JP4024786B2 - 電池寿命診断装置 - Google Patents

Description

この発明は、１次電池の寿命診断装置に関するものである。

繰り返し充放電が行われる電池（蓄電池）は、建造物などに設置される非常用予備電源、情報処理装置などに設置される無停電システム、等いろいろな分野に利用されている。
しかし、充電装置を実装していない装置、例えば、車両用バッテリやフライトレコーダの予備電源に使用するバックアップ電池としては、依然、１次電池が使用されている実情にある。しかし、かかる１次電池の寿命は、電池の種類、型式、メーカー、性能のばらつきによって異なり、また、同一の種類、型式であっても使用状況、環境によって大きく変化する。

従って、寿命に到達した電池は速やかに交換する必要があるが、上記のように使用条件や電池の種類、型式、性能のばらつきなどによって、使用不可能になる時期が一定ではなく、一律に一定の期間で交換すると、交換前に使用不可能になったり、まだ十分に使用が可能であるのに交換してしまうなどという不経済な事態を引き起こしてしまう。
そこで、的確な交換時期を検出するために、従来、１次電池の設置時期を計時し、その時刻からの経過時間を演算し、その演算結果を用いて１次電池の劣化度合いを推定する方法が行われていた。

しかしながら、電池はそれぞれ固有の内部抵抗や放電特性を有し、各電池の特性は電池毎に異なるものであるのに対して、従来の方法では経過時間という電池の使用状況では変化しない絶対値を使用しているため、各電池でのばらつきを考慮した劣化度を求めることが出来なかった。
また、別の電池寿命診断装置として、電池を擬似負荷に接続してその際の端子電圧、電池の温度を計測し、残存容量と放電開始後の電圧変化率との間の相関を利用して劣化度を求める方法も提案されている。（例えば特許文献１参照）

しかし、この方法は短時間とはいえ、疑似負荷に対し電池から放電する必要があり、また一定時間での電圧の変化、温度変化も計測するため、劣化度を求めるために電池に蓄えられている電荷を消費することが必要である。そのため、繰り返し充電可能な２次電池の寿命判定には有効であるが、１次電池でこの方法を実施すると劣化度を求める毎に電池容量を減少させることになり、高い頻度で劣化度を求めることはできないという問題があった。

特開平８−１３６６２９号公報

この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、１次電池の寿命診断において不必要な電力消費を抑え、電池の置かれている周辺環境の状態を把握することにより正確な放電量を推定することができる電池寿命診断装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、負荷に対して常時使用される電源のバックアップ用として使用される１次電池の寿命診断装置において、上記電源から上記１次電池への切替を行うと共に、上記１次電池が装填されたことを示す接続信号と上記1次電池によるバックアップ開始を示す切替信号を発生する電源切替装置と、上記接続信号の受信により１次電池が装填されてからの自己放電時間および上記切替信号の受信によりバックアップ開始後の負荷への放電時間をそれぞれ測定する時間測定手段と、上記１次電池のバックアップ開始後の端子電圧を測定する電圧測定手段と、前記１次電池の周辺温度を測定する温度測定手段と、上記電源切替装置、時間測定手段、電圧測定手段および温度測定手段からの信号を受け、上記1次電池が装填されてからの自己放電時間から１次電池の自己放電量を推定し、さらに上記バックアップ開始後の負荷への放電時間から負荷への放電開始時の１次電池の放電量を推定する残容量推定装置と、上記１次電池の自己放電量の推定値が所定値より大きくなった場合、上記１次電池によるバックアップ中においては上記１次電池の自己放電量の推定値と負荷への放電開始後の放電量の推定値を合計したものが所定値より大きくなった場合、あるいは１次電池の端子電圧が所定値より小さくなった場合に警報を発する警報処理装置とを備えたものである。

本発明は、疑似負荷への放電を行うことなく自己放電時間の放電量の推定をより正確に行うことができる電池の寿命診断装置が得られる。本発明は、更に実負荷への放電直後に発生する急激な電圧変化による誤判定を行なわないようにして、寿命診断の精度をより向上させたものである。

実施の形態１.
図1は、本発明の実施の形態１に係る１次電池の寿命診断装置の回路構成図を示している。
本実施の形態１では、1次電池を機器に取り付けた後の1次電池が未使用である時間から、1次電池の自己放電量を推定し、1次電池が未使用である時間の自己放電量の推定値が所定値より大きくなった場合は、警報を発し、さらに1次電池を使用している場合、負荷への放電時間、負荷への放電開始時の1次電池周辺温度、負荷への放電開始時の1次電池端子電圧から負荷への放電時の1次電池の放電量を推定し、前記1次電池の自己放電量の推定値と負荷への放電開始後の放電量の推定値を合計したものが所定値より大きくなった時点、あるいは、1次電池の端子電圧が所定値より小さくなった時点で、警報を発するようにしたものである。

以下、車両搭載用1次電池の寿命診断装置を例に具体的な構成を図1に従って説明する。
測定対象となる1次電池（以下予備バッテリ２）の正極端子と、非緊急時動作に使用する充電回路１１に接続された充放電可能な車載鉛蓄電池（以下バッテリ１）の正極端子とを、上記バッテリ１の端子電圧が所定値より小さくなったことを検出し負荷への供給元電源をバッテリ１から予備バッテリ２に切り替える電源切替装置４へ接続する。
例えば機器の使用開始時、機器の使用中にバッテリ１の端子電圧が下記の条件を満たす場合、機器への供給元電源を予備バッテリ２に切り替える。

