专利名称：铅蓄电池的寿命推定方法以及电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铅蓄电池的寿命推定方法以及采用铅蓄电池的电源系统。
背景技术：
在抑制二氧化碳排放及石油资源的枯竭的趋势高涨的时代，人们期待仅以电力 (例如铅蓄电池等二次电池)为动力的小型车辆的开发。特别是铅蓄电池，由于耐用性强且具有适当的重量，因此被认为可用作例如运输 车辆的动力源。关于准确判断该铅蓄电池的使用极限从而合理地进行更换的方法，已探讨各种 方法。例如在日本专利公开公报特开平05-315015号(以下称作“专利文献1”)中，提出 了持续测量连续补充(trickle)或浮动(float)使用的铅蓄电池(被进行连续补充充电 (trickle charge)或浮动充电(float charge)的铅蓄电池)的表面温度，考虑该表面温度 而运算铅蓄电池的容量劣化率的方法。专利文献1中记载，在始终向铅蓄电池供给微弱充 电电流的不间断电源装置中，能够在考虑铅蓄电池的温度依存性的情况下准确运算容量劣 化率。如果利用该方法，能够准确判断在各种用途下使用的铅蓄电池的使用极限，则可认为 其效果较大。专利文献1所示的不间断电源装置用于防备不定期发生的停电，平时并不进行放 电。另一方面，上述运输车辆在平时就放电(行驶)。而且，在运输车辆中，铅蓄电池通过行 驶(放电)和充电的反复，呈现比较显著的SOCGtate of Charge/充电状态)变化。在这 样的用途下，单是测量铅蓄电池的表面温度，无法准确推定该铅蓄电池的寿命。另外考虑到 运输车辆的行驶距离(S0C的变化)并不一定，每次的充电电量也有所不同，因此，可知单是 根据充电次数(循环数)，也难以推定铅蓄电池的寿命。
发明内容
本发明为了解决上述问题，其目的在于提供一种在运输车辆的动力源等的循环使 用中采用铅蓄电池时，可准确推定该铅蓄电池的使用极限，准确判断铅蓄电池的合理更换 时期的方法以及可实现该方法的电源系统。本发明所涉及的铅蓄电池的寿命推定方法，通过推定铅蓄电池的推定残存寿命的 推定部执行以下步骤存储在判断所述铅蓄电池的寿命时作为基准的累计放电阈值A的存 储步骤；算出实际条件下所述铅蓄电池的放电电量的累计值的累计放电电量的累计放电电 量B的算出步骤，其中，所述累计放电电量B为与在标准条件下所述铅蓄电池反复放电而产 生的劣化程度相同时在所述实际条件下的累计放电电量B ；从所述累计放电阈值A减去所 述累计放电电量B求得差值电量A-B的减算步骤；利用所述差值电量推定所述铅蓄电池的 推定残存寿命的推定步骤。根据此结构，从用于催促铅蓄电池的使用停止的累计放电阈值A减去表示实际条 件下的铅蓄电池的放电电量的累计值的累计放电电量B (二氧化铅的体积变化的累积值)，根据所得到的值推定铅蓄电池的残存寿命，其中，所述累计放电电量B为与在标准条件下 所述铅蓄电池反复放电而产生的劣化程度相同时在实际条件下的累计放电电量B。因此，通过判断用于催促铅蓄电池的使用停止的累计放电阈值A与表示二氧化铅 的体积变化的累积值的累计放电电量B的差值，可知二氧化铅的体积变化的累积值有多接 近用于催促铅蓄电池的使用停止的累计放电阈值A。因此，铅蓄电池的残存寿命的推定精度 提高，从而可准确推定铅蓄电池的残存寿命。因此，例如在运输车辆的动力源等的循环使用 中采用铅蓄电池时，可准确判断该铅蓄电池的使用极限，准确推定铅蓄电池的合理的更换 时期。另外，易于推定运输车辆的可行驶距离。
图1是表示由电源系统进行的寿命推定处理的一例的流程图。图2是表示算出累计放电电量B的处理的一例的流程图。图3是表示残存寿命推定精度显示处理的一例的流程图。图4是表示铅蓄电池的循环寿命特性的一例的图。图5是表示铅蓄电池的充电电流与系数之间的相关关系的一例的图。图6是表示铅蓄电池的充电电流与温度差之间的相关关系的一例的图。图7是表示铅蓄电池的充电电流与系数之间的相关关系的一例的图。图8是表示将第5及第6实施例组合于第3及第4实施例时的累计放电电量B的 算出处理的一例的流程图。图9是表示铅蓄电池的放电电流与系数之间的相关关系的一例的图。图10是表示过充电电量与系数之间的相关关系的一例的图。图11是表示铅蓄电池的可充性的一例的图。图12是表示SOC与过充电系数之间的相关关系的一例的图。图13是表示差值C。-C8(l与系数之间的相关关系的一例的图。图14是表示组合第3至第12实施例时的累计放电电量B的算出处理的一例的流 程图。图15是表示基于过充电电量(差值C。-C8(l)与铅蓄电池的表面温度的综合系数 (totalcoefficient)的一例的图。图16是表示本发明的电源系统的一例的方框图。图17是表示本发明的电源系统的另一例的方框图。图18是表示推定部的功能�？榈囊焕姆娇蛲肌�
