JP2013192388A - 組電池の放電制御システムおよび放電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のリチウムイオンセルを直列接続した組電池として使用する場合に、組電池全体としてより適正に放電することを可能にする。
【解決手段】 各セル２の電圧を監視する電圧計４と、各セル２に配設され、セル２の電圧を個別に昇圧可能な昇圧コンバータ３と、各セル２の電圧に基づいて各昇圧コンバータ３を制御するコントローラ５と、を備え、コントローラ５は、一部のセル２の電圧が第１の所定電圧Ｖ_１よりも低い場合に、一部のセル２以外の他のセル２の電圧が昇圧されるように昇圧コンバータ３を制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、二次電池を複数直列に接続した組電池の放電を制御する、組電池の放電制御システムおよび放電制御方法に関する。

二次電池として、リチウムイオン二次電池（リチウムイオンセル）や鉛蓄電池が知られている。例えば、リチウムイオンセルは、エネルギー密度が高い、自己放電量が少ない、などという利点を有し、自動車用蓄電池や電気・電子機器用蓄電池などとして広く使用されている。ここで、使用目的に応じた電圧を得るために、リチウムイオンセル（以下単に「セル」という）を複数直列に接続してリチウムイオン組電池（以下単に「組電池」という）を構成し、使用する場合がある。このようにして組電池として使用する場合、充電は組電池全体に対して行われ、各セルの充電電圧を制御することができないため、直列セル間（同一組電池内のセル間）において充電電圧のバラツキが生じ、電圧が高いセル、すなわちＳＯＣ（充電状態：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が高いセルと、電圧が低いセル、すなわち、ＳＯＣが低いセルとが混在してしまう。また、セルの製造上のバラツキや、運用時の設置環境などによっても、直列セル間において劣化状態のバラツキが生じて、ＳＯＣの上限値に差が生じてしまうことがある。

また、セルによって構成された組電池では、組電池を構成するセルが１セルでも放電終止電圧に到達した場合には、安全性を維持するために組電池全体の放電を停止する必要がある。具体的には、例えば図８に示すように、セル２１０を複数接続して構成された組電池２２０の放電時には、コントローラ２３０が各セル２１０のセル電圧を監視しており、セル電圧が所定電圧より低いセル２１０がある場合は、スイッチ２４０をオフ（開）状態として、組電池２２０からの放電を停止するように制御している。

このために、放電時は、ＳＯＣの低いセルが他のセルより早く放電終止電圧に到達することで、組電池全体が放電を停止する。すなわち、ＳＯＣの低いセルがボトルネックになり、他のセルは放電可能であるにも関わらず組電池全体が放電を停止してしまうので、組電池の放電容量が低下する。このようにバラツキが生じたセルの使用を放置すると、組電池の放電容量が低下してしまい非効率となり、エネルギーの利用が非効率になるという問題がある。

こうした問題は、多数のセル（約１００個）を接続して構成される高電圧直流（ＨＶＤＣ：Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）や無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）などにおいて特に顕著となる。

上記の問題を解決するために、電圧にバラツキを有する組電池の充電に際し、例えば、組電池の充電を安全に行うと共に組電池の軽量化に応えるリチウムイオン二次電池の組電池および組電池の充電方法に関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、複数個の単セルが直列に接続されて構成された組電池に、負荷に放電する放電線内にスイッチを設置するとともに、組電池内の各セルの電圧をモニタし、セルの電圧に応じて前記のスイッチを開閉する制御信号を送出する機能を有する電池監視制御部を設け、各セルの正・負極端子に接続された充電用配線により充電を各セルごとに独立に行う、というものである。

特開２００７−１６６７４７号公報

しかし、特許文献１の技術では、各セルごとに充電することにより各セルを満充電状態（ＳＯＣの上限値）まで均一に充電することはできるものの、セルの製造上のバラツキや、運用時の設置環境の差などによって、直列セル間において劣化状態にバラツキが生じて、ＳＯＣの上限値に差が生じてしまう。そのために、放電時は、劣化が進行したセルのＳＯＣが他よりも早く枯渇することよって、組電池全体の放電容量が制約を受け、エネルギーの利用が非効率となる。

