(57)【要約】【課題】短時間で組電池の充電を完了することができる充電装置および充電制御方法、並びに、蓄電装置、電力貯蔵装置、電力システムおよび電動車両を提供する。【解決手段】電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部に対する充電電圧を生成する充電電圧形成部を有し、充電電圧は、満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池合計電圧との和で設定される、充電装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部に対する充電電圧を生成する充電電圧形成部を有し、
前記充電電圧は、満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池合計電圧との和で設定される、充電装置。
【請求項２】
充電設定電圧から前記蓄電部の電池セル間ばらつき電圧の総計値を減じた前記充電電圧を形成する請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記電池合計電圧を検出する電圧検出器をさらに有する請求項１に記載の充電装置。
【請求項４】
充電設定電圧と前記電池合計電圧とを比較演算する比較演算器をさらに有する請求項１に記載の充電装置。
【請求項５】
前記電池合計電圧を検出する電圧検出器と、前記充電設定電圧と前記電池合計電圧とを比較演算する比較演算器とをさらに有する請求項１に記載の充電装置。
【請求項６】
前記電池セルがオリビン構造を有する正極活物質を有するものである請求項１に記載の充電装置。
【請求項７】
電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部に対する充電電圧を充電電圧形成部によって生成し、
前記充電電圧が満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池合計電圧との和で設定される、充電制御方法。
【請求項８】
電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部と、
前記蓄電部に対する充電電圧を生成する充電電圧形成部とを有し、
前記充電電圧は、満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池合計電圧との和で設定される、蓄電装置。
【請求項９】
前記蓄電部は、前記電池合計電圧を検出する電圧検出器をさらに有する請求項８に記載の蓄電装置。
【請求項１０】
前記蓄電部は、電池合計電圧を検出する電圧検出器と、前記充電設定電圧と前記電池合計電圧とを比較演算する比較演算器とをさらに有する請求項８に記載の蓄電装置。
【請求項１１】
前記充電設定電圧と前記電池合計電圧とを比較演算する比較演算器をさらに有する請求項９に記載の蓄電装置。
【請求項１２】
電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部と、
前記蓄電部に対する充電電圧を生成する充電電圧形成部とを有し、
前記充電電圧は、満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池合計電圧との和で設定される蓄電装置を備える電力貯蔵装置。
【請求項１３】
請求項８に記載の蓄電装置を有し、
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部が受信した情報に基づき、前記蓄電装置の充放電制御を行う電力システム。
【請求項１４】
請求項８に記載の蓄電装置を備え、
前記蓄電装置から、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記蓄電装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、充電装置および充電制御方法、並びに、蓄電装置、電力貯蔵装置、電力システムおよび電動車両に関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池を充電する方法の一つとして、定電圧充電がある。この方法は、充電器から一定の電圧を二次電池に対して印加する方法である。充電初期には、大電流が流れ、充電末期には、充電電流が小さくなる。最近では、住宅等の蓄電装置、電気自動車用の電池等の高電圧の蓄電装置が使用されるようになり、二次電池（電池セルと適宜称する）、または複数の電池セルの並列接続されたサブモジュール（電池ブロックとも称される）を直列接続してなる組電池を単位とする電池システムが使用されるようになっている。
【０００３】
例えば電池セルを所定数例えば１６個直列に接続した組電池を定電圧充電によって充電することができる。この場合、組電池の全体の電圧が充電電圧とほぼ等しくなるまで充電が行われる。組電池に含まれる各電池セルには、特性のバラツキがあり、各電池セルの電圧は、等しく上昇しない。
【０００４】
複数の電池セルを直列接続した組電池を充電する場合に、電池セルの過充電を防止する必要がある。例えば特許文献１には、過充電を防止する充電装置が記載されている。特許文献１では、直列接続された電池セルの各電圧を監視しており、どれか一つの電池セルの電圧が所定電圧例えば４．２Ｖ（リチウムイオン二次電池の最大充電電圧）に達すると、充電電流を段階的に小さくする充電装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１５１６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
また、組電池の電圧が設定電圧に到達すると、セルバランスを行うことによって、電池セルのバラツキに対処することも行われている。このような充電方法や、特許文献１に記載の充電方法では、充電電圧が一定とされているために、充電の時間か長くなったり、確実に満充電電圧まで充電できない問題があった。
【０００７】
