電解コンデンサの劣化予測方法
【課題】 簡便で実用的な手順で電源回路の出力電圧の平滑用電解コンデンサの劣化を予測すること。
【解決手段】 基準となる時点および前記基準となる時点からＮ年経過後に測定した電解コンデンサ１７の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲoおよびＥＳＲnと、前記基準となる時点および前記基準となる時点からＮ年経過後の電解コンデンサ１７の電解液量ＶoおよびＶnとの関係式 ＥＳＲn／ＥＳＲo＝（Ｖo／Ｖn）2 から、前記基準となる時点からＮ年経過後の電解コンデンサ１７の電解液の残存率νn＝Ｖn／Ｖoを算出し、１年当たりの前記電解液の減少率δ＝（１−νn）／Ｎを算出し、ＥＳＲnとＥＳＲoとの平均値Ｒを求め、前記電解液の減少の加速因子Ｋ＝ＥＳＲn／Ｒを定義し、前記基準となる時点からＮ＋１年経過後の電解液の残存率νn+1＝νn−δＫを予測し、予測したνn+1に対応する等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+1を予測する。
【解決手段】 基準となる時点および前記基準となる時点からＮ年経過後に測定した電解コンデンサ１７の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲoおよびＥＳＲnと、前記基準となる時点および前記基準となる時点からＮ年経過後の電解コンデンサ１７の電解液量ＶoおよびＶnとの関係式 ＥＳＲn／ＥＳＲo＝（Ｖo／Ｖn）2 から、前記基準となる時点からＮ年経過後の電解コンデンサ１７の電解液の残存率νn＝Ｖn／Ｖoを算出し、１年当たりの前記電解液の減少率δ＝（１−νn）／Ｎを算出し、ＥＳＲnとＥＳＲoとの平均値Ｒを求め、前記電解液の減少の加速因子Ｋ＝ＥＳＲn／Ｒを定義し、前記基準となる時点からＮ＋１年経過後の電解液の残存率νn+1＝νn−δＫを予測し、予測したνn+1に対応する等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+1を予測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスイッチングレギュレータ等の電源回路に使用されているこの電源回路の出力電圧の平滑用の電解コンデンサの劣化予測方法に関し、特に簡便で実用的な電解コンデンサの劣化予測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチングレギュレータ等の電源回路にその出力電圧中のリップル電圧を減少させるために平滑用の電解コンデンサが使用されている。この電解コンデンサは通常電源回路の他の抵抗、インダクタンス、トランス、能動部品等に比べて寿命が短い。このため、ほとんどの場合電解コンデンサの寿命が電源回路の寿命を決定することになる。したがって、電源回路の電解コンデンサの寿命を予測することは重要なことである。
電解コンデンサの寿命を予測する方法として、電解コンデンサの電解液の減少率の二乗に反比例して電解コンデンサの等価直列抵抗が増加するという関係を利用する方法がある（たとえば非特許文献１参照）。
具体的には、まず上記関係から２０℃における電解コンデンサの等価直列抵抗ＥＳＲを算出する（ステップ１０１）。つぎに、この等価直列抵抗は温度依存性があるので、予め実験的に温度と等価直列抵抗との関係式を求める。そして、この関係式により電解コンデンサの使用による発熱により電解コンデンサの温度が上昇したときの等価直列抵抗ＥＳＲhotを算出し（ステップ１０２）、算出した等価直列抵抗ＥＳＲhotとこの等価直列抵抗ＥＳＲhotを流れる電流による発熱量と電解コンデンサの熱抵抗とから電解コンデンサの温度上昇分ΔＴを算出する（ステップ１０３）。つぎに、算出した温度上昇分ΔＴと周囲温度とから電解コンデンサの内部温度Ｔを算出する（ステップ１０４）。つぎに、算出した内部温度Ｔを使用して電解コンデンサの電解液の蒸気圧Ｐ（前記内部温度Ｔの関数である。）を算出し（ステップ１０５）、算出した蒸気圧Ｐを使用して一定期間（たとえば１００時間）における電解液の損失量Ｖl（蒸気圧Ｐの関数である。）を算出する（ステップ１０６）。
つぎに、算出した電解液の損失量Ｖlを使用して電解コンデンサの電解液の残量Ｖを算出する。つぎに、前記電解コンデンサの電解液の減少率の二乗に反比例して電解コンデンサの等価直列抵抗が増加するという関係により決まる電解コンデンサの電解液の残量Ｖに相当する電解コンデンサの等価直列抵抗ＥＳＲが一定の限度（初めの値の３倍の値）を超えているときには（ステップ１０７）、電解コンデンサの寿命がつきているので、この寿命予測を終了し、超えていないときには、超えるまで前記ステップ１０１からステップ１０７までを繰り返す。このようにして、前記電解コンデンサの劣化を予測する。
【非特許文献１】アルミ電解コンデンサの寿命予測モデル マイケル・ガスペリ ロックウェル先端技術研究所 １９９６ ＩＡＳ Ｃｏｎｆ．Ｒｅｃ．Ｖｏｌ３．ｐｐ１３４７−１３５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の従来例では、電解コンデンサの等価直列抵抗と温度との関係式を予め実験的に求めること、電解コンデンサの使用時の発熱量の計算、電解コンデンサの温度上昇分の算出、電解コンデンサの内部温度の算出、電解液の蒸気圧の算出、電解液の損失量の算出、電解液の残量の算出、電解液の残量に対応する等価直列抵抗の予測という複雑な手順が必要となるという問題があった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、簡便で実用的な手順で電源回路の出力電圧の平滑用の電解コンデンサの等価直列抵抗を予測してこの電解コンデンサの劣化を予測できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、電解コンデンサの劣化予測方法であって、基準となる時点に測定した前記電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲoと、前記基準となる時点からＮ年等のＮ単位時間経過後に測定した前記電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲnとを測定し、前記測定したＥＳＲoおよびＥＳＲnと、前記基準となる時点での前記電解コンデンサの電解液量Ｖoおよび前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサの電解液量Ｖnとの関係式
ＥＳＲn／ＥＳＲo＝（Ｖo／Ｖn）2 （１）
から、前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサの電解液の残存率νn
νn＝Ｖn／Ｖo
を算出し、さらに、前記単位時間当たりの前記電解コンデンサの電解液の減少率δを
δ＝（１−νn）／Ｎ （２）
として算出し、前記ＥＳＲnとＥＳＲoとの平均値Ｒを求め、さらに、前記電解液の減少の加速因子Ｋとして
Ｋ＝ＥＳＲn／Ｒ （３）
を定義し、このＫを用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解液の残存率νn+1を
