(57)【要約】  組電池（１）は、複数の電池セル（１１〜１４）と、検出部（３１）と、複数の放電回路（３０）と、制御部（３２）とを備える。複数の電池セルは、互いに直列接続される。検出部は、各電池セルの両端間のセル電圧をそれぞれ検出する。複数の放電回路は、各電池セルをそれぞれ放電する。制御部は、検出部によって検出されたセル電圧に基づいて、放電回路を制御する。制御部は、複数の電池セルにおける少なくとも１つの第１電池セルにおいて、第１しきい値（Ｖｔｈ１）以上のセル電圧が検出されたとき、当該第１電池セルを放電させ、複数の電池セルにおける第１電池セル以外の少なくとも１つの第２電池セルにおいて、第１しきい値よりも小さい第２しきい値（Ｖｔｈ２）以上のセル電圧が検出されたときに当該第２電池セルを放電させるように、放電回路を制御する。
2019167786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能な組電池であって、
互いに直列接続された複数の電池セルと、
各電池セルの両端間のセル電圧をそれぞれ検出する検出部と、
各電池セルをそれぞれ放電する複数の放電回路と、
前記検出部によって検出されたセル電圧に基づいて、前記放電回路を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記複数の電池セルにおける少なくとも１つの第１電池セルにおいて、所定の第１しきい値以上のセル電圧が検出されたとき、当該第１電池セルを放電させ、
前記複数の電池セルにおける前記第１電池セル以外の少なくとも１つの第２電池セルにおいて、前記第１しきい値よりも小さい第２しきい値以上のセル電圧が検出されたときに当該第２電池セルを放電させるように、前記放電回路を制御する
組電池。
【請求項２】
前記第１しきい値は、前記第１及び第２電池セル間における所定の充電率のずれ量の分、前記第２しきい値よりも大きくなるように設定された
請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記複数の電池セルにおいて前記第１しきい値よりも大きい第３しきい値以上のセル電圧が検出されたときに、前記組電池の充電を停止する保護回路をさらに備える
請求項１又は２に記載の組電池。
【請求項４】
前記第１電池セルは、１個以上で且つ前記複数の電池セルの個数の半数以下である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項５】
前記複数の電池セルは、４個以上である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項６】
前記放電回路は、放電抵抗とスイッチの直列回路を含み、各電池セルに並列に接続される
請求項１〜５のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項７】
前記電池セルは、リン酸鉄リチウムを含む正極と、グラファイトを含む負極とを備えるリチウムイオン電池である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電可能な複数の電池セルを含む組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池セルを含んだ組電池が充電される際に、充電の安全性及び時間短縮等の観点から、各電池セルの電圧を均一化する技術が知られている（例えば特許文献１）。【０００３】
特許文献１は、制御装置によって充電管理される蓄電装置を開示している。特許文献１の蓄電装置は、直列接続された複数の蓄電部と、蓄電部のそれぞれにスイッチを介して並列接続されたセルバランス部と、上位の制御装置と通信を行って充電電流を制御する制御部とを備えている。特許文献１によると、蓄電装置の制御部による制御によって、各蓄電部の蓄電部の充電を短時間で完了することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−６１３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、上位の制御装置が故障する等の異常がある状況下で、蓄電装置が充電される場合について特に検討されていない。即ち、異常のあり得る上位システムから充電が行われる際の組電池の安全性は考慮されていない。【０００６】
