JP5431685B2 - 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、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}・・・(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、実施の形態1,2とは異なり、蓄電池を放電させることなく、予め設定された負荷電力を用いて期待寿命値を選択し、期待寿命値から第2寿命低下量を減算して残存寿命値を算出する。
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1:充電電流900mAにて充電し、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1:64時間
放電1:放電電流1800mAにて放電し、1.0Vで放電停止
休止2:0.5時間
充電2:充電電流900mAにて充電し、最高到達電圧から5mV電圧低下時に充電停止休止3:1時間
放電2:放電電流1800mAにて放電し、1.2Vで放電停止
休止4:0.5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及び図3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1,2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、所定の放電電圧まで深く放電された放電回数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、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.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、下記の表1のNo.4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3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3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4では、セパレータの厚みが0.22mm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.5,6に示し、残存寿命値Lの算出結果を下記の表2のNo.5,6に示す。なお、下記の表1のNo.5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.6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4に対する比較例である。比較例3では、実施例4の電池寿命判定装置及び蓄電池B,C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と同様に所定の放電電圧まで深く放電された放電回数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。
実施例5では、図4に示す実施の形態2の電池寿命判定装置及び実施例1の蓄電池Aを用い、図5及び図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、(4)式を用いて第2寿命低下量L2を算出し、(5)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.7に示し、残存寿命値L(LX)の算出結果を下記の表2のNo.7に示す。
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(6)式に基づいて第1寿命低下量L1を算出した。Nxは、放電の深さに因らず、放電した回数を示す。すなわち、実施例1の充放電条件において、放電1及び放電2の双方とも計数した放電回数である。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.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。
実施例6では、図7に示す実施の形態3の電池寿命判定装置及び実施例1の蓄電池Aを用い、図8のフローチャートに基づいて300日経過後の残存寿命値Lを算出した。この際、電池寿命判定装置は、(2)式を用いて第2寿命低下量L2を算出し、(3)式を用いて残存寿命値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4のNo.15に示し、残存寿命値Lの算出結果を下記の表5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
8 蓄電池電圧測定部
9 放電回数計数部
10 経過時間計数部
11 蓄電池温度測定部
12 平均値算出部
13 残存寿命表示部
14 制御部
14a 第1寿命低下量算出部
14b 第2寿命低下量算出部
14c 残存寿命値算出部
15 充電制御部
16 通信部
17 無停電電源装置本体
18 寿命値記憶部
19 負荷電力設定部
Claims (12)
- 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、
放電が開始されたか否かを判断する放電開始判断部と、
前記放電開始判断部によって放電が開始されたと判断された場合、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、
放電中における前記蓄電池の電圧を測定する蓄電池電圧測定部と、
前記蓄電池電圧測定部によって測定された蓄電池電圧が所定の放電電圧に達したか否かを判断する放電電圧判断部と、
前記放電電圧判断部によって前記測定された蓄電池電圧が前記所定の放電電圧に達したと判断された場合、放電回数を計数する放電回数計数部と、
前記放電電圧判断部によって前記測定された蓄電池電圧が前記所定の放電電圧に達していないと判断された場合、放電が終了したか否かを判断し、放電が終了したと判断された場合、放電回数を計数することなく前記放電開始判断部に放電が開始されたか否かを判断させ、放電が終了していないと判断された場合、前記蓄電池電圧測定部に放電中における前記蓄電池の電圧を測定させる放電終了判断部と、
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、前記経過時間計数部によって計数された経過時間とに基づいて、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を備えることを特徴とする電池寿命判定装置。 - 前記第2寿命低下量算出部は、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経過時間とを乗算して第2寿命低下量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をさらに備え、
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請求項1又は2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1〜3のいずれかに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1〜4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1〜5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1〜6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1〜7のいずれかに記載の電池寿命判定装置。
- 放電時に前記蓄電池に印加される仮想的な負荷電力を設定する負荷電力設定部をさらに備え、
前記期待寿命値選択部は、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、前記負荷電力設定部によって設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ことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の電池寿命判定装置。 - 放電が開始されたか否かを判断する放電開始判断ステップと、
前記放電開始判断ステップにおいて放電が開始されたと判断された場合、放電時に蓄電池に印加される負荷電力を測定する負荷電力測定ステップと、
前記蓄電池が設置された場所の環境温度を測定する環境温度測定ステップと、
放電時に前記蓄電池に印加される負荷電力及び前記蓄電池の環境温度と、前記蓄電池の寿命との関係を示す寿命データを参照し、前記負荷電力測定ステップにおいて測定された負荷電力及び前記環境温度測定ステップにおい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ステップと、
放電中における前記蓄電池の電圧を測定する蓄電池電圧測定ステップと、
前記蓄電池電圧測定ステップにおいて測定された蓄電池電圧が所定の放電電圧に達したか否かを判断する放電電圧判断ステップと、
前記放電電圧判断ステップにおいて前記測定された蓄電池電圧が前記所定の放電電圧に達したと判断された場合、放電回数を計数する放電回数計数ステップと、
前記放電電圧判断ステップにおいて前記測定された蓄電池電圧が前記所定の放電電圧に達していないと判断された場合、放電が終了したか否かを判断し、放電が終了したと判断された場合、放電回数を計数することなく前記放電開始判断ステップに戻って放電が開始されたか否かを判断させ、放電が終了していないと判断された場合、前記蓄電池電圧測定ステップに戻って放電中における前記蓄電池の電圧を測定させる放電終了判断ステップと、
前記放電回数計数ステップにおい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寿命低下量算出ステップと、
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ステップと、
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ステップと、
前記平均値算出ステップにおいて算出された蓄電池温度の平均値と、前記環境温度測定ステップにおいて測定された環境温度と、前記経過時間計数ステップにおいて計数された経過時間とに基づいて、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寿命低下量算出ステップと、
前記期待寿命値選択ステップにおいて選択された期待寿命値から前記第1寿命低下量算出ステップにおいて算出された第1寿命低下量及び前記第2寿命低下量算出ステップにおいて算出された第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ステップとを含むことを特徴とする電池寿命判定方法。 - 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、
放電時に前記蓄電池に印加される仮想的な負荷電力を設定する負荷電力設定部と、
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、前記負荷電力設定部によって設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、
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、前記経過時間計数部によって計数された経過時間とに基づいて、前記期待寿命値を低下させるための寿命低下量を算出する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寿命低下量算出部によって算出された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を備えることを特徴とする電池寿命判定装置。 - 放電時に蓄電池に印加される仮想的な負荷電力を設定する負荷電力設定ステップと、
前記蓄電池が設置された場所の環境温度を測定する環境温度測定ステップと、
放電時に前記蓄電池に印加される負荷電力及び前記蓄電池の環境温度と、前記蓄電池の寿命との関係を示す寿命データを参照し、前記負荷電力設定ステップにおいて設定された負荷電力及び前記環境温度測定ステップにおい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ステップと、
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ステップと、
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ステップと、
前記平均値算出ステップにおいて算出された蓄電池温度の平均値と、前記環境温度測定ステップにおいて測定された環境温度と、前記経過時間計数ステップにおいて計数された経過時間とに基づいて、前記期待寿命値を低下させるための寿命低下量を算出する寿命低下量算出ステップと、
前記期待寿命値選択ステップにおいて選択された期待寿命値から前記寿命低下量算出ステップにおいて算出された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ステップとを含むことを特徴とする電池寿命判定方法。
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