(57)【要約】【課題】蓄電池の劣化が進んだ場合でも満充電を正しく判定する。【解決手段】太陽電池１、蓄電池モジュール２および負荷３を備えた太陽電池システムを制御する制御装置１００において、開回路電圧推定部１２０が、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の開回路電圧を推定する。そして、蓄電池満充電判定部１３０が、推定された開回路電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の満充電を判定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池の満充電を判定する蓄電池満充電判定装置であって、
充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、前記蓄電池の開回路電圧を推定する開回路電圧推定手段と、
前記開回路電圧推定手段によって推定された開回路電圧に基づいて、前記蓄電池の満充電を判定する蓄電池満充電判定手段と、
を備えたことを特徴とする蓄電池満充電判定装置。
【請求項２】
前記開回路電圧推定手段は、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を前記開回路電圧として推定することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池満充電判定装置。
【請求項３】
前記開回路電圧推定手段は、充電が中断された後に所定の時間間隔ごとに蓄電池電圧の変化量を算出し、算出した変化量が所定の閾値以下となった時点での蓄電池電圧を前記開回路電圧として推定する請求項１に記載の蓄電池満充電判定装置。
【請求項４】
前記開回路電圧推定手段は、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を前記蓄電池の放電電圧として決定し、決定した放電電圧および充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧を、充電が中断される直前に測定された充電電流と前記所定の待機時間が経過した時点で測定された放電電流との比率で比例配分することによって、前記開回路電圧を推定することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池満充電判定装置。
【請求項５】
前記開回路電圧推定手段は、充電が中断された後に所定の時間間隔ごとに蓄電池電圧の変化量を算出し、算出した変化量が所定の閾値以下となった時点での蓄電池電圧を前記蓄電池の放電電圧として決定し、決定した放電電圧および充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧を、充電が中断される直前に測定された充電電流と前記所定の待機時間が経過した時点で測定された放電電流との比率で比例配分することによって、前記開回路電圧を推定することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池満充電判定装置。
【請求項６】
前記蓄電池満充電判定手段は、前記回路電圧推定手段によって推定された開回路電圧と、あらかじめ前記蓄電池が満充電の状態で測定された開回路電圧をもとに当該蓄電池の温度の関数として定義された基準開回路電圧とを比較することによって、前記蓄電池の満充電を判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の蓄電池満充電判定装置。
【請求項７】
蓄電池の満充電を判定する蓄電池満充電判定方法であって、
充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、前記蓄電池の開回路電圧を推定する開回路電圧推定工程と、
前記開回路電圧推定工程によって推定された開回路電圧に基づいて、前記蓄電池の満充電を判定する蓄電池満充電判定工程と、
を含んだことを特徴とする蓄電池満充電判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電池の満充電を判定する蓄電池満充電判定装置および蓄電池満充電判定方法に関し、特に、蓄電池の劣化が進んだ場合でも満充電を正しく判定することが可能な蓄電池満充電判定装置および蓄電池満充電判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ニッケル水素蓄電池は、０．０５Ｃ以上の定電流で充電される。その場合、充電を終止する条件としては、一定時間の温度上昇（ｄＴ／ｄｔ）、一定時間の電圧降下値（−ΔＶ）、充電容量の積算などが用いられる。
【０００３】
しかし、太陽光や風力などの自然エネルギーを用いた充電で、充電電流が微少なうえに変動する場合には、ｄＴ／ｄｔや−ΔＶは使えず、充電容量の積算も不正確になる。そこで、従来は以下に示す式を用いて満充電を判定していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
Ｖ＝Ｖ０−α（Ｔ−Ｔ０）＋βＩ
【０００５】
