JP2003163035A - 蓄電池の劣化診断方法及び充放電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄電池の劣化を確実に診断することができる
充放電システムを提供する。 【解決手段】 鉛蓄電池１１の放電動作における電流を
電流計１５で測定し、制御装置１６にて電流計１５にて
測定された電流から電流量を算出し、これを基準値と比
較する。測定された放電時の電流量が基準値を下回って
いると判断すると、基準電圧源１４の出力電圧を上昇さ
せて鉛蓄電池を過充電する。再び放電動作における電流
量を測定し、この電流量の増加量が所定量以下である場
合には鉛蓄電池１１は劣化しているとの判断を下す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電池の劣化診断
方法及び充放電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近頃、昼夜間の電力需要を平準化するた
めのシステムの蓄電手段に鉛蓄電池を利用することが検
討されており、この鉛蓄電池を充放電するシステムとし
て、例えば、図２に示すものが挙げられる。これは、双
方向インバータ２１及び電圧監視装置２２が備えられた
ものであって、高負荷時には、電力系統２３から負荷２
４に電力供給しつつ双方向インバータ２１で逆変換運転
して、鉛蓄電池２５に蓄えられている電力を交流電力に
変換して負荷２４に供給する放電動作を行なう。一方、
低負荷時には、電力系統２３からの余剰な電力を双方向
インバータ２１で順変換運転して、電力系統２３からの
受電電力を鉛蓄電池２５に供給する充電動作を行なうよ
うになっている。

【０００３】また、この種の充放電システムでは、鉛蓄
電池２５の長寿命化のために、実際の充電動作では満充
電とならないように部分充電を行なうことが多い。この
充電方法で充電を行なう場合は、例えば、電圧監視装置
２２の充電終了電圧を満充電時の電圧の９０％相当の電
圧に設定するようにしている。

【０００４】しかし、部分充電を繰り返すと鉛蓄電池２
５内に不活性物質が蓄積して容量減少を招くことが知ら
れているから、この種の充放電システムでは、併せて鉛
蓄電池２５を満充電状態にする満充電（いわゆる均等充
電）を周期的に行なうようにしている。この満充電動作
（均等充電）により蓄電池鉛２５内に生じた不活性物質
の分解を図るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の充
放電システムには鉛蓄電池２５の劣化を診断して、交換
時期を知らせる劣化診断装置２６が備えられている。こ
れは、鉛蓄電池２５の充電時又は放電時の電流量を測定
し、これを予め設定されている基準値と比較して、測定
された電流量が基準値よりも下回った場合には、鉛蓄電
池２５が劣化していると判断して、その旨を表示するよ
うにしたものである。

【０００６】しかしながら、従来の充放電システムで
は、満充電動作の充電終了電圧を通常の部分充電よりも
僅かに高い値に設定していて過充電状態となることを避
けるようにしているため、正確に劣化診断されないとい
う問題があった。

【０００７】その理由は次の通りである。鉛蓄電池２５
が劣化したと判断する根拠は充電又は放電の容量減少で
ある。容量減少の主たる原因は先に述べたように充放電
の繰り返しによる不活性物質の生成であるが、これは本
来、満充電動作により分解させて容量を回復させること
が可能である。ところが、実際の満充電動作では、蓄電
池保護のため、充電終了電圧を通常の部分充電よりも僅
かに高い値に設定していて過充電状態となることを極力
避けるようにしているため、満充電動作後も、不活性物
質は少しずつ残留して蓄積され、鉛蓄電池２５の容量を
低下させる。このようにして蓄積された不活性物質は充
電終了電圧を十分に高く設定して鉛蓄電池２５を過充電
状態にしてやれば、分解されて容量を回復させることが
可能である。然るに、従来の劣化診断方法では、過充電
状態にいたらせることなく容量低下を検出して不正確な
劣化診断を下していたのである。

【０００８】本発明は上記のような事情に基づいて完成
されたものであって、蓄電池の劣化を正確に判断するこ
とができる蓄電池の劣化診断方法及び充放電システムを
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めの手段として、請求項１の発明は、蓄電池を充電容量
が所定容量以下となるように充電する部分充電動作と、
前記蓄電池から負荷に電力を供給する放電動作とを繰り
返すとともに、前記放電動作後に前記部分充電動作より
も多い電流量を充電する満充電動作を行なうようにした
蓄電池の充放電システムにおいて、その蓄電池の劣化を
診断する方法であって、前記部分充電動作又は前記放電
動作におけるその充電又は放電の電流量を測定し、その
電流量が所定値以下になったことを条件に前記蓄電池に
前記満充電動作よりも多い電流量を充電する過充電動作
を行い、その後の前記部分充電動作又は前記放電動作に
おけるその充電又は放電の電流量が所定量以上回復しな
い場合には前記蓄電池の異常と判断するところに特徴を
有する。

