JPH10132910A - 二次電池を用いたバッテリーシステムの残存電力量算出方法及びそれを用いたバッテリーシステム - Google Patents

二次電池を用いたバッテリーシステムの残存電力量算出方法及びそれを用いたバッテリーシステム

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JPH10132910A
JPH10132910A JP8283766A JP28376696A JPH10132910A JP H10132910 A JPH10132910 A JP H10132910A JP 8283766 A JP8283766 A JP 8283766A JP 28376696 A JP28376696 A JP 28376696A JP H10132910 A JPH10132910 A JP H10132910A
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battery system
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Tomio Tamakoshi
富夫 玉越
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Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644Constructional arrangements
    • G01R31/3648Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm

Abstract

(57)【要約】 【課題】 残存電力量の算出方法、並びにそれに基づい
て管理を行う二次電池を用いたバッテリーシステム、及
び経年劣化による電池の放電可能電力量の変化をも把握
し、それに基づいて管理を行う二次電池を用いたバッテ
リーシステムを提供する。 【解決手段】 残存容量と残存電力量との関係を表す近
似式に基づいて、ある時点における残存容量の値からそ
の時点の残存電力量の値を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、二次電池を用い
たバッテリーシステムの残存電力量算出方法及びそれを
用いたバッテリーシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】 二次電池を用いたバッテリーシステム
は、携帯電話や自動車の電源として、又は工場等の補助
電源若しくは無停電電源の構成要素として広く用いられ
ている。
【0003】 従来、このような二次電池を用いたバッ
テリーシステムの運転においては、電圧又は残存容量を
把握し、これに基づいてバッテリーシステムの運転を管
理していた。即ち、電圧又は残存容量に基づいて放電段
階の継続又は終了を制御していた。なお、残存容量は、
電池電流の時間積分によって求められる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、電圧
はもとより残存容量に基づいて二次電池を用いたバッテ
リーシステムの運転を管理する場合は、電池の直並列構
成及び電池の放電深度により決定される電圧要素が考慮
されていないため、システム全体として保有するエネル
ギーの管理ができないという不都合があった。二次電池
を用いたバッテリーシステムの管理は、電池の残存電力
量を算出した上で、その値に基づいて行うことが、電力
を基準として制御するシステムでは好ましい。
【0005】 ここで、残存電力量とは、ある時点にお
いて、放電末に達するまでに出力できる電力量をいう。
【0006】 電力量Whは、式 P・T=VI・T
(Pは電力、Vは電圧の大きさ、Iは電流の大きさ、T
は時間を表す。)で表される。二次電池においては、放
電時の電圧と充電時の電圧が異なること、充電中、放電
中、時々刻々と電圧が変化することにより、残存電力量
を単に電力と時間との積として把握することはできな
い。従って、残存電力量に基づいた二次電池を用いたバ
ッテリーシステムの運転は行われていなかった。
【0007】 又、二次電池の満充電時における放電可
能電力量は、経年劣化による電池容量の減少、抵抗の増
加等により減少する。従って、経年劣化による放電可能
電力量の減少をも把握してバッテリーシステムの管理を
行うことが、システムの運転自動化の上から好ましい。
【0008】
