JP2007078672A - 劣化判定装置、劣化判定方法、コンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】測定対象電池の劣化状態を判定する劣化判定方法であって、負荷に電力を供給している整流器からの出力電圧を低下させ、測定対象電池を出力側に並列に接続した整流器と電池とから整流器の出力に並列に接続された負荷と整流器の出力に負荷とは別に並列に接続された擬似負荷装置とに流れる電流値を測定し、測定結果が所定の電流値となるように擬似負荷装置の負荷を制御し、測定対象となる電池の所定の電流値における放電時間と端子間電圧と残存容量との関係を示す電池データを記憶する電池データ記憶部を参照し、擬似負荷装置と負荷とに放電する放電電流における放電時間と放電時間における放電電流に対応した電池の端子間電圧とに基づいて、電池の残存容量を算出する。
【選択図】図1
Description
このような、信頼性が求められるシステムでは、蓄電池が用いられていることから、蓄電池の残容量を把握することによって、蓄電池の性能が十分発揮できるか否かを求め、システムの状態を把握しておくことが望ましい。
KOZUKA, et al. "Development of On-line Battery Testing Technology", Proceeding of INTELE ’97, 18-2,p.397.
ここで、仮に「蓄電池の残容量を推定する」ことが試みられていても、実負荷に直接放電させることから、放電電流値が必ずしも一定とした値となる保証が無い。このために測定された放電電圧特性は定電流放電特性と異なり、容量推定を行うことができなかった。
さらに、蓄電池の残存容量と電圧特性の関係が明確にされていなかったことが、容量推定の実施における最大の障害であった。
また、本発明は、上述の劣化判定装置において、前記電池データ記憶部は、任意の放電電流と任意の放電時間、基準となる電池の充電状態における電池の端子間電圧と放電時の電池の端子間電圧の差と電池残存容量との関係を示す電池データを記憶することを特徴とする。
さらにまた、本発明は、上述の劣化判定装置において、前記電池データ記憶部は、残存容量毎の、電池の端子間電圧と放電経過時間との関係を示す電池データを記憶することを特徴とする。
また、本発明は、上述の劣化判定装置において、前記電池データ記憶部は、製造業者、納品業者、製造ロット、電池機種、電池の温度、放電電流値、放電経過時間のうち少なくとも一つ以上を含む放電条件毎に電池データを記憶することを特徴とする。
また、本発明によれば、電池から負荷と前記擬似負荷装置とに電力を供給している場合において、電池の電圧が所定値以下に低下した場合に整流器の電圧低下を解除するようにしている。従って、劣化判定の処理が完了した後に電池から放電する状況であっても、負荷を駆動できなくなるほど電池の残量が低下してしまうことを防止することができる。
本実施形態における劣化判定装置は、指定する任意の時刻に、指定する任意の電流で、任意の時間だけ蓄電池の放電を行わせ、この時の放電特性から蓄電池の劣化状態を推定するものである。すなわち、負荷設備に電力を供給している間に蓄電池からの放電を行わせるため、本実施形態では、動作中の整流器の出力電圧を負荷が許容する電圧範囲内で、指定の値まで低下させる。これによって蓄電池からの放電を行わせる。しかし、この状態では、蓄電池の放電電流は、負荷が必要とする電流値のままであるので、本実施形態では、擬似負荷装置を設け、指定する任意の一定電流で蓄電池からの放電が行われるように電流調整する。これにより、一定の電流で放電させることができ、いわゆる「定電流放電特性」を求めることができる。
図1は、この発明の一実施形態による劣化判定装置を適用した二次電池劣化診断機能付き直流電源装置1の構成を示す概略ブロック図である。
二次電池劣化診断機能付き直流電源装置1は、制御装置100、交流電源109、整流器200、交流電源300、負荷400、擬似負荷装置500、組電池600、回路切り離しスイッチ700、負荷電流センサ800、組電池放電電流センサ810、温度センサ820、電圧センサ830、セル電圧調整回路900によって構成される。
交流電源109は、交流電流を制御装置100に供給する。
擬似負荷装置500は、制御装置100からの擬似負荷制御信号に基づいて、負荷400と擬似負荷装置500との電流値の総和が所定の電流値になるように組電池600からの放電を行わせる。
回路切り離しスイッチ700は、擬似負荷制御信号に含まれるオン、オフの信号に基づいてオン、オフし、オフの場合に擬似負荷装置500を組電池600から切り離す。