νn+1＝νn−δＫ （４）
として予測し、予測したνn+1を用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解コンデンサの等価直列抵抗ＥＳＲn+1を
ＥＳＲn+1＝ＥＳＲo（１／νn+1）2 （５）
として求め、該ＥＳＲn+1に基づいて電解コンデンサの劣化を予測することを特徴とする電解コンデンサの劣化予測方法である。
これにより、前記電解液の減少の加速因子Ｋとして
Ｋ＝ＥＳＲn／Ｒ
を定義し、前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサの電解液の残存率νn、前記単位時間当たりの前記電解コンデンサの電解液の減少率δおよび前記Ｋを用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解液の残存率νn+1を
νn+1＝νn−δＫ
として予測し、予測した電解液の残存率νn+1に対応する等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1を予測しているので、簡便で実用的な手順により前記等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1を予測することができる。そして、前記Ｎ単位時間経過時を現時点とすれば、現時点から１単位時間経過後の前記等価直列抵抗の値を予測することができる。ここで、等価直列抵抗の値は電解液の減少割合に従って増加するので、等価直列抵抗の値を予測することにより電解コンデンサの劣化を予測することができる。
【０００５】
さらに、請求項２記載の発明は、請求項１記載のＥＳＲn+1の算出方法を少なくとも２回繰り返して、Ｍを２以上の整数として、請求項１記載の前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲn+mを求め、該ＥＳＲn+mに基づいて電解コンデンサの劣化を予測する電解コンデンサの劣化予測方法であって、１単位時間毎の等価直列抵抗の値を順次予測し、その際、先に予測した等価直列抵抗の値と前記基準となる時点の等価直列抵抗の値を使用して先に等価直列抵抗を予測した時点から１単位時間経過した時点の等価直列抵抗の値を予測することにより、請求項１記載の前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲn+mを求め、該ＥＳＲn+mに基づいて電解コンデンサの劣化を予測することを特徴とする電解コンデンサの劣化予測方法である。
これにより、請求項１記載の電解コンデンサのＥＳＲn+1の算出方法を使用して、請求項１記載の前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲn+mを求め、該ＥＳＲn+mに基づいて電解コンデンサの劣化を予測することができる。そして、前記Ｎ単位時間経過時を現時点とすれば、現時点からＭ単位時間経過後の電解コンデンサの劣化を予測することができる。
【０００６】
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の電解コンデンサの劣化予測方法において、さらに、前記等価直列抵抗の値ＥＳＲoが未使用時の電解コンデンサの等価直列抵抗の値であるとき、前記等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1またはＥＳＲn+mの前記等価直列抵抗の値ＥＳＲoに対する比が３以上になる時点を予測し、この予測を基に前記電解コンデンサの交換時期を計画することを特徴とする電解コンデンサの劣化予測方法である。
これにより、前記等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1またはＥＳＲn+mの前記等価直列抵抗ＥＳＲoに対する比が３以上になる時点においては電解コンデンサの寿命が尽きていると判断できる。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、簡便で実用的な手順により、現時点から１単位時間経過後の電解コンデンサの劣化の程度を予測することができる。
さらに、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果とともに、簡便で実用的な手順により、現時点からＭ単位時間経過後の前記電解コンデンサの劣化の程度を予測することができる。
さらに、請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果とともに、前記電解コンデンサの劣化による交換時期の予測が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明における実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、電解コンデンサを組み込んだスイッチングレギュレータを示し、図２は前記電解コンデンサの劣化予測方法を説明し、図３は本発明による予測データと実測データとの比較を示し、図４は本発明の応用例のフローチャートを示す。
【０００９】
図１に示すように、電源回路の一種のスイッチングレギュレータ１０は、直流の一対の入力端子１１ａ、１１ｂ、入力端子１１ａ、１１ｂ間に加えられた直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣスイッチ回路１２、ＤＣ／ＡＣスイッチ回路１２の出力を１次側入力とするトランス１３、トランス１３の２次側出力を整流するダイオード１４、ダイオード１４の出力を平滑する平滑回路１５および平滑回路１５の出力側に接続された一対の出力端子１８ａ、１８ｂを備えている。そして、平滑回路１５は、コイル１６（ダイオード１４の出力側と出力端子１８ａとの間に接続されている。）および電解コンデンサ１７（出力端子１８ａ、１８ｂ間に接続されている。）からなり、電解コンデンサ１７の等価回路はキャパシタンス１７ａと等価直列抵抗１７ｂとの直列回路である。
出力端子１８ａ、１８ｂ間には電子計測制御装置等の一定の負荷２０が接続されている。なお、一定の負荷２０の電力消費量は通常経年により変化しないので、電解コンデンサ１７の充放電電流の平均実効値も一定である。
【００１０】
ＥＳＲ測定器３０は、交流電圧源３１、抵抗３２および交流電流計３３を直列に接続した部分回路、この部分回路に並列に接続された交流電圧計３４および交流電圧計３４の両端に接続された一対の測定端子３５ａ、３５ｂを備えている。
【００１１】
このとき、交流電圧源３１の周波数をｆとし、キャパシタンス１７ａの値をＣとし、等価直列抵抗１７ｂの抵抗値をＥＳＲとし、１／２πｆＣがＥＳＲより著しく小さいようにｆを設定すると、電解コンデンサ１７のインピーダンスは実質的にＥＳＲとなる。また、コイル１６のインダクタンスをＬとし、２πｆＬがＥＳＲより著しく大きくなるようにｆを設定する。また、一定の負荷２０は、たとえば５Ｖ（出力端子１８ａ、１８ｂ間の電圧）、１０Ａ程度であるので、このときは一定の負荷２０のインピーダンスは０．５Ωとなる。そして、たとえば、Ｃが１０００μＦのときにｆを１００ｋＨｚとすると、１／２πｆＣが約０．００１６Ωになる。このときＥＳＲがたとえば０．０５Ω程度であるので、ＥＳＲが１／２πｆＣより著しく大きくなる。
