JP2010139396A - 電池寿命検出装置、蓄電装置、及び電池寿命検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の寿命検出精度を向上することができる電池寿命検出装置、蓄電装置、及び電池寿命検出方法を提供する。
【解決手段】環境温度に対応する寿命値を期待寿命値として取得する期待寿命値取得部４１と、蓄電池３の充電電流に基づいて充電された電荷量の積算値である総充電電気量を算出する充電電気量算出部４２と、経過時間を計時するタイマ回路１０と、蓄電池温度を計測する温度センサ８と、蓄電池温度の平均値を算出する平均値算出部４３と、総充電電気量が増大するほど増大するように値が設定される第１寿命短縮量を取得する第１寿命短縮量取得部４４と、平均値と環境温度と経過時間とに基づいて第２寿命短縮量を取得する第２寿命短縮量取得部４５と、期待寿命値から第１寿命短縮量と第２寿命短縮量とを減算して蓄電池の残存寿命値を算出する残寿命値算出部４６とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、無停電電源装置などに用いる蓄電池の寿命を検出する電池寿命検出装置、これを備えた蓄電装置、及び電池寿命検出方法に関するものである。

無停電電源装置（ＵＰＳ）などのように、バックアップ用の蓄電池を内蔵した装置においては、蓄電池の寿命を検知することが保守点検の上から重要である。

従来、蓄電池の容量や寿命を判定するため、寿命末期の内部抵抗増加や、放電時の電圧変化を、寿命を判定するパラメータとして用いることが提案されている。例えば、特許文献１の装置は、複数の放電電流値に対応する放電電圧値の分布に基づいてその勾配を演算して劣化判定を行っている。また、特許文献２の装置は、内部抵抗や電池電圧を蓄電池の放電中に測定し、これらの値を劣化前の初期値と相対比較して劣化判定を行っている。

このような寿命判定方法は、蓄電池の内部抵抗と、これによりもたらされる電圧変化及び蓄電池の寿命との相関関係に着目したもので、短期間にある程度の寿命を予測することができるという点では効果がある。

一方、放電負荷電力値から期待寿命値を算出し、この期待寿命値と放電回数を変数とする一次関数として算出した寿命低下量との差を残存寿命値として算出することで、蓄電池の寿命を判定する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この方法は、蓄電池を強制的に放電させることなく、精度の高い期待寿命値を適切に補正しつつ活用できるので、鉛蓄電池などでは効果がある。
特開平８−１３８７５９号公報 特開２０００−２１５９２３号公報 特開２０００−２４３４５９号公報

しかしながら、特許文献１及び２の方法では、内部抵抗がある程度上昇しないと寿命の検出ができない上に、寿命劣化の要因となる蓄電池の温度などが考慮されていないため、寿命検出の精度が低下するという問題があった。

さらに、特許文献３の方法では、寿命劣化の要因となる蓄電池の累積的な充電量が考慮されていないため、寿命検出の精度が低下するという問題があった。

本発明の目的は、蓄電池の寿命検出精度を向上することができる電池寿命検出装置、蓄電装置、及び電池寿命検出方法を提供することである。

本発明に係る電池寿命検出装置は、蓄電池の設置環境における環境温度を測定する環境温度測定部と、前記蓄電池を所定の温度で使用した場合に期待される寿命値を、当該温度に対応付けて記憶する寿命データ記憶部と、前記環境温度測定部によって測定された環境温度と対応付けて前記寿命データ記憶部により記憶されている寿命値を期待寿命値として取得する期待寿命値取得部と、前記蓄電池の充電電流を測定する充電電流測定部と、前記充電電流測定部によって測定された充電電流に基づいて、前記蓄電池に充電された電荷量の積算値である総充電電気量を算出する充電電気量算出部と、前記蓄電池がまだ劣化していない初期状態にあると考えられるタイミングとして予め設定された基準タイミングからの経過時間を計時する経過時間計時部と、前記蓄電池の温度である蓄電池温度を計測する蓄電池温度計測部と、前記蓄電池温度計測部で計測された蓄電池温度の平均値を算出する平均値算出部と、前記充電電気量算出部によって算出された総充電電気量が増大するほど増大するように値が設定される第１寿命短縮量を取得する第１寿命短縮量取得部と、前記平均値算出部によって算出された平均値と、前記環境温度測定部によって測定された環境温度と、前記経過時間計時部によって計時された経過時間とに基づいて、当該経過時間が長いほど、かつ前記平均値と前記環境温度との差が大きいほど増大するように値が設定される第２寿命短縮量を取得する第２寿命短縮量取得部と、前記期待寿命値取得部によって取得された期待寿命値から、前記第１寿命短縮量取得部により取得された第１寿命短縮量と前記第２寿命短縮量取得部により取得された第２寿命短縮量とを減算することによって、前記蓄電池の残存寿命値を算出する残寿命値算出部とを備える。

また、本発明に係る電池寿命検出方法は、環境温度測定部が、蓄電池の設置環境における環境温度を測定する工程と、寿命データ記憶部が、前記蓄電池を所定の温度で使用した場合に期待される期待寿命値を、当該温度に対応付けて記憶する工程と、期待寿命値取得部が、前記環境温度測定部によって測定された環境温度と対応付けて前記寿命データ記憶部により記憶されている期待寿命値を取得する工程と、充電電流測定部が、前記蓄電池の充電電流を測定する工程と、充電電気量算出部が、前記充電電流測定部によって測定された充電電流に基づいて、前記蓄電池に充電された電荷量の積算値である総充電電気量を取得する工程と、経過時間計時部が、前記蓄電池がまだ劣化していない初期状態にあると考えられるタイミングとして予め設定された基準タイミングからの経過時間を計時する工程と、蓄電池温度計測部が、前記蓄電池の温度である蓄電池温度を計測する工程と、平均値算出部が、前記蓄電池温度計測部で計測された蓄電池温度の平均値を算出する工程と、第１寿命短縮量取得部が、前記充電電気量算出部によって取得された総充電電気量が増大するほど増大するように値が設定される第１寿命短縮量を取得する工程と、第２寿命短縮量取得部が、前記平均値算出部によって算出された平均値と、前記環境温度測定部によって測定された環境温度と、前記経過時間計時部によって計時された経過時間とに基づいて、当該経過時間が長いほど、かつ前記平均値と前記環境温度との差が大きいほど増大するように値が設定される第２寿命短縮量を取得する工程と、残寿命値算出部が、前記期待寿命値取得部によって取得された期待寿命値から、前記第１寿命短縮量取得部により取得された第１寿命短縮量と前記第２寿命短縮量取得部により取得された第２寿命短縮量とを減算することによって、前記蓄電池の残存寿命値を算出する工程とを含む。

