(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単電池または組電池からなる複数の電池要素を直列に接続して構成した電池ストリングを備える電池システムであって、
前記複数の電池要素のＳＯＣ（充電度）を各個別に検知するＳＯＣ検知部と、
前記電池要素の満充電容量と、前記ＳＯＣ検知部で各個別に検知された前記電池要素のＳＯＣとに基づいて、前記複数の電池要素に各個別の充電または放電を行わせる充放電制御部と、
前記電池要素の満充電容量と、前記ＳＯＣ検知部で各個別に検知された前記電池要素のＳＯＣとに基づいて、前記複数の電池要素の残留電荷量を各個別に演算する残留電荷量演算部と、
前記複数の電池要素間の残留電荷量の差分が略ゼロになるように、前記複数の電池要素の過剰または不足に係る電荷量を各個別に演算する過不足電荷量演算部とを備え、
前記充放電制御部は、無負荷状態において、放電終止状態付近では前記複数の各電池要素の前記ＳＯＣが横並びで略等しくなり、満充電状態付近では前記複数の各電池要素間の前記ＳＯＣの差が相対的に大きくなるように、前記残留電荷量演算部で各個別に演算された前記複数の電池要素の残留電荷量、及び、前記過不足電荷量演算部で各個別に演算された前記複数の電池要素の過剰または不足に係る電荷量に基づいて、前記複数の電池要素に各個別の充電または放電を行わせる、
ことを特徴とする電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電池システムであって、
前記電池要素の種別は、リチウムイオン二次電池である、
ことを特徴とする電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単電池または組電池からなる複数の電池要素を直列に接続して構成した電池ストリングを備える電池システムに係り、特に、複数の電池要素間の充電状態バランス調整に係る充放電制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、風力や太陽光などの自然エネルギー（再生可能エネルギー）を利用した発電技術が注目を集めている。また、発電所と需要家との間を例えばメッシュ状に結ぶ電力系統を、ＩＴ（Information Technology）技術を活用して効率的に運用するスマートグリッド（次世代送電網）と呼ばれる技術も、電力系統の安定化を担う技術として注目されている。
【０００３】
電力系統では、例えば、電力の需給バランスが崩れることによって系統事故を生じるおそれがある。かかる系統事故の発生に起因する停電を未然に防ぐ目的で、リチウムイオン電池などの単電池または組電池を直列に接続して構成した電池ストリングを備える電池システムが用いられている。こうした電池システムのなかには、複数の電池ストリングを組み合わせることによって、メガワット級の電力を出力可能なものもある。
【０００４】
このような電池システムでは、例えば、組電池の構成要素として直列に接続された複数のセル間に充電状態のバラツキを生じる場合がある。この場合に組電池を充放電すると、電流経路としての複数のセルには同じ電流が流れる。このため、複数のセル間の充電状態バラツキはそのまま維持されるばかりか、この状態をそのまま放置しておくと、バラツキ量がどんどん拡大してしまうおそれがある。
【０００５】
こうした複数のセル間の充電状態バラツキ問題を解消するために、従来、充電度（ＳＯＣ；State of Charge、以下、“ＳＯＣ”と省略する。）を用いた対処法が採用されている。ＳＯＣとは、電池要素の満充電容量を分母とし、残留電荷量を分子として、電池要素の充電状態を百分率で表した指標である。満充電状態にある電池要素のＳＯＣは１００％、放電終止状態（空っぽの状態）にある電池要素のＳＯＣは０％となる。
【０００６】
例えば、複数のセルを直列に接続した組電池のＳＯＣに基づいて複数のセル間のバラツキ量を解消させるか否かを判断するための基準値を設定し、この基準値に、あるセルのＳＯＣ値が一致したタイミングで、複数のセル間のＳＯＣを均一化する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に係る技術によれば、複数のセル間の充電状態バランスを適切に調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−０７１９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、最近時、電力貯蔵用の電池システムの開発および試験的な導入が進展しつつある。こうした中、電池システムには、多様な電圧・電流容量の要請が生じてきている。例えば、相互に容量の異なる電池要素を、ひとつの電池ストリング中に組み込むような実施態様も想定される。また、実際の電池ストリングでは、製造バラツキや劣化バラツキに起因して、複数の電池要素間の満充電容量がアンバランスになっている。こうした電池システムの実施態様では、相互に容量の異なる電池要素が組み込まれた電池ストリングにおいて、複数の電池要素間の充電状態バランス調整に係る充放電制御をいかにして行うのかが問題となる。
