JP2014190749A

JP2014190749A - 寿命判定装置、寿命判定システムおよび寿命判定方法

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Publication number: JP2014190749A
Application number: JP2013064579A
Authority: JP
Inventors: Takuma Iida; 琢磨飯田; Masahiro Kawaguchi; 将弘河口; Kazunari Ando; 和成安藤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-06
Also published as: WO2014155447A1

Abstract

【課題】鉛電池の寿命判定の精度を高めること。
【解決手段】開路電圧推定部１０１は、電圧計測部１０および電流計測部３０の計測結果に基づいて開路電圧（ＯＣＶ）を推定する。内部抵抗推定部１０３は、電圧計測部１０および電流計測部３０の計測結果に基づいて内部抵抗を推定する。交換要否判底部１０７は、開路電圧と第１閾値との比較により鉛電池２の寿命を判定する。さらに、交換要否判底部１０７は、内部抵抗と第２閾値との比較により鉛電池２の寿命を判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、鉛電池の寿命を判定する寿命判定装置、寿命判定システムおよび寿命判定方法に関する。

電気自動車、ハイブリッド自動車等には、充電と放電が可能な二次電池が用いられている。二次電池の寿命は有限であり、二次電池の性能は、使用するにつれて電池容量（ＳＯＨ）が少なくなる。したがって、二次電池の寿命を判定し、寿命の短い二次電池については、交換等の必要な措置をとることが好ましい。

特許文献１には、内部抵抗が低い程、二次電池の電池容量（寿命）が高くなるという関係があることから、内部抵抗に基づいて二次電池の劣化度（寿命）を判定する発明が記載されている。

特開２０１２−１８５１２２号公報

しかしながら、鉛電池の中には、図１に示すように、内部抵抗が低くても電池容量が低下しているもの（図１のＡの範囲のもの）もあるため、鉛電池について、内部抵抗のみに基づいて寿命判定を行うと判定精度が低下してしまう。

本発明の目的は、鉛電池の寿命判定の精度を高めることができる寿命判定装置、寿命判定システムおよび寿命判定方法を提供することである。

本発明の寿命判定装置は、鉛電池の開路電圧を推定する開路電圧推定部と、前記開路電圧と第１閾値との比較により前記鉛電池の寿命を判定する判定部と、を具備する構成を採る。

本発明の寿命判定システムは、鉛電池に流れる電流を計測する電流計測部と、前記鉛電池の電圧を測定する電圧測定部と、前記鉛電池の電流と電圧に基づいて前記鉛電池の開路電圧を推定する開路電圧推定部と、前記開路電圧と第１閾値との比較により前記鉛電池の寿命を判定する判定部と、を具備する構成を採る。

本発明の寿命判定方法は、鉛電池の開路電圧を推定する開路電圧推定ステップと、前記開路電圧と第１閾値との比較により前記鉛電池の寿命を判定する判定ステップと、を具備する。

本発明によれば、鉛電池に対して、内部抵抗に基づく寿命判定を行う前に、開路電圧に基づく寿命判定を行うことにより、鉛電池の寿命判定の精度を高めることができる。

鉛電池の電池容量（横軸）と内部抵抗（縦軸）との関係を示す図鉛電池の電池容量（横軸）と開路電圧（縦軸）との関係を示す図本発明の一実施の形態に係る寿命判定システムの構成を示す図鉛電池の電流（横軸）と電圧（縦軸）との関係を示す図本発明の一実施の形態に係る開路電圧に基づく寿命判定の流れを示すフロー図

本発明の発明者は、図２に示すように、鉛電池の中で、内部抵抗が低く、かつ、電池容量が低下しているもの（図１のＡの範囲のもの）は、サルフェーション（PbSO4）の発生量が大きいために電池容量が低下しているものであり、満充電後の開路電圧（ＯＣＶ）が低いもの（図２のＢの範囲のもの）であることを見出し、本発明をするに到った。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図３は、本発明の一実施の形態１に係る寿命判定システムの構成を示す図である。図３に示すように、寿命判定システム１は、電圧計測部１０と、温度計測部２０と、電流計測部３０と、環境温度センサ４０と、寿命判定装置５０と、から主に構成されている。

鉛電池２は、電池容器となる略角型の電槽を有している。電槽内には、極板群が収容されている。電槽の材質には、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂が用いられる。各極板群は複数枚の負極板および正極板がセパレータを介して積層されている。電槽の上部は、電槽の上部開口を密閉するＰＥ等の高分子樹脂製の上蓋に接着ないし溶着されている。上蓋には、鉛電池２を電源として外部へ電力を供給するためのロッド状正極端子および負極端子が立設されている。なお、温度センサ２１は、電槽の側面部または底面部に固定されている。

