CN103917883A - 蓄电池状态监视系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蓄电池状态监视系统，其对于利用由自然能源发电的电力充电且总是与设备连接的状态的多个蓄电池，能够高精度且高效率地推测各蓄电池的状态和寿命。具有：检测各蓄电池41的电流控制及电源装置(50)；测定各蓄电池(41)中的温度的、电压和至少2种以上频率下的内部电阻的终端机(30)；和主监视装置(10)，其从与各蓄电池(41)对应的终端机(30)取得测定数据，并且对控制及电源装置(50)和终端机(30)发出关于工作的指令，主监视装置(10)在终端机(30)测定的温度、电压、内部电阻、和由各蓄电池(41)充放电时的电流值的变化量与终端机(30)测定的电压值的变化量的比得到的各蓄电池(41)的直流电阻中，基于至少1个以上的值推测各蓄电池(41)的劣化。

Description

蓄电池状态监视系统
技术领域
本发明涉及监视蓄电池状态的技术，特别涉及适用于对于组合使用利用自然能源的发电装置、为了负载的输出变动用途等而总是与设备连接的状态的蓄电池监视/推测状态的蓄电池状态监视系统的有效的技术。
背景技术
近年来，例如使用组合太阳电池和蓄电池构成的电源系统作为独立型电源或者作为其电力平准化的机构。该电源系统例如在日照量多的白天对负载供给用太阳电池发电的电力，并且使过剩电力对蓄电池充电，在日照量少的白天或夜晚用蓄电池的放电对负载供给所需的电力。
但是，例如白天日照量多、对蓄电池持续供给过剩电力时，会发生蓄电池成为过充电状态的情况，蓄电池的劣化会进展。反之，日照量少的情况下，从蓄电池持续对负载供给电力，所以会发生蓄电池成为过放电状态的情况，同样地蓄电池的劣化会进展。
为了防止这样的劣化，对于蓄电池优选总是在能够进行通常的充电、放电的容量内使用。对此，例如日本特开2010-063359号公报(专利文献1)中，记载了由太阳电池、铅蓄电池、用太阳电池的输出对铅蓄电池充电的充电控制装置、光传感器构成的电源系统。该充电控制装置具备在充电时的蓄电池电压上升至第一设定电压时断开充电电路、在蓄电池电压降低至比第一设定电压低的第二设定电压时再次闭合充电电路进行充电的功能。此外，铅蓄电池的充电电流在设定电流以下的情况下，即使蓄电池电压上升至第一设定电压以上，也不断开充电电路，而是继续充电，光传感器计测的照度在设定值以下时，从铅蓄电池对负载供给电力，由此抑制因蓄电池的充电不足或过充电引起的蓄电池容量的降低。
此外，例如日本特开2008-097941号公报(专利文献2)中，记载了在进行蓄电池的充电的充电管理系统中，包括取得蓄电池的放电容量的放电容量取得部，和以与放电容量取得部取得的放电容量相应的充电容量进行蓄电池的充电的充电部，通过累加充放电电流，以与直到充电时刻的放电容量相应的充电容量进行充电的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-063359号公报
专利文献2：日本特开2008-097941号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
如上所述，组合并用太阳电池和蓄电池的电源系统，需要总是处于能够进行通常的充电、放电的电池状态，优选在称为PSOC(PartialState Of Charge)的部分充电状态(例如SOC(State Of Charge：充电状态)为40％～80％)的容量内使用。
但是，即使用例如专利文献1记载的技术实现这样的控制，也因为难以推测蓄电池的正确容量，实际上在对SOC的阈值较多考虑安全的状态下限制蓄电池的使用容量范围。该状态下不能够有效利用蓄电池容量，不能够高效率地应用系统。
另一方面，为了推测蓄电池的容量，例如使用专利文献2中记载的技术根据充放电电流的累加推测的情况下，因为电流传感器(分流器)的精度的影响等，累加时间越长误差越大。从而，会发生容量的推测值与实际的蓄电池容量相比有较大偏差的情况，蓄电池过放电或过充电的危险性提高。
在推测蓄电池容量以外，检测蓄电池的劣化也是重要的。蓄电池的劣化对充放电特性有较大影响，不仅会导致电源系统的运转效率降低，也存在不能够供给所需的电力量的可能性，可能对包括电源的系统整体带来不良影响。
于是，本发明的目的在于提供一种蓄电池状态监视系统，其对于用利用自然能源发电的电力充电、总是与设备连接的状态的多个蓄电池，能够高精度且高效率地推测各蓄电池的状态和寿命。此外，本发明的其他目的在于提供一种蓄电池状态监视系统，其能够控制各蓄电池在规定的部分充电状态下工作。
本发明的上述以及其他目的和新的特征，将通过本说明书的记载和附图说明。
用于解决技术问题的手段
对于本申请中公开的发明中代表性的发明的概要进行简单说明，如下所述。
本发明的代表性的实施方式的蓄电池状态监视系统，是对于包括由多个蓄电池串联连接而成的电池组和利用自然能源的发电装置的设备，监视上述各蓄电池的状态的蓄电池状态监视系统，具有以下特征。
