JP2015061445A - 充電装置およびその方法、ならびに放電装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池において充電もしくは放電しながら、高速に、かつ、精度良く劣化度合いを推定する。【解決手段】本発明の一態様としての充電装置は、電池制御部と、実行部と、電圧測定部と、診断部とを備える。前記電池制御部は、蓄電池の充電を制御する。前記実行部は、前記電池制御部を用いて前記蓄電池の充電を行い、前記蓄電池が充電されている間に予め決められた条件が成立した場合に前記蓄電池の充電レートを変更する。前記電圧測定部は、前記蓄電池が充電されている間、前記蓄電池の電圧を測定する。前記診断部は、前記電圧測定部により測定された電圧に基づいて、前記蓄電池を診断する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、充電装置およびその方法、ならびに放電装置およびその方法に関する。

ＰＶ（太陽光発電）等の再生可能エネルギーや電力系統の安定化やＥＶ（電気自動車）等、蓄電池の役割は非常に重要になっている。これら多種の利用状況に対応するため、電池セル（以下、セル）複数個を連結構成にした蓄電池（電池パック）を利用する形態が蓄電池システムである。蓄電池システムは、安全かつ安心して使用できることが切望されており、蓄電池システム全体として劣化しにくいことが重要である。

近年、あらゆる電子機器の普及や生活環境の電子化に伴い、蓄電池システムにはますます大容量化を求められており、ひとつの蓄電池システムを構成するセルの連結個数が、極めて多くなってくる。現在では、ＥＶに数千個程度のセルを含んだ蓄電池システムが採用されている実績もある。

特開２００５−１８８９６５号公報 特開平９−１５４２３９号公報 特開２００９−２５２３８１号公報

何度も充放電を繰り返す蓄電池においては、使用に伴って容量や抵抗が劣化することが知られている。劣化の度合いを診断するために、交流インピーダンス法や充放電動作をさせる方法が採用されている。その中で、充電電圧曲線や充電電圧微分曲線を利用して、蓄電池の容量や抵抗、さらには、活物質毎の状態を診断する方法が考案されている。この診断は、基本的に充電時に充電電圧曲線を取得し、その充電電圧曲線を利用して診断する方法が実運用としては好ましい。現在の蓄電池の充電においては、長時間かけて充電する普通充電と、短時間で一気に充電する急速充電とがあり、ユーザとして好ましくは急速充電をした方が利用しやすいのは明確である。しかしながら、急速充電をすると、取得できる充電電圧曲線のサンプリングが疎になることが考えられ、充電電圧曲線を利用して劣化度合いを診断する際の精度に課題があった。一方で、普通充電により充電電圧曲線のサンプリングを密に取ろうとすると、充電に時間がかかり、ユーザとしては使いにくい。

そこで、本発明の実施形態は、蓄電池において充電もしくは放電しながら、高速に、かつ、精度良く劣化度合いを推定することを目的とする。

本発明の一態様としての充電装置は、電池制御部と、実行部と、電圧測定部と、診断部とを備える。

前記電池制御部は、蓄電池の充電を制御する。

前記実行部は、前記電池制御部を用いて前記蓄電池の充電を行い、前記蓄電池が充電されている間に予め決められた条件が成立した場合に前記蓄電池の充電レートを変更する。

前記電圧測定部は、前記蓄電池が充電されている間、前記蓄電池の電圧を測定する。

前記診断部は、前記電圧測定部により測定された電圧に基づいて、前記蓄電池を診断する。

本発明の第１の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図。 本発明の第１の実施形態に係る動作のフローチャート図。 本発明の第１の実施形態に係る充電電圧曲線データベースの例を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る区間別充電レートデータベースの例を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る充電電圧曲線と、当該充電電圧曲線を取得する際の充電計画の例１を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る充電電圧曲線と、当該充電電圧曲線を取得する際の充電計画の例２を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図。 本発明の第２の実施形態に係る充電電圧曲線データベースの例を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る診断機能付き放電装置のブロック図。 本発明の第３の実施形態に係る動作のフローチャート図。 本発明の第３の実施形態に係る放電電圧曲線の例を示す図。 本発明の第４の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図。 本発明の第４の実施形態に係る動作のフローチャート図。 本発明の第５の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図。 本発明の第５の実施形態に係る動作のフローチャート図。 本発明の第６の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図。 本発明の第６の実施形態に係る動作のフローチャート図。 本発明の第７の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図。 本発明の第７の実施形態に係る動作のフローチャート図。 本発明の第８の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図。 本発明の第８の実施形態に係る動作のフローチャート図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図である。

この診断機能付き充電装置は、蓄電池を所定の電圧以下の電圧値から充電しながら、電圧をサンプリングして充電電圧曲線を取得し、取得した充電電圧曲線に基づき蓄電池を診断する場合において、充電の間、充電電圧の区間に応じて、充電レートを変更することを特徴としている。劣化度合いの診断に重要な区間は普通充電で密にサンプリングを行い、逆に劣化度合いの診断に重要でない区間は急速充電を行うことで疎にサンプリングを行う。サンプリングレートは充電の間一定であるとする。これにより、充電時間を短縮しつつ、精度良く蓄電池の劣化度合いが診断できる。以下、図１の診断機能付き充電装置の詳細を説明する。