データ入力部101は、負荷電流センサ800、組電池放電電流センサ810、温度センサ820、電圧センサ830から出力される測定結果を入力し、制御部103と演算部105に出力する。測定条件設定値入力部102は、ユーザからの入力を受け付ける機能を有し、キーボード、ファンクションキーで構成される。制御部103は、整流器出力制御信号を整流器200に出力し、測定条件設定値入力部102から入力された設定値の範囲内で整流器200からの出力電圧を低下させる機能を有する。また、制御部103は、擬似負荷制御信号を擬似負荷装置500に出力して負荷400と擬似負荷装置500とに流れる電流の総和が測定条件設定値入力部102から入力された設定値になるように制御する。
まず、待機中において(ステップS1)、整流器200から負荷400に供給される負荷電流を計測し、最大電流値の算出する(ステップS2)。次に、測定条件設定値入力部102から劣化判定処理の開始指示がユーザによって入力されると、劣化判定処理を開始する(ステップS3)。ここでは、劣化判定処理の開始指示に続き、ユーザによって入力される、整流器200から出力される電圧の低下を継続する放電時間の設定値、電流の設定値を受け付ける。
各種設定値が入力されると、制御部103は、整流器200の出力電圧を下げるように整流器200に整流器出力制御信号を出力する(ステップS4)。
整流器からの出力電圧に伴い、組電池600からの放電が開始される。制御部103は、負荷400と擬似負荷装置500に流れる電流値の合計(組電池放電電流センサ810による検出結果の値)が、指定された一定の電流値となるように擬似負荷装置500が分担する電流値を擬似負荷制御信号によって適宜制御する(ステップS5)。
一方、カウント値が放電時間に達した場合、その放電時間における対象電池の端子間電圧を電圧センサ830によって測定し、温度センサ820の測定結果と、測定結果の電圧値を記録する(ステップS11)。温度センサ820の検出結果、電池電圧が記録されると、演算部105は、測定時間、測定温度に対応する電池データを電池データ記憶部104に記憶された電池データを参照し、記録された電池電圧に基づいて、電池容量の算出を行う(ステップS12)。
この電池の容量の算出には、種々の残存容量を有する蓄電池の放電特性(端子間電圧の時間変化特性)から求まる、「任意の時間における端子間電圧の差と電池容量の関係」が使用できる。任意の放電電流、任意の周囲温度で上記の関係を求めておけばよい。なお、「新品電池(容量が100%)の開放電圧と種々の残存容量の電池を放電させた際の端子間電圧との差と電池容量の関係」を用いて、残容量の算出を行うことも可能である。さらに、「維持充電時の充電電圧と種々の残存容量の電池を放電させた際の端子間電圧との差と電池容量の関係」から、残容量の算出を行うことも可能である。また、ここでは、温度センサ820の測定結果、測定条件設定値入力部102から入力される電池機種に基づき、合致する条件の電池データが選択されて参照される。
そして、測定結果が出力されると、制御部103は、劣化判定処理を終了する(ステップS15)。
なお、このプロセスの進行中、停電発生や整流器の故障検出についても並行して行われる。そして、ひとたび上記のトラブルが発生した場合、組電池600から負荷400への電力供給が継続して行われ、このプロセスでの容量推定作業はキャンセルされる。停電終了後は、整流器200の出力電圧は通常の値に設定され、負荷400への電力供給と組電池600の充電が行われる。
時刻T1において劣化判定試験が開始されると、制御部103からの指示に従い、整流器200の出力電圧が低下する(符号a)。整流器200の出力電圧を、負荷400が動作可能な電圧範囲の下限値より高い値で、かつ、負荷400への供給電力が蓄電池からの放電のみとなるような電圧に設定する。出力電圧が低下すると、組電池600から電力が供給されることにより、蓄電池電流が出力され(符号b)、擬似負荷消費電流が発生する(符号c)。そして、指定された放電時間が経過し、時刻T2において試験が終了すると、制御部103からの指示に基づいて、整流器200の出力電圧は通常の電圧に戻り、組電池600に充電が開始される(符号e)。そして擬似負荷装置500の回路切り替えスイッチ700がオフになることにより、擬似負荷装置500の消費電流が0になる(符号f)。なお、この図においては、蓄電池の放電電流IB=擬似負荷電流IDL+負荷電流ILである。
また、この実施形態によれば、組電池600の電池電圧が所定の値まで低下した場合には、制御部103は、整流器200への出力電圧を元に戻すので、組電池600を放電するにあたり、劣化判定試験後の停電等に備え、組電池600が完全放電とならないようにすることができる。さらに、いくつかの検出電圧の設定により、試験によりシステムに問題が生じることを防止するようにした。
このような放電特性を利用し、各放電時間における、初期状態にある電池の開放電圧Vopenと劣化状態にある端子間電圧との電圧差ΔV´(図9の符号(c))と、残存容量の関係を示した情報を用いるようにしてもよい。
