JP6489366B2

JP6489366B2 - 組電池の監視装置、組電池の容量均等化方法。

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Publication number: JP6489366B2
Application number: JP2015106588A
Authority: JP
Inventors: 賢一瀬島
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2035-05-26
Also published as: JP2016220504A

Description

本発明は、組電池の容量を均等化する技術に関する。

複数の蓄電素子を直列に接続した組電池に対して充放電を繰り返すと、各蓄電素子の自己放電等の差により、各蓄電素子の容量にばらつきが生じる場合がある。蓄電素子の容量にばらつきが生じると、充電時に過電圧になる恐れや、組電池の使用可能容量が少なくなる恐れがある。そのため、従来から、蓄電素子を充放電することにより、容量を均等化する均等化制御を行っている。

ところで、蓄電素子には、リチウムイオン二次電池など、ＳＯＣ（充電状態）に対するＯＣＶ（開放電圧）の変化率が小さいプラトー領域を有する特性の素子がある。プラトー領域内では、ＯＣＶの計測値からＳＯＣを推定することが困難であることから、ＳＯＣの推定精度が高い、満充電付近で均等化制御を実行している（下記特許文献１）。

特開２０１０−８８１９４号公報

しかし、プラトー領域が広い電池は、満充電付近でも電圧勾配が大きな領域が少なく、満充電付近まで実際に充電されない限り、均等化制御を行うことが難しい。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、満充電付近まで充電されない場合や、満充電される頻度が低い場合でも、蓄電素子間の容量アンバランスを抑えることを目的とする。

本明細書によって開示される組電池の監視装置は、組電池の各蓄電素子の電圧を個別に検出する電圧検出部と、前記各蓄電素子を個別に放電又は充電する充放電回路と、制御部と、を備え、前記蓄電素子が、充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に低い２つの低変化領域と、２つの前記低変化領域の間に充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に高い第１高変化領域を有し、前記制御部は、２つの前記蓄電素子が２つの前記低変化領域に分かれている場合、前記第１高変化領域の端点間の容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電することにより、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする第１均等化処理を行う。

本明細書によって開示される組電池の監視装置は、組電池の各蓄電素子の電圧を個別に検出する電圧検出部と、前記各蓄電素子を個別に放電又は充電する充放電回路と、制御部と、を備え、前記蓄電素子が、充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に低い２つの低変化領域と、２つの前記低変化領域の間に充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に高い第１高変化領域を有し、前記制御部は、一方の前記蓄電素子が前記低変化領域に含まれ、他方側の蓄電素子が前記第１高変化領域に含まれている場合、前記低変化領域のうち他方側の蓄電素子に近い側の端点の容量と他方側の蓄電素子の容量との容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電することにより、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする第２均等化処理を行う。

本明細書によって開示される組電池の監視装置によれば、満充電付近まで充電されない場合や、満充電される頻度が低い場合でも、蓄電素子間の容量アンバランスを抑えることが出来る。

実施形態１において、電池パックの構成を示す概略図放電回路の回路図二次電池のＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性を示すグラフ図３のＡ部を拡大した図（第１均等化制御の説明図）図３のＡ部を拡大した図（第２均等化制御の説明図）図３のＡ部を拡大した図（第２均等化制御の説明図）図３のＡ部を拡大した図（複合均等化制御の説明図）図３のＢ部を拡大した図（第３均等化制御の説明図）均等化制御の処理手順を示すフローチャート図実施形態２において、二次電池に満充電容量差がない場合に、２つの二次電池間で容量アンバランスが生じた場合のＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性を示すグラフ二次電池に満充電容量差がある場合に、２つの二次電池間で容量アンバランスが生じた場合のＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性を示すグラフ均等化制御の実行パターンの切り換え手順を示すフローチャート図二次電池間に満充電容量差がある場合に、第３均等化処理を行った時の、ＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性を示すグラフ第３均等化処理の実行後、二次電池を放電させた特の放電特性を示すグラフ

（本実施形態の概要）
初めに、本実施形態にて開示する組電池の監視装置の概要について説明する。監視装置は、充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に低い２つの低変化領域と、２つの前記低変化領域の間に充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に高い第１高変化領域を有する蓄電素子（組電池）を監視対象としており、２つの前記蓄電素子が２つの前記低変化領域に分かれている場合、前記第１高変化領域の端点間の容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電することにより、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする第１均等化処理を行う。

また、一方の前記蓄電素子が前記低変化領域に含まれ、他方側の蓄電素子が前記第１高変化領域に含まれている場合、前記低変化領域のうち他方側の蓄電素子に近い側の端点の容量と他方側の蓄電素子の容量との容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電することにより、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする第２均等化処理を行う。

監視装置によれば、２つの蓄電素子が２つの低変化領域に分かれている場合には、第１均等化処理が実行される。また、一方の蓄電素子が低変化領域に含まれ、他方側の蓄電素子が第１高変化領域に含まれている場合、第２均等化処理が実行される。そのため、満充電付近まで充電されない場合や満充電される頻度が低い場合でも、蓄電素子の容量アンバランスを抑えることが出来る。

