JP2013094033A - 蓄電装置及び電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】組電池を構成する電池間の電池特性のばらつきを解消或いは低減するためのバランシング処理を効率良く行える蓄電装置を提供する。
【解決手段】蓄電装置３０は、充放電可能な電池３３が複数接続されてなる組電池３１と、組電池３１を構成する各電池３３を放電させる放電部３３２と、放電部３３２の制御を行う制御部３２と、を備える。制御部３２は、放電部３３２を制御して、組電池３１を構成する複数の電池３３間における電池特性のばらつきを所定の範囲内とするバランシング処理を実行させ、前記バランシング処理は、時間間隔を空けて複数回に分割して実行される。
【選択図】図６Ａ

Description

本発明は、複数の二次電池（充放電可能な電池）が接続されてなる組電池を有する蓄電装置、及び、そのような蓄電装置を備える電力供給システムに関する。

従来、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池を使った蓄電装置が知られている。このような蓄電装置は、例えば、太陽光発電や風力発電等の自然エネルギー発電の出力変動を抑制する目的で使用されたり、例えばＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）の電力供給源として使用されたりする。このような目的で使用される蓄電装置は、一般に高電圧が要求されるため、複数の二次電池が直列接続された組電池を含む構成になっている。

ところで、組電池においては、例えば電池の製造ばらつき等が原因になって、電池間の特性がばらつくことがある。ここでいう電池の特性としては、例えばＳＯＣ（State Of Charge）、初期容量、劣化後容量、内部抵抗等が挙げられる。なお、ＳＯＣは、満充電容量に対する放電可能容量（残存容量）の比を百分率で表したパラメータである。

図１０は、組電池を構成する電池間に特性ばらつきがある場合の問題点を説明するためのグラフである。なお、図１０において、横軸は組電池の充放電が行われる際の経過時間、縦軸はＳＯＣ（電池の特性の一例）を示す。また、図１０では、組電池が５つの電池からなり、これら５つの電池の特性（ＳＯＣ）がばらついている状態が想定されている。

充電時においては、組電池を構成する電池のいずれかが満充電になると、過充電による電池の損傷が生じないように、それ以上充電は行われない。このために、組電池を構成する電池間の特性にばらつきがある場合、図１０に示すように、充電が不十分な電池が生じる。一方、放電時においては、組電池を構成する電池のいずれかが残存容量が０％になると、過放電が起きないように、それ以上放電は行われない。このために、組電池を構成する電池間の特性にばらつきがある場合、図１０に示すように、放電を十分に行えない電池が生じる。すなわち、組電池を構成する電池間の特性にばらつきがある場合、組電池で充放電可能な実効容量が低下してしまう。

このような組電池の実効容量の低下を解消するための手段として、各電池間の電圧やＳＯＣのずれを解消或いは低減するバランシングが行われることがある。バランシング時には、組電池を構成する電池毎に、電池内部に設けられる放電回路を使用して強制的な放電（以下、この放電のことを強制自己放電と記載することがある）が実行される。強制自己放電時においては、例えば、発熱による電池パッケージ材料の溶融や電池内部の回路の損傷が懸念されるために、放電電流はあまり大きくできない。このために、従来、強制自己放電は長時間かかる（強制自己放電が連続して長時間行われる）という課題があった。

このような課題を解消すべく、特許文献１の電力蓄電装置は、組電池を構成する複数の電池ごとに設けられる単放電回路に加えて、複数の電池を組として放電させるための組放電回路が設けられる構成になっている。そして、特許文献１においては、組放電回路がＩＣ装置外に配置されることで、組放電回路に電力消費の大きな抵抗が採用可能となり、高速に放電が行えることが開示される。

特開２０１０−１４２０３９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるように組放電回路をＩＣ装置外に配置する構成では、部品点数の増加による、蓄電装置の大型化やコストの増加が懸念される。また、組放電回路をＩＣ装置内に設ける構成が採用される場合には、発熱による電池パッケージ材料の溶融等の問題が発生することが懸念され、結局、強制自己放電に要する時間の大幅な短縮は望めない。

以上の点に鑑みて、本発明の目的は、組電池を構成する電池間の電池特性のばらつきを解消或いは低減するためのバランシング処理を効率良く行える蓄電装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、そのような蓄電装置を備え、バランシング処理に伴う運用の制約を受け難い電力供給システムを提供することである。

上記目的を達成するために本発明の蓄電装置は、充放電可能な電池が複数接続されてなる組電池と、前記組電池を構成する各電池を放電させる放電部と、前記放電部の制御を行う制御部と、を備える蓄電装置であって、前記制御部は、前記放電部を制御して、前記組電池を構成する複数の電池間における電池特性のばらつきを所定の範囲内とするバランシング処理を実行させ、前記バランシング処理は、時間間隔を空けて複数回に分割して実行される構成（第１の構成）となっている。

なお、第１の構成において、組電池を構成する電池は、単一の蓄電池セルでもよいし、複数の蓄電池セルで構成されるもの（例えば電池パックと呼称されるもの）でもよい。また、第１の構成における電池特性は、例えば電圧やＳＯＣが挙げられる。

第１の構成によれば、バランシング処理が複数回に分けて実行されるために、バランシング処理のための強制自己放電が連続して非常に長い時間実行されるという事態を避けつつ、組電池を構成する電池間の電池特性のばらつきを解消、或いは、低減できる。

