JPH0820495B2 - 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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- JPH0820495B2 JPH0820495B2 JP2239133A JP23913390A JPH0820495B2 JP H0820495 B2 JPH0820495 B2 JP H0820495B2 JP 2239133 A JP2239133 A JP 2239133A JP 23913390 A JP23913390 A JP 23913390A JP H0820495 B2 JPH0820495 B2 JP H0820495B2
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- G01R31/3644—Constructional arrangements
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- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 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。
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。
［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。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、一般的に、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。
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。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、一般的に、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。
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。
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、ピューカート（Peuk
ert）・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。
広く使用されている１つの方法は、ピューカート（Peuk
ert）・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
サイクルしか保存されない。また、一般的に、放電特性
は、ピ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。
作から逸脱し、最初の特性は、はじめの放電−充電の数
サイクルしか保存されない。また、一般的に、放電特性
は、ピ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。
［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。
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。
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
に達するまでの、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。
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
に達するまでの、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V1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102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その電池に対してのみ正確で
ある。
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V1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102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（ピューカート方程式）の形で解析
的に表現することもできる： tev＝ａ・Ｉ（ｔ）ｂ （１） ただし、 tev＝電流Ｉ（ｔ）での放電に対する最終電圧レベル
までの全保存時間； Ｉ（ｔ）＝時刻（ｔ）における放電電流； a,b＝ピューカート・パラメータまたは定数； である。ピューカート・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
れたピューカート・パラメータに依存する。
指数関数型の方程式（ピューカート方程式）の形で解析
的に表現することもできる： tev＝ａ・Ｉ（ｔ）ｂ （１） ただし、 tev＝電流Ｉ（ｔ）での放電に対する最終電圧レベル
までの全保存時間； Ｉ（ｔ）＝時刻（ｔ）における放電電流； a,b＝ピューカート・パラメータまたは定数； である。ピューカート・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
れたピューカート・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。
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。
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Vp、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メー
ルに対してプロットされている。
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Vp、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メー
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。一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Vp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。
圧は変動する。一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Vp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。
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205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201の指数関数部分203によって
特徴づけられる。
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205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201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。
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。
Ｖ（ｔ）＝Vp（Ｉ）−ｃ−ｄ・ｔ＊;for（ｔ＊＜0.4）
（２） 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。
（２） 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。
Ｖ（ｔ）＝Vp（Ｉ）−ｇ・exp（ｈ・ｔ＊）;for（ｔ＊
0.4） （３） ただし： Ｖ（ｔ）＝時刻ｔでの電池端子電圧、 Vp（Ｉ）は、経験的２次式： Vp（Ｉ）＝ｅ＋ｆ・Ｉ＋ｊ・I2 （４） によって定義されるある放電電流Ｉ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（Ｉ）は、経験的２次式： Vp（Ｉ）＝ｅ＋ｆ・Ｉ＋ｊ・I2 （４） によって定義されるある放電電流Ｉ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。c,dお
よびｇはボルト単位で測定され、ｈは無次元である。e,
f、ｊ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。
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。c,dお
よびｇはボルト単位で測定され、ｈは無次元である。e,
f、ｊ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、qd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、qd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・パワー入力
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。
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・パワー入力
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。
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31
0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を通じて
電池プラントの管理部を制御する。管理機能制御装置31
1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テップを制御す
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。
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31
0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を通じて
電池プラントの管理部を制御する。管理機能制御装置31
1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テップを制御す
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ェックし、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404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。終電圧値は、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ェックし、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404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。終電圧値は、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。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圧値に
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ィング・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。
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。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圧値に
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ィング・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
電池が終電圧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。
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
電池が終電圧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。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。
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。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。
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Vdまたはユーザが指定す
る終電圧Vevのいずれかに指定され、放電が完了したと
みなされる電圧にセットされる。
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Vdまたはユーザが指定す
る終電圧Vevのいずれかに指定され、放電が完了したと
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。
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Vpは、電池の放電開始後14分経過後に起きている。
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Vp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、そこでは標準ピューカート方程