したがって、本開示は、充電時間を短くし、満充電電圧まで確実に充電できる充電装置および充電制御方法、並びに、蓄電装置、電力貯蔵装置、電力システムおよび電動車両の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部に対する充電電圧を生成する充電電圧形成部を有し、
充電電圧は、満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池の合計電圧との和で設定される、充電装置である。
【０００９】
本開示は、電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部に対する充電電圧を充電電圧形成部によって生成し、
充電電圧が満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池の合計電圧との和で設定される、充電制御方法である。
【００１０】
本開示は、電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部と、
蓄電部に対する充電電圧を生成する充電電圧形成部とを有し、
充電電圧は、満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池の合計電圧との和で設定される、蓄電装置である。
【００１１】
本開示は、電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部と、
蓄電部に対する充電電圧を生成する充電電圧形成部とを有し、
充電電圧は、満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池の合計電圧との和で設定される蓄電装置を備える電力貯蔵装置である。
【００１２】
本開示の電動車両および電力システムは、上述の蓄電装置を備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
少なくとも一つの実施の形態によれば、充電完了までの所要時間を短縮化することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の第１の実施の形態のブロック図である。
【図２】本開示の第１の実施の形態の説明に使用する略線図である。
【図３】本開示の第１の実施の形態の説明に使用するグラフである。
【図４】本開示を適用できる電力貯蔵装置の一例のブロック図である。
【図５】電力貯蔵装置の使用時の外観の一例の略線図である。
【図６】電力貯蔵装置におけるコントローラの関係を示すブロック図である。
【図７】本開示を適用できる蓄電モジュールの制御部のブロック図である。
【図８】本開示を適用できるセルバランス放電回路の接続図である。
【図９】本開示を適用できる制御部の制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本開示の第２の実施の形態のブロック図である。
【図１１】本開示の変形例を示すブロック図である。
【図１２】本開示の他の変形例を示すブロック図である。
【図１３】本開示の応用例の第１の例のブロック図である。
【図１４】本開示の応用例の第２の例のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に説明する実施の形態は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
なお、本開示の説明は、下記の順序にしたがってなされる。
＜１．第１の実施の形態＞
＜２．第２の実施の形態＞
＜３．変形例＞
＜４．応用例＞
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
図１を参照して本開示の第１の実施の形態について説明する。５１で示す双方向インバータが系統電源および蓄電部であるバッテリシステムの間に接続されている。双方向インバータ５１は、充電電流形成回路の一例であり、双方向インバータ以外の構成も可能である。バッテリシステムは、例えば１６個の電池セルが直列接続された組電池を備えている。組電池の他の例としては、単一の電池セルの代わりに複数の電池セルの並列接続を使用し、複数の並列接続を直列に接続するものがある。何れの組電池に対しても本開示を適用できる。
【００１７】
本開示の第１の実施の形態において、使用される二次電池の一例は、正極活物質と、黒鉛等の炭素材料を負極活物質として含むリチウムイオン二次電池であり、正極材料としてオリビン構造を有する正極活物質を含有するものである。
【００１８】
双方向インバータ５１は、バッテリシステムで生成される直流電源を交流電源に変換して系統電源に供給する機能と、系統電源からバッテリシステムを充電するための直流電源を生成する機能とを有する。ここでは、系統電源から充電用の直流電源を形成する場合について説明する。
【００１９】
双方向インバータ５１の出力端子の電圧が電圧検出器５２によって検出される。この電圧は、組電池の電池合計電圧である。検出された電池合計電圧が比較演算器５３に対してその一方の入力として供給される。比較演算器５３の他方の入力として、最大充電電圧が供給される。最大充電電圧によって充電制御（ＣＶ定電圧制御）が行われる。電圧検出器５２および比較演算器５３が制御回路５４を構成している。
【００２０】
比較演算器５３からは、最大充電電圧と電池合計電圧との差の電圧が出力される。この比較演算器５３の出力が双方向インバータ５１に対して制御信号として供給される。双方向インバータ５１は、比較演算器５３の出力に応じた充電電流をバッテリシステムに対して供給する。最大充電電圧によってＣＶ制御されているので、電池電圧の上昇に伴って充電電流が減少する。
【００２１】
一例として、組電池の直列数を（ｎ＝１６）とし、可能な１セル当たりの最大電圧を３．５５Ｖとすると、制御回路５４による制御は、下記の式（１）で表される。最大電圧とは、満充電電圧のことである。コバルト系では、４．２Ｖとなる。
最大充電電圧＝電池合計電圧＋（３．５５−最大セル電圧）×１６      （１）
【００２２】
