JP5009258B2

JP5009258B2 - 蓄電池容量推定装置および蓄電池容量推定方法

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Publication number: JP5009258B2
Application number: JP2008222524A
Authority: JP
Inventors: 山下　　明; 利一北野; 明宏宮坂; 尊久正代
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2028-08-29
Also published as: JP2010054470A

Description

この発明は、蓄電池の容量を推定する蓄電池容量推定装置および蓄電池容量推定方法に関し、特に、自立型電源で用いられる蓄電池であっても容量を推定することが可能な蓄電池容量推定装置および蓄電池容量推定方法に関するものである。

一般的に、ニッケル水素蓄電池は、劣化すると内部抵抗が増加する。また、ニッケル水素蓄電池は、充電を中断すると開回路状態になるが、その際に電圧降下が生じる。この電圧降下の降下値は、電流と内部抵抗との積となるが、通常、ニッケル水素蓄電池は定電流で充電されるため、電圧降下値の大きさは内部抵抗に依存することになる。すなわち、ニッケル水素蓄電池において、劣化によって内部抵抗が増加すると、開回路状態になった際の電圧降下値が大きくなる。

このような性質を利用し、近年では、開回路状態における電圧降下値からニッケル水素蓄電池の容量を推定する方法が考案されている（例えば、非特許文献１参照）。具体的には、この方法では、ニッケル水素蓄電池を定電流で充電し、満充電となった時点で、充電を中断してニッケル水素電池を開回路状態にする。そして、開回路状態とした際に生じる電圧降下の降下値から内部抵抗を見積もって、ニッケル水素電池の容量を推定する。

Akira Yamashita，Hiroshi Wakaki，Keiichi Saito，Takahisa Shodai著，「Capacity Estimation of Nickel Metal Hydride Backup Batteries」，ＩＮＴＥＬＥＣ’０３（The 25th International Telecommunications Energy Conference）講演要旨集，２００３年，ｐ．７３９

しかしながら、太陽電池などの発電手段を有する自立型電源においてニッケル水素蓄電池のような蓄電池が用いられていた場合、発電手段を切り離して蓄電池への充電を中断すると、充電状態から開回路状態または放電状態へと変化する。すなわち、自立型電源では、回路の構成によって、充電を中断しても開回路状態にならない場合がある。そのため、自立型電源で用いられる蓄電池については、上述した従来の方法のように、開回路状態における電圧降下値から容量を推定することができなかった。

この発明は、上述した従来技術による課題を解決するためになされたものであり、自立型電源で用いられる蓄電池であっても容量を推定することが可能な蓄電池容量算出装置および蓄電池容量算出方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、蓄電池の容量を推定する蓄電池容量推定装置であって、充電が中断される直前の第１の時点で測定された蓄電池電圧と充電が中断された後の第２の時点で測定された蓄電池電圧に基づいて決定した放電電圧とを、前記第１の時点で測定された充電電流と前記第２の時点で測定された放電電流との比率で比例配分することによって、前記蓄電池の開回路電圧を設定する開回路電圧設定手段と、前記第１の時点で測定された蓄電池電圧と前記開回路電圧設定手段によって設定された開回路電圧との間の電圧降下値を算出する電圧降下値算出手段と、前記電圧降下値算出手段によって算出された電圧降下値に基づいて、前記蓄電池の容量を推定する蓄電池容量推定手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、蓄電池の容量を推定する蓄電池容量推定方法であって、充電が中断される直前の第１の時点で測定された蓄電池電圧と充電が中断された後の第２の時点で測定された蓄電池電圧に基づいて決定した放電電圧とを、前記第１の時点で測定された充電電流と前記第２の時点で測定された放電電流との比率で比例配分することによって、前記蓄電池の開回路電圧を設定する開回路電圧設定工程と、前記第１の時点で測定された蓄電池電圧と前記開回路電圧設定工程によって設定された開回路電圧との間の電圧降下値を算出する電圧降下値算出工程と、前記電圧降下値算出工程によって算出された電圧降下値に基づいて、前記蓄電池の容量を推定する蓄電池容量推定工程と、を含んだことを特徴とする。

本発明によれば、自立型電源で用いられる蓄電池であっても容量を推定することが可能になるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る蓄電池容量推定装置および蓄電池容量推定方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下に示す実施例では、太陽電池、蓄電池モジュールおよび負荷を備えた太陽電池システムの制御装置に本発明を適用した場合について説明する。

