JP2020085561A - 亜鉛電池の劣化の判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フロート充電中において電極間の絶縁異常の発生状況を予め検知し、亜鉛電池の劣化を精度良く判定すること。【解決手段】一実施形態に係る亜鉛電池の劣化の判定方法は、亜鉛電池のフロート充電中における、亜鉛電池へ流れる電流量の推移を取得する取得ステップと、電流量の推移における基準値からの電流増加度を算出する算出ステップと、電流増加度に基づいて亜鉛電池の劣化を判定する判定ステップと、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、亜鉛電池の劣化の判定方法に関する。

従来から、蓄電池の劣化を判定する手法が知られている。例えば、特許文献１には、充電式のバッテリの劣化状態の推定方法が記載されている。この方法は、バッテリの充放電電流を積算することによりクーロンカウント値を生成するステップと、バッテリの状態を監視するステップと、クーロンカウント値に基づいて、バッテリが所定電荷量だけ充放電されたことを検出するステップと、所定電荷量の充放電が検出されるたびに、バッテリの劣化を示す指標Ｘを、所定電荷量が充放電された期間において測定されたバッテリの状態に応じた変化量ΔＸだけ変化させるステップとを含む。

特開２０１７−１１６５２２号公報

蓄電池の劣化には様々な現象が存在するが、亜鉛電池においては、例えばデンドライトといった現象により、電極間の短絡或いは低抵抗化といった絶縁異常が発生する。電極間の絶縁異常が発生すると、亜鉛電池へ過度な電流が流れ続けることで、電池が発熱し、亜鉛電池が熱逸走（熱暴走）するおそれがあるので、電極間の絶縁異常の発生状況を予め検知し、熱逸走（熱暴走）を予防することが望ましい。しかしながら、フロート充電中においては、一定電圧を印加した状態なので、亜鉛電池から得られる情報は限られる。本発明は、フロート充電中において電極間の絶縁異常の発生状況を予め検知し、亜鉛電池の劣化を精度良く判定することが可能な亜鉛電池の劣化の判定方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る亜鉛電池の劣化の判定方法は、亜鉛電池のフロート充電中における、亜鉛電池へ流れる電流量の推移を取得する取得ステップと、電流量の推移における基準値からの電流増加度を算出する算出ステップと、電流増加度に基づいて亜鉛電池の劣化を判定する判定ステップと、を含む。フロート充電中においては、亜鉛電池へ流れる電流量は略一定か僅かに変化する程度であるが、電極間の短絡或いは低抵抗化といった絶縁異常が発生すると、該電流量は極端に増加する。この判定方法では、基準値からの電流増加度に基づいて亜鉛電池の劣化を判定するので、フロート充電中であっても、電極間の絶縁異常を良好に検知し、亜鉛電池の劣化を精度良く判定することができる。

上記の判定方法において、判定ステップでは、電流増加度が閾値以上である場合に亜鉛電池が劣化状態であると判定してもよい。例えばこのような方法により、電極間の絶縁異常をより精度良く検知することができる。

上記の判定方法において、判定ステップでは、電流増加度が第１閾値以上である場合に、亜鉛電池が第１劣化状態であると判定し、電流増加度が第２閾値以上かつ第１閾値未満である場合に、亜鉛電池が、第１劣化状態よりも劣化の度合いが小さい第２劣化状態であると判定してもよい。例えばこのように亜鉛電池の劣化状態を段階的に判定することにより、亜鉛電池の交換等の判断を容易にすることができる。

上記の判定方法において、算出ステップでは、電流量の変動が予め定められた範囲内に収束した時点における電流量を基準値としてもよく、或いは、当該フロート充電の直前に行われた放電処理ののちの充電開始から予め定められた時間が経過した時点で取得された電流量を基準値としてもよい。例えばこれらのうち何れかの方法により、亜鉛電池の劣化の判定においてより適切な基準値を設定することができる。

上記の判定方法において、判定ステップでは、電流増加度が閾値以上であるという監視事象が発生した回数に基づいて亜鉛電池の劣化を判定してもよい。デンドライトによる絶縁異常は継続して生じるものではなく、亜鉛電池は絶縁異常の発生及び回復を繰り返しつつ寿命に至る。従って、絶縁異常が一度発生したのみでは亜鉛電池の劣化を判定し難い場合がある。そのような場合であっても、電流増加度の異常（監視事象）が発生した回数に基づいて亜鉛電池の劣化を判定することによって、亜鉛電池の劣化を更に精度良く判定することができる。この場合、判定ステップでは、監視事象が連続して発生した回数が、予め定められた閾値以上である場合に、亜鉛電池が劣化状態であると判定してもよく、或いは、監視事象が発生した累積の回数が、予め定められた閾値以上である場合に、亜鉛電池が劣化状態であると判定してもよい。

上記の判定方法において、亜鉛電池はニッケル亜鉛電池であってもよい。この場合、上記の判定方法が特に有効である。

本発明の一態様に係る亜鉛電池の劣化の判定方法によれば、フロート充電中において電極間の絶縁異常の発生状況を予め検知し、亜鉛電池の劣化を精度良く判定することができる。

