(57)【要約】【課題】簡便にキャパシタ電源の劣化度を推定又は測定してキャパシタの異常を判別し、寿命を予測できるようにする。【解決手段】キャパシタの静電容量又は内部抵抗が当初の値に対して劣化する割合を劣化度とし所定の劣化度まで劣化するのに要する時間を劣化時間として、劣化度と劣化時間の平方根との比の劣化係数を参照データ記憶手段３に格納し、キャパシタの電圧と温度を測定し劣化係数を参照データ記憶手段３から取得して推定劣化度演算手段４により稼働中のキャパシタの推定劣化度を求め、キャパシタを定電流により充放電して充放電の直前と直後及び充放電中の電圧を測定して実劣化度演算手段５によりキャパシタの静電容量又は内部抵抗の実劣化度を求め、推定劣化度と実劣化度との差を求めて差が基準値を越える場合にはキャパシタの異常を異常判定手段７により判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電電源又は負荷の回生電力によりキャパシタに充電して、該充電したキャパシタから負荷の給電要求により放電し充放電の繰り返しにより使用されるキャパシタ電源の異常判別方法であって、
キャパシタの静電容量又は内部抵抗が当初の値に対して劣化する割合を劣化度とし所定の劣化度まで劣化するのに要する時間を劣化時間として、前記劣化度と劣化時間の平方根との比の劣化係数を稼働中のキャパシタの電圧と温度をパラメータとする参照データに持ち、
キャパシタの電圧と温度を測定して、前記測定した電圧と温度に応じた劣化係数を前記参照データから取得して稼働中のキャパシタの推定劣化度を求め、
キャパシタの充電又は放電による電流と電圧を測定して、前記測定した電流と電圧に基づき算出される蓄電量と電圧の変化幅からキャパシタの静電容量の実劣化度を求め、
前記推定劣化度と前記実劣化度との差を求めて前記差が基準値を越える場合にはキャパシタの異常を判定することを特徴とするキャパシタ電源の異常判別方法。
【請求項２】
充電電源又は負荷の回生電力によりキャパシタに充電して、該充電したキャパシタから負荷の給電要求により放電し充放電の繰り返しにより使用されるキャパシタ電源の異常判別方法であって、
キャパシタの静電容量又は内部抵抗が当初の値に対して劣化する割合を劣化度とし所定の劣化度まで劣化するのに要する時間を劣化時間として、前記劣化度と劣化時間の平方根との比の劣化係数を稼働中のキャパシタの電圧と温度をパラメータとする参照データに持ち、
キャパシタの電圧と温度を測定して、前記測定した電圧と温度に応じた劣化係数を前記参照データから取得して稼働中のキャパシタの推定劣化度を求め、
キャパシタを一定時間に定電流により充電又は放電して前記充電又は放電の直前と直後及び前記充電又は放電中の電圧と電流を測定して、前記測定した電圧と電流に基づきキャパシタの静電容量又は内部抵抗の実劣化度を求め、
前記推定劣化度と前記実劣化度との差を求めて前記差が基準値を越える場合にはキャパシタの異常を判定することを特徴とするキャパシタ電源の異常判別方法。
【請求項３】
充電電源又は負荷の回生電力によりキャパシタに充電して、該充電したキャパシタから負荷の給電要求により放電し充放電の繰り返しにより使用されるキャパシタ電源の異常判別装置であって、
キャパシタの静電容量又は内部抵抗が当初の値に対して劣化する割合を劣化度とし所定の劣化度まで劣化するのに要する時間を劣化時間として、前記劣化度と劣化時間の平方根との比の劣化係数を稼働中のキャパシタの電圧と温度をパラメータとする劣化推定用参照データとして格納する参照データ記憶手段と、
キャパシタの電圧と温度を測定して、前記測定した電圧と温度に応じた劣化係数を前記参照データ記憶手段から取得して稼働中のキャパシタの推定劣化度を求める推定劣化度演算手段と、
キャパシタを一定時間に定電流により充電又は放電して前記充電又は放電の直前と直後及び前記充電又は放電中の電圧を測定して、前記測定した電圧と電流に基づきキャパシタの静電容量又は内部抵抗の実劣化度を求める実劣化度演算手段と、、
前記推定劣化度と前記実劣化度との差を求めて前記差が基準値を越える場合にはキャパシタの異常を判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とするキャパシタ電源の異常判別装置。
【請求項４】
前記推定劣化度演算手段は、前記推定劣化度と劣化時間から当該劣化時間における平均劣化係数を求めて寿命とする所定の劣化度までの劣化時間による予測寿命を求めることを特徴とする請求項３記載のキャパシタ電源の異常判別装置。
