JP4870268B2

JP4870268B2 - 二次バッテリの寿命判定方法

Info

Publication number: JP4870268B2
Application number: JP2001047400A
Authority: JP
Inventors: 健太郎鈴木; 寿也渡辺
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: JP2002216857A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電動車両用電源などに用いられる二次バッテリの寿命を判定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電動アシスト自転車などの電動車両の駆動電源として用いられるニッケル・カドミウム電池などの二次バッテリにあっては、それが寿命をきたしていると、走行に先がけてバッテリの充電を行ってもすぐに放電して、航続距離が短くなってしまうという問題がある。
【０００３】
特に、複数の電動車両を共同利用する管理ステーションにあっては、各車両のバッテリの状態を定期的にチェックして、寿命のきているバッテリを搭載した車両を貸し出さないようにする必要がある。
【０００４】
従来、二次バッテリの寿命を検知する方法として、バッテリの内部インピーダンスを測定して、それが所定以上に大きくなったら寿命と判定する方法、充放電の回数を記憶して、ある回数に達したら寿命と判定する方法、バッテリの放電容量を測定して、バッテリ電圧が所定値以下になったら寿命と判定する方法がある。
【０００５】
バッテリの内部インピーダンスを測定する方法によれば、バッテリの内部インピーダンスが非常に小さく、精度良くその測定をなすことが困難になっている。その際、特にニッケル・カドミウム電池などを複数直列接続してパック化したバッテリにあっては、その１つ１つの電池の内部インピーダンスを測定することが困難である。また、パック全体のインピーダンスを測定するのでは、電池間の接触抵抗による誤差が大きくなって測定精度が悪くなり、寿命を正確に判定することができなくなってしまう。
【０００６】
充放電の回数から寿命を判定する方法では、バッテリに固有差があり、寿命の予測誤差が大きいばかりではなく、複数のバッテリを集中的に管理する場合には性能が悪いバッテリに合せて寿命と判定する回数を低く設定する必要があるために、まだ正常なバッテリまでも寿命がきたものとして排除してしまっている。
【０００７】
バッテリの放電容量を測定する方法では、ニッケル・カドミウム電池などのように、浅い充放電をくり返し行うことによって、その後の深い放電時に前回の浅い放電で得られた容量以上の領域で電圧が低下するいわゆるメモリ効果を生ずる二次バッテリの場合、寿命と判定する電圧のしきい値の設定によっては、メモリ効果によるバッテリ電圧の低下を寿命として誤判定してしまう可能性がある。
【０００８】
また、ニッケル・カドミウム電池などのバッテリの劣化の症状の一つとして、充電直後には正常な放電特性を示すのに、数日放置すると容量が急激に減少する現象を生ずるものがあり、このようなバッテリではその放電容量を測定することによっては寿命の判定をなすことができなくなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、二次バッテリの寿命を判定するに際して、何ら予測によることなく、また、メモリ効果や充電直後には正常であるにもかかわらず数日放置することによって容量が急激に減少する症状の影響を受けることなく、真に寿命がきているバッテリを容易かつ確実に判定する方法が確立されていないことである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による二次バッテリの寿命判定方法は、メモリ効果や充電直後には正常であるにもかかわらず数日放置することによって容量が急激に減少する症状の影響を受けることなく、真に寿命がきているバッテリを容易かつ確実に判定することができるようにしている。
【００１１】
