JP4317400B2 - 蓄電池の容量推定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、設備等に電源を供給する電源装置のバックアップに用いられる蓄電池の容量を推定する方法に関する。
電気通信設備や生産設備などの設備等に電源を供給する電源装置には、そのバックアップを目的として蓄電池が備え付けられている。この蓄電池として、密閉型鉛蓄電池などが広く用いられている。
ところで、バックアップ用の蓄電池は放電可能な容量が限られるため、その残容量を正確に推定することが求められている。また、蓄電池が放電可能な容量は、蓄電池の内部抵抗およびその劣化、蓄電池の使用温度、蓄電池の放電電流等により変動するので、これらの影響も考慮することがあわせて求められている。
この要求に対処する技術には様々なものがある。例えば、蓄電池の内部抵抗の測定結果によりその放電可能容量を推定する技術については、蓄電池の温度依存性、内部抵抗の劣化および容量の劣化を実測値に基づいて補正すること（特許文献１参照）、蓄電池の内部抵抗の測定結果を用いることなくその放電可能容量を推定する技術については、放電開始からＴ１時間後の初期放電電圧および初期放電率を検出し、放電開始からＴ１より長いＴ２時間後に放電電圧を検出し、それらの結果から放電残時間を推定すること（特許文献２参照）などが知られている。
しかし、前述の各特許文献に記載された技術には以下のような問題点がある。例えば、特許文献１に記載された技術においては、蓄電池特性の温度補正を放電容量に対してのみ行っているため、放電可能容量を精度よく求めることができないという問題がある。また、特許文献２に記載された技術においては、蓄電池を放電させなければ容量を求めることができないため、電池にとってストレスのかかる放電を人為的に繰り返す必要があり、電池に好ましくない影響を与える可能性があるとともに、実用上放電量には限度があり、放電可能容量を精度よく求めることができないという問題がある。このことは、電源装置のバックアップ用の蓄電池の放電可能容量のために、前述の各特許文献に記載された技術以外の新たな技術が必要であることを示唆している。
そこで、本発明は、蓄電池の放電可能容量を、蓄電池の内部抵抗およびその劣化、蓄電池の使用温度、蓄電池の放電電流等による変動の影響を考慮して、簡便かつほぼ正確に推定する方法を提供することを目的とする。
請求項１の発明は、電源装置のバックアップに用いられる蓄電池の放電可能容量を、該蓄電池の内部抵抗成分の測定結果を用いて求める蓄電池の容量推定方法において、前記蓄電池の標準的な容量経年変化特性および前記蓄電池の標準的な内部抵抗成分経年変化特性をあらかじめ求め、前記内部抵抗成分経年変化特性の変化率を示す抵抗成分変化率予測値を求め、前記蓄電池の内部抵抗成分を所定期間間隔で測定し、前記測定の結果に基づいて抵抗成分変化率実測値を求め、前記抵抗成分変化率実測値を前記抵抗成分変化率予測値と比較してその結果を前記容量経年変化特性に照合させて前記蓄電池の放電可能容量を推定することを特徴とする。
請求項２の発明は、電源装置のバックアップに用いられる蓄電池の放電可能容量を、該蓄電池の内部抵抗成分の測定結果を用いて求める蓄電池の容量推定方法において、前記蓄電池の標準的な容量経年変化特性および前記蓄電池の標準的な内部抵抗成分経年変化特性をあらかじめ求め、前記容量経年変化特性の変化率を示す容量変化率予測値を求め、前記容量経年変化特性と前記容量変化率予測値との関係を近似的に示す抵抗容量変換係数をあらかじめ求め、前記蓄電池の内部抵抗成分を所定期間間隔で測定し、前記測定の結果に基づいて抵抗成分変化率実測値を求め、前記抵抗成分変化率実測値を前記抵抗容量変換係数により容量変化率推定値に変換し、前記容量変化率推定値を前記容量変化率予測値と比較してその結果を前記容量経年変化特性に照合させて前記蓄電池の放電可能容量を推定することを特徴とする。