また、本実施形態にて開示する組電池の監視装置は、以下の構成がこの好ましい。
前記第１均等化処理の実行後、一方の前記蓄電素子が前記低変化領域に含まれ、他方側の蓄電素子が前記第１高変化領域に含まれている場合、前記低変化領域のうち他方側の蓄電素子に近い側の端点の容量と他方側の蓄電素子の容量との容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電することにより、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする第２均等化処理を実行する。この構成では、第１均等化処理と第２均等化処理を複合的に実行するので、蓄電素子の容量アンバランスを一層抑えることが出来る。

前記蓄電素子が前記２つの低変化領域よりも低充電状態領域側に第２高変化領域、又は高充電状態領域側に第３高変化領域を有する場合において、前記２つの蓄電素子の双方が前記第２高変化領域又は前記第３高変化領域に含まれている場合、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側で、前記蓄電素子間の電圧差に相当する容量を放電又は充電することにより、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする第３均等化処理を行う。この構成では、第２高変化領域や第３高変化領域では第３均等化処理が実行される。従って、蓄電素子間の容量アンバランスを一層抑えることが可能となる。

また、前記蓄電素子間に満充電容量差がない場合、前記第１均等化処理及び前記第２均等化処理のうち少なくとも一方の均等化処理、並びに前記第３均等化処理を実行し、前記蓄電素子間に満充電容量差がある場合、前記第１均等化処理及び前記第２均等化処理のうち少なくとも一方の均等化処理、又は前記第３均等化処理のうち、いずれかの均等化処理を実行する。この構成では、満充電容量差の有無に応じて、均等化制御のパターンを切り換えることが可能である。

また、前記第１均等化処理から前記第３均等化処理のうち、いずれかの均等化処理の実行後、前記蓄電素子を充放電させた時に、前記蓄電素子の電圧が変化するタイミングの時間差又はその間の累積充放電量を計測し、得られた前記時間差又は前記累積充放電量に基づいて前記蓄電素子間の満充電容量差の大きさを検出する。この構成では、蓄電素子の電圧が変化するタイミングの時間差又はその間の累積充放電量より、蓄電素子の満充電容量差の大きさを検出できる。

＜実施形態１＞
実施形態１について図１ないし図９を参照して説明する。
１．電池パック２０の構成
図１は、本実施形態における電池パック２０の構成を示す図である。本実施形態の電池パック２０は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、電気エネルギーで作動する動力源に電力を供給するものである。

図１に示すように、電池パック２０は、組電池３０と、電流センサ４０と、組電池３０を管理するバッテリ−マネージャー（以下、ＢＭ）５０を有する。組電池３０は、直列接続された複数の二次電池３１から構成されている。

二次電池３１及び電流センサ４０は、配線３５を介して直列に接続されており、電気自動車に搭載された充電器１０又は、電気自動車等の内部に設けられた動力源等の負荷１０に接続される。充電器１０は組電池３０の電圧を検出して、組電池３０を充電する機能を果たす。

電流センサ４０は、二次電池３１に流れる電流を検出する機能を果たす。電流センサ４０は、二次電池３１の電流値を一定周期で計測し、計測した電流計測値のデータを、制御部６０に対して送信する構成となっている。

バッテリ−マネージャー（以下、ＢＭ）５０は、制御部６０と、放電回路７０と、電圧検出回路８０と、温度センサ９５とを備える。尚、二次電池３１が「蓄電素子」の一例であり、ＢＭ５０が「監視装置」の一例である。また、放電回路７０が「充放電回路」の一例である。

放電回路７０は、各二次電池３１に設けられている。放電回路７０は、図２に示すように、放電抵抗Ｒと放電スイッチＳＷとを備え、二次電池３１に対して並列に接続されている。制御部６０から指令を与えて、放電スイッチＳＷをオンすることで二次電池３１を個別に放電することが出来る。

電圧検出回路８０は、検出ラインを介して、各二次電池３１の両端にそれぞれ接続され、制御部６０からの指示に応答して、各二次電池３１の電圧Ｖを測定する機能を果たす。温度センサ９５は接触式あるいは非接触式で、二次電池３１の温度Ｄ［℃］を測定する機能を果たす。尚、電圧検出回路８０が「電圧検出部」の一例である。

制御部６０は中央処理装置（以下、ＣＰＵ）６１と、メモリ６３と、通信部６５とを含む。制御部６０は、放電回路７０を制御して、各二次電池３１の容量［Ａｈ］を均等化する機能を果たす。尚、「均等化」とは、二次電池３１の容量［Ａｈ］を等しくする場合に加え、二次電池間の容量［Ａｈ］の差を小さくする場合を含む。

メモリ６３には、二次電池３１の容量［Ａｈ］を均等化する処理を実行するためのプログラム（後述する「均等化制御の実行シーケンス」）や、プログラムの実行に必要なデータ、例えば、図３に示すＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性のデータや、二次電池３１の満充電容量［Ａｈ］のデータが記憶されている。

通信部６５は、車載のＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００と通信可能に接続され、車載のＥＣＵ１００と通信する機能を果たす。なお、電池パック２０には、この他にユーザからの入力を受け付ける操作部（図示せず）、二次電池３１の状態等を表示する表示部（図示せず）が設けられている。