本発明の目的は、充電可能な組電池において、充電される際の安全性を向上することができる組電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る組電池は、充電可能な組電池である。組電池は、複数の電池セルと、検出部と、複数の放電回路と、制御部とを備える。複数の電池セルは、互いに直列接続される。検出部は、各電池セルの両端間のセル電圧をそれぞれ検出する。複数の放電回路は、各電池セルをそれぞれ放電する。制御部は、検出部によって検出されたセル電圧に基づいて、放電回路を制御する。制御部は、複数の電池セルにおける少なくとも１つの第１電池セルにおいて、所定の第１しきい値以上のセル電圧が検出されたとき、当該第１電池セルを放電させ、複数の電池セルにおける第１電池セル以外の少なくとも１つの第２電池セルにおいて、第１しきい値よりも小さい第２しきい値以上のセル電圧が検出されたときに当該第２電池セルを放電させるように、放電回路を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る組電池によると、充電可能な組電池において、充電される際の安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に係る組電池の使用例を説明するための図
【図２】実施形態１に係る組電池の構成を示す回路図
【図３】組電池における電池セルの充電電圧特性を例示するグラフ
【図４】組電池のバランス動作とＳＯＣずれとの関係を説明するためのグラフ
【図５】組電池のバランス動作の作用を説明するためのグラフ
【図６】組電池におけるＳＯＣずれの設定方法を説明するためのグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照して本発明に係る組電池の実施形態を説明する。
【００１１】
各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。実施形態２以降では実施形態１と共通の事項についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。
【００１２】
（実施形態１）
実施形態１では、充電時にバランス動作を行う組電池について説明する。バランス動作は、組電池における電池セル毎の放電回路を用いて、少なくとも１つの電池セルを放電する動作をいう。以下では、バランス動作の目標として複数の電池セルの電圧が均一化される状態を、バランス状態という。
【００１３】
従来の組電池は、直列接続された全ての電池セル間で電圧が均一なバランス状態を達成するように、バランス動作を行っている。従来のバランス動作では、組電池を充電及び監視する上位システムの故障等により、規定の電圧を超える異常な電圧が組電池に印加された場合に、全て又は過半数といった多数の電池セルが同時に過充電に到る事態が想定される。このような事態においては多数の電池セルによる発熱及び膨張等の同時発生が懸念され、従来の組電池では、安定性及び安全性等についての不具合が考えられる。
【００１４】
そこで、本実施形態に係る組電池は、一部の電池セル（第１電池セル）が他の多数の電池セル（第２電池セル）から所定のずれ量を有するバランス状態を用いたバランス動作により、上記の事態を回避して、充電時の安全性を向上する。以下、本実施形態に係る組電池の構成及び動作について、図１〜６を参照して説明する。
【００１５】
１．構成
実施形態１に係る組電池の構成について、図１，２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る組電池１の使用例を説明するための図である。
【００１６】
本実施形態に係る組電池１は、種々の電子機器（例えば車載機器やモバイル機器）に供給可能な電力を蓄電する蓄電装置を構成する。図１の使用例において、組電池１は、正極端子１ｐと負極端子１ｍとを介して、負荷２及び充電回路２０に接続されている。組電池１は、正極端子１ｐと負極端子１ｍ間の組電池電圧Ｖａを種々の負荷２に供給する。また、本実施形態に係る組電池１は二次電池であり、両端子１ｐ，１ｍ間に接続された充電回路２０によって充電可能である。
【００１７】
充電回路２０は、例えば発電機及びコンバータ等を含み、組電池１を充電するための電圧を制御する。また、充電回路２０は、組電池電圧Ｖａを検知する検知回路を含む。充電回路２０は、検知回路で検知した組電池電圧Ｖａが所定値未満であるときに、組電池１を充電する充電動作を実行し、検知した組電池電圧Ｖａが所定値以上であるときには、組電池１の充電動作を停止する。所定値は、例えば組電池１の満充電状態を示す電圧値である（例えば１４．５Ｖ）。
【００１８】
