JP2014003777A - 電池状態調整装置及び組電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】セル間の充電状態を高精度且つ短時間で均等化する。
【解決手段】直列接続された複数のセルから成る組電池を備えた組電池システムにおいて、負荷に対する放電が停止してから十分な時間が経過した後、全セルの端子電圧を測定し、測定電圧の最小値に基づき目標電圧Ｖｄを設定すると共に目標電圧Ｖｄより大きな端子電圧を持つセルを対象セルに設定する。この後、対象セルを放電させる均等化放電動作を実行する。この際、放電の直前及び直後に測定した対象セルの端子電圧（Ｖ１［ｉ］及びＶ２［ｉ］）の差電圧（ΔＶ１［ｉ］）を求めると共に、放電停止後に生じるであろう電圧戻り量（ΔＶ２［ｉ］）を予め保持されたデータから取得し、差電圧及び電圧戻り量を用いて補正目標電圧（Ｖｄ２［ｉ］＝Ｖｄ−ΔＶ１［ｉ］−ΔＶ２［ｉ］）を求める。対象セルの端子電圧が補正目標電圧に達した時点で放電を停止する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電池状態調整装置及び組電池システムに関する。

複数のセルを直接接続して形成された組電池において、複数のセル間で充電状態が異なると、最も低い充電状態のセルにより組電池の放電出力が制限される。これを考慮し、複数のセルの充電状態のばらつきを抑制する均等化処理が提案されている。提案方法の中には、セルの内部抵抗等による電圧降下量をも考慮した均等化処理方法も存在する（例えば下記特許文献１参照）。一方、セルの充電又は放電の停止後、電気化学的な成分に起因する電圧成分がセル内に残存し、セルの端子電圧が安定するまでに相応の時間（例えば数時間）が必要になることも知られている。このような電圧の安定を待ってから均等化処理を行う方法や、均等化処理を一旦行った後、セル温度に応じた電圧安定待ち時間を設けてから均等化の終了是非を判断する方法（例えば下記特許文献２参照）も存在する。

特開２００９−１５９７９４号公報 特開２００９−８９５６６号公報

電気化学的な成分に起因する上記の電圧成分をも考慮して均等化を図れば、均等化処理の精度向上が見込める。しかしながら、上述の電圧安定待ち時間を設ける方法では、均等化に必要な時間が長くなる。

そこで本発明は、高精度且つ短時間での均等化実現に寄与する電池状態調整装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電池状態調整装置は、直列接続された複数のセルを個別に充電又は放電する処理である充放電動作を実行可能な充放電回路と、各セルの端子電圧を測定する電圧測定回路と、各セルの充電又は放電の停止後において各セルの端子電圧が過渡的に第１開放電圧から第２開放電圧に戻る際の電圧戻り量のデータを保持するデータ保持部と、前記充放電動作の開始前に測定された各セルの端子電圧に基づき、目標電圧を設定するとともに前記複数のセルの中から対象セルを設定する目標電圧／対象セル設定部と、前記充放電動作の開始前後に測定された前記対象セルの端子電圧と、前記電圧戻り量のデータとに基づき、前記目標電圧を補正して補正目標電圧を導出する目標電圧補正部と、前記対象セルに対する前記充放電動作を開始させ、前記対象セルの端子電圧が前記補正目標電圧に達したときに前記対象セルに対する前記充放電動作を終了させる充放電制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、精度且つ短時間での均等化実現に寄与する電池状態調整装置を提供することが可能である。

本発明の実施形態に係る組電池システムの全体構成図である。 本発明の実施形態に係る組電池システムの全体構成図である。 セルの内部等価回路図（ａ）と、セル内のインピーダンス回路の等価回路図例（ｂ）、（ｃ）である。 セルの放電前後における、セルの端子電圧の変化の様子を示す図である。 本発明の実施形態に係る均等化処理の動作フローチャートである。 対象セルの端子電圧の変化の様子を示す図である。 電圧戻り量データの作成手順を示すフローチャートである。 電圧戻り量データの作成に利用される複数のセルを示す図である。 電圧戻り量データの作成に利用される構成を示す図である。 電圧戻り量データの作成時に観測される、セルの端子電圧の波形図である。 セルのＳＯＣ及びＯＣＶ間の関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る制御回路の内部ブロック図である。 目標電圧補正部のブロック図の例である。

以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、状態量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、状態量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。

図１は、本発明の実施形態に係る組電池システムの全体構成図である。組電池システムは、蓄電池モジュールである組電池１及び充電状態均等化装置２を備える。組電池１は、互いに直列接続されたｎ個のセル１０から成る。図１では、ｎ＝３であるが、ｎは２以上であればいくつでも良い。組電池１を形成する各セル１０は、任意の種類の蓄電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。本実施形態において、放電及び充電とは、特に記述なき限り、組電池１又はセル１０の放電及び充電を意味する。組電池１内に複数のセル１０の並列接続回路が含まれていても構わないし、組電池１内において複数のセル１０の直列接続回路が複数個互いに並列接続されていても良いが、以下の説明では、互いに直列接続されたｎ個のセル１０にのみ注目する。

組電池１には電力ブロック３が接続されている。電力ブロック３は、負荷及び電力源から成る。組電池１は、電力ブロック３内の負荷に対して放電電力を供給することができると共に電力ブロック３内の電力源から充電電力の供給を受けることができる。組電池１と、電力ブロック３内の負荷及び電力源との間に、電力変換回路（不図示）が介在していても良い。図示されない充放電制御回路によって、組電池１及び電力ブロック３間における組電池１の充電及び放電の制御が行われる。この充放電制御回路も組電池システムの構成要素に含まれていると考えても良いし、電力ブロック３も組電池システムの構成要素に含まれていると考えても良い。

