(57)【要約】【課題】複数の二次電池（セル）を並列に接続した組電池を直列に複数接続して電池モジュールとし、さらに複数の電池モジュールを直列に接続した電池パックに適用されて、全体としての出力特性の低下及び電力容量の低下を抑制する残存容量調整方法を提供する【解決手段】並列に接続されたＮ個の素電池を備えた組電池が直列にｋ組接続された電池モジュールをＤ個備えた電池パックにおいて、ある素電池が異常状態となって切り離された際に、各電池モジュールに０．５〜１．０の範囲の容量補正率を設定し、容量補正率に応じて組電池の使用容量範囲を決めて、残存している各組電池の容量を算出してこれを用いて各組電池を単独でそれぞれ所定量放電させることにより残存容量を均等になるように調整する。【選択図】図１１
2012052962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池である素電池を複数備えた電池パックの残存容量調整方法であって、
前記電池パックは、Ｄ個の電池モジュールが直列に接続された構成を有しており、
前記電池モジュールは、並列に接続されたＮ個の前記素電池を備えた組電池が直列にｋ組接続された構成を有しており、
各前記組電池において、異常状態となった前記素電池であって隣接する他の素電池と電気的接続を断たれた前記素電池の数Ｃｍ,ｂ（ｍは電池モジュールの配置番号、ｂは組電池の配置番号）を検出する工程と、
各前記組電池の容量Ｖｍ,ｂをそれぞれ算出し、前記容量Ｖｍ,ｂのうち最小の容量Ｖminを算出する工程と、
各前記電池モジュールにおいて、前記容量Ｖｍ,ｂを用いて容量補正率Ｒｍ（ｍは電池モジュールの配置番号）を算出する容量補正率算出工程と、
各前記組電池において、オフセット容量Ｙｍ,ｂ＝（Ｖｍ,ｂ−Ｖmin）×Ｒｍを算出する工程と、
各前記組電池の現時点での残存容量Ｘｍ,ｂをそれぞれ算出しこれを用いて調整残存容量Ｚｍ,ｂ＝Ｘｍ,ｂ−Ｙｍ,ｂと当該調整残存容量Ｚｍ,ｂのうち最小の調整残存容量Ｚminとを算出する工程と、
各前記組電池において、前記調整残存容量Ｚｍ,ｂと前記最小の調整残存容量Ｚminとを比較して、Ｚｍ,ｂ−Ｚmin＞αである場合にのみ（αは所定の数値）、当該組電池を残存容量調整のために単独でＺｍ,ｂ−Ｚmin＜β（βはβ＜αである所定の数値）となるまで放電させる残存容量調整工程と
を含み、
前記容量補正率算出工程では、
前記最小の容量Ｖminを有する組電池を含んでいる電池モジュールの配置番号ｍ’を算出して、この組電池の容量補正率Ｒｍ’を１とするサブステップＳＢ１と、
前記Ｃｍ,ｂの最大値Ｃmaxを算出し、Ｎ−Ｃmaxが所定の必要素電池数Ｎｒ以上であるか否かを判定するサブステップＳＢ２と、
前記サブステップＳＢ２にて、Ｎ−Ｃmax≧Ｎｒであれば、０．５以上１．０以下の範囲のＲｍと前記容量Ｖｍ,ｂとを用いて、この時点で出力可能な電力量Ｗｈｇの範囲を算出し、前記Ｗｈｇの範囲には所定の必要電力量Ｗｈｒ以上である部分が含まれるか否かを判定するサブステップＳＢ３と、
前記サブステップＳＢ３にて前記Ｗｈｇの範囲がＷｈｒ以上である部分が含まれると判定されれば、Ｗｈｇ≧ＷｈｒとなるＷｈｇを算出するのに用いられたＲｍの値のうち最小の値を、ｍ’以外の配置番号を有する組電池の前記容量補正率ＲｍとするサブステップＳＢ４と、
前記サブステップＳＢ２にてＮ−Ｃmax＜Ｎｒである、あるいは前記サブステップＳＢ３にてＷｈｇの最大値がＷｈｒよりも小さい、と判定されたときには、ｍ’以外の配置番号を有する組電池の容量補正率Ｒｍ＝１とするサブステップＳＢ５と
を含む、電池パックの残存容量調整方法。
【請求項２】
前記サブステップＳＢ２にてＮ−Ｃmax＜Ｎｒである、あるいは前記サブステップＳＢ３にてＷｈｇの最大値がＷｈｒ未満である、と判定されたときには、前記配置番号ｍ’の電池モジュールを交換することを促す信号を発生させる、請求項１に記載されている電池パックの残存容量調整方法。
【請求項３】
Ｄ個の電池モジュールが直列に接続された構成を有し、該電池モジュールはｋ組の組電池が直列に接続された構成を有し、該組電池はＮ個の素電池が並列に接続された構成を有しており、
各前記組電池の電圧を計測する電圧計測回路を含む組電池監視部と、各前記組電池の残存容量の最適値を算出する残存容量算出回路及び各前記組電池に対して残存容量の調整を行う残存容量調整回路を含む制御部と、出力電流を計測する電流計測部とをさらに有し、
各前記組電池には、当該組電池を放電させる放電回路と、異常状態となった素電池に対して隣接する他の素電池との電気的接続を断つ切断部材とが設置されており、