上記第１の構成の蓄電装置において、前記バランシング処理は、前記組電池が装置外部との間で充放電を行っていない場合に実行される構成（第２の構成）としてもよい。本構成によれば、蓄電装置の充放電（外部との間の充放電）が行われない隙間の時間を利用して効率の良いバランシング処理が実現できる。なお、本明細書において、「外部（装置外部）との間で充放電が行われている」とは、蓄電装置が装置外部から充電されている状態、又は、蓄電装置が外部に対して放電している状態を指す。また、「外部（装置外部）との間で充放電が行われていない」とは、蓄電装置が装置外部から充電されておらず、且つ、蓄電装置が外部に対して放電していない状態を指す。

そして、上記第２の構成の蓄電装置においては、前記電池特性として電圧が使用され、前記複数回のそれぞれにおいて、前記組電池を構成する複数の電池の開放電圧に基づいて目標電圧が決定され、前記組電池を構成する複数の電池のそれぞれにおいて、前記目標電圧に近づくように前記放電部を用いた放電が行われる構成（第３の構成）としてもよい。本構成によれば、目標電圧が開放電圧によって決定されるために、高精度なバランシング処理が期待できる。

なお、上記第３の構成において、目標電圧は、複数に分割されるバランシング処理のそれぞれの回において１つだけ決定され、各回における各電池の放電部を利用した放電の停止は、目標電圧に到達するか、或いは、所定時間の経過によって実行されるようにしてもよい。また、上記第３の構成において、複数に分割されるバランシング処理の少なくとも１つの回において、目標電圧が電池毎に別々に複数設定されることがあってもよい。

上記第１の構成の蓄電装置において、前記バランシング処理は、前記組電池が装置外部との間で充放電を行っていない場合と、前記組電池が装置外部との間で充放電を行っている場合とのうちのいずれの場合でも実行される構成（第４の構成）としてもよい。本構成でも、複数回に分割して行われるバランシング処理により、組電池を構成する電池間の電池特性のばらつきを効率良く低減することが可能である。

上記第４の構成の蓄電装置において、前記複数回のそれぞれにおいて、前記組電池を構成する複数の電池それぞれの前記放電部を利用した放電は所定時間だけ行われる構成（第５の構成）としてもよい。この場合の所定時間は、電池毎に決定されるものであってよい。

上記第１から第５のいずれかの構成の蓄電装置において、前記組電池の満充電容量を求める容量学習の事前に、前記バランシング処理が実行される構成（第６の構成）が採用されてもよい。本構成によれば、容量学習に要する時間の短縮が望める。

上記目的を達成するために本発明の電力供給システムは、上記第１から第６のいずれかの構成の蓄電装置と、前記蓄電装置を充電するために用いられるとともに、外部の負荷に電力を供給するために用いられる電力供給源と、を備える構成（第７の構成）となっている。

本構成では、蓄電装置におけるバランシング処理が効率良く行われるために、バランシング処理に伴う運用の制約を受け難い電力供給システムを提供可能である。

上記第７の構成の電力供給システムにおいて、前記電力供給源には、自然エネルギーを利用して発電する自然エネルギー発電部が含まれる構成としてもよい。

本発明によると、組電池を構成する電池間の電池特性のばらつきを解消或いは低減するためのバランシング処理を効率良く行える蓄電装置を提供できる。また、本発明によると、そのような蓄電装置を備え、バランシング処理に伴う運用の制約を受け難い電力供給システムを提供できる。

本発明の一実施形態に係る電力供給システムの概略構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係る蓄電装置の構成を示す模式図 本発明の実施形態に係る蓄電装置が備える電池パックの構成を示すブロック図 太陽光発電装置の出力変動を抑制する際の蓄電装置の充放電パターン例を示すグラフ 第１実施形態のバランシング処理の処理フローを示すフローチャート 第１実施形態のバランシング処理を説明するためのグラフ 第１実施形態のバランシング処理の効果を説明するための比較用グラフ 本発明の一実施形態に係る蓄電装置で実行される容量学習処理の一例について説明するためのグラフ 風力発電装置の出力変動を抑制する際の蓄電装置の充放電パターン例を示すグラフ 第３実施形態のバランシング処理の処理フローを示すフローチャート 組電池を構成する電池間に特性ばらつきがある場合の問題点を説明するためのグラフ

以下、本発明の蓄電装置及び電力供給システムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。

＜電力供給システムの構成＞
まず、本発明が適用される電力供給システムの構成概要について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電力供給システム１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、電力供給システム１は、電力供給源１０と、電力変換部２０と、蓄電装置３０と、を備える。

電力供給源１０は、外部の負荷４０や蓄電装置３０に対して電力を供給する。電力供給源１０は、例えば電力系統でもよいし、自然エネルギーを利用して発電する自然エネルギー発電装置でもよい。自然エネルギー発電装置としては、例えば太陽光によって発電する太陽光発電装置や風力によって発電する風力発電装置等が挙げられる。

