JP2021184348A - ニッケル亜鉛電池の状態推定方法、ニッケル亜鉛電池のｓｏｃ推定方法、及び電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】充電状態で待機させる用途において使用中にニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定することが可能な、ニッケル亜鉛電池の状態推定方法及び電源システムを提供する。【解決手段】この方法は、ニッケル亜鉛電池を充電状態で待機させる用途においてニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定する方法であって、ニッケル亜鉛電池である複数の試験用電池を用意し、各試験用電池に対してそれぞれ異なる充電電圧を印加して充電を行いつつ各試験用電池の放電容量を測定して、放電容量または放電容量に相当する数値（以下、放電容量関連値という）の経時変化に関するデータを充電電圧毎に取得するステップと、推定対象であるニッケル亜鉛電池の充電電圧と使用期間とに対応する放電容量関連値をデータから取得するステップと、取得した放電容量関連値に基づいて、推定対象であるニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定するステップと、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、ニッケル亜鉛電池の状態推定方法、ニッケル亜鉛電池のＳＯＣ推定方法、及び電源システムに関する。

特許文献１には、充電式のバッテリの劣化状態の推定方法に関する技術が開示されている。この方法は、バッテリの充放電電流を積算することによりクーロンカウント値を生成するステップと、バッテリの状態を監視するステップと、クーロンカウント値に基づいて、バッテリが所定電荷量、充放電されたことを検出するステップと、所定電荷量の充放電が検出されるたびに、バッテリの劣化を示す指標Ｘを、所定電荷量が充放電された期間において測定されたバッテリの状態（バッテリの温度及びＳＯＣ（State Of Charge））に応じた変化量ΔＸだけ変化させるステップと、を含む。

特開２０１７−１１６５２２号公報

蓄電池を充電状態で待機させ、蓄電池の電力が必要となった場合に電源を蓄電池に切り替える電源システムが知られている。例えば、無停電電源システム（Uninterruptible Power Systems；ＵＰＳ）では、商用電源を用いて充電した蓄電池を充電状態で待機させ、停電の際に、電源を商用電源から蓄電池に切り替える。また、近年、このような用途で用いられる電源システムの蓄電池として、亜鉛電池が注目されている。例えばニッケル亜鉛電池は、水酸化カリウム水溶液等の水系電解液を用いる水系電池であることから、高い安全性を有すると共に、亜鉛電極とニッケル電極との組み合わせにより、水系電池としては高い起電力を有する。さらに、ニッケル亜鉛電池は、優れた入出力性能に加えて、低コストといった利点を有する。

上記の電源システムでは、蓄電池が劣化状態を使用中に知得することが重要となる。蓄電池の劣化が進むと放電容量が次第に低下するので、蓄電池が劣化した状態で使用を続けると、蓄電池の電力が必要となったときに放電容量が不足して十分な電力を供給できないおそれがあるからである。例えば蓄電池を完全に放電し、再び満充電とするときの充電電流量を積算することにより放電容量値を得ることができるが、蓄電池の使用中においてそのような操作を行うことは困難である。また、蓄電池の劣化が進んで放電容量が低下すると、ＳＯＣを推定する際の精度も低下してしまう。

本発明の一側面は、充電状態で待機させる用途において使用中にニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定することが可能な、ニッケル亜鉛電池の状態推定方法及び電源システムを提供することを目的とする。また、本発明の別の側面は、充電状態で待機させる用途においてニッケル亜鉛電池のＳＯＣを精度良く推定することが可能な、ニッケル亜鉛電池のＳＯＣ推定方法及び電源システムを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るニッケル亜鉛電池の状態推定方法は、ニッケル亜鉛電池を充電状態で待機させる用途においてニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定する方法であって、ニッケル亜鉛電池である複数の試験用電池を用意し、各試験用電池に対してそれぞれ異なる充電電圧を印加して充電を行いつつ各試験用電池の放電容量を測定して、放電容量または放電容量に相当する数値（以下、放電容量関連値という）の経時変化に関するデータを充電電圧毎に作成するステップと、推定対象であるニッケル亜鉛電池の充電電圧と使用期間とに対応する放電容量関連値をデータから取得するステップと、取得した放電容量関連値に基づいて、推定対象であるニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定するステップと、を含む。