電圧計測部１０は、差動増幅回路等を有し、液式鉛電池２の電圧を計測する。温度計測部２０は、サーミスタ等の温度センサ２１と協働して鉛電池２の温度を計測する。電流計測部３０は、ホール素子等の電流センサ３１と協働して鉛電池２に流れる電流を計測する。環境温度センサ４０は、鉛電池２の環境温度を検出する。寿命判定装置５０は、電圧計測部１０、温度計測部２０および電流計測部３０の計測結果に基づいて、鉛電池２の寿命（交換の要否）を判定する。

寿命判定装置５０は、開路電圧推定部１０１と、閾値設定部１０２と、内部抵抗推定部１０３と、内部抵抗補正部１０４と、閾値記憶部１０５と、切替部１０６と、交換要否判定部１０７と、から主に構成されている。

開路電圧推定部１０１は、電圧計測部１０および電流計測部３０の計測結果に基づいて開路電圧（ＯＣＶ）を推定し、開路電圧を切替部１０６に出力する。例えば、開路電圧推定部１０１は、図４に示すように、複数組の測定値ＶＭ，ＩＭに基づいて最小二乗法等によって求められた一次関数式（直線）の□印（白抜き四角形）の切片を開路電圧として推定することができる。なお、直線近似においては、推定精度を向上させるため、電圧と電流の組を３組以上用いて開路電圧を推定することが好ましい。

閾値設定部１０２は、温度計測部２０の計測結果に基づいて、開路電圧に基づく寿命判定を行う際の基準となる第１閾値を設定し、第１閾値を切替部１０６に出力する。例えば、閾値設定部１０２は、鉛電池２の温度が低いほど第１閾値を高く設定する。

内部抵抗推定部１０３は、電圧計測部１０および電流計測部３０の計測結果に基づいて内部抵抗を推定し、推定結果を内部抵抗補正部１０４に出力する。例えば、内部抵抗推定部１０３は、図４に示すように、複数組の測定値ＶＭ，開路電圧推定部ＩＭに基づいて最小二乗法等によって求められた一次関数式（直線）の傾きを内部抵抗として推定することができる。

内部抵抗補正部１０４は、環境温度センサ４０で検出された鉛電池２の環境温度を用いて、内部抵抗推定部１０３で推定された内部抵抗を補正し、補正後の内部抵抗を切替部１０６に出力する。なお、内部抵抗補正部１０４における補正方法の一例が特許文献１に記載されている。

閾値記憶部１０５は、内部抵抗に基づく寿命判定を行う際の基準となる第２閾値を記憶し、第２閾値を切替部１０６に出力する。

切替部１０６は、ユーザの操作に基づく制御信号の指示に従って、開路電圧と第１閾値の第１組、あるいは、内部抵抗と第２閾値の第２組、のいずれかを交換要否判定部１０７に出力する。なお、制御信号は、押し込み充電完了後には、第１組を出力するように指示し、通常充電開始前には、第２組を出力するように指示する信号である。開路電圧に基づく寿命判定が行われた鉛電池２に対して、内部抵抗に基づく寿命判定が行われる。

交換要否判定部１０７は、切替部１０６から第１組を入力した場合、開路電圧と第１閾値との大小比較を行う。そして、交換要否判定部１０７は、開路電圧が第１閾値より小さい場合には鉛電池２が劣化し、鉛電池２の寿命が短く、鉛電池２を交換する必要があると判定し、開路電圧が第１閾値以上である場合には鉛電池２を交換する必要はないと判定する。これにより、サルフェーションの発生量が大きいために電池容量が低下した鉛電池２を検出することができる。

また、交換要否判定部１０７は、切替部１０６から第２組を入力した場合、内部抵抗と第２閾値との大小比較を行う。そして、交換要否判定部１０７は、内部抵抗が第２閾値より大きい場合には鉛電池２が劣化し、鉛電池２の寿命が短く、鉛電池２を交換する必要があると判定し、内部抵抗が第２閾値以下である場合には鉛電池２を交換する必要はないと判定する。これにより、内部抵抗上昇により電池容量が低下した鉛電池２を検出することができる。なお、開路電圧が第１閾値未満である鉛電池２を除いた鉛電池２の内部抵抗と、第２閾値との大小比較を行うことが好ましい。これにより、内部抵抗が低く、かつ、電池容量が低下しているもの（図１のＡの範囲のもの）を除いた上で、内部抵抗に基づいて電池容量が推定でき、精度の高い寿命推定が可能となる。

