JP2019114324A - 二次電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電池システム内における劣化ばらつきの加速を抑制し、電池システムを長寿命化させることを目的とする。【解決手段】複数の二次電池を直列、並列接続した二次電池システムにおいて、前記二次電池のそれぞれ電圧バランシング機能が個別に設定されていることを特徴とする二次電池システム。【選択図】 図１２

Description

本発明は、二次電池システムに関する。

近年、環境対策を背景にリチウムイオン電池を用いた電池システムの市場が増加している。システム稼動によりリチウムイオン電池は容量低下や内部抵抗増加の劣化が生じ、高温環境下ほど劣化が加速する。電池システム内では温度分布が生じ、中央部で高温となるため、劣化ばらつきが生じ，中央部でより劣化が進む。劣化に伴う内部抵抗増加によって電池発熱量が増加するため、中央部はより高温になるため、劣化は加速する。このように、システム稼動期間が経過するほど、電池システム内における劣化ばらつきは加速する。電池システムの寿命は最も劣化した電池に依存するため、電池性能を最大限利用できず、低寿命となる。そのため、電池システム内で生じる劣化ばらつきが加速するのを抑制し、電池システムを長寿命化させる手段が必要である。リチウムイオン電池の劣化は電池温度の他に、電池充電率（以下、ＳＯＣ）や電池電圧に依存することが知られている。この特徴から、特許文献１では、組電池の劣化状態（以下、ＳＯＨ）の診断結果に応じて、セルコントローラは電池システム全体の電池作動電圧範囲または、作動ＳＯＣ範囲を設定し、充放電制御する二次電池システムが報告されている。

特許文献１の技術は、組電池のＳＯＨに応じて、組電池の作動ＳＯＣ範囲を高ＳＯＣ側、または低ＳＯＣ側へシフトすることで、組電池、及び電池システムの劣化を抑制し、長寿命化させている。

特開２０１５−０６５１１９号公報

しかし、特許文献１においては、電池システムを全体として同様に調節しているため、電池システム内における各電池の劣化ばらつきの加速を抑制することはできなく、電池性能を最大限利用できない可能性がある。

本発明は、電池システム内における劣化ばらつきの加速を抑制し、電池システムを長寿命化させることを目的とする。

上記課題を解決する手段は例えば以下である。

複数の二次電池が直列または並列で接続された二次電池システムにおいて、前記二次電池の充電率は、前記二次電池の電圧により制御され、前記電圧の値は、前記二次電池ごとに個別に設定される二次電池システム。

前記二次電池の充電率は、前記電圧の使用範囲により制御され、前記使用範囲は、前記二次電池ごとに個別に設定される二次電池システム。

前記電圧は、二次電池システム内の温度、または、劣化度に応じて設定される二次電池システム。

前記電圧は、前記二次電池ごとに定められたバランシング電圧であり、前記バランシング電圧は、二次電池の充電開始電圧、充電終了電圧、放電開始電圧、放電終了電圧の少なくともいずれかであり、前記二次電池システムは、前記二次電池ごとに定められた前記バランシング電圧に調節する調節機構を前記二次電池ごとに有する二次電池システム。

本発明により、電池システム内における劣化ばらつきの加速を抑制し、電池システムを長寿命化させることを可能とする。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池の内部構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池のＳＯＣと電池温度と容量劣化係数の関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池のＳＯＣと電池温度と抵抗劣化係数の関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池システムの異なる電池温度を持つ場所における容量劣化推定曲線を示す特性図である。 本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池システムの異なる電池温度を持つ場所における抵抗劣化推定曲線を示す特性図である。 本発明の一実施形態における電池バランシング機能を有する二次電池システムの構成図である。 本発明の実施例１で示した異なる電池温度を持つ場所における従来手法における電池温度、設定電圧、抵抗劣化係数を示す表である。 本発明の実施例１で示した異なる電池温度を持つ場所における本発明を適用させた電池温度、設定電圧、抵抗劣化係数を示す表である。 本発明の実施例１における電池バランシング機能を示すフローチャートである。 本発明の実施例１において、異なる電池温度を持つ場所における、従来手法と本発明の手法を適用させた条件における、劣化推定曲線を示す特性図である。 本発明の実施例２における、各電池劣化状態から各バランシング電圧設定値を更新するフローを示す図である。 本発明の実施例２において、異なる電池温度を持つ場所における、従来手法と本発明の手法を適用させた条件における、劣化推定曲線を示す特性図である。