即，蓄电池状态监视系统具有：检测所述各蓄电池的电流的电流检测部；测定所述各蓄电池中的温度、电压和至少2种以上频率下的内部电阻的状态测定部；和主监视部，其从与所述各蓄电池对应的所述状态测定部取得测定数据，并且对所述控制部和所述状态测定部发出关于工作的指令，所述主监视部基于所述状态测定部测定到的温度、电压、内部电阻和由所述各蓄电池放电时所述电流检测部检测到的电流值的变化量与所述状态测定部测定到的电压值的变化量之比得到的所述各蓄电池的直流电阻中的至少1个以上的值来推测所述各蓄电池的劣化。
发明的效果
对于通过本申请中公开的发明中代表性的发明得到的效果进行简单说明，如下所述。
根据本发明的代表性的实施方式，对于利用由自然能源发电的电力充电且总是与设备连接的状态的多个蓄电池，能够高精度且高效率地推测各蓄电池的状态和寿命。此外，根据本发明的代表性的实施方式，能够控制各蓄电池在规定的部分充电状态下工作，能够防止各蓄电池过放电或过充电。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的蓄电池状态监视系统的结构例的概要的图。
图2是表示本发明的一个实施方式中的主监视装置的结构例的概要的图。
图3是表示本发明的一个实施方式中的状态测定装置(终端机)的结构例的概要的图。
图4是表示本发明的一个实施方式中的状态测定装置(终端机)的电压和温度的测定时刻的控制处理的例子的概要的流程图。
图5是表示本发明的一个实施方式中的主监视装置进行的蓄电池的充放电控制处理的例子的概要的流程图。
图6是表示本发明的一个实施方式中的状态测定装置(终端机)的内部电阻的测定时刻的控制处理的例子的概要的流程图。
具体实施方式
以下基于附图详细说明本发明的实施方式。其中，在用于说明实施方式的所有图中，原则上对于相同部分附加相同符号，省略其反复说明。此外，以下为了使本发明的特征易于理解，与现有技术比较地进行说明。
＜概要＞
例如公园的电灯或时钟、人少的地区中的街灯和信号灯等需要电力的室外设备使用商用电源存在较困难或效率不好的情况。为了使这样的室外设备运转，例如有时使用太阳电池等利用自然能源的独立型电源。该电源系统如上所述，为了电力平准化而组合蓄电池构成，与日照量(太阳电池的发电量)相应地，控制过剩电力对蓄电池充电和用蓄电池的放电对负载(室外设备)供给电力。
该蓄电池即使在不工作的状态下也会经年劣化，并且已知一般而言周围温度越高劣化进展越快。从而，例如一般而言，在UPS(Uninter-ruptible Power Supply：不间断电源装置)等搭载蓄电池的设备中，通常为了避免发生工作(放电)时蓄电池因寿命或故障等不能正常工作的情况，而监视蓄电池的状态。此外，采用预测与周围的温度和使用年数等劣化相应的寿命的时期，在蓄电池处于异常状态的情况、以及正常状态下在预测的寿命的时期到来之前交换新的蓄电池的方法。
但是，仅基于温度与劣化程度的关系的单纯的寿命预测中，预测的寿命的精度不高，所以为了考虑安全，有时蓄电池的交换时期是与实际寿命相比相当早的时期，没有有效地使用到最后，在经济上和有效利用的观点上都是低效率的状态。此外，如上所述，在组合了太阳电池等的电源系统中，为了在规定的PSOC(部分充电状态)的容量内使用而设置SOC(充电状态)的阈值的情况下，也需要在较多考虑安全的状态下限制使用容量范围。
推测蓄电池的状态和寿命时，使用温度以外的多种参数能够更加正确地进行推测。此处，考虑例如测定蓄电池的内部电阻的情况下，例如使用市售的便携型的测定器作为简易的方法。但是，便携型的测定器中，因为受到来自电源系统等的噪声的影响而存在测定精度的问题，并且用于公园的电灯或时钟等室外设备的情况下，需要在现场人工地个别测定，所以效率低，实际使用较困难。
于是，要求对于多个电源系统中搭载的蓄电池，通过测定温度以外的多个参数而监视其状态等，并且统一地保存结果并集中地监视的装置和系统。现有的装置和系统中，在温度和电压以外也测定内部电阻，但为了进行更加正确的寿命推测，要求进一步增加例如充放电时的数据等测定参数。
此外，例如对于内部电阻，不是如现有的装置和系统中一般用单一的频率，而是用多种频率测定，能够与蓄电池的各种劣化模式对应地更加正确地推测寿命。此处，虽然存在对于各个蓄电池使测定频率可变地用多种频率测定内部电阻的装置，但与便携型的测定器同样，以室外设备的多个蓄电池为对象的测定在实际上较困难。为了并行地监视多个蓄电池的状态，至少需要使与各参数的测定和数据的记录相关的处理一定程度地自动化。
于是，本发明的一个实施方式的蓄电池状态监视系统，对于用太阳电池等利用自然能源发电的电力充电、总是与设备连接的多个蓄电池，自动地测定或取得蓄电池的各种参数。由此，能够高精度且高效率地推测各蓄电池的状态和寿命，控制蓄电池在规定的部分充电状态下适当地工作。
本实施方式中，在各蓄电池中，分别设置对各种参数进行测定取得并保存数据的测定装置，用该测定装置测定的数据，根据请求对监视装置通过无线通信发送。监视装置中，基于从各测定装置收集的测定数据统一地进行推测蓄电池的状态和寿命的处理，例如具有在存在需要交换的蓄电池的情况下对用户通知相关的信息等和该消息等的界面。
此外，本实施方式中，考虑通过监视装置具有多个测定装置和通信会话降低通信负荷，和利用无线通信实现的测定装置的设置的容易性、灵活性等，采取在监视装置与测定装置之间具有用于进行通信负荷分散和/或通信协议变换的中继装置的分层结构。