図１は、蓄電システム１およびその周辺の構成の一例を模式的に示す。 図２は、統括コントローラ３０の機能構成を示す。 図３は、フロート充電の概略を示すグラフである。 図４は統括コントローラ３０の動作の例を示すフローチャートであり、具体的には、一つの蓄電装置１０に対する処理を示す。 図５（ａ）〜（ｃ）は、基準値を決定する種々の方法を示す。 図６は判定処理（判定ステップ）の一例を示す。 図７は、条件４（温度４０℃）にてフロート充電寿命試験を実施した５つのニッケル亜鉛電池における、放電容量維持率の推移を示すグラフである。 図８（ａ）は測定された放電容量を示す図表であり、図８（ｂ）は図８（ａ）から算出された放電容量維持率を示す（図７の基となった）図表である。 図９は、条件４にてフロート充電寿命試験を実施した５つのニッケル亜鉛電池における、充電電流量の推移を示すグラフである。 図１０は、条件５（温度５５℃）にてフロート充電寿命試験を実施した５つのニッケル亜鉛電池における、放電容量維持率の推移を示すグラフである。 図１１（ａ）は測定された放電容量を示す図表であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）から算出された放電容量維持率を示す（図１０の基となった）図表である。 図１２は、条件５にてフロート充電寿命試験を実施した５つのニッケル亜鉛電池における、充電電流量の推移を示すグラフである。 図１３は判定処理（判定ステップ）の別の例を示す。 図１４は判定処理（判定ステップ）のさらに別の例を示す。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［蓄電システムの全体構成］
蓄電システム１は、生成された電気を蓄え、その蓄えた電気を必要に応じて供給するシステムである。蓄電システム１が適用される場面は限定されず、例えば、蓄電システム１は不動産にも動産にも適用可能である。不動産への適用の例として、蓄電システム１は、再生可能エネルギを利用して生成された電気を管理してもよく、例えば家庭、オフィス、工場、農場等の様々な場所で利用され得る。動産への適用の例として、蓄電システム１は自動車等の移動体に動力源として搭載されてもよい。

図１を参照しながら、蓄電システム１を含む電力システムの全体像を説明する。図１は、蓄電システム１およびその周辺の構成の一例を模式的に示す図である。蓄電システム１は、蓄電システム１に電力を供給可能な供給要素２と、蓄電システム１から電力を受け取ることが可能な需要要素４との間に設けられる。蓄電システム１および供給要素２を含む直流系統と、需要要素４を含む交流系統とは、ＰＣＳ（パワーコンディショニングシステム）３を介して電気的に接続される。蓄電システム１、供給要素２、およびＰＣＳ３は、直流電流が流れるＤＣ（Direct Current）バス６を介して電気的に接続される。需要要素４およびＰＣＳ３は、交流電流が流れるＡＣ（Alternating Current）バス７を介して電気的に接続される。供給要素２により生成された電気、または蓄電システム１に蓄えられた電気は需要要素４に供給される。蓄電システム１は、蓄電池をクッションのように利用することで供給要素２から需要要素４への電力供給の変動を緩和する役割を担ってもよい。

供給要素２は、蓄電システム１に電力を供給可能な装置または設備である。供給要素２の種類は何ら限定されない。例えば、供給要素２は、再生可能エネルギを利用して発電を行う発電装置であってもよい。発電方法および発電装置の種類は何ら限定されず、例えば、発電装置は太陽光発電装置でもよいし風力発電機でもよい。あるいは、供給要素２は、移動体に搭載されたモータあってもよい。

需要要素４は、蓄電システム１から電力を受け取ることが可能な装置または設備である。需要要素４の種類も何ら限定されない。例えば、供給要素は、発電、変電、送電、および配電を統合した商用電源の設備である外部の電力系統であってもよい。例えば、外部の電力系統は電力会社により提供される。あるいは、需要要素４は、電力を消費する１以上の機器または装置の集合である負荷であってもよい。負荷の例として、１以上の家庭用または業務用の様々な電気機器の集合と、任意の装置の任意の構成要素とが挙げられる。

ＰＣＳ３は、直流の電気を交流に変換する装置であり、電力変換器の一種である。ＰＣＳ３は、ＤＣバス６に接続するＤＣ端子と、ＡＣバス７に接続するＡＣ端子とを有する。

蓄電システム１は、蓄電装置１０、電力変換器２０、および統括コントローラ３０を備える。一つの蓄電装置１０には一つの電力変換器２０が対応し、これら二つの装置はＤＣバスを介して電気的に接続する。対応し合う蓄電装置１０および電力変換器２０の組を蓄電ユニットということもできる。図１の例では蓄電システム１は３組の蓄電装置１０および電力変換器２０（３個の蓄電ユニット）を備えるが、その組数は限定されず、１でも２でも４以上でもよい。複数の蓄電ユニットが存在する場合に、蓄電装置１０の性能（例えば、定格容量、応答速度など）および電力変換器２０の性能（例えば、定格出力、応答速度など）は統一されてもよいし、統一されなくてもよい。統括コントローラ３０は、通信線４０を介して各蓄電装置１０および各電力変換器２０と通信可能に接続される。

蓄電装置１０は、供給要素２から提供される電気を化学エネルギに変えて蓄える装置であり、充放電が可能である。蓄電装置１０は、供給要素２から提供された直流電力の変動を緩和（平準化）するためにも用いられ得る。蓄電装置１０は、直列に接続された複数のセルを含んで構成される亜鉛電池（亜鉛二次電池）１１を備える。亜鉛電池１１の例として、ニッケル亜鉛電池、酸化銀・亜鉛電池等が挙げられるが、これらに限定されない。亜鉛電池１１を構成するセルの個数は限定されず、例えば、７個または８個でもよい。蓄電装置１０はさらに、バッテリ・コントロール・ユニット（Battery Control Unit：ＢＣＵ）などの制御機能を含み、この制御機能により、蓄電装置１０に関するデータを統括コントローラ３０に送信することができる。

電力変換器２０は、蓄電装置１０の充放電を制御する装置である。電力変換器２０は、統括コントローラ３０から指示信号（データ信号）を受信し、その指示信号に基づいて蓄電装置１０の充放電を制御する。電力変換器２０は、充電モードでは、供給要素２から流れてきた電気を蓄電装置１０に蓄え、放電モードでは、蓄電装置１０を放電させて外部に電力を供給し、停止状態では充放電を行わない。電力変換器２０は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータであり得る。