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。この標準ピューカート方程式は、一般
的に、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tevは、 tev＝ａ・Ｉ（ｔ）ｂ・［１＋0.005・（Ｔ−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は測定されたピューカート係数、 Ｉ（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trを決定することができる。この残りの保存時間tr
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
量（アンペア時）であって、 のように表現される。
能ブロック1009に進み、そこでは標準ピューカート方程
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。この標準ピューカート方程式は、一般
的に、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tevは、 tev＝ａ・Ｉ（ｔ）ｂ・［１＋0.005・（Ｔ−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は測定されたピューカート係数、 Ｉ（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trを決定することができる。この残りの保存時間tr
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
量（アンペア時）であって、 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。
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。
所定の遅延時間の後、制御フローは機能ブロック1011
に進み、そこでは、現在の電池電圧Ｖ（ｔ）および放電
電流Ｉ（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1012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。
に進み、そこでは、現在の電池電圧Ｖ（ｔ）および放電
電流Ｉ（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1012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、 qdはデフォルト終電圧までに使用可能な全電池充電
量、 Vp（Ｉ）は現在の放電電流に対して測定されたプラト
ー電圧、 Ｖ（ｔ）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。
量、 Vp（Ｉ）は現在の放電電流に対して測定されたプラト
ー電圧、 Ｖ（ｔ）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。
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。
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1016に
おいて公式： tr＝（qev−qt）/I（ｔ） （10） によって計算される。ただし、 ｔは経過時間 qevはデフォルト終電圧に達するまでに使用可能な全
充電量 trは終電圧に達するまでに残っている時間 である。
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1016に
おいて公式： tr＝（qev−qt）/I（ｔ） （10） によって計算される。ただし、 ｔは経過時間 qevはデフォルト終電圧に達するまでに使用可能な全
充電量 tr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 qdはデフォルト電圧までに使用可能な充電量である。
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 qd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10
16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。
16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。終電圧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において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。
に、瞬間電池電圧の決定が判断ブロック1020で行われ
る。終電圧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において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qt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qd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qt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qd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。
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。
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。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。
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。
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、qd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10
19に進む。
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、qd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10
19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
量qevは、式（11）を使用して機能ブロック1034におい
て計算される。そこでは、qd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（10）を使
用して機能ブロック1036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。
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qevは、式（11）を使用して機能ブロック1034におい
て計算される。そこでは、qd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（10）を使
用して機能ブロック1036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10
40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が次の式を解くことによって計算され
る。
ブロック1026で決定された場合、処理は機能ブロック10
40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。
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、qd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qevは、式（11）を
使用して、機能ブロック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。
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、qd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qevは、式（11）を
使用して、機能ブロック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。
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。
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。
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。
Claims (9)
- 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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、遂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。 - 【請求項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。 - 【請求項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測定し、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。 - 【請求項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。 - 【請求項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か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 JPH03122581A (ja) | 1991-05-24 |
| JPH0820495B2 true 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)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4952862A (ja) |
| EP (1) | EP0420530B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0820495B2 (ja) |
| DE (1) | DE69017573T2 (ja) |
| ES (1) | ES2069020T3 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10566811B2 (en) | 2017-01-11 | 2020-02-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method and apparatus estimating and controlling battery state |
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|---|---|---|---|---|
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| US5061898A (en) * | 1990-08-13 | 1991-10-29 | Oram James W | Battery evaluation test system |
| FR2666658B1 (fr) * | 1990-09-12 | 1993-03-12 | Accumulateurs Fixes | Procede pour tester une batterie d'accumulateurs d'un systeme d'alimentation secouru, et dispositif pour la mise en óoeuvre de ce procede. |
| US5432429A (en) | 1990-10-23 | 1995-07-11 | Benchmarq Microelectronics, Inc. | System for charging/monitoring batteries for a microprocessor based system |
| US6377028B1 (en) | 1990-10-23 | 2002-04-23 | Texas Instruments Incorporated | System for charging monitoring batteries for a microprocessor based method |
| US5241275A (en) * | 1991-05-31 | 1993-08-31 | At&T Bell Laboratories | Method of measuring remaining capacity of a storage cell by comparing impedance plot characteristics |
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| US5321627A (en) * | 1992-03-11 | 1994-06-14 | Globe-Union, Inc. | Battery monitor and method for providing operating parameters |
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