(57)【要約】【課題】組電池を構成する各電池セルの容量および内部抵抗のばらつきが拡大し続けるという課題があった。【解決手段】各電池セル１１、１２の電圧は、以下の式で求めた値V4をそれぞれ設定する。V4 = V2 + k(V3-V2)。V2は二次電圧、V3は各電池セル１１、１２のそれぞれの電圧、kは定数である。定数kが負の値である場合、各電池セル１１、１２の容量と電圧V4の対応関係が逆転し、相対的に電池容量が小さい電池セル１２の電圧が低くなり、相対的に電池容量が大きい電池セル１１の電圧が高くなる。この場合、電池容量のばらつきを減少させることが可能である。【選択図】 図２
2017060364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルが直列に接続された組電池と、
前記組電池を構成する前記複数の各電池セルの少なくとも電圧を監視する電池セル監視部と、
前記電池セル監視部が監視する前記各電池セルの情報に基づいて前記各電池セルの特性劣化を判定する電池セル特性判定部と、
前記電池セル特性判定部が判定した前記各電池セルの特性劣化の情報に基づいて前記各電池セルの調整後の電圧を決定する電池セル電圧決定部と、
前記決定した各電池セルの調整後の電圧に基づいて前記各電池セルの電圧を調整する電池セル電圧調整部と、
を備える二次電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池システムにおいて、
前記電池セル電圧決定部は、前記各電池セルの特性劣化の情報に基づいて、前記各電池セルのうち劣化が小さい前記電池セルの電圧を相対的に高い電圧に、前記各電池セルのうち劣化が大きい前記電池セルの電圧を相対的に低い電圧に決定する二次電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の二次電池システムにおいて、
前記電池セル特性判定部は、前記電池セルの温度と前記電池セルの電圧に対する前記電池セルの特性劣化の速度を示すデータテーブルを備え、前記データテーブルに基づいて特性劣化の速度を計算する二次電池システム。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の二次電池システムにおいて、
前記電池セル特性判定部は、前記各電池セルの電圧を第１の電圧に均一化し、その後に前記組電池を第２の電圧に応じた所定の電圧まで充電または放電したときの前記各電池セルの第３の電圧を、前記各電池セルの特性の指標として用いる二次電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の二次電池システムにおいて、
前記所定の電圧は、前記第２の電圧に、前記組電池における前記電池セルの直列数を乗じた値であり、
前記電池セル電圧決定部は、前記各電池セルの前記第３の電圧と前記第２の電圧との電圧差に定数を乗じて、更に前記第２の電圧を加えた値を、前記調整後の電圧として決定する二次電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載の二次電池システムにおいて、
電池セル特性判定部は、前記各電池セルの内部抵抗を判定し、
電池セル電圧決定部は、前記内部抵抗と、所定の電圧上限値および電圧下限値とに基づいて、前記各電池セルの前記調整後の電圧の最大値および最小値を算出し、前記各電池セルの前記調整後の電圧が前記最小値以上かつ前記最大値以下となるように、前記定数を決定する二次電池システム。
【請求項７】
請求項４から６の何れか一項に記載の二次電池システムにおいて、
前記電池セル電圧決定部は、前記組電池の電圧を前記所定の電圧に保つように、前記各電池セルの前記調整後の電圧を決定する二次電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池などの二次電池が車両の電源システムや家庭用の電源システムなどに使用されている。このような用途の電源システムおいては、電池部分は複数の電池セルを直列に接続された組電池によって構成されている。組電池は、電池セルを直列接続することにより、電源システムにおいて必要な高電圧が得られる。また、直列に接続された複数の電池セルを並列に接続することにより、組電池から大電流を取り出すことが可能になる。
