專(zhuān)利名稱(chēng)：鎳氫蓄電池的壽命判定方法及壽命判定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)停電電源裝置等中所用的鎳氫蓄電池的壽命判定方法及采用了該方法的壽命判定裝置，更具體來(lái)說(shuō)，涉及基于鎳氫蓄電池的獨(dú)特性質(zhì)的高精度的壽命判定方法。
背景技術(shù)：
在像無(wú)停電電源裝置(UPS)等那樣內(nèi)置了備用的蓄電池的裝置中，從維護(hù)檢修的方面考慮，檢測(cè)蓄電池的壽命十分重要。對(duì)于鎳氫蓄電池的壽命的劣化，一般來(lái)說(shuō)負(fù)極的貯氫合金的腐蝕成為主要原因，然而受使用溫度、放電次數(shù)、放電時(shí)的負(fù)荷電力的大小等要因影響的情況也很多。像這樣，判定壽命的要素多種多樣，不容易正確地判定使用中的蓄電池的壽命。
以往，為了判定鎳氫蓄電池的容量或壽命，提出過(guò)將壽命末期的內(nèi)部電阻增加、放電時(shí)的電壓變化作為判定壽命的參數(shù)而使用的方案。作為一個(gè)例子，公布了基于與多個(gè)放電電流值對(duì)應(yīng)的放電電壓值的分布而運(yùn)算其斜率來(lái)進(jìn)行劣化判定的裝置(例如專(zhuān)利文獻(xiàn)1)、將在放電中測(cè)定的內(nèi)部電阻或電池電壓與初期值進(jìn)行相對(duì)比較來(lái)進(jìn)行劣化判定的裝置(例如專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。像這樣的壽命判定方法是著眼于蓄電池的內(nèi)部電阻與由其帶來(lái)的電壓變化以及鎳氫蓄電池的壽命之間的相關(guān)關(guān)系的方法，在預(yù)測(cè)大約短期內(nèi)的壽命方面是有效的。
另一方面，還提出過(guò)如下的方法(例如專(zhuān)利文獻(xiàn)3)，即，由放電負(fù)荷電力值算出期望壽命值，將該期望壽命值與將放電次數(shù)作為變數(shù)的一次函數(shù)而算出的壽命降低量之差作為殘存壽命值，來(lái)判定蓄電池的壽命。該方法由于不強(qiáng)制性地將蓄電池放電，能夠在恰當(dāng)修正的同時(shí)靈活運(yùn)用精度高的期望壽命值，因此在鉛蓄電池等中是有效的。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)平8-138759號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2特開(kāi)2000-215923號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3特開(kāi)2000-243459號(hào)公報(bào)但是，專(zhuān)利文獻(xiàn)1及2的方法中，若內(nèi)部電阻不上升一定程度，則無(wú)法進(jìn)行壽命的判定，而且還未考慮成為壽命劣化的要因的放電頻率、蓄電池溫度等。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)3的方法中，由于鎳氫蓄電池獨(dú)特的劣化性質(zhì)(負(fù)極的貯氫合金的腐蝕)，因此壽命判定中所用的公式不會(huì)成為以放電次數(shù)作為變數(shù)的一次函數(shù)。由此，在哪一種情況下，都會(huì)有殘存壽命值大大地背離實(shí)際值的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，提供能夠正確判定鎳氫蓄電池壽命的方法及裝置。
本發(fā)明的第1鎳氫蓄電池壽命判定方法包括以下各步驟。
(a)預(yù)先準(zhǔn)備表示放電時(shí)施加在蓄電池上的負(fù)荷電力及所述蓄電池被設(shè)置場(chǎng)所的環(huán)境溫度與所述蓄電池的壽命之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)，(b)測(cè)定所述蓄電池的放電時(shí)的負(fù)荷電力及環(huán)境溫度，(c)從所述數(shù)據(jù)中選擇出與所述負(fù)荷電力及環(huán)境溫度的測(cè)定值對(duì)應(yīng)的壽命，作為期望壽命值，(d)根據(jù)以所述蓄電池的放電次數(shù)作為變數(shù)的自然對(duì)數(shù)函數(shù)，算出第1壽命降低量，(e)將從所述期望壽命值中減去所述第1壽命降低量而得到的值作為殘存壽命值。
如上所述，對(duì)于鎳氫蓄電池的壽命，負(fù)極的貯氫合金的腐蝕成為主要原因。貯氫合金在初期的充放電時(shí)因伴隨著氫的吸貯和釋放而引起的體積變化，被急劇地自粉碎。此時(shí)，雖然貯氫合金的腐蝕被加速，然而當(dāng)放電次數(shù)重復(fù)一定程度時(shí)，則伴隨著自粉碎的沉寂，腐蝕可以被抑制。像這樣，與鉛蓄電池等那樣的通過(guò)活性物質(zhì)溶解析出而反復(fù)進(jìn)行充放電的電池系不同，作為鎳氫蓄電池獨(dú)特的性質(zhì)，壽命劣化可以表示為以放電次數(shù)為變數(shù)的自然對(duì)數(shù)函數(shù)。
本發(fā)明是著眼于該性質(zhì)的方案，提供能夠正確地判定鎳氫蓄電池的壽命的壽命判定方法。
具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)將期望壽命值設(shè)為L(zhǎng)0，將放電次數(shù)設(shè)為N，將第1壽命降低量設(shè)為L(zhǎng)1，將殘存壽命值設(shè)為L(zhǎng)時(shí)，則如下所示，第1壽命降低量以式(1)表示，殘存壽命值以式(2)表示。
L1＝a×ln(b×N)+c(1)L＝L0-L1(2)這里，a、b、c為常數(shù)。另外，ln表示是自然對(duì)數(shù)的函數(shù)。
由于壽命降低量與負(fù)極的貯氫合金的腐蝕的程度相對(duì)應(yīng)地增加，因此當(dāng)改變電池構(gòu)成條件而抑制腐蝕、或使之難以受腐蝕的影響時(shí)，L1即變小。而且，常數(shù)a、b、c當(dāng)中，a、b的值會(huì)因鎳氫蓄電池的構(gòu)造、例如隔膜的厚度而變化，而c的值在鎳氫蓄電池中基本上一定。
