JP7455591B2

JP7455591B2 - 一次電池の寿命判断システム、寿命判断方法、及び寿命判断プログラム

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Publication number: JP7455591B2
Application number: JP2020006545A
Authority: JP
Inventors: 啓祐川邊; 泰弘山田; 孝史木村
Original assignee: Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2024-03-26
Anticipated expiration: 2040-01-20
Also published as: JP2021113742A

Description

本発明は、一次電池の寿命を判断するシステム、方法及びプログラムに関する。

例えば、ガスメータ、水道メータ、通信装置等の機器には、電源として一次電池が使用される。このように機器に使用される電池の状態を監視し、電池の異常を検出するための種々のシステムが提案されている。例えば、特開平９－６５０１４号公報（下記特許文献１）では、ガスの検針値や水道水の使用量をセンターへ自動的に通報する自動通報装置が開示されている。この自動通報装置では、電池電圧検出部で検出した電池電圧が予め設定した判定電圧以下の時に電池電圧が異常と判定してセンターへ通報する。

また、特開２００４－１４４６４２号公報（下記特許文献２）は、使用環境温度が適正な温度範囲を逸脱した場合にはそれを自動的に判定し、その判定に基づいて、警報の出力、ガスの遮断、及び、流量計測の停止を自動的に行うガスメータが開示されている。このガスメータは、流量や温度計測のための電力を供給する電池の端子間電圧を最低しきい値電圧と比較して、電池の起電力低下を検知する検知手段を備える。

特開平９－６５０１４号公報特開２００４－１４４６４２号公報

例えば、ガスメータ等の機器に使用される一次電池は、１０年に１回交換するといったように、使用期間が予め決められていることがある。このような場合、機器に使用する一次電池は、少なくとも予定された使用期間は使用できるように設計される。一次電池の使用可能期間すなわち寿命は、温度等の使用環境によって変わる。そのため、一次電池の寿命は、予定された使用期間より長めに設計される。しかし、機器に使用する一次電池の寿命が、その使用環境によってどの程度変動するか予測するのが難しいことが多い。この場合、予定された使用期間に対して、寿命が大幅に長くなるよう、大幅な余裕を持って設計せざるを得なくなる。

そこで、発明者らは、機器に使用中の一次電池の残り寿命すなわち残りの使用可能時間を、使用中の任意の時に判断するための方法を検討した。上記従来技術では、一次電池の異常を検出できるが、一次電池の使用中の任意の時に、使用環境に応じて変動する一次電池の使用可能期間を推測することは難しい。

本願は、使用環境に応じて変動し得る一次電池の使用可能時間を、一次電池の使用中の任意の時に判断できる一次電池の寿命判断システム、方法、及びプログラムを開示する。

本発明の実施形態における一次電池の寿命判断システムは、機器に使用している一次電池の開路電圧を示すデータを取得する取得部と、前記一次電池の想定される使用開始から使用終了までの前記一次電池の開路電圧と放電深度との関係を示す第１基準データを用いて、前記取得した一次電池の開路電圧に対応する放電深度が、前記想定される使用開始から使用終了までの全放電深度に対して占める量を示す第１推定値を決定する推定部と、前記第１推定値及び前記一次電池の実使用時間に基づいて、前記一次電池の使用可能時間を判断する判断部と、前記判断部による判断結果を出力する出力部と、を備える。。

本開示によれば、使用環境に応じて変動し得る一次電池の使用可能時間を、一次電池の使用中の任意の時に判断できる。

図１は、本実施形態の寿命判断システムの構成例を示す図である。図２は、第１基準データの例を示すグラフである。図３は、第２基準データの例を示すグラフである。図４は、第２基準データの補間例を示すグラフである。図５は、第２基準データの補間データ例を示すグラフである。図６は、寿命判断システムの動作例を示すフローチャートである。図７は、計算例で用いられる第１基準データを示すグラフである。図８は、計算例で用いられる第２基準データを示すグラフである。

（構成１）
本発明の実施形態における一次電池の寿命判断システムは、機器に使用している一次電池の開路電圧を示すデータを取得する取得部と、前記一次電池の想定される使用開始から使用終了までの前記一次電池の開路電圧と放電深度との関係を示す第１基準データを用いて、前記取得した一次電池の開路電圧に対応する放電深度が、前記想定される使用開始から使用終了までの全放電深度に対して占める量を示す第１推定値を決定する推定部と、前記第１推定値及び前記一次電池の実使用時間に基づいて、前記一次電池の使用可能時間を判断する判断部と、前記判断部による判断結果を出力する出力部と、を備える。

上記構成１によれば、機器に使用中の一次電池の開路電圧を取得し、その取得した開路電圧に対応する放電深度の想定される全放電深度に対して占める量を示す第１推定値が決定される。第１推定値の決定には、一次電池の想定される使用開始から使用終了までの開路電圧と放電深度との関係を示す第１基準データが用いられる。これにより、使用中の一次電池の開路電圧に対応する放電深度が、想定される全放電深度に対して占める量を推定できる。すなわち、放電深度が、想定される使用開始から使用終了までの全放電深度において、どの程度進んでいるかを推定できる。この推定により得られる第１推定値と、一次電池の使用開始からの経過時間である実使用時間とに基づいて、使用可能時間が判断される。これにより、一次電池の開路電圧から推定される放電深度の進行度合い及び一次電池の実使用時間に基づいて使用可能時間が判断される。そのため、使用環境に応じて変動し得る一次電池の使用可能時間を、使用中の任意の時に判断することができる。

ここで、第１基準データにおける放電深度及び第１推定値における放電深度は、放電深度に基づく物理量を示す値であってもよい。例えば、放電深度の値の他、放電深度を使用期間に換算した値、又は、放電深度を残容量に換算した値を、第１基準データの放電深度及び第１推定値の放電深度としてもよい。