充電状態均等化装置２は、制御回路２０と、セル１０ごとに設けられた放電回路２１と、セル１０ごとに設けられた電圧センサ２２と、を備える。各放電回路２１は、抵抗Ｒ及びスイッチング素子ＳＷの直列接続回路から成り、各放電回路２１としての直列接続回路が、対応するセル１０の正極及び負極間に並列接続されている。各電圧センサ２２は、対応するセル１０の正極及び負極間に並列接続され、対応するセル１０の端子電圧（セル１０の負極電位を基準としたセル１０の正極電位）を測定する。各電圧センサ２２の測定結果を示す信号は制御回路２０に出力される。制御回路２０は、ＣＰＵ（central processing unit）等から成り、電圧センサ２２の測定結果等に基づいて各スイッチング素子ＳＷのオン／オフ制御を行う。スイッチング素子ＳＷとして、電界効果トランジスタ等の半導体スイッチング素子が採用されるが、機械式スイッチをスイッチング素子ＳＷとして用いても構わない。後述の均等化処理の実行時においてのみ幾つかのスイッチング素子ＳＷがオンとされることがあり、均等化動作が実行されていないときには全スイッチング素子ＳＷがオフとされる。

以下では、図２に示す如く、直列接続されたｎ個のセル１０を記号１０［１］〜１０［ｎ］にて参照することがあり、セル１０［ｉ］に並列接続された放電回路２１及び電圧センサ２２を夫々記号２１［ｉ］及び２２［ｉ］にて参照することがあり、放電回路２１［ｉ］内の抵抗Ｒ及びスイッチング素子ＳＷを夫々記号Ｒ［ｉ］及びＳＷ［ｉ］にて参照することがあり、電圧センサ２２［ｉ］にて測定されたセル１０［ｉ］の端子電圧を測定電圧と呼ぶと共に記号Ｖ［ｉ］にて参照することがある（ｉは整数）。スイッチング素子ＳＷ［ｉ］がオンのとき、セル１０［ｉ］の正極及び負極間が抵抗Ｒ［ｉ］を介して接続され、抵抗Ｒ［ｉ］を介したセル１０［ｉ］の放電が行われる。スイッチング素子ＳＷ［ｉ］がオフのとき、抵抗Ｒ［ｉ］を介したセル１０［ｉ］の放電は行われない。

図３（ａ）は、１つのセル１０の内部等価回路図である。セル１０は、一定の直流電圧を出力する内部抵抗がゼロの電圧源ＶＳと、抵抗成分と容量成分を含むインピーダンス回路Ｚとの直列接続回路である、と考えることができる。図３（ｂ）及び図３（ｃ）の回路Ｚ_A及びＺ_Bは、インピーダンス回路Ｚの内部回路の第１例及び第２例である。回路Ｚ_Aは、抵抗Ｒ０と、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の並列接続回路とを直列接続した回路である。回路Ｚ_Bは、抵抗Ｒ０と、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の並列接続回路と、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２の並列接続回路と、を直列接続した回路である。インピーダンス回路Ｚの存在により、図４に示す如く、セル１０［ｉ］の端子電圧Ｖ［ｉ］は、放電の停止直後において速やかに抵抗Ｒ０の電圧降下分だけ上昇して電圧Ｖ_A［ｉ］に達した後、更に相応の時間（例えば数分〜数時間）をかけて徐々に上昇し、電圧源ＶＳの出力電圧である一定の安定電圧Ｖ_B［ｉ］に収束する（Ｖ_A［ｉ］とＶ_B［ｉ］は異なる）。

差（Ｖ_B［ｉ］−Ｖ_A［ｉ］）は、セル１０［ｉ］内に残存している電気化学的な成分に起因する電圧成分に相当し、セル１０［ｉ］の放電停止後においてセル１０［ｉ］の端子電圧Ｖ［ｉ］が過渡的に電圧Ｖ_A［ｉ］から安定電圧Ｖ_B［ｉ］に戻る際の電圧戻り量を表している。電圧Ｖ_A［ｉ］及びＶ_B［ｉ］の夫々は、セル１０［ｉ］の正極及び負極間に電流が流れていないときに観測される端子電圧Ｖ［ｉ］であるから、セル１０［ｉ］の開放電圧の一種である。

制御回路２０は、この電圧戻り量をも考慮して、複数のセル１０の充電状態を均等化させる均等化処理を実行可能である。セル１０の充電状態は、セル１０のＳＯＣ（State of Charge）として表現される。セル１０のＳＯＣは、セル１０の満充電容量に対する、セル１０の残容量の比である。セル１０のＳＯＣはセル１０の開放電圧に依存しているため、均等化処理において、制御回路２０は、複数のセル１０の開放電圧を均等化させることで複数のセル１０の充電状態を均等化させる。

図５を参照して、均等化処理の内容を説明する。図５は、均等化処理の動作フローチャートである。制御回路２０は、組電池１及び電力ブロック３間における組電池１の充電又は放電が停止してから十分に長い所定時間（例えば２時間）が経過した後に均等化処理を起動させる。例えば、組電池システムを電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両（不図示）に組み込み、組電池１の放電電力を用いて当該車両の走行を実現する際、制御回路２０は、当該車両の走行用の放電が停止してから所定時間（例えば２時間）が経過した後に均等化処理を起動する。

