JP3379298B2 - シール鉛蓄電池の寿命判定装置 - Google Patents
シール鉛蓄電池の寿命判定装置Info
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はフロート充電あるい
はトリクル充電されているシール鉛蓄電池の寿命判定装
置に関する。
はトリクル充電されているシール鉛蓄電池の寿命判定装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりフロー充電あるいはトリクル充
電されているシール鉛蓄電池の寿命判定方法としては、
電解液の比重を測定する方法がもっとも一般的に行われ
てきた。ところが、完全密閉式のシール鉛蓄電池では電
解液の比重を直接測定できないため、電解液比重測定用
の二酸化鉛電極を電槽内に設置して電解液比重を測定す
る方法（特開昭６１−２９４７７１号）、陽極板の伸び
を検出する方法（特開平２−１５２１７０号）、インピ
ーダンスを測定する方法（特開平４−１９８７８３号）
などが提案されてきた。
電されているシール鉛蓄電池の寿命判定方法としては、
電解液の比重を測定する方法がもっとも一般的に行われ
てきた。ところが、完全密閉式のシール鉛蓄電池では電
解液の比重を直接測定できないため、電解液比重測定用
の二酸化鉛電極を電槽内に設置して電解液比重を測定す
る方法（特開昭６１−２９４７７１号）、陽極板の伸び
を検出する方法（特開平２−１５２１７０号）、インピ
ーダンスを測定する方法（特開平４−１９８７８３号）
などが提案されてきた。
【０００３】しかし、上記の寿命判定方法のなかで、電
解液比重測定用電極を電槽内に設置する方法では、電池
に加工する必要性がある点と、二酸化鉛電極を定期的に
充電する必要性がある点から実際的ではない。又、陽極
板の伸びを検出する方法では、同様に電池に加工する必
要がある点と、全ての陽極板の伸びを検出するのは困難
なために信頼性に欠けるという問題点を有していた。
解液比重測定用電極を電槽内に設置する方法では、電池
に加工する必要性がある点と、二酸化鉛電極を定期的に
充電する必要性がある点から実際的ではない。又、陽極
板の伸びを検出する方法では、同様に電池に加工する必
要がある点と、全ての陽極板の伸びを検出するのは困難
なために信頼性に欠けるという問題点を有していた。
【０００４】寿命判定では最も確実な方法は放電容量を
実測することであるが、放電試験を行うためには機器の
運転を止める必要がある点と、放電試験に多大な労力と
時間を必要とする点が実際的でなかった。
実測することであるが、放電試験を行うためには機器の
運転を止める必要がある点と、放電試験に多大な労力と
時間を必要とする点が実際的でなかった。
【０００５】この点を解決するために、実負荷で放電を
行うことも考えられるが、実負荷の放電試験は放電後に
回復充電が終了するまで機器をバックアップする時間が
定格より長くなるために事実上その期間機器の運転を行
えないという問題点があった。
行うことも考えられるが、実負荷の放電試験は放電後に
回復充電が終了するまで機器をバックアップする時間が
定格より長くなるために事実上その期間機器の運転を行
えないという問題点があった。
【０００６】短時間の放電から放電容量を推定する試み
も行われているが（電気学会論文誌８７，Ｎｏ．５，Ｖ
ＯＬ．１０７−Ｄ，Ｐ６０６）、精度よく放電容量を推
定するには０．１Ｃ放電で１時間以上とかなりの放電時
間が必要であった。
も行われているが（電気学会論文誌８７，Ｎｏ．５，Ｖ
ＯＬ．１０７−Ｄ，Ｐ６０６）、精度よく放電容量を推
定するには０．１Ｃ放電で１時間以上とかなりの放電時
間が必要であった。
【０００７】またインピーダンスを測定する方法では、
放電容量とインピーダンスの相関が必ずしも良くなく、
インピーダンスから放電持続時間を推定した場合にはか
なり大きい誤差が生じる可能性があり、寿命判定を誤る
可能性がある。
放電容量とインピーダンスの相関が必ずしも良くなく、
インピーダンスから放電持続時間を推定した場合にはか
なり大きい誤差が生じる可能性があり、寿命判定を誤る
可能性がある。
【０００８】この点を解決する方法として、インピーダ
ンスの測定とごく短時間の放電試験を行う方法がある。
この方法はインピーダンスの測定値と、ごく短時間（５
分程度）の放電電圧の測定値から放電容量を推定するも
ので、インピーダンスあるいは短時間放電電圧いずれか
一方から推定するよりも精度は良くなるという結果がで
ている（電気設備学会誌 １９９３，Ｎｏ．１２，ＶＯ
Ｌ．１３，Ｐ１２４７）。
ンスの測定とごく短時間の放電試験を行う方法がある。
この方法はインピーダンスの測定値と、ごく短時間（５
分程度）の放電電圧の測定値から放電容量を推定するも
ので、インピーダンスあるいは短時間放電電圧いずれか
一方から推定するよりも精度は良くなるという結果がで
ている（電気設備学会誌 １９９３，Ｎｏ．１２，ＶＯ
Ｌ．１３，Ｐ１２４７）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のインピ
ーダンスと短時間放電電圧から容量を推定する方法で
は、インピーダンスの測定精度が問題となる。インピー
ダンスの測定精度が悪ければ放電容量の推定精度も当然
悪くなり、寿命判定を誤る可能性がある。
ーダンスと短時間放電電圧から容量を推定する方法で
は、インピーダンスの測定精度が問題となる。インピー
ダンスの測定精度が悪ければ放電容量の推定精度も当然
悪くなり、寿命判定を誤る可能性がある。
【００１０】一般的にシール鉛蓄電池のインピーダンス
