JPH03122581A - 電池放電保存時間予測方法および装置 - Google Patents
電池放電保存時間予測方法および装置Info
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- JPH03122581A JPH03122581A JP2239133A JP23913390A JPH03122581A JP H03122581 A JPH03122581 A JP H03122581A JP 2239133 A JP2239133 A JP 2239133A JP 23913390 A JP23913390 A JP 23913390A JP H03122581 A JPH03122581 A JP H03122581A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/3644—Constructional arrangements
- G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野］
本発明は、指定された終電圧までに放電中の電池に残っ
ている保存時間を予測することによって電池の放電容量
を予測する装置および方法に係り、特に、放電中の電池
の変化する条件に応答してリアルタイムで動作する適応
保存時間予測システムに関する。
ている保存時間を予測することによって電池の放電容量
を予測する装置および方法に係り、特に、放電中の電池
の変化する条件に応答してリアルタイムで動作する適応
保存時間予測システムに関する。
［従来の技術］
放電中の電池の容量を決定する方法の１つは、電池のア
ンペア時容量に基づく。ここで、アンペア時容量とは、
定電流を仮定する場合は、電池が所定の電流を供給でき
る時間数であり、また、電流が変化する場合は、所定の
アンペア時積を供給できる時間数である。容量の推定は
電流に基づく。
ンペア時容量に基づく。ここで、アンペア時容量とは、
定電流を仮定する場合は、電池が所定の電流を供給でき
る時間数であり、また、電流が変化する場合は、所定の
アンペア時積を供給できる時間数である。容量の推定は
電流に基づく。
その理由は、電流は、電池が負荷に電力を供給する能力
を高い信頼性で示すからである。電池の放電は、−船釣
に、電池の電圧が負荷ネットワークの最小必要値の電圧
レベルに降下したとき、完了すると考えられる。新しい
電池の一般的な放電特性が第１図に示されており、この
図では、電池電圧と時間との関係を示す放電曲線がさま
ざまな一定放電電流に対して図示されている。ただちに
明らかなことは、放電電流値は、特定の電池放電電圧に
達するまでの放電時間に非常に影響するということであ
る。これらの放電曲線は、これらの測定が行われたとき
の電池の容量を特性的に反映しており、電池の寿命にお
けるその後の段階での真の電池の容量は必ずしも反映し
ていない。
を高い信頼性で示すからである。電池の放電は、−船釣
に、電池の電圧が負荷ネットワークの最小必要値の電圧
レベルに降下したとき、完了すると考えられる。新しい
電池の一般的な放電特性が第１図に示されており、この
図では、電池電圧と時間との関係を示す放電曲線がさま
ざまな一定放電電流に対して図示されている。ただちに
明らかなことは、放電電流値は、特定の電池放電電圧に
達するまでの放電時間に非常に影響するということであ
る。これらの放電曲線は、これらの測定が行われたとき
の電池の容量を特性的に反映しており、電池の寿命にお
けるその後の段階での真の電池の容量は必ずしも反映し
ていない。
放電中の電池に残っている使用可能な保存時間を予測す
るための従来の方法は、すべての電池は最初の放電特性
を保持しているという仮定に基づいている。指定された
終電圧までの放電の持続時間は、実験的に測定された新
しい電池の放電特性に基づいた出力データシート情報か
ら本質的に予測される。
るための従来の方法は、すべての電池は最初の放電特性
を保持しているという仮定に基づいている。指定された
終電圧までの放電の持続時間は、実験的に測定された新
しい電池の放電特性に基づいた出力データシート情報か
ら本質的に予測される。
放電中の電池の使用可能な保存時間を予測するために広
く使用されている１つの方法は、ビューカート（Ｐｅｕ
ｋｅｒｔ） ・パラメータに基づいたものである。こ
のパラメータは、放電中の電池に関係する終電圧に依存
する測定定数に基づいており、指数関数型の方程式に含
まれている。電池の放電特性は、対数プロットで、各終
電圧に対しそれぞれ１つの直線で示される。この方法お
よび他の従来技術の方法では、暗黙の前提として、電池
の放電特性は固定したものであり、電池の使用時間とと
もに変化しないとされている。さらに、従来技術の方法
は、放電電流は全放電の間一定値であることを仮定して
おり、変動する放電電流に適応していない。従ってこれ
らの放電予測法では、放電中の電池の使用可能な保存時
間の大まかな近似しか得られない。
く使用されている１つの方法は、ビューカート（Ｐｅｕ
ｋｅｒｔ） ・パラメータに基づいたものである。こ
のパラメータは、放電中の電池に関係する終電圧に依存
する測定定数に基づいており、指数関数型の方程式に含
まれている。電池の放電特性は、対数プロットで、各終
電圧に対しそれぞれ１つの直線で示される。この方法お
よび他の従来技術の方法では、暗黙の前提として、電池
の放電特性は固定したものであり、電池の使用時間とと
もに変化しないとされている。さらに、従来技術の方法
は、放電電流は全放電の間一定値であることを仮定して
おり、変動する放電電流に適応していない。従ってこれ
らの放電予測法では、放電中の電池の使用可能な保存時
間の大まかな近似しか得られない。
実際、電池の放電特性は、使用時間とともに最初の動作
から逸脱し、最初の特性は、はじめの放電−充電の数サ
イクルしか保持されない。また、−船釣に、放電特性は
、ビューカート関係式によって理論的に予測されるもの
からかなりずれる。
から逸脱し、最初の特性は、はじめの放電−充電の数サ
イクルしか保持されない。また、−船釣に、放電特性は
