(57)【要約】【課題】精度が高く劣化判定の可能な、太陽光発電用バッテリーシステムとその状態検知装置を提供する。【解決手段】本発明は、太陽電池パネルから供給されるエネルギーを充電する鉛バッテリーと補助バッテリーに充電して負荷に給電する太陽光発電用バッテリーシステムであって、太陽電池パネルからの電力の受け入れと、負荷への電力供給を従たるバッテリーが行い、その過不足を鉛バッテリーの充放電で補う構成とす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】
太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池パネルと、太陽電池パネルに入力を接続された電力変換装置と、その電力変換装置の出力に接続された補助バッテリーと、補助バッテリーに一方の端子を介して接続された双方向電力変換装置とその双方向電力変換装置の今一方の端子に接続された鉛バッテリーと、補助バッテリーに接続された負荷と、鉛バッテリーの電圧、温度、充放電電流、及び補助バッテリーの電圧、温度、充放電電流を計測する手段と電力変換装置および双方向電力変換装置と負荷を制御する手段とそれらの状態を表示する手段を有するコントローラからなり、１日の初めに、補助バッテリーの放電により負荷への給電と鉛バッテリーの充電を行い、補助バッテリーの容量が所定以下の場合は、鉛バッテリーの放電により負荷への給電を行い、日照により、負荷による電力消費を太陽光発電量が上回った場合は鉛バッテリーを優先的に充電し、鉛バッテリーの端子電圧が予め設定した上限電圧に達した時点で充電電流を制限すると共に、余剰の電力で補助バッテリーを充電し、夕刻、日照の減衰と共に太陽光発電量が負荷と鉛バッテリーに充電するための電力量の合計を下回った場合、補助バッテリーからの電力により負荷への給電と鉛バッテリーの充電を行い、補助バッテリーの残存容量が予め設定した範囲内で、予め定められていた時間の間、もしくは鉛バッテリーの充電電流が減衰するまでの間、鉛バッテリーの充電を継続、その後、鉛バッテリーを一定電流で一定時間放電しこの放電によって得られた電力を負荷へ給電し、電力が余剰の場合補助バッテリーを充電、不足の場合補助バッテリーを放電し、放電末期の鉛バッテリー電圧ＣＣＶ．を測定、更に予め定めた一定時間鉛バッテリーの充放電を禁止しその間補助バッテリーから負荷へ給電し、充放電禁止解除直前のＯＣＶを測定し、予め求めてあったＳＯＣとＯＣＶの関係、乃至ＳＯＣとＣＣＶの関係から鉛バッテリーのＳＯＣを求め、その後は同様の方法でＳＯＣを求める迄そのＳＯＣを基準に充放電電流積算でＳＯＣを求める太陽光発電用バッテリーシステムのバッテリー状態検知装置。
【請求項２】
日照量が不足して、鉛バッテリーの充電が予め設定した上限電圧に達しなかった場合でも前回のＣＣＶとＯＣＶの計測から概ね２４時間後に同様のメインバッテリーの放電と休止を行い前記ＣＣＶとＯＣＶの計測を行なう請求項１記載の太陽光発電用バッテリーシステムのバッテリー状態検知装置。
【請求項３】
前記補助バッテリーが放電状態であり、鉛バッテリーの１セル当たりの電圧が２．０〜２．０５Ｖ以下になった時、予め設定された一定の電流で一定時間放電し、その間の余剰電力により補助バッテリーを充電すると共に放電終了時点のＣＣＶを測定、更に予め定めた時間補助バッテリーから負荷へ給電することにより鉛バッテリーの充放電を禁止し、禁止時間終了直前のＯＣＶを計測、前記ＣＣＶとＯＣＶと予め求めてあったＯＣＶとＳＯＣの関係、ＣＣＶとＳＯＣの関係よりＳＯＣを求める請求項１記載の太陽光発電用バッテリーシステムのバッテリー状態検知装置。
【請求項４】
前記ＯＣＶから求めたＳＯＣ乃至、ＣＣＶから求めたＳＯＣが充電の終了状況から期待された充電状態より低下していた場合、サルフェーションが発生したと判断し、表示部にその表示を行なうと共に次回日照時に鉛バッテリーの電流を制限した状態の充電を延長して行なう請求項１記載の太陽光発電用バッテリーシステムのバッテリー状態検知装置。
【請求項５】
前記双方向電力変換装置を介して充放電される電流の単位時間の変動量が、太陽電池パネルの発電量の単位時間当たりの変動量、負荷によって消費される電流の変化量より小さく抑制され、この変動を抑制するための電流は補助バッテリーによって供給されていることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電用バッテリーシステムのバッテリー状態検知装置。
【請求項６】
前記補助バッテリーの容量が鉛バッテリーの容量の１／５〜１／１２０の範囲である請求項１記載の太陽光発電用バッテリーシステムのバッテリー状態検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギーから変換された電気エネルギーを主に利用したバッテリーシステムとその状態検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池を主たるエネルギー源に用いた電源システムは、水力発電や火力発電などの大規模な電気エネルギーの供給源の無い離島などの独立電源として大いに期待されている。
【０００３】
しかしながら上述した太陽光エネルギーは、自然環境の周期的あるいは予期せぬ変動の影響を受け、安定した電気エネルギーを供給出来ない場合がある。太陽電池は、曇天、雨天、夜間など日照量が減少、乃至消滅すると、日照時に比べ発電量が著しく低下あるいは消滅する。この変動の影響を緩和する為に、太陽電池パネルにバッテリーシステムを接続して用いることが一般的である。雨天や夜間の日照エネルギーが十分供給されない時はこのバッテリーシステムから負荷に電力エネルギーが供給される。この様なバッテリーシステムでは、安価である鉛バッテリーが使われる事が多い。
【０００４】
日照エネルギーが潤沢な晴天日の日、照時間中に、太陽電池が発電する電力エネルギーで鉛バッテリーは充電される。晴天日が連続した場合、鉛バッテリーが満タンになるが、長期間日照に恵まれない場合、鉛バッテリーの蓄電量が不足して、電力ショートを起こす。その為鉛バッテリーの残存容量ＳＯＣに合わせた電力消費の管理は重要である。ＳＯＣのレベルによって負荷の量を加減する事も可能となる。又、コンピュータなど電子機器では、電力ショートに至る前にハードディスクなどにデータを待避する処理を行ないたい。この様な理由からも鉛バッテリーシステムのＳＯＣ．を精度良く知ることは重要となる。この他、鉛バッテリーの容量が寿命劣化等によって低下すると、利用出来る電力量が減少するという問題が有る。予め目安にしたレベルまで鉛バッテリーが劣化した場合新しいものと交換する。この事から鉛バッテリーの劣化判定は正確に出来る事が望ましい。又、サルフェーション等、回復処理を行なうとある程度の回復が望める劣化に関しては、適切な検出と回復処置の実施が望まれる。
【０００５】