具体的には、一定の放電状態の下でバッテリ電圧が所定の使用限界電圧Ｖ１に達するまでに第１の設定基準時間Ｔａ以上かかる第１の条件を充足するか否かを判定する第１のステップと、一定の放電状態の下でバッテリ電圧が所定の放電終止電圧Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）に達するまでに第２の設定基準時間Ｔｂ（Ｔｂ＞Ｔａ）以上かかる第２の条件を充足するか否かを判定する第２のステップとを経て、第１の条件および第２の条件がともに不足しているときに寿命と認定し、第１の条件または第２の条件の何れかが不足しているときには、バッテリを満充電してから一定の据置期間の経過後に第１の条件を充足するか否かの再判定を行う第３のステップを経て、第１の条件が不足しているときに寿命と認定するようにしている。
【００１２】
【実施例】
図１は、例えば、複数の電動アシスト自転車を共同利用する管理ステーションにおける各自転車の搭載バッテリの状態を定期的にチェックするための具体的な構成例を示している。
【００１３】
ここでは、図２に示すような駐輪用のスタンド１にそれぞれ置かれた複数台の自転車２に搭載されているバッテリ３が、その引出し端子がスタンド１側に設けられているコネクタ４に接触することによって、集中管理装置６におけるバッテリチェック装置５に接続されて、各バッテリ３の寿命判定が定期的に行われるようになっている。
【００１４】
そのバッテリチェック装置５は、各バッテリ３の充電を行わせる充電回路５１と、その各バッテリ３を定抵抗（または定電流）による一定の放電状態のもとで放電を行わせる放電回路５２と、その充電と放電との切り換えを行わせる充放電切換回路５３と、充電時および放電時の各バッテリ３の電圧を検出するバッテリ電圧検出回路５４と、適宜タイミングをもって充放電切換回路５３に切換え指令を与えるとともに、バッテリ電圧検出回路５４によって検出されたバッテリ電圧の状態を監視して各バッテリ３の寿命判定を行う管理用のコンピュータ５５とからなっている。
【００１５】
なお、返却された自転車２が駐輪用のスタンド１に置かれて、そのバッテリ３が管理ステーションのバッテリチェック装置５に接続されるたびに、コンピュータ５５の制御下でそのバッテリ３が満充電されて次の貸出しにそなえるようになっている。
【００１６】
本発明による二次バッテリの寿命判定方法は、このような管理ステーションにおける駐輪用のスタンド１に置かれた自転車２の搭載バッテリ３のチェックがバッテリチェック装置５において、以下のようにして実行される。
【００１７】
なお、そのバッテリチェックは、自転車２の貸出しに支障がないように、カレンダー機能をもったコンピュータ５５の制御下において、利用者の少ない深夜の時間帯に行われる。
【００１８】
図３および図４はそのときのバッテリチェック装置５における処理のフローを示しており、そのフローにしたがって説明をする。
【００１９】
図３に示す初期判定の処理のフローにあって、まず、管理用のコンピュータ５５は、駐輪用のスタンド１に置かれた自転車２の搭載バッテリ３の使用履歴をチェックする（ステップＳ１）。そして、前回のバッテリチェックから所定の定期点検期間（３０日〜４０日程度）が経過していて、かつ満充電してから一定の据置期間（３日〜５日程度）が経過しているか否かの判定を行う（ステップＳ２）。
【００２０】
なお、この一定の据置期間は、充電直後には正常な放電特性を示すのに、数日放置すると容量が急激に減少するバッテリ３の劣化の症状を考慮して設けたものである。
【００２１】
その症状が起きる原因の一つとして、ニッケル・カドミウム電池ではカドミウム負極のマイグレーションが放電中に生じてセルが短絡してしまい、数日放置するとその間にも症状が進行して容量が急激に減少することが推測される。なお、マイグレーションとは、充放電によって負極の活物質が溶解−析出反応をくり返すことにより、セパレータの細孔にカドミウムが再析出して蓄積してしまう現象である。
【００２２】
そして、定期点検期間が経過し、一定の据置期間が経過していれば、バッテリチェックを開始するべく、該当するバッテリ３を定抵杭によって一定の放電状態にしたうえで（ステップＳ３）、バッテリ電圧が予め設定された使用限界電圧Ｖ１に達したか否かの判定を行い（ステップＳ４）、達しているときにはそれまで計測した所要時間Ｔ１を一時記憶する（ステップＳ５）。
【００２３】
次いで、一定の放電状態のままで、バッテリ電圧が予め設定された放電終止電圧Ｖ２に達したか否かをみて（ステップＳ６）、達したときにはそれまで計測した所要時間Ｔ２を一時記憶する（ステップＳ７）。