本発明の一側面に係る電源システムは、ニッケル亜鉛電池を充電状態で待機させる電源システムであって、ニッケル亜鉛電池と、ニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定する状態推定部と、試験用のニッケル亜鉛電池の放電容量または放電容量に相当する数値（以下、放電容量関連値という）の経時変化に関するデータを充電電圧毎に記憶するデータ記憶部と、を備える。状態推定部は、推定対象であるニッケル亜鉛電池の充電電圧と使用期間とに対応する放電容量関連値をデータから取得し、取得した放電容量関連値に基づいて該ニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定する。

本発明者の実験によれば、ニッケル亜鉛電池の劣化の進み具合は充電電圧の大きさに依存する。これらの状態推定方法及び電源システムでは、試験用のニッケル亜鉛電池の放電容量関連値の経時変化に関するデータを充電電圧毎に予め取得しておき、そのデータを用いて、使用中のニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定する。故に、充電状態で待機させる用途において使用中にニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定することができる。

上記の状態推定方法において、放電容量関連値が所定の閾値を下回った場合に、推定対象であるニッケル亜鉛電池の交換を促してもよい。この場合、ニッケル亜鉛電池の適切な交換タイミングを使用者に知らせることができる。

上記の状態推定方法において、複数の試験用電池に印加される充電電圧の最大値と最小値との差が０．１０Ｖ以下であってもよい。鉛電池といった他の二次電池と異なり、ニッケル亜鉛電池においては、充電電圧のわずかな違いで劣化の進み具合が大きく変わる。試験用電池への充電電圧の最大値と最小値との差がこのような小さな値であることにより、ニッケル亜鉛電池の劣化状態を精度良く推定することができる。

上記の状態推定方法におけるデータを作成するステップでは、各試験用電池を複数の温度に設定し、各試験用電池の放電容量を各温度にて測定し、放電容量関連値の経時変化に関する充電電圧毎のデータを温度毎に作成し、放電容量関連値をデータから取得するステップでは、推定対象であるニッケル亜鉛電池の温度に更に基づいて、放電容量関連値をデータから取得してもよい。ニッケル亜鉛電池の劣化の進み具合は、ニッケル亜鉛電池の温度にも依存する。故に、放電容量関連値の経時変化に関する充電電圧毎のデータを温度毎に予め取得しておき、ニッケル亜鉛電池の温度に基づいて放電容量関連値をデータから取得することにより、ニッケル亜鉛電池の劣化状態を精度良く推定することができる。

本発明の一側面に係るニッケル亜鉛電池のＳＯＣ推定方法は、ニッケル亜鉛電池を充電状態で待機させる用途においてニッケル亜鉛電池のＳＯＣを推定する方法であって、ニッケル亜鉛電池である複数の試験用電池を用意し、各試験用電池に対してそれぞれ異なる充電電圧を印加して充電を行いつつ各試験用電池の放電容量を測定して、放電容量または放電容量に相当する数値（以下、放電容量関連値という）の経時変化に関するデータを充電電圧毎に作成するステップと、推定対象であるニッケル亜鉛電池の充電電圧と使用期間とに対応する放電容量関連値をデータから取得するステップと、取得した放電容量関連値から得られる放電容量の値を満充電値として、推定対象であるニッケル亜鉛電池のＳＯＣを推定するステップと、を含む。

本発明の別の側面に係る電源システムは、ニッケル亜鉛電池を充電状態で待機させる電源システムであって、ニッケル亜鉛電池と、ニッケル亜鉛電池のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部と、試験用のニッケル亜鉛電池の放電容量または放電容量に相当する数値（以下、放電容量関連値という）の経時変化に関するデータを充電電圧毎に記憶するデータ記憶部と、を備える。ＳＯＣ推定部は、推定対象であるニッケル亜鉛電池の充電電圧と使用期間とに対応する放電容量関連値をデータから取得し、取得した放電容量関連値から得られる放電容量の値を満充電値として該ニッケル亜鉛電池のＳＯＣを推定する。

これらのＳＯＣ推定方法及び電源システムでは、試験用のニッケル亜鉛電池の放電容量関連値の経時変化に関するデータを充電電圧毎に予め取得しておき、該データから得られる放電容量の値を満充電値として、ニッケル亜鉛電池のＳＯＣを推定する。故に、ニッケル亜鉛電池の劣化により放電容量が低下した場合であっても、ニッケル亜鉛電池のＳＯＣを精度良く推定することができる。