なお、第１基準データにおける想定される使用開始から使用終了までの期間は、一次電池の仕様に応じて適宜設定されてもよい。例えば、どの程度の電気量を放電した場合に使用終了とするかを、仕様に応じて予め決めることができる。

一例として、判断部は、一次電池の実使用時間が、予め決められた一次電池の想定使用時間に対して占める量を示す評価値と、第１推定値とを比較することにより、一次電池の使用可能時間を判断することができる。例えば、判断部は、第１推定値で示される放電深度の全放電深度に占める量が、実使用時間の想定使用時間に占める量に対してどのように異なるかを判断してもよい。これにより、一次電池の使用可能時間の想定からのずれを判断することができる。

また、他の例として、判断部は、第１推定値で示される放電深度と実使用時間から、想定される全放電深度に達するまでの時間、すなわち使用可能時間を推定することもできる。推定された使用可能時間が、判断結果として出力されてもよい。また、推定された使用可能時間と想定使用時間との比較結果が、判断結果として出力されてもよい。

判断結果として、例えば、使用可能時間が想定使用時間に対して長いか又は短いか、或いは、どの程度異なるかを示す情報が出力される。なお、この判断結果は、放電深度が、想定放電深度より深いか浅いか、或いは、どの程度異なるかと同義である。このように、判断部は、一次電池の使用可能時間（寿命）の想定からずれを判断してもよい。

（構成２）
上記構成１において、前記取得部は、前記一次電池の閉路電圧をさらに取得してもよい。前記推定部は、前記一次電池の想定される使用開始から使用終了までの前記一次電池の閉路電圧と放電深度との関係の経時変化を示す第２基準データを用いて、前記取得した一次電池の閉路電圧及び前記実使用時間に対応する放電深度が前記全放電深度に対して占める量を示す第２推定値をさらに決定してもよい。前記判断部は、前記第２推定値と、前記一次電池の実使用時間とに基づいて、前記一次電池の使用可能時間を判断してもよい。

上記構成２によれば、推定部は、一次電池の想定される使用開始から使用終了までの前記一次電池の閉路電圧と放電深度との関係の経時変化を示す第２基準データを用いて、第２推定値を決定する。第２推定値は、取得した一次電池の閉路電圧及び実使用時間に対応する放電深度が全放電深度に対して占める量を示す値である。ここで、閉路電圧と放電深度との関係は、一次電池の劣化に伴い経時変化する。そのため、第２推定値は、一次電池の劣化度合いを反映したものとなる。すなわち、第２推定値は、劣化度合いを反映した放電深度が、想定される使用開始から使用終了までの全放電深度において、どの程度進んでいるかを示す値と言える。この第２推定値と、一次電池の実際の使用時間である実使用時間とに基づいて、使用可能時間が判断される。これにより、使用中の一次電池の劣化度合いを考慮した使用可能時間の判断ができる。

なお、第２基準データ及び第２推定値における放電深度は、放電深度の値、その換算値、又は、その他の放電深度に基づく物理量を示す値であってもよい。また、第２基準データにおける使用開始から使用終了までの期間は、一次電池の仕様に応じて適宜設定されてもよい。

（構成３）
上記構成１又は２において、前記取得部は、前記一次電池の温度をさらに取得してもよい。前記判断部は、前記温度をさらに用いて、前記一次電池の使用可能時間を判断してもよい。これにより、温度を考慮した一次電池の寿命判断が可能になる。

本発明の実施形態における一次電池の寿命判断方法は、コンピュータにより実行される一次電池の寿命判断方法である。前記寿命判断方法は、機器に使用している一次電池の開路電圧を示すデータを取得する工程と、前記一次電池の想定される使用開始から使用終了までの前記一次電池の開路電圧と放電深度との関係を示す第１基準データを用いて、前記取得した一次電池の開路電圧に対応する放電深度が、前記想定される使用開始から使用終了までの全放電深度に対して占める量を示す第１推定値を決定する工程と、前記第１推定値及び前記一次電池の実使用時間に基づいて、前記一次電池の使用可能時間を判断する工程と、前記判断結果を出力する工程と、を有する

本発明の実施形態における一次電池の寿命判断プログラムは、機器に使用している一次電池の開路電圧を示すデータを取得する取得処理と、前記一次電池の想定される使用開始から使用終了までの前記一次電池の開路電圧と放電深度との関係を示す第１基準データを用いて、前記取得した一次電池の開路電圧に対応する放電深度が、前記想定される使用開始から使用終了までの全放電深度に対して占める量を示す第１推定値を決定する推定処理と、前記第１推定値及び前記一次電池の実使用時間に基づいて、前記一次電池の使用可能時間を判断する判断処理と、前記判断処理による判断結果を出力する出力処理と、をコンピュータに実行させる。

［実施形態］
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。図中同一及び相当する構成については同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。

（システム構成例）
図１は、本実施形態における一次電池の寿命判断システムの構成例を示す図である。図１に示す例では、寿命判断システム１０は、機器１に使用中の一次電池２から電圧等の情報を取得し、記録部３に記録されたデータを用いて、一次電池２の寿命すなわち使用可能時間を判断するシステムである。寿命判断システム１０は、記録部４にアクセス可能である。記録部４には、一次電池２に関するデータが記録される。寿命判断システム１０は、取得部１１、推定部１２、判断部１３及び出力部１４を備える。一次電池２は、機器１に電力を提供する。一次電池２が、機器１に接続され、機器１に電力を提供可能な状態になった時に、機器１に対する一次電池２の使用が開始される。

図１に示す例では、測定部３は、一次電池２の開路電圧（ｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ）（以下、ＯＣＶと称する）、閉路電圧（ｃｌｏｓｅｄｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ）（以下、ＣＣＶと称する）、及び温度を測定する。測定部３は、例えば、開路電圧検出回路、閉路電圧検出回路、及び温度センサを含んでもよい。測定部３は、寿命判断システム１０と通信可能である。測定部３と寿命判断システム１０は、ネットワークを介して通信可能であってもよい。