以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

初めに、二次電池システムに搭載するリチウムイオン二次電池について説明する。図１に、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池の内部構成の概略図を示す。リチウムイオン二次電池１００において、正極１０１、セパレータ１０３、負極１０２を含む電極群が電池ケース１０６内に設置され構成されている。

正極１０１、負極１０２は、電解液を含有したセパレータ１０３を通じて互いに離れて配置されており、正極１０１、負極１０２間は電子伝導性が無く、イオン導電性がある構成となっている。

正極１０１から負極１０２に電流が流れることで、負極１０２中の活物質からリチウムイオンが脱離し、正極１０１中の活物質へリチウムイオンが挿入する反応が進行する。

電極群は正極１０１、セパレータ１０３、負極１０２、セパレータ１０３を交互に重ね合わせて捲回した構成、または、正極１０１、セパレータ１０３、負極１０２、セパレータ１０３を交互に重ね合わせて積層した構成となっている。電池の形状は、電極群が捲回された構成の場合、円筒型、偏平長円形型、角型であり、電極群が捲回された構成の場合、角型、ラミネート型などがあり、いずれの形状を選択してもよい。

正極端子１０４、負極端子１０５はそれぞれ正極１０１、負極１０２と通電しており、リチウムイオン二次電池１００は正極端子１０４、負極端子１０５、電子回路１１０を介して外部回路から充放電される。正極端子１０４、負極端子１０５には電圧センサ１１１が接続され、電子回路１１０中には、電流センサ１１２が組み込まれており、リチウムイオン二次電池１００に流れる電流値や、正負極間の電位差、すなわち電池電圧を検出する構成となっている。

リチウムイオン二次電池は使用することで、容量低下や内部抵抗増加の劣化が生じる。このような電池の劣化は、環境温度やＳＯＣ、すなわち電池電圧に依存することが知られている。ＳＯＣと電池電圧の関係は、ＳＯＣが高くなればなるほど電池電圧は高くなる。

図２にリチウムイオン二次電池のＳＯＣと電池温度に対する容量劣化係数の関係を示す特性図の一例を、図３にリチウムイオン二次電池のＳＯＣと電池温度に対する抵抗劣化係数の関係を示す特性図の一例を示す。容量劣化係数、抵抗劣化係数は、それぞれ劣化速度の指標を示し、劣化と劣化係数の関係は、例えば、式（１）のように示される。

式（１）において、ｙは電池劣化量，ｋは劣化係数，ｔは試験時間，ａ，ｂは定数を示す。式（１）は電池劣化量が試験時間の１ ／ ２乗に比例することを利用したルート則に基づいた劣化予測式である。この数式は、電池内部における副反応の進行速度が副反応により生成する皮膜の厚みに反比例するというメカニズムに基づいている。
図２、図３は、ある一つの実施形態におけるリチウムイオン二次電池において、各ＳＯＣに充電した電池を様々な温度で貯蔵した時の電池劣化を算出した結果から得られた図である。例として、図２では容量劣化速度の指標である容量劣化係数を、図３では抵抗劣化速度の指標である容量劣化係数を、３５℃、４５℃、５５℃の結果について示している。横軸はＳＯＣ、縦軸はそれぞれの劣化係数を示している。図２、図３の結果より、高温では電池劣化が顕著である反面、低温では比較的、各劣化係数が緩やかであることがわかる。また、各劣化係数はＳＯＣにも依存することがわかる。そのため、式（１）の劣化係数ｋは式（２）のような環境温度ＴとＳＯＣに依存する式で示される。

