JP2021099262A - 制御弁式の鉛蓄電池の充電状態、電解液の減液量または電解液の硫酸濃度の推定方法、および、制御弁式の鉛蓄電池の監視装置 - Google Patents

制御弁式の鉛蓄電池の充電状態、電解液の減液量または電解液の硫酸濃度の推定方法、および、制御弁式の鉛蓄電池の監視装置 Download PDF

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Abstract

【課題】電解液の減液に起因して鉛蓄電池のＳＯＣの推定精度が低下することを抑制する。【解決手段】制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法は、任意の基準時以降に鉛蓄電池が過充電になっているときの過充電電気量を特定する過充電電気量特定工程と、基準時よりも後に鉛蓄電池の開回路電圧を取得する開回路電圧取得工程と、基準時から開回路電圧の取得時までの過充電電気量が大きいほど、開回路電圧に対する充電状態の変化率が小さい開回路電圧−充電状態の相関関係と、取得された開回路電圧と、に基づき、鉛蓄電池の充電状態を推定する充電状態推定工程と、を含む。【選択図】図４

Description

本明細書に開示される技術は、制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法に関する。
従来から、二次電池の開回路電圧（ＯＣＶ）を測定し、その測定した開回路電圧に基づいて二次電池の充電状態（ＳＯＣ）を推定する方法がある（例えば、特許文献１、２参照）。例えば、二次電池のうちの液式の鉛蓄電池では、充放電によって反応物である電解液の硫酸濃度が変化し、その硫酸濃度の変化に伴って液式の鉛蓄電池の充電状態が変化する。電解液の硫酸濃度と液式の鉛蓄電池の開回路電圧との間には相関関係が成り立つ。このため、液式の鉛蓄電池の開回路電圧の測定結果に基づいて液式の鉛蓄電池の充電状態を推定することが可能になる。
特開２０１８−１６９２８１号公報 特開２０１９−４５１５５号公報
ところで、鉛蓄電池の１つとして、制御弁式の鉛蓄電池（密閉式鉛蓄電池）が知られている。制御弁式の鉛蓄電池は、液式の鉛蓄電池とは異なり、内部の電解液が流動しにくく、かつ電解液の量が相対的に少ないことから設置姿勢の自由度が高く、また、液量の点検や補水が不要であることからメンテナンスが容易であり、例えば、無停電電源装置、通信基地局、二輪自動車等の電源として利用される。
上述した従来の二次電池の充電状態の推定方法では、鉛蓄電池のうち、主として液式の鉛蓄電池が対象とされ、制御弁式の鉛蓄電池は対象とされておらず、十分に検討されていなかった。近年、制御弁式の鉛蓄電池についても充電状態を高い精度で推定したいとの要請が高まっている。制御弁式の鉛蓄電池は、使用中に内部から発生するガスを極板で吸収するため、液式の鉛蓄電池に比べて、電解液が減液しにくい。しかし、制御弁式の鉛蓄電池は電解液の液量が少ないため、電解液の減液量（電解液に含まれる水の減少量）が僅かであっても、筐体内の電解液の硫酸濃度に与える影響が大きい。このため、例えば、従来の二次電池の充電状態の推定方法のように、単に開回路電圧の測定結果に基づいて充電状態を推定すると、電池を使用していく過程で充電状態の推定精度が悪化していくことがある。そこで、本発明者は、制御弁式の鉛蓄電池について、使用期間によらない充電状態の高度な推定、および、電解液の減液量や硫酸濃度の推定について検討した。
本明細書では、制御弁式の鉛蓄電池の充電状態を精度よく推定することと、制御弁式の鉛蓄電池の電解液の減液量または硫酸濃度を推定することとの少なくとも１つが可能な技術を開示する。
本明細書に開示される制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法は、制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法であって、任意の基準時以降に前記鉛蓄電池が過充電になっているときの過充電電気量を特定する過充電電気量特定工程と、前記基準時よりも後に前記鉛蓄電池の開回路電圧を取得する開回路電圧取得工程と、前記基準時から前記開回路電圧の取得時までの前記過充電電気量が大きいほど、開回路電圧に対する充電状態の変化率が小さい開回路電圧−充電状態の相関関係と、取得された前記開回路電圧と、に基づき、前記鉛蓄電池の充電状態を推定する充電状態推定工程と、を含む。
本実施形態におけるゴルフカート６０の構成を概略的に示す説明図である。 ゴルフカート６０の電気的構成を概略的に示す説明図である。 ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）４００の構成を概略的に示す説明図である。 電池管理処理の流れを示すフローチャートである。 ＶＲＬＡ（Ｖａｌｖｅ−Ｒｅｇｕｌａｔｅｄ Ｌｅａｄ−Ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｙ）１００の充放電電気量および開回路電圧−充電状態の相関関係の経時的変化を示す説明図である。 過充電電気量と減液量との相関関係を示すグラフである。
本明細書に開示される技術は、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本明細書に開示される制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法は、制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法であって、任意の基準時以降に前記鉛蓄電池が過充電になっているときの過充電電気量を特定する過充電電気量特定工程と、前記基準時よりも後に前記鉛蓄電池の開回路電圧を取得する開回路電圧取得工程と、前記基準時から前記開回路電圧の取得時までの前記過充電電気量が大きいほど、開回路電圧に対する充電状態の変化率が小さい開回路電圧−充電状態の相関関係と、取得された前記開回路電圧と、に基づき、前記鉛蓄電池の充電状態を推定する充電状態推定工程と、を含む。