また、コイル１６のインダクタンスはたとえば１００μＨであるので、このときは２πｆＬは約６３Ωになる。このため、コイル１６のインピーダンスはＥＳＲより著しく大きくなる。さらに、コイル１６のインピーダンスと一定の負荷２０のインピーダンスを並列に接続したインピーダンスの値は、約０．５Ωとなる。
このため、前記周波数ｆでは、電解コンデンサ１７のインピーダンスはほぼＥＳＲに等しくなり、かつ、電解コンデンサ１７に並列に接続されている一定の負荷２０およびコイル１６のインピーダンスの合成値は電解コンデンサ１７のインピーダンスより著しく大きくなる。
【００１２】
したがって、電解コンデンサ１７の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲを測定するときには、入力端子１１ａ、１１ｂを前記直流電源から切り離し、電解コンデンサ１７の電荷を完全に放電させた状態で、ＥＳＲ測定器３０の一対の測定端子３５ａ、３５ｂを出力端子１８ａ、１８ｂに接続する。そして、交流電圧計３４の測定値を交流電流計３３の測定値で除すると、等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲを求めることができる。
【００１３】
具体的には、以下のような劣化予測プログラムを実行して、等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲの増加を予測して、電解コンデンサ１７の劣化を予測することになる。
スイッチングレギュレータ１０により一定の負荷２０に電力を供給した場合に、図２に示すように、基準となる時点に測定した電解コンデンサ１７の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲoと、前記基準となる時点からＮ単位時間（たとえばＮ年、Ｎ月等）経過後に測定した等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲnとを測定し、前記測定したＥＳＲoおよびＥＳＲnと、前記基準となる時点での電解コンデンサ１７の電解液量Ｖoおよび前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサ１７の電解液量Ｖnとの関係式
ＥＳＲn／ＥＳＲo＝（Ｖo／Ｖn）2 （１）
によって、前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサ１７の電解液の残存率をνnとして
νn＝Ｖn／Ｖo
を算出し、さらに、前記単位時間当たりの電解コンデンサ１７の電解液の減少率δを
δ＝（１−νn）／Ｎ （２）
として算出し、さらに、上述のように等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲよりも等価直列抵抗１７ｂに直列に接続されているコイル１６のインピーダンスが著しく大きいので、等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲの増加による等価直列抵抗１７ｂを流れる電流値の減少が僅かであるため、等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲの増加により、等価直列抵抗１７ｂによる発熱量が増加し、前記電解液の減少が加速される。このため、前記電解液の減少の加速因子Ｋとして
Ｋ＝ＥＳＲn／Ｒ （３）
を定義する。なお、Ｒは前記ＥＳＲnとＥＳＲoとの平均値であり、前記ＥＳＲnはＥＳＲoより大きいので、Ｋは１より大きい。そして、このＫを用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解液の残存率νn+1を
νn+1＝νn−δＫ （４）
として予測する。そして、予測したνn+1を用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+1を
ＥＳＲn+1＝ＥＳＲo（１／νn+1）2 （５）
として予測する。
なお、上記加速因子Ｋを導入したことにより、図２において、前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の電解コンデンサの電解液の量Ｖn+1は、Ｖ0とＶnとを結ぶ直線より下側の点線で示す直線上に位置する。
【００１４】
これにより、前記電解液の減少の加速因子Ｋとして
Ｋ＝ＥＳＲn／Ｒ
を定義し、このＫを用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解液の残存率νn+1を簡単な代数式である式（４）により
νn+1＝νn−δＫ （４）
として予測し、予測した電解液の残存率νn+1に対応する等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+1を予測しているので、簡便で実用的な手順により等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+1を予測することができる。これにより、ＥＳＲn+1の値が劣化判定レベル（例えば図３に示すように未使用時の等価直列抵抗の３倍）を超えるか否かにより電解コンデンサの劣化を予測することができる。
【００１５】
さらに、上述の電解コンデンサ１７の劣化予測方法を少なくとも２回繰り返して、Ｍを２以上の整数として、前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+mを予測する。その際、１単位時間毎の等価直列抵抗１７ｂの値を順次予測し、先に予測した等価直列抵抗１７ｂの値と前記基準となる時点の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲ0を使用して先に等価直列抵抗１７ｂの値を予測した時点から１単位時間経過した時点の等価直列抵抗１７ｂの値を予測することにより、前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+mを予測する。
これにより、上述の電解コンデンサ１７の劣化予測方法を使用して、前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+mを予測することができる。そして、前記Ｎ単位時間経過時を現時点とすれば、現時点からＭ単位時間経過後の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+mを予測することができる。
図３において、横軸の経年では５年目の時点を基準時とし、１２年目をＮ年とし、前記基準時のＥＳＲ0および前記１２年目のＥＳＲnにより等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲを予測した場合が示されている。このようにして予測した等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲは、経年により増加している。なお、前記ＥＳＲの予測データはＥＳＲの実測データとよく近似している。
