JP6895771B2 - 蓄電池の劣化判定方法及び蓄電池の劣化判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池の劣化判定方法及び蓄電池の劣化判定装置に関し、特に、サイクルユース鉛蓄電池の劣化状態を判定する蓄電池の劣化判定方法及び蓄電池の劣化判定装置に関する。

負荷に電力を供給する蓄電池としては、例えばピークカットや系統安定化等の用途で、放電及び充電を交互に繰り返して使用されるサイクルユース鉛蓄電池が知られている。このような蓄電池では、充電又は放電を開始してから終了するまでの電流値を積算した値と、充電又は放電の前後の電圧値に基づいて蓄電池の容量を算出している。

しかしながら、上記の蓄電池が劣化すると、蓄電池の容量が減少し、負荷が必要とする電力を供給することができなくなるおそれがあるため、蓄電池の劣化状態を把握する必要がある。

そこで、蓄電池の劣化状態を判定する方法として、蓄電池の充放電を開始する前と後の充電率ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）、及び、開回路電圧ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ
Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）の増減に対する割合を劣化度として算出することにより、蓄電池の電解液の減少や電極構成物質（鉛薄板）の欠落等の活物質の不活性劣化による劣化状態を判定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この判定方法では、蓄電池の内部抵抗の増加を監視し、正極活物質の減少によって劣化を判定している。

また、蓄電池の劣化の程度が進むにつれて内部抵抗値が増加することから、電流及び電圧の値から蓄電池の内部抵抗を算出し、放電後の電圧の値を補正して蓄電池の容量を算出する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−３５４０５０号公報 特許第３３７１５８８号公報

しかしながら、上述した方法では、蓄電池の内部抵抗を用いて判定しており、この内部抵抗は充電状態や温度によって変化するものである。また、この内部抵抗を充放電中の電流及び電圧の値から求める場合、充放電中の電流及び電圧の値によっても内部抵抗が変化することから、蓄電池の内部抵抗と蓄電池の劣化度合いの関係を求めるためには膨大なデータが必要となる。

したがって、上述した方法を、サイクルユース鉛蓄電池で支配的な劣化の要因である正極側の劣化を判定するために適用すると、蓄電池の劣化の状態を判定するのに膨大なデータの中から判定する必要があるため、判定までに時間がかかり精度が悪くなるという問題が生じる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、サイクルユース鉛蓄電池の劣化状態を短時間で精度良く判定することが可能な蓄電池の劣化判定方法及び蓄電
池の劣化判定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る蓄電池の劣化判定方法は、負荷に電力を供給する蓄電池の劣化度合いを判定する蓄電池の劣化判定方法であって、健全な蓄電池の開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）との相関関係を求めた基準データを予め取得しておき、放電又は充電の開始時における開回路電圧から求まる充電率をＳＯＣｖ０とし、劣化判定される対象蓄電池の放電又は充電を所定時間行い、前記放電又は充電を開始してから停止するまでの前記所定時間における電流値を積算し、当該積算した電流値に基づいて前記放電又は充電による前記対象蓄電池の充電率の変化量（ΔＳＯＣｉ）を算出し、前記放電又は充電の停止時に前記対象蓄電池を開回路状態にして開回路電圧を測定し、当該測定した開回路電圧に対応する充電率（ＳＯＣｖ）を前記基準データから求め、下記に示す（１）式から前記対象蓄電池の容量を算出して、前記対象蓄電池の劣化度合いを判定することを特徴とする。
対象蓄電池の容量＝健全な蓄電池の容量×ΔＳＯＣｉ／｜ＳＯＣｖ０−ＳＯＣｖ｜
・・・（１）

上記目的を達成するために、本発明に係る蓄電池の劣化判定方法は、負荷に電力を供給する蓄電池の劣化度合いを判定する蓄電池の劣化判定方法であって、健全な蓄電池の開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）との相関関係を求めた基準データを予め取得しておき、放電又は充電の開始時における開回路電圧をＯＣＶ０とし、前記放電又は充電を開始してから停止するまでの前記所定時間における電流値を積算し、前記基準データから、当該積算した電流値から算出される充電率の変化量に対応する開回路電圧の変化量（ΔＯＣＶｉ）を求め、前記放電又は充電の停止時に前記対象蓄電池を開回路状態にして開回路電圧（ＯＣＶｖ）を測定し、下記に示す（２）式から前記対象蓄電池の容量を算出して、前記対象蓄電池の劣化度合いを判定することを特徴とする。
対象蓄電池の容量＝健全な蓄電池の容量×ΔＯＣＶｉ／｜ＯＣＶ０−ＯＣＶｖ｜
・・・（２）

本発明の一態様に係る蓄電池の劣化判定方法において、前記対象蓄電池の前記放電は、回復充電による満充電状態から開始する。

本発明の一態様に係る蓄電池の劣化判定方法において、前記対象蓄電池の前記放電は、開始時の電流値が前記健全な蓄電池の定格容量に対して１０％に相当する電流値となるようにして行なう。

本発明の一態様に係る蓄電池の劣化判定方法において、前記対象蓄電池の前記放電は、回復充電による満充電状態から開始し、前記健全な蓄電池の放電可能容量の最大値まで行なう。