組電池１は、図１に示すように、複数の電池セル１１〜１４と、電池保護回路部１０と、バランス回路部３とを備える。本実施形態では、組電池１において、１個の第１電池セル１１と３個の第２電池セル１２〜１４とが直列接続された例を説明する。なお、第１電池セル１１は、第２電池セル１２〜１４の間に接続されてもよい。
【００１９】
各々の電池セル１１〜１４は、リチウムイオン電池で構成され、例えば正極の材料にリン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）を含むと共に負極の材料にグラファイト（Ｇｒ）を含む（以下「ＬＦＰ−Ｇｒセル」という場合がある）。各電池セル１１〜１４は、それぞれ１つの蓄電素子で構成されてもよいし、複数の蓄電素子を含んでもよい。複数の蓄電素子は、例えば互いに並列接続されてもよい。複数の蓄電素子は、適宜、組み合わされて１つの電池セルを構成してもよい。
【００２０】
個々の電池セル１１〜１４は、例えばラミネートフィルムにより封止される。電池セル１１〜１４は、組電池１の各部を収容する筐体（不図示）内に配置される。筐体内において、第１電池セル１１は、第２電池セル１２〜１４の間に配置されてもよい。また、第１電池セル１１の周囲に、第２電池セル１２〜１４とは別の緩衝材が配置されてもよい。以上の配置によると、第１電池セル１１が膨張等を生じた場合の組電池１の変形に対する影響を緩和し、組電池１の安全性を向上できる。
【００２１】
電池保護回路部１０は、組電池１の内部に組み込まれた保護回路である。電池保護回路部１０は、各々の電池セル１１〜１４のいずれかが異常な充電状態にあるときに、組電池１の充電を強制的に終了する電池保護機能を実現する。電池保護回路部１０は、各電池セル１１〜１４の端子間電圧であるセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４を検知して、いずれかのセル電圧が所定のしきい値（例えば４．０Ｖ）を超えたときに、電池セル１１〜１４に対する電力供給を遮断するようにスイッチ１０ａ等を制御する。
【００２２】
バランス回路部３は、組電池１の充電末期などに各電池セル１１〜１４を放電するバランス動作を実行するバランス機能を実現する。本実施形態に係る組電池１では、第２電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２〜Ｖｃ４を均一化しながら、第１電池セル１１と第２電池セル１２〜１４間のＳＯＣのずれを維持するように、バランス動作が実行される。以下、本実施形態に係る組電池１の構成の詳細を、図２を用いて説明する。
【００２３】
図２は、実施形態１に係る組電池１の構成を示す回路図である。図２では、電池保護回路部１０（図１）等の図示を省略している。
【００２４】
本実施形態において、組電池１のバランス回路部３は、４個の電池セル１１〜１４の各々を放電する４つの放電回路３０と、検出部３１と、制御部３２とを備える。検出部３１と制御部３２とは、例えばＩＣ等に実装される。
【００２５】
４つの放電回路３０は、それぞれ４個の電池セル１１〜１４のうちの１つの電池セルに並列接続される。本実施形態において、各放電回路３０は、放電抵抗３３とスイッチ３４との直列回路で構成される。それぞれの放電抵抗３３は、例えば共通の抵抗値Ｒ（例えば１００Ω）を有する。スイッチ３４は、例えばＦＥＴ，ＩＧＢＴ等で構成される。各電池セル１１〜１４に対する放電回路３０は、それぞれスイッチ３４がオンしたときに、対応する電池セルを放電抵抗３３で短絡して、当該電池セルを放電する。
【００２６】
検出部３１は、電圧計測回路などを含み、４個の電池セル１１〜１４の各々のセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４を検出する。検出部３１は、セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の検出結果を示す検出値を制御部３２に出力する。
【００２７】
制御部３２は、ロジック回路および比較器などを含む。制御部３２は、各セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の検出値に基づいて、対応する電池セル１１〜１４のバランス動作における放電を制御する。制御部３２は、各セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の検出値に対して、所定のしきい値による比較判定を行い、判定結果に応じてそれぞれのスイッチ３４をオンオフ制御する。
【００２８】