２．二次電池３１のＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性と均等化制御
（ａ）ＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性
図３は横軸をＳＯＣ［％］、縦軸をＯＣＶ［Ｖ］とした、二次電池３１のＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性である。二次電池３１は、図３に示すように、ＳＯＣ（充電状態）に対するＯＣＶ（開放電圧）の変化率が相対的に低い低変化領域と、相対的に高い高変化領域を含む複数の充電領域を有している。具体的には２つの低変化領域Ｌ１、Ｌ２と、３つの高変化領域Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を有している。図３に示すように、低変化領域Ｌ１はＳＯＣ３１［％］〜ＳＯＣ６２［％］の範囲に位置している。低変化領域Ｌ２は、ＳＯＣ６８［％］〜ＳＯＣ９７［％］の範囲に位置している。低変化領域Ｌ１は、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が非常に小さく、ＯＣＶが３．３［Ｖ］で略一定のプラトー領域となっている。また、低変化領域Ｌ２は、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が非常に小さく、ＯＣＶが３．３４［Ｖ］で略一定のプラトー領域となっている。

第１高変化領域Ｈ１は、ＳＯＣ６２［％］〜ＳＯＣ６８［％］の範囲にあり、２つの低変化領域Ｌ１、Ｌ２の間に位置している。第２高変化領域Ｈ２は、ＳＯＣ３１［％］以下の範囲にあり、低変化領域Ｌ１よりも低ＳＯＣ側に位置している。第３高変化領域Ｈ３は、ＳＯＣ９７［％］以上の範囲にあり、低変化領域Ｌ２よりも高ＳＯＣ側に位置している。尚、第１〜第３高変化領域Ｈ１〜Ｈ３は、低変化領域Ｌ１、Ｌ２に比べてＳＯＣに対するＯＣＶの変化率（図３に示すグラフの傾き）が相対的に高い関係となっている。

尚、図３のＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性を有する二次電池３１として、正極活物質にリン酸鉄リチウム(LiFePO4)、負極活物質にグラファイトを用いたリン酸鉄系のリチウムイオン電池を例示することが出来る。

（ｂ）変化領域の判定と二次電池３１の均等化制御
ＢＭ５０は、二次電池３１のＯＣＶを計測して、各二次電池３１の変化領域を判定する。例えば、ＯＣＶの計測値が３．３［Ｖ］の場合、図３に示すＳＯＣーＯＣＶ相関特性から、その二次電池３１は低変化領域Ｌ１に含まれていると判定できる。また、ＯＣＶが３．３１［Ｖ］〜３．３３［Ｖ］の場合、その二次電池３１は第１高変化領域Ｈ１に含まれていると判定できる。また、ＯＣＶが３．３４［Ｖ］であれば、その二次電池３１は低変化領域Ｌ２に含まれていると判定できる。

そして、ＢＭ５０は、変化領域の判定結果に基づいて、下記の均等化制御を実行する。以下、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂを例にとって、均等化制御の内容を説明する。図４〜図７は図３のＡ部を拡大した図、図８は図３のＢ部を拡大した図である。

＜第１均等化制御＞
図４に示すように、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが２つの低変化領域Ｌ１、Ｌ２に分かれている場合、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの間には、少なくとも、第１高変化領域Ｈ１分の容量差が存在している。すなわち、図４に示すように、第１高変化領域Ｈ１の端点ｃ、ｄ間の容量差Ｃｃｄ［Ａｈ］が存在する。

従って、制御部６０は、放電回路７０により、ＯＣＶが高い側の二次電池３１Ｂを容量差Ｃｃｄだけ放電する。このようにすることで、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの容量差は放電前に比べて、容量差Ｃｃｄだけ小さくなる（第１均等化制御）。尚、容量差Ｃｃｄは２点ｃ、ｄ間の「ＳＯＣ差」に「満充電容量」を乗算することで算出できる。また、第１均等化制御において、放電量は、容量差Ｃｃｄに基づく量であればよく、上記のように容量差Ｃｃｄと同量を放電させる場合の他、容量差Ｃｃｄを所定割合だけ増減させた量を放電させてもよい。

＜第２均等化制御＞
また、図５に示すように、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが低変化領域Ｌ１と第１高変化領域Ｈ１に分かれている場合、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの間には、少なくとも、低変化領域Ｌ１の端点（二次電池３１Ｂに近い側の端点）ｃの容量と二次電池３１Ｂの容量との容量差Ｃｃｂ［Ａｈ］が存在する。

従って、制御部６０は、放電回路７０により、ＯＣＶが高い側の二次電池３１Ｂを容量差Ｃｃｂだけ放電する。このようにすることで、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの容量差は放電前に比べて、容量差Ｃｃｂだけ小さくなる（第２均等化制御）。尚、容量差Ｃｃｂは、端点ｃと二次電池３１Ｂとの間のＳＯＣ差に「満充電容量」を乗算することで算出できる。また、二次電池３１ＢのＳＯＣは、二次電池３０ＢのＯＣＶと図３に示すＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性とから求めることが出来る。

また、図６に示すように、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが第１高変化領域Ｈ１と低変化領域Ｌ２に分かれている場合、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの間には、少なくとも、二次電池３１Ａの容量と低変化領域Ｌ２の端点（二次電池３１Ａに近い側の端点）ｄの容量との容量差Ｃａｄ［Ａｈ］が存在する。