本实施方式的蓄电池状态监视系统中，在进行蓄电池的劣化判定时，在基于蓄电池温度的判定之外，也基于电压、内部电阻(主要是交流阻抗，虽然测定时也包括电池的电抗，但以下总称为“内部电阻”记载)、放电/充电时的直流电阻这多个参数多方面地判定劣化。例如，对于温度和电压，包括突发的故障等引起的状态的异常值管理在以一定间隔(例如5分钟)取得的蓄电池的温度和电压的值超过规定的阈值的情况下判定为异常状态。具体而言，例如蓄电池的温度超过室温+10℃的情况下判定为轻度异常，超过室温+20℃的情况下判定为需要立刻交换的状态。此外，也可以根据表示温度与寿命的相关关系的表或式子判定寿命的时期。
此外，对于内部电阻，通常时的倾向管理例如以1天1次等定期的时刻或接受用户指示的时刻进行测定，根据与内部电阻值的初始值(例如蓄电池设置时最初测定的值)相比的变化率推测蓄电池的劣化。例如，内部电阻值与初始值相比增加了20％以上的情况下判定为轻度劣化，与初始值相比增加了50％以上的情况下判定需要及时(例如1年以内)交换，与初始值相比增加了100％以上的情况下判定需要立刻交换。因为内部电阻的绝对值因蓄电池的种类等而不同，所以这样根据相对值进行判定。
此外，本实施方式中，为了应对蓄电池的各种劣化模式进行更加正确的寿命推测，通过多种频率测定内部电阻，对于各频率下的内部电阻进行如上所述的使用对于初始值的相对值的判定。现有的内部电阻的测定设备中，一般使用1kHz程度的频率，已知对于蓄电池逐渐劣化的状态通过用该频率测定的内部电阻能够进行一定程度的判断。此外，该频率因为直到现在广泛使用的原因，所以作为参考的数据的积累也较多，所以本实施方式中其中1种也使用1kHz程度(例如350Hz以上且不足2000Hz)的频率。
另一方面，1kHz程度的频率对于得到与电极反应等发电要素相关的信息而言频率较高，仅能够得到能够判定蓄电池的寿命的程度的信息。从而，为了得到更详细的信息，优选进一步对直流或接近直流的低频下的内部电阻进行测定。本实施方式中，对于直流电阻成分，根据蓄电池放电或充电时由各蓄电池中设置的测定装置逐次测定的电压值和电流值(与测定交流下的内部电阻时的值相比更大)，通过计算放电中的电流值与电压值的变化量(斜率)的比而取得。对此，通过与上述同样地与初始值比较，能够更加正确地判定蓄电池的劣化。
但是，例如如上所述的与太阳电池组合的电源系统中，因为日照量多的白天等蓄电池不进行放电、充电的时段多，所以能够如上所述测定直流电阻的时刻有限。从而，在待机时(蓄电池没有进行放电、充电的状态)也测定低频下的内部电阻。例如，使用实际上能够无障碍地构成装置、并且不与商用电源干涉(不是50Hz或60Hz的整数倍)的不足100Hz程度的频率。为了进一步提高劣化判定的精度，优选进而用不同的多种频率测定内部电阻。
从而，本实施方式中，如后所述内部电阻的测定频率至少包括1kHz程度(例如350Hz以上且不足2000Hz)的高频和不足100Hz(不与商用电源干涉的频率)的低频，使用进而加上作为与其不同的频率的中间(例如100Hz以上且不足350Hz)频率的3种频率测定内部电阻。
对上述内容更一般化地记载，例如通过使用从不足200Hz的低频域和200Hz以上且不足2000Hz的高频域中至少分别选择1个以上的多种频率测定内部电阻，能够提高劣化判定的精度。进而，通过在上述频域内加上不同的其他频率进行测定，能够进一步提高精度。
这样，通过基于包括温度、电压、内部电阻、放电/充电时的直流电阻等的多个参数中的1个以上参数多方面地判定劣化，能够高精度地推测蓄电池的状态和寿命。
＜系统结构＞
图1是表示本发明的一个实施方式的蓄电池状态监视系统的结构例的概要的图。蓄电池状态监视系统1是例如在电源装置40等具备由串联连接的多个蓄电池41构成的电池组的设备中，通过对各蓄电池41自动地测定或取得各种参数，推测各蓄电池41的状态和寿命的系统。该蓄电池状态监视系统1具有1个以上的对于电源装置40的各蓄电池41分别固定设置1个、测定该蓄电池41的各种参数的状态测定装置30，和收集用状态测定装置30测定的数据并统一地进行推测蓄电池41的状态和寿命的处理的主监视装置10。此外，在主监视装置10与各状态测定装置30之间，具有中继从各状态测定装置30发送的测定数据并对上述监视装置10发送的数据中继装置20。
即，本实施方式中，具有对于1个主监视装置10可通信地连接M个数据中继装置20(以下有时记作“中继机”)、在各数据中继装置20上可通信地连接N个状态测定装置30(以下有时记作“终端机”)的3层的分层结构。其中，主监视装置10与中继机20之间通过经由LAN(Local Area Network)等网络60的有线通信连接，中继机20与终端机30之间通过无线通信连接。其中，有线/无线通信的规格和协议等不特别限定，能够适当利用公知技术。
由此，在具有多个蓄电池41的电源装置40等设备中，能够不需要到外部的配线等地对于蓄电池41设置终端机30，能够提高设置时的容易性、灵活性并提高设置的效率，同时能够降低基于接线错误和配线的经年劣化等的故障的风险。
其中，本实施方式中，中继机20至少具有在与终端机30之间的无线通信和与主监视装置10之间的有线通信之间进行通信协议的变换的功能，可以不具有其他功能。此时，中继机20可以并行地进行与各终端机30的无线通信，也可以逐次地进行。此外，取决于蓄电池状态监视系统1的规模等(例如监视对象的蓄电池41的数量等)，也可以不具有中继机20，而是终端机30直接与主监视装置10通信的2层结构，终端机30与中继机20(或者主监视装置10)之间的通信也不限于无线通信，可以是有线通信。