ここで、Ｖ０は温度Ｔ０における開回路電圧であり、Ｉは電流である。また、係数α、βは新品電池を用いて定められる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３３００５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特に係数βは劣化とともに増加することが知られており、一定値を用いて充電終止を判定すると、劣化が進んだ場合に充電不足になる可能性がある。しかし、あらかじめ劣化とβの関係を求めておいて、劣化が進むにしたがってβを変化させることも容易ではなく、全く別の充電終止条件（満充電判定条件）が求められていた。
【０００８】
この発明は、上述した従来技術による課題を解決するためになされたものであり、蓄電池の劣化が進んだ場合でも満充電を正しく判定することが可能な蓄電池満充電判定装置および蓄電池満充電判定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】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、蓄電池の満充電を判定する蓄電池満充電判定装置であって、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、前記蓄電池の開回路電圧を推定する開回路電圧推定手段と、前記開回路電圧推定手段によって推定された開回路電圧に基づいて、前記蓄電池の満充電を判定する蓄電池満充電判定手段と、を備えたことを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、蓄電池の満充電を判定する蓄電池満充電判定方法であって、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、前記蓄電池の開回路電圧を推定する開回路電圧推定工程と、前記開回路電圧推定工程によって推定された開回路電圧に基づいて、前記蓄電池の満充電を判定する蓄電池満充電判定工程と、を含んだことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、蓄電池の劣化が進んだ場合でも満充電を正しく判定することが可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る蓄電池満充電判定装置および蓄電池満充電判定方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下に示す実施例では、太陽電池、蓄電池モジュールおよび負荷を備えた太陽電池システムの制御装置に本発明を適用した場合について説明する。
【実施例１】
【００１３】
まず、本実施例１に係る太陽電池システムの構成について説明する。図１は、本実施例１に係る太陽電池システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、この太陽電池システムは、太陽電池１、蓄電池モジュール２、負荷３、逆流防止ダイオード４、充電停止スイッチ５、蓄電池電圧計測部６、蓄電池温度計測部７、充放電電流計測部８および制御装置１００を有する。ここで、太陽電池１と蓄電池モジュール２は自立型電源を構成している。
【００１４】
太陽電池１は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換することによって電力を発電し、発電した電力を蓄電池モジュール２および負荷３に供給する。この太陽電池１としては、例えば、シリコン単結晶太陽電池などが用いられる。
【００１５】
蓄電池モジュール２は、太陽電池１から供給される電力を蓄えるとともに、太陽電池１による充電が中断された場合には、負荷３に電力を供給する。この蓄電池モジュール２としては、例えば、直列に接続された複数のニッケル水素蓄電池などが用いられる。
【００１６】
負荷３は、太陽電池１および蓄電池モジュール２から供給される電力を消費する。この負荷３としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明器などが用いられる。
【００１７】
逆流防止ダイオード４は、カソード側の端子が太陽電池１と負荷３との間に接続され、アノード側の端子が蓄電池モジュール２のプラス端子に接続されている。この逆流防止ダイオード４は、充電停止スイッチ５と協働して、太陽電池１から蓄電池モジュール２への電流の流れを制御する。
【００１８】
充電停止スイッチ５は、逆流防止ダイオード４の両側を架け渡すように接続され、太陽電池１から蓄電池モジュール２への充電を制御する。この充電停止スイッチ５がオンとなった場合には、充電停止スイッチ５を介して太陽電池１から蓄電池モジュール２へ充電電流が流れ、蓄電池モジュール２が充電される。一方、充電停止スイッチ５がオフとなった場合には、逆流防止ダイオード４によって太陽電池１から蓄電池モジュール２へ流れる充電電流が遮断され、蓄電池モジュール２の充電が中断される。
【００１９】
蓄電池電圧計測部６は、蓄電池モジュール２の電圧（蓄電池電圧）を計測する。蓄電池温度計測部７は、蓄電池モジュール２の温度を計測する。充放電電流計測部８は、蓄電池モジュール２の充電電流および放電電流を計測する。
【００２０】