従って、制御部６０は、放電回路７０により、ＯＣＶが高い側の二次電池３１Ｂを容量差Ｃａｄだけ放電する。このようにすることで、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの容量差は放電前に比べて、容量差Ｃａｄだけ小さくなる（第２均等化制御）。尚、容量差Ｃａｄは、二次電池３０Ａと端点ｄとの間の「ＳＯＣ差」に「満充電容量」を乗算することで算出できる。また、二次電池３１ＡのＳＯＣは、二次電池３０ＡのＯＣＶと図３に示すＳＯＣーＯＣＶ相関特性とから求めることが出来る。

また、第２均等化制御において、放電量は、容量差Ｃｃｂ、Ｃａｄに基づく量であればよく、上記のように容量差Ｃｃｂ、Ｃａｄと同量を放電させる場合の他、容量差Ｃｃｂ、Ｃａｄを所定割合だけ増減させた量を放電させてもよい。

＜複合均等化制御＞
また、図７に示すように、第１均等化処理の実行後、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが第１低変化領域Ｌ１と第１高変化領域Ｈ１に分かれている場合、制御部６０は、第２均等化処理を実行して、二次電池３１Ｂを、容量差Ｃｃｂだけ放電する。このようにすることで、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの容量差は、第１均等化制御と第２均等化制御を実行する前に比べて、容量差（Ｃｃｄ＋Ｃｃｂ）だけ小さくなる。

＜第３均等化制御＞
また、制御部６０は、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの双方が、第２高変化領域Ｈ２又は第３高変化領域Ｈ３に含まれ、かつＯＣＶの値が所定値以上異なる場合、ＯＣＶの高い側の二次電池を放電することにより、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの容量を均等化する。例えば、図８に示すように、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの双方が第３高変化領域Ｈ３に含まれ、かつＯＣＶの値が所定値以上異なる場合、制御部６０は、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの容量差Ｃｖ［Ａｈ］を算出する。

そして、ＯＣＶが高い側の二次電池３１Ｂを、求めた容量差Ｃｖだけ放電する。このようにすることで、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの容量を均等化できる（第３均等化制御）。尚、容量差Ｃｖは二次電池３１Ａ、３１Ｂの「ＳＯＣ差」に「満充電容量」を乗算することで算出できる。また、二次電池３１Ａ、３１ＢのＳＯＣは、二次電池３１Ａ、３１ＢのＯＣＶと図３に示すＳＯＣーＯＣＶ相関特性とから求めることが出来る。

また、第３均等化制御において、放電量は、容量差Ｃｖに基づく量であればよく、上記のように容量差Ｃｖと同量を放電させる場合の他、容量差Ｃｖを所定割合だけ増減させた量を放電させてもよい。

尚、上記では、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂを例にとって、均等化制御を説明したが、二次電池３１の個数は３つ以上であってもよく、その場合、ＯＣＶが最も小さい二次電池３１と、他の二次電池３１との間でそれぞれ均等化制御を行うようにすればよい。

３．均等化制御の実行シーケンス
次に均等化制御の実行シーケンスを説明する。図９に示す均等化制御の実行シーケンスは、Ｓ１０〜Ｓ７０のステップから構成されており、例えば、ＢＭ５０が起動して、組電池３０の監視を開始するのと同時に実行される。

処理がスタートすると、制御部６０は、電流センサ４０の出力から二次電池３１の電流値を取得する。そして、取得した電流値を閾値（電流が概ねゼロとみなせる値）と比較する処理を行う（Ｓ１０、Ｓ２０）。電流値が閾値を上回っている期間は、Ｓ２０にてＮＯ判定されるため、Ｓ１０、Ｓ２０の処理を繰り返す状態となる。

そして、二次電池３１に流れる電流が概ねゼロとみなせる状態になると、Ｓ２０でＹＥＳ判定となり、次に、制御部６０は、電圧検出回路８０に指令を与え、各二次電池３１のＯＣＶを計測する処理を行う（Ｓ３０）。

その後、制御部６０は、計測したＯＣＶを、メモリ６３に記憶されたＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性に参照して、各二次電池３１がどの変化領域に含まれているか判定する処理を行う（Ｓ４０）。

そして、制御部６０は、各二次電池３１の変化領域を判定すると、均等化処理を実行するか、否か判定する処理を行う（Ｓ５０）。具体的には、以下（１）〜（４）の場合は「実行」と判定され、それ以外の場合は「実行しない」と判定される。

（１）２つの低変化領域Ｌ１、Ｌ２に２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが分かれている場合
（２）低変化領域Ｌ１と第１高変化領域Ｈ１に２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが分かれている又は、第１高変化領域Ｈ１と低変化領域Ｌ２に２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが分かれている場合
（３）第２高変化領域Ｈ２に２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが含まれ、かつＯＣＶの値が所定値以上異なる場合
（４）第３高変化領域Ｈ３に２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが含まれ、かつＯＣＶの値が所定値以上異なる場合

そして、（１）〜（４）に該当する場合、制御部６０は、放電回路７０に指令を与えて、第１〜第３均等化処理を実行する（Ｓ６０）。すなわち、（１）に該当する場合は第１均等化処理を実行する。（２）に該当する場合は第２均等化処理を実行し、（３）、（４）に該当する場合は第３均等化処理を実行する。

その後、処理はＳ１０に戻り、Ｓ１０以降の処理が繰り返し実行される。そして、（１）〜（４）に該当する状態になると、制御部６０が放電回路７０に指令を与えて第１均等処理〜第３均等化処理を実行する。そして、ＢＭ５０が二次電池３１の監視を終了するに伴って、均等化制御の実行シーケンスも終了する（Ｓ７０：ＹＥＳ）。