、ビューカート関係式によって理論的に予測されるもの
からかなりずれる。
従って、成熟放電中の電池に関して残っている保存時間
の信頼できる予測をすることは困難であった。
の信頼できる予測をすることは困難であった。
［発明の概要］
放電中の電池の選択された終電圧までに残っている使用
可能な保存時間を予測する信頼できる技術は、電池シス
テムの変化する条件に応答してリアルタイムで実行され
る適応充電状態アルゴリズムに基づく。適応充電状態ア
ルゴリズムは、保存時間を予測しようとしている電池に
ついて測定された放電特性に基づく。この放電特性は、
本発明によれば、放電電流によって変化しない、線形お
よび指数関数領域をもつ単一の標準曲線としてプロット
される２個のパラメータに帰着する。この単一の曲線に
よって定義されたこの放電特性は、変化する条件下で残
っている保存時間の連続的な推定および再推定を実行す
るためにリアルタイムで監視され処理される電池システ
ムの動的パラメータと組み合わされる。電池の放電が進
行するにつれて、この予測法の適応的な性質により、使
用可能な保存時間の予測値が連続的に改善される。
可能な保存時間を予測する信頼できる技術は、電池シス
テムの変化する条件に応答してリアルタイムで実行され
る適応充電状態アルゴリズムに基づく。適応充電状態ア
ルゴリズムは、保存時間を予測しようとしている電池に
ついて測定された放電特性に基づく。この放電特性は、
本発明によれば、放電電流によって変化しない、線形お
よび指数関数領域をもつ単一の標準曲線としてプロット
される２個のパラメータに帰着する。この単一の曲線に
よって定義されたこの放電特性は、変化する条件下で残
っている保存時間の連続的な推定および再推定を実行す
るためにリアルタイムで監視され処理される電池システ
ムの動的パラメータと組み合わされる。電池の放電が進
行するにつれて、この予測法の適応的な性質により、使
用可能な保存時間の予測値が連続的に改善される。
本発明の原理を実現しているこの予測の特徴は、ここに
開示された本発明の実施例における中央局の鉛蓄電池プ
ラントに関する格納プログラム・コントローラに含まれ
ている。このような応用では、最終的な終電圧レベルに
達する末での、放電中の電池の使用可能な保存時間を予
測できることが強く望まれる。
開示された本発明の実施例における中央局の鉛蓄電池プ
ラントに関する格納プログラム・コントローラに含まれ
ている。このような応用では、最終的な終電圧レベルに
達する末での、放電中の電池の使用可能な保存時間を予
測できることが強く望まれる。
［実施例］
さまざまな一定放電電流での電池の放電特性が第１図に
示されている。図示されているように、電池電圧は放電
過程の間降下し、特定の電圧レベルまでの放電時間は一
定放電電流の値に依存している。電流放電曲線１０１に
よって示されているような低電流では、電池の電圧降下
は、第１の電圧レベル■１に達するまではかなりの時間
にわたって緩慢であるが、その後最終電圧レベルＶ４ま
での放電は非常に急激である。曲線１０１によって示さ
れているように、放電の持続時間はかなり長い。曲線１
０２によって示されているような高い放電電流では、最
終電圧Ｖ４に達するまでの放電時間は相対的に短く、曲
線１０１の電流の放電時間の２０％未満である。これら
の特性は実験室で測定することができるが、それらはそ
の測定が行われたときのその寿命の状態でのその電池に
対してのみ正確である。
示されている。図示されているように、電池電圧は放電
過程の間降下し、特定の電圧レベルまでの放電時間は一
定放電電流の値に依存している。電流放電曲線１０１に
よって示されているような低電流では、電池の電圧降下
は、第１の電圧レベル■１に達するまではかなりの時間
にわたって緩慢であるが、その後最終電圧レベルＶ４ま
での放電は非常に急激である。曲線１０１によって示さ
れているように、放電の持続時間はかなり長い。曲線１
０２によって示されているような高い放電電流では、最
終電圧Ｖ４に達するまでの放電時間は相対的に短く、曲
線１０１の電流の放電時間の２０％未満である。これら
の特性は実験室で測定することができるが、それらはそ
の測定が行われたときのその寿命の状態でのその電池に
対してのみ正確である。
これらの放電曲線は、放電時間と電流とを関係づける指
数関数型の方程式（ピユーカート方程式）の形で解析的
に表現することもできる：ｔｅｖ ＝ ａ −１（ｔ）
ｂ （１） ただし、 ｔ −電流Ｉ （ｔ）での放電に対する最終電圧ｖ レベルまでの全保存時間； Ｉ （ｔ）−時刻（１）における放電電流；ａ、ｂ−ピ
ユーカート・パラメータまたは定数；である。ビューカ
ート・パラメータは放電中の電池に対して実行される実
験的な測定によって決定される。式（１）の予測の正確
さは、これらのパラメータが測定された寿命段階におけ
る電池に対してのみ正確な、測定されたビューカート・
パラメータに依存する。
数関数型の方程式（ピユーカート方程式）の形で解析的
に表現することもできる：ｔｅｖ ＝ ａ −１（ｔ）
ｂ （１） ただし、 ｔ −電流Ｉ （ｔ）での放電に対する最終電圧ｖ レベルまでの全保存時間； Ｉ （ｔ）−時刻（１）における放電電流；ａ、ｂ−ピ
ユーカート・パラメータまたは定数；である。ビューカ
ート・パラメータは放電中の電池に対して実行される実
験的な測定によって決定される。式（１）の予測の正確
さは、これらのパラメータが測定された寿命段階におけ
る電池に対してのみ正確な、測定されたビューカート・
パラメータに依存する。
電池の放電の動作は、電池の使用時間とともに変化し、
放電電流が変化するにつれて放電中に変化することが知
られている。これらの要因は、上で説明した従来の放電
時間予測技術では考慮されていない。
放電電流が変化するにつれて放電中に変化することが知
られている。これらの要因は、上で説明した従来の放電
時間予測技術では考慮されていない。
本発明による放電中の電池の放電特性に関する多くの要
因の解析によって、放電時間の予測は、電池の２個の定
義されたパラメータに基づいて可能となる。これらのパ
ラメータは、電池のプラトー電圧Ｖ １および、放電さ
