(57)【要約】【課題】蓄電池の容量が変化してもその内部インピーダンスや端子電圧がほとんど変化しない蓄電池についても、蓄電池の容量を維持したまま短時間で処理を煩雑にすることなく容量を推定する。【解決手段】蓄電池に第１の電流値を具備する充電電流を一定時間供給し、蓄電池に供給する充電電流の電流値を、第１の電流値から第１の電流値よりも小さな第２の電流値に切り換え、第２の電流値を具備する充電電流を蓄電池に供給し、蓄電池に第２の電流値を具備する充電電流を供給している状態において、蓄電池に供給する充電電流の電流値を第１の電流値から第２の電流値に切り換えたタイミングから、蓄電池の電圧が降下から上昇に転じるタイミングまでの時間を測定し、測定された時間が所定時間以上であるかによって蓄電池の容量を推定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池の容量を推定する蓄電池容量推定装置であって、
前記蓄電池に第１の電流値を具備する充電電流を一定時間供給した後、前記蓄電池に供給する充電電流の電流値を、前記第１の電流値から該第１の電流値よりも小さな第２の電流値に切り換え、該第２の電流値を具備する充電電流を前記蓄電池に供給する電流供給手段と、
前記蓄電池に前記第２の電流値を具備する充電電流が供給されている状態における前記蓄電池の電圧となる第１の電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段にて測定された前記第１の電圧が降下から上昇に転じるタイミングを検出する変化点検出手段と、
前記蓄電池に供給される充電電流の電流値が前記第１の電流値から前記第２の電流値に切り換えられたタイミングから、前記変化点検出手段にて検出されたタイミングまでの時間が所定時間以上であるかによって前記蓄電池の容量を判定する容量判定手段とを有する蓄電池容量推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電池容量推定装置において、
前記電圧測定手段は、前記蓄電池に供給される充電電流の電流値が前記第１の電流値から前記第２の電流値に切り換えられる直前の前記蓄電池の電圧となる第２の電圧を測定し、
前記容量判定手段は、前記電圧測定手段にて測定された前記第２の電圧も用いて前記蓄電池の容量を判定する蓄電池容量推定装置。
【請求項３】
蓄電池の容量を推定する蓄電池の容量推定方法であって、
前記蓄電池に第１の電流値を具備する充電電流を一定時間供給するステップと、
前記蓄電池に供給する充電電流の電流値を、前記第１の電流値から該第１の電流値よりも小さな第２の電流値に切り換え、該第２の電流値を具備する充電電流を前記蓄電池に供給するステップと、
前記蓄電池に前記第２の電流値を具備する充電電流を供給している状態において、前記蓄電池に供給する充電電流の電流値を前記第１の電流値から前記第２の電流値に切り換えたタイミングから、前記蓄電池の電圧が降下から上昇に転じるタイミングまでの時間を測定するステップと、
前記測定された時間が所定時間以上であるかによって前記蓄電池の容量を推定するステップとを有する蓄電池の容量推定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の蓄電池の容量推定方法において、
前記蓄電池に供給する充電電流の電流値が前記第１の電流値から前記第２の電流値に切り換えられる直前の前記蓄電池の電圧となる第２の電圧を測定するステップを有し、
前記蓄電池の容量を推定するステップは、前記測定された前記第２の電圧も用いて前記蓄電池の容量を判定する蓄電池の容量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池の容量を推定する蓄電池容量推定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電池の容量、すなわち蓄電池に放電できる容量が、どれだけあるかを正確に求めるためには、実際に蓄電池を放電終始電圧まで放電させ、放電電気量（放電電流と放電時間との積分値）を求める必要がある。ところがこの方法では、実際に蓄電池を放電させることになるため、蓄電池の容量を維持したままでは行えず、時間もかかるという問題がある。そこで、蓄電池の容量を維持したまま、短時間で蓄電池の容量を推定する方法が提案されている。この手法は、蓄電池の容量との相関性が高く、短時間で測定が可能な蓄電池の物性値を見いだし、その物性値を測定することにより、蓄電池の容量を間接的に求めようというものである。このような物性値の代表的なものとして、蓄電池の内部インピーダンスや端子電圧が挙げられる。