前記組電池監視部が、前記組電池内の前記素電池が異常状態になって前記切断部材によって隣接する他の素電池との電気的接続を断たれたことを検出したときには、前記残存容量算出回路が前記電圧計測回路及び前記電流計測部からの信号を利用して各前記組電池の残存容量の最適値を算出して、各前記組電池の残存容量が前記最適値になるまで前記制御部が前記放電回路を作動させて当該組電池を放電させる、電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックの残存容量調整方法に関し、特に二次電池である素電池を複数備えた電池パックの残存容量調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＰＥＶ）の需要が急増し、それに伴い電源である電池の需要も急増し、その特性の向上も急務となっている。ＨＥＶやＰＥＶの電源にはリチウムイオン二次電池が使用されるようになってきており、自動車用途以外にも産業用途、住宅用途等にも高容量であるリチウムイオン二次電池が使われるようになってきている。
【０００３】
上述のような自動車・機械の駆動電源や生活用電源としてリチウムイオン二次電池を利用するためには、複数の素電池を直列及び並列に接続して、高出力高容量の電池パックを構成する必要がある。しかし電池パックには、素電池自体の課題と、素電池を複数組み合わせることに由来する課題の両方が存在している。
【０００４】
素電池を複数組み合わせることに由来する課題には、例えば、各素電池の電池特性がばらつくことにより電池パック全体としての特性が低下したり、安全性に問題が発生したりすることがある。特許文献１，２，３には、複数個の二次電池であるセルを直列に接続した組電池において、各セルの容量のばらつきを調整する方法が開示されている。
【０００５】
特許文献１では、組電池を構成するセルの開放電圧の最低電圧値ＶＭＩＮを容量調整目標値Ｖｇとし、各セルを目標値との偏差に対応した時間だけ放電させて、他の多数のセルよりも相対的に電圧低下量が大きいけれども異常ではないセルの電圧を他の多数のセルの電圧と同レベルへ近づけていく技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２では、各セルの残存容量を求め、そのうち、最大残存容量Ｑmax を有するセルを放電すべき対象セルとして設定すると共に、この対象セルが放電後に有すべき目標残存容量Ｑｚとして全セルの残存容量の平均値を設定して目標放電量△Ｑ（＝Ｑmax −Ｑｚ）を算出し、対象セルに放電回路を接続した後、放電回路に流れる対象セルからの放電電流Ｉｈを測定して、その積算値Ｑｈを算出し、積算値Ｑｈが目標放電量△Ｑに達すると、対象セルから放電回路を切り放すことで、対象セルが目標残存容量Ｑｚに達したか否かの判断を、セルの開回路電圧を実測することなく行って、短時間で確実にセルの充電状態を揃える技術が開示されている。
【０００７】
特許文献３では、各セルに接続された放電回路を具えており、制御回路は、最適化後の蓄電量と所定の充電状態での蓄電量との差が等しくなるよう前記複数のセルの一部或いは全てのセルに対して放電回路による放電を実施することによって最適化を行なう技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１０５１２号公報
【特許文献２】特開平１１−２９９１２２号公報
【特許文献３】特開２００９−８１９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１乃至３は複数個の二次電池であるセルを直列に接続した組電池を前提としており、このような組電池の中でのセルの容量ばらつきを改善する技術であるため、セルを並列接続した組電池や、このような組電池を複数接続して電池モジュールとした場合には、特許文献１乃至３の技術をそのまま適用することはできない。さらには、組電池中のセルが内部短絡する等の異常状態となった場合には特許文献１乃至３の技術では全く対応できない。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の二次電池（セル）を並列に接続した組電池を直列に複数接続して電池モジュールとし、さらに複数の電池モジュールを直列に接続した電池パックに適用されて、全体としての出力特性の低下及び電力容量の低下を抑制する残存容量調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電池パックの残存容量調整方法は、前記電池パックがＤ個の電池モジュールが直列に接続された構成を有しており、前記電池モジュールは、並列に接続されたＮ個の前記素電池を備えた組電池が直列にｋ組接続された構成を有しており、各前記組電池において、異常状態となった前記素電池であって隣接する他の素電池と電気的接続を断たれた前記素電池の数Ｃｍ,ｂ（ｍは電池モジュールの配置番号、ｂは組電池の配置番号）を検出する工程と、各前記組電池の容量Ｖｍ,ｂをそれぞれ算出し、前記容量Ｖｍ,ｂのうち最小の容量Ｖminを算出する工程と、各前記電池モジュールにおいて、前記容量Ｖｍ,ｂを用いて容量補正率Ｒｍ（ｍは電池モジュールの配置番号）を算出する容量補正率算出工程と、各前記組電池において、オフセット容量Ｙｍ,ｂ＝（Ｖｍ,ｂ−Ｖmin）×Ｒｍを算出する工程と、各前記組電池