JP6942657B2 - 蓄電池システム、残容量推定装置、及び残容量推定方法 - Google Patents

蓄電池システム、残容量推定装置、及び残容量推定方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、蓄電池システム、残容量推定装置、及び残容量推定方法に関する。
バッテリーは、電気機器に対して電気エネルギーを継続的に供給することを目的に使用される。電気機器の使用中にバッテリーに残っている電気エネルギーがなくると、電気機器を使用できなくなる。そのため、バッテリーの電気エネルギーの残容量がなくなる前にバッテリーを充電するか交換する必要がある。
バッテリーの残容量を推定する技術としては、製造時に測定されたバッテリーの放電深度特性曲線とバッテリーの出力電圧とに基づいて、バッテリーの残容量を推定する技術が知られている。放電深度特性曲線とは、バッテリーに残っている電流量とバッテリーの出力電圧との関係を示す特性曲線である。
特開２０１３−２５００７１号公報
しかしながら、このバッテリーの放電深度特性は、バッテリーの経時劣化に伴って初期の特性から変化する。したがって、バッテリーの経時劣化に伴って、バッテリーの残容量の推定精度が悪くなるという問題がある。定期的にバッテリーの放電深度特性を測定して放電深度特性曲線を更新することも可能であるが、そのためには、放電深度特性を測定する測定装置を準備する必要がある。また、放電深度特性の更新測定をする期間、バッテリーを装置から外す必要があり、装置を停止しなければならないという問題がある。
本発明は、上述の事情の下になされたもので、バッテリーの残容量の推定精度を向上することを課題とする。
上記課題を解決するため、本実施形態に係る蓄電池システムは、バッテリーと、バッテリーから充放電される電流を測定する電流測定部と、バッテリーの出力電圧を測定する電圧測定部と、測定された電流と出力電圧に基づいて、バッテリーの放電深度特性を示す放電深度特性曲線を作成する関数作成部であって、さらに、バッテリーから充放電される電流とバッテリーの出力電圧とに基づいて、バッテリーの放電深度を計算する電流変動測定部と、バッテリーの出力電圧とバッテリーの出力電圧に対応する放電深度とを紐付けたデータを蓄積するデータ蓄積部と、蓄積されたデータに基づいてバッテリーの放電深度特性を示す放電深度特性曲線を作成する式作成部であって、さらに、バッテリーの出力電圧の変化量に対する放電深度の変化量の経時劣化量に基づいて、蓄積したデータから作成した放電深度特性曲線に、放電終止点近傍の曲線を付加することにより、データが蓄積されていない放電終止点近傍における放電深度の範囲について放電深度特性を示す放電深度特性曲線を補完する関数補完部を含む、式作成部と、を含む関数作成部と、作成した放電深度特性曲線を使用して、バッテリーの出力電圧に対応する残容量を算出する残容量算出部と、を備える。
第１の実施形態に係る蓄電池システムの構成図である。 バッテリーの放電深度特性について説明するための図である。 第１の実施形態に係る関数作成部の構成図である。 第１の実施形態に係る関数作成部について説明するための図である。 第１の実施形態に係る関数作成部について説明するための図である。 バッテリーの放電深度特性について説明するための図である。 第１の実施形態に係る関数作成部について説明するための図である。 第１の実施形態に係る蓄電池システムの動作を説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態に係る関数作成部の構成図である。 第２の実施形態に係る蓄電池システムの動作を説明するためのフローチャートである。 バッテリーの充放電に伴う出力電圧の変化ついて説明するための図である。 第２の実施形態に係る関数作成部について説明するための図である。 変形例１に係る蓄電池システムの構成図である。 変形例２に係る蓄電池システムの構成図である。
《第１の実施形態》
本実施形態に係る蓄電池システムは、車両、船舶、航空機、家庭用等に用いられる。以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る蓄電池システム１の構成図である。蓄電池システム１は、負荷装置３００に電力を供給する。負荷装置３００は、電動機、空調装置、照明装置等の電力を消費する電気機器である。負荷装置３００に電力を供給するにつれ、蓄電池システム１内部のバッテリー１０に蓄積されている電流の残容量は減少していく。蓄電池システム１は、電力供給装置２００からバッテリー１０を充電することができる。図１では、充放電に係る線を実線で、信号線を点線で示している。
図１に示すように、蓄電池システム１は、バッテリー１０と残容量推定装置１００とを備える。
バッテリー１０は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池などで構成されている。バッテリー１０は、複数のバッテリーセルを直列もしくは並列に組み合わせることにより、所定の電圧を出力し、所定の電流量を蓄積できるように構成されている。
残容量推定装置１００は、図１に示すように、電流測定部２０、電圧測定部３０、関数作成部４０、残容量算出部５０、入力部６０、表示部７０を備える。