【００１０】請求項２の発明は、蓄電池を充電装置によ
って充電容量が所定容量以下となるように充電する部分
充電動作と、負荷に電力を供給する放電動作とを繰り返
すとともに、所定の前記放電動作後に前記部分充電動作
よりも多い電流量を充電する満充電動作を行なうように
した蓄電池の充放電システムにおいて、前記部分充電動
作又は前記放電動作におけるその充電又は放電の電流量
を測定する電流量測定手段と、この電流量測定手段によ
って測定された電流量が所定値以下になったことを条件
に前記充電装置に前記満充電動作よりも多い電流量を前
記蓄電池に充電する過充電動作を行わせる過充電制御手
段と、前記過充電動作を行った後の充電又は放電の電流
量の増加を検出する電流量回復検出手段とを設けたとこ
ろに特徴を有する。なお、本発明における「所定容量」
とは、完全充電を行なったときの蓄電池の容量のことを
いう。また、「部分充電動作」とは、完全充電状態に至
らせることなく充電することをいう。

【００１１】

【発明の作用及び効果】この様な充放電システムでは、
部分充電動作と放電動作とを繰り返すうちに蓄電池内部
に不活性物質が蓄積されるが、本発明では、放電動作後
に部分充電動作よりも多い電流量を充電する満充電動作
を行なう。このため、通常は、蓄電池内部に蓄積した不
活性物質は分解され蓄電池の充電又は放電の電流量は回
復する。ところが、満充電動作を行なっていても不活性
物質が残留して、これが蓄積することがある。すると、
電流量測定手段にて測定される充電又は放電の電流量は
減少していき、所定値を下回ることになる。そこで、過
充電制御手段は満充電動作のときよりも多い電流量を蓄
電池に充電する過充電動作を充電装置に行なわせ、これ
によって、蓄電池内に蓄積した不活性物質を分解して蓄
電池の電流量を回復させる。そして、この後の部分充電
動作又は放電動作における充電又は放電の電流量の増加
を電流量回復検出手段にて検出し、電流量が所定量以上
回復しないときは蓄電池は異常であると判断する。換言
すれば、回復不能な劣化には至っておらず、不活性物質
の蓄積によって容量低下をきたした蓄電池は過充電動作
によって容量を回復させるから、これは異常（劣化）と
は判断されない。従って、電流量の回復の余地のある蓄
電池を異常であると判断することなく、劣化した蓄電池
だけを正確に異常であると判断することが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る充放電システ
ム１について図１を参照して説明する。本実施形態の充
放電システム１は電力系統から見た電力需要を平準化す
るためのものに適用した例である。電力系統２からの電
力ラインは受電点よりも需要家側で負荷３と双方向イン
バータ１２を備える充放電システム１とに分岐されてい
る。この双方向インバータ１２には鉛蓄電池１１が接続
され、例えば昼間のような高負荷時においては、この双
方向インバータ１２を逆変換運転して鉛蓄電池１１の電
力を負荷３に供給する放電動作を行なう。逆に、夜間の
ような低負荷時には双方向インバータ１２順方向変換運
転して電力系統２からの電力を鉛蓄電池１１に供給する
充電動作を行なうようになっている。

【００１３】さて、鉛蓄電池１１には、比較回路１３の
入力端子が接続されており、この比較回路１３の一方の
入力端子にはその出力電圧をＶ1 、Ｖ2 、Ｖ3 （Ｖ1 ＜
Ｖ2＜Ｖ3 ）のいずれかに可変できる基準電圧源１４が
接続されている。充電動作時における鉛蓄電池１１の電
圧が基準電圧源１４の出力電圧を上回ると比較回路１３
から双方向インバータ１２に信号を出力して順変換運転
を停止させる。すなわち、基準電圧源１４に設定されて
いる電圧が充電終了電圧となる。

【００１４】ここで、充電動作においては鉛蓄電池１１
の充電容量を定格容量以下で止める部分充電動作と充電
容量を定格容量となるまで充電する満充電動作とが行な
われるようになっており、基準電圧源１４の出力電圧
は、この充電動作に合わせて、部分充電動作を行なうと
きには充電容量が定格容量の例えば９０％相当となると
きの電圧Ｖ1 に設定され、満充電動作を行なうときに
は、充電容量が定格容量の例えば１０５％となるときの
電圧Ｖ2 に設定される。

