(57)【要約】【課題】電気化学素子と負荷部と発電部とを含む電力管理システムにおいて、電気化学素子の残存容量を常に一定範囲内に維持するための制御を簡略化する。【解決手段】電気化学素子と負荷部と発電部とを含む電力管理システムにおいて、電気化学素子は、その充放電曲線に少なくとも２つの段差を有し、電気化学素子の残存容量が２つの段差のうち、低電圧側の段差に相当する残存容量以下になったと判断した場合、高電圧側の段差まで充電し、残存容量が２つの段差のうち、高電圧側の段差に相当する残存容量以上になったと判断した場合、低電圧側の段差まで放電する制御を行う。【選択図】図３
2006351418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学素子と、負荷部と、発電部とを含む電力管理システムであって、
前記電気化学素子は、正極と、負極と、電解液または固体電解質とを有し、
前記電気化学素子の充放電曲線は、複数の段差を有し、
前記複数の段差のうち、任意の第１の段差において、変曲点もしくはその近傍点に対応する電圧の第１の閾値が設定されており、
前記第１の段差よりも低電圧側の第２の段差において、変曲点もしくはその近傍点に対応する電圧の第２の閾値が設定されており、
（ａ）前記電気化学素子の電圧が、前記第１の閾値もしくは前記第２の閾値付近であることを検知する電圧判定部と、
（ｂ）前記電気化学素子から流出または前記電気化学素子へ流入する電流を検出する電流検出部と、
（ｃ）前記電圧判定部が、前記電気化学素子の電圧が前記第１の閾値もしくは前記第２の閾値付近であることを検知した時点から、前記電流検出部の出力を積算し、充放電電流の積算値に対する電圧変化率を検出する傾き検出部と
（ｄ）前記傾き検出部の出力が、予め決めておいた所定の傾き以上になった場合、前記電気化学素子の残存容量が前記第１の段差に相当する残存容量以上になったと判断し、前記電気化学素子を放電し、もしくは、前記電気化学素子の残存容量が前記第２の段差に相当する残存容量以下になったと判断し、前記電気化学素子を充電する制御を行う充放電制御部と、を有する電力管理システム。
【請求項２】
前記傾き検出部の出力に基づいて前記電気化学素子の残存容量を検出する残存容量検出部を有し、
前記残存容量検出部の出力に基づいて、前記充放電制御部が、前記電気化学素子の残存容量を判断すること、
を特徴とする請求項１記載の電力管理システム。
【請求項３】
前記第１の段差は、前記電気化学素子の残存容量が公称容量の６０〜９０％である範囲に設定されており、
前記第２の段差は、前記電気化学素子の残存容量が公称容量の３０〜５０％である範囲に設定されていること、
を特徴とする請求項１記載の電力管理システム。
【請求項４】
前記電気化学素子の最大放電容量を１とし、容量変化（ΔＣ）に対する電圧（Ｖ）の変化率：ΔＶ／ΔＣを電圧変化率とした時、
前記第１の段差と前記第２の段差とにおける電圧変化率の絶対値：｜ΔＶ／ΔＣ｜の最大値は1以上１０以下であること、
を特徴とする請求項１記載の電力管理システム。
【請求項５】
前記充放電制御部（ｄ）は、前記発電部による電力発生量と前記負荷部による電力消費量との差の少なくとも一部を蓄電し、もしくは放電するように、前記電気化学素子の充放電を管理すること、
を特徴とする請求項１記載の電力管理システム。
【請求項６】
前記充放電制御部（ｄ）は、前記発電部の発電量を制御する発電制御部と、
前記発電部の単位時間当たりの発電量と、前記負荷部の単位時間当たりの電力消費量との差を判定する電力差判定部と、を有し、
前記電力差判定部の出力に基づいて、前記電気化学素子の充放電と前記発電部の発電量とを制御すること、
を特徴とする請求項５記載の電力管理システム。
【請求項７】
前記充放電制御部（ｄ）は、前記発電部の発電量を制御する発電制御部と、
前記負荷部から前記電気化学素子へ供給される回生エネルギの電力量を測定する回生電力測定部と、
前記発電部の単位時間当たりの発電量と前記回生電力測定部から出力された単位時間当たりの回生エネルギの電力量との和と、前記負荷部の単位時間当たりの電力消費量との差を判定する電力差判定部と、を有し、
前記電力差判定部の出力に基づいて、前記電気化学素子の充放電と前記発電部の発電量とを制御すること、
を特徴とする請求項５記載の電力管理システム。
【請求項８】
前記第１の段差と前記第２の段差との間の電流積算値を計測し、得られた結果に基づいて、前記電気化学素子の全容量を所定の方式で再設定する残存容量補正部をさらに有すること、
を特徴とする請求項１記載の電力管理システム。
【請求項９】
前記残存容量補正部は、前記電気化学素子の充放電電流、温度および内部インピーダンスよりなる群から選ばれる少なくとも１つのパラメータを検出するパラメータ検出部と、
検出されたパラメータに基づいて、前記電気化学素子の電圧もしくは残存容量と前記第１の閾値と前記第２の閾値との関係を修正するフィールド修正部と、を有すること、
を特徴とする請求項８記載の電力管理システム。
【請求項１０】
前記正極および前記負極より選ばれる少なくとも一方が、一般式（１）：
【化１】
2006351418.tif 000010
（式中、Ｒ1およびＲ2は、それぞれ独立に鎖状または環状の脂肪族基であり、Ｒ1とＲ2は同じであっても異なっていてもよく、Ｘ1〜Ｘ4は、それぞれ独立に硫黄原子、酸素原子またはテルル原子であり、Ｘ1〜Ｘ4は同じであっても異なっていてもよく、前記脂肪族基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子およびホウ素原子よりなる群から選ばれる１種以上を含むことができる）で表される構造を有する化合物を含むこと、
を特徴とする請求項１記載の電力管理システム。
【請求項１１】
電気化学素子と、負荷部と、発電部とを含む電力管理システムの管理方法であって、
前記電気化学素子は、正極と、負極と、電解液または固体電解質とを有し、
前記電気化学素子の充放電曲線は、少なくとも２つの段差を有し、
前記複数の段差のうち、任意の第１の段差において、変曲点もしくはその近傍点に対応する電圧の第１の閾値が設定されており、
前記第１の段差よりも低電圧側の第２の段差において、変曲点もしくはその近傍点に対応する電圧の第２の閾値が設定されており、
前記管理方法は、
（ａ）前記電気化学素子の電圧が、前記第１の閾値もしくは前記第２の閾値付近であると判断する工程と、
（ｂ）前記電気化学素子から流出または前記電気化学素子へ流入する電流を検出する工程と、
（ｃ）前記電気化学素子の電圧が前記第１の閾値もしくは前記第２の閾値付近であることを検知した時点から、前記電流検出部の出力を積算し、充放電電流の積算値に対する電圧変化率を検出する工程と、
（ｄ）前記電圧変化率が、予め決めておいた所定の傾き以上になった場合、前記電気化学素子の残存容量が前記第１の段差に相当する残存容量以上になったと判断し、前記電気化学素子を放電し、もしくは、前記電気化学素子の残存容量が前記第２の段差に相当する残存容量以下になったと判断し、前記電気化学素子を充電する制御を行う工程と、