電流測定部２０は、電力供給装置２００からバッテリー１０に充電される電流を測定する充電電流測定部２１と、バッテリー１０から負荷装置３００に放電される電流を測定する放電電流測定部２２を備えている。充電電流測定部２１および放電電流測定部２２は、直流電流計とアナログ・デジタル変換部を備える。そして、充電電流測定部２１および放電電流測定部２２は、測定した電流をデジタルデータに変換して関数作成部４０に供給する。
電圧測定部３０は、バッテリー１０の出力電圧を測定する。電圧測定部３０は、直流電圧計とアナログ・デジタル変換部を備える。そして、電圧測定部３０は、測定した電圧をデジタルデータに変換して関数作成部４０に供給する。
関数作成部４０は、測定された電流と出力電圧に基づいて、バッテリー１０の放電深度特性を示す関数を作成する。放電深度特性は、ＤＯＤ（Depth of Discharge）特性ともいう。放電深度特性を表す関数（グラフ）の例を図２に示す。横軸は、放電深度（ＤＯＤ）である。バッテリー１０が満充電されている時の放電深度は「０」である。横軸の放電深度は、バッテリー１０が放電する電流量を表している。縦軸は、放電深度に対応するバッテリー１０の出力電圧である。バッテリー１０の充放電に伴う放電深度の変化量をΔＩＴで表し、出力電圧の変化量をΔＶで表している。図２に示されるように、バッテリー１０からの放電に伴って、放電深度が大きくなるにしたがって、バッテリー１０の出力電圧は低下する。
関数作成部４０は、放電深度特性を示す関数を作成するために、図３に示すように、電圧監視部４１、電流変化量測定部４２、データ蓄積部４３、式作成部４４を備える。
電圧監視部４１は、電圧測定部３０から通知される電圧を監視する。そして、電圧監視部４１は、バッテリー１０の出力電圧がΔＶ変化するごとに、トリガー信号と測定した出力電圧の値とを電流変化量測定部４２に送信する。以後、ΔＶ＝０．１Ｖとして説明する。
電流変化量測定部４２は、バッテリー１０から充放電される電流とバッテリー１０の出力電圧に基づいて、バッテリー１０の放電深度を計算する。具体的には、電流変化量測定部４２は、電流積算機能を備え、電圧監視部４１から通知されるトリガー信号を受信する間にバッテリー１０から充放電された電流量を測定する。詳細には、電流変化量測定部４２は、トリガー信号を受信してから次のトリガー信号を受信するまでの出力電圧が０．１Ｖ変化する期間における、充電電流測定部２１もしくは放電電流測定部２２が測定した電流の総和（放電深度の変化量）を計算する。電流変化量測定部４２は、計算した放電深度の変化量ΔＩＴと電圧監視部４１から受信したバッテリー１０の出力電圧とを紐付けたデータをデータ蓄積部４３に送信する。なお、トリガー信号を受信してから次のトリガー信号を受信するまでの期間に測定した放電深度の変化量ΔＩＴは、単位電圧０．１Ｖ当たりの放電深度の変化量であるので、図２に示す放電深度特性曲線の傾きを表している。
データ蓄積部４３は、電流変化量測定部４２から送信された放電深度の変化量と出力電圧とを紐付けたデータを図４に示すようなテーブルに蓄積する。図４の出荷時の欄には、出荷時における放電深度特性曲線のΔＶ＝０．１Ｖごとの放電深度の変化量ΔＩＴが記憶されている。
満充電時から放電が始まると、電圧監視部４１は、バッテリー１０の出力電圧が２８．３Ｖ−２８．４Ｖの電圧範囲を通過して変化したことを検出し、測定した出力電圧とトリガー信号とを電流変化量測定部４２に送信する。電流変化量測定部４２は、前回トリガー信号を受信してから今回のトリガー信号を受信するまでの期間における充電電流測定部２１もしくは放電電流測定部２２で測定した電流の総和である放電深度の変化量ΔＩＴと、受信した出力電圧とをデータ蓄積部４３に送信する。データ蓄積部４３は、受信した放電深度の変化量のデータを図４に示す２８．３Ｖ−２８．４Ｖの１回目の欄に記憶する。バッテリー１０から負荷装置３００に放電されるにしたがってバッテリー１０の出力電圧は低下していく。電圧監視部４１がバッテリー１０の出力電圧が２８．２Ｖ−２８．３Ｖの電圧範囲を通過して変化したことを検出すると、データ蓄積部４３は、この時に受信した放電深度の変化量のデータを図４の２８．２Ｖ−２８．３Ｖの１回目の欄に記憶する。以下同様にして、データ蓄積部４３は、出力電圧の変化に対応する放電深度の変化量のデータを記憶していく。
次にバッテリー１０の出力電圧が同じ電圧範囲(例えば、２７．４Ｖ−２７．５Ｖの電圧範囲)を通過するのは、バッテリー１０が充電されるときである。データ蓄積部４３は、この時に受信した放電深度の変化量のデータを２回目の該当欄に記憶する。データ蓄積部４３は、図４に示すように、バッテリー１０の出力電圧がΔＶ＝０．１Ｖ変化するたびに、出力電圧がΔＶ＝０．１Ｖ変化する期間の放電深度の変化量を記憶していく。データ蓄積部４３は、バッテリー１０の出力電圧が同じ電圧範囲を通過するごとに、図４に示すように、２回目、３回目と新たな欄に放電深度の変化量を記憶していく。
また、電流変化量測定部４２は、図５に示す最新ΔＩＴの欄の値を順次積分することにより、バッテリー１０の出力電圧に対応する放電深度を表すテーブルを作成する。具体的には、電流変化量測定部４２は、出荷時の出力電圧２８．５Ｖ、放電深度０Ａｈを基準として、最新ΔＩＴの欄の値を順次加算して、図５に示す右端の放電深度の更新時の欄のテーブルを作成し、データ蓄積部４３に記憶する。
