JP4430321B2 - 蓄電池の状態判別装置及び蓄電池の状態判別方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電池例えば鉛蓄電池のインピーダンスを測定することにより、蓄電池の充電状態、蓄電池の劣化状態を判定する蓄電池の状態判別装置及び蓄電池の状態判別方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、蓄電池の劣化状態を短時間で簡単に検知する方法として、蓄電池の両極端子間の交流インピーダンスの測定値から推定する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この推定方法は、蓄電池の交流インピーダンスが劣化状態と相関関係があることを利用したものである。
【0003】
特許文献1では、蓄電池がフロート充電など分極状態にある場合には、インピーダンス測定時に分極の影響を受けてしまうという問題があった。これは、実際には蓄電池の充電直後または、放電直後の蓄電池状態では交流電源の周波数が1kHzでも分極の影響は受けてしまうということがあった。
【0004】
一方、蓄電池の劣化特性を調べる上で、蓄電池の容量を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
【0005】
特許文献2は、明細書の段落0018に記載の通り、一定以上の電流が流れる放電状態が一定の期間続くと安定するとし、段落0024で、0.5C以上の電流での充電持続時間が5秒以上になったか否かを判断しているものである。従って、特許文献2は、直流状態についての分極安定化を示しているにすぎない。特許文献2と同様な考え方として、例えば、特許文献3にも記載されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平5−281310号公報
【0007】
【特許文献2】
特開2003−7353の段落0018及び0024
【0008】
【特許文献3】
特開平7−244135号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように蓄電池の分極履歴をより確実に回避するインピーダンス測定方法がなく、しかも分極履歴のある状態での充電状態(SOC)の判定がなかった。
【0010】
そこで、本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、どのような分極条件下においても安定したインピーダンス値を測定でき、この結果蓄電池の状態判別が確実となる蓄電池の状態判別装置及び蓄電池の状態判別方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、蓄電池が所定時間充電放置された後、前記蓄電池に交流電圧を印加する交流電圧印加手段、又は前記蓄電池に交流電流を通電する交流電流通電手段と、
前記交流電圧印加手段により前記蓄電池に交流電圧を印加したとき前記蓄電池に流れる交流電流を測定する交流電流測定手段、又は前記交流電流通電手段を前記蓄電池に通電したとき前記蓄電池に発生する交流電圧を測定する交流電圧測定手段と、
前記交流電圧印加手段により前記蓄電池に印加した交流電圧と前記交流電流測定手段により測定された交流電流、又は前記交流電流通電手段の通電により前記蓄電池に流れる交流電流と前記交流電圧測定手段で測定された交流電流に基づき始めの数サイクルを除いて前記蓄電池のインピーダンスを演算するインピーダンス演算手段と、
前記インピーダンス演算手段によりインピーダンス測定後、一定時間放置時間を設け、この間の過渡電圧が前記蓄電池の充電状態に依存することを利用して前記蓄電池の充電状態の判定を行う判定手段と、
を具備した蓄電池の状態判別装置である。
【0012】
前記目的を達成するため、請求項2に対応する発明は、蓄電池が所定時間充電放置された後、前記蓄電池に印加する交流電圧又は前記蓄電池に通電する交流電流と、前記交流電圧を印加したとき前記蓄電池に流れる交流電流又は交流電流を通電したときの前記蓄電池の電圧を測定し、前記交流電圧と前記交流電流に基づき始めの数サイクルを除いて前記蓄電池のインピーダンスを測定し、前記インピーダンス測定後、一定時間の放置時間を設け、この間の過渡電圧が前記蓄電池の充電状態に依存することを利用して前記蓄電池の充電状態の判別を行う蓄電池の状態判別方法である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、始めに本発明の蓄電池状態判定装置又は蓄電池状態判定方法が適用される対象、例えば自動車用補助蓄電池の概要について図1を参照して説明する。図1において、オルタネーター1は、メイン蓄電池本体2aと制御回路2bからなるメイン蓄電池2及び補助蓄電池本体3aと制御回路3bからなる予備の蓄電池である補助蓄電池3の両方に接続され、通常例えばメイン蓄電池2が正常のときはメイン蓄電池2が切替回路4を介して負荷5であるランプやステレオ更にはエンジンやブレーキ等の制御に使用されるようになっている。
【0016】
補助蓄電池3はメイン蓄電池2が故障等で使用できなくなった時に切替回路4により負荷5と補助蓄電池3の接続が生かされるので、常時定電圧で充電している補助蓄電池3は、その状態は何時も良好な状態にしておく必要があることから、後述する蓄電池状態判定器6により補助蓄電池3の状態を把握できるように構成されている。
【0017】
蓄電池状態判定器6は、図示しない以下に述べる交流電圧印加手段と、交流電流測定手段と、インピーダンス演算手段と、判定手段とを備えている。交流電圧印加手段は、所定時間充電放置された後(S1、S2)、例えば10Hzの所定の交流電圧を補助蓄電池3に印加するように構成して始めの数サイクルを蓄電池に生じた分極履歴を消去するようにしたものである。
【0018】