均等化処理が起動すると、まずステップＳ１１において、制御回路２０は、電圧センサ２２［１］〜２２［ｎ］の出力信号を取り込むことで全セル１０の端子電圧Ｖ［１］〜Ｖ［ｎ］を測定及び取得し、測定電圧Ｖ［１］〜Ｖ［ｎ］に基づき目標電圧Ｖｄを設定する。ステップＳ１１及び後述のステップＳ１２及びＳ１３では、全スイッチング素子ＳＷがオフとされている。従って、ステップＳ１１で取得される各端子電圧は各セル１０の開放電圧であり、図３（ａ）の電圧源ＶＳの出力電圧に相当する。目標電圧Ｖｄの値は、均等化処理後の各セル１０の開放電圧の目標値である。尚、制御回路２０は、ステップＳ１１の測定電圧Ｖ［１］〜Ｖ［ｎ］の内の最大電圧Ｖｍａｘ及び最小電圧Ｖｍｉｎを求め、差（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）が所定の正の値以下であるときには、目標電圧Ｖｄを設定することなく均等化処理を終了するようにしても良い。

制御回路２０は、例えば、電圧Ｖｍｉｎ又は電圧（Ｖｍｉｎ＋α）を目標電圧Ｖｄに設定する（α＞０）。所定値αは、例えば、電圧センサ２２を用いた電圧測定の測定誤差と同程度に設定される。ここで設定された目標電圧Ｖｄが所定の下限値を下回る場合には、目標電圧Ｖｄが該下限値に修正される。目標電圧Ｖｄは、最小電圧Ｖｍｉｎ以外の電圧を元に設定されても良い。例えば、ステップＳ１１の測定電圧Ｖ［１］〜Ｖ［ｎ］の平均電圧Ｖｍｅａｎを目標電圧Ｖｄに設定することも可能である。

目標電圧Ｖｄの設定後、ステップＳ１２において、制御回路２０は、ステップＳ１１の測定電圧Ｖ［１］〜Ｖ［ｎ］及び目標電圧Ｖｄに基づき、セル１０［１］〜１０［ｎ］の中から対象セルを選択及び設定する。ステップＳ１１での測定電圧が目標電圧Ｖｄよりも大きいセル１０が対象セルに設定される。即ち、ステップＳ１１の測定電圧Ｖ［ｉ］が目標電圧Ｖｄよりも大きい場合、セル１０［ｉ］は対象セルに設定され、そうでない場合、セル１０［ｉ］は対象セルに設定されない。ステップＳ１２にて、１以上の対象セルが設定される。

対象セルの設定後、ステップＳ１３において、制御回路２０は、各対象セルに対応する電圧センサ２２の出力信号を取り込むことで各対象セルの端子電圧を測定及び取得する。セル１０［ｉ］が対象セルである場合、ステップＳ１３において、対象セル１０［ｉ］の端子電圧Ｖ［ｉ］が測定電圧Ｖ１［ｉ］として取得される。均等化処理は、対象セル１０［ｉ］を放電回路２１［ｉ］を用いて放電させる均等化放電動作を含み、測定電圧Ｖ１［ｉ］は、均等化放電動作における放電直前の対象セル１０［ｉ］の開放電圧である。尚、ステップＳ１１にて測定された電圧Ｖ［ｉ］を測定電圧Ｖ１［ｉ］として流用しても良く、この場合、ステップＳ１３の測定処理は割愛される。

測定電圧Ｖ１［ｉ］の取得後、ステップＳ１４において、制御回路２０は、各対象セルに対する均等化放電動作の実行を開始する。即ち、スイッチング素子ＳＷ［１］〜ＳＷ［ｎ］の内、対象セルに並列接続されたスイッチング素子ＳＷのみをオフからオンに切り替える。均等化放電動作の実行開始から所定時間（例えば１００ミリ秒）が経過した後、ステップＳ１５において、制御回路２０は、各対象セルに対応する電圧センサ２２の出力信号を取り込むことで各対象セルの端子電圧を測定及び取得する。セル１０［ｉ］が対象セルである場合、ステップＳ１５において、対象セル１０［ｉ］の端子電圧Ｖ［ｉ］が測定電圧Ｖ２［ｉ］として取得される。測定電圧Ｖ２［ｉ］は、対象セル１０［ｉ］及び放電回路２１［ｉ］の電路に関する、対象セル１０［ｉ］の閉路電圧である。スイッチング素子ＳＷ［ｉ］のターンオンによって急激に減少した端子電圧Ｖ［ｉ］が安定した後、放電によって対象セル１０［ｉ］の端子電圧が低下し始める前に測定電圧Ｖ２［ｉ］が取得されるよう、上記所定時間が設定される。

図６に、対象セルの１つである対象セル１０［ｉ］の端子電圧Ｖ［ｉ］の波形３００を示す。対象セル１０［ｉ］に対する均等化放電動作の実行期間は、時刻ｔ_Aから時刻ｔ_Bまでの期間である。従って、対象セル１０［ｉ］に対応するスイッチング素子ＳＷ［ｉ］が、時刻ｔ_Aにおいてオフからオンに切り替えられ、その後の時刻ｔ_Bにおいてオンからオフに切り替えられる。

対象セルごとに測定電圧Ｖ１［ｉ］及びＶ２［ｉ］が取得された後、ステップＳ１６において、制御回路２０は、対象セルごとに第１補正量とも言うべき電圧量ΔＶ１を求める。対象セル１０［ｉ］に対応する電圧量ΔＶ１を記号ΔＶ１［ｉ］にて表す。ΔＶ１［ｉ］＝Ｖ１［ｉ］−Ｖ２［ｉ］、である。続くステップＳ１７において、制御回路２０は、対象セルごとに第２補正量とも言うべき電圧量ΔＶ２を求める。対象セル１０［ｉ］に対応する電圧量ΔＶ２を記号ΔＶ２［ｉ］にて表す。電圧量ΔＶ２［ｉ］は、制御回路２０が保持する電圧戻り量データ（後述のΔＶ２テーブルデータ）に基づき導出される（詳細は後述）。

