JPH08126214A - 蓄電池容量測定方法及び回路 - Google Patents
蓄電池容量測定方法及び回路Info
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- JPH08126214A JPH08126214A JP6262361A JP26236194A JPH08126214A JP H08126214 A JPH08126214 A JP H08126214A JP 6262361 A JP6262361 A JP 6262361A JP 26236194 A JP26236194 A JP 26236194A JP H08126214 A JPH08126214 A JP H08126214A
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Abstract
停電が発生しても給電を継続でき、さらに特定の電池セ
ルの劣化を早めることのない蓄電池容量測定方法及び回
路を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、交流または直流電源1を入力として
負荷装置4に必要な直流電圧を出力する電力変換装置
2、及び電力変換装置2の出力端子に並列に接続され電
力変換装置2の動作時は浮動充電され電力変換装置2の
停止時は負荷装置4に電力を供給する蓄電池3によって
構成される無停電給電システムにおいて、電力変換装置
2の出力設定電圧を負荷装置4が正常動作を維持できる
電圧まで低下させ、蓄電池3を放電状態にしてその端子
電圧を測定し、その端子電圧の低下速度により放電終止
電圧に至る時間を推定する。
Description
とする電力変換装置とバックアップ用蓄電池で構成され
る無停電給電システムにおいて、使用中の蓄電池容量を
測定するための、容量測定方法とその実現回路構成に関
するものである。
において、1は交流または直流電源、2は電力変換装
置、3は蓄電池、4は負荷装置、5は切替スイッチ、6
は放電用定電流負荷である。本方法では、通常電力変換
装置2の出力端子に並列に接続されている蓄電池3を切
り離し、放電用定電流負荷6に接続することにより所定
の電流で放電させ、蓄電池3の端子電圧が放電終止電圧
に達するまでの時間を測定し、放電電流値Iと放電時間
tの積It(Ah)を求める。簡易的に行うには放電用
定電流負荷6は単なる抵抗を用いる場合もある。本方法
は蓄電池3の容量は正確に把握できるが、測定時間が長
くかかる上、測定中は蓄電池3が給電系から切り離され
るためこの時に停電が発生すると負荷装置4へ給電が継
続できないという欠点がある。負荷装置4が交換機や伝
送装置等の通信装置である場合は、本停電の影響は非常
に大きくなる。
という欠点を解決するため、従来、図10のような方法
も行われていた。図10において1〜4は図9と同様で
あり、7は最低電圧の電池セル、8は切替スイッチ、9
は放電用定電流負荷、10は放電した電池セルを再充電
する充電器、11は交流または直流電源である。図10
の方法では、蓄電池3の全てのセル電圧を予め測定して
おき、その中でも最も低い電圧のセルについて上記の様
な放電試験を行い、その放電電流値Iと放電時間tの積
It(Ah)を求めていた。本方法によると、複数のセ
ルで構成される蓄電池3の1セルのみの放電であるた
め、例え試験中に停電が発生したとしても、蓄電池3の
電圧は最大でセル1個分の電圧が低下するだけであり、
負荷装置4への給電を継続できる。
によっても測定時間の短縮は図れず、さらに予め全ての
セル電圧を計っておかなければならないという不便さが
ある。さらに本方法を繰り返し行うと、容量試験を実施
するセルが常に同じとなる傾向があり、容量が少なく劣
化し始めているセルの劣化をさらに早めるという欠点が
新たに発生する。
で、比較的短時間で測定でき、測定中に停電が発生して
も給電を継続でき、さらに特定の電池セルの劣化を早め
ることのない蓄電池容量測定方法及び回路を提供するこ
とを目的とする。
に本発明の蓄電池容量測定方法は、交流電源または直流