制御装置１００は、太陽電池システムの全体制御を行う。この制御装置１００は、スイッチ制御線１０を介して充電停止スイッチ５に接続され、計測線９ａを介して蓄電池電圧計測部６に接続されている。また、制御装置１００は、計測線９ｂを介して蓄電池温度計測部７に接続され、計測線９ｃを介して充放電電流計測部８に接続されている。
【００２１】
このような構成のもと、本実施例１では、制御装置１００が、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の開回路電圧を推定する。そして、制御装置１００は、推定した開回路電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の満充電を判定する。これにより、本実施例１では、蓄電池の劣化が進んだ場合でも満充電を正しく判定することができるようにしている。
【００２２】
かかる制御装置１００は、図１に示すように、特に、満充電判定開始判定部１１０、開回路電圧推定部１２０および蓄電池満充電判定部１３０を有する。
【００２３】
満充電判定開始判定部１１０は、所定の開始条件に基づいて、満充電判定の開始判定を行う。なお、ここで用いられる開始条件を、以下では「満充電判定開始条件」と呼ぶ。
【００２４】
具体的には、満充電判定開始判定部１１０は、充電停止スイッチ５がオンである場合に、蓄電池電圧計測部６によって計測される蓄電池電圧、蓄電池温度計測部７によって計測される温度、充放電電流計測部８によって計測される充電電流をそれぞれ測定する。そして、満充電判定開始判定部１１０は、測定した蓄電池電圧、温度および充電電流に基づいて、満充電判定開始条件が成立しているか否かを判定し、満充電判定開始条件が成立していると判定した場合には、充電停止スイッチ５をオフにして充電を中断する。
【００２５】
ここで、満充電判定開始判定部１１０による開始判定の一例について説明する。例えば、満充電判定開始判定部１１０は、以下に示す条件１、２および３において、条件１および２のいずれか一方が成立し、かつ、条件３が成立している場合に、満充電判定開始条件が成立していると判定する。なお、条件１における充電率の判定では、一般的に利用されている公知の充電率測定方法が用いられる。
【００２６】
条件１：推定充電率が９０％以上であること。
条件２：充電電圧が１４．０Ｖ以上であること。
条件３：前回の満充電判定終了から１０分以上経過していること。
【００２７】
開回路電圧推定部１２０は、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の開回路電圧を推定する。
【００２８】
具体的には、開回路電圧推定部１２０は、満充電判定開始判定部１１０によって満充電判定開始条件が成立していると判定された場合に、時刻の測定を開始する。その後、開回路電圧推定部１２０は、所定の待機時間が経過した時点で、蓄電池電圧計測部６によって計測された蓄電池電圧および充放電電流計測部８によって計測された充放電電流（電流値ゼロ）を測定する。そして、開回路電圧推定部１２０は、ここで測定した蓄電池電圧を蓄電池モジュール２の開回路電圧として推定する。例えば、開回路電圧推定部１２０は、充電が中断されてから１０秒が経過した時点で測定された電圧を開回路電圧として推定する。
【００２９】
図２は、本実施例１における開回路電圧の推定方法を説明するための図である。同図において、Ｖｃは、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧を示しており、Ｖ０は、所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を示している。この場合、開回路電圧推定部１２０は、同図に示すＶ０を開回路電圧として推定する。
【００３０】
図１にもどって、蓄電池満充電判定部１３０は、開回路電圧推定部１２０によって推定された開回路電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の満充電を判定する。
【００３１】
具体的には、蓄電池満充電判定部１３０は、開回路電圧推定部１２０によって開回路電圧が推定されると、推定された開回路電圧と、蓄電池モジュール２の温度の関数として定義された基準開回路電圧とを比較することによって、蓄電池モジュール２の満充電を判定する。ここで用いられる基準開回路電圧は、あらかじめ蓄電池モジュール２が満充電の状態で測定された開回路電圧をもとに定義される。
【００３２】
例えば、定格容量が９５Ａｈのニッケル水素蓄電池を１０セル直列に接続した蓄電池モジュールを２つ用意し、一方のみを容量が初期値の８０％になるまで加速劣化させる。次に、温度を−５℃から４５℃の間とした環境下において、１分当たりの温度上昇が０．３℃に達するまで２０Ａの電流で２つの蓄電池モジュールを充電する。そのうえで、さらに３Ａの電流で２時間追加充電して、それぞれの蓄電池モジュールを満充電とする。
【００３３】
その後、３０分が経過した後の蓄電池温度と蓄電池電圧を測定する。図３は、本実施例１に係る蓄電池温度および蓄電池電圧の測定結果を示す図である。満充電後３０分が経過した後の蓄電池電圧は、近似的に開回路電圧であるとみなすことができるが、同図に示すように、満充電状態での開回路電圧は劣化に依存せず、温度のみに依存する。
【００３４】