【０００３】
前者の蓄電池の内部インピーダンスから蓄電池の容量を推定する方法としては、例えば、交流電源を用いて蓄電池に交流電圧を印加し、この時の蓄電池の電流応答から内部インピーダンスを求め、この内部インピーダンスと、予め求めておいた内部インピーダンスと蓄電池の容量との関係式または関係図から蓄電池の容量を推定する方法が考えられている。なお、内部インピーダンスは、蓄電池に交流電流を流し、この時の蓄電池の応答電圧からも求められる。さらには、交流電源を使用せず、蓄電池に瞬間的にパルス状の放電電流または充電電流を流し、この時の蓄電池の電圧変化をパルスの電流値で割って求めることもできる。また、内部インピーダンスを利用して、充電電流の積算値と放電電流の積算値との傾向に基づいて、蓄電池の容量を推定する方法も考えられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、後者の端子電圧による蓄電池の容量推定方法としては、放電時または充電時の蓄電池の端子電圧を測定し、この端子電圧と、予め求めておいた端子電圧と蓄電池の容量との関係式または関係図から蓄電池の容量を推定する方法が考えられている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
また、蓄電池の温度と充放電電流と上限または下限電圧値との関係を示すマップを参照しながら蓄電池の容量を推定する方法が考えられている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２９４８１７号公報
【特許文献２】特開２００６−３００５６１号公報
【特許文献３】特開２０００−２１７２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したように蓄電池の内部インピーダンスや端子電圧から蓄電池の容量を推定する方法は、全ての種類の蓄電池に適用できるというものではなく、ニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池等のように、蓄電池の容量が変化してもその内部インピーダンスや端子電圧がほとんど変化しない蓄電池においては、容量を推定することが困難であるという問題点がある。また、マップを用いるものにおいては、予めマップを用意しておく必要があるとともにマップを参照するために処理が煩雑になってしまうという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、蓄電池の容量が変化してもその内部インピーダンスや端子電圧がほとんど変化しない蓄電池についても、蓄電池の容量を維持したまま短時間で処理を煩雑にすることなく容量を推定することができる、蓄電池容量推定装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、
蓄電池の容量を推定する蓄電池容量推定装置であって、
前記蓄電池に第１の電流値を具備する充電電流を一定時間供給した後、前記蓄電池に供給する充電電流の電流値を、前記第１の電流値から該第１の電流値よりも小さな第２の電流値に切り換え、該第２の電流値を具備する充電電流を前記蓄電池に供給する電流供給手段と、
前記蓄電池に前記第２の電流値を具備する充電電流が供給されている状態における前記蓄電池の電圧となる第１の電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段にて測定された前記第１の電圧が降下から上昇に転じるタイミングを検出する変化点検出手段と、
前記蓄電池に供給される充電電流の電流値が前記第１の電流値から前記第２の電流値に切り換えられたタイミングから、前記変化点検出手段にて検出されたタイミングまでの時間が所定時間以上であるかによって前記蓄電池の容量を判定する容量判定手段とを有する。
【００１０】
また、蓄電池の容量を推定する蓄電池の容量推定方法であって、
前記蓄電池に第１の電流値を具備する充電電流を一定時間供給するステップと、
