JP2002305841A - 余剰電力管理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電事業者の施設で生じる排熱を有効利用し
ながら、電力使用者が必要とする電力または電力量を電
気事業者が発電事業者から確実に確保して電力使用者に
安定供給することができる省エネルギー性および信頼性
にすぐれた余剰電力管理システムを提供する。 【解決手段】 発電事業者１０の発電設備１１で生じる
熱を電気エネルギーに変換して蓄えるとともに送電網１
への放電が可能な温度差電池ユニット１５を設け、発電
事業者１０の電力供給と需要家２０の電力使用との需給
バランスに応じて温度差電池ユニット１５の充放電を制
御する。この制御により、余剰電力供給の過不足を解消
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電事業者の余剰
電力を電気事業者が購入し、その購入電力を電力会社の
送電網を利用して発電事業者から電力使用者に直接的に
供給する、いわゆる電力小売り事業に適用する余剰電力
管理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、人間社会の発達とともに、情報産
業とこれに関わる生活物品の量産化と流通の拡大、各種
電子機器の製造、普及、商取引の活発化、交通システム
の高度化、量的拡大、食料の世界的規模での流通など生
産、流通を中心とした活動の活発化が特に顕著になって
きた。それに伴い、電力、エネルギー使用形態の多様化
や使用量の大幅な増大が起ってきた。

【０００３】一方で、化石燃料を中心とした現在のエネ
ルギー体系において、化石燃料の残存埋蔵量の枯渇が取
り沙汰され、かつ、排ガス、廃棄物による地球の汚染が
懸念されるようになり、地球規模での環境保全、エネル
ギーの有効利用が叫ばれるようになった。

【０００４】人間社会に発展に伴う電力を中心としたエ
ネルギーの使用形態の多様化、使用量の増大は今後も継
続するものと予測され、かつ、地球規模での環境保全、
エネルギーの有効利用も当然、ますます重要な課題とな
ってくることは論を待たない。

【０００５】こうした状況にあって、電力、ガスなどの
エネルギーの使用形態の多様化に対応した様々な形態の
エネルギー供給システムの提供や、エネルギー使用価格
の低減化を図り、より高度で満足のいくエネルギー供給
体制を構築していくために、電力、ガスなどのエネルギ
ー産業の規制が緩和され、自由化が端緒についた。

【０００６】電力事業の自由化に対しては、従来の一般
電気事業者（以下、電力会社という）だけでなく、電力
の供給を電力使用者（以下、需要家）に行う目的で、新
たな事業者、すなわち特定規模電気事業者（以下、電気
事業者という）が電力販売事業を行うことになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原子力
発電所、火力発電所、水力発電所などの多種類、かつ大
規模の発電所を多数保有し、各需要家の使用電力量の変
化に対して、いちいち発電量を仔細に調整する必要のな
い電力会社と異なり、限定された数量の発電所を保有
し、あるいは発電所を保有せずに契約発電事業者から電
力供給を受けるのみの電気事業者の場合は、需要家が必
要とする電力または電力量を推定し、これに合致した電
力または電力量を自己の発電所あるいは契約発電事業者
から需要家に供給するために、随時、その調整を実施し
なければならない。

【０００８】なぜならば、需要家の推定必要電力または
推定必要電力量を確保するために、過剰な電力または電
力量を発電すれば、エネルギーの有効利用という世界規
模の課題に離反するばかりか、採算が取れずに事業の継
続が困難となる。

【０００９】かといって、需要家の推定必要電力または
推定必要電力量に対してぎりぎりの電力または電力量を
供給する体制では、もし、予想外の気温の上昇や低下と
いった気象条件の変化あるいは娯楽に関する予想外の興
味の集中など、不測の事態が生じると、需要家の必要電
力量が増えて供給量不足を招くことがある。

【００１０】この場合、発電事業者から需要家への電力
供給が、委託した電力会社の送電網を借りて行われる状
況であれば、その送電網には当然ながら電力会社が所有
する電力も流れているために、供給量不足となった分の
電力または電力量が自動的に電力会社から賄われる形と
なり、需要家は困らないものの、電気事業者に電力会社
から高額の補償金が要求されてしまう。こうなると、電
気事業者にとっては、採算が取れずに事業の継続が困難
となる恐れがある。

【００１１】従って、電気事業者にとっては、契約した
各需要家の、予想され得る必要電力または必要電力量の
総計を満たす発電機を自ら所有したり、あるいは発電事
業者と契約して必要電力または必要電力量を確保するこ
とで、需要家の要求を満足する供給体制を構築すること
が必要となる。

【００１２】従来は、法的規制により、需要家に対する
電力供給は一部の限定された発電事業者が独占的にこれ
を実施している。これらの発電事業者は、契約した需要
家の使用する電力・電力量に対してそれを大幅に上回る
規模の発電電力・発電電力量を実現する多数の発電所を
建設し所有してはいるが、需要家の使用電力・使用電力
量にきめ細かく対応する技術を有していないのが現状で
ある。

【００１３】また、エネルギー有効利用の観点で言え
ば、太陽光発電、風力発電、波力発電など自然エネルギ
ーを利用した発電システムも精力的に開発され、実用
化、もしくは実用化に向けた技術的改良が図られている
が、人類の社会活動において確実に発生する廃熱、特に
２００℃以下の低温廃熱は給湯や暖房などに一部利用さ
れているに過ぎず、殆ど利用されずに廃棄されているの
が現状であった。

【００１４】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、発電事業者の施設で生じる排
熱を有効利用しながら、電力使用者が必要とする電力ま
たは電力量を電気事業者が発電事業者から確実に確保し
て電力使用者に安定供給することができる省エネルギー
性および信頼性にすぐれた余剰電力管理システムを提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の余
剰電力管理システムは、発電事業者の発電設備で生じる
熱を電気エネルギーに変換して蓄えるとともに送電網へ
の放電が可能な蓄電手段と、発電事業者の電力供給と電
力使用者の電力使用との需給バランスに応じて上記蓄電
手段の放電を制御する制御手段と、を備えている。

【００１６】請求項２に係る発明の余剰電力管理システ
ムは、請求項１に係る発明において、蓄電手段が温度差
電池であることを限定している。

【００１７】請求項３に係る発明の余剰電力管理システ
ムは、請求項１に係る発明において、制御手段について
限定している。制御手段は、発電事業者の電力供給量が
電力使用者の電力使用量に対し不足となる場合に蓄電手
段を放電させる手段を有している。

【００１８】請求項４に係る発明の余剰電力管理システ
ムは、発電事業者の発電設備で生じる熱を電気エネルギ
ーに変換して蓄えるとともに余剰電力の充電および送電
網への放電が可能な蓄電手段と、発電事業者の電力供給
と電力使用者の電力使用との需給バランスに応じて蓄電
手段の充放電を制御する制御手段と、を備えている。

【００１９】請求項５に係る発明の余剰電力管理システ
ムは、請求項４に係る発明において、蓄電手段および制
御手段について限定している。蓄電手段は、発電設備で
生じる熱を電気エネルギーに変換して蓄える温度差電池
と、余剰電力を直流変換しそれを上記温度差電池に対す
る充電用電力として出力するコンバータと、上記温度差
電池の電圧を交流変換するインバータとを有し、このイ
ンバータの出力を上記送電網に送出する。制御手段は、
充電時に上記コンバータを動作させ、放電時に上記イン
バータを動作させる手段を有している。

【００２０】請求項６に係る発明の余剰電力管理システ
ムは、発電事業者の発電設備で生じる熱を電気エネルギ
ーに変換して蓄える温度差電池、およびこの温度差電池
に接続された二次電池を有し、余剰電力の充電および上
記送電網への放電が可能な蓄電手段と、発電事業者の電
力供給と電力使用者の電力使用との需給バランスに応じ
て蓄電手段の充放電を制御する制御手段と、を備えてい
る。

【００２１】請求項７に係る発明の余剰電力管理システ
ムは、請求項６に係る発明において、蓄電手段および制
御手段について限定している。蓄電手段は、発電設備で
生じる熱を電気エネルギーに変換して蓄える温度差電池
と、この温度差電池に接続された二次電池と、余剰電力
を直流変換しそれを上記二次電池に対する充電用電力と
して出力するコンバータと、上記温度差電池の電圧また
は上記二次電池の電圧を交流変換するインバータとを有
し、このインバータの出力を上記送電網に送出する。制
御手段は、充電時に上記コンバータを動作させ、放電時
に上記インバータを動作させる手段を有している。

【００２２】請求項８に係る発明の余剰電力管理システ
ムは、請求項４ないし請求項６のいずれかに係る発明に
おいて、制御手段について限定している。制御手段は、
発電事業者の電力供給量が上記電力使用者の電力使用量
に対し過剰となる場合に蓄電手段を充電し、発電事業者
の電力供給量が電力使用者の電力使用量に対し不足とな
る場合に上記蓄電手段を放電させる手段を有している。

【００２３】請求項９に係る発明の余剰電力管理システ
ムは、請求項４ないし請求項６のいずれかに係る発明に
おいて、蓄電手段および制御手段について限定してい
る。蓄電手段は、上記発電事業者の施設内に設けられて
いる。制御手段は、発電事業者の施設内に設けられてい
る第１端末と、電力使用者の施設内に設けられている第
２端末と、これら第１および第２端末とのデータ送受信
が可能なサーバと、このサーバに設けられ上記各端末と
のデータ送受信により発電事業者の電力供給と上記電力
使用者の電力使用との需給バランスを監視する手段と、
上記サーバに設けられ上記監視結果に応じた充放電制御
を上記第１端末に指令する手段と、上記第１端末に接続
されその第１端末が受けた指令に応じて上記蓄電手段の
充放電を制御する制御ユニットとを有している。

【００２４】請求項１０に係る発明の余剰電力管理シス
テムは、請求項２、請求項５、請求項６、請求項７のい
ずれかに係る発明において、温度差電池について限定し
ている。温度差電池は、［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-／［Ｆｅ
（ＣＮ）₆ ］^4-レドックスイオン対系電解液を用い、高
温側電極と低温側電極を主電極とし、この主電極の間に
陽イオン交換膜を配し、その陽イオン交換膜の両側に接
して副電極を配して構成されている。

【００２５】請求項１１に係る発明の余剰電力管理シス
テムは、請求項６または請求項７に係る発明において、
二次電池について限定している。二次電池は、鉛電池、
シール鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素
電池、リチウムイオン電池などである。

