(57)【要約】【課題】簡素な構成で蓄電素子の状態を監視することを目的とする。【解決手段】残容量と出力電圧との関係を示す充放電曲線において、第１範囲における前記残容量の変化に対し、前記出力電圧が、第１電圧から所定の誤差の範囲内となる第１安定領域と、第２範囲における前記残容量の変化に対し、前記出力電圧が、前記第１電圧よりも高い電圧である第２電圧から前記所定の誤差の範囲内となる第２安定領域と、前記第１範囲と前記第２範囲との間の範囲の前記残容量の変化に対し、前記出力電圧が、前記第１電圧から第２電圧まで変化する第１傾斜領域と、を有する、蓄電素子である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
残容量と出力電圧との関係を示す充放電曲線において、
第１範囲における前記残容量の変化に対し、前記出力電圧が、第１電圧から所定の誤差の範囲内となる第１安定領域と、
第２範囲における前記残容量の変化に対し、前記出力電圧が、前記第１電圧よりも高い電圧である第２電圧から前記所定の誤差の範囲内となる第２安定領域と、
前記第１範囲と前記第２範囲との間の範囲の前記残容量の変化に対し、前記出力電圧が、前記第１電圧から第２電圧まで変化する第１傾斜領域と、を有する、蓄電素子。
【請求項２】
前記第１電圧と前記第２電圧との差は、負荷に対して最大電流を放電した場合の電圧降下分よりも大きく、
前記第１傾斜領域に過放電を検出する閾値が設定される請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
前記第１電圧は、放電が禁止される下限電圧よりも低い電圧である、請求項１又は２に記載の蓄電素子。
【請求項４】
前記第１範囲と前記第２範囲の間に範囲は、前記第１範囲及び前記第２範囲よりも狭い範囲である、請求項３記載の蓄電素子。
【請求項５】
第３範囲における前記残容量の変化に対し、前記出力電圧が、前記第２電圧よりも高い電圧である第３電圧から前記所定の誤差の範囲内となる第３安定領域と、
前記第２範囲と前記第３範囲との間の範囲の前記残容量の変化に対し、前記出力電圧が、前記第２電圧から第３電圧まで変化する第２傾斜領域と、を有する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の蓄電素子。
【請求項６】
前記第２電圧と前記第３電圧との差は、最大電流で充電した場合の電圧上昇分よりも大きく、
前記第２傾斜領域に過充電を検出する閾値が設定される請求項５に記載の蓄電素子。
【請求項７】
前記第３電圧は、充電が禁止される上限電圧よりも高い電圧である請求項５又は６記載の蓄電素子。
【請求項８】
正極及び負極を有し、
前記正極及び前記負極の何れか一方又は両方は、１種以上の電極活物質を有する請求項１〜７の何れか一項に記載の蓄電素子。
【請求項９】
請求項３〜８の何れか一項に記載の蓄電素子と、
前記出力電圧が前記下限電圧未満となったとき、過放電を検出する監視部と、
を含む蓄電システム。
【請求項１０】
前記監視部は、
前記蓄電素子の前記出力電圧を検出する電圧検出部と、
前記過放電が検出されたとき、前記蓄電素子から電力が供給される負荷部に警報信号を通知する制御部と、
を有する請求項９に記載の蓄電システム。
【請求項１１】
発電素子と、
前記発電素子で発生した電力の充電及び充電した電力の放電を行う予備蓄電素子と、
さらに含み、
前記蓄電素子は、前記予備蓄電素子から電力が供給される請求項９又は１０に記載の蓄電システム。
【請求項１２】
前記予備蓄電素子に接続され、前記予備蓄電素子から供給された電力を昇圧又は降圧して、前記蓄電素子に供給する電力変換部を更に含む請求項１１に記載の蓄電システム。
【請求項１３】
前記発電素子で生じる電流が交流である場合に、
前記発電素子に接続され、前記発電素子で発生した電力を交流から直流に変換し、直流に変換した電力を前記予備蓄電素子に供給するコンバータを更に含む請求項１１又は１２に記載の蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電素子及び蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェアラブル機器のようなエッジデバイス、ハイブリッド自動車又は電気自動車等の電源として、蓄電素子が使用されている。中でも、蓄電素子として、エネルギー密度が高い非水系電解質二次電池（リチウムイオン二次電池）が広く普及している。
【０００３】
このような蓄電素子として、例えば、ハイブリッド車両に備えられるバッテリーパックに電池として使用される蓄電デバイスがある。蓄電デバイスは充電部から供給される電流で所定電圧まで充電され、電池に充電された電流はモータに供給されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
蓄電デバイスは、正極と、負極と、非水系電解質とを有しており、正極又は負極は、電池電圧に対して出力特性の異なる活物質を２つ以上含んでいる。そのため、蓄電デバイスの充電率と電圧との関係を示す充電率対電圧曲線は、電圧変化量の異なる複数の領域を備え、複数の比較的フラットな領域と、比較的フラットな領域同士の間に形成される比較的傾斜の大きな領域とを備えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１の蓄電デバイスでは、蓄電デバイスの充電率対電圧曲線の比較的傾斜の大きな領域は、充電率に応じて電圧が傾斜して変化している。このため、従来では、蓄電デバイスに対する充放電を行う際に、充電率対電圧曲線の形状に合わせて、出力電圧と残容量を求める必要があり、蓄電デバイスの状態を監視するためのシステムが複雑となる。
【０００６】
本発明の一態様は、簡素な構成で蓄電素子の状態を監視することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る蓄電素子は、残容量と出力電圧との関係を示す充放電曲線において、第１範囲における前記残容量の変化に対し、前記出力電圧が、第１電圧から所定の誤差の範囲内となる第１安定領域と、第２範囲における前記残容量の変化に対し、前記出力電圧が、前記第１電圧よりも高い電圧である第２電圧から前記所定の誤差の範囲内となる第２安定領域と、前記第１範囲と前記第２範囲との間の範囲の前記残容量の変化に対し、前記出力電圧が、前記第１電圧から第２電圧まで変化する第１傾斜領域と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様は、簡素な構成で蓄電素子の状態を監視できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】残容量に対する出力電圧の関係を示す充放電曲線の一例を示す図である。
【図３】負荷部に供給できる最大電流と出力電圧との関係を示す説明図である。
【図４】蓄電素子の放電を制御する方法を説明するフローチャートである。