この関係は、図２に示すことができる。例えば１番目の電池セルの電圧Ｖ１が最大セル電圧Ｖmaxとする。各電池セルの最大セル電圧Ｖmaxに対する差電圧をＶｄ２、Ｖｄ３、Ｖｄ４、・・・、Ｖｄｎすると、電池合計電圧は、下記の式で表すことができる。
【００２３】
電池合計電圧＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４＋・・・・・＋Ｖ16
＝Ｖmax＋（Ｖmax−Ｖｄ２）＋（Ｖmax−Ｖｄ３）＋・・・・・・＋（Ｖmax−Ｖｄ16）
【００２４】
したがって、式（１）の右辺は、下記のものとなる。
右辺＝Ｖmax＋（Ｖmax−Ｖｄ２）＋（Ｖmax−Ｖｄ３）＋・・・・・・＋（Ｖmax−Ｖｄ16）＋（３．５５×１６）−（Ｖmax×１６）
＝５６．８−（Ｖｄ２＋Ｖｄ３＋・・・・・＋Ｖｄ16）      （２）
【００２５】
この式（２）から分かるように、本開示の第１の実施の形態では、５６．８Ｖから電池セル間のばらつき量だけ下げて最大充電電圧を設定するものである。充電時に、セル間ばらつき電圧の総計値を充電設定電圧（３．５５Ｖ×１６＝５６．８Ｖ）から減じた充電電圧に変更して充電を継続し、個別セルの充電設定電圧に達したところで充電を終了する。
【００２６】
セル間のばらつき量がゼロの場合には、５６．８Ｖで一定（この電圧が最大の設定値）とされる。しかも、最大セル電圧Ｖmaxが３．５５Ｖを超える場合には、（３．５５−最大セル電圧）の項がマイナスとなり、最大充電電圧（充電電流）を下げるように制御され、電池セルの過充電を防止することができる。
【００２７】
特に、本開示は、正極材料としてオリビン構造を有する正極活物質を含有する二次電池に適用して好適である。この種の二次電池を使用する組電池は、図３に示すように、充電末期において、電池合計電圧が上がる場合がある。本開示の場合には、このような場合に最大充電電圧（図３中のＣＶＭ）が下げられるように制御される。したがって、電池合計電圧が過大となることが防止される。なお、図３の充電初期では、双方向インバータ５１の電流制限によって一定の電流値とされる。そして、セル間のばらつきが充電末期で大きくなってきていると、充電電圧が小さいものに制御され、電池電圧も上昇するので、自然と充電電流が小さいものとされる。充電の完了判定は、最小電池電圧のセルが一定の電圧Ｖｆ以上となったところになる。
【００２８】
さらに、第１の実施の形態において、電池セル間のバラツキ量の総計値Σδをしきい値ΔＶと比較して、（δＶ＜ΔＶ）（しきい値の範囲内）となった場合に、電流制限をするスイッチ動作を行うようにしても良い。
【００２９】
＜２．第２の実施の形態＞
「電力貯蔵装置」
次に、本開示を電力貯蔵装置に対して適用した第２の実施の形態について説明する。最初に電力貯蔵装置の一例について説明する。大出力を発生するために多数の蓄電素子例えば電池セルを使用する場合、複数の蓄電ユニット（以下、蓄電モジュールと称する）を接続し、複数の蓄電モジュールに対して共通に制御装置を設ける構成が採用される。かかる構成を電力貯蔵装置と称する。さらに、複数の電力貯蔵装置を接続する電力貯蔵システムも可能である。蓄電素子としては、電池以外にキャパシタ等を使用しても良い。
【００３０】
蓄電モジュールは、蓄電部を含む蓄電装置であり、複数の電池セル例えばリチウムイオン二次電池の直列接続、または複数の電池セルの並列接続（サブモジュール）の直列接続を含む蓄電部と、モジュール毎に設けられているモジュールコントローラとを組み合わせた単位である。各モジュールコントローラのサブマイクロコントローラユニットが全体の制御装置であるメインコントローラのメインマイクロコントローラユニットとデータ伝送路（バス）を介して接続され、メインマイクロコントローラユニットが充電管理、放電管理、劣化抑制等のための管理を行う。バスとしては、例えばＩ２Ｃ(Inter-Integrated Circuit)方式の通信が使用される。
【００３１】
この方式は、比較的近距離で直結したデバイスとの間で、シリアル通信を行うものである。１台のマスタと１台または複数台のスレーブとの間が２本の線で接続される。一方の線を通じて伝送されるクロストークを基準としてデータ信号が他方の線上で転送される。個々のスレーブがアドレスを持っていてデータの中にアドレスが含まれ、１バイト毎に受信側からアクノリッジを返送して互いに確認をとりながらデータの転送がなされる。電力貯蔵装置の場合には、メインマイクロコントローラユニットかマスタとなり、サブマイクロコントローラユニットがスレーブとなる。
【００３２】
各モジュールコントローラのサブマイクロコントローラユニットからメインマイクロコントローラユニットに対してデータが送信される。例えば、各蓄電モジュールの内部状態の情報、すなわち、各電池セルの電圧、モジュール全体の電圧の情報、電流の情報、温度の情報等の電池情報がサブマイクロコントローラユニットからメインマイクロコントローラユニットに伝送され、各蓄電モジュールの充電処理および放電処理が管理される。
【００３３】
図４に、電力貯蔵装置の具体的な接続構成の一例を示す。例えば４個の蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ４が直列に接続される。この場合では、正極端子１（ＶＢ＋）および負極端子２（ＶＢ−）に例えば電力貯蔵装置の全体の出力電圧例えば約２００Ｖが取り出される。蓄電モジュールＭＯＤ１〜ＭＯＤ４のそれぞれには、モジュールコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴ４と複数の電池セルまたは複数のサブモジュールの並列接続が複数接続された蓄電部ＢＢ１〜ＢＢ４とが含まれている。蓄電部ＢＢ１〜ＢＢ４が電源ラインを介して接続される。
【００３４】
各モジュールコントローラには、後述するように、監視回路、サブコントロールユニット等が含まれている。メインコントローラＩＣＮＴとモジュールコントローラＣＮＴ１〜ＣＮＴ４が共通のシリアル通信のバス３を介して接続されている。メインコントローラＩＣＮＴに対して、各モジュールコントローラからのモジュール毎の電圧等の電池情報が伝送される。メインコントローラＩＣＮＴは、さらに、外部例えばエレクトロニックコントロールユニットとの通信が可能なように通信端子４を有する。