の現時点での残存容量Ｘｍ,ｂをそれぞれ算出しこれを用いて調整残存容量Ｚｍ,ｂ＝Ｘｍ,ｂ−Ｙｍ,ｂと当該調整残存容量Ｚｍ,ｂのうち最小の調整残存容量Ｚminとを算出する工程と、各前記組電池において、前記調整残存容量Ｚｍ,ｂと前記最小の調整残存容量Ｚminとを比較して、Ｚｍ,ｂ−Ｚmin＞αである場合にのみ（αは所定の数値）、当該組電池を残存容量調整のために単独でＺｍ,ｂ−Ｚmin＜β（βはβ＜αである所定の数値）となるまで放電させる残存容量調整工程とを含み、前記容量補正率算出工程では、前記最小の容量Ｖminを有する組電池を含んでいる電池モジュールの配置番号ｍ’を算出して、この組電池の容量補正率Ｒｍ’を１とするサブステップＳＢ１と、前記Ｃｍ,ｂの最大値Ｃmaxを算出し、Ｎ−Ｃmaxが所定の必要素電池数Ｎｒ以上であるか否かを判定するサブステップＳＢ２と、前記サブステップＳＢ２にて、Ｎ−Ｃmax≧Ｎｒであれば、０．５以上１．０以下の範囲のＲｍと前記容量Ｖｍ,ｂとを用いて、この時点で出力可能な電力量Ｗｈｇの範囲を算出し、前記Ｗｈｇの範囲には所定の必要電力量Ｗｈｒ以上である部分が含まれるか否かを判定するサブステップＳＢ３と、記サブステップＳＢ３にて前記Ｗｈｇの範囲がＷｈｒ以上である部分が含まれると判定されれば、Ｗｈｇ≧ＷｈｒとなるＷｈｇを算出するのに用いられたＲｍの値のうち最小の値を、ｍ’以外の配置番号を有する組電池の前記容量補正率ＲｍとするサブステップＳＢ４と、前記サブステップＳＢ２にてＮ−Ｃmax＜Ｎｒである、あるいは前記サブステップＳＢ３にてＷｈｇの最大値がＷｈｒよりも小さい、と判定されたときには、ｍ’以外の配置番号を有する組電池の容量補正率Ｒｍ＝１とするサブステップＳＢ５とを含むことを特徴としている。Ｄは１以上である。
【００１２】
また本発明の電池パックは、Ｄ個の電池モジュールが直列に接続された構成を有し、該電池モジュールはｋ組の組電池が直列に接続された構成を有し、該組電池はＮ個の素電池が並列に接続された構成を有しており、各前記組電池の電圧を計測する電圧計測回路を含む組電池監視部と、各前記組電池の残存容量の最適値を算出する残存容量算出回路及び各前記組電池に対して残存容量の調整を行う残存容量調整回路を含む制御部と、出力電流を計測する電流計測部とをさらに有し、各前記組電池には、当該組電池を放電させる放電回路と、異常状態となった素電池に対して隣接する他の素電池との電気的接続を断つ切断部材とが設置されており、前記組電池監視部が、前記組電池内の前記素電池が異常状態になって前記切断部材によって隣接する他の素電池との電気的接続を断たれたことを検出したときには、前記残存容量算出回路が前記電圧計測回路及び前記電流計測部からの信号を利用して各前記組電池の残存容量の最適値を算出して、各前記組電池の残存容量が前記最適値になるまで前記制御部が前記放電回路を作動させて当該組電池を放電させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本願の方法によって残存容量を調整すれば、異常状態となって他の素電池から電気的接続を断たれた素電池が存していても電池パックを使い続けることが可能であり、電池パック全体として出力特性の低下及び電力容量の低下が生じることが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】二次電池のＳＯＣ−ＯＣＶの相関図である。
【図２】並列セルからなる組電池の容量を示した図である。
【図３】実施形態に係る素電池、組電池、電池モジュールを示す図である。
【図４】実施形態に係る模式的な電池パックの一部を示した図である。
【図５】図４の上側の電池モジュールにおける組電池の使用範囲を容量によって示した図である。
【図６】図４の下側の電池モジュールにおける組電池の使用範囲を容量によって示した図である。
【図７】実施形態に係る電池モジュールの構成の模式図である。
【図８】実施形態に係る電池パックの構成の模式図である。
【図９】別の実施形態に係る電池パックの構成の模式図である。
【図１０】組電池の配置番号と電池モジュールの配置番号とを説明する図である。
【図１１】実施形態に係る残存容量の調整方法のフローチャートである。
【図１２】容量補正率の算出方法のフローチャートである。
【図１３】実施形態に係る残存容量の調整の具体例を示す図である。
【図１４】実施形態に係る残存容量の調整の別の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（定義）
異常状態となった電池とは、劣化や内部短絡等により充放電が不可能になったり、容量が初期の状態に比較して１／３未満になったりした電池のことをいう。
【００１６】
電池モジュールの配置番号ｍとは、電池パック内のＤ個の電池モジュールのうち、直列配置の一方の端部の電池モジュールを配置番号１とし、そこからｍ番目に配置されている電池モジュールの配置番号である。
【００１７】
