JP4884435B2 - Storage battery state determination device and storage battery state determination method - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電池例えば鉛蓄電池の直流抵抗を測定することにより、蓄電池の充電状態、蓄電池の劣化状態を判定する蓄電池の状態判別装置及び蓄電池の状態判別方法に関する。 The present invention relates to a storage battery state determination device and a storage battery state determination method for determining a charge state of a storage battery and a deterioration state of the storage battery by measuring a direct current resistance of a storage battery, for example, a lead storage battery.
従来から、蓄電池の劣化状態を短時間で簡単に検知する方法として、蓄電池の両極端子間の交流インピーダンスの測定値から推定する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この推定方法は、蓄電池の交流インピーダンスが劣化状態と相関関係があることを利用したものである。 Conventionally, as a method for easily detecting a deterioration state of a storage battery in a short time, a method of estimating from a measured value of an alternating current impedance between both terminals of the storage battery has been proposed (for example, see Patent Document 1). This estimation method utilizes the fact that the AC impedance of the storage battery has a correlation with the deterioration state.
特許文献1では、蓄電池がフロート充電など分極状態にある場合には、インピーダンス測定時に分極の影響を受けてしまうという問題があった。これは、実際には蓄電池の充電直後または、放電直後の蓄電池状態では交流電源の周波数が1kHzでも分極の影響は受けてしまうということがあった。
In
一方、蓄電池の劣化特性を調べる上で、蓄電池の容量を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, a method for detecting the capacity of a storage battery has been proposed for examining the deterioration characteristics of the storage battery (for example, see Patent Document 2).
特許文献2は、明細書の段落0018に記載の通り、一定以上の電流が流れる放電状態が一定の期間続くと安定するとし、段落0024で、0.5C以上の電流での充電持続時間が5秒以上になったか否かを判断しているものである。従って、特許文献2は、直流状態についての分極安定化を示しているにすぎない。特許文献2と同様な考え方として、例えば、特許文献3にも記載されている。
以上述べたように蓄電池の分極履歴を短時間により確実に回避する定電流瞬時放電による直流抵抗測定方法がなく、しかも分極履歴のある状態での充電状態(SOC)の判定がなかった。 As described above, there is no DC resistance measurement method by constant current instantaneous discharge that reliably avoids the polarization history of the storage battery in a short time, and the state of charge (SOC) in the state with the polarization history is not determined.
そこで、本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、分極履歴の存在する環境下においても安定した直流抵抗の測定が可能で、この結果蓄電池の状態判別が確実となる蓄電池の状態判別装置及び蓄電池の状態判別方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and it is possible to measure a stable DC resistance even in an environment where a polarization history exists, and as a result, a storage battery in which the state determination of the storage battery is ensured. It is an object of the present invention to provide a state determination apparatus and a state determination method for a storage battery.
前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、蓄電池が所定時間充電放置された後、前記蓄電池に対して直流の一定電流を流して瞬時放電サイクルを与える瞬時放電手段と、前記瞬時放電手段が動作した後、前記瞬時放電サイクルの終了後の放置された直流電圧を測定する第1の直流電圧測定手段と、前記第1の直流電圧測定手段が動作後前記蓄電池に対して定電流瞬時放電を行いその際の最小電圧を測定する第2の直流電圧測定手段と、前記第1及び第2の直流電圧測定手段で測定された両者の電圧差並びに前記蓄電池に流した直流の一定電流に基づき前記蓄電池の直流抵抗を演算する演算手段と、前記演算手段の演算結果に基づき前記蓄電池の状態を判別する判別手段と、を具備した蓄電池の状態判別装置である。
In order to achieve the above object, the invention corresponding to
前記目的を達成するため、請求項2に対応する発明は、蓄電池が所定時間充電放置された後、前記蓄電池に対して直流の一定電流を流して瞬時放電サイクルを与える瞬時放電手段と、前記瞬時放電手段が動作した後、前記瞬時放電サイクルの終了後の放置された直流電圧を測定する第1の直流電圧測定手段と、前記第1の直流電圧測定手段が動作後前記蓄電池に対して定電流瞬時放電を行いその際の最小電圧を測定する第2の直流電圧測定手段と、前記第1及び第2の直流電圧測定手段で測定された両者の電圧差並びに前記蓄電池に流した直流の一定電流に基づき前記蓄電池の直流抵抗を演算する演算手段と、前記演算手段により直流抵抗を演算後、一定時間放置時間を設け、この間の過渡電圧が前記蓄電池の充電状態に依存することを利用して前記蓄電池の充電状態の判別を行う判別手段と、を具備した蓄電池の状態判別装置である。
In order to achieve the above object, the invention corresponding to
前記目的を達成するため、請求項3に対応する発明は、蓄電池が所定時間充電放置された後、前記蓄電池に対して直流の一定電流を流して瞬時放電サイクルを与え、前記瞬時放電サイクル終了後の放置された直流電圧を測定し、前記直流電圧を測定後、前記蓄電池に対して定電流瞬時放電を行いその際の最小電圧を測定し、前記直流電圧と前記最小電圧の差並びに前記蓄電池に流した直流の一定電流に基づき前記蓄電池の直流抵抗を測定して蓄電池の状態を判別する蓄電池の状態判別方法である。 To achieve the aforementioned object, the present invention corresponding to claim 3, after the battery has been predetermined time charging stand, giving instantaneous discharge cycle a constant current DC to the battery, the instantaneous discharge cycle after the end measuring the left DC voltage of, after measuring the DC voltage, the minimum voltage at that time a constant current instantaneous discharge to the battery is measured, the difference as well as the battery of the DC voltage and the minimum voltage This is a storage battery state determination method for determining the state of a storage battery by measuring the direct current resistance of the storage battery based on a constant DC current passed.