統括コントローラ３０は蓄電装置１０および電力変換器２０を制御するコンピュータ（例えばマイクロコンピュータ）である。図２は、統括コントローラ３０の機能構成を示す図である。この図に示すように、統括コントローラ３０はハードウェア装置としてプロセッサ１０１、メモリ１０２、および通信インタフェース１０３を備える。プロセッサ１０１は例えばＣＰＵであり、メモリ１０２は例えばフラッシュメモリで構成されるが、統括コントローラ３０を構成するハードウェア装置の種類はこれらに限定されず、任意に選択されてよい。統括コントローラ３０の各機能は、プロセッサ１０１が、メモリ１０２に格納されているプログラムを実行することで実現される。例えば、プロセッサ１０１は、メモリ１０２から読み出したデータまたは通信インタフェース１０３を介して受信したデータに対して所定の演算を実行し、その演算結果を他の装置に出力することで、該他の装置を制御する。あるいは、プロセッサ１０１は受信したデータまたは演算結果をメモリ１０２に格納する。統括コントローラ３０は１台のコンピュータで構成されてもよいし、複数のコンピュータの集合（すなわち分散システム）で構成されてもよい。

統括コントローラ３０は、通信ネットワーク４１を介して監視コンピュータ８と接続してもよい。通信ネットワーク４１の構成は限定されず、例えば、インターネットおよびイントラネットのうちの少なくとも一方を用いて構築されてもよい。監視コンピュータ８は、蓄電システム１の状況を監視するコンピュータである。監視コンピュータ８の種類は限定されない。例えば、監視コンピュータ８は携帯型または据置型のパーソナルコンピュータであってもよい。あるいは、監視コンピュータ８は、高機能携帯電話機（スマートフォン）、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ）、タブレットなどの携帯端末でもよい。監視コンピュータ８は蓄電システム１の一部でもよいし、蓄電システム１とは別のコンピュータシステムに設けられてもよい。

ここで、フロート充電について説明する。図３は、フロート充電の概略を示すグラフである。図３において、横軸は時間を表し、縦軸はＳＯＣ（State Of Charge）を表す。例えば蓄電システム１がバックアップ電源等に使用される場合、蓄電システム１が備える複数の蓄電装置１０は或る充電状態（例えばＳＯＣ＝８０〜１００％）となるよう、一定の電圧（以下、フロート充電電圧という）を供給されつつ自己放電分の充電が常に行われる。或る充電状態とは、亜鉛電池１１に十分に電気が蓄えられた状態のことをいい、例えば、亜鉛電池１１の能力または仕様により決定される最大限にまで電気が蓄えられた状態のことをいう。図３における期間Ｐ１は、各蓄電装置１０がこのような満充電状態すなわちフロート充電状態にある期間であり、１回のフロート充電につき、例えば数ヶ月（図の例では３ヶ月）といった長期間にわたって継続される。フロート充電は、例えば統括コントローラ３０により制御される。そして、各フロート充電期間Ｐ１の合間（期間Ｐ２）には、定期的に放電処理が行われる。放電処理は、各蓄電装置１０のＳＯＣを０％（若しくは１００％未満の任意の大きさ）にする処理である。０％（若しくは１００％未満の任意の大きさ）とされた各蓄電装置１０のＳＯＣは、再びフロート充電により或る充電状態（ＳＯＣ＝８０〜１００％）とされる。このような放電処理は、例えば統括コントローラ３０により制御される。各期間Ｐ２における放電処理ののち、期間Ｐ１において各蓄電装置１０に再びフロート充電電圧が印加される。こうして、各蓄電装置１０が寿命に至るまで、期間Ｐ１と期間Ｐ２とが交互に繰り返される。

蓄電システム１の特徴の一つは、上述した期間Ｐ１のフロート充電中における亜鉛電池１１の劣化の判定方法にあり、この特徴は例えば統括コントローラ３０により実現される。以下では、その判定処理に関する統括コントローラ３０の機能および構成を説明する。

図２に示されるように、統括コントローラ３０のプロセッサ１０１は、取得部３１、算出部３２、判定部３３、および出力部３４として機能する。取得部３１は、フロート充電中に亜鉛電池１１へ流れる電流の大きさ（電流量）の推移を取得する。算出部３２は、取得された電流量の推移に基づいて、基準値からの電流増加度を算出する。電流増加度とは、亜鉛電池１１の電流量が基準値に対してどの程度上昇したかを示す指標である。判定部３３はその電流増加度に基づいて亜鉛電池１１の劣化状態を判定する。出力部３４はその判定に基づくデータを出力する。劣化状態とは、亜鉛電池１１の性能が初期状態（製造時の状態）からどのくらい低下したかを示す概念である。亜鉛電池１１の劣化の典型は、負極（亜鉛電極）の表面から成長するデンドライト（針状または樹枝状の結晶）がセパレータを突き破って正極まで達することで発生する、短絡若しくは低抵抗化といった絶縁異常である。亜鉛電池１１の劣化の程度は、デンドライトの成長の程度に左右され得る。

メモリ１０２はプロセッサ１０１の動作に必要な情報を記憶する。例えば、メモリ１０２は判定規則３５を記憶する。判定規則３５は、劣化状態の判定に用いられる情報である。判定規則３５の記述方法は限定されない。例えば、判定規則３５は数式、閾値、アルゴリズム、および対応表のいずれかで表されてもよいし、数式、閾値、アルゴリズム、および対応表のうちの任意の２以上の組合せで表されてもよい。あるいは、判定規則３５は、プロセッサ１０１により実行されるプログラムの一部であってもよい。