組電池の配置番号ｂとは、電池モジュール内のｋ組の組電池のうち、直列配置の一方の端部の組電池を配置番号１とし、そこからｂ番目に配置されている組電池の配置番号である。
【００１８】
組電池の容量とは、組電池全体としての初期満充電時における容量を指す。
【００１９】
組電池の残存容量とは、測定・算出時にその組電池に残っている容量のことである。
【００２０】
α、βは、残存容量調整のために行う各組電池の放電のオンオフの切替が頻繁に起こることを避けるために設定される数値である。具体的には、異常状態の素電池が含まれていない組電池の容量をＢとしたときに、製品バラツキで発生する可能性がある０．０３Ｂ〜０．０５Ｂといった値にすればよい。
【００２１】
所定の必要電池数Ｎｒとは、電池パックに求められる電池特性を発揮するために必要な１つの組電池内に含まれる正常な素電池の数のことであり、組電池内の素電池数Ｎ、電池モジュール内の組電池の組数ｋ、電池パック内の電池モジュール数Ｄ、電池パックの使用目的などのパラメータにより決まる数である。
【００２２】
所定の必要電力量Ｗｈｒとは、電池パックを電源として使用する装置・システムが安定して作動するのに必要な電力量であり、その装置・システムによって決まる電力量である。
【００２３】
（発明に至る検討）
自動車や機械の駆動電源や生活用電源として二次電池を使用する際には、高出力と高容量の両方が必要となるため、複数のセルを直列及び並列の双方の接続を行って一つの電池パックを構成する必要がある。ここで最小単位の組電池を、特許文献１乃至３に開示されている複数のセルを直列接続した構成のものとすると、一つの組電池を高電圧の電池とみなすことができるが、１つのセルが内部短絡してしまうと組電池そのものが使用不可となり、例えばこのような組電池からなる電池パックを電気自動車の電源として用いると、走行中に突然電源が使用不可となって走行ができなくなるという危険な事態が生じるおそれがある。
【００２４】
一方、組電池を複数のセルを並列接続したものとすると、１つのセルが内部短絡してもそのセルのみを周囲のセルと電気的に切り離せば、組電池全体としての容量は減るものの組電池自体は継続して使用することができるので、上記の電気自動車の例のような危険な事態は発生しない。そこで本願発明者は、複数のセルを並列接続したものを組電池とし、組電池を複数直列接続した電池モジュールを中間の単位とし、複数の電池モジュールを直列接続したものを電池パックにして、この電池パックを自動車や機械、家庭等の電源とすることとした。
【００２５】
従来のセルが直列接続された組電池では、図１に示すように各セルのＳＯＣ（State of charge、充電状態）とＯＣＶ（Open circuit voltage、開路電圧）との関係（グラフ）が互いに同じなので組電池中の全てのセルの電圧、あるいはＳＯＣが同じ値になるように調整すれば全てのセルが同じ充電状態になるため、特許文献１乃至３ではこのように調整を行っている。しかしながら、この方法はセルが並列接続された組電池には適用できない。
【００２６】
そして、特許文献１乃至３には、複数の組電池間の容量調整の方法は開示されていない。組電池同士においてはＳＯＣ−ＯＣＶの関係が互いに同じ関係にはないので、特許文献１乃至３に示された１つの組電池内の容量調整方法を複数の組電池間の容量調整に使うことはできない。
【００２７】
さらに並列接続の組電池では、図２に示すように内部のセル（素電池）１０ａ，１０ｂのうち少数（全体の１０％未満の本数）のセル１０ｂが異常状態となって使用不可となって他のセル１０ａから切り離されても、組電池１２１（図の下側の組電池）全体としては充放電可能であって、電池モジュール１３０としても使用可能である。しかしこの場合、全てのセルが使用可能な組電池（図２の上側の組電池）１２０は図２右側の上に示すように、１つのセル１０ａの容量を２Ａｈとしたときに、０から８Ａｈの範囲で使用可能であるが、組電池１２１は使用不可となったセル１０ｂの分だけ容量が小さくなり、０から６Ａｈの範囲でしか使用できない。このような組電池１２１をどのように使用し、その他の組電池１２０をどのように使用したらよいのか、すなわち各組電池１２０，１２１の残存容量調節をどのように行うのか、ということに関する従来の知見はない。
【００２８】
素電池が並列接続された組電池（ブロック）を複数個直列に接続した電池モジュールにおいて、各組電池を一つのセルのように見なすと、この電池モジュールは特許文献１乃至３の組電池と一見同じように扱うことができるように思われる。しかしながら、上述のように、ここであるブロックの一つの素電池が異常状態になって他の素電池から電気的に切り離された場合、特許文献１の技術のように最小電圧のブロックに合わせて他のブロックを放電させて電圧を最小電圧に合わせるようにすると、異常状態の素電池を含むブロックもさらに放電させるので、放電可能な容量はこのブロックにより決まることから、電池パックとして使用可能な容量が減少する。
【００２９】
