JP2005168261A - 電気二重層キャパシタシステムの監視装置及び電気二重層キャパシタの余寿命予測方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 EDLCバンク制御装置10の中央演算装置は、電圧測定器13、雰囲気温度センサ14、筐体表面用温度センサ15によって得られる測定データの履歴に基づいてEDLCバンク4の余寿命を予測する。そして、予測した余寿命が所定の値に達すると、EDLCバンク4の交換を促すための報知動作を行なうと共に充放電制御対象をバックアップ用のEDLCバンク12に切換える処置を行う。
【選択図】 図7
Description
ところが、実際にEDLCを使用すると、その電気的特性は次第に劣化し、運転時間がある程度経過すると事実上の使用が不可能な状態に陥ってしまう。これは、本来の充放電動作については想定していない化学反応が実際には発生しており、その結果として静電容量が低下するなどの特性劣化が起こっているものと推定される。従って、EDLCの余寿命を正確に推定することは、高い信頼性が要求されるシステムにおいては保守更新の時期などを計画するために非常に重要である。
前記電気二重層キャパシタの余寿命を予測するために必要な測定データを得るための測定手段と、
前記測定データの履歴に基づいて前記電気二重層キャパシタの余寿命を予測する余寿命予測手段と、
前記余寿命が所定の値に達すると、前記電気二重層キャパシタを交換するために必要な処置を行う交換処置手段とを備えることを特徴とする。
斯様に構成すれば、余寿命予測手段が電気二重層キャパシタの余寿命を妥当に推定するので、交換処置手段は、その余寿命が所定の値に達した時点で電気二重層キャパシタを交換するために必要な処置を適切に実行できるようになる。
電気二重層キャパシタを所定の温度環境下に置き所定の電圧を印加した場合に、前記キャパシタの静電容量が所定の割合に低下するまでの時間を、複数の温度並びに複数の電圧について予め測定し、
その測定結果に基づいて得られる温度とキャパシタの寿命との関係を示すデータを記憶手段に記憶させ、
電気二重層キャパシタシステムの運転時において、測定手段が、所定時間毎に雰囲気温度と前記キャパシタの筐体表面温度とを測定すると、その測定結果に基づいて当該キャパシタの内部温度を推定し、
その測定結果と前記記憶手段に記憶させたデータとに基づいて前記キャパシタの寿命減少度合いを演算し、当該キャパシタの余寿命を予測することを特徴とする。
請求項4記載の電気二重層キャパシタの余寿命予測方法によれば、電気二重層キャパシタの余寿命を妥当に推定することができるので、電気二重層キャパシタシステムの保守管理を適切に行なうことが可能となる。
以下、本発明の第1実施例について図1乃至図10をも参照して説明する。図7は、電気二重層キャパシタシステムたる電力制御装置1のブロック構成を示している。この図7において、商用交流電源などの電源2は、電力制御装置1の入力端子1aを介してコンバータ3の交流入力端子に接続されている。コンバータ3はサイリスタ等からなっており、交流入力端子に交流電力が入力されると直流電力に変換し、直流出力端子に出力するように構成されている。コンバータ3の直流出力端子は、インバータ5の直流入力端子に接続されていると共に、切換えスイッチ(交換処置手段)11を介してEDLC(電気二重層キャパシタ)バンク4の充放電端子に接続されている。EDLCバンク4は、多数のEDLCセルを直並列接続したものを筐体内に収容して構成されたものである。
その測定結果より、図3に示すように、EDLCの静電容量の変化を示す低下曲線が得られる(ステップS2)。尚、図3の横軸は対数メモリの課電時間であり、縦軸の数値は静電容量の変化率を示す相対的な値である。
ln(L)=b−a・1000/T ・・・(1)
アレニウス則は、温度とその温度に依存する化学反応の速度との関係を示す式として知られている。そして、各電圧毎に、温度を変化させて得た結果をプロットすることで(1)式から得られる定数a,bを、(1)式と共にデータ保存RAM18に書き込んで記憶させる(ステップS4)。
また、システムの運転前に基準温度(T0)を予め決定し、定数a,bと共に(1)式に与えることで、EDLCの基準温度(T0)に対する寿命時間(L0)が得られる(ステップS5)。例えば、基準温度(T0)を20℃とすると、寿命時間(L0)は数十万時間となる。これらについても、データ保存RAM18に書き込んで記憶させる。
LR1=L0−LT1 ・・・(2)
各メーカは、活性炭電極の湿気を除去するために様々な手法を実施しているが、現在のところ、湿気を完全に除去する手法は確立されていない。活性炭は、基本的に非常に吸水し易い性質を有しており、その表面には極僅かであるが吸着水が残留し、また、例えばカルボニウム基、ヒドロニウム基等の様な官能基としての形でも残留している。
そして、EDLCバンク4を用いたシステムの運転時において所定時間毎に雰囲気温度とEDLCバンク4の筐体表面温度とを測定すると、その測定結果よりEDLCバンク4の内部温度を推定し、その推定結果と記憶させたデータとに基づいて寿命減少度合いを演算し、余寿命を予測するようにした。従って、システムを運転しながらEDLCバンク4の余寿命を予測することが可能となり、適切な時期に報知動作や交換処置を自動で行なうことができる。
図11は本発明の第2実施例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第2実施例の構成は基本的に第1実施例と同様であり、EDLCバンク4にパルス状の電圧が印加される場合に対応して余寿命を予測する例を示す。第2実施例では、第1実施例で示した図2の前段階の測定において、ステップS1におけるフロート課電に代えて、サイクル課電を行って測定データを得る。