電圧量ΔＶ１及びΔＶ２の導出後、ステップＳ１８において、制御回路２０は、Ｖｄ、ΔＶ１及びΔＶ２に基づき、対象セルごとに補正目標電圧Ｖｄ２を求める。対象セル１０［ｉ］に対応する補正目標電圧Ｖｄ２を記号Ｖｄ２［ｉ］にて表す。Ｖｄ２［ｉ］＝Ｖｄ−ΔＶ１［ｉ］−ΔＶ２［ｉ］、である。

対象セルごとの補正目標電圧Ｖｄ２の導出後、制御回路２０は、各対象セルに対応する電圧センサ２２の出力信号を用いて各対象セルの端子電圧（閉路電圧）を監視する。そして、制御回路２０は、対象セル１０［ｉ］の端子電圧（閉路電圧）Ｖ［ｉ］が補正目標電圧Ｖｄ２［ｉ］にまで下降してきたら、ステップＳ１９において、スイッチング素子ＳＷ［ｉ］をオフにすることで対象セル１０［ｉ］に対する均等化放電動作を終了させる。全対象セルについての均等化放電動作が終了した時点で均等化処理が終了する。

図６を再度参照して、対象セルの１つである対象セル１０［ｉ］の端子電圧変化を説明する。時刻ｔ_Aにおいて、均等化放電動作が開始されると（スイッチング素子ＳＷ［ｉ］がターンオンされると）、対象セル１０［ｉ］及び放電回路２１［ｉ］を含む放電電路に放電電流が流れて対象セル１０［ｉ］の内部抵抗等により大きな電圧降下が生じるため、端子電圧Ｖ［ｉ］は急激に減少する。この均等化放電動作の開始前後に取得された測定電圧Ｖ１［ｉ］及びＶ２［ｉ］間の差電圧ΔＶ１［ｉ］は、対象セル１０［ｉ］の内部抵抗等による電圧降下量とみなすことができる。

仮に、“Ｖｄ’［ｉ］＝Ｖｄ−ΔＶ１［ｉ］”に従って補正目標電圧Ｖｄ’［ｉ］を求め、端子電圧Ｖ［ｉ］がＶｄ’［ｉ］に達した時点で均等化放電動作を終了したならば、上記内部抵抗等のセル間ばらつきを補償する形で均等化処理を行うことができる。しかしながら、この場合、均等化放電動作の終了直後における端子電圧Ｖ［ｉ］は目標電圧Ｖｄと一致するものの、相応の時間（例えば２時間）をかけて、端子電圧Ｖ［ｉ］は、目標電圧Ｖｄに上記電圧戻り量（図４参照）を加えた電圧にまで上昇し安定する。即ち、端子電圧Ｖ［ｉ］と目標電圧Ｖｄとの間に、上記電圧戻り量に相当する誤差が生じる。電圧戻り量はセルの劣化度等に依存し、セルの劣化度等は複数のセル間で異なりうるため、均等化処理後において端子電圧にばらつきが生じうる。

従って、均等化処理の高精度化を狙った場合、上述の電圧戻り量をも考慮すべきである。本実施形態では、差電圧ΔＶ１［ｉ］だけではなく、対象セル１０［ｉ］の電圧戻り量に相当する電圧量ΔＶ２［ｉ］をも用いて補正目標電圧Ｖｄ２［ｉ］を算出している。このため、非常に高い精度で均等化処理（複数のセル１０の充電状態の均等化）を実現することができる。図６では、均等化放電動作の終了に伴って対象セル１０［ｉ］の端子電圧Ｖ［ｉ］が補正目標電圧Ｖｄ２［ｉ］から電圧量ΔＶ１［ｉ］だけ急激に上昇した後、相応の時間をかけて徐々に電圧量ΔＶ２［ｉ］だけ更に上昇してゆく（目標電圧Ｖｄに収束してゆく）様子が示されている。即ち、均等化処理後の端子電圧Ｖ［ｉ］と目標電圧Ｖｄとの間の誤差がゼロとなる又は非常に小さいため、複数のセル１０の充電状態が高精度に均等化される。また、特許文献２の如く、均等化処理を一旦行った後、所定の電圧安定待ち時間を待って均等化終了是非を判断したり均等化処理の再実行を行ったりする必要もないため、均等化を短時間で完了することができる。

［電圧戻り量データの作成方法］
電圧量ΔＶ２［ｉ］の導出に用いられる電圧戻り量データは、組電池システムの設計段階等において事前に作成される。この電圧戻り量データの作成方法を説明する。図７は、電圧戻り量データの作成手順を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ３１において、段階的に劣化度が異なる複数のセル１０を用意する。ここでは、説明の具体化のため、第１〜第２０の劣化度を有する計２０個のセル１０がセルＣ［１］〜Ｃ［２０］として用意されたことを想定する（図８参照）。用意されるセルの個数は２０以外でも良い。第１〜第２０の劣化度は互いに相違している。セルＣ［ｉ］の劣化度は、例えば、セルＣ［ｉ］のＳＯＨ（State Of Health）を用いて表現される。即ち例えば、セルＣ［ｉ］の劣化度は、セルＣ［ｉ］について定められた基準容量に対する、セルＣ［ｉ］の現在の満充電容量の比である、又は、その比に基づく値である。セルＣ［ｉ］の基準容量は、セルＣ［ｉ］の満充電容量の初期値又はセルＣ［ｉ］に対して予め定められた定格容量である。セルＣ［１］〜Ｃ［２０］の夫々は、図９に示す如く、放電回路２１及び電圧センサ２２と同等の放電回路５１及び電圧センサ５２に接続される。データ取得装置５０は、放電回路５１内のスイッチング素子ＳＷをオン／オフ制御することでセルＣ［ｉ］の放電を実行／停止することができる。セルＣ［ｉ］に接続された電圧センサ５２にてセルＣ［ｉ］の端子電圧が測定される。尚、図示されない充電回路を用いて、セルＣ［ｉ］を所望の充電状態まで充電することができる。