ここで、同図に示した蓄電池温度と蓄電池電圧との関係を一次関数で近似すると、以下に示す式（１）で表される温度Ｔの関数が得られる。この温度Ｔの関数を、蓄電池満充電判定部１３０によって用いられる基準開回路電圧Ｖとして定義する。
【００３５】
Ｖ＝−０．０１５１×Ｔ＋１４．９    ・・・（１）
【００３６】
満充電判定の説明にもどると、蓄電池満充電判定部１３０は、上記で説明した温度Ｔの関数に、充電が中断される直前に満充電判定開始判定部１１０によって測定された蓄電池モジュール２の温度を代入することによって、基準開回路電圧Ｖを算出する。
【００３７】
ここで、蓄電池満充電判定部１３０は、算出した基準開回路電圧Ｖと開回路電圧推定部１２０によって推定された開回路電圧とを比較し、開回路電圧が基準開回路電圧Ｖを超えていた場合には、蓄電池モジュール２が満充電であると判定する。一方、開回路電圧が基準開回路電圧Ｖに達していなかった場合には、蓄電池満充電判定部１３０は、蓄電池モジュール２が満充電でないと判定する。
【００３８】
そして、蓄電池満充電判定部１３０は、蓄電池モジュール２が満充電であると判定した場合には、例えば、ディスプレイやプリンタなどの出力装置に満充電を示すメッセージを出力する。一方、蓄電池モジュール２が満充電でないと判定した場合には、蓄電池満充電判定部１３０は、充電停止スイッチ５をオンにして充電を再開し、上述した満充電判定を繰り返す。
【００３９】
次に、本実施例１に係る制御装置１００による満充電判定の処理手順について説明する。図４は、本実施例１に係る制御装置１００による満充電判定の処理手順を示すフローチャートである。
【００４０】
同図に示すように、制御装置１００では、満充電判定開始判定部１１０が、蓄電池モジュール２の蓄電池電圧、温度、充電電流をそれぞれ測定する（ステップＳ１０１）。
【００４１】
続いて、満充電判定開始判定部１１０は、測定した蓄電池電圧、温度および充電電流に基づいて、満充電判定開始条件が成立しているか否かを判定する。ここで、満充電判定開始判定部１１０は、満充電判定開始条件が成立するまで、蓄電池電圧、温度および充電電流の測定を繰り返す（ステップＳ１０２，Ｎｏ）。
【００４２】
そして、満充電判定開始条件が成立していると判定した場合には（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、満充電判定開始判定部１１０は、充電停止スイッチ５をオフにして充電を中断する（ステップＳ１０３）。
【００４３】
充電が中断されると、開回路電圧推定部１２０が、時刻の測定を開始する（ステップＳ１０４）。そして、開回路電圧推定部１２０は、所定の待機時間が経過した時点で（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、蓄電池モジュール２の蓄電池電圧および充放電電流（電流値ゼロ）を測定し（ステップＳ１０６）、測定した蓄電池電圧を開回路電圧として推定する（ステップＳ１０７）。
【００４４】
開回路電圧が推定されると、蓄電池満充電判定部１３０が、開回路電圧推定部１２０によって推定された開回路電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の満充電を判定する。ここで、蓄電池モジュール２が満充電でないと判定した場合には（ステップＳ１０８，Ｎｏ）、蓄電池満充電判定部１３０は、充電停止スイッチ５をオンにして充電を再開し（ステップＳ１０９）、蓄電池モジュール２が満充電であると判定するまで上述した処理を繰り返す。
【００４５】
そして、蓄電池モジュール２が満充電であると判定した場合には（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）、蓄電池満充電判定部１３０は、満充電を示すメッセージを出力装置に出力する（ステップＳ１１０）。
【００４６】
上述してきたように、本実施例１では、開回路電圧推定部１２０が、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の開回路電圧を推定する。そして、蓄電池満充電判定部１３０が、推定された開回路電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の満充電を判定する。したがって、本実施例１によれば、蓄電池が劣化しても値が変わらない開回路電圧に基づいて満充電が判定されるので、蓄電池の劣化が進んだ場合でも満充電を正しく判定することが可能である。
【００４７】
以上、実施例１について説明したが、ここで、本実施例１における満充電判定の具体例について説明しておく。図５は、本実施例１における満充電判定の具体例を説明するための図である。例えば、同図に示すように、図１に示した太陽電池システムにおいて、逆流防止ダイオード４の代わりに、スイッチ２１が太陽電池１と蓄電池モジュール２との間に設けられ、スイッチ２２が蓄電池モジュール２と負荷３との間に設けられていた場合を考える。
【００４８】
同図において、太陽電池１は、定格出力９０Ｗのシリコン単結晶太陽電池である。また、蓄電池モジュール２は、定格容量が９５Ａｈのニッケル水素蓄電池を１０セル直列に接続したモジュールである。これら太陽電池１および蓄電池モジュール２は自立型電源を構成している。負荷３は、消費電力が最大２Ｗの無線ＬＡＮ（Local Area Network）アクセスポイントである。