【図５】第２の実施形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。
【図６】蓄電システムの他の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】第３の実施形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。
【図８】蓄電システムの他の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】第４の実施形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】直流電源から入力されうる最大電流と出力電圧との関係を示す説明図である。
【図１１】蓄電素子の充電を制御する方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
（蓄電システム）
一実施形態に係る蓄電素子を備える蓄電システムについて、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システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、蓄電システム１００Ａは、蓄電素子１１０と、監視部１２０と、スイッチ部１３０Ａ、１３０Ｂとを有する。蓄電システム１００Ａは、蓄電素子１１０に充電した電力を負荷部２００に供給するものである。
【００１２】
蓄電システム１００Ａを構成する各部材について説明する。
【００１３】
蓄電素子１１０は、充放電可能な非水系電解質二次電池（リチウムイオン二次電池）であり、正極と、負極と、電解質とを有する。
【００１４】
蓄電素子１１０の充放電特性について説明する。蓄電素子１１０の充放電特性として、残容量に対する出力電圧の関係を示す充放電曲線の一例を図２に示す。図２に示すように、蓄電素子１１０の、残容量と出力電圧との関係を示す充放電曲線は、２５℃±５℃の雰囲気において、０．２Ｃの電流値で蓄電素子１１０の残容量が０％から１００％までの出力電圧の範囲で定電流充放電を行ったときの充放電曲線である。なお、蓄電素子１１０の残容量が０％の時の出力電圧は、完全放電時の出力電圧（放電終止電圧）であり、残容量が１００％の時の出力電圧は、満充電時の出力電圧（充電終止電圧）である。図２に示す、蓄電素子１１０の充放電曲線は、蓄電素子１１０の典型的な充放電曲線であり、蓄電素子１１０の種類、使用環境又は電流値等によって変動する可能性がある。
【００１５】
図２に示すように、蓄電素子１１０の充放電曲線は、安定領域Ａと、安定領域Ａ同士の間をつなぐ傾斜領域Ｂとを有する。蓄電素子１１０は、下限電圧ＶＬと上限電圧ＶＨとの間で充放電が繰り返し行われる。
【００１６】
下限電圧ＶＬは、放電時に蓄電素子１１０の残容量が所定値（例えば、２０％）まで低下した時の出力電圧であり、完全放電時の出力電圧（例えば、２．５Ｖ）よりも高い出力電圧（例えば、２．７Ｖ）である。
【００１７】
上限電圧ＶＨは、充電時に蓄電素子１１０の残容量が所定値（例えば、８０％）まで上昇した時の出力電圧であり、満充電時の電圧（例えば、４．２Ｖ）よりも低い出力電圧（例えば、３．７Ｖ）である。
【００１８】
安定領域Ａは、蓄電素子１１０の残容量の変化に対して出力電圧の変化が小さい領域であり、充放電曲線の傾きが比較的平坦な領域をいう。本実施形態において、出力電圧の変化が小さいとは、領域内での出力電圧の誤差が所定の範囲内であることをいい、誤差の範囲は、５％以下であることが好ましく、３％以下であることがより好ましく、１％以下であることがさらに好ましい。
【００１９】
安定領域Ａは、第１安定領域Ａ１、第２安定領域Ａ２及び第３安定領域Ａ３を有する。第１安定領域Ａ１、第２安定領域Ａ２及び第３安定領域Ａ３の残容量は、第１安定領域Ａ１、第２安定領域Ａ２及び第３安定領域Ａ３の順に高くなっている。第１安定領域Ａ１、第２安定領域Ａ２及び第３安定領域Ａ３の出力電圧は、第１安定領域Ａ１、第２安定領域Ａ２及び第３安定領域Ａ３の順に高くなっている。
【００２０】
第１安定領域Ａ１は、残容量の変化が第１範囲となる領域であり、領域内の出力電圧の誤差が下限電圧ＶＬよりも低い第１電圧Ｖ１に対して所定の範囲内となる領域である。
【００２１】
第２安定領域Ａ２は、残容量の変化が第２範囲となる領域であり、領域内における出力電圧の誤差が下限電圧ＶＬよりも高く上限電圧ＶＨよりも低い第２電圧Ｖ２に対して所定の範囲内となる領域である。
【００２２】
第３安定領域Ａ３は、残容量の変化が第３範囲となる領域であり、領域内における出力電圧の誤差が上限電圧ＶＨよりも高い第３電圧Ｖ３に対して所定の範囲内となる領域である。
【００２３】
傾斜領域Ｂは、蓄電素子１１０の残容量の変化に対して出力電圧の変化が大きな領域であり、充放電曲線の傾きが大きな領域をいう。本実施形態において、出力電圧の変化が大きいとは、充放電曲線の傾きが安定領域Ａに比べて大きいことをいう。
【００２４】
傾斜領域Ｂは、第１傾斜領域Ｂ１及び第２傾斜領域Ｂ２を有する。
【００２５】
第１傾斜領域Ｂ１は、第１安定領域Ａ１と第２安定領域Ａ２との間に形成される領域である。第１傾斜領域Ｂ１では、残容量の変化の範囲が、第１範囲と第２範囲の間の範囲である。第１傾斜領域Ｂ１における、残容量の変化の範囲は、第１範囲及び第２範囲よりも狭い。
【００２６】
第２傾斜領域Ｂ２は、第２安定領域Ａ２と第３安定領域Ａ３との間に形成される領域である。第２傾斜領域Ｂ２では、残容量の変化の範囲が、第２範囲と第３範囲の間の範囲である。第２傾斜領域Ｂ２における、残容量の変化の範囲は、第２範囲及び第３範囲よりも狭い。
【００２７】
なお、第１安定領域Ａ１よりも残容量が高い領域及び第３安定領域Ａ３よりも残容量が低い領域は、いずれも、傾斜領域Ｂに含まれない。これは、第１安定領域Ａ１よりも残容量が高い領域は、出力電圧が放電終止電圧まで降下する領域であり、第３安定領域Ａ３よりも残容量が低い領域は、出力電圧が充電終止電圧まで上昇する領域であり、何れも出力電圧が安定する領域をつなぐ領域ではないためである。
【００２８】
蓄電素子１１０の充放電曲線において、蓄電素子１１０が負荷部２００に供給できる最大電流を放電すると、蓄電素子１１０の出力電圧は、第２電圧Ｖ２から電圧降下分ΔＶ１だけ降下して、最大下降電圧Ｖ２'となる。
【００２９】
図３は、負荷部２００に供給できる最大電流を蓄電素子１１０から放電した時の出力電圧の変化を示す説明図である。図３に示すように、蓄電素子１１０の電圧が第２電圧Ｖ２の時に、蓄電素子１１０が負荷部２００に供給できる最大電流Ｉmaxを放電すると、蓄電素子１１０の電圧は、第２電圧Ｖ２から電圧降下分ΔＶ１だけ降下して最大下降電圧Ｖ２'になる。
【００３０】
図２に示すように、最大下降電圧Ｖ２'は、下限電圧ＶＬよりも高く、下限電圧ＶＬは、第１電圧Ｖ１と最大下降電圧Ｖ２'との間になる。そのため、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差は、第２電圧Ｖ２の電圧降下分ΔＶ１よりも大きい。