在各电源装置40上，连接有控制电源装置40的动作的控制及电源装置50。控制及电源装置50例如是电力控制装置(PowerConditioning System：PCS)或者不间断电源装置(UPS)，或者包括直流电源装置等电源装置等构成的控制装置，进行切换从蓄电池41、或从后述的发电装置70对使用电源装置40的装置和系统等的负载供给电力的控制，且进行对电源装置40供给来自发电装置70的过剩电力而对蓄电池41充电等控制。
进而，具有能够检测在电源装置40内串联设置的蓄电池41中流过的电流值的电流检测装置的作用，能够测定电源装置40(蓄电池41)充放电时蓄电池41中流过的电流值。控制及电源装置50例如与网络60连接，主监视装置10能够通过网络60从控制及电源装置50取得与蓄电池41的电流值或有无充放电、发电装置70的发电量相关的信息等。
其中，本实施方式中，采用控制及电源装置50检测各蓄电池41的电流值、主监视装置10能够从控制及电源装置50取得该信息的结构，但不限于此，例如也可以是后述的终端机30与温度和电压等其他参数同样地测定各蓄电池41的电流值并对主监视装置10发送的结构。此外，本实施方式中，如图1的例子所示，采用为了能够统一地监视多个电源装置40(终端机30)而在网络60上具有主监视装置10的结构，但也可以是使主监视装置10的功能与对应于各电源装置40的控制及电源装置50一体化，各控制及电源装置50个别地监视电源装置40的结构。
发电装置70例如由太阳光发电装置(太阳电池)或风力发电装置等利用自然能源的发电装置构成，是不需人为供给能源而能够独立地发电的发电装置。
图2是表示主监视装置10的结构例的概要的图。主监视装置10通过中继机20从各终端机30收集对各蓄电池41测定的各种参数的信息，基于收集的数据推测各蓄电池41的状态和寿命，监视异常状态和是否到达寿命。
主监视装置10例如由PC(Personal Computer)或服务器等信息处理装置构成，具有作为在未图示的OS(Operating System)和DBMS(DataBase Management System)等中间件上运行的软件程序实现的界面部11、监视控制部12和劣化判定部13等各部。此外，具有累积从终端机30收集的测定数据的数据库即测定历史记录14，和由保存与蓄电池状态监视系统1的动作相关的各种设定的文件和注册项等构成的设定信息15。
界面部11具有对用户提供用户输入各种指示用的画面、和显示蓄电池41的状态监视的结果用的画面的用户界面的功能。也可以是通过未图示的Web服务器程序从用户的客户端上的Web浏览器访问而显示画面的结构。用户输入的各种指示例如有在设定信息15中设定的主监视装置10和终端机30的工作条件的指定，和基于用户要求的对于终端机30的数据测定和收集的指示等。
监视控制部12按照设定信息15中登录的设定内容或者用户通过界面部11进行的指示，(通过中继机20)对终端机30指定与各种参数测定相关的条件和请求执行测定。此外，具有对终端机30请求发送各种参数的测定数据，收集测定数据，在测定历史记录14中按每个蓄电池41记录累积的功能。
此外，用户指示的监视对象的蓄电池41数量多的情况下，例如对终端机30一同进行数据测定指示时，多个终端机30一同对蓄电池41进行测定。终端机30在测定参数时对蓄电池41微弱地通电，所以产生电压降低，所以要考虑多个终端机30一同进行测定时对电源装置40造成不良影响。此外，对终端机30一同进行测定数据的发送请求时，各终端机30一同通过中继机20对主监视装置10发送测定数据，结果也要考虑对这些设备施加较大的通信负荷。
从而，本实施方式中，在用户对终端机30进行各种参数的测定(特别是内部电阻的测定)和测定数据发送等指示时，将终端机30按适当的数量(例如整体的30％程度)分组，为了使各分组之间从属的终端机30进行的处理的时间不重复，而自动或手动地按每个分组设置充分的时间差进行指示。
此外，监视控制部12基于收集的测定数据中的电压数据，为了使蓄电池41在规定的部分充电状态下工作而对蓄电池41放电和从发电装置70充电进行控制，对电源装置40的控制及电源装置50例如按照如后所述的流程进行指示。
劣化判定部13按照设定信息15中登录的设定内容或者用户通过界面部11进行的指示，基于从终端机30收集并在测定历史记录14中记录的温度、电压、内部电阻等各种参数的测定值、和从控制及电源装置50取得的电源装置40中的放电/充电时的电流值等，通过如上所述的方法多方面地判定蓄电池41的劣化，由此推测状态和寿命。
本实施方式中，如后所述，主要在2种时刻推测蓄电池41的劣化。第一种是在一定的时间间隔(本实施方式中为5分钟等较短间隔或者1天等较长间隔)的时刻基于持续测定的温度和电压的取得数据，推测蓄电池41的包括突发故障等的异常和寿命。第二种是在蓄电池41的电压超过规定的过充电防止电压、并且充电电流低于规定值的状态、即判断存在蓄电池41劣化的可能性的时刻，基于用多种频率测定的内部电阻的测定值，推测蓄电池41的多种劣化模式下的劣化倾向。