【００４９】
制御装置２００は、図１に示した制御装置１００と同じ構成を有する。この制御装置２００は、スイッチ制御線２０ａを介してスイッチ２１に接続され、スイッチ制御線２０ｂを介してスイッチ２２に接続されており、各スイッチのオン／オフを制御する。
【００５０】
このような構成のもと、例えば、晴天の日の午前１１時に、蓄電池電圧が１４．４Ｖ、推定充電率が９２％、充電電流が３．１Ａ、蓄電池の温度が３７．４℃になったとし、その時点で、充電が中断されて蓄電池モジュール２が開回路状態になったとする。
【００５１】
そして、その１０秒後、蓄電池電圧が１４．２Ｖになったとする。この時点における蓄電池電圧の値は、式（１）に温度３７．４℃を代入して得られる基準開回路電圧１４．３Ｖに達していない。したがって、この時点では、蓄電池モジュール２はまだ満充電になっていないと判定される。
【００５２】
その後、１０分ごとに判定が繰り返され、３０分後に蓄電池電圧が１４．５Ｖ、蓄電池電圧が３７．８℃になったとする。この時点における蓄電池電圧の値は、基準開回路電圧である１４．３Ｖを超えている。したがって、この時点で、蓄電池モジュール２が満充電になったと判定される。
【実施例２】
【００５３】
ところで、上記実施例１では、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を開回路電圧として推定する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限られるわけではない。
【００５４】
例えば、充電が中断された後に所定の時間間隔ごとに蓄電池電圧の変化量を算出し、算出した変化量が所定の閾値以下となった時点での蓄電池電圧を開回路電圧として推定するようにしてもよい。以下では、このような場合を実施例２として説明する。
【００５５】
なお、本実施例２における太陽電池システムおよび制御装置の構成は、基本的には図１に示したものと同様であり、開回路電圧推定部１２０によって行われる処理が異なるのみである。そこで、ここでは、本実施例２に係る制御装置１００による満充電判定の処理手順について、開回路電圧推定部１２０によって行われる処理を中心に説明する。
【００５６】
図６は、本実施例２に係る制御装置１００による満充電判定の処理手順を示すフローチャートである。同図において、満充電判定開始判定部１１０によって充電が中断されるまでの処理（ステップＳ２０１〜Ｓ２０３）は、図４に示したステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理と同様であるので説明を省略する。
【００５７】
充電が中断されると、開回路電圧推定部１２０が、時刻の測定を開始する（ステップＳ２０４）。そして、開回路電圧推定部１２０は、所定の時間が経過した時点で（ステップＳ２０５，Ｙｅｓ）、蓄電池モジュール２の蓄電池電圧および充放電電流（電流値ゼロ）を測定する（ステップＳ２０６）。
【００５８】
続いて、開回路電圧推定部１２０は、前回測定した蓄電池電圧と今回測定した蓄電池電圧との間の変化量から電圧降下勾配を算出する（ステップＳ２０７）。ここで、開回路電圧推定部１２０は、電圧降下勾配が所定の閾値を超えている間は開回路電圧を推定せずに（ステップＳ２０８，Ｎｏ）、上述したステップＳ２０４〜Ｓ２０７の処理を繰り返し行う。
【００５９】
そして、電圧降下勾配が所定の閾値以下となった場合に、開回路電圧推定部１２０は、その時点での蓄電池電圧を開回路電圧として推定する（ステップＳ２０８，Ｙｅｓ）。
【００６０】
例えば、開回路電圧推定部１２０は、充電が中断されてから５秒ごとに蓄電池モジュール２の電圧を１０ｍＶ精度で測定し、蓄電電圧の変化量（電圧降下勾配）がゼロとなった時点での蓄電池電圧を開回路電圧として推定する。その場合、例えば、充電が中断されてから１０秒後の電圧と１５秒後の電圧との変化量がゼロであり、１５秒後の時点で測定された電圧が１３．４５Ｖであったとすると、開回路電圧は１３．４５Ｖとなる。
【００６１】
開回路電圧が推定されると、蓄電池満充電判定部１３０が、開回路電圧推定部１２０によって推定された開回路電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の満充電を判定する。ここで、蓄電池モジュール２が満充電でないと判定した場合には（ステップＳ２０９，Ｎｏ）、蓄電池満充電判定部１３０は、充電停止スイッチ５をオンにして充電を再開し（ステップＳ２１０）、蓄電池モジュール２が満充電であると判定するまで上述した処理を繰り返す。
【００６２】
そして、蓄電池モジュール２が満充電であると判定した場合には（ステップＳ２０９，Ｙｅｓ）、蓄電池満充電判定部１３０は、満充電を示すメッセージを出力装置に出力する（ステップＳ２１１）。
【００６３】
上述してきたように、本実施例２では、開回路電圧推定部１２０が、充電が中断された後に所定の時間間隔ごとに蓄電池電圧の変化量を算出し、算出した変化量が所定の閾値以下となった時点での蓄電池電圧を開回路電圧として推定する。したがって、本実施例２によれば、放電状態になるまでの時間が蓄電池ごとに異なる場合でも、蓄電池ごとに放電状態となったタイミングを的確に検出して、満充電を正しく判定することが可能である。
