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JPWO2012132985A1 - 蓄電システム及び二次電池制御方法 - Google Patents

蓄電システム及び二次電池制御方法 Download PDF

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Abstract

蓄電システムは複数の二次電池パックと上位制御部とを有する。上位制御部は、一部の二次電池パックが放電している状態において、放電していない放電追加二次電池パックを、放電中である放電中二次電池パックと並列に接続して放電を開始する場合、放電追加二次電池パックと放電中二次電池パックの端子間電圧が一致する放電開始タイミングを予測する。そして、上位制御部は、その放電開始タイミングで放電追加二次電池パックに放電を開始させる。

Description

本発明は複数の二次電池を備えた蓄電システム及び二次電池制御方法に関する。
近年、環境問題に対する関心の高まりと共に、ＰＶ（Ｐｈｏｔｏ Ｖｏｌｔａｉｃ）等の再生可能エネルギーを利用して発電された電力を蓄積する蓄電システムが注目されている。この蓄電システムには、鉛蓄電池のように人体や環境に有害な物質を含まないリチウムイオン二次電池を用いることが検討されている。
リチウムイオン二次電池等（以下、単に「二次電池」と総称する）を用いて蓄電システムを構成する場合、該蓄電システムは、所要の出力電圧を得るために複数の二次電池を直列に接続して二次電池パックを形成し、所要の蓄電容量を得るために複数の該二次電池パックを並列に接続する構成が一般的である。
しかしながら、複数の二次電池パック（または二次電池）を並列に接続する構成では、運用中における各二次電池パックの端子間電圧の不均衡により二次電池パック間で電流が流れる横流が発生し、蓄電システムを正常に運用できなくなるおそれがある。二次電池は、生産時期や温度環境等により劣化状態に差異が生じるため、同一種類（規格）の二次電池であっても劣化状態に差異があれば、充放電後の各二次電池の端子間電圧に不均衡が生じ、該不均衡によって二次電池間で横流が発生する。この問題は、並列に接続される二次電池パック（または二次電池）の数が多くなる程より顕著になる。
二次電池パック間や二次電池間の横流が蓄電システムに悪影響を及ぼすことは一般的に知られており、複数の二次電池を並列に接続して使用する機器の多くは新旧の二次電池の混載を禁止している。
しかしながら、実際には、全て新しい二次電池であっても運用中に二次電池間で劣化の進行に差が生じる。また、当初は少量の二次電池を用いて蓄電システムを構成し、その後、二次電池を増設する場合、あるいは中古品の二次電池を用いて蓄電システムを安価に構成する場合等、劣化状態の異なる二次電池の併用が望まれる状況も多い。
このような背景から、蓄電システムにおいて劣化状態の異なる二次電池を安全にかつ自由に利用できるようにして、利用者の不便を軽減する技術が求められている。
そのような技術として、例えば特許文献１には、スイッチを介して並列に接続可能な複数の二次電池パックを備え、二次電池パック毎に設けられた各スイッチを制御することで、放電時における各二次電池パックの端子間電圧の不均衡を解消する構成が記載されている。特許文献１に記載された技術では、各二次電池パックの端子間電圧をそれぞれ測定して端子間電圧が最も高い二次電池パックから放電を開始し、放電により端子間電圧が低下して、それまで放電していなかった他の二次電池パックの端子間電圧とほぼ等しくなったとき、該他の二次電池パックも放電を開始させている。このように制御すると、放電開始時における各二次電池パックの端子間電圧の差を低減できるため、横流の発生を抑制できる。
ところで、例えば放電中の二次電池パックは、該二次電池パックと並列に接続される他の二次電池パックが放電を開始すると、負荷へ供給する電流が低減するために端子間電圧が上昇する。一方、放電していない二次電池パックは、放電を開始することで負荷に電流を供給すると、端子間電圧が低下する。
上記特許文献１に記載された技術では、このような端子間電圧の変化を考慮していないため、二次電池パックが放電を開始したとき、該二次電池パックと並列に接続される、既に放電中の他の二次電池パックとの間で発生する横流が十分に抑制されているとは言い難い。
特開２００９−３３９３６号公報
そこで本発明は、二次電池パック（または二次電池）間の横流をより低減できる蓄電システム及びその二次電池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本発明の蓄電システムは、複数の二次電池パックと、
前記複数の二次電池パックのうち一部の二次電池パックが放電している状態において、放電していない放電追加二次電池パックを、放電中である放電中二次電池パックと並列に接続して放電する場合、前記放電追加二次電池パックと前記放電中二次電池パックの端子間電圧が一致する放電開始タイミングを予測し、該放電開始タイミングで前記放電追加二次電池パックに放電を開始させる上位制御部と、
を有する。
一方、本発明の二次電池パック制御方法は、複数の二次電池パックを制御するための二次電池制御方法であって、
コンピュータが、
前記複数の二次電池パックのうち一部の二次電池パックが放電している状態において、放電していない放電追加二次電池パックを、放電中である放電中二次電池パックと並列に接続して放電する場合、前記放電追加二次電池パックと前記放電中二次電池パックの端子間電圧が一致する放電開始タイミングを予測し、
