JP2023033088A

JP2023033088A - 蓄電池制御方法及び蓄電池制御プログラム

Info

Publication number: JP2023033088A
Application number: JP2022063624A
Authority: JP
Inventors: 広明手島; Hiroaki Teshima; 悠大堤; Yudai Tsutsumi; 歩夢宮澤; Ayumu Miyazawa
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2022-04-06
Publication date: 2023-03-09
Anticipated expiration: 2042-04-06
Also published as: JP7080419B1

Abstract

【課題】蓄電池の容量劣化を簡易に抑制できる蓄電池制御方法及び蓄電池制御プログラムを得る。【解決手段】蓄電池制御方法は、蓄電池の放電時間又は充放電回数の積算値が規定値に達した状態で、蓄電池の電極の容量の減少量又は稼働イオンの減少量から蓄電池の容量劣化の主因が電極の容量の減少及び稼働イオンの減少のいずれであるかを特定し、特定の結果に基づいて、主因による蓄電池の容量劣化を抑制する運転パターンで蓄電池を運転する。【選択図】図５

Description

本願の開示する技術は、蓄電池制御方法及び蓄電池制御プログラムに関する。

蓄電池の充放電を制御する各種の技術がある。たとえば特許文献１には、電力系統からの電力調整要求に基づき配下の複数の蓄電池に対して充放電制御を行う蓄電池制御システムが記載されている。具体的には、蓄電池の蓄電池情報に基づき該蓄電池の現在の蓄電容量を算出する蓄電容量算出手段と、蓄電池の運転を停止する際の目標蓄電容量を設定する目標蓄電容量設定手段と、予め設定された容量劣化速度相関情報に現在蓄電容量及び目標蓄電容量を適用して、各蓄電容量に対する現在容量劣化速度及び目標容量劣化速度を算出する容量劣化速度算出手段と、運転開始時からの経過時間をｔ、容量劣化速度が蓄電容量に応じて変動する場合の当該容量劣化速度の時間積分値を容量劣化量Ｄ_{ＳＯＣ変動}（ｔ）、容量劣化速度が蓄電容量にかかわらず一定とした場合の当該容量劣化速度の時間積分値を容量劣化量Ｄ_{ＳＯＣ一定}（ｔ）とした際に、容量劣化量Ｄ_{ＳＯＣ変動}（ｔ）≦容量劣化量Ｄ_{ＳＯＣ一定}（ｔ）の容量劣化量抑制条件を満たすように複数の蓄電池に電力を配分する電力配分手段と、を備えている。

特許文献２には、複数の蓄電池が並列に接続されて、蓄電池の電力を負荷に供給する電力変換システムが記載されている。この電力変換システムは、複数の蓄電池の各々の劣化情報を取得する劣化情報取得装置と、前記蓄電池の温度情報を検出する温度情報取得装置と、前記劣化情報取得装置による前記蓄電池の劣化情報と前記温度情報取得装置による前記蓄電池の温度情報に基づいて前記蓄電池用電力変換器を制御する制御装置とを備え、複数の前記蓄電池の劣化の状態を一致し得るようにしている。

特許文献３には、蓄電池の劣化状態を予測する蓄電池の劣化予測方法が記載されている。この劣化予測方法は、蓄電池の容量の時間経過に伴う劣化状況を、複数の温度域における蓄電池温度Ｔの在時間をパラメータとして表す演算式を求めておき、蓄電池の、時間経過に伴う予想温度変化から上記各温度域における蓄電池温度Ｔの在時間を把握し、その各温度域における蓄電池温度Ｔの在時間を演算式に当てはめることにより、蓄電池の劣化状況を予測する。

特許文献４には、蓄電池の充放電を制御する蓄電池制御装置及び充放電制御方法が記載されている。具体的には、蓄電池の温度を予測する温度予測モデルを学習する温度予測モデル学習手段と、蓄電池における充放電と蓄電池の劣化との関係を表す劣化予測モデルを学習する劣化予測モデル学習手段と、温度予測モデル及び劣化予測モデルを基に蓄電池における充放電計画の最適化に用いられる目的関数を生成する目的関数生成手段と、所定の制約条件の下で目的関数を最適化する蓄電池における充放電計画を作成する計画作成手段とを含んでいる。