鉛蓄電池では、電解液の減液により電解液の硫酸濃度が変動すると、その硫酸濃度の変動に伴って、鉛蓄電池の充電状態の推定に用いるべき、開回路電圧（以下、「ＯＣＶ」ともいう）−充電状態（以下、「ＳＯＣ」ともいう）の相関関係（ＯＣＶに対するＳＯＣの変化率）が異なる。従来の構成では、仮にＯＣＶを正確に取得できたとしても、電解液の減液量に関係なく、共通のＯＣＶ−ＳＯＣの相関関係を用いて鉛蓄電池のＳＯＣを推定するため、ＳＯＣを精度よく推定できないことがあった。
本発明者は、鋭意検討を重ねることにより、制御弁式の鉛蓄電池では、過充電電気量から電解液の減液量（電解液の硫酸濃度）を推定できることを新たに見出した。すなわち、制御弁式の鉛蓄電池では、液式の鉛蓄電池とは異なり、電解液の減液の主要因は、水の電気分解による減液である。また、この水の電気分解は、充電反応の副反応として起こり、鉛蓄電池の過充電時には主反応になり、この過充電電気量は、主として、水の電気分解に使用される。このことは、過充電電気量と水の電気分解による電解液の減液量との間に相関関係が成立することを意味する。これらのことから、制御弁式の鉛蓄電池では、過充電電気量から電解液の減液量、さらには電解液の硫酸濃度を推定することができる。そして、取得された電解液の減液量（電解液の硫酸濃度の変動量）に応じた変化率のＯＣＶ−ＳＯＣの相関関係に用いることにより、鉛蓄電池のＳＯＣを精度よく測定することができる。本制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法では、所定の基準時から開回路電圧の取得時までに取得された過充電電気量が大きいほど、ＯＣＶに対するＳＯＣの変化率が小さいＯＣＶ−ＳＯＣの相関関係と、取得されたＯＣＶと、に基づき、鉛蓄電池のＳＯＣが推定される。これにより、電解液の減液に起因して鉛蓄電池のＳＯＣの推定精度が低下することを抑制することができる。
（２）上記制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法において、前記過充電電気量に基づき前記鉛蓄電池内の電解液の減液量を推定する減液量推定工程を含み、前記充電状態推定工程において、推定された前記減液量に応じた前記変化率の前記開回路電圧−充電状態の相関関係を用いて前記鉛蓄電池の充電状態を推定する構成としてもよい。本制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法によれば、過充電電気量から推定される電解液の減液量に基づき、適切なＯＣＶ−ＳＯＣの相関関係を用いて鉛蓄電池のＳＯＣを、より精度よく推定することができる。
（３）上記制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法において、前記減液量推定工程において、推定された前記減液量が所定値以下の分については、過充電電気量−電解液の減算量の第１の変換関係に基づき前記電解液の減算量を推定し、前記減液量が前記所定値を超えた分については、過充電電気量に対する電解液の減液量の変換率が前記第１の変換関係よりも小さい第２の変換関係に基づき前記電解液の減算量を推定する構成としてもよい。
本発明者は、鋭意検討を重ねることにより、電解液の減液が進むと、負極におけるガス吸収反応が起こりやすくなるため、その分だけ、水の電気分解による減液が抑制されることを新たに見出した。このことは、電解液の減液量（過充電電気量）が所定値以上であるか否かに関係なく、共通の過充電電気量−電解液の減算量の変換関係を用いると、電解液の減算量の推定精度が低下し、その結果、鉛蓄電池のＳＯＣの推定精度が低下するおそれがある。これに対して、本制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法によれば、電解液の減液量に起因して鉛蓄電池のＳＯＣの推定精度が低下することを抑制することができる。
（４）上記制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法において、前記鉛蓄電池の温度を取得する温度取得工程を含み、前記減液量推定工程において、取得された前記温度が低いほど、過充電電気量に対する電解液の減液量の変換率が小さい変換関係に基づき前記電解液の減算量を推定する構成としてもよい。本発明者は、鋭意検討を重ねることにより、制御弁式の鉛蓄電池では、鉛蓄電池の温度が低いほど、過充電電気量に対する電解液の減液量の変換率（以下、「減液変換率」ともいう）が小さくなることを新たに見出した。本制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法によれば、鉛蓄電池の温度が低いほど、減液変換率が小さい変換関係に基づき電解液の減算量を推定するため、電解液の減液量をより精度よく推定することができる。
（５）本明細書に開示される制御弁式の鉛蓄電池の監視装置は、制御弁式の鉛蓄電池の監視装置であって、任意の基準時以降に前記鉛蓄電池が過充電になっているときの過充電電気量を特定する過充電電気量特定部と、前記基準時よりも後に前記鉛蓄電池の開回路電圧を取得する開回路電圧取得部と、前記基準時から前記開回路電圧の取得時までの前記過充電電気量が大きいほど、開回路電圧に対する充電状態の変化率が小さい開回路電圧−充電状態の相関関係と、取得された前記開回路電圧と、に基づき、前記鉛蓄電池の充電状態を推定する充電状態推定部と、を備える。
