JP2007333494A - 蓄電池の劣化診断方法および劣化診断装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】蓄電池Batに対して交流電流を供給したときにおける電流値および電圧値に基づいて蓄電池Batのインピーダンスを測定し、このインピーダンスの値に基づいて蓄電池Batの劣化を診断する方法であって、蓄電池Batに供給する交流電流の周波数を変更し、各周波数におけるインピーダンスを測定してインピーダンスの周波数特性曲線fを形成し、この周波数特性曲線に基づいて虚数部が0となるインピーダンスの値を求め、該インピーダンスの値に基づいて蓄電池の劣化状態を判断する。インピーダンスの虚数部分であるリアクタンス部を蓄電池のインピーダンスから確実に除去することができるから、電極抵抗の変化を正確に把握でき、蓄電池の劣化状態を正確に判断することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、かかるMSE蓄電池等のシール型バッテリであっても劣化状態をチェックできる蓄電池の劣化診断方法および劣化診断装置に関する。
蓄電池の劣化は主として正極格子の腐食に起因し、正極格子の腐食に伴う電極抵抗の増加として現れるのであるが、内部抵抗法によって測定される蓄電池のインピーダンスには、電極抵抗だけでなく、蓄電池の劣化にほとんど関係しないリアクタンス部の影響も含まれている。そして、リアクタンス部の影響は劣化状態により大きく変化することから、測定の状態によってインピーダンスの値が大きく変動してしまい、劣化状態の判断精度が悪くなるという問題が存在していた。
非特許文献1には、インピーダンスの実効抵抗を抽出する具体的な方法は記載されていないが、その記載から、以下のようにして虚数部分を取り除き、実効抵抗のみを抽出していると推測される。
また、検出された電流の変動AC-Aと電圧の変動PC-Vとの間には、インピーダンスZに起因する位相差θが生じるのであるが、検出された電流の変動AC-Aおよび電圧の変動PC-Vを検波して方形波に変形すればこの位相差θを方形波の重なり(図3(B)の斜線部)から求めることができる。
そして、インピーダンスZと位相差θが把握できれば、図3(C)に示す式より、インピーダンスZの実効抵抗Rを求めることができるから、この実効抵抗Rと初期状態における実効抵抗とを比較すれば劣化状態を判断することができる。
また、バックアップ用電源として使用される蓄電池には、蓄電池を充電するために使用される整流器を備えている場合が一般的であり、インピーダンスZは、この整流器の存在に起因して発生する高調波の影響を受ける。
すると、電流の変動AC-Aおよび電圧の変動PC-Vを検波した方形波から位相差θを求めても、求められた位相差θにノイズや高調波の影響が現れてくる。蓄電池の劣化による電極抵抗の変化は非常に小さいので、ノイズや高調波の影響による位相差θの誤差が生じれば、実際の実効抵抗に対する算出された実効抵抗の誤差は相対的に大きくなり、劣化状態の判断精度が悪くなってしまう。このため、非特許文献1の技術を採用しても、劣化状態の判断精度を向上させることは難しい。
第2発明の蓄電池の劣化診断方法は、第1発明において、蓄電池に供給する交流電流の周波数を変化させる周波数変化範囲を、10〜500Hzとすることを特徴とする。
第3発明の蓄電池の劣化診断方法は、第1発明において、蓄電池に供給する交流電流の周波数を変化させる周波数変化範囲が、加速劣化試験結果に基づいて決定されたものであることを特徴とする。
第4発明の蓄電池の劣化診断装置は、蓄電池に対して交流電流を供給する電流供給部と、蓄電池に供給される電流値を測定する電流計と、蓄電池に電流を供給したときにおける蓄電池の端子間電圧を測定する電圧計と、前記電流計が検出した電流値と、前記電圧計が検出した電圧値とに基づいて、蓄電池のインピーダンスを算出する演算機能を備えた演算制御部とを備えており、前記電流供給部は、蓄電池に供給する交流電流の周波数を変化させることが可能なものであり、前記演算制御部は、前記電流供給部から蓄電池に供給する交流電流の周波数を制御する機能と、交流電流の各周波数におけるインピーダンスに基づいて、インピーダンスの周波数特性曲線を形成し、この周波数特性曲線において虚数部が0となるインピーダンスの値に基づいて蓄電池の劣化状態を判断する劣化判断機能と備えていることを特徴とする。