【実施例３】
【００６４】
ところで、上記実施例１および２では、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧、あるいは、所定の時間ごとの変化量が所定の閾値以下となった時点での蓄電池電圧を開回路電圧として推定する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限られるわけではない。
【００６５】
例えば、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を蓄電池の放電電圧として決定し、決定した放電電圧および充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧を、充電が中断される直前に測定された充電電流と所定の待機時間が経過した時点で測定された放電電流との比率で比例配分することによって、開回路電圧を推定してもよい。以下では、このような場合を実施例３として説明する。
【００６６】
まず、本実施例３に係る太陽電池システムの構成について説明する。図７は、本実施例３に係る太陽電池システムの構成を示すブロック図である。なお、ここでは説明の便宜上、図１に示した各部と同様の役割を果たす機能部については同一符号を付すこととしてその詳細な説明を省略する。
【００６７】
同図に示すように、この太陽電池システムは、太陽電池１、蓄電池モジュール２、負荷３、充電停止スイッチ３１、蓄電池電圧計測部６、蓄電池温度計測部７、充放電電流計測部８および制御装置３００を有する。ここで、太陽電池１と蓄電池モジュール２は自立型電源を構成している。
【００６８】
充電停止スイッチ３１は、太陽電池１と蓄電池モジュール２との間に接続され、太陽電池１から蓄電池モジュール２への充電を制御する。ここで、充電停止スイッチ３１がオンとなった場合には、充電停止スイッチ３１を介して太陽電池１から蓄電池モジュール２へ充電電流が流れ、蓄電池モジュール２が充電される。また、充電停止スイッチ３１がオフとなった場合には、充電停止スイッチ３１を介して太陽電池１から蓄電池モジュール２へ流れる充電電流が遮断され、蓄電池モジュール２の充電が中断される。
【００６９】
制御装置３００は、太陽電池システムの全体制御を行う。この制御装置３００は、スイッチ制御線３０ａを介して充電停止スイッチ３１に接続され、計測線９ａを介して蓄電池電圧計測部６に接続されている。また、制御装置３００は、計測線９ｂを介して蓄電池温度計測部７に接続され、計測線９ｃを介して充放電電流計測部８に接続されている。
【００７０】
かかる制御装置３００は、図７に示すように、満充電判定開始判定部３１０、開回路電圧推定部３２０および蓄電池満充電判定部１３０を有する。
【００７１】
満充電判定開始判定部３１０は、実施例１における満充電判定開始判定部１１０と同様に、満充電判定開始条件に基づいて、満充電判定の開始判定を行う。
【００７２】
具体的には、満充電判定開始判定部３１０は、充電停止スイッチ３１がオンである場合に、蓄電池電圧計測部６によって計測される蓄電池電圧、蓄電池温度計測部７によって計測される温度、充放電電流計測部８によって計測される充電電流をそれぞれ測定する。
【００７３】
そして、満充電判定開始判定部３１０は、測定した蓄電池電圧、温度および充電電流に基づいて、満充電判定開始条件が成立しているか否かを判定し、満充電判定開始条件が成立していると判定した場合には、充電停止スイッチ３１をオフにして充電を中断する。
【００７４】
開回路電圧推定部３２０は、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧および充電が中断された後に測定された蓄電池電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の開回路電圧を推定する。
【００７５】
具体的には、開回路電圧推定部３２０は、満充電判定開始判定部３１０によって満充電判定開始条件が成立していると判定された場合に、時刻の測定を開始する。その後、開回路電圧推定部３２０は、所定の待機時間が経過した時点で、蓄電池電圧計測部６によって計測された蓄電池電圧および充放電電流計測部８によって計測された放電電流を測定する。
【００７６】
そして、開回路電圧推定部３２０は、ここで測定した蓄電池電圧を放電電圧として決定する。例えば、開回路電圧推定部３２０は、充電が中断されてから１５秒が経過した時点で測定された電圧を放電電圧として決定する。
【００７７】
続いて、開回路電圧推定部３２０は、決定した放電電圧および充電が中断される直前に満充電判定開始判定部３１０によって測定された蓄電池電圧を、充電が中断される直前に満充電判定開始判定部３１０によって測定された充電電流と所定の待機時間が経過した時点で測定された放電電流との比率で比例配分することによって、開回路電圧を推定する。
【００７８】
図８は、本実施例３における開回路電圧の推定方法を説明するための図である。同図において、Ｖｃは、充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧を示しており、Ｖｄは、所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を示している。
