JP4011303B2 - 鉛蓄電池の状態監視方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛蓄電池の残存容量や寿命等の状態を監視する状態監視方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉛蓄電池は、非常時用電源として使用される場合がある。この据置用鉛蓄電池は、負荷に対し商用電源と並列接続され、通常は商用電源によりフロート充電と呼ばれる小さな電流で充電され、その鉛蓄電池の容量を１００％の状態に維持され、商用電源に停電等の異常事態が発生した時に該商用電源に代わり鉛蓄電池から負荷へ電力を供給するものである。
【０００３】
この様な据置用鉛蓄電池は多数の鉛蓄電池を直列接続して用いられる。そしてこの様な鉛蓄電池は、絶えずフロート充電を行っているとは言え或いは行っている為に、鉛蓄電池は除除に劣化しやがては負荷への充分な電力を供給出来ない状態に至ることは知られている。その為、商用電源の異常時に実際に充分な電力を供給し得るか否かを、蓄電池の電圧を測ったり内部抵抗を測定してその結果から残存容量を導く方法によって鉛蓄電池の状態を監視し、残存容量が所定の値以下になった時を寿命と判断し鉛蓄電池を交換している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら据置用の鉛蓄電池の長期使用が望まれ、より正確な状態監視が望まれている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明では内部抵抗と残存容量の相関関係を近似するに当たり、内部抵抗値が小さい初期の値は無視し、その内部抵抗値が大きくなり始めの値以降の値を用いて相関関係を近似して残存容量を監視すると共に、内部抵抗が一定値以下の場合は、残存容量が満充電であると判定し、残存容量が鉛蓄電池の寿命末期の近傍に至った場合は、それより一定期間前の内部抵抗の内部抵抗値のデータを基に近似した近似式により所定の末期となる残存容量値に到達する時間を算出し寿命の予測をしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
小さな充電電流でフロート充電中の据置用鉛蓄電池に交流電圧を印加し、その電圧と電流から内部抵抗を求めることが出来る。この内部抵抗は鉛蓄電池の充電状態、即ち残存容量に対し相関関係を有する。従って、鉛蓄電池の内部抵抗を測定することにより鉛蓄電池の残存容量を監視することが出来る．しかしながら実際に鉛蓄電池の内部抵抗と残存容量の関係を調べて見ると、内部抵抗値が低い初期の状態では、明確な相関はなく、ある程度内部抵抗が高くなってからであるとより明確な相関関係にあることが分かった。そこで、内部抵抗値が低い状態の数値を削除し、ある一定値以上になってから以後の相関関係から近似式を求めたら、高い相関関係が得られた。そして、内部抵抗値が低い期間は、残存容量が１００％であるとしても実用上問題のないことを確認した
【０００８】
又、これら据置用鉛蓄電池は、商用電源異常時に負荷へ電力を供給するものであるので、負荷への充分な電力量を供給し得る残存容量が要求され、それを下回った場合は、これを寿命として交換する必要がある。この場合、上記内部抵抗の測定による鉛蓄電池の状態監視のみでは、寿命に至った時期は確認し得るも、寿命に何時なるのかと言った予想はつかず、従来は経験に頼っている。そこで、本発明者らは、寿命末期に至る前の状態に至った鉛蓄電池の寿命末期を予測すべく、測定時期から過去の一定期間前の内部抵抗を基に、新たに近似式を作成し、これを基に寿命時期を予測し順次更新したものである。
【０００９】
【実施例】
満充電された公称容量２００ＡＨ密閉型鉛蓄電池を用い、加速寿命試験により鉛蓄電池の残存容量と内部抵抗の推移を図１に示した。横軸は鉛蓄電池の内部抵抗、縦軸は０．１６Ｃの電流で放電した時の放電容量を示す。加速寿命試験の条件は、６５℃の水槽中に鉛蓄電池を入れ、これに１Ａの小さな電流を流し続けた。また、内部抵抗は２０Ｈｚの一定周波数の交流電流を印加し、その時の応答電圧、位相差により内部抵抗を算出した。そして、内部抵抗値の小さい初期の値の部分、実施例では0.568ｍΩ以下の部分を削除し、それより大きい内部抵抗値を基に内部抵抗と残存容量との相関関係の近似曲線を求めた。結果はｙ＝314.8ｅ^{-0.7409 ｘ}（ｙ＝残存容量、ｘ＝内部抵抗）の相関近似式が求められ、相関係数は0.953となり、従来の初期の内部抵抗をも入れた場合に比し高い相関関係が得られた。尚、内部抵抗は温度補正した値である。又、相関関係は1.000が実際とのずれが無い場合を示し、これから外れる程ずれが大きいことを示す。
【００１０】
次に、この近似式をコンピュータの記憶部に予め入力した。上記公称容量２００ＡＨの密閉鉛蓄電池に接続し、そして各鉛蓄電池の正負極端子に交流電流入力線を接続し、１Ａの電流でのフロート充電を継続し、１日１回、鉛蓄電池に２０Ｈｚの交流電流を印加した際の応答電圧および印加した交流電流の値等を演算部へ入力し、該演算部で演算して内部抵抗を求め、予め入力された記憶部の近似式を基に相応する鉛蓄電池の残存容量を演算し、これを表示部へ表示し、各鉛蓄電池の状態を監視することが出来た。この表示値は、実際に鉛蓄電池を０．１６Ｃの放電電流により調べた残存容量試験の結果と大差なく、実用し得ることを確認した。