該放電開始タイミングで前記放電追加二次電池パックに放電を開始させる方法である。
図１は、本発明の二次電池パックの一構成例を示すブロック図である。 図２は、二次電池パックの放電時における端子間電圧の変化の一例を示すグラフである。 図３は、放電追加二次電池パックの充電スイッチをオフにした状態で放電スイッチをオンさせたときに流れる電流の様子を示す図である。 図４は、本発明の蓄電システムの処理手順の一例を示すフローチャートである。 図５は、本発明の蓄電システムの処理手順の他の例を示すフローチャートである。
次に本発明について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の二次電池パックの一構成例を示すブロック図である。
図１に示すように、本発明の蓄電システムは、上位制御部１１と、並列に接続された２つの二次電池パック１２とを有する。二次電池パック１２は、直列に接続された２つの二次電池ブロック１３及び制御ブロック１４を備える。二次電池ブロック１３は、例えば複数の二次電池１５が直列に接続された構成である。制御ブロック１４は、制御部１６、電池検出部１７、電流検出部１８、放電スイッチ１９、充電スイッチ２０及び絶縁通信部２１を備える。
放電スイッチ１９は放電経路をオンオフするスイッチであり、充電スイッチ２０は充電経路をオンオフするスイッチである。放電スイッチ１９及び充電スイッチ２０には、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）が用いられる。放電スイッチ１９及び充電スイッチ２０のオンオフは制御部１６で制御される。
絶縁通信部２１は、制御部１６と上位制御部１１とを、電気的に絶縁しつつ、情報の送受信を可能にするインタフェース回路である。絶縁通信部２１は、制御部１６と上位制御部１１とを電気的に絶縁しつつ通信可能にする構成であればよく、光結合方式、磁気結合方式、容量結合方式等、周知の絶縁素子を用いて構成すればよい。
電池検出部１７は、二次電池ブロック１３が備える各二次電池１５の端子間電圧を測定する。
電流検出部１８は、二次電池パック１２の放電電流及び充電電流を測定し、その測定結果を制御部１６に通知する。
制御部１６は、上位制御部１１の指示にしたがって、電池検出部１７、電流検出部１８、放電スイッチ１９及び充電スイッチ２０の動作を制御する。制御部１６は、例えば二次電池１５を放電させるときは放電スイッチ１９をオンさせ、二次電池１５を充電するときは充電スイッチ２０をオンさせる。また、制御部１６は、上位制御部１１の指示にしたがって、電池検出部１７で測定された各二次電池１５の端子間電圧を上位制御部１１へ通知し、電流検出部１８で測定された放電電流または充電電流を上位制御部１１へ通知する。電池検出部１７、電流検出部１８及び制御部１６は、例えばこれらの機能を備える周知の二次電池の監視（保護）用ＩＣ（Integrated Circuit）で実現できる。
上位制御部１１は、二次電池パック１２が備える制御部１６と通信することで本実施形態の蓄電システム全体の動作を制御する。上位制御部１１は、
例えばＣＰＵ、メモリ、各種の論理回路等を備えた、周知の情報処理装置（コンピュータあるいは情報処理用のＩＣ）で実現できる。その場合、上位制御部１１は、不図示の記録媒体に記録されたプログラムにしたがって処理を実行することで、後述する本発明の蓄電システムとしての動作を実現する。記録媒体は、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等、周知のどのようなものでもよい。
図１では、蓄電システムが２つの二次電池パック１２を備え、各二次電池パック１２が２つの二次電池ブロック１３を備える構成例を示しているが、蓄電システムは３つ以上の二次電池パック１２を備えていてもよく、二次電池パック１２は１つまたは３つ以上の二次電池ブロック１３を備えていてもよい。
このような構成において、上位制御部１１は、蓄電システムの放電時、２つの二次電池パック１２のうち、残容量が大きい二次電池パック１２、すなわち端子間電圧（開放電圧）が高い一方の二次電池パック１２に放電を先に開始させ、その後、他方の二次電池パック１２に放電を開始させる。二次電池パック１２の端子間電圧は、電池検出部１７で測定された二次電池１５毎あるいは二次電池ブロック１３毎の端子間電圧を上位制御部１１により合計することで求めてもよく、二次電池パック１２の端子（ＯＵＴ（＋）、ＯＵＴ（−））間に接続される周知の電圧測定手段（不図示）を用いて測定してもよい。
二次電池パック１２は、放電を開始すると、残容量が徐々に低下し、それに伴って端子間電圧も低下する。先に放電を開始した一方の二次電池パック１２の端子間電圧が低下し、放電していない他方の二次電池パック１２の端子間電圧（開放電圧）近傍に到達すると、上位制御部１１は、該他方の二次電池パック１２に放電を開始させる。二次電池パック１２が３つ以上ある場合も、上位制御部１１は、残容量の大きい二次電池パック１２から順に放電を開始させる。
ここで、本実施形態の蓄電システムでは、放電させていない他方の二次電池パック（以下、放電追加二次電池パックと称す）１２を、放電中である一方の二次電池パック（以下、放電中二次電池パックと称す）１２と並列に接続して放電を開始させる場合、上位制御部１１により放電追加二次電池パックと放電中二次電池パックの端子間電圧が一致する放電開始タイミングを算出する。