（６）本明細書に開示される制御弁式の鉛蓄電池の電解液の減液量の推定方法は、制御弁式の鉛蓄電池の電解液の減液量の推定方法であって、前記鉛蓄電池が過充電になっているときの過充電電気量を特定する過充電電気量特定工程と、前記過充電電気量に基づき電解液の減液量を推定する減液量推定工程と、を含む。本推定方法によれば、制御弁式の鉛蓄電池における電解液の減液量を推定することができる。
（７）本明細書に開示される制御弁式の鉛蓄電池の電解液の硫酸濃度の推定方法は、制御弁式の鉛蓄電池の電解液の硫酸濃度の推定方法であって、前記鉛蓄電池が過充電になっているときの過充電電気量を特定する過充電電気量特定工程と、前記過充電電気量に基づき電解液の硫酸濃度を推定する硫酸濃度推定工程と、を含む。本推定方法によれば、制御弁式の鉛蓄電池における電解液の硫酸濃度を推定することができる。
なお、本発明は、例えば次のような形態で利用することができる。
具体的には、次の通りである。
（ａ）制御弁式の鉛蓄電池と、前記鉛蓄電池からの電力によって作動する電動機と、報知部と、電池監視部と、を備える蓄電システムであって、
前記電池監視部は、
任意の基準時以降に前記鉛蓄電池が過充電になっているときの過充電電気量を特定する過充電電気量特定工程と、
前記基準時よりも後に前記鉛蓄電池の開回路電圧を取得する開回路電圧取得工程と、
前記基準時から前記開回路電圧の取得時までの前記過充電電気量が大きいほど、開回路電圧に対する充電状態の変化率が小さい開回路電圧−充電状態の相関関係と、取得された前記開回路電圧と、に基づき、前記鉛蓄電池の充電状態を推定する充電状態推定工程と、を実施し、
前記報知部は、
前記電池監視部によって推定された前記鉛蓄電池の充電状態に応じた報知動作を実行する。
（ｂ）制御弁式の鉛蓄電池と、前記鉛蓄電池からの電力によって作動する電動機と、報知部と、電池監視部と、を備える蓄電システムであって、
前記電池監視部は、
前記鉛蓄電池が過充電になっているときの過充電電気量を特定する過充電電気量特定工程と、
前記過充電電気量に基づき、電解液の減液量と電解液の硫酸濃度との少なくとも一方を推定する推定工程と、
を実施し、
前記報知部は、
前記電池監視部による推定結果に応じた報知動作を実行する。
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、制御弁式の鉛蓄電池の監視装置、制御弁式の鉛蓄電池の充電状態と電解液の減液量と電解液の硫酸濃度との少なくとも１つの推定方法、それらの装置または方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することが可能である。
Ａ．制御弁式の鉛蓄電池における電解液の減液量の推定方法の原理：
本発明者は、鋭意検討を重ねることにより、制御弁式の鉛蓄電池（Ｖａｌｖｅ−Ｒｅｇｕｌａｔｅｄ Ｌｅａｄ−Ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｙ 以下、「ＶＲＬＡ」）ともいう）では、過充電電気量と電解液の減液量との間に相関関係が成立し、過充電電気量から電解液の減液量（または電解液の硫酸濃度）を推定できることを新たに見出した。過充電電気量とは、充電電気量が放電電気量を超えた過充電時の電気量であり、電解液の減液とは、鉛蓄電池の筐体内における電解液中の水分が減少することである。以下、詳細に説明する。
Ａ−１．過充電電気量と電解液の減液量との相関関係：
上述したように、鉛蓄電池のうち、ＶＲＬＡでは、過充電電気量と電解液の減液量との間に相関関係が成立する。
まず、鉛蓄電池は、一般に、収容空間が形成された筐体と、上記収容空間に収容され、正極板と負極板とセパレータとを備える極板群と、上記収容空間に収容された電解液（例えば、希硫酸）と、を備える。このような鉛蓄電池では、例えば充電末期に、筐体の収容空間において、電解液に含まれる水が電気分解されて、正極板から酸素ガスが発生し、負極板から水素ガスが発生することがある。したがって、鉛蓄電池であれば、少なくとも、電解液に含まれる水の電気分解によって電解液の減液が発生する。
ここで、ＶＲＬＡでは、主として、電解液に含まれる水の電気分解によって電解液の減液が発生する。すなわち、ＶＲＬＡでは、筐体の収容空間に流動する電解液がほとんどなく、かつ、筐体の収容空間の圧力が所定値未満である正常時では、筐体の収容空間が密閉状態とされている。具体的には、ＶＲＬＡでは、セパレータは、例えばガラス繊維により構成されており、そのセパレータに電解液が含浸されている。このため、筐体の収容空間に流動する電解液がほとんどない。また、ＶＲＬＡでは、排気孔の代わりに、制御弁が筐体に設けられている。制御弁は、正常時では、筐体の収容空間に発生したガスを筐体の外部に排出させないよう、閉状態となっており、筐体の収容空間が密閉状態とされる。このため、ＶＲＬＡでは、電解液に含まれる水の蒸発等によって電解液の減液が発生することはほとんどない。
また、電解液に含まれる水の電気分解は、正常の充電時には、充電反応の副反応として起こり、鉛蓄電池の過充電時には、主反応になり、このときの過充電電気量は、主として、電解液に含まれる水の電気分解に使用される。このことは、過充電電気量と水の電気分解による電解液の減液量との間に相関関係が成立することを意味する。
以上のように、ＶＲＬＡでは、主として、電解液に含まれる水の電気分解によって電解液の減液が発生し、かつ、水の電気分解による電解液の減液量と過充電電気量との間に相関関係が成立する。このことは、ＶＲＬＡでは、電解液の減液量と過充電電気量との間に相関関係が成立することを意味する。したがって、ＶＲＬＡでは、過充電電気量から電解液の減液量、さらには電解液の硫酸濃度を推定することができる。なお、ＶＲＬＡでは、筐体内に収容された電解液の液量が少ないため、電解液の減液量（電解液に含まれる水の減少量）が僅かであっても、筐体内の電解液の硫酸濃度に与える影響が大きい。このため、ＶＲＬＡにおいて、電解液の減液量（電解液の硫酸濃度）を精度よく推定することが好ましい。
