(57)【要約】【課題】メンテナンスを怠りなく実施することで、蓄電装置から定格容量を供給し続けることが可能な充放電制御装置を提供する。【解決手段】蓄電装置１０は、少なくとも１つの予備の単電池２を含む。蓄電装置１０内の各単電池２は、スイッチング素子３にて、並列接続されたり切り離されたりする。充電時、各単電池２の電流値を電流計測部５が計測し、コントロールユニット９が、この計測値に基づいて異常な単電池２を検出する。コントロールユニット９は、異常な単電池２を検出すると、スイッチング素子３を制御して異常な単電池２を並列接続より切り離す一方、予備の単電池２を並列接続させる。【選択図】図１
2013038884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列接続されたＮ（Ｎは２以上の整数）個の蓄電素子を含む蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置であって、
前記蓄電装置は、定格容量よりも少ない量にて充電されている予備の蓄電素子を少なくとも１つ含み、
前記Ｎ個の蓄電素子および予備の蓄電素子を含む複数の蓄電素子を、並列接続したり並列接続から切り離したりする複数のスイッチング素子と、
前記Ｎ個の蓄電素子および予備の蓄電素子を含む複数の蓄電素子に流れる電流値を計測する複数の電流計測部と、
並列接続されたＮ個の蓄電素子の充放電を制御する充放電制御部とを備え、
前記充放電制御部は、充電時、前記電流計測部にて計測された各電流値より、並列接続されたＮ個の蓄電素子の中に異常な蓄電素子がある場合はこれを検出し、検出した異常な蓄電素子を、前記スイッチング素子を制御して並列接続より切り離す一方、前記予備の蓄電素子を並列接続させ、これ以降は、予備の蓄電素子を含むＮ個の蓄電素子にて、充放電を行うように蓄電装置の充放電を制御することを特徴とする充放電制御装置。
【請求項２】
前記予備の蓄電素子は、定格容量の１０〜５０％の範囲に充電されていることを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
【請求項３】
前記充放電制御部は、並列接続されたＮ個の蓄電素子の平均電流値を算出し、各蓄電素子の電流値と前記算出した平均電流値との差の絶対値に基づいて異常な蓄電素子を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の充放電制御装置。
【請求項４】
前記充放電制御部は、平均電流値との差の絶対値が平均電流値の１０％以上ある蓄電素子を異常な蓄電素子として検出することを特徴とする請求項３に記載の充放電制御装置。
【請求項５】
前記充放電制御部は、
並列接続されたＮ個の蓄電素子を、定電流充電、続く定電圧充電の２段階で行い、
定電流充電時に、前記電流計測部にて計測された各電流値より異常な蓄電素子の検出を繰り返し行い、異常な蓄電素子を切り離した後、残りの蓄電素子の定電圧充電を継続して行い、当該定電流充電が完了すると、予備の蓄電素子を並列接続させて予備の蓄電素子の定電流充電を行い、その後、異常な蓄電素子を切り離した残りの蓄電素子と一緒に定電圧充電を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の充放電制御装置。
【請求項６】
前記蓄電装置は、並列接続されたＮ個の蓄電素子とこれに並列接続可能な前記予備の蓄電素子からなる蓄電素子群を複数有しており、前記複数の蓄電素子群が直列接続されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の充放電制御装置。
【請求項７】
前記予備の蓄電素子の配置位置が、並列接続されたＮ個の蓄電素子の中央部分に設定されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の充放電制御装置。
【請求項８】
前記蓄電素子が、正極と、負極と、前記正極及び負極間に介在するセパレータとを備え、前記正極及び負極の少なくともいずれか一方が集電体を備え、前記集電体が、両面に導電層を有するフィルム状又は繊維状の樹脂層からなり、前記セパレータが、前記樹脂層より高い熱変形温度を有する非水系二次電池であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の充放電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並列接続された複数の蓄電素子を含む蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池は、放電状態の電池を充電することにより繰り返し使用のできる電池であり、ノート型パソコンをはじめとするモバイル機器、ビデオカメラ等の電源として広く用いられている。
【０００３】
このような二次電池は、機器に必要な電圧、パワーを取り出すために、複数個が直列または並列に組み合わせて組電池として使用される場合が多い。以下、本明細書においては、二次電池１個のみかなる構成を、組電池に対して単電池と称する。
【０００４】