電源を入力として負荷装置に必要な直流電圧を出力する
電力変換装置、及び電力変換装置出力端子に並列に接続
され電力変換装置動作時は浮動充電され電力変換装置停
止時は負荷に電力を供給する蓄電池によって構成される
無停電給電システムにおいて、電力変換装置の出力設定
電圧を負荷装置が正常動作を維持できる電圧まで低下さ
せ、蓄電池を放電状態にしてその端子電圧を測定し、そ
の端子電圧の低下速度により放電終止電圧に至る時間を
推定する。
蓄電池容量測定方法において、蓄電池放電状態における
端子電圧を、測定時の電池温度から基準温度における電
圧に、測定時の電池放電電流から基準放電電流における
電圧に、それぞれ補正した後、その補正後の端子電圧の
低下速度により放電終止電圧に至る時間を推定する。
電源または直流電源を入力として負荷装置に必要な直流
電圧を出力する電力変換装置、及び電力変換装置出力端
子に並列に接続され電力変換装置動作時は浮動充電され
電力変換装置停止時は負荷に電力を供給する蓄電池によ
って構成される無停電給電システムにおいて、電力変換
装置の出力電圧を低下させる手段と、蓄電池端子電圧を
測定する手段と、外部信号をトリガとして電力変換装置
の出力電圧を低下させる信号と出力電圧低下信号発生期
間中に異なる2つの時間にタイミング信号を発生するタ
イミング信号発生回路と、前記タイミング信号によって
蓄電池端子電圧信号を通過させるゲート回路と、ゲート
回路出力信号を記憶するメモリ回路と、メモリ回路のデ
ータを基に残放電時間を求める演算回路とを具備するこ
とを特徴とするものである。
電源または直流電源を入力として負荷装置に必要な直流
電圧を出力する電力変換装置、及び電力変換装置出力端
子に並列に接続され電力変換装置動作時は浮動充電され
電力変換装置停止時は負荷に電力を供給する蓄電池によ
って構成される無停電給電システムにおいて、電力変換
装置の出力電圧を低下させる手段と、蓄電池端子電圧、
蓄電池放電電流、蓄電池温度をそれぞれ測定する手段
と、外部信号をトリガとして電力変換装置の出力電圧を
低下させる信号と出力電圧低下信号発生期間中に異なる
2つの時間にタイミング信号を発生するタイミング信号
発生回路と、前記タイミング信号によって蓄電池端子電
圧、蓄電池放電電流、蓄電池温度信号を通過させるゲー
ト回路と、ゲート回路出力信号を記憶するメモリ回路
と、メモリ回路のデータを基に残放電時間を求める演算
回路とを具備することを特徴とするものである。
に組み込まれた蓄電池を切り離すことなく、電力変換装
置の出力電圧を負荷装置が許容する範囲で低下させ、実
際の負荷装置を用いて蓄電池を短時間放電させ、その低
下速度から蓄電池容量を求めることを主要な特徴とす
る。従来の技術において、別の放電用負荷を用い、放電
終止電圧まで放電試験していた所が異なっている。
説明する。 [実施例1]図1、図2は請求項1に対応する実施例で
あって、図1は構成説明図、図2は動作を説明すると特
性図である。図1において、1は交流または直流電源、
2は電力変換装置、3は蓄電池、4は負荷装置であり、
図2において、VF は浮動充電電圧(電力変換装置定常
時出力設定電圧)、VE は放電終止電圧(負荷装置許容
最低入力電圧)、t1 ,t2 は実放電時間、V1 ,V2
は実放電時間における蓄電池端子電圧、VA は電力変換
装置出力低下時設定電圧である。
常動作時は図1(a)に示すように、交流または直流電
源1を入力として電力変換装置2が出力電圧VF (図2
における浮動充電電圧)を出力し、蓄電池3を浮動充電
しながら、負荷装置4に電力を供給している。電力変換
装置2の出力電圧は、入力交流または直流電源1の電圧
が変動したり出力電流が変動した場合でも常に一定電圧
VF を出力できるような安定化機能を有している。この
ような構成で交流または直流電源1からの給電が一定時
間以上(通常24時間以上)継続している場合は、蓄電
池3は満充電状態であるため、蓄電池3の充電電流(浮
動充電電流)は僅かであり、電力変換装置2の出力する
電流の大部分は負荷電流として負荷装置4に供給されて
いる。
の出力設定電圧をVA (図2における出力低下時設定電