【請求項５】
前記平均劣化係数は、前記推定劣化度を求めた時点から一定時間を特定した劣化時間で求めたものであることを特徴とする請求項４記載のキャパシタ電源の異常判別装置。
【請求項６】
前記推定劣化度演算手段は、前記劣化推定用参照データに設定されていない中間の電圧と温度に対する劣化係数を前後のデータに基づき補間演算して求めることを特徴とする請求項３記載のキャパシタ電源の異常判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電電源又は負荷の回生電力によりキャパシタに充電して、該充電したキャパシタから負荷の給電要求により放電し充放電の繰り返しにより使用されるキャパシタ電源の異常判別方法及び異常判別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電気二重層キャパシタからなるキャパシタ電源は、充電電源や負荷の回生電力により充電され負荷の給電要求により放電される。キャパシタは、充放電の繰り返し使用と共に静電容量Ｃ、内部抵抗ｒの特性劣化があり、静電容量Ｃ又は内部抵抗ｒの劣化度が所定の設計値に達したことをもって寿命とされる。このようなキャパシタの劣化、寿命によりキャパシタ電源から給電を受けるシステムが突然の異常停止に至る前に、キャパシタを交換する等の処置を行うには、通常の使用環境における劣化度を推定又は測定することによりキャパシタの異常を判別し、寿命を予測することが必要となる。
【０００３】
キャパシタ使用回路に対しては、周波数特性の入力、等価回路モデル形成、その評価関数の合成、評価関数を最小化する回路定数の決定を行う各ステップによりコンデンサの等価回路モデルを導出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、１次電池や２次電池、コンデンサなどの蓄電装置に対しては、充電／放電させながら電圧特性の測定、所定周波数領域に対する特性インピーダンススペクトルの測定をそれぞれ行って、非線形等価回路モデルの特定因子を数値化する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２５９４８２号公報
【特許文献２】特許第３１９０３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の技術では、キャパシタ電源のシミュレーションを行うことはできるが、通常の負荷回路に使用している状態のキャパシタ電源に対して、劣化度を推定又は測定してキャパシタの異常を判別し、寿命を予測したり、その推定や予測を行いながらキャパシタ電源の異常を判別することはできない。
【０００５】
二次電池は、充放電で電圧があまり変動しないのに対し、キャパシタ電源は、充放電に応じて電圧が上下に大きく変動するので、所望の電力量を確保するためにどれだけの静電容量のキャパシタ電源が必要かが分かりにくい。また、キャパシタ電源は、二次電池に比べて出力密度が高く、短時間に大電力を充放電する用途への適用が期待されているが、使用電圧や使用状態によって劣化の程度に差が生じる。ゆえに、標準的な設計にしたがって寿命が設定された場合には、使用電圧や使用状態によって寿命満了時でもまだ十分な性能を残してしまい、無駄が生じて設計が難しいという問題がある。つまり、設計にしたがって寿命満了を判定すると、使用可能な性能を残しているキャパシタ電源が無駄に廃棄処分されてしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するものであって、簡便にキャパシタ電源の劣化度を推定又は測定してキャパシタの異常を判別し、寿命を予測できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのために本発明は、充電電源又は負荷の回生電力によりキャパシタに充電して、該充電したキャパシタから負荷の給電要求により放電し充放電の繰り返しにより使用されるキャパシタ電源の異常判別方法であって、キャパシタの静電容量又は内部抵抗が当初の値に対して劣化する割合を劣化度とし所定の劣化度まで劣化するのに要する時間を劣化時間として、前記劣化度と劣化時間の平方根との比の劣化係数を稼働中のキャパシタの電圧と温度をパラメータとする参照データに持ち、キャパシタの電圧