本発明の一側面によれば、充電状態で待機させる用途において使用中にニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定することが可能な、ニッケル亜鉛電池の状態推定方法及び電源システムを提供することができる。本発明の別の側面によれば、充電状態で待機させる用途においてニッケル亜鉛電池のＳＯＣを精度良く推定することが可能な、ニッケル亜鉛電池のＳＯＣ推定方法及び電源システムを提供することができる。

電源システム及びその周辺の構成の一例を模式的に示す図である。 制御部のハードウェア構成例を示す図である。 制御部の機能ブロックを示す図である。 データ記憶部に記憶されているデータテーブルを概念的に示す図である。 本実施形態のニッケル亜鉛電池の状態推定方法及びＳＯＣ推定方法を示すフローチャートである。 実験により得られた、ニッケル亜鉛電池の放電容量維持率と充電日数との関係を充電電圧毎に示すグラフである。 実験により得られた、ニッケル亜鉛電池の放電容量維持率と試験日数との関係を充電電圧毎に示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるニッケル亜鉛電池の状態推定方法、ニッケル亜鉛電池のＳＯＣ推定方法、及び電源システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、電源システム１及びその周辺の構成の一例を模式的に示す図である。電源システム１は、蓄電池の充電状態を維持しつつ未使用状態で待機させ、必要に応じて蓄電池の電力を供給する。電源システム１が適用される場面は限定されず、例えば、電源システム１は固定物にも移動体にも適用可能である。固定物への適用の例として、電源システム１は、ＵＰＳとして家庭、オフィス、工場、農場等の様々な場所で利用され得る。

電源システム１は、電源システム１に電力を供給可能な供給要素２と、電源システム１から電力を受け取ることが可能な需要要素（負荷）４との間に設けられる。電源システム１と供給要素２とは交流電流が流れる配線６Ａを介して電気的に接続され、需要要素４と電源システム１とは、交流電流が流れる配線６Ｂを介して電気的に接続される。供給要素２から出力された電力は、配線６Ａを通じて電源システム１に蓄えられ、また配線６Ａ，６Ｂを通じて需要要素４に供給される。電源システム１に蓄えられた電力は、配線６Ｂを通じて需要要素４に供給される。

供給要素２は、電源システム１に電力を供給可能な装置または設備である。供給要素２の種類は何ら限定されない。例えば、供給要素２は、再生可能エネルギを利用して発電を行う発電装置であってもよい。発電方法および発電装置の種類は何ら限定されず、例えば、発電装置は太陽光発電装置でもよいし風力発電機でもよい。あるいは、供給要素２は、発電、変電、送電、および配電を統合した商用電源の設備である外部の電力系統であってもよい。外部の電力系統は、例えば電力会社により提供される。

需要要素４は、電源システム１から電力を受け取ることが可能な装置または設備である。需要要素４の種類も何ら限定されない。需要要素４は、電力を消費する１以上の機器または装置の集合である負荷であってもよい。負荷の例として、１以上の家庭用または業務用の様々な電気機器の集合と、任意の装置の任意の構成要素とが挙げられる。

電源システム１は、コンバータ７、インバータ８、ニッケル亜鉛電池１０、バッテリ・コントロール・ユニット（Battery Control Unit：ＢＣＵ）１２、温度センサ１３、および制御部１４を備える。コンバータ７の入力端は配線６Ａを介して供給要素２と電気的に接続されており、コンバータ７の出力端は、直流電流が流れる配線６Ｃを介してインバータ８の入力端と電気的に接続されている。インバータ８の出力端は、配線６Ｂを介して需要要素４と電気的に接続されている。配線６Ｂの途中のノードＮは、直流電流が流れる配線６Ｄを介してニッケル亜鉛電池１０と電気的に接続されている。図１の例では電源システム１は１組のニッケル亜鉛電池１０及びＢＣＵ１２を備えるが、その組数は限定されず、２以上でもよい。複数の組が存在する場合に、ニッケル亜鉛電池１０の性能（例えば、定格容量、応答速度など）は統一されてもよいし、統一されなくてもよい。制御部１４は、通信線を介してコンバータ７、インバータ８、及びＢＣＵ１２と通信可能に接続される。

