JPH10253725A - バッテリー状態計測方法及び装置 - Google Patents
バッテリー状態計測方法及び装置Info
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- JPH10253725A JPH10253725A JP9076676A JP7667697A JPH10253725A JP H10253725 A JPH10253725 A JP H10253725A JP 9076676 A JP9076676 A JP 9076676A JP 7667697 A JP7667697 A JP 7667697A JP H10253725 A JPH10253725 A JP H10253725A
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数のセルが直列接続されて構成されるバッ
テリーの劣化度や寿命等の状態を計測するに際し、たと
え個々のセルの劣化状態がばらついていても、正確に計
測することができるバッテリー状態計測装置を提供する
こと 【解決手段】 満充電状態のバッテリー8を一定量実放
電させ、その時のバッテリー全体及び各セルの放電電圧
を電圧測定回路9で測定する。バッテリー温度は温度セ
ンサ13で測定し、放電電流は電流センサ10で測定す
る。各測定結果を演算回路12に与える。演算回路12
は、各セルの放電電圧(放電能力)の度数分布(特に小
さい方)に基づいて補正しながら、最終的な放電電流量
を求め、その求めた放電電流量が劣化度や放電可能時間
を算出し、表示装置17に出力する。
テリーの劣化度や寿命等の状態を計測するに際し、たと
え個々のセルの劣化状態がばらついていても、正確に計
測することができるバッテリー状態計測装置を提供する
こと 【解決手段】 満充電状態のバッテリー8を一定量実放
電させ、その時のバッテリー全体及び各セルの放電電圧
を電圧測定回路9で測定する。バッテリー温度は温度セ
ンサ13で測定し、放電電流は電流センサ10で測定す
る。各測定結果を演算回路12に与える。演算回路12
は、各セルの放電電圧(放電能力)の度数分布(特に小
さい方)に基づいて補正しながら、最終的な放電電流量
を求め、その求めた放電電流量が劣化度や放電可能時間
を算出し、表示装置17に出力する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリー状態計
測方法及び装置に関するもので、より具体的には無停電
電源装置などに実装される複数セルを直列に接続して使
用される各種バッテリーに対する劣化度等を求めるもの
に関する。
測方法及び装置に関するもので、より具体的には無停電
電源装置などに実装される複数セルを直列に接続して使
用される各種バッテリーに対する劣化度等を求めるもの
に関する。
【0002】
【従来の技術】無停電電源装置などに実装されるバッテ
リーは、充放電を繰り返し行うことにより劣化してい
き、寿命がきたならば新品と交換する必要がある。しか
し、バッテリーの寿命は、種類や型式により異なり、ま
た、個々のバッテリー間でもばらつきがある。さらには
使用条件によっても異なるため、たとえ新品のバッテリ
ーを使い始めても、使用不能になる時期が一定ではな
い。そこで、均一に期間を定めて交換すると、交換時期
になる前に劣化して使用不能になったり、或いは未だ使
用に耐え得るうちに交換してしまうことになり不経済と
なる。従って、個々のバッテリーの劣化度を測定し寿命
を判定することが、最適な交換時期を検出するために重
要なこととなる。
リーは、充放電を繰り返し行うことにより劣化してい
き、寿命がきたならば新品と交換する必要がある。しか
し、バッテリーの寿命は、種類や型式により異なり、ま
た、個々のバッテリー間でもばらつきがある。さらには
使用条件によっても異なるため、たとえ新品のバッテリ
ーを使い始めても、使用不能になる時期が一定ではな
い。そこで、均一に期間を定めて交換すると、交換時期
になる前に劣化して使用不能になったり、或いは未だ使
用に耐え得るうちに交換してしまうことになり不経済と
なる。従って、個々のバッテリーの劣化度を測定し寿命
を判定することが、最適な交換時期を検出するために重
要なこととなる。
【0003】ここでまず、バッテリー(セル)の端子電
圧変化の一例を示すと、図1のようになる。同図に示す
ように、放電開始から放電末期直前まで(主に起電力と
抵抗分極の変化より)はなだらかに電圧が低下してい
き、放電末期において反応可能な物質が枯渇したり、イ
オンの拡散がおこなえなくなって放電電圧は急激に降下
する。そして、このバッテリーが放電開始から放電終止
電圧に至るまでに放電できる電流と時間の積を放電電流
量という。この放電電流量は、そのときの放電可能なバ
ッテリーの容量、すなわち、放電能力となる。そして、
バッテリーが劣化してくると、当然のことながら放電電
流量も小さくなる。そこで、係る放電電流量を用いてバ
ッテリーの劣化度を定義することが可能となる。一例を
示すと、下記式のように定義できる。
圧変化の一例を示すと、図1のようになる。同図に示す
ように、放電開始から放電末期直前まで(主に起電力と
抵抗分極の変化より)はなだらかに電圧が低下してい
き、放電末期において反応可能な物質が枯渇したり、イ
オンの拡散がおこなえなくなって放電電圧は急激に降下
する。そして、このバッテリーが放電開始から放電終止
電圧に至るまでに放電できる電流と時間の積を放電電流
量という。この放電電流量は、そのときの放電可能なバ
ッテリーの容量、すなわち、放電能力となる。そして、
バッテリーが劣化してくると、当然のことながら放電電
流量も小さくなる。そこで、係る放電電流量を用いてバ
ッテリーの劣化度を定義することが可能となる。一例を
示すと、下記式のように定義できる。
【0004】
【数1】 放電電流量は、鉛バッテリーの例をあげると4つの因子
で制限される。第1にセルの電気抵抗による電圧降下
(抵抗分極)、第2にターフェルの式で表わされる抵抗
による電圧降下(活性化分極)、第3に反応可能な物質
の量またはイオン拡散のしやすさによって規定される抵
抗による電圧降下(濃度分極)、第4に主に電解液の濃
度によって規定される起電力である。
で制限される。第1にセルの電気抵抗による電圧降下
(抵抗分極)、第2にターフェルの式で表わされる抵抗
による電圧降下(活性化分極)、第3に反応可能な物質
の量またはイオン拡散のしやすさによって規定される抵
抗による電圧降下(濃度分極)、第4に主に電解液の濃
度によって規定される起電力である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】バッテリーが単一のセ
ルから構成されている場合においては、放電時の電圧降
下率や開放電圧などと放電電流量の相関が非常に高い。
そこで、それら特性から回帰することによって放電電流
量を精度よく計算できる。よって、劣化度も比較的精度
よく求めることができ、適切な交換時期も検出できる。
ルから構成されている場合においては、放電時の電圧降
下率や開放電圧などと放電電流量の相関が非常に高い。
そこで、それら特性から回帰することによって放電電流
量を精度よく計算できる。よって、劣化度も比較的精度
よく求めることができ、適切な交換時期も検出できる。
【0006】しかしながら、本発明が対象とする複数の
セルが直列接続されている場合には特性の現れかたが複
合しているため放電電流量の測定は大きな誤差を含みや
すくなる。すなわち、一定期間使用している直列に接続
されたバッテリーの各セルの放電電流量はばらついてい
る。このセルのばらつきが発生する原因は、バッテリー
製造時のコンディションが一定でないことやバッテリー
の充電履歴、放電履歴などによってセルの内部構造(反
応可能な活物質の量,電極表面の状態,電解液の量)が
変化し、その変化がセル間で均一でないために発生す
る。特にセル間の温度が均一でない環境でトリクル充電
をおこなう場合にはばらつきが大きくなる。
セルが直列接続されている場合には特性の現れかたが複
合しているため放電電流量の測定は大きな誤差を含みや
すくなる。すなわち、一定期間使用している直列に接続
されたバッテリーの各セルの放電電流量はばらついてい
る。このセルのばらつきが発生する原因は、バッテリー
製造時のコンディションが一定でないことやバッテリー
の充電履歴、放電履歴などによってセルの内部構造(反
応可能な活物質の量,電極表面の状態,電解液の量)が
変化し、その変化がセル間で均一でないために発生す
る。特にセル間の温度が均一でない環境でトリクル充電
をおこなう場合にはばらつきが大きくなる。
【0007】これを図を用いて説明すると、以下のよう
になる。すなわち、直列に接続された24個のセルが、
同じように劣化しているバッテリーの放電電流量分布例
は、図2に示すように同一の放電電流量になる。したが
って、そのバッテリーの放電時の放電電圧グラフは、図
3に示すように徐々に放電電圧が低下し、一定以上放電
した時に急激に低下する。新品の時の放電電圧グラフに
比べ、放電電圧が低下し始めるのが早いが、変化の傾向
としては同様となる。
になる。すなわち、直列に接続された24個のセルが、
同じように劣化しているバッテリーの放電電流量分布例
は、図2に示すように同一の放電電流量になる。したが
って、そのバッテリーの放電時の放電電圧グラフは、図
3に示すように徐々に放電電圧が低下し、一定以上放電
した時に急激に低下する。新品の時の放電電圧グラフに
比べ、放電電圧が低下し始めるのが早いが、変化の傾向
としては同様となる。
【0008】一方、放電能力の平均は図2に示す各セル
が一様に劣化したものと同じであるが個々のセルの劣化
の状態がばらつき、放電能力が低いほうにかたよった場
合のバッテリーの放電電流量分布の一例を示すと、図4
のようになる。そして、図4に示すような分布をもつバ
ッテリーの放電時の放電電圧グラフは、図5に示すよう
になる。すなわち、放電電流量の小さいセルは、すぐに
放電能力が尽きてしまう。すると、図5に示すように係
る放電能力が尽きたセルは、転極しまたは純抵抗分とな
って(2V+α,αは抵抗に電流が流れることによる電
圧降下分)だけ電圧が急降下する現象(これを一般にセ
ル落ちと呼ぶ)がみられる。図3と図5を比較すると明
らかなように、セル放電電流量の平均値がおなじでも、
セル能力のばらつきによって放電電流量は大きく変化す