は、一定振幅の交流電流通電時の端子電圧に含まれる交
流電圧成分を測定することによって求められるが、シー
ル鉛蓄電池はインピーダンス値が小さいために、ノイズ
の影響を受けやすく精度良く測定するのは困難である。
は、一定振幅の交流電流通電時の端子電圧に含まれる交
流電圧成分を測定することによって求められるが、シー
ル鉛蓄電池はインピーダンス値が小さいために、ノイズ
の影響を受けやすく精度良く測定するのは困難である。
【００１１】２Ｖ，２００Ａｈの据置シール電池の例で
は、周波数１０Ｈｚ程度で１ｍΩ以下のインピーダンス
値であり、±２Ａの交流電流を通電とした場合に端子電
圧に現れる交流電圧成分は、±２ｍＶ以下と非常に小さ
い値となりノイズの影響を受けやすい。通電電流の値を
大きくすればよいが、交流電流通電部の素子の大型化、
発熱、消費電力、コスト等の点から大きくするのは難し
い。
は、周波数１０Ｈｚ程度で１ｍΩ以下のインピーダンス
値であり、±２Ａの交流電流を通電とした場合に端子電
圧に現れる交流電圧成分は、±２ｍＶ以下と非常に小さ
い値となりノイズの影響を受けやすい。通電電流の値を
大きくすればよいが、交流電流通電部の素子の大型化、
発熱、消費電力、コスト等の点から大きくするのは難し
い。
【００１２】又、フロート充電でリプル電流がシール鉛
蓄電池に流れている場合もあり、測定時の端子電圧にリ
プル電圧が含まれて誤差となる場合がある。インバータ
を負荷とするシステムの実測では、フロート充電中で周
波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのリプル電圧が１０ｍＶも
シール鉛蓄電池の端子電圧に含まれている例もある。こ
の場合、単にシール鉛蓄電池の端子電圧に含まれる交流
電圧成分のＰ−Ｐ値を通電電流で割ってインピーダンス
値とすると大きな誤差となってしまう。
蓄電池に流れている場合もあり、測定時の端子電圧にリ
プル電圧が含まれて誤差となる場合がある。インバータ
を負荷とするシステムの実測では、フロート充電中で周
波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのリプル電圧が１０ｍＶも
シール鉛蓄電池の端子電圧に含まれている例もある。こ
の場合、単にシール鉛蓄電池の端子電圧に含まれる交流
電圧成分のＰ−Ｐ値を通電電流で割ってインピーダンス
値とすると大きな誤差となってしまう。
【００１３】又、別の問題として、温度によってインピ
ーダンスと短時間の放電電圧測定値が変わり、放電容量
の推定精度が悪化するという問題点がある。
ーダンスと短時間の放電電圧測定値が変わり、放電容量
の推定精度が悪化するという問題点がある。
【００１４】本発明の目的は、リプル電圧、温度の影響
を受けずに精度よくシール鉛蓄電池のインピーダンスを
測定し、測定された短時間の放電電圧とあわせて精度よ
く放電容量を推定するシール鉛蓄電池の寿命判定装置を
提供することである。
を受けずに精度よくシール鉛蓄電池のインピーダンスを
測定し、測定された短時間の放電電圧とあわせて精度よ
く放電容量を推定するシール鉛蓄電池の寿命判定装置を
提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るシール鉛蓄
電池の寿命判定装置は、以下に述べる手段により上記の
課題を解決する。
電池の寿命判定装置は、以下に述べる手段により上記の
課題を解決する。
【００１６】通・放電制御部により制御して、交流電流
通電部より被測定電池へ一定振幅、一定周波数で、且つ
周期が１００msの整数倍の交流電流を所定の期間通電す
る。また、放電用負荷部に被測定電池を所定の時間だけ
放電させる。被測定電池に通電する交流電流の周波数と
同一の周波数成分のみを通すフィルタ特性を有する交流
電圧振幅部により、電池電圧中の交流電圧成分を増幅す
る。交流電圧増幅部の出力に基いて、インピーダンス値
算出部が電池の内部インピーダンス値を算出し、算出結
果を表示部で表示する。被測定電池を所定時間放電した
ときの直流電圧成分を直流電圧測定部で測定し、電池周
囲温度を温度検出部で測定する。以上により得られた被
測定電池のインピーダンス値と、所定時間放電時の直流
電圧値と、周囲温度値とから容量推定部が被測定電池の
容量を推定演算し、その結果を表示部に表示する。
通電部より被測定電池へ一定振幅、一定周波数で、且つ
周期が１００msの整数倍の交流電流を所定の期間通電す
る。また、放電用負荷部に被測定電池を所定の時間だけ
放電させる。被測定電池に通電する交流電流の周波数と
同一の周波数成分のみを通すフィルタ特性を有する交流
電圧振幅部により、電池電圧中の交流電圧成分を増幅す
る。交流電圧増幅部の出力に基いて、インピーダンス値
算出部が電池の内部インピーダンス値を算出し、算出結
果を表示部で表示する。被測定電池を所定時間放電した
ときの直流電圧成分を直流電圧測定部で測定し、電池周
囲温度を温度検出部で測定する。以上により得られた被
測定電池のインピーダンス値と、所定時間放電時の直流
電圧値と、周囲温度値とから容量推定部が被測定電池の
容量を推定演算し、その結果を表示部に表示する。
【００１７】インピーダンス値算出部は、交流電圧増幅
部の出力の電圧応答波形をフーリエ変換し、フーリエ変
換した値から通電電流と同一周波数成分の交流電圧成分
の振幅を求め、この振幅からインピーダンス値を算出す
る。
部の出力の電圧応答波形をフーリエ変換し、フーリエ変
換した値から通電電流と同一周波数成分の交流電圧成分
の振幅を求め、この振幅からインピーダンス値を算出す