特許文献５には、充放電配分制御装置、充放電配分制御システム、および充放電配分制御方法が記載されている。この技術では、電力系統に電力変換器を介して連系接続される蓄電池を含む複数の蓄電ユニットに、充放電要求量を受けて、充放電指令を送信する充放電配分制御装置は、劣化速度導出部と配分率決定部と充放電量算出部と充放電指令部とを備える。劣化速度導出部は、各蓄電池の内部温度と各蓄電池の劣化速度特性に基づいて各蓄電池の劣化速度を求める。配分率決定部は、劣化速度導出部の出力信号を受け、劣化速度がより小さい蓄電池に対してより大きい配分率を設定する。充放電量算出部は、配分率決定部の出力信号を受け、充放電要求量に対し各蓄電池の配分率を乗算して得た各値を各
蓄電池の最大充放電量と比較して、各蓄電池の充放電指令値を算出する。充放電指令部は、充放電量算出部の出力信号を受け、複数の蓄電ユニットの各々に充放電指令値による充放電指令を送信する。

国際公開２０１６／１１４１４７号国際公開２０１６／１３２５８６号特開２００３－１６１７６８号公報国際公開２０１８／１４７１９４号特開２０１３－１９１５００号公報

特許文献１～５に記載される従来技術は、いずれも、蓄電池の充放電を制御することで、蓄電池の容量劣化の均一化を図ったり、容量劣化を予測したりするものである。

しかしながら、特許文献１では、現在容量劣化速度及び目標容量劣化速度を算出すると共に容量劣化速度の時間積分値を計算する等、劣化速度の算出が煩雑で、制御も複雑である。

引用文献２に記載される技術においても、複数の蓄電池の劣化情報と、蓄電池の温度情報と、に基づいて蓄電池用電力変換器を制御しており、劣化情報の取得が煩雑であり、制御も複雑である。

引用文献３では、蓄電池の所定の温度域での在時間を計測する必要があり、さらに、パラメータとして表される演算式を求めておく必要もあるため、予測の制御が複雑である。

引用文献４では、蓄電池の温度を予測する温度予測モデルや、蓄電池における充放電と劣化との関係を表す劣化予測モデルから、充放電計画の最適化に用いられる目的関数を生成しており、制御が複雑である。

引用文献５では、各蓄電池の劣化速度を求め、劣化速度が小さい蓄電池に対して大きい配分率を設定し、さらに、各蓄電池の配分率を乗算して得た各値を各蓄電池の最大充放電量と比較して各蓄電池の充放電指令値を算出しており、制御が複雑である。

また、特許文献１、２、５では、複数の蓄電池を前提としており、個別の蓄電池への対応はできなかった。

本発明は上記事実を考慮し、蓄電池の容量劣化を簡易に抑制できる蓄電池制御方法及び蓄電池制御プログラムを得ることを目的とする。

本発明の他の目的は、単独の蓄電池に対しても、容量劣化を簡易に抑制できるようにすることである。

蓄電池の容量を低下させる原因としては、電極である正極及び負極の容量の減少と、稼働イオンの減少（不活化リチウムの増加）がある。そして、これらのうちのいずれかが主因となって、蓄電池の全体としての劣化が生じることが多い。

第一態様の蓄電池制御方法では、蓄電池の設置からの経過時間、運転時間又は充放電回数の積算値が規定値に達した状態で、前記蓄電池の電極の容量の減少量又は稼働イオンの減少量から前記蓄電池の容量劣化の主因が前記電極の容量の減少及び前記稼働イオンの減少のいずれであるかを特定し、前記特定の結果に基づいて、前記主因による前記蓄電池の容量劣化を抑制する運転パターンで前記蓄電池を運転する。このように、蓄電池の容量劣化の主因を特定して、主因による容量劣化を抑制する運転パターンとすることで、蓄電池の全体としての容量劣化を抑制できる。また、電極（正極及び負極）の容量の減少量と、稼働イオンの減少量の偏りも抑制できる。しかも、複雑な制御等は不要であり、蓄電池の容量劣化を簡易に抑制できる。