EDLCの寿命としては、必ずしも静電容量が当初の状態から10%低下した時点をもって判断するものではなく、個別の状況に応じて適当な低下割合を設定すれば良い。
第1実施例において、余寿命時間が所定の値を下回った場合に、バックアップ用のEDLCバンク12側への切換えと、ユーザに対するEDLCバンクの交換を促す報知とは、何れか一方のみを行うようにしても良い。また、報知は、表示装置21を用いるものに限らず、音声やブザーを用いたり、報知専用のランプなどによって行っても良い。
第1実施例のように、必ずしも(1)式に回帰させる必要はなく、前段階の測定において得られたデータをデータ保存RAM18に記憶させ、それらのデータが示す傾向から直接寿命特性を推定しても良い。その際、例えば、所定の温度範囲について部分的に直線近似を行っても良い。この場合も、第1実施例と同様に、EDLCバンク4の内部温度を推定した後、夫々の温度に対応した寿命をデータ保存RAM18より読み出して、予め定めた基準温度における余寿命を演算して予測することができる。
Claims (8)
- 電気二重層キャパシタに対する充放電を制御することで負荷に対する電力供給を制御する電気二重層キャパシタシステムに使用され、前記電気二重層キャパシタの状態を監視する監視装置であって、
前記電気二重層キャパシタの余寿命を予測するために必要な測定データを得るための測定手段と、
前記測定データの履歴に基づいて前記電気二重層キャパシタの余寿命を予測する余寿命予測手段と、
前記余寿命が所定の値に達すると、前記電気二重層キャパシタを交換するために必要な処置を行う交換処置手段とを備えることを特徴とする電気二重層キャパシタシステムの監視装置。 - 交換処置手段は、余寿命が所定の値に達すると、電気二重層キャパシタの交換を促すための報知動作を行なうことを特徴とする請求項1記載の電気二重層キャパシタシステムの監視装置。
- 交換処置手段は、余寿命が所定の値に達すると、充放電制御対象をバックアップ用の電気二重層キャパシタに切換える処置を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の電気二重層キャパシタシステムの監視装置。
- 請求項1乃至3の何れかに記載の監視装置を構成する余寿命予測手段が電気二重層キャパシタの余寿命を予測するために行う方法であって、
電気二重層キャパシタを所定の温度環境下に置き所定の電圧を印加した場合に、前記キャパシタの静電容量が所定の割合に低下するまでの時間を、複数の温度並びに複数の電圧について予め測定し、
その測定結果に基づいて得られる温度とキャパシタの寿命との関係を示すデータを記憶手段に記憶させ、
電気二重層キャパシタシステムの運転時において、測定手段が、所定時間毎に雰囲気温度と前記キャパシタの筐体表面温度とを測定すると、その測定結果に基づいて当該キャパシタの内部温度を推定し、
その推定結果と前記記憶手段に記憶させたデータとに基づいて前記キャパシタの寿命減少度合いを演算し、当該キャパシタの余寿命を予測することを特徴とする電気二重層キャパシタの余寿命予測方法。 - 予め測定した結果についてアレニウスの式を適用した回帰式を求めると、その回帰式を表す定数を記憶手段に記憶させ、
前記回帰式に基づいて所定の温度に対するキャパシタの寿命を推定し、その推定結果をも記憶手段に記憶させ、
電気二重層キャパシタシステムの運転時において測定手段により得られた測定結果を前記回帰式に代入することでキャパシタの寿命減少度合いを演算し、その演算結果と記憶手段に記憶させた寿命とに基づいて前記キャパシタの余寿命を予測することを特徴とする請求項4記載の電気二重層キャパシタの余寿命予測方法。 - 電気二重層キャパシタの内部温度を推定するために、キャパシタに通電を行った場合における当該キャパシタの内部温度変化と当該キャパシタの筐体表面の温度変化とを予め測定しておき、
この測定時における雰囲気温度と前記筐体表面の温度との差、及び前記雰囲気温度と前記内部温度との差とを対応させて記憶手段に記憶させ、
電気二重層キャパシタシステムの運転時に、雰囲気温度と前記筐体表面の温度とを測定すると、両者の差に対応する前記雰囲気温度と前記内部温度との差を記憶手段より読み出し、
前記雰囲気温度に前記温度差を加算することでキャパシタの内部温度を推定することを特徴とする請求項4又は5記載の電気二重層キャパシタの余寿命予測方法。 - 電気二重層キャパシタシステムの運転時において、キャパシタの印加電圧が変動する場合は、前記運転時に測定されるその時々の印加電圧に最も近い電圧について得られているデータに基づいて余寿命を予測することを特徴とする請求項4乃至6の何れかに記載の電気二重層キャパシタの余寿命予測方法。
- 電気二重層キャパシタシステムの運転時において、キャパシタにパルス状の電圧が印加される場合に対応するため、
電気二重層キャパシタを所定の温度環境下に置きパルス状の電圧を印加した場合に、前記キャパシタの静電容量が所定の割合に低下するまでの時間に相当する電圧印加回数を、複数の温度について予め測定し、
その測定結果に基づいて得られる温度とキャパシタの寿命との関係を示すデータを記憶手段に記憶させ、
電気二重層キャパシタシステムの運転時において、測定手段が、キャパシタの内部温度を推定すると共に前記システムの運転時間に相当する電圧印加回数とを測定すると、
その測定結果と前記記憶手段に記憶させたデータとに基づいてキャパシタの寿命減少度合いを演算し、前記キャパシタの余寿命を予測することを特徴とする請求項4乃至7の何れかに記載の電気二重層キャパシタの余寿命予測方法。
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