(57)【要約】【課題】稼働中の蓄電池において直列に接続された蓄電部を、外部から評価する。【解決手段】本発明の一態様としての蓄電池は、直列に配置された複数の蓄電部と、蓄電部間に配置された複数のスイッチ部と、を備える。各スイッチ部は、スイッチ部に隣接する一方の蓄電部の第１極側に電気的に接続される入力端子Ｉと、スイッチ部に隣接する他方の蓄電部の第２極側に電気的に接続される出力端子Ｏと、入力端子Ｓｉと、出力端子Ｓｏと、入力端子Ｓｉと出力端子Ｏ間を電気的に接続する第１スイッチと、入力端子Ｉと出力端子Ｓｏ間を電気的に接続する第２スイッチと、入力端子Ｉと出力端子Ｏ間を電気的に接続する第３スイッチと、入力端子Ｓｉと出力端子Ｓｏ間を電気的に接続する第４スイッチと、を含む。入力端子Ｓｉは、隣接する一方の蓄電部を介して配置されるスイッチ部の出力端子Ｓｏと電気的に接続され、出力端子Ｓｏは、隣接する他方の蓄電部を介して配置されるスイッチ部の入力端子Ｓｉと電気的に接続される。【選択図】図４
2016126894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に配置された複数の蓄電部と、
前記複数の蓄電部の隣接する蓄電部間に配置された複数のスイッチ部と、を備え、
各スイッチ部は、
前記スイッチ部に隣接する一方の蓄電部の第１極側に電気的に接続される入力端子Ｉと、
前記スイッチ部に隣接する他方の蓄電部の第２極側に電気的に接続される出力端子Ｏと、
入力端子Ｓｉと、
出力端子Ｓｏと、
前記入力端子Ｓｉと前記出力端子Ｏ間を電気的に接続する第１スイッチと、
前記入力端子Ｉと前記出力端子Ｓｏ間を電気的に接続する第２スイッチと、
前記入力端子Ｉと前記出力端子Ｏ間を電気的に接続する第３スイッチと、
前記入力端子Ｓｉと前記出力端子Ｓｏ間を電気的に接続する第４スイッチと、
を含み、
前記入力端子Ｓｉは、前記隣接する一方の蓄電部を介して配置されるスイッチ部の前記出力端子Ｓｏと電気的に接続され、前記出力端子Ｓｏは、前記隣接する他方の蓄電部を介して配置されるスイッチ部の前記入力端子Ｓｉと電気的に接続される
蓄電池。
【請求項２】
各スイッチ部は、
入力端子Ｍｉと、
出力端子Ｍｏと、
前記入力端子Ｍｉと前記出力端子Ｏ間を電気的に接続する第５スイッチと、
前記入力端子Ｉと前記出力端子Ｍｏ間の電気的に接続する第６スイッチと、
前記入力端子Ｍｉと前記出力端子Ｍｏ間を電気的に接続する第７スイッチと、
をさらに含み、
前記入力端子Ｍｉは、前記隣接する一方の蓄電部を介して配置されるスイッチ部の前記出力端子Ｍｏと電気的に接続され、前記入力端子Ｍｏは、前記隣接する他方の蓄電部を介して配置されるスイッチ部の前記出力端子Ｍｉと電気的に接続される
請求項１に記載の蓄電池。
【請求項３】
請求項１の蓄電池に対する蓄電池評価装置であって、
前記複数の蓄電部のうちの１つである対象蓄電部を選択し、前記複数の蓄電部のうち前記対象蓄電部以外の他のすべての蓄電部が電気的に直列に接続され、前記対象蓄電部が、直列に接続された前記他の蓄電部の列から電気的に分離されるように、各スイッチ部の各スイッチを設定する充放電評価制御部
を備えた蓄電池評価装置。
【請求項４】
劣化評価部をさらに備え、
前記充放電評価制御部は、前記対象蓄電部に接続した充放電検査装置で、前記対象蓄電部に対し計測用の充放電を行うよう制御し、
前記劣化評価部は、前記充放電の間、前記対象蓄電部で計測される計測データを取得する
請求項３に記載の蓄電池評価装置。
【請求項５】
前記劣化評価部は、前記計測データに基づき前記対象蓄電部の劣化評価を行う
請求項４に記載の蓄電池評価装置。
【請求項６】
前記充放電評価制御部は、前記対象蓄電部の充放電終了後に、前記対象蓄電部を再接続した場合に、再接続後の前記複数の蓄電部の充電量の合計が、前記対象蓄電部を分離する前の前記複数の蓄電部の充電量の合計に近づくように、前記対象セルの充電量を調整する
請求項４または５に記載の蓄電池評価装置。
【請求項７】
請求項２の蓄電池に対する蓄電池評価装置であって、
前記複数の蓄電部のうちの１つである対象蓄電部を選択し、前記複数の蓄電部のうち前記対象蓄電部以外の他のすべての蓄電部が電気的に直列に接続され、前記対象蓄電部が、直列に接続された前記他の蓄電部の列から電気的に分離されるように、各スイッチ部の第１〜第４スイッチを設定し、
前記対象蓄電部に前記出力端子Ｏが接続されるスイッチ部では、前記入力端子Ｍｉと前記出力端子Ｏ間が電気的に接続され、前記対象蓄電部に前記出力端子Ｉが接続されるスイッチ部では、前記入力端子Ｉと前記出力端子Ｍｏ間が電気的に接続され、これら以外のすべてのスイッチ部では、前記入力端子Ｍｉおよび前記出力端子Ｍｏ間が電気的に接続されるように、各スイッチ部における第５〜第７スイッチを設定する、充放電評価制御部
を備えた蓄電池評価装置。
【請求項８】
前記直列に配置された複数の蓄電部の列の両端に電気的に接続された充放電検査装置
をさらに備えた請求項７に記載の蓄電池評価装置。
【請求項９】
劣化評価部をさらに備え、
前記充放電評価制御部は、前記充放電検査装置で、前記対象蓄電部に対し計測用の充放電を行うよう制御し、
