JPH09113588A - 組電池の状態検出方法 - Google Patents
組電池の状態検出方法Info
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- JPH09113588A JPH09113588A JP7268347A JP26834795A JPH09113588A JP H09113588 A JPH09113588 A JP H09113588A JP 7268347 A JP7268347 A JP 7268347A JP 26834795 A JP26834795 A JP 26834795A JP H09113588 A JPH09113588 A JP H09113588A
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- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related 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]
- G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の課題は、組電池の劣化状態検知を簡単
な回路で行うことにある。 【解決手段】本発明は、複数の単電池２を直列に接続し
た組電池の状態検出方法において、該直列接続の組電池
全体に通電したときのインピーダンスを組電池全体で測
定し、該インピーダンスが、あらかじめ求めておいた組
電池のインピーダンスと組電池の容量範囲との関係のう
ち、同一インピーダンスに対して組電池の容量が最低と
なる、単電池１個が劣化状態で残りの単電池全てが新品
状態の場合を基準として定めた、規定インピーダンス以
上を示した場合には組電池を寿命と判定し、該インピー
ダンスが規定インピーダンス未満の場合には組電池を正
常と判定する。
な回路で行うことにある。 【解決手段】本発明は、複数の単電池２を直列に接続し
た組電池の状態検出方法において、該直列接続の組電池
全体に通電したときのインピーダンスを組電池全体で測
定し、該インピーダンスが、あらかじめ求めておいた組
電池のインピーダンスと組電池の容量範囲との関係のう
ち、同一インピーダンスに対して組電池の容量が最低と
なる、単電池１個が劣化状態で残りの単電池全てが新品
状態の場合を基準として定めた、規定インピーダンス以
上を示した場合には組電池を寿命と判定し、該インピー
ダンスが規定インピーダンス未満の場合には組電池を正
常と判定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の単電池を直
列に接続した組電池の状態検出方法に係り、特に電池の
インピーダンスや電圧の測定から電池状態の検知を行う
方法に関するものである。
列に接続した組電池の状態検出方法に係り、特に電池の
インピーダンスや電圧の測定から電池状態の検知を行う
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電池の劣化状態検出方法として、インピ
ーダンスや、直流のパルス電流を流したときの電圧変化
の測定から放電可能な容量を推定する方法が有効であ
る。この方法は、インピーダンスや電圧変化と電池容量
との間の強い相関性に着目したもので、短時間で簡単に
電池状態を検知できるという特長がある。なおインピー
ダンスは、電池に交流電流、交流電圧、パルス電流、あ
るいはパルス電圧のいずれかを加え、そのときの電圧変
化あるいは電流変化から求められる。容量算出は、あら
かじめ求めておいた電池の容量とインピーダンスあるい
は電圧変化との関係式に、測定されたインピーダンスや
電圧変化を代入することにより行われる。
ーダンスや、直流のパルス電流を流したときの電圧変化
の測定から放電可能な容量を推定する方法が有効であ
る。この方法は、インピーダンスや電圧変化と電池容量
との間の強い相関性に着目したもので、短時間で簡単に
電池状態を検知できるという特長がある。なおインピー
ダンスは、電池に交流電流、交流電圧、パルス電流、あ
るいはパルス電圧のいずれかを加え、そのときの電圧変
化あるいは電流変化から求められる。容量算出は、あら
かじめ求めておいた電池の容量とインピーダンスあるい
は電圧変化との関係式に、測定されたインピーダンスや
電圧変化を代入することにより行われる。
【０００３】しかしここで、電池の容量とインピーダン
スあるいは電圧変化との関係式は単電池についてしか明
らかにされていないため、この手法を組電池の寿命判定
に適用するには、組電池を構成する単電池全てのインピ
ーダンスや電圧変化を測定し、得られた値すべてを寿命
判定の規定値と比較しなければならない。
スあるいは電圧変化との関係式は単電池についてしか明
らかにされていないため、この手法を組電池の寿命判定
に適用するには、組電池を構成する単電池全てのインピ
ーダンスや電圧変化を測定し、得られた値すべてを寿命
判定の規定値と比較しなければならない。
【０００４】次に、組電池に対して、充電回路に組み込
んだ形で適用する場合の従来例を以下に述べる。まず劣
化状態検出回路は、図１５に示す構成をとる。この回路
において、パルス波発生器１からのパルス電流を複数の
単電池２を直列に接続した組電池全体に通電し、このと
きの電圧変化をインピーダンス測定器３により単電池２
のすべてについて測定する。次に、得られた電圧変化を
比較回路４により劣化判定の基準電圧と比較し、１つで
も基準値以上を示せば論理和（ＯＲ）回路５で信号を発
生して組電池を劣化と判定し、全てが基準値未満であれ
ば信号を発生せず組電池を正常と判定する。
んだ形で適用する場合の従来例を以下に述べる。まず劣
化状態検出回路は、図１５に示す構成をとる。この回路
において、パルス波発生器１からのパルス電流を複数の
単電池２を直列に接続した組電池全体に通電し、このと