そこでこの発明は、複数のセルを直列接続した組電池として使用する場合に、充電電圧のバラツキに起因するＳＯＣのバラツキを解消するとともに、組電池内のセルに劣化状態（ＳＯＣの上限値）のバラツキが生じた場合であっても、劣化が進行したセルによる組電池全体の放電容量の低下を回避して、組電池をより効率よく放電することを可能にする組電池の放電制御システムおよび放電制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、二次電池が複数直列に接続された組電池の放電を制御する、組電池の放電制御システムであって、前記各二次電池の電圧を監視する監視手段と、前記各二次電池に配設され、前記二次電池の電圧を個別に昇圧可能な昇圧手段と、前記各二次電池の電圧に基づいて前記各昇圧手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、一部の二次電池の電圧が第１の所定電圧よりも低い場合に、該二次電池以外の他の二次電池の電圧が昇圧されるように前記昇圧手段を制御する、ことを特徴とする組電池の放電制御システムである。

この発明によれば、制御手段によって、一部の二次電池の電圧が第１の所定電圧よりも低い場合に、該二次電池以外の他の二次電池の電圧が昇圧されるように昇圧手段が制御される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の組電池の充電制御システムにおいて、前記制御手段は、前記他の二次電池の電圧が、前記一部の二次電池の電圧よりも低い場合に、前記他の二次電池の電圧の昇圧を停止するように前記昇圧手段を制御する、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれか１項に記載の組電池の放電制御システムにおいて、前記第１の所定電圧は、前記二次電池の放電末期状態で電圧低下が早くなる電圧領域において、放電終止電圧以上の値に設定されている、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の組電池の充電制御システムにおいて、前記制御手段は、少なくともいずれか１つの前記二次電池の電圧が、放電終止電圧よりも低い場合に、すべての前記他の二次電池の電圧の昇圧を停止するように前記昇圧手段を制御し、前記昇圧手段の出力を切り離す、ことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、二次電池が複数直列に接続された組電池の放電を制御する、組電池の放電制御方法であって、前記二次電池の電圧を個別に昇圧可能な昇圧手段を前記各二次電池に配設し、前記各二次電池の電圧を監視し、一部の前記二次電池の電圧が第１の所定電圧よりも低い場合に、該二次電池以外の他の二次電池の電圧が昇圧されるように前記昇圧手段を制御する、ことを特徴とする組電池の放電制御方法である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の組電池の充電制御方法において、前記他の二次電池の電圧が、前記一部の二次電池の電圧よりも低い場合に、前記他の二次電池の電圧の昇圧を停止するように前記昇圧手段を制御する、ことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５または６のいずれか１項に記載の組電池の放電制御方法において、前記第１の所定電圧を、前記二次電池の放電末期状態で電圧低下が早くなる電圧領域において、放電終止電圧以上の値に設定する、ことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項５から７のいずれか１項に記載の組電池の充電制御方法において、前記少なくともいずれか１つの前記二次電池の電圧が、放電終止電圧よりも低い場合に、すべての前記他の二次電池の電圧の昇圧を停止するように前記昇圧手段を制御し、前記昇圧手段の出力を切り離す、ことを特徴とする。

請求項１または５に記載の発明によれば、負荷は定電力であるので、一部の二次電池の電圧が第１の所定電圧よりも低い場合に、該二次電池以外の他の二次電池の電圧が昇圧されることによって、他の二次電池の放電電流が該二次電池の放電電流よりも相対的に大きくなる。これにより、一部の二次電池の放電電流が減少し、一部の二次電池の電圧降下が緩やかになる。したがって、放電終止電圧に到達するまでの時間が長くなるので、組電池全体が放電終止電圧に到達するまでの時間をも長くすることができる。このため、電圧が低い一部の二次電池の放電が抑制されたり、電圧が高い他の二次電池の放電が促進されて電圧が適正値まで降下したり、各二次電池の電圧のバラツキが収束したりして、各二次電池をより適正に放電することが可能となる。この結果、充電電圧のバラツキに起因するＳＯＣのバラツキを解消するとともに、組電池内のセルに劣化状態（ＳＯＣの上限値）のバラツキが生じた場合であっても、劣化が進行したセルによる組電池全体の放電容量の低下を回避して、組電池をより効率よく放電することが可能となる。