まず、本実施例１に係る太陽電池システムの構成について説明する。図１は、本実施例１に係る太陽電池システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、この太陽電池システムは、太陽電池１、蓄電池モジュール２、負荷３、逆流防止ダイオード４、充電停止スイッチ５、蓄電池電圧計測部６、蓄電池温度計測部７、充放電電流計測部８および制御装置１００を有する。ここで、太陽電池１と蓄電池モジュール２は自立型電源を構成している。

太陽電池１は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換することによって電力を発電し、発電した電力を蓄電池モジュール２および負荷３に供給する。この太陽電池１としては、例えば、シリコン単結晶太陽電池などが用いられる。

蓄電池モジュール２は、太陽電池１から供給される電力を蓄えるとともに、太陽電池１による充電が中断された場合には、負荷３に電力を供給する。この蓄電池モジュール２としては、例えば、直列に接続された複数のニッケル水素蓄電池などが用いられる。

負荷３は、太陽電池１および蓄電池モジュール２から供給される電力を消費する。この負荷３としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明器などが用いられる。

逆流防止ダイオード４は、カソード側の端子が太陽電池１と負荷３との間に接続され、アノード側の端子が蓄電池モジュール２のプラス端子に接続されている。この逆流防止ダイオード４は、充電停止スイッチ５と協働して、太陽電池１から蓄電池モジュール２への電流の流れを制御する。

充電停止スイッチ５は、逆流防止ダイオード４の両側を架け渡すように接続され、太陽電池１から蓄電池モジュール２への充電を制御する。この充電停止スイッチ５がオンとなった場合には、充電停止スイッチ５を介して太陽電池１から蓄電池モジュール２へ充電電流が流れ、蓄電池モジュール２が充電される。一方、充電停止スイッチ５がオフとなった場合には、逆流防止ダイオード４によって太陽電池１から蓄電池モジュール２へ流れる充電電流が遮断され、蓄電池モジュール２の充電が中断される。

蓄電池電圧計測部６は、蓄電池モジュール２の電圧（蓄電池電圧）を計測する。蓄電池温度計測部７は、蓄電池モジュール２の温度を計測する。充放電電流計測部８は、蓄電池モジュール２の充電電流および放電電流を計測する。

制御装置１００は、太陽電池システムの全体制御を行う。この制御装置１００は、スイッチ制御線１０を介して充電停止スイッチ５に接続され、計測線９ａを介して蓄電池電圧計測部６に接続されている。また、制御装置１００は、計測線９ｂを介して蓄電池温度計測部７に接続され、計測線９ｃを介して充放電電流計測部８に接続されている。

このような構成のもと、本実施例１では、制御装置１００が、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の開回路電圧を設定する。そして、制御装置１００は、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧と開回路電圧との間の電圧降下値を算出し、算出した電圧降下値に基づいて、蓄電池モジュール２の容量を推定する。これにより、本実施例１では、自立電源で用いられる蓄電池であっても容量を推定することができるようにしている。

かかる制御装置１００は、図１に示すように、特に、容量推定開始判定部１１０、開回路電圧設定部１２０、電圧降下値算出部１３０および蓄電池容量推定部１４０を有する。

容量推定開始判定部１１０は、所定の開始条件に基づいて、容量推定の開始判定を行う。なお、ここで用いられる開始条件を、以下では「容量推定開始条件」と呼ぶ。

具体的には、容量推定開始判定部１１０は、充電停止スイッチ５がオンである場合に、蓄電池電圧計測部６によって計測される蓄電池電圧、蓄電池温度計測部７によって計測される温度、充放電電流計測部８によって計測される充電電流をそれぞれ測定する。そして、容量推定開始判定部１１０は、測定した蓄電池電圧、温度および充電電流に基づいて、容量推定開始条件が成立しているか否かを判定し、容量推定開始条件が成立していると判定した場合には、充電停止スイッチ５をオフにして充電を中断する。

ここで、容量推定開始判定部１１０による開始判定の一例について説明する。例えば、容量推定開始判定部１１０は、以下に示す条件１、２および３において、条件１および２のいずれか一方が成立し、かつ、条件３が成立している場合に、容量推定開始条件が成立していると判定する。なお、条件１における充電率の判定には、一般的に利用されている公知の充電率測定方法が用いられる。