次に、リチウムイオン二次電池が搭載された二次電池システムについて説明する。二次電池システムは、複数のリチウムイオン二次電池が直列、並列に接続されたシステムである。二次電池システムを稼働させると、システム回路に電流が流れるため、ジュールの法則により電池は発熱する。電池発熱により、二次電池システム中の温度は上昇するが、システム内部の場所によって放熱性が異なるため、二次電池システム中で温度分布が生じる。一般的に、システム中央部の温度が高く、システム端部の温度が低い。ある一つの実施形態においては、約１０℃であった。

リチウムイオン二次電池の劣化は温度に依存するため、二次電池システム内において劣化のばらつきが生じる。例えば二次電池が積層配列された二次電池システムでは、一般的に、システム中央部の温度が高いため、システム中央部に配置されている二次電池でより劣化が促進する。さらに、劣化に伴う内部抵抗増加によって電池発熱量が増加するため、システム中央部はより高温になり、劣化は加速する。

図４、図５に二次電池システム内の電池温度が異なる場所における、容量劣化推定曲線、抵抗劣化推定曲線を示す。稼働期間、縦軸は容量変化率、抵抗変化率を示している。Ａはシステム端部，Ｂはシステム中央部を想定した。ＡとＢの温度差は約１０℃とし、Ａは４５℃，Ｂは３５℃としてそれぞれの劣化を推定した結果を示している。図４、図５の結果より、温度差によって電池劣化推定値は顕著に異なり、劣化ばらつきが加速することが推定される。このように、システム稼動期間が経過するほど、二次電池システム内における劣化ばらつきは加速する。二次電池システムの寿命は最も劣化した電池に依存するため、電池性能を最大限利用できず、低寿命となる。

そこで、二次電池システム内で生じる劣化ばらつきの加速を抑制し、二次電池システムを長寿命化させる手段が必要となる。

図６は、二次電池システム内で生じる劣化ばらつきの加速を抑制するための、ある一つの実施形態における電池バランシング機能を有する二次電池システムの構成図である。

図６において、二次電池システム４００は、パワーコンディショナー４１０、電池盤４３０、及び電池盤４３０と接続された電池管理部４２０を一直列のセットとして、複数セットが並列された構成を持つ。二次電池システム４００では、流れてくる交流波をパワーコンディショナー４１０で直流に変換し、電池盤４３０に直流電流が流れる設計となっている。電池管理部４２０は電池盤４３０と接続され、電池盤４３０から発信されるそれぞれの電池情報を蓄積、解析、管理する機能などを持つ。

電池盤４３０では、直列に接続された複数のリチウムイオン二次電池１００で構成される電池モジュール４４０が直列に連なっている。各リチウムイオン二次電池１００は例えば積層配列されており、リチウムイオン二次電池１００の位置によって多くの場合、温度に差が生じる。各リチウムイオン二次電池１００に流れる電流値、電池電圧、電池温度は、それぞれ、電池と直列接続された電流センサ４５１、電池と並列接続された電圧センサ４５２、電池表面に取り付けた温度センサ４５３から検出される。電流センサ４５１、電圧センサ４５２、温度センサ４５３はセルコントローラ４５６と接続されており、各検出値を電池管理部４２０へ送信している。それぞれのリチウムイオン二次電池１００の間にはバイパス回路が設けられており、トランジスタ４５４、及び抵抗４５５と接続されている。このバイパス回路を用いて、それぞれのリチウムイオン二次電池１００を所定の電圧に調整することができる。この機能を、以下、電圧バランシング機能と呼ぶ。

電池バランシング機能の流れを以下に示す。初めに、リチウムイオン二次電池１００が所定の電圧より大きいと、セルコントローラ４５６からトランジスタ４５４に指令を出し、スイッチをＯＮとする。スイッチをＯＮとすることでリチウムイオン二次電池１００から放電され、時間の経過に伴い所定の電圧まで放電される。リチウムイオン二次電池が所定の電圧以下となると、セルコントローラ４５６からトランジスタ４５４に指令を出し、スイッチをＯＦＦとする。以上の流れにより、それぞれのリチウムイオン二次電池１００の電圧を調整することが可能となる。

