JP2014110692A - 蓄電システム及び蓄電池の劣化診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電システムにおいて、蓄電池の劣化診断を容易に実現する。
【解決手段】互いに並列に設けられた複数のストリング２０１〜２０４によって構成される蓄電池群２００と、当該蓄電池群を太陽光発電等により充電し、放電により負荷４に給電するための制御装置３００とを備えた蓄電システム１００において、制御装置３００は、複数のストリングのうちから劣化診断対象の１ストリングを選択し、残余のストリングに放電の責務を担わせながら、当該１ストリングを構成する少なくとも１つの蓄電池を例えば満充電の状態とし、残余のストリングに外部電源からの充電の責務を担わせながら、満充電となった蓄電池を例えば完全放電まで、途中で充電することを抑制しつつ放電させ、そして、蓄電池が完全放電までの放電により実際に放出した電池容量を演算し、当該電池容量を所定値と比較して劣化の程度を診断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を用いた蓄電システムに関する。

太陽光、風力等の再生可能エネルギー源を用いた発電を行うことにより、商用電源の使用電力量を低減し、余剰電力を売電することも可能である。ところが、例えば太陽光発電は、日中であっても、天候により発電電力が大きく変動する不安定な電力源である。そこで、二次電池を用いた蓄電システムを、太陽光発電と併用することが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。このような蓄電システムを使用すれば、不安定な電力源を補完して安定した電力供給が可能となり、また、もし商用電源が停電しても、ある程度の時間は、安定した電力を負荷に供給し続けることができる。

図９は、自立発電を優先する定置型の蓄電システムにおける接続図の一例である。この蓄電システムは、太陽光発電パネル及び商用電源を外部電源として充電可能であり、放電により負荷に電力を供給することができる。図において、太陽光発電パネル１の出力（直流）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２を介してインバータ３により交流に変換され、負荷４に電力を供給することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力は、双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータ９を介して、蓄電池８を充電することができる。蓄電池８は、その放電により、ＤＣ／ＤＣコンバータ９及びインバータ３を介して、負荷４に電力を供給することができる。商用電源５の交流電圧は、変圧器６で所定の電圧に変圧され、コンバータ７により直流に変換され、電路Ｐに直流電圧を供給することができる。

太陽光発電パネル１の発電電力と負荷４の電力需要との需給バランスにおいて、発電電力による供給力に余裕がある場合は、太陽光発電パネル１の発電電力のうち余剰電力により、蓄電池８を充電することができる。逆に、負荷４の電力需要が、太陽光発電パネル１の発電電力を上回る場合は、蓄電池８の放電により不足分の電力が供給される。蓄電池８の放電によっても需要に対応しきれない場合は、商用電源５に基づく電力が負荷４に供給される。

特開平１０−２８５８２５号公報（図１） 特開２０００−２６１９８０号公報（図２）

図９の例では、最終的に商用電源５からも電力の供給を受けることができるが、もし商用電源５の停電が長く続いた場合は、蓄電池８の重要性が格段に高まる。また、商用電源が得られない環境で、自立発電を行う場合もあり、この場合は、蓄電池８の重要性が極めて高いものとなる。これらの場合、当然に、初期設計では、蓄電池８の放電能力を十分に確保する必要がある。ところが、蓄電池は、充放電のサイクル数の増大に伴って徐々に劣化する。

図１０は、蓄電池として例えばリチウムイオン電池（単セル）を使用した場合の、サイクル数をパラメータとした放電深度（ＤＯＤ：Depth of discharge）と電圧との関係の一例を示すグラフである。図において、定置型の蓄電システムでは、通常使用領域は、概ね図示の範囲であるが、日中の太陽光発電の発電電力が非常に少ない場合等において、まれに、通常使用領域を超えて放電深度が深い領域に達する場合がある。

ここで、図１０において、１サイクル（新品）では、放電深度が９０％近くに達しても電圧の下がり方は少ない。しかし、サイクル数の増加に伴って、徐々に、劣化状態（ＳＯＨ：State of health）が進み、より浅い放電深度で電圧が急激に下がるようになる。すなわち蓄電池の放電量が増大すると、突然、電圧が下がる、という現象が発生する。この場合、商用電源に依存できない状況では、蓄電システムは負荷に電力を提供できず、自立発電がダウンする。負荷に重要な機器が接続されていれば、事態は深刻化する。蓄電池を定期的に、かつ、早めに交換することが対策として考えられるが、経済的な問題もあって、まだ使えるのに交換ということは好ましくない。

かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、蓄電システムにおいて、蓄電池の劣化診断を容易に実現することを目的とする。

（１）本発明は、互いに並列に設けられた複数のストリング（２０１〜２０４）によって構成される蓄電池群（２００）と、当該蓄電池群を外部電源（１）により充電し、放電により負荷に給電するための制御装置（３００）とを備えた蓄電システム（１００）であって、前記制御装置は、前記複数のストリングのうちから劣化診断対象の１ストリング（例えば２０１）を選択し、残余のストリング（例えば２０２〜２０４）に放電の責務を担わせながら、当該１ストリングを構成する少なくとも１つの蓄電池を第１の電池容量まで充電する充電制御部（３１１）と、前記残余のストリングに前記外部電源からの充電の責務を担わせながら、前記第１の電池容量となった前記蓄電池を第２の電池容量まで、途中で充電することを抑制しつつ放電させる放電制御部（３１２）と、前記蓄電池が前記第１の電池容量から前記第２の電池容量までの放電により実際に放出した電池容量を演算し、当該電池容量を所定値と比較して劣化の程度を診断する劣化診断部（３１３）と、を有するものである。
なお、上記の括弧内の符号は後述の、発明を実施するための形態における符号を、参考用として付している。