を有することを特徴とする電力管理システムの管理方法。
【請求項１２】
前記電圧変化率の傾きに基づいて前記電気化学素子の残存容量を検出し、前記検出された残存容量を、前記第１の段差に相当する残存容量、もしくは、前記第２の段差に相当する残存容量と比較する工程を有すること、
を特徴とする請求項１１記載の電力管理システムの管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学素子と負荷部と発電部とを含む電力管理システム、およびその管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯型の電子機器、例えば情報機器、通信機器、映像機器、音響機器、静止画像機器や、電動式車両やロボットの電源として、電気化学素子と発電部とを併用することが実用化、あるいは検討されている。電気化学素子と発電部とを併用することにより、発電部による電力発生量が不足するときは、電気化学素子から負荷部に電力を供給し、発電部による電力発生量が過剰のときは、過剰分を電気化学素子に充電することが可能となる。
【０００３】
しかし、電気化学素子の残存容量が少ないと、発電部による電力発生量が不足するときに、負荷部に必要量の電力を供給することができず、携帯型機器の動作や電動式車両の運転は不安定になる。また、電気化学素子の残存容量が多すぎると、発電部による電力発生量が過剰のときに、余剰分を全て充電することができず、また負荷部からの回生エネルギを回収することが出来ず、エネルギを無駄に浪費することになる。
【０００４】
従って、電気化学素子と負荷部と発電部とを含む電力システムにおいては、常に電気化学素子の残存容量を把握するとともに、電気化学素子に一定範囲内の残存容量を蓄えておくことが望まれる。
【０００５】
ここで、従来提案されている電力システムにおける電気化学素子の残存容量の把握方法について、図１を参照しながら説明する。
図１は、従来の電力システムの系統図である（特許文献１参照）。図１のシステムは、負荷部５０への電力供給を行う発電部として燃料電池３０を有する。このシステムは、バックアップ用の電気化学素子として蓄電池６０を有する。燃料電池には、改質器２０で生成させた燃料が送られる。改質器２０には、原料タンク１０１から燃料原料が送られる。
【０００６】
燃料電池３０の出力は、補機制御部１００によって、各種補機を制御することにより行われる。すなわち、補機制御部１００は、燃料電池のカソードに空気を送る反応空気ブロワ９０、改質器２０の燃焼部に空気を送る燃焼空気ブロワ８０、および原料タンク１０１から燃料原料を改質器へ送る原料ポンプ７０を制御する。燃料電池から出力される電流値は、出力電流検出器１７０によって検出される。
【０００７】
一方、蓄電池６０は、電流検出器１１０および電圧検出器１３０に接続されている。電流検出器１１０で検出された電流は、積算器１２０で積算される。検出された電圧および積算された電流値は、システム制御部１５０に送られる。システム制御部１５０は、メモリ１４０を具備し、メモリには蓄電池の残存容量目標値が格納されている。
【０００８】
システム制御部１５０は、検出された電圧値、積算された電流値、残存容量目標値などをベースに演算を行い、演算結果に基づいて、補機制御部１００を制御する。
出力電流検出器１７０で検出された電流値と、システム制御部１５０で得られた演算結果とは、データ比較器１８０に送られ、そこで対比される。対比結果により、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０を制御する調節器１６０が制御される。
【０００９】
上記のようなシステムでは、燃料電池から、蓄電池および負荷へ送られる電流を、蓄電池の残存容量に基づいて、制御することが可能である。しかし、蓄電池の残存容量を正確に検出するための、回路や制御が複雑になり、コストも高くなる。
【００１０】
図２は、一般的な電気化学素子の充放電曲線である。
充放電曲線は、図２のようにＡ〜Ｃの３つの領域に分けることができる。領域Ｂでは、電気化学素子の中で可逆的な充放電反応が進行するが、領域Ｃでは、可逆性が崩れる傾向がある。電気化学素子と負荷部と発電部とを含む電力システムにおいては、安定な出力を示すフラットな領域Ｂだけを利用することが好ましい。
【００１１】
しかし、フラットな領域Ｂでは、電圧がほとんど変化しないため、電圧のみによって電気化学素子の残存容量を把握することは困難である。また、電流値や環境温度などの条件が違えば、同じ残存容量であっても、検出される電圧値は異なる。さらに、電流値などのパラメータを用いて、電気化学素子の電圧を推測したところで、充放電曲線がフラットな領域では、電気化学素子の残存容量の推測には役に立たない。そのため、どうしても電流値を時間で積分する方法（以下、電流積算という）による残存容量の把握が必要となる。
【００１２】
また、Ｂ領域が完全にフラットでなく、傾きが緩やかである場合には、電圧のみによって電気化学素子の残存容量を把握するためには、電圧検出精度が要求される。同様に、補正に必要なパラメータの精度も要求される。しかし、そのような精度を実現しようとすれば、コストが高くなる。一方、精度が低くなると、電圧から残存容量を正確に把握することはできない。
従って、Ｂ領域がフラットであるかどうかに拘わらず、電気化学素子の残存容量を正確に測定するには、電流積算が不可欠となる。
【００１３】
一方、電気化学素子を満充電状態（残存容量を１００％）になるまで充電し、そこで電流積算値を１００％にリセットすれば、リセットによって積算誤差がなくなる。このような操作を定期的に行えば、比較的正確に残存容量を把握することが可能となる。
【００１４】
図１のシステムの場合、電気化学素子が満充電もしくは完全放電状態であるとき、システム制御部１５０は、電気化学素子の残存容量を１００％もしくは０％と認識することにより、残存容量をリセットすることができる。そして、その残存容量を記憶した状態で、電気化学素子の充放電電流の積算を開始することにより、残存容量の測定精度を高めることができる。
【００１５】
しかし、負荷部の消費電力量（要求エネルギ）は、常に変動する可能性があり、予測できない。そのため、残存容量を１００％にするために電気化学素子を満充電すると、負荷部の稼働が急に停止した際に、発電部で発生する電力を電気化学素子が吸収できず、エネルギが行き場を失ってしまう。燃料電池のように、停止までに時間がかかる発電部を含むシステムにおいては、エネルギの損失は特に大きくなる。逆に、残存容量が０％になるまで電気化学素子を完全放電して、電流積算値をリセットする場合には、負荷部の消費電力量の急増に対応できなくなる。残存容量が０％のままでシステムが停止した場合、次回のシステム起動が不可能になることもある。
