JP2016164512A - バッテリ寿命検出装置、蓄電装置、バッテリ寿命検出方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】放電回数の増加を抑えつつ放電時間を検出することで精度良くバッテリ寿命を検出する。【解決手段】バッテリ寿命検出装置は、バッテリの所定の充電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいてバッテリの寿命が第1の段階に到達したことを検出する第1寿命検出部を備える。バッテリ寿命検出装置は、さらに、バッテリの寿命が第1の段階に到達したことが検出された場合に、バッテリの所定の放電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいてバッテリの寿命が第2の段階に到達したことを検出する第2寿命検出部を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、バッテリ寿命検出装置、蓄電装置、バッテリ寿命検出方法及びプログラムに関する。
バッテリの寿命検出に係る技術が特許文献1〜3に記載されている。特許文献1に記載されている技術では、バッテリが寿命に近づくと容量が低下するという特性を利用し、定電流充電において充電時間が短くなった場合にバッテリが寿命に到達したと検出する。また、特許文献2に記載されている技術では、バッテリが劣化した場合に内部抵抗が増加する特性があることを利用し、定電圧充電において充電時間が長くなった場合にバッテリが寿命に到達したと検出する。また、特許文献3に記載されている技術では、バッテリが寿命に近づくと容量が低下するという特性を利用し、放電時間が短くなった場合にバッテリが寿命に到達したと検出する。
特許文献1及び2に記載されているように充電時間に基づいてバッテリの寿命を検出する場合、寿命検出の精度が低くなりやすいという課題がある。充電時間は、例えば、ある一定の充電状態から、満充電等の他の一定の充電状態に達するまでの時間として計測される。ここで、バッテリの満充電状態は比較的精度良く検出することができる。しかし、計測を開始する際の充電状態は、自然放電等の影響があるため、精度良く認識することは難しい。このため、充電時間に基づくバッテリの寿命の検出は精度が低くなりやすい。これに対し、特許文献3に記載されている強制放電時の放電時間は比較的精度良く計測することができる。
しかしながら、特許文献3に記載されている強制放電時の放電時間に基づく寿命検出には次のような課題がある。すなわち、バッテリの寿命は充放電回数に依存する。したがって、強制放電を行うと、その分寿命が短くなるという課題がある。
本発明の目的は、上述した課題を解決するバッテリ寿命検出装置、蓄電装置、バッテリ寿命検出方法及びプログラムを提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るバッテリ寿命検出装置は、バッテリの所定の充電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいて前記バッテリの寿命が第1の段階に到達したことを検出する第1寿命検出部と、前記バッテリの寿命が前記第1の段階に到達したことが検出された場合に、前記バッテリの所定の放電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいて前記バッテリの寿命が第2の段階に到達したことを検出する第2寿命検出部と、を備える。
また、本発明の一態様に係る蓄電装置は、上記のバッテリ寿命検出装置と、バッテリとを備える。
また、本発明の一態様に係るバッテリ寿命検出方法は、第1寿命検出部によって、バッテリの所定の充電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいて前記バッテリの寿命が第1の段階に到達したことを検出し、第2寿命検出部によって、前記バッテリの寿命が前記第1の段階に到達したことが検出された場合に、前記バッテリの所定の放電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいて前記バッテリの寿命が第2の段階に到達したことを検出する。
また、本発明の一態様に係るプログラムは、バッテリの所定の充電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいて前記バッテリの寿命が第1の段階に到達したことを検出し、前記バッテリの寿命が前記第1の段階に到達したことが検出された場合に、前記バッテリの所定の放電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいて前記バッテリの寿命が第2の段階に到達したことを検出する処理をコンピュータに実行させる。