例えば、特許文献１には、並列に接続された複数の単電池に、並列接続から切り離したり並列に接続したりするスイッチ手段を設けておき、各単電池の電流値および電圧値を検出することで各単電池の状態を検知して、単電池の劣化状態に基づいて上記スイッチ手段を切り替え制御しながら充放電を行う電源制御装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、並列接続された複数の単電池を含む蓄電装置に流れる電流値を検出するための第１のセンサと、並列接続された複数の蓄電素子に流れる電流値の差分に関する情報を取得するための第２のセンサと、蓄電装置の充放電を制御するコントローラとを有し、コントローラが、第１および第２のセンサの出力に基づいて、並列接続された複数の蓄電素子に流れる電流値のうち最も高い電流値を算出し、算出された電流値に基づいて蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置が記載されている。
【０００６】
上記特許文献１，２に記載された技術を用いることで、並列接続された各単電池の劣化を均等化し、抑制し、蓄電装置の長寿命化を図ることはできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２５９６１２号公報（２００７年１０月４日公開）
【特許文献２】特開２０１１−２４３０３号公報（２０１１年２月３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１，２に記載された技術を用いても、蓄電装置より供給できるエネルギー量（電力容量）が徐々に減少していくことは避けられない。これは、劣化した単電池が担うエネルギー供給を、自身もエネルギー供給を行う他の単電池で補うためである。供給できるエネルギー量が減少すると、初期では動作させることができた負荷を、動作させることができなくなるといった問題が発生する。そのため、従来、負荷を動作できないような状態となる前に、蓄電装置の寿命到達と判断し、蓄電装置に含まれる全ての単電池を新しいものに交換するなどの対応が取られている。
【０００９】
本発明は、メンテナンスを行うことで、蓄電装置から初期と同等のエネルギー量を供給し続けることを可能にする充放電制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の充放電制御装置は、上記課題を解決するために、並列接続されたＮ（Ｎは２以上の整数）個の蓄電素子を含む蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置であって、前記蓄電装置は、定格容量よりも少ない量にて充電されている予備の蓄電素子を少なくとも１つ含み、前記Ｎ個の蓄電素子および予備の蓄電素子を含む複数の蓄電素子を、並列接続したり並列接続から切り離したりする複数のスイッチング素子と、前記Ｎ個の蓄電素子および予備の蓄電素子を含む複数の蓄電素子に流れる電流値を計測する複数の電流計測部と、並列接続されたＮ個の蓄電素子の充放電を制御する充放電制御部とを備え、前記充放電制御部は、充電時、前記電流計測部にて計測された各電流値より、並列接続されたＮ個の蓄電素子の中に異常な蓄電素子がある場合はこれを検出し、検出した異常な蓄電素子を、前記スイッチング素子を制御して並列接続より切り離す一方、前記予備の蓄電素子を並列接続させ、これ以降は、予備の蓄電素子を含むＮ個の蓄電素子にて、充放電を行うように蓄電装置の充放電を制御することを特徴としている。
【００１１】
これによれば、蓄電装置には予備の蓄電素子が準備されている。充放電制御部は、蓄電装置の充電時に、電流計測部より検出される各蓄電素子の電流値に基づいて、並列接続しているＮ個の蓄電素子の中に異常な蓄電素子がないかどうかを検出する。充放電制御部は、異常な蓄電素子を検出すると、スイッチング素子を制御して、検出した異常な蓄電素子を、並列接続より切り離す一方、予備の蓄電素子を並列接続させる。そして、これ以降は、予備の蓄電素子を含むＮ個の蓄電素子にて、充放電を行う。
【００１２】
これにより、蓄電装置を構成する蓄電素子にたとえ異常が発生し、一時的に蓄電装置より供給できるエネルギー量（電力容量）が減少したとしても、次回の充電時に、異常が発生した蓄電素子が、予備の蓄電素子へと切り替えられるので、蓄電装置より供給できるエネルギー量（電力容量）を、初期と同様に維持し続けることができる。そして、次回のメンテナンス時に、異常が発生した蓄電素子を新しい予備の蓄電素子に交換することにより、メンテナンスさえ定期的に行うことを怠らなければ、蓄電装置から蓄電装置の定格容量を供給し続けることが可能となる。
【００１３】
ここで、予備の蓄電素子は、定格容量よりも少ない量にて充電されており、この場合、好ましくは、定格容量の１０〜５０％の範囲に充電されていることである。
【００１４】
予備の蓄電素子が、定格容量まで充分に充電されていると、それ自身がエネルギーを持っているために自己放電の影響がある。逆に、予備の蓄電素子の充電量が、定格容量よりも余りにも少ない場合は、予備の蓄電素子の充電に時間がかかって充電時間が長くなると共に、過放電を起こす恐れもある。このように、定格容量よりも少ない量にて充電されている構成とすることで、予備の蓄電素子を、蓄電素子の劣化の起こりにくい状態で、かつ、充電時間が長くなることを極力抑えることができる。既存の蓄電素子においては、予備の蓄電素子の充電量を定格容量の１０〜５０％とすればよい。
【００１５】