【課題を解決するための手段】 本発明の発明者らは、
電池の残存容量と残存電力量との間には二次式で近似で
きる関係があることを見い出し、本発明に到達した。本
発明の目的は、残存電力量の算出方法、並びにそれに基
づいて管理を行う二次電池を用いたバッテリーシステム
を提供することにある。又、経年劣化による電池の放電
可能電力量の変化をも把握し、それに基づいて管理を行
う二次電池を用いたバッテリーシステムを提供すること
にある。
【0009】 即ち、本発明によれば、二次電池を用い
たバッテリーシステムの残存電力量算出方法であって、
残存容量と残存電力量との関係を表す近似式に基づい
て、ある時点における残存容量の値から当該時点の残存
電力量の値を算出する二次電池を用いたバッテリーシス
テムの残存電力量算出方法が提供される。
【0010】 本発明において、満充電の状態から完全
放電を行った場合の、放電開始時、放電終了時、及び放
電中の任意の時点における二次電池の放電容量及び放電
電力量の測定値から残存電力量近似式を求めてもよい。
以下、ナトリウム−硫黄電池を例にとると、満充電と
は、VH電圧に電池電圧が到達するまで充電を行った状
態とし、完全放電とは、VL電圧に電池電圧が到達する
まで放電を行うことである。ここで、VHは充電打ち切
り電圧を、VLは放電打ち切り電圧をそれぞれ表す。
【0011】 又、本発明において、近似式は放電途中
においても求めることが可能であるが、満充電の状態か
ら完全放電を行う度に放電開始時、放電終了時、及び放
電中の任意の時点における二次電池の放電容量と放電電
力量から新たな残存電力量近似式を求めることが好まし
い。
【0012】 又、本発明によれば、残存容量と残存電
力量の関係を表す近似式に基づいて、ある時点における
残存容量の値から二次電池の残存電力量の値を算出する
残存電力量算出手段、上記残存電力量の値に応じて放電
段階を終了する放電段階終了手段を有する二次電池を用
いたバッテリーシステムが提供される。
【0013】 上記のバッテリーシステムにおいて、残
存電力量近似式は、満充電の状態から完全放電を行った
場合の、放電開始時、放電終了時、及び放電中の任意の
時点における二次電池の放電容量及び放電電力量の測定
値から求められる。
【0014】
【発明の実施の形態】 本発明において、二次電池のあ
る時点における残存電力量の値は、残存容量と残存電力
量との関係を表す近似式に基づいて、その時点における
残存容量の値から算出され、その値に応じてバッテリー
システムの放電段階を継続若しくは終了する。
【0015】 前述のように、二次電池においては、電
力量を電力と時間との単なる積として把握することがで
きない。従って、本発明においては、放電容量(X)と
放電電力量(Y)との間には二次式、即ちY=AX2
BXで近似される関係があることを見い出し、この近似
式に基づいて、放電容量から放電電力量の近似値を求
め、その値を放電可能電力量から差し引くことにより得
た残存電力量を基準に、二次電池を用いたバッテリーシ
ステムの運転を制御している。即ち、バッテリーシステ
ムの運転時においては、常に残存電力量が算出され、残
存電力量がある場合は放電が継続され、残存電力量が無
くなると放電は終了する。
【0016】 なお、放電容量の値は、放電段階におい
て放電した電流の大きさ(I)の時間積分∫Idtによ
り求められる。
【0017】 残存電力量によりバッテリーシステムの
運転を制御する場合は、従来のように残存容量に基づい
て制御する場合に比べ、出力と放電可能時間を管理でき
るという利点がある。
【0018】 近似式は、例えば、満充電の状態から残
存電力量が無くなるまで放電(完全放電)を行った際
の、放電開始時、放電終了時、及び放電中の任意の時点
における放電容量及び放電電力量の測定値から、二次式
の係数を求めることにより得られる。この際、残存容量
は、上記の方法により求められ、放電電力量はVIを積
算することにより求められる。上記の近似式で得られた
値と実際の消費電力量との差は、後述するように800
kWh電力量のナトリウム−硫黄電池の例において、±
4.0kWh以内であり、極めてよい近似を示す。
【0019】 又、本発明において、満充電の状態から
完全放電を行う度に新たな近似式の係数を求めることが
好ましい。なぜなら新たな近似式の係数を求め、それに
基づいて残存電力量を求めることにより、経年劣化によ
る満充電時の放電可能電力量の減少をも把握してバッテ
リーシステムの運転を制御することが可能となるからで
ある。従って、経年劣化によって放電可能電力量が減少
