(57)【要約】【課題】成層化度を推定して放電能力を確保するよう制御する蓄電池の制御方法及び制御装置を提供する。【解決手段】制御装置１００は、ＣＯＤ算出部１６０で蓄電池１の現在の放電能力を算出するために、極板電圧算出部１３０、ＳＯＣ算出部１４０及びＳＯＨ算出部１５０を備えている。判定部１７０は、ＣＯＤ算出部１６０で算出した放電能力が要求される放電能力を満たしているか否かを判定するのに加えて、成層化度を改善することで要求放電能力を満たすことが可能かを判定し、可能な場合にはガッシングを行うよう発電機制御部４に要求信号を出力するようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機で充電可能に構成された蓄電池の制御方法であって、
前記蓄電池の状態量を測定し、
前記状態量から前記蓄電池の充放電履歴を求めて記憶し、
前記充放電履歴から所定の相関データに基づいて前記蓄電池の成層化度を推定し、
前記成層化度が所定の基準値に達したとき、前記蓄電池が成層化による劣化状態であると判定する
ことを特徴とする蓄電池の制御方法。
【請求項２】
前記状態量として前記蓄電池の電流を測定し、
前記電流の充放電パターンを前記電流の大きさ及び時間に応じて１以上の放電深度パターンに分類し、前記放電深度パターン毎に充放電繰返しサイクル数を算出し、
前記充放電履歴として、前記放電深度パターン毎の前記充放電繰返しサイクル数の総和を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池の制御方法。
【請求項３】
前記状態量として前記蓄電池の電圧を測定し、
前記充放電履歴として、前記電圧から所定幅以上の電圧変動繰返しサイクル数を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池の制御方法。
【請求項４】
前記成層化による劣化状態を判定すると、さらに前記発電機の発電量を調整してガッシングを発生させる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電池の制御方法。
【請求項５】
前記状態量から所定の等価回路モデルに基づいて前記蓄電池の放電能力を推定し、
前記放電能力が所定の要求値未満となり、かつ前記成層化による劣化状態を判定すると、前記発電機の発電量を調整してガッシングを発生させる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電池の制御方法。
【請求項６】
前記放電能力が所定の要求値未満となり、かつ前記成層化による劣化状態を判定するとともに、前記成層化による劣化状態を解消することで前記放電能力が前記要求値以上確保できると判定すると、前記発電機の発電量を調整してガッシングを発生させる
ことを特徴とする請求項５に記載の蓄電池の制御方法。
【請求項７】
発電機で充電可能に構成された蓄電池の制御装置であって、
前記蓄電池の状態量を測定するセンサーと、
前記センサーで測定された前記状態量から前記蓄電池の充放電履歴を求めて記憶し、前記充放電履歴から所定の相関データに基づいて前記蓄電池の成層化度を推定し、前記成層化度が所定の基準値に達したとき前記蓄電池が成層化による劣化状態であると判定する制御部と、を備える
ことを特徴とする蓄電池の制御装置。
【請求項８】
前記センサーは前記蓄電池の電流を測定する電流センサーであって、
前記制御部は、前記電流センサーから電流測定値を入力し、入力した前記電流測定値を積算して充電量及び放電量を算出し、前記充放電履歴として、前記充電量及び放電量から充放電繰返しサイクル数を算出するよう構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の蓄電池の制御装置。
【請求項９】
前記センサーは前記蓄電池の電圧を測定する電圧センサーであって、
前記制御部は、前記電圧センサーから電圧測定値を入力し、前記充放電履歴として、入力した前記電圧測定値から所定幅以上の電圧変動繰返しサイクル数を算出するよう構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の蓄電池の制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記成層化による劣化状態を判定すると、前記発電機の制御部にガッシングを発生させるための発電要求信号を出力するよう構成されている
ことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の蓄電池の制御装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記状態量から所定の等価回路モデルに基づいて前記蓄電池の放電能力を推定し、前記放電能力が所定の要求値未満となり、かつ前記成層化による劣化状態を判定すると、前記発電機の制御部に前記発電要求信号を出力するよう構成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の蓄電池の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池の制御方法及び制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液式鉛蓄電池では、充放電を繰り返すことによって蓄電池上部の電解液比重が低くなる一方、蓄電池下部には比重の高い電解液が蓄積する成層化という現象が発生する。成層化現象は、例えば以下のようにして促進される。（１）液式鉛蓄電池を長期間放置する、あるいは充電しないまま大容量放電を行なう、ことによって電池の残容量を低下させる。（２）その後充電を開始する。このとき、充電作用により極板表面で硫酸が生成される。（３）水と硫酸の比重差のために硫酸が沈殿して液層が形成される（成層化）。（４）満充電容量に到達する前に充電を終了する。（５）（１）から（４）の充放電を繰り返す。
【０００３】
上記のような成層化の促進過程において、特に（４）で蓄電池の残容量が満充電容量に達する前に充電を終了させてしまうと、これにより成層化がますます促進されてしまう。成層化が形成された状態では、硫酸が沈殿していない極板上部だけで所定の反応が起こり、硫酸が沈殿した極板下部では反応が起こらなくなってしまう。硫酸が沈殿した極板下部では、極板の不活性化が生じるとともに、硫酸の層が固定化されて対流も起こらなくなってしまう。
【０００４】
上記のような成層化が進んだ状態で蓄電池を使用し続けると、硫酸が沈殿していない蓄電池の上部だけで反応が繰り返し行われることになり、電池の寿命が設計されたものより短くなってしまうといった問題がある。
【０００５】
そこで、蓄電池の成層化を低減するための技術開発が進められており、いくつかの技術が開示されている。例えば特許文献１では、過充電のときに電極から発生するガスを利用して電解液を攪拌させる攪拌装置を備えており、これに加えて攪拌効率を上げるためにジグザグ形状のセパレータを電極間に配置している。また、特許文献２では、蓄電池の製造過程で発生する成層化を短時間で改善するために、蓄電池本体を上下反転させることによって電解液を攪拌し、成層化を効率良く改善する方法を開示している。
【０００６】
さらに、特許文献３では、鉛蓄電池の成層化を改善するためのバッテリ充電器として、充電中の蓄電池の充電受け入れ能力または充電状態をもとに過充電のタイミングと過充電電流を決定し、このような過充電電流を供給するよう発電機を制御する装置が提案されている。
【特許文献１】実公平６−２１１７９号公報
【特許文献２】特開平６−１１１８１４号公報
【特許文献３】特開２００３−２４３０３９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、従来の成層化を低減するための蓄電池の制御方法及び制御装置では、以下のような課題があった。特許文献１に記載の蓄電池では、攪拌装置やジグザグ形状のセパレータを備えるなど複雑な構造を有しているため、大きさの規格やコスト等の面から、車載用の蓄電池として用いるのは困難である。
【０００８】
また特許文献２に記載の方法では、蓄電池の製造過程で発生する成層化を短時間で改善するために蓄電池本体を上下反転させているが、このような方法は蓄電池の製造時など限られた条件でのみ実現できるものであり、車両等に設置された蓄電池では採用することはできない。
【０００９】
さらに特許文献３に記載の装置では、蓄電池の充電受け入れ能力や充電状態を判定するにあたって、電池の経年劣化等に伴う電池容量の低下を反映していない。経年劣化が進行した蓄電池では、充放電できる容量が蓄電池の初期容量よりも低下しているにもかかわらず、初期容量のままとして充電制御を行わせると、必要以上の過充電状態を生じさせて電池の劣化を促進させてしまうといった問題があった。