なお、液式の鉛蓄電池では、電解液の減液量と過充電電気量との間に相関関係は成立しない。すなわち、液式の鉛蓄電池では、常に開口した排気孔が筐体に形成されており、筐体の収容空間に発生した酸素ガスや水素ガス（以下、まとめて「ガス」ともいう）を、常時、筐体の外部に排出できるようになっている。このため、液式の鉛蓄電池では、電解液に含まれる水の電気分解に加えて、電解液に含まれる水の蒸発等によっても電解液の減液が発生する。また、液式の鉛蓄電池では、ガスの排出によって電解液中の水分が減少するため、電池の使用過程で筐体の収容空間に精製水が補充され、電解液の液量が変動する。これらのことから、液式の鉛蓄電池では、電解液の減液量と過充電電気量との間に相関関係は成立しない。
Ａ−２．過充電電気量に対する電解液の減液量の変換率：
上述したように、ＶＲＬＡでは、電解液の減液量と過充電電気量との間に相関関係が成立する。したがって、この相関関係に応じた変換率（過充電電気量に対する電解液の減液量の変換率 以下、「減液変換率」ともいう）を用いて、過充電電気量から電解液の減液量を推定することができる。ただし、本発明者は、鋭意検討を重ねることにより、電解液の減液が進むと、この減液変換率が変化することを新たに見出した。
まず、ＶＲＬＡでは、充電中にガス吸収反応が起こることがあり、このガス吸収反応によって、電解液に含まれる水の電気分解による電解液の減液量が抑制される。ガス吸収反応は、充電時に電解液に含まれる水の電気分解により正極板で発生した酸素ガスを、負極板に吸収させる反応である。充電末期には、正極板で発生した酸素ガスは、負極活物質である鉛と反応して硫酸鉛と水とが生成される。すなわち，正極板での酸素ガスの発生によって失われた水が再生される。また、負極板では、硫酸鉛の生成によって放電状態となり、充電の電気エネルギーはこの硫酸鉛の還元に使用されるため、負極板からの水素ガス発生量も液式の鉛蓄電池に比べて少なくなる。ここで、ガス吸収反応は、正極板で発生した酸素ガスが、負極板のうち、電解液に覆われずに露出した表面（「負極板の露出表面」ともいう）に接触することにより起きる。したがって、電解液が十分に残存し、負極板の露出表面がほとんどない初期では、ガス吸収反応は起こりにくい。一方、電解液の減液が進み、負極板の露出表面が広くなるほど、ガス吸収反応が起こりやすくなる。ガス吸収反応が起こりやすくなると、過充電電気量の単位量当たりの電解液の減液量が少なくなるため、減液変換率が小さくなる。
このため、電解液の減液量の増加に伴って減液変換率を小さくする補正を行うことにより、過充電電気量から電解液の減液量（電解液の硫酸濃度）を、より精度よく推定できる。
Ｂ．実施形態：
Ｂ−１．構成：
図１は、本実施形態におけるゴルフカート６０の構成を概略的に示す説明図である。図１に示すように、ゴルフカート６０は、バッテリとしてのＶＲＬＡ１００と、電動機としての駆動モータ３００と、ＶＲＬＡ１００の状態を管理するＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）４００と、操作部６２と、を備える。ゴルフカート６０は、ＶＲＬＡ１００からの電力によって作動する駆動モータ３００の動力によって走行する移動体であって、ゴルフ場における所定の道を自動運転により走行可能とされている。
操作部６２は、例えばゴルフカート６０のハンドルの近傍に配置されている。図１に拡大して示すように、操作部６２には、例えば液晶ディスプレイ等により構成され、各種の画像や情報を表示する表示部６４が設けられており、表示部６４には、ＶＲＬＡ１００の充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ（充電率） 以下、「ＳＯＣ」ともいう）に応じた表示パターン６６が表示される。ＳＯＣは、ＶＲＬＡ１００の電池容量（ＶＲＬＡ１００の定格容量、放電可能な最大容量、または、満充電状態のときの容量）に対する現在の容量（残容量）の割合（％）である。具体的には、表示部６４の画面上における「Ｆ」は、ＶＲＬＡ１００が満充電状態（例えばＶＲＬＡ１００の電圧が予め定められた電圧上限値以上である状態）を意味し、表示部６４の画面上における「Ｅ」は、ＶＲＬＡ１００が充電不足状態（例えばＶＲＬＡ１００の電圧が予め定められた電圧下限値以下である状態）を意味する。表示部６４の画面上における互いに長さが異なる複数のバーは、ＶＲＬＡ１００のＳＯＣに応じて互いに異なるパターンで表示するものである。例えば、ＶＲＬＡ１００のＳＯＣが低くなり充電不足状態に近くなるほど、「Ｅ」近傍のバーのみが点灯し、ＶＲＬＡ１００のＳＯＣが高くなり満充電状態に近くなるほど、「Ｅ」近傍のバーから「Ｆ」近傍のバーまで点灯する。
これにより、ゴルフカート６０の使用者は、表示部６４に表示された表示パターン６６を見れば、ＶＲＬＡ１００の電池残量を感覚的に把握することができる。ゴルフカート６０に備えられたＶＲＬＡ１００は、図示しない充電器によって充電可能とされている。このため、ゴルフカート６０の使用者は、表示部６４に表示された表示パターン６６を見て、ＶＲＬＡ１００が充電不足状態に近づいていると判断すれば、充電器によってＶＲＬＡ１００を充電することができる。ゴルフカート６０のように、頻繁に充電が必要とされる移動体では、特に、ＳＯＣの推定について高い精度が求められる。また、ＶＲＬＡ１００は、他の二次電池に比べて重量が大きいため、ゴルフカート６０のような移動体において安定走行のために搭載されることが多々ある。ＢＭＵ４００は、特許請求の範囲における監視装置に相当する。