ただし、Ｖ_BATはバッテリ１の端子電圧、６．５Ｖは機器が５Ｖ（以下）の電圧で駆動している場合の所定値例を示し、機器の駆動電圧５Ｖより若干大きい値をスレッショールド値としたものである。
さらに、電源切替装置４は、バッテリ１から予備バッテリ２へ供給元電源を切り替えたことを残容量推定装置８が検出するために供給元電源切替信号S1を残容量推定装置８へ送信する。
さらに、電源切替装置４は予備バッテリ２が機器に初めて接続されたことを検出するために予備バッテリ接続信号Ｓ２を残容量推定装置８へ送信する。

残容量推定装置８には、時刻検出に使用するタイマ５が接続されており、残容量推定装置８は、前記の予備バッテリ２が初めて機器に接続された時刻、供給元電源が切り替えられた時刻を検出可能である。
また、残容量推定装置８には、予備バッテリ２の端子電圧を検出する電圧測定装置６が接続されており、供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２へ切り替えられた時点、供給元電源が切り替えられた後の予備バッテリ２の端子電圧が検出可能である。
さらに、予備バッテリの周辺温度を検出するために、予備バッテリ２周辺に温度センサー３が設置されており、温度―電圧変換装置７を通して電圧値に変換した後、残容量推定装置８に入力されている。
よって、残容量推定装置８は供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた時点での予備バッテリ２の周辺温度を測定することが可能となっている。

また、前記の予備バッテリ２が初めて機器に接続された時刻、供給元電源がバッテリ1から予備バッテリ２に切り替えられた時刻を保存し、非緊急時の予備バッテリ２の単位時間当たりの自己放電率、予備バッテリ２から負荷への放電時の電流特性を保存してあるメモリ１０も残容量推定装置８に接続されている。
図２は、予備バッテリ２を機器に初めて接続してから、自己放電期間を経て負荷への放電までの予備バッテリ２の端子電圧の変化例を示す特性図である。残容量推定装置８においては、先ず、自己放電時間を使用した残容量推定処理ユニット１６により、メモリ１０に保存されている予備バッテリ２が初めて機器に接続された時刻ｔ０と、前記ｔ０から供給元電源が切り替えられる時刻ｔ１までの間の現時刻のｔｎ、予め定められた単位時間当たりの自己放電率Ｋ（Ａｈ／ｈｏｕｒ）から、下記の式に基づいて予備バッテリ２の残容量をアンペアアワー（Ａｈ）あるいは％値で推定する。

ただし、
Ｐ_{pre_remain}：予備バッテリ２から負荷への放電開始時点での残容量（％、Ａｈ）
Ａ：予備バッテリ２の全容量（Ａｈ）
Ｋ：自己放電時、単位時間当たりの放電率（Ａｈ／ｈｏｕｒ、％／ｈｏｕｒ）
自己放電期間中は一定であり、温度などにより変化しない。
なお、上記式（２）において、Ａ・（t_n-t₀）・Ｋ／100は自己放電量に相当する。

さらに供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた後、所定の時間間隔毎に残容量推定装置８において、前記自己放電時間を使用した残容量推定処理ユニット１６による推定結果Ｐpre_remain、負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた時刻ｔ１以降の現時刻ｔｎ、1回前の残容量推定処理を行った時刻ｔｎ−１、供給元電源切替時ｔ１の予備バッテリ２の周辺温度Ｔ１、同じく供給元電源切替時ｔ１の予備バッテリ端子電圧Ｖ１から、負荷への放電時間と負荷への放電開始時温度、予備バッテリ端子電圧を使用した残容量推定処理ユニット１７を用いて下記の式で、予備バッテリの残容量を推定する。

Ｐ_{after_remain}：予備バッテリ２から負荷への放電開始後の残容量（％、Ａｈ）
Ａ：予備バッテリ２の全容量（Ａｈ）
Ｋ_dis：負荷への放電時、単位時間当たりの放電率（Ａｈ／ｈｏｕｒ、％／ｈｏｕｒ）
放電開始時の予備バッテリ端子電圧Ｖ１、同時刻の周辺温度Ｔ１、時刻ｔｎ-１の
関数である。

前記の自己放電時の予備バッテリの残容量、予備バッテリ２から負荷への放電開始後の残容量を用いた予備バッテリの残容量が、予め定められた所定値より小さいと判断された場合に、運転者に警報を発するため、警告装置９が残容量推定装置８に接続されている。
例えば、残容量推定装置８において、下記の式（６）もしくは式（７）のいずれかが成立した場合は、警告装置９を用いて、運転者に警報を発する。

ただし、５００Ａｈは予備バッテリの全電流容量が１０００Ａｈの場合で、残容量が５０％以下で警報を発する場合の所定値例であり、また、３．０Ｖは機器が緊急時に予備バッテリ２を使用して駆動する場合、緊急時に使用する電源回路の最低駆動電圧が３．０Ｖの場合の所定値例である。

上記、残容量推定装置８における自己放電時間を使用した残容量推定処理ユニット１６、予備バッテリ端子電圧を使用した残容量推定処理ユニット１７、警報処理ユニット１８を用いた、１次電池の残容量推定装置８内で行われる処理をフローチャートに示したのが図５である。
図５において、ステップＳＴ１からステップＳＴ６が、前記自己放電時間を使用した残容量推定処理ユニット１６による操作に相当し、ステップＳＴ７からステップＳＴ１１までが、前記負荷への放電時間と負荷への放電開始時温度、予備バッテリ端子電圧を使用した残容量推定処理ユニット１７による操作に相当し、ステップＳＴ１２、ＳＴ１３、ＳＴ１５が警報処理ユニット１８に相当する。なお、警報処理ユニット１８は積算放電量による警告処理ユニット１９と予備バッテリ端子電圧による警告処理ユニット２０とからなっている。

