JPH0980131A - 蓄電池容量推定方法 - Google Patents
蓄電池容量推定方法Info
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- JPH0980131A JPH0980131A JP7238363A JP23836395A JPH0980131A JP H0980131 A JPH0980131 A JP H0980131A JP 7238363 A JP7238363 A JP 7238363A JP 23836395 A JP23836395 A JP 23836395A JP H0980131 A JPH0980131 A JP H0980131A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の課題は、比較的短時間かつ高精度に蓄
電池容量を推定でき、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、蓄電池容量推定方法を提供することにある。 【解決手段】本発明は、蓄電池を短時間放電状態にし
て、その時の端子電圧を測定し、その端子電圧を用いて
蓄電池の容量を推定する方法において、予め作成した基
準式と前記端子電圧を比較して一致するように時間に関
する関数変換を行い、高精度に蓄電池容量を推定する。
電池容量を推定でき、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、蓄電池容量推定方法を提供することにある。 【解決手段】本発明は、蓄電池を短時間放電状態にし
て、その時の端子電圧を測定し、その端子電圧を用いて
蓄電池の容量を推定する方法において、予め作成した基
準式と前記端子電圧を比較して一致するように時間に関
する関数変換を行い、高精度に蓄電池容量を推定する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流または直流を
入力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蓄電池容量推定方法に関するもので
ある。
入力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蓄電池容量推定方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来の容量試験方法を図12に示す。図
12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。この方法では、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。
この方法は蓄電池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、この停電
の影響は非常に大きくなる。
12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。この方法では、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。
この方法は蓄電池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、この停電
の影響は非常に大きくなる。
【0003】測定中に蓄電池が給電系から切り離される
という欠点を解決するため、従来、図13のような方法
も行われていた。図13において1〜4は図12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1
3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、その中でも最も電圧の低いセルについて上記の様
な放電試験を行い、その放電電流Iと放電時間tの積I
t(Ah)を求めていた。この方法によると、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、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。そこで、この方法は、
単セルのみの放電であり、測定が簡易になっている。し
かし、測定時間が電池容量を除した値だけ必要であり、
依然として長くかかり、稼働を多く必要とするという問
題があった。
という欠点を解決するため、従来、図13のような方法
も行われていた。図13において1〜4は図12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1
3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、その中でも最も電圧の低いセルについて上記の様
な放電試験を行い、その放電電流Iと放電時間tの積I
t(Ah)を求めていた。この方法によると、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、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。そこで、この方法は、
単セルのみの放電であり、測定が簡易になっている。し
かし、測定時間が電池容量を除した値だけ必要であり、
依然として長くかかり、稼働を多く必要とするという問
題があった。
【0004】さらに、従来、測定時間の短縮を図るた
め、図14に示すように浅い放電による放電特性から、
定格容量までの放電特性を推定する方法が考えられてい
るが、精度が悪く実用には供していなかった。なお、図
14では0〜30%の放電量から1次関数〜5次関数近
似を用いて放電特性を推定したものであり、図に示すよ
うに精度が悪く実用に供することができなかった。図1
4において、4次近似が比較的合っているように見える
が、容量推定の対象となる放電電圧は1.9V〜1.8
Vであり、フィットしていない。
め、図14に示すように浅い放電による放電特性から、
定格容量までの放電特性を推定する方法が考えられてい
