(57)【要約】【課題】鉛蓄電池を使用する電力貯蔵用蓄電システムでは効率の良い電力貯蔵性能を求めれば、鉛蓄電池が高い充電状態には到達しないためにサルフェーションが起こり易くなり鉛蓄電池の寿命が短くなってしまう。【解決手段】本発明による電力貯蔵用蓄電システムは、鉛蓄電池の複数の組電池がその制御装置を備えて構成される電力貯蔵用蓄電システムにおいて、前記制御装置は前記組電池の中の特定の組電池だけを該蓄電システムに蓄えられた電力によって更に高い充電状態にまで追加的に充電せしめることを特徴とする。全ての組電池にはこの追加的に充電されるチャンスが順繰りに訪れるので、全ての組電池でサルフェーションが起こり難くなり、鉛蓄電池の長寿命化が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池の複数の組電池がその制御装置を備えて構成される電力貯蔵用蓄電システムにおいて、前記制御装置は前記組電池の中の特定の組電池だけを該蓄電システムに蓄えられた電力によって更に高い充電状態にまで追加的に充電せしめることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は前記組電池のそれぞれに充電用スイッチと放電用スイッチを接続せしめ、当該スイッチの開閉を調節して前記組電池の中の特定の組電池だけを追加的に充電せしめることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は前記組電池の出力電圧を嵩上げすることのできる直流電源を備え、該直流電源によって前記組電池の中の特定の組電池だけを追加的に充電せしめることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御装置は前記組電池と同時に充電されるリチウムイオン電池を備え、該リチウムイオン電池の放電出力によって前記組電池の中の特定の組電池だけを追加的に充電せしめることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項５】
前記充電用スイッチは二つ以上のスイッチが並列に接続されて構成されていることを特徴とする請求項２記載の制御装置。
【請求項６】
前記放電用スイッチは二つ以上のスイッチが直列に接続されて構成されていることを特徴とする請求項２記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、鉛蓄電池の複数の組電池からなる電力貯蔵用蓄電システムに関するもので、特に鉛蓄電池の充電深度の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  人類のための最終的なクリーンエネルギーであると目されている太陽光発電も余剰電力対策に決め手がないため、日本ではその展開は余り捗々しくはない。太陽光発電では電力を最も発電できる時間帯が電力を最も必要とする時間帯に必ずしも一致するわけではないため一般的には余剰電力が発生する。また、夜間には電力消費量が少なくなるため、夜間電力にも余剰電力が発生し易い。【０００３】  余る電気は蓄電池に充電しておいて、電気の不足するときに蓄電池を放電してこれを補うことが出来るので、余剰電力対策には蓄電池の利用が有効である。これまでにも、夜間の余剰電力対策として揚水発電が利用されてきたが、これに比べて、蓄電池を利用する電力貯蔵システムは規模や設置場所が比較的自由に選択できるという利点を持つ。【０００４】  しかし、蓄電コストが高すぎては電池式の蓄電システムも余剰電力対策の手段にはなり難い。電池式蓄電システムの蓄電コストは概ね蓄電池のコストと寿命で決まるため、蓄電システムを構成する蓄電池には、安いイニシャル単価と長寿命の両方が求められる。【０００５】  現在、イニシャル単価の最も安い蓄電池は鉛蓄電池である。鉛蓄電池は非常用電源の用途では１０年程度の長寿命の実績もあり、電力貯蔵用の蓄電システムを構成する蓄電池としては最も有力な候補であると考えられる。【０００６】  しかし、鉛蓄電池は非常用電源の用途では確かに長寿命であるが、一般的にはその使われ方によって寿命が大きく異なっていることも事実である。従って、鉛蓄電池で構成される蓄電システムが余剰電力対策の有効な手段となり得るか否かは、電力貯蔵の用途における鉛蓄電池の寿命次第ということになる。【０００７】  因みに、鉛蓄電池はフォークリフトの電源用では５〜６年程度で交換されており、トラック、バス、一般車のエンジン始動用では３〜５年程度が寿命とされている。特にタクシーのエンジン始動用では寿命が短く、１．５〜２年程度で交換されている。【０００８】  これらの鉛蓄電池の廃棄要因は９０％以上が電極のサルフェーションによると言われており、鉛蓄電池の寿命と用途の間にはサルフェーションが深く関係している。つまり、鉛蓄電池はその用途よってサルフェーションの進行度合いが異なってくると考えられる。【０００９】  鉛蓄電池の負極の放電反応では、金属鉛が電気化学的に酸化されて電解液中に鉛イオン（Ｐｂ＋＋）が放出される。電解液中に放出されたＰｂ＋＋は硫酸イオン（ＳＯ４−−）と結合して、硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）の微細な結晶となる。しかし、この微細結晶の硫酸鉛は時間の経過に伴って次第に結晶サイズが大きくなる。これが鉛蓄電池のサルフェーションと言われるものである。【００１０】  一方、負極の充電反応は電解液中の鉛イオン（Ｐｂ＋＋）が電気化学的に金属鉛に還元される反応である。そのため、鉛蓄電池が速やかに充電されるためには、放電生成物の硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）が溶解して電解液中にＰｂ＋＋が速やかに補給される必要がある。