【００２４】
ここでは、バッテリ３として、定格２４Ｖ、５Ａｈのニッケル・カドミウム電池を用いて、５Ωの定抵抗による一定の放電状態となるようにしている。その場合、使用限界電圧Ｖ１として、例えば２３Ｖに設定する。また、放電終止電圧Ｖ２として、例えば２０Ｖに設定する。
【００２５】
そして、一定の放電状態の下でバッテリ電圧が使用限界電圧Ｖ１に達するまでの所要時間Ｔ１が第１の設定基準時間Ｔａ（正常バッテリの電圧がＶ１に達するまでの放電時間の９０％程度）以上であるか、および一定の放電状態の下でバッテリ電圧が放電終止電圧Ｖ２に達するまでに第２の設定基準時間Ｔｂ（正常バッテリの電圧がＶ２に達するまでの放電時間の７０％程度）以上であるか否かの判定を行う（ステップＳ８）。
【００２６】
そのとき、Ｔ１≧Ｔａの第１の条件およびＴ２≧Ｔｂの第２の条件を満足していれば、そのバッテリ３は正常であると判断する（ステップＳ９）。
【００２７】
また、そのとき第１の条件および第２の条件をともに満足していなければ、次に第１の条件または第２の条件の何れかが不足しているかをみるべく、Ｔ１≧ＴａおよびＴ２＜Ｔｂであるか、またはＴ１＜ＴａおよびＴ２≧Ｔｂであるか否かの判定を行う（ステップＳ１０）。
【００２８】
そのとき、Ｔ１＜ＴａおよびＴ２＜Ｔｂとなって、第１の条件および第２の条件がともに不足していれば、そのバッテリ３は寿命であると判断する（ステップＳ１１）。
【００２９】
また、そのとき第１の条件または第２の条件の何れかが不足していれば、再判定処理に移行する（ステップＳ１２）。
【００３０】
図４に示す再判定処理のフローにあって、まず、管理用のコンピュータ５５は、該当するバッテリ３を満充電する（ステップＳ１３）。その後、満充電してから一定の据置期間（３日〜５日程度）が経過しているか否かの判定を行い（ステップＳ１４）、一定の据置期間が経過していれば、バッテリチェックを開始するべく、該当するバッテリ３を定抵抗（５Ω程度）によって一定の放電状態にする（ステップＳ１５）。
【００３１】
そして、バッテリ電圧が予め設定された使用限界電圧Ｖ１（例えば２３Ｖ）に達したか否かの判定を行い（ステップＳ１６）、達しているときにはそれまで計測した所要時間Ｔ１を一時記憶する（ステップＳ１７）。
【００３２】
次いで、一定の放電状態の下でバッテリ電圧が使用限界電圧Ｖ１に達するまでの所要時間Ｔ１が第１の設定基準時間Ｔａ（４２分程度）以上であるか否かの判定を行う（ステップＳ１８）。
【００３３】
そのとき、Ｔ１≧Ｔａの第１の条件を満足していれば、そのバッテリ３は正常であると判断する（ステップＳ１９）。
【００３４】
また、そのときＴ１＜Ｔａとなって第１の条件を満足していなければ、そのバッテリ３は寿命であると最終的に判断する（ステップＳ２０）。
【００３５】
以上説明した本発明によるバッテリの寿命判定方法にあって、初期判定と再判定との２回の判定を行わせる理由としては、メモリ効果によってバッテリ３が寿命であると誤判定されるのを防止するためである。
【００３６】
すなわち、図５の特性で示すように、初期判定時にバッテリ３がメモリ効果を生じているような場合、Ｔ１≧Ｔａの第１の条件を満足することができない。しかし、初期判定時に深い放電がなされたのち、再判定時にバッテリ３が再度満充電されることによってメモリ効果がリフレッシュされる。それにより、図６の特性に示すように、再判定時の放電特性が正常にもどり、Ｔ１≧Ｔａの第１の条件およびＴ２≧Ｔｂの第２の条件をともに満足できるようになる。
【００３７】
また、バッテリ３を満充電してから一定の据置期間の経過後に判定を開始する理由としては、前述したバッテリ３の劣化の症状の有無をみるためである。すなわち、図７の特性に示すように、満充電の直後では放電特性が正常で、判定のための第１の条件および第２の条件をともに満足している。しかし、満充電してから数日放置した後に放電させると、図８の特性に示すように、その間に容量が低下して第１の条件および第２の条件をともに満足することができなくなり、この時点でバッテリ３に寿命がきていることが認められる。
【００３８】
バッテリ３が寿命であると判断されたとき、管理用コンピュータ５５の制御下において、図示しない自転車の貸出し機にその該当するバッテリ３を搭載する自転車の貸出しを禁止させるようにするとともに、その旨の警報を発するようにする。
