(57)【要約】【課題】鉛蓄電池の劣化度合いを高精度に診断することができる劣化診断システム、及び劣化診断方法を提供する。【解決手段】劣化診断システム１００は、鉛蓄電池１０を所定電圧に充電する制御装置２０と、前記鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧を算出する開回路電圧算出部３１と、前記鉛蓄電池１０の内部抵抗を算出する内部抵抗算出部３２と、前記満充電状態における開回路電圧及び前記内部抵抗に基づいて、前記鉛蓄電池１０の放電容量を算出する放電容量算出部３３と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池を所定電圧に充電する制御装置と、
前記鉛蓄電池の満充電状態における開回路電圧を算出する開回路電圧算出部と、
前記鉛蓄電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出部と、
前記満充電状態における開回路電圧及び前記内部抵抗に基づいて、前記鉛蓄電池の放電容量を算出する放電容量算出部と、
を備えることを特徴とする劣化診断システム。
【請求項２】
前記内部抵抗算出部は、
単独あるいは複数の周波数における前記鉛蓄電池の交流インピーダンスに基づいて、前記内部抵抗を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の劣化診断システム。
【請求項３】
前記開回路電圧算出部は、
前記鉛蓄電池を、複数の所定電流で所定時間放電させた際の、前記鉛蓄電池の電圧と前記複数の所定電流とに基づいて、前記満充電状態における開回路電圧を算出する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の劣化診断システム。
【請求項４】
前記開回路電圧算出部は、
前記鉛蓄電池を、一定の所定電流で所定時間放電させた際の、前記鉛蓄電池の電圧と前記一定の所定電流とに基づいて、前記満充電状態における開回路電圧を算出する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の劣化診断システム。
【請求項５】
前記放電容量算出部は、
前記内部抵抗及び放電電流に基づいて、
前記鉛蓄電池の全放電状態における開回路電圧を算出し、
前記満充電状態における開回路電圧と前記全放電状態における開回路電圧に基づいて、
前記鉛蓄電池の放電容量を算出する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の劣化診断システム。
【請求項６】
前記放電容量算出部は、
放電電気量、開回路電圧曲線に基づいて、
前記鉛蓄電池の全放電状態における開回路電圧を算出し、
前記満充電状態における開回路電圧と前記全放電状態における開回路電圧に基づいて、
前記鉛蓄電池の放電容量を算出する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の劣化診断システム。
【請求項７】
鉛蓄電池を所定電圧に充電するステップと、
前記鉛蓄電池の満充電状態における開回路電圧を算出するステップと、
前記鉛蓄電池の内部抵抗を算出するステップと、
前記満充電状態における開回路電圧及び前記内部抵抗に基づいて、前記鉛蓄電池の放電容量を算出するステップと、
を備えることを特徴とする劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、劣化診断システム、及び劣化診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池に代表される密閉型二次電池は、携帯電話やノートパソコンなどのモバイル機器、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両用の電源、無停電電源装置のバックアップ用の電源、などに利用されている。
【０００３】
例えば、鉛蓄電池における劣化診断方法として、鉛蓄電池の内部インピーダンスを利用する方法、公称容量の数％程度を放電させた後の鉛蓄電池の電圧を利用する方法（非特許文献１参照）、両者を利用する方法（非特許文献２参照）、などが知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】電気学会論文誌８７、Ｎｏ．５、ＶＯＬ．１０７−Ｄ、Ｐ６０６
【非特許文献２】電気設備学会誌１９９３、Ｎｏ．１２、ＶＯＬ．１３、Ｐ１２４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の鉛蓄電池における劣化診断方法では、劣化度合いを高精度に診断することができないという問題があった。特に、バックアップ用の電源として利用される鉛蓄電池は、停電時において、ある程度の放電時間を確保することが求められるため、劣化診断を行う際には、劣化度合いの指標となる放電容量を、正確に算出することが必要とされる。