【００１１】  ところが、一旦サルフェーションを起こした硫酸鉛は、即ち、結晶サイズが大きくなった硫酸鉛は溶解速度が遅いため、通常の充電ではほとんど再充電されることがない。そのため一旦サルフェーションを起こし���硫酸鉛は殆ど充電には寄与しないため、実質的な充放電容量の低下に繋がる。つまり、サルフェーションの進行が鉛蓄電池の寿命を短くする。【００１２】  一方、サルフェーションした硫酸鉛もその溶解速度に見合った微小電流で長時間を掛けて充電されるなら、再充電は可能であることが確認されている（非特許文献１参照）。従って、非常用の鉛蓄電池のように微小電流による充電が常時なされていればサルフェーションは殆ど進行しない。非常用の鉛蓄電池では停電等に備えて浮動充電と呼ばれる微小電流による充電が常時なされている。【００１３】  しかし、鉛蓄電池の通常（非常用以外）の用途では充電の後には放電が控えているために、充電には極端に長い時間（例えば半日以上）をかけることは出来ない。そのためサルフェーションを起こした硫酸鉛は再充電されることは無く、累積する一方である。特に、余剰電力対策の用途では余剰電力の発生する時間が限定的であるため、余剰電力による充電では長い充電時間が確保され難い。従って、余剰電力で充電する鉛蓄電池では一旦サルフェーションを起こした硫酸鉛は再充電されて再生されることは無い。【００１４】  サルフェーションは放電生成物である硫酸鉛がある程度の時間を放置された結果、その結晶サイズが大きくなるという現象であり、逆に、放電から間もない硫酸鉛ではサルフェーションは起こりにくいわけである。従って、鉛蓄電池が頻繁に十分深くまで充電される用途では、硫酸鉛は頻繁に再生成されるのでサルフェーションはあまり進行しない。反対に鉛蓄電池が十分深くまで充電されないで使用される用途では、未充電の硫酸鉛は再生成（リニューアル）される機会がなくサルフェーションが促進される。【００１５】  鉛蓄電池が実際に充電された容量と該鉛蓄電池に入力された充電量との比率は充電効率（蓄電効率）と呼ばれ、鉛蓄電池が実際に充電された容量と該鉛蓄電池の定格容量との比率は充電率と呼ばれる。なお、ここで言う定格容量とは最も好条件の充電によって充電され得る充電容量を意味するものである。【００１６】  鉛蓄電池が十分深くまで充電されているか否かは充電率で示される。従って、充電率が１００％に到達した鉛蓄電池では、充電可能な硫酸鉛の殆ど全てが充電された状態にあり、その後の放電で生成する硫酸鉛は放電から間もない硫酸鉛ということになり、サルフェーションは進行し難い。サルフェーションの進行が遅くなれば、該鉛蓄電池には長寿命が期待できる。しかし、鉛蓄電池は充電率が１００％に近づけば一般に充電効率は低下する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】小沢昭弥、その他、第５３回電池討論会講演予稿集、Ｐ．３４９（２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】  余った電気を一旦蓄電池に貯蔵しておいて、電気が不足するときに該蓄電池を放電してこれを補うという蓄電池の利用方法では、蓄電効率が高い方が望ましい。鉛蓄電池は充電率が１００％に近づけば一般に充電効率が低下するので、蓄電池の定格容量に余裕がなければ高い蓄電効率は確保されない。従って、鉛蓄電池を使用する電力貯蔵用蓄電システムに高い蓄電効率を求めれば鉛蓄電池には余裕ある定格容量が必要となる。【００１９】  しかし、定格容量に余裕を残した充電は鉛蓄電池の充電率が低いことを意味する。鉛蓄電池の充電率が低い時には、未充電の硫酸鉛が多く残存するのでサルフェーションの進行は促進され易い。結局、鉛蓄電池を使用する電力貯蔵用蓄電システムでは高い蓄電効率を求めれば、鉛蓄電池にはサルフェーションが起こり易くなるために長寿命が期待でき無くなる。【００２０】  本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力貯蔵用蓄電システムにおける鉛蓄電池の高い蓄電効率は維持しつつ、そのサルフェーションの進行を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】  鉛蓄電池の複数の組電池がその制御装置を備えて構成される電力貯蔵用蓄電システムにおいて、前記制御装置は前記組電池の中の特定の組電池だけを該蓄電システムに蓄えられた電力によって更に高い充電状態にまで追加的に充電せしめることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】  本発明に係る蓄電システムでは、鉛蓄電池の組電池の数を多くすれば必然的に蓄電システムの定格容量が大きくなる。定格容量の大きな蓄電システムには貯蔵したい電力が鉛蓄電池の充電率には余裕を残して蓄電されるので高い蓄電効率が確保できる。【００２３】  通常では鉛蓄電池が充電率に余裕を残して充電される場合には、サルフェーションの進行が促進され易いが、本発明に係る蓄電システムでは、複数の組電池の中の特定の組電池だけは外部からの充電入力が消滅した後でも該蓄電システムに蓄えられた電力によって更に高い充電状態まで追加的に充電される。その結果、この追加充電された組電池は充電率が１００％に近い状態にまで達することが出来るのでサルフェーションの進行は抑制される。【００２４】  更に、追加充電される特定の組電池が順繰りに変更されるので、該蓄電システムを構成する組電池は全てが追加充電されることになる。そのため、本発明に係る蓄電システムでは蓄電システムを構成する全ての鉛蓄電池は十分深くまで頻繁に充電されるので、放電生成物の硫酸鉛は常に放電から間もない状態に再生成されるのでサルフェーションの進行が抑制される。【００２５】  上記した以外の課題やその解決手段と効果は、以下の実施の形態の説明により更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】  本発明に係る蓄電システムの構成を示す単線結線図である。