れた電池の終電圧までに使用可能な電池の充電量に対す
る、電池の消費された充電量の比を表す無次元時間比ｔ
である。これらの２個のパラメータを使って定義され
た電池の放電特性は第２図の単一の曲線２０１によって
例示されており、そこでは、横軸の無次元時間比スケー
ルが、電池プラトー電圧と瞬間端子電圧の差の対数スケ
ールに対してプロットされている。
因の解析によって、放電時間の予測は、電池の２個の定
義されたパラメータに基づいて可能となる。これらのパ
ラメータは、電池のプラトー電圧Ｖ １および、放電さ
れた電池の終電圧までに使用可能な電池の充電量に対す
る、電池の消費された充電量の比を表す無次元時間比ｔ
である。これらの２個のパラメータを使って定義され
た電池の放電特性は第２図の単一の曲線２０１によって
例示されており、そこでは、横軸の無次元時間比スケー
ルが、電池プラトー電圧と瞬間端子電圧の差の対数スケ
ールに対してプロットされている。
電池が放電するにつれて、放電開始後まもなく端子電圧
は変動する。−時的な初期最大値に達すると、電池の端
子電圧は減少し始める。この減少は周期的な性質のもの
であるが、全体的な傾向は、電池の端子電圧の値の減少
である。一定の電池に対し、端子電圧のこの初期最大値
は、放電開始後一定の経過時間の後に必ず起こり、この
電圧の大きさは、一定の電池に対しては一定の値である
。
は変動する。−時的な初期最大値に達すると、電池の端
子電圧は減少し始める。この減少は周期的な性質のもの
であるが、全体的な傾向は、電池の端子電圧の値の減少
である。一定の電池に対し、端子電圧のこの初期最大値
は、放電開始後一定の経過時間の後に必ず起こり、この
電圧の大きさは、一定の電池に対しては一定の値である
。
この最大電圧値は技術的にはプラトー電圧Ｖ として知
られており、放電中の電池の保存時間を推定する際の重
要なパラメータである。
られており、放電中の電池の保存時間を推定する際の重
要なパラメータである。
第２図のこの放電曲線２０１には、線形部分２０２およ
び指数関数部分２０３と、直線２０５における線形部分
から指数関数部分への遷移とが示されており、直線２０
５はこの例では無次元時間比で０．４の値を持っている
。無次元時間比が０．４より小さい場合、放電の動作は
曲線２０１の線形部分２０２によって特徴づけられる。
び指数関数部分２０３と、直線２０５における線形部分
から指数関数部分への遷移とが示されており、直線２０
５はこの例では無次元時間比で０．４の値を持っている
。無次元時間比が０．４より小さい場合、放電の動作は
曲線２０１の線形部分２０２によって特徴づけられる。
無次元時間比が０．４以上の場合、放電の動作は曲線２
０１の指数関数部分２０３によって特徴づけられる。
０１の指数関数部分２０３によって特徴づけられる。
第１図の放電曲線ではそれぞれ相異なる放電電流の大き
さに対してそれぞれ相異なる軌跡を持っていたのに対し
、放電曲線２０１の全体は、定義された動作範囲内では
、放電電流の大きさに関して不変である。曲線２０１に
よって定義された放電関係の線形部分２０２は次の１次
方程式によって特徴づけられる。
さに対してそれぞれ相異なる軌跡を持っていたのに対し
、放電曲線２０１の全体は、定義された動作範囲内では
、放電電流の大きさに関して不変である。曲線２０１に
よって定義された放電関係の線形部分２０２は次の１次
方程式によって特徴づけられる。
また、曲線２０１によって定義された放電関係の指数関
数部分は次の指数関数型の式によって特徴づけられる。
数部分は次の指数関数型の式によって特徴づけられる。
顕）＝■、■−ｇ−ｅｘｐ（ｈ°白；ｆｏｒ （ｔ”≧
０．４）（３） ただし： Ｖ （ｔ）−時刻ｔでの電池端子電圧、Ｖｐ （１）
は、経験的２次式： ％式％（４） によって定義されるある放電電流ｌでの電池のプラトー
電圧である。
０．４）（３） ただし： Ｖ （ｔ）−時刻ｔでの電池端子電圧、Ｖｐ （１）
は、経験的２次式： ％式％（４） によって定義されるある放電電流ｌでの電池のプラトー
電圧である。
式（２）、（３）、（４）の定数ｃ、 ｄ、 ｅ。
ｆ、 ｇ、 ｈ、 ｊは、監視される型の電池を実験
的に放電し、式（２）、（３）、（４）に対応する放電
特性をグラフ化し、プロットされたグラフからこれらの
定数の値を得ることによって決定される。ここでｃ、ｄ
、ｇ、ｈは電池放電電流および終電圧からは独立な、電
池の測定定数である。Ｃ１ｄおよびｇはボルト単位で測
定され、ｈは無次元である。ｅ＋ｆｓＪもまた、電池放
電電流および終電圧からは独立な電池定数である。ここ
でｅはボルト単位で測定され、プラトー電圧を表し、ｆ
はオーム単位で測定され、ｊはオーム／アンペア単位で
測定される。
的に放電し、式（２）、（３）、（４）に対応する放電
特性をグラフ化し、プロットされたグラフからこれらの
定数の値を得ることによって決定される。ここでｃ、ｄ
、ｇ、ｈは電池放電電流および終電圧からは独立な、電
池の測定定数である。Ｃ１ｄおよびｇはボルト単位で測
定され、ｈは無次元である。ｅ＋ｆｓＪもまた、電池放
電電流および終電圧からは独立な電池定数である。ここ
でｅはボルト単位で測定され、プラトー電圧を表し、ｆ
はオーム単位で測定され、ｊはオーム／アンペア単位で
測定される。
第２図を参照して上で説明した無次元時間比＊
ｔ は、
によって表現される。
ただし、ｑｔは時刻ｔで消費されている電池の充電量で
あり、ｑ、はデフォルトの終了放電電圧までに使用可能
な電池の充電量である。
あり、ｑ、はデフォルトの終了放電電圧までに使用可能
な電池の充電量である。
放電中の電池の残っている放電保存時間を予測すること
が望まれる電池システム装置の一般的な例が第３図に示
されており、この図は単純な電池プラント装置を開示し
ている。この電池プラント装置は鉛蓄電池を含んでいる
が、本発明はこの型の電池に制限されるものでないこと
は理解されるべきである。電池３０１は負荷３０２に電
圧を印加するように接続され、商用のＡＣライン・パワ
ー人力３０４に接続された整流器３０３によって連続的
に再充電されている。電池の動作性能および状態はモニ
