JP3815914B2 - 鉛酸蓄電池の容量推定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉛酸蓄電池、特にバックアップ用電源に用いられる鉛酸蓄電池の容量推定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バックアップ用電源に用いられる鉛酸蓄電池の劣化を診断するには、一般に満充電状態の蓄電池を１０時間率で実際に放電終止電圧まで完全放電させて、その放電容量を求めていた。この方法によると、放電終了直後に停電が起こった場合、蓄電池によるバックアップができないことから、試験に際しては蓄電池を代替電池と交換しておく必要がある。特に大容量・高電圧の電源装置の場合、蓄電池も極めて大きなものが用いられることから、蓄電池の交換作業は、多大な費用と時間を要するものであった。
【０００３】
そこで、このような交換作業を不要とすることを目的として、例えば電池工業会規格には、蓄電池を完全放電せずに放電を途中で打ち切り、それまでの蓄電池の電圧特性から完全放電した場合の放電容量を推定する方法が規格化されている（ＳＢＡＳ０６０１蓄電池の容量計算法）。しかしながら、この方法によると、蓄電池の劣化の度合いが加味されないことから、使用期間が長い蓄電池の推定容量の誤差が大きい。
また、一定条件下で蓄電池を放電させ、その放電特性を数式化して容量を推定する方法も各種検討されている。しかし、これらの方法によると、劣化の程度が小さいセル単体に対しては比較的容易に容量が推定できるものの、セルを直列または並列接続した組電池や、劣化の進行したセルに対しては、容量推定の誤差が大きい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決し、蓄電池を交換する必要がなく、劣化の進行した組電池においてもその容量推定を精度よく簡便に行うことができる蓄電池の容量推定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、満充電状態の鉛酸蓄電池を、その電圧が実使用時の放電終止電圧の値よりも大きい所定の値に低下するまで定電流で部分放電させ、このときの放電継続時間を基準となる鉛酸蓄電池のそれと比較して、蓄電池の劣化の度合いを判定する。このようにして得られた劣化の度合い、放電中の複数の時点における電圧値、および放電中の特定の時点における蓄電池の温度を特定の数式に代入して、蓄電池を実際に放電終止電圧まで完全放電したときの放電容量の推定値を算出する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の蓄電池の容量推定方法は、満充電状態の鉛酸蓄電池を時点ｔ0より定電流Ｉで放電させながら、その放電中の特定の時点ｔ1における蓄電池の電圧Ｖ1、同放電中であって時点ｔ1より後の特定の時点ｔ2における蓄電池の電圧Ｖ2、および同放電中の特定の時点ｔ3における蓄電池の温度Ｔ3を測定し、さらに蓄電池の電圧が実使用時の放電終止電圧Ｖeよりも高いＶbに低下するまでに要する放電継続時間Δｔbを計測するステップと、満充電状態の基準電池を定電流Ｉでその電圧がＶbに低下するまで放電させたときの放電継続時間Δｔbrefを計測するステップと、蓄電池の放電容量Ｃtを以下の式（１）により算出するステップとを含む。
【０００７】
Ｃt＝Ａ1Ｖ2＋Ａ2（Ｖ1−Ｖ2）＋Ａ3Ｔ3＋Ａ4Δｔb／Δｔbref＋Ｂ （１）
（ただし、Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4およびＢは定数）
【０００８】
一般に、蓄電池を定電流で放電させたときの放電曲線は、図１に示すようになる。すなわち、蓄電池は、満充電状態である時点ｔ0より、その電圧が放電終止電圧Ｖeに低下するまで放電される。
本発明においては、満充電状態の蓄電池を定電流で放電させながら、その電圧が放電終止電圧Ｖeよりも高く設定されたＶbに低下するまでに要する時間Δｔb（＝ｔb−ｔ0）を求める。さらに、この放電中の時点ｔ1およびｔ2における蓄電池電圧Ｖ1およびＶ2を測定するとともに、放電中の時点ｔ3における蓄電池の温度Ｔ3を測定する。
一方、劣化の進行していない満充電状態の蓄電池を基準電池として、上記と同様に放電させ、電池電圧がＶbに低下するまでに要する時間Δｔbrefを求める。以上のようにして得られたＶ1、Ｖ2、Ｔ3、ΔｔbおよびΔｔbrefの組を式（１）に代入してＣtを算出する。
【０００９】
なお、定数Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4およびＢは、あらかじめ以下のようにして求めておく。
まず、劣化の程度が互いに異なる複数の蓄電池をそれぞれ定電流で放電させながら、電圧Ｖ1、電圧Ｖ2、蓄電池温度Ｔ3、および電池電圧がＶbに低下するまでに要する時間Δｔb（＝ｔb−ｔ0）を求める。さらに、これらを電圧が放電終止電圧Ｖeに低下するまで完全放電させてそれぞれ放電容量Ｃを求める。このときの蓄電池の放電容量Ｃは、電流値と放電持続時間の積で表される。
以上のようにして得られたデータの組をそれぞれ式（１）に代入して重回帰分析を行い、定数Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4およびＢを求める。ここで、放電容量Ｃtには上記のようにして得られたＣを用いる。