ステップＳＴ１で予備バッテリ２が初めて機器に取り付けられた時刻をタイマ５を用いて計時し、メモリ１０に保存する。 次に自己放電期間中に一定時間毎に自己放電量を積算するために、ステップＳＴ２及びＳＴ３で予め定められた所定の自己放電率Ｋ（％／ｈｏｕｒ）と現時刻ｔｎを用いて、式（２）もしくは式（３）により、予備バッテリ２が初めて機器に取り付けられた時刻から現時刻までの自己放電量の総和を推定する。
ステップＳＴ４において、自己放電量の総和が予め定められた所定値より大きくなり、予備バッテリ２の残容量が不足しているかどうかを式（６）で判断し、推定された自己放電量が所定値より大きくなった場合は、緊急時になる前にステップＳＴ１５に移行し、警報を運転者に向けて発する。

上記ステップＳＴ４における自己放電量の判断で、予備バッテリ２が所定値より劣化していない場合は、負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられるまで、所定時間間隔で、上記ステップＳＴ２からステップＳＴ４を繰り返す。
ステップＳＴ５では、ステップＳＴ２からステップＳＴ４までの自己放電量が所定値より大きくなることなく、負荷への供給元電源がバッテリ1から予備バッテリ２に切り替えらているかどうかを判断し、予備バッテリ２によって負荷へ電源が供給されている場合は、ステップＳＴ７以降へ移行する。
なお、負荷への供給元電源がバッテリ１のままである場合は、前記ステップＳＴ２からステップＳＴ４を所定時間間隔毎に繰り返すよう、処理を続ける。

ステップＳＴ７では、ステップＳＴ５で負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられている場合に、負荷への供給元電源が切り替えられた時刻を計時し、メモリ１０に保存する。
ステップＳＴ８では、上記ステップＳＴ７で負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた時刻での、予備バッテリ２の周辺温度Ｔ１を温度センサー３と温度―電圧変換装置７を用いて、計測する。また、ステップＳＴ９では、上記ステップＳＴ７で負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた時刻での、予備バッテリ２の端子電圧Ｖ１を電圧測定装置６を用いて測定する。

ステップＳＴ１０では、上記ステップＳＴ８で計測された予備バッテリ２の周辺温度Ｔ１、上記ステップＳＴ９で計測された予備バッテリ２の端子電圧Ｖ１を用い、メモリ１０に保存されている負荷への放電時の電流特性を決定する。図３は、予備バッテリから負荷への放電を行った際の電流特性を示した特性図であり、上記メモリ１０に保存されている。図中、1次電池周辺温度Ｔにより電流特性が変化する様を示しており、通常、低温度になるほど大電流化される。また予備バッテリ２の負荷への放電開始時t1の電流値Ｉも、予備バッテリ端子電圧Ｖ１に応じて上下に変動する。上記電流値Ｉは負荷の必要電力をPneedとすると、
Ｉ＝ Pneed/Ｖ１の関係を有している。

ステップＳＴ１１では、上記ステップＳＴ１０で決定された予備バッテリ２の周辺温度Ｔ１、予備バッテリ２の端子電圧Ｖ１に応じた負荷への放電時の電流特性を用い、予備バッテリ２から負荷へ供給されている電流量を式（４）もしくは式（５）を使用して積算する。
ステップＳＴ１３では、負荷への供給元電源が予備バッテリ２である期間で、予備バッテリ２の端子電圧が所定値より小さいかどうかを判断する。これは警報処理ユニット１８内の予備バッテリ端子電圧による警告処理ユニット２０により行われ、予備バッテリ２の端子電圧が所定値より小さい場合は、ステップＳＴ１５に移行し、運転者に警報を発する。

ステップＳＴ１２では、上記ステップＳＴ１１で積算された予備バッテリ２から負荷への供給電流量の総和が、予め定められている所定値より大きくなっていないかどうかを式（６）もしくは式（７）を用いて判断する。前記推定された予備バッテリ２から負荷への供給電流量の総和である積算放電量が所定値より小さい場合は、ステップＳＴ１４で所定時間間隔をあけて、ステップＳＴ１１からステップＳＴ１２の判断を式（６）を用いて繰り返す。 これらの操作は警報処理ユニット１８内の積算放電量による警告処理ユニット１９により行われ、前記推定された予備バッテリ２から負荷への供給電流量の総和である積算放電量が所定値より大きくなっている場合は、ステップＳＴ１５に移行し、運転者に警報を発する。
ステップＳＴ１５は、前記予備バッテリ２の端子電圧が所定値以下である場合には式（７）を用いて、もしくは前記予備バッテリ２から負荷への供給電流量の総和である積算放電量が所定値より大きい場合には式（６）を用いて、警報装置９により運転者に視覚、聴覚などを通じで警報を発する。

図４は、自己放電期間中及び予備バッテリ２から負荷に放電を行っている期間中の両方を通して、予備バッテリ２からの放電量の積算方法を図示した特性図である。図中、予備バッテリの自己放電期間taにおいては、一定の放電率に自己放電時間を乗じて、自己放電期間中の放電量を推定する。一方、予備バッテリの負荷への放電時間tbにおいては、負荷への放電時の電流特性から求められた放電単位時間当たりの放電量に測定単位時間を乗じたものを積算することによって、負荷への放電期間中の放電量の総和を推定する。