ニッケル亜鉛電池１０は、供給要素２から提供される電力を化学エネルギに変えて蓄える装置であり、充放電が可能である。ニッケル亜鉛電池１０は、直列に接続された複数のセルを含んで構成される。ニッケル亜鉛電池１０には制御機能としてのＢＣＵ１２が接続されている。ＢＣＵ１２は、ニッケル亜鉛電池１０に関するデータを制御部１４に送信する。

ＢＣＵ１２は、ＳＯＣ測定部を兼ねる。すなわち、ＢＣＵ１２は、ニッケル亜鉛電池１０の充電状態（ＳＯＣ）を測定する。例えば、ＢＣＵ１２は、ニッケル亜鉛電池１０に通電された電流を計測し、積算することによりＳＯＣを測定する。ＢＣＵ１２が測定したＳＯＣに関する情報は、他のデータとともに制御部１４に送信される。なお、ＳＯＣの算出に必要な情報（例えば電池の開回路電圧、放電電流量及び充電電流量、または放電電流の積算量および充電電流の積算量）をＢＣＵ１２が制御部１４に送信し、制御部１４がＳＯＣを算出してもよい。

ＳＯＣは、例えば次のようにして測定される。まず、ニッケル亜鉛電池１０の充電中における、ニッケル亜鉛電池１０へ流れる電流量を取得する。そして、該電流量から充電容量を算出する。次に、ニッケル亜鉛電池１０の放電中における、ニッケル亜鉛電池１０から流れる電流量を取得する。そして、該電流量から放電容量を算出する。これらの充電容量及び放電容量に基づいて、ＳＯＣを算出することができる。

コンバータ７及びインバータ８は、ニッケル亜鉛電池１０の充放電を制御する。コンバータ７は、電力を交流から直流に変換する装置であり、インバータ８は、電力を直流から交流に変換する装置である。交流入力側の電源異常（停電、電圧低下等）が発生した場合、ニッケル亜鉛電池１０に充電された直流電力をインバータ８で逆変換し、交流出力の供給を継続する。本実施形態の制御部１４は、ＢＣＵ１２から得られるニッケル亜鉛電池１０のＳＯＣに基づいて、コンバータ７及びインバータ８の動作を制御することにより、ニッケル亜鉛電池１０の充放電を制御する。充電モードでは、供給要素２から出力された電力の一部をニッケル亜鉛電池１０に蓄え、放電モードでは、ニッケル亜鉛電池１０を強制的に放電させて需要要素４に電力を供給する。

制御部１４は、ＢＣＵ１２から得られたＳＯＣをニッケル亜鉛電池１０の劣化状態に応じて補正すると共に、ニッケル亜鉛電池１０の充電及び放電を制御するコンピュータ（例えばマイクロコンピュータ）である。図２は、制御部１４のハードウェア構成例を示す図である。この図に示すように、制御部１４は、プロセッサ１４１、メモリ１４２、および通信インタフェース１４３を有する。プロセッサ１４１は例えばＣＰＵであり、メモリ１４２は例えばフラッシュメモリで構成されるが、制御部１４を構成するハードウェア装置の種類はこれらに限定されず、任意に選択されてよい。制御部１４の各機能は、プロセッサ１４１が、メモリ１４２に格納されているプログラムを実行することで実現される。例えば、プロセッサ１４１は、メモリ１４２から読み出したデータまたは通信インタフェース１４３を介して受信したデータに対して所定の演算を実行し、その演算結果を他の装置に出力することで、該他の装置を制御する。あるいは、プロセッサ１４１は受信したデータまたは演算結果をメモリ１４２に格納する。制御部１４は１台のコンピュータで構成されてもよいし、複数のコンピュータの集合（すなわち分散システム）で構成されてもよい。

例えばＵＰＳ等である電源システム１は、ニッケル亜鉛電池１０の電力を必要としない平常時においては、ニッケル亜鉛電池１０の充電状態を維持しつつ停電発生時まで待機させる。その際、制御部１４は、ニッケル亜鉛電池１０のＳＯＣを、或る大きさ（例えば６０％〜１００％の範囲内）となるように制御する。この期間は、停電が発生しない限り、例えば数年（例えば約１年）といった長期間にわたって継続される。