そして、交換要否判定部１０７は、判定結果を、図示しない他の装置に出力する。当該他の装置では、鉛電池２を交換する必要があるとの判定結果を入力した場合、鉛電池２の交換を推奨する表示等を行う。

次に、本実施の形態に係る開路電圧に基づく寿命判定の流れについて図５を用いて説明する。

開路電圧に基づく寿命判定を行う場合、ユーザは、まず、押し込み充電を完了させ（ＳＴ２０１：ＹＥＳ）、その後、鉛電池２の電圧が安定するようになるために、所定時間経過するまで待つ（ＳＴ２０２：ＹＥＳ）。

その後、ユーザが、寿命判定システム１を鉛電池２に接続する。寿命判定システム１は、鉛電池２の電圧、温度および電流を計測する（ＳＴ２０３）。次に、寿命判定システム１は、計測した電圧および電流に基づいて開路電圧（ＯＣＶ）を推定し（ＳＴ２０４）、計測した温度に基づいて第１閾値（α）を設定する（ＳＴ２０５）。

次に、寿命判定システム１は、開路電圧と第１閾値との大小比較を行う（ＳＴ２０６）。そして、寿命判定システム１は、開路電圧が第１閾値より小さい場合には（ＳＴ２０６：ＮＯ）、鉛電池２が劣化し、鉛電池２の寿命が短く、鉛電池２を交換する必要があると判定する（ＳＴ２０７）。一方、寿命判定システム１は、開路電圧が第１閾値以上である場合には（ＳＴ２０６：ＹＥＳ）、鉛電池２を交換する必要はないと判定する（ＳＴ２０８）。

以上のように、本実施の形態によれば、鉛電池に対して、内部抵抗に基づく寿命判定を行う前に、開路電圧に基づく寿命判定を行うことにより、鉛電池の寿命判定の精度を高めることができる。

本発明にかかる寿命判定システムは、鉛電池の寿命判定に用いるのに好適である。

１寿命判定システム
２鉛電池
１０電圧計測部
２０温度計測部
３０電流計測部
４０環境温度センサ
５０寿命判定装置
１０１開路電圧推定部
１０２閾値設定部
１０３内部抵抗推定部
１０４内部抵抗補正部
１０５閾値記憶部
１０６切替部
１０７交換要否判定部

Claims

鉛電池の開路電圧を推定する開路電圧推定部と、
前記開路電圧と第１閾値との比較により前記鉛電池の寿命を判定する判定部と、
を具備する寿命判定装置。
前記判定部は、前記開路電圧が前記第１閾値より小さい場合には前記鉛電池が劣化していると判定する、
請求項１に記載の寿命判定装置。
前記鉛電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出部を具備し、
前記判定部は、
前記開路電圧と第１閾値との比較により寿命を判定された前記鉛電池に対して、前記内部抵抗と第２閾値との比較により前記鉛電池の寿命を判定する、
請求項１または２に記載の寿命判定装置。
前記判定部は、前記内部抵抗が前記第２閾値より大きい場合には前記鉛電池が劣化していると判定する、
請求項３に記載の寿命判定装置。
鉛電池に流れる電流を計測する電流計測部と、
前記鉛電池の電圧を測定する電圧測定部と、
前記鉛電池の電流と電圧に基づいて前記鉛電池の開路電圧を推定する開路電圧推定部と、
前記開路電圧と第１閾値との比較により前記鉛電池の寿命を判定する判定部と、
を具備する寿命判定システム。
前記判定部は、前記開路電圧が前記第１閾値より小さい場合には前記鉛電池が劣化していると判定する、
請求項５に記載の寿命判定システム。
前記鉛電池の温度を計測する温度計測部と、
前記鉛電池の温度に基づいて前記第１閾値を設定する閾値設定部と、
をさらに具備する請求項５または６に記載の寿命判定システム。
前記鉛電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出部を具備し、
前記判定部は、
前記開路電圧と第１閾値との比較により寿命を判定された前記鉛電池に対して、前記内部抵抗と第２閾値との比較により前記鉛電池の寿命を判定する、
請求項５から７のいずれか１項に記載の寿命判定システム。
前記判定部は、前記内部抵抗が前記第２閾値より大きい場合には前記鉛電池が劣化していると判定する、
請求項８に記載の寿命判定システム。
鉛電池の開路電圧を推定する開路電圧推定ステップと、
前記開路電圧と第１閾値との比較により前記鉛電池の寿命を判定する判定ステップと、
を具備する寿命判定方法。