上述した少なくとも1つの態様によれば、放電回数の増加を抑えつつ放電時間を検出することで精度良くバッテリ寿命を検出することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態の基本構成を示すブロック図である。図1に示したバッテリ寿命検出装置1は、第1寿命検出部11と、第2寿命検出部12とを備える。第1寿命検出部11は、バッテリの所定の充電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいてバッテリの寿命が第1の段階に到達したことを検出する。第2寿命検出部12は、バッテリの寿命が第1の段階に到達したことが検出された場合に、バッテリの所定の放電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいてバッテリの寿命が第2の段階に到達したことを検出する。ここで、バッテリの寿命における第1の段階とは、バッテリの寿命が近いことが予測される段階である。また、バッテリの寿命における第2の段階とは、バッテリの寿命が完全に尽きた(必ず交換すべき)段階である。図1に示したバッテリ寿命検出装置1によれば、放電時間を検出することで精度良くバッテリ寿命を検出することができる。その際、第1の段階と第2の段階との2段階の寿命検出を行っているので、放電回数を容易に減らすことができる。
次に、図2〜図5を参照して、本発明のさらに具体的な実施形態について説明する。図2は、本実施形態をサーバ10として構成した場合の実施形態を示すブロック図である。図2に示したサーバ10は、PSU(Power Supply Unit;電源ユニット)11と、バッテリバックアップユニット12と、BMC(Baseboard Management Controller)13と、マザーボード14とを備える。
PSU11は、商用電源をAC入力から入力し、所定の電圧の直流電源を生成し、マザーボード14等の各部に対して供給する。
バッテリバックアップモジュール12は、バッテリ121と、充電部122と、強制放電部123とを備える。バッテリバックアップモジュール12は、PSU11と互いのDC出力を接続し、障害時にPSU11に代わり直流電源を給電をする。バッテリ121は2次電池である。充電部122は、例えばBMC13の指示に応じてPSU11のDC出力を電源としてバッテリ121を充電する。強制放電部123は、例えばBMC13の指示に応じて所定の負荷を用いてバッテリ121を放電する。
BMC13は、サーバ管理チップであり、プロセッサ、主記憶装置、補助記憶装置、入出力装置、通信装置等を備えている。BMC13は、補助記憶装置に記憶されている所定のプログラムを実行することで、サーバ10の電源制御や環境監視を行う。本実施形態において、PSU11、バッテリバックアップモジュール12及びBMC13は、IPMI(IntelligentPlatformManagementInterface)に準拠した入出力インタフェースを備える。BMC13は、IPMI経由で、PSU11の動作及びバッテリバックアップモジュール12の動作を監視したり制御したりする。
BMC13は、図1を参照して説明したバッテリ寿命検出装置1としての機能を備えている。この場合、BMC13内にソフトウェア的に構成されたバッテリ寿命検出装置1は、第1寿命検出部11及び第2寿命検出部12に加え、充電制御部13と、強制放電制御部15とを備える。
図2に示した構成において、第1寿命検出部11及び第2寿命検出部12は図1に示した構成に対応する。図2に示した第1寿命検出部11は、充電制御部13を介して充電部122を制御してバッテリ121の所定の充電に要する時間を計測する。この場合、第1寿命検出部11は、充電が開始されてから満充電となるまでに要する充電時間を所定の充電に要する時間として計測する。そして、第1寿命検出部11は、その充電時間に基づいてバッテリ121の寿命が第1の段階に到達したことを検出する。
また、第2寿命検出部12は、バッテリ121の寿命が第1の段階に到達したことが検出された場合に、強制放電制御部15を介して強制放電部123を制御してバッテリ121の所定の放電に要する時間を計測する。この場合、第2寿命検出部12は、強制放電が開始されてからバッテリ121の残量が予め規定された判定閾値以下となるまでに要する放電時間を所定の放電に要する時間として計測する。そして、第2寿命検出部12は、その放電時間に基づいてバッテリの寿命が第2の段階に到達したことを検出する。
また、充電制御部13は、バッテリ121の残量が予め規定された判定閾値以下となった場合に充電部122を制御してバッテリ121の充電を行う。