るが、精度が悪く実用には供していなかった。なお、図
14では0〜30%の放電量から1次関数〜5次関数近
似を用いて放電特性を推定したものであり、図に示すよ
うに精度が悪く実用に供することができなかった。図1
4において、4次近似が比較的合っているように見える
が、容量推定の対象となる放電電圧は1.9V〜1.8
Vであり、フィットしていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の電池の容量試験
は、測定時間の短縮化を図ろうとすると容量精度が悪
く、実用に供することができない。また、測定時間を長
くすると容量精度は良好になるが、測定時間が長く、多
くの稼働を必要とする。本発明は上記の事情に鑑みてな
されたもので、比較的短時間で測定でき、かつ比較的精
度が良好である蓄電池容量推定方法を提供することを目
的とする。
は、測定時間の短縮化を図ろうとすると容量精度が悪
く、実用に供することができない。また、測定時間を長
くすると容量精度は良好になるが、測定時間が長く、多
くの稼働を必要とする。本発明は上記の事情に鑑みてな
されたもので、比較的短時間で測定でき、かつ比較的精
度が良好である蓄電池容量推定方法を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の蓄電池容量推定方法は、あらかじめ当該蓄
電池と同種の新品電池の高精度な放電特性基準式を作成
しておき、当該蓄電池を放電状態にして、その端子電圧
と放電時間を測定する。さらに、その値を予め取得して
おいた、放電特性基準式と比較して、放電特性基準式を
測定した端子電圧と放電時間に合うように修正した修正
基準式を用いて、所定の放電終止電圧に至る時間あるい
は電池容量を推定する。そこで、本発明は、放電特性基
準式をあらかじめ作成すること、さらに放電特性基準式
を実測値と合うように修正した修正基準式を作成するこ
と、および修正基準式の作成の新たな方法に特徴があ
る。
め、本発明の蓄電池容量推定方法は、あらかじめ当該蓄
電池と同種の新品電池の高精度な放電特性基準式を作成
しておき、当該蓄電池を放電状態にして、その端子電圧
と放電時間を測定する。さらに、その値を予め取得して
おいた、放電特性基準式と比較して、放電特性基準式を
測定した端子電圧と放電時間に合うように修正した修正
基準式を用いて、所定の放電終止電圧に至る時間あるい
は電池容量を推定する。そこで、本発明は、放電特性基
準式をあらかじめ作成すること、さらに放電特性基準式
を実測値と合うように修正した修正基準式を作成するこ
と、および修正基準式の作成の新たな方法に特徴があ
る。
【0007】即ち、本発明は、電池の組電池や単電池を
短時間放電させ、放電時間に対する放電電圧特性と、予
め取得しておいた同種電池の長時間の放電特性から、蓄
電池容量あるいは、長時間放電特性を求めることを主要
な特徴とする。従来の技術においては、当該電池の放電
電圧−時間特性のみから長時間放電特性あるいは、蓄電
池容量を推定していたところが異なっている。
短時間放電させ、放電時間に対する放電電圧特性と、予
め取得しておいた同種電池の長時間の放電特性から、蓄
電池容量あるいは、長時間放電特性を求めることを主要
な特徴とする。従来の技術においては、当該電池の放電
電圧−時間特性のみから長時間放電特性あるいは、蓄電
池容量を推定していたところが異なっている。
【0008】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。図1は本発明の請求項に対
応する実施形態例であって蓄電池容量を算出するに必要
な放電特性基準式の算出手順である。手順1は、同じ放
電率で所定の放電終止電圧まで蓄電池を放電する。な
お、使用する電池は同種電池(例えば鉛蓄電池、Ni−
Cd電池等)同一メーカ、同一品種、同一容量が望まし
いが、異なっていても同放電率であれば差異があまり無
いのであまり問題にならず、本発明が適用できることは
言うまでもない。手順2は、放電試験において各放電時
間毎の端子電圧と放電時間を測定する。手順3は、放電
特性基準式の算出で手順2で得た放電終止電圧までの複
数の端子電圧と複数の放電時間を用いて通常の最小2乗
法を用いて放電特性基準式を算出する。算出する式は、
1次式、2次式、n次式、指数関数、だ円関数等の任意
の関数式でよい。ここでは、比較的精度の良い結果が得
られる2次式で算出した場合について説明するが、他の
関数についても適用できることは言うまでもない、手順
4は、基準式と測定したい電池の容量比を算出する場合
は、定格容量への変換を手順3で行う。手順5は、任意
の同種の蓄電池の放電試験を実施し、電池の複数の端子
電圧と放電時間を測定する。手順6は、手順5で取得し
たデータと基準式を比較し基準式を取得したデータに合
わせ込む作業を行う。手順7は、実測値と基準式を合わ
せ込むと低下率が算出できる。手順8は、低下率を基準
式に代入すると手順5で測定した電池の放電特性式が算
出できる。手順9は、放電特性式を用いて所定の放電終
止電圧までの放電時間を算出する。手順10は、手順9
で算出した放電時間に放電電流を掛けて電池容量を算出
する。
の形態例を詳細に説明する。図1は本発明の請求項に対
応する実施形態例であって蓄電池容量を算出するに必要
な放電特性基準式の算出手順である。手順1は、同じ放
電率で所定の放電終止電圧まで蓄電池を放電する。な
お、使用する電池は同種電池(例えば鉛蓄電池、Ni−
Cd電池等)同一メーカ、同一品種、同一容量が望まし
いが、異なっていても同放電率であれば差異があまり無
いのであまり問題にならず、本発明が適用できることは
言うまでもない。手順2は、放電試験において各放電時
間毎の端子電圧と放電時間を測定する。手順3は、放電
特性基準式の算出で手順2で得た放電終止電圧までの複
数の端子電圧と複数の放電時間を用いて通常の最小2乗
法を用いて放電特性基準式を算出する。算出する式は、
1次式、2次式、n次式、指数関数、だ円関数等の任意
の関数式でよい。ここでは、比較的精度の良い結果が得