この構成によれば、充電電気量算出部によって、蓄電池に充電された電荷量の積算値である総充電電気量が算出され、第１寿命短縮量取得部によって、総充電電気量が増大するほど増大するように値が設定される第１寿命短縮量が取得される。また、第２寿命短縮量取得部によって、基準タイミングからの経過時間が長いほど、かつ蓄電池温度の平均値と環境温度との差が大きいほど増大するように値が設定された第２寿命短縮量が取得される。そして、残寿命値算出部によって、期待寿命値から、第１寿命短縮量と第２寿命短縮量とが減算されて、蓄電池の残存寿命値が算出される。この場合、第１寿命短縮量には寿命劣化の要因となる蓄電池の累積的な充電量が反映され、第２寿命短縮量には寿命劣化の要因となる蓄電池の温度が反映されているので、残寿命値算出部によって算出される蓄電池の残存寿命値には、累積的な充電量と蓄電池の温度とが共に反映される結果、背景技術よりも寿命検出の精度を向上させることができる。

また、前記第１寿命短縮量取得部は、前記総充電電気量と、予め設定された第１係数とを乗算することにより、前記第１寿命短縮量を算出することが好ましい。

また、前記第１寿命短縮量取得部は、前記総充電電気量をＣｎ、前記第１係数をａとすると、下記の式（１）に基づき前記第１寿命短縮量Ｌ_１を算出することが好ましい。

Ｌ_１＝ａ×Ｃｎ ・・・（１）
この構成によれば、適宜、例えば実験的に求めた第１係数を、総充電電気量に乗算するだけで、総充電電気量が寿命に及ぼす影響を時間に変換して第１寿命短縮量を算出することができるので、第１寿命短縮量の算出工程を簡素化することができる。

また、前記第２寿命短縮量取得部は、前記平均値算出部によって算出された平均値と前記環境温度測定部によって測定された環境温度との差に基づく値を指数とする指数関数の値と、前記経過時間計時部によって計時された経過時間との乗算値とに基づいて、前記第２寿命短縮量を算出することが好ましい。

蓄電池の寿命は、温度の上昇に対して指数関数的に短くなる。また、期待寿命値取得部によって取得される期待寿命値は、環境温度における蓄電池の寿命である。そこで、蓄電池の温度の平均値と環境温度との差に基づく値を指数とする指数関数の値と、前記経過時間計時部によって計時された経過時間との乗算値を第２寿命短縮量として算出し、これを残寿命値算出部が期待寿命値から減算して残存寿命値を算出することで、温度による寿命短縮の影響を反映させて、残存寿命値の算出精度を向上させることができる。

また、前記第２寿命短縮量取得部は、前記平均値をＴｍ、前記環境温度をＴ０、前記経過時間をＤａ、予め設定された第２係数をｄとすると、下記の式（２）に基づき前記第２寿命短縮量Ｌ_２を算出することが好ましい。

Ｌ_２＝ｄ×Ｄａ×２^{｛（Ｔｍ−Ｔ０）／１０｝} ・・・（２）
この構成によれば、適宜、例えば実験的に求めた第２係数ｄによって、第２寿命短縮量Ｌ_２の値を調節することで、第２寿命短縮量Ｌ_２の精度を微調節してさらに精度を向上することが容易となる。

また、前記残寿命値算出部は、前記期待寿命値をＬ_０、前記第１寿命短縮量をＬ_１、前記第２寿命短縮量をＬ_２、単位時間あたりの前記第１寿命短縮量の変化量を△Ｌ_１、単位時間あたりの前記第２寿命短縮量の変化量を△Ｌ_２とすると、下記の式（３）に基づき前記蓄電池の残存寿命値Ｌを算出することが好ましい。

Ｌ＝｛Ｌ_０−（Ｌ_１＋Ｌ_２）｝／（△Ｌ_１＋△Ｌ_２） ・・・（３）
本願発明者らは、式（３）に基づき前記蓄電池の残存寿命値Ｌを算出することで、Ｌ＝｛Ｌ_０−（Ｌ_１＋Ｌ_２）｝として残存寿命値Ｌを算出する場合よりも残存寿命値Ｌの精度が向上することを、実験的に見出した。

また、前記蓄電池が電池寿命検出装置に取り付けられたことを検知する蓄電池検知部をさらに備え、前記充電電気量算出部は、前記蓄電池検知部によって、前記蓄電池が電池寿命検出装置に取り付けられたことが検知されたとき、ゼロから新たに前記総充電電気量の積算を開始し、前記経過時間計時部は、前記蓄電池検知部によって、前記蓄電池が電池寿命検出装置に取り付けられたことが検知されたタイミングを、前記基準タイミングとして用いることが好ましい。

この構成によれば、蓄電池が新しい蓄電池に取り替えられた場合、蓄電池検知部によって蓄電池が電池寿命検出装置に取り付けられたことが検知され、充電電気量算出部によってゼロから新たに総充電電気量の積算が開始され、経過時間計時部によって新たに経過時間の計時が開始されるので、残寿命算出部が、交換された新たな蓄電池の残存寿命値を算出することが可能となる。

また、本発明に係る蓄電装置は、上述の電池寿命検出装置と、前記蓄電池とを備える。

この構成によれば、電池寿命検出装置と蓄電池とを備えた蓄電装置において、背景技術よりも蓄電池の寿命検出の精度を向上させることができる。

このような構成の電池寿命検出装置及び電池寿命検出方法によれば、算出される蓄電池の残存寿命値には、累積的な充電量と蓄電池の温度とが共に反映される結果、背景技術よりも寿命検出の精度を向上させることができる。

