特開 2023-116292 蓄電池の劣化診断システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023116292

(43)【公開日】2023-08-22

(54)【発明の名称】蓄電池の劣化診断システム

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/392 20190101AFI20230815BHJP

   G01R 31/389 20190101ALI20230815BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20230815BHJP

   H01M 10/42 20060101ALI20230815BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230815BHJP

【ＦＩ】

G01R31/392

G01R31/389

H01M10/48 P

H01M10/42 P

H02J7/00 A

H02J7/00 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022019020

(22)【出願日】2022-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】000124591

【氏名又は名称】河村電器産業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】100078721

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 喜樹

(74)【代理人】

【識別番号】100121142

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 恭一

(74)【代理人】

【識別番号】100124420

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 清隆

(72)【発明者】

【氏名】大島 正稔

(72)【発明者】

【氏名】渡部 孝

【テーマコード（参考）】

2G216

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

2G216AB04

2G216AB05

2G216BA03

2G216BA23

2G216BA56

2G216BA58

2G216CB32

2G216CB55

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503EA09

5H030AA06

5H030AS03

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

(57)【要約】

【課題】 蓄電池が放電中或いは充電中の状態であっても、その影響を受けること無く劣化診断を実施できる蓄電池の劣化診断システムを提供する。
【解決手段】 蓄電池１に交流電流を供給する電流供給部２と、蓄電池の電圧を計測する電圧計測部３と、蓄電池１の充電電流或いは放電電流を計測する運転電流計測部５と、蓄電池１の劣化を判定する劣化判定部４とを有し、劣化判定部４は、計測した電流及び電圧情報から蓄電池１のインピーダンスを算出するインピーダンス演算部４１と、劣化を判定するための閾値を記憶する閾値記憶部４２と、インピーダンス算出時のＳＯＣを推定して、所定のＳＯＣでの数値に補正し、補正したインピーダンス情報から蓄電池１の劣化を判定する判定部ＣＰＵとを有する蓄電池診断システム。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電池に交流電流を供給する電流供給部と、
前記蓄電池の電圧を計測する電圧計測部と、
前記蓄電池の充電電流或いは放電電流を計測する運転電流計測部と、
蓄電池の劣化を判定する劣化判定部とを有し、
前記劣化判定部は、計測した電流及び電圧情報から前記蓄電池のインピーダンスを算出するインピーダンス演算部と、
劣化を判定するための閾値を記憶する閾値記憶部と、
インピーダンス算出時のＳＯＣを推定して、所定のＳＯＣでの数値に補正するインピーダンス補正部と、
補正したインピーダンス値を前記閾値と比較して前記蓄電池の劣化を判定する判定部とを有することを特徴とする蓄電池の劣化診断システム。

【請求項2】

前記蓄電池の初期のＳＯＣと蓄電池電圧の関係、及び初期のＳＯＣと蓄電池のインピーダンスの関係を記憶する補正データ記憶部を有し、
前記インピーダンス補正部は、前記インピーダンス演算部が算出したインピーダンスを、前記補正データ記憶部の情報及び前記電圧計測部の計測値を基に、前記所定のＳＯＣにおけるインピーダンスに補正することを特徴とする請求項１記載の蓄電池の劣化診断システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非常用電源や余剰電力の蓄電に使用される蓄電池の劣化状態を診断する劣化診断システムに関する。

【背景技術】

【0002】

停電時の非常用電源、太陽光発電電力の蓄電等に蓄電池が使用されている。このような目的で使用される蓄電池は、劣化すると蓄電可能な電力が減少し、その機能を十分発揮できなくなるため、劣化度を把握して必要に応じて交換する必要がある。
そのため、この劣化度を診断する１つの方式として、蓄電池に交流電流を供給してインピーダンスを計測し、計測したインピーダンス値から劣化状態を診断する装置がある。但しこの診断方式は、蓄電池の蓄電量によりインピーダンスが変化するため、満充電状態等蓄電池の充電状態を所定値にして診断する必要があった。
一方で、このような充電状態を設定すること無く診断する方式が提案されている。これは、蓄電池の電圧を計測して蓄電量を推定し、推定した蓄電量から内部抵抗を補正して劣化度を判定する方法である（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－６６６２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記蓄電池の電圧を計測して蓄電量を推定する方式は、蓄電量を所定値に設定する必要がないため、容易に判定することができた。しかしながら、蓄電池が運転状態にない場合を想定しており、負荷に電力を供給している状態或いは充電中等の運転状態で適用できなかった。