実施の形態２.
図６は、本発明の実施の形態２に係る１次電池の寿命診断装置の回路構成図を示している。
本実施の形態２では、1次電池を機器に取り付けた後の1次電池が未使用である時間、及びその未使用である時間内での1次電池の周辺温度から、1次電池の自己放電量を推定し、1次電池が未使用である時間内の自己放電量の推定値が所定値より大きくなった場合は、警報を発し、さらに1次電池を使用している場合、負荷への放電開始後一定時間間隔での、負荷への放電量、1次電池周辺温度、1次電池の端子電圧から、1次電池の負荷への放電量を推定し、前記1次電池の自己放電量の推定値と負荷への放電開始後の放電量の推定値を合計したものが所定値より大きくなった時点、あるいは、1次電池の端子電圧が所定値より小さくなった時点で、警報を発するようにしたものである。

具体的な構成は図６に示すように、測定対象となる1次電池（以下予備バッテリ２）の正極端子と、非緊急時動作に使用する充電回路１１に接続された充電可能な車載鉛蓄電池（以下バッテリ１）の正極端子を、バッテリの端子電圧が所定値より小さくなったことを検出し、負荷への供給元電源をバッテリ１から予備バッテリ２に切り替える電源切替装置４へ接続する。例えば、機器の使用開始後、機器の使用中にバッテリ１の端子電圧が前記式（１）を満たす場合、機器の供給元電源を予備バッテリ２に切り替える。
さらに、電源切替装置４は、バッテリ１から予備バッテリ２へ供給元電源を切り替えたことを残容量推定装置８が検出するために供給元電源切替信号S1を残容量推定装置８へ送信する。

さらに、電源切替装置４は予備バッテリ２が機器に初めて接続されたことを検出するために予備バッテリ接続信号S2を残容量推定装置８へ送信する。
残容量推定装置８には、時刻検出に使用するタイマ５が接続されており、残容量推定装置８は、前記予備バッテリ２が初めて機器に接続された時刻、供給元電源が切り替えられた時刻を検出可能である。
また、残容量推定装置８には、予備バッテリ２の端子電圧を検出する電圧測定装置６が接続されており、供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２へ切り替えられた時点、供給元電源が切り替えられた後の予備バッテリの端子電圧が検出可能である。

さらに、予備バッテリ２の周辺温度を検出するために、予備バッテリ２周辺に温度センサー３が設置されており、温度―電圧変換装置７を通して、残容量推定装置８に接続されている。
よって、残容量推定装置８は、負荷への供給元電源をバッテリ１から予備バッテリ２へ切り替える前、供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた時点、供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２へ切り替えられた後の、予備バッテリ２の周辺温度を測定することが可能となっている。
また、前記の予備バッテリ２が初めて機器に接続された時刻、供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた時刻を保存し、非緊急時の予備バッテリ２周辺温度に応じた予備バッテリ２の自己放電率、予備バッテリ２周辺温度、端子電圧、負荷への放電開始後経過時間に応じた予備バッテリ２から負荷への放電時の電流特性が保存されてあるメモリ１０も残容量推定装置８に接続されている。

また、残容量推定装置８において、メモリ１０に保存されている予備バッテリ２が初めて機器に接続された時刻ｔ０と、前記ｔ０から供給元電源が切り替えられた時刻ｔ１までの間で、予備バッテリ２の自己放電量を積算する所定の時間間隔ごとに予備バッテリ２の周辺温度を測定し、その予備バッテリ２の周辺温度に応じた単位時間当たりの自己放電量Ｋ（Ａｈ／ｈｏｕｒ）から、自己放電時間と周辺温度を使用した残容量推定装置２１を用い、下記の式で、予備バッテリ２の残容量を推定する。

ただし、
Ｐ_{pre_remain}：予備バッテリ２から負荷への放電開始時点での残容量（％、Ａｈ）
Ａ：予備バッテリ２の全容量（Ａｈ）
Ｋｎ：自己放電時、単位時間当たりの放電率（Ａｈ／ｈｏｕｒ、％／ｈｏｕｒ）
自己放電期間中で、測定時刻ごとに周辺温度に応じて放電率は変化する。
なお、上記式（８）において、Σ｛（t_n-t_n-1）K_n(T_n)/100｝は自己放電量の総和に相当する。

さらに供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた後、所定の時間間隔ごとに残容量推定装置８において、前記自己放電時間と周辺温度を使用した残容量推定処理２１による推定結果Ｐpre_remain、負荷への供給元電源がバッテリ1から予備バッテリ２に切り替えられた時刻ｔ１以降の現時刻ｔｎ、1回前の残容量推定処理を行った時刻ｔｎ−１、供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた後の現時刻ｔｎの予備バッテリ２の周辺温度Ｔｎ、予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎから、負荷への放電時間と負荷への放電時周辺温度、端子電圧を使用した残容量推定処理２２を用い、下記の式で、予備バッテリの残容量を推定する。

Ｐ_{after_remain}：予備バッテリ２から負荷への放電開始後の残容量（％、Ａｈ）
Ａ：予備バッテリ２の全容量（Ａｈ）
Ｋ_dis：負荷への放電時、単位時間当たりの放電率（Ａｈ／ｈｏｕｒ、％／ｈｏｕｒ）
放電開始後現時刻の予備バッテリ端子電圧Ｖｎ、同時刻の周辺温度Ｔｎ、
時刻ｔｎ-１の関数である。

前記の推定された自己放電時の予備バッテリ２の残容量、予備バッテリ２から負荷への放電開始後の残容量を用いた予備バッテリ２の残容量が予め定められた所定値より小さいと判断された場合に、運転者に警報を発するため、警報装置９が残容量推定装置８に接続されている。
例えば、残容量推定装置８において、上記式（６）もしくは式（７）が成立した場合、運転者に警報を発する。
上記、残容量推定装置８における自己放電時間と周辺温度を使用した残容量推定処理２１、負荷への放電時間と負荷への放電時周辺温度、端子電圧を使用した残容量推定処理２２を用いた、１次電池の残容量推定装置８内で行われる処理をフローチャートに示したのが図８である。