バランシングは、二次電池の充電率を制御することで行われる。充電率は二次電池の電圧で制御されている。特に二次電池の使用電圧範囲を調節することでバランシングすることが好ましい。使用電圧範囲は、各二次電池でバランシング電圧（ＶＢｋ）を定め、その電圧に調節する調節機構により調節することができる。

バランシング電圧としては、例えば充電開始電圧、充電終了電圧、放電開始電圧、放電終了電圧を設定することができる。これら電圧を調節することで、広い電圧範囲で二次電池を使用したり、狭い範囲で二次電池を使用する、または低い電圧範囲で二次電池を使用する、高い電圧範囲で二次電池を使用する等の調節ができ、二次電池への負担を調節することができる。

これら電圧を調節する作業（バランシング）を行う調節機構としては例えばバイパス回路よる調節を用いることができる。バイパス回路に用いる抵抗４５５は、バイパス回路に流れる電流値を制御するために用いる。抵抗４５５の抵抗値は問わないが、抵抗値が大きすぎても電圧調整に時間がかかり、抵抗値が小さすぎても放電電流が高く、電池に負荷がかかる。そのため、アプリケーションに依存するが、バイパス回路に流れる電流値が、０．５Ｃ〜２Ｃ程度であるような抵抗値を持つ抵抗４５５とすることが望ましい。また、抵抗４５５に抵抗値がバイパス回路に流れる電流値に依存して変化する可変抵抗を用いてもよい。

このようにトランジスタと抵抗を用いた場合、二次電池から放電することで電圧下げることができる。電圧を上げる調節をする際には、二次電池システムの内部に設けられた発電装置、または外部電源を通して、前記二次電池がそれぞれの前記バランシング電圧値を上回るまで充電を継続し、充電終了後、前記電圧バランシング機能を稼働させる等の方法で調節することができる。

この電圧バランシング機能は、定期的にシステム運転開始時、終了時、または定期的なシステムメンテナンス時などの、システムに電流負荷が無い時において発動させることが望ましい。

バランシングは、例えば充電終了時、放電終了時、またメンテナンス時のいずれかに行われることが好ましい。この際にバランシングは次の充電、または放電が開始されるまでの間に行うことが好ましい。

次に、二次電池システム内で生じる劣化ばらつきの加速を抑制し、二次電池システムを長寿命化させる手段を示す。一般的に、二次電池システムにおいて、トランジスタ４５４への指令発信時に判断する所定の電圧値は、共通の値をとる。その目的は、稼働により生じる二次電池システム内における各電池の電圧ばらつきの解消である。本発明では、その判断基準となる所定の電圧値を、それぞれのリチウムイオン二次電池において、それぞれ設定する。

二次電池システムにおいて、システム中央部の温度が高く、システム中央部で劣化が促進するため、劣化ばらつきが生じる。劣化ばらつきの解消にはシステム中央部の劣化を抑制する必要がある。図２、図３の結果より、電池劣化はＳＯＣ、すなわち電池電圧に依存することがわかっている。そのため、劣化が促進しているシステム中央部の電池の劣化を抑制するように、システム中央部の電池のＳＯＣを設定するとよい。ＳＯＣを設定するには、例えば充放電の開始、終了電圧を適宜変更することで設定することがでる。電池のＳＯＣ設定を変更すると、電池電圧が変化し、出力が変化する。そのため、電池盤４３０の定格出力性能を変化させないように、システム中央部の電池のＳＯＣ設定変更だけでなく、システム端部の電池のＳＯＣ設定もすることができる。

例えば、図２、図３の結果を用いると、温度が高く劣化が大きいシステム中央部の電池のＳＯＣを低く、温度が低く劣化が小さいシステム端部の電池のＳＯＣを高く設定すれば良い。ここで、「ＳＯＣを低く」ととしては、例えば、使用するＳＯＣ範囲を狭くする（例えば３０〜７０％の範囲で使っている電池を３２〜６８％の範囲で使用）、または、低いＳＯＣで用いる（例えば３０〜７０％の範囲で使っている電池を２８〜６８％の範囲で使用）とするような設定を用いることができる。後者は使用可能容量が減る為、この観点からは前者が好ましい。