電池制御部１１６は、充電計画実行部１１４の制御の下、蓄電池１０１の充放電を制御する。

計時部１１３は、時刻を計数する機能を有する。

電圧測定部１１５は、充電計画実行部１１４により充電計画が実行されている間、蓄電池１０１の電圧を測定する。また充電計画の実行前に、充電計画実行部１１４の指示を受けて、蓄電池１０１の電圧を測定する。ここで、本実施形態における充電計画は、充電開始からの時間に応じて充電レートを定めたものである。

充電計画部１１２は、充電電圧曲線データベース１１０の情報とおよび区間別充電レートデータベース１１１の情報とに基づき、充電計画を立案する。

区間別充電レートデータベース１１１は、電池の種別ごとに、電池電圧の区間に応じて、充電レートを特定する情報を格納している。

図４は、区間別充電レートデータベース１１１の例を示す。

図４では、電池の種別ごとに、電池電圧の区間に対し、当該区間が重要な区間か、重要でない区間かが示されている。電池の種別は、一例として社名と製品名により特定される。Ａは重要でない区間、Ｂは重要な区間、ＣはＢよりもさらに重要な区間を表す。種別１、２ではＡ、Ｂの２段階に区間が定義され、種別３ではＡ、Ｂ、Ｃの３段階に区間が定義されている。Ａ，Ｂ、Ｃの各区間は、それぞれ異なる充電レートに対応づけられる。Ａ、Ｂ、Ｃの順で充電レートが高い。つまりAが最も充電レートが高い。Ａ、Ｂ、Ｃの各充電レートの値は、電池の種別に応じて異なって良い。これにより、重要な区間ほど、充電レートが低いため、高い密度でサンプリングを行うことができる。区間（電圧）と充電レートを対応づけた情報は充電レート情報と呼ぶ。

このように、区間別充電レートデータベース１１１は、電池の種別ごとに、電池電圧の区間に応じて、その重要性と対応づける形で、充電レートを特定する情報を格納している。各区間と重要性（Ａ，Ｂ，Ｃ等）の対応付けは、ユーザが任意に与えることも可能であるし、後述する学習によって自動的に行う構成でもよい。また、後述する学習によって、新たに種別を追加してもよい。図４に示した電圧や種別の数はあくまでも例であり、これに限定するものではない。なお、離散的に分割した区間毎に充電レートを定めるのではなく、１点１点毎（サンプリング毎）に連続的に充電レートを定めても良い。

充電電圧曲線データベース１１０は、ある一定の充電レートで充電した場合の充電電圧曲線を格納する。図３は、充電電圧曲線データベース１１０の例を示す。図４と同様の３つの種別の電池の充電電圧曲線が格納されている。横軸は時間［ｓ］、縦軸は電圧［Ｖ］である。図示の例では、充電レートは１［Ｃ］、具体的に１０［Ａ］である。ただし、これらの充電レートの値及び種別の数はあくまでも例であり、これに限定するものではない。

上述したように、充電計画部１１２は、充電電圧曲線データベース１１０の情報と区間別充電レートデータベース１１１の情報とに基づいて、充電計画を立案する。ここで立案する充電計画は、充電開始からの時間に応じて使用する充電レートを定めたものである。

充電計画部１１２は、接続された蓄電池１０１の充電状態を調べ、所定の電圧以下であれば、この充電状態を始点とし、所定の電圧より高ければ、所定の電圧以下になるまで放電処理を行い、放電処理を行った後の充電状態を始点とする。例えば図４の種別１であれば、所定の電圧は例えば２．２［Ｖ］とする。ここでは種別１の場合を想定して説明を続ける。図３に示したような充電レートと時間に応じた電圧の変化の情報から、当該始点が属する区間を最初に脱するまでの時間を算出する。例えば始点が２．０［Ｖ］であれば、最初の重要な区間Ｂの終了電圧２．２［Ｖ］に達する（最初の重要でない区間Ａに達する）までの時間を算出する。次に、最初に達した重要でない区間Ａの開始電圧を始点として、図３に示したような充電レートと時間に応じた電圧の変化の情報から、当該区間Ａを脱するまでの時間（区間Ａの終了電圧である２．３［Ｖ］に達するまでの時間）を算出する。このような計算を繰り返すことで、重要でない区間と重要な区間のそれぞれの区間に対応した充電レートをどのくらいの期間充電を行うか、という時間制御の充電計画を立案する。充電の終了は、充電が完了するまで（電流が流れなくなるまで）としてもよいし、２．５［Ｖ］以上の任意の電圧をユーザが指定して計画を立案してもよい。なお、始点が所定の電圧（２．２［Ｖ］）に一致する場合は、最初の重要な区間Ｂは計画に含めず、最初の重要でない区間から計画を立案する。なお、図３では１０［Ａ］の電流レートの例が示されているが、区間Ａ、Ｂのそれぞれの充電レートでの時間と電圧の関係は、同様の形式で充電電圧曲線データベース１１０に格納しておくものとする。あるいは、図３に示した１０［Ａ］の充電レートでのデータを修正して、区間Ａ、Ｂのそれぞれの充電レートでの時間と電圧の関係を生成してもよい。

