.
  • the series resonance circuit may include a resistor, and the power storage control device may detect a direction of a current flowing through the series resonance circuit based on a potential difference between both ends of the resistor.
  • the power storage control device may switch connection between the series resonance circuit and the cell at a resonance frequency of the series resonance circuit.
  • the resonance frequency of the series resonance circuit may be a frequency when the imaginary component in the Cole-Cole plot of the internal impedance of the cell measured by the alternating current impedance method becomes zero.
  • the power storage control device may include a cell having a maximum voltage in the first cell. In this case, the power storage control device may include a cell having a minimum voltage in the second cell.
  • the power storage device further includes a switch for connecting or disconnecting the cell and the series resonant circuit, and the power storage control device controls a connection state between the cell and the series resonant circuit by controlling an operation of the switch.
  • the cell may have a discharge characteristic in which a voltage change in a series of sections over 50% or more of sections with a charging rate of 0% to 100% is 0.25 V or less.
  • the power storage control device according to the present disclosure is configured to control a connection state between a plurality of cells connected in series and a series resonance circuit including a reactor and a capacitor, and transfers energy between the same number of cells via the series resonance circuit. It is something to be made.
  • the power storage control method controls a connection state between a plurality of cells connected in series and a series resonance circuit including a reactor and a capacitor by a control device, and energy is transmitted between the same number of cells via the series resonance circuit. Give and receive.
  • A shows the connection state of two cells and a series resonance circuit
  • B is the said 2
  • It is a figure which shows the connection state to the series resonance circuit by one of one cell and another one cell.
  • It is a figure which shows typically the structural example of the electrical storage apparatus of 2nd Embodiment of this indication.
  • It is a figure which shows typically the structural example of the electrical storage control apparatus in the electrical storage apparatus of 2nd Embodiment of this indication.
  • 14 is a flowchart illustrating an operation example of the power storage device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a time chart illustrating an operation example of the power storage device according to the third embodiment of the present disclosure, in which A indicates a current flowing in the series resonance circuit, B indicates a cell voltage, and C indicates a first switch The open / close state is shown, and D is a time chart showing the open / close state of the second switch. It is a figure which shows the structural example of the resonance current direction detection part in the electrical storage apparatus of the 1st modification of 3rd Embodiment of this indication. 14 is a time chart illustrating an operation example of a resonance current direction detection unit in the power storage device of the first modification example of the third embodiment of the present disclosure.
  • A is the resonance current flowing in the series resonance circuit
  • B is the output of the first comparator
  • C is the output of the second comparator
  • D is the output of the first D-type flip-flop
  • E is the first 2 indicates the output of the D-type flip-flop
  • F indicates the output of the first AND circuit
  • G indicates the output of the second AND circuit.
  • 14 is a flowchart illustrating an operation example of the power storage device according to the fourth embodiment of the present disclosure. It is a time chart which shows the operation example of the electrical storage apparatus of the 1st modification of 4th Embodiment of this indication, A shows the resonance current which flows into a series resonance circuit, B shows the open / close state of a 1st switch C is a time chart showing the open / closed state of the second switch.
  • FIG 14 is a flowchart illustrating an operation example of the power storage device according to the first modification example of the fourth embodiment of the present disclosure. It is a figure which shows typically the example of a part of structure in the electrical storage apparatus of 5th Embodiment of this indication. It is a figure which shows the electrical storage apparatus of 5th Embodiment of this indication as an equivalent circuit. It is a figure which shows typically the example of a one part structure in the electrical storage apparatus of the 1st modification of 5th Embodiment of this indication. It is a figure which shows typically the example of a part of structure in the electrical storage apparatus of the 2nd modification of the 5th Embodiment of this indication.
  • FIG 14 is a flowchart illustrating an operation example of the power storage device according to the sixth embodiment of the present disclosure. It is a Cole-Cole plot figure for demonstrating the structural example of the electrical storage apparatus of 7th Embodiment of this indication. It is a Cole-Cole plot figure for demonstrating the structural example of the electrical storage apparatus of the 1st modification of 7th Embodiment of this indication. It is a discharge curve figure of a cell for explaining an example of composition of an electrical storage device of an 8th embodiment of this indication.
  • Second modification of the first embodiment (an example of a power storage device that transfers energy between a group of cells with the same number of overlapping cells) 4).
  • Second embodiment (an example of a power storage device that transfers energy between a first cell having a relatively high voltage and a second cell having a relatively low voltage) 5.
  • First modification of second embodiment (an example of a power storage device that transfers energy between a first cell including a plurality of cells and a second cell including the same number of cells as the first cells) 6).
  • Third embodiment (an example of a power storage device that switches connection between a cell and a series resonant circuit in response to a current of 0 A) 7).
  • First modification of third embodiment (an example of a power storage device that switches connection between a cell and a series resonant circuit in accordance with a change in the direction of current) 8).
  • Fourth Embodiment (All cells were disconnected from the series resonant circuit for a period set between the disconnection of the second cell from the series resonant circuit and the connection to the series resonant circuit of the next first cell.
  • Example of power storage device that maintains state) 9.
  • First modification of the fourth embodiment (all cells in series resonance during a period set between disconnection of the first cell from the series resonance circuit and connection to the series resonance circuit of the second cell)
  • Fifth embodiment (an example of a power storage device in which a series resonance circuit includes a resistor) 11.
  • FIG. 1 is an overall view schematically showing a configuration example of a power storage device 100 of the present embodiment.
  • the power storage device 100 includes a plurality of cells 110 a and 110 b, a series resonance circuit 120, and a power storage control device 130.
  • Cells 110a and 110b As shown in FIG. 1, the cells 110a and 110b are connected in series. Each of the cells 110a and 110b can be charged and discharged. That is, each of the cells 110a and 110b accumulates a charging current supplied from a charging device (not shown) as a charge when charging, and a load (not shown) using the accumulated charge as a discharging current when discharging. Can be supplied to.
  • a charging device not shown
  • a load not shown
  • the number of cells 110a and 110b is not limited to two as shown in FIG.
  • Each cell 110a, 110b may be comprised by the same standard, or may be comprised by another standard.
  • Each of the cells 110a and 110b may be either a single battery or an assembled battery. When the cells 110a and 110b are assembled batteries, the connections in the assembled batteries may be in series or in parallel or both. More preferable modes of the cells 110a and 110b are described in ⁇ 16. Eighth Embodiment> The description will be given.
  • the series resonant circuit 120 includes a reactor 121 and a capacitor 122. Reactor 121 and capacitor 122 are connected in series.
  • the self-inductance [H] of the reactor 121 and the capacitance [F] of the capacitor 122 are not limited.
  • a more preferable embodiment of the series resonance circuit 120 will be described in ⁇ 14. ⁇ Seventh Embodiment>
  • the power storage control device 130 controls the electrical connection state between the cells 110 a and 110 b and the series resonance circuit 120.
  • a connection state between the cells 110 a and 110 b formed by the control of the power storage control device 130 and the series resonant circuit 120 is schematically shown by a bidirectional arrow A.
  • the configuration in which the power storage control device 130 controls the connection state is schematically indicated by a broken line in the drawing.
  • FIG. 1A shows a state where one cell 110a and the series resonance circuit 120 are connected, and the other one cell 110b and the series resonance circuit 120 are disconnected.
  • FIG. 1B shows a state in which one cell 110a and the series resonance circuit 120 are disconnected, and another one cell 110b and the series resonance circuit 120 are connected.
  • the power storage control device 130 transfers energy between the same number of cells. It has a configuration. Specifically, for example, the power storage control device 130 selectively forms the connection state illustrated in FIGS. 1A and 1B to transfer energy between the same number of cells via the series resonance circuit 120.
  • energy is transferred between the same number of cells by transferring energy from n (where n is an arbitrary natural number) cell to the series resonance circuit and transferring the energy to the series resonance circuit.
  • n where n is an arbitrary natural number
  • energy transfer between the same number of cells in the present disclosure is performed by selectively connecting n power supply side cells and n power reception side cells to the series resonance circuit.
  • the energy transfer between the same number of cells in the present disclosure is a power storage that does not correspond to either the same number of cells or the series resonance circuit, such as a cell other than the same number of cells or a capacitor other than a capacitor of the series resonance circuit. There is no transfer of energy with the element.
  • the power storage control device 130 controls the connection state between the cells 110a and 110b and the series resonance circuit 120 by electrically controlling an electronic device or the like that connects or disconnects the cells 110a and 110b and the series resonance circuit 120. Also good.
  • the electronic apparatus may include a switching device or the like.
  • the power storage control device 130 may be configured by an electronic device or the like.
  • the electronic device may include an arithmetic processing device such as a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro-Processing Unit) and a storage device such as a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory).
  • the ROM may store a program for realizing the function of the power storage control device 130, that is, a program or data for causing the computer to function as the power storage control device 130.
  • the arithmetic processing unit may realize the function of the power storage control device 130 by executing a program stored in the ROM.
  • the RAM may be used as a work area for the arithmetic processing unit. However, it is not limited to such a configuration.
  • connection state between the cells 110a and 110b and the series resonant circuit 120 is controlled as shown in FIGS. 1A and 1B by the power storage control device 130, so that the cells 110a and 110b are selectively used as the series resonant circuit 120.
  • the cells 110a and 110b connected to the series resonance circuit 120 transfer energy to and from the series resonance circuit 120 by exchanging current. As a result, energy is transferred between the cells 110a and 110b via the series resonant circuit 120.
  • the energy held by one cell 110a is larger than the energy held by another cell 110b, the energy is supplied from the cell 110a to the cell 110b via the series resonance circuit 120. After the energy is supplied, the energy variation between the cells 110a and 110b is reduced or eliminated.
  • the power storage control device 130 performs the cell operation under the condition that the potential difference between the same number of cells, that is, between one cell 110a and another cell 110b is small. Energy can be exchanged with a small amount of current. If the series resonant circuit 120 is boosted by a boosting element, it is difficult to transfer energy with a small current. In addition, since energy can be exchanged via the series resonant circuit 120, the voltage equalization processing speed can be increased compared with the case where only the capacitor is used, and the short circuit of the cell can be prevented as compared with the case where only the reactor is used. High ability. That is, according to the power storage device 100 of the present embodiment, the burden on the cell 110 is small, and an efficient and safe voltage equalization process, that is, an active cell balance process can be performed.
  • FIG. 2 is an overall view schematically showing the configuration of the power storage device 100 of the first modification example of the present embodiment.
  • the power storage device 100 of this modification is different from the power storage device 100 of FIG. 1 in the arrangement of cells and the connection state between the cells formed by the power storage control device 130 and the series resonance circuit 120.
  • the differences will be described in detail.
  • the power storage device 100 of the present modification includes four cells 110a, 110b, 110c, and 110d connected in series.
  • FIG. 2 schematically shows a connection state between the cells 110 a to 110 d formed by the control of the power storage control device 130 and the series resonance circuit 120.
  • FIG. 2A shows a state in which two cells 110a and 110b are connected to the series resonant circuit 120.
  • FIG. 2A shows a state in which the other two cells 110c and 110d are disconnected from the series resonance circuit 120.
  • FIG. 2B shows a state in which the two cells 110 a and 110 b connected to the series resonant circuit 120 in FIG. 2A are disconnected from the series resonant circuit 120.
  • 2B shows a state in which the two cells 110c and 110d that have been disconnected from the series resonant circuit 120 in FIG. 2A are connected to the series resonant circuit 120.
  • the power storage control device 130 selectively forms a connection state as shown in FIG. 2A and FIG. 2B, thereby transferring energy between cell groups having the same number of cells via the series resonance circuit 120.
  • Other configurations and operations are basically the same as those of the power storage device 100 of FIG.
  • the same operational effects as those of the power storage device 100 of FIG. 1 can be obtained, and voltage can be evenly applied with a smaller current in which the potential difference is further relaxed by transferring energy between the cell groups. Can be processed. Furthermore, the degree of freedom of the mode of voltage equalization processing can be improved.
  • FIG. 3 is an overall view schematically showing the configuration of the power storage device 100 of the second modification example of the present embodiment.
  • the power storage device 100 of the present modification is different from the power storage device 100 of FIGS. 1 and 2 in the cell arrangement mode and the connection state between the cell formed by the power storage control device 130 and the series resonance circuit 120.
  • the differences will be described in detail.
  • the power storage device 100 of this modification includes three cells 110a, 110b, and 110c connected in series.
  • FIG. 3 schematically shows a connection state between the cells 110 a to 110 c selectively formed by the power storage control device 130 and the series resonant circuit 120.
  • FIG. 3A shows a state where the two cells 110a and 110b and the series resonance circuit 120 are connected, and the other one cell 110c and the series resonance circuit 120 are disconnected.
  • FIG. 3B shows a state where two cells 110b and 110c in a combination different from FIG. 3A are connected to the series resonance circuit 120, and the other one cell 110a and the series resonance circuit 120 are disconnected.
  • one cell 110b is connected to the series resonance circuit 120 in any connection state.
  • Such a case is also within the scope of the present disclosure because energy is transferred between the same number of cells such as the two cells 110a and 110b and another combination of the two cells 110b and 110c.
  • Other configurations and operations are basically the same as those of the power storage device 100 of FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 4 is an overall view schematically showing a configuration example of the power storage device 100 of the present embodiment.
  • the configuration of the power storage control device 130 is specified with respect to the power storage device 100 of FIG. That is, the power storage control device 130 connects the first cell including at least one cell to the series resonant circuit 120, and then includes the same number of cells as the first cell and has a total voltage higher than that of the first cell. A relatively small second cell is connected to the series resonant circuit 120. As shown in FIG. 4, when the total number of cells 110a and 110b is two, there is one first cell and one second cell.
  • the power storage device 100 includes switches 140a, 140b, and 140c. 140d and cell voltage detectors 150a and 150b.
  • the power storage control device 130 is configured to control the connection state between the cells 110a and 110b and the series resonant circuit 120 by controlling the operation of the switches 140a to 140d.
  • switches 140a to 140d As shown in FIG. 4, four switches 140a to 140d are provided corresponding to the cells 110a and 110b, respectively. Specifically, two switches 140a to 140d are arranged corresponding to each of the cells 110a and 110b, and are connected to the positive and negative electrodes of each of the cells 110a and 110b. Yes.
  • one switch 140a is connected to the positive electrode of the cell 110a.
  • the other switch 140b is connected to the negative electrode of the cell 110a.
  • the other switch 140c is connected to the positive electrode of the cell 110b.
  • the remaining one switch 140d is connected to the negative electrode of the cell 110b.
  • one switch 140a is disposed on a connection line 161 that connects the positive electrode of the cell 110a and the first end 120a of the series resonant circuit 120.
  • the switch 140a closes or opens the connection line 161 by being turned on or off in accordance with a switch control signal input from the power storage control device 130.
  • Switch 140b is disposed on a connection line 162 that connects the negative electrode of the cell 110a and the second end 120b of the series resonant circuit 120. Switch 140 b opens and closes connection line 162 in accordance with a switch control signal input from power storage control device 130.
  • Another switch 140c is arranged on a connection line 163 that connects the positive electrode of the cell 110b and the first end 120a of the series resonance circuit 120.
  • the connection line 163 is connected to another connection line 161 toward the first end 120a at the node N1.