る。
【００１８】なお、交流電流通電部は、通電する交流電
流の周期を１００msの整数倍の周期とするとよい。これ
はリプル電圧がインバータ等の負荷で発生する場合が多
く、その場合にはリプル電圧が商用周波数、つまり５０
又は６０Ｈｚの整数倍となることに着目したものであ
る。即ち、フーリエ変換を行うと、入力波形の基本波の
整数倍の周波数成分は除去作用があるため、商用周波数
５０又は６０Ｈｚの最大公約数１０Ｈｚ、つまり周期１
００msの整数倍に入力波形周期を設定すれば、１０Ｈｚ
の整数倍のリプル電圧は除去できることになる。従っ
て、通電電流の周期を１００msの整数倍とすると、５０
又は６０Ｈｚの整数倍のリプル電圧成分はフーリエ変換
で除去可能である。
流の周期を１００msの整数倍の周期とするとよい。これ
はリプル電圧がインバータ等の負荷で発生する場合が多
く、その場合にはリプル電圧が商用周波数、つまり５０
又は６０Ｈｚの整数倍となることに着目したものであ
る。即ち、フーリエ変換を行うと、入力波形の基本波の
整数倍の周波数成分は除去作用があるため、商用周波数
５０又は６０Ｈｚの最大公約数１０Ｈｚ、つまり周期１
００msの整数倍に入力波形周期を設定すれば、１０Ｈｚ
の整数倍のリプル電圧は除去できることになる。従っ
て、通電電流の周期を１００msの整数倍とすると、５０
又は６０Ｈｚの整数倍のリプル電圧成分はフーリエ変換
で除去可能である。
【００１９】また、インピーダンス値算出部は、被測定
電池に交流電流の通電開始後所定の周期以降の交流電圧
増幅部の出力の平均の電圧応答波形から被測定電池の内
部インピーダンス値を算出するようにするとよい。具体
的には、複数周期通電時の電圧応答波形から平均の電圧
応答波形（１周期分）を求め、この平均の電圧応答波形
から内部インピーダンス値を算出する。これは、更にリ
プル電圧及びノイズの影響を少なくしようとするもの
で、電圧応答波形を平均化することにより、通電周波数
の整数倍以外の周波数成分が減少するため、一層精度の
よい測定が可能となる。
電池に交流電流の通電開始後所定の周期以降の交流電圧
増幅部の出力の平均の電圧応答波形から被測定電池の内
部インピーダンス値を算出するようにするとよい。具体
的には、複数周期通電時の電圧応答波形から平均の電圧
応答波形（１周期分）を求め、この平均の電圧応答波形
から内部インピーダンス値を算出する。これは、更にリ
プル電圧及びノイズの影響を少なくしようとするもの
で、電圧応答波形を平均化することにより、通電周波数
の整数倍以外の周波数成分が減少するため、一層精度の
よい測定が可能となる。
【００２０】本発明に係るシール鉛蓄電池の寿命判定装
置においては、電池の内部インピーダンスの測定と短時
間放電電圧の測定を併せて行い、これらの測定値から電
池放電容量を適確に推定する。そして、電池の周囲温度
を測定した結果に基づき温度補正を行うことにより、放
電容量の推定精度が高められる。また、インピーダンス
測定においては、交流電圧増幅部に、通電する交流電流
と同一周波数の周波数成分のみを通すフィルタ特性を持
たせるため、リプル電圧とノイズによる測定誤差が軽減
される。更に、交流電圧増幅部の出力の電圧応答波形を
フーリエ変換し、フーリエ変換した値から通電電流と同
一周波数成分の交流電圧成分の振幅を求めてインピーダ
ンス値を算出するので、交流電圧増幅部のフィルタ特性
では十分に除去できないリプル電圧又はノイズを減少さ
せて、より高い精度でインピーダンスが測定され、電池
容量が推定される。
置においては、電池の内部インピーダンスの測定と短時
間放電電圧の測定を併せて行い、これらの測定値から電
池放電容量を適確に推定する。そして、電池の周囲温度
を測定した結果に基づき温度補正を行うことにより、放
電容量の推定精度が高められる。また、インピーダンス
測定においては、交流電圧増幅部に、通電する交流電流
と同一周波数の周波数成分のみを通すフィルタ特性を持
たせるため、リプル電圧とノイズによる測定誤差が軽減
される。更に、交流電圧増幅部の出力の電圧応答波形を
フーリエ変換し、フーリエ変換した値から通電電流と同
一周波数成分の交流電圧成分の振幅を求めてインピーダ
ンス値を算出するので、交流電圧増幅部のフィルタ特性
では十分に除去できないリプル電圧又はノイズを減少さ
せて、より高い精度でインピーダンスが測定され、電池
容量が推定される。
【００２１】上記を簡単にまとめると、実際の機器では
ノイズ、リプル電圧成分が存在するため、インピーダン
スを正確に測定するためには、測定周波数以外の成分を
除去することが必要になる。測定周波数成分を通すフィ
ルタを通して交流電圧成分を測定すればよいが、精度が
悪い。そこで本発明では電圧応答波形をフーリエ変換し
て、測定周波数成分のみの大きさを求めて精度を高めて
いる。また電圧応答波形の平均値をフーリエ変換し、測
定周波数成分のみの大きさを求めると、更に測定周波数
以外の除去が可能となり精度を高めることができる。
ノイズ、リプル電圧成分が存在するため、インピーダン
スを正確に測定するためには、測定周波数以外の成分を
除去することが必要になる。測定周波数成分を通すフィ
ルタを通して交流電圧成分を測定すればよいが、精度が
悪い。そこで本発明では電圧応答波形をフーリエ変換し
て、測定周波数成分のみの大きさを求めて精度を高めて
いる。また電圧応答波形の平均値をフーリエ変換し、測
定周波数成分のみの大きさを求めると、更に測定周波数
以外の除去が可能となり精度を高めることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。図１は本発明の実施例を示す説明図