られる2次式で算出した場合について説明するが、他の
関数についても適用できることは言うまでもない、手順
4は、基準式と測定したい電池の容量比を算出する場合
は、定格容量への変換を手順3で行う。手順5は、任意
の同種の蓄電池の放電試験を実施し、電池の複数の端子
電圧と放電時間を測定する。手順6は、手順5で取得し
たデータと基準式を比較し基準式を取得したデータに合
わせ込む作業を行う。手順7は、実測値と基準式を合わ
せ込むと低下率が算出できる。手順8は、低下率を基準
式に代入すると手順5で測定した電池の放電特性式が算
出できる。手順9は、放電特性式を用いて所定の放電終
止電圧までの放電時間を算出する。手順10は、手順9
で算出した放電時間に放電電流を掛けて電池容量を算出
する。
【0009】以下、具体的図面を用いて手順毎の詳細な
説明を行う。図2は、手順1、手順2で行った200A
hシール鉛蓄電池の0.1C放電特性測定結果である。
ここで、0.1C放電は、例えば公称200Ah容量の
電池を20Aで放電することを意味する。本例では、シ
ール鉛蓄電池の放電終止電圧である1.8Vまでの特性
を測定している。ここで、Aは新品電池の放電特性、B
はAと同じ新品電池を温度加速により劣化させた容量8
0%の電池の放電特性、CはAと同じ電池で同様に加速
劣化させた容量60%の電池の放電特性、DはAと同じ
電池で同様に加速劣化させた容量45%の電池の放電特
性である。図2には、本発明を検証するため加速劣化電
池の放電特性を示したが、実際の適用にあたっては、新
品電池の放電特性のみでよい。図2に示すように電池の
放電特性は、電池が劣化しても放電初期電圧a,b,
c,dはあまり変化せずシール鉛蓄電池の場合で新品電
池から容量45%に電池が劣化してもせいぜい30mA
程度であり、電池の放電初期電圧のわずか1.5%程度
である。しかし放電時間変化は容量45%電池の場合、
新品電池に比べて45%に減少し、放電時間の55%に
達する。したがって、劣化においては放電時間の変動の
みを考慮するような放電特性が算出できれば、劣化特性
を含んだ放電特性を精度良く近似することができる。次
に、手順3で算出する放電特性基準式について説明す
る。図3にシール鉛蓄電池の放電特性を高次方程式で近
似した場合を示す。ここで、Aは実測値、Bは1次式近
似式、Cは2次式近似式、Dは3次式近似式、Eは4次
式近似式、Fは5次式近似式である。また、図4には、
B〜Fの近似式のその相関係数を示す。図4に示すよう
に相関係数は次数が上がると1に近づくが、2次式であ
れば相関係数は、0.98以上であり、次数を上げても
相関係数の改善は、0.005程度にすぎない。したが
って、シール鉛蓄電池の放電特性は、2次式近似式を用
いれば、ある程度精度良く、かつ実測値と基準式とを比
較するための計算時間を短くでき、計算アルゴリズムの
経済化が図れる。そこで、シール鉛蓄電池の放電特性基
準式のVを次式とする。
説明を行う。図2は、手順1、手順2で行った200A
hシール鉛蓄電池の0.1C放電特性測定結果である。
ここで、0.1C放電は、例えば公称200Ah容量の
電池を20Aで放電することを意味する。本例では、シ
ール鉛蓄電池の放電終止電圧である1.8Vまでの特性
を測定している。ここで、Aは新品電池の放電特性、B
はAと同じ新品電池を温度加速により劣化させた容量8
0%の電池の放電特性、CはAと同じ電池で同様に加速
劣化させた容量60%の電池の放電特性、DはAと同じ
電池で同様に加速劣化させた容量45%の電池の放電特
性である。図2には、本発明を検証するため加速劣化電
池の放電特性を示したが、実際の適用にあたっては、新
品電池の放電特性のみでよい。図2に示すように電池の
放電特性は、電池が劣化しても放電初期電圧a,b,
c,dはあまり変化せずシール鉛蓄電池の場合で新品電
池から容量45%に電池が劣化してもせいぜい30mA
程度であり、電池の放電初期電圧のわずか1.5%程度
である。しかし放電時間変化は容量45%電池の場合、
新品電池に比べて45%に減少し、放電時間の55%に
達する。したがって、劣化においては放電時間の変動の
みを考慮するような放電特性が算出できれば、劣化特性
を含んだ放電特性を精度良く近似することができる。次
に、手順3で算出する放電特性基準式について説明す
る。図3にシール鉛蓄電池の放電特性を高次方程式で近
似した場合を示す。ここで、Aは実測値、Bは1次式近
似式、Cは2次式近似式、Dは3次式近似式、Eは4次
式近似式、Fは5次式近似式である。また、図4には、
B〜Fの近似式のその相関係数を示す。図4に示すよう
に相関係数は次数が上がると1に近づくが、2次式であ
れば相関係数は、0.98以上であり、次数を上げても
相関係数の改善は、0.005程度にすぎない。したが
って、シール鉛蓄電池の放電特性は、2次式近似式を用
いれば、ある程度精度良く、かつ実測値と基準式とを比
較するための計算時間を短くでき、計算アルゴリズムの
経済化が図れる。そこで、シール鉛蓄電池の放電特性基
準式のVを次式とする。
【0010】 V=At2 +Bt+C (1) (1)式で近似すると、図2で示したように劣化しても
放電初期電圧a,b,c,dは、わずか数%しか変化し
ない。このことは、(1)式で0次項のCは容量が劣化
しても変化せず、他の2次項の係数A、1次項の係数B
のみが大きく変化することを示している。0次項Cは電
池の電気化学反応の観点から説明すると起電力Eと内部
抵抗Rと放電電流Iから次式で示される。
放電初期電圧a,b,c,dは、わずか数%しか変化し
ない。このことは、(1)式で0次項のCは容量が劣化
しても変化せず、他の2次項の係数A、1次項の係数B
のみが大きく変化することを示している。0次項Cは電
池の電気化学反応の観点から説明すると起電力Eと内部
抵抗Rと放電電流Iから次式で示される。
【0011】 C=E−RI (2) 起電力Eは主に電解液比重で決まり、劣化しても比重が
大きく変化しなければ放電初期の満充電時では変わらな
い。また、内部抵抗Rは70%の容量劣化により2倍程
度大きくなる。しかし元来、新品電池の内部抵抗は0.