  • Switch 140 c opens and closes connection line 163 in accordance with a switch control signal input from power storage control device 130.
  • connection line 164 that connects the negative electrode of the cell 110b and the second end 120b of the series resonant circuit 120.
  • the connection line 164 is connected to another connection line 162 toward the second end 120b at the node N2.
  • Switch 140d opens and closes connection line 164 in accordance with a switch control signal input from power storage control device 130.
  • a switch connected to the positive electrode of the first cell is referred to as a first positive electrode side switch
  • a switch connected to the negative electrode of the first cell is referred to as the first negative electrode.
  • a switch connected to the positive electrode of the second cell is referred to as a second positive electrode side switch
  • a switch connected to the negative electrode of the second cell is referred to as a second negative electrode side switch.
  • the mode of the switches 140a to 140d is not limited.
  • the switches 140a to 140d may be constituted by semiconductor elements or the like.
  • the semiconductor element may be a transistor or the like.
  • the transistor may be a field effect transistor or the like.
  • the field effect transistor may be a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) or the like. By using a field effect transistor, power consumption can be suppressed.
  • Cell voltage detectors 150a and 150b As shown in FIG. 4, the cell voltage detectors 150a and 150b are provided corresponding to the cells 110a and 110b, respectively. Each cell voltage detector 150a, 150b is connected in parallel to the corresponding cell 110a, 110b. Each cell voltage detection unit 150a, 150b detects the voltage of the corresponding cell 110a, 110b, that is, the terminal voltage, and outputs the detection result to the power storage control device 130 as cell voltage information. At this time, the cell voltage information may be output in such a manner that the cell corresponding to the cell voltage information can be specified on the power storage control device 130 side. For example, the cell voltage information may be output toward an input terminal for each of the cells 110a and 110b of the power storage control device 130, or may be associated with cell number information.
  • the mode of the cell voltage detectors 150a and 150b is not limited, and various electronic devices that can detect the voltages of the cells 110a and 110b can be employed.
  • the electronic device may include an integrated circuit or the like.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a configuration example of the power storage control device 130 according to the present embodiment.
  • the power storage control device 130 includes a cell voltage information acquisition unit 131 and a switch control unit 132.
  • the cell voltage information acquisition unit 131 acquires the cell voltage information output from the cell voltage detection units 150a and 150b.
  • the switch control unit 132 outputs a switch control signal corresponding to the cell voltage information acquired by the cell voltage information acquisition unit 131 to the switches 140a to 140d.
  • the content of the switch control signal is to connect the second cell to the series resonant circuit 120 after connecting the first cell to the series resonant circuit 120.
  • the switch control signal may be, for example, a gate voltage applied to the field effect transistor.
  • the cell voltage information acquisition unit 131 and the switch control unit 132 may be realized by hardware, software, or both.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation example of the power storage device 100 of the present embodiment.
  • the operation example illustrated in FIG. 6 includes an embodiment of the power storage control method according to the present disclosure.
  • any of the switches 140a to 140d is in an off state, that is, any of the cells 110a and 110b is disconnected from the series resonant circuit 120.
  • the power storage control device 130 determines the first cell and the second cell based on the cell voltage information. For example, when the cell voltage information from the cell voltage detection unit 150a corresponding to the cell 110a indicates a voltage larger than the cell voltage information from the cell voltage detection unit 150a corresponding to the cell 110b, the power storage control device 130 The cell 110a is determined as the first cell. At the same time, the power storage control device 130 determines the cell 110b as the second cell.
  • step 62 the power storage control device 130 turns on the first positive electrode side switch and the first negative electrode side switch corresponding to the first cell determined in step 61 (S61). Switch. On the other hand, the power storage control device 130 maintains the second positive electrode side switch and the second negative electrode side switch corresponding to the second cell determined in step 61 (S61) in the off state.
  • the first cell is connected to the series resonance circuit 120 via the connection line closed by the first positive switch and the connection line closed by the first negative switch. Then, a current flows from the first cell to the series resonance circuit 120, and energy is transferred from the first cell to the series resonance circuit 120.
  • step 63 the power storage control device 130 switches the first positive electrode side switch and the first negative electrode side switch that were turned on in step 62 (S62) to the off state.
  • step 64 the power storage control device 130 turns on the second positive switch and the second negative switch corresponding to the second cell determined in step 61 (S61). Switch. At this time, the power storage control device 130 maintains the first positive switch and the first negative switch in the off state.
  • step 65 the power storage control device 130 switches the second positive electrode side switch and the second negative electrode side switch switched to the on state in step 64 (S64) to the off state. Thereafter, the voltage equalization process is terminated, or the process returns to step 62 (S62) or step 64 (S64) as necessary.
  • the second cell can receive energy from the series resonant circuit 120.
  • Simple and appropriate voltage equalization processing is possible.
  • the connection state between the cells 110a and 110b and the series resonant circuit 120 can be controlled with a simple configuration including the switches 140a to 140d.
  • FIG. 7 is an overall view schematically showing the configuration of the power storage device 100 according to the first modification of the present embodiment.
  • the power storage device 100 of this modification is different from the power storage device 100 of FIG. 4 in the arrangement of the cells and the connection state between the cell formed by the power storage control device 130 and the series resonance circuit 120.
  • the differences will be described in detail.
  • the power storage control device 130 connects a first cell including a plurality of cells to the series resonance circuit 120, and then performs a series resonance on a second cell including the same number of cells as the first cell.
  • the circuit is connected to the circuit 120.
  • the power storage control device 130 is configured to select a plurality of continuous cells as the first cell and to select the same number of continuous cells as the first cell as the second cell.
  • the power storage control device 130 has a configuration in which a cell having the maximum voltage among the plurality of cells connected in series is included in the first cell and a cell having the minimum voltage is included in the second cell.
  • the power storage device 100 includes two cells 110c and 110d and two cell voltage detection units 150c and 150d corresponding to the cells 110c and 110d, respectively, in the configuration of FIG. Have been added.
  • four switches 140e, 140f, 140g, and 140h and four connection lines 165, 166, 167, and 168 are further added.
  • the specific arrangement of the added configuration is as follows.
  • the negative electrode of the cell 110c is connected to the positive electrode of the cell 110d.
  • the positive electrode of the cell 110c is connected to the negative electrode of the cell 110b. That is, in this modification, four cells 110a to 110d are connected in series in the order of 110a, 110b, 110c, and 110d from the positive terminal P to the negative terminal N of the entire cell.
  • the cell voltage detectors 150c and 150d are connected in parallel to the corresponding cells 110c and 110d.
  • the cell voltage detection units 150c and 150d detect the voltages of the corresponding cells 110c and 110d, and output the detection results to the power storage control device 130 as cell voltage information.
  • the switch 140e is disposed on a connection line 165 that connects the positive electrode of the third cell 110c counting from the positive electrode terminal P and the first end 120a of the series resonance circuit 120.
  • the connection line 165 is connected to another connection line 163 from the positive electrode of the second cell 110b toward the first end 120a of the series resonance circuit 120 at the node N3.
  • Switch 140 e opens and closes connection line 165 in accordance with a switch control signal input from power storage control device 130.
  • the switch 140f is disposed on a connection line 166 that connects the negative electrode of the third cell 110c and the second end 120b of the series resonance circuit 120.
  • the connection line 166 is connected to the other connection line 168 from the negative electrode of the fourth cell 110d toward the second end 120b of the series resonant circuit 120 at the node N4.
  • the connection line 166 is connected to the other connection line 164 from the negative electrode of the second cell 110b toward the second end 120b of the series resonant circuit 120 at the node N5.
  • Switch 140 f opens and closes connection line 166 in accordance with a switch control signal input from power storage control device 130.
  • the switch 140g is disposed on a connection line 167 that connects the positive electrode of the fourth cell 110d and the first end 120a of the series resonance circuit 120.
  • the connection line 167 is connected to the other connection line 165 from the positive electrode of the third cell toward the first end 120a of the series resonance circuit 120 at the node N6.
  • the switch 140g opens and closes the connection line 167 in accordance with a switch control signal input from the power storage control device 130.
  • the switch 140h is disposed on a connection line 168 that connects the negative electrode of the fourth cell 110d and the second end 120b of the series resonant circuit 120.
  • Switch 140 h opens and closes connection line 168 in accordance with a switch control signal input from power storage control device 130.
  • the power storage control device 130 detects that the voltage of the first cell 110a is the maximum and the voltage of the third cell 110c is the minimum. It is assumed that all the switches 140a to 140h are in the off state.
  • the power storage control device 130 determines the first cell 110a and the second cell 110b continuous thereto as the first cell. At the same time, the power storage control device 130 determines the third cell 110c and the fourth cell 110d continuous thereto as the second cell.
  • the power storage control device 130 switches the switch 140a corresponding to the positive electrode of the first cell 110a, that is, the first positive electrode side switch to the ON state.
  • the power storage control device 130 switches the switch 140d corresponding to the negative electrode of the second cell 110b, that is, the switch on the first negative electrode side to the ON state.
  • the positive electrode of the first cell 110a is connected to the first end 120a of the series resonance circuit 120
  • the negative electrode of the second cell 110b is connected to the second end 120b of the series resonance circuit 120. .
  • energy is transferred toward the series resonant circuit 120 from the first cell composed of two cells 110a and 110b that are continuous or adjacent to each other.
  • the power storage control device 130 switches the switches 140a and 140d to the off state. At this time, the energy transferred to the series resonance circuit 120 is held in the series resonance circuit 120.
  • the power storage control device 130 switches the switch 140e corresponding to the positive electrode of the third cell 110c, that is, the switch on the second positive electrode side to the ON state.
  • the power storage control device 130 switches the switch 140h corresponding to the negative electrode of the fourth cell 110d, that is, the switch on the second negative electrode side to the ON state.
  • the positive electrode of the third cell 110c is connected to the first end 120a of the series resonance circuit 120
  • the negative electrode of the fourth cell 110d is connected to the second end 120b of the series resonance circuit 120.
  • energy is transferred from the series resonance circuit 120 toward the second cell including the two continuous cells 110c and 110d.
  • the first cell, the second cell are selected while the cell having the maximum voltage is selected as the first cell and the cell having the minimum voltage is selected as the second cell to realize efficient energy transfer.
  • this cell By making this cell a cell group, the potential difference between the power supply side cell and the power reception side cell can be more effectively reduced. Further, by adopting a configuration in which adjacent cells are selected as the first or second cell, wiring is simplified as compared with a configuration in which non-adjacent cells are selected as the first or second cell. be able to.
  • FIG. 8 is an overall view schematically showing a configuration example of the power storage device 100 of the present embodiment.
  • the switching timing of the connection between the cell and the series resonance circuit 120 is specified with respect to the power storage device 100 of FIG. Details will be described below.
  • the power storage control device 130 removes the first cell from the series resonance circuit 120 when the current flowing through the series resonance circuit 120 becomes 0 A after the first cell is connected to the series resonance circuit 120. It is the structure made to cut
  • the power storage control device 130 is configured to disconnect the second cell from the series resonance circuit 120 when the current flowing through the series resonance circuit 120 becomes 0 A after the second cell is connected to the series resonance circuit 120. It is.
  • the power storage device 100 includes a resonance current detection unit 170 between the node N ⁇ b> 1 and the first end 120 a of the series resonance circuit 120.
  • the resonance current detection unit 170 detects the resonance current flowing through the series resonance circuit 120 and outputs the detection result to the power storage control device 130 as current value information.
  • the power storage control device 130 of the present embodiment has a current value information acquisition unit 133 added to the power storage control device 130 of FIG. 5.
  • the current value information acquisition unit 133 acquires the current value information output from the resonance current detection unit 170.
  • the switch control unit 132 outputs switch control signals corresponding to the cell voltage information acquired by the cell voltage information acquisition unit 131 and the current value information acquired by the current value information acquisition unit 133 to the switches 140a to 140d.
  • the content of the switch control signal is to disconnect the cell connected to the series resonance circuit 120 at that time from the series resonance circuit 120 when the value of the current flowing through the series resonance circuit 120 becomes 0A.
  • the current value information acquisition unit 133 may be embodied by hardware, software, or both.
  • the operation of the power storage device 100 of this embodiment can be described as the operation of the equivalent circuit of the power storage device 100 shown in FIG.
  • the first positive switch and the first negative switch corresponding to the first cell (Cell1) are represented as one switch SW1.
  • the second positive electrode side switch and the second negative electrode side switch corresponding to the second cell (Cell2) are expressed as one switch SW2.
  • the resonance current detector 170 detects the resonance current i from the first cell toward the series resonance circuit 120 in a state where the first cell is connected to the series resonance circuit 120, that is, in an ON state of the switch SW1.
  • the resonance current detection unit 170 detects the resonance current i from the series resonance circuit 120 toward the second cell in a state where the second cell is connected to the series resonance circuit 120, that is, in an ON state of the switch SW2.
  • FIG. 11 is a time chart of the equivalent circuit of FIG.
  • the time chart of FIG. 11 shows an operation from time t1 when the resonance current i (see FIG. 11A) becomes 0A.
  • the time t1 may be an operation start time.
  • 0A is detected by the resonance current detection unit 170, and the power storage control device 130 switches the switch SW1 to the ON state as shown in FIG. 11C based on the detection result of the resonance current detection unit 170.
  • the switch SW1 may be switched at the time t1 triggered by the determination of the first cell and the second cell.
  • the terminal voltage Vin [V] in FIG. 10 becomes the voltage E1 [V] of the first cell, and the resonance current in the positive direction from the first cell toward the series resonance circuit 120. i flows. Thereby, the discharge from the first cell to the series resonance circuit 120 is performed.
  • the amplitude of the resonance current i in the positive direction changes with time in a sinusoidal manner and reaches 0A at time t2 after reaching the positive peak value ipp (see FIG. 11A).
  • the power storage control device 130 switches the switch SW1 to the off state and switches the switch SW2 to the on state.
  • the switch SW2 When the switch SW2 is turned on, the terminal voltage Vin [V] becomes the voltage E2 [V] of the second cell, and the resonance current i whose direction is reversed flows from the series resonance circuit 120 into the second cell. . As a result, the second cell is charged from the series resonant circuit 120. The amplitude of the resonance current i in the reverse direction changes with time in a sinusoidal manner and reaches 0A at time t3 after reaching a negative peak value ipn (see FIG. 11A). At this time, when the resonance current detection unit 170 detects 0A again, the power storage control device 130 switches the switch SW2 to the off state, and switches the switch SW1 to the on state as necessary.
  • the power storage control device 130 of the present modification disconnects the first cell from the series resonant circuit 120 when the direction of the current flowing through the series resonant circuit 120 changes after the first cell is connected to the series resonant circuit 120. It is the composition to make it.
  • the power storage control device 130 is configured to disconnect the second cell from the series resonant circuit 120 when the direction of the current flowing through the series resonant circuit 120 changes after the second cell is connected to the series resonant circuit 120. It is.
  • FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration example of the resonance current direction detection unit 180 provided in the power storage device 100 of the present modification.
  • the resonance current direction detector 180 is roughly divided into a Hall element 181, first and second comparators 182, 183, first and second AND circuits 184 and 185, and first and second D-type flip-flops 186. , 187 and first and second NOT circuits 188, 189.