４．効果説明
実施形態１のＢＭ５０は、ＳＯＣが６５％付近の中間ＳＯＣ領域（図３に示すＡ部付近の領域）でも、均等化制御を行う。具体的には、二次電池３１Ａ、３１Ｂが２つの低変化領域Ｌ１、Ｌ２に分かれている場合、第１均等化処理を実行する。また、二次電池３１Ａ、３１Ｂが低変化領域Ｌ１、Ｌ２と高変化領域Ｈ１に分かれている場合、第２均等化処理を実行する。そのため、満充電付近まで充電されない場合や、満充電される頻度が低い場合でも、二次電池３１の容量アンバランスを抑えることが出来る。

また、第１均等化処理の実行後、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが第１低変化領域Ｌ１と第１高変化領域Ｈ１に分かれている場合、制御部６０は、第２均等化処理を実行する。そのため、二次電池３１の容量アンバランスを一層、抑えることが出来る。そして更に、第２高変化領域Ｈ２や第３高変化領域Ｈ３では、第３均等化処理を行うので、二次電池３１間の容量アンバランスをより一層、抑えることが可能となる。

＜実施形態２＞
実施形態２について図１０〜図１４を参照して説明する。
１．満充電容量差の検出
二次電池３１Ａ、３１Ｂに満充電容量差がない場合、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂ間で容量アンバランスが生じると、２つの二次電池３１Ａ、３１ＢのＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性は、ＳＯＣ軸方向に位置がずれる関係となる。例えば、二次電池３１Ａに対して二次電池３１Ｂが容量の少ない側にアンバランスした場合、図１０に示すように、二次電池３１ＡのＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性に対して、二次電池３１ＡのＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性はＳＯＣ軸に沿って高ＳＯＣ側に平行移動する関係となる。

この場合、図１０に示すように、Ａ部（ＳＯＣが６５％付近の中間ＳＯＣ領域付近）、Ｂ部（ＳＯＣが９７％付近の高ＳＯＣ領域付近）の双方とも、二次電池３１Ａが二次電池３１Ｂに比べてＯＣＶが高くなる。

従って、「第１均等化処理や第２均等化処理」では、ＯＣＶの高い二次電池３１Ａ側を放電させることにより、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂ間の容量差を小さくする処理となる。また、「第３均等化処理」でも、ＯＣＶの高い二次電池３１Ａ側を放電させることにより、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂ間の容量差を小さくする処理となる。このように、二次電池３１Ａ、３１Ｂに満充電容量差がない場合、均等化処理では、同じ二次電池３１Ａを放電させることになる。

次に、図１１は、二次電池３１Ａ、３１Ｂに満充電容量差がある場合に、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂ間で容量アンバランスが生じた場合のＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性である。尚、図１１に示す二次電池３１Ａは初期品であり、二次電池３１Ｂは劣化品（初期と比べて満充電容量が低下した電池）である。

二次電池３１Ａ、３１Ｂに満充電容量差がある場合、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂ間で容量アンバランスが生じると、図１１に示すように、Ａ部（ＳＯＣが６５％付近の中間ＳＯＣ領域付近）、Ｂ部（ＳＯＣが９７％付近の高ＳＯＣ領域付近）で、ＯＣＶの大小関係が入れ替わる。すなわち、Ａ部では、二次電池３１Ａ側の方が、二次電池３１Ｂ側よりＯＣＶが高い。一方、Ｂ部では、二次電池３１Ｂ側の方が、二次電池３１Ａ側よりＯＣＶが高い。

従って、「第１均等化処理や第２均等化処理」では、二次電池３１Ａ側を放電させることにより、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂ間の容量差を小さくする処理となる。一方、第３均等化処理では、二次電池３１Ｂ側を放電させることにより、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂ間の容量差を小さくする処理となる。このように、二次電池３１Ａ、３１Ｂに満充電容量差がある場合、均等化処理では、異なる二次電池３１Ａ、３１Ｂを放電させることになる。

以上のことから、「第１均等化処理又は第２均等化処理」にて放電する二次電池３１と、「第３均等化処理」にて放電する二次電池３１が同じかどうかを判定することで、二次電池３１Ａ、３１Ｂに満充電容量差が有るかどうかを判定することが可能である。
尚、満充電容量差がある場合に、図１１に示すＡ部とＢ部で、ＯＣＶの大小関係が入れ替わる理由は、リン酸鉄系のリチウムイオン電池は、劣化すると、低変化領域Ｌ２の容量が減るように変化する。そのため、アンバランスの仕方により、Ａ部とＢ部で大小関係が入れ替わる。

本実施形態では、均等化処理の実行後、放電した二次電池３１を記憶しておき、次に均等化処理を実行する時に、放電する二次電池３１が前回と同じかどうかにより、二次電池３１Ａ、３１Ｂ間に満充電容量差があるかどうか検出する。そして、満充電容量差の有無に応じて、均等化制御の実行パターンを切り換えるようにしている。

図１２は、均等化制御の実行パターンの切り換え手順を示すフローチャート図である。
制御部６０は、上記の方法にて、二次電池３１Ａ、３１Ｂに満充電容量差があるか、否かを判定する処理を行う（Ｓ１００）。そして、満充電容量差がない場合、制御部６０は、実施形態１の場合と同様に（１）〜（４）の場合に応じて、第１均等化処理〜第３均等化処理を実行する（Ｓ１２０）。

