JP5184791B2 - 電池寿命判定装置及び電池寿命判定方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1における電池寿命判定装置の構成を示すブロック図である。図1において、電池寿命判定装置1は、寿命判定部2と無停電電源装置に内蔵している蓄電池3とを備える。なお、蓄電池3は、具体的にはニッケル・水素蓄電池により構成される。
L2=d×D×2〔Tm−T0/10〕・・・(2)
L=L0−(L1+L2)・・・(3)
ここで、a、b、c及びdは定数である。またlnは自然対数の関数であることを示す。
続いて、実施の形態2に係る電池寿命判定装置について説明する。実施の形態2に係る電池寿命判定方法は、ニッケル・水素蓄電池の寿命をさらに正確に判定することができる。実施の形態2に係る電池寿命判定方法は、環境温度の測定値と蓄電池温度の平均値との差を変数とする指数関数の値と、初期の期待寿命値とを乗算して随時期待寿命値を算出し、随時期待寿命値から第1寿命低下量及び第2寿命低下量を減算した値を残存寿命値として算出し、寿命を判定する。
L=Lm−(L1+L2)・・・(5)
続いて、実施の形態3に係る電池寿命判定装置について説明する。実施の形態3に係る電池寿命判定方法は、ニッケル・水素蓄電池の寿命をさらに正確に判定することができる。実施の形態3に係る電池寿命判定方法は、期待寿命値から第1寿命低下量及び第2寿命低下量を減算して残存寿命値を算出した後、残存寿命値を記憶する。そして、第1寿命低下量及び第2寿命低下量を減算する毎に残存寿命値を更新して寿命を判定する。
LX=LX−1−(L1+L2) {X≧1}・・・(7)
実施例1では、球状水酸化ニッケル粉末を3次元多孔体ニッケルに充填した正極と、水素吸蔵合金粉末をニッケルメッキしたパンチングメタルに塗布した負極とを、それらの理論容量比が1/2(正極に対して負極が2倍)となるように組み合わせ、スルホン化ポリプロピレン不織布からなるセパレータを介して捲回し、電極群を構成した。この電極群を鉄製でニッケルめっきされた円筒缶に挿入し、KOHとNaOHの水溶液からなる電解液を注入した後、封口板及びガスケットにより缶の開口部を密封した。こうして直径17mm、高さ50mm、セパレータの厚み0.18mm、及び公称容量1800mAhの円筒型ニッケル・水素蓄電池Aを作製した。
充電:900mA、最高到達電圧から5mV電圧低下時に充電停止(いわゆる−△V制御方式)
休止:69時間
実施例2では、実施例1の電池寿命判定装置及び蓄電池Aを用い、放電レートを時間率×5及び時間率×0.5に代え、図2のフローチャートに基づいて残存寿命値Lを算出した。期待寿命値L0、算出の条件、及び定数a,b,c,dの値を下記の表1のNo.2,3にそれぞれ示し、残存寿命値Lの算出結果を下記の表2のNo.2,3にそれぞれ示す。なお、下記の表1のNo.2は、時間率を5倍したときの期待寿命値L0を表し、下記の表1のNo.3は、時間率を0.5倍したときの期待寿命値L0を表している。
比較例1は、実施例1〜3に対する比較例である。比較例1では、実施例1の電池寿命判定装置及び蓄電池Aを用い、実施例1,2と同様の条件下で、(1)式〜(3)式の代わりに一次関数L=L0−eNを用いて残存寿命値Lを算出した。ここで、定数eは、セパレータの厚みなどニッケル・水素蓄電池の構造によって変化するとともに、放電回数Nを時間に変換する次元を有する。期待寿命値L0、算出の条件及び定数eの値を下記の表1のNo.9〜11に示し、残存寿命値Lの算出結果を下記の表2のNo.9〜11に示す。なお、下記の表1のNo.9は、時間率を1倍したときの期待寿命値L0を表し、下記の表1のNo.10は、時間率を5倍したときの期待寿命値L0を表し、下記の表1のNo.11は、時間率を0.5倍したときの期待寿命値L0を表している。
実施例3では、実施例1の電池寿命判定装置及び蓄電池Aを用い、図4のフローチャートに基づいて残存寿命値Lを算出した。この際、電池寿命判定装置は、(4)式及び(5)式を用いて残存寿命値Lを算出する。期待寿命値L0、算出の条件、及び定数a,b,c,dの値を下記の表1のNo.4に示し、残存寿命値Lの算出結果を下記の表2のNo.4に示す。なお、蓄電池温度の平均値Tmは、下記の表2に示すとおりである。