判定規則３５は書き換え可能であってもよい。例えば、蓄電装置１０または亜鉛電池１１が別の型のものに交換されたり新しい型の蓄電装置１０または亜鉛電池１１が追加されたりした場合には、管理者がその構成の変更に応じてメモリ１０２内の判定規則３５を書き換える。この場合、管理者は所定の通信ネットワーク（図示せず）を介して管理用のコンピュータ（図示せず）で統括コントローラ３０にアクセスし、構成の変更を反映した新たな判定規則３５を統括コントローラ３０に転送してもよい。この転送により、メモリ１０２内の判定規則３５が書き換えられる。

通信インタフェース１０３はプロセッサ１０１と連携してデータの送受信を実行する。例えば、通信インタフェース１０３は取得部３１と連携して、亜鉛電池１１に関するデータを受信する。また、通信インタフェース１０３は出力部３４と連携して、判定に基づくデータを送信する。

［統括コントローラの動作］
ここで、統括コントローラ３０の動作を説明するとともに、本実施形態に係る、亜鉛電池の劣化の判定方法について説明する。図４は統括コントローラ３０の動作の例を示すフローチャートであり、具体的には、一つの蓄電装置１０に対する処理を示す。

ステップＳ１１では、取得部３１が、亜鉛電池１１のフロート充電中における、亜鉛電池１１へ流れる電流量の推移を取得する（取得ステップ）。電流量の推移とは、時間の経過に伴って生じる亜鉛電池１１への供給電流の変化のことをいう。また、この電流は、主に亜鉛電池１１の自己放電分を補うための充電電流である。亜鉛電池１１が正常である場合、時間経過に伴う自己放電量の変化が殆どないので、電流量は略一定で推移する。この取得ステップＳ１１においては、電流量を連続して取得してもよく、断続的に（例えば定期的に）取得してもよい。例えば、電流量を一日一回、予め定められた時間に取得してもよく、或いは数日に一回だけ取得してもよい。電流量の取得は、例えば電力変換器２０（図１を参照）と亜鉛電池１１との間に電流検出器を接続することにより行われる。

ステップＳ１２では、算出部３２が、電流量の推移に基づいて、基準値からの亜鉛電池１１の電流増加度を算出する（算出ステップ）。電流量が基準値からどの程度増加したかを示す限り、電流増加度の計算方法は限定されない。例えば、算出部３２は、当該電流量と基準値との差（すなわち電流増加量）を電流増加度として求めてもよい。或いは、算出部３２は、当該電流量と基準値との差を基準値で除算した数値（すなわち電流増加率）を電流増加度として求めてもよい。また、基準値としては、種々の値が用いられ得る。例えば、図５（ａ）に示されるように、電流量が減衰した或る時点ｔ₁における電流量を基準値とし、時点ｔ₁から時間Δｔａ後の時点ｔ₂において取得された電流量が基準値に対して増加していたら、劣化と判定してもよい。時間Δｔａは、例えば１日、３０日、或いは９０日といった長さである。或いは、図５（ｂ）に示されるように、電流量の変動、例えば単位時間Δｔｂ内における電流量の変動率（ΔＩ／Δｔｂ）が予め定められた範囲内に収束した時点における電流量を基準値としてもよい。或いは、図５（ｃ）に示されるように、当該フロート充電の直前に行われた放電処理ののちの充電開始から予め定められた時間Δｔｃが経過した時点で取得された電流量を基準値としてもよい。時間Δｔｃは、例えば１日、３０日、或いは９０日といった長さである。

ステップＳ１３では、判定部３３が電流増加度に基づいて亜鉛電池１１の劣化状態を判定する（判定ステップ）。劣化状態を判定する具体的な手法は一つに限定されず、判定部３３は様々な手法を用いて劣化状態を判定してもよい。

図６は判定処理（判定ステップ）の一例を示す。ステップＳ１１１では、判定部３３が電流増加度を閾値Ｔａ（第２閾値）と比較する。電流増加度がＴａ未満であれば（ステップＳ１１１においてＮＯ）、処理はステップＳ１１２に移り、判定部３３は亜鉛電池１１が正常状態であると判定する。正常状態とは、亜鉛電池１１が劣化していないか、または劣化の度合いが無視できる程度に小さいことを意味する。一方、電流増加度がＴａ以上であれば（ステップＳ１１１においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１１３に移り、判定部３３はさらに電流増加度を閾値Ｔｂ（第１閾値）と比較する。この閾値Ｔｂは閾値Ｔａよりも大きい値である。

閾値Ｔａおよび閾値Ｔｂの具体的な値は限定されない。また、閾値Ｔａおよび閾値Ｔｂは、亜鉛電池１１の動作温度（或いは周囲温度）によっても変更され得る。本発明の発明者は、亜鉛電池１１の特性を考慮してそれらの閾値を以下のように設定できることを見出した。すなわち、基準値からの電流増加率が３００％以下である場合には、亜鉛電池１１は正常であるといえる。電流増加率がそれよりも高い値を超えると（例えば４００％以上）、亜鉛電池１１内でデンドライトが成長している可能性があり、したがって、内部短絡の可能性を意識し始める必要が生ずる。電流増加率がさらに高い場合（例えば５００％以上である場合）には、デンドライトがだいぶ成長している可能性があり、比較的近い将来に内部短絡が生ずる蓋然性が高いと見込まれる。

このような電流の変化に関する実際の試験結果について説明する。試験では、亜鉛電池の一例である、公称電圧が１．６５Ｖであり定格容量が８Ａｈであるニッケル亜鉛電池を稼働させた。まず、ニッケル亜鉛電池を下記の条件１により満充電状態（ＳＯＣ＝１００％）とした（ステップＳ１）。

