JP2000215923A - 電池劣化判定装置 - Google Patents

電池劣化判定装置

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JP2000215923A
JP2000215923A JP11015594A JP1559499A JP2000215923A JP 2000215923 A JP2000215923 A JP 2000215923A JP 11015594 A JP11015594 A JP 11015594A JP 1559499 A JP1559499 A JP 1559499A JP 2000215923 A JP2000215923 A JP 2000215923A
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battery
voltage
deterioration
measuring means
measuring
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Tetsuyoshi Konno
哲秀 紺野
Hirokazu Hasegawa
広和 長谷川
Toshihiro Inoue
利弘 井上
Masayuki Ide
雅之 井出
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G01R31/3835Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の電池劣化判定装置は、直列に組み合わ
せてなる組電池の場合、配線抵抗による電圧ドロップ分
の影響で内部抵抗が正しく測定できない、また配線抵抗
の影響をなくすため単ブロック毎に電圧を測定するとな
ると電圧測定回路が複雑となるという課題があった。 【解決手段】 初期状態の電池劣化要因を電流測定手段
5や電圧測定手段3や温度測定手段6により測定し制御
手段7により演算し記憶手段9に記憶しておき、使用開
始後、定期的もしくは任意の時の電池劣化要因を測定
し、初期状態で記憶している電池劣化要因の初期値と比
較し、その相対比較にて組電池の劣化状態を判定するこ
とで組電池の配線抵抗の影響を相殺でき正確な劣化判定
をすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は無停電電源装置(U
PS)などのバックアップ用途に用いられる電池の劣化
状態を検知する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】無停電電源装置や非常灯用電源などバッ
クアップ電源用の電池として、シール鉛蓄電池やニッケ
ルカドミウム蓄電池などが用いられている。その電池は
使用期間、使用環境などに応じて劣化するため、バック
アップ電源がバックアップ時に確実に動作するように必
要な時期に新品と交換する必要がある。そこで、その交
換時期を判断するため電池の劣化診断方法が考えられて
おり、バックアップ電源用電池の劣化診断方法として
は、電池の内部抵抗に基づいて電池の劣化を判定する方
法が一般的である。
【0003】図6に従来例の電池劣化判定装置の構成を
示す。電池劣化判定装置1は組電池2と、組電池2の電
圧を測定する電圧測定手段3と、パルス放電を発生させ
るパルス放電手段4と、組電池2への充電電流あるいは
放電電流を測定する電流測定手段5と、組電池2の温度
を測定する温度測定手段6と、電池電圧および電池温度
を入力として内部抵抗の算出を行い劣化を判定する制御
手段7と、劣化状態等の電池状態の情報を本体機器に通
信する通信手段8とからなる。
【0004】続いてその動作について説明する。電池の
劣化判定動作は、まず組電池の電圧(V1)を電圧測定
手段3にて測定する。次にパルス放電手段4にてパルス
放電を行い、放電中の組電池の電圧(V2)を電圧測定
手段3にて測定する。同時に放電前および放電中の電流
(それぞれI1およびI2)を電流測定手段5にて測定
する。電圧、電流を入力として制御手段7において内部
抵抗を算出する。この内部抵抗は次式で与えられる。
【0005】 (内部抵抗)=(V1−V2)/(I1−I2) そして予め求めておいた内部抵抗と劣化量との関係から