【００１６】
例えば、電気と化石燃料とのハイブリッド自動車や電気自動車では、車両減速時の回生エネルギを電気化学素子で回収できるように、電気化学素子の満充電を避けている。また、加速時の不足エネルギを電気化学素子で補うために、電気化学素子の完全放電を避けている。このように、残存容量を１００％もしくは０％にすることによる残存容量のリセットを行えないまま、電流積算と電圧値などに基づいて、システムが稼働し続けることになる。
【特許文献１】特開平１−２１１８６０号公報（第１図、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
携帯電子機器用電気化学素子の充放電管理規格や電動式車両に用いられる電気化学素子の充放電管理において、上記のような従来のシステムの適用が検討されている。
しかし、従来のシステムでは、電気化学素子の残存容量を正確に把握するには、複雑な作業を要する。第１に、積分誤差を補正するためには、様々なパラメータを高速で取り込む必要がある。第２に、急峻な負荷変動に応じる必要があるため、電流を検出するサンプルレートを高くする必要がある。第３に、大電流から０Ａ付近の電流まで高精度に検出する必要がある。そのため回路が複雑化し、コストが高くなる。また、システム動作中は、常時、電流積算が必要であり、その分、消費電力も多くなる。
【００１８】
また、従来のシステムでは、長時間にわたって、積算電流のリセットを行えないため、次第に積分誤差が大きくなる。そのため、残存容量を一定範囲内に維持していたつもりでも、実際には満充電もしくは完全放電状態に近づいている場合がある。そのため、システムの信頼性、保守性および安全性が損なわれる可能性がある。このような状況を改善するには、複雑な回路構造が必要となり、コストが高くなり、部品点数の増加に伴って、故障の可能性も増大する。
【００１９】
以上を鑑み、本発明は、電気化学素子と負荷部と発電部とを含む電力システムにおいて、電気化学素子の残存容量を比較的容易に把握するとともに、電気化学素子の残存容量を常に一定範囲内に維持するための制御を簡略化することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、電気化学素子と、負荷部と、発電部とを含み、電気化学素子は、正極と、負極と、電解液または固体電解質とを有し、電気化学素子の充放電曲線は、複数の段差を有し、複数の段差のうち、任意の第１の段差において、変曲点もしくはその近傍点に対応する電圧の第１の閾値が設定されており、第１の段差よりも低電圧側の第２の段差において、変曲点もしくはその近傍点に対応する電圧の第２の閾値が設定されており、電気化学素子の電圧が、第１の閾値もしくは第２の閾値付近であることを検知する電圧判定部と、電気化学素子から流出または電気化学素子へ流入する電流を検出する電流検出部と、電圧判定部が前記電気化学素子の電圧が前記第１の閾値もしくは前記第２の閾値付近であることを検知した時点から、電流検出部の出力を積算し、充放電電流の積算値に対する電圧変化率を検出する傾き検出部と、傾き検出部の出力が、予め決めておいた所定の傾き以上になった場合、電気化学素子の残存容量が第１の段差に相当する残存容量以上になったと判断し、電気化学素子を放電するか、もしくは、電気化学素子の残存容量が第２の段差に相当する残存容量以下になったと判断し、電気化学素子を充電する制御を行う充放電制御部とを有する電力管理システムに関する。
【００２１】
本発明の電力管理システムは、傾き検出部の出力に基づいて電気化学素子の残存容量を検出する残存容量検出部を有することができる。この場合、残存容量検出部の出力に基づいて、充放電制御部は、電気化学素子の残存容量を判断する。例えば、傾き検出部の出力と電気化学素子の電圧から残存容量を判断することができる。
【００２２】
第１の段差は、電気化学素子の残存容量が公称容量の６０〜９０％である範囲に設定されており、第２の段差は、電気化学素子の残存容量が公称容量の３０〜５０％である範囲に設定されていることが望ましい。
【００２３】
電気化学素子の最大放電容量を１とし、容量変化（ΔＣ）に対する電圧（Ｖ）の変化率：ΔＶ／ΔＣを電圧変化率とした時、第１の段差と第２の段差とにおける電圧変化率の絶対値：｜ΔＶ／ΔＣ｜の最大値は、1以上１０以下であることが望ましい。
【００２４】
本発明は、充放電制御部が、発電部による電力発生量と負荷部による電力消費量との差の少なくとも一部を蓄電し、もしくは放電するように、電気化学素子の充放電を管理する形態を含む。
なお、蓄電モードの際に残存容量が多く、残存容量が第１の段差よりも若干多くなったとしても特に問題はなく、発電部を停止することにより、次第に残存容量は第１の段差よりも少なくなる。また、放電モードの際に残存容量が少なく、残存容量が第２の段差よりも若干少なくなったとしても特に問題はなく、発電部の出力が負荷部での消費量を上回るように調整することにより、次第に残存容量は第２の段差よりも多くなる。
【００２５】
充放電制御部は、例えば、発電部の発電量を制御する発電制御部と、発電部の単位時間当たりの発電量と、負荷部の単位時間当たりの電力消費量との差を判定する電力差判定部とを有し、電力差判定部の出力に基づいて、電気化学素子の充放電と発電部の発電量とを制御する。
【００２６】
充放電制御部は、例えば、発電部の発電量を制御する発電制御部と、負荷部から電気化学素子へ供給される回生エネルギの電力量を測定する回生電力測定部と、発電部の単位時間当たりの発電量と回生電力測定部から出力された単位時間当たりの回生エネルギの電力量との和と、負荷部の単位時間当たりの電力消費量との差を判定する電力差判定部とを有し、電力差判定部の出力に基づいて、電気化学素子の充放電と前記発電部の発電量とを制御する。
【００２７】
電力管理システムは、第１の段差と第２の段差との間の電流積算値を計測し、得られた結果に基づいて、電気化学素子の全容量を所定の方式で再設定する残存容量補正部をさらに有することができる。
【００２８】
第１の段差と第２の段差との間の電流積算値は、電気化学素子の全容量に対して一定の割合になるので、電気化学素子が劣化して全容量が例えば初期の９０％になった場合には、第１の段差と第２の段差との間の電流積算値も初期の９０％になる。従って、第１の段差と第２の段差との間の電流積算値を求めることで、電気化学素子の全容量を容易に再設定できる。
【００２９】
残存容量補正部は、電気化学素子の充放電電流、温度および内部インピーダンスよりなる群から選ばれる少なくとも１つのパラメータを検出するパラメータ検出部と、検出されたパラメータに基づいて、電気化学素子の電圧もしくは残存容量と第１の閾値と第２の閾値との関係を修正するフィールド修正部と、を有することが望ましい。
【００３０】
電気化学素子が具備する正極および負極より選ばれる少なくとも一方は、活物質として、例えば、一般式（１）：
【００３１】
【化１】