本発明の充放電制御装置は、さらに、前記充放電制御部は、並列接続されたＮ個の蓄電素子の平均電流値を算出し、各蓄電素子の電流値と前記算出した平均電流値との差の絶対値に基づいて異常な蓄電素子を検出する構成とすることもできる。また、この場合、前記充放電制御部は、平均電流値との差の絶対値が平均電流値の１０％以上ある蓄電素子を異常な蓄電素子として検出する構成とすることもできる。
【００１６】
蓄電素子の異常の有無を、並列接続されたＮ個の蓄電素子の平均電流値を求め、各蓄電素子の電流値と平均電流値との差の絶対値に基づいて判定することで、蓄電装置を構成する各蓄電素子の個体差の容量ばらつきやそれぞれの蓄電素子の履歴（充放電回数など）にかかわらず、異常を判定することができる。具体的には、定格容量の１０〜５０％とすることである。この範囲とすることで、既存の蓄電素子においては、蓄電素子の劣化の起こりにくい状態で、かつ、充電時間が長くなることを極力抑えることができる。既存の蓄電素子においては、平均電流値との差の絶対値が平均電流値の１０％以上ある蓄電素子を異常な蓄電素子として検出すればよい。
【００１７】
本発明の充放電制御装置は、さらに、前記充放電制御部は、並列接続されたＮ個の蓄電素子を、定電流充電、続く定電圧充電の２段階で行い、定電流充電時に、前記電流計測部にて計測された各電流値より異常な蓄電素子の検出を繰り返し行い、異常な蓄電素子を切り離した後、残りの蓄電素子の定電圧充電を継続して行い、当該定電流充電が完了すると、予備の蓄電素子を並列接続させて予備の蓄電素子の定電流充電を行い、その後、異常な蓄電素子を切り離した残りの蓄電素子と一緒に定電圧充電を行う構成とすることもできる。
【００１８】
これによれば、定電流充電中、各蓄電素子の電流値を常時監視しているので、短絡等の異常を発生した蓄電素子を早期に発見して切り離すことができる。そのため、より安定した充電を実施できる。
【００１９】
本発明の充放電制御装置は、さらに、前記蓄電装置は、並列接続されたＮ個の蓄電素子とこれに並列接続可能な前記予備の蓄電素子からなる蓄電素子群を複数有しており、前記複数の蓄電素子群が直列接続されている構成とすることが好ましい。
【００２０】
このような構成とすることで、蓄電装置より供給できるエネルギー量（電力容量）を大きくすることができる。
【００２１】
本発明の充放電制御装置は、さらに、前記予備の蓄電素子の配置位置が、並列接続されたＮ個の蓄電素子の中央部分に設定されている構成とすることもできる。
【００２２】
これによれば、予備の蓄電素子にて、他の蓄電素子の温度上昇を抑制することができる。蓄電装置を構成する蓄電素子は、必然的に放電時に温度上昇が起こる。予備の蓄電素子は、それ自体は動作していないので蓄電装置内での熱の集中を低下させる作用を有する。したがって、予備の蓄電素子を、蓄電装置を構成する蓄電素子の並びの中央部分に配置することで、蓄電装置自体の温度上昇を効果的に抑えて、蓄電装置におよぶ熱による影響を抑えることができる。
【００２３】
本発明の充放電制御装置は、さらに、前記蓄電素子が、正極と、負極と、前記正極及び負極間に介在するセパレータとを備え、前記正極及び負極の少なくともいずれか一方が集電体を備え、前記集電体が、両面に導電層を有するフィルム状又は繊維状の樹脂層からなり、前記セパレータが、前記樹脂層より高い熱変形温度を有する非水系二次電池である構成とすることもできる。
【００２４】
短絡等の異常を発生した蓄電素子は、発熱などの発生により、最悪の場合には単電池の熱暴走に至る可能性がある。したがって、短絡等の異常を発生した蓄電素子は、早期に発見して切り離すことが必要であり、そのためには、各蓄電素子の電流値を常時監視することが好ましい。上記構成によれば、短絡すると同時に蓄電素子に電流が流れなくなるので、常時監視せずとも、このような危険を回避することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の充放電制御装置によれば、メンテナンスさえ定期的に行うことを怠らなければ、蓄電装置から初期と同等のエネルギー量を供給し続けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の一形態である充放電制御装置の回路ブロック図である。
【図２】上記充放電制御装置が実施する蓄電装置の２段階充電を示す説明図である。
【図３】上記充放電制御装置による、蓄電装置の充電の手順を示すフローチャートである。
【図４】上記充放電制御装置による、蓄電装置の充電の手順を示す別のフローチャートである。
【図５】上記実施の一形態の変形例を示すもので、充放電制御装置の回路ブロック図である。
【図６】上記充放電制御装置による、蓄電装置の充電の別の手順を示すフローチャートである。
【図７】上記充放電制御装置による、蓄電装置の充電の別の手順を示すフローチャートである。
【図８】上記実施の一形態の変形例を示すもので、充放電制御装置の回路ブロック図である。
【図９】上記実施の一形態の他の変形例を示すもので、充放電制御装置の回路ブロック図である。
【図１０】上記実施の一形態の他の変形例を示すもので、蓄電装置を構成する単電池として利用できる非水系二次電池の構成を示す説明図である。
【図１１】上記実施の一形態の他の変形例を示すもので、図７の非水系二次電池よりなる蓄電装置の充電に適した、蓄電装置の充電手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の別の実施の形態である充放電制御装置の要部の機能を示すブロック図である。