図５（Ｂ）に、立案した充電計画の一例を示す。横軸が時間であり、縦軸が充電レートである。ここでは、Ａ，Ｂの２種類の区間がある場合の充電計画の例が示される。Ａの区間では充電レートが高く、Ｂの区間では充電レートが低くなっている。

図６（Ｂ）に充電計画の別の例を示す。ここでは、Ａ、Ｂ、Ｃの３種類の区間がある場合の充電計画の例が示される。Ａの区間では充電レートが高く、Ｂの区間がＡよりも充電レートが低くなっており、Ｃの区間ではＢよりもさらに充電レートが低くなっている。

充電計画実行部１１４は、充電計画部１１２によって生成された充電計画に基づいて、電池制御部１１６を制御しながら、蓄電池１０１を充電するとともに、電圧測定部１１５を用いて充電中の電圧を一定のサンプリングレートでサンプリングする。診断は所定の電圧値以下の電圧から充電を開始して行うため、充電計画実行部１１４は、開始前に蓄電池１０１の電圧が所定の電圧以下かを、電圧測定部１１５を用いて検査し、所定の電圧より高ければ、電池制御部１１６を用いて蓄電池１０１を放電させる。

診断部１１７が、充電計画実行中に電圧測定部１１５により測定される電圧値を取得し、電圧・時間のデータに基づき蓄電池１０１の診断を行う。または電池制御部１１６から充電レートの情報を取得し、電圧・時間・電流の３次元のデータに基づいて診断を行っても良い。診断部１１７は、例えば電圧と時間の関係を示した情報の一例である充電電圧曲線を生成し、当該充電電圧曲線に基づき診断を行う。または、電圧と充電量の関係を表した曲線（この曲線も本段落では充電電圧曲線と呼ぶ）を生成し、当該充電電圧曲線に基づき診断を行ってもよい。診断部１１７は、充電電圧曲線に基づいて蓄電池１０１の劣化度合いを診断する場合、例えば、充電電圧曲線から特徴量抽出を行い、抽出した特徴量から劣化度合い（容量、抵抗、または診断ランク等）を推定してもよい。また充電電圧曲線を微分した微分曲線から特徴量を抽出してもよい。例えば特徴量として極大値、極小値、ピーク値などを取得してもよい。診断の方法は任意の方法を用いればよい。

結果表示部１１８は、診断部１１７の診断結果を表示する。

図５（Ａ）は、図５（Ｂ）の充電計画に基づいて取得された充電電圧曲線の例１を示す。横軸は時間であり、縦軸は電圧である。Ａの区間は、重要でない区間であり、Ｂの区間は重要な区間である。ここでは横軸が時間、縦軸が電圧の充電電圧曲線を示したが、横軸を充電量（Ｑ＝Ｉ×Ｔ）、縦軸を電圧とした充電電圧曲線を生成してもよい。あるいは、その他の形式の充電電圧曲線を生成してもよい。

図６（Ａ）は、図５（Ｂ）の充電計画に基づいて取得された充電計画の例２を示す。Ａの区間は、重要でない区間であり、Ｂの区間は重要な区間であり、Ｃの区間は、Ｂよりもさらに重要な区間である。ここでは横軸が時間、縦軸が電圧の充電電圧曲線を示したが、横軸を充電量（Ｑ＝Ｉ×Ｔ）、縦軸を電圧とした充電電圧曲線を生成してもよい。あるいは、その他の形式の充電電圧曲線を生成してもよい。

図２は、図１の診断機能付き充電装置の動作のフローチャート図である。

診断機能付き充電装置は、蓄電池１０１に接続されて利用される。蓄電池１０１が接続され、開始の指令があったら、診断処理が開始される。まず、接続された蓄電池１０１の充電状態を、電圧測定部１１５を用いて検査し、診断に必要な所定の電圧以下かどうか判定する（Ｓ１１）。例えば、２．２［Ｖ］が所定の電圧とした場合、２．２［Ｖ］以下かどうかを判定する。そしてもし、所定の電圧以下であれば、何もしないが、所定の電圧より大きければ、所定の電圧以下になるように電池制御部１１６が放電を行う。例えば、２．２［Ｖ］以下であれば、何もしないが、２．２［Ｖ］より大きければ２．２［Ｖ］以下になるように放電を行う（Ｓ１２）。

また、所定の電圧に基づいた放電処理（Ｓ１１、Ｓ１２）と並行もしくは順次的に、充電計画部１１２が、充電計画立案を行う（Ｓ１３）。充電計画立案は、充電電圧曲線データベース１１０および区間別充電レートデータベース１１１の情報に基づいて行う。重要な区間の電圧の間は充電レートを低くし、重要でない区間の電圧の間は充電レートを高くするように、時間と充電レートとの関係を表した充電計画を立案する。これにより、つまり、重要でない区間では、充電電圧曲線のサンプリングを気にせず、充電時間がとにかく短くなるように一旦増加させて充電を行い、重要な区間では、充電電圧曲線のサンプリングが十分になる程度に減少させて充電を行うことを計画する。重要な区間の電圧の区間の充電レートは、重要でない区間の電圧の区間の充電レートよりも少ない、ということになる。