本發(fā)明的第2壽命判定方法是可以更為正確地判定鎳氫蓄電池的壽命的方法，是在上述的第1方法中，算出以一定的時(shí)間間隔而測(cè)定的充放電時(shí)或暫停時(shí)的蓄電池溫度的平均值，根據(jù)以該蓄電池溫度的平均值與環(huán)境溫度的測(cè)定值之差作為變數(shù)的指數(shù)函數(shù)的值、與放電次數(shù)的積，來(lái)算出第2壽命降低量，將從所述的期望壽命值中減去第1及第2壽命降低量而得到的值作為殘存壽命值來(lái)判定壽命。
鎳氫蓄電池的壽命伴隨著電池自身的溫度上升而呈指數(shù)函數(shù)地降低。這是因?yàn)?，在高溫下，貯氫合金的腐蝕與常溫下相比被加速。通過(guò)將該要素加入本發(fā)明的第1方法中，就可以更為正確地判定鎳氫蓄電池的壽命。
具體來(lái)說(shuō)，將期望壽命值設(shè)為L(zhǎng)0，將第1壽命降低量設(shè)為L(zhǎng)1，將放電次數(shù)設(shè)為N，將以一定的時(shí)間間隔而測(cè)定的充放電時(shí)或暫停時(shí)的蓄電池溫度的平均值設(shè)為T(mén)m，將期望壽命值算出時(shí)的環(huán)境溫度設(shè)為T(mén)0，將第2壽命降低量設(shè)為L(zhǎng)2，將殘存壽命值設(shè)為L(zhǎng)，則如下所示，第2壽命降低量以式(3)表示，殘存壽命值以式(4)表示。
L2＝d×N×2[(Tm-T0)/10](3)L＝L0-(L1+L2) (4)這里，d為常數(shù)。
由于第2壽命降低量L2與蓄電池溫度的平均值相對(duì)應(yīng)地變動(dòng)，因此當(dāng)改變電池的構(gòu)成條件而抑制發(fā)熱或提高散熱性時(shí)，L2即變小。而且，常數(shù)d與蓄電池的種類(lèi)對(duì)應(yīng)，基本為恒定的值。
本發(fā)明的第3壽命判定方法是可以更為正確地判定鎳氫蓄電池壽命的方法，是在所述的第2方法中，根據(jù)以環(huán)境溫度的測(cè)定值與蓄電池溫度的平均值之差作為變數(shù)的指數(shù)函數(shù)的值、與初期的期望壽命值的積，算出隨時(shí)期望壽命值，將從所述的隨時(shí)期望壽命值中減去第1及第2壽命降低量而得到的值作為殘存壽命值來(lái)判定壽命。
所述的第1及第2方法的期望壽命值L0(與初期期望壽命值同義)嚴(yán)格地根據(jù)蓄電池的溫度經(jīng)歷呈指數(shù)函數(shù)地變化。通過(guò)將該要素加入本發(fā)明的第2方法中，就能夠更為正確地判定鎳氫蓄電池的壽命。
具體來(lái)說(shuō)，將初期期望壽命值設(shè)為L(zhǎng)0，將隨時(shí)期望壽命值設(shè)為L(zhǎng)m，將第1壽命降低量設(shè)為L(zhǎng)1，將初期期望壽命值算出時(shí)的環(huán)境溫度設(shè)為T(mén)0，將充放電時(shí)或暫停時(shí)的蓄電池溫度的平均值設(shè)為T(mén)m，將第2壽命降低量設(shè)為L(zhǎng)2，將殘存壽命值設(shè)為L(zhǎng)，則如下所示，隨時(shí)期望壽命值以式(5)表示，殘存壽命值以式(6)表示。
Lm＝L0×2[(T0-Tm)/10](5)L＝Lm-(L1+L2)(6)根據(jù)所述本發(fā)明的第3方法，在根據(jù)放電時(shí)施加在鎳氫蓄電池上的負(fù)荷電力值算出壽命值時(shí)，由于是預(yù)先準(zhǔn)備表示負(fù)荷電力及環(huán)境溫度與壽命之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)，從該數(shù)據(jù)中選擇與負(fù)荷電力和環(huán)境溫度的測(cè)定值對(duì)應(yīng)的壽命作為期望壽命值，因此能夠正確地預(yù)測(cè)壽命。而且，在因?qū)嶋H的停電使得蓄電池發(fā)揮本來(lái)的備用功能而放電的情況下，由于將因該放電而劣化的蓄電池的壽命修正，因此能夠正確地精度優(yōu)良地判定鎳氫蓄電池的壽命。
其次，本發(fā)明的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置包括存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，其儲(chǔ)存表示放電時(shí)施加在蓄電池上的負(fù)荷電力以及所述蓄電池被設(shè)置場(chǎng)所的環(huán)境溫度與所述蓄電池的壽命之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)；測(cè)定施加在所述蓄電池上的負(fù)荷電力的負(fù)荷電力測(cè)定機(jī)構(gòu)；測(cè)定所述環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)；期望壽命值選擇機(jī)構(gòu)，其將從儲(chǔ)存于所述存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)中的數(shù)據(jù)中選擇出與所測(cè)定的負(fù)荷電力及環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的壽命作為期望壽命值；對(duì)所述蓄電池的放電次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)；第1壽命降低量算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)將用所述放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)計(jì)數(shù)而得到的放電次數(shù)作為變數(shù)的自然對(duì)數(shù)函數(shù)而算出第1壽命降低量；殘存壽命值算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)所述的期望壽命值與第1壽命降低量之差而算出殘存壽命值。