条件１：推定充電率が９０％以上であること。
条件２：充電電圧が１４．０Ｖ以上であること。
条件３：前回の容量判定終了から３０日以上経過していること。

開回路電圧設定部１２０は、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の開回路電圧を設定する。

具体的には、開回路電圧設定部１２０は、容量推定開始判定部１１０によって容量推定開始条件が成立していると判定された場合に、時刻の測定を開始する。その後、開回路電圧設定部１２０は、所定の待機時間が経過した時点で、蓄電池電圧計測部６によって計測された蓄電池電圧および充放電電流計測部８によって計測された充放電電流（電流値ゼロ）を測定する。そして、開回路電圧設定部１２０は、ここで測定した蓄電池電圧を蓄電池モジュール２の開回路電圧として設定する。例えば、開回路電圧設定部１２０は、充電が中断されてから１０秒が経過した時点で測定された電圧を、開回路電圧として設定する。

図２は、本実施例１における開回路電圧の設定方法を説明するための図である。同図において、Ｖ_ｃは、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧を示しており、Ｖ_０は、所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を示している。この場合、開回路電圧設定部１２０は、同図に示すＶ_０を開回路電圧として設定する。

図１にもどって、電圧降下値算出部１３０は、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧と開回路電圧設定部１２０によって設定された開回路電圧との間の電圧降下値を算出する。

具体的には、電圧降下値算出部１３０は、開回路電圧設定部１２０によって開回路電圧が設定されると、設定された開回路電圧と、充電が中断される直前に容量推定開始判定部１１０によって測定された蓄電池電圧との差を求めることによって、両電圧間の電圧降下値を算出する。

蓄電池容量推定部１４０は、電圧降下値算出部１３０によって算出された電圧降下値に基づいて、蓄電池モジュール２の容量を推定する。

具体的には、蓄電池容量推定部１４０は、電圧降下値算出部１３０によって電圧降下値が算出されると、まず、算出された電圧降下値と、充電が中断される直前に容量推定開始判定部１１０によって測定された充電電流とから蓄電池モジュール２の内部抵抗値を算出する。

例えば、蓄電池容量推定部１４０は、電圧降下値算出部１３０によって算出された電圧降下値をΔＶ、容量推定開始判定部１１０によって測定された充電電流をＩ_ｃとした場合に、蓄電池モジュール２の内部抵抗値ｒをｒ＝ΔＶ／Ｉ_ｃにより算出する。

続いて、蓄電池容量推定部１４０は、算出した内部抵抗値と、蓄電池モジュール２の温度の関数として定義された基準抵抗値とを比較することによって、蓄電池モジュール２の容量を推定する。ここで用いられる基準抵抗値は、あらかじめ蓄電池モジュール２の容量を基準値として測定された内部抵抗値をもとに定義される。

例えば、定格容量が９５Ａｈのニッケル水素蓄電池を１０セル直列に接続した蓄電池モジュールを容量が初期値の８０％になるまで加速劣化させる。次に、温度を−５℃から４５℃の間とした環境下において、１分当たりの温度上昇が０．３℃に達するまで、２０Ａの電流で蓄電池モジュールを充電する。

その後、蓄電池モジュールを１０分間放置し、その間の電圧降下値を測定する。そして、測定した電圧降下値を充電電流値で除して内部抵抗値を求め、これを充電終了時における蓄電池の温度の関数として放物線で近似する。これにより、以下に示す式（１）で表される温度Ｔの関数が得られる。この温度Ｔの関数を、蓄電池容量推定部１４０によって用いられる基準抵抗値Ｒとして定義する。

Ｒ＝ａＴ^２−ｂＴ＋ｃ・・・（１）

ここで、ａ＝５．８×１０^−６、ｂ＝６．３×１０^−４、ｃ＝０．０５９とする。

容量推定の説明にもどると、蓄電池容量推定部１４０は、上記で説明した温度Ｔの関数に、充電が中断される直前に容量推定開始判定部１１０によって測定された蓄電池モジュール２の温度を代入することによって、基準抵抗値Ｒを算出する。

そして、蓄電池容量推定部１４０は、算出した基準抵抗値Ｒと先に算出しておいた内部抵抗値ｒとを比較し、内部抵抗値ｒが基準抵抗値Ｒを超えていた場合には、蓄電池モジュール２の容量が８０％を下回っていると推定する。

ここで、例えば、蓄電池容量推定部１４０は、蓄電池モジュール２の容量が８０％を下回っていると推定した場合には、ディスプレイやプリンタなどの出力装置に蓄電池モジュール２の交換を促すメッセージを出力する。

次に、本実施例１に係る制御装置１００による容量推定の処理手順について説明する。図３は、本実施例１に係る制御装置１００による容量推定の処理手順を示すフローチャートである。