【００２６】請求項１２に係る発明の余剰電力管理シス
テムは、請求項６または請求項７に係る発明において、
さらに、二次電池の劣化を判定する判定手段を備えてい
る。

【００２７】請求項１３に係る発明の余剰電力管理シス
テムは、請求項１２に係る発明において、判定手段につ
いて限定している。判定手段は、二次電池に対し抵抗を
介した並列回路を一定時間だけ形成し、その形成開始時
の二次電池電圧と形成終了時の二次電池電圧との差に基
づいて二次電池の劣化を判定する。

【００２８】

【発明の実施の形態】［１］以下、この発明の第１の実
施形態について図面を参照して説明する。図１におい
て、１０は電気事業者と契約した発電事業者で、発電設
備１１、この発電設備１１を制御するための制御装置１
２、発電設備１１から後述の送電網１に供給される電力
の値および電力量を検出たとえば計測する計測器（第１
検出手段）１３、この計測器１３に接続されたコンピュ
ータ等の端末（第１端末）１４を所有している。計測器
１３は、電力の値および電力量のほかに、力率を計測す
る。

【００２９】このような発電事業者１０が複数あり、そ
れぞれの発電設備１１の発電電力うち、発電事業者１０
の本来の操業に使用する電力を超える分のいわゆる余剰
電力が、特定規模電気事業者（以下、電気事業者と略称
する）３０に購入される形で電力会社送電網１に供給さ
れる。この送電網１は、電気事業者３０とは別の電力会
社が所有する設備である。この送電網１を所有する電力
会社に電気事業者３０が送電を委託することにより、電
気事業者３０が各発電事業者１０から購入した余剰電力
が、送電網１を介して各発電事業者１０から複数の電力
使用者（以下、需要家と称する）２０に直接的に供給さ
れる。

【００３０】各電力使用者２０は、送電網１から電力を
取り込んで内部の負荷設備の運転に使用する建物２１、
この建物２１に取り込まれる電力の値および電力量を検
出たとえば計測する計測器（第２検出手段）２２、この
計測器２２に接続されたコンピュータ等の端末（第２端
末）２３を所有している。計測器２２は、電力の値およ
び電力量のほかに、力率を計測する。

【００３１】電気事業者３０は、各発電事業者１０の余
剰電力を購入する契約を各発電事業者１０と交わし、そ
の購入した電力を各需要家２０に販売する契約を各需要
家２０と交わし、かつ上記のように送電網１の所有者と
の間で送電委託の契約を交わし、余剰電力の購入から供
給までその管理を行うもので、制御装置としてサーバ３
１を備えている。サーバ３１は、各発電事業者１０の端
末１４および各需要家２０の端末２３との間でインター
ネット等の通信ネットワーク２を介したデータ送受信が
可能である。また、図示していないが、サーバ３１は、
送電を委託している電力会社の端末に対しても通信ネッ
トワーク２を介したデータ送受信が可能となっている。

【００３２】なお、各発電事業者１０において端末１４
に制御装置１２を信号線接続し、サーバ３１から端末１
４への送信内容をそのまま発電設備１１に対する発電機
制御用データとして制御装置１２に送るようにしてもよ
い。

【００３３】このような構成において、１つまたは複数
の発電事業者１０の施設内に、蓄電手段として温度差電
池ユニット１５および制御ユニット（制御手段）１６が
設けられている。温度差電池ユニット１５は、発電設備
１１と計測器１３との間の電力線に接続され、余剰電力
の充電および送電網１への放電が可能となっている。制
御ユニット１６は、温度差電池ユニット１５の充放電を
制御するもので、具体的には、サーバ３１からの指令に
基づき、発電事業者１０の電力供給量が需要家２０の電
力使用量に対し過剰となる場合に温度差電池ユニット１
５を充電し、発電事業者１０の電力供給量が需要家２０
の電力使用量に対し不足となる場合に温度差電池ユニッ
ト１５を放電させる。なお、制御ユニット１６は、上記
端末１４に接続される。

【００３４】温度差電池ユニット１５およびその周辺部
の具体例を図２に示している。発電施設１１は、いわゆ
る汽力発電設備であり、発電機４０、この発電機を駆動
する蒸気タービン４１、この蒸気タービン４１を経た蒸
気を復水する復水器４２、この復水器４２で得られる水
を蒸気ボイラ４４に送る送水ポンプ４３、蒸気ボイラ４
４で発生する蒸気を過熱する過熱器４５を備えている。
発電機４０の発電電力のうち、本来の操業に使用する電
力を超える分の余剰電力が、計測器１３を介して送電網
１に送出される。

【００３５】温度差電池ユニット１５は、上記発電施設
１１で生じる熱を電気エネルギーに変換して蓄えるため
の温度差電池モジュール５０、発電機４０と計測器１３
との間の電力線１８に電磁遮断器１７を介して接続され
その電磁遮断器１７を介して取り込まれる余剰電力を直
流変換しそれを温度差電池モジュール５０に対する充電
用電力として出力するＡＣ／ＤＣコンバータ６０、温度
差電池モジュール５０の電圧（直流電圧）を交流変換す
るための２つのインバータ６１，６２、温度差電池モジ
ュール５０に対する逆流防止用のダイオード６３，６
４、保護制御部６５、温度差電池モジュール５０とイン
バータ６１，６２との間の通電制御用のスイッチ７１，
７２，７３などを有し、インバータ６１，６２の出力を
上記電力線１８を介して送電網１に送出する。

【００３６】温度差電池モジュール５０は、発電施設１
１の蒸気ボイラ４４に接して設けられており、その蒸気
ボイラ４４から伝わる例えば７０℃以上２００℃以下の
熱（いわゆる低温排熱）を電気エネルギーに変換して蓄
えるとともに、コンバータ６０の出力を充電することが
可能である。保護制御部６５は、制御ユニット１６から
の指令に応じて電磁接触器１７、コンバータ６０、イン
バータ６１，６２の動作を制御するとともに、温度差電
池モジュール５０の電圧や電流を測定する機能を有して
いる。電磁接触器１７およびスイッチ７１，７２，７３
は、制御ユニット１６によってオンとオフが制御され
る。

【００３７】制御ユニット１６は、温度差電池モジュー
ル５０を充電する場合に、電磁遮断器１７およびスイッ
チ７１をオンしてスイッチ７２，７３をオフし、かつコ
ンバータ６０を動作させる。また、制御ユニット１６
は、温度差電池モジュール５０を放電させる場合に、電
磁遮断器１７をオフしてスイッチ７１，７２，７３をオ
ンし、かつインバータ６１，６２を動作させる。

【００３８】また、温度差電池モジュール５０は、複数
の温度差電池により構成されている。これら温度差電池
は、片方の電極を高温に接し、他方の電極を室温環境に
置いたりあるいは冷却することによって電極間に温度差
を生じさせ、この温度差により、片方の電極上で酸化反
応または還元反応を進行させ、他方の電極でその逆の反
応を進行させるもので、酸化還元反応によって電極で電
子の授受を起こし、これによって電気エネルギーを取り
出す。

【００３９】温度差電池の電圧は、Ｌｉ／Ｌｉ⁺ 系など
の有機電解液系の３Ｖレベルを除けば０．１Ｖレベルか
せいぜい１Ｖ程度である。このため、複数の温度差電池
が用意され、これら単電池（以下、セルと称す）の直列
接続（直列配置）によって温度差電池モジュール５０が
構成されている。このモジュール化の一例を図３に示し
ている。

【００４０】すなわち、９個のセル５５が順次に直列接
続され、これらセル５５がプラスチック５６でラミネー
ト一体封口して成型されてモジュール化されている。５
１は主電極、５４は副電極で、それぞれモジュール＋端
子となる。５２は副電極、５３は主電極で、それぞれモ
ジュール−端子となる。６７は主電極回路、６８は副電
極回路である。モジュールの片面は発電設備の適当な熱
源に接して配置し、他方の面は空冷もしくは適当な冷熱
媒体に接するように配置する。

【００４１】図７は、セル５５の断面図である。８１は
高温熱源に接する熱伝導性に優れた板たとえば金属板、
８２は低温熱源に接する熱伝導性に優れた板たとえば金
属板であり、これら金属板８１，８２の内側にそれぞれ
接して主電極５１，５３が配置され、その主電極５１，
５３の内側にそれぞれ空隙８３，８４を確保して副電極
５２，５４が配置され、その副電極５２，５４の相互間
にイオン交換膜８０が設けられている。主電極５１，５
３からリード線８５ａ，８５ｂがそれぞれ導出され、副
電極５２，５４からリード線８６ａ，８６ｂがそれぞれ
導出されている。空隙８３，８４には電解液が充填され
る。セル両端部は、リード線８５ａ，８５ｂ，８６ａ，
８６ｂを内包するようにプラスチック８７でシールされ
る。

【００４２】以下、温度差電池の作用について詳細に説
明しておく。図５は、反応活物質となる電解液にフェロ
シアンイオン、フェリシアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］
^4-／［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-レドックス対を含む水溶液を
用いた温度差電池の電池反応機構を示した図であり、９
１は温度差電池の容器、９２は高温側電極、９３は低温
側電極であり、それぞれの電極には、９４の高温熱源、
９５の低温熱源を接しており、９６は電解液である。

【００４３】図５の温度差電池では、高温側電極９２上
でフェロシアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^4-がフェリシ
アンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-に還元され、電子が電
極に渡される。一方、低温側電極９３では、逆にフェリ
シアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ） ₆ ］^3-がフェロシアンイオ
ン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^4-に酸化され、電極上の電子を受
け取る。該酸化還元反応（レドックス反応）による電子
の授受によって外部導体９７上を電子が移動し、電気エ
ネルギーが外部に取り出され仕事をすることになる。反
応活物質であるフェロシアンイオン、フェリシアンイオ
ンは酸化還元反応によっていずれも再生することにな
り、基本的に熱源、すなわち発電機、もしくは発電設備
による発電が行われ、温度差の存在さえあれば、永久に
電気エネルギーの取得が可能になる。

【００４４】この温度差電池の付設によって、発電設備
１１で生じる熱を電気エネルギーに変換することがで
き、発電設備１１の発電そのものと合わせて、発電効率
のいっそうの向上が実現できる。

【００４５】しかしながら、温度差の存在がある限り電
気エネルギーは取得できるものの、温度差電池は単に熱
エネルギーを電気エネルギーに変換する装置に過ぎない
ため、電気エネルギーが過剰であるときは、それを無駄
に廃棄するほかない。

【００４６】そのために、電気エネルギーをいったん貯
蔵し、必要なときにこれを放出する機構が求められる。
本システムでは、二次化した温度差電池、すなわち充電
可能な温度差電池を用いることで、電気エネルギー貯蔵
の実現を図っている。これを図６を示す。

