DE112017001587T5

DE112017001587T5 - Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie

Info

Publication number: DE112017001587T5
Application number: DE112017001587.1T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Yamada
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US20190025382A1; JP2017181484A; CN108885241A; KR20180129821A

Abstract

Die Vorrichtung zum Feststellen von Degradation einer Sekundärbatterie umfasst: einen Spannungsmessbereich (21), um eine Gleichspannung zwischen Anschlüssen einer Batterie (2) zu messen; eine Entladeschaltung (35), bestehend aus einem Strombegrenzungswiderstand (36) und einem Schalter (37), die parallel zu der Batterie (2) angeschlossen sind; einen Entladungsmanagementbereich (22) und einen Degradationsbestimmungsbereich (13a). Der Entladungsmanagementbereich (22) startet eine Entladung, wenn die Gleichspannung höher als ein oberer Grenzwert ist, überwacht die Gleichspannung währenddessen und stoppt die Entladung, wenn die Gleichspannung unter einen unteren Grenzwert gefallen ist. Die Gleichspannung der Batterie wird mit einem festgesetzten Spannungswert verglichen und wenn die Gleichspannung der Batterie höher als dieser festgesetzte Wert ist, wird die Batterie entladen. Der Degradationsbestimmungsbereich (13 A) misst eine Entladungsfrequenz in der Entladeschaltung (35), die durch die Steuerung des Entladungsmanagementbereichs (22) verursacht wird und stellt die Degradation der Batterie (2) auf der Basis der Entladungsfrequenz fest.

Description

BEZUGNAHME AUF EINE VERBUNDENE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldungen Nr. 2016-063179, eingereicht am 28. März 2016 und Nr. 2016-183589 , eingereicht am 21. September 2016, deren gesamte Offenbarungen als Teil dieser Anmeldung durch Bezugnahme hier eingeschlossen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen oder Bestimmen der Degradation einer Sekundärbatterie, die die Degradation einer Batterie feststellt oder bestimmt, die in Rechenzentren, Mobilfunkbasisstationen oder anderen unterschiedlichen Arten von Notstromversorgungen benutzt wird, bei denen eine stabile elektrische Stromversorgung erforderlich ist, oder in allgemeinen Stromversorgungen, in denen eine Mehrzahl von Batterien in Reihe angeschlossen ist.
(Beschreibung des Standes der Technik)
In Rechenzentren, Mobilfunkbasisstationen oder dergleichen ist eine stabile Versorgung mit elektrischer Energie wichtig. Obwohl eine kommerzielle Wechselspannung-Spannungsversorgung während des stabilen Betriebs benutzt wird, ist ein Rechenzentrum, eine Mobilfunkbasisstation oder dergleichen mit einer Notspannungsversorgung versehen, bei der eine Sekundärbatterie als unterbrechungsfreie Spannungsversorgungsvorrichtung in dem Fall benutzt wird, wenn die kommerzielle Wechselspannung-Spannungsversorgung unterbrochen ist. Ladeverfahren für die Notspannungsversorgung umfassen: Erhaltungsladen (trickle charging), bei dem Laden mit einem minimalen Strom durch Verwenden einer Ladeschaltung während eines kontinuierlichen Betriebs durchgeführt wird; und Erhaltungsladen (float charging), bei dem eine elektrische Last und eine Sekundärbatterie parallel zu einem Gleichrichter angeschlossen sind und der Ladevorgang durchgeführt wird, während die elektrische Last in Betrieb ist, während ein konstanter Strom angelegt ist. Im Allgemeinen wird Erhaltungsladen häufiger bei Notfallstromversorgungen eingesetzt.
Es ist erforderlich, dass die Notstromversorgung eine Spannung und einen Strom liefert, die die Versorgung einer elektrischen Last ermöglichen, die durch die kommerzielle Stromversorgung betrieben wird. Da eine einzige Sekundärbatterie (auch als Batterie bezeichnet) eine geringe Spannung und eine geringe Kapazität besitzt, ist die Notstromversorgung so konfiguriert, dass eine Mehrzahl von Batteriegruppen parallel angeschlossen ist und jede Batteriegruppe umfasst eine Mehrzahl von Batterien, die in Reihe angeschlossen sind. Die einzelne Batterie ist eine Bleispeicherbatterie, eine Lithiumionenbatterie oder dergleichen.
In einer derartigen Notfallstromversorgung verringern sich die Spannungen der Batterien durch Degradation. Um Zuverlässigkeit zu gewährleisten, ist es wünschenswert, dass eine Bestimmung der Degradation jeder Batterie durchgeführt wird und dass jede Batterie, die degradiert ist, ersetzt wird. Allerdings gibt es bisher keinen Vorschlag für ein Gerät, das eine genaue Bestimmung der Degradation für eine große Anzahl von Batterien bei einer großräumigen Notstromversorgung wie in einem Rechenzentrum, einer Mobilfunkbasisstation oder dergleichen vornehmen kann.
Beispiele von Vorschlägen für die herkömmliche Bestimmung der Batteriedegradation umfassen: ein Vorschlag eines Batterieüberprüfers auf einem Fahrzeug, der eine Messung der gesamten Batterie durchführt (siehe zum Beispiel Patentdokument 1); ein Vorschlag, bei dem eine pulsförmige Spannung an eine Batterie angelegt wird und die interne Impedanz der gesamten Batterie aus einer Eingangsspannung und einer Antwortspannung berechnet wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 2); und ein Vorschlag eines Verfahrens, bei dem der Innenwiderstand aller einzelnen Zellen, die in Reihe angeschlossen sind, gemessen wird, wodurch die Degradation bestimmt wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 3). Zur Messung des Innenwiderstands jeder einzelnen Zelle wird das Wechselspannungs-4-Anschlüsse-Verfahren benutzt. Als Batterietester, der nach dem Wechselspannungs-4-Anschlüsse-Verfahren arbeitet, ist ein Handtestgerät, das einen sehr kleinen Widerstandswert misst, kommerziell erhältlich (siehe zum Beispiel Nicht-Patentdokument 1). In den oben erwähnten Patentdokumenten 1 und 2 wird auch eine drahtlose Datenübertragung vorgeschlagen, und darüber hinaus wird die Reduzierung der Handhabung von Kabeln und von Handarbeit sowie die Datenverarbeitung durch Computer vorgeschlagen.
[Zugehörige Dokumente]
[Patentdokument]

[Patentdokument 1] veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. JP H10-170615 ,
[Patentdokument 2] veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2005-100969 ,
[Patentdokument 3] veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2010-164441 . [Nicht-Patentdokument]
[Nicht-Patentdokument 1] AC 4-terminal-method battery tester, internal resistance measuring instrument IW7807-BP (Rev.1.7.1, February 16, 2015, Tokyo Devices) (https://tokyodevices.jp/system/attachments/files/000/000/298/original/IW7807-BP-F_MANUAL.pdf).

Bei allen herkömmlichen Vorrichtungen zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie wird jeder Batterie Strom zugeführt, Spannung wird zwischen Anschlüssen gemessen und ein Innenwiderstand wird berechnet, und somit ist die Konfiguration der Sensoren kompliziert. Insbesondere besteht eine Notstromversorgung aus einer großen Anzahl von Batterien und somit, falls die Konfiguration jedes Sensors, der eine Messung bei einer einzelnen Batterie durchführt, kompliziert ist, wird die gesamte Vorrichtung zum Bestimmen der Degradation groß, wodurch hohe Kosten verursacht werden. Das herkömmliche Handgerät (Nicht-Patentdokument 1) erfordert zu viele Messpositionen und somit ist es nicht praktisch für eine Notstromversorgung, in der mehrere zehn und hunderte Batterien angeschlossen sind.
Die meisten Notstromversorgungen besitzen Batterien, die zur Benutzung in Reihe angeschlossen sind und deren Ladungsstatus wird permanent durch Erhaltungsladen (float charging) oder Erhaltungsladen (trickle charging) überwacht. Wenn eine Batterie degradiert ist, erhöht sich der Innenwiderstand und somit erhöht sich im Falle einer großen Anzahl von in Reihe angeschlossener Batterien die Gleichspannung zwischen Anschlüssen einer Batterie, die degradiert ist. Dementsprechend, falls die Gleichspannung jeder einzelnen Batterie gemessen wird, kann die Degradation einer Batterie zu einem gewissen Grad festgestellt werden. Jedoch wird eine Abweichung der Gleichspannung der Batterie auch durch andere Faktoren verursacht und somit kann eine Degradation der Batterie nicht genau festgestellt werden, wenn lediglich eine Messung der Spannung zwischen den Anschlüssen vorgenommen wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Bestimmen der Degradation einer Sekundärbatterie bereitzustellen, die einen einfachen Aufbau besitzt, die die Degradation einer Sekundärbatterie bis zu einem gewissen Grad genau feststellen kann und die auch für die Bestimmung der Degradation in einer Notstromversorgung geeignet ist, in der eine große Anzahl von Batterien angeschlossen ist.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung aus Gründen der Bequemlichkeit unter Bezugnahme auf die in den Ausführungsbeispielen benutzten Bezugszeichen beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
Eine Vorrichtung zum Bestimmen der Degradation einer Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Spannungsmessbereich 21, der zum Messen einer Gleichspannung zwischen Anschlüssen der Batterie 2, die eine Sekundärbatterie ist, konfiguriert ist; eine Entladeschaltung 35, die eine Reihenschaltung eines Strombegrenzungswiderstands 36 und eines Schalters 37 ist, die parallel zu der Batterie 2 angeschlossen sind; einen Entladungsmanagementbereich 22, der zum Überwachen der Gleichspannung der Batterie, die durch den Spannungsmessbereich 21 gemessen worden ist, konfiguriert ist, sowie zum Einschalten des Schalters 37, um die Batterie 2 zu entladen, wenn die Gleichspannung der Batterie größer als ein festgesetzter oberer Grenzwert ist, zum Überwachen der Gleichspannung der Batterie, während der Schalter 37 eingeschaltet ist, und zum Ausschalten des Schalters 37, um die Entladung zu stoppen, wenn die Gleichspannung der Batterie kleiner als ein festgesetzter unterer Grenzwert ist; und einen Degradationsbestimmungsbereich 19,19A, der zum Messen einer Entladungsfrequenz der Entladeschaltung 35 konfiguriert ist, die als Ergebnis der Steuerung durch den Entladungsmanagementbereich 22 verursacht wird, sowie zum Bestimmen der Degradation der Batterie 2 auf der Basis der Entladungsfrequenz.
