JP5503403B2 - 蓄電デバイスの充放電制御方法及び充放電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、液式鉛蓄電池等の蓄電デバイスの充放電制御方法及び充放電制御装置に関し、特に蓄電デバイスを所定の部分充電状態に維持するのに必要な制御を行う充放電制御方法及び充放電制御装置に関するものである。

従来のガソリン車では、蓄電デバイスである液式鉛蓄電池を、車両の起動（ｓｔａｒｔ）、照明（ｌｉｇｈｔ）、イグニッション（Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）といったＳＬＩバッテリとしての用途に用いている。蓄電池をこのような用途で用いる場合には、充電状態をできるだけ満充電（ＳＯＣ＝１００％）状態にしておくような運用が行われる。また、停電時におけるサーバーなどのバックアップ用電源として用いられる蓄電デバイスでも、停電時以外は常に満充電状態で運用されている。このように、従来は蓄電デバイスに対し必要なときに十分な放電能力を有していることが求められていたため、通常は満充電状態で運用されており、満充電以外の充電状態に制御するための充放電制御は特に必要なかった。

一方、近年は省エネやＣＯ２排出量削減といった観点から、自然エネルギーによる発電やガソリン車のアイドリングストップ等の要求が高まってきている。それに伴って、蓄電デバイスに対しても従来とは異なる運用方法が求められている。一例として、風力発電に用いられる蓄電デバイスは、十分な発電ができない無風時に電力供給を行う用途に加えて、風車の回転数変動に伴う発電電力の周波数変動を抑制するために電力量を制御するのにも用いられる。いずれの用途も、風力発電を電力系統に繋いで安定した電力供給を行う上で重要であり、蓄電デバイスを常に充電及び放電が可能な状態に維持しておくことが要求される。

また、太陽電池を用いた電力供給システムに設けられる蓄電デバイスでは、時間帯や天候に合わせての充放電、夜間電力を用いた充電、停電時の電力供給など、天候やユーザーの求める条件に応じて、常に充電も放電もできる状態に維持しておく必要がある。あるいは、翌日の天候に合わせて、どれだけ深夜電力を充電しておくべきかを予知して夜間充電を行うような機能が蓄電システムに求められるようになる。

さらに、アイドリングストップ機能を有するガソリン車に用いられる蓄電池では、車両の様々な負荷への電力供給を維持しつつ、交差点での停止後の再発進に必要な電力を確保しておく必要がある。そのため、必要に応じて重要度の低い電力負荷を停止させたり、場合によってはアイドリングストップを停止させて発電機（オルタネータ）で蓄電池への充電を再開させるような制御が必要となる。

上記のような蓄電デバイスに対する要求を実現するためには、蓄電デバイスが放電可能に維持されるだけでなく、必要に応じて充電も可能な状態に維持されている必要がある。すなわち、蓄電デバイスに対する従来とは異なる新しい運用方法として、部分充電状態（ＰＳＯＣ：Ｐａｒｔｉａｌ Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）での運用が要求される。蓄電デバイスの従来の運用条件とＰＳＯＣでの運用条件との比較を、図１６を用いて説明する。同図（ａ）は蓄電デバイスの従来の運用条件を示す説明図であり、同図（ｂ）はＰＳＯＣでの運用条件を示す説明図である。

図１６（ａ）に示す蓄電デバイスの従来の運用条件では、蓄電デバイスの全放電能力のうち満充電（充電率ＳＯＣが１００％）から高々１０〜２０％程度の放電の範囲（ＳＯＣが８０〜９０％になるまでの範囲であり、運用領域１１とする）で使用されており、それより低いＳＯＣは蓄電デバイスの劣化に対するマージン（劣化マージン１２とする）としている。劣化マージン１２は、放電可能な領域となる。これに対し、図１６（ｂ）に示すＰＳＯＣによる蓄電デバイスの運用では、ＳＯＣが例えば２０〜８０％の範囲で使用され（運用領域１３とする）、ＳＯＣが８０％から満充電の範囲は、必要時に充電できるように設けられた充電可能範囲である（充電領域１４とする）。また、運用領域１３より低いＳＯＣの範囲が劣化マージン１５となり、放電可能な領域である。蓄電デバイスをこのようなＰＳＯＣで運用することにより、必要時には充電も放電も可能となる。

ＰＳＯＣによる運用を適切に行うためには、蓄電デバイスの充電能力、放電能力、及び劣化を適切に検知できることが重要となる。従来の運用では、蓄電デバイスが常に満充電に維持されており、放電能力を検知することが重要であった。満充電された蓄電デバイスの放電能力は、新品時の放電能力から劣化分を減算することで検知することが可能である。これに対し、ＰＳＯＣで運用されているときの蓄電デバイスの状態検知では、蓄電デバイスの劣化に伴う充電能力と放電能力の両方の劣化を検知できるようにする必要がある。

蓄電デバイスに対し必要となる状態検知の概念図を図１７に示す。同図（ａ）は従来の運用方法における状態検知を示し、同図（ｂ）はＰＳＯＣの運用方法における状態検知を示している。従来の運用方法における状態検知では、図１７（ａ）に示すように、劣化による劣化マージン１２の減少分１２ａを検知して残された劣化マージン１２ｂを判定することが要求される。これに対し、ＰＳＯＣの運用方法における状態検知では、図１７（ｂ）に示すように、劣化による充電領域１４及び劣化マージン１５のそれぞれの減少分１４ａ、１５ａを検知し、必要な充電容量及び放電容量を確保するために、運用領域１３を領域１３’に変更して新たに充電領域１４ｂ及び劣化マージン１５ｂを設ける、といった制御が必要となる。すなわち、ＰＳＯＣの運用では蓄電デバイスの充電可能容量（ＣＯＡ）、放電可能容量（ＣＯＤ）、及び劣化度（ＳＯＨ）を精度良く検知する必要がある。

上記のようなＰＳＯＣで運用する蓄電デバイスの状態判定及び充電制御方法に関して、特許文献１に開示されているような公知技術がある。特許文献１では、充電終止あるいは放電終止の前後で蓄電池の電圧を測定し、この測定電圧から充放電終止時の見かけ上の抵抗値を算出し、これを基準値と比較することで蓄電池の劣化度合いを推定する方法が開示されている。また、推定された劣化度をもとに、劣化の進行を抑制するように充放電制御を行うことが記載されている。

蓄電デバイスの状態検知を行う別の公知技術として、特許文献２に記載のものがある。ここでは、複数のセルで構成された蓄電池において、各セルの充電容量を検出して相互のアンバランスを改善する充電容量の平滑化方法が記載されている。

特開２００８−１９２６０７号公報 特表２００８−５２０１７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、充放電終止直後の開回路電圧（ＯＣＶ）のみを用いており、ＯＣＶの経時変化については何ら言及されていない。特許文献１では、緩和過程の非常に速い反応に関係する劣化モードのみを劣化パラメータとして捉えており、電解液の拡散のように時間のかかる緩和過程を有する蓄電池では、特許文献１に記載の方法では状態検知を精度よく行うことはできない。

また、特許文献２に記載の技術では、充電状態（ＳＯＣ）の推定・検知方法に関する記述があるものの、蓄電池の劣化（ＳＯＨ）を反映したＳＯＣについては何ら記載がない。蓄電池は、長期間の使用中に種々の劣化条件で特性が変化するため、これらの劣化を反映した充電制御が必要となるが、特許文献２に記載の技術では劣化を適切に反映した充電制御を行うことはできない。