また、複数の蓄電池のデータ等を比較しないので、単独の蓄電池に対し、容量劣化を簡易に抑制できる。

第二態様では、前記特定を、前記蓄電池の充電中に行う。

したがって、蓄電池の放電には影響しない。

第三態様では、前記特定を、充電中の前記蓄電池の電圧、電流及び温度に基づいて行う。

充電中の蓄電池の電圧、電流及び温度に基づくので、簡易に、蓄電池の容量劣化の主因を特定できる。たとえば、電圧、電流及び温度の瞬時値を用いれば、これらの値の変化を把握する必要がない。

第四態様の蓄電池制御プログラムは、コンピュータに、蓄電池の設置からの経過時間、運転時間又は充放電回数の積算値が規定値に達した状態で、前記蓄電池の電極の容量の減少量又は稼働イオンの減少量から前記蓄電池の容量劣化の主因が前記電極の容量の減少及び前記稼働イオンの減少のいずれであるかを特定し、前記特定の結果に基づいて、前記主因による前記蓄電池の容量劣化を抑制する運転パターンで前記蓄電池を運転するための蓄電池制御プログラムである。

本願では、蓄電池の容量劣化を簡易に抑制できる。また、単独の蓄電池に対しても、容量劣化を簡易に抑制できる。

図１は第一実施形態の蓄電池を備えた蓄電池を示す構成図である。図２は第一実施形態の蓄電池を放電状態で示す図である。図３は第一実施形態の蓄電池を充電状態で示す図である。図４は第一実施形態の蓄電池の制御部のハードウエア構成を示す構成図である。図５は第一実施形態の蓄電池に対する蓄電池制御処理を示すフローチャートである。図６は第一実施形態の蓄電池における充放電サイクル数とＳＯＨの関係の一例を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１には、第一実施形態の蓄電池１６を備えた蓄電システム１２の構成が示されている。また、図２及び図３には、蓄電池１６の構成が概念的に示されている。

蓄電システム１２は、複数の蓄電池１６を備えた蓄電池ユニット１４を有している。この蓄電池ユニット１４のそれぞれの蓄電池１６に対し、制御部１８が、運転状態（充電及び放電のサイクルを行う動作）、及び、運転以外も含めた各種の制御を行う。

図２及び図３に示すように、蓄電池１６は、容器２０、正極２２、負極２４、電解質２６及びセパレータ２８を有している。正極２２、負極２４、電解質２６及びセパレータ２８は、容器２０内に収容されている。本実施形態では、電解質２６は液状の電解液であるが、液体ではない電解質を用いた蓄電池（いわゆる全固体電池）であってもよい。

正極２２は正極活物質（本実施形態では、一例としてリチウムイオンを含有する金属酸化物）を、負極２４は負極活物質（本実施形態では一例としてカーボン）を含有している。

放電時には、図２に示すように蓄電池１６に負荷３０が接続された状態となる。この状態で、負極活物質から稼働イオン（本実施形態ではリチウムイオン）３４が離脱し、酸化反応が生じる。稼働イオン３４は、電解質２６を正極２２側に移動して正極活物質に吸蔵される。負極では電子３６が放出されるので、この電子３６が負荷３０を経て正極２２に移動する。この電子３６は、正極２２において正極活物質に吸蔵され、還元反応が生じる。

これに対し、充電時には、図２に示すように蓄電池１６に外部電源３２が接続された状態となる。負極２４に外部電源３２から電子３６が流れると共に、負極２４では稼働イオン３４が吸蔵される。正極２２では、電子３６が離脱して外部電源３２へ流れると共に、稼働イオン３４が放出され、電解質２６を経て負極２４に流れる。