【００４７】すなわち、フェリシアンイオン、フェロシ
アンイオンを活物質として含む電解液を持つ温度差電池
であり、高温側電極９２と低温側電極９３との相互間に
陽イオン交換膜１０１を配すことにより、充電可能とし
ている。

【００４８】図６の充電可能な温度差電池では、図５に
示したように、高温側電極９２上でフェロシアンイオン
［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^4-がフェリシアンイオン［Ｆｅ（Ｃ
Ｎ） ₆ ］^3-に還元され、低温側電極９３上で逆にフェリ
シアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ） ₆ ］^3-がフェロシアンイオ
ン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^4-に酸化され、この酸化還元反応
によって電子が外部導体９７を移動し仕事をする。

【００４９】しかし、両電極９２，９３間に陽イオン交
換膜１０１を設置すると、陽イオン交換膜１０１は、陽
イオン、すなわち、カチオン、または＋イオンのみを透
過し、陰イオン、すなわちアニオン、または−イオンは
透過しないため、高温側（図６の左側）で生成したフェ
リシアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-が、また低温側
（図６の右側）で生成したフェロシアンイオン［Ｆｅ
（ＣＮ）₆ ］^4-が、いずれも陽イオン交換膜にブロック
され反対側の電極へ移動できなくなる。陽イオン交換膜
１０１は、フェロシアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^4-、
フェリシアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-の対イオンで
ある、例えばカリウムイオンＫ⁺ イオンのみを透過し、
プラスマイナスの電荷のバランス調節を行うのみであ
る。これによって、熱源の存在で温度差が生じ、酸化還
元反応が両電極上で進んだ場合、陽イオン交換膜で仕切
られた高温側部分の電解液中ではフェリシアンイオン
［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-が増加し、フェロシアンイオン
［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^4-が減少し、一方、低温側部分の電
解液中では逆にフェロシアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］
^4-が増加し、フェリシアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-
が減少してついにはそれぞれの側の反応物質が不足して
熱源は存在しても電気エネルギーには変換されず、その
代わり、陽イオン交換膜１０１の左右の電解液には濃度
の差が拡大する。この濃度の差は、熱エネルギーをいっ
たん電解液の濃淡差のエネルギーとして貯蔵することに
なる。

【００５０】その上で、スイッチ１０２のオフして外部
導体９７を開路し、温度差電池を熱源から乖離し、再び
スイッチ１０２をオンし外部導体９７を閉路すると、電
解液の濃淡の差によって、温度差の存在する場合の反応
とは逆の反応がそれぞれの電極上で進行する。すなわ
ち、図６の左側の旧高温側電極９２上では、フェリシア
ンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-がフェロシアンイオン
［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^4-に酸化され、図２の右側の旧低温
電極９３上では逆に、フヱロシアンイオン［Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）₆ ］^4-がフェリシアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-
に還元され、電解液の濃淡差として蓄えられたエネルギ
ーが電気エネルギーとして取得できることになる。

【００５１】しかし、この構造になる温度差電池は、充
電ができるものの、充電の進行によって濃淡差が拡大す
ると充電効率が低下し、かつ、熱源があっても満充電に
なるとこの熱エネルギーを利用できなくなるばかりか、
満充電の管理が必要となり、運用が煩雑になる欠点が生
まれる。

【００５２】本システムにおいては、この欠点を解消す
るため、常時熱エネルギーから電気エネルギーの変換
と、充電が可能となるように副電極の導入を行う。図７
にその基本構造概念を示す。

【００５３】すなわち、陽イオン交換膜１０１の両側に
副電極１１１，１１２を設置し、さらに外部導体１１３
およびその外部導体１１３の投入・遮断を制御するため
のスイッチ１１４を設置した、充電可能な温度差電池と
なっている。この場合、高温側電極９２および低温側電
極９３がそれぞれ主電極となる。

【００５４】この場合、主電極９２，９３の外部導体９
７のスイッチ１０２をオンし、副電極１１１，１１２の
外部導体１１３のスイッチ１１４をオフしている。この
状態で、主電極の高温側電極９２を発電設備１１の適当
な熱源に接触し、他方の主電極である低温側電極９３を
室温環境もしくは冷却する状態に置くと、上述したよう
に、高温側電極９２上でフェロシアンイオン［Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）₆ ］^4-がフェリシアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-
に還元され、低温側電極９３上で逆にフェリシアンイオ
ン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-がフェロシアンイオン［Ｆｅ
（ＣＮ）₆ ］^4-に酸化される酸化還元反応が進行する。
この酸化還元反応の進行によって、陽イオン交換膜で仕
切られた高温側部分の電解液中ではフェリシアンイオン
［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-が増加し、フェロシアンイオン
［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^4-が減少して、電解液の両側の濃淡
差が拡大しエネルギーが蓄積される。

【００５５】このようにして、熱エネルギーを電気エネ
ルギーに変換し、それをいったん電解液の濃淡差として
貯蔵した温度差電池のスイッチ１０２をオフし、他のス
イッチ１１４をオンして副電極１１１，１１２の外部導
体１１３を閉路すると、図８に示すように、左側の旧高
温側電極９２上では、増加したフェリシアンイオン［Ｆ
ｅ（ＣＮ）₆ ］^3-がフェロシアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）
₆ ］^4-に酸化され、右側の旧低温電極９３上では逆に、
増加したフェロシアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆］^4-がフ
ェリシアンイオン［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-に還元され、電
解液の濃淡差として蓄えられたエネルギーが電気エネル
ギーとして取得できることになる。この場合、図６に示
す電極９２，９３とその外部導体９７を用いた反応と同
じであり、これを単に副電極１１１，１１２とその外部
導体１１３に変更したに過ぎない。

【００５６】しかし、両方の外部導体９７，１１３のス
イッチ１０２，１１４を共にオンして、主電極、副電極
の反応をいずれも進行させ、かつ、主、副の電力上での
反応量をバランスさせた場合、図５の基本的な温度差電
池の場合と同様に、生成物であるフェロシアンイオン
［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^4-、フェリシアンイオン［Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）₆ ］^3-が一定に保たれることになる。それを図９に
示した。

【００５７】すなわち、図９は、主電極、副電極の両外
部導体を閉路した場合の充電可能な温度差電池の反応機
構の概念を示した図である。このような構成にすること
により、発電設備１１の適当な熱源に接して設置した該
温度差電池は、常に熱エネルギーを電気エネルギーに変
化するとともに、主電極、または副電極の外部導体を開
閉することによって、任意の時刻に、任意の時間、充電
が可能となり、電力の需給バランスを保って行う電気事
業の運営において極めて優れた電力の調整機能を果たす
ことができる。

【００５８】電気事業者３０がこの温度差電池を発電シ
ステムの一要素に採用する場合、常時付加的な電力を必
要とする場合は、図５に示したごく基本的な構造の温度
差電池を選択すればよいし、一定時間、一定量の付加的
な電力を必要とする場合には、図６に示した陽イオン交
換膜１０１のみを備えた温度差電池を選択し、スイッチ
１０２の開閉でこの付加的な電力の供給を制御すればよ
いし、非定時、任意の量の付加的な電力を必要とする場
合には、図７、図８、図９の陽イオン交換膜１０１と副
電極１１１，１１２とを備えた温度差電池を選択し、同
様にスイッチ１０２，１１４の開閉を制御することがで
きる。なお、図７、図８、図９において、主電極回路に
よる電解液の濃淡差の拡大、すなわち、充電は、外部か
らの電気による他の二次電池と同様の方法による充電も
可能である。

【００５９】なお、該温度差電池の基本構造、機能につ
いては、既存の技術として公開されている（T.Hirai,
K.Shindo, and T.Ogata, J.Electrochemical Society,
143,1306(1996)、および、平井、新藤、尾形、電気学会
論文誌，116-A, 412(1996)）。

【００６０】温度差電池の酸化還元反応の活物質として
は、上述したフェロシアンイオン／フェリシアンイオン
系の他、硫酸銅Ｃｕ₂ ＳＯ₄ ／ＣｕＳＯ₄ 系、塩化ジピ
リジル銅Ｃｕ(dipy)₂ Ｃｌ₂ ／Ｃｕ(dipy)₂ Ｃｌ系など
のＣｕ⁺ ／Ｃｕ²⁺系、Ｆｅ²⁺／Ｆｅ³⁺系、ＭｎＯ₄ ^-Ｍｎ
Ｏ₄ ^2-系などの水溶液電解液系、Ｌｉ／Ｌｉ+ 系などの
有機電解液系、ＡｇＩ／Ａｇ⁺ 系、Ｌａ／ＬａＣｌ
₃ 系、Ｃｄ／ＣｄＩ₂ 系などの溶融塩電解液系などが選
択できる。

【００６１】電極材料には、Ｐｔや各種カーボン材料の
他、金属塩や金属イオンを含む電解液系の場合はそれぞ
れの金属材料を選択するが、本システムの温度差電池の
機能を満たせば何らこれに限定されることはない。

【００６２】また、副電極材料は、陽イオン交換膜に接
しているため、該陽イオン交換膜を陽イオンが円滑に透
過するのを妨げないために、イオン透過性の材料である
ことが必要であり、金属材料であれば、金属網であり、
カーボン材料であれば多孔性の構造か、炭素繊維材料を
選択する。

【００６３】一方、電気事業者のサーバ３１は、主要な
機能として次の（１）〜（８）の手段を備える。 （１）各計測器２２の計測結果に基づき、所定の電力供
給該当日における各需要家２０の電力需要を推定する推
定手段。すなわち、サーバ３１は、各需要家２０の端末
２３に定期的にデータ要求を指示することにより、各需
要家２０の端末２３から各計測器２２の計測データ（電
力・電力量・力率）を需要家２０ごとに固有のＩＤと共
に収集し、かつ必要に応じて各端末２３から現地気象デ
ータを収集し、これら収集した計測データおよび現地気
象データを用い、さらに上記ＩＤに基づいて当該サーバ
３１の内部メモリから読み出される需要家基礎データ
（需要家ごとに固有）などを用いた所定の演算により、
現時点より先の所定の時期における各需要家２０の電力
需要つまり使用電力および使用電力量を推定する。どの
時期の使用電力および使用電力量を推定するかは、予め
設定されている単位計測時間の次回分について行う場合
と、その次回分とそれに続く複数回の単位計測時間につ
いて行う場合があり、そのいずれでもよい。

