JP2012003870A - Power storage system - Google Patents

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Yukinari Tanabe
千済 田邉
Hiroyuki Kaiya
裕之 海谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To cope with a problem of voltage variation among a plurality of electric cells, which occurs when a voltage sensor is connected to a battery module including the plurality of electric cells, due to the inability of the sensor to monitor voltages of the electric cells.SOLUTION: A power storage system comprises: a power storage module (10) in which a plurality of power storage elements (11) each having a redox shuttle additive contained in an electrolyte are electrically connected in series; a voltage sensor (20) for detecting a voltage across terminals in the power storage module; and a controller (30) which controls the charging/discharging of the power storage module based on an output of the voltage sensor. The controller charges the power storage module while causing the voltage of at least one power storage element to reach a reaction potential of the redox shuttle additive.

Description

本発明は、複数の蓄電素子が電気的に直列に接続された蓄電モジュールにおいて、複数の蓄電素子における電圧のバラツキを低減させる制御に関する。   The present invention relates to a control for reducing voltage variation in a plurality of power storage elements in a power storage module in which a plurality of power storage elements are electrically connected in series.

複数の単電池が電気的に直列に接続された組電池では、各単電池に電圧センサを接続して単電池の電圧を検出したり、幾つかの単電池で構成された電池モジュールに電圧センサを接続して電池モジュールの電圧を検出したりしている。ここで、複数の単電池が電気的に直列に接続されることにより、電池モジュールが構成され、複数の電池モジュールが電気的に直列に接続されることにより、組電池が構成される。   In an assembled battery in which a plurality of cells are electrically connected in series, a voltage sensor is connected to each cell to detect the voltage of the cell, or a voltage sensor is connected to a battery module composed of several cells. To detect the voltage of the battery module. Here, a battery module is configured by connecting a plurality of single cells electrically in series, and an assembled battery is configured by connecting the plurality of battery modules electrically in series.

電池モジュール毎に電圧センサを設ければ、単電池毎に電圧センサを設ける場合に比べて、電圧センサの数を減らすことができる。   If a voltage sensor is provided for each battery module, the number of voltage sensors can be reduced as compared with a case where a voltage sensor is provided for each cell.

特開２００７−５３１９７０号公報JP 2007-53970 A 特開２００６−２５４５３５号公報JP 2006-254535 A 特開２００５−１０８５４３号公報JP 2005-108543 A

電池モジュールに対して電圧センサを接続した構成では、電池モジュールの電圧を検出することはできるが、電池モジュールを構成する各単電池の電圧を検出することはできない。ここで、電池モジュールを構成する複数の単電池において、電圧のバラツキが発生している場合には、電池モジュールの電圧が、充電制御の上限電圧に到達していないにもかかわらず、電池モジュールに含まれる特定の単電池の電圧だけが高い状態となり、劣化が進んでしまうおそれがある。   In the configuration in which the voltage sensor is connected to the battery module, the voltage of the battery module can be detected, but the voltage of each single cell constituting the battery module cannot be detected. Here, in the case where voltage variation occurs in the plurality of single cells constituting the battery module, the battery module voltage is not reached the upper limit voltage of the charge control. Only the voltage of the specific single cell contained will be in a high state, and there is a risk of deterioration.

このため、電池モジュールの電圧を検出する構成においては、電池モジュールを構成する複数の単電池は、電圧のバラツキが低減された状態であることが好ましい。   For this reason, in the structure which detects the voltage of a battery module, it is preferable that the some cell which comprises a battery module is in the state by which the variation in voltage was reduced.

本願第１の発明である蓄電システムは、電解質中にレドックスシャトルを含む複数の蓄電素子が電気的に直列に接続された蓄電モジュールと、蓄電モジュールにおける端子間の電圧を検出するための電圧センサと、電圧センサの出力に基づいて、蓄電モジュールの充放電を制御するコントローラと、を有する。ここで、コントローラは、少なくとも１つの蓄電素子の電圧をレドックスシャトルの反応電位に到達させながら、蓄電モジュールの充電を行うことを特徴とする。   A power storage system according to a first invention of the present application includes a power storage module in which a plurality of power storage elements including a redox shuttle in an electrolyte are electrically connected in series, and a voltage sensor for detecting a voltage between terminals in the power storage module; And a controller for controlling charge / discharge of the power storage module based on the output of the voltage sensor. Here, the controller charges the power storage module while causing the voltage of at least one power storage element to reach the reaction potential of the redox shuttle.

ここで、所定レートを維持しながら、蓄電モジュールの充電を行うことができる。この場合において、蓄電モジュールにおける電圧の変化率が減少方向に変化したときには、少なくとも１つの蓄電素子の電圧が反応電位に到達したと判別することができる。   Here, the power storage module can be charged while maintaining a predetermined rate. In this case, when the voltage change rate in the power storage module changes in the decreasing direction, it can be determined that the voltage of at least one power storage element has reached the reaction potential.