ステップＳ３１に続くステップＳ３２において、データ取得装置５０は、セルＣ［１］〜Ｃ［２０］の満充電容量ＦＣＣ［１］〜ＦＣＣ［２０］を測定する。セルの満充電容量の測定方法として公知の測定方法を利用できる。例えば、セルＣ［ｉ］が満充電状態になっている状態を起点としてセルＣ［ｉ］が放電終止状態になるまでセルＣ［ｉ］を放電させ、その放電過程におけるセルＣ［ｉ］の総放電電気量を満充電容量ＦＣＣ［ｉ］として取得することができる。或いは、セルＣ［ｉ］が放電終止状態になっている状態を起点としてセルＣ［ｉ］が満充電状態になるまでセルＣ［ｉ］を充電させ、その充電過程におけるセルＣ［ｉ］の総充電電気量を満充電容量ＦＣＣ［ｉ］として取得することができる。

データ取得装置５０は、ステップ３３において、劣化度変数ｆを導出して変数ｆに１を代入した後、ステップ３４において、温度変数ｋを導出して変数ｋに１を代入し、更にその後、ステップ３５において、ＯＣＶ変数ｊを導出して変数ｊに１を代入する。後述のステップＳ３６〜Ｓ４５の処理の中で、変数ｆは、１から所定の劣化度種類数Ｆまでの整数値をとり、変数ｋは、１から所定の温度種類数Ｋまでの整数値をとり、変数ｊは、１から所定のＯＣＶ種類数Ｊまでの整数値をとる。劣化度種類数Ｆは、電圧戻り量データを作成する際におけるセルの劣化度の種類数であり、本例では２０である。後述の説明からも理解されるが、温度種類数Ｋは、電圧戻り量データを作成する際におけるセルの温度条件の種類数であり、２以上の整数である。第１〜第Ｋの温度は互いに異なる。ＯＣＶ種類数Ｊは、電圧戻り量データを作成する際におけるセルの開放電圧条件の種類数であり、２以上の整数である。第１〜第Ｊの開放電圧（以下、ＯＣＶとも言う）は互いに異なる。

ステップＳ３５の後、ステップＳ３６〜Ｓ３９の処理が順次実行される。ステップＳ３６において、データ取得装置５０は、図示されない温度調整機構を用いて、第ｆの劣化度を持つセルＣ［ｆ］の温度（例えば表面温度）を第ｋの温度に設定及び維持する。この維持は、ステップＳ３７の処理の実行期間中、継続される。ステップＳ３７において、データ取得装置５０は、セルＣ［ｆ］のＳＯＣが第ｊのＳＯＣよりも高い状態を起点としてセルＣ［ｆ］のＳＯＣが第ｊのＳＯＣになるまで放電回路５１を用いてセルＣ［ｆ］を放電させてからセルＣ［ｆ］の放電を停止させ、放電停止から第１所定時間だけ経過した時点におけるセルＣ［ｆ］の端子電圧Ｖｅと、放電停止してから第２所定時間だけ経過した時点におけるセルＣ［ｆ］の端子電圧Ｖｅ２とを、電圧センサ５２を用いて測定及び取得する。ここで、第２所定時間（例えば２時間）は第１所定時間（例えば１００ミリ秒）よりも随分長い。図１０に、電圧Ｖｅ及びＶｅ２の関係を示す。各時刻におけるセルＣ［ｆ］のＳＯＣを認識するために、満充電容量ＦＣＣ［ｆ］が利用される。

電圧Ｖｅ及びＶｅ２はそれぞれ図４の電圧Ｖ_A［ｉ］及びＶ_B［ｉ］と等価なものであり、差（Ｖｅ２−Ｖｅ）は、セルＣ［ｆ］の放電停止後においてセルＣ［ｆ］の端子電圧が過渡的に第１開放電圧Ｖｅから第２開放電圧Ｖｅ２に戻る際の電圧戻り量を表している。電圧Ｖｅ及びＶｅ２の夫々は、セルＣ［ｆ］の正極及び負極間に電流が流れていないときに観測されるセルＣ［ｆ］の端子電圧であるから、セルＣ［ｆ］の開放電圧の一種である。

図１１に示す如く、セルＣ［ｆ］のＳＯＣはセルＣ［ｆ］のＯＣＶに依存している。ステップＳ３８において、データ取得装置５０は、予め分かっているＳＯＣ及びＯＣＶ間の関係を用いて第ｊのＳＯＣを第ｊのＯＣＶに変換する。続くステップＳ３９において、データ取得装置５０は、直近のステップＳ３７で取得された電圧Ｖｅ及びＶｅ２を用い、等式“ΔＶ２［ｆ，ｊ，ｋ］＝Ｖｅ２−Ｖｅ”に従って、変数ｆ、ｊ及びｋの関数である電圧戻り量のデータΔＶ２［ｆ，ｊ，ｋ］を取得する。第ｆの劣化度を有するセル１０を、第ｋの温度で、そのＯＣＶが第ｊのＯＣＶになるまで放電させた場合において、その放電停止後に観測される電圧戻り量（Ｖｅ２−Ｖｅ）がＶ２［ｆ，ｊ，ｋ］である。