本発明によれば、電源装置のバックアップに用いられる蓄電池の放電可能容量を、該蓄電池の内部抵抗成分の測定結果を用いて求めるに際し、前記蓄電池の抵抗成分変化率予測値を求め、この値と蓄電池の内部抵抗成分の測定結果により求められる抵抗成分変化率推定値とを比較して蓄電池の放電可能容量を求めるため、蓄電池の容量の初期値および内部抵抗成分の初期値のばらつきの影響を受けることなく、蓄電池の内部抵抗およびその劣化、蓄電池の使用温度、蓄電池の放電電流等による変動の影響を考慮して蓄電池の放電可能容量をほぼ正確に推定することができる。また、前記蓄電池の容量変化率予測値を求め、この値と蓄電池の内部抵抗成分の測定結果により求められる容量変化率推定値とを比較しても同様の効果が得られる。
本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態である蓄電池の容量推定方法が適用される電源バックアップシステムの一例を概略的に示す説明図である。
図１において、１は建物、２は建物１内に設置された負荷設備、３は負荷設備２に電力を供給する電源装置、４は電源装置３のバックアップ用の蓄電池、５は蓄電池４の放電可能容量を推定する容量推定装置である。なお、以下の説明において、蓄電池４は鉛蓄電池であることを想定して説明するが、本発明の実施形態は蓄電池４として鉛蓄電池を用いる場合には限られない。
容量推定装置５は、他の装置等と独立に設けられている例を示しているが、電源装置３内に組み込まれていてもよく、蓄電池４と一体化されていてもよい。また、容量推定装置５は、主に蓄電池４の内部抵抗成分およびその劣化、蓄電池４の使用温度をそれぞれ測定し、蓄電池４の容量推定値を求めるために使用される。なお、本明細書において、内部抵抗成分とは、インピーダンス（直流抵抗成分のみまたはリアクタンス成分のみでも可）のほか、アドミタンス（コンダクタンス成分のみまたはサセプタンス成分のみでも可）を含むものとし、実際の蓄電池４の内部抵抗成分の測定に際しては、インピーダンスを測定してもよく、アドミタンスを測定してもよい。
また、容量推定装置５は、蓄電池４の放電電流（放電率）を測定する機能を有していてもよく、蓄電池４の放電電流（放電率）の予測値をあらかじめ設定できるような機能を有していてもよい。なお、蓄電池４の放電電流（放電率）は、負荷設備２が定電力負荷の場合や定抵抗負荷の場合には、容易に予測することができる。
次に、本発明の実施形態である蓄電池の容量推定方法について説明する。本発明の実施形態である蓄電池の容量推定方法の例として、抵抗成分変化率予測値を用いる方法（実施例１）、容量変化率予測値を用いる方法（実施例２）などが挙げられる。以下それぞれの具体例を示すが、本発明の実施形態はこれらの実施例に限られるものではない。
図２は、本発明の実施例１の蓄電池の容量推定方法の流れを示す流れ図である。図２の流れ図は、ＳＴＥＰ−１〜ＳＴＥＰ−５の各ステップからなっている。以下、それぞれのステップの説明を行う。
ＳＴＥＰ−１：初期設定値読み込み
蓄電池４の容量推定値を求めるために必要な値を初期設定値として容量推定装置５に読み込む。これらの値には、蓄電池４の標準的な容量経年変化特性、蓄電池４の標準的な内部抵抗成分経年変化特性、公称容量（定格放電時）、放電電流（放電率）がある。ここで、蓄電池４の標準的な容量経年変化特性および蓄電池４の標準的な内部抵抗成分経年変化特性については、基準温度（例えば２５℃）における特性を用いることで、蓄電池の内部抵抗およびその劣化について温度変化が与える影響を補正することができる。
蓄電池４の容量推定値を求めるために必要な値を初期設定値として容量推定装置５に読み込む。これらの値には、蓄電池４の標準的な容量経年変化特性、蓄電池４の標準的な内部抵抗成分経年変化特性、公称容量（定格放電時）、放電電流（放電率）がある。ここで、蓄電池４の標準的な容量経年変化特性および蓄電池４の標準的な内部抵抗成分経年変化特性については、基準温度（例えば２５℃）における特性を用いることで、蓄電池の内部抵抗およびその劣化について温度変化が与える影響を補正することができる。
ＳＴＥＰ−２：抵抗成分変化率予測値の決定
ＳＴＥＰ−１で読み込まれた内部抵抗成分経年変化特性の値を用いて、その変化率を示す抵抗成分変化率の予測値を決定する。