【００７９】
ここで、充電が中断される直前に測定された充電電流をＩｃ、所定の待機時間が経過した時点で測定された放電電流をＩｄとすると、開回路電圧推定部３２０は、例えば、以下に示す式（２）によって開回路電圧Ｖ０を推定する。
【００８０】
【数１】
2010054471.tif 000003
【００８１】
次に、本実施例３に係る制御装置３００による満充電判定の処理手順について説明する。図９は、本実施例３に係る制御装置３００による満充電判定の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、制御装置３００では、満充電判定開始判定部３１０が、蓄電池モジュール２の蓄電池電圧、温度、充電電流をそれぞれ測定する（ステップＳ３０１）。
【００８２】
続いて、満充電判定開始判定部３１０は、測定した蓄電池電圧、温度および充電電流に基づいて、満充電判定開始条件が成立しているか否かを判定する。ここで、満充電判定開始判定部３１０は、満充電判定開始条件が成立するまで、蓄電池電圧、温度および充電電流の測定を繰り返す（ステップＳ３０２，Ｎｏ）。
【００８３】
そして、満充電判定開始条件が成立していると判定した場合には（ステップＳ３０２，Ｙｅｓ）、満充電判定開始判定部３１０は、充電停止スイッチ３１をオフにして充電を中断する（ステップＳ３０３）。
【００８４】
充電が中断されると、開回路電圧推定部３２０が、時刻の測定を開始する（ステップＳ３０４）。そして、開回路電圧推定部３２０は、所定の待機時間が経過した時点で（ステップＳ３０５，Ｙｅｓ）、蓄電池モジュール２の蓄電池電圧および放電電流を測定し（ステップＳ３０６）、測定した電圧を放電電圧として決定する。
【００８５】
続いて、開回路電圧推定部３２０は、決定した放電電圧および満充電判定開始判定部３１０によって測定された蓄電池電圧を、測定した放電電流と満充電判定開始判定部３１０によって測定された充電電流との比率で比例配分することによって、開回路電圧を推定する（ステップＳ３０７）。
【００８６】
開回路電圧が推定されると、蓄電池満充電判定部１３０が、開回路電圧推定部１２０によって推定された開回路電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の満充電を判定する。ここで、蓄電池モジュール２が満充電でないと判定した場合には（ステップＳ３０８，Ｎｏ）、蓄電池満充電判定部１３０は、充電停止スイッチ３１をオンにして充電を再開し（ステップＳ３０９）、蓄電池モジュール２が満充電であると判定するまで上述した処理を繰り返す。
【００８７】
そして、蓄電池モジュール２が満充電であると判定した場合には（ステップＳ３０８，Ｙｅｓ）、蓄電池満充電判定部１３０は、満充電を示すメッセージを出力装置に出力する（ステップＳ３１０）。
【００８８】
上述してきたように、本実施例３では、開回路電圧推定部３２０が、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を蓄電池モジュール２の放電電圧として決定し、決定した放電電圧および充電が中断される直前に測定された蓄電池電圧を、充電が中断される直前に測定された充電電流と所定の待機時間が経過した時点で測定された放電電流との比率で比例配分することによって、開回路電圧を推定する。したがって、本実施例３によれば、開回路電圧の実測ができない場合でも、満充電を正しく判定することが可能である。
【実施例４】
【００８９】
ところで、上記実施例３では、充電が中断された後に所定の待機時間が経過した時点で測定された蓄電池電圧を放電電圧として決定する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限られるわけではない。
【００９０】
例えば、充電が中断された後に所定の時間間隔ごとに蓄電池電圧の変化量を算出し、算出した変化量が所定の閾値以下となった時点での蓄電池電圧を蓄電池の放電電圧として決定してもよい。以下では、このような場合を実施例４として説明する。
【００９１】
なお、本実施例４における太陽電池システムおよび制御装置の構成は、基本的には図７に示したものと同様であり、開回路電圧推定部３２０によって行われる処理が異なるのみである。そこで、ここでは、本実施例４に係る制御装置３００による満充電判定の処理手順について、開回路電圧推定部３２０によって行われる処理を中心に説明する。
【００９２】
図１０は、本実施例４に係る制御装置３００による満充電判定の処理手順を示すフローチャートである。同図において、満充電判定開始判定部３１０によって充電が中断されるまでの処理（ステップＳ４０１〜Ｓ４０３）は、図９に示したステップＳ３０１〜Ｓ３０３の処理と同様であるので説明を省略する。
【００９３】
充電が中断されると、開回路電圧推定部３２０が、時刻の測定を開始する（ステップＳ４０４）。そして、開回路電圧推定部３２０は、所定の時間が経過した時点で（ステップＳ４０５，Ｙｅｓ）、蓄電池モジュール２の蓄電池電圧および放電電流を測定する（ステップＳ４０６）。
【００９４】