ｆ＝ｊ＝ｋ＝１の時に取得されるΔＶ２［ｆ，ｊ，ｋ］はΔＶ２［１，１，１］である。図７の処理では、ΔＶ２［１，１，１］〜ΔＶ２［Ｆ，Ｊ，Ｋ］が順次取得される。即ち、ステップＳ３９の後、変数ｊがＯＣＶ種類数Ｊと一致しているか否かが確認され（ステップＳ４０）、変数ｊがＯＣＶ種類数Ｊと一致している場合にはステップＳ４２への遷移が発生するが、そうでない場合には、変数ｊに１を加算してから（ステップＳ４１）ステップＳ３６に戻り、ステップＳ３６〜Ｓ３９の処理が繰り返し実行される。ステップＳ４２では、変数ｋが温度種類数Ｋと一致しているか否かが確認され、変数ｋが温度種類数Ｋと一致している場合にはステップＳ４４への遷移が発生するが、そうでない場合には、変数ｋに１を加算してから（ステップＳ４３）ステップＳ３５に戻り、ステップＳ３５〜Ｓ４１の処理が繰り返し実行される。ステップＳ４４では、変数ｆが劣化度種類数Ｆと一致しているか否かが確認され、変数ｆが劣化度種類数Ｆと一致している場合には電圧戻り量データの作成処理を終了するが、そうでない場合には、変数ｆに１を加算してから（ステップＳ４５）ステップＳ３４に戻り、ステップＳ３４〜Ｓ４３の処理が繰り返し実行される。

結果、電圧戻り量データの作成処理の終了時点では、１≦ｆ≦Ｆ、１≦ｊ≦Ｊ且つ１≦ｋ≦Ｋを満たす整数ｆ、ｊ及びｋの全ての組み合わせについてのデータΔＶ２［ｆ，ｊ，ｋ］、即ち、計“Ｆ×Ｊ×Ｋ”個のデータΔＶ２［１，１，１］〜ΔＶ２［Ｆ，Ｊ，Ｋ］が取得される。取得された全てのデータΔＶ２［ｆ，ｊ，ｋ］をまとめて、ΔＶ２テーブルデータと呼ぶ。

例えば、セル１０について想定される劣化度の上限値及び下限値間を（Ｆ−１）等分して得られる計Ｆ個の劣化度を、第１〜第Ｆの劣化度として設定することができる。同様に例えば、セル１０の使用範囲内のＳＯＣ上限値及びＳＯＣ下限値間を（Ｊ−１）等分して得られる計Ｊ個のＳＯＣを、第１〜第ＪのＳＯＣとして設定することができる。より具体的には例えば、９０％から１０％までのＳＯＣを５％刻みで抽出することで第１〜第ＪのＳＯＣを設定する。この場合、Ｊ＝１７であり、第１〜第１７のＳＯＣは、夫々、９０％、８５％、８０％、・・・、１０％である。同様に例えば、セル１０の使用範囲内の温度上限値及び温度下限値間を（Ｋ−１）等分して得られる計Ｋ個の温度を、第１〜第Ｋの温度として設定することができる。より具体的には例えば、−３０℃から６０℃までの温度を５℃刻みで抽出することで第１〜第Ｋの温度を設定する。この場合、Ｋ＝１９であり、第１〜第１９の温度は、夫々、−３０℃、−２５℃、−２０℃、・・・、６０℃である。図７のフローチャートは例示であり、ΔＶ２テーブルデータが得られる限り、どのような順序で各データΔＶ２［ｆ，ｊ，ｋ］を取得しても構わない。

［制御回路の詳細構成］
図１２に、上述の如く求められた電圧戻り量データを保持及び利用する制御回路２０の内部ブロック図を示す。制御回路２０は、データ保持部６１及びΔＶ２算出部６２から成る電圧戻り量推定部６０を備える。データ保持部６１は、事前に作成されたΔＶ２テーブルデータを保持する。ΔＶ２算出部６２は、図５のステップＳ１７の処理を行う。即ち、ΔＶ２算出部６２は、対象セル１０［ｉ］の劣化度、目標電圧Ｖｄ及び対象セル１０［ｉ］の温度に基づき、データ保持部６１に保持されたΔＶ２テーブルデータ（電圧戻り量データ）を用いて、電圧量ΔＶ２［ｉ］を導出する。電圧戻り量推定部６０は、この電圧量ΔＶ２［ｉ］を、均等化放電動作の終了後に対象セル１０［１］に生じる電圧戻り量（図４参照）として推定する。

対象セル１０［ｉ］の劣化度は、劣化度導出部６９にて導出される。セル１０［ｉ］の温度は、組電池システムに設けられた、図示されない温度センサにて測定される。各セル１０の温度を個別に測定できるようにセル１０ごとに温度センサが設けられていても良いし、組電池１全体の温度を測定する温度センサが１つだけ設けられていても良い。組電池１全体の温度を測定する温度センサが設けられている場合、その温度センサによる測定温度を全セル１０の検出温度として用いても良い。

上述の説明から明らかなように、ΔＶ２テーブルデータは、セル１０の劣化度、ＯＣＶ及び温度の関数として与えられている。ΔＶ２算出部６２は、ΔＶ２テーブルデータとして与えられた関数に、関数の変数である対象セル１０［ｉ］の劣化度、目標電圧Ｖｄ及び対象セル１０［ｉ］の温度を代入することで、ΔＶ２［ｉ］を求める（尚、繰り返しになるが、目標電圧Ｖｄは均等化処理後の対象セル１０の目標開放電圧である）。

例えば、対象セル１０［ｉ］の劣化度、目標電圧Ｖｄ及び対象セル１０［ｉ］の温度が、夫々、第ｆ_Aの劣化度、第ｊ_AのＯＣＶ、第ｋ_Aの温度と一致している場合（ｆ_A、ｊ_A及びｋ_Aは、１≦ｆ_A≦Ｆ、１≦ｊ_A≦Ｊ及び１≦ｋ_A≦Ｋを満たす整数）、ΔＶ２算出部６２は、ΔＶ２［ｆ_A，ｊ_A，ｋ_A］をΔＶ２［ｉ］としてデータ保持部６１から抽出すればよい。対象セル１０［ｉ］の劣化度が第１〜第Ｆの劣化度の何れにも一致せず、第ｆ_Bの劣化度と第（ｆ_B＋１）の劣化度との間の劣化度であるならば（ｆ_Bは、１≦ｆ_B≦Ｆ−１を満たす整数）、ΔＶ２［ｆ_B，ｊ，ｋ］とΔＶ２［ｆ_B＋１，ｊ，ｋ］を用いてΔＶ２［ｉ］を求めればよい。目標電圧Ｖｄが第１〜第ＪのＯＣＶの何れにも一致しない場合も同様であり、対象セル１０［ｉ］の温度が第１〜第Ｋの温度の何れにも一致しない場合も同様である。