【０００３】
このような組電池では、各電池セルの配置位置に応じて、充放電による発熱量と冷却システムあるいは自然冷却による放熱量とが電池セルごとに異なるため、各電池セルの温度に不均一が生じる。また、リチウムイオン電池などの二次電池の特性劣化は温度が高い場合に大きくなる。このため、各電池セルの容量および内部抵抗にばらつきが生じる。また、リチウムイオン電池などの二次電池の内部抵抗は温度によって変化する。さらに、各電池セルが初期状態で有する容量および内部抵抗にはばらつきが存在する。このように、各電池セルの容量および内部抵抗の差異により、各電池セルに電圧のばらつきが生じる。この場合、例えば一つの電池セルの電圧が他の電池セルの電圧よりも大幅に低くなり、駆動可能な閾値を下回った場合に、組電池全体の動作を止めたり抑制したりする必要が生じる。したがって、組電池を構成する各電池セルの電圧をそれぞれ制御することが要求される。
【０００４】
組電池を構成する電池セルの電圧を制御する従来技術として、組電池と接続されたバランス回路を用いて、電池セルの電圧を均等にする技術が知られている。例えば、特許文献１には、各電池セルの内部抵抗に対応する補正電圧を考慮した電圧均等化技術が開示されている。また、特許文献２には、満充電容量が最小の電池セルの電圧に基づいて各電池セルを放電する電圧均等化技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１０２５９２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２０３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献に記載の電圧均等化技術では、各電池セルの温度については考慮されていない。したがって、温度が不均一の状態で電圧を均一化した場合、相対的に温度が高くなる電池セルの特性劣化が最も大きくなり、相対的に温度が低くなる電池セルの特性劣化は最も小さくなる。その結果、組電池を構成する電池セルのうち、相対的に特性劣化が進んだ電池セルの劣化が促進され、相対的に特性劣化が進んでいない電池セルの劣化が抑制される。そのため、組電池を構成する各電池セルの容量および内部抵抗のばらつきが拡大し続け、組電池全体としての寿命が短くなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による二次電池システムは、複数の電池セルが直列に接続された組電池と、組電池を構成する複数の各電池セルの少なくとも電圧を監視する電池セル監視部と、電池セル監視部が監視する各電池セルの情報に基づいて各電池セルの特性劣化を判定する電池セル特性判定部と、電池セル特性判定部が判定した各電池セルの特性劣化の情報に基づいて各電池セルの調整後の電圧を決定する電池セル電圧決定部と、決定した各電池セルの調整後の電圧に基づいて各電池セルの電圧を調整する電池セル電圧調整部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、組電池を構成する各電池セルの容量および内部抵抗のばらつきの拡大を抑制し、組電池全体としての寿命を延長することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】二次電池システムの構成図である。
【図２】電圧制御のフローチャートである。
【図３】電池セルの充電量と電池電圧との関係を示すグラフである。
【図４】図３の一部を拡大したグラフである。
【図５】電池電圧と電池容量の減少速度の関係を示すデータテーブルである。
【図６】実施形態と比較例１と比較例２の結果をまとめた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、二次電池システムの構成図である。