きの電圧変化をインピーダンス測定器３により単電池２
のすべてについて測定する。次に、得られた電圧変化を
比較回路４により劣化判定の基準電圧と比較し、１つで
も基準値以上を示せば論理和（ＯＲ）回路５で信号を発
生して組電池を劣化と判定し、全てが基準値未満であれ
ば信号を発生せず組電池を正常と判定する。
【０００５】これらの従来法では、単電池と同じ数の電
圧変化検出器やインピーダンス測定器、比較回路を必要
とするため、回路が複雑なものとなり高価になることは
言うまでもないが、回路が占有するスペースが大きくな
るため、組電池のケース等にそのまま収納するのが困難
になるという問題点も存在していた。
圧変化検出器やインピーダンス測定器、比較回路を必要
とするため、回路が複雑なものとなり高価になることは
言うまでもないが、回路が占有するスペースが大きくな
るため、組電池のケース等にそのまま収納するのが困難
になるという問題点も存在していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、組電
池の劣化状態検知を簡易な回路で行い得る組電池の状態
検出方法を提供することを課題とする。
池の劣化状態検知を簡易な回路で行い得る組電池の状態
検出方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、複数の単電池を直列に接続した組
電池の状態検出方法において、該直列接続の組電池全体
に通電したときのインピーダンスを組電池全体で測定
し、該インピーダンスが、あらかじめ求めておいた組電
池のインピーダンスと組電池の容量範囲との関係のう
ち、同一インピーダンスに対して組電池の容量が最低と
なる、単電池１個が劣化状態で残りの単電池全てが新品
状態の場合を基準として定めた、規定インピーダンス以
上を示した場合には組電池を寿命と判定し、該インピー
ダンスが規定インピーダンス未満の場合には組電池を正
常と判定することを特徴とする。従って、組電池のイン
ピーダンスを組電池全体で測定することにより電池の状
態検出を簡単に行え、検出回路で必要となる素子数を低
減できる。従来技術では電池１個１個の測定となるた
め、電池の数だけ素子も必要となる。
に請求項１の発明は、複数の単電池を直列に接続した組
電池の状態検出方法において、該直列接続の組電池全体
に通電したときのインピーダンスを組電池全体で測定
し、該インピーダンスが、あらかじめ求めておいた組電
池のインピーダンスと組電池の容量範囲との関係のう
ち、同一インピーダンスに対して組電池の容量が最低と
なる、単電池１個が劣化状態で残りの単電池全てが新品
状態の場合を基準として定めた、規定インピーダンス以
上を示した場合には組電池を寿命と判定し、該インピー
ダンスが規定インピーダンス未満の場合には組電池を正
常と判定することを特徴とする。従って、組電池のイン
ピーダンスを組電池全体で測定することにより電池の状
態検出を簡単に行え、検出回路で必要となる素子数を低
減できる。従来技術では電池１個１個の測定となるた
め、電池の数だけ素子も必要となる。
【０００８】また請求項２の発明は、複数の単電池を直
列に接続した組電池の状態検出方法において、該直列接
続の組電池全体に通電したときのインピーダンスを、組
電池を隣り合う単電池の集合で分けた単電池群ごとに測
定し、該単電池群のインピーダンスのうちの１つでも、
あらかじめ求めておいたそれぞれに対応する単電池群の
インピーダンスと単電池群の容量範囲との関係のうち、
同一インピーダンスに対して単電池群の容量が最低とな
る、単電池１個が劣化状態で残りの単電池全てが新品状
態の場合を基準として定めた、規定インピーダンス以上
を示した場合には組電池を寿命と判定し、該単電池群の
インピーダンスの全てがそれぞれに対応する規定インピ
ーダンス未満の場合には組電池を正常と判定することを
特徴とする。従って、組電池のインピーダンスを単電池
群で測定することにより電池の状態検出を簡単に行え、
検出回路で必要となる素子数を低減できる。請求項１の
発明よりは素子数が多くなるが、組電池を構成する単電
池の個数が多くなると請求項１の発明の手法では精度が
低下する。この場合には本手法のように単電池群での測
定が有効となる。従来技術では電池１個１個の測定とな
るため、電池の数だけ素子も必要となる。
列に接続した組電池の状態検出方法において、該直列接
続の組電池全体に通電したときのインピーダンスを、組
電池を隣り合う単電池の集合で分けた単電池群ごとに測
定し、該単電池群のインピーダンスのうちの１つでも、
あらかじめ求めておいたそれぞれに対応する単電池群の
インピーダンスと単電池群の容量範囲との関係のうち、
同一インピーダンスに対して単電池群の容量が最低とな
る、単電池１個が劣化状態で残りの単電池全てが新品状
態の場合を基準として定めた、規定インピーダンス以上
を示した場合には組電池を寿命と判定し、該単電池群の
インピーダンスの全てがそれぞれに対応する規定インピ
ーダンス未満の場合には組電池を正常と判定することを
特徴とする。従って、組電池のインピーダンスを単電池
群で測定することにより電池の状態検出を簡単に行え、
検出回路で必要となる素子数を低減できる。請求項１の
発明よりは素子数が多くなるが、組電池を構成する単電
池の個数が多くなると請求項１の発明の手法では精度が
低下する。この場合には本手法のように単電池群での測
定が有効となる。従来技術では電池１個１個の測定とな
るため、電池の数だけ素子も必要となる。
【０００９】また請求項３の発明は、複数の単電池を直
列に接続した組電池の状態検出方法において、該直列接
続の組電池全体に通電したときの電圧変化を組電池全体
で測定し、該電圧変化が、あらかじめ求めておいた組電
池の電圧変化と組電池の容量範囲との関係のうち、同一
の電圧変化に対して組電池の容量が最低となる、単電池
１個が劣化状態で残りの単電池全てが新品状態の場合を