タリング回路３０５によって監視され、モニタリング回
路３０５は、電池入力充電電流、電池出力電流および電
池端子電圧をそれぞれ決定するために、電流感知分流器
３２１および３２２と端子３２３および３２４に接続さ
れている。
が望まれる電池システム装置の一般的な例が第３図に示
されており、この図は単純な電池プラント装置を開示し
ている。この電池プラント装置は鉛蓄電池を含んでいる
が、本発明はこの型の電池に制限されるものでないこと
は理解されるべきである。電池３０１は負荷３０２に電
圧を印加するように接続され、商用のＡＣライン・パワ
ー人力３０４に接続された整流器３０３によって連続的
に再充電されている。電池の動作性能および状態はモニ
タリング回路３０５によって監視され、モニタリング回
路３０５は、電池入力充電電流、電池出力電流および電
池端子電圧をそれぞれ決定するために、電流感知分流器
３２１および３２２と端子３２３および３２４に接続さ
れている。
電池全体の監視が第３図には示されているが、実際の応
用では個々の電池電圧および他のサブアセンブリが特に
監視されることもある。監視された信号変数はデジタル
・マルチメータ３０６に送られ、続いてデジタル・マル
チメータ３０６はデータ・バス３０７に接続されている
。
用では個々の電池電圧および他のサブアセンブリが特に
監視されることもある。監視された信号変数はデジタル
・マルチメータ３０６に送られ、続いてデジタル・マル
チメータ３０６はデータ・バス３０７に接続されている
。
電池プラントに対する格納プログラム制御部を含むマイ
クロプロセッサ・コントローラ３１０もまたこのバスに
接続されている。マイクロプロセッサ・コントローラ３
１０は、デジタル・マルチメータ３０６によって獲得さ
れたデータを連続的に解析し、管理機能制御装置３１１
を通じで電池プラントの管理部を制御する。管理機能制
御装置３１１はリード線３２５を介して接続され、整流
器の機能と、プラントの他のサブアセンブリおよびスイ
ッチを制御する。電池３０１の温度は温度感知デバイス
３３０によって感知され、その出力は、リード線３３１
を介してマイクロプロセッサ・コントローラ３１０に直
接接続されている。
クロプロセッサ・コントローラ３１０もまたこのバスに
接続されている。マイクロプロセッサ・コントローラ３
１０は、デジタル・マルチメータ３０６によって獲得さ
れたデータを連続的に解析し、管理機能制御装置３１１
を通じで電池プラントの管理部を制御する。管理機能制
御装置３１１はリード線３２５を介して接続され、整流
器の機能と、プラントの他のサブアセンブリおよびスイ
ッチを制御する。電池３０１の温度は温度感知デバイス
３３０によって感知され、その出力は、リード線３３１
を介してマイクロプロセッサ・コントローラ３１０に直
接接続されている。
マイクロプロセッサ・コントローラ３１０の格納プログ
ラムは、第４図のフローチャートに示されるようなオペ
レーティング・システム４０１を含み、さらに、格納プ
ログラム管理機能部４０２を含む。マイクロプロセッサ
・コントローラ３１０は、管理機能部４０２を通って周
期的にループし、「電池は放電中か？」を調べる判断機
能部４０３において電池が放電中かどうか周期的にチエ
ツクし、決定する。電池の放電活動が起きていない場合
、平常時の管理機能ループが継続し、フロー・ライン４
０４を介して、オペレーティング・システム４０１に復
帰する。デジタル・マルチメータ３０６によって供給さ
れるデータの評価によって電池の放電が起きていること
が検出されると、電池電圧がある指定された最終電圧値
に達するまでに残っている保存時間を決定するために、
機能ブロック４０５において放電時間中に格納プログラ
ムによって放電パラメータが周期的に評価される。終電
正値は、格納プログラムに含まれている何らかの予め指
定されたデフォルト値であることもあるし、管理システ
ムのユーザによって現在指定されている他の値であるこ
ともある。
ラムは、第４図のフローチャートに示されるようなオペ
レーティング・システム４０１を含み、さらに、格納プ
ログラム管理機能部４０２を含む。マイクロプロセッサ
・コントローラ３１０は、管理機能部４０２を通って周
期的にループし、「電池は放電中か？」を調べる判断機
能部４０３において電池が放電中かどうか周期的にチエ
ツクし、決定する。電池の放電活動が起きていない場合
、平常時の管理機能ループが継続し、フロー・ライン４
０４を介して、オペレーティング・システム４０１に復
帰する。デジタル・マルチメータ３０６によって供給さ
れるデータの評価によって電池の放電が起きていること
が検出されると、電池電圧がある指定された最終電圧値
に達するまでに残っている保存時間を決定するために、
機能ブロック４０５において放電時間中に格納プログラ
ムによって放電パラメータが周期的に評価される。終電
正値は、格納プログラムに含まれている何らかの予め指
定されたデフォルト値であることもあるし、管理システ
ムのユーザによって現在指定されている他の値であるこ
ともある。
格納プログラムは、第２図のグラフに示されているよう
な標準的な電池放電特性を反映した格納データを含む。
な標準的な電池放電特性を反映した格納データを含む。
保存時間を計算する予測動作は機能ブロック４０５にお
いて実行され、計算された保存時間の値は、現時点から
、電池電圧がデフォルトまたは指定された終電正値に達
するまでに残っている保存時間を表す。電池が完全に放
電したかどうか（すな゛わち、デフォルトまたは指定さ
れた終電圧に達しているかどうか）は、その次の判断ブ
ロック４０６で決定される。電池がまだ放電中であり、
その電圧が終電圧よりも大きい場合、処理はフロー・ラ
イン４０７によって判断ブロック４０３へ進められ、そ
こから続いて機能ブロック４０５での保存時間の予測値
評価に進む。電池が、その端子電圧がデフォルトまたは
指定された終電圧に等しいという点で、完全に放電した
場合、処理はフロー・ライン４０８によってオペレーテ
インク・システム４０１に復帰し、残っている放電保存
時間の周期的な予測は終了する。
いて実行され、計算された保存時間の値は、現時点から