このように、ＳＯＣ再設定時の注意点は、電池のＳＯＣを変化させると、電池の最大出力やエネルギー容量が変化する点である。例えば、ＳＯＣを低くすると、最大出力やエネルギー容量が低下する。そのため、ＳＯＣ変更後の最大出力やエネルギー容量が設計値を満たしているか、かつ、長期稼働後におけるＳＯＣ再設定後の最大出力やエネルギー容量の推定値が、通常時の最大出力やエネルギー容量の推定値を上回るかを考慮して、ＳＯＣ設定値を決定する必要がある。

二次電池システム内において、このように決定した各電池のＳＯＣとなるように、それぞれの電池においてトランジスタ４５４への指令発信時に判断する所定の電圧値を設定することで、二次電池システムにおける劣化ばらつきを解消し、二次電池システムを長寿命化することができる。

これらの結果について、以下の実施例を用いて制御方法を説明する。

実施例１では、リチウムイオン二次電池におけるＳＯＣや電池温度に対する電池劣化の関係を考慮し、二次電池システム内におけるトランジスタ４５４への指令発信時に判断する所定の電圧値（以下、バランシング電圧値）を電池の位置に応じて各電池に設定した。

実施例１はハイブリッド自動車（以下、ＨＥＶ）に適用するシステムを用いたため、従来手法と本発明による手法を比較して、長期稼働後における最大出力の推定値が、本発明による手法の方が上回るよう考慮して、トランジスタ４５４への指令発信時に判断する所定の電圧値を各電池において設定した。設定には、例えば図２、図３の結果より算出される劣化予測式や劣化結果のデータベースなどを用いて、各電池の最適なバランシング電圧値を算出した。以下に計算方法を具体的に示す。

式（１）、式（２）より抵抗の劣化予測式は式（３）のように、環境温度Ｔ、ＳＯＣ、稼働時間ｔに依存する式で示される。

また、電池電圧ＶとＳＯＣの関係性を式（４）、最大出力Ｐ_ｍａｘの計算式を式（５）（６）に示す。Ｉ_ｍａｘはあるＳＯＣにおける最大電流値を示す。

式（３）〜（６）を組み合わせることで、ある環境温度、ＳＯＣ、稼働時間における最大出力の劣化予測式Ｐ_ｍａｘ（Ｔ，ＳＯＣ，ｔ）は式（７）のように示される。

ここで、制限条件を式（８）（９）のように設けて、長期稼働後の最大出力値が最大となるように、ＳＯＣの最適値を算出する。式（８）はあるＳＯＣにおける最大出力Ｐ_ｍａｘが設計出力値Ｐ_Ａを満たす制限条件である。また、式（９）は二次電池システムの高温環境における長期稼働後の、あるＳＯＣにおける最大出力の推定値が、従来手法における長期稼働後の最大出力の推定値よりも高くなる制限条件である。式（９）では、高温環境条件として４５℃、長期稼働期間として３６５０日として算出した。また、従来手法の初期設定ＳＯＣは５０％とした。

図７、図８に、式（７）（８）（９）を用いたＳＯＣ最適値の算出値を反映した結果を示す。

図７は、異なる電池温度を持つ場所における従来手法における電池温度、設定電圧、抵抗劣化係数を示す。温度が高い場所Ｂでは温度が低い場所Ａに対して抵抗劣化係数が高く、劣化が進みやすいことが分かる。
また、図８は、異なる電池温度を持つ場所における本発明による手法を適用させた電池温度、設定電圧、抵抗劣化係数を示す。代表点としてシステム端部Ａ，システム中央部Ｂの値を示した。ここで、「設定電圧」は例えばバランシングが開始して、終了する時に到達する電圧とすることができ、中心ＳＯＣとすることもできる。