また、蓄電モジュールにおける電圧の変化率が減少方向に変化した後に増加方向に変化したときには、蓄電モジュールの充電を停止することができる。これにより、蓄電素子の過充電を阻止することができる。さらに、蓄電モジュールの充電を停止した後に、放電を行うことができる。これにより、蓄電モジュールの電圧（又は容量）を目標値に到達させることができる。また、反応電位は、各蓄電素子の充電制御に用いられる上限電圧よりも低くすることができる。   Further, when the voltage change rate in the power storage module changes in the decreasing direction and then increases, the charging of the power storage module can be stopped. Thereby, overcharge of an electrical storage element can be prevented. Furthermore, the discharge can be performed after the charging of the power storage module is stopped. Thereby, the voltage (or capacity) of the power storage module can reach the target value. The reaction potential can be made lower than the upper limit voltage used for charging control of each power storage element.

本願第２の発明である蓄電モジュールの制御方法は、電解質中にレドックスシャトルを含む複数の蓄電素子が電気的に直列に接続された蓄電モジュールにおける端子間の電圧を検出する検出ステップと、検出ステップでの検出結果に基づいて、蓄電モジュールの充放電を制御する制御ステップと、を有する。そして、制御ステップにおいて、少なくとも１つの蓄電素子の電圧をレドックスシャトルの反応電位に到達させながら、蓄電モジュールの充電を行うことを特徴とする。   A method for controlling a power storage module according to a second invention of the present application includes a detection step of detecting a voltage between terminals in a power storage module in which a plurality of power storage elements including a redox shuttle are electrically connected in series in an electrolyte, and a detection step And a control step of controlling charging / discharging of the power storage module based on the detection result at. In the control step, the power storage module is charged while the voltage of at least one power storage element reaches the reaction potential of the redox shuttle.

本発明によれば、少なくとも１つの蓄電素子の電圧をレドックスシャトルの反応電位に到達させながら、蓄電モジュールの充電を行うことにより、蓄電モジュールを構成する、すべての蓄電素子の電圧を反応電位に近づけることができる。これにより、蓄電モジュールを構成する複数の蓄電素子において、電圧のバラツキが生じていても、このバラツキを低減させることができる。   According to the present invention, by charging the power storage module while causing the voltage of at least one power storage element to reach the reaction potential of the redox shuttle, the voltages of all the power storage elements constituting the power storage module are brought close to the reaction potential. be able to. Thereby, even if the voltage variation has arisen in the some electrical storage element which comprises an electrical storage module, this variation can be reduced.

そして、複数の蓄電素子における電圧のバラツキを低減させておけば、蓄電モジュールに接続された電圧センサの出力に基づいて、蓄電モジュールの充放電制御を適切に行うことができる。   And if the variation in the voltage in several electrical storage elements is reduced, charging / discharging control of an electrical storage module can be performed appropriately based on the output of the voltage sensor connected to the electrical storage module.

本発明の実施例１における電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the battery system in Example 1 of this invention. 単電池に含まれる発電要素の一部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a part of electric power generation element contained in a cell. 実施例１の構成を、複数の電池モジュールを備えた組電池に適用した図である。It is the figure which applied the structure of Example 1 to the assembled battery provided with the some battery module. 実施例１における均等化制御を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating equalization control in the first embodiment. 実施例１の均等化制御において、電池モジュールを構成する各単電池の電圧変化を示す図である。In equalization control of Example 1, it is a figure which shows the voltage change of each single battery which comprises a battery module. 実施例１の均等化制御において、電池モジュールの電圧変化を示す図である。In the equalization control of Example 1, it is a figure which shows the voltage change of a battery module.

以下、本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described below.

本発明の実施例１における電池システム（蓄電システム）について、図１を用いて説明する。図１は、本実施例における電池システムの構成を示す概略図である。   A battery system (power storage system) in Example 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the battery system in the present embodiment.

電池モジュール１０は、電気的に直列に接続された２つの単電池１１を有している。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。本実施例では、２つの単電池１１によって、電池モジュール１０を構成しているが、これに限るものではなく、３つ以上の単電池１１を電気的に直列に接続することによって、電池モジュール１０を構成することもできる。   The battery module 10 has two unit cells 11 electrically connected in series. As the cell 11, a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery can be used. An electric double layer capacitor can be used instead of the secondary battery. In the present embodiment, the battery module 10 is constituted by two unit cells 11, but the present invention is not limited to this, and the battery module 10 is electrically connected in series with three or more unit cells 11. Can also be configured.

電池モジュール１０の正極端子および負極端子には、電圧センサ２０が接続されており、電圧センサ２０は、電池モジュール１０の端子間電圧を検出するために用いられる。電圧センサ２０の出力信号は、コントローラ３０に入力され、コントローラ３０は、電圧センサ２０からの信号に基づいて、電池モジュール１０の電圧を検出する。図１に示す構成では、電池モジュール１０に対して電圧センサ２０を設けているため、各単電池１１に対して電圧センサ２０を設ける場合に比べて、電圧センサ２０の数を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。   A voltage sensor 20 is connected to the positive terminal and the negative terminal of the battery module 10, and the voltage sensor 20 is used to detect the voltage between the terminals of the battery module 10. The output signal of the voltage sensor 20 is input to the controller 30, and the controller 30 detects the voltage of the battery module 10 based on the signal from the voltage sensor 20. In the configuration shown in FIG. 1, since the voltage sensor 20 is provided for the battery module 10, the number of voltage sensors 20 can be reduced compared to the case where the voltage sensor 20 is provided for each single battery 11. Cost can be reduced.