図５を参照して説明する。出荷時の出力電圧＝２８．５Ｖ時の放電深度は０Ａｈである。出力電圧＝２８．４Ｖの更新時の放電深度は、出荷時の放電深度０Ａｈに、出力電圧＝２８．５Ｖの最新ΔＩＴ＝０．２Ａｈを加算して０．２Ａｈとなる。出力電圧＝２８．３Ｖの更新時の放電深度は、出力電圧＝２８．４Ｖの最新ΔＩＴ＝０．３Ａｈを出力電圧＝２８．４Ｖの更新時の放電深度＝０．２Ａｈに加算して０．５Ａｈとなる。電流変化量測定部４２は、以下同様にして図５に示す右端の放電深度の更新時の欄のテーブルを作成していく。
式作成部４４は、図５右端の欄の更新時の放電深度のテーブルに基づいて、最新の放電深度特性曲線を作成する。式作成部４４が作成した任意の測定時における最新の放電深度特性曲線の例を図６に実線で示す。出荷時における放電深度特性曲線を一点鎖線で示す。図６に示すように、出荷時の放電深度特性は、バッテリー１０の経時劣化に伴って変化していく。
ところで、バッテリー１０の残容量が少なくなると、バッテリー１０の出力電圧が急激に低下し始める。つまり、図６に示す関数を微分した傾きθが急激に大きくなる。この傾きθが予め定めた角度以上になるポイントを放電終止点ということにする。測定時における出力電圧に対応する放電深度から放電終止点に至るまでの放電深度の変化量が残容量である。バッテリー１０をフル充電した状態から、この放電終止点に達するまでに放電可能な電流量が満充電時放電可能電流容量である。つまり、満充電時放電可能電流量とは、バッテリー１０をフル充電した状態で放電可能な電流量を示す指標である。図６に示すように、バッテリー１０の経時劣化に伴い満充電時放電可能電流量は減少する傾向にある。
式作成部４４は、作成した放電深度特性曲線を近似する関数を使用して、予め設定された傾きθに基づいて、放電終止点を求める。例えば、図６に示す例では、式作成部４４は、放電終止点を（１８Ａｈ，２６．４Ｖ）と算出する。
式作成部４４は、更新されたバッテリー１０の放電深度特性を示す関数が示す満充電時放電可能電流量が、予め設定された閾値以下であるか否かを判別する機能を備える。例えば、この閾値が２０Ａｈに設定されている場合、満充電時放電可能電流容量が２０Ａｈ以下になった場合、式作成部４４は、表示部７０にバッテリー１０の交換を促すアラーム表示を行う。
ところで、ユーザーによるバッテリーの使用状況を考えると、ユーザーは放電終止点に至る前に充電を開始する場合が多い。また、充電時においても満充電状態まで充電するとは限らない。その結果、データ蓄積部４３に蓄積されるデータは、満充電状態から放電終止点までの全範囲のデータを蓄積できないことも考えられる。図５及び図７では、蓄積されたデータが存在しない範囲を網掛けで示している。また、図７では、放電深度特性曲線については、蓄積されたデータが存在する範囲を実線で、蓄積されたデータが存在しない範囲を点線で示している。また、出荷時における放電深度特性曲線を一点鎖線で示している。一般的には、放電終止点近傍のデータが蓄積されない場合が多い。その結果、バッテリー１０の残容量の推定誤差が大きくなるという問題がある。
式作成部４４は、放電終止点近傍のデータが蓄積されていない場合においても、データを補完して関数を作成する補完機能を備える。式作成部４４は、バッテリー１０の出力電圧の変化量に対する放電深度の変化量の経時劣化量に基づいて、蓄積されたデータがない放電深度の範囲について放電深度特性を示す関数を補完する関数補完部４４１を備える。具体的に説明する。図５に示す例では、出力電圧２７．６Ｖから２６．８ＶまでのΔＶ＝０．８Ｖの網掛けが付されていない範囲のみ、データが蓄積されている。このΔＶ＝０．８Ｖの範囲における放電深度の変化量は１４．５Ａｈ−３．５Ａｈ＝１１．０Ａｈである。一方、出荷時の特性では、出力電圧がΔＶ＝０．８Ｖ変化する２８．０Ｖから２７．２Ｖまでの範囲における放電深度の変化量は１９Ａｈ−３．５Ａｈ＝１５．５Ａｈである。つまり、出力電圧の変化ΔＶ＝０．８Ｖの範囲における放電深度の変化量が１５．５Ａｈ−１１．０Ａｈ＝４．５Ａｈ劣化している。そこで、式作成部４４は、放電終止点を４．５Ａｈシフトするように、放電深度特性曲線を補完する。例えば、出荷時の放電深度特性曲線の放電終止点近傍の曲線を、蓄積されたデータから作成した実線で示す曲線の右端に付加する。この時、付加した曲線が示す放電終止点が、出荷時の放電深度特性曲線の放電終止点に対し、４．５Ａｈ左側にシフトするように放電深度特性曲線を補完する。
図１に戻り、残容量算出部５０は、関数作成部４０が作成した放電深度特性曲線を近似する関数を使用して、バッテリー１０の出力電圧に対応するバッテリー１０の残容量を算出する。例えば、図７においてバッテリー１０の出力電圧が２７．０Ｖであった場合、残容量算出部５０は、放電深度を１０．８Ａｈと算出する。そして、残容量算出部５０は、放電終止点が１８Ａｈであるので、バッテリー１０の出力電圧が２７．０Ｖである場合のバッテリー１０の残容量を７．２Ａｈ（１８Ａｈ−１０．８Ａｈ＝７．２Ａｈ）と算出する。
入力部６０は、入力キーや、タッチパネル等のポインティングデバイスを有している。入力部６０を介して入力されたユーザーの指示は、関数作成部４０に通知される。
表示部７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示ユニットを有している。表示部７０は、残容量算出部５０による処理結果等を表示する。
