WO1997027495A1 - Method and device for monitoring deterioration of battery - Google Patents

Description

明細書 蓄電池の劣化監視方法及びその装置 技術分野

この発明は、 例えば電動車両に電源として搭載される蓄電池の劣化監視方法及 びその装置に関するものである。 背景技術

例えば、 電動車両の電源として搭載される蓄電池として、 N i — MH二次電池 あるいは鉛二次電池等があり、 このような二次電池等は、 サイクル使用により次 第に放電容量が低下する。

このため、 電圧の比較法で蓄電池の劣化を判断して交換や清掃、 電解液の補充 等のメンテナンスをすることが考えられるが、 電圧の比較法では環境温度の影響 により電池電圧自体が変化するため温度による補正が必要になり、 繁雑である。 従って、 電動車両の電源としての使用においても常に蓄電池の劣化状況を正確 に把握し、 ユーザーに電池交換時期、 メンテナンスの必要性等の情報を提供する ことが重要である力 現状ではそれが簡単、 かつ確実に行える手段がない。 この発明は、 かかる実情に鑑みてなされたもので、 蓄電池の劣化状況を、 簡単 且つ確実に把握することのできる蓄電池の劣化監視方法及びその装置を提供する ことを目的としている。 発明の開示

この発明の蓄電池の劣化監視方法は、 蓄電池の平均電池温度上昇速度の基準値 を予め記憶し、 充電時の蓄電池の温度を計測して蓄電池の平均温度上昇速度の値 を求め、 この実際の蓄電池の平均温度上昇速度の値を前記蓄電池の平均温度上昇 速度の基準値と照合して電池劣化度を判定する。 実際の蓄電池の平均温度上昇速 度の値を、 蓄電池の平均温度上昇速度の基準値と照合し、 充放電を実施する環境 温度に関係なく蓄電池の劣化度を容易に、 かつ確実に判定することで、 常に蓄電 池の劣化状況を正確に把握し、 ユーザーに電池交換時期、 メンテナンスの必要性 等の情報を提供することができる。

また、 蓄電池の平均温度上昇速度の値は、 定電流充電開始時の電池温度を計 測、 記憶し、 さらに充電時間が所定時間経過した時点の電池温度を計測して、 蓄 電池の所定時間の平均温度上昇速度を求めた値である。 蓄電池の平均温度上昇速 度を算出するため、 精度よく判定可能である。

また、 蓄電池の電池劣化度の判定による劣化レベルの表示及び 又は電池劣化 の警告を行なう。 劣化レベルの表示及び Z又は電池劣化の警告を行なうことで、 ユーザーに電池交換時期、 メンテナンスの必要性等をユーザーに意識させること ができる。

この発明の蓄電池の劣化監視装置は、 蓄電池の平均温度上昇速度の基準値を予 め記憶する基準値記憶手段と、 充電時の蓄電池の温度を計測する電池温度検出手 段と、 充電時の蓄電池の温度を計測して蓄 池の平均温度上昇速度の値を求める 電池温度上昇速度演算手段と、 この実際の蓄電池の平均温度上昇速度の値を前記 蓄電池の平均温度上昇速度の基準値と照合して電池劣化度を判定する電池劣化度 判定手段と、 を備える。 実際の蓄電池の平均温度上昇速度の値を、 蓄電池の平均 温度上昇速度の基準値と照合し、 充放電を実施する環境温度に関係なく蓄電池の 劣化度を容易に、 かつ確実に判定することで、 簡単な装置で常に蓄電池の劣化状 況を正確に把握し、 ユーザーに電池交換時期、 メンテナンスの必要性等の情報を 提供することができる。

また、 電池温度上昇速度演算手段は、 定電流充電開始時の電池温度を計測、 記 憶し、 さらに充電時間が所定時間経過した時点の電池温度を計測して、 蓄電池の 所定時間の平均温度上昇速度を求める。 簡単な装置で、 しかも蓄電池の平均温度 上昇速度を算出するため、 精度よく判定可能である。

また、 蓄電池の電池劣化度の判定による劣化レベルの表示を行なう劣化レベル 表示手段及び/又は電池劣化の警告を行なう電池劣化警告手段を備える。 劣ィ匕レ ベルの表示及び 又は電池劣化の警告を行なうことで、 簡単な装置で確実にユー ザ一に電池交換時期、 メンテナンスの必要性等をユーザーに意識させることがで さる。 図面の簡単な説明

第 1図は蓄電池の劣化監視装置の概略構成を示すプロック図である。

第 2図は充放電サイクルを繰り返す実験によって得られた蓄電池の充放電サイ クル経過時の放電可能容量と充電時の平均温度上昇速度との関係を説明する図で あ 。 発明を実施するための最良の形態