この様に、鉛バッテリーシステムの残存容量ＳＯＣや劣化状態を正確に求める事の要求は強く有ったが、従来十分には達成出来ていなかった。一般的に鉛バッテリーの残存容量の求め方としては、劣化していない鉛バッテリーのフル充電完了状態をＳＯＣ１００％、放電状態をＳＯＣ０％としその間を電気量で等間隔に分割する方法が用いられる。しかし、太陽電池を用いたシステムの場合、供給される電気エネルギーは日照によって大きく変動するため晴天日でも一定の電流値や電力値で充電する事は困難である。更に、天候や季節により１日の日照時間が変動するので、日々一定の時間で充電することは困難であった。
【０００６】
従来バッテリーのＳＯＣを推定する方法としてフル充電後にＳＯＣを１００％にセットし使用中の充放電電流を積算して、リアルタイムのＳＯＣ（以降積算ＳＯＣと呼ぶ）を求めることが行なわれていたが、この場合、フル充電の条件としてＣＶ充電時一定の時間が経過するか、充電電流が一定値以下になることを判定条件としていた。あるいは多段充電など充電電流を階段状に低下して、バッテリー電圧で判定する方法を用いていた。しかし、太陽光の場合日照時間等の問題で充電時間が一定にならない為、夕刻日没時に充電が終了した時点で、一定のＳＯＣにならないという問題が有った。
【０００７】
又、負荷も時間帯によって使用する器具が変わるので大きな変動を示す。その為、放電電流が大きく変化しバッテリーの放電電圧でＳＯＣを精度良く推定するのは困難であった。又、リアルタイムのバッテリーＳＯＣ（以降積算ＳＯＣと呼ぶ）を求めるには、フル充電時にリセットしたＳＯＣ値を基準に電流積算を行なうが、充放電の電流変動が大きいと電流積算精度が低下する問題があった。
【０００８】
その他、日照が長期にわたり不足した場合、充電電気量が不足してサルフェーションが発生する。この場合、一定の条件でフル充電を行なって、その後の充電状態をＯＣＶ．などでチェックするとサルフェーションの発生状況が確認出来る。しかし、従来そうした機能を太陽光発電用の鉛バッテリーに適用する事例は無かった。これは一定の条件でフル充電を完了するのが困難な為である。サルフェーションは検出後、通常より深い放電や深い充電を行なう事により回復する事が知られているが、こうした検出に基づいて行なわないと鉛バッテリーのサルフェーションを抑制できないばかりか健全な鉛バッテリーをわざわざ深い放電や過充電に曝し電力を無駄にすると共に寿命に悪影響を与える事となる。又、サルフェーション解消処理を行なってもサルフェーションが解消しない場合、バッテリーを交換するよう表示することが望ましい。が従来そうした検出機能は達成出来ていなかった。
【０００９】
一方、バッテリーの残存容量を精度良く求めるために、特許文献１ではバッテリーを複数のブロックに分割し、１ブロックごとに放電を行なって未だ放電出来ていないバッテリーブロックの数で残存容量を求める方法が提案されている。これは、バッテリーのＳＯＣを検出するに当たり充電途中や放電途中でのＳＯＣは推定し難いが充電完了状態や放電完了状態では検出しやすい事を利用している。しかし、明示された回路では放電負荷のみが切り替えられており、充電回路は並列に接続されているので、深い放電を受けたバッテリーも放電していないバッテリーも並列状態で充電される。当然放電状態のバッテリーが優先的に充電されるが、負荷に接続されたバッテリーも負荷の消費する電流の大きさによっては電圧が低下し、太陽電池パネルからの電力により充電される。その為負荷に接続されていないバッテリーが十分な充電のための電力の供給を常に受けるとは限らない。よって晴天日の日没時に一定の条件でフル充電されるとは限らない。充電中のバッテリーがどの程度充電されたか不明では正確なＳＯＣは推定することが困難である。即ち、日照が十分にあるケースでも安定した一定の条件で充電が完了しないのでＳＯＣの推定精度は低下する。又、バッテリーには太陽電池で発電した電力が直接入るため充電電流の変動も大きく、電気量積算で充電途中のＳＯＣを算出しても十分な精度が確保できない問題もあった。更に、バッテリーの劣化判定は方法について触れられていない。従ってバッテリーが劣化した場合は正確なＳＯＣの推定は困難となる。
【００１０】
特許文献２には、比較的高いＳＯＣ領域で充放電を繰り返す車両用バッテリーのＳＯＣや劣化推定に関する方法が記載されている。ＳＯＣの推計にバッテリーの充放電電流と電圧、温度を使用して分極を求めて行なう構成を採用しているが、劣化分の特性の低下はＳＯＣと込みで判断されＳＯＣの低下とバッテリーの劣化は区別されていない。バッテリー劣化時はＳＯＣの低下として判定され、劣化判定は実質行なわれていない。この方式ではフル充電は行なわれず、又深い放電も行なわないのでＳＯＣ．１００％やＳＯＣ０％のリセットが行なえず、原理的に正確なＳＯＣ推定は困難である。ＳＯＣは５０％と７０％が区別できるレベルであり、このレベルはハイブリッド車の制御に用いる場合には十分であるが、太陽光用途では十分な精度とは言えない。繰り返しになるが、バッテリーの劣化を検出に関する記述も特に無い。
【００１１】
特許文献３にはバッテリーブロックを複数に分割、一ブロック毎に定電流定電圧でリフレッシュ充電を行なう方法が採られている。この構成は、ブロック間で電力のやり取りをして、一定時間間隔で特定のブロックをリフレッシュ充電する構成である。この構成の目的はバッテリー寿命の延長である。この方法ではリフレッシュ充電したバッテリーブロックはＳＯＣ１００％に近い状態となるためこのブロックについてはＳＯＣ１００％リセットが行なえる。だが、この事に関する記述は特に示されていない。又、この時、無負荷期間を設けＯＣＶをチェックするとサルフェーション等の検出が可能となるが、無負荷期間を設ける記述も無い。又、回路構成によっては一部のバッテリーブロックの充放電電流の変動を緩和して、電流積算精度の改善を行なう事が可能であるがこの件に触れる記述も無い。ゆえに、特許文献３は構成としては類似性が有るが、発明の主眼がバッテリーの長寿命化にあり、バッテリーのＳＯＣ検出や寿命劣化判定は特に行なっていない。即ち、バッテリーのＳＯＣを正確に検出する機能も無く、劣化判定についても行なっていない。唯一の類似点はバッテリーを複数のブロックに分けブロック間で電力の授受を行い、バッテリーのリフレッシュ充電を行なう部分であるが、後述の特許文献４に記述されておりこの特許の出願時点では公知で有ったと判断できる。故に、共通した内容での新規技術は見出せない。
【００１２】
又特許文献４では、電動車両に搭載された直列されたバッテリーを複数のブロックに分割し、他のブロックの電力を使用して特定のブロックの均等充電もしくはリフレッシュ充電を行なう方法が明示されている。均等充電もしくはリフレッシュ充電を行なう頻度は、一定時間隔乃至バッテリーの電圧バラツキが一定レベルを超えた事を検出して行なう様になっており、バッテリーの劣化やサルフェーションを検出するものではない。又、均等化後ＳＯＣが１００％、乃至０％になることを利用してブロック間のＳＯＣを合わせる処理を行なうが、ブロック間のＳＯＣバラツキを圧縮することが目的で、均等化後、均等化したときのＳＯＣを基準に電気量積算でＳＯＣ管理を行なう様な記述は無い。
【００１３】