圧)に低下する。ただしVA は蓄電池3の放電終止電圧
すなわち負荷装置許容最低入力電圧VE より高い値とす
る。電力変換装置2は一定電圧VA を出力するため、蓄
電池3の端子電圧の方が高くなり、負荷装置4へは蓄電
池3から電力を供給する。この状態で蓄電池3の端子電
圧を測定すると、電力変換装置2からは給電されないた
め、蓄電池3の放電特性(図2)がそのまま表れる。こ
こで時間t1 と時間t2 において蓄電池電圧V1 とV2
を測定すると、放電終止電圧VE に至る時間tE は、放
電電圧特性がほぼ直線的に低下するとして以下の式で求
められる。
V1 )}(t2 −t1 ) 時間t1 としては放電開始後30秒〜5分程度、t2 と
しては蓄電池全放電量の30%程度以下の放電時間(例
えば10時間率の放電であれば3時間以内)を用いる。
を用いて、 Q=I・tE で求められる。なおここで測定時刻は2ポイントで例示
したが、t1 〜t2 の間を分割して3ポイント以上測定
して、放電電圧特性カーブをより正確に推定することも
可能である。
池3の容量を比較的短時間で推定することができる。蓄
電池3は測定中も給電系から切り離されていないため、
測定中に停電が発生したとしても負荷装置4への給電を
継続できる特徴がある。また万一蓄電池3の容量が劣化
等によって著しく低下していた場合にも、停電状態でな
い限り電力変換装置2が負荷装置4の許容最低入力電圧
以上の電圧を出力し、負荷装置4への給電を継続するの
で、給電を停止することはない。従って本実施例による
と、従来例と比べて、給電系の高信頼度を維持しながら
蓄電池の容量測定ができるという特徴がある。また別の
従来例で示したような、個々の電池セルの電圧を予め測
定しておく煩雑さや、特定の電池セルの劣化を早めるこ
ともない。 [実施例2]図3、図4は請求項2の動作を説明する図
である。本実施例における動作は、実施例1と同様に、
まず定常動作時は図1(a)に示すように、交流または
直流電源1を入力として電力変換装置2が一定の出力電
圧VF (図2における浮動充電電圧)を出力し、蓄電池
3を浮動充電しながら、負荷装置4に電力を供給してい
る。次に、図1(b)のように電力変換装置2の出力設
定電圧をVA (図2における出力低下時設定電圧)に低
下する。電力変換装置2は一定電圧VA を出力するた
め、蓄電池3の端子電圧の方が高くなり、負荷装置4へ
は蓄電池3から電力を供給する。この状態で蓄電池3の
端子電圧を測定すると、電力変換装置2からは給電され
ないため、蓄電池3の放電特性(図2)がそのまま表れ
る。ここで時間t1 と時間t2 において蓄電池電圧V1
とV2 、放電電流I1 とI2 、電池温度T1 とT2 を測
定する。蓄電池電圧は温度や放電電流によってそれぞれ
図3、図4のように変化するため、検出した蓄電池電圧
V1 ,V2 を以下の式で基準温度と基準放電電流におけ
る値V10,V20に補正する。以下の式は蓄電池電圧が温
度や放電電流に対してリニアに変化した場合を想定して
いる。
(I1 −I0 )} V20=V2 /{1+α(T2 −T0 )−β(I2 −I
0 )} ここで、α,βはそれぞれ温度、放電電流に対する電圧
変化の比例定数であり、例えば1000Ahのシール鉛
蓄電池で10時間率〜5時間率の放電条件においてα=
0.5mV/deg、β=1mV/A程度である。
以下の式で求められる。 tE =t1 +{(VE −V10)/(V20−V10)}(t
2 −t1 ) t1 ,t2 の値は実施例1と同様である。
を用いて、 Q=I・tE で求められる。なお測定点(時刻)を増加して放電カー
ブをより正確に表現することや、温度と放電電流に対す
る電圧の補正について他の方法を用いることも可能であ
る。
や負荷電流が変化した場合においても、蓄電池の容量を
比較的短時間で推定することができる。また本実施例に
よると、実施例1と同様に、従来例と比べて、給電系の
高信頼度を維持しながら蓄電池の容量測定ができ、また
個々の電池セルの電圧を予め測定しておく煩雑さや、特
定の電池セルの劣化を早めることもないという特徴があ
る。 [実施例3]図5は請求項3に対応した実施例の構成説