同図に示すように、制御装置１００では、容量推定開始判定部１１０が、蓄電池モジュール２の蓄電池電圧、温度、充電電流をそれぞれ測定する（ステップＳ１０１）。

続いて、容量推定開始判定部１１０は、測定した蓄電池電圧、温度および充電電流に基づいて、容量推定開始条件が成立しているか否かを判定する。ここで、容量推定開始判定部１１０は、容量推定開始条件が成立するまで、蓄電池電圧、温度および充電電流の測定を繰り返す（ステップＳ１０２，Ｎｏ）。

そして、容量推定開始条件が成立していると判定した場合には（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、容量推定開始判定部１１０は、充電停止スイッチ５をオフにして充電を中断する（ステップＳ１０３）。

充電が中断されると、開回路電圧設定部１２０が、時刻の測定を開始する（ステップＳ１０４）。そして、開回路電圧設定部１２０は、所定の待機時間が経過した時点で（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、蓄電池モジュール２の蓄電池電圧および充放電電流（電流値ゼロ）を測定し（ステップＳ１０６）、測定した蓄電池電圧を開回路電圧として設定する（ステップＳ１０７）。

開回路電圧が設定されると、電圧降下値算出部１３０が、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧と開回路電圧設定部１２０によって設定された開回路電圧との間の電圧降下値を算出する（ステップＳ１０８）。

そして、蓄電池容量推定部１４０が、電圧降下値算出部１３０によって算出された電圧降下値に基づいて、蓄電池モジュール２の容量を推定する（ステップＳ１０９）。

上述してきたように、本実施例１では、開回路電圧設定部１２０が、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の開回路電圧を設定する。また、電圧降下値算出部１３０が、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧と開回路電圧との間の電圧降下値を算出する。そして、蓄電池容量推定部１４０が、算出された電圧降下値に基づいて、蓄電池モジュール２の容量を推定する。したがって、本実施例１によれば、充電が中断されると開回路状態になる自立型電源において、蓄電池の容量を推定することが可能である。

以上、実施例１について説明したが、ここで、本実施例１における容量推定の具体例について説明しておく。図４は、本実施例１における容量推定の具体例を説明するための図である。例えば、同図に示すように、図１に示した太陽電池システムにおいて、逆流防止ダイオード４の代わりに、スイッチ２１が太陽電池１と蓄電池モジュール２との間に設けられ、スイッチ２２が蓄電池モジュール２と負荷３との間に設けられていた場合を考える。

同図において、太陽電池１は、定格出力９０Ｗのシリコン単結晶太陽電池である。また、蓄電池モジュール２は、定格容量が９５Ａｈのニッケル水素蓄電池を１０セル直列に接続したモジュールである。これら太陽電池１および蓄電池モジュール２は自立型電源を構成している。

負荷３は、消費電力１５ＷのＬＥＤ照明器である。この負荷３は、昼間は、スイッチ２２によって自立型電源から切り離されており、タイマーによって夜間だけ点灯するようになっている。したがって、昼間は、スイッチ２１をオフにすることによって太陽電池１が切り離されると、蓄電池モジュール２は開回路状態となる。

制御装置２００は、図１に示した制御装置１００と同じ構成を有する。この制御装置２００は、スイッチ制御線２０ａを介してスイッチ２１に接続され、スイッチ制御線２０ｂを介してスイッチ２２に接続されており、各スイッチのオン／オフを制御する。

このような構成のもと、例えば、蓄電池モジュール２の充電電圧を１４．８Ｖ、充電電流を４．１Ａ、温度を３５．２℃とした状態で、太陽電池１を切り離して充電を中断したところ、１０秒後に蓄電池モジュール２の電圧は１４．６Ｖとなったとする。この場合、内部抵抗値を算出すると、内部抵抗値が４９ｍＶとなる。この値は、式（１）に温度３５．２℃を代入して得られる４４ｍＶを超えている。したがって、この時点で、蓄電池モジュール２の容量は８０％未満に劣化していると推定される。

ところで、上記実施例１では、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を開回路電圧として設定する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限られるわけではない。

例えば、充電が中断された後に所定の時間間隔ごとに蓄電池電圧の変化量を算出し、算出した変化量が所定の閾値以下となった時点での蓄電池電圧を開回路電圧として設定するようにしてもよい。以下では、このような場合を実施例２として説明する。

なお、本実施例２における太陽電池システムおよび制御装置の構成は、基本的には図１に示したものと同様であり、開回路電圧設定部１２０によって行われる処理が異なるのみである。そこで、ここでは、本実施例２に係る制御装置１００による容量推定の処理手順について、開回路電圧設定部１２０によって行われる処理を中心に説明する。