具体实施例方式以下，利用
用于实施本发明的方式。第1实施例是铅蓄电池的寿命推定方法，以利用用于催促铅蓄电池的使用停止的 累计放电阈值A与累计放电电量B的差值(A-B)，来推定铅蓄电池的残存寿命为特征。在此，累计放电电量B是表示与铅蓄电池在标准条件下反复放电而产生的劣化程 度相同时的实际条件下的铅蓄电池的放电电量的积算值的累计放电电量。在此，严密地讲， 累计放电电量也就是铅蓄电池在标准条件下反复放电的结果所得到的放电电量的累计值。但当在与标准条件有所不同的实际条件下进行放电时，所得到的放电电量的累计值是与标 准条件下的放电电量的累计值有所不同的。但是，在本实施例中，为便于说明，将实际条件下铅蓄电池反复放电直至劣化的放 电电量的累计值替换成被视为与所述劣化相同程度地劣化的标准条件下的放电电量的累 计值来作为累计放电电量B。本实施例中所使用的铅蓄电池被交替地反复充电及放电而使用。通常，在铅蓄电 池中采用二氧化铅0 )作为正极的活性物质。本发明者们发现，该二氧化铅的利用率 (实际参与电池反应的比率)的变化，与其说与充放电次数相关联，不如说与累计放电电量 更有关联。二氧化铅由于反复进行收缩(充电)与膨胀(放电)这一体积变化而细微化， 因此二氧化铅的电化学反应性发生变化。因此，根据本发明者们的看法可推测，二氧化铅的 细微化的进程与其说与单纯的充放电次数相关联倒不如说与二氧化铅的体积变化(二氧 化铅因膨胀引起的体积变化)的累积值(即累计放电电量)更有关联。因此，在本发明中， 通过从用于催促铅蓄电池的使用停止的累计放电阈值A，减去表示铅蓄电池在实际条件下 放电电量的累计值的累计放电电量B ( 二氧化铅的体积变化的累积值)，能更加精确地推定 铅蓄电池的残存寿命，其中，所述累计放电电量B为与在标准条件下所述铅蓄电池反复放 电而产生的劣化程度相同时在实际条件下的累计放电电量B。另外，也可推定运输车辆的可 行驶距离。以下，利用图1对上述的第1实施例所涉及的铅蓄电池的寿命推定方法进行说明。 第1实施例所涉及的铅蓄电池的寿命推定方法通过由图16及图17所示的电源系统Sl及 S2进行的寿命推定处理而实现。图1所示的寿命推定处理，每当铅蓄电池的放电循环刚结束之后的充电循环结束 时，由电源系统Sl及S2的推定部(微电脑4 ；以下称为推定部4)(参照图16及图17)来 执行。推定部4预先存储累计放电阈值A(步骤Sl ；存储步骤)，并算出累计放电电量B (步 骤S2 ；算出步骤)。并且，推定部4从累计放电阈值A减去累计放电电量B，得到差值电量 A-B (步骤S3 ；减算步骤)。接着，推定部4求出在步骤S3求出的差值电量A-B对累计放电阈值A的比率 {(A-B) /A}(步骤S4 ；比率取得步骤)。接着，推定部4根据求出的比率{(A-B) /A}，推定铅 蓄电池的推定残存寿命(步骤SQ。此处，包括步骤S4及S5的连续的处理表示推定步骤。关于通过这样的处理求出的比率{(A-B) /A}，如果累计放电电量B接近0，则接近 于1。另一方面，如累计放电电量B接近A，则比率{(A-B)/A}接近于0。因此，比率KA-B)/ A}越接近1，则累计放电电量B越远离累计放电阈值A，从而推定部4可推定为铅蓄电池的 推定残存寿命较长。另一方面，比率KA-B)/A}越接近0，则累计放电电量B越接近累计放 电阈值A，从而推定部4可推定为铅蓄电池的推定残存寿命较短。而且，推定部4在接下来 铅蓄电池放电时(在步骤S20为“是”)，进行算出步骤S2的步骤S21所示的处理，同样地 求出比率{(A-B)/A}，推定该时刻的残存寿命。另外，如果使推定部4可参照将比率KA-B)/A}与作为铅蓄电池的寿命的期间相 对应的表格，则推定部4可推定作为铅蓄电池的寿命的期间。