と温度を測定して、前記測定した電圧と温度に応じた劣化係数を前記参照データから取得して稼働中のキャパシタの推定劣化度を求め、キャパシタの充電又は放電による電流と電圧を測定して、前記測定した電流と電圧に基づき算出される蓄電量と電圧の変化幅からキャパシタの静電容量の実劣化度を求め、或いはキャパシタを一定時間に定電流により充電又は放電して前記充電又は放電の直前と直後及び前記充電又は放電中の電圧と電流を測定して、前記測定した電圧と電流に基づきキャパシタの静電容量又は内部抵抗の実劣化度を求め、前記推定劣化度と前記実劣化度との差を求めて前記差が基準値を越える場合にはキャパシタの異常を判定することを特徴とする。
【０００８】
また、充電電源又は負荷の回生電力によりキャパシタに充電して、該充電したキャパシタから負荷の給電要求により放電し充放電の繰り返しにより使用されるキャパシタ電源の異常判別装置であって、キャパシタの静電容量又は内部抵抗が当初の値に対して劣化する割合を劣化度とし所定の劣化度まで劣化するのに要する時間を劣化時間として、前記劣化度と劣化時間の平方根との比の劣化係数を稼働中のキャパシタの電圧と温度をパラメータとする劣化推定用参照データとして格納する参照データ記憶手段と、キャパシタの電圧と温度を測定して、前記測定した電圧と温度に応じた劣化係数を前記参照データ記憶手段から取得して稼働中のキャパシタの推定劣化度を求める推定劣化度演算手段と、キャパシタを一定時間に定電流により充電又は放電して前記充電又は放電の直前と直後及び前記充電又は放電中の電圧を測定して、前記測定した電圧と電流に基づきキャパシタの静電容量又は内部抵抗の実劣化度を求める実劣化度演算手段と、前記推定劣化度と前記実劣化度との差を求めて前記差が基準値を越える場合にはキャパシタの異常を判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、前記推定劣化度演算手段は、前記推定劣化度と劣化時間から当該劣化時間における平均劣化係数を求めて寿命とする所定の劣化度までの劣化時間による予測寿命を求めることを特徴とし、前記平均劣化係数は、前記推定劣化度を求めた時点から一定時間を特定した劣化時間で求めたものであることを特徴とし、前記推定劣化度演算手段は、前記劣化推定用参照データに設定されていない中間の電圧と温度に対する劣化係数を前後のデータに基づき補間演算して求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、稼働中の電圧、温度を測定しその測定データからキャパシタの推定劣化度を求めると共に、劣化検査による充放電量の測定データから直接静電容量又は内部抵抗の実劣化度を求めて、それらの推定劣化度と実劣化度とを比較して異常の判定を行うので、実劣化度が際立って悪化している場合や想定外の何らかの要因で劣化が加速している場合に簡便にその異常を判別することができる。さらに、推定劣化度に基づく予測寿命を求めるので、稼働中の電圧、温度に応じた劣化度の推定、寿命の予測ができ、キャパシタ電源の信頼性を高め、利用効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るキャパシタ電源の異常判別装置の実施の形態を説明する図、図２は本実施形態に係るキャパシタ電源の異常判別装置を備えたキャパシタ電源システム構成例を示す図である。図１において、１は劣化推定用測定データ、２は劣化検査用測定データ、３は劣化推定用参照データ、４は推定劣化度演算処理部、５は劣化度演算処理部、６は寿命予測処理部、７は異常判定処理部、８は予測寿命出力部、９は異常判別出力部、１０は異常判別装置、１１は充電・放電コンバータ、１２は電流センサー、１３は電圧計、１４は温度計、１５はキャパシタバンクを示す。
【００１２】
図１に示す本実施形態に係るキャパシタ電源の異常判別装置では、稼働中の電圧Ｖ、温度Ｔを測定したデータに基づき充放電の繰り返し使用により時々刻々劣化するキャパシタ電源の劣化度（劣化率）ＤE を推定する。他方、一定条件下での劣化検査モードにより静電容量Ｃ、内部抵抗ｒを測定しそのデータに基づきキャパシタ電源の実劣化度ＤR をより求める。そして、推定した劣化度ＤE と実劣化度ＤR とを比較して判定することによりキャパシタ電源の異常判別を行う。また、推定した劣化度ＤE から寿命とする所定の劣化度までの寿命予測を行う。
【００１３】