【００３１】
なお、図２に示す蓄電素子１１０の充放電曲線は、第１安定領域Ａ１と第３安定領域Ａ３との間に、傾斜領域Ｂを２つ含んでいるが、３つ以上含んでもよい。
【００３２】
なお、図２に示す蓄電素子１１０の充放電曲線において、蓄電素子１１０を充電する際の最大電流（最大充電電流）で充電すると、蓄電素子１１０の電圧は、第２電圧Ｖ２から電圧上昇分ΔＶ２だけ上昇して、最大上昇電圧Ｖ２''になる。電圧上昇分ΔＶ２及び最大上昇電圧Ｖ２''は、蓄電素子１１０を充電する際に考慮するものであるため、詳細については後述する。
【００３３】
蓄電素子１１０が、図２の充放電曲線のような充放電特性を示すようにするためには、蓄電素子１１０の正極又は負極を構成する電極活物質を調整することで制御できる。
【００３４】
蓄電素子１１０を構成する正極、負極及び電解質について説明する。
【００３５】
正極について説明する。正極は、正極活物質を１種以上含んで形成できる。正極は、単一の正極活物質で形成されてもよいし、出力電圧に対して出力特性が異なる複数の正極活物質で形成されていてもよい。
【００３６】
正極活物質は、同一の負極や非電解質に対してリチウム（Ｌｉ）イオンの挿入離脱が可能（作動可能）であり、正極活物質を形成する材料の種類に応じてＬｉイオンの挿入脱離に伴い生じる蓄電素子１１０の電圧の範囲（作動電圧範囲）が異なる。
【００３７】
正極が出力特性が異なる複数の正極活物質で形成される場合、正極活物質としては、Ｌｉの含有組成の異なる複数の正極活物質が一次粒子内に共存する形態をとりながらＬｉイオンの挿入脱離反応が進行する材料を用いることができる。Ｌｉイオンの挿入脱離反応が進行する過程においては、正極活物質の自由エネルギーが一定に保たれる。そのため、Ｌｉイオンの挿入脱離反応の電位は一定のまま推移することになるので、蓄電素子１１０の出力電圧はある一定の範囲内で安定した値を維持できる。
【００３８】
また、正極が出力特性が異なる複数の電極活物質で形成される場合、正極に異なる正極活物質が含まれていても異なる正極活物質同士は反応しない。そのため、充放電時の電圧におけるリチウムイオンの挿入離脱は、それぞれの正極活物質に依存して、充放電特性に現れる。
【００３９】
正極活物質としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物、遷移金属酸化物若しくは遷移金属硫化物等の無機化合物又は有機化合物等が挙げられる。
【００４０】
複合酸化物としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ2又はＬｉＭｎ2Ｏ4）、ピロリン酸鉄リチウム（Ｌｉ2ＦｅＰ2Ｏ7）、ニッケルマンガン酸リチウム（ＬｉＮｉ0.5Ｍｎ1.5Ｏ4）、バナジウムニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＶＯ4）；オリビン構造を有する、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ4）、リン酸コバルトリチウム（ＬｉＣｏＰＯ4）、リン酸マンガンリチウム（ＬｉＭｎＰＯ4）又はリン酸ニッケルリチウム（ＬｉＮｉＰＯ4）；ナシコン構造を有するリン酸バナジウムリチウム（Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3）等が挙げられる。
【００４１】
遷移金属酸化物としては、ＭｎＯ2、ＭｎＯ又はＶ2Ｏ5等が挙げられる。
【００４２】
遷移金属硫化物としては、ＦｅＳ又はＴｉＳ等が挙げられる。
【００４３】
なお、上記の無機化合物は、遷移金属を異種元素で置換した化合物を正極活物質として用いてもよい。例えば、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3は、リン酸バナジウムの構造の一部を変性してもよい。
【００４４】
有機化合物としては、キノン化合物、ジスルフィド化合物、ジアジン化合物、ラジアレン化合物、ルベアン酸化合物又は有機ラジカル化合物等が挙げられる。
【００４５】
正極活物質としては、上記の無機化合物及び有機化合物の中でも、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3を用いることが好ましい。
【００４６】
これらの正極活物質は１種単独で用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。
【００４７】
正極活物質は、上記の無機化合物又は有機化合物を用いて粒子状に形成され、正極活物質の粒子は、複数の微細な粒子（一次粒子）が凝集して形成された、略球状の二次粒子からなる。
【００４８】
正極を単一の正極活物質で形成する場合、正極活物質としては、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3を用いるのが好ましい。Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3は、リン酸バナジウムの構造の一部を変性した化合物でもよい。
【００４９】
正極活物質がＬｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3である場合、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3の粒子の平均粒子径は、３μｍ以下であることが好ましい。Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3の粒子の平均粒子径を３μｍ以下とすることで、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3の粒子内でのＬｉイオンの拡散を促進させることができる。
【００５０】
なお、平均粒子径とは、有効径による体積平均粒径をいい、平均粒子径は、例えば、レーザ回折・散乱法又は動的光散乱法等によって測定される。
【００５１】
正極活物質がＬｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3である場合、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3の一次粒子の表面の一部又は全てが炭素によって被覆されていてもよい。この場合、炭素の被覆量は、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3の重量に対して２ｗｔ％以上であることが好ましい。Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3の一次粒子の表面を一定以上の炭素で被覆することで、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3の粒子の電子伝導性を向上させることができる。