組電池１を構成する電池セル１１、１２は、直列に接続される。組電池１内には、組電池１の温度を検出する温度センサ１３が設けられている。組電池１は、端子１ａ、1ｂを有し、端子１ａ及び端子1ｂの間に接続された装置（図示省略）に対して電力を供給する。また、組電池１は、端子１ａ及び端子1ｂの間に適宜接続された外部電源（図示省略）より充電電力が組電池１に供給される。なお、説明を簡単にするため、本実施形態では、電池セル１１、１２が２個の場合を例に説明するが、電池セルが３個以上の場合も同様に実施することができる。
【００１１】
バッテリコントローラ２は、セル電圧検出線１１１、１１２を介して電池セル１１の両端の電圧が入力され、電池セル１１の電圧を検出する。更に、バッテリコントローラ２は、セル電圧検出線１２１、１２２を介して電池セル１２の両端の電圧が入力され、電池セル１２の電圧を検出する。セル電圧検出線１１１とセル電圧検出線１１２の間には、バランシングスイッチ１１３とバランシング抵抗１１４が接続されている。バランシングスイッチ１１３は、バッテリコントローラ２からのＯＮ／ＯＦＦ信号１１５によって制御される。更に、セル電圧検出線１２１とセル電圧検出線１２２の間には、バランシングスイッチ１２３とバランシング抵抗１２４が接続されている。バランシングスイッチ１２３は、バッテリコントローラ２からのＯＮ／ＯＦＦ信号１２５によって制御される。
【００１２】
例えば、バッテリコントローラ２によって電池セル１１の放電が必要と判断されたときには、ＯＮ／ＯＦＦ信号１１５によってバランシングスイッチ１１３をＯＮにしてバランシング抵抗１１４に通電し、電池セル１１が所定の電圧になるまで電池セル１１の放電処理を実行する。また、バッテリコントローラ２によって電池セル１１の充電が必要と判断されたときには、組電池１の端子１ａ及び端子１ｂの間に外部電源が接続された状態で、ＯＮ／ＯＦＦ信号１１５によってバランシングスイッチ１１３をＯＦＦにして、電池セル１１が所定の電圧になるまで電池セル１１の充電処理を実行する。あるいは、電池セル１２から放電される電力を電池セル１１に充電させる、いわゆるアクティブ方式で充電してもよい。
【００１３】
バッテリコントローラ２は、温度検出線１３１を介して温度センサ１３の信号が入力され、組電池１の温度を検出する。
【００１４】
次に、本実施形態における組電池１の電圧制御の動作を具体的に説明する。
【００１５】
本実施形態における電圧制御は、上位の制御装置（図示省略）からの開始信号によって開始される。なお電圧制御は、組電池１が外部電源により充電可能な状態であり、かつ組電池１に対して外部への出力要求がない状態のときに開始されることが望ましい。例えば、本実施形態の二次電池システムを車両の電源として使用した場合には、アイドリングストップの状態にあるときに開始されることが望ましい。
【００１６】
バッテリコントローラ２は、図１に示すように、機能ブロックとして、電池セル監視部２１、電池セル特性判定部２２、電池セル電圧決定部２３、電池セル電圧調整部２４を有する。バッテリコントローラ２は、たとえばＣＰＵにより所定のプログラムを実行することで、これらの機能ブロックを実現する。
【００１７】
電池セル監視部２１は、組電池１を構成する電池セル１１、１２の各々の電圧等を監視する。電池セル特性判定部２２は、電池セル監視部２１が監視する電池セル１１、１２の情報に基づいて電池セル１１、１２の特性劣化を判定する。電池セル電圧決定部２３は、電池セル特性判定部２２が判定した電池セル１１、１２の特性劣化の情報に基づいて電池セル１１、１２の各々の電圧を決定する。電池セル電圧調整部２４は、決定した各々の電圧に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦ信号１１５、１２５を出力してバランシングスイッチ１１３、１２３を制御することにより、前述のような充電処理や放電処理を行い、電池セル１１、１２の各々の電圧を調整する。
【００１８】
なお、電池セル特性判定部２２は、電池セル１１、１２の特性、すなわち劣化状態を判定するが、判定の指標には、別途測定した電池セル１１、１２の容量あるいは内部抵抗を用いてもよい。本実施形態では、電池セル１１、１２の電圧のばらつきによって劣化状態を判定する例で説明する。
【００１９】
図２は、バッテリコントローラ２が実行する電圧制御のフローチャートである。