取得部１１は、機器１に使用中の一次電池２のＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度を取得する。例えば、取得部１１は、測定されたＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度を測定部３から受信する。取得部１１は、測定部３に対してＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度の測定を指示し、その測定結果を受信してもよい。或いは、測定部３から自動的にＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度を受信してもよい。測定部３は、例えば、予め決められた周期で、ＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度を測定し、寿命判断システム１０へ送信してもよい。或いは、予め決められた条件を満たす場合に、ＯＣＶ，ＯＣＣ及び温度の測定及び送信をしてもよい。なお、取得部１１は、ＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度に限らず、他の一次電池２に関する情報を、測定部３又は他の装置から取得してもよいし、ＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度の少なくとも１つを取得してもよい。

取得部１１は、例えば、ＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度を取得した時点を記録しておいてもよい。この場合、機器１に対する一次電池２の使用の開始から上記取得の時点までの時間を、一次電池２の実使用時間とすることができる。一次電池２の実使用時間は、一次電池２の実際の使用時間であり、機器１に対する一次電池２の使用開始からの経過時間である。一次電池２の実使用時間は、時分秒まで厳密に特定しなくてもよく、例えば、時間単位又は日単位で特定されてもよい。なお、一次電池２の実使用時間を示す情報を、取得部１１が、ＯＣＶ、ＣＣＶ、温度とともに測定部３から取得してもよい。この場合、取得部１１は、例えば、ＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度が測定された時を示す情報を取得し、一次電池２の使用開始からＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度が測定された時までの時間を、実使用時間とすることができる。或いは、一次電池２の使用開始時を示すデータを記録しておき、使用開始から現在までの時間を、一次電池２の実使用時間として算出することもできる。一次電池２の使用開始時又は実使用時間を示すデータは、例えば、記録部４に記録される。取得部１１は、測定部３から、機器１に対する一次電池２の使用が開始されたこと、又は開始時を示すデータを取得してもよい。

記録部４には、例えば、一次電池２に関する情報を含むデータベースが記録される。データベースは、例えば、第１基準データ、第２基準データ、一次電池２の想定使用時間、及び、一次電池２の実使用時間を示すデータを含む。

第１基準データは、一次電池２の想定される使用開始から使用終了までの、ＯＣＶと放電深度（ｄｅｐｔｈｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅ、以下ＤＯＤと称する）の関係（ＯＣＶ－ＤＯＤ）を示すデータである。例えば、第１基準データは、一次電池２の想定される使用開始から使用終了までの開路電圧の変化に対するＤＯＤの変化を示すデータであってもよい。第１基準データは、ＯＣＶとＤＯＤの対応関係を示す。また、第１基準データは、ＯＣＶ及びＤＯＤに加えて、温度その他使用環境を示す値との関係を示すデータであってもよい。

第２基準データは、一次電池２の想定される使用開始から使用終了までの、ＣＣＶとＤＯＤの関係（ＣＣＶ－ＤＯＤ）の経時変化を示すデータである。例えば、一次電池２の想定される使用開始から使用終了までの複数の時点におけるＣＣＶとＤＯＤの対応関係（ＣＣＶ－ＤＯＤ）を複数の経過時間について示すデータが第２基準データに含まれる。また、第２基準データは、ＣＣＶ及びＤＯＤに加えて、温度その他使用環境を示す値との関係を示すデータであってもよい。例えば、第２基準データとして、複数の経過時間におけるＣＣＶとＤＯＤの対応関係が、複数の温度について記録されてもよい。

第１基準データ及び第２基準データのデータ形式は、特に限定されないが、例えば、テーブル、マップデータ、関数、又は、プログラム等の形式であってもよい。第１基準データ及び第２基準データは、例えば、一次電池２と同じ電池で複数のＤＯＤの段階で測定されたＯＣＶを基に作成することができる。第１基準データ及び第２基準データの作成例については、後述する。

推定部１２は、第１基準データを用いて、取得部１１が取得した一次電池２のＯＣＶに対応するＤＯＤの、想定される使用開始から使用終了までの全ＤＯＤに対する量を示す第１推定値を決定する。例えば、推定部１２は、第１基準データから、取得したＯＣＶに対応するＤＯＤの値を抽出し、抽出した値を、第１推定値とすることができる。

推定部１２は、第２基準データを用いて、取得部１１が取得した一次電池２のＣＣＶ及び一次電池２の実使用時間に対応するＤＯＤの、想定される使用開始から使用終了までの全ＤＯＤに対する量を示す第２推定値を決定する。例えば、推定部１２は、第２基準データから、取得したＣＣＶ及び実使用時間に対応するＤＯＤの値を抽出し、抽出した値を、第２推定値とすることができる。

図２は、第１基準データの例を示すグラフである。図２に示す例では、０～１００％のＤＯＤに対応するＯＣＶの値が第１基準データとして記録される。ここで、想定される使用終了時のＤＯＤは、任意に設定できる。すなわち、想定される使用開始から使用終了までの全ＤＯＤ（以下、「想定終了時ＤＯＤ」と称する）を０～１００％の間の任意の値に設定してもよい。想定終了時ＤＯＤを示すデータが、第１基準データに含まれてもよい。なお、第１基準データは、例えば、グラフの曲線を示す関数であってもよいし、離散値の集合であってもよい。

推定部１２は、例えば、第１基準データで示される、取得部１１が取得したＯＣＶに対応するＤＯＤの値を、第１推定値とすることができる。或いは、推定部１２は、取得したＯＣＶに対応するＤＯＤの値を使用時間に変換した値を、第１推定値としてもよい。例えば、下記式により、ＯＣＶに対応するＤＯＤの値を、使用時間に変換することができる。
使用時間＝（想定使用時間）×（ＯＣＶに対応するＤＯＤの値）／（想定終了時ＤＯＤ）