【００５２】
正極活物質がＬｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3である場合、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3の粒子の平均粒子径を３μｍ以下とすると共に、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3の粒子の表面を一定以上の炭素で被覆するのがより好ましい。これにより、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3の粒子内でのＬｉイオンの拡散を促進させると共に、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3の粒子の電子伝導性を向上させることができる。Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3の粒子内でのＬｉイオンの拡散の促進及び電子伝導性の向上は、負荷部２００への出力時の電圧降下を軽減し、電圧降下分ΔＶ１を小さくできる。これにより、下限電圧ＶＬの設定範囲が広がるため、下限電圧ＶＬの設定を緩和できる。
【００５３】
正極を出力電圧に対して出力特性が異なる複数の正極活物質で形成するとする。この場合、正極は、Ｌｉの酸化還元電位に対して４．０Ｖよりも貴な電位に安定領域Ａを有する正極活物質を少なくとも一種類と、Ｌｉの酸化還元電位に対して４．０Ｖよりも卑な電位に安定領域Ａを有する正極活物質を少なくとも一種類とを有することが好ましい。
【００５４】
正極活物質は、Ｌｉの酸化還元電位に対して４．０Ｖよりも貴な電位に安定領域Ａを有する正極活物質としては、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3を用いることができる。
【００５５】
Ｌｉの酸化還元電位に対して４．０Ｖよりも卑な電位に安定領域Ａを有する正極活物質としては、ＬｉＦｅＰＯ4を用いることができる。
【００５６】
そのため、正極を出力電圧に対して出力特性が異なる複数の正極活物質で形成する場合、正極活物質は、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3と、ＬｉＦｅＰＯ4又はＬｉＮｉ0.5Ｍｎ1.5Ｏ4とを含むことが好ましい。これにより、蓄電素子１１０の充放電曲線は、図２に示すように、複数の安定領域Ａを有することができる。
【００５７】
負極について説明する。負極は、負極活物質を１種以上含んで形成できる。負極は、単一の負極活物質で形成されてもよいし、出力電圧に対して出力特性が異なる複数の負極活物質で形成されていてもよい。
【００５８】
負極活物質は、正極活物質と同様、同一の正極や非電解質に対してＬｉイオンの挿入離脱が可能（作動可能）であり、負極活物質を形成する材料の種類に応じてＬｉイオンの挿入脱離に伴い生じる蓄電素子１１０の電圧の範囲（作動電圧範囲）が異なる。
【００５９】
負極が出力特性が異なる複数の負極活物質で形成される場合、負極活物質としては、正極活物質と同様、Ｌｉの含有組成の異なる複数の負極活物質が一次粒子内に共存する形態をとりながらＬｉイオンの挿入脱離反応が進行する材料を用いることができる。Ｌｉイオンの挿入脱離反応が進行する過程においては、負極活物質の自由エネルギーが一定に保たれる。そのため、Ｌｉイオンの挿入脱離反応の電位は一定のまま推移することになるので、蓄電素子１１０の出力電圧はある一定の範囲内で安定した値を維持できる。
【００６０】
負極が出力特性が異なる複数の負極活物質で形成される場合、負極に異なる負極活物質が含まれていても異なる負極活物質同士は反応しない。そのため、充放電時の電圧におけるＬｉイオンの挿入離脱は、正極活物質と同様、それぞれの負極活物質に依存して、充放電特性に現れる。
【００６１】
負極活物質は、Ｌｉイオンを吸蔵及び脱離できる材料を用いることができる。このような材料としては、遷移金属とＬｉとの複合酸化物、金属酸化物、合金系材料、遷移金属硫化物等の無機化合物、炭素材料、有機化合物又はＬｉ金属等が挙げられる。
【００６２】
複合酸化物としては、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、チタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、Ｌｉ2Ｔｉ3Ｏ7）、マンガンチタン酸リチウム（ＬｉＭｇ1/2Ｔｉ3/2Ｏ4）、コバルトチタン酸リチウム（ＬｉＣｏ1/2Ｔｉ3/2Ｏ4）、亜鉛チタン酸リチウム（ＬｉＺｎ1/2Ｔｉ3/2Ｏ4）、鉄チタン酸リチウム（ＬｉＦｅＴｉＯ4）、クロムチタン酸リチウム（ＬｉＣｒＴｉＯ4）、ストロンチウムチタン酸リチウム（Ｌｉ2ＳｒＴｉ6Ｏ14）、バリウムチタン酸リチウム（Ｌｉ2ＢａＴｉ6Ｏ14）等が挙げられる。
【００６３】
金属酸化物としては、ＴｉＯ2、ＷＯ3、ＭｏＯ2、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＳｉＯ及びＳｎＯ2等が挙げられる。
【００６４】
合金系材料として、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ａｓ及びＳｂ等が挙げられる。
【００６５】
遷移金属硫化物としては、ＦｅＳ及びＴｉＳ等が挙げられる。
【００６６】
炭素材料として、黒鉛、難黒鉛化炭素及び易黒鉛化炭素等が挙げられる。
【００６７】
無機化合物には、上記の複合酸化物の遷移金属を異種元素で置換した化合物を用いてもよい。
【００６８】
有機化合物としては、キノン化合物、ジスルフィド化合物、ジアジン化合物、ラジアレン化合物、ルベアン酸化合物及び有機ラジカル化合物等が挙げられる。
【００６９】
負極活物質としては、上記の中でも、チタン酸リチウム又は黒鉛を用いることが好ましい。
【００７０】
これらの負極活物質は、１種単独で用いてもよく、２種以上用いてもよい。
【００７１】
負極活物質は、上記のＬｉイオンを吸蔵及び脱離できる材料を用いて粒子状に形成され、負極活物質の粒子は、複数の微細な粒子（一次粒子）が凝集した二次粒子である。
【００７２】
負極活物質の粒子の平均粒子径は、３μｍ以下であること好ましい。上述の正極活物質と同様に、負極活物質の粒子の平均粒子径を小さくすることで、粒子内でのＬｉイオンの拡散を促進させることができる。
【００７３】
Ｌｉイオンの拡散を促進させることで、負荷部２００への出力時の電圧降下を軽減し、電圧降下分ΔＶ１を小さくできる。これにより、下限電圧ＶＬの設定範囲が広がるため、下限電圧ＶＬの設定を緩和できる。
【００７４】
電解質について説明する。電解質は、固体電解質又は非水系電解質を用いることができる。非水系電解質は、非水溶媒に電解質塩が溶解したものであり、液体（電解液）でもよいし、非水系電解質を基質としたゲル状電解質でもよい。