【００１０】
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、成層化度を推定して放電能力を確保するよう制御する蓄電池の制御方法及び制御装置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】
【００１１】
本発明の蓄電池の制御方法の第１の態様は、発電機で充電可能に構成された蓄電池の制御方法であって、前記蓄電池の状態量を測定し、前記状態量から前記蓄電池の充放電履歴を求めて記憶し、前記充放電履歴から所定の相関データに基づいて前記蓄電池の成層化度を推定し、前記成層化度が所定の基準値に達したとき、前記蓄電池が成層化による劣化状態であると判定することを特徴とする。
【００１２】
本発明の蓄電池の制御方法の他の態様は、前記状態量として前記蓄電池の電流を測定し、前記電流の充放電パターンを前記電流の大きさ及び時間に応じて１以上の放電深度パターンに分類し、前記放電深度パターン毎に充放電繰返しサイクル数を算出し、前記充放電履歴として、前記放電深度パターン毎の前記充放電繰返しサイクル数の総和を算出することを特徴とする。
【００１３】
本発明の蓄電池の制御方法の他の態様は、前記状態量として前記蓄電池の電圧を測定し、前記充放電履歴として、前記電圧から所定幅以上の電圧変動繰返しサイクル数を算出することを特徴とする。
【００１４】
本発明の蓄電池の制御方法の他の態様は、前記成層化による劣化状態を判定すると、さらに前記発電機の発電量を調整してガッシングを発生させることを特徴とする。
【００１５】
本発明の蓄電池の制御方法の他の態様は、前記状態量から所定の等価回路モデルに基づいて前記蓄電池の放電能力を推定し、前記放電能力が所定の要求値未満となり、かつ前記成層化による劣化状態を判定すると、前記発電機の発電量を調整してガッシングを発生させることを特徴とする。
【００１６】
本発明の蓄電池の制御方法の他の態様は、前記放電能力が所定の要求値未満となり、かつ前記成層化による劣化状態を判定するとともに、前記成層化による劣化状態を解消することで前記放電能力が前記要求値以上確保できると判定すると、前記発電機の発電量を調整してガッシングを発生させることを特徴とする。
【００１７】
本発明の蓄電池の制御装置の第１の態様は、発電機で充電可能に構成された蓄電池の制御装置であって、前記蓄電池の状態量を測定するセンサーと、前記センサーで測定された前記状態量から前記蓄電池の充放電履歴を求めて記憶し、前記充放電履歴から所定の相関データに基づいて前記蓄電池の成層化度を推定し、前記成層化度が所定の基準値に達したとき前記蓄電池が成層化による劣化状態であると判定する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の蓄電池の制御装置の他の態様は、前記センサーが前記蓄電池の電流を測定する電流センサーであって、前記制御部が、前記電流センサーから電流測定値を入力し、入力した前記電流測定値を積算して充電量及び放電量を算出し、前記充放電履歴として、前記充電量及び放電量から充放電繰返しサイクル数を算出するよう構成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の蓄電池の制御装置の他の態様は、前記センサーが前記蓄電池の電圧を測定する電圧センサーであって、前記制御部が、前記電圧センサーから電圧測定値を入力し、前記充放電履歴として、入力した前記電圧測定値から所定幅以上の電圧変動繰返しサイクル数を算出するよう構成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の蓄電池の制御装置の他の態様は、前記制御部が、前記成層化による劣化状態を判定すると、前記発電機の制御部にガッシングを発生させるための発電要求信号を出力するよう構成されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の蓄電池の制御装置の他の態様は、前記制御部が、前記状態量から所定の等価回路モデルに基づいて前記蓄電池の放電能力を推定し、前記放電能力が所定の要求値未満となり、かつ前記成層化による劣化状態を判定すると、前記発電機の制御部に前記発電要求信号を出力するよう構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、成層化度を推定して放電能力を確保するよう制御する蓄電池の制御方法及び制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態における蓄電池の制御方法及び制御装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。