そして、このような構成の蓄電装置は、電池寿命検出装置と蓄電池とを備えた蓄電装置において、背景技術よりも蓄電池の寿命検出の精度を向上させることができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明はその要点を変更しない範囲において適宜変更して実施することができる。

図１は、本発明の一実施形態における電池寿命検出方法を用いる電池寿命検出装置を備えた蓄電装置の構成を示すブロック図である。図１において、蓄電装置１は、電池寿命検出装置２と、蓄電池３とを備えている。そして、蓄電装置１の外部に例えば無停電電源装置本体１００等、蓄電池３からの電力供給を受けて動作する負荷装置や、蓄電池３に電力を充電させる発電装置等の種々の機器が接続されている。蓄電池３は、無停電電源装置に内蔵されていてもよい。

電池寿命検出装置２は、制御部４、充電制御部５、通信部６、温度センサ７（環境温度測定部）、温度センサ８（蓄電池温度計測部）、電流測定部９（充電電流測定部）、タイマ回路１０（経過時間計時部）、寿命データ記憶部１１、残存寿命表示部１２、及び配線１３，１４，１５，１６を備えている。

そして、例えば蓄電池３の一端、例えば正極が配線１３、電流測定部９、及び配線１４を介して無停電電源装置本体１００と接続され、蓄電池３の他端、例えば負極が配線１５を介して無停電電源装置本体１００と接続されている。また、充電用の配線１６の一端が無停電電源装置本体１００に接続され、配線１６の他端が充電制御部５、及びダイオードＤを介して配線１４に接続されている。

これにより、蓄電池３の放電電流は、配線１３、電流測定部９、及び配線１４を介して無停電電源装置本体１００へ供給されるようになっている。また、無停電電源装置本体１００から配線１６を介して充電制御部５へ供給された電力から、充電制御部５によって、制御部４からの制御信号に応じた充電電流が生成される。そして、その充電電流が、充電制御部５から、ダイオードＤ、電流測定部９、及び配線１３を介して蓄電池３へ供給されるようになっている。

電流測定部９は、例えばシャント抵抗や電流変成器等を用いて構成された電流センサである。そして、電流測定部９は、蓄電池３の充放電電流を測定し、その測定値を、例えば充電電流をプラス、放電電流をマイナスの値で示す信号によって、制御部４へ送信する。なお、電流測定部９は、充電電流の測定値のみを制御部４へ送信する構成であってもよい。

温度センサ７は、例えば外部雰囲気中に露出するように配設されており、蓄電装置１の設置環境における環境温度Ｔ０を測定し、当該環境温度Ｔ０を示す信号を制御部４へ出力する。無停電電源装置に用いられる蓄電装置１は、無停電電源装置を使用するサーバー装置が設置されているサーバールームに設置されるのが一般的である。このようなサーバールームでは、環境温度が一定に管理されているので、環境温度Ｔ０はほぼ一定に保たれている。

温度センサ８は、例えば蓄電池３と密着するように配設されており、予め設定された一定の時間間隔で蓄電池３の温度を測定し、当該蓄電池３の温度を示す信号を制御部４へ出力する。

タイマ回路１０は、蓄電池３がまだ劣化していない初期状態にあると考えられるタイミングとして予め設定された基準タイミングからの経過時間Ｄａを、継続的に計時する。基準タイミングとしては、例えば工場で電池寿命検出装置２に蓄電池３が取り付けられたタイミングや、例えば無停電電源装置を使用するサーバー装置が設置されているサーバールームに蓄電装置１が設置されたタイミング等、蓄電装置１がまだ新品に近く、劣化していない初期状態にあると考えられるタイミングが用いられる。

タイマ回路１０は、例えば電池寿命検出装置２に蓄電池３が取り付けられて、蓄電池３からの動作用電源電圧の供給が開始されたタイミングから、経過時間の計時を開始するようにしてもよく、例えばサーバールーム等蓄電装置１が使用される設置環境に蓄電装置１が設置された場合にユーザが図略の操作スイッチや設定ピンを操作することによって、経過時間の計時を開始するようにしてもよい。

寿命データ記憶部１１は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）等の不揮発性メモリを用いて構成されている。寿命データ記憶部１１には、蓄電池３を所定の温度で使用した場合に期待される期待寿命値が、当該温度に対応付けて、例えば環境温度−蓄電池寿命テーブルとして予め記憶されている。具体的には、予め、一定間隔の環境温度毎の、蓄電池寿命との関係を求め、このデータが寿命データ記憶部１１に環境温度−蓄電池寿命テーブルとして記憶されている。つまり、寿命データ記憶部１１は、環境温度毎に蓄電池寿命テーブルを記憶している。

制御部４は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶された不揮発性のＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、その周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部４は、例えばＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、期待寿命値取得部４１、充電電気量算出部４２、平均値算出部４３、第１寿命短縮量取得部４４、第２寿命短縮量取得部４５、残寿命値算出部４６、及び寿命判定部４７として機能する。

期待寿命値取得部４１は、温度センサ７によって測定された環境温度Ｔ０と対応付けて寿命データ記憶部１１により記憶されている期待寿命値Ｌ_０を取得する。

充電電気量算出部４２は、電流測定部９によって測定された電流値のうちプラスの値のみ、すなわち充電電流のみを予め設定された一定時間毎、例えば単位時間毎に、前記基準タイミングから累積的に積算することで、その積算値を総充電電気量Ｃｎとして算出する。

平均値算出部４３は、温度センサ８によって、一定の時間間隔で測定された充放電時又は休止時の蓄電池温度の和を測定回数で除算することによって、蓄電池温度の平均値Ｔｍを算出する。