本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、劣化度を推定して充放電制御を行うことにより蓄電デバイスを適切な部分充電状態に維持することが可能な充放電制御方法及び充放電制御装置を提供することを目的とする。

本発明の蓄電デバイスの充放電制御方法の第１の態様は、充電及び放電が可能な部分充電状態に維持するための蓄電デバイスの充放電制御方法であって、前記蓄電デバイスの充電を終了したときの充電終了時電圧または放電を終了したときの放電終了時電圧を測定して保存し、前記蓄電デバイスの状態検知が要求されると、前記蓄電デバイスの電流測定値を取得し、該電流測定値が０または微小で実質的に充放電停止中と判定されるときは、状態検知モード１として、前記蓄電デバイスに対し所定容量の充電（以下では状態検知前充電という）を行い、前記状態検知前充電を終了してから時間ｔ経過したときの前記蓄電デバイスの電圧測定値を所定周期で取得し、前記電圧測定値を用いて前記蓄電デバイスの所定の状態量を推定して前記蓄電デバイスの状態検知を行い、前記状態検知の結果と保存されている前記充電停止時電圧及び放電停止時電圧を用いて前記蓄電デバイスの充放電制御指令値を判定し、前記電流測定値から前記蓄電デバイスが充放電中と判定されるときは、状態検知モード２として、前記状態検知モード１で最後に推定された前記状態量と保存されている前記充電停止時電圧及び放電停止時電圧を用いて前記充放電制御指令値を判定し、前記充放電制御指令値に従って前記蓄電デバイスを充放電制御することを特徴とする。

本発明の蓄電デバイスの充放電制御方法の他の態様は、前記状態検知モード１では、安定開回路電圧（安定ＯＣＶ）からの電圧変化量を前記状態量の関数として表した緩和関数Ｆ（ｔ）を前記電圧測定値で最適近似し、前記最適近似された緩和関数Ｆ（ｔ）から前記状態量を推定して前記状態検知を行うことを特徴とする。

本発明の蓄電デバイスの充放電制御方法の他の態様は、前記状態検知モード１における状態検知では、前記状態量として前記緩和関数Ｆ（ｔ）から反応速度毎の劣化度を推定し、前記反応速度毎の劣化度と前記充電終了時電圧及び前記放電終了時電圧を用いて極板への硫酸鉛の析出による劣化状態、極板表面の電解液の濃度偏りによる劣化状態、減液による劣化状態、充電可能容量不足、及び放電可能容量不足を推定してそれぞれに事前に設定された閾値を超えているか否かを判定することを特徴とする。

本発明の蓄電デバイスの充放電制御方法の他の態様は、前記状態検知モード１では、前記減液による劣化状態が成立するときは前記充放電制御指令値として減液アラームを出力し、前記減液による劣化状態が成立せずかつ前記極板への硫酸鉛の析出による劣化状態または前記極板表面の電解液の濃度偏りによる劣化状態が成立するときは前記充放電制御指令値として高電圧充電を出力し、前記放電可能容量不足が成立しかつ前記充電可能容量不足が成立しないときは前記充放電制御指令値として容量調整充電を出力し、前記充電可能容量不足が成立しかつ前記放電可能容量不足が成立しないときは前記充放電制御指令値として容量調整放電を出力することを特徴とする。

本発明の蓄電デバイスの充放電制御方法の他の態様は、前記状態検知モード２における状態検知では、前記充電終了時電圧及び前記放電終了時電圧を用いて充電可能容量不足及び放電可能容量不足を推定してそれぞれに事前に設定された閾値を超えているか否かを判定することを特徴とする。

本発明の蓄電デバイスの充放電制御方法の他の態様は、前記状態検知モード２では、前記放電可能容量不足が成立しかつ前記充電可能容量不足が成立しないときは前記充放電制御指令値として容量調整充電を出力し、前記充電可能容量不足が成立しかつ前記放電可能容量不足が成立しないときは前記充放電制御指令値として容量調整放電を出力することを特徴とする。

本発明の蓄電デバイスの充放電制御方法の他の態様は、前記状態検知前充電では、前記蓄電デバイスの５％定格容量の充電を行うことを特徴とする。

本発明の蓄電デバイスの充放電制御装置の第１の態様は、充電及び放電が可能な部分充電状態に維持するための蓄電デバイスの充放電制御装置であって、状態検知要求信号を入力するための信号入力手段と、外部に所定の情報を出力する出力表示手段と、前記蓄電デバイスの充電を終了したときの充電終了時電圧または放電を終了したときの放電終了時電圧を測定して保存するとともに、前記信号入力手段から前記状態検知要求信号を入力すると、前記蓄電デバイスの電圧測定値及び電流測定値を入力して前記蓄電デバイスの状態検知を行い、前記状態検知の結果と保存されている前記充電終了時電圧及び放電終了時電圧を用いて前記蓄電デバイスの充放電制御指令値を判定し、前記状態検知の結果及び前記充放電制御指令値を前記出力表示手段に出力する状態検知部と、前記充放電制御指令値を入力して前記蓄電デバイスを充放電制御する充放電制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の蓄電デバイスの充放電制御装置の他の態様は、前記状態検知部は、前記状態検知要求信号を直接取得するための状態検知要求スイッチを備えることを特徴とする請求項８に記載の蓄電デバイスの状態検知装置。

本発明によれば、劣化度を推定して充放電制御を行うことにより蓄電デバイスを適切な部分充電状態に維持することが可能な充放電制御方法及び充放電制御装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る蓄電デバイスの充放電制御方法の概略を説明するための流れ図である。 第１実施形態の蓄電デバイスの充放電制御装置のブロック図である。 蓄電池に外部電源から電圧を印加したときの電池電圧の時間変化を模式的に示す図である。 蓄電池に負荷を接続して放電したときの電池電圧の時間変化を模式的に示す図である。 開回路電池電圧の時間変化を模式的に示す図である。 極板表面の電解液の濃度偏りを説明するための模式図である。 電解液の比重差による沈殿を説明するための模式図である。 電解液の減少に伴う濃度変化を説明するための模式図である。 極板への硫酸鉛の析出を説明するための模式図である。 極板表面の電解液の濃度偏りを解消させる方法を説明する説明図である。 極板表面の電解液の濃度偏りを解消させる別の方法を説明する説明図である。 減液を検知する方法を説明する説明図である。 極板への硫酸鉛の析出を抑制する方法を説明する説明図である。 劣化状態の判定値を算出する方法を示す流れ図である。 充放電制御指令値を選択する方法を示す流れ図である。 蓄電デバイスの従来の運用条件とＰＳＯＣでの運用条件との比較を示す説明説明図である。 蓄電デバイスに対し必要となる状態検知を説明するための概念図である。

本発明の好ましい実施の形態における蓄電デバイスの充放電制御方法及び充放電制御装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。本発明の蓄電デバイスの充放電制御方法及び充放電制御装置は、自動車に搭載されている液式鉛蓄電池、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーによる発電と併用して用いられる蓄電デバイス、停電時のバックアップ用電源としての蓄電デバイス、等に適用することが可能である。以下では、蓄電デバイスとして、液式鉛蓄電池（以下では単に蓄電池と記載する）を例に説明する。