なお、残容量推定装置１００の関数作成部４０及び残容量算出部５０は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶部を有するコンピュータで構成することができる。関数作成部４０及び残容量算出部５０の機能は、ＣＰＵによるソフト処理によって実現することができる。
次に、上述の構成を有する蓄電池システム１による残容量推定処理について、図８を参照して説明する。蓄電池システム１には、電力供給装置２００と負荷装置３００とが接続されている。ユーザーが、入力部６０から蓄電池システム１の起動操作をすることにより、図８に示す残容量推定処理は開始される。
残容量推定装置１００の関数作成部４０は、運転が開始されると、データ蓄積部４３に記憶されている出荷時のバッテリー１０の放電深度特性曲線に基づいて、ΔＶ＝０．１Ｖごとに放電深度の変化量を求める(ステップＳ１１)。関数作成部４０は、求めた変化量を図４に示すテーブルの出荷時の欄に記憶する。
次に、関数作成部４０は、電圧測定部３０から取得するバッテリー１０の出力電圧を監視する。そして、関数作成部４０は、テーブルで設定されたΔＶ＝０．１Ｖの単位で、バッテリー１０の出力電圧が変化するごとに、放電深度の変化量を記憶する(ステップＳ１２）。具体的には、関数作成部４０は、バッテリー１０の出力電圧が０．１Ｖ変化した期間に充放電された電流の総和を放電深度の変化量として、図４に示すテーブルの１回目以降の該当欄に記憶していく。
図４に示すテーブルが更新されると、関数作成部４０は、放電深度の更新時のデータを集計した図５に示されるようなテーブルを作成する。そして、関数作成部４０は、作成したテーブルに基づいて、放電深度特性曲線を表す関数を作成して更新する(ステップＳ１３）。関数作成部４０は、図５及び図７に網掛けで示すデータが蓄積されていない範囲について、データを補完して放電深度特性を示す関数を作成する。
次に、関数作成部４０は、ユーザーがバッテリー１０の残容量の表示要求をしているか否かを判断する(ステップＳ１４）。ユーザーが残容量の表示要求をしていない場合(ステップＳ１４：Ｎｏ）、関数作成部４０は、ステップＳ１２からＳ１４の処理を繰り返す。
一方、ユーザーが入力部６０から残容量の表示要求をしている場合(ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、関数作成部４０は、出力電圧の測定を行う(ステップＳ１５）。そして、残容量算出部５０は、ステップＳ１３で作成した関数に測定した出力電圧を代入して、バッテリー１０の残容量を計算し、表示部７０に表示する(ステップＳ１６）。図７に実線で示す例では、測定した出力電圧が２７．０Ｖであった場合、残容量算出部５０は、残容量を７．２Ａｈ（１８Ａｈ−１０．８Ａｈ＝７．２Ａｈ）と表示する。
また、残容量算出部５０は、満充電時放電可能電流容量とバッテリー１０の出力電圧とを表示部７０に表示する。図７に示す例においてバッテリー１０の出力電圧が２７．０Ｖであった場合、残容量算出部５０は、満充電時放電可能電流容量を１８Ａｈ、出力電圧を２７．０Ｖと表示する。また、残容量算出部５０は、ＳｏＣ（State of Charge）の値を表示する。ＳｏＣは、次式で計算される。ここで使用される満充電時放電可能電流容量は、出荷時の値ではなく、関数作成部４０が更新した最新の関数に基づく値である。
ＳｏＣ＝残容量／満充電時放電可能電流容量 （式１）
次に、関数作成部４０は、満充電時放電可能電流容が予め設定された閾値未満に劣化したか否かを判断する(ステップＳ１７）。満充電時放電可能電流容が予め設定された閾値未満になった場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、関数作成部４０は、表示部７０にバッテリー交換を促すアラームを表示する（ステップＳ１８）。関数作成部４０は、満充電時放電可能電流容が予め設定された閾値以上であった場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）、処理をステップＳ１２に戻し、ステップＳ１２からＳ１８までの処理を継続して繰り返す。
以上説明したように、本実施形態に係る蓄電池システム１は、バッテリー１０の充放電に伴う充放電電流とバッテリー１０の出力電圧とに基づいて、バッテリー１０の放電深度特性を示す関数を随時更新して作成する関数作成部４０を備える。そして、蓄電池システム１は、更新した関数に基づいてバッテリー１０の残容量を推定する。これにより、蓄電池システム１は、バッテリー１０の経時劣化に伴ってバッテリー１０の放電深度特性が変化した場合でも、高い精度でバッテリー１０の残容量を推定することができる。また、蓄電池システム１は、バッテリー１０を負荷装置３００に接続した状態でバッテリー１０の放電深度特性を示す関数を作成するので、最新の放電深度特性を測定するために、バッテリー１０を負荷装置３００から外す必要がなく、負荷装置３００を停止しなくてもよい。また、放電深度特性を測定する専用の測定装置を準備する必要がない。
また、式作成部４４は、バッテリー１０の出力電圧の変化量に対する放電深度の変化量の経時劣化量に基づいて、データが蓄積されていない範囲について放電深度特性を示す関数を補完する。これにより、蓄電池システム１は、放電終点近傍のデータがない場合でも、バッテリー１０の残容量を正確に推定することができる。