また、交流電圧印加手段は、始めの数サイクルで分極履歴を消去した後、残りのサイクルでインピーダンスを算出するための交流電圧Vを補助蓄電池3に印加させるものである。交流電流測定手段は、交流電圧印加手段を補助蓄電池3に印加したとき補助蓄電池3に流れる交流電流Iを測定する例えば電流計である。インピーダンス演算手段は、交流電圧印加手段の交流電圧Vと交流電流測定手段により測定された交流電流Iに基づき始めの数サイクルを除いて補助蓄電池3のインピーダンスを演算するものである。判定手段は、予め求めておいたインピーダンスと蓄電池容量との相関関係に、インピーダンス演算手段の演算結果のインピーダンスを当てはめることにより補助蓄電池3の状態を判定するものである。
【0019】
以下、このように構成された蓄電池状態判定器6の動作について、図2を参照して説明する。図2(a)は、補助蓄電池3の電圧波形を示し、図2(b)は、蓄電池状態判定器6の動作又は補助蓄電池3の状態判別方法を説明するためのタイムチャートである。蓄電池状態判定器6は、安定した測定値を出力するために、判定時において、定電圧充電を一時停止し(充電S1)、一定の放置時間を経た後に(放置S2)、劣化診断に最適な周波数例えば10Hzの所定の交流電流を補助蓄電池3に流すか(交流電流供給S3)、もしくは最適な周波数例えば10Hzの所定の交流電圧を補助蓄電池3に印加する。図2に示すように始めの数サイクル例えば5サイクルはインピーダンスの測定には用いず(S7)、分極履歴を一定化させるための分極履歴消去処理を行う(S6)。
【0020】
この時に必要なサイクル数は、交流電流値または、交流電圧値、測定周波数によって左右される。この場合の必要なサイクル数は、予め、実験により対象蓄電池および使用用途に最適な条件を求める必要性がある。
【0021】
上記のような条件を満たした一定の交流サイクルを行い、分極履歴消去(分極履歴を一定化させた)後に、同様の交流サイクルを継続させ、測定周波数に応じたインピーダンス算出に必要なサイクル数を行い、インピーダンスを算出する(S7)。これらの処理により、定常状態にない分極履歴をもった蓄電池3に対しても安定したインピーダンス値を出力することができる。このように算出したインピーダンスは蓄電池の劣化状態を示す基準として利用することができる。
【0022】
なお、前述のように算出したインピーダンス値は温度により変動するため、同時に蓄電池温度を測定してインピーダンス測定値を温度補正する必要がある。
【0023】
前述のように、充電状態の判定を行う目的でインピーダンス測定後に放置時間例えば数秒を設け(S4)、このときの回復電圧を利用して充電状態を判定する(S8)。
【0024】
このとき、図3より判るように交流電流もしくは、交流電圧印加後、一定時間例えば0.5秒経過後の縦軸の0.5sec目開放電圧(0.5sec目過渡電圧)が、横軸の充電状態(SOC:State Of Chage)に比例していることに着目して、この一定時間経過後の過渡電圧よりSOCの判定を行う。
【0025】
なお、この過渡電圧は、蓄電池温度および、蓄電池の劣化状態に依存して変動するため、温度補正および劣化補正を行う必要がある。
【0026】
図4は、本発明と従来のインピーダンスとSOH(State Of Health:劣化度合いを示す指標)の関係を示すものである。図4(a)は従来の方法の場合、すなわち、放置時間(例えば数サイクル間)を設けず、蓄電池のインピーダンスを直ぐに測定した場合であり、図4(b)は本発明の方法の場合、すなわち、放置時間(例えば数サイクル間)を設けて、蓄電池のインピーダンスを測定した場合である。この結果、本発明の方がバラツキが少なく、従来の方がバラツキが多いことが解る。
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、どのような分極条件下においても安定したインピーダンス値を測定でき、この結果蓄電池の状態判別が確実となる蓄電池の状態判別装置及び蓄電池の状態判別方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の蓄電池の状態判別装置の第1の実施形態を説明するためのブロック。
【図2】 図1の実施形態の動作並びに本発明の蓄電池の状態判別方法の第1の実施形態を説明するための図。
【図3】 図1及び図2の作用効果を説明するためのSOCと開放電圧の関係を示す図。
【図4】 図1及び図2の作用効果を従来の方法を比較して説明するためのインピーダンスとSOHの関係を示す図。
【符号の説明】
1…オルタネーター、2a…メイン蓄電池本体、2b…制御回路、2…メイン蓄電池、3a…補助蓄電池本体、3b…制御回路、3…補助蓄電池、4…切替回路、5…負荷、6…蓄電池状態判定器。
Claims (2)
- 蓄電池が所定時間充電放置された後、前記蓄電池に交流電圧を印加する交流電圧印加手段、又は前記蓄電池に交流電流を通電する交流電流通電手段と、
前記交流電圧印加手段により前記蓄電池に交流電圧を印加したとき前記蓄電池に流れる交流電流を測定する交流電流測定手段、又は前記交流電流通電手段を前記蓄電池に通電したとき前記蓄電池に発生する交流電圧を測定する交流電圧測定手段と、
前記交流電圧印加手段により前記蓄電池に印加した交流電圧と前記交流電流測定手段により測定された交流電流、又は前記交流電流通電手段の通電により前記蓄電池に流れる交流電流と前記交流電圧測定手段で測定された交流電流に基づき始めの数サイクルを除いて前記蓄電池のインピーダンスを演算するインピーダンス演算手段と、
前記インピーダンス演算手段によりインピーダンス測定後、一定時間放置時間を設け、この間の過渡電圧が前記蓄電池の充電状態に依存することを利用して前記蓄電池の充電状態の判定を行う判定手段と、
を具備した蓄電池の状態判別装置。 - 蓄電池が所定時間充電放置された後、前記蓄電池に印加する交流電圧又は前記蓄電池に通電する交流電流と、前記交流電圧を印加したとき前記蓄電池に流れる交流電流又は交流電流を通電したときの前記蓄電池の電圧を測定し、前記交流電圧と前記交流電流に基づき始めの数サイクルを除いて前記蓄電池のインピーダンスを測定し、前記インピーダンス測定後、一定時間の放置時間を設け、この間の過渡電圧が前記蓄電池の充電状態に依存することを利用して前記蓄電池の充電状態の判別を行う蓄電池の状態判別方法。
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