図５は、本実施例２に係る制御装置１００による容量推定の処理手順を示すフローチャートである。同図において、容量推定開始判定部１１０によって充電が中断されるまでの処理（ステップＳ２０１〜Ｓ２０３）は、図３に示したステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理と同様であるので説明を省略する。

充電が中断されると、開回路電圧設定部１２０が、時刻の測定を開始する（ステップＳ２０４）。そして、開回路電圧設定部１２０は、所定の時間が経過した時点で（ステップＳ２０５，Ｙｅｓ）、蓄電池モジュール２の蓄電池電圧および充放電電流（電流値ゼロ）を測定する（ステップＳ２０６）。

続いて、開回路電圧設定部１２０は、前回測定した蓄電池電圧と今回測定した蓄電池電圧との間の変化量から電圧降下勾配を算出する（ステップＳ２０７）。ここで、開回路電圧設定部１２０は、電圧降下勾配が所定の閾値を超えている間は開回路電圧を設定せずに（ステップＳ２０８，Ｎｏ）、上述したステップＳ２０４〜Ｓ２０７の処理を繰り返し行う。

そして、電圧降下勾配が所定の閾値以下となった場合に、開回路電圧設定部１２０は、その時点での蓄電池電圧を開回路電圧として設定する（ステップＳ２０８，Ｙｅｓ）。

例えば、開回路電圧設定部１２０は、充電が中断されてから５秒ごとに蓄電池モジュール２の電圧を１０ｍＶ精度で測定し、蓄電電圧の変化量（電圧降下勾配）がゼロとなった時点での蓄電池電圧を開回路電圧として設定する。その場合、例えば、充電が中断されてから１０秒後の電圧と１５秒後の電圧との変化量がゼロであり、１５秒後の時点で測定された電圧が１３．４５Ｖであったとすると、開回路電圧は１３．４５Ｖとなる。

開回路電圧が設定されると、電圧降下値算出部１３０が、充電が中断される直前の蓄電池電圧と開回路電圧設定部１２０によって設定された開回路電圧との間の電圧降下値を算出する（ステップＳ２０９）。そして、蓄電池容量推定部１４０が、電圧降下値算出部１３０によって算出された電圧降下値に基づいて、蓄電池モジュール２の容量を推定する（ステップＳ２１０）。

上述してきたように、本実施例２では、開回路電圧設定部１２０が、充電が中断された後に所定の時間間隔ごとに蓄電池電圧の変化量を算出し、算出した変化量が所定の閾値以下となった時点での蓄電池電圧を開回路電圧として設定する。したがって、本実施例２によれば、放電状態になるまでの時間が蓄電池ごとに異なる場合でも、蓄電池ごとに放電状態となったタイミングを的確に検出して、容量を推定することが可能である。

ところで、上記実施例１および２では、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧、あるいは、所定の時間ごとの変化量が所定の閾値以下となった時点での蓄電池電圧を開回路電圧として設定する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限られるわけではない。

例えば、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を蓄電池の放電電圧として決定し、決定した放電電圧および充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧を、充電が中断される直前に測定された充電電流と所定の待機時間が経過した時点で測定された放電電流との比率で比例配分することによって、開回路電圧を設定してもよい。以下では、このような場合を実施例３として説明する。

まず、本実施例３に係る太陽電池システムの構成について説明する。図６は、本実施例３に係る太陽電池システムの構成を示すブロック図である。なお、ここでは説明の便宜上、図１に示した各部と同様の役割を果たす機能部については同一符号を付すこととしてその詳細な説明を省略する。

同図に示すように、この太陽電池システムは、太陽電池１、蓄電池モジュール２、負荷３、充電停止スイッチ３１、蓄電池電圧計測部６、蓄電池温度計測部７、充放電電流計測部８および制御装置３００を有する。ここで、太陽電池１と蓄電池モジュール２は自立型電源を構成している。

充電停止スイッチ３１は、太陽電池１と蓄電池モジュール２との間に接続され、太陽電池１から蓄電池モジュール２への充電を制御する。ここで、充電停止スイッチ３１がオンとなった場合には、充電停止スイッチ３１を介して太陽電池１から蓄電池モジュール２へ充電電流が流れ、蓄電池モジュール２が充電される。また、充電停止スイッチ３１がオフとなった場合には、充電停止スイッチ３１を介して太陽電池１から蓄電池モジュール２へ流れる充電電流が遮断され、蓄電池モジュール２の充電が中断される。