2006351418.tif 000003
【００３２】
（式中、Ｒ1およびＲ2は、それぞれ独立に鎖状または環状の脂肪族基であり、Ｒ1とＲ2は同じであっても異なっていてもよく、Ｘ1〜Ｘ4は、それぞれ独立に硫黄原子、酸素原子またはテルル原子であり、Ｘ1〜Ｘ4は同じであっても異なっていてもよく、前記脂肪族基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子およびホウ素原子よりなる群から選ばれる１種以上を含むことができる）で表される構造を有する化合物を含む。
【００３３】
本発明は、また、電気化学素子と、負荷部と、発電部とを含み、電気化学素子は、正極と、負極と、電解液または固体電解質とを有し、電気化学素子の充放電曲線は、少なくとも２つの段差を有し、複数の段差のうち、任意の第１の段差において、変曲点もしくはその近傍点に対応する電圧の第１の閾値が設定されており、第１の段差よりも低電圧側の第２の段差において、変曲点もしくはその近傍点に対応する電圧の第２の閾値が設定されている電力管理システムの管理方法であって、電気化学素子の電圧が、第１の閾値もしくは第２の閾値付近であると判断する工程と、電気化学素子から流出または前記電気化学素子へ流入する電流を検出する工程と、電気化学素子の電圧が第１の閾値もしくは第２の閾値付近であることを検知した時点から、電流検出部の出力を積算し、充放電電流の積算値に対する電圧変化率を検出する工程と、電圧変化率が、予め決めておいた所定の傾き以上になった場合、電気化学素子の残存容量が第１の段差に相当する残存容量以上になったと判断し、電気化学素子を放電し、もしくは、電気化学素子の残存容量が第２の段差に相当する残存容量以下になったと判断し、電気化学素子を充電する制御を行う工程と、を有することを特徴とする電力管理システムの管理方法に関する。
【００３４】
本発明の管理方法は、例えば、電圧変化率の傾きに基づいて電気化学素子の残存容量を検出し、検出された残存容量を、第１の段差に相当する残存容量、もしくは、第２の段差に相当する残存容量と比較する工程を有する。
ここで、電圧判定部は、電気化学素子の電圧の測定結果に基づき、電圧が第１の閾値もしくは第２の閾値付近であると判断し、その信号を出力する。
【００３５】
電流検出部は、電気化学素子から流出または電気化学素子へ流入する電流を検出し、出力する。
傾き検出部は、電圧判定部が電気化学素子の電圧が第１の閾値もしくは第２の閾値付近であることを検知した時点から、電流検出部の出力を積算し、充放電電流の積算値に対する電圧変化率を測定し、出力する。
【００３６】
なお、第１の閾値もしくは第２の閾値付近とは、第１の段差もしくは第２の段差前後の所定の電圧変化幅に対応する領域である。
残存容量検出部は、傾き検出部の出力や、電気化学素子の電圧に基づき、電気化学素子の残存容量を検出し、出力する。
【００３７】
充放電制御部は、傾き検出部の出力もしくは残存容量検出部の出力に基づいて、電気化学素子の残存容量が第１の段差に相当する残存容量以上になったと判断した場合には、電気化学素子を放電し、電気化学素子の残存容量が第２の段差に相当する残存容量以下になったと判断した場合には、電気化学素子を充電する制御を行う。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、電気化学素子と負荷部と発電部とを含む電力システムにおいて、電気化学素子の残存容量を比較的容易に把握することができ、さらに、電気化学素子の残存容量を常に一定範囲内に維持する制御を簡単に行うことができる。すなわち、電力管理システムの構造を従来に比べて簡略化することができる。また、本発明によれば、電気化学素子の寿命を早めることなく、信頼性、保守性および安全性を高めたシステムを提供することができる。
【００３９】
電気化学素子の充放電曲線が、複数の段差を有するとき、段差付近で電気化学素子の電圧は大きく変化する。従って、実測電圧が、段差の変曲点もしくはその近傍点に設定した閾値よりも大きいか小さいかを判断することは容易である。また、段差の変曲点もしくはその近傍点における電気化学素子の残存容量のばらつきは小さく、温度やサイクル劣化を考慮しても、全体容量に占める残存容量の比率に対するばらつきは小さい。従って、閾値に対応する残存容量を予め明らかにしておき、その残存容量を基準に用いることで、ほぼ正確な残存容量を算出することができる。
【００４０】
本発明では、充放電曲線が有する複数の段差のうち、任意の２つの段差を選択し、より高電圧側を第１の段差とし、より低電圧側を第２の段差とする。電気化学素子の実測電圧が第２の段差の閾値（第２の閾値）以下の場合には、電圧が第１の段差に向かうように電気化学素子を充電し、電気化学素子の実測電圧が第１の段差の閾値（第１の閾値）以上の場合には、電圧が第２の段差に向かうように電気化学素子を放電する。このように充放電を管理すれば、電気化学素子の残存容量を、第２の段差に対応する残存容量から第１の段差に対応する残存容量までの一定範囲内に、維持することができる。その結果、残存容量を把握する際に、各種の補正を行うことが、必須ではなくなる。
【００４１】
また第１の段差と第２の段差との間の電流積分を行えば、全体容量がサイクル劣化や温度変化により変動した場合でも、その電流積算値からその時の全体容量を推定することができる。よって、万一、電気化学素子、発電部、負荷部などにトラブルがあった場合でも、満充電や過放電に至る前に、警告や停止を確実に行うことができるので、突然のシャットダウンなどのトラブルを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図３は、本実施形態に係る電力管理システム１５を示す系統図である。電力管理システム１５は、負荷部３への電力供給を行う発電部１と、負荷部と並列に接続された電気化学素子２とを有する。電気化学素子２は、発電部１から出力される電力が不足する場合には、負荷部３への電力供給を行い、発電部１から出力される電力が過剰である場合には、余剰の電力を充電する。その他の構成については後述する。
【００４３】
負荷部３は、発電部１と電気化学素子２とから電力を供給され、電力を消費する機器等を意味する。
本実施形態において、発電部１は、電気化学素子２と負荷部３とに、電力を供給する機器等を意味する。本実施形態において、発電部１の種類や構成は特に制限されない。ただし、本発明は、発電部１が、燃料電池のように、負荷部が要求する電力変動に応じて、素早く発電量を増加もしくは減少させることが比較的困難な発電部を用いる場合に、特に有効である。発電部１による電力発生量と、負荷部３による電力消費量との差を、電気化学素子２の充放電により相殺することができるからである。他に、好ましい発電部１としては、太陽電池、車両のエンジンに設けられた発電機などを挙げることができる。
【００４４】