［条件１］
・定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ：Constant Current-Constant Voltage）
・温度：２５℃
・電流：８Ａ（カットオフ電流：０．４Ａ）
・電圧：１．９Ｖ

次に、定格容量の確認のため、電流８Ａでの初期放電容量を下記の条件２により確認した（ステップＳ２）。
［条件２］
・ＤＣバスへの放電
・温度：２５℃
・電流：８Ａ
・終止電圧：１．１Ｖ

続いて、ニッケル亜鉛電池を上記の条件１により再び満充電状態としたのち（ステップＳ３）、電流３２Ａでの初期放電容量を下記の条件３により確認した（ステップＳ４）。
［条件３］
・ＤＣバスへの放電
・温度：２５℃
・電流：３２Ａ
・終止電圧：１．１Ｖ

続いて、ＳＯＣ＝０％の状態から、フロート充電寿命試験を開始した（ステップＳ５）。その際、５つのニッケル亜鉛電池については下記の条件４にて試験を行い、別の５つのニッケル亜鉛電池については下記の条件５にて試験を行った。
［条件４］
・定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）
・温度：４０℃
・電流の上限値：１．６Ａ
・フロート充電電圧：５つの電池それぞれ、１．８２５Ｖ、１．８３Ｖ、１．８４Ｖ、１．８５Ｖ、及び１．８７Ｖ
・フロート充電期間：１２０日
［条件５］
・定電流定電圧（ＣＣ−ＣＶ）
・温度：５５℃
・電流の上限値：１．６Ａ
・フロート充電電圧：５つの電池それぞれ、１．８２５Ｖ、１．８３Ｖ、１．８４Ｖ、１．８５Ｖ、及び１．８７Ｖ
・フロート充電期間：４２日

そして、フロート充電実施後の所定の期間（１２時間）、電池温度が２５℃に近づくように調節した（ステップＳ６）。その後、フロート充電後の放電容量を上記の条件３により確認した（ステップＳ７）。このフロート充電後の放電容量が初期放電容量に対して閾値（６０％）以下であれば寿命と判定し、該閾値より大きい場合は上記のステップＳ５へ戻った（ステップＳ８）。このようなステップＳ５〜Ｓ８を、全てのニッケル亜鉛電池が寿命と判定されるまで繰り返した。なお、この試験では寿命と判定される放電容量の閾値を６０％としたが、この閾値は例えば５０％〜８０％の範囲内の任意の値に設定されてもよい。

図７は、条件４（温度４０℃）にてフロート充電寿命試験を実施した５つのニッケル亜鉛電池における、放電容量維持率の推移を示すグラフである。図８（ａ）は測定された放電容量を示す図表であり、図８（ｂ）は図８（ａ）から算出された放電容量維持率を示す（図７の基となった）図表である。また、図９は、条件４にてフロート充電寿命試験を実施した５つのニッケル亜鉛電池における、充電電流量の推移を示すグラフである。なお、図９において定期的に充電電流量が落ち込んでいるのは、放電処理（図３の期間Ｐ２）によるものである。この試験では、放電処理を１２０日毎に実施した。

図９を参照すると、フロート充電電圧を１．８２５Ｖ、１．８３Ｖ、１．８４Ｖ、及び１．８７Ｖとした各ニッケル亜鉛電池に関しては、フロート充電中の充電電流量は放電処理後なだらかに推移しており、急激な増加は見られない。これは、ニッケル亜鉛電池が正常であり、デンドライト等による絶縁異常が生じていないことを示す。これに対し、電圧を１．８５Ｖとしたニッケル亜鉛電池に関しては、３３０日〜３４４日の期間、及び３５１日〜３５８日の期間においてフロート充電中の充電電流量が急激に増加している。これは、デンドライト等による絶縁異常がニッケル亜鉛電池に生じたことを示す。なお、この例では電圧を１．８５Ｖとしたニッケル亜鉛電池において絶縁異常が最初に生じたが、他の電圧としたニッケル亜鉛電池において絶縁異常が最初に生じる可能性もある。通常、フロート充電電圧が高いほど、デンドライト等による絶縁異常が早く生じる傾向がある。

図１０は、条件５（温度５５℃）にてフロート充電寿命試験を実施した５つのニッケル亜鉛電池における、放電容量維持率の推移を示すグラフである。図１１（ａ）は測定された放電容量を示す図表であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）から算出された放電容量維持率を示す（図１０の基となった）図表である。また、図１２は、条件５にてフロート充電寿命試験を実施した５つのニッケル亜鉛電池における、充電電流量の推移を示すグラフである。

図１２を参照すると、フロート充電電圧を１．８２５Ｖ、１．８３Ｖ、１．８４Ｖ、及び１．８５Ｖとした各ニッケル亜鉛電池に関しては、フロート充電中の充電電流量は放電処理後なだらかに推移しており、急激な増加は見られない。これに対し、電圧を１．８７Ｖとしたニッケル亜鉛電池に関しては、３５日〜４２日の期間、及び７７日〜８４日の期間においてフロート充電中の充電電流量が急激に増加している。

再び図６を参照する。電流増加度がＴｂ以上であれば（ステップＳ１１３においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１１４に移り、判定部３３は亜鉛電池１１が第１劣化状態であると判定する。第１劣化状態は、亜鉛電池１１の劣化の度合いが比較的大きい状態のことをいう。一方、電流増加度がＴｂ未満であれば（ステップＳ１１３においてＮＯ）、すなわち、電流増加度がＴａ以上かつＴｂ未満であれば、処理はステップＳ１１５に移り、判定部３３は亜鉛電池１１が第２劣化状態であると判定する。第２劣化状態は、亜鉛電池１１の劣化の度合いが第１劣化状態よりも小さい状態のことをいう。この関係を維持する限り、第１劣化状態および第２劣化状態のそれぞれの具体的な意味は限定されない。例えば、第１劣化状態は、比較的近い将来に内部短絡が生ずる蓋然性が高い程にデンドライトが成長していると見込まれる状態に対応してもよい。第２劣化状態は、デンドライトは存在するものの、亜鉛極の放電によるデンドライトの溶解により亜鉛電池１１の性能が改善する可能性がある状態に対応してもよい。