【００１１】
次に、鉛蓄電池の寿命の予測方法を説明する。鉛蓄電池の寿命を残存容量が初期値の８０％に達した時点とした。図２は、鉛蓄電池を１２個近接して並べ、互いに直列接続し、これに１Ａの電流でフロート充電している時に、それぞれの鉛蓄電池に２０Ｈｚの交流電流を印加し、場所の異なる３個の電池について内部抵抗（Ｒ）と残存容量の推移を見たものである。横軸に実施例１の加速寿命試験の月数（その下に実際の予測年数併記）を、縦軸には左右におのおの内部抵抗（Ｒ）と放電容量を示す。各鉛蓄電池が異なる内部抵抗値の推移を示していることが分かる。これは、場所により鉛蓄電池の環境、特にフロート充電中の場所に起因する鉛蓄電池の温度の影響によるものと思われる。この結果から、単純に内部抵抗の値から残存容量が初期値の８０％になるであろう時期を予測するのは実際と掛け離れることが明白である。即ち、ある鉛蓄電池は、内部抵抗の立ち上がりが早く、比較的早く寿命の残存容量になったり、ある鉛蓄電池は急な立ち上がりを見せたかと思えばまた立ち上がりがゆっくりとなる等、鉛蓄電池の設置される環境等によりその挙動を異にする為である。そこで、寿命末期の近傍、本実施例では、少なくとも寿命に至るまでに１年の有余が確保出来る残存容量が８５％の時期を捉え、この状態になった鉛蓄電池のその後の状態を、それ以前の半年間の内部抵抗の推移から寿命を予測し、以後この予測を、データ採取時期以前の半年間のデータを基に予測を更新していくものである。このとこにより、より正確な寿命予測が可能と成る。
【００１２】
具体的には、図３に示す通り、商用電源１は整流・制御部２を介して負荷３に接続されると共に、鉛蓄電池４を、負荷とは並行に接続されている。鉛蓄電池４は満充電された公称容量２００ＡＨの密閉形鉛蓄電池を１２個直列に接続し、各鉛蓄電池の正負極端子の交流電流印加線５を接続し、直流接続された鉛蓄電池４に１Ａのフロート充電電流を流し続けた。そして、タイマーにより１日一回、計測部６から印加線５より各鉛蓄電池４に２０Ｈｚの交流電流を印加し、応答電圧及び位相差の情報を演算部へ入力し、計測日と内部抵抗を記憶部ＲＡＭ８に記憶すると共に、各鉛蓄電池の電槽側面に固定したサーミスタ（図示せず）より各鉛蓄電池の温度を計測し、これを演算部に入れ、予め記憶部ＲＡＭ８に記憶された温度と内部抵抗の相関関係を示す検量線により前記測定した内部抵抗を温度補正して、同様に予め記憶部ＲＡＭ８に入力された内部抵抗と残存容量の相関関係を示す近似式により、プログラムが記憶されたＲＯＭ９により鉛蓄電池の残存容量を求めた。その結果をデータとして記憶部ＲＡＭ８に記憶すると共に、残存容量が初期の容量より８５％に低下するまでは、「良好」の表示を、８５％〜８０％の範囲は「警告」を表示部１０に表示するようにした。そして、「警告」の表示中は、それより以前の半年間の内部抵抗値より、上記近似式とは別に、二次関数の近似式を求め、寿命である残存容量が８０％になる時期を計算して、その結果を寿命予想として寿命まであと「何年」と表示部１０に表示した。この時の抵抗値は温度補正のしない値で近似式を求めた。このことによりより実際に近い寿命予測を可能にすることが出来る。
【００１３】
演算部では記憶部ＲＯＭ９に記憶させたプログラムにより図４に示すフローチャートにより演算する。まず、鉛蓄電池がフロート充電されているか否かを見る。鉛蓄電池は、先に説明した通り、商用電源が停電等の異常事態になった時に放電し、負荷へ電力を供給するものである。そして、商用電源が復旧した後は、該商用電源により充電され満充電になった時再びフロート充電されるが、鉛蓄電池の放電時や充電時には交流電流の印加をせず、内部抵抗の測定はしない。このようにする為に、鉛蓄電池がフロート充電状態時のみ定期的に交流電流を印加する。このフロート充電の状態は鉛蓄電池の電圧を監視することで判断した。そして、該鉛蓄電池の状態がフロート充電である時は、交流電流を印加し、各鉛蓄電池の内部抵抗を演算測定し、予め入力している内部抵抗と残存容量との相関近似式により残存容量を求める。次いで、求めた残存容量が寿命と定めた残存容量８０％以上か否かを判断し、以下ならば、寿命の表示をし、警報する。８０％以上の場合は、次いで残存容量が８５％以上か否かを判断し、以上ならば、良好の表示をする。以下ならば警告の表示をし、その時点で、それより半年間の内部抵抗値の推移から内部抵抗と残存容量の相関関係を二次関数の近似式としてを求め、この近似式から残存容量が８０％となる時期を計算し、現在から差し引いて寿命時期を予測し、予測寿命を表示する。以後この演算を繰り返し実行するものである。
【００１４】
場所の異なる５個の密閉形鉛蓄電池について、残存容量が８５％になった時の近似式による寿命予測と実測した寿命年を加速寿命試験により確認した結果は表１の通りであり、予測と実測の誤差が約０．２年以内とほぼ満足する結果が得られた。
【００１５】
【表１】