蓄電池１６では、このような放電と充電とを１つのサイクルとして運転され、このサイクルを繰り返し行うことが可能である。

図４には、この蓄電池１６の放電、充電及び各種の動作を制御する制御部１８のハードウエア構成がブロック図として示されている。

制御部１８は、コンピュータ４０を有する。コンピュータ４０は、プロセッサ４２、メモリ４４、ストレージ４６、入力装置４８、出力装置５０、記憶媒体読取装置５２及び通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）５４を有する。これらの各要素は、バス５６を介して相互に通信可能に接続されている。

ストレージ４６には、後述する蓄電池制御処理を実行するための蓄電池制御プログラム５８が格納されている。プロセッサ４２は、各種のプログラムを実行したり、各要素を制御したりすることが可能である。具体的には、プロセッサ４２は、ストレージ４６からプログラムを読み出し、メモリ４４を作業領域としてプルグラムを実行する。すなわち、プロセッサ４２は、ストレージ４６に格納されているプログラムに従って、各要素の制御及び各種の演算処理を行う。

メモリ４４には、作業領域として、一時的にプログラム及び各種のデータを記憶可能である。

ストレージ４６は、たとえば、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｃＤｒｉｖｅ）、及びＳＤＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖ
ｅ）等であり、各種プログラム及び各種データが格納される。このプログラムには、上記した蓄電池制御プログラム等のアプリケーションプログラムだけでなく、オペレーティングシステムも含まれる。

入力装置４８は、コンピュータ４０に対し各種の入力を行うための装置である。入力装置４８としては、操作スイッチや操作ボタン等が含まれる他、パーソナルコンピュータ等に使用されるキーボードやマウス等のポインティングデバイス等を含んでいてもよい。

出力装置５０は、コンピュータ４０からの各種の情報を出力するための装置であり、たとえば、ディスプレイや表示ランプ、スピーカー等が含まれる。出力装置５０としてタッチパネルディスプレイを用いることも可能であり、この場合には、タッチパネルディスプレイが入力装置４８としても機能する。

記憶媒体読取装置５２は、各種の記憶媒体に記憶されたデータの読み込み、及び、記憶媒体に対するデータの書き込みを行う装置である。記憶媒体としては、たとえば、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）－ＲＯＭ、ブルーレイディスク、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）メモリ等を挙げることができる。

通信Ｉ／Ｆ５４は、他の機器と通信するためのインターフェースである。通信のためには、たとえば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ（ＦｉｂｅｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＤｓｔａＩｎｔｅｒｆａｃｅ）等の規格が用いられる。

制御部１８は、さらに、電圧計６２、電流計６４及び温度センサ６６を有する。

制御部１８の電圧計６２は、充電時の蓄電池１６の電圧値を検出し、電流計６４は、同じく充電時の蓄電池１６の電流値を検出する。さらに、温度センサ６６は、充電時の蓄電池１６の温度を測定する。

さらに、制御部１８のストレージ４６には、蓄電池１６の正極２２、負極２４の容量の減少量及び稼働イオンの減少量と、蓄電池１６のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＨｅａｌｔｈ）、電圧、電流及び温度と、の対応関係が、たとえば特定の関数あるいはデータベースとして格納されている。この対応関係は、充電時の蓄電池１６のＳＯＣ、電圧値、電流値及び温度と、蓄電池１６の正極２２の容量、負極２４の容量及び電解質２６において不活化状態にある稼働イオン３４の関係を示すものである。不活化状態にある稼働イオン３４は、実質的に、蓄電池１６からの放電には寄与しない。したがって、不活化状態にある稼働イオン３４の増加（実質的な稼働イオン３４の減少）は、蓄電池１６の容量劣化の原因となり得る。