基準として定めた、規定電圧以上を示した場合には組電
池を寿命と判定し、該電圧変化が規定電圧未満の場合に
は組電池を正常と判定することを特徴とする。従って、
組電池の電圧変化を組電池全体で測定することにより電
池の状態検出を簡単に行え、検出回路で必要となる素子
数を低減できる。従来技術では電池１個１個の測定とな
るため、電池の数だけ素子も必要となる。
列に接続した組電池の状態検出方法において、該直列接
続の組電池全体に通電したときの電圧変化を組電池全体
で測定し、該電圧変化が、あらかじめ求めておいた組電
池の電圧変化と組電池の容量範囲との関係のうち、同一
の電圧変化に対して組電池の容量が最低となる、単電池
１個が劣化状態で残りの単電池全てが新品状態の場合を
基準として定めた、規定電圧以上を示した場合には組電
池を寿命と判定し、該電圧変化が規定電圧未満の場合に
は組電池を正常と判定することを特徴とする。従って、
組電池の電圧変化を組電池全体で測定することにより電
池の状態検出を簡単に行え、検出回路で必要となる素子
数を低減できる。従来技術では電池１個１個の測定とな
るため、電池の数だけ素子も必要となる。
【００１０】また請求項４の発明は、複数の単電池を直
列に接続した組電池の状態検出方法において、該直列接
続の組電池全体に通電したときの電圧変化を、組電池を
隣り合う単電池の集合で分けた単電池群ごとに測定し、
該単電池群の電圧変化のうちの１つでも、あらかじめ求
めておいたそれぞれに対応する単電池群の電圧変化と単
電池群の容量範囲との関係のうち、同一の電圧変化に対
して単電池群の容量が最低となる、単電池１個が劣化状
態で残りの単電池全てが新品状態の場合を基準として定
めた、規定電圧以上を示した場合には組電池を寿命と判
定し、該単電池群の電圧変化の全てがそれぞれに対応す
る規定電圧未満の場合には組電池を正常と判定すること
を特徴とする。従って、組電池の電圧変化を単電池群で
測定することにより電池の状態検出を簡単に行え、検出
回路で必要となる素子数を低減できる。請求項３の発明
よりは素子数が多くなるが、組電池を構成する単電池の
個数が多くなると請求項３の発明の手法では精度が低下
する。この場合には本手法のように単電池群での測定が
有効となる。従来技術では電池１個１個の測定となるた
め、電池の数だけ素子も必要となる。
列に接続した組電池の状態検出方法において、該直列接
続の組電池全体に通電したときの電圧変化を、組電池を
隣り合う単電池の集合で分けた単電池群ごとに測定し、
該単電池群の電圧変化のうちの１つでも、あらかじめ求
めておいたそれぞれに対応する単電池群の電圧変化と単
電池群の容量範囲との関係のうち、同一の電圧変化に対
して単電池群の容量が最低となる、単電池１個が劣化状
態で残りの単電池全てが新品状態の場合を基準として定
めた、規定電圧以上を示した場合には組電池を寿命と判
定し、該単電池群の電圧変化の全てがそれぞれに対応す
る規定電圧未満の場合には組電池を正常と判定すること
を特徴とする。従って、組電池の電圧変化を単電池群で
測定することにより電池の状態検出を簡単に行え、検出
回路で必要となる素子数を低減できる。請求項３の発明
よりは素子数が多くなるが、組電池を構成する単電池の
個数が多くなると請求項３の発明の手法では精度が低下
する。この場合には本手法のように単電池群での測定が
有効となる。従来技術では電池１個１個の測定となるた
め、電池の数だけ素子も必要となる。
【００１１】また請求項５の発明は、複数の単電池を直
列に接続した組電池の状態検出方法において、該直列接
続の組電池全体に通電したときの電圧変化を単電池ごと
に測定し、該単電池の中で最大を示した電圧変化を取り
出し、該最大の電圧変化が、あらかじめ求めておいた単
電池の電圧変化と容量との関係から定めた規定値以上を
示した場合には信号を発生して組電池が寿命に達したこ
とを示し、該最大の電圧変化が該規定値未満の場合には
信号を発生せず組電池が正常であることを示すことを特
徴とする。
列に接続した組電池の状態検出方法において、該直列接
続の組電池全体に通電したときの電圧変化を単電池ごと
に測定し、該単電池の中で最大を示した電圧変化を取り
出し、該最大の電圧変化が、あらかじめ求めておいた単
電池の電圧変化と容量との関係から定めた規定値以上を
示した場合には信号を発生して組電池が寿命に達したこ
とを示し、該最大の電圧変化が該規定値未満の場合には
信号を発生せず組電池が正常であることを示すことを特
徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。図１〜図４は本発明の実施
形態例を示す回路構成図であり、単電池５個を直列に接
続した組電池の状態検出を行う。以下、図１〜図４の順
に説明するが、電池特性のデータは全て、電解液量を調
整して電池容量やインピーダンスを変化させた公称容量
４０００ｍＡｈのニッケル系電池のものである。また組
電池については、単電池５個を直列に接続したものを例
とする。
の形態例を詳細に説明する。図１〜図４は本発明の実施
形態例を示す回路構成図であり、単電池５個を直列に接
続した組電池の状態検出を行う。以下、図１〜図４の順
に説明するが、電池特性のデータは全て、電解液量を調
整して電池容量やインピーダンスを変化させた公称容量
４０００ｍＡｈのニッケル系電池のものである。また組
電池については、単電池５個を直列に接続したものを例
とする。
【００１３】まず図１で、１はパルス波発生器（あるい
は交流電源）、２は単電池、３はインピーダンス測定器
（電圧で出力）、４は比較回路である。以上の構成にお
いて、パルス波発生器（あるいは交流電源）１で組電池
に通電した時のインピーダンスをインピーダンス測定器
３で測定し、電圧Ｅに変換して比較回路４に入力させ
る。比較回路４では、電圧Ｅを規定電圧ＥS と比較し、
Ｅ≧ＥS の場合には組電池を寿命と判断して信号を発生
し、Ｅ＜ＥS の場合には組電池を正常と判断して信号は