【００７５】
非水系電解質は、支持塩であるＬｉ塩を有機溶媒に溶解したものである。
【００７６】
有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート等の環状カーボネート；ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物；エチルメチルスルホンやブタンスルトン等の硫黄化合物；リン酸トリエチルやリン酸トリオクチル等のリン化合物等を用いることができる。有機溶媒は、これらのうち、１種単独で又は２種類以上を混合して用いることができる。
【００７７】
支持塩としては、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣ４Ｆ9ＳＯ3及びそれらの複合塩等を用いることができる。
【００７８】
なお、非水系電解質は、蓄電素子１１０の特性改善のため、ラジカル捕捉剤、界面活性剤又は難燃剤等を含んでいてもよい。
【００７９】
蓄電素子１１０は、正極と負極との間にセパレータを備えてもよい。セパレータは、電極間に挟み込んで配置されるものであり、正極と負極とを分離して電解質を保持する機能を有している。セパレータは、上記機能を有するものであればよく、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等で形成された、微細な孔を多数有する薄膜や不織布等を用いることができる。
【００８０】
図１に示すように、監視部１２０は、蓄電素子１１０と接続されている。監視部１２０は、電圧検出部１２１と、制御部１２２とを有する。
【００８１】
電圧検出部１２１は、蓄電素子１１０に接続されており、蓄電素子１１０の電圧を検出する。
【００８２】
制御部１２２は、電圧検出部１２１、スイッチ部１３０Ａ、１３０Ｂ及び負荷部２００に接続されている。制御部１２２は、電圧検出部１２１が検知した電圧に対応する蓄電素子１１０の残容量を算出する。制御部１２２は、蓄電素子１１０の電圧が、下限電圧ＶＬと上限電圧ＶＨとの範囲内となるように、蓄電素子１１０の充放電を制御する。
【００８３】
制御部１２２は、制御プログラムや各種記憶情報を格納する記憶手段と、制御プログラムに基づいて動作する演算手段とを有している。記憶手段には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ストレージ等がある。演算手段には、ＣＰＵなどがある。制御部１２２は、演算手段が記憶手段に格納されている制御プログラム等を読み出して実行することで実現される。また、制御部１２２の有する記憶手段には、図２に示す充放電特性を示す情報が格納されていてもよい。
【００８４】
制御部１２２は、蓄電素子１１０の放電時に、蓄電素子１１０の下限電圧ＶＬを閾値として設定する。制御部１２２は、電圧検出部１２１で検出された蓄電素子１１０の出力電圧が下限電圧ＶＬ未満である場合に、負荷部２００に対し、過放電状態であることの警報信号を通知する。
【００８５】
蓄電素子１１０の出力側は、給電線Ｌ１２を介して負荷部２００に接続されている。負荷部２００には、蓄電素子１１０から電力が供給される。
【００８６】
図１に示すように、スイッチ部１３０Ａは、蓄電素子１１０の入力側の給電線Ｌ１１には設けられている。スイッチ部１３０Ａは、蓄電素子１１０と給電線Ｌ１１との間を接続又は遮断する。
【００８７】
スイッチ部１３０Ｂは、蓄電素子１１０の出力側の給電線Ｌ１２に設けられている。スイッチ部１３０Ｂは、蓄電素子１１０と給電線Ｌ１２との間を接続又は遮断する。
【００８８】
負荷部２００は、蓄電システム１００Ａから電力の供給を受けて動作するものである。負荷部２００としては、例えば、ウェアラブル機器のようなエッジデバイス、電子機器、ハイブリッド自動車、電気自動車、船舶又は航空機等の発電機やモータ等が挙げられる。
【００８９】
負荷部２００は、蓄電システム１００Ａから供給される電圧が、所定値（例えば、４．２Ｖ）以上の場合に動作を開始し、蓄電システム１００Ａから供給される電圧が、所定値（例えば、２．５Ｖ）以下になると動作を停止するように構成されている。なお、負荷部２００の動作開始時及び動作停止時の電圧は、蓄電素子１１０の種類、蓄電システム１００Ａの用途等に応じた電圧値に適宜設計される。
【００９０】
蓄電システム１００Ａの動作について説明する。外部から直流電流が給電線Ｌ１１を介して蓄電素子１１０に供給されることで、蓄電素子１１０が充電される。このとき、スイッチ部１３０Ａは、蓄電素子１１０を給電線Ｌ１１に接続させ（オン）、スイッチ部１３０Ｂは蓄電素子１１０を給電線Ｌ１２から遮断する（オフ）。蓄電素子１１０が放電すると、直流の電流が蓄電素子１１０から給電線Ｌ１２を介して負荷部２００に流れて、電力が蓄電素子１１０から負荷部２００に供給される。このとき、スイッチ部１３０Ａは蓄電素子１１０を給電線Ｌ１１から遮断し、スイッチ部１３０Ｂは蓄電素子１１０を給電線Ｌ１２に接続させる。蓄電システム１００Ａは、蓄電素子１１０の残容量及び負荷部２００の運転状態等に応じて、蓄電素子１１０の充放電を行う。
【００９１】
（放電の制御方法）
次に、蓄電システム１００Ａを用いて、蓄電素子１１０の放電を制御する方法について図４を参照して説明する。なお、図４では、蓄電素子１１０には、上限電圧ＶＨに相当する残容量まで電力が充電されているものとする。
【００９２】
図４は、蓄電素子１１０の放電を制御する方法を説明するフローチャートである。図４に示すように、蓄電素子１１０は、蓄電素子１１０に充電した電力を負荷部２００に供給しつつ、電圧検出部１２１が蓄電素子１１０の電圧Ｖ0を検出する（ステップＳ１１）。蓄電素子１１０の放電が進行している場合、蓄電素子１１０の電圧は、上限電圧ＶＨから下限電圧ＶＬに徐々に下降する。
【００９３】
なお、電圧検出部１２１は、蓄電素子１１０の電圧Ｖ0を連続して検出しているが、任意のタイミングで行うことができ、所定間隔で検出してもよい。また、電圧検出部１２１は、蓄電素子１１０が放電して電力を負荷部２００に供給していない状態の時に、蓄電素子１１０の電圧Ｖ0を検出してもよい。
【００９４】
続いて、制御部１２２は、電圧検出部１２１で検出された蓄電素子１１０の電圧Ｖ0が下限電圧ＶＬ未満か否かを判別する（ステップＳ１２）。
【００９５】
ステップＳ１２において、電圧Ｖ0が下限電圧ＶＬ未満であるとする。この場合、制御部１２２は、蓄電素子１１０の残容量が所定値（例えば、２０％）未満であり、蓄電素子１１０が過放電の状態であるものと判定し、負荷部２００に警報の信号を通知する（ステップＳ１３）。これにより、負荷部２００は、負荷部２００で蓄積されたデータの保存等の蓄電システム１００Ａを安全に停止させるために必要な処理を実施した後、負荷部２００は運転を停止できる。
【００９６】
一方、ステップＳ１２において、蓄電素子１１０の電圧Ｖ0が下限電圧ＶＬ以上である場合には、制御部１２２は、蓄電素子１１０の残容量が所定値（例えば、２０％）以上であり、蓄電素子１１０からの放電が可能と判定し、ステップＳ１１へ戻る。