上記目的を達成するために、本発明に係る蓄電池の劣化判定装置は、負荷に電力を供給する蓄電池の劣化度合いを判定する蓄電池の劣化判定装置であって、健全な蓄電池の開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）との相関関係を求めた基準データを記憶する記憶部と、劣化判定される対象蓄電池の充電又は放電の電流値を検出する電流検出部と、前記対象蓄電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部で検出された前記電流値を積算する電流積算部と、前記電流積算部で積算された前記電流値に基づいて前記対象蓄電池の充電率の変化量を算出し、又は前記基準データから、前記対象蓄電池の充電率の変化量に対応する開回路電圧の変化量を算出する変化量算出部と、前記電圧検出部により検出された前記対象蓄電池における前記充電又は放電の開始時の第１開回路電圧及び前記充電又は放電の停止時の第２開回路電圧をそれぞれ取得する開回路電圧取得部と、前記記憶部に記
憶された前記基準データから、前記開回路電圧取得部により取得された前記第１及び第２開回路電圧に対応する充電率をそれぞれ抽出する充電率抽出部と、前記変化量算出部により算出された、前記対象蓄電池の充電率の変化量、又は前記対象蓄電池の充電率の変化量に対応する開回路電圧の変化量と、前記充電率抽出部により抽出された前記第１及び第２の開回路電圧に対応する充電率、又は前記充電率抽出部により抽出された前記第１及び第２の開回路電圧とから算出される前記対象蓄電池の容量を、前記健全な蓄電池の容量と比較して、前記対象蓄電池の劣化度合いを判定する劣化判定部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る蓄電池の劣化判定方法及び蓄電池の劣化判定装置によれば、サイクルユース用の蓄電池の劣化状態を短時間で精度良く判定することができる。

本発明の実施の形態に係る蓄電池の劣化判定装置の全体構成を示す略線的概念図である。 図１に示す蓄電池の劣化判定装置の機能を概念的に示すブロック図である。 図１に示す蓄電池の放電時の充電率と開回路電圧との相関関係を示す特性図である。 蓄電池の容量を評価する評価対象蓄電池の放電時の充電率と開回路電圧との相関関係を示す特性図である。 図１に示す蓄電池の劣化判定装置で行われる劣化判定処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示す蓄電池の劣化判定装置で行われる劣化判定処理の変形例の手順を示すフローチャートである。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

［蓄電池の劣化判定装置の全体構成］
はじめに、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る蓄電池の劣化判定装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る劣化判定装置１の全体構成を示す略線的概念図である。

図１に示す劣化判定装置１は、主として、ピークカットや系統安定化等の用途で使用されるサイクルユース鉛蓄電池の劣化度合いを判定する装置として用いられるものである。

この劣化判定装置１は、負荷に電力を供給する蓄電式の鉛蓄電池である蓄電池１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎ（以下、蓄電池１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎの各々を「セル」ともいう。）と、交流直流変換器であるＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ）１２と、蓄電池１１に対して直列に接続された電流センサ１３と、蓄電池１１に対して並列に接続された電圧センサ１４と、温度を検出する温度センサ１５と、所定の相関関係を求めた基準データが記憶された記憶領域を有する記憶部１６と、蓄電池１１の劣化状態を判定する制御部１７とを備えている。

蓄電池１１は、劣化判定される対象蓄電池（以下、対象蓄電池１１ともいう。）であり、充放電可能なサイクルユース用の鉛蓄電池である。この蓄電池１１は、複数のセル１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎが直列に接続された数百Ａｈ〜数千Ａｈの大容量の鉛蓄電池である。

ＰＣＳ１２は、蓄電池１１の充放電動作を制御する制御ユニットであり、具体的に、蓄電池１１を充電する場合は、図示を省略する商用電源からの交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧を蓄電池１１に印加して蓄電池１１を充電する制御を行う。また、蓄電池１１を放電する場合は、蓄電池１１の直流電圧を交流電圧に変換し、図示を省略する負荷側に変換した交流電力を出力する制御を行う。そして、ＰＣＳ１２は、蓄電池１１の充電動作を行うように制御しているのか、又は、蓄電池１１の放電動作を行うように制御しているのかの動作情報を制御部１７に送信する。

電流センサ１３は、対象蓄電池１１の充電又は放電の電流値を検出し、検出した電流値は電流情報として制御部１７に送信する。

電圧センサ１４は、対象蓄電池１１の電圧を検出し、検出した電圧値を電圧情報として制御部１７に送信する。また、電圧センサ１４は、対象蓄電池１１を開回路状態にした場合における開回路電圧を測定する。

温度センサ１５は、対象蓄電池１１自体、又は、対象蓄電池１１の周囲の環境温度を検出し、検出した温度を温度情報として制御部１７に送信する。

記憶部１６は、健全時の蓄電池（新品時又は設計時の蓄電池１１）の開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）との相関関係を所定の温度毎に求めた基準データが記憶された基準データ記憶領域を有している。この基準データの詳細については後述する。また、記憶部１６は、制御部１７で行われる制御処理に必要な各種算出式や各センサ１３，１４，１５で検出された検出値に基づく情報等を記憶する記憶領域を有している。