なお、充電中の蓄電池１６に対し、正極２２の容量の減少量、負極２４の容量の減少量及び電解質２６の稼働イオン３４の減少量を直接的に測定することは難しい。これに対し、充電中の蓄電池１６のＳＯＣ、電圧、電流及び温度を測定することは比較的容易である。そこで、本願の開示の技術では、実際に使用される前の蓄電池１６と同種、すなわち同じ仕様の蓄電池をサンプルとし、正極２２の容量の減少量Ｍｐ、負極２４の容量の減少量Ｍｎ及び稼働イオンの減少量Ｍｉと、蓄電池１６のＳＯＣの値Ｓ、電圧Ｖ、電流Ｉ及び温度Ｔと、の対応関係をあらかじめ得ておくこととしている。たとえば、サンプルの蓄電池の充電中に、充電初期からの充電時間の経過に伴うＳＯＣ、電圧、電流及び温度の変化を求めておくことで、充電時間に対するこれらのデータを充電曲線として得ておく。

そして、等価回路モデルを用いた充電曲線解析を行う。充電曲線解析では、サンプルの蓄電池について、正極の容量の減少量Ｍｐ、負極の容量の減少量Ｍｎ、電解質の稼働イオンの減少量Ｍｉを独立変数（説明変数）としておく。すなわち、サンプルの蓄電池において、正極の容量の減少量Ｍｐ、負極の容量の減少量Ｍｎ、電解質の稼働イオンの減少量Ｍｉの各数値の組み合わせに対し、実測値であるＳＯＣの値Ｓ、電圧Ｖ、電流Ｉ、温度Ｔを従属変数（被説明変数）として、あらかじめ以下の関係Ｆを得ておく。
{Ｓ, Ｖ, Ｉ, Ｔ} = Ｆ(Ｍｐ, Ｍｎ, Ｍｉ)

たとえば、この対応関係は、非線形の回帰分析を行うことで、特定の係数を有する関数を用いて表現される。

そしてこの対応関係を示す関数が得られていれば、充電中の蓄電池１６においては、これとは逆の関係として、以下の関数Ｇを用いて、測定値であるＳＯＣ、電圧、電流及び温度から、正極２２の容量の減少量Ｍｐ、負極２４の容量の減少量Ｍｎ及び電解質２６の稼働イオン３４の減少量Ｍｉを算出できる。
{Ｍｐ, Ｍｎ, Ｍｉ} = Ｇ(Ｓ, Ｖ, Ｉ, Ｔ)

本願の開示の技術では、蓄電池１６の設置からの経過時間、運転時間又は充放電回数の積算値が規定値に達した状態で、充電中の蓄電池１６のＳＯＣの値Ｓ、電圧Ｖ、電流Ｉ及び温度Ｔを取得する。そして、取得したこれらの値から、上記の関係（関数Ｇ）を用いて、正極２２の容量の減少量Ｍｐ、負極２４の容量の減少量Ｍｎ及び電解質２６の稼働イオン３４の減少量Ｍｉを推定する。さらに、この推定に基づいて、蓄電池１６の容量劣化の主因が、正極２２の容量の減少量、負極２４の容量の減少量及び電解質２６の稼働イオン３４の減少量、のいずれであるかを特定する。

本実施形態では、正極２２の容量、及び負極２４の容量は、Ａｈの単位で取得する。また、電解質２６において不活化状態にあるイオン濃度は、不活化Ｌｉ量としてｍｏｌ等の単位で得られるが、本実施形態ではこれを、表１に示すように蓄電池１６における容量の減少分としてＡｈの単位に換算している。すなわち、正極２２の容量、負極２４の容量及び不活化状態にあるイオン濃度は、いずれも同一のＡｈの単位で得られるので、上記の特定は容易である。したがって、正極２２及び負極２４については、容量の数値が大きい程劣化の程度が低い（劣化していない）のに対し、稼働イオンの減少量（不活化Ｌｉ量）については、この数値が小さい程劣化の程度が低い。

表１におけるサイクル数が０（ゼロ）の場合の容量は、たとえば、蓄電池１６の製造時における初期データとして得ることが可能である。

本実施形態では、蓄電池１６の運転パターンとして、表２に示す少なくとも３つの運転パターンが設定されている。

この表２におけるＳＯＣ範囲は、各運転パターンで蓄電池１６を運転する場合の、ＳＯＣ範囲の一例である。たとえば、運転パターンＡでは、ＳＯＣが１００％～５０％の範囲に収まるように、蓄電池１６の放電と充電とを繰り返す。