上述本發(fā)明的壽命判定裝置中，通過(guò)靈活運(yùn)用第1壽命降低量，可以將停電時(shí)的備用放電對(duì)蓄電池的壽命所造成的影響反映到鎳氫蓄電池的壽命判定中。
本發(fā)明的壽命判定裝置，在所述構(gòu)成中還添加了以一定的時(shí)間間隔測(cè)定充放電時(shí)或暫停時(shí)的蓄電池溫度的蓄電池溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)；平均值算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)所測(cè)定的蓄電池溫度和其測(cè)定次數(shù)而算出蓄電池溫度的平均值；第2壽命降低量算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)以所述蓄電池溫度的平均值與環(huán)境溫度之差作為變數(shù)的指數(shù)函數(shù)的值與放電次數(shù)的積而算出第2壽命降低量。
上述本發(fā)明的壽命判定裝置中，根據(jù)所述期望壽命值與第1壽命降低量及第2壽命降低量之差算出殘存壽命值，由此可以反映出蓄電池溫度，因此殘存壽命值的精度提高。
本發(fā)明的壽命判定裝置，在所述構(gòu)成中還添加了隨時(shí)期望壽命值算出機(jī)構(gòu)，其是從儲(chǔ)存于存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)中的數(shù)據(jù)中，選擇出與所測(cè)定的負(fù)荷電力及環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的蓄電池的壽命，作為初期期望壽命值，根據(jù)以環(huán)境溫度與蓄電池溫度的平均值之差作為變數(shù)的指數(shù)函數(shù)的值與初期期望壽命值的積，算出隨時(shí)期望壽命值。
上述本發(fā)明的壽命判定裝置中，根據(jù)所述的隨時(shí)期望壽命值以及第1壽命降低量和第2壽命降低量，算出殘存壽命值，由此可以將期望壽命值隨時(shí)最優(yōu)化，因此殘存壽命值的精度進(jìn)一步提高。
在上述的本發(fā)明的壽命判定裝置中，通過(guò)將壽命判定部分的各機(jī)構(gòu)與蓄電池做成一體，另外通過(guò)附加顯示殘存壽命值的機(jī)構(gòu)、發(fā)送殘存壽命值的機(jī)構(gòu)或者根據(jù)殘存壽命值來(lái)控制蓄電池的充電的機(jī)構(gòu)，能夠使其成為更為有效的系統(tǒng)來(lái)發(fā)揮功能。
本發(fā)明的鎳氫蓄電池的壽命判定方法及裝置，對(duì)于內(nèi)置于無(wú)停電電源裝置中的鎳氫蓄電池，即使在放電電力量、放電的頻率、蓄電池溫度等不同的情況下，也能夠精度優(yōu)良地正確地判定壽命。
圖1是本發(fā)明的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置的框圖；圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式1的鎳氫蓄電池的壽命判定方法的流程圖；圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式2的鎳氫蓄電池的壽命判定方法的流程圖；圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式3的鎳氫蓄電池的壽命判定方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將在參照附圖的同時(shí)，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。而且，本發(fā)明可以在不改變其要點(diǎn)的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)刈兏鴮?shí)施。
圖1是本發(fā)明的壽命判定裝置的框圖。圖1中，壽命判定裝置1是由壽命判定部2和內(nèi)置于無(wú)停電電源裝置中的鎳氫蓄電池3而構(gòu)成的。
在壽命判定部2中，內(nèi)置有測(cè)定負(fù)荷電力的值的負(fù)荷電力測(cè)定機(jī)構(gòu)4；將預(yù)先求得的每隔一定間隔的環(huán)境溫度下的負(fù)荷電力與蓄電池壽命的關(guān)系的數(shù)據(jù)，以負(fù)荷電力—蓄電池壽命表的形式進(jìn)行儲(chǔ)存的存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)5；測(cè)定蓄電池3被設(shè)置場(chǎng)所的環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)6；以由負(fù)荷電力測(cè)定機(jī)構(gòu)4測(cè)定的負(fù)荷電力及由環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)6測(cè)定的環(huán)境溫度為基礎(chǔ)，從儲(chǔ)存于存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)5中的壽命數(shù)據(jù)中選擇出期望壽命值的期望壽命值算出機(jī)構(gòu)7；對(duì)蓄電池3的放電次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)8；以一定的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)定蓄電池溫度的蓄電池溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)9；將由蓄電池溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)9測(cè)定的蓄電池溫度之和除以測(cè)定次數(shù)而算出平均值的平均值算出機(jī)構(gòu)10；顯示殘存壽命的殘存壽命顯示機(jī)構(gòu)11；控制部12；充電控制機(jī)構(gòu)13；通信機(jī)構(gòu)14。