【図１３】上記蓄電装置を構成する蓄電素子の別の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施の一形態である充放電制御装置１の回路ブロック図である。充放電制御装置１は、並列接続されたＮ（Ｎは２以上の整数）個の単電池（蓄電素子）２を含む蓄電装置１０の充放電を制御するものである。
【００２９】
蓄電装置１０は、並列接続されたＮ個の単電池２以外に、少なくとも１つの予備の単電池２を備えている。なお、図１の構成では、Ｎを４、予備の単電池２の数を１として、合計５個の単電池２が備えられている。予備の単電池２は、単電池２としての規格の容量等は、蓄電装置１０を構成する他の単電池２と同じであるが、充電量が、本来の定格容量よりも少ない定格容量の所定の範囲の量に充電されている。本実施の形態では、予備の単電池２は、定格容量の１０〜５０％で充電されている。
【００３０】
予備の単電池２が、定格容量まで充分に充電されていると、それ自身がエネルギーを持っているために自己放電の影響がある。逆に、予備の単電池２の充電量が、定格容量よりも余りにも少ない場合は、予備の単電池２の充電に時間がかかって充電時間が長くなると共に、過放電を起こす恐れもある。このように、予備の単電池２の充電量を、定格容量よりも少ない量とすることで、予備の単電池２を、単電池２の劣化の起こりにくい状態で、かつ、充電時間が長くなることを極力抑えることができる。既存の単電池２においては、予備の単電池２の充電量を定格容量の１０〜５０％とすればよい。
【００３１】
また、本実施の形態では、蓄電装置１０は、並列接続されたＮ個の単電池２と少なくとも１つの予備の単電池２とからなるブロック（蓄電素子群）が複数、直列接続されている。図１の構成では、蓄電装置１０は、予備を１つ含む５つの単電池２からなるブロックを、ブロック１１〜ブロック１３の３つ有しており、ブロック１１〜１３が直列接続されている。
【００３２】
このような蓄電装置１０には、充放電経路７のプラス端子７ａとマイナス端子７ｂとを介して、放電時は負荷（図示しない）が接続され、充電時は電源（図示しない）が接続される。
【００３３】
充放電制御装置１は、コントロールユニット９と、蓄電装置１０が有するブロック毎に設けられた電圧計測部８と、各ブロックに含まれる単電池単位に設けられた、スイッチング素子３、スイッチング素子６、一対のスイッチング素子４ａ・４ｂ、及び電流計測部５とから構成されている。
【００３４】
ブロック１１に着目して説明すると、ブロック１１に含まれる予備を含む５個の単電池２には、これらを並列接続したり並列接続から切り離したりするスイッチング素子３が接続されている。スイッチング素子３は、単電池２それぞれに設けられている。
【００３５】
これらスイッチング素子３のベース（ゲート）は、後述するコントロールユニット（充放電制御部）９に独立して接続されている。各スイッチング素子３は、コントロールユニット９にてＯＮ／ＯＦＦが制御されることで、対応する単電池２を並列接続したり並列接続から切り離したりする。５個ある単電池２のうち、予備を除く４個（Ｎ個）の単電池２が、充放電経路７と接続される。
【００３６】
また、ブロック１１に含まれる５個の単電池２には、これらに流れる電流値を計測する電流計測部５が接続されている。電流計測部５は、単電池２それぞれに設けられている。
【００３７】
ここで、各電流計測部５は、各単電池２と、スイッチング素子４ｂと対を成すスイッチング素子４ａを介して接続されている。一対のスイッチング素子４ａ・４ｂは、ベース（ゲート）に流れる信号の極性が切り換わることで、何れか一方のみがＯＮするものである。つまり、スイッチング素子４ａがＯＮするとき、スイッチング素子４ｂは必ずＯＦＦし、スイッチング素子４ａがＯＦＦするとき、スイッチング素子４ｂは必ずＯＮする。
【００３８】
また、これら一対のスイッチング素子４ａ・４ｂは、各電流計測部５と各単電池２の間にそれぞれ配されているが、それらのベース（ゲート）は共通にコントロールユニット９に接続されている。したがって、複数ある一対のスイッチング素子４ａ・４ｂは、コントロールユニット９からの信号にて、スイッチング素子４ａあるいはスイッチング素子４ｂのうちの何れか一方側が一斉にＯＮすることとなる。
【００３９】
スイッチング素子４ａが一斉にＯＮされることで、５個の単電池２は、電流計測部５を介して充放電経路７と接続される。一方、スイッチング素子４ｂが一斉にＯＮされることで、５個の単電池２は、電流計測部５を介することなく充放電経路７と接続される。
【００４０】
また、各電流計測部５の計測値（出力値）はそれぞれ、スイッチング素子６を介してコントロールユニット９に入力されるようになっている。スイッチング素子６は、電流計測部５それぞれに設けられており、スイッチング素子６のベース（ゲート）は、コントロールユニット９に独立して接続されている。各スイッチング素子６は、コントロールユニット９にてＯＮ／ＯＦＦが制御されることで、対応する電流計測部５の計測値をコントロールユニット９へ入力させる。
【００４１】
上記スイッチング素子６をはじめ、上記スイッチング素子３、一対のスイッチング素子４ａ・４ｂとしては、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等、種々のスイッチング素子を利用できる。
【００４２】
また、ブロック１１に含まれる５個の単電池２には、並列接続されて充放電経路７と接続された場合の電圧を計測する電圧計測部８も設けられている。