本実施形態において、負荷部３の種類や構成は特に制限されない。ただし、本発明は、負荷部３が、小型携帯機器や電動車両のように、稼働中の電力消費量が大きく変動する場合に、特に有効である。
【００４５】
電気化学素子２は、正極と負極と電解液または固体電解質とを有し、電気の充放電を行える素子であれば、特に限定なく用いることができる。例えば、リチウムイオン二次電池、アルカリ蓄電池、鉛蓄電池等を挙げることができる。特に下記一般式（１）で示す材料を電極活物質に用いると、充放電曲線に好適な複数の段差を有する電気化学素子を容易に得ることができる。
【００４６】
【化２】
2006351418.tif 000004
【００４７】
一般式（１）中、Ｒ1およびＲ2は、それぞれ独立に鎖状または環状の脂肪族基であり、Ｒ1とＲ2は同じであっても異なっていてもよく、脂肪族基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子およびホウ素原子よりなる群から選ばれる１種以上を含むことができる。また、Ｘ1〜Ｘ4は、それぞれ独立に硫黄原子、酸素原子またはテルル原子であり、Ｘ1〜Ｘ4は同じであっても異なっていてもよい。
【００４８】
ここで、電気化学素子２の充放電曲線は、少なくとも２つの段差を有する。電気化学素子２の充放電曲線について、図４を用いて説明する。
図４は、電気化学素子２の充放電曲線を例示したものである。図４において、充放電曲線Ｒは、第１の段差（Ｓ１）と第２の段差（Ｓ２）とを有し、それぞれ段差のほぼ中心に変曲点Ｐ１およびＰ２を有する。
【００４９】
第１の段差において、変曲点Ｐ１もしくはその近傍点に対応する電圧の閾値である第１の閾値（以下、ＶＨという）が設定されている。同様に、第２の段差において、変曲点Ｐ２もしくはその近傍点に対応する電圧の閾値である第２の閾値（以下、ＶＬという）が設定されている。変曲点Ｐ１に対応する残存容量をＣ１、変曲点Ｐ２に対応する残存容量をＣ２とする。
【００５０】
また、この例では、変曲点Ｐ１およびＰ２における残存容量Ｃ１およびＣ２は、それぞれ６０％および４０％となっている。ただし、充放電曲線の形状は、このような形状に限定されないし、段差の数は３つ以上であってもよい。充放電曲線の形状は電気化学素子の種類によって異なるが、複数の段差のうち、任意の２つに着眼することにより、本発明の効果を発揮することができる。
【００５１】
なお、電気化学素子２の充放電曲線Ｒは、電気化学素子２の使用環境や電流値によって、変動する可能性がある。図４中、充放電曲線Ｒは、典型的な充放電曲線であり、曲線Ｒ１は充放電曲線の変動範囲の下限を示し、曲線Ｒ２は充放電曲線の変動範囲の上限を示している。曲線Ｒ１および曲線Ｒ２の変曲点における残存容量は、曲線Ｒの変曲点とほぼ同じ残存容量と判断可能である。
【００５２】
電気化学素子２が図４のような充放電曲線を有し、ＶＨとＶＬとをそれぞれ点Ｐ１および点Ｐ２における電圧に設定する場合、電圧判定部９（図３）は、電気化学素子２の電圧を測定し、電気化学素子２の電圧がＶＨまたはＶＬの付近であるかどうかを判断する。
【００５３】
電圧判定部９は、例えばシステムの使用者が予め決定した閾値を、電圧判定部９を構成するハードウエアの一部に格納することができる。これにより、システムにおいて、所望の閾値を設定することができる。
電圧判定部９に、自ら自動的に閾値を設定する機能を付与してもよい。その場合、電圧判定部は、例えば、充電もしくは放電中の電気化学素子の電圧をモニタして、電圧の時間変化率ΔＶ／Δｔあるいは残存容量に対する電圧の変化率ΔＶ／ΔＣの絶対値が相対的に大きくなる変曲点を見出し、変曲点を基準に閾値を設定する機能を有すればよい。
【００５４】
なお、電気化学素子２の電圧をＡＤコンバータで取り込み、以降の処理をデジタルデータで行ってもよいし、一部でアナログデータを取り扱ってもよい。
電気化学素子２の電圧がＶＨまたはＶＬの付近であると判断した場合、電圧判定部９は傾き検出部５へ、その情報を出力する。
【００５５】
傾き検出部５は、電流計などを具備する電流検出部６に対し、電気化学素子２から流出または流入する電流を検出するよう命令する。電流検出部６は、その命令を受け、電気化学素子２から流出または流入する電流を検出し、傾き検出部５へ出力する。
【００５６】
傾き検出部５は、電圧判定部９や電流検出部６から得た、電気化学素子２の電圧および電流の経時変化を元に、充電あるいは放電電流の積算値から電気化学素子２の充電あるいは放電容量を求め、電気化学素子２の充電あるいは放電容量に対する電圧の変化率（ΔＶ／ΔＣ）を求める。求めたΔＶ／ΔＣの値は、残存容量検出部７へ送られる。
【００５７】
残存容量検出部７は、例えば、求めたΔＶ／ΔＣが予め定めておいた値よりも大きい場合、電気化学素子２が第１の段差あるいは第２の段差に対応する状態であると判断し、残存容量がＣ１以上になったこと、もしくはＣ２以下になったことを充放電制御部４に出力する。
なお、残存容量検出部７が第１の段差あるいは第２の段差であると判断した場合、その時点で段差に対応するほぼ正確な残存容量を算出することができるので、電気化学素子の残存容量を段差に対応する所定値にリセットし、電流積算時に生じる積分誤差などの誤差をなくすことができる。積分誤差がなくなれば、これに起因する過充電および過放電に対する対策を省くことができる。すなわち、付加的な回路を設ける必要がなくなる。従って、簡易な構造でありながら、信頼性、保守性および安定性に優れたシステムを構築することができる。
【００５８】
充放電制御部４は、残存容量検出部７の出力に基づいて、電気化学素子２の残存容量がＣ２より少なくなったと判断した場合、第１の段差に向かうように電気化学素子２を充電し、電気化学素子２の残存容量がＣ１より多くなったと判断した場合、第２の段差に向かうように電気化学素子２を放電する制御を行う。
【００５９】
残存容量がＣ１とＣ２との中間に対応する場合、定格を超える放電が行われる場合のように発電部を動作させる特段の必要性がない限り、充電時は電圧がＶＨに達するまで充電し、放電時は電圧がＶＬに達するまで放電する。その結果、電気化学素子の充放電は、電気化学素子の電圧がＶＨからＶＬの間になるように管理される。
【００６０】
発電部の発電状態と、電気化学素子の電圧および残存容量と、ヒステリシスの様子とを表したのが図５である。例えば、電気化学素子２の残存容量が５０％であり、発電部が動作しており、電気化学素子の充電が進行している状態である場合、電気化学素子２の電圧は、しだいにＶＨに近付く。電圧が点Ｐ１’に対応する第１の閾値付近の電圧に達すると、電圧判定部９が、傾き検出部５へ信号を送り、電流積算が開始される。そして、電気化学素子の電圧が第１の閾値に達し、充電電流の積算値に対する電圧変化率（ΔＶ／ΔＣ）が、予め定めた傾きを超えたところで、傾き検出部５は電流積算を停止する。その際、残存容量検出部７は、残存容量を６０％と認識し、その信号を充放電制御部４へ送り、発電部１による発電を停止する。
【００６１】
