JP3904875B2

JP3904875B2 - 蓄電池の内部インピーダンス測定方法

Info

Publication number: JP3904875B2
Application number: JP2001311716A
Authority: JP
Inventors: 高橋　　清; 俊彦星; 功市原
Original assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Current assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: JP2003121514A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電池の内部インピーダンス測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄電池の内部インピーダンスを測定することによって該蓄電池の寿命や残存容量を知ることは以前から行なわれている。従来の蓄電池の内部インピーダンス測定方法は、図３（ａ）または（ｂ）に示すように、複数（図の場合は７個）の直列接続された蓄電池１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７の中の被測定蓄電池１１の陽極と陰極との間に定電流交流発生源２０から定電流交流成分の測定電流（充放電電流）を通電し、被測定蓄電池１１の両極端子間に発生する起電力を電圧計３０で測定し、この起電力から被測定蓄電池１１の内部インピーダンスを測定するという方法であった。
【０００３】
この方法は、図３（ａ）に示すように、蓄電池１１〜１６に定電圧電源４０や負荷５０等の機器が接続されていない場合には、定電流交流発生源２０からの測定電流が全て被測定蓄電池１１に通電されるため被測定蓄電池１１の内部インピーダンスを精度よく測定できるが、図３（ｂ）に示すように、蓄電池１１〜１６に定電圧電源４０や負荷５０等の機器が接続されていた場合には、定電流交流発生源２０からの測定電流の一部が定電圧電源４０や負荷５０等の機器に流れ込んでしまうため、被測定蓄電池１１の内部インピーダンスを正確に測定することはできなかった。
【０００４】
このため、被測定蓄電池１１を定電圧電源４０や負荷５０等の機器から切り離して該被測定蓄電池１１の内部インピーダンスを測定することが精度の面からみて好ましいが、実際に使用されている蓄電池は定電圧電源４０や負荷５０等の機器に接続されており、蓄電池をこれらの機器からわざわざ切り離して内部インピーダンスを測定することは、保守管理の簡素化や蓄電池の有効利用の面を考慮すると好ましくなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の蓄電池の内部インピーダンス測定方法においては、被測定蓄電池１１を定電圧電源４０や負荷５０等の機器から切り離さないで測定した場合に測定誤差を生じ、正確に内部インピーダンスを測定できないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、ことができる蓄電池の内部インピーダンス測定方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、複数の直列接続された蓄電池に負荷を接続した状態で、該蓄電池の内部インピーダンスを測定する方法において、複数の蓄電池のうち被測定蓄電池を含むｎ（ｎ≧２）個の蓄電池に定電流交流成分の測定電流を通電して被測定蓄電池の両極間に生じる起電力を測定するとともに、ｎ個の蓄電池の中の被測定蓄電池を含むｍ（ｍ＜ｎ）個の蓄電池に定電流交流成分の測定電流を通電して被測定蓄電池の両極間に生じる起電力を測定し、ｎ個の蓄電池に定電流交流成分の測定電流を通電したときの被測定蓄電池の両極間に生じる起電力とｍ個の蓄電池に定電流交流成分の測定電流を通電したときの被測定蓄電池の両極間に生じる起電力との変化量とから、被測定蓄電池を負荷から切り離した状態で該被測定蓄電池に測定電流を通電したときの発生起電力を算出し、この発生起電力に基づいて被測定蓄電池の内部インピーダンスを測定するようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関わる蓄電池の内部インピーダンス測定方法の一実施の形態を、図１及び図２を用いて説明する。
【０００９】
なお、この実施の形態は、図１に示すように、７個の直列接続された蓄電池１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７に定電圧電源４０と負荷５０がそれぞれ並列に接続された状態で、被測定蓄電池１１の内部インピーダンスを測定する場合である。
【００１０】