【００３５】
図５に示すように、例えば２台の蓄電モジュールＭＯＤ１およびＭＯＤ２とメインコントローラＩＣＮＴとのそれぞれが箱状のケースを有する構成とされ、積み重ねられて使用される。オプションとしてＵＰＳ(Uninterruptable Power Supply:無停電電源装置）５が使用される場合もある。図５において破線で示すように、メインコントローラＩＣＮＴおよび各蓄電モジュールのモジュールコントローラＣＮＴがバス３によって接続されている。
【００３６】
さらに、電力貯蔵装置においては、図６に示すように、複数の蓄電モジュールを制御するために、各蓄電モジュールのサブコントロールユニット（図では、ＳＵＢ  ＭＣＵと表記する）がメインマイクロコントローラユニット（図では、ＭＡＩＮ  ＭＣＵと表記する）と接続される。さらに、複数のメインマイクロコントローラユニットが最上位のエレクトロニックコントロールユニット（図では、ＥＣＵと表記する）と接続される。エレクトロニックコントロールユニットは、一般的にアナログ機器を制御するユニットを総称するものである。
【００３７】
「モジュールコントローラおよびメインコントローラの一例」
図７を参照してモジュールコントローラＣＮＴおよびメインコントローラＩＣＮＴの構成の一例について説明する。蓄電部ＢＢは、ｎ個例えば１６個の電池セル（以下、単にセルと適宜称する）Ｃ１〜Ｃ１６の直列接続からなる。蓄電部ＢＢとしては、複数のセルの並列接続（サブモジュール）を直列接続した構成でも良い。各セルの電圧がセル電圧マルチプレクサ１１に供給され、セルＣ１〜Ｃ１６のそれぞれの電圧が順次選択されてＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２に対して供給される。さらに、セルバランス制御でセルＣ１〜Ｃ１６のそれぞれを放電するためのセルバランス放電回路２３が設けられている。
【００３８】
セル電圧マルチプレクサ１１によって、１６個のセルの電圧が時分割多重され、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２において、デジタル信号に変換され、さらに、電圧しきい値と比較される。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２は、各セルの１４〜１８ビットのデジタル電圧データと、各セルの電圧と電圧しきい値との比較結果（例えば１ビットの信号）とを出力する。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２の出力信号が監視回路１３に供給される。
【００３９】
さらに、各セルの温度を測定する温度測定部１４およびＩＣ内部の温度を測定する温度測定部１５が設けられている。温度測定部１４および１５からの温度情報が温度マルチプレクサ１６に供給される。温度マルチプレクサ１６によって多重化された温度データがＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２に供給される。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２は、デジタル温度データを生成し、デジタル温度データと温度しきい値との比較結果（例えば１ビットの信号）とを出力する。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２は、上述したように、セル電圧データに関する比較結果も出力する。温度用に別個にＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータを設けも良い。
【００４０】
蓄電部（セルＣ１〜Ｃ１６）を流れる電流を検出する抵抗１７が蓄電部ＢＢと直列に接続されている。抵抗１７の両端の電圧がアンプ１８を介してＡ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１９に供給される。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１９からは、デジタル電流データと、電流値と電流しきい値との比較結果（例えば１ビットの信号）とが出力される。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１９の出力信号が監視回路１３に供給される。
【００４１】
Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２が出力する１ビットの信号は、各セルの電圧の正常／異常を示す検出信号である。充電時には、各セルの電圧が所定値と比較され、過大電圧ＯＶか否かを示す検出信号が生成される。放電時には、各セルの電圧が所定値と比較され、過小電圧ＵＶか否かを示す検出信号が生成される。さらに、Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１２が出力する他の１ビットの信号は、温度の過熱ＯＴを示す検出信号である。Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ１９が出力する１ビットの信号は、電流の過大ＯＣを示す検出信号である。
【００４２】
監視回路１３から上述した検出信号と電圧値のデータと電流値のデータと温度のデータとがサブマイクロコントローラユニット２０に供給される。監視回路１３およびサブマイクロコントローラユニット２０間は、例えばシリアル通信で接続されている。サブマイクロコントローラユニット２０は、受け取った検出信号を使用して、必要に応じてモジュールコントローラＣＮＴの診断処理を行う。サブマイクロコントローラユニット２０が出力する検出信号と診断処理の結果を示すデータとが通信部２１に供給される。
【００４３】
通信部２１は、メインコントローラＩＣＮＴのメインマイクロコントローラユニットとバス３を介してシリアル通信例えばＩ２Ｃ通信を行うためのインターフェースである。なお、通信方式としては、有線または無線の通信路を使用できる。図７では省略されているが、バス３には、他の蓄電モジュールのモジュールコントローラのサブマイクロコントローラユニットが接続されている。