第１基準データは、例えば、以下のように作成することができる。まず、２０℃の温度環境下で複数の一次電池を定電流で放電させてＤＯＤが異なる複数の電池（例えば、ＤＯＤ＝３％、１５％、３０％、５０％、７０％、８０％、９０％、１００％の電池）を用意し、それぞれの電池のＯＣＶを測定する。或いは、１本の一次電池を定電流で放電させて、複数の異なるＤＯＤの段階で、ＯＣＶを測定してもよい。これらの測定値から、一次電池のＤＯＤ（或いはＤＯＤを使用期間に換算した値）と、ＯＣＶとの関係に関するデータベースを作成する。なお、ＤＯＤ＝１００％となる条件は、適宜設定することができる。すなわち、必ずしも、規格で決められている一次電池の容量を放電した状態を、ＤＯＤ＝１００％とする必要はない。例えば、放電により電池電圧（ＣＣＶ）が設定された電圧値まで低下した時の放電容量をＤＯＤ＝１００％の放電容量として、設定することができる。

図３は、第２基準データの例を示すグラフである。図３に示す例では、０～１００％のＤＯＤに対応するＣＣＶの値が、複数の経過時間（０年、５年及び１０年）及び複数の温度（－２０℃、０℃、２０℃、６０℃）について、記録される。ここで、第１基準データの想定終了時ＤＯＤとは異なる想定終了時ＤＯＤが、第２基準データについて設定されてもよい。想定終了時ＤＯＤを示すデータが、第２基準データに含まれてもよい。図３に示す例では、経過時間が０年、５年及び１０年のＣＣＶ－ＤＯＤが第２基準データに含まれるが、これらの間の経過時間におけるＣＣＶ－ＤＯＤが補間により計算されてもよい。例えば、０年～１０年までの各年についてのＣＣＶ－ＤＯＤが第２基準データに含まれてもよい。第２基準データは、例えば、グラフの曲線を示す関数であってもよいし、離散値の集合であってもよい。

推定部１２は、例えば、取得部１１が取得したＯＣＶ及び一次電池２の実使用時間に対応するＤＯＤの値を、第２基準データから抽出して、第２推定値とすることができる。或いは、推定部１２は、取得したＯＣＶ及び実使用時間に対応するＤＯＤの値を使用時間に変換した値を、第２推定値としてもよい。例えば、下記式により、ＯＣＶに対応するＤＯＤの値を、使用時間に変換することができる。
使用時間＝（想定使用時間）×（ＣＣＶ及び実使用時間に対応するＤＯＤの値）／（想定終了時ＤＯＤ）

第２基準データは、例えば、以下のように作成することができる。まず、２０℃の温度環境下で複数の一次電池を定電流で放電させてＤＯＤが異なる複数の電池を用意する。次に、それぞれの電池を高温の温度環境下で貯蔵して電池に経時変化を生じさせ、２０℃において一定期間（例えば、５年及び１０年）貯蔵されたものと同じ状態の電池とする（加速試験）。電池の想定使用期間が比較的短い場合は、高温での加速試験でなく、２０℃で所定期間貯蔵し電池に経時変化を生じさせるのであってもよい。加速試験の貯蔵期間は、２０℃で貯蔵した場合の貯蔵期間に換算して求める。また、加速試験での貯蔵温度は、加速の程度に応じて適宜設定することができる。

貯蔵期間が異なる複数の一次電池を用意し、さらに、それぞれについて、複数の測定温度環境下において、パルス放電を行ったときの電池のＣＣＶを測定する。これにより、経時変化の状態および温度環境が異なる一次電池について、電池のＤＯＤ（あるいは使用期間）と、ＣＣＶとの関係に関するデータベースを作成する。なお、パルス放電の電流値などの条件は、電池の設計容量などに応じて適宜設定することができる。

第１基準データ、及び第２基準データにおいて、各測定値の間の値を補完してもよい。図４は、０年経過相当の電池のＣＣＶの測定値、５年経過相当の電池のＣＣＶの測定値の間の３年経過相当の電池のＣＣＶの値の補間値の例を示すグラフである。グラフにおいて、０年経過相当のＣＣＶの測定値と、５年経過相当のＣＣＶの測定値とを結ぶ線と、使用期間＝３年の線との交点のＣＣＶの値が３年経過相当の補間値となる。図５は、図４で示す使用時間３年の補間値を基に作成されたＣＣＶ－ＤＯＤの対応関係を示すグラフである。

このように、第２基準データは、複数の温度及び複数の経過時間についてのＣＣＶ－ＤＯＤの対応関係が含まれる。推定部１２は、一次電池２の実使用時間に対応する経過時間のＣＣＶ－ＤＯＤの対応関係であって、取得部１１が取得した温度に対応するＣＣＶ－ＤＯＤの対応関係を示すデータから、取得部１１が取得したＣＣＶに対応するＤＯＤを抽出し、これを第２推定値とすることができる。

判断部１３は、第１推定値、第２推定値、及び一次電池２の実使用時間に基づいて、一次電池の使用可能時間を判断する。判断部１３は、第１推定値及び実使用時間に基づく判断と、第２推定値及び実使用時間に基づく判断とを、それぞれ実行することができる。

判断部１３は、第１推定値が、ＤＯＤで表される値である場合、一次電池２の実使用時間に対応する想定ＤＯＤと第１推定値を比較することにより、使用可能時間を判断できる。想定ＤＯＤは、想定使用時間で使用した場合に実使用時間の時点で想定されるＤＯＤである。例えば、想定される使用開始から使用終了までの想定全ＤＯＤに、想定使用時間に対する実使用時間の割合をかけた値（想定全ＤＯＤ×（実使用時間／想定使用時間））を基に計算することができる。第２推定値が、ＤＯＤを示す値である場合も、同様に、想定ＤＯＤと第２推定値とを比較することで、使用可能時間を判断できる。この場合、判断部１３は、ＯＣＶ又はＣＣＶから得られるＤＯＤが想定より深いか浅いのか、或いは、どの程度想定から離れているかを判断する。