例如，求出比率{(A-B)/A}后， 推定部4参照表格，得到与该比率相对应的期间后，就能推定残存寿命的具体期间。另外，也可采用推定部4通过对比率{(A-B)/A}乘以或加上预先设定的指定系数，来推定作为铅蓄电池的寿命的期间的结构。第2实施例以在第1实施例中，每次放电循环得到的放电电量乘以系数，通过累计 该值来算出累计放电电量B为特征。S卩，第2实施例在上述的步骤S2所示的算出步骤，按 铅蓄电池的每个放电循环求出表示被放出的电量的放电电量乘以系数的值，通过依次累计 放电电量乘以系数的值，从而算出累计放电电量B。铅蓄电池的寿命以上述的二氧化铅的体积变化的累积为主要原因，但也受影响电 化学反应性的其他因素(具体后述)的影响。另外这些因素的影响在各放电循环下各不相 同，难以作为一义的数值进行控制。因此，如下述公式(1)所示，通过将按各放电循环得到 的放电电量乘以根据实际的放电条件设定的系数，并累计该值，来算出表示作为实际条件 下的铅蓄电池的放电电量的累计值的累计放电电量、即累计放电电量B，亦即为与在标准条 件下所述铅蓄电池反复放电而产生的劣化程度相同时在实际条件下的累计放电电量。据此，得到将影响二氧化铅的电反应性的因素的影响考虑进去的累计放电电量B， 推定出包含影响二氧化铅的电反应性的因素的铅蓄电池的实际条件下的残存寿命。因此， 能够基于铅蓄电池的实际使用条件，更加精确地判断铅蓄电池的使用极限。此外，所谓标准条件是指铅蓄电池的表面温度、充电电流、放电电流为预先设定的 值的条件。另外，所谓实际条件是指铅蓄电池的表面温度、充电电流、放电电流为实际测量 值的条件。B = X1B^X2B2+......+xnBn ......(1)其中，1、2、……η是按所述铅蓄电池的各放电循环所赋予的编号，B1至Bn是各放 电循环中的放电电量，X1至^是各放电循环中的放电电量所乘的系数。另外，上述公式(1)也可表示为以下的[数1]。[数1]
权利要求
1.一种铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于，通过推定铅蓄电池的推定残存寿命的 推定部执行以下步骤存储步骤，存储在标准条件下判断所述铅蓄电池的寿命时作为基准的累计放电阈值A， 所述标准条件是指所述铅蓄电池的表面温度、充电电流以及放电电流为预先设定值时的条 件；算出步骤，将实际测量到的所述铅蓄电池的表面温度、充电电流以及放电电流作为实 际条件，算出实际条件下所述铅蓄电池的累计放电电量B，其中，所述累计放电电量B为与 在标准条件下所述铅蓄电池反复放电而产生的劣化程度相同时在实际条件下的累计放电 电量B ；减算步骤，从所述累计放电阈值A减去所述累计放电电量B求得差值电量A-B ；推定步骤，利用所述差值电量推定所述铅蓄电池的推定残存寿命。
2.根据权利要求1所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于所述推定步骤，包含求出所述差值电量A-B对所述累计放电阈值A的比率，S卩(A-B)/A 的比率取得步骤，所述推定部，根据在所述比率取得步骤求出的所述比率(A-B)/A,推定所述铅蓄电池的 推定残存寿命。
3.根据权利要求1或2所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于所述算出步骤，求出针对所述铅蓄电池放电的每个循环将表示从铅蓄电池放出的电量 的放电电量和反映所述实际条件而求得的系数相乘的值，通过按每个所述循环依次累计将 所述放电电量和所述系数相乘的值，算出如下述公式1所述的累计放电电量B，B = X1B^X2B2+……+XnBn ……(1)其中，1、2、……η是按所述铅蓄电池的每个放电循环所赋予的编号，B1至Bn是各放电 循环中的放电电量，X1至^是各放电循环中的放电电量所乘的系数。
4.根据权利要求3所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于，所述算出步骤还包 括以下步骤当未设定所述系数时，求出将所述系数设为1乘以所述放电电量的值的步骤；依次对将所述系数设为1乘以所述放电电量而求得的值进行累计计算，并将所得到的 累计值作为系数设定错误时累计放电电量Berror而存储的步骤；依次对将所述系数设为1乘以所述放电电量而求得的值进行累计计算，并将所得到的 累计值进行累计作为所述累计放电电量B而存储的步骤；求出所述系数设定错误时累计放电电量Berror对所述累计放电电量B的比率的步骤；显示所求出的所述比率Berror/B的步骤。