第１寿命短縮量取得部４４は、例えば予め設定された時間間隔Ｄｂ毎に、充電電気量算出部４２によって算出された総充電電気量を時間に変換して第１寿命短縮量Ｌ_１に換算する。第１寿命短縮量取得部４４は、充電電気量算出部４２によって取得された総充電電気量Ｃｎが増大するほど増大するように、第１寿命短縮量値Ｌ_１を算出、設定する。

第２寿命短縮量取得部４５は、平均値算出部４３によって算出された蓄電池温度の平均値Ｔｍと、タイマ回路１０によって計時された経過時間Ｄａとを第２寿命短縮量Ｌ_２に換算する。具体的には、第２寿命短縮量取得部４５は、平均値Ｔｍと環境温度Ｔ０との差に基づく値を指数とする指数関数の値と、経過時間Ｄａとの乗算値に基づいて、経過時間Ｄａが長いほど、かつ平均値Ｔｍと環境温度Ｔ０との差が大きいほど増大するように、第２寿命短縮量Ｌ_２を設定する。

残寿命値算出部４６は、期待寿命値取得部４１によって取得された期待寿命値Ｌ_０から、第１寿命短縮量取得部４４により取得された第１寿命短縮量Ｌ_１と第２寿命短縮量取得部４５により取得された第２寿命短縮量Ｌ_２とを減算することによって、蓄電池３の残存寿命値Ｌを算出する。そして、残寿命値算出部４６は、残存寿命値Ｌを示す信号を、充電制御部５、残存寿命表示部１２、及び通信部６へ出力する。

詳細には、期待寿命値をＬ_０、基準タイミング例えば蓄電池３を設置してからの総充電電気量をＣｎ、第１寿命短縮量をＬ_１、基準タイミング例えば蓄電池３を設置してからの経過時間をＤａ、一定の時間間隔で測定した充放電時又は休止時の蓄電池温度の平均値をＴ_ｍ、期待寿命値算出時の環境温度をＴ_０、第１寿命短縮量をＬ_１、第２寿命短縮量をＬ_２、単位時間あたりの第１寿命短縮量Ｌ_１の変化量を△Ｌ_１、単位時間あたりの第２寿命短縮量Ｌ_２の変化量を△Ｌ_２、残存寿命値をＬとした場合、以下に示すように、第１寿命短縮量Ｌ_１は下記の（１）式で、第２寿命短縮量Ｌ_２は下記の（２）式で、残存寿命値Ｌは下記の（３）式でそれぞれ表される。

Ｌ_１＝ａ×Ｃｎ・・・（１）
Ｌ_２＝ｄ×Ｄａ×２^{〔（Ｔｍ−Ｔ０）／１０〕} ・・・・・・・（２）
Ｌ＝{Ｌ_０−（Ｌ_１＋Ｌ_２）}／（△Ｌ_１＋△Ｌ_２） ・・・（３）

ここで、ａ及びｄは定数である。ａ及びｄは、例えば実験的に適宜その値を取得することができる。

また、単位時間あたりの第１寿命短縮量Ｌ_１の変化量△Ｌ_１、及び単位時間あたりの第２寿命短縮量Ｌ_２の変化量△Ｌ_２は、第１寿命短縮量取得部４４による第１寿命短縮量Ｌ_１の算出間隔を時間間隔Ｄｂ、今回の第１寿命短縮量Ｌ_１の算出値をＬ_１ｎ（＝Ｌ_１）、前回の（時間間隔Ｄｂ前の）第１寿命短縮量Ｌ_１の算出値をＬ_{１（ｎ−１）}とすると、下記の式（４）、（５）で表される。

△Ｌ_１＝（Ｌ_１ｎ−Ｌ_{１（ｎ−１）}）／Ｄｂ ・・・（４）
△Ｌ_２＝Ｌ_２／Ｄａ ・・・・・・・（５）
第２寿命短縮量Ｌ_２は、蓄電池温度の平均値Ｔ_ｍに応じて変動する。そのため、電池の構成条件を変更して発熱を抑制したり放熱性を向上したりした場合、第２寿命短縮量Ｌ２は小さくなる。なお、定数ｄは蓄電池の種類に応じてほぼ一定の値となる。

寿命判定部４７は、残寿命値算出部４６によって算出された残存寿命値Ｌが予め設定された規定値以下になった場合、蓄電池３は寿命が尽きたものと判定し、その寿命判定結果を充電制御部５、残存寿命表示部１２、及び通信部６へ出力する。

充電制御部５は、残寿命値算出部４６によって算出された残存寿命値Ｌに基づいて、例えば充電電流を調節したり、寿命判定部４７によって蓄電池３は寿命が尽きた旨の寿命判定結果が通知された場合に充電を禁止したりする等、蓄電池３の充電を制御する。

通信部６は、無停電電源装置本体１００と通信を行う通信インターフェイス回路である。通信部６は、残寿命値算出部４６によって算出された残存寿命値Ｌ、及び寿命判定部４７の寿命判定結果を無停電電源装置本体１００へ送信する。残存寿命表示部１２は、例えば液晶ディスプレイなどで構成され、残寿命値算出部４６によって算出された残存寿命値Ｌを表示する。

なお、蓄電池３は、電池寿命検出装置２の各部と一体に設けられている。これにより、蓄電池３が、電池寿命検出装置２の各部と一体に設けられているので、取り扱いが容易となる。また、一体に構成することにより、蓄電池３と電池寿命検出装置２の各部との距離が短くなるので、配線１３，１４，１５，１６や、温度センサ８と制御部４との間の配線等、各部の配線を短くすることができる。

なお、本実施の形態において、蓄電池３は、電池寿命検出装置２の各部と一体に設けられているが、本発明は特にこれに限定されず、蓄電池を入れ替え（着脱）可能に構成してもよい。

図２は、蓄電池３を入れ替え（着脱）可能に構成した場合の蓄電装置１ａの構成の一例を示すブロック図である。図２に示す電池寿命検出装置２ａは、さらに蓄電池検知部１７を備え、制御部４ａがさらにリセット部４８としても機能する。