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、鉛蓄電池の劣化度合いを高精度に診断することができる劣化診断システム、及び劣化診断方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、鉛蓄電池を所定電圧に充電する制御装置と、前記鉛蓄電池の満充電状態における開回路電圧を算出する開回路電圧算出部と、前記鉛蓄電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出部と、前記満充電状態における開回路電圧及び前記内部抵抗に基づいて、前記鉛蓄電池の放電容量を算出する放電容量算出部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鉛蓄電池の劣化度合いを高精度に診断可能な劣化診断システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る劣化診断システムの構成の一例を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る劣化診断システムにおける鉛蓄電池の電流電圧特性の一例を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る劣化診断システムにおける鉛蓄電池の電流電圧特性の一例を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る劣化診断システムにおける鉛蓄電池の交流インピーダンス測定に使用される等価回路の一例を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る劣化診断システムにおける鉛蓄電池の交流インピーダンス測定に使用される等価回路を用いたコールコールプロットの一例を示す図である。
【図６】第１実施形態に係る劣化診断システムにおける劣化診断方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】第３実施形態に係る劣化診断システムにおける鉛蓄電池の電流電圧特性の一例を示す図である。
【図８】第４実施形態に係る劣化診断システムにおける鉛蓄電池の放電電気量と電圧との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態に係る無線通信システムについて説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
【００１１】
≪第１実施形態≫
〔劣化診断システム〕
まず、図１を参照して、本実施形態に係る劣化診断システム１００の構成について説明する。
【００１２】
図１に示すように、劣化診断システム１００は、鉛蓄電池１０と、電圧電流制御装置（制御装置）２０と、劣化診断装置３０と、記憶部４０と、出力部５０と、を備えている。劣化診断装置３０は、開回路電圧算出部３１と、内部抵抗算出部３２と、放電容量算出部３３と、劣化診断部３４と、を備えている。
なお、以下の説明では、劣化診断システム１００に適用される密閉型二次電池として、鉛蓄電池を一例に挙げて説明するが、密閉型二次電池の種類は、鉛蓄電池に限定されるものではなく、例えば、リチウムイオン電池、アルカリ蓄電池、ニッケル水素蓄電池、などであっても構わない。
【００１３】
電圧電流制御装置２０は、鉛蓄電池１０の充放電電圧及び充放電電流を制御する。電圧電流制御装置２０は、鉛蓄電池１０を、例えば、フロート充電、トリクル充電、などの充電方法で、所定電圧に充電する。この所定電圧は、少なくとも鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧より高いことが好ましい。更に、電圧電流制御装置２０は、出力部５０から入力される鉛蓄電池１０の劣化度合いに関する情報に基づいて、鉛蓄電池１０の充放電電圧及び充放電電流を制御する。なお、本明細書において「満充電状態」とは、硫酸イオン化が可能な硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）が、鉛蓄電池１０の正極及び負極に残留しておらず、充放電反応に利用可能な硫酸イオン（ＳＯ４２−）が、全て電解液（Ｈ２ＳＯ４）中に存在する状態を意味するものとする。
【００１４】
劣化診断装置３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等で構成される。劣化診断装置３０は、記憶部４０に記憶される各種の制御プログラムを読み出して、ワークエリアに展開し、当該制御プログラムを実行することで、各構成要素を制御し、様々な処理を行う。