【図２】  本発明に係る蓄電システムの構成を示す単線結線図である。
【図３】  実施例１における蓄電システムの構成を示す単線結線図である。
【図４】  実施例２における蓄電システムの構成を示す単線結線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】  以下、本発明の実施の形態を図面に基づき更に詳しく説明する。
【００２８】  図１及び図２は鉛蓄電池（１）の複数の組電池が本発明に係る制御装置（１５）を備えて構成される電力貯蔵用蓄電システム（２０）の基本的な構成を示す単線結線図である。図１及び図２に示すように、２組以上のｎ組の鉛蓄電池の組電池（１−１）〜（１−ｎ）が制御装置（１５）に設けられた接続端子（８−１）〜（８−ｎ）にそれぞれ接続されている。
【００２９】  本発明に係る蓄電システム（２０）は、電力を、特に余剰電力を一時的に貯蔵し、これを必要な時に有効に利用するための電力貯蔵用蓄電システムであり、本発明に係る制御装置（１５）には余剰電力を入力するための充電入力端子（７）と貯蔵された電力を利用するための出力端子（９）がそれぞれ設けられている。
【００３０】  ｎ組の鉛蓄電池の組電池はそれぞれの放電用スイッチ（２−１）、（２−２）・・・（２−ｎ）を介して並列に出力端子（９）に接続されている。また、そのｎ組の組電池はそれぞれの充電用スイッチ（３−１）、（３−２）・・・（３−ｎ）を介して並列に充電入力端子（７）に接続されている。
【００３１】  図１及び図２では、貯蔵したい電力（以下、これを主電力とも呼ぶ）は充電入力端子（７）から入力され、スイッチ（４）をＯＮ状態として充電入力が組電池（１−１）〜（１−ｎ）に導かれる。制御装置（１５）の放電用スイッチ（２−１）、（２−２）・・・（２−ｎ）をＯＦＦ状態にして、充電用スイッチ（３−１）、（３−２）・・・（３−ｎ）をＯＮ状態にすれば、主電力によってｎ組の組電池は充電される。更に、図２の場合ではｎ組の組電池が主電力によって充電されると同時に蓄電池（１４）も充電される。
【００３２】  図１及び図２に示す蓄電システム（２０）ではスイッチ（４）がＯＦＦ状態にされれば、主電力による充電は停止される。主電力による充電が終了された時点ではｎ組の組電池はまだ充電率に余裕を残しているので蓄電効率の良い電力貯蔵性能が確保される。つまり、主電力による充電が終了された時点ではｎ組の組電池は完全充電の状態（充電率１００％の状態）にまで充電される必要はない。むしろ、ｎ組の組電池は蓄電能力に余裕を残しておく方が主電力（貯蔵したい電力）を効率よく貯め込むことができる。
【００３３】  主電力による充電が終了すれば充電用スイッチ（３−１）、（３−２）・・・（３−ｎ）はＯＦＦ状態にされる。ここで、制御装置の放電用スイッチ（２−１）、（２−２）・・・（２−ｎ）の全てまたはいずれかをＯＮ状態にすれば、組電池（１−１）〜（１−ｎ）の該当する組電池の放電によって蓄電システム（２０）は放電出力端子（９）から外部負荷に対して出力することが出来る。
【００３４】  一方、図１に示すように、例えば、充電用スイッチ（３−１）だけをＯＮ状態にして、他の充電用スイッチはＯＦＦ状態にし、充電器（１３）の出力スイッチ（６）をＯＮ状態にすれば、組電池（１−１）だけが充電器（１３）によって追加的に充電される。ここで、組電池（１−１）の追加充電に必要な充電電圧は組電池（１−２）〜（１−ｎ）の放電電圧より１２〜１３％高くなる。従って、充電器（１３）は組電池（１−２）〜（１−ｎ）の出力電圧を若干（１２〜１３％）嵩上げする機能を有する直流電源であれば、組電池（１−１）は充電器（１３）によって追加的に充電される。この場合、組電池（１−１）は蓄電システム（２０）に蓄えられた電力によって更に高い充電状態まで追加充電されることになる。
【００３５】  また、図２に示すように、例えば、充電用スイッチ（３−１）だけをＯＮ状態にして、他の充電用スイッチはＯＦＦ状態にすれば、組電池（１−１）だけが蓄電池（１４）によって追加的に充電される。蓄電池（１４）はｎ組の組電池と同時に主電力によって充電されるので、この場合においても、組電池（１−１）は蓄電システム（２０）に蓄えられた電力よって更に高い充電状態まで追加充電されることになる。
【００３６】  蓄電池（１４）としてはリチウムイオン電池の種類と直列接続数を適切に選択すれば、蓄電池（１４）はｎ組の組電池と同時に主電力によって充電され得るし、且つ、その放電電圧を組電池（１−１）の追加充電の充電電圧にも合致させ得る。ここで言うリチウムイオン電池とはリチウムイオンの脱ドープとドープが電気化学的に可能である材料を正極とし、リチウムイオンのドープと脱ドープが電気化学的に可能である材料を負極とする非水二次電池であり、その充放電電圧は正極材料と負極材料の選択によって変わってくる。
【００３７】  図１及び図２では、各スイッチのＯＮ状態は中心の線を実践で示し、ＯＦＦ状態は破線で示している。従って、図１及び図２では主電力による充電が停止された後に組電池（１−１）が追加充電される場合を示していることになるが、追加充電される特定の組電池には任意の組電池（１−ｍ）を指定することができる。
【００３８】  つまり、図１においてスイッチ（２−ｍ）をＯＦＦ状態で、スイッチ（３−ｍ）をＯＮ状態にして、スイッチ（６）をＯＮ状態にすれば、充電器（１３）からの充電入力によって組電池（１−ｍ）だけが追加的に充電される。この時、組電池（１−ｍ）以外の組電池の放電出力が追加充電の充電入力を主体的に賄うことになる。
【００３９】  同様に図２においても、スイッチ（２−ｍ）をＯＦＦ状態で、スイッチ（３−ｍ）をＯＮ状態にすれば、蓄電池（１４）からの充電入力によって組電池（１−ｍ）だけが追加的に充電される。