この発明の蓄電池の劣化監視方法及びその装置の実施例を図面に基づいて詳細 に説明する。

第 1図は蓄電池の劣化監視装置の概略構成を示すプロック図、 第 2図は充放電 サイクルを繰り返す実験によって得られた蓄電池の充放電サイクノレ経過時の放電 可能容量と充電時の平均温度上昇速度との関係を説明する図であり、 このうちの T u p値の変化を示す線が基準値を表す。

蓄霪池の劣化監視装置 1は、 例えば電動補助自転車のような電動車両に搭載さ れた蓄電池 2の劣化監視を行なうものである。 蓄電池 2と切換スィツチ 3の直列 回路には、 負荷 4と切換スィッチ 5の直列回路と、 コネクタ 6とが並列に接続さ れている。 充電時に、 コネクタ 6を介して充電器 7が接続される。 蓄電池 2とし ては、 例えば N i -MH二次電池が用いられる。 また、 負荷 4としてはモータ類 等がある。

切換スィッチ 3 , 5は、 コントローラ 8内の充放電制御手段 2 6で制御され、 電動車両の走行時には両切換スィッチ 3 , 5を閉じることで、 蓄電池 2から負荷 4に放電される。 走行中の負荷 4への放電量の調整もこの放電制御手段 2 6で制 御される。 また、 電動車両を停止し、 例えば夜間の充電時には、 コネクタ 6を介 して充電器 7に蓄電池 2が接铳され、 充放電制御手段 2 6の制御で、 切換スィッ チ 3を閉じ、 切換スィッチ 5を開くことで蓄電池 2の充電が行なわれる。

このように、 コントローラ 8の充放霍制御手段 2 6の指令により電池 2は、 負 荷 4に対する放電と充電器 7を用いての充電が交互に実施され （サイクル使 用） 、 この際、 蓄電池 2の電圧を電圧センサ 9が検出し、 この電圧情報を充放電 制御手段 2 6に送り、 充電時 - Δ ν電圧を検出したり、 放電時、 終止電圧を検出 したりする。 また、 充電される電池温度を温度センサ 1 0を用いてモニタして温 度情報をコントローラ 8の電池温度検出手段 2 1および充放電制御手段 2 6に送 る。

コントローラ 8には、 基準値記憶手段 2 0と、 電池温度検出手段 2 1と、 電池 温度上昇速度演算手段 2 2と、 電池劣化度判定手段 2 3とが備えられている。 基 準値記憶手段 2 0は、 蓄電池 2の平均温度上昇速度の基準値 （図 2の T u p値の 変化を示す線） を予め記憶する。 電池温度検出手段 2 1は、 温度センサ 1 0から の温度情報に基づき充電時の蓄電池の温度を計測する。 電池温度上昇速度演算手 段 2 2は、 充電時の蓄霪池 2の温度を計測して蓄電池 2の平均温度上昇速度の値 を求める。 即ち、 この実施例では、 例えば N i一 MH霪池においては定電流充電 時、 一 電圧、 あるいは d TZ d t、 電池温度の検出により一段目の充電を終 了し、 その後の充電に移行する。 この方法においては、 この定電流充電開始時の 電池温度 （T s ) を計測、 記使し、 さらに充電時間が所定時間例えば 1 0分経過 した時点の電池温度 (T 1 0 ) を計測して、

蓄電池の平均温度上昇速度の値 （T u p ) 二

[充電後 1 0分経過時の電池温度 （T 1 0 ) —電池充電開始時の電池温度 (T s ) ] , 1 0分

として、 蓄電池 2の 1 0分間の平均温度上昇速度 （°C/m i n ) を求める。 電池劣化度判定手段 2 3は、 実際の蓄電池 2の平均温度上昇速度の値を蓄電池 2の平均温度上昇速度の基準値と照合して電池劣化度を判定する。 即ち、 実際の 蓄電池 2の平均温度上昇速度の T u p値を予め記憶してある蓄電池 2の平均温度 上昇速度の T u p値と照合、 比較することで蓄電池 2の劣化状況の判定を行う。 なお、 蓄電池 2の平均温度上昇速度を算出するための時間は、 この実施例の 1 0分間に限定されるものではないが、 精度向上のためには 5分以上が望まし い。 電池温度上昇速度は 1 0分の充電時間があれば、 精度よく判定可能であり、 すべての N i一 MH電池に適用可能である。