図６に示す例では、判定部３３が第１劣化状態および第２劣化状態という２段階で亜鉛電池１１の劣化を判定するが、判定部３３は、その第１劣化状態および第２劣化状態を含む３以上の段階で亜鉛電池の劣化を判定してもよい。

図１３は判定処理（判定ステップ）の別の例を示す。ステップＳ１２１では、判定部３３が電流増加度を閾値Ｔａと比較する。電流増加度がＴａ未満であれば（ステップＳ１２１においてＮＯ）、処理はステップＳ１２２に移り、判定部３３は亜鉛電池１１が正常状態であると判定する。

一方、電流増加度がＴａ以上であれば（ステップＳ１２１においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１２３に移り、判定部３３は、「電流増加度が閾値Ｔａ以上である」という状態（監視事象）が連続して発生した回数ｎを取得する。判定部３３は、亜鉛電池１１の状態を判定する度にその判定結果を履歴としてメモリ１０２に記録し、ステップＳ１２３においてその履歴を参照することで、その回数ｎを求めることができる。

回数ｎが閾値Ｔｃ未満であれば（ステップＳ１２４においてＮＯ）、処理はステップＳ１２２に移り、判定部３３は亜鉛電池１１が正常状態であると判定する。一方、回数ｎが閾値Ｔｃ以上であれば（ステップＳ１２４においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１２５に移り、判定部３３は亜鉛電池１１が第１劣化状態であると判定する。閾値Ｔｃの具体的な値は限定されず、任意の基準に基づいて設定されてよい。例えば、閾値Ｔｃは、亜鉛電池１１の特性などの様々な要因を考慮して設定されてもよい。

負極を構成する亜鉛は析出と溶解とを繰り返すので、デンドライトは時間の経過に伴って単調に成長するとは限らず、デンドライトが一時的に解消する（負極表面からのデンドライトの突出量が一時的に下がる）場合があり得る。したがって、デンドライトのこのような特性を考慮し、判定部３３は、連続して得られた複数の電流増加度に基づいて亜鉛電池１１の劣化状態を判定してもよい。電流増加度が比較的高い状態が続いている場合には、デンドライトが或る程度大きく成長していると予想されるので、亜鉛電池１１の劣化が或る程度進んでいると判定することができる。

図１４は判定処理（判定ステップ）のさらに別の例を示す。ステップＳ１３１では、判定部３３が電流増加度を閾値Ｔａと比較する。電流増加度がＴａ未満であれば（ステップＳ１３１においてＮＯ）、処理はステップＳ１３２に移り、判定部３３は亜鉛電池１１が正常状態であると判定する。一方、電流増加度がＴａ以上であれば（ステップＳ１３１においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１３３に移り、判定部３３はさらに電流増加度を閾値Ｔｂ（Ｔｂ＞Ｔａ）と比較する。閾値Ｔａおよび閾値Ｔｂの具体的な値は、図６の例と同様に設定してよい。

電流増加度がＴｂ以上であれば（ステップＳ１３３においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１３４に移り、判定部３３は亜鉛電池１１が第１劣化状態であると判定する。一方、電流増加度がＴｂ未満であれば（ステップＳ１３３においてＮＯ）、処理はステップＳ１３５に移り、判定部３３は、「電流増加度が閾値Ｔａ以上である」という状態（監視事象）が連続して発生した回数ｎを取得する。回数ｎが閾値Ｔｃ未満であれば（ステップＳ１３６においてＮＯ）、処理はステップＳ１３２に移り、判定部３３は亜鉛電池１１が正常状態であると判定する。一方、回数ｎが閾値Ｔｃ以上であれば（ステップＳ１３６においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１３４に移り、判定部３３は亜鉛電池が第１劣化状態であると判定する。図１４に示す例は、図６および図１３に示された二つの手法の組合せであるともいえる。

図１３および図１４は、監視事象が発生した回数に基づいて亜鉛電池１１の劣化を判定する処理を含む。この処理の変形として、判定部３３は、「電流増加度が閾値Ｔａ以上である」という状態（監視事象）が連続して発生した回数ｎに代えて、「電流増加度が閾値Ｔａ以上である」という状態（監視事象）が発生した累積の回数ｍに基づいて劣化状態を判定してもよい。すなわち、判定部３３は、累積発生回数ｍが閾値Ｔｄ未満であれば亜鉛電池１１が正常状態であると判定し、累積発生回数ｍが閾値Ｔｄ以上であれば亜鉛電池１１が第１劣化状態であると判定してもよい。上述したように、デンドライトは一時的に解消する場合があり得る。しかし、電流増加度の比較的高い状態が連続して発生したか不連続で発生したかにかかわらず、該状態を多く検知してきた場合には、デンドライトが或る程度大きく成長していると予想される。したがって、判定部３３はこのような場合に、亜鉛電池１１の劣化が或る程度進んでいると判定してもよい。閾値Ｔｄの具体的な値は限定されず、任意の基準に基づいて設定されてよい。例えば、閾値Ｔｄは、亜鉛電池１１の特性などの様々な要因を考慮して設定されてもよい。