制御部１７は、ＰＣＳ１２、電流センサ１３、電圧センサ１４、及び、温度センサ１５から受信した情報を参照して蓄電池１１の劣化度合いを判定する。なお、詳細については後述する。

［劣化判定装置の機能］
次いで、図２を参照して、劣化判定装置１の制御部１７の機能について説明する。図２は、図１に示す劣化判定装置１の制御部１７の機能を概念的に示すブロック図である。制御部１７は、機能的な観点から説明すれば、基準データ取得部７１と、情報取得部７２と、電流積算部７３と、変化量算出部７４と、開回路電圧取得部７５と、充電率抽出部７６と、劣化判定部７７とを備えている。

基準データ取得部７１は、記憶部１６の基準データ記憶領域の中から温度センサ１５から送信された温度情報に基づく温度に対応する基準データを取得する。例えば、温度センサ１５が検出した対象蓄電池１１の温度が２５℃の場合、蓄電池１１の温度が２５℃の場合における健全時の蓄電池の開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）との相関関係を求めた基準データ（後述する図３の直線Ｌ１参照）を取得する。

情報取得部７２は、ＰＳＣ１２から送信される動作情報、電流センサ１３から送信される電流情報、電圧センサ１４から送信される電圧情報、温度センサ１５から送信される温度情報を受信する。

電流積算部７３は、電流センサ１３から送信される電流情報に基づく電流値を積算し、変化量算出部７４に積算した電流値を送出する。

変化量算出部７４は、電流積算部７３で積算された電流値に基づいて放電又は充電によ
る対象蓄電池１１の充電率の変化量（ΔＳＯＣｉ）を算出し、算出した変化量を劣化判定部７７に送出する。具体的に、放電による対象蓄電池１１の充電率の変化量（ΔＳＯＣｉ）を算出する場合は、下記に示す（３）式から算出する。
ΔＳＯＣｉ＝（積算された電流値／健全な蓄電池の満充電容量）×１００（％）
・・・（３）

開回路電圧取得部７５は、電圧センサ１４により測定された開回路電圧を取得する。具体的には、対象蓄電池１１における充電又は放電の開始時の第１開回路電圧及び充電又は放電の停止時の第２開回路電圧をそれぞれ取得し、取得した第１開回路電圧及び第２開回路電圧を充電率抽出部７６に送出する。

充電率抽出部７６は、基準データ取得部７１から送出された基準データから、開回路電圧取得部７５により取得された第１開回路電圧に対応する充電率（ＳＯＣｖ０）と、第２開回路電圧に対応する充電率（ＳＯＣｖ）をそれぞれ抽出し、抽出した充電率（ＳＯＣｖ０，ＳＯＣｖ）を劣化判定部７７に送出する。

劣化判定部７７は、変化量算出部７４により算出された対象蓄電池１１の充電率の変化量と、充電率抽出部７６により抽出された第１開回路電圧及び第２開回路電圧に対応する充電率とを、健全な蓄電池の容量と比較して対象蓄電池１１の劣化度合いを判定する。なお、劣化度合いを判定する詳細な方法については後述する。

［充電率（ＳＯＣ）と開回路電圧（ＯＣＶ）との相関関係］
次いで、健全な蓄電池の充電率（ＳＯＣ）と開回路電圧（ＯＣＶ）との相関関係について説明する。図３は、図１に示す蓄電池１１の健全時における放電時の充電率と開回路電圧との相関関係を示す特性図である。

図３に示すように、健全時の蓄電池を満充電状態の充電率（ＳＯＣ＝１００％）から放電終止電圧（ＳＯＣ＝０％、以下、放電終止状態ともいう。）まで放電すると、満充電状態の開回路電圧（ＯＣＶ０）は放電が進むにつれて直線Ｌ１に沿って低下し、放電終止状態となると開回路電圧（ＯＣＶ１）まで低下する。そして、健全な蓄電池の開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）とは比例関係にあるため、開回路電圧の値を測定すると、測定した開回路電圧に対応する充電率（ＳＯＣ）を求めることができる。

上述したように、蓄電池１１はサイクルユース鉛蓄電池であるため、蓄電池１１の劣化の要因は正極側の正極格子腐食や活物質軟化等による劣化が支配的である。そして、正極側が劣化した蓄電池１１における満充電状態では、電解液中の硫酸の濃度が健全時の濃度と等しいため、健全時と劣化時の満充電状態における開回路電圧（ＯＣＶ）は一致する。

しかしながら、正極側が劣化した蓄電池１１を放電終止状態まで放電すると、内部抵抗増加により健全時よりも早く放電終止電圧に到達し、放電容量が低下する。また、蓄電池１１の正極側が劣化すると、活物質の脱落等が生じ、放電するために使用する活物質の量が健全時より減少しているため、放電終止状態まで放電すると、蓄電池１１の電解液中の硫酸濃度が健全時よりも高い状態となり、開回路電圧（ＯＣＶｖ）は健全時の開回路電圧（ＯＣＶ１）よりも高くなる。

