JP2936441B2 - 蓄電池の容量劣化率演算方法と劣化診断装置 - Google Patents
蓄電池の容量劣化率演算方法と劣化診断装置Info
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Description
演算する方法と劣化診断装置に関するものである。
する方法としては、(1)蓄電池の各セル電圧のばらつ
きにより検知する方法(特開平2−304876号公報
記載)、(2)鉛蓄電池の電解液である硫酸の比重測定
により検知する方法、(3)微分内部抵抗の増加により
検知する方法(特開昭63−168582号公報記
載)、(4)鉛蓄電池の正極板の膨脹度合いにより検知
する方法(特開昭62−47975号公報記載)、
(5)液面センサーにより電解液の減少を検知する方
法、(6)蓄電池を定期的に放電試験することにより検
知する方法、(7)充電電気量を積算し、充電電気量に
基づいて寿命を推定する方法(特開平2−288075
号公報記載)、(8)蓄電池の設置経過年数よりおよそ
の劣化程度を推定する方法、などがあり通常これらの複
数項目の測定結果から総合的に容量の劣化状態が診断さ
れるが、蓄電池の充電電圧が正常範囲に管理され、また
補液式の鉛蓄電池の場合に電解液が正常範囲に管理され
ている場合は不具合品が含まれる場合を除き蓄電池の設
置環境温度が電池の寿命に最も影響する。
験中の事故による設備の停止の可能性もあり、通信用設
備等をバックアップしている電源では実施できないのが
殆どである。また、上記従来の方法の(8)について
は、鉛蓄電池の設置環境は、空調設備のある恒温の場所
に設置される場合もあるが、ほとんどは換気扇が付いて
いる程度で外部環境温度と同じように四季および昼夜の
温度変化のある環境に設置される場合がほとんどであ
る。それにもかかわらず、経過年数による劣化率は通常
20〜25℃一定環境と仮定して寿命が推定されてい
る。通常鉛蓄電池は、ある温度までは、設置環境温度が
低い方が寿命が長く容量劣化が少なくなり、反対に設置
環境温度が高くなると寿命が短くなる。例えば、トリク
ルやフロート使用における寿命は25℃と40℃では温
度差はわずか15度であるが、40℃における寿命は2
5℃の約1/3程度になり、設置環境温度が鉛蓄電池の
寿命に影響を与える大きな要因の一つになっている。こ
のため、蓄電池の設置環境温度が一定でない場合は推定
寿命と実寿命の差が大きくなり、実際の停電時に必要な
放電持続時間が維持出来なかったり、反対に蓄電池の寿
命時期と推定して交換した後、放電性能を調べると十分
性能を維持しており、資源的な無駄が発生する等の問題
点を有していた。また従来の方法はいずれも寿命時期で
あるかどうかの判定機能だけであり、寿命時期に初期容
量に対してどの程度放電可能な状態であるかの数値的な
判定演算機能を持っておらず、負荷が比較的小さい場合
は蓄電池が劣化しつつある時期でもまだ数年使用可能な
場合もあり、蓄電池設備更新の緊急度の判断があいまい
である等の問題点を有していた。
池の初期容量に対して、どの程度放電可能であるか、つ
まり容量劣化率が数値的に把握できない点であった。
を課題とするもので、実際の放電試験をしないで蓄電池
の劣化状態を判定し、負荷に対する放電可能時間を演算
して、出力するための容量劣化率を演算する方法と劣化
診断装置を提供することを目的とするものである。
方法および劣化診断装置は、蓄電池の表面温度測定手段
を持つマイクロプロセッサによりトリクルまたはフロー
ト使用における蓄電池の表面温度を継続的に測定し、基
準温度以下は基準温度として平均温度を算出すると共
に、前記平均温度と蓄電池の設置経過年数から本発明に
よる実験式を基に蓄電池の経年劣化率を演算し、蓄電池
の劣化状態即ち初期容量をどの程度維持している状態で
あるかを数値的に検知することを実現したものである。
おける放電可能時間や劣化度合を蓄電池の放電試験を行
うことなく、蓄電池の劣化状態を演算により判定し、負
荷に対する放電可能時間を知ることができ、また取り換
えが必要かどうかなどの劣化診断を行うことができるも
のである。
ール形の鉛蓄電池について蓄電池温度と蓄電池設置経過
年数による容量劣化率の推移を本発明による演算式を基
にして示したものである。図1において1は蓄電池温度
が常時20℃(本発明の実施例のシール形鉛蓄電池の基
準温度)以下の環境で使用された場合の経過年数による
容量劣化係数の標準的な推移を示している。同様に図1
において2〜5は前記平均温度が25,30,35,4
0℃の場合の容量劣化係数の推移を示している。また図
1の6(Yb)は前記平均温度が25℃における容量劣
化係数が1.0の期間、すなわち本発明の演算式1、Yb
=a−b×log tにより求められる初期の放電容量維持
期間が約5年であることを示しており、ここで実験定数
は a=25.55 b=14.69 を使用している。同様に図1において7〜10は前記平
均温度が20,30,35,40℃における容量劣化係