なお、上記の説明では、式作成部４４による関数の補完方法として、バッテリー１０の出力変化に対する放電深度の変化量の劣化分だけ、放電終止点をシフトする補完方法について説明した。しかし、補完方法はこれに限定する必要はない。例えば、放電深度の変化量の劣化比率に基づいて放電終止点を補完するようにしてもよい。例えば、バッテリー１０の出力電圧の０．８Ｖの変化に対する出荷時における放電深度の変化量が１５．５Ａｈであり、経時劣化後の放電深度の変化量が１１．０Ａｈであり、出荷時の放電終止点が２２Ａｈである場合、補完後の放電終止点が、２２Ａｈ×１１．０Ａｈ／１５．５Ａｈ＝１５．６Ａｈとなるように関数を補完してもよい。
また、上記の説明では、バッテリー１０の出力電圧がΔＶ＝０．１Ｖ変化するごとに、更新用データをデータ蓄積部４３に記憶する場合について説明をしたが、設定するΔＶの値は任意である。ΔＶを小さくすることにより、放電深度特性を示す関数をより正確に作成することができる。
また、上記の説明では、放電終止点を放電深度特性曲線の傾きθで定義したが、放電終止点の定義はこれに限定する必要はない。例えば、バッテリー１０の出力電圧で定義してもよい。具体的には、負荷装置３００を動作させるために必要な最低電圧を放電終止点を規定する電圧としてもよい。
上記の説明では、式作成部４４が放電終止点を求め、式作成部４４が作成した関数にバッテリー１０の出力電圧を代入して現在の放電深度を求め、放電終止点の放電深度から現在の放電深度を減算して残容量を算出する説明をした。放電終止点をバッテリー１０の出力電圧で定義する場合、図５に示したテーブルを用いて放電深度と残容量を求めることもできる。具体的には、電流変化量測定部４２は、図５に示すバッテリー１０の出力電圧に対応する放電深度のテーブルを作成する。そして、残容量算出部５０は、図５に示すテーブルを用いて出力電圧に対応する更新時の放電深度を求める。例えば、出力電圧が２７．０Ｖであった場合の放電深度は、図５に示すテーブルから１０．８Ａｈとなる。例えば、放電終止点の出力電圧が２６．８Ｖと定義されていたとする。図５に示すテーブルから、出力電圧＝２６．８Ｖに対応する放電深度は、１４．５Ａｈである。この場合、残容量算出部５０は、図５に示すテーブルから、出力電圧＝２７．０Ｖにおける残容量を３．７Ａｈ（１４．５Ａｈ−１０．８Ａｈ＝３．７Ａｈ）と算出する。この場合、式作成部４４は放電深度特性を示す関数を作成する必要はなく、テーブル引きで残容量を求めることができるので、演算処理を軽くすることができる。
また、上記の説明では、図８に示したフローチャートを参照して、新たな放電深度の変化量が記憶されるごとに、放電深度特性を示す関数の更新を行う場合について説明した。しかし、放電深度を近似する関数を更新するタイミングはこれに限定する必要はない。例えば、１月ごと、１年ごとのように予め設定された期間ごとに更新するようにしてもよい。また、予め設定された充電回数ごとに更新するようにしてもよい。
また、図８に示したフローチャートは一例であり、処理の仕方を限定するものではない。例えば、図８に示したステップＳ１１を省略し、出荷時の放電深度の変化量を予めデータ蓄積部４３に記憶してもよい。また、ステップＳ１１からＳ１３までの処理と、ステップＳ１４からＳ１８までの処理とを独立した処理としてもよい。具体的には、ステップＳ１１からＳ１３までの処理をルーチン処理として継続して行う。そして、ステップＳ１４のユーザーによる表示要求を割り込み処理とし、ユーザーによる表示要求があった場合にステップＳ１５からＳ１８までの処理を行うようにしてもよい。
《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態を図面に基づいて説明する。第１の実施形態と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。第２の実施形態に係る蓄電池システム１ｂでは、放電深度特性曲線の求め方が第１の実施形態に係る蓄電池システム１と異なる。具体的には、残容量推定装置１００ｂの関数作成部４０ｂの構成が、第１の実施形態に係る残容量推定装置１００の関数作成部４０と異なる。
図９は、第２の実施形態に係る関数作成部４０ｂの構成図である。図９に示すように、関数作成部４０ｂは、電流変化量測定部４２ｂ、データ蓄積部４３、式作成部４４ｂを備える。
電流変化量測定部４２ｂは、バッテリー１０から充放電される電流に基づいて、バッテリー１０の放電深度を計算する。以下に詳細に説明する。出荷時のバッテリー１０の放電深度特性を表すデータは、予めデータ蓄積部４３に記憶されていることとする。電流変化量測定部４２ｂは、バッテリー１０の充電開始から充電終了までの期間、充電終了から次の充電開始までの期間、もしくは設定された期間（例えば、１分間、１０分間、１時間）の充電電流の総和もしくは放電電流の総和を計算する。そして、電流変化量測定部４２ｂは、データ蓄積部４３に記憶されている出荷時の放電深度(例えば、０Ａｈ)に充放電電流の総和(放電深度の変化量)を加減算することにより、測定時のバッテリー１０の放電深度を計算する。次の充電開始から充電終了までの期間、充電終了から次の充電開始までの期間、もしくは設定された期間を経過すると、電流変化量測定部４２ｂは、その期間の充電電流の総和もしくは放電電流の総和(放電深度の変化量)を計算する。電流変化量測定部４２ｂは、計算した充放電電流の総和（放電深度の変化量）を前回計算したバッテリー１０の放電深度から加減算することにより、現在のバッテリー１０の放電深度を計算する。以下同様にして、電流変化量測定部４２ｂは、バッテリー１０の放電深度を継続的に計算する。