図２は、ゴルフカート６０の電気的構成を概略的に示す説明図である。図２に示すように、ゴルフカート６０は、上述のＶＲＬＡ１００、駆動モータ３００およびＢＭＵ４００以外に、電圧検出部４５０と、電流検出部４６０と、温度検出部４７０とを備える。ＶＲＬＡ１００は、複数のセルＣＥが直列接続された組電池である。
（各検出部の構成）
電圧検出部４５０は、ＶＲＬＡ１００に並列に接続されており、ＶＲＬＡ１００の全体の電圧値に応じた検出結果を出力する。電流検出部４６０は、ＶＲＬＡ１００に直列に接続されており、ＶＲＬＡ１００に流れる電流（充放電電流）値に応じた検出結果を出力する。温度検出部４７０は、ＶＲＬＡ１００の近傍に配置され、ＶＲＬＡ１００の温度に応じた検出結果を出力する。
（ＢＭＵ４００の構成）
図３は、ＢＭＵ４００の構成を概略的に示す説明図である。ＢＭＵ４００は、制御部４１０と、記憶部４２０と、入力部４３０と、インターフェース部４４０とを備える。これらの各部は、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
入力部４３０は、電圧検出部４５０と電流検出部４６０と温度検出部４７０とのそれぞれからの検出結果の入力を受け付ける。インターフェース部４４０は、例えば、ＬＡＮインターフェースやＵＳＢインターフェース等により構成され、有線または無線により他の装置（例えば、操作部６２）との通信を行う。
記憶部４２０は、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等により構成され、各種のプログラムやデータを記憶する。例えば、記憶部４２０には、後述する電池管理処理を実行するための電池管理プログラム４２１が格納されている。電池管理プログラム４２１は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体（図示しない）に格納された状態で提供され、ＢＭＵ４００にインストールすることにより記憶部４２０に格納される。また、記憶部４２０には、後述する各マップデータ４２２が格納されている。各マップデータ４２２はインターフェース部４４０を介してＢＭＵ４００に入力され、記憶部４２０に格納される。
制御部４１０は、例えばＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成され、記憶部４２０から読み出したコンピュータプログラムを実行することにより、ＢＭＵ４００の動作を制御する。例えば、制御部４１０は、電池管理プログラム４２１を読み出して実行することにより、後述の電池管理処理を実行する処理部として機能する。具体的には、制御部４１０は、条件判断部５１０と、表示制御部５２０と、過充電電気量特定部５３０と、減液量推定部５４０と、開回路電圧（開放電圧 以下「ＯＣＶ」ともいう）取得部５５０と、ＳＯＣ推定部５６０と、を含む。これら各部の機能については、後述の電池管理処理の説明の中で説明する。
ＶＲＬＡ１００の放電の際には、ＶＲＬＡ１００に負荷（図示せず）が接続され、ＶＲＬＡ１００の正極板での反応（二酸化鉛から硫酸鉛が生ずる反応）および負極板での反応（鉛（海綿状鉛）から硫酸鉛が生ずる反応）により生じた電力が該負荷に供給される。また、ＶＲＬＡ１００の充電の際には、ＶＲＬＡ１００に電源（図示せず）が接続され、該電源から供給される電力によって正極板での反応（硫酸鉛から二酸化鉛が生ずる反応）および負極板での反応（硫酸鉛から鉛（海綿状鉛）が生ずる反応）が起こり、ＶＲＬＡ１００が充電される。
Ｂ−２．電池管理処理：
次に、ＢＭＵ４００により実行される電池管理処理について説明する。電池管理処理は、ＶＲＬＡ１００のＳＯＣを推定し、その推定されたＳＯＣに応じた表示内容を表示部６４に表示させる処理である。
図４は、電池管理処理の流れを示すフローチャートである。まず、条件判断部５１０は、ＶＲＬＡ１００のＳＯＣを推定すべき推定タイミングが到来したか否かを判断する（Ｓ１１０）。条件判断部５１０は、例えば、ゴルフカート６０の駆動モータ３００が停止した時点、または、充電器によるＶＲＬＡ１００の充電完了時から、所定時間経過したことを条件に、推定タイミングが到来したと判断する。なお、条件判断部５１０は、電流検出部４６０からの検出結果に基づき、ＶＲＬＡ１００に流れる電流が電流下限値以下になったと判断した場合に、駆動モータ３００が停止したことを認識することができる。また、条件判断部５１０は、電圧検出部４５０からの検出結果に基づき、ＶＲＬＡ１００の電圧値が上記電圧上限値以上になったと判断した場合や上述の充電器からの充電完了通知を受けた場合に、ＶＲＬＡ１００が充電完了したことを認識することができる。
（過充電電気量の特定）
推定タイミングが到来していないと判断された場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、条件判断部５１０は、Ｓ１１０の判断を繰り返す。一方、推定タイミングが到来したと判断された場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、過充電電気量特定部５３０は、ＶＲＬＡ１００について、直近の充放電サイクルにおける過充電電気量（以下、「サイクル過充電電気量（Ａｈ）」ともいう）を特定する（Ｓ１２０）。サイクル過充電電気量は、１回の充放電サイクルにおいて、ＶＲＬＡ１００が過充電になっている期間中の充電電気量であり、１回の充放電サイクルにおける充電電気量から放電電気量を差し引いた値である。放電電気量は、ＶＲＬＡ１００の放電時（使用時）におけるＶＲＬＡ１００から流れる放電電流量の積算値であり、充電電気量は、ＶＲＬＡ１００の充電時におけるＶＲＬＡ１００に流れる充電電流量の積算値である。過充電電気量特定部５３０は、電流検出部４６０からの検出結果に基づき、放電電気量および充電電気量を取得する。なお、充放電サイクルにおいて充電電気量が放電電気量以下である場合、サイクル過充電電気量はゼロである。次に具体例を挙げて説明する。