請求項２または６に記載の発明によれば、他の二次電池の電圧が、一部の二次電池の電圧よりも低い場合に、他の二次電池の電圧の昇圧を停止するので、電圧のバラツキが解消されたタイミングで他の二次電池の電圧の昇圧を停止することができる。したがって、電圧のバラツキが解消されて電圧が低くなった他の二次電池は、放電電流を大きくした状態で放電させる必要がないため、放電電流を抑制することが可能となり、組電池全体が放電終止電圧に到達するまでの時間を長くすることができる。また、無駄な放電電流が削減されて経済的となる。この結果、他の二次電池の電圧を昇圧して電圧のバラツキを解消する場合であっても、電圧のバラツキが解消されると昇圧を停止することで、組電池をより効率よく放電することが可能となる。

請求項３または７に記載の発明によれば、第１の所定電圧が、二次電池の放電末期状態で電圧低下が早くなる電圧領域に設定されているので、ＳＯＣの差が電圧の差となって明確に現れる放電末期の電圧を検知することによりＳＯＣの調整を容易に行うことができる。

請求項４または８に記載の発明によれば、いずれか１つの二次電池の電圧が放電終止電圧となった場合に、すべての他の二次電池の電圧の昇圧を停止し、前記昇圧手段の出力を切り離す、すなわち、組電池からの放電を停止させることができるので、二次電池の過放電による劣化を防止し、安全に保つことが可能となる。

この発明の実施の形態に係る組電池の放電制御システムを、直流電源システムに適用した状態を示す概略構成図の一例である。 図１のシステムの放電モードの処理、作用を示すフローチャートである。 図１のシステムにおいて昇圧動作開始前のセル電圧、組電池電圧、放電電流を示す図である。 図１のシステムにおいて昇圧動作開始直後のセル電圧、組電池電圧、放電電流を示す図である。 図１のシステムにおいて放電時、充放電停止時、充電時におけるセル電圧を示す図である。 図１のシステムにおいて放電時、充放電停止時、充電時におけるセル電圧を示す図である。 図６に示すセル電圧を拡大して示す図である。 従来の組電池を、直流電源システムに適用した状態を示す概略構成図の一例である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係るリチウムイオン組電池の放電制御システム（以下、単に「放電制御システム」という）１を直流電源システムに適用した状態を示す概略構成図の一例である。この放電制御システム１は、単電池であるセル２が複数（例えば１２セル）直列に接続された組電池２０の放電を制御するシステムである。この実施の形態では、セル２は定格電圧３．７［Ｖ］（満充電電圧４．１［Ｖ］）であり、このセル２を１２個直列接続して定格電圧４８［Ｖ］の組電池２０を構成している。

ここで、交流直流変換器（整流器）１０１と負荷設備１０２とは接続され、通常時においては、商用電源（図示略）からの電力が、整流器１０１で直流に変換されて、負荷設備１０２に供給されるようになっている。停電時などにおいては、組電池２０から負荷設備１０２へ電力が供給されるようになっている。この実施の形態では、負荷設備１０２はＱ［Ｗ］の定電力であるものとする。

この放電制御システム１は、主として、各セル２に設けられた昇圧コンバータ（昇圧手段）３および電圧計（監視手段）４と、コントローラ（制御手段）５とを備えている。また、各昇圧コンバータ３と各電圧計４は、それぞれコントローラ５と通信（データ伝送）可能に接続されている。

昇圧コンバータ３は、対応するセル２に並列に接続され、セル２の出力電圧を個別に昇圧可能なＤＣ／ＤＣコンバータであり、後述するコントローラ５によって制御されるようになっている。昇圧コンバータ３は、コントローラ５から昇圧信号を受信すると、対応するセル２の出力電圧を昇圧回路によって昇圧して出力する。また、通常状態（コントローラ５から昇圧信号を受信していない状態）では、該コンバータの入力と出力とが直結状態となって、昇圧回路が動作しないようになっており、対応するセル２の出力電圧をそのまま出力する。さらに、充電状態においては、該コンバータの入力と出力とが直結状態となって、昇圧回路が動作しないようになっている。

電圧計４は、対応するセル２に並列に接続され、充電中や放電中に限らず常時、セル２の電圧を計測、監視し、計測結果をリアルタイムにコントローラ５に送信するものである。また、図示していないが、組電池２０の総電圧や放電電流、および各セル２の温度を測定する測定器をそれぞれ備え、これらの測定器からの測定結果が、リアルタイムにコントローラ５に送信されるようになっている。

