| 【発明の名称】 |
鉛蓄電池の寿命判定方法および寿命判定装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】鎌田 彰
【氏名】清水 勲
【氏名】土田 浩
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| 【要約】 |
【課題】電池のバラツキや外部環境の影響を極力少なくし、正確に電池容量の消耗が推定できる信頼性の高い鉛蓄電池の寿命判定装置およびその判定方法を提供する。
【解決手段】まず初めに、満充電された未使用の鉛蓄電池１を所定電流にて一定時間テスト放電し、その時の電池電圧ＶX を測定して基準電池電圧Ｖ0 としてメモリ手段６に保存する。ついで、充放電サイクル過程の充電完了毎に前記同条件にて前記鉛蓄電池１をテスト放電し、その時の電池電圧ＶX 測定する。さらに、前記基準電池電圧Ｖ0 と２回目以降のテスト放電時の電池電圧ＶX を同一温度に補正してその都度両者を比較し、その減少率より電池容量の消耗を推定する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電池電圧より電池容量の消耗を推定する鉛蓄電池の寿命判定方法において、まず初めに、満充電された未使用の鉛蓄電池（１）を所定電流にて一定時間テスト放電し、その時の電池電圧（ＶX ）を基準電池電圧（Ｖ0 ）として第１メモリ手段（６）に保存し、ついで、充放電サイクル過程の充電完了毎に前記同条件にて前記鉛蓄電池（１）をテスト放電し、その時の電池電圧（ＶX ）と前記基準電池電圧（Ｖ0 ）をその都度比較し、その減少率より電池容量の消耗を推定することを特徴とする鉛蓄電池の寿命判定方法。
【請求項２】 電池電圧より電池容量の消耗を推定する鉛蓄電池の寿命判定方法において、まず初めに、満充電された未使用の鉛蓄電池（１）を所定電流にて一定時間テスト放電し、その時の電池電圧（ＶX ）を基準電池電圧（Ｖ0 ）として第１メモリ手段（６）に保存し、ついで、充放電サイクル過程の充電完了毎に前記同条件にて前記鉛蓄電池（１）をテスト放電し、その時の電池電圧（ＶX ）と前記基準電池電圧（Ｖ0 ）を同一温度に補正してその都度両者を比較し、その減少率より電池容量の消耗を推定することを特徴とする鉛蓄電池の寿命判定方法。
【請求項３】 電池電圧より電池容量の消耗を推定する鉛蓄電池の寿命判定装置において、充電完了時に鉛蓄電池（１）を所定電流にて一定の時間テスト放電させる放電回路（２）と、テスト放電時の鉛蓄電池（１）の電圧を検出する電圧測定回路（３）と、初回のテスト放電時の電池電圧（ＶX ）を基準電池電圧（Ｖ0 ）として保存する第１メモリ手段（６）と、２回目以降のテスト放電時の電池電圧（ＶX ）と前記基準電圧データ（Ｖ0 ）をその都度比較し、その減少率より電池容量の消耗を推定するマイクロコンピュータ（５）とで構成されることを特徴とする鉛蓄電池の寿命判定装置。
【請求項４】 電池電圧より電池容量の消耗を推定する鉛蓄電池の寿命判定装置において、充電完了時に鉛蓄電池（１）を所定電流にて一定の時間テスト放電させる放電回路（２）と、テスト放電時の鉛蓄電池（１）の電圧を検出する電圧測定回路（３）と、前記鉛蓄電池（１）の温度を検出する温度測定回路（４）と、電池温度（Ｔ）に基づいて電池電圧（ＶX ）を温度補正するための温度補正データを格納する第２メモリ手段（７）と、初回のテスト放電時の電池電圧（ＶX ）を基準電池電圧（Ｖ0 ）として保存する第１メモリ手段（６）と、２回目以降のテスト放電時の電池電圧（ＶX ）と前記基準電圧データ（Ｖ0 ）を前記温度補正データに基づいて同一温度に補正してその都度両者を比較し、その減少率より電池容量の消耗を推定するマイクロコンピュータ（５）とで構成されることを特徴とする鉛蓄電池の寿命判定装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無停電電源装置（ＵＰＳ）や電気自動車などに使用される鉛蓄電池の寿命判定方法および寿命判定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】鉛蓄電池は起電力が高く、広い充放電条件や温度条件下で使用でき、しかも、フロート寿命が長く、かつ安価で製造し易いといった利点を持つ二次電池であることから、バッテリー駆動の電子機器などに広く使用されている。