【００１６】
又、残存容量の異なる密閉形鉛蓄電池５個を用いて、その容量と表示状態を調べた結果を表２に示した。
【００１７】
【表２】

【００１８】
この結果もほぼ満足のいくものであった。
【００１９】
尚、上記いずれの実施例も、内部抵抗値はその都度の値を用いたが、例えば１週間分の内部抵抗のデータを平均した値、或いは１月の平均した値を用いても良い。
【００２０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、鉛蓄電池の状態監視方法として鉛蓄電池の残存容量および寿命予測を正確に表示することが出来、鉛蓄電池の状態を正確に監視出来る等の効果を相するものである。又、各鉛蓄電池の個々の状態を監視することで、組電池としての群監視ではなく、個々の蓄電池への適切な対応が出来る等の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 内部抵抗と鉛蓄電池の容量の関係図
【図２】 期間と内部抵抗及び鉛蓄電池容量の関係図
【図３】 本発明一実施例の説明図
【図４】 本発明一実施例のチャート図
【符号の説明】
１…商用電源
２…整流・制御部
３…負荷
４…鉛蓄電池
５…印加線

Claims (1)

1. 鉛蓄電池の内部抵抗を測定し、予め求めた内部抵抗と鉛蓄電池の残存容量の相関関係を示す近似式により前記測定した内部抵抗における鉛蓄電池の残存容量等鉛蓄電池の状態を監視する鉛蓄電池の状態監視方法において、内部抵抗と鉛蓄電池の残存容量の相関関係の近似式は、内部抵抗が一定値以上になった時からの近似式を求め、この近似式により鉛蓄電池の残存容量を監視するとともに、内部抵抗が一定値以下の場合は、残存容量が満充電であると判定すると共に、予め求めた近似式により演算した残存容量が鉛蓄電池の寿命末期の近傍に至った時点において、それより一定期間前の内部抵抗の変化状態に基づき内部抵抗と残存容量の相関関係を示す近似式を求め、それに基づき鉛蓄電池の寿命を予測することを順次更新することを特徴とする鉛蓄電池の状態監視方法。

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