【０００９】
この問題について説明する。まず、相互に容量の異なる、大容量および小容量の電池要素を組み込んだ電池ストリングを用意する。これらの電池要素は、相互に満充電容量が異なる。このように相互に満充電容量の異なる複数の電池要素間の充電状態バランス調整に係る充放電制御を、仮に、基準値に、あるセルのＳＯＣ値が一致したタイミングで行う特許文献１に係る技術を用いて行なったとする。
【００１０】
特許文献１に係る従来技術では、電池要素間における充電状態のアンバランス解消というバランシングの主目的は達成されるが、電池システムの長寿命化という面では改善すべき側面がある。
【００１１】
充放電容量にバラツキのある電池要素からなる電池ストリングにおけるＳＯＣについて考えると、小容量の電池要素ではＳＯＣが急速に変化する一方、大容量の電池要素ではＳＯＣがゆっくりと変化するといったように、大容量および小容量の電池要素間でＳＯＣの変化に速度差が生じる。これは、小容量に係る電池要素のＳＯＣと、大容量に係る電池要素のＳＯＣとでは、分子（残留電荷量）の単位時間当たりの変化量が同じであるにもかかわらず、分母（満充電容量）が異なるからである。
【００１２】
一般的に、リチウムイオン電池は低いＳＯＣで使用することで寿命を延ばすことができる特性がある。この特性による電池システムの寿命に係る影響を考慮すると、特許文献１に係る従来技術では、例えばバランシング基準ＳＯＣに満充電付近のＳＯＣを用いていた場合、図４に示すように大容量電池要素の平均ＳＯＣは小容量電池要素の平均ＳＯＣよりも高くなり、長寿命化には不利な条件となってしまう。
【００１３】
この課題を解決するには、バランシング基準ＳＯＣを低く設定すればよい。しかし、特許文献１に係る従来技術では、前述したように、必要なバランシング量を判定するためには、電池ストリング内の平均ＳＯＣがバランシング基準ＳＯＣと一致する必要がある。このため、低ＳＯＣまで使用される頻度が少ない用途では、必要バランシング量の判断を希にしか行なうことができない課題があった。
【００１４】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電池ストリング中に相互に容量の異なる電池要素が組み込まれている場合であっても、複数の電池要素間の充電状態バランス調整に係る充放電制御を適切に行わせるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係る電池システムは、単電池または組電池からなる電池要素を複数直列に接続して構成した電池ストリングを備える電池システムであって、前記複数の電池要素のＳＯＣを各個別に検知するＳＯＣ検知部と、前記電池要素の満充電容量と、前記ＳＯＣ検知部で各個別に検知された前記電池要素のＳＯＣとに基づいて、前記複数の電池要素に各個別の充電または放電を行わせる充放電制御部と、前記電池要素の満充電容量と、前記ＳＯＣ検知部で各個別に検知された前記電池要素のＳＯＣとに基づいて、前記複数の電池要素の残留電荷量を各個別に演算する残留電荷量演算部と、前記複数の電池要素間の残留電荷量の差分が略ゼロになるように、前記複数の電池要素の過剰または不足に係る電荷量を各個別に演算する過不足電荷量演算部とを備える。
【００１６】
上記構成をとり充放電制御を行うことによって、本発明に係る電池システムでは、無負荷状態において、放電終止状態付近では複数の各電池要素のＳＯＣが揃い、満充電状態付近では複数の各電池要素間のＳＯＣの差が相対的に大きくなるように、複数の電池要素に各個別の充電または放電を行わせる。
一般的に、無負荷状態における電池において、電圧とＳＯＣは単調増加の関係にある。このため、前記の充放電制御を無負荷状態において行うと、放電終止状態付近では複数の各電池要素の電圧が略等しくなり、満充電状態付近では複数の各電池要素間の電圧差が相対的に大きくなる。
本発明に係る電池システムは、充放電制御を通じて複数の各電池要素の電圧に上記の特徴が現われることを最も主要な特徴とする。
また、本発明に係る電池システムでは、残留電荷量演算部は、電池要素の満充電容量と、ＳＯＣ検知部で各個別に検知された電池要素のＳＯＣとに基づいて、複数の電池要素の残留電荷量を各個別に演算する。さらに、過不足電荷量演算部は、複数の電池要素間の残留電荷量の差分が略ゼロになるように、複数の電池要素の過剰または不足に係る電荷量を各個別に演算する。そして、残留電荷量演算部で各個別に演算された複数の電池要素の残留電荷量、及び、過不足電荷量演算部で各個別に演算された複数の電池要素の過剰または不足に係る電荷量に基づいて、複数の電池要素に各個別の充電または放電を行わせる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電池ストリング中に相互に容量の異なる電池要素が組み込まれている場合であっても、複数の電池要素間の充電状態バランス調整に係る充放電制御を適切に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る電池システムの概要を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電池システムの充放電回路周辺の回路構成図である。