【００９７】
続いて、ステップＳ１３に続いて、制御部１２２は、蓄電システム１００Ａの運転を停止する（ステップＳ１４）。
【００９８】
これにより、負荷部２００の運転を安全に停止した後、蓄電システム１００Ａの運転を停止させることができる。
【００９９】
以上のように構成された、蓄電システム１００Ａは、蓄電素子１１０及び監視部１２０を有している。また、蓄電素子１１０は、その充放電曲線が、図２に示すように、安定領域Ａと傾斜領域Ｂとを有するような特性を備えている。
【０１００】
このため、本実施形態では、蓄電素子１１０の出力電圧が、安定領域Ａ（Ａ１、Ａ２、Ａ３）、傾斜領域Ｂ（Ｂ１、Ｂ２）のうち、どの領域と対応しているかを監視するだけで、蓄電素子１１０の残容量の範囲を判定できる。したがって、本実施形態によれば、簡易な構成で、蓄電素子１１０の状態を監視することができる。
【０１０１】
なお、蓄電素子１１０の状態とは、主に、蓄電素子１１０の残容量と出力電圧とを含む。また、蓄電素子１１０の状態とは、過放電状態であるか否か、過充電状態であるか否か、といった状態を含んでもよい。さらには、蓄電素子１１０の状態とは、蓄電素子１１０の劣化の度合い等を含んでもよい
【０１０２】
また、本実施形態では、図２に示す充放電曲線の第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との間に蓄電素子１１０の過放電を検出する閾値として下限電圧ＶＬを設定する。
【０１０３】
したがって、本実施形態の監視部１２０は、蓄電素子１１０の出力電圧が、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との間である場合にのみ、出力電圧と下限電圧ＶＬとの比較を行えば良く、簡易な構成で蓄電素子１１０が過放電状態である否かを検出できる。
【０１０４】
蓄電システム１００Ａは、蓄電素子１１０の出力電圧が、下限電圧ＶＬ未満となったとき、放電を禁止する。そのため、蓄電素子１１０の放電時に蓄電素子１１０の残容量が過度に低下する前（又は残容量が０％になる前）に所定値（例えば、２０％）まで低下した状態で蓄電素子１１０の放電を停止できる。これにより、蓄電システム１００Ａは、蓄電素子１１０が過放電状態となることを抑制する。
【０１０５】
また、蓄電システム１００Ａは、負荷部２００に過放電状態となったことを示す警報の信号を通知するため、負荷部２００が、蓄電素子１１０から供給される電力を突然喪失して、運転が突然シャットダウンする等のトラブルを回避できる。
【０１０６】
また、蓄電素子１１０はリチウムイオン二次電池であるため、過度な放電が繰り返されると、劣化し易い傾向にある。本実施形態によれば、蓄電素子１１０の負担を軽減できるので、蓄電素子１１０の劣化を抑制できる。また、蓄電システム１００Ａは、蓄電素子１１０の負担を軽減することで、蓄電素子１１０の寿命を伸ばすことができる。
【０１０７】
蓄電システム１００Ａは、蓄電素子１１０の充放電曲線において第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差を、第２電圧Ｖ２の電圧降下分ΔＶ１よりも大きくして、下限電圧ＶＬは、第１電圧Ｖ１と最大下降電圧Ｖ２'との間に設定している。これにより、蓄電素子１１０の出力電圧は、負荷部２００への出力に応じて一時的に電圧降下が大きくなっても、下限電圧ＶＬを下回らない。そのため、制御部１２２は、一時的に電圧降下が大きくなっても蓄電素子１１０の残容量が低く、警報の信号を通知する状態にあると誤認するのを防ぐことができる。これにより、蓄電素子１１０の充電状態の誤検知を抑制できる。
【０１０８】
このように、蓄電システム１００Ａは、簡素な構成で蓄電素子１１０の状態を監視できるため、ウェアラブル機器のようなエッジデバイス、電子機器、ハイブリッド自動車、電気自動車、船舶又は航空機等の電源として好適に用いることができる。
【０１０９】
なお、本実施形態では、下限電圧ＶＬを蓄電素子１１０の過放電を停止する閾値に設定しているが、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との間、すなわち第１傾斜領域Ｂ１内であれば、いずれの電圧の値を閾値として設定してもよい。
【０１１０】
本実施形態では、蓄電素子１１０はリチウムイオン二次電池を用いているが、アルカリ蓄電池や鉛蓄電池等の充放電可能な電池であれば用いることができる。
【０１１１】
［第２の実施形態］
一実施形態に係る蓄電素子を備える蓄電システムについて、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態に係る蓄電システムは、上記図１に示す第１の実施形態の蓄電システム１００Ａに、発電素子、予備蓄電素子及び電力変換部を設けたものである。
【０１１２】
図５は、第２の実施形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。図５に示すように、蓄電システム１００Ｂは、発電素子１４０Ａ、予備蓄電素子である第１蓄電素子１５０、電力変換部１６０、第２蓄電素子１７０及び監視部１２０を有する。なお、第２蓄電素子１７０には、上記の第１の実施形態に係る蓄電システム１００Ａの蓄電素子１１０が用いられる。
【０１１３】
発電素子１４０Ａは、直流の電流を生成する。発電素子１４０Ａとしては、光や熱等のエネルギーを回収して直流の電力に変換する発電素子を用いることができる。発電素子１４０Ａとして、例えば、太陽電池（太陽光発電素子）又は熱電変換素子等を用いることができる。
【０１１４】
発電素子１４０Ａは、所定の出力電圧が得られるように構成されている。例えば、発電素子１４０Ａが太陽電池である場合、太陽電池は受光面側に複数の太陽電池セルを配列してそれぞれ直列に接続されており、所定の出力電圧が得られるように構成される。発電素子１４０Ａが熱電変換素子である場合、複数の熱電変換素子を直列に接続して、所定の出力電圧が得られるように構成される。
【０１１５】
発電素子１４０Ａの出力側は、給電線Ｌ２１を介して、第１蓄電素子１５０の入力側に接続されている。発電素子１４０Ａは、第１蓄電素子１５０に電力を供給する。
【０１１６】
第１蓄電素子１５０は、発電素子１４０Ａから出力された電力により充電されると共に電力変換部１６０に電力を供給する。第１蓄電素子１５０としては、例えば、電気二重層コンデンサを用いることができる。第１蓄電素子１５０の容量は、発電素子１４０Ａの発電量、負荷部２００の消費電力又は負荷部２００の運転時間等に基づいて適宜選定できる。
【０１１７】
第１蓄電素子１５０の出力側は、給電線Ｌ２２を介して、電力変換部１６０の入力側に接続されている。
【０１１８】
電力変換部１６０は、第１蓄電素子１５０から供給された電力を昇圧又は降圧する電力変換回路である。電力変換部１６０の出力側は、給電線Ｌ２３を介して、第２蓄電素子１７０の入力側に接続されている。