電力変換部（ＰＣＳ；Power Conditioning System）２０は、電力供給源１０と蓄電装置３０との間で電力変換を行う。また、電力変換部２０は、蓄電装置３０と負荷４０との間で電力変換を行う。電力変換部２０は、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ及び／又は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを含む構成とできる。例えば、電力供給源１０が電力系統や風力発電装置である場合には、電力変換部２０は双方向ＡＣ／ＤＣコンバータを含む構成にできる。また、電力供給源１０が太陽光発電装置である場合には、電力変換部２０は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを含む構成にできる。

蓄電装置３０は、電力供給源１０から供給される電力を充電可能に設けられる。また、蓄電装置３０は、放電して負荷４０に対して電力を供給可能に設けられる。蓄電装置３０の詳細は後述するが、蓄電装置３０には、充放電可能な電池が複数直列接続されてなる組電池が含まれる。なお、「充放電可能な電池」としては、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池が挙げられる。そして、「充放電可能な電池」は、１つの蓄電池セルで構成されるものでもよいし、複数の蓄電池セルが１つの纏まりとなって構成されるもの（例えば電池パックと呼ばれるもの）でもよい。蓄電装置３０が備える組電池において、直列接続される電池の数は、その使用目的（要求される電圧）によって適宜変更されてよく、２つ以上であれば、その数に特に制限はない。

＜蓄電装置の構成＞
以下、蓄電装置３０の詳細な構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。なお、図２は、本発明の実施形態に係る蓄電装置３０の構成を示す模式図である。図２において、太線は電力線を示しており、細線は信号線を示している。図３は、本発明の実施形態に係る蓄電装置３０が備える電池パック３３の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、蓄電装置３０は、組電池３１と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）３２と、を備える構成となっている。組電池３１は、複数の電池パック３３が直列に接続されてなる。また、ＢＭＵ３２は、複数の電池パック３３のそれぞれと通信可能に設けられて、各電池パック３３を制御するコントローラとして機能する。各電池パック３３とＢＭＵ３２との間の通信手段は、例えばメタル通信や光通信を使用することができる。

なお、蓄電装置３０に含まれる組電池３１とＰＣＳ２０との間には、両者の電気的接続をオンオフするスイッチが設けられるのが好ましいが、このスイッチは蓄電装置３０に含まれてもよいし、ＰＣＳ２０に含まれてもよい。

図３に示すように、電池パック３３は、電池部３３１と、放電部３３２と、パック内管理部３３３と、送信部３３４と、を備える構成になっている。電池部３３１は、例えば複数の蓄電池セル（蓄電池の最小単位を指す）が直並列に接続された構成になっている。ただし、これは一例であり、電池部３３１の構成として、複数の蓄電池セルが直列にのみ接続される構成や、複数の蓄電池セルが並列にのみ接続される構成が採用されても構わない。また、電池部３３１は、単一の蓄電池セルのみで構成されてもよい。

放電部３３２は、電池部３３１（電池パック３３と言い換えてもよい）のプラス（＋）極とマイナス（−）極との間に配置（電池部３３１に並列接続）されて、電池部３３２の放電（電池パック３３内での放電）を行う。この放電部３３２は、電池部３３２の電力を消費する抵抗体を含むものであればよい。放電部３３２は、例えばスイッチと、該スイッチに直列に接続される抵抗とからなる構成とできる。更に、具体的な例を挙げると、放電部３３２は、例えばトランジスタ単体で構成したり、抵抗が直列に接続されたトランジスタで構成したりできる。

パック内管理部３３３は、例えば、電池部３３１（電池パック３３と言い換えてもよい）のプラス（＋）極とマイナス（−）極との間の電流値及び電圧値を取得したり、電池パック３３内部の温度を取得したりする。パック内管理部３３３は、ＢＭＵ３２からの要求により、取得したデータを電池データとして送信部３３４を介してＢＭＵ３２に送信する。また、パック内管理部３３３は、ＢＭＵ３２からの指示に基づいて放電部３３３の制御も行う。パック内管理部３３３の駆動電力は電池部３３１から得てもよいし、外部から得てもよい。

なお、パック内管理部３３３によって、電池パック３３のＳＯＣが求められるようにしてもよい。電池パック３３のＳＯＣは、例えば、電池パック３３に流れる充放電電流の積算値から求められる。また、電池パック３３のＳＯＣは、予め決定された、電池パック３３の開放電圧（ＯＣＶ；Open Circuit Voltage）とＳＯＣとの関係を示す計算式或いはテーブルを参照することによって求めることもできる。

また、組電池３１は、本発明の組電池の一例である。ＢＭＵ３２は、本発明の制御部の一例である。放電部３３２は、本発明の放電部の一例である。

＜バランシング処理＞
次に、ＢＭＵ３２が各電池パック３３の放電部３３２を制御（パック内管理部３３３を介して制御）して、組電池３１を構成する複数の電池パック３３間における電池特性のばらつきを解消、或いは、低減するバランシング処理について説明する。なお、前述の電池特性としては、例えば電圧やＳＯＣが挙げられる。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態のバランシング処理について説明する。ここでは、図１に示す電力供給システム１の電力供給源１０に太陽光発電装置が使用されており、蓄電装置３０が太陽光発電装置１０の出力変動を抑制する目的で使用される場合を例に挙げて説明する。