発電部１による発電が停止した状態では、電気化学素子２のエネルギが徐々に使われ、残存容量は減少し、電気化学素子２の電圧は、しだいにＶＬに近付く。電圧が点Ｐ２’に対応する第２の閾値付近の電圧に達すると、電圧判定部９が、傾き検出部５へ信号を送り、電流積算が開始される。そして、電気化学素子の電圧が第２の閾値に達し、放電電流の積算値に対する電圧変化率（ΔＶ／ΔＣ）の傾きが閾値を超えたところで、傾き検出部５は電流積算を停止する。その際、残存容量検出部７は、残存容量を４０％と認識し、その信号を充放電制御部４へ送り、発電部１による発電を起動する。
充放電制御部４は、以上の動作を繰り返し、電気化学素子２の充電／放電を切り替え、電気化学素子２の残存容量を４０％〜６０％に収束させようとする。
【００６２】
図３のシステムにおいて、システム起動時に電気化学素子２の残存容量の初期値が不明である場合には、例えば、残存容量検出部７は、電圧判定部９からの出力に基づき、図７に示す流れ図に従って暫定的に残存容量を推定する。そして、残存容量が４０％〜６０％の範囲に向かうように、充放電制御部４が発電部の起動と停止を含めた電気化学素子２の充放電電流の管理を行う。
【００６３】
残存容量の暫定的な推定は、例えば、図６に示す流れ図に従って行われる。具体的には、ステップＳ１では、システム起動時に、電気化学素子の端子電圧（ＣＣＶ）または開放端子電圧（ＯＣＶ）、電気化学素子に流れる電流および電気化学素子の温度を測定する。ステップＳ２では、電流および温度測定結果に基づき、端子電圧を補正もしくは開放端子電圧を推定し、または端子電圧を補正するとともに開放端子電圧を推定する。ステップＳ３では、予めマップ化しておいたデータから、比較対象となる充放電カーブのデータを選び、そのカーブに設定された段差に相当する電圧と、Ｓ２で推定した開放端子電圧とを比較する。
【００６４】
得られた推定電圧が、図５の領域Ａまたは領域Ａ〜Ｂの範囲内であるときは、暫定的に領域Ａの範囲内であると判定し、領域Ｂの範囲内であるときは、領域Ｂの範囲内であると判定し、領域Ｂ〜Ｃまたは領域Ｃの範囲内であるときは、暫定的に領域Ｃの範囲内であると判定する。そして、残存容量が領域Ｂに含まれない場合には、領域Ｂの範囲に向かうように、充放電制御部４が、発電部の起動と停止を含む電気化学素子２の充放電電流の管理を行う。
【００６５】
なお、ΔＣを求めるための電流積算は、段差付近のみで行えばよい。すなわち、電圧判定部９が電気化学素子２の電圧が第１もしくは第２の閾値付近であることを検知したときに、電流積算を開始し、ΔＶ／ΔＣが所定の傾きに達したときに、電流積算を停止するように、ＯＮ／ＯＦＦの操作を行う。これにより、電流積算を常時行う場合に比べて、電力管理システムの消費電力を大幅に低減できる。
【００６６】
上記の構成によれば、電気化学素子２の充放電を制御する際に、電気化学素子２の残存容量を第１の段差と第２の段差との間に保つこと、言い換えると、電気化学素子２の残存容量をＣ１とＣ２との間に保つことは容易である。充放電曲線の段差を検出することは容易であり、段差における残存容量の全容量に対する割合は、ほとんど変化しないからである。
【００６７】
なお、不測の事態により電圧判定部が段差を検知できなかった場合のために、電気化学素子の実測電圧がＶＨよりも高く、例えばＶＨ＋０．３Ｖになった時点で、強制的に電気化学素子を放電するように設定してもよい。同様に、実測電圧がＶＬよりも低く、例えばＶＬ−０．３Ｖになった時点で、強制的に発電部を起動させるように設定していても良い。このような設定により、段差の検知が上手くできなくなった場合でも、ある程度の範囲に電気化学素子の容量を維持することができ、システムの安全性も高められる。
【００６８】
なお、ここでは図３〜５を参照しながら、充放電曲線の変曲点が残存容量４０％と６０％に対応する場合を例にあげて説明したが、電気化学素子の空き容量は、発電部の停止時に発生するエネルギを吸収できる程度であれば十分である。実際には、第１の段差に対応する充放電曲線の変曲点Ｐ１が、公称容量の６０〜９０％に対応する範囲に設定されており、第２の段差に対応する充放電曲線の変曲点Ｐ２が、公称容量の３０〜５０％に対応する範囲に設定されていることが、システムのエネルギ供給能力を向上させる観点から望ましい。特に、電気自動車などの電動車両にシステムを適用する場合、負荷部からの回生エネルギを吸収できるだけの余裕が電気化学素子には必要である。よって、第２の段差に対応する充放電曲線の変曲点Ｐ２は、上述の範囲に設定することが好ましい。
【００６９】
充放電曲線が段差を２つだけ有する場合、充放電曲線において最大放電容量を１とした時、段差における容量変化：ΔＣ（例えば０．０５〜０．１５）に対する前記電圧差：ΔＶ（例えば０．１５〜０．３Ｖ）から求められる変化率の絶対値：｜ΔＶ／ΔＣ｜の最大値が１以上１０以下であることが好ましい。｜ΔＶ／ΔＣ｜の最大値は、変曲点Ｐ１またはＰ２における充放電曲線の傾きを意味する。｜ΔＶ／ΔＣ｜の最大値が１より小さい場合には、段差の検出が困難となる場合があり、｜ΔＶ／ΔＣ｜の最大値が１０より大きい場合には、電圧や電流の検出頻度を高めなければ、段差と認識できなくなり、システム自体が高価になる場合がある。段差の数が増えると一つの段差あたりの傾きは、より小さくなる。
【００７０】
電力管理システムのエネルギ効率を高めるには、発電部１による電力発生量と負荷部３による電力消費量との差の少なくとも一部を、電気化学素子２が供給し、もしくは蓄えるように、電気化学素子２の充放電を充放電制御部４が管理することが好ましい。
電気化学素子２の充放電を充放電制御部４が管理するためには、充放電制御部４は、発電部１の単位時間あたりの電力発生量を制御する発電制御部と、発電部１の単位時間あたりの電力発生量と負荷部３の単位時間あたりの電力消費量との差を判定する電力差判定部とを有し、電力差判定部の出力に基づいて、電気化学素子２の充放電と発電部１の発電量とを管理することが有効である。
【００７１】
ここで、発電制御部は、例えば、発電部１への燃料供給装置、燃料供給量制御装置、発電部の温度制御装置、出力制御装置、反応制御装置（高分子電解質型燃料電池においては酸素供給量制御装置や反応膜面積可変装置など）、負荷へエネルギを伝達するための変換装置などで構成することが可能である。また、電力差判定部は、例えば、電流検出装置、電圧検出装置、掛け算器、引き算器、ＡＤ変換装置、信号処理装置、などで構成することが可能である。
【００７２】
電気化学素子２は、常に空き容量を有するように、充放電制御部４により制御されている。従って、発電部１の単位時間あたりの電力発生量が、負荷部３の単位時間あたりの電力消費量を上回る場合には、余分の電力を電気化学素子２に充電することができる。電気化学素子２の残存容量が多くなると、充放電制御部４は、電気化学素子２の放電を行うように指令を出すとともに、発電部１の単位時間あたりの電力発生量を、充放電制御部４を介して減少させる。