コントローラ３０は、電池モジュール１０の充放電を制御する。具体的には、電圧センサ２０を用いて検出された電池モジュール１０の電圧が、充電制御で用いられる上限電圧を超えないように、コントローラ３０は、電池モジュール１０の充電を制御する。また、電圧センサ２０を用いて検出された電池モジュール１０の電圧が、放電制御で用いられる下限電圧を下回らないように、コントローラ３０は、電池モジュール１０の放電を制御する。電池モジュール１０は、負荷に接続されており、負荷に対して電力を供給したり、負荷からの電力を受けたりする。   The controller 30 controls charging / discharging of the battery module 10. Specifically, the controller 30 controls the charging of the battery module 10 so that the voltage of the battery module 10 detected using the voltage sensor 20 does not exceed the upper limit voltage used in the charging control. Further, the controller 30 controls the discharge of the battery module 10 so that the voltage of the battery module 10 detected using the voltage sensor 20 does not fall below the lower limit voltage used in the discharge control. The battery module 10 is connected to a load, and supplies power to the load or receives power from the load.

図２は、単電池１１に含まれる発電要素の一部の構成を示す。発電要素１２は、充放電を行うことができる要素であり、発電要素１２を電池ケース（不図示）に収容することにより、単電池１１が構成される。以下に説明する発電要素１２の構成部材の材料は、公知の材料を適宜選択することができる。   FIG. 2 shows a configuration of a part of the power generation element included in the unit cell 11. The power generation element 12 is an element that can be charged and discharged, and the unit cell 11 is configured by housing the power generation element 12 in a battery case (not shown). A known material can be appropriately selected as the material of the constituent members of the power generation element 12 described below.

発電要素１２は、正極素子１３と、負極素子１４と、正極素子１３および負極素子１４の間に配置される電解質層１５とを有する。具体的には、正極素子１３、負極素子１４および電解質層１５を積層して積層体を構成し、この積層体を巻くことにより、発電要素１２を構成することができる。また、正極素子１３、電解質層１５および負極素子１４を、この順で複数積層するだけで、発電要素１２を構成することもできる。   The power generation element 12 includes a positive electrode element 13, a negative electrode element 14, and an electrolyte layer 15 disposed between the positive electrode element 13 and the negative electrode element 14. Specifically, the power generation element 12 can be configured by stacking the positive electrode element 13, the negative electrode element 14, and the electrolyte layer 15 to form a stacked body and winding the stacked body. Further, the power generation element 12 can also be configured by simply laminating a plurality of positive electrode elements 13, electrolyte layers 15 and negative electrode elements 14 in this order.

正極素子１３は、集電板１３ａの表面に正極活物質層１３ｂを形成したものである。正極活物質層１３ｂは、電解質層１５に接触しており、正極活物質層１３ｂには、正極活物質の他に、導電剤やバインダー等が含まれる。負極素子１４は、集電板１４ａの表面に負極活物質層１４ｂを形成したものである。負極活物質層１４ｂは、電解質層１５に接触しており、負極活物質層１４ｂには、負極活物質の他に、導電剤やバインダー等が含まれる。   The positive electrode element 13 is obtained by forming a positive electrode active material layer 13b on the surface of a current collector plate 13a. The positive electrode active material layer 13b is in contact with the electrolyte layer 15, and the positive electrode active material layer 13b includes a conductive agent, a binder, and the like in addition to the positive electrode active material. The negative electrode element 14 is obtained by forming a negative electrode active material layer 14b on the surface of a current collector plate 14a. The negative electrode active material layer 14b is in contact with the electrolyte layer 15, and the negative electrode active material layer 14b includes a conductive agent, a binder, and the like in addition to the negative electrode active material.

正極素子１３（集電板１３ａ）は、電池ケースに固定された正極端子（不図示）と電気的および機械的に接続されている。また、負極素子１４（集電板１４ａ）は、電池ケースに固定された負極端子（不図示）と電気的および機械的に接続されている。   The positive electrode element 13 (current collector plate 13a) is electrically and mechanically connected to a positive electrode terminal (not shown) fixed to the battery case. The negative electrode element 14 (current collector plate 14a) is electrically and mechanically connected to a negative electrode terminal (not shown) fixed to the battery case.

電解質層１５としては、液体電解質又はポリマー電解質を用いることができる。液体電解質では、正極素子１３および負極素子１４の間に配置されるセパレータに、電解液を含ませたものを用いることができる。ポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーから構成されており、例えば、真性ポリマー電解質やゲルポリマー電解質を用いることができる。   As the electrolyte layer 15, a liquid electrolyte or a polymer electrolyte can be used. As the liquid electrolyte, a separator that is disposed between the positive electrode element 13 and the negative electrode element 14 and that contains an electrolytic solution can be used. The polymer electrolyte is composed of an ion conductive polymer. For example, an intrinsic polymer electrolyte or a gel polymer electrolyte can be used.