、電池電圧がデフォルトまたは指定された終電正値に達
するまでに残っている保存時間を表す。電池が完全に放
電したかどうか（すな゛わち、デフォルトまたは指定さ
れた終電圧に達しているかどうか）は、その次の判断ブ
ロック４０６で決定される。電池がまだ放電中であり、
その電圧が終電圧よりも大きい場合、処理はフロー・ラ
イン４０７によって判断ブロック４０３へ進められ、そ
こから続いて機能ブロック４０５での保存時間の予測値
評価に進む。電池が、その端子電圧がデフォルトまたは
指定された終電圧に等しいという点で、完全に放電した
場合、処理はフロー・ライン４０８によってオペレーテ
インク・システム４０１に復帰し、残っている放電保存
時間の周期的な予測は終了する。
第４図のブロック４０５および４０６で実現されている
予測技術は第５図〜第８図に示されているフローチャー
トに詳細に示されている。このフローチャートは、放電
中の電池が終電正値に達するまでに残っている保存時間
の予測に関する格納プログラムの一部を詳細に示してい
る。
予測技術は第５図〜第８図に示されているフローチャー
トに詳細に示されている。このフローチャートは、放電
中の電池が終電正値に達するまでに残っている保存時間
の予測に関する格納プログラムの一部を詳細に示してい
る。
電池の使用可能な保存時間を予測する電池予測技術は、
管理システムを起動することによって起動される開始タ
ーミナル１００１から開始し、機能ブロック１００２に
進む。この機能ブロック１００２では、電池プラント・
ユーザが電池システムの状態および動作パラメータを指
定することができる。このような情報は、特に、電池が
完全に放電したとみなされる終電圧と、上記のような電
池のいくつかの測定パラメータまたは定数と、電池の過
去の充放電の経歴に関するデータを含む。
管理システムを起動することによって起動される開始タ
ーミナル１００１から開始し、機能ブロック１００２に
進む。この機能ブロック１００２では、電池プラント・
ユーザが電池システムの状態および動作パラメータを指
定することができる。このような情報は、特に、電池が
完全に放電したとみなされる終電圧と、上記のような電
池のいくつかの測定パラメータまたは定数と、電池の過
去の充放電の経歴に関するデータを含む。
システムのアーキテクチャ、および、電池電圧や電池格
納値やさまざまなプラント・パラメータのような他の物
理的な電池の特性がさらに指定される。
納値やさまざまなプラント・パラメータのような他の物
理的な電池の特性がさらに指定される。
予測値評価技術は、電池の充放電に関する変数に対する
電池の動作状態を監視する機能ブロック１００３の命令
を含む。続いて判断機能部１００４で、電池放電状態が
起きているかどうか決定される。電池の放電がない場合
、制御フローは、フロー・ライン１００５を介して復帰
し、電池の状態の監視を続行する。電池放電が起きてい
ることが検出された場合、制御フローは続いて機能ブロ
ック１００６に進み、そこでは、放電経過時間を表す時
間変数ｔが０にセットされ、積算アンペア時で放電量を
定義する放電変数ｑが０にセットされる。放電が完了し
たとみなされる終電圧もまた、デフォルト電圧Ｖ、また
はユーザが指定する終電圧Ｖ のいずれかに指定され、
放電が完了したとＶ みなされる電圧にセットされる。
電池の動作状態を監視する機能ブロック１００３の命令
を含む。続いて判断機能部１００４で、電池放電状態が
起きているかどうか決定される。電池の放電がない場合
、制御フローは、フロー・ライン１００５を介して復帰
し、電池の状態の監視を続行する。電池放電が起きてい
ることが検出された場合、制御フローは続いて機能ブロ
ック１００６に進み、そこでは、放電経過時間を表す時
間変数ｔが０にセットされ、積算アンペア時で放電量を
定義する放電変数ｑが０にセットされる。放電が完了し
たとみなされる終電圧もまた、デフォルト電圧Ｖ、また
はユーザが指定する終電圧Ｖ のいずれかに指定され、
放電が完了したとＶ みなされる電圧にセットされる。
格納プログラム制御部は、機能ブロック１００７で放電
経過時間の測定を開始する。これは放電の実行時間であ
り、放電中の後の計算で、特定の終電圧までに残ってい
る電池保存時間を決定するために利用される。
経過時間の測定を開始する。これは放電の実行時間であ
り、放電中の後の計算で、特定の終電圧までに残ってい
る電池保存時間を決定するために利用される。
続いて判断ブロック１００８では、放電中の電池がその
プラトー電圧値に達しているかどうかを確認するために
経過時間を測定する。放電後の最初の短時間は、個々の
電池の電池電圧の値は増大し、短い一定の放電時間の後
に最大電圧値に達する。放電中の電池のプラトー電圧と
は、電池の放電開始後の特定の経過時間の時に起こるこ
の最大値である。その特定の値は放電電流およびその他
の電池の特性の関数である。この実施例では、プラトー
電圧Ｖ は、電池の放電開始後１４分経過後に起きてい
る。
プラトー電圧値に達しているかどうかを確認するために
経過時間を測定する。放電後の最初の短時間は、個々の
電池の電池電圧の値は増大し、短い一定の放電時間の後
に最大電圧値に達する。放電中の電池のプラトー電圧と
は、電池の放電開始後の特定の経過時間の時に起こるこ
の最大値である。その特定の値は放電電流およびその他
の電池の特性の関数である。この実施例では、プラトー
電圧Ｖ は、電池の放電開始後１４分経過後に起きてい
る。
電池がプラトー電圧値に達していない場合、処理は機能
ブロック１００９に進み、そこでは標準ビューカート方
程式を利用して、終電圧に達するまでに残っている保存
時間が予測される。この標準ビューカート方程式は、−
船釣に、測定された電池動作温度に適応するための修正
とともに、式（１）のように表現される。ただし、全放
電時間ｔ は、 ｃｖ （ｃｖ ＝ ’・Ｉ（ｔ）ｂ・（１＋ ０．００５−σ
−７７）］ （６）のように定義される。ここ
で、 Ｔは華氏温度、 ａおよびｂは測定されたビューカート係数、１ （ｔ）
は現在の放電電流、 である。この式の数値を求めることによって、格納プロ
グラムは、電池が終電圧に達するまでに残っている保存