ここで、制御部１４におけるＳＯＣの補正について説明する。図３は、制御部１４の機能ブロックを示す図である。図３に示されるように、制御部１４は、データ記憶部１４ａと、状態推定部１４ｂと、ＳＯＣ推定部１４ｃと、警告部１４ｄとを備える。データ記憶部１４ａは、例えば図２に示されたメモリ１４２によって実現される。状態推定部１４ｂ、ＳＯＣ推定部１４ｃ、及び警告部１４ｄは、例えば図２に示されたプロセッサ１４１が、メモリ１４２に格納されているプログラムを実行することにより実現される。

データ記憶部１４ａは、試験用のニッケル亜鉛電池１０の放電容量または放電容量に相当する数値（以下、放電容量関連値という）の経時変化に関するデータを充電電圧毎に記憶する。図４は、データ記憶部１４ａに記憶されているデータテーブルＴＡを概念的に示す図である。図４に示されるように、このデータテーブルＴＡは、放電容量関連値（例えば放電容量維持率）と、経過時間及び充電電圧との関係をそれぞれ示す複数のデータテーブルＴＡａを含む。複数のデータテーブルＴＡａは、それぞれ異なる温度に対応している。このデータテーブルＴＡから、或る充電電圧、或る経過時間、及び或る温度に対応する一つの放電容量関連値が得られる。データテーブルＴＡは、例えば、ニッケル亜鉛電池である複数の試験用電池を用意し、各試験用電池に対してそれぞれ異なる充電電圧を印加して充電を行いつつ各試験用電池の放電容量を測定することにより得られる。

状態推定部１４ｂは、ニッケル亜鉛電池１０の劣化状態を推定する。具体的には、状態推定部１４ｂは、データ記憶部１４ａからデータテーブルＴＡを読み出し、ニッケル亜鉛電池１０の充電電圧、使用期間及び温度に対応する放電容量関連値をデータテーブルＴＡから取得する。ニッケル亜鉛電池１０の温度は、温度センサ１３からの電気信号により得られる。温度センサ１３からの電気信号は、温度センサ１３から制御部１４に直接送られてもよく、温度センサ１３からＢＣＵ１２を介して制御部１４に送られてもよい。状態推定部１４ｂは、取得した放電容量関連値に基づいて、ニッケル亜鉛電池１０の劣化状態を推定する。なお、劣化状態の推定とは、ニッケル亜鉛電池１０の劣化状態を示す何らかの数値を算出又は取得することをいい、放電容量関連値からニッケル亜鉛電池１０の放電容量の低下度合い（すなわち放電容量維持率）を算出する処理も劣化状態の推定に含まれる。

警告部１４ｄは、状態推定部１４ｂ又はデータ記憶部１４ａから、ニッケル亜鉛電池１０の充電電圧、使用期間及び温度に対応する放電容量関連値を取得する。警告部１４ｄは、取得した放電容量関連値が所定の閾値を下回った場合に、推定対象であるニッケル亜鉛電池１０の新品への交換を促す。所定の閾値は、例えば、放電容量関連値から算出される（放電容量関連値が放電容量維持率である場合には、その放電容量関連値である）放電容量維持率が８０％以下となる場合に相当する値である。警告部１４ｄは、例えば、ニッケル亜鉛電池１０の交換を促すための警告画像を表示するディスプレイを含む。或いは、警告部１４ｄは、ニッケル亜鉛電池１０の交換を促すための信号を外部装置へ出力してもよい。

ＳＯＣ推定部１４ｃは、ＢＣＵ１２から得られた（或いは自ら算出した）ニッケル亜鉛電池１０のＳＯＣを補正することにより、より正確なＳＯＣを推定する。具体的には、ＳＯＣ推定部１４ｃは、データ記憶部１４ａからデータテーブルＴＡを読み出し、ニッケル亜鉛電池１０の充電電圧、使用期間及び温度に対応する放電容量関連値をデータテーブルＴＡから取得する。ＳＯＣ推定部１４ｃは、取得した放電容量関連値から得られる放電容量の値が満充電値（１００％）となるように、ＢＣＵ１２から得られた（或いは自ら算出した）ニッケル亜鉛電池１０のＳＯＣを補正する。なお、ＳＯＣ推定部１４ｃ自らがＳＯＣを算出する場合、始めからデータテーブルＴＡの放電容量関連値を考慮してＳＯＣを算出してもよい。