ＳＴＥＰ−１で読み込まれた内部抵抗成分経年変化特性の値を用いて、その変化率を示す抵抗成分変化率の予測値を決定する。
ＳＴＥＰ−３：測定および測定値読み込み
蓄電池４の容量推定値を求めるために必要な値を測定し、その測定値を容量推定装置５に読み込む。この測定値には、蓄電池４の内部抵抗成分、蓄電池４の温度または周囲環境温度がある。この測定を所定期間間隔で行い、少なくとも２つの時点における測定データを取得してＳＴＥＰ−４に進む。なお、上記所定期間は、ＳＴＥＰ−４において抵抗成分変化率実測値を正確に求める観点から、数週間〜数ヶ月であることが望ましい。
蓄電池４の容量推定値を求めるために必要な値を測定し、その測定値を容量推定装置５に読み込む。この測定値には、蓄電池４の内部抵抗成分、蓄電池４の温度または周囲環境温度がある。この測定を所定期間間隔で行い、少なくとも２つの時点における測定データを取得してＳＴＥＰ−４に進む。なお、上記所定期間は、ＳＴＥＰ−４において抵抗成分変化率実測値を正確に求める観点から、数週間〜数ヶ月であることが望ましい。
ＳＴＥＰ−４：抵抗成分変化率実測値の決定
ＳＴＥＰ−３で測定された少なくとも２つの時点における測定データに基づいて抵抗成分変化率実測値を決定する。この場合、測定データは基準温度におけるデータに換算する。具体的には、これらの２つのデータを直線で結んでその傾きを抵抗成分変化率実測値とするなどの方法が採用される。
ＳＴＥＰ−３で測定された少なくとも２つの時点における測定データに基づいて抵抗成分変化率実測値を決定する。この場合、測定データは基準温度におけるデータに換算する。具体的には、これらの２つのデータを直線で結んでその傾きを抵抗成分変化率実測値とするなどの方法が採用される。
ＳＴＥＰ−５：放電可能容量の推定
ＳＴＥＰ−４において求められた抵抗成分変化率実測値を、ＳＴＥＰ−２において決定された抵抗成分変化率予測値と比較して蓄電池４の劣化係数（例えば推定使用年数）を求め、この劣化係数をＳＴＥＰ−１で読み込まれた容量経年変化特性に照合させて蓄電池４の放電可能容量を推定する。
ＳＴＥＰ−４において求められた抵抗成分変化率実測値を、ＳＴＥＰ−２において決定された抵抗成分変化率予測値と比較して蓄電池４の劣化係数（例えば推定使用年数）を求め、この劣化係数をＳＴＥＰ−１で読み込まれた容量経年変化特性に照合させて蓄電池４の放電可能容量を推定する。
ここで、実施例１の流れにおける蓄電池４の標準的な容量経年変化特性、蓄電池４の標準的な内部抵抗成分経年変化特性、抵抗成分変化率予測値の一例のグラフを図３に示す。図３において、「容量」は蓄電池４の標準的な内部抵抗成分経年変化特性、「抵抗−１」は蓄電池４の標準的な内部抵抗成分経年変化特性、「抵抗変化率」は抵抗成分変化率予測値をそれぞれ意味する。
また、蓄電池の内部抵抗成分経年変化特性と抵抗成分変化率予測値との関係を図４に示す。図４において、抵抗−１〜抵抗−４は実際の蓄電池の内部抵抗成分（インピーダンス）の時間推移（経年変化）を示す。
図４のように、内部抵抗成分の初期値がばらついていても、抵抗成分変化率予測値としてはほぼ同様の値をとる。したがって、蓄電池４の放電可能容量を求める際に内部抵抗成分変化率を利用することで、内部抵抗成分の値のばらつきを吸収することができる。
また、実施例１の処理の流れにおけるＳＴＥＰ−５の放電可能容量の推定の流れを概略的に図５に示す。図５のように、抵抗成分変化率推定値を抵抗成分変化率予測値と比較して求められた推定使用年数に対応する容量経年変化特性の値を蓄電池４の放電可能容量として推定することで、蓄電池４の放電可能容量を正確に求めることができる。
以上、実施例１の流れの一例を説明したが、この例においては、抵抗成分変化率の予測値と実測値を求めて比較したうえで蓄電池４の放電可能容量を推定しているため、従来技術である各特許文献に記載された技術と比較して、蓄電池の放電可能容量を正確に推定することができる。また、推定された放電可能容量と容量経年変化特性との関係により、蓄電池４の寿命を推定することもできる。