上記のような蓄電システムにおいて、制御装置は、対象とした蓄電池を、第１の電池容量から第２の電池容量まで、途中で充電することを抑制しつつ放電させ、放電によって実際に放出した電池容量を演算する。この実際に放出した電池容量とは、現時点での当該蓄電池にとって、電池容量（ＳＯＣ：State of charge）の所定範囲内で、充放電可能な実容量である。従って、この実容量と、所定値（例えば新品のときの対応する実容量）との比較に基づいて、蓄電池の劣化の程度すなわち劣化状態（ＳＯＨ）の診断を行うことができる。また、診断のための充放電サイクル中に、劣化診断対象の１ストリングに担わせるべきでない充放電の責務は、残余のストリングに担わせることができるので、蓄電システムとしての本来の充放電機能を休止せずに、劣化診断を行うことができる。なお、対象とする蓄電池は、１ストリング内の任意の１つ若しくは複数又はストリング全体の、いずれであってもよい。

（２）また、上記（１）の蓄電システムで、蓄電池を充電する過程において、外部電源から供給される電力と負荷が消費する電力との需給バランスにより、放電が必要であるときは、制御装置は、残余のストリングにより放電を実行し、充電が可能なときは、当該蓄電池に充電するようにしてもよい。
この場合、当該蓄電池の充電を迅速に行うことができる。

（３）また、上記（１）又は（２）の蓄電システムで、蓄電池を放電させる過程において、外部電源から供給される電力と負荷が消費する電力との需給バランスにより、充電が可能なときは、制御装置は、残余のストリングにより充電を実行し、放電が必要であるときは、当該蓄電池を優先的に放電させるようにしてもよい。
この場合、当該蓄電池を迅速に放電させることができる。

（４）また、上記（１）の蓄電システムにおいて、蓄電池は、１ストリングのうちの１個又は一部であり、制御装置は、複数のストリングにそれぞれ介挿されたスイッチ（３０１〜３０４）と、蓄電池を充電するための充電器（３１５）と、蓄電池を放電させるための放電用負荷（３１６）と、充電器を蓄電池に接続する充電スイッチ（ＣＳ１〜ＣＳ４）と、放電用負荷を蓄電池に接続する放電スイッチ（ＤＳ１〜ＤＳ４）と、を備えているものであってもよい。
この場合、放電スイッチをオフにして充電スイッチをオンにすることにより１ストリングのうちの１個又は一部である蓄電池のみを充電し、また、充電スイッチをオフにして放電スイッチをオンにすることにより当該蓄電池のみを放電させることができる。通常、１ストリング内では各蓄電池の劣化の程度は、ほぼ同等であることが経験的にわかっており、従って、１個又は一部の蓄電池の劣化診断により、実質的に、１ストリングの劣化診断を行うことができる。

（５）また、上記（１）の蓄電システムにおいて、制御装置は、複数のストリングのそれぞれについて設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ（３２１〜３２４）を含むものであってもよい。
この場合、１ストリングのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧により残余のストリングへの放電が可能であり、逆に、１ストリングを、残余のストリングのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧により充電することが可能である。すなわち、必ずしも外部電源や負荷に依存しなくても、ストリング同士で、電荷を自在に移動させ、特定のストリングを第１の電池容量まで充電し、かつ、第２の電池容量まで放電させることができる。
また、この場合、以下の利点がある。
（ｉ）一定電流での充電・放電ができるので劣化診断の精度が高い。
（ｉｉ）診断時間が短縮される。
（ｉｉｉ）ストリング毎に、異なる接続構成（電圧構成）や、種類の異なる電池を用いることができる。
（ｉｖ）需給制御補償用とバックアップ用にストリングを分けて運用できる。

（６）また、上記（１）〜（５）のいずれかの蓄電システムにおいて、第１の電池容量とは満充電の状態であり、第２の電池容量とは完全放電の状態であってもよい。
この場合、制御装置は、対象とした蓄電池を、満充電の状態から完全放電の状態まで、途中で充電することを抑制しつつ放電させ、放電によって実際に放出した電池容量を演算する。この実際に放出した電池容量とは、現時点での当該蓄電池にとって、充放電可能な実容量である。従って、この実容量と、所定値（例えば新品のときの実容量）との比較に基づいて、蓄電池の劣化の程度すなわち劣化状態（ＳＯＨ）の診断を行うことができる。

（７）また、上記（１）〜（６）のいずれかの蓄電システムにおいて、劣化診断対象となったストリングを含む複数のストリングの電荷を、コンデンサ（３２０）を仲介して相互に移動させることにより電圧を均等化する均等化装置（３３０）を備えていてもよい。
この場合、劣化診断対象となったことにより放電しているストリングを含めて複数のストリングの電圧を均等化することができる。従って、劣化診断対象となったストリングを円滑に、蓄電池群の１ストリングとして復帰させることができる。

（８）一方、本発明は、互いに並列に設けられた複数のストリング（２０１〜２０４）によって構成される蓄電池群（２００）と、当該蓄電池群を外部電源（１）により充電し、放電により負荷に給電するための制御装置（３００）とを備えた蓄電システム（１００）において前記制御装置によって実行される、蓄電池の劣化診断方法であって、（ａ）前記複数のストリングのうちから劣化診断対象の１ストリングを選択し、（ｂ）残余のストリングに放電の責務を担わせながら、前記１ストリングを構成する少なくとも１つの蓄電池を第１の電池容量まで充電し、（ｃ）前記残余のストリングに前記外部電源からの充電の責務を担わせながら、前記第１の電池容量となった前記蓄電池を第２の電池容量まで、途中で充電することを抑制しつつ放電させ、（ｄ）前記蓄電池が前記第１の電池容量から前記第２の電池容量までの放電により実際に放出した電池容量を演算し、当該電池容量を所定値と比較して劣化の程度を診断するものである。