このため、図３に示すように、正極側が劣化した蓄電池１１では、満充電状態の充電率（ＳＯＣ＝１００％）から充電した電荷を失う放電終止状態（充電率（ＳＯＣ＝０％））まで放電すると、満充電状態では開回路電圧（ＯＣＶ０）は健全時と等しくなり、放電が進むにつれて直線Ｌ２に沿って低下し、放電終止状態となると開回路電圧（ＯＣＶｖ）まで低下する。

このように、健全時と正極側の劣化時では、満充電状態における開回路電圧（ＯＣＶ）は変化しないものの、放電終止状態における正極側の劣化時の開回路電圧（ＯＣＶｖ）は健全時の開回路電圧（ＯＣＶ１）よりも高くなる。このため、健全時の直線Ｌ１の傾きと、正極側の劣化時の直線Ｌ２の傾きとは異なり、正極側の劣化が進行すると放電するために使用する活物質の量が減少して直線Ｌ１よりも傾きが大きくなる。そこで、上記の劣化判定装置１では、充電率（ＳＯＣ）の変化量と開回路電圧（ＯＣＶ）の変化量とから直線Ｌ２の傾きを求め、健全時の直線Ｌ１の傾きと比較することにより蓄電池１１の劣化度合いを判定する。

すなわち、上記の劣化装置１では、健全時の蓄電池の開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）との相関関係を求めた基準データを予め取得しておき、放電の開始時における充電率をＳＯＣｖ０とし、劣化判定される対象蓄電池１１の放電を所定時間行い、放電を開始してから停止するまでの所定時間における電流値を積算し、積算した電流値に基づいて放電による対象蓄電池の充電率の変化量（ΔＳＯＣｉ）を算出し、放電の停止時に対象蓄電池を開回路状態にして開回路電圧を測定し、測定した開回路電圧に対応する充電率（ＳＯＣｖ）を基準データから求め、下記に示す（１）式から対象蓄電池１１の容量を算出して、対象蓄電池１１の劣化度合いを判定する。
対象蓄電池の容量＝健全な蓄電池の容量×ΔＳＯＣｉ／｜ＳＯＣｖ０−ＳＯＣｖ｜
・・・（１）

次いで、上記の（１）式により求められる対象蓄電池１１の容量と、実際に測定した対象蓄電池１１の容量と比較することにより、上記の（１）式により求められる対象蓄電池１１の容量を評価する。

容量を評価する蓄電池は、定格容量５０（Ａｈ）、初期実容量５５．７（Ａｈ）であり、図４に示す開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）の相関関係にある蓄電池を評価対象蓄電池とした。そして、この評価対象蓄電池の充電率を１００％から３７．２％まで放電し、その後に１００％まで充電する充放電を繰り返し実施することにより評価対象蓄電池を劣化させた。

また、劣化を進行させた各経過年数において、評価対象蓄電池を満充電状態から放電終止電圧（１．８Ｖ/セル）まで放電した時の電流値を積算して評価対象蓄電池の実容量を
算出した。さらに、評価対象蓄電池の初期実容量に基づく充電率の変化量（ΔＳＯＣｉ）を６２．８％とした場合における放電開始時における開回路電圧から求まる充電率（ＳＯＣｖ０）と放電停止時の開回路電圧に対応する充電率（ＳＯＣｖ）を測定し、評価対象蓄電池の容量を測定、及び、上記の（１）式により評価対象蓄電池の容量を求めた。

さらに、各経過年数における評価対象蓄電池の容量を測定した実容量（Ａｈ）、放電の開始時における充電率（ＳＯＣｖ０）と放電停止時の開回路電圧に対応する充電率（ＳＯＣｖ）との差（％）、及び、評価対象蓄電池の容量を求めた計算値（Ａｈ）を表１に示す。

表１に示すように、初期状態では５５．７Ａｈであった対象蓄電池の実容量は、経過年数ａでは５１．５Ａｈ、経過年数ｂでは４６．２Ａｈ、経過年数ｃでは４０．４Ａｈと少なくなり、年数が経過するにともなって評価対象蓄電池の劣化が進行していることが認められた。

また、初期状態及び劣化の経過年数ａでは、評価対象蓄電池の容量を測定した実容量（Ａｈ）と、上記の（１）式により評価対象蓄電池の容量を求めた計算値（Ａｈ）の値は一致していることが認められた。

また、経過年数ｂでは、実容量が４６．２Ａｈに対して計算値が４８．６Ａｈであり、経過年数ｃでは、実容量が４０．４に対して計算値が４２．８Ａｈであり、実容量（Ａｈ）と計算値（Ａｈ）との差はわずかであった。

以上のことから、本発明の実施の形態に係る蓄電池の劣化判定装置１では、上記の（１）式から対象蓄電池１１の容量を高精度に算出することができると評価できる。

［劣化判定処理］
次いで、図５を参照して、制御部１７で行われる劣化判定処理について説明する。図５は、図１に示す蓄電池の劣化判定装置１で行われる劣化判定処理の手順を示すフローチャートである。

図５に示すように、劣化判定装置１の制御部１７は、ステップＳ１０１において、最初に情報取得部７２がＰＳＣ１２から取得した動作情報や蓄電池の電圧、充電率等に基づいて、対象蓄電池１１が回復充電による満充電状態であるか否かを判定する。ステップＳ１０１において、制御部１７は、対象蓄電池１１が回復充電による満充電状態ではないと判断した場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、対象蓄電池１１が回復充電による満充電状態になるまで待機する。