【００１５】
開回路電圧算出部３１は、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧を算出する。例えば、開回路電圧算出部３１は、鉛蓄電池１０が電圧電流制御装置２０によって充電され、所定時間経過した後の鉛蓄電池１０の電圧を、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧として算出する。また、例えば、開回路電圧算出部３１は、電圧電流制御装置２０から鉛蓄電池１０への充電が所定時間停止された後の鉛蓄電池１０の電圧を、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧として算出する。即ち、開回路電圧算出部３１が、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧を算出する方法は、特に限定されるものではない。
【００１６】
例えば、開回路電圧算出部３１は、鉛蓄電池１０を、複数の所定電流（例えば、１５[Ａ]、２０[Ａ]、２５[Ａ]）で所定時間（例えば、５[ｓ]）充放電させた際の、鉛蓄電池１０の電圧（例えば、２．１８[Ｖ]、２．１７５[Ｖ]、２．１７[Ｖ]）と複数の所定電流との関係に基づいて、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧（例えば、２．１９７[Ｖ]）を算出する（図２及び図３参照）。
【００１７】
図２は、鉛蓄電池１０を、複数の所定電流で所定時間充放電させた際の、鉛蓄電池１０の電流電圧特性の一例を示す図である。横軸は時間[ｓ]を示しており、左側の縦軸は電流[Ａ]を示しており、右側の縦軸は電圧[Ｖ]を示している。
即ち、図２は、鉛蓄電池１０を、満充電状態から１５[Ａ]で１０[ｓ]放電させた後、再び満充電状態とし、満充電状態から２０[Ａ]で１０[ｓ]放電させた後、再び満充電状態とし、満充電状態から２５[Ａ]で１０[ｓ]放電させた際の、鉛蓄電池１０の電流電圧特性を示している。
図２に示すように、鉛蓄電池１０を、例えば、１５[Ａ]で、５[ｓ]放電させた後における、鉛蓄電池１０の電圧は、２．１８[Ｖ]である。鉛蓄電池１０を、例えば、２０[Ａ]で、５[ｓ]放電させた後における、鉛蓄電池１０の電圧は、２．１７５[Ｖ]である。鉛蓄電池１０を、例えば、２５[Ａ]で、５[ｓ]放電させた後における、鉛蓄電池１０の電圧は、２．１７[Ｖ]である。
【００１８】
図３は、鉛蓄電池１０を、複数の所定電流で所定時間放電させた際の、鉛蓄電池１０の電流電圧特性の一例を示す図である。横軸は放電電流[Ａ]を示しており、縦軸は電圧[Ｖ]を示している。
図３に示す電流電圧特性において、点Ａは、放電電流１５[Ａ]、５[ｓ]放電させた後における鉛蓄電池１０の電圧２．１８[Ｖ]をプロットしたものである。点Ｂは、放電電流２０[Ａ]、５[ｓ]放電させた後における鉛蓄電池１０の電圧２．１７５[Ｖ]をプロットしたものである。点Ｃは、放電電流２５[Ａ]、５[ｓ]放電させた後における鉛蓄電池１０の電圧２．１７[Ｖ]をプロットしたものである。
開回路電圧算出部３１は、点Ａ、点Ｂ、点Ｃを結んだ直線に基づいて、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧を算出できる。即ち、図３に示す例では、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧Ｖｆは、点Ａ、点Ｂ、点Ｃを結んだ直線と縦軸（放電電流０[Ａ]）との交点であり、例えば、２．１９７[Ｖ]となる。
なお、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧Ｖｆは、鉛蓄電池１０のフロート充電状態における電圧より若干低いことが好ましいため、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧Ｖｆが、例えば、２．１９７[Ｖ]である場合、鉛蓄電池１０のフロート充電状態における電圧は、２．２３０[Ｖ]程度であることが好ましい。
【００１９】
上述のように、開回路電圧算出部３１は、鉛蓄電池１０を、複数の所定電流で所定時間放電させた際の、鉛蓄電池１０の電圧と放電電流との関係を、グラフにプロットし、各点を結んで、直線回帰させることで、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧を算出することも可能である。あるいは，図３に示す縦軸との交点Ｖｆを開回路電圧とは見なさず，交点Ｖｆを所定の関数に代入して開回路電圧を算出することも可能である。開回路電圧算出部３１が、このような方法で、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧を算出することで、バックアップ用の電源として利用される鉛蓄電池に対しても、該電池のバックアップ機能を損なうことなく、精度の高い値を算出することが可能になる。