上記のような蓄電池の劣化診断方法においては、対象とした蓄電池を、第１の電池容量から第２の電池容量まで、途中で充電することを抑制しつつ放電させ、放電によって実際に放出した電池容量を演算する。この実際に放出した電池容量とは、現時点での当該蓄電池にとって、電池容量（ＳＯＣ）の範囲内で、充放電可能な実容量である。従って、この実容量と、所定値（例えば新品のときの対応する実容量）との比較に基づいて、蓄電池の劣化の程度すなわち劣化状態（ＳＯＨ）の診断を行うことができる。また、診断のための充放電サイクル中に、劣化診断対象の１ストリングに担わせるべきでない充放電の責務は、残余のストリングに担わせることができるので、蓄電システムとしての本来の充放電機能を休止せずに、劣化診断を行うことができる。なお、対象とする蓄電池は、１ストリング内の任意の１つ若しくは複数又はストリング全体の、いずれであってもよい。

（９）また、上記（８）の劣化診断方法において、第１の電池容量とは満充電の状態であり、第２の電池容量とは完全放電の状態であってもよい。
この劣化診断方法では、対象とした蓄電池を、満充電の状態から完全放電の状態まで、途中で充電することを抑制しつつ放電させ、放電によって実際に放出した電池容量を演算する。この実際に放出した電池容量とは、現時点での当該蓄電池にとって、充放電可能な実容量である。従って、この実容量と、所定値（例えば新品のときの実容量）との比較に基づいて、蓄電池の劣化の程度すなわち劣化状態（ＳＯＨ）の診断を行うことができる。

本発明の蓄電システム及び蓄電池の劣化診断方法によれば、蓄電池の劣化診断を容易に実現することができる。

本発明の第１実施形態に係る蓄電システムと、その周辺回路を示す接続図である。 主として制御装置（特に制御部）において実行される蓄電池の劣化診断の手順の一例を示すフローチャートである。 図２のフローチャートからの続きである。 対象ストリングの充放電の過程の一例を示すグラフである。 対象ストリングの充放電の過程の他の例を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る蓄電システムと、その周辺回路を示す接続図である。 主として制御装置（特に制御部）によって実行される蓄電池の劣化診断の手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る蓄電システムと、その周辺回路を示す接続図である。 自立発電を優先する定置型の蓄電システムにおける接続図の一例である。 蓄電池として例えばリチウムイオン電池を使用した場合の、サイクル数をパラメータとした放電深度と電圧との関係の一例を示すグラフである。 図１では図示を省略したストリング間での電圧の均等化制御に関する回路図である。 図４と類似した、劣化診断の対象ストリングについての、充放電の過程の一例を示すグラフである。

《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係る蓄電システムと、その周辺回路を示す接続図である。図において、太陽光発電パネル１の出力（直流）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２を介してインバータ３により交流に変換され、負荷４に電力を供給することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２及びインバータ３は、パワーコンディショナ２３を構成している。ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、太陽光発電パネル１に対してＭＰＰＴ（最大電力点追従）制御を行う。蓄電システム１００は、主として、互いに並列に設けられ複数（並列数は４であるが、これは一例に過ぎない。）の蓄電池のストリングによって構成される蓄電池群２００と、制御装置３００とによって構成されている。なお、１ストリングを構成する蓄電池（セル）の数は、図示の便宜上３個にしているが、実際はもっと多い。

蓄電池群２００は複数のストリングを構成し、各ストリングでは、セルが複数個直列に接続されている。蓄電池としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池、溶融塩電池等が使用可能である。４つのストリング２０１〜２０４は、制御装置３００内のスイッチ３０１〜３０４を閉じることにより、互いに並列に接続される。電流センサ３０５〜３０８は、スイッチ３０１〜３０４とそれぞれ直列に接続されている。蓄電池群２００は、双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータ３０９を介して、直流電圧の印加される電路Ｐに接続されている。

制御部３１０は、ＣＰＵを含み、スイッチ３０１〜３０４のオン／オフ制御を行う。スイッチ３０１〜３０４としては、半導体スイッチ素子が好ましいが、リレー接点も使用可能である。また、電流センサ３０５〜３０８は、各ストリングの蓄電池２０１〜２０４に流入する電流又は流出する電流を検知し、制御部３１０に電流値の検知信号を送る。制御部３１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２、インバータ３及びＤＣ／ＤＣコンバータ３０９からそれぞれ必要な信号を受け取って、太陽光発電パネル１から供給される電力と、負荷４が必要とする電力需要との需給バランスを把握することができる。

制御部３１０は、スイッチ３０１〜３０４や電流センサ３０５〜３０８と共同して例えばソフトウェアによって実現される内部機能として、充電制御部３１１、放電制御部３１２、劣化診断部３１３及び均等化制御部３１７を有している（詳細後述）。

図１１は、図１では図示を省略したストリング間での電圧の均等化制御に関する回路図である（後掲の図６，図８についても同様。）。図において、ストリング２０１は、半導体スイッチング素子であるスイッチＳＷ１を閉じることにより、コンデンサ３２０と並列に接続される。同様に、ストリング２０２，２０３，２０４は、それぞれ、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を閉じることにより、コンデンサ３２０と並列に接続される。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン／オフ制御については、制御部３１０の一機能としての、均等化制御部３１７がこれを行う。

上記スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、コンデンサ３２０及び均等化制御部３１７は、各ストリング２０１〜２０４の電荷を、コンデンサ３２０を仲介して相互に移動させることにより電圧を均等化する均等化装置３３０を構成している。すなわち、均等化制御部３１７は、４つのストリング２０１〜２０４間で電圧の不均衡がある場合に、この不均衡を低減する均等化制御を行うことができる。均等化制御の実行時、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、そのうちの選択されたいずれか１つがオン（閉）になり、そのとき、他のスイッチはオフ（開）になるよう、制御される（詳細後述）。