図10は、任意の放電経過時間における、100%容量電池の開放電圧と容量の低下した端子間電圧の差を示す図である。この場合、電池データ記憶部104は、本図の関係を示す電池データを記憶しておく。このように記憶される電池データの一例を図11に示す。このような電池データが電池機種毎に作成される。なお、同様に図を「維持充電時の充電電圧と種々の残存容量の電池を放電させた際の端子間電圧との差と電池容量の関係」について作成しておくことも可能である。実際の電源システムにおいては、電池は整流装置等の充電装置によって維持されているので、開放電圧よりも、「維持充電時の充電電圧」との関係の方が実用的である。
なお、試験のための放電中の過放電等による負荷への影響を防ぐため組電池600の総電圧を測定し、予め設定された危険予知のための電圧値まで低下したら蓄電池放電を停止させることもできる。
Claims (8)
- 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、
負荷に電力を供給する整流器からの出力電圧を低下させる整流器電圧制御部と、
前記測定対象電池を出力側に並列に接続した整流器と、
前記整流器の出力に並列に接続された負荷と、
同じく前記整流器の出力に前記負荷とは別に並列に接続された擬似負荷装置と、
前記整流器と前記電池とから前記負荷と前記擬似負荷装置とに流れる電流値を測定する負荷電流測定部と、
前記負荷電流測定部の測定結果が所定の電流値となるように前記擬似負荷装置の負荷を制御する制御部と、
測定対象となる電池の所定の電流値における放電時間と前記電池の端子間電圧と残存容量との関係を示す電池データを記憶する電池データ記憶部と、
前記電池データ記憶部に記憶された前記電池データを参照し、前記擬似負荷装置と前記負荷とに放電する放電電流における放電時間と前記放電時間における前記放電電流に対応した前記電池の端子間電圧とに基づいて、前記電池の残存容量を算出する演算部と、
を有することを特徴とする劣化判定装置。 - 前記電池データ記憶部は、放電時において、任意の放電電流と任意の放電経過時間における電池の端子間電圧と放電開始前に充電によって維持されていた際の電池の端子間電圧の差と電池残存容量の関係を示す電池データを記憶することを特徴とする請求項1記載の劣化判定装置。
- 前記電池データ記憶部は、任意の放電電流と任意の放電時間、基準となる電池の充電状態における電池の端子間電圧と放電時の電池の端子間電圧の差と電池残存容量との関係を示す電池データを記憶することを特徴とする請求項1記載の劣化判定装置。
- 前記電池データ記憶部は、残存容量毎の、電池の端子間電圧と放電経過時間との関係を示す電池データを記憶することを特徴とする請求項1記載の劣化判定装置。
- 前記電池データ記憶部は、製造業者、納品業者、製造ロット、電池機種、電池の温度、放電電流値、放電経過時間のうち少なくとも一つ以上を含む放電条件毎に電池データを記憶することを特徴とする請求項1記載の劣化判定装置。
- 前記整流器電圧制御手段は、前記電池から前記負荷と前記擬似負荷装置とに電力を供給している場合に前記電池の電圧が所定値以下に低下した場合に前記整流器の電圧低下を解除することを特徴とする請求項1から5のうちいずれか1項に記載の劣化判定装置。
- 測定対象電池の劣化状態を判定する劣化判定方法であって、
負荷に電力を供給している整流器からの出力電圧を低下させ、
前記測定対象電池を出力側に並列に接続した整流器と前記電池とから前記整流器の出力に並列に接続された負荷と前記整流器の出力に前記負荷とは別に並列に接続された擬似負荷装置とに流れる電流値を測定し、
前記測定結果が所定の電流値となるように前記擬似負荷装置の負荷を制御し、
測定対象となる電池の所定の電流値における放電時間と前記電池の端子間電圧と残存容量との関係を示す電池データを記憶する電池データ記憶部を参照し、前記擬似負荷装置と前記負荷とに放電する放電電流における放電時間と前記放電時間における前記放電電流に対応した前記電池の端子間電圧とに基づいて、前記電池の残存容量を算出する
ことを特徴とする劣化判定方法。 - 測定対象電池の劣化状態を判定する劣化判定装置のコンピュータを、
負荷に電力を供給している整流器からの出力電圧を低下させる手段、
前記測定対象電池を出力側に並列に接続した整流器と前記電池とから前記整流器の出力に並列に接続された負荷と前記整流器の出力に前記負荷とは別に並列に接続された擬似負荷装置とに流れる電流値を測定する手段、
前記測定結果が所定の電流値となるように前記擬似負荷装置の負荷を制御する手段、
測定対象となる電池の所定の電流値における放電時間と前記電池の端子間電圧と残存容量との関係を示す電池データを記憶する電池データ記憶部を参照し、前記擬似負荷装置と前記負荷とに放電する放電電流における放電時間と前記放電時間における前記放電電流に対応した前記電池の端子間電圧とに基づいて、前記電池の残存容量を算出する手段
として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
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