本発明の蓄電池の制御方法及び制御装置は、蓄電池と蓄電池を充電するための発電機を備えたシステムに適用されるものであり、以下では、蓄電池及び発電機として、車両用電源システムの車載用バッテリ及びオルタネータを例に説明する。
【００２４】
本発明の蓄電池の制御方法及び制御装置では、蓄電池の現在の放電能力（Capability of Discharge）COD_nowを監視し、これが要求される放電能力COD_needを下回って不足していると判定された場合に、蓄電池の成層化度を改善することで蓄電池の放電能力を回復させることが可能かを判定している。そして、放電能力の回復が可能と判定されると、成層化を改善させるために、蓄電池のガッシングを発生させる制御を発電機の制御装置に要求する。
【００２５】
本発明の実施の形態に係る蓄電池の制御装置の構成図を図１に示す。本実施形態の制御装置１００では、センサー１１０で蓄電池１の状態量を測定し、測定データをもとにＣＯＤ算出部１６０で蓄電池１の現在の放電能力COD_nowを算出している。また、判定部１７０は、ＣＯＤ算出部１６０で算出された放電能力COD_nowとＳＯＨ算出部１５０で算出された蓄電池１の成層化度とを入力し、所定の条件を満たす場合に蓄電池１のガッシングを発生させる制御を、車両運行用メインＥＣＵ３を介して発電機制御装置４に対して要求する。
【００２６】
センサー１１０は、蓄電池１の電圧と電流を測定する電圧センサーと電流センサー、及び蓄電池１の表面温度を測定する温度センサーからなり、各センサーで測定した測定電圧、測定電流及び測定温度を、センサー１１０が持つ測定経過時間と共に入力部１２０に送信する。また、ＣＯＤ算出部１６０で蓄電池１の現在の放電能力COD_nowを算出するために、本実施形態の制御装置１００は、極板電圧算出部１３０、ＳＯＣ算出部１４０及びＳＯＨ算出部１５０を備えている。以下では、各算出部１３０〜１５０の処理内容を説明する。
【００２７】
極板電圧算出部１３０は、センサー１１０で測定した電圧をもとに、蓄電池１に内蔵される＋極とー極の極板間の電圧（以下では極板電圧という）を算出する。極板電圧V_batは、次式で算出することができる。
【００２８】
V_bat＝V_mes＊A_temp＊B_pol                                        （式１）
ここで、
V_mes    ：測定電圧
A_temp    ：極板電圧の温度係数
B_pol    ：分極係数
である。
【００２９】
温度係数A_tempは、極板電圧V_batの温度依存性を補償するための補正係数である。この温度依存性は、極板電圧V_batが極板における温度T_batによって変化するという極板電圧の特性をいう。また、分極係数B_polは、電池の充放電によって発生する分極の影響を補正するものである。温度係数A_temp及び分極係数B_polの算出方法を、図２、３を用いて説明する。
【００３０】
温度係数A_tempを算出するにあたって、まず測定温度T_mesから極板温度T_batを求める必要があるが、測定温度T_mes及び極板温度T_batは、時間応答が比較的長く安定するまでに時間を要する。そのため本実施形態では、図２（ａ）に示すように、測定温度T_mesのログを取って測定温度T_mesの時間依存性を求める。次に、図２（ｂ）に示す測定温度T_mesと極板温度T_batとの時間依存の相関カーブを示す参照データから、測定温度T_mesの時間依存性に対応する極板温度T_batの時間依存性を求め、これから極板温度T_batを求める。
【００３１】
極板温度T_batが求まると、次に図２(ｃ)に示す極板温度T_batと極板電圧V_batとの相関を示す参照データから、上記で算出された極板温度T_batに対応する極板電圧の温度係数A_tempを算出する。温度係数A_tempを算出するのに用いる図２(ｂ)及び（ｃ）の参照データは、蓄電池１の構造や大きさ、センサー１１０の測定ポイント等によって変化するため、対象とする蓄電池１に合わせて測定データを取得しておくか、シミュレーションにより、上記の参照データを作成して用いることができる。