図４は、太陽光発電装置１０の出力変動を抑制する際の蓄電装置３０の充放電パターン例を示すグラフである。図４において、横軸は時間、縦軸はＳＯＣである。また、図４のグラフは、４日間のデータを示している。なお、この４日間では、１日目が快晴時のパターンであり、２日目が曇天時のパターンであり、３日目と４日目とは晴れ時々曇りの場合のパターンである。ただし、３日目（パターンの名称；ドロップ）と４日目（パターンの名称；スパイク）とでは、４日目の方が３日目に比べて日射変動が激しい。

なお、図４に示す４つのパターンは、太陽光発電装置１０の出力変動を抑制するために使用される蓄電装置３０が示す充放電パターンの典型的なパターンと言える。快晴・曇天では充放電回数が少ないが、ドロップ・スパイクでは充放電回数が増える。

図４に示す例では、蓄電装置３０がいずれの充放電パターンを示す場合にも、太陽光発電装置１０の出力がない夜間において、蓄電装置３０の充放電（外部との間の充放電）が連続して行われない時間帯がある。そして、充放電が連続して行われない時間帯の時間長は数時間単位となっており、長い場合には、充放電が連続して行われない時間帯の時間長として、例えば８時間程度が確保できる（図４は、このような例を示している）。

第１実施形態では、この蓄電装置３０の充放電が連続して行われない時間帯を複数回利用してバランシング処理を実行する。換言すると、第１実施形態のバランシング処理は、蓄電装置３０が装置外部との間で充放電していない時間帯（隙間の時間帯）を利用して、時間間隔を空けて複数回に分割して実行される。以下、図５及び図６Ａを参照しながら、第１実施形態のバランシング処理について説明する。

なお、図５は、第１実施形態のバランシング処理の処理フローを示すフローチャートである。図６Ａは、第１実施形態のバランシング処理を説明するためのグラフである。図６Ａにおいて、横軸は時間であり、縦軸は電池パック３３の電圧（開放電圧；ＯＣＶ）である。図６Ａにおける時間帯（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と、図４における時間帯（ａ）、（ｂ）、（ｃ）とは対応関係にある。また、図６Ａでは、蓄電装置３０が備える電池パック３３の数が５つである場合を想定している。更に、図６Ａでは、図の見易さを考慮して、バランシング処理が行われない時間帯の一部において、充放電パターンの記載を一部省略している。

バランシング処理を行う必要があるか否かは、例えばＢＭＵ３２によって判断されるようにしてもよいが、それに限らず、電力供給システム１が有するコントローラ（不図示）等によって判断されるようにしてもよい。バラシング処理を行う必要があるか否かを決める判断の基準は、様々な基準（例えば、所定時間の経過、蓄電装置３０の充放電回数が所定の回数以上、電池特性のばらつきが所定の閾値以上など）が挙げられ、いずれが採用されてもよい。或るバランシング処理（電池特性のばらつきを所定の範囲内とする処理で、本実施形態では複数に分割して行われる）が終わり次第、連続して次のバランシング処理が行われるようにしてもよいし、或るバランシング処理が終了した後、所定の間隔を空けて次のバランシング処理が行われるようにしてもよい。

バランシング処理が実行されることが決定されると、ＢＭＵ３２は、各電池パック３３の放電部３３２に放電（強制自己放電）を開始させるタイミングになったか否かを確認する（ステップＳ１）。ここで、放電を開始させるタイミングは、上述した、蓄電装置３０の充放電が連続して行われない時間帯に含まれる。例えば、このタイミングは、蓄電装置３０の充放電が連続して行われない時間帯が開始するタイミングであったり、蓄電装置３０の充放電が連続して行われない時間帯が開始してから所定の時間が経過したタイミングであったりする。図４の例で説明すると、時間帯（ａ）の開始時間である。なお、ステップＳ６後にステップＳ１に戻って来た場合には、時間帯（ｂ）或いは時間帯（ｃ）の開始時間が該当する。

各電池パック３３の放電部３３２に放電を開始させるタイミングになったと判断すると（ステップＳ１でＹｅｓ）、ＢＭＵ３２は、各電池パック３３の開放電圧（ＯＣＶ）を取得し、目標電圧を決定する（ステップＳ２）。目標電圧の決定方法は様々あるが、ここでは、ＢＭＵ３２によって取得された各電池パック３３の開放電圧のうち、最小値が目標電圧に決定される（図６Ａ参照）。

目標電圧が決定されると、ＢＭＵ３２の指示により、各電池パック３３の放電部３３２のスイッチがオンされて強制自己放電が開始される（ステップＳ３）。なお、強制自己放電の開始後、目標電圧値になった電池パック３３が発生すると、当該電池パック３３の放電部３３２のスイッチがオフされ、強制自己放電は適宜終了される。また、上述のように目標電圧を決定した都合上、複数（ここでは５個）の電池パック３３のうち、最小の開放電圧を有する電池パック３３については、強制自己放電は行われない。

強制自己放電が開始されると、ＢＭＵ３２は、全ての電池パック３３の開放電圧が、目標電圧に対して所定の範囲内となったか否かを監視する（ステップＳ４）。ここで、所定の範囲内とは、複数（ここでは５個）の電池パック３３間の開放電圧のばらつきを解消することが目的である場合、全電池パック３３の開放電圧が目標電圧に到達する（目標電圧との差がほぼゼロになる）ことを意味する。なお、図６Ａは、こちらが採用された場合を想定している。また、複数の電池パック３３間の開放電圧のばらつきをあるレベルまで低減することが目的である場合には、所定の範囲内は、全電池パック３３について、開放電圧と目標電圧との差が所定の閾値以下に到達することを意味する。