进而，也可以在蓄电池41进行放电或充电的时刻，基于根据放电或充电时的电压的测定数据和从控制及电源装置50取得的放电时或充电时的直流电流的值计算出的直流电阻，更高精度地推测蓄电池41的劣化倾向。其中，内部电阻和直流电阻的初始值可以从测定历史记录14中对象蓄电池41的最初的测定数据取得，也可以对每个蓄电池41另外记录。
蓄电池41的状态和劣化的推测结果是判定为因为已到达寿命或者接近到达寿命而需要交换的情况下，例如通过界面部11对用户通知该消息以及测定数据和推测结果等信息。
设定信息15中，与蓄电池状态监视系统1的动作相关的设定内容，例如终端机30的温度和电压的测定间隔(例如每隔5分钟或1天1次等)、内部电阻的测定间隔(例如1天1次)等能够由用户或管理者等设定或变更。此外，也能够设定终端机30的工作模式(通常模式或省电模式)的条件等。
此外，在主监视装置10的设定信息15中保存与终端机30的动作相关的设定，能够从监视控制部12对终端机30进行指定，由此不需要对多个终端机30的个别的作业，能够通过来自主监视装置10的指令高效率地指定、变更终端机30的工作条件。
图3是表示状态测定装置(终端机)30的结构例的概要的图。终端机30对于蓄电池41的盖部等各固定设置1个，测定并记录该蓄电池41的各种参数，同时与通过中继机20接收的主监视装置10的指示相应地，通过中继机20对主监视装置10发送测定数据。通过在蓄电池41上固定设置，能够使测定各种参数用的端子和传感器等之间的配线连接稳定，减少测定数据的误差。其中，通常是对于1个蓄电池41设置1个终端机30的对应，但也可以与成本或蓄电池41的电压相应地，对于串联设置的多个蓄电池41用1个终端机集中进行监视。
终端机30具有作为由CPU(Central Processing Unit)执行的软件程序或电路等实现的测定控制部31、温度测定部32、电压测定部33、内部电阻测定部34和正弦波发生部35各部。此外，具有与中继机20之间进行无线通信的通信部36、由非挥发性半导体存储器等构成的存储装置即内部存储器37。此外，从温度测定部32配线的温度传感器39配置在蓄电池41上，并且从电压测定部33、内部电阻测定部34和正弦波发生部35配线的端子与蓄电池41的正负端子分别连接。此外，终端机30工作用的电力从蓄电池41取得。因此，终端机30中，优选在需要各部动作的时刻以外进行休眠等，设置不消费多余的电力的省电模式等。
测定控制部31具有控制终端机30中的各种参数的测定处理和测定数据的记录、发送等终端机30中的处理全体的功能。用各测定部(例如以每隔5分钟或1天1次等间隔)总是监视蓄电池41，在内部存储器37的规定的区域中逐次记录测定的数据。此时，覆盖旧的测定数据轮转地利用区域。此外，用通信部36的无线通信与中继机20进行通信，基于通过中继机20接收的主监视装置10的指示，经由中继机20对主监视装置10发送测定数据。此外，内部存储器37中记录的测定数据能够对终端机30上安装的由半导体存储器等构成的外部存储器38复制、移动等而导出。此外，也可以将外部存储器38用作与内部存储器37同等的存储区域。
温度测定部32按照来自测定控制部31的指示(例如每隔5分钟)，用温度传感器39测定蓄电池41的温度，对测定控制部31输出测定数据。此外，电压测定部33也同样按照来自测定控制部31的指示(例如每隔5分钟)测定蓄电池41的端子间的电压，对测定控制部31输出测定数据。
内部电阻测定部34以来自测定控制部31的指示为触发，测定蓄电池41的端子间的内部电阻，对测定控制部31输出测定数据。此处，用正弦波发生部35发生如上所述的多种频率的正弦波，在蓄电池41中流过各频率下的电流(例如3A以下)。基于此时的电流值和端子间的电压值的测定数据，计算各频率下的内部电阻。
如上所述，例如通过用从不足200Hz的低频域和200Hz以上且不足2000Hz的高频域中至少分别选择1个以上的多种频率测定内部电阻，能够提高劣化判定的精度。此外，通过在上述频域内进一步加上不同的其他频率进行测定，能够进一步提高精度。本实施方式中，例如使用至少包括1kHz程度(例如350Hz以上且不足2000Hz，优选800Hz以上且不足1200Hz)的高频域和不足100Hz(不与商用电源干涉的频率)的低频域，进而加上作为与其不同的频率的中频域(例如100Hz以上且不足350Hz)的频率的3种频率测定内部电阻。
为了确认测定频率的效果，在使用现有技术的内部电阻的测定设备(用单一频率测定)的情况，和使用本实施方式的状态测定装置30(内部电阻测定部34用多种频率测定)的情况下，分别实际地测定蓄电池的内部电阻，尝试评价其寿命(推测电池容量)，实验结果的例子在下表中表示。
[表1]
表1中，表示了使用现有品1～3和开发品1、2作为内部电阻的测定设备，对多个不同劣化状态的蓄电池分别测定内部电阻，并且进行电池容量的推测，基于与实际容量的误差和测定所需的时间评价测定精度的结果。
此处，现有品1～3是现有技术的用单一频率测定内部电阻的测定设备，测定频率分别属于不同的频域(高频域(350Hz以上且不足2000Hz)，中频域(100Hz以上且不足350Hz)，低频域(不足100Hz))。另一方面，开发品1、2是本实施方式的状态测定装置30，用属于多个频域(开发品1是高频域(200Hz以上且不足2000Hz)和低频域(不足200Hz)，开发品2是高频域(350Hz以上且不足2000Hz)和中频域(100Hz以上且不足350Hz)和低频域(不足100Hz))的测定频率测定内部电阻。