一方、制御部１７は、対象蓄電池１１が回復充電による満充電状態であると判断した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、次のステップＳ１０２の処理に進む。

ステップＳ１０２において、制御部１７は、回復充電による満充電状態となってから所定時間（例えば、１６時間）が経過したか否かを判定する。具体的には、充放電を継続して停止している時間（以下、充放電停止継続時間ともいう。）が所定時間経過したか否か
を判定する。制御部１７は、回復充電による満充電状態となってから所定時間が経過していないと判断した場合には（ステップＳ１０２：ＮＯ）、図５に示す劣化判定処理を終了する。

一方、制御部１７は、回復充電による満充電状態となってから所定時間が経過したと判断した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、次のステップＳ１０３の処理に進む。

ステップＳ１０３において、制御部１７は、基準データ取得部７１により記憶部１６の基準データ記憶領域の中から開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）との相関関係を求めた基準データを取得し、次のステップＳ１０４の処理に進む。具体的には、温度センサ１５から送信された温度情報に基づく温度に対応する基準データを取得する。

ステップＳ１０４において、制御部１７は、開回路電圧取得部７５により放電開始時の第１開回路電圧を取得し、次のステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５において、制御部１７は、情報取得部７２がＰＳＣ１２から取得した動作情報に基づいて、対象蓄電池１１の放電が開始されたか否かを判定する。制御部１７は、対象蓄電池１１の放電が開始されていないと判定した場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、対象蓄電池１１の放電が開始されるまで待機する。

一方、制御部１７は、対象蓄電池１１の放電が開始されたと判定した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、次のステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６において、制御部１７は、電流積算部７３により電流センサ１３から送信される電流情報に基づく電流値を積算して、次のステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７において、制御部１７は、情報取得部７２がＰＳＣ１２から取得した動作情報に基づいて、放電を停止したか否かを判定する。制御部１７は、対象蓄電池１１の放電を停止していないと判定した場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、ステップＳ１０６の処理に戻る。すなわち、制御部１７は、放電を停止するまで電流値を積算する。

一方、制御部１７は、対象蓄電池１１の放電を停止したと判定した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、次のステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８において、制御部１７は、変化量算出部７４により充電率の変化量（ΔＳＯＣｉ）を算出し、次のステップＳ１０９に進む。具体的には、上記（３）式に基づいて充電率の変化量（ΔＳＯＣｉ）を算出する。

ステップＳ１０９において、制御部１７は、対象蓄電池１１の放電を停止してから所定時間が経過したか否かを判定する。具体的には、充放電停止継続時間が所定時間経過したか否かを判定する。制御部１７は、対象蓄電池１１の放電を停止してから所定時間経過していないと判定した場合には（ステップＳ１０９：ＮＯ）、図５に示す劣化判定処理を終了する。

一方、制御部１７は、対象蓄電池１１の放電が停止してから所定時間経過したと判定した場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、次のステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０において、制御部１７は、開回路電圧取得部７５により放電停止時の第２開回路電圧を取得し、次のステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１１１において、制御部１７は、充電率抽出部７６により、基準データ取得部７１から送出された基準データから、開回路電圧取得部７５により取得された第１開回路電圧に対応する充電率（ＳＯＣｖ０）と、第２開回路電圧に対応する充電率（ＳＯＣｖ）をそれぞれ抽出し、次のステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１２において、制御部１７は、劣化判定部７７により劣化度合いを判定する。具体的には、上記（１）式に基づいて対象蓄電池１１の容量を算出し、健全な蓄電池の容量と比較する。例えば、健全な蓄電池の容量が５５．７Ａｈに対して対象蓄電池１１の容量が５１．５Ａｈである場合は劣化度合いが低いと判定し、対象蓄電池１１の容量が４２．８Ａｈである場合は劣化度合いが高いと判定する。

なお、ステップＳ１０２及びステップＳ１０９において、充放電停止継続時間が所定時間経過していない場合、すなわち、所定時間充放電停止状態が継続しない場合は、図５に示す劣化判定処理を終了する場合について説明したが、所定時間経過するまで待機してもよい。

上述した劣化判定装置１における劣化判定方法によれば、対象蓄電池１１の充電率の変化量と、第１及び第２の開回路電圧に対応する充電率とから算出された対象蓄電池１１の容量を、健全な蓄電池の容量と比較して対象蓄電池１１の劣化度合いを判定するため、劣化状態を短時間で精度良く判定することができる。

また、上述したように、蓄電池１１は、産業用の鉛蓄電池であるため、セル１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎ間の出力電圧のバラツキ解消や正極側の活物質除去のために定期的に回復充電を実施する必要がある。このため、回復充電による満充電状態から放電した電流値を積算することにより、劣化度合いを判定するために別途に充放電する必要がなく、また、電流値を別途に測定する必要がないため、劣化度合いの判定に使用するデータの容量を少なくすることができる。