Wenn die Gleichspannung der Batterie überwacht wird, kann der Schalter 37 temporär ausgeschaltet werden, um die Entladung zu stoppen.
Der „obere Grenzwert“ und der „untere Grenzwert“ sind Werte, die nach Wunsch festgelegt werden und die beispielsweise vorzugsweise auf den oberen Grenzwert und bzw. den unteren Grenzwert festgelegt werden, in dem Bereich der normalen Spannung, in welchem Bereich keine Degradation der Batterie 2 aufgetreten ist. Im Allgemeinen, in einem Fall einer Batterie mit 2 V, erstreckt sich der Bereich der normalen Spannung von 1,8 bis 2,23 V. Hierbei kann im Hinblick auf die Größe des als Referenz benutzten Werts der Ausdruck „wenn ... größer als ein oberer Grenzwert ist“ (oder „niedriger als ein unterer Grenzwert wird“) oder dergleichen im Sinne von „nicht weniger als“ (oder „weniger als“) oder „größer als“ oder „überschreitend“ (oder „nicht größer als“) verstanden werden.
Wenn die Gleichspannung jeder einzelnen Batterie gemessen wird, kann die Degradation der Batterie 2 zu einem gewissen Grad bestimmt werden. Jedoch wird eine Abweichung der Gleichspannung der Batterie auch durch andere Faktoren verursacht und somit kann die Degradation der Batterie nicht genau bestimmt werden, wenn dies lediglich durch Messen der Spannung zwischen Anschlüssen erfolgt. In der vorliegenden Erfindung wird die Gleichspannung der Batterie in einem geladenen Zustand durch Anlegen von Spannung oder dergleichen gemessen, und wenn die Gleichspannung der Batterie höher als der obere Grenzwert ist, wird Energie durch den Strombegrenzungswiderstand 36 durch Entladung verbraucht, und wenn die Gleichspannung der Batterie unter den unteren Grenzwert gesunken ist, wird die Entladung gestoppt und eine Überladung wird verhindert. Durch Wiederholen dieser Verfahrensschritte wird die Degradation der Batterie 2 auf der Basis der Entladungsfrequenz bestimmt. Wenn die Entladungsfrequenz hoch ist, ist es möglich, festzustellen, dass Degradation stattgefunden hat. Das bedeutet, dass der Innenwiderstand ansteigt, wenn die Batterie degradiert ist und somit die Spannung der degradierten Batterie in einer Mehrzahl von in Reihe angeschlossenen Batterien ansteigt. Wenn die Spannung hoch ist, erhöht sich die Entladungsfrequenz und somit kann festgestellt werden, dass Degradation aufgetreten ist.
Auf diese Weise wird ein Start der Entladung an dem oberen Grenzwert der Spannung und ein Stopp der Entladung an dem unteren Grenzwert der Spannung wiederholt und die Bestimmung wird auf der Basis der Entladungsfrequenz durchgeführt. Somit kann die Degradation der Batterie zu einem gewissen Grad genau vorgenommen werden. Da kein Mittel zum Zuführen von Strom, der für die Messung erforderlich ist, benutzt wird, besitzt die Vorrichtung zum Bestimmen der Degradation einer Sekundärbatterie eine einfache Struktur und kann zu geringen Kosten produziert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die „Entladungsfrequenz“ im Hinblick auf die Anzahl der Entladevorgänge oder im Hinblick auf das Entladungsintervall verwaltet werden kann.
Zum Beispiel kann, als Verfahren einer auf der Anzahl der Entladevorgänge basierenden Degradationsbestimmung, der Degradationsbestimmungsbereich 19, 19A die Anzahl der Entladevorgänge messen, die in einem festgelegten Zeitraum stattgefunden haben und feststellen, dass die Batterie degradiert ist, wenn die Anzahl der Entladevorgänge größer als eine festgesetzte Anzahl ist (entsprechend dem in 5A und 5B gezeigten Beispiel und dem in 6 gezeigten Beispiel). Wenn die Feststellung auf der Basis der Anzahl der Entladungen durchgeführt wird, kann die Degradation der Batterie auf eine einfache Weise festgestellt werden.
Zum Feststellen der Degradation basierend auf der Entladungsfrequenz kann der Degradationsbestimmungsbereich 19, 19A ein Entladungsintervall zwischen einer unmittelbar vorhergehenden Entladung unter einer gegenwärtigen Entladung messen und feststellen, dass die Batterie degradiert ist, wenn das Entladungsintervall kürzer als ein festgelegtes Intervall ist (entsprechend dem in 7 gezeigten Beispiel und dem in 8 gezeigten Beispiel). Ein kurzes Entladungsintervall bedeutet eine hohe Frequenz der Entladung. Dementsprechend, d. h., wenn die Feststellung auf der Basis des Entladungsintervalls durchgeführt wird, kann die Degradation der Batterie auf eine einfache Weise festgestellt werden.
In der vorliegenden Erfindung kann eine Feststellung der Degradation basierend auf der Entladungsfrequenz erfolgen, wobei der Degradationsbestimmungsbereich 19 einen Schaltzeitraum messen kann, bei dem es sich um einen Zeitraum zwischen dem Start der Entladung und dem Stopp der Entladung handelt, und er kann feststellen, dass die Batterie degradiert ist, wenn ein Entladungszeitraum, der der Schaltzeitraum ist, kürzer als ein festgelegter Zeitraum ist (entsprechend dem in 9 gezeigten Beispiel und dem in 10 gezeigten Beispiel). Der Entladungszeitraum, der der Schaltzeitraum ist, gibt auch die Entladungsfrequenz an, und somit kann eine Bestimmung der Degradation durchgeführt werden.
In der vorliegenden Erfindung als Verfahren zum Bestimmen der Degradation basierend auf der Entladungsfrequenz schaltet der Entladungsmanagementbereich 22, wenn er die Entladung startet, da die Gleichspannung der Batterie höher als der obere Grenzwert ist, den Schalter 37 in konstanten Zeitabständen temporär ab, und belässt den Schalter 37 in einem ausgeschalteten Zustand, wenn die durch den Spannungsmessbereich 21 gemessene Gleichspannung der Batterie unter den unteren Grenzwert gesunken ist und wiederholt die Verfahren der Überwachung der Spannung, den Vergleich mit dem oberen Grenzwert, das temporäre Ausschalten des Schalters, den Vergleich mit dem unteren Grenzwert und das Beibehalten des Schalters in dem ausgeschalteten Zustand, und falls die Anzahl der Entladungen in einem festgelegten Zeitraum größer als ein festgesetzter Wert ist, stellt der Degradationsbestimmungsbereich 19 fest, dass die Batterie degradiert ist (entsprechend dem in 11 gezeigten Beispiel). Somit kann auch in einem Fall, wenn der Schalter temporär ausgeschaltet wird, um eine Spannungsmessung durchzuführen, während die Batterie entladen wird und wenn die Anzahl der Entladungen in einem festgelegten Zeitraum mit einem festgesetzten Wert verglichen wird, eine Degradation der Batterie 2 genau bestimmt werden. Der „festgesetzte Wert“ in „die Anzahl ... ist größer als der festgesetzte Wert“ ist ein Wert, der nach Wunsch beim Entwurf festgelegt wird.
In der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zum Bestimmen der Degradation eine Vorrichtung, die zum Feststellen der Degradation jeder einer Mehrzahl von Batterien 2, die in einer Spannungsversorgung in Reihe angeschlossen sind, konfiguriert ist und sie umfasst den Spannungsmessbereich 21, die Entladeschaltung 35, und den Entladungsmanagementbereich 22 für jede Batterie. Nachdem die Spannungsmessbereiche 21 aller der mehreren Batterien eine Spannungsmessung durchgeführt haben, kann der Degradationsbestimmungsbereich 19,19 A einen Durchschnittswert der gemessenen Gleichspannungen der Batterie erhalten und er kann den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert erhalten, wobei der Durchschnittswert als Referenzwert benutzt wird. Der „obere Grenzwert und der untere Grenzwert“ können feste Werte sein, aber es gibt auch Fälle, in denen eine passende Gleichspannung der Batterie geringfügig abweicht in Abhängigkeit einer einzelnen Spannungsversorgung. Somit, falls der Durchschnittswert der Gleichspannungen aller Batterien wie oben beschrieben erhalten wird, und falls ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert der Spannung für die Entladung und den Stopp der Entladung bestimmt werden, wobei der Durchschnittswert als Referenzwert benutzt wird, ist es möglich, jede einzelne Stromversorgung zu veranlassen, eine passende Entladung durchzuführen, wodurch die Genauigkeit der Degradationsbestimmung erhöht wird. Beispielsweise ist der obere Grenzwert ein Wert, der um einen festgelegten Wert höher als der Durchschnittswert ist und der untere Grenzwert ist ein Wert, der um einen festgelegten Wert niedriger als der Durchschnittswert ist.
In der vorliegenden Erfindung können der Strombegrenzungswiderstand 36 und der Schalter 37 auf derselben Leiterplatte wie der Spannungsmessbereich 21 befestigt sein. Wenn der Strombegrenzungswiderstand 36 und der Schalter 37 auf derselben Leiterplatte befestigt sind, ist die Vorrichtung vereinfacht und kompakt.
In der vorliegenden Erfindung können eine Schaltung des Strombegrenzungswiderstands 36 und des Schalters 37 und eine Schaltung des Strommessbereichs 21 sich ein mit der Batterie verbundenes Kabel 38 teilen. Die Schaltung des Strombegrenzungswiderstands 36 und des Schalters 37 und die Schaltung des Spannungsmessbereichs 21 sind beide mit der Batterie verbunden. Da sich die Schaltung des Strombegrenzungssensors 36 und des Schalters 37 und die Schaltung des Spannungsmessbereich 21 die Verbindung teilen, ist die Kabelverdrahtung vereinfacht.