発生しない。このときの規定電圧ＥS は、実際の劣化電
池や電解液量を調整した電池等から求めるが、以下、電
解液量を調整した電池を例としたＥS の導出方法につい
て説明する。
は交流電源）、２は単電池、３はインピーダンス測定器
（電圧で出力）、４は比較回路である。以上の構成にお
いて、パルス波発生器（あるいは交流電源）１で組電池
に通電した時のインピーダンスをインピーダンス測定器
３で測定し、電圧Ｅに変換して比較回路４に入力させ
る。比較回路４では、電圧Ｅを規定電圧ＥS と比較し、
Ｅ≧ＥS の場合には組電池を寿命と判断して信号を発生
し、Ｅ＜ＥS の場合には組電池を正常と判断して信号は
発生しない。このときの規定電圧ＥS は、実際の劣化電
池や電解液量を調整した電池等から求めるが、以下、電
解液量を調整した電池を例としたＥS の導出方法につい
て説明する。
【００１４】図５は、容量の異なるニッケル系単電池に
ついての、定電流放電における電池電圧（放電電圧）と
放電容量との関係を表す一例である。即ち、図５は、電
解液量を標準以下とした電池における放電電流０．２Ｃ
での電池電圧と放電容量との関係を示す一例である。定
電流放電であるので、横軸の値を０．２Ｃで割った値が
放電時間となる（例えば横軸１００％では、１００％／
０．２Ｃ＝１／０．２Ｃ＝５時間）。図６は、ニッケル
系電池で一般的な放電終止電圧となる、１．０Ｖまでの
放電容量ＱとインピーダンスＺとの関係である。図６
で、公称容量以下の容量範囲での回帰式を求めると次式
となる。
ついての、定電流放電における電池電圧（放電電圧）と
放電容量との関係を表す一例である。即ち、図５は、電
解液量を標準以下とした電池における放電電流０．２Ｃ
での電池電圧と放電容量との関係を示す一例である。定
電流放電であるので、横軸の値を０．２Ｃで割った値が
放電時間となる（例えば横軸１００％では、１００％／
０．２Ｃ＝１／０．２Ｃ＝５時間）。図６は、ニッケル
系電池で一般的な放電終止電圧となる、１．０Ｖまでの
放電容量ＱとインピーダンスＺとの関係である。図６
で、公称容量以下の容量範囲での回帰式を求めると次式
となる。
【００１５】 Ｑ＝−１８１１×ｌｎ（Ｚ）＋１００９０ （２９．５≦Ｚ） （１） また１．０Ｖから１．０Ｖ未満の電圧ｅまでの放電容量
ｑも求め、１．０Ｖまでの容量Ｑに対してプロットする
と図７となる。図７では例として、電圧ｅを０．２Ｖ、
０．５Ｖ、および０．７Ｖとした場合を示したが、いず
れの場合もＱとｑの間には良好な直線関係が観察され、
この傾向は他の電圧ｅについても変らない。電圧ｅに対
するｑとＱとの関係は、図７でのグラフの傾きをｆ
（ｅ）とすれば次式となる。
ｑも求め、１．０Ｖまでの容量Ｑに対してプロットする
と図７となる。図７では例として、電圧ｅを０．２Ｖ、
０．５Ｖ、および０．７Ｖとした場合を示したが、いず
れの場合もＱとｑの間には良好な直線関係が観察され、
この傾向は他の電圧ｅについても変らない。電圧ｅに対
するｑとＱとの関係は、図７でのグラフの傾きをｆ
（ｅ）とすれば次式となる。
【００１６】 ｑ＝（Ｑ−５３９９）×ｆ（ｅ）−１７９ （２） 図８に電圧ｅとｆ（ｅ）との関係を示すが、グラフは５
次関数で回帰することができ、次の関係式が得られる。
次関数で回帰することができ、次の関係式が得られる。
【００１７】 ｆ（ｅ）＝５．６６ｅ5 −１１．２６ｅ4 ＋７．９９ｅ3 −２．２３ｅ2 ＋０．２９ｅ−０．４５ （３） 図７から図８を導くのは、上記のように、図８でのｆ
（ｅ）は図７のグラフの傾きである。この傾きをｅ＝
０．１〜１．０Ｖの範囲で０．１Ｖ刻みに求めている。
（ｅ）は図７のグラフの傾きである。この傾きをｅ＝
０．１〜１．０Ｖの範囲で０．１Ｖ刻みに求めている。
【００１８】以上、（１）、（２）、および（３）式よ
り、単電池で放電終止電圧をｅとした場合の放電容量Ｑ
＋ｑをインピーダンスＺの測定から求めることができ
る。組電池の場合、たとえインピーダンスが同じであっ
たとしても、組電池を構成する単電池の状態が違えば、
放電容量が異なる。従って、組電池では単電池のよう
に、１つのインピーダンスに対して電池容量が一意的に
定まるのではなく、特定の容量幅の範囲として定まる。
ニッケル系電池では、単電池ｎ個を直列に接続した組電
池のインピーダンスＺに対して最も容量が大きい場合
は、（ｉ） ｎ個の単電池全てが一様な状態にあると
き、すなわち、全ての単電池のインピーダンスがＺ／ｎ
のときで、逆に最も容量が小さい場合は、（ii） （ｎ
−１）個が新品時の状態にあり、特定の１個だけが劣化
しているときである。そこで、単電池５個を直列に接続
した組電池において、（ｉ）および（ii）の場合の組電
池の容量とインピーダンスとの関係を求める。なおここ
では、組電池の放電終止電圧を５．０Ｖ、寿命を公称容
量の７０％（２８００ｍＡｈ）と定める。また、単電池
が新品状態にあるときのインピーダンスを図６での最小
値５．４ｍΩとし、新品電池が７０％容量の放電をした
時点での放電電圧を、図５の電解液量１００％のグラフ
から１．２２Ｖとする。
り、単電池で放電終止電圧をｅとした場合の放電容量Ｑ
＋ｑをインピーダンスＺの測定から求めることができ
る。組電池の場合、たとえインピーダンスが同じであっ
たとしても、組電池を構成する単電池の状態が違えば、
放電容量が異なる。従って、組電池では単電池のよう
に、１つのインピーダンスに対して電池容量が一意的に
定まるのではなく、特定の容量幅の範囲として定まる。
ニッケル系電池では、単電池ｎ個を直列に接続した組電
池のインピーダンスＺに対して最も容量が大きい場合
は、（ｉ） ｎ個の単電池全てが一様な状態にあると
き、すなわち、全ての単電池のインピーダンスがＺ／ｎ
のときで、逆に最も容量が小さい場合は、（ii） （ｎ
−１）個が新品時の状態にあり、特定の１個だけが劣化
しているときである。そこで、単電池５個を直列に接続