第5発明の蓄電池の劣化診断装置は、第4発明において、蓄電池に供給する交流電流の周波数を変化させる周波数変化範囲が、10〜500Hzであることを特徴とする。
第6発明の蓄電池の劣化診断装置は、第4発明において、蓄電池に供給する交流電流の周波数を変化させる周波数変化範囲が、加速劣化試験結果に基づいて決定されたものであることを特徴とする。
第2発明によれば、限定された周波数でインピーダンスを求めているので、インピーダンス測定の際に、測定した信号から周波数変化範囲外の信号をノイズとして除去することができる。すると、ノイズがインピーダンスの測定結果に与える影響を小さくすることができ、インピーダンスの実数成分を正確に算出することができる。
第3発明によれば、周波数変化範囲を加速劣化試験結果に基づいて決定しているので、確実に虚数部が0となる周波数を含む範囲で検査を行うことができる。
第4発明によれば、周波数特性曲線から虚数部が0となるインピーダンスの値を求めているので、蓄電池の劣化にほとんど関係しないインピーダンスの虚数部分を、蓄電池のインピーダンスから確実に除去することができる。すると、インピーダンスの実数成分に相当する電極抵抗の変化を正確に把握できるから、蓄電池の劣化状態を正確に判断することができる。また、周波数特性曲線に基づいて電極抵抗を求めているので、蓄電池に整流器が設けられている場合であっても、整流器が存在することに起因する高調波の影響を除去することができる。
第5発明によれば、限定された周波数でインピーダンスを求めているので、インピーダンス測定の際に、測定した信号から周波数変化範囲外の信号をノイズとして除去することができる。すると、ノイズがインピーダンスの測定結果に与える影響を小さくすることができ、インピーダンスの実数成分を正確に算出することができる。
第6発明によれば、周波数変化範囲を加速劣化試験結果に基づいて決定しているので、確実に虚数部が0となる周波数を含む範囲で検査を行うことができる。
図2(A)は蓄電池Batにおけるインピーダンスの周波数特性曲線の説明図であり、(B)は本実施形態の劣化診断装置10のブロック図である。同図(B)に示すように、本実施形態の劣化診断装置10は、劣化を測定する対象となる蓄電池Batに電流を供給する電流供給部11と、電流値や電圧値を測定する測定部15と、演算制御部20とを備えている。
この電流供給部11は、例えば所定の周波数の交流電圧を出力可能なオシロスコープ等と、このオシロスコープ等が出力した交流電圧をV−I変換する変換器とから構成することが可能である。なお、電流供給部11は、蓄電池Batに対して所定の周波数に調整された交流電流を供給することができ、出力する交流電流の周波数を所定の周波数変化範囲内で変更可能であり、また、蓄電池Bat供給する電流値や電流供給時間が変更可能なものであればよい。
さらになお、電流供給部11から蓄電池Batに対して供給する周波数範囲が限定されている場合には、電流計Aや電圧計Vにこの周波数範囲外の信号をノイズとして除去するフィルタ回路を設けておけば、蓄電池Batに接続されている電源などから侵入するノイズがインピーダンス値に与える影響を小さくすることができるので好適である。フィルタ回路を設けた場合、周波数により信号の位相が変化する可能性があるが、周波数変化範囲内の周波数を有する信号については位相を変化させないフィルタ回路を設ければ、かかる問題も防ぐことができる。
蓄電池Batの容量は、測定する蓄電池Batと同一の蓄電池Batにおいて、以前に測定された経年測定データや、実験室における蓄電池Batの容量と電極抵抗との関係を調べたデータと、測定された電極抵抗R2(図2(A)参照)を比較すれば、測定された電極抵抗R2の状態における蓄電池Batの容量が、新品時の蓄電池Batの概ね何%程度であるかを推測することができる。