上述したように、放電中二次電池パックに加えて放電追加二次電池パックに放電を開始させると、負荷に対する電流の供給経路が増えるため、放電中二次電池パックでは負荷に供給する電流が低減して端子間電圧が上昇する。一方、放電追加二次電池パックでは、負荷に電流を供給することで端子間電圧が開放電圧よりも低下する。この放電中二次電池パックの上昇後の端子間電圧と、放電追加二次電池パックの放電開始後の端子間電圧とが一致するときを、放電追加二次電池パックの放電開始タイミングとする。
放電開始タイミングは、放電中二次電池パックのインピーダンスと放電追加二次電池パックのインピーダンスとに基づいて算出する。具体的には、放電中二次電池パックのインピーダンスが、放電追加二次電池パックのインピーダンスと一致するときを放電開始タイミングとする。
上位制御部１１は、電池検出部１７により連続して測定した放電中二次電池パックの端子間電圧と電流検出部１８により連続して測定した放電電流とを用いて放電中二次電池パックのインピーダンスを算出し、その値を記録する。また、上位制御部１１は、記録した放電中二次電池パックのインピーダンス履歴に基づいて、それ以降のインピーダンスの変化を予測する。なお、「連続して測定する」とは、上位制御部１１が所定の処理周期毎に端子間電圧や放電電流を取得して放電中二次電池パックのインピーダンスを算出し、それら時系列に得られたインピーダンスの値をそれぞれ記録することを指す。
さらに、上位制御部１１は、予測した放電中二次電池パックのインピーダンスの変化と、予め測定された放電追加二次電池パックのインピーダンスとに基づいて適切な放電開始タイミングを算出する。二次電池パック１２のインピーダンスの測定方法としては、周知の交流インピーダンス測定法や直流インピーダンス測定法がある。
なお、電池検出部１７及び電流検出部１８の測定値から算出するインピーダンスは、二次電池パック１２が備える各二次電池１５の内部インピーダンスに等しい。二次電池パック１２のインピーダンスには、これら二次電池１５の内部インピーダンスだけでなく、配線やスイッチ等によるインピーダンス（外部インピーダンス）も含まれる。そのため、上位制御部１１は、各二次電池パック１２の外部インピーダンスの値を予め測定して保存しておく。放電中二次電池パックのインピーダンス算出時、上位制御部１１は、現時点の端子間電圧及び放電電流の値から二次電池１５毎の内部インピーダンスを算出し、外部インピーンダンスと二次電池１５毎の内部インピーダンスの合計値を放電中二次電池パックのインピーダンスとして用いればよい。
次に二次電池パック１２の外部インピーダンス及び内部インピーダンスの算出方法について図面を用いて説明する。
図２は、二次電池パックの放電時における端子間電圧の変化の一例を示すグラフである。
外部インピーダンスは、例えば二次電池パック１２が放電を開始したとき、予め設定した所定時間（短時間）内で降下した電圧値を電流値で除算することで算出する。二次電池パック１２の放電が開始され、二次電池パック１２から外部の負荷へ電流が流れると、外部インピーダンスによって端子間電圧が急激に降下する。この降下した電圧値とそのときに流れる電流値とから二次電池パック１２の外部インピーダンスを算出できる。上記所定時間は、外部インピーダンスに起因する電圧降下が十分に現れ、かつできるだけ短い時間に設定することが望ましい。ここでは、所定時間を１秒に設定する。図２に示す時刻Ａは二次電池パック１２が開放状態から放電状態へ移行した時刻であり、時刻Ｂは、上記外部インピーダンスの測定に用いる、時刻Ａから１秒後である。
上位制御部１１は、図２に示す時刻Ａで測定された二次電池パック１２の端子間電圧と時点Ｂで測定された二次電池パック１２の端子間電圧の差を求め、該差の電圧値を電流検出部１８で測定された電流値で除算することで外部インピーダンスを算出する。上位制御部１１は、例えば二次電池パック１２が開放状態から放電状態へ移行する毎に、該二次電池パック１２の外部インピーダンスを算出して更新すればよい。
また、上位制御部１１は、放電中二次電池パックの電池検出部１７を用いて測定した端子間電圧値と、電流検出部１８を用いて測定した電流値とから、放電中二次電池パックが備える各二次電池１５の内部インピーダンスをそれぞれ求め、該放電中二次電池パックの内部インピーダンスを算出する。
二次電池１５の内部インピーダンスは、基本的に二次電池パック１２が放電している状態において、各二次電池ブロック１３が備える電池検出部１７で測定された二次電池１５毎の端子間電圧値を、電流検出部１８で測定された電流値で除算することで算出できる。二次電池パック１２の内部インピーダンスは各二次電池１５の内部インピーダンスを合計すればよい。
二次電池パック１２のインピーダンスの変化を予測するには、時系列に得られる複数のインピーダンスの測定値が必要であり、該時系列に得られる各インピーダンスの測定誤差やバラツキを低減することが好ましい。測定誤差やバラツキを低減しつつ内部インピーダンスを求める方法としては、例えば周知の移動平均法がある。
上位制御部１１は、二次電池パック１２の端子間電圧及び電流値を所定の周期毎に測定し、例えば予め設定した一定期間毎に測定値の平均値を算出することで、時系列な複数の内部インピーダンスの値を取得する。
この移動平均法を用いた二次電池パック１２の内部インピーダンスの算出例について図２を用いて説明する。
上位制御部１１は、ある測定時刻（例えば、図２に示す時刻Ｃ）で測定された放電中二次電池パックの端子間電圧を該測定時刻で測定された放電電流で除算する。このとき得られた内部インピーダンスの名称をＤ（０）インピーダンスとし、その値をｄ（０）オームとする。