所定の電圧に基づいた放電処理（Ｓ１１、Ｓ１２）と、充電計画立案（Ｓ１３）と、の両方の処理が終わったら、次に充電計画実行部１１４が、充電計画立案で立案した充電計画に基づいて、電池制御部１１６を用いた電池制御によって充電を行い、電圧測定部１１５によってその際の電圧を計測することを、充電が完了するまで行う（Ｓ１４、Ｓ１５）。充電の間、計時部１１３が計時する時刻と、充電計画（図５（Ｂ）、図６（Ｂ）参照）に基づいて、充電レートの切り替えを行う。すなわち、充電レートの切替時刻になったら、予め定めた条件が成立したとして、充電レートを変更する。

充電が完了したら、次に診断部１１７が、取得した充電電圧曲線に基づいて蓄電池１０１の劣化度合いを診断する（Ｓ１６）。次に、診断結果を結果表示部１１８に表示する（Ｓ１７）。

以上、本実施形態によれば、劣化度合いの診断に重要な区間では普通充電で密にサンプリングを行い、逆に劣化度合いの診断に重要でない区間は急速充電で疎にサンプリングを行うことで、精度良く蓄電池の劣化度合いが診断でき、かつ、充電時間を短縮することができる。

＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図である。

第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態の計時部１１３が存在せず、充電電流積算部１００が追加されている。第１の実施形態では、時間に応じて電流レートを定めた充電計画（時間制御の充電計画）を立案したが、本実施形態では、積算充電量に応じて電流レートを定めた充電計画（積算電流量制御の充電計画）を立案する。以下では、第１の実施形態との差分のみを説明し、拡張または変更された処理を除き、重複する説明は省略する。

図８は、第２の実施形態に係る充電電圧曲線データベース１０９の例である。

３つの種別の電池の充電電圧曲線が格納されている。横軸は充電量［Ａｈ］、縦軸は電圧［Ｖ］である。第１の実施形態では横軸が時間であったが、本実施形態では充電量となっている点が異なる。

充電電流積算部１００は、電池制御部１１６から充電電流量の情報を取得し、充電電流量を積算して、充電計画実行部１０４に対して積算充電電流量の情報を渡す。

充電計画部１０２は、充電電圧曲線データベース１０９の情報と区間別充電レートデータベース１１１の情報とに基づいて、充電計画を立案する。ここで立案する充電計画は、充電開始からの積算充電電流量の値に応じて使用する充電レートを定めたものである。

充電計画部１０２は、接続された蓄電池１０１の充電状態を調べ、所定の電圧以下であれば、この充電状態を始点とし、所定の電圧より高ければ、所定の電圧以下になるまで放電処理を行い、放電処理を行った後の充電状態を始点とする。図８に示した充電レートと充電量に応じた電圧の変化の情報から、当該始点が属する区間を最初に脱するまでの充電量を算出する。例えば始点が２．０［Ｖ］であれば、最初の重要な区間Ｂの終了電圧２．２［Ｖ］に達する（最初の重要でない区間Ａに達する）までの充電量を算出する。次に、最初に達した重要でない区間Ａの開始電圧を始点として、図８に示した充電レートと充電量に応じた電圧の変化の情報から、当該区間Ａを脱するまでの充電量（区間Ａの終了電圧である２．３［Ｖ］に達するまでの時間）を算出する。このような計算を繰り返すことで、充電量の積算値に応じて充電レートを定めた充電計画を立案する。充電レートを電流量積算値に応じて定めた計画を立案する。充電の終了は、充電が完了するまで（電流が流れなくなるまで）としてもよいし、２．５［Ｖ］以上の任意の電圧をユーザが指定して計画を立案してもよい。

＜第３の実施形態＞
図９は、本発明の第３の実施形態に係る診断機能付き放電装置のブロック図である。

この診断機能付き放電装置は、蓄電池を所定の電圧以上の電圧値から放電しながら、電圧をサンプリングして放電電圧曲線を取得し、取得した放電電圧曲線に基づき蓄電池を診断する場合において、放電の間、放電電圧の区間に応じて、放電レートを制御することを特徴としている。劣化度合いの診断に重要な区間は、普通放電で密にサンプリングを行い、逆に劣化度合いの診断に重要でない区間は、急速放電を行うことで疎にサンプリングを行う。サンプリングレートは放電の間一定であるとする。これにより、精度良く蓄電池の劣化度合いが診断でき、かつ、放電時間を短縮することができる。

第１の実施形態では充電を行いながら時間に応じて充電レートを制御して電圧を計測したが、本実施形態では充電では無く、放電を行いながら、時間に応じて放電レートを制御して電圧を計測する点が異なる。それ以外は基本的に第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と重複する説明は省略する。

電池制御部１２６は、放電計画実行部１２４の制御の下、蓄電池１０１の充放電を制御する。

計時部１２３は、時刻を計数する機能を有する。

電圧測定部１２５は、放電計画実行部１２４により放電計画が実行されている間、蓄電池１０１の電圧を測定する。また放電計画の実行前に、放電計画実行部１２４の指示を受けて、蓄電池１０１の電圧を測定する。ここで、本実施形態における放電計画は、放電開始からの時間に応じて放電レートを定めたものである。