図５は、ＶＲＬＡ１００の充放電電気量およびＯＣＶ−ＳＯＣの相関関係の経時的変化を示す説明図である。図５の上段には、ＶＲＬＡ１００の充放電電気量の経時的変化を模式的に示す充放電グラフが示されている。充放電グラフの縦軸はＶＲＬＡ１００における充放電電気量（Ａｈ）であり、横軸は初期タイミングｔ０からの経過時間（ｈ）である。充放電グラフでは、ＶＲＬＡ１００を放電させた後に充電する充放電サイクルが複数回（図５では３回分だけ例示）繰り返されたときのＶＲＬＡ１００の充放電電気量の変化が示されている。例えば、推定タイミングが第１タイミングｔ１である場合、直近のサイクル過充電電気量は、初回のサイクル過充電電気量ΔＣ１（＝充電電気量Ｃｃ１−放電電気量Ｃｄ１）である。推定タイミングが第２タイミングｔ２である場合、直近のサイクル過充電電気量は、２回目のサイクル過充電電気量ΔＣ２（＝充電電気量Ｃｃ２−放電電気量Ｃｄ２）である。なお、Ｓ１２０の工程は、特許請求の範囲における過充電電気量特定工程の一例である。
（電解液の減液量の推定）
次に、減液量推定部５４０は、ＶＲＬＡ１００における電解液の減液量（ｇ）を推定するための減液量推定処理を実行する。具体的には、減液量推定部５４０は、過充電電気量特定部５３０によって特定された直近のサイクル過充電電気量と、過充電電気量−減液量の相関関係とを用いて、直近の充放電サイクルにおける電解液の減液量（以下、「サイクル減液量」ともいう）を推定する。上述したように、ＶＲＬＡ１００では、電解液の減液量と過充電電気量との間に相関関係が成立するため、この相関関係に応じた減液変換率を用いて、サイクル過充電電気量からサイクル減液量を推定することができる。
ここで、上述したように、減液変換率は、電解液の減液量が多くなるほど、小さくなる。さらに、減液変換率は、ＶＲＬＡ１００の温度が低いほど、小さくなる。このため、本実施形態では、減液量推定部５４０は、温度検出部４７０からの検出結果に基づき、ＶＲＬＡ１００の温度を取得する（Ｓ１３０）。また、減液量推定部５４０は、前回までの総サイクル減液量を記憶部４２０から読み出して取得する（Ｓ１４０）。前回までの総サイクル減液量は、ＶＲＬＡ１００の減液量がゼロである状態から前回の充放電サイクルまでの減液量の積算値である。そして、減液量推定部５４０は、取得したＶＲＬＡ１００の温度と前回までの総サイクル減液量とに応じた補正した減液変換率（電解液の減液量と過充電電気量との間に相関関係）を用いて、サイクル過充電電気量からサイクル減液量を推定する（Ｓ１５０）。次に詳しく説明する。
図６は、過充電電気量と減液量との相関関係を示すグラフである。図６の縦軸はＶＲＬＡ１００における電解液の減液量（ｇ）であり、横軸はＶＲＬＡ１００における過充電電気量（Ａｈ）である。図６には、ＶＲＬＡ１００の温度が高温領域（例えば４５℃を含む温度領域）内であるときの第１のグラフＧ２１と、ＶＲＬＡ１００の温度が中温領域（例えば２５℃を含む温度領域）であるときの第２のグラフＧ２２と、ＶＲＬＡ１００の温度が低温領域（例えば０℃を含む温度領域）であるときの第３のグラフＧ２３とが示されている。図６に示すように、第１のグラフＧ２１、第２のグラフＧ２２、第３のグラフＧ２３の順にグラフの傾きである減液変換率が小さくなっている。また、図６では、電解液の減液量が３段階の減液領域Ａ〜Ｃに分けられており、第１の減液領域Ａは、電解液の減液量がゼロ以上、かつ、第１の減液量Ｖ１未満である領域であり、第２の減液領域Ｂは、電解液の減液量が第１の減液量Ｖ１以上、かつ、第２の減液量Ｖ２未満である領域であり、第３の減液領域Ｃは、電解液の減液量が第２の減液量Ｖ２以上である領域である。図６に示すように、各グラフＧ２１〜２３について、第１の減液領域Ａ、第２の減液領域Ｂ、第３の減液領域Ｃの順にグラフの傾きである減液変換率が小さくなっている。記憶部４２０に記憶されたマップデータ４２２の中には、図６に示す過充電電気量と減液量との相関関係を示す第１のマップデータ（ルックアップテーブル）が記憶されている。なお、第１のマップデータは、例えば次のようにして取得することができる。各温度領域でＶＲＬＡ１００について、放電（例えば２０Ａの放電を２．４時間）させ、その後、充電（１．５Ａの充電を３５時間）を行う充放電サイクルを複数回繰り返しつつ、充放電サイクルごとに、過充電電気量を測定しつつ、初期からの電池の質量を測定した。その電池の質量の低下量を、電解液の減液量とした。
減液量推定部５４０は、取得したＶＲＬＡ１００の温度結果に基づき、第１のマップデータのうち、どの温度領域のグラフに対応する過充電電気量と減液量との相関関係を用いるかを決める。また、減液量推定部５４０は、取得した前回までの総サイクル減液量に基づき、直近のサイクル過充電電気量に対応する電解液の減液量が第１の減液領域Ａと第２の減液領域Ｂと第３の減液領域Ｃとのいずれの領域に属するかを判断する。例えば、ＶＲＬＡ１００の温度が２５℃であった場合、減液量推定部５４０は、第１のマップデータのうち、中温領域の第２のグラフＧ２２に対応する過充電電気量と減液量との相関関係を用いることに決定する。前回までの総サイクル減液量が第１の減液量Ｖ１以下である場合、減液量推定部５４０は、第２のグラフＧ２２のうち、第１の減液領域Ａに属する過充電電気量と減液量との相関関係を参照して、直近のサイクル過充電電気量に対応する電解液の減液量を抽出し、直近のサイクル減液量とする。そして、減液量推定部５４０は、前回までの総サイクル減液量と直近のサイクル減液量との合算値を、現在の電解液の総減液量とする。