した組電池において、（ｉ）および（ii）の場合の組電
池の容量とインピーダンスとの関係を求める。なおここ
では、組電池の放電終止電圧を５．０Ｖ、寿命を公称容
量の７０％（２８００ｍＡｈ）と定める。また、単電池
が新品状態にあるときのインピーダンスを図６での最小
値５．４ｍΩとし、新品電池が７０％容量の放電をした
時点での放電電圧を、図５の電解液量１００％のグラフ
から１．２２Ｖとする。
【００１９】まず（ｉ）の場合で組電池が７０％容量と
なるインピーダンスは、（１）式で単電池の容量が２８
００ｍＡｈに対応するインピーダンス５６ｍΩを５倍し
た２８０ｍΩとなる。次に、（ii）の場合に組電池容量
が７０％となるインピーダンスを求める。新品電池４個
を合わせたインピーダンスは、５．４ｍΩ×４＝２１．
６ｍΩであり、７０％容量を放電した時点での電圧は
１．２２Ｖ×４＝４．８８Ｖである。従って、残る１個
の劣化電池は５．０Ｖ−４．８８Ｖ＝０．１２Ｖの電圧
まで放電する。式（１）〜（３）に、ｅ＝０．１２Ｖ、
Ｑ＋ｑ＝２８００ｍＡｈを代入すると、劣化電池のイン
ピーダンス１４３．１ｍΩが得られる。ゆえに、組電池
のインピーダンスは２１．６ｍΩ＋１４３．１ｍΩ＝１
６４．７ｍΩとなる。ここで、１６４．７ｍΩ〜２８０
ｍΩの範囲における、（ｉ）と（ii）の場合の組電池容
量を同様な計算で求めると図９となり、組電池のインピ
ーダンスと容量範囲との関係が得られる。実際のニッケ
ル系組電池においては、（ii）のケースで劣化すること
が一般的なので、図９の（ii）のケースで７０％容量と
なるインピーダンス１６４．７ｍΩがインピーダンス測
定器で電圧に変換される値を規定電圧ＥS と定めれば、
組電池を７０％付近の容量で判定することができる。
なるインピーダンスは、（１）式で単電池の容量が２８
００ｍＡｈに対応するインピーダンス５６ｍΩを５倍し
た２８０ｍΩとなる。次に、（ii）の場合に組電池容量
が７０％となるインピーダンスを求める。新品電池４個
を合わせたインピーダンスは、５．４ｍΩ×４＝２１．
６ｍΩであり、７０％容量を放電した時点での電圧は
１．２２Ｖ×４＝４．８８Ｖである。従って、残る１個
の劣化電池は５．０Ｖ−４．８８Ｖ＝０．１２Ｖの電圧
まで放電する。式（１）〜（３）に、ｅ＝０．１２Ｖ、
Ｑ＋ｑ＝２８００ｍＡｈを代入すると、劣化電池のイン
ピーダンス１４３．１ｍΩが得られる。ゆえに、組電池
のインピーダンスは２１．６ｍΩ＋１４３．１ｍΩ＝１
６４．７ｍΩとなる。ここで、１６４．７ｍΩ〜２８０
ｍΩの範囲における、（ｉ）と（ii）の場合の組電池容
量を同様な計算で求めると図９となり、組電池のインピ
ーダンスと容量範囲との関係が得られる。実際のニッケ
ル系組電池においては、（ii）のケースで劣化すること
が一般的なので、図９の（ii）のケースで７０％容量と
なるインピーダンス１６４．７ｍΩがインピーダンス測
定器で電圧に変換される値を規定電圧ＥS と定めれば、
組電池を７０％付近の容量で判定することができる。
【００２０】次に図２では、１はパルス波発生器（ある
いは交流電源）、２は単電池、３はインピーダンス測定
器（電圧で出力）、４は比較回路、５は論理和（ＯＲ）
回路である。以上の構成において、パルス波発生器（あ
るいは交流電源）１で組電池に通電した時の単電池群Ａ
およびＢのインピーダンスをインピーダンス測定器３で
測定し、それぞれを電圧Ｅ1 およびＥ2 に変換して比較
回路４に入力させる。比較回路４では、電圧Ｅ1 および
Ｅ2 を対応する規定電圧ＥS1およびＥS2と比較し、それ
ぞれ、Ｅ1 ≧ＥS1、Ｅ2 ≧ＥS2の場合には後段の論理和
（ＯＲ）回路５に信号を送る。論理和回路５に１つでも
信号が入力すれば組電池を寿命と判断して信号を発生
し、入力信号が全くない場合には組電池を正常と判断し
て信号を発生しない。このときの規定電圧ＥS1およびＥ
S2は、先にＥS を求めたときと同様の手法で求められ
る。図１０および図１１に、単電池群ＡおよびＢに対す
るインピーダンスと容量範囲との関係をそれぞれ示す。
図１０より、単電池群Ａの（ii）のケースでの７０％容
量となるインピーダンスは９５．９ｍΩ、図１１より、
単電池群Ｂの（ii）のケースでの７０％容量となるイン
ピーダンスは１１４．８ｍΩである。従って、９５．９
ｍΩおよび１１４．８ｍΩがインピーダンス測定器３で
電圧に変換される値を規定電圧ＥS1およびＥS2と定めれ
ば、各単電池群Ａ，Ｂを７０％付近の容量で判定するこ
とができる。
いは交流電源）、２は単電池、３はインピーダンス測定
器（電圧で出力）、４は比較回路、５は論理和（ＯＲ）
回路である。以上の構成において、パルス波発生器（あ
るいは交流電源）１で組電池に通電した時の単電池群Ａ
およびＢのインピーダンスをインピーダンス測定器３で
測定し、それぞれを電圧Ｅ1 およびＥ2 に変換して比較
回路４に入力させる。比較回路４では、電圧Ｅ1 および
Ｅ2 を対応する規定電圧ＥS1およびＥS2と比較し、それ
ぞれ、Ｅ1 ≧ＥS1、Ｅ2 ≧ＥS2の場合には後段の論理和
（ＯＲ）回路５に信号を送る。論理和回路５に１つでも
信号が入力すれば組電池を寿命と判断して信号を発生
し、入力信号が全くない場合には組電池を正常と判断し
て信号を発生しない。このときの規定電圧ＥS1およびＥ
S2は、先にＥS を求めたときと同様の手法で求められ
る。図１０および図１１に、単電池群ＡおよびＢに対す
るインピーダンスと容量範囲との関係をそれぞれ示す。
図１０より、単電池群Ａの（ii）のケースでの７０％容
量となるインピーダンスは９５．９ｍΩ、図１１より、
単電池群Ｂの（ii）のケースでの７０％容量となるイン
ピーダンスは１１４．８ｍΩである。従って、９５．９
ｍΩおよび１１４．８ｍΩがインピーダンス測定器３で
電圧に変換される値を規定電圧ＥS1およびＥS2と定めれ
ば、各単電池群Ａ，Ｂを７０％付近の容量で判定するこ
とができる。
【００２１】図３では、１′はパルス電流発生器、２は