放電計画部１２２は、放電電圧曲線データベース１２０の情報と、区間別放電レートデータベース１２１の情報に基づき、放電計画を立案する。第１の実施形態と同様、横軸が時間であり、縦軸が放電レートの計画を立案する。計画の立案方法は、充電と放電の違いが異なるだけであり、第１の実施形態の充電計画の立案の説明から自明であるため、説明を省略する。

放電計画実行部１２４は、放電計画部１２２によって生成された放電計画に基づいて、電池制御部１２６を制御しながら蓄電池１０１を放電するとともに、電圧測定部１２５を用いて放電中の電圧を、一定のサンプリングレートでサンプリングする。診断は所定の電圧値以上の電圧から放電を開始して行うため、放電計画実行部１２４は、開始前に蓄電池１０１の電圧が所定の電圧以上かを電圧測定部１２５を用いて検査し、所定の電圧より低ければ、電池制御部１２６を用いて蓄電池１０１を充電する。

診断部１２７は、放電計画実行中に電圧測定部１２５により測定される電圧値を取得して、電圧と時間の関係を表した情報の一例である放電電圧曲線を生成する。または、放電計画実行中に電圧測定部１２５により測定される電圧値と放電レートの情報を取得して、電圧と放電量の関係を示した情報の一例である放電電圧曲線を生成する。放電電圧曲線に基づいて蓄電池１０１の劣化度合いを診断する。放電電圧曲線を用いた診断方法は任意の方法を用いればよい。

結果表示部１２８は、診断部１２７の診断結果を表示する。

図１１は、放電計画に基づいて取得された放電電圧曲線の例を示す。横軸は時間であり、縦軸は電圧である。Ａの区間は、重要でない区間であり、Ｂの区間は重要な区間である例である。

図１０は、図９の診断機能付き放電装置の動作のフローチャート図である。

診断機能付き放電装置は、蓄電池１０１に接続されて利用される。蓄電池１０１が接続され、開始の指令があったら、診断処理が開始される。まず、接続された蓄電池１０１の充電状態を、電圧測定部１２５を用いて検査し、診断に必要な所定の電圧以上かどうか判定する（Ｓ２１）。例えば、２．２［Ｖ］が所定の電圧とした場合、２．２［Ｖ］以上かどうかを判定する。そしてもし、所定の電圧以上であれば、何もしないが、所定の電圧より小さければ、所定の電圧以上になるように電池制御部１２６が充電を行う。例えば、２．２［Ｖ］以上であれば、何もしないが、２．２［Ｖ］より小さければ２．２［Ｖ］以上になるように充電を行う（Ｓ２２）。

また、所定の電圧に基づいた放電処理（Ｓ２１、Ｓ２２）と並行もしくは順次的に、放電計画部１２２が、放電計画立案を行う（Ｓ２３）。放電計画立案は、放電電圧曲線データベース１２０および区間別放電レートデータベース１２１の情報に基づいて行う。重要な区間の電圧の間は放電レートを低くし、重要でない区間の電圧の間は放電レートを高くするような時間と放電レートの関係を表した放電計画を立案する。つまり、重要でない区間では、放電電圧曲線のサンプリングを気にせず、放電時間がとにかく短くなるように一旦増加させて放電を行い、重要な区間では、放電電圧曲線のサンプリングが十分になる程度に減少させて放電を行うことを計画する。重要な区間の電圧の区間の放電レートは、重要でない区間の電圧の区間の放電レートよりも少ない、ということになる。

所定の電圧に基づいた放電処理（Ｓ２１、Ｓ２２）と、放電計画立案（Ｓ２３）と、の両方の処理が終わったら、次に放電計画実行部１２４が、放電計画立案で立案した放電計画に基づいて、電池制御部１２６を用いた電池制御によって放電を行い、電圧測定部１２５によってその際の電圧を取得することを、放電が完了するまで行う（Ｓ２４、Ｓ２５）。放電の間、計時部１２３が計時する時刻と、放電計画に基づいて、放電レートの切り替えを行う。すなわち、放電レートの切替時刻になったら、予め定めた条件が成立したとして、放電レートを変更する。

放電が完了したら、次に診断部１２７が、取得した電圧に基づく放電電圧曲線に基づいて蓄電池１０１の劣化度合いを診断する（Ｓ２６）。次に、診断結果を結果表示部１２８に表示する（Ｓ２７）。

以上、本実施形態によれば、劣化度合いの診断に重要な区間は普通放電で密にサンプリングを行い、逆に劣化度合いの診断に重要でない区間は急速放電で疎にサンプリングを行うことで、精度良く蓄電池の劣化度合いが診断でき、かつ、放電時間を短縮することができる。

なお、以降に説明する第３〜第８の実施形態では、診断機能付き充電装置について説明するが、以下の説明において、充電に関する動作を、放電に関する動作に置換することで、本実施形態と同様に、診断機能付き放電装置としても実現可能である。また、既に述べた第２の実施形態も、充電に関する動作を、放電に関する動作に置換することで、診断機能付き放電装置としても実現可能である。

＜第４の実施形態＞
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図である。図１と同一名称の要素には同一の符号を付して、拡張または変更された処理の除き、重複する説明を省略する。

図１で示した第１の実施形態の構成においては、実際の診断処理の開始の前に、予め充電計画を立案しておく必要があった。一方、図１２に示した構成においては、予め充電計画を立案しておく必要はない。