【０１１９】
電力変換部１６０としては、ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流電圧−直流電圧変換装置）等を用いることができる。電力変換部１６０は、第１蓄電素子１５０から入力された電圧を第２蓄電素子１７０の充電に応じた電圧に変換する。電力変換部１６０は、例えば、第１蓄電素子１５０の出力電圧が負荷部２００の必要とする電圧よりも低い場合には、電力を昇圧する。電力変換部１６０は、第１蓄電素子１５０の出力電圧が高い場合には、第２蓄電素子１７０の充電時の電圧が所定の上限電圧を超えないように出力電圧を制御する。
【０１２０】
第２蓄電素子１７０は、監視部１２０に接続されている。第２蓄電素子１７０は、上記図１に示す第１の実施形態の蓄電システム１００Ａの蓄電素子１１０と同様であるため、第２蓄電素子１７０の説明は省略する。
【０１２１】
第２蓄電素子１７０の容量は、発電素子１４０Ａの発電量、負荷部２００の消費電力又は負荷部２００の運転時間等に基づいて、適宜選定することができる。
【０１２２】
第２蓄電素子１７０の容量は、第１蓄電素子１５０の容量よりも大きいことが好ましい。第１蓄電素子１５０は発電素子１４０Ａで生じた電力を一時的に貯蔵できればよく、第２蓄電素子１７０は負荷部２００に電力を直接供給している。そのため、第２蓄電素子１７０の容量は第１蓄電素子１５０の容量よりも大きくして、負荷部２００の消費電力や運転時間の変化等に対応し易いことが好ましい。また、第２蓄電素子１７０は、長時間に渡り電荷を保存できることが好ましい。さらに、第１蓄電素子１５０が電気二重層コンデンサである場合、第２蓄電素子１７０はリチウムイオン二次電池であるため、第１蓄電素子１５０は第２蓄電素子１７０よりもリーク電流が多くなりやすい傾向にある。そのため、第２蓄電素子１７０の容量を大きくしても、第２蓄電素子１７０は、電気二重層コンデンサ等で構成される第１蓄電素子１５０に比べてリーク電流を抑えられる。
【０１２３】
第２蓄電素子１７０の出力側は、給電線Ｌ２４を介して、負荷部２００の入力側に接続されている。
【０１２４】
蓄電システム１００Ｂの動作について説明する。発電素子１４０Ａで外部からのエネルギーを直流の電力に変換する。発電素子１４０Ａで発生した直流の電力は、発電素子１４０Ａから第１蓄電素子１５０に給電線Ｌ２１を介して供給され、第１蓄電素子１５０が充電される。第１蓄電素子１５０で蓄えられた電力は、給電線Ｌ２２を介して電力変換部１６０に供給され、昇圧又は降圧される。
【０１２５】
その後、電力変換部１６０で昇圧又は降圧された電力は、給電線Ｌ２３を介して第２蓄電素子１７０に供給され、第２蓄電素子１７０で蓄電される。このとき、スイッチ部１３０Ａはオンし、スイッチ部１３０Ｂは、オフする。第２蓄電素子１７０が放電すると、電流が第２蓄電素子１７０から給電線Ｌ２４を介して負荷部２００に流れて電力が供給される。このとき、スイッチ部１３０Ａはオフし、スイッチ部１３０Ｂは、オンする。蓄電システム１００Ｂは、第２蓄電素子１７０の残容量又は負荷部２００の運転状態に応じて、第２蓄電素子１７０の充放電を行う。
【０１２６】
蓄電システム１００Ｂは、電力変換部１６０を備えているので、第１蓄電素子１５０から供給される電力を電力変換部１６０によって一定の電圧である上限電圧ＶＨに昇圧又は降圧することで、一定の電圧で第２蓄電素子１７０の充電を行うことができる。
【０１２７】
本実施形態では、図６に示すように、第２蓄電素子１７０の他に、電力変換部１６０を給電線Ｌ２５を介して負荷部２００にさらに接続させてもよい。この場合、給電線Ｌ２５にスイッチ部１３０Ｃを設ける。制御部１２２は、スイッチ部１３０Ａ、１３０Ｂをオフし、スイッチ部１３０Ｃをオンする。これにより、蓄電システム１００Ｂは、発電素子１４０Ａで発電した電力を第２蓄電素子１７０に蓄えずに負荷部２００に直接供給して、負荷部２００で使用することもできる。
【０１２８】
［第３の実施形態］
一実施形態に係る蓄電素子を備える蓄電システムについて、図面を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態に係る蓄電システムは、上記図５に示す第２の実施形態の蓄電システム１００Ｂに、コンバータを設けたものである。
【０１２９】
図７は、第３の実施形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。図７に示すように、蓄電システム１００Ｃは、発電素子１４０Ｂ、コンバータ１８０、第１蓄電素子１５０、電力変換部１６０、第２蓄電素子１７０及び監視部１２０を有する。
【０１３０】
発電素子１４０Ｂは、交流の電流を生成している。発電素子１４０Ｂとしては、振動等のエネルギーを回収して交流の電力に変換する発電素子を用いることができる。発電素子１４０Ｂとして、例えば、振動発電素子等を用いることができる。
【０１３１】
発電素子１４０Ｂの出力側は、給電線Ｌ３１を介して、コンバータ１８０の入力側に接続されている。
【０１３２】
コンバータ１８０は、発電素子１４０Ｂから供給される交流の電力を直流に変換する。コンバータ１８０としては、交流−直流変換器を用いることができる。
【０１３３】
コンバータ１８０の出力側は、給電線Ｌ３２を介して、第１蓄電素子１５０の入力側に接続されている。
【０１３４】
給電線Ｌ３３〜Ｌ３５は、それぞれ、上記図５に示す蓄電システム１００Ｂの給電線Ｌ２２〜Ｌ２４と同様である。
【０１３５】
蓄電システム１００Ｃの動作について説明する。発電素子１４０Ｂで外部からのエネルギーを交流の電力に変換する。発電素子１４０Ｂで発生した交流の電力は、発電素子１４０Ｂから給電線Ｌ３１を介してコンバータ１８０に供給される。コンバータ１８０で電流を交流から直流に変換した後、直流の電流はコンバータ１８０から給電線Ｌ３２を介して第１蓄電素子１５０に送られ、第１蓄電素子１５０が充電される。第１蓄電素子１５０で蓄えられた電力は、給電線Ｌ３３を介して電力変換部１６０に供給され、昇圧又は降圧される。その後、電力変換部１６０で昇圧又は降圧された電力は、給電線Ｌ３４を介して第２蓄電素子１７０に送られ、第２蓄電素子１７０で蓄電される。このとき、スイッチ部１３０Ａはオンし、スイッチ部１３０Ｂはオフする。第２蓄電素子１７０が放電すると、電流が第２蓄電素子１７０から給電線Ｌ３５を介して負荷部２００に流れて電力が供給される。このとき、スイッチ部１３０Ａはオフし、スイッチ部１３０Ｂはオンする。蓄電システム１００Ｃは、第２蓄電素子１７０の残容量又は負荷部２００の運転状態に応じて、第２蓄電素子１７０の充放電を行う。
【０１３６】
本実施形態では、図８に示すように、第２蓄電素子１７０の他に、電力変換部１６０を給電線Ｌ３６を介して負荷部２００にさらに接続させてもよい。この場合、給電線Ｌ３６にスイッチ部１３０Ｃを設ける。制御部１２２は、スイッチ部１３０Ａ、１３０Ｂをオフし、スイッチ部１３０Ｃをオンする。ここれにより、蓄電システム１００Ｃは、発電素子１４０Ｂで発電した電力を第２蓄電素子１７０に蓄えずに負荷部２００に直接供給して、負荷部２００で使用することもできる。