算出した内部抵抗値に相当する劣化量を求め、劣化状態
等の電池状態の情報を通信手段8を通じて本体機器へ通
信するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来方式
での電池劣化判定装置では、直列に組み合わせてなる組
電池の場合、配線抵抗による電圧ドロップ分の影響で内
部抵抗が正しく測定できないという問題点があった。ま
た配線抵抗の影響をなくすため、単ブロック毎に電圧を
測定するとなると、電圧測定回路が複雑となる問題点が
あった。また予めパラメータとして入力しておく内部抵
抗と劣化量との関係も典型的な電池セルのデータなので
セルばらつきによって正確な劣化判定ができないという
問題点があった。
【0007】本発明は上記問題点を解決するもので、種
々の劣化要因を加味することで、従来にない正確な電池
の劣化判定を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明はこれらの課題を
解決するために、直列もしくは並列もしくは直並列に組
み合わせてなる組電池において、初期状態の電池劣化要
因(電池の内部抵抗、電池の実放電容量、充電時あるい
は放電時の電池電圧)を測定し記憶しておき、使用開始
後、定期的もしくは任意の時の電池劣化要因を測定し、
初期状態で記憶している電池劣化要因の初期値と比較
し、その相対比較にて組電池の劣化状態を判定すること
を特徴とするものである。電池劣化要因としては電池の
内部抵抗や電池の実放電容量や充電時の電池電圧や放電
時の電池電圧である。これにより、組電池の配線抵抗の
影響を相殺でき、また電池セルばらつきの影響もなくな
り正確な劣化判定をすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図1を参照しながら本発明
の第一の実施の形態について説明する。図1において電
池劣化判定装置1は、組電池2と組電池2の電圧を測定
する電圧測定手段3と、パルス放電を発生させるパルス
放電手段4と、組電池2への充電電流あるいは放電電流
を測定する電流測定手段5と、組電池2の温度を測定す
る温度測定手段6と、電池電圧および電池温度を入力と
して内部抵抗の算出を行い劣化を判定する制御手段7
と、劣化状態等の電池状態の情報を本体機器に通信する
通信手段8と、制御手段7で求めた内部抵抗値を記憶す
る記憶手段9とからなる。
【0010】続いてその動作について説明する。まず初
期状態、具体的には製品出荷前に組電池2の電圧(V
1)を電圧測定手段3にて測定する。次にパルス放電手
段4にてパルス放電を行い、放電中の組電池2の電圧
(V2)を電圧測定手段3にて測定する。同時に放電前
および放電中の電流(それぞれI1およびI2)を電流
測定手段5にて測定する。電圧、電流を入力として制御
手段7より内部抵抗を算出する。内部抵抗は次式で与え
られる。
【0011】 (内部抵抗)=(V1−V2)/(I1−I2) 求めた内部抵抗を初期内部抵抗として、記憶手段9に記
憶する。次に実使用上において定期的もしくは任意の時
にパルス放電手段4にてパルス放電を行い、同様に内部
抵抗を算出する。ここで、初期内部抵抗からの変化量で
もって予め求めておいた内部抵抗の変化量と電池劣化量
との関係から劣化を判定する。
【0012】パルス放電手段4は例えば図2の構成のよ
うに組電池2の正極はトランジスタ11のコレクタに接
続され、負極は接地されている。トランジスタ11のエ
ミッタは放電電流値を決める抵抗12を介して、接地さ
れている。トランジスタ11のベースは制御手段7に接
続され、制御手段7の出力に応じて動作する。
【0013】また、劣化の判定をその時点での温度検出
手段より得られる電池温度および内部抵抗の変化量と電
池劣化量との関係から行うことで、さらに正確な劣化判
定ができる。
【0014】例えば、初期内部抵抗は25℃の換算値と
してもっておく。初期内部抵抗測定時の電池温度が40
℃であったとすると、図3の内部抵抗比率と温度との関
係より25℃の内部抵抗値に換算して(1.4で割
る)、初期内部抵抗として記憶する。尚、図3は25℃
のときの内部抵抗値を基準としたとき、各温度での内部
抵抗比率を表したものである。次に実使用上において定
期的もしくは任意の時にパルス放電手段4にてパルス放
電を行って、内部抵抗の測定を行うとき、その電池温度