時間ｔ を決定することができる。
ブロック１００９に進み、そこでは標準ビューカート方
程式を利用して、終電圧に達するまでに残っている保存
時間が予測される。この標準ビューカート方程式は、−
船釣に、測定された電池動作温度に適応するための修正
とともに、式（１）のように表現される。ただし、全放
電時間ｔ は、 ｃｖ （ｃｖ ＝ ’・Ｉ（ｔ）ｂ・（１＋ ０．００５−σ
−７７）］ （６）のように定義される。ここ
で、 Ｔは華氏温度、 ａおよびｂは測定されたビューカート係数、１ （ｔ）
は現在の放電電流、 である。この式の数値を求めることによって、格納プロ
グラムは、電池が終電圧に達するまでに残っている保存
時間ｔ を決定することができる。
この残りの保存時間ｔ は式
によって求められる。ただし、Ｉ （ｔ）は放電電流
であり、ｑｔは経過時間ｔまでの間に電池から消費され
た充電１ｉｌ（アンペア時）であって、ｑｔ ＝ ｆ
’ｒ（ｔ）ｄｔ （８） のように表現される。
であり、ｑｔは経過時間ｔまでの間に電池から消費され
た充電１ｉｌ（アンペア時）であって、ｑｔ ＝ ｆ
’ｒ（ｔ）ｄｔ （８） のように表現される。
放電中の電池がプラトー電圧に達するのに十分な時間が
経過した場合、プラトー電圧および放電電流は機能ブロ
ック１０１０のコマンドに応じて測定されるかまたはす
でに測定されている。この測定は、時刻ｔｐに行われる
。プラトー電圧に関係する定数ｅの値もまた決定される
。
経過した場合、プラトー電圧および放電電流は機能ブロ
ック１０１０のコマンドに応じて測定されるかまたはす
でに測定されている。この測定は、時刻ｔｐに行われる
。プラトー電圧に関係する定数ｅの値もまた決定される
。
所定の遅延時間の後、制御フローは機能ブロック１０１
１に進み、そこでは、現在の電池電圧Ｖ（１）および放
電電流１ （ｔ）が測定され、これらの値はメモリに格
納される。デフォルト電圧に達するまでの電池の放電の
全保存時間についての予備的な計算が、機能ブロック１
０１２において、デフォルト終電圧までに使用可能な電
池充電量を式： に従って計算することによって実行される。
１に進み、そこでは、現在の電池電圧Ｖ（１）および放
電電流１ （ｔ）が測定され、これらの値はメモリに格
納される。デフォルト電圧に達するまでの電池の放電の
全保存時間についての予備的な計算が、機能ブロック１
０１２において、デフォルト終電圧までに使用可能な電
池充電量を式： に従って計算することによって実行される。
ただし、
ｑ、はデフォルト終電圧までに使用可能な全電池充電量
、 Ｖ （１）は現在の放電電流に対して測定されたプラ
トー電圧、 ｖ （Ｂは現在の電池電圧、 Ｃは電圧の単位で表された、測定された電池定数、であ
る。
、 Ｖ （１）は現在の放電電流に対して測定されたプラ
トー電圧、 ｖ （Ｂは現在の電池電圧、 Ｃは電圧の単位で表された、測定された電池定数、であ
る。
この式（９）は、電池の放電特性がこの時点では第２図
の曲線２０１の線形領域２０２にあることを仮定してお
り、放電保存時間の推定の際に標準的なデフォルト電圧
を仮定している。
の曲線２０１の線形領域２０２にあることを仮定してお
り、放電保存時間の推定の際に標準的なデフォルト電圧
を仮定している。
次に、制御フローは判断ブロック１０１３において、放
電が完了したとみなされる終電圧がデフォルト電圧であ
るか、または、ユーザが指定した終電圧が登録されてい
るか調べる。システムによって指定されたデフォルト電
圧が終電圧として考えられている電圧である場合、その
電圧に達するまでに残っている時間は処理ブロック１０
１６において公式： ％式％） によって計算される。ただし、 ｔは経過時間 ｑ はデフォルト終電圧に達するまでに使用可Ｖ 能な全充電量 ｔ は終電圧に達するまでに残っている時間「 である。
電が完了したとみなされる終電圧がデフォルト電圧であ
るか、または、ユーザが指定した終電圧が登録されてい
るか調べる。システムによって指定されたデフォルト電
圧が終電圧として考えられている電圧である場合、その
電圧に達するまでに残っている時間は処理ブロック１０
１６において公式： ％式％） によって計算される。ただし、 ｔは経過時間 ｑ はデフォルト終電圧に達するまでに使用可Ｖ 能な全充電量 ｔ は終電圧に達するまでに残っている時間「 である。
他方、ユーザが、デフォルト電圧の代わりに終電圧を指
定した場合、その指定された終電圧に対する全放電時間
は、処理ブロック１０１７において式： によって計算される。ただし、 ｇおよびｈは測定された定数 ｑ、はデフォルト電圧までに使用可能な充電量である。
定した場合、その指定された終電圧に対する全放電時間
は、処理ブロック１０１７において式： によって計算される。ただし、 ｇおよびｈは測定された定数 ｑ、はデフォルト電圧までに使用可能な充電量である。
続いてフローは機能ブロック１０１７から機能ブロック
１０１６に進み、そこでは、最終放電終電圧までに残っ
ている時間が式（１０）によって計算される。
１０１６に進み、そこでは、最終放電終電圧までに残っ
ている時間が式（１０）によって計算される。
放電の終電圧に達しているかどうかを決定するために、
瞬間電池電圧の決定が判断ブロック１０２０で行われる
。終電正値に達している場合、制御フローは終了ターミ
ナル１０２１に進み、そこでは、放電状態が表示され、
終電圧に達したこ−とが報知されるか、または、負荷が
切断される。終電圧に達していない場合、次の機能ブロ
ック１０２２においである遅延時間間隔が設定され、予
測システムはこの遅延時間の終了後に再び放電保存時間
の計算を続行する。
瞬間電池電圧の決定が判断ブロック１０２０で行われる
。終電正値に達している場合、制御フローは終了ターミ
ナル１０２１に進み、そこでは、放電状態が表示され、
終電圧に達したこ−とが報知されるか、または、負荷が
切断される。終電圧に達していない場合、次の機能ブロ
ック１０２２においである遅延時間間隔が設定され、予
測システムはこの遅延時間の終了後に再び放電保存時間
の計算を続行する。
次に、新しい無次元時間比が機能ブロック１０２４で式