ただし、現在の電解液の総減液量が、前回までの総サイクル減液量が属する領域の上限値を超える場合、その超えた分については、前回までの総サイクル減液量が属する領域より１つ上の領域に属する過充電電気量と減液量との相関関係を用いて電解液の減液量を推定する。例えば、前回までの総サイクル減液量が第１の減液領域Ａに属しており、現在の電解液の総減液量が第１の減液量Ｖ１を超える場合、その超えた分については、第２の減液領域Ｂに属する過充電電気量と減液量との相関関係を用いて電解液の減液量を推定する。その結果、直近のサイクル減液量は、第１の減液領域Ａに属する過充電電気量と減液量との相関関係による減液量と、第２の減液領域Ｂに属する過充電電気量と減液量との相関関係による減液量との合計値となる。なお、算出された現在の電解液の総減液量は、記憶部４２０に記憶され、次の充放電サイクルにおいて、前回までの総サイクル減液量として利用される。なお、Ｓ１３０〜Ｓ１５０までの処理は、特許請求の範囲における減液量推定工程の一例である。
（ＯＣＶの取得）
ＯＣＶ取得部５５０は、ＶＲＬＡ１００のＯＣＶの値を取得する（Ｓ１６０）。なお、ＳＯＣ推定処理は、上述の推定タイミングが到来したこと（Ｓ１１０：ＹＥＳ）を条件に実行される。このため、この時点で、既に、ゴルフカート６０の駆動モータ３００が停止した時点、または、ＶＲＬＡ１００の充電完了時から、所定時間だけ経過している。本実施形態では、この所定時間が、ＯＣＶを測定するのに十分な時間であるとして、ＳＯＣ推定処理の実行時に、電圧検出部４５０からの検出結果に基づき、ＶＲＬＡ１００の現時点の電圧値を、ＯＣＶの値とする。なお、駆動モータ３００が停止した時点等において、ＶＲＬＡ１００に暗電流が流れる場合には、ＶＲＬＡ１００の現時点の電圧値に対して、暗電流の電流量に応じた補正処理を施した値を、ＯＣＶの値とすることが好ましい。なお、ＯＣＶの取得方法は、これ以外に、各種の公知の方法を採用することができる。Ｓ１６０の工程は、特許請求の範囲における開回路電圧取得工程の一例である。
（ＳＯＣの推定）
次に、ＳＯＣ推定部５６０は、ＶＲＬＡ１００のＳＯＣ（％）を推定するＳＯＣ推定処理を実行する。具体的には、任意の基準時からＯＣＶの取得時までの過充電電気量が大きいほど、ＯＣＶに対するＳＯＣの変化率が小さいＯＣＶ−ＳＯＣの相関関係と、取得されたＯＣＶと、に基づき、ＶＲＬＡ１００のＳＯＣを推定する(Ｓ１７０)。Ｓ１７０は、特許請求の範囲における充電状態推定工程の一例である。次に詳しく説明する。
図５の下段には、各タイミングでのＣＯＶ−ＳＯＣの相関関係を示すグラフＧ１１〜Ｇ１３が示されている。初期タイミンググラフＧ１０は、初期タイミングｔ０におけるＶＲＬＡ１００のＣＯＶ−ＳＯＣの相関関係を示すグラフであり、第１タイミンググラフＧ１１は、第１タイミングｔ１におけるＶＲＬＡ１００のＣＯＶ−ＳＯＣの相関関係を示すグラフであり、第２タイミンググラフＧ１２は、第２タイミングｔ２におけるＶＲＬＡ１００のＣＯＶ−ＳＯＣの相関関係を示すグラフである。図５の下段に示すように、初期タイミンググラフＧ１０、第１タイミンググラフＧ１１、第２タイミンググラフＧ１２の順にグラフの傾き（θ０〜θ２）であるＯＣＶに対するＳＯＣの変化率が小さくなっている。各グラフの傾き（ＯＣＶに対するＳＯＣの変化率）は、ＶＲＬＡ１００における電解液の硫酸濃度に相関し、電解液の硫酸濃度は、ＶＲＬＡ１００における電解液の減液量に相関する。そして、上述したように、ＶＲＬＡ１００では、電解液の減液量は、過充電電気量に相関する。したがって、過充電電気量に基づき、ＯＣＶに対するＳＯＣの変化率を補正することができる。本実施形態では、ＳＯＣ推定部５６０は、記憶部４２０に記憶された現在の電解液の総減液量を取得し、例えば、初期タイミングｔ０でのＯＣＶに対するＳＯＣの変化率を、現在の電解液の総減液量に応じて小さい値に補正する。なお、この補正値は、初期タイミングｔ０での電解液の液量と硫酸濃度と現在の電解液の総減液量とから定めることができる。ＳＯＣ推定部５６０は、現在の電解液の総減液量に応じて補正されたＯＣＶに対するＳＯＣの変化率のＣＯＶ−ＳＯＣの相関関係を用いて、ＯＣＶからＳＯＣを推定する。
表示制御部５２０は、推定されたＶＲＬＡ１００のＳＯＣが劣化閾値未満であるか否かを判断する（Ｓ１８０）。ＶＲＬＡ１００のＳＯＣが劣化閾値未満であると判断された場合（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、エラー処理が実行される（Ｓ１９０）。具体的には、表示制御部５２０は、ＶＲＬＡ１００の交換を促すための表示を表示部６４に表示させる。例えば図１において表示部６４の画面上に示されたバッテリのマークを点滅させる。エラー処理（Ｓ１９０）が実行されると、Ｓ１１０に戻る。一方、ＶＲＬＡ１００のＳＯＣが劣化閾値未満でないと判断された場合（Ｓ１８０：ＮＯ）、エラー処理（Ｓ１９０）はスキップされ、Ｓ１１０に戻る。
Ｃ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
上記実施形態では、蓄電システムとして、ゴルフカート６０を例示したが、これに限らず、例えば、遊園地を走行するゴーカートや、工場内を走行する運搬車などの移動体でもよし、所定の箇所に固定配置された装置でもよい。要するには、制御弁式の鉛蓄電池を備えるものであればよい。
上記実施形態では、監視装置として、ＶＲＬＡ１００の外部に配置されたＢＭＵ４００を例示したが、これに限らず、例えば、ＶＲＬＡ１００に備えられた制御部でもよいし、移動体の外部のサーバ等に備えられ、移動体に備えられたＶＲＬＡ１００の状態を遠隔で管理するとしてもよい。