前記劣化評価部は、前記充放電の間、前記対象蓄電部で計測される計測データを取得する
請求項８に記載の蓄電池評価装置。
【請求項１０】
前記劣化評価部は、前記計測データに基づき前記対象蓄電部の劣化評価を行う
請求項９に記載の蓄電池評価装置。
【請求項１１】
前記充放電評価制御部は、前記対象蓄電部の充放電終了後に、前記対象蓄電部を再接続した場合に再接続後の前記複数の蓄電部の充電量の合計が、前記対象蓄電部を分離する前の前記複数の蓄電部の充電量の合計に近づくように、前記対象セルの充電量を調整する
請求項９または１０に記載の蓄電池評価装置。
【請求項１２】
前記蓄電部は、電池セル、または電池モジュールである
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の蓄電池評価装置。
【請求項１３】
請求項１の蓄電池に対し、前記複数の蓄電部のうちの１つである対象蓄電部を選択するステップと、
前記複数の蓄電部のうち前記対象蓄電部以外の他のすべての蓄電部が電気的に直列に接続され、前記対象蓄電部が、直列に接続された前記他の蓄電部の列から電気的に分離されるように、各スイッチ部の各スイッチを設定するステップと、
を備えた蓄電池評価方法。
【請求項１４】
請求項２の蓄電池に対し、前記複数の蓄電部のうちの１つである対象蓄電部を選択するステップと、
前記複数の蓄電部のうち前記対象蓄電部以外の他のすべての蓄電部が電気的に直列に接続され、前記対象蓄電部が、直列に接続された前記他の蓄電部の列から電気的に分離されるように、各スイッチ部の第１〜第４スイッチを設定するステップと、
前記対象蓄電部に前記出力端子Ｏが接続されるスイッチ部では、前記入力端子Ｍｉと前記出力端子Ｏ間が接続され、前記対象蓄電部に前記出力端子Ｉが接続されるスイッチ部では、前記入力端子Ｉと前記出力端子Ｍｏ間が接続され、これら以外のすべてのスイッチ部では、前記入力端子Ｍｉおよび前記出力端子Ｍｏ間が接続されるように、各スイッチ部における第５〜第７スイッチを設定するステップと
を備えた蓄電池評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蓄電池、蓄電池評価装置および蓄電池評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車や定置電池システムでは、二次的利用を目的とした中古売買や効率的なメンテナンスにおいて、稼働中の二次電池の劣化を正確かつ速やかに評価する技術が求められている。
【０００３】
例えば、二次電池の劣化を評価するために、二次電池の材料特性に基づき、精密に計測された充放電曲線の変化を分析し、性能を類推する技術などが考えられてきた。
【０００４】
また、多数の電池セルで構成される二次電池モジュールについても、電気的に合成された充放電曲線の変化を分析および評価し、モジュール全体の性能を評価する技術も考えられてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４０１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、二次電池モジュールの性能が低下していたとしても、電池セル全体がほぼ均一に劣化しているのか、劣化が進んだ少数の電池セルの特性が大きく影響しているか、切り分けが困難であった。
【０００７】
同様に、複数の二次電池モジュールを直列に接続した電池ストリング全体の性能が低下していたとしても、モジュール全体がほぼ均一に劣化しているのか、劣化が進んだ少数のモジュールの特性が大きく影響しているか、切り分けが困難であった。
【０００８】
本発明の実施形態は、電池セルまたは電池モジュールといった蓄電部が直列に接続された蓄電池において、稼働中の蓄電池を、外部から評価することを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様としての蓄電池は、直列に配置された複数の蓄電部と、前記複数の蓄電部の隣接する蓄電部間に配置された複数のスイッチ部と、を備える。
【００１０】
各スイッチ部は、前記スイッチ部に隣接する一方の蓄電部の第１極側に電気的に接続される入力端子Ｉと、前記スイッチ部に隣接する他方の蓄電部の第２極側に電気的に接続される出力端子Ｏと、入力端子Ｓｉと、出力端子Ｓｏと、前記入力端子Ｓｉと前記出力端子Ｏ間を電気的に接続する第１スイッチと、前記入力端子Ｉと前記出力端子Ｓｏ間を電気的に接続する第２スイッチと、前記入力端子Ｉと前記出力端子Ｏ間を電気的に接続する第３スイッチと、前記入力端子Ｓｉと前記出力端子Ｓｏ間を電気的に接続する第４スイッチと、を含む。
【００１１】
前記入力端子Ｓｉは、前記隣接する一方の蓄電部を介して配置されるスイッチ部の前記出力端子Ｓｏと電気的に接続され、前記入力端子Ｓｏは、前記隣接する他方の蓄電部を介して配置されるスイッチ部の前記入力端子Ｓｉと電気的に接続される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る蓄電システムを示すブロック図。
【図２】蓄電池装置の詳細構成を示す図。