前記目的を達成するため、請求項4に対応する発明は、蓄電池が所定時間充電放置された後、前記蓄電池に対して直流の一定電流を流して瞬時放電サイクルを与え、前記瞬時放電サイクル終了後の放置された直流電圧を測定し、前記直流電圧を測定後、前記蓄電池に対して定電流瞬時放電を行いその際の最小電圧を測定し、前記直流電圧と前記最小電圧の差並びに前記蓄電池に流した直流の一定電流に基づき前記蓄電池の直流抵抗を測定し、前記直流抵抗測定後、一定時間放置時間を設け、この間の過渡電圧が前記蓄電池の充電状態に依存することを利用して前記蓄電池の充電状態の判別を行う蓄電池の状態判別方法である。 To achieve the aforementioned object, the present invention corresponding to claim 4, after the storage battery is a predetermined time charging stand, giving instantaneous discharge cycle a constant current DC to the battery, the instantaneous discharge cycle after the end measuring the left DC voltage of, after measuring the DC voltage, the minimum voltage at that time a constant current instantaneous discharge to the battery is measured, the difference as well as the battery of the DC voltage and the minimum voltage The storage battery is measured by measuring the direct current resistance of the storage battery on the basis of a constant direct current, and after the measurement of the direct current resistance, the storage battery is allowed to stand for a fixed time, and the transient voltage during this period depends on the state of charge of the storage battery. This is a storage battery state determination method for determining the state of charge.
以上述べた本発明によれば、分極履歴の存在する環境下においても安定した直流抵抗の測定が可能で、この結果蓄電池の状態判別が確実となる蓄電池の状態判別装置及び蓄電池の状態判別方法を提供することができる。 According to the present invention described above, there is provided a storage battery state determination device and a storage battery state determination method that enable stable DC resistance measurement even in an environment where polarization history exists, and as a result, the state determination of the storage battery is ensured. Can be provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、始めに本発明の蓄電池状態判定装置又は蓄電池状態判定方法が適用される対象、例えば自動車用補助蓄電池の概要について図1を参照して説明する。図1において、オルタネーター1は、メイン蓄電池本体2aと制御回路2bからなるメイン蓄電池2及び補助蓄電池本体3aと制御回路3bからなる予備の蓄電池である補助蓄電池3の両方に接続され、通常例えばメイン蓄電池2が正常のときはメイン蓄電池2が切替回路4を介して負荷5であるランプやステレオ更にはエンジンやブレーキ等の制御に使用されるようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, referring to FIG. 1 for an overview of an object to which the storage battery state determination device or the storage battery state determination method of the present invention is applied, for example, an auxiliary storage battery for automobiles. I will explain. In FIG. 1, an
補助蓄電池3はメイン蓄電池2が故障等で使用できなくなった時に切替回路4により負荷5と補助蓄電池3の接続が生かされるので、常時定電圧で充電している補助蓄電池3は、その状態は何時も良好な状態にしておく必要があることから、後述する蓄電池状態判定器7により補助蓄電池3の状態を把握できるように構成されている。
Since the
蓄電池状態判定器7は次のような手段から構成されている。瞬時放電手段と、第1の直流電圧測定手段と、第2の直流電圧測定手段と、演算手段と、判別手段とを備えている。
The storage battery
瞬時放電手段は、例えば瞬時放電を複数回繰り返す、例えば補助蓄電池3に電気的に直列に接続されたスイッチのごとき手段であり、分極履歴を消去するために補助蓄電池3に対して直流の一定電流Iを流して瞬時放電サイクルを与えるものである。第1の直流電圧測定手段は、瞬時放電手段が動作した後、瞬時放電サイクルの終了後の放置された直流電圧V1を測定するものである。第2の直流電圧測定手段は、第1の直流電圧測定手段が動作後補助蓄電池3に対して定電流瞬時放電を行いその際の最小電圧V2を測定するものである。演算手段は、第1及び第2の直流電圧測定手段で測定された両者の電圧差並びに補助蓄電池3に流した直流の一定電流に基づき補助蓄電池3の直流抵抗を演算するものである。判別手段は、演算手段の演算結果に基づき補助蓄電池3の状態を判別するものである。
The instantaneous discharge means is, for example, a switch such as a switch electrically connected in series to the