同様に、上位制御部１１は、図２に示す時刻Ｄから時刻Ｅまで（９秒間）１秒毎に放電中二次電池パックの内部インピーダンスを測定する。このとき得られた内部インピーダンスの名称をＤ（１）〜Ｄ（９）インピーダンスとし、その値をｄ（１）〜ｄ（９）オームとする。上位制御部１１は、時刻Ｅにおける放電中二次電池パックの内部インピーダンスとして、例えばＤ（０）〜Ｄ（９）インピーダンスの平均値を用いる。
時刻Ｅからさらに１秒経過すると（時刻Ｆ：不図示）、上位制御部１１は、該時刻Ｆで測定された内部インピーダンス（Ｄ（１０）インピーダンス）とＤ（１）〜Ｄ（９）インピーダンスの平均値を、時刻Ｆにおける放電中二次電池パックの内部インピーダンスとして用いる。
同様に、上位制御部１１は、所定の周期（上記例では１秒）毎に算出した内部インピーダンスのうち、直近の一定数（上記例では１０個）の内部インピーダンスの値を平均することで、測定時刻毎の内部インピーダンスをそれぞれ算出する。
放電中二次電池パックの内部インピーダンスの算出方法は、上述した移動平均法に限定されるものではなく、例えばＤ（１）インピーダンスやＤ（９）インピーダンス等、測定時刻毎に得られる測定値をそのまま用いてもよい。
上位制御部１１は、測定時刻毎の放電中二次電池パックの内部インピーダンスに予め測定した外部インピーダンスを加算し、放電中二次電池パックのインピーダンス履歴として記録する。
上位制御部１１は、放電中二次電池パックのインピーダンス履歴に基づき、以降のインピーダンスの変化を予測し、その予測結果を用いて放電開始タイミングを算出する。その後、予測した放電開始タイミングで放電追加二次電池パックに放電を開始させる。
なお、上位制御部１１は、例えば放電開始タイミングまでの時間（放電待機時間）を算出し、その放電待機時間が経過した時点で放電開始タイミングになったと判定してもよい。また、上位制御部１１は、例えば放電開始タイミングまでに放電中二次電池パックから放電される電力量を算出し、放電中二次電池パックからその電力量が放電された時点で放電開始タイミングになったと判定してもよい。
また、本実施形態の蓄電システムでは、放電追加二次電池パックの放電開始時、上位制御部１１は、該放電追加二次電池パックの充電スイッチ２０をオフにした状態で放電スイッチ１９をオンさせる。
図３は、放電追加二次電池パックの充電スイッチ２０をオフのまま放電スイッチ１９をオンさせたときに流れる電流の様子を示している。
上述したように、本実施形態の蓄電システムでは、放電追加二次電池パックが放電を開始するまで、該放電追加二次電池パックの端子間電圧は放電中二次電池パックの端子間電圧よりも低い。放電追加二次電池パックの放電開始時、充電スイッチ２０をオフにした状態で放電スイッチ１９をオンさせると、放電追加二次電池パックから負荷へ流れた放電電流は、充電スイッチ２０として用いるＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを介して該放電追加二次電池パックの二次電池ブロック１３の負端子へ帰還する。この場合、放電追加二次電池パックの端子間電圧と放電中二次電池パックの端子間電圧とに、該ボディダイオードの順方向電圧よりも大きい電位差がないと、放電中二次電池パックから放電追加二次電池パックへ電流が流れる横流が発生しない。すなわち、充電スイッチ２０のボディダイオードによって、放電追加二次電池パックと放電中二次電池パック間の横流の発生を抑制できる。放電追加二次電池パックの充電スイッチ２０は、例えば端子間電圧が安定した後にオンさせればよい。
なお、上記説明では、二次電池パック１２の放電時における動作例を示したが、同様の動作は二次電池パック１２の充電時にも適用できる。
二次電池パック１２は、充電を開始すると、電力の蓄積と共に端子間電圧が徐々に上昇する。上位制御部１１は、蓄電システムの充電時、２つの二次電池パック１２のうち、残容量が少ない二次電池パック１２、すなわち端子間電圧（開放電圧）が低い一方の二次電池パック１２の充電を先に開始する。そして、先に充電を開始した一方の二次電池パック１２の端子間電圧が上昇し、充電していない他方の二次電池パック１２の端子間電圧（開放電圧）近傍に到達すると、上位制御部１１は、該他方の二次電池パック１２の充電を開始する。二次電池パック１２が３つ以上ある場合も、上位制御部１１は、残容量の少ない二次電池パック１２から順に放電を開始する。
ここで、本実施形態の蓄電システムでは、充電させていない他方の二次電池パック（以下、充電追加二次電池パックと称す）を、充電中である一方の二次電池パック（以下、充電中二次電池パックと称す）と並列に接続して充電を開始させる場合、上位制御部１１により充電追加二次電池パックと充電中二次電池パックの端子間電圧が一致する充電開始タイミングを算出する。
充電開始タイミングは、充電中二次電池パックのインピーダンスと充電追加二次電池パックのインピーダンスとに基づいて算出する。具体的には、充電中二次電池パックのインピーダンスが、充電追加二次電池パックのインピーダンスと一致するときを充電開始タイミングとする。
上位制御部１１は、充電中二次電池パックのインピーダンス履歴を作成し、該インピーダンス履歴から以降のインピーダンスの変化を予測し、その予測結果を用いて充電開始タイミングを算出する。その後、予測した充電開始タイミングで充電追加二次電池パックに充電を開始させる。
さらに、上位制御部１１は、充電追加二次電池パックに対する充電開始時、充電追加二次電池パックの放電スイッチ１９をオフにした状態で充電スイッチ２０をオンさせる。