【００４３】
そして、ブロック１１と直列接続されたブロック１２およびブロック１３にも、ブロック１１と同様に、予備を１つ含む５個の単電池２に対応して、スイッチング素子３、一対のスイッチング素子４ａ・４ｂ、電流計測部５、及びスイッチング素子６が５個ずつ設けられ、電圧計測部８については、ブロック単位に設けられている。
【００４４】
コントロールユニット９（充放電制御部）は、上記スイッチング素子６、スイッチング素子３、および一対のスイッチング素子４ａ・４ｂのＯＮ／ＯＦＦを制御して、蓄電装置１０の充放電を制御するものである。コントロールユニット９は、蓄電装置１０に含まれるブロック１１〜１３において、４個（Ｎ個）の単電池２を並列接続させ、その充放電を制御する。
【００４５】
コントロールユニット９は、各スイッチング素子３のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、５個の単電池２のうち、並列接続する４個の単電池２を任意に選択することができる。コントロールユニット９は、充放電時、各ブロック１１〜１３において、５個ある単電池２のうちの予備１個を除く４個を並列接続させ、予備の単電池２については、並列接続から切り離しておく。
【００４６】
また、コントロールユニット９は、一対のスイッチング素子４ａ・４ｂのベース（ゲート）に供給する信号の極性を切り替えることで、ＯＮ／ＯＦＦを一斉に切り替えることができる。コントロールユニット９は、充電時は、各ブロック１１〜１３にそれぞれ含まれる５個の単電池２全てを、電流計測部５を介して充放電経路７と接続させ、放電時は電流計測部５を介することなく充放電経路７と接続させる。
【００４７】
さらに、コントロールユニット９は、各スイッチング素子６のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、各スイッチング素子６が接続されている電流計測部５が計測値した電流値を任意に取得することができる。コントロールユニット９は、充電時に、各スイッチング素子６が接続されている電流計測部５が計測値した電流値を取得する。電流計測部５は、接続されている単電池２の電流を計測している。
【００４８】
そして、コントロールユニット９は、取得した電流値に基づいて、並列接続されている４つの単電池２の中に異常な単電池２がある場合はこれを検出し、異常が検出された単電池２を並列接続から切り離し、同一ブロックに含まれる予備の単電池２を、切り離した単電池２に替えて並列接続させる。このような単電池２の切り離しと接続は、上記したスイッチング素子３のＯＮ／ＯＦＦを制御することで行う。以降、コントロールユニット９は、予備の単電池２を含む４個の単電池２にて、充放電を行うように蓄電装置１０の充放電を制御する。
【００４９】
ところで、コントロールユニット９は、蓄電装置１０の充電を、図２に示すように、定電流（ＣＣ）を用いた定電流充電と、続く定電圧（ＣＶ）を用いた定電圧充電の２段階で行うようになっている。定電流充電（ＣＣ充電とも記載）にて、各ブロック１１〜１３の電圧値が、予め設定されている充電末電圧に到達すると、定電流電圧から定電圧充電へと移行する。各ブロック１１〜１３の電圧値は、各ブロック１１〜１３に設けられた電圧計測部８よりコントロールユニット９へと入力され、コントロールユニット９は、充電末電圧への到達を検知することができる。
【００５０】
コントロールユニット９は、上記した異常な単電池２の検出を蓄電装置１０の充電中に行う。検出タイミングとしては、定電流充電の終了時点で行う場合と、定電流充電中常時行う場合の２つがある。
【００５１】
これについて、図３、図６のフローチャートを用いて説明する。図３のフローチャートは、定電流充電の終了時に、異常な単電池２の検出を行う場合の充電手順を示している。
【００５２】
蓄電装置１０に対し、充放電経路７を介して電源が接続されると、コントロールユニット９は、蓄電装置１０の充電を開始する。まず、コントロールユニット９は、定電流を用いた定電流充電（ＣＣ充電）を開始する（Ｓ１）。開始後、各ブロック１１〜１３の電圧計測部８からの入力に基づいて、充電末電圧に到達したかどうかを判断し（Ｓ２）、充電末電圧に到達するまで、Ｓ２を繰り返す。そして、Ｓ２にて、到達したと判断すると、各ブロック１１〜１３毎に、各電流計測部５より、予備の単電池２を除く並列接続されている４つの単電池２の電流値を検出し（Ｓ３）、各ブロック１１〜１３毎に、４つの単電池２の平均電流値を算出する（Ｓ４）。
【００５３】
次に、コントロールユニット９は、並列接続されている単電池２毎に、対応する平均電流値と当該単電池２の検出電流値との差Δを算出し、算出した差Δの絶対値と対応する判定値αとを比較する（Ｓ５）。なお、対応する平均電流値とは、当該単電池２が含まれているブロックの平均電流値である。算出した差Δの絶対値が判定値α以下の場合は、当該単電池２は異常なしと判定される。一方、算出した差Δの絶対値が判定値αより大きい場合は、当該単電池２は異常有りと判定される。
【００５４】