又、均等化処理は、車両のＩＧがＯＦＦで実質外部からバッテリーに電流の出入りがない状態で行なわれる。このことは、負荷が連続的に印加される太陽光システム等では利用出来ない技術である。太陽光の場合システムが休止する時間帯が無いのでブロック間の電力を移動してリフレッシュ充電を行なう場合はバッテリーの状態で判断し、行なう必要がある。即ち、システム全体の蓄電量のもっとも大きくなる日没時付近に行なうことが重要となるが、特許文献４にはそうした記載は無い。
【００１４】
更に、リフレッシュ充電後、無負荷期間を設け、ＯＣＶを求める事は行なわれておらず、バッテリーのサルフェーションや容量劣化の検出は行なっていない。以上のように特許文献４ではバッテリーブロック間の均等化、乃至リフレッシュ充電に主眼が置かれており、ＳＯＣ検出、劣化検出は行なわれていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開昭５６−１２１３３８号公報
【特許文献２】特開２００３−３３１９３１号公報
【特許文献３】特開２００９−２６１０７６号公報
【特許文献４】特開平１０−０６６２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
この様な従来の構成でバッテリーのＳＯＣや寿命劣化を判定しようとした場合、鉛バッテリーの充電を一定の条件で完了するのが困難な為、充電完了時にＳＯＣを基準点にリセットする事は困難であった。一部、リフレッシュ充電等で一定条件で充電を行なうものも有ったがあくまでもバッテリーのリフレッシュが目的であり、ＳＯＣ積算の基準点としてＳＯＣをリセットする物では無かった。更にＳＯＣを基準点にリセットする時に、ＯＣＶやＣＣＶを計測してバッテリーのサルフェーションや容量劣化等を判定する構成のものは無かった。
【００１７】
又、通常ＳＯＣを高い精度で求めるためには、１日に１回程度積算で求めたＳＯＣをリセットする必要がある。これは電流検出器の累積誤差を消去するためである。しかしその為には１日１回一定の条件でＯＣＶやＣＣＶを計測してＳＯＣを補正することが望ましいが実施しているものは無かった。
【００１８】
又、電流積算を行なうにあたり、太陽光発電の場合の様な変動の大きな充放電電流は積算誤差を大きくする原因となる。しかし、従来の技術では積極的に電流を平滑化し電流積算精度を向上する方法を取るものはなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池パネルと、太陽電池パネルに入力を接続された電力変換装置と、その電力変換装置の出力に接続される補助バッテリーと、その補助バッテリーに一方の端子を介して接続された双方向電力変換装置とその双方向電力変換装置の今一方の端子に接続された鉛バッテリーと、補助バッテリーに接続された負荷と、状態検知装置と、状態検知装置の情報を表示する表示部から構成される。
【００２０】
これらより構成されるシステム全体は、主として太陽電池パネルから供給される電力によって駆動され、系外への電力の授受は無い。
【００２１】
太陽電池パネルで発電した電力は電力変換器を経由して従たるバッテリーに供給される。従たるバッテリーはリチウムイオンバッテリーなどで構成され、主たる鉛蓄電池より蓄電容量が少なく、容量に対しては通常の使用温度域で、大きな充放電電流を入出力出来る物を使用する。容量としては鉛バッテリーの０．２〜０．０５倍程度あればよい。一般的に常温域ではリチウムイオンバッテリーは鉛バッテリーより容量当たりの充放電電流を大きく取ることが出来る。従たるバッテリーは鉛バッテリーでも構成可能であるが、低ＳＯＣで使用される時間が長いのでリフレッシュ充電等の処理に時間がかかり余り望ましくない。
【００２２】
負荷は直接補助バッテリーより電力の供給を受けるが、太陽電池パネルからは電力変換器を経由して、鉛バッテリーからは双方向電力変換器を経由して電力の供給を受ける。
【００２３】
状態検知装置は、直接は従たるバッテリー装置からの電力供給を受け、鉛バッテリーの電圧、温度、充放電電流、補助バッテリーの電圧、温度、充放電電流を計測する手段と電力変換装置および双方向電力変換装置を制御する手段、負荷を制御する手段を有する。
【００２４】
次に、これらの基本動作について説明する。１日の始まり、深夜０時時点では、負荷に概ね平均１／７５〜１／１００Ｃレート（鉛バッテリーの容量に対し）の負荷電流が流れ込む。補助バッテリーの放電を優先して行い、補助バッテリーの容量が下限に達したら鉛バッテリーを放電する。この時、放電する電力量は概ね負荷で消費される電力量見合い分とし、補助バッテリーのＳＯＣが増減しない様に双方向電力変換器を調整する。この状態では、負荷が大きく変動しても補助バッテリーがバッファリングするので双方向電力変換器を通して鉛バッテリーから供給される電力の変動は緩和される。
【００２５】
次に、太陽が昇ると日照により太陽電池パネルが発電を開始する。発電量が負荷で消費される電力量を上回ると、その分は優先的に鉛バッテリーの充電に用いられる。鉛バッテリーは日照時、発電量が負荷での消費を上回っている間に、充電される。鉛バッテリーのＳＯＣが上昇し、バッテリー電圧が設定値を超えた時点でＣＶ充電に入る。ＣＶ充電では充電電流が制限されるので余剰の電力が発生する。この余剰電力で補助バッテリーを充電する。補助バッテリーの充電が完了した場合は、太陽電池パネルに接続した電力変換器の出力を絞って、補助バッテリーの充電を停止し、負荷と鉛バッテリーのＣＶ充電を行なう。この状態で鉛バッテリーのＣＶ充電時間が所定の時間経過したら、もしくは充電電流が予め決めた電流値以下に減衰したら鉛バッテリーの充電を終了し、太陽電池パネルに接続した電力変換器の出力を絞って太陽電池パネルの電力は負荷へ供給のみとする。ＣＶ充電を行なう時間は概ね５時間程度である。通常は５時間のＣＶ充電が終了する前に日没を迎える。この場合、本発明では補助バッテリーの電力を利用して、負荷への給電と鉛バッテリーのＣＶ充電を継続して行なう。これにより、一定の条件でＣＶ充電を終了出来る。又、日照時間中に雲の陰等で太陽電池パネルの出力が低下した場合でも、補助バッテリーから電力を供給する事により、安定したＣＶ充電を継続できる。
【００２６】
日没時に併せて鉛バッテリーのフル充電を行なうのは、晴天の日はそのタイミングで鉛バッテリーのＳＯＣが最大となる為であり、このタイミングで行なう事により補助バッテリーの容量を小さく抑えることが可能となる。なお、一連の電力変換器、双方向電力変換器、負荷の制御は状態検知装置が行なう。
【００２７】
日没後太陽電池パネルによる発電量が負荷で消費される電力を補えなくなった時、補助バッテリーの放電を開始する。この際前述したとおり、鉛バッテリーの５時間のＣＶ充電が完了していなかったらＣＶ充電の電力も補助バッテリーを放電する事により供給する。補助バッテリーが放電下限になるまで放電を行いその間可能な限り鉛バッテリーのＣＶ充電を完了する。ＣＶ充電が既定の条件で完了しない時は、フル充電が出来なかったと判断する。その後鉛バッテリーを０．１〜０．０５Ｃで一定時間放電しその時の電力で負荷への給電と補助バッテリーの充電を行なう。放電末期にＣＣＶを計測する。その後負荷を補助バッテリーで負荷に給電し、鉛バッテリーを開放状態にして１時間維持、その後ＯＣＶを測定する。こうして得られたＯＣＶとＣＣＶを予め求めておいたＳＯＣとＯＣＶ、ＳＯＣとＣＣＶとの関係式に当てはめて、ＳＯＣを求める。鉛バッテリーのＳＯＣはＯＣＶと高い相関性があることが知られており、これによって高い精度でＳＯＣを推定する事が出来る。充電後１時間放電を行なうのは充電分極の影響を無くすためである。充電分極は解消するのに３時間前後放置の必要であるが放電分極は解消するのに１時間程度の放置で済む。０．１〜０．０５Ｃで一時間放電を行なわないと充電分極の残った状態となり、１時間の休止後ＯＣＶを測定すると求めたＳＯＣの精度が低下する。又、一定負荷で１時間放電した時点のＣＣＶも同様にＳＯＣと高い相関性を持つ。ＣＣＶも計測しＳＯＣの推定に使用しても良い。