【0005】

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、蓄電池が放電中或いは充電中の状態であっても、その影響を受けること無く劣化診断を実施できる蓄電池の劣化診断システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決する為に、請求項１の発明に係る劣化度診断システムは、蓄電池に交流電流を供給する電流供給部と、蓄電池の電圧を計測する電圧計測部と、蓄電池の充電電流或いは放電電流を計測する運転電流計測部と、蓄電池の劣化を判定する劣化判定部とを有し、劣化判定部は、計測した電流及び電圧情報から蓄電池のインピーダンスを算出するインピーダンス演算部と、劣化を判定するための閾値を記憶する閾値記憶部と、インピーダンス算出時のＳＯＣを推定して、所定のＳＯＣでの数値に補正するインピーダンス補正部と、補正したインピーダンス値を閾値と比較して蓄電池の劣化を判定する判定部とを有することを特徴とする。
この構成によれば、算出したインピーダンスを補正して劣化度を診断するため、劣化度検査のために蓄電池を負荷から分離する等の操作をすること無く劣化度を診断できる。
尚、ＳＯＣは、State of Chargeの略で、充電率または充電状態を表す指標である。

【0007】

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、蓄電池の初期のＳＯＣと蓄電池電圧の関係、及び初期のＳＯＣと蓄電池のインピーダンスの関係を記憶する補正データ記憶部を有し、インピーダンス補正部は、インピーダンス演算部が算出したインピーダンスを、補正データ記憶部の情報及び電圧計測部の計測値を基に、所定のＳＯＣにおけるインピーダンスに補正することを特徴とする。
この構成によれば、計測した電流及び電圧情報から算出したインピーダンスを所定のＳＯＣにおけるインピーダンスに補正して劣化判定するため、精度の高い劣化診断を実施できる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、算出したインピーダンス情報を補正して劣化度を判定するため、劣化度検査のために蓄電池を負荷から分離する等の操作をすること無く劣化度を診断できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係る蓄電池の劣化診断システムの一例を示す構成図である。

【図2】蓄電池の電圧とＳＯＣの関係を示す表図である。

【図3】ＳＯＣとＳＯＨ別インピーダンスの一例を示す表図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る蓄電池の劣化診断システムの一例を示す構成図であり、蓄電池の劣化診断システム１０は、蓄電池１に交流電流を供給する電流供給部２、蓄電池１に発生した電圧を計測する電圧計測部３、劣化を判定する劣化判定部４等を備えている。
劣化判定部４は、蓄電池１内部のインピーダンスを算出するインピーダンス演算部４１、劣化を判定するための閾値を記憶する閾値記憶部４２、算出したインピーダンスを所定のＳＯＣでの数値に補正するための補正データを記憶する補正データ記憶部４３、劣化判定部４を制御する判定部ＣＰＵ４４等を備えている。
判定部ＣＰＵ４４は、電流供給部２を制御して所定の電流値の交流電流を蓄電池１に供給すると共に、前記インピーダンス演算部４１が算出したインピーダンスを所定のＳＯＣでのインピーダンスに補正するインピーダンス補正部、補正した情報から劣化を判定する判定部としての機能を有している。

【0011】

尚、矢印Ｉ１は蓄電池１が負荷（図示せず）に供給する放電電流、或いは蓄電池１に供給される充電電流を示し、５は放電電流或いは充電電流を計測する運転電流計測部を示し、矢印ｉ１は電流供給部２が蓄電池１に供給する交流電流を示している。

【0012】

このように構成された蓄電池の劣化診断システムは、以下のように劣化診断を実施する。まず、判定対象の蓄電池１の初期のＳＯＣと蓄電池電圧の関係、更にＳＯＣとインピーダンスの関係が計測されて補正データ記憶部４３に記憶される。
例えば、ＳＯＣ０％（初期）、１０％、２０％・・・１００％の１１点の個々の蓄電池電圧と、それぞれの充電状態での蓄電池１のインピーダンスが補正データ記憶部４３に記憶される。
また閾値としては、例えばＳＯＨ７４％のインピーダンスが閾値記憶部４２に記憶される。尚、ＳＯＨ（State of Health）は、初期の満充電容量を１００％とした際の、劣化時の満充電容量の割合である。