また、強制放電制御部15は、バッテリの寿命が第1の段階に到達したことが検出された場合に、第1寿命検出部11及び第2寿命検出部12の指示に従い、充電部122によってバッテリ121を満充電とした後に強制放電部123によって強制放電する。
また、第2寿命検出部12及び強制放電制御部15は、バッテリ121の寿命が第1の段階に到達したことが検出された場合に、強制放電及び放電時間の計測を定期的に実施する。
また、第1寿命検出部11は、充電時間が、バッテリ121の最初の充電時に計測した充電時間に基づいて規定された充電時間判定閾値以下であった場合に、バッテリの寿命が第1の段階に到達したことを検出する。
また、第2寿命検出部12は、放電時間が、バッテリ121の最初の放電時に計測した放電時間に基づいて規定された放電時間判定閾値以下であった場合に、バッテリ121の寿命が第2の段階に到達したことを検出する。
また、マザーボード14は、CPU(Central Processing Unit;中央処理装置)等のプロセッサと、主記憶装置、通信装置等を備え、所定の補助記憶装置に記憶されているOS(オペレーティングシステム)、アプリケーションソフトウェア等のプログラムを実行する。
本実施形態において、バッテリバックアップモジュール12は、その入出力端子をPSU11の出力側に接続しており、バッテリ121の残量が足らない時は、PSU11の出力側から給電してバッテリ121の充電を行う。本サーバ10の導入直後ではバッテリバックアップモジュール12は充電されていない状態であり、満充電となるまで充電が行われる。そして、充電が完了するとバッテリバックアップモジュール12はPSU11の瞬時電圧低下時のバックアップ電源として機能する。このバッテリバックアップモジュール12は、PSU11の瞬時電圧低下が発生して放電したり、自然放電などで充電容量が低下したりし、ある残量まで下がるとBMC13の監視において自動で充電動作を行う。
本実施形態では、バッテリバックアップモジュール12が充電動作を開始する閾値は残量70%としている。通常、電池は経年劣化をすると充電時間が短くなる。本実施形態では、この特性を用いて、バッテリ121を充電するときに、図3に示したように、残量70%から満充電になるまでの時間dtをBMC13によって毎回監視する。そして、BMC13によってその時間が短くなったことを検出することで、バッテリ121の寿命到達を予測する(第1の段階の検出)。なお、図3は、バッテリ121の容量の時間変化を模式的に示した図である。
BMC13は、充電時間が短くなったことを検出したら、バッテリ121が寿命に到達しつつあると判断し、それ以降は、BMC13は定期的にヘルスチェックを行う。ヘルスチェックでは、BMC13からIPMIを通じた指示により、バッテリ121の強制チャージ(充電)と強制ディスチャージ(放電)を行い、満充電から残量70%までの放電時間を計測する。BMC13はこのヘルスチェックで毎回放電時間の計測を行い、その短さが閾値を超えた場合にBMC13はバッテリ121が寿命に到達したと判断し(第2の段階の検出)、所定の出力先に対してアラームを出力する。
次に、図2に示したバッテリ寿命検出装置1の動作について、図4及び図5のフローチャートを使い説明する。図4は、第1寿命検出部11の動作を示し、図5は、第2寿命検出部12の動作を示す。図4に示した処理は、サーバ10の初回起動時に実行されるとともに、それ以降所定の時間間隔(例えば数時間毎)で繰り返し実行される。また、図5に示した処理は、所定の時間間隔(例えば数日毎)で繰り返し実行される。
図4に示した処理が開始されると、第1寿命検出部11は、残量が70%まで下がったことを検出すると(ステップS101で「Y」)、時刻を記録するとともに充電開始を指示をする(ステップS102及びS103)。第1寿命検出部11は、満充電に達すると(ステップS104)、その時刻を記録する(ステップS105)。次に、第1寿命検出部11は、ステップS105で記録した充電終了時刻からステップS103で記録した開始時刻を引いて充電にかかった時間を算出する(ステップS106)。なお、ステップS106では、第1寿命検出部11は、充電時間を初めて算出した際すなわち最初にサーバ10を起動した際に、その算出結果を所定の補助記憶装置に記録する。
第1寿命検出部11は、一番初めにサーバ10を起動したときに記録した充電時間に対しそれ以降の充電にかかった時間が1/3で終わったときは、電池の寿命に到達した可能性があると判断する(ステップS107で「Y」)。そして、第1寿命検出部11は、ヘルスチェックモードフラグを1として、ヘルスチェックモードへ移行する(ステップS108)。ここで、ヘルスチェックモードとは、強制放電を伴う第2寿命検出部12による寿命検出処理を定期的に実行するモードである。