電解質層１５には、レドックスシャトル（酸化還元試薬）が添加されている。レドックスシャトルは、酸化還元反応を介して正負極間の電位差（電池電圧）が、レドックスシャトルの反応電位以上となることを抑制する機能を有する化合物である。還元型（非イオン型）であるレドックスシャトルは、充電時に電池電圧が、レドックスシャトルの反応電位を超えると、正極において酸化されて酸化型（カチオン型）となり、この酸化型は負極において還元されて再度、還元型（非イオン型）に戻る。このサイクルが繰り返されることで、過充電電流を消費して、過充電を防止することができる。   A redox shuttle (redox reagent) is added to the electrolyte layer 15. The redox shuttle is a compound having a function of suppressing the potential difference (battery voltage) between the positive and negative electrodes through the oxidation-reduction reaction to be equal to or higher than the reaction potential of the redox shuttle. When the battery voltage exceeds the reaction potential of the redox shuttle during charging, the redox shuttle that is a reduced type (non-ionic type) is oxidized at the positive electrode to become an oxidized type (cation type), and this oxidized type is reduced at the negative electrode. It returns to the reduced type (non-ionic type) again. By repeating this cycle, overcharge current can be consumed and overcharge can be prevented.

レドックスシャトルの具体的な化合物については特に制限はなく、上述した作用を発揮できる化合物を適宜選択することができる。例えば、レドックスシャトルとして、ヘキサエチルベンゼン、Ｌｉ２Ｂ１２Ｆ１２、Ｌｉ２Ｂ１２Ｆ９Ｈ３などが挙げられる。また、電解質層１５に添加するレドックスシャトルとしては、１種の化合物だけを用いることもできるし、複数種類の化合物を併用することもできる。 There is no restriction | limiting in particular about the specific compound of a redox shuttle, The compound which can exhibit the effect | action mentioned above can be selected suitably. Examples of the redox shuttle include hexaethylbenzene, Li 2 B 12 F 12 , and Li 2 B 12 F 9 H 3 . Moreover, as a redox shuttle added to the electrolyte layer 15, only 1 type of compound can also be used and several types of compounds can also be used together.

図３には、複数の電池モジュール１０が電気的に直列に接続された組電池４０の構成を示している。図３に示す構成は、図１に示す構成を複数備えたものである。   FIG. 3 shows a configuration of an assembled battery 40 in which a plurality of battery modules 10 are electrically connected in series. The configuration shown in FIG. 3 includes a plurality of configurations shown in FIG.

組電池４０は、負荷に接続されており、負荷に対して電力を供給したり、負荷からの電力を受けたりする。組電池４０は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両に搭載することができる。ここで、組電池４０と接続される負荷としては、モータ・ジェネレータがある。モータ・ジェネレータは、組電池４０から供給された電気エネルギを、車両の走行に用いられる運動エネルギに変換する。また、モータ・ジェネレータは、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換して、組電池４０に供給する。なお、組電池４０およびモータ・ジェネレータの間に、昇圧回路やインバータを接続することもできる。   The assembled battery 40 is connected to a load, and supplies power to the load or receives power from the load. The assembled battery 40 can be mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. Here, the load connected to the assembled battery 40 includes a motor / generator. The motor / generator converts the electrical energy supplied from the assembled battery 40 into kinetic energy used for running the vehicle. The motor / generator converts the kinetic energy generated during braking of the vehicle into electric energy and supplies it to the assembled battery 40. A booster circuit or an inverter can also be connected between the assembled battery 40 and the motor / generator.

次に、本実施例における均等化制御について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。本実施例の均等化制御は、電池モジュール１０を構成する２つの単電池１１における充放電を制御することにより、２つの単電池１１における電圧のバラツキを低減させるものである。図４に示す処理は、コントローラ３０によって実行される。   Next, the equalization control in the present embodiment will be described using the flowchart shown in FIG. The equalization control of the present embodiment controls the charging / discharging in the two unit cells 11 constituting the battery module 10 to reduce the voltage variation in the two unit cells 11. The process shown in FIG. 4 is executed by the controller 30.

ステップＳ１０１では、所定レートにおいて電池モジュール１０の充電を開始する。充電レートは、適宜設定することができるが、高レートでの充電は、単電池１１が劣化し易くなるため、好ましくない。例えば、０．５Ｃのレートで充電を行うことができる。   In step S101, charging of the battery module 10 is started at a predetermined rate. Although the charging rate can be set as appropriate, charging at a high rate is not preferable because the unit cell 11 tends to deteriorate. For example, charging can be performed at a rate of 0.5C.