＜ステップＳ１＞
図２に示すフローチャートのステップＳ１で、バッテリコントローラ２の電池セル電圧調整部２４は、組電池１を構成する電池セル１１、１２の電圧を、目標とする所定の電圧（二次電圧;V2）よりも低い電圧（一次電圧;V1）に揃える。以下、満充電状態から全放電状態に至るまでの電池容量を百分割して、満充電状態を100％、全放電状態を0％とする。二次電圧V2としては、電池容量の40％以上を充電した状態に対応する電圧が望ましく、70％以上を充電した状態に対応する電圧がさらに望ましい。一次電圧V1としては、二次電圧V2に対応する充電状態よりも10％以上低い充電状態に対応する電圧が望ましい。本実施形態では、30％の充電状態に対応する電圧を一次電圧V1とし、80％の充電状態に対応する電圧を二次電圧V2とした場合を示す。なお、電池セル１１、１２の各々の電圧を一次電圧V1に揃えるには、バランシングスイッチ１１３、１２３をＯＮ／ＯＦＦ制御することによって行う。
【００２０】
＜ステップＳ２＞
次に、ステップＳ２において、バッテリコントローラ２の電池セル電圧調整部２４は、組電池１の全体の電圧が(２×V2)の電圧になるまで充電する。この電圧は、組電池１を構成する電池セル１１、１２の直列数２に、二次電圧V2を乗じた値である。充電は、組電池１の端子１ａ及び端子1ｂの間に外部電源を接続し、組電池１の全体の電圧が（直列数×二次電圧V2）の電圧になるまで行う。
【００２１】
以上のステップＳ１およびステップＳ２の処理を終えた段階で、組電池１の電池セル１１、１２の各電圧V3は、電池セルの劣化の程度に応じて異なる。図３は、電池セル１１、１２の劣化の程度が異なる場合に、電池セル１１、１２の電圧が一次電圧V1の状態から充放電したときの電池セル１１、１２の充電量と電池電圧との関係を示す。図３では、一例として、劣化の程度が小さく電池容量が1020 mAhである電池セル１１と、劣化の程度が大きく電池容量が981 mAhである電池セル１２と、電池セル１１、１２の平均値について、充電量と電池電圧との関係を示している。図４は、図３の一部を拡大したグラフである。図３、４において、電池セル１１は一点鎖線で、電池セル１２は点線で、電池セル１１、１２の平均値は実線で示す。本実施形態では、電池セル１１、１２として、0%の充電状態に対応する電池電圧が2.700V、30%の充電状態に対応する電池電圧が3.207V、80%の充電状態に対応する電池電圧が3.874V、100%の充電状態に対応する電池電圧が4.100Vである電池セルを用いた場合の例を示す。本実施形態では、一次電圧V1は3.207Vであり、二次電圧V2は3.874Vである。  
【００２２】
ステップＳ２の処理を終えた段階では、図３および図４に示すように、電池セル１１、１２の平均電圧は二次電圧V2に一致する。一方で、劣化の程度が小さく電池容量が大きい電池セル１１の電圧は二次電圧V2よりも低くなる。例えば、本実施形態における電池セル１１の電池電圧V3は3.862Vである。また、劣化の程度が大きく電池容量が小さい電池セル１２の電圧は二次電圧V2よりも高くなる。例えば、本実施形態における電池セル１２の電池電圧V3は3.886Vである。このように、本実施形態におけるステップＳ１およびステップＳ２の処理を終えた段階における、各電池セルの電圧は、各電池セルの劣化の程度を相対的に示す指標として使用することができる。
【００２３】
＜ステップＳ３＞
次に、図２のステップＳ３において、バッテリコントローラ２の電池セル電圧決定部２３は、組電池１を構成する電池セル１１、１２の調整後の電圧の設定値を、現時点での各電池セル１１、１２の電圧V3と二次電圧V2との差(V3-V2)に基づいて決定する。この決定に際して、組電池１の電圧が変化しないように決定する。また、電池セル特性判定部２２は、電池セル１１、１２の電圧に対する劣化速度を示すデータテーブルあるいは内部関数を備え、各電池セル１１、１２の劣化が、高電圧でより進行するのか、低電圧でより進行するのかを判定するための特性劣化の速度を計算する。この判定結果に基づいて、電池セル電圧決定部２３は、電池セル１１、１２の調整後の電圧の設定値を決定する。