JP2581679B2

JP2581679B2 - 蓄電池監視方法

Info

Publication number: JP2581679B2
Application number: JP61244200A
Authority: JP
Inventors: 正久浅岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-10-16
Filing date: 1986-10-16
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JPS63103627A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、蓄電池の保有電気量を演算計測ににより
求める蓄電池監視方法に関し、特に満充電に達する前に
充放電を不規則に繰り返す場合でも、容易な手段を用い
て実用上支障のない範囲で、積算誤差を抑制して蓄電池
の長寿命化を実現した蓄電池監視方法に関するものであ
る。

［従来の技術］一般に蓄電池は、過充電又は過放電を繰り返せば寿命
が低下し、又、過充電は電力損失及び電解液の減少を招
き、過放電は著しい電圧低下を招く。従って、これを防
ぐため、蓄電池の充電限界及び放電限界を検出し、この
限界内で蓄電池を運用することが要求されている。

第４図は、例えば特願昭61−27827号明細書に記載さ
れた、一般的な蓄電池監視装置を一部ブロック図で示す
回路図である。図において、（１）は太陽電池などの出
力が不安定な直流電源回路、（２）は直流電源回路
（１）に接続された逆流防止用のダイオード、（３）は
ダイオード（２）に接続された電源開閉器である。

（４）は電源開閉器（３）に接続された電力貯蔵装置
としての蓄電池であり、電源開閉器（３）が閉成すると
直流電源回路（１）により充電されるようになってい
る。（５）は蓄電池（４）に直列接続された分流器であ
り、蓄電池（４）に流れる電流即ち充放電電流I_B（充電
時＋、放電時−）を検出するようになっている。

（６）は電源開閉器（３）にそれぞれ一端が接続され
た複数の負荷開閉器、（７）は各負荷開閉器（６）の他
端に接続された複数の負荷であり、各負荷開閉器（６）
が閉成するとそれに接続された負荷（７）に蓄電池
（４）からの電力が供給されるようになっている。

（８）は分流器（５）で検出された充放電電流I_Bから
蓄電池（４）の保有電気量AH（アンペアアワー）を演算
し、その結果に基づいて電源開閉器（３）及び負荷開閉
器（６）を開閉する蓄電池制御回路であり、直流電源回
路（１）と負荷（７）の所要電力との差を制御して、負
荷（７）に安定した電力を供給するようになっている。

（10）は蓄電池（４）の端子電圧から充電量の上限を
検出するための分圧器であり、蓄電池（４）及び分流器
（５）からなる直列回路の両端に接続されている。又、
分圧器（10）は直列接続された３つの抵抗器（10a）〜
（10c）からなり、中央の抵抗器（10b）の両端の電圧が
蓄電池制御回路（８）に入力されている。

（11）は蓄電池（４）の電槽（4a）内に取り付けら
れ、電解液の比重から充電量の下限を検出するためのフ
ロート式の比重センサであり、電解液の比重が規定値以
下になると閉成する接点（11a）を有し、この接点（11
a）による検出信号が蓄電池制御回路（８）に入力され
ている。

次に、第４図の蓄電池監視装置を用いた従来の蓄電池
監視方法の動作について説明する。第５図は蓄電池制御
回路（８）内で実行される従来の蓄電池監視方法を示す
フローチャート図である。まず、蓄電池（４）の充放電
電流I_Bを計測し（ステップS1）、この充放電電流I_Bと予
め設定された計測周期ｔ（秒）とを用いて、電気量変化
分ΔAHを、 ΔAH＝1_B×t/3600 から演算する（ステップS2）。尚、ここでは、電気量変
化分ΔAHを絶対値として扱う。

次に、充放電電流I_B＞０か否かを判定して演算された
電気量変化分ΔAHが充電されたものか、又は放電された
ものかを決定する（ステップS3）。

ここで、充放電電流I_B≦０と判定し、電気量変化分Δ
AHが放電されたものと決定した場合は、蓄電池（４）の
直前の保有電気量の計測値AHn_-1を用いて、放電後の保
有電気量の計測値AHnを、 AHn＝AHn_-1−ΔAH から演算する（ステップS4）。

一方、充放電電流I_B＞０と判定し、電気量変化分がΔ
AHが充電されたものと決定した場合は、予め設定された
充電効率ηｋ（＜１）を用いて、充電後の保有電気量の
計測値AHnを、 AHn＝AHn_-1＋ηｋ×ΔAH から演算する（ステップS5）。