【図３】複数の電池要素間の充電状態バランス調整に係る充放電制御の動作を表すフローチャート図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、容量が同一の複数の電池要素間の充電状態バランス調整に係る充放電制御の動作例を表すタイムチャート図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、相互に容量の異なる複数の電池要素間の充電状態バランス調整に係る充放電制御の動作例を表すタイムチャート図である。
【図６】図６（ａ），（ｂ）は、相互に容量の異なる複数の電池要素間の充電状態バランス調整に係る充放電制御の実行前後における残留電荷量を対比して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る電池システム１１について、図面を参照して詳細に説明する。
［電池システム１１の概要］
図１は、本発明の実施形態に係る電池システム１１の概要を示す機能ブロック図である。図２は、電池システム１１の充放電回路２９周辺の回路構成図である。本発明の実施形態に係る電池システム１１は、図１に示すように、電池ストリング１３と、電池制御装置１７とを備えて構成されている。電池ストリング１３は、一対の直流端子１３ａ，１３ｂ間に、リチウムイオン二次電池の電池セル（本発明の“単電池”に相当する。）からなる電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎを複数直列に接続して構成されている。
【００２０】
電池制御装置１７は、ＳＯＣ検知部１９と、満充電容量情報記憶部２１と、残留電荷量演算部２３と、過不足電荷量演算部２５と、充放電制御部２７と、充放電回路２９とを備えて構成されている。ＳＯＣ検知部１９は、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ（以下、複数の電池要素の符号“１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ”を、図１に示すように、符号“１５”で総称する場合がある。）のＳＯＣ（充電度）を各個別に検知する機能を有する。
【００２１】
実際には、ＳＯＣ検知部１９は、複数の電池要素１５の端子間電圧をそれぞれ検出し、検出した各電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの端子間電圧に基づいて、各電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ毎のＳＯＣを検知する。さらに、ＳＯＣ検知部１９は、各電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ毎の端子間電圧に基づいて、過充電または過放電の診断を行なう。
【００２２】
満充電容量情報記憶部２１は、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎのそれぞれについて、満充電容量に係る満充電容量情報を記憶している。この満充電容量情報は、複数の電池要素１５の継続使用に基づく劣化に応じて変化する。この変化分を反映するように、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ毎の満充電容量に係る満充電容量情報は、適時に更新されるようになっている。
【００２３】
残留電荷量演算部２３は、満充電容量情報記憶部２１から取得した複数の電池要素１５の満充電容量Ｑflに係る満充電容量情報と、ＳＯＣ検知部１９で各個別に検知された電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎのＳＯＣとに基づいて、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrdを各個別に演算（残留電荷量Ｑrd＝満充電容量Ｑfl＊ＳＯＣ）する機能を有する。また、残留電荷量演算部２３は、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrdおよび数量ｎに基づいて、これらの平均値Ｑavを演算（平均値Ｑav＝Σ（残留電荷量Ｑrd）／数量ｎ）する機能を有する。
【００２４】
過不足電荷量演算部２５は、残留電荷量演算部２３で各個別に演算された複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrd、および、残留電荷量Ｑrdの平均値Ｑavに基づいて、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ間の残留電荷量Ｑrdの差分が予め定められる範囲（適宜設定および変更可能な範囲）に収束するか否かを判定し、この判定の結果、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ間の残留電荷量Ｑrdの差分が目標値に対して所定の範囲に収束しない旨の判定が下された場合に、複数の電池要素１５の過剰または不足に係る電荷量を各個別に演算する機能を有する。