ることがわかる。
が一様に劣化したものと同じであるが個々のセルの劣化
の状態がばらつき、放電能力が低いほうにかたよった場
合のバッテリーの放電電流量分布の一例を示すと、図4
のようになる。そして、図4に示すような分布をもつバ
ッテリーの放電時の放電電圧グラフは、図5に示すよう
になる。すなわち、放電電流量の小さいセルは、すぐに
放電能力が尽きてしまう。すると、図5に示すように係
る放電能力が尽きたセルは、転極しまたは純抵抗分とな
って(2V+α,αは抵抗に電流が流れることによる電
圧降下分)だけ電圧が急降下する現象(これを一般にセ
ル落ちと呼ぶ)がみられる。図3と図5を比較すると明
らかなように、セル放電電流量の平均値がおなじでも、
セル能力のばらつきによって放電電流量は大きく変化す
ることがわかる。
【0009】上記した従来の直列に複数接続されたバッ
テリーの劣化度測定方法は、いずれも単一のセルからな
るバッテリーの劣化度測定方に基づいて行われており、
前提として直列接続されたセルが平均的に同じ程度で劣
化しているとみなして劣化度を求めている。つまり、図
2,図3の状態を想定して処理を行っている。そして、
放電開始当初(セル落ちを生じる前)は、図3と図5に
示す放電電圧の特性は類似するため、短時間実放電させ
て劣化度を求める従来の方法では、両者を区別すること
ができず、個々のセルの劣化の程度がばらついた図4,
図5のような状態となっていても、図2,図3の状態に
おける劣化度を求めることになる。しかも、実際には、
図2,図3のように理想状態で平均的に劣化する方がま
れで、多くの場合は図4,図5のように劣化状態がばら
つく。
テリーの劣化度測定方法は、いずれも単一のセルからな
るバッテリーの劣化度測定方に基づいて行われており、
前提として直列接続されたセルが平均的に同じ程度で劣
化しているとみなして劣化度を求めている。つまり、図
2,図3の状態を想定して処理を行っている。そして、
放電開始当初(セル落ちを生じる前)は、図3と図5に
示す放電電圧の特性は類似するため、短時間実放電させ
て劣化度を求める従来の方法では、両者を区別すること
ができず、個々のセルの劣化の程度がばらついた図4,
図5のような状態となっていても、図2,図3の状態に
おける劣化度を求めることになる。しかも、実際には、
図2,図3のように理想状態で平均的に劣化する方がま
れで、多くの場合は図4,図5のように劣化状態がばら
つく。
【0010】その結果、実際に放電させたときには劣化
度が大きいセルのセル落ちが放電終止以前に発生し、セ
ル落ちが2〜3セル程度発生するとバッテリー全体の放
電電流量は残っていても放電終止電圧に至るため平均的
に計算されるよりずっと少ない放電電流量となる。よっ
て、ある程度の精度(測定値のばらつきが正規分布する
として定格の放電時間に対してσ=±10〜20%程
度)は達成できるが原理的に、それ以上の精度向上は望
めなかった。
度が大きいセルのセル落ちが放電終止以前に発生し、セ
ル落ちが2〜3セル程度発生するとバッテリー全体の放
電電流量は残っていても放電終止電圧に至るため平均的
に計算されるよりずっと少ない放電電流量となる。よっ
て、ある程度の精度(測定値のばらつきが正規分布する
として定格の放電時間に対してσ=±10〜20%程
度)は達成できるが原理的に、それ以上の精度向上は望
めなかった。
【0011】また、特開平5−54915のように直列
接続されたバッテリーのセル単位で電圧を測定し、1つ
のセルが基準電圧を下回ったときに警報表示するものが
ある。しかし、この方式では、バッテリーの故障により
極度に劣化したセルが含まれる場合や、安全を考えて実
際には直列接続のバッテリー全体としては放電能力が豊
富に残存していても1セルでも劣化傾向が見える場合に
は早めに警報を出すという場合には使用できるが、バッ
テリーの真の劣化度を測定して表示し使用者がバッテリ
ーを最大限使用することができるようにし、バッテリー
の交換コストを最少にすることはできない。すなわち、
例えば1つのセルのみが極端に劣化し、残りのセルはほ
とんど劣化しておらず新品に近いとすると、たとえ1つ
のセルがセル落ちしてもバッテリー全体では十分放電が
可能となる。しかし、上記公報に開示された方法では、
極端に劣化した1個のセルを検出すると、寿命が来たと
誤判定してしまうことになる。
接続されたバッテリーのセル単位で電圧を測定し、1つ
のセルが基準電圧を下回ったときに警報表示するものが
ある。しかし、この方式では、バッテリーの故障により
極度に劣化したセルが含まれる場合や、安全を考えて実
際には直列接続のバッテリー全体としては放電能力が豊
富に残存していても1セルでも劣化傾向が見える場合に
は早めに警報を出すという場合には使用できるが、バッ
テリーの真の劣化度を測定して表示し使用者がバッテリ
ーを最大限使用することができるようにし、バッテリー
の交換コストを最少にすることはできない。すなわち、
例えば1つのセルのみが極端に劣化し、残りのセルはほ
とんど劣化しておらず新品に近いとすると、たとえ1つ
のセルがセル落ちしてもバッテリー全体では十分放電が
可能となる。しかし、上記公報に開示された方法では、
極端に劣化した1個のセルを検出すると、寿命が来たと
誤判定してしまうことになる。
【0012】一方、実使用環境での放電可能時間を正確
に表示する商品はすでに発売されている。しかし、その
原理は使用者がバッテリーテストボタンを押すことによ
って起動しバッテリーをほとんど放電終止電圧まで放電
させてその実績放電時間を表示するものであり、テスト
後長時間の充電をおこなわないと十分な放電時間を得ら
れない。したがって定期的(例えば1ケ月に1回)に自
動テストをおこなうような使い方はテスト後に放電でき
ない危険が高まるため推奨できない。
に表示する商品はすでに発売されている。しかし、その
原理は使用者がバッテリーテストボタンを押すことによ
って起動しバッテリーをほとんど放電終止電圧まで放電
させてその実績放電時間を表示するものであり、テスト
後長時間の充電をおこなわないと十分な放電時間を得ら
れない。したがって定期的(例えば1ケ月に1回)に自
動テストをおこなうような使い方はテスト後に放電でき
ない危険が高まるため推奨できない。
【0013】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、複数のセルが直列接続されて構成されるバッテリー
の劣化度や寿命等の状態を計測するに際し、たとえ個々
のセルの劣化状態がばらついていても、正確に計測する
ことができ、しかも、計測するために実放電させる量も
少なくて済むバッテリー状態計測方法及び装置を提供す
ることにある。
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、複数のセルが直列接続されて構成されるバッテリー
の劣化度や寿命等の状態を計測するに際し、たとえ個々
のセルの劣化状態がばらついていても、正確に計測する
ことができ、しかも、計測するために実放電させる量も
少なくて済むバッテリー状態計測方法及び装置を提供す
ることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係るバッテリー状態計測方法では、複数
のセルが直列接続されて構成されるバッテリーの状態を
計測する方法であって、満充電状態にあるバッテリー全
体の放電電圧情報(電圧値であったり、降下率であった
りする)と、各セルの放電電圧情報並びに放電電流を求
める。そして、前記全体の放電電圧情報に基づいて求め
られるセル落ちのない場合を想定した基準データに対
し、前記各セルの放電電圧情報(セル落ちを想定して)
に基づく放電能力の度数分布を用いて補正を行い、放電
終止となる放電電流量を求める。さらに、その放電電流
からバッテリー状態を算出するようにした(請求項
1)。
ため、本発明に係るバッテリー状態計測方法では、複数
のセルが直列接続されて構成されるバッテリーの状態を
計測する方法であって、満充電状態にあるバッテリー全
体の放電電圧情報(電圧値であったり、降下率であった
りする)と、各セルの放電電圧情報並びに放電電流を求
める。そして、前記全体の放電電圧情報に基づいて求め
られるセル落ちのない場合を想定した基準データに対
し、前記各セルの放電電圧情報(セル落ちを想定して)
に基づく放電能力の度数分布を用いて補正を行い、放電
終止となる放電電流量を求める。さらに、その放電電流
からバッテリー状態を算出するようにした(請求項
1)。
【0015】そして、上記した方法を実施するのに適し
た本発明に係る計測装置では、複数のセルが直列接続さ
れて構成されるバッテリーの状態を計測する計測装置で
あって、バッテリー全体の電圧及びセルごとの電圧を計
測する電圧計測手段と、放電電流を検出する電流検出手
段と、セル落ちが発生しない場合の放電電流量に対する
放電電圧変化である基準放電電圧特性に関するデータを
記憶した記憶手段と、前記電圧計測手段で計測された前
記バッテリー全体の電圧に基づいて前記記憶手段から所
定のデータを抽出するとともに、前記電圧計測手段で計
測された各セルの放電電圧から得られる各セルの放電能
力の度数分布に基づいて前記抽出したデータに対する補
正を行い、放電終止となる放電電流量を求め、その放電
電流からバッテリー状態を算出する演算手段を備えて構
成した(請求項2)。
た本発明に係る計測装置では、複数のセルが直列接続さ
れて構成されるバッテリーの状態を計測する計測装置で
あって、バッテリー全体の電圧及びセルごとの電圧を計
測する電圧計測手段と、放電電流を検出する電流検出手
段と、セル落ちが発生しない場合の放電電流量に対する
放電電圧変化である基準放電電圧特性に関するデータを
記憶した記憶手段と、前記電圧計測手段で計測された前
記バッテリー全体の電圧に基づいて前記記憶手段から所
定のデータを抽出するとともに、前記電圧計測手段で計
測された各セルの放電電圧から得られる各セルの放電能
力の度数分布に基づいて前記抽出したデータに対する補
正を行い、放電終止となる放電電流量を求め、その放電
電流からバッテリー状態を算出する演算手段を備えて構
成した(請求項2)。
【0016】具体的には、例えば上記方法は、満充電状
態にあるバッテリーを実際に一定量放電させるととも
に、前記バッテリー全体の放電電圧情報と、各セルの放
電電圧情報並びに放電電流を求める。さらに、前記バッ