充電方法切替判断部１１９は、電圧測定部１１５を用いて蓄電池１０１の充電状態を監視し、充電状態が所定の電圧以下になったらすぐに充電を開始する。充電方法切替判断部１１９は、充電中の電圧を、充電電圧測定部１１５を介して監視し、この監視している電圧と区間別充電レートデータベース１１１の情報に応じて、リアルタイムに充電方法（充電レート）を切り替える。

つまり、第１の実施形態では、予め作成した充電計画に基づき時刻に応じて充電レートを切り換えたが、本実施形態では、監視している電圧に応じて充電レートを切り換える。例えば、図４に示した区間別充電レートデータベース１１１の種別１の例では、充電方法切替判断部１１９は、電圧が２．２［Ｖ］以上になったときは電圧区間Ａに対応する充電レートで充電を行い、電圧が２．３［Ｖ］以上になったら電圧区間Ｂに対応する充電レートに切り換える。このように、監視している電圧が、区間の終了電圧または開始電圧に達したら、予め定めた条件が成立したとして、充電レートを変更する。

図１３は、図１２の診断機能付き充電装置の動作のフローチャート図である。

充電方法切替判断部１１９は、診断に必要な所定の電圧以下になるまで電池制御部１１６を用いて放電を行い（Ｓ３１、Ｓ３２）、所定の電圧以下になったら充電を開始する（Ｓ３３）。充電中の電圧を監視し、充電中の電圧が、重要な電圧区間内のときは、普通充電を行うことで密なサンプリングを行い、重要でない電圧区間のときは、急速充電を行うことで粗なサンプリングを行う（Ｓ３４、Ｓ３５）。なお、急速充電の充電レートは、普通充電の充電レートよりも大きい。ここでは、充電レートを２段階に変更する例を示したが、３段階以上でも良い。充電が完了したら（Ｓ３６）、診断部１１７が、粗密にサンプリングされた電圧値を含む充電電圧曲線に基づいて劣化度合いを診断し（Ｓ３７）、結果表示部１１８が診断結果を表示する（Ｓ３８）。

なお、第４の実施形態の変形例として、充電の間、充放電曲線の微分係数を計算し、微分係数に応じて（例えば一定の閾値以上か未満かで）、充電レートを変更する構成も可能である。この場合、例えば、微分係数が一定の閾値以上の電圧については重要な区間とし、一定の閾値未満の電圧の範囲については重要でない区間とする
以上、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、予め充電計画を立案する必要がない、という新たな効果が得られる。

＜第５の実施形態＞
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図である。図１と同一名称の要素には同一の符号を付して、拡張または変更された処理の除き、重複する説明を省略する。

本実施形態の診断機能付き充電装置では、第１の実施形態の診断機能付き充電装置に対して、測定結果分析部１３１とデータベース更新部１３２が追加されている。以下、図１５のフローチャート図を用いて、測定結果分析部１３１とデータベース更新部１３２の動作を説明する。

図１５は、図１４の診断機能付き充電装置の動作のフローチャート図である。

診断機能付き充電装置は、蓄電池に接続されて利用される。蓄電池が接続され、処理開始の指令があったら、診断処理が開始される。まず、充電計画実行部１１４が、接続された蓄電池１０１の充電状態を、電圧測定部１１５を用いて検査し、診断に必要な所定の電圧以下かどうか判定する（Ｓ４１）。そしてもし、所定の電圧以下であれば、何もしないが、所定の電圧より大きければ、所定の電圧以下になるように放電を行う（Ｓ４２）。

次に、充電計画実行部１１４は、電池制御部１１６を用いて、予め定められた充電レートでの充電、例えば普通充電を充電完了まで行う（Ｓ４３、Ｓ４４）。そして、測定結果分析部１１は、普通充電の最中に電圧測定部１１５から得られた電圧値に基づく充電電圧データの一例である充電電圧曲線を分析する（Ｓ４５）。

ここで分析とは、例えば、充電電圧曲線（電圧と充電量の充電電圧曲線、または電圧と時間の充電電圧曲線など）についてその微分係数を計算し、微分係数が一定の閾値以上の電圧については重要な区間とし、一定の閾値未満の電圧の範囲については重要でない区間とする。他には、充電量が予め指定した範囲の充電量に対応する電圧の区間を重要な区間とし、それ以外の区間を重要でない区間とすることも考えられる。これら微分係数と電圧との関係、および充電量と電圧との関係は、予め決められた充電レートでの充電の間に測定された電圧と、そのときの蓄電池１０１の充電量との関係の一例に相当する。なお、充電量は、充電開始からの経過時間と、適用した充電レートとから算出可能である。

このように、具体的な分析の方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適切に構成すれば良い。そして、ステップＳ４５での分析の結果に基づいて、データベース更新部１３２が、区間別充電レートデータベース１１１を更新する。すなわち、該当する種別の区間別充電レート情報を更新する。

ここで更新とは、例えば、下記の式のように、任意の係数を設定し、重要な区間を適宜補正していく方法が考えられる。
Ｖnew ＝ Ｖold×α ＋ Ｖnow×β

ここで、Ｖnewは、充電電圧曲線の重要区間を示す補正後の電圧、Ｖoldは充電電圧曲線の重要区間を示す補正前の電圧、Ｖnowは充電電圧曲線の重要区間を示す今回分析した結果の電圧、α及びβは任意の係数である。