図６は、本発明の実施例２の蓄電池の容量推定方法の流れを示す流れ図である。図２の流れ図は、ＳＴＥＰ−１〜ＳＴＥＰ−５の各ステップからなっている。以下、それぞれのステップの説明を行う。
ＳＴＥＰ−１：初期設定値読み込み
実施例１のＳＴＥＰ−１と同様であるため、説明を省略する。
実施例１のＳＴＥＰ−１と同様であるため、説明を省略する。
ＳＴＥＰ−２：容量変化率予測値および抵抗容量変換係数の決定
ＳＴＥＰ−１で読み込まれた内部抵抗成分経年変化特性の値および容量経年変化特性の値を用いて、容量変化率予測値および抵抗容量変換係数を決定する。
ＳＴＥＰ−１で読み込まれた内部抵抗成分経年変化特性の値および容量経年変化特性の値を用いて、容量変化率予測値および抵抗容量変換係数を決定する。
ＳＴＥＰ−３：測定および測定値読み込み
実施例１のＳＴＥＰ−３と同様であるため、説明を省略する。
実施例１のＳＴＥＰ−３と同様であるため、説明を省略する。
ＳＴＥＰ−４：抵抗成分変化率実測値の決定
実施例１のＳＴＥＰ−４と同様であるため、説明を省略する。
実施例１のＳＴＥＰ−４と同様であるため、説明を省略する。
ＳＴＥＰ−５：放電可能容量の推定
ＳＴＥＰ−４において求められた抵抗成分変化率実測値を、ＳＴＥＰ−２において決定された抵抗容量変換係数により容量変化率推定値に変換し、この値を容量変化率予測値と比較して蓄電池４の劣化係数（例えば推定使用年数）を求め、この劣化係数をＳＴＥＰ−１で読み込まれた容量経年変化特性に照合させて蓄電池４の放電可能容量を推定する。
ＳＴＥＰ−４において求められた抵抗成分変化率実測値を、ＳＴＥＰ−２において決定された抵抗容量変換係数により容量変化率推定値に変換し、この値を容量変化率予測値と比較して蓄電池４の劣化係数（例えば推定使用年数）を求め、この劣化係数をＳＴＥＰ−１で読み込まれた容量経年変化特性に照合させて蓄電池４の放電可能容量を推定する。
以上、実施例２の流れの一例を説明したが、この例においては、容量変化率の予測値と推定値を求めて比較したうえで蓄電池４の放電可能容量を推定しているため、従来技術である各特許文献に記載された技術と比較して、蓄電池の放電可能容量を正確に推定することができる。また、実施例１の場合と同様、推定された放電可能容量と容量経年変化特性との関係により、蓄電池４の寿命を推定することもできる。
１ 建物
２ 負荷設備
３ 電源装置
４ 蓄電池
５ 容量推定装置
２ 負荷設備
３ 電源装置
４ 蓄電池
５ 容量推定装置
Claims (2)
- 電源装置のバックアップに用いられる蓄電池の放電可能容量を、該蓄電池の内部抵抗成分の測定結果を用いて求める蓄電池の容量推定方法において、
前記蓄電池の標準的な容量経年変化特性および前記蓄電池の標準的な内部抵抗成分経年変化特性をあらかじめ求め、
前記内部抵抗成分経年変化特性の変化率を示す抵抗成分変化率予測値を求め、
前記蓄電池の内部抵抗成分を所定期間間隔で測定し、前記測定の結果に基づいて抵抗成分変化率実測値を求め、
前記抵抗成分変化率実測値を前記抵抗成分変化率予測値と比較してその結果を前記容量経年変化特性に照合させて前記蓄電池の放電可能容量を推定する
ことを特徴とする蓄電池の容量推定方法。 - 電源装置のバックアップに用いられる蓄電池の放電可能容量を、該蓄電池の内部抵抗成分の測定結果を用いて求める蓄電池の容量推定方法において、前記蓄電池の標準的な容量経年変化特性および前記蓄電池の標準的な内部抵抗成分経年変化特性をあらかじめ求め、前記容量経年変化特性の変化率を示す容量変化率予測値を求め、前記容量経年変化特性と前記容量変化率予測値との関係を近似的に示す抵抗容量変換係数をあらかじめ求め、前記蓄電池の内部抵抗成分を所定期間間隔で測定し、前記測定の結果に基づいて抵抗成分変化率実測値を求め、前記抵抗成分変化率実測値を前記抵抗容量変換係数により容量変化率推定値に変換し、前記容量変化率推定値を前記容量変化率予測値と比較してその結果を前記容量経年変化特性に照合させて前記蓄電池の放電可能容量を推定することを特徴とする蓄電池の容量推定方法。
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