テリー全体の放電電圧情報に基づいて、セル落ちが発生
しない場合の放電電流量に対する放電電圧変化である基
準放電電圧特性を求める。そして、その基準放電電圧特
性を、n(n=1,2,3…)個目のセル落ちが発生す
ると放電終止電圧に至る領域ごとに区画し、前記セル単
位の放電電圧情報から求められる個々のセルの放電電流
量に基づいてセル落ちを発生する領域を特定し、放電開
始から各領域までに発生するセル落ちの数に基づいて放
電終止となる放電電流量を求めるようにすることができ
る(請求項3)。
態にあるバッテリーを実際に一定量放電させるととも
に、前記バッテリー全体の放電電圧情報と、各セルの放
電電圧情報並びに放電電流を求める。さらに、前記バッ
テリー全体の放電電圧情報に基づいて、セル落ちが発生
しない場合の放電電流量に対する放電電圧変化である基
準放電電圧特性を求める。そして、その基準放電電圧特
性を、n(n=1,2,3…)個目のセル落ちが発生す
ると放電終止電圧に至る領域ごとに区画し、前記セル単
位の放電電圧情報から求められる個々のセルの放電電流
量に基づいてセル落ちを発生する領域を特定し、放電開
始から各領域までに発生するセル落ちの数に基づいて放
電終止となる放電電流量を求めるようにすることができ
る(請求項3)。
【0017】そして、上記した方法を実施するのに適し
た本発明に係る計測装置の具体的構成としては、前記電
圧計測手段は、満充電状態にあるバッテリーを実際に一
定量放電させた際の、前記バッテリー全体の放電電圧
と、各セルの放電電圧を計測するものであり、前記演算
手段は、前記バッテリー全体の放電電圧情報に基づい
て、前記記憶手段からセル落ちが発生しない場合の放電
電流量に対する放電電圧変化である基準放電電圧特性を
取得し、その基準放電電圧特性を、n(n=1,2,3
…)個目のセル落ちが発生すると放電終止電圧に至る領
域ごとに区画し、前記セル単位の放電電圧から求められ
る個々のセルの放電電流量に基づいてセル落ちを発生す
る領域を特定し、放電開始から各領域までに発生するセ
ル落ちの数に基づいて放電終止となる放電電流量を求め
る機能を備えて構成することである(請求項4)。
た本発明に係る計測装置の具体的構成としては、前記電
圧計測手段は、満充電状態にあるバッテリーを実際に一
定量放電させた際の、前記バッテリー全体の放電電圧
と、各セルの放電電圧を計測するものであり、前記演算
手段は、前記バッテリー全体の放電電圧情報に基づい
て、前記記憶手段からセル落ちが発生しない場合の放電
電流量に対する放電電圧変化である基準放電電圧特性を
取得し、その基準放電電圧特性を、n(n=1,2,3
…)個目のセル落ちが発生すると放電終止電圧に至る領
域ごとに区画し、前記セル単位の放電電圧から求められ
る個々のセルの放電電流量に基づいてセル落ちを発生す
る領域を特定し、放電開始から各領域までに発生するセ
ル落ちの数に基づいて放電終止となる放電電流量を求め
る機能を備えて構成することである(請求項4)。
【0018】これら請求項3,4を実現したのが、第1
の実施の形態である。そして、実放電させる一定量と
は、完全に放電終止電圧になるまで放電させるのではな
く、初期の一定量であり、実施の形態のように、回帰性
が強い最適放電電流量或いはそれに類するものとするの
が好ましい。
の実施の形態である。そして、実放電させる一定量と
は、完全に放電終止電圧になるまで放電させるのではな
く、初期の一定量であり、実施の形態のように、回帰性
が強い最適放電電流量或いはそれに類するものとするの
が好ましい。
【0019】また、本発明方法の別の解決手段の具体例
としては、満充電状態にあるバッテリーを実際に放電し
たときのバッテリー全体の初期電圧と電圧降下率、並び
にセル単位の放電電流量を求める。少なくとも前記初期
電圧と電圧降下率に基づいてセル落ちしない場合の基準
放電電圧変化特性に関するデータを求める。前記セル単
位の放電電流量から、セル落ちが発生する放電電流量を
求める。そして、前記基準放電電圧変化特性に対し、セ
ル落ちをする放電電流量の時に、セル落ちに伴う電圧降
下させる補正を行うことによって放電電圧変化特性を求
め、その求めた放電電圧変化特性から放電終止となる放
電電流量を求めるようにすることである(請求項5)。
としては、満充電状態にあるバッテリーを実際に放電し
たときのバッテリー全体の初期電圧と電圧降下率、並び
にセル単位の放電電流量を求める。少なくとも前記初期
電圧と電圧降下率に基づいてセル落ちしない場合の基準
放電電圧変化特性に関するデータを求める。前記セル単
位の放電電流量から、セル落ちが発生する放電電流量を
求める。そして、前記基準放電電圧変化特性に対し、セ
ル落ちをする放電電流量の時に、セル落ちに伴う電圧降
下させる補正を行うことによって放電電圧変化特性を求
め、その求めた放電電圧変化特性から放電終止となる放
電電流量を求めるようにすることである(請求項5)。
【0020】そして、上記した方法を実施するのに適し
た本発明に係る計測装置の具体的構成としては、前記電
圧計測手段は、満充電状態にあるバッテリーを実際に放
電したときのバッテリー全体の初期電圧と電圧降下率、
並びにセル単位の放電電圧を測定するものであり、前記
演算手段は、バッテリー全体の初期電圧と電圧降下率に
基づいて前記記憶手段をアクセスするとともに、セル落
ちしない場合の基準放電電圧変化特性に関するデータを
取得するとともに、セル単位の放電電圧に基づいて各セ
ルの放電電流量を求め、各セルの放電電流量からセル落
ちが発生する放電電流量を求め、前記基準放電電圧変化
特性に対し、セル落ちをする放電電流量の時に、セル落
ちに伴う電圧降下させる補正を行うことによって放電電
圧変化特性を求め、その求めた放電電圧変化特性から放
電終止となる放電電流量を求める機能を備えて構成する
ことである(請求項6)。これら請求項5,6を実現し
たのが、第2の実施の形態である。
た本発明に係る計測装置の具体的構成としては、前記電
圧計測手段は、満充電状態にあるバッテリーを実際に放
電したときのバッテリー全体の初期電圧と電圧降下率、
並びにセル単位の放電電圧を測定するものであり、前記
演算手段は、バッテリー全体の初期電圧と電圧降下率に
基づいて前記記憶手段をアクセスするとともに、セル落
ちしない場合の基準放電電圧変化特性に関するデータを
取得するとともに、セル単位の放電電圧に基づいて各セ
ルの放電電流量を求め、各セルの放電電流量からセル落
ちが発生する放電電流量を求め、前記基準放電電圧変化
特性に対し、セル落ちをする放電電流量の時に、セル落
ちに伴う電圧降下させる補正を行うことによって放電電
圧変化特性を求め、その求めた放電電圧変化特性から放
電終止となる放電電流量を求める機能を備えて構成する
ことである(請求項6)。これら請求項5,6を実現し
たのが、第2の実施の形態である。
【0021】また、本発明方法の別の解決手段の具体例
としては、バッテリー及びセル単位の開放電圧をそれぞ
れ測定する。そして、前記バッテリーの開放電圧に基づ
いてバッテリー全体の初期電圧と電圧降下率を推定し、
前記セル単位の開放電圧に基づいてセル単位の放電電流
量を推定する。次いで、少なくとも前記初期電圧と電圧
降下率に基づいてセル落ちしない場合の基準放電電圧変
化特性に関するデータを取得し、前記セル単位の放電電
流量から、セル落ちが発生する放電電流量を求め、前記
基準放電電圧変化特性に対し、セル落ちをする放電電流
量の時に、セル落ちに伴う電圧降下させる補正を行うこ
とによって放電電圧変化特性を求め、その求めた放電電
圧変化特性から放電終止となる放電電流量を求めるよう
にすることができる(請求項7)。
としては、バッテリー及びセル単位の開放電圧をそれぞ
れ測定する。そして、前記バッテリーの開放電圧に基づ
いてバッテリー全体の初期電圧と電圧降下率を推定し、
前記セル単位の開放電圧に基づいてセル単位の放電電流
量を推定する。次いで、少なくとも前記初期電圧と電圧
降下率に基づいてセル落ちしない場合の基準放電電圧変
化特性に関するデータを取得し、前記セル単位の放電電
流量から、セル落ちが発生する放電電流量を求め、前記
基準放電電圧変化特性に対し、セル落ちをする放電電流
量の時に、セル落ちに伴う電圧降下させる補正を行うこ
とによって放電電圧変化特性を求め、その求めた放電電
圧変化特性から放電終止となる放電電流量を求めるよう
にすることができる(請求項7)。
【0022】そして、上記した方法を実施するのに適し
た本発明に係る計測装置の具体的構成としては、前記電
圧計測手段は、満充電状態にあるバッテリー及びセル単
位の開放電圧を測定するもので、前記演算手段は、前記
バッテリーの開放電圧に基づいてバッテリー全体の初期
電圧と電圧降下率を推定するとともに、前記セル単位の
開放電圧に基づいてセル単位の放電電流量を推定する機
能と、前記推定したバッテリー全体の初期電圧と電圧降
下率に基づいて前記記憶手段をアクセスするとともに、
セル落ちしない場合の基準放電電圧変化特性に関するデ
ータを取得するとともに、前記推定したセル単位の放電
電流量からセル落ちが発生する放電電流量を求め、前記
基準放電電圧変化特性に対し、セル落ちをする放電電流
量の時に、セル落ちに伴う電圧降下させる補正を行うこ
とによって放電電圧変化特性を求め、その求めた放電電
圧変化特性から放電終止となる放電電流量を求める機能
を備えて構成することである(請求項8)。これら請求
項7,8を実現したのが、第3の実施の形態である。そ
して、係る発明では、実際に放電させないので、きわめ
て効率がよく、無駄なバッテリー消費を抑制できる。
た本発明に係る計測装置の具体的構成としては、前記電
圧計測手段は、満充電状態にあるバッテリー及びセル単
位の開放電圧を測定するもので、前記演算手段は、前記
バッテリーの開放電圧に基づいてバッテリー全体の初期
電圧と電圧降下率を推定するとともに、前記セル単位の
開放電圧に基づいてセル単位の放電電流量を推定する機
能と、前記推定したバッテリー全体の初期電圧と電圧降
下率に基づいて前記記憶手段をアクセスするとともに、
セル落ちしない場合の基準放電電圧変化特性に関するデ
ータを取得するとともに、前記推定したセル単位の放電
電流量からセル落ちが発生する放電電流量を求め、前記
基準放電電圧変化特性に対し、セル落ちをする放電電流
量の時に、セル落ちに伴う電圧降下させる補正を行うこ
とによって放電電圧変化特性を求め、その求めた放電電