図２及び図３は、主として制御装置３００（特に制御部３１０）において実行される蓄電池の劣化診断の手順の一例を示すフローチャートである。図２の下方における、丸で囲んだＡ，Ｂは、図３のＡ，Ｂにつながり、２枚の図で１つのフローチャートを表している。

まず、図２において、ステップＳ１では、通常の充放電動作が行われている。すなわち、太陽光発電パネル１の発電電力に基づいて、パワーコンディショナ２３から負荷４に交流電力が供給され、また、余剰電力はＤＣ／ＤＣコンバータ３０９を介して蓄電池群２００の充電に供する。このとき、スイッチ３０１〜３０４は、全てオン（閉）の状態とされている。
一方、太陽光発電パネル１の発電電力が、負荷４の電力需要より少ない場合は、蓄電池群２００からＤＣ／ＤＣコンバータ３０９を経て、電路Ｐに電力が供給され、電力の不足分が補われる。

上記の通常の充放電動作が実行されている間、制御部３１０は、蓄電池診断の実施条件が充足されるのを待ち（ステップＳ２からＳ１の繰り返し。）、実施条件が充足されると、制御部３１０は、ステップＳ３以降を実行する。なお、実施条件とは、例えば、直前の診断から一定期間の経過である。ここでは、例えば、ストリング２０１が診断の対象である、とする。

ステップＳ３において、制御部３１０は、需給バランスをチェックする。太陽光発電パネル１の発電電力で負荷４の需要をまかなって余りある場合は、需給バランスは需要より太陽光発電の供給が勝るので、充電（蓄電池を充電できる状態）と判定する。逆に、蓄電池群２００から放電させなければ負荷４の需要に応えられない場合は、需給バランスは太陽光発電の供給より需要が勝るので、放電（蓄電池を放電させなければならない状態）と判定する。

ステップＳ３において、「充電」である場合、制御部３１０（制御装置３００）は、対象ストリング２０１のスイッチ３０１をオンにして（ステップＳ４）、対象ストリング２０１の蓄電池を充電する（ステップＳ５）。その他のストリング２０２〜２０４については、オン／オフのどちらでもよい。例えば余剰電力が充分にあれば、その他のストリング２０２〜２０４についてもオンでよく、逆に、余剰電力がさほど充分でなければ、その他のストリング２０２〜２０４はオフにすればよい。このようにして、対象ストリング２０１を優先的に、なるべく迅速に、満充電の状態にすることができる。なお、満充電であることは、例えば電流センサ３０５で検知される充電電流が所定値以下（ほぼ０）になることにより、把握できる。そして、制御部３１０は、満充電すなわち、電池容量（ＳＯＣ：State of charge）が１００％に達しているか否かを判定し（ステップＳ８）、１００％に達するまで、ステップＳ３〜Ｓ５，Ｓ８を実行する。

但し、太陽光発電の発電状況や、負荷の需要は刻々変化するので、需給バランスも変化する。対象ストリング２０１の電池容量が１００％に達するまでに、需給バランスが「放電」に変わったときは、制御部３１０は、対象ストリング２０１のスイッチ３０１をオフにして放電を阻止し、対象外ストリング２０２〜２０４については、オンにする（ステップＳ６）。これにより、対象外ストリング２０２〜２０４から放電し、負荷４への給電が行われる（ステップＳ７）。

上記のような過程を繰り返してステップＳ８で電池容量が１００％に達すると、対象ストリング２０１の充電は完了である。すなわち、ステップＳ３〜Ｓ８が、図１における充電制御部３１１の機能である。
言い換えれば、充電制御部３１１は、複数のストリングのうちから劣化診断対象の１ストリングを選択し、残余のストリングに放電の責務（ステップＳ６，Ｓ７）を担わせながら、当該１ストリングを構成する蓄電池を満充電の状態とする。

次に、図３のステップＳ９において、制御部３１０は、需給バランスをチェックする。ここで、「放電」である場合、制御部３１０（制御装置３００）は、対象ストリング２０１のスイッチ３０１をオンにして（ステップＳ１０）、対象ストリング２０１の蓄電池を放電させる（ステップＳ１１）。制御部３１０は、放電電流を検知する電流センサ３０５の検知出力に基づいて、放電電流を積算する（ステップＳ１２）。すなわち、失われた（放出された）電池容量を演算する。

なお、その他のストリング２０２〜２０４については、オフとする。すなわち、対象ストリング２０１を優先的に、途中で充電することなく一方向的に、完全放電まで放電させる。これにより、対象ストリング２０１を迅速に放電させることができる。そして、制御部３１０は、対象ストリング２０１の電池容量が０％（完全放電）に達していると推定されるか否かを判定し（ステップＳ１５）、０％に達していると推定されるまで、ステップＳ９〜１１，１４を実行する。なお、この推定は、例えば、電流センサ３０５で検知される電流が所定値（例えば、ほぼ０）になることにより、推定可能である。また、対象ストリング２０１の電圧が所定値（下限値）に達したことを、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ３０９内に設けられた電圧センサ（図示せず。）により検知するか、又は、各ストリング２０１〜２０４に電圧センサを設けてその出力信号を制御部３１０に送るようにしてもよい。

但し、太陽光発電の発電状況や、負荷の需要は刻々変化するので、需給バランスも変化する。対象ストリング２０１の電池容量が０％に達するまでに、需給バランスが「充電」に変わったときは、制御部３１０は、対象ストリング２０１のスイッチ３０１をオフにして充電を阻止し、対象外ストリング２０２〜２０４については、オンにする（ステップＳ１３）。これにより、対象外ストリング２０２〜２０４への充電が行われる（ステップＳ１４）。