電流変化量測定部４２ｂは、計算した放電深度とバッテリー１０の出力電圧とを紐付けたデータをデータ蓄積部４３に蓄積する。具体的には、電流変化量測定部４２ｂは、（放電深度、出力電圧）のように紐付けられたデータをバッテリー１０の充電開始から充電終了までの期間、充電終了から次の充電開始までの期間、もしくは設定された期間（例えば、１分間、１０分間、１時間）ごとにデータ蓄積部４３に蓄積していく。
式作成部４４ｂは、蓄積されたデータに基づいてバッテリー１０の放電深度特性を示す関数を作成する。式作成部４４ｂは、予め設定された期間（例えば、１月）ごとに、もしくは予め設定された充電回数（例えば、１００回）ごとに、バッテリー１０の放電深度特性を示す関数を更新する。関数作成の詳細については後述する。
残容量算出部５０については、第１の実施形態における説明と同じである。
次に、上述の構成を有する蓄電池システム１ｂによる残容量推定処理について、図１０を参照して説明する。蓄電池システム１ｂには、電力供給装置２００と負荷装置３００とが接続されている。ユーザーが、入力部６０から蓄電池システム１ｂの起動操作をすることにより、図１０に示す残容量推定処理は開始される。
蓄電池システム１ｂは、運転が開始されると、バッテリー１０の充放電電流とバッテリー１０の出力電圧を逐次測定する(ステップＳ３１)。関数作成部４０ｂは、電力供給装置２００からの充電が開始されるタイミング、もしくは充電が終了するタイミングを検出する(ステップＳ３２)。関数作成部４０ｂは、このタイミングを充電電流測定部２１が測定した電流の変化に基づいて検出する。関数作成部４０ｂは、このタイミングを電力供給装置２００からの通知信号によって検出してもよい。
図１１に示すようにバッテリー１０の充電及び放電が行われていた場合を例にして説明する。蓄電池システム１ｂの運転が開始されるタイミングＰ１からタイミングＰ２の期間、バッテリー１０から負荷装置３００に電流が放電されている。タイミングＰ２からＰ３の期間、電力供給装置２００からバッテリー１０に電流が充電されている。タイミングＰ３からタイミングＰ５の期間、バッテリー１０から負荷装置３００に電流が放電されている。タイミングＰ５からＰ６の期間、電力供給装置２００からバッテリー１０に電流が充電されている。以下、同様である。
関数作成部４０ｂの電流変化量測定部４２ｂは、タイミングＰ２，Ｐ５，Ｐ７において、電力供給装置２００からの充電が開始されたことを検出する。また、電流変化量測定部４２ｂは、タイミングＰ３，Ｐ６，Ｐ８において、充電が終了したことを検出する。
関数作成部４０ｂは、電力供給装置２００からの充電が開始されるタイミング、もしくは充電が終了するタイミングではない場合(ステップＳ３２：Ｎｏ)、前回にバッテリー１０の放電深度を計算してから所定時間を経過したか否かを検出する(ステップＳ３３)。所定時間とは、予め設定されている時間であり、例えば、１分、１０分、１時間等である。所定時間を経過していない場合(ステップＳ３３：Ｎｏ)、関数作成部４０ｂは、ステップＳ３１からステップＳ３３の処理を繰り返す。所定時間を経過した場合(ステップＳ３３：Ｙｅｓ)、関数作成部４０ｂは、処理をステップＳ３４に移行する。
一方、関数作成部４０ｂは、電力供給装置２００からの充電が開始されるタイミング、もしくは充電が終了するタイミングを検出した場合(ステップＳ３２：Ｙｅｓ)、バッテリー１０の放電深度の計算を行う(ステップＳ３４)。関数作成部４０ｂは、前回にバッテリー１０の放電深度を計算してから所定時間を経過したことを検出した場合も(ステップＳ３３：Ｙｅｓ)、ステップＳ３４の処理を行う。図１１に示すタイミングＰ４，Ｐ９が、所定時間を経過したタイミングに該当する。充電を開始するまでの期間が長い場合には、データを補完するために所定時間ごとにデータの取得を行う。
次に、バッテリー１０の放電深度の計算の仕方について説明する。電流変化量測定部４２ｂは、図１１に示すタイミングＰ１からＰ２の期間に放電された電流の総和（放電深度の変化量）を計算する。そして、電流変化量測定部４２ｂは、出荷時のバッテリー１０放電深度（０Ａｈ）に、タイミングＰ１からＰ２の放電深度の変化量を加算して、タイミングＰ２におけるバッテリー１０の放電深度を計算する。また、電流変化量測定部４２ｂは、図１１に示すタイミングＰ２からＰ３の期間に充電された電流の総和を計算する。そして、電流変化量測定部４２ｂは、タイミングＰ２におけるバッテリー１０の放電深度に、タイミングＰ２からＰ３の期間に充電された電流の総和（放電深度の変化量）を減算して、タイミングＰ３におけるバッテリー１０の放電深度を計算する。以下同様にして、電流変化量測定部４２ｂは、Ｐ４からＰ９におけるバッテリー１０の放電深度を計算する。
電流変化量測定部４２ｂは、タイミングＰ１からＰ９におけるバッテリー１０の放電深度と、各タイミングにおけるバッテリー１０の出力電圧とを紐付けたデータ（放電深度、出力電圧）をデータ蓄積部４３に記憶する。
次に、式作成部４４ｂは、バッテリー１０の放電深度特性を示す関数を前回更新してから所定時間を経過しているか否かを判断する(ステップＳ３５)。所定時間とは、例えば１月である。所定時間を経過していないと判断した場合(ステップＳ３５：Ｎｏ)、関数作成部４０ｂは、ステップＳ３１〜Ｓ３５の処理を繰り返す。