また、蓄電池Batの寿命は、測定する蓄電池Batにおける新品時の蓄電池Batの電極抵抗R1(図2(A)参照)と測定された電極抵抗R2を比較して、測定された経年測定データに基づき電極抵抗R2が電極抵抗R1の2倍になる時点を蓄電池Batの交換時期と判断することができる。なお、電極抵抗R2が電極抵抗R1の2倍になる時点を交換時期とするのは、その時点では、一般的な蓄電池において交換が推奨される、蓄電池Batの容量が新品時の概ね80%程度になっていると推測されるからである。なお、蓄電池Batの交換時期は蓄電池Batのユーザー側で自由に決定することができ、電極抵抗R2が電極抵抗R1の2倍となる時点に限られないのはいうまでもない。
図1は(A)は本実施形態の劣化診断装置10によるインピーダンス測定のフローチャートであり、(B)は本実施形態の劣化診断装置10による電極抵抗を求めるフローチャートである。
ついで、蓄電池Batに供給する交流周波数の周波数を変化させる周波数変化範囲が設定される。MSE蓄電池であれば、周波数変化範囲として、10〜500Hzが設定される。
この信号を電流供給部11が受信すると、電流供給部11から蓄電池Batに対して上記のごとき交流電流が供給され、測定部15の電流計A,電圧計Vによって電流値、電圧値が測定される。このとき、交流電流は、演算制御部20の演算機能22により、その周波数におけるインピーダンスの測定が終了するまで供給される。
なお、周波数を変化させる割合は、上記範囲に限られず、また常に一定の割合で変化させなくてもよい。とくに、周波数特性曲線と実軸とが交差する周波数近傍において、測定する周波数の間隔が小さくなるようにしておけば、交点のインピーダンス値を精度良く求めることができるので好適である。
11 電流供給部
20 演算制御部
V 電圧計
A 電流計
Bat 蓄電地
f 周波数特性曲線
Claims (6)
- 蓄電池に対して交流電流を供給したときにおける電流値および電圧値に基づいて蓄電池のインピーダンスを測定し、このインピーダンスの値に基づいて蓄電池の劣化を診断する方法であって、
蓄電池に供給する交流電流の周波数を変化させて、各周波数におけるインピーダンスを測定してインピーダンスの周波数特性曲線を形成し、
この周波数特性曲線に基づいて虚数部が0となるインピーダンスの値を求め、該インピーダンスの値に基づいて蓄電池の劣化状態を判断する
ことを特徴とする蓄電池の劣化診断方法。 - 蓄電池に供給する交流電流の周波数を変化させる周波数変化範囲を、10〜500Hzとする
ことを特徴とする蓄電池の劣化診断方法。 - 蓄電池に供給する交流電流の周波数を変化させる周波数変化範囲が、加速劣化試験結果に基づいて決定されたものである
ことを特徴とする請求項1記載の蓄電池の劣化診断方法。 - 蓄電池に対して交流電流を供給する電流供給部と、
蓄電池に供給される電流値を測定する電流計と、
蓄電池に電流を供給したときにおける蓄電池の端子間電圧を測定する電圧計と、
前記電流計が検出した電流値と、前記電圧計が検出した電圧値とに基づいて、蓄電池のインピーダンスを算出する演算機能を備えた演算制御部とを備えており、
前記電流供給部は、蓄電池に供給する交流電流の周波数を変化させることが可能なものであり、
前記演算制御部は、
前記電流供給部から蓄電池に供給する交流電流の周波数を制御する機能と、
交流電流の各周波数におけるインピーダンスに基づいて、インピーダンスの周波数特性曲線を形成し、この周波数特性曲線において虚数部が0となるインピーダンスの値に基づいて蓄電池の劣化状態を判断する劣化判断機能と備えている
ことを特徴とする蓄電池の劣化診断装置。 - 蓄電池に供給する交流電流の周波数を変化させる周波数変化範囲が、10〜500Hzである
ことを特徴とする蓄電池の劣化診断装置。 - 蓄電池に供給する交流電流の周波数を変化させる周波数変化範囲が、加速劣化試験結果に基づいて決定されたものである
ことを特徴とする請求項1記載の蓄電池の劣化診断装置。
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