【００１６】
さらに、上述の電解コンデンサの劣化予測方法において、さらに、等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲoが未使用時の電解コンデンサ１７の等価直列抵抗１７ｂの値であるとき、等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1またはＥＳＲn+mの等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲoに対する比が３以上になる時点を予測し、この予測を基に電解コンデンサ１７の交換時期を計画する。
ここで、経験的に電解液が未使用時の状態から約４０％低下するときが電解コンデンサの寿命と言われており、これを前述の式（１）に当てはめると等価直列抵抗の比がほぼ３となることから、等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+1またはＥＳＲn+mの等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲoに対する比が３以上になる時点を予測することにより、電解コンデンサ１７の交換時期を計画することができる。
【００１７】
（本発明の応用例）
図４に示すフローチャートにおいて、まず、スイッチングレギュレータ１０の設置時に電解コンデンサ１７の初期ＥＳＲ0を測定する（ステップＳ１）。つぎに、６年目の定期点検にてＥＳＲ6を測定する（ステップＳ２）。つぎに、１２年目の定期点検にてＥＳＲ12を測定する（ステップＳ３）。
つぎに、測定したＥＳＲ6およびＥＳＲ12を用いて上述の劣化予測プログラムを実行する（ステップＳ４）。
なお、図３に示すように、電解コンデンサ１７の未使用時の等価直列抵抗１７ｂの値と電解コンデンサ１７を５年間使用した時点の電解コンデンサ１７の使用直前の時点の等価直列抵抗１７ｂの値との差が僅かであるので、経年５年および経年１２年のデータを使用した劣化予測結果にて、電解コンデンサ１７の寿命の予測が可能であることが判明した。また、通常定期点検の周期が６年・１２年であることから、６年目および１２年目のデータを使用することにする。ここで、劣化予測プログラムは、請求項１に対応する計算プログラムであるので、上記式（１）から式（５）までの計算をして１８年目のＥＳＲ18を予測することになる。
つぎに、予測したＥＳＲ18が初期値ＥＳＲ0の３倍を超えている場合には（ステップＳ５）、１５年目のＥＳＲ15を測定する（ステップＳ６）。一方、予測したＥＳＲ18が初期値ＥＳＲ0の３倍を超えていない場合には、１８年目のＥＳＲ18を測定する（ステップＳ７）。そして、測定したＥＳＲ15またはＥＳＲ18がＥＳＲ0の３倍を超えているときは（ステップＳ８）、スイッチングレギュレータ１０の修理、即ち電解コンデンサ１７の交換を計画する（ステップＳ９）。
一方、ＥＳＲ15またはＥＳＲ18の測定値がＥＳＲ0の３倍を超えていないときは、劣化判定プログラムを実行する（ステップＳ１０）。このときの条件は、基準となる時点の等価直列抵抗１７ｂの値をＥＳＲ6とし、Ｎ単位時間経過後の等価直列抵抗１７ｂの値をＥＳＲ15またはＥＳＲ18の測定値とするものである。そして、ＥＳＲ0の３倍を超える時点を予測する。
最後に、予測した等価直列抵抗１７ｂの値がＥＳＲ0の３倍を超える時点の前年に、スイッチングレギュレータ１０の修理、即ち電解コンデンサ１７の交換をするように計画する（ステップＳ１１）。
このため、スイッチングレギュレータ１０を電源とする電子計測制御装置の稼動の信頼度の向上が期待でき、前記電子計測制御装置を含むプラントシステム全体の稼動の信頼度を向上させることができる。
【００１８】
なお、上記実施の形態において、電解コンデンサ１７はスイッチングレギュレータ１０に使用されているが、これに限定されず、本発明はスイッチングレギュレータ１０を含む電源回路に使用されているその出力電圧の平滑用の電解コンデンサに適用される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電解コンデンサを組み込んだスイッチングレギュレータである。
【図２】前記電解コンデンサの劣化予測方法を説明するグラフである。
【図３】本発明による予測データと実測データとの比較を示すグラフである。
【図４】本発明の応用例のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２０】
１０ スイッチングレギュレータ
１７ 電解コンデンサ
１７ａ キャパシタンス
１７ｂ 等価直列抵抗
２０ 一定の負荷
３０ ＥＳＲ測定器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスイッチングレギュレータ等の電源回路に使用されているこの電源回路の出力電圧の平滑用の電解コンデンサの劣化予測方法に関し、特に簡便で実用的な電解コンデンサの劣化予測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチングレギュレータ等の電源回路にその出力電圧中のリップル電圧を減少させるために平滑用の電解コンデンサが使用されている。この電解コンデンサは通常電源回路の他の抵抗、インダクタンス、トランス、能動部品等に比べて寿命が短い。このため、ほとんどの場合電解コンデンサの寿命が電源回路の寿命を決定することになる。したがって、電源回路の電解コンデンサの寿命を予測することは重要なことである。
電解コンデンサの寿命を予測する方法として、電解コンデンサの電解液の減少率の二乗に反比例して電解コンデンサの等価直列抵抗が増加するという関係を利用する方法がある（たとえば非特許文献１参照）。
具体的には、まず上記関係から２０℃における電解コンデンサの等価直列抵抗ＥＳＲを算出する（ステップ１０１）。つぎに、この等価直列抵抗は温度依存性があるので、予め実験的に温度と等価直列抵抗との関係式を求める。そして、この関係式により電解コンデンサの使用による発熱により電解コンデンサの温度が上昇したときの等価直列抵抗ＥＳＲhotを算出し（ステップ１０２）、算出した等価直列抵抗ＥＳＲhotとこの等価直列抵抗ＥＳＲhotを流れる電流による発熱量と電解コンデンサの熱抵抗とから電解コンデンサの温度上昇分ΔＴを算出する（ステップ１０３）。つぎに、算出した温度上昇分ΔＴと周囲温度とから電解コンデンサの内部温度Ｔを算出する（ステップ１０４）。つぎに、算出した内部温度Ｔを使用して電解コンデンサの電解液の蒸気圧Ｐ（前記内部温度Ｔの関数である。）を算出し（ステップ１０５）、算出した蒸気圧Ｐを使用して一定期間（たとえば１００時間）における電解液の損失量Ｖl（蒸気圧Ｐの関数である。）を算出する（ステップ１０６）。
つぎに、算出した電解液の損失量Ｖlを使用して電解コンデンサの電解液の残量Ｖを算出する。つぎに、前記電解コンデンサの電解液の減少率の二乗に反比例して電解コンデンサの等価直列抵抗が増加するという関係により決まる電解コンデンサの電解液の残量Ｖに相当する電解コンデンサの等価直列抵抗ＥＳＲが一定の限度（初めの値の３倍の値）を超えているときには（ステップ１０７）、電解コンデンサの寿命がつきているので、この寿命予測を終了し、超えていないときには、超えるまで前記ステップ１０１からステップ１０７までを繰り返す。このようにして、前記電解コンデンサの劣化を予測する。