蓄電池検知部１７は、例えば電池寿命検出装置２ａから蓄電池３が取り外された場合にオフし、電池寿命検出装置２ａに蓄電池３が取り付けられた場合にオンするレバースイッチ等を用いて構成されている。そして、蓄電池検知部１７は、例えばレバースイッチがオフからオンに変化することで、蓄電池３が入れ替えられたことを検知する。

リセット部４８は、蓄電池検知部１７によって蓄電池３が入れ替えられたことが検知された場合、総充電電気量Ｃｎ及び経過時間Ｄａをリセットする。そして、充電電気量算出部４２ａ及びタイマ回路１０ａは、総充電電気量Ｃｎ及び経過時間Ｄａがリセットされると、新たに総充電電気量Ｃｎの積算及び経過時間Ｄａの計時をそれぞれ実行する。

この場合、蓄電池３が入れ替えられたタイミングが、基準タイミングの一例に相当している。

これにより、蓄電池検知部１７により、新たな蓄電池３が取り付けられたことが検知され、総充電電気量Ｃｎ及び経過時間Ｄａがリセットされて、新たに総充電電気量Ｃｎの積算と経過時間Ｄａの計時とが実行されるので、蓄電池３の残存寿命値Ｌが規定値に達し、寿命と判定されたとしても、蓄電池を入れ替えて、新たな蓄電池の寿命検出を行うことができる。

次に、図１に示す電池寿命検出装置を用いた電池寿命検出方法について、フローチャートに基づいて具体的に説明する。図３は、図１に示す電池寿命検出装置２の動作を説明するためのフローチャートである。

電池寿命検出装置２が作動を開始すると、期待寿命値Ｌ_０を求める動作（ステップＳ１〜Ｓ３）、第１寿命短縮量Ｌ_１を求める動作（ステップＳ４〜Ｓ６）、第２寿命短縮量Ｌ_２を求める動作（ステップＳ７〜Ｓ１０）及び残存寿命値Ｌを求める動作（ステップＳ１１〜Ｓ１５）が行われる。なお、本実施の形態では、期待寿命値Ｌ_０を求める動作、第１寿命短縮量Ｌ_１を求める動作及び第２寿命短縮量Ｌ_２を求める動作を時系列的に行っているが、実行順序は特にこれに限定されず、各動作の順番を入れ替えてもよく、また、各動作を並列的に行ってもよい。

まず、温度センサ７は、蓄電池３が設置されている場所の環境温度Ｔ_０を測定する（ステップＳ１）。

次に、期待寿命値取得部４１は、温度センサ７によって測定された環境温度Ｔ０を、寿命データ記憶部１１の環境温度−蓄電池寿命テーブルと照合する（ステップＳ２）。

次に、期待寿命値取得部４１は、環境温度−蓄電池寿命テーブルにおいて温度センサ７によって測定された環境温度Ｔ０と最も近い環境温度と対応付けられた期待寿命値Ｌ_０を選択し、制御部４へ出力する（ステップＳ３）。

次に、電流測定部９は、蓄電池３の充電電流を測定する（ステップＳ４）。次に、充電電気量算出部４２は、一定時間間隔毎に総充電電気量Ｃｎを算出する（ステップＳ５）。次に、第１寿命短縮量取得部４４は、充電電気量算出部４２によって算出された、一定間隔毎の総充電電気量Ｃｎを元に、第１寿命短縮量Ｌ_１を算出する。（ステップＳ６）。

次に、平均値算出部４３は、一定の時間間隔毎に測定された蓄電池３の温度（蓄電池温度）を温度センサ８から取得する（ステップＳ７）。温度センサ８は、一定の時間間隔毎に蓄電池３の温度を測定している。

次に、平均値算出部４３は、温度センサ８によって測定された蓄電池温度と測定回数とに基づいて平均値Ｔ_ｍを算出する（ステップＳ８）。次に、タイマ回路１０は、例えば蓄電池３をサーバールーム等に設置してからの経過時間Ｄａを計時する（ステップＳ９）。

次に、第２寿命短縮量取得部４５は、タイマ回路１０によって計数された経過時間Ｄａと、平均値算出部４３によって算出された蓄電池温度の平均値Ｔ_ｍと、温度センサ７によって測定された期待寿命値取得時の環境温度Ｔ_０とを式（２）に代入することにより第２寿命短縮量Ｌ_２を算出する（ステップＳ１０）。

次に、残寿命値算出部４６は、時間間隔Ｄｂが経過したと判断された場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、式（４）、式（５）に基づいて、直近の時間間隔Ｄｂの期間中における単位時間あたりの第１寿命短縮量Ｌ_１の変化量△Ｌ_１、及び単位時間あたりの第２寿命短縮量Ｌ_２の変化量△Ｌ_２を算出する（ステップＳ１２）。

次に、残寿命値算出部４６は、式（３）に基づいて残存寿命値Ｌを算出する。すなわち、残寿命値算出部４６は、期待寿命値取得部４１によって選択された期待寿命値Ｌ_０から、第１寿命短縮量取得部４４によって算出された第１寿命短縮量Ｌ_１及び第２寿命短縮量取得部４５によって算出された第２寿命短縮量Ｌ_２を減算した値を、直近の時間間隔Ｄｂの期間中における単位時間あたりの第１寿命短縮量Ｌ_１の変化量△Ｌ_１と単位時間あたりの第２寿命短縮量Ｌ_２の変化量△Ｌ_２の加算値で除算することにより残存寿命値Ｌを算出する（ステップＳ１３）。

式（４）から得られる変化量△Ｌ_１は、直近の時間間隔Ｄｂの期間中における単位時間（例えば１日）あたりの第１寿命短縮量Ｌ_１の変化量、すなわち充放電により生じる最新の単位時間あたりの劣化量を示している。また、式（５）から得られる変化量△Ｌ_２は、最新の単位時間あたりの経年劣化量を示している。従って、変化量△Ｌ_１と変化量△Ｌ_２との加算値は、最新の単位時間あたりの総劣化量を示している。