表２から分かるように、各運転パターンに応じて、正極２２及び負極２４の容量の減少及び稼働イオンの減少の進行が異なっている。なお、この表に示す劣化の程度は、正極２２、負極２４及び電解質２６について、劣化の進行程度を相対的に評価したものである。また、各運転パターンに示す劣化の進行程度は、ＳＯＣの範囲と対応付けられる。ただし、ＳＯＣ範囲の一部に運転パターンで重なりがあることからも分かるように、このＳＯＣ範囲はあくまで概略の目安であり、たとえば正極活物質、負極活物質及び電解質の成分に応じて変化する。

次に、第一実施形態の蓄電システム１２の作用について説明する。蓄電システム１２では、図５に示すフローに従って、蓄電池制御処理が実行される。

制御部１８は、ステップＳ１０２において、蓄電池１６の充放電のサイクル数を取得する。このサイクル数は、蓄電池１６が充放電のサイクルを繰り返す毎に加算していけばよいので、取得は容易である。

次に、制御部１８は、ステップＳ１０４において、充放電のサイクル数が所定回数に達したか否かを判断する。所定回数に達していないと判断した場合は、ステップＳ１０２に戻る。

所定回数に達していると判断した場合は、制御部１８は、ステップＳ１０６において、正極２２、負極２４及び電解質２６のうち、最も劣化が進行している部位を特定する。この特定は、正極２２の容量、負極２４の容量及び不活化Ｌｉ量を比較することによって、簡易に行うことが可能である。

図６には、蓄電池１６におけるサイクル数と、ＳＯＨ（ＳｔａｔｅＯｆＨｅａｌｔｈ）の関係の一例が示されている。この例では、所定のサイクル数までは、蓄電池１６は運転パターンＡで運転されており、所定のサイクル数を超えた後は運転パターンＢで運転されている。そして、所定のサイクル数に達するまでは、正極２２の劣化が最も進行している例である。

上記した表１は、このように最も劣化が進行している部位を特定するための特定処理を実行する際の、正極２２の容量、負極２４の容量及び電解質２６の容量の一例である。

この特定処理は、蓄電池１６の充放電のサイクル数が所定のサイクル数（表１の例では１０２６回）に達した状態で取得した値を用いており、電圧３．３（Ｖ），電流３４（Ａ）、温度５５（℃）の場合の例である。これらの電圧値、電流値及び温度は、特定の時点における瞬時値を利用できる。そして、基準値として、充放電のサイクル数が０（ゼロ）の場合を採り、サイクル数が１０２６回の場合の劣化率を百分率で表示している。

充放電のサイクル数が１０２６回の状態で、正極２２、負極２４及び電解質２６（不活化Ｌｉ量）の数値を比較すると、正極２２の容量の減少量が１１．９Ａｈと最も大きい。また、正極２２の劣化率は７８．８％であり、この数値は、蓄電池１６の容量の劣化率である７８．９％に近似している。そして、不活化Ｌｉ量による電解質２６の劣化の影響も大きくない。すなわち、蓄電池１６の容量劣化は、主に正極２２の容量劣化に依るものであると考えられる。

次に、制御部１８は、ステップＳ１０８に移行し、蓄電池１６の運転に最適な運転パターンを決定する。この最適な運転パターンとは、充放電のサイクル数が所定のサイクル数に達した後に蓄電池１６の充放電を行うにあたって、劣化の進行を抑制する効果が高い運転パターンである。