上記のような過程を繰り返してステップＳ１５で電池容量が０％（完全放電）に達すると、対象ストリング２０１の放電は完了である。すなわち、ステップＳ９〜Ｓ１５が、図１における放電制御部３１２の機能である。
言い換えれば、放電制御部３１２は、対象ストリング２０１ではない残余のストリング２０２〜２０４に、外部電源である太陽光発電パネル１からの充電の責務を担わせながら、一旦満充電となったストリング２０１の蓄電池を、完全放電まで、途中で充電することなく放電させる。積算した放電電流により、現状の電池容量がわかる。

そして、制御部３１０は、所定値、例えば新品の時の電池容量と、現状の電池容量とを比較し、劣化状態（ＳＯＨ）を推定する（ステップＳ１６）。すなわち、ステップＳ１２の演算結果に基づくステップＳ１６の処理は、図１における劣化診断部３１３の機能である。
言い換えれば、劣化診断部３１３は、蓄電池が満充電から完全放電までの放電により実際に放出した電池容量を演算し、当該電池容量を所定値と比較して劣化の程度を診断する。

なお、ステップＳ１６の後は、制御部３１０の均等化制御部３１７による電圧の均等化制御が行われる（ステップＳ１７）。図１１において、劣化診断の対象となったストリング２０１は、完全放電により、両端の電圧がほとんど０である。そこで、均等化制御部３１７は、例えば、スイッチＳＷ４，ＳＷ３，ＳＷ２，ＳＷ１の順に、交互にオンの状態とすることを、繰り返す。なお、このとき、スイッチ同士が互いに同時にオンとならないようにスイッチ切替時間（時間的隙間）を空ける。これにより、コンデンサ３２０を仲介役として、一のストリングから他のストリングへ電荷の受け渡しが行われる。

ストリング対コンデンサの電荷の受け渡しは、電圧の高低によって決まり、コンデンサ３２０の両端電圧が、接続されたストリングの両端電圧より低いときは、ストリングからコンデンサ３２０へ電荷が移動し、逆に、コンデンサ３２０の両端電圧が、接続されたストリングの両端電圧より高いときは、コンデンサ３２０からストリングへ電荷が移動する。この工程を所定時間（又は所定回数）繰り返すことにより、４つのストリング２０１〜２０４の電圧は、概ね同じになる。

従って、放電した状態であった劣化診断対象のストリング２０１も、電圧が回復し、蓄電池群２００の一員として復帰できる状態になる。こうして、劣化診断対象となったことにより放電しているストリングを含めて４つのストリング２０１〜２０４の電圧を均等化することができる。従って、劣化診断対象となったストリングを円滑に、蓄電池群２００の１ストリングとして復帰させることができる。
なお、このような電圧の均等化制御を行わずに、ストリング２０１のスイッチ３０１（図１）をオンにすると、他のストリング２０２〜２０４から一気に大電流が流れ込むので、好ましくない。

このような均等化制御が終わると、以後、通常の充放電動作（ステップＳ１）が実行される。ストリング２０２〜２０４についても、それぞれ時期をずらして同様の処理により、劣化の診断を行うことができる。
このようにして、負荷４への給電を停止せずに、ストリング単位で、定期的に劣化診断を行うことができる。従って、蓄電池の劣化状態を正確に把握することができる。

以上のように、上記の蓄電システム１００において、制御装置３００（制御部３１０）は、対象とした蓄電池を、満充電の状態から完全放電まで、途中で充電することなく放電させ、放電によって実際に放出した電池容量を演算する。この実際に放出した電池容量とは、現時点での当該蓄電池にとって、充放電可能な実容量である。従って、この実容量と、所定値（例えば新品のときの実容量）との比較に基づいて、蓄電池の劣化の程度すなわち劣化状態（ＳＯＨ）の診断を行うことができる。また、診断のための充放電サイクル中に、劣化診断対象の１ストリングに担わせるべきでない充放電の責務は、残余のストリングに担わせることができるので、蓄電システムとしての本来の充放電機能を休止せずに、劣化診断を行うことができる。

図４は、対象ストリング２０１の充放電の過程の一例を示すグラフである。横軸は時間、縦軸は電池容量（ＳＯＣ）を表している。なお、電池は、放電の際の電流値や周囲温度の影響で、電池容量が変動する。よって、完全放電（若しくは、所定のＳＯＣまでの放電）に到達し、電池容量を計算する際に、実際には、電流値と電池温度による「補正」を行う必要があるが、ここでは補正についての説明は省略する。

図において、期間Ａは、ステップＳ３〜Ｓ９による充電過程である。なお、この例において期間Ａでは、途中で放電させずに充電しているが、充電・放電を繰り返しながら最終的にＳＯＣが１００％に至る充電であってもよい。期間Ｂは、ステップＳ９〜Ｓ１５による放電過程である。時点Ｃにおいて、電池容量は完全放電に達する。

ここで、期間Ｂにおける放電は、途中で充電に転じないように、一方向的に放電させる。途中で充電せずに完全放電まで放電させることで、現状の電池容量を正確に測定することができる。すなわち、蓄電池をコップに例えるとすれば、劣化によってコップの容量は減少するが、どれだけ減少しているか不明である。そこで、とりあえずコップを満杯にして、途中でつぎ足すことなく放出すれば、その放出量により、現状の正確な容量がわかるのと同様である。
また、対象ストリング２０１の放電は、途中で充電さえしなければよいのであるから、途中で放電を休止させることは問題ない。図５は、対象ストリング２０１の充放電の過程の他の例を示すグラフである。この場合、放電の期間Ｂ内に、放電休止の時間Δｔがあるが、このことによって、容量測定に影響はない。