判断部１３は、第１推定値が、ＯＣＶに対応するＤＯＤの想定全ＤＯＤに対する量を使用時間で表した値である場合、第１推定値と実使用時間を比較することにより、使用可能時間を判断できる。この場合、第１推定値は、例えば、想定使用時間×（ＯＣＶに対応するＤＯＤ／想定全ＤＯＤ）の値を基に決定される。第２推定値が、ＣＣＶに対応するＤＯＤの想定全ＤＯＤに対する量を使用時間で表した値である場合も、同様に、第２推定値と実使用時間を比較することにより、使用可能時間を判断できる。この場合、判断部１３は、ＯＣＶ又はＣＣＶから得られるＤＯＤに基づく使用時間が、想定より長いか短いか、或いは、どの程度想定から離れているかを判断する。

判断部１３は、第１推定値及び実使用時間を用いて、使用可能時間の推定値を計算してもよい。例えば、第１推定値が、（ＯＣＶに対応するＤＯＤ／想定全ＤＯＤ）である場合は、推定値は、実使用時間／（ＯＣＶに対応するＤＯＤ／想定全ＤＯＤ）で計算することができる。判断部１３は、同様に、第２推定値及び実使用時間を用いて、使用可能時間の推定値を計算してもよい。例えば、第２推定値が、（ＣＣＶに対応するＤＯＤ／想定全ＤＯＤ）である場合は、使用可能時間の推定値は、実使用時間／（ＣＣＶに対応するＤＯＤ／想定全ＤＯＤ）で計算することができる。判断部１３は、使用可能時間の推定値を判断結果としてもよい。

また、判断部１３は、使用可能時間の推定値と想定使用時間との比較結果を、判断結果としてもよい。この場合、判断部１３は、推定される使用可能時間が、想定使用時間より長いか短いか、或いは、どの程度想定から離れているかを判断する。

なお、判断部１３の判断結果は、上記例に限られない。例えば、判断結果に、一次電池２の残容量が含まれてもよい。残容量は、ＤＯＤから計算することができる。

出力部１４は、判断部１３による判断結果を出力する。出力部１４の出力形態は、特に限定されないが、判断結果は、例えば、ディスプレイへの表示、音声出力、データ送信、データ保存その他の形態で出力される。判断結果には、一次電池の使用可能時間すなわち寿命に関する情報が含まれる。例えば、使用可能時間の想定からのずれを示す情報、又は、使用可能時間を示す情報が判断結果に含まれてもよい。判断結果は、第１推定値に基づく判断結果と第２推定値に基づく判断結果の両方が含まれてもよいし、第１推定値に基づく判断結果と第２推定値に基づく判断結果を総合した判断結果が含まれもよい。

寿命判断システム１０は、1又は複数のコンピュータにより構成することができる。例えば、コンピュータが備えるプロセッサが、メモリに格納された所定のプログラムを実行することで、取得部１１、推定部１２、判断部１３及び出力部１４の機能を実現することができる。コンピュータに、取得部１１、推定部１２、判断部１３及び出力部１４の機能を実行させるプログラム、及びこのようなプログラムを記録した非一時的（non-transitory）な記録媒体も、本発明の実施形態に含まれる。記録部４は、寿命判断システム１０を構成するコンピュータがアクセス可能な記録装置で構成することができる。

寿命判断システム１０は、例えば、測定部３とネットワークを介して接続されたサーバのコンピュータで構成されてもよい。また、取得部１１、推定部１２、判断部１３及び出力部１４の少なくとも一部は、例えば、測定部３と同様、一次電池２に接続される回路で構成されてもよい。或いは、測定部３は、寿命判断システム１０に含まれてもよい。

寿命判断システム１０は、複数の一次電池の使用可能時間を判断する構成であってもよい。取得部１１は、複数の機器にそれぞれ使用される複数の一次電池から、ＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度の少なくとも１つを取得してもよい。この場合、例えば、取得部１１は、ＯＣＶ、ＣＣＶ、温度とともに、一次電池を特定する電池特定情報（例えば、識別子、アドレス等）を取得してもよい。記録部４には、複数の一次電池それぞれの電池特定情報が、各一次電池に関するデータ（例えば、第１基準データ、第２基準データ、想定使用時間、実使用時間等）と対応付けて記録されてもよい。推定部１２は、取得した電池特定情報に対応付けられた第１基準データ、第２基準データを基に、第１推定値、第２推定値を決定することができる。判断部１３は、電池特定情報に対応する想定使用時間、実使用時間（又は使用開始時を示すデータ）を用いて使用可能時間を判断することができる。これにより、異なる機器１の複数の一次電池のそれぞれについて、使用可能時間を判断することができる。

（動作例）
図６は、寿命判断システム１０の動作例を示すフローチャートである。図６に示す例では、まず、取得部１１が、測定部３で測定された一次電池２のＯＣＶ、ＣＣＶ、温度Ｔ１を取得する（Ｓ１）。

測定部３は、電池の使用開始後に、予め決められたタイミングで、電池のＯＣＶ、ＣＣＶ、および温度を測定し、外部（寿命判断システム１０）に伝達する。測定するタイミングは、特に限定はされが、例えば、あらかじめ決められた周期（例えば、１ヶ月ごとなど）に測定を行うことができる。或いは、機器の使用状況に応じて測定することもできる。例えば、機器１が、ガスメータの場合は、ガスの使用量が一定量に達するごとに測定が行われてもよい。

ＯＣＶは、一次電池に実質的に電流が流れていない無負荷の状態で測定される。一次電池が放電された場合、放電終了後に電池の構成物が平衡状態になって電圧が一定値に落ち着くまでに多少時間がかかる場合がある。そのため、測定部３は、一次電池の放電が終了した後、無負荷の状態になる前の電流値や温度などの条件に応じて一定以上の時間が経過した後にＯＣＶの測定を行うことが望ましい。