ここで、電気量変化分ΔAHに充電効率ηｋを掛けるの
は、周知のように蓄電池（４）がガス発生等の内部損失
を持ち、充電電気量の全てを放電電気量として取り出せ
ないためである。

更新された保有電気量の計測値AHnは、直前の計測値A
Hn_-1に代わって、蓄電池制御回路（８）内に現在の保有
電気量AHとして格納される。

最後に、次の充放電電流I_Bを計測する準備として、計
測周期ｔ（秒）が経過したか否かを判定し（ステップS
6）、ｔ秒経過後にステップS1に戻り、上記の動作を繰
り返す。

こうして、常に最新の計測値AHnを連続的に積算して
演算計測して、保有電気量の上限値付近では過充電を防
止するための電源開閉器（３）を開放し、下限値付近で
は過放電を防止するため負荷開閉器（６）を全て開放す
る。それ以外の通常範囲内の場合は、保有電気量の計測
値AHnに応じて、負荷開閉器（６）開閉して負荷量の増
減等の制御を行う。

ところで、実際の充電効率ηは、充電の進行と共に第
６図のように変化し、充電量が80〜90％まではほぼ一定
であるが、これ以上の充電量即ち保有電気量AHの大きい
充電終期においては、ガス発生等により極端に低下す
る。

従って、長期間の内に、演算による積算誤差のみなら
ず実際の蓄電池（４）の保有電気量と計測値AHnとの間
に差を生じることになる。特に、不規則な繰り返し充放
電使用時には充放電率が繰り返し毎に異なり、誤差が増
大する。

例えば、蓄電池制御回路（８）における演算計測値に
積算誤差を生じこの積算誤差が負の場合は、蓄電池
（４）の実際の保有電気量AHは、演算計測値よりも徐々
に上限方向（充電）に向かう。しかし、蓄電池（４）の
端子電圧は保有電気量AHの上限付近（充電終期）におい
て急峻に上昇する傾向があるので、蓄電池制御回路
（８）は、その端子電圧を検出することができる。そし
て、所定の上限電圧値に達したときに、演算計測による
保有電気量AHを、端子電圧の上限電圧値に対応した保有
電気量の上限値に補正する。

このとき、充電特性は充電電池値I_B及び環境温度によ
って変化するので、充電電流値I_B及び環境温度によって
上限電圧値を可変にすれば、更に精度の高い補正を行う
ことができる。

又、積算誤差が正のときは、蓄電池（４）の実際の保
有電気量AHは演算計測値よりも徐々に下限方向（放電）
に向かう。しかし、放電時に限れば、蓄電池（４）の電
槽（4a）内の電解液の比重は放電量にほぼ比例して低下
するので、電解液の比重値から蓄電池（４）の実際の保
有電気量AHを知ることができる。即ち、比重センサ（1
1）の接点（11a）は、蓄電池（４）の電解液の比重が規
定の下限比重値に達したときに閉成するので、接点（11
a）の閉成信号により、蓄電池制御回路（８）は、電解
液の下限比重値に対応した保有電気量AHの下限値に補正
する。

このとき、電解液の比重値は、電解液温度即ち環境温
度によって多少変化するが、フロート式の比重センサ
（11）の場合、熱膨張の適当な材質をフロート材として
選定すれば、環境温度の変化による接点（11a）の動作
点の変動を補償でき、比較的再現性の良い比重センサ
（11）を実現することができる。

更に、他の方法としては、積算誤差の正負とは無関係
に、例えば１週間に１回程度の割合で定期的に補助電源
をオンさせて、保有電気量AHが120％程度になるまで蓄
電池（４）を過充電し、その後、保有電気量AHを100％
にリセットして、積算誤差を補正している。

このように、演算計測結果により生ずる積算誤差は、
蓄電池（４）の保有電気量AHを、規定の上限値と下限値
との間に管理される。

［発明が解決しようとする問題点］従来の蓄電池監視方法は以上のように、積算誤差をリ
セットするために、上限値及び下限値に到達したときに
補正したり、又は、定期的に蓄電池（４）を過充電して
いたので、前者の場合は、計測値と実際の保有電気量AH
との差即ち補正量が大きいため保有電気量AHの利用範囲
を狭め且つ利用領域が充電側又は放電側に偏り蓄電池
（４）の寿命を縮め、後者の場合は、保有電気量AHの10
0％以上の電気量が全て電力損失となるうえ、蓄電池
（４）の寿命を低下させ、又、過充電に伴うガス発生に
よって電解液の減少が著しくなり補水周期が短くなると
いう問題点があった。