【００２０】
内部抵抗算出部３２は、鉛蓄電池１０の内部抵抗を算出する。内部抵抗としては、例えば、電荷移動抵抗Ｒｃｔ、などが挙げられる。
例えば、内部抵抗算出部３２は、複数の周波数における鉛蓄電池１０の交流インピーダンスに基づいて、内部抵抗を算出する。周波数としては、少なくとも２つ以上の異なる周波数を含んでいればよく、１００Ｈｚ以上の周波数と、１００Ｈｚ未満の周波数と、を含むことが好ましく、１００Ｈｚ以上の周波数と、３Ｈｚ以下の周波数と、を含むことがより好ましい。なお、電流振幅、電圧振幅、繰り返し数、などは、特に限定されるものではなく、任意に設定される。
【００２１】
例えば、周波数が３水準以上である場合、内部抵抗算出部３２は、図４に示す等価回路を使用して、フィッティング計算することで、内部抵抗を算出できる。
図４は、鉛蓄電池の交流インピーダンス測定に使用される等価回路の一例を示す図である。図４に示す等価回路において、抵抗は、電解液抵抗Ｒｓ、電荷移動抵抗Ｒｃｔ、に対応し、容量は、電気二重層容量Ｃｄ、に対応する。なお、鉛蓄電池１０の交流インピーダンス測定に使用される等価回路の構成は、図４に示す等価回路の構成に限定されるものではない。例えば、電荷移動抵抗Ｒｃｔの部分を、電荷移動抵抗ＲｃｔとワールブルグインピーダンスＷとの直列接続で置き換えて、ワールブルグインピーダンスＷを含めた構成としてもよい。例えば、電解液抵抗Ｒｓの部分を、インダクタンス成分Ｌと電解液抵抗Ｒｓとの直列回路、或いはインダクタンス成分Ｌと電解液抵抗Ｒｓとの並列回路で置き換えた構成としてもよい。
【００２２】
例えば、周波数が２水準である場合、内部抵抗算出部３２は、相対的に低い周波数のインピーダンスの絶対値（又は実数部）から、相対的に高い周波数のインピーダンスの絶対値（又は実数部）を差し引いて、内部抵抗を算出できる。
即ち、低い周波数のインピーダンスの絶対値は、略、電解液抵抗Ｒｓと電荷移動抵抗Ｒｃｔとの和（Ｒｓ＋Ｒｃｔ）となり、高い周波数のインピーダンスの絶対値は、略電解液抵抗Ｒｓとなる。このことを利用して、内部抵抗算出部３２は、相対的に低い周波数のインピーダンスの絶対値（又は実数部）である電解液抵抗Ｒｓと電荷移動抵抗Ｒｃｔとの和（Ｒｓ＋Ｒｃｔ）から、相対的に高い周波数のインピーダンスの絶対値（又は実数部）である電解液抵抗Ｒｓを差し引いて、内部抵抗（電荷移動抵抗Ｒｃｔ）を算出できる。
【００２３】
また、例えば、周波数が２水準である場合、内部抵抗算出部３２は、図５に示すコールコールプロットを利用して、内部抵抗を算出してもよい。具体的には、内部抵抗算出部３２は、鉛蓄電池１０と接続される電圧電流制御装置２０が、鉛蓄電池１０に交流電圧若しくは交流電流を印加することで測定された交流インピーダンスを取得する。そして、内部抵抗算出部３２は、複数の周波数（例えば、相対的に高い周波数、相対的に低い周波数）で測定された鉛蓄電池１０の交流インピーダンスを、複素平面上にプロット（コールコールプロット）し、このコールコールプロットを利用して、内部抵抗を算出する。
【００２４】
図５は、鉛蓄電池１０の交流インピーダンス測定に使用される等価回路を用いたコールコールプロットの一例を示す図である。
図５に示すコールコールプロットにおいて、半円弧Ｃは、周波数を変化させた場合における鉛蓄電池１０の交流インピーダンスの軌跡である。半円弧Ｃの実軸切片は、電解液抵抗Ｒｓ、電解液抵抗Ｒｓと電荷移動抵抗Ｒｃｔとの和（Ｒｓ＋Ｒｃｔ）、である。半円弧Ｃの直径は、電荷移動抵抗Ｒｃｔである。半円弧Ｃの半径は、電荷移動抵抗Ｒｃｔの１／２である。
高い周波数で測定された交流インピーダンスは、[実部，虚部]：（ｘｈ，ｙｈ）であり、低い周波数で測定された交流インピーダンスは、[実部，虚部]：（ｘｌ，ｙｌ）である。
半円弧Ｃの中心を（ｘｃ，０）として、半円弧Ｃの実軸切片（ｘｈ，０）及び低い周波数で測定された交流インピーダンス（ｘｌ，ｙｌ）が、半円弧Ｃの上に位置すると仮定すると、半円弧Ｃの半径は、式（１）で表すことができる。
【数１】
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が成り立つ。
即ち、内部抵抗算出部３２は、図５に示すコールコールプロットを利用して、高い周波数で測定された交流インピーダンスの実部ｘｈ、低い周波数で測定された交流インピーダンスの実部ｘｌ、低い周波数で測定された交流インピーダンスの虚部ｙｌに基づいて、半円弧Ｃの中心、及び電荷移動抵抗Ｒｃｔを算出することができる。