本実施形態の蓄電システムによれば、二次電池パック１２の放電時、放電追加二次電池パックと放電中二次電池パックの端子間電圧が一致する放電開始タイミングを予測し、該放電開始タイミングで放電追加二次電池パックに放電を開始させることで、放電追加二次電池パックの放電開始時における、放電追加二次電池パックの端子間電圧と放電中二次電池パックの端子間電圧とをより近い値にできる。すなわち、放電開始時における各二次電池パック１２の端子間電圧の差を背景技術よりも低減できるため、二次電池パック１２間で発生する横流をより低減できる。
同様に、二次電池パック１２の充電時、充電追加二次電池パックと充電中二次電池パックの端子間電圧が一致する充電開始タイミングを予測し、該充電開始タイミングで充電追加二次電池パックに充電を開始させることで、充電追加二次電池パックの充電開始時における、充電追加二次電池パックの端子間電圧と充電中二次電池パックの端子間電圧とをより近い値にできる。すなわち、充電開始時における各二次電池パック１２の端子間電圧の差を背景技術よりも低減できるため、二次電池パック１２間で発生する横流をより低減できる。
図４は、本発明の蓄電システムの処理手順の一例を示すフローチャートである。図４は、蓄電システムが複数の二次電池パック１２を備えており、それら複数の二次電池パック１２を放電させる場合の処理手順の一例を示している。図４に示す処理は、図１に示した上位制御部１１によって実行される。
図４に示すように、上位制御部１１は、各二次電池パック１２に所要の初期設定を実施した後（ステップ１０１）、二次電池パック１２毎のインピーダンスの値を測定して保存する（ステップ１０２）。インピーダンスは、周知の交流インピーダンス測定法や直流インピーダンス測定法を用いて測定すればよい。前回の放電終了時や充電終了時に二次電池パック１２毎のインピーダンスを測定している場合、その値を用いてもよい。
次に、上位制御部１１は、各二次電池パック１２の端子間電圧を測定する（ステップ１０３）。ここでは、充電及び放電していないときの各二次電池パック１２の端子間電圧（開放電圧）を測定する。
次に、上位制御部１１は、ステップ１０３で測定した二次電池パック１２毎の端子間電圧（開放電圧）の値に基づき、端子間電圧が最も高い二次電池パック１２、並びに該二次電池パック１２と端子間電圧が近い二次電池パック１２を抽出する（ステップ１０４）。
続いて、上位制御部１１は、端子間電圧が最も高い二次電池パック１２に放電を開始させる（ステップ１０５）。端子間電圧が最も高い二次電池パック１２が複数の場合、すなわち端子間電圧が最も高い二次電池パック１２と端子間電圧が近い二次電池パック１２が在る場合、上位制御部１１は、それらの二次電池パック１２も同時に放電を開始させる。
次に、上位制御部１１は、放電を開始させた二次電池パック１２の放電電流を測定する（ステップ１０６）。
次に、上位制御部１１は、放電していない二次電池パック１２の端子間電圧を再び測定し（ステップ１０７）、それらの中から同時に放電を開始できる二次電池パック１２を抽出する（ステップ１０８）。このときに抽出する二次電池パック１２も、端子間電圧（開放電圧）が近い二次電池パック１２である。
続いて、上位制御部１１は、ステップ１０７で測定した各二次電池パック１２の端子間電圧と、ステップ１０８で抽出した、同時に放電を開始できる二次電池パック１２の組み合わせとに基づき、放電していない二次電池パック１２の中で端子間電圧が最も高い、次に放電を開始する次放電候補の二次電池パック１２を決定する（ステップ１０９）。ここで決定する次放電候補の二次電池パック１２は１つの場合と複数の場合とがある。
次に、上位制御部１１は、現在放電中の二次電池パック１２（放電中二次電池パック）が所要数以上であるか否かを判定する（ステップ１１０）。放電中二次電池パックが所要数以上であるか否かは、放電中二次電池パックの放電電流が蓄電システムに接続された各種負荷の所要電流値よりも多いか否かで判定すればよい。放電中二次電池パックが無い場合、上位制御部１１は、放電中二次電池パックが所要数を満たさないと判定すればよい。
放電中二次電池パックが所要数以上である場合、上位制御部１１は後述するステップ１２０の処理へ移行する。
放電中二次電池パックが所要数よりも少ない場合、上位制御部１１は、ステップ１０９で決定した次放電候補の二次電池パック１２（放電追加二次電池パック）に放電を開始させるため、まず該放電追加二次電池パックが放電を開始したときの分流数または分流比率を計算する（ステップ１１１）。分流数は放電追加二次電池パックの放電開始後に負荷に電流を供給する二次電池パック１２の総数であり、分流比率は分流数の逆数である。例えば１つの二次電池パック１２が放電する場合、分流数及び分流比率はそれぞれ１であり、２つの二次電池パック１２が放電する場合、分流数は２であり、分流比率は１／２である。
続いて、上位制御部１１は、放電追加二次電池パックの残容量を検出する（ステップ１１２）。残容量は、放電追加二次電池パックの端子間電圧（開放電圧）から推定してもよく、前回の放電終了時にメモリ（不図示）に保存した二次電池パック１２毎の残容量の値を読み出してもよい。一般に、二次電池の残容量は、その満充電容量（最大充電容量：実力容量）を１００％としたときの相対残容量（％）として評価されることが多く、該相対残容量は端子間電圧（開放電圧）にほぼ比例することが知られている。そのため、端子間電圧（開放電圧）を測定すれば、予め作成したテーブル等を参照することで二次電池パック１２毎の残容量を求めることができる。
次に、上位制御部１１は、放電中二次電池パックのインピーダンスをそれぞれ算出する（ステップ１１３）。