また素電池が並列接続された組電池（ブロック）を複数個直列に接続した電池モジュールにおいて、特許文献３の技術のように、最適化後の蓄電量と所定の充電状態での蓄電量との差が等しくなるよう複数のブロックの一部或いは全てのブロックに対して放電回路による放電を実施すると、あるブロックの一つの素電池が異常状態になって他の素電池から電気的に切り離された場合、電池モジュールの出力特性や、電力容量の低下を招いてしまう。
【００３０】
本願発明者は以上のような新規の課題に対処すべく鋭意検討した結果、本願発明に至った。
【００３１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
【００３２】
（実施形態１）
実施形態１に係る電池パックの基本的な構成は、図３に示すように、二次電池である素電池１０がＮ個（図３ではＮ＝４）並列に接続された組電池２０を最小単位とし、組電池２０がｋ組（図３ではｋ＝３）直列に接続された電池モジュール３０と中間の単位としている。そして、Ｄ個（Ｄ≧１）の電池モジュール３０が直列に接続されて電池パック４０を構成している。このような電池パック４０は、１つの素電池１０が異常状態になって電気的に接続が断たれても、電池パック４０全体としては使用し続けることができる。電池パック４０に含まれる素電池１０の数が多ければ、複数の素電池１０が異常状態となっても電池パック４０は使用可能である。
【００３３】
次に、実施形態１に係る基本的な電池パックの残存容量の調整方法を図４、図５、図６を用いて説明する。
【００３４】
図４は電池パック４０の一部の模式的な図であって、２つの電池モジュール３０ａ、３０ｂが示されている。上側の電池モジュール３０ａに含まれている３つの組電池２０ａ，２０ａ、２０ａはその中の素電池が全て正常に作動している。一方、下側の電池モジュール３０ｂには、素電池が全て正常に作動している上側２つの組電池２０ｂ，２０ｂと、１つの素電池が異常状態となって他の素電池との電気的な接続が断たれている最下部の組電池２０ｂ’とが含まれている。
【００３５】
図４の上側の電池モジュール３０ａに含まれている各組電池２０ａの容量についての使用範囲を図５に示し、下側の電池モジュール３０ｂに含まれている組電池２０ｂの使用範囲を図６（ａ）に、組電池２０ｂ’の使用範囲を図６（ｂ）に示す。図５（ａ）は、容量補正率Ｒｍ＝０．５の場合であり、図５（ｂ）は容量補正率Ｒｍ＝１．０の場合である。図６（ａ）は容量補正率Ｒｍ＝１．０の場合である。
【００３６】
各組電池２０ａ、２０ｂは４つの素電池が並列に接続されて構成されており、１つの素電池の容量を２Ａｈとすると、正常な組電池２０ａ，２０ｂは容量が０から８Ａｈの範囲で使用可能であるが、１つの素電池が異常状態となっている組電池２０ｂ’は容量が０から６Ａｈの範囲でしか使用できず、この電池パック４０では全ての組電池について最低容量の組電池２０ｂ’に合わせて容量の使用範囲を設定する必要がある。そこで組電池２０ｂ’に合わせて正常な組電池２０ａ，２０ｂも使用範囲を６Ａｈ分として、その具体的な範囲を示したものが図５，６である。
【００３７】
容量補正率Ｒｍというのは、余剰となる容量分ＲＥを完全放電側と満充電側とにどのような割合で振り分けるのかを示す数値であり、ＲＥ×Ｒｍ［Ａｈ］を下限に、８−ＲＥ×（１−Ｒｍ）［Ａｈ］を上限とする容量範囲で組電池を使用する。
【００３８】
リチウムイオン二次電池のような二次電池では、完全放電の状態や満充電の状態を何度も繰り返すと電池特性の劣化が早く生じるようになる。従って、電池特性の劣化を抑制するためには、余剰となる容量がある場合には図５（ａ）Ｒｍ＝０．５のように、完全放電側と満充電側との両方に不使用の部分を設けることが好ましい。ただし、電気自動車の電源用途のように、高容量高出力が必要となる場合は、図５（ｂ）のような（Ｒｍ＝１．０）完全放電側のみに不使用領域を設定することが好ましい。なお、異常状態の素電池が含まれる電池モジュール３０ｂにおける完全な組電池２０ｂは、電池モジュール３０ｂ全体として高い出力を確保するために、Ｒｍ＝１．０とする。この結果、他の電池モジュールに比べて異常状態の素電池が含まれる電池モジュール３０ｂは早く寿命が尽きてしまうが、この電池モジュール３０ｂだけを新たな電池モジュールに交換すれば対応でき、この交換で異常状態の素電池を取り除くことができる。
【００３９】
次に電池パックの構造について説明する。図７は電池モジュール３０の模式的な構造図であり、図８は電池パック４０の模式的な構造図である。各組電池２０には、異常状態となった素電池を周囲の素電池１０から電気的接続を断つ切断部材（例えばヒューズ）１２と、スイッチ１４及び抵抗１６からなる放電回路が備えられている。切断部材１２は各素電池１０に対してそれぞれ設置されている。そして各電池モジュール３０には組電池監視部５０が設置されている。電池パック４０全体としては、各組電池監視部５０と通信ライン６２で繋がれた制御部７０と電力線６４に接続された電流センサ６６とを有している。
