(57)【要約】【課題】ニッケル水素蓄電池の寿命を精度良く予測する方法を提供する。【解決手段】１個もしくは複数個を接続して用いるニッケル水素蓄電池の寿命予測法であって、蓄電池を満充電ないしは過充電状態となるまで充電した後、充電終了後一定時間の電圧低下と容量との間に成り立つ関係式を用いて、電圧低下から容量を推定し、推定された容量および以前に同一電池に対して同様の方法により推定された容量を用いて蓄電池の寿命を予測するニッケル水素蓄電池の寿命予測法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個もしくは複数個を接続して用いるニッケル水素蓄電池の寿命予測法であって、上記蓄電池を満充電ないしは過充電状態となるまで充電した後、充電終了後一定時間の電圧低下と容量との間に成り立つ関係式を用いて、電圧低下から容量を推定し、推定された容量および以前に同一電池に対して同様の方法により推定された容量を用いて蓄電池の寿命を予測することを特徴とするニッケル水素蓄電池の寿命予測法。
【請求項２】
請求項１において、充電終了後一定時間の電圧低下が前回測定した電圧低下より減少した場合または前回と比較した電圧低下の増加があらかじめ定められた閾値より小さい場合、もしくは電圧低下から推定される容量が前回の推定容量より大きい場合または前回と比較した電圧低下の減少があらかじめ定められた閾値より小さい場合、もしくは使用開始からあらかじめ定められた時間を経過していない場合、仕様で規定された寿命または仕様と使用温度によって定まる寿命と電池の使用時間との差を寿命とすることを特徴とするニッケル水素蓄電池の寿命予測法。
【請求項３】
請求項１において、あらかじめ定められた回数Ｎに対して、今回および過去Ｎ回の充電終了後一定時間の電圧低下から推定される上記蓄電池の容量（Ｑ）と使用時間（Ｔ）から直線回帰によって求められる直線
Ｑ＝ａＴ＋ｂ…（数１）
において、ａが正となった場合、またはａの絶対値があらかじめ定められた閾値よりも小さくなった場合、もしくは使用開始からあらかじめ定められた時間を経過していない場合、仕様で規定された寿命または仕様と使用温度によって定まる寿命と電池の使用時間との差を寿命とすることを特徴とするニッケル水素蓄電池の寿命予測法。
【請求項４】
請求項１において、蓄電池の使用開始からあらかじめ定められた時間を経過し、かつ充電終了後一定時間の電圧低下が前回測定した電圧低下と比較してあらかじめ定められた閾値以上に増加した場合、もしくは電圧低下から推定される容量が以前の推定容量と比較してあらかじめ定められた閾値以上に減少した場合、今回および以前の推定容量および蓄電池の使用時間から蓄電池の寿命を予測することを特徴とするニッケル水素蓄電池の寿命予測法。
【請求項５】
請求項４において、前回の容量推定時の電池使用時間をＴ１、推定容量をＱ１、現在までの電池使用時間をＴ２、現在の推定容量をＱ２、電池の寿命とする容量をＱ０とした場合、現在から容量がＱ０に低下するまでの推定寿命Ｌを
Ｌ＝（Ｑ２−Ｑ０）×（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｑ１−Ｑ２）…（数２）
を用いて近似することを特徴とするニッケル水素蓄電池の寿命予測法。
【請求項６】
請求項１において、蓄電池の使用開始からあらかじめ定められた時間を経過し、かつあらかじめ定められた回数Ｎに対して、今回および過去Ｎ回の充電終了後一定時間の電圧低下から推定される蓄電池の容量Ｑと使用時問Ｔから直線回帰によって求められる直線
Ｑ＝ａＴ＋ｂ…（数１）
において、ａが負、かつａの絶対値があらかじめ定められた値よりも大きくなった場合、今回および過去Ｎ回の推定容量および蓄電池の使用時間から蓄電池の寿命を予測することを特徴とするニッケル水素蓄電池の寿命予測法。
【請求項７】
請求項６において、現在までの電池使用時間をＴ２、電池の寿命とする容量をＱ０とした場合、現在から容量がＱ０に低下するまでの推定寿命Ｌを
Ｌ＝（Ｑ０−ｂ）／ａ−Ｔ２…（数３）
を用いて予測することを特徴とするニッケル水素蓄電池の寿命予測法。
【請求項８】
請求項６において、現在までの電池使用時間をＴ２、電池の寿命とする容量をＱ０とした場合、今回および過去Ｎ回の充電終了後一定時間の電圧低下から推定される蓄電池の容量Ｑと使用時間Ｔから放物線回帰によって求められる曲線
Ｑ＝Ｐ＋ａ×（ｂ−Ｔ）１／２…（数４）
〔式中Ｐはあらかじめ定められた定数、ａ、ｂは曲線回帰によって定まる定数〕
を用いて、現在から容量がＱ０に低下するまでの推定寿命Ｌを
Ｌ＝ｂ−〔（Ｑ０−Ｐ）２／ａ２〕−Ｔ２…（数５）