圧変化特性から放電終止となる放電電流量を求める機能
を備えて構成することである(請求項8)。これら請求
項7,8を実現したのが、第3の実施の形態である。そ
して、係る発明では、実際に放電させないので、きわめ
て効率がよく、無駄なバッテリー消費を抑制できる。
【0023】本発明では、個々のセルに対する放電能力
(放電電流量)等を求め、それに基づいて補正するた
め、例えば、劣化の状態に応じた放電電圧特性を求める
ことができ、精度よく放電終止となる放電電流量などを
取得できる。つまり、例えばたまたま1個のセルが極端
に劣化し、他のセルは新品に近い場合には、1個の劣化
分を他のセルで補えるならば、その劣化した1個のセル
のためにバッテリー全体が劣化していると判断されてし
まうようなことはなくなる。また、個々のセルの劣化状
況がばらつき、放電電流量が小さい方に偏りがある場合
には、放電電流量が十分にあるバッテリーがいくつかあ
っても、バッテリー全体としては、比較的短時間で放電
終始電圧に至る。係る場合には、そのセル単位の劣化状
況に応じて補正するので、バッテリー全体の開放電圧
や、放電直後の電圧降下等が、各セルが平均的に劣化し
ているものと類似の測定結果が得られたとしても、精度
よく、劣化が進んでいると判断できる。
(放電電流量)等を求め、それに基づいて補正するた
め、例えば、劣化の状態に応じた放電電圧特性を求める
ことができ、精度よく放電終止となる放電電流量などを
取得できる。つまり、例えばたまたま1個のセルが極端
に劣化し、他のセルは新品に近い場合には、1個の劣化
分を他のセルで補えるならば、その劣化した1個のセル
のためにバッテリー全体が劣化していると判断されてし
まうようなことはなくなる。また、個々のセルの劣化状
況がばらつき、放電電流量が小さい方に偏りがある場合
には、放電電流量が十分にあるバッテリーがいくつかあ
っても、バッテリー全体としては、比較的短時間で放電
終始電圧に至る。係る場合には、そのセル単位の劣化状
況に応じて補正するので、バッテリー全体の開放電圧
や、放電直後の電圧降下等が、各セルが平均的に劣化し
ているものと類似の測定結果が得られたとしても、精度
よく、劣化が進んでいると判断できる。
【0024】また、一例を示すと、複数のセルが直列接
続されたバッテリーの放電電流量を開放電圧あるいは放
電時の放電電圧や電圧降下率などと放電電流量との相関
を利用して従来の平均処理的な方法で計算した後、セル
の放電電流量の度数分布の下位に位置するセルの情報に
より補正をかけることによって、精度よく放電能力を計
算できる。あるいは直列接続されたバッテリーの放電特
性を測定し、初期電圧と電圧降下率とセルの放電能力の
度数分布を計算し、直列に接続されたバッテリーの放電
電圧を式2であらわす。これによって例えば、バッテリ
ーの全放電容量の10%程度を放電して(または開放電
圧による計算をおこなうと、まったく放電することな
く)複数のセルが直列接続されたバッテリーの放電グラ
フの形を(セル落ちまで含め)精度よく想定でき、(式
1)を条件(放電電圧=放電終止電圧)としたときの方
程式の解が直列接続されたバッテリーの放電電流量とな
る。放電時間は(式3)で求めることができる。なお、
式中の(2V)は、一般に用いられている1つのセルの
電圧が2Vのためそれを使用した。よって、1つのセル
の起電力が異なるとそれに応じて異なる数値になる。
続されたバッテリーの放電電流量を開放電圧あるいは放
電時の放電電圧や電圧降下率などと放電電流量との相関
を利用して従来の平均処理的な方法で計算した後、セル
の放電電流量の度数分布の下位に位置するセルの情報に
より補正をかけることによって、精度よく放電能力を計
算できる。あるいは直列接続されたバッテリーの放電特
性を測定し、初期電圧と電圧降下率とセルの放電能力の
度数分布を計算し、直列に接続されたバッテリーの放電
電圧を式2であらわす。これによって例えば、バッテリ
ーの全放電容量の10%程度を放電して(または開放電
圧による計算をおこなうと、まったく放電することな
く)複数のセルが直列接続されたバッテリーの放電グラ
フの形を(セル落ちまで含め)精度よく想定でき、(式
1)を条件(放電電圧=放電終止電圧)としたときの方
程式の解が直列接続されたバッテリーの放電電流量とな
る。放電時間は(式3)で求めることができる。なお、
式中の(2V)は、一般に用いられている1つのセルの
電圧が2Vのためそれを使用した。よって、1つのセル
の起電力が異なるとそれに応じて異なる数値になる。
【0025】
【数2】 *用語の定義 バッテリーの状態とは、劣化度や放電可能時間や寿命等
のバッテリーの交換作業やそのときのバッテリーの能力
(放電能力)を特定するための指標等になるものであ
る。そして、算出方法は、上記した各式に限られないの
はもちろんである。
のバッテリーの交換作業やそのときのバッテリーの能力
(放電能力)を特定するための指標等になるものであ
る。そして、算出方法は、上記した各式に限られないの
はもちろんである。
【0026】また、各セルの放電電流量の度数分布を求
めるとは、必ずしもすべてのものを求める必要はなく、
少なくとも下位(放電能力が小さい:劣化している)の
ものについて求められればよい。
めるとは、必ずしもすべてのものを求める必要はなく、
少なくとも下位(放電能力が小さい:劣化している)の
ものについて求められればよい。
【0027】
【発明の実施の形態】図6は、本発明の一実施の形態で
あるバッテリー状態計測装置が実装された無停電電源装
置(UPS)の一例を示している。本実施の形態では単
純化のため、使用するバッテリーは鉛バッテリーであ
り、2Vセルが24個直列接続されているものとする。
また温度は25℃、放電電流は1CAである場合に限っ
て動作を説明する。但し、本発明はこれらの条件に限っ
て有効なものでなく単セルが2個以上直列接続されてい
るいかなるバッテリーシステムにも適用できる。また温
度条件や放電電流条件についても、温度・放電電流空間
の何点かで後述する本発明の演算に必要なデータテーブ
ルを持つことによって、例えばファジイ演算で補間を行
うことによって、実際の温度・放電電流条件で本発明の
演算を行うのに必要なデータテーブルを生成することが
できるので、バッテリー使用可能条件内のいかなる温度
・放電電流条件にも適用できる。
あるバッテリー状態計測装置が実装された無停電電源装
置(UPS)の一例を示している。本実施の形態では単
純化のため、使用するバッテリーは鉛バッテリーであ
り、2Vセルが24個直列接続されているものとする。
また温度は25℃、放電電流は1CAである場合に限っ
て動作を説明する。但し、本発明はこれらの条件に限っ
て有効なものでなく単セルが2個以上直列接続されてい
るいかなるバッテリーシステムにも適用できる。また温
度条件や放電電流条件についても、温度・放電電流空間
の何点かで後述する本発明の演算に必要なデータテーブ
ルを持つことによって、例えばファジイ演算で補間を行
うことによって、実際の温度・放電電流条件で本発明の
演算を行うのに必要なデータテーブルを生成することが
できるので、バッテリー使用可能条件内のいかなる温度
・放電電流条件にも適用できる。
【0028】*無停電電源装置の構成と動作 図6に示すように、無停電電源装置は、入力プラグ1に
80V以上の商用電圧が印加されている時には、制御回
路3が電圧が80V以上であることを検知して第1切替
器4をNC(ノーマルクローズ)側に切替え、第2切替
器6をNC側に切替える。その結果、入力プラグ1に印
加された電圧は直接コンセント7に出力される。また、
充電回路2によって、24個のセル8aが直列接続され
たバッテリー8を充電する。
80V以上の商用電圧が印加されている時には、制御回
路3が電圧が80V以上であることを検知して第1切替
器4をNC(ノーマルクローズ)側に切替え、第2切替
器6をNC側に切替える。その結果、入力プラグ1に印
加された電圧は直接コンセント7に出力される。また、
充電回路2によって、24個のセル8aが直列接続され
たバッテリー8を充電する。
【0029】次に商用電源が停電すると、プラグ1から
の電力供給がなくなり、電圧が低下する。制御回路3
が、入力電圧が80V以下であることを検知して、第1
切替器4並びに第2切替器6をともにNO(ノーマルオ
ープン)側に切替える。その結果、バッテリー8に充電
された電荷が、インバータ回路5で交流に変換されてコ
ンセント7に出力される。以上の動作によって無停電電
源装置は停電時にも継続して交流電圧を出力し続ける。
上記したプラグ1,充電回路2,制御回路3,第1切替
器4,インバータ回路5,第2切替器6,コンセント7
並びにバッテリー8により無停電電源装置の基本構成が
構築される。
の電力供給がなくなり、電圧が低下する。制御回路3
が、入力電圧が80V以下であることを検知して、第1
切替器4並びに第2切替器6をともにNO(ノーマルオ
ープン)側に切替える。その結果、バッテリー8に充電
された電荷が、インバータ回路5で交流に変換されてコ
ンセント7に出力される。以上の動作によって無停電電
源装置は停電時にも継続して交流電圧を出力し続ける。
上記したプラグ1,充電回路2,制御回路3,第1切替
器4,インバータ回路5,第2切替器6,コンセント7
並びにバッテリー8により無停電電源装置の基本構成が
構築される。
【0030】*バッテリー状態計測装置の基本構成 本実施の形態ではバッテリー8の放電電圧、放電電流、
開放電圧、表面温度を測定し、その測定結果に基づいて
劣化度を求める。そこで基本となる各情報を取得するた
めの機能を説明する。
開放電圧、表面温度を測定し、その測定結果に基づいて
劣化度を求める。そこで基本となる各情報を取得するた
めの機能を説明する。
【0031】バッテリー8に電圧測定回路9を設け、バ
ッテリー8の端子電圧はもとより、各セル8aの電圧を
測定できるようになっている。つまり、電圧測定回路9
は、25個の入力端子(V0 〜V24)を有し、直列接続
された各セルの接続点(23箇所)及びバッテリー8の
両端子(2箇所)を各入力端子に接続する。V0 は、バ
ッテリー8の両端子のうち、マイナス側の電圧を測定す
るもので、基準電圧となる。V1 は、マイナス側から数
えて1セル目の放電(開放)電圧を測定する。同様にV
2 はマイナス側から数えて1セル目と2セル目の合計の
放電(開放)電圧を測定し、V3 はマイナス側から数え
て1セル目〜3セル目の合計の放電(開放)電圧を測定