【００４４】
蓄電モジュールＭＯＤの正極端子２２ａおよび負極端子２２ｂが電源ラインを介してメインコントローラＩＣＮＴの正極端子３２ａおよび負極端子３２ｂとそれぞれ電源ラインを介して接続される。
【００４５】
バス３に対してメインコントローラＩＣＮＴの通信部３１が接続される。通信部３１に対してメインマイクロコントローラユニット３０が接続されており、通信部３１を通じてなされる通信がメインマイクロコントローラユニット３０によって制御される。さらに、メインマイクロコントローラユニット３０が通信路を介して上位のエレクトロニックコントロールユニットＥＣＵに接続されている。
【００４６】
メインマイクロコントローラユニット３０に対してレギュレータ３３によって生成された電源電圧が供給される。メインコントローラＩＣＮＴは、正極端子１および負極端子２を有する。電源の出力経路中に、スイッチング部３４および３５が直列に挿入されている。これらのスイッチング部３４および３５は、メインマイクロコントローラユニット３０によって制御される。スイッチング部３４および３５は、スイッチ素子（ＦＥＴ(Field Effect Transistor)、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor):絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等と、並列のダイオードとをそれぞれ有する。
【００４７】
充電禁止時には、スイッチング部３４がオフとなる。放電禁止時には、放電禁止時には、スイッチング部３５がオフとなる。さらに、充電および放電を行わない場合は、スイッチング部３４および３５のそれぞれのスイッチ素子がオフとされる。メインマイクロコントローラユニット３０は、上位のエレクトロニックコントロールユニットＥＣＵに対して蓄電モジュールＭＯＤから受け取ったデータを伝送する。さらに、エレクトロニックコントロールユニットＥＣＵから充電／放電に関する制御信号を受け取る。
【００４８】
「セルバランス放電回路」
セルバランス放電回路２３の一例を図８に示す。セルＣ１と並列に抵抗ｒ１とスイッチｓ１とが接続される。同様に、セルＣ２〜Ｃ１６のそれぞれと並列に抵抗ｒ２〜ｒ１６とスイッチｓ２〜ｓ１６とが接続される。スイッチｓ１〜ｓ１６は、半導体スイッチ素子例えばＦＥＴ によって構成されている。
【００４９】
スイッチｓ１〜ｓ１６は、例えばサブマイクロコントローラユニット２０において生成されるスイッチング制御信号によってそのオン／オフが制御される。スイッチｓ１〜ｓ１６がオンすることによって、セルＣ１〜Ｃ１６の正極および負極が抵抗ｒ１〜ｒ１６を介して接続され、セルＣ１〜Ｃ１６に蓄積されている電荷が放電される。充電電流がセルＣ１〜Ｃ１６に供給されている期間では、スイッチｓ１〜ｓ１６がオンすることによって、充電電流が分流されて実質的に充電電流が減少する。例えば充電期間中で、オンとされたスイッチは、オン状態を継続する。
【００５０】
正極端子１および負極端子２に対して充電回路が接続されてセルＣ１〜Ｃ１６が充電される。充電は、定電流によってなされる。本開示では、充電電流を段階的に減少させる。すなわち、充電時に各セルの電圧が監視回路１３によって監視されており、何れかのセルが設定されている電流切替電圧Ｖ１に達すると、電流が１段階低下させると共に、電流切替電圧Ｖ１に到達したセルに対応するスイッチ（セルバランス放電回路２３）がオンとされ、電圧上昇が抑制される。このような動作が繰り返され、所定総電圧またはほぼ全体のセルが充電完了電圧Ｖｆに到達すると、充電が停止される。
【００５１】
「制御動作」
図９のフローチャートを参照してサブマイクロコントローラユニット２０によりなされる充電時の制御処理について説明する。
【００５２】
Ｖcell n：ｎ番目のセル
Ｖcellmin：ｎ個のセルの中で最小の電圧
Ｖov：充電休止電圧
Ｖf ：充電完了電圧
Ｖcellov：ｎ個のセルの中で充電休止電圧に到達したセルの電圧
ＶL ：放電電圧
【００５３】
一例として、（Ｖov＞Ｖｆ）とされ、Ｖov＝４．１５Ｖに設定され、Ｖf ＝４．５Ｖに設定される。Ｖovより高い電圧例えば４．２Ｖ以上は、過充電電圧とされ、充電禁止とされる。さらに、放電電圧ＶＬが３．０Ｖに設定される。ＶＬより低い電圧例えば２．３Ｖが過放電電圧とされ、放電が禁止される。実際には、各電圧が多少の幅を持つようにされる。本開示において、使用される二次電池の一例は、正極活物質と、黒鉛等の炭素材料を負極活物質として含むリチウムイオン二次電池である。正極材料として特に限定はないが、オリビン構造を有する正極活物質を含有するものも使用できる。この種の電池では、例えばＶovが３．４８Ｖに設定され、ＶLが２．０Ｖに設定される。
【００５４】
ステップＳ１：充電が開始される。
ステップＳ２：Ｖcell n＞ＶＬかどうかが判定される。全てのセルの電圧がＶＬより大かどうかが判定される。
ステップＳ３：ステップＳ２の条件が成立しないと判定されると、予備充電がなされる。予備充電における充電電流が例えば１Ａとされる。予備充電は、ステップＳ２の判定の結果が肯定となるまでなされる。
【００５５】
ステップＳ４：ステップＳ２の判定の結果が肯定となると、Ｖcellmin≧Ｖｆかどうかが判定される。
ステップＳ５：ステップＳ４の結果が肯定の場合、充電が完了する。
ステップＳ６：ステップＳ４の結果が否定の場合、Ｖcell n≧Ｖovかどうかが判定される。ステップＳ６の判定結果が肯定の場合、充電が終了（ステップＳ１０）に移行する。
【００５６】
ステップＳ７：通常充電がなされる。例えば１Ｃ充電がなされる。１Ｃ充電とは、公称容量の電池を定格充電して１時間（１ｈ）で充電終了となる電流値のことである。例えば２．０Ａｈの公称容量のリチウムイオン二次電池の場合、（１Ｃ＝２．０Ａｈ／１ｈ＝２．０Ａ）となる。
ステップＳ８：充電電圧が逐次制御される。