本実施形態において、制御部３２には、第１電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１のしきい値判定のための第１しきい値Ｖｔｈ１と、第２電池セル１２〜１４の各セル電圧Ｖｃ２〜Ｖｃ４のしきい値判定のための第２しきい値Ｖｔｈ２とが、それぞれ設定される。第１しきい値Ｖｔｈ１は、第２しきい値Ｖｔｈ２よりも大きい。
【００２９】
例えば、制御部３２は、第１電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１の検出値が第１しきい値Ｖｔｈ１よりも大きいと判定すると、第１電池セル１１に対する放電回路３０のスイッチ３４をオンするように制御信号Ｓ１を生成する。また、制御部３２は、セル電圧Ｖｃ１の検出値が第１しきい値Ｖｔｈ１以下と判定すると、同スイッチ３４をオフするように制御信号Ｓ１を生成する。
【００３０】
また、制御部３２は、第２電池セル１２〜１４の各セル電圧Ｖｃ２〜Ｖｃ４の検出値と第２しきい値Ｖｔｈ２との比較結果に基づき、上記と同様に、各々の第２電池セル１２〜１４に対する放電回路３０のスイッチ３４をそれぞれオンオフ制御する制御信号Ｓ２〜Ｓ４を生成する。例えば、制御部３２は、複数の第２電池セル１２〜１４のうちの特定の第２電池セル１２のセル電圧Ｖｃ２の検出値が第２しきい値Ｖｔｈ２よりも大きいと判定すると、当該第２電池セル１２に対する放電回路３０のスイッチ３４をオンするように、対応する制御信号Ｓ２を生成する。
【００３１】
以上のバランス回路部３における第１及び第２しきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２は、電池セル１１〜１４の充電電圧特性を考慮して設定される。電池セル１１〜１４の充電電圧特性について、図３を用いて説明する。
【００３２】
図３は、電池セル１１〜１４の代表的な充電電圧特性を例示するグラフである。図３において、縦軸はセル電圧［Ｖ］を示し、横軸は充電量、即ち充電済みの容量［Ａｈ］を示す。図３では、電池セル１１〜１４として満充電の容量２Ａｈを有するＬＦＰ−Ｇｒセル（以下「セル」と略記する場合がある）を用いた場合の特性曲線６１を例示している。特性曲線６１は、セル充電時のセルの充電量とセル電圧の関係を示したものである。
【００３３】
ＬＦＰ−Ｇｒセルでは、図３に示すように、満充電状態の近傍（２Ａｈ近傍）において、セル電圧が急峻に立ち上がる。ＬＦＰ−Ｇｒセルの特性曲線６１は、満充電状態よりも充電量が小さい領域においては勾配が平坦な部分を有する。満充電状態から充電量が増加すると、特性曲線６１はより急峻になる。このことから、本実施形態の組電池１では、充電末期の挙動を適切に導くことが重要になる。
【００３４】
図３に、本実施形態の組電池１における第１及び第２しきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を例示する。図３の例において、第１しきい値Ｖｔｈ１は３．９Ｖに設定され、第２しきい値Ｖｔｈ２は３．５５Ｖに設定されている。電池セルの特性曲線６１は、満充電近傍において第２しきい値Ｖｔｈ２を通過し、第１しきい値Ｖｔｈ１に到っている。
【００３５】
第１及び第２しきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２は、第１及び第２電池セル１１、１２〜１４の満充電近傍において、第１しきい値Ｖｔｈ１が第２しきい値Ｖｔｈ２よりも大きくなるように設定される。第１しきい値Ｖｔｈ１と第２しきい値Ｖｔｈ２は、第１電池セル１１の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）と第２電池セル１２のＳＯＣとの間のずれを考慮して設定される。ＳＯＣずれの設定方法については後述する。
【００３６】
２．動作
以上のように構成される組電池１の動作について、以下説明する。
【００３７】
２−１．バランス動作について
本実施形態に係る組電池１は、充電回路２０（図１）等から充電される際に、バランス回路部３が機能することによりバランス動作を行う。本実施形態の組電池１におけるバランス動作について、図４を用いて説明する。
【００３８】
図４は、本実施形態における組電池１のバランス動作とＳＯＣずれとの関係を説明するためのグラフである。図４において、縦軸はセル電圧［Ｖ］を示し、横軸はＳＯＣずれ［％］を示す。以下では、充電回路２０が充電電圧１４．５ＶのＣＶ充電を行う際に組電池１が行うバランス動作の動作例を説明する。本動作例において、組電池１は、初期状態ではＳＯＣずれが０％であることとする。
【００３９】