【図３】蓄電池評価装置の詳細構成と電池モジュール内部の概略構成を示す図。
【図４】電池モジュールの詳細構成を示す図。
【図５】蓄電池評価装置による劣化評価の動作のフローチャート。
【図６】本発明の実施形態に係る蓄電池評価装置のハードウェア構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る蓄電システム（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）を示すブロック図である。
【００１４】
ＥＳＳ１００は、電力系統（以下、系統と呼ぶ）１２１に接続されている。系統には負荷１２２が接続されている。ＥＳＳ１００は、系統１２１からの指令に応じて、電力を充放電（充電および放電の少なくとも一方）することによって、系統１２１の電力平準化および電力品質確保を行う。ＥＳＳ１００によって放電された電力の全部または一部を、系統に接続された負荷１２２に供給してもよい。また、負荷１２２が蓄電池装置の場合は、蓄電池装置から電力の供給を受けて、内部の蓄電池装置１０５に充電してもよい。ＥＳＳ１００は、系統１２１から分離されて、孤立した特定負荷１２３に接続されてもよい。この場合、ＥＳＳ１００は、特定負荷１２３に対し電力を充放電することも可能である。
【００１５】
連携／自立切り替えリレー（以下、リレーと呼ぶ）１０１は、制御部１０６からの指令に応じて、ＥＳＳ１００の接続先を、系統側および特定負荷側に切り換える。
【００１６】
双方向ＡＣ／ＤＣインバータ１０２は、系統側または特定負荷側から供給される交流電力を直流電力にＤＣに変換して、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３に出力する。また、内部の蓄電池装置１０５から双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３を介して供給される直流電力を交流電力に変換して、リレー１０１を介して系統側または特定負荷側に出力する。なお、特定負荷１２３が直流電力で駆動する場合は、特定負荷側に交流電力および直流電力間の変換を行うインバータが配置されていてもよい。
【００１７】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ１０２から供給される直流電力の電圧を、ＤＣ−ＤＣ変換することにより一定電圧を生成し、生成した一定電圧の電力を電池管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）１０４に出力する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、蓄電池装置１０５から供給される直流電力の電圧を、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ１０２に合わせた電圧に変換して、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ１０２に出力する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は省略される場合もあり得る。
【００１８】
ＢＭＳ１０４は、蓄電池装置１０５に接続されており、制御部１０６からの指令に応じて、蓄電池装置１０５に対して充放電制御を行う。図示の例では、ＢＭＳ１０４は、蓄電池装置１０５の外側に配置されているが、蓄電池装置１０５の内部に組み込まれてもよい。
【００１９】
リレー１０１、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ１０２、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３、ＢＭＳ１０４は、それぞれ制御部１０６に接続されており、制御部１０６によってそれらの動作が制御される。
【００２０】
制御部１０６は、フィードバック制御部１０７、シーケンス部１０８、インターフェイス部１０９、および制御電源１１０を備えている。制御部１０６は、ＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）とも呼ばれることもある。
【００２１】
制御電源１１０は、制御部１０６の動作電力を供給する。
【００２２】
インターフェイス部１０９は、通信ネットワークを介して外部と有線または無線で通信する通信インターフェイスである。インターフェイス部１０９は、例えばＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）等、外部装置と通信して、充放電に関する指令を受け取る。また、ＥＳＳ１００の内部の動作状態または蓄電池装置１０５の蓄電状態等の情報を、外部装置に送信してもよい。
【００２３】
シーケンス部１０８は、ＳＣＡＤＡ等からの充放電に関する指令を、ＢＭＳ１０４への動作指令（制御シーケンス）に変換して、ＢＭＳ１０４に出力する。
【００２４】