  • the Hall element 181 is connected to the non-inverting input terminal (+) of the first comparator 182 and the inverting input terminal ( ⁇ ) of the second comparator 183.
  • the inverting input terminal ( ⁇ ) of the first comparator 182 and the non-inverting input terminal (+) of the second comparator 183 are grounded.
  • the output terminal of the first comparator 182 is connected to the input terminal (D) of the first D-type flip-flop 186 and the input terminal of the first AND circuit 184.
  • the output terminal of the second comparator 183 is connected to the input terminal (D) of the second D-type flip-flop 187 and the input terminal of the second AND circuit 185.
  • the output terminal (Q) of the first D-type flip-flop 186 is connected to the input terminal of the first NOT circuit 188.
  • the output terminal (Q) of the second D-type flip-flop 187 is connected to the input terminal of the second NOT circuit 189.
  • the output terminal of the first NOT circuit 188 is connected to the input terminal of the first AND circuit 184.
  • the output terminal of the second NOT circuit 189 is connected to the input terminal of the second AND circuit 185.
  • the first and second D-type flip-flops 186 and 187 are configured to receive a clock signal CK having a frequency sufficiently higher than the resonance frequency of the resonance current.
  • the resonance current i that is, the direction of the resonance current is changed from the reverse direction, that is, the direction from the series resonance circuit 120 to the cell, in the forward direction, that is, the direction from the cell to the series resonance circuit 120.
  • the value of the resonance current i is switched from negative to positive.
  • the first comparator 182 receives an electric signal corresponding to the positive resonance current i from the Hall element 181 so that the value of the non-inverting input terminal (+) becomes the value of the inverting input terminal ( ⁇ ). Higher than the value.
  • the output of the first comparator 182 becomes “High” (H in FIG. 13), that is, “1”.
  • the second comparator 183 receives the electrical signal corresponding to the resonance current i in the positive direction from the Hall element 181 so that the value of the non-inverting input terminal (+) becomes the value of the inverting input terminal ( ⁇ ). Lower than.
  • the output of the second comparator 183 becomes “Low” (L in FIG. 13), that is, “0”.
  • the input value of the clock signal is “Low” (not shown).
  • the output Q of the first D-type flip-flop 186 in the previous state is held.
  • the output of the first D-type flip-flop 186 (first D-type FF) becomes “Low”.
  • the output Q of the second D-type flip-flop 187 in the previous state is held.
  • the output of the second D-type flip-flop 187 (second D-type FF) becomes “High”.
  • the first AND circuit 184 receives the output “High” of the first comparator 182 and the output “High” of the first NOT circuit 188 that negates the output of the first D-type flip-flop 186.
  • the output of the first AND circuit 184 that is, the logical product becomes “High”.
  • the second AND circuit 185 has an output “Low” of the second comparator 183 and an output “Low” of the second NOT circuit 189 that negates the output of the second D-type flip-flop 187. Entered. As a result, as shown in FIG. 13G, at time t1, the output of the second AND circuit 185 becomes “Low”.
  • the resonance current direction detection unit 180 As described above, according to the resonance current direction detection unit 180, the fact that the current direction at the time t 1 is the positive direction indicates that the output “High” of the first AND circuit 184 and the output “ Detected by “Low”. Then, the resonance current direction detection unit 180 outputs the detection result to the power storage control device 130.
  • the clock signal input to the first and second D-type flip-flops 186 and 187 changes from “Low” to “High”, although not shown. Switch.
  • the output of the first D-type flip-flop 186 switches to “High” that is the input value of the D terminal.
  • the output of the second D-type flip-flop 187 is switched to “Low” which is the input value of the D terminal.
  • the output of the first AND circuit 184 switches to “Low”.
  • the output of the second AND circuit 185 maintains “Low”.
  • the direction of the resonance current i is switched from the normal direction to the reverse direction.
  • the operation of the resonance current direction detection unit 180 is reversed between “High” and “Low” at time t1. That is, at time t3, the reverse direction of the current is detected by the output “Low” of the first AND circuit 184 and the output “High” of the second AND circuit 185.
  • resonance current direction detection unit 180 is not limited to the configuration shown in FIG.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an operation example of the power storage device 100 of the present embodiment.
  • the operation example illustrated in FIG. 14 includes an embodiment of the power storage control method according to the present disclosure.
  • step 141 (S141) and step 142 (S142) are executed between step 62 (S62) and step 63 (S63).
  • step 143 (S143) to step 146 (S146) are executed after step 64 (S64).
  • step 141 the direction of the resonance current i is detected by the resonance current direction detector 180.
  • step 142 the power storage control device 130 determines whether i ⁇ 0, that is, whether the direction of the resonance current i has changed, based on the detection result in step 141 (S141).
  • step 142 the process proceeds to step 63 (S63), and when a negative determination result is obtained, the process returns to step 141 (S141).
  • step 143 the resonance current direction detector 180 detects the direction of the resonance current i.
  • step 144 the power storage control device 130 determines whether i ⁇ 0, that is, whether the direction of the resonance current i has changed, based on the detection result in step 143 (S143).
  • step 144 the process proceeds to step 145 (S145), and when a negative determination result is obtained, the process returns to step 143 (S143).
  • step 145 the power storage control device 130 determines whether or not the voltage equalization process should be terminated. This determination may be based on, for example, whether or not an external control signal is input to the power storage control device 130 and whether or not the voltage difference between the first cell and the second cell is within a specified value. If a positive determination result is obtained in step 145 (S145), the process proceeds to step 65 (S65). If a negative determination result is obtained, the process proceeds to step 146 (S146).
  • step 146 the power storage control device 130 switches the second positive electrode side switch and the second negative electrode side switch to the OFF state, and proceeds to step 62 (S62).
  • the power storage device 100 of the present modification a simple method such as a change in the direction of current is performed at the timing at which the transfer of energy between the first cell or the second cell and the series resonant circuit 120 is considered complete. And the cell can be disconnected from the series resonant circuit 120. Thereby, it is possible to perform voltage equalization processing more quickly and at low cost.
  • the resonance current direction detection unit 180 can quickly and accurately detect the direction of the resonance current.
  • the power storage device 100 of this embodiment differs from the power storage device 100 of FIGS. 8 and 12 in the switching timing of the connection between the cell and the series resonance circuit 120. Details will be described below.
  • any cell that is set for a set period (hereinafter referred to as a standby period) is disconnected from the series resonance circuit 120. It is the structure which holds.
  • the power storage control device 130 is configured to determine whether or not to end the energy transfer, that is, the voltage equalization process, based on the cell voltage during the standby period.
  • the mode of the standby period is not limited, and a time suitable for measuring the voltage of the cell and determining whether or not the voltage equalization process is appropriate may be set in the power storage control device 130.
  • the waiting period may be changeable.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an operation example of the power storage device 100 of the present embodiment as a time chart similar to FIG.
  • the power storage control device 130 determines whether or not to end the voltage equalization process based on the detection result of the cell voltage. In the standby period T, since the resonance current i is 0 A, the cell voltage measured in the standby period T is an accurate value that is not affected by the internal impedance of the cell. If it is determined whether or not the voltage equalization process is finished based on such an accurate cell voltage, an appropriate determination result can be obtained. Note that if the power storage control device 130 determines that the voltage equalization processing should be terminated during the standby period T, the power storage control device 130 does not switch the switch SW1 on at time t4.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an operation example of the power storage device 100 of the present embodiment as a flowchart.
  • the flowchart of FIG. 16 differs from the flowchart of FIG. 14 in the processing after step 144 (S144). Specifically, in FIG. 16, after a positive determination result is obtained in step 144 (S144), step 65 (S65), step 161 (S161), and step 162 (S162) are sequentially executed.
  • step 161 the power storage control device 130 waits for the next connection of the first cell to the series resonance circuit 120 for the standby period, and measures the cell voltage during this standby period.
  • the cell voltage may be measured by the cell voltage detectors 150a and 150b shown in FIG.
  • step 162 the power storage control device 130 determines whether or not the voltage equalization process should be terminated based on the measurement result of the cell voltage in step 161 (S161). If a positive determination result is obtained in step 162 (S162), the process is terminated. If a negative determination result is obtained, the process proceeds to step 62 (S62).
  • the power storage device 100 of this embodiment differs from the power storage device 100 shown in FIGS. 15 and 16 in the switching timing of connection between the cell and the series resonance circuit 120. Details will be described below.
  • the power storage control device 130 of the present embodiment maintains the state in which any cell in the standby period is disconnected from the series resonant circuit 120, and during the standby period, In this configuration, the end of the voltage equalization process is determined.
  • This standby period may also be set to be changeable with respect to the power storage control device 130.
  • FIG. 17 is a time chart showing an operation example of the power storage device 100 of the present embodiment.
  • the switch SW2 is switched on at time t3 when the second standby period T2 has elapsed.
  • the switch SW1 is turned on at time t5 when the first standby period T1 has elapsed.
  • the power storage control device 130 determines whether or not to end the voltage equalization process based on the detection result of the cell voltage.
  • the waiting periods T1 and T2 may be the same as each other or different from each other.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating an operation example of the power storage device 100 of the present embodiment.
  • the flowchart of FIG. 18 differs from the flowchart of FIG. 16 in that step 181 (S181) and step 182 (S182) are executed between step 63 (S63) and step 64 (S64).
  • step 181 the power storage control device 130 waits for the second standby period for the connection of the second cell to the series resonant circuit 120, and sets the cell voltage during the second standby period. taking measurement.
  • step 182 the power storage control device 130 determines whether or not the voltage equalization process should be terminated based on the measurement result of the cell voltage in step 181 (S181). If a positive determination result is obtained in step 182 (S182), the process ends. If a negative determination result is obtained, the process proceeds to step 64 (S64).
  • the power storage device 100 of this modification it is possible to increase the chances of accurately determining whether or not the voltage equalization process is finished.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration example of the series resonance circuit 120 in the power storage device 100 of the present embodiment.
  • the series resonance circuit 120 according to the present embodiment is different from the series resonance circuits 120 according to the first to fourth embodiments in that a resistor 123 is included in addition to the reactor 121 and the capacitor 122. That is, the series resonance circuit 120 in this embodiment is an RLC series resonance circuit.
  • An operation example of the power storage device 100 of the present embodiment can be described as an operation example of an equivalent circuit of the power storage device 100 illustrated in FIG.
  • the peak value Ipeak [A] of the resonance current i flowing through the first cell (Cell1) and the second cell (Cell2) is a value represented by the following equation (1).
  • Ipeak (E1-E2) / (2 ⁇ R) (1)
  • E1 is the voltage [V] of a 1st cell.
  • E2 is the voltage [V] of the second cell.
  • R is the value [ ⁇ ] of the resistor 123.
  • the peak value Ipeak varies depending on the value of the resistor 123, and the smaller the resistance value, the smaller the peak value Ipeak.
  • the resonance current i [A] has a value represented by the following equation (2).
  • i ⁇ (E1-E2) / (2 ⁇ R) ⁇ ⁇ sin ⁇ 0 t (2)
  • ⁇ 0 is a resonance angular frequency [rad / s] expressed by the following Formula (3).
  • ⁇ 0 1 / (L ⁇ C) 1/2 (3)
  • L is the self-inductance [H] of the reactor 121
  • C is the electrostatic capacitance [F] of the capacitor 122. From equation (3), the resonance frequency f 0 is ⁇ 0 / 2 ⁇ .
  • the burden on the cell can be reduced more effectively.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a main part of the power storage device 100 according to the present modification.
  • the power storage device 100 of this modification is configured such that the power storage control device 130 detects the direction and magnitude of the current flowing through the series resonant circuit 120 based on the potential difference between both ends of the resistor 123 of the series resonant circuit 120.
  • the potential difference between both ends of the resistor 123 may be detected by the voltage detection unit 190.
  • the cost can be further reduced as compared with the case where the resonance current detection unit 170 of FIG. 8 or the resonance current direction detection unit 180 of FIG. 12 is provided to detect the resonance current. .
  • FIG. 22 is a diagram showing the series resonant circuit 120 in the power storage device 100 of the present modification.
  • the series resonant circuit 120 in FIG. 22 is different from the series resonant circuit 120 in FIG. 19 in that the resistor 121 is a parasitic resistance.
  • the parasitic resistance may be at least one parasitic resistance of the reactor 121, the circuit wiring, and the switch. According to this modification, the peak value of the resonance current can be suppressed with a small number of parts.
  • the power storage device 100 of the present embodiment is different from the power storage devices 100 of the first to fifth embodiments in the configuration for switching the connection between the cell and the series resonance circuit 120. Details will be described below.
  • the power storage control device 130 is configured to switch the connection between the series resonance circuit 120 and the cell at the resonance frequency of the series resonance circuit 120.
  • connection switching cycle Since the connection switching cycle is a half cycle of the resonance cycle of the series resonance circuit 120, it is ⁇ (L ⁇ C) 1/2 [s]. It can also be said that the power storage control device 130 according to the present modification switches the connection between the series resonant circuit 120 and the cell every connection switching period.
  • the power storage control device 130 may be configured to store information such as a resonance frequency and a connection switching cycle, and to operate by determining a connection switching timing based on the stored information.
  • FIG. 23 is a flowchart illustrating an operation example of the power storage device 100 of the present embodiment.
  • the power storage control device 130 connects the power feeding side cell to the series resonance circuit 120.
  • step 232 the power storage control device 130 determines whether or not the connection switching timing based on the resonance frequency of the series resonance circuit 120 has come. If a positive determination result is obtained in step 232 (S232), the process proceeds to step 233 (S233), and if a negative determination result is obtained, the process returns to step 232 (S232).
  • step 233 the power storage control device 130 causes the power supply side cell to be disconnected from the series resonance circuit 120.
  • step 234 the power storage control device 130 connects the power reception side cell to the series resonance circuit 120.
  • step 235 the power storage control device 130 determines whether or not the connection switching timing based on the resonance frequency of the series resonance circuit 120 has come. If a positive determination result is obtained in step 235 (S235), the process proceeds to step 236 (S236), and if a negative determination result is obtained, step 235 (S235) is repeated.
  • step 236 the power storage control device 130 disconnects the power receiving side cell from the series resonance circuit 120.
  • step 237 the power storage control device 130 ends the process if the voltage equalization process is to be terminated, and returns to step 231 (S231) if the voltage equalization process is to be continued.
  • the determination as to whether or not to end the voltage equalization process may be made before step 237 (S237).
  • the power storage device 100 of this embodiment it is not necessary to monitor the current flowing through the series resonance circuit 120, and the cell connection can be switched at a timing suitable for energy transfer.
  • the power storage device 100 of this embodiment differs from the power storage devices 100 of the first to sixth embodiments in the resonance frequency of the series resonance circuit 120.
  • the resonance frequency of the series resonance circuit 120 in the present embodiment is a frequency when the imaginary component in the Cole-Cole plot of the internal impedance of the cell measured by the AC impedance method is zero.
  • the internal impedance for each frequency is measured while changing the frequency by applying AC to the cell.
  • the Cole-Cole plot is one method for illustrating the measurement result of the AC impedance method.
  • the internal impedance of the cell for each frequency obtained by the AC impedance method is plotted on a complex plane with the real component of internal impedance on the horizontal axis and the imaginary component of internal impedance on the vertical axis.