一方、満充電容量差がある場合は、第１均等化処理と第２均等化処理の実行を禁止し、（４）に該当する場合に、第３均等化処理のみ実行する（Ｓ１１０）。具体的には、第３高変化領域Ｈ３に２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが含まれ、かつＯＣＶの値が所定値以上異なる場合、ＯＣＶの高い側の二次電池３１を放電することにより、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの容量を均等化する。

このようにすることで、次の効果が得られる。図１１に示すように、劣化した二次電池３１Ｂは、劣化のない二次電池３１Ａに比べて、Ｂ部付近（ＳＯＣが９７％付近の高ＳＯＣ領域付近）で立ち上がりが早くなる傾向になる。特に、第１均等化処理と第２均等化処理を行うと、その傾向が顕著になる恐れがあり、満充電付近で、劣化した二次電池３１Ｂに過電圧が発生し易くなる。

この点、本例では、上記のように第１均等化処理と第２均等化処理の実行を禁止して、第３均等化処理のみ実行することで、図１３に示すように、第３高変化領域Ｈ３にて、二次電池３１Ａ、３１Ｂの容量が均等化され、２つの二次電池３１Ａ、３１ＢのＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性の高ＳＯＣ領域の立ち上がりが、Ｂ部で揃うので、過電圧の発生を抑えることが可能となる。

また、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂに満充電容量差がある場合に、第３均等化処理を実行すると、満充電容量差が、図１３のＡ部において、ＳＯＣ−ＯＣＶ相関特性のずれとして現れる。すなわち、二次電池３１Ｂが低変化領域Ｌ２から第１高変化領域Ｈ１に移行するポイントＰ２と、二次電池３１Ａが低変化領域Ｌ２から第１高変化領域Ｈ１に移行するポイントＰ３間に満充電容量差に応じたずれが生じる。また、二次電池３１Ｂが第１高変化領域Ｈ１から低変化領域Ｌ１に移行するポイントＰ４と、二次電池３１Ａが第１高変化領域Ｈ１から低変化領域に移行するポイントＰ５間に満充電容量差に応じたずれが生じる。

そのため、第３均等化処理後、二次電池３１Ａ、３１Ｂを放電すると、ポイントＰ２とＰ３、ポイントＰ４とＰ５の位置のずれが、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの電圧が変化するタイミングとなって現れる。従って、所定の電圧値付近（図１４の例では３．３４Ｖ付近）において、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの電圧が変化するタイミングの時間差を検出することで、二次電池３１Ａ、３１Ｂの満充電容量差の大きさを検出することが出来る。

図１４の例であれば、満充電後の時刻ｔ０で放電を開始してから、二次電池３１Ｂの電圧は下降し、時刻「ｔ１」で電圧推移の傾向が変化（変極点が現れる）する。その後、電圧は、概ね３．３４Ｖで変化はほとんどなく、時刻「ｔ２」で電圧が変化し、それ以降、電圧は下降する。また、二次電池３１Ａは、時刻ｔ０以降、電圧が下降し、時刻「ｔ１」で、電圧推移の傾向（変極点が現れる）が変化する。その後、電圧は、概ね３．３４Ｖで変化はほとんどなく、時刻「ｔ３」で電圧が変化し、それ以降、電圧は下降する。

時刻「ｔ１」は、図１３に示すように、二次電池３１Ａ、３１Ｂが第３高変化領域Ｈ３から低変化領域Ｌ２に移行するポイント「Ｐ１」に対応する。また、時刻「ｔ２」は、二次電池３１Ｂが低変化領域Ｌ２から第１高変化領域Ｈ１に移行するポイント「Ｐ２」に対応し、時刻「ｔ３」は、二次電池３１Ａが低変化領域Ｌ２から第１高変化領域Ｈ１に移行するポイント「Ｐ３」に対応する。

従って、満充電容量差により位置のずれが生じた２つポイントＰ２、Ｐ３に対応する２点の時間差Ｔ（ｔ３−ｔ２）から、二次電池３１Ａ、３１Ｂの満充電容量差の大きさを検出することが出来る。制御部６０は、検出した満充電容量差を規定値と比較する処理を行い、満充電容量差が規定値を上回っている場合、例えば、異常表示を行う等のエラー処理を行う。

また、時刻ｔ２、時刻ｔ３は、電圧推移の傾向が変化する変極点であることから、変極点が出現するタイミングの差を検出することでも、二次電池３１Ａ、３１Ｂの満充電容量差の大きさを検出することが出来る。変極点とは、図１４に示す電圧曲線に変化（グラフの傾きが変わる）が現れる点である。

尚、上記以外にも、２つのポイントＰ３、Ｐ４に対応する２点の時間差Ｔ（ｔ４−ｔ３）から、二次電池３１Ａ、３１Ｂの満充電容量差の大きさを検出することも出来る。また、それ以外にも、ポイントＰ２に対応する時刻「ｔ２」からポイントＰ３に対応する時刻「ｔ３」までの二次電池３１Ａ、３１Ｂの累積充放電量に基づいて満充電量差の大きさを検出するようにしてもよい。
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施形態１、２では、蓄電素子の一例にリチウムイオン二次電池３１を例示した。蓄電素子は、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が相対的に低い２つの低変化領域Ｌ１、Ｌ２と、２つの前記低変化領域Ｌ１、Ｌ２の間にＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が相対的に高い第１高変化領域Ｈ１を有する特性であれば、リチウムイオン電池以外であってもよい。