によって予測することを特徴とするニッケル水素蓄電池の寿命予測法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はニッケル水素蓄電池の寿命予測法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は使用するに連れて劣化し、容量が滅少する。容量が基準値以下に減少したら、その電池は交換しなければならない。例えば、通信用電源バックアップ用の鉛蓄電池では初期容量の７０％、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池では初期容量の６０％が交換の目安とされている。しかし、電池の劣化速度は温度や使用形態によって大きく変化し、しかも容量の減少速度が一定でなく、使用するに連れて減少速度が変化する場合もある。そのため、電池があと何年使えるかという寿命予測は極めてむずかしい。  
鉛蓄電池については、内部インピーダンスを用いた容量推定法が実用化され、推定容量の時間変化を外挿して寿命を予測する方法が可能である（非特許文献１参照）。しかし実際には一定時間使用したら交換している場合が多い。鉛蓄電池の場合容量推定が可能である理由は、内部インピーダンスと容量との関係が既知であること、容量の時間変化が単調減少であることの二つである。ニッケル水素蓄電池の場合、容量を実測せずに推定することは可能であるが、ニッケル水素蓄電池の場合は、容量の時間変化は特にバックアップ使用の場合に単調減少にならない例が多く、鉛蓄電池と同じ寿命予測法をニッケル水素蓄電池に適用することは不可能である。したがって精度の高いニッケル水素蓄電池の寿命予測法はこれまでなかった。
【０００３】
【非特許文献１】Ｋ．タカハシ、Ｙ．ワタカベ(K.Takahashi and Y.Watakabe)：インテレック‘０３、第２５回インターナショナルテレコミュニケーションズエナジーコンファレンス（INTELEC'03,The 25ｔｈ International Te1ecommunications Energy Conference)、第664頁(2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、上述した従来技術における問題点を解消するものであって、ニッケル水素蓄電池の寿命を精度良く予測する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
請求項１に記載のように、１個もしくは複数個を接続して用いるニッケル水素蓄電池の寿命予測法であって、上記蓄電池を満充電ないしは過充電状態となるまで充電した後、充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖと容量との間に成り立つ関係式を用いて△Ｖから容量を推定し、推定された容量および以前に同一電池に対して同様の方法により推定された容量を用いて蓄電池の寿命を予測するニッケル水素蓄電池の寿命予測法とするものである。
【０００６】
また、請求項２に記載のように、請求項１において、充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖが前回測定した△Ｖより減少した場合または前回と比較した△Ｖの増加があらかじめ定めた閾値より小さい場合、もしくは△Ｖから推定される容量Ｑが前回の推定容量Ｑより大きい場合または前回と比較したＱの減少があらかじめ定められた閾値より小さい場合、もしくは使用開始からあらかじめ定められた時間を経過していない場合、仕様で規定された寿命または仕様と使用温度によって定まる寿命と電池の使用時間との差を寿命とするニッケル水素蓄電池の寿命予測法とするものである。
【０００７】
また、請求項３に記載のように、請求項１において、あらかじめ定めた回数Ｎに対して、今回および過去Ｎ回の充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖから推定される蓄電池の容量Ｑと使用時間Ｔから直線回帰によって求められる直線
Ｑ＝ａＴ＋ｂ…（数１）
においてａが正となった場合、またはａの絶対値があらかじめ定めた閾値よりも小さくなった場合、もしくは使用開始からあらかじめ定められた時間を経過していない場合、仕様で規定された寿命または仕様と使用温度によって定まる寿命と電池の使用時間との差を寿命とするニッケル水素蓄電池の寿命予測法とするものである。
【０００８】
また、請求項４に記載のように、請求項１において、蓄電池の使用開始からあらかじめ定められた時間を経過し、かつ充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖが前回測定した△Ｖと比較してあらかじめ定められた閾値以上に増加した場合、もしくは△Ｖから推定される容量Ｑが以前の推定容量Ｑと比較してあらかじめ定められた閾値以上に減少した場合、今回および以前の推定容量および蓄電池の使用時間から蓄電池の寿命を予測するニッケル水素蓄電池の寿命予測法とするものである。
【０００９】
また、請求項５に記載のように、請求項４において、前回の容量推定時の電池使用時間をＴ１、推定容量をＱ１、現在までの電池使用時間をＴ２、現在の推定容量をＱ２、電池の寿命とする容量をＱ０とした場合、現在から容量がＱ０に低下するまでの推定寿命Ｌを