電池モジュール１０の充電を開始すると、図５の期間Ｔ１に示すように、２つの単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧は、略一定の変化率で上昇する。また、図６の期間Ｔ１に示すように、電池モジュール１０の電圧は、略一定の変化率で上昇する。   When charging of the battery module 10 is started, the voltages of the two unit cells 11A and 11B rise at a substantially constant rate of change, as shown in a period T1 in FIG. Further, as shown in the period T1 in FIG. 6, the voltage of the battery module 10 increases at a substantially constant rate of change.

図５は、電池モジュール１０を構成する２つの単電池１１Ａ，１１Ｂにおける電圧の挙動（一例）を示している。図５の実線は、単電池１１Ａにおける電圧の推移を示し、点線は、単電池１１Ｂにおける電圧の推移を示している。一方、図６は、電池モジュール１０における電圧の推移を示している。ここで、図５に示す期間Ｔ１〜Ｔ５は、図６に示す期間Ｔ１〜Ｔ５に対応している。   FIG. 5 shows voltage behavior (one example) in the two unit cells 11 </ b> A and 11 </ b> B constituting the battery module 10. The solid line in FIG. 5 shows the change in voltage in the unit cell 11A, and the dotted line shows the change in voltage in the unit cell 11B. On the other hand, FIG. 6 shows the transition of voltage in the battery module 10. Here, the periods T1 to T5 shown in FIG. 5 correspond to the periods T1 to T5 shown in FIG.

均等化制御を行う前の状態において、単電池１１Ａの電圧はＶＡ１であり、単電池１１Ｂの電圧はＶＢ１（＜ＶＡ１）であり、２つの単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧差はΔＶ１となっている。 In the state before the equalization control is performed, the voltage of the unit cell 11A is V A1 , the voltage of the unit cell 11B is V B1 (<V A1 ), and the voltage difference between the two unit cells 11A and 11B is ΔV1. It has become.

ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、電池モジュール１０の電圧の上昇率が低下したか否かを確認する。ここで、電池モジュール１０の電圧の上昇率が低下したときには、ステップＳ１０３に進み、そうでなければ、ステップＳ１０２の処理を続ける。   In step S102, the controller 30 confirms whether or not the rate of increase in voltage of the battery module 10 has decreased. Here, when the rate of increase of the voltage of the battery module 10 decreases, the process proceeds to step S103, and otherwise, the process of step S102 is continued.

電池モジュール１０を充電し続けると、期間Ｔ１が経過したときに、単電池１１Ａの電圧がレドックスシャトルの反応電位ＶＲＳに到達する。これにより、電池モジュール１０の充電を続けても、単電池１１Ａの電圧は、反応電位ＶＲＳに維持される。反応電位ＶＲＳは、上限電圧ＶＭＡＸよりも低い値に設定されており、この設定された反応電位ＶＲＳが得られるレドックスシャトルを選択すればよい。上限電圧ＶＭＡＸは、単電池１１Ａ，１１Ｂの充電制御で用いられる上限の電圧値であり、予め設定された値である。 Continuing to charge the battery module 10, when the period T1 has elapsed, the voltage of the unit cell 11A reaches the reaction potential V RS of the redox shuttle. Thereby, even if the battery module 10 is continuously charged, the voltage of the unit cell 11A is maintained at the reaction potential VRS . The reaction potential V RS is set to a value lower than the upper limit voltage V MAX , and a redox shuttle that can obtain the set reaction potential V RS may be selected. The upper limit voltage V MAX is an upper limit voltage value used in charging control of the single cells 11A and 11B, and is a preset value.

上限電圧ＶＭＡＸおよび反応電位ＶＲＳの差は、後述するように、レドックスシャトルが反応し難くなったときに、単電池１１の電圧上昇を許容できる範囲に設定しておくことが好ましい。また、反応電位ＶＲＳを上限電圧ＶＭＡＸよりも低くしすぎると、単電池１１の充放電を効率良く行うことができなくなってしまう。これらの点を考慮して、反応電位ＶＲＳを設定することができる。 As will be described later, the difference between the upper limit voltage V MAX and the reaction potential V RS is preferably set within a range in which the voltage increase of the unit cell 11 can be allowed when the redox shuttle becomes difficult to react. On the other hand, if the reaction potential V RS is set lower than the upper limit voltage V MAX , the unit cell 11 cannot be charged / discharged efficiently. Considering these points, the reaction potential V RS can be set.

単電池１１Ｂの初期電圧ＶＢ１は、単電池１１Ａの初期電圧ＶＡ１よりも低いため、期間Ｔ１が経過しても、単電池１１Ｂの電圧は、反応電位ＶＲＳに到達していない。 Since the initial voltage V B1 of the unit cell 11B is lower than the initial voltage V A1 of the unit cell 11A, the voltage of the unit cell 11B does not reach the reaction potential V RS even after the period T1 has elapsed.