前記蓄電池に供給する充電電流の電流値を、前記第１の電流値から該第１の電流値よりも小さな第２の電流値に切り換え、該第２の電流値を具備する充電電流を前記蓄電池に供給するステップと、
前記蓄電池に前記第２の電流値を具備する充電電流を供給している状態において、前記蓄電池に供給する充電電流の電流値を前記第１の電流値から前記第２の電流値に切り換えたタイミングから、前記蓄電池の電圧が降下から上昇に転じるタイミングまでの時間を測定するステップと、
前記測定された時間が所定時間以上であるかによって前記蓄電池の容量を推定するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上説明したように構成されているので、蓄電池の容量が変わってもその内部インピーダンスや端子電圧がほとんど変化しない蓄電池についても、蓄電池の容量を維持したまま短時間で処理を煩雑にすることなく容量を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の蓄電池容量推定装置の実施の一形態を示す図である。
【図２】図１に示した蓄電池容量推定装置を用いたニッケル水素蓄電池の容量推定方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１に示した蓄電池容量推定装置を用いてニッケル水素蓄電池に電流が供給された場合のニッケル水素蓄電池の電圧の変化を示すグラフである。
【図４】図１に示した蓄電池容量推定装置から水素蓄電池に供給される充電電流の電流値が切り換えられてからニッケル水素蓄電池の電圧が降下から上昇に転じるまでの時間とニッケル水素蓄電池の容量との関係を示す図である。
【図５】図１に示した蓄電池容量推定装置から水素蓄電池に供給される充電電流の電流値が切り換えられる直前のニッケル水素蓄電池の電圧とニッケル水素蓄電池の容量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の蓄電池容量推定装置の実施の一形態を示す図である。
【００１５】
本形態の蓄電池容量推定装置は図１に示すように、ニッケル水素蓄電池２０の容量を推定するものであって、ニッケル水素蓄電池２０に電流を供給する電流供給部１１と、ニッケル水素蓄電池２０の電圧を測定する電圧測定部１２と、電圧測定部１２にて測定されたニッケル水素蓄電池２０の電圧が降下から上昇に転じるタイミングを検出する変化点検出部１４と、電流供給部１１にてニッケル水素蓄電池２０に供給される電流に応じたタイミングから変化点検出部１４にて検出されたタイミングまでの時間に基づいてニッケル水素蓄電池２０の容量を判定する容量判定部１５と、タイマ１３とから構成されている。
【００１６】
電流供給部１１は、ニッケル水素蓄電池２０に第１の電流値である１Ｃの充電電流を一定時間である６０秒間供給した後、ニッケル水素蓄電池２０に供給する充電電流の電流値を、１Ｃから第２の電流値である０．２Ｃに切り換え、０．２Ｃの充電電流をニッケル水素蓄電池２０に供給する。
【００１７】
電圧測定部１２は、ニッケル水素蓄電池２０の電圧を測定する。少なくともニッケル水素蓄電池２０に０．２Ｃの充電電流が供給されている状態におけるニッケル水素蓄電池２０の電圧を測定し、この測定された電圧が第１の電圧となる。
【００１８】
変化点検出部１４は、電圧測定部１２にて測定された第１の電圧が降下から上昇に転じるタイミングを検出する。
【００１９】
容量判定部１５は、電流供給部１１からニッケル水素蓄電池２０に供給される充電電流の電流値が１Ｃから０．２Ｃに切り換えられたタイミングから、変化点検出部１４にて検出されたタイミングまでの時間をタイマ１３によって測定し、測定した時間が所定時間である１００秒以上であるかによってニッケル水素蓄電池２０の容量を判定する。
【００２０】
以下に、上記のように構成された蓄電池容量推定装置１０を用いたニッケル水素蓄電池２０の容量推定方法について説明する。
【００２１】
図２は、図１に示した蓄電池容量推定装置１０を用いたニッケル水素蓄電池２０の容量推定方法を説明するためのフローチャートである。
【００２２】
まず、０℃の環境下において、電流供給部１１にてニッケル水素蓄電池２０に対して開放状態から１Ｃの充電電流が供給されて充電が開始される（ステップＳ１）。
【００２３】