【非特許文献１】アルミ電解コンデンサの寿命予測モデル マイケル・ガスペリ ロックウェル先端技術研究所 １９９６ ＩＡＳ Ｃｏｎｆ．Ｒｅｃ．Ｖｏｌ３．ｐｐ１３４７−１３５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の従来例では、電解コンデンサの等価直列抵抗と温度との関係式を予め実験的に求めること、電解コンデンサの使用時の発熱量の計算、電解コンデンサの温度上昇分の算出、電解コンデンサの内部温度の算出、電解液の蒸気圧の算出、電解液の損失量の算出、電解液の残量の算出、電解液の残量に対応する等価直列抵抗の予測という複雑な手順が必要となるという問題があった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、簡便で実用的な手順で電源回路の出力電圧の平滑用の電解コンデンサの等価直列抵抗を予測してこの電解コンデンサの劣化を予測できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、電解コンデンサの劣化予測方法であって、基準となる時点に測定した前記電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲoと、前記基準となる時点からＮ年等のＮ単位時間経過後に測定した前記電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲnとを測定し、前記測定したＥＳＲoおよびＥＳＲnと、前記基準となる時点での前記電解コンデンサの電解液量Ｖoおよび前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサの電解液量Ｖnとの関係式
ＥＳＲn／ＥＳＲo＝（Ｖo／Ｖn）2 （１）
から、前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサの電解液の残存率νn
νn＝Ｖn／Ｖo
を算出し、さらに、前記単位時間当たりの前記電解コンデンサの電解液の減少率δを
δ＝（１−νn）／Ｎ （２）
として算出し、前記ＥＳＲnとＥＳＲoとの平均値Ｒを求め、さらに、前記電解液の減少の加速因子Ｋとして
Ｋ＝ＥＳＲn／Ｒ （３）
を定義し、このＫを用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解液の残存率νn+1を
νn+1＝νn−δＫ （４）
として予測し、予測したνn+1を用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解コンデンサの等価直列抵抗ＥＳＲn+1を
ＥＳＲn+1＝ＥＳＲo（１／νn+1）2 （５）
として求め、該ＥＳＲn+1に基づいて電解コンデンサの劣化を予測することを特徴とする電解コンデンサの劣化予測方法である。
これにより、前記電解液の減少の加速因子Ｋとして
Ｋ＝ＥＳＲn／Ｒ
を定義し、前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサの電解液の残存率νn、前記単位時間当たりの前記電解コンデンサの電解液の減少率δおよび前記Ｋを用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解液の残存率νn+1を
νn+1＝νn−δＫ
として予測し、予測した電解液の残存率νn+1に対応する等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1を予測しているので、簡便で実用的な手順により前記等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1を予測することができる。そして、前記Ｎ単位時間経過時を現時点とすれば、現時点から１単位時間経過後の前記等価直列抵抗の値を予測することができる。ここで、等価直列抵抗の値は電解液の減少割合に従って増加するので、等価直列抵抗の値を予測することにより電解コンデンサの劣化を予測することができる。
【０００５】
さらに、請求項２記載の発明は、請求項１記載のＥＳＲn+1の算出方法を少なくとも２回繰り返して、Ｍを２以上の整数として、請求項１記載の前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲn+mを求め、該ＥＳＲn+mに基づいて電解コンデンサの劣化を予測する電解コンデンサの劣化予測方法であって、１単位時間毎の等価直列抵抗の値を順次予測し、その際、先に予測した等価直列抵抗の値と前記基準となる時点の等価直列抵抗の値を使用して先に等価直列抵抗を予測した時点から１単位時間経過した時点の等価直列抵抗の値を予測することにより、請求項１記載の前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲn+mを求め、該ＥＳＲn+mに基づいて電解コンデンサの劣化を予測することを特徴とする電解コンデンサの劣化予測方法である。
これにより、請求項１記載の電解コンデンサのＥＳＲn+1の算出方法を使用して、請求項１記載の前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲn+mを求め、該ＥＳＲn+mに基づいて電解コンデンサの劣化を予測することができる。そして、前記Ｎ単位時間経過時を現時点とすれば、現時点からＭ単位時間経過後の電解コンデンサの劣化を予測することができる。
【０００６】
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の電解コンデンサの劣化予測方法において、さらに、前記等価直列抵抗の値ＥＳＲoが未使用時の電解コンデンサの等価直列抵抗の値であるとき、前記等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1またはＥＳＲn+mの前記等価直列抵抗の値ＥＳＲoに対する比が３以上になる時点を予測し、この予測を基に前記電解コンデンサの交換時期を計画することを特徴とする電解コンデンサの劣化予測方法である。
これにより、前記等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1またはＥＳＲn+mの前記等価直列抵抗ＥＳＲoに対する比が３以上になる時点においては電解コンデンサの寿命が尽きていると判断できる。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、簡便で実用的な手順により、現時点から１単位時間経過後の電解コンデンサの劣化の程度を予測することができる。
さらに、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果とともに、簡便で実用的な手順により、現時点からＭ単位時間経過後の前記電解コンデンサの劣化の程度を予測することができる。