図８において、ステップＳＴ１６からステップＳＴ２０までが、前記自己放電時間と周辺温度を使用した残容量推定処理ユニット２１に相当し、ステップＳＴ２４からステップＳＴ２８までが、前記負荷への放電時間と負荷への放電時周辺温度、端子電圧を使用した残容量推定処理ユニット２２に相当し、ステップＳＴ２１、２９、３０が警報処理ユニット１８に相当する。
ステップ１６で予備バッテリ２が初めて機器に取り付けられた時刻をタイマ５を用いて計時し、メモリ１０に保存する。
次に、自己放電期間中に所定の時間間隔ごとに自己放電量を積算するため、ステップＳＴ１６から２０で、自己放電期間中の所定時間間隔ごとに測定された予備バッテリ２の周辺温度Ｔｎ、測定された予備バッテリ２の周辺温度Ｔｎに応じた単位時間あたりの自己放電率Ｋｎと自己放電量積算間隔を用いて、式（８）もしくは式（９）で予備バッテリ２が初めて機器に取り付けられた時刻から現時刻までの自己放電量の総和を推定する。

ステップＳＴ２１において、自己放電量の総和が予め定められた所定値より大きくなり予備バッテリ２の残容量が不足しているかどうかを式（６）で判断し、推定された自己放電量が所定値より大きくなった場合は、緊急時になる前にステップＳＴ３２に移行し、警報を運転者に向けて発する。
上記ステップＳＴ２１における自己放電量の判断で、予備バッテリ２が所定値より劣化していない場合は、負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられるまで、所定時間間隔で、上記ステップＳＴ１７からＳＴ２３を繰り返す。

ステップＳＴ２２では、ステップＳＴ１７からステップＳＴ２１までの自己放電量の総和が所定値より大きくなることなく、負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられているかどうかを判断し、予備バッテリ２によって負荷へ電源が供給されている場合は、ステップＳＴ２４以降へ移行する。
なお、負荷への供給元電源がバッテリ１のままである場合は、前記ステップＳＴ１７からステップＳＴ２１を所定時間間隔ごとに繰り返すよう処理を続ける。
ステップＳＴ２４では、ステップＳＴ２２で負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられている場合に、負荷への供給元電源が切り替えられた時刻を計時し、メモリ１０に保存する。

ステップＳＴ２５では、上記ステップＳＴ２２で負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた時刻以降の、予備バッテリ２の周辺温度Ｔｎを温度センサー３と温度―電圧変換装置７を用いて計測する。 ステップＳＴ２６では、上記ステップＳＴ２２で負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた時刻以降の、予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎを電圧測定装置６を用いて測定する。
ステップＳＴ２７では、負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた時点から現時刻までの経過時間（ｔｎ-ｔ１）、上記ステップ２５で計測された負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２へ切り替えられた後で時刻ｔｎの場合の周辺温度Ｔｎ、上記ステップＳＴ２６で計測された負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２へ切り替えられた後で時刻ｔｎの場合の予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎを用い、メモリ１０に保存されている負荷への放電時の電流特性を決定する。

ステップＳＴ２８では、前記ステップＳＴ２７で負荷への放電時間（ｔｎ-ｔ１）、予備バッテリ２の周辺温度Ｔｎ、予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎから決定された負荷への放電特性を用い、予備バッテリ２から負荷に供給されている電流量を式（１０）もしくは式（１１）を使用して積算する。 ステップＳＴ２９では、上記ステップＳＴ２８で積算された予備バッテリ２から負荷への供給電流の総和が、予め定められている所定値より大きくなっていないかどうかを、式（６）を用いて判断する。
前記推定された予備バッテリ２から負荷への供給電流量の総和である積算放電量が所定値より小さい場合は、ステップＳＴ３１で所定時間間隔をあけて、ステップＳＴ２５からステップＳＴ２９の判断を式（６）を用いて繰り返す。 前記推定された予備バッテリ２から負荷への供給電流量の総和である積算放電量が所定値より大きくなっている場合は、ステップＳＴ３２に移行し、運転者に警報を発する。

ステップＳＴ３０では、負荷への供給元電源が予備バッテリ２である期間で、予備バッテリ２の端子電圧が所定値より小さいかどうかを式（７）を使用し判断する。
予備バッテリ２の端子電圧が所定値より大きい場合は、ステップＳＴ３１で所定時間間隔をあけて、ステップＳＴ２５からステップＳＴ２８、３０の判断を繰り返す。
予備バッテリ２の端子電圧が所定値より小さい場合は、ステップＳＴ３２に移行し、運転者に警報を発する。 ステップＳＴ３２は、前記予備バッテリ２の端子電圧が所定値以下である場合には式（７）により、もしくは前記予備バッテリ２から負荷への供給電流量の総和である積算放電量が所定値より大きい場合には式（６）により、警報装置９を用いて運転者に視覚、聴覚などを通じて警報を発する。

図７は、自己放電期間中及び予備バッテリ２から負荷に放電を行っている期間中の両方を通して、予備バッテリ２からの放電量の積算方法を図示した特性図である。図中、予備バッテリの自己放電期間taにおいては、温度に応じた放電率に処理時間間隔を乗じたものを積算し、自己放電期間中の放電量を推定する。
一方、予備バッテリの負荷への放電時間tbにおいては、負荷への放電時の電流特性から求められた放電単位時間当たりの放電量に測定単位時間を乗じたものを積算することによって、負荷への放電期間中の放電量の総和を推定する。