温度が高い場所Ｂでは温度が低い場所Ａよりも温和な条件で使用する、または、温度が低い場所Ａでは温度が高い場所Ｂよりも厳しい条件で使用することで、両者の抵抗劣化係数の隔たりを小さくすることができる。

図９は、実施例１において、電圧バランシング制御を説明するためのフローチャートである。なお、この制御フローチャートに示される処理は、システム運転開始時、終了時、または定期的なシステムメンテナンス時などの、システムに電流負荷が無い所定の時間において、メインルーチンから呼出されて実行される。

図９の制御フローチャートを説明する。

＜ステップＳ１＞
電圧センサ４５２から検出された各電池電圧Ｖ_Ｋと、各電池におけるバランシング電圧値Ｖ_ＢＫを比較し、各電池電圧Ｖ_Ｋが各バランシング電圧値Ｖ_ＢＫよりも大きいか否かを判定する。各電池電圧Ｖ_Ｋが各バランシング電圧値Ｖ_ＢＫよりも大きいと判定されると（ステップＳ１においてＹＥＳ）、ステップＳ４へ処理を移行する。各電池電圧Ｖ_Ｋが各バランシング電圧値Ｖ_ＢＫよりも小さい（ステップＳ１においてＮＯ）、ステップＳ２へ処理を移行する。

＜ステップＳ２＞
電流センサ４５３の値から、電池盤４３０が充電されているか否かを判定する。電池盤４３０が充電されていると（ステップＳ２においてＹＥＳ）、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。電池盤４３０が充電されていないと（ステップＳ２においてＮＯ）、ステップＳ３へ処理を移行する。

＜ステップＳ３＞
電池盤４３０の充電を開始する。その後、スタートまでリターンし、再びステップＳ１から処理を開始する。

＜ステップＳ４＞
電流センサ４５３の値から、電池盤４３０が充電されているか否かを判定する。電池盤４３０が充電されていると（ステップＳ４においてＹＥＳ）、ステップＳ５へ処理を移行する。電池盤４３０が充電されていないと（ステップＳ４においてＮＯ）、ステップＳ６へ処理を移行する。

＜ステップＳ５＞
電池盤４３０の充電を開始する。その後、ステップＳ６へ処理を移行する。

＜ステップＳ６＞
各電池のバイパス回路に設置してあるトランジスタ４５４（ｋ）がＯＦＦか否かを判定する。各トランジスタ４５４（ｋ）がＯＦＦであると（ステップＳ６においてＹＥＳ）、ステップＳ７へ処理を移行する。各トランジスタ４５４（ｋ）がＯＮであると（ステップＳ６においてＮＯ）、ステップＳ８へ処理を移行する。

＜ステップＳ７＞
各トランジスタ４５４（ｋ）をＯＮにする。各トランジスタ４５４（ｋ）をＯＮにすることで、各電池のバランシング機能がＯＮとなり、それぞれのバランシング電圧Ｖ_ＢＫとなるまで、電池は放電される。その後、ステップＳ８へ処理を移行する。

＜ステップＳ８＞
電圧センサ４５２から検出された各電池電圧Ｖ_Ｋと、各電池におけるバランシング電圧値Ｖ_ＢＫを比較し、各電池電圧Ｖ_Ｋが各バランシング電圧値Ｖ_ＢＫよりも小さいか否かを判定する。各電池電圧Ｖ_Ｋが各バランシング電圧値Ｖ_ＢＫよりも小さいと判定されると（ステップＳ８においてＹＥＳ）、ステップＳ９へ処理を移行する。各電池電圧Ｖ_Ｋが各バランシング電圧値Ｖ_ＢＫよりも小さい（ステップＳ８においてＮＯ）、ステップＳ６へ処理を移行する。

＜ステップＳ９＞
各トランジスタ４５４（ｋ）をＯＦＦにする。各トランジスタ４５４（ｋ）をＯＦＦにすることで、各電池の電圧バランシング機能がＯＦＦとなる。その後、電池バランシング処理が終了する。