  • FIG. 24 An example of the Cole-Cole plot is shown in FIG.
  • the horizontal axis in FIG. 24 is the real part of the internal impedance of the cell, and the vertical axis in FIG. 24 is the imaginary part of the internal impedance of the cell.
  • the frequency when the imaginary component of the internal impedance is 0 is fmin [Hz].
  • the series resonance circuit 120 may be designed so that fmin becomes the resonance frequency.
  • the internal impedance of the cell is minimum for the current flowing between the cell and the series resonant circuit 120. Therefore, energy can be exchanged efficiently.
  • the power storage device 100 of the present modification differs from the power storage device 100 described with reference to FIG. 24 in the manner of setting the resonance frequency of the series resonance circuit 120.
  • FIG. 25 An example of a Cole-Cole plot for explaining the power storage device 100 of the present modification is schematically shown in FIG.
  • the horizontal axis Z ′ in FIG. 25 is the real part of the internal impedance of the cell
  • the vertical axis Z ′′ in FIG. 25 is the imaginary part of the internal impedance of the cell.
  • the call call plot for each SOC (State of Charge) [%] is shown in Fig. 25.
  • the call call plot of Fig. 25 is a plot based on the measurement result of the internal impedance of the cell by FRA (Frequency Response Analyzer).
  • FRA Frequency Response Analyzer
  • the Cole-Cole plot may differ depending on the SOC.
  • the frequency fmin when the imaginary number component in the Cole-Cole plot is 0 differs depending on the SOC
  • the fmin is obtained for each SOC
  • the resonance frequency of the DC resonant circuit 120 is comprehensively taken into consideration for the obtained fmin for each SOC. May be set.
  • the average value of fmin for each SOC may be obtained, and the DC resonance circuit 120 may be designed so that this average value becomes the resonance frequency.
  • a cell is specified with respect to the power storage devices 100 of the first to seventh embodiments.
  • the cell according to the present embodiment has a discharge characteristic in which a voltage change in a series of sections over 50% or more of sections with a charging rate of 0% to 100% is 0.25 V or less. .
  • FIG. 26 shows a discharge curve when a 1 C discharge is performed on a lithium ion secondary battery in which the positive electrode material is olivine type iron phosphate.
  • the horizontal axis represents SOC [%] as an example of the charging rate
  • the vertical axis represents the cell terminal voltage [V].
  • the voltage change in a series of sections over 50% of the sections with the charging rate of 0% to 100% is 0.25 V or less.
  • the voltage change in the section where the charging rate is 20% to 90% is about 0.1V.
  • the cell is not limited to a lithium ion secondary battery using olivine type iron phosphate.
  • the temperature distribution in the power storage device 100 is relatively uniform and the load current is less fluctuated than an automobile or the like, the voltage variation between the cells is small. Therefore, in the power storage device 100, it is preferable to secure a cell balance with a small current without waste rather than using a large current in the voltage equalization process to quickly eliminate variations in the voltage between cells. If a cell having a flat discharge characteristic as in the present embodiment is applied, the effectiveness of the voltage equalization process with a small current can be ensured.
  • the present disclosure can take the following configurations. (1) a plurality of cells connected in series; A series resonant circuit including a reactor and a capacitor; A power storage control device for controlling a connection state between the cell and the series resonant circuit; The power storage control device is configured to transfer energy between the same number of cells via the series resonance circuit. (2) The power storage control device includes the same number of cells as the first cell after connecting the first cell including at least one cell to the series resonant circuit, and compares the first cell with the first cell.
  • the power storage device according to (1) wherein a second cell having a relatively low total voltage is connected to the series resonance circuit.
  • the configuration (2) wherein the power storage control device selects a plurality of consecutive cells as the first cell and selects the same number of consecutive cells as the first cell as the second cell. Power storage device.
  • the power storage control device removes the first cell from the series resonance circuit when the direction of the current flowing through the series resonance circuit changes after the first cell is connected to the series resonance circuit.
  • the power storage device according to (2) or (3) which is configured to be disconnected.
  • the power storage control device removes the second cell from the series resonant circuit.
  • the power storage device according to (4) configured to be disconnected.
  • the power storage control device maintains a state in which all the cells are disconnected from the series resonance circuit for a set period after the first and / or second cells are disconnected from the series resonance circuit.
  • the power storage device according to (5) wherein it is determined whether or not the transfer of energy should be terminated based on the cell voltage during the set period.
  • the series resonant circuit includes a resistor,
  • the power storage device according to any one of (1) and (4) to (6), wherein the power storage control device detects a direction of a current flowing through the series resonance circuit based on a potential difference between both ends of the resistor.
  • the power storage device configured to switch the connection between the series resonant circuit and the cell at a resonance frequency of the series resonant circuit.
  • the resonant frequency of the series resonant circuit is any one of (1) to (8) when the imaginary component in the Cole-Cole plot of the internal impedance of the cell measured by the AC impedance method is 0
  • the power storage device described in 1. 10
  • the power storage device includes a cell having a maximum voltage in the first cell.
  • the power storage control device includes a cell having a minimum voltage in the second cell.
  • the power storage device according to any one of (1) to (11), wherein the power storage control device is configured to control a connection state between the cell and the series resonant circuit by controlling an operation of the switch.
  • the cell has a discharge characteristic in which a voltage change in a series of sections over 50% or more of sections with a charging rate of 0% to 100% is 0.25 V or less (1) to (12) The electrical storage apparatus in any one.

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Abstract

 セルの電圧を均等化する際のセルの負担を抑える蓄電装置、蓄電制御装置および蓄電制御方法を提供する。 直列接続された複数のセルと、リアクトル及びコンデンサを含む直列共振回路と、前記セルと前記直列共振回路との接続状態を制御する蓄電制御装置と、を備え、前記蓄電制御装置は、前記直列共振回路を介して同数のセル間でエネルギーを授受させる。

Description

蓄電装置、蓄電制御装置および蓄電制御方法
 本開示は、蓄電装置、蓄電制御装置および蓄電制御方法に関する。より詳しくは、セルに電気を蓄える蓄電装置、蓄電制御装置および蓄電制御方法に関する。
 従来から、直列接続された複数のセルの電圧を均等化する技術が提案されている。例えば、特許文献1では、コンデンサの端子電圧を電荷が蓄積された昇圧素子の電圧で昇圧して二次電池に電荷を移送する電池間電圧均等化回路が提案されている。
特開2013-13291号公報
 直列接続された複数のセルの電圧を均等化する際に、各セルの電位差が大きい場合には、エネルギーを受ける側のセルに過大な電流が流れ込んで大きな負担がかかる場合がある。
 本開示は、セルの電圧を均等化する際のセルの負担を抑える蓄電装置、蓄電制御装置および蓄電制御方法を提供する。
 本開示に係る蓄電装置は、直列接続された複数のセルと、リアクトル及びコンデンサを含む直列共振回路と、前記セルと前記直列共振回路との接続状態を制御する蓄電制御装置と、を備え、前記蓄電制御装置は、前記直列共振回路を介して同数のセル間でエネルギーを授受させるものである。
 前記蓄電制御装置は、少なくとも1つのセルを含む第1のセルを前記直列共振回路に接続させた後に、前記第1のセルと同数のセルを含み、前記第1のセルと比較して総電圧が相対的に小さい第2のセルを前記直列共振回路に接続させてもよい。
 この場合、前記蓄電制御装置は、連続する複数のセルを前記第1のセルに選択し、前記第1のセルと同数の連続するセルを前記第2のセルに選択してもよい。