【０００３】例えば、ＡＶ機器、通信機、電気自動車などのサイクル用やＵＳＰなどの停電補償のためのトリクルまたはフロート用がある。
【０００４】ところで、二次電池の最も重要な性能の一つに寿命があり、充放電を繰り返すと性能が徐々に劣化して行く。そこで、通常は充放電サイクルの中で適当な頻度で容量試験（通常、電池の端子電圧を直接測定する方法が採られている）を行って、容量が予め設定した下限値に到達したところで電池寿命と判断している。
【０００５】電池性能がどの程度まで低下した場合に寿命とするかは電池の使用目的によって変わるが、一般的には、電池容量が定格容量の５０〜８０％に低下したところを電池寿命と判断している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に二次電池の性能は環境条件に依存し、使用温度によって電池電圧や電池容量は大幅に変化してしまう。したがって、前記した電池の容量試験は一定温度下において実施されるのが好適であるが、実際には使用環境下での影響を受けるため、正確な容量推定は極めて困難である。
【０００７】また、鉛蓄電池の場合は、特に電池間の電圧ばらつきも大きく、上記のように、電池寿命の判断基準となる容量値が予め決められた固定値であると、電池のばらつきによる誤差が寿命判定に大きく影響するといった欠点があった。
【０００８】本発明は、電池のバラツキや外部環境の影響を極力少なくして、正確に電池容量の消耗が推定できる信頼性の高い鉛蓄電池の寿命判定方法および鉛蓄電池の寿命判定装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に記載の本発明では、電池電圧より電池容量の消耗を推定する鉛蓄電池の寿命判定方法において、まず初めに、満充電された未使用の鉛蓄電池（１）を所定電流にて一定時間テスト放電し、その時の電池電圧（ＶX ）を基準電池電圧（Ｖ0 ）として第１メモリ手段（６）に保存し、ついで、充放電サイクル過程の充電完了毎に前記同条件にて前記鉛蓄電池（１）をテスト放電し、その時の電池電圧（ＶX ）と前記基準電池電圧（Ｖ0 ）をその都度比較し、その減少率より電池容量の消耗を推定することを特徴とする。
【００１０】また、請求項２に記載の本発明では、電池電圧より電池容量の消耗を推定する鉛蓄電池の寿命判定方法において、まず初めに、満充電された未使用の鉛蓄電池（１）を所定電流にて一定時間テスト放電し、その時の電池電圧（ＶX ）を基準電池電圧（Ｖ0 ）として第１メモリ手段（６）に保存し、ついで、充放電サイクル過程の充電完了毎に前記同条件にて前記鉛蓄電池（１）をテスト放電し、その時の電池電圧（ＶX ）と前記基準電池電圧（Ｖ0 ）を同一温度に補正してその都度両者を比較し、その減少率より電池容量の消耗を推定することを特徴とする。また、請求項３に記載の本発明では、電池電圧より電池容量の消耗を推定する鉛蓄電池の寿命判定装置において、充電完了時に鉛蓄電池（１）を所定電流にて一定の時間テスト放電させる放電回路（２）と、テスト放電時の鉛蓄電池（１）の電圧を検出する電圧測定回路（３）と、初回のテスト放電時の電池電圧（ＶX）を基準電池電圧（Ｖ0 ）として保存する第１メモリ手段（６）と、２回目以降のテスト放電時の電池電圧（ＶX ）と前記基準電圧データ（Ｖ0 ）をその都度比較し、その減少率より電池容量の消耗を推定するマイクロコンピュータ（５）とで構成されることを特徴とする。
【００１１】さらに、請求項４に記載の本発明では、電池電圧より電池容量の消耗を推定する鉛蓄電池の寿命判定装置において、充電完了時に鉛蓄電池（１）を所定電流にて一定の時間テスト放電させる放電回路（２）と、テスト放電時の鉛蓄電池（１）の電圧を検出する電圧測定回路（３）と、前記鉛蓄電池（１）の温度を検出する温度測定回路（４）と、電池温度（Ｔ）に基づいて電池電圧（ＶX ）を温度補正するための温度補正データを格納する第２メモリ手段（７）と、初回のテスト放電時の電池電圧（ＶX ）を基準電池電圧（Ｖ0 ）として保存する第１メモリ手段（６）と、２回目以降のテスト放電時の電池電圧（ＶX ）と前記基準電圧データ（Ｖ0 ）を前記温度補正データに基づいて同一温度に補正してその都度両者を比較し、その減少率より電池容量の消耗を推定するマイクロコンピュータ（５）とで構成されることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る蓄電池の寿命判定装置の基本構成を示すブロック図である。