ここで、電源システム１を用いたニッケル亜鉛電池１０の状態推定方法及びＳＯＣ推定方法について説明する。図５は、本実施形態のニッケル亜鉛電池１０の状態推定方法及びＳＯＣ推定方法を示すフローチャートである。この方法は、ニッケル亜鉛電池１０の充電状態を維持しつつ待機させる方法であって、データ取得ステップＳＴ１と、関連値取得ステップＳＴ２と、劣化状態推定ステップＳＴ３と、ＳＯＣ推定ステップＳＴ４と、を含む。

データ取得ステップＳＴ１は、ニッケル亜鉛電池１０の使用前に行われる。データ取得ステップＳＴ１では、ニッケル亜鉛電池である複数の試験用電池を用意し、各試験用電池に対してそれぞれ異なる充電電圧を印加して充電を行いつつ各試験用電池の放電容量を測定する。複数の試験用電池に印加される充電電圧の最大値と最小値との差は、例えば０．１０Ｖ以下である。また、このデータ取得ステップＳＴ１では、各試験用電池を複数の温度に設定し、各試験用電池の放電容量を各温度にて測定する。これにより、放電容量関連値の経時変化に関する充電電圧毎のデータテーブルＴＡａを温度毎に作成する。作成した複数のデータテーブルＴＡａを含むデータテーブルＴＡは、データ記憶部１４ａに格納される。

関連値取得ステップＳＴ２では、状態推定部１４ｂが、ニッケル亜鉛電池１０の充電電圧、使用期間及び温度に対応する放電容量関連値を、データテーブルＴＡから取得する。前述したように、ニッケル亜鉛電池１０の温度に関する情報は、温度センサ１３から直接又は間接的に提供される。劣化状態推定ステップＳＴ３では、関連値取得ステップＳＴ２において取得した放電容量関連値に基づいて、状態推定部１４ｂにてニッケル亜鉛電池１０の劣化状態を推定する。放電容量関連値が所定の閾値を下回った場合には、必要に応じて、警告部１４ｄによりニッケル亜鉛電池１０の交換を促す。

ＳＯＣ推定ステップＳＴ４では、関連値取得ステップＳＴ２において取得した放電容量関連値から得られる放電容量の値を満充電値（１００％）として、ニッケル亜鉛電池１０のＳＯＣを推定する。推定されたＳＯＣは、例えば制御部１４によるニッケル亜鉛電池１０の充放電制御に利用される。

以上に説明した本実施形態によるニッケル亜鉛電池１０の状態推定方法、ＳＯＣ推定方法、及び電源システム１によって得られる効果について説明する。本発明者の実験によれば、ニッケル亜鉛電池の劣化の進み具合は充電電圧の大きさに依存する。図６は、実験により得られた、ニッケル亜鉛電池の放電容量維持率と充電日数との関係を充電電圧毎に示すグラフである。ここで放電容量維持率とは、電池の初期の放電容量を、各充電電圧で所定の期間充電した後に取得した放電容量で除し、１００を乗じた数値である（単位：％）。図６において、縦軸は放電容量維持率を表し、横軸は充電日数（単位：日）を表す。また、図７は、実験により得られた、ニッケル亜鉛電池の放電容量維持率と試験日数との関係を充電電圧毎に示すグラフである。これらの図において、縦軸は放電容量維持率（単位：％）を表し、横軸は試験日数（単位：日）を表す。これらの図において、グラフＧ１１，Ｇ２１は充電電圧が１．８２５Ｖである場合を示し、グラフＧ１２，Ｇ２２は充電電圧が１．８３Ｖである場合を示し、グラフＧ１３，Ｇ２３は充電電圧が１．８４Ｖである場合を示し、グラフＧ１４，Ｇ２４は充電電圧が１．８５Ｖである場合を示し、グラフＧ１５，Ｇ２５は充電電圧が１．８７Ｖである場合を示す。図６に示されるように、充電日数がまだ少ない期間においては、充電電圧が高いほど放電容量維持率が高くなる傾向がある。一方、図７に示されるように、充電日数が長くなると、放電容量維持率の低下度合いが充電電圧によって異なり、充電電圧によっては放電容量維持率が急速に低下する。このことは、ニッケル亜鉛電池の劣化の進み具合が充電電圧に依存することを示唆する。