Ｌ＝（Ｑ２−Ｑ０）×（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｑ１−Ｑ２）…（数２）
を用いて近似するニッケル水素蓄電池の寿命予測法とするものである。
【００１０】
また、請求項６に記載のように、請求項１において、蓄電池の使用開始からあらかじめ定められた時間を経過し、かつあらかじめ定められた回数Ｎに対して、今回および過去Ｎ回の充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖから推定される蓄電池の容量Ｑと使用時間Ｔから直線回帰によって求められ直線
Ｑ＝ａＴ＋ｂ…（数１）
においてａが負、かつａの絶対値があらかじめ定められた値よりも大きくなった場合、今回および過去Ｎ回の推定容量および蓄電池の使用時間から蓄電池の寿命を予測するニッケル水素蓄電池の寿命予測法とするものである。
【００１１】
また、請求項７に記載のように、請求項６において、現在までの電池使用時間をＴ２、電池の寿命とする容量をＱ０とした場合、現在から容量がＱ０に低下するまでの推定寿命Ｌを
Ｌ＝（Ｑ０−ｂ）／ａ−Ｔ２…（数３）
を用いて予測するニッケル水素蓄電池の寿命予測法とするものである。
【００１２】
また、請求項８に記載のように、請求項６において、現在までの電池使用時間をＴ２、電池の寿命とする容量をＱ０とした場合、今回および過去Ｎ回の充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖから推定される蓄電池の容量Ｑと使用時間Ｔから放物線回帰によって求められる曲線
Ｑ＝Ｐ＋ａ×（ｂ−Ｔ）１／２…（数４）
（Ｐはあらかじめ定める定数、ａ、ｂは曲線回帰によって定まる定数）
を用いて、現在から容量がＱ０に低下するまでの推定寿命Ｌを
Ｌ＝ｂ−〔（Ｑ０−Ｐ）２／ａ２〕−Ｔ２…（数５）
によって予測するニッケル水素蓄電池の寿命予測法とするものである。
【００１３】
本発明を概説するならば、本発明の第１の発明は、ニッケル水素蓄電池の寿命予測法に関するものであって、１個もしくは複数個を接続して用いるニッケル水素蓄電池を充電ないしは過充電状態となるまで充電した後、充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖと容量との間に成り立つ関係式を用いて△Ｖから容量を推定し、推定された容量および以前に同一電池に対して同様の方法により推定された容量を用いて蓄電池の寿命を予測することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第２の発明は、上記第１の発明と同じく、ニッケル水素蓄電池の寿命予測法に関するものであって、本発明の第１の発明において、充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖが前回測定した△Ｖより減少した場合または前回と比較した△Ｖの増加があらかじめ定めた閾値より小さい場合、もしくは△Ｖから推定される容量Ｑが前回の推定容量Ｑより大きい場合または前回と比較したＱの減少があらかじめ定められた閾値より小さい場合、もしくは使用開始からあらかじめ定められた時間を経過していない場合、仕様で規定された寿命または仕様と使用温度によって定まる寿命と電池の使用時間との差を寿命とすることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の第３の発明は、上記第１、第２の発明と同じく、ニッケル水素蓄電池の寿命予測法に関するものであって、本発明の第１の発明において、あらかじめ定められた回数Ｎに対して、今回および過去Ｎ回の充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖから推定される蓄電池の容量Ｑと使用時間Ｔから直線回帰によって求められる直線
Ｑ＝ａＴ＋ｂ（数１）
においてａが正となった場合、またはａの絶対値があらかじめ定められた閾値よりも小さくなった場合、もしくは使用開始からあらかじめ定められた時間を経過していない場合、仕様で規定された寿命または仕様と使用温度によって定まる寿命と電池の使用時間との差を寿命とすることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第４の発明は、上記第１、第２、第３の発明と同じく、ニッケル水素蓄電池の寿命予測法に関するものであって、本発明の第１の発明において、蓄電池の使用開始からあらかじめ定められた時間を経過し、かつ充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖが前回測定した△Ｖと比較してあらかじめ定められた閾値以上に増加した場合、もしくは△Ｖから推定される容量Ｑが以前の推定容量Ｑと比較してあらかじめ定められた閾値以上に減少した場合、今回および以前の推定容量および蓄電池の使用時間から蓄電池の寿命を予測することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第５の発明は、上記第１、第２、第３、第４の発明と同じく、ニッケル水素蓄電池の寿命予測法に関するものであって、本発明の第４の発明において、前回の容量推定時の電池使用時間をＴ１、推定容量をＱ１、現在までの電池使用時間をＴ２、現在の推定容量をＱ２、電池の寿命とする容量をＱ０とした場合、現在から容量がＱ０に低下するまでの推定寿命Ｌを