ステップＳ９：セルバランス電圧Ｖbalに達したセルのみ、セルバランスがオンとされる。すなわち、セルバランス放電回路２３において、対応するセルのスイッチがオンとされる。すなわち、セルバランス制御が平行してなされる。セルバランスがオンとされたセルは、次回以降の電流切替電圧Ｖｎに到達しても特別な処理を行わない。
【００５７】
ステップＳ１０：セルの最小電圧がＶｆ以上か否かが判定される。この判定結果が肯定の場合には、充電が完了する（ステップＳ５）。そうでない場合には、処理がステップＳ６に戻る。
【００５８】
上述した電力貯蔵装置に対して本開示を適用した第２の実施の形態の構成を図１０に示す。第１の実施の形態と同様に、双方向インバータ５１が系統電源とメインコントローラＩＣＮＴの正極端子１との間に挿入されている。電圧検出器５２および比較演算器５３によって制御回路５４が構成される。
【００５９】
メインコントローラＩＣＮＴのメインマイクロコントローラユニット３０から通信によって、比較演算器５３に対して最大充電電圧の情報が供給される。制御回路５４によって、第１の実施の形態と同様に、５６．８Ｖから電池セル間のばらつき量だけ下げて最大充電電圧が設定される。充電時に、所定電圧に達すると、セル間ばらつき電圧の総計値を充電設定電圧から減じた充電電圧に変更して充電を継続し、個別セルの充電設定電圧に達したところで充電を終了する。
【００６０】
第２の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様に、セル間のばらつき量がゼロの場合には、５６．８Ｖで一定（この電圧が最大の設定値）とされ、最大セル電圧Ｖmaxが３．５５Ｖを超える場合には、（３．５５−最大セル電圧）の項がマイナスとなり、最大充電電圧（充電電流）を下げるように制御され、電池セルの過充電を防止することができる。また、充電末期において、電池合計電圧が上がる場合に最大充電電圧が下げられるように制御される。したがって、電池合計電圧が過大となることが防止される。
【００６１】
＜３．変形例＞
以上、本開示の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。
【００６２】
図１１は、本開示の変形例を示す。上述した第１および第２の実施の形態では、制御回路５４が電圧検出器５２を有する構成であった。これに対して、バッテリシステム側に電圧検出器５５を備え、この電圧検出器５５から電池合計電圧を比較演算器５３に対して供給するようにしても良い。
【００６３】
さらに、図１２に示すように、バッテリシステムに電圧検出器５５および比較演算器５６を設けるようにしても良い。比較演算器５６からの電流設定用のコントロール信号が双方向インバータ５１に対して供給され、充電電流が設定される。
【００６４】
＜４．応用例＞
以下、上述した本開示の充電制御の応用例について説明する。なお、充電制御の応用例は、以下に説明する応用例に限られることはない。
【００６５】
「住宅における蓄電システム」
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図１３を参照して説明する。この蓄電システムは、例えば、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、蓄電装置の充放電制御を行う電力システムである。例えば住宅１０１用の蓄電システム１００においては、火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２から電力網１０９、情報網１１２、スマートメータ１０７、パワーハブ１０８等を介し、電力が蓄電装置１０３に供給される。これと共に、家庭内発電装置１０４等の独立電源から電力が蓄電装置１０３に供給される。蓄電装置１０３に供給された電力が蓄電される。蓄電装置１０３を使用して、住宅１０１で使用する電力が給電される。住宅１０１に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
【００６６】
住宅１０１には、発電装置１０４、電力消費装置１０５、蓄電装置１０３、各装置を制御する制御装置１１０、スマートメータ１０７、各種情報を取得するセンサー１１１が設けられている。各装置は、電力網１０９および情報網１１２によって接続されている。発電装置１０４として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置１０５および／または蓄電装置１０３に供給される。電力消費装置１０５は、冷蔵庫１０５ａ、空調装置であるエアコン１０５ｂ、テレビジョン受信機であるテレビ１０５ｃ、風呂（バス）１０５ｄ等である。さらに、電力消費装置１０５には、電動車両１０６が含まれる。電動車両１０６は、電気自動車１０６ａ、ハイブリッドカー１０６ｂ、電気バイク１０６ｃである。
【００６７】
蓄電装置１０３に対して、上述した本開示の充電制御が適用される。蓄電装置１０３は、二次電池、またはキャパシタから構成された組電池を含む蓄電部を有する。蓄電装置１０３は、例えば、リチウムイオン二次電池によって構成された組電池を含む蓄電部を有する。リチウムイオン二次電池は、定置型であっても、電動車両１０６で使用されるものでも良い。蓄電装置１０３は、複数の蓄電装置で構成しても良い。スマートメータ１０７は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網１０９は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。
【００６８】
各種のセンサー１１１は、例えば人感センサー、照度センサー、物体検知センサー、消費電力センサー、振動センサー、接触センサー、温度センサー、赤外線センサー等である。各種センサー１１１により取得された情報は、制御装置１１０に送信される。センサー１１１からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置１０５を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置１１０は、住宅１０１に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