Die Vorrichtung zum Bestimmen der Degradation der Sekundärbatterie der vorliegenden Erfindung kann umfassen: eine Mehrzahl von Spannungssensoren 7, die jeweils den Spannungsmessbereich 21 umfassen, die Entladeschaltung 35, und den Entladungsmanagementbereich 22, und ein Informationsverarbeitungsgerät 11A, das für die mehreren Spannungssensoren 7 einzeln vorgesehen ist und das zum Ausgeben von Betriebsanweisungen an die Spannungssensoren 7 konfiguriert ist und das eine Messung oder Prozesse im Hinblick auf die Spannungssensoren 7 durchführt und Daten sammelt. Mit dieser Konfiguration ist es einfach, eine Verwaltung oder dergleichen der Steuerung der Messung durchzuführen, die durch eine große Anzahl von Spannungssensoren 7 vorgenommen werden, die jeweils mit einer großen Anzahl, d. h. mit mehreren zehn oder mit Hunderten Batterien 2 in einer Notfallstromversorgung angeschlossen sind, sowie eine Verwaltung von Messergebnissen und der Ergebnisse der Degradationsbestimmung.
In einem Fall, wenn das Informationsverarbeitungsgerät 11A vorgesehen ist, kann das Informationsverarbeitungsgerät 11A den Degradationsbestimmungsbereich 19 oder einen Bereich umfassen, der einen Teil des Degradationsbestimmungsbereichs 19 bildet. Es gibt Fälle, in denen übliche Verfahren wie die Berechnung eines Durchschnittswerts erforderlich sind, um die Degradationsbestimmung jeder Batterie 2 durchzuführen. Falls das Informationsverarbeitungsgerät 11A, das getrennt von dem Spannungssensor 7 ausgebildet ist, benutzt wird, können die üblichen Verfahren effizient durchgeführt werden. In der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung zum Bestimmen der Degradation einer Sekundärbatterie einen Alarmbereich 39 umfassen, der zum Erzeugen eines Alarms konfiguriert ist, der durch einen Bediener (oder einen Überwacher) wahrnehmbar ist, wenn der Degradationsbestimmungsbereich 19 festgestellt hat, dass die Batterie 2 degradiert ist, wobei der Spannungsmessbereich 21, die Entladeschaltung 35, der Entladungsmanagementbereich 22, der Degradationsbestimmungsbereich 19, und der Alarmbereich 39 in einem gemeinsamen Gehäuse (nicht gezeigt) aufgenommen sein können. Bei diesem Aufbau kann der Sensor selbst die Degradation der Batterie 2 feststellen, ohne dass ein Informationsverarbeitungsgerät, das Daten sammelt, vorgesehen ist. Zusätzlich ist kein drahtloser Kommunikationsbereich zum Durchführen einer Kommunikation mit dem Informationsverarbeitungsgerät erforderlich.
Jede Kombination von wenigstens zwei Anordnungen, die in den zugehörigen Patentansprüchen und/oder der Beschreibung und/oder den zugehörigen Zeichnungen offenbart sind, sollte so verstanden werden, dass sie von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst ist. Insbesondere soll jede Kombination von zwei oder mehr der zugehörigen Patentansprüche ebenfalls so verstanden werden, dass sie Bestandteil des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung ist.
Figurenliste
In jedem Fall ist die vorliegende Erfindung einfacher zu verstehen anhand der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen. Allerdings dienen die Ausführungsbeispiele und die Zeichnungen lediglich dem Zweck der Darstellung und Erläuterung, und sie sind nicht so zu verstehen, als ob sie den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einschränken, da der Schutzbereich durch die zugehörigen Patentansprüche festgelegt wird. In den zugehörigen Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen benutzt, um gleiche Bauteile in unterschiedlichen Ansichten zu bezeichnen, wobei:

1 ist ein Blockdiagramm und zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Spannungssensors und eines Informationsverarbeitungsgeräts in einer Vorrichtung zur Feststellung der Degradation einer Sekundärbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein erläuterndes Diagramm und zeigt einen Zustand, in dem die Spannungssensoren parallel bereitgestellt sind;
3 ist eine Schaltung und zeigt die Beziehung in einer Notstromversorgung, umfassend eine Mehrzahl von Batterien, die der Degradationsfeststellung durch die Vorrichtung zur Degradationsfeststellung unterliegen;
4 ist ein Flussdiagramm und zeigt die Signalübertragung und den Signalempfang zwischen dem Spannungssensor, einem Controller und einem Datenserver, die die Vorrichtung zum Feststellen der Degradation bilden;
5A ist ein Flussdiagramm und zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Feststellen der Degradation, das durch die Vorrichtung zum Feststellen der Degradation durchgeführt wird;
5B ist ein Flussdiagramm und zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Feststellen der Degradation, das durch die Vorrichtung zum Feststellen der Degradation durchgeführt wird;
6 ist ein Flussdiagramm und zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Feststellen der Degradation, das durch die Vorrichtung zum Feststellen der Degradation durchgeführt wird;
7 ist ein Flussdiagramm und zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Feststellen der Degradation, das durch die Vorrichtung zum Feststellen der Degradation durchgeführt wird;
8 ist ein Flussdiagramm und zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Feststellen der Degradation, das durch die Vorrichtung zum Feststellen der Degradation durchgeführt wird;
9 ist ein Flussdiagramm und zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Feststellen der Degradation, das durch die Vorrichtung zum Feststellen der Degradation durchgeführt wird;
10 ist ein Flussdiagramm und zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Feststellen der Degradation, das durch die Vorrichtung zum Feststellen der Degradation durchgeführt wird;
11 ist ein Flussdiagramm und zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Feststellen der Degradation, das durch die Vorrichtung zum Feststellen der Degradation durchgeführt wird; und
12 ist ein Blockdiagramm und zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Spannungssensors 7 und eines Informationsverarbeitungsgeräts 11A, die diese Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie bilden. 3 zeigt den gesamten prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zum Feststellen von Degradation und eine Schaltung einer Notstromversorgung, die mit den Batterien versehen ist, die der Feststellung unterzogen werden.
In 3 ist eine Spannungsversorgung 1, die der Feststellung der Degradation unterzogen wird, eine Notstromversorgung in Rechenzentren, Mobilfunkbasisstationen und anderen unterschiedlichen Typen von Stromversorgungen, für die eine stabile elektrische Stromversorgung erforderlich ist. Die Stromversorgung 1 besitzt eine Mehrzahl von Batteriegruppen 3, die jeweils eine Mehrzahl von Batterien 2 umfassen, die in Reihe angeschlossen sind, wobei jede Batterie 2 eine Sekundärbatterie ist. Diese Batteriegruppen 3 sind parallel angeschlossen und mit einer elektrischen Last 4 verbunden. Jede Batterie 2 kann eine Batterie sein, die lediglich eine Zelle umfasst, oder sie kann eine Batterie sein, in der eine Mehrzahl von Zellen in Reihe verbunden sind. In diesem Beispiel ist jede Batterie 2 als eine Zelle implementiert.
Eine Hauptstromversorgung 5 besitzt positive und negative Anschlüsse 5A und 5B, die mit den positiven und negativen Anschlüssen der Last 4 verbunden sind. Die Notstromversorgung 1 ist über eine Ladeschaltung 6 und eine Diode 15 mit dem positiven Anschluss 5A verbunden und sie ist direkt mit dem negativen Anschluss 5B der Hauptstromversorgung 5 verbunden. Die Diode 15 ist parallel zu der Ladeschaltung 6 in der Richtung, in der ein Stromfluss von der Notfallstromversorgung 1 zu der elektrischen Last 4 erzeugt wird, verbunden. Die Hauptstromversorgung 5 ist als Gleichspannungsstromversorgung oder dergleichen ausgebildet, die beispielsweise mit einer kommerziellen Wechselspannungsstromversorgung über eine Gleichrichterschaltung und einen Glättungsschaltkreis (beide nicht gezeigt) verbunden ist, die eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt.
Das positive Potenzial der Notfallstromversorgung 1 ist geringer als das positive Potenzial der Hauptstromversorgung 5 und verursacht normalerweise keinen Fluss zu der elektrischen Last 4. Jedoch, wenn die Hauptstromversorgung 5 stoppt oder deren Funktion abnimmt, nimmt das Potenzial an der Seite der Hauptstromversorgung 5 ab und somit wird eine Speisung über die Diode 15 zu der elektrischen Last 4 durch die in der Notfallstromversorgung 1 gespeicherte elektrische Ladung durchgeführt. Die Art der Ladung der oben beschriebenen angeschlossenen Ladeschaltung 6 wird als Erhaltungsladen (trickle charging) bezeichnet.
Diese Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie führt eine Degradationsbestimmung für jede einzelne Batterie 2 in der Stromversorgung 1 durch und umfasst eine Mehrzahl von Spannungssensoren 7, die mit den entsprechenden Batterien 2 verbunden sind, sowie ein Informationsverarbeitungsgerät 11A. In diesem Beispiel besteht das Informationsverarbeitungsgerät 11A aus einem Controller 11 und einem Datenserver 13.
Der Spannungssensor 7 wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Jeder Spannungssensor 7 umfasst einen Messsteuerbereich 20 und eine Entladeschaltung 35. Der Messsteuerbereich 20 ist versehen mit: einem Spannungsmessbereich 21, der eine Gleichspannung zwischen Anschlüssen der Batterie 2 misst; einem Berechnungssteuerbereich 23, der als Mikrocomputer oder dergleichen implementiert ist; und einem drahtlosen Kommunikationsbereich 24.
Der Spannungsmessbereich 21 ist der Teil in dem Spannungssensor 7, der die Spannungsmessung direkt betrifft oder der für die Spannungsmessung unverzichtbare Teil und er ist der Teil, der zusätzliche Konfigurationen für die Spannungsmessung ausschließt. Der Spannungsmessbereich 21 ist ein Instrument, auf das im allgemeinen als Spannungssensor Bezug genommen wird. Der Spannungssensor 7 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann als Spannungssensorvorrichtung bezeichnet werden, als Spannungssensoreinheit oder dergleichen.