はじめに、本実施の形態は、第１のステップとして、７個の直列接続された蓄電池１１〜１７のうち被測定蓄電池１１を含むｎ（ｎ≧２）個の連続する蓄電池（図では蓄電池１１，１２，１３の３個とする）の両極間に切替スイッチ６０を介して定電流交流発生源２０を接続する。そして、定電流交流発生源２０から定電流交流成分の測定電流をｎ個の蓄電池１１，１２，１３に通電して、該蓄電池１１，１２，１３毎にその両極間に生じる起電力Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ３３をそれぞれ電圧計３１，３２，３３で測定する。
【００１１】
次に、第２のステップとして、前記切替スイッチ６０を切替えて、上記ｎ個の蓄電池１１，１２，１３の中の被測定蓄電池１１を含むｍ（ｍ＜ｎ）個の蓄電池（図では被測定蓄電池１１の１個する）の両極間に前記定電流交流発生源２０を接続する。そして、定電流交流発生源２０から定電流交流成分の測定電流を被測定蓄電池１１に通電して、該蓄電池１１の両極間に生じる起電力Ｖ１１を電力計３１で測定する。
【００１２】
なお、上記第１のステップと第２のステップは、その順番を入れ替えてもよい。つまり、先に第２のステップを実行し、その後、切替スイッチ６０を切替えて第１のステップを実行してもよい。
【００１３】
次に、第３のステップとして、ｎ個の蓄電池１１，１２，１３に定電流交流成分の測定電流を通電したときの被測定蓄電池１１の両極間に生じる起電力Ｖ３１と、ｍ個の蓄電池１１に定電流交流成分の測定電流を通電したときの被測定蓄電池１１の両極間に生じる起電力Ｖ１１との変化量とから、定電圧電源４０及び負荷５０を切り離した状態で被測定蓄電池１１に測定電流を通電したときの発生起電力Ｖ０を算出する。
【００１４】
しかる後、第４のステップとして、この発生起電力Ｖ０に基づいて被測定蓄電池１１の内部インピーダンスを測定するというものである。
【００１５】
仮に、蓄電池１１〜１７を定電圧電源４０及び負荷５０から切り離した状態で、上記のように、ｎ個の蓄電池１１，１２，１３に定電流交流成分の測定電流を通電したときと、ｍ個の蓄電池１１に定電流交流成分の測定電流を通電したときとでは、被測定蓄電池１１の両極間に生じる起電力Ｖ３１及びＶ１１は一致する。このときの起電力をＶ０とする。
【００１６】
これに対し、蓄電池１１〜１７を定電圧電源４０及び負荷５０に接続した状態で、ｎ個の蓄電池１１，１２，１３に定電流交流成分の測定電流を通電すると、この測定電流が通電された各蓄電池１１，１２，１３ではそれぞれ内部インピーダンス値ｒ１（蓄電池１１の内部インピーダンス値），ｒ２（蓄電池１２の内部インピーダンス値），ｒ３（蓄電池１３の内部インピーダンス値）に比例した起電力が発生する。これにより、直列に接続された蓄電池１１〜１７の合計電圧が変動する。同様に、蓄電池１１〜１７を定電圧電源４０及び負荷５０に接続した状態で、ｍ個の蓄電池１１に定電流交流成分の測定電流を通電した場合も、この蓄電池１１では内部インピーダンス値ｒ１に比例した起電力が発生するので、その分、蓄電池１１〜１７の合計電圧が変動する。この場合において、蓄電池１１〜１７の合計電圧の変動は、内部インピーダンス値が大きい分、ｎ個の蓄電池１１，１２，１３に定電流交流成分の測定電流を通電したときの方が、ｍ個の蓄電池１１に定電流交流成分の測定電流を通電したときよりも大きい。
【００１７】
このように、蓄電池１１〜１７の合計電圧が変動すると、定電圧電源４０はこの合計電圧を一定に保つように制御が働き、定電圧電源４０から蓄電池１１〜１７に流れる電流が変動する。この変動は、蓄電池の内部インピーダンスの和に比例する。つまり、ｎ個の蓄電池１１，１２，１３に定電流交流成分の測定電流を通電した場合には、そのｎ個の蓄電池１１，１２，１３の内部インピーダンス値ｒ１，ｒ２，ｒ３の和に比例して定電圧電源４０からの電流が変動し、ｍ個の蓄電池１１に定電流交流成分の測定電流を通電した場合には、そのｍ個の蓄電池１１の内部インピーダンス値ｒ１に比例して定電圧電源４０からの電流が変動する。これらの定電圧電源４０からの電流の変動は、定電流交流発生源２０からの測定電流の流れ込みを生じさせ、結果的に蓄電池に流れる測定電流を減少させる方向に働く。
【００１８】
すなわち、ｎ個の蓄電池１１，１２，１３に定電流交流成分の測定電流を通電した場合には、そのｎ個の蓄電池１１，１２，１３の内部インピーダンス値ｒ１，ｒ２，ｒ３の和に比例して測定電流が減少し、それに対応して被測定蓄電池１１に発生する起電力Ｖ３１が小さくなる。一方、ｍ個の蓄電池１１に定電流交流成分の測定電流を通電した場合には、そのｍ個の蓄電池１１の内部インピーダンス値ｒ１に比例して測定電流が減少し、それに対応して被測定蓄電池１１に発生する起電力Ｖ１１が小さくなる。
【００１９】