【００６９】
パワーハブ１０８によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置１１０と接続される情報網１１２の通信方式としては、ＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路）等の通信インターフェースを使う方法、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ＺｉｇＢｅｅは、ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers) ８０２．１５．４の物理層を使用するものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
【００７０】
制御装置１１０は、外部のサーバ１１３と接続されている。このサーバ１１３は、住宅１０１、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ１１３が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置（たとえばテレビジョン受信機）から送受信しても良いが、家庭外の装置（たとえば、携帯電話機等）から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等に、表示されても良い。
【００７１】
各部を制御する制御装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、この例では、蓄電装置１０３に格納されている。制御装置１１０は、蓄電装置１０３、家庭内発電装置１０４、電力消費装置１０５、各種センサー１１１、サーバ１１３と情報網１１２により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。
【００７２】
以上のように、電力が火力発電１０２ａ、原子力発電１０２ｂ、水力発電１０２ｃ等の集中型電力系統１０２のみならず、家庭内発電装置１０４（太陽光発電、風力発電）の発電電力を蓄電装置１０３に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置１０４の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置１０３に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置１０３に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置１０３によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
【００７３】
なお、この例では、制御装置１１０が蓄電装置１０３内に格納される例を説明したが、スマートメータ１０７内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、電力貯蔵装置１００は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
【００７４】
「車両における蓄電システム」
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図１４を参照して説明する。図１４に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
【００７５】
このハイブリッド車両２００には、エンジン２０１、発電機２０２、電力駆動力変換装置２０３、駆動輪２０４ａ、駆動輪２０４ｂ、車輪２０５ａ、車輪２０５ｂ、バッテリー２０８、車両制御装置２０９、各種センサ２１０、充電口２１１が搭載されている。バッテリー２０８に対して、上述した本開示の充電制御が適用される。バッテリー２０８は、例えば、１または複数の蓄電装置等である。
【００７６】
ハイブリッド車両２００は、電力駆動力変換装置２０３を動力源として走行する。電力駆動力変換装置２０３の一例は、モータである。バッテリー２０８の電力によって電力駆動力変換装置２０３が作動し、この電力駆動力変換装置２０３の回転力が駆動輪２０４ａ、２０４ｂに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流（ＤＣ−ＡＣ）あるいは逆変換（ＡＣ−ＤＣ変換）を用いることによって、電力駆動力変換装置２０３が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ２１０は、車両制御装置２０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度（スロットル開度）を制御したりする。各種センサ２１０には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
【００７７】
エンジン２０１の回転力は発電機２０２に伝えられ、その回転力によって発電機２０２により生成された電力をバッテリー２０８に蓄積することが可能である。
【００７８】
図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置２０３に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置２０３により生成された回生電力がバッテリー２０８に蓄積される。
【００７９】
バッテリー２０８は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口２１１を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
【００８０】
図示しないが、二次電池に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残容量に関する情報に基づき、電池残容量表示を行う情報処理装置などがある。