まず、蓄電池の特性について以下に説明する。蓄電池の重要な特性の一つである充電可能容量（ＣＯＡ：Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ Ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ）は、外部からの充電により、電荷又は電位のエネルギー準位の上昇として蓄電池内部に蓄積することが可能な充電容量を示す。蓄電池を充電するときの電池電圧の変化を図３に示す。図３は、初期電池電圧２１が１２．８Ｖの蓄電池に外部電源から１４．４Ｖの電源電圧２２を印加したときの電池電圧２３の時間変化を模式的に示している。電池電圧２３は、電源電圧２２に達するとそれ以上の充電はできなくなる。

しかし、充電中の電池電圧２３の初期電池電圧２１からの電圧上昇は、蓄電池の内部電位２４の上昇分（矢印Ａ）と充電反応抵抗による上昇分（矢印Ｂ）からなっており、電池電圧２３がほぼ電源電圧２２に到達しても内部電位２４は電源電圧２２より低くなっている。そのため、内部電位２４が電源電圧２２に達するまでは充電が可能である。但し、電池電圧２３と電源電圧２２との差が小さいことから、充電の効率は低下する。上記説明のように、鉛蓄電池等の電気化学反応を伴う蓄電デバイスでは、電源電圧２２、蓄電池の内部電位２４、及び充電反応抵抗によって充電可能容量ＣＯＡが決まる。

次に、蓄電池の別の特性である放電可能容量（ＣＯＤ：Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）について、以下に説明する。放電可能容量ＣＯＤは、電池電圧２３を所定の電圧閾値以上に維持しながら外部に放電可能な容量である。ここで、所定の電圧閾値は、蓄電池を備えるシステムの仕様で定められる電圧の下限値である。蓄電池が放電されるときの電池電圧の変化を図４に示す。図４は、初期電池電圧２１が１２．８Ｖの蓄電池に負荷を接続して放電したときの電池電圧２３の時間変化を模式的に示している。放電時の電池電圧２３は、時間とともに低下していくが、閾値電圧２５に達するとそれ以上放電できない限界点となる。

蓄電池の放電時の電池電圧２３の変化においても、初期電池電圧２１からの電圧低下は、電池の内部電位２４の低下分（矢印Ｃ）と放電反応抵抗による低下分（矢印Ｄ）からなっており、内部電位２４が閾値電圧２５より高くても放電反応抵抗による低下分が大きいと放電能力の限界点に達してしまう。このように、電気化学反応を伴う蓄電デバイスでは、蓄電池の内部電位２４、放電反応抵抗、及びシステム仕様で定められた閾値電圧２５によって、放電可能容量ＣＯＤが決まる。

図３、４に示すように、蓄電池の充放電中は充電反応抵抗または放電反応抵抗によって、電池電圧が内部電位と異なっている。この電池電圧と内部電位との差は、充放電停止後に時間とともに減少していく。充放電を停止した開回路状態での電池電圧、すなわち開回路電池電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）の時間変化を模式的に図５に示す。同図に示すように、充電反応抵抗による電圧上昇分２６及び放電反応抵抗による電圧低下分２７は、充放電停止後に減少して電池電圧が内部電位２４に収束していく。

蓄電池の内部電位は相対的なイオン濃度の量によって決まることから、充放電に伴って電解液の偏りが生じた場合には、蓄電池の内部電位と蓄電池の端子で得られる電池電圧とで差が生じる。充放電停止後は、充放電に伴う電解液の偏りが拡散によって均質な状態へと移行する緩和過程によって、電池電圧が内部電位に近づいていく。すなわち、緩和過程では、充放電に伴う電解液の偏りに起因する反応抵抗により電圧変化が生じ、これが内部電位に加算されて電池電圧となっている。同様に、充放電中も、反応抵抗による電圧変化が内部電位に加算されて電池電圧となっている。

上記より、蓄電池の充電可能容量ＣＯＡ及び放電可能容量ＣＯＤは、蓄電池内部の電解液の偏りに伴う充電反応抵抗及び放電反応抵抗を含めて検知する必要がある。
次に、液式鉛蓄電池の充放電に伴う蓄電池内部の状態変化のうち、主にＯＣＶ、充電可能容量、及び放電可能容量に影響を与える要因を表１に示す。また、それぞれの要因を、模式的に図６〜９に示す。表１では、電池特性に影響を与える４つの要因に対し、ＯＣＶ、放電時電圧降下、充電時電圧上昇、のそれぞれに与える影響を概念的に示している。

表１

表１に示す（１）の要因「極板表面の電解液の濃度偏り」（以下では、縦成層化という）は、図６に模式的に示すように、極板３１内部に蓄積された濃硫酸３２が、充電に伴って極板から染み出してくることにより、極板３１の表面に沿って電解液３３の濃度差が形成されるものであり、可逆的な変化である。極板表面の電解液が高濃度のときは、ＯＣＶが上昇し、放電時電圧降下が大きくなり、充電時電圧上昇も大きくなる。一方、極板表面の電解液が低濃度のときは、ＯＣＶが低下し、放電時電圧降下が小さくなり、充電時電圧上昇も小さくなる。

表１の（２）の要因「電解液の比重差による沈殿」（以下では、横成層化という）は、図７に模式的に示すように、極板３１の間で硫酸３４が横方向に不均一に沈殿するものであり、可逆的な変化である。蓄電池の底部に硫酸３４が沈殿する一方、蓄電池の上部に水の浮き溜まり３５ができる。このような電解液３３の不均一さにより反応速度（イオン移動効率）が低下するため、沈殿が多いときは、ＯＣＶが上昇し、放電時電圧降下が大きくなり、充電時電圧上昇も大きくなる。一方、沈殿が少ないときは、ＯＣＶが低下し、放電時電圧降下が小さくなり、充電時電圧上昇も小さくなる。

また、表１の（３）の要因「電解液の減少に伴う濃度変化」（以下では、減液という）は、図８に模式的に示すように、図８（ａ）の正常な状態から電解液３３の水が減少して電解液３３が濃縮されるものであり（図８（ｂ））、セル単体は液を補充することで可逆となる。電解液３３が減少する（濃縮される）と、反応速度（イオン移動効率）が低下するため、電解液３３の減少が多いときは、ＯＣＶが上昇し、放電時電圧降下が大きくなり、充電時電圧上昇も大きくなる。一方、電解液の減少が少ないときは、ＯＣＶ、放電時電圧降下、及び充電時電圧上昇に影響しない（正常）。

さらに、表１の（４）の要因「極板への硫酸鉛の析出」は、図９に模式的に示すように、放電により極板表面に生成される放電反応生成物（硫酸鉛ＰｂＳＯ４）３６が、充電によって消滅されずに極板３１の表面に残留するものであり（図９（ｂ））、一部は可逆的である。硫酸鉛３６が極板３１の表面に残留すると極板３１の反応表面積が縮小するため、硫酸鉛３６の析出が多いときは、ＯＣＶが上昇し、放電時電圧降下が大きくなり、充電時電圧上昇も大きくなる。一方、硫酸鉛３６の析出が少ないときは（図９（ａ））、ＯＣＶ、放電時電圧降下、及び充電時電圧上昇に影響しない（正常）。