図１において、劣化推定用測定データ１は、キャパシタの劣化の進む程度が稼働中の電圧Ｖや温度Ｔに依存することに鑑み、稼働中の電圧Ｖや温度Ｔを測定してその測定データを劣化推定用として格納する記憶部である。劣化検査用測定データ２は、実劣化度を静電容量Ｃ、内部抵抗ｒにより検査するためのデータとして、キャパシタ電源の充放電に伴う電圧Ｖ、電流Ｉを測定してその測定データを劣化検査用として格納する記憶部である。劣化推定用参照データ３は、電圧Ｖや温度Ｔをパラメータとして劣化係数αを求めるためのデータを格納する記憶部である。
【００１４】
劣化度Ｄは、キャパシタの使用によりその静電容量Ｃが当初の値（１００％）から経時的にどれだけ劣化するかを示す割合である。その劣化度Ｄまで劣化するのに要する劣化時間ｔとすると、劣化度Ｄは、劣化時間ｔの平方根に比例する。劣化度Ｄと劣化時間ｔの平方根との比は、温度や電圧に依存する一定の値を示し、これを劣化係数αとして、
〔数１〕
α＝Ｄ／√ｔ
により表す。したがって、劣化係数αが大きくなると、同じ劣化時間ｔでの劣化度Ｄは大きくなり、キャパシタの寿命は短くなる。
【００１５】
キャパシタにおける化学反応の速度は、温度Ｔa 、Ｔr （＞Ｔa ）によって大きく変化し、同じ劣化度Ｄまで劣化するのに要する劣化時間ｔは、温度差に比例して温度が低くなるほど長くなる。また、同じ劣化度Ｄまで劣化するのに要する劣化時間ｔは、電圧Ｖに関しても、電圧が低くなるほど長くなる。つまり、温度や電圧が低くなれば劣化時間ｔが長くなり寿命が延びる。
【００１６】
推定劣化度演算処理部４は、稼働中に測定され劣化推定用測定データ１に格納されたキャパシタの電圧Ｖ、温度Ｔと稼働時間ｔから劣化度ＤE を推定する。ここでは、劣化推定用参照データ３から電圧Ｖ、温度Ｔに対応した劣化係数αを取得して、〔数１〕の関係式から展開される稼働時間ｔの平方根との乗算式によりその時間当たりの劣化度を求めて積算し、それまでの劣化度ＤE を推定する。劣化度演算処理部５は、劣化検査モードにより測定され劣化検査用測定データ２に格納された電圧Ｖ、電流Ｉに基づき充放電量とその充放電に伴う電圧の変動量から現実の静電容量Ｃ、内部抵抗ｒを求めることにより当初の値からの実劣化度ＤR を求める。
【００１７】
寿命予測処理部６は、推定劣化度演算処理部４により推定された劣化度ＤE から所定の劣化度ＤL 、例えば２０％の劣化度まで劣化し、つまり劣化当初の値から８０％の値まで劣化するのに要する劣化時間ｔL を寿命として予測する。この寿命の予測は、推定劣化度ＤE と対応する劣化時間ｔから平均劣化係数αを求め、その平均劣化係数αを使って所定の劣化度ＤL まで劣化するのに要する劣化時間ｔL を寿命とする。或いは後述するようにその時点から遡って一定の劣化時間とその間の劣化度から平均劣化係数を求め、つまり、推定劣化度を求めた時点から一定時間を特定した劣化時間で平均劣化係数を求めて、その平均劣化係数を使って所定の劣化度まで劣化するのに要する劣化時間を寿命とする。この予測寿命を出力するのが予測寿命出力部８である。
【００１８】
異常判定処理部７は、推定劣化度演算処理部４により推定された劣化度ＤE に対応して劣化度演算処理部５により求められた実劣化度ＤR が異常値を示しているか否かを判定する。本来、推定劣化度ＤE は、キャパシタの電圧Ｖ、温度Ｔをパラメータにして設定された劣化係数αを用い、キャパシタの稼働中に逐次劣化度を推定して積算されたものである。これに対し、劣化度演算処理部５により求められた実劣化度ＤR が大きく外れる場合には、キャパシタが設計された期待値を示していない、つまり異常状態になっているキャパシタとして判別する。したがって、この判定では、例えば推定劣化度ＤE と実劣化度ＤR との差が一定値より大きくなった場合に異常とする。この異常判定の結果を例えば警報として出力するのが異常判別出力部９である。
【００１９】
本実施形態に係るキャパシタ電源の異常判別装置を備えたキャパシタ電源システムは、例えば図２に示すように構成される。図２において、キャパシタバンク１５は、温度Ｔを検出する温度計１４を内蔵し、充電・放電コンバータ１１を通して充電電源や負荷の回生電力によって充電し、負荷の給電要求に応じて放電する。電流センサー１２は、そのキャパシタバンク１５の充電・放電電流Ｉを検出するものであり、電圧計１３は、キャパシタバンク１５の電圧Ｖを検出するものである。異常判別装置１０は、充電・放電コンバータ１１を制御信号Ｓg により監視制御して、電流センサー１２、電圧計１３、温度計１４からそれぞれの測定データを取り込んで記憶部に格納して、上記のように推定劣化度ＤE 、実劣化度ＤR 、予測寿命ｔL を求め、異常判定を行うものである。