Die Entladeschaltung 35 ist eine Reihenschaltung eines Strombegrenzungswiderstands 36 und eines Schalters 37. Der Strombegrenzungswiderstand 36 wird auch als Ableitwiderstand bezeichnet. Der Schalter 37 ist als Halbleiterschaltelement wie ein Transistor ausgebildet. Der drahtlose Kommunikationsbereich 24 ist ein Mittel zum Durchführen drahtloser Kommunikation mit dem Informationsverarbeitungsgerät 11A. Der drahtlose Kommunikationsbereich 24 überträgt eine gemessene Spannung usw. und empfängt Befehle. Der drahtlose Kommunikationsbereich 24 besitzt eine Antenne 24a.
Der Berechnungssteuerbereich 23 ist mit einem Betriebssteuerbereich 27 und einem Bereich 18 für das Entladungsmanagement und die Degradationsbestimmung versehen. Der Betriebssteuerbereich 27 steuert die Gesamtheit des Messsteuerbereichs 20 und den drahtlosen Kommunikationsbereich 24 in Übereinstimmung mit einem festgelegten Sequenzprogramm und Befehlen, die von dem drahtlosen Kommunikationsbereich 24 bereitgestellt werden. Details der Steuerung des Betriebssteuerbereichs 27 werden später unter Bezugnahme auf das in 4 gezeigte Flussdiagramm beschrieben.
Der Bereich 18 für das Entladungsmanagement und die Degradationsbestimmung umfasst einen Entladungsmanagementbereich 22, der die Entladeschaltung 35 gemäß der von dem Spannungsmessbereich 21 gemessenen Spannung steuert. Der Bereich 18 für das Entladungsmanagement und die Degradationsbestimmung kann jedoch einen Degradationsbestimmungsbereich 19 umfassen, der die Degradation der Batterie 2 auf der Basis des Entladungszustands feststellt, der durch den Entladungsmanagementbereich 22 bewirkt wird. Wenn der Datenserver 13 (3) bereitgestellt ist, dessen Spannungssensor 7 einen Degradationsalarm ausgibt, wird dieser in einer zentralisierten Weise verwaltet.
Abhängig von dem System kann es Fälle geben, in denen kein Datenserver vorgesehen ist. In einem derartigen Fall, wie in 12 gezeigt ist, kann der Spannungssensor 7 mit dem Degradationsbestimmungsbereich 19 und einem Warnbereich 39 versehen sein. Der Warnbereich 39 erzeugt einen Alarm, der von einer Überwachung bemerkt wird, wenn der Degradationsbestimmungsbereich 19 festgestellt hat, dass die Batterie 2 degradiert ist. Der Warnbereich 39 kann Licht, Ton, oder sowohl Licht als auch Ton erzeugen. Als spezielles Beispiel des Warnbereichs 39 kann eine Leuchtdiode (LED), ein Lautsprecher, ein Gerät, das ein Bild mit Buchstaben, Symbolen usw. auf einem Bildschirm oder auf einem Flüssigkristallanzeigegerät oder dergleichen anzeigt, benutzt werden. In diesem Fall umfasst der Spannungssensor 7 nicht den drahtlosen Kommunikationsbereich. Alle Komponenten des Spannungssensors 7, umfassend den Warnbereich 39, können in einem gemeinsamen Gehäuse (nicht gezeigt) aufgenommen sein. Bei dieser Konfiguration kann der Spannungssensor 7 selbst die Bestimmung der Degradation vornehmen und einen Alarm ausgeben. Der Degradationsbestimmungsbereich 19 kann zum Feststellen der Degradation konfiguriert sein, wobei ein vorab festgelegter Schwellenwert als Referenzwert benutzt wird. Der Spannungssensor 7 und andere in 12 gezeigte Komponenten sind dieselben wie diejenigen des ersten Beispiels, das unter Bezugnahme auf die 1 bis 5B beschrieben wird.
Genauer gesagt überwacht der Entladungsmanagementbereich 22 in 1 die Gleichspannung der Batterie, die durch den Spannungsmessbereich 21 gemessen worden ist. Anschließend schaltet der Entladungsmanagementbereich 22 den Schalter 37 ein, um die Batterie 2 zu entladen, wenn die Gleichspannung der Batterie höher als ein festgesetzter oberer Grenzwert ist, überwacht die Gleichspannung der Batterie, während der Schalter 37 eingeschaltet ist, und schaltet den Schalter 37 aus, um die Entladung zu stoppen, wenn die Gleichspannung der Batterie kleiner als ein festgesetzter unterer Grenzwert geworden ist. Der „obere Grenzwert“ und der „untere Grenzwert“ sind Werte, die nach Wunsch festgelegt werden, die jedoch jeweils als Beispiel auf die obere Grenze oder die untere Grenze des Bereichs der normalen Spannung festgelegt werden, bei der es sich um die Spannung in dem Fall handelt, wenn eine Degradation der Batterie 2 nicht aufgetreten ist.
Der Degradationsbestimmungsbereich 19 besitzt die Funktion, eine Entladebedingung wie einen Schwellenwert für den Entladungsmanagementbereich 22 festzulegen, um die Feststellung der Degradation durchzuführen, und die Funktion des Steuerns des Entladungsmanagementbereichs 22. Anstelle des Vorsehens des Degradationsbestimmungsbereichs 19 in dem Spannungssensor 7 kann der Degradationsbestimmungsbereich 19A in dem Informationsverarbeitungsgerät 11A vorgesehen sein, das separat von dem Spannungssensor 7 ausgebildet ist, wie oben beschrieben wurde. Als weitere Alternative können Abschnitte des Degradationsbestimmungsbereichs sowohl von dem Spannungssensor 7 als auch von dem Informationsverarbeitungsgerät 11A geteilt werden. Genauer gesagt besitzt der Degradationsbestimmungsbereich 19, 19A die in den Flussdiagrammen der 5A bis 11 gezeigten Funktionen. Beispielsweise ist der Degradationsbestimmungsbereich 19, 19A mit den Timern usw. versehen, die in den Flussdiagrammen gezeigt sind.
Beispiele unterschiedlicher Typen von Verfahren, die durch den Degradationsbestimmungsbereich 19 durchgeführt werden, werden in den Flussdiagrammen in 5A bis 11 gezeigt. Obwohl Details der in den 5A bis 11 gezeigten Beispiele später beschrieben werden, entsprechen in jeder Zeichnung die Schritte des Startens und des Stoppens der Entladung auf der Basis des Vergleichs eines Messwerts der Gleichspannung der Batterie mit einem Schwellenwert dem Entladungsmanagementbereich 22, und die anderen Schritte entsprechen dem Degradationsbestimmungsbereich 19 (19 A). Die 5A bis 11 umfassen Inhalte von Verfahren, die von dem Entladungsmanagementbereich 22 durchgeführt werden und es handelt sich um Beispiele von Programmen, die durch den Bereich 18 für das Entladungsmanagement und die Degradationsbestimmung durchgeführt werden und dessen Programme können als ein sequenzielles Programm implementiert sein.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Beispiel eines Hardwareaufbaus des Spannungssensors 7 beschrieben. Der Messsteuerbereich 20 und die Entladeschaltung 16 sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte 7A befestigt. Somit sind der Strombegrenzungswiderstand 36, der Schalter 37 und der Spannungsmessbereich 21 auf einer gemeinsamen Leiterplatte befestigt. Obwohl der Messsteuerbereich 20 durch die elektrische Energie der Batterie 2 gespeist wird, die der Degradationsbestimmung unterliegt, teilen sich die Schaltung, die den Messsteuerbereich 20 von der Batterie 2 speist und die Schaltung, die die Entladeschaltung 35 bildet, die positiven und negativen Kabel 38. Dementsprechend teilen sich die Schaltung, die den Strombegrenzungswiderstand 36 und den Schalter 37 mit der Batterie 2 verbindet, und die Schaltung, die den Spannungsmessbereich 21 mit der Batterie 2 verbindet, die positiven und negativen Kabel 38. Obwohl es nicht gezeigt ist, kann jeder Spannungssensor 7 zusätzlich zu dem Spannungsmessbereich 21 einen Temperatursensor besitzen.
In 1 umfasst das Informationsverarbeitungsgerät 11A: einen drahtlosen Kommunikationsbereich 11a, der drahtlose Kommunikation im Hinblick auf den drahtlosen Kommunikationsbereich 24 jedes Spannungssensors 7 durchführt; und einen Sensorsteuerbereich 11b, der jeden Spannungssensor 7 steuert. Der drahtlose Kommunikationsbereich 11a besitzt eine Antenne 11aa. Wie oben beschrieben gibt es Fälle bei denen in dem Informationsverarbeitungsgerät 11A ein Degradationsbestimmungsbereich 19A vorgesehen oder nicht vorgesehen ist.
Das Informationsverarbeitungsgerät 11A ist durch den Controller 11, den Datenserver 13 und einen Monitor 14 gebildet, wie in 3 gezeigt ist. Der Controller 11 ist versehen mit: dem drahtlosen Kommunikationsbereich 11a, der mit jedem Spannungssensor 7 drahtlose Kommunikation durchführt; und dem Sensorsteuerbereich 11b. Der Datenserver 13 ist mit dem Degradationsbestimmungsbereich 19A versehen. Der Controller 11 und der Datenserver 13 sind miteinander über ein Kommunikationsnetzwerk 12 angeschlossen. Das Kommunikationsnetzwerk 12 ist als ein LAN wie ein drahtloses LAN implementiert und besitzt einen Hub 12a. Das Kommunikationsnetzwerk 12 kann ein Weitverkehrsnetz sein. Der Datenserver 13 kann über das Kommunikationsnetzwerk 12 mit Informationsverarbeitungsgeräten (nicht gezeigt) wie Personal Computern an entfernten Orten oder über andere Kommunikationsnetzwerke kommunizieren und Daten können von irgendeinem Ort aus überwacht werden. Vorzugsweise wird die Kommunikation zwischen dem Controller 11 und dem Datenserver 13 durch Handshake-Verfahren sichergestellt.
Der Controller 11 führt hauptsächlich die Steuerung jedes Spannungssensors 7 durch und umfasst einen Übertragungs- und Verarbeitungsbereich 11c, der eine Kommunikation mit dem Datenserver 13 durchführt sowie eine Verarbeitung von Befehlen, die von dem Datenserver 13 übertragen wurden, zusätzlich zu dem drahtlosen Kommunikationsbereich 11a und dem Sensorsteuerbereich 11b. Der Datenserver 13 umfasst einen Befehlsübertragungsdatenspeicherbereich 13b, der Befehle erzeugt und überträgt und der Empfangsdaten speichert, zusätzlich zu dem Degradationsbestimmungsbereich 19A.