数が1.0の期間を示しており、40℃では容量劣化係数
が1.0の期間が設置後約2年であることを示している。
次に鉛蓄電池の設置期間が前記容量劣化係数が1.0の期
間を過ぎた場合は本発明の演算式2、f=1−(c+d
×tn )×(Y−Yb)m により容量劣化係数が求めら
れ、実験定数は c=3.43×10-5 d=2.87×10-8 n=3.6 m=3 を使用している。
の大形鉛蓄電池の蓄電池設置経過年数による各平均温度
での容量劣化係数の推移を示しており、各実験定数は a=55.88 b=32.82 c=5.56×10-6 d=4.30×10-6 n=4.7 m=3.0 を使用している。また基準温度は図2に示すように25
℃に設定している。図2において11〜14は25,3
0,35,40℃の各平均温度における劣化係数の推移
を示している。同様に図2において15〜18は本発明
の演算式1、Yb=a−b×log tにより求められる各
平均温度における劣化係数が1.0の期間を示している。
鉛蓄電池の劣化診断装置のブロック図である。図3にお
いて19Aは制御・演算部であるマイクロプロセッサ、
20はプログラムメモリ、21は停電等の時に放電可能
時間を演算するための蓄電池の標準特性データや蓄電池
の設置日付および劣化係数等を格納したバッテリーバッ
クアップ付メモリでIC−RAMカード等を使用する。
22はモデム(23A,23B)を介してパーソナルコ
ンピュータ(PC)等ホストCPU(19B)にデータ
を送信するためのRS−232Cインターフェイスであ
る。24はカレンダーICでメモリ(21)に格納され
ている蓄電池の設置日付から蓄電池設備設置後の経過年
数を演算するため等に使用する。25は入出力インター
フェイスで、26の操作スイッチや蓄電池の劣化係数や
停電時の放電可能時間を表示する液晶等の表示装置(2
7)や蓄電池の温度データ(29)、蓄電池電圧データ
(30)、蓄電池放電電流データ(31)のアナログデ
ータをマイクロプロセッサ(19A)に取り込むA/D
コンバータ(28)等を接続する。
係数の演算プロセスについて図4の1実施例のフローチ
ャートによって説明する。
は1時間に1回測定し、測定温度が基準温度より低い場
合は基準温度として(例えば基準温度が20℃で測定し
た表面温度が15℃の場合は表面温度が20℃とする)
マイクロプロセッサ(19A)に取り込み、平均温度
(t)を演算する処理を継続的にくり返す。
係数(f)の演算指示またはプログラムによる演算イン
ターバル時間になった時(32)にカレンダIC(2
4)の現在日付とメモリ(21)に記憶されている蓄電
池設備設置日付から蓄電池設置後の経過年数(Y)を求
める(33)。
(t)から演算式1により劣化係数が1.0の期間(Y
b)を求める。
1.0の期間(Yb)を比較し(35)YがYbより短い
場合は劣化係数(f)を1.0とする(37)。
り劣化係数(f)を求める(36)。
は、操作スイッチ(26)の操作による表示指示により
蓄電池の経年劣化係数として表示装置(27)に表示さ
れるとともに、停電や整流器の故障時に、放電可能時間
を表示する際に前記劣化係数(f)を乗じて放電可能時
間の補正を行う。なお本発明の演算式1および演算式2
は指数演算があるために蓄電池設備の近くに設置するマ
イクロプロセッサ(19)ではプログラムメモリ(2
0)の容量が小さいので負荷が大きくなることからは、
演算式1,2の機能を付加しないで前記平均温度データ
をRS−232Cインターフェイス(22)からモデム
(23A,23B)を介してパーソナルコンピュータ
(PC)等(19B)に送信し、PC(19B)側で演
算式1,2を行い演算結果の劣化係数(f)を受信して
メモリ(21)に格納するとともに表示装置(27)に
表示したり停電時の放電可能時間の演算時に前記劣化係
数(f)を乗じて放電可能時間の補正をする方がコスト
的に有利な場合があり、この場合劣化診断装置は蓄電池
設備の近くに設置した図3の装置と通常蓄電池設備から
離れた場所に設置されるPC(19B)とからなる。
(表1)は本発明の劣化診断装置を使用して2V150
Ahのシール形鉛蓄電池25個組の蓄電池設備を40℃
の恒温室で2.25V/セルの電圧でトリクル充電を行
い、6ケ月に一度0.1CAの定電流で放電試験を行い、
1.8V/セルまでの放電初期の放電可能時間の演算値
と、実放電時間の比較を従来の方法と比較した結果であ
る。このように従来の方法では設置後3.5年目以降の寿
命末期に実放電時間と放電可能時間の演算値の間に大き
な差が出ているが本発明による劣化診断装置を使用した
場合は、実残時間にほぼ近い予測値を出している。
0℃、約2ケ月40℃の繰り返しにして同様の試験を行
った結果を示す。この結果でも、従来は初期の放電可能
時間の表示しかできなかったが、本発明による容量劣化
率の演算方法を使用すると蓄電池設置環境温度の変化に
対応して実放電時間に近い放電可能時間の予測演算結果
が得られた。
容量劣化率演算方法および劣化診断装置は、蓄電池の放