【００３２】
次に、分極係数B_polの算出方法を、図３を用いて以下に説明する。蓄電池は、充放電を行うと蓄電池内部で分極（polarization）が発生し、その影響で極板電圧が安定時の値V_batから過渡的に変化してしまう。そこで、極板電圧算出部１３０では分極の影響をB_polで補正するようにしている。分極は、電池の反応物質の活量や蓄電池容量、充放電履歴等によってその度合いが異なるため、分極が発生してから安定した端子電圧になるまでの関係を測定データあるいはシミュレーション等により予め求めておき、これを参照用データとして極板電圧算出部１３０に持たせておく。
【００３３】
分極が発生してから安定した端子電圧になるまでの関係の例を図３（ｂ）に示す。端子電圧、すなわち測定電圧V_mesとして、図３（ａ）に示すように少なくとも２点の測定値を取得し、これを図３（ｂ）の参照用データと照合して現在の分極度合いを推定し、これから分極係数B_polを決定する。
【００３４】
上記のようにして、温度係数A_temp及び分極係数B_polが算出されると、これと測定電圧V_mesを（式１）に代入することで、極板電圧V_batを算出することができる。算出された極板電圧V_batは、ＣＯＤ算出部１６０に出力されてＣＯＤの算出に用いられる。
【００３５】
次に、蓄電池１のＳＯＣ（残電池容量）を算出するＳＯＣ算出部１４０について、以下に説明する。ＳＯＣの時系列的な算出値をSOC_now-iと表わしたとき、
SOC_now-n≦SOC_now-(n-1) ≦・・・≦SOC_now-0＝SOC_start          （式２）
なる関係があり、時間の経過とともにＳＯＣは低下していく。ＳＯＣの初期値をSOC_now-0=SOC_startとしており、設計上の電池容量を１００％としてSOC_now-i をA・hまたは％に換算することができる。
【００３６】
また、ＳＯＣの変化を次式のように表すことができる。
【００３７】
SOC_now-ｎ＝SOC_now-(n-1)＋ΔSOC＋ΔSOH                          （式３）
ここで、ΔＳＯＣは、前回のＳＯＣ算出時点からのＳＯＣ増分（減少のときは負の値）であり、ΔＳＯＨは前回のＳＯＣ算出時点からのＳＯＨ増分（ＳＯＨ増のとき負とする）である。ＳＯＣの算出回数は、ΔＳＯＣやΔＳＯＨの算出回数と必ずしも一致している必要はなく、n番目のＳＯＣ算出値SOC_now-ｎに対して、それまでのΔＳＯＣ、ΔＳＯＨの算出回数はそれぞれ、ｌ回、ｍ回であってよい（ｌ、ｍ、ｎは０以上の整数）。
【００３８】
ＳＯＣ増分ΔＳＯＣは、充電電流積算値をΔＳＯＣ１、放電電流積算値をΔＳＯＣ２としたとき、
ΔSOC＝ΔSOC1＋ΔSOC2                                            （式４）
と表すことができる。ここで、
ΔSOC1＝η_I＊∫I＊dt                                            （式５）
η_I＝SOC_now-(n-1)＊I＊T_bat                                    （式６）
ΔSOC2＝∫I_load＊dt_load＋∫I_dark＊dt_dark                      （式７）
と表すことができる。ΔＳＯＣ算出の流れを図４に示す。
【００３９】
充電電流積算値ΔＳＯＣ１は、（式５）に示す通り、充電電流Ｉの積算値に充電効率η_Iをかけることで算出される。充電効率η_Iは、残容量SOC_now-(n-1)、充電電流Ｉ、及び極板温度T_batに対し図４に示すような変化を示すことから、式６のような相関式で表わせる。この充電効率η_Iは、蓄電池の種類毎または蓄電池毎にその特性を事前に評価し、これを参照データとしてＳＯＣ算出部１４０に持たせておく。
【００４０】