で、１は寿命を判定するシール鉛蓄電池、２は一定振
幅、一定周波数で、且つ周期が１００msの整数倍の交流
電流を出力する交流電流通電部である。被測定電池１は
交流電流通電部２にリレー３の接点を通して接続され、
電池１の内部インピーダンス測定時の交流電流は交流電
流通電部２から通電される。被測定電池１の端子電圧
は、交流電圧増幅部４の入力となり、インピーダンス測
定時に被測定電池１の端子電圧に発生する交流電圧成分
は、通電電流と同一周波数成分のみを通すフィルタ特性
を有する交流電圧増幅部４で増幅される。
照して説明する。図１は本発明の実施例を示す説明図
で、１は寿命を判定するシール鉛蓄電池、２は一定振
幅、一定周波数で、且つ周期が１００msの整数倍の交流
電流を出力する交流電流通電部である。被測定電池１は
交流電流通電部２にリレー３の接点を通して接続され、
電池１の内部インピーダンス測定時の交流電流は交流電
流通電部２から通電される。被測定電池１の端子電圧
は、交流電圧増幅部４の入力となり、インピーダンス測
定時に被測定電池１の端子電圧に発生する交流電圧成分
は、通電電流と同一周波数成分のみを通すフィルタ特性
を有する交流電圧増幅部４で増幅される。
【００２３】５は放電試験用の負荷抵抗で、この負荷抵
抗はリレー６の接点を通して被測定電池１に接続され
る。電池１の端子電圧はまた、直流電圧測定部７の入力
となり、短時間放電時の電池の直流電圧は直流電圧測定
部７で測定される。この直流電圧測定部７は、電池１の
出力の直流電圧成分を測定し、測定した値を所定の信号
に変換する。８は電池１の周囲温度の変化を検出する熱
電対であり、この熱電対８は温度検出部９に接続されて
いる。温度検出部９は熱電対８の出力から電池１の周囲
温度を検出して、検出した温度を所定の信号に変換す
る。
抗はリレー６の接点を通して被測定電池１に接続され
る。電池１の端子電圧はまた、直流電圧測定部７の入力
となり、短時間放電時の電池の直流電圧は直流電圧測定
部７で測定される。この直流電圧測定部７は、電池１の
出力の直流電圧成分を測定し、測定した値を所定の信号
に変換する。８は電池１の周囲温度の変化を検出する熱
電対であり、この熱電対８は温度検出部９に接続されて
いる。温度検出部９は熱電対８の出力から電池１の周囲
温度を検出して、検出した温度を所定の信号に変換す
る。
【００２４】１０は交流電流通電部２及びリレー３，６
等の動作を制御するマイクロプロセッサを制御部に有し
ていて、電池１への交流電流の通電と電池１から負荷抵
抗５への放電を制御する通・放電制御部である。
等の動作を制御するマイクロプロセッサを制御部に有し
ていて、電池１への交流電流の通電と電池１から負荷抵
抗５への放電を制御する通・放電制御部である。
【００２５】交流電圧増幅部４の出力は、マイクロプロ
セッサを利用して実現されるインピーダンス値算出部１
１のＡ／Ｄ変換入力に接続される。インピーダンス値算
出部１１は、交流電圧増幅部４の出力の電圧応答波形を
フーリエ変換し、フーリエ変換した値からインピーダン
ス値を算出するものである。具体的には、電池１に交流
電流を通電開始した後所定の周期以降の交流電圧増幅部
４の出力の平均の電圧応答波形からインピーダンス値を
算出する。
セッサを利用して実現されるインピーダンス値算出部１
１のＡ／Ｄ変換入力に接続される。インピーダンス値算
出部１１は、交流電圧増幅部４の出力の電圧応答波形を
フーリエ変換し、フーリエ変換した値からインピーダン
ス値を算出するものである。具体的には、電池１に交流
電流を通電開始した後所定の周期以降の交流電圧増幅部
４の出力の平均の電圧応答波形からインピーダンス値を
算出する。
【００２６】また、直流電圧測定部７、温度検出部９及
びインピーダンス値算出部１１の各出力はマイクロプロ
セッサを用いて実現される容量推定部１２に入力され
る。なお直流電圧測定部７及び温度検出部９の出力は、
容量推定部１２の対応する入力部に設けられたＡ／Ｄ変
換器によりＡ／Ｄ変換されて使用される。インピーダン
ス値算出部１１及び容量推定部１２の各出力はＬＥＤセ
グメントを表示手段として備えた表示部１３に入力さ
れ、電池１のインピーダンス算出値及び容量推定値が表
示部１３に表示される。本実施例において、インピーダ
ンス算出表示部がインピーダンス値算出部１１と表示部
１３とから構成され、容量推定表示部が容量推定部１２
と表示部１３とから構成される。実際には、インピーダ
ンス値算出部１１と容量推定部１２は共通のマイクロプ
ロセッサを用いて実現される。
びインピーダンス値算出部１１の各出力はマイクロプロ
セッサを用いて実現される容量推定部１２に入力され
る。なお直流電圧測定部７及び温度検出部９の出力は、
容量推定部１２の対応する入力部に設けられたＡ／Ｄ変
換器によりＡ／Ｄ変換されて使用される。インピーダン
ス値算出部１１及び容量推定部１２の各出力はＬＥＤセ
グメントを表示手段として備えた表示部１３に入力さ
れ、電池１のインピーダンス算出値及び容量推定値が表
示部１３に表示される。本実施例において、インピーダ
ンス算出表示部がインピーダンス値算出部１１と表示部
１３とから構成され、容量推定表示部が容量推定部１２
と表示部１３とから構成される。実際には、インピーダ
ンス値算出部１１と容量推定部１２は共通のマイクロプ
ロセッサを用いて実現される。
【００２７】次に、本実施例の動作を説明する。先ず、
被測定電池１の内部インピーダンスを測定する場合、通
・放電制御部１０によりリレー３の接点をＯＮとしたの