しているにも関わらず、最初に求めた近似式によりバッ
テリーシステムの運転を制御することにより生じる制御
精度の悪化という不都合を回避することができる。
【0020】 又、分散電源、二次電池を補助電池とし
て用いる場合等、二次電池を用いたバッテリーシステム
を含む複数の電源から構成される電気供給系統を運転す
る際に、上記の方法によれば、負荷状況に応じたバッテ
リーシステムの最適な運転が可能になる。補助電池とし
て二次電池を用いたバッテリーシステムを備えた電気供
給系統の例を図4に示す。負荷7は、主電力供給系統8
より電力の供給を受けるが、さらに、二次電池を用いた
バッテリーシステム9からも、遮断器10を介して電力
の供給を受けることができる。二次電池を用いたバッテ
リーシステムの放電時の電流は、交直変換器11によ
り、交流に変換されて負荷7へと送られ、残存電力量の
近似式は、交直変換器11の上流かつ遮断器10の下流
に位置する点である交流端13において算出する。
【0021】
【実施例】 以下、本発明をナトリウム−硫黄電池を用
いた実施例にてさらに詳しく説明するが、本発明はこれ
らの実施例に限られるものではない。
【0022】 図1に上記のバッテリーシステムの一例
を流れ図で示す。図1において、バッテリーシステム1
は、残存電力量算出手段2、充電段階終了手段3、放電
段階終了手段4、データーストック手段5、及び近似式
算出手段6とを有する。残存電力量算出手段2には、電
池容量が電池残存容量定数C1として、満充電時の放電
可能電力量が残存電力量定数C2として記憶されてい
る。又、残存容量(X)と残存電力量(Y)との間の関
係を表す近似式、Y=AX2+BXの係数A及びBも記
憶されている。
【0023】 本例において、電池容量は4.480A
h、満充電時の放電可能電力量は800kWhであっ
た。電池容量及び満充電時の放電可能電力量並びに係数
A及びBは、バッテリーシステム1を満充電の状態から
完全放電し、放電開始時、放電開始から6時間後、及び
放電終了時における残存容量及び残存電力量の測定値に
基づいて決定した。本例において、Aは−4.4×10
-6、Bは2.0×10-1であった。図2に上記の近似式
をグラフにて示す。又、図3に、上記の残存電力量の近
似値と精密測定器によって測定した実測値との誤差を示
す。図3に示すように、誤差は±4.0kWh以内であ
り、放電可能電力量800kWhに対して±0.5%以
下であった。
【0024】 残存電力量算出手段2は、充電段階にお
いては、流した電流の大きさIと時間Tより、各時点に
おける充電容量を算出し、これと電池容量との差を算出
することにより、その時点での残存容量ZAhを算出す
る。さらに、この値と近似式、及び満充電時の放電可能
電力量により、その時点における残存電力量ZkWhを
算出する。
【0025】 一方、放電段階においては、放電容量を
既に放電した電流の大きさIと時間Tより算出し、これ
と電池容量との差を算出することにより、各時点での残
存容量ZAhを算出する。さらに、この値と近似式、及
び満充電時の放電可能電力量により、その時点での残存
電力量ZkWhを算出する。
【0026】 即ち、残存容量ZAh及び残存電力量Z
kWhは、式、
【数1】 によりそれぞれ求められる。
【0027】 バッテリーシステム1の作動を充電段階
と放電段階に分けて説明する。
【0028】 充電段階においては、上述のように、各
時点において、残存電力量算出手段2が残存電力量Zk
Whを算出する。そして、電池電圧が設定値VHに到達
すると充電が停止する。この場合、ZAh及びZkWh
の値は、電池残存容量定数C1及び残存電力量定数C2
にそれぞれリセットされる。ZAh及びZkWhの値を
リセットするのは、電流及び電圧の測定誤差のために満
充電の際の残存容量及び残存電力量の値が次第にずれて
いくのを防ぐためである。ZAh及びZkWhの値がリ
セットされると、フラッグ1が1となり、電池が満充電
であることを認識する。充電を、電池が満充電に達する
前に停止させる場合もある。この場合は、フラッグ1は
0となり、満充電との認識は行われず、近似式の再設定
は行われない。
【0029】 一方、放電段階においては、上述のよう
に、各時点において、残存電力量算出手段2が残存電力
量ZkWhを算出する。そして、ZkWhが0より大き
い場合は放電が継続され、ZAhが0の場合は放電段階
終了手段4が放電を終了する。ZAhが0より大きく、
放電が継続される場合は、所定の中間時点までの放電容