ここで、もし前回残存寿命値Ｌを算出したときと今回とで、単位時間あたりの総劣化量が等しければ、単位時間毎に単位時間分の総劣化量が生じることになるから、変化量△Ｌ_１と変化量△Ｌ_２との加算値は「１」となって、式（３）から、残存寿命値ＬはＬ_０−（Ｌ_１＋Ｌ_２）として得られる。そして、前回より単位時間あたりの総劣化量が増大していれば、変化量△Ｌ_１と変化量△Ｌ_２との加算値は「１」より大きくなって、式（３）により残存寿命値Ｌが小さくなる方向に補正され、前回より単位時間あたりの総劣化量が減少していれば、変化量△Ｌ_１と変化量△Ｌ_２との加算値は「１」より小さくなって、式（３）により残存寿命値Ｌが大きくなる方向に補正される。

式（３）によれは、このように単位時間あたりの総劣化量の変化に基づいて残存寿命値Ｌが補正されるので、残存寿命値Ｌの算出精度が向上する。このようにして、最新の充電電気量を元に、最新の残存寿命値Ｌを求めることができる。このようにして求めた残存寿命値Ｌは、制御部４から残存寿命表示部１２に出力される。

次に、制御部４は、残存寿命値の算出回数Ｘをインクリメントする（ステップＳ１４）。次に、残存寿命表示部１２は、残寿命値算出部４６によって算出された残存寿命値Ｌを画面上に表示する（ステップＳ１５）。

なお、本実施の形態では、残存寿命値を表示することにより、ユーザに残存寿命値を報知しているが、本発明は特にこれに限定されず、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの点灯あるいは音などにより使用者に寿命を告知してもよい。

例えば、ＬＥＤを用いて残存寿命値をユーザに報知する場合、制御部４は、残存寿命値に応じた色でＬＥＤを発光させたり、寿命判定部４７によって蓄電池３の寿命が尽きたと判定された場合にＬＥＤを点灯させたりする。例えば、制御部４は、残存寿命値が０に達した場合にＬＥＤを点灯させる。

また、例えば、音声などにより残存寿命値をユーザに報知する場合、制御部４は、残寿命値算出部４６によって算出された残存寿命値に応じた音声をスピーカから出力したり、寿命判定部４７によって蓄電池３の寿命が尽きたと判定された場合に予め決められている音声をスピーカから出力させたりする。例えば、制御部４は、残存寿命値が０に達した場合に予め決められている音声をスピーカから出力させる。

また、残存寿命値Ｌは、通信部６を介して無停電電源装置本体１００に送信される。無停電電源装置本体１００は、通信部６によって送信された残存寿命値Ｌを受信する。無停電電源装置本体１００は、残存寿命表示部を備えており、受信した残存寿命値Ｌを残存寿命表示部に表示する。

本実施の形態では、電池寿命検出装置２が残存寿命表示部１２を備えている。しかしながら、電池寿命検出装置２が残存寿命表示部を備えておらず、無停電電源装置本体１００が残存寿命表示部を備えていてもよい。この場合、無停電電源装置本体１００の残存寿命表示部は、通信部６によって送信された残存寿命値Ｌを表示する。

なお、一般に蓄電池は使用者の目に触れ難い場所に設置されているので、無停電電源装置本体の制御部のように、使用者の目に触れ易い部分に残存寿命表示部１２を設けるのが効果的である。

次に、各実施の形態の電池寿命判定方法において、上述した各式に基づき、様々な条件下で残存寿命値Ｌを算出した実施例について説明する。

（実施例１）
実施例１では、球状水酸化ニッケル粉末を３次元多孔体ニッケルに充填した正極と、水素吸蔵合金粉末をニッケルメッキしたパンチングメタルに塗布した負極とを、それらの理論容量比が１／２（正極に対して負極が２倍）となるように組み合わせ、スルホン化ポリプロピレン不織布からなるセパレータを介して捲回し、電極群を構成した。この電極群を鉄製でニッケルめっきされた円筒缶に挿入し、ＫＯＨとＮａＯＨの水溶液からなる電解液を注入した後、封口板及びガスケットにより缶の開口部を密封した。こうして直径１７ｍｍ、高さ５０ｍｍ、セパレータの厚み０．１８ｍｍ、及び公称容量１８００ｍＡｈの円筒型ニッケル・水素蓄電池Ａを作製した。

この蓄電池Ａを図１の電池寿命検出装置２に蓄電池３として組み込み、電池寿命検出装置２と一体化させた。そして、このニッケル・水素蓄電池に対して、十分に初期活性化サイクルを経させた後に、４０℃雰囲気下で下記の充放電試験を行った。期待寿命値（初期期待寿命値）Ｌ_０は、環境温度から予め抽出した蓄電池の寿命情報と比較して算出した。
電池寿命検出装置に組込み後、０〜９７０日までは、下記の充電１〜休止２を行い、９７１日以降は、下記の充電２〜休止４を行った。

・充電１：充電電流９００ｍＡにて充電し、蓄電池３の端子電圧が最高到達電圧から５ｍＶ電圧低下したときに充電停止（いわゆる−△Ｖ制御方式）
・休止１：６４時間
・放電１：放電電流１８００ｍＡにて放電し、１．０Ｖで放電停止
・休止２：０．５時間
・充電２：充電電流９００ｍＡにて充電し、最高到達電圧から５ｍＶ電圧低下したときに充電停止
・休止３：１時間
・放電２：放電電流１８００ｍＡにて放電し、蓄電池３の端子電圧が１．０Ｖで放電停止
・休止４：０．５時間

以上の充放電を５００日及び１０００日繰り返した時点で、図３のフローチャートに基づいて残存寿命値Ｌを算出した。電池寿命検出装置は、ニッケル・水素蓄電池の残存容量が１０８０ｍＡｈ（公称容量の６０％）に達した時点をもって寿命と判断した。

期待寿命値Ｌ_０、それを算出する際の環境温度Ｔ０、寿命判定に用いた式（１）及び式（２）の定数ａ，ｄの値、及び残存寿命値Ｌの算出結果を下記の表１のＮｏ．１に示す。

（比較例１）
比較例１は、実施例１に対する比較例である。比較例１では、実施例１の電池寿命検出装置及び蓄電池Ａを用い、実施例１と同様の条件下で、式（３）の代わりに下記の式（６）を用いて残存寿命値Ｌを算出した。