【００４０】  放電用スイッチ（２−ｍ）と充電用スイッチ（３−ｍ）を順番（ｍ＝１〜ｎ）に切り替えることで追加充電される特定の組電池は（１−１）〜（１〜ｎ）まで順繰りに変更して指定することが出来る。ただし、ここでｍは１からｎまでの整数であり、図１及び図２にはｍ＝１、２、３及びｎの場合について図示され、その他は省略されている。従って、組電池（１−ｍ）は組電池（１−１）、（１−２）・・・（１−ｎ）の中の特定の組電池を意味する。
【００４１】  組電池（１−ｍ）が追加的に充電されている最中にも、スイッチ（２−ｍ）以外の放電用スイッチとスイッチ（５）がＯＮ状態にあれば、該当する組電池の放電によって蓄電システム（２０）は放電出力端子（９）から外部負荷に対して出力することができる。
【００４２】  結局、本発明に係る蓄電システムでは、蓄電システム（２０）の出力が組電池（１−ｍ）以外の組電池の放電で賄われている時間帯（十分な長時間）においても、特定の組電池（１−ｍ）だけは追加充電されることを特徴とする。従って、特定の組電池（１−ｍ）の追加充電には十分に長い充電時間を確保することが出来るため、追加充電された組電池は充電率が１００％に近い状態にまで達することが出来る。
【００４３】  更に、追加充電される特定の組電池は順繰りに変更されるので、一巡すれば蓄電システムを構成する組電池は全てが追加充電されることになる。そのため、本発明に係る蓄電システムでは蓄電システムを構成する全ての鉛蓄電池は十分深くまで頻繁に充電されるので、放電生成物の硫酸鉛は常に放電から間もない状態の硫酸鉛にリニューアルされてサルフェーションの進行が抑制される。
【００４４】  追加充電は主電力による充電が単に時間延長されることとは根本的に異なる。主電力による充電には効率の良い電力貯蔵が求められるが、追加充電では充電率を出来るだけ１００％に近づけることを最優先とする。従って、追加充電ではむしろ電力を貯蔵するという観点ではすこぶる効率の悪い小電流による長時間充電が適用される。しかし、小電流による追加充電では長時間の充電にもかかわらず鉛蓄電池は水の分解が少なく抑えられて充電率が１００％に近い状態にまで達することが出来る。
【００４５】  主電力は貯蔵したい電力であって特別に限定されないが、具体的には太陽光発電や風力発電の余剰電力や夜間電力等が対象であり、主電力による充電には一般に時間的な制限がある。そのため、主電力を効率よく貯めるためには、蓄電システムを構成する鉛蓄電池の組電池数ｎを調整して、予め予測される主電力からの充電入力に対して余裕ある定格容量で設計することが望ましい。
【００４６】  本発明に係る制御装置（１５）は、組電池の接続端子数がｎであれば、組電池数は２からｎまでを選択して余裕ある定格容量で蓄電システム（２０）を構成することができる。つまり、一つの組電池の定格容量がＣであれば、組電池数をｎとすることで該蓄電システム（２０）の定格容量をｎＣとすることができる。ただし、ｎ≧２である。ここで、組電池数Ｎが２〜ｎで変化しても、追加充電はいずれの場合も定格容量がＣの組電池について行われるので制御装置（１５）に設けられる追加充電用の充電器（１３）や蓄電池（１４）はその仕様を変える必要がない。
【００４７】  従って、本発明に係る制御装置（１５）によれば、蓄電システム（２０）の定格容量を比較的簡単に変更することもできるし、途中で組電池数を増やして組電池容量の経年劣化を補うこともできる。
【００４８】  本発明によれば、主電力による充電が終了した時点では鉛蓄電池の充電率に余裕があっても、該鉛蓄電池は前述の追加充電の効果によってサルフェーションの進行は抑制されるので長寿命に繋がる。
【００４９】  図１及び図２に示したように組電池（１−１）、（１−２）・・・（１−ｎ）がダイオード（１６）を介在して並列に接続されていれば、万が一、それぞれの放電用スイッチやそれぞれの充電用スイッチが誤作動しても、組電池（１−１）、（１−２）・・・（１−ｎ）の間で充放電が起こることはない。ただし、ダイオード（１６）の使用が本発明に係る制御装置で不可欠というものではない。
【実施例】
【００５０】  以下実施例により本発明を更に詳しく説明する。
【実施例１】
【００５１】  太陽光発電に基づく余剰電力は午前８時頃から午後４時頃までに発生すると考えられるし、深夜電力に基づく余剰電力は電力使用が少なくなる午後１１時頃から午前７時頃までに発生する。従って、これらの余剰電力が発生する時間は一般的には６〜８時間程度に制限される。【００５２】  そこで、本実施例では、最大２６Ａの深夜電力を午後１１時から午前７時までの８時間で貯蔵して、これを午後５時から１０時までの電力消費のピーク時に放電するという前提で、図３に示す構成で本発明に係る鉛電池式蓄電システム（２０）を制作した。【００５３】  本実施例における蓄電システムを構成するための鉛蓄電池の組電池としては市販の鉛蓄電池（公称電圧１２Ｖ、公称容量６０Ａｈ、寸法３８８×１１６×１７５ｍｍ、質量約２１ｋｇ）を用意した。用意した鉛蓄電池は何れも６個の単セルが直列に接続されて構成された組電池である。主電力用の充電器及び追加充電用の充電器としてはＡＣ９０〜１２０Ｖの単層電源を動作電源とする市販の定電圧定電流直流電源を用意した。【００５４】  用意した組電池はいずれも９．６Ａの定電流で、上限電圧を１４．７６Ｖに設定して９時間の標準的な充電を行い、その後、終止電圧１０．５Ｖまで１０Ａの定電流放電を行ってそれぞれの定格容量を測定した。その結果、放電容量はいずれも約５８Ａｈであったので該組電池の定格容量を５８Ａｈと決定した。なお、本明細書では定格容量とは最も好条件の充電によって到達し得る充電容量を意味するものとしている。【００５５】  本実施例では余剰電力が最大２６Ａの出力で８時間発生することを前提としたので貯蔵する電力の最大は２６×８＝２０８Ａｈと想定して、用意した組電池の４組（１−１）〜（１−４）を制御装置（１５）の接続端子（８−１）〜（８−４）に接続して、図３に示す構成で制作した。