一方、残量が70%まで下がっていない場合(ステップS101で「N」)又は充電時間が初回に計測された時間の3分の1未満でない場合(ステップS107で「N」)は、第1寿命検出部11は、ヘルスチェックモードへ移行せず、処理を終了する。
次に、図5に示したフローチャートにおいて、第2寿命検出部12は、ヘルスチェックモードの場合(ステップS201で「Y」)は、ディスチャージ時間を計測するために強制チャージ指示(充電指示)を行う(S202)。次に第2寿命検出部12は、繰り返し残量を確認し(ステップS203及びS204で「N」の繰り返し)、フル充電になると時刻を記録する(ステップS204で「Y」からステップS205)。
次に第2寿命検出部12は、強制ディスチャージ指示(放電指示)を行う(ステップS206)。次に第2寿命検出部12は、繰り返し残量を確認し(ステップS207及びS208で「N」の繰り返し)、残量70%になると時刻を記録する(ステップS208で「Y」からステップS209)。次に第2寿命検出部12は、ステップS209で記録した放電終了時刻からステップS105で記録した開始時刻を引いて放電時間を算出し、記録する(ステップS210)。
次に第2寿命検出部12は、ステップS210で算出した放電時間が新品時の1/2まで短くなっていた場合、バッテリが寿命に達したものと判断し(ステップS211で「Y」)、アラームを上げて処理を終了する(ステップS212)。
一方、ヘルスチェックモードでない場合(ステップS201で「N」)又は放電時間が新品時の2分の1未満でない場合(ステップS211で「N」)は、第2寿命検出部12は、アラーム信号を出力せず、処理を終了する。
なお、ステップS211で判断の基準とした新品時の放電時間は、バッテリ121の仕様上の値としたり、最初にステップS210で算出した放電時間としたりすることができる。
図2に示したバッテリ寿命検出装置1によれば、放電時間を検出することで精度良くバッテリ寿命を検出することができる。その際、第1の段階(ヘルスチェックモードへの移行判定)と第2の段階(放電時間による定期的な判定)との2段階の寿命検出を行っているので、放電回数を容易に減らすことができる。
本実施形態によれば次の効果を得ることはできる。本実施形態の1つ目の効果は、実際の使用環境下で電池の容量の変化を監視することで、より正確に電池の寿命到達を知ることができることである。
2つ目の効果は、通常の充電時にそれにかかる時間から寿命を予測することで、当初から定期的にヘルスチェック(放電を伴うチェック)を行うよりも充放電回数を削減できることである。これにより、ヘルスチェックのために不必要に充放電を行う必要がなくなり、より永く電池を使い続けることが可能になる。
3つ目の効果は、残量・寿命を測定する際に、電圧を監視しなくても良い点である。電圧を監視する場合は出力に監視用の抵抗を入れる必要があり、これが電圧をドロップさせたり、余分なエネルギー消費をさせたりしていたが、本実施形態によってこれらの影響を排除することができる。
なお、本発明の適用分野は上記のものに限定されない。すなわち、図2に示した実施形態は、商用電源に繋がれたサーバ10が瞬時電圧低下でダウンすることを防ぐために設けられたバッテリバックアップモジュール12の寿命監視が目的であった。しかし、本発明は、電源を補助するためにバッテリを有する装置には応用が可能である。例えば、UPS(Uninterruptible Power Supply;無停電電源)装置に対して本発明を適用することができる。すなわち、UPSの電池の寿命監視に本発明を適用することができる。この場合、UPSのコントローラが充電時に充電時間を計測するようにする。そして、UPSのコントローラが、ある閾値を超えて充電時間が短くなった場合にヘルスチェックモードに移行して放電時間を定期的に計測する。この構成によって寿命を監視することで不要な充放電なく寿命監視が可能になる。
また、サーバ関連以外でも、電力会社の蓄電設備や家庭用蓄電設備等の蓄電装置のヘルスチェックに本方式を用いることも可能である。
なお、本実施形態によれば次のような課題を解決することができる。すなわち、通常、バッテリの寿命はメーカの仕様である程度規定されているが、それはある決められた条件下でのスペック値であり、実際の寿命は使われ方によって変化する。また、一般的に充放電を繰り返してゆき、バッテリの性能が半分位になる目安は500回位と言われているが、これも条件により変化する。このため、実運用下ではいつ寿命に達するかを正確に予想することは困難である。例として、あるバッテリメーカが規定しているバッテリ製品の寿命は3年と謳われているが、これは1日1回の充放電を繰り返した条件下での値である。しかし、実際の使われ方は365日連続稼働であるため、実運用下での充放電はそれよりも少なく、3年以上の稼働は可能なはずである。しかしながら実際の運用状態を反映して寿命を判断する場合には電池の寿命到達をいち早く検出し、早めの予防交換を促す必要がある。本実施形態によれば、実際に使用する環境下で、バッテリの寿命を正確に予測し、精度良く寿命到達のアラームを挙げることが可能となる。