を測定して図3の内部抵抗比率と温度との関係より25
℃の内部抵抗値に換算して、初期内部抵抗からの変化量
を求め、図4の内部抵抗の初期からの変化量と電池劣化
率(変化率)との関係から電池の劣化量を求める。図4
で内部抵抗の初期からの変化量が30mΩなら劣化率は
40%と求められる。
【0015】尚、第一の実施の形態では内部抵抗の測定
をパルス放電にて行っていたが、同様にバックアップ放
電前の組電池の電圧とバックアップ放電中の組電池の電
圧との電圧差と、バックアップ電流の値から求めること
ができる。
【0016】次に本発明の第二の実施の形態について説
明する。構成手段は基本的に図1の第一の実施例と同じ
であるので説明は省略する。その動作について説明する
と、制御手段7は電圧測定手段3と温度測定手段6と電
流測定手段5とから得られる電池電圧と電池温度と充放
電電流とから電池の残存容量を算出する機能を有してい
る。まず初期状態、具体的には製品出荷前に満充電状態
から放電を行ったときの実放電容量を制御手段7にて算
出し、初期実放電容量として記憶手段8に記憶してお
く。次に実使用上においての実放電時に、同様に実放電
容量を算出する。ここで、初期実放電容量からの変化量
でもって予め求めておいた実放電容量の変化量と電池劣
化量との関係から劣化を判定する。例えば実放電容量の
初期からの変化量が30%減少していたなら、劣化率は
30%と求められる。
【0017】次に図5を参照しながら本発明の第三の実
施の形態について説明する。図5において電池劣化判定
装置1は組電池2と、組電池の電圧を測定する電圧測定
手段3と、組電池への充電電流あるいは放電電流を測定
する電流測定手段5と、組電池の温度を測定する温度測
定手段6と、電池電圧や電池温度や充放電電流を入力と
して劣化を判定する制御手段7と、劣化状態等の電池状
態の情報を本体機器に通信する通信手段8とからなる。
その動作について説明すると、バックアップ電池の場合
は通常満充電状態で待機するため、電池へ微少電流(ト
リクル電流)が常時供給され充電が行われている。電池
の劣化が進むと内部抵抗が高くなることに着目し、まず
初期状態、具体的には製品出荷前に満充電状態でのトリ
クル充電中の組電池の電圧を電圧測定手段3で測定し、
初期充電電圧として記憶手段8に記憶しておく。ここ
で、初期充電電圧からの変化量でもって予め求めておい
た充電電圧の変化量と電池劣化量との関係から劣化を判
定する。次に実使用上において定期的もしくは任意の時
に満充電状態でのトリクル充電中の組電池の電圧を電圧
測定手段3で測定する。ここで、初期充電電圧からの変
化量でもって予め求めておいた充電電圧の変化量と電池
劣化量との関係から劣化を判定する。
【0018】尚、本発明の第一から第三の実施の形態に
おいて、劣化を判定する電池劣化要因の変化量をそのと
きの電流値や電池温度に応じて決定することにより、よ
り精度良く劣化の判定が可能となる。また各劣化要因を
全て勘案して、例えばそれぞれの劣化要因から算出され
る劣化判定の平均値が実際の電池の劣化判定だとする制
御を行うとさらに精度の良い電池劣化判定装置となる。
【0019】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、直列もし
くは並列もしくは直並列に組み合わせてなる組電池にお
いて、初期状態の電池劣化要因を測定し記憶しておき、
使用開始後、定期的もしくは任意の時の電池劣化要因を
測定し、初期状態で記憶している電池劣化要因の初期値
と比較し、その相対比較にて組電池の劣化状態を判定す
ることで、組電池の配線抵抗の影響を相殺でき、また電
池セルばらつきの影響のない正確な劣化判定をすること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例を示す図
【図2】パルス放電構成図
【図3】内部抵抗比率と温度との関係を示す図
【図4】内部抵抗の初期からの変化量と電池劣化率との
関係を示す図
【図5】本発明の第三の実施例を示す図
【図6】従来例の電池劣化判定の構成図
【符号の説明】