【００６４】（２）推定された電力需要に相当する電力
を、上記電力供給該当日において、各発電事業者１０か
ら送電網１に送出させるための発電計画を決定する決定
手段。すなわち、各発電事業者１０から通告される事前
発電計画、各発電事業者１０に固有の発電事業者基礎デ
ータ、および各発電事業者１０の現地気象データなどに
基づき、発電計画を決定する。この発電計画は、電力供
給該当日における予め設定されている単位計測時間ごと
に必要電力を対応付けたものである。

【００６５】（３）決定された発電計画を各発電事業者
１０の端末１４に通信ネットワーク２を介して通知する
通知手段。

【００６６】（４）各計測器１３の計測結果に基づき、
各発電事業者１０から送電網１への電力供給状況を検出
する検出手段。すなわち、サーバ３１は、各発電事業者
１０の端末１４に定期的にデータ要求を指示することに
より、各発電事業者１０の端末１４から各計測器１３の
計測データ（電力・電力量・力率）を発電事業者１０ご
とに固有のＩＤと共に収集し、この収集した計測データ
から電力供給状況を検出する。

【００６７】（５）上記電力供給該当日の当日、発電計
画に基づく電力供給が実際に行われている状況におい
て、各計測器１３の計測により検出される電力供給状況
と各計測器２２の計測により検出される電力使用状況と
の対比に基づいて、かつ各発電事業者１０に固有の発電
事業者基礎データおよび各発電事業者１０の現地気象デ
ータなどに基づいて、現時点より先の電力供給と電力使
用との需給バランスを予測（監視）し、その予測結果に
応じて各発電事業者１０の供給電力に対する増減値を設
定する予測手段（監視手段）。

【００６８】この場合、予め設定されている単位計測時
間の次回分について、またはその次回分とそれに続く複
数回の単位計測時間について、予測が行われる。

【００６９】（６）上記設定された増減値を増減指令・
削減指令として各発電事業者１０の端末１４に通信ネッ
トワーク２を介して送る指令手段。

【００７０】（７）上記指令後、上記検出される電力供
給状況が、上記指令された増減値を含む所定値またはそ
の所定値を基準とする制御許容範囲から外れていて、そ
の外れ方向が過剰側である場合、温度差電池モジュール
５０が充電可能な状態にあれば、制御ユニット１６に対
し充電を指令する手段。

【００７１】（８）上記指令後、上記検出される電力供
給状況が、上記指令された増減値を含む所定値またはそ
の所定値を基準とする制御許容範囲から外れていて、そ
の外れ方向が不足側である場合、温度差電池モジュール
５０が放電可能な状態にあれば、制御ユニット１６に対
し放電開始を指令する手段。

【００７２】なお、発電事業者１０の端末１４には、発
電事業者に固有の識別情報であるＩＤ、発電機４０の種
類・基礎データファイル、発電機４０の特性モニタリン
グファイル、発電機４０の制御・管理メニューファイ
ル、発電計画ファイル、過去の発電データファイル、気
象データファイルなどがあらかじめ登録され、かつ、電
気事業者３０のサーバ３１や気象情報取得など必要なセ
ンターとの通信機能が搭載されている。

【００７３】制御ユニット１６には、温度差電池モジュ
ール５０の基本特性データファイル、温度差電池モジュ
ール５０の特性モニタリングファイル、温度差電池モジ
ュール５０の周辺回路に関する制御・管理メニューファ
イルなどがあらかじめ登録されている。

【００７４】電気事業者３０のサーバ３１には、各発電
事業者１０、各需要家２０に固有の識別情報であるＩ
Ｄ、各発電機４０の基礎データファイル、各発電機４０
の発電データファイル、各需要家２０の基礎データファ
イル、各需要家２０の過去の受電データファイル、発電
計画ファイル、発電・使用電力関係のモニタリングファ
イル、需給バランス制御・管理ファイル、給電指令指示
ファイル、送電網１を所有する電力会社との需給制御フ
ァイル、気象データファイル、温度差電池モジュール５
０の制御・管理指示ファイル、温度差電池モジュール５
０の過去データファイルなどがあらかじめ登録され、か
つ、各端末１４，２３、電力会社のセンター、その他、
気象情報管理センターなど必要なセンターとの通信機能
が搭載されている。

【００７５】各需要家２０の端末２３には、需要家２０
に固有の識別情報であるＩＤ、需要家２０の基礎データ
ファイル・過去の電力使用データファイル・受電電力・
電力量などのモニタリングメニューファイルがあらかじ
め登録され、かつ、サーバ３１との通信機能が搭載され
ている。

【００７６】つぎに、上記の構成の作用を説明する。サ
ーバ３１は、発電事業者１０の発電機４０の供給電力状
況に関するデータを端末１３から受信し、発電機４０の
基礎データ・発電計画、各需要家２０の使用電力、使用
電力状況、他の発電事業者１０の電力供給状況と比較演
算して単位時間ごとに給電指令を発電事業者１０の端末
１３に送信し、供給電力を調整する。

【００７７】発電事業者１０では、発電施設１１の運転
に伴い、その発電施設１１で生じる熱が温度差電池モジ
ュール５０で電気エネルギーに変換され、それが温度差
電池モジュール５０に蓄えられる。

【００７８】また、供給電力の調整に際し、発電機４０
が、サーバ３１からの給電指令電力、または、その給電
指令電力に一定の上限値と下限値を設定した、または、
上限値のみ、または下限値のみを設定した制御許容範囲
を上回って供給した場合、上記給電指令電力または上記
制御許容範囲を上回った余剰分の電力によって温度差電
池モジュール５０を充電する。

【００７９】一方、発電機４０が、サーバ３１の給電指
令電力、または、その給電指令電力に一定の上限値と下
限値を設定した、または、上限値のみ、または下限値の
みを設定した制御許容範囲を下回って供給した場合に
は、供給電力と、上記給電指令電力、または上記制御許
容範囲の最低値との差である不足分の電力を、温度差電
池モジュール５０の放電によって補填する。

【００８０】このような、発電機４０の供給電力の過不
足を補正するための温度差電池モジュール５０の充放電
は、サーバ３１、端末１４、および制御ユニット１６の
相互間のデータ送受信により実施される。

【００８１】また、サーバ３１が、各発電事業者１０の
発電機４０の供給電力データを端末１４から受信し、そ
の発電機４０の基礎データ・発電計画、各需要家２０の
使用電力・使用電力状況、他の発電事業者１０の電力供
給状況と比較演算して単位時間ごとに給電指令を実施す
るとき、他の発電事業者１０の発電機４０の供給電力
が、事前に決定した発電計画に基づく給電電力値、また
は電気事業者３０の給電指令値、またはそれらの値に一
定の上限値と下限値を設定した、あるいは上限値のみを
設定した、あるいは下限値のみを設定した制御許容範囲
を下回って給電した場合、温度差電池モジュール５０に
蓄えられている電力量を放電することによって、計画電
力値、給電指令値、または制御許容範囲と供給電力との
差である電力の不足分を補填することができる。

【００８２】以下、電力供給該当日の需要家２０の使用
電力・使用電力量に対応した発電事業者１０の供給電力
・電力量の具体的な調整手順について説明する。

【００８３】すなわち、サーバ３１は各発電事業者１０
の端末１４から供給電力・供給電力量などの発電データ
を受信し、発電状況の把握を行うとともに、各需要家２
０の端末２３から使用電力・使用電力量などの受電デー
タを受信し、使用状況の把握を行う。その上で、サーバ
３１では、発電事業者１０の基礎データ、需要家２０の
基礎データ、および、これに必要ならば気温、天候など
の気象データなど必要情報データと比較演算して、供給
量と使用量の需給バランスを予測する。もし、次期単位
計測時間、あるいは複数の将来の単位計測時間における
推定使用量が計画供給量を上回った場合、各発電事業者
１０の端末１４に対してサーバ３１から必要な電力の増
加を指令し、さらに供給量に不足がある場合には、温度
差電池モジュール５０の放電を実施し、電力の補填を行
う。

【００８４】それでも供給量に不足が生じる可能性のあ
る最悪の場合には、電力会社から必要な電力量を供給し
てもらうよう、電力会社の端末、またはサーバに送信す
るか、または適当な連絡手段により要請する。

【００８５】もし、計画供給量が推定使用量を上回る場
合であれば、その過剰量を使用して温度差電池モジュー
ル５０を充電する。さらに供給量が推定使用量を上回る
場合でそれが採算的に不良となる大きい場合には各発電
事業者１０の端末１４に対して必要な電力量分の削減指
令を送信する。

【００８６】この操作手順を単位計測時間ごと、あるい
は調整発電事業者に対しては単位給電指令時間ごとに繰
り返す。

【００８７】このようにして、電力の需給バランスを高
レベルで保持することができ、よって信頼性の高い余剰
電力管理を実現することができる。

【００８８】余剰電力を発電事業者１０から購入し、こ
の電力を需要家２０に販売する電気事業を営むうえで、
本システムを採用することにより、需要家２０の使用電
力・使用電力量の状況に即応した適正な電力供給体制を
確立することができ、電気事業運営の高信頼、収益保証
の観点においてきわめて大きな貢献を果たすことができ
る。

【００８９】すなわち、需要家２０が必要とする電力ま
たは電力量を電気事業者３０が発電事業者１０から確実
に確保して需要家２０に安定供給することができ、信頼
性にすぐれたものとなる。

【００９０】しかも、発電施設１１で生じる熱を電気エ
ネルギーに変換して温度差電池モジュール５０に蓄え、
その蓄えた電気エネルギーを電力供給不足の補填用とし
て使用するので、発電施設１１の熱を廃棄することなく
有効利用することができ、省エネルギー効果の大幅な向
上が図れる。

【００９１】［２］第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態では充電可能な温度差電池モジュール５
０を用いたが、この第２の実施形態では、発電施設１１
の熱を電気エネルギーに変換して蓄えるだけの温度差電
池モジュール５０を採用し、充電機能については専用の
二次電池を採用している。

【００９２】すなわち、図１０において、蓄電手段であ
るところの温度差電池ユニット１５は、発電施設１１で
生じる熱を電気エネルギーに変換して蓄えるための温度
差電池モジュール５０、発電機４０と計測器１３との間
の電力線１８に電磁遮断器１７を介して接続されその電
磁遮断器１７を介して取り込まれる余剰電力を直流変換
しそれを温度差電池モジュール５０に対する充電用電力
として出力するＡＣ／ＤＣコンバータ６０、温度差電池
モジュール５０に接続された二次電池（組電池）１２
０、二次電池１２０の電圧を交流変換するためのインバ
ータ６１、温度差電池モジュール５０に対する逆流防止
用のダイオード６６，６７、保護制御部６５、温度差電
池モジュール５０とインバータ６１との間の通電制御用
のスイッチ７１，７３などを有し、インバータ６１の出
力を上記電力線１８を介して送電網１に送出する。