フィードバック制御部１０７は、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ１０２および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３の動作が安定するよう制御する。例えば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３の昇圧または降圧等の動作が安定するよう制御する。また、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ１０２で生成する交流電力の振幅および周波数等が安定するよう制御する。具体的な制御の内容を指定した情報をＳＣＡＤＡ等の外部装置から受信し、当該情報に基づき制御を行ってもよい。
【００２５】
蓄電池装置１０５は、電気エネルギーを充放電可能な蓄電池装置である。蓄電池装置１０５は、１つ以上の任意の二次電池を含み、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などが挙げられる。本例では、蓄電池装置１０５が、ＥＳＳに用いられているが、携帯電子機器や電気自動車など、その他の装置またはシステムに設けられてもよい。また、蓄電池装置１０５は、蓄電池の劣化評価を行う評価装置１１１を備えている。評価装置１１１は、蓄電池装置１０５内部ではなく、蓄電池装置１０５の外側に配置されて、蓄電池装置１０５に対し外側から接続されてもよい。
【００２６】
図２は、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ（図ではＡＣ／ＤＣと表記）から蓄電池装置までの詳細構成を示す。ＢＭＳ１０４および蓄電池評価装置１１１は、この例では、蓄電池装置１０５内に配置されている。蓄電池装置１０５は、１つの電池Ａと、３つの電池Ｂを備え、これらが双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄ、およびスイッチ１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄを介して、双方向ＡＣ／ＤＣＡＣ／ＤＣインバータ１０２に接続されている。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄの集合は、図１に示した双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３に対応する。電池Ａは、直列に接続された複数の電池モジュール１１で構成される電池ストリング１３を含む。各電池モジュール１１は、直列に接続された複数の電池セル（以下、セルと称する）１２で構成されている。実際には、後述のように、隣接する電池セル１２間にはスイッチ部が介在している。同様に、３つの電池Ｂは、それぞれ、直列に接続された複数の電池モジュール５１で構成される電池ストリング５３を含む。各電池モジュール５１は、直列に接続された複数のセル５２で構成されている。実際には、後述のように、隣接するセル５２間にはスイッチ部が介在している。セルおよび蓄電モジュールはそれぞれ、本実施形態に係る計測および評価の単位となる蓄電部の一例である。
【００２７】
ここでは、蓄電池装置１０５に、電池Ａおよび電池Ｂの２種類の電池が含まれているが、１種類の電池のみでもよいし、３種類以上の電池でもよい。また、スイッチ１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄによって、双方向ＡＣ／ＤＣインバータに対して、電池Ａおよび電池Ｂの接続および切り離しが可能になっているが、これらのスイッチを省略し、電池Ａおよび電池Ｂが固定接続されていてもよい。さらに、前述したように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３Ａ〜１０３Ｄを省略する構成も可能である。本実施形態は、蓄電池装置１０５が稼働中であっても、セル、電池モジュールまたは電池の劣化評価を、外部から行うことを特徴の１つとしている。例えばスイッチ１０４Ａがオンの状態であっても、電池Ａ内の個々のセル１２を、外部から計測して、劣化評価を行う。
【００２８】
図３は、蓄電池評価装置１１１の詳細構成と、電池モジュール内部の概略構成を示す。電池モジュール３００は、例えば図２に示した電池モジュール１１または５１に対応する。ここでは蓄電池評価装置１１１により、電池モジュール３００およびその内部の個々のセルの性能を評価する場合を示す。電池モジュール３００では、複数のセルが直列に配置され、隣接するセル同士はスイッチ部を介して接続されている。また各セルには、セルの電圧、電流、温度などのパラメータを計測するモニタ装置が配置されている。ｎ番目のスイッチ部をスイッチ部ｎ、ｎ番目のセルをセルｎ、ｎ番目のモニタ装置をモニタ装置ｎと表記している。なお、蓄電池評価装置１１１は、蓄電池装置に対して１つ設けられてもよいし、電池ストリングごとに設けられてもよいし、蓄電モジュールごとに設けられてもよい。
【００２９】