（５）によって計算される。放電の経歴に基づいたこの
計算は、すでに消費された放電量アンペア時ｑ１の、放
電のデフォルト終電圧に達するまでに消費される全アン
ペア時ｑ、に対する比を決定する。
（５）によって計算される。放電の経歴に基づいたこの
計算は、すでに消費された放電量アンペア時ｑ１の、放
電のデフォルト終電圧に達するまでに消費される全アン
ペア時ｑ、に対する比を決定する。
現在の放電特性の動作が、第２図にグラフ化された放電
特性曲線２０１の線形領域２０２であるか、あるいは指
数関数領域２０３であるかを決定するために、新たに計
算された無次元時間比が、判断ブロック１０２６におい
て参照される。
特性曲線２０１の線形領域２０２であるか、あるいは指
数関数領域２０３であるかを決定するために、新たに計
算された無次元時間比が、判断ブロック１０２６におい
て参照される。
判断機能部１０２６において、現在の放電特性が線形領
域で動作していると決定された場合、処理フローは機能
ブロック１０２８に進み、そこではデフォルト電圧に達
するまでに使用可能な充電量ｑｄが式（９）を解くこと
によって計算される。
域で動作していると決定された場合、処理フローは機能
ブロック１０２８に進み、そこではデフォルト電圧に達
するまでに使用可能な充電量ｑｄが式（９）を解くこと
によって計算される。
続いて判断機能部１０３０は、電池の放電が完了したと
みなされる終電圧が、デフォルト電圧またはユーザが指
定した電圧のどちらであるか確認する。
みなされる終電圧が、デフォルト電圧またはユーザが指
定した電圧のどちらであるか確認する。
システムのデフォルト電圧が、電池の放電が完了したと
みなされる終電圧に指定されている場合、その終電圧ま
でに残っている放電保存時間は、機能ブロック１０３２
に詳しく示されているように、ｑ、を式（１０）に代入
することによって、機能ブロック１０３２において計算
される。続いて制御フローはフロー・ライン１０３３を
介してノード１０１９に進む。
みなされる終電圧に指定されている場合、その終電圧ま
でに残っている放電保存時間は、機能ブロック１０３２
に詳しく示されているように、ｑ、を式（１０）に代入
することによって、機能ブロック１０３２において計算
される。続いて制御フローはフロー・ライン１０３３を
介してノード１０１９に進む。
ユーザがデフォルト電圧以外の終電圧を指定している場
合、指定された終電圧に達するまでに使用可能な充電ｆ
ｆ１ｑ は、式（ユ１）を使用して機ｖ 能ブロック１０３４において計算される。そこでは、ｑ
、の値は入力変数である。終電圧までに残っている実際
の保存時間は、式（１ｏ）を使用して機能ブロック１０
３６で決定される。続いて制御フローは、フロー・ライ
ン１０３７を介して、ノード１０１９に復帰する。
合、指定された終電圧に達するまでに使用可能な充電ｆ
ｆ１ｑ は、式（ユ１）を使用して機ｖ 能ブロック１０３４において計算される。そこでは、ｑ
、の値は入力変数である。終電圧までに残っている実際
の保存時間は、式（１ｏ）を使用して機能ブロック１０
３６で決定される。続いて制御フローは、フロー・ライ
ン１０３７を介して、ノード１０１９に復帰する。
現在の放電特性が指数関数領域で動作していると判断ブ
ロック１０２６で決定された場合、処理は機能ブロック
１０４０に進み、そこでは、デフォルト電圧に達するま
でに使用可能な充電ｆｆ１ｑｄが次の式を解くことによ
って計算される。
ロック１０２６で決定された場合、処理は機能ブロック
１０４０に進み、そこでは、デフォルト電圧に達するま
でに使用可能な充電ｆｆ１ｑｄが次の式を解くことによ
って計算される。
判断機能部、１０４２は、電池の放電が完了したとみな
される終電圧として、デフォルト電圧とユーザが指定し
た電圧とのいずれの電圧が選択されているかを決定する
。
される終電圧として、デフォルト電圧とユーザが指定し
た電圧とのいずれの電圧が選択されているかを決定する
。
システムのデフォルト電圧が、電池の放電が完了したと
みなされる終電圧に指定されている場合、その終電圧ま
でに残っている保存時間は、機能ブロック１０４４に詳
しく示されているように、ｑ、を式（１０）に代入する
ことによって計算される。続いて制御フローは、フロー
・ライン１０４５を介して、ノード１０１９に復帰する
。デフォルト電圧以外の終電圧が指定されている場合、
指定された終電圧に達するまでに使用可能な充電量ｑ
は、式（１１）を使用して、機能ブロックｖ １０４６において計算される。終電圧までに残っている
実際の保存時間は、式（１０）を使用して機能ブロック
１０４８において決定される。
みなされる終電圧に指定されている場合、その終電圧ま
でに残っている保存時間は、機能ブロック１０４４に詳
しく示されているように、ｑ、を式（１０）に代入する
ことによって計算される。続いて制御フローは、フロー
・ライン１０４５を介して、ノード１０１９に復帰する
。デフォルト電圧以外の終電圧が指定されている場合、
指定された終電圧に達するまでに使用可能な充電量ｑ
は、式（１１）を使用して、機能ブロックｖ １０４６において計算される。終電圧までに残っている
実際の保存時間は、式（１０）を使用して機能ブロック
１０４８において決定される。
線形領域および指数関数領域の双方に対する残りの保存
時間の決定後、フロー処理はノード１０１９に復帰する
。この電池放電保存時間の計算は、放電完了を示す終電
圧に達するまで連続して繰り返される。
時間の決定後、フロー処理はノード１０１９に復帰する
。この電池放電保存時間の計算は、放電完了を示す終電
圧に達するまで連続して繰り返される。
第１図は、変動する放電電流での一般的な電池の放電特
性のグラフ、 第２図は、放電の２個の変動パラメータに制限した、正
規化された放電特性のグラフ、第３図は、指定された最
後の終電圧まで、電池の放電の残りの保存時間を予測す
るための、本発明によって動作可能な装置を含む電池シ
ステムの模式図、 第４図は、放電中の電池の残りの保存時間を検出および
予測することを含む、第１図の電池システムを管理する
ための格納プログラムのフロー図、第５図〜第８図は、
第４図の動作制御システムの保存時間予測部分のフロー