【００２５】
充放電制御部２７は、過不足電荷量演算部２５で各個別に演算された過剰または不足に係る電荷量に従って、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの各個別の充電または放電を充放電回路２９に行わせる機能を有する。
【００２６】
充放電回路２９は、図２に示すように、抵抗３１と、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）３３と、充放電制御信号入力部３５とを備えて構成されている。充放電回路２９は、ひとつの電池要素を挟む一対の端子（図２の例では、電池要素１５ａの一対の端子１５ａ１，１５ａ２）間を接続するように一対一で設けられている。
【００２７】
図２の例では、電池要素１５ａの一対の端子１５ａ１，１５ａ２間を接続するように、抵抗３１とＭＯＳＦＥＴ３３とを直列に接続した電流迂回経路３０が形成されている。ＭＯＳＦＥＴ３３は、充放電制御部２７から送られてきて充放電制御信号入力部３５に入力された充放電制御信号に従って、電流迂回経路３０の開閉を制御するように機能する。これにより、充放電回路２９は、電池要素１５ａに流れようとしていた電流の一部を分流させて電流迂回経路３０へと導くことにより、電池要素１５ａに流れる充電電流の大きさを調整することができるようになっている。
【００２８】
具体的には、電池要素１５ａに関し、その電池要素１５ａのＭＯＳＦＥＴ３３をＯＮさせ、電池要素１５ａ以外の電池要素のＭＯＳＦＥＴをＯＦＦさせれば、電池要素１５ａ以外の電池要素と比べて電池要素１５ａのみが多く放電され、電池要素１５ａのＳＯＣを下げることができる。また、電池要素１５ａに関し、前記とは逆に、その電池要素１５ａのＭＯＳＦＥＴ３３をＯＦＦさせ、電池要素１５ａ以外の電池要素のＭＯＳＦＥＴをＯＮさせれば、電池要素１５ａ以外の電池要素と比べて電池要素１５ａの放電量が少なくなり、相対的に充電されて電池要素１５ａのＳＯＣを上げることができる。
【００２９】
［フローチャート図に従う電池システム１１の動作］
次に、本発明の実施形態に係る電池システム１１の動作について、図３を参照して説明する。図３は、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ間の充電状態バランス調整に係る充放電制御の動作を表すフローチャート図である。図３に示す処理の流れは、電池ストリング１３の充放電動作と同時並列的に実行される。
【００３０】
図３に示すステップＳ１１において、ＳＯＣ検知部１９は、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ毎のＳＯＣを検知する。
【００３１】
図３に示すステップＳ１２において、残留電荷量演算部２３は、複数の電池要素１５のそれぞれについての満充電容量Ｑflに係る満充電容量情報を、満充電容量情報記憶部２１から取得する。
【００３２】
図３に示すステップＳ１３において、残留電荷量演算部２３は、図３に示すステップＳ１２で取得した複数の電池要素１５の満充電容量Ｑflに係る満充電容量情報と、図３に示すステップＳ１１で各個別に検知された電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎのＳＯＣとに基づいて、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrdを各個別に演算する。具体的には、残留電荷量演算部２３は、満充電容量ＱflにＳＯＣを乗じる演算を行うことにより、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrdを各個別に求める。
【００３３】
図３に示すステップＳ１４において、残留電荷量演算部２３は、ステップＳ１３で求めた複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrdおよび数量ｎに基づいて、残留電荷量Ｑrdの平均値Ｑavを求める。
【００３４】
図３に示すステップＳ１５において、過不足電荷量演算部２５は、図３に示すステップＳ１３で求めた複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrd、および、図３に示すステップＳ１４で求めた残留電荷量Ｑrdの平均値Ｑavに基づいて、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ間の残留電荷量Ｑrdの差分が目標値に対して所定の範囲に収束するか否かを調べることにより、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ間の充電状態バランス調整に係る充放電制御の実行要否を判定する。
【００３５】