図４に、電池モジュールの詳細な構成を示す。ただし、モニタ装置の図示は省略している。セルは、Ｂｎ＋２、Ｂｎ＋１、Ｂｎ、Ｂｎ−１、Ｂｎ−２等の記号で表現している。スイッチ部は、ＳＷｎ＋２、ＳＷｎ＋１、ＳＷｎ、ＳＷｎ−１等の記号で表現している。セルＢｎに対して、ＳＷｎは、セルの負極側にあるスイッチ部、ＳＷｎ＋１は、セルの正極側にあるスイッチ部を表す。正極は、セルの第１極および第２極のうちの一方の極に対応し、負極は、第１極および第２極のうちの他方の極に対応する。
【００３０】
各スイッチ部は、入力端子Ｓｉおよび出力端子Ｓｏと、入力端子Ｉおよび入力端子Ｏと、入力端子Ｍｉおよび出力端子Ｍｏを備えている。入力端子Ｓｉおよび出力端子Ｓｏは、任意のセルを、セル群の直列接続からバイパス（迂回）するために使用され、入力端子Ｉおよび出力端子Ｏは、隣接するセル同士を接続するために使用され、入力端子Ｍｉおよび出力端子Ｍｏは、任意のセルを充放電検査装置２０２に接続するための経路を設定するために使用される。各スイッチ部は、これらの端子間の結線を設定するため、７個のスイッチを備えている。
【００３１】
出力端子Ｓｏは、入力端子Ｓｉおよび入力端子Ｉに対して、それぞれスイッチを介して接続されている。出力端子Ｏは、入力端子Ｓｉ、入力端子Ｉおよび入力端子Ｍｉに対して、それぞれスイッチを介して接続されている。出力端子Ｍｏは、入力端子Ｉおよび入力端子Ｍｉに対して、それぞれスイッチを介して接続されている。
【００３２】
スイッチ部を表すブロック内の端子間を結ぶ破線および実線は、それぞれスイッチを示し、破線はスイッチがオフ（開）であり、実線は、スイッチがオン（閉）であることを意味している。セルの正極は、セルの正極側にあるスイッチ部の入力端子Ｉに接続され、セルの負極は、セルの負極側にあるスイッチ部の出力端子Ｏに接続されている。ただし、正極側の先頭にあるセル（Ｂｎ＋２）の正極側にはスイッチ部が存在せず、負極側の末尾にあるセルの負極側にはスイッチ部が存在しないため、このような接続は存在しない。
【００３３】
正極側の先頭にあるセル（Ｂｎ＋２）の正極と、当該セルの負極側のスイッチ部（ＳＷｎ＋２）の出力端子Ｍｏとは電気的に接続されている。負極側の末尾にあるセル（Ｂ１）の負極と、当該セルの正極側のスイッチ部（ＳＷ２）の入力端子Ｍｉとは電気的に接続されている。直列に交互に配置されたセルおよびスイッチ部による列の両端には、充放電検査装置２０２の計測端子がそれぞれ接続されている。具体的に、一方の計測端子は、正極側の先頭にあるセル（Ｂｎ＋２）の正極および当該セルの負極側のスイッチ部（ＳＷｎ＋２）の出力端子Ｍｏに、電気的に接続されている。他方の計測端子は、負極側の末尾にあるセル（Ｂ１）の負極と、当該セルの正極側のスイッチ部（ＳＷ２）の入力端子Ｍｉに、電気的に接続されている。
【００３４】
図３において、蓄電池評価装置１１１は、充放電制御部２０１と、充放電検査装置２０２と、劣化評価部２０３と、モニタ値保存部２０４と、電池評価データベース（ＤＢ）２０５とを備える。蓄電池評価装置１１１は、ＢＭＳ１０４により制御され、電池モジュール３００内の複数のセルのうち任意の１つを対象セルとして選択して、対象セルを計測および評価する。選択するセルを順次切り替えることで、すべてのセルの計測および評価を個別に行う。また各セルの評価結果を総合することで、電池モジュール３００の性能を評価する。
【００３５】
充放電評価制御部２０１は、計測および評価を行う対象となるセル（対象セル）を選択し、対象セルが他のセルから電気的に分離され、他のセルが直列に接続されるように（対象セルの両隣のセルが、対象セルを迂回して接続されるように）、各スイッチ部内のスイッチを制御する。また、充放電評価制御部２０１は、対象セルが充放電検査装置に接続され、他のセルが充放電検査装置２０２から電気的に分離されるように、各スイッチ部内のスイッチを制御する。
【００３６】
図４に示した例において、セルＢｎを選択した場合の各スイッチ部内のスイッチ設定について表１を参照して説明する。表１は、セルＢｎを選択した場合の各スイッチ部内の端子間の結線状態を表している。
【表１】
2016126894.tif 000003
【００３７】
すなわち、セルＢｎの負極側のスイッチ部（ＳＷｎ）では、入力端子Ｓｉと、出力端子Ｓｏおよび出力端子Ｏとの間のスイッチをそれぞれオフ（開）にすることで、入力端子Ｓｉをオープンにする。入力端子Ｉおよび出力端子Ｓｏ間のスイッチをオン（閉）にすることで、これらの端子間を接続する。入力端子Ｍｉおよび出力端子Ｏ間のスイッチをオンにすることで、これらの端子間を接続する。なお、入力端子Ｉと、出力端子Ｏおよび出力端子Ｍｏとの間のスイッチはそれぞれオフとし、入力端子Ｍｉおよび出力端子Ｍｏ間のスイッチをオフにする。このようなスイッチの設定および端子間の結線状態を、“ステータスＩ”と呼ぶ。
【００３８】
セルＢｎの正極側のスイッチ部（ＳＷｎ＋１）では、入力端子Ｓｉおよび出力端子Ｏ間のスイッチをオンにすることで、これらの端子間を接続する。入力端子Ｉおよび出力端子Ｍｏ間のスイッチをオンにすることで、これらの端子間を接続する。入力端子Ｍｉと、出力端子Ｏおよび出力端子Ｍｏとの間のスイッチをいずれもオフとして、入力端子Ｍｉをオープンにする。ここで述べた以外のスイッチはすべてオフにする。このようなスイッチの設定および端子間の結線状態を、“ステータスＢ”と呼ぶ。