【００２８】
フル充電と判定し、且ＯＣＶとＣＣＶから求めたＳＯＣがフル充電後１時間放電＋１時間放置を行なった後のＳＯＣと一致したら、積算ＳＯＣをリセットする。
【００２９】
一致しなかった場合、そのＳＯＣ．の開きが概ね５％より大きくＯＣＶ乃至ＣＣＶから求めたＳＯＣのほうが小さかった場合、サルフェーションと判定し、表示部にサルフェーションの警報を表示する。その場合でも、ＯＣＶ乃至ＣＣＶで求めたＳＯＣの値で積算ＳＯＣをリセットする。
【００３０】
フル充電と判定されなかった場合もＯＣＶ乃至ＣＣＶで求めたＳＯＣの値で積算ＳＯＣをリセットする。但し、この場合はサルフェーションの判定は行なわない。
【００３１】
以後、鉛バッテリーを充放電する度にその電気量の積算を行い、積算ＳＯＣ値を更新していく。
【００３２】
積算ＳＯＣをリセットした後は、補助バッテリーの放電を優先しながら、負荷への給電を行う。補助バッテリーがＳＯＣの下限に到達したら、鉛バッテリーを放電し補助バッテリーからの電気量の出入りが０になるように制御する。補助バッテリーのＳＯＣの上下限管理は補助バッテリーの電圧の上下限管理や電流積算で行なう。補助バッテリーに残った電気量が、全体のＳＯＣの精度に及ぼす影響は少ない。なぜならば、補助バッテリーの容量が鉛バッテリーの容量に比べ１／１０程度の為である。
【００３３】
以降、この状態で、鉛バッテリーのＳＯＣは放電電流を積算して積算ＳＯＣを逐次更新していく。以上のようにして鉛バッテリーのＳＯＣを一定時間のＣＶ充電後、ＳＯＣ値をリセットする事により、高い精度で積算ＳＯＣを求めることが可能となる。又、サルフェーション等の劣化判定も高い精度で可能となる。ＳＯＣもサルフェーションの影響を補正した値（加味した値）となる。
【００３４】
本発明の請求項２に関わる発明は、装置の構成は前記請求項１の物と同じ形態を取る。動作に関して日中の日照量が不足し、鉛バッテリーの充電に対し十分な電力を得ることが出来なかった場合、請求項１に示す様な一定の充電完了状態で充電を完了することが出来ない。そのまま日没を迎えた場合、ＳＯＣをＯＣＶやＣＣＶで確定することが困難となる。通常電流積算でＳＯＣを求める場合１日経過すると電流計誤差×２４時間の電気量が誤差となる。通常日照時の最大充電電流は鉛バッテリーで０．１Ｃ相当であるので、このレンジの電流計を使用して、精度１％とした場合、１日の誤差は０．１×１×２４＝２．４％となる。ゆえに１０％程度の精度を目標とした場合ＳＯＣのリセットは２４時間程度で行なうことが望ましい。従って、日照が不足した日でフル充電が完了しなかった場合でも、ＯＣＶやＣＣＶを計測し積算ＳＯＣをリセットすることが望ましい。そこで、日没時間を過ぎてもフル充電の目途が立たなかった場合、補助バッテリーを放電下限になるまで放電し、その後鉛バッテリーを０．１〜０．０５Ｃで一定時間放電する。その時の電力で負荷への給電と補助バッテリーの充電を行なう。放電末期にＣＣＶを計測する。その後負荷を補助バッテリーで給電し鉛バッテリーを開放状態にして１時間維持、その後ＯＣＶを測定する。こうして得られたＯＣＶとＣＣＶを予め求めておいたＳＯＣとＯＣＶ、ＳＯＣとＣＣＶとの関係式に当てはめて、ＳＯＣを求める。この求めたＳＯＣで積算ＳＯＣをリセットする。日没時刻の検出は、太陽電池パネルの出力がほぼ０となった時点で判定しても良いし、設備の設置されている地域の時計で判断してもいい。この様な構成にすることにより２４時間以内にＯＣＶ乃至ＣＣＶで積算ＳＯＣをリセットすることが可能となり電流積算誤差を補正することが可能となる。この場合は充電が一定の条件で終了していないためサルフェーション等バッテリーの劣化判定は行わない。
【００３５】
本発明の請求項３に関わる発明は、構成は前記請求項１のものと同じ形態を取る。動作は、日中の日照量が不足し、鉛バッテリーの充電に対し十分な電力を得ることが出来なかった場合、請求項２の動作となるが、不日照日が続いた場合請求項３の動作となる。この場合、鉛バッテリーのＳＯＣが低下し、ついには完全放電常態にいたる場合がある。この場合に、完全放電に至る直前にＳＯＣを高い精度で求める。鉛バッテリーの単セル当たりの電圧が概ね１．８５Ｖに達した時点で鉛バッテリーを０．１〜０．０５Ｃで１時間放電する。その時の電力で負荷への給電と補助バッテリーの充電を行なう。放電末期にＣＣＶを計測する。その後負荷を補助バッテリーで給電し鉛バッテリーを開放状態にして１時間維持し、その後ＯＣＶを測定する。こうして得られたＯＣＶとＣＣＶを予め求めておいたＳＯＣとＯＣＶ、ＳＯＣとＣＣＶとの関係式に当てはめ、ＳＯＣを求める。この求めたＳＯＣで積算ＳＯＣをリセットする。これにより放電末期、高い精度でＳＯＣを求めることが出来る。
【００３６】
本発明の請求項４に関わる発明は、構成は前記請求項１のものと同じ形態を取る。
【００３７】
前記記載の条件で鉛バッテリーをフル充電した後に、定電流放電、負荷開放を行ない、得られたＯＣＶとＣＣＶより求めたＳＯＣを予め求めてあったフル充電後定電流放電、負荷開放を行なった場合予測されるＳＯＣ値と比較して５％以上低下した場合に、サルフェーション発生を表示部に表示し、次回のフル充電時にＣＶ充電時間の延長を行なったり、深夜０時から鉛バッテリーの電力を使用して補助バッテリーを充電すると共に負荷に給電し日の出直前に、補助バッテリーのＳＯＣを高くすることにより鉛バッテリーをより深く放電し、サルフェーションの解消を図る。なお、フル充電後定電流放電、負荷開放で求めたＯＣＶとＣＣＶの値を鉛バッテリーの初期から、時系列的に記録し初期に対して５％低下した時サルフェーションと判定しても良い。この構成により、鉛バッテリーのサルフェーションを検出でき、又軽度のサルフェーションであれば解消することが出来る。
【００３８】