 あるいは、前記蓄電制御装置は、前記第1のセルが前記直列共振回路に接続された後に前記直列共振回路に流れる電流の向きが変化した場合に、前記第1のセルを前記直列共振回路から切断させてもよい。この場合、前記蓄電制御装置は、前記第2のセルが前記直列共振回路に接続された後に前記直列共振回路に流れる電流の向きが変化した場合に、前記第2のセルを前記直列共振回路から切断させてもよい。この場合、前記蓄電制御装置は、前記第1及び/又は第2のセルが前記直列共振回路から切断された後に、設定された期間いずれのセルも前記直列共振回路から切断された状態を保持し、前記設定された期間中に、前記セルの電圧に基づいてエネルギーの授受を終了すべきか否かを判定してもよい。
 前記直列共振回路は抵抗を含み、前記蓄電制御装置は、前記抵抗の両端の電位差に基づいて、前記直列共振回路に流れる電流の向きを検知してもよい。
 前記蓄電制御装置は、前記直列共振回路と前記セルとの接続を前記直列共振回路の共振周波数で切り替えてもよい。
 前記直列共振回路の共振周波数は、交流インピーダンス法で測定された前記セルの内部インピーダンスのコールコールプロットにおける虚数成分が0となる場合の周波数であってもよい。
 前記蓄電制御装置は、電圧が最大のセルを前記第1のセルに含ませてもよい。この場合、前記蓄電制御装置は、電圧が最小のセルを前記第2のセルに含ませてもよい。
 蓄電装置は、前記セルと前記直列共振回路とを接続又は切断するスイッチを更に備え、前記蓄電制御装置は、前記スイッチの動作を制御することで前記セルと前記直列共振回路との接続状態を制御してもよい。
 前記セルは、充電率0%~100%の区間のうちの5割以上に亘る一連の区間での電圧変化が0.25V以下となる放電特性を有してもよい。
 本開示に係る蓄電制御装置は、直列接続された複数のセルとリアクトル及びコンデンサを含む直列共振回路との接続状態を制御する構成で、前記直列共振回路を介して同数のセル間でエネルギーを授受させるものである。
 本開示に係る蓄電制御方法は、直列接続された複数のセルとリアクトル及びコンデンサを含む直列共振回路との接続状態を制御装置によって制御して、前記直列共振回路を介して同数のセル間でエネルギーを授受させる。
 本開示によれば、セルの電圧を均等化する際のセルの負担を抑えることができる。
本開示の第1の実施形態の蓄電装置の構成例を模式的に示す図であり、Aは、1つのセルと直列共振回路との接続状態を示し、Bは、他の1つのセルと直列共振回路との接続状態を示す図である。 本開示の第1の実施形態の第1の変形例の蓄電装置の構成を模式的に示す図であり、Aは、2つのセルと直列共振回路との接続状態を示し、Bは、他の2つのセルと直列共振回路との接続状態を示す図である。 本開示の第1の実施形態の第2の変形例の蓄電装置の構成を模式的に示す図であり、Aは、2つのセルと直列共振回路との接続状態を示し、Bは、当該2つのセルのうちの1つと他の1つのセルによる直列共振回路への接続状態を示す図である。 本開示の第2の実施形態の蓄電装置の構成例を模式的に示す図である。 本開示の第2の実施形態の蓄電装置における蓄電制御装置の構成例を模式的に示す図である。 本開示の第2の実施形態の蓄電装置の動作例を示すフローチャートである。 本開示の第2の実施形態の第1の変形例の蓄電装置の構成を模式的に示す図である。 本開示の第3の実施形態の蓄電装置の構成例を模式的に示す図である。 本開示の第3の実施形態の蓄電装置における蓄電制御装置の構成例を模式的に示す図である。 本開示の第3の実施形態の蓄電装置を等価回路として示す図である。 本開示の第3の実施形態の蓄電装置の動作例を示すタイムチャートであり、Aは、直列共振回路に流れる電流を示し、Bは、セルの電圧を示し、Cは、第1のスイッチの開閉状態を示し、Dは、第2のスイッチの開閉状態を示すタイムチャートである。 本開示の第3の実施形態の第1の変形例の蓄電装置における共振電流方向検出部の構成例を示す図である。 本開示の第3の実施形態の第1の変形例の蓄電装置における共振電流方向検出部の動作例を示すタイムチャートである。具体的には、Aは直列共振回路に流れる共振電流、Bは第1の比較器の出力、Cは第2の比較器の出力、Dは第1のD型フリップフロップの出力、Eは第2のD型フリップフロップの出力、Fは第1のAND回路の出力、Gは第2のAND回路の出力、を示す。 本開示の第3の実施形態の第1の変形例の蓄電装置の動作例を示すフローチャートである。 本開示の第4の実施形態の蓄電装置の動作例を示すタイムチャートであり、Aは、直列共振回路に流れる共振電流を示し、Bは、第1のスイッチの開閉状態を示し、Cは、第2のスイッチの開閉状態を示すタイムチャートである。 本開示の第4の実施形態の蓄電装置の動作例を示すフローチャートである。 本開示の第4の実施形態の第1の変形例の蓄電装置の動作例を示すタイムチャートであり、Aは、直列共振回路に流れる共振電流を示し、Bは、第1のスイッチの開閉状態を示し、Cは、第2のスイッチの開閉状態を示すタイムチャートである。 本開示の第4の実施形態の第1の変形例の蓄電装置の動作例を示すフローチャートである。 本開示の第5の実施形態の蓄電装置における一部の構成例を模式的に示す図である。 本開示の第5の実施形態の蓄電装置を等価回路として示す図である。 本開示の第5の実施形態の第1の変形例の蓄電装置における一部の構成例を模式的に示す図である。 本開示の第5の実施形態の第2の変形例の蓄電装置における一部の構成例を模式的に示す図である。 本開示の第6の実施形態の蓄電装置の動作例を示すフローチャートである。 本開示の第7の実施形態の蓄電装置の構成例を説明するためのコールコールプロット図である。 本開示の第7の実施形態の第1の変形例の蓄電装置の構成例を説明するためのコールコールプロット図である。 本開示の第8の実施形態の蓄電装置の構成例を説明するためのセルの放電曲線図である。
 以下、本開示を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する複数の実施形態は、本開示の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本開示の範囲が狭く解釈されることはない。また、各実施形態において、互いに対応する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明は省略する。説明は以下の順序で行う。
 
1.第1の実施形態
(同数のセル間でエネルギーを授受する蓄電装置の例)
2.第1の実施形態の第1の変形例
(セル数が同一のセル群間でエネルギーを授受する蓄電装置の例)
3.第1の実施形態の第2の変形例
(一部のセルが重複するセル数が同一のセル群間でエネルギーを授受する蓄電装置の例)
4.第2の実施形態
(相対的に電圧が大きい第1のセルと相対的に電圧が小さい第2のセルとの間でエネルギーを授受する蓄電装置の例)
5.第2の実施形態の第1の変形例
(複数のセルを含む第1のセルと、第1のセルと同数のセルを含む第2のセルとの間でエネルギーを授受する蓄電装置の例)
6.第3の実施形態
(電流0Aになったことに応じてセルと直列共振回路との接続を切り替える蓄電装置の例)
7.第3の実施形態の第1の変形例
(電流の向きの変化に応じてセルと直列共振回路との接続を切り替える蓄電装置の例)
8.第4の実施形態
(第2のセルの直列共振回路からの切断から次の第1のセルの直列共振回路への接続までの間に設定された期間すべてのセルが直列共振回路から切断された状態を保持する蓄電装置の例)
9.第4の実施形態の第1の変形例
(第1のセルの直列共振回路からの切断から第2のセルの直列共振回路への接続までの間にも設定された期間すべてのセルが直列共振回路から切断された状態を保持する蓄電装置の例)
10.第5の実施形態
(直列共振回路が抵抗を備える蓄電装置の例)
11.第5の実施形態の第1の変形例
(抵抗に基づいて共振電流の向きを検知する蓄電装置の例)
12.第5の実施形態の第2の変形例
(直列共振回路の抵抗が寄生抵抗である蓄電装置の例)
13.第6の実施形態
(セルと直列共振回路との接続を直列共振回路の共振周波数で切り替える蓄電装置の例)
14.第7の実施形態
(直列共振回路がコールコールプロットに適応した共振周波数を有する蓄電装置の例)
15.第7の実施形態の第1の変形例
(充電率ごとのコールコールプロットを考慮して直流共振回路の共振周波数が設定された蓄電装置の例)
16.第8の実施形態
(実質的にフラットな放電特性を有するセルを適用した蓄電装置の例)
 
<1.第1の実施形態>
[装置の構成例]
 図1は、本実施形態の蓄電装置100の構成例を模式的に示す全体図である。図1に示すように、蓄電装置100は、複数のセル110a、110bと、直列共振回路120と、蓄電制御装置130とを備える。
 [セル110a、110b]
 図1に示すように、各セル110a、110bは、直列接続されている。各セル110a、110bは、いずれも充放電可能とされている。すなわち、各セル110a、110bは、充電の際には、不図示の充電装置から供給された充電電流を電荷として蓄積し、放電の際には、蓄積された電荷を放電電流として不図示の負荷に供給することができる。
 セル110a、110bの個数は、複数であれば図1に示すような2つに限定されない。各セル110a、110bは、同一規格で構成されていてもよく、または、別規格で構成されていてもよい。各セル110a、110bは、それぞれが単電池および組電池のいずれであってもよい。セル110a、110bを組電池とする場合、組電池内での接続は、直列または並列もしくはこれらの双方であってもよい。より好ましいセル110a、110bの形態については、後述の<16.第8の実施形態>に説明を譲る。
 [直列共振回路120]
 図1に示すように、直列共振回路120は、リアクトル121およびコンデンサ122を有する。リアクトル121およびコンデンサ122は直列接続されている。
 直列共振回路120には、リアクトル121の誘導性リアクタンスおよびコンデンサ122の容量性リアクタンスに応じた電流が流れる。リアクトル121の自己インダクタンス[H]およびコンデンサ122の静電容量[F]は限定されない。より好ましい直列共振回路120の態様については、後述の<14.第7の実施形態>に説明を譲る。
 [蓄電制御装置130]
 蓄電制御装置130は、セル110a、110bと直列共振回路120との電気的な接続状態を制御する。ここで、図1には、蓄電制御装置130の制御によって形成されるセル110a、110bと直列共振回路120との接続状態が、双方向矢印Aによって模式的に示されている。また、図1には、蓄電制御装置130が接続状態を制御する構成であることが、図中の破線によって模式的に示されている。さらに、図1Aには、1つのセル110aと直列共振回路120とが接続され、かつ、他の1つのセル110bと直列共振回路120とが切断された状態が示されている。一方、図1Bには、1つのセル110aと直列共振回路120とが切断され、かつ、他の1つのセル110bと直列共振回路120とが接続された状態が示されている。
 電圧均等化処理の際に、エネルギーを授ける給電側のセルとエネルギーを受ける受電側のセルとの電位差が大きい場合には、受電側のセルに過大な電流が流れ込み、受電側のセルにダメージを与える虞がある。本開示では、給電側のセルと受電側のセルとの電位差に基づく受電側のセルへの負担を抑えることを目的の1つとして、蓄電制御装置130が、同数のセル間でエネルギーを授受させる構成となっている。具体的には、蓄電制御装置130は、例えば、図1Aおよび図1Bに示す接続状態を選択的に形成することで、直列共振回路120を介して同数のセル間でエネルギーを授受させる。
 ここで、本開示における同数のセル間でのエネルギーの授受は、n個(但し、nは任意の自然数)の給電側のセルから直列共振回路にエネルギーを移動させること及び該エネルギーを直列共振回路からn個の受電側のセルに移動させることによって行われる。換言すれば、本開示における同数のセル間でのエネルギーの授受は、直列共振回路に対してn個の給電側のセルおよびn個の受電側のセルを選択的に接続することによって行われる。また、本開示における同数のセル間でのエネルギーの授受は、該同数のセル以外のセルや直列共振回路のコンデンサ以外のコンデンサ等といった、該同数のセル及び直列共振回路のいずれにも該当しない蓄電素子とのエネルギーの授受はともなわない。
 蓄電制御装置130は、セル110a、110bと直列共振回路120とを接続または切断する電子装置等を電気的に制御することで、セル110a、110bと直列共振回路120との接続状態を制御してもよい。この場合、電子装置は、スイッチングデバイス等を含んでもよい。
 蓄電制御装置130は、電子装置等によって構成してもよい。この場合、電子装置は、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro-Processing Unit)等の演算処理装置およびRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などの記憶装置等を備えてもよい。ROMには、蓄電制御装置130の機能を実現するためのプログラムすなわちコンピュータを蓄電制御装置130として機能させるプログラムやデータを格納してもよい。演算処理装置は、ROMに格納されたプログラムを実行することで、蓄電制御装置130の機能を実現してもよい。RAMは、演算処理装置の作業領域等として利用してもよい。ただし、このような構成に限定されない。
[装置の動作例]
 蓄電装置100の動作例を以下に述べる。以下の動作例は、本開示に係る蓄電制御方法の一実施形態を含む。ただし、本開示に係る蓄電制御方法は、蓄電装置100以外の構成で具現化されてもよい。
 本実施形態では、蓄電制御装置130によってセル110a、110bと直列共振回路120との接続状態が図1Aおよび図1Bの如く制御されることで、セル110a、110bが直列共振回路120に選択的に接続される。直列共振回路120に接続されたセル110a、110bは、直列共振回路120との間で、電流の授受によってエネルギーを移動させる。これにより、直列共振回路120を介した両セル110a、110b間でのエネルギーの授受が行われる。例えば、1つのセル110aが保有するエネルギーが、他の1つのセル110bが保有するエネルギーよりも大きい場合には、直列共振回路120を介してセル110aからセル110bにエネルギーが供給される。エネルギーの供給後は、両セル110a、110b間のエネルギーのばらつきが低減もしくは解消される。
 以上のように、本実施形態の蓄電装置100によれば、蓄電制御装置130により、同数のセル間すなわち1つのセル110aと他の1つのセル110bとの間といった電位差が少ない条件下で、セル同士が少ない電流によってエネルギーを授受することができる。仮に直列共振回路120を昇圧素子で昇圧した場合には、少ない電流でのエネルギーの授受は困難となる。また、直列共振回路120を介してエネルギーを授受することができるので、コンデンサのみを用いる場合よりも電圧均等化処理の速度を速くすることができ、リアクトルのみを用いる場合よりもセルの短絡の防止能力が高い。すなわち、本実施形態の蓄電装置100によれば、セル110への負担が少なく、効率的で安全な電圧均等化処理すなわちアクティブセルバランス処理が可能となる。
<2.第1の実施形態の第1の変形例>
 図2は、本実施形態の第1の変形例の蓄電装置100の構成を模式的に示す全体図である。本変形例の蓄電装置100は、図1の蓄電装置100に対して、セルの配置態様および蓄電制御装置130によって形成されるセルと直列共振回路120との接続状態が相違する。以下、相違点を詳細に説明する。
 図2に示すように、本変形例の蓄電装置100は、直列接続された4つのセル110a、110b、110c、110dを備える。
 図2には、蓄電制御装置130の制御によって形成されるセル110a~110dと直列共振回路120との接続状態が模式的に示されている。具体的には、図2Aには、2つのセル110a、110bが直列共振回路120に接続された状態が示されている。また、図2Aには、他の2つのセル110c、110dが直列共振回路120から切断された状態が示されている。一方、図2Bには、図2Aにおいて直列共振回路120に接続されていた2つのセル110a、110bが直列共振回路120から切断された状態が示されている。また、図2Bには、図2Aにおいて直列共振回路120から切断されていた2つのセル110c、110dが直列共振回路120に接続された状態が示されている。
 蓄電制御装置130は、図2Aおよび図2Bに示すような接続状態を選択的に形成することで、直列共振回路120を介してセル数が同一のセル群間でエネルギーを授受させる。その他の構成および動作は、図1の蓄電装置100と基本的に共通する。
 本変形例によれば、図1の蓄電装置100と同様の作用効果を奏することができ、また、セル群同士でエネルギーを授受させることで、電位差が更に緩和された更に少ない電流での電圧均等化処理が可能となる。さらに、電圧均等化処理の態様の自由度を向上させることができる。
<3.第1の実施形態の第2の変形例>
 図3は、本実施形態の第2の変形例の蓄電装置100の構成を模式的に示す全体図である。本変形例の蓄電装置100は、図1および図2の蓄電装置100に対して、セルの配置態様および蓄電制御装置130によって形成されるセルと直列共振回路120との接続状態が相違する。以下、相違点を詳細に説明する。
 図3に示すように、本変形例の蓄電装置100は、直列接続された3つのセル110a、110b、110cを備える。
 図3には、蓄電制御装置130によって選択的に形成されるセル110a~110cと直列共振回路120との接続状態が模式的に示されている。具体的には、図3Aには、2つのセル110a、110bと直列共振回路120とが接続され、他の1つのセル110cと直列共振回路120とが切断された状態が示されている。図3Bには、図3Aとは異なる組み合わせの2つのセル110b、110cと直列共振回路120とが接続され、他の1つのセル110aと直列共振回路120とが切断された状態が示されている。要するに、本変形では、1つのセル110bが、いずれの接続状態の場合にも直列共振回路120に接続される。このような場合も、2つのセル110a、110bと、他の組み合わせの2つのセル110b、110cといった同数のセル間でエネルギーが授受されるため、本開示の範囲内である。その他の構成および動作は、図1および図2の蓄電装置100と基本的に共通する。