【００５６】  本実施例で作成した蓄電システム（２０）も、基本的には図１に示す構成のｎ＝４に相当し、４組の組電池（１−１）〜（１−４）がそれぞれの放電用スイッチと充電用スイッチを介して電気的に並列に接続されて構成されている。ただし、本実施例における制御装置（１５）では放電用スイッチは二つのスイッチ（２ａ）と（２ｂ）を直列に接続して構成し、充電用スイッチは二つのスイッチ（３ａ）と（３ｂ）を並列に接続して構成した。従って、放電用スイッチは二つのスイッチの何れかがＯＦＦ状態であればＯＦＦ状態となり、二つスイッチの両方がＯＮ状態で初めてＯＮ状態になる。また、充電用スイッチは二つのスイッチの何れかがＯＮ状態であればＯＮ状態になり、二つスイッチの両方がＯＦＦ状態で初めてＯＦＦ状態になる。【００５７】  主電力用の充電器として用意した定電圧定電流直流電源の出力端子は制御装置（１５）の充電入力端子（７）に接続し、追加充電用の充電器として用意した定電圧定電流直流電源（１３）の出力端子はマイナス端子を制御装置（１５）の放電出力端子（９）に接続し、プラス端子を充電入力端子（７）に接続した。【００５８】  本実施例で作成した蓄電システム（２０）は余剰電力が最大２６Ａの出力で８時間発生することを前提としてその定格容量を２３２Ａｈとしたので、定格容量は余剰電力（２０８Ａｈ）に対しては約��２％の余裕を持たせた設計である。【００５９】  なお、本実施例で作成した蓄電システム（２０）は図３に示すように制御装置（１５）の接続端子（８−５）〜（８−７）は余して実施している。従って、余剰電力の最大として、例えば５割増しの３９Ａの出力を前提とする場合には、制御装置（１５）の接続端子（８−５）と（８−６）にも組電池を接続して合計６組で構成するだけで、蓄電システム（２０）の定格容量は５割増し（３４８Ａｈ）となり、余剰電力（３１２Ａｈ）に対しては同じく約１２％の余裕を持たせた設計が可能である。【００６０】  主電力用の充電器として用意した直流電源は上限の出力電圧を１４．７６Ｖに設定し、最大出力電流は２６Ａに設定し、追加充電用の充電器として用意した直流電源（１３）は出力電流を１．２Ａの定電流に設定した。【００６１】  図３に示すスイッチ（４）は午後１１時にＯＮ状態となり午前７時にＯＦＦ状態となる設定とし、スイッチ（６）は午前７時にＯＮ状態となり午後５時にＯＦＦ状態となる設定とし、スイッチ（５）は午後５時にＯＮ状態となり午後１０時にＯＦＦ状態となる設定とした。また、その他のスイッチは上記のスイッチ（４）、（５）、（６）の何れかに同期させて開閉される設定とした。スイッチ３ｂはスイッチ（４）と同期する。また、スイッチ２ｂもスイッチ（４）と同期するがスイッチ３ｂとはＯＮとＯＦＦが逆である。スイッチ（３ａ−１）〜（３ａ−４）は順番にそれぞれ２４時間ずれて９６時間に一回だけスイッチ（６）と同期してＯＮ状態となる。スイッチ（２ａ−１）〜（２ａ−４）はそれぞれスイッチ（３ａ−１）〜（３ａ−４）と同期するがＯＮとＯＦＦが逆である。【００６２】  本実施例では、毎日午後１１時にスイッチ（４）とスイッチ（３ｂ）がＯＮ状態となり、主電力から２６Ａの充電電流が入力されて４組の組電池（１−１）〜（１−４）の充電が開始される。この時には、スイッチ（５）とスイッチ２ｂはＯＦＦ状態であり、スイッチ（３ａ−１）〜（３ａ−４）も全てＯＦＦ状態で、スイッチ（２ａ−１）〜（２ａ−４）は全てＯＮ状態である。【００６３】  主電力による充電は８時間後（午前７時）にはスイッチ（４）をＯＦＦにして終了する。スイッチ（４）に同期してスイッチ３ｂもＯＦＦとされ、スイッチ２ｂはＯＮとされる。この時点で、スイッチ２ｂとスイッチ（２ａ−１）〜（２ａ−４）は全てＯＮ状態となるため、本実施例における蓄電システム（２０）は出力端子（９）より外部負荷に対して出力できる状態となり、また充電器（１３）も出力可能となる。つまり、スイッチ（５）をＯＮ状態とすれば外部負荷に対して出力できるし、スイッチ（６）をＯＮ状態とすれば組電池（１−１）〜（１−４）の何れかを追加充電することが出来る。【００６４】  本実施例では、スイッチ（４）をＯＦＦとする（主電力による充電を終了する）と同時に、スイッチ（６）をＯＮ状態として組電池（１−１）〜（１−４）の何れかを追加充電する。スイッチ（６）は午前７時にＯＮ状態として午後５時にはＯＦＦ状態とする設定であり、追加充電は１０時間連続して行われる。【００６５】  例えば、スイッチ（３ａ−ｍ）をＯＮ状態とされ、スイッチ（２ａ−ｍ）はＯＦＦ状態とされる場合には組電池（１−ｍ）が追加充電される。ただし、ｍ＝１〜４である。この時、スイッチ２ｂとスイッチ（２ａ−ｍ）を除くスイッチ（２ａ−１）〜（２ａ−４）はＯＮ状態にあるため、組電池（１−ｍ）以外の組電池の放電出力が定電流電源（１３）によって１．２Ａの定電流に調整されて、組電池（１−ｍ）が追加充電されることになる。１０時間の追加充電では組電池（１−ｍ）以外の組電池からは１２Ａｈの放電出力が消費されることになるが、その７割近くは組電池（１−ｍ）に蓄えられるので、追加充電に必要な電気量の全てが消耗されてしまうわけではない。【００６６】  また、本実施例における組電池（１−ｍ）の追加充電には約１６．８Ｗ（１．２Ａ×１４Ｖ）の充電入力が必要とされるが、そのうちの約８９％（約１５Ｗ）が組電池（１−ｍ）以外の組電池の放電出力で賄われる。【００６７】  結局、組電池（１−ｍ）だけは主電力からの充電入力が消滅した後でも蓄電システム（２０）に蓄えられた電力よって更に高い充電状態まで追加的に充電されることになる。【００６８】  追加充電は１０時間後（午後５時）にはスイッチ（６）をＯＦＦにして終了する。同時にスイッチ（３ａ−ｍ）がＯＦＦ状態とされ、スイッチ（２ａ−ｍ）がＯＮ状態とされる。