以上の関係を、縦軸Ｙを被測定蓄電池１１の起電力とし、横軸Ｘを測定電流が流れる蓄電池の数としてグラフ化すると、蓄電池１１〜１７を定電圧電源４０及び負荷５０から切り離した状態においては、図２中Ａに示すように、被測定蓄電池１１の起電力は、測定電流が流れる蓄電池の数に拘らず一定の特性を有するグラフとなるが、蓄電池１１〜１７を定電圧電源４０及び負荷５０に接続した状態においては、図２中Ｂに示すように、被測定蓄電池１１の起電力は、測定電流が流れる蓄電池の数の増加つまり内部インピーダンスの増加に対して反比例の特性をもって減少するグラフとなる。
【００２０】
ここに、反比例の特性をもつグラフＢは、その傾きをａとし、ゼロ切片をｂとしたとき、下記（１）式で表される。
【００２１】
Ｙ＝−ａＸ＋ｂ …（１）
ここで、傾きａは、下記（２）式で表される。
【００２２】
ａ＝（Ｖ１１−Ｖ３１）／（ｍ−ｎ） …（２）
今、（１）式において、ｍ個の蓄電池１１に定電流交流成分の測定電流を通電したときの被測定蓄電池１１の起電力Ｖ１１を求めるとすると、
Ｙ＝Ｖ１１＝（―ａ×ΣＶｍ／ΣＶｎ）＋ｂ …（３）
となる。ここで、ΣＶｎはｎ個の蓄電池１１〜１３に定電流交流成分の測定電流を通電したときの各蓄電池１１〜１３にそれぞれ生じた起電力Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ３３の総和であり、ΣＶｍはｎ個の蓄電池１１〜１３に定電流交流成分の測定電流を通電したときのｍ個の蓄電池１１に生じた起電力Ｖ３１の和である。
【００２３】
また、（１）式において、ｎ個の蓄電池１１〜１３に定電流交流成分の測定電流を通電したときの被測定蓄電池１１の起電力Ｖ３１を求めるとすると、
Ｙ＝Ｖ３１＝（―ａ×ΣＶｎ／ΣＶｎ）＋ｂ …（４）
となる。
【００２４】
そこで、第１のステップで測定した起電力Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ３３と、第２のステップで測定した起電力Ｖ１１とを上記（３）式及び（４）式に代入することによって、ゼロ切片ｂを求めることができる。このゼロ切片ｂが定電圧電源４０及び負荷５０を切り離した状態で被測定蓄電池１１に測定電流を通電したときの発生起電力Ｖ０となる。
【００２５】
これにより、被測定蓄電池１１の内部インピーダンスｒ１は、起電力Ｖ０を定電流交流発生源２０からの出力電流値で除算することによって求めることができる。
【００２６】
以上のように本実施の形態によれば、蓄電池１１〜１７を定電圧電源４０や負荷５０から切り離さなくても、精度よく被測定蓄電池１１の内部インピーダンスｒ１を測定することができる。
【００２７】
なお、前記一実施の形態では、７個の直列接続された蓄電池１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７のうち被測定蓄電池１１の内部インピーダンスを測定する場合において、ｎ＝３，ｍ＝１として説明したが、ｎが２以上でありかつｍがｍ＜ｎの関係を有する場合であれば、直列接続される蓄電池の数に拘らず本発明の作用効果を奏するものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、被測定蓄電池を負荷等から切り離さなくても精度よく被測定蓄電池の内部インピーダンスを測定することができる蓄電池の内部インピーダンス測定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における蓄電池内部インピーダンス測定方法を説明するための回路図。
【図２】同実施の形態において蓄電池を定電圧電源及び負荷から切り離した状態と接続した状態の被測定蓄電池の起電力と測定電流が流れる蓄電池の数との関係を示す図。
【図３】従来の蓄電池内部インピーダンス測定方法を説明するための回路図。
【符号の説明】
１１〜１７…蓄電池
２０…定電流交流発生源
３０〜３３…電圧計
４０…定電圧電源
５０…負荷
６０…切替スイッチ

Claims

複数の直列接続された蓄電池に負荷を接続した状態で、該蓄電池の内部インピーダンスを測定する方法において、
前記複数の蓄電池のうち被測定蓄電池を含むｎ（ｎ≧２）個の蓄電池に定電流交流成分の測定電流を通電して前記被測定蓄電池の両極間に生じる起電力を測定するとともに、前記ｎ個の蓄電池の中の被測定蓄電池を含むｍ（ｍ＜ｎ）個の蓄電池に前記定電流交流成分の測定電流を通電して前記被測定蓄電池の両極間に生じる起電力を測定し、
前記ｎ個の蓄電池に定電流交流成分の測定電流を通電したときの前記被測定蓄電池の両極間に生じる起電力と前記ｍ個の蓄電池に前記定電流交流成分の測定電流を通電したときの前記被測定蓄電池の両極間に生じる起電力との変化量とから、前記被測定蓄電池を前記負荷から切り離した状態で該被測定蓄電池に前記測定電流を通電したときの発生起電力を算出し、
この発生起電力に基づいて前記被測定蓄電池の内部インピーダンスを測定することを特徴とする蓄電池の内部インピーダンス測定方法。