【００２０】
異常判別装置１０は、図１に示す構成を有する本実施形態に係るキャパシタ電源の異常判別装置であり、充電・放電コンバータ１１の制御信号を取り込んでその動作を監視する。また、劣化検査モード時に制御信号Ｓg によりキャパシタバンク１５を一定時間に定電流充電又は放電（パルス充電又は放電）するため充電・放電コンバータ１１を制御する。さらに、稼働中は、例えば一定の時間間隔にしたがって定期的にキャパシタバンク１５の電圧Ｖ、充電・放電電流Ｉ、温度Ｔの測定データを取り込む。劣化検査モード時には、充電又は放電直前、直後の電圧Ｖ、充電又は放電を開始した後の所定時間経過時の電圧Ｖ、電流Ｉの測定データを取り込む。そして、測定データに基づき推定劣化度ＤE 、実劣化度ＤR 、予測寿命ｔL 、異常判定の演算処理を行い、結果を出力する。
【００２１】
さらに、本実施形態に係るキャパシタ電源の異常判別装置の各種データ、劣化係数、異常判定について具体的に説明する。図３は測定データ及び参照データの構成例を示す図、図４は定電流によるパルス放電の電圧、電流波形と実劣化度を求めるための測定データを説明する図、図５はキャパシタの劣化係数を説明する図、図６は劣化度によるキャパシタ電源の異常判定を説明する図である。
【００２２】
稼働条件に見合って劣化度ＤE を推定し、さらに寿命ｔL を予測するために必要な劣化推定用測定データ１は、例えば図３（ａ）に示すような時刻ｔE011、ｔE012、……とその時刻に測定した電圧ＶE011、ＶE012、……、温度ＴE011、ＴE012、……のデータが格納される。時刻は、一定の間隔であっても、一定の間隔でなくてもよい。
【００２３】
劣化検査モード時にキャパシタバンク１５を一定時間に定電流充電又は放電して実劣化度ＤR を求めるために必要な劣化検査用測定データ２は、例えば図３（ｂ）に示すような充電開始直前のある時刻ｔss01とその時刻に測定した電圧Ｖss01、充電開始時刻ds01、充電開始した後の所定時間経過時刻ｔds02とその時刻に測定した電圧Ｖds02、電流Ｉd0、充電終了時刻ｔde01、充電終了直後のある時刻ｔse01とその時刻に測定した電圧Ｖse01のデータが格納される。
【００２４】
そして、劣化推定用測定データ１から劣化度ＤE を推定するために参照する劣化推定用参照データ３は、例えば図３（ｃ）に示すような電圧Ｖと温度Ｔをパラメータとして与えられる劣化係数αのデータである。劣化係数αは、劣化度Ｄと劣化時間ｔの平方根との比であり、先に述べたように電圧Ｖが低くなるほど小さくなり、温度Ｔが低くなるほど小さくなる係数である。したがって、図３（ｃ）のテーブルの例では、α11が最も小さく、α45が最も大きく、図示右方、下方に向かって大きくなる傾向の係数となる。劣化係数αを図５に示すと、点線で示す急勾配の劣化係数αの方が緩勾配の劣化係数αより大きい値を示す。劣化推定用参照データ３は、図３（ｃ）に示すような電圧Ｖと温度ＴをパラメータとするルックアップテーブルＬＵＴとして、電圧Ｖ、温度Ｔの刻みを細かくすることにより、電圧Ｖと温度Ｔで近い劣化係数αを選択して読み出すように用いることができる。しかし、電圧Ｖ、温度Ｔの刻みが粗くした場合には、中間の電圧Ｖ、温度Ｔに対して、前後のデータから関数で補間演算して劣化係数αを求めるようにしてもよい。
【００２５】
劣化度ＤE の推定は、劣化係数αと時間ｔから、Ｄ＝α√ｔにより求まるので、これを各時間で積算することにより、その時点における劣化度ＤE が推定されることになる。したがって、各時間毎の劣化度を図６に示すように連結して積算することにより、その時々の推定値が得られる。図６において、実線で示す劣化度ＤE の推定値に対して測定値が点線で示す測定値Ｉの場合にはキャパシタバンク１５は正常と判定され、測定値IIの場合には、異常と判定される。なお、各時間毎の劣化度は、図３（ａ）に示す劣化推定用測定データ１の各時刻毎に求めてもよいが、ある一定の時間（ｔEi−ｔE011）の平均電圧、平均温度で劣化度の推定値を求めるようにしてもよい。
【００２６】