なお、上述した劣化判定処理では、ステップＳ１０１において対象蓄電池１１が回復充電による満充電状態であるか否かを判定し、回復充電による満充電状態である場合に劣化判定を行う場合について説明したが、ステップＳ１０１において蓄電池１１が充放電停止状態であるか否かを判定し、充放電停止状態である場合に劣化判定を行ってもよい。

また、上述した劣化判定処理では、ステップＳ１０４において放電開始時の第１開回路電圧を取得する前に基準データを取得する場合について説明したが、基準データを取得するタイミングは適宜変更することが可能であり、ステップＳ１１１において、第１開回路電圧に対応する充電率（ＳＯＣｖ０）と、第２開回路電圧に対応する充電率（ＳＯＣｖ）をそれぞれ抽出する前に基準データを取得していればよい。

さらに、上述した劣化判定処理では、回復充電による満充電状態となってから放電を開始する場合について説明したが、放電は、開始時の電流値が健全な蓄電池の定格容量に対して１０％に相当する電流値となるようにして行なってもよい。サイクルユース鉛蓄電池は、１０時間容量率で容量が決定されており、定格容量の１０％の電流値で放電して電流値や電圧値等のデータを取得することが多い。このため、対象蓄電池１１の放電の開始時を、健全な蓄電池の定格容量に対して１０％に相当する電流値となった時としてもよい。このように、放電の開始時を定格容量の１０％に相当する電流値となった時とすることにより、正確に対象蓄電池１１の劣化度合いを判定することができる。

また、回復充電による満充電状態から放電を開始し、健全な蓄電池の放電可能容量の最大値となると放電を停止してもよい。なすなわち、満充電状態から運用充電率（ＳＯＣ）
範囲の上限値まで放電する調整放電やピークカット運転終了までの調整放電による電流値を積算して充電率の変化量（ΔＳＯＣｉ）を求め、調整放電の停止時に第２開回路電圧を取得する。このように調整放電による電流値や調整放電の停止時の第２開回路電圧を利用することにより、劣化度合いを判定するためのデータを別途に測定する必要がなくなり、劣化度合いの判定に使用するデータの容量を少なくすることができる。

［変形例］
次いで、図６を参照して、図１の劣化判定装置１の変形例について説明する。以下の変形例では、図１の劣化判定装置１と同一の構成要素には同一の符号を付し、以下に異なる部分を説明する。

以下の変形例では、上記の劣化判定装置１において、開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）との相関関係を求めた基準データを予め取得しておき、放電の開始時における開回路電圧をＯＣＶ０とし、放電を開始してから停止するまでの所定時間における電流値を積算し、基準データから、積算した電流値から算出される充電率の変化量に対応する開回路電圧の変化量（ΔＯＣＶｉ）を求め、放電の停止時に対象蓄電池１１を開回路状態にして、開回路電圧（ＯＣＶｖ）を測定し、下記に示す（２）式から対象蓄電池１１の容量を算出して、対象蓄電池１１の劣化度合いを判定する。
対象蓄電池の容量＝健全な蓄電池の容量×ΔＯＣＶｉ／｜ＯＣＶ０−ＯＣＶｖ｜
・・・（２）

まず、上記の（２）式により求められる対象蓄電池１１の容量と、実際に測定した対象蓄電池１１の容量と比較することにより、上記の（２）式により求められる対象蓄電池１１の容量を評価する。

容量の評価は、上述した評価対象蓄電池を満充電状態から放電終止電圧（１．８Ｖ/セ
ル）まで放電した時の電流値を積算して評価対象蓄電池の実容量を算出した。さらに、評価対象蓄電池の初期実容量に基づく充電率の変化量に対応する開回路電圧の変化量（ΔＯＣＶｉ）を６２．８％（０．５３Ｖ）とした場合における放電開始時の開回路電圧（ＯＣＶ０）と放電停止時の開回路電圧（ＯＣＶ１）を測定し、上記の（２）式により評価対象蓄電池の容量を求めた。

さらに、各経過年数における評価対象蓄電池の容量を測定した実容量（Ａｈ）、放電の開始時における開回路電圧（ＯＣＶ０）と放電停止時における開回路電圧（ＯＣＶ）との差、及び、評価対象蓄電池の容量を求めた計算値（Ａｈ）を表２に示す。

表２に示すように、初期状態及び劣化の経過年数ａでは、評価対象蓄電池の容量を測定した実容量（Ａｈ）と、上記の（２）式により評価対象蓄電池の容量を求めた計算値（Ａｈ）の値は一致し、経過年数ｂ及び経過年数ｃでは、実容量（Ａｈ）と計算値（Ａｈ）との差はわずかであった。

以上のことから、上記の（２）式から対象蓄電池１１の容量を高精度に算出することができると評価できる。

次いで、図６を参照して、制御部１７で行われる劣化判定処理の変形例について説明する。図６は、図１に示す蓄電池の劣化判定装置１で行われる劣化判定処理の変形例の手順を示すフローチャートである。

図６に示すように、劣化判定装置１の制御部１７は、ステップＳ２０１において、最初に情報取得部７２がＰＳＣ１２から取得した動作情報や蓄電池の電圧、充電率等に基づいて、対象蓄電池１１が回復充電による満充電状態であるか否かを判定する。ステップＳ２０１において、制御部１７は、対象蓄電池１１が回復充電による満充電状態ではないと判断した場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、対象蓄電池１１が回復充電による満充電状態になるまで待機する。