実施の形態３.
図９は、本発明の実施の形態３に係る１次電池の寿命診断装置の回路構成図を示している。
また、図１０は予備バッテリ２から負荷への放電開始前後の予備バッテリ２の端子電圧特性を示したものである。
本施の形態３では、予備バッテリ２の端子電圧を監視し、予め定められた所定値より測定された予備バッテリ２の端子電圧が低くなった場合、運転者に向けて警報を発するものであるが、図１０に示すように予備バッテリ２から負荷への放電が開始された時点t1の直後は、予備バッテリ２の端子電圧が急激に低下する時間帯があるため、予備バッテリ２の端子電圧による判断に誤検出が発生する可能性がある。
従って本実施の形態３では、予備バッテリ２から負荷への放電開始後、所定時間tsは予備バッテリ２の端子電圧による劣化判断を停止させるようにしたものである。

図９の具体的な構成は、残容量推定装置８以外は先の実施の形態１及び２とほぼ同じであるので重複を避けるため説明は省略し、相違部分について説明する。すなわち、残容量推定装置８に接続されているメモリ１０には、前記の予備バッテリ２が初めて機器に接続された時刻、供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた時刻を保存し、非緊急時の予備バッテリ２周辺温度に応じた予備バッテリ２の自己放電率Ｋ、予備バッテリ２周辺温度、端子電圧、負荷への放電開始後経過時間に応じた予備バッテリ２から負荷への電流特性、予備バッテリ２から負荷への放電開始後、予備バッテリ２の端子電圧による劣化判断を停止する時間長が保存されている。

また、残容量推定装置８において、メモリ１０に保存されている予備バッテリ２が初めて機器に接続された時刻ｔ０と、前記ｔ０から供給元電源が切り替えられた時刻ｔ１までの間で、予備バッテリ２の自己放電量を積算する所定の時間間隔ごとに予備バッテリ２の周辺温度を測定し、その予備バッテリ２の周辺温度に応じた単位時間当たりの自己放電率Ｋ（Ａｈ／ｈｏｕｒ）から、自己放電時間と周辺温度を使用した残容量推定処理ユニット２１を用い、式（８）もしくは式（９）で、予備バッテリ２が初めて機器に取り付けられた時刻から現時刻までの自己放電量の総和を推定する。

さらに、供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた後、所定の時間間隔ごとに残容量推定装置８において、前記自己放電時間と周辺温度を使用した残容量推定処理ユニット２１によるＰpre_remain、負荷への供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた時刻ｔ１以降の現時刻ｔｎ、１回前の残容量推定処理を行った時刻ｔｎ-１、供給元電源がバッテリ１から予備バッテリ２に切り替えられた後の現時刻ｔｎの予備バッテリ２の周辺温度Ｔｎ、予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎから、負荷への放電時間と負荷への放電時周辺温度、端子電圧を使用した残容量推定処理ユニット２２を用い、式（１０）もしくは式（１１）で、予備バッテリ２の残容量を推定する。

前記の推定された自己放電時の予備バッテリ２の残容量、予備バッテリ２から負荷への放電開始後の残容量を用いて推定された予備バッテリ２の残容量が予め定められた所定値より小さいと判断された場合に、運転者に警報を発するための警報処理ユニット１８の動作は上述の実施の形態装置と同じである。
上記、残容量推定装置８における自己放電時間と周辺温度を使用した残容量推定処理ユニット２１、負荷への放電時間と負荷への放電時周辺温度、端子電圧を使用した残容量推定処理ユニット２２、警報処理ユニット１８を用いた、１次電池の残容量推定装置８内で行われる処理をフローチャートに示したのが図１１である。

図１１において、ステップＳＴ１６からステップＳＴ２０までが、前記自己放電時間と周辺温度を使用した残容量推定処理ユニット２１に相当し、ステップＳＴ２４からステップＳＴ２８までが、前記負荷への放電時間と負荷への放電時周辺温度、端子電圧を使用した残容量推定処理ユニット２２に相当し、ステップＳＴ２１、２９、３０が警報処理１８に相当し、ステップＳＴ３３が予備バッテリ２から負荷への放電が開始された後、所定時間、予備バッテリ２の端子電圧を用いた警報処理を中止する処理に相当する。ステップＳＴ１６からステップＳＴ３２までは上述した実施の形態２と同じであるので、各ステップの動作は重複を避けるために説明を省略する。

ステップＳＴ３３は、実施の形態２のフローチャート(図８)と異なる部分であり、上記ステップＳＴ２４で計時された予備バッテリ２から負荷への放電を開始した時刻ｔ１と、現時刻ｔｎから、予備バッテリ２から負荷への放電開始後の経過時間（ｔｎ-ｔ１）を計測し、その経過時間が予め定められた所定値より大きいかどうかを判断するステップである。
図１０（図２に相当）に示したように、予備バッテリ２による負荷への放電開始t1直後は電圧の急峻な低下が観測される。ステップＳＴ３０で端子電圧が規定電圧値Ｖ１以下になれば、ステップＳＴ３２へ移行して警報を発することになり、端子電圧による予備バッテリの劣化判定に誤検出が生じてしまう。従って、この実施の形態３では、上記放電開始t1直後の電圧の急峻な低下が観測される期間tsの間は端子電圧による劣化判定を禁止するようにしている。