本発明の請求項５に関わる発明は、構成は請求項１と同じ構成を採る。この構成で充電のための電力は太陽電池パネルが太陽光から変換した電力で賄われる。又電力は負荷で消費される。雲のない晴天の状態であれば太陽電池パネルは太陽高度に見合った電力を一定で供給するが実際には雲の影響を受け、晴天でも数十秒程度の間隔で出力が変化する。又、負荷側は使用状況によるが一般的に平均負荷の５倍程度最大負荷時に電力が消費されている。この様な負荷や発電能力の変動で充電電流は大きく変動する。即ち晴天日でも負荷の具合や雲の状態により充電が不可能になり、太陽電池の発電量が付加による消費量を上回る状態も発生する。この様に大きな変動をする充放電電流を積算するには変動に対応した高速のサンプリングで電流を計測し、積算する必要がある。しかし一般的に高精度な電流系はサンプリング時間が長いのでサンプリング時間を短くすることは限界がある。一定の精度、一定のサンプリング速度で電流を積算した場合、変動が小さな方が誤差が低くなる。本発明では充電電力、放電電力をサブバッテリーから供給し、サブバッテリーの充放電電流を監視して、数分単位で平均化する。この平均電流を用いて鉛バッテリーを数分単位で設定を変えながら充放電する事により時間に対し変動の少ない電流で充放電することが可能となる。これにより電流の積算精度を改善可能となる。なお、この際サブバッテリーの電流監視はＳＯＣを高い精度で把握する必要が無いので高速のサンプリングは必要ない。サブバッテリーは大まかなＳＯＣ条下限管理の管理を行なう。
【００３９】
本発明の請求項６に関わる発明は、鉛バッテリーの容量に対し補助バッテリーの容量を１／５〜１／１２０で構成したものである。通常独立系の太陽光発電システムの蓄電システムは、無日照で３日から５日電力を供給することが可能な設計とする。この結果、負荷の平均が鉛バッテリーの容量の１／７２〜１／１２０Ｃ程度となる。一方、鉛バッテリーをフル充電する場合、ＣＶ充電に入ってから５時間程度を要する。又その時充電に必要な電気量は、容量の１０％程度である。従って５時間の間の負荷への電力の供給で５／７２、ＣＶ充電に１／１０程度の１／５Ｃ相当の電気量があれば５時間の間負荷への電力の供給と、鉛バッテリーのＣＶ充電が可能となる。この計算は日没後５時間ＣＶ充電を行なう場合で、実際にはＣＶ充電に入るのは日没前の場合が多く、日没後の充電は５時間より短時間になる。従って、其れより小さな容量、１／２０程度でも賄える場合がある。負荷が夜間に集中している場合は更に小さな容量の補助バッテリーで安定したＣＶ充電を行なうことが可能である。又定電流放電後１時間、無負荷を作り出すためには１／７２〜１／１２０程度の容量で賄える。よって、１／５〜１／１２０の範囲内で設定するのが望ましい。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、晴天日に鉛バッテリーを常に一定の条件で充電できるため、積算ＳＯＣのリセットを正確に行なえると共に、ＯＣＶ乃至ＣＣＶを正確に測ることによりサルフェーションによる劣化を検出でき、警報を出すと共にリフレッシュ動作を行なうことが出来る。又、１日１回必ずＯＣＶ乃至ＣＣＶを測定、放電末期時もＯＣＶ乃至ＣＣＶを測定する事により電流計誤差の累積を抑える。更に鉛バッテリーの充放電電流を時間に対する変動の少ない、平均化した状態に出来るので電気量積算精度が向上し、高い精度でＳＯＣを検出でき利便性の高い太陽光発電用バッテリーシステムのバッテリー状態検知装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のバッテリー状態検知装置を用いた太陽光発電用バッテリーシステムの構成図
【図２】比較のために用いた従来例の太陽光発電用バッテリーシステムの構成図
【図３】晴天日、曇天日、雨天日の時刻と日照の状態を示す図
【図４】一般的な家庭の１日の電力消費パターンを示す図
【図５】晴天日ＳＯＣ９０％スタートでの実施例と従来例の鉛バッテリーの電圧と充放電電流を示す図
【図６】晴天日ＳＯＣ７０％スタートでの実施例と従来例の鉛バッテリーの電圧と充放電電流を示す図
【図７】曇天日  ＳＯＣ９０％スタートでの実施例と従来例の鉛バッテリーの電圧と充放電電流を示す図
【図８】ＯＣＶ乃至ＣＣＶとＳＯＣの関係を示す図
【図９】雨天日ＳＯＣ９０％スタートでの実施例と従来例の鉛バッテリーの電圧と充放電電流を示す図
【図１０】４日間の設備稼働時における積算ＳＯＣの変化を示した図
【図１１】雨天日ＳＯＣ５０％スタートでの実施例と従来例の鉛バッテリーの電圧と充放電電流を示す図
【図１２】通年評価におけるＳＯＣリセット時のＯＣＶおよびＳＯＣの変化を示した図
【図１３】日照中の鉛バッテリーの充電電流の経時変化を示した図
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態の好適な一例を説明する。
【００４３】
図１は、本発明の電源システムの好適な一構成を示すブロック図である。図１では、自然エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換部として、太陽電池パネル１を用いる。又、太陽電池パネル１からの電力線を電力変換器２を経由して補助バッテリー３に接続している。補助バッテリー３からＤＣ／ＡＣコンバータ４を介して負荷５に接続する。負荷５は電子負荷装置から構成され本実施例の場合は予め設定された一般家庭の消費電力パターンで電力を消費するように設定されている。消費電力パターンは夏日を想定した２４時間のパターンである。同様に補助バッテリー３に双方向電力変換器６を介して鉛バッテリー７を接続する。補助バッテリー及び鉛バッテリーの電流線には充放電電流検出用のシャント８をそれぞれ設ける。コントローラ１０は補助バッテリー３から電流線を介して電力の供給を受け、補助バッテリー３と鉛バッテリー７の電圧、およびシャント８を介してそれぞれの充放電電流を計測し、それらに基づき電力変換器２及び双方向電力変換器６及びＤＣ／ＡＣコンバータ４の制御、表示器９に対して表示に関する情報を送る。情報を送受信する為に、これらの機器の間は信号線によって結ばれている。
【００４４】
鉛バッテリー７は太陽光用途で一般的に使用されているシール型のサイクルユース用鉛バッテリーで公称電圧１２Ｖ容量５００Ａｈの型式の物を１０個、直列に接続して構成した。補助バッテリーは同様に公称電圧  １２０Ｖ  ５０Ａｈのリチウムイオンバッテリーを安全制御回路と一体に構成したユニットを使用した。電力変換器２はＤＣ／ＤＣコンバータで構成されておりコントローラの信号に基づき出力電力を加減出来る。太陽電池パネル１は開放電圧２００Ｖ出力６ｋＷ、逆流防止ダイオード内蔵の物を使用した。双方向電力変換器６は双方向に極性を切り替え可能なＤＣ／ＤＣコンバータを内蔵しており外部からどの方向へ電力を供給するか、どれだけの電力を変換するかに関わる信号を受け取る。そして受け取った信号に基づき電力変換を行い補助バッテリー側に電力を送ったり、鉛バッテリー側に電力を送ったりする。ＤＣ／ＡＣコンバータは一般的な市販品を使用している。このＤＣ／ＡＣコンバータ４はＯＮ／ＯＦＦ信号を外部から入力することが可能な構成のものである。補助バッテリーが過放電することを防止するためにコントローラがＯＦＦ信号を出した場合、受け付けてＤＣ／ＡＣ変換を中止する。ＯＮの時は外部のＡＣ器具に電力の供給をする。負荷は本来は家庭内の家電製品で構成されるが本実施例では負荷を決められただけ消費して動作の確認が出来るようにＡＣ入力の電子負荷装置を使用した。この電子負荷装置は２４時間のプログラムによって定められた電力を消費する方式であり、プログラムとして一般家庭の電力消費パターンをセットした。
【００４５】