続いて、上位制御部１１は、ステップ１１３で算出した放電中二次電池パックのインピーダンスの値に基づいて、放電中二次電池パック毎の開放電圧を算出し、その開放電圧に対応する放電中二次電池パック毎の残容量を求める（ステップ１１４）。
次に、上位制御部１１は、放電追加二次電池パックの放電開始タイミングまでの時間（放電待機時間）を算出する（ステップ１１５）。放電待機時間の算出時、上位制御部１１は、まず放電中二次電池パックの予想されるインピーダンスの推移を、時間を変数とする関数で表現する。図２に示したグラフから分かるように、放電中二次電池パックの端子間電圧は、およそ直線的に下降する。この特性は放電による二次電池パック１２の内部インピーダンスの変化に依存する。外部インピーダンスは基本的に一定であるため、放電時における時間軸方向の二次電池パック１２のインピーダンスの変化は直線で近似することが可能であり、一次関数で表すことができる。
そこで、上位制御部１１は、放電中二次電池パックのインピーダンスを、時間を変数とする一次関数で近似する。また、得られた関数を用いて放電中二次電池パックのインピーダンスが放電開始インピーダンスとなるまでの時間（上記放電待機時間）を算出する。放電開始インピーダンスとは、放電追加二次電池パックが放電を開始しても横流が発生しない放電中二次電池パックのインピーダンスである。すなわち、放電開始インピーダンスとは、放電追加二次電池パックのインピーダンスに等しい。ここで、放電中二次電池パックが放電開始インピーダンスとなり、かつ放電追加二次電池パックが未だ放電を開始していないとき、該放電中二次電池パックの端子間電圧を放電開始電圧と称す。
上位制御部１１は、上記放電待機時間から放電開始タイミングを決定し（ステップ１１６）、その放電開始タイミングよりも予め設定した所定時間前で、放電中二次電池パックの端子間電圧を測定し（ステップ１１７）、測定した端子間電圧が所定の設定値（上記放電開始電圧）以下であるか否かを判定する（ステップ１１８）。
放電中二次電池パックの端子間電圧が設定値以下でない場合、上位制御部１１は、ステップ１１７及び１１８の処理を繰り返す。
放電中二次電池パックの端子間電圧が設定値以下の場合、上位制御部１１は放電追加二次電池パックに放電を開始させる（ステップ１１９）。
図４では、放電開始タイミングまでの時間（放電待機時間）を算出し、さらに放電開始タイミングに近づいた時点で放電中二次電池パックの端子間電圧を測定して放電追加二次電池パックに放電を開始させるか否かを判定する処理例を示している。このように放電待機時間を用いると、放電開始タイミングに近づくまでは煩雑な電圧測定や演算処理等が不要であり、時間を測定するだけで済む。そのため、上位制御部１１の処理負荷を軽減できる。一方、放電開始タイミングに近づいたときは、放電中二次電池パックの端子間電圧を実際に測定することで、放電追加二次電池パックの放電開始時における、該放電追加二次電池パックの端子間電圧と放電中二次電池パックの端子間電圧とを精度よく一致させることができる。そのため、放電追加二次電池パックの放電開始時における二次電池パック１２間の横流の発生を抑制できる。
次に、上位制御部１１は、新たに放電を開始した二次電池パック１２を含む各放電中二次電池パックの端子間電圧を測定し（ステップ１２０）、さらに各放電中二次電池パックの放電電流を測定する（ステップ１２１）。
次に、上位制御部１１は、放電中二次電池パックの放電電流の合計がゼロ以下であるか否かを判定する（ステップ１２２）。放電電流の合計がゼロ以下でない場合、蓄電システムは放電中であるため、上位制御部１１はステップ１０８からの処理を繰り返す。
放電電流の合計がゼロ以下の場合、蓄電システムは放電を停止しているため、上位制御部１１は、各二次電池パック１２の端子間電圧（開放電圧）をそれぞれ測定し（ステップ１２３）、該開放電圧から二次電池パック１２毎の残容量をそれぞれ求める（ステップ１２４）。このとき、上位制御部１１は、二次電池パック１２毎のインピーダンスを測定してもよい。
続いて、上位制御部１１は、ステップ１２４で求めた二次電池パック１２毎の残容量をメモリ（不図示）に保存し（ステップ１２５）、ステップ１０２からの処理を繰り返す。
図５は、本発明の蓄電システムの処理手順の他の例を示すフローチャートである。図５は、蓄電システムが複数の二次電池パック１２を備えており、それら複数の二次電池パック１２を充電させる場合の処理手順の一例を示している。図５に示す処理も、図１に示した上位制御部１１によって実行される。
図５に示すように、上位制御部１１は、各二次電池パック１２に所要の初期設定を実施した後（ステップ２０１）、二次電池パック１２毎のインピーダンスの値を測定して保存する（ステップ２０２）。
次に、上位制御部１１は、各二次電池パック１２の端子間電圧を測定する（ステップ２０３）。ここでは、充電及び放電していないときの各二次電池パック１２の端子間電圧（開放電圧）を測定する。図５に示すステップ２０１〜２０３の処理は、図４に示したステップ１０１〜１０３と共通の処理としてもよい。
次に、上位制御部１１は、ステップ２０３で測定した二次電池パック１２毎の端子間電圧（開放電圧）の値に基づき、端子間電圧が最も低い二次電池パック１２、並びに該二次電池パック１２と端子間電圧が近い二次電池パック１２を抽出する（ステップ２０４）。
続いて、上位制御部１１は、端子間電圧が最も低い二次電池パック１２の充電を開始させる（ステップ２０５）。端子間電圧が最も低い二次電池パック１２が複数の場合、すなわち端子間電圧が最も低い二次電池パック１２と端子間電圧が近い二次電池パック１２が在る場合、上位制御部１１は、それらの二次電池パック１２も同時に充電を開始させる。