なお、放電の期間Ｂに関する上記の説明では、途中で充電することなく放電させるものとしたが、実際には、図４又は図５における期間Ｂにおいて若干の充電が行われたとしても、それが短時間であれば、大きな影響は無い。かかる軽微な背反を含めて、より現実的に表現すれば、「途中で充電することを抑制しつつ」放電させればよい。以下の実施形態においても同様である。

《第２実施形態》
図６は、本発明の第２実施形態に係る蓄電システムと、その周辺回路を示す接続図である。図１（第１実施形態）との違いは、劣化診断の対象ストリングに対して充電・放電を行うための構成及び動作が異なる点であり、その他は同様であるので、同一符号を付した部位についての同様の説明は省略する。１ストリングを構成する各セルの劣化状態は、ほぼ同じ程度であることが経験的にわかっている。そこで、各ストリング２０１〜２０４の複数セルのうちの任意の１個（但し２個以上でもよい。）に着目して、現在の電池容量を測定すれば、ストリングの劣化状態がわかる、というのが、この第２実施形態の考え方である。

図６において、各ストリング２０１〜２０４の複数セルのうちの１個（但し、２個以上でも可。）に並列に、充放電用の回路を設ける。この回路は、電流センサ３１４、充電器３１５、放電用負荷３１６、充電スイッチＣＳ１〜ＣＳ４、放電スイッチＤＳ１〜ＤＳ４を図示のように接続して構成されている。これらは、制御装置３００の一部である。

例えば、充電スイッチＣＳ１をオン（他はオフ）にすると、ストリング２０１の１セルに対して、充電器３１５、充電スイッチＣＳ１、電流センサ３１４の直列体が、並列に接続される。これにより、当該セルを充電することができる。同様に、充電スイッチＣＳ２をオン（他はオフ）にすると、ストリング２０２の１セルを充電することができる。充電スイッチＣＳ３をオン（他はオフ）にすると、ストリング２０３の１セルを充電することができる。充電スイッチＣＳ４をオン（他はオフ）にすると、ストリング２０４の１セルを充電することができる。

また、放電スイッチＤＳ１をオン（他はオフ）にすると、ストリング２０１の１セルに対して、放電用負荷３１６、放電スイッチＤＳ１、電流センサ３１４の直列体が、並列に接続される。これにより、当該セルを放電させることができる。同様に、放電スイッチＤＳ２をオン（他はオフ）にすると、ストリング２０２の１セルを放電させることができる。放電スイッチＤＳ３をオン（他はオフ）にすると、ストリング２０３の１セルを放電させることができる。放電スイッチＤＳ４をオン（他はオフ）にすると、ストリング２０４の１セルを放電させることができる。

図７は、主として制御装置３００（特に制御部３１０）によって実行される蓄電池の劣化診断の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、対象ストリングについて記載されており、対象外のストリングは、通常の充放電動作を行うことができる。

まず、図７において、ステップＳ２１では、通常の充放電動作が行われている。すなわち、太陽光発電パネル１の発電電力に基づいて、パワーコンディショナ２３から負荷４に交流電力が供給され、また、余剰電力はＤＣ／ＤＣコンバータ３０９を介して蓄電池群２００の充電に供する。このとき、スイッチ３０１〜３０４は、全てオン（閉）の状態とされている。
一方、太陽光発電パネル１の発電電力が、負荷４の電力需要より少ない場合は、蓄電池群２００からＤＣ／ＤＣコンバータ３０９を経て、電路Ｐに電力が供給され、電力の不足分が補われる。

上記の通常の充放電動作が実行されている間、制御部３１０は、蓄電池診断の実施条件が充足されるのを待ち（ステップＳ２２からＳ２１の繰り返し。）、実施条件が充足されると、制御部３１０は、ステップＳ２３以降を実行する。なお、実施条件とは、例えば、直前の診断から一定期間の経過である。ここでは、例えば、ストリング２０１が診断の対象である、とする。

ステップＳ２３において、制御部３１０は、対象ストリング２０１のスイッチ３０１をオフにして（ステップＳ２３）、充電スイッチＣＳ１をオンにする。なお、他のスイッチ３０２〜３０４はすべてオン、他の充電スイッチＣＳ２〜ＣＳ４及び放電スイッチＤＳ１〜ＤＳ４については、すべてオフである。
このようにして、スイッチ２０１が開くことにより、他のストリング２０２〜２０４とは縁が切れたストリング２０１について、セルを充電する。こうして、いわば専用の充電器３１５で、セルを満充電の状態にすることができる。そして、制御部３１０は、電池容量（ＳＯＣ）が１００％に達しているか否かを判定し（ステップＳ２４）、１００％に達するまで、ステップＳ２３、Ｓ２４を実行する。

上記のような過程を繰り返してステップＳ２４で電池容量が１００％に達すると、対象セルの充電は完了である。すなわち、ステップＳ２３，Ｓ２４が、図１における充電制御部３１１の機能である。
言い換えれば、充電制御部３１１は、複数のストリングのうちから劣化診断対象の１ストリングを選択し、残余のストリングに通常の放電及び充電の責務を担わせながら、当該１ストリングを構成する蓄電池（セル）を満充電の状態とする。

次に、図７のステップＳ２５において、制御部３１０は、対象ストリング２０１の放電スイッチＤＳ１をオンにして（ステップＳ２５）、対象ストリング２０１のセルを放電させる。制御部３１０は、放電電流を検知する電流センサ３０５の検知出力に基づいて、放電電流を積算する（ステップＳ２６）。すなわち、放出された電池容量を演算する。