【００７３】
一方、発電部１の単位時間あたりの電力発生量が、負荷部３の単位時間あたりの電力消費量を下回る場合には、不足する電力を電気化学素子２の放電により補うことができる。電気化学素子２の残存容量が少なくなると、充放電制御部４は、電気化学素子２の充電を行うように指令を出すとともに、発電部１の電力を増大させる。また、発電電力増大の代わりに、負荷部３からの回生エネルギを電気化学素子２に蓄えることもできる。
【００７４】
電気化学素子２の充放電曲線における変曲点と残存容量との相関関係は、電気化学素子の設計により、任意に設定することができる。例えば、電気化学素子を構成する正極および／または負極の活物質として、前述した一般式（１）で表される材料を、単独で、もしくは２種以上を組み合わせて用いることにより、充放電曲線に任意の段差を持たせることができる。
【００７５】
充放電曲線における段差の位置および段差の数は、一般式（１）において、例えばＲ1、Ｒ2、Ｘ1〜Ｘ4を変化させることによって、制御することができる。一般式（１）で表される化合物の具体例として、例えば以下の式（２）〜（６）で表される化合物を挙げることができる。
【００７６】
【化３】
2006351418.tif 000005
【００７７】
上記式（２）中、Ｒ1〜Ｒ4は、それぞれ独立に鎖状または環状の脂肪族基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基またはニトロソ基であり、Ｒ1〜Ｒ4は同じであっても異なっていてもよく、前記脂肪族基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子およびハロゲン原子よりなる群から選ばれる１種以上を含むことができる。
【００７８】
【化４】
2006351418.tif 000006
【００７９】
上記式（３）中、Ｒ1およびＲ2は、それぞれ独立に鎖状または環状の脂肪族基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基またはニトロソ基であり、Ｒ1とＲ2は同じであっても異なっていてもよく、Ｘは、イオウ原子、酸素原子またはテルル原子であり、前記脂肪族基は、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子およびハロゲン原子よりなる群から選ばれる１種以上を含むことができる。
【００８０】
【化５】
2006351418.tif 000007
【００８１】
上記式（４）中、ＸおよびＹは、それぞれ独立に硫黄原子、酸素原子またはメチレン基であり、ＸとＹは同じであっても異なっていてもよい。
【００８２】
【化６】
2006351418.tif 000008
【００８３】
上記式（５）中、Ｒ1およびＲ2は、それぞれ独立に鎖状または環状の脂肪族基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基またはニトロソ基であり、Ｒ1とＲ2は同じであっても異なっていてもよく、前記脂肪族基は、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子およびハロゲン原子よりなる群から選ばれる１種以上を含むことができ、ｎは１以上である。
【００８４】
【化７】
2006351418.tif 000009
【００８５】
（実施の形態２）
本実施形態では、電気化学素子の残存容量を補正する残存容量補正部を有する電力管理システムについて説明する。
電気化学素子が劣化すると、充放電曲線は、ほぼ相似形で縮小する。この性質を利用して、電気化学素子の残存容量を補正することができる。例えば、第１の段差および第２の段差に対応する残存容量Ｃ１およびＣ２は、劣化に伴って小さくなるが、全容量に対するＣ１およびＣ２の割合は変わらない。
【００８６】
例えば、初期状態で図４に示す充放電曲線を有する電気化学素子において、Ｃ１は全容量の６０％、Ｃ２は全容量の４０％であるが、この値は、電気化学素子が劣化しても変わらない。よって、Ｃ１からＣ２までの容量は、常に全容量に対して約２０％を示すことになる。
【００８７】
この性質を利用して、本実施形態に係る電力管理システムは、第１の段差と第２の段差との間の電流積算値を計測し、得られた結果に基づいて、電気化学素子の全容量を算出し、再設定する残存容量補正部を有する。なお、残存容量補正部は、電力管理システム内にあればよく、残存容量検出部が兼ねていてもよい。
例えば、初期における２つの段差の間隔が３００ｍＡｈに相当し、２つの段差における残存容量がそれぞれ６０％と４０％である場合、温度やサイクル劣化などにより、２つの段差の間隔は縮小する。例えば２つの段差の間隔が２００ｍＡｈ相当まで縮小した場合、全容量は２／３に補正される。その結果、残存容量の％表示以外に、例えば、残量の絶対値表示や、駆動可能時間の計算の基準を得ることができ、ユーザは多くの有益な情報を得ることができる。
【００８８】
本実施形態に係る電力管理システムは、電気化学素子の電流以外のパラメータを検出するパラメータ検出部を備えていてもよい。この場合の電力管理システム１７について、図７を参照しながら説明する。なお、図７において、図３と同じ構成要素については、同じ符号を用い、説明を省略する。
【００８９】
電力管理システム１７は、電気化学素子２の電圧を測定し、出力する電圧測定部８と、電気化学素子２の温度を測定し、出力する温度検出部１１とを有することを除いて、図３に示す電力管理システム１５と同じ構成を有する。
電気化学素子２には、熱電対などを具備する温度検出部１１が取り付けられ、さらに、電流検出部６が電気化学素子２と直列に接続されている。電圧測定部８、温度検出部１１および電流検出部６は、パラメータ検出部であり、それぞれフィールド修正部１２と連絡している。フィールド修正部１２は、パラメータ検出部で検出されたパラメータに基づいて、電気化学素子の電圧もしくは残存容量と第１の閾値と第２の閾値との関係を修正する機能を有する。
【００９０】
フィールド修正部１２は、例えば、電気化学素子２の電圧、電流、温度および内部インピーダンスの各パラメータと、電気化学素子の電圧もしくは残存容量とを関連付ける関数またはマップを有する。なお、電気化学素子２の内部インピーダンスは、電気化学素子２の電圧、電流および温度から算出可能である。
【００９１】
フィールド修正部１２は、前述したパラメータの実測値を、前記関数またはマップに代入して、電気化学素子２の開放端子電圧（ＯＣＶ）を推定する。得られた電圧の推定値は、段差に近いかどうかを判定するために電圧判定部９に送られるとともに、傾き検出部５および残存容量検出部７に送られ、開放端子電圧もしくは残存容量の補正が行われ、開放端子電圧もしくは残存容量と第１の閾値と第２の閾値との関係が修正される。
【００９２】