図９のフローチャートに沿った制御により、二次電池システムにおいて、定期的に各電池電圧をバランシング電圧値まで調整し、二次電池システム内の場所によってＳＯＣ分布を取ることで、高温場所の劣化ばらつき加速を解消し、二次電池システムを長寿命化することができる。

図１０に二次電池システム内において、システム端部Ａ，システム中央部Ｂにおける、最大出力変化の推定結果を示す。横軸は稼働期間、縦軸は最大出力変化率を示す。従来手法によるシステム端部Ａの結果をＡ１、システム中央部Ｂの結果をＢ１、本発明手法によるシステム端部Ａの結果をＡ２、システム中央部Ｂの結果をＢ２に示す。図７、図８に示すように、本発明手法の適用によって、システム中央部Ｂの劣化を抑制するように設定電圧を低く、電池盤の定格出力を保つようにシステム端部Ａの設定電圧値を高く設定したため、本発明手法を適用したシステム中央部Ｂの最大出力初期値は、従来手法におけるシステム中央部Ｂの最大出力初期値よりも低い値を取った。しかし、稼働期間の経過につれて、本発明手法を適用したシステム中央部Ｂの最大出力が高くなり、本発明手法により二次電池システムを長寿命化できることが示された。

実施例２では、実施例１における、二次電池システム内における各電池のバランシング電圧値の設定に加えて、定期的に算出する各電池のＳＯＨに応じて、各バランシング電圧の設定値を更新する。バランシング電圧（ＶＢｋ）の更新期間は、どの期間でもよく、１ヶ月でも２カ月でも半年でもよい。

図１１にバランシング電圧の設定値を更新する流れを示す。初めに、電流センサ４５１、電圧センサ４５２、温度センサ４５３から、各電池の電流値、電圧値、電池温度を検出し、各セルコントローラ４５６に送信される。各セルコントローラ４５６より、電池管理部４２０へ各電池データが送信され、電池管理部４２０にて、それらのデータを用いて電池のＳＯＣとＳＯＨが算出される。ＳＯＣの算出方法は例えば、ある時点からの電池電圧と、ある時点からの電流値の推移から算出される累積充放電容量の結果を用いて算出される。ＳＯＨの推定方法は例えば、電流値、電池温度、その電池温度における抵抗推定値、電池電圧とその時点で算出されるＳＯＣにおける開回路電圧との差分値、などから算出される。

次に、各電池の実温度、ＳＯＨの値と、例えば図２、図３の結果より算出される劣化予測式や劣化結果のデータベースなどを用いて、各電池の最適なバランシング電圧値の更新値を算出する。

具体的な計算方法は、基本的には実施例１と同じで、式（３）〜（９）を用いて、長期稼働後の最大出力値が最大となるように、設定ＳＯＣ、すなわちバランシング電圧値の最適値を算出する。抵抗劣化の推移は、環境温度Ｔ、ＳＯＣ、稼働時間ｔ以外にも、ある稼働時間ｔにおけるＳＯＨに依存する。そのため、定期的に算出されるＳＯＨを予測式に反映することで、より適切な設定ＳＯＣ、すなわちバランシング電圧値の算出が可能となる。今回、実施例２では劣化予測にＳＯＨの値も用いるため、式（３）の代わりに式（１０）を用いる。

以上より、電池管理部４２０において、式（４）〜（９）、（１０）を用いて、定期的に、長期稼働後の最大出力値が最大となるように、設定ＳＯＣ、すなわちバランシング電圧値の最適値を更新する。電池管理部４２０にて算出された各電池におけるバランシング電圧値の更新値は、各セルコントローラ４５６に送信される。送信後は、各セルコントローラ４５６は更新されたそれぞれのバランシング電圧値を用いて、電圧バランシング機能を発動させる。電圧バランシング制御の流れは、実施例１の図９のフローチャートと同じものを用いることができる。

実施例２では、ＳＯＨと温度によりバランシング電圧値を設定したが、ＳＯＨのみによりバランシング電圧値を算出してもよく、温度のみに応じて適宜バランシング電圧値を変更するような方法でも構わない。