表１に示す各要因による蓄電池の劣化特性と充放電制御との関係について、以下に詳細に説明する。まず、表１の（１）の縦成層化が形成されると、充電時には充電反応抵抗が増大してＣＯＡが低下する。このような縦成層化を解消させる方法を図１０を用いて説明する。図１０では、（ａ）に示す縦成層化の状態において、水の分解電圧以上の電圧を蓄電池の端子間に印加することにより、電解液３３の水を分解してガス３７を発生（ガッシング）させている（図１０（ｂ））。このようなガッ３３の偏りを解消することができる（図１０（ｃ））。

しかしながら、表１の（３）の要因である減液が既に生じている場合には、水の電気分解が発生するような高電圧充電を行うと、通常のガッシング以上にガス３７が発生し、水素爆発などの危険にさらされたり、極板３１が電解液３３から露出することよる蓄電池の寿命短縮化などの問題が生じる。そのため、蓄電池及びそれを搭載したシステムを安定的に運用するためには、高電圧充電を頻繁に行なうことは好ましくない。

あるいは、縦成層化を解消させる別の方法として、図１１に示すように、縦成層化が形成された蓄電池で放電を行うことにより、充電反応による電解液の偏りに起因する充電反応抵抗Ｂを放電反応による電解液の偏りに起因する放電反応抵抗Ｄで打ち消すことで、充電反応抵抗Ｂを下げる方法も考えられる。しかし、このような放電を行うことは、充電反応抵抗Ｂを下げるだけでなく蓄電池の内部電位２４も下げることになり、必要な放電能力を維持できなくなる可能性がある。そのため、蓄電池及びそれを搭載したシステムを安定的に運用するためには、放電を頻繁に行なうことは好ましくない。

次に、表１の（２）に示す横成層化による蓄電池の劣化特性と充放電制御との関係について、以下に説明する。横成層化が形成されると、図４で示したような充電後の緩和に伴う電池電圧の変化が、電解液の偏りの影響により、本来の基準である内部電位からずれて検知されてしまい、電池の内部特性を求めるときの誤差要因が増大する原因となる。このような横成層化を解消させる方法として、図１０に示したガッシングによりガスを発生させることで、電解液を攪拌させて電解液の偏りを解消する方法がある。しかし、縦成層化を解消する場合と同様に、電解液の減少に伴う通常以上のガス発生による水素爆発などの危険にさらされたり、極板が電解液から露出することよる蓄電池の寿命短縮化などの問題が生じる。そのため、蓄電池及びそれを搭載したシステムを安定的に運用するためには、高電圧充電を頻繁に行なうことは好ましくない。

次に、表１の（３）に示す減液による蓄電池の劣化特性と充放電制御との関係について、以下に説明する。蓄電池が減液の状態では、蓄電池内部の電解液濃度が通常より高い状態に継続的に維持されるため、蓄電池の内部電位や電池電圧の上昇が起こり、充電反応や放電反応の効率を低下させてしまう。これは、電池電圧をもとに算出される蓄電池の各種パラメータの誤差要因になったり、ＣＯＡやＣＯＤの特性低下を引き起こす原因となる。また、減液の状態で高電圧充電が行われると、通常以上のガス発生による水素爆発などの危険にさらされたり、極板が電解液から露出することよる蓄電池の寿命短縮化などの問題が生じるといった問題がある。そこで、減液を検知すると補液作業や蓄電池の交換を要求するアラームを出力するのが望ましい。

蓄電池の減液状態を検知する一般的な方法として、図１２に例示するように、電解液の屈折率や比重あるいはイオン濃度を測定するセンサー３８を蓄電池内の各セル３９の電解液３３内に挿入し、センサー３８による測定結果をもとに減液を検知する方法がある。しかし、蓄電池内のセル３９毎にセンサー３８を設けて減液を検知しようとすると、状態検知が複雑になりかつコストも増大してしまうといった問題が生じる。

さらに、表１の（４）に示す硫酸鉛の析出による蓄電池の劣化特性と充放電制御との関係について、以下に説明する。放電により極板表面に析出した硫酸鉛は、理想的には充電によりすべてが鉛又は酸化鉛に還元されることにより、可逆的な反応となるのがよい。しかし、実運用される蓄電池では、粒径分布や導電パス、電解液濃度のムラなどの種々要因により、すべての硫酸鉛が還元されることはなく、充放電を繰り返すうちに析出した硫酸鉛の一部が還元されずに蓄積されていく。

放電により還元されない硫酸鉛が肥大化していくと、蓄電池内部の電気伝導率の低下や極板表面の反応面積の縮小が進行していくため、充電反応や放電反応の効率を低下させ、ＣＯＡやＣＯＤの特性低下を引き起こす原因となる。

このような硫酸鉛の肥大を抑制する手段として、図１３に示すように、蓄電池を高電圧充電する方法がある。高電圧充電により、通常の充電では溶解できなかった図１３（ｂ）に示す硫酸鉛３６を部分的に溶解させることが可能となり（図１３（ｃ））、蓄電池のＣＯＡやＣＯＤの特性を回復させることができる。しかし、減液の状態で高電圧充電を行うと通常以上のガス発生による水素爆発などの危険にさらされたり、極板３１が電解液３３から露出することよる蓄電池の寿命短縮化などの問題が生じ、好ましい運用条件とは言えない。

そこで、本発明の蓄電池の充放電制御方法及び充放電制御装置では、２以上の異なる反応速度で進行する劣化状態を有する蓄電池に対し、反応速度毎の劣化因子を区別して評価することでＣＯＡ、ＣＯＤ、及びＳＯＨを精度良く算出し、これを用いて蓄電池を好ましい部分充電状態に維持することで安定した充放電制御が可能となる。

蓄電池の特性に影響を与える表１の要因について、それぞれの緩和速度と、各要因による特性劣化を改善するための充放電制御方法を表２に示す。表２では、一例として容量５０［Ａｈ］の液式鉛蓄電池の緩和速度を示している。
表２

（１）縦成層化は、その緩和速度が数分以内であり、極板表面の電解液濃度が高いときは、高電圧充電あるいは容量調整の放電を行うことにより改善することができる。（２）横成層化は、その緩和速度が数時間程度であり、電解液の比重差による沈殿が多いときは、高電圧充電を行うことにより改善することができる。（３）減液は、放置しても緩和することはなく、これを通知するためのアラーム出力等を行うのがよい。（４）硫酸鉛の析出は、その緩和速度が数秒以下であり、析出量が多いときは、高電圧充電を行うことにより改善することができる。

部分充電状態で充放電制御を好適に行うには、減液状態で蓄電池を高電圧充電したり、放電能力が低下している状態で容量調整のために放電するのは好ましくない。そこで、本発明の蓄電池の充放電制御方法及び充放電制御装置では、蓄電池の状態検知を行って各要因による劣化を推定し、さらに安定ＯＣＶ、放電終了時電圧、及び充電終了時電圧を保存しておき、これらを用いて蓄電池の充電可能容量ＣＯＡ及び放電可能容量ＣＯＤを推定することで、蓄電池を好適な部分充電状態に維持するように充放電制御することが可能となっている。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る蓄電デバイスの充放電制御方法及び充放電制御装置を、図１、２を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態の蓄電デバイスの充放電制御方法の概略を説明するための流れ図であり、図２は、本実施形態の蓄電デバイスの充放電制御装置のブロック図である。

本実施形態の充放電制御装置１００は、蓄電デバイス搭載システム１０に具備されて蓄電池１１の状態検知を行うとともに、状態検知の結果に基づいて蓄電池を好適な部分充電状態に制御するものである。蓄電デバイス搭載システム１０は、充放電制御装置１００及び蓄電池１１に加えて、蓄電池１１に接続された充電器１２及び放電負荷１３、並びに蓄電池１１の電圧、電流等を測定する測定手段１４を備えている。