Der in der oben erwähnten Konfiguration durchgeführte Betrieb wird nun beschrieben. Beispiele von Details der Funktionen der Komponenten sind in den unten erwähnten Flussdiagrammen gezeigt. 4 zeigt den Betrieb der Steuerung des Spannungssensors 7, der durch den Datenserver 13 (3) und den Controller 11 durchgeführt wird. Der Datenserver 13 überträgt einen Messstartbefehl von dem Befehlsübertragungsdatenspeicherbereich 13b über das Kommunikationsnetzwerk 12 (Schritt M1). Der Controller 11 empfängt den Messstartbefehl (Schritt M2) und überträgt den Messstartbefehl drahtlos (Schritt M3).
Jeder Spannungssensor 7 empfängt gleichzeitig den drahtlos übertragenen Messstartbefehl (Schritt M4) und jeder Spannungssensor 7 misst die Gleichspannung zwischen den Anschlüssen der Batterie (Schritt M5). Jeder Spannungssensor 7 überträgt Daten wie die gemessene Gleichspannung der Batterie (einschließlich eines Temperaturmesswerts, wenn ein Temperatursensor vorgesehen ist) (Schritt M6).
Der Controller 11 empfängt die übertragenen Daten wie die Gleichspannung der Batterie drahtlos (Schritt M7) und überträgt die empfangenen Daten über das Kommunikationsnetzwerk 12 (Schritt M8). Der Datenserver 13 empfängt die übertragenen Daten wie die Gleichspannung der Batterie und speichert die Daten in dem Befehlsübertragungsdatenspeicherbereich 13b (Schritt M9). Die Verfahren der Schritte M6 bis M9 werden sequenziell in den Spannungssensoren 7 wiederholt (NEIN in dem Schritt M9 löst die Wiederholung aus). Wenn der Empfang und die Speicherung der Daten von allen Spannungssensoren 7 beendet ist, vergleicht der Datenserver 13 die Gleichspannung der Batterie mit einem festgelegten Wert und führt eine Feststellung der Degradation durch (Schritt M10). Es wird darauf hingewiesen, dass 4 ein Beispiel zeigt, in dem der Degradationsbestimmungsbereich 19A in dem Datenserver 13 vorgesehen ist und dieser Degradationsbestimmungsbereich 19A führt eine Bestimmung der Degradation durch, und jeder Spannungssensor 7 überträgt die gemessene Gleichspannung der Batterie.
Ein Beispiel der Bestimmung der Degradation wird unter Bezugnahme auf die 5A und 5B beschrieben. Im allgemeinen zeigen 5A und 5B ein Beispiel, in dem die Entladungsfrequenz auf der Basis der Anzahl der Entladungen festgestellt wird, wodurch eine Bestimmung der Degradation durchgeführt wird, wobei die Entladung auf der Basis festgesetzter Spannungswerte (oberer Grenzwert und unterer Grenzwert) gestartet und gestoppt wird, und die Anzahl der Entladungen in einem konstanten Zeitraum wird gezählt.
Zunächst wird ein Timer (nicht gezeigt) gestartet (Schritt N1) und es wird festgestellt, ob der Zähler des Timers einen festgelegten Zeitraum (der als Anzahl festgelegt wird) erreicht hat (Schritt N2). Bis der festgelegte Zeitraum erreicht ist (NEIN im Schritt N2), misst der Spannungsmessbereich 21 des Spannungssensors 7 die Gleichspannung der Batterie (Schritt N9) und nach dem später beschriebenen Schritt N10A bestimmt der Entladungsmanagementbereich 22, ob die Gleichspannung der Batterie höher als der festgelegte Spannungswert ist (vorab festgelegter Schwellenwert) (Schritt N10). Es wird darauf hingewiesen, dass dann, wenn die Gleichspannung der Batterie überwacht wird, die Entladung temporär durch Ausschalten des Schalters 37 (nicht gezeigt) gestoppt werden kann.
In diesem Fall werden ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert als Schwellenwert vorab vor der praktischen Benutzung festgelegt, und in dem Schritt N10A, in dem ein Schwellenwert festgelegt wird, wie in 5B gezeigt ist, wird der „obere Grenzwert“ gewählt und festgelegt, wenn keine Entladung durchgeführt wird (NEIN im Schritt R1) und der „untere Grenzwert“ wird gewählt und festgelegt, wenn eine Entladung durchgeführt wird (JA im Schritt R1). Der „obere Grenzwert“ und der „untere Grenzwert“ sind Werte, die wie gewünscht festgelegt werden, und die jeweils beispielsweise auf den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert des Bereichs der normalen Spannung festgelegt werden, in welchem Bereich keine Degradation der Batterie 2 aufgetreten ist. Beispielsweise in einem Fall einer Batterie, die als eine Zelle mit 2 V implementiert ist, kann eine Batterie 2, die degradiert ist, festgestellt werden, falls der obere Grenzwert auf 2,23 V gesetzt ist, oder wenn er auf etwa 2,23 bis 2,4 V gesetzt ist, bei Berücksichtigung eines Spannungsanstiegs aufgrund des Innenwiderstands und des Ladestroms. Der untere Grenzwert ist nicht kleiner als 1,8 V. Wenn der Durchschnittswert der Gleichspannungen der Batterien bekannt ist, wird der untere Grenzwert auf den Durchschnittswert gesetzt. Der untere Grenzwert wird so gesetzt, dass eine Batterie, die eine hohe Spannung bei einem relativen Vergleich besitzt, zwangsweise entladen wird, um eine einheitliche Gleichspannung anzunehmen. Falls die Spannung zwischen Anschlüssen einer Batteriegruppe, in der eine Mehrzahl von Batterien in Reihe angeschlossen sind (die Hauptstromversorgung 5) bekannt ist, kann die Spannung, die erhalten wird durch Teilen der Spannung zwischen Anschlüssen der Hauptstromversorgung 5 durch die Anzahl der Batterien, die in Reihe angeschlossen sind, als Referenzwert benutzt werden. Dies kann auch auf die Beispiele in den unten erwähnten Zeichnungen angewendet werden.
Im Schritt N10 wird am Anfang wird keine Entladung durchgeführt, und der Schwellenwert ist der „obere Grenzwert“, und wenn die Gleichspannung der Batterie höher ist als der „obere Grenzwert“, bei dem es sich um den Schwellenwert handelt (JA im Schritt N10), wird eine Entladung gestartet, indem der Schalter 37 eingeschaltet wird (Schritt N11), und das Verfahren von der Messung der Gleichspannung der Batterie (Schritt N9) bis zum Vergleich mit dem Schwellenwert (Schritt N10) wird nochmals wiederholt. Während dieser Wiederholung ist der „Schwellenwert“ der „untere Grenzwert“ (5B). Wenn die Gleichspannung der Batterie nicht höher ist als der untere Grenzwert (NEIN im Schritt N10) wird die Entladung gestoppt (Schritt N12), und ein Zähler (nicht gezeigt) der Anzahl der Entladungen des Entladungsmanagementbereichs 22 wird um 1 inkrementiert (Schritt N13). Anschließend kehrt das Verfahren zu dem Schritt N2 zurück.
Wenn der Zählwert des Zählers den festgelegten Zeitraum in dem Schritt N2 erreicht hat, wird der Timer gestoppt (Schritt N3). Anschließend vergleicht der Degradationsbestimmungsbereich 19 (19A) die Anzahl der Entladungen, die durch den Zähler der Anzahl der Entladungen gezählt worden ist, mit einem ersten Schwellenwert, bei dem es sich um eine am Anfang festgelegte Anzahl handelt (Schritt N4). Wenn die Anzahl der Entladungen kleiner als der erste Schwellenwert ist (JA im Schritt N4), stellt der Degradationsbestimmungsbereich 19A fest, dass die Batterie 2 normal ist (Schritt N5).
Wenn der Degradationsbestimmungsbereich 19 (19A) die Anzahl der Entladungen, die durch den Zähler der Anzahl der Entladungen gezählt worden sind mit dem ersten Schwellenwert vergleicht, bei dem es sich um eine am Anfang festgelegte Anzahl handelt (Schritt N4) und wenn die Anzahl der Entladungen nicht kleiner als der erste Schwellenwert ist (NEIN im Schritt N4), vergleicht der Degradationsbestimmungsbereich 19 (19A) die Anzahl der Entladungen mit einem zweiten Schwellenwert (Schritt N6). Wenn die Anzahl der Entladungen kleiner ist als der zweite Schwellenwert (JA im Schritt N6, stellt der Degradationsbestimmungsbereich 19A fest, dass eine mäßige Degradation aufgetreten ist und veranlasst, dass eine Warnung ausgegeben wird (Schritt N7). Wenn die Anzahl der Entladungen, die durch den Zähler für die Anzahl der Entladungen gezählt worden sind, nicht kleiner als der zweite Schwellenwert ist (NEIN im Schritt N6), stellt der Degradationsbestimmungsbereich 19A fest, dass eine schwere Degradation stattgefunden hat und veranlasst das Ausgeben eines Alarms, bei dem es sich um eine stärkere Warnung als die oben erwähnte Warnung handelt (Schritt N8). Auf diese Weise wird eine Feststellung der Degradation auf der Basis der Anzahl der Entladungen durchgeführt.
6 zeigt ein Beispiel, in dem in den 5A und 5B gezeigten Verfahren der Schwellenwert zum Durchführen einer Entladung bestimmt wird, wobei der Durchschnittswert der Gleichspannungen der Batterien 2 als Referenz benutzt wird. Die anderen Verfahren sind dieselben wie diejenige in den in den 5A und 5B gezeigten Beispielen, und die Schritte, in denen dieselben Prozesse wie die in den in 5A und 5B gezeigten Beispiele durchgeführt werden, sind mit denselben Nummern der Verfahrensschritte versehen.