（２）実施形態１、２では、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂのうち、ＯＣＶの高い側の二次電池３１を放電することにより、２つの二次電池３１の容量を均等化した例を示したが、ＯＣＶの低い側の二次電池３１を充電することにより、２つの二次電池３１の容量を均等化してもよい。また、充電と放電を組み合わせて均等化するようにしてもよい。例えば、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが低変化領域Ｌ１とＬ２に分かれている場合、低変化領域Ｌ２側の二次電池３１Ｂにて容量Ｃｃｄ／２を放電し、低変化領域Ｌ１側の二次電池３１Ａにて容量Ｃｃｄ／２を充電するようにしてもよい。

（３）実施形態１、２では、ＯＣＶの計測値を利用して、二次電池３１Ａ、３１Ｂがどの変化領域Ｌ１、Ｌ２、Ｈ１〜Ｈ３に含まれているか判定した。変化領域の判定方法はＯＣＶの計測値を利用する方法の他、充放電時の二次電池３１の電圧曲線を利用する方法でもよい。

すなわち、例えば、２つの二次電池３１が低変化領域Ｌ１に含まれている状態から組電池３０を充電してゆくと、二次電圧３１が低変化領域Ｌ１から第１高変化領域Ｈ１に移行するタイミング、すなわち、図４の端点ｃにて、二次電池３１に電圧変化が検出される。また、二次電圧３１が第１高変化領域Ｈ１から低変化領域Ｌ２に移行するタイミング、すなわち、図４の端点ｄにて、二次電池３１に電圧変化が検出される。従って、各二次電池３１Ａ、３１Ｂにて端点ｃ、端点ｄに対応する電圧変化が検出されたか、どうかを判定することにより、各二次電池３１Ａ、３１Ｂがどの変化領域Ｌ１、Ｌ２、Ｈ１に含まれているか判定することが可能である。また、図４の端点ｄや端点ｃは、電圧推移の傾向が変化する変極点でもあるので、変極点を検出することでも、同様の判定が可能である。

また、上記した判定方法以外に、電流センサ４０から得られる電流値と内部抵抗から二次電池３１の電圧を演算し、演算した電圧の大きさから二次電池３１がどの変化領域に含まれているか、推定することも出来る。

（４）実施形態２では、満充電容量差がある場合に、第１均等化処理と第２均等化処理の実行を禁止し、第３均等化処理のみ実行する例を示した。しかしながら、例えば、満充電まで充電されない用途や、充電時に二次電池３１が過電圧となる可能性が低い場合（組電池の総電圧ではなく、二次電池の各セル電圧を対象に充電制御が実行される場合）、実施形態２の例とは反対に、第１均等化処理又は第２均等化処理を実行し、第３均等化処理の実行を禁止するようにしてもよい。このようにすることでも、均等化の実行頻度を高い状態に維持することが可能となり、二次電池３１間の容量アンバランスを最小限に抑えることが可能となる。

また、第１均等化処理又は第２均等化処理を実行し、第３均等化処理の実行を禁止する場合、満充電容量差は、高ＳＯＣ領域（図１１のＢ部）における立ち上がりのずれとして現れる。従って、この場合は、２つの二次電池３１の電圧が変化するタイミングから、立ち上がり部のずれを検出することにより、満充電容量差の大きさを検出することが出来る。

（５）実施形態２では、「第１均等化処理又は第２均等化処理」にて放電する二次電池３１と、「第３均等化処理」にて放電する二次電池３１が同じかどうかを判定することで、二次電池３１Ａ、３１Ｂに満充電容量差が有るかどうかを判定した。これ以外にも、例えば、内部抵抗の大きさから満充電容量差の有無を検出するようにしてもよい。

（６）実施形態１では、（１）〜（４）に該当する場合、第１〜第３均等化処理を実行し、それ以外の場合は、均等化処理を実行しないようにした。（１）〜（４）に該当しない場合でも、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが、異なる２つの高変化領域Ｈに分かれている場合は、均等化処理を行ってもよい。例えば、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂが第１高変化領域Ｈ１と第３高変化領域Ｈ３に分かれている場合、ＯＣＶを計測して、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの容量差を算出する。そして、ＯＣＶが高い側の二次電池を、求めた容量差だけ放電することにより、２つの二次電池３１Ａ、３１Ｂの容量を均等化できる。

（６）実施形態１では、電流センサ４０をＢＭ５０とは別に設けた例を示したが、電流センサ４０をＢＭ５０に含めるような構成でもよい。

２０...電池パック
３１...二次電池（本発明の「蓄電素子」に相当）
４０...電流センサ
５０...バッテリマネージャ（本発明の「監視装置」に相当）
６０...制御部
７０...放電回路（本発明の「充放電回路」に相当）
８０...電圧検出回路（本発明の「電圧検出部」に相当）