3mΩ程度と小さく、かつ放電電流も0.1C(200
Ah電池の場合20A)と小さいので内部抵抗による電
圧降下は、起電力E=2.1V程度に比べて非常に小さ
いので、0.1C放電において放電直後の内部抵抗によ
る電圧降下は、無視しても大きな問題にならない。一
方、2次項係数A、1次項係数Bは放電を行うことによ
り放電量により電解液比重が徐々に小さくなるため起電
力Eおよび内部抵抗Rが変化するので変わる。しかし、
放電時間が異なるが放電電圧が同じ点では起電力や内部
抵抗に大いに関係する、電池内部の電解液比重は同じと
考えられる。そこで、放電特性において放電電圧に達す
る放電時間tのみが劣化度合により異なる。このことを
数学的に考えると時間tの関数のみの比率を劣化度合に
より変換すればよいことを示している。すなわち、劣化
電池の放電特性を(1)式とし、放電時間を変える劣化
率をDとすると(1)式の放電特性は、次式で示され
る。
大きく変化しなければ放電初期の満充電時では変わらな
い。また、内部抵抗Rは70%の容量劣化により2倍程
度大きくなる。しかし元来、新品電池の内部抵抗は0.
3mΩ程度と小さく、かつ放電電流も0.1C(200
Ah電池の場合20A)と小さいので内部抵抗による電
圧降下は、起電力E=2.1V程度に比べて非常に小さ
いので、0.1C放電において放電直後の内部抵抗によ
る電圧降下は、無視しても大きな問題にならない。一
方、2次項係数A、1次項係数Bは放電を行うことによ
り放電量により電解液比重が徐々に小さくなるため起電
力Eおよび内部抵抗Rが変化するので変わる。しかし、
放電時間が異なるが放電電圧が同じ点では起電力や内部
抵抗に大いに関係する、電池内部の電解液比重は同じと
考えられる。そこで、放電特性において放電電圧に達す
る放電時間tのみが劣化度合により異なる。このことを
数学的に考えると時間tの関数のみの比率を劣化度合に
より変換すればよいことを示している。すなわち、劣化
電池の放電特性を(1)式とし、放電時間を変える劣化
率をDとすると(1)式の放電特性は、次式で示され
る。
【0012】 V=A′t2 +B′t+C =A(t2 /D2 )+B(t/D)+C =A〔t2 /D2 〕+B〔t/D〕+C =At′2 +Bt′+C (3) ここで、A′、B′は劣化電池または、測定したい電池
の放電特性近似係数、D=劣化率t′=t/Dは新品電
池の放電特性を測定電池(または劣化電池)の放電特性
に変換するための変換式である。図5に劣化電池で実際
の放電特性と式(3)で示した関数変換した時の近似式
を示す。図に示すように実測値と近似式は、非常によく
一致しており、以上の考え方が正しいことがわかる。そ
こで、手順3では基準となる電池の放電特性を(3)式
のように近似し、A′、B′、Cを算出できる。手順4
では定格容量の電池の放電特性基準式に変換を行う。一
般に新品電池では、定格容量以上の容量を有する。した
がって電池の放電特性基準式では、定格容量を推定した
放電基準式に変換する必要がある。変換方法は、式
(1)から式(3)への変換方法と同じように時間tに
おける関数変換を行う。そこで、放電基準式は次式とな
る。
の放電特性近似係数、D=劣化率t′=t/Dは新品電
池の放電特性を測定電池(または劣化電池)の放電特性
に変換するための変換式である。図5に劣化電池で実際
の放電特性と式(3)で示した関数変換した時の近似式
を示す。図に示すように実測値と近似式は、非常によく
一致しており、以上の考え方が正しいことがわかる。そ
こで、手順3では基準となる電池の放電特性を(3)式
のように近似し、A′、B′、Cを算出できる。手順4
では定格容量の電池の放電特性基準式に変換を行う。一
般に新品電池では、定格容量以上の容量を有する。した
がって電池の放電特性基準式では、定格容量を推定した
放電基準式に変換する必要がある。変換方法は、式
(1)から式(3)への変換方法と同じように時間tに
おける関数変換を行う。そこで、放電基準式は次式とな
る。
【0013】 V=A′〔1/E〕2 t2 +B′〔1/E〕t+C =(A′/E2 )t2 +(B′/E)t+C =αt2 +βt+C ここでEは定格容量への変換係数、 α=A′/E2 β=B′/E (4) である。
【0014】α、β、Cは新品電池の定格容量を有する
電池の放電特性の係数であり、放電電流が決まれば一義
的に決まる。そこで、図6に定格容量に換算した放電基
準式の例を示す。ここで算出した放電基準式を用いて任
意の蓄電池の放電特性を推定する。図5で説明したよう
に任意の蓄電池の放電特性式は(4)式をtに関して関
数変換した次式で表わされる。
電池の放電特性の係数であり、放電電流が決まれば一義
的に決まる。そこで、図6に定格容量に換算した放電基
準式の例を示す。ここで算出した放電基準式を用いて任
意の蓄電池の放電特性を推定する。図5で説明したよう
に任意の蓄電池の放電特性式は(4)式をtに関して関
数変換した次式で表わされる。
【0015】 V=(α/D2 )t2 +(β/D)t+C (5) (5)式のDは求めたい容量低下率である。そこで、手
順5で任意の容量を測定したい電池を容量基準式とほぼ