Ｌ＝Ｌ_０−（Ｌ₁＋Ｌ₂）・・・（６）
式（１）、式（２）は同様の式を用いた。期待寿命値Ｌ_０、算出の条件、残存寿命値Ｌの算出結果を下記の表１のＮｏ．４に示す。

（実施例２）
実施例２では、実施例１の電池寿命検出装置及び蓄電池Ａを用い、充放電条件の休止３を７２０時間に変えた以外は実施例１と同様の条件で残存寿命値Ｌを算出した。期待寿命値Ｌ_０、算出の条件、及び定数ａ，ｄの値、残存寿命値Ｌの算出結果を下記の表１のＮｏ．２に示す。

（比較例２）
比較例２は、実施例２に対する比較例である。比較例２では、実施例２の電池寿命検出装置及び蓄電池Ａを用い、実施例２と同様の条件下で、式（３）の代わりに上述の式（６）を用いて残存寿命値Ｌを算出した。（１）、（２）式は同様の式を用いた。期待寿命値Ｌ_０、算出の条件、残存寿命値Ｌの算出結果を下記の表１のＮｏ．５に示す。

（実施例３）
実施例３では、実施例１の電池寿命検出装置及び蓄電池Ａを用い、蓄電池温度の平均値Ｔｍを４１℃に変えた以外は実施例１と同様の条件で残存寿命値Ｌを算出した。期待寿命値Ｌ_０、算出の条件、及び定数ａ，ｄの値、残存寿命値Ｌの算出結果を下記の表１のＮｏ．３に示す。

（比較例３）
比較例３は、実施例３に対する比較例である。比較例３では、実施例３の電池寿命検出装置及び蓄電池Ａを用い、実施例３と同様の条件下で、式（３）の代わりに上述の式（６）を用いて残存寿命値Ｌを算出した。（１）、（２）式は同様の式を用いた。期待寿命値Ｌ_０、算出の条件、残存寿命値Ｌの算出結果を下記の表１のＮｏ．６に示す。

表１は、上記各実施例１〜３、比較例１〜３で求めた残存寿命値Ｌの値と実測値との乖離を経過時間（日数）毎に示している。乖離日数は、残存寿命値Ｌに経過日数を加算した値から実測値を減算することにより算出される。例えば、Ｎｏ．１において、１０００日後の残存寿命値Ｌは３０８日であり、実測値は１５００日であるので、残存寿命値Ｌに１０００日を加算した日数から実測値を減算し、乖離日数は−１９２日となる。

表１より、Ｎｏ．４に示した比較例１は実測値との乖離が顕著であるのに対し、Ｎｏ．１に示した実施例１は実測値との乖離が比較例１より僅かであることが分かる。この傾向は５００日経過後ではあまり現れないが、１０００日経過後で顕著である。この理由は、上記充電１〜休止２を実行する経過時間９７０日までと比べ、上記充電２〜休止４を実行する経過時間９７１日後は、充放電サイクルが増えたことにより充電電気量の増加量が増大し、変化量△Ｌ_１が増大するため、この増大した最新の充放電電気量に基づき残寿命推定を行った結果と考えられる。

表１より、Ｎｏ．５に示した比較例２は実測値との乖離が顕著であるのに対し、Ｎｏ．２に示した実施例２は実測値との乖離が比較例２より僅かであることが分かる。この傾向は５００日経過後では現れないが、１０００日経過後で顕著である。この理由は、上記充電１〜休止２を実行する経過時間９７０日までと比べ、上記充電２〜休止４において休止３の時間を７２０時間に延ばして実行する経過時間９７１日後は、充放電サイクルが少なくなったことにより充電電気量の増加量が減少し、変化量△Ｌ_１が減少するため、この減少した最新の充放電電気量に基づき残寿命推定を行った結果と考えられる。

なお、本実施例１〜３では、ニッケル・水素蓄電池を用いたが、鉛蓄電池やリチウムイオン電池など、他の二次電池を用いても、ほぼ同様な結果が得られる。

さらに、本実施例１〜３では、電池の充電方法として−ΔＶ制御方式の間欠充電を選択したが、温度制御方式であるｄＴ／ｄｔ制御方式やタイマー制御方式などの間欠充電、もしくはトリクル充電を行う場合でもほぼ同様な結果が得られる。

本発明に係る電池寿命検出装置、蓄電装置、及び電池寿命検出方法は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わせた電源システム、無停電電源装置等、種々の電池搭載装置、システムにおいて、好適に利用することができる。

本発明の一実施形態における電池寿命検出方法を用いる電池寿命検出装置を備えた蓄電装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す蓄電装置の変形例を示すブロック図である。 図３は、図１に示す電池寿命検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１，１ａ 蓄電装置
２，２ａ 電池寿命検出装置
３ 蓄電池
４，４ａ 制御部
５ 充電制御部
６ 通信部
７，８ 温度センサ
９ 電流測定部
１０，１０ａ タイマ回路
１１ 寿命データ記憶部
１２ 残存寿命表示部
１３，１４，１５，１６ 配線
１７ 蓄電池検知部
４１ 期待寿命値取得部
４２，４２ａ 充電電気量算出部
４３ 平均値算出部
４４ 第１寿命短縮量取得部
４５ 第２寿命短縮量取得部
４６ 残寿命値算出部
４７ 寿命判定部
４８ リセット部
１００ 無停電電源装置本体
Ｃｎ 総充電電気量
Ｄａ 経過時間
Ｄｂ 時間間隔

Claims (9)