【００３９】
スイッチ部（ＳＷｎ、Ｓｗｎ＋１）以外の他のすべてのスイッチ部では、入力端子Ｓｉおよび出力端子Ｓｏ間のスイッチをオンにすることで、これらの端子間を接続する（あるいは入力端子Ｓｉをオープンにしてもよい）。入力端子Ｉおよび出力端子Ｏ間のスイッチをオンにすることで、これらの端子間を接続する。入力端子Ｍｉおよび出力端子Ｍｏ間のスイッチをオンにすることで、これらの端子間を接続する。ここで述べた以外のスイッチはすべてオフにする。このようなスイッチの設定および端子間の結線状態を、“ステータスＲ”と呼ぶ。
【００４０】
以上のように各スイッチ部内のスイッチを制御することで、図４の線Ｌ１に示すように、セルＢｎを除いたセル群が直列に接続される。これにより、電池モジュールは、セル一個分だけ低い電圧となる。一方、図の線Ｌ２に示すように、当該直列接続から電気的に分離されたセルＢｎは、充放電検査装置２０２に接続されるため、単独で計測用の充放電が可能となる。
【００４１】
充放電検査装置２０２は、対象セルに対し、計測用に充放電（充電または放電の少なくとも一方）を行う（図３参照）。電池評価ＤＢ２０５には充電レート等の計測条件が格納されており、充放電評価制御部２０１が当該計測条件に応じた充放電を充放電検査装置２０２に指示する。例えば一旦、対象セルを放電し、放電完了したら、充電完了まで指定レートで充電を行う。また、計測用の充放電が終了後に、対象セルを再接続した場合の電池モジュール３００の充電量（すなわち対象セルを再接続した場合の各セルの充電量の合計）が、充放電開始前の電池モジュール３００の充電量（すなわち対象セルを分離前の各セルの充電量の合計）に近づくように、例えば等しくなるように、対象セルの充電量を調整してもよい。上述したように対象セルの分離により、電池モジュールは、セル１個分の電圧低下が認められるが、充電量に対し単調増加を示すセルの電圧変化分で吸収するか、電池の出力電圧を一定に保つＤＣ／ＤＣコンバータ１０６によって吸収できる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６によって電池の出力電圧を一定に保つ場合は、対象セルの充電量を、計測用の充放電開始前の値（対象セルを分離したときの充電量の値）もしくはこれに近い値にすることで、電池モジュール３００の充電量を充放電開始前の状態に戻すまたは近づけることができる。充電量に対し単調増加を示すセルの電圧変化分で吸収する場合、当該電圧変化分に応じた電荷量と、計測用充放電開始前の対象セルの充電量との差分に応じた電荷量を、対象セルに充電（あるいは放電）するようにすればよい。なお、対象セルの充電量を調整する処理は、対象セルに対して劣化評価部２０３による劣化評価が行われた後でもよい。
【００４２】
劣化評価部２０３は、充放電の間、対象セルから計測される計測データ（電流、電圧、電力、温度等）を一定のサンプリングレートで取得し、取得した計測データをモニタ値保存部２０４に保存する（図３参照）。劣化評価部２０３は、充放電完了後、モニタ値保存部２０４に保存された計測データと電池評価ＤＢ２０５に基づいて、対象セルの劣化評価を行う。
例えば、劣化評価部２０３は、取得した計測データ群から充放電曲線（ＱＶ曲線とも呼ばれる）を生成し、生成した充放電曲線またはこれを微分して得られる曲線（ｄＱｄＶ曲線）から、事前に定めた計算アルゴリズムで特徴量を算出する。電池評価ＤＢ２０５には特徴量とセルの性能（容量値、内部抵抗値など）を関連づけたデータ（関数、テーブルなど）が保存されており、劣化評価部２０３は、算出した特徴量を用いて、電池評価ＤＢ２０５内のデータからセル性能を算出する。他のセルについても順番に選択して、充放電、計測および評価を行い、セルの性能を算出する。
または、劣化評価部２０３は、他の推定方法を用いることもできる。例えば、対象セルの内部抵抗値を算出するとともに、温度時間分布及び電流時間分布を含む計測データと、セル電圧と温度に対する劣化定数の分布を示す劣化特性マップとを生成し、この劣化特性マップにおけるセル電圧−温度平面の滞在時間を積算することにより対象セルの劣化量を推定するようにしてもよい（特開２０１４−１９０７６３号公報）。
【００４３】
劣化評価部２０３は、このように算出した各セルの性能値から電池モジュールの性能値を算出し、算出した性能値に基づく評価結果を、充放電評価制御部２０１を介して、ＢＭＳに返す。例えば各セルの性能値のうち最も悪い値を、電池モジュールの評価結果として決定してもよいし、平均値等の統計値を電池モジュールの性能値として決定してもよい。あるいは、電池モジュールの性能値から余寿命を、性能値と余寿命の関係データから算出し、余寿命を評価結果として返してもよい。劣化評価部２０３は、セル毎にその性能値に基づく評価結果を、充放電評価制御部２０１を介して、ＢＭＳに返してもよい。評価結果は性能値そのものでもよいし、性能値から算出されるセルの余寿命でもよい。ここで述べた、セルおよび電池モジュールの性能の算出方法は一例であり、計測データから各々の性能を算出する限り、他のどのような算出方法を用いてもよい。例えば劣化評価部２０３が算出した特徴量に一定の係数を掛けたものをセルの性能値としてもよい。