明図、図7は図5の各部の動作波形図を示している。図
5において、1は交流または直流電源、2は電力変換装
置、3は蓄電池、4は負荷装置、12は電力変換装置入
力端子、13は整流・平滑部、14はインバータ部、1
5はトランス、16は整流・平滑部、17は電力変換装
置出力端子、18は比較器、19は誤差増幅器、20は
発振器、21は基準電圧、22,23は抵抗、24は容
量試験回路、25は測定開始トリガ信号入力端子、26
は放電時間出力端子、27は測定トリガを入力として基
準電圧を変化させる信号bとメモリへのデータ取込みタ
イミングを指定する信号cを出力するタイミング信号発
生回路、28はタイミング信号発生回路出力信号cで指
定された時刻に蓄電池電圧データを取り込むためのゲー
ト回路、29はタイミング信号発生回路出力信号cで指
定された時刻とその蓄電池電圧データを記憶するメモリ
回路、30はメモリ回路に記憶された時刻および電圧デ
ータをもとに放電残時間を算出する演算回路である。
内部では、交流または直流電源1の入力を整流・平滑部
13で直流電圧に変換後、インバータ部14で高周波交
流電圧に変換してトランス15で昇降圧し、整流・平滑
部16で直流電圧に変換して出力される。出力電圧は抵
抗22,23で分圧した後、誤差増幅器19で基準電圧
21と比較される。誤差増幅器19の出力は発振器20
の鋸歯状波等と比較器18で比較され、パルス信号とな
ってインバータ部14の内部スイッチ素子を駆動する。
入力電圧や出力電流が変動しても、電力変換装置出力電
圧VOUT は、基準電圧Vr と抵抗R1 ,R2 で決ま
る VOUT =(R1 +R2 )Vr /R2 の値で一定に保たれる。浮動充電時においてはこのV
OUT がVF (図2に示す浮動充電電圧)である。
に、外部からの入力トリガ信号aにより、タイミング信
号発生回路27が基準電圧21を低下させる信号bを発
生し、基準電圧を出力電圧VOUT が図2に示すVA にな
るよう変化させる。なお出力電圧VOUT を低下させる手
段は、基準電圧を変化させるだけでなく、出力電圧検出
側の抵抗R1 ,R2 を変化させることによっても実現で
きる。これにより電力変換装置2の出力電圧より蓄電池
3の電圧の方が高くなり、蓄電池3より負荷装置4へ電
力が供給され、蓄電池3は放電を開始する。タイミング
信号発生回路27は、端子25の外部トリガ信号入力か
らt1 およびt2 経過後にゲート回路28を動作させ、
メモリ回路29に蓄電池電圧V1 ,V2 と時間t1 ,t
2 が取り込まれる。演算回路30はV1 ,V2 ,t1 ,
t2 の値より、実施例1で示した方法によって、放電終
止電圧VE に至る時間tE を求める。なお測定時刻につ
いては2ポイントで示したが、より多くの測定時刻を設
定しても、本構成によって実現可能である。
池の容量を比較的短時間で推定することができる。また
本実施例によると、従来例と比べて、給電系の高信頼度
を維持しながら蓄電池の容量測定ができ、また個々の電
池セルの電圧を予め測定しておく煩雑さや、特定の電池
セルの劣化を早めることもないという特徴がある。 [実施例4]図6は請求項4に対応した実施例の構成説
明図、図8は図6の各部の動作波形図を示している。図
6において1〜25および27は図5と同様であり、3
1は放電時間および蓄電池容量出力端子、32は蓄電池
電流検出回路、33は蓄電池温度検出回路、34はタイ
ミング信号発生回路出力信号cで指定された時刻に蓄電
池電圧、蓄電池放電電流、蓄電池温度データを取り込む
ためのゲート回路、35はタイミング信号発生回路出力
信号cで指定された時刻とその蓄電池電圧、蓄電池放電
電流、蓄電池温度データを記憶するメモリ回路、36は
メモリ回路に記憶された時刻、電圧、電流、温度データ
をもとに放電残時間や容量を算出する演算回路である。
ここで蓄電池電流検出回路32は蓄電池電流を直接測定
するよう記載したが、負荷電流と電力変換回路出力電流
を測定してその差分を求めること、あるいは電力変換回
路出力電流がほぼ0として、測定した負荷電流をそのま
ま用いることによっても実現できることは言うまでもな
い。