5.根据权利要求3所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于所述系数是与所述铅蓄电池放电时的所述铅蓄电池的温度相对应而被设定的。
6.根据权利要求5所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于所述系数被设定成随所述铅蓄电池的温度增高而增大。
7.根据权利要求3所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于所述系数是与所述铅蓄电池的放电循环刚结束之后的充电循环的充电电流相对应而被设定的。
8.根据权利要求7所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于 所述系数被设定成随所述充电电流的增大而增大。
9.根据权利要求3所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于 所述系数是与所述铅蓄电池放电时的放电电流相对应而被设定的。
10.根据权利要求9所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于 所述系数被设定成随所述放电电流的增大而增大。
11.根据权利要求3所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于所述系数是与所述铅蓄电池的放电循环刚结束之后的充电循环的过充电电量相对应 而被设定的，其中，所述过充电电量是充电电量与以该充电电量刚进行充电之后的放电循环的放电电量之差。
12.根据权利要求11所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于 所述系数被设定成随所述过充电电量的增大而增大。
13.根据权利要求3所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于当设所述铅蓄电池的放电循环刚结束之后的充电循环的充电电量为C。、所述铅蓄电池 的表面温度为25度、所述放电电流为3时间率的条件下所述铅蓄电池放电时的所述铅蓄 电池的电压达到预先设定的放电终止电压为止的期间内产生的放电电量的80%的值为C8tl 时，所述系数是与所述充电电量和所述理论电量的差值C。-C8(l相对应而被设定的。
14.根据权利要求13所述的铅蓄电池的寿命推定方法，其特征在于 所述系数被设定成随所述差值C。-C8(l的增大而增大。
15.一种电源系统，其特征在于包括 作为电源的铅蓄电池；用于对所述铅蓄电池进行充电的充电装置；以及 推定所述铅蓄电池的推定残存寿命的推定部，其中，所述推定部， 存储在所述铅蓄电池的表面温度、充电电流以及放电电流为预先设定的值的标准条件 下判断所述铅蓄电池的寿命时作为基准的累计放电阈值A ；将实际测量到的所述铅蓄电池的表面温度、充电电流以及放电电流作为实际条件，算 出实际条件下所述铅蓄电池的累计放电电量B，其中，所述累计放电电量B为与在标准条件 下所述铅蓄电池反复放电而产生的劣化程度相同时在实际条件下的累计放电电量B ；利用所述累计放电阈值A与所述累计放电电量B的差值，推定所述铅蓄电池的推定残 存寿命。
16.根据权利要求15所述的电源系统，其特征在于，所述推定部包括 存储所述累计放电阀值A的存储部；算出所述累计放电电量B的算出部；从所述存储部中存储的所述累计放电阈值A减去通过所述算出部算出的所述累计放 电电量B而得到差值电量A-B的减算部；以及求出所述减算部所得到的所述差值电量A-B对所述累计放电阈值A的比率，S卩(A-B)/ A的比率取得部，所述推定部，根据所述比率(A-B)/A来推定所述铅蓄电池的推定残存寿命。