また、充放電制御装置１００は、信号入力手段１０１、出力表示手段１０２、状態検知部１０３、及び充放電制御手段１０４を備えている。信号入力手段１０１は、蓄電池１１の状態検知を要求するための信号（以下では、状態検知要求信号と称する）を入力するのに用いられる。例えばシステム管理者が蓄電池１１の状態検知を要求するときに、信号入力手段１０１から状態検知要求信号を入力する。本実施形態では、状態検知要求信号を入力する別の手段として、状態検知部１０３に状態検知要求スイッチ１０３ａを設けている。状態検知要求スイッチ１０３ａは、通常時にシステム管理者が要求する状態検知とは別に、メンテナンス時に保守員等が蓄電池１１の状態検知を速やかに要求できるように設けられたものである。

出力表示手段１０２は、状態検知部１０３で行われる状態検知や充放電制御の情報をシステム管理者に通知するのに用いられる。信号入力手段１０１及び出力表示手段１０２は、ともにシステム管理者がアクセスし易い場所に設けるのが望ましく、蓄電池１１が車載の蓄電池の場合には、運転者が容易にアクセスできる運転席またはその近傍に設けるのがよい。

状態検知部１０３は、測定手段１４から蓄電池１１の電圧、電流等の測定値を入力して状態検知を行うとともに、充電終了時または放電終了時の電圧測定値を放電終了時電圧または放電終了時電圧として保存しておく。さらに、充放電終了後所定の時間が経過したときの電圧測定値を安定ＯＣＶとして保存しておく。信号入力手段１０１または状態検知要求スイッチ１０３ａから状態検知要求信号が入力されると、状態検知部１０３がこれを入力して蓄電池１１の状態検知を行うとともに、その結果をもとに好適な部分充電状態に移行するための充放電制御の判定を行う。

状態検知部１０３は、状態検知要求信号を入力すると、蓄電池１１の電圧測定値や保存されている放電終了時電圧、放電終了時電圧、安定ＯＣＶを用いて状態検知を行い、必要な充放電制御を判定する。状態検知及び充放電制御の判定結果は、出力表示手段１０２に表示されるとともに、充放電制御の判定結果が充放電制御手段１０４に出力される。充放電制御手段１０４は、状態検知部１０３から入力した充放電制御の判定結果をもとに、充電器１２または放電負荷１３に対し所定の充放電制御を行わせる。

なお、状態検知部１０３と信号入力手段１０１、出力表示手段１０２、充放電制御手段１０４、及び測定手段１４との間の通信手段、並びに充放電制御手段１０４と充電器１２及び放電負荷１３との間の通信手段には、各種のデジタル又はアナログ通信バスを用いることができる。

本実施形態の充放電制御装置１００では、状態検知部１０３が２種類の状態検知モードの処理を有している。第１の状態検知モードは、蓄電池１１の充放電が停止または微小電流のみが流れているときに行われる状態検知（以下では状態検知モード１とする）であり、第２の状態検知モードは、蓄電池１１が充放電中のときに行われる状態検知（以下では状態検知モード２とする）である。

状態検知部１０３は、測定手段１４から蓄電池１１の電流測定値を入力し、これを用いて蓄電池１１が充放電停止中か充放電中かを判定する。電流測定値が０または微小なときは、実質的に充放電停止中と判定し、それ以外のときは充放電中と判定する。電流測定値が微小のときは、蓄電池搭載システム１０が停止状態にあって蓄電池１１から計器等に微小な暗電流のみが供給されている状態と判定する。状態検知部１０３は、充放電停止中と判定すると次に状態検知モード１の処理を行い、充放電中と判定すると状態検知モード２の処理を行う。

状態検知モード１では、状態検知の前に蓄電池１１に対し所定容量の充電（以下では状態検知前充電と称する）を行い、その後に所定の周期で蓄電池１１の電圧測定値を入力して状態検知を行う。状態検知前充電は、状態検知部１０３が充放電制御手段１０４に対し所定容量の充電を要求し、これに従って充放電制御手段１０４が充電器１２を制御して充電を行わせる。これに対し、状態検知モード２では、状態検知前充電を行わずに限定的なデータを用いて状態検知を行う。

図２に示す充放電制御装置１００では、上記の状態検知前充電を保守員等が行うことも可能となっている。メンテナンス時に保守員等が状態検知要求スイッチ１０３ａを用いて蓄電池１１の状態検知を行う場合は、状態検知要求スイッチ１０３ａをオンにしたとき、出力表示手段１０２に状態検知前充電を要求するメッセージ等を表示させる。これにより、保守員等が蓄電池１１に外部充電器２１を接続して所定容量の充電を行う。

状態検知部１０３は、状態検知モード１または状態検知モード２による蓄電池１１の状態検知を行った後、その結果をもとに蓄電池１１を好適な部分充電状態に移行させるための充放電制御を判定する。充放電制御の判定結果は、出力表示手段１０２に表示されるとともに、充放電制御手段１０４に出力される。充放電制御手段１０４は、状態検知部１０３から入力した充放電制御の指令値をもとに、充電器１２または放電負荷１３を制御して蓄電池１１の充電または放電を行う。これにより、蓄電池１１は好適な部分充電状態に移行される。なお、メンテナンス時には、保守員等が出力表示手段１０２に表示された充放電制御の判定結果をもとに、外部充電器２１または外部放電負荷２２を蓄電池１１に接続して所定容量の充電または放電を行う。

充放電制御装置１００において、本実施形態の充放電制御方法に従って行われる処理の流れを、図１に示す流れ図を用いてさらに詳細に説明する。本実施形態の充放電制御方法では、まず、信号入力手段１０１から状態検知要求信号が入力され、状態検知部１０３がこれを入力する（ステップＳ１）。これにより、状態検知部１０３は、ステップＳ２で測定手段１４から蓄電池１１の電流測定値を入力し、ステップＳ３でこの電流測定値を用いて状態検知モード１の選択条件が成立しているかを判定する。この状態検知モード１の選択条件は、蓄電池１１の電流測定値が０または微小で実質的に充放電停止状態にある、との条件を少なくとも含む。

ステップＳ３で状態検知モード１の選択条件が成立していると判定されると、状態検知部１０３は状態検知モード１の処理を行う（ステップＳ４〜Ｓ６）一方、状態検知モード１の選択条件が成立していないと判定されると、状態検知部１０３は状態検知モード２の処理を行う（ステップＳ７〜Ｓ１０）。状態検知モード１の処理として、ステップＳ４では蓄電池１１に対し状態検知前充電が行われる。状態検知前充電が終了すると、ステップＳ５で蓄電池１１の状態検知が行われる。そして、状態検知の結果が、ステップＳ６で出力表示手段１０２に表示される。

これに対し、状態検知モード２の処理では、ステップＳ７で前回の状態検知モード１で算出されたＳＯＨを所定の記憶部（図示せず）から読み出し、ステップＳ８でそれまでに所定の記憶部に保存されている充電終了時電圧及び放電終了時電圧を読み出す。そして、前回算出のＳＯＨと充電終了時電圧及び放電終了時電圧からステップＳ９で蓄電池１１の限定的な状態検知を行う。状態検知の結果は、ステップＳ１０で出力表示手段１０２に表示される。