【００９３】温度差電池モジュール５０は、発電施設１
１の蒸気ボイラ４４に接して設けられており、その蒸気
ボイラ４４から伝わる例えば７０℃以上２００℃以下の
熱（いわゆる低温排熱）を電気エネルギーに変換して蓄
える。保護制御部６５は、制御ユニット１６からの指令
に応じて電磁接触器１７、コンバータ６０、インバータ
６１の動作を制御するとともに、温度差電池モジュール
５０の電圧や電流を測定する機能を有している。電磁接
触器１７およびスイッチ７１，７３は、制御ユニット１
６によってオンとオフが制御される。制御ユニット１６
は、蓄電ユニット１５の電圧、電流、温度を測定する機
能を有している。

【００９４】発電設備１１の熱を受けて温度差電池モジ
ュール５０が発電した直流電力は、スイッチ７１，７３
のオンにより、インバータ６１で交流変換されて電力線
１８に送出される。温度差電池モジュール５０が発電し
た電力によって二次電池１２０を充電する場合には、ス
イッチ７１がオンされてスイッチ７３がオフされる。さ
らに、発電機４０の発電に基づく余剰電力を二次電池１
２０に充電する場合には、電磁接触器１７がオンされて
スイッチ７１，７３がオフされる。これにより、余剰電
力がコンバータ６０で直流変換され、それが二次電池１
２０に充電される。

【００９５】二次電池１２０としては、鉛電池、シール
鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、
リチウムイオン電池など、そのいずれかが使用される。
これらの電池は、商品としての広く市販されて量産化に
よる価格低減化が一定図られ、充電制御法も一定確立
し、さらに長寿命化や高温対策の技術も進展しており、
高い信頼性が期待できるからである。

【００９６】設置場所が広く、地上、または地下であ
り、かつ安価であることを重視するなら、鉛電池、シー
ル鉛電池、ニッケルカドミウム電池を適用するのが最も
好ましく、反対に、設置場所がビルの階上となり床面積
が限定される場合にはニッケル水素電池、リチウムイオ
ン電池を適用するのが好ましい。比較的高温の場所で、
かつ発電電力、または温度差電池からの電力供給に余裕
がある場合には、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水
素電池の適用が好ましく、比較的高温の場所であるが、
充電のための電力が限定される場合には、リチウムイオ
ン電池の適用が好ましい。

【００９７】二次電池１２０の必要電力量に応じて、温
度差電池モジュール５０のモジュール数、各セルの容量
・サイズ・個数を決定し、できるだけ最小のサイズで組
電池を構成するのが好ましい。

【００９８】他の構成および作用は第１の実施形態と同
じであり、よってその説明は省略する。

【００９９】［３］第３の実施形態について説明する。
二次電池１２０については、使用期間中に徐々に劣化が
進行し、電力の貯蔵能力が低下し、かつ発電電圧の低
下、発電電気量の低下を来たし、ついにはその機能を発
揮できなくなることがある。この場合、新品の二次電池
１２０に交換しなければならない。これら機能の低下
や、機能不全に陥った場合には、電力の供給量に深刻な
影響を及ぼし、場合によっては頻繁に電力会社からの電
力の補給、すなわち、高価な事故時補給を仰がなければ
ならなくなり、信頼性を損なうばかりか事業採算性が悪
化することになり好ましくない。

【０１００】何らかの方法によって二次電池１２０の劣
化状態を管理・把握し、適切な時期の交換を実施するこ
とが必要である。

【０１０１】この第３の実施形態では、二次電池１２０
に対する劣化判定機能を制御ユニット１６に持たせてい
る。

【０１０２】二次電池１２０の劣化が進行する要因はい
くつか指摘されている。

【０１０３】すなわち、まず、充放電の繰り返しによ
る、電極の膨張、収縮の繰り返しによって電極の反応活
物質と導電剤との接触が劣化することが指摘される。鉛
電池、シール鉛電池、ニッケルカドミウム電池のカドミ
ウム正極は、特に活物質の電解液中への溶解と析出を繰
り返し、かつ、充放電反応が中間体を含む複雑な反応の
ため、特にこの傾向が顕著である。また、ニッケルカド
ミウム電池とニッケル水素電池ニッケル正極、ニッケル
水素電池の水素吸蔵合金負極は溶解しないものの、水素
との結合や水素の吸蔵、脱離に伴う電極の膨張、収縮が
激しく同様の電極の劣化が進行する。リチウムイオン電
池のリチウム金属酸化物正極の一部の材料、カーボン負
極も同様にこの膨張、収縮が大きく電極の劣化は避けら
れない。

【０１０４】次に、充電中の過充電によって電解液が分
解するために起こる劣化が指摘される。二次電池１２０
が、リチウムイオン電池以外の水溶液電解液を用いるも
のである場合には、電圧２Ｖ付近に水の電気分解反応が
存在するため、充電中の電解液の分解は避けられず、主
に酸素ガスの発生によって、電解液自体が減少し、か
つ、シール鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル
水素電池では、発生した酸素ガスを負極活物質と反応さ
せ吸収させる反応機構を採用しているため、負極活物質
が減少してこれが進行すると、反応量の減少に繋がる。
リチウムイオン電池では、高温下などの環境で、有機電
解液が分解し、有機ガスを生成し、これが多いと安全弁
を破壊して電池の機能を全うしなくなる。また、分解生
成物が負極表面に析出し、負極の反応面の低下をもたら
し、反応量の減少が進む。

【０１０５】その他、鉛電池、シール鉛電池では、電極
の集電体に反応活物質と同じ鉛を使用するため、特に正
極において、正極格子と呼ばれる終電体が腐食し、導電
性が低下して電子の授受が円滑に行われず反応量の低下
をきたし、かつ腐食により体積膨張を起こし、極端な場
合には電池のケースを突き破り破壊することがあり、電
池の機能不全に陥る。

【０１０６】ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電
池では、発生酸素ガスの吸収に使用される負極活物質が
消耗すると、水の電気分解によって起こるもうひとつの
ガスである水素ガスが発生するようになり、この水素ガ
スは吸収する機能を電池内部に持たないため、安全弁
（水溶液系電解液の電池の場合、安全弁は再使用が可
能）からガスが外部に放出されることになり、近傍に火
気が存在したり、環境条件が整うと引火爆発の危険があ
る。

【０１０７】リチウムイオン電池では、正極活物質であ
るリチウム金属酸化物が電池の温度上昇や高温環境下
で、かつ満充電状態にあるとき、電解液中に溶解し、セ
パレータの目詰まりと負極表面上へ析出して負極の反応
面積を低下させ、反応量の低下をきたす。また、長期間
休止状態にあると、リチウムイオン電池の材料構成上不
可避となる、電解液と電解液界面近傍にある負極中のリ
チウムが化学反応し、負極表面に不活性皮膜を形成して
反応量の低下をもたらす。この不活性皮膜による反応量
の低下は再充電によっても回復は不完全となる。

【０１０８】これらいくつかの劣化要因の結果として起
こる現象にはいくつかの共通点がある。その最も顕著で
支配的な要因は、電池の内部抵抗、または内部インピー
ダンスの増加である。したがって、二次電池１２０の劣
化判定法は、これら内部抵抗、内部インピーダンスの増
加と電池の劣化度との関係を把握し、この関係から電池
の劣化度を評価することが原則となる。

【０１０９】本システムに採用する劣化判定法もこの要
因を基本にする。電池の内部抵抗、内部インピーダンス
の増加をモニタリングする主な方法は以下のとおりであ
る。 （１）交流複素インピーダンス、あるいは電圧パルス、
電流パルスを印加して直接抵抗値、インピーダンスの大
きさを求める方法 （２）充電電圧、充電電流、放電電圧、放電電流などの
充放電特性を測定しその変化を評価する方法 これらの方法における、測定、またはモニタリング項目
を選定し、選定した項目と電池の容量、または劣化度と
の関係をあらかじめ求めておき、実際の二次電池におい
てこれらの項目に関するデータを取得して該関係式に適
用し、容量、または劣化度を算定する手順を確立する。

【０１１０】二次電池１２０が鉛電池またはシール鉛電
池である場合の劣化判定を行うために、図１１に示すよ
うに、二次電池１２０の正側端子にスイッチ７４を介し
て抵抗７５の一端が接続され、その抵抗７５の他端がス
イッチ７６を介して二次電池１２０の負側端子に接続さ
れる。

【０１１１】制御ユニット１６は、電磁接触器１７をオ
フして温度差電池ユニット１５を電力線１８から切離し
た状態で、スイッチ７４，７６のオンより二次電池１２
０に対し抵抗７５を介した並列回路を一定時間（例えば
０．５ｍｓ以上）だけ形成し、その形成開始時の二次電
池電圧Ｖｓおよび形成終了時の二次電池電圧Ｖｅを測定
し、両測定電圧Ｖｓ，Ｖｅの差に基づいて二次電池１２
０の劣化を判定する。

【０１１２】並列回路が形成されているときに、二次電
池１２０の公称容量値の０．１５倍の電流値、すなわち
０．１５ＣｍＡの電流が流れるように、抵抗７５の抵抗
値が選定されている。

【０１１３】制御ユニット１６は、両測定電圧Ｖｓ，Ｖ
ｅの差ΔＶ＝Ｖｓ−Ｖｅを求め、それを次の劣化判定式
に当て嵌めることにより、二次電池（鉛電池またはシー
ル鉛電池）１２０の劣化度Ｄeg（％）を求める。

【０１１４】 Ｄeg（％）＝100×（１−Ｃ／Ｃ₀ ） ＝100×（１−［ａ×（ΔＶ／ΔＶ₀ ）＋ｂ］）…（１） Ｃ₀ は対象電池の公称容量、Ｃは劣化判定時の対象電池
の容量、ΔＶ₀ は新品電池の初期値である。ａ，ｂは定
数（ａ＜０，ｂ＞０）であり、設置した同種の鉛電池ま
たはシール鉛電池を用いて劣化判定の条件と同様にして
求めた容量Ｃと電圧差ΔＶによってあらかじめ決定す
る。

【０１１５】こうして求められた劣化度Ｄeg（％）のデ
ータは、端末１４を介してサーバ３１に送られ、そのサ
ーバ３１の表示部で表示されて係員に報知される。係員
は、二次電池１２０の劣化度Ｄeg（％）を把握し、二次
電池１２０を新品と交換するための処置を適宜に行うこ
とになる。