【００４４】
ここで、対象セルをＢｎからＢｎ＋１に切り換える場合は、以下のように各スイッチ部のステータスを制御すればよい。表１に示したようにセルＢｎを選択している場合は、ＳＷｂはステータスＩ、ＳＷｂ＋１はステータスＢ、その他はステータスＲである。セルＢｎをセルＢｎ＋１に切り換える場合は、ＳＷｎ＋１はステータスＩ、ＳＷｎ＋２はステータスＢ、その他はステータスＲとなる。これにより、セルＢｎ＋１が電気的に電池モジュールから切り離され、Ｂｎ＋１を除いた電池モジュールで機能が開始する。ただし、図４の例で、セルｎ＋２を選択する場合に、ＳＷｎ＋３は存在せず、同様に、セル１（最も番号の小さいセル）を選択する場合に、ＳＷ１は存在しないため、ＳＷｎ＋３およびＳＷ１の設定は行われない。
【００４５】
図５は、蓄電池評価装置による劣化評価の動作のフローチャートである。充放電評価制御部２０１が、任意のトリガーで、劣化評価の動作開始を決定する。任意のトリガーは、ＢＭＳからの開始指令の受信でもよいし、一定時間周期ごとでもよいし、事前に設定された時刻の到来でもよいし、その他の基準でもよい。動作の開始時は、電池モジュール内のすべてのスイッチ部はステータスＲに設定されており、これにより、すべてのセルは直列に接続されている。また電池モジュールはＡＣ／ＤＣインバータ側に接続されて、稼働中であるとする。
【００４６】
（ステップ５０１）
充放電評価制御部２０１は、動作の開始を決定すると、１つのセルを対象セルとして選択し、対象セルを迂回するように、残りのセル群を直列に接続する。すなわち、このような接続となるように、各スイッチ部内のスイッチ群を設定する。
【００４７】
（ステップ５０２）
充放電評価制御部２０１は、対象セルを、充放電検査装置に電気的に接続する。具体的には、対象セルのみが充放電検査装置に電気的に接続されるように、各スイッチ部内のスイッチ群を設定する。この設定は、ステップ５０１で行ってもよい。充放電検査装置２０２が、対象セルの充放電を行う。充電レート等の充放電の条件は、充放電評価制御部２０１が電池評価ＤＢ２０５に基づき特定し、充放電検査装置２０２に指示する。
【００４８】
（ステップ５０３）
劣化評価部２０３は、対象セルに対応して配置されたモニタ装置から一定のサンプリングレートで出力される計測データを逐次取得する。計測データには、例えば電圧やセル温度等の情報が含まれる。取得した計測データは、モニタ値保存部２０４に保存する。
【００４９】
（ステップ５０４）
劣化評価部２０３は、モニタ値保存部２０４に保存した計測データと、電池評価ＤＢ２０５に基づき、セルの劣化評価を行うことにより、セルの性能値（容量値、内部抵抗値等）を取得する。
（ステップ５０５）
また、充放電検査装置２０２は、対象セルの計測充放電終了後に、運用中のＥＳＳセル（電池モジュール３００）の充電量と等しくなるように、劣化評価後の対象セルの充電量を調整する。
【００５０】
（ステップ５０６）
充放電評価制御部２０１は、電池モジュール内のすべてのセルを計測したかを判断し、まだ計測していないセルが存在する場合（５０６のＮＯ）は、ステップ５０１に戻って、次のセルの選択に移行する。
【００５１】
（ステップ５０７）
充放電評価制御部２０１は、電池モジュール内のすべてのセルの計測が完了した場合（５０６のＹＥＳ）は、各セルの性能値を集計して電池モジュールの性能値を取得する。電池モジュールの性能値に基づく評価結果を出力する。充放電評価制御部２０１は、セルごとにその性能値に基づく評価結果を出力してもよい。
【００５２】
（ステップ５０８）
充放電評価制御部２０１は、ステップ５０１で最後に対象セルを電池モジュールに再接続するように、各スイッチ部内のスイッチ群を設定する。具体的には、すべてのスイッチ部をステータスＲに設定する。これにより、電池モジュール内の全セルが直列に接続される。
【００５３】
本実施形態では、電池モジュール内のセル群を対象に、計測するセルを順次切り替えたが、計測の単位はセルでなく、蓄電モジュールでもよい。例えば、電池ストリング内の電池モジュール群を対象に、電池モジュール間にスイッチ部を配置し、計測する電池モジュールを順次切り替えて計測するようにしてもよい。この場合、電池モジュール単位で計測および性能評価が行われ、電池モジュールの性能評価を集計することで、電池ストリングの性能を評価できる。
【００５４】
また、本実施形態では、各スイッチ部に入力端子Ｍｉおよび出力端子Ｍｏを設け、充放電検査装置の計測端子を、直列に交互に配置されたセルおよびスイッチ部による列の両端に接続（図４参照）したが、別の構成も可能である。例えば、セル毎にその正極および負極にそれぞれ計測端子を接続する。充放電検査装置内部でのスイッチ制御により対象セルのみ計測端子で電気的に接続し、それ以外のセル群とはスイッチのオフにより電気的に分離する。この構成によれば、スイッチ部に入力端子Ｍｉおよび出力端子Ｍｏを設ける必要がなく、入力端子Ｍｉおよび出力端子Ｍｏ間のスイッチ、出力端子Ｍｏおよび入力端子Ｉ間のスイッチ、入力端子Ｍｉおよび出力端子Ｏ間のスイッチも不要にできる。ただし、充放電検査装置と各セルとの接続用に多くの電気線が必要になるとともに、充放電検査装置側にスイッチとスイッチ制御部が必要になる。