17.根据权利要求15或16所述的电源系统，其特征在于所述算出部，求出针对所述铅蓄电池放电的每个循环将表示从铅蓄电池放出的电量的 放电电量和反映所述实际条件而求得的系数相乘的值，通过按每个所述循环依次累计将所 述放电电量和所述系数相乘的值，算出如下述公式1所述的累计放电电量B， B = X1B^X2B2+……+XnBn ……(1)其中，1、2、……η是按所述铅蓄电池的每个放电循环所赋予的编号，B1至Bn是各放电 循环的放电电量，X1至^是各放电循环中的放电电量所乘的系数。
18.根据权利要求17所述的电源系统，其特征在于，所述推定部包括 存储部；当未设定所述系数时，求出将所述系数设为1乘以所述放电电量的值的第1处理部； 依次对将所述系数设为1乘以所述放电电量而求得的值进行累计计算，并将所得到的 累计值作为系数设定错误时累计放电电量Berror而存储于所述存储部中的第2处理部；依次对将所述系数设为1乘以所述放电电量而求得的值进行累计计算，并将所得到的 累计值作为所述累计放电电量B而存储于所述存储部中的第3处理部；求出所述系数设定错误时累计放电电量Berror对所述累计放电电量B的比率的第4 处理部；显示所求出的所述比率Berror/B的第5处理部。
19.根据权利要求17所述的电源系统，其特征在于还包括测量所述铅蓄电池的温度 的高低的温度测量部，所述推定部还包括与所述温度测量部的测量值相对应地设定所述系数的第1系数设定部。
20.根据权利要求19所述的电源系统，其特征在于所述第1系数设定部将所述系数设定成随所述温度测量部的测量值的增大而增大。
21.根据权利要求17所述的电源系统，其特征在于还包括测量所述铅蓄电池的放电 循环刚结束之后的充电循环的充电电流的大小的电流测量部，所述推定部还包括与所述电流测量部的测量值相对应地设定所述系数的第2系数设定部。
22.根据权利要求21所述的电源系统，其特征在于所述第2系数设定部将所述系数设定成随所述电流测量部的测量值的增大而增大。
23.根据权利要求17所述的电源系统，其特征在于还包括测量所述铅蓄电池放电时 的放电电流的大小的电流测量部，所述推定部还包括与所述电流测量部的测量值相对应地设定所述系数的第3系数设定部。
24.根据权利要求23所述的电源系统，其特征在于所述第3系数设定部将所述系数设定成随所述电流测量部的测量值的增大而增大。
25.根据权利要求17所述的电源系统，其特征在于，所述推定部还包括算出所述铅蓄电池的放电循环刚结束之后的充电循环的过充电电量的过充电电量算 出部；以及与所算出的所述过充电电量相对应地设定所述系数的第4系数设定部，其中， 所述过充电电量是充电电量与以该充电电量刚进行充电之后的放电循环的放电电量之差。
26.根据权利要求25所述的电源系统，其特征在于所述第4系数设定部将所述系数设定成随所述过充电电量的增大而增大。
27.根据权利要求17所述的电源系统，其特征在于所述推定部还包括第5系数设定 部，所述第5系数设定部当设所述铅蓄电池的放电循环刚结束之后的充电循环的充电电量 为C。、所述铅蓄电池的表面温度为25度、所述放电电流为3时间率的条件下所述铅蓄电池 放电时的所述铅蓄电池电压达到预先设定的放电终止电压为止的期间内产生的放电电量 的80%的值为C8tl时，与所述充电电量和所述理论电量的差值C。-C8(l相对应地设定所述系 数。
28.根据权利要求27所述的电源系统，其特征在于所述第5系数设定部将所述系数设定成随所述差值C。-C8(l的增大而增大。
全文摘要
本发明提供一种铅蓄电池的寿命推定方法，通过推定铅蓄电池的推定残存寿命的推定部执行以下步骤存储在判断所述铅蓄电池的寿命时作为基准的累计放电阈值A的存储步骤；算出表示实际条件下的所述铅蓄电池的放电电量的累计值的累计放电电量的累计放电电量B的算出步骤，其中，所述累计放电电量B为与在标准条件下所述铅蓄电池反复放电而产生的劣化程度相同时的、在所述实际条件下的累计放电电量B；从所述累计放电阈值A减去所述累计放电电量B求得差值电量A-B的减算步骤；利用所述差值电量推定所述铅蓄电池的推定残存寿命的推定步骤。
文档编号G01R31/36GK102057289SQ20098010257
公开日2011年5月11日 申请日期2009年7月1日 优先权日2008年7月2日
发明者吉原靖之, 室地晴美 申请人:松下电器产业株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