该实验中，制作以下6种蓄电池(电池A～F)作为使用的蓄电池：
·电池A蓄电池规格UP300-12(12V/100Ah/5HR)的新品
·电池B对于与电池A同等的电池减少10％电解液
·电池C对于与电池A同等的电池用25℃涓流寿命试验经过了相当于5年的状态
·电池D对于与电池A同等的电池用25℃涓流寿命试验经过了相当于15年的状态
·电池E对于与电池C同等的电池补充电解液减少部分
·电池F对于与电池D同等的电池补充电解液减少部分
表中，对于上述各蓄电池，基于5HR容量和1CA容量，分别用与满充电状态的相对比(％)表示了实际容量和基于现有品1～3和开发品1、2的内部电阻的测定值得到的容量的推测值作为各自的状况。
关于各电池的放电容量的实测值(实际容量)，基于JIS8704-02准备满充电状态的蓄电池，是基于它的实测值。此处，蓄电池的满充电状态指的是以13.38V/10A的限制电流充电48小时以上的状态。关于5HR容量的实测值(实际容量)，在充电结束后，以开路状态在25±2℃气氛中放置24小时，之后在25±2℃下以放电电流值20A放电，根据到达终止电压10.5V的放电持续时间求出放电容量。此外，关于1CA容量的实测值(实际容量)，与上述5HR的情况同样，对于满充电后在25±2℃气氛中放置24小时的电池，以放电电流值100A放电，根据到达终止电压9.6V的放电持续时间求出放电容量。对于得到的各蓄电池的放电容量的实测值，分别计算相对于新品状态的放电容量的相对比。
此外，基于内部电阻的测定值推测容量时，使用作为基于实验结果积累的知识的以往得到的内部电阻与放电容量(或放电持续时间)的关系的实验式。具体而言，内部电阻的测定值与放电容量的关系用一次函数表达，所以例如对于现有品1～3(用单一频率测定)，放电容量基于内部电阻的测定值和初始值由下式表达：
放电容量＝放电容量的初始值×
(1－(内部电阻的测定值－内部电阻的初始值)/内部电阻的初始值)
从而，相对于新品状态的放电容量(放电容量的初始值)的相对比，能够用下式计算：
相对比＝1－(内部电阻的测定值－内部电阻的初始值)/内部电阻的初始值
此外，如开发品1、2一般用多个测定频率测定内部电阻的情况下，例如使用对测定的2种或3种内部电阻的值进行规定的加权后的加权平均值应用于上式。例如，低倍率放电时的测定的情况下，对于用高频域的频率测定的内部电阻值，设定比用中频域的频率测定的内部电阻更大的权值。此外，高倍率放电时的测定的情况下，对于用中频域的频率测定的内部电阻值，设定比用高频域的频率测定的内部电阻更大的权值，进而对于用低频域的频率测定的内部电阻值，设定比用中频域的频率测定的内部电阻值更大的权值。
表1中，对于现有品1～3和开发品1、2分别对各蓄电池的5HR容量和1CA容量求出基于内部电阻测定值求出的容量的推测值(相对比)与实际容量(相对比)之间的误差。进而，也表示了基于各误差的合计和测定内部电阻所需的时间求评价得分进行评价的结果。
根据评价结果，可知与现有品1～3(用单一频率测定内部电阻)相比总体能够更短时间、更高精度地推测电池容量。此外，可知使用开发品2(用3种频率测定内部电阻)能够比开发品1(用2种频率测定内部电阻)更短时间且更高精度地推测电池容量。
＜对蓄电池的测定处理的流程＞
图4是表示状态测定装置(终端机)30的测定控制部31中的电压和温度的测定时刻的控制处理的例子的概要的流程图。终端机30起动而开始蓄电池41的各种参数的测定处理时，首先判定从最近的处理起是否经过了规定时间(S01)。该规定时间是终端机30自身定期地测定蓄电池41的参数的间隔，终端机30的状态不是“休眠状态”而是“通常时”的情况下例如是5分钟，“休眠状态”的情况下例如是1天等时间间隔。此处，本实施方式中的“休眠状态”指的是根据主监视装置10的指令降低了终端机30中的电压和温度的测定频度的状态(并不是停止)。
步骤S01中，没有经过规定时间的情况下，反复步骤S01直到经过规定时间。经过了规定时间的情况下，用温度测定部32测定蓄电池41的温度，并且用电压测定部33测定蓄电池41的端子间的电压(S02)。用温度测定部32和电压测定部33进行温度和电压的测定、测定控制部31取得测定数据时，将温度和电压的测定数据与时间戳一同记录在内部存储器37中(S03)。
之后，判定从对中继机发送测定数据起是否经过了规定时间(S04)。该规定时间例如能够设为与步骤S01中的规定时间相同，终端机的状态是“通常时”的情况下例如能够设为5分钟，“休眠状态”的情况下例如能够设为1天等时间间隔。没有经过该规定时间的情况下，返回步骤S01，反复上述一系列的处理。经过了规定时间的情况下，将步骤S03中取得并在内部存储器37中记录、累积的测定数据中未发送的数据通过中继机20对主监视装置10发送(S05)。发送后，返回步骤S01，反复上述一系列的处理。此外，主监视装置10中，基于发送的温度和电压的测定数据，推测蓄电池41的包括突发故障等的异常和寿命。