電試験を行うことなく従来よりも正確に寿命時期を検知
することができるとともに、停電等による蓄電池放電時
にも放電可能時間を従来より正確に演算表示することが
できる。
シール形鉛蓄電池の劣化係数の推移
補液式鉛蓄電池の劣化係数の推移
ク図
を示すフローチャート図
Claims (3)
- 【請求項1】 トリクルまたはフロート使用の蓄電池の
表面温度を継続的に測定する手段を備えた蓄電池におい
て、前記蓄電池の初期の容量劣化率(f)=1.0とした
初期容量維持期間(Yb)を求める演算式1としてYb
=a−b×logtと、前記初期容量維持期間以降の容量
劣化率(f)を求める演算式2としてf=1−(c+d
×tn )×(Y−Yb)m の両演算式により蓄電池の劣
化状態を検知することを特徴とする蓄電池の容量劣化率
演算方法。(ただし、a,b,c,d,n,mは蓄電池
の標準特性により異なる実験定数、tは蓄電池の表面温
度が基準温度以下の場合は基準温度として継続的に測定
演算された蓄電池表面の平均温度、Yは蓄電池の設置後
の経過年数、Ybは演算式1により演算された初期容量
維持期間とし、演算式2の適用範囲は1.0>f>0とす
る) - 【請求項2】 蓄電池の表面温度測定手段を備えたマイ
クロプロセッサにより蓄電池の表面温度を継続的に自動
測定し、蓄電池の表面温度が基準温度以下の場合は基準
温度として測定して蓄電池の平均温度を継続的に演算す
るとともに、前記平均温度と蓄電池の設置経過年数か
ら、演算式1としてYb=a−b×log tと、演算式2
としてf=1−(c+d×tn )×(Y−Yb)m とし
た両演算式による容量劣化率の演算処理と、演算結果を
出力する蓄電池の劣化診断装置。(ただし、a,b,
c,d,n,mは蓄電池の標準特性により異なる実験定
数、tは蓄電池の表面温度が基準温度以下の場合は基準
温度として継続的に測定演算された蓄電池表面の平均温
度、Yは蓄電池の設置後の経過年数、Ybは演算式1に
より演算された初期容量維持期間とし、演算式2の適用
範囲は1.0>f>0とする) - 【請求項3】 蓄電池の表面温度測定手段と負荷電流に
対する蓄電池の放電可能時間の演算・表示機能を備えた
マイクロプロセッサにより蓄電池の表面温度を継続的に
自動測定し、蓄電池の表面温度が基準温度以下の場合は
基準温度として測定して蓄電池の平均温度を継続的に演
算するとともに、前記平均温度と蓄電池の設置経過年数
から、演算式1としてYb=a−b×log tと、演算式
2としてf=1−(c+d×tn )×(Y−Yb)m と
した両演算式による容量劣化率の演算処理と、前記演算
処理により求められた前記容量劣化率を前記放電可能時
間に乗じて負荷に対する放電可能時間を演算・出力する
蓄電池の劣化診断装置。(ただし、a,b,c,d,
n,mは蓄電池の標準特性により異なる実験定数、tは
蓄電池の表面温度が基準温度以下の場合は基準温度とし
て継続的に測定演算された蓄電池表面の平均温度、Yは
蓄電池の設置後の経過年数、Ybは演算式1により演算
された初期容量維持期間とし、演算式2の適用範囲は
1.0>f>0とする)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4120984A JP2936441B2 (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 蓄電池の容量劣化率演算方法と劣化診断装置 |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH05315015A JPH05315015A (ja) | 1993-11-26 |
JP2936441B2 true JP2936441B2 (ja) | 1999-08-23 |
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ID=14799905
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4120984A Expired - Lifetime JP2936441B2 (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 蓄電池の容量劣化率演算方法と劣化診断装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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CN113640674B (zh) * | 2021-06-30 | 2022-09-06 | 昆明理工大学 | 基于优化高斯过程回归的锂离子电池可用容量估计方法 |
-
1992
- 1992-05-14 JP JP4120984A patent/JP2936441B2/ja not_active Expired - Lifetime
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