Ｌ＝（Ｑ２−Ｑ０）×（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｑ１−Ｑ２）…（数２）
を用いて近似することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第６の発明は、上記第１、第２、第３、第４、第５の発明と同じく、ニッケル水素蓄電池の寿命予測法に関するものであって、本発明の第１の発明において、蓄電池の使用開始からあらかじめ定められた時間を経過し、かつあらかじめ定められた回数Ｎに対して、今回および過去Ｎ回の充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖから推定される蓄電池の容量Ｑと使用時間Ｔから直線回帰によって求められる直線、
Ｑ＝ａＴ＋ｂ…（数１）
においてａが負、かつａの絶対値があらかじめ定められた値よりも大きくなった場合、今回および過去Ｎ回の推定容量および蓄電池の使用時間から蓄電池の寿命を予測することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第７の発明は、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６の発明と同じく、ニッケル水素蓄電池の寿命予測法に関するものであって、本発明の第６の発明において、現在までの電池使用時間をＴ２、電池の寿命とする容量をＱ０とした場合、現在から容量がＱ０に低下するまでの推定寿命Ｌを
Ｌ＝（Ｑ０−ｂ）／ａ−Ｔ２…（数３）
を用いて予測することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の第８の発明は、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７の発明と同じく、ニッケル水素蓄電池の寿命予測法に関するものであって、本発明の第６の発明において、現在までの電池使用時間をＴ２、電池の寿命とする容量をＱ０とした場合、今回および過去Ｎ回の充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖから推定される蓄電池の容量Ｑと使用時間Ｔから放物繰回帰によって求められる曲線
Ｑ＝Ｐ＋ａ×（ｂ−Ｔ）１／２…（数４）
（Ｐはあらかじめ定められた定数、ａ、ｂは曲線回帰によって定められた定数）を用いて、現在から容量がＱ０に低下するまでの推定寿命Ｌを
Ｌ＝ｂ−〔（Ｑ０−Ｐ）２／ａ２〕−Ｔ２…（数５）
によって予測することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のニッケル水素蓄電池の寿命予測法によれば、電池を放電させることによって容量を実測することなく、ニッケル水素蓄電池の寿命を精度よく予測することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、図１〜図３を参照しながら実施例１〜３を挙げ、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２３】
〈実施例１〉
ニッケル水素蓄電池を満充電となるまで定電流で充電し、その後電流を流さずに放置して、自已放電によって残容量が不十分になったら再び充電するという方式は、過充電を抑えることができる点、常時、満充電に近い状態に保てる点から、バックアップ用電池に適した充電方法である。  
このような充電と自已放電を繰り返した場合、ニッケル水素蓄電池の容量は次第に低下する。図１は公称容量９５Ａｈ、容量が８０％まで低下する寿命が４５℃で４年の仕様を有するニッケル水素蓄電池単セルをそれぞれ４５℃、５５℃、６５℃でそれぞれ１５日間、７日間、５日間保存して自已放電させ、その後２５℃で３時間、１０Ａで充電するというサイクルを繰り返した場合の、自己放電時間と容量との関係を示したものである。図１において、符号１は４５℃で１５日間保存して自己放電させ、その後２５℃で３時間、１０Ａで充電するサイクルを繰り返した場合の電池の容量変化を示し、符号２は５５℃で７日間保存して自己放電させ、その後２５℃で３時間、１０Ａで充電するサイクルを繰り返した場合の電池の容量変化を示し、符号３は６５℃で５日間保存して自己放電させ、その後２５℃で３時間、１０Ａで充電するサイクルを繰り返した場合の電池の容量変化を示す曲線である。図１から明らかなように、時間に対する容量変化の傾きは一定ではなく、使用開始直後は大きく、その後平坦もしくは微増から微減となり、さらに時間経過後再び傾きが大きくなって寿命へと至る。  