全ての電池パック３３が目標電圧に対して所定の範囲内となると（ステップＳ４でＹｅｓ）、ＢＭＵ３２はバランシング処理を終了する。一方、全ての電池パック３３が目標電圧に対して所定の範囲内となっていない場合には（ステップＳ４でＮｏ）、ＢＭＵ３２は強制自己放電を開始してから所定の時間が経過したか否かを確認する（ステップＳ５）。所定の時間が経過している場合には（ステップＳ５でＹｅｓ）、ＢＭＵ３２は各電池パック３３における強制自己放電を停止させる（ステップＳ６）。その後は、ステップＳ１以降の手順が繰り返される。一方、所定の時間が経過していない場合には（ステップＳ５でＮｏ）、ステップＳ４以降の手順が繰り返される。

バランシング処理においては、発熱によるパッケージ材料の溶融や電池内部の回路の損傷を避けるために、放電部３３２における放電電流は大電流にできない。このために、バランシング処理には、長時間を要する。したがって、蓄電装置３０の充放電が連続して行われていない時間帯を一度利用しただけでは、通常は、全電池パック３３の開放電圧を目標電圧に対して所定の範囲内とすることはできない。そこで、図６Ａに示すように、２回目、３回目と、時間間隔を空けて強制自己放電が繰り返されることになる。すなわち、バランシング処理が、時間間隔を空けて複数回に分けて行われることになる。

図６Ｂは、第１実施形態のバランシング処理の効果を説明するための比較用グラフである。図６Ａと同様に、図６Ｂにおける横軸は時間であり、縦軸は電池パック３３の電圧（開放電圧；ＯＣＶ）である。図６Ｂに示すように、電池特性のばらつきを所定の範囲内とするバランシング処理が複数回に分けられることなく一括で行われると、強制自己放電が連続して非常に長い時間（例えば図６Ａの時間帯(a),(b),(c)の合計時間；例えば２４時間以上）行われることになる。この場合、例えば蓄電装置３０の装置外部に対する充放電が長時間実行できないといった不都合が生じることがある。

この点、第１実施形態のバランシング処理では、蓄電装置３０の充放電が行われない隙間の時間を利用して、強制自己放電を行うタイミングを複数回（図６Ａに示す例では３回）に分けてバランシング処理を進める構成となっている。このために、第１実施形態の構成では、強制自己放電が連続して行われる時間を短縮してバランシング処理を効率良く行え、電力供給システム１の運用に制約が生じ難い。また、強制自己放電を行う際に決められる目標電圧が開放電圧に基づいて決定されるために、精度の高いバランシング処理が期待できる。本実施形態では、蓄電装置３０が備える電池パック３３については従来の構成をそのまま用いて、効率の良いバランシング処理が行えるために便利である。

なお、以上では、太陽光発電装置１０が発電しない夜間には、蓄電装置３０が充放電を行わない構成とした。しかし、例えば、夜間に照明を点灯するためや、給湯器のお湯を沸かすために、蓄電装置３０が夜間に放電するといった、蓄電装置３０の使用方法が採用される場合もある。このような場合でも、蓄電装置３０が連続して充放電しない時間がある程度纏まって得られるのであれば、その時間帯を利用して、上述の実施形態と同様のバランシング処理（時間間隔を空けて複数回に分けて実行されるバランシング処理）が可能である。

また、以上では、強制自己放電を行う前に、複数の電池パック３３の各々に対して同じ目標電圧を与える構成とした。しかし、複数の電池パック３３間の特性のばらつきを解消、或いは、低減できればよく、他の構成が採用されてもよい。例えば、強制自己放電を行う前に決定する目標電圧は、複数の電池パック３３のそれぞれに対して別々に与えられる構成であってもよい。この構成の場合には、例えば、複数回に分けて行われる強制自己放電のうち、最終回において、各電池パック３３の各々に対して与える目標電圧を揃えるようにしてもよい。また、この構成の場合には、強制自己放電が行われる時間の管理（図５のステップＳ５同様の時間管理）は不要にしてもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態のバランシング処理について説明する。第２実施形態のバランシング処理の処理フローは、第１実施形態と同様（図５のフローと同様）である。ただし、第２実施形態のバランシング処理は、蓄電装置３０が備える組電池３１の満充電容量を求める容量学習処理の実施日の所定期間前になったら開始される構成になっている点で、第１実施形態とは異なる。

図７は、本発明の一実施形態に係る蓄電装置３０で実行される容量学習処理の一例について説明するためのグラフである。図７において、横軸は時間であり、縦軸は電池電圧である。また、図７においては、蓄電装置３０（組電池３１）が備える電池パック３３の数が５個である場合を想定している。

容量学習処理は、例えば組電池３１を構成する複数の電池パック３３間の電圧のばらつきを指標として、その処理を開始するか否かが判断されてもよい。詳細例を示すと、最大の電圧値を有する電池パック３３と、最小の電圧値を有する電池パック３３との間の電圧差が所定の閾値を超えると、容量学習処理が開始されるようにしてもよい。また、容量学習処理は、例えば先に容量学習処理が行われた時点（第１回目の容量学習処理の場合は、蓄電装置３０が使用開始された時点）から所定の期間が経過したら開始されるようにしてもよい。また、容量学習処理は、例えば蓄電装置３０の充放電の回数が所定の回数に達成したら、開始されるようにしてもよい。更には、例えば以上のすべてを判断指標として準備しておき、それらのうちの最も早く達成された指標にしたがって、容量学習処理が開始されるようにしてもよい。