ＣＣＶの測定は、一次電池を放電させた際に得られる一次電池の電圧を測定することで行われる。ＣＣＶ測定時の放電条件は、予め決めておくことができる。ＣＣＶ測定時の放電条件及び測定条件は、特に限定はされないが、例えば、パルス放電を１回行い、その際に変化する電池電圧の値の最小値をＣＣＶとすることが好ましい。これにより、測定による電池容量の減少などの影響をできるだけ抑えることができる。なお、ＣＣＶ測定時の放電条件（例えば、パルス放電の電流値等）は、一次電池の設計容量などに応じて適宜設定することができる。

測定部３による温度の測定は、一次電池の表面の温度を測定するのであってもよく、電池の周囲の環境温度を測定するのであってもよい。

取得部１１は、ＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度Ｔ１を取得した際に、実使用時間ｔを決定する（Ｓ２）。実使用時間ｔは、例えば、記録部４に記録された一次電池２の機器１への使用開始時から現時点までの経過時間としてもよい。決定した実使用時間ｔは、後の処理で、取得したＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度Ｔ１に基づいて使用可能時間を判断する際に用いられる。なお、取得部１１は、測定部３から、ＯＣＶ、ＣＣＶ及び温度Ｔ１の測定時刻を取得し、使用開始時と測定時刻に基づいて、実使用時間ｔを決定してもよい。

推定部１２は、ＯＣＶ、第１基準データを用いて、第１推定値を決定する（Ｓ３）。推定部１２は、一次電池のＤＯＤとＯＣＶとの関係を示す第１基準データを用いて、使用中の一次電池２について測定したＯＣＶの値に対応するＤＯＤ（以下、これを、ｘ（％）とする）を決定する。このＤＯＤ：ｘ（％）を第１推定値とする。推定部１２は、ｘの値から、一次電池の残容量の推定値を算出してもよい。なお、本実施形態では、ＯＣＶは温度が変化してもほとんど値が変わらない前提であるため、温度によるＤＯＤの推定値の補正は不要である。温度によるＯＣＶの変化が無視できない場合は、第１基準データとして、複数の温度についてＯＣＶ－ＤＯＤの関係を示すデータを準備しておく事が好ましい。これにより、温度Ｔ１に応じたＯＣＶ－ＤＯＤの関係が示すデータを用いて、温度の影響を考慮したＤＯＤを決定することができる。

判断部１３は、第１推定値（ＯＣＶに対応するＤＯＤ：ｘ（％））に基づいて一次電池２の使用可能時間を判断する（Ｓ４）。判断部１３は、予定通りに電池が使用された場合に実使用時間ｔにおいて想定される一次電池２の想定ＤＯＤ：ｓ（％）を求める。想定ＤＯＤ：ｓは、例えば、機器１で予定されている一次電池２の使用開始から使用終了までの想定使用期間：Ｔと、一次電池２の使用終了時において想定される想定終了時ＤＯＤ：ｚ（％）と、を用いて、例えば、以下の式より求めることができる。
ｓ＝ｚ×ｔ／Ｔ×１００（％）

判断部１３は、一次電池２のＯＣＶの測定値に基づくＤＯＤ：ｘ（％）が、実使用時間ｔに基づく想定ＤＯＤ：ｓ（％）と等しい場合（ｘ＝ｚ）は、想定通りに電池が使用されていると判断できる。ｘ＞ｓの場合には、想定よりも一次電池の使用が多い（電池の残容量が少ない）と判断できる。ｘ＜ｓの場合には、想定よりも一次電池の使用が少ない（電池の残容量が多い）と判断できる。また、その差：ｘ－ｓは、実際の電池の使用状態が、想定された電池の使用状態からどの程度ずれているかを表す。判断部１３による判断結果は、例えば、一次電池２の使用が想定より多いか少ないか、及び、一次電池２の使用の想定からずれの程度（ｘ―ｓ）を表すデータを含む。

この判断結果に基づいて、例えば、一次電池（あるいは機器）が設置されている外部環境や、一次電池の放熱構造、一次電池の配置等の設計事項が適切かどうかを、一次電池の使用途中に確認することができる。また、一次電池の使用想定期間が満了する前に、一次電池を交換する必要があるかどうか、又は一次電池の本数を減らすことが可能か否か、を判断することもできる。このような、判断結果に基づく外部環境又は設計事項の評価、又は、電池容量の過不足の判定を、寿命判断システム１０で実行してもよい。

推定部１２は、ＣＣＶ、実使用時間ｔ、第２基準データを用いて、第２推定値を決定する（Ｓ５）。第２基準データは、電池の使用開始からの経過時間および温度が異なる種々の条件における、一次電池のＣＣＶとＤＯＤとの関係を示す。第２基準データから、使用中の一次電池２について測定したＣＣＶの値、温度Ｔ１及び一次電池２の実使用時間ｔに対応するＤＯＤ（これを、ｙ（％）とする）を導き出し、これを第２推定値とする。ｙの値から、電池の劣化の程度が推定される。

判断部１３は、第２推定値（ＯＣＶに対応するＤＯＤ：ｙ（％））に基づいて一次電池２の使用可能時間を判断する（Ｓ６）。判断部１３は、電池のＤＯＤ：ｙ（％）が、上記想定ＤＯＤ：ｓ（％）と等しい場合（ｙ＝ｓ）は、想定通りに電池が経時変化（劣化）していると判断できる。ｙ＞ｓの場合には、想定よりも電池の劣化が進行していると判断できる。ｙ＜ｓの場合には、想定よりも電池の劣化が少ないと判断できる。また、その差：ｙ－ｓは、実際の電池の劣化の程度が、想定された電池の劣化状態からどの程度ずれているかを表す。判断部１３による判断結果は、例えば、一次電池２の劣化が想定より多いか少ないか、及び、劣化度合いの想定からずれの程度｜ｙ―ｓ｜を表すデータを含む。