【００４０】
組電池監視部５０の中には各組電池２０の電圧を計測する電圧計測回路５２と、各組電池２０の温度を測定する温度センサ６０からの信号を受ける温度計測部５４と、制御部７０との信号のやり取りを行ったり、放電回路のスイッチ１４へのオンオフ信号を出したりするモジュール通信部５６とが含まれている。計測された温度はＳＯＣの算出に用いられる。
【００４１】
制御部７０の中には、電流センサ６６からの信号を受けとる電流計測部７１と、各組電池２０の残存容量及び容量補正率を算出する残存容量算出部７２と、各組電池２０の残存容量を調整する残存容量調整部７３と、組電池監視部５０との信号のやり取りを行うパック通信部７４とが含まれている。
【００４２】
次に残存容量の調整方法について説明を行うが、その前提として図１０を用いて組電池および電池モジュールの配置番号について説明する。残存容量の調整方法において、ある電池モジュールやある組電池を特定するために配置番号を用いる。電池モジュールの配置番号はｍ、組電池の配置番号はｂとして、（ｍ、ｂ）で特定の組電池を指すことにする。具体的には図１０に示すように、電池パック４１には３つの電池モジュール３１，３２，３３を含み、各電池モジュールには３つの組電池が含まれる場合、電池モジュールは上端のものを配置番号１として、下に行くに連れて２，３とする。組電池は、例えば２つ目の電池モジュール３２の場合、上から順に組電池２２ａ，２２ｂ，２２ｃとし、配置番号は上から順に１，２，３とする。従って、例えば最下部の電池モジュール３３の中の最上部に位置する組電池２３ａは、（３，１）という配置番号の組で表される。
【００４３】
図１１は残存容量の調整方法を示したフローチャートである。前提として電池パックはＤ個の電池モジュールからなり、電池モジュールはｋ組の組電池からなり、組電池はＮ個の素電池を含む。そして残存容量の調整は、制御部７０の中の残存容量調整部７３が主体となって、残存容量算出部７２、パック通信部７４、電圧計測回路５２、電流計測部７１、モジュール通信部５６及び組電池監視部５０と信号を送受信して行われ、最終的には放電回路によって各組電池を単独で放電させることで行われる。
【００４４】
まず各組電池２０において、異常状態になって隣接する素電池１０から電気的に切り離された素電池の数Ｃｍ,ｂを検出する（Ｓ１０）。異常状態となって切り離された素電池があると、充放電の過程において他の組電池とは電圧の変化の仕方が異なるため、Ｃｍ,ｂは組電池監視部５０の電圧計測回路５２によって検出することができる。
【００４５】
それからＣｍ,ｂを用いて各組電池の容量Ｖｍ,ｂを算出し、その中で最小の容量Ｖminを算出する（Ｓ２０）。Ｖｍ,ｂは、組電池の初期の容量をＢ［Ａｈ］とすると、Ｖｍ,ｂ＝Ｂ×（Ｎ−Ｃｍ,ｂ）／Ｎで表される。
【００４６】
その次に各電池モジュール単位で容量補正率Ｒｍを算出する（Ｓ３０）。Ｒｍの算出方法は、後述する。
【００４７】
このＲｍを用いて、各組電池のオフセット容量Ｙｍ,ｂ＝（Ｖｍ,ｂ−Ｖmin）×Ｒｍを算出する（Ｓ４０）。
【００４８】
それから各組電池の残存容量Ｘｍ,ｂを算出する（Ｓ５０）。Ｘｍ,ｂは、この算出時の組電池の充電状態ＳＯＣｍ,ｂ［％］を用い、Ｘｍ,ｂ＝ＳＯＣｍ,ｂ×Ｖｍ,ｂ／１００で算出される。
【００４９】
次に各組電池の残存容量Ｘｍ,ｂを調整して電池パック全体として均等化するために、調整残存容量Ｚｍ,ｂ＝Ｘｍ,ｂ−Ｙｍ,ｂを算出し、その中で最小の調整残存容量Ｚminを算出する（Ｓ６０）。
【００５０】
そして、各組電池の調整残存容量Ｚｍ,ｂとＺminとを比較して、Ｚｍ,ｂ−Ｚmin＞α（αは所定の値、例えば０．０５Ｂ）であればその組電池のスイッチ１４をオンにして抵抗１６に電流を流して組電池を放電させ、Ｚｍ,ｂ−Ｚmin＜β（βはα＞βである所定の値であって、例えば０．０３Ｂ）となったら放電を停止させる（Ｓ７０）。なお、α、βは現実の制御において安定して短時間で制御が行えるように設定する数値である。こうして残存容量の調整が終了する。
【００５１】
この残存容量の調整は、全ての電池モジュールに対して同時に行っても良いし、順次行っても良い。
【００５２】
次に容量補正率Ｒｍの算出方法を図１２を用いて説明する。容量補正率Ｒｍは、前述したように、余剰となる容量分ＲＥを完全放電側と満充電側とにどのような割合で振り分けるのかを示す数値であり、数値が大きければ完全放電側に多く振り分けられ、容量補正率Ｒｍ＝１．０の時に完全放電側に全て振り分けられる。電池パックが使用される機器側の要請より、Ｒｍの範囲は０．５から１．０とする。
【００５３】
容量補正率Ｒｍの算出においては、まず最小組電池容量Ｖminである組電池を含む電池モジュール（配置番号ｍ’）はＲｍ’＝１．０とする（Ｓ３１）。Ｖminである組電池は、切り離しセル数が最も多いＣmaxであり、この電池モジュール（ｍ’）が他の電池モジュールに比べてモジュール容量が小さいと考えられるため、出力優先であるＲｍ’＝１．０とするのである。