同程度の放電電流で放電し、所定の放電量(Ah)の時
の放電時間t1 と放電電圧V1 を測定し、(5)式に代
入すると次式となる。
順5で任意の容量を測定したい電池を容量基準式とほぼ
同程度の放電電流で放電し、所定の放電量(Ah)の時
の放電時間t1 と放電電圧V1 を測定し、(5)式に代
入すると次式となる。
【0016】 V1 =(α/D2 )t1 2 +(β/D)t1 +C (6) (6)式より、 (C−V1 )D2 +βDt1 +αt1 2 =0 (7) となり、手順7に必要な容量低下量Dは次式で求められ
る。
る。
【0017】
【数1】 Dの解は2数がでてくるがD>0の数をDの値とする。
放電時間t1 は誤差を小さくするにはなるべく大きくし
た方がよいがt1 をあまり長くすると従来の放電による
容量試験と同じになってしまうのでt1 は放電電流との
積が定格の100%と比較して10〜30%程度にした
ほうが測定時間が短く稼働もあまりかからない。(8)
式でDが判明すると手順8で必要な測定した電池の放電
特性式が次式のように算出できる。
放電時間t1 は誤差を小さくするにはなるべく大きくし
た方がよいがt1 をあまり長くすると従来の放電による
容量試験と同じになってしまうのでt1 は放電電流との
積が定格の100%と比較して10〜30%程度にした
ほうが測定時間が短く稼働もあまりかからない。(8)
式でDが判明すると手順8で必要な測定した電池の放電
特性式が次式のように算出できる。
【0018】 V=(α/D2 )t2 +(β/D)t+C (9) 図7にt1 と放電電流との積を定格容量の10〜30%
とした時の実際の放電特性との誤差を示す。誤差は−1
6.15〜6.17%程度である。さらに手順9で必要
な蓄電池が所定の電圧Va に達する放電時間tx は、式
(5)にV=Vaを代入し、tx について解くと次式の
ように示される。
とした時の実際の放電特性との誤差を示す。誤差は−1
6.15〜6.17%程度である。さらに手順9で必要
な蓄電池が所定の電圧Va に達する放電時間tx は、式
(5)にV=Vaを代入し、tx について解くと次式の
ように示される。
【0019】
【数2】 したがって、手順10の電池容量Qは、放電電流と式
(10)の放電時間から次式のように算出できる。
(10)の放電時間から次式のように算出できる。
【0020】 Q=tx ×I (11) 図8に本発明の別の実施例を示す。ここでは、手順6の
基準式との比較を傾きで行っている。なお、ここでは放
電特性Qの実測値はV1 、V2 の2点で説明するが、2
点以上でも同様である。図において、放電特性Qの放電
時間t1 における放電電圧をV1 、放電時間t2 におけ
る放電電圧をV2 とおく、本発明の算出方法は、この2
点の放電電圧と放電時間の間の傾きΔV12に基準式
(5)で示されるVA 、tA およびVB 、tB の間の傾
きΔVABをΔV12に合わせ込むように容量低下率Dを計
算する。すなわち、Cと傾きΔV12を有する式(5)で
示される式を算出することになる。式(5)にV1 、t
1 、およびV2 、t2 をそれぞれ代入すると次式とな
る。
基準式との比較を傾きで行っている。なお、ここでは放
電特性Qの実測値はV1 、V2 の2点で説明するが、2
点以上でも同様である。図において、放電特性Qの放電
時間t1 における放電電圧をV1 、放電時間t2 におけ
る放電電圧をV2 とおく、本発明の算出方法は、この2
点の放電電圧と放電時間の間の傾きΔV12に基準式
(5)で示されるVA 、tA およびVB 、tB の間の傾
きΔVABをΔV12に合わせ込むように容量低下率Dを計
算する。すなわち、Cと傾きΔV12を有する式(5)で
示される式を算出することになる。式(5)にV1 、t
1 、およびV2 、t2 をそれぞれ代入すると次式とな
る。
【0021】 V1 =(α/D2 )t1 2 +(β/D)t1 +C (12) V2 =(α/D2 )t2 2 +(β/D)t2 +C (13) 両式を引くとΔV12となる。ΔV12にΔVABが等しくな
るようなDを算出する。すなわち ΔV12=(V1 −V2 ) =(α/D)(t1 2 −t2 2 )+(β/D)(t1 −t2 ) (14) (14)式より、 (V1 −V2 )D2 −β(t1 −t2 )D−α(t1 2 −t2 2 )=0 (15) となり、容量低下率Dは次式となる。
るようなDを算出する。すなわち ΔV12=(V1 −V2 ) =(α/D)(t1 2 −t2 2 )+(β/D)(t1 −t2 ) (14) (14)式より、 (V1 −V2 )D2 −β(t1 −t2 )D−α(t1 2 −t2 2 )=0 (15) となり、容量低下率Dは次式となる。
【0022】
【数3】 また、任意の放電電圧Va における放電時間ta は次式
より算出できる。
より算出できる。
【0023】
【数4】 実際に放電する時間t1 、t2 は誤差を小さくするた
め、なるべく大きくした方がよいが、t1 、t2 をあま
り長くすると、従来の放電による容量試験と同じにな