容量学習処理が開始されると、電力供給源１０（例えば太陽光発電装置）から電力が供給されて組電池３１が充電される。組電池３１を構成する各電池パック３３のうちのいずれかが、満充電となった時点で充電が終了される。組電池３１を構成する複数の電池パック３３間の容量バランスが崩れていれば（電池特性にばらつきがあれば）、満充電にならない電池パック３３が発生する。図７は、このような状態を示し、１つの電池パック３３のみが満充電となり、他の電池パック３３は満充電となっていない。

次に、各電池パック３３の開放電圧に基づいて目標電圧が決定され、各電池パック３３の開放電圧が目標電圧となるように強制自己放電が行われる。目標電圧は、例えば、組電池３１を構成する各電池パック３３の開放電圧のうち、最小の開放電圧値と同じにされる。各電池パック３３は、開放電圧が目標電圧となった時点で、順次、強制自己放電が停止される。全ての電池パック３３の開放電圧が目標電圧になると、組電池３１は再充電される。この場合も、組電池３１を構成する各電池パック３３のうちのいずれかが、満充電となった時点で充電が終了される。ただし、先の充電の時と違って、強制自己放電によって電池特性のばらつきが解消されているために、再充電の終了時点での、電池パック３３間の容量ばらつきは小さい。

再充電が完了すると、組電池３１は放電される。この組電池３１の放電は、組電池３１を構成する各電池パック３３のうちのいずれかが、所定の電圧レベルになるまで行われる。ここで、所定の電圧レベルは、各電池パック３３が完全に放電しないレベルに設定するのが好ましい。上記組電池３１の放電が完了すると、例えば、ＢＭＵ３２は、満充電からの所定の電圧レベルに至るまでの放電量に基づいて、組電池３１の満充電容量を算出する。これにより、容量学習処理が終了する。

以上のような容量学習処理が実施される場合、通常、蓄電装置３０は、容量学習のための充放電を行う以外に、充放電を行わない。すなわち、蓄電装置３０は、容量学習処理中は、本来の機能（例えば、太陽光発電装置１０の出力変動を抑制する機能）を発揮しない。このため、容量学習処理はできるだけ短時間で終了することが望まれる。容量学習処理においては、各電池パック３３の強制自己放電が行われる時間が特に長くなる傾向があり（例えば２４時間以上要する）、この時間が短縮されることが特に望まれる。

この点、第２実施形態のバランシング処理は、容量学習処理の実施日の所定期間前になった時点で行われるようになっている。そして、バランシング処理の開始タイミング（容量学習処理の実施日より前に行われる）は、例えば、蓄電装置３０の充放電が行われていない隙間の期間を利用して複数回に分けて実行される強制自己放電によって、容量学習処理の実施日において電池特性のばらつきがゼロとなるように決められている。このため、第２実施形態のバランシング処理を利用することによって、容量学習処理における、強制自己放電の期間を大幅に短縮できる。結果として、容量学習処理に要する時間が短縮される。

なお、上記例では、容量学習処理の実施日において電池特性のばらつきがゼロとなるように、バランシング処理の開始タイミングが設定された。この他の例として、バランシング処理の開始タイミングは、容量学習処理時に強制自己放電にかけられる時間を考慮して、容量学習処理の実施日において電池特性のばらつきが所定のレベルまで低減されるように決められてもよい。

ところで、容量学習処理の実施日より前に実行されるバランシング処理は、できるだけ容量学習処理の実施日に近い日に行われるのが好ましい。例えば、容量学習が実行される前日にバランシング処理が完了する構成や、容量学習処理が行われる当日に、バランシング処理が完了する構成等が好ましい。バランシング処理を実行してから容量学習処理の実施日までの期間が長すぎると、組電池３１を構成する複数の電池パック３３間において再度電池特性のばらつきが発生して、先に行ったバランシング処理が無駄になる可能性があるからである。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態のバランシング処理について説明する。ここでは、図１に示す電力供給システム１の電力供給源１０に風力発電装置が使用されており、蓄電装置３０が風力発電装置１０の出力変動を抑制する目的で使用される場合を例に挙げて説明する。

図８は、風力発電装置１０の出力変動を抑制する際の蓄電装置３０の充放電パターン例を示すグラフである。図８において、横軸は時間、縦軸はＳＯＣである。図８においては、風力発電の変動の平滑化等のために、蓄電装置３０の充放電が１分周期で変動しているパターンと、３０分周期で変動している場合とが示されている。なお、図８において、１分周期変動は、３０分周期変動に比べて変動周期がかなり短いために、便宜上、ベタ塗りになっている。

蓄電装置３０が風力発電装置１０の出力変動の抑制に使用される場合、蓄電装置３０が連続して外部との間で充放電を行わない期間が纏まった状態で得られ難い。このために、第３実施形態のバランシング処理では、蓄電装置３０が外部との間で充放電を行う場合にもバランシング処理を実行する構成になっている。以下、図８、図９を参照しながら、第３実施形態のバランシング処理の処理フローについて説明する。