1. 蓄電池の設置環境における環境温度を測定する環境温度測定部と、
   前記蓄電池を所定の温度で使用した場合に期待される寿命値を、当該温度に対応付けて記憶する寿命データ記憶部と、
   前記環境温度測定部によって測定された環境温度と対応付けて前記寿命データ記憶部により記憶されている寿命値を期待寿命値として取得する期待寿命値取得部と、
   前記蓄電池の充電電流を測定する充電電流測定部と、
   前記充電電流測定部によって測定された充電電流に基づいて、前記蓄電池に充電された電荷量の積算値である総充電電気量を算出する充電電気量算出部と、
   前記蓄電池がまだ劣化していない初期状態にあると考えられるタイミングとして予め設定された基準タイミングからの経過時間を計時する経過時間計時部と、
   前記蓄電池の温度である蓄電池温度を計測する蓄電池温度計測部と、
   前記蓄電池温度計測部で計測された蓄電池温度の平均値を算出する平均値算出部と、
   前記充電電気量算出部によって算出された総充電電気量が増大するほど増大するように値が設定される第１寿命短縮量を取得する第１寿命短縮量取得部と、
   前記平均値算出部によって算出された平均値と、前記環境温度測定部によって測定された環境温度と、前記経過時間計時部によって計時された経過時間とに基づいて、当該経過時間が長いほど、かつ前記平均値と前記環境温度との差が大きいほど増大するように値が設定される第２寿命短縮量を取得する第２寿命短縮量取得部と、
   前記期待寿命値取得部によって取得された期待寿命値から、前記第１寿命短縮量取得部により取得された第１寿命短縮量と前記第２寿命短縮量取得部により取得された第２寿命短縮量とを減算することによって、前記蓄電池の残存寿命値を算出する残寿命値算出部と
   を備えることを特徴とする電池寿命検出装置。
2. 前記第１寿命短縮量取得部は、
   前記総充電電気量と、予め設定された第１係数とを乗算することにより、前記第１寿命短縮量を算出すること
   を特徴とする請求項１記載の電池寿命検出装置。
3. 前記第１寿命短縮量取得部は、
   前記総充電電気量をＣｎ、前記第１係数をａとすると、下記の式（１）に基づき前記第１寿命短縮量Ｌ_１を算出すること
   Ｌ_１＝ａ×Ｃｎ ・・・（１）
   を特徴とする請求項２記載の電池寿命検出装置。
4. 前記第２寿命短縮量取得部は、
   前記平均値算出部によって算出された平均値と前記環境温度測定部によって測定された環境温度との差に基づく値を指数とする指数関数の値と、前記経過時間計時部によって計時された経過時間との乗算値とに基づいて、前記第２寿命短縮量を算出すること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池寿命検出装置。
5. 前記第２寿命短縮量取得部は、
   前記平均値をＴｍ、前記環境温度をＴ０、前記経過時間をＤａ、予め設定された第２係数をｄとすると、下記の式（２）に基づき前記第２寿命短縮量Ｌ_２を算出すること
   Ｌ_２＝ｄ×Ｄａ×２^{｛（Ｔｍ−Ｔ０）／１０｝} ・・・（２）
   を特徴とする請求項４記載の電池寿命検出装置。
6. 前記残寿命値算出部は、
   前記期待寿命値をＬ_０、前記第１寿命短縮量をＬ_１、前記第２寿命短縮量をＬ_２、単位時間あたりの前記第１寿命短縮量の変化量を△Ｌ_１、単位時間あたりの前記第２寿命短縮量の変化量を△Ｌ_２とすると、下記の式（３）に基づき前記蓄電池の残存寿命値Ｌを算出すること
   Ｌ＝｛Ｌ_０−（Ｌ_１＋Ｌ_２）｝／（△Ｌ_１＋△Ｌ_２） ・・・（３）
   を特徴とする請求項５記載の電池寿命検出装置。
7. 前記蓄電池が電池寿命検出装置に取り付けられたことを検知する蓄電池検知部をさらに備え、
   前記充電電気量算出部は、
   前記蓄電池検知部によって、前記蓄電池が電池寿命検出装置に取り付けられたことが検知されたとき、ゼロから新たに前記総充電電気量の積算を開始し、
   前記経過時間計時部は、
   前記蓄電池検知部によって、前記蓄電池が電池寿命検出装置に取り付けられたことが検知されたタイミングを、前記基準タイミングとして用いること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池寿命検出装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の電池寿命検出装置と、
   前記蓄電池と
   を備えることを特徴とする蓄電装置。
9. 環境温度測定部が、蓄電池の設置環境における環境温度を測定する工程と、
   寿命データ記憶部が、前記蓄電池を所定の温度で使用した場合に期待される期待寿命値を、当該温度に対応付けて記憶する工程と、
   期待寿命値取得部が、前記環境温度測定部によって測定された環境温度と対応付けて前記寿命データ記憶部により記憶されている期待寿命値を取得する工程と、
   充電電流測定部が、前記蓄電池の充電電流を測定する工程と、
   充電電気量算出部が、前記充電電流測定部によって測定された充電電流に基づいて、前記蓄電池に充電された電荷量の積算値である総充電電気量を取得する工程と、
   経過時間計時部が、前記蓄電池がまだ劣化していない初期状態にあると考えられるタイミングとして予め設定された基準タイミングからの経過時間を計時する工程と、
   蓄電池温度計測部が、前記蓄電池の温度である蓄電池温度を計測する工程と、
   平均値算出部が、前記蓄電池温度計測部で計測された蓄電池温度の平均値を算出する工程と、
   第１寿命短縮量取得部が、前記充電電気量算出部によって取得された総充電電気量が増大するほど増大するように値が設定される第１寿命短縮量を取得する工程と、
   第２寿命短縮量取得部が、前記平均値算出部によって算出された平均値と、前記環境温度測定部によって測定された環境温度と、前記経過時間計時部によって計時された経過時間とに基づいて、当該経過時間が長いほど、かつ前記平均値と前記環境温度との差が大きいほど増大するように値が設定される第２寿命短縮量を取得する工程と、
   残寿命値算出部が、前記期待寿命値取得部によって取得された期待寿命値から、前記第１寿命短縮量取得部により取得された第１寿命短縮量と前記第２寿命短縮量取得部により取得された第２寿命短縮量とを減算することによって、前記蓄電池の残存寿命値を算出する工程と
   を含むことを特徴とする電池寿命検出方法。

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