【００５４】
それから組電池内の素電池数Ｎから最大切り離しセル数Ｃmaxを引いたものが所定の必要電池数Ｎｒ以上であるか否かを判定する（Ｓ３２）。Ｎ−Ｃmax≧Ｎｒであれば、電池モジュール（ｍ’）が今後の使用にも十分耐えられるが、そうでなければ早急にこの電池モジュール（ｍ’）を交換した方がよい。
【００５５】
サブステップＳ３２でＮ−Ｃmax≧Ｎｒと判定されたときには、Ｖｍ,ｂとＲｍとを用いてこの時点で出力可能な電力量Ｗｈｇ［Ｗｈ］を算出する。ここでＲｍは０．５から１．０までの範囲があるので、Ｗｈｇもある数値範囲として算出される。このＷｈｇの範囲に所定の必要電力量Ｗｈｒ［Ｗｈ］以上である部分が含まれるか否か、すなわちＷｈｇの上限がＷｈｒ以上であるか否かを判定する（Ｓ３３）。必要電力量Ｗｈｒは電池パックが使用される機器側の要請より決まる電力量である。Ｗｈｇの範囲にＷｈｒ以上である部分が含まれなければ早急に少なくとも電池モジュール（ｍ’）を交換した方がよい。
【００５６】
サブステップＳ３３でＷｈｇの範囲にＷｈｒ以上である部分が含まれると判定されたときは、Ｗｈｇ≧Ｗｈｒを満たすＷｈｇを算出したＲｍをピックアップし、ピックアップされたＲｍの値の中で最小の値をｍ’以外の配置番号の電池モジュールの容量補正率とする（Ｓ３４）。このようにＲｍを設定することにより、必要な電力量を確保できるとともに、可能な限り満充電側に使用しない範囲を設定して電池モジュールの寿命を短くすることを防ぐことができる。
【００５７】
サブステップＳ３４を終えたらステップＳ４０へ行く。
【００５８】
一方、サブステップＳ３２でＮ−Ｃmax＜Ｎｒと判定されたとき、あるいはサブステップＳ３３でＷｈｇの範囲にＷｈｒ以上である部分が含まれないと判定されたときは、早急に切り離しセル数が多い組電池を含む電池モジュールを新たな電池モジュールに交換すべき異常事態ではあるが、電池パック全体としては能力が低下したとはいえ充放電は可能であり、電気自動車などの駆動電源であれば走行中の電源停止は重大な事故に直結するため、ｍ’以外の配置番号の電池モジュールも出力優先のＲｍ＝１．０として電池パックを使用できるようにする（Ｓ３５）。そして速やかに電池モジュールの交換をすることを促す信号を発生させて（Ｓ３６）、ステップＳ４０に行く。
【００５９】
サブステップＳ３３におけるＷｈｇの具体的な算出方法は以下の通りである。
【００６０】
まずＲｍの値を決める。例えばＲｍを０．５から１．０まで０．０５間隔で設定し、０．５から順に計算に用いることにする。Ｒｍの値を決めると次の２つの式により、各組電池が使用することになるＳＯＣの上限（ＳＯＣＨｍ,ｂ）と下限（ＳＯＣＬｍ,ｂ）とが算出される。
【００６１】
【数１】
2012052962.tif 000003
【００６２】
【数２】
2012052962.tif 000004
【００６３】
それから下記の表から、ＳＯＣに対応する全電力量に対する比率（比電力量）が決まる。
【００６４】
【表１】
2012052962.tif 000005
【００６５】
それから、ＳＯＣＨｍ,ｂ、ＳＯＣＬｍ,ｂ及び表を用いることにより、以下の式でＷｈｇを算出する。
【００６６】
【数３】
2012052962.tif 000006
【００６７】
なおＷｈＢは、含まれている素電池が全て正常である組電池の初期の電力量［Ｗｈ］である。
【００６８】
このような電池パックの残存容量の調整方法を行うことにより、異常状態となった素電池が発生しても電池パックを継続して使用することができるとともに、異常となった素電池を含む電池モジュールにおいては各組電池の出力特性や電力容量を低下させることがないため、例えばこの電池パックにより駆動されるモータのトルクを減少させることはなく、電源としての使用時間も最小限の低下に抑えることができる。また、異常となった素電池を含まない電池モジュールにおいては、電池パックが使用される機器側の要請に応じて高ＳＯＣ領域から中程度ＳＯＣ領域において充放電が行われるため、電池パックとしての特性低下を最小限に抑制することができる。そして満充電側に不使用領域を設定できる場合には電池モジュールの寿命を通常使用よりも延ばすことができる。
【００６９】
（実施例１）
図１３は、正常な素電池ばかりの電池パックにおいて、全ての組電池が満充電の際に、一つの素電池に異常が発生して電気的に接続が断たれた例である。組電池は４本の素電池が並列に接続されてなり、１本の素電池の容量は２Ａｈである。素電池としてリチウムイオン電池を使用している。
【００７０】
図１３では３つの組電池（図の上中下段）を比較している。素電池の切り離しが発生した時点では、切り離された素電池を含む組電池を示す図１３（ｅ）では容量が８Ａｈから６Ａｈとなるが、図１３（ａ）、（ｃ）は正常な素電池のみを含んでいるので、容量は８Ａｈのままである。
【００７１】
Ｒｍを算出したところ、Ｒｍが０．５の組電池（図１３上段、図１３（ａ）、（ｂ））と１．０の組電池（図１３中段と下段、図１３（ｃ）〜（ｆ））とに分かれた。切り離された素電池を含む組電池は当然Ｒｍ＝１．０である。