【００１５】また，鉛蓄電池１１には放電動作における
放電電流を測定する電流計１５が接続されている。この
電流計１５は測定した電流に応じた信号を制御装置１６
に出力している。制御装置１６は放電時の鉛蓄電池１１
の電圧を監視しており、これが予め設定されている放電
終止電圧に達したことを条件に双方向インバータ１２に
信号を送出し、逆変換運転を停止させて放電動作を終了
する。そして、制御装置１６は電流計１５から入力され
た信号から電流量（Ａｈ）を算出する。

【００１６】制御装置１６にて算出された放電時の電流
量は、これに予め設定されている基準値と比較され、こ
の電流量が基準値を下回っていると、基準電圧源１４に
信号を送出して、その出力電圧を満充電を行なうときの
電圧Ｖ2 よりも高い電圧Ｖ3に設定して、次に行なう過
充電動作の準備を行なう。

【００１７】次に、上記構成からなる充放電システム１
の充放電動作について説明する。本実施形態の充放電シ
ステム１は夜間に充電動作を行ない昼間には放電動作を
行なうようになっており、すなわち充電動作及び放電動
作が交互に繰り返し行なわれている。充電動作において
は所定回数の部分充電動作毎に満充電動作が行なわれ、
各放電動作時には電流計１５にて測定された電流に応じ
た信号が制御装置１６に入力される。

【００１８】夜間には、例えば、充電動作が行なわれ、
充電動作中には比較回路１３にて鉛蓄電池１１の電圧
と、基準電圧源１４の出力電圧Ｖ1 とが比較される。こ
こで、充電によって鉛蓄電池１１の電圧が上昇して基準
電圧源１４の出力電圧Ｖ1 を上回ると、比較回路１３か
ら双方向インバータ１２に信号を出力して順変換運転を
停止させて充電動作を終了する。

【００１９】昼間には放電動作に切り替わり、鉛蓄電池
１１の電圧が制御装置１６で監視される。鉛蓄電池１１
の電圧が放電終止電圧にまで落ち込むと、放電動作が終
了する。そして，算出した電流量と基準値を比較し、基
準値を上回っていれば正常な状態であると判断され、以
降上記の充放電動作が繰り返される。

【００２０】この様な充放電動作を繰り返すと不活性物
質の蓄積によって放電動作時の電流量が序々に減少して
いく。その電流量が基準値を下回ると、制御装置１６は
この放電電力量を記憶しておき、基準電圧源１４からの
出力電圧を満充電動作を行なうときの電圧Ｖ2 よりも高
い値であって、例えば、充電容量が定格容量の１２０％
となるときの電圧Ｖ3 に設定変更する。すると、次の充
電動作では鉛蓄電池１１に充電される電流量は満充電動
作を行なうときの電流量よりも多い電流量が充電され
る。すなわち、不活性物質が蓄積していれば、前述した
過充電動作が行なわれることによって不活性物質が分解
される。その結果、容量が回復してその後の放電動作に
おける電流量が増加する。

【００２１】過充電動作後の放電動作では同じく鉛蓄電
池１１の電圧が放電終止電圧となるまで放電を行ない、
この放電動作時の電流量と記憶されている前回の放電動
作時の電流量を比較する。ここで、前回の電流量を基準
としてその増加量が所定量以上であるか否かで劣化の判
断を行なう。劣化が進んでおらず不活性物質が分解され
た場合には、今回測定された電流量は前回の電流量より
も所定量以上増加しているで鉛蓄電池１１は使用可能な
状態であると判断される。逆に、電流量の増加がほとん
どなく、その増加量が所定量以下である場合には、容量
減少の主な原因が不活性物質の蓄積ではなく回復不能な
劣化に至っていることを意味するから、鉛蓄電池１１は
劣化していると判断して図示しない表示装置に信号を送
出して劣化であることを表示させる。従って、制御装置
１６は、充電又は放電の電流量を測定する測定する電流
量測定手段、過充電動作を行なわせる過充電制御手段及
び充放電電流量の増加を検出する電流量回復検出手段と
して機能する。

【００２２】このように、本実施形態によれば、過充電
動作を行なった後に鉛蓄電池１１の放電電力量の増加量
を基に劣化診断を行なっている。このことは、従来の劣
化診断方法で問題となっていた不活性物質の蓄積によっ
て電力量が低下している鉛蓄電池１１を誤って劣化であ
ると判断してしまうということがなくなり、回復不能な
劣化に至った鉛蓄電池１１のみを劣化と判断することに
なる。従って、鉛蓄電池１１の劣化を正確に判断するこ
とができ、これに伴って、使用可能な鉛蓄電池１１を廃
棄してしまうという無駄を防止することが可能となる。