なお、これらの定数は、蓄電池の種類、放電電流値、放電時の環境温度等に依存する。したがって、実施しようとする容量試験の条件に見合った条件下であらかじめこれらの定数を求めておく必要がある。
【００１０】
式（１）中の（Δｔb／Δｔbref）の項は、蓄電池の劣化度合いを示す。計算式にこの項を導入することにより、蓄電池の劣化度合いを容量推定に反映することが可能となる。Δｔbrefは試験毎に求める必要はなく、あらかじめ測定した結果を標準特性としてデータベース化しておき、このデータベースから該当する試験に応じたΔｔbrefを抽出して用いても良い。また、Δｔbref値は、必ずしも同一品種の蓄電池のそれを用いる必要はなく、設計が類似した他品種の蓄電池における値から推定した値を用いても良い。
【００１１】
【実施例】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
使用年数の異なる２３セットのＣＳ型鉛酸蓄電池（いずれも５２セル）を、２５℃の雰囲気下で、放電終止電圧Ｖeを１．７５Ｖ／セルとして３時間率で完全放電した。このとき、放電開始３０分後の電圧Ｖ1、放電開始６０分後の電圧Ｖ2、および放電開始６０分後の電池温度Ｔ3を測定した。また、電池電圧が１．９Ｖ／セルに低下した時点ｔbを計測した。完全放電により得られた放電曲線から、放電容量Ｃtを求めた。
【００１２】
一方、劣化が進行していない満充電状態のＣＳ型鉛酸蓄電池を、同様に３時間率で完全放電した。このとき、電池電圧が１．９Ｖ／セルに低下するまでに要する時間Δｔbrefを計測した。
これらのデータを用いた重回帰分析により得られた定数Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4およびＢを、表１に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
以上のようにして得られた定数値Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4およびＢを式（１）に代入して、以下の式（２）に示す容量推定用の計算式を得た。
【００１５】
【００１６】
上記のようにして得られた計算式を用いて、実際に劣化状態が不明なＣＳ型鉛蓄電池の容量を推定した。
劣化状態が不明な２３セットのＣＳ型鉛蓄電池（電池Ａ〜Ｗ）を、それぞれ２５℃の雰囲気下で３時間率で放電しながら、放電開始３０分後の電圧Ｖ1、放電開始６０分後の電圧Ｖ2、および放電開始６０分後の蓄電池温度Ｔ3を測定した。また、電池電圧が１．９Ｖ／セルに低下した時点ｔbを計測した。
このとき、精度の確認のため、各蓄電池をその電圧が放電終止電圧１．７５Ｖ／セルに低下するまで放電を継続し、電池容量の実測値を求めた。
これらの値を式（２）に代入して得られた電池容量の推定値、実測値、および推定値の実測値からの誤差を、表２に示す。
【００１７】
【表２】
【００１８】
表２より明らかなように、得られた推定値の実測値からの誤差は、おおむね±１０％以内である。従来の方法によると誤差が約３０％にも及ぶことがあるが、本発明の蓄電池の容量推定方法によれば、蓄電池の劣化の程度によらず、小さい誤差でその容量を推定できることがわかる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、電源装置内の鉛酸蓄電池の容量試験を行う際に、蓄電池を交換する必要がなく、安価かつ容易に実施することができる蓄電池の容量推定方法を提供することができる。また、劣化の進行した蓄電池においても、その劣化の度合いに関わらず精度よく容量推定できる蓄電池の容量推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉛酸蓄電池の容量推定方法の各測定点を記した蓄電池の放電曲線である。
【発明の属する技術分野】
本発明は鉛酸蓄電池、特にバックアップ用電源に用いられる鉛酸蓄電池の容量推定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バックアップ用電源に用いられる鉛酸蓄電池の劣化を診断するには、一般に満充電状態の蓄電池を１０時間率で実際に放電終止電圧まで完全放電させて、その放電容量を求めていた。この方法によると、放電終了直後に停電が起こった場合、蓄電池によるバックアップができないことから、試験に際しては蓄電池を代替電池と交換しておく必要がある。特に大容量・高電圧の電源装置の場合、蓄電池も極めて大きなものが用いられることから、蓄電池の交換作業は、多大な費用と時間を要するものであった。
【０００３】
そこで、このような交換作業を不要とすることを目的として、例えば電池工業会規格には、蓄電池を完全放電せずに放電を途中で打ち切り、それまでの蓄電池の電圧特性から完全放電した場合の放電容量を推定する方法が規格化されている（ＳＢＡＳ０６０１蓄電池の容量計算法）。しかしながら、この方法によると、蓄電池の劣化の度合いが加味されないことから、使用期間が長い蓄電池の推定容量の誤差が大きい。