コントローラ５は、各電圧計４からの計測結果に基づいて、各昇圧コンバータ３を制御する装置であり、図２に示す作用、動作が得られるように処理を行うものである。コントローラ５は、放電状態において、一部のセル２の出力電圧が第１の所定電圧Ｖ_１よりも低い場合に、該セル２（一部のセル２）以外の他のセル２の出力電圧が昇圧されるように昇圧コンバータ３を制御する。これにより、昇圧コンバータ３によって他のセル２は、出力電圧が昇圧されて昇圧コンバータ３から出力される。一方、一部のセル２は、出力電圧が昇圧されずにそのまま昇圧コンバータ３から出力される。ここで、第１の所定電圧Ｖ_１は、この実施の形態では例えば３．２［Ｖ］とする。また、一部のセル２は１または複数である。

コントローラ５は、具体的には図２に示すように、まず、放電終止電圧Ｖ_Ｅ未満のセル２が存在するか否か、すなわち、出力電圧（セル電圧）が放電終止電圧Ｖ_Ｅ以下のセル２が存在するか否かを判断する（ステップＳ１）。この場合、組電池２０は放電を停止する必要があるためである。ここで、放電終止電圧Ｖ_Ｅは、この実施の形態では例えば３．０［Ｖ］とする。そして、放電終止電圧Ｖ_Ｅ未満のセル２が存在すると判断した場合（「ＹＥＳ」の場合）は、ステップＳ１０に進む。放電終止電圧Ｖ_Ｅ未満のセル２が存在していないと判断した場合（「ＮＯ」の場合）は、セル２の出力電圧が第１の所定電圧Ｖ_１以下のセル２が存在するか否かを判断する（ステップＳ２）。

ステップＳ２において、第１の所定電圧Ｖ_１以下のセル２が存在していないと判断した場合（「ＮＯ」の場合）は、ステップＳ３に進んで整流器１０１の出力が回復したか否か、すなわち、充電電流がゼロ以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。整流器１０１の出力が回復したと判断した場合（「ＹＥＳ」の場合）は、このタスクの処理を終了する。整流器１０１の出力が回復していないと判断した場合（「ＮＯ」の場合）は、ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。

ステップＳ２において、第１の所定電圧Ｖ_１以下のセル２が存在すると判断した場合（「ＹＥＳ」の場合）は、ステップＳ４に進む。そして、第１の所定電圧Ｖ_１以下のセル２以外のセル（他のセル）２の昇圧コンバータ３が昇圧動作するように制御する（ステップＳ４）。

そして、昇圧動作の停止条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ５）。ここで、昇圧動作の停止条件は、昇圧されているセル（他のセル）２のセル電圧が、昇圧されていないセル（一部のセル）２のセル電圧の最小値以下となったセル２を「昇圧動作停止」と判断する。この場合、セル電圧が一部のセル２よりも低くなった他のセル２の電圧の昇圧を継続すると、他のセル２は放電電流が増加した状態が継続して、早く放電終止電圧に到達してしまうおそれがあるためである。

ステップＳ５において、昇圧動作の停止条件を満たしていないと判断した場合（「ＮＯ」の場合）は、昇圧動作の停止条件を満たすまで待機する。このとき、他のセル２は、依然として放電余力が高く、放電を促進するためである。また、このとき、放電終止電圧Ｖ_Ｅ未満のセル２が存在するか否か、整流器１０１の出力が回復したか否かを常時判断しており、放電終止電圧Ｖ_Ｅ未満のセル２が存在すると判断した場合はステップＳ１０に進み、整流器１０１の出力が回復したと判断した場合は、ステップＳ８に進むようになっている。セル２の過放電を防ぎ、整流器１０１の回復時に充電を再開するためである。

ステップＳ５において、昇圧動作の停止条件を満たすと判断した場合（「ＹＥＳ」の場合）は、他のセル２の中から対象のセル２、すなわち、一部のセル２のセル電圧の最小値以下となったセル２を選んで、昇圧動作を停止し「直結」とするように昇圧コンバータ３を制御する（ステップＳ６）。