すなわち、ステップＳＴ３３では、予備バッテリ２から負荷への放電開始後の経過時間が、所定値tsより小さい場合は、予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎによる劣化判断を行うステップＳＴ３０に移行せず、ステップＳＴ３１で所定時間間隔をあけて、ステップＳＴ２５からステップＳＴ２８の予備バッテリ２の放電量の積算処理を繰り返す。なお、この操作は図９の警報処理ユニット１８内の時間制限付予備バッテリ端子電圧による警報処理ユニット２３により行われる。
予備バッテリ２から負荷への放電開始後の経過時間が、所定値tsより大きい場合は、予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎによる劣化判断を行うステップＳＴ３０に移行する。

ステップＳＴ３０では、負荷への供給元電源が予備バッテリ２である期間で、予備バッテリ２の端子電圧が所定値より小さいかどうかを、式（７）を使用して判断する。
予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎが所定値より大きい場合は、ステップＳＴ３１で所定時間間隔をあけて、ステップＳＴ２５からステップＳＴ２８を繰り返す。
予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎが所定値より小さい場合は、ステップＳＴ３２に移行し、運転者に警報を発する。 ステップＳＴ３２では、前記予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎが所定値以下である場合には式（７）により、もしくは前記予備バッテリ２から負荷への供給電流量の総和である積算放電量が所定値より大きい場合には式（６）によって判断し、警報装置９を用いて運転者に視覚、聴覚などを通じて警報を発する。
従って、実施の形態３によれば、より正確な警報を運転者に発することが可能となる。

実施の形態４
図１２は、本発明の実施の形態４に係る１次電池の寿命診断装置の回路構成図を示している。また、図１３は１次電池の残容量推定装置８内で行われる処理をフローチャートに示したものである。
本実施の形態４は、前記の実施の形態３の更なる変形例であり、予備バッテリ２から負荷への放電開始後、予備バッテリ２の端子電圧の電圧変化率を算出し、その電圧変化率の絶対値が予め定められた所定値より大きい場合は、予備バッテリ２の端子電圧による劣化判断を停止させるようにしたものである。
そして図１２に示す具体的な構成において、実施の形態３と異なる点は、警報処理ユニット１８内の時間制限付き予備バッテリ端子電圧による警報処理ユニット２３に代えて電圧変化率による制限付き予備バッテリ端子電圧による警報処理ユニット２４を設けたものである。

そして、前記残容量推定装置８に接続されているメモリ１０に、予備バッテリ２から負荷への放電開始後に予備バッテリ２の端子電圧による劣化判断を停止する際の条件である予備バッテリ２の端子電圧の変化率絶対値が保存されている。
上記、残容量推定装置８における自己放電時間と周辺温度を使用した残容量推定処理ユニット２１、負荷への放電時間と負荷への放電時周辺温度、端子電圧を使用した残容量推定処理ユニット２２、及び警報処理ユニット１８を用いた、１次電池の残容量推定装置８内で行われる処理をフローチャートに示したのが図１３である。

図１３において、ステップ１６からステップ３２までは、図１１で示した実施の形態３と同じであり、説明は省略する。ステップＳＴ３４では、上記ステップＳＴ２６で測定された予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎ、予備バッテリ２から負荷へ電流を供給している場合の予備バッテリ２の端子電圧測定時間間隔を用い、予備バッテリ２の電圧変化率ｄＶｎを測定する。 前記予備バッテリ２の電圧変化率ｄＶｎが予め定められている所定値より大きくなっている場合は、予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎによる劣化判断を行うステップＳＴ３０に移行せず、ステップＳＴ３１で所定時間間隔をあけて、ステップＳＴ２５からステップＳＴ２８の予備バッテリ２の放電量の積算処理を繰り返す。予備バッテリ２の電圧変化率ｄＶｎが予め定められている所定値より小さい場合は、予備バッテリ２の端子電圧Ｖｎによる劣化判断を行うステップＳＴ３０に移行する。
本実施の形態４によれば、端子電圧の変化率を直接測定しているので、時間間隔で制御する実施の形態３に比べ、より正確な監視が可能となる。

本発明の実施の形態１に係る１次電池の寿命診断装置の回路構成図である。 予備バッテリ２を機器に初めて接続してから、自己放電期間を経て負荷への放電までの予備バッテリ２の端子電圧の変化例を示す特性図である。 予備バッテリから負荷への放電を行った際の電流特性を示した特性図である。 本発明の実施の形態１において、自己放電期間中、及び予備バッテリから負荷に放電を行っている期間中の両方を通して、予備バッテリからの放電量の積算方法を図示した特性図である。 実施の形態１の残容量推定処理装置を含んだ電池寿命診断装置の機能を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る１次電池の寿命診断装置の回路構成図である。 本発明の実施の形態２において、自己放電期間中、及び予備バッテリから負荷に放電を行っている期間中の両方を通して、予備バッテリ２からの放電量の積算方法を図示した特性図である。 実施の形態２の残容量推定処理装置を含んだ電池寿命診断装置の機能を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る１次電池の寿命診断装置の回路構成図を示している。自己放電時間と自己放電時の温度、負荷への放電時間と負荷への放電時の温度を使用した残容量推定処理を含み、負荷への放電開始後一定時間寿命診断を行わない電池寿命診断装置の機能を説明するフローチャート 本発明の実施の形態３において、自己放電期間中、及び予備バッテリから負荷に放電を行っている期間中の両方を通して、予備バッテリ２からの放電量の積算方法を図示した特性図である。 実施の形態３の残容量推定処理装置を含んだ電池寿命診断装置の機能を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態４に係る１次電池の寿命診断装置の回路構成図を示している。 実施の形態３の残容量推定処理装置を含んだ電池寿命診断装置の機能を説明するフローチャートである。