又、特開昭54−65337号公報及び特開昭57−180333号
公報に参照されるように、充電効率を考慮した蓄電池監
視方法も提案されているが、満充電状態から放電深さＸ
［％］まで放電した蓄電池を満状態まで再充電する場合
を想定したものである。したがって、上記各公報の場
合、充電効率とは、再充電時の放電電気量Qoと充電電気
量Qcとの比（Qo/Qc）で表わされる平均充電効率であ
り、満充電に達する前に不規則に繰り返される充放電に
適用することができないという問題点があった。

更に、実開昭61−56582号公報に参照されるように、
充電効率Ｋを可変して充電量を積算するバッテリ電流積
算計も提案されているが、この場合、充電効率Ｋは、予
め実験的に求めてROM内に格納した値を読み出されるも
のであり、メモリを余分に必要とするうえ、充電効率デ
ータの作成及び入力に多大の労力を要するという問題点
があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、満充電に達する前に充放電を不規則に繰り
返す場合でも、容易な手段を用いて実用上支障のない範
囲で、演算による積算誤差を極めて小さくして、定期的
な過充電を不要とした蓄電池監視方法を得ることを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］この発明に係る蓄電池監視方法は、保有電気量の計測
値に応じて、演算計測に用いる充電効率値を変化させる
ために、保有電気量の計測値が所定値より大きいか否か
を判定するステップと、計測値が所定値以下の場合には
充電効率値を規定値に設定するステップと、計測値が所
定値より大きい場合には充電効率値を負の一次関数に従
って変化させた値に設定するステップとを備えたもので
ある。

［作用］この発明においては、演算計測により求められた保有
電気量（充電量）に対応して、負の一次関数を用いて充
電効率値を近似的に変化させ、常に真の保有電気量に近
い計測値を得る。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明の一実施例の動作を示すフローチャート
図であり、S1〜S4及びS6は第５図に示した各ステップと
同様のものである。又、ステップS10は従来のステップS
5に対応している。第２図はこの発明の一実施例で用い
られる保有電気量AHに対する充電効率η（％）の関係を
近似して示す特性図、第３図はこの発明の一実施例の演
算計測による見かけ充電量（％）に対する保有電気量AH
の計測値を示す特性図である。

尚、第１図に示した動作を実行するための装置として
は、第４図に示したものを用いて蓄電池制御回路（８）
の制御ステップを変更すればよい。

まず、充放電電流I_Bを計測して（ステップS1）、 ΔAH＝I_B×t/3600 から電気量変化分ΔAHを求め（ステップS2）、更に I_B＞０か否かにより充電か放電かを決定し（ステップS3）、放
電の場合は、 AHn＝AHn_-1−ΔAH から保有電気量の計測値AHnを求める（ステップS4）動
作は前述の通りである。

しかし、ステップS3において充電できると決定したと
きには、現在の保有電気量AH（＝AHn_-1）を所定値Ｋ
（＝80〜90％）と比較し、 AH＞Ｋであるか否かを判定する（ステップS7）。

もし、保有電気量AHの現在値が所定値Ｋ以下と判定さ
れた場合は、第２図に示すように、保有電気量AHに対す
る充電効率ηの特性はほぼ一定であるから、充電効率η
を規定値ηｋ（＝95〜100％）に設定する（ステップS
8）。

又、ステップS7で、保有電気量AHの現在値が所定値Ｋ
より大きいと判定された場合は、その現在値に応じて第
２図の近似直線ｌに従い、充電効率ηを変化させる（ス
テップS9）。

ここで、直線ｌの充電効率ηに対する切片をk₁、又、
傾きの絶対値をk₂とすれば、 η＝k₁−k₂×AH 但し、K₁＝Ｋ×k₂ で表わせる。

次に、各ステップS8又はS9で得られた充電効率ηに基
づいて、充電後の保有電気量AHの計測値AHnを、従来の
ステップS5に対応する式、 AHn＝AHn_-1＋η×ΔAH から求める。そして、AHnを現在の保有電気量AHとして
更新して格納する。