α＝β＝０．５のように設定すれば、平均をとる補正方法となり、α＝０．９でβ＝０．１のように設定すれば、Ｖoldを徐々に忘却していく補正方法となり、α＝０でβ＝１のように設定すれば、Ｖnowで常に上書きしていく補正方法となる。

また、例えば、分析の結果、区間別充電レートデータベース１１１には格納されていない電池種別が接続されたと判断されたら、新たに当該電池種別の充電電圧曲線重要区間を示す電圧を追加していく方法も考えられる。

このように、具体的な更新の方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適切に構成すれば良い。

もし、分析の結果、所望の結果が得られなかった場合は、充電の方法を変更して再度充電電圧曲線を取得しなおし、分析しなおしても良い。区間別充電レートデータベース１１１の更新の後は、図２で説明した処理と同等である（Ｓ１１〜Ｓ１７）。

以上、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、蓄電池の劣化度合いの推定精度と充電時間とのトレードオフをより改善することができる、という新たな効果が得られる。

＜第６の実施形態＞
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図である。

図１に示した第１の実施形態に係る診断機能付き充電装置に対して、電池種別特定部１３３が追加されている。電池種別特定部１３３は、診断機能付き充電装置に接続された蓄電池１０１の種別を特定する。充電計画部１１２は、電池種別特定部１３３により特定した蓄電池１０１の種別に対応した情報を区間別充電レートデータベース１１１から取得する。例えば電池種別特定部１３３が蓄電池１０１の種別として種別１を特定し、区間別充電レートデータベース１１１が図４であったとする。この場合、充電計画部１１２は、図４の区間別充電レートデータベース１１１から種別１の情報を取得する。

図１７は、図１６の診断機能付き充電装置の動作のフローチャート図である。図２に示した第１の実施形態の動作に対し、充電計画立案（Ｓ１３）の前に、電池種別を特定する処理が追加されている（Ｓ１８）。充電計画立案（Ｓ１３）では、充電計画部１１２が、特定された電池種別に応じた情報を区間別充電レートデータベース１１１から取得する。これ以外は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に対して、接続される蓄電池の種別が変更された場合においても適切に診断処理を行うことができる、という新たな効果が得られる。

＜第７の実施形態＞
図１８は、本発明の第７の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図である。図１に示した第１の実施形態に係る診断機能付き充電装置に対して、電圧補正部１３５が追加されている。

本実施形態は、充電計画の実行によって取得された充電電圧曲線について、充電レートが途中で変更されることで発生する電圧降下分を考慮し、あたかも電圧降下が起こっていないかのように補正することを特徴とする。これにより例えば充電開始時のレートが充電完了まで続いたとしての評価を行うことが可能となる。

このために、電圧補正部１３５は、予め充電レートと電圧降下分との相関を情報として保持しておくとともに、電池制御部１１６から充電の間、充電レートの情報を取得する。電池制御部１１６は、例えば充電開始時に最初に用いる充電レートを電圧補正部１３５に通知し、その後、充電レートを変更するごとに、変更後の充電レートを電圧補正部１３５に通知する。電圧補正部１３５は、電圧測定部１１５から取得した電圧の値を、電池制御部１１６から通知された充電レートと対応づけて管理する。電圧補正部１３５は、これらの情報に基づいて電圧降下分を補正する。

ここで補正とは、例えば、下記の式のように、充電レートに応じて補正係数を変化させていき、この補正係数によって補正することが考えられる。
Ｖnew＝Ｖold＋γ（ｉ）
γ（ｉ）＝δ×ｉ

ここで、Ｖnewは補正後の電圧、Ｖoldは補正前の電圧、γ（ｉ）は充電レートに応じた補正係数、δは係数、ｉは充電レートである。

充電レートに応じて補正係数γ（ｉ）を変化させていき、この補正係数γ（ｉ）を加算もしくは乗算などをさせることによって、充電電圧曲線を補正する。

また、下記の式のように、温度に応じて補正係数を変化させることも考えられる。
γ（ｉ）＝δ（Ｔ）×ｉ

ここで、δ（Ｔ）は温度に応じて変化する係数である。温度に応じて係数δ（Ｔ）を変化させていき、充電電圧曲線を補正する。

図１９は、図１８の診断機能付き充電装置の動作のフローチャート図である。充電完了後に電圧補正部１３５が充電電圧曲線を補正する処理（Ｓ１９）が追加されている。これ以外は、図２に示した第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に対してさらに、充電レートが変更されたことによる電圧降下分を無視して診断することができる、という新たな効果が得られる。

＜第８の実施形態＞
図２０は、本発明の第８の実施形態に係る診断機能付き充電装置のブロック図である。

図２０に示した診断機能付き充電装置は、第１、第５、第６、第７の実施形態を組み合わせた動作をする。

図２１は、図２０の診断機能付き充電装置の動作のフローチャート図である。第１、第５、第６、第７の実施形態で説明したフローチャート図の統合したものである。処理の内容は自明であるため、説明を省略する。

以上、本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に対してさらに、第１、第５、第６、第７の実施形態の効果が複合的に得られる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (18)