【００３９】
図９は、定抵抗で一定の放電状態にしたときのバッテリの種々の状態に応じた放電特性をそれぞれ示している。ａ特性は、Ｔ１（ａ）≧Ｔａ，Ｔ２（ａ）≧Ｔｂとなって、初期判定時に正常と判断されたバッテリである。ｂ特性は、Ｔ１（ｂ）＜Ｔａ，Ｔ２（ｂ）＜Ｔｂとなって、初期判定時に寿命と判断されたバッテリである。ｃ特性は、再判定にまわされて正常と判断されたバッテリである。ｄ特性は、再判定にまわされて寿命と判断されたバッテリである。
【００４０】
なお、バッテリの正常、寿命の判断をなすに際して、実際には定電流放電回路を形成して、放電電流に依存する時間を設定して判断することになる。
【００４１】
【発明の効果】
以上、本発明による二次バッテリの寿命判定方法によれば、バッテリを満充電してから一定の据置期間の経過後に一定の放電状態の下で、バッテリ電圧が所定の使用限界電圧Ｖ１に達するまでに第１の設定基準時間Ｔａ以上かかる第１の条件と、バッテリ電圧が所定の放電終止電圧Ｖ２に達するまでに第２の設定基準時間Ｔｂ以上かかる第２の条件とを用いて、第１の条件および第２の条件がともに不足しているときに寿命と判断し、第１の条件または第２の条件の何れかが不足しているときには再判定を行って第１の条件が不足しているときに寿命と判断することにより、メモリ効果や充電直後には正常であるにもかかわらず数日放置することによって容量が急激に減少する症状の影響を受けることなく、真に寿命がきているバッテリを容易かつ確実に判定することができるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による二次バッテリの寿命判定方法を具体的に実施するための構成例を示すブロック図である。
【図２】複数の電動アシスト自転車を貸出す管理ステーションの概略構成を示す図である。
【図３】本発明による二次バッテリの寿命判定方法を実施する際の初期判定の処理のフローを示す図である。
【図４】本発明による二次バッテリの寿命判定方法を実施する際の再判定の処理のフローを示す図である。
【図５】バッテリがメモリ効果を生じているときの放電特性を示す図である。
【図６】メモリ効果がリフレッシュされたときのバッテリの放電特性を示す図である。
【図７】劣化症状をきたしているバッテリの満充電直後の放電特性を示す図である。
【図８】劣化症状をきたしているバッテリの満充電してから一定の据置期間の経過後における放電特性を示す図である。
【図９】一定の放電状態にしたときのバッテリの種々の状態に応じた放電特性をそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
１駐輪用のスタンド
２電動アシスト自転車
３バッテリ
４コネクタ
５バッテリチェック装置
６集中管理装置
５１充電回路
５２放電回路
５３充放電切換回路
５４バッテリ電圧検出回路
５５管理用コンピュータ

Claims

一定の放電状態の下でバッテリ電圧が所定の使用限界電圧Ｖ１に達するまでに第１の設定基準時間Ｔａ以上かかる第１の条件を充足するか否かを判定する第１のステップと、一定の放電状態の下で前記バッテリ電圧が所定の放電終止電圧Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）に達するまでに第２の設定基準時間Ｔｂ（Ｔｂ＞Ｔａ）以上かかる第２の条件を充足するか否かを判定する第２のステップとを経て、前記第１の条件および前記第２の条件がともに充足しているときは正常と認定し、前記第１の条件および前記第２の条件がともに不足しているときに寿命と認定し、前記第１の条件または前記第２の条件の何れかが不足しているときには、バッテリを満充電してから、充電直後には正常な放電特性を示すのに数日放置すると容量が急激に減少する前記バッテリの劣化の症状を考慮して設けられた一定の据置期間の経過後に前記第１の条件を充足するか否かの再判定を行う第３のステップを経て、前記第１の条件が充足しているときは正常と認定し、前記第１の条件が不足しているときに寿命と認定するようにした二次バッテリの寿命判定方法。
二次バッテリが、ニッケル・カドミウム電池またはニッケル・水素電池であることを特徴とする請求項１の記載による二次バッテリの寿命判定方法。