また，電荷移動抵抗Ｒｃｔが電解液抵抗Ｒｓよりも十分に大きいと想定される場合，所定の周波数の虚部ｙによって電荷移動抵抗Ｒｃｔの大きさを判断してもよい。例えば，虚部ｙと電荷移動抵抗Ｒｃｔの関係を示す所定の関数に虚部ｙの測定値を代入してＲｃｔを算出することも可能である。
なお、内部抵抗算出部３２が、内部抵抗（例えば、電荷移動抵抗Ｒｃｔ）を算出する方法は、特に限定されるものではない。
【００２５】
放電容量算出部３３は、開回路電圧算出部３１によって算出された満充電状態における開回路電圧Ｖｆと、内部抵抗算出部３２によって算出された内部抵抗Ｒ（例えば、電荷移動抵抗Ｒｃｔなど）に基づいて、放電容量Ｑを算出する。
【００２６】
放電容量算出部３３は、例えば、式（２）に示すような関係式を用いて、放電容量Ｑを算出することができる。即ち、放電容量算出部３３は、満充電状態における開回路電圧Ｖｆ、内部抵抗Ｒ、定数ａ１、定数ａ２、に基づいて、放電容量Ｑを算出する。
【数２】
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【００２７】
放電容量算出部３３は、例えば、式（３）に示すような関係式を用いて、放電容量Ｑを算出することができる。即ち、放電容量算出部３３は、満充電状態における開回路電圧Ｖｆ、電荷移動抵抗Ｒｃｔ、電解液抵抗Ｒｓ、定数ａ１、定数ａ２、定数ａ３、に基づいて、放電容量Ｑを算出する。
【数３】
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【００２８】
放電容量算出部３３は、例えば、式（４）に示すような関係式を用いて、放電容量Ｑを算出することができる。即ち、放電容量算出部３３は、満充電状態における開回路電圧Ｖｆ、電荷移動抵抗Ｒｃｔ、電解液抵抗Ｒｓ、放電電流Ｉ、定数ａ１、定数ａ２、定数ａ３、に基づいて、放電容量Ｑを算出する。
【数４】
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【００２９】
放電容量算出部３３は、上述の式（２）、式（３）、式（４）の他にも任意に設定される関係式を用いて、放電容量Ｑを算出することが可能である。
【００３０】
劣化診断部３４は、放電容量算出部３３によって算出された放電容量Ｑに基づいて、鉛蓄電池１０の劣化度合いを診断する。そして、劣化診断部３４は、診断結果を出力部５０へと出力する。鉛蓄電池１０は劣化に伴って放電容量Ｑが減少する。このため、例えば、劣化診断部３４は、放電容量Ｑの減少が大きければ、鉛蓄電池１０の劣化度合いが大きいと診断し、放電容量Ｑの減少が小さければ、鉛蓄電池１０の劣化度合いが小さいと診断する。
【００３１】
記憶部４０は、制御部１１が制御プログラムを実行するための、作業用記憶領域として用いられる。記憶部４０は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、等で構成され、劣化診断装置３０によって実行される制御プログラム、制御プログラムの実行に必要な各種データ、各種情報、などを記憶する。更に、記憶部４０は、劣化診断装置３０によって演算された各種の値、電圧値、電流値、測定された交流インピーダンスの値、放電電気量、開回路電圧のデータテーブル、開回路電圧曲線、などを記憶する。
【００３２】
出力部５０は、劣化診断装置３０から入力される放電容量Ｑに基づいて、鉛蓄電池１０の劣化度合いに関する情報を、電圧電流制御装置２０へと出力する。鉛蓄電池１０の劣化度合いに関する情報とは、例えば、放電容量Ｑの減少が大きく鉛蓄電池１０の劣化度合いが大きい、放電容量Ｑの減少が小さく鉛蓄電池１０の劣化度合いが小さい、などの情報である。
【００３３】
本実施形態に係る劣化診断システム１００によれば、鉛蓄電池１０の放電容量との相関が大きい、満充電状態における開回路電圧、内部抵抗を算出し、これらの値に基づいて、鉛蓄電池１０の劣化指標である放電容量を算出する。これにより、鉛蓄電池１０の放電容量を正確に把握することが困難であったために、鉛蓄電池１０の劣化度合いを正確に診断できないという従来の問題を解消し、鉛蓄電池１０の劣化度合いを高精度に診断可能な劣化診断システム１００を実現できる。
また、特に、バックアップ用の電源として利用される鉛蓄電池において、フロート充電の状態或いはトリクル充電の状態から、短時間且つ小さな放電量で、必要な測定を行い、放電容量（停電時におけるバックアップ時間）を算出することができる。これにより、バックアップ機能を損なうことなく、該鉛蓄電池の交換時期を正確に判断することが可能な劣化診断システム１００を実現できる。
【００３４】
≪劣化診断システム１００の劣化診断方法≫