【０１１６】なお、両測定電圧Ｖｓ，Ｖｅのデータを制
御ユニット１６から端末１４またはその端末１４を介し
てサーバ３１に送り、その端末１４またはサーバ３１で
劣化判定式の演算を実行して劣化度Ｄeg（％）を求める
ようにしてもよい。

【０１１７】他の構成および作用は第１の実施形態と同
じであり、よってその説明は省略する。

【０１１８】次に、二次電池１２０としてニッケルカド
ミウム電池が採用されている場合の劣化判定について説
明する。この場合、制御ユニット１６は、電磁接触器１
７をオフして温度差電池ユニット１５を電力線１８から
切離した状態で、スイッチ７４，７６のオンより二次電
池１２０に対し抵抗７５を介した並列回路を一定時間
（例えば０．０１ｍｓ以上１ｍｓ以下の範囲）だけ形成
し、その形成開始時の二次電池電圧Ｖｓおよび形成終了
時の二次電池電圧Ｖｅを測定し、両測定電圧Ｖｓ，Ｖｅ
の差に基づいて二次電池１２０の劣化を判定する。

【０１１９】並列回路が形成されているときに、二次電
池１２０の公称容量値の１／２倍以上２倍以下の電流
値、すなわち０．５ＣｍＡ以上２．０ＣｍＡ以下の電流
が流れるように、抵抗７５の抵抗値が選定される。

【０１２０】制御ユニット１６は、両測定電圧Ｖｓ，Ｖ
ｅの差ΔＶ＝Ｖｓ−Ｖｅを求め、それを次の劣化判定式
に当て嵌めることにより、二次電池（鉛電池またはシー
ル鉛電池）１２０の劣化度Ｄeg（％）を求める。

【０１２１】 Ｄeg（％）＝100×（１−Ｃ／Ｃ₀ ） ＝100×(ｆ／Ｃ_m ）×ｌｎ（ΔＶ／ΔＶ₀ ）…（２） Ｃ₀ は対象電池の公称容量、Ｃは劣化判定時の対象電池
の容量、Ｃ_m は上記劣化判定式（２）を作成するときに
用いたニッケルカドミウム試験電池の容量である。な
お、劣化判定式（２）を作成するために使用したニッケ
ルカドミウム電池は、設置する電池と同一サイズでなく
ても構わない。ΔＶ₀ は設置した電池が新品電池のとき
の電圧差ΔＶの初期値。ｆは定数（ｆ＜０）であり、劣
化判定式（２）を作成するときに求めた容量Ｃと電圧差
ΔＶによってあらかじめ決定する。

【０１２２】によって演算し、ニッケルカドミウム電池
の劣化度Ｄｅｇ（％）を算定して電池の劣化状態を管理
する。

【０１２３】次に、二次電池１２０としてニッケル水素
電池が採用されている場合の劣化判定について説明す
る。この場合、制御ユニット１６は、電磁接触器１７を
オフして温度差電池ユニット１５を電力線１８から切離
した状態で、スイッチ７４，７６のオンより二次電池１
２０に対し抵抗７５を介した並列回路を一定時間（例え
ば０．０１ｍｓ以上１ｍｓ以下の範囲）だけ形成し、そ
の形成開始時の二次電池電圧Ｖｓおよび形成終了時の二
次電池電圧Ｖｅを測定し、両測定電圧Ｖｓ，Ｖｅの差に
基づいて二次電池１２０の劣化を判定する。

【０１２４】並列回路が形成されているときに、二次電
池１２０の公称容量値の１／２倍以上２倍以下の電流
値、すなわち０．５ＣｍＡ以上２．０ＣｍＡ以下の電流
が流れるように、抵抗７５の抵抗値が選定される。

【０１２５】制御ユニット１６は、両測定電圧Ｖｓ，Ｖ
ｅの差ΔＶ＝Ｖｓ−Ｖｅを求め、それを次の劣化判定式
に当て嵌めることにより、二次電池（鉛電池またはシー
ル鉛電池）１２０の劣化度Ｄeg（％）を求める。

【０１２６】 Ｄeg（％）＝100×（１−Ｃ／Ｃ₀ ） ＝100×｛１−［ｇ（ΔＶ／ΔＶ₀ ）+ｈ］｝…（３） Ｃ₀ は対象電池の公称容量、Ｃは劣化判定時の対象電池
の容量、ΔＶ₀ は設置した電池の新品電池のときの電圧
差ΔＶの初期値である。ｇ，ｈは、定数（ｇ＜０，ｈ＞
０）であり、設置したと同一種のニッケル水素電池を上
述と同様の条件で試験して求めた容量Ｃと電圧差ΔＶに
よってあらかじめ決定する。

【０１２７】ここまでは、二次電池１２０が水溶液電解
液を用いている場合の劣化判定について説明したが、二
次電池１２０がリチウムイオン電池の場合は、水溶液電
解液を使用する二次電池とは異なった劣化判定が行われ
る。

【０１２８】リチウムイオン電池は、安全性の観点から
電池単体で販売されることはなく、必ず安全保護冶具、
または安全保護回路を付与してパック構成するか、ある
いは電池外部に付設して販売される。

【０１２９】図１２は、パック構成されたリチウムイオ
ン電池の一般的な回路構成を示しており、３つのセル
（リチウムイオン電池）が直列接続されて搭載されてい
る。

【０１３０】１３１は電池パック本体、１３２，１３
３，１３４はリチウムイオン電池である。１３５は保護
用ＩＣで、電圧、電流、温度などのモニタ、ソフト的な
安全制御を行う。１３７，１３８，１３９，１４０，１
４１，１４２はパック内および各電池の充電電流制御を
目的とするトランジスタＦＥＴである。１４３は温度ヒ
ューズであるところのＰＴＣ（Positive Temperature C
oefficient）素子、１４４は電流ヒューズで、それぞれ
温度上昇時、異常大電流時に電流を遮断する役目を負
う。１４５はプラス端子、１４６はマイナス端子、１４
７は情報出力用およびコントロール用の端子である。

【０１３１】リチウムイオン電池の各単電池（以下、セ
ルと称す）１３２，１３３，１３４には、抵抗Ｒ１１，
Ｒ１２，Ｒ１３を介してトランジスタＦＥＴ１４０，１
４１，１４２が接続され、これらトランジスタＦＥＴに
さらに保護用ＩＣ１３５の端子ＣＤ１，ＣＤ２，ＣＤ３
が接続されている。セル１３２，１３３，１３４を流れ
る電流値をモニタし、異常過大電流などが流れる場合に
はＦＥＴ１４０，１４１，１４２が電流を遮断する。

【０１３２】また、これとは別に、セル１３２，１３
３，１３４には、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を介して保護用
ＩＣ１３５の端子ＶＣＣ，ＶＣ１，ＶＣ２，ＶＳＳが接
続され、これにより各セルの電圧をモニタしている。各
セルの電圧がアンバランスになった場合には、逆充電が
起こるなど安全性を損なうため、各セルの電池にアンバ
ランスがあってもそれを矯正できるよう、コンデンサＣ
１，Ｃ２，Ｃ３がこれらの配線をまたいで接続されてい
る。

【０１３３】別のトランジスタＦＥＴ１３７は保護用Ｉ
Ｃ１３５の端子ＤＯＰに接続され、トランジスタＦＥＴ
１３８は保護用ＩＣ１３５の端子ＣＯＰに接続されてお
り、それぞれ、放電電流、充電電流をモニタして、異常
過大電流が流れるなど安全性を阻害する恐れがある場合
にはそれぞれの電流を遮断する。また、抵抗Ｒ６がトラ
ンジスタＦＥＴ１３８に接続されており、そのトランジ
スタＦＥＴ１３８によって充電電流および充電電圧の異
常のチェックを行う。

【０１３４】ＰＴＣ素子１４３は温度ヒューズであり、
各セルが一定温度以上に上昇した場合や一定電流以上の
過大電流が各セル内に流れた場合に電流を遮断する機能
をもつ。電流ヒューズ１４４は、各セルに一定以上の電
流が流れないようにするためのもので、一定以上の電流
が流れた場合に融解して電流を遮断する。ＰＴＣ素子１
４３も同様の機能であるが、ＰＴＣ素子１４３は、電流
値や温度が正常範囲内になると再び機能するのに対し
て、電流ヒューズ１４４はいったん電流を遮断すると使
用不可能となる。すなわち、ＰＴＣ素子１４３が作動で
きない瞬時の異常電流などの場合にこの電流ヒューズ１
４４が作動することになる。

【０１３５】抵抗Ｒ５は、電池パック本体１３１内の電
圧をモニタしており、保護用ＩＣ１３５の端子ＶＭＰに
接続されている。保護用ＩＣ１３５の端子ＣＴＬは制御
用ターミナルであり、当該電池パック本体１３１を搭載
しているコンピュータや充電器などの制御端子に接続さ
れるもので、本システムでは制御ユニット１６に接続さ
れる。

【０１３６】保護用ＩＣ１３５の端子ＣＣＴは充電電流
制御用ターミナルであり、コンデンサＣ４を介してアー
スされ充電電流などの制御に使用されている。また、端
子ＣＤＴは、放電電流制御用ターミナルであり、コンデ
ンサＣ５を介してアースされ、トランジスタＦＥＴ１３
９に接続されて放電電流異常、過放電防止などの制御に
使用されている。さらに別の端子であるＣＯＶＴは過充
電防止などの制御に使用され、コンデンサＣ６を介して
アースされている。

【０１３７】このように図１２における保護用ＩＣ１３
５は、充放電の電圧、電流のモニタリング、異常電流、
電圧制御、異常セル温度制御など、リチウムイオン電池
の安全性維持確保に関わる必要な監視制御を実行してい
る。

【０１３８】図１２において、該安全機構の保護用ＩＣ
１３５内にタイマーを搭載し、保護用ＩＣ１３５内の空
きメモリに、以下に記述する劣化判定法に用いる劣化判
定式を入力しておき、充電電流値と充電電圧を測定する
実行手順を入力しておき、測定したデータを該劣化判定
式に適用して電池の劣化度を算定する演算手順を入力し
ておき、さらに算定した電池の劣化度の結果を接続した
制御ユニット１６に送信する実行手順を入力しておき、
以下の劣化判定を実行する。劣化判定式と演算手順は制
御ユニット１６に入力しておき、電池の劣化度の算定、
表示の実施は制御ユニット１６にて行うこともできる。