例えば、一例として、蓄電装置１０が、１ブロックあたり１０個の単電池２が並列接続され、これが１４ブロック直列接続されている（合計１５４個の単電池）に対し、１ブロックあたり、３０Ａの電流を１０並列の単電池２に流すように設定した場合、ブロック内の各単電池２の電流値のばらつきは、単電池２が既存の二次電池である場合は、平均の１０％以内に抑えることが必須である。そのため、上記判定値αの一例としては、０．３を設定することができる。この電流バラツキは、単電池２の定格容量により電流の定格充電電流も異なる。また各電池の個体間のばらつきも異なる。そのために、単電池２が既存の二次電池である場合、平均の１０％以内に抑えることは必須であるものの、好ましくは５％以下に抑えることができることが好ましい。そのためには、初期に単電池のインピーダンスをばらつきの精度を上げて組み合わせる方法などが挙げられる。
【００５５】
単電池２の異常の有無を、このように、ブロック毎に単電池２の平均電流値を求め、各単電池の電流値を平均電流値と比較してその差Δの大きさを用いて判定することで、蓄電装置１０を構成する各単電池２の容量にかかわらず、異常を判定することができる。つまり、単電池２の異常の有無を、例えば、蓄電装置１０を構成する各単電池２の定格容量のｘ％を判定値として判定することもできる。しかしながら、その場合は、蓄電装置１０を構成する各単電池２の容量に対応させて判定値を設定し直す必要がある。これに対し、各単電池の電流値と平均電流値との差Δを用いて判定することで、各単電池２の容量に関係なく、一律に良否を判定することができる。
【００５６】
Ｓ５で、異常なしと判定した単電池（正常単電池）２については、定電圧充電に備えさせる（Ｓ６）。その後、コントロールユニット９は、Ｓ７にて、全ブロックに含まれる全単電池２の異常なしを判定するまで、あるいは、Ｓ１４にて、予備の単電池２が充電末電圧に到達したと判断するまで、定電圧充電を実施することなく待機する。
【００５７】
一方、Ｓ５で、異常ありと判定した単電池（異常単電池）２については、並列接続より切り離し（Ｓ１０）、これに替わって予備の単電池２を並列接続させる（Ｓ１１）。次いで、予備の単電池２の定電流充電を開始し（Ｓ１３）、切り離した単電池２については、その異常を示すアラームを点灯する（Ｓ１３）。その後、予備の単電池２が充電末電圧に到達したかどうかを判断し（Ｓ１４）、充電末電圧に到達するまで、Ｓ１４を繰り返す。そして、予備の単電池２が充電末電圧に到達したと判断すると、Ｓ８に進む。
【００５８】
Ｓ８では、コントロールユニット９は、充電末電圧にまで到達した蓄電装置１０に対して、定電圧を用いた定電圧充電（ＣＶ充電）を開始する。ここで、Ｓ１０、Ｓ１１を経て、異常な単電池２が予備の単電池２に接続替えされている場合は、予備の単電池２も、その他の正常な単電池２と一緒に定電圧充電される。その後、定電圧充電が完了すると（Ｓ９）、蓄電装置１０の充電を終了する。
【００５９】
以降、コントロールユニット９は、接続が切り替えられた予備の単電池２を含む蓄電装置１０の充放電を制御する。また、Ｓ１０にて、切り離された異常な単電池２は、この電池が異常を生じたことを示すアラームがＳ１３にて点等されることで、次回のメンテナンス時に、容易に視認され、新しい予備の単電池２と交換される。なお、異常な単電池２が取り外されることで、コントロールユニット９は該当位置に配置された単電池２の異常を示すアラームを消灯する。
【００６０】
ところで、上記Ｓ１２における予備の単電池２を定電流充電する工程であるが、正常な単電池２は全て充電末電圧に到達しているため、正常な単電池２と予備の単電池２とを並列接続した状態で当該工程を行ったとしても、正常な単電池２から予備の単電池２へと電流が流れる可能性があり、その場合は並列接続された中で平準化が起こると推測される。
【００６１】
一方で、より安全性を高めるという観点からは、上記Ｓ１２の工程を、正常な単電池２との並列接続を切り離した状態で行う構成としてもよい。つまり、図４のフローチャートに示すように、図３のフローチャートにおけるＳ６に代えてＳ６１を実施し、かつ、Ｓ８の前にＳ６２を実施する手順とする。Ｓ６１では、Ｓ５にて異常なしと判定した単電池（正常単電池）２について、それぞれのスイッチング素子３をＯＦＦして充放電経路７より切り離した上で、定電圧充電に備えさせる。Ｓ６２では、Ｓ８の定電圧充電の開始に先駆けて、Ｓ６１で充放電経路７より切り離した正常な単電池２の各スイッチング素子３をＯＮして充放電経路７と接続する。Ｓ８による、切り離した正常な単電池２を充放電経路７と接続する工程は、Ｓ１４における予備の単電池２の充電末電圧への到達後に実施される。
【００６２】
或いは、図５の回路ブロック図に示すように、各単電池２に備えられた各電流計測部５の前後に、電流の流れる方向を、充電時の方向であるプラス端子７ａからマイナス端子７ｂへと蓄電装置１０を通って流れる方向に規制するダイオード１５を追加する構成としてもよい。
【００６３】
一方、図６のフローチャートは、定電流充電中に常時、異常な単電池２の検出を行う場合の充電手順を示している。図６のフローチャートが図３のフローチャートと異なる点は、Ｓ３〜Ｓ５を、充電末電圧に到達する前に実施し、Ｓ５の後に、充電末電圧に達したかどうかを判断し、充電末電圧に到達していない場合に、Ｓ３に戻る点である。また、この場合、異常のない単電池（正常単電池）２の定電流充電が完了するよりも前に、Ｓ１１にて予備の単電池２を並列接続すると、ブロック内で異常のない単電池２から予備の単電池２へと電流が流れる可能性がある。そのため、Ｓ２にて、蓄電装置１０におけるＳ１０で切り離された異常のある単電池（異常単電池）２以外の正常な単電池２が充電末電圧に到達したのち、予備の単電池２を並列接続するようになっている。