バックアップ電池システムにおいては、蓄電池を停電時以外に放電させることは望ましいことではなく、容量は実測によらず、精度の高い推定方法によって知られることが望ましい。  
本発明者らの先願（特願２００３−４１２９４９号：未公開）である、１個もしくは複数個を接続して用いるニッケル水素電池の容量推定法、すなわち上記電池を定電流で満充電ないしは過充電状態となるまで充電した後、充電終了時から一定時間後の電圧変化と容量との間に見出される関係式に基づいて、上記電池の容量を推定するニッケル水素電池の容量推定法を用い、充電終了後一定時間の電圧低下△Ｖを用いたニッケル水素電池の容量推定法により、４５℃で劣化させた上記電池の容量推定式を作成すると、次に示す比容量Ｑ／Ｑ０推定式が得られた。  Ｑ／Ｑ０＝０.９１０−０.０２９２（△Ｖ−４３.０）１／２
ここで△Ｖは充電終了後１時間の電圧変化（ｍＶ）、Ｑは電池の容量（Ａｈ）、Ｑ０は電池の初期容量を示す。
なお、実測容量および上記の比容量Ｑ／Ｑ０推定式を用いて推定した電池の容量と自己放電時間との関係を図２に示す。容量の実測値と推定値との差は初期容量の２％未満に収まっており、推定容量を用いて寿命を予測することは可能である。なお、図２において、符号４は寿命と判断する容量が初期値の８０％の線を示す。
【００２４】
〈実施例２〉
４５℃における自己放電で劣化した電池の容量が初期値の８０％まで低下するのにかかった時間は約１５９０日であり、仕様の４年（１４６０日）より長かった。  
最初の４回の容量推定結果から直線回帰によって容量が８０％に低下するまでの日数を見積もると６１５日となり、実測値に比較して大幅に短い予測寿命を算出することになる。この結果から明らかなように、この電池の４５℃における使用では、使用開始後６０日程度までは回帰直線の傾きが十分大きくても、外挿によって寿命を予測することは適当でなく、仕様値から見積もる方が誤差は小さい。  次に容量の時間変化がゆるやかな９９０日目においてその前の４測定点と共に直線回帰によって寿命を外挿すると、容量が８０％に低下するまでの日数は１３００日と見積もられる。実際の日数は６００日であった。一方、仕様値から見積もると４７０日となり実測より短くなるが、回帰直線の外挿に比較すれば誤差ははるかに小さい。
【００２５】
〈実施例３〉
次に容量の時間変化が大きくなった１３２０日目の推定容量とその前２回の推定容量を用いて直線回帰、放物線回帰、および２測定点を結ぶ直線のそれぞれの外挿による結果を実測値と比較した。結果を図３に示す。なお、図３において、符号４は寿命と判断する容量が初期値の８０％の線を示し、符号５は比容量＝０.７＋ａ×（ｂ−Ｔ）１／２の回帰曲線を示し、符号６は比容量＝０.６＋ａ×（ｂ−Ｔ）１／２の回帰曲線を示し、符号７は推定容量３点の直線回帰を示し、符号８は推定容量２点を結んだ直線を示す。  
寿命の実測値は２７０日であったのに対し、比容量（Ｑ／Ｑ０）＝０.７＋ａ×（ｂ−Ｔ）１／２の回帰曲線を用いた場合には、ａ＝０.０１２４４２、ｂ＝１６４０.１となり、１３２０日目からの予測寿命は２５５日となった。比容量＝０.６＋ａ×（ｂ−Ｔ）１／２の回帰曲線を用いた場合には、ａ＝０.０１４８８８、ｂ＝１７８９.９となり、予測寿命は２９０日となった。３点の直線回帰を用いた場合には予測寿命は３７０日、２点を結ぶ直線を外挿した場合には予測寿命は最も長く５００日となった。放物線を用いて外挿した場合には、予測寿命の誤差は１０％未満となっている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１で例示したニッケル水素蓄電池の４５℃、５５℃、６５℃における放置時間と容量との関係を示す図。
【図２】本発明の実施例１で例示したニッケル水素蓄電池の４５℃における放置時間と容量の実測値および容量の推定値との関係を示す図。
【図３】本発明の実施例３で例示した４５℃の自己放電で劣化したニッケル水素蓄電池の実際の寿命と予測寿命との関係を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１  ４５℃で１５日間保存して自己放電させ、その後２５℃で３時間、１０Ａで充電するサイクルを繰り返した場合の電池の容量変化
２  ５５℃で７日間保存して自己放電させ、その後２５℃で３時間、１０Ａで充電するサイクルを繰り返した場合の電池の容量変化
３  ６５℃で５日間保存して自己放電させ、その後２５℃で３時間、１０Ａで充電するサイクルを繰り返した場合の電池の容量変化
４  寿命と判断する容量が初期値の８０％の線
５  比容量＝０.７＋ａ×（ｂ−Ｔ）１／２の回帰曲線
６  比容量＝０.６＋ａ×（ｂ−Ｔ）１／２の回帰曲線
７  推定容量３点の直線回帰
８  推定容量２点を結んだ直線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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