图5是表示主监视装置10进行的蓄电池41的充放电的控制处理的例子的概要的流程图。主监视装置10起动而开始控制处理时，首先等待从各中继机20发送终端机30中的测定数据，接收测定数据(S11)。接着，判定测定数据中包括的蓄电池41的电压数据是否低于规定的过放电防止电压(S12)。此时，如上所述，基于接收的测定数据，用劣化判定部13另外进行推测蓄电池41的状态和寿命的处理。
步骤S12中，不低于过放电防止电压的情况下，判断对象蓄电池41在规定的部分充电状态下工作，接着，判定是否持续规定期间以上没有对与包括对象蓄电池41的电源装置40对应的控制及电源装置50发出内部电阻的测定指令(S13)。在规定期间内发出内部电阻的测定指令、通过中继机20取得了内部电阻的测定数据的情况下，为了对于对象蓄电池41(电源装置40)连接放电电路进行蓄电池41的放电，而对控制及电源装置50发出指令(S14)，前进至步骤S17。这是因为该情况下能够在时间上接近的时刻用主监视装置10推测蓄电池41的状态，在此基础上工作，所以能够判断蓄电池41的状态没有问题。
步骤S13中，持续规定期间以上没有发出内部电阻的测定指令的情况下，直接前进至步骤S17。其中，步骤S13中的规定期间，例如能够设为1周等。此外，步骤S14中的“连接”(图5中后述的其他“连接”也同样)中，包括已经与放电电路连接的情况下持续该状态。此外，与对象蓄电池41对应的终端机30处于上述“休眠状态”的情况下，也包括解除该状态。
步骤S12中，低于过放电防止电压的情况下，判断对象蓄电池41在过放电状态下工作，为了对于对象蓄电池41(电源装置40)断开放电电路停止蓄电池41的放电，而对控制及电源装置50发出指令(S15)。进而，为了避免对于对象蓄电池41的多余的测定处理，对于对应的终端机30发出成为“休眠状态”的指令(S16)。之后，返回步骤S11等待从各中继机20发送终端机30中的测定数据。
另一方面，步骤S17中，判定测定数据中包括的蓄电池41的电压数据是否超过规定的过充电防止电压(S17)。没有超过过充电防止电压的情况下，判断对象蓄电池41在规定的部分充电状态下工作，为了对于对象蓄电池41(电源装置40)连接充电电路从发电装置70对蓄电池41进行充电，而对控制及电源装置50发出指令(S18)。之后，返回步骤S11等待从各中继机20发送终端机30中的测定数据。
步骤S17中，超过过充电防止电压的情况下，判断对象蓄电池41在过充电状态下工作，接着判定用控制及电源装置50的电流检测功能得到的对蓄电池41的充电电流是否低于规定值(S19)。充电电流不低于规定值的情况下，即内部电阻的值小于规定程度、判断蓄电池41还没有劣化到一定程度的情况下，前进至上述步骤S18，为了对于对象蓄电池41(电源装置40)连接充电电路从发电装置70对蓄电池41进行充电，而对控制及电源装置50发出指令。
步骤S19中，充电电流低于规定值的情况下，即内部电阻的值大于规定程度、判断存在蓄电池41劣化的可能性的情况下，对于对应的终端机30发出指令使其测定内部电阻值(S20)。进而，为了对于对象蓄电池41(电源装置40)断开充电电路停止发电装置70对蓄电池41的充电，而对控制及电源装置50发出指令(S21)。之后，返回步骤S11等待从各中继机20发送终端机30中的测定数据。
图6是表示状态测定装置(终端机)30的测定控制部31中的内部电阻的测定时刻的控制处理的例子的概要的流程图。终端机30起动而开始蓄电池41的各种参数的测定处理时，首先判定是否从主监视装置10对该终端机30发出了图5的步骤S20等的内部电阻值的测定指令(S31)。没有发出内部电阻值的测定指令的情况下，反复步骤S01直到经过规定时间。
从主监视装置10接受了内部电阻值的测定指令的情况下，用内部电阻测定部34测定蓄电池41的内部电阻(S32)。此处，如上所述，用正弦波发生部35发生多种频率的正弦波，在蓄电池41中流过各频率下的电流(例如3A以下)，基于此时的电流值和端子间的电压值的测定数据，计算各频率下的内部电阻。本实施方式中，多种频率如上所述至少包括1kHz程度的高频和不足100Hz的低频，进而能够加上不同的频率。用内部电阻测定值34进行内部电阻的测定、测定控制部31取得测定数据时，将内部电阻的测定数据与时间戳一同记录在内部存储器37中(S33)。
之后，判定从对中继机发送测定数据起是否经过了规定时间(S34)。该规定时间例如能够设为5分钟等时间间隔。没有经过该规定时间的情况下，返回步骤S31，反复上述一系列的处理。经过了规定时间的情况下，将步骤S33中取得并在内部存储器37中记录、累积的测定数据中未发送的数据通过中继机20对主监视装置10发送(S35)。发送后，返回步骤S01，反复上述一系列的处理。此时，如上所述，基于接收的多种频率下测定的内部电阻的测定值，用劣化判定部13另外推测蓄电池41的多个劣化模式下的劣化倾向。
如以上说明，根据本发明的一个实施方式的蓄电池状态监视系统1，对于用太阳电池等利用自然能源发电的电力充电、总是与设备连接的多个蓄电池41，自动地测定或取得在温度以外还包括电压、内部电阻、放电/充电时的直流电阻的参数，并且对于内部电阻用多种频率测定，由此能够高精度地推测各蓄电池41的状态和寿命，控制蓄电池41在规定的部分充电状态下工作。此外，采取由主监视装置10和中继机20、终端机30构成的分层结构，中继机20与终端机30之间进行无线通信，由此能够高效率地进行多个蓄电池41的各种参数的测定。