1. 蓄電池の充電を制御する電池制御部と、
   前記電池制御部を用いて前記蓄電池の充電を行い、前記蓄電池が充電されている間に予め決められた条件が成立した場合に前記蓄電池の充電レートを変更する実行部と、
   前記電池制御部により前記蓄電池が充電されている間、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、
   前記電圧測定部により測定された電圧に基づいて、前記蓄電池を診断する診断部と
   を備えた充電装置。
2. 時刻を計時する計時部を備え、
   前記実行部は、充電開始からの経過時間に応じて前記蓄電池の充電レートを制御する
   請求項１に記載の充電装置。
3. 前記充電中の前記蓄電池の充電量の積算値を計算する充電電流積算部を備え、
   前記実行部は、前記充電中の前記蓄電池の充電量の積算値に応じて前記充電レートを制御する
   請求項１に記載の充電装置。
4. 前記実行部は、前記電池制御部により前記蓄電池が充電されている間の前記蓄電池の電圧を監視し、
   前記実行部は、前記充電中の前記蓄電池の電圧に応じて前記充電レートを制御する
   請求項１に記載の充電装置。
5. 前記実行部は、前記充電中に取得される電圧に基づく充電電圧データの微分係数に応じて前記充電レートを制御する
   請求項１に記載の充電装置。
6. 前記電圧測定部は、一定のサンプリングレートで前記蓄電池の電圧を測定する
   請求項１に記載の充電装置。
7. 前記電圧測定部により測定された電圧を、前記電圧が測定された電流レートの値に基づいて補正する電圧補正部
   をさらに備えた請求項１ないし６のいずれか一項に記載の充電装置。
8. 前記実行部は、前記電池制御部を用いて、予め決められた充電レートで前記蓄電池を充電し、
   前記予め決められた充電レートでの充電の間に前記電圧測定部により測定された電圧と、前記電圧が測定されたときの前記蓄電池の充電量との関係を取得し、前記電圧と前記充電量の関係に基づいて、電圧と充電レートとの関係を定めた充電レート情報を生成する測定結果分析部を備え、
   前記実行部は、前記充電レート情報を用いて、前記充電レートの制御を行う
   を備えた請求項４に記載の充電装置。
9. 蓄電池の充電を制御する電池制御部を用いて前記蓄電池の充電を行い、前記蓄電池が充電されている間に予め決められた条件が成立した場合に前記蓄電池の充電レートを変更する実行ステップと、
   前記蓄電池が充電されている間、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定ステップと、
   前記電圧測定ステップにより測定された電圧に基づいて、前記蓄電池を診断する診断ステップと
   を備えた充電方法。
10. 蓄電池の放電を制御する電池制御部と、
    前記電池制御部を用いて前記蓄電池の放電を行い、前記蓄電池が放電されている間に予め決められた条件が成立した場合に前記蓄電池の放電レートを変更する実行部と、
    前記電池制御部により前記蓄電池が放電されている間、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、
    前記電圧測定部により測定された電圧に基づいて、前記蓄電池を診断する診断部と
    を備えた放電装置。
11. 時刻を計時する計時部を備え、
    前記実行部は、放電開始からの経過時間に応じて前記蓄電池の放電レートを制御する
    請求項１０に記載の放電装置。
12. 前記放電中の前記蓄電池の放電量の積算値を計算する放電電流積算部を備え、
    前記実行部は、前記放電中の前記蓄電池の放電量の積算値に応じて前記放電レートを制御する
    請求項１０に記載の放電装置。
13. 前記実行部は、前記電池制御部により前記蓄電池が放電されている間の前記蓄電池の電圧を監視し、
    前記実行部は、前記放電中の前記蓄電池の電圧に応じて前記放電レートを制御する
    請求項１０に記載の放電装置。
14. 前記実行部は、前記放電中に取得される電圧に基づく放電電圧データの微分係数に応じて前記放電レートを制御する
    請求項１０に記載の放電装置。
15. 前記電圧測定部は、一定のサンプリングレートで前記蓄電池の電圧を測定する
    請求項１０に記載の放電装置。
16. 前記電圧測定部により測定された電圧を、前記電圧が測定された電流レートの値に基づいて補正する電圧補正部
    をさらに備えた請求項１０ないし１５のいずれか一項に記載の放電装置。
17. 前記実行部は、前記電池制御部を用いて、予め決められた放電レートで前記蓄電池を放電し、
    前記予め決められた放電レートでの放電の間に前記電圧測定部により測定された電圧と、前記電圧が測定されたときの前記蓄電池の放電量との関係を取得し、前記電圧と前記放電量の関係に基づいて、電圧と放電レートとの関係を定めた放電レート情報を生成する測定結果分析部を備え、
    前記実行部は、前記放電レート情報を用いて、前記放電レートの制御を行う
    を備えた請求項１３に記載の放電装置。
18. 蓄電池の放電を制御する電池制御部を用いて前記蓄電池の放電を行い、前記蓄電池が放電されている間に予め決められた条件が成立した場合に前記蓄電池の放電レートを変更する実行ステップと、
    前記蓄電池が放電されている間、前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定ステップと、
    前記電圧測定ステップにより測定された電圧に基づいて、前記蓄電池を診断する診断ステップと
    を備えた放電方法。

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