次に、図６を参照して、本実施形態に係る劣化診断システム１００における劣化診断方法について、説明する。図６は、劣化診断システム１００における劣化診断方法の一例を示すフローチャートである。なお、図６に示すフローチャートは、あくまでも一例であり、この方法に限定されるものではない。
【００３５】
ステップＳ２０１において、劣化診断システム１００は、例えば、フロート充電、トリクル充電、などの充電方法で、鉛蓄電池１０を所定電圧に充電する。フロート充電とは、鉛蓄電池１０における正極板、負極板の自己放電を補って、鉛蓄電池１０を満充電状態に保つ充電方法である。また、トリクル充電とは、鉛蓄電池１０が満充電状態になると、鉛蓄電池１０における正極板、負極板の自己放電を補うために微量の電流を流し続けて、鉛蓄電池１０を満充電状態に保つ充電方法である。
【００３６】
ステップＳ２０２において、劣化診断システム１００は、満充電状態における開回路電圧を算出する。劣化診断システム１００は、例えば、鉛蓄電池１０を１５[Ａ]で５[ｓ]放電させた際の鉛蓄電池１０の電圧２．１８[Ｖ]、鉛蓄電池１０を２０[Ａ]で５[ｓ]放電させた際の鉛蓄電池１０の電圧２．１７５[Ｖ]、鉛蓄電池１０を２５[Ａ]で５[ｓ]放電させた際の鉛蓄電池１０の電圧２．１７[Ｖ]を、横軸が電流[Ａ]、縦軸が電圧[Ｖ]のグラフにプロットする。そして、劣化診断システム１００は、各点を結んだ直線と縦軸（放電電流０[Ａ]）との交点を、満充電状態における開回路電圧Ｖｆとして算出する。
【００３７】
ステップＳ２０３において、劣化診断システム１００は、交流インピーダンスを測定する。劣化診断システム１００は、鉛蓄電池１０に交流電圧若しくは交流電流を印加し、例えば、周波数を、相対的に低い周波数から相対的に高い周波数まで変化させて、相対的に低い周波数での鉛蓄電池１０の交流インピーダンス、相対的に高い周波数での鉛蓄電池１０の交流インピーダンスを測定する。
【００３８】
ステップＳ２０４において、劣化診断システム１００は、交流インピーダンスに基づいて、内部抵抗を算出する。例えば、劣化診断システム１００は、コールコールプロットを利用して、高い周波数で測定された交流インピーダンスの実部、低い周波数で測定された交流インピーダンスの実部、低い周波数で測定された交流インピーダンスの虚部、などに基づいて、電荷移動抵抗を算出する。
【００３９】
ステップＳ２０５において、劣化診断システム１００は、開回路電圧算出部３１によって算出された満充電状態の開回路電圧Ｖｆ、内部抵抗算出部３２によって算出された内部抵抗（例えば、電荷移動抵抗Ｒｃｔ、電解液抵抗Ｒｓなど）に基づいて、放電容量Ｑを算出する。
【００４０】
ステップＳ２０５において、劣化診断システム１００は、放電容量算出部３３によって算出された放電容量Ｑに基づいて、鉛蓄電池１０の劣化度合いを診断する。
【００４１】
上述のような処理を行うことで、劣化診断システム１００は、放電容量を正確に算出し、この放電容量に基づいて、鉛蓄電池１０の劣化度合いを診断することができる。これにより、鉛蓄電池１０の劣化度合いを高精度に診断可能な劣化診断システム１００を実現できる。
【００４２】
≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態に係る劣化診断システム１００Ａについて、説明する。なお、第２実施形態に示す劣化診断システム１００Ａは、あくまでも一例であり、この構成に限定されるものではない。
【００４３】
第２実施形態に係る劣化診断システム１００Ａが、第１実施形態に係る劣化診断システム１００と異なる点は、放電容量算出部３３が、全放電状態における過電圧ΔＶ、鉛蓄電池１０の下限電圧Ｖ１、を更に用いて放電容量Ｑを算出する点である。
【００４４】
放電容量算出部３３は、例えば、式（５）、式（６）、式（７）に示すような関係式を用いて、放電容量Ｑを算出することができる。
【００４５】
まず、放電容量算出部３３は、例えば、式（５）に示すような関係式を用いて、全放電状態の過電圧ΔＶを算出する。即ち、放電容量算出部３３は、電解液抵抗Ｒｓ、定数ａ０、定数ａ１、電荷移動抵抗Ｒｃｔ、放電電流Ｉ、に基づいて、全放電状態における過電圧ΔＶを算出する。
【数５】
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【００４６】
次に、放電容量算出部３３は、例えば、式（６）に示すような関係式を用いて、全放電状態における開回路電圧Ｖｅを算出する。即ち、放電容量算出部３３は、全放電状態における過電圧ΔＶ、鉛蓄電池１０の下限電圧Ｖ１、に基づいて、全放電状態における開回路電圧Ｖｅを算出する。鉛蓄電池１０の下限電圧Ｖ１とは、放電が終了する際における鉛蓄電池１０の電圧である。
【数６】