符号の説明

１．バッテリ
２．予備バッテリ
３．温度センサ
４．電源切換装置
５．タイマ
６． 電圧測定装置
８．残容量推定装置
９．警告装置
１６．自己放電時間を使用した残容量推定処理ユニット
１７．負荷への放電時間と放電開始時温度を使用した残容量推定処理ユニット
１９. 積算放電量による警告処理ユニット
２０. 予備バッテリ端子電圧による警告処理ユニット
２１．自己放電時間と温度を使用した残容量推定処理ユニット
２２．負荷への放電時間と温度を使用した使用した残容量推定処理ユニット
２３．時間制限付き予備バッテリ端子電圧による警告処理ユニット
２４．電圧変化率制限付き予備バッテリ端子電圧による警告処理ユニット

Claims (10)

1. 負荷に対して常時使用される電源のバックアップ用として使用される１次電池の寿命診断装置において、上記電源から上記１次電池への切替を行うと共に、上記１次電池が装填されたことを示す接続信号と上記1次電池によるバックアップ開始を示す切替信号を発生する電源切替装置と、
   上記接続信号の受信により１次電池が装填されてからの自己放電時間および上記切替信号の受信によりバックアップ開始後の負荷への放電時間をそれぞれ測定する時間測定手段と、上記１次電池のバックアップ開始後の端子電圧を測定する電圧測定手段と、前記１次電池の周辺温度を測定する温度測定手段と、上記電源切替装置、時間測定手段、電圧測定手段および温度測定手段からの信号を受け、上記1次電池が装填されてからの自己放電時間から１次電池の自己放電量を推定し、さらに上記バックアップ開始後の負荷への放電時間から負荷への放電開始時の１次電池の放電量を推定する残容量推定装置と、
   上記１次電池の自己放電量の推定値が所定値より大きくなった場合、上記１次電池によるバックアップ中においては上記１次電池の自己放電量の推定値と負荷への放電開始後の放電量の推定値を合計したものが所定値より大きくなった場合、あるいは１次電池の端子電圧が所定値より小さくなった場合に警報を発する警報処理装置とを備えたことを特徴とする電池寿命診断装置。
2. 上記残容量推定装置は、上記１次電池が装填されてから負荷への放電開始時までの自己放電時間を使用して残容量を推定する第1の推定手段と、上記１次電池のバックアップ開始時の温度と端子電圧、およびバックアップ開始後の負荷への放電時間を使用して残容量を推定する第2の推定手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の電池寿命診断装置。
3. 上記残容量推定装置は、自己放電時の１次電池の残容量を推定する第3の推定手段と、上記１次電池から負荷への放電開始後の残容量を推定する第4の推定手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の１次電池の寿命診断装置。
4. 上記警報処理装置は上記１次電池の積算放電量による警告処理ユニットと１次電池の端子電圧による警告処理ユニットからなることを特徴とする請求項１に記載の電池寿命診断装置。
5. 上記１次電池の端子電圧による警告処理ユニットは、バックアップ開始後の一定時間だけその動作が制限されていることを特徴とする請求項４に記載の電池寿命診断装置。
6. 上記１次電池の端子電圧による警告処理ユニットは、バックアップ開始後の電圧変化率の絶対値が所定値より大きい間だけその動作が制限されていることを特徴とする請求項４に記載の電池寿命診断装置。
7. 負荷に対して常時使用される電源のバックアップ用として使用される１次電池の寿命診断装置において、１次電池を機器に取り付けた後の１次電池が未使用である時間から１次電池の自己放電量を推定する手段と、負荷への放電開始後の１次電池の放電時間、負荷への放電開始時の１次電池周辺温度、負荷への放電開始時の１次電池端子電圧から負荷への放電時の１次電池の放電量を推定する手段と、１次電池が未使用である時間の自己放電量の推定値が所定値より大きくなった時点、前記１次電池の自己放電量の推定値と負荷への放電開始後の放電量の推定値を合計したものが所定値より大きくなった時点、あるいは上記１次電池の端子電圧が所定値より小さくなった時点で警報を発する残容量推定装置とを備えたことを特徴とする電池寿命診断装置。
8. 負荷に対して常時使用される電源のバックアップ用として使用される１次電池の寿命診断装置において、１次電池を機器に取り付けた後の１次電池が未使用である時間及びその未使用である時間内での１次電池の周辺温度から、１次電池の自己放電量を推定する手段と、負荷への放電開始後の１次電池の放電時間、負荷への放電開始時の１次電池周辺温度、負荷への放電開始時の１次電池端子電圧から負荷への放電時の１次電池の放電量を推定する手段と、負荷への放電開始後一定時間間隔での、負荷への放電量、１次電池周辺温度、１次電池の端子電圧から、１次電池の負荷への放電量を推定する手段と、１次電池が未使用である時間内の自己放電量の推定値が所定値より大きくなった時点、前記１次電池の自己放電量の推定値と負荷への放電開始後の放電量の推定値を合計したものが所定値より大きくなった時点、あるいは上記１次電池の端子電圧が所定値より小さくなった時点で警報を発する残容量推定装置とを備えたことを特徴とする電池寿命診断装置。
9. 1次電池から負荷への放電開始後、所定時間は1次電池の端子電圧による劣化判断を停止させるようにしたことを特徴とする請求項７あるいは８に記載の電池寿命診断装置。
10. 1次電池から負荷への放電開始後、1次電池の端子電圧の電圧変化率を算出し、その電圧変化率の絶対値が予め定められた所定値より大きい場合は、予備バッテリ２の端子電圧による劣化判断を停止させるようにしたことを特徴とする請求項７あるいは８に記載の電池寿命診断装置。」を特徴とするものであります。

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