状態検知モード１または状態検知モード２による蓄電池１１の状態検知が行われると、ステップＳ１１では、状態検知の結果をもとに蓄電池１１を所定の部分充電状態に移行させるのに必要な充放電制御指令値を作成し、ステップＳ１２で充放電制御指令値の情報を出力表示手段１０２に表示するとともに、充放電制御指令値を充放電制御手段１０４に表示する。また、ステップＳ１３では、充放電制御手段１０４が充放電制御指令値に従って充電器１２または放電負荷１３を制御して所定容量の充電または放電を行わせる。これにより、蓄電池１１が所望の部分充電状態に維持される。

ステップＳ１１で作成される充放電制御指令値は、状態検知モード１または状態検知モード２の状態検知で判定される蓄電池１１の劣化状態に基づいて作成される。本実施形態で判定される蓄電池１１の劣化状態には、表２に示す４種類のものが含まれ、さらに別の劣化状態としてその他の故障等を含めている。

状態検知部１０３では、これらの劣化状態に対応するＳＯＨを推定し、これをもとに蓄電池１１のＣＯＤ及びＣＯＡが適切かを判定している。さらに、蓄電池１１のＳＯＨ、ＣＯＤ、及びＣＯＡの結果をもとに、充電器１２による充電量または放電負荷１３に対する放電量を充放電制御指令値として算出する。

充放電制御手段１０４は、状態検知部１０３から充放電制御指令値を入力すると、充放電制御指令値に応じて以下の処理を行う。すなわち、充放電制御指令値が充電の場合には、所定の充電を行わせるための指令値を充電器１２に出力する。また、充放電制御指令値が放電の場合には、所定の放電を行わせるための指令値を出力放電負荷１３に出力する。

つぎに、状態検知部１０３において、状態検知モード１のときに行われる蓄電池１１の状態検知方法について説明する。状態検知モード１では、蓄電デバイス搭載システム１０の運用を停止して蓄電池１１からの充放電が停止された後、蓄電池１１の状態検知が開始される前に所定容量の充電を行う状態検知前充電が行われる。これにより、状態検知モード１では、常に充電後の同等の傾向を示す過渡変化における状態検知が行われることになり、蓄電池１１の劣化状態を高精度に判定することが可能となる。蓄電池１１の状態検知前充電を終了した後の過渡変化は、反応速度の異なる過程を含んでいることから、充放電停止後の蓄電池１１の充放電能力を高精度に判定するためには、反応速度毎の状態変化を評価して状態検知を行う方法を用いるのがよい。そのような状態検知方法の一例を以下に説明する。

充放電停止後のバッテリの電圧変化量ΔＶ（ｔ）を、異なる反応速度に対応したｍ個の多項式ｆｉ（ｔ）（ｉ＝１〜ｍ）からなる関数（以下では緩和関数と称する）Ｆ（ｔ）を用いて次式のように表すことができる。
ΔＶ（ｔ）＝Ｆ（ｔ）
＝ｆ１（ｔ）＋ｆ２（ｔ）＋・・・ｆｍ（ｔ）＝Σｆｉ（ｔ） (１)

式（１）の電圧変化量ΔＶ（ｔ）は、状態検知前充電の終了から時間ｔが経過したときの電圧測定値Ｖｍｅｓ（ｔ）と、充放電停止後十分な時間（例えば２０時間）経過して略一定となったときの停止時安定電圧（以下ではＯＣＶ２０ｈｒとする）との差を表すものとする。停止時安定電圧ＯＣＶ２０ｈｒの初期値は、所定の記憶部に保存されている安定時ＯＣＶを読み出して用いることができる。電圧変化量ΔＶ（ｔ）は、停止時安定電圧ＯＣＶ２０ｈｒからの変化量として、次式のように表すことができる。
ΔＶ（ｔ）＝Ｖｍｅｓ（ｔ）―ＯＣＶ２０ｈｒ (２)

上記の緩和関数Ｆ（ｔ）では、各項ｆｉ（ｔ）が蓄電池１１の反応速度の異なる緩和過程の電圧変化への寄与分を表しており、以下では反応速度毎緩和関数ｆｉ（ｔ）とする。反応速度毎緩和関数ｆｉ（ｔ）は、蓄電池１１の状態量である劣化度ＳＯＨ、残容量ＳＯＣ(イオン濃度)、および温度Ｔに依存する関数である。電圧測定値Ｖｍｅｓ（ｔ）から電圧変化量ΔＶ（ｔ）を算出し、この電圧変化量ΔＶ（ｔ）を用いて式（１）を最適化することで、各反応速度毎緩和関数ｆｉ（ｔ）を決定することができる。

本実施形態の充放電制御方法で用いる状態検知方法は、状態検知前充電の終了後所定の周期で蓄電池１１の電圧測定値を入力し、電圧測定値を入力する毎に緩和関数Ｆ（ｔ）の最適化を行ってこれを更新している。ｎ回目に入力した電圧測定値を用いて最適化したときの反応速度毎緩和関数をｆｉｎ（ｔ）とするとき、ｆｉｎ（ｔ）は次式のように表すことができる。
ｆｉｎ（ｔ）＝ｆｉref（ｔ）＊｛ＳＯＣｎ／ＳＯＣref｝
＊｛ＳＯＨｉｎ／ＳＯＨｉref｝＊Ｇ（Ｔ） (３)

式（３）において、ｆｉref（ｔ）、ＳＯＣref、及びＳＯＨｉrefは、それぞれ所定の基準状態における反応速度毎緩和関数、残容量、及び反応速度毎の劣化度を表し、Ｇ（Ｔ）は蓄電池電圧の温度Ｔに対する依存性を表している。残容量ＳＯＣｎ及び反応速度毎劣化度ＳＯＨｉｎは、ｎ回目の電圧測定値を用いて推定される反応速度毎緩和関数をｆｉｎ（ｔ）を用いて式（３）から算出することができる。

状態検知モード１では、反応速度毎緩和関数ｆｉｎ（ｔ）が得られており、表２に示す各劣化要因の緩和速度に相当する反応速度毎緩和関数ｆｉｎ（ｔ）と、所定の記憶部に保存されている安定ＯＣＶ(ＯＣＶａとする)、充電終了時電圧（Ｖａとする）及び放電終了時電圧（Ｖｂとする）とから、下記に示す劣化状態ＳＯＨａ〜ＳＯＨｆの判定値を算出することができる。
（１）ＳＯＨａ：極板への硫酸鉛の析出による劣化状態
（２）ＳＯＨｂ：縦成層化による劣化状態
（３）ＳＯＨｃ：減液による劣化状態
（４）ＳＯＨｄ：充電可能容量不足
（５）ＳＯＨｅ：放電可能容量不足
（６）ＳＯＨｆ：その他の故障
以下では、劣化状態ＳＯＨａ〜ＳＯＨｆのそれぞれの判定値の算出方法を、図１４を用いて詳細に説明する。図１４は、劣化状態ＳＯＨａ〜ＳＯＨｆのそれぞれの判定値を算出する方法を示す流れ図である。