単電池、３′は電圧変化測定器、４は比較回路である。
以上の構成において、パルス電流発生器１′で組電池に
通電した時の電圧変化ΔＥを電圧変化測定器３′で測定
し、比較回路４に入力させる。比較回路４では、ΔＥを
規定電圧ＥT と比較し、ΔＥ≧ＥT の場合には組電池を
寿命と判断して信号を発生し、ΔＥ＜ＥT の場合には組
電池を正常と判断して信号は発生しない。ここで、パル
ス電流を流したときの電圧変化はインピーダンスにほぼ
比例するので、これまでに述べてきた、インピーダンス
と容量等との関係を電圧変化と容量等の関係に置き換え
ても同じ傾向が得られる。従って、電圧と容量等との関
係を調べ、インピーダンスの測定から組電池の状態を検
出するために用いた手法をそのまま適用すれば、規定電
圧ＥT を求めることができる。
単電池、３′は電圧変化測定器、４は比較回路である。
以上の構成において、パルス電流発生器１′で組電池に
通電した時の電圧変化ΔＥを電圧変化測定器３′で測定
し、比較回路４に入力させる。比較回路４では、ΔＥを
規定電圧ＥT と比較し、ΔＥ≧ＥT の場合には組電池を
寿命と判断して信号を発生し、ΔＥ＜ＥT の場合には組
電池を正常と判断して信号は発生しない。ここで、パル
ス電流を流したときの電圧変化はインピーダンスにほぼ
比例するので、これまでに述べてきた、インピーダンス
と容量等との関係を電圧変化と容量等の関係に置き換え
ても同じ傾向が得られる。従って、電圧と容量等との関
係を調べ、インピーダンスの測定から組電池の状態を検
出するために用いた手法をそのまま適用すれば、規定電
圧ＥT を求めることができる。
【００２２】図４では、１′はパルス電流発生器、２は
単電池、３′は電圧変化測定器、４は比較回路、５は論
理和（ＯＲ）回路である。以上の構成において、パルス
電流発生器１′で組電池に通電した時の単電池群Ａおよ
びＢの電圧変化ΔＥA およびΔＥB を電圧変化測定器
３′で測定し、比較回路４に入力させる。比較回路４で
は、ΔＥA およびΔＥB を対応する規定電圧ＥTAおよび
ＥTBと比較し、それぞれ、ΔＥA ≧ＥTA、ΔＥB ≧ＥTB
の場合には後段の論理和（ＯＲ）回路５に信号を送る。
論理和回路に１つでも信号が入力すれば組電池を寿命と
判断して信号を発生し、入力信号が全くない場合には組
電池を正常と判断して信号を発生しない。規定電圧ＥTA
およびＥTBについては、先に図３の説明で示したのと同
じ方法により求める。
単電池、３′は電圧変化測定器、４は比較回路、５は論
理和（ＯＲ）回路である。以上の構成において、パルス
電流発生器１′で組電池に通電した時の単電池群Ａおよ
びＢの電圧変化ΔＥA およびΔＥB を電圧変化測定器
３′で測定し、比較回路４に入力させる。比較回路４で
は、ΔＥA およびΔＥB を対応する規定電圧ＥTAおよび
ＥTBと比較し、それぞれ、ΔＥA ≧ＥTA、ΔＥB ≧ＥTB
の場合には後段の論理和（ＯＲ）回路５に信号を送る。
論理和回路に１つでも信号が入力すれば組電池を寿命と
判断して信号を発生し、入力信号が全くない場合には組
電池を正常と判断して信号を発生しない。規定電圧ＥTA
およびＥTBについては、先に図３の説明で示したのと同
じ方法により求める。
【００２３】以上のように、直列接続の組電池の場合、
組電池のインピーダンスや電圧は、全ての単電池のそれ
を足し合わせたものとなる。従って単電池の特性を調べ
れば、実際の組電池の特性を調べることなく計算により
組電池特性を導くことができる。
組電池のインピーダンスや電圧は、全ての単電池のそれ
を足し合わせたものとなる。従って単電池の特性を調べ
れば、実際の組電池の特性を調べることなく計算により
組電池特性を導くことができる。
【００２４】また蓄電池では一般に、その種類によって
単電池の放電終止電圧Ｅが定められており、単電池ｎ個
を直列接続した組電池では放電終止電圧をｎＥとするこ
とが多い。しかしながら、たとえ組電池の電圧がｎＥの
状態であったとしても、全ての単電池の電圧が一様にＥ
になっていることはほとんどなく、少なくとも１つの単
電池の電圧はＥ未満となっている。従って、組電池の容
量は単電池の放電特性から導く場合、最も低い電圧Ｅ
min まで放電する単電池のＥmin までの容量を求めれ
ば、それが組電池の容量となる。
単電池の放電終止電圧Ｅが定められており、単電池ｎ個
を直列接続した組電池では放電終止電圧をｎＥとするこ
とが多い。しかしながら、たとえ組電池の電圧がｎＥの
状態であったとしても、全ての単電池の電圧が一様にＥ
になっていることはほとんどなく、少なくとも１つの単
電池の電圧はＥ未満となっている。従って、組電池の容
量は単電池の放電特性から導く場合、最も低い電圧Ｅ
min まで放電する単電池のＥmin までの容量を求めれ
ば、それが組電池の容量となる。
【００２５】以上に基づき、組電池の容量、電圧、およ
びインピーダンス特性を単電池の特性から求め、状態検
出で必要となる、組電池の容量と組電池全体のインピー
ダンスや電圧変化との関係、および、単電池群の容量と
単電池群のインピーダンスや電圧変化との関係を導く。
びインピーダンス特性を単電池の特性から求め、状態検
出で必要となる、組電池の容量と組電池全体のインピー
ダンスや電圧変化との関係、および、単電池群の容量と
単電池群のインピーダンスや電圧変化との関係を導く。
【００２６】図１３は本発明の実施形態例を示す回路構
成図であり、単電池５個を直列に接続した組電池の状態
検出を行う。１′はパルス電流発生器、２は単電池、
３″は増幅率αでの出力機能を持つ電圧変化検出器、Ｄ
はダイオード、４は比較回路である。以上の構成におい
て、パルス電流発生器１′によって組電池にパルス電流
を流し、この時の各単電池２の電圧変化ΔＥi （ｉ＝１
〜５）を電圧変化検出器３″で検出し、増幅率αを掛け
たαΔＥi ( ｉ＝１〜５）の大きさで出力する。更に各
々の電圧変化検出器３″の後段に取り付けられているダ