図４では、充電末期の一例として組電池電圧Ｖａ（図１）が１４．５Ｖの場合において、第１電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１と、第２電池セル１２〜１４間の平均のセル電圧Ｖｃ２０（＝（Ｖｃ２＋Ｖｃ３＋Ｖｃ４）／３）とを示している。組電池電圧Ｖａが一定の場合、例えば第１電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１が増大すると、第２電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２０は減少する。これに応じて、図４に例示するように、第１電池セル１１のＳＯＣと第２電池セル１２〜１４のＳＯＣ間のＳＯＣずれが変動する。
【００４０】
図４における点Ｐ１は、ＳＯＣずれが０％の状態を示す。点Ｐ１の状態では、各セル電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２０は、それぞれ３．６２５Ｖ（＝１４．５／４Ｖ）になっている。また、図４の例において、第１しきい値Ｖｔｈ１（＝３．９Ｖ）は、点Ｐ１の電圧よりも大きい。一方、第２しきい値Ｖｔｈ２（＝３．５５Ｖ）は、点Ｐ１の電圧よりも小さい。
【００４１】
本動作例において、組電池１の初期状態は、図４の点Ｐ１に対応する。点Ｐ１において、第１電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１は第１しきい値Ｖｔｈ１よりも小さい一方、第２電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２０は第２しきい値Ｖｔｈ２よりも大きい。このため、組電池１のバランス回路部３において、制御部３２は、第１電池セル１１の放電回路３０をオフ状態で維持しながら、第２電池セル１２〜１４の放電回路３０をオンに制御するように、制御信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。
【００４２】
すると、第２電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２０が放電によって減少し、図４の例では同時に、第１電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１が増大する。よって、第１電池セル１１と第２電池セル１２間のＳＯＣずれは、図４の矢印ａ１に示すように、初期状態０％の点Ｐ１から、第２電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２０が第２しきい値Ｖｔｈ２よりも大きい領域Ｒ１において増大する。
【００４３】
ＳＯＣずれが、第１電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１が第１しきい値Ｖｔｈ１よりも大きい領域Ｒ２に到るまで増大すると、組電池１の制御部３２は、制御信号Ｓ１によって第１電池セル１１の放電回路３０をオンする。図４の例では、領域Ｒ２において、第２電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２０は第２しきい値Ｖｔｈ２以下になっている。このため、制御部３２は、制御信号Ｓ２〜Ｓ４によって、第２電池セル１２〜１４の放電回路３０をオフする。これにより、第１電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１が放電によって減少し、同時に第２電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２０は増大する。よって、領域Ｒ２においては矢印ａ２に示すように、ＳＯＣずれが減少することとなる。
【００４４】
以上の動作を繰り返すことにより、ＳＯＣずれは、２つの領域Ｒ１，Ｒ２の間で収束する。例えば、ＳＯＣずれを収束させるずれ量は、例えば０．７％近傍等に設定可能である。このように、本実施形態の組電池１では、第１及び第２電池セル１１，１２〜１４間でＳＯＣずれを形成し、ＳＯＣずれを予め設定したずれ量に維持するように、バランス動作が行われる。なお、上記では説明の便宜上、第２電池セル１２〜１４間の平均のセル電圧Ｖｃ２０を用いて説明したが、制御部３２による複数の第２電池セル１２〜１４の放電回路３０の制御は、個々の第２電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４の検出結果に基づき個別に行われる。
【００４５】
２−１−１．バランス動作の作用
以上のような本実施形態の組電池１におけるバランス動作の作用について、図５を用いて説明する。