一方、制御部１７は、対象蓄電池１１が回復充電による満充電状態であると判断した場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、次のステップＳ２０２の処理に進む。

ステップＳ２０２において、制御部１７は、回復充電による満充電状態となってから所定時間（例えば、１６時間）が経過したか否かを判定する。具体的には、充放電停止継続時間が所定時間経過したか否かを判定する。制御部１７は、回復充電による満充電状態となってから所定時間が経過していないと判断した場合には（ステップＳ２０２：ＮＯ）、図６に示す劣化判定処理を終了する。

一方、制御部１７は、回復充電による満充電状態となってから所定時間が経過したと判断した場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、次のステップＳ２０３の処理に進む。

ステップＳ２０３において、制御部１７は、基準データ取得部７１により記憶部１６の基準データ記憶領域の中から開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）との相関関係を求
めた基準データを取得し、次のステップＳ２０４の処理に進む。

ステップＳ２０４において、制御部１７は、開回路電圧取得部７５により放電開始時の第１開回路電圧（ＯＣＶ０）を取得し、次のステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５において、制御部１７は、情報取得部７２がＰＳＣ１２から取得した動作情報に基づいて、対象蓄電池１１の放電が開始されたか否かを判定する。制御部１７は、対象蓄電池１１の放電が開始されていないと判定した場合（ステップＳ２０５：ＮＯ）、対象蓄電池１１の放電が開始されるまで待機する。

一方、制御部１７は、対象蓄電池１１の放電が開始されたと判定した場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、次のステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６において、制御部１７は、電流積算部７３により電流センサ１３から送信される電流情報に基づく電流値を積算して、次のステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７において、制御部１７は、情報取得部７２がＰＳＣ１２から取得した動作情報に基づいて、放電を停止したか否かを判定する。制御部１７は、対象蓄電池１１の放電を停止していないと判定した場合（ステップＳ２０７：ＮＯ）、ステップＳ２０６の処理に戻る。すなわち、制御部１７は、放電を停止するまで電流値を積算する。

一方、制御部１７は、対象蓄電池１１の放電を停止したと判定した場合（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、次のステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８において、制御部１７は、変化量算出部７４により開回路電圧の変化量（ΔＯＣＶｉ）を算出し、次のステップＳ２０９に進む。具体的には、上記（３）式に基づいて充電率の変化量（ΔＳＯＣｉ）を算出し、ステップＳ２０３で取得した基準データに基づいて充電率の変化量（ΔＳＯＣｉ）を開回路電圧の変化量（ΔＯＣＶｉ）に換算する。

ステップＳ２０９において、制御部１７は、対象蓄電池１１の放電を停止してから所定時間が経過したか否かを判定する。具体的には、充放電停止継続時間が所定時間経過したか否かを判定する。制御部１７は、対象蓄電池１１の放電が停止してから所定時間経過していないと判定した場合には（ステップＳ２０９：ＮＯ）、図６に示す劣化判定処理を終了する。

一方、制御部１７は、対象蓄電池１１の放電が停止してから所定時間経過したと判定した場合（ステップＳ２０９：ＹＥＳ）、次のステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０において、制御部１７は、開回路電圧取得部７５により放電停止時の第２開回路電圧（ＯＣＶｖ）を取得し、次のステップＳ２１１に進む。

ステップＳ２１１において、制御部１７は、劣化判定部７７により劣化度合いを判定する。具体的には、上記（２）式に基づいて対象蓄電池１１の容量を算出し、健全な蓄電池の容量と比較する。

なお、ステップＳ２０２及びステップＳ２０９において、充放電停止継続時間が所定時間経過していない場合、すなわち、所定時間充放電停止状態が継続しない場合は、図６に示す劣化判定処理を終了する場合について説明したが、所定時間経過するまで待機してもよい。

上述した変形例における劣化判定方法によれば、対象蓄電池１１の開回路電圧の変化量と、第１の開回路電圧及び第２の開回路電圧とから算出された対象蓄電池１１の容量を、健全な蓄電池の容量と比較して、対象蓄電池１１の劣化度合いを判定するため、劣化状態を短時間で精度良く判定することができる。

なお、上述した劣化判定処理では、ステップＳ２０１において対象蓄電池１１が回復充電による満充電状態であるか否かを判定し、回復充電による満充電状態である場合に劣化判定を行う場合について説明したが、ステップＳ２０１において蓄電池１１が充放電停止状態であるか否かを判定し、充放電停止状態である場合に劣化判定を行ってもよい。

上述した実施の形態における蓄電池の劣化判定装置１及び蓄電池の劣化判定方法では、放電を開始してから停止するまでの電流値を積算し、積算した電流値に基づいて対象蓄電池１１の充電率の変化量（ΔＳＯＣｉ）、又は、開回路電圧の変化量（ΔＯＣＶｉ）を求める場合について説明したが、充電を開始してから停止するまでの電流値を積算して変化量を求めてもよい。