り、保守稼働や、停電が試験の最中の試験直後に生じた
場合に、すぐに蓄電池の放電が終了しシステムダウンし
てしまう。そこで、t1 、t2 は放電電流との積が定格
容量と比較して10〜30%程度にした方が、測定時間
も短く、稼働があまりかからず、システムにも悪影響を
およぼさない。
め、なるべく大きくした方がよいが、t1 、t2 をあま
り長くすると、従来の放電による容量試験と同じにな
り、保守稼働や、停電が試験の最中の試験直後に生じた
場合に、すぐに蓄電池の放電が終了しシステムダウンし
てしまう。そこで、t1 、t2 は放電電流との積が定格
容量と比較して10〜30%程度にした方が、測定時間
も短く、稼働があまりかからず、システムにも悪影響を
およぼさない。
【0024】図9に本算出方法と実測値の誤差を示す。
ここで誤差(1)は放電量10%と20%の放電電圧デ
ータを用いた時の誤差、誤差(2)は放電量20%と3
0%の放電電圧データを用いた時の誤差、誤差(3)は
放電量10%と30%の放電電圧データを用いた時の誤
差であり、本算出方法の誤差は、20〜30%である。
ここで誤差(1)は放電量10%と20%の放電電圧デ
ータを用いた時の誤差、誤差(2)は放電量20%と3
0%の放電電圧データを用いた時の誤差、誤差(3)は
放電量10%と30%の放電電圧データを用いた時の誤
差であり、本算出方法の誤差は、20〜30%である。
【0025】図10に本発明の別の実施例を示す。ここ
では、手順6の基準式との比較を傾きで行い、かつY軸
との接点Cを実測値で補正する方法である。なお、ここ
では放電特性Qの実測値はV1 、V2 の2点で説明する
が、2点以上でも同様である。図において、放電特性Q
の放電時間t1 における放電電圧V1 、放電時間t2に
おける放電電圧をV2 とおく、本発明の算出方法は、こ
の2点の放電電圧と放電時間の間の傾きΔV12に基準式
(2)で示されるVA 、tA およびVB 、tBの間の傾
きΔVABをΔV12に合わせ込むように容量低下率Dを計
算する。式(5)にV1 、t1 、およびV2 、t2 をそ
れぞれ代入すると次式となる。
では、手順6の基準式との比較を傾きで行い、かつY軸
との接点Cを実測値で補正する方法である。なお、ここ
では放電特性Qの実測値はV1 、V2 の2点で説明する
が、2点以上でも同様である。図において、放電特性Q
の放電時間t1 における放電電圧V1 、放電時間t2に
おける放電電圧をV2 とおく、本発明の算出方法は、こ
の2点の放電電圧と放電時間の間の傾きΔV12に基準式
(2)で示されるVA 、tA およびVB 、tBの間の傾
きΔVABをΔV12に合わせ込むように容量低下率Dを計
算する。式(5)にV1 、t1 、およびV2 、t2 をそ
れぞれ代入すると次式となる。
【0026】 V1 =(α/D2 )t1 2 +(β/D)t1 +C (18) V2 =(α/D2 )t2 2 +(β/D)t2 +C (19) 両式を引くとΔV12となる。ΔV12にΔVABが等しくな
るようなDを算出する。すなわち ΔV12=(V1 −V2 ) =(α/D)(t1 2 −t2 2 )+(β/D)(t1 −t2 ) (20) (20)式より、 (V1 −V2 )D2 −B(t1 −t2 )D−A(t1 2 −t2 2 )=0 (21) となり、容量低下率Dは次式となる。
るようなDを算出する。すなわち ΔV12=(V1 −V2 ) =(α/D)(t1 2 −t2 2 )+(β/D)(t1 −t2 ) (20) (20)式より、 (V1 −V2 )D2 −B(t1 −t2 )D−A(t1 2 −t2 2 )=0 (21) となり、容量低下率Dは次式となる。
【0027】
【数5】 式(22)で算出されたDを用いて、次式のような基準
式で放電特性を算出すると、図10はRのような特性と
なる。
式で放電特性を算出すると、図10はRのような特性と
なる。
【0028】 V=(α/D2 )t2 +(β/D)t+C (23) ここで、A、B、Cは放電基準式Aより既知である。ま
た、測定した放電特性の放電初期電圧V0 (放電電圧V
1 、V2 から放電時間0まで外挿した時の電圧)が放電
基準式Pすなわち式(18)のCと同じであれば、V0
=Cとなり、V1、V2 で放電特性Rは重なり、誤差が
小さい。しかし、実際の電池においては、設置年数を経
てくると、内部抵抗や電解液比重の変化によりわずかに
(数十mV)変化する。このため、放電特性Rと実際の
放電特性Qが異なり、図10に示すように、所定電圧V
a における放電時間ta がtE のように誤差を生じる。
そこで、本発明では、基準式の放電初期電圧を以下の式
により、CA を算出し、Cの補正を行う。すなわち、C
A は(23)式より次式となる。
た、測定した放電特性の放電初期電圧V0 (放電電圧V
1 、V2 から放電時間0まで外挿した時の電圧)が放電
基準式Pすなわち式(18)のCと同じであれば、V0
=Cとなり、V1、V2 で放電特性Rは重なり、誤差が
小さい。しかし、実際の電池においては、設置年数を経
てくると、内部抵抗や電解液比重の変化によりわずかに