控制部12具備將來(lái)自計(jì)數(shù)放電次數(shù)的放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)6的信息換算為壽命降低量的第1壽命降低量算出機(jī)構(gòu)12a；將由平均值算出機(jī)構(gòu)10求得的蓄電池溫度的平均值及來(lái)自放電次數(shù)測(cè)定機(jī)構(gòu)8的信息換算為壽命降低量的第2壽命降低量算出機(jī)構(gòu)12b；將從存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)5讀出的初期期望壽命值加上來(lái)自平均值算出機(jī)構(gòu)10的信息而算出隨時(shí)期望壽命值的隨時(shí)期望壽命值算出機(jī)構(gòu)12c、殘存壽命值算出機(jī)構(gòu)12d。而且，15為無(wú)停電電源裝置主體。
下面，基于流程圖對(duì)使用了上述壽命判定裝置的本發(fā)明的各壽命判定方法進(jìn)行具體說(shuō)明。
(實(shí)施方式1)圖2是表示本發(fā)明的第1壽命判定方法的流程圖。
當(dāng)內(nèi)置于無(wú)停電電源裝置中的鎳氫蓄電池3開(kāi)始放電時(shí)，壽命判定裝置1即開(kāi)始運(yùn)作，進(jìn)行求得初期期望壽命值L0的動(dòng)作(路線A)和求得第1壽命降低量L1的動(dòng)作(路線B)。
對(duì)路線A的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。預(yù)先在每隔一定間隔的環(huán)境溫度下，求得放電時(shí)施加于蓄電池上的負(fù)荷電力與蓄電池壽命的關(guān)系，將該數(shù)據(jù)作為負(fù)荷電力—蓄電池壽命表20儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器等存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)5中。
最初，用環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)6測(cè)定蓄電池3被設(shè)置場(chǎng)所的環(huán)境溫度T0(步驟S21)，然后用負(fù)荷電力測(cè)定機(jī)構(gòu)4測(cè)定負(fù)荷電力的值(S22)。通常來(lái)說(shuō)，負(fù)荷電力的值被表示為顯示放電速率的放電電流的時(shí)間率。
然后，將負(fù)荷電力的測(cè)定值與儲(chǔ)存于存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)5中的負(fù)荷電力—蓄電池壽命表20的值進(jìn)行對(duì)照(S23)，從與S21中測(cè)定的環(huán)境溫度最接近的表中求出與負(fù)荷電力值對(duì)應(yīng)的期望壽命值L0，向控制部12輸出(S24)。
下面，對(duì)路線B的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。利用放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)6求得蓄電池3的放電次數(shù)N(S25)，將該值N向控制部12輸出，利用第1壽命降低量算出機(jī)構(gòu)12a，根據(jù)式(1)求出作為以放電次數(shù)N為變數(shù)的自然對(duì)數(shù)函數(shù)的第1壽命降低量L1并輸出(S26)。此后，基于所求得的初期期望壽命值L0和第1壽命降低量L1，在殘存壽命值算出機(jī)構(gòu)12d中根據(jù)式(2)算出殘存壽命值L(S27)。
如此求得的殘存壽命值L被從控制部12向殘存壽命顯示機(jī)構(gòu)11輸出，例如利用LED等的點(diǎn)亮、在顯示器等上的顯示或者聲音等向使用者告知壽命。殘存壽命值L進(jìn)而通過(guò)通信機(jī)構(gòu)14被傳送至無(wú)停電電源裝置主體15，利用充電控制機(jī)構(gòu)13來(lái)控制正在放電的鎳氫蓄電池3的充電。
由于鎳氫蓄電池一般被設(shè)置于使用者難以看到的場(chǎng)所，因此像無(wú)停電電源裝置主體的控制部那樣，在使用者容易看到的部位設(shè)置殘存壽命顯示機(jī)構(gòu)11的做法是有效的。
(實(shí)施方式2)
圖3是表示本發(fā)明的第2壽命判定方法的流程圖。
第2壽命判定方法中，在第1壽命判定方法中說(shuō)明了的路線A、B的動(dòng)作中增加了路線C的動(dòng)作。路線C的動(dòng)作中，與路線A相同，最初用環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)6測(cè)定環(huán)境溫度T0(S31)，在用蓄電池溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)9每隔一定的時(shí)間間隔測(cè)定了蓄電池溫度后，用平均值算出機(jī)構(gòu)10算出蓄電池溫度的平均值Tm(S32)。使用該蓄電池溫度的平均值Tm和環(huán)境溫度T0、以及在路線B的S25中測(cè)定結(jié)束的放電次數(shù)N，根據(jù)式(3)求得第2壽命降低量L2(S33)。此后，基于所求得的期望壽命值L0和第1壽命降低量L1及第2壽命降低量L2，利用殘存壽命值算出機(jī)構(gòu)12d根據(jù)式(4)算出殘存壽命值L(S34)。以后的處理與實(shí)施方式1相同，因此省略。
(實(shí)施方式3)圖4是表示本發(fā)明的第3壽命判定方法的流程圖。