上記実施形態では、任意の基準時として、電解液の減液量がゼロである初期タイミングや、各充放電サイクルの初期を例示したが、これ以外のタイミングであってもよい。なお、基準時において正確なＯＣＶ−ＳＯＣの相関関係が把握されていることが好ましい。また、上記実施形態では、過電流電気量に基づき電解液の減液量を推定し、その推定された減液量に基づきＳＯＣを推定したが、過電流電気量に基づき、直接、ＳＯＣを推定してもよい。
上記実施形態では、減液変換率を、ＶＲＬＡ１００の温度と前回までの総サイクル減液量とに応じて補正したが、減液変換率を、ＶＲＬＡ１００の温度と前回までの総サイクル減液量とのいずれか一方だけに応じて補正してもよいし、減液変換率を補正しないとしてもよい。また、図４に示すフローの順序は適宜変更可能である。例えば、ＶＲＬＡ１００のＯＣＶの値の取得（Ｓ１６０）を、過充電電気量の特定（Ｓ１２０）の直前または直後に行ってもよい。
６０：ゴルフカート ６２：操作部 ６４：表示部 ６６：表示パターン １００：ＶＲＬＡ ３００：駆動モータ ４００：ＢＭＵ ４１０：制御部 ４２０：記憶部 ４２１：電池管理プログラム ４２２：マップデータ ４３０：入力部 ４４０：インターフェース部 ４５０：電圧検出部 ４６０：電流検出部 ４７０：温度検出部 ５１０：条件判断部 ５２０：表示制御部 ５３０：過充電電気量特定部 ５４０：減液量推定部 ５５０：ＯＣＶ取得部 ５６０：ＳＯＣ推定部 Ａ〜Ｃ：減液領域 ＣＥ：セル Ｖ１：第１の減液量 Ｖ２：第２の減液量 ｔ０：初期タイミング ｔ１：第１タイミング ｔ２：第２タイミング

Claims (7)

  1. 制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法であって、
    任意の基準時以降に前記鉛蓄電池が過充電になっているときの過充電電気量を特定する過充電電気量特定工程と、
    前記基準時よりも後に前記鉛蓄電池の開回路電圧を取得する開回路電圧取得工程と、
    前記基準時から前記開回路電圧の取得時までの前記過充電電気量が大きいほど、開回路電圧に対する充電状態の変化率が小さい開回路電圧−充電状態の相関関係と、取得された前記開回路電圧と、に基づき、前記鉛蓄電池の充電状態を推定する充電状態推定工程と、
    を含む、制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法。
  2. 請求項１に記載の制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法であって、
    前記過充電電気量に基づき前記鉛蓄電池内の電解液の減液量を推定する減液量推定工程を含み、
    前記充電状態推定工程において、推定された前記減液量に応じた前記変化率の前記開回路電圧−充電状態の相関関係を用いて前記鉛蓄電池の充電状態を推定する、
    制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法。
  3. 請求項２に記載の制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法であって、
    前記減液量推定工程において、推定された前記減液量が所定値以下の分については、過充電電気量−電解液の減算量の第１の変換関係に基づき前記電解液の減算量を推定し、前記減液量が前記所定値を超えた分については、過充電電気量に対する電解液の減液量の変換率が前記第１の変換関係よりも小さい第２の変換関係に基づき前記電解液の減算量を推定する、
    制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法。
  4. 請求項２または請求項３に記載の制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法であって、
    前記鉛蓄電池の温度を取得する温度取得工程を含み、
    前記減液量推定工程において、取得された前記温度が低いほど、過充電電気量に対する電解液の減液量の変換率が小さい変換関係に基づき前記電解液の減算量を推定する、
    制御弁式の鉛蓄電池の充電状態の推定方法。
  5. 制御弁式の鉛蓄電池の監視装置であって、
    任意の基準時以降に前記鉛蓄電池が過充電になっているときの過充電電気量を特定する過充電電気量特定部と、
    前記基準時よりも後に前記鉛蓄電池の開回路電圧を取得する開回路電圧取得部と、
    前記基準時から前記開回路電圧の取得時までの前記過充電電気量が大きいほど、開回路電圧に対する充電状態の変化率が小さい開回路電圧−充電状態の相関関係と、取得された前記開回路電圧と、に基づき、前記鉛蓄電池の充電状態を推定する充電状態推定部と、
    を備える、制御弁式の鉛蓄電池の監視装置。
  6. 制御弁式の鉛蓄電池の電解液の減液量の推定方法であって、
    前記鉛蓄電池が過充電になっているときの過充電電気量を特定する過充電電気量特定工程と、
    前記過充電電気量に基づき電解液の減液量を推定する減液量推定工程と、
    を含む、制御弁式の鉛蓄電池の電解液の減液量の推定方法。
  7. 制御弁式の鉛蓄電池の電解液の硫酸濃度の推定方法であって、
    前記鉛蓄電池が過充電になっているときの過充電電気量を特定する過充電電気量特定工程と、
    前記過充電電気量に基づき電解液の硫酸濃度を推定する硫酸濃度推定工程と、
    を含む、制御弁式の鉛蓄電池の電解液の硫酸濃度の推定方法。
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