次に、上位制御部１１は、充電を開始させた二次電池パック１２の充電電流を計測する（ステップ２０６）。
次に、上位制御部１１は、充電していない二次電池パック１２の端子間電圧を再び測定し（ステップ２０７）、それらの中から同時に充電を開始できる二次電池パック１２を抽出する（ステップ２０８）。このときに抽出する二次電池パック１２も、端子間電圧（開放電圧）が近い二次電池パック１２である。
続いて、上位制御部１１は、ステップ２０７で測定した各二次電池パック１２の端子間電圧と、ステップ２０８で抽出した、同時に充電を開始できる二次電池パック１２の組み合わせとに基づき、充電していない二次電池パック１２の中で端子間電圧が最も低い、次に充電を開始する次充電候補の二次電池パック１２を決定する（ステップ２０９）。ここで決定する次充電候補の二次電池パック１２は１つの場合と複数の場合とがある。
次に、上位制御部１１は、現在充電中の二次電池パック１２（充電中二次電池パック）が所要数以上であるか否かを判定する（ステップ２１０）。充電中二次電池パックが所要数以上であるか否かは、例えばＰＶ等で発電され、負荷等で利用されない余剰電力よりも、充電中二次電池パックの充電に必要な電力が多いか否かで判定すればよい。充電中二次電池パックが無い場合、上位制御部１１は、充電中二次電池パックが所要数を満たさないと判定すればよい。
充電中二次電池パック１２が所要数以上である場合、上位制御部１１は後述するステップ２２０の処理へ移行する。
充電中二次電池パック１２が所要数よりも少ない場合、上位制御部１１は、ステップ２０９で決定した次充電候補の二次電池パック１２（充電追加二次電池パック）の蓄電量（残容量）を検出する（ステップ２１２）。残容量は、充電追加二次電池パックの端子間電圧（開放電圧）から推定してもよく、前回の放電終了時や充電終了時に測定して保存した二次電池パック１２毎の残容量の値を読み出してもよい。
次に、上位制御部１１は、充電中二次電池パックのインピーダンスをそれぞれ算出する（ステップ２１３）。
続いて、上位制御部１１は、ステップ２１３で算出した充電中二次電池パックのインピーダンスの値に基づいて、充電中二次電池パック毎の開放電圧を算出し、その開放電圧に対応する充電中二次電池パック毎の残容量を求める（ステップ２１４）。
次に、上位制御部１１は、充電追加二次電池パックの充電開始タイミングまでの時間（充電待機時間）を算出する（ステップ２１５）。充電待機時間の算出時、上位制御部１１は、まず充電中二次電池パックの予想されるインピーダンスの推移を、時間を変数とする関数で表現する。充電中二次電池パックのインピーダンスは、例えば上記放電中二次電池パックのインピーダンスと同様に時間を変数とする一次関数で近似すればよい。上位制御部１１は、得られた関数を用いて充電中二次電池パックのインピーダンスが充電開始インピーダンスとなるまでの時間（上記充電待機時間）を算出する。充電開始インピーダンスとは、充電追加二次電池パックの充電を開始しても横流が発生しない充電中二次電池パックのインピーダンスである。すなわち、充電開始インピーダンスとは、充電追加二次電池パックのインピーダンスに等しい。ここで、充電中二次電池パックが充電開始インピーダンスとなり、かつ充電追加二次電池パックが未だ充電を開始していないとき、該充電中二次電池パックの端子間電圧を充電開始電圧と称す。
上位制御部１１は、上記充電待機時間から充電開始タイミングを決定し（ステップ２１６）、その充電開始タイミングよりも予め設定した所定時間前で、充電中二次電池パックの端子間電圧を測定し（ステップ２１７）、測定した端子間電圧が所定の設定値（上記充電開始電圧）以下であるか否かを判定する（ステップ２１８）。
充電中二次電池パックの端子間電圧が設定値以下でない場合、上位制御部１１は、ステップ２１７及び２１８の処理を繰り返す。
充電中二次電池パックの端子間電圧が設定値以下の場合、上位制御部１１は充電追加二次電池パックの充電を開始する（ステップ２１９）。
図５では、充電開始タイミングまでの時間（充電待機時間）を算出し、さらに充電開始タイミングに近づいた時点で充電中二次電池パックの端子間電圧を測定して充電追加二次電池パックの充電を開始するか否かを判定する処理例を示している。このように充電待機時間を用いると、充電開始タイミングに近づくまでは煩雑な電圧測定や演算処理等が不要であり、時間を測定するだけで済む。そのため、上位制御部１１の処理負荷を軽減できる。一方、充電開始タイミングに近づいたときは、充電中二次電池パックの端子間電圧を実際に測定することで、充電追加二次電池パックの充電開始時における、該充電追加二次電池パックの端子間電圧と充電中二次電池パックの端子間電圧とを精度よく一致させることができる。そのため、充電追加二次電池パックの充電開始時における二次電池パック１２間の横流の発生を抑制できる。
次に、上位制御部１１は、新たに充電を開始した二次電池パック１２を含む各充電中二次電池パックの端子間電圧を測定し（ステップ２２０）、さらに各充電中二次電池パックの充電電流を測定する（ステップ２２１）。
次に、上位制御部１１は、充電中二次電池パックの充電電流の合計がゼロ以下であるか否かを判定する（ステップ２２２）。充電電流の合計がゼロ以下でない場合、蓄電システムは充電中であるため、上位制御部１１はステップ２０８からの処理を繰り返す。
充電電流の合計がゼロ以下の場合、蓄電システムは充電を停止しているため、上位制御部１１は、各充電中二次電池パックの端子間電圧（開放電圧）をそれぞれ測定し（ステップ２２３）、該開放電圧から充電を停止した二次電池パック１２毎の蓄電量（残容量）をそれぞれ求める（ステップ２２４）。このとき、上位制御部１１は、二次電池パック１２毎のインピーダンスを測定してもよい。