第3壽命判定方法中，在路線A的動(dòng)作中直至求得初期的期望壽命值L0的步驟(S24)，都與第1、第2壽命判定方法相同，然而在其以后的動(dòng)作不同。具體來(lái)說(shuō)，隨時(shí)期望壽命值算出機(jī)構(gòu)12c使用在S21中測(cè)定的環(huán)境溫度T0和在路線C的S32中算出的蓄電池溫度的平均值Tm，根據(jù)式(5)求得隨時(shí)期望壽命值Lm(S41)。然后，在殘存壽命值算出機(jī)構(gòu)12d中，通過(guò)從所求得的隨時(shí)期望壽命值Lm中減去第1壽命降低量L1和第2壽命降低量L2，算出殘存壽命值L，判定鎳氫蓄電池的壽命(S42)。以后的處理與實(shí)施方式1相同。
下面，對(duì)于在上述本發(fā)明的壽命判定方法中基于上述的各式在各種各樣的條件下算出了殘存壽命值的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
(實(shí)施例1)將在三維多孔體鎳中填充了球狀氫氧化鎳粉末的正極、與在用鎳鍍覆了的沖孔金屬上涂布了貯氫合金粉末的負(fù)極進(jìn)行組合，使得它們的理論容量比達(dá)到1/2(負(fù)極相對(duì)于正極為2倍)，隔著由磺化聚丙烯無(wú)紡布制成的隔膜卷繞，構(gòu)成了電極組。將該電極組插入鐵制的并被鎳鍍覆了的圓筒罐中，注入了由KOH和NaOH的水溶液而構(gòu)成的電解液后，利用封口板及襯墊將罐的開(kāi)口部密封。這樣就制成了直徑為17mm、高度為50mm、隔膜的厚度為0.18mm、公稱(chēng)容量為1800mAh的圓筒型鎳氫蓄電池A。
將該蓄電池A裝入圖1的壽命判定裝置中，對(duì)與壽命判定裝置一體化了的鎳氫蓄電池進(jìn)行充分的初期活化循環(huán)，然后在40℃的氣氛下進(jìn)行了下述的充放電試驗(yàn)。期望壽命值(初期期望壽命值)L0是通過(guò)將環(huán)境溫度與從放電電流值的關(guān)系中預(yù)先提取的蓄電池的壽命信息進(jìn)行比較而算出的。
充電900mA，從最高到達(dá)電壓下降5mV電壓時(shí)停止充電(所謂的“-ΔV控制方式”)暫停3天反復(fù)進(jìn)行以上的充電及暫停，每10個(gè)循環(huán)進(jìn)行一次以放電電流為1800mA的直至1.0V的放電。在將該放電重復(fù)進(jìn)行了10次、30次及50次的時(shí)刻，基于圖2的流程圖算出殘存壽命值L。該壽命判定裝置以鎳氫蓄電池的殘存容量達(dá)到1080mAh(公稱(chēng)容量的60％)的時(shí)刻判斷為壽命。
將期望壽命值L0及算出它時(shí)的環(huán)境溫度與放電速率(以時(shí)間率表示)以及在壽命判定中所用的式(1)的常數(shù)a、b、c的值表示于表1的No.1中，將殘存壽命值的算出結(jié)果表示于表2的No.1中。
(實(shí)施例2)使用實(shí)施例1的壽命判定裝置，將放電速率替換為時(shí)間率×5及時(shí)間率×0.5，基于圖2的流程圖算出了殘存壽命值L。分別將期望壽命值L0算出的條件、常數(shù)a、b、c的值表示于表1的No.2和3中，另外將殘存壽命值L的算出結(jié)果表示于表2的No.2和3中。
(比較例1)使用實(shí)施例1的壽命判定裝置及蓄電池，在與實(shí)施例1、2相同的條件下，不使用式(1)及(2)，而使用一次函數(shù)L＝L0-N，算出了殘存壽命值。將殘存壽命值算出的條件及算出結(jié)果表示于表1及表2的No.9～11中。
(實(shí)施例3)使用實(shí)施例1的壽命判定裝置及蓄電池，基于圖3的流程圖，使用式(3)、(4)算出了殘存壽命值L。包括式(3)的常數(shù)d的值，將殘存壽命值算出的條件及算出結(jié)果分別表示于表1及表2的No.4中。
(實(shí)施例4)使用實(shí)施例1的壽命判定裝置及蓄電池，基于圖4的流程圖，使用式(5)、(6)算出了殘存壽命值L。將殘存壽命值算出的條件及算出結(jié)果分別表示于表1及表2的No.5中。而且，蓄電池溫度的平均值Tm如表2所示。
(實(shí)施例5)使用實(shí)施例1的壽命判定裝置及蓄電池，除了將環(huán)境溫度改變?yōu)?5℃以外，在與實(shí)施例1相同的條件下算出了殘存壽命值。將殘存壽命值算出的條件及算出結(jié)果分別表示于表1及表2的No.6中。
(比較例2)使用實(shí)施例5的壽命判定裝置及蓄電池，使用一次函數(shù)L＝L0-N，算出了殘存壽命值。將殘存壽命值算出的條件及算出結(jié)果分別表示于表1及表2的No.12中。
(實(shí)施例6)除了隔膜的厚度為0.18mm、公稱(chēng)容量為1600mAh以外，制成了與實(shí)施例1相同的構(gòu)造的圓筒型鎳氫蓄電池B；以及隔膜的厚度為0.26mm、公稱(chēng)容量為1400mAh的相同的圓筒形鎳氫蓄電池C。對(duì)這些蓄電池，在與實(shí)施例1相同的條件下算出了殘存壽命值。將殘存壽命值算出的條件及算出結(jié)果表示于表1及表2的No.7和8中。
(比較例3)使用實(shí)施例6的壽命判定裝置及蓄電池，使用一次函數(shù)L＝L0-N，算出了殘存壽命值。將殘存壽命值算出的條件及算出結(jié)果表示于表1及表2的No.13和14中。
對(duì)于每個(gè)放電次數(shù)N，將在所述各實(shí)施例及比較例中求得的殘存壽命值L的值與實(shí)測(cè)值的背離以循環(huán)數(shù)表示于表2中。
表2
根據(jù)表2可以看出，No.9～14所示的比較例與實(shí)測(cè)值的背離比較明顯，而與此相對(duì)比，No.1～8所示的實(shí)施例與實(shí)測(cè)值的背離比較微小。放電次數(shù)N越增加，則該傾向就越強(qiáng)。作為其理由，可以認(rèn)為是由于貯氫合金的腐蝕因循環(huán)的反復(fù)進(jìn)行而沉寂化、所以能夠近似為自然對(duì)數(shù)函數(shù)而造成的。
特別是在本實(shí)施例的情況下，認(rèn)為是以下情況的影響，即，由于按照使負(fù)極理論容量達(dá)到正極理論容量的2倍的方式來(lái)構(gòu)成電池，因此電池的壽命劣化速度大大地背離一次函數(shù)，更為接近自然對(duì)數(shù)函數(shù)。