さらに、請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果とともに、前記電解コンデンサの劣化による交換時期の予測が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明における実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、電解コンデンサを組み込んだスイッチングレギュレータを示し、図２は前記電解コンデンサの劣化予測方法を説明し、図３は本発明による予測データと実測データとの比較を示し、図４は本発明の応用例のフローチャートを示す。
【０００９】
図１に示すように、電源回路の一種のスイッチングレギュレータ１０は、直流の一対の入力端子１１ａ、１１ｂ、入力端子１１ａ、１１ｂ間に加えられた直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣスイッチ回路１２、ＤＣ／ＡＣスイッチ回路１２の出力を１次側入力とするトランス１３、トランス１３の２次側出力を整流するダイオード１４、ダイオード１４の出力を平滑する平滑回路１５および平滑回路１５の出力側に接続された一対の出力端子１８ａ、１８ｂを備えている。そして、平滑回路１５は、コイル１６（ダイオード１４の出力側と出力端子１８ａとの間に接続されている。）および電解コンデンサ１７（出力端子１８ａ、１８ｂ間に接続されている。）からなり、電解コンデンサ１７の等価回路はキャパシタンス１７ａと等価直列抵抗１７ｂとの直列回路である。
出力端子１８ａ、１８ｂ間には電子計測制御装置等の一定の負荷２０が接続されている。なお、一定の負荷２０の電力消費量は通常経年により変化しないので、電解コンデンサ１７の充放電電流の平均実効値も一定である。
【００１０】
ＥＳＲ測定器３０は、交流電圧源３１、抵抗３２および交流電流計３３を直列に接続した部分回路、この部分回路に並列に接続された交流電圧計３４および交流電圧計３４の両端に接続された一対の測定端子３５ａ、３５ｂを備えている。
【００１１】
このとき、交流電圧源３１の周波数をｆとし、キャパシタンス１７ａの値をＣとし、等価直列抵抗１７ｂの抵抗値をＥＳＲとし、１／２πｆＣがＥＳＲより著しく小さいようにｆを設定すると、電解コンデンサ１７のインピーダンスは実質的にＥＳＲとなる。また、コイル１６のインダクタンスをＬとし、２πｆＬがＥＳＲより著しく大きくなるようにｆを設定する。また、一定の負荷２０は、たとえば５Ｖ（出力端子１８ａ、１８ｂ間の電圧）、１０Ａ程度であるので、このときは一定の負荷２０のインピーダンスは０．５Ωとなる。そして、たとえば、Ｃが１０００μＦのときにｆを１００ｋＨｚとすると、１／２πｆＣが約０．００１６Ωになる。このときＥＳＲがたとえば０．０５Ω程度であるので、ＥＳＲが１／２πｆＣより著しく大きくなる。
また、コイル１６のインダクタンスはたとえば１００μＨであるので、このときは２πｆＬは約６３Ωになる。このため、コイル１６のインピーダンスはＥＳＲより著しく大きくなる。さらに、コイル１６のインピーダンスと一定の負荷２０のインピーダンスを並列に接続したインピーダンスの値は、約０．５Ωとなる。
このため、前記周波数ｆでは、電解コンデンサ１７のインピーダンスはほぼＥＳＲに等しくなり、かつ、電解コンデンサ１７に並列に接続されている一定の負荷２０およびコイル１６のインピーダンスの合成値は電解コンデンサ１７のインピーダンスより著しく大きくなる。
【００１２】
したがって、電解コンデンサ１７の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲを測定するときには、入力端子１１ａ、１１ｂを前記直流電源から切り離し、電解コンデンサ１７の電荷を完全に放電させた状態で、ＥＳＲ測定器３０の一対の測定端子３５ａ、３５ｂを出力端子１８ａ、１８ｂに接続する。そして、交流電圧計３４の測定値を交流電流計３３の測定値で除すると、等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲを求めることができる。
【００１３】
具体的には、以下のような劣化予測プログラムを実行して、等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲの増加を予測して、電解コンデンサ１７の劣化を予測することになる。
スイッチングレギュレータ１０により一定の負荷２０に電力を供給した場合に、図２に示すように、基準となる時点に測定した電解コンデンサ１７の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲoと、前記基準となる時点からＮ単位時間（たとえばＮ年、Ｎ月等）経過後に測定した等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲnとを測定し、前記測定したＥＳＲoおよびＥＳＲnと、前記基準となる時点での電解コンデンサ１７の電解液量Ｖoおよび前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサ１７の電解液量Ｖnとの関係式
ＥＳＲn／ＥＳＲo＝（Ｖo／Ｖn）2 （１）
によって、前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサ１７の電解液の残存率をνnとして
νn＝Ｖn／Ｖo
を算出し、さらに、前記単位時間当たりの電解コンデンサ１７の電解液の減少率δを
δ＝（１−νn）／Ｎ （２）
として算出し、さらに、上述のように等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲよりも等価直列抵抗１７ｂに直列に接続されているコイル１６のインピーダンスが著しく大きいので、等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲの増加による等価直列抵抗１７ｂを流れる電流値の減少が僅かであるため、等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲの増加により、等価直列抵抗１７ｂによる発熱量が増加し、前記電解液の減少が加速される。このため、前記電解液の減少の加速因子Ｋとして
Ｋ＝ＥＳＲn／Ｒ （３）
を定義する。なお、Ｒは前記ＥＳＲnとＥＳＲoとの平均値であり、前記ＥＳＲnはＥＳＲoより大きいので、Ｋは１より大きい。そして、このＫを用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解液の残存率νn+1を
νn+1＝νn−δＫ （４）
として予測する。そして、予測したνn+1を用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+1を
ＥＳＲn+1＝ＥＳＲo（１／νn+1）2 （５）
として予測する。
なお、上記加速因子Ｋを導入したことにより、図２において、前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の電解コンデンサの電解液の量Ｖn+1は、Ｖ0とＶnとを結ぶ直線より下側の点線で示す直線上に位置する。
【００１４】
これにより、前記電解液の減少の加速因子Ｋとして
Ｋ＝ＥＳＲn／Ｒ