コントローラ１０は鉛バッテリーの電圧、補助バッテリーの電圧、鉛バッテリーの充放電電流測定用のシャント８、補助バッテリーの充放電電流測定用のシャント８の電圧を計測する。内部にマイコンが搭載されておりマイコンのＡＤコンバータで電圧信号がデジタルに変換され、デジタル情報がマイコン内部で処理される。マイコン内部には時計機能が搭載され、電流の時間積算を行なうと共に、予め記憶してあるバッテリーに関する情報、たとえばバッテリーＳＯＣとＯＣＶの関係、ＳＯＣとＣＣＶの関係などのデータに基づきバッテリーや補助バッテリーのＳＯＣの推定を行なう。これらの情報に基づきコントローラ１０は電力変換器２へ電力変換量を通信線を介して指示する。この通信情報に従い電力変換器２は太陽電池パネルから補助バッテリーに流れ込む電力量を調整する。同様に双方向電力変換器６は変換方向と変換電力量に関する情報をコントローラより受け取りこの情報に従って鉛バッテリーを充電したり放電したりする。ＤＣ／ＡＣコンバータはコントローラのＯＮ／ＯＦＦ指示情報に従い補助バッテリーから給電を受けながら負荷に電力を供給する。表示部９は、コントローラ１０からの情報を表示する。表示する内容はバッテリーのＳＯＣや劣化状態、現在鉛バッテリーが充電中か、放電中か、開放中か、補助バッテリーのＳＯＣなどである。又、１日の発電量と放電量の収支、ＳＯＣの経時変化、過去の履歴、リフレッシュ充電を実施した時期などを表示する。
【００４６】
次に比較のために用いた従来例を図２に示す。従来例は太陽電池パネル１、電力変換器２、鉛バッテリー７、ＤＣ／ＡＣコンバータ４、負荷５、コントローラ１０、表示部９から構成されている。各構成部品の機能は概ね実施例と同じであるが、コントローラ１０のみより簡略な機能となっている。これは構成部品として双方向電力変換器と補助バッテリーを有さない為である。又、表示機の機能も縮小されているが基本的な構成は実施例と同じである。これら機能の実施例との差は後ほど詳細に説明する。
【００４７】
次に図３に実施例及び従来例で評価した時の太陽光の代表的な日照状態を示す。測定値は太陽電池パネルと同じ条件で取り付けた日照計によって測定したものである。図３（ａ）は晴天日、（ｂ）は曇りの日、（ｃ）は雨の日のデータである。この日照パターンに相当した電力が太陽電池パネルに発生する。
【００４８】
図４は夏日の一般的な家庭の電力消費パターンである。このパターンをモデルパターンとして評価に用いた電子負荷装置にセットした。
【００４９】
図５は実施例と従来例共に、鉛バッテリーのＳＯＣ．を９０％に設定して晴天日の挙動を測定した結果を示す。（ａ）は鉛バッテリーの電圧、（ｂ）は鉛バッテリーの充放電電流である。図で実線は実施例、破線は従来例を示す。
【００５０】
まず実施例から説明する。図５で時間は午前１２時（５−Ａ）からの経過時間を示す。明け方、７時付近（５−Ｂ）までは負荷による放電が入る。夜間は、補助バッテリーの放電を優先するので、この状態では、補助バッテリーのＳＯＣは下限に達している。補助バッテリーがこれ以上放電しないように双方向電力変換器を介して、鉛バッテリーを放電する。鉛バッテリーの積算ＳＯＣは鉛バッテリーの放電電流を積算し逐次その値を更新していく。
【００５１】
その後日の出（５−Ｂ）と共に電力変換器２から補助バッテリー側に電力が供給される。負荷による消費電力を発電量が上回ると、補助バッテリーのＳＯＣが増加する方向になるが、ＳＯＣが変化しない様に鉛バッテリーを優先して充電する。この調整は双方向電力変換器６の出力を鉛バッテリー側にし、電力量を調整することにより行なう。太陽電池パネルが発電した電力は負荷と鉛バッテリーの充電に費やされる。正午ごろ（５−Ｃ）鉛バッテリー電圧が上限１４５Ｖに達しＣＶ充電に入る。この時、本実施例では鉛バッテリーの電圧を１４５Ｖ  に維持する様にコントローラが双方向電力変換器６の出力を調整する。その間電力変換器２は太陽電池パネルからの電力を最大限に補助バッテリー側に給電する。この状態では、余剰電力は補助バッテリーによって充電される。ＣＶ充電中は積算ＳＯＣは充電効率を考慮した充電電気量の積算値で更新する。ＣＶ充電に入ってからタイマーを起動し、５時間経過時点（５−Ｄ）でＣＶ充電を完了しコントローラは双方向電力変換器の出力を絞って鉛バッテリーを開放状態にする。この状態で鉛蓄電池はフル充電されたと判断し積算ＳＯＣを１００％でリセットする。
【００５２】
その後、太陽電池パネルからの電力が充分有る場合は負荷への給電と補助バッテリーの充電を行ない、補助バッテリーのＳＯＣが上限に達したら電力変換器２の出力を絞って、負荷への給電のみ行なう。
【００５３】
日照が減少して発電量が負荷を下回ったら（５−Ｆ）、補助バッテリーを放電し負荷への給電を開始する。
【００５４】
補助バッテリーのＳＯＣが下限に近くなったら（５−Ｇ）、双方向電力変換器を起動し、鉛バッテリーを０．１Ｃレートで１時間放電しその電力で補助バッテリーを充電すると共に負荷へ給電する。この状態を１時間維持し、最後（５−Ｈ）でＣＣＶを計測する。
【００５５】
その後負荷の電力を補助バッテリーから給電し鉛バッテリーを無負荷状態にしる。この状態を１時間維持する（５−Ｉ）。最後にＯＣＶを計測する。
【００５６】
積算ＳＯＣと、ＯＣＶ又はＣＣＶから求めたＳＯＣと比較し、ずれが大きい場合は、サルフェーションと判断し表示部に表示する。又判定に関わらず、積算ＳＯＣをＯＣＶ乃至ＣＣＶから求めたＳＯＣ値にリセットする。その後は補助バッテリーで負荷への給電を行い、下限まで放電し、その後鉛バッテリーから給電する。積算ＳＯＣは逐次その充放電電流を積算して更新していく。
【００５７】
以上を１日の動作としてこの動作を繰り返す。実施例では、２４時間経過時点でバッテリーを取り外し定電流放電装置を用いて０．２Ｃで放電、残存容量の確認を行なった。積算ＳＯＣ．の表示は８８％、鉛バッテリーを放電した結果の容量は８９％で極めて近い値を示した。
【００５８】
本実施例では、新しい鉛バッテリーを用いたのでＯＣＶ乃至ＣＣＶから求めたＳＯＣと積算ＳＯＣのずれは２％未満であったが、同様の条件で予め不完全充放電を数十サイクル行なって意図的にサルフェーションを発生させたバッテリーで確認するとずれは１０％発生していた。この結果を図８（ａ）（ｂ）に示す。ａが新品、ｂがサルフェーションしたものである。同様の充電条件でもこの様にＯＣＶやＣＣＶに異差が確認できるとことが判る。この様に、サルフェーションの発生も確認できることが判った。
【００５９】
次に晴天日鉛バッテリーＳＯＣ９０％における従来例の動作を図５に基づき説明する。午前１２時（５−Ａ）の時点では、鉛バッテリーが放電して負荷への給電を行っている。放電電流を積算し、積算ＳＯＣも修正していく。その後、日の出（５−Ｂ）と共に充電電流が増加し鉛バッテリー電圧も上昇する。１４５Ｖに鉛バッテリーの電圧が上昇した時点で、ＣＶ充電に入る。ＣＶ充電時は電力変換器２のデューティーを絞り調整する。従って、太陽電池パネルの出力が絞られる。太陽光パネルの発電電力がＣＶ充電が必要とする電力＋負荷の電力を超えている間ＣＶ充電は継続する。５−Ｅの時点で太陽電池パネルの出力が低下し、ＣＶ充電の電力を賄うことが出来なくなり、ＣＶ充電は終了する。その時点で積算ＳＯＣを１００％にリセットする。その後は鉛蓄電池の電力により負荷に給電を行う。積算ＳＯＣも充放電電流の積算値で逐次修正していく。２４時間経過時点で、鉛バッテリーを取り外し、定電流電源装置を使用して放電、残存容量を確認した。積算ＳＯＣ８３％、放電試験から求めた値は８６％であった。ＣＶ充電時間が長いため実際のＳＯＣが高めの値となった。