另外，相對(duì)于No.1～3的判定結(jié)果，No.4及5的判定結(jié)果隨放電次數(shù)N增多而變得更為高精度，作為其理由，可以認(rèn)為是由于伴隨著充放電，電池的發(fā)熱或環(huán)境溫度的變化變得更容易被考慮到。
而且，本實(shí)施例中，雖然使用了散熱性比較高的金屬制的電池罐，但當(dāng)使用了散熱性低的樹(shù)脂制的電池殼時(shí)，根據(jù)式(3)、(4)及式(5)、(6)得到的判定效果將變得更為明顯。
另外，本實(shí)施例中，作為電池的充電方法選擇了-ΔV控制方式的間歇充電，但在以溫度控制方式的dT/dt控制方式或計(jì)時(shí)器控制方式等進(jìn)行間歇充電、或者進(jìn)行涓流充電的情況下，也可以得到大致相同的結(jié)果。
本發(fā)明的壽命判定方法及裝置，例如在無(wú)停電電源裝置等中所用的鎳氫蓄電池的壽命判定方法以及使用了它的壽命判定裝置中是有用的。
權(quán)利要求
1.一種鎳氫蓄電池的壽命判定方法，包括以下的各步驟(a)預(yù)先準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)表示放電時(shí)施加在蓄電池上的負(fù)荷電力以及所述蓄電池被設(shè)置場(chǎng)所的環(huán)境溫度與所述蓄電池的壽命之間的關(guān)系，(b)測(cè)定所述蓄電池放電時(shí)的負(fù)荷電力及環(huán)境溫度，(c)從所述數(shù)據(jù)中選擇出與所述負(fù)荷電力及環(huán)境溫度的測(cè)定值對(duì)應(yīng)的壽命，作為期望壽命值，(d)根據(jù)以所述蓄電池的放電次數(shù)作為變數(shù)的自然對(duì)數(shù)函數(shù)，算出第1壽命降低量，(e)將從所述期望壽命值中減去所述第1壽命降低量而得到的值作為殘存壽命值。
2.一種鎳氫蓄電池的壽命判定方法，其包括以下的各步驟(a)預(yù)先準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)表示放電時(shí)施加在蓄電池上的負(fù)荷電力以及所述蓄電池被設(shè)置場(chǎng)所的環(huán)境溫度與所述蓄電池的壽命之間的關(guān)系，(b)測(cè)定所述蓄電池放電時(shí)的負(fù)荷電力及環(huán)境溫度，(c)從所述數(shù)據(jù)中選擇出與所述負(fù)荷電力及環(huán)境溫度的測(cè)定值對(duì)應(yīng)的壽命，作為期望壽命值，(d)根據(jù)以所述蓄電池的放電次數(shù)作為變數(shù)的自然對(duì)數(shù)函數(shù)，算出第1壽命降低量，(e)算出以一定的時(shí)間間隔測(cè)定的充放電時(shí)或暫停時(shí)的蓄電池溫度的平均值，根據(jù)以該蓄電池溫度的平均值與所述環(huán)境溫度的測(cè)定值之差作為變數(shù)的指數(shù)函數(shù)的值與所述放電次數(shù)的積，算出第2壽命降低量，(f)將從所述期望壽命值中減去所述第1壽命降低量及第2壽命降低量而得到的值作為殘存壽命值。
3.一種鎳氫蓄電池的壽命判定方法，其包括以下的各步驟(a)預(yù)先準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)表示放電時(shí)施加在蓄電池上的負(fù)荷電力以及所述蓄電池被設(shè)置場(chǎng)所的環(huán)境溫度與所述蓄電池的壽命之間的關(guān)系，(b)測(cè)定所述蓄電池的放電時(shí)的負(fù)荷電力及環(huán)境溫度，(c)從所述數(shù)據(jù)中選擇出與所述負(fù)荷電力及環(huán)境溫度的測(cè)定值對(duì)應(yīng)的壽命，作為初期期望壽命值，(d)算出以一定的時(shí)間間隔測(cè)定的充放電時(shí)或暫停時(shí)的蓄電池溫度的平均值，根據(jù)以所述環(huán)境溫度的測(cè)定值與所述蓄電池溫度的平均值之差作為變數(shù)的指數(shù)函數(shù)的值與所述初期期望壽命值的積，算出隨時(shí)期望壽命值，(e)根據(jù)以所述蓄電池的放電次數(shù)作為變數(shù)的自然對(duì)數(shù)函數(shù)，算出第1壽命降低量，(f)根據(jù)以所述蓄電池溫度的平均值與所述環(huán)境溫度的測(cè)定值之差作為變數(shù)的指數(shù)函數(shù)的值與所述放電次數(shù)的積，算出第2壽命降低量，(g)將從所述隨時(shí)期望壽命值中減去所述第1壽命降低量及第2壽命降低量而得到的值作為殘存壽命值。
4.一種鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，包括存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，其儲(chǔ)存表示放電時(shí)施加在蓄電池上的負(fù)荷電力以及所述蓄電池被設(shè)置場(chǎng)所的環(huán)境溫度與所述蓄電池的壽命之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)；測(cè)定施加在所述蓄電池上的負(fù)荷電力的負(fù)荷電力測(cè)定機(jī)構(gòu)；測(cè)定所述環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)；期望壽命值選擇機(jī)構(gòu)，其將從儲(chǔ)存于所述存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)中的數(shù)據(jù)中選擇出與用所述負(fù)荷電力測(cè)定機(jī)構(gòu)測(cè)定的負(fù)荷電力及用所述環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)測(cè)定的環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的壽命作為期望壽命值；對(duì)所述蓄電池的放電次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