【００６４】
この場合も、より安全性を高めるという観点からは、図７のフローチャートに示すように、図６のフローチャートにおけるＳ６に代えてＳ６１を実施し、かつ、Ｓ８の前にＳ６２を実施する手順としてもよい。
【００６５】
図６、図７のフローチャートの手順では、定電流充電中、各単電池２の電流値を常時監視しているので、短絡等の異常を発生した単電池２を早期に発見して切り離すことができる。そのため、より安定した充電を実施できる。
【００６６】
ところで、予備の単電池２の配置位置であるが、これについては、各ブロック１１〜１３に含まれる単電池２の中央位置に設定されていることが好ましい。これは、予備の単電池２が、ブロック内の単電池２の温度上昇を抑制するためである。ブロック内の単電池２は、必然的に放電時に温度上昇が起こる。予備の単電池２は、それ自体は動作していないので、発熱することはなく、蓄電装置内での熱の集中を低下させる作用を有する。したがって、予備の単電池２を単電池２の並びの中央部分（中央付近）に配置することで、ブロック自体の温度上昇を効果的に抑えて、蓄電装置１０におよぶ熱による影響を抑えることができる。
【００６７】
そこで、本実施の形態では、予備の単電池２のセット位置が、各ブロック１１〜１３に含まれる単電池２の中央位置に設定されており、メンテナンス時、取り出した異常な単電池２の位置に、使用中の先の予備の単電池２を移動させ、新しい予備の単電池２を、中央の予備の単電池２の位置にセットするようになっている。コントロールユニット９は、メンテナンス時、アラームのリセット操作と共に、予備の単電池２を、中央の所定位置にセットしたことを知らせる操作等が実施されると、中央の所定位置にセットされている単電池２を予備の単電池２として認識する。
【００６８】
また、図１の回路ブロック図では、ブロック毎に電圧計測部８を設けていたが、図８の回路ブロック図に示すように、ブロック１１〜１３で１つの電圧計測部８を設ける構成としてもよい。この場合は、充電末電圧が図１の回路ブロック図の構成の３倍の値となる（。さらに、図９の回路ブロック図に示すように、コントロールユニット９に対して、電流計測部５の計測値を選択的に入力させるためのスイッチング素子６を省略してもよい。この場合、電流計測部５が計測した対応する単電池２の電流値は、常時、コントロールユニット９に入力されることとなる。また、電流計測部５を、充電時のみ単電池２と接続させるための一対のスイッチング４ａ・４ｂについても省略することができる。
【００６９】
次に、蓄電装置１０を構成する単電池２として、より望ましい構成について説明する。本願出願人は、WO2009/131184A1において、先に短絡異常に強く、低コスト化が可能な非水系二次電池を提案している。この非水系二次電池について簡単に説明する。図１０に示すように、非水系二次電池５０は、正極５１と、負極５３と、正極５１及び負極５３間に介在するセパレータ５２とを備えている。正極５１及び負極５３の少なくともいずれか一方が集電体を備えている。図１０の構成では、正極５１及び負極５３に集電体６０・６１が形成されている。集電体６０は、両面に導電層５６・５６を有するフィルム状又は繊維状の樹脂層５５からなり、集電体６１は、両面に導電層５８・５８を有するフィルム状又は繊維状の樹脂層５９からなる。そして、セパレータ５２が樹脂層５５・５９より高い熱変形温度を有する。
【００７０】
このような構成とすることで、短絡が起こった際に、まず集電体６０・６１を構成する樹脂層５５・５９が溶融することで、正極５１と負極５３とＰの間の電流をシャットダウンする機能を有している。さらに、セパレータ５２の収縮による電極端部にて生じる電池の内部短絡を、防止する機能を有している。上記機能を有する電池は、温度上昇時にも高い安全性を有する。さらに、大容量電池は、従来の携帯用の電池にくらべ数倍以上の電流が流れる。単なるスケールアップによって作られた大容量電池でも、上記構成を適用すれば、温度上昇時のセパレータの収縮による電極端部にて生じる内部短絡を防止することが容易となる。また、従来の非水系二次電池に用いられていた金属箔のみからなる集電体と比較すると、金属の使用量を低減できる。その結果、電池の軽量化、金属の使用量低減による低コスト化が可能となる。 
【００７１】
図６、図７のフローチャートに示す充電手順では、定電流充電中、常時、各単電池２の電流値を観察しているので、短絡異常を発生した単電池２については、即時に検知して、Ｓ１０においてこれを切り離すことが可能である。
【００７２】
しかしながら、図３、図４のフローチャートに示す充電手順では、定電流充電の終了時点で各単電池２の電流値を検出するので、短絡異常を発生した単電池２の異常を検知するのもこのタイミングとなる。そのため、短絡異常を発生した単電池２は、発熱などの発生により、最悪の場合には、単電池の熱暴走に至る可能性がある。蓄電装置１０を構成する単電池２を非水系二次電池５０とすることで、このような危険を回避することができる。
【００７３】