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【００４７】
最後に、放電容量算出部３３は、例えば、式（７）に示すような関係式を用いて、放電容量Ｑを算出する。即ち、放電容量算出部３３は、満充電状態における開回路電圧Ｖｆ、全放電状態における開回路電圧Ｖｅ、定数ａ０、に基づいて、放電容量Ｑを算出する。
【数７】
2019201464.tif 000009
なお、放電容量算出部３３は、式（７）に示されている電圧差（Ｖｆ−Ｖｅ）の二次式、三次式、指数関数、対数関数などを単独または組み合わせることによって、放電容量Ｑを算出してもよい。
【００４８】
上述の関係式、式（５）、式（６）、式（７）を用いて、放電容量Ｑを算出することでも、劣化診断システム１００Ａは、鉛蓄電池１０の劣化度合いを高精度に診断することができる。
【００４９】
本実施形態に係る劣化診断システム１００Ａによれば、鉛蓄電池１０の放電容量との相関が大きい、満充電状態における開回路電圧、内部抵抗を算出し、これらの値に基づいて、鉛蓄電池１０の劣化指標である放電容量を算出する。これにより、鉛蓄電池１０の放電容量を正確に把握することが困難であったために、鉛蓄電池１０の劣化度合いを正確に診断できないという従来の問題を解消し、鉛蓄電池１０の劣化度合いを高精度に診断可能な劣化診断システム１００Ａを実現できる。
また、特に、バックアップ用の電源として利用される鉛蓄電池において、フロート充電の状態或いはトリクル充電の状態から、短時間且つ小さな放電量で、必要な測定を行い、放電容量（停電時におけるバックアップ時間）を算出することができる。これにより、バックアップ機能を損なうことなく、該鉛蓄電池の交換時期を正確に判断することが可能な劣化診断システム１００Ａを実現できる。
【００５０】
≪第３実施形態≫
次に、第３実施形態に係る劣化診断システム１００Ｂについて、説明する。なお、第３実施形態に示す劣化診断システム１００Ｂは、あくまでも一例であり、この構成に限定されるものではない。
【００５１】
第３実施形態に係る劣化診断システム１００Ｂが、第１実施形態に係る劣化診断システム１００と異なる点は、開回路電圧算出部３１が、予め設定された所定の放電電流値Ｉ０を用いて、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧Ｖｆを算出する点である。
【００５２】
開回路電圧算出部３１は、例えば、式（８）、式（９）に示すような関係式を用いて、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧Ｖｆを算出する。
【００５３】
まず、開回路電圧算出部３１は、鉛蓄電池１０を、一定の放電電流値で、所定の時間放電させて、放電時間と該放電時間に対応する鉛蓄電池１０の電圧との関係を、横軸が時間[ｓ]、縦軸が電圧[Ｖ]のグラフにプロットする。例えば、図７に示すように、開回路電圧算出部３１は、鉛蓄電池１０を一定の放電電流値Ｉ０で放電時間ｔ１放電させた場合の電圧Ｖ１、鉛蓄電池１０を一定の放電電流値Ｉ０で放電時間ｔ２放電させた場合の電圧Ｖ２、・・・鉛蓄電池１０を一定の放電電流値Ｉ０で放電時間ｔｎ放電させた場合の電圧Ｖｎを、横軸が時間[ｓ]、縦軸が電圧[Ｖ]のグラフにプロットする。
【００５４】
そして、開回路電圧算出部３１は、任意の時間範囲における鉛蓄電池１０の電圧を、直線回帰させて、放電時間がゼロの場合における鉛蓄電池１０の電圧Ｖ０を算出する。例えば、図７に示すように、開回路電圧算出部３１は、放電時間４[ｓ]から放電時間１０[ｓ]までの範囲における鉛蓄電池１０の電圧を、直線回帰させて、当該直線と縦軸（放電時間０[ｓ]）との交点（電圧２．１８０[Ｖ]）を、放電時間がゼロの場合における鉛蓄電池１０の電圧Ｖ０として算出する。
開回路電圧算出部３１は、例えば、式（８）に示すような関係式を用いて、縦軸における切片（放電時間がゼロの場合における鉛蓄電池１０の電圧Ｖ０に相当する）を算出する。
【数８】
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なお、開回路電圧算出部３１は、例えば、放電時間ｔの二次式、三次式、指数関数、対数関数などを、単独又は組み合わせることによって、任意の時間範囲における鉛蓄電池１０の電圧を、直線回帰或いは曲線回帰させてもよい。
【００５５】
次に、開回路電圧算出部３１は、例えば、式（９）に示すような関係式を用いて、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧Ｖｆを算出する。即ち、開回路電圧算出部３１は、放電時間がゼロの場合における鉛蓄電池１０の電圧Ｖ０、内部抵抗Ｒ、放電電流Ｉ、に基づいて、鉛蓄電池１０の満充電状態における開回路電圧Ｖｆを算出する。