そして、整流器１０１の出力が回復したか否か、すなわち、充電電流がゼロ以上であるか否かを判断する（ステップＳ７）。整流器１０１の出力が回復したと判断した場合（「ＹＥＳ」の場合）は、すべてのセル２の昇圧コンバータ３の昇圧動作を停止し「直結」とするように昇圧コンバータ３を制御し（ステップＳ８）、このタスクの処理を終了する。整流器１０１の出力が回復していないと判断した場合（「ＮＯ」の場合）は、放電終止電圧Ｖ_Ｅ未満のセル２が存在するか否かを判断する（ステップＳ９）。放電終止電圧Ｖ_Ｅ未満のセル２が存在していないと判断した場合（「ＮＯ」の場合）は、ステップＳ５に戻って処理を繰り返す。放電終止電圧Ｖ_Ｅ未満のセル２が存在すると判断した場合（「ＹＥＳ」の場合）は、すべてのセル２の昇圧コンバータ３の昇圧動作を停止し「出力切離」とする（ステップＳ１０）。ここで、「出力切離」は、昇圧コンバータ３の出力を切り離してもよいし、組電池２０のスイッチ（例えば、図８に示す組電池２２０のスイッチ２４０に相当）を開状態としてもよい。

そして、整流器１０１の出力が回復したか否か、すなわち、充電電流がゼロ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。整流器１０１の出力が回復していないと判断した場合（「ＮＯ」の場合）は、整流器１０１の出力が回復するまで待機する。整流器１０１の出力が回復したと判断した場合（「ＹＥＳ」の場合）は、「出力切離」を解除し（ステップＳ１２）、このタスクの処理を終了する。

このように処理することで、所定のセル２を昇圧させて、電圧のバラツキが解消された場合には、昇圧を停止する。ここで、昇圧を所定時間行っても、電圧のバラツキが解消されない場合は、警報を出力するとともに放電を停止するように設定してもよい。ここで、警報の出力は、コントローラ５の警報ランプ（図示略）を点灯させたり、管理センタのコンピュータに通報したりすることで行う。また、所定時間は、昇圧コンバータ３の異常やセル２の内部異常、セル２間の接続異常などのおそれがあると推定される時間であり、セル２の特性、容量などによって設定される。

次に、このような構成の放電制御システム１の作用や、この放電制御システム１による放電制御方法などについて説明する。ここで、充電状態においては、各昇圧コンバータ３の入力と出力とが直結状態となって、昇圧回路が動作しないように制御されている。そして、停電などによって商用電源からの電力の供給が停止されると、組電池２０から負荷設備１０２へ電力が供給されるとともに、放電制御システム１が起動される。

まず、電圧計４によって各セル２の電圧が常時監視され、その計測結果がリアルタイムにコントローラ５に送信される。そして、各セル２の電圧に基づいて、上記のような制御が行われる。

具体的には例えば、まず、図３ないし図５に示すように、セル２_１〜２_１２の中でセル２_１の電圧が第１の所定電圧Ｖ_１（３．２［Ｖ］）に低下した場合について説明する。

図３は、組電池２０の充電時における昇圧コンバータ３の昇圧動作開始前（時刻ｔ_１前）を示している。このとき、セル２_１の出力電圧は３．２［Ｖ］であり、他のセル２_２〜２_１２の出力電圧は３．５［Ｖ］であり、各昇圧コンバータ３_１〜３_１２はいずれも動作していないため、各セル２_１〜２_１２の出力電圧がそのまま出力される。この場合、組電池２０の総電圧は４１．７［Ｖ］であり、放電電流はＩ_１Ｔ［Ａ］である。ここで、放電電流Ｉ_１Ｔ［Ａ］は、Ｑ［Ｗ］÷４１．７［Ｖ］で算出される。

そして、コントローラ５によって、図５に示す時刻ｔ_１において、セル２_１の電圧が第１の所定電圧Ｖ_１よりも低いと判定され（ステップＳ２）、セル２_１以外の他のセル２_２〜２_１２の電圧が昇圧されるように昇圧コンバータ３_２〜３_１２が制御される（ステップＳ４）。具体的には、昇圧コンバータ３_２〜３_１２に昇圧信号が送信される。