単電池１１Ａの電圧が反応電位ＶＲＳに到達した後は、単電池１１Ｂの電圧だけが上昇するため（図５の期間Ｔ２）、電池モジュール１０の電圧の上昇率は低下する。具体的には、期間Ｔ２における電池モジュール１０の電圧の上昇率は、期間Ｔ１における電池モジュール１０の電圧の上昇率よりも小さくなる。図４のステップＳ１０２では、電池モジュール１０の電圧の上昇率が低下することを確認することにより、単電池１１Ａの電圧が反応電位ＶＲＳに到達したことを確認している。 After the voltage of the unit cell 11A reaches the reaction potential V RS, since only voltages of the cells 11B rises (the period of Fig. 5 T2), the rate of increase in the voltage of the battery module 10 is reduced. Specifically, the increase rate of the voltage of the battery module 10 in the period T2 is smaller than the increase rate of the voltage of the battery module 10 in the period T1. In step S102 in FIG. 4, by the rate of increase in the voltage of the battery module 10 to verify that a decrease has been confirmed that the voltage of the unit cell 11A reaches the reaction potential V RS.

期間Ｔ２が経過すると、単電池１１Ｂの電圧が反応電位ＶＲＳに到達する。この後は、電池モジュール１０の充電を行っても、単電池１１Ｂの電圧は、反応電位ＶＲＳに維持される。したがって、期間Ｔ３では、単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧が反応電位ＶＲＳに維持され、電池モジュール１０の電圧も一定に維持される。 When the period T2 elapses, the voltage of the cell 11B reaches the reaction potential VRS . Thereafter, even when the battery module 10 is charged, the voltage of the single cell 11B is maintained at the reaction potential VRS . Therefore, in the period T3, the unit cell 11A, the voltage of 11B is maintained in the reaction potential V RS, the voltage of the battery module 10 is also kept constant.

単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧が反応電位ＶＲＳに到達した後も、電池モジュール１０の充電を続けると、レドックスシャトルが反応しにくくなり、単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧が上昇し始める。ここで、単電池１１Ａにおけるレドックスシャトルの反応は、単電池１１Ｂにおけるレドックスシャトルの反応よりも早いタイミングで発生しているため、単電池１１Ａにおけるレドックスシャトルが反応しにくくなり、単電池１１Ａの電圧が上昇し始める。 Even after the voltage of the unit cells 11A and 11B reaches the reaction potential VRS , if the battery module 10 is continuously charged, the redox shuttle becomes difficult to react and the voltage of the unit cells 11A and 11B starts to increase. Here, since the reaction of the redox shuttle in the unit cell 11A occurs at an earlier timing than the reaction of the redox shuttle in the unit cell 11B, the redox shuttle in the unit cell 11A becomes difficult to react, and the voltage of the unit cell 11A is reduced. Begins to rise.

レドックスシャトルが反応しにくくなるまで、電池モジュール１０の充電を行うことにより、複数の単電池１１における電圧を互いに近づけることができる。例えば、単電池１１Ａにおけるレドックスシャトルが反応し難くなったときに、単電池１１Ｂの電圧が反応電位ＶＲＳに到達しないことがあっても、電池モジュール１０の充電を続けることにより、単電池１１Ｂの電圧を上昇させて、反応電位ＶＲＳに近づけることができる。すなわち、単電池１１Ａ，１１Ｂにおける電圧のバラツキを小さくすることができる。 By charging the battery module 10 until the redox shuttle becomes difficult to react, the voltages in the plurality of single cells 11 can be made closer to each other. For example, when it becomes difficult for the redox shuttle in the unit cell 11A to react, even if the voltage of the unit cell 11B may not reach the reaction potential V RS , the battery module 10 continues to be charged. raising the voltage can be brought close to the reaction potential V RS. That is, the voltage variation in the unit cells 11A and 11B can be reduced.

図５の期間Ｔ４において、単電池１１Ａの電圧は上昇しており、単電池１１Ｂの電圧は、反応電位ＶＲＳに維持されている。単電池１１Ａの電圧が上昇すれば、電池モジュール１０の電圧も上昇する（図６の期間Ｔ４）。図４のステップＳ１０３の処理では、この電池モジュール１０の電圧上昇を確認するようにしている。具体的には、期間Ｔ４における電池モジュール１０の電圧の上昇率は、期間Ｔ３における電池モジュール１０の電圧の上昇率（＝ゼロ）よりも大きくなる。このため、ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、電池モジュール１０の電圧の上昇率が増加したか否かを判別する。 In the period T4 of FIG. 5, the voltage of the unit cell 11A is rising, and the voltage of the unit cell 11B is maintained at the reaction potential VRS . If the voltage of the unit cell 11A increases, the voltage of the battery module 10 also increases (period T4 in FIG. 6). In the process of step S103 in FIG. 4, the voltage increase of the battery module 10 is confirmed. Specifically, the increase rate of the voltage of the battery module 10 in the period T4 is larger than the increase rate (= zero) of the voltage of the battery module 10 in the period T3. For this reason, in step S103, the controller 30 determines whether or not the rate of increase in voltage of the battery module 10 has increased.

ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、電池モジュール１０の電圧の上昇率が増加したと判別したときには、ステップＳ１０４に進み、そうでない場合には、ステップＳ１０３の処理を続ける。   In step S103, the controller 30 proceeds to step S104 when determining that the rate of increase in the voltage of the battery module 10 has increased, and continues the process of step S103 otherwise.