動作は図5と同様であり、容量試験回路24では、図8
で示すように、外部からの入力トリガ信号aにより、タ
イミング信号発生回路27が基準電圧21を低下させる
信号bを発生し、基準電圧を出力電圧VOUT が図2に示
すVA になるよう変化させる。なお出力電圧VOUT を低
下させる手段は、実施例3でも述べたように、基準電圧
を変化させるだけでなく、出力電圧検出側の抵抗R1 ,
R2 を変化させることによっても実現できる。これによ
り電力変換装置出力電圧より蓄電池電圧の方が高くな
り、蓄電池3より負荷装置4へ電力が供給され、蓄電池
3は放電を開始する。タイミング信号発生回路27は、
端子25の外部トリガ信号入力からt1 およびt2 経過
後にゲート回路34を動作させ、メモリ回路35に蓄電
池電圧V1 ,V2 、蓄電池放電電流I1 ,I2 、蓄電池
温度T1 ,T2 と時間t1 ,t2 が取り込まれる。演算
回路36はV1 ,V2 ,I1 ,I2 ,T1 ,T2 ,t
1 ,t2 の値より、実施例2で示した方法によって、放
電終止電圧VE に至る時間tE を求める。なお測定時刻
については2ポイントで示したが、より多くの測定時刻
を設定しても、本構成によって実現可能である。
や負荷電流が変化した場合においても、蓄電池の容量を
比較的短時間で推定することができる。また本実施例に
よると、実施例3と同様に、従来例と比べて、給電系の
高信頼度を維持しながら蓄電池の容量測定ができ、また
個々の電池セルの電圧を予め測定しておく煩雑さや、特
定の電池セルの劣化を早めることもないという特徴があ
る。
池の容量を比較的短時間で推定することができると共
に、蓄電池は測定中も給電系から切り離されていないた
め、測定中に停電が発生したとしても負荷装置への給電
を継続できる特徴がある。また万一蓄電池の容量が劣化
等によって著しく低下していた場合にも、停電状態でな
い限り電力変換装置が負荷の許容入力電圧以上の電圧を
出力し、負荷への給電を継続するので、給電を停止する
ことはない。さらに本発明は別の従来例で示したよう
な、個々の電池セルの電圧を予め測定しておく煩雑さ
や、特定の電池セルの劣化を早めることもない。従って
本発明によると、高信頼な給電システムを、メンテナン
スに多くの稼働をかけることなく、経済的に構成できる
という特徴がある。
る。
る。
る。
る。
る。
ある。
図である。
池、4…負荷装置、5…切替スイッチ、6…放電用定電
流負荷、7…最低電圧の電池セル、8…切替スイッチ、
9…放電用定電流負荷、10…放電した電池セルを再充
電する充電器、11…交流または直流電源、12…電力
変換装置入力端子、13…整流・平滑部、14…インバ
ータ部、15…トランス、16…整流・平滑部、17…
電力変換装置出力端子、18…比較器、19…誤差増幅
器、20…発振器、21…基準電圧、22〜23…抵
抗、24…容量試験回路、25…測定開始トリガ信号入
力端子、26…放電時間出力端子、27…測定トリガを
入力として基準電圧を変化させる信号とメモリへのデー
タ取込みタイミングを指定する信号を出力するタイミン
グ信号発生回路、28…タイミング信号発生回路出力で
指定された時刻に蓄電池電圧データを取り込むためのゲ
ート回路、29…タイミング信号発生回路出力で指定さ
れた時刻とその蓄電池電圧データを記憶するメモリ回
路、30…メモリ回路に記憶された時刻および電圧デー
タをもとに放電時間を算出する演算回路、31…放電時
間および蓄電池容量出力端子、32…蓄電池電流検出回
路、33…蓄電池温度検出回路、34…タイミング信号
発生回路出力で指定された時刻に蓄電池電圧、蓄電池放
電電流、蓄電池温度データを取り込むためのゲート回
路、35…タイミング信号発生回路出力で指定された時
刻とその蓄電池電圧、蓄電池放電電流、蓄電池温度デー
タを記憶するメモリ回路、36…メモリ回路に記憶され
た時刻、電圧、電流、温度データをもとに放電時間や容
量を算出する演算回路。
Claims (4)
- 【請求項1】 交流電源または直流電源を入力として負
荷装置に必要な直流電圧を出力する電力変換装置、及び
電力変換装置出力端子に並列に接続され電力変換装置動