また、一定条件下で蓄電池を放電させ、その放電特性を数式化して容量を推定する方法も各種検討されている。しかし、これらの方法によると、劣化の程度が小さいセル単体に対しては比較的容易に容量が推定できるものの、セルを直列または並列接続した組電池や、劣化の進行したセルに対しては、容量推定の誤差が大きい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決し、蓄電池を交換する必要がなく、劣化の進行した組電池においてもその容量推定を精度よく簡便に行うことができる蓄電池の容量推定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、満充電状態の鉛酸蓄電池を、その電圧が実使用時の放電終止電圧の値よりも大きい所定の値に低下するまで定電流で部分放電させ、このときの放電継続時間を基準となる鉛酸蓄電池のそれと比較して、蓄電池の劣化の度合いを判定する。このようにして得られた劣化の度合い、放電中の複数の時点における電圧値、および放電中の特定の時点における蓄電池の温度を特定の数式に代入して、蓄電池を実際に放電終止電圧まで完全放電したときの放電容量の推定値を算出する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の蓄電池の容量推定方法は、満充電状態の鉛酸蓄電池を時点ｔ0より定電流Ｉで放電させながら、その放電中の特定の時点ｔ1における蓄電池の電圧Ｖ1、同放電中であって時点ｔ1より後の特定の時点ｔ2における蓄電池の電圧Ｖ2、および同放電中の特定の時点ｔ3における蓄電池の温度Ｔ3を測定し、さらに蓄電池の電圧が実使用時の放電終止電圧Ｖeよりも高いＶbに低下するまでに要する放電継続時間Δｔbを計測するステップと、満充電状態の基準電池を定電流Ｉでその電圧がＶbに低下するまで放電させたときの放電継続時間Δｔbrefを計測するステップと、蓄電池の放電容量Ｃtを以下の式（１）により算出するステップとを含む。
【０００７】
Ｃt＝Ａ1Ｖ2＋Ａ2（Ｖ1−Ｖ2）＋Ａ3Ｔ3＋Ａ4Δｔb／Δｔbref＋Ｂ （１）
（ただし、Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4およびＢは定数）
【０００８】
一般に、蓄電池を定電流で放電させたときの放電曲線は、図１に示すようになる。すなわち、蓄電池は、満充電状態である時点ｔ0より、その電圧が放電終止電圧Ｖeに低下するまで放電される。
本発明においては、満充電状態の蓄電池を定電流で放電させながら、その電圧が放電終止電圧Ｖeよりも高く設定されたＶbに低下するまでに要する時間Δｔb（＝ｔb−ｔ0）を求める。さらに、この放電中の時点ｔ1およびｔ2における蓄電池電圧Ｖ1およびＶ2を測定するとともに、放電中の時点ｔ3における蓄電池の温度Ｔ3を測定する。
一方、劣化の進行していない満充電状態の蓄電池を基準電池として、上記と同様に放電させ、電池電圧がＶbに低下するまでに要する時間Δｔbrefを求める。以上のようにして得られたＶ1、Ｖ2、Ｔ3、ΔｔbおよびΔｔbrefの組を式（１）に代入してＣtを算出する。
【０００９】
なお、定数Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4およびＢは、あらかじめ以下のようにして求めておく。
まず、劣化の程度が互いに異なる複数の蓄電池をそれぞれ定電流で放電させながら、電圧Ｖ1、電圧Ｖ2、蓄電池温度Ｔ3、および電池電圧がＶbに低下するまでに要する時間Δｔb（＝ｔb−ｔ0）を求める。さらに、これらを電圧が放電終止電圧Ｖeに低下するまで完全放電させてそれぞれ放電容量Ｃを求める。このときの蓄電池の放電容量Ｃは、電流値と放電持続時間の積で表される。
以上のようにして得られたデータの組をそれぞれ式（１）に代入して重回帰分析を行い、定数Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4およびＢを求める。ここで、放電容量Ｃtには上記のようにして得られたＣを用いる。
なお、これらの定数は、蓄電池の種類、放電電流値、放電時の環境温度等に依存する。したがって、実施しようとする容量試験の条件に見合った条件下であらかじめこれらの定数を求めておく必要がある。
【００１０】
式（１）中の（Δｔb／Δｔbref）の項は、蓄電池の劣化度合いを示す。計算式にこの項を導入することにより、蓄電池の劣化度合いを容量推定に反映することが可能となる。Δｔbrefは試験毎に求める必要はなく、あらかじめ測定した結果を標準特性としてデータベース化しておき、このデータベースから該当する試験に応じたΔｔbrefを抽出して用いても良い。また、Δｔbref値は、必ずしも同一品種の蓄電池のそれを用いる必要はなく、設計が類似した他品種の蓄電池における値から推定した値を用いても良い。
【００１１】
【実施例】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
使用年数の異なる２３セットのＣＳ型鉛酸蓄電池（いずれも５２セル）を、２５℃の雰囲気下で、放電終止電圧Ｖeを１．７５Ｖ／セルとして３時間率で完全放電した。このとき、放電開始３０分後の電圧Ｖ1、放電開始６０分後の電圧Ｖ2、および放電開始６０分後の電池温度Ｔ3を測定した。また、電池電圧が１．９Ｖ／セルに低下した時点ｔbを計測した。完全放電により得られた放電曲線から、放電容量Ｃtを求めた。