In diesem Beispiel wird nach der Messung der Gleichspannung der Batterie, die durch den Spannungssensor 7 (Schritt N9) durchgeführt wird, festgestellt, ob die Spannungen aller Zielbatterien 2 der Spannungsversorgung 1 gemessen worden sind (Schritt N10a), und die Messung der Spannung der Batterie 2 wird durchgeführt, bis die Spannungen aller Batterien 2 gemessen worden sind. Jede gemessene Batteriegleichspannung wird in einem festgelegten Speicherbereich gespeichert. Wenn die Spannungen aller Batterien 2 gemessen worden sind (JA im Schritt N10a), wird der Durchschnittswert der Batteriegleichspannungen berechnet (Schritt N10b). Obwohl es in 6 nicht gezeigt ist, werden Werte, die durch entsprechendes Addieren eines Additionswerts und eines Subtraktionswerts, die im Voraus festgelegt sind, zu diesem Durchschnittswert, als Schwellenwerte festgelegt, die den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert bilden.
Anschließend wird die gemessene Gleichspannung jeder Batterie 2 mit dem Schwellenwert verglichen (Schritt N10d). Obwohl es nicht gezeigt ist, wird wie unter Bezugnahme auf 5B beschrieben ist, vor diesem Vergleich der Schwellenwert auf den oberen Grenzwert gesetzt, wenn eine Entladung nicht durchgeführt wird, und der Grenzwert wird auf den unteren Grenzwert gesetzt, wenn eine Entladung durchgeführt wird. Wenn die gemessene Gleichspannung der Batterie 2 mit dem Schwellenwert verglichen wird und die gemessene Gleichspannung der Batterie höher als der obere Grenzwert ist (JA im Schritt N10d), wird eine Entladung gestartet (Schritt N11). Anschließend erfolgt eine Messung der Gleichspannung der Batterie (Schritt N10c) und ein Vergleich mit dem Schwellenwert (Schritt N10d). Auch in dem Schritt O2d, der später beschrieben wird, wird ein Vergleich mit einem Schwellenwert durchgeführt und wiederholt. Während dieser Wiederholung wird die Gleichspannung der Batterie mit dem unteren Grenzwert verglichen, da die Entladung in dem Schritt N10d vorgenommen wird, und wenn die Gleichspannung der Batterie nicht höher als der untere Grenzwert ist, wird die Entladung gestoppt (Schritt N12).
Die anderen Verfahrensschritte sind dieselben wie diejenigen in den in 5A und 5B gezeigten Beispielen, und daher wird eine redundante Beschreibung ausgelassen. Da der obere Grenzwert und der untere Grenzwert der Spannung zum Entladen und zum Stoppen der Entladung durch Benutzen des Durchschnittswerts als Bezugswert auf diese Weise bestimmt worden sind, ist es möglich, jede einzelne Spannungsversorgung zu veranlassen, eine passendere Entladung durchzuführen, wodurch sich die Genauigkeit der Degradationsfeststellung erhöht.
7 zeigt ein erstes Beispiel, in dem eine Bestimmung der Degradation basierend auf der Entladungsfrequenz durchgeführt wird, auf der Basis des Zeitraums des Entladungsintervalls. Dabei wird der Zeitraum von einem Ende einer Entladung bis zu dem nächsten Start einer Entladung verglichen. Zunächst wird die Gleichspannung der Batterie durch den Spannungssensor 7 gemessen (Schritt O1), und es wird festgestellt, ob die Spannung höher als ein vorab festgelegter Grenzwert ist, bei dem es sich um einen festgelegten Wert der Spannung handelt (Schritt O2).
In diesem Fall werden vor dem Schritt O2 ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert als Schwellenwert festgelegt und wie unter Bezugnahme auf 5B beschrieben wird der „obere Grenzwert“ ausgewählt und festgelegt, wenn keine Entladung durchgeführt wird und der „untere Grenzwert“ wird ausgewählt und festgelegt, wenn eine Entladung durchgeführt wird. Da eine Entladung nicht am Anfang durchgeführt wird, ist der Grenzwert der obere Grenzwert. Wenn die Gleichspannung der Batterie nicht höher als der obere Grenzwert ist (NEIN im Schritt O2), wird die Entladung gestoppt (wenn die Entladung gestoppt worden ist, wird der gestoppte Zustand beibehalten) (Schritt O5), und ein Schritt des Startens eines Timers (Schritt O6) wird durchgeführt (der Timer ist nicht gezeigt). In dem Schritt O6 wird der Timer in der ersten Schleife gestartet, die unmittelbar startet, nachdem der Zustand von dem Ladezustand geändert worden ist, wenn ein „Ladevorgang durchgeführt wird“. Dementsprechend wird der Timer zu diesem Zeitpunkt nicht gestartet. Anschließend kehrt das Verfahren zurück zu dem Verfahren der Messung der Gleichspannung der Batterie (Schritt O1).
In dem nächsten Bestimmungsverfahren (Schritt O2) wird, da die Entladung gestoppt worden ist, die Gleichspannung der Batterie mit dem oberen Grenzwert verglichen und wenn die Gleichspannung der Batterie höher als der obere Grenzwert ist, (JA im Schritt O2) die Entladung gestartet (Schritt O3), und der Timer wird gestoppt (Schritt O4). Jedoch, wenn der Timer gestoppt worden ist, wird der gestoppte Zustand beibehalten. In dem nächsten Verfahren zum Feststellen, ob die Entladung die erste Entladung ist (Schritt O7), da die Entladung derzeit die erste Entladung ist (JA im Schritt O7), kehrt das Verfahren zu dem Verfahrensschritt der Messung der Gleichspannung der Batterie zurück (Schritt O1). In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird im Hinblick auf die Feststellung, ob die Entladung die erste Entladung ist (Schritt O7), ein „Kennzeichen, das anzeigt, dass eine Entladung durchgeführt wird“ (nicht gezeigt) nach der Aktivierung auf „0“ gesetzt und das „Kennzeichen, das anzeigt, das eine Entladung durchgeführt wird“, wird während der Entladung auf „1“ gesetzt, und das „Kennzeichen, das anzeigt, dass eine Entladung durchgeführt wird“ wird auf „2“ gesetzt, nachdem die Entladung beendet ist (Ladevorgang wird durchgeführt). Anschließend, nachdem das „Kennzeichen, das anzeigt, dass eine Entladung durchgeführt wird“, „2“ ist, wird dieser Wert „2“ beibehalten. Wenn das „Kennzeichen, das anzeigt, dass eine Entladung durchgeführt wird“ „1“ ist, kehrt das Verfahren zurück zu dem Schritt O1. Dies gilt auch für die Flussdiagramme in anderen Zeichnungen, um diese zu vereinfachen.
In dem nächsten Feststellungsverfahren (Schritt O2), da die Entladung durchgeführt wird, wird die Gleichspannung der Batterie mit dem unteren Grenzwert verglichen. Wenn die Gleichspannung der Batterie unter den unteren Grenzwert gefallen ist, wird die Entladung gestoppt (Schritt O5) (Ende der Entladung), und der Timer wird gestartet (Schritt O6). Anschließend kehrt das Verfahren zu dem Verfahren der Messung der Gleichspannung der Batterie zurück (Schritt O1). In dem nächsten Feststellungsverfahren (Schritt O2), da die Entladung gestoppt wurde, wird die Gleichspannung der Batterie mit dem oberen Grenzwert verglichen. Wenn die Gleichspannung der Batterie größer ist als der obere Grenzwert (JA im Schritt O2), wird die Entladung gestartet (Schritt O3) (die nächste Entladung wird gestartet), und der Timer wird gestoppt (Schritt O4).
Bei der nächsten Feststellung, ob die Entladung die erste Entladung ist (Schritt Q7), da die Entladung gegenwärtig nicht die erste Entladung ist (NEIN im Schritt O7), wird das Verfahren im Schritt O8 fortgesetzt, und der durch den Timer gezählte Zeitraum, d. h. der Zeitraum von dem Entladungsende bis zu dem nächsten Start der Entladung wird als Entladungsintervall erhalten.
Es wird festgestellt, ob dieses Entladungsintervall länger als ein erster Schwellenwert ist, bei dem es sich um einen festgelegten Wert des Intervalls handelt (Schritt O9). Wenn das Entladungsintervall länger als der erste Schwellenwert ist, wird festgestellt, dass die Batterie 2 normal ist (Schritt O10). Wenn das Entladungsintervall nicht länger als der erste Schwellenwert ist, wird das Entladungsintervall mit einem zweiten Schwellenwert verglichen (Schritt O11). Wenn das Entladungsintervall länger als der zweite Schwellenwert ist, wird festgestellt, dass eine moderate Degradation aufgetreten ist, und eine Warnung wird ausgegeben (Schritt O12). Wenn das Entladungsintervall nicht länger als der zweite Schwellenwert ist, wird festgestellt, dass eine starke Degradation aufgetreten ist, und ein Alarm, der eine stärkere Warnung als die oben erwähnte Warnung ist, wird ausgegeben (Schritt O13). Ebenso, wenn die Feststellung auf der Basis des Entladungsintervalls auf diese Weise durchgeführt wird, kann die Degradation der Batterie auf eine einfache Weise festgestellt werden. Wenn das Entladungsintervall kurz ist, ist es möglich, festzustellen, dass die Batterie 2 degradiert ist.
8 zeigt ein Beispiel, bei dem in dem in 7 gezeigten Beispiel der Schwellenwert zum Durchführen einer Entladung festgelegt ist, wobei der Durchschnittswert der Gleichspannungen der Batterien 2 als Referenz benutzt wird, wie in dem in 6 gezeigten Beispiel. Die anderen Prozesse sind dieselben wie diejenigen in dem in 7 gezeigten Beispiel, und die Schritte, in denen dieselben Prozesse wie die in dem in 7 gezeigten Beispiel durchgeführt werden, werden mit denselben Nummern der Verfahrensschritte bezeichnet.