続いて、開回路電圧推定部３２０は、前回測定した蓄電池電圧と今回測定した蓄電池電圧との間の変化量から電圧降下勾配を算出する（ステップＳ４０７）。ここで、開回路電圧推定部３２０は、電圧降下勾配が所定の閾値を超えている間は放電電圧を決定せずに（ステップＳ４０８，Ｎｏ）、上述したステップＳ４０４〜Ｓ４０７の処理を繰り返し行う。
【００９５】
そして、電圧降下勾配が所定の閾値以下となった場合に、開回路電圧推定部３２０は、その時点での蓄電池電圧を放電電圧として決定する（ステップＳ４０８，Ｙｅｓ）。
【００９６】
例えば、開回路電圧推定部３２０は、充電が中断されてから５秒ごとに蓄電池モジュール２の電圧を１０ｍＶ精度で測定し、蓄電電圧の変化量（電圧降下勾配）がゼロとなった時点での蓄電電圧を放電電圧とする。その場合、例えば、充電が中断されてから１０秒後の電圧と１５秒後の電圧との変化量がゼロであり、１５秒後の時点で測定された電圧が１３．１２Ｖであったとすると、放電電圧は１３．４５Ｖとなる。
【００９７】
続いて、開回路電圧推定部３２０は、決定した放電電圧および満充電判定開始判定部３１０によって測定された蓄電池電圧を、測定した放電電流と満充電判定開始判定部３１０によって測定された充電電流との比率で比例配分することによって、開回路電圧を推定する（ステップＳ４０９）。
【００９８】
開回路電圧が推定されると、蓄電池満充電判定部１３０が、開回路電圧推定部１２０によって推定された開回路電圧に基づいて、蓄電池モジュール２の満充電を判定する。ここで、蓄電池モジュール２が満充電でないと判定した場合には（ステップＳ４１０，Ｎｏ）、蓄電池満充電判定部１３０は、充電停止スイッチ３１をオンにして充電を再開し（ステップＳ４１１）、蓄電池モジュール２が満充電であると判定するまで上述した処理を繰り返す。
【００９９】
そして、蓄電池モジュール２が満充電であると判定した場合には（ステップＳ４１０，Ｙｅｓ）、蓄電池満充電判定部１３０は、満充電を示すメッセージを出力装置に出力する（ステップＳ４１２）。
【０１００】
上述してきたように、本実施例４では、開回路電圧推定部３２０が、充電が中断された後に所定の時間間隔ごとに蓄電池電圧の変化量を算出し、算出した変化量が所定の閾値以下となった時点での蓄電池電圧を蓄電池モジュール２の放電電圧として決定する。したがって、本実施例４によれば、開回路電圧の実測が不可能であり、かつ、放電状態になるまでの時間が蓄電池ごとに異なる場合でも、蓄電池ごとに放電状態となったタイミングを的確に検出して、満充電を正しく判定することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上のように、本発明に係る蓄電池満充電判定装置および蓄電池満充電判定方法は、蓄電池の劣化が進んだ場合でも満充電を正しく判定することが求められる場合に有用であり、特に、ニッケル水素蓄電池の満充電を判定する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本実施例１に係る太陽電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例１における開回路電圧の推定方法を説明するための図である。
【図３】本実施例１に係る蓄電池温度および蓄電池電圧の測定結果を示す図である。
【図４】本実施例１に係る制御装置による満充電判定の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本実施例１における満充電判定の具体例を説明するための図である。
【図６】本実施例２に係る制御装置による満充電判定の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本実施例３に係る太陽電池システムの構成を示すブロック図である。
【図８】本実施例３における開回路電圧の推定方法を説明するための図である。
【図９】本実施例３に係る制御装置による満充電判定の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】本実施例４に係る制御装置による満充電判定の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０３】
１    太陽電池
２    蓄電池モジュール
３    負荷
４    逆流防止ダイオード
５、３１    充電停止スイッチ
６    蓄電池電圧計測部
７    蓄電池温度計測部
８    充放電電流計測部
９ａ、９ｂ、９ｃ    計測線
１０、２０ａ、２０ｂ、３０ａ    スイッチ制御線
２１、２２    スイッチ
１００、２００、３００    制御装置
１１０、３１０    満充電判定開始判定部
１２０、３２０    開回路電圧推定部
１３０    蓄電池満充電判定部
【図１】
2010054471.tif 000004
【図２】
2010054471.tif 000005
【図３】
2010054471.tif 000006
【図４】
2010054471.tif 000007
【図５】
2010054471.tif 000008
【図６】
2010054471.tif 000009
【図７】
2010054471.tif 000010
【図８】
2010054471.tif 000011
【図９】
2010054471.tif 000012
【図１０】
2010054471.tif 000013