【００６０】
図６は実施例と従来例共に、鉛バッテリーのＳＯＣを７０％に設定して晴天日の挙動を測定した結果を示す。（ａ）は鉛バッテリーの電圧、（ｂ）は鉛バッテリーの充放電電流である。図で実線は実施例、破線は従来例を示す。
【００６１】
まず実施例を説明する。図６で時間は午前１２時（６−Ａ）からの経過時間を示す。明け方、７時付近（６−Ｂ）までは負荷による放電が入る。以後、１４時頃（６−Ｃ）鉛バッテリー電圧は上限１４５Ｖに達しＣＶ充電に入る迄、各構成部品の動作は図５に示したＳＯＣ９０％の場合と同等である。
【００６２】
ＣＶ充電中の挙動が、ＳＯＣ７０％スタートの場合とＳＯＣ９０％開始の場合で異なる。ＣＶ充電の終了条件５時間が経過しないうちに、日照量の低下が始まる。１７時頃（６−Ｅ）に太陽電池パネルの発電量は負荷の消費を下回る。既にＣＶ充電が約３時間行われており、その間の過剰な電力は補助バッテリーに蓄積されている。そこで残り２時間の間は補助バッテリーの電力を使用して、ＣＶ充電を継続すると共に負荷へ給電する。タイマーが５時間経過時点（６−Ｄ）でＣＶ充電を完了し鉛バッテリーの積算ＳＯＣを１００％にリセットする。この時点で、補助バッテリーのＳＯＣは低下しているので、双方向電力変換器を起動し、鉛バッテリーを０．１Ｃレートで１時間放電しその電力で補助バッテリーを充電すると共に負荷へ給電する。この状態を１時間維持し、最後（６−Ｈ）にＣＣＶを計測する。その後負荷を補助バッテリーから給電し鉛バッテリーを無負荷状態にして１時間維持する（６−Ｉ）。最後にＯＣＶを計測する。
【００６３】
ＳＯＣ９０％の場合と同様に、積算ＳＯＣとＯＣＶ若しくはＣＣＶから求めたＳＯＣと比較し、ずれが大きい場合は、サルフェーションと判断する。又、判定に関わらず積算ＳＯＣをＯＣＶ若しくはＣＣＶから求めたＳＯＣ値にリセットする。
【００６４】
その後は補助バッテリーで負荷への給電を行い、下限まで放電したら鉛バッテリーから給電する。積算ＳＯＣは逐次その充放電電流を積算して更新していく。以上を１日の動作としてこの動作を繰り返す。実施例では、２４時間経過時点でバッテリーを取り外し定電流放電装置を用いて０．２Ｃで放電、残存容量の確認を行なった。積算ＳＯＣの表示は８５％、鉛バッテリーを放電した結果の容量は８５％でほぼ一致した。
【００６５】
次に晴天日鉛バッテリーＳＯＣ７０％における従来例の動作を説明する。ＳＯＣ９０％の場合とほぼ同様の挙動を示すが、スタートしたＳＯＣが低めのため、ＣＶ充電の開始の時間が遅れる。その為ＣＶ充電が行なわれる時間が６．３時間から２．８時間になった。２４時間経過時点でＳＯＣ表示は８５％、放電した結果の容量は８０％でずれが大きかった。
【００６６】
図７は実施例と従来例共に、鉛バッテリーのＳＯＣを９０％に設定して曇りの日の挙動を測定した結果を示す。（ａ）は鉛バッテリーの電圧、（ｂ）は鉛バッテリーの充放電電流である。図で実線は実施例、破線は従来例を示す。
【００６７】
まず実施例を説明する。図７で時間は午前１２時（７−Ａ）からの経過時間を示す。明け方、７時付近（７−Ｂ）までは負荷による放電が入る。以後、１３時頃（７−Ｃ）に鉛バッテリー電圧は上限１４５Ｖに達しＣＶ充電に入るがこの間、図５に示したＳＯＣ９０％の場合とほぼ同じ挙動を示す。ＣＶ充電に入る時刻が遅いのは、日照の状態が良くない為である。
【００６８】
ＣＶ充電後の挙動は晴天日と異なる。ＣＶ充電の終了条件５時間が経過しない間に雲により日照が遮られ太陽電池パネルからの電力が低下、ＣＶ充電を維持するための電力が不足する。しかしＣＶ充電中に補助バッテリーを充電しているのでその電力を使用して、ＣＶ充電の継続と、負荷への給電を行なう。この様にして５時間のＣＶ充電を７−Ｄで完了する。  この時点で、補助バッテリーのＳＯＣは低下しているので、双方向電力変換器を起動し、鉛バッテリーを０．１Ｃレートで１時間放電しその電力で補助バッテリーを充電すると共に負荷へ給電する。この状態を１時間維持し、最後（７−Ｈ）でＣＣＶを計測する。
【００６９】
その後負荷を補助バッテリーから給電し鉛バッテリーを無負荷状態にし１時間維持する（７−Ｉ）。最後にＯＣＶを計測する。
【００７０】
晴天日の場合と同様に、積算ＳＯＣとＯＣＶ乃至ＣＣＶから求めたＳＯＣと比較し、ずれが大きい場合は、サルフェーションと判断する。判定に関わらず、積算ＳＯＣをＯＣＶ乃至ＣＣＶから求めたＳＯＣ値にリセットする。その後は補助バッテリーで負荷への給電を行い、下限まで放電したら鉛バッテリーから給電する。積算ＳＯＣは逐次その充放電電流を積算して更新していく。以上を１日の動作としてこの動作を繰り返す。実施例では、２４時間経過時点でバッテリーを取り外し定電流放電装置を用いて０．２Ｃで放電、残存容量の確認を行なった。積算ＳＯＣの表示は８５％、鉛バッテリーを放電した結果の容量は８５％でほぼ一致した。
【００７１】
次に曇りの日、鉛バッテリーＳＯＣ９０％における従来例の動作を説明する。ＳＯＣ９０％の場合とほぼ同様の挙動を示すが、日照が不足するのでＣＶ充電中に何度も中断される。最終ＣＶ充電を終了した時点（７−Ｅ）で積算ＳＯＣを１００％にリセットし、以降充放電電流を積算して積算ＳＯＣを補正していく。２４時間経過時点でＳＯＣ表示は８０％、放電した結果の容量は８７％でずれが大きかった。この原因は従来例ではＣＶ充電が完了したとの判定が行なわれず、積算のみでＳＯＣの算出を行なったためと思われる。即ち日照の条件によりＣＶ充電が中断され、頻繁に放電に入ったことが原因と考えられる。
【００７２】
なお、本実施例で使用したＯＣＶとＣＣＶからＳＯＣを求める関係の図を図８に示す。本図は、実施例で使用した鉛バッテリーをフル充電した後、０．１Ｃ定電流で１時間放電、１時間休止を行いＳＯＣ０％付近まで繰り返して測定、得られたＯＣＶ及びＣＣＶをＳＯＣに対してプロットした。
【００７３】
以上のように、天候の変化、スタートＳＯＣの変化がＣＶ充電の時間に与える影響を最小限にすることによりＣＶ充電が完了した時点のＳＯＣを安定させることが可能となり、一定値で積算ＳＯＣをリセットすることが可能となると共に予めサルフェーションのない状態のＳＯＣとＯＣＶ又はＣＣＶの関係を求めておき、稼働中の積算ＳＯＣとＯＣＶまたはＣＣＶと比較する事によりサルフェーションの発生を検出出来た。
【００７４】
図９は実施例と従来例共に、鉛バッテリーのＳＯＣを９０％に設定して雨の日の挙動を測定した結果を示す。（ａ）は鉛バッテリーの電圧、（ｂ）は鉛バッテリーの充放電電流である。図９で実線は実施例、破線は従来例を示す。
【００７５】
まず実施例を説明する。図９で時間は午前１２時（９−Ａ）からの経過時間を示す。夜が明けて１０時付近（９−Ｂ）までは負荷による放電が入る。これは雨天のため、太陽光の直接入射が少ないためである。因みに雨天では日照強度が晴天日の１／１０程度である。又１２時付近で充電電流がピークを示すがたまたま雲の切れ目が有った為である。