ただし、このような単電池２として上記非水系二次電池５０を用いた場合、短絡不良が発生すると、電流が全く流れなくなるので、ブロック内の単電池２の平均電流値が低下する。ブロック内の単電池２の平均電流値は、ブロック内で並列接続されるＮ個の個数が少ない場合、より顕著に低下する。一方、ブロック内の残りの単電池２には、短絡した単電池２の受給分を補うように電流が流れるので、残りの単電池２に電流値は上がる。そのため、正常な単電池２の電流値とブロック内の単電池２の平均電流値との差Δは、正常な単電池２であるにも係わらず大きくなる。そのため、異常な単電池２の検出を、ブロック内の単電池２の平均電流値との差Δを用い行う場合、短絡不良が発生すると、正常な単電池２まで異常と検出される恐れがあり、これを回避するためには、短絡を発生した単電池２の存在を、ブロック内の単電池２の平均電流値を算出するよりも前に検出する必要がある。
【００７４】
図１１に、単電池２として上記非水系二次電池５０を用いた構成に適した充電手順のフローチャートを示す。図１１のフローチャートが図３のフローチャートと異なる点は、Ｓ１、Ｓ２の間に、Ｓ２１〜Ｓ２３を実施する点である。Ｓ２１では、コントロールユニット９が各単電池２の電流値を検出し、Ｓ２２では、検出した各単電池に電流値より、短絡異常を発生している単電池２の有無を判断する。Ｓ２２で短絡した単電池２が検出された場合は、Ｓ２３を経由してからＳ２に進む。Ｓ２３では、短絡した単電池２が含まれるブロック内の単電池２の総数をマイナス１する補正を行う。これにより、Ｓ４で算出されるブロック内の単電池２の平均電流値が、短絡した単電池２を省いた状態で算出されるので、正確な値を算出することができる。
【００７５】
また、この場合も、より安全性を高めるという観点からは、図１１のフローチャートにおけるＳ６に代えてＳ４のフローチャートのＳ６１を実施し、かつ、Ｓ８の前にＳ６２を実施する手順としてもよい。
【００７６】
また、上記した実施の形態の説明においては、蓄電装置１０のブロック毎に予備の単電池２が１つ設けられている構成を示した。しかしながら、ブロック毎に予備の単電池２を設ける必要はなく、図１２に示すような構成としてもよい。図１２の構成では、蓄電装置１０Ａには、予備の単電池３４が複数のブロック３１〜３３共通に設けられており、コントロールユニット９Ａが、異常な単電池２が検出された場合に、スイッチ部３５を制御して、当該ブロック内の残りの単電池２と予備の単電池２Ａとを並列接続させる。
【００７７】
さらに、蓄電装置１０を構成する蓄電素子として、１つの二次電池からなる単電池２を例示したが、図１３に示すように、複数の単電池２が直列に接続された蓄電素子６５を、図１、図５、図８、図９の単電池２に替えて配置する構成としてもよい。
【００７８】
以上のように、蓄電装置１０には予備の単電池２が準備されており、コントロールユニット９は、蓄電装置１０の充電時に、電流計測部５より検出される各単電池２の電流値に基づいて、並列接続している複数の単電池２の中に異常な単電池２がないかどうかを検出する。コントロールユニット９は、異常な単電池２を検出すると、スイッチング素子３を制御して、検出した異常な単電池２を、並列接続より切り離す一方、予備の単電池２を並列接続させる。そして、これ以降は、予備の単電池２を含む複数の単電池２にて、充放電を行う。
【００７９】
これにより、蓄電装置１０を構成する単電池２にたとえ異常が発生し、一時的に蓄電装置１０より供給できるエネルギー量（電力容量）が減少したとしても、次回の充電時に、異常が発生した単電池２が、予備の単電池２へと切り替えられるので、蓄電装置１０より供給できるエネルギー量（電力容量）を、初期と同様に維持し続けることができる。そして、次回のメンテナンス時に、異常が発生した単電池２を新しい予備の単電池２に交換することにより、メンテナンスさえ定期的に行うことを怠らなければ、蓄電装置１０から初期と同等のエネルギー量を供給し続けることが可能となる。
【００８０】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１            充放電制御装置
２，２Ａ      単電池
３            スイッチング素子
４ａ，４ｂ    スイッチング素子
４ｂ          スイッチング素子
５            電流計測部
６            スイッチング素子
７            充放電経路
８            電圧計測部
９，９Ａ      コントロールユニット
１０，１０Ａ  蓄電装置
１１〜１３    ブロック
３１〜３３    ブロック
３４          単電池
３５          スイッチ部
５０          非水系二次電池
５１          正極
５２          セパレータ
５３          負極
５５，５９    樹脂層
５６・５８    導電層
６０・６１    集電体
６５          蓄電素子
α            判定値
【図１】
2013038884.tif 000003
【図２】
2013038884.tif 000004
【図３】
2013038884.tif 000005
【図４】
2013038884.tif 000006
【図５】
2013038884.tif 000007
【図６】
2013038884.tif 000008
【図７】
2013038884.tif 000009
【図８】
2013038884.tif 000010
【図９】
2013038884.tif 000011
【図１０】
2013038884.tif 000012
【図１１】
2013038884.tif 000013
【図１２】
2013038884.tif 000014
【図１３】
2013038884.tif 000015