を定義し、このＫを用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解液の残存率νn+1を簡単な代数式である式（４）により
νn+1＝νn−δＫ （４）
として予測し、予測した電解液の残存率νn+1に対応する等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+1を予測しているので、簡便で実用的な手順により等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+1を予測することができる。これにより、ＥＳＲn+1の値が劣化判定レベル（例えば図３に示すように未使用時の等価直列抵抗の３倍）を超えるか否かにより電解コンデンサの劣化を予測することができる。
【００１５】
さらに、上述の電解コンデンサ１７の劣化予測方法を少なくとも２回繰り返して、Ｍを２以上の整数として、前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+mを予測する。その際、１単位時間毎の等価直列抵抗１７ｂの値を順次予測し、先に予測した等価直列抵抗１７ｂの値と前記基準となる時点の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲ0を使用して先に等価直列抵抗１７ｂの値を予測した時点から１単位時間経過した時点の等価直列抵抗１７ｂの値を予測することにより、前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+mを予測する。
これにより、上述の電解コンデンサ１７の劣化予測方法を使用して、前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+mを予測することができる。そして、前記Ｎ単位時間経過時を現時点とすれば、現時点からＭ単位時間経過後の等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+mを予測することができる。
図３において、横軸の経年では５年目の時点を基準時とし、１２年目をＮ年とし、前記基準時のＥＳＲ0および前記１２年目のＥＳＲnにより等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲを予測した場合が示されている。このようにして予測した等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲは、経年により増加している。なお、前記ＥＳＲの予測データはＥＳＲの実測データとよく近似している。
【００１６】
さらに、上述の電解コンデンサの劣化予測方法において、さらに、等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲoが未使用時の電解コンデンサ１７の等価直列抵抗１７ｂの値であるとき、等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1またはＥＳＲn+mの等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲoに対する比が３以上になる時点を予測し、この予測を基に電解コンデンサ１７の交換時期を計画する。
ここで、経験的に電解液が未使用時の状態から約４０％低下するときが電解コンデンサの寿命と言われており、これを前述の式（１）に当てはめると等価直列抵抗の比がほぼ３となることから、等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲn+1またはＥＳＲn+mの等価直列抵抗１７ｂの値ＥＳＲoに対する比が３以上になる時点を予測することにより、電解コンデンサ１７の交換時期を計画することができる。
【００１７】
（本発明の応用例）
図４に示すフローチャートにおいて、まず、スイッチングレギュレータ１０の設置時に電解コンデンサ１７の初期ＥＳＲ0を測定する（ステップＳ１）。つぎに、６年目の定期点検にてＥＳＲ6を測定する（ステップＳ２）。つぎに、１２年目の定期点検にてＥＳＲ12を測定する（ステップＳ３）。
つぎに、測定したＥＳＲ6およびＥＳＲ12を用いて上述の劣化予測プログラムを実行する（ステップＳ４）。
なお、図３に示すように、電解コンデンサ１７の未使用時の等価直列抵抗１７ｂの値と電解コンデンサ１７を５年間使用した時点の電解コンデンサ１７の使用直前の時点の等価直列抵抗１７ｂの値との差が僅かであるので、経年５年および経年１２年のデータを使用した劣化予測結果にて、電解コンデンサ１７の寿命の予測が可能であることが判明した。また、通常定期点検の周期が６年・１２年であることから、６年目および１２年目のデータを使用することにする。ここで、劣化予測プログラムは、請求項１に対応する計算プログラムであるので、上記式（１）から式（５）までの計算をして１８年目のＥＳＲ18を予測することになる。
つぎに、予測したＥＳＲ18が初期値ＥＳＲ0の３倍を超えている場合には（ステップＳ５）、１５年目のＥＳＲ15を測定する（ステップＳ６）。一方、予測したＥＳＲ18が初期値ＥＳＲ0の３倍を超えていない場合には、１８年目のＥＳＲ18を測定する（ステップＳ７）。そして、測定したＥＳＲ15またはＥＳＲ18がＥＳＲ0の３倍を超えているときは（ステップＳ８）、スイッチングレギュレータ１０の修理、即ち電解コンデンサ１７の交換を計画する（ステップＳ９）。
一方、ＥＳＲ15またはＥＳＲ18の測定値がＥＳＲ0の３倍を超えていないときは、劣化判定プログラムを実行する（ステップＳ１０）。このときの条件は、基準となる時点の等価直列抵抗１７ｂの値をＥＳＲ6とし、Ｎ単位時間経過後の等価直列抵抗１７ｂの値をＥＳＲ15またはＥＳＲ18の測定値とするものである。そして、ＥＳＲ0の３倍を超える時点を予測する。
最後に、予測した等価直列抵抗１７ｂの値がＥＳＲ0の３倍を超える時点の前年に、スイッチングレギュレータ１０の修理、即ち電解コンデンサ１７の交換をするように計画する（ステップＳ１１）。
このため、スイッチングレギュレータ１０を電源とする電子計測制御装置の稼動の信頼度の向上が期待でき、前記電子計測制御装置を含むプラントシステム全体の稼動の信頼度を向上させることができる。
【００１８】
なお、上記実施の形態において、電解コンデンサ１７はスイッチングレギュレータ１０に使用されているが、これに限定されず、本発明はスイッチングレギュレータ１０を含む電源回路に使用されているその出力電圧の平滑用の電解コンデンサに適用される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電解コンデンサを組み込んだスイッチングレギュレータである。
【図２】前記電解コンデンサの劣化予測方法を説明するグラフである。
【図３】本発明による予測データと実測データとの比較を示すグラフである。
【図４】本発明の応用例のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２０】
１０ スイッチングレギュレータ
１７ 電解コンデンサ
１７ａ キャパシタンス
１７ｂ 等価直列抵抗
２０ 一定の負荷