【０１３７】
［第４の実施形態］
一実施形態に係る蓄電素子を備える蓄電システムについて、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。第４の実施形態に係る蓄電システムは、上記図１に示す第１の実施形態の蓄電システム１００Ａにおいて、蓄電素子１１０の充電時に、蓄電素子１１０の過充電を制御するものである。
【０１３８】
図９は、第４の実施形態に係る蓄電システムの構成を示すブロック図である。図９に示すように、蓄電システム１００Ｄは、上記図１に示す第１の実施形態の蓄電システム１００Ａと同様の構成を有する。本実施形態に係る蓄電システム１００Ｄを構成する各部材は、上記図１に示す第１の実施形態の蓄電システム１００Ａと同様であるため、説明は省略する。
【０１３９】
本実施形態に係る蓄電システム１００Ｄは、蓄電素子１１０の充電時に、図２に示す蓄電素子１１０の充放電曲線において、第２電圧Ｖ２から第３電圧Ｖ３に移行する段階である第２傾斜領域Ｂ２で過充電を検出する閾値として上限電圧ＶＨを検出する。
【０１４０】
図２に示す蓄電素子１１０の充放電曲線において、蓄電素子１１０を直流電源から入力されうる最大電流を充電すると、蓄電素子１１０の電圧は、第２電圧Ｖ２から電圧上昇分ΔＶ２だけ上昇して、最大上昇電圧Ｖ２''になる。
【０１４１】
図１０は、直流電源から入力されうる最大電流で蓄電素子１１０を充電した時の出力電圧の関係を示す説明図である。図１０に示すように、蓄電素子１１０の電圧が第２電圧Ｖ２の時に、直流電源から入力されうる最大電流Ｉmaxで蓄電素子１１０を充電すると、蓄電素子１１０の電圧は第２電圧Ｖ２から電圧上昇分ΔＶ２だけ上昇して、最大上昇電圧Ｖ２''となる。
【０１４２】
図２に示すように、最大上昇電圧Ｖ２''は上限電圧ＶＨよりも低く、上限電圧ＶＨは、最大上昇電圧Ｖ２''と第３電圧Ｖ３との間にある。そのため、第２電圧Ｖ２と第３電圧Ｖ３との電圧差は、第２電圧Ｖ２の電圧上昇分ΔＶ２よりも大きい。
【０１４３】
図９に示す制御部１２２は、蓄電素子１１０の充電時に、蓄電素子１１０の上限電圧ＶＨを閾値として設定する。制御部１２２は、電圧検出部１２１で検出された蓄電素子１１０の電圧が上限電圧ＶＨを超えている場合に、蓄電素子１１０の充電の停止又は蓄電システム１００Ｃの運転停止を行う。
【０１４４】
（充電の制御方法）
次に、蓄電システム１００Ｄを用いて、蓄電素子１１０の充電を制御する方法について図１１を参照して説明する。なお、図１１では、蓄電素子１１０は、残容量が下限電圧ＶＬに相当する残容量まで放電されているものとする。
【０１４５】
図１１は、蓄電素子１１０の充電を制御する方法を説明するフローチャートである。図１１に示すように、蓄電素子１１０に電力を供給して充電しつつ、電圧検出部１２１は、蓄電素子１１０の電圧Ｖ0を検出する（ステップＳ２１）。蓄電素子１１０の充電中は、蓄電素子１１０の電圧は徐々に上昇していく。
【０１４６】
なお、電圧検出部１２１は、蓄電素子１１０の電圧Ｖ0を連続して検出しているが、任意のタイミングで行うことができ、所定間隔で検出してもよい。また、電圧検出部１２１は、蓄電素子１１０が充電されていない場合であっても、蓄電素子１１０の電圧Ｖ0を検出してもよい。
【０１４７】
続いて、制御部１２２は、電圧検出部１２１で検出された蓄電素子１１０の電圧Ｖ0が上限電圧ＶＨより大きいか否かを判別する（ステップＳ２２）。
【０１４８】
ステップＳ２２において、電圧Ｖ0が上限電圧ＶＨをより大きい場合、制御部１２２は、蓄電素子１１０の残容量が所定値（例えば、８０％）を超えており、蓄電素子１１０が過充電の状態であると判定する。この場合、制御部１２２は、スイッチ部１３０Ａをオフして、蓄電素子１１０の充電を停止する（ステップＳ２３）。これにより、蓄電素子１１０の充電が停止される。
【０１４９】
一方、ステップＳ２２において、蓄電素子１１０の電圧Ｖ0が上限電圧ＶＨ以下である場合には、制御部１２２は、蓄電素子１１０が過充電の状態に達していないと判定し、ステップＳ２１へ戻る。
【０１５０】
このように、蓄電システム１００Ｄでは、蓄電素子１１０の出力電圧が第２傾斜領域Ｂ２にある場合にのみ、過充電あるか否かを判定すればよい。したがって、本実施形態では、充電状態の精密な検出を必要とせず、簡易な構成で蓄電素子１１０の過充電を抑制できる。
【０１５１】
なお、本実施形態では、上限電圧ＶＨを蓄電素子１１０の過充電を停止する閾値に設定しているが、第２電圧Ｖ２と第３電圧Ｖ３との間、すなわち第２傾斜領域Ｂ２内であれば、いずれの電圧の値を閾値として設定してもよい。
【０１５２】
本実施形態では、上記図１に示す第１の実施形態に係る蓄電システム１００Ａの蓄電素子１１０の放電の制御方法と組み合わせて、充放電を行うようにしてもよい。
【０１５３】
本実施形態では、上記図５に示す第２の実施形態の蓄電システム１００Ｂ及び上記図７に示す第３の実施形態の蓄電システム１００Ｃの第２蓄電素子１７０の充電を行う際に、同様に制御してもよい。
【０１５４】
以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、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、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更等を行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。
【符号の説明】
【０１５５】
１００Ａ〜１００Ｄ  蓄電システム
１１０  蓄電素子
１２０  監視部
１４０Ａ、１４０Ｂ  発電素子
１５０  第１蓄電素子（予備蓄電素子）
１６０  電力変換部
１７０  第２蓄電素子
１８０  コンバータ
２００  負荷部
Ａ  安定領域
Ａ１  第１安定領域
Ａ２  第２安定領域
Ａ３  第３安定領域
Ｂ  傾斜領域
Ｂ１  第１傾斜領域
Ｂ２  第２傾斜領域
Ｂ３  第３傾斜領域
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１５６】
【特許文献１】特開２０１６−１２５８８２号公報
【図１】
2020005467.tif 000003
【図２】
2020005467.tif 000004
【図３】
2020005467.tif 000005
【図４】
2020005467.tif 000006
【図５】
2020005467.tif 000007
【図６】
2020005467.tif 000008
【図７】
2020005467.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020005467.tif 000012
【図１１】
2020005467.tif 000013