【００７２】
この算出されたＲｍに従って上記の方法により残存容量の調整を行った結果が図１３（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）である。ここで最小の調整残存容量Ｚminは下段の組電池の６Ａｈである。なお、斜線部分は使用しない部分である。図１３（ｄ）では完全放電側にのみ不使用部分が設定されているおり、調整残存容量が６Ａｈであるので、８Ａｈの容量をそのまま使用できる。しかし図１３（ｂ）では７〜８Ａｈの範囲が不使用部分に設定されており、調整残存容量が７Ａｈであるので、この組電池のみを１Ａｈ分放電することにより残存容量が７Ａｈに調整されている。
【００７３】
（実施例２）
実施例２は実施例１と同様な構成の電池パックにおいて、全ての組電池が完全放電の際に一つの素電池に異常が発生して電気的に接続が断たれた例である。図１４に示すように、各組電池を４Ａｈまで充電してそれから残存容量調整を行っている。
【００７４】
図１４では３つの組電池（図の上中下段）を比較している。素電池の切り離しが発生した時点では、切り離された素電池を含む組電池を示す図１４（ｇ）では容量が８Ａｈから６Ａｈとなるが、図１４（ａ）、（ｄ）は正常な素電池のみを含んでいるので、容量は８Ａｈのままである。ただし、全ての素電池の残存容量は０Ａｈである。
【００７５】
Ｒｍを算出したところ、Ｒｍが０．５の組電池（図１４上段、図１４（ａ）〜（ｃ））と１．０の組電池（図１４中段と下段、図１４（ｄ）〜（ｉ））とに分かれた。切り離された素電池を含む組電池は当然Ｒｍ＝１．０である。
【００７６】
この算出されたＲｍに従って、４Ａｈまで充電してそれから上記の方法により残存容量の調整を行った結果が図１４（ｃ）、（ｆ）、（ｉ）である。ここで最小の調整残存容量Ｚminは中段の組電池の４−２＝２Ａｈである。従って中段の組電池（図１４（ｆ））には残存容量調整のための放電は行われない。上段の組電池図１４（ｃ）は調整残存容量が１Ａｈであるので、放電することで４Ａｈから３Ａｈに残存容量が調整されている。また、下段の組電池図１４（i）は、調整残存容量２Ａｈであるので、放電することで４Ａｈから２Ａｈに残存容量が調整されている。
【００７７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態及び実施例は本発明の例示であって、本発明はこれらの例に限定されない。一つの組電池における並列素電池数Ｎは複数であれば構わない。上記実施形態のようにＮ＝４であると必要並列セル数Ｎｒは３とする場合がほとんどであり、一つの組電池においては切り離し素電池の数は１本しか許されないが、例えばＮ＝２０であれば切り離し素電池の数は２本から３本は許される場合がある。電池モジュール中の組電池数も１以上であればよいし、電池パック中の電池モジュール数も複数出ればよい。またこのような電池パックを複数組み合わせて一つの電源にしてもよい。素電池の種類はリチウムイオン電池に限定されず、他の二次電池であっても構わない。
【００７８】
Ｗｈｇの算出方法も上記の方法に限定されない。また、図９に示すように組電池監視部５０と制御部７０’との接続は、通信ライン６２’が隣接する組電池監視部５０，５０同士を繋いでいて制御部７０’は一つの組電池監視部５０とのみ繋がっているデイジーチェーン構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上説明したように、本発明に係る電池パックの残存容量調整方法は、異常となって切り離された素電池が存していても電池パック全体として特性の低下を最小限に抑制できて、電気自動車や機械の駆動源・家庭用電源等の残存容量調整方法として有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１０          素電池
１２          切断部材
１４          スイッチ
１６          抵抗
２０          組電池
３０          電池モジュール
４０          電池パック
５０          組電池監視部
５２          電圧計測回路
７０          制御部
７１          電流計測部
７２          残存容量算出部
７３          残存容量調整部
【図１】
2012052962.tif 000007
【図２】
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【図３】
2012052962.tif 000009
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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