図３は、図１に示した蓄電池容量推定装置１０を用いてニッケル水素蓄電池２０に電流が供給された場合のニッケル水素蓄電池２０の電圧の変化を示すグラフである。
【００２４】
図３に示すように、電流供給部１１にてニッケル水素蓄電池２０に対して開放状態から１Ｃの充電電流が供給されると、ニッケル水素蓄電池２０の電圧は徐々に上昇していく。
【００２５】
そして、電流供給部１１からニッケル水素蓄電池２０に対して１Ｃの充電電流が供給されはじめてから６０秒が経過した後（ステップＳ２）、電流供給部１１において、ニッケル水素蓄電池２０に供給する充電電流の電流値が、１Ｃから０．２Ｃに切り換えられ、０．２Ｃの充電電流がニッケル水素蓄電池２０に供給されてニッケル水素蓄電池２０の充電が引き続き行われる（ステップＳ３）。また、電圧測定部１２においてはニッケル水素蓄電池２０の電圧が測定されており、容量判定部１５においては、ニッケル水素蓄電池２０に供給される充電電流の電流値が１Ｃから０．２Ｃに切り換えられたタイミングから時間が測定される（ステップＳ４）。ここで、図３に示すように、電流供給部１１からニッケル水素蓄電池２０に供給される充電電流の電流値が１Ｃから０．２Ｃに切り換えられた瞬間、ニッケル蓄電池２０の電圧は、１．３７５Ｖから１．２９４Ｖに瞬時に下がった後、１．３０８Ｖに瞬時に上昇する。これは、ニッケル水素蓄電池２０を充電するには過電圧が必要となるが、この過電圧は充電電流が大きいほど大きくなるため、電流供給部１１からニッケル水素蓄電池２０に供給される充電電流の電流値が１Ｃから０．２Ｃと小さくなったことにより、過電圧が小さくなり、電流値０．２Ｃに対応する過電圧の蓄電池電圧まで下がろうとしているためである。
【００２６】
その後、図３に示すように、ニッケル水素蓄電池２０の電圧は徐々に降下し、１．３０２Ｖまで下がった後は上昇に転じる。これは、ニッケル水素蓄電池２０の電圧が電流値０．２Ｃに対応する過電圧に達したため、その後は蓄電池の充電の進行とともに、過電圧が大きくなっていくためである。変化点検出部１２においてこのニッケル水素蓄電池２０の電圧が降下から上昇に転じるタイミングが検出されると（ステップＳ５）、容量判定部１４においては、ニッケル水素蓄電池２０に供給される充電電流の電流値が１Ｃから０．２Ｃに切り換えられたタイミングから時間が測定されているため、このタイミングからニッケル水素蓄電池２０の電圧が降下から上昇に転じるタイミングまでの時間が測定され、その時間が１００秒以上であるかどうかが判断される（ステップＳ６）。
【００２７】
図４は、図１に示した蓄電池容量推定装置１０から水素蓄電池２０に供給される充電電流の電流値が切り換えられてからニッケル水素蓄電池２０の電圧が降下から上昇に転じるまでの時間とニッケル水素蓄電池２０の容量との関係を示す図である。なお、図４では、４個のニッケル水素蓄電池２０で得られた結果を合わせてプロットしており、蓄電池容量は公称容量を１００％として規格化している。
【００２８】
図４の傾向を見ると、ニッケル水素蓄電池２０の充電電流を１Ｃから０．２Ｃに切り換えた場合と、１Ｃから０．１Ｃに切り換えた場合のどちらも、ニッケル水素蓄電池２０の容量が公称容量比で０〜５０ないし６０％くらいまでは、ニッケル水素蓄電池２０の容量が大きくなるにつれて、ニッケル水素蓄電池２０の電圧が降下から上昇に転じるまでの時間が長くなっている。一方、ニッケル水素蓄電池２０の容量が公称容量比で５０ないし６０％くらいよりも大きくなると、ニッケル水素蓄電池２０の容量が大きくなるにつれて、ニッケル水素蓄電池２０の電圧が降下から上昇に転じるまでの時間は短くなっている。
【００２９】
図４で得られた関係から、容量判定部１５においては、ニッケル水素蓄電池２０の環境温度が０℃で、充電電流を１Ｃから０．２Ｃに切り換えた場合では、その切り換えのタイミングからニッケル水素蓄電池２０の電圧が降下から上昇に転じるタイミングまでの時間が１００秒以上であれば、ニッケル水素蓄電池２０の容量が公称容量比で３０〜７０％の範囲にあると判定される（ステップＳ７）。
【００３０】
また、ニッケル水素蓄電池２０の充電電流の切り換えのタイミングからニッケル水素蓄電池２０の電圧が降下から上昇に転じるタイミングまでの時間が１００秒未満であれば、ニッケル水素蓄電池２０の容量が公称容量比で３０％未満または７０％を超えていると判定される（ステップＳ８）。
【００３１】