【００１２】
一方、劣化が進行していない満充電状態のＣＳ型鉛酸蓄電池を、同様に３時間率で完全放電した。このとき、電池電圧が１．９Ｖ／セルに低下するまでに要する時間Δｔbrefを計測した。
これらのデータを用いた重回帰分析により得られた定数Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4およびＢを、表１に示す。
【００１３】
【表１】
以上のようにして得られた定数値Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4およびＢを式（１）に代入して、以下の式（２）に示す容量推定用の計算式を得た。
【００１５】
上記のようにして得られた計算式を用いて、実際に劣化状態が不明なＣＳ型鉛蓄電池の容量を推定した。
劣化状態が不明な２３セットのＣＳ型鉛蓄電池（電池Ａ〜Ｗ）を、それぞれ２５℃の雰囲気下で３時間率で放電しながら、放電開始３０分後の電圧Ｖ1、放電開始６０分後の電圧Ｖ2、および放電開始６０分後の蓄電池温度Ｔ3を測定した。また、電池電圧が１．９Ｖ／セルに低下した時点ｔbを計測した。
このとき、精度の確認のため、各蓄電池をその電圧が放電終止電圧１．７５Ｖ／セルに低下するまで放電を継続し、電池容量の実測値を求めた。
これらの値を式（２）に代入して得られた電池容量の推定値、実測値、および推定値の実測値からの誤差を、表２に示す。
【００１７】
【表２】
表２より明らかなように、得られた推定値の実測値からの誤差は、おおむね±１０％以内である。従来の方法によると誤差が約３０％にも及ぶことがあるが、本発明の蓄電池の容量推定方法によれば、蓄電池の劣化の程度によらず、小さい誤差でその容量を推定できることがわかる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、電源装置内の鉛酸蓄電池の容量試験を行う際に、蓄電池を交換する必要がなく、安価かつ容易に実施することができる蓄電池の容量推定方法を提供することができる。また、劣化の進行した蓄電池においても、その劣化の度合いに関わらず精度よく容量推定できる蓄電池の容量推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉛酸蓄電池の容量推定方法の各測定点を記した蓄電池の放電曲線である。
Claims (1)
- 満充電状態の鉛酸蓄電池を時点ｔ0より定電流Ｉで放電させながら、その放電中の特定の時点ｔ1における前記鉛酸蓄電池の電圧Ｖ1、同放電中であって時点ｔ1より後の特定の時点ｔ2における前記鉛酸蓄電池の電圧Ｖ2、および同放電中の特定の時点ｔ3における前記鉛酸蓄電池の温度Ｔ3を測定し、さらに前記鉛酸蓄電池の電圧が実使用時の放電終止電圧Ｖeよりも高いＶbに低下するまでに要する放電継続時間Δｔbを計測するステップと、満充電状態の基準鉛酸蓄電池を定電流Ｉでその電圧がＶbに低下するまで放電させたときの放電継続時間
Δｔbrefを計測するステップと、蓄電池の放電容量Ｃtを式：
Ｃt＝Ａ1Ｖ2＋Ａ2（Ｖ1−Ｖ2）＋Ａ3Ｔ3＋Ａ4Δｔb／Δｔbref＋Ｂ
（ただし、Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4およびＢは定数）
により算出するステップとを含む鉛酸蓄電池の容量推定方法。
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|---|---|---|---|
| JP05145999A JP3815914B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 鉛酸蓄電池の容量推定方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05145999A JP3815914B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 鉛酸蓄電池の容量推定方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05145999A Expired - Fee Related JP3815914B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 鉛酸蓄電池の容量推定方法 |
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| CN113884918B (zh) * | 2021-09-09 | 2024-07-12 | 欣旺达动力科技股份有限公司 | 电池容量的预测方法与装置 |
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- 1999-02-26 JP JP05145999A patent/JP3815914B2/ja not_active Expired - Fee Related
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