実劣化度ＤR は、例えば図４に示すような一定時間の定電流Ｉd による放電（パルス放電）の時間Δｔd （＝ｔde01−ｔds01）、パルス放電前後の電圧Ｖss01、Ｖse01、電圧の下降幅Δｖd （＝Ｖss01−Ｖse01）、放電開始時刻ｔds01、放電開始後の所定の時刻ｔds02とその時の電圧Ｖds02に基づき静電容量Ｃ、内部抵抗ｒを求めることができる。放電開始時や放電終了時は電流、電圧に図４に示すようななまりがあるが、放電開始後の所定の時刻ｔds02とその時の電圧Ｖds02を使うと、なまりに影響されずに簡便に精度よく内部抵抗ｒを求めることができる。実劣化度ＤR は、これら静電容量Ｃ、内部抵抗ｒの値が当初の値からどれだけ劣化したかを求めたものとなる。
【００２７】
例えば静電容量Ｃは、
〔数２〕
Ｃ＝Ｉd ×Δｔd ／Δｖd 
内部抵抗ｒは、
〔数３〕
ｒ＝［｛Ｖss01−Δｖd ×（ｔds02−ｔds01）／Δｔd ｝−Ｖds02］／Ｉd 
により求めることができる。これらの値から、当初の静電容量Ｃ0 に対する実劣化度ＤRCは、
〔数４〕
ＤRC＝１００×（Ｃ0 −Ｃ）／Ｃ0 
同様に、当初の内部抵抗ｒ0 に対する実劣化度ＤRrは、
〔数５〕
ＤRr＝１００×（ｒ0 −ｒ）／ｒ0 
となる。
【００２８】
予測寿命ｔL は、図６に示すように設計値の劣化度ＤL を２０％とすると、測定値Ｉが得られている１０００時間から設計値の劣化度ＤL まで劣化するのに要する劣化時間ｔL を求める。図６において、当初からの１０００時間を劣化時間としてその時の劣化度から劣化係数（平均劣化係数）を求める場合と、例えば１０００時間までの５００時間を劣化時間として５００時間と１０００時間との間の劣化度から劣化係数（特定期間の平均劣化係数）を求める場合があることは先に述べたとおりである。
【００２９】
次に、劣化推定用測定データを読み込んで劣化度ＤE の推定を行い、寿命ｔL の予測を行う寿命の予測処理及び劣化検査用測定データを読み込んで実劣化度ＤR を求め推定劣化度ＤE との比較により異常の判定を行う異常の判定処理の例を説明する。図７は寿命の予測処理の例を説明する図、図８は異常の判定処理の例を説明する図である。
【００３０】
劣化度の推定を行い、寿命の予測を行う寿命の予測処理は、例えば図７に示すように測定時刻ｔEiになるのを待って（ステップＳ１１）、電圧ＶEiの測定値を読み込み（ステップＳ１２）、続けて温度ＴEiの測定値を読み込む（ステップＳ１３）。そして、この読み込んだ電圧ＶEiと温度ＴEiに対応した劣化係数αEiを読み込み（ステップＳ１４）、前回の測定時刻ｔEi-1から今回の測定時刻ｔEiまでの単位時間Δｔにおける劣化度ΔＤEiを求めて（ステップＳ１５）、積算する（ステップＳ１６）。しかる後、積算した推定劣化度ＤE から予測寿命ｔL を求める（ステップＳ１７）。
【００３１】
実劣化度ＤR を求め推定劣化度ＤE との比較により異常の判定を行う異常の判定処理では、例えば図８に示すようにまず、電圧Ｖss01の測定値を読み込んで（ステップＳ２１）、しかる後、定電流放電を開始する（ステップＳ２２）。そして、所定時間経過する（ｔds02）のを待って（ステップＳ２３）、電圧Ｖds02の測定値及び定電流放電での電流Ｉd の測定値も読み込む（ステップＳ２４）。さらに、所定時間経過するのを待って（ステップＳ２５）、放電を停止し（ステップＳ２６）、その直後に放電停止状態における電圧Ｖse01の測定値を読み込む（ステップＳ２７）。以上の処理により得られた定電流放電の時間（Δｔd ）、電流Ｉd 、放電開始前後の電圧Ｖss01、Ｖse01、電圧の下降幅Δｖd 、放電開始時刻ｔds01、放電開始後の所定の時刻ｔds02とその時の電圧Ｖds02に基づき静電容量Ｃ、内部抵抗ｒを求めて（ステップＳ２８）、その劣化度ＤR を求める（ステップＳ２９）。この求めた実劣化度ＤR を推定劣化度ＤE と比較し（ステップＳ３０）、求めた実劣化度ＤR が異常であるか否かを判定して（ステップＳ３１）、異常と判定された場合には異常判定結果を出力する（ステップＳ３２）。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、測定により実劣化度ＤR を静電容量Ｃ、内部抵抗ｒから求めるように説明したが、静電容量Ｃ、内部抵抗ｒのいずれかを測定するだけで、実劣化度ＤR を求めるようにしてもよい。この場合、静電容量Ｃは、充放電量と電圧の変化幅から求めることができるので、定電流充電又は放電を一定時間行わなくても、充放電時の電圧の変化幅とその間の電圧と電流により充放電量を積算して測定できればよい。