1 電池劣化判定装置 2 組電池 3 電圧判定手段 4 パルス放電手段 5 電流測定手段 6 温度測定手段 7 制御手段 8 通信手段 9 記憶手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 利弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 井出 雅之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2G016 CA00 CA07 CB05 CB06 CB12 CB13 CB21 CB31 CC01 CC04 CC09 CC23 CC27 CC28 CD04 CD14 5G003 BA02 CA01 CA18 CA20 CB01 CC04 EA05 EA09 5H030 AA08 AS03 AS06 AS18 FF22 FF41 FF43 FF44 FF51

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 充放電経路に配置された電流測定手段
    と、組電池の電池電圧を測定する電圧測定手段と、組電
    池の電池温度を測定する温度測定手段と、前記電流測定
    手段と前記電圧測定手段と前記温度測定手段からの出力
    を入力とし劣化判定を行う制御手段と、各種電池情報を
    記憶する記憶手段とを備え、組電池の初期状態における
    電池の内部抵抗を測定して前記記憶手段に記憶し、使用
    開始後、定期的もしくは任意の時の電池の内部抵抗を測
    定し、初期状態で記憶している電池の内部抵抗の初期値
    と比較し、その相対比較にて組電池の劣化状態を判定す
    ることを特徴とする電池劣化判定装置。
  2. 【請求項2】 充放電経路に配置された電流測定手段
    と、組電池の電池電圧を測定する電圧測定手段と、組電
    池の電池温度を測定する温度測定手段と、前記電流測定
    手段と前記電圧測定手段と前記温度測定手段からの出力
    を入力とし劣化判定を行う制御手段と、各種電池情報を
    記憶する記憶手段とを備え、組電池の初期状態における
    電池の実放電容量を測定して前記記憶手段に記憶し、使
    用開始後、定期的もしくは任意の時の電池の実放電容量
    を測定し、初期状態で記憶している電池の実放電容量の
    初期値と比較し、その相対比較にて組電池の劣化状態を
    判定することを特徴とする電池劣化判定装置。
  3. 【請求項3】 充放電経路に配置された電流測定手段
    と、組電池の電池電圧を測定する電圧測定手段と、組電
    池の電池温度を測定する温度測定手段と、前記電流測定
    手段と前記電圧測定手段と前記温度測定手段からの出力
    を入力とし劣化判定を行う制御手段と、各種電池情報を
    記憶する記憶手段とを備え、組電池の初期状態における
    充電時あるいは放電時の電池電圧を測定して前記記憶手
    段に記憶し、使用開始後、定期的もしくは任意の時の充
    電時あるいは放電時の電池電圧を測定し、初期状態で記
    憶している充電時あるいは放電時の電池電圧の初期値と
    比較し、その相対比較にて組電池の劣化状態を判定する
    ことを特徴とする電池劣化判定装置。
  4. 【請求項4】 前記電池の内部抵抗をパルス充電あるい
    はパルス放電を行う前の組電池の電圧とパルス充電ある
    いはパルス放電を行う間の組電池の電圧との電圧差と、
    パルス充電あるいはパルス放電前及びパルス充電あるい
    はパルス放電中の電流値とから求めることを特徴とする
    請求項1記載の電池劣化判定装置。
  5. 【請求項5】 前記電池の内部抵抗をバックアップ放電
    前の組電池の電圧とバックアップ放電中の組電池の電圧
    との電圧差と、バックアップ放電前及び放電中の電流値
    とから求めることを特徴とする請求項1記載の電池劣化
    判定装置。
  6. 【請求項6】 前記組電池の劣化状態を判定する電池劣
    化要因の相対量を充放電電流値や電池温度に応じて決定
    することを特徴とする請求項1から5いずれかに記載の
    電池劣化判定装置。
  7. 【請求項7】 請求項1から6いずれかに記載の電池劣
    化判定装置を用いたことを特徴とする無停電電源装置。
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