JP2003022844A - 組電池の容量推定方法および劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便かつ精度よく容量を推定可能な組電池の
容量推定方法および劣化診断装置を提供することにあ
る。 【解決手段】 容量を推定したい組電池８を構成する単
電池Ｂ１、Ｂ２を使用して一次式を決定するから、その
組電池８を構成する単電池Ｂ１〜Ｂ５の使用履歴を正確
に反映した一次式とすることができる。従って、この一
次式に他の単電池Ｂ３〜Ｂ５の内部抵抗Ｒ３〜Ｒ５を導
入すれば、容量Ｃ３〜Ｃ５を精度よく推定することがで
きる。このため、組電池８の容量Ｃを精度よく推定する
ことができる。また、一部の単電池Ｂ１、Ｂ２について
内部抵抗Ｒ１、Ｒ２と容量Ｃ１、Ｃ２を測定するのみで
一次式を決定し、残りの単電池Ｂ３〜Ｂ５については内
部抵抗Ｒ３〜Ｒ５を測定するのみで容量Ｃ３〜Ｃ５を推
定できる。このため、簡易に組電池８の容量を推定する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、組電池の容量推定
方法および劣化診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば工場の非常用電源として使用され
ている電池としては、必要な電圧を確保するために、複
数の単電池が直列に接続された組電池が使用されている
ことが多い。このような非常用電源は、定期的に容量を
確認して交換時期を判断する必要があることから、簡易
な容量推定方法の開発が望まれている。

【０００３】従来、このような組電池の容量推定方法と
しては、例えば組電池のうち１つの単電池のみについて
容量を測定し、その値から組電池の容量を推定する方法
がある。

【０００４】また、他の方法として、単電池における内
部抵抗と電池容量に一定の相関関係があることを利用す
る方法がある。具体的には、まず既存のサンプルを用い
てあらかじめ単電池の内部抵抗と容量とを測定し、両者
の相関関係を表す計算式を作成しておく。次に、測定し
たい組電池を構成する各単電池の内部抵抗を測定し、こ
の測定値を計算式に導入して各単電池の推定容量を算出
し、これに基づいて組電池の推定容量を決定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、同じ組電池に
使用されている単電池であっても、製造ロットが異なれ
ば容量にばらつきを生じる場合がある。このため、１つ
の単電池のみについて容量を測定し、その値に基づいて
組電池の容量を求める方法では、精度よく容量を推定す
ることは困難であった。

【０００６】また、内部抵抗と容量の相関関係は、その
電池の使用履歴によって異なる。一方、計算式を作成す
るためのサンプルと、実際に使用している組電池との使
用履歴を一致させることは、通常、不可能に近い。この
ため、内部抵抗と容量との相関関係を表す計算式を利用
する方法でも、精度の向上には限界があった。

【０００７】本発明は上記した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、簡便かつ精度よく容量を推定可
能な組電池の容量推定方法および劣化診断装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、簡便かつ
精度よく容量を推定可能な組電池の容量推定方法および
劣化診断装置を開発すべく、鋭意研究してきたところ、
以下の知見を見いだして本発明を完成するに至った。

【０００９】１つの組電池を構成する単電池中から一部
の単電池を選択し、これらを用いて内部インピーダンス
と容量との相関関係を表す一次式を決定すれば、その一
次式はその組電池を構成する単電池の使用履歴を正確に
反映したものとなる。また、１つの組電池を構成する単
電池は、すべて同じ使用条件下におかれているため、内
部インピーダンスと容量との相関特性に大きな差が生じ
る可能性は低い。従って、決定した一次式を、同じ組電
池に使用されている他の単電池に適用することができ、
各単電池の容量を精度よく推定することができる。な
お、ここで単電池の内部インピーダンスとは、直流に対
する純抵抗のみを有する場合も含む概念で、もちろんリ
アクタンス成分を考慮してもよい。

【００１０】本発明の容量推定方法は、かかる新規な知
見に基づいてなされたものであり、(a)同一の前記組電
池を構成する前記単電池のうち少なくとも２個以上の前
記単電池の内部インピーダンスおよび容量を測定するス
テップ、(b)前記(a)のステップで測定された内部インピ
ーダンスおよび容量の値に基づいて、内部インピーダン
スと容量との相関関係を表す一次式を決定するステッ
プ、(c)前記組電池を構成する他の前記単電池の内部イ
ンピーダンスを測定するステップ、(d)前記(c)のステッ
プで測定された内部インピーダンスの値と前記(b)のス
テップにより決定された一次式とに基づいて、前記単電
池の容量を算出するステップ、(e)前記(c)のステップ及
び(d)のステップを複数回繰り返して組電池を構成する
複数の単電池の容量を算出し、これに基づき前記組電池
の容量を算出するステップを含むことを特徴とする。