【００５５】
以上、本実施形態によれば、セルが直列に接続された蓄電モジュールにおいて、稼働中の蓄電モジュールを、外部から評価することができる。すなわち、直列に配置されたセル間にスイッチ部を介在させ、各スイッチ部の設定により、電池モジュール内の任意のセルを、セルの直列接続から分離する。分離されたセルの前後のセル同士は、スイッチ部の設定によって、分離されたセルをバイパスするように再接続する。分離されたセルは、電池モジュールの外部から自由に電気的に接続が可能となるため、単独で充放電検査装置を接続して、計測用の充放電および劣化評価を行うことができる。
【００５６】
この際、セルの分離により、セル１個分の電圧低下が認められるが、セル１個分の電圧低下は、セル数をｈ個とすると、１／ｈである。これは、充電量に対し単調増加を示すセルの電圧変化分で吸収するか、電池の出力電圧を一定に保つＤＣ／ＤＣコンバータ１０６によって吸収できる。したがって、計測のために１個のセルが電池モジュールから電気的に分離されても、電池モジュールの機能と性能は、分離前と同等に保つことができる。
【００５７】
計測および評価の単位がセルではなく、電池モジュールである場合も同様に、直列に接続された全電池モジュール間にスイッチ部を介在させ、各スイッチ部の設定により、任意の電池モジュールを、電池モジュールの直列接続から分離できる。分離された電池モジュールは、電池モジュールの外部から自由に電気的に接続が可能となるため、単独で充放電検査装置を接続して、計測用の充放電および劣化評価を行うことができる。電池モジュールの分離により、電池モジュール１個分の電圧低下が発生するが、上述同様に、電池の出力電圧を一定に保つＤＣ／ＤＣコンバータ１０６等によって吸収することができる。したがって、計測のために１個の電池モジュールが電池ストリングから電気的に分離されても、電池ストリングの機能と性能は、分離前と同等に保つことができる。
【００５８】
図６は、本発明の実施形態に係る蓄電池評価装置のハードウェア構成例を示す。本蓄電池評価装置は、図６に示すハードウェア構成で実現することができる。図６の蓄電池評価装置は、ＣＰＵ６１、入力部６２、表示部６３、通信部６４、主記憶部６５、外部記憶部６６を備え、これらはバス６７により相互に通信可能に接続されている。
【００５９】
入力部６２は、キーボード、マウス等の入力デバイスを備える。表示部６３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等の表示ディスプレイを含む。通信部６４は、無線または有線の通信手段を有し、所定の通信方式で通信を行う。
【００６０】
外部記憶部６６は、例えば、ＨＤＤ、ＳＳＤ、メモリ装置、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ等の記憶媒体等を含む。外部記憶部６６は、図３の各処理部の機能を、ＣＰＵ６１に実行させるためのプログラムを記憶している。また、モニタ値保存部２０４および電池評価ＤＢ２０５も、外部記憶部６６に含まれる。ここでは、外部記憶部６６を１つのみ示しているが、複数存在しても構わない。
【００６１】
主記憶部６５は、ＣＰＵ６１による制御の下で、外部記憶部６６に記憶された制御プログラムを展開し、当該プログラムの実行時に必要なデータ、当該プログラムの実行により生じたデータ等を記憶する。主記憶部６５は、例えば揮発性メモリ（ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等）または不揮発性メモリ（ＮＡＮＤフラッシュメモリ、ＭＲＡＭ等）など、任意のメモリまたは記憶部を含む。主記憶部６５に展開された制御プログラムがＣＰＵ６１により実行されることで、充放電評価制御部２０１、充放電検査装置２０２、劣化評価部２０３、の機能が実行されてもよい。
【００６２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１１、５１：電池モジュール
１２、５２：電池セル
１００：ＥＳＳ
１０１：連携／自立切り替えリレー
１０２：双方向ＡＣ／ＤＣインバータ
１０３：双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０４：ＢＭＳ
１０５：蓄電池装置
１０６：蓄電池評価装置
１０７：フィードバック制御部
１０８：シーケンス部
１０９：シーケンス部
１１０：制御電源
１１１：蓄電池評価装置
２０１：充放電評価制御部
２０２：充放電検査装置
２０３：劣化評価部
２０４：モニタ値保存部
２０５：電池評価ＤＢ
３００：電池モジュール  
【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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