 本変形例によれば、図1および図2の蓄電装置100と同様の作用効果を奏することができ、また、電圧均等化処理の態様の自由度を向上させることができる。
<4.第2の実施形態>
[装置の構成例]
 図4は、本実施形態の蓄電装置100の構成例を模式的に示す全体図である。本実施形態の蓄電装置100は、図1の蓄電装置100に対して、蓄電制御装置130の構成が特定されている。すなわち、蓄電制御装置130は、少なくとも1つのセルを含む第1のセルを直列共振回路120に接続させた後に、第1のセルと同数のセルを含み第1のセルと比較して総電圧が相対的に小さい第2のセルを直列共振回路120に接続させる構成である。図4のように、セル110a、110bの総数が2つの場合には、第1のセルおよび第2のセルは1つずつとなる。
 第1のセルと第2のセルとを直列共振回路120に順次選択的に接続させるための具体的な構成の一例として、図4に示すように、蓄電装置100は、スイッチ140a、140b、140c、140dおよびセル電圧検出部150a、150bを備える。蓄電制御装置130は、スイッチ140a~140dの動作を制御することで、セル110a、110bと直列共振回路120との接続状態を制御する構成である。
 [スイッチ140a~140d]
 図4に示すように、4つのスイッチ140a~140dは、各セル110a、110bにそれぞれ対応して設けられている。具体的には、スイッチ140a~140dは、セル110a、110b毎に2つずつ対応して配置されており、各セル110a、110bのそれぞれの正極および負極に1つずつ接続される構成となっている。
 より具体的には、1つのスイッチ140aは、セル110aの正極に接続される。他の1つのスイッチ140bは、セル110aの負極に接続される。他の1つのスイッチ140cは、セル110bの正極に接続される。残りの1つのスイッチ140dは、セル110bの負極に接続される。
 さらに詳述すると、1つのスイッチ140aは、セル110aの正極と直列共振回路120の第1の端部120aとを接続する接続ライン161上に配置されている。スイッチ140aは、蓄電制御装置130から入力されるスイッチ制御信号にしたがってオン状態またはオフ状態になることで、接続ライン161を閉路または開路する。
 他の1つのスイッチ140bは、セル110aの負極と直列共振回路120の第2の端部120bとを接続する接続ライン162上に配置されている。スイッチ140bは、蓄電制御装置130から入力されるスイッチ制御信号にしたがって接続ライン162を開閉する。
 他の1つのスイッチ140cは、セル110bの正極と直列共振回路120の第1の端部120aとを接続する接続ライン163上に配置されている。接続ライン163は、第1の端部120aに向かう他の接続ライン161とノードN1において接続されている。スイッチ140cは、蓄電制御装置130から入力されるスイッチ制御信号にしたがって接続ライン163を開閉する。
 残りの1つのスイッチ140dは、セル110bの負極と直列共振回路120の第2の端部120bとを接続する接続ライン164上に配置されている。接続ライン164は、第2の端部120bに向かう他の接続ライン162とノードN2において接続されている。スイッチ140dは、蓄電制御装置130から入力されるスイッチ制御信号にしたがって接続ライン164を開閉する。
 以下、各スイッチ140a~140dのうち、第1のセルの正極に接続されるスイッチを、第1の正極側のスイッチと称し、第1のセルの負極に接続されるスイッチを、第1の負極側のスイッチと称する。また、第2のセルの正極に接続されるスイッチを、第2の正極側のスイッチと称し、第2のセルの負極に接続されるスイッチを、第2の負極側のスイッチと称する。
 スイッチ140a~140dの態様は限定されず、例えば、スイッチ140a~140dを半導体素子等によって構成してもよい。半導体素子は、トランジスタ等であってもよい。トランジスタは、電界効果トランジスタ等であってもよい。電界効果トランジスタは、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)等であってもよい。電界効果トランジスタを採用することで、消費電力を抑えることができる。
 [セル電圧検出部150a、150b]
 図4に示すように、セル電圧検出部150a、150bは、各セル110a、110bにそれぞれ対応して設けられている。各セル電圧検出部150a、150bは、対応するセル110a、110bに並列接続されている。各セル電圧検出部150a、150bは、対応するセル110a、110bの電圧すなわち端子電圧を検出し、検出結果をセル電圧情報として蓄電制御装置130に出力する。このとき、セル電圧情報は、蓄電制御装置130側でセル電圧情報に対応するセルを特定可能な態様で出力されてもよい。例えば、セル電圧情報は、蓄電制御装置130のセル110a、110b毎の入力端子に向けて出力されたり、セルの番号の情報が対応付けられたりしてもよい。
 セル電圧検出部150a、150bの態様は限定されず、セル110a、110bの電圧を検出可能な種々の電子装置を採用することができる。電子装置は、集積回路等を含んでもよい。
 [蓄電制御装置130]
 図5は、本実施形態における蓄電制御装置130の構成例を模式的に示す図である。図5に示すように、蓄電制御装置130は、セル電圧情報取得部131およびスイッチ制御部132を有する。セル電圧情報取得部131は、セル電圧検出部150a、150bから出力されたセル電圧情報を取得する。スイッチ制御部132は、セル電圧情報取得部131が取得したセル電圧情報に応じたスイッチ制御信号をスイッチ140a~140dに出力する。スイッチ制御信号の内容は、第1のセルを直列共振回路120に接続させた後に、第2のセルを直列共振回路120に接続させることである。スイッチ制御信号は、例えば、電界効果トランジスタに印加されるゲート電圧等であってもよい。セル電圧情報取得部131およびスイッチ制御部132は、ハードウェアまたはソフトウェアもしくはこれらの双方によって具現化してもよい。
[装置の動作例]
 図6は、本実施形態の蓄電装置100の動作例を示すフローチャートである。図6に示す動作例は、本開示に係る蓄電制御方法の一実施形態を含む。
 説明の便宜上、図6の初期状態では、いずれのスイッチ140a~140dもオフ状態、すなわち、いずれのセル110a、110bも直列共振回路120から切断された状態であるものとする。
 そして、初期状態から、先ず、図6のステップ61(S61)において、蓄電制御装置130により、セル電圧情報に基づいて、第1のセルおよび第2のセルを決定する。例えば、蓄電制御装置130は、セル110aに対応するセル電圧検出部150aからのセル電圧情報が、セル110bに対応するセル電圧検出部150aからのセル電圧情報よりも大きい電圧を示す場合には、セル110aを第1のセルに決定する。同時に、蓄電制御装置130は、セル110bを第2のセルに決定する。
 次いで、ステップ62(S62)において、蓄電制御装置130により、ステップ61(S61)において決定された第1のセルに対応する第1の正極側のスイッチおよび第1の負極側のスイッチをオン状態に切り替える。一方、蓄電制御装置130は、ステップ61(S61)において決定された第2のセルに対応する第2の正極側のスイッチおよび第2の負極側のスイッチについては、オフ状態に維持する。
 これにより、第1のセルのみが、第1の正極側のスイッチによって閉路された接続ラインおよび第1の負極側のスイッチによって閉路された接続ラインを介して直列共振回路120に接続される。そして、第1のセルから直列共振回路120に電流が流れて、第1のセルから直列共振回路120にエネルギーが移動される。
 次いで、ステップ63(S63)において、蓄電制御装置130により、ステップ62(S62)においてオン状態に切り替えられた第1の正極側のスイッチおよび第1の負極側のスイッチをオフ状態に切り替える。
 次いで、ステップ64(S64)において、蓄電制御装置130により、ステップ61(S61)において決定された第2のセルに対応する第2の正極側のスイッチおよび第2の負極側のスイッチをオン状態に切り替える。このとき、蓄電制御装置130は、第1の正極側のスイッチおよび第1の負極側のスイッチについては、オフ状態に維持する。
 これにより、第2のセルのみが、第2の正極側のスイッチによって閉路された接続ラインおよび第2の負極側のスイッチによって閉路された接続ラインを介して直列共振回路120に接続される。そして、直列共振回路120から第2のセルに電流が流れて、ステップ62(S62)において直列共振回路120に移動されたエネルギーが、直列共振回路120から第2のセルに移動される。
 次いで、ステップ65(S65)において、蓄電制御装置130により、ステップ64(S64)においてオン状態に切り替えられた第2の正極側のスイッチおよび第2の負極側のスイッチをオフ状態に切り替える。その後は、電圧均等化処理を終了するか、または、必要に応じてステップ62(S62)もしくはステップ64(S64)に戻る。
 以上のように、本実施形態の蓄電装置100によれば、第1のセルが直列共振回路120にエネルギーを引き渡した後に、第2のセルが直列共振回路120からエネルギーを受け取ることができるので、簡便かつ適切な電圧均等化処理が可能となる。また、スイッチ140a~140dを含む簡易な構成によってセル110a、110bと直列共振回路120との接続状態を制御することができる。
<5.第2の実施形態の第1の変形例>
[装置の構成例]
 図7は、本実施形態の第1の変形例の蓄電装置100の構成を模式的に示す全体図である。本変形例の蓄電装置100は、図4の蓄電装置100に対して、セルの配置態様および蓄電制御装置130によって形成されるセルと直列共振回路120との接続状態が相違する。以下、相違点を詳細に説明する。
 本変形例において、蓄電制御装置130は、複数のセルを含む第1のセルを直列共振回路120に接続させた後に、第1のセルと同数の複数のセルを含む第2のセルを直列共振回路120に接続させる構成である。また、蓄電制御装置130は、連続する複数のセルを第1のセルに選択し、第1のセルと同数の連続する複数のセルを第2のセルに選択する構成である。さらに、蓄電制御装置130は、直列接続された複数のセルのうちの電圧が最大のセルを第1のセルに含ませ、電圧が最小のセルを第2のセルに含ませる構成である。
 図7に示すように、本変形例の蓄電装置100は、図4の構成に対して、2つのセル110c、110dおよび各セル110c、110dにそれぞれ対応する2つのセル電圧検出部150c、150dが追加されている。また、本変形例では、4つのスイッチ140e、140f、140g、140hおよび4つの接続ライン165、166、167、168が更に追加されている。追加された構成の具体的な配置は以下の通りである。
 セル110cの負極は、セル110dの正極に接続されている。セル110cの正極は、セル110bの負極に接続されている。つまり、本変形例では、4つのセル110a~110dが、セル全体の正極端子Pから負極端子Nに向かって110a、110b、110c、110dという順番で直列接続されている。
 セル電圧検出部150c、150dは、対応するセル110c、110dに並列接続されている。セル電圧検出部150c、150dは、対応するセル110c、110dの電圧を検出して、検出結果をセル電圧情報として蓄電制御装置130に出力する。
 スイッチ140eは、正極端子Pから数えて3番目のセル110cの正極と直列共振回路120の第1の端部120aとを接続する接続ライン165上に配置されている。接続ライン165は、2番目のセル110bの正極から直列共振回路120の第1の端部120aに向かう他の接続ライン163と、ノードN3において接続されている。スイッチ140eは、蓄電制御装置130から入力されるスイッチ制御信号にしたがって接続ライン165を開閉する。
 スイッチ140fは、3番目のセル110cの負極と直列共振回路120の第2の端部120bとを接続する接続ライン166上に配置されている。接続ライン166は、4番目のセル110dの負極から直列共振回路120の第2の端部120bに向かう他の接続ライン168と、ノードN4において接続されている。また、接続ライン166は、2番目のセル110bの負極から直列共振回路120の第2の端部120bに向かう他の接続ライン164と、ノードN5において接続されている。スイッチ140fは、蓄電制御装置130から入力されるスイッチ制御信号にしたがって接続ライン166を開閉する。
 スイッチ140gは、4番目のセル110dの正極と直列共振回路120の第1の端部120aとを接続する接続ライン167上に配置されている。接続ライン167は、3番目のセルの正極から直列共振回路120の第1の端部120aに向かう他の接続ライン165と、ノードN6において接続されている。スイッチ140gは、蓄電制御装置130から入力されるスイッチ制御信号にしたがって接続ライン167を開閉する。
 スイッチ140hは、4番目のセル110dの負極と直列共振回路120の第2の端部120bとを接続する接続ライン168上に配置されている。スイッチ140hは、蓄電制御装置130から入力されるスイッチ制御信号にしたがって接続ライン168を開閉する。
[装置の動作例]
 本変形例の動作例を、図7を参照して説明する。以下の動作例は、本開示に係る蓄電制御方法の一実施形態を含む。
 説明の便宜上、初期状態において、蓄電制御装置130は、1番目のセル110aの電圧が最大、3番目のセル110cの電圧が最小であることを検知しているものとする。また、スイッチ140a~140hはすべてオフ状態になっているものとする。
 そして、初期状態から、先ず、蓄電制御装置130は、1番目のセル110aおよびこれに連続する2番目のセル110bを第1のセルに決定する。同時に、蓄電制御装置130は、3番目のセル110cおよびこれに連続する4番目のセル110dを第2のセルに決定する。
 次いで、蓄電制御装置130は、1番目のセル110aの正極に対応するスイッチ140aすなわち第1の正極側のスイッチをオン状態に切り替える。同時に、蓄電制御装置130は、2番目のセル110bの負極に対応するスイッチ140dすなわち第1の負極側のスイッチをオン状態に切り替える。この切り替えで、1番目のセル110aの正極が直列共振回路120の第1の端部120aに接続され、2番目のセル110bの負極が直列共振回路120の第2の端部120bに接続される。これにより、連続すなわち隣接する2つのセル110a、110bからなる第1のセルから、直列共振回路120に向けてエネルギーが移動される。
 次いで、蓄電制御装置130は、スイッチ140a、140dをオフ状態に切り替える。このとき、直列共振回路120に移動されたエネルギーは、直列共振回路120に保持される。
 次いで、蓄電制御装置130は、3番目のセル110cの正極に対応するスイッチ140eすなわち第2の正極側のスイッチをオン状態に切り替える。同時に、蓄電制御装置130は、4番目のセル110dの負極に対応するスイッチ140hすなわち第2の負極側のスイッチをオン状態に切り替える。この切り替えで、3番目のセル110cの正極が直列共振回路120の第1の端部120aに接続され、4番目のセル110dの負極が直列共振回路120の第2の端部120bに接続される。これにより、連続する2つのセル110c、110dからなる第2のセルに向けて、直列共振回路120からエネルギーが移動される。
 このようにして、セル数が同一のセル群間で、直列共振回路120を介してエネルギーが授受される。ただし、図7の構成において、1つのセルと他の1つのセルとの間でエネルギーが授受されることも、本開示の範囲内である。
 本変形例によれば、最大電圧のセルを第1のセルに選び、最小電圧のセルを第2のセルに選んで効率的なエネルギーの授受を実現しつつも、第1のセル、第2のセルをセル群とすることで、給電側のセルと受電側のセルとの電位差を更に有効に緩和することができる。また、隣接するセル同士を第1または第2のセルに選ぶ構成とすることで、隣接しないセル同士を第1または第2のセルに選ぶ構成とする場合に比較して、配線を簡素化することができる。
<6.第3の実施形態>
[装置の構成例]
 図8は、本実施形態の蓄電装置100の構成例を模式的に示す全体図である。本実施形態の蓄電装置100は、図4の蓄電装置100に対して、セルと直列共振回路120との接続の切り替えタイミングが特定されている。以下、詳細に説明する。
 本実施形態において、蓄電制御装置130は、第1のセルが直列共振回路120に接続された後に直列共振回路120に流れる電流が0Aになった場合に、第1のセルを直列共振回路120から切断させる構成である。また、蓄電制御装置130は、第2のセルが直列共振回路120に接続された後に直列共振回路120に流れる電流が0Aになった場合に、第2のセルを直列共振回路120から切断させる構成である。
 図8に示すように、蓄電装置100は、ノードN1と直列共振回路120の第1の端部120aとの間に、共振電流検出部170を有している。共振電流検出部170は、直列共振回路120に流れる共振電流を検出し、検出結果を電流値情報として蓄電制御装置130に出力する。
 [蓄電制御装置130]
 図9に示すように、本実施形態の蓄電制御装置130は、図5の蓄電制御装置130に対して、電流値情報取得部133が追加されている。電流値情報取得部133は、共振電流検出部170から出力された電流値情報を取得する。スイッチ制御部132は、セル電圧情報取得部131が取得したセル電圧情報および電流値情報取得部133が取得した電流値情報に応じたスイッチ制御信号をスイッチ140a~140dに出力する。スイッチ制御信号の内容は、直列共振回路120に流れる電流値が0Aになった場合にその時点で直列共振回路120に接続されているセルを直列共振回路120から切断させることである。電流値情報取得部133は、ハードウェアまたはソフトウェアもしくはこれらの双方によって具現化してもよい。
[装置の動作例]