（式７）で表される放電電流積算値ΔＳＯＣ２は、車両走行中の放電量と車両のエンジン停止中の放電量の和で算出される。I_loadは、車両運行中の負荷による強制放電が行われているときの電流値を示し、I_darkは、エンジン停止中に車両システムが暗電流として蓄電池から消費している電流値を示す。I_loadとI_darkとは、それぞれの時間応答と電流レンジ特性が異なるため、サンプリングタイミングや測定レンジを共有できない場合は、異なる電流積算値を用いてΔＳＯＣ２を算出するようにするのがよい。
【００４１】
次に、蓄電池１のＳＯＨ（State of health）を算出するＳＯＨ算出部１５０について、以下に説明する。ここでは、蓄電池１の各種劣化パラメータＳＯＨｉの変化量の和であるΔＳＯＨを算出している。劣化パラメータとしては、以下のものがある。
【００４２】
（１）ＳＯＨ１：電解液の成層化による放電容量の低下
（２）ＳＯＨ２：電解液の減液による放電容量の低下
（３）ＳＯＨ３：深度放電回数に対応した放電容量の低下
（４）ＳＯＨ４：充放電を行わない自然放電のみの放置期間に対応した放電容量の低下
（５）ＳＯＨ５：長期間使用に伴う内部抵抗の増大による放電容量の低下
（６）ＳＯＨ６：その他故障等による放電容量の低下
上記各劣化パラメータの変化量をΔＳＯＨｉとしたとき、全劣化変化量ΔＳＯＨは、
ΔSOH＝ΣΔSOHi                                                    （式８）
と表わされる。上記の劣化量（劣化進行具合）は、蓄電池１の初期放電容量に対する影響度を％に換算して評価したものである。以下では、各劣化パラメータについて説明する。
【００４３】
まず、電解液の成層化による放電容量の低下を示すＳＯＨ１は、以下に示す４つのプロセスにおける成層化の進行度を推定して求めることができる。
【００４４】
（１）放電電流積算値ΔＳＯＣ２の経時変化
（２）充電電流積算値ΔＳＯＣ１の経時変化
（３）充電効率η_Iが１０％以上の領域で起こるガッシング過程  Guss_base
（４）充電効率η_Iが10%以下の領域で起こるガッシング過程  Guss_out
又は、SOC_now≧SOC_now-1となった時点を起点として、ガッシングが行われた電流積算値∫I_guss*dt ＝Guss_out
（１）〜（４）のプロセスにおける放電容量、成層化度、及びガッシング量（ガス発生量）の変化の例を図５に示す。同図に示す通り、成層化度は放電の後充電を行っているときに大きく増加し、ガッシングの発生とともに減少していく。また、ガッシング量（ガス発生量）は充電効率η_Iが10%以下で充電されているときに大きくなり、過充電のときに最大となる。
【００４５】
上記の各プロセスにおける放電容量の変化は、電流積算値に換算することができ、また上記の（１）と（２）のプロセスから、電解液の成層化度を求めることができる。すなわち、成層化度は充放電繰り返しサイクル数（ΔＳＯＣ２とΔＳＯＣ１との繰返しサイクル数）と図６（ａ）に示すような相関があり、これを参照データとしてＳＯＨ算出部１５０に持たせて成層化度の算出に用いるようにすることができる。
【００４６】
なお、充放電のパターンには、例えば図７に示すように、電流の大きさや充放電時間によって様々なものがある。そこで、上記の充放電繰り返しサイクル数として、まず充放電パターンを電流の大きさ及び充放電時間に応じて１以上の放電深度パターン（ＤＯＤ）に分類し、各放電深度パターン毎に充放電繰返しサイクル数を算出してその総和を算出したものを用いるのがよい。
【００４７】
次に、上記の（３）、（４）のプロセス毎に発生するガッシング量を予め参照データとして取得しておき、ガッシングによる成層化度の改善度を算出できるようにする。これより、（１）、（２）のプロセスによる成層化度の増加と、（３）、（４）のプロセスによる成層化度の改善度から成層化度を算出することができる。成層化度と放電容量とは図６（ｂ）に示すような相関があり、これを参照データとして持つことにより、成層化による放電容量の低下量ΔＳＯＨ１を算出することができる。
【００４８】
次に、電解液の減液による放電容量の低下を示すＳＯＨ２について説明する。電解液の減液による放電容量の低下量ΔＳＯＨ２は、上記のプロセス（３）Guss_baseにおけるガス発生量とプロセス（４）Guss_outにおけるガス発生量、及び液面から自然に発生する気化量Guss_surfaceの総和から算出することができる。
【００４９】