)；第1壽命降低量算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)以用所述放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)計(jì)數(shù)得到的放電次數(shù)作為變數(shù)的自然對(duì)數(shù)函數(shù)而算出第1壽命降低量；殘存壽命值算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)用所述期望壽命值選擇機(jī)構(gòu)選擇的期望壽命值及用所述第1壽命降低量算出機(jī)構(gòu)算出的第1壽命降低量而算出殘存壽命值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，其中，所述各機(jī)構(gòu)被設(shè)置成與所述蓄電池成為一體。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，其中，包括顯示殘存壽命值的機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，其中，包括傳送殘存壽命值的機(jī)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，其中，包括根據(jù)殘存壽命值來(lái)控制所述蓄電池的充電的機(jī)構(gòu)。
9.一種鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，包括存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，其儲(chǔ)存表示放電時(shí)施加在蓄電池上的負(fù)荷電力及所述蓄電池被設(shè)置場(chǎng)所的環(huán)境溫度與所述蓄電池的壽命之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)；測(cè)定施加在所述蓄電池上的負(fù)荷電力的值的負(fù)荷電力測(cè)定機(jī)構(gòu)；測(cè)定所述環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)；期望壽命值選擇機(jī)構(gòu)，其將從儲(chǔ)存于所述存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)中的數(shù)據(jù)中選擇出與用所述負(fù)荷電力測(cè)定機(jī)構(gòu)測(cè)定的負(fù)荷電力及用所述環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)測(cè)定的環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的壽命作為期望壽命值；對(duì)所述蓄電池的放電次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)；第1壽命降低量算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)以用所述放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)計(jì)數(shù)的放電次數(shù)作為變數(shù)的自然對(duì)數(shù)函數(shù)而算出第1壽命降低量；以一定的時(shí)間間隔測(cè)定充放電時(shí)或暫停時(shí)的蓄電池溫度的蓄電池溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)；平均值算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)用所述蓄電池溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)測(cè)定的蓄電池溫度和測(cè)定次數(shù)而算出蓄電池溫度的平均值；第2壽命降低量算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)以用所述平均值算出機(jī)構(gòu)算出的蓄電池溫度的平均值與用所述環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)測(cè)定的環(huán)境溫度之差作為變數(shù)的指數(shù)函數(shù)的值、與用所述放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)計(jì)數(shù)得到的放電次數(shù)的積而算出第2壽命降低量；殘存壽命值算出機(jī)構(gòu)，其從用所述期望壽命值選擇機(jī)構(gòu)選擇得到的期望壽命值中減去用所述第1壽命降低量算出機(jī)構(gòu)算出的第1壽命降低量以及用所述第2壽命降低量算出機(jī)構(gòu)算出的第2壽命降低量，從而算出殘存壽命值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，其中，所述各機(jī)構(gòu)被設(shè)置為與所述蓄電池成為一體。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，其中，包括顯示殘存壽命值的機(jī)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，其中，包括傳送殘存壽命值的機(jī)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，其中，包括根據(jù)殘存壽命值來(lái)控制所述蓄電池的充電的機(jī)構(gòu)。