具体的には、過不足電荷量演算部２５は、残留電荷量Ｑrdの平均値Ｑavから残留電荷量Ｑrdを差し引いた差分に係るずれ量の絶対値“｜Ｑav−Ｑrd｜”と、予め定められるずれ量の許容値（適宜設定および変更可能な値）Ｑrfとの大小関係を比較することにより、換言すれば、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎそれぞれの残留電荷量Ｑrdが、残留電荷量Ｑrdの平均値Ｑavからどのくらい偏って分布しているのかを調べることにより、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ間の充電状態バランス調整に係る充放電制御の実行要否を判定する。
【００３６】
図３に示すステップＳ１５の判定の結果、ずれ量の絶対値“｜Ｑav−Ｑrd｜”が、ずれ量の許容値Ｑrf以下である（複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ間の充電状態バランス調整に係る充放電制御の実行不要である）旨の判定が下された場合（ステップＳ１５の“Ｎｏ”）、電池制御装置１７は、一連の処理の流れを終了させる。
【００３７】
一方、図３に示すステップＳ１５の判定の結果、ずれ量の絶対値“｜Ｑav−Ｑrd｜”が、ずれ量の許容値Ｑrfを超える（複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎ間の充電状態バランス調整に係る充放電制御の実行要である）旨の判定が下された場合（ステップＳ１５の“Ｙｅｓ”）、ステップＳ１６において、充放電制御部２７は、ステップＳ１５で各個別に演算された過剰または不足に係る電荷量に従って、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの各個別の充電または放電に係る充放電制御を充放電回路２９に行わせる。
【００３８】
なお、ステップＳ１６の充放電制御は、ステップＳ１５の判定の結果、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎのうち少なくも１以上の電池要素において“Ｙｅｓ”の判定が下された場合に、全ての電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎを対象として行われる。ただし、全ての電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎを対象として充放電制御を行うのに代えて、ステップＳ１５において“Ｙｅｓ”の判定が下された電池要素に対象を限定して充放電制御を行うようにしてもよい。
【００３９】
［タイムチャート図等に従う電池システム１１の動作］
次に、本発明の実施形態に係る電池システム１１の動作について、図４〜図６を参照して説明する。図４（ａ），（ｂ）は、容量が同一の一対の電池要素３６，３７間の充電状態バランス調整に係る充放電制御の動作例を表すタイムチャート図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、相互に容量の異なる一対の電池要素３８，３９間の充電状態バランス調整に係る充放電制御の動作例を表すタイムチャート図である。図６（ａ），（ｂ）は、相互に容量の異なる複数の電池要素３８，３９間の充電状態バランス調整に係る充放電制御の実行前後における電池容量（残留電荷量）を対比して示す図である。
【００４０】
（容量が同一の電池要素３６，３７間の充電状態バランス調整に係る充放電制御動作）
本実施形態に係る電池ストリング１３の充放電動作では、例えば図４（ａ）に示すように、充電および放電が周期的に繰り返し実行される。図４（ｂ）は、電池ストリング１３の充放電動作と同時並列的に、容量が同一の一対の電池要素３６，３７間の充電状態バランス調整に係る充放電制御が、残留電荷量Ｑrdの下限値および上限値によって規定した制限窓の範囲内において実行される例を示している。
【００４１】
図４（ｂ）の例では、時刻ｔ１〜ｔ４の区間における電池ストリング１３の充電動作中に、時刻ｔ１〜ｔ４の区間に内包される時刻ｔ２のタイミング（目標値（例えば、残留電荷量Ｑrdの平均値Ｑav）に対する残留電荷量Ｑrdのずれ量が、所定の範囲を逸脱したタイミング）を起点とする時刻ｔ２〜ｔ３の区間において、一方の電池要素３６に係る残留電荷量の軌跡を、他方の電池要素３７に係る残留電荷量の軌跡に重ね合わせるように、充電状態バランス調整に係る充放電制御が行なわれている。
【００４２】
ここで、図４（ｂ）に示すような一対の電池要素３６，３７間の充電状態バランス調整に係る充放電制御が、仮に行われなかったとする。この場合、一方の電池要素３６に係る残留電荷量（単位；Ｃ）の軌跡が、他方の電池要素３７に係る残留電荷量の軌跡に重ね合わせられるような軌道修正はなされない。このため、時刻ｔ４において、一方の電池要素３６に係る残留電荷量の軌跡は、残留電荷量の上限値を超えた過充電領域に入る。すると、例えば、電池要素３６に係る残留電荷量が過充電領域に入ったときに電池ストリング１３の充放電動作を強制的に停止させるような電池制御装置１７の構成を採用した場合、電池ストリング１３の充放電動作は強制的に停止させられる。この場合、電池ストリング１３の充放電動作を適切に行わせることができなくなってしまう。