(数十mV)変化する。このため、放電特性Rと実際の
放電特性Qが異なり、図10に示すように、所定電圧V
a における放電時間ta がtE のように誤差を生じる。
そこで、本発明では、基準式の放電初期電圧を以下の式
により、CA を算出し、Cの補正を行う。すなわち、C
A は(23)式より次式となる。
【0029】 CA =V−(α/D2 )t2 −(β/D) (24) (24)式には、V=V1 (t=t1 のとき)、あるい
はV=V2 (t=t2 のとき)を代入してCA を算出す
る。そこで、放電推定式は次式となる。
はV=V2 (t=t2 のとき)を代入してCA を算出す
る。そこで、放電推定式は次式となる。
【0030】 V=(α/D2 )t2 +(β/D)t+CA (25) 式(25)を用いて、任意の放電時間Va における放電
時間ta は次式より算出できる。
時間ta は次式より算出できる。
【0031】
【数6】
【0032】図11に本算出法と実測値の誤差を示す。
ここで誤差(4)は放電量10%と20%の放電電圧デ
ータを用いた時の誤差、誤差(5)は放電量20%と3
0%の放電電圧データを用いた時の誤差、誤差(6)は
10%と30%の放電電圧データを用いた時の誤差であ
り、本算出法の誤差は10〜15%である。本発明の他
の実施例であり、傾きだけを合わせ込むやり方に比べて
誤差は、約10〜15%改善できる。実際に放電する時
間t1 、t2 は誤差を小さくするため、なるべく大きく
した方がよいが、t1 、t2 をあまり長くすると、従来
の放置による容量試験と同じになり、保守稼働や、停電
が試験の最中や試験直後に生じた場合に、すぐに蓄電池
の放電が終了しシステムダウンしてしまう。そこで、t
1 、t2は放電電流との積が定格容量と比較して10〜
30%程度にした方が、測定時間も短く稼働があまりか
からずシステムにも悪影響をおよぼさない。
ここで誤差(4)は放電量10%と20%の放電電圧デ
ータを用いた時の誤差、誤差(5)は放電量20%と3
0%の放電電圧データを用いた時の誤差、誤差(6)は
10%と30%の放電電圧データを用いた時の誤差であ
り、本算出法の誤差は10〜15%である。本発明の他
の実施例であり、傾きだけを合わせ込むやり方に比べて
誤差は、約10〜15%改善できる。実際に放電する時
間t1 、t2 は誤差を小さくするため、なるべく大きく
した方がよいが、t1 、t2 をあまり長くすると、従来
の放置による容量試験と同じになり、保守稼働や、停電
が試験の最中や試験直後に生じた場合に、すぐに蓄電池
の放電が終了しシステムダウンしてしまう。そこで、t
1 、t2は放電電流との積が定格容量と比較して10〜
30%程度にした方が、測定時間も短く稼働があまりか
からずシステムにも悪影響をおよぼさない。
【0033】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
例のように放電終止電圧まで蓄電池を放電することな
く、蓄電池の容量を比較的短時間かつ比較的高精度に推
定することができる。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、短時間にかつ経
済的に構成できるという特徴がある。
例のように放電終止電圧まで蓄電池を放電することな
く、蓄電池の容量を比較的短時間かつ比較的高精度に推
定することができる。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、短時間にかつ経
済的に構成できるという特徴がある。
【図1】本発明の実施形態例の放電特性基準式を算出す
る手順図である。
る手順図である。
【図2】蓄電池の動作を説明する特性図である。
【図3】本発明の近似式と実測値の合致性を説明する特
性図である。
性図である。
【図4】本発明の実施形態例の説明に用いた2次式の相
関係数を示した特性図である。
関係数を示した特性図である。
【図5】本発明の実施形態例で推定した放電特性と実際
の放電特性を示した特性図である。
の放電特性を示した特性図である。
【図6】本発明の実施形態例の放電基準式を説明する特
性図である。
性図である。
【図7】本発明の実施形態例の誤差を説明する特性図で
ある。
ある。
【図8】本発明の実施形態例の動作を説明する特性図で
ある。
ある。
【図9】本発明の実施形態例の誤差を説明する特性図で
ある。
ある。
【図10】本発明の実施形態例の動作を説明する特性図
である。
である。
【図11】本発明の実施形態例の誤差を説明する特性図
である。
である。
【図12】従来の容量試験方法の一例を示す構成説明図
である。
である。
【図13】従来の容量試験方法の他の例を示す構成説明
図である。
図である。
【図14】従来の推定方法による放電特性図である。
1…交流または直流電源、2…電力変換装置、3…蓄電
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。