ステップＳ１０４において、コントローラ３０は、電池モジュール１０の充電を停止する。ステップＳ１０５において、コントローラ３０は、電池モジュール１０の放電を開始する。これにより、図５の期間Ｔ５に示すように、２つの単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧は低下し、図６の期間Ｔ５に示すように、電池モジュール１０の電圧も低下する。   In step S <b> 104, the controller 30 stops charging the battery module 10. In step S <b> 105, the controller 30 starts discharging the battery module 10. Thereby, as shown in period T5 in FIG. 5, the voltages of the two unit cells 11A and 11B are lowered, and as shown in period T5 in FIG. 6, the voltage of the battery module 10 is also lowered.

ステップＳ１０６において、コントローラ３０は、電圧センサ２０の出力に基づいて、電池モジュール１０のＳＯＣ（State Of Charge）を監視し、電池モジュール１０のＳＯＣが基準ＳＯＣに到達したか否かを判別する。基準ＳＯＣの値は、電池モジュール１０の使用環境等に応じて、適宜設定することができる。電池モジュール１０のＳＯＣが基準ＳＯＣに到達したときには、ステップＳ１０７に進み、電池モジュール１０の放電を停止する。   In step S106, the controller 30 monitors the SOC (State Of Charge) of the battery module 10 based on the output of the voltage sensor 20, and determines whether or not the SOC of the battery module 10 has reached the reference SOC. The value of the reference SOC can be set as appropriate according to the usage environment of the battery module 10 and the like. When the SOC of the battery module 10 reaches the reference SOC, the process proceeds to step S107, and discharging of the battery module 10 is stopped.

電池モジュール１０の放電を停止させたときに、単電池１１Ａの電圧はＶＡ２となっており、単電池１１Ｂの電圧はＶＢ２となっている。また、単電池１１Ａ，１１Ｂにおける電圧の差ΔＶ２は、初期状態における電圧差ΔＶ１よりも小さい。本実施例では、単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧を反応電位ＶＲＳに揃えた後に、放電を行っているため、電圧差ΔＶ２は、電圧差ΔＶ１よりも小さくなる。 When the discharge of the battery module 10 is stopped, the voltage of the unit cell 11A is VA2, and the voltage of the unit cell 11B is VB2 . Further, the voltage difference ΔV2 between the single cells 11A and 11B is smaller than the voltage difference ΔV1 in the initial state. In this embodiment, after aligning unit cells 11A, a voltage of 11B to reaction potential V RS, since the performing discharge, the voltage difference ΔV2 is smaller than the voltage difference [Delta] V1.

本実施例で説明した均等化制御を行えば、電池モジュール１０を構成する複数の単電池１１における電圧のバラツキを低減させることができる。そして、単電池１１の電圧のバラツキを低減させた状態において、電池モジュール１０の充放電制御を行うことができる。   If the equalization control described in the present embodiment is performed, voltage variations among the plurality of single cells 11 constituting the battery module 10 can be reduced. And charge / discharge control of the battery module 10 can be performed in the state where the variation in the voltage of the unit cell 11 is reduced.

なお、本実施例で説明した均等化制御は、任意のタイミングで行うことができる。例えば、定期的に均等化制御を行うこともできるし、ユーザ等の指示を受けたときに均等化制御を行うこともできる。また、本実施例では、充電を行った後に、放電（図４のステップＳ１０５）を行っているが、これに限るものではない。すなわち、充電を行うだけでもよく、この場合には、単電池１１Ａ，１１Ｂの電圧を反応電位ＶＲＳに揃えることができる。 Note that the equalization control described in this embodiment can be performed at an arbitrary timing. For example, equalization control can be performed periodically, or equalization control can be performed when an instruction from a user or the like is received. In the present embodiment, after charging, discharging (step S105 in FIG. 4) is performed. However, the present invention is not limited to this. That may just charged, in this case, can be aligned single cells 11A, a voltage of 11B to reaction potential V RS.

さらに、本実施例では、１つの電池モジュール１０に対する均等化制御について説明したが、図３で説明した組電池４０に対しても、本実施例で説明した均等化制御を行うことができる。具体的には、組電池４０の全体に対して、均等化制御を行うことができる。また、バイパス回路を用いることにより、組電池４０のうち、任意の電池モジュール１０に対してだけ、均等化制御を行うことができる。ここで、バイパス回路は、均等化制御の対象とならない電池モジュール１０を、充放電の電流経路から外すために用いられる。   Furthermore, in the present embodiment, the equalization control for one battery module 10 has been described. However, the equalization control described in the present embodiment can also be performed for the assembled battery 40 described in FIG. Specifically, equalization control can be performed on the entire assembled battery 40. Further, by using the bypass circuit, equalization control can be performed only on an arbitrary battery module 10 in the assembled battery 40. Here, the bypass circuit is used to remove the battery module 10 that is not the target of equalization control from the current path of charge / discharge.