【０１３９】以下、二次電池１２０としてリチウムイオ
ン電池が採用されている場合の第１の劣化判定について
説明する。保護用ＩＣ１３５によって、定電流（ＣＣ）
充電中に、放電終止電圧Ｖｅ以上、充電上限電圧Ｖｃよ
り０．２Ｖ低い電圧（Ｖｃ−０．２）以下のあらかじめ
定めた任意の電圧Ｖｓに到達した時刻から、上限電圧Ｖ
ｃに電池電圧が到達した時刻までの所要時間ｔｃを計測
し、該計測データを端子１４７に接続した制御ユニット
１６に取り込み、その測定データを次の劣化判定式に代
入し演算して二次電池１２０の劣化度Ｄeg（％）を算定
する。

【０１４０】 Ｄeg（％）＝100×（１−Ｃ／Ｃ₀ ） ＝100×［１−（ｔｃ／ｔｃ₀ ）^k ］…（４） Ｃは劣化判定の対象となるリチウムイオン電池の容量、
Ｃ₀ は劣化判定の対象となるリチウムイオン電池の新品
電池での容量、ｔｃはＶｓからＶｃまでのＣＣ充電の所
要時間、ｔｃ₀ はＶｓからＶｃまでのＣＣ充電の新品電
池の所要時間である。ｋは定数であり、あらかじめ劣化
判定と同条件で試験して求めた値である。

【０１４１】また、二次電池１２０としてリチウムイオ
ン電池が採用されている場合の第２の劣化判定について
説明する。保護用ＩＣ１３５によって、定電流（ＣＣ）
充電中に、放電終止電圧Ｖｅ以上、充電上限電圧Ｖｃよ
り０．２Ｖ低い電圧（Ｖｃ−０．２）以下のあらかじめ
定めた任意の電圧Ｖｓに到達した時刻から、上限電圧Ｖ
ｃに電池電圧が到達した時刻までの所要時間ｔｃを計測
し、該計測データを端子１４７に接続した制御ユニット
１６に取り込み、その測定データを次の劣化判定式に代
入し演算して二次電池１２０の劣化度Ｄeg（％）を算定
する。

【０１４２】 Ｄeg（％）＝100×（１−Ｃ／Ｃ₀ ） ＝100×［1−(ｍ×ｔｃ＋ｎ）／(ｍ×ｔｃ₀ ＋ｎ）］…（５） Ｃは劣化判定の対象となるリチウムイオン電池の容量、
Ｃ₀ は劣化判定の対象となるリチウムイオン電池の新品
電池での容量、ｔｃはＶｓからＶｃまでのＣＣ充電の所
要時間、ｔｃ₀ はＶｓからＶｃまでのＣＣ充電の新品電
池の所要時間である。ｍ，ｎは定数（ｍ＞０，ｎ＞０）
であり、あらかじめ劣化判定と同条件で試験して求めた
値である。

【０１４３】さらに、二次電池１２０としてリチウムイ
オン電池が採用されている場合の第３の劣化判定につい
て説明する。保護用ＩＣ１３５によって、端子ＶＭＰで
計測した電池電圧が充電上限電圧Ｖｃに到達し、定電流
（ＣＣ）充電から定電圧（ＣＶ）充電に変った時刻か
ら、３０秒以上３０分以内のあらかじめ定めた時間ｔｃ
後の充電電流値Ｉｃを計測し、該計測データを端子１４
７に接続した制御ユニット１６に取り込み、その測定デ
ータを次の劣化判定式に代入し演算して二次電池１２０
の劣化度Ｄeg（％）を算定する。

【０１４４】 Ｄeg（％）＝100×（１−Ｃ／Ｃ₀ ） ＝100×［1−(−ｐ×Ｉｃ＋ｑ）／(−ｐ×Ｉｃ₀ ＋ｑ）］…（６） Ｃは劣化判定の対象となるリチウムイオン電池の容量、
Ｃ₀ は劣化判定の対象となるリチウムイオン電池の新品
電池での容量、ＩｃはＣＣ充電からＣＶ充電に変換して
から時間ｔ後の充電電流値、Ｉｃ₀ はＣＣ充電からＣＶ
充電に変換してから時間ｔ後の新品電池の充電電流値で
ある。ｐ，ｑは定数（ｐ＞０，ｑ＞０）であり、あらか
じめ劣化判定と同条件で試験して求めた値となる。

【０１４５】これら第１、第２、および第３の劣化判定
法のほかに、さらに第４の劣化判定法がある。

【０１４６】保護用ＩＣ１３５によって、端子ＶＭＰで
計測した電池電圧が充電上限電圧Ｖｃに到達し、定電流
（ＣＣ）充電から定電圧（ＣＶ）充電に変った時刻か
ら、充電電流値Ｉｃが定電圧（ＣＶ）充電中に減衰し、
あらかじめ定めた割合α（０＜α＜１）の電流値α×Ｉ
ｃに到達した時間ｔを計測し、該計測データを端子１４
７に接続した制御ユニット１６に取り込み、その測定デ
ータを次の劣化判定式に代入し演算して二次電池１２０
の劣化度Ｄeg（％）を算定する。

【０１４７】 Ｄeg（％）＝100×（１−Ｃ／Ｃ₀ ） ＝100×[1−(−ｒ×ｔｃ＋ｓ)／(−ｒ×ｔｃ₀ ＋ｓ）］…（７） Ｃは劣化判定の対象となるリチウムイオン電池の容量、
Ｃ₀ は劣化判定の対象となるリチウムイオン電池の新品
電池での容量、ｔｃはＣＣ充電からＣＶ充電に変換して
から充電電流値Ｉｃがα×Ｉｃに到達した時間、ｔｃ₀
はＣＣ充電からＣＶ充電に変換してから充電電流値Ｉｃ
がα×Ｉｃに到達した新品電池の時間である。ｒ，ｓは
定数（ｒ＞０，ｓ＞０）であり、あらかじめ劣化判定と
同条件で試験して求めた値となる。

【０１４８】上述した第３、第４の劣化判定方法は、リ
チウムイオン電池の一般的な充電方法である定電流定電
圧（ＣＣ−ＣＶ）充電のうち、定電圧（ＣＶ）充電モー
ドにおける電流値の変化に着目した判定方法であった。
通常はこれらの劣化判定方法にて満足できるレベルでリ
チウムイオン電池の劣化判定が可能である。

【０１４９】しかしながら、充放電や使用期間によって
は、第３、第４の劣化判定法で使用する劣化判定式
（６）（７）に示すような、電池容量と充電電流値、ま
たは電池容量と所要時間の関係によらない別の関係を示
す場合が存在する。

【０１５０】この事実に鑑み、上述した劣化判定法の他
に第５および第６の劣化判定法がある。

【０１５１】まず第五の劣化判定法について示す。保護
用ＩＣ１３５によって、端子ＶＭＰで計測した電池電圧
が充電上限電圧Ｖｃに到達し、定電流（ＣＣ）充電から
定電圧（ＣＶ）充電に変った時刻から、１分以上１５分
以内のあらかじめ定めた時間ｔｃ後の充電電流値Ｉｃを
計測し、該計測データを制御ユニット１６に取り込み、
その測定データを次の劣化判定式に代入し演算して二次
電池１２０の劣化度Ｄeg（％）を算定する。

【０１５２】 Ｄeg（％）＝100×（１−Ｃ／Ｃ₀ ） ＝100×［1−(−ｐ′×Ｉｃ＋ｑ′）／(−ｐ′×Ｉｃ₀ ＋ｑ′）］…（６′） Ｃは劣化判定の対象となるリチウムイオン電池の容量、
Ｃ₀ は劣化判定の対象となるリチウムイオン電池の新品
電池での容量、ＩｃはＣＣ充電からＣＶ充電に変換して
から時間ｔ後の充電電流値、Ｉｃ₀ はＣＣ充電からＣＶ
充電に変換してから時間ｔ後の新品電池の充電電流値で
ある。ｐ′，ｑ′は定数（ｐ′＞０，ｑ′＞０）であ
り、あらかじめ劣化判定と同条件で試験して求めた値で
ある。

【０１５３】この劣化判定の手順を繰り返して、計測し
た充電電流値Ｉｃ_n が前回の劣化判定において計測した
充電電流値Ｉｃ_(n-1)と比べてＩｃ_(n-1)＞Ｉｃ_n となっ
た場合には、上記劣化判定式（６′）に代えて、次の劣
化判定式（６″）が使用される Ｄeg（％）＝100×（１−Ｃ／Ｃ₀ ） ＝100×［1−(＋ｐ′×Ｉｃ＋ｑ″)／(＋ｐ′×Ｉｃ₀ ＋ｑ″）］…（６″） ｑ″は定数であり、Ｉｃ_(n-1)とそのときの容量Ｃ_m と
を（６″）式が満たすよう定めた値を適用することを特
徴とする。

【０１５４】次に、第６の劣化判定法について示す。

【０１５５】保護用ＩＣ１３５によって、端子ＶＭＰで
計測した電池電圧が充電上限電圧Ｖｃに到達し、定電流
（ＣＣ）充電から定電圧（ＣＶ）充電に変った時刻か
ら、充電電流値Ｉｃが定電圧（ＣＶ）充電中に減衰し、
１／２の電流値０．５Ｉｃに到達した時間ｔを計測し、
該計測データを制御ユニット１６に取り込み、その測定
データを次の劣化判定式に代入し演算して二次電池１２
０の劣化度Ｄeg（％）を算定する。

【０１５６】 Ｄeg（％）＝100×（１−Ｃ／Ｃ₀ ） ＝100×[1−(−ｒ′×ｔｃ＋ｓ′)／(−ｒ′×ｔｃ₀ ＋ｓ′）］…（７′） Ｃは劣化判定の対象となるリチウムイオン電池の容量、
Ｃ₀ は劣化判定の対象となるリチウムイオン電池の新品
電池での容量、ｔｃはＣＣ充電からＣＶ充電に変換して
から充電電流値Ｉｃがα×Ｉｃに到達した時間、ｔｃ₀
はＣＣ充電からＣＶ充電に変換してから充電電流値Ｉｃ
がα×Ｉｃに到達した新品電池の時間である。ｒ′，
ｓ′は定数（ｒ′＞０，ｓ′＞０）であり、あらかじめ
劣化判定と同条件で試験して求めた値である。

【０１５７】この劣化判定の手順を繰り返して、計測し
た所要時間ｔｃ_n が前回の劣化判定において計測した所
要時間ｔｃ_(n-1)と比べてｔｃ_(n-1)＞ｔｃ_n となった場
合には、上記劣化判定式Ｃ（７′）に代えて、次の劣化
判定式（７″）が使用される。