図１２に二次電池システム内において、システム端部Ａ，システム中央部Ｂにおける、最大出力変化の推定結果を示す。横軸は稼働期間、縦軸は最大出力変化率を示す。従来手法によるシステム端部Ａの結果をＡ１、システム中央部Ｂの結果をＢ１、本発明手法によるシステム端部Ａの結果をＡ２、システム中央部Ｂの結果をＢ２に示す。実施例２では、更新期間を３０日として計算した。図１２より、定期的に各電池のＳＯＨを反映してバランシング電圧値を更新することで、実施例１よりも高温場所の劣化ばらつきの加速を低減し、二次電池システムを長寿命化することができる。

１００ リチウムイオン二次電池
１０１ 正極
１０２ 負極
１０３ セパレータ
１０４ 正極端子
１０５ 負極端子
１０６ 電池ケース
１１０ 電子回路
１１１ 電圧センサ
１１２ 電流センサ
４００ 二次電池システム
４１０ パワーコンディショナー
４２０ 電池管理部
４３０ 電池盤
４４０ 電池モジュール
４５１ 電流センサ
４５２ 電圧センサ
４５３ 温度センサ
４５４ トランジスタ
４５５ 抵抗
４５６ セルコントローラ

Claims (9)

1. 複数の二次電池が直列または並列で接続された二次電池システムにおいて、
   前記二次電池の充電率は、前記二次電池の電圧により制御され、
   前記電圧の値は、前記二次電池ごとに個別に設定される二次電池システム。
2. 請求項１において、
   前記二次電池の充電率は、前記電圧の使用範囲により制御され、
   前記使用範囲は、前記二次電池ごとに個別に設定される二次電池システム。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記電圧は、二次電池システム内の温度、または、劣化度に応じて設定される二次電池システム。
4. 請求項３において、
   前記電圧は、前記二次電池ごとに定められたバランシング電圧であり、
   前記バランシング電圧は、二次電池の充電開始電圧、充電終了電圧、放電開始電圧、放電終了電圧の少なくともいずれかであり、
   前記二次電池システムは、前記二次電池ごとに定められた前記バランシング電圧に調節する調節機構を前記二次電池ごとに有する二次電池システム。
5. 請求項４において、
   前記二次電池を前記バランシング電圧に調節するバランシングは、前記調節機構により行われ、
   前記調節機構は、前記二次電池ごとに設けられた電流のバイパス回路であり、
   前記バイパス回路は抵抗とトランジスタを有する二次電池システム。
6. 請求項５において、
   前記バランシングは、充電開始時、充電終了時、放電開始時、放電終了時、またメンテナンス時のいずれかに行われる二次電池。
7. 請求項６において、
   前記バランシング時の前記電圧の調節は、前記トランジスタのＯＮ・ＯＦＦによりなされ、
   前記二次電池の電圧が前記バランシング電圧値よりも高い場合は、前記トランジスタをＯＮとすることでバランシングを行い、前記二次電池の電圧が前記バランシング電圧値に到達すると前記トランジスタをＯＦＦとする二次電池システム。
8. 請求項７において、
   前記二次電池の電圧よりも高いバランス電圧に調節する際には、
   前記二次電池システムの内部に設けられた発電装置、または外部電源により、前記二次電池がそれぞれの前記バランシング電圧値を上回るまで充電、充電終了後、前記バランシングを行う二次電池システム。
9. 請求項８において、
   前記二次電池システムは、前記二次電池の温度をそれぞれ検出する温度検出部と、前記二次電池の電圧をそれぞれ検出する電圧検出部と、前記二次電池に流れる電流値を検出する電流検出部と、電池管理部を有し、
   前記電池管理部は、前記二次電池のそれぞれの充電率（ＳＯＣ）を算出するＳＯＣ算出部と、それぞれの電池劣化状態（ＳＯＨ）を算出するＳＯＨ算出部と、
   少なくとも前記二次電池それぞれの前記ＳＯＨを用いて、前記二次電池それぞれのバランシング電圧を算出するバランシング電圧算出部を備えることを特徴とする二次電池システム。

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