１０：電池モジュール（蓄電モジュール） １１：単電池（蓄電素子）
１２：発電要素 １２：正極素子
１３ａ：集電板 １３ｂ：正極活物質層
１４：負極素子 １４ａ：集電板
１４ｂ：負極活物質層 １５：電解質層
２０：電圧センサ ３０：コントローラ
10: Battery module (storage module) 11: Single battery (storage element)
12: power generation element 12: positive electrode element 13a: current collector plate 13b: positive electrode active material layer 14: negative electrode element 14a: current collector plate 14b: negative electrode active material layer 15: electrolyte layer 20: voltage sensor 30: controller

Claims (11)

電解質中にレドックスシャトルを含む複数の蓄電素子が電気的に直列に接続された蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールにおける端子間の電圧を検出するための電圧センサと、
前記電圧センサの出力に基づいて、前記蓄電モジュールの充放電を制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、少なくとも１つの前記蓄電素子の電圧を前記レドックスシャトルの反応電位に到達させながら、前記蓄電モジュールの充電を行うことを特徴とする蓄電システム。 A power storage module in which a plurality of power storage elements including a redox shuttle in an electrolyte are electrically connected in series;
A voltage sensor for detecting a voltage between terminals in the power storage module;
A controller for controlling charging / discharging of the power storage module based on the output of the voltage sensor;
The power storage system, wherein the controller charges the power storage module while causing the voltage of at least one power storage element to reach the reaction potential of the redox shuttle. 前記コントローラは、所定レートを維持しながら、前記蓄電モジュールの充電を行うことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。   The power storage system according to claim 1, wherein the controller charges the power storage module while maintaining a predetermined rate. 前記コントローラは、前記蓄電モジュールにおける電圧の変化率が減少方向に変化したことに応じて、前記少なくとも１つの蓄電素子の電圧が前記反応電位に到達したことを判別することを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。   The controller determines whether the voltage of the at least one power storage element has reached the reaction potential in response to a change rate of the voltage in the power storage module changing in a decreasing direction. The power storage system described in 1. 前記コントローラは、前記蓄電モジュールにおける電圧の変化率が減少方向に変化した後に増加方向に変化したときには、前記蓄電モジュールの充電を停止することを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。   The power storage system according to claim 3, wherein the controller stops charging of the power storage module when the voltage change rate in the power storage module changes in a decreasing direction and then increases. 前記コントローラは、前記蓄電モジュールの充電を停止した後に、放電を行うことを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。   The power storage system according to claim 4, wherein the controller performs discharging after stopping the charging of the power storage module. 前記反応電位は、前記各蓄電素子の充電制御に用いられる上限電圧よりも低いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電システム。   6. The power storage system according to claim 1, wherein the reaction potential is lower than an upper limit voltage used for charge control of each power storage element. 電解質中にレドックスシャトルを含む複数の蓄電素子が電気的に直列に接続された蓄電モジュールにおける端子間の電圧を検出する検出ステップと、
前記検出ステップでの検出結果に基づいて、前記蓄電モジュールの充放電を制御する制御ステップと、を有し、
前記制御ステップにおいて、少なくとも１つの前記蓄電素子の電圧を前記レドックスシャトルの反応電位に到達させながら、前記蓄電モジュールの充電を行うことを特徴とする蓄電モジュールの制御方法。 A detection step of detecting a voltage between terminals in a power storage module in which a plurality of power storage elements including a redox shuttle in the electrolyte are electrically connected in series;
A control step for controlling charge / discharge of the power storage module based on the detection result in the detection step;
In the control step, the power storage module is charged while causing the voltage of at least one power storage element to reach the reaction potential of the redox shuttle. 前記制御ステップにおいて、所定レートを維持しながら、前記蓄電モジュールの充電を行うことを特徴とする請求項７に記載の蓄電モジュールの制御方法。   The method of controlling a power storage module according to claim 7, wherein in the control step, the power storage module is charged while maintaining a predetermined rate. 前記制御ステップにおいて、前記蓄電モジュールにおける電圧の変化率が減少方向に変化したことに応じて、前記少なくとも１つの蓄電素子の電圧が前記反応電位に到達したことを判別することを特徴とする請求項８に記載の蓄電モジュールの制御方法。   The control step includes determining that the voltage of the at least one power storage element has reached the reaction potential in response to a change rate of the voltage in the power storage module changing in a decreasing direction. The method for controlling the power storage module according to claim 8. 前記制御ステップにおいて、前記蓄電モジュールにおける電圧の変化率が減少方向に変化した後に増加方向に変化したときには、前記蓄電モジュールの充電を停止することを特徴とする請求項９に記載の蓄電モジュールの制御方法。   10. The control of the power storage module according to claim 9, wherein, in the control step, charging of the power storage module is stopped when the rate of change in voltage in the power storage module changes in a decreasing direction and then increases. Method. 前記制御ステップにおいて、前記蓄電モジュールの充電を停止した後に、放電を行うことを特徴とする請求項１０に記載の蓄電モジュールの制御方法。
The method of controlling a power storage module according to claim 10, wherein in the control step, discharging is performed after charging of the power storage module is stopped.
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