制御装置３００は、太陽電池システムの全体制御を行う。この制御装置３００は、スイッチ制御線３０ａを介して充電停止スイッチ３１に接続され、計測線９ａを介して蓄電池電圧計測部６に接続されている。また、制御装置３００は、計測線９ｂを介して蓄電池温度計測部７に接続され、計測線９ｃを介して充放電電流計測部８に接続されている。

かかる制御装置３００は、図６に示すように、容量推定開始判定部３１０、開回路電圧設定部３２０、電圧降下値算出部１３０および蓄電池容量推定部１４０を有する。

容量推定開始判定部３１０は、実施例１における容量推定開始判定部１１０と同様に、容量推定開始条件に基づいて、容量推定の開始判定を行う。

具体的には、容量推定開始判定部３１０は、充電停止スイッチ３１がオンである場合に、蓄電池電圧計測部６によって計測される蓄電池電圧、蓄電池温度計測部７によって計測される温度、充放電電流計測部８によって計測される充電電流をそれぞれ測定する。

そして、容量推定開始判定部３１０は、測定した蓄電池電圧、温度および充電電流に基づいて、容量推定開始条件が成立しているか否かを判定し、容量推定開始条件が成立していると判定した場合には、充電停止スイッチ３１をオフにして充電を中断する。

開回路電圧設定部３２０は、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の開回路電圧を設定する。

具体的には、開回路電圧設定部３２０は、容量推定開始判定部３１０によって容量推定開始条件が成立していると判定された場合に、時刻の測定を開始する。その後、開回路電圧設定部３２０は、所定の待機時間が経過した時点で、蓄電池電圧計測部６によって計測された蓄電池電圧および充放電電流計測部８によって計測された放電電流を測定する。

そして、開回路電圧設定部３２０は、ここで測定した蓄電池電圧を放電電圧として決定する。例えば、開回路電圧設定部３２０は、充電が中断されてから１５秒が経過した時点で測定された電圧を放電電圧として決定する。

続いて、開回路電圧設定部３２０は、決定した放電電圧および充電が中断される直前に容量推定開始判定部３１０によって測定された蓄電池電圧を、充電が中断される直前に容量推定開始判定部３１０によって測定された充電電流と所定の待機時間が経過した時点で測定された放電電流との比率で比例配分することによって、開回路電圧を設定する。

図７は、本実施例３における開回路電圧の設定方法を説明するための図である。同図において、Ｖ_ｃは、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧を示しており、Ｖ_ｄは、所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を示している。

ここで、充電が中断される直前に測定された充電電流をＩ_ｃ、所定の待機時間が経過した時点で測定された放電電流をＩ_ｄとすると、開回路電圧設定部３２０は、例えば、以下に示す式（２）によって開回路電圧Ｖ_０を設定する。

次に、本実施例３に係る制御装置３００による容量推定の処理手順について説明する。図８は、本実施例３に係る制御装置３００による容量推定の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、制御装置３００では、容量推定開始判定部３１０が、蓄電池モジュール２の蓄電池電圧、温度、充電電流をそれぞれ測定する（ステップＳ３０１）。

続いて、容量推定開始判定部３１０は、測定した蓄電池電圧、温度および充電電流に基づいて、容量推定開始条件が成立しているか否かを判定する。ここで、容量推定開始判定部３１０は、容量推定開始条件が成立するまで、蓄電池電圧、温度および充電電流の測定を繰り返す（ステップＳ３０２，Ｎｏ）。

そして、容量推定開始条件が成立していると判定した場合には（ステップＳ３０２，Ｙｅｓ）、容量推定開始判定部３１０は、充電停止スイッチ３１をオフにして充電を中断する（ステップＳ３０３）。

充電が中断されると、開回路電圧設定部３２０が、時刻の測定を開始する（ステップＳ３０４）。そして、開回路電圧設定部３２０は、所定の待機時間が経過した時点で（ステップＳ３０５，Ｙｅｓ）、蓄電池モジュール２の蓄電池電圧および放電電流を測定し（ステップＳ３０６）、測定した電圧を放電電圧として決定する。

続いて、開回路電圧設定部３２０は、決定した放電電圧および容量推定開始判定部３１０によって測定された蓄電池電圧を、測定した放電電流と容量推定開始判定部３１０によって測定された充電電流との比率で比例配分することによって、開回路電圧を設定する（ステップＳ３０７）。