本実施形態の状態推定方法及び電源システム１では、試験用のニッケル亜鉛電池の放電容量関連値の経時変化に関するデータテーブルＴＡを充電電圧毎に予め取得しておき、そのデータテーブルＴＡを用いて、使用中のニッケル亜鉛電池１０の劣化状態を推定する。故に、充電状態で待機させる用途において使用中にニッケル亜鉛電池１０の劣化状態を推定することができる。また、本実施形態のＳＯＣ推定方法及び電源システム１では、試験用のニッケル亜鉛電池の放電容量関連値の経時変化に関するデータテーブルＴＡを充電電圧毎に予め取得しておき、データテーブルＴＡから得られる放電容量の値を満充電値（１００％）として、ニッケル亜鉛電池１０のＳＯＣを推定する。故に、ニッケル亜鉛電池１０の劣化により放電容量が低下した場合であっても、ニッケル亜鉛電池１０のＳＯＣを精度良く推定することができる。

前述したように、放電容量関連値が所定の閾値を下回った場合、ニッケル亜鉛電池１０の交換を促してもよい。この場合、ニッケル亜鉛電池１０の適切な交換タイミングを使用者に知らせることができる。そして、適切なタイミングでニッケル亜鉛電池１０が交換されることにより、電源システム１から電力を供給する際の電力不足を回避することができる。

前述したように、複数の試験用電池に印加される充電電圧の最大値と最小値との差は０．１０Ｖ以下であってもよい。鉛電池といった他の二次電池と異なり、ニッケル亜鉛電池においては、充電電圧のわずかな違いで劣化の進み具合が大きく変わる。例えば、図７に示された実験例では、充電電圧の最大値（１．８７Ｖ）と最小値（１．８２５Ｖ）との差は僅か０．０４５Ｖであるが、放電容量維持率の低下度合いはグラフＧ１〜Ｇ５間で大きく異なる。したがって、試験用電池への充電電圧の最大値と最小値との差が０．１０Ｖ以下といった小さな値であることにより、ニッケル亜鉛電池１０の劣化状態を精度良く推定することができる。

前述したように、データ取得ステップＳＴ１では、各試験用電池を複数の温度に設定し、各試験用電池の放電容量を各温度にて測定し、放電容量関連値の経時変化に関する充電電圧毎のデータテーブルＴＡａを温度毎に取得し、関連値取得ステップＳＴ２では、ニッケル亜鉛電池１０の温度に更に基づいて、複数のデータテーブルＴＡａを含むデータテーブルＴＡから放電容量関連値を取得してもよい。ニッケル亜鉛電池１０の劣化の進み具合は、ニッケル亜鉛電池１０の温度にも依存する。故に、放電容量関連値の経時変化に関する充電電圧毎のデータテーブルＴＡを温度Ｔ（１）〜Ｔ（ｎ）毎に予め取得しておき、ニッケル亜鉛電池１０の温度に基づいて放電容量関連値をデータテーブルＴＡから取得することにより、ニッケル亜鉛電池１０の劣化状態を精度良く推定することができる。

本発明によるニッケル亜鉛電池の状態推定方法、ニッケル亜鉛電池のＳＯＣ推定方法、及び電源システムは、上述した実施形態の例示に限定されるものではなく、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すべての変更が含まれることが意図される。

上記実施形態では放電容量関連値の経時変化に関するデータとしてデータテーブルＴＡを用いているが、放電容量関連値の経時変化に関するデータはこれに限られず、例えば放電容量関連値の経時変化を表す関数の係数であってもよい。また、上記実施形態ではニッケル亜鉛電池１０の温度に基づいて放電容量関連値をデータテーブルＴＡから取得しているが、ニッケル亜鉛電池１０の温度が一定である等の場合には、必要に応じて、ニッケル亜鉛電池１０の温度変化による影響を含まないデータテーブルから放電容量関連値を取得してもよい。