図４は昇圧コンバータ３の昇圧動作開始直後（時刻ｔ_１直後）を示している。このとき、セル２_１は昇圧コンバータ３_１が動作されないため、出力電圧３．３［Ｖ］がそのまま出力される。ここで、セル２_１の電圧が昇圧コンバータ３_２〜３_１２の昇圧動作開始前より上昇しているのは、セル放電電流Ｉ_２１［Ａ］が減少（Ｉ_１１＜Ｉ_２１）しているためである。また、セル２_１のセル放電電流Ｉ_２１［Ａ］は、セル２_１が直結であり昇圧されていないので放電電流Ｉ_２Ｔ［Ａ］と等しくなる。一方、他のセル２_２〜２_１２は出力電圧が３．４［Ｖ］であり、昇圧コンバータ３によって昇圧されて３．７［Ｖ］となる。この場合、組電池２０の総電圧は４４［Ｖ］であり、放電電流Ｉ_２Ｔ［Ａ］は、Ｑ［Ｗ］÷４４［Ｖ］で算出される。１１個のセル２_２〜２_１2の電圧の昇圧動作によって総電圧が上昇したことにより、組電池２０の放電電流は昇圧動作開始前よりＩ_２Ｔ［Ａ］＜Ｉ_１Ｔ［Ａ］と減少する。さらに、他のセル２_２〜２_１２のセル放電電流Ｉ_２ｎ［Ａ］は、セル電圧、出力電圧、放電電流から、３．７［Ｖ］×Ｉ_２Ｔ［Ａ］÷３．４［Ｖ］÷（昇圧コンバータ３の効率）で算出され、昇圧されているのでＩ_２１＜Ｉ_２ｎとなっている。

その後、組電池２０からの放電状態が継続している間においては、セル放電電流がＩ_２１＜Ｉ_２ｎであることから、セル２_１の放電が抑制されるとともに、他のセル２_２〜２_１２の放電が促進される。その結果、セル２_１のセル放電電流Ｉ_２１よりも、他のセル２_２〜２_１２のセル放電電流Ｉ_２ｎが大となることで、セル２_１の放電が抑制されるとともに、他のセル２_２〜２_１２の放電が促進される。これにより、セル２_１の電圧の降下が抑制されるとともに、他のセル２_２〜２_１２の電圧の降下が促進されるので、各セル２_１〜２_１２の電圧のバラツキが抑制される。

ここで、昇圧コンバータ３_２〜３_１２の昇圧動作時における各セル２_１〜２_１２の電圧の変化を説明する。まず、図５に示すのは、セル２_１の電圧がセル２_２〜２_１２の電圧よりも早く放電終止電圧Ｖ_Ｅに到達する場合である。この場合は、時刻ｔ_２において、セル２_１の電圧が放電終止電圧Ｖ_Ｅ（３．０［Ｖ］）に到達していると判定され（ステップＳ９）、すべてのセル２_１〜２_１２の電圧の昇圧動作を停止して「出力切離」するように昇圧コンバータ３_１〜３_１２が制御される（ステップＳ１０）。そして、時刻ｔ_３において、整流器１０１の出力が回復し充電可能状態であると判定され（ステップＳ１１）、「出力切離」が解除される（ステップＳ１２）。

つぎに、図６および図７に示すのは、昇圧コンバータ３_２〜３_１２の昇圧動作時（時刻ｔ_１後）において、セル２_２の電圧が急激に降下してセル２_１の電圧以下となる場合である。この場合は、時刻ｔ_４において、セル２₂の電圧がセル２_１の電圧よりも低い、すなわち、電圧が逆転したと判定され（ステップＳ５）、セル２₂の電圧の昇圧動作を停止して「直結」となるように昇圧コンバータ３_２が制御される（ステップＳ６）。このとき、セル２_３〜２_１２の電圧は昇圧が継続されている。そして、時刻ｔ_５において、セル２_１の電圧が放電終止電圧Ｖ_Ｅに到達していると判定され（ステップＳ９）、すべてのセル２_１〜２_１２の電圧の昇圧動作を停止して「出力切離」するように昇圧コンバータ３_１〜３_１２が制御される（ステップＳ１０）。そして、時刻ｔ_６において、整流器１０１の出力が回復し充電可能状態であると判定され（ステップＳ１１）、「出力切離」が解除される（ステップＳ１２）。