表２に示したように、本実施形態では、運転パターンとして少なくとも３つの運転パターンが用意されている。それぞれの運転パターンに応じて、正極２２、負極２４の劣化及びＬｉの不活化の程度が異なる。たとえば運転パターンＡの場合は、正極２２の劣化の程度が大きく、負極２４の劣化の程度は中程度であり、Ｌｉ不活化の程度は小さい。これに対し、運転パターンＢでは、劣化の程度が大きい順に、負極２４、稼働イオン３４、正極２２であり、運転パターンＣでは、稼働イオン３４、正極２２、負極２４の順である。なお、この表に示す「大」、「中」及び「小」の表記は、劣化の程度を相対的に示すものである。

表１に示した例は運転パターンＡに該当しており、正極２２の劣化が最も進行している。たとえば、運転パターンＡは、所定サイクル数までは、正極２２の劣化が最も進行する運転パターンである。したがって、たとえば、蓄電池１６の容量劣化の主因が正極２２の容量の減少量であると特定した場合、以降は正極２２の劣化の進行を抑制することが、蓄電池１６の全体での劣化進行を抑制することにもなる。そこで、制御部１８は、表２に示される複数の運転パターンから、蓄電池１６の充放電を行うにあたって、劣化の進行を抑制する効果が高い運転パターン（上記の例では運転パターンＢ）を選択する。

制御部１８は、ステップＳ１１０において、加算していた充放電のサイクル数をゼロにリセットし、さらに、ステップＳ１１２において、運転パターンの変更が必要か否かを判断する。上記の例では、従前の運転パターンＡに対し、蓄電池１６の容量劣化を抑制する運転パターンとして運転パターンＢを選択しているので、ステップＳ１１２の判断は肯定される。これに対し、蓄電池１６の容量劣化を抑制する運転パターンとして、従前と同じ運転パターンが選択された場合は、ステップＳ１１２の判断は否定される。ステップＳ１１２の判断が否定された場合は、ステップＳ１０２に戻る。

ステップＳ１１２の判断が肯定された場合、制御部１８は、ステップＳ１１４において、蓄電池１６の運転パターンを変更する。具体的には、上記の場合では運転パターンＡから運転パターンＢに変更する。これにより、蓄電池１６の容量劣化に最も大きく影響していた正極２２の容量劣化が、以降は抑制されるので、蓄電池１６としての容量劣化も抑制できる。

そして、制御部１８は、ステップＳ１１６において、蓄電池制御処理の終了条件を満足しているか否かを判断する。終了条件とは、たとえば、蓄電池１６の電源がオフにされた場合や、蓄電池１６の使用者によって、蓄電池制御処理を終了する操作がなされた場合等である。この判断が肯定された場合は、蓄電池制御処理を終了し、否定された場合は、ステップＳ１０２に戻る。

以上の説明から分かるように、本実施形態では、蓄電池１６の充放電の回数（サイクル数）が所定の回数に達した状態で、その時点での蓄電池１６の容量劣化の主因が、正極２２の容量の減少、負極２４の容量の減少及び稼働イオン３４の減少のいずれであるか、を特定している。そして、特定の結果に基づき、以降は、蓄電池１６の劣化が抑制される運転パターンで蓄電池１６を運転する。これにより、正極２２、負極２４及び稼働イオン３４において、劣化の進行について均一化が図られる。劣化が進行した部位によって蓄電池１６全体の容量が大きく低下する、という事態が抑制され、蓄電池１６の容量劣化を抑制できる。

しかも、このように蓄電池１６の容量劣化を抑制するために、あらかじめ求めておいた電極の容量の減少量及び稼働イオンの減少量と、蓄電池のＳＯＣ、電圧、電流及び温度と、の対応関係を用いれば足りる。蓄電池１６の容量劣化を抑制するための複雑な制御や予測等は不要であり、蓄電池１６の容量劣化を簡易に抑制できる。

また、蓄電池制御処理は、蓄電池１６の容量劣化の主因を特定する処理も含めて、蓄電池１６の充電中に行う。したがって、蓄電池１６に負荷３０を接続して放電する動作、すなわち負荷３０への電力供給には影響しない。

そして、本実施形態の蓄電池制御方法は、蓄電池１６の容量劣化の主因を特定するために、充電中の蓄電池１６の電圧、電流及び温度を検出すれば足り、これら以外の各種値を得る必要はない。したがって、蓄電池制御方法において、簡易に、蓄電池１６の容量劣化の主因を特定できる。しかも、本実施形態では、充電中の電圧、電流及び温度の瞬時値を用いており、これらの値の変化を把握する必要がないので、蓄電池制御方法を簡易に行うことが可能である。

上記では、負極活物質としてカーボンを用いた例を挙げている。このように炭素系の負極を用いた場合には、負極２４の容量の減少や不活化Ｌｉの増加は、満充電時に生じやすい。これは、炭素系の負極では、ＬＩイオンの標準電極電位が低いためである。また、正極活物質及び負極活物質の種類を問わず、ＳＯＣが高い状態では、負極２４の容量が減少しやすく、ＳＯＣが低い状態では、正極２２の容量が減少しやすい。これは、Ｌｉ化合物の被膜生成が、ＳＯＣが高い状態では負極２４に、ＳＯＣが低い状態では正極２２に生成されやすいためである。このような状況があらかじめ予測できる場合には、予測を加味して、運転パターンの決定や変更を行えばよい。

上記では、蓄電池１６の容量劣化の主因の特定を、蓄電池１６の運転サイクル数、すなわち充放電回数が所定回数に達した状態で行っているが、たとえば、蓄電池１６の運転時間を積算し、この積算時間があらかじめ設定した所定運転時間に達した状態で、この特定を行ってもよい。また、蓄電池１６を使用場所に設置してからの経過時間があらかじめ設定した所定経過時間に達した状態で、この特定を行ってもよい。「積算時間」及び「運転時間」を用いる場合は、たとえば図５に示すフローにおいて、「サイクル数」を「運転時間」または「設置からの経過時間」とし、これらの時間が所定時間に達したか否かをステップＳ１０４で判断すればよい。また、「設置からの経過時間」を用いる場合は、この経過時間をリセットした時点で、蓄電池１６をあらためて「設置」したとみなして、以降の経過時間を取得すればよい。

上記では、複数の蓄電池１６を備えた蓄電池ユニット１４を例に挙げているが、複数の蓄電池１６の間で各種パラメータ等を比較しないので、単独の蓄電池１６に対し本願開示の技術である蓄電池制御方法を適用可能である。

１２蓄電システム
１４蓄電池ユニット
１６蓄電池
１８制御部
２０容器
２２正極
２４負極
２６電解質
２８セパレータ
３０負荷
３２外部電源
３４稼働イオン
３６電子
４０コンピュータ
４２プロセッサ
４４メモリ
４６ストレージ
４８入力装置
５０出力装置
５２記憶媒体読取装置
５４通信Ｉ／Ｆ
５６バス
５８蓄電池制御プログラム
６２電圧計
６４電流計
６６温度センサ

Claims

蓄電池の設置からの経過時間、運転時間又は充放電回数の積算値が規定値に達した状態で、前記蓄電池の電極の容量の減少量又は稼働イオンの減少量から前記蓄電池の容量劣化の主因が前記電極の容量の減少及び前記稼働イオンの減少のいずれであるかを特定し、前記特定の結果に基づいて、前記主因による前記蓄電池の容量劣化を抑制する運転パターンで前記蓄電池を運転する蓄電池制御方法。
前記特定を、前記蓄電池の充電中に行う請求項１に記載の蓄電池制御方法。
前記特定を、充電中の前記蓄電池の電圧、電流及び温度に基づいて行う請求項２に記載の蓄電池制御方法。
コンピュータに、
蓄電池の設置からの経過時間、運転時間又は充放電回数の積算値が規定値に達した状態で、前記蓄電池の電極の容量の減少量又は稼働イオンの減少量から前記蓄電池の容量劣化の主因が前記電極の容量の減少及び前記稼働イオンの減少のいずれであるかを特定し、前記特定の結果に基づいて、前記主因による前記蓄電池の容量劣化を抑制する運転パターンで前記蓄電池を運転するための蓄電池制御プログラム。