【００１１】なお、上記の各ステップは必ずしもこの順
序で行う必要はなく、例えば(c)の内部インピーダンス
の測定を先に行ってから、(b)の一次式の決定を行って
もよい。あるいは、(c)においてすべての単電池の内部
インピーダンスを測定してから、(d)のステップに移行
して容量の算出を行ってもよく、１つの単電池について
(c)の測定後すぐに(d)の容量算出を行い、これを繰り返
してもよい。また、(e)において組電池の容量を算出す
る際には、組電池を構成する複数個の単電池（全ての単
電池であっても、一部の単電池であってもよい）につい
て容量を算出してそれらの平均値を求め、それを単電池
の定格容量で割って相対的な容量を算出してもよい。ま
た、組電池を構成する全ての単電池について容量を算出
し、これらを合計することで組電池全体の絶対的な容量
としてもよい。

【００１２】さらには、単電池の内部インピーダンスと
容量との相関関係は直線関係であるので、任意の２個の
単電池を用いて一次式を決定できるのであるが、３個以
上の単電池を用いて、最小二乗法等の処理を行って一次
式を決定しても構わない。

【００１３】また、本発明に係る劣化診断装置は、複数
の単電池を接続してなる組電池の容量を推定する劣化診
断装置であって、前記単電池の内部インピーダンスを測
定する内部インピーダンス測定手段と、前記単電池の容
量を測定する容量測定手段と、前記単電池のうち少なく
とも２個以上の前記単電池の内部インピーダンスおよび
容量の値に基づいて、内部インピーダンスと容量との相
関関係を表す一次式を決定する一次式決定手段と、組電
池を構成する他の単電池の内部インピーダンスの測定値
と前記一次式とに基づいて前記組電池を構成する複数の
前記他の単電池の容量を算出し、これに基づいて前記組
電池の容量を算出する容量算出手段とを備えたことを特
徴とする。

【００１４】

【発明の作用、および発明の効果】本発明の容量推定方
法および劣化診断装置によれば、容量を推定したい組電
池を構成する単電池を使用して一次式を決定するから、
その組電池を構成する単電池の使用履歴を正確に反映し
た一次式とすることができる。このため、各単電池の容
量を精度よく推定することができ、組電池の容量を精度
よく推定することができる。

【００１５】また、一部の単電池について内部インピー
ダンスと容量を測定するのみで一次式を決定し、残りの
単電池については内部インピーダンスを測定するのみで
容量を推定できる。このため、簡易に組電池の容量を推
定することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の容量推定方法およ
び劣化診断装置を具現化した一実施形態について、図１
〜図４を参照しつつ詳細に説明する。

【００１７】本発明の容量推定方法を適用した劣化診断
装置１としては、例えば図１に示す構成を備えたものを
使用することができる。この劣化診断装置１には、単電
池Ｂを接続するための端子部を備えた内部抵抗測定部２
（本発明の内部インピーダンス測定手段に該当する）お
よび容量測定部３（本発明の容量測定手段に該当する）
が備えられている。内部抵抗測定部２としては、例えば
定電流充電または定電流放電を行って、その間の電圧変
化から直流的内部抵抗（本発明の内部インピーダンスに
該当する）を求めるものを使用できる。また、容量測定
部３としては、例えば定電流放電を行って単電池Ｂが所
定電圧に低下するまでの時間を測定する容量測定器を使
用することができる。

【００１８】これらの内部抵抗測定部２および容量測定
部３は、データ処理部４に接続されている。データ処理
部４には、内部抵抗と容量との相関関係を表す一次式を
決定し、単電池Ｂおよび組電池８の容量を算出する演算
部５（本発明の一次式決定手段および容量算出手段に該
当する）と、測定値、算出結果等を記憶する記憶部６と
が備えられている。また、データ処理部４には、算出結
果を表示するディスプレイ７が接続されている。

【００１９】次に、この劣化診断装置１を用いた容量推
定の手順を、図２を参照しつつ説明する。以下には、説
明の便宜のために、５個の単電池Ｂ１〜Ｂ５により構成
された組電池８の容量Ｃを測定する場合を例として説明
する。

【００２０】まず、ステップＳ１０で、組電池８を構成
する単電池Ｂ１〜Ｂ５の中から、例えば２個の単電池Ｂ
１，Ｂ２を任意に選定する。

【００２１】ステップＳ２０では、この単電池Ｂ１、Ｂ
２を内部抵抗測定部２に備えられた端子部に接続し、内
部抵抗Ｒ１、Ｒ２を測定する。次いで、ステップＳ３０
で、この単電池Ｂ１、Ｂ２を容量測定部３に備えられた
端子部に接続し、放電容量Ｃ１、Ｃ２を測定する。得ら
れた測定値は記憶部６に送られ、一時的に保存される。