或いは、判定部３３は、連続発生回数と累積発生回数との双方を用いて劣化状態を判定してもよい。例えば、判定部３３は連続発生回数ｎおよび累積発生回数ｍの双方をカウントする。そして、判定部３３は、連続発生回数ｎが閾値Ｔｃ以上であるか、または累積発生回数ｍが閾値Ｔｄ以上である場合には、亜鉛電池１１が第１劣化状態であると判定し、それ以外の場合には、亜鉛電池１１が正常状態であると判定してもよい。

連続発生回数および累積発生回数の少なくとも一方を用いる場合に、判定部３３は、第１劣化状態だけでなく第２劣化状態も判定してもよい。連続発生回数ｎについては、判定部３３は二つの閾値Ｔｃ_ｌｏｗおよびＴｃ_ｈｉｇｈを用いる（ただし、Ｔｃ_ｌｏｗ＜Ｔｃ_ｈｉｇｈ）。そして判定部３３は、ｎ＜Ｔｃ_ｌｏｗの場合には亜鉛電池１１が正常状態と判定し、Ｔｃ_ｌｏｗ≦ｎ＜Ｔｃ_ｈｉｇｈの場合には亜鉛電池１１が第２劣化状態と判定し、Ｔｃ_ｈｉｇｈ≦ｎの場合には亜鉛電池１１が第１劣化状態と判定してもよい。累積発生回数ｍについては、判定部３３は二つの閾値Ｔｄ_ｌｏｗおよびＴｄ_ｈｉｇｈを用いる（ただし、Ｔｄ_ｌｏｗ＜Ｔｄ_ｈｉｇｈ）。そして判定部３３は、ｍ＜Ｔｄ_ｌｏｗの場合には亜鉛電池１１が正常状態と判定し、Ｔｄ_ｌｏｗ≦ｍ＜Ｔｄ_ｈｉｇｈの場合には亜鉛電池１１が第２劣化状態と判定し、Ｔｄ_ｈｉｇｈ≦ｍの場合には亜鉛電池１１が第１劣化状態と判定してもよい。連続発生回数および累積発生回数の少なくとも一方を用いる場合においても、判定部３３は、第１劣化状態および第２劣化状態を含む３以上の段階で亜鉛電池の劣化を判定してもよい。

このように劣化状態の判定については様々な手法を採用し得る。いずれにしても、判定部３３は、予め定められた判定規則３５（例えば、上記の閾値を含む判定規則３５）を用いて亜鉛電池１１の劣化状態を判定することができる。

再び図４を参照する。ステップＳ１４では、出力部３４が、判定部３３による判定に基づくデータを出力する。データの内容は限定されない。例えば、出力部３４は、判定結果（例えば、正常状態、第１劣化状態、または第２劣化状態のいずれか）を通信ネットワーク４１を介して監視コンピュータ８に送信してもよい。監視コンピュータ８はその判定結果をモニタ上に表示したりデータベースに格納したりするなどの任意の処理を実行してよい。あるいは、出力部３４は判定結果が第１劣化状態である場合に停止指示を生成し、対応する蓄電装置１０に向けてその停止指示を送信してもよい。「蓄電装置に向けて停止指示を送信する」とは、亜鉛電池１１に充放電をさせないために、該蓄電装置１０に、または該蓄電装置１０に対応する他の装置に、停止指示を送信することをいう。例えば、出力部３４は、蓄電装置１０に対応する電力変換器２０に通信線４０を介して停止指示を送信してもよい。停止させられた蓄電装置１０の亜鉛電池１１は、例えば人手により、新しいものに交換される。

蓄電システム１が複数の蓄電装置１０を備える場合には、統括コントローラ３０はすべての蓄電装置１０についてステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を実行する。一つの蓄電装置１０について、ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理は繰り返し実行される。

［プログラム］
コンピュータを統括コントローラ３０として機能させるための判定プログラムは、該コンピュータを取得部３１、算出部３２、判定部３３、および出力部３４として機能させるためのプログラムコードを含む。この判定プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等の有形の記録媒体に固定的に記録された上で提供されてもよい。あるいは、判定プログラムは、搬送波に重畳されたデータ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。提供された判定プログラムは例えばメモリ１０２に記憶される。プロセッサ１０１がメモリ１０２と協働してその判定プログラムを実行することで、上記の各機能要素が実現する。

［効果］
以上説明したように、本実施形態に係る亜鉛電池の劣化の判定方法は、亜鉛電池１１のフロート充電中における、亜鉛電池１１へ流れる電流量の推移を取得する取得ステップＳ１１と、電流量の推移における基準値からの電流増加度を算出する算出ステップＳ１２と、電流増加度に基づいて亜鉛電池１１の劣化を判定する判定ステップＳ１３と、を含む。フロート充電中においては、亜鉛電池１１へ流れる電流量は略一定か僅かに変化する程度であるが、田土ライト等による電極間の短絡或いは低抵抗化といった絶縁異常が発生すると、該電流量は極端に増加する（図９及び図１２を参照）。この判定方法では、基準値からの電流増加度に基づいて亜鉛電池１１の劣化を判定するので、フロート充電中であっても、電極間の絶縁異常を良好に検知し、亜鉛電池１１の劣化を精度良く判定することができる。

本実施形態のように、判定ステップＳ１３では、電流増加度が閾値以上である場合に亜鉛電池１１が劣化状態であると判定してもよい。例えばこのような方法により、電極間の絶縁異常をより精度良く検知することができる。

図６に示されたように、判定ステップＳ１３では、電流増加度が閾値Ｔｂ以上である場合に、亜鉛電池１１が第１劣化状態であると判定し、電流増加度が閾値Ｔａ以上かつ閾値Ｔｂ未満である場合に、亜鉛電池１１が、第１劣化状態よりも劣化の度合いが小さい第２劣化状態であると判定してもよい。例えばこのように亜鉛電池１１の劣化状態を段階的に判定することにより、亜鉛電池１１の交換等の判断を容易にすることができる。