【００８１】
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、モーターで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモーターの出力が何れも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という３つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。
【００８２】
なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
［１］
電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部に対する充電電圧を生成する充電電圧形成部を有し、
前記充電電圧は、満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池合計電圧との和で設定される、充電装置。
［２］
充電設定電圧から前記蓄電部の電池セル間ばらつき電圧の総計値を減じた前記充電電圧を形成する［１］に記載の充電装置。
［３］
前記電池合計電圧を検出する電圧検出器をさらに有する［１］に記載の充電装置。
［４］
充電設定電圧と前記電池合計電圧とを比較演算する比較演算器をさらに有する［１］に記載の充電装置。
［５］
前記電池合計電圧を検出する電圧検出器と、前記充電設定電圧と前記電池合計電圧とを比較演算する比較演算器とをさらに有する［１］に記載の充電装置。
［６］
前記電池セルがオリビン構造を有する正極活物質を有するものである［１］〜［５］の何れかに記載の充電装置。
［７］
電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部に対する充電電圧を充電電圧形成部によって生成し、
前記充電電圧が満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池合計電圧との和で設定される、充電制御方法。
［８］
電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部と、
前記蓄電部に対する充電電圧を生成する充電電圧形成部とを有し、
前記充電電圧は、満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池合計電圧との和で設定される、蓄電装置。
［９］
前記蓄電部は、前記電池合計電圧を検出する電圧検出器をさらに有する［８］に記載の蓄電装置。
［１０］
前記蓄電部は、電池合計電圧を検出する電圧検出器と、前記充電設定電圧と前記電池合計電圧とを比較演算する比較演算器とをさらに有する［８］に記載の蓄電装置。
［１１］
前記充電設定電圧と前記電池合計電圧とを比較演算する比較演算器をさらに有する［９］に記載の蓄電装置。
［１２］
電池セルおよび複数の電池セルの並列接続の何れかが複数直列接続されてなる組電池を含む蓄電部と、
前記蓄電部に対する充電電圧を生成する充電電圧形成部とを有し、
前記充電電圧は、満充電電圧から最大セル電圧を差し引いた値と電池合計電圧との和で設定される蓄電装置を備える電力貯蔵装置。
［１３］
［８］に記載の蓄電装置を有し、
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部が受信した情報に基づき、前記蓄電装置の充放電制御を行う電力システム。
［１４］
［８］に記載の蓄電装置を備え、
前記蓄電装置から、電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、前記蓄電装置に関する情報に基いて車両制御に関する情報処理を行なう制御装置とを有する電動車両。
【符号の説明】
【００８３】
ＭＯＤ，ＭＯＤ１〜ＭＯＤＮ・・・蓄電モジュール、ＩＣＮＴ・・・メインコントローラ、ＣＮＴ・・・モジュールコントローラ、Ｃ１〜Ｃｎ・・・セル、ＢＢ１〜ＢＢｎ・・・蓄電部、１２，１９・・・Ａ／Ｄコンバータおよびコンパレータ、１３・・・監視回路、１６・・・温度マルチプレクサ、２０・・・サブマイクロコントローラユニット、２１・・・通信部、２３・・・セルバランス放電回路、３０・・・メインマイクロコントローラユニット、５１・・・双方向インバータ、５２，５５・・・電圧検出器、５３，５６・・・比較演算器、１００・・・蓄電システム、１０１・・・住宅、１０２・・・集中型電力系統、１０２ａ・・・火力発電、１０２ｂ・・・原子力発電、１０２ｃ・・・水力発電、１０３・・・蓄電装置、１０４・・・発電装置、１０５・・・電力消費装置、１０５ａ・・・冷蔵庫、１０５ｂ・・・エアコン、１０５ｃ・・・テレビ、０６・・・電動車両、１０６ａ・・・電気自動車、１０６ｂ・・・ハイブリッドカー、１０６ｃ・・・電気バイク、１０７・・・スマートメータ、１０８・・・パワーハブ、１０９・・・電力網、１１０・・・制御装置、１１１・・・センサー、１１２・・・情報網、１１３・・・サーバ、２００・・・ハイブリッド車両、２０１・・・エンジン、２０２・・・発電機、２０３・・・電力駆動力変換装置、２０４ａ・・・駆動輪、２０４ｂ・・・駆動輪、２０５ａ・・・車輪、２０５ｂ・・・車輪、２０８・・・バッテリー、２０９・・・車両制御装置、２１０・・・センサ、２１１・・・充電口
【図１】
2015201925.tif 000003
【図２】
2015201925.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2015201925.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2015201925.tif 000012
【図１１】
2015201925.tif 000013
【図１２】
2015201925.tif 000014
【図１３】
2015201925.tif 000015
【図１４】
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