この時点では、スイッチ２ｂとスイッチ（２ａ−１）〜（２ａ−４）は全てがＯＮ状態となり、蓄電システム（２０）の外部負荷に対する出力は４組の組電池の全ての放電出力によって賄われることになる。【００６９】  蓄電システム（２０）の外部負荷に対する放電は、午後５時から１０時（２２時）まで、スイッチ（５）をＯＮ状態として終止電圧を１０．５Ｖに設定して３９Ａの定電流で行った。【００７０】  本実施例では、午後１１時から午前７時までの深夜電力を貯蔵して、これを午後５時から１０時までの電力消費のピーク時に放電するという想定で、１日１サイクルの充放電を４ヶ月間繰り返した。この間、午後１１時の充電開始から翌日午後１０時の放電終了までを１サイクルとして、１サイクル毎に追加充電される組電池（１−ｍ）はｍ＝１〜４の間で順繰りに変更されるので、４サイクルに一回の頻度でいずれの組電池も追加充電される。【００７１】  運転開始から４ヶ月間では、充電終了時刻の午前７時には充電電圧が設定電圧の１４．７６Ｖに達することはなかった。また、放電終了時刻の２２時にも放電電圧が終止電圧の１０．５Ｖに達することもなかった。つまり、運転開始から４ヶ月間では、充電では２６Ａの定電流で８時間の充電（２０８Ａｈ）が、放電では３９Ａの定電流で５時間の放電（１９５Ａｈ）がそれぞれ可能であった。【００７２】  従って、本実施例では運転開始から４ヶ月間では鉛蓄電池には顕著な容量劣化が見られていない。また、本実施例では、主電源による８時間の充電では蓄電システムに入力された充電量は２０８Ａｈであり、放電量は１９５Ａｈであることから、本実施例における蓄電システムの蓄電効率（放電量÷充電量×１００）は９３．８％と高い値であった。【００７３】  本実施例における蓄電システムの蓄電効率が比較的高い値であったことは、本実施例で作製した蓄電システム（２０）の定格容量（２３２Ａｈ）が貯蔵したい電流容量（２０８Ａｈ）に対して約１２��の余裕を持たせて設計されたためである。【００７４】  一般的には、定格容量に余裕を残した充電では鉛蓄電池は十分に充電されないことになり、十分に充電されない時には、未充電の硫酸鉛が多く残存するのでサルフェーションの進行は促進され易い。従って、鉛蓄電池を使用する電力貯蔵用蓄電システムでは高い蓄電効率を求めれば、鉛蓄電池にはサルフェーションが起こり易く容量劣化が大きくなるという弊害がある。【００７５】  しかし、本実施例における蓄電システムでは鉛蓄電池は追加充電によって頻繁に高い充電状態まで追加的に充電される。そのため、追加充電された組電池は充電率が１００％に近い状態にまで達することが出来るのでサルフェーションの進行は抑制され、運転開始から４ヶ月間では鉛蓄電池には顕著な容量劣化が見られていない。【００７６】  本実施例では主電力による充電では約８５％の充電率に達しているに過ぎないが、追加充電の後では１００％に近い充電率まで到達することが確認された。なお、各組電池の充電率は各組電池の全放電量を該組電池の定格容量（５８Ａｈ）に対する比率で示す値であり、本実施例における組電池（１−１）〜（１−４）の充電率は各組電池の個別の放電量を測定することによって知ることが出来る。【００７７】  結局、本実施例の結果は、本発明に係る蓄電システムによって高い蓄電効率と長寿命性能を兼ね備えた鉛電池式蓄電システムが提供可能となることを示している。【００７８】  当然、本実施例における蓄電システムも貯蔵したい電力（余剰電力）が大きくなれば、定格容量の余裕がなくなり、蓄電効率は低下することになる。しかし、その場合には本実施例における蓄電システムは構成する組電池の数を増やすだけでその定格容量を簡単に増やすことが出来るので、貯蔵したい電力（余剰電力）が大きくなる場合にも蓄電効率を維持して対処することが出来る。
【比較例１】
【００７９】  本比較例では、実施例１における追加充電の効果を確認するために、実施例１と同じ構成で制作した図３に示した蓄電システム（２０）を追加充電の機能を活用すること無しに充放電サイクルを繰り返した。つまり、本比較例は従来方式による蓄電方法の実施に他ならない。
【００８０】  本比較例では蓄電システム（２０）は毎日午後１１時にスイッチ４とスイッチ３ｂがＯＮ状態となり、主電力から充電電流２６Ａが入力されて４組の組電池（１−１）〜（１−４）の充電が開始される。この時、実施例１と同じくスイッチ（２ａ−１）〜（２ａ−４）は全てＯＮ状態であるが、スイッチ（５）とスイッチ２ｂはＯＦＦ状態であり、スイッチ（３ａ−１）〜（３ａ−４）も全てＯＦＦ状態である。
【００８１】  主電力による充電は８時間後（午前７時）にスイッチ（４）をＯＦＦにして終了する。スイッチ（４）に同期してスイッチ３ｂもＯＦＦとされ、スイッチ２ｂはＯＮとされるので、スイッチ２ｂとスイッチ（２ａ−１）〜（２ａ−４）は全てＯＮ状態となり、本比較例における蓄電システム（２０）は出力端子（９）より外部負荷に対して出力できる状態となる。
【００８２】  この時点では充電器（１３）からの出力も可能となるが、本比較例ではスイッチ（６）をＯＮ状態にはしないので、組電池（１−１）〜（１−４）はいずれも追加充電されることはない。
【００８３】  なお、本比較例においても運転開始から暫くの間は組電池（１−１）〜（１−４）の充電率は主電力による充電が終了した時点では８５％程度であった。しかし、いずれの組電池も追加充電は行われないので充電率が８５％以上に到達することはなかった。そのため、本比較例における鉛蓄電池には運転開始直後から定格容量の１５％に相当する硫酸鉛には既にサルフェーションを起こす条件が整ってしまう。つまり、サルフェーションは放電生成物である硫酸鉛がある程度の時間を放置された結果、その結晶サイズが大きくなるという現象であり、定格容量の１５％に相当する硫酸鉛にはサルフェーションを起こす条件が整ってしまう。