一方、式作成部４４ｂは、所定時間を経過していると判断した場合(ステップＳ３５：Ｙｅｓ)、放電深度特性を示す関数を更新する(ステップＳ３６)。具体的には、式作成部４４ｂは、図１２に示すように、横軸をバッテリー１０の放電深度、縦軸をバッテリー１０の出力電圧とするグラフに、蓄積したデータ（放電深度、出力電圧）をプロットする。そして、式作成部４４ｂは、プロットしたデータを統計処理することによってバッテリー１０の放電深度特性を示す関数を作成する。
例えば、出荷時におけるバッテリー１０の放電深度特性を示す関数Ｆ０が式２に示す５次関数で表されていたとする。ａ５からａ０は、関数Ｆ０が出荷時におけるバッテリー１０の放電深度特性を示すように求められた定数である。式作成部４４ｂは、式２とプロットしたデータとに基づいて、式３に示す関数Ｆ１を作成する。ｂ５からｂ０は、関数Ｆ１が関数作成時におけるバッテリー１０の放電深度特性を示すように求められた定数である。式作成部４４ｂは、例えば最小二乗法によってこれらの定数を求める。
Ｆ０＝ａ５Ｘ５＋ａ４Ｘ４＋ａ３Ｘ３＋ａ２Ｘ２＋ａ１Ｘ＋ａ０ (式２)
Ｆ１＝ｂ５Ｘ５＋ｂ４Ｘ４＋ｂ３Ｘ３＋ｂ２Ｘ２＋ｂ１Ｘ＋ｂ０ (式３)
式作成部４４ｂは、所定の期間(例えば、１月)を経過するごとに、その時点におけるバッテリー１０の放電深度特性を示す関数を作成し、更新する。例えば、図１２に一点鎖線で示すグラフが出荷時の放電深度特性を示す関数Ｆ０であったとする。出荷直後に蓄積したデータ（放電深度、出力電圧）のほとんどは、関数Ｆ０上にプロットされることが想定できる。しかし、バッテリー１０の経時劣化に伴い、１月間に蓄積されたデータ（放電深度、出力電圧）は、関数Ｆ０上から離れてプロットされる頻度が増えていく。また、関数Ｆ０からの隔たりも大きくなっていく。その結果、出荷時から時間が経過するほど、式作成部４４ｂが作成する関数Ｆ１と出荷時の関数Ｆ０との隔たりは大きくなっていく。
次に、式作成部４４ｂは、更新されたバッテリー１０の放電深度特性を示す関数が示す満充電時放電可能電流量が、予め設定された閾値以下であるか否かを判別する(ステップＳ３７)。
図１２に示すように、バッテリー１０の経時劣化に伴い満充電時放電可能電流容は減少する。式作成部４４ｂは、満充電時放電可能電流容が予め設定された閾値未満になった場合（ステップＳ３７：Ｙｅｓ）、表示部７０にバッテリー交換を促すアラームを表示する（ステップＳ３８）。関数作成部４０ｂは、満充電時放電可能電流容が予め設定された閾値以上であった場合（ステップＳ３７：Ｎｏ）、処理をステップＳ３１に戻し、ステップＳ３１からＳ３７までの処理を継続して繰り返す。
以上説明したように、第２の実施形態に係る蓄電池システム１ｂの式作成部４４ｂは、蓄積したデータ（放電深度、出力電圧）を統計処理して、バッテリー１０の経時劣化後の放電深度特性を示す関数を求める。これにより、蓄電池システム１ｂは、経時劣化に伴ってバッテリー１０の放電深度特性が変化した場合でも、高い精度でバッテリー１０の残容量を推定することができる。
第１の実施形態および第２の実施形態では、蓄電池システム１、１ｂは、負荷装置３００に放電しながらバッテリー１０の出力電圧を測定している。バッテリー１０内の内部抵抗や装置内の配線抵抗により電圧降下が生じるので、バッテリー１０内に蓄積されている電流量が同じでも、放電する電流の大きさによってバッテリー１０の出力電圧の測定値にばらつきが生じる場合がある。第２の実施形態に係る蓄電池システム１ｂは、測定したデータを統計処理して放電深度特性を表す関数を作成するので、このような測定バラツキに起因する誤差を排除することができる。
なお、上記の説明では、充電開始もしくは充電終了時および所定時間を経過したときに、データ蓄積部４３にデータを蓄積する場合について説明した。しかし、データを蓄積するタイミングは、これに限定する必要はない。例えば、充電開始もしくは充電終了時のみにデータを蓄積するようにしてもよい。また、第１の実施形態で説明したように、バッテリー１０の出力電圧を監視し、出力電圧がΔＶ＝０．１Ｖ変化したことをトリガーにしてデータを蓄積するようにしてもよい。
また、式作成部４４ｂが放電深度特性を示す関数を更新する周期が例えば１年周期のように長い場合、例えば直近の１月間のデータに基づいて放電深度特性を示す関数を作成することが望ましい。
上記の説明では、周囲温度が一定の場合について説明した。周囲温度が変化する場合、蓄電池システム１は、図示しない温度センサを備える。電流変化量測定部４２は、指定された温度範囲ごとにバッテリー１０の出力電圧に対応する放電深度を表すテーブルを作成する。電流変化量測定部４２は、例えば、１０℃から１５℃、１５℃から２０℃、・・・・のように指定された温度範囲で測定されたデータごとにテーブルを作成する。関数作成部４０は、放電深度の更新時のデータを集計した図５に示されるようなテーブルを指定された温度範囲ごとに作成する。
《変形例１》
第１の実施形態の説明では、図１に示すように、残容量推定装置１００が電流測定部２０と電圧測定部３０とを備える場合について説明をした。しかし、図１３に示すように、電流測定部２０と電圧測定部３０とが残容量推定装置１００ｃの外部装置として接続されてもよい。
《変形例２》