こうして、対象ストリング２０１のセルを優先的に、途中で充電することなく一方向的に、完全放電まで放電させる。そして、制御部３１０は、セルの電池容量が０％に達していると推定されるか否かを判定し（ステップＳ２７）、０％に達していると推定されるまで、ステップＳ２５，Ｓ２６，Ｓ２７を実行する。なお、この推定は、例えば、電流センサ３１４で検知される電流が所定値（例えば、ほぼ０）になることにより、推定可能である。

上記のような過程を繰り返してステップＳ２７で電池容量が０％に達すると、対象ストリング２０１のセルの放電は完了である。すなわち、ステップＳ２５，Ｓ２６，Ｓ２７が、図１における放電制御部３１２の機能である。
言い換えれば、放電制御部３１２は、対象ストリング２０１ではない残余のストリング２０２〜２０４に、通常の充電及び放電の責務を担わせながら、一旦満充電となったストリング２０１のセルを、完全放電まで、途中で充電することなく放電させる。積算した放電電流により、現状の電池容量がわかる。

そして、制御部３１０は、所定値、例えば新品の時の電池容量と、現状の電池容量とを比較し、劣化状態（ＳＯＨ）を推定する（ステップＳ２８）。すなわち、ステップＳ２６の演算結果に基づくステップＳ２８の処理は、図１における劣化診断部３１３の機能である。
言い換えれば、劣化診断部３１３は、蓄電池が満充電から完全放電までの放電により実際に放出した電池容量を演算し、当該電池容量を所定値と比較して劣化の程度を診断する。

なお、ステップＳ２８の後は、第１実施形態と同様に、劣化診断の対象となったストリング２０１を含む全てのストリング２０１〜２０４で、電圧の均等化制御が行われる（ステップＳ２９）。その後、通常の充放電動作（ステップＳ１）が実行される。ストリング２０２〜２０４についても、それぞれ時期をずらして同様の処理により、劣化の診断を行うことができる。
このようにして、負荷４への給電を停止せずに、ストリング単位で、定期的に劣化診断を行うことができる。従って、蓄電池の劣化状態を正確に把握することができる。

すなわち第２実施形態の蓄電システムによれば、任意の１ストリングについての、放電スイッチをオフにして充電スイッチをオンにすることにより１ストリングのうちの１個又は一部である蓄電池のみを充電し、また、充電スイッチをオフにして放電スイッチをオンにすることにより当該蓄電池のみを放電させることができる。通常、１ストリング内では各蓄電池の劣化の程度は、ほぼ同等であることが経験的にわかっており、従って、１個又は一部の蓄電池の劣化診断により、実質的に、１ストリングの劣化診断を行うことができる。

《第３実施形態》
図８は、本発明の第３実施形態に係る蓄電システムと、その周辺回路を示す接続図である。図１（第１実施形態）との違いは、制御装置３００内でのＤＣ／ＤＣコンバータの設け方であり、その他は同様であるので、同一符号を付した部位についての同様の説明は省略する。
図８において、各ストリング２０１〜２０４に対してそれぞれ直列に、双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータ３２１〜３２４が介挿されている。つまり、図１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３０９の代わりに、各ストリングに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２１〜３２４が設けられている。

このような回路構成によれば、１ストリングの蓄電池の電圧は同一でなくてもよい。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２１〜３２４への入力電圧は不揃いであっても、電圧変換比を調整することにより、出力電圧を揃えることができる。
また、この場合、劣化診断の対象となるのが、例えばストリング２０１であり、仮にこのストリング２０１が満充電の状態であるとすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２１をストリング２０１からの放電モードとし、かつ、他のＤＣ／ＤＣコンバータ３２２，３２３，３２４を充電モードとすれば、図の矢印に示すように、ストリング２０１を放電させ、そのエネルギーにより、ストリング２０２〜２０４を充電することができる。逆に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２２，３２３，３２４を放電モードとし、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２１をストリング２０１への充電モードとすれば、ストリング２０１を充電することができる。

すなわち、１ストリングのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧により残余のストリングへの放電が可能であり、逆に、１ストリングを、残余のストリングのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧により充電することが可能である。従って、必ずしも外部電源や負荷に依存しなくても、ストリング同士で、電荷を自在に移動させ、特定のストリングを満充電まで充電し、かつ、完全放電まで放電させることができる。
また、この場合、以下の利点がある。
（ｉ）一定電流での充電・放電ができるので劣化診断の精度が高い。
（ｉｉ）診断時間が短縮される。
（ｉｉｉ）ストリング毎に、異なる接続構成（電圧構成）や、種類の異なる電池を用いることができる。
（ｉｖ）需給制御補償用とバックアップ用にストリングを分けて運用できる。

《各実施形態に共通の補足説明》
なお、上記の各実施形態では、満充電の状態となった蓄電池を完全放電の状態まで、途中で充電することなく放電させる放電制御について説明したが、必ずしも「満充電」、「完全放電」でなくてもよい。例えば、図１０によれば、ＤＯＤの低いところと、高いところとで、電圧の変化が大きくなることがわかる。そこで、電圧変化が急峻になるところを、電圧の高値及び低値として劣化診断用に設定することができる。
具体的には、図１０において、例えば充電は３．７Ｖまで行い、放電は３．５Ｖになるまで行わせる、という充放電でも、サイクル数の違いによる劣化の影響は現れる。すなわち、前述のように蓄電池をコップに例えるとすれば、コップの満杯に近いと推定される一定の電池容量から、空に近いと推定される一定の電池容量までに、実際に放出した電池容量に基づいてでも、新品から見た現状の容量変化（劣化）がわかる。