つづいて、セル２_１〜２_１２の中で複数のセル２_１１、２_１２の電圧が第１の所定電圧Ｖ_１に低下した場合について説明する。この場合は、コントローラ５によって、複数のセル２、セル２_１１、２_１２の電圧が第１の所定電圧Ｖ_１よりも低いと判定され（ステップＳ２）、セル２_１１、２_１２以外のセル２_１〜２_１０の電圧が昇圧されるように昇圧コンバータ３_１〜３_１０が制御される（ステップＳ４）。この場合は、ステップＳ５において、昇圧されているセル２_１〜２_１０のうち電圧が、昇圧されていないセル２_１１、２_１２の電圧の最小値以下となったセルが「昇圧動作停止」と判断される。例えば、セル２_１０の電圧が、セル２_１１、２_１２の電圧の最小値（セル２_１２の電圧）以下と判定された場合は、セル２_１０の電圧の昇圧動作を停止して「直結」となるように昇圧コンバータ３_１０が制御される（ステップＳ６）。このとき、セル２_１〜２_９の電圧は昇圧が継続されている。

以上のように、この放電制御システム１および放電制御方法によれば、負荷設備１０２は定電力（Ｑ［Ｗ］）であるので、一部のセル２の電圧が第１の所定電圧Ｖ_１よりも低い場合に、一部のセル２の他のセル２の電圧が昇圧されることによって、他のセル２の放電電流該二次電池の放電電流よりも相対的に大きくなる。これにより、一部のセル２の放電電流が減少し、一部のセル２の電圧降下が緩やかになる。したがって、放電終止電圧に到達するまでの時間を長くすることができるので、組電池２０全体が放電終止電圧に到達するまでの時間をも長くすることができる。このため、電圧が低い一部のセル２の放電が抑制されたり、電圧が高い他のセル２の放電が促進されて電圧が適正値まで降下したり、各セル２の電圧のバラツキが収束したりして、各セル２をより適正に放電することが可能となる。この結果、劣化状態のバラツキに起因してＳＯＣの上限値に差が生じたり、劣化状態（ＳＯＣの上限値）のバラツキが生じたりする場合であっても、劣化が進行したセル２による組電池２０全体の放電容量の低下を回避して、組電池２０をより効率よく放電することが可能となる。つまり、バックアップ時間の延伸が可能となるので、組電池２０の安定性、品質を向上することが可能である。

また、他のセル２の電圧が、一部のセル２の電圧よりも低い場合に、他のセル２の電圧の昇圧を停止するので、電圧のバラツキが解消されたタイミングで他のセル２の電圧の昇圧を停止することができる。したがって、電圧のバラツキが解消されて電圧が低くなった他のセル２は、放電電流を大きくした状態で放電させる必要がないため、放電電流を抑制することが可能となり、組電池２０全体が放電終止電圧に到達するまでの時間を長くすることができる。また、無駄な放電電流が削減されて経済的となる。この結果、他のセル２の電圧を昇圧して電圧のバラツキを解消する場合であっても、電圧のバラツキが解消されると昇圧を停止することで、組電池２０をより効率よく放電することが可能となる。

また、第１の所定電圧Ｖ_１が、セル２の放電末期状態で電圧低下が早くなる電圧領域に設定されているので、ＳＯＣの差が電圧の差となって明確に現れる放電末期の電圧を検知することによりＳＯＣの調整を容易に行うことができる。

さらに、いずれか１つのセル２の電圧が放電終止電圧となった場合に、すべての他のセル２の電圧の昇圧を停止し、昇圧コンバータ３の出力を切り離す、すなわち、組電池２０からの放電を停止させることができるので、二次電池の過放電による劣化を防止し、安全に保つことが可能となる。

さらにまた、他のセル２の放電電流を増加させた状態の放電を所定時間行っても、セル２の異常電圧や、各セル２間の電圧の異常なバラツキなどが解消されない場合には、警報が出力されて放電が停止されるため、迅速かつ適正な対応が可能となる。すなわち、このような場合には、セル２に内部短絡や接続不良などの異常が存在するおそれがあり、警報出力や放電停止が行われることで、迅速かつ適正な点検、セル交換などが可能となるとともに、セル２の損傷や異常昇温などを回避することが可能となる。一方、所定時間内にセル２の異常電圧や、各セル２間の電圧の異常なバラツキなどが解消された場合には、昇圧動作が終了されるため、セル２の無駄な放電を防止して、組電池２０全体の充電状態を適正に維持することが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、１組の組電池２０を有する場合について説明したが、複数の組電池２０を並列接続した場合にも適用することができる。この場合、上記のような放電制御システム１を組電池２０ごとに配設する。また、リチウムイオンセル２に限らず、直列セル間の放電状態のバラツキを解消するために、広く二次電池一般に適用することができる。さらに、放電制御システム１を直流電源システムに適用した場合について説明したが、無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）や自動車用蓄電池などにも適用することができる。