１…電源システム、２…供給要素、４…需要要素、６Ａ〜６Ｄ…配線、７…コンバータ、８…インバータ、１０…ニッケル亜鉛電池、１２…ＢＣＵ、１３…温度センサ、１４…制御部、１４ａ…データ記憶部、１４ｂ…状態推定部、１４ｃ…ＳＯＣ推定部、１４ｄ…警告部、１４１…プロセッサ、１４２…メモリ、１４３…通信インタフェース、Ｎ…ノード、ＳＴ１…データ取得ステップ、ＳＴ２…関連値取得ステップ、ＳＴ３…劣化状態推定ステップ、ＳＴ４…ＳＯＣ推定ステップ、ＴＡ，ＴＡａ…データテーブル。

Claims (7)

1. ニッケル亜鉛電池を充電状態で待機させる用途において前記ニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定する方法であって、
   ニッケル亜鉛電池である複数の試験用電池を用意し、各試験用電池に対してそれぞれ異なる充電電圧を印加して充電を行いつつ各試験用電池の放電容量を測定して、放電容量または放電容量に相当する数値（以下、放電容量関連値という）の経時変化に関するデータを充電電圧毎に作成するステップと、
   推定対象である前記ニッケル亜鉛電池の充電電圧と使用期間とに対応する放電容量関連値を前記データから取得するステップと、
   取得した放電容量関連値に基づいて、推定対象である前記ニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定するステップと、
   を含む、ニッケル亜鉛電池の状態推定方法。
2. 前記放電容量関連値が所定の閾値を下回った場合に、推定対象である前記ニッケル亜鉛電池の交換を促す、請求項１に記載のニッケル亜鉛電池の状態推定方法。
3. 前記複数の試験用電池に印加される充電電圧の最大値と最小値との差が０．１０Ｖ以下である、請求項１又は２に記載のニッケル亜鉛電池の状態推定方法。
4. 前記データを作成するステップでは、各試験用電池を複数の温度に設定し、各試験用電池の放電容量を各温度にて測定し、前記放電容量関連値の経時変化に関する充電電圧毎のデータを温度毎に作成し、
   前記放電容量関連値を前記データから取得するステップでは、推定対象である前記ニッケル亜鉛電池の温度に更に基づいて、前記放電容量関連値を前記データから取得する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のニッケル亜鉛電池の状態推定方法。
5. ニッケル亜鉛電池を充電状態で待機させる用途において前記ニッケル亜鉛電池のＳＯＣを推定する方法であって、
   ニッケル亜鉛電池である複数の試験用電池を用意し、各試験用電池に対してそれぞれ異なる充電電圧を印加して充電を行いつつ各試験用電池の放電容量を測定して、放電容量または放電容量に相当する数値（以下、放電容量関連値という）の経時変化に関するデータを充電電圧毎に作成するステップと、
   推定対象である前記ニッケル亜鉛電池の充電電圧と使用期間とに対応する放電容量関連値を前記データから取得するステップと、
   取得した放電容量関連値から得られる放電容量の値を満充電値として、推定対象である前記ニッケル亜鉛電池のＳＯＣを推定するステップと、
   を含む、ニッケル亜鉛電池のＳＯＣ推定方法。
6. ニッケル亜鉛電池を充電状態で待機させる電源システムであって、
   前記ニッケル亜鉛電池と、
   前記ニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定する状態推定部と、
   試験用のニッケル亜鉛電池の放電容量または放電容量に相当する数値（以下、放電容量関連値という）の経時変化に関するデータを充電電圧毎に記憶するデータ記憶部と、
   を備え、
   前記状態推定部は、推定対象である前記ニッケル亜鉛電池の充電電圧と使用期間とに対応する放電容量関連値を前記データから取得し、取得した前記放電容量関連値に基づいて該ニッケル亜鉛電池の劣化状態を推定する、電源システム。
7. ニッケル亜鉛電池を充電状態で待機させる電源システムであって、
   前記ニッケル亜鉛電池と、
   前記ニッケル亜鉛電池のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部と、
   試験用のニッケル亜鉛電池の放電容量または放電容量に相当する数値（以下、放電容量関連値という）の経時変化に関するデータを充電電圧毎に記憶するデータ記憶部と、
   を備え、
   前記ＳＯＣ推定部は、推定対象である前記ニッケル亜鉛電池の充電電圧と使用期間とに対応する放電容量関連値を前記データから取得し、取得した前記放電容量関連値から得られる放電容量の値を満充電値として該ニッケル亜鉛電池のＳＯＣを推定する、電源システム。

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