し、Vn はマイナス側から数えて1セル目〜nセル目の
合計の放電(開放)電圧を測定することになる。よっ
て、V24は、1セル目〜24セル目の合計、つまり、バ
ッテリー全体の放電(開放)電圧を測定することにな
る。そして、V2 −V1 を算出することにより2セル目
の放電(開放)電圧を求めることができ、Vn −Vn-1
を算出することにより、nセル目の放電(開放)電圧を
求めることができる。
ッテリー8の端子電圧はもとより、各セル8aの電圧を
測定できるようになっている。つまり、電圧測定回路9
は、25個の入力端子(V0 〜V24)を有し、直列接続
された各セルの接続点(23箇所)及びバッテリー8の
両端子(2箇所)を各入力端子に接続する。V0 は、バ
ッテリー8の両端子のうち、マイナス側の電圧を測定す
るもので、基準電圧となる。V1 は、マイナス側から数
えて1セル目の放電(開放)電圧を測定する。同様にV
2 はマイナス側から数えて1セル目と2セル目の合計の
放電(開放)電圧を測定し、V3 はマイナス側から数え
て1セル目〜3セル目の合計の放電(開放)電圧を測定
し、Vn はマイナス側から数えて1セル目〜nセル目の
合計の放電(開放)電圧を測定することになる。よっ
て、V24は、1セル目〜24セル目の合計、つまり、バ
ッテリー全体の放電(開放)電圧を測定することにな
る。そして、V2 −V1 を算出することにより2セル目
の放電(開放)電圧を求めることができ、Vn −Vn-1
を算出することにより、nセル目の放電(開放)電圧を
求めることができる。
【0032】そして、バッテリー8の放電電圧を測定す
る場合には、バッテリーが満充電になるまでの所定の時
間充電(本実施の形態では電圧2.275V/セル、制
限電流0.2CAの定電圧充電で8時間)を行った後、
入力電圧レベルに関係なく制御回路3が第1切替器4,
第2切替器6をNOに切替える。するとバッテリー8は
コンセント7に接続された機器20に放電を行う。この
時、電圧測定回路9によってV0 を基準としてV1 〜V
24が測定される。放電電圧は非常にゆっくり変化するた
め、実際には電圧測定回路9は24個分持つ必要はな
く、電圧測定回路9は1回路としマルチプレクサで入力
を切替えて順次電圧を測定するようにしてもよい。
る場合には、バッテリーが満充電になるまでの所定の時
間充電(本実施の形態では電圧2.275V/セル、制
限電流0.2CAの定電圧充電で8時間)を行った後、
入力電圧レベルに関係なく制御回路3が第1切替器4,
第2切替器6をNOに切替える。するとバッテリー8は
コンセント7に接続された機器20に放電を行う。この
時、電圧測定回路9によってV0 を基準としてV1 〜V
24が測定される。放電電圧は非常にゆっくり変化するた
め、実際には電圧測定回路9は24個分持つ必要はな
く、電圧測定回路9は1回路としマルチプレクサで入力
を切替えて順次電圧を測定するようにしてもよい。
【0033】また、開放電圧を測定するためには、バッ
テリー8が満充電になるために所定の時間充電を行った
後、制御回路3が常閉接点の開閉器11をオープンにす
る。その後、バッテリー電圧が平衡に達するまで(本実
施の形態の場合は例えば4時間)待機した後で電圧を測
定する。この時、電圧測定回路9によってV0 を基準と
してV1 〜V24が測定される。この時測定されるV24は
バッテリー8全体の開放電圧となり、V1 はマイナス側
から数えて1セル目の開放電圧となり、V2−V1は2
セル目の開放電圧となる。以下、24セル目まで同様で
ある。
テリー8が満充電になるために所定の時間充電を行った
後、制御回路3が常閉接点の開閉器11をオープンにす
る。その後、バッテリー電圧が平衡に達するまで(本実
施の形態の場合は例えば4時間)待機した後で電圧を測
定する。この時、電圧測定回路9によってV0 を基準と
してV1 〜V24が測定される。この時測定されるV24は
バッテリー8全体の開放電圧となり、V1 はマイナス側
から数えて1セル目の開放電圧となり、V2−V1は2
セル目の開放電圧となる。以下、24セル目まで同様で
ある。
【0034】放電電流は、第1切替器4のNOからイン
バータ5へ供給される線路に絶縁状態で設置されたカレ
ントセンサ10で測定する。バッテリー8を構成する各
セルは直列接続されているため、バッテリー8全体の放
電電流も、各セルの放電電流もすべて等しくなる。さら
に、バッテリー8の表面温度は、バッテリー8の表面に
固定した温度センサ13で測定する。そして、上記した
電圧測定回路9並びに両センサ10,13の検出出力
が、演算回路12に与えられる。さらに、演算回路12
には、記憶部15に接続されデータの読み書きが行える
ようになっている。記憶部15には、劣化度を求めるた
めに必要な、テーブル形式のデータ等が格納され、演算
回路12では、与えられた各検出出力と、記憶部15に
格納されたデータに基づいて劣化度を求める。また、劣
化度を求めるために必要なデータを生成し、記憶部15
に格納することもある。そして、演算回路12の具体的
な算出アルゴリズムは以下のようになっており、各実施
の形態でそれぞれ異なる。
バータ5へ供給される線路に絶縁状態で設置されたカレ
ントセンサ10で測定する。バッテリー8を構成する各
セルは直列接続されているため、バッテリー8全体の放
電電流も、各セルの放電電流もすべて等しくなる。さら
に、バッテリー8の表面温度は、バッテリー8の表面に
固定した温度センサ13で測定する。そして、上記した
電圧測定回路9並びに両センサ10,13の検出出力
が、演算回路12に与えられる。さらに、演算回路12
には、記憶部15に接続されデータの読み書きが行える
ようになっている。記憶部15には、劣化度を求めるた
めに必要な、テーブル形式のデータ等が格納され、演算
回路12では、与えられた各検出出力と、記憶部15に
格納されたデータに基づいて劣化度を求める。また、劣
化度を求めるために必要なデータを生成し、記憶部15
に格納することもある。そして、演算回路12の具体的
な算出アルゴリズムは以下のようになっており、各実施
の形態でそれぞれ異なる。
【0035】*演算回路(第1の実施の形態) 第1の実施の形態はバッテリーの放電電流量を、放電電
圧特性と放電電流量の相関から回帰によって計算し、そ
の後セルの放電電流量の度数分布によって補正をかける
方法である。具体的に下記に示す(1)〜(5)の処理
を順次実行することになる。
圧特性と放電電流量の相関から回帰によって計算し、そ
の後セルの放電電流量の度数分布によって補正をかける
方法である。具体的に下記に示す(1)〜(5)の処理
を順次実行することになる。
【0036】(1)実放電させる際の放電電流量決定 図7、は鉛バッテリーを放電させた時の放電電圧の変化
である。横軸に放電電流量(単位はCAS:放電電流C
A×秒数S)をとり縦軸には放電電圧(単位はV)をと
る。まず、温度センサ13から、測定時のバッテリー8
の温度を取得する。そして、放電電流はわかっている
(本形態では1.0CA)ので、係る温度情報と放電電
流に基づいて、記憶部15に格納された劣化度を求める
際に放電する電流量についてデータテーブル(図8)を
参照し、最適放電電流量を抽出する。
である。横軸に放電電流量(単位はCAS:放電電流C
A×秒数S)をとり縦軸には放電電圧(単位はV)をと
る。まず、温度センサ13から、測定時のバッテリー8
の温度を取得する。そして、放電電流はわかっている
(本形態では1.0CA)ので、係る温度情報と放電電
流に基づいて、記憶部15に格納された劣化度を求める
際に放電する電流量についてデータテーブル(図8)を
参照し、最適放電電流量を抽出する。
【0037】ここで最適放電電流量について説明する
と、満充電状態から実際に所定量放電し、その時に得ら
れる各種情報に基づいて劣化度を求める。そして、最適
放電電流量は、放電電流量が新品の放電電流量の10%
程度でかつ放電電圧特性と放電電流量の相関が極力大き
くなるような値であり、予め実験をしてデータを作成す
る。
と、満充電状態から実際に所定量放電し、その時に得ら
れる各種情報に基づいて劣化度を求める。そして、最適
放電電流量は、放電電流量が新品の放電電流量の10%
程度でかつ放電電圧特性と放電電流量の相関が極力大き
くなるような値であり、予め実験をしてデータを作成す
る。
【0038】具体的な一例を示すと、放電電圧の測定開
始点は温度・放電電流条件によらず一定(180CA
S)とする。温度センサ13で検出された温度が25℃
とすると、放電時間のデータテーブルから25℃・1C
A時の最適放電電流量が300CASであることを求め
る。
始点は温度・放電電流条件によらず一定(180CA
S)とする。温度センサ13で検出された温度が25℃
とすると、放電時間のデータテーブルから25℃・1C
A時の最適放電電流量が300CASであることを求め
る。
【0039】(2)決定した放電電流量に基づき実放電
し、電圧降下率取得 満充電状態のバッテリーに対し、上記処理ステップで求
めた最適放電電流量だけ実際に放電(実放電)する。つ
まり、上記した例の条件ではa=180CASからb=
180CAS+300CAS=480CASまで放電さ
せて放電電圧特性を測定する。放電電圧特性としては点
aから点bの電圧降下率(単位はV/CAS)を採用す
る。そして、この電圧降下率は、バッテリー8の全体
(V24−V0 )と各セル(Vn −Vn-1 )についてそれ
ぞれ求める。なお、放電電圧特性としてはこの他に点b
の電圧やその他の特性を採用することができ、この例に
限定されないのはもちろんである。
し、電圧降下率取得 満充電状態のバッテリーに対し、上記処理ステップで求
めた最適放電電流量だけ実際に放電(実放電)する。つ
まり、上記した例の条件ではa=180CASからb=
180CAS+300CAS=480CASまで放電さ
せて放電電圧特性を測定する。放電電圧特性としては点
aから点bの電圧降下率(単位はV/CAS)を採用す
る。そして、この電圧降下率は、バッテリー8の全体
(V24−V0 )と各セル(Vn −Vn-1 )についてそれ
ぞれ求める。なお、放電電圧特性としてはこの他に点b
の電圧やその他の特性を採用することができ、この例に
限定されないのはもちろんである。
【0040】このような方法で測定された電圧降下率
は、セル番号と電圧降下率を関連づけて、図9に示すよ