【００２２】ステップＳ４０では、演算部５において、
２点の内部抵抗と容量の値（Ｒ１、Ｃ１）、（Ｒ２、Ｃ
２）から、内部抵抗と容量との関係を表す一次式の決定
を行う。この一次式は、記憶部６に送られて一時的に保
存される。

【００２３】ステップＳ５０では、組電池を構成する他
の単電池Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５について、内部抵抗測定部２
を用いて内部抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５の測定を行う。ステ
ップＳ６０では、演算部５において、内部抵抗Ｒ３〜Ｒ
５の値をあらかじめ求められた一次式に導入して、各単
電池の容量Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５を算出する。なお、単電池
Ｂ１、Ｂ２の容量Ｃ１、Ｃ２については、ステップＳ６
０で測定された値をそのまま用いることができるので、
改めて算出を行う必要はない。

【００２４】ステップＳ７０では、すべての単電池Ｂ１
〜Ｂ５の容量Ｃ１〜Ｃ５の平均値を求め、これの定格容
量に対する比率（％）を組電池８の容量Ｃとし、求めら
れた組電池８の容量Ｃは、ステップＳ８０でディスプレ
イ７に表示される。

【００２５】以上のように本実施形態によれば、容量を
推定したい組電池８を構成する単電池Ｂ１、Ｂ２を使用
して一次式を決定するから、その組電池８を構成する単
電池Ｂ１〜Ｂ５の使用履歴を正確に反映した一次式とす
ることができる。従って、この一次式に他の単電池Ｂ３
〜Ｂ５の内部抵抗Ｒ３〜Ｒ５を導入すれば、容量Ｃ３〜
Ｃ５を精度よく推定することができる。このため、組電
池８の容量Ｃを精度よく推定することができる。

【００２６】また、一部の単電池Ｂ１、Ｂ２について内
部抵抗Ｒ１、Ｒ２と容量Ｃ１、Ｃ２を測定するのみで一
次式を決定し、残りの単電池Ｂ３〜Ｂ５については内部
抵抗Ｒ３〜Ｒ５を測定するのみで容量Ｃ３〜Ｃ５を推定
できる。このため、簡易に組電池８の容量を推定するこ
とができる。

【００２７】＜試験例＞以下、本発明をさらに詳細に説
明するために、本実施形態の容量推定方法による試験例
を挙げる。

【００２８】［試験方法］組電池としては、制御弁式鉛
蓄電池ＭＳＥ−１５０を用いた。この組電池は、１７個
の鉛蓄電池を単電池として直列に接続して構成されてい
る。各単電池の定格容量は１５０Ａｈである。この組電
池について、使用履歴の異なるものを２組選択し、一方
を試験例１，他方を試験例２として試験とした。

【００２９】［試験例１］試験例１の組電池を構成する
単電池の中からそれぞれ２個の単電池を任意に選択し、
内部抵抗の測定および容量の測定を行った。内部抵抗の
測定は交流４端子法により行い、容量の測定は０．１Ｃ
Ａ（１５Ａ）の定電流で１．８０Ｖ／セルまで放電させ
てその放電容量を測定した。これらの結果から、それぞ
れの組電池について内部抵抗と容量との関係を表す１次
式を作成した。

【００３０】この後、上記の測定に使用した単電池を除
く単電池について、それぞれ上記と同じ測定条件で内部
抵抗を測定した。そして、測定された内部抵抗の値を一
次式に導入することにより、各単電池の容量を算出し
た。最後に、すべての単電池の容量の平均値を求めた。

【００３１】また、各組電池を構成する各単電池の容量
を、上記と同様の放電条件で測定した。そして、すべて
の単電池の容量の測定値を平均して単電池の定格容量に
対する比率を求め、これを各組電池の実測値とした。

【００３２】［試験例２］上述の試験例１に使用した組
電池とは使用履歴が異なる他の組電池を使用して、試験
例１と同様にしてその組電池の容量の推定値及び実測値
を求めた。

【００３３】［試験結果および考察］試験例１におい
て、各組電池について算出した１次式を表すグラフを、
図３に示した。また、各単電池についての内部抵抗
（Ω）に対する容量の測定値についても、併せてプロッ
トした。なお、本グラフにおいては、縦軸を容量の測定
値の定格容量に対する比として表している（以下、図４
について同じ）。