In diesem Beispiel wird nach der Messung der Gleichspannung der Batterie, die durch den Spannungssensor 7 durchgeführt worden ist (Schritt O1), festgestellt, ob die Spannungen aller Zielbatterien 2 der Spannungsversorgung 1 gemessen worden sind (Schritt O2a), und bis die Spannungen aller Batterien 2 gemessen worden sind, wird eine Spannungsmessung der Batterie 2 durchgeführt. Jede gemessene Gleichspannung der Batterie wird in einem festgelegten Speicherbereich gespeichert. Wenn die Spannungen aller Batterien 2 gemessen worden sind, wird der Durchschnittswert der Gleichspannungen der Batterien berechnet (Schritt O2b). Werte, die jeweils durch Addieren eines Additionswerts und eines Subtraktionswerts, die im Voraus festgelegt worden sind, zu diesem Durchschnittswert erhalten worden sind, werden als oberer Grenzwert als unter Grenzwert festgelegt. Die anderen Prozesse sind dieselben wie diejenigen in dem in 7 gezeigten Beispiel, und somit wird eine redundante Beschreibung ausgelassen.
9 zeigt ein Beispiel, in dem das Intervall der Schaltzeit, in dem der Entladungsstart und der Entladungsstopp auf der Basis von zwei festgelegten Spannungswerten (oberer Grenzwert und unterer Grenzwert) geschaltet werden, gemessen wird und die Entladungsfrequenz festgestellt wird. Die Gleichspannung der Batterie wird durch den Spannungssensor 7 (Schritt P1) gemessen und es wird festgestellt, ob die Gleichspannung der Batterie höher ist als ein Schwellenwert, der im Voraus festgelegt ist und der ein festgelegter Spannungswert ist (Schritt P2). In diesem Fall werden ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert im Voraus als Schwellenwert festgelegt zum Zeitpunkt des Entwurfs, und vor dem Schritt P2, wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben worden ist, wird der „obere Grenzwert“ ausgewählt und festgelegt, wenn eine Entladung nicht durchgeführt wird, und der „untere Grenzwert“ wird ausgewählt und festgelegt, wenn die Entladung durchgeführt wird. Wenn die Gleichspannung der Batterie bei der im Schritt P2 durchgeführten Feststellung (JA im Schritt P2) höher als der obere Grenzwert ist, wird eine Entladung gestartet (Schritt P3), ein Timer (nicht gezeigt) wird gestartet (Schritt P4), und anschließend kehrt das Verfahren zurück zum Schritt P1. Es wird darauf hingewiesen, dass in dem Schritt P4 des Startens des Timers der Timer nicht in jeder Schleife wieder gestartet wird, jedoch wird der Timer in der ersten Schleife gestartet, die unmittelbar beginnt, nachdem der Zustand des Entladungszustands sich geändert hat, wenn eine „Entladung durchgeführt wird“.
Nach der Messung der Gleichspannung der Batterie (Schritt P1) in dem Feststellungsprozess im Schritt P2, wenn die Gleichspannung der Batterie nicht höher als der Schwellenwert (unterer Grenzwert) ist (NEIN im Schritt P2), wird die Entladung gestoppt (Schritt P5), und der Timer wird gestoppt (Schritt P6). Anschließend wird der Zeitraum der Entladung, bei dem es sich um den Zeitraum handelt, der durch den Timer gemessen worden ist, erhalten (Schritt P7). Es wird festgestellt, ob der erhaltene Zeitraum der Entladung länger als ein 1. Schwellenwert ist, der ein festgelegter Wert des Zeitraums ist (Schritt P8). Wenn der enthaltene Entladungszeitraum länger als der erste Schwellenwert ist (JA im Schritt P8), wird festgestellt, dass die Batterie 2 normal ist (Schritt P9). Wenn der erhaltene Zeitraum der Entladung nicht länger als der erste Schwellenwert ist, bei dem es sich um einen festgesetzten Wert des Zeitraums handelt, (NEIN im Schritt P8), wird der Zeitraum der Entladung mit einem zweiten Schwellenwert (Schritt P10) verglichen. Wenn der enthaltene Zeitraum der Entladung länger als der zweite Schwellenwert ist (JA im Schritt P10), wird festgestellt, dass eine moderate Degradation aufgetreten ist, und eine Warnung wird ausgegeben (Schritt P11). Wenn der Zeitraum der Entladung nicht länger als der zweite Schwellenwert ist (NEIN im Schritt P10), wird festgestellt, dass eine schwere Degradation aufgetreten ist, und ein Alarm, der eine stärkere Warnung als die oben erwähnte Warnung ist, wird ausgegeben (Schritt P12).
10 zeigt ein Beispiel, bei dem in dem in 9 gezeigten Beispiel der Schwellenwert zum Durchführen einer Entladung festgelegt wird, indem der Durchschnittswert der Gleichspannungen der Batterien 2 als Bezugswert benutzt wird, wie in den in den 6 und 8 gezeigten Beispielen. Die anderen Prozesse sind dieselben wie die in dem in 9 gezeigten Beispiel, und die Schritte, in denen dieselben Prozesse wie diejenigen in 9 gezeigten Beispiele durchgeführt werden, sind mit denselben Nummern der Verfahrensschritte bezeichnet, die hier benutzt werden.
In diesem Beispiel, nachdem die Messung der Gleichspannung der Batterie durch den Spannungssensor 7 (Schritt P1) durchgeführt worden ist, wird festgestellt, ob die Spannungen aller Zielbatterien 2 der Spannungsversorgung 1 gemessen worden sind (Schritt P2a), und bis die Spannungen aller Batterien 2 gemessen worden sind, wird die Messung der Spannung der Batterie 2 durchgeführt. Jede gemessene Gleichspannung wird in einem festgelegten Speicherbereich gespeichert. Wenn die Spannungen aller Batterien 2 gemessen worden sind, wird der Durchschnittswert der Gleichspannungen der Batterien berechnet (Schritt P2b). Werte, die erhalten werden durch Addieren eines vorab festgelegten Additionswerts zu diesem Durchschnittswert werden als Schwellenwert benutzt, und die gemessene Gleichspannung jeder Batterie 2 wird mit dem Schwellenwert verglichen (Schritt P2). Anschließend werden die Prozesse auf eine ähnliche Weise wie in dem in 9 gezeigten Beispiel durchgeführt.
11 zeigt ein Beispiel, in dem die Anzahl der Entladungen innerhalb eines konstanten Zeitraums gezählt wird. Zunächst wird ein erster Zähler (nicht gezeigt) gestartet (Schritt Q1), und es wird festgestellt, ob der Timer einen festgelegten Zeitraum erreicht hat (die Zeit wird in Form eines Zählwerts gezählt) (Schritt Q2). Wenn der festgelegte Zeitraum nicht erreicht worden ist (NEIN im Schritt Q2), wird die Gleichspannung der Batterie durch den Spannungssensor 7 gemessen (Schritt Q9), und es wird festgestellt, ob die Gleichspannung der Batterie höher als ein Schwellenwert ist, der im Voraus festgelegt worden ist und der ein festgelegter Spannungswert ist (Schritt Q10). In diesem Fall werden ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert als Schwellenwerte im Voraus zum Zeitpunkt des Entwurfs festgelegt, und vor dem Schritt Q10, wie in dem unter Bezugnahme auf 5B beschriebenen Beispiel wird der „obere Grenzwert“ ausgewählt und festgelegt, wenn eine Entladung nicht durchgeführt wird, und der „untere Grenzwert“ wird ausgewählt und festgelegt, wenn eine Entladung durchgeführt wird.
Wenn die durch den Spannungssensor 7 gemessene Gleichspannung der Batterie höher als der Schwellenwert ist (JA im Schritt Q10), wird die Entladung gestartet (Schritt Q11), und ein zweiter Timer (nicht gezeigt) bei dem es sich um einen Timer zum Zählen des Zeitraums der Entladung handelt, wird gestartet (Schritt Q12). Es wird festgestellt, ob die Zählung des zweiten Timers (nicht gezeigt) einen festgelegten Zeitraum erreicht hat (Schritt Q13). Wenn die Zählung des zweiten Timers den festgelegten Zeitraum erreicht hat, wird die Entladung gestoppt (Schritt Q14), der zweite Timer (nicht gezeigt) wird gestoppt (Schritt Q15), und der Zähler für die Anzahl der Entladungen wird um 1 inkrementiert (Schritt Q16). Anschließend kehrt der Prozess zu dem Schritt Q9 zurück, und die Prozesse der Verfahrensschritte Q9 bis Q16 werden wiederholt. Im Rahmen der Feststellung im Schritt Q 10 ist der Schwellenwert der untere Grenzwert.
Währenddessen wird die Zeit durch den ersten Timer gezählt. Wenn der Zählwert des ersten Timers einen festgelegten Zeitraum erreicht hat (JA im Schritt Q2), wird der erste Timer gestoppt (Schritt Q3), und es wird festgestellt, ob die Anzahl der Entladungen kleiner als ein erster Schwellenwert ist, der ein festgelegter Wert für die Anzahl ist (Schritt Q4). Wenn die Anzahl der Entladungen kleiner als der erste Schwellenwert ist (ja im Schritt Q4), wird festgestellt, dass die Batterie 2 normal ist (Schritt Q5). Wenn die Anzahl der Entladungen nicht kleiner als der erste Schwellenwert ist (NEIN im Schritt Q4), wird festgestellt, ob die Anzahl der Entladungen kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist (Schritt Q6). Wenn die Anzahl der Entladungen kleiner als der zweite Schwellenwert ist (JA im Schritt Q6) wird festgestellt, dass eine moderate Degradation aufgetreten ist und eine Warnung wird ausgegeben (Schritt Q7). Wenn die Anzahl der Entladungen nicht kleiner als der zweite Schwellenwert ist (NEIN im Schritt Q6), wird ein Alarm, der eine stärkere Warnung als die oben erwähnte Warnung ist, ausgegeben (Schritt Q8).
In dieser Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie wird eine Feststellung der Degradation wie in den oben beschriebenen Beispielen durchgeführt, wobei die unten erwähnten Vorteile erhalten werden. Wenn eine Batterie 2 degradiert ist, erhöht sich der Innenwiderstand, und somit kann die Degradation jeder Batterie 2 zu einem gewissen Grad festgestellt werden, wenn die Gleichspannung jeder einzelnen Batterie 2 gemessen wird. Jedoch kann eine Abweichung der Gleichspannung der Batterie auch durch andere Faktoren verursacht werden und somit kann die Degradation der Batterie nicht genau festgestellt werden, wenn lediglich eine Messung der Spannung zwischen den Anschlüssen erfolgt.