図５は、電池電圧と電池容量の減少速度の関係を示すデータテーブルである。本実施形態では、電池セル特性判定部２２が、図５に示すデータテーブルを備えており、このデータテーブルを参照して、高電圧で電池容量の劣化がより進行すると判定した場合を例に説明する。劣化が進行するかの判定は、具体的には、データテーブルを参照し、現時点での電池電圧V3に対応する容量減少率a31を求める。次に、電池電圧V3にΔV（＞0）を加えた電池電圧V3+ΔVに対応する容量減少率a32を求める。更に、電池電圧V3からΔV（＞0）を引いた電池電圧V3-ΔVに対応する容量減少率a33を求める。これらの容量減少率からa31＞a33であれば高電圧で容量減少が進行すると判定する。
【００２４】
なお、図５に示すデータテーブルは、電池電圧以外にも電池温度や電流などのパラメータに対する電池特性の変化速度を示すデータテーブルとすることができ、特性劣化の指標は、容量減少率や内部抵抗上昇率などから１つ以上の指標を選択することができる。例えば、電池温度に対するデータテーブルの場合は、電池温度毎に図５に示すデータテーブルを各々備え、バッテリコントローラ２は、温度センサ１３からの信号により検出した組電池１の温度に対応したデータテーブルを選択して劣化の進行を判定する。また、容量減少率や内部抵抗上昇率の表し方は一例であり、その他の表し方でもよい。本実施形態では、所定の温度における、使用期間の作動中心電圧と使用期間の平方根に対する電池容量の減少速度との関係を用いた場合の例を示す。
【００２５】
本実施形態では、各電池セル１１、１２の調整後の電圧は、以下の式（１）で求めた値V4をそれぞれ設定する。
（数１）
V4 = V2 + k(V3-V2)     ・・・（１）
【００２６】
ここで、V2は二次電圧、V3は各電池セル１１、１２のそれぞれの調整前の電圧、kは定数である。定数kが1より大きい値であれば、現時点で生じている各電池セル１１、１２の電圧ばらつきが拡大し、相対的に電池容量が小さい（劣化が大きい）電池セル１２の調整後の電圧V4は調整前の電圧V3よりも高く、相対的に電池容量が大きい（劣化が大きい）電池セル１１の調整後の電圧V4は調整前の電圧V3よりも低くなる。また、定数kが1であれば、現時点で生じている各電池セル１１、１２の電圧は変化しない。また、定数kが0であれば各電池セル１１、１２の電圧は均一になる。一方、定数kが負の値である場合、各電池セル１１、１２の容量と調整後の電圧V4の対応関係が逆転し、相対的に電池容量が小さい（劣化が大きい）電池セル１２の調整後の電圧V4は調整前の電圧V3よりも低くなり、相対的に電池容量が大きい（劣化が小さい）電池セル１１の調整後の電圧V4は調整前の電圧V3よりも高くなる。この場合、電池容量のばらつきを減少させることが可能である。例えば定数kを-7にした場合、図４に示すように、電池セル１１の調整後の電圧V4は 3.874 - 7 * (3.862 - 3.874) = 3.958 V となり、電池セル１２の調整後の電圧V4は 3.874 -7 * (3.886 - 3.874) = 3.790 Vとなる。なお、いずれの場合であっても、電池セル１１の電圧と電池セル１２の電圧とを合計した組電池１全体の電圧は、調整の前後で変化せず、(２×V2)のままである。このように、電池セル電圧決定部２３は、各電池セル１１、１２を直列に接続した組電池１全体の電圧を調整前の値に保つように、電池セル１１、１２の調整後の電圧V4を決定する。
【００２７】
上記式（１）の定数kは、例えば以下に説明するように決めることができる。この場合、電池セル特性判定部２２は、各電池セル１１、１２の内部抵抗を予め判定しておく。例えば、組電池１の休止中に各電池セル１１、１２の開回路電圧を一時的に保持し、その後、各電池セル１１、１２に所定の電流値を一定時間流した後の絶対値を電流値で割った値を各電池セル１１、１２の内部抵抗として記憶しておく。また、各電池セル１１、１２の電圧の上限値V_maxと下限値V_minを設定しておく。そして、定数kを決める際には、まず電池セル電圧決定部２３は、電池セル１１、１２の内部抵抗Rと所定の電流値Iを乗じた値IRを上限値V_maxから引いて電圧V4の許容される最大値V4_maxを算出し、値IRを下限値V_minに加えて電圧V4の許容される最小値V4_minを算出する。この際、最大値V4_maxと最小値V4_minは各電池セル１１、１２で別々の値としてそれぞれ計算してもよいし、内部抵抗Rの最大値を用いて、各電池セル１１、１２に共通の値として計算してもよい。