イオードＤは並列回路となっているので、αΔＥi （ｉ
＝１〜５）のなかの最大の値αΔＥmax だけが比較回路
４に入力する。入力したαΔＥmax が規定電圧Ｅ0 以上
であれば信号を発生して組電池が寿命に達したことを示
し、規定電圧Ｅ0 未満の場合には信号を発生せず組電池
が正常であることを示す。
成図であり、単電池５個を直列に接続した組電池の状態
検出を行う。１′はパルス電流発生器、２は単電池、
３″は増幅率αでの出力機能を持つ電圧変化検出器、Ｄ
はダイオード、４は比較回路である。以上の構成におい
て、パルス電流発生器１′によって組電池にパルス電流
を流し、この時の各単電池２の電圧変化ΔＥi （ｉ＝１
〜５）を電圧変化検出器３″で検出し、増幅率αを掛け
たαΔＥi ( ｉ＝１〜５）の大きさで出力する。更に各
々の電圧変化検出器３″の後段に取り付けられているダ
イオードＤは並列回路となっているので、αΔＥi （ｉ
＝１〜５）のなかの最大の値αΔＥmax だけが比較回路
４に入力する。入力したαΔＥmax が規定電圧Ｅ0 以上
であれば信号を発生して組電池が寿命に達したことを示
し、規定電圧Ｅ0 未満の場合には信号を発生せず組電池
が正常であることを示す。
【００２７】図１４に、０．５Ａのパルス電流を充電方
向に流した場合の単電池２の電圧変化と単電池の容量と
の関係を示す。用いた単電池２は、電解液量だけを標準
以下とした公称容量４０００ｍＡｈのニッケル系電池で
ある。ここで組電池の寿命を、単電池２が１つでも７０
％の容量になった場合とし、電圧変化検出器３″の増幅
率を１０とする。図１４の回帰式より、７０％に対応す
る電圧変化は２１．８ｍＶなので、比較回路４での規定
電圧Ｅ0 は２１．８ｍＶ×１０＝２１８ｍＶとなる。す
なわち、パルス電流発生器１′で０．５Ａのパルス電流
を組電池に流した場合に、単電池２が１つでも２１．８
ｍＶ以上の電圧変化を示せば２１８ｍＶ以上の電圧が比
較回路４に入力するため組電池は寿命と判定され、単電
池２の電圧変化がすべて２１．８ｍＶ未満であれば２１
８ｍＶ未満の電圧が比較回路４に入力するので組電池は
正常と判定される。
向に流した場合の単電池２の電圧変化と単電池の容量と
の関係を示す。用いた単電池２は、電解液量だけを標準
以下とした公称容量４０００ｍＡｈのニッケル系電池で
ある。ここで組電池の寿命を、単電池２が１つでも７０
％の容量になった場合とし、電圧変化検出器３″の増幅
率を１０とする。図１４の回帰式より、７０％に対応す
る電圧変化は２１．８ｍＶなので、比較回路４での規定
電圧Ｅ0 は２１．８ｍＶ×１０＝２１８ｍＶとなる。す
なわち、パルス電流発生器１′で０．５Ａのパルス電流
を組電池に流した場合に、単電池２が１つでも２１．８
ｍＶ以上の電圧変化を示せば２１８ｍＶ以上の電圧が比
較回路４に入力するため組電池は寿命と判定され、単電
池２の電圧変化がすべて２１．８ｍＶ未満であれば２１
８ｍＶ未満の電圧が比較回路４に入力するので組電池は
正常と判定される。
【００２８】従来例で述べた、組電池の劣化状態検出を
単電池の特性から行う手法においては、最も劣化した単
電池についてのみ電圧変化を測定し、これを基準電圧と
比較すれば十分である。最も劣化した電池では、電圧変
化が最大である。ここで、図１２に示すような、並列回
路の各々にダイオードＤを組み込んだ回路では、入力電
圧１〜５の最大値のみを出力電圧として取り出すことが
できる。これを利用すれば、比較回路を簡単で安価な受
動素子であるダイオードに置き換えることができるた
め、劣化状態検出回路を簡易化することができる。
単電池の特性から行う手法においては、最も劣化した単
電池についてのみ電圧変化を測定し、これを基準電圧と
比較すれば十分である。最も劣化した電池では、電圧変
化が最大である。ここで、図１２に示すような、並列回
路の各々にダイオードＤを組み込んだ回路では、入力電
圧１〜５の最大値のみを出力電圧として取り出すことが
できる。これを利用すれば、比較回路を簡単で安価な受
動素子であるダイオードに置き換えることができるた
め、劣化状態検出回路を簡易化することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
組電池の状態検出方法によれば組電池の劣化状態検知を
簡易な回路で構成した小型で安価なものとすることがで
きる。
組電池の状態検出方法によれば組電池の劣化状態検知を
簡易な回路で構成した小型で安価なものとすることがで
きる。
【図１】本発明に係る組電池の状態検出回路の第１例を
示す構成説明図である。
示す構成説明図である。
【図２】本発明に係る組電池の状態検出回路の第２例を
示す構成説明図である。
示す構成説明図である。
【図３】本発明に係る組電池の状態検出回路の第３例を
示す構成説明図である。
示す構成説明図である。
【図４】本発明に係る組電池の状態検出回路の第４例を
示す構成説明図である。
示す構成説明図である。
【図５】ニッケル系単電池の放電電圧と放電容量との関
係の一例を示す特性図である。
係の一例を示す特性図である。
【図６】ニッケル系単電池のインピーダンスと電池容量
との関係の一例を示す特性図である。
との関係の一例を示す特性図である。
【図７】ニッケル系単電池の容量と１．０Ｖ以下での放
電容量との関係の一例を示す特性図である。
電容量との関係の一例を示す特性図である。
【図８】ニッケル系単電池の放電終止電圧と図７のグラ
フの傾きとの関係の一例を示す特性図である。
フの傾きとの関係の一例を示す特性図である。
【図９】ニッケル系組電池のインピーダンスと組電池容
量との関係の一例を示す特性図である。
量との関係の一例を示す特性図である。
【図１０】ニッケル系組電池の単電池群のインピーダン
スと電池容量との関係の一例を示す特性図である。
スと電池容量との関係の一例を示す特性図である。
【図１１】ニッケル系組電池の単電池群のインピーダン