ＳＯＨａは、極板への硫酸鉛の析出による劣化状態を示しており、表２より数秒以下の非常に速い緩和速度で充電反応に応答する。この緩和速度に該当する反応速度毎緩和関数（ｆａとする）と充電終了時電圧Ｖａとから、図１４（ａ）に示すように、事前に作成された関数ｇａ（ｆａ、Ｖａ）を用いてＳＯＨａを算出する（ステップＳ２１）。あるいは、関数ｇａ（ｆａ、Ｖａ）に代えて、反応速度毎緩和関数ｆａと充電終了時電圧Ｖａをパラメータとするテーブル形式でＳＯＨａを算出するようにしてもよい。算出されたＳＯＨａを所定の閾値ＴＨａと比較し（ステップＳ２２）、これを超えるときに極板への硫酸鉛の析出による劣化状態が成立と判定し（ステップＳ２３）、それ以外のときは不成立と判定する（ステップＳ２４）。

ＳＯＨｂは、縦成層化による劣化状態を示しており、表２より数分以内の緩和速度で充電反応に応答する。この緩和速度に該当する反応速度毎緩和関数（ｆｂとする）から、図１４（ｂ）に示すように、事前に作成された関数ｇｂ（ｆｂ）を用いてＳＯＨｂを算出する（ステップＳ２５）。あるいは、関数ｇｂ（ｆｂ）に代えて、反応速度毎緩和関数ｆｂをパラメータとするテーブル形式でＳＯＨｂを算出するようにしてもよい。算出されたＳＯＨｂを所定の閾値ＴＨｂと比較し（ステップＳ２６）、これを超えるときに縦成層化による劣化状態が成立と判定し（ステップＳ２７）、それ以外のときは不成立と判定する（ステップＳ２８）。

ＳＯＨｃは、減液による劣化状態を示しており、電解液全体の濃度が変化しているため、全体の緩和速度Ｆ（ｔ）や、安定ＯＣＶ及び充電終了時電圧にその変化が現れる。全体の緩和速度Ｆ（ｔ）、安定ＯＣＶ（ＯＣＶａ）、及び充電終了時電圧Ｖａから、図１４（ｃ）に示すように、事前に作成された関数ｇｃ（Ｆ、ＯＣＶａ、Ｖａ）を用いてＳＯＨｃを算出する（ステップＳ２９）。あるいは、関数ｇｃ（Ｆ、ＯＣＶａ、Ｖａ）に代えて、全体の緩和速度Ｆ（ｔ）、安定ＯＣＶ（ＯＣＶａ）、及び充電終了時電圧Ｖａをパラメータとするテーブル形式でＳＯＨｃを算出するようにしてもよい。算出されたＳＯＨｃを所定の閾値ＴＨｃと比較し（ステップＳ３０）、これを超えるときに減液による劣化状態が成立と判定し（ステップＳ３１）、それ以外のときは不成立と判定する（ステップＳ３２）。

ＳＯＨｄは、充電可能容量不足による劣化状態を示しており、充電終了時電圧にその影響が現れる。充電終了時電圧Ｖａから、図１４（ｄ）に示すように、事前に作成された関数ｇｄ（Ｖａ）を用いてＳＯＨｄを算出する（ステップＳ３３）。あるいは、関数ｇｄ（Ｖａ）に代えて、充電終了時電圧Ｖａをパラメータとするテーブル形式でＳＯＨｄを算出するようにしてもよい。算出されたＳＯＨｄを所定の閾値ＴＨｄと比較し（ステップＳ３４）、これを超えるときに充電可能容量不足が成立と判定し（ステップＳ３５）、それ以外のときは不成立と判定する（ステップＳ３６）。

ＳＯＨｅは、放電可能容量不足による劣化状態を示しており、放電終了時電圧にその影響が現れる。放電終了時電圧Ｖｂから、図１４（ｅ）に示すように、事前に作成された関数ｇｅ（Ｖｂ）を用いてＳＯＨｅを算出する（ステップＳ３７）。あるいは、関数ｇｅ（Ｖｂ）に代えて、放電終了時電圧Ｖｂをパラメータとするテーブル形式でＳＯＨｅを算出するようにしてもよい。算出されたＳＯＨｅを所定の閾値ＴＨｅと比較し（ステップＳ３８）、これを超えるときに充電可能容量不足が成立と判定し（ステップＳ３９）、それ以外のときは不成立と判定する（ステップＳ４０）。

ＳＯＨｆは、上記以外の故障等による劣化状態を示しており、蓄電池１１の充放電が正常に行なえない故障、測定値や算出値が許容範囲外となるような状態検知エラー、あるいは充放電制御装置１００が正常な出力を行えなくなる装置自体の故障、さらに蓄電池１１に固有のその他の劣化モードによる異常出力、等が検知されたときに成立する。

なお、上記の劣化状態ＳＯＨａ〜ＳＯＨｆの判定では、それぞれの閾値ＴＨａ〜ＴＨｆを１つずつ設けて比較しているが、これに限定されず、例えば各閾値ＴＨａ〜ＴＨｆを２以上設けて２段階以上の劣化状態の判定を行わせるようにしてもよい。

状態検知モード１において、上記の劣化状態ＳＯＨａ〜ＳＯＨｆの判定値が算出されると、これを用いて下記の充放電制御指令値が選択される。
（１）Ｃｈａ１：正常
（２）Ｃｈａ２：容量調整充電
（３）Ｃｈａ３：容量調整放電
（４）Ｃｈａ４：高電圧充電
（５）Ｃｈａ５：減液アラーム
（６）Ｃｈａ６：その他異常アラーム

劣化状態ＳＯＨａ〜ＳＯＨｆの判定値から上記の充放電制御指令値Ｃｈａ1〜Ｃｈａ６を選択する方法を、図１５を用いて以下に説明する。図１５は、充放電制御指令値Ｃｈａ1〜Ｃｈａ６を選択する方法を示す流れ図である。まず、ステップＳ４１で減液による劣化状態（ＳＯＨｃ）が成立しているか否かを判定し、成立しているときはステップＳ４２で「減液アラーム」（Ｃｈａ５）の充放電制御指令値を出力する。また、ステップＳ４１でＳＯＨｃが成立していないと判定すると、ステップＳ４３に進む。

ステップＳ４３では、極板への硫酸鉛の析出による劣化状態（ＳＯＨａ）または縦成層化による劣化状態（ＳＯＨｂ）が成立しているか否かを判定し、少なくともいずれか一方が成立しているときはステップＳ４４で「高電圧充電」（Ｃｈａ４）の充放電制御指令値を出力する。また、ステップＳ４３でＳＯＨａ及びＳＯＨｂがともに成立していないと判定すると、ステップＳ４５に進む。

ステップＳ４５では、放電可能容量不足（ＳＯＨｅ）が成立しているか否かを判定し、成立しているときはステップＳ４６で充電可能容量不足（ＳＯＨｄ）が成立しているか否かを判定する。その結果、ＳＯＨｄが成立していないと判定すると、ステップＳ４７で「容量調整充電」（Ｃｈａ２）の充放電制御指令値を出力する。また、ステップＳ４５でＳＯＨｅが成立していないと判定すると、ステップＳ４８に進む。