【数９】
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【００５６】
本実施形態に係る劣化診断システム１００Ｂによれば、鉛蓄電池１０の放電容量との相関が大きい、満充電状態における開回路電圧、内部抵抗を算出し、これらの値に基づいて、鉛蓄電池１０の劣化指標である放電容量を算出する。これにより、鉛蓄電池１０の放電容量を正確に把握することが困難であったために、鉛蓄電池１０の劣化度合いを正確に診断できないという従来の問題を解消し、鉛蓄電池１０の劣化度合いを高精度に診断可能な劣化診断システム１００Ｂを実現できる。
また、特に、バックアップ用の電源として利用される鉛蓄電池において、フロート充電の状態或いはトリクル充電の状態から、短時間且つ小さな放電量で、必要な測定を行い、放電容量（停電時におけるバックアップ時間）を算出することができる。これにより、バックアップ機能を損なうことなく、該鉛蓄電池の交換時期を正確に判断することが可能な劣化診断システム１００Ｂを実現できる。
【００５７】
≪第４実施形態≫
次に、第４実施形態に係る劣化診断システム１００Ｃについて、説明する。なお、第４実施形態に示す劣化診断システム１００Ｃは、あくまでも一例であり、この構成に限定されるものではない。
【００５８】
第４実施形態に係る劣化診断システム１００Ｃが、その他の実施形態に係る劣化診断システム１００と異なる点は、放電容量算出部３３が、放電電気量、開回路電圧のデータテーブル、開回路電圧曲線、などを用いて、満充電状態における開回路電圧Ｖｆ、全放電状態における開回路電圧Ｖｅを算出し、更に、放電容量Ｑを算出する点である。
【００５９】
開回路電圧曲線は、例えば、図８に示すように、横軸を放電電気量[Ａｈ]、縦軸を電圧[Ｖ]とした場合における、放電電気量と電圧との関係を示すグラフである。なお、この開回路電圧曲線は、予め対象となる鉛蓄電池１０の製品に対して測定された曲線であってもよいし、硫酸イオン濃度と鉛蓄電池１０の電圧との理論式等を用いて測定された曲線であってもよい。
【００６０】
まず、放電容量算出部３３は、開回路電圧曲線に基づいて、満充電状態における開回路電圧Ｖｆに対応する放電電気量Ｑｆを算出し、全放電状態における開回路電圧Ｖｅに対応する放電電気量Ｑｅを算出する。放電電気量、開回路電圧のデータテーブル、開回路電圧曲線、などは、予め記憶部４０に記憶されている。
【００６１】
次に、放電容量算出部３３は、例えば、式（１０）に示すような関係式を用いて、放電容量Ｑを算出する。即ち、放電容量算出部３３は、満充電状態における開回路電圧Ｖｆに対応する放電電気量Ｑｆ、全放電状態における開回路電圧Ｖｅに対応する放電電気量Ｑｅに基づいて、放電容量Ｑを算出する。
【数１０】
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【００６２】
本実施形態に係る劣化診断システム１００Ｃによれば、鉛蓄電池１０の放電容量との相関が大きい、満充電状態における開回路電圧、内部抵抗を算出し、これらの値に基づいて、鉛蓄電池１０の劣化指標である放電容量を算出する。これにより、鉛蓄電池１０の放電容量を正確に把握することが困難であったために、鉛蓄電池１０の劣化度合いを正確に診断できないという従来の問題を解消し、鉛蓄電池１０の劣化度合いを高精度に診断可能な劣化診断システム１００Ｃを実現できる。
また、特に、バックアップ用の電源として利用される鉛蓄電池において、フロート充電の状態或いはトリクル充電の状態から、短時間且つ小さな放電量で、必要な測定を行い、放電容量（停電時におけるバックアップ時間）を算出することができる。これにより、バックアップ機能を損なうことなく、該鉛蓄電池の交換時期を正確に判断することが可能な劣化診断システム１００Ｃを実現できる。
【００６３】
以上、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本開示の実施形態に係る劣化診断システムは、例えば、無停電電源装置のバックアップ用の電源、などに利用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０            鉛蓄電池
２０            電圧電流制御装置（制御装置）
３１            開回路電圧算出部
３２            内部抵抗算出部
３３            放電容量算出部
１００          劣化診断システム
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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