【0013】

このようなデータが蓄積されて診断は実施される。診断は、まず判定部ＣＰＵ４４の制御により、電流供給部２から交流電流が蓄電池１に対して出力される。尚、この電流は蓄電池１が負荷に接続されて運転されている状態で実施される。即ち、蓄電池１が充電或いは放電を行っている状態で実施される。例えば、１ｋＨｚ、５０ｍＡの電流が電流供給部２から供給される。

【0014】

電流供給部２から供給された交流電流ｉ１に対する計測部３の計測電圧Ｖの交流分の電圧Ｖｉが判定部ＣＰＵ４４により抽出され、この電圧Ｖｉと交流電流Ｉｉとから、蓄電池のインピーダンスＺが次式１より算出される。
Ｚ＝Ｖｉ／ｉ１ ・・・（式１）

【0015】

こうして算出されたインピーダンスＺ（Ｚ０）は、以下ように補正される。まず、補正にあたって、入手される数値は、
（ａ）算出されたインピーダンスＺ（蓄電池の電池電圧と計測電流から求めた値）、例えば２．７７ｍΩ
（ｂ）計測電圧（蓄電池の電池電圧）、例えば３．９２Ｖ
（ｃ）蓄電池の電圧とＳＯＣ
これは、例えば図２のデータ及び、図３に示すようなＳＯＣとＳＯＨの関係データであり、図３の計測時の蓄電池のＳＯＨは、図２「蓄電池の電圧とＳＯＣの一例」をつかって、求められる。
例えば、計測電圧が３．９２Ｖの場合、図２より蓄電池のＳＯＣが８０％であることがわかる。

【0016】

このＳＯＣを用いて、計測したインピーダンス値を劣化判断可能な数値に変更する。ここでは、図３から、計測対象の蓄電池がＳＯＣ５０％の時のインピーダンスの値を求める。
ＳＯＣ５０％のインピーダンスは計測値ＺＯに比例するため、補正係数をｋとすると、ＳＯＣ５０％の時のインピーダンスＺｓは次式で求めることができる。
Ｚｓ＝ｋ×Ｚ０ ・・・（式２）

【0017】

そして、補正係数ｋは、ＳＯＣ５０％で、ＳＯＨ１００％のインピーダンスをＡ、計測電圧を得たときのＳＯＣにおけるＳＯＨ１００％のインピーダンスをＢとすると、
ｋ＝Ａ／Ｂ ・・・（式３）
で算出できる。例えば、計測電圧を得た時のＳＯＣが８０％であれば、図３よりＳＯＣ８０％でＳＯＨ１００％のインピーダンスが２．５２ｍΩである。
一方、ＳＯＣ５０％でＳＯＨ１００％のインピーダンスは４．４７ｍΩであるから、
Ｚ０＝２．７７ｍΩ
Ａ＝４．４７ｍΩ
Ｂ＝２．２５ｍΩ
となり、ｋ＝４．４７／２．２５＝１．９９となる。よって、
Ｚｓ＝２．７７×１．９９＝５．５ｍΩ
となる。

【0018】

こうして補正されたインピーダンスＺｓを、閾値として設定したＳＯＨ７４％のデータ５．８０ｍΩ（図３のＳＯＣ５０％のデータ）と比較すると、補正されたインピーダンスＺｓ＜閾値のインピーダンスとなため、結果「劣化していない」と判断される。

【0019】

このように、算出したインピーダンスＺ０を補正して劣化度を判定するため、劣化度診断のために蓄電池１を負荷から分離する等の操作をすること無く劣化度を診断できる。
また、計測した電流及び電圧情報から算出したインピーダンスＺ０を所定のＳＯＣにおけるインピーダンスに補正して劣化判定するため、精度の高い劣化診断を実施できる。

【0020】

尚、インピーダンスは実数抵抗と虚数抵抗が存在するため、実数抵抗値、虚数抵抗値の何れか一方のみの値を使用して判定しても良いし、双方を使用して少なくとも一方が設定された閾値を超えたら劣化したと判定しても良い。
また、ＳＯＣ５０％のインピーダンスに補正して判定しているが、判定の基準とするＳＯＣは任意であり、１００％であっても８０％であっても良い。

【符号の説明】

【0021】

１・・蓄電池、２・・電流供給部、３・・電圧計測部、４・・劣化判定部、５・・運転電流計測部、１０・・蓄電池劣化診断システム、４１・・インピーダンス演算部、４２・・閾値記憶部、４３・・補正データ記憶部、４４・・判定部ＣＰＵ（インピーダンス補正部、判定部）。

【図1】

【図2】

【図3】