なお、図９は、第３実施形態のバランシング処理の処理フローを示すフローチャートである。

第３実施形態のバランシング処理を行う必要があるか否かの判断は、第１実施形態、或いは、第２実施形態と同様の手法で判断されればよい。バランシング処理が実行されることが決定されると、まず、ＢＭＵ３２は、蓄電装置３０が外部との間で充放電を行っているか否かを確認する（ステップＳ１１）。充放電を行っているか否かは、例えば組電池３１（各電池パック３３）を流れる電流値を確認すれば判断できる。

蓄電装置３０が充放電を行っていない場合（ステップＳ１１でＮｏ）、ＢＭＵ３２は、蓄電装置３０が備える各電池パック３３の開放電圧（ＯＣＶ）を確認する（ステップＳ１２）。図８に示す例では、時間（α）において、この開放電圧の確認が行われる。

ＢＭＵ３２は、開放電圧の確認を行うと、強制自己放電を行う対象となる電池パック３３を選択する（ステップＳ１３）。そして、ＢＭＵ３２は、予め実験或いはシミュレーション等によって得られた、強制自己放電時間と電圧降下量の関係（例えば０．５Ｖ／時間等）に基づいて、対象電池パック３３毎に強制自己放電の時間を決定する（ステップＳ１４）。先の開放電圧の確認時に得られた最小電圧値を有する電池パック３３、及び、この最小電圧値に対して所定の範囲内（ばらつきが許容範囲内）の電圧値を有する電池パック３３は、強制自己放電を行う必要がない。ステップＳ１３では、このような強制自己放電を行う必要がない電池パック３３以外が、強制自己放電を行う対象として選択される。各電池パック３３における強制自己放電の時間は、上述の最小電圧値を有する電池パック３３に、電池特性が近づくように決定される。なお、強制自己放電の対象となる電池パック３３毎に、電池特性のばらつきの大きさが異なる場合がある。このために、ステップＳ１４で決定される強制自己放電時間の長さは、電池パック毎に異なる場合がある。また、強制自己放電時間は、強制自己放電後の各電池パック３３の開放電圧が、最小の電池値を有する電池パック３３の開放電圧を下回らないように決定される。

強制自己放電の時間が決定されると、ＢＭＵ３２の指示により、強制自己放電を行う対象の各電池パック３３の放電部３３２のスイッチがオンされて強制自己放電が開始される（ステップＳ１５）。強制自己放電が開始されると、先に決めた強制自己放電時間にしたがって、各電池パック３３の強制自己放電が行われる。先に決めた強制自己放電時間が経過すると、放電部３３２のスイッチはオフされ、先に決めた強制自己放電時間の長さが短いものから順次、強制自己放電が停止される（ステップＳ１６）。なお、図８における期間βは、最も長い時間、強制自己放電が行われるものの強制自己放電期間に該当する。

ＢＭＵ３２は、全ての電池パック３３の強制自己放電が停止されると、蓄電装置３０が外部との間で充放電を行っているか否かを確認する（ステップＳ１７）。蓄電装置３０が外部との間で充放電を行っていない状態になると（ステップＳ１７でＮｏ）、ＢＭＵ３２は蓄電装置３０が備える各電池パック３３の開放電圧を確認する（ステップＳ１８）。図８に示す例では、時間（γ）において、この開放電圧の確認が行われる。

開放電圧の確認後、ＢＭＵ３２は全電池パック３３間の電圧のばらつきが所定の範囲内になったか否かを確認する（ステップＳ１９）。ＢＭＵ３２は、全電池パック３３間の電圧のばらつきが所定の範囲内になった場合には（ステップＳ１９でＹｅｓ）、バランシング処理を終了する。一方、ＢＭＵ３２は、全電池パック３３間の電圧のばらつきが所定の範囲内になっていない場合には（ステップＳ１９でＮｏ）、バランシング処理を終了せず、ステップＳ１３以降の処理を繰り返す。

なお、ステップＳ１４においては、予め実験で得られた値等に基づいて各電池パック３３の自己放電時間を推定する。また、上述のように、ステップＳ１４で決定された自己放電時間にしたがって強制自己放電した後の各電池パック３３の開放電圧が、最小の電圧値を有していた電池パック３３の開放電圧を下回っては都合が悪い。このために、蓄電装置３０が備える複数の電池パック３３間のばらつきは、複数回に分けて段階的に小さくし、目標のばらつき範囲内とするのが好ましい（ステップＳ１３〜Ｓ１８が複数回行われるのが好ましい）。換言すると、この第３実施形態のバランシング処理も、複数回に分けて実行されるのが好ましいと言える。

以上に示した第３実施形態のバランシング処理によれば、蓄電装置３０が外部との間で充放電を行っている場合にもバランシング処理が行われる。そして、バランシング処理が、複数回に分けて実行されることによって、蓄電装置３０が備える電池パック３０間の電圧ばらつきを確実に低減することができる。

なお、以上の第３実施形態のバランシング処理はあくまでも一例である。例えば、図８に例示するように、蓄電装置３０が外部に対して連続して充放電を行わない時間帯δが見込めるならば、例えば、図９のステップＳ１８の後に、この時間帯δを利用して、第１実施形態の場合と同様に目標電圧を決定して強制自己放電を行うようにしてもよい。これにより、バランシング処理を複数回に分けて効率良く行いつつ、蓄電装置３０における電池パック３３間の電池特性のばらつきの解消が望める。