蓄電池状態判定器7は、図2に示すように、瞬時定電流放電測定の際に始めの数サイクルは直流抵抗の演算を行なわず、分極履歴消去処理[(分極履歴を揃える目的の処理)S10]で、瞬時定電流放電を複数回実施後、放置時間(S4)を設け、このときの過渡電圧を用いてSOCを検知する(S11)。
As shown in FIG. 2, the storage battery
具体的には、常時定電圧充電を行っている補助蓄電池3について、一定間隔で劣化状態および、SOC状態の把握を行うために、定電流瞬時放電による判定試験を行うものである。この際、安定した測定値を出力するために、判定時において、定電圧充電を一時停止し、一定の放置時間を経た後に、一定電流瞬時放電を複数回行う。
Specifically, for the
図2(a)は、補助蓄電池3の電圧波形を示し、図2(b)は、蓄電池状態判定器7の動作又は補助蓄電池3の状態判別方法を説明するためのタイムチャートである。
2A shows a voltage waveform of the
図2に示すように、補助蓄電池3の充電S1を停止し、所定時間放置S2後,数サイクルは直流抵抗の演算は行なわず、分極履歴消去処理(分極履歴を一定化させるための処理)として行う(S10)。この時に必要なサイクル数は、放電電流値または、放電時間によって左右される。この時に必要なサイクル数は、予め、実験により対象蓄電池および使用用途に最適な条件を求める必要性がある。
As shown in FIG. 2, after charging S1 of the
一般的には、定電流瞬時放電により直流抵抗を算出する際、試験前の安定した開回路電圧V0および、最小電圧Vmimより変動電圧ΔVを算出し、通電した電流Iを用いて以下の式(1)により直流抵抗を算出する。 In general, when calculating the DC resistance by constant current instantaneous discharge, the fluctuation voltage ΔV is calculated from the stable open circuit voltage V0 and the minimum voltage Vmim before the test, and the following formula ( Calculate DC resistance according to 1).
R0=(V0−Vmim)/I …式(1)
しかしながら、分極履歴のある蓄電池状態では、安定した開回路電圧を得るには、長時間の放置が必要となる。そこで、上記のような条件を満たした一定の定電流瞬時放電サイクルを行う分極履歴消去を行い(S10)、一定サイクル終了後の開回路電圧をV1として測定し、またその後の定電流瞬時放電時の最小電圧V2を測定する。そして、式(2)により直流抵抗R1を演算する。
R0 = (V0−Vmim) / I (1)
However, in a storage battery state having a polarization history, it is necessary to leave for a long time in order to obtain a stable open circuit voltage. Therefore, the polarization history erasure is performed to perform a constant constant current instantaneous discharge cycle satisfying the above conditions (S10), the open circuit voltage after the end of the constant cycle is measured as V1, and the subsequent constant current instantaneous discharge is performed. The minimum voltage V2 is measured. And DC resistance R1 is calculated by Formula (2).
R1=(V1−V2)/I …式(2)
これらの処理により、定常状態にない分極履歴をもった蓄電池に対しても安定した直流抵抗値を出力することができる。
R1 = (V1-V2) / I (2)
By these processes, a stable direct current resistance value can be output even for a storage battery having a polarization history that is not in a steady state.
なお、直流抵抗値は温度により変動するため、同時に蓄電池温度を測定して直流抵抗測定値を温度補正する必要がある。 Since the DC resistance value varies depending on the temperature, it is necessary to simultaneously measure the storage battery temperature and correct the DC resistance measurement value.
このようにして演算した直流抵抗は蓄電池の劣化状態を示す基準として利用することができる。また、SOC判定を行う目的で瞬時放電後に放置時間(数秒)を設け、このときの過渡電圧を用いてSOCを判定する。瞬時放電後は、蓄電池の分極履歴を一定化することができているので、測定毎に安定した状態で過渡電圧を測定することができる。 The DC resistance calculated in this way can be used as a reference indicating the deterioration state of the storage battery. For the purpose of determining the SOC, a standing time (several seconds) is provided after the instantaneous discharge, and the SOC is determined using the transient voltage at this time. After instantaneous discharge, since the polarization history of the storage battery can be made constant, the transient voltage can be measured in a stable state for each measurement.