開回路電圧が設定されると、電圧降下値算出部１３０が、充電が中断される直前の蓄電池電圧と開回路電圧設定部３２０によって設定された開回路電圧との間の電圧降下値を算出する（ステップＳ３０８）。そして、蓄電池容量推定部１４０が、電圧降下値算出部１３０によって算出された電圧降下値に基づいて、蓄電池モジュール２の容量を推定する（ステップＳ３０９）。

上述してきたように、本実施例３では、開回路電圧設定部３２０が、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を蓄電池モジュール２の放電電圧として決定し、決定した放電電圧および充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧を、充電が中断される直前に測定された充電電流と所定の待機時間が経過した時点で測定された放電電流との比率で比例配分することによって、開回路電圧を設定する。したがって、本実施例３によれば、開回路電圧の実測ができない場合でも、蓄電池の容量を推定することが可能である。

ところで、上記実施例３では、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を放電電圧として決定する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限られるわけではない。

例えば、充電が中断された後に所定の時間間隔ごとに蓄電池電圧の変化量を算出し、算出した変化量が所定の閾値以下となった時点での蓄電池電圧を放電電圧として決定してもよい。以下では、このような場合を実施例４として説明する。

なお、本実施例４における太陽電池システムおよび制御装置の構成は、基本的には図６に示したものと同様であり、開回路電圧設定部３２０によって行われる処理が異なるのみである。そこで、ここでは、本実施例４に係る制御装置３００による容量推定の処理手順について、開回路電圧設定部３２０によって行われる処理を中心に説明する。

図９は、本実施例４に係る制御装置３００による容量推定の処理手順を示すフローチャートである。同図において、容量推定開始判定部３１０によって充電が中断されるまでの処理（ステップＳ４０１〜Ｓ４０３）は、図８に示したステップＳ３０１〜Ｓ３０３の処理と同様であるので説明を省略する。

充電が中断されると、開回路電圧設定部３２０が、時刻の測定を開始する（ステップＳ４０４）。そして、開回路電圧設定部３２０は、所定の時間が経過した時点で（ステップＳ４０５，Ｙｅｓ）、蓄電池モジュール２の蓄電池電圧および放電電流を測定する（ステップＳ４０６）。

続いて、開回路電圧設定部３２０は、前回測定した蓄電池電圧と今回測定した蓄電池電圧との間の変化量から電圧降下勾配を算出する（ステップＳ４０７）。ここで、開回路電圧設定部３２０は、電圧降下勾配が所定の閾値を超えている間は放電電圧を決定せずに（ステップＳ４０８，Ｎｏ）、上述したステップＳ４０４〜Ｓ４０７の処理を繰り返し行う。

そして、電圧降下勾配が所定の閾値以下となった場合に、開回路電圧設定部３２０は、その時点での蓄電池電圧を放電電圧として決定する（ステップＳ４０８，Ｙｅｓ）。

例えば、開回路電圧設定部３２０は、充電が中断されてから５秒ごとに蓄電池モジュール２の電圧を１０ｍＶ精度で測定し、蓄電電圧の変化量（電圧降下勾配）がゼロとなった時点での蓄電電圧を放電電圧として設定する。その場合、例えば、充電が中断されてから１０秒後の電圧と１５秒後の電圧との変化量がゼロであり、１５秒後の時点で測定された電圧が１３．１２Ｖであったとすると、放電電圧は１３．４５Ｖとなる。

続いて、開回路電圧設定部３２０は、決定した放電電圧および容量推定開始判定部３１０によって測定された蓄電池電圧を、測定した放電電流と容量推定開始判定部３１０によって測定された充電電流との比率で比例配分することによって、開回路電圧を設定する（ステップＳ４０９）。

開回路電圧が設定されると、電圧降下値算出部１３０が、充電が中断される直前の蓄電池電圧と開回路電圧設定部１２０によって設定された開回路電圧との間の電圧降下値を算出する（ステップＳ４１０）。そして、蓄電池容量推定部１４０が、電圧降下値算出部１３０によって算出された電圧降下値に基づいて、蓄電池モジュール２の容量を推定する（ステップＳ４１１）。

上述してきたように、本実施例４では、開回路電圧設定部３２０が、充電が中断された後に所定の時間間隔ごとに蓄電池電圧の変化量を算出し、算出した変化量が所定の閾値以下となった時点での蓄電池電圧を蓄電池モジュール２の放電電圧として決定する。したがって、本実施例４によれば、開回路電圧の実測が不可能であり、かつ、放電状態になるまでの時間が蓄電池ごとに異なる場合でも、蓄電池ごとに放電状態となったタイミングを的確に検出して、容量を推定することが可能である。