したがって、劣化検査モードは、何時でも実行できるが、一定時間の定電流充放電を行って内部抵抗ｒを求める場合には、稼働中ではなく、例えば待機中、定期的に劣化検査サイクルを設けて実行することが必要になる。また、上記実施の形態では、推定劣化度ＤE から予測寿命ｔL を求めて出力するものとして説明したが、推定劣化度ＤE と実劣化度ＤR との比較によりキャパシタの異常を判定してその結果を出力するだけのものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るキャパシタ電源の異常判別装置の実施の形態を説明する図。
【図２】本実施形態に係るキャパシタ電源の異常判別装置を備えたキャパシタ電源システム構成例を示す図。
【図３】測定データ及び参照データの構成例を示す図。
【図４】定電流によるパルス放電の電圧、電流波形と実劣化度を求めるための測定データを説明する図。
【図５】キャパシタの劣化係数を説明する図。
【図６】劣化度によるキャパシタ電源の異常判定を説明する図。
【図７】寿命の予測処理の例を説明する図。
【図８】異常の判定処理の例を説明する図。
【符号の説明】
【００３４】
１…劣化推定用測定データ、２…劣化検査用測定データ、３…劣化推定用参照データ、４…推定劣化度演算処理部、５…劣化度演算処理部、６…寿命予測処理部、７…異常判定処理部、８…予測寿命出力部、９…異常判別出力部、１０…異常判別装置、１１…充電・放電コンバータ、１２…電流センサー、１３…電圧計、１４…温度計、１５…キャパシタバンク
【図１】
2008268042.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年8月28日(2007.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電電源又は負荷の回生電力によりキャパシタに充電して、該充電したキャパシタから負荷の給電要求により放電し充放電の繰り返しにより使用されるキャパシタ電源の異常判別方法であって、
キャパシタの静電容量又は内部抵抗が当初の値に対して劣化する割合を劣化度とし所定の劣化度まで劣化するのに要する時間を劣化時間とし前記劣化度と劣化時間の平方根との比を劣化係数として、キャパシタの電圧と温度をパラメータとして与えた前記劣化係数を参照データに持ち、
稼働中のキャパシタの電圧と温度を測定して、前記測定した電圧と温度に応じた劣化係数を前記参照データから取得して稼働中のキャパシタの推定劣化度を各時間毎に求めて積算し、
キャパシタの充電又は放電による電流と電圧を測定して、前記測定した電流と電圧に基づき算出される蓄電量と電圧の変化幅からキャパシタの静電容量の実劣化度を求め、
前記積算した推定劣化度と前記実劣化度との差を求めて前記差が基準値を越える場合にはキャパシタの異常を判定することを特徴とするキャパシタ電源の異常判別方法。
【請求項２】
充電電源又は負荷の回生電力によりキャパシタに充電して、該充電したキャパシタから負荷の給電要求により放電し充放電の繰り返しにより使用されるキャパシタ電源の異常判別方法であって、
キャパシタの静電容量又は内部抵抗が当初の値に対して劣化する割合を劣化度とし所定の劣化度まで劣化するのに要する時間を劣化時間とし前記劣化度と劣化時間の平方根との比を劣化係数として、キャパシタの電圧と温度をパラメータとして与えた前記劣化係数を参照データに持ち、
稼働中のキャパシタの電圧と温度を測定して、前記測定した電圧と温度に応じた劣化係数を前記参照データから取得して稼働中のキャパシタの推定劣化度を各時間毎に求めて積算し、
キャパシタを一定時間に定電流により充電又は放電して前記充電又は放電の直前と直後及び前記充電又は放電中の電圧と電流を測定して、前記測定した電圧と電流に基づきキャパシタの静電容量又は内部抵抗の実劣化度を求め、
前記積算した推定劣化度と前記実劣化度との差を求めて前記差が基準値を越える場合にはキャパシタの異常を判定することを特徴とするキャパシタ電源の異常判別方法。
【請求項３】
充電電源又は負荷の回生電力によりキャパシタに充電して、該充電したキャパシタから負荷の給電要求により放電し充放電の繰り返しにより使用されるキャパシタ電源の異常判別装置であって、