【００２８】
次に、図５に示すデータテーブルを参照し、電池電圧が最小値V4_min以上、かつ最大値V4_max以下の領域において、最も容量減少率が小さい電圧V4_optを求める。次に、電池セル１１、１２のうち、電圧V3のうちの最大値V3_maxを用いて、電圧V4_optに対応する定数kを次式（２）によって求める。なお、本実施形態では、最も劣化が進行している電池セルが示す電圧V3が最大値V3_maxになる。
（数２）
V4_opt= V2+k(V3_max- V2)      ・・・（２）
【００２９】
この式（２）により求めた定数kを用いて、すべての電池セルの電圧V4を、式（１）によって定める。その結果、電池セル１１、１２の平均値V2からの差分が全て定数倍されるので、ステップＳ２の終了時点における組電池１の全体の電圧と、ステップＳ３の終了時点における電池セル１１、１２の直列部分の全体の電圧（直列数×V2）は等しくなる。
【００３０】
＜ステップＳ４＞
次に、図２のステップＳ４において、電池セル電圧調整部２４は、組電池１を構成する各電池セル１１、１２をそれぞれ電圧V4に調整する。例えば、電池セル１１の電圧を充電して電圧V4に調整するには、組電池１の端子１ａ及び端子1ｂの間に外部電源が接続された状態で、バランシングスイッチ１１３をＯＦＦ制御し、バランシングスイッチ１２３をＯＮ制御することによって行う。電池セル１２の電圧を放電して電圧V4に調整するには、バランシングスイッチ１２３をＯＮ制御することによって行う。
【００３１】
＜本実施形態による使用例＞
以上説明した電圧制御の実行後、電圧V４を中心電圧として9日間使用した場合の電池セル１１と電池セル１２と組電池１の特性について考える。なお、中心電圧とは、9日間における電池電圧の平均値である。このとき、図５によれば、9日間保存した場合の電池セル１１の容量減少は3.78*√9 = 11.3 mAhであり、電池セル１１の容量は1020 - 11.3 = 1008.7 mAhとなる。また、9日間保存した場合の電池セル１２の容量減少は2.74*√9 = 8.22 mAhであり、電池セル１２の容量は981 - 8.22 = 972.8 mAhとなる。この場合の電池セル１１と電池セル１２の容量ばらつきの平均容量に対する割合は(1008.7 - 972.8)/(1008.7 + 972.8)/2 *100 = 3.62％となる。このように、本実施形態によれば、相対的に電池容量が小さい電池セルの容量減少は抑制され、相対的に電池容量が大きい電池セルの容量減少は促進される。結果として、組電池を構成する各電池セルの電池容量のばらつきは減少する。
【００３２】
＜比較例１による使用例＞
次に、比較例１として、図２のステップＳ１とステップＳ２の処理の後の電圧V3を中心電圧として組電池１を使用した場合を示す。
【００３３】
図３および図４に示したように、電池セルの電圧V3は電池容量が小さい電池セルほど高く、電池容量が大きい電池セルほど低くなっている。電池セル１１の電池電圧V3は3.862Vである。また、電池セル１２の電池電圧V3は3.886Vである。したがって図５によれば、この状態では、相対的に電池容量が小さい電池セルの容量は相対的に早く減少し、相対的に電池容量の大きな電池セルの容量は相対的に緩やかに減少するため、各電池セルにおける電池容量のばらつきは拡大する。
【００３４】
例えば、電池セル１１を電圧V3 = 3.862 Vで9日間使用した場合、電池セル１１の容量減少は3.19*√9 = 9.57 mAhであり、容量は1020 - 9.57 = 1010.4 mAhとなる。また、電池セル１２を電圧V3で9日間使用した場合、電池セル１２の容量減少は3.34*√9 = 10.0 mAhであり、容量は981 - 10.0 = 971.0 mAhとなる。この場合、元々の電池セル１１と電池セル１２の容量ばらつきの平均容量に対する割合が (1020 - 981)/[(1020 + 981)/2 *100 = 3.90％であったのに対して、9日間使用した場合の電池セル１１と電池セル１２の容量ばらつきの平均容量に対する割合は(1010.4 - 971)/(1010.4 + 971)/2 *100 = 3.98％となり、容量ばらつきの程度が拡大する。
【００３５】
＜比較例２による使用例＞
次に、比較例２として、図２に示したステップＳ１の操作において、電池セルの電圧をV2に均一化させ、電圧V2を中心電圧として組電池１を使用した場合を示す。
【００３６】
この場合でも、電池容量のばらつきは減少することはない。例えば、電池セル１１と電池セル１２の電圧をともに3.874Vにして9日間使用した場合、電池セル１１と電池セル１２の容量減少は図５より3.27*√9 = 9.81 mAhであり、容量はそれぞれ 1020 - 9.81 = 1010.2 mAhと 981 - 9.81 = 971.2 mAhとなる。この場合の電池セル１１と電池セル１２の容量ばらつきの平均容量に対する割合は(1010.2 - 971.2)/(1010.2 + 971.2)/2 *100 = 3.94％となる。この場合、電圧を均一化しない場合に比べて、容量ばらつきの拡大は抑制されているものの、容量ばらつきを縮小することはできない。
【００３７】
図６に、実施形態と比較例１と比較例２の結果をまとめて示す。組電池１の中心電圧は実施形態と比較例１と比較例２でほぼ同じである。また、図６に示した中心電圧で9日間使用した後の電池セル１１の容量は、実施形態で最も小さく、比較例１で最も大きい。一方で、図６に示した中心電圧で9日間使用した後の電池セル１２の容量は、実施形態で最も大きく、比較例１で最も小さい。電池セルの直列接続からなる組電池１の容量は、直列接続を構成する各電池セルのうち、容量が最小になる電池セルによって決まる。したがって、図６に示した中心電圧で9日間使用した後の組電池１の容量は、実施形態で最も大きく、比較例１で最も小さく、比較例２においても実施形態よりも小さい。また、電池セルの平均容量に対する電池セルの容量の差、すなわち容量のばらつきの程度は、実施形態で最も小さく、比較例１で最も大きく、比較例２においても実施形態よりも大きい。
【００３８】
以上のように、本実施形態に基づく組電池の電圧制御によれば、組電池１の直列接続部分を構成する各電池セル１１、１２の特性劣化のばらつきを抑制し、結果として組電池１の特性劣化を抑制して寿命を延長することができる。
【００３９】
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）二次電池システムは、複数の電池セル１１、１２が直列に接続された組電池１と、組電池１を構成する複数の電池セル１１、１２の少なくとも電圧を監視する電池セル監視部２１と、電池セル監視部２１が監視する電池セル１１、１２の情報に基づいて電池セル１１、１２の特性劣化を判定する電池セル特性判定部２２と、電池セル特性判定部２２が判定した電池セル１１、１２の特性劣化の情報に基づいて電池セル１１、１２の調整後の電圧V4を決定する電池セル電圧決定部２３と、決定した電池セル１１、１２の調整後の電圧V4に基づいて電池セル１１、１２の電圧を調整する電池セル電圧調整部２４とを備える。これにより、組電池を構成する各電池セルの容量および内部抵抗のばらつきの拡大を抑制することができ、組電池全体としての寿命を延長することが可能となる。
【００４０】
（２）二次電池システムにおいて、電池セル電圧決定部２３は、電池セル１１、１２の特性劣化の情報に基づいて、電池セル１１、１２のうち劣化が小さい電池セルの電圧を相対的に高い電圧に、電池セル１１、１２のうち劣化が大きい電池セルの電圧を相対的に低い電圧に決定する。これにより、組電池を構成する各電池セルの容量および内部抵抗のばらつきの拡大を抑制することができる。
【００４１】
（３）二次電池システムにおいて、電池セル特性判定部２２は、電池セル１１、１２の温度と電池セル１１、１２の電圧に対する電池セル１１、１２の特性劣化の速度を示すデータテーブルを備え、データテーブルに基づいて特性劣化の速度を計算する。これにより、温度に応じた特性劣化に基づいて、組電池全体としての寿命を延長することが可能となる。
【００４２】
（４）二次電池システムにおいて、電池セル特性判定部２２は、電池セル１１、１２の電圧を第１の電圧V1に均一化し、その後に各電池セルが直列接続された組電池を第２の電圧V2に応じた所定の電圧まで充電したときの電池セル１１、１２の第３の電圧V3を電池セル１１、１２の特性の指標として用いる。これにより、各電池セルの特性劣化を求めるための指標を得ることができる。
【００４３】
（５）二次電池システムにおいて、上記の所定の電圧は、第２の電圧V2に、組電池１における電池セル１１，１２の直列数２を乗じた値（２×V2）である。電池セル電圧決定部２３は、各電池セル１１、１２の第３の電圧V3と第２の電圧V2との電圧差に定数kを乗じて、更に第２の電圧V2を加えた値を、各電池セルの調整後の電圧V4として決定する。すなわち、V4 = V2 + k(V3-V2)により決定する。これにより、相対的に電池容量が小さい電池セルの容量減少は抑制され、相対的に電池容量が大きい電池セルの容量減少は促進され、組電池を構成する各電池セルの電池容量のばらつきは減少する。
【００４４】
（６）二次電池システムにおいて、電池セル特性判定部２２は、電池セル１１、１２の内部抵抗Rと、所定の電圧上限値V_maxおよび電圧下限値V_minとに基づいて、電池セル１１、１２の調整後の電圧V4の最大値V4_maxおよび最小値V4_minを算出する。そして、電池セル１１、１２の調整後の電圧V4が算出した最小値V4_min以上かつ最大値V4_max以下となるように、乗数kを決定する。これにより、相対的に電池容量が小さい電池セルの容量減少は抑制され、相対的に電池容量が大きい電池セルの容量減少は促進され、組電池を構成する各電池セルの電池容量のばらつきは減少する。
【００４５】
（７）二次電池システムにおいて、電池セル電圧決定部２３は、組電池１の電圧を調整前の所定の電圧に保つように、電池セル１１、１２の調整後の電圧V4を決定する。これにより、組電池の全体の電圧を変えることなく、各電池セルへ適切な電圧を設定することができる。
【００４６】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）本実施形態では、電池セルの劣化の程度を調べるために、図２に示すフローチャートのステップＳ１で、電池セル１１、１２の電圧を、目標とする所定の電圧（二次電圧;V2）よりも低い電圧（一次電圧;V1）に揃え、ステップＳ２において、組電池１の全体の電圧が(２×V2)の電圧になるまで充電して、この際の電池セル１１、１２の各電圧V3を求める例で説明した。しかし、ステップＳ１で、所定の電圧（二次電圧;V2）よりも高い電圧（一次電圧;V1）に揃え、ステップＳ２において、組電池１の全体の電圧が(２×V2)の電圧になるまで放電して電池セル１１、１２の各電圧V3を求めてもよい。この場合、劣化の程度が小さく電池容量が大きい電池セル１１の電圧は二次電圧V2よりも高くなり、劣化の程度が大きく電池容量が小さい電池セル１２の電圧は二次電圧V2よりも低くなる。
【００４７】
（２）本実施形態では、複数の電池セルが直列に接続された組電池の例で説明した。しかし、組電池は、直列に接続された複数の電池セルを並列に複数設けた構成であってもよい。
【００４８】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と変形例を組み合わせた構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  組電池
２  バッテリコントローラ
１１、１２  電池セル
１３  温度センサ
１１３、１２３  バランシングスイッチ
１１４、１２４  バランシング抵抗
【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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