【００１３】本装置は、データ測定部１０およびデータ処理制御部１１で構成されており、前記データ測定部１０は、鉛蓄電池１を一定時間所定の電流にてテスト放電させる放電回路２と、鉛蓄電池１の電圧を検出する電圧測定回路３と、鉛蓄電池の表面温度もしくは電池近傍の温度を検出する温度測定回路４で構成されている。
【００１４】一方、データ処理制御部１１は前記電圧測定回路３と温度測定回路４の測定データを入力して鉛蓄電池１の寿命判定制御を行うマイクロコンピュータ５（以下マイコン５と呼ぶ）を有しており、このマイコン５に内蔵の第２メモリ手段７（例えばＲＯＭ）には、前記電圧測定回路３からの電池電圧ＶX を電池温度Ｔに基づいて温度補正するための温度−電池電圧の関係を示す温度補正データが格納されており、さらに、このマイコン５には測定された電池電圧ＶX を保存するための第１メモリ手段６（例えばＲＡＭ）が接続されている。
【００１５】また、このデータ測定部１０とデータ処理制御部１１は、既述した前記電圧測定回路４および温度測定回路４からの電池電圧ＶX および電池温度Ｔ等のデータ線Ｓ1 と、マイコン５より出力される前記放電回路２を動作させるための制御信号線Ｓ0 とによって接続されている。
【００１６】なお、８はマイコン５からの判定処理結果（電池寿命）を表示するための表示部で、出力線Ｓ2 によって接続されている。
【００１７】本実施形態による鉛蓄電池１の寿命判定装置は上記構成であり、図２のフローチャートに基づき、その動作・制御の詳細を説明する。
【００１８】充電完了時、まず、温度測定回路４により電池温度Ｔを測定する。次に、マイコン５からの制御によりデータ測定部１０の放電回路２を作動して満充電された鉛蓄電池１を所定電流にて一定時間、例えば５秒間テスト放電し、この時の電池電圧ＶX を電圧測定回路３により測定する。測定された電池温度Ｔと電池電圧ＶX はデータ線Ｓ1 を介してデータ処理制御部１１のマイコン５に入力される。入力された測定データが初回のテスト放電時のもの（すなわち、未使用の鉛蓄電池１の測定データ）であれば、電池電圧ＶX は、同時に入力された電池温度Ｔに基づき、前記マイコン５の第２メモリ手段７に保存された温度−電池電圧の補正データ（図３参照）により基準温度Ｔa （例えば２５℃）に補正されて基準電池電圧Ｖ0 （この状態を１００％とする）として前記第１メモリ手段６に保存される。なお、温度補正された電池電圧ＶX が電池の初期電圧として予め定められた所定値以下であれば、該鉛蓄電池１は不良であるとして電池アラーム信号ＢＡが出力される。
【００１９】ついで、充電完了毎にマイコン５からの制御により、データ測定部１０の放電回路２が作動し、前記と同じ条件にて鉛蓄電池１のテスト放電が行われ、その時の電池電圧ＶX と電池温度Ｔがマイコン５に入力され、電池温度ＶX と前記第１メモリ手段６に記憶されている基準電池電圧Ｖ0 とが比較されて、その減少率ａより電池容量の消耗が随時推定される。本実施形態では、２回目以降の充電操作の際、その時測定された電池温度Ｔから、例えば、基準電池電圧Ｖ0 の５０％（ａ＝０．５）を限界減少率として比較値ＶL が算出される。そして、算出された比較値ＶL と測定された電池電圧ＶX とが順次比較される。
【００２０】電池の充放電サイクルが進み、電池容量が消耗して電池電圧ＶX が比較値ＶLを下回ると、マイコン５は鉛蓄電池１の寿命と判断してアラーム信号ＢＡを出力する。アラーム信号ＢＡが出力された場合、表示部８を設けることで、電池寿命を容易に且つ明確に察知することができる。
【００２１】図３は前記した電池電圧−温度の関係の一例を示す図であって、曲線Ａおよび曲線Ｂは未使用の鉛蓄電池の特性のばらつき範囲を示し、Ｃはその容量である。曲線Ｄは寿命期の電圧特性、曲線Ｅはその容量特性である。