また、リチウムイオンセルの数は１２個に限定されないことはもちろんであり、多数のリチウムイオンセル（約１００個）を接続して構成される高電圧直流や無停電電源装置などにも放電制御システム１を適用することができる。

さらに、上記の実施の形態では第１の所定電圧Ｖ_１を３．２［Ｖ］としたが、第１の所定電圧Ｖ_１を、セル２の電圧のバラツキが生じるしきい値Ｖ_Ｘに設定してもよい。ここで、しきい値Ｖ_Ｘは、セル２や組電池２０の特性、容量などによって設定される値で、放電末期においてセル２の電圧低下が早まる傾向が認められる電圧であり、例えば３．５［Ｖ］未満かつ放電終止電圧３．０［Ｖ］以上に設定する。

１ リチウムイオン組電池の放電制御システム
２ リチウムイオンセル（セル、二次電池）
２０ リチウムイオン組電池（組電池）
３ 昇圧コンバータ（昇圧手段）
４ 電圧計（監視手段）
５ コントローラ（制御手段）
Ｖ_１ 第１の所定電圧
Ｖ_Ｅ 放電終止電圧

Claims (8)

1. 二次電池が複数直列に接続された組電池の放電を制御する、組電池の放電制御システムであって、
   前記各二次電池の電圧を監視する監視手段と、
   前記各二次電池に配設され、前記二次電池の電圧を個別に昇圧可能な昇圧手段と、
   前記各二次電池の電圧に基づいて前記各昇圧手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、一部の二次電池の電圧が第１の所定電圧よりも低い場合に、該二次電池以外の他の二次電池の電圧が昇圧されるように前記昇圧手段を制御する、
   ことを特徴とする組電池の放電制御システム。
2. 前記制御手段は、前記他の二次電池の電圧が、前記一部の二次電池の電圧よりも低い場合に、前記他の二次電池の電圧の昇圧を停止するように前記昇圧手段を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の組電池の放電制御システム。
3. 前記第１の所定電圧は、前記二次電池の放電末期状態で電圧低下が早くなる電圧領域において、放電終止電圧以上の値に設定されている、
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の組電池の放電制御システム。
4. 前記制御手段は、少なくともいずれか１つの前記二次電池の電圧が、放電終止電圧よりも低い場合に、すべての前記他の二次電池の電圧の昇圧を停止するように前記昇圧手段を制御し、前記昇圧手段の出力を切り離す、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の組電池の放電制御システム。
5. 二次電池が複数直列に接続された組電池の放電を制御する、組電池の放電制御方法であって、
   前記二次電池の電圧を個別に昇圧可能な昇圧手段を前記各二次電池に配設し、
   前記各二次電池の電圧を監視し、
   一部の前記二次電池の電圧が第１の所定電圧よりも低い場合に、該二次電池以外の他の二次電池の電圧が昇圧されるように前記昇圧手段を制御する、
   ことを特徴とする組電池の放電制御方法。
6. 前記他の二次電池の電圧が、前記一部の二次電池の電圧よりも低い場合に、前記他の二次電池の電圧の昇圧を停止するように前記昇圧手段を制御する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の組電池の放電制御方法。
7. 前記第１の所定電圧を、前記二次電池の放電末期状態で電圧低下が早くなる電圧領域において、放電終止電圧以上の値に設定する、
   ことを特徴とする請求項５または６のいずれか１項に記載の組電池の放電制御方法。
8. 前記少なくともいずれか１つの前記二次電池の電圧が、放電終止電圧よりも低い場合に、すべての前記他の二次電池の電圧の昇圧を停止するように前記昇圧手段を制御し、前記昇圧手段の出力を切り離す、
   ことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の組電池の放電制御方法。

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