うなセル番号:電圧降下率テーブルに格納する。このテ
ーブルも記憶部15に記録される。なお、セル番号の
「total」は、24個のセルが直列接続されたバッ
テリー8の全体の電圧降下率を示す。
は、セル番号と電圧降下率を関連づけて、図9に示すよ
うなセル番号:電圧降下率テーブルに格納する。このテ
ーブルも記憶部15に記録される。なお、セル番号の
「total」は、24個のセルが直列接続されたバッ
テリー8の全体の電圧降下率を示す。
【0041】(3)放電電流量算出 まずセル番号totalの電圧降下率に基づいて図10
に示す放電電流量:電圧降下率テーブルをアクセスし、
電圧降下率に関連づけられた放電電流量を取得する。つ
まり、電圧降下率を放電電流量に変換する。上記した例
の場合には、電圧降下率が0.002V/CASであっ
たので、放電電流量は2560CASとなる。なお、図
10に示した放電電流量:電圧降下率テーブルは、セル
落ちが発生せず、各セルとも平均的に劣化しているバッ
テリーサンプルの放電実験から事前に計算されているも
のである。
に示す放電電流量:電圧降下率テーブルをアクセスし、
電圧降下率に関連づけられた放電電流量を取得する。つ
まり、電圧降下率を放電電流量に変換する。上記した例
の場合には、電圧降下率が0.002V/CASであっ
たので、放電電流量は2560CASとなる。なお、図
10に示した放電電流量:電圧降下率テーブルは、セル
落ちが発生せず、各セルとも平均的に劣化しているバッ
テリーサンプルの放電実験から事前に計算されているも
のである。
【0042】次に、上記と同様にセル番号1〜24まで
の電圧降下率を、図11に示す放電電流量:電圧降下率
テーブルをアクセスして放電電流量に変換する。なお、
この図11に示すセル単位の放電電流量:電圧降下率テ
ーブルは、図10に示すバッテリー全体の放電電流量:
電圧降下率テーブルにおける電圧降下率を1/24にし
たものである。つまり、図10のテーブルを作成するた
めに行う放電実験に使用したバッテリーサンプルは、各
セルが均等に劣化したものであるので、各セルの電圧降
下率は等しくなる。よって、バッテリー全体の電圧降下
率を求めると、その値をセル数(24)で割ることによ
り求めることができる。すなわち、上記した所定の条件
を具備するバッテリーサンプルを用いた放電実験によ
り、図10と図11に示すテーブルを作成することにな
る。
の電圧降下率を、図11に示す放電電流量:電圧降下率
テーブルをアクセスして放電電流量に変換する。なお、
この図11に示すセル単位の放電電流量:電圧降下率テ
ーブルは、図10に示すバッテリー全体の放電電流量:
電圧降下率テーブルにおける電圧降下率を1/24にし
たものである。つまり、図10のテーブルを作成するた
めに行う放電実験に使用したバッテリーサンプルは、各
セルが均等に劣化したものであるので、各セルの電圧降
下率は等しくなる。よって、バッテリー全体の電圧降下
率を求めると、その値をセル数(24)で割ることによ
り求めることができる。すなわち、上記した所定の条件
を具備するバッテリーサンプルを用いた放電実験によ
り、図10と図11に示すテーブルを作成することにな
る。
【0043】上記の処理を行うことにより、図9に示し
たセル番号:電圧降下率テーブルを図13に示すセル番
号:放電電流量テーブルに変換する。そして、このよう
にして変換したセル番号:放電電流量テーブルも、記憶
部15に格納される。
たセル番号:電圧降下率テーブルを図13に示すセル番
号:放電電流量テーブルに変換する。そして、このよう
にして変換したセル番号:放電電流量テーブルも、記憶
部15に格納される。
【0044】(4)セルの放電電流量による補正 セル落ちが発生しない場合の放電電圧特性は、図13に
示すように、バッテリー電圧はVendまで比較的なだ
らかに降下していき、Vend以降は急降下する。この
図で領域AとBの境と領域BとCの境をしきい値と呼
ぶ。このような領域の意味は、図13のような特性を持
つバッテリー8にセル落ちが発生したとすると、例えば
領域C内で、放電初期からカウントして2個目のセル落
ちが発生すると即時に放電終止電圧に至る。また例えば
領域B内で、放電初期からカウントして3個目のセル落
ちが発生したら即時に放電終止電圧に至る。また例えば
領域A内で、放電初期からカウントして4個目のセル落
ちが発生したら即時に放電終止電圧に至るというような
ものである。このしきい値は、事前の放電実験によって
図14に示すような各温度・各放電電流・各total
の放電電流量の3次元マトリクスを作成し(図14では
領域A/Bのしきい値についてのマトリクスであるが、
B/Cのしきい値についても同様に求め、記憶保持す
る)、記憶部15に保持している。本実施の形態では2
5℃・1CAの場合のしきい値は図15のようになる。
示すように、バッテリー電圧はVendまで比較的なだ
らかに降下していき、Vend以降は急降下する。この
図で領域AとBの境と領域BとCの境をしきい値と呼
ぶ。このような領域の意味は、図13のような特性を持
つバッテリー8にセル落ちが発生したとすると、例えば
領域C内で、放電初期からカウントして2個目のセル落
ちが発生すると即時に放電終止電圧に至る。また例えば
領域B内で、放電初期からカウントして3個目のセル落
ちが発生したら即時に放電終止電圧に至る。また例えば
領域A内で、放電初期からカウントして4個目のセル落
ちが発生したら即時に放電終止電圧に至るというような
ものである。このしきい値は、事前の放電実験によって
図14に示すような各温度・各放電電流・各total
の放電電流量の3次元マトリクスを作成し(図14では
領域A/Bのしきい値についてのマトリクスであるが、
B/Cのしきい値についても同様に求め、記憶保持す
る)、記憶部15に保持している。本実施の形態では2
5℃・1CAの場合のしきい値は図15のようになる。
【0045】上記を前提とし、具体的な補正は以下のよ
うにする。まず、図12に示すセル番号:放電電流量テ
ーブルのtotalを除く部分、つまり、セル単位の放
電電流量を昇順にソートする。次にしきい値A/Bより
小さいセルを放電電流量が小さいセルから順番にカウン
トする。そのセル数が4以上の場合、4番目にカウント
されたセルの放電電流量がバッテリー全体の放電電流量
となる。また、そのセル数が3の場合にはしきい値A/
Bがバッテリー全体の放電電流量となる。また、そのセ
ル数が2の場合には、その影響でいずれしきい値B/C
で放電終止電圧に至るためしきい値B/Cがバッテリー
全体の放電電流量となる。なお以上の過程で決定された
放電電流量はこれ以降の過程でさらに小さな放電電流量
が決定された場合には、それらのうち最小の放電電流量
を決定値とする。
うにする。まず、図12に示すセル番号:放電電流量テ
ーブルのtotalを除く部分、つまり、セル単位の放
電電流量を昇順にソートする。次にしきい値A/Bより
小さいセルを放電電流量が小さいセルから順番にカウン
トする。そのセル数が4以上の場合、4番目にカウント
されたセルの放電電流量がバッテリー全体の放電電流量
となる。また、そのセル数が3の場合にはしきい値A/
Bがバッテリー全体の放電電流量となる。また、そのセ
ル数が2の場合には、その影響でいずれしきい値B/C
で放電終止電圧に至るためしきい値B/Cがバッテリー
全体の放電電流量となる。なお以上の過程で決定された
放電電流量はこれ以降の過程でさらに小さな放電電流量
が決定された場合には、それらのうち最小の放電電流量
を決定値とする。
【0046】以下同様に、各セルを放電電流量が小さい
セルから順番にカウントして3番目にカウントされたセ
ルが領域B内にある場合には、そのセルの放電電流量が
バッテリー全体の放電電流量となる。また2番目にカウ
ントされたセルが領域B内にある場合にはしきい値B/
Cがバッテリー全体の放電電流量となる。さらに、各セ
ルを放電電流量が小さいセルから順番にカウントして2
番目にカウントされたセルが領域C内にある場合にはそ
のセルの放電電流量がバッテリー全体の放電電流量とな
る。
セルから順番にカウントして3番目にカウントされたセ
ルが領域B内にある場合には、そのセルの放電電流量が
バッテリー全体の放電電流量となる。また2番目にカウ
ントされたセルが領域B内にある場合にはしきい値B/
Cがバッテリー全体の放電電流量となる。さらに、各セ
ルを放電電流量が小さいセルから順番にカウントして2
番目にカウントされたセルが領域C内にある場合にはそ
のセルの放電電流量がバッテリー全体の放電電流量とな
る。
【0047】一方、以上の過程でセル落ちの数と発生場
所がバッテリーを放電終止電圧に至らなかった場合に
も、図16の点線で示すように放電電流量がで示す分
だけ目減りしている。よって、以下に示す処理を行い、
放電電流量に補正をかけ、補正後の放電電流量に基づい
て処理を行う。
所がバッテリーを放電終止電圧に至らなかった場合に
も、図16の点線で示すように放電電流量がで示す分
だけ目減りしている。よって、以下に示す処理を行い、
放電電流量に補正をかけ、補正後の放電電流量に基づい
て処理を行う。
【0048】すなわち、しきい値B/CからVendの
区間の放電電圧は近似的に下記式4で表わされる。 V=a+b×放電電流量 (式4) そして、領域C内で電圧降下が放電電流量に及ぼす影響
は、式4の直線が40V線と交わる電流量から、式4で
規定される直線を「電圧降下量−Vend」分だけ平行
移動させた直線(図中一点鎖線で示す)が40V線と交
わる電流量を引き算した値に近似的に等しい(図16中
)。よって、
区間の放電電圧は近似的に下記式4で表わされる。 V=a+b×放電電流量 (式4) そして、領域C内で電圧降下が放電電流量に及ぼす影響
は、式4の直線が40V線と交わる電流量から、式4で
規定される直線を「電圧降下量−Vend」分だけ平行
移動させた直線(図中一点鎖線で示す)が40V線と交
わる電流量を引き算した値に近似的に等しい(図16中
)。よって、
【0049】
【数3】 となる。
【0050】そして、上記式中のαの値は、近似的に下
記式6で求める。 α=0.1Ω×放電電流 (式6) なお、一例を示すと、25℃・1CA・3200CAS
の場合には、Vendは1.8Vとなり、bの値は0.
011となる。
記式6で求める。 α=0.1Ω×放電電流 (式6) なお、一例を示すと、25℃・1CA・3200CAS
の場合には、Vendは1.8Vとなり、bの値は0.