【００４６】
図５は、本実施形態のバランス動作の作用を説明するためのグラフである。図５において、縦軸はセル電圧［Ｖ］を示し、横軸は充電電圧［Ｖ］を示す。
【００４７】
図５のグラフでは、第１電池セル１１と第２電池セル１２〜１４間のＳＯＣずれが所定のずれ量に設定された組電池１に対して、充電電圧が種々の値を有する場合の各セル電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２０を例示している。ＳＯＣのずれ量は、例えば０．５％から０．７％である。
【００４８】
図５では、セル電圧と充電電圧とがそれぞれの正常範囲Ａ１，Ａ２の上限値を超える異常領域Ｒ１０を示している。異常領域Ｒ１０は、例えば電気用品安全法に基づく電池の安全使用領域および電池セル１１〜１４の各種仕様に基づき定義された通常の使用範囲に基づいて設定される。
【００４９】
セル電圧の正常範囲Ａ１は、個々の電池セル１１〜１４が、過充電とならず正常に保持可能なセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４の範囲である。当該正常範囲Ａ１は、特性曲線６１（図３）など、電池セル１１〜１４固有の特性に応じて定められる。図５では、セル電圧の正常範囲Ａ１の上限値が４．０Ｖである例を示している。
【００５０】
充電電圧の正常範囲Ａ２は、充電回路２０（図１）等を含む上位システムが組電池１を正常に使用可能と想定される範囲である。図５の例では、充電電圧の正常範囲Ａ２の上限値が１４．９Ｖに設定されている。以下では、当該上限値を超える充電電圧を異常とみなす。
【００５１】
本実施形態の組電池１においては、上述したバランス動作により、充電末期のＳＯＣずれが、図５の例のように維持される。ここで、充電電圧が正常範囲Ａ２内にある場合、第１電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１は、セル電圧の正常範囲Ａ１内で、第２電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２０よりも高く維持される。本実施形態のバランス動作によると、図５に示すように、充電電圧が正常範囲Ａ２の上限値を超えた場合には、第２電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２０を正常範囲Ａ１に維持しながら、第１電池セル１１のみが異常領域Ｒ１０に到るようにすることができる。
【００５２】
以上より、本実施形態の組電池１によると、正常範囲Ａ２外の異常な充電電圧が上位システムの異常等によって組電池１に印加された場合に、第１電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１を異常領域Ｒ１０に導いて、組電池１を使用不能にすることができる。この際、第２電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２０は正常範囲Ａ２に維持し、第１電池セル１１と第２電池セル１２〜１４とが同時に過充電されるような事態を回避して、比較的安全に組電池１を故障させることができる。また、全ての電池セル１１〜１４が膨張する場合よりも組電池１に生じ得る構造変化を小さくすることもできる。以上のように、組電池１において充電時の安全性を向上できる。
【００５３】
２−２．ＳＯＣずれの設定について
以上の組電池１におけるＳＯＣずれのずれ量、及び対応する各しきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２は、上述した正常範囲Ａ１，Ａ２及び異常領域Ｒ１０等を考慮して適宜、設定可能である。組電池１におけるＳＯＣずれの設定方法について、図６を用いて説明する。
【００５４】
図６は、組電池１におけるＳＯＣずれの設定方法を説明するためのグラフである。図６において、縦軸は第１電池セル１１のセル電圧［Ｖ］を示し、横軸は充電電圧［Ｖ］を示す。
【００５５】
図６では、４個のＬＦＰ−Ｇｒセルが直列接続された組電池１について、第２電池セル１２〜１４に対するＳＯＣずれが、０％、０．２％、０．７％、１．２％、１．７％、２．２％、２．７％、及び３．２％の場合の第１電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１を例示している。
【００５６】