以下、前述と同様にｔ秒経過後ステップS1に戻り（ス
テップS6）、同様の動作を繰り返す。

こうして、蓄電池（４）（第４図参照）の充電状態毎
の充電効率を用いて保有電気量AHを近似演算した結果、
例えば第３図に示すように、充放電電流I_Bを単純に積算
して得られる見かけ充電量が100％以上の領域に対して
も、保有電気量AHの計測値が100％を越えることはない
特性が得られる。この特性は、見かけ充電量と実際の蓄
電池（４）の有効充電量との関係に極めて近似してい
る。

従って、保有電気量AHの利用範囲によらず、又、不規
則な繰り返し充放電による使用においても、常に有効充
電量に最も近い保有電気量AHの計測値が得られる。

又、第３図に破線で示すように、見かけ充電量が100
％の付近の領域において、保有電気量AHの計測値と実際
の有効充電量との間に誤差が発生したとしても、充電の
進行と共に、保有電気量AHの計測値＞有効充電量の場合には、変化分ΔAHの計測値＜有効変化分となり、又、保有電気量AHの計測値＜有効充電量の場合には、変化分ΔAHの計測値＞有効変化分となる。従って、いずれにしても演算計測を繰り返す内
には、保有電気量AHの計測値と有効充電量とが一致する
方向に収束する傾向があり、誤差が大きくなる可能性は
全くない。

このように、蓄電池（４）の保有電気量AHの一次関数
で充電効率ηを与えることにより、不規則な繰り返し充
放電に対しても使用することができるうえ、充電効率デ
ータを格納するメモリが不要となる。

又、一次関数の所定値Ｋ及び傾きk₂を予め適切な値に
設定すれば、保有電気量AHの計測誤差を実用上支障のな
い範囲内にすることができる。上記実施例においては、
第４図に示した蓄電池監視装置を用いた場合について説
明したが、上述したように誤差が発散することがないの
で上限補正は不要であり、蓄電池（４）の端子電圧から
充電量の上限を検出するための分圧器（10）を省略して
もよい。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、蓄電池の充放電電流
を検出して蓄電池の保有電気量を演算計測する蓄電池監
視方法において、保有電気量の計測値に応じて、演算計
測に用いる充電効率値を変化させるために、保有電気量
の計測値が所定値より大きいか否かを判定するステップ
と、計測値が所定値以下の場合には充電効率値を規定値
に設定するステップと、計測値が所定値より大きい場合
には充電効率値を負の一次関数に従って変化させた値に
設定するステップとを備え、保有電気量の計測値に応じ
て、演算計測に用いる充電効率値を近似的に変化させ、
常に真の保有電気量に近い計測値が得られるようにした
ので、積算誤差が減少してリセット動作の頻度が少なく
なり、満充電に達する前に充放電を不規則に繰り返す場
合でも、容易な手段を用いて蓄電池の長寿命化を実現し
た蓄電池監視方法が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の動作を示すフローチャー
ト図、第２図はこの発明の一実施例で用いられる保有電
気量に対する充電効率の関係を近似的に示す特性図、第
３図はこの発明の一実施例の演算計測による見かけ充電
量に対する保有電気量の計測値を示す特性図、第４図は
一般的な蓄電池監視装置を一部ブロック図で示す回路
図、第５図は従来の蓄電池監視方法の動作を示すフロー
チャート図、第６図は一般的な蓄電池充放電比に対する
充電効率との関係を示す特性図である。（４）……蓄電池、（８）……蓄電池制御回路 I_B……充放電電流、AH……保有電気量 ΔAH……電気量変化分、η……充電効率Ｋ……所定値、ηｋ……規定値 k₂……一次関数の傾きの絶対値 S1……充放電電流を計測するステップ S2……電気量変化分を演算するステップ S4、S10……保有電気量を演算計測するステップ S7……保有電気量を所定値と比較するステップ S8……充電効率を規定値に設定するステップ S9……充電効率を一次関数で変化させるステップ尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄電池の充放電電流を検出して前記蓄電池
の保有電気量を演算計測する蓄電池監視方法において、前記保有電気量の計測値に応じて、前記演算計測に用い
る充電効率値を変化させるために、前記保有電気量の計測値が所定値より大きいか否かを判
定するステップと、前記計測値が前記所定値以下の場合には充電効率値を規
定値に設定するステップと、前記計測値が前記所定値より大きい場合には前記充電効
率値を負の一次関数に従って変化させた値に設定するス
テップとを備えたことを特徴とする蓄電池監視方法。
【請求項２】所定値は、80〜90％であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の蓄電池監視方法。
【請求項３】規定値は、95〜100％であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の蓄電池監視
方法。