011となる。
【0051】上記の各種の補正を行うことにより、わず
かな実放電をすることにより、その時の各セルの劣化状
態に応じたバッテリー全体の放電電流量を求めることが
できる。
かな実放電をすることにより、その時の各セルの劣化状
態に応じたバッテリー全体の放電電流量を求めることが
できる。
【0052】(5)バッテリー状態算出 上記のように放電電流量が求まったならば、下記(式
1)に代入することにより劣化度を求めることができ
る。また、(式3)に代入すると、放電可能時間を求め
ることができる。もちろん新品の放電電流量は、記憶部
15に格納しておく。
1)に代入することにより劣化度を求めることができ
る。また、(式3)に代入すると、放電可能時間を求め
ることができる。もちろん新品の放電電流量は、記憶部
15に格納しておく。
【0053】
【数4】 そして、算出したバッテリーの状態(劣化度や放電時
間)を表示装置17に出力表示する。表示態様の一例と
しては、図17に示すようなものがある。つまり、表示
装置17は、演算回路12の出力を受けて所定のメッセ
ージを表示するものである。具体的には、演算回路12
で求めた劣化度や、放電可能時間を表示したり、係る演
算処理をする際に必要な温度等の条件等を表示するよう
になっている。
間)を表示装置17に出力表示する。表示態様の一例と
しては、図17に示すようなものがある。つまり、表示
装置17は、演算回路12の出力を受けて所定のメッセ
ージを表示するものである。具体的には、演算回路12
で求めた劣化度や、放電可能時間を表示したり、係る演
算処理をする際に必要な温度等の条件等を表示するよう
になっている。
【0054】*演算回路(第2の実施の形態) 第2の実施の形態は、バッテリーの放電電圧変化の様子
を、放電初期の放電電圧特性によって計算し、その後セ
ルの放電電流量の度数分布によって補正をかける方法で
ある。具体的に下記に示す(1)′〜(4)′の処理を
順次実行することになる。
を、放電初期の放電電圧特性によって計算し、その後セ
ルの放電電流量の度数分布によって補正をかける方法で
ある。具体的に下記に示す(1)′〜(4)′の処理を
順次実行することになる。
【0055】(1)′実放電し、初期電圧,降下率,放
電電流量取得 動作原理を図17を用いて説明する。まず、所定時間実
放電させ、その時の初期電圧Viniと降下率dVを測
定する。この時、各セル毎の電圧測定を行い第1の実施
の形態と同様に、図12に示すようなセル番号:放電電
流量のテーブルを作成し、記憶部15に格納する。
電電流量取得 動作原理を図17を用いて説明する。まず、所定時間実
放電させ、その時の初期電圧Viniと降下率dVを測
定する。この時、各セル毎の電圧測定を行い第1の実施
の形態と同様に、図12に示すようなセル番号:放電電
流量のテーブルを作成し、記憶部15に格納する。
【0056】(2)′電圧降下量テーブル作成 次に、上記求めた降下率dVと実放電させた時の周囲環
境等から、測定時に該当する電圧降下量テーブルを抽出
する。電圧降下量テーブルは、事前にセル落ちがなく平
均的に良好に劣化しているバッテリーについて各温度・
放電電流・降下率dV条件毎に作成し、マトリクス状に
した状態(図18(A)参照)で記憶部15に格納され
ている。そして、実放電させた時の条件が、「温度:2
5℃・放電電流量:1CA・降下率:0.001V/C
AS」とすると、同図(A)中のハッチングで示す部分
が該当することになり、それを抽出することにより、同
図(B)に示すような電圧降下量テーブルが作成される
(実際には読み出してきただけ)。そして、この例では
全放電区間を100等分している(100行のテーブ
ル)。
境等から、測定時に該当する電圧降下量テーブルを抽出
する。電圧降下量テーブルは、事前にセル落ちがなく平
均的に良好に劣化しているバッテリーについて各温度・
放電電流・降下率dV条件毎に作成し、マトリクス状に
した状態(図18(A)参照)で記憶部15に格納され
ている。そして、実放電させた時の条件が、「温度:2
5℃・放電電流量:1CA・降下率:0.001V/C
AS」とすると、同図(A)中のハッチングで示す部分
が該当することになり、それを抽出することにより、同
図(B)に示すような電圧降下量テーブルが作成される
(実際には読み出してきただけ)。そして、この例では
全放電区間を100等分している(100行のテーブ
ル)。
【0057】(3)′放電電流量:放電電圧のテーブル
の作成 実測されている初期電圧Viniから電圧降下量テーブ
ル(図18(B))の1行目に格納されている電圧降下
量を引き算し、その区間での放電電圧の基準値を求め
る。この基準値は、セル落ちがない場合の放電電圧であ
る。次いで、セル番号:放電電流量のテーブルを参照
し、その区間で放電電流量が尽きるセルがあるか否かを
チェックし、ある場合には上記引き算して求めた放電電
圧(基準値)からさらに(2V+α)×セル数だけ電圧
を引く。その計算結果を、図19に示す放電電流量:放
電電圧テーブルの1行目に代入する。
の作成 実測されている初期電圧Viniから電圧降下量テーブ
ル(図18(B))の1行目に格納されている電圧降下
量を引き算し、その区間での放電電圧の基準値を求め
る。この基準値は、セル落ちがない場合の放電電圧であ
る。次いで、セル番号:放電電流量のテーブルを参照
し、その区間で放電電流量が尽きるセルがあるか否かを
チェックし、ある場合には上記引き算して求めた放電電
圧(基準値)からさらに(2V+α)×セル数だけ電圧
を引く。その計算結果を、図19に示す放電電流量:放
電電圧テーブルの1行目に代入する。
【0058】次に、放電電流量:放電電圧テーブルの2
行目のデータ作成に移る。上記のようにして作成された
1行目に格納された放電電圧から、図18(B)に示さ
れた電圧降下量テーブルに格納された(2行目の電圧降
下量−1行目の電圧降下量)を引き算することにより、
その区間での放電電圧の基準値(その区間で発生するセ
ル落ちがない)を求める。そして、さらにその区間で放
電電流量が尽きるセルがあれば、その基準値から(2V
+α)×セル数だけ電圧を引く。その計算結果を放電電
流量:放電電圧テーブルの2行目に代入する。
行目のデータ作成に移る。上記のようにして作成された
1行目に格納された放電電圧から、図18(B)に示さ
れた電圧降下量テーブルに格納された(2行目の電圧降
下量−1行目の電圧降下量)を引き算することにより、
その区間での放電電圧の基準値(その区間で発生するセ
ル落ちがない)を求める。そして、さらにその区間で放
電電流量が尽きるセルがあれば、その基準値から(2V
+α)×セル数だけ電圧を引く。その計算結果を放電電
流量:放電電圧テーブルの2行目に代入する。
【0059】このようにして、放電電流量:放電電圧テ
ーブルの(n−1)行目に格納された放電電圧から、電
圧降下量テーブルに格納された(n行目の電圧降下量−
(n−1)行目の電圧降下量)を引き算することによ
り、その区間での放電電圧の基準値を求め、その区間で
放電電流量が尽きるセルがあれば、その基準値から(2
V+α)×セル数だけ電圧を引く。このようにして求め
た値を、放電電流量:放電電圧テーブルのn行目に代入
する。
ーブルの(n−1)行目に格納された放電電圧から、電
圧降下量テーブルに格納された(n行目の電圧降下量−
(n−1)行目の電圧降下量)を引き算することによ
り、その区間での放電電圧の基準値を求め、その区間で
放電電流量が尽きるセルがあれば、その基準値から(2
V+α)×セル数だけ電圧を引く。このようにして求め
た値を、放電電流量:放電電圧テーブルのn行目に代入
する。
【0060】以上の処理を繰り返し行うことにより、放
電電圧の変化の様子を正確に表わすテーブルが完成す
る。つまり、各セルが平均的に劣化し、セル落ちがない
場合には、放電電圧変化は、各区間の計算の際に、セル
落ちに伴う電圧降下がないので、基準値通り、つまり電
圧降下量テーブルに格納された平均的な条件で放電電圧
が降下していき、図17に示すようなカーブとなる。一
方、途中の区間でセル落ちがあると、その部分で急激に
電圧降下する。つまり、図5に示したように段階的に急
激に落ち込む部分を有するカーブとなる。
電電圧の変化の様子を正確に表わすテーブルが完成す
る。つまり、各セルが平均的に劣化し、セル落ちがない
場合には、放電電圧変化は、各区間の計算の際に、セル
落ちに伴う電圧降下がないので、基準値通り、つまり電
圧降下量テーブルに格納された平均的な条件で放電電圧
が降下していき、図17に示すようなカーブとなる。一
方、途中の区間でセル落ちがあると、その部分で急激に
電圧降下する。つまり、図5に示したように段階的に急
激に落ち込む部分を有するカーブとなる。
【0061】(4)′バッテリー状態算出 本形態では、個々のセルの放電能力の度数分布に基づい
て、実際に最後まで放電することなく放電電圧の変化の
特性カーブを正確に再現できる。よって、バッテリーの
放電電流量が求められる。下記(式1)によって劣化度
を算出したり、(式3)によって放電時間を算出する。
そして、算出した結果を第1の実施の形態と同様に表示
装置17に表示する。
て、実際に最後まで放電することなく放電電圧の変化の
特性カーブを正確に再現できる。よって、バッテリーの
放電電流量が求められる。下記(式1)によって劣化度
を算出したり、(式3)によって放電時間を算出する。
そして、算出した結果を第1の実施の形態と同様に表示
装置17に表示する。
【0062】
【数5】 *演算回路(第3の実施の形態) 第3の実施の形態は、バッテリーの放電電圧変化の様子
を、バッテリーの開放電圧によって計算し、その後セル
の放電電流量の度数分布によって補正をかける方法であ
る。具体的に下記に示す(1)″〜(3)″の処理を順
次実行することになる。
を、バッテリーの開放電圧によって計算し、その後セル
の放電電流量の度数分布によって補正をかける方法であ
る。具体的に下記に示す(1)″〜(3)″の処理を順
次実行することになる。
【0063】(1)″開放電圧取得 制御回路3が常閉接点の開閉器11をオープンにする。
その後、バッテリー電圧が平衡に達するまで待機した後
で、バッテリー全体の開放電圧とセル毎の開放電圧を測
定する。
その後、バッテリー電圧が平衡に達するまで待機した後
で、バッテリー全体の開放電圧とセル毎の開放電圧を測
定する。
【0064】(2)″各種データ・テーブル算出 そして、バッテリー全体の開放電圧と放電初期電圧の相
関を利用して回帰によって放電初期電圧を計算する。ま
た、同様にバッテリー全体の開放電圧と電圧降下量の相
関を利用して回帰によって電圧降下量テーブルを作成す
る。また、セル毎の開放電圧と放電電流量の相関を利用
して回帰によって各セルの放電電流量を計算し、セル番
号:放電電流量テーブルを作成する。
関を利用して回帰によって放電初期電圧を計算する。ま
た、同様にバッテリー全体の開放電圧と電圧降下量の相
関を利用して回帰によって電圧降下量テーブルを作成す
る。また、セル毎の開放電圧と放電電流量の相関を利用
して回帰によって各セルの放電電流量を計算し、セル番
号:放電電流量テーブルを作成する。
【0065】つまり、上記した第2の実施の形態におけ
る実放電に基づき得られた測定結果から処理(2)′,
(3)′で求められるデータ等を、開放電圧に基づいて
推測することにより、同一内容のデータ等を求める。
る実放電に基づき得られた測定結果から処理(2)′,
(3)′で求められるデータ等を、開放電圧に基づいて
推測することにより、同一内容のデータ等を求める。
【0066】(3)″バッテリー状態算出 上記の処理(2)″を実行して得られた各データに基づ
き、第2の実施の形態における処理(4)′を実行する
ことにより、バッテリーの状態を求める。そして、得ら
れた結果を表示装置17に表示する。なお、具体的な方
法は、上記した第2の実施の形態と同様であるのでその
詳細な説明を省略する。
き、第2の実施の形態における処理(4)′を実行する
ことにより、バッテリーの状態を求める。そして、得ら
れた結果を表示装置17に表示する。なお、具体的な方
法は、上記した第2の実施の形態と同様であるのでその
詳細な説明を省略する。
【0067】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば複数セル