作時は浮動充電され電力変換装置停止時は負荷に電力を
供給する蓄電池によって構成される無停電給電システム
において、 電力変換装置の出力設定電圧を負荷装置が正常動作を維
持できる電圧まで低下させ、蓄電池を放電状態にしてそ
の端子電圧を測定し、その端子電圧の低下速度により放
電終止電圧に至る時間を推定する蓄電池容量測定方法。 - 【請求項2】 請求項1における蓄電池容量測定方法に
おいて、 蓄電池放電状態における端子電圧を、測定時の電池温度
から基準温度における電圧に、測定時の電池放電電流か
ら基準放電電流における電圧に、それぞれ補正した後、
その補正後の端子電圧の低下速度により放電終止電圧に
至る時間を推定する蓄電池容量測定方法。 - 【請求項3】 交流電源または直流電源を入力として負
荷装置に必要な直流電圧を出力する電力変換装置、及び
電力変換装置出力端子に並列に接続され電力変換装置動
作時は浮動充電され電力変換装置停止時は負荷に電力を
供給する蓄電池によって構成される無停電給電システム
において、 電力変換装置の出力電圧を低下させる手段と、蓄電池端
子電圧を測定する手段と、外部信号をトリガとして電力
変換装置の出力電圧を低下させる信号と出力電圧低下信
号発生期間中に異なる2つの時間にタイミング信号を発
生するタイミング信号発生回路と、前記タイミング信号
によって蓄電池端子電圧信号を通過させるゲート回路
と、ゲート回路出力信号を記憶するメモリ回路と、メモ
リ回路のデータを基に残放電時間を求める演算回路とを
具備することを特徴とする蓄電池容量測定回路。 - 【請求項4】 交流電源または直流電源を入力として負
荷装置に必要な直流電圧を出力する電力変換装置、及び
電力変換装置出力端子に並列に接続され電力変換装置動
作時は浮動充電され電力変換装置停止時は負荷に電力を
供給する蓄電池によって構成される無停電給電システム
において、 電力変換装置の出力電圧を低下させる手段と、蓄電池端
子電圧、蓄電池放電電流、蓄電池温度をそれぞれ測定す
る手段と、外部信号をトリガとして電力変換装置の出力
電圧を低下させる信号と出力電圧低下信号発生期間中に
異なる2つの時間にタイミング信号を発生するタイミン
グ信号発生回路と、前記タイミング信号によって蓄電池
端子電圧、蓄電池放電電流、蓄電池温度信号を通過させ
るゲート回路と、ゲート回路出力信号を記憶するメモリ
回路と、メモリ回路のデータを基に残放電時間を求める
演算回路とを具備することを特徴とする蓄電池容量測定
回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06262361A JP3075103B2 (ja) | 1994-10-26 | 1994-10-26 | 蓄電池容量測定方法及び回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06262361A JP3075103B2 (ja) | 1994-10-26 | 1994-10-26 | 蓄電池容量測定方法及び回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08126214A true JPH08126214A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3075103B2 JP3075103B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=17374677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06262361A Expired - Lifetime JP3075103B2 (ja) | 1994-10-26 | 1994-10-26 | 蓄電池容量測定方法及び回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3075103B2 (ja) |
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