図１４に示すように、変形例２に係る蓄電池システム１は、表示部７０が残容量推定装置１００の外部装置として接続されている。他の変形例として、入力部６０が残容量推定装置１００の外部装置として接続されていてもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１，１ｂ…蓄電池システム
１０…バッテリー
２０…電流測定部
２１…充電電流測定部
２２…放電電流測定部
３０…電圧測定部
４０，４０ｂ…関数作成部
４１…電圧監視部
４２，４２ｂ…電流変化量測定部
４３…データ蓄積部
４４，４４ｂ…式作成部
４４１…関数補完部
５０…残容量算出部
６０…入力部
７０…表示部
１００，１００ｂ、１００ｃ…残容量推定装置
２００…電力供給装置
３００…負荷装置

Claims (5)

  1. バッテリーと、
    前記バッテリーから充放電される電流を測定する電流測定部と、
    前記バッテリーの出力電圧を測定する電圧測定部と、
    測定された電流と出力電圧に基づいて、前記バッテリーの放電深度特性を示す放電深度特性曲線を作成する関数作成部であって、さらに、
    前記バッテリーから充放電される前記電流と前記バッテリーの前記出力電圧とに基づいて、前記バッテリーの放電深度を計算する電流変動測定部と、
    前記バッテリーの出力電圧と前記バッテリーの出力電圧に対応する前記放電深度とを紐付けたデータを蓄積するデータ蓄積部と、
    蓄積された前記データに基づいて前記バッテリーの放電深度特性を示す前記放電深度特性曲線を作成する式作成部であって、さらに、前記バッテリーの出力電圧の変化量に対する放電深度の変化量の経時劣化量に基づいて、蓄積したデータから作成した前記放電深度特性曲線に、放電終止点近傍の曲線を付加することにより、前記データが蓄積されていない前記放電終止点近傍における前記放電深度の範囲について放電深度特性を示す前記放電深度特性曲線を補完する関数補完部を含む、式作成部と、
    を含む関数作成部と、
    作成した前記放電深度特性曲線を使用して、前記バッテリーの出力電圧に対応する残容量を算出する残容量算出部と、
    を備える蓄電池システム。
  2. 前記関数作成部は、予め設定された期間ごとに、もしくは予め設定された充電回数ごとに、前記バッテリーの放電深度特性を示す前記放電深度特性曲線を更新する、
    請求項１に記載の蓄電池システム。
  3. 前記関数作成部は、作成した前記放電深度特性曲線が示すバッテリーの満充電時放電可能電流容量が、閾値以下である場合、表示部にバッテリーの交換を促す表示をする、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電池システム。
  4. バッテリーから充放電される電流と前記バッテリーの出力電圧とに基づいて、前記バッテリーの放電深度特性を示す放電深度特性曲線を作成する関数作成部であって、さらに、
    前記バッテリーから充放電される前記電流と前記バッテリーの前記出力電圧とに基づいて、前記バッテリーの放電深度を計算する電流変動測定部と、
    前記バッテリーの出力電圧と前記バッテリーの出力電圧に対応する前記放電深度とを紐付けたデータを蓄積するデータ蓄積部と、
    蓄積された前記データに基づいて前記バッテリーの放電深度特性を示す前記放電深度特性曲線を作成する式作成部であって、さらに、前記バッテリーの出力電圧の変化量に対する放電深度の変化量の経時劣化量に基づいて、蓄積したデータから作成した前記放電深度特性曲線に、放電終止点近傍の曲線を付加することにより、前記データが蓄積されていない前記放電終止点近傍における前記放電深度の範囲について放電深度特性を示す前記放電深度特性曲線を補完する関数補完部を含む、式作成部と、
    を含む関数作成部と、
    作成した前記放電深度特性曲線を使用して、前記バッテリーの出力電圧に対応する残容量を算出する残容量算出部と、
    を備える蓄電池システム。
  5. バッテリーから充放電される電流を測定する工程と、
    前記バッテリーの出力電圧を測定する工程と、
    測定された電流と出力電圧に基づいて、前記バッテリーの放電深度特性を示す放電深度特性曲線を作成する工程であって、さらに、
    前記バッテリーから充放電される前記電流と前記バッテリーの前記出力電圧とに基づいて、前記バッテリーの放電深度を計算する工程と、
    前記バッテリーの出力電圧と前記バッテリーの出力電圧に対応する前記放電深度とを紐付けたデータを蓄積する工程と、
    蓄積された前記データに基づいて前記バッテリーの放電深度特性を示す前記放電深度特性曲線を作成する工程であって、さらに、前記バッテリーの出力電圧の変化量に対する放電深度の変化量の経時劣化量に基づいて、蓄積したデータから作成した前記放電深度特性曲線に、放電終止点近傍の曲線を付加することにより、前記データが蓄積されていない前記放電終止点近傍における前記放電深度の範囲について放電深度特性を示す前記放電深度特性曲線を補完する工程を含む、前記放電深度特性曲線を作成する工程と、
    を含む前記放電深度特性を示す放電深度特性曲線を作成する工程と、
    作成した前記放電深度特性を示す放電深度特性曲線を使用して、前記バッテリーの出力電圧に対応する残容量を算出する工程と、
    を含むバッテリーの残容量を推定する残容量推定方法。
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