以上，基于实施方式具体说明了本发明人的发明，但本发明不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。
产业上的利用可能性
本发明能够用于后备用途/输出变动用途等蓄电池总是与设备连接、对蓄电池通电而监视/推测状态的蓄电池状态监视系统。
符号说明
1…蓄电池状态监视系统，
10…主监视装置，11…界面部，12…监视控制部，13…劣化判定部，14…测定历史记录，15…设定信息，
20…数据中继装置(中继机)，
30…状态测定装置(终端机)，31…测定控制部，32…温度测定部，33…电压测定部，34…内部电阻测定部，35…正弦波发生部，36…通信部，37…内部存储器，38…外部存储器，39…温度传感器，
40…电源装置，41…蓄电池，
50…控制及电源装置，
60…网络，
70…发电装置。

Claims (11)

1.一种蓄电池状态监视系统，其对于包括由多个蓄电池串联连接而成的电池组和利用自然能源的发电装置的设备，监视所述各蓄电池的状态，所述蓄电池状态监视系统的特征在于，具有：
检测所述各蓄电池的电流的电流检测部；
测定所述各蓄电池中的温度、电压和至少2种以上频率下的内部电阻的状态测定部；和
主监视部，其从与所述各蓄电池对应的所述状态测定部取得测定数据，并且对所述控制部和所述状态测定部发出关于工作的指令，
所述主监视部基于所述状态测定部测定到的温度、电压、内部电阻和由所述各蓄电池放电时所述电流检测部检测到的电流值的变化量与所述状态测定部测定到的电压值的变化量之比得到的所述各蓄电池的直流电阻中的至少1个以上的值来推测所述各蓄电池的劣化。
2.如权利要求1所述的蓄电池状态监视系统，其特征在于：
具有对于所述蓄电池，控制对负载放电和利用来自所述发电装置的过剩电力充电的控制部，
所述主监视部在从所述状态测定部取得的所述蓄电池的电压测定值为规定的过放电防止电压以上的情况下，对所述控制部进行使所述蓄电池与针对负载的放电电路连接的指示，在所述电压测定值不足所述过放电电压的情况下，对所述控制部进行使所述蓄电池从所述放电电路断开的指示，
并且，在所述电压测定值为规定的过充电防止电压以下的情况，和所述电压测定值超过所述过充电防止电压、并且由所述电流检测部检测到的所述蓄电池的充电电流为规定值以上的情况下，对所述控制部进行使所述蓄电池与来自所述发电装置的充电电路连接的指示，在所述电压测定值超过所述过充电防止电压、并且由所述电流检测部检测到的所述蓄电池的充电电流不足规定值的情况下，对所述状态测定部进行取得所述蓄电池的内部电阻的值的指示，并且对所述控制部进行使所述蓄电池从所述充电电路断开的指示。
3.如权利要求2所述的蓄电池状态监视系统，其特征在于：
所述主监视部在从所述状态测定部取得的所述蓄电池的电压测定值不足所述过放电防止电压的情况下，对所述控制部进行使所述蓄电池从所述放电电路断开的指示，并且对所述状态测定部进行延长所述蓄电池的参数的测定间隔的指示。
4.如权利要求1～3中任一项所述的蓄电池状态监视系统，其特征在于：
所述状态测定部利用至少分别包括不足200Hz的第一频率和200Hz以上且不足2000Hz的第二频率的2种以上的频率来测定所述蓄电池的内部电阻。
5.如权利要求1～3中任一项所述的蓄电池状态监视系统，其特征在于：
所述状态测定部利用包括取为不足100Hz的所述第一频率、取为350Hz以上且不足2000Hz的所述第二频率和100Hz以上且不足350Hz的第三频率的3种频率来测定所述蓄电池的内部电阻。
6.如权利要求1～5中任一项所述的蓄电池状态监视系统，其特征在于：
在所述状态测定部测定到的所述蓄电池的温度和/或电压的值超过规定值或者低于规定值的情况下，判定所述蓄电池中存在异常，并且，基于所述状态测定部测定到的所述蓄电池的内部电阻和/或所述蓄电池放电时的直流电阻的值与初始值相比的变化率来推测所述蓄电池的劣化。
7.如权利要求1～6中任一项所述的蓄电池状态监视系统，其特征在于，具有：
包括所述状态测定部的终端机；和
包括所述主监视部的主监视装置，
所述蓄电池状态监视系统还具有对所述主监视装置与所述终端机之间的通信进行中继的中继机，
所述蓄电池状态监视系统具有在所述主监视装置上可通信地连接1个以上的所述中继机，在所述各中继机上可通信地连接1个以上的所述终端机的结构。
8.如权利要求7所述的蓄电池状态监视系统，其特征在于：
所述中继机与所述终端机之间的通信是无线通信。
9.如权利要求7或8所述的蓄电池状态监视系统，其特征在于：
所述终端机按照经由所述中继机从所述主监视装置接收到的指示来测定所述蓄电池的内部电阻。
10.如权利要求7～9中任一项所述的蓄电池状态监视系统，其特征在于：
所述终端机在从上次经由所述中继机向所述主监视装置的测定数据的发送起没有经过规定时间以上的情况下，不进行经由所述中继机向所述主监视装置的测定数据的发送。
11.如权利要求7～10中任一项所述的蓄电池状态监视系统，其特征在于：
所述终端机固定设置在所述蓄电池上。
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