ＳＯＣの適切なずれ量は、規定の充電電圧の正常範囲Ａ２の上限（例えば１４．９Ｖ）において、ＳＯＣを高く設定する第１電池セル１１のセル電圧Ｖｃ１が、安全に使用可能な正常範囲Ａ１の上限値（例えば４．０Ｖ）を超えないように設定することが好ましい。当該ずれ量は、各種仕様および動作環境等から許容される範囲内で、適宜変わってもよい。
【００５７】
例えば、４個のＬＦＰ−Ｇｒセルが直列接続された組電池１について、規定の充電電圧の上限値１４．９Ｖ及びセル電圧の上限値４Ｖに対して、１個の第１電池セル１１にＶｔｈ１＝４Ｖを設定した場合を想定する（図６）。
【００５８】
この場合、残る３個の第２電池セル１２〜１４には、図６に示すように充電電圧１４．９Ｖにおいてセル電圧４Ｖとなる点を通るＳＯＣのずれ量を求める。ここではＳＯＣずれ量が０．７％状態の状態を選択する。
【００５９】
次に、選択したＳＯＣずれ量０．７％の状態において、規定の充電電圧（ここでは１４．５Ｖ）におけるセル電圧Ｖｃ１を求める。図６よりセル電圧Ｖｃ１を略３．９Ｖと求められる。この場合、残る３個の第２電池セル１２〜１４には、（１４．５−３．９）/３≒３．５３より、例えばＶｔｈ２＝３．５５Ｖ（≒３．５３Ｖ）を設定する。
【００６０】
これにより、組電池１内の４個の電池セル１１〜１４のセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４は、規定の充電電圧に対するバランス動作時に、それぞれＶｃ１≒３．９Ｖ、Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４≒３．５５Ｖとなる。さらに、充電電圧が正常範囲Ａ２の上限に到ると、Ｖｃ１≒４Ｖ、Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４≒３．６３Ｖとなる状態で維持される。
【００６１】
ＳＯＣのずれ量及び各しきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２は、想定される充電電圧等に応じて必要な値を適宜、設定することができる。例えば、ＳＯＣのずれ量の上限値は、５％であってもよい。また、ずれ量の下限値は、０．３％であってもよい。同様に第１及び第２しきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２間の差分は、０．３Ｖ以上で且つ０．９Ｖ以下であってもよい。
【００６２】
上記のようなＳＯＣのずれ量に従う組電池１のずれ状態の作成方法として、例えば、容量の異なる電池セルを組み合わせる方法がある。例えば単電池４直列からなる組電池１について、まず、３個の電池セルそれぞれの容量を９９．３％として１個の電池セルの容量が９９．３〜１００となるように、電池セルを選定する。次に、選定した各電池セルを下限の電圧（ＳＯＣ＝０％）にまで放電し（或いはその後、例えば上記容量１００％に対して３０％等の所定量を充電し）、４個の電池セルを直列に接続する。
【００６３】
ずれ状態の作成方法は上記の方法に限らず、電池セル間の容量をずらした組み合わせを行ってもよい。例えば単電池４直列からなる組電池について、４個の電池セルを満充電にし、その後に３個の電池セルを規定容量分、放電する一方、残る１個の電池セルを「規定容量よりもずれ量だけ小さい容量分、放電する。その後に、４個の電池セルを直列接続する。
【００６４】
３．まとめ
以上のように、本実施形態に係る組電池１は、充電可能な組電池１である。組電池１は、複数の電池セル１１〜１４と、検出部３１と、複数の放電回路３０と、制御部３２とを備える。複数の電池セル１１〜１４は、互いに直列接続される。検出部３１は、各電池セル１１〜１４の両端間のセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４をそれぞれ検出する。複数の放電回路３０は、各電池セル１１〜１４をそれぞれ放電する。制御部３２は、検出部３１によって検出されたセル電圧に基づいて、放電回路３０を制御する。制御部３２は、複数の電池セル１１〜１４における少なくとも１つの第１電池セル１１において、所定の第１しきい値Ｖｔｈ１以上のセル電圧Ｖｃ１が検出されるまで、第１電池セル１１を放電させないように、放電回路３０を制御する。制御部３２は、複数の電池セル１１〜１４における第１電池セル１１以外の第２電池セル１２〜１４において、第１しきい値Ｖｔｈ１よりも小さい第２しきい値Ｖｔｈ２以上のセル電圧が検出されたときに第２電池セルを放電させるように、放電回路３０を制御する。
【００６５】
以上の組電池１によると、組電池１に異常な充電電圧が印加された場合に、第２電池セル１２〜１４のセル電圧Ｖｃ２〜Ｖｃ４を正常範囲Ａ１に維持しながら、第１電池セル１１のみ過充電に導く。これにより、全ての電池セル１１〜１４が同時に過充電に到る事態を回避して、組電池１が充電される際の安全性を向上することができる。