算出ステップＳ１２では、図５（ａ）に示されたように、電流量が減衰した或る時点ｔ₁における電流量を基準値とし、時点ｔ₁から時間Δｔａ後の時点ｔ₂において取得された電流量が基準値に対して増加した場合に劣化と判定してもよく、図５（ｂ）に示されたように、電流量の変動が予め定められた範囲内に収束した時点における電流量を基準値としてもよく、或いは、図５（ｃ）に示されたように、当該フロート充電の直前に行われた放電処理ののちの充電開始から予め定められた時間Δｔｃが経過した時点で取得された電流量を基準値としてもよい。例えばこれらのうち何れかの方法により、亜鉛電池１１の劣化の判定においてより適切な基準値を設定することができる。

図１３及び図１４に示されたように、判定ステップＳ１３では、電流増加度が閾値Ｔａ以上であるという監視事象が発生した回数ｎに基づいて亜鉛電池１１の劣化を判定してもよい。前述したように、デンドライトによる絶縁異常は継続して生じるものではなく、亜鉛電池１１は絶縁異常の発生及び回復を繰り返しつつ寿命に至る。従って、絶縁異常が一度発生したのみでは亜鉛電池１１の劣化を判定し難い場合がある。そのような場合であっても、電流増加度の異常（監視事象）が発生した回数ｎに基づいて亜鉛電池１１の劣化を判定することによって、亜鉛電池１１の劣化を更に精度良く判定することができる。この場合、判定ステップＳ１３では、監視事象が連続して発生した回数ｎが、予め定められた閾値Ｔｃ以上である場合に、亜鉛電池１１が劣化状態であると判定してもよく（図１４）、或いは、監視事象が発生した累積の回数ｎが、予め定められた閾値Ｔｃ以上である場合に、亜鉛電池１１が劣化状態であると判定してもよい（図１３）。

本実施形態のように、亜鉛電池１１はニッケル亜鉛電池であってもよい。この場合、本実施形態の判定方法が特に有効であり、上述した効果を顕著に奏することができる。

［変形例］
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、少なくとも一つのプロセッサにより実行される、亜鉛電池の劣化の判定方法の処理手順は上記実施形態での例に限定されない。例えば、上述したステップ（処理）の一部が省略されてもよいし、別の順序で各ステップが実行されてもよい。また、上述したステップのうちの任意の２以上のステップが組み合わされてもよいし、ステップの一部が修正又は削除されてもよい。あるいは、上記の各ステップに加えて他のステップが実行されてもよい。

蓄電システム１内で二つの数値の大小関係を比較する際には、「以上」および「よりも大きい」という二つの基準のどちらを用いてもよく、「以下」および「未満」の二つの基準のうちのどちらを用いてもよい。このような基準の選択は、二つの数値の大小関係を比較する処理についての技術的意義を変更するものではない。

上記実施形態では統括コントローラ３０が亜鉛電池の劣化の判定方法を実行するが、この方法の一部または全部が人手により行われてもよい。

１…蓄電システム、２…供給要素、３…ＰＣＳ、４…需要要素、６…ＤＣバス、７…ＡＣバス、８…監視コンピュータ、１０…蓄電装置、１１…亜鉛電池、２０…電力変換器、３０…統括コントローラ、３１…取得部、３２…算出部、３３…判定部、３４…出力部、３５…判定規則、４０…通信線、４１…通信ネットワーク。

Claims (9)

1. 亜鉛電池のフロート充電中における、亜鉛電池へ流れる電流量の推移を取得する取得ステップと、
   前記電流量の推移における基準値からの電流増加度を算出する算出ステップと、
   前記電流増加度に基づいて前記亜鉛電池の劣化を判定する判定ステップと、
   を含む、亜鉛電池の劣化の判定方法。
2. 前記判定ステップでは、前記電流増加度が閾値以上である場合に前記亜鉛電池が劣化状態であると判定する、請求項１に記載の亜鉛電池の劣化の判定方法。
3. 前記判定ステップでは、前記電流増加度が第１閾値以上である場合に、前記亜鉛電池が第１劣化状態であると判定し、前記電流増加度が第２閾値以上かつ前記第１閾値未満である場合に、前記亜鉛電池が、前記第１劣化状態よりも劣化の度合いが小さい第２劣化状態であると判定する、請求項２に記載の亜鉛電池の劣化の判定方法。
4. 前記算出ステップでは、前記電流量の変動が予め定められた範囲内に収束した時点における前記電流量を前記基準値とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の亜鉛電池の劣化の判定方法。
5. 前記算出ステップでは、当該フロート充電の直前に行われた放電処理ののちの充電開始から予め定められた時間が経過した時点で取得された前記電流量を前記基準値とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の亜鉛電池の劣化の判定方法。
6. 前記判定ステップでは、前記電流増加度が閾値以上であるという監視事象が発生した回数に基づいて前記亜鉛電池の劣化を判定する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の亜鉛電池の劣化の判定方法。
7. 前記判定ステップでは、前記監視事象が連続して発生した回数が、予め定められた閾値以上である場合に、前記亜鉛電池が劣化状態であると判定する、請求項６に記載の亜鉛電池の劣化の判定方法。
8. 前記判定ステップでは、前記監視事象が発生した累積の回数が、予め定められた閾値以上である場合に、前記亜鉛電池が劣化状態であると判定する、請求項６または７に記載の亜鉛電池の劣化の判定方法。
9. 亜鉛電池がニッケル亜鉛電池である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の亜鉛電池の劣化の判定方法。

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