【００８４】  本比較例でも、午後１１時から午前７時までの深夜電力を貯蔵して、これを午後５時から１０時までの電力消費のピーク時に放電するという前提で行った。従って、主電力による充電が終了した後では蓄電システム（２０）は午後５時から１０時（２２時）までスイッチ（５）をＯＮ状態として、終止電圧を１０．５Ｖとして３９Ａの定電流放電を行った。
【００８５】  本比較例では運転開始から１ヶ月後には、充電終了時刻の午前７時には充電電圧が設定電圧の１４．７６Ｖに達するようになり、その達する時間が次第に早くなっていった。なお、充電電圧が設定電圧に達した後では充電電流は急激に減少し続けるので、設定電圧に達する時間が早くなるほど充電量は少なくなる。
【００８６】  また、放電電圧は放電終了時刻と定めた２２時以前に終止電圧（１０．５Ｖ）に達するようになり、その達する時間も次第に早くなっていった。つまり放電時間が次第に短くなっていった。運転開始時には３９Ａの定電流放電で５時間の放電（１９５Ａｈ）が可能であったが、運転開始から４ヶ月後には３９Ａの定電流放電では３時間程度で放電電圧が終止電圧に達して放電（１１７Ａｈ）は終了した。
【００８７】  結局、本比較例は運転開始から４ヶ月間で鉛蓄電池には４０％の容量劣化が生じてしまった。追加充電がなされない本比較例は従来方式の蓄電方法と同じであり、運転開始直後から定格容量の１５％に相当する硫酸鉛にはサルフェーションを起こす条件が整ってしまう。従って、定格容量の１５％相当の硫酸鉛がサルフェーションを起こせば充電可能な容量は８５％に減少し、実質の定格容量が１５％低下することになる。その後も、その減少した実質定格容量の１５％相当の硫酸鉛がさらにサルフェーションを起すことになり、実質定格容量はどんどん減少することになる。
【００８８】  前述の実施例１は図１又は図３に示す追加充電専用の充電器（１３）を活用して、特定の組電池を追加充電する場合について実施したものであり、実施例１と比較例１の運転開始から４ヶ月間の充放電結果の違いは追加充電によって齎されたことは明らかである。比較例１によって追加充電による効果が明確に立証された。
【００８９】  本発明は順番に選定される特定の組電池が該蓄電システムに蓄えられた電力よって更に高い充電状態まで追加充電されることを特徴とするものであり、追加充電専用の充電器（１３）を追加充電専用の蓄電池に替えて実施することもできる。
【実施例２】
【００９０】  本実施例では図２又は図４に示すように、蓄電システム（２０）の制御装置（１５）に追加充電専用の蓄電池（１４）を備え、この蓄電池（１４）の放電出力で特定の組電池を追加充電する場合について実施した。【００９１】  また、本実施例では、最大２６Ａの深夜電力を午後１１時から午前７時までの８時間で貯蔵して、引き続き午前７時から午後１０時までの消費電力のうちの一定量を該貯蔵電力で賄うという前提で行った。【００９２】  本実施例における蓄電システムの構成は実施例１で用意した組電池の４組（１−１）〜（１−４）を制御装置（１５）の接続端子（８−１）〜（８−４）に接続して、図４に示す構成で制作した。主電力用の充電器としては実施例１と同様に市販の定電圧定電流直流電源を用意し、その出力端子を制御装置（１５）の充電入力端子（７）に接続した。充電入力端子（７）と各組電池の間には蓄電池（１４）との充電電圧を調整するため約２００ｍΩの抵抗体（１７）を介在させた。【００９３】  蓄電池（１４）は追加充電専用の蓄電池であり、市販の２種類のリチウムイオン電池を連結して構成した。ここで用意したリチウムイオン電池は１８６５０型のＬＦＰタイプとＮＣＭタイプの２種類である。１８６５０型は直径が１８ｍｍで長さが６５ｍｍの筒型で、ＬＦＰタイプの公称容量は１．４Ａｈで、ＮＣＭタイプの公称容量は２．２Ａｈである。ＬＦＰタイプは正極にＬｉＦｅＰＯ４が使用されたリチウムイオン電池であり、ＮＣＭタイプは正極にＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２が使用されたリチウムイオン電池である。【００９４】  追加充電専用の蓄電池（１４）は用意したＬＦＰタイプを１０個並列とし、その３個を直列に接続し、更にこれには１０個並列のＮＣＭタイプを直列に連結し、合計４０個の１８６５０型リチウムイオン電池で構成した。こうして構成された蓄電池（１４）は３Ａの定電流で、上限電圧を１５Ｖに設定して５時間の充電を行い、その後、終止電圧１３．３Ｖまで１．５Ａの定電流放電を行って容量を測定した結果、放電容量は約１３Ａｈであることが確認された。【００９５】  実施例１と同じような１０時間程度の追加充電を行うためには追加充電専用の蓄電池（１４）には追加充電の充電電圧に合致する放電電圧と１２Ａｈ程度を放電する能力が必要となるが、上記で用意した蓄電池（１４）は１３．３Ｖ以上の放電電圧で１３Ａｈ程度を放電する能力を有するので、追加充電用蓄電池としての性能を十分備えている。【００９６】  本実施例でも蓄電システム（２０）は余剰電力が最大２６Ａの出力で８時間発生することを前提として、４組の組電池で構成して制作した。従って、蓄電システム（２０）の定格容量は実施例１の場合よりも蓄電池（１４）の分が加算されて２４５Ａｈであり、余剰電力（２０８Ａｈ）に対しては約１８％の余裕を持たせた設計である。【００９７】  主電力用の充電器として用意した直流電源は上限の出力電圧を１５Ｖに設定し、最大出力電流は２６Ａに設定した。図４に示すスイッチ（４）は午後１１時にＯＮ状態となり午前７時にＯＦＦ状態となる設定とし、スイッチ（５）は午前７時にＯＮ状態となり午後１０時にＯＦＦ状態となる設定とした。【００９８】  また、その他の���イッチは上記のスイッチ（４）、（５）の何れかに同期させて開閉される設定とした。スイッチ３ｂはスイッチ（４）と同期する。また、スイッチ２ｂもスイッチ（４）と同期するがＯＮとＯＦＦが逆である。スイッチ（３ａ−１）〜（３ａ−４）は順番にそれぞれ２４時間ずれて９６時間に一回だけスイッチ（４）のＯＦＦに同期してＯＮとなり１０時間後にはＯＦＦとなる設定とした。