次に、深度放電回数に対応した放電容量の低下を示すＳＯＨ３について説明する。深度放電回数に対応した放電容量の低下量ΔＳＯＨ３は、残容量SOC_nowが現在の放電容量（初期放電容量から劣化による喪失容量を除いた放電容量）の１０％以下まで放電した回数、すなわちSOC_now≦0.1*SOC_start*ΔSOHとなるまで放電した回数（深度放電回数）から算出することができ、これをログとして保存しておく。深度放電回数が極板に与える劣化度を参照データとしてＳＯＨ算出部１５０に事前に持たせておき、上記の深度放電回数のログを参照データと照合させることによりΔＳＯＨ３を算出する。
【００５０】
次に、充放電を行わない自然放電のみの放置期間に対応した放電容量の低下を示すＳＯＨ４について説明する。充放電を行わない自然放電のみの放置期間に対応した放電容量の低下量ΔＳＯＨ４は、蓄電池が製造された後車載されるまでの時間、又は開放端子状態で輸送中の経時変化、を外部から与えることによって劣化度を算出することができる。蓄電池にセンサーが取り付けられている場合には、上記のΔＳＯＣ２及びΔＳＯＣ３から算出することもできる。
【００５１】
次に、長期間使用に伴う内部抵抗の増大による放電容量の低下を示すＳＯＨ５について説明する。長期間使用に伴う内部抵抗の増大による放電容量の低下量ΔＳＯＨ５は、内部抵抗値またはインピーダンス値と放電容量の低下度との関係を参照データとしてＳＯＨ算出部１５０に事前に持たせておき、定期的又は／及び特定の時点で測定される内部抵抗値またはインピーダンス値を上記の参照データと照合させることで算出することができる。
【００５２】
最後に、その他故障等による放電容量の低下を示す（６）ＳＯＨ６について説明する。その他故障等による放電容量の低下量ΔＳＯＨ６は、電流、電圧、温度の測定値を基に、各測定値に不連続な点が見られたり、モデルで推定される予測値と大きなずれが発生するのを監視し、これらが発生した場合を故障モードとして劣化度を推定するか、あるいは外部から入力させる。
【００５３】
上記で説明したΔＳＯＨ１〜ΔＳＯＨ６を（式８）で合計することにより、蓄電池１のΔＳＯＨを算出することができる。なお、上記で各種参照データをＳＯＨ算出部１５０に持たせるようにしたが、各参照データは蓄電池の種類ごと、あるいは個別の蓄電池毎に持たせるようにすることができる。また、参照データを表形式で持たせるようにしてもよいし、所定の関数で算出できるようにしてもよい。
【００５４】
ＣＯＤ算出部１６０は、極板電圧算出部１３０で算出された極板電圧V_batと、ＳＯＣ算出部１４０で算出されたΔＳＯＣと、ＳＯＨ算出部１５０で算出されたΔＳＯＨとを入力し、これを所定の非線形等価回路モデルに入力することで、現在の放電能力COD_nowを算出する。
【００５５】
判定部１７０では、ＣＯＤ算出部１６０で算出された現在の放電能力COD_nowが要求される放電能力COD_needを満たしているか否かを判定している。これに加えて、ＳＯＨ算出部１５０で算出された成層化による放電容量低下度ΔＳＯＨ１を基に、成層化度を改善することで要求放電能力COD_needを満たすことが可能かを判定し、可能な場合にはガッシングを行うよう発電機制御部４に要求信号を出力するようにしている。
【００５６】
判定部１７０における判定処理方法を、図８を用いて以下に説明する。ステップＳ１では、まずＣＯＤ算出部１６０で算出されたCOD＿nowと要求放電容量であるCOD_needに安全率C_dethをかけたものとを比較し、COD＿nowがCOD_need＊C_dethより小さい場合には、放電容量が不足していると判定してステップＳ２に進む。一方、COD＿nowがCOD_need＊C_deth以上の場合には、通常の車両運行制御を継続させて蓄電池１の監視を続行する。
【００５７】
ステップＳ２では、ＳＯＨ算出部１５０で算出された成層化による放電容量の低下量ΔＳＯＨ１から、成層化の改善余地があるかを判定する。ΔＳＯＨ１の値が大きく、改善の余地があると判定した場合には、次のステップＳ３の判定に進む。一方、成層化の改善余地小さいと判定された場合には、放電容量が低下してCOD_needを満足できない可能性があることを示す信号を車両運行用メインＥＣＵ（電気制御基板）３に送信する。車両運行用メインＥＣＵ３がこの信号を受信すると、例えば蓄電池１の交換要求又は運行停止要求等の情報をユーザーに通知するようにすることができる。
【００５８】