【００２３】＜他の実施形態＞本発明は上記記述及び図
面によって説明した実施形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に
含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内
で種々変更して実施することができる。 （１）上記実施形態では、放電動作時の電流量を測定し
て劣化診断を行なっていたが、充電動作における電流量
を測定して、この電流量から劣化診断を行なってもよ
い。また、充電動作時及び放電動作時の電流量の両方を
測定して、両者を基に劣化診断を行なうようにしてもよ
い。

【００２４】（２）上記実施形態では、満充電動作は所
定回数の部分充電と放電動作とを繰り返した後に行なう
ようにしたが、例えば、鉛蓄電池１１の放電又は充電の
電流量を計測し、この電流量が予め設定した基準値を下
回ったことを条件に満充電動作を行なうようにしてもよ
い。また、測定した充電又は放電の電流量の減少量に基
づいて上記満充電動作を行なってもよく、例えば、初期
に測定した放電又は充電の電流量を基準として、この電
流量よりも所定量又は所定割合だけ減少したことを条件
に満充電動作を行なうようにしてもよい。

【００２５】（３）上記実施形態では、放電動作時の電
流量が基準値を下回ったことを条件に過充電動作を行な
うこととしていたが、例えば、部分充電動作時の電流量
を測定し、この電流量が予め設定した基準値を下回った
ことを条件に過充電動作を行なうようにしてもよい。ま
た、測定した充電又は放電の電流量の減少量に基づいて
過充電動作を行なってもよく、例えば、初期に測定され
た充電又は放電の電流量を基準として、この電流量より
も所定量又は所定割合だけ減少したことを条件に過充電
動作を行なうようにしてもよい。

【００２６】（４）上記実施形態では、充放電の電流量
（Ａｈ）を直接的に測定するようにしたが、電池電圧は
ほぼ一定とみなせるから、充放電回路に電力量計を設置
し、その測定値によって電流量を測定するようにしても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る充放電システムの構成を示す
ブロック図

【図２】従来の充放電システムの構成を示すブロック図

【符号の説明】

１１…鉛蓄電池 １２…双方向インバータ（充電装置） １３…比較回路 １４…基準電圧源 １５…電流計 １６…制御装置（電流量測定手段、過充電制御手段、電
流量回復検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G016 CB12 CB21 CB31 CC02 CC04 CC23 5G003 AA01 BA01 CA04 CA12 DA07 EA08 5H030 AA03 AA04 AS03 BB01 BB18 FF41 FF42

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄電池を充電容量が所定容量以下となる
   ように充電する部分充電動作と、前記蓄電池から負荷に
   電力を供給する放電動作とを繰り返すとともに、前記放
   電動作後に前記部分充電動作よりも多い電流量を充電す
   る満充電動作を行なうようにした蓄電池の充放電システ
   ムにおいて、その蓄電池の劣化を診断する方法であっ
   て、 前記部分充電動作又は前記放電動作におけるその充電又
   は放電の電流量を測定し、その電流量が所定値以下にな
   ったことを条件に前記蓄電池に前記満充電動作よりも多
   い電流量を充電する過充電動作を行ない、その後の前記
   部分充電動作又は前記放電動作におけるその充電又は放
   電の電流量が所定量以上回復しない場合には前記蓄電池
   の異常と判断することを特徴とする蓄電池の劣化診断方
   法。
2. 【請求項２】 蓄電池を充電装置によって充電容量が所
   定容量以下となるように充電する部分充電動作と、負荷
   に電力を供給する放電動作とを繰り返すとともに、所定
   の前記放電動作後に前記部分充電動作よりも多い電流量
   を充電する満充電動作を行なうようにした蓄電池の充放
   電システムにおいて、 前記部分充電動作又は前記放電動作におけるその充電又
   は放電の電流量を測定する電流量測定手段と、この電流
   量測定手段によって測定された電流量が所定値以下にな
   ったことを条件に前記充電装置に前記満充電動作よりも
   多い電流量を前記蓄電池に充電する過充電動作を行わせ
   る過充電制御手段と、前記過充電動作を行なった後の充
   電又は放電の電流量の増加を検出する電流量回復検出手
   段とを設けたことを特徴とする蓄電池の充放電システ
   ム。