スイッチ（２ａ−１）〜（２ａ−４）はそれぞれスイッチ（３ａ−１）〜（３ａ−４）と同期してＯＮとＯＦＦが逆となる。【００９９】  本実施例では、毎日午後１１時にスイッチ４とスイッチ３ｂがＯＮ状態となり、主電力から充電電流２６Ａが入力されて４組の組電池（１−１）〜（１−４）と追加充電用蓄電池（１４）の充電が開始される。この時には、スイッチ（５）とスイッチ２ｂはＯＦＦ状態であり、スイッチ（３ａ−１）〜（３ａ−４）もＯＦＦ状態で、スイッチ（２ａ−１）〜（２ａ−４）はＯＮ状態である。【０１００】  主電力による充電は８時間後（午前７時）にはスイッチ（４）をＯＦＦにして終了する。スイッチ（４）に同期してスイッチ３ｂもＯＦＦとされ、スイッチ２ｂはＯＮとされる。この時点で、スイッチ２ｂとスイッチ（２ａ−１）〜（２ａ−４）は全てがＯＮ状態となるため、基本的には組電池（１−１）〜（１−４）は出力端子（９）より外部負荷に対して出力できる状態となる。【０１０１】  本実施例では、スイッチ（３ａ−１）〜（３ａ−４）の中のスイッチ（３ａ−ｍ）はスイッチ（４）のＯＦＦと同期してＯＮとなる。スイッチ（３ａ−ｍ）がＯＮ状態となれば、スイッチ（２ａ−ｍ）はＯＦＦ状態となり、組電池（１−ｍ）だけは出力端子（９）への放電回路が断たれて外部負荷に対しては出力できない。同時にスイッチ（２ａ−ｍ）がＯＦＦ状態でスイッチ（３ａ−ｍ）がＯＮ状態では、組電池（１−ｍ）だけは追加充電用蓄電池（１４）とスイッチ（３ａ−ｍ）を介して並列に接続される。【０１０２】  蓄電池（１４）は組電池（１−１）〜（１−４）と同時に主電力からの充電入力で８時間に亘って充電されるので十分な充電状態にある。十分な充電状態にある蓄電池（１４）は１３．３Ｖ以上の放電電圧で１３Ａｈ程度を放電する能力を有するので、これに並列に接続された組電池（１−ｍ）は追加充電されることになる。つまり、午前７時にはスイッチ（４）がＯＦＦになって主電力による充電は終了するが、直ちに蓄電池（１４）の放電出力によって組電池（１−ｍ）の追加充電が始まる。【０１０３】  並列に接続された組電池（１−ｍ）と蓄電池（１４）は１０時間後には両電池はほぼ同じ電圧に達して組電池（１−ｍ）の追加充電は終了する。本実施例では追加充電開始から１０時間後の蓄電池（１４）の端子電圧は約１３．３Ｖであったことから、約１３Ａｈが蓄電池（１４）から組電池（１−ｍ）に供給されたと考えられる。この場合、蓄電池（１４）の充電率は１０％程度にまで低下するが、逆に組電池（１−ｍ）の充電率は１００％近くに達することになる。【０１０４】  結局、組電池（１−ｍ）だけは外部からの充電入力が消滅した後でも蓄電システム（２０）に蓄えられた電力によって更に高い充電状態まで追加的に充電されることになる。【０１０���】  本実施例では、午後１１時から午前７時まで最大２６Ａの深夜電力の出力を余剰電力として８時間貯蔵して、これを引き続き午前７時から午後１０時までの１５時間に平均して放電することを前提としているので、組電池（１−ｍ）が蓄電池（１４）によって追加充電される間（１０時間）は、蓄電システム（２０）の外部負荷に対する出力は組電池（１−ｍ）以外の組電池の放電出力で賄われる。また、組電池（１−ｍ）の追加充電が終了すれば、スイッチ（３ａ−ｍ）はＯＦＦ状態となり、スイッチ（２ａ−ｍ）がＯＮ状態となり、組電池（１−ｍ）の放電出力も蓄電システム（２０）の外部負荷に対する出力を賄うことになる。【０１０６】  本実施例では具体的に蓄電システム（２０）の外部負荷に対する放電は、午前７時から午後１０時までの１５時間は、スイッチ（５）をＯＮ状態として終止電圧を１０．５Ｖに設定して１３Ａの定電流で行った。蓄電システム（２０）の外部負荷に対する１３Ａの定電流放電は、午前７時から午後５時までは組電池（１−ｍ）以外の放電出力で賄われ、午後５時から午後１０時までは全ての組電池の放電出力で賄われた。【０１０７】  本実施例では、午後１１時から午前７時までの深夜電力を貯蔵して、これを１３Ａの定電流で午前７時から午後１０時まで放電するという充放電サイクルを１日１サイクルで４ヶ月間繰り返した。【０１０８】  運転開始から４ヶ月間では、放電終了時刻の２２時に放電電圧が終止電圧の１０．５Ｖに達することもなかった。従って、運転開始から４ヶ月間では常に１３Ａの定電流で１５時間の放電（１９５Ａｈ）が可能であった。【０１０９】  本実施例においても蓄電システムを構成する鉛蓄電池は追加充電によって頻繁に高い充電状態まで追加的に充電されるのでサルフェーションの進行は抑制され、運転開始から４ヶ月間では鉛蓄電池には顕著な容量劣化が見られていない。【０１１０】  本実施例においても、主電源による８時間の充電では蓄電システムに入力された充電量は２０８Ａｈであり、放電量は１９５Ａｈであることから、本実施例における蓄電システムの蓄電効率（放電量÷充電量×１００）も９３．８％と高い値となった。【０１１１】  結局、実施例１及び実施例２の結果は、本発明に係る蓄電システムが高い蓄電効率と長寿命性能を兼ね備えた蓄電システムが鉛電池で構成できることを示している。【０１１２】  以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において上記実施形態が種々変更可能である。
【符号の説明】
【０１１３】  １  組電池
２  放電用スイッチ
３  充電用スイッチ
４  主電力スイッチ
５  放電出力スイッチ
６  追加充電用スイッチ
７  充電入力端子
８  組電池接続端子
９  放電出力端子
１３  充電器
１４  蓄電池
１５  制御装置
１６  ダイオード
１７  抵抗体
２０  蓄電システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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