Jedoch wird bei dieser Vorrichtung zum Feststellen der Degradation, wenn die Gleichspannung der Batterie hoch ist, Energie durch den Strombegrenzungswiderstand 36 durch Entladung verbraucht, die Gleichspannung der Batterie wird wieder gemessen und die Degradation wird auf der Basis der Entladungsfrequenz festgestellt. Somit kann der Einfluss des Unterschieds der Variation der Batteriegleichspannung, die auf anderen Faktoren als Degradation beruht, reduziert werden, und somit kann die Degradation der Batterie genau bis zu einem gewissen Grad festgestellt werden. Zusätzlich besitzt die Vorrichtung einen einfachen Aufbau, da kein Mittel zum Anlegen eines Messstroms an die Batterien 2 erforderlich ist. Dementsprechend kann die Degradation einer Sekundärbatterie bis zu einem gewissen Grad genau mit einer einfach aufgebauten Vorrichtung festgestellt werden. Dementsprechend ist diese Vorrichtung zum Bestimmen der Degradation für die Vorbeugung von Degradation in einer Notstromversorgung geeignet, in der eine große Anzahl, d. h. mehrere zehn oder hunderte Batterien 2 angeschlossen sind. Ferner, da die Entladung durchgeführt wird, wenn die Gleichspannung der Batterie hoch ist, ergibt sich der Vorteil, dass eine Überladung einer degradierten Batterie vermieden wird, wodurch einer Beschleunigung der Degradation vorgebeugt wird.
Ferner, beispielsweise in einem Fall, wenn der Degradationsbestimmungsbereich 19, 19A eine Feststellung basierend auf der Anzahl der Entladungen als Verfahren zur Bestimmung der Degradation durchführt, basierend auf der Entladungsfrequenz, kann die Degradation der Batterie 2 auf eine einfache Weise festgestellt werden, auch in dem Fall, wenn der Degradationsbestimmungsbereich 19, 19A ein Entladungsintervall misst und eine auf dem Entladeintervall als Degradationsbestimmung basierende Feststellung durchführt, basierend auf der Entladungsfrequenz, kann eine Degradation der Batterie auf eine einfache Art festgestellt werden.
In dieser Vorrichtung zum Bestimmen der Degradation wird eine Entladung mit Energie durchgeführt, die durch den Strombegrenzungssensor 36 wie oben beschrieben verbraucht wird, und somit wird eine plötzliche Entladung verhindert. Da der Schalter 37 temporär in einem konstanten Intervall abgeschaltet wird, nachdem die Entladung gestartet worden ist, kann die Gleichspannung der Batterie während der Entladung gemessen werden. Somit, da die Spannungsmessung und der Vergleich mit einem festgesetzten Wert wiederholt werden und das Entladungsintervall mit einem festgelegten Intervall verglichen wird, kann eine Degradation der Batterie genau festgestellt werden.
Der „festgesetzte Wert der Spannung“ kann ein fester Wert sein, jedoch gibt es auch Fälle, in denen eine passende Gleichspannung der Batterie geringfügig differiert, abhängig von der einzelnen Stromversorgung. Somit, falls der Durchschnittswert der Batteriegleichspannungen aller Batterien wie oben beschrieben erhalten wird und ein festgelegter Spannungswert zum Durchführen der Entladung durch Benutzen dieses Durchschnittswerts als Referenz festgelegt wird, ist es möglich, dass jede einzelne Stromversorgung eine genauere Entladung durchführt, wodurch die Genauigkeit der Degradationsbestimmung erhöht wird.
Wenn der Strombegrenzungssensor 36 und der Schalter 37 auf der gleichen Leiterplatte 7A wie diejenige des Spannungsmessbereichs 21 befestigt sind, wie oben beschrieben, wird die Vorrichtung vereinfacht und kompakt. In einem Fall, wenn die Schaltung des Strombegrenzungssensors 36 und des Schalters 37 und die Schaltung des Strommessbereichs 21 sich das mit der Batterie verbundene Kabel teilen, wird die Kabelverdrahtung vereinfacht.
Alle Vorrichtungen zum Feststellen der Degradation in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen umfassen: eine Mehrzahl von Spannungssensoren 7, die jeweils den Spannungsmessbereich 21 umfassen, die Entladeschaltung 35, und den Entladungsmanagementbereich 22; und ein einzelnes Informationsverarbeitungsgerät 11A, das für diese Spannungssensoren 7 vorgesehen ist und den Degradationsbestimmungsbereich 19 (19A) umfasst. Somit, um die Feststellung der Degradation jeder Batterie in einer Notstromversorgung durchzuführen, in der eine große Anzahl, d. h. mehrere zehn und hunderte von Batterien verbunden sind, ist es ausreichend, ein einziges Informationsverarbeitungsgerät zu benutzen, und somit ist der Aufbau vereinfacht.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben worden ist, die lediglich zum Zwecke der Darstellung benutzt werden, ist es für Fachleute auf diesem Gebiet klar, dass viele Änderungen und Modifikationen innerhalb des Offensichtlichen nach dem Lesen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung möglich sind. Dementsprechend sind solche Änderungen und Modifikationen, solange sie nicht von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, der durch die zugehörigen Patentansprüche festgelegt ist, abweichen, so zu verstehen, als wären sie hier eingeschlossen.
Bezugszeichenliste

1: Stromversorgung
2: Batterie
3: Batteriegruppe
4: elektrische Last
5: Hauptstromversorgung
5A, 5B: Anschluss
6: Ladeschaltung
7: Spannungssensor
7A: Leiterplatte
11: Controller
11A: Informationsverarbeitungsgerät
11a: drahtloser Kommunikationsbereich
11b: Sensorsteuerbereich
11c: Übertragungs- und Verarbeitungsbereich
12: Kommunikationsnetzwerk
13: Datenserver
13b: Befehlsübertragungsdatenspeicherbereich
14: Monitor
15: Diode
18: Bereich für das Entladungsmanagement und die Degradationsbestimmung
19: Degradationsbestimmungsbereich
19A: Degradationsbestimmungsbereich
20: Messsteuerbereich
21: Spannungsmessbereich
22: Entladungsmanagementbereich
23: Berechnungssteuerbereich
24: drahtloser Kommunikationsbereich
25: Wechselspannungsmessbereich
26: Gleichspannungsmessbereich
27: Steuerbereich
30: Entladungsbereich
32: Entladungsverarbeitungsbereich
35: Entladeschaltung
36: Strombegrenzungswiderstand
37: Schalter
38: Kabel
39: Alarmbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016063179 [0001]
JP 2016183589 [0001]
JP H10170615 [0006]
JP 2005100969 [0006]
JP 2010164441 [0006]

Claims

Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie, umfassend: einen Spannungsmessbereich, konfiguriert zum Messen der Gleichspannung zwischen Anschlüssen einer Batterie, die eine Sekundärbatterie ist; eine Entladeschaltung, die eine Reihenschaltung eines Strombegrenzungssensors und eines Schalters ist und die parallel zu der Batterie angeschlossen ist; einen Entladungsmanagementbereich, der konfiguriert ist zum Überwachen der Gleichspannung der Batterie, die durch den Spannungsmessbereich gemessen worden ist, Einschalten des Schalters, um die Batterie zu entladen, wenn die Gleichspannung der Batterie höher als ein festgelegter oberer Grenzwert ist, Überwachen der Gleichspannung der Batterie, während der Schalter eingeschaltet ist, und Ausschalten des Schalters, um die Entladung zu stoppen, wenn die Gleichspannung der Batterie unter einen festgesetzten unteren Grenzwert gesunken ist; und einen Degradationsbestimmungsbereich, der zum Messen einer Frequenz der Entladeschaltung, die als Ergebnis einer Steuerung durch den Entladungsmanagementbereich zum Feststellen der Degradation der Batterie auf der Basis der Entladungsfrequenz verursacht worden ist, konfiguriert ist.
Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei der Degradationsbestimmungsbereich die Anzahl der Entladungen, die in einem festgelegten Zeitraum durchgeführt werden, als auf der Entladungsfrequenz basierendes Verfahren zur Bestimmung der Degradation misst, und feststellt, dass die Batterie degradiert ist, wenn die Anzahl der Entladungen größer als eine festgelegte Anzahl ist.
Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei der Degradationsbestimmungsbereich als auf der Entladungsfrequenz basierendes Verfahren zum Bestimmen der Degradation ein Entladungsintervall zwischen einer unmittelbar vorhergehenden Entladung und einer gegenwärtigen Entladung misst und feststellt, dass die Batterie degradiert ist, wenn das Entladungsintervall kürzer als ein festgesetztes Intervall ist.
Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei der Degradationsbestimmungsbereich als auf der Entladungsfrequenz basierendes Verfahren zum Bestimmen der Degradation einen Zeitraum des Schaltens misst, der ein Zeitraum zwischen dem Start der Entladung und dem Stopp der Entladung ist und feststellt, dass die Batterie degradiert ist, wenn der Zeitraum der Entladung, der der Zeitraum des Schaltens ist, kürzer als ein festgelegter Zeitraum ist.
Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei, als auf der Entladungsfrequenz basierendes Verfahren zum Bestimmen der Degradation der Degradationsbereich, wenn der Entladungsmanagementbereich die Entladung startet, da die Gleichspannung der Batterie höher als der obere Grenzwert ist und dann den Schalter in einem konstanten Intervall temporär abschaltet und den Schalter in einem ausgeschalteten Zustand beibehält, wenn die durch den Spannungsmessbereich gemessene Gleichspannung unter den Grenzwert gesunken ist, und die Prozesse der Spannungsüberwachung, des Vergleichen mit dem oberen Grenzwert, des temporären Abschaltens des Schalters, des Vergleichens mit dem unteren Grenzwert und das Beibehalten des Schalters in dem ausgeschalteten Zustand wiederholt, und wenn die Anzahl der Entladungen in einem festgelegten Zeitraum einen festgelegten Wert überschreitet, feststellt, dass die Batterie degradiert ist.
Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung zum Bestimmen der Degradation einer Sekundärbatterie eine Vorrichtung ist, die zum Bestimmen der Degradation aller einer Mehrzahl von Batterien konfiguriert ist, die in einer Stromversorgung in