量DAh、及び消費電力量DkWhがデーターストック
手段5に記憶される。そして、ZkWhが0となり放電
を終了した際に、その放電が満充電の状態から開始され
たことを条件に、データーストック手段5に記憶された
中間時点までの放電容量DAh及び放電電力量DkW
h、並びに放電終了時の放電容量及び放電電力量から、
近似式算出手段6が改めて近似式の係数を求め、新たな
満充電時の残存容量定数C1、残存電力量定数C2、及
び前記近似式の係数A、Bが、残存電力量算出手段2に
記憶される。
【0030】
【発明の効果】 本発明の方法により、二次電池を用い
たバッテリーシステムを、残存電力量の値に応じて制御
することが可能となるため、バッテリーシステムの最適
な運用ができる。又、満充電の状態から完全放電を行う
度に新たな近似式を求め、その近似式に基づいて算出さ
れた残存電力量の値に応じてバッテリーシステムを制御
することにより、経年劣化による放電電力量の減少をも
把握したバッテリーシステムの管理を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のバッテリーシステムの一例を示す流
れ図である。
【図2】 本発明のバッテリーシステムの一例におけ
る、放電容量と放電電力量の関係を表す近似式のグラフ
である。
【図3】 放電電力量の近似値と実測値との誤差を示す
グラフである。
【図4】 補助電池として二次電池を用いたバッテリー
システムを備えた電気供給系統の一例を示す模式図であ
る。
【符号の説明】
1・・・バッテリーシステム、2・・・残存電力量算出手段、
3・・・充電段階終了手段、4・・・放電段階終了手段、5・・
・データーストック手段、6・・・近似式算出手段、7・・・
負荷、8・・・主電力供給系統、9・・・二次電池を用いたバ
ッテリーシステム、10・・・遮断器、11・・・交直変換装
置、13・・・交流端。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二次電池を用いたバッテリーシステムの
    残存電力量算出方法であって、 残存容量と残存電力量との関係を表す近似式に基づい
    て、ある時点における残存容量の値から当該時点の残存
    電力量の値を算出することを特徴とする二次電池を用い
    たバッテリーシステムの残存電力量算出方法。
  2. 【請求項2】 満充電の状態から完全放電を行った場合
    の、放電開始時、放電終了時、及び放電中の任意の時点
    における二次電池の放電容量及び放電電力量の測定値か
    ら残存電力量近似式を求める請求項1に記載の二次電池
    を用いたバッテリーシステムの残存電力量算出方法。
  3. 【請求項3】 満充電の状態から完全放電を行う度に放
    電開始時、放電終了時、及び放電中の任意の時点におけ
    る二次電池の放電容量と放電電力量から新たな残存電力
    量近似式を求める請求項2に記載の二次電池を用いたバ
    ッテリーシステムの残存電力量算出方法。
  4. 【請求項4】 二次電池の残存容量と残存電力量の関係
    を表す近似式に基づいて、ある時点における残存容量の
    値から二次電池の残存電力量の値を算出する残存電力量
    算出手段を有することを特徴とする二次電池を用いたバ
    ッテリーシステム。
  5. 【請求項5】 残存電力量近似式を、満充電の状態から
    完全放電を行った場合の、放電開始時、放電終了時、及
    び放電中の任意の時点における二次電池の放電容量及び
    放電電力量の測定値から求める請求項4に記載の二次電
    池を用いたバッテリーシステム。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001094962A1 (fr) * 2000-06-08 2001-12-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Dispositif servant a evaluer la duree de vie d'une batterie auxiliaire
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KR20170062329A (ko) * 2015-11-27 2017-06-07 주식회사 엘지화학 배터리 만충전용량 재설정 장치 및 방법

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