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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 良 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内
Claims (5)
- 【請求項1】 蓄電池を短時間放電にして、前記蓄電池
の端子電圧を測定し、前記端子電圧を用いて蓄電池の容
量あるいは放電時間を推定する方式において、 前記蓄電池と同種電池の蓄電池放電特性から予め作成し
た放電基準式と前記端子電圧を比較して、前記端子電圧
に一致するように放電基準式の時間軸を変更し、放電時
間あるいは放電容量を推定することを特徴とする蓄電池
容量推定方法。 - 【請求項2】 放電基準式と前記端子電圧との比較を、
前記端子電圧の絶対値で行い、絶対値が一致するように
放電基準式の時間軸を変更することを特徴とする請求項
1記載の蓄電池容量推定方法。 - 【請求項3】 放電基準式と前記端子電圧との比較を、
複数の前記端子電圧間の傾きで行い、傾きが一致するよ
うに放電基準式の時間軸を変更することを特徴とする請
求項1記載の蓄電池容量推定方法。 - 【請求項4】 放電基準式のY軸との切片を、前記時間
軸を変更した放電基準式に、前記端子電圧と当該放電時
間とを代入して得られたY軸との切片に置き換えて、放
電時間あるいは放電容量を推定することを特徴とする請
求項1記載の蓄電池容量推定方法。 - 【請求項5】 放電基準式を2次方程式としたことを特
徴とする請求項1記載の蓄電池容量推定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7238363A JPH0980131A (ja) | 1995-09-18 | 1995-09-18 | 蓄電池容量推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7238363A JPH0980131A (ja) | 1995-09-18 | 1995-09-18 | 蓄電池容量推定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0980131A true JPH0980131A (ja) | 1997-03-28 |
Family
ID=17029082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7238363A Pending JPH0980131A (ja) | 1995-09-18 | 1995-09-18 | 蓄電池容量推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0980131A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131402A (ja) * | 2000-10-19 | 2002-05-09 | Shinei Denshi Keisokki Kk | 二次電池の検査装置 |
| JP2007078525A (ja) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | バッテリ状態管理方法 |
| JP2009254053A (ja) * | 2008-04-02 | 2009-10-29 | Ntt Facilities Inc | リチウムイオン二次電池の充電システム、及びリチウムイオン二次電池の充電方法 |
| CN104991195A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-10-21 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 锌银电池高温加速贮存试验方法 |
-
1995
- 1995-09-18 JP JP7238363A patent/JPH0980131A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131402A (ja) * | 2000-10-19 | 2002-05-09 | Shinei Denshi Keisokki Kk | 二次電池の検査装置 |
| JP2007078525A (ja) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk | バッテリ状態管理方法 |
| JP2009254053A (ja) * | 2008-04-02 | 2009-10-29 | Ntt Facilities Inc | リチウムイオン二次電池の充電システム、及びリチウムイオン二次電池の充電方法 |
| CN104991195A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-10-21 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 锌银电池高温加速贮存试验方法 |
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