［他の実施の形態］
なお、上述した実施の形態においては、劣化判定装置１は、ピークカットや系統安定化等の産業用の鉛蓄電池の劣化度合いを判定する場合について説明したが、住宅内に設置された各種機器（照明機器、エアコン、家電、オーディオビジュアル機器等）に電力を供給するための蓄電池の劣化度合いを判定するのに適用してもよい。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に係る蓄電池の劣化判定方法及び蓄電池の劣化判定装置１に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

１ 劣化判定装置
１１ 蓄電池
１２ ＰＣＳ
１３ 電流センサ
１４ 電圧センサ
１５ 温度センサ
１６ 記憶部
１７ 制御部
７１ 基準データ取得部
７２ 情報取得部
７３ 電流積算部
７４ 変化量算出部
７５ 開回路電圧取得部
７６ 充電率抽出部
７７ 劣化判定部

Claims (3)

1. 負荷に電力を供給する蓄電池の劣化度合いを判定する蓄電池の劣化判定方法であって、
   健全な蓄電池の開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）との相関関係を求めた基準データを予め取得しておき、
   劣化判定される対象蓄電池の回復充電による満充電状態における開回路電圧から求まる充電率をＳＯＣｖ０とし、
   前記満充電状態から前記対象蓄電池の運用充電率（ＳＯＣ）範囲の上限値まで放電し、
   前記放電を開始してから停止するまでの所定時間における電流値を積算し、当該積算した電流値に基づいて前記放電による前記対象蓄電池の充電率の変化量（ΔＳＯＣｉ）を算出し、
   前記放電の停止時に前記対象蓄電池を開回路状態にして開回路電圧を測定し、当該測定した開回路電圧に対応する充電率（ＳＯＣｖ）を前記基準データから求め、
   下記に示す（１）式から前記対象蓄電池の容量を算出して、前記対象蓄電池の劣化度合いを判定することを特徴とする蓄電池の劣化判定方法。
   対象蓄電池の容量＝健全な蓄電池の容量×ΔＳＯＣｉ／｜ＳＯＣｖ０−ＳＯＣｖ｜
   ・・・（１）
2. 負荷に電力を供給する蓄電池の劣化度合いを判定する蓄電池の劣化判定方法であって、
   健全な蓄電池の開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）との相関関係を求めた基準データを予め取得しておき、
   劣化判定される対象蓄電池の回復充電による満充電状態における開回路電圧をＯＣＶ０とし、
   前記満充電状態から前記対象蓄電池の運用充電率（ＳＯＣ）範囲の上限値まで放電し、
   前記放電を開始してから停止するまでの所定時間における電流値を積算し、前記基準データから、当該積算した電流値から算出される充電率の変化量に対応する開回路電圧の変化量（ΔＯＣＶｉ）を求め、
   前記放電の停止時に前記対象蓄電池を開回路状態にして開回路電圧（ＯＣＶｖ）を測定し、
   下記に示す（２）式から前記対象蓄電池の容量を算出して、前記対象蓄電池の劣化度合いを判定することを特徴とする蓄電池の劣化判定方法。
   対象蓄電池の容量＝健全な蓄電池の容量×ΔＯＣＶｉ／｜ＯＣＶ０−ＯＣＶｖ｜
   ・・・（２）
3. 負荷に電力を供給する蓄電池の劣化度合いを判定する蓄電池の劣化判定装置であって、
   健全な蓄電池の開回路電圧（ＯＣＶ）と充電率（ＳＯＣ）との相関関係を求めた基準データを記憶する記憶部と、
   劣化判定される対象蓄電池の充電又は放電の電流値を検出する電流検出部と、
   前記対象蓄電池の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電流検出部で検出された前記電流値を積算する電流積算部と、
   前記電流積算部で積算された前記電流値に基づいて前記対象蓄電池の充電率の変化量を算出し、又は前記基準データから、前記対象蓄電池の充電率の変化量に対応する開回路電圧の変化量を算出する変化量算出部と、
   前記電圧検出部により検出された前記対象蓄電池における前記充電又は放電の開始時の第１開回路電圧及び前記充電又は放電の停止時の第２開回路電圧をそれぞれ取得する開回路電圧取得部と、
   前記記憶部に記憶された前記基準データから、前記開回路電圧取得部により取得された前記第１及び第２開回路電圧に対応する充電率をそれぞれ抽出する充電率抽出部と、
   前記変化量算出部により算出された、前記対象蓄電池の充電率の変化量、又は前記対象蓄電池の充電率の変化量に対応する開回路電圧の変化量と、前記充電率抽出部により抽出された前記第１及び第２の開回路電圧に対応する充電率、又は前記充電率抽出部により抽出された前記第１及び第２の開回路電圧とから算出される前記対象蓄電池の容量を、前記健全な蓄電池の容量と比較して、前記対象蓄電池の劣化度合いを判定する劣化判定部と、
   を備え、
   前記対象蓄電池の回復充電による満充電状態から前記対象蓄電池の運用充電率（ＳＯＣ）範囲の上限値まで放電後に、前記劣化判定部が前記対象蓄電池の劣化度合いを判定することを特徴とする蓄電池の劣化判定装置。

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