この判断結果に基づいて、例えば、電池の設計容量や、組電池の場合の本数などの設計事項が適切か否かを、電池の使用途中に確認することができる。また、電池の使用想定期間が満了する前に、電池を交換する必要があるかどうか、電池の本数を減らすことが可能か否かを判断することもできる。このような、判断結果に基づく外部環境又は設計事項の評価、又は、電池容量の過不足の判定を、寿命判断システム１０で実行してもよい。

判断部１３は、Ｓ４で決定された第１推定値と、Ｓ６で決定された第２推定値の比較結果に応じて、電池設計の指針となる情報を生成し、判断結果に含めてもよい。例えば、第１推定値ｘと第２推定値ｙの差の絶対値が、閾値を超える場合、ｘ、ｙの大小関係に応じた設計指針データを生成することができる。例えば、ｘ＞ｙの場合には、一次電池の劣化よりも残容量の減少の方が早く進行しているため、一次電池の放電容量を重視した電池設計を提案する情報が生成される。ｘ＜ｙの場合には、一次電池の残容量の減少よりも劣化の方が早く進行しているため、一次電池の貯蔵特性を重視した電池設計を提案する情報が生成される。

出力部１４は、判断部１３による判断結果を出力する（Ｓ７）。出力部１４は、Ｓ４における第１推定値に基づく判断結果、及びＳ６における第２推定値に基づく判断結果のいずれか一方又は両方を出力する。また、これらの判断結果から生成される総合判断結果が出力されてもよい。また、使用可能時間に関する判断結果に基づく外部環境又は設計事項の評価結果、電池容量の過不足の判定結果、及び、第１推定値及び第２推定値に基づく設計指針データが出力されてもよい。出力部１４から出力される情報を、例えば、機器１のメーカーに提供することで、機器１の設計に貢献できる。

（処理例）
次に、以下の条件で、一次電池の使用可能時間の判断処理を実行する例を説明する。本例では、図２に示す第１基準データ及び図５に示す第２基準データを用いた場合の処理例を説明する。条件として、一時電池の使用期間は７年とする。機器設計として、一次電池を、放電深度が９２％（想定終了時ＤＯＤ：ｚ＝９２％）になるまで使用する設計とされた場合を想定する。一次電池は５本を並列接続して使用する設計である。３年使用した段階での一次電池の状態を評価する。すなわち、実使用時間は３年とする。一次電池の使用開始から３年経過時に検出された状態は、ＯＣＶ：３．０４２（Ｖ）、温度０℃、ＣＣＶは、２．９４５（Ｖ）とする。ＣＣＶは、５０ｍＡ×１秒パルス放電での最低電圧とする。

図２に示す第１基準データのＯＣＶ－ＤＯＤの関係から、ＯＣＶ：３．０４２（Ｖ）に対応するＤＯＤ：ｘは、３１．２％である（図７参照）。この場合、一次電池の残容量は、約７０％であると判断できる。

実使用時間ｔが３年、想定使用時間が７年であることから、機器設計で予定されている３年使用時の一次電池の想定ＤＯＤ：ｓは、９２％ × ３年／７年＝３９．４％である。ｘ－ｓ＝３１．２％－３９．４％＝－８．２％なので、判断部１３は、機器設計の想定よりも、８．２％だけ一次電池の使用が少ないと判断する。

判断部１３は、さらに、想定使用時間である７年使用した段階での一次電池のＤＯＤの推定値を、７２．８％（３１．２％ × ７年／３年）と計算する。これにより、７年で、機器設計で想定された一次電池の想定全ＤＯＤの７９％（７２．８／９２）しか使用しないと推定される。これにより、一次電池の容量を８０％にしてもよいと判断できる。これにより、判断部１３は、一次電池の使用本数を５本から４本に減らすことが可能であると判断する。出力部１４は、この判断結果を出力する。

図５に示す第２基準データのＣＣＶ－ＤＯＤ（３年経過相当、０℃におけるＣＣＤ－ＤＯＤ）の関係から、ＣＣＶ：２．９４５（Ｖ）に対応するＤＯＤ（ここでは、劣化率）：ｙは、４５．３％と決定される（図８参照）。ｙは、３年使用時の一次電池の想定ＤＯＤ：ｓ＝３９．４％よりも、４．９％大きな値となっている（ｙ－ｓ＝４．９％）。判断部１３は、当初の想定より劣化が進んでいると判断する。判断部１３は、電池の劣化を促進させる機器側の要因（設置されている外部環境、電池の放熱構造、機器内での電池の配置等）の検討が必要とする判断結果を生成する。

判断部１３は、さらに、想定使用時間である７年使用した段階での一次電池の劣化率を、１０５．７％（４５．３％ × ７年／３年）と計算する。判断部１３は、７年使用時の劣化率の推定値は、所定の条件（本例では、１００％）を超えると判断する。この場合、判断部１３は、電池交換の提案を含む判断結果を生成する。

上記例では、第１推定値ｘ：３１．２％に比べて、第２推定値ｙ：４５％が大きくなっている。判断部１３は、第１推定値と第２推定値の比較結果に応じて、電池設計の指針となる情報を生成することができる。例えば、ｘ＜ｙの場合、一次電池の設計の面から、貯蔵特性を重視した電池設計を提案する情報を生成することができる。

上記例のように、判断部１３は、第１推定値に基づく判断結果として得られる一次電池の使用の想定からずれの量が、予め設定された条件を満たす場合に、機器環境又は電池設計に関する提案を含む情報を生成し、判断結果に含めることができる。また、一次電池の使用の想定からずれの量に基づいて、使用中の一次電池の容量の減少又は交換を提案する情報を生成することができる。例えば、判断部１３は、一次電池の使用可能時間が、想定使用時間に対して所定時間以上長いと判断される場合は、一次電池容量の減少を提案する情報を生成し、一次電池の使用可能時間が、想定使用時間に対して所定時間以上短いと判断される場合は、一次電池容量の交換を提案する情報を生成することができる。出力部１４は、判断結果として、機器環境又は電池設計に関する提案を含む情報、又は、一次電池の容量の減少又は交換を提案する情報を、出力することができる。