キャパシタの静電容量又は内部抵抗が当初の値に対して劣化する割合を劣化度とし所定の劣化度まで劣化するのに要する時間を劣化時間とし前記劣化度と劣化時間の平方根との比を劣化係数として、キャパシタの電圧と温度をパラメータとして与えた前記劣化係数を劣化推定用参照データとして格納する参照データ記憶手段と、
稼働中のキャパシタの電圧と温度を測定して、前記測定した電圧と温度に応じた劣化係数を前記参照データ記憶手段から取得して稼働中のキャパシタの推定劣化度を各時間毎に求めて積算する推定劣化度演算手段と、
キャパシタを一定時間に定電流により充電又は放電して前記充電又は放電の直前と直後及び前記充電又は放電中の電圧を測定して、前記測定した電圧と電流に基づきキャパシタの静電容量又は内部抵抗の実劣化度を求める実劣化度演算手段と、、
前記積算した推定劣化度と前記実劣化度との差を求めて前記差が基準値を越える場合にはキャパシタの異常を判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とするキャパシタ電源の異常判別装置。
【請求項４】
前記推定劣化度演算手段は、前記推定劣化度と劣化時間から当該劣化時間における平均劣化係数を求めて寿命とする所定の劣化度までの劣化時間による予測寿命を求めることを特徴とする請求項３記載のキャパシタ電源の異常判別装置。
【請求項５】
前記平均劣化係数は、前記推定劣化度を求めた時点から一定時間を特定した劣化時間で求めたものであることを特徴とする請求項４記載のキャパシタ電源の異常判別装置。
【請求項６】
前記推定劣化度演算手段は、前記劣化推定用参照データに設定されていない中間の電圧と温度に対する劣化係数を前後のデータに基づき補間演算して求めることを特徴とする請求項３記載のキャパシタ電源の異常判別装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
そのために本発明は、充電電源又は負荷の回生電力によりキャパシタに充電して、該充電したキャパシタから負荷の給電要求により放電し充放電の繰り返しにより使用されるキャパシタ電源の異常判別方法であって、キャパシタの静電容量又は内部抵抗が当初の値に対して劣化する割合を劣化度とし所定の劣化度まで劣化するのに要する時間を劣化時間とし前記劣化度と劣化時間の平方根との比を劣化係数として、キャパシタの電圧と温度をパラメータとして与えた前記劣化係数を参照データに持ち、稼働中のキャパシタの電圧と温度を測定して、前記測定した電圧と温度に応じた劣化係数を前記参照データから取得して稼働中のキャパシタの推定劣化度を各時間毎に求めて積算し、キャパシタの充電又は放電による電流と電圧を測定して、前記測定した電流と電圧に基づき算出される蓄電量と電圧の変化幅からキャパシタの静電容量の実劣化度を求め、或いはキャパシタを一定時間に定電流により充電又は放電して前記充電又は放電の直前と直後及び前記充電又は放電中の電圧と電流を測定して、前記測定した電圧と電流に基づきキャパシタの静電容量又は内部抵抗の実劣化度を求め、前記積算した推定劣化度と前記実劣化度との差を求めて前記差が基準値を越える場合にはキャパシタの異常を判定することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、充電電源又は負荷の回生電力によりキャパシタに充電して、該充電したキャパシタから負荷の給電要求により放電し充放電の繰り返しにより使用されるキャパシタ電源の異常判別装置であって、キャパシタの静電容量又は内部抵抗が当初の値に対して劣化する割合を劣化度とし所定の劣化度まで劣化するのに要する時間を劣化時間とし前記劣化度と劣化時間の平方根との比を劣化係数として、キャパシタの電圧と温度をパラメータとして与えた前記劣化係数を劣化推定用参照データとして格納する参照データ記憶手段と、稼働中のキャパシタの電圧と温度を測定して、前記測定した電圧と温度に応じた劣化係数を前記参照データ記憶手段から取得して稼働中のキャパシタの推定劣化度を各時間毎に求めて積算する推定劣化度演算手段と、キャパシタを一定時間に定電流により充電又は放電して前記充電又は放電の直前と直後及び前記充電又は放電中の電圧を測定して、前記測定した電圧と電流に基づきキャパシタの静電容量又は内部抵抗の実劣化度を求める実劣化度演算手段と、前記積算した推定劣化度と前記実劣化度との差を求めて前記差が基準値を越える場合にはキャパシタの異常を判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする。