JP2006300561A - 劣化判定装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 劣化判定装置100の電源部107は、交流電源109から交流電力を受け付け直流電力に変換し自身に動作電力を供給する。接続部108は、組電池600の測定対象電池と接続し、設定部102は、ユーザから、測定対象電池の放電条件情報の入力を受け付ける。放電部103は、放電条件情報に基づいて接続された測定対象電池の放電を制御し、放電後の測定対象電池の端子電圧を計測する。演算部105は、電池データ記憶部104内の放電特性情報と、放電条件情報と、測定対象電池の端子電圧とに基づいて残存容量を算出する。表示部106は、残存容量を表示する。
【選択図】 図1
Description
近年では、この電力供給システムの小型化の要求がある。しかし、シール鉛蓄電池は単位エネルギー当たりの電池重量・体積が大きいため、電力供給システムの小型化の制限となっているという問題があった。
このような残存容量を把握するものとして、携帯電話用の小型電池を対象としたリチウムイオン二次電池に対して、交流抵抗測定法によって内部抵抗を測定し、内部抵抗と残存容量の関係から、測定対象となるリチウムイオン二次電池の残存容量を推定する劣化判定方法が、特許文献1において提案されている。
また、携帯端末用リチウムイオン二次電池の、残存寿命を推定することができないという問題もあった。
また、組電池(複数のセルを直列に接続して構成された電池)の状態で使用されているリチウムイオン二次電池に対しては、電池の正確な残容量、残存寿命を把握することができなかった。
図1は、通信用電源システムに接続する整流器に負荷と並列に接続されたリチウムイオン二次電池の組電池、及び、劣化判定装置の概要図である。
100は劣化判定装置、200は整流器、300は交流電源、400は負荷装置、500は電池切離しスイッチ、600はリチウムイオン二次電池の組電池である。
なお、上記の各機能は、専用のハードウェアを用いて実現されても良い。
まず、システム管理者は、組電池600内の測定対象電池と劣化判定装置100とを、接続部108を介して接続させ、起動させる。そして、設定部102から、測定対象電池に関する情報(測定対象電池の機種名、初期電池容量)を入力すると、劣化判定装置100の設定部102は、それらを電池データ記憶部104に格納する(ステップS1)。次いで、システム管理者は、設定部102から、放電電流値、放電時間の放電条件情報を入力すると、劣化判定装置100の設定部102は、この放電条件情報を、電池データ記憶部104に格納する(ステップS2、S3)。その後、システム管理者が、設定部102の試験開始ボタンを押下する(ステップS4)。これを受けて、劣化判定装置100の放電部103は、電池データ記憶部104内の放電電流値、及び、放電時間を読み出し、読み出した放電電流値が放電部104を流れるように制御して、測定対象電池の放電を起こさせる(ステップS5)。そして、放電部103は、読み出された放電時間が経過すると、放電を終了させる。その後、演算部105が、測定対象電池の端子電圧を計測する(ステップS6)。そして、演算部105は、電池データ記憶部104から、ステップS2、S3で設定された放電条件情報に該当する初期状態にある電池の端子電圧を読み出し、測定対象電池の端子電圧との端子電圧差ΔVを算出する。次いで、電池データ記憶部104から、前述の、端子電圧差ΔVと、残存容量の関係を表す関数を参照し(ステップS7)て、端子電圧差ΔVに対応する残存容量を算出する(ステップS8)。なお、電池データ記憶部104に、端子電圧差テーブルが格納されている場合は、算出されたΔVに該当する残存容量を、テーブルから読み出しても良い。
また、放電特性情報には、各放電時間における、初期状態にある電池の開放電圧Vopenと劣化状態にある電池の端子電圧との電圧差ΔV´(図7の符号(c))と、残存容量の関係を示した関数を用いても良い。図10は、電圧差ΔV´と、電池の残存容量の関係を示す図である。この場合、電池データ記憶部104は、本図の関係を示す関数を格納しておく。
システム管理者は、組電池600を構成するそれぞれのセルについて、残存容量の算出動作を定期的に行う。ここで、システム管理者は、データ読み取り部121を、組電池600内の測定対象電池の電池情報記録体601に近づける。データ読み取り部121が、電池情報記録体601から電池識別情報を読み取ると、電池識別部122にて測定対象電池の種類を識別し、それに基づいて演算部105が、該当する放電特性情報を電池データ記憶部から読み出す。ここで、測定対象電池の識別情報とは、「メーカ名」、「機種名」、「初期容量」、「製造年」等の情報を意味する。次いで、劣化判定装置100の演算部105は、残存容量を算出し、電池識別情報と共に記録部120に格納する。なお、この時、電池情報記録体601にデータ書き込み可能なICタグを用い、データ読み取り部121の代わりに、データ読みとり書き込みが可能なICタグリーダライタを劣化判定装置100に接続し、電池情報記録体601に、算出された残存容量を書き込んでも良い。これにより、電池情報記録体601のデータを読み取る機能を有する他の装置との測定データの共用が可能になる。
ΔC=k・√使用期間 (1)
PC700は、上記(1)式に基づいた関数(残存容量変化特性関数)を算出し、残存容量の履歴データのプロットの上に、その関数を描画する。ここで、一般に、残存容量が初期容量の70〜80%に低下するまでの使用期間が電池寿命である。そのため、残存容量が初期容量の70〜80%にまで低下する使用期間を外挿によって算出することで、電池寿命が求まる。システム管理者は、PC700の表示を視認した後、PC700に対して前述の外挿によって電池寿命を算出するよう指示し、PC700は電池寿命(図13のf)を算出する。次いで、それまでの使用期間を電池寿命から差し引き、残存寿命を算出して、それぞれを表示する。システム管理者は、この表示を見て、電池寿命、残存寿命を把握する。
これにより、電池の残存容量と使用期間との関係を示す残存容量の履歴データを表示するため、測定対象電池の残存寿命を把握することができる。そのため、各測定対象電池の劣化状態の管理や、残存寿命となる時期の推定が行える。
図16は、携帯端末用リチウムイオン二次電池向けの劣化判定装置800の構成図である。第1、及び第2の実施形態とは、測定対象電池の充電を行う点が異なる。800は、劣化判定装置である。801は、測定用リード線である。802は、使用途中の容量低下した携帯端末用リチウムイオン二次電池900を満充電状態に充電する充電部である。803は、充電時に携帯端末用リチウムイオン二次電池900と充電部802とを接続し、放電時には携帯端末用リチウムイオン二次電池900と放電部103を接続させる充放電切替スイッチである。900は、携帯端末用リチウムイオン二次電池である。
図17は、劣化判定装置800が、携帯端末用リチウムイオン二次電池900を充電及び放電させ、端子電圧を測定して残存容量を算出する動作を示すフローチャートである。以下では、第1の実施形態と異なる点のみ説明する。
このように、携帯端末用リチウムイオン二次電池900を満充電状態とした後に放電させて残存容量を算出するようにしたので、残存容量を正確且つ容易に把握することができる。
102…設定部
103…放電部
104…電池データ記憶部
105…演算部
106…表示部
107…電源部
108…接続部
109…交流電源
120…記録部
121…データ読み取り部
122…電池識別部
123…USB接続ケーブル
200…整流器
300…交流電源
400…負荷装置
500…電池切離しスイッチ
600…組電池
601…電池情報記録体
700…PC
800…劣化判定装置
801…測定用リード線
802…充電部
803…充放電切替スイッチ
900…携帯端末用リチウムイオン二次電池
Claims (18)
- 測定対象電池の劣化状態を判定する劣化判定装置であって、
外部から交流電力を受け付けて直流電力に変換し前記劣化判定装置に動作電力を供給する電源部と、
測定対象となる電池の端子電圧と放電時間と残存容量との関係を示す放電特性情報を、複数の放電条件情報毎に記憶する放電特性情報記憶手段と、
前記測定対象電池と接続する測定対象電池接続手段と、
前記測定対象電池の前記放電条件情報の入力を受け付ける設定部と、
前記設定部によって入力を受け付けた放電条件情報に基づいて前記測定対象電池接続手段によって接続された測定対象電池の放電を制御する放電手段と、
前記放電部によって放電を制御された測定対象電池の端子電圧を計測する電圧計測手段と、
前記放電特性情報記憶手段内の放電特性情報を読み出し、該放電特性情報と、前記設定部に入力された放電条件情報と、前記電圧計測手段によって計測された測定対象電池の端子電圧とに基づいて前記測定対象電池の前記残存容量を演算する残存容量演算手段と、
前記残存容量演算手段によって演算された測定対象電池の残存容量を表示する第1の表示手段と
を有することを特徴とする劣化判定装置。 - 前記残存容量演算手段によって演算された測定対象電池の残存容量を格納する記録部を有することを特徴とする請求項1に記載の劣化判定装置。
- 前記放電特性情報記憶手段は、電池機種名、温度、放電電流値を含む放電条件情報毎に、前記測定対象となる電池の放電特性情報を記憶することを特徴とする請求項1または2のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
- 前記放電特性情報記憶手段は、前記複数の放電条件情報毎に、各放電時間における初期状態にある電池の端子電圧と劣化状態にある電池の端子電圧との差、或いは、各放電時間における初期状態にある電池の開放電圧と劣化状態にある電池の端子電圧との差、或いは、各放電時間における劣化状態にある電池の端子電圧のいずれかを格納することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
- 前記測定対象電池の使用期間の入力を、前記算出された残存容量に対応させて受け付ける入力手段と、
前記測定対象電池の残存容量を前記入力された使用期間に対応付けて記憶する残存容量履歴情報記憶手段と、
前記残存容量履歴情報記憶手段内の残存容量を、該当する測定対象電池の使用期間と対応付けて表示する第2の表示手段と、
前記残存容量と、対応する前記使用期間とに基づいて、残存容量の変化を示す残存容量変化特性関数を算出する特性関数算出手段と、
前記特性関数算出部によって算出された残存容量変化特性関数に基づいて前記測定対象電池の残存寿命を算出する残存寿命算出手段と、
を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の劣化判定装置。 - 前記設定部は、前記測定対象電池の型番、前記測定対象電池の製造業者名、前記測定対象電池の初期における電池容量、放電電流値を含む放電条件情報の入力をユーザから受け付けることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
- 前記測定対象電池接続手段に接続された測定対象電池を充電する充電部と、
前記測定対象電池接続手段に接続された測定対象電池と、前記充電部及び前記放電部との接続を切り替える切替え手段と、
を更に有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載の劣化判定装置。 - 前記設定部は、前記測定対象電池の充電電流値の入力をユーザから受け付けることを特徴とする請求項7に記載の劣化判定装置。
- 前記測定対象電池に取り付けられた電池情報記録体から電池識別情報を読み取るデータ読み取り部と、
前記データ読み取り部によって読み取られた前記電池識別情報に基づいて前記測定対象電池の識別を行う電池識別部と
を更に有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかの項に記載の劣化判定装置。 - 前記電池情報記録体は、ICタグであることを特徴とする請求項9に記載の劣化判定装置。
- 前記電池情報記録体は、ICタグ、バーコード或いはQRコード或いはドット及び線分を組み合わせたマークのいずれかの印刷物、或いはこれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項9または10のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
- 前記残存容量演算手段によって演算された測定対象電池の残存容量或いは前記残存寿命演算手段によって算出された測定対象電池の残存寿命のいずれかを含むデータを前記電池情報記録体に書き込む電池情報記録媒体書き込み手段を更に有することを特徴とする請求項9〜11のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
- 前記第1の表示手段は、前記測定対象電池の残存容量に基づいて、初期における前記測定対象電池の開放電圧に対する前記残存容量を割合、比率、数値、或いは、異なる色によって表示することを特徴とする請求項1〜12のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
- 前記記録部は、外部装置と接続する外部装置接続手段を有する、或いは、取り外し可能な記録媒体からなることを特徴とする請求項1〜13のいずれかの項に記載の劣化判定装置。
- 測定対象電池の使用期間と残存容量との入力を対応させて受け付ける入力手段と、
前記測定対象電池の残存容量を前記入力された使用期間に対応付けて記憶する残存容量履歴情報記憶手段と、
前記残存容量履歴情報記憶手段内の残存容量を、該当する測定対象電池の使用期間と対応付けて表示する第2の表示手段と、
前記残存容量と、対応する前記使用期間とに基づいて、残存容量の変化を示す残存容量変化特性関数を算出する特性関数算出手段と、
前記特性関数算出部によって算出された残存容量変化特性関数に基づいて前記測定対象電池の残存寿命を算出する残存寿命算出手段と、
を有することを特徴とする劣化判定装置。 - 測定対象電池の劣化状態を判定する劣化状態判定方法であって、
前記測定対象電池と接続し、
前記測定対象電池の放電条件情報の入力を受け付け、
前記入力を受け付けた放電条件情報に基づいて前記測定対象電池の放電を制御し、
前記放電を制御された測定対象電池の端子電圧を計測し、
複数の放電条件情報毎の、電池の端子電圧と放電時間と残存容量との関係を示す放電特性情報と、前記入力を受け付けられた放電条件情報と、前記計測された測定対象電池の端子電圧とに基づいて前記測定対象電池の前記残存容量を演算し、
前記算出された測定対象電池の残存容量を表示する
ことを特徴とする劣化判定方法。 - 前記測定対象電池の使用期間の入力を、前記算出された残存容量に対応させて受け付け、
前記測定対象電池の残存容量を前記入力された使用期間に対応付けて記憶し、
前記残存容量を、該当する測定対象電池の使用期間と対応付けて表示し、
前記残存容量と、対応する前記使用期間とに基づいて、残存容量の変化を示す残存容量変化特性関数を算出し、
前記算出された残存容量変化特性関数に基づいて前記測定対象電池の残存寿命を算出する、
ことを特徴とする請求項16に記載の劣化判定方法。 - 測定対象電池の使用期間と残存容量との入力を対応させて受け付け、
前記測定対象電池の残存容量を前記入力された使用期間に対応付けて記憶し、
前記残存容量を、該当する測定対象電池の使用期間と対応付けて表示し、
前記残存容量と、対応する前記使用期間とに基づいて、残存容量の変化を示す残存容量変化特性関数を算出し、
前記算出された残存容量変化特性関数に基づいて前記測定対象電池の残存寿命を算出する、
ことを特徴とする劣化判定方法。
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