残存容量補正部により、電気化学素子の全容量を再設定する場合、前回の再設定からの経過時間、温度履歴、電気化学素子の劣化の程度等を勘案し、傾きが閾値を所定回数超えるたびに再設定しても良い。例えば、傾きが閾値を１０回超える毎に再設定を行ったり、１００回目の再設定までは傾きが閾値を１０回超える毎に行い、再設定回数が１００回を超えると傾きが閾値を５回超える毎に再設定したりすることもできる。あるいは、所定時間内の温度変化が１０℃を超えた場合には、その都度再設定を行い、温度変化が１０℃を超えない場合には再設定回数を減らしても良い。再設定回数を周囲の環境や履歴と関連付けて決定することにより、再設定に伴う処理負担を軽減し、処理に伴う電力も削減でき、電気化学素子の寿命も延ばすことが可能となる。
【００９３】
なお、電気化学素子２の残存容量検出は、傾き検出部の出力を受けて行うが、上記電流積算と組み合わせて行っても良い。通常は段差付近のみで電流積算を行うが、傾き検出部の出力と電流積算とを組み合わせることで、残存容量をより正確に検出できる。例えば第１の段差を検知して以降、電流積算を続けると、第１の段差に相当する残存容量を基準として、電流積算した分の容量を加算することで、残存容量を正確に検出できる。
【００９４】
これらのパラメータと、電気化学素子の電圧もしくは残存容量との関連性は、当業者に予測可能であり、よって、これらのパラメータと残存容量とを関連付ける関数もしくはマップは、電池設計などから当業者が予め求めることができる。
【００９５】
図７のシステムの場合、例えば、電圧判定部９は、まず、フィールド修正部１２からの信号を受けて、傾き検出部５のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。すなわち、電圧測定部８で測定された電圧が、フィールド修正部１２により修正され、修正された電圧が電圧判定部９に送られ、電圧判定部９が段差付近であるか否かを判定する。そして、段差付近と判定されると、電流積算が開始され、フィールド修正部の修正を受けながら、傾き検出部５が動作し、それらの出力を受けて、フィールド修正部による修正を受けた残存容量が検出される。
【００９６】
傾き検出部５は、フィールド修正部１２の出力、すなわち電流、温度等による補正後の端子電圧推定値と電流検出部６の出力とから、ΔＶ／ΔＣを計算し、傾きが所定の閾値を超えたと判断した時に、残存容量検出部７に信号を送る。その際、電流積算は停止し、段差に相当する残存容量に基づいて、残存容量がリセットされる。そして、リセットされた残存容量に応じて、充放電制御部４は、電気化学素子２の充電と放電とを切り替え、その残存容量を所定範囲に収束させようとする。
【００９７】
通常は、残存容量を明確に定義できるのはＣ１（図４において６０％）とＣ２（図３において４０％）のみである。しかし、電流積算を常時行い、その結果を残存容量検出部７が把握する場合には、段差に対応するＣ１とＣ２だけでなく、これらを基準として、例えば図５の領域Ｂにおいても、比較的正確に残存容量を把握することができる。常時、電流積算を行うためには、それだけの電力を消費することになるが、４０％ないし６０％に達するまでの時間が短ければ、電力消費量は問題にならないし、積分誤差が残存容量の測定結果に及ぼす影響も少なくなる。よって、回路も簡単になり、比較的正確な残存容量の検出が低コストで可能となる。
【００９８】
本実施形態に示すフィールド修正部および残存容量補正部をシステムに設ける場合、回路構造は少し複雑になるが、残存容量の測定をより確実に行うことができ、電気化学素子が満充電もしくは完全放電状態になることを防止でき、システムの信頼性は高められる。
なお、ここでは、電池の充放電曲線が、電流の流入／流出に関わらず、段差を含めた電圧が変化しない場合を想定して説明を行ったが、実際には、電流の流入／流出によって、電圧は多少変化し、温度によっても変化する場合がある。
よって、各充放電電流における端子電圧を測定し、その結果として得られる充放電曲線をマップとしてシステムに付与することが好ましい。この場合、任意の時点で測定される電圧、電流、温度等に基づいて、マップから適切な充放電曲線を選択し、段差の検出を行うことができる。この場合、フィールド修正部は、電流や温度等に基づいて選択される充放電曲線を利用して、電流や温度等により端子電圧を補正する場合と同様の効果を実現できる。また、例えば、図７の電圧判定部９とフィールド修正部１２とは一体化されたブロックとなって、傾き検出部５へ電圧と電圧変化率の信号を送り、該当段差における傾きが検出されると、残存容量をリセットする。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、燃料電池などの発電部を有する電力管理システムにおいて有用であり、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動式車両、ロボット、ノートパソコンなどの携帯電子機器等の用途に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】従来の電力管理システムの系統図である。
【図２】従来の電力管理システムが含む電気化学素子の充放電曲線を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電力管理システムの系統図である。
【図４】本発明の電力管理システムが含む電気化学素子の充放電曲線の一例を示す図である。
【図５】発電部の発電状態と、電気化学素子の電圧および残存容量と、ヒステリシスの様子とを表す図である。
【図６】本発明の電力管理システムの起動時における残存容量の暫定的な推定方法を示す流れ図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る電力管理システムの系統図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  発電部
２  電気化学素子
３  負荷部
４  充放電制御部
５  傾き検出部
６  電流検出部
７  残存容量検出部
８  電圧測定部
９  電圧判定部
１１  温度検出部
１２  フィールド修正部
１５、１７  電力管理システム
２０  改質器
３０  燃料電池
４０  ＤＣ／ＤＣコンバータ
５０  負荷部
６０  蓄電池
７０  原料ポンプ
８０  燃焼空気ブロワ
９０  反応空気ブロワ
１００  補機制御部
１０１  原料タンク
１１０  電流検出器
１２０  積算器
１３０  電圧検出器
１４０  メモリ
１５０  システム制御部
１６０  調節器
１７０  出力電流検出器
１８０  データ比較器
【図１】
2006351418.tif 000011
【図２】
2006351418.tif 000012
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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