同様に、判断部１３は、第２推定値に基づく判断結果として得られる一次電池の劣化度合いの想定からずれの量が、予め設定された条件を満たす場合に、機器環境又は電池設計に関する提案を含む情報を生成し、判断結果に含めることができる。また、一次電池の劣化度合いの想定からずれの量に基づいて、使用中の一次電池の容量の減少又は交換を提案する情報を生成することができる。

本実施形態において、一次電池を使用する機器は、特定のものに限られないが、例えば、ガスメータとすることができる。ガスメータのように、予め一次電池の想定使用時間（交換時期）が決められている機器に、本実施形態の寿命判断システムを好適に適用することができる。寿命判断システムにより、一次電池の使用可能時間（寿命）の想定に対するずれを、使用中に把握することができる。この寿命判断システムで出力される情報により、例えば、使用中の一次電池の容量節約、又は早期交換、等が可能になる。また、上記情報により、例えば、機器に使用する一次電池の環境や設計を改善することが可能になる。

本実施形態の寿命判断システムが対象とする一次電池は、これに限定されないが、例えば、リチウム一次電池としてもよい。リチウム一次電池は、正極、負極、及び、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータを含む。一例として、正極が、正極活物質として二酸化マンガンを含むリチウム一次電池（二酸化マンガンリチウム電池）が、寿命判断システムの対象の一次電池であってもよい。二酸化マンガンリチウム電池は、放電末期の電圧低下が緩やかな特性を有する。そのため、寿命判断システムによって、より正確に使用可能時間の判断ができる。寿命判断システムの判断の対象となる一次電池の電池の電圧は特に限定されない。例えば、公称電圧が、３．４～３．８Ｖの範囲の一次電池、又は、公称電圧が、２．７Ｖ～３．３Ｖの範囲の一次電池を、寿命判断システムの判断の対象としてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。

１機器
２一次電池
３測定部
４記録部
１０寿命判断システム
１１取得部
１２推定部
１３判断部
１４出力部

Claims

機器に使用している一次電池の開路電圧を示すデータを取得する取得部と、
前記一次電池の想定される使用開始から使用終了までの前記一次電池の開路電圧と放電深度との関係を示す第１基準データを用いて、前記取得した一次電池の開路電圧に対応する放電深度が、前記想定される使用開始から使用終了までの全放電深度に対して占める量を示す第１推定値を決定する推定部と、
前記一次電池の実使用時間が、予め決められた前記一次電池の想定使用時間に対して占める量を示す評価値と、前記第１推定値とを比較する、或いは、前記第１推定値で示される放電深度と実使用時間から、想定される全放電深度に達するまでの時間を推定することにより、前記一次電池の使用可能時間を判断する判断部と、
前記判断部による判断結果を出力する出力部と、を備える、一次電池の寿命判断システム。
請求項１に記載の一次電池の寿命判断システムであって、
前記取得部は、前記一次電池の閉路電圧をさらに取得し、
前記推定部は、前記一次電池の想定される使用開始から使用終了までの複数の時点における前記一次電池の閉路電圧と放電深度との対応関係を複数の経過時間について示す第２基準データを用いて、前記取得した一次電池の閉路電圧及び前記実使用時間に対応する放電深度が前記全放電深度に対して占める量を示す第２推定値をさらに決定し、
前記判断部は、前記一次電池の実使用時間が、予め決められた前記一次電池の想定使用時間に対して占める量を示す評価値と、前記第２推定値とを比較する、或いは、前記第２推定値で示される放電深度と実使用時間から、想定される全放電深度に達するまでの時間を推定することにより、前記一次電池の使用可能時間を判断する、一次電池の寿命判断システム。
請求項１又は２に記載の一次電池の寿命判断システムであって、
前記取得部は、前記一次電池の温度をさらに取得し、
前記判断部は、前記温度をさらに用いて、前記一次電池の使用可能時間を判断する、一次電池の寿命判断システム。
コンピュータにより実行される一次電池の寿命判断方法であって、
機器に使用している一次電池の開路電圧を示すデータを取得する工程と、
前記一次電池の想定される使用開始から使用終了までの前記一次電池の開路電圧と放電深度との関係を示す第１基準データを用いて、前記取得した一次電池の開路電圧に対応する放電深度が、前記想定される使用開始から使用終了までの全放電深度に対して占める量を示す第１推定値を決定する工程と、
前記一次電池の実使用時間が、予め決められた前記一次電池の想定使用時間に対して占める量を示す評価値と、前記第１推定値とを比較する、或いは、前記第１推定値で示される放電深度と実使用時間から、想定される全放電深度に達するまでの時間を推定することにより、前記一次電池の使用可能時間を判断する工程と、
前記判断による判断結果を出力する工程と、を有する、一次電池の寿命判断方法。
機器に使用している一次電池の開路電圧を示すデータを取得する取得処理と、
前記一次電池の想定される使用開始から使用終了までの前記一次電池の開路電圧と放電深度との関係を示す第１基準データを用いて、前記取得した一次電池の開路電圧に対応する放電深度が、前記想定される使用開始から使用終了までの全放電深度に対して占める量を示す第１推定値を決定する推定処理と、
前記一次電池の実使用時間が、予め決められた前記一次電池の想定使用時間に対して占める量を示す評価値と、前記第１推定値とを比較する、或いは、前記第１推定値で示される放電深度と実使用時間から、想定される全放電深度に達するまでの時間を推定することにより、前記一次電池の使用可能時間を判断する判断処理と、
前記判断処理による判断結果を出力する出力処理と、をコンピュータに実行させる、一次電池の寿命判断プログラム。