14.一種鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，包括存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，其儲(chǔ)存表示放電時(shí)施加在蓄電池上的負(fù)荷電力以及所述蓄電池被設(shè)置場(chǎng)所的環(huán)境溫度與所述蓄電池的壽命之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)；測(cè)定施加在所述蓄電池上的負(fù)荷電力的值的負(fù)荷電力測(cè)定機(jī)構(gòu)；測(cè)定所述環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)；期望壽命值選擇機(jī)構(gòu)，其將從儲(chǔ)存于所述存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)中的數(shù)據(jù)中選擇出與用所述負(fù)荷電力測(cè)定機(jī)構(gòu)測(cè)定的負(fù)荷電力及用所述環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)測(cè)定的環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的壽命作為初期期望壽命值；對(duì)所述蓄電池的放電次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)；第1壽命降低量算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)以用所述放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)計(jì)數(shù)的放電次數(shù)作為變數(shù)的自然對(duì)數(shù)函數(shù)而算出第1壽命降低量；以一定的時(shí)間間隔測(cè)定充放電時(shí)或暫停時(shí)的蓄電池溫度的蓄電池溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)；平均值算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)用所述蓄電池溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)測(cè)定的蓄電池溫度和測(cè)定次數(shù)而算出蓄電池溫度的平均值；隨時(shí)期望壽命值算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)以用所述環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)測(cè)定的環(huán)境溫度與用所述平均值算出機(jī)構(gòu)算出的蓄電池溫度的平均值之差作為變數(shù)的指數(shù)函數(shù)的值、與用所述期望壽命值選擇機(jī)構(gòu)選擇的初期期望壽命值的積而算出隨時(shí)期望壽命值；第2壽命降低量算出機(jī)構(gòu)，其根據(jù)以用所述平均值算出機(jī)構(gòu)算出的蓄電池溫度的平均值與用所述環(huán)境溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)測(cè)定的環(huán)境溫度之差作為變數(shù)的指數(shù)函數(shù)的值、與用所述放電次數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)計(jì)數(shù)得到的放電次數(shù)的積而算出第2壽命降低量；殘存壽命值算出機(jī)構(gòu)，其從用所述隨時(shí)期望壽命值算出機(jī)構(gòu)算出的隨時(shí)期望壽命值中減去用所述第1壽命降低量算出機(jī)構(gòu)算出的第1壽命降低量以及用所述第2壽命降低量算出機(jī)構(gòu)算出的第2壽命降低量，從而算出殘存壽命值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，其中，所述各機(jī)構(gòu)被設(shè)置為與所述蓄電池成為一體。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，其中，包括顯示殘存壽命值的機(jī)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，其中，包括傳送殘存壽命值的機(jī)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鎳氫蓄電池的壽命判定裝置，其中，包括根據(jù)殘存壽命值來(lái)控制所述蓄電池的充電的機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鎳氫蓄電池的壽命判定方法，是預(yù)先準(zhǔn)備表示放電時(shí)施加在蓄電池上的負(fù)荷電力的值以及所述蓄電池被設(shè)置場(chǎng)所的環(huán)境溫度與所述蓄電池的壽命之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)，然后，測(cè)定蓄電池放電時(shí)的負(fù)荷電力及環(huán)境溫度，從所述數(shù)據(jù)中選擇出與這些測(cè)定值對(duì)應(yīng)的壽命作為期望壽命值。根據(jù)以放電次數(shù)作為變數(shù)的自然對(duì)數(shù)函數(shù)算出第1壽命降低量，將所述期望壽命值與所述第1壽命降低量之差作為殘存壽命值，對(duì)鎳氫蓄電池的壽命進(jìn)行判定。通過(guò)該方法，基于鎳氫蓄電池固有的現(xiàn)象進(jìn)行修正，同時(shí)作為備用電源，能夠?qū)︽嚉湫铍姵氐膲勖M(jìn)行正確地判定。
文檔編號(hào)H01M10/30GK1922754SQ20058000533
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者鈴木達(dá)彥, 竹島宏樹(shù) 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社