ただし、図８の時間帯δの途中で、蓄電装置３０が外部との間で充放電を開始する可能性があるという場合もある。このような場合には、この充放電の開始が検知（例えば電流値の監視で検知可能である）された段階で、強制自己放電の停止判断が、目標電圧による制御から放電時間による制御（図９のような制御）に変更されるようにしてもよい。

また、以上に示した第３実施形態では、蓄電装置３０が外部との間で充放電を行っている場合には、強制自己放電の停止判断が時間制御によって行われる構成とした。しかし、場合によっては、蓄電装置３０が外部との間で充放電を行っている場合であっても、各電池パック３３の開放電圧を推定しつつ、目標電圧まで強制自己放電が行われる構成にしてもよい。各電池パック３３の推定の開放電圧は、蓄電装置３０が充放電している際に測定される電圧値に対して、予め実験等によって推定した電池パック３３の内部抵抗による電圧昇降部を加減して求められる。ただし、この方法は、充放電の変動が激しい場合等において、開放電圧の推定精度が低下する。このために、目標電圧の設定値を本来下げたい電圧値より高めに設定して、途中開放電圧を確認しつつ、小刻みに強制自己放電を行う（すなわち、バランシング処理を、時間間隔を空けて複数回に分けて行う）のが好ましい。

＜その他＞
以上に示した実施形態は本発明の例示であり、本発明の蓄電装置及び電力供給システムは、以上に示した構成に限定されるものではない。すなわち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、以上に示した実施形態の構成は適宜変更可能である。

例えば、以上に示した第１及び第２実施形態のバランシング処理においては、電力供給源１０が太陽光発電装置であることとした。本発明の適用範囲は、これに限定されず、電力供給源１０が電力系統等でも、第１及び第２実施形態のバランシング処理は適用可能である。

また、以上に示した第３実施形態のバランシング処理においては、電力供給源１０が風力発電装置であることとした。本発明の適用範囲は、これに限定されず、電力供給源１０が電力系統や太陽光発電装置等でも、第３実施形態のバランシング処理は適用可能である。

また、以上に示した実施形態では、放電部が電池パック毎（電池毎）に設けられる構成とした。しかし、本発明の構成は、この構成に限定されるものではない。放電部は、組電池を構成する各電池パック（電池）を強制自己放電できるように設けられればよい。このために、例えば、複数の電池パック（電池）に対して、切り替え使用される放電部が１つ設けられるような構成でもよい。

また、以上に示した実施形態では、複数の電池（電池パック）が直列接続されてなる組電池を備える蓄電装置におけるバランシング処理について説明した。しかし、本発明の技術思想である、「バランシング処理が時間間隔を空けて複数回に分けて行われる」という思想は、複数の電池が並列接続されてなる組電池を備える蓄電装置にも適用可能である。すなわち、本発明の範囲には、このような形態も含まれる趣旨である。

その他、本発明の蓄電装置及び電力供給システムは、据え置き型の電源装置に限らず、例えば車両、船、飛行機、ロボット、電動アシスト自転車等の移動体の電源装置としても適用可能である。

１ 電力供給システム
１０ 電力供給源
３０ 蓄電装置
３１ 組電池
３２ ＢＭＵ（制御部）
３３ 電池パック
４０ 負荷
３３２ 放電部

Claims (8)

1. 充放電可能な電池が複数接続されてなる組電池と、
   前記組電池を構成する各電池を放電させる放電部と、
   前記放電部の制御を行う制御部と、を備える蓄電装置であって、
   前記制御部は、前記放電部を制御して、前記組電池を構成する複数の電池間における電池特性のばらつきを所定の範囲内とするバランシング処理を実行させ、
   前記バランシング処理は、時間間隔を空けて複数回に分割して実行される、蓄電装置。
2. 前記バランシング処理は、前記組電池が装置外部との間で充放電を行っていない場合に実行される、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記電池特性として電圧が使用され、
   前記複数回のそれぞれにおいて、前記組電池を構成する複数の電池の開放電圧に基づいて目標電圧が決定され、前記組電池を構成する複数の電池のそれぞれにおいて、前記目標電圧に近づくように前記放電部を用いた放電が行われる、請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記バランシング処理は、前記組電池が装置外部との間で充放電を行っていない場合と、前記組電池が装置外部との間で充放電を行っている場合とのうちのいずれの場合でも実行される、請求項１に記載の蓄電装置。
5. 前記複数回のそれぞれにおいて、前記組電池を構成する複数の電池それぞれの前記放電部を利用した放電は所定時間だけ行われる、請求項４に記載の蓄電装置。
6. 前記組電池の満充電容量を求める容量学習の事前に、前記バランシング処理が実行される、請求項１から５のいずれかに記載の蓄電装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の蓄電装置と、
   前記蓄電装置を充電するために用いられるとともに、外部の負荷に電力を供給するために用いられる電力供給源と、を備える電力供給システム。
8. 前記電力供給源には、自然エネルギーを利用して発電する自然エネルギー発電部が含まれる、請求項７に記載の電力供給システム。

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