 本実施形態の蓄電装置100の動作は、図10に示す蓄電装置100の等価回路の動作として説明することができる。図10では、第1のセル(Cell1)に対応する第1の正極側のスイッチと第1の負極側のスイッチとが、1つのスイッチSW1として表現されている。また、図10では、第2のセル(Cell2)に対応する第2の正極側のスイッチと第2の負極側のスイッチとが、1つのスイッチSW2として表現されている。共振電流検出部170は、第1のセルが直列共振回路120に接続された状態すなわちスイッチSW1のオン状態において、第1のセルから直列共振回路120に向かう共振電流iを検出する。また、共振電流検出部170は、第2のセルが直列共振回路120に接続された状態すなわちスイッチSW2のオン状態において、直列共振回路120から第2のセルに向かう共振電流iを検出する。
 [タイムチャート]
 図11は、図10の等価回路のタイムチャートである。
 図11のタイムチャートには、共振電流i(図11A参照)が0Aとなる時刻t1からの動作が示されている。時刻t1は、動作開始時刻であってもよい。時刻t1では、共振電流検出部170によって0Aが検出され、蓄電制御装置130が、共振電流検出部170の検出結果に基づいて、図11Cに示すようにスイッチSW1をオン状態に切り替える。時刻t1が動作開始時刻である場合には、時刻t1では、第1のセルおよび第2のセルの決定を契機としたスイッチSW1の切り替えが行われてもよい。
 スイッチSW1がオン状態に切り替わることで、図10中の端子電圧Vin[V]は第1のセルの電圧E1[V]となり、第1のセルから直列共振回路120に向かう正方向に、共振電流iが流れる。これにより、第1のセルから直列共振回路120への放電が行われる。正方向の共振電流iの振幅は、正弦波的に時間変化し、正のピーク値ipp(図11A参照)に達した後に、時刻t2において0Aになる。このとき、共振電流検出部170によって0Aが検出されることで、蓄電制御装置130が、スイッチSW1をオフ状態に切り替え、かつ、スイッチSW2をオン状態に切り替える。
 スイッチSW2がオン状態に切り替わることで、端子電圧Vin[V]は第2のセルの電圧E2[V]となり、方向を逆転させた共振電流iが、直列共振回路120から第2のセルに流れ込む。これにより、直列共振回路120から第2のセルへの充電が行われる。逆方向の共振電流iの振幅は、正弦波的に時間変化し、負のピーク値ipn(図11A参照)に達した後に、時刻t3において0Aになる。このとき、共振電流検出部170によって再び0Aが検出されることで、蓄電制御装置130が、スイッチSW2をオフ状態に切り替え、かつ、必要に応じてスイッチSW1をオン状態に切り替える。
 このような1周期分の動作を必要に応じて繰り返すことで、第1のセルと第2のセルとの間での直列共振回路120を介したエネルギーの授受が行われ、両セルの電圧が均等化される。
 本実施形態によれば、スイッチの開閉にともなう電力のロスを抑えることができるので、同数のセル間でエネルギーを効率的に授受することができる。
<7.第3の実施形態の第1の変形例>
[装置の構成例]
 本変形例の蓄電装置100は、図8の蓄電装置100に対して、セルと直列共振回路120との接続を切り替えるための構成が相違する。以下、詳細に説明する。
 本変形例の蓄電制御装置130は、第1のセルが直列共振回路120に接続された後に直列共振回路120に流れる電流の向きが変化した場合に、第1のセルを直列共振回路120から切断させる構成である。また、蓄電制御装置130は、第2のセルが直列共振回路120に接続された後に直列共振回路120に流れる電流の向きが変化した場合に、第2のセルを直列共振回路120から切断させる構成である。
 図12は、本変形例の蓄電装置100に備えられた共振電流方向検出部180の構成例を示す回路図である。共振電流方向検出部180は、大別して、ホール素子181、第1、第2の比較器182、183、第1、第2のAND回路184、185、第1、第2のD型フリップフロップ186、187および第1、第2のNOT回路188、189によって構成されている。
 ホール素子181は、第1の比較器182の非反転入力端子(+)および第2の比較器183の反転入力端子(-)に接続されている。第1の比較器182の反転入力端子(-)および第2の比較器183の非反転入力端子(+)は、接地されている。第1の比較器182の出力端子は、第1のD型フリップフロップ186の入力端子(D)および第1のAND回路184の入力端子に接続されている。第2の比較器183の出力端子は、第2のD型フリップフロップ187の入力端子(D)および第2のAND回路185の入力端子に接続されている。第1のD型フリップフロップ186の出力端子(Q)は、第1のNOT回路188の入力端子に接続されている。第2のD型フリップフロップ187の出力端子(Q)は、第2のNOT回路189の入力端子に接続されている。第1のNOT回路188の出力端子は、第1のAND回路184の入力端子に接続されている。第2のNOT回路189の出力端子は、第2のAND回路185の入力端子に接続されている。第1および第2のD型フリップフロップ186、187は、共振電流の共振周波数よりも十分に高い周波数のクロック信号CKが入力される構成である。
 共振電流方向検出部180の動作例を、図13のタイムチャートを参照して説明する。
 先ず、時刻t1では、図13Aに示すように、共振電流iすなわち共振電流の向きが、逆方向すなわち直列共振回路120からセルに向かう方向から、正方向すなわちセルから直列共振回路120に向かう方向に切り替わる。換言すれば、時刻t1では、共振電流iの値が、負から正に切り替わる。
 これにより、第1の比較器182は、ホール素子181から正方向の共振電流iに対応する電気信号が入力されることで、非反転入力端子(+)の値が反転入力端子(-)の値よりも高くなる。この結果、図13Bに示すように、時刻t1では、第1の比較器182の出力が「High」(同図におけるH)すなわち「1」となる。
 一方、第2の比較器183は、ホール素子181から正方向の共振電流iに対応する電気信号が入力されることで、非反転入力端子(+)の値が反転入力端子(-)の値よりも低くなる。これにより、図13Cに示すように、時刻t1では、第2の比較器183の出力が「Low」(同図におけるL)すなわち「0」となる。
 第1のD型フリップフロップ186は、第1の比較器182からの出力「High」がD端子に入力されるものの、クロック信号の入力値が「Low」(図示せず)であることにより、前ステートにおける第1のD型フリップフロップ186の出力Qを保持する。これにより、図13Dに示すように、時刻t1では、第1のD型フリップフロップ186(第1のD型FF)の出力は「Low」となる。
 一方、第2のD型フリップフロップ187は、第2の比較器183からの出力「Low」がD端子に入力されるものの、クロック信号の入力値が「Low」(図示せず)であることにより、前ステートにおける第2のD型フリップフロップ187の出力Qを保持する。これにより、図13Eに示すように、時刻t1では、第2のD型フリップフロップ187(第2のD型FF)の出力は「High」となる。
 第1のAND回路184には、第1の比較器182の出力「High」と、第1のD型フリップフロップ186の出力を否定した第1のNOT回路188の出力「High」とが入力される。これにより、図13Fに示すように、時刻t1では、第1のAND回路184の出力すなわち論理積は「High」となる。
 一方、第2のAND回路185には、第2の比較器183の出力「Low」と、第2のD型フリップフロップ187の出力を否定した第2のNOT回路189の出力「Low」とが入力される。これにより、図13Gに示すように、時刻t1では、第2のAND回路185の出力は「Low」となる。
 以上のように、共振電流方向検出部180によれば、時刻t1における電流の向きが正方向であることが、第1のAND回路184の出力「High」および第2のAND回路185の出力「Low」によって検出される。そして、共振電流方向検出部180は、検出結果を蓄電制御装置130に出力する。
 次に、時刻t1から僅かに時間が経過した時刻t2では、第1、第2のD型フリップフロップ186、187に入力されるクロック信号が、図示はしないが、「Low」から「High」に切り替わる。これにより、図13Dに示すように、第1のD型フリップフロップ186の出力は、D端子の入力値である「High」に切り替わる。また、図13Eに示すように、第2のD型フリップフロップ187の出力は、D端子の入力値である「Low」に切り替わる。これにより、時刻t2において、第1のAND回路184の出力は「Low」に切り替わる。一方、第2のAND回路185の出力は「Low」を維持する。
 次に、時刻t3では、共振電流iの向きが、正方向から逆方向に切り替わる。共振電流方向検出部180の動作は、時刻t1のときと「High」、「Low」が逆転する。すなわち、時刻t3では、電流の向きが逆方向であることが、第1のAND回路184の出力「Low」および第2のAND回路185の出力「High」によって検出される。
 なお、共振電流方向検出部180は、図12に示した構成に限定されない。
[装置の動作例]
 図14は、本実施形態の蓄電装置100の動作例を示すフローチャートである。図14に示す動作例は、本開示に係る蓄電制御方法の一実施形態を含む。
 図14の動作例は、図6に対して、以下の点が相違する。すなわち、図14では、ステップ62(S62)とステップ63(S63)との間に、ステップ141(S141)とステップ142(S142)を実行する。また、図14では、ステップ64(S64)の後に、ステップ143(S143)~ステップ146(S146)を実行する。
 具体的には、ステップ141(S141)では、共振電流方向検出部180により、共振電流iの向きを検出する。
 ステップ142(S142)では、蓄電制御装置130により、ステップ141(S141)の検出結果に基づいて、i≦0か否かすなわち共振電流iの向きが変化したか否かを判定する。そして、ステップ142(S142)において肯定的な判定結果が得られた場合には、ステップ63(S63)に進み、否定的な判定結果が得られた場合には、ステップ141(S141)に戻る。
 ステップ143(S143)では、共振電流方向検出部180により、共振電流iの向きを検出する。
 ステップ144(S144)では、蓄電制御装置130により、ステップ143(S143)の検出結果に基づいて、i≧0か否かすなわち共振電流iの向きが変化したか否かを判定する。そして、ステップ144(S144)において肯定的な判定結果が得られた場合には、ステップ145(S145)に進み、否定的な判定結果が得られた場合には、ステップ143(S143)に戻る。
 ステップ145(S145)では、蓄電制御装置130により、電圧均等化処理を終了すべきか否かを判定する。この判定は、例えば、蓄電制御装置130に対する外部制御信号の入力の有無や、第1のセルと第2のセルとの電圧差が規定値以内になったか否か等に基づいてもよい。そして、ステップ145(S145)において肯定的な判定結果が得られた場合には、ステップ65(S65)に進み、否定的な判定結果が得られた場合には、ステップ146(S146)に進む。
 ステップ146(S146)では、蓄電制御装置130により、第2の正極側のスイッチおよび第2の負極側のスイッチをオフ状態に切り替えて、ステップ62(S62)に進む。
 電圧均等化処理を必要に応じて複数回すなわち複数周期分繰り返す場合、各回のそれぞれにおいて同数セル間でのエネルギー授受がなされれば、異なる回同士の間でエネルギー授受がなされるセル数が異なる場合も、本開示の範囲内である。
 本変形例の蓄電装置100によれば、第1のセルまたは第2のセルと直列共振回路120との間でのエネルギーの移動が完了したとみなせるタイミングを、電流の向きの変化といった簡便な手法で検知して、セルを直列共振回路120から切断することができる。これにより、さらに迅速かつ低コストの電圧均等化処理が可能となる。また、共振電流方向検出部180により、共振電流の方向を迅速かつ正確に検出することができる。
<8.第4の実施形態>
[装置の構成例]
 本実施形態の蓄電装置100は、図8および図12の蓄電装置100に対して、セルと直列共振回路120との接続の切り替えタイミングが相違する。以下、詳細に説明する。
 本実施形態の蓄電制御装置130は、第2のセルが直列共振回路120から切断された後に、設定された期間(以下、待機期間と称する)いずれのセルも直列共振回路120から切断された状態を保持する構成である。また、蓄電制御装置130は、待機期間中に、セルの電圧に基づいてエネルギーの授受すなわち電圧均等化処理を終了すべきか否かを判定する構成である。
 待機期間の態様は限定されず、セルの電圧の測定および電圧均等化処理の是非の判定に好適な時間が蓄電制御装置130に設定されていてもよい。待機期間は変更可能であってもよい。
[装置の動作例]
 [タイムチャート]
 図15は、本実施形態の蓄電装置100の動作例を、図11と同様のタイムチャートとして示す図である。
 図15のタイムチャートでは、時刻t3においてスイッチSW2をオフに切り替えた後に、待機期間Tが経過した時刻t4においてスイッチSW1をオンに切り替える。待機期間T中には、蓄電制御装置130が、セル電圧の検出結果に基づいて、電圧均等化処理を終了すべきか否かを判定する。待機期間Tでは、共振電流iが0Aになっているため、待機期間Tに測定されたセル電圧は、セルの内部インピーダンスの影響を受けない正確な値となる。このような正確なセル電圧に基づいて電圧均等化処理の終了の是非を判定すれば、適切な判定結果を得ることができる。なお、蓄電制御装置130は、待機期間T中に電圧均等化処理を終了すべきと判定した場合には、時刻t4においてスイッチSW1をオンに切り替えない。
 [フローチャート]
 図16は、本実施形態の蓄電装置100の動作例を、フローチャートとして示す図である。図16のフローチャートは、図14のフローチャートに対して、ステップ144(S144)の後の処理が相違する。具体的には、図16では、ステップ144(S144)において肯定的な判定結果が得られた後に、ステップ65(S65)、ステップ161(S161)およびステップ162(S162)を順次実行する。
 具体的には、ステップ161(S161)では、蓄電制御装置130により、直列共振回路120への第1のセルの次の接続を待機期間待って、この待機期間中にセル電圧を測定する。セル電圧は、図4に示したセル電圧検出部150a、150bに測定させてもよい。
 ステップ162(S162)では、蓄電制御装置130により、ステップ161(S161)におけるセル電圧の測定結果に基づいて、電圧均等化処理を終了すべきか否かを判定する。そして、ステップ162(S162)において肯定的な判定結果が得られた場合には、処理を終了し、否定的な判定結果が得られた場合には、ステップ62(S62)に進む。
 本実施形態によれば、待機期間中に測定された正確なセル電圧に基づいて、電圧均等化処理の終了の是非を適切に判定することができ、ひいては、電圧均等化処理を更に好適化することができる。
<9.第4の実施形態の第1の変形例>
[装置の構成例]
 本実施形態の蓄電装置100は、図15および図16に示した蓄電装置100に対して、セルと直列共振回路120との接続の切り替えタイミングが相違する。以下、詳細に説明する。
 本実施形態の蓄電制御装置130は、第1のセルが直列共振回路120から切断された後にも、待機期間いずれのセルも直列共振回路120から切断された状態を保持し、待機期間中に、電圧均等化処理の終了の是非を判定する構成である。この待機期間も、蓄電制御装置130に対して変更可能に設定されていてもよい。
[装置の動作例]
 [タイムチャート]
 図17は、本実施形態の蓄電装置100の動作例を示すタイムチャートである。図17のタイムチャートでは、時刻t2においてスイッチSW1をオフに切り替えた後に、第2の待機期間T2が経過した時刻t3においてスイッチSW2をオンに切り替える。また、図17のタイムチャートでは、時刻t4においてスイッチSW2をオフに切り替えた後に、第1の待機期間T1が経過した時刻t5においてスイッチSW1をオンに切り替える。待機期間T1、T2中には、蓄電制御装置130が、セル電圧の検出結果に基づいて、電圧均等化処理を終了すべきか否かを判定する。待機期間T1、T2は、互いに同一であってもよく、または、互いに異なってもよい。
 [フローチャート]
 図18は、本実施形態の蓄電装置100の動作例を示すフローチャートである。図18のフローチャートは、図16のフローチャートに対して、ステップ63(S63)とステップ64(S64)との間にステップ181(S181)とステップ182(S182)を実行する点で相違する。
 具体的には、ステップ181(S181)では、蓄電制御装置130により、直列共振回路120への第2のセルの接続を第2の待機期間待って、この第2の待機期間中にセル電圧を測定する。
 ステップ182(S182)では、蓄電制御装置130により、ステップ181(S181)におけるセル電圧の測定結果に基づいて、電圧均等化処理を終了すべきか否かを判定する。そして、ステップ182(S182)において肯定的な判定結果が得られた場合には、処理を終了し、否定的な判定結果が得られた場合には、ステップ64(S64)に進む。
 本変形例の蓄電装置100によれば、電圧均等化処理の終了の是非を正確に判定する機会を増やすことができる。
<10.第5の実施形態>
[装置の構成例]
 図19は、本実施形態の蓄電装置100における直列共振回路120の構成例を示す図である。本実施形態における直列共振回路120は、第1~第4の実施形態の直列共振回路120に対して、リアクトル121およびコンデンサ122に加えて、抵抗123を有する点が相違する。すなわち、本実施形態における直列共振回路120は、RLC直列共振回路である。
[装置の動作例]
 本実施形態の蓄電装置100の動作例は、図20に示す蓄電装置100の等価回路の動作例として説明することができる。