なお、本発明の実施形態は上記のものに限定されない。例えば、図1又は図2に示した各ブロックは、適宜統合したり、分割あるいは分散したりすることができる。また、図2において、バッテリ寿命検出装置1の構成要素の全部又は一部をバッテリバックアップモジュール12内あるいはマザーボード14上の半導体装置に備えさせてもよい。また、本実施形態が有するプロセッサが実行するプログラムの一部または全部はコンピュータ読取可能な記録媒体あるいは通信回線を介して頒布することができる。
1 バッテリ寿命検出装置
11 第1寿命検出部
12 第2寿命検出部
13 充電制御部
15 強制放電制御部
121 バッテリ
11 第1寿命検出部
12 第2寿命検出部
13 充電制御部
15 強制放電制御部
121 バッテリ
Claims (8)
- バッテリの所定の充電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいて前記バッテリの寿命が第1の段階に到達したことを検出する第1寿命検出部と、
前記バッテリの寿命が前記第1の段階に到達したことが検出された場合に、前記バッテリの所定の放電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいて前記バッテリの寿命が第2の段階に到達したことを検出する第2寿命検出部と、
を備えるバッテリ寿命検出装置。 - 前記バッテリの残量が予め規定された判定閾値以下となった場合に充電を行う充電制御部と、
前記バッテリの寿命が前記第1の段階に到達したことが検出された場合に、前記バッテリを満充電とした後に強制放電を行う強制放電制御部と、
をさらに備え、
前記第1寿命検出部が、前記充電が開始されてから満充電となるまでに要する充電時間を前記バッテリの所定の充電に要する時間として計測し、当該充電時間に基づいて前記バッテリの寿命が前記第1の段階に到達したことを検出し、
前記第2寿命検出部が、前記強制放電が開始されてから前記バッテリの残量が予め規定された判定閾値以下となるまでに要する放電時間を前記前記バッテリの所定の放電に要する時間として計測し、当該放電時間に基づいて前記バッテリの寿命が前記第2の段階に到達したことを検出する
請求項1に記載のバッテリ寿命検出装置。 - 前記強制放電制御部及び第2寿命検出部は、
前記バッテリの寿命が前記第1の段階に到達したことが検出された場合に、前記強制放電及び前記放電時間の計測を定期的に実施する
請求項2に記載のバッテリ寿命検出装置。 - 前記第1寿命検出部は、
前記充電時間が、前記バッテリの最初の充電時に計測した前記充電時間に基づいて規定された充電時間判定閾値以下であった場合に、前記バッテリの寿命が前記第1の段階に到達したことを検出する
請求項2又は3に記載のバッテリ寿命検出装置。 - 前記第2寿命検出部は、
前記放電時間が、前記バッテリの最初の放電時に計測した前記放電時間に基づいて規定された放電時間判定閾値以下であった場合に、前記バッテリの寿命が前記第2の段階に到達したことを検出する
請求項2〜4のいずれか1項に記載のバッテリ寿命検出装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のバッテリ寿命検出装置と、
バッテリと
を備える蓄電装置。 - 第1寿命検出部によって、バッテリの所定の充電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいて前記バッテリの寿命が第1の段階に到達したことを検出し、
第2寿命検出部によって、前記バッテリの寿命が前記第1の段階に到達したことが検出された場合に、前記バッテリの所定の放電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいて前記バッテリの寿命が第2の段階に到達したことを検出する
バッテリ寿命検出方法。 - バッテリの所定の充電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいて前記バッテリの寿命が第1の段階に到達したことを検出し、
前記バッテリの寿命が前記第1の段階に到達したことが検出された場合に、前記バッテリの所定の放電に要する時間を計測し、その計測時間に基づいて前記バッテリの寿命が第2の段階に到達したことを検出する
処理をコンピュータに実行させるプログラム。
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