【００４３】
従って、一対の電池要素３６，３７間の充電状態バランス調整に係る充放電制御を行うと、電池ストリング１３の充放電動作を適切に行わせることができなくなる事態を排除することができることがわかる。
【００４４】
（容量が相互に異なる電池要素３８，３９間の充電状態バランス調整に係る充放電制御動作）
一方、本実施形態に係る電池ストリング１３の充放電動作では、図４（ａ）と同じ図５（ａ）に示すように、充電および放電が周期的に繰り返し実行される。図５（ｂ）は、電池ストリング１３の充放電動作と同時並列的に、容量が相互に異なる小容量および大容量に係る電池要素３８，３９間の充電状態バランス調整に係る充放電制御が、ＳＯＣの下限値および上限値によって規定した制限窓の範囲内において実行される例を示している。
【００４５】
図５（ｂ）の縦軸であるＳＯＣは、電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの満充電容量を分母とし、残留電荷量を分子として、電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの充電状態を百分率で表した指標である。従って、図５（ｂ）に表わされているように、小容量に係る電池要素３８のＳＯＣは、大容量に係る電池要素３９のＳＯＣと比べて、ＳＯＣの下限値および上限値によって規定した制限窓の範囲においてダイナミックに変化することがわかる。これは、小容量に係る電池要素３８のＳＯＣと、大容量に係る電池要素３９のＳＯＣとでは、分子（残留電荷量）の単位時間当たりの変化量が同じ（共通の電池ストリング１３内に存する電池要素３８，３９には、共通の充放電電流が流れるため）であるにもかかわらず、分母（満充電容量）が異なることに基づく。
【００４６】
また、図５（ｃ）は、電池ストリング１３の充放電動作と同時並列的に、容量が相互に異なる一対の電池要素３８，３９間の充電状態バランス調整に係る充放電制御が、残留電荷量Ｑrdの下限値および上限値によって規定した制限窓の範囲内において実行される例を示している。図５（ｃ）の例では、時刻ｔ１〜ｔ４の区間における電池ストリング１３の充電動作中に、時刻ｔ１〜ｔ４の区間に内包される時刻ｔ５，ｔ６，ｔ７（予め適宜変更可能に設定される時刻タイミングである。）のそれぞれにおいて、一方の電池要素３８に係る残留電荷量の軌跡を、他方の電池要素３９に係る残留電荷量の軌跡に重ね合わせるように、充電状態バランス調整に係る充放電制御が行なわれている。
【００４７】
こうした充電状態バランス調整に係る充放電制御によって、充電状態バランス調整前の複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量は、図６（ａ），（ｂ）に対比して示すように、残留電荷量Ｑrdの平均値Ｑavと一致するように調整される。
【００４８】
［電池システム１１の作用効果］
本発明の実施形態に係る電池システム１１では、ＳＯＣ検知部１９は、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎのＳＯＣを各個別に検知する。残留電荷量演算部２３は、満充電容量情報記憶部２１から取得した複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの満充電容量Ｑflに係る満充電容量情報と、ＳＯＣ検知部１９で各個別に検知された電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎのＳＯＣとに基づいて、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrdを各個別に演算する。充放電制御部２７は、残留電荷量演算部２３で各個別に演算された複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrdに基づいて、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎに各個別の充電または放電を行わせる。
【００４９】
本発明の実施形態に係る電池システム１１によれば、電池要素１５の残留電荷量Ｑrd（単位；Ｃ）に基づいて、複数の電池要素１５に各個別の充電または放電を行わせるようにしたので、従って、電池ストリング１３中に相互に容量の異なる電池要素３８，３９が組み込まれている場合であっても、複数の電池要素１５間の充電状態バランス調整に係る充放電制御を適切に行わせることができる。
【００５０】
また、本発明の実施形態に係る電池システム１１によれば、複数の電池要素１５間の残留電荷量の差分が目標値に対して所定の範囲に収束するように複数の電池要素１５の過剰または不足に係る電荷量を各個別に演算し、こうして求められた過剰または不足に係る電荷量に従って、複数の電池要素１５に各個別の充電または放電を行わせるようにしたので、従って、複数の電池要素１５間の充電状態バランス調整に係る充放電制御を目標値に対して精度よく適切に行わせることができる。
【００５１】