【００３４】図３より、各組電池についての一次式の傾
きは異なっていることがわかる。この違いは、組電池の
使用履歴の違いに由来するものであると考えられる。従
って、特定の組電池を構成する単電池を使用して決定し
た一次式を、他の組電池を構成する単電池の容量推定の
ために使用すれば、誤差が大きくなると考えられる。

【００３５】一方、各単電池についての内部抵抗に対す
る容量の測定値のプロットは、同じ組電池を構成する単
電池を用いて決定した一次式の近傍に位置しており、両
者は非常に高い相関関係を示している。このことから、
同じ組電池を構成する単電池を使用して決定した一次式
を使用する限りにおいては、精度よく単電池の容量を推
定することができるといえる。

【００３６】試験例２に関し、各組電池について算出し
た１次式を表すグラフを図４に示した。また、各単電池
についての内部抵抗に対する容量の実測値についても、
併せてプロットした。図４より、いずれの放電条件にお
いても、各単電池についての内部抵抗に対する容量の実
測値のプロットは、同じ組電池を構成する単電池を用い
て決定した一次式の近傍に位置しており、両者はよい相
関を示していることが分かる。

【００３７】また、各試験例において、一次式を使用し
て求めた組電池の容量の推定値を、各単電池の容量の測
定値を合計することによって求めた実測値と比較した。
いずれの組電池においても、推定値の実測値に対する誤
差は１０％以内であった。これより、精度よく組電池の
容量を推定できることが分かった。

【００３８】なお、本発明の技術的範囲は、上記した実
施形態によって限定されるものではなく、例えば、次に
記載するようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。 （１）上記実施形態では、鉛蓄電池を単電池Ｂとして使
用した組電池８について容量Ｃの推定を行ったが、本発
明の容量推定方法および劣化診断装置を適用できる組電
池の種類は上記実施形態に限るものではなく、例えばリ
チウムイオン２次電池を単電池として使用した組電池で
あってもよい。 （２）上記実施形態では、算出された組電池８の推定容
量Ｃをディスプレイ７に表示させたが、例えばディスプ
レイの代わりに警告装置を接続しておき、推定容量が所
定の値以下になった場合に警告を発するようにされてい
てもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の劣化診断装置の構成図

【図２】本実施形態の容量推定方法のフローチャート

【図３】試験例１における各組電池について測定した内
部抵抗と容量との関係及び算出した１次式を表すグラフ

【図４】試験例２における各組電池について算出した１
次式を表すグラフ

【符号の説明】

１…劣化診断装置 ２…内部抵抗測定部（内部インピーダンス測定手段） ３…容量測定部（容量測定手段） ５…演算部（一次式決定手段、容量算出手段） ８…組電池 Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５…単電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G016 CA00 CB06 CB12 CC04 CE00 5G003 BA02 CA02 CA11 EA05 EA08 5H030 AA06 AS03 FF41 FF51

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の単電池を接続してなる組電池の容
   量を推定する方法であって、 (a)同一の前記組電池を構成する前記単電池のうち少な
   くとも２個以上の前記単電池の内部インピーダンスおよ
   び容量を測定するステップ、 (b)前記(a)のステップで測定された内部インピーダンス
   および容量の値に基づいて、内部インピーダンスと容量
   との相関関係を表す一次式を決定するステップ、 (c)前記組電池を構成する他の前記単電池の内部インピ
   ーダンスを測定するステップ、 (d)前記(c)のステップで測定された内部インピーダンス
   の値と前記(b)のステップにより決定された一次式とに
   基づいて、前記単電池の容量を算出するステップ、 (e)前記(c)及び前記(d)のステップを複数回数繰り返し
   て前記組電池を構成する複数の単電池の容量を算出し、
   これに基づいて前記組電池の容量を算出するステップを
   含むことを特徴とする組電池の容量推定方法。
2. 【請求項２】 複数の単電池を接続してなる組電池の容
   量を推定する劣化診断装置であって、 前記単電池の内部インピーダンスを測定する内部インピ
   ーダンス測定手段と、 前記単電池の容量を測定する容量測定手段と、 前記単電池のうち少なくとも２個以上の前記単電池の内
   部インピーダンスおよび容量の値に基づいて、内部イン
   ピーダンスと容量との相関関係を表す一次式を決定する
   一次式決定手段と、 前記組電池を構成する他の単電池の内部インピーダンス
   の測定値と前記一次式とに基づいて前記組電池を構成す
   る複数の前記他の単電池の容量を算出し、これに基づい
   て前記組電池の容量を算出する容量算出手段とを備えた
   ことを特徴とする劣化診断装置。