本実施形態は、一定時間経過後の過渡電圧がSOCに比例していることに着目して、この一定時間経過後の過渡電圧よりSOCの判定を行うものである。この場合の瞬時放電後の0.5sec目の過渡電圧と充電状態SOCの関係は、図3とほぼ同一である。 In this embodiment, paying attention to the fact that the transient voltage after a certain time has elapsed is proportional to the SOC, the SOC is determined from the transient voltage after the certain time has elapsed. In this case, the relationship between the transient voltage at 0.5 sec after the instantaneous discharge and the state of charge SOC is almost the same as in FIG.
なお、この過渡電圧は、蓄電池温度および、蓄電池の劣化状態に依存して変動するため、温度補正および劣化補正を行う必要がある。 Since this transient voltage varies depending on the storage battery temperature and the deterioration state of the storage battery, it is necessary to perform temperature correction and deterioration correction.
以上述べた本発明の実施形態によれば、前述した特許文献2に比べて短時間に直流抵抗を測定でき、また従来の方法による直流抵抗の測定結果に比べてバラツキが少ない。具体的には、図4の横軸のインピーダンスが直流抵抗に代わったものと、ほぼ同様な結果となるからである。
According to the embodiment of the present invention described above, the direct current resistance can be measured in a short time as compared with the above-mentioned
1…オルタネーター、2a…メイン蓄電池本体、2b…制御回路、2…メイン蓄電池、3a…補助蓄電池本体、3b…制御回路、3…補助蓄電池、4…切替回路、5…負荷、7…蓄電池状態判定器。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記瞬時放電手段が動作した後、前記瞬時放電サイクルの終了後の放置された直流電圧を測定する第1の直流電圧測定手段と、
前記第1の直流電圧測定手段が動作後前記蓄電池に対して定電流瞬時放電を行いその際の最小電圧を測定する第2の直流電圧測定手段と、
前記第1及び第2の直流電圧測定手段で測定された両者の電圧差並びに前記蓄電池に流した直流の一定電流に基づき前記蓄電池の直流抵抗を演算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果に基づき前記蓄電池の状態を判別する判別手段と、
を具備した蓄電池の状態判別装置。 After the storage battery is a predetermined time charging stand, the instantaneous discharge means for providing the instantaneous discharge cycle a constant current DC to the battery,
A first DC voltage measuring means for measuring a DC voltage left after the instantaneous discharge cycle is operated, after the end of the instantaneous discharge cycle;
Second DC voltage measuring means for performing a constant current instantaneous discharge on the storage battery after the first DC voltage measuring means is operated and measuring a minimum voltage at that time;
A calculating means for calculating a DC resistance of the battery based on the first and constant current of the second DC voltage direct current flowed to the voltage difference and the power storage pond measured both by the measuring means,
Discriminating means for discriminating the state of the storage battery based on the calculation result of the calculating means;
The state determination apparatus of the storage battery provided with.
前記瞬時放電手段が動作した後、前記瞬時放電サイクルの終了後の放置された直流電圧を測定する第1の直流電圧測定手段と、
前記第1の直流電圧測定手段が動作後前記蓄電池に対して定電流瞬時放電を行いその際の最小電圧を測定する第2の直流電圧測定手段と、
前記第1及び第2の直流電圧測定手段で測定された両者の電圧差並びに前記蓄電池に流した直流の一定電流に基づき前記蓄電池の直流抵抗を演算する演算手段と、
前記演算手段により直流抵抗を演算後、一定時間放置時間を設け、この間の過渡電圧が前記蓄電池の充電状態に依存することを利用して前記蓄電池の充電状態の判別を行う判別手段と、
を具備した蓄電池の状態判別装置。 After the storage battery is a predetermined time charging stand, the instantaneous discharge means for providing the instantaneous discharge cycle a constant current DC to the battery,
A first DC voltage measuring means for measuring a DC voltage left after the instantaneous discharge cycle is operated, after the end of the instantaneous discharge cycle;
Second DC voltage measuring means for performing a constant current instantaneous discharge on the storage battery after the first DC voltage measuring means is operated and measuring a minimum voltage at that time;
A calculating means for calculating a DC resistance of the battery based on the first and constant current of the second DC voltage direct current flowed to the voltage difference and the power storage pond measured both by the measuring means,
After calculating the direct current resistance by the calculation means, a determination means for determining a charge state of the storage battery by using a fact that a standing time is provided for a certain period of time and a transient voltage during this period depends on the charge state of the storage battery;
The state determination apparatus of the storage battery provided with.
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