また、本発明の実施形態に係る電池システム１１によれば、複数の電池要素１５のうち、電荷量が不足である電池要素には充電を行わせる一方、電荷量が過剰である電池要素には放電を行わせるようにしたので、従って、複数の電池要素１５間の充電状態バランス調整に係る充放電制御を現実的な実行手段によって適切に行わせることができる。
【００５２】
また、本発明の実施形態に係る電池システム１１によれば、過不足電荷量演算部２５は、複数の電池要素１５間の残留電荷量Ｑrdの差分が略ゼロになるように複数の電池要素１５の過剰または不足に係る電荷量を各個別に演算するようにしたので、従って、電池ストリング１３中に相互に容量の異なる電池要素３８，３９が組み込まれている場合であっても、複数の電池要素１５間の充電状態バランス調整に係る充放電制御を適確に行わせることができる。
【００５３】
［その他の実施形態］
以上説明した実施の形態は、本発明に係る具現化の一例を示したものである。従って、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
【００５４】
例えば、本実施形態では、本発明に係る電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎとして電池セル（単電池）を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。複数の電池セル（単電池）を直列または並列（直列および並列の組み合わせを含む）に組み合わせた組電池を、本発明に係る電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎとして用いてもよい。
【００５５】
また、本実施形態では、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎに対する充電電流の調整を行う充放電回路２９を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。電池要素１５ａの一対の端子１５ａ１，１５ａ２間に抵抗等の負荷を接続することにより、放電電流の調整を行う充放電回路２９の構成を採用してもよい。
【００５６】
また、本実施形態の図３および図４では、複数の電池要素１５のうちいずれかに関する、目標値（図３および図４の例では、残留電荷量Ｑrdの平均値Ｑav）に対する残留電荷量Ｑrdのずれ量が、所定の範囲を逸脱したタイミングをもって、充電状態バランス調整に係る充放電制御を行う例をあげて説明したが、本発明はこの例に限定されない。本実施形態の図５（ｃ）に示すように、予め適宜変更可能に設定される時刻タイミングｔ５，ｔ６，ｔ７をもって、充電状態バランス調整に係る充放電制御を行う構成を採用してもよい。こうした構成を採用すれば、周期性のない独自の充放電パターンを採用した場合でも、充電状態バランス調整に係る充放電制御の運用を行うことができる。
【００５７】
また、本実施形態では、充電状態バランス調整に係る目標値として、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrdの平均値Ｑavを設定する例をあげて説明したが、本発明はこの例に限定されない。
例えば、充電状態バランス調整に係る目標値として、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrdの、最小値または最大値のいずれかを設定する態様を採用してもよい。仮に、充電状態バランス調整に係る目標値として、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrdのうち最小値を設定する態様を採用した場合、主として電池要素の放電を行うことによって、充電状態バランス調整を遂行すればよい。また、充電状態バランス調整に係る目標値として、複数の電池要素１５ａ，１５ｂ，・・・，１５ｎの残留電荷量Ｑrdのうち最大値を設定する態様を採用した場合、主として電池要素の充電を行うことによって、充電状態バランス調整を遂行すればよい。
【００５８】
また、本実施形態では、残留電荷量演算部２３の出力値は内部で処理されるだけであるが、この出力値を積極的に外部に向けて表示または通信等で出力する構成を採用してもよい。こうした構成を採用すれば、本制御による充電状態バランス調整の進行状況や完了状況を外部から知ることができ、例えば本制御による充電状態バランス調整が未完了の場合は充放電負荷を制限し、負荷電流と回路２９による迂回電流が重畳することで電池要素１５に過電流が流れることを防ぐ等の運用を行うことができる。
【符号の説明】
【００５９】
１１    実施形態に係る電池システム
１３    電池ストリング
１５    電池セル（電池要素）
１７    電池制御装置
１９    ＳＯＣ検知部
２１    満充電容量情報記憶部
２３    残留電荷量演算部
２５    過不足電荷量演算部
２７    充放電制御部
２９    充放電回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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