実施例4では、実施例1の電池寿命判定装置及び蓄電池Aを用い、環境温度を35℃に変えた以外は実施例1と同様の条件で残存寿命値Lを算出した。期待寿命値L0、算出の条件、及び定数a,b,c,dの値を下記の表1のNo.5に示し、残存寿命値Lの算出結果を下記の表2のNo.5に示す。なお、下記の表1のNo.5は、環境温度を35℃にしたときの期待寿命値L0を表している。
比較例2は、実施例4に対する比較例である。比較例2では、実施例1の電池寿命判定装置及び蓄電池Aを用い、実施例4と同様の条件で、一次関数L=L0−eNを用いて残存寿命値Lを算出した。なお、定数eは、比較例1と同じである。期待寿命値L0、算出の条件及び定数eの値を下記の表1のNo.12に示し、残存寿命値Lの算出結果を下記の表2のNo.12に示す。なお、下記の表1のNo.12は、環境温度を35℃にしたときの期待寿命値L0を表している。
実施例5では、セパレータの厚みが0.18mmであり、公称容量が1600mAhである点以外は実施例1と同様の構造の円筒型ニッケル・水素蓄電池Bを作製するとともに、セパレータの厚みが0.26mmであり、公称容量が1400mAhである点以外は実施例1と同様の円筒型ニッケル・水素蓄電池Cを作製した。これらの蓄電池B,Cについて、実施例1と同様の条件で残存寿命値Lを算出した。期待寿命値L0、算出の条件、及び定数a,b,c,dの値を下記の表1のNo.6,7に示し、残存寿命値Lの算出結果を下記の表2のNo.6,7に示す。なお、下記の表1のNo.6は、蓄電池Bを用いたときの期待寿命値L0を表し、下記の表1のNo.7は、蓄電池Cを用いたときの期待寿命値L0を表している。
比較例3は、実施例5に対する比較例である。比較例3では、実施例5の電池寿命判定装置及び蓄電池B,Cを用い、実施例5と同様の条件で、一次関数L=L0−eNを用いて残存寿命値Lを算出した。なお、定数eは、比較例1と同様に放電回数Nを時間に変換する次元を有している。期待寿命値L0、算出の条件及び定数eの値を下記の表1のNo.13,14に示し、残存寿命値Lの算出結果を下記の表2のNo.13,14に示す。なお、下記の表1のNo.13は、蓄電池Bを用いたときの期待寿命値L0を表し、下記の表1のNo.14は、蓄電池Cを用いたときの期待寿命値L0を表している。
参考例では、実施例1において第1寿命低下量L1を算出するための(1)式に代えて、下記の(8)式に基づいて第1寿命低下量L1を算出した。(8)式における定数fは、定数bと同様の意味を有しつつも放電回数Nを時間に変換する次元を有さない。さらに、参考例では、実施例1において第2寿命低下量L2を算出するための(2)式に代えて、下記の(9)式に基づいて第2寿命低下量を算出した。なお、(9)式におけるgは定数である。すなわち残存寿命値Lを、一旦は放電回数の次元で算出した。その後1回の充放電に掛かる時間を72時間(3日)として時間の次元で寿命を予測するようにした。期待寿命値L0、算出の条件、及び定数a,c,f,gの値を下記の表1のNo.8に示し、残存寿命値Lの算出結果を下記の表2のNo.8に示す。
L2=g×N×2〔Tm−T0/10〕・・・(9)
実施例6では、実施例1の電池寿命判定装置及び蓄電池Aを用い、図6のフローチャートに基づいて残存寿命値L(LX)を算出した。この際、電池寿命判定装置は、(6)式を用いて第2寿命低下量L2を算出し、(7)式を用いて残存寿命値L(LX)を算出した。期待寿命値L0、算出の条件、及び定数a,b,c,dの値を下記の表1のNo.15に示し、残存寿命値L(LX)の算出結果を下記の表2のNo.15に示す。
2 寿命判定部
3 蓄電池
4 負荷電力測定部
5 寿命データ記憶部
6 環境温度測定部
7 期待寿命値選択部
8a 放電回数計数部
8b 経過時間計数部
9 蓄電池温度測定部
10 平均値算出部
11 残存寿命表示部
12 制御部
12a 第1寿命低下量算出部
12b 第2寿命低下量算出部
12c 残存寿命値算出部
12d 随時期待寿命値算出部
13 充電制御部
14 通信部
Claims (7)