図１２は、図４と類似した、劣化診断の対象ストリングについての、充放電の過程の一例を示すグラフである。図４との違いは、例えば上記のような電圧設定（３．７Ｖ／３．５Ｖ）により、充電に関しては、ＳＯＣが１００％より低いＸ_Ｈ［％］となったとき充電を停止し、放電に関しては、ＳＯＣが、０％より高いＸ_Ｌ［％］となるときまで行わせる、という点である。
上記のＸ_Ｈ［％］を第１の電池容量（ＳＯＣ）、Ｘ_Ｌ［％］を第２の電池容量とすると、前述の満充電、完全放電も含めて、包括的には、以下のように表現することができる。

すなわち、制御装置３００における充電制御部３１１の機能としては、複数のストリングのうちから劣化診断対象の１ストリングを選択し、残余のストリングに放電の責務を担わせながら、当該１ストリングを構成する少なくとも１つの蓄電池を「第１の電池容量」まで充電する。また、放電制御部３１２の機能としては、残余のストリングに太陽光発電パネル１からの充電の責務を担わせながら、第１の電池容量となった蓄電池を第２の電池容量まで、途中で充電することなく放電させる。そして、劣化診断部３１３は、蓄電池が第１の電池容量から第２の電池容量までの放電により実際に放出した電池容量を演算し、当該電池容量を所定値と比較して劣化の程度を診断する。

《その他》
なお、上記各実施形態では、蓄電システム１００に対する外部電源として太陽光発電パネル１を示したが、外部電源は、他の再生可能エネルギー源（風力、水力、地熱、バイオマスその他）であってもよい。また、蓄電システム１００に対する外部電源は、必ずしも再生可能エネルギー源に限らず、その他の電源であってもよい。さらに、商用電源のバックアップ電源として蓄電システムを使用する場合でも、同様の要領で劣化診断を行うことができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 太陽光発電パネル（外部電源）
４ 負荷
２００ 蓄電池群
２０１〜２０４ ストリング
３００ 制御装置
３０１〜３０４ スイッチ
３１１ 充電制御部
３１２ 放電制御部
３１３ 劣化診断部
３１５ 充電器
３１６ 放電用負荷
３２０ コンデンサ
３２１〜３２４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３３０ 均等化装置
ＣＳ１〜ＣＳ４ 充電スイッチ
ＤＳ１〜ＤＳ４ 放電スイッチ

Claims (9)

1. 互いに並列に設けられた複数のストリングによって構成される蓄電池群と、当該蓄電池群を外部電源により充電し、放電により負荷に給電するための制御装置とを備えた蓄電システムであって、
   前記制御装置は、
   前記複数のストリングのうちから劣化診断対象の１ストリングを選択し、残余のストリングに放電の責務を担わせながら、当該１ストリングを構成する少なくとも１つの蓄電池を第１の電池容量まで充電する充電制御部と、
   前記残余のストリングに前記外部電源からの充電の責務を担わせながら、前記第１の電池容量となった前記蓄電池を第２の電池容量まで、途中で充電することを抑制しつつ放電させる放電制御部と、
   前記蓄電池が前記第１の電池容量から前記第２の電池容量までの放電により実際に放出した電池容量を演算し、当該電池容量を所定値と比較して劣化の程度を診断する劣化診断部と、
   を有することを特徴とする蓄電システム。
2. 前記蓄電池を充電する過程において、前記外部電源から供給される電力と前記負荷が消費する電力との需給バランスにより、放電が必要であるときは、前記制御装置は、前記残余のストリングにより放電を実行し、充電が可能なときは、当該蓄電池に充電する請求項１記載の蓄電システム。
3. 前記蓄電池を放電させる過程において、前記外部電源から供給される電力と前記負荷が消費する電力との需給バランスにより、充電が可能なときは、前記制御装置は、前記残余のストリングにより充電を実行し、放電が必要であるときは、当該蓄電池を優先的に放電させる請求項１又は２に記載の蓄電システム。
4. 前記蓄電池は、前記１ストリングのうちの１個又は一部であり、前記制御装置は、
   前記複数のストリングにそれぞれ介挿されたスイッチと、
   前記蓄電池を充電するための充電器と、
   前記蓄電池を放電させるための放電用負荷と、
   前記充電器を前記蓄電池に接続する充電スイッチと、
   前記放電用負荷を前記蓄電池に接続する放電スイッチと、を備えている請求項１記載の蓄電システム。
5. 前記制御装置は、前記複数のストリングのそれぞれについて設けられたＤＣ／ＤＣコンバータを含む請求項１記載の蓄電システム。
6. 前記第１の電池容量とは満充電の状態であり、前記第２の電池容量とは完全放電の状態である請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電システム。
7. 劣化診断対象となったストリングを含む前記複数のストリングの電荷を、コンデンサを仲介して相互に移動させることにより電圧を均等化する均等化装置を備えている請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電システム。
8. 互いに並列に設けられた複数のストリングによって構成される蓄電池群と、当該蓄電池群を外部電源により充電し、放電により負荷に給電するための制御装置とを備えた蓄電システムにおいて前記制御装置によって実行される、蓄電池の劣化診断方法であって、
   前記複数のストリングのうちから劣化診断対象の１ストリングを選択し、
   残余のストリングに放電の責務を担わせながら、前記１ストリングを構成する少なくとも１つの蓄電池を第１の電池容量まで充電し、
   前記残余のストリングに前記外部電源からの充電の責務を担わせながら、前記第１の電池容量となった前記蓄電池を第２の電池容量まで、途中で充電することを抑制しつつ放電させ、
   前記蓄電池が前記第１の電池容量から前記第２の電池容量までの放電により実際に放出した電池容量を演算し、当該電池容量を所定値と比較して劣化の程度を診断する、
   ことを特徴とする蓄電池の劣化診断方法。
9. 前記第１の電池容量とは満充電の状態であり、前記第２の電池容量とは完全放電の状態である請求項８に記載の蓄電池の劣化診断方法。

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