【０１５８】 Ｄeg（％）＝100×（１−Ｃ／Ｃ₀ ） ＝100×［1−(＋ｒ′×ｔｃ＋ｓ″)／(＋ｒ′×ｔｃ₀ ＋ｓ″）］…（７″） ｓ″は定数であり、ｔｃ_(n-1)とそのときの容量Ｃ_n-1
とを（７″）式が満たすよう定めた値が適用されること
を特徴とする。

【０１５９】この第６の劣化判定の手順の具体例を図１
３に示す。

【０１６０】手順Ａ：設置したリチウムイオン電池の充
電が開始されたら、保護用ＩＣ１３５の端子ＶＭＰによ
って電池電圧Ｖをモニタする。電圧Ｖが充電上限値Ｖｃ
に達したら、劣化判定のための時間計測を開始する。同
時に、充電電流値を端子ＶＣＣ、ＶＳＳ間でモニタす
る。

【０１６１】手順Ｂ：電流値が１／２に到達したら時間
計測を終了。充電上限電圧到達時から電流値半減到達時
までの所要時間ｔ１／２を記録する。

【０１６２】手順Ｃ：取得した所要時間ｔを上記劣化判
定式（７′）に代入して劣化度Ｄeg（％）を算出する。
もし、前サイクルの所要時間ｔ１／２ｂが記録されてお
り、ｔ１／２＜ｔ１／２ｂとなる場合には、劣化判定式
（７′）の代わりに、定数−ｒ′の符号を逆にした定数
＋ｒ′が用いられる上記劣化判定式（７″）を使用し
て、容量推定、劣化判定を実施する。劣化判定式
（７″）の定数の値ｓ″は、取得した前サイクルの所要
時間ｔ１／２ｂと劣化判定式（７′）から算出された容
量Ｃとを式（７″）に代入して決定する。

【０１６３】手順Ｄ：算出された結果を適当なディスプ
レイ上に表示する。

【０１６４】このようにして二次電池１２０の劣化判定
を実施し、電池の充電能力、放電電力量を電気事業者３
０のサーバ３１が管理することにより、電池の劣化度に
応じてこれを発電計画、給電指令に反映したり、寿命時
期には適切な電池交換を実施でき、信頼性の高い電力制
御・管理システムを実現することができる。

【０１６５】なお、この発明は上記各実施形態に限定さ
れるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施
可能である。

【０１６６】

【発明の効果】以上の述べたように、この発明によれ
ば、発電事業者の施設で生じる排熱を有効利用しなが
ら、電力使用者が必要とする電力または電力量を電気事
業者が発電事業者から確実に確保して電力使用者に安定
供給することができる省エネルギー性および信頼性にす
ぐれた余剰電力管理システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】各実施形態の全体的な構成を示すブロック図。

【図２】第１の実施形態における温度差電池ユニットお
よびその周辺部の具体的な構成を示すブロック図。

【図３】第１の実施形態における温度差電池モジュール
５０の具体例の構成を示す図。

【図４】図３におけるセルの構成を断面して示す図。

【図５】各実施形態における温度差電池の作用について
説明するための図。

【図６】各実施形態における温度差電池の作用について
説明するための図。

【図７】各実施形態における温度差電池の作用について
説明するための図。

【図８】各実施形態における温度差電池の作用について
説明するための図。

【図９】各実施形態における温度差電池の作用について
説明するための図。

【図１０】第２の実施形態における温度差電池ユニット
およびその周辺部の具体的な構成を示すブロック図。

【図１１】第３の実施形態における温度差電池ユニット
およびその周辺部の具体的な構成を示すブロック図。

【図１２】第３の実施形態におけるリチウムイオン電池
のパック構成を示すブロック図。

【図１３】第３の実施形態における第６の劣化判定の手
順を説明するためのフローチャート。

【符号の説明】

１…電力会社送電網、２…通信ネットワーク、１０…発
電事業者、１１…発電設備、１３…計測器、１４…端
末、１５…温度差電池ユニット１５（蓄電手段）、２０
…需要家（電力使用者）、２１…建物、２２…計測器、
２３…端末、３０…電気事業者、３１…サーバ、４０…
発電機、５０…温度差電池モジュール、６０…ＡＣ／Ｄ
Ｃコンバータ、６１，６２…インバータ、１２０…二次
電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 7/34 Ｈ０２Ｊ 7/34 Ａ Ｆターム(参考） 5G003 AA01 AA04 BA01 DA07 EA08 GB06 5G066 HA30 HB08 HB09 JB03 JB10 5H026 AA10 CX05 EE11 HH08 5H030 AA06 AS01 AS06 BB09 FF44

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電事業者の余剰電力を電気事業者が購
   入し、その購入電力を送電網により前記発電事業者から
   電力使用者へ直接的に供給する余剰電力管理システムに
   おいて、 前記発電事業者の発電設備で生じる熱を電気エネルギー
   に変換して蓄えるとともに前記送電網への放電が可能な
   蓄電手段と、 前記発電事業者の電力供給と前記電力使用者の電力使用
   との需給バランスに応じて前記蓄電手段の放電を制御す
   る制御手段と、 を具備したことを特徴とする余剰電力管理システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の余剰電力管理システム
   において、 前記蓄電手段は、温度差電池であることを特徴とする余
   剰電力管理システム。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の余剰電力管理システム
   において、 前記制御手段は、前記発電事業者の電力供給量が前記電
   力使用者の電力使用量に対し不足となる場合に前記蓄電
   手段を放電させる手段を有する、ことを特徴とする余剰
   電力管理システム。
4. 【請求項４】 発電事業者の余剰電力を電気事業者が購
   入し、その購入電力を送電網により前記発電事業者から
   電力使用者へ直接的に供給する余剰電力管理システムに
   おいて、 前記発電事業者の発電設備で生じる熱を電気エネルギー
   に変換して蓄えるとともに前記余剰電力の充電および前
   記送電網への放電が可能な蓄電手段と、 前記発電事業者の電力供給と前記電力使用者の電力使用
   との需給バランスに応じて前記蓄電手段の充放電を制御
   する制御手段と、 を具備したことを特徴とする余剰電力管理システム。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の余剰電力管理システム
   において、 前記蓄電手段は、前記発電設備で生じる熱を電気エネル
   ギーに変換して蓄える温度差電池と、前記余剰電力を直
   流変換しそれを前記温度差電池に対する充電用電力とし
   て出力するコンバータと、前記温度差電池の電圧を交流
   変換するインバータとを有し、このインバータの出力を
   前記送電網に送出する、 前記制御手段は、充電時に前記コンバータを動作させ、
   放電時に前記インバータを動作させる手段を有する、 ことを特徴とする余剰電力管理システム。
6. 【請求項６】 発電事業者の余剰電力を電気事業者が購
   入し、その購入電力を送電網により前記発電事業者から
   電力使用者へ直接的に供給する余剰電力管理システムに
   おいて、 前記発電事業者の発電設備で生じる熱を電気エネルギー
   に変換して蓄える温度差電池、およびこの温度差電池に
   接続された二次電池を有し、前記余剰電力の充電および
   前記送電網への放電が可能な蓄電手段と、 前記発電事業者の電力供給と前記電力使用者の電力使用
   との需給バランスに応じて前記蓄電手段の充放電を制御
   する制御手段と、 を具備したことを特徴とする余剰電力管理システム。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の余剰電力管理システム
   において、 前記蓄電手段は、前記発電設備で生じる熱を電気エネル
   ギーに変換して蓄える温度差電池と、この温度差電池に
   接続された二次電池と、前記余剰電力を直流変換しそれ
   を前記二次電池に対する充電用電力として出力するコン
   バータと、前記温度差電池の電圧または前記二次電池の
   電圧を交流変換するインバータとを有し、このインバー
   タの出力を前記送電網に送出する、 前記制御手段は、充電時に前記コンバータを動作させ、
   放電時に前記インバータを動作させる手段を有する、 ことを特徴とする余剰電力管理システム。
8. 【請求項８】 請求項４ないし請求項６のいずれかに記
   載の余剰電力管理システムにおいて、 前記制御手段は、前記発電事業者の電力供給量が前記電
   力使用者の電力使用量に対し過剰となる場合に前記蓄電
   手段を充電し、前記発電事業者の電力供給量が前記電力
   使用者の電力使用量に対し不足となる場合に前記蓄電手
   段を放電させる手段を有する、ことを特徴とする余剰電
   力管理システム。
9. 【請求項９】 請求項４ないし請求項８のいずれかに記
   載の余剰電力管理システムにおいて、 前記蓄電手段は、前記発電事業者の施設内に設けられて
   いる、 前記制御手段は、前記発電事業者の施設内に設けられて
   いる第１端末と、前記電力使用者の施設内に設けられて
   いる第２端末と、これら第１および第２端末とのデータ
   送受信が可能なサーバと、このサーバに設けられ前記各
   端末とのデータ送受信により前記発電事業者の電力供給
   と前記電力使用者の電力使用との需給バランスを監視す
   る手段と、前記サーバに設けられ前記監視結果に応じた
   充放電制御を前記第１端末に指令する手段と、前記第１
   端末に接続されその第１端末が受けた指令に応じて前記
   蓄電手段の充放電を制御する制御ユニットとを有する、 ことを特徴とする余剰電力管理システム。
10. 【請求項１０】 請求項２、請求項５、請求項６、請求
    項７のいずれかに記載の余剰電力管理システムにおい
    て、 前記温度差電池は、［Ｆｅ（ＣＮ）₆ ］^3-／［Ｆｅ（Ｃ
    Ｎ）₆ ］^4-レドックスイオン対系電解液を用い、高温側
    電極と低温側電極を主電極とし、この主電極の間に陽イ
    オン交換膜を配し、その陽イオン交換膜の両側に接して
    副電極を配して構成されていることを特徴とする余剰電
    力管理システム。
11. 【請求項１１】 請求項６または請求項７に記載の余剰
    電力管理システムにおいて、 前記二次電池は、鉛電池、シール鉛電池、ニッケルカド
    ミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池な
    どであることを特徴とする余剰電力管理システム。
12. 【請求項１２】 請求項６または請求項７に記載の余剰
    電力管理システムにおいて、 前記二次電池の劣化を判定する判定手段をさらに具備し
    たことを特徴とする余剰電力管理システム。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の余剰電力管理シス
    テムにおいて、 前記判定手段は、前記二次電池に対し抵抗を介した並列
    回路を一定時間だけ形成し、その形成開始時の二次電池
    電圧と形成終了時の二次電池電圧との差に基づいて前記
    二次電池の劣化を判定することを特徴とする余剰電力管
    理システム。