ステップＳ４８では、充電可能容量不足（ＳＯＨｄ）が成立しているか否かを判定し、成立しているときはステップＳ４９で「容量調整放電」（Ｃｈａ３）の充放電制御指令値を出力する。この場合には、ステップＳ４５で放電可能容量不足（ＳＯＨｅ）が成立していないことを確認していることから、「容量調整放電」（Ｃｈａ３）の充放電制御指令値を出力することができる。また、ステップＳ４８でＳＯＨｄが成立していないと判定すると、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、その他の故障（ＳＯＨｆ）が成立しているか否かを判定し、成立しているときはステップＳ５１で「その他異常アラーム」（Ｃｈａ６）の充放電制御指令値を出力する。また、ステップＳ５０でＳＯＨｆが成立していないと判定すると、いずれの劣化状態も成立していないことから、ステップＳ５２で「正常」（Ｃｈａ１）の充放電制御指令値を出力する。なお、ステップＳ４７でＳＯＨｄが成立していると判定したときには、放電可能容量不足（ＳＯＨｅ）と充電可能容量不足（ＳＯＨｄ）がともに成立していることから、ここではステップＳ５１の「その他異常アラーム」（Ｃｈａ６）の充放電制御指令値を出力するものとしている。これに限定されず、例えば「放電可能容量不足かつ充電可能容量不足」の充放電制御指令値を出力するようにしてもよい。

一方、状態検知モード１の選択条件が成立せず状態検知モード２の処理が行われる場合には、前回の状態検知モード１で算出されたＳＯＨと充電終了時電圧と放電終了時電圧を用いて蓄電池１１の限定的な状態検知を行う。この場合には、式（１）の緩和関数を精度よく算出することはできないため、反応速度毎緩和関数ｆｉ（ｔ）を用いた劣化判定が行えない。そこで、状態検知モード２では、反応速度毎緩和関数ｆｉ（ｔ）を用いないＳＯＨｄ、ＳＯＨｅ、ＳＯＨｆの劣化状態のみを検知する。

上記実施形態を用いて説明したように、本発明の蓄電デバイスの充放電制御方法及び充放電制御装置によれば、充放電停止時に蓄電デバイスの劣化度を高精度に推定して充放電制御を行うとともに、充放電中であっても限定的な充放電制御を行うことにより、蓄電デバイスを適切な部分充電状態に維持することが可能となる

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る蓄電デバイスの充放電制御方法及び充放電制御装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における蓄電デバイスの充放電制御方法及び充放電制御装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１０ 蓄電デバイス搭載システム
１１ 蓄電池
１２ 充電器
１３ 放電負荷
１４ 測定手段
１００ 充放電制御装置
１０１ 信号入力手段
１０２ 出力表示手段
１０３ 状態検知部
１０３ａ 状態検知要求スイッチ
１０４ 充放電制御手段

Claims (9)

1. 充電及び放電が可能な部分充電状態に維持するための蓄電デバイスの充放電制御方法であって、
   前記蓄電デバイスの充電を終了したときの充電終了時電圧または放電を終了したときの放電終了時電圧を測定して保存し、
   前記蓄電デバイスの状態検知が要求されると、
   前記蓄電デバイスの電流測定値を取得し、該電流測定値が０または微小で実質的に充放電停止中と判定されるときは、
   状態検知モード１として、前記蓄電デバイスに対し所定容量の充電（以下では状態検知前充電という）を行い、前記状態検知前充電を終了してから時間ｔ経過したときの前記蓄電デバイスの電圧測定値を所定周期で取得し、前記電圧測定値を用いて前記蓄電デバイスの所定の状態量を推定して前記蓄電デバイスの状態検知を行い、前記状態検知の結果と保存されている前記充電停止時電圧及び放電停止時電圧を用いて前記蓄電デバイスの充放電制御指令値を判定し、
   前記電流測定値から前記蓄電デバイスが充放電中と判定されるときは、
   状態検知モード２として、前記状態検知モード１で最後に推定された前記状態量と保存されている前記充電停止時電圧及び放電停止時電圧を用いて前記充放電制御指令値を判定し、
   前記充放電制御指令値に従って前記蓄電デバイスを充放電制御する
   ことを特徴とする蓄電デバイスの充放電制御方法。
2. 前記状態検知モード１では、安定開回路電圧（安定ＯＣＶ）からの電圧変化量を前記状態量の関数として表した緩和関数Ｆ（ｔ）を前記電圧測定値で最適近似し、前記最適近似された緩和関数Ｆ（ｔ）から前記状態量を推定して前記状態検知を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイスの充放電制御方法。
3. 前記状態検知モード１における状態検知では、前記状態量として前記緩和関数Ｆ（ｔ）から反応速度毎の劣化度を推定し、前記反応速度毎の劣化度と前記充電終了時電圧及び前記放電終了時電圧を用いて極板への硫酸鉛の析出による劣化状態、極板表面の電解液の濃度偏りによる劣化状態、減液による劣化状態、充電可能容量不足、及び放電可能容量不足を推定してそれぞれに事前に設定された閾値を超えているか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の蓄電デバイスの充放電制御方法。
4. 前記状態検知モード１では、
   前記減液による劣化状態が成立するときは前記充放電制御指令値として減液アラームを出力し、
   前記減液による劣化状態が成立せずかつ前記極板への硫酸鉛の析出による劣化状態または前記極板表面の電解液の濃度偏りによる劣化状態が成立するときは前記充放電制御指令値として高電圧充電を出力し、
   前記放電可能容量不足が成立しかつ前記充電可能容量不足が成立しないときは前記充放電制御指令値として容量調整充電を出力し、
   前記充電可能容量不足が成立しかつ前記放電可能容量不足が成立しないときは前記充放電制御指令値として容量調整放電を出力する
   ことを特徴とする請求項３に記載の蓄電デバイスの充放電制御方法。
5. 前記状態検知モード２における状態検知では、前記充電終了時電圧及び前記放電終了時電圧を用いて充電可能容量不足及び放電可能容量不足を推定してそれぞれに事前に設定された閾値を超えているか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイスの充放電制御方法。
6. 前記状態検知モード２では、
   前記放電可能容量不足が成立しかつ前記充電可能容量不足が成立しないときは前記充放電制御指令値として容量調整充電を出力し、
   前記充電可能容量不足が成立しかつ前記放電可能容量不足が成立しないときは前記充放電制御指令値として容量調整放電を出力する
   ことを特徴とする請求項５に記載の蓄電デバイスの充放電制御方法。
7. 前記状態検知前充電では、前記蓄電デバイスの５％定格容量の充電を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイスの充放電制御方法。
8. 充電及び放電が可能な部分充電状態に維持するための蓄電デバイスの充放電制御装置であって、
   状態検知要求信号を入力するための信号入力手段と、
   外部に所定の情報を出力する出力表示手段と、
   前記蓄電デバイスの充電を終了したときの充電終了時電圧または放電を終了したときの放電終了時電圧を測定して保存するとともに、前記信号入力手段から前記状態検知要求信号を入力すると、前記蓄電デバイスの電圧測定値及び電流測定値を入力して前記蓄電デバイスの状態検知を行い、前記状態検知の結果と保存されている前記充電終了時電圧及び放電終了時電圧を用いて前記蓄電デバイスの充放電制御指令値を判定し、前記状態検知の結果及び前記充放電制御指令値を前記出力表示手段に出力する状態検知部と、
   前記充放電制御指令値を入力して前記蓄電デバイスを充放電制御する充放電制御手段と、を備える
   ことを特徴とする蓄電デバイスの充放電制御装置。
9. 前記状態検知部は、前記状態検知要求信号を直接取得するための状態検知要求スイッチを備える
   ことを特徴とする請求項８に記載の蓄電デバイスの充放電制御装置。
   

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