が直列接続されたバッテリーにおいて、各セルの放電能
力の分布により補正するようにしたため、たとえ個々の
セルの劣化状態にばらつきがあったとしても、放電能力
または劣化度または残存時間表示等のバッテリー状態の
測定精度を飛躍的に向上できる。
が直列接続されたバッテリーにおいて、各セルの放電能
力の分布により補正するようにしたため、たとえ個々の
セルの劣化状態にばらつきがあったとしても、放電能力
または劣化度または残存時間表示等のバッテリー状態の
測定精度を飛躍的に向上できる。
【0068】そのように、測定精度が向上したため、使
用者に実用価値のある残放電時間情報を提供できる。使
用者はそれによってバッテリーを含む電源システムの信
頼性を判断でき、バッテリーの交換の必要性を判断でき
る。また、放電終止電圧を変化させた時の放電時間変化
を精度よく計算できる。さらに、バッテリー電圧によっ
て動作が変化する電子機器の動作を前もって想定でき
る。
用者に実用価値のある残放電時間情報を提供できる。使
用者はそれによってバッテリーを含む電源システムの信
頼性を判断でき、バッテリーの交換の必要性を判断でき
る。また、放電終止電圧を変化させた時の放電時間変化
を精度よく計算できる。さらに、バッテリー電圧によっ
て動作が変化する電子機器の動作を前もって想定でき
る。
【図1】一般的な放電電流量に対する放電電圧の特性を
示す図である。
示す図である。
【図2】理想的に劣化した各セルの放電電流量の度数分
布の一例を示す図である。
布の一例を示す図である。
【図3】図2に示す度数分布からなるバッテリーの放電
電流量に対する放電電圧の特性を示す図である。
電流量に対する放電電圧の特性を示す図である。
【図4】個々のセルの劣化状態がばらついたバッテリー
の放電電流量の度数分布の一例を示す図である。
の放電電流量の度数分布の一例を示す図である。
【図5】図4に示す度数分布からなるバッテリーの放電
電流量に対する放電電圧の特性を示す図である。
電流量に対する放電電圧の特性を示す図である。
【図6】本発明に係るバッテリー状態計測装置が実装さ
れた無停電電源装置の一実施の形態を示す図である。
れた無停電電源装置の一実施の形態を示す図である。
【図7】放電電流量−放電電圧の特性を示す図である。
【図8】放電電流と温度に基づく最適放電電流の関係を
表すテーブルのデータ構造を示す図である。
表すテーブルのデータ構造を示す図である。
【図9】セル番号:電圧降下率テーブルのデータ構造を
示す図である。
示す図である。
【図10】バッテリー全体の放電電流:電圧降下率テー
ブルのデータ構造を示す図である。
ブルのデータ構造を示す図である。
【図11】セル単位の放電電流:電圧降下率テーブルの
データ構造を示す図である。
データ構造を示す図である。
【図12】セル番号:放電電流テーブルのデータ構造を
示す図である。
示す図である。
【図13】第1の実施の形態の動作原理を説明する図で
ある。
ある。
【図14】外部環境に対する図13で示す領域AとBの
境界(しきい値)の関係を示すデータ構造図である。
境界(しきい値)の関係を示すデータ構造図である。
【図15】外部環境に対する領域AとBの境界(しきい
値)並びにBとCの境界(しきい値)の具体例を示す図
である。
値)並びにBとCの境界(しきい値)の具体例を示す図
である。
【図16】第1の実施の形態の補正の仕方を説明する図
である。
である。
【図17】表示装置に出力表示する表示例を示す図であ
る。
る。
【図18】第2の実施の形態の動作原理を説明する図で
ある。
ある。
【図19】外部環境に対する放電電流量と電圧降下量の
相関を示すデータ構造図である。
相関を示すデータ構造図である。
【図20】外部環境に対する放電電流量と電圧降下量の
相関を示すデータ構造図である。
相関を示すデータ構造図である。
【図21】放電電流量:放電電圧テーブルのデータ構造
を示す図である。
を示す図である。
8 バッテリー 8a セル 9 電圧測定回路 10 電流センサ 11 開閉器 12 演算回路 13 温度センサ 15 記憶部 17 表示装置
Claims (8)
- 【請求項1】 複数のセルが直列接続されて構成される
バッテリーの状態を計測する方法であって、 満充電状態にあるバッテリー全体の放電電圧情報と、各
セルの放電電圧情報並びに放電電流を求め、 前記全体の放電電圧情報に基づいて求められるセル落ち
のない場合を想定した基準データに対し、前記各セルの
放電電圧情報に基づく放電能力の度数分布を用いて補正
を行い、放電終止となる放電電流量を求め、 その放電電流からバッテリー状態を算出することを特徴
とするバッテリー状態計測方法。 - 【請求項2】 複数のセルが直列接続されて構成される
バッテリーの状態を計測する計測装置であって、 バッテリー全体の電圧及びセルごとの電圧を計測する電
圧計測手段と、 放電電流を検出する電流検出手段と、 セル落ちが発生しない場合の放電電流量に対する放電電
圧変化である基準放電電圧特性に関するデータを記憶し
た記憶手段と、 前記電圧計測手段で計測された前記バッテリー全体の電
圧に基づいて前記記憶手段から所定のデータを抽出する
とともに、前記電圧計測手段で計測された各セルの放電
電圧から得られる各セルの放電能力の度数分布に基づい
て前記抽出したデータに対する補正を行い、放電終止と
なる放電電流量を求め、その放電電流からバッテリー状
態を算出する演算手段を備えたことを特徴とするバッテ
リー状態計測装置。 - 【請求項3】 満充電状態にあるバッテリーを実際に一
定量放電させるとともに、前記バッテリー全体の放電電
圧情報(電圧値であったり、降下率であったりする)
と、各セルの放電電圧情報並びに放電電流を求め、 前記バッテリー全体の放電電圧情報に基づいて、セル落
ちが発生しない場合の放電電流量に対する放電電圧変化
である基準放電電圧特性を求め、 その基準放電電圧特性を、n(n=1,2,3…)個目
のセル落ちが発生すると放電終止電圧に至る領域ごとに
区画し、 前記セル単位の放電電圧情報から求められる個々のセル
の放電電流量に基づいてセル落ちを発生する領域を特定
し、放電開始から各領域までに発生するセル落ちの数に
基づいて放電終止となる放電電流量を求めることを特徴
とする請求項1に記載のバッテリー状態計測方法。 - 【請求項4】 前記電圧計測手段は、満充電状態にある
バッテリーを実際に一定量放電させた際の、前記バッテ
リー全体の放電電圧と、各セルの放電電圧を計測するも
のであり、 前記演算手段は、前記バッテリー全体の放電電圧情報に
基づいて、前記記憶手段からセル落ちが発生しない場合
の放電電流量に対する放電電圧変化である基準放電電圧
特性を取得し、 その基準放電電圧特性を、n(n=1,2,3…)個目
のセル落ちが発生すると放電終止電圧に至る領域ごとに
区画し、 前記セル単位の放電電圧から求められる個々のセルの放
電電流量に基づいてセル落ちを発生する領域を特定し、
放電開始から各領域までに発生するセル落ちの数に基づ
いて放電終止となる放電電流量を求める機能を有してな
ることを特徴とする請求項2に記載のバッテリー状態計
測装置。 - 【請求項5】 満充電状態にあるバッテリーを実際に放
電したときのバッテリー全体の初期電圧と電圧降下率、
並びにセル単位の放電電流量を求め、 少なくとも前記初期電圧と電圧降下率に基づいてセル落
ちしない場合の基準放電電圧変化特性に関するデータを
求め、 前記セル単位の放電電流量から、セル落ちが発生する放
電電流量を求め、 前記基準放電電圧変化特性に対し、セル落ちをする放電
電流量の時に、セル落ちに伴う電圧降下させる補正を行
うことによって放電電圧変化特性を求め、 その求めた放電電圧変化特性から放電終止となる放電電
流量を求めることを特徴とする請求項1に記載のバッテ
リー状態計測方法。 - 【請求項6】 前記電圧計測手段は、満充電状態にある
バッテリーを実際に放電したときのバッテリー全体の初
期電圧と電圧降下率、並びにセル単位の放電電圧を測定
するものであり、 前記演算手段は、バッテリー全体の初期電圧と電圧降下
率に基づいて前記記憶手段をアクセスするとともに、セ
ル落ちしない場合の基準放電電圧変化特性に関するデー
タを取得するとともに、セル単位の放電電圧に基づいて
各セルの放電電流量を求め、各セルの放電電流量からセ
ル落ちが発生する放電電流量を求め、前記基準放電電圧
変化特性に対し、セル落ちをする放電電流量の時に、セ
ル落ちに伴う電圧降下させる補正を行うことによって放
電電圧変化特性を求め、その求めた放電電圧変化特性か
ら放電終止となる放電電流量を求める機能を有してなる
ことを特徴とする請求項2に記載のバッテリー状態計測
装置。 - 【請求項7】 バッテリー及びセル単位の開放電圧をそ
れぞれ測定し、 前記バッテリーの開放電圧に基づいてバッテリー全体の
初期電圧と電圧降下率を推定し、 前記セル単位の開放電圧に基づいてセル単位の放電電流
量を推定し、 次いで、少なくとも前記初期電圧と電圧降下率に基づい
てセル落ちしない場合の基準放電電圧変化特性に関する
データを取得し、 前記セル単位の放電電流量から、セル落ちが発生する放
電電流量を求め、 前記基準放電電圧変化特性に対し、セル落ちをする放電
電流量の時に、セル落ちに伴う電圧降下させる補正を行
うことによって放電電圧変化特性を求め、 その求めた放電電圧変化特性から放電終止となる放電電
流量を求めることを特徴とする請求項1に記載のバッテ
リー状態計測方法。 - 【請求項8】 前記電圧計測手段は、満充電状態にある
バッテリー及びセル単位の開放電圧を測定するもので、 前記演算手段は、前記バッテリーの開放電圧に基づいて
バッテリー全体の初期電圧と電圧降下率を推定するとと
もに、前記セル単位の開放電圧に基づいてセル単位の放
電電流量を推定する機能と、 前記推定したバッテリー全体の初期電圧と電圧降下率に
基づいて前記記憶手段をアクセスするとともに、セル落
ちしない場合の基準放電電圧変化特性に関するデータを
取得するとともに、前記推定したセル単位の放電電流量
からセル落ちが発生する放電電流量を求め、前記基準放
電電圧変化特性に対し、セル落ちをする放電電流量の時
に、セル落ちに伴う電圧降下させる補正を行うことによ
って放電電圧変化特性を求め、その求めた放電電圧変化
特性から放電終止となる放電電流量を求める機能を有し
てなることを特徴とする請求項2に記載のバッテリー状
態計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9076676A JPH10253725A (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | バッテリー状態計測方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9076676A JPH10253725A (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | バッテリー状態計測方法及び装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10253725A true JPH10253725A (ja) | 1998-09-25 |
Family
ID=13612041
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9076676A Withdrawn JPH10253725A (ja) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | バッテリー状態計測方法及び装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10253725A (ja) |
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- 1997-03-13 JP JP9076676A patent/JPH10253725A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
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---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040601 |