３０ ＥＳＲ測定器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解コンデンサの劣化予測方法であって、基準となる時点に測定した前記電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲoと、前記基準となる時点からＮ年等のＮ単位時間経過後に測定した前記電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲnとを測定し、
前記測定したＥＳＲoおよびＥＳＲnと、前記基準となる時点での前記電解コンデンサの電解液量Ｖoおよび前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサの電解液量Ｖnとの関係式
ＥＳＲn／ＥＳＲo＝（Ｖo／Ｖn）2
から、前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサの電解液の残存率νn
νn＝Ｖn／Ｖo
を算出し、さらに、前記単位時間当たりの前記電解コンデンサの電解液の減少率δを
δ＝（１−νn）／Ｎ
として算出し、前記ＥＳＲnとＥＳＲoとの平均値Ｒを求め、さらに、前記電解液の減少の加速因子Ｋとして
Ｋ＝ＥＳＲn／Ｒ
を定義し、このＫを用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解液の残存率νn+1を
νn+1＝νn−δＫ
として予測し、予測したνn+1を用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1を
ＥＳＲn+1＝ＥＳＲo（１／νn+1）2
として求め、該ＥＳＲn+1に基づいて電解コンデンサの劣化を予測することを特徴とする電解コンデンサの劣化予測方法。
【請求項２】
請求項１記載のＥＳＲn+1の算出方法を少なくとも２回繰り返して、Ｍを２以上の整数として、請求項１記載の前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲn+mを求め、該ＥＳＲn+mに基づいて電解コンデンサの劣化を予測する電解コンデンサの劣化予測方法であって、
１単位時間毎の等価直列抵抗の値を順次予測し、その際、先に予測した等価直列抵抗の値と前記基準となる時点の等価直列抵抗の値を使用して先に等価直列抵抗の値を予測した時点から１単位時間経過した時点の等価直列抵抗の値を予測することにより、請求項１記載の前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲn+mを求め、該ＥＳＲn+mに基づいて電解コンデンサの劣化を予測することを特徴とする電解コンデンサの劣化予測方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の電解コンデンサの劣化予測方法において、
さらに、前記等価直列抵抗の値ＥＳＲoが未使用時の電解コンデンサの等価直列抵抗の値であるとき、前記等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1またはＥＳＲn+mの前記等価直列抵抗の値ＥＳＲoに対する比が３以上になる時点を予測し、この予測を基に前記電解コンデンサの交換時期を計画することを特徴とする電解コンデンサの劣化予測方法。
【請求項１】
電解コンデンサの劣化予測方法であって、基準となる時点に測定した前記電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲoと、前記基準となる時点からＮ年等のＮ単位時間経過後に測定した前記電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲnとを測定し、
前記測定したＥＳＲoおよびＥＳＲnと、前記基準となる時点での前記電解コンデンサの電解液量Ｖoおよび前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサの電解液量Ｖnとの関係式
ＥＳＲn／ＥＳＲo＝（Ｖo／Ｖn）2
から、前記基準となる時点からＮ単位時間経過後の電解コンデンサの電解液の残存率νn
νn＝Ｖn／Ｖo
を算出し、さらに、前記単位時間当たりの前記電解コンデンサの電解液の減少率δを
δ＝（１−νn）／Ｎ
として算出し、前記ＥＳＲnとＥＳＲoとの平均値Ｒを求め、さらに、前記電解液の減少の加速因子Ｋとして
Ｋ＝ＥＳＲn／Ｒ
を定義し、このＫを用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解液の残存率νn+1を
νn+1＝νn−δＫ
として予測し、予測したνn+1を用いて前記基準となる時点からＮ＋１単位時間経過後の前記電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1を
ＥＳＲn+1＝ＥＳＲo（１／νn+1）2
として求め、該ＥＳＲn+1に基づいて電解コンデンサの劣化を予測することを特徴とする電解コンデンサの劣化予測方法。
【請求項２】
請求項１記載のＥＳＲn+1の算出方法を少なくとも２回繰り返して、Ｍを２以上の整数として、請求項１記載の前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲn+mを求め、該ＥＳＲn+mに基づいて電解コンデンサの劣化を予測する電解コンデンサの劣化予測方法であって、
１単位時間毎の等価直列抵抗の値を順次予測し、その際、先に予測した等価直列抵抗の値と前記基準となる時点の等価直列抵抗の値を使用して先に等価直列抵抗の値を予測した時点から１単位時間経過した時点の等価直列抵抗の値を予測することにより、請求項１記載の前記基準となる時点からＮ＋Ｍ単位時間経過後の電解コンデンサの等価直列抵抗の値ＥＳＲn+mを求め、該ＥＳＲn+mに基づいて電解コンデンサの劣化を予測することを特徴とする電解コンデンサの劣化予測方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の電解コンデンサの劣化予測方法において、
さらに、前記等価直列抵抗の値ＥＳＲoが未使用時の電解コンデンサの等価直列抵抗の値であるとき、前記等価直列抵抗の値ＥＳＲn+1またはＥＳＲn+mの前記等価直列抵抗の値ＥＳＲoに対する比が３以上になる時点を予測し、この予測を基に前記電解コンデンサの交換時期を計画することを特徴とする電解コンデンサの劣化予測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−７８２１５（Ｐ２００６−７８２１５Ａ）
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５９７４２（Ｐ２００４−２５９７４２）
【出願日】平成１６年９月７日（２００４．９．７）
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月７日（２００４．９．７）
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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