【００２２】このような、温度と電池電圧の関係を表すデータが鉛蓄電池の種類ごとにデータベース化されて、上記したマイコン５に内蔵の第２メモリ手段７に保存されている。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の本発明によれば、鉛蓄電池の寿命を判定する際、まず、満充電された未使用の鉛蓄電池の電池電圧を基準電池電圧としてメモリに保存し、二回目以降の充電操作毎に測定した電池電圧を上記メモリ保存された基準電池電圧と比較して、その減少率より電池寿命を判断するようにした。このように、基準電池電圧に対する減少率によって電池消耗を判断することで、鉛蓄電池のばらつきの影響を少なくした正確な寿命判定が可能となる。
【００２４】また、請求項２に記載の本発明によれば、鉛蓄電池の寿命を判定する際、まず、満充電された未使用の鉛蓄電池の電池電圧をメモリに保存し、二回目以降の充電操作毎に測定した電池電圧と前記メモリ保存された基準電池電圧を同一温度に補正した後比較して、その減少率より電池寿命を判断するようにした。このように、電池電圧を同一温度に補正して電圧比較が成されることで使用環境条件の変動による影響を極力少なくした正確な寿命判定が可能となる。
【００２５】また、請求項３に記載の本発明によれば、電池電圧より電池容量の消耗を推定する鉛蓄電池の寿命判定装置は、充電完了時に鉛蓄電池をテスト放電させる放電回路と、鉛蓄電池の電圧を検出する電圧測定回路と、初回のテスト放電時の電池電圧を基準電池電圧として保存する第１メモリ手段と、２回目以降のテスト放電時の電池電圧と前記基準電圧データを比較し、その減少率より電池容量の消耗を推定するマイクロコンピュータとで構成した。このように、第１メモリ手段を備え、初回データを基準電池電圧として保存しておくことによって、電池の消耗を基準電池電圧に対する減少率で判断できるようになるため、鉛蓄電池のばらつきの影響を少なくした正確な寿命判定が可能となる。
【００２６】さらに、請求項４に記載の本発明によれば、電池電圧より電池容量の消耗を推定する鉛蓄電池の寿命判定装置は、充電完了時に鉛蓄電池をテスト放電させる放電回路と、鉛蓄電池の電圧を検出する電圧測定回路と、前記鉛蓄電池の温度を検出する温度測定回路と、電池温度に基づいて電池電圧を温度補正するための温度補正データを格納する第２メモリ手段と、初回のテスト放電時の電池電圧を基準電池電圧として保存する第１メモリ手段と、２回目以降のテスト放電時の電池電圧と前記基準電圧データを前記温度補正データに基づいて同一温度に補正してその都度両者を比較し、その減少率より電池容量の消耗を推定するマイクロコンピュータとで構成した。このように、温度測定回路と電池電圧を温度補正するための温度補正データを格納する第２メモリ手段を備えることにより、電池電圧を同一温度に補正することが可能となるため、使用環境条件の変動による影響を極力少なくした正確な寿命判定が可能となる。
【００２７】以上のように、鉛蓄電池の寿命判定が正確に行えることにより、機器の使用中に鉛蓄電池が消耗してしまったり、あるいは、逆に、まだ鉛蓄電池がまだ使用可能な（放電可能）な状態であるにも拘らず電池寿命と判断されて、電池のエネルギーを十分引き出すことができないといった不都合が解消される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３７７２１
【氏名又は名称】富士電気化学株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）７月９日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】尾股 行雄
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２３６８０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月２９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１８３５９１ |
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