以上、本発明に係る実施例１〜４について説明したが、これらの実施例によれば、自立型電源で用いられるニッケル水素蓄電池などの蓄電池の容量が推定できるようになり、蓄電池の劣化の程度や取替えの必要の有無を把握することができる。

以上のように、本発明に係る蓄電池容量推定装置および蓄電池容量推定方法は、自立型電源で用いられる蓄電池の容量を推定する場合に有用であり、特に、ニッケル水素蓄電池の容量を推定する場合に適している。

本実施例１に係る太陽電池システムの構成を示すブロック図である。本実施例１における開回路電圧の設定方法を説明するための図である。本実施例１に係る制御装置による容量推定の処理手順を示すフローチャートである。本実施例１における容量推定の具体例を説明するための図である。本実施例２に係る制御装置による容量推定の処理手順を示すフローチャートである。本実施例３に係る太陽電池システムの構成を示すブロック図である。本実施例３における開回路電圧の設定方法を説明するための図である。本実施例３に係る制御装置による容量推定の処理手順を示すフローチャートである。本実施例４に係る制御装置による容量推定の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１太陽電池
２蓄電池モジュール
３負荷
４逆流防止ダイオード
５、３１充電停止スイッチ
６蓄電池電圧計測部
７蓄電池温度計測部
８充放電電流計測部
９ａ、９ｂ、９ｃ計測線
１０、２０ａ、２０ｂ、３０ａスイッチ制御線
２１、２２スイッチ
１００、２００、３００制御装置
１１０、３１０容量推定開始判定部
１２０、３２０開回路電圧設定部
１３０電圧降下値算出部
１４０蓄電池容量推定部

Claims

蓄電池の容量を推定する蓄電池容量推定装置であって、
充電が中断される直前の第１の時点で測定された蓄電池電圧と充電が中断された後の第２の時点で測定された蓄電池電圧に基づいて決定した放電電圧とを、前記第１の時点で測定された充電電流と前記第２の時点で測定された放電電流との比率で比例配分することによって、前記蓄電池の開回路電圧を設定する開回路電圧設定手段と、
前記第１の時点で測定された蓄電池電圧と前記開回路電圧設定手段によって設定された開回路電圧との間の電圧降下値を算出する電圧降下値算出手段と、
前記電圧降下値算出手段によって算出された電圧降下値に基づいて、前記蓄電池の容量を推定する蓄電池容量推定手段と、
を備えたことを特徴とする蓄電池容量推定装置。
前記開回路電圧設定手段は、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点を前記第２の時点とすることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池容量推定装置。
前記開回路電圧設定手段は、充電が中断された後に所定の時間間隔ごとに蓄電池電圧の変化量を算出し、算出した変化量が所定の閾値以下となった時点を前記第２の時点とすることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池容量推定装置。
前記蓄電池容量推定手段は、前記電圧降下値算出手段によって算出された電圧降下値に基づいて前記蓄電池の内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値と、あらかじめ前記蓄電池の容量を基準値として測定された内部抵抗値をもとに当該蓄電池の温度の関数として定義された基準抵抗値とを比較することによって、前記蓄電池の容量を推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の蓄電池容量推定装置。
前記蓄電池の推定充電率または充電電圧が所定の閾値以上であり、かつ、前回の容量判定終了から所定の期間が経過している場合に、容量推定を開始すると判定する容量推定開始判定手段をさらに備え、
前記開回路電圧設定手段は、前記容量推定開始判定手段によって容量推定を開始すると判定された場合に、前記開回路電圧を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の蓄電池容量推定装置。
蓄電池の容量を推定する蓄電池容量推定方法であって、
充電が中断される直前の第１の時点で測定された蓄電池電圧と充電が中断された後の第２の時点で測定された蓄電池電圧に基づいて決定した放電電圧とを、前記第１の時点で測定された充電電流と前記第２の時点で測定された放電電流との比率で比例配分することによって、前記蓄電池の開回路電圧を設定する開回路電圧設定工程と、
前記第１の時点で測定された蓄電池電圧と前記開回路電圧設定工程によって設定された開回路電圧との間の電圧降下値を算出する電圧降下値算出工程と、
前記電圧降下値算出工程によって算出された電圧降下値に基づいて、前記蓄電池の容量を推定する蓄電池容量推定工程と、
を含んだことを特徴とする蓄電池容量推定方法。