続いて、上位制御部１１は、ステップ２２４で求めた二次電池パック１２毎の残容量をメモリ（不図示）に保存し（ステップ２２５）、ステップ２０２からの処理を繰り返す。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。
この出願は、２０１１年３月２５日に出願された特願２０１１−０６８２１２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (10)

  1. 複数の二次電池パックと、
    前記複数の二次電池パックのうち一部の二次電池パックが放電している状態において、放電していない放電追加二次電池パックを、放電中である放電中二次電池パックと並列に接続して放電する場合、前記放電追加二次電池パックと前記放電中二次電池パックの端子間電圧が一致する放電開始タイミングを予測し、該放電開始タイミングで前記放電追加二次電池パックに放電を開始させる上位制御部と、
    を有する蓄電システム。
  2. 前記二次電池パックは、
    該二次電池パックの端子間電圧を測定する電池検出部と、
    前記二次電池パックの放電電流及び充電電流を測定する電流検出部と、
    をさらに有し、
    前記上位制御部は、
    前記電池検出部で測定される前記放電中二次電池パックの端子間電圧の変化と前記電流検出部で測定される放電電流とに基づいて該放電中二次電池パックのインピーダンスの変化を予測し、該放電中二次電池パックのインピーダンスが予め測定された前記放電追加二次電池パックのインピーダンスと一致するときを前記放電開始タイミングとする請求項１記載の蓄電システム。
  3. 前記上位制御部は、
    前記二次電池パックが備える、二次電池の内部インピーダンスを除く、外部インピーダンスの値を予め保持しており、前記放電中二次電池パックの放電中の端子間電圧に基づいて、該放電中二次電池パックの二次電池の内部インピーダンスを算出し、前記外部インピーダンスと前記内部インピーダンスの和を前記二次電池パックの前記インピーダンスとする請求項２記載の蓄電システム。
  4. 前記上位制御部は、
    前記放電開始タイミングまでの時間である放電待機時間または前記放電開始タイミングまでに放電する電力量を算出し、該放電待機時間が経過したとき、または該電力量が放電されたとき、前記放電開始タイミングであると判定する請求項１から３のいずれか１項記載の蓄電システム。
  5. 前記上位制御部は、
    前記放電開始タイミングまでの時間である放電待機時間と、該放電開始タイミングにおける前記放電中二次電池パックの端子間電圧である放電開始電圧とを算出し、前記放電待機時間に対して予め設定した所定時間前に、前記放電中二次電池パックの端子間電圧が該放電開始電圧になったか否か判定し、該放電中二次電池パックの端子間電圧が該放電開始電圧になったとき、前記放電追加二次電池パックに放電を開始させる請求項１から３のいずれか１項記載の蓄電システム。
  6. 前記二次電池パックの放電をオンオフする放電スイッチと、
    該二次電池パックの充電をオンオフする充電スイッチと、
    をさらに有し、
    前記上位制御部は、
    前記放電追加二次電池パックの放電を開始するとき、前記充電スイッチをオフにした状態で前記放電スイッチをオンさせる請求項１から５のいずれか１項記載の蓄電システム。
  7. 前記上位制御部は、
    前記複数の二次電池パックのうち一部の二次電池パックを充電している状態において、充電していない充電追加二次電池パックを、充電中である充電中二次電池パックと並列に接続して充電を開始する場合、前記充電追加二次電池パックと前記充電中二次電池パックの端子間電圧が一致する充電開始タイミングを予測し、該充電開始タイミングで前記充電追加二次電池パックの充電を開始させる請求項１から６のいずれか１項記載の蓄電システム。
  8. 前記上位制御部は、
    前記電池検出部で測定される前記充電中二次電池パックの端子間電圧の変化と前記電流検出部で測定される充電電流とに基づいて該充電中二次電池パックのインピーダンスの変化を予測し、該充電中二次電池パックのインピーダンスが予め測定された前記充電追加二次電池パックのインピーダンスと一致するときを前記充電開始タイミングとする請求項７記載の蓄電システム。
  9. 前記二次電池パックの放電をオンオフする放電スイッチと、
    該二次電池パックの充電をオンオフする充電スイッチと、
    をさらに有し、
    前記上位制御部は、
    前記充電追加二次電池パックの充電を開始させるとき、前記放電スイッチをオフにした状態で前記充電スイッチをオンさせる請求項７または８記載の蓄電システム。
  10. 複数の二次電池パックを制御するための二次電池制御方法であって、
    コンピュータが、
    前記複数の二次電池パックのうち一部の二次電池パックが放電している状態において、放電していない放電追加二次電池パックを、放電中である放電中二次電池パックと並列に接続して放電する場合、前記放電追加二次電池パックと前記放電中二次電池パックの端子間電圧が一致する放電開始タイミングを予測し、
    該放電開始タイミングで前記放電追加二次電池パッに放電を開始させる二次電池制御方法。
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