また、 蓄電池の劣化監視装置 1には、 蓄電池 2の電池劣化度の判定による劣化 レベルの表示を行なう劣化レベル表示手段 2 4と、 鬣池劣化の警告を行なう電池 劣化警告手段 25が備えられている。 コントローラ 8により電池劣化度の判定を 行ない、 劣化レベル表示手段 24により劣化レベルの表示を行なう。 この劣化レ ベルの表示は、 あと何サイクル充放電できるかある L、はあと何 km走行できるか といった内容のもので、 アナログ表示でも、 デジタル表示でもよい。 また、 電池 劣化警告手段 25により電池劣化の警告を行なう。 この電池劣化の謇告は、 ラン プ、 あるいはブザー等で行なうことができる。 このように、 劣化レベル表示手段 24、 又は電池劣化警告手段 25による簡単な装置で、 確実にユーザーに電池交 換時期、 メンテナンスの必要性等をユーザーに意識させることができる。

第 2図の車両走行可能距離 （放電可能容量） と蓄電池の平均温度上昇速度 T u p値との対応関係から明らかなように充放電サィクルの経過に伴つて車両走 行可能距離 （放電可能な電池容量） は低下し、 蓄電池の平均温度上昇速度 Tup 値が増加しているのがわかり、 劣化レベルがあるレベル以上 （T u p = TupD) であると電池容量はその後急激に低下する。 Tup = TupDになつ たら劣化レベル表示手段 24による表示、 又は電池劣化蓄告手段 25による警告 を行ない、 ユーザーに放電容量が急激に低下する前での電池交換時期、 メンテナ ンスを推奨することができる。

以上の説明では、 基準値は第 2図の Tup値の変化を示す曲線であつたが、 こ の発明はそれに限ることなく、 例えば T u p Dの 1点のみを基準値として記憶 し、 実際の平均温度上昇速度 Tupが TupDに達した時初めて表示、 警告を行 うものあるいは TupD以外に第 2図の曲線上の数点の基準値を記憶し、 それぞ れのボイン卜に Tupが達した時表示を行うものを含む。 産業上の利用可能性

以上のように、 蓄電池の劣化監視方法及びその装置は、 例えば電動補助自転車 のような罨動車両に搭載され、 実際の蓄電池の平均温度上昇速度の値を、 蓄電池 の平均温度上昇速度の基準値と照合し、 充放電を実施する環境温度に関係なく蓄 電池の劣化度を容易に、 かつ確実に判定することで、 常に蓄電池の劣化状況を正 確に把握し、 ユーザーに電池交換時期、 メンテナンスの必要性等の情報を提供す ることができる。 また、 蓄锺池の平均温度上昇速度を算出することで、 精度よく 蓄電池の劣化判定可能である。 さらに、 劣化レベルの表示及び/又は電池劣化の 饕告を行なうことで、 簡単な装置で確実にユーザーに電池交換時期、 メンテナン スの必要性等をユーザ一に意識させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 蓄電池の平均温度上昇速度の基準値を予め記憶しておき、 充電時の蓄電池の 温度を計測して蓄電池の平均温度上昇速度の値を求め、 この実際の蓄電池の平均 温度上昇速度の値を前記蓄電池の平均温度上昇速度の基準値と照合して電池劣化 度を判定することを特徴とする蓄電池の劣化監視方法。

2 . 請求項 1記載の蓄電池の劣化監視方法において、 蓄電池の平均温度上昇速度 の値は、 定電流充電開始時の電池温度を計測、 記憶し、 さらに充電時間が所定時 間経過した時点の電池温度を計測して、 蓄電池の所定時間の平均温度上昇速度を 求めた値であることを特徴とする蓄電池の劣化監視方法。

3 . 請求項 1又は請求項 2記載の蓄電池の劣化監視方法において、 前記蓄電池の 電池劣化度の判定による劣化レベルの表示及び 又は電池劣化の聱告を行なうこ とを特徴とする蓄電池の劣化監視方法。

4 . 蓄電池の平均温度上昇速度の基準値を予め記憶する基準値記憶手段と、 充電 時の蓄電池の温度を計測する電池温度検出手段と、 充電時の蓄電池の温度を計測 して蓄電池の平均温度上昇速度の値を求める電池温度上昇速度演算手段と、 この 実際の蓄電池の平均温度上昇速度の値を前記蓄電池の平均温度上昇速度の基準値 と照合して電池劣化度を判定する電池劣化度判定手段と、 を備えることを特徴と する蓄電池の劣化監視装置。

5 . 請求項 4記載の蓄電池の劣化監視装置において、 電池温度上昇速度演算手段 は、 定電流充電開始時の電池温度を計測、 記憶し、 さらに充電時間が所定時間経 過した時点の電池温度を計測して、 蓄電池の所定時間の平均温度上昇速度を求め ることを特徴とする蓄電池の劣化監視装置。

6 . 請求項 4又は請求項 5記載の蓄電池の劣化監視装置において、 前記蓄電池の 電池劣化度の判定による劣化レベルの表示を行なう劣化レベル表示手段及び Z又 は電池劣化の警告を行なう電池劣化警告手段を備えることを特徴とする蓄電池の 劣化監視装置。