Claims

蓄電素子を複数直列に接続した組電池の監視装置であって、
各蓄電素子の電圧を個別に検出する電圧検出部と、
前記各蓄電素子を個別に放電又は充電する充放電回路と、
制御部と、を備え、
前記蓄電素子が、充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に低い２つの低変化領域と、２つの前記低変化領域の間に充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に高い第１高変化領域を有し、
前記制御部は、２つの前記蓄電素子が２つの前記低変化領域に分かれている場合、
前記第１高変化領域の端点間の容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電することにより、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする第１均等化処理を行う、組電池の監視装置。
蓄電素子を複数直列に接続した組電池の監視装置であって、
各蓄電素子の電圧を個別に検出する電圧検出部と、
前記各蓄電素子を個別に放電又は充電する充放電回路と、
制御部と、を備え、
前記蓄電素子が、充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に低い２つの低変化領域と、２つの前記低変化領域の間に充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に高い第１高変化領域を有し、
前記制御部は、２つの前記蓄電素子のうち、一方の蓄電素子が前記低変化領域に含まれ、他方側の蓄電素子が前記第１高変化領域に含まれている場合、
一方の蓄電素子が含まれる前記低変化領域のうち他方側の蓄電素子に近い側の端点の容量と他方側の蓄電素子の容量との容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電することにより、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする第２均等化処理を行う、組電池の監視装置。
請求項１に記載の組電池の監視装置であって、
前記制御部は、前記第１均等化処理の実行後、前記２つの蓄電素子のうち、一方の蓄電素子が前記低変化領域に含まれ、他方側の蓄電素子が前記第１高変化領域に含まれている場合、
一方の蓄電素子が含まれる前記低変化領域のうち他方側の蓄電素子に近い側の端点の容量と他方側の蓄電素子の容量との容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電することにより、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする第２均等化処理を実行する、組電池の監視装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の監視装置であって、
前記蓄電素子が前記２つの低変化領域よりも低充電状態領域側に第２高変化領域、又は高充電状態領域側に第３高変化領域を有する場合において、
前記制御部は前記２つの蓄電素子の双方が前記第２高変化領域又は前記第３高変化領域に含まれている場合、前記蓄電素子間の電圧差に相当する容量を前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電することにより、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする第３均等化処理を行う、組電池の監視装置。
請求項４に記載の組電池の監視装置であって、
第１均等化処理は、前記２つの蓄電素子が２つの前記低変化領域に分かれている場合、前記第１高変化領域の端点間の容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電することにより、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする処理であり、
第２均等化処理は、前記２つの蓄電素子のうち、一方の蓄電素子が前記低変化領域に含まれ、他方側の蓄電素子が前記第１高変化領域に含まれている場合、一方の蓄電素子が含まれる前記低変化領域のうち他方側の蓄電素子に近い側の端点の容量と他方側の蓄電素子の容量との容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電することにより、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする処理であり、
前記制御部は、
前記組電池を構成する複数の前記蓄電素子間の満充電容量差の有無を検出する検出処理を実行し、
前記蓄電素子間に満充電容量差がない場合、
前記第１均等化処理及び前記第２均等化処理のうち少なくとも一方の均等化処理、並びに前記第３均等化処理を実行し、
前記蓄電素子間に満充電容量差がある場合、
前記第１均等化処理及び前記第２均等化処理のうち少なくとも一方の均等化処理、又は前記第３均等化処理のうち、いずれかの均等化処理のみ実行する、組電池の監視装置。
請求項５に記載の組電池の監視装置であって、
制御部は、前記第１均等化処理から前記第３均等化処理のうち、いずれかの均等化処理の実行後、前記蓄電素子を充放電させた時に、前記蓄電素子の電圧が変化するタイミングの時間差又はその間の累積充放電量を計測し、得られた前記時間差又は前記累積充放電量に基づいて前記蓄電素子間の満充電容量差の大きさを検出する、組電池の監視装置。
直列に接続された複数の蓄電素子からなる組電池の容量均等化方法であって、
前記蓄電素子は、充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に低い２つの低変化領域と、２つの前記低変化領域の間に充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に高い第１高変化領域を有し、
２つの前記蓄電素子が２つの前記低変化領域に分かれている場合、前記第１高変化領域の端点間の容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電する第１均等化処理により、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする、組電池の容量均等化方法。
直列に接続された複数の蓄電素子からなる組電池の容量均等化方法であって、
前記蓄電素子は、充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に低い２つの低変化領域と、２つの前記低変化領域の間に充電状態に対する開放電圧の変化率が相対的に高い第１高変化領域を有し、
２つの前記蓄電素子のうち、一方の蓄電素子が前記低変化領域に含まれ、他方側の蓄電素子が前記第１高変化領域に含まれている場合、一方の蓄電素子が含まれる前記低変化領域のうち他方側の蓄電素子に近い側の端点の容量と他方側の蓄電素子の容量との容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電する第２均等化処理により、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする、組電池の容量均等化方法。
請求項７に記載の組電池の容量均等化方法であって、
前記第１均等化処理の実行後、前記２つの蓄電素子のうち、一方の蓄電素子が前記低変化領域に含まれ、他方側の蓄電素子が前記第１高変化領域に含まれている場合、
一方の蓄電素子が含まれる前記低変化領域のうち他方側の蓄電素子に近い側の端点の容量と他方側の蓄電素子の容量との容量差に基づいて、前記２つの蓄電素子のうち少なくともいずれか一方側を放電又は充電する第２均等化処理により、前記２つの蓄電素子の間の容量の差を小さくする、組電池の均等化方法。