図１２に示す如く、制御回路２０には、符号６３〜６９によって参照される各部位も備えられている。目標電圧設定部６３及び対象セル設定部６４は、夫々、図５のステップＳ１１及びＳ１２の処理を行って目標電圧Ｖｄ及び対象セルを設定する。ΔＶ１算出部６５は、図５のステップＳ１３、Ｓ１５及びＳ１６の処理を行って各対象セルの電圧量ΔＶ１［ｉ］を求める。目標電圧補正部６６は、図５のステップＳ１８の処理を行って各対象セルの補正目標電圧Ｖｄ２［ｉ］を求める。図１３に示す如く、ΔＶ１算出部６５及びΔＶ２算出部６２は目標電圧補正部６６に内在していると考えても良い。何れにせよ、目標電圧補正部６６は、均等化放電動作の開始前後に測定された対象セル１０［ｉ］の端子電圧Ｖ１［ｉ］及びＶ２［ｉ］と、電圧戻り量のデータであるΔＶ２テーブルデータとに基づき、対象セルごとに目標電圧Ｖｄを補正して補正目標電圧Ｖｄ２［ｉ］を導出する。充放電制御部６７は、図５のステップＳ１４及びＳ１９の処理を行う。

満充電容量測定部６８は、一定期間（例えば１ヶ月）ごとに、各セル１０の満充電容量を測定する。セル１０［ｉ］の満充電容量の測定方法は、上述したセルＣ［ｉ］の満充電容量の測定方法と同様である。満充電容量の測定用に、各セル１０［ｉ］に流れる電流を検出する電流センサ（不図示）を充電状態均等化装置２内に設けておくと良い。劣化度導出部６９は、測定部６８によりセル１０ごとに測定された最新の満充電容量に基づき、セル１０ごとに劣化度を求める。セル１０［ｉ］の劣化度は、例えば、セル１０［ｉ］のＳＯＨ（State Of Health）を用いて表現される。従って例えば、劣化度導出部６９は、セル１０［ｉ］について定められた基準容量に対する、セル１０［ｉ］の現在の満充電容量の比、又は、その比に基づく値を、セル１０［ｉ］の劣化度として求めることができる。セル１０［ｉ］の基準容量は、セル１０［ｉ］の満充電容量の初期値又はセル１０［ｉ］に対して予め定められた定格容量である。

図４に示す電圧戻り量は、セルの劣化度に大きく依存しており、セルの劣化度が異なれば電圧戻り量も相違してくる。また、セルのＯＣＶ及び温度によっても、電圧戻り量は変化する。これを考慮し、上述の如く、セルの劣化度、ＯＣＶ及び温度の関数として電圧戻り量データ（ΔＶ２テーブルデータ）を予め求めて保持しておく。そして、実稼働時において、そのデータを用いてセルの劣化度等に応じた電圧戻り量（ΔＶ２）を推定し、電圧戻り量（ΔＶ２）を加味して均等化放電動作の終了端子電圧である補正目標電圧Ｖｄ２を決定する。これにより、正確な電圧戻り量を加味して均等化放電動作の終了端子電圧が決定されるため、非常に高い精度で均等化処理（複数のセル１０の充電状態の均等化）を実現することができる。

＜＜変形等＞＞
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態に適用可能な注釈事項として、以下に、注釈１〜注釈５を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。

［注釈１］
上述のΔＶ２テーブルデータは、セル１０の劣化度、ＯＣＶ及び温度を夫々第１〜第３変数とし、第１〜第３変数に依存する関数として与えられているが、ΔＶ２テーブルデータは、第１〜第３変数の内、任意の１つの変数にのみ依存する関数として与えられていても良いし、任意の２つの変数にのみ依存する関数として与えられていても良い。これに対応して、ΔＶ２算出部６２は、対象セルの劣化度である第１指標、目標電圧Ｖｄである第２指標、対象セルの温度である第３指標の内の少なくとも１つの指標に応じて、電圧量ΔＶ２［ｉ］を導出すればよい。但し、電圧量ΔＶ２［ｉ］に相当する電圧戻り量は、セル１０の劣化度に特に依存するため、ΔＶ２テーブルデータを少なくとも第１変数（セル１０の劣化度）の関数として与えておき、実稼働時、少なくとも第１指標に応じて電圧量ΔＶ２［ｉ］を導出することが望ましい。

［注釈２］
上述の実施形態では、セル１０［１］〜１０［ｎ］の中で端子電圧が比較的高いセルを対象セルに設定し、各対象セルの放電を行うことで複数のセル１０の充電状態の均等化を行っているが、これとは逆に、端子電圧が比較的低いセルを対象セルに設定して各対象セルの充電を行うことで複数のセル１０の充電状態の均等化を行って良い。