スと電池容量との関係の一例を示す特性図である。
スと電池容量との関係の一例を示す特性図である。
【図１２】ダイオードを組み込んだ並列回路における入
力電圧と出力電圧との関係の一例を示す回路図である。
力電圧と出力電圧との関係の一例を示す回路図である。
【図１３】本発明に係る組電池の状態検出回路の第５例
を示す構成説明図である。
を示す構成説明図である。
【図１４】ニッケル系単電池の電池容量と電圧変化との
関係の一例を示す特性図である。
関係の一例を示す特性図である。
【図１５】従来の組電池の状態検出回路の一例を示す構
成説明図である。
成説明図である。
１…パルス波発生器（あるいは交流電源）、２…単電
池、３…インピーダンス測定器（電圧で出力）、４…比
較回路、５…論理和（ＯＲ）回路、Ｄ…ダイオード。
池、３…インピーダンス測定器（電圧で出力）、４…比
較回路、５…論理和（ＯＲ）回路、Ｄ…ダイオード。
Claims (5)
- 【請求項１】 複数の単電池を直列に接続した組電池の
状態検出方法において、該直列接続の組電池全体に通電
したときのインピーダンスを組電池全体で測定し、 該インピーダンスが、あらかじめ求めておいた組電池の
インピーダンスと組電池の容量範囲との関係のうち、同
一インピーダンスに対して組電池の容量が最低となる、
単電池１個が劣化状態で残りの単電池全てが新品状態の
場合を基準として定めた、規定インピーダンス以上を示
した場合には組電池を寿命と判定し、該インピーダンス
が規定インピーダンス未満の場合には組電池を正常と判
定することを特徴とする組電池の状態検出方法。 - 【請求項２】 複数の単電池を直列に接続した組電池の
状態検出方法において、該直列接続の組電池全体に通電
したときのインピーダンスを、組電池を隣り合う単電池
の集合で分けた単電池群ごとに測定し、 該単電池群のインピーダンスのうちの１つでも、あらか
じめ求めておいたそれぞれに対応する単電池群のインピ
ーダンスと単電池群の容量範囲との関係のうち、同一イ
ンピーダンスに対して単電池群の容量が最低となる、単
電池１個が劣化状態で残りの単電池全てが新品状態の場
合を基準として定めた、規定インピーダンス以上を示し
た場合には組電池を寿命と判定し、該単電池群のインピ
ーダンスの全てがそれぞれに対応する規定インピーダン
ス未満の場合には組電池を正常と判定することを特徴と
する組電池の状態検出方法。 - 【請求項３】 複数の単電池を直列に接続した組電池の
状態検出方法において、該直列接続の組電池全体に通電
したときの電圧変化を組電池全体で測定し、 該電圧変化が、あらかじめ求めておいた組電池の電圧変
化と組電池の容量範囲との関係のうち、同一の電圧変化
に対して組電池の容量が最低となる、単電池１個が劣化
状態で残りの単電池全てが新品状態の場合を基準として
定めた、規定電圧以上を示した場合には組電池を寿命と
判定し、該電圧変化が規定電圧未満の場合には組電池を
正常と判定することを特徴とする組電池の状態検出方
法。 - 【請求項４】 複数の単電池を直列に接続した組電池の
状態検出方法において、該直列接続の組電池全体に通電
したときの電圧変化を、組電池を隣り合う単電池の集合
で分けた単電池群ごとに測定し、 該単電池群の電圧変化のうちの１つでも、あらかじめ求
めておいたそれぞれに対応する単電池群の電圧変化と単
電池群の容量範囲との関係のうち、同一の電圧変化に対
して単電池群の容量が最低となる、単電池１個が劣化状
態で残りの単電池全てが新品状態の場合を基準として定
めた、規定電圧以上を示した場合には組電池を寿命と判
定し、該単電池群の電圧変化の全てがそれぞれに対応す
る規定電圧未満の場合には組電池を正常と判定すること
を特徴とする組電池の状態検出方法。 - 【請求項５】 複数の単電池を直列に接続した組電池の
状態検出方法において、該直列接続の組電池全体に通電
したときの電圧変化を単電池ごとに測定し、 該単電池の中で最大を示した電圧変化を取り出し、該最
大の電圧変化が、あらかじめ求めておいた単電池の電圧
変化と容量との関係から定めた規定値以上を示した場合
には信号を発生して組電池が寿命に達したことを示し、
該最大の電圧変化が該規定値未満の場合には信号を発生
せず組電池が正常であることを示すことを特徴とする組
電池の状態検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7268347A JPH09113588A (ja) | 1995-10-17 | 1995-10-17 | 組電池の状態検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7268347A JPH09113588A (ja) | 1995-10-17 | 1995-10-17 | 組電池の状態検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09113588A true JPH09113588A (ja) | 1997-05-02 |
Family
ID=17457280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7268347A Pending JPH09113588A (ja) | 1995-10-17 | 1995-10-17 | 組電池の状態検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09113588A (ja) |
Cited By (11)
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-
1995
- 1995-10-17 JP JP7268347A patent/JPH09113588A/ja active Pending
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