【００７６】
以後、鉛バッテリー電圧は上限１４５Ｖに達することは無く、ＣＶ充電に入ることも無かった。前回の積算ＳＯＣリセットから２４時間経過した１０時頃（９−Ｇ）時点で補助バッテリーのＳＯＣは下限に達している。ここで双方向電力変換器を起動し、鉛バッテリーを０．１Ｃレートで１時間放電しその電力で補助バッテリーを充電すると共に負荷へ給電する。１時間の放電の最後（９−Ｈ）でＣＣＶを計測する。その後負荷を補助バッテリーから給電し鉛バッテリーを無負荷状態にして１時間維持する（９−Ｉ）。この１時間の無負荷状態の最後のタイミングでＯＣＶを計測する。そして、積算ＳＯＣをＯＣＶ乃至ＣＣＶから求めたＳＯＣ値にリセットする。その後は補助バッテリーで負荷への給電を行い、下限まで放電したら鉛バッテリーから給電する。積算ＳＯＣは逐次その充放電電流を積算して修正していく。以上を１日の動作としてこの動作を繰り返す。
【００７７】
次に雨の日、鉛バッテリーＳＯＣ９０％における従来例の動作を説明する。晴天日に比べ日照が１／１０が不足するのでＣＶ充電に入ることは無い。積算ＳＯＣはリセットされること無く充放電電流の積算値で補正されるのみであった。
【００７８】
以上が実施例と従来例の雨天での動作に関する説明であるが、ＳＯＣ９０％に調整した鉛バッテリーを用い、晴天日→雨天→雨天→晴天のパターンで装置を稼動し積算ＳＯＣの挙動を調べた結果を図１０に示す。（ａ）が本実施例、（ｂ）が従来例である。本実施例で、規定の５時間ＣＶ充電後ＯＣＶ乃至ＣＣＶで積算ＳＯＣをリセットできた所を「○」で、５時間のＣＶ充電は出来なかったがＯＣＶ乃至ＣＣＶでリセットしたポイントを「△」で示す。従来例の方はＣＶ充電が完了した時のみリセットし、そのポイントを「○」で示す。実験の完了時点で鉛バッテリーを外して定電流放電気で残存容量を確認したところ実施例９０％、従来例９１％で有った。従来例、実施例共に最終的なＳＯＣのずれは大きくない。しかし、４日間の積算ＳＯＣ．の動きとリセット時の動きを見ると、雨天日にリセット出来ない為に、従来例は積算ＳＯＣのずれが大きいことがわかる。その為、４日目の晴天日でずれを大きく修正する結果となっている。以上の様にＣＶ充電が行なわれなくても２４時間毎にＯＣＶ乃至ＣＣＶによる積算ＳＯＣのリセットを行なう事により精度を改善出来る事が判る。
【００７９】
図１１は実施例と従来例共に、鉛バッテリーのＳＯＣを５０％に設定して雨の日の挙動を測定した結果を示す。（ａ）は鉛バッテリーの電圧、（ｂ）は鉛バッテリーの充放電電流である。図で実線は実施例、破線は従来例を示す。
【００８０】
まず実施例を説明する。図１１で時間は午前１２時（１１−Ａ）からの経過時間を示す。夜が明けて１０時付近（１１−Ｂ）までは負荷による放電が入る。又１２時付近で充電電流がピークを示すが若干の日照があったためである。
【００８１】
以後、鉛バッテリー電圧は上限１４５Ｖに達することは無く、ＣＶ充電に入ることも無い。バッテリー電圧が１２１Ｖ  以下になった１１−Ｇ時点では補助バッテリーのＳＯＣは下限に達している。ここで双方向電力変換器を起動し、鉛バッテリーを０．１Ｃレートで１時間放電しその電力で補助バッテリーを充電すると共に負荷へ給電する。１時間の放電の最後（１１−Ｈ）でＣＣＶを計測する。その後負荷を補助バッテリーから給電し鉛バッテリーを無負荷状態にして１時間維持する（１１−Ｉ）。この１時間の無負荷状態の最後のタイミングでＯＣＶを計測する。そして積算ＳＯＣをＯＣＶ乃至ＣＣＶから求めたＳＯＣ値にリセットする。その後は補助バッテリーで負荷への給電を行い、下限まで放電したら鉛バッテリーから給電する。積算ＳＯＣは逐次その充放電電流を積算して修正していく。
【００８２】
次に雨の日、鉛バッテリーＳＯＣ．５０％  における従来例の動作を説明する。
【００８３】
晴天日に比べ日照が１／１０が不足するのでＣＶ充電に入ることは無い。積算ＳＯＣはリセットされること無く充放電電流の積算値で補正されるのみであった。
【００８４】
以降、２６時間経過時点で鉛バッテリーを取り外し定電流放電器で０．２Ｃ放電を行い残存容量を確認した。
【００８５】
その結果、実施例２５％、従来例２０％、放電電気量２６％であった。この様に鉛バッテリー電圧が低下した時に、ＯＣＶ乃至ＣＣＶによって積算ＳＯＣを補正する事により高い精度でＳＯＣを求めることが可能であることが判った。
【００８６】
図１２は本実施例の２つの場合の、ＯＣＶとＳＯＣリセットの値の経時変化を示した。実験は通常の日照条件で約１年間実施し、その間のフル充電後に測定できたＯＣＶとその値よりもとめられたＳＯＣをそれぞれａとｂに示す。実施例Ａの方はＳＯＣが５％低下した時点でリフレッシュ充電を行なう。リフレッシュ充電は通常ＣＶ充電の時間を５時間にしているが、補助バッテリーの容量の許す限り時間を延長する。その結果、日照条件にも寄るが概ね７時間程度ＣＶ充電を行なうことが出来る。その結果、実施例ＡではＯＣＶとＳＯＣが回復していることがわかる。特にリフレッシュ充電を行なわない実施例Ｂは回復していないことがわかる。以上のように、サルフェーションの検出を行なうと共に、充電時間を延長する事によりその解消を行なうことができるので、正確にサルフェーションの影響を補正したＳＯＣを求めることが出来ると共に、サルフェーションを適切に解消して鉛バッテリーの利便性を高めることが出来た。
【００８７】
図１３に本発明と従来例の鉛バッテリーの充放電電流を示す。データは昼間、日照の変化が有った部分を示している。従来の条件では電流は時間と共に大きく変化し、正確な積算値を得るには数秒以下のサンプリング時間で電流を計測しないといけない。しかし本実施例ではサンプリングが数分レベルで問題ないことがわかる。一般的にこうした電気量積算には電流を高い精度で計測する必要があり、サンプリング速度を上げるのはＡＤコンバータのグレードを上げる必要もあり、専用のノイズフィルタ等も設ける必要がある。本実施例では、実施例ではマイコンのＡＤレベルで対応できたが、従来例では専用のＡＤコンバータチップとノイズフィルタが必要となり、電流計測部分のコストは１０倍程度掛かった。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明に寄れば、太陽光発電システムに用いる鉛バッテリーのＳＯＣや劣化状態を正確に  把握し表示すると共に、適切なタイミングでリフレッシュ充電を実施し、鉛バッテリーの  利便性を高める。
【符号の説明】
【００８９】
１  太陽電池パネル
２  電力変換器
３  補助バッテリー
４  ＤＣ／ＡＣコンバータ
５  負荷
６  双方向電力変換器
７  鉛バッテリー
８  シャント
９  表示部
１０  コントローラ
【図１】
2012186877.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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