 図20の等価回路において、第1のセル(Cell1)および第2のセル(Cell2)に流れる共振電流iのピーク値Ipeak[A]は、次の式(1)に示す値となる。
 Ipeak=(E1-E2)/(2×R)   (1)
 但し、式(1)において、E1は、第1のセルの電圧[V]である。E2は、第2のセルの電圧[V]である。Rは、抵抗123の値[Ω]である。
 式(1)に示すように、ピーク値Ipeakは抵抗123の値に応じて異なり、抵抗値が大きいほど小さいピーク値Ipeakが得られる。
 共振電流i[A]は次の式(2)に示す値となる。
 i={(E1-E2)/(2×R)}×sinωt   (2)
 但し、式(2)において、ωは、次の式(3)で表される共振角周波数[rad/s]である。
 ω=1/(L×C)1/2   (3)
 但し、式(3)において、Lは、リアクトル121の自己インダクタンス[H]であり、Cは、コンデンサ122の静電容量[F]である。
 なお、式(3)から、共振周波数fは、ω/2πとなる。
 式(2)では、前半の半周期すなわちωtが0~π[rad]の期間において、第1のセルから直列共振回路120に放電が行われる。一方、後半の半周期すなわちωtがπ~2π[rad]の期間においては、直列共振回路120から第2のセルへの充電が行われる。前半の半周期での平均放電電流Icha[A]および後半の半周期での平均充電電流Idis[A]は、式(2)を共振周波数の半周期ずつ積分して平均することで求めることができる。具体的には、平均放電電流Ichaおよび平均充電電流Idisは、次の式(4)に示す値となる。
 Icha=Idis=(E1-E2)/(π×R)   (4)
 iが0Aになったタイミングもしくはiの方向変化のタイミングでセルと直列共振回路120との接続を切り替えれば、第1のセルから第2のセルに、式(4)に相当する電荷を供給することができる。
 本実施形態の蓄電装置100によれば、抵抗123によってピーク電流Ipeakを抑えることができるので、セルへの負担をより有効に低減させることができる。
<11.第5の実施形態の第1の変形例>
 図21は、本変形例の蓄電装置100の要部を示す図である。本変形例の蓄電装置100は、蓄電制御装置130が、直列共振回路120の抵抗123の両端の電位差に基づいて、直列共振回路120に流れる電流の向き、大きさを検知する構成である。抵抗123の両端の電位差は、電圧検出部190によって検出してもよい。
 本変形例の蓄電装置100によれば、共振電流を検知するために図8の共振電流検出部170や図12の共振電流方向検出部180を設ける場合よりも、更にコストを低減させることができる。
<12.第5の実施形態の第2の変形例>
 図22は、本変形例の蓄電装置100における直列共振回路120を示す図である。図22の直列共振回路120は、図19の直列共振回路120に対して、抵抗121が寄生抵抗である点で相違する。寄生抵抗は、リアクトル121、回路配線およびスイッチの少なくとも1つの寄生抵抗であってもよい。本変形例によれば、少ない部品点数によって共振電流のピーク値を抑えることができる。
<13.第6の実施形態>
[装置の構成例]
 本実施形態の蓄電装置100は、第1~第5の実施形態の蓄電装置100に対して、セルと直列共振回路120との接続を切り替えるための構成が相違する。以下、詳細に説明する。
 本変形例の蓄電制御装置130は、直列共振回路120とセルとの接続を直列共振回路120の共振周波数で切り替える構成である。
 ここで、図11における時刻t1と時刻t2との間の期間のように、1つのセルが直列共振回路120に接続されてから、その1つのセルに替わって他のセルが直列共振回路120に接続されるまでの期間を接続切り替え周期と定義する。接続切り替え周期は、直列共振回路120の共振周期の半周期であるので、π(L×C)1/2[s]となる。本変形例の蓄電制御装置130は、このような接続切り替え周期毎に直列共振回路120とセルとの接続を切り替える構成ということもできる。
 蓄電制御装置130は、共振周波数や接続切り替え周期等の情報が記憶され、この記憶された情報に基づいて、接続の切り替えタイミングを割り出して動作する構成でもよい。
[装置の動作例]
 図23は、本実施形態の蓄電装置100の動作例を示すフローチャートである。図23では、先ず、ステップ231(S231)において、蓄電制御装置130により、給電側のセルを直列共振回路120に接続させる。
 次いで、ステップ232(S232)において、蓄電制御装置130により、直列共振回路120の共振周波数に基づく接続の切り替えタイミングになったか否かを判定する。そして、ステップ232(S232)において肯定的な判定結果が得られた場合には、ステップ233(S233)に進み、否定的な判定結果が得られた場合には、ステップ232(S232)に戻る。
 次いで、ステップ233(S233)において、蓄電制御装置130により、給電側のセルを直列共振回路120から切断させる。
 次いで、ステップ234(S234)において、蓄電制御装置130により、受電側のセルを直列共振回路120に接続させる。
 次いで、ステップ235(S235)において、蓄電制御装置130により、直列共振回路120の共振周波数に基づく接続の切り替えタイミングになったか否かを判定する。そして、ステップ235(S235)において肯定的な判定結果が得られた場合には、ステップ236(S236)に進み、否定的な判定結果が得られた場合には、ステップ235(S235)を繰り返す。
 次いで、ステップ236(S236)において、蓄電制御装置130により、受電側のセルを直列共振回路120から切断させる。
 次いで、ステップ237(S237)において、蓄電制御装置130は、電圧均等化処理を終了すべき場合には処理を終了し、電圧均等化処理を継続すべき場合にはステップ231(S231)に戻る。電圧均等化処理を終了すべきか否かの判断は、ステップ237(S237)以前に行ってもよい。
 本実施形態の蓄電装置100によれば、直列共振回路120に流れる電流を監視する必要なく、エネルギーの授受に好適なタイミングでセルの接続を切り替えることができる。
<14.第7の実施形態>
 本実施形態の蓄電装置100は、第1~第6の実施形態の蓄電装置100に対して、直列共振回路120の共振周波数が相違する。
 具体的には、本実施形態における直列共振回路120の共振周波数は、交流インピーダンス法で測定されたセルの内部インピーダンスのコールコールプロットにおける虚数成分が0となる場合の周波数である。
 ここで、交流インピーダンス法では、セルに交流を印加して周波数を変化させながら、周波数毎の内部インピーダンスを測定する。コールコールプロットは、交流インピーダンス法の測定結果を図示する方法の1つである。コールコールプロットでは、内部インピーダンスの実数成分を横軸にとり、内部インピーダンスの虚数成分を縦軸にとった複素平面上に、交流インピーダンス法で求められた周波数毎のセルの内部インピーダンスをプロットする。
 コールコールプロットの一例を図24に示す。図24の横軸は、セルの内部インピーダンスの実部であり、図24の縦軸は、セルの内部インピーダンスの虚数部である。図24では、内部インピーダンスの虚数成分が0となる場合の周波数が、fmin[Hz]となっている。この場合、fminが共振周波数となるように直列共振回路120を設計すればよい。具体的には、fmin=1/{2π×(L×C)1/2}を満足するように、予めリアクトル121の自己インダクタンスLおよびコンデンサ122の静電容量Cを選択すればよい。なお、fminは、1k[Hz]~10k[Hz]であってもよい。
 本実施形態の蓄電装置100では、セルと直列共振回路120との間を流れる電流にとって、セルの内部インピーダンスは最小となる。したがって、エネルギーを効率的に授受することができる。
<15.第7の実施形態の第1の変形例>
 本変形例の蓄電装置100は、図24を参照して説明した蓄電装置100に対して、直列共振回路120の共振周波数の設定の態様が相違する。
 本変形例の蓄電装置100を説明するためのコールコールプロットの一例を図25に模式的に示す。図25の横軸Z’は、セルの内部インピーダンスの実部であり、図25の縦軸Z”は、セルの内部インピーダンスの虚数部である。図25には、セルの充電率の一例としてのSOC(State of Charge)[%]ごとのコールコールプロットが示されている。図25のコールコールプロットは、FRA(Frequency Response Analyzer)によるセルの内部インピーダンスの測定結果に基づくプロットである。図25中の具体的な数値はあくまで一例であり、本開示の範囲を何ら限定するものではない。
 図25に示すように、コールコールプロットは、SOCに応じて異なる場合がある。コールコールプロットにおける虚数成分が0となる場合の周波数fminがSOCに応じて異なる場合、fminをSOC毎に求め、求められたSOC毎のfminを総合的に考慮して直流共振回路120の共振周波数を設定してもよい。例えば、SOC毎のfminの平均値を求め、この平均値が共振周波数となるように直流共振回路120を設計してもよい。
 本変形例によれば、SOCの変化を加味したエネルギーの効率的な授受が可能となる。
<16.第8の実施形態>
 本実施形態の蓄電装置100は、第1~第7の実施形態の蓄電装置100に対して、セルが特定されている。
 具体的には、本実施形態におけるセルは、充電率0%~100%の区間のうちの5割以上に亘る一連の区間での電圧変化が0.25V以下となる放電特性を有するものである。
 このような放電特性の一例として、正極材がオリビン型リン酸鉄とされたリチウムイオン二次電池を1C放電した場合の放電曲線を図26に示す。図26の放電曲線は、横軸が、充電率の一例としてのSOC[%]であり、縦軸が、セルの端子電圧[V]である。図26の放電曲線は、充電率0%~100%の区間のうちの5割以上に亘る一連の区間での電圧変化が0.25V以下となっている。具体的には、図26の放電曲線は、充電率20%~90%の区間における電圧変化が約0.1Vとなっている。図26の放電曲線は、放電開始直後は内部抵抗による電圧降下が大きいが、その後はフラットな特性が続くことから、直列接続で構成した組電池内における電圧のばらつきは小さくなる。セルは、オリビン型リン酸鉄を用いたリチウムイオン二次電池に限定されない。
 ここで、蓄電装置100は、装置内の温度分布が比較的一様で、負荷電流も自動車などと比較すると変動が少ないため、セル間の電圧のばらつきは小さい。よって、蓄電装置100では、電圧均等化処理で大電流を使って高速にセル間電圧のばらつきを解消するよりも、少ない電流で無駄なくセルバランスを確保する方が望ましい。そして、本実施形態のような放電特性がフラットなセルを適用すれば、少ない電流での電圧均等化処理の実効性を確保することができる。
 上述の各実施形態および変形例は、これらを適宜組み合わせてもよい。
 各実施形態および変形例に記載された作用効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の作用効果があってもよい。本開示は、各実施形態および変形例に記載された複数の作用効果のいずれか一つを奏すればよい。
 また、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
(1)直列接続された複数のセルと、
 リアクトル及びコンデンサを含む直列共振回路と、
 前記セルと前記直列共振回路との接続状態を制御する蓄電制御装置と、を備え、
 前記蓄電制御装置は、前記直列共振回路を介して同数のセル間でエネルギーを授受させる構成の蓄電装置。
(2)前記蓄電制御装置は、少なくとも1つのセルを含む第1のセルを前記直列共振回路に接続させた後に、前記第1のセルと同数のセルを含み、前記第1のセルと比較して総電圧が相対的に小さい第2のセルを前記直列共振回路に接続させる構成の(1)記載の蓄電装置。
(3)前記蓄電制御装置は、連続する複数のセルを前記第1のセルに選択し、前記第1のセルと同数の連続するセルを前記第2のセルに選択する構成の(2)記載の蓄電装置。
(4)前記蓄電制御装置は、前記第1のセルが前記直列共振回路に接続された後に前記直列共振回路に流れる電流の向きが変化した場合に、前記第1のセルを前記直列共振回路から切断させる構成の(2)または(3)記載の蓄電装置。
(5)前記蓄電制御装置は、前記第2のセルが前記直列共振回路に接続された後に前記直列共振回路に流れる電流の向きが変化した場合に、前記第2のセルを前記直列共振回路から切断させる構成の(4)記載の蓄電装置。
(6)前記蓄電制御装置は、前記第1及び/又は第2のセルが前記直列共振回路から切断された後に、設定された期間いずれのセルも前記直列共振回路から切断された状態を保持し、前記設定された期間中に、セルの電圧に基づいてエネルギーの授受を終了すべきか否かを判定する構成の(5)記載の蓄電装置。
(7)前記直列共振回路は抵抗を含み、
 前記蓄電制御装置は、前記抵抗の両端の電位差に基づいて、前記直列共振回路に流れる電流の向きを検知する構成の(1)、(4)~(6)のいずれかに記載の蓄電装置。
(8)前記蓄電制御装置は、前記直列共振回路と前記セルとの接続を前記直列共振回路の共振周波数で切り替える構成の(1)~(3)のいずれかに記載の蓄電装置。
(9)前記直列共振回路の共振周波数は、交流インピーダンス法で測定された前記セルの内部インピーダンスのコールコールプロットにおける虚数成分が0となる場合の周波数である(1)~(8)のいずれかに記載の蓄電装置。
(10)前記蓄電制御装置は、電圧が最大のセルを前記第1のセルに含ませる構成の(2)~(9)のいずれかに記載の蓄電装置。
(11)前記蓄電制御装置は、電圧が最小のセルを前記第2のセルに含ませる構成の(2)~(10)のいずれかに記載の蓄電装置。
(12)前記セルと前記直列共振回路とを接続又は切断するスイッチを更に備え、
 前記蓄電制御装置は、前記スイッチの動作を制御することで前記セルと前記直列共振回路との接続状態を制御する構成の(1)~(11)のいずれかに記載の蓄電装置。
(13)前記セルは、充電率0%~100%の区間のうちの5割以上に亘る一連の区間での電圧変化が0.25V以下となる放電特性を有する(1)~(12)のいずれかに記載の蓄電装置。
(14)コンピュータを、
 直列接続された複数のセルとリアクトル及びコンデンサを含む直列共振回路との接続状態を制御して、前記直列共振回路を介して同数のセル間でエネルギーを授受させる手段
 として機能させる蓄電制御プログラム。
 100 蓄電装置
 110a、110b セル
 120 直列共振回路
 121 リアクトル
 122 コンデンサ
 130 蓄電制御装置

Claims (15)

  1.  直列接続された複数のセルと、
     リアクトル及びコンデンサを含む直列共振回路と、
     前記セルと前記直列共振回路との接続状態を制御する蓄電制御装置と、を備え、
     前記蓄電制御装置は、前記直列共振回路を介して同数のセル間でエネルギーを授受させる構成の蓄電装置。
  2.  前記蓄電制御装置は、少なくとも1つのセルを含む第1のセルを前記直列共振回路に接続させた後に、前記第1のセルと同数のセルを含み、前記第1のセルと比較して総電圧が相対的に小さい第2のセルを前記直列共振回路に接続させる構成の請求項1記載の蓄電装置。
  3.  前記蓄電制御装置は、連続する複数のセルを前記第1のセルに選択し、前記第1のセルと同数の連続するセルを前記第2のセルに選択する構成の請求項2記載の蓄電装置。
  4.  前記蓄電制御装置は、前記第1のセルが前記直列共振回路に接続された後に前記直列共振回路に流れる電流の向きが変化した場合に、前記第1のセルを前記直列共振回路から切断させる構成の請求項2記載の蓄電装置。
  5.  前記蓄電制御装置は、前記第2のセルが前記直列共振回路に接続された後に前記直列共振回路に流れる電流の向きが変化した場合に、前記第2のセルを前記直列共振回路から切断させる構成の請求項4記載の蓄電装置。
  6.  前記蓄電制御装置は、前記第1及び/又は第2のセルが前記直列共振回路から切断された後に、設定された期間いずれのセルも前記直列共振回路から切断された状態を保持し、前記設定された期間中に、前記セルの電圧に基づいてエネルギーの授受を終了すべきか否かを判定する構成の請求項5記載の蓄電装置。
  7.  前記直列共振回路は抵抗を含み、
     前記蓄電制御装置は、前記抵抗の両端の電位差に基づいて、前記直列共振回路に流れる電流の向きを検知する構成の請求項1記載の蓄電装置。
  8.  前記蓄電制御装置は、前記直列共振回路と前記セルとの接続を前記直列共振回路の共振周波数で切り替える構成の請求項1記載の蓄電装置。
  9.  前記直列共振回路の共振周波数は、交流インピーダンス法で測定された前記セルの内部インピーダンスのコールコールプロットにおける虚数成分が0となる場合の周波数である請求項1記載の蓄電装置。
  10.  前記蓄電制御装置は、電圧が最大のセルを前記第1のセルに含ませる構成の請求項2記載の蓄電装置。
  11.  前記蓄電制御装置は、電圧が最小のセルを前記第2のセルに含ませる構成の請求項10記載の蓄電装置。
  12.  前記セルと前記直列共振回路とを接続又は切断するスイッチを更に備え、
     前記蓄電制御装置は、前記スイッチの動作を制御することで前記セルと前記直列共振回路との接続状態を制御する構成の請求項2記載の蓄電装置。
  13.  前記セルは、充電率0%~100%の区間のうちの5割以上に亘る一連の区間での電圧変化が0.25V以下となる放電特性を有する請求項2記載の蓄電装置。
  14.  直列接続された複数のセルとリアクトル及びコンデンサを含む直列共振回路との接続状態を制御する構成で、前記直列共振回路を介して同数のセル間でエネルギーを授受させる構成の蓄電制御装置。
  15.  直列接続された複数のセルとリアクトル及びコンデンサを含む直列共振回路との接続状態を制御装置によって制御して、前記直列共振回路を介して同数のセル間でエネルギーを授受させる蓄電制御方法。
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