- 放電時に蓄電池に印加される負荷電力及び前記蓄電池が設置された場所の環境温度と、前記蓄電池の寿命との関係を示す寿命データを記憶する寿命データ記憶部と、
前記蓄電池に印加される負荷電力を測定する負荷電力測定部と、
前記環境温度を測定する環境温度測定部と、
前記寿命データ記憶部に記憶されている前記寿命データを参照し、前記負荷電力測定部によって測定された負荷電力及び前記環境温度測定部によって測定された環境温度に対応する寿命を期待寿命値として選択する期待寿命値選択部と、
前記蓄電池の放電回数を計数する放電回数計数部と、
前記放電回数計数部によって計数された放電回数を時間に変換した値を変数とする自然対数関数に基づいて、前記期待寿命値を低下させるための第1寿命低下量を算出する第1寿命低下量算出部と、
充放電時又は休止時における前記蓄電池の温度の平均値を算出する平均値算出部と、
前記蓄電池を設置してからの経過時間を計数する経過時間計数部と、
前記平均値算出部によって算出された蓄電池温度の平均値と前記環境温度測定部によって測定された環境温度との差を変数とする指数関数の値と、前記経過時間計数部によって計数された前記蓄電池を設置してからの経過時間とを乗算することにより、前記期待寿命値を低下させるための第2寿命低下量を算出する第2寿命低下量算出部と、
前記期待寿命値選択部によって選択された期待寿命値から前記第1寿命低下量算出部によって算出された第1寿命低下量及び前記第2寿命低下量算出部によって算出された第2寿命低下量を減算して残存寿命値を算出する残存寿命値算出部と、
前記残存寿命値算出部によって算出された前記残存寿命値を記憶する寿命値記憶部とを備え、
前記経過時間計数部は、前回の前記残存寿命値が算出されてからの経過時間をさらに計数し、
前記第2寿命低下量算出部は、前記残存寿命値の算出回数が2以上である場合、前記平均値算出部によって算出された蓄電池温度の平均値と前記環境温度測定部によって測定された環境温度との差を変数とする指数関数の値と、前記経過時間計数部によって計数された前回の前記残存寿命値が算出されてからの経過時間とを乗算することにより第2寿命低下量を算出し、
前記残存寿命値算出部は、前記寿命値記憶部に記憶されている前回算出した前記残存寿命値を読み出し、読み出した前記残存寿命値から前記第1寿命低下量及び前記第2寿命低下量を減算して最新の残存寿命値を算出することを特徴とする電池寿命判定装置。 - 前記環境温度測定部によって測定された環境温度と前記平均値算出部によって算出された蓄電池温度の平均値との差を変数とする指数関数の値と、前記期待寿命値選択部によって選択された期待寿命値とを乗算して随時期待寿命値を算出する随時期待寿命値算出部をさらに備え、
前記残存寿命値算出部は、前記随時期待寿命値算出部によって算出された前記随時期待寿命値から前記第1寿命低下量算出部によって算出された第1寿命低下量及び前記第2寿命低下量算出部によって算出された第2寿命低下量を減算して残存寿命値を算出することを特徴とする請求項1記載の電池寿命判定装置。 - 前記蓄電池は、ニッケル・水素蓄電池を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の電池寿命判定装置。
- 前記蓄電池は、前記電池寿命判定装置の各部と一体に設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電池寿命判定装置。
- 前記残存寿命値算出部によって算出された前記残存寿命値をユーザに報知する報知部をさらに備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電池寿命判定装置。
- 前記残存寿命値算出部によって算出された前記残存寿命値を送信する送信部をさらに備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電池寿命判定装置。
- 前記残存寿命値算出部によって算出された前記残存寿命値に基づいて前記蓄電池の充電を制御する充電制御部をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の電池寿命判定装置。
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