ステップＳ３では、成層化を改善するためのガッシングが可能なだけの電解液が確保されているかを、ＳＯＨ算出部１５０で算出されたΔＳＯＨ２から判定する。その結果、電解液が確保されていると判定された場合には、次のステップＳ４に進む。一方、電解液が不足していると判定された場合には、補液または蓄電池の交換が必要であることを示す信号を車両運行用メインＥＣＵ３に送信する。車両運行用メインＥＣＵ３がこの信号を受信すると、電解液の補充または蓄電池１の交換を要求する情報をユーザーに通知するようにすることができる。
【００５９】
ステップＳ４では、成層化を解消（ΔＳＯＨ１＝０）したときの劣化容量ΔＳＯＨを予測してCOD_nowを推定し、推定したCOD_nowが要求放電容量COD_needより大きくなるかを判定する。COD_nowが要求放電容量COD_need以上になると判定されると、次のステップＳ５の判定に進む一方、COD_nowが要求放電容量COD_needに達しないと判定された場合には、成層化を解消しても要求放電容量COD_needを満たせないことを示す信号を車両運行用メインＥＣＵ３に送信する。車両運行用メインＥＣＵ３がこの信号を受信すると、蓄電池１の交換又は運行停止要求などの情報をユーザーに通知するようにすることができる。
【００６０】
ステップＳ５では、現在の車両運行条件のもとで蓄電池１の過充電が可能かを車両運行用メインＥＣＵ３に問い合わせる。その結果、蓄電池１の過充電が可能な場合には次のステップＳ６の処理を行う一方、蓄電池１の過充電が行えない状態の場合には、送信ログを残して過充電が可能となるまで、通常の蓄電池の状態監視を継続する。
【００６１】
ステップＳ６では、成層化を解消するのに要する充電時間（Guss_out量）を算出し、これを車両運行用メインＥＣＵ３に送信して充電を要求する。
【００６２】
またステップＳ７では、成層化の解消の度合いをΔＳＯＨ１の改善度から判定し、ΔＳＯＨ１が十分改善されたと判定すると、通常の運行制御への復帰を要求する信号を車両運行用メインＥＣＵ３に送信する。これにより、従来は必要以上に過充電状態が継続されていたのに対し、本実施例によれば、成層化が十分改善されて過充電の必要性がなくなればこれを止めて通常運行状態に戻すことができる。
【００６３】
上記の通り、本発明の蓄電池の制御方法及び制御装置によれば、蓄電池の状態を把握することによって、必要なタイミングでガッシングを行わせるとともに、必要がなくなれば過充電やガッシングを終了させるようにすることができる。これにより、蓄電池の短寿命化を回避して車両運行の安全性に関して電源面からの信頼性を確保するだけでなく、発電機の駆動に必要なガソリン等の燃料消費量を低減でき、燃費改善に寄与して環境負荷を低減することができる。
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る蓄電池の制御方法及び制御装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における蓄電池の制御方法及び制御装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態に係る蓄電池の制御装置のブロック図である。
【図２】極板電圧の温度係数に係る参照データを説明するグラフである。
【図３】極板電圧の分極係数に係る参照データを説明するグラフである。
【図４】ΔＳＯＣの算出方法を説明する図である。
【図５】電解液の成層化プロセスにおける放電容量、成層化度、及びガッシング量の変化を示すグラフである。
【図６】蓄電池の成層化度に係る参照データを説明するグラフである。
【図７】蓄電池の充放電パターンの一実施例を示すグラフである。
【図８】判定部における判定処理方法を説明する流れ図である。
【符号の説明】
【００６５】
１        蓄電池
２        発電機
３        車両運行用メインＥＣＵ
４        発電機制御部
１００    蓄電池の制御装置
１１０    センサー  １２０    入力部
１３０    極板電圧算出部
１４０    ＳＯＣ算出部
１５０    ＳＯＨ算出部
１６０    ＣＯＤ算出部
１７０    判定部
【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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