図、 第９図は第５図〜第８図がどのように結合されるかを示
す図である。 ＦＩＧ。 １ ＦＩＧ、 ２ ＦＩＧ。 ＦＩＧ。 ＦＩＧ。 ６ ＦＩＧ、 ７
性のグラフ、 第２図は、放電の２個の変動パラメータに制限した、正
規化された放電特性のグラフ、第３図は、指定された最
後の終電圧まで、電池の放電の残りの保存時間を予測す
るための、本発明によって動作可能な装置を含む電池シ
ステムの模式図、 第４図は、放電中の電池の残りの保存時間を検出および
予測することを含む、第１図の電池システムを管理する
ための格納プログラムのフロー図、第５図〜第８図は、
第４図の動作制御システムの保存時間予測部分のフロー
図、 第９図は第５図〜第８図がどのように結合されるかを示
す図である。 ＦＩＧ。 １ ＦＩＧ、 ２ ＦＩＧ。 ＦＩＧ。 ＦＩＧ。 ６ ＦＩＧ、 ７
Claims (9)
- （１）終電圧に達するまでの電池の放電の残りの時間を
予測する電池放電保存時間予測方法において、 放電電流の大きさに関して不変な軌跡を持ち、且つ、終
電圧充電量に対する使用可能な充電量の割合、および、
プラトー電圧と放電中の電池の現在の電圧の差の関数に
関して変動する放電曲線によって、前記放電中の電池の
放電動作を特徴づけるステップと、 前記放電中の電池のプラトー電圧を測定するステップと
、 前記放電中の電池の現在の電圧を測定して前記放電曲線
上の点に位置設定するステップと、前記放電曲線を使用
して、終電圧充電量に対する使用可能な充電量の割合を
決定し、その割合を無次元時間比として表現するステッ
プと、 前記無次元時間比を、放電中の電池が選択された終電圧
に達するまでに残っている時間に変換するステップとを
有することを特徴とする電池放電保存時間予測方法。 - （２）前記放電曲線が、使用可能充電量の前記割合の低
い値においては線形領域で特徴づけられ、且つ、使用可
能充電量の前記割合の１までの高い値においては指数関
数領域で特徴づけられることを特徴とする請求項１記載
の方法。 - （３）放電が前記放電曲線の線形領域で起きているかど
うかを決定するために前記無次元時間比が評価され、終
電圧に達するまでに残っている放電時間の計算が前記放
電曲線の線形特性に基づいて行われることを特徴とする
請求項２記載の方法。 - （４）放電が前記放電曲線の指数関数領域で起きている
かどうかを決定するために前記無次元時間比が評価され
、終電圧に達するまでに残っている放電時間の計算が前
記放電曲線の指数関数特性に基づいて行われることを特
徴とする請求項２記載の方法。 - （５）現在の電圧を測定し、前記割合を決定し、前記無
次元時間比を変換するステップが、前記終電圧に達する
まで、逐次的に増加する時間間隔で実行されることを特
徴とする請求項３または４記載の方法。 - （６）前記放電動作を特徴づけるステップが、変数とし
ての放電電流を消去するために、電池放電特性の次元解
析を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。 - （７）終電圧に達するまでの電池プラント・システム内
の電池の放電に対する保存時間を予測する電池放電保存
時間予測装置において、 前記電池プラント・システムに接続された電池の放電動
作を、電池電圧およびそのプラトー電圧と、終電圧での
充電量に対する使用可能充電量の割合とによって特徴づ
け、さらに放電電流の大きさに関して不変な格納データ
要素 を含む格納プログラム・コントローラと、 その拡張プログラム制御のもとで、前記電池の電圧を測
定するために接続された電圧測定装置と、前記格納プロ
グラム・コントローラの制御のもとで、前記電池の放電
電流を測定するために接続された電流測定装置とを有し
、 さらに、前記格納プログラム・コントローラが、最初に
前記電池のプラトー電圧を決定し、増加する時間間隔で
電池電圧および放電電流を確認し、測定された電圧およ
び電流を処理し、前記格納データ要素を使用して、終電
圧での充電量に対する使用可能充電量の割合として時間
比を決定し、その時間比を、終電圧に達するまでの電池
の放電の残りの保存時間に変換する命令を含むことを特
徴とする電池放電保存時間予測装置。 - （８）前記格納プログラム・コントローラが、電池の放
電動作を、前記時間比の低い値では線形特性で、前記時
間比のより高い値では指数関数特性で特徴づける格納デ
ータ要素を含むことを特徴とする請求項７記載の装置。 - （９）前記格納プログラム・コントローラが、前記、時
間比を評価することによって、前記放電特性の線形およ
び指数関数領域のいずれにおいて現在の放電が起きてい
るかを決定する命令を含むことを特徴とする請求項８記
載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/414,890 US4952862A (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Apparatus and method for adaptively predicting battery discharge reserve time |
| US414890 | 1989-09-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03122581A true JPH03122581A (ja) | 1991-05-24 |
| JPH0820495B2 JPH0820495B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=23643433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2239133A Expired - Fee Related JPH0820495B2 (ja) | 1989-09-29 | 1990-09-11 | 電池放電保存時間予測方法および装置 |
Country Status (5)
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