そして、この判定結果は、ニッケル水素蓄電池２０の推定容量として容量判定部１５から出力される。
【００３２】
このように、本形態においては、ニッケル水素蓄電池２０の充電電流が１Ｃから０．２Ｃに切り換えられたタイミングから、ニッケル水素蓄電池２０の電圧が降下から上昇に転じるタイミングまでの時間を測定することにより、ニッケル水素蓄電池２０の容量を推定することができる。なお、この場合の容量推定にかかる時間は、６０秒に１００秒を足した１６０秒であり、この時の蓄電池の放電容量は、１Ｃ×（６０／３６００）時間＋０．２Ｃ×（１００／３６００）時間＝２．２％（公称容量比）に過ぎず、ニッケル水素蓄電池２０の容量をほぼ維持したままでの、短時間での容量推定が可能となる。
【００３３】
なお、上述した手法は、蓄電池の容量を容量範囲として推定することを特徴とするが、蓄電池の用途として例えば、風量発電や太陽光発電において、変動する発電電力を安定化させるための用途や、炭化水素を改質した水素を燃料として発電する燃料電池発電での、急峻な負荷変動を吸収させる用途においては、蓄電池を一定時間以上、充電、放電のどちらもできるような中間容量の状態に保つ必要があるため、このような蓄電池が中間容量の状態にあるか否かを判断する用途においては、特に有効な蓄電池の容量推定法となる。
【００３４】
また、上述したように、ニッケル水素蓄電池２０の充電電流を１Ｃから０．２Ｃに切り換えた場合の結果に基づいて容量推定を行う場合で、ニッケル水素蓄電池２０の電圧が降下から上昇に転じるまでの測定時間が１００秒未満であった時に、ニッケル水素蓄電池２０の容量が公称容量比で３０％未満なのか、７０％を超えているのかを知りたい場合もあり得る。その場合は、電圧測定部１２において、ニッケル水素蓄電池２０の充電電流が１Ｃから０．２Ｃに切り換えられる直前のニッケル水素蓄電池２０の電圧を第２の電圧として測定しておき、容量判定部１５において、この電圧測定部１２にて測定された第２の電圧も用いてニッケル水素蓄電池２０の容量を判定すれば、ニッケル水素蓄電池２０の容量が公称容量比で３０％未満なのか、７０％を超えているのかを知ることができる。
【００３５】
図５は、図１に示した蓄電池容量推定装置１０から水素蓄電池２０に供給される充電電流の電流値が切り換えられる直前のニッケル水素蓄電池２０の電圧とニッケル水素蓄電池２０の容量との関係を示す図である。
【００３６】
図５に示すように、電圧測定部１２において、ニッケル水素蓄電池２０の充電電流が１Ｃから０．２Ｃに切り換えられる直前のニッケル水素蓄電池２０の電圧を第２の電圧として測定しておき、この第２の電圧が、１．４５Ｖ以下であればニッケル水素蓄電池２０の容量が３０％未満であり、１．５２Ｖ以上であればニッケル水素蓄電池２０の容量が７０％を超えていると判断することができる。
【００３７】
上述したように本形態においては、ニッケル水素蓄電池２０の充電電流が１Ｃから０．２Ｃに切り換えられたタイミングから、ニッケル水素蓄電池２０の電圧が降下から上昇に転じるタイミングまでの時間を測定することにより、ニッケル水素蓄電池２０の容量を推定することができるが、ニッケル水素蓄電池２０の充電電流が１Ｃから０．２Ｃに切り換えられる直前のニッケル水素蓄電池２０の電圧を測定しておくことにより、ニッケル水素蓄電池２０の容量推定の精度を向上させることができる。
【００３８】
なお、本形態においては、容量を推定する蓄電池として、ニッケル水素蓄電池２０を例に挙げて説明したが、本発明の蓄電池容量推定装置にて容量を推定可能な蓄電池としては、充電電流値を切り換えた時から蓄電池の電圧が降下から上昇に転じるまでの時間と、蓄電池容量との間に相関性があるものであれば、蓄電池の種類を問わず適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０    蓄電池容量推定装置
１１    電流供給部
１２    電圧測定部
１３    タイマ
１４    変化点検出部
１５    容量判定部
２０    ニッケル水素蓄電池
【図１】
2010256283.tif 000003
【図２】
2010256283.tif 000004
【図３】
2010256283.tif 000005
【図４】
2010256283.tif 000006
【図５】
2010256283.tif 000007