【００６６】
本実施形態において、制御部３２は、第１電池セル１１において、第１しきい値Ｖｔｈ１以上のセル電圧が検出されたとき、当該第１電池セル１１を放電させる。これにより、第１及び第２電池セル１１間のＳＯＣずれが過大になることを抑制し、組電池１の安全性を向上できる。
【００６７】
また、本実施形態において、第１しきい値Ｖｔｈ１は、第１及び第２電池セル１１，１２〜１４間における所定の充電率のずれ量の分、第２しきい値Ｖｔｈ２よりも大きくなるように設定されている。これにより、組電池１において当該ずれ量の分、ずらしたバランス状態のバランス動作が行われる。第１電池セル１１と第２電池セル１２〜１４とは、共通の充電電圧特性を有してもよい（図３参照）。第１しきい値Ｖｔｈ１は、例えば当該充電電圧特性における所定のＳＯＣのずれ量の分、第２しきい値Ｖｔｈ２よりも大きい。
【００６８】
また、本実施形態において、第１電池セル１１が、第２電池セル１２〜１４の容量から所定の充電率のずれ量の分、大きい容量を有してもよい。第１電池セル１１の充電電圧特性は、第２電池セル１２〜１４の充電電圧特性から所定の許容範囲内でずらして設定されてもよい。
【００６９】
また、本実施形態において、組電池１は、電池保護回路部１０をさらに備える。電池保護回路部１０は、複数の電池セル１１〜１４において第１しきい値Ｖｔｈ１よりも大きい所定のしきい値（第３しきい値）以上のセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４が検出されたときに、組電池１の充電を停止する保護回路の一例である。電池保護回路部１０により、各電池セル１１〜１４が過充電になった場合に組電池１を保護し、組電池１の安全性を向上できる。
【００７０】
また、本実施形態において、複数の電池セル１１〜１４は、例えば４個である。組電池１における電池セルの個数は４個に限らず、５個以上であってもよいし、２個又は３個であってもよい。組電池１における各電池セルは、互いに直列接続されてもよいし、並列接続される組を含んでいてもよい。
【００７１】
また、本実施形態において、第１電池セル１１は、例えば１個である。組電池１における第１電池セル１１の個数は１個に限らず、２個であってもよい。また、第１電池セル１１は、１個以上で且つ組電池１中の複数の電池セルの個数の半数以下であってもよい。この場合であっても、充電電圧の異常時に、組電池１中の複数の電池セルの個数の半数以上の第２電池セルを正常範囲Ａ１に維持しながら第１電池セルのみ異常領域Ｒ１０に導いて、組電池１の安全性を向上できる。
【００７２】
また、本実施形態において、放電回路３０は、放電抵抗３３とスイッチ３４の直列回路を含み、各電池セル１１〜１４に並列に接続される。放電回路３０によると、スイッチ３４のオンオフ制御により、組電池１のバランス動作を実行できる。
【００７３】
また、本実施形態において、電池セル１１〜１４は、ＬＦＰを含む正極と、Ｇｒを含む負極とを備えるリチウムイオン電池である。このようなＬＦＰ−Ｇｒセルの充電電圧特性（図３）に対して、組電池１の安全性を向上できる。
【００７４】
（他の実施形態）
上記の各実施形態では、電池セル１１〜１４がＬＦＰ−Ｇｒセルである例を説明したが、組電池の電池セルはＬＦＰ−Ｇｒセルに限らず、例えばオリビン系や非オリビン系の種々のリチウムイオン電池で構成されてもよい。
【００７５】
また、上記の各実施形態では、電池保護回路部を備える組電池１について説明したが、組電池は、電池保護回路部とは別に提供されてもよい。
【００７６】
上述した実施形態は例示であり、本発明は上記の実施形態に限定されない。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置換、付加、省略などを行うことができる。
【符号の説明】
【００７７】
１    組電池
１０    電池保護回路部
１１    第１電池セル
１２〜１４    第２電池セル
３０    放電回路
３１    検出部
３２    制御部
３３    放電抵抗
３４    スイッチ
【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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【国際調査報告】
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