この場合、放電回路２１［１］〜２１［ｎ］の代わりに、充電状態均等化装置２に、セル１０ごとに充電回路（不図示）を設けておいてセル１０［１］〜１０［ｎ］を個別に充電できるようにしておく。そして例えば、図５のステップＳ１１及び１２において、制御回路２０は、上記電圧Ｖｍａｘ、（Ｖｍａｘ−α）又はＶｍｅａｎを目標電圧Ｖｄに設定すると共に、ステップＳ１１での測定電圧が目標電圧Ｖｄよりも小さいセル１０を対象セルに設定し、その後、均等化放電動作の代わりに、対象セルを上記充電回路を用いて充電させる均等化充電動作を行えばよい。この場合も、均等化充電動作の開始前後に測定された対象セル１０［ｉ］の端子電圧Ｖ１［ｉ］及びＶ２［ｉ］と、ΔＶ２テーブルデータとに基づき、ΔＶ１［ｉ］及びΔＶ２［ｉ］が導出され、Ｖｄ、ΔＶ１［ｉ］及びΔＶ２［ｉ］に基づき補正目標電圧Ｖｄ２［ｉ］が導出される。制御回路２０は、均等化充電動作の開始後、対象セル１０［ｉ］の端子電圧Ｖ［ｉ］が補正目標電圧Ｖｄ２［ｉ］にまで上昇した時点で、対象セル１０［ｉ］に対する均等化充電動作を終了させればよい。充電について考えた場合、ΔＶ２テーブルデータから導出される電圧量ΔＶ２［ｉ］は、セル１０［ｉ］の充電停止後においてセル１０［ｉ］の端子電圧Ｖ［ｉ］が過渡的に第１開放電圧から第２開放電圧（安定電圧）に戻る際の電圧戻り量を表している。尚、放電回路２１と上記充電回路の双方を充電状態均等化装置２に設けておき、均等化放電動作と均等化充電動作の双方を用いて、複数のセル１０の充電状態の均等化を行って良い。

［注釈３］
対象セルが複数存在する場合、全対象セルに対して均等化放電動作又は均等化充電動作を同時に実行しても良いし、複数の対象セルに対して、１つずつ又は２以上の所定数ずつ、均等化放電動作又は均等化充電動作を行うようにしても良い。

［注釈４］
制御回路２０を、ハードウェア、或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって構成することができる。制御回路２０にて実現される機能の内、任意の特定の機能をプログラムとして記述して、該プログラムを制御回路２０に搭載可能なフラッシュメモリに保存しておき、該プログラムを制御回路２０内の演算処理装置（例えば、制御回路２０に搭載可能なマイクロコンピュータ）上で実行することによって、その特定の機能を実現するようにしてもよい。

［注釈５］
例えば、以下のように考えることができる。セル１０ごとに設けられうる放電回路２１、若しくは、セル１０ごとに設けられうる上記充電回路、又は、それら双方の回路は、均等化放電動作及び／又は均等化充電動作を含む充放電動作を実行可能な充放電回路を形成している。各セル１０の端子電圧を測定する電圧検出回路は、電圧センサ２２［１］〜２２［ｎ］を含んでいる。充電状態均等化装置２を、各セル１０の充電状態を調整する電池状態調整装置又は充電状態調整装置と呼ぶこともできる。図９のデータ取得装置５０は充電状態均等化装置２又は組電池システムの構成要素に含まれている、と捉えるようにしても良い。

１ 組電池
２ 充電状態均等化装置
１０、１０［ｉ］ セル
２０ 制御回路
２１、２１［ｉ］ 放電回路
２２、２２［ｉ］ 電圧センサ
６０ 電圧戻り量推定部
６１ データ保持部
６２ ΔＶ２算出部
６３ 目標電圧設定部
６４ 対象セル設定部
６５ ΔＶ１算出部
６６ 目標電圧補正部
６７ 充放電制御部
６８ 満充電容量測定部
６９ 劣化度導出部

Claims (6)

1. 直列接続された複数のセルを個別に充電又は放電する処理である充放電動作を実行可能な充放電回路と、
   各セルの端子電圧を測定する電圧測定回路と、
   各セルの充電又は放電の停止後において各セルの端子電圧が過渡的に第１開放電圧から第２開放電圧に戻る際の電圧戻り量のデータを保持するデータ保持部と、
   前記充放電動作の開始前に測定された各セルの端子電圧に基づき、目標電圧を設定するとともに前記複数のセルの中から対象セルを設定する目標電圧／対象セル設定部と、
   前記充放電動作の開始前後に測定された前記対象セルの端子電圧と、前記電圧戻り量のデータとに基づき、前記目標電圧を補正して補正目標電圧を導出する目標電圧補正部と、
   前記対象セルに対する前記充放電動作を開始させ、前記対象セルの端子電圧が前記補正目標電圧に達したときに前記対象セルに対する前記充放電動作を終了させる充放電制御部と、を備えた
   ことを特徴とする電池状態調整装置。
2. 前記データ保持部に保持される電圧戻り量のデータは、セルの劣化度の関数として与えられ、
   前記目標電圧補正部は、前記データ保持部の保持データから得た、前記対象セルの劣化度に応じた電圧戻り量を用いて前記補正目標電圧を導出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池状態調整装置。
3. 前記対象セルについて定められた基準容量に対する、前記対象セルの満充電容量の比に基づき、前記対象セルの劣化度を導出する劣化度導出部を更に備えた
   ことを特徴とする請求項２に記載の電池状態調整装置。
4. 前記データ保持部に保持される電圧戻り量のデータは、セルの開放電圧の関数として与えられ、
   前記目標電圧は、前記対象セルの開放電圧の目標値を持ち、
   前記目標電圧補正部は、前記データ保持部の保持データから得た、前記目標電圧に応じた電圧戻り量を用いて前記補正目標電圧を導出する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の電池状態調整装置。
5. 前記データ保持部に保持される電圧戻り量のデータは、セルの温度の関数として与えられ、
   前記目標電圧補正部は、前記データ保持部の保持データから得た、前記対象セルの温度に応じた電圧戻り量を用いて前記補正目標電圧を導出する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の電池状態調整装置。
6. 直列接続された複数のセルを有する組電池と、
   請求項１〜請求項５の何れかに記載の電池状態調整装置と、を備えた
   ことを特徴とする組電池システム。

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