ち、一定周期で割り込みがかけられ、交流電流通電部２
を制御して、一定振幅、一定周波数で、且つ周期が１０
０msの整数倍の交流電流を所定の期間だけ電池１に通電
する。交流電圧増幅部４は、内蔵するフィルタにより通
電する交流電流の周波数と同一の周波数成分のみを測定
してこれを増幅して出力する。そして、交流電圧増幅部
４の出力電圧をインピーダンス値算出部１１の入力部に
内蔵した図示しないＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換する。Ａ
／Ｄ変換された交流電圧成分は、インピーダンス値算出
部１１に内蔵された図示しないメモリに順次保存され
る。所定数の周期分または所定期間の交流電流の通電が
終了すると、通・放電制御部１０はリレー３の接点をＯ
ＦＦとして交流電流通電部２の動作を終了させる。イン
ピーダンス値算出部１１では、その後電池１の内部イン
ピーダンスの計算を行って、内蔵する図示しないメモリ
にその計算結果を記憶させる。そしてインピーダンス値
算出部１１は、メモリに記憶したインピーダンス値をＬ
ＥＤセグメントを表示手段として有する表示部１３に表
示させる。また同時に、インピーダンス値算出部１１
は、メモリに記憶したインピーダンス値をインピーダン
ス値信号として容量推定部１２に出力する。
被測定電池１の内部インピーダンスを測定する場合、通
・放電制御部１０によりリレー３の接点をＯＮとしたの
ち、一定周期で割り込みがかけられ、交流電流通電部２
を制御して、一定振幅、一定周波数で、且つ周期が１０
０msの整数倍の交流電流を所定の期間だけ電池１に通電
する。交流電圧増幅部４は、内蔵するフィルタにより通
電する交流電流の周波数と同一の周波数成分のみを測定
してこれを増幅して出力する。そして、交流電圧増幅部
４の出力電圧をインピーダンス値算出部１１の入力部に
内蔵した図示しないＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換する。Ａ
／Ｄ変換された交流電圧成分は、インピーダンス値算出
部１１に内蔵された図示しないメモリに順次保存され
る。所定数の周期分または所定期間の交流電流の通電が
終了すると、通・放電制御部１０はリレー３の接点をＯ
ＦＦとして交流電流通電部２の動作を終了させる。イン
ピーダンス値算出部１１では、その後電池１の内部イン
ピーダンスの計算を行って、内蔵する図示しないメモリ
にその計算結果を記憶させる。そしてインピーダンス値
算出部１１は、メモリに記憶したインピーダンス値をＬ
ＥＤセグメントを表示手段として有する表示部１３に表
示させる。また同時に、インピーダンス値算出部１１
は、メモリに記憶したインピーダンス値をインピーダン
ス値信号として容量推定部１２に出力する。
【００２８】インピーダンス値算出部１１がインピーダ
ンスの算出を行う場合には、交流電圧増幅部４から出力
される電圧応答波形をＡ／Ｄ変換した後に、マイクロプ
ロセッサによりフーリエ変換し、フーリエ変換した交流
電圧成分から通電交流電流と同一周波数成分の交流電圧
成分の振幅を求めて、この振幅からインピーダンス値を
算出する。これにより、交流電圧増幅部４のフィルタ特
性では十分に除去されないリプル電圧又はノイズを減少
させることができ、より高い精度でインピーダンス値を
算出することができる。具体的なインピーダンス値は、
フーリエ変換して求められた測定周波数の交流電圧成分
の振幅値を通電電流の値で除することにより求められ
る。
ンスの算出を行う場合には、交流電圧増幅部４から出力
される電圧応答波形をＡ／Ｄ変換した後に、マイクロプ
ロセッサによりフーリエ変換し、フーリエ変換した交流
電圧成分から通電交流電流と同一周波数成分の交流電圧
成分の振幅を求めて、この振幅からインピーダンス値を
算出する。これにより、交流電圧増幅部４のフィルタ特
性では十分に除去されないリプル電圧又はノイズを減少
させることができ、より高い精度でインピーダンス値を
算出することができる。具体的なインピーダンス値は、
フーリエ変換して求められた測定周波数の交流電圧成分
の振幅値を通電電流の値で除することにより求められ
る。
【００２９】また本発明の装置においては、被測定電池
１の短時間放電試験を行う。短時間放電試験を行う場合
には、通・放電制御部１０がリレー６の接点を所定の時
間（例えば３０秒）だけＯＮとして、電池１より負荷抵
抗５に短時間放電電流を流す。この放電時間は、放電電
圧が判定するまでの時間でよく、負荷抵抗の大きさに応
じて定めればよい。そして、放電時の電池電圧を直流電
圧測定部７で測定し、直流電圧測定部７から出力される
電池電圧信号を容量推定部１２のＡ／Ｄ変換入力部に入
力する。容量推定部１２では、直流電圧測定部７で測定
した電池電圧を放電電圧として図示しないメモリに記憶
する。更に、熱電対８と温度検出部９により検出された
電池１の周囲温度値を示す周囲温度信号が、容量推定部
１２のＡ／Ｄ変換入力部に入力され，電池１の周囲温度
値は容量推定部１２の図示しないメモリに記憶される。
１の短時間放電試験を行う。短時間放電試験を行う場合
には、通・放電制御部１０がリレー６の接点を所定の時
間（例えば３０秒）だけＯＮとして、電池１より負荷抵
抗５に短時間放電電流を流す。この放電時間は、放電電
圧が判定するまでの時間でよく、負荷抵抗の大きさに応
じて定めればよい。そして、放電時の電池電圧を直流電
圧測定部７で測定し、直流電圧測定部７から出力される
電池電圧信号を容量推定部１２のＡ／Ｄ変換入力部に入
力する。容量推定部１２では、直流電圧測定部７で測定
した電池電圧を放電電圧として図示しないメモリに記憶
する。更に、熱電対８と温度検出部９により検出された
電池１の周囲温度値を示す周囲温度信号が、容量推定部
１２のＡ／Ｄ変換入力部に入力され，電池１の周囲温度
値は容量推定部１２の図示しないメモリに記憶される。
【００３０】容量推定部１２は、上記のようにして入力
された被測定電池１のインピーダンス値、短時間放電時
の電池電圧信号及び周囲温度信号をそれぞれＡ／Ｄ変換
してメモリに記憶したデータを用いてマイクロプロセッ
サにより放電容量の推定演算を行う。具体的には、イン
ピーダンス値と短時間放電電圧値を電池１の周囲温度で
温度補正した値を用いて放電容量を推定演算して、ＬＥ
Ｄセグメントを表示手段として有する表示部１３にその
演算結果を表示する。この放電容量の推定演算は、従来
の技術の欄で説明した電気設備学会誌「１９９３，Ｎ
ｏ．１２，ＶＯＬ．１３，Ｐ１２４７」に説明されてい
る推定演算を用いればよい。
された被測定電池１のインピーダンス値、短時間放電時
の電池電圧信号及び周囲温度信号をそれぞれＡ／Ｄ変換
してメモリに記憶したデータを用いてマイクロプロセッ
サにより放電容量の推定演算を行う。具体的には、イン
ピーダンス値と短時間放電電圧値を電池１の周囲温度で
温度補正した値を用いて放電容量を推定演算して、ＬＥ
Ｄセグメントを表示手段として有する表示部１３にその
演算結果を表示する。この放電容量の推定演算は、従来
の技術の欄で説明した電気設備学会誌「１９９３，Ｎ
ｏ．１２，ＶＯＬ．１３，Ｐ１２４７」に説明されてい
る推定演算を用いればよい。
【００３１】なお、本実施例においては、交流電流通電
部２が電池１に通電する交流電流の周期を１００msの整
数倍の周期としている。その理由は課題を解決するため
の手段の項で述べた通りであるが、その作用効果を図２
を用いて説明する。即ち交流電流の周期を１００msの整
数倍の周期としたのは、リプル電圧がインバータ等の負
荷で発生する場合が多く、その場合にはリプル電圧が商
用周波数、つまり５０又は６０Ｈｚの整数倍となること
に着目したものである。図２は、フーリエ変換する波形
として、振幅を１００とした場合で周波数が１０Ｈｚか
ら６０Ｈｚの高周波成分を重畳した波形を用い、この波
形をフーリエ変換して基本波成分の振幅を計算した場合
の誤差をプロットしたものである。図示されるように、
基本波成分の整数倍の周波数に対しては誤差が０％とな
っていて基本波成分の影響はなく、周波数が５０及び６
０Ｈｚの成分も除去可能である。即ち、フーリエ変換を
行うと、入力波形の基本波の整数倍の周波数成分は除去
作用があるため、商用周波数５０又は６０Ｈｚの最大公
約数１０Ｈｚ、つまり周期１００msの整数倍に入力波形
周期を設定すれば、１０Ｈｚの整数倍のリプル電圧は除
去できることになる。従って、通電交流電流の周期を１
００msの整数倍とすると、５０又は６０Ｈｚの整数倍の
リプル電圧成分はフーリエ変換で除去可能になる。
部２が電池１に通電する交流電流の周期を１００msの整
数倍の周期としている。その理由は課題を解決するため
の手段の項で述べた通りであるが、その作用効果を図２
を用いて説明する。即ち交流電流の周期を１００msの整
数倍の周期としたのは、リプル電圧がインバータ等の負
荷で発生する場合が多く、その場合にはリプル電圧が商
用周波数、つまり５０又は６０Ｈｚの整数倍となること
に着目したものである。図２は、フーリエ変換する波形
として、振幅を１００とした場合で周波数が１０Ｈｚか
ら６０Ｈｚの高周波成分を重畳した波形を用い、この波
形をフーリエ変換して基本波成分の振幅を計算した場合
の誤差をプロットしたものである。図示されるように、
基本波成分の整数倍の周波数に対しては誤差が０％とな
っていて基本波成分の影響はなく、周波数が５０及び６
０Ｈｚの成分も除去可能である。即ち、フーリエ変換を
行うと、入力波形の基本波の整数倍の周波数成分は除去
作用があるため、商用周波数５０又は６０Ｈｚの最大公
約数１０Ｈｚ、つまり周期１００msの整数倍に入力波形
周期を設定すれば、１０Ｈｚの整数倍のリプル電圧は除
去できることになる。従って、通電交流電流の周期を１
００msの整数倍とすると、５０又は６０Ｈｚの整数倍の
リプル電圧成分はフーリエ変換で除去可能になる。
【００３２】また本実施例において、インピーダンス算
出部１１は、被測定電池１に交流電流の通電を開始した
後所定周期分（具体的には、８周期分）の交流電流が通
電された以降に交流電圧増幅部４から出力された電圧応
答波形のデータを前述した図示しないメモリから読み出
し、この読み出したデータに基いて平均の電圧応答波形
を求め、この平均の電圧応答波形からインピーダンス値
を算出している。通電開始後、所定周期分のデータを利
用しないのは、電池の電圧応答波形が安定するまでに時
間を要するのと、フィルタ特性を有する交流電圧増幅部
の電圧応答波形が安定するまでに時間を要するためであ
る。この所定周期は、電圧応答波形が安定するまでの最
短時間とすればよい。このように平均の電圧応答波形を
用いると、リプル電圧及びノイズの影響を更に抑制でき
る。これを図３を参照して説明する。この例では、通電
交流電流の周波数の４．２倍の周波数で振幅が基本周波
数と同一のリプル電圧が重畳された場合を想定したもの
で、１６周期の平均をとった場合である。図示されるよ
うに、入力波形ａにはリプル電圧成分が重畳されている
が、１６回積算平均化した波形ｂではリプル電圧成分が
減少している。
出部１１は、被測定電池１に交流電流の通電を開始した
後所定周期分（具体的には、８周期分）の交流電流が通
電された以降に交流電圧増幅部４から出力された電圧応
答波形のデータを前述した図示しないメモリから読み出
し、この読み出したデータに基いて平均の電圧応答波形
を求め、この平均の電圧応答波形からインピーダンス値
を算出している。通電開始後、所定周期分のデータを利
用しないのは、電池の電圧応答波形が安定するまでに時
間を要するのと、フィルタ特性を有する交流電圧増幅部
の電圧応答波形が安定するまでに時間を要するためであ
る。この所定周期は、電圧応答波形が安定するまでの最
短時間とすればよい。このように平均の電圧応答波形を
用いると、リプル電圧及びノイズの影響を更に抑制でき
る。これを図３を参照して説明する。この例では、通電
交流電流の周波数の４．２倍の周波数で振幅が基本周波
数と同一のリプル電圧が重畳された場合を想定したもの
で、１６周期の平均をとった場合である。図示されるよ
うに、入力波形ａにはリプル電圧成分が重畳されている
が、１６回積算平均化した波形ｂではリプル電圧成分が
減少している。
【００３３】更に、図２と同様に交流電流の基本周波数
を１０Ｈｚとして、周波数が１０Ｈｚから６０Ｈａの高
調波を重畳した波形を入力波形とし、１６周期積算平均
した電圧応答波形をフーリエ変換した値で基本成分の振
幅を求めた場合の誤差特性を図４に示した。図４に示さ
れるように、基本周波数の整数倍以外の周波数でも誤差
が少なく、リプル電圧及びノイズの影響を少なくするこ
とができる。
を１０Ｈｚとして、周波数が１０Ｈｚから６０Ｈａの高
調波を重畳した波形を入力波形とし、１６周期積算平均
した電圧応答波形をフーリエ変換した値で基本成分の振
幅を求めた場合の誤差特性を図４に示した。図４に示さ
れるように、基本周波数の整数倍以外の周波数でも誤差
が少なく、リプル電圧及びノイズの影響を少なくするこ
とができる。
【００３４】次に、本実施例での実際の動作条件を示
す。寿命判定対象のシール鉛蓄電池は、定格が２Ｖ、２
００Ａｈの据置形シール鉛蓄電池である。この電池のイ
ンピーダンス測定時の通電交流電流は周波数１０Ｈｚ、
±２Ａであり、この交流電流を２５周期間通電し、９周
期から２５周期の電圧応答波形データを積算平均化して
フーリエ変換を行い、インピーダンス値を算出する。イ
ンピーダンス値の測定上限は２．５ｍΩ、電圧応答波形
データのサンプリング点数は１周期当り１２８点であ
る。また短時間放電は、放電電流を約４６Ａで３０秒間
行うものである。
す。寿命判定対象のシール鉛蓄電池は、定格が２Ｖ、２
００Ａｈの据置形シール鉛蓄電池である。この電池のイ
ンピーダンス測定時の通電交流電流は周波数１０Ｈｚ、
±２Ａであり、この交流電流を２５周期間通電し、９周
期から２５周期の電圧応答波形データを積算平均化して
フーリエ変換を行い、インピーダンス値を算出する。イ
ンピーダンス値の測定上限は２．５ｍΩ、電圧応答波形
データのサンプリング点数は１周期当り１２８点であ
る。また短時間放電は、放電電流を約４６Ａで３０秒間
行うものである。
【００３５】次に、本発明の特徴の一つである、対リプ
ル電圧特性について実測した結果を示す。測定対象物は
抵抗値がそれぞれ１ｍΩと０．３３３ｍΩの二つのシャ
ント抵抗とした。リプル電圧として１０ｎＶ、５０Ｈｚ
のリプル電圧を重畳させて１００回測定した結果を図５
に示す。図示のように、リプル電圧の有無に拘らず、最
大誤差と誤差の標準偏差はほとんど変わらず、リプル電
圧存在の影響は測定値に現れなかった。従って、リプル
電圧はインピーダンスの測定値に影響を及ぼさないと判
断できる。
ル電圧特性について実測した結果を示す。測定対象物は
抵抗値がそれぞれ１ｍΩと０．３３３ｍΩの二つのシャ
ント抵抗とした。リプル電圧として１０ｎＶ、５０Ｈｚ
のリプル電圧を重畳させて１００回測定した結果を図５
に示す。図示のように、リプル電圧の有無に拘らず、最
大誤差と誤差の標準偏差はほとんど変わらず、リプル電
圧存在の影響は測定値に現れなかった。従って、リプル
電圧はインピーダンスの測定値に影響を及ぼさないと判
断できる。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係るシール
鉛蓄電池の寿命判定装置によれば、対象となる電池の内
部インピーダンスの算出と短時間放電電池の測定を併せ
て行い、インピーダンス値及び放電電圧値を電池の周囲
温度測定値により補正した値に基づいて電池の放電容量
を推定するようにしたので、放電容量を適確に推定して
電池の寿命を良好に判定することができる。
鉛蓄電池の寿命判定装置によれば、対象となる電池の内
部インピーダンスの算出と短時間放電電池の測定を併せ
て行い、インピーダンス値及び放電電圧値を電池の周囲
温度測定値により補正した値に基づいて電池の放電容量
を推定するようにしたので、放電容量を適確に推定して
電池の寿命を良好に判定することができる。
【００３７】また、本発明によれば、電池への交流電流
通電に対する電池端子間の交流電圧の増幅出力をフーリ
エ変換し、変換した値から通電電流と同一周波数成分の
交流電圧の振幅を求めてインピーダンス値を算出するよ
うにしたので、リプル電圧及びノイズの影響を減少させ
て、高精度でインピーダンス値を算出し、電池容量を推
定することができる。これにより、電池寿命判定の信頼
度を高めることができる。
通電に対する電池端子間の交流電圧の増幅出力をフーリ
エ変換し、変換した値から通電電流と同一周波数成分の
交流電圧の振幅を求めてインピーダンス値を算出するよ
うにしたので、リプル電圧及びノイズの影響を減少させ
て、高精度でインピーダンス値を算出し、電池容量を推
定することができる。これにより、電池寿命判定の信頼
度を高めることができる。
【図１】 本発明の実施例を示す説明図である。
【図２】 基本波の高調波周波数とフーリエ変換後の基
本波成分の振幅の誤差を示す特性曲線図である。
本波成分の振幅の誤差を示す特性曲線図である。
【図３】 電池の交流入力に対する電圧応答波形を積算
平均化した場合の波形の変化を示す特性曲線図である。
平均化した場合の波形の変化を示す特性曲線図である。
【図４】 交流入力の高調波周波数と電圧応答波形を積
算平均化した場合のフーリエ変換後の基本波成分の振幅
の誤差を示す特性曲線図である。
算平均化した場合のフーリエ変換後の基本波成分の振幅
の誤差を示す特性曲線図である。
【図５】 リプル電圧が存在する場合の誤差を示す特性
説明図である。
説明図である。
１ 被測定シール鉛蓄電池
２ 交流電流通電部
３，６ リレー接点
４ 交流電圧増幅部
５ 放電用負荷抵抗（放電用負荷部）
７ 直流電圧測定部
８ 熱電対
９ 温度検出部
１０ 通・放電制御部
１１ インピーダンス値算出部
１２ 容量推定部
１３ 表示部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−155778（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−244981（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−180770（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01R 31/36
H01M 10/42 - 10/48
H01J 7/00 - 7/12
Claims (3)
- 【請求項１】 一定振幅、一定周波数で、且つ周期が１
００msの整数倍の交流電流を被測定電池に通電する交流
電流通電部（２）と、 前記交流電流の周波数と同一の周波数成分のみを通すフ
ィルタ特性を有して被測定電池の端子電圧から交流電圧
成分を検出してこれを増幅する交流電圧増幅部（４）
と、 前記交流電圧増幅部の出力からインピーダンス値を算出
するインピーダンス値算出部（１１）と、 被測定電池を放電させる放電用負荷部（５）と、 前記交流電流通電部より前記被測定電池への通電を所定
の期間行わせるとともに、前記放電用負荷部に前記被測
定電池を所定の時間だけ放電させる通・放電制御部（１
０）と、 前記被測定電池の直流電圧成分を測定する直流電圧測定
部（７）と、 前記被測定電池の周囲温度を測定する温度検出部（８，
９）と、 前記被測定電池のインピーダンス値と一定時間放電時の
直流電圧値と周囲温度値とから前記被測定電池の容量を
推定演算する容量推定部（１２）とを具備し、 前記インピーダンス値算出部（１１）は、前記交流電圧
増幅部（４）の出力の電圧応答波形をフーリエ変換し、
フーリエ変換した値から通電電流と同一周波数成分の交
流電圧成分の振幅を求め、該振幅からインピーダンス値
を算出することを特徴とするシール鉛蓄電池の寿命判定
装置。 - 【請求項２】 一定振幅、一定周波数で、且つ周期が１
００msの整数倍の交流電流を被測定電池に通電する交流
電流通電部（２）と、 前記交流電流の周波数と同一の周波数成分のみを通すフ
ィルタ特性を有して被測定電池の端子電圧から交流電圧
成分を検出してこれを増幅する交流電圧増幅部（４）
と、 前記交流電圧増幅部の出力からインピーダンス値を算出
して表示するインピーダンス値算出表示部（１１，１
３）と、 被測定電池を放電させる放電用負荷部（５）と、 前記交流電流通電部より前記被測定電池への通電を所定
の期間行わせるとともに、前記放電用負荷部に前記被測
定電池を所定の時間だけ放電させる通・放電制御部（１
０）と、 前記被測定電池の直流電圧成分を測定する直流電圧測定
部（７）と、 前記被測定電池の周囲温度を測定する温度検出部（８，
９）と、 前記被測定電池のインピーダンス値と一定時間放電時の
直流電圧値と周囲温度値とから前記被測定電池の容量を
推定計算して表示する容量推定表示部（１２，１３）と
を具備し、 前記インピーダンス値算出表示部（１１，１３）は、前
記交流電圧増幅部の出力の電圧応答波形をフーリエ変換
し、フーリエ変換した値から通電電流と同一周波数成分
の交流電圧成分の振幅を求め、該振幅からインピーダン
ス値を算出して表示することを特徴とするシール鉛蓄電
池の寿命判定装置。 - 【請求項３】 前記インピーダンス値算出部（１１）
は、前記被測定電池に交流電流の通電開始後所定の周期
以降の前記交流電圧増幅部の出力の平均の電圧応答波形
からインピーダンス値を算出して表示することを特徴と
する請求項１に記載のシール鉛蓄電池の寿命判定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22211195A JP3379298B2 (ja) | 1995-08-30 | 1995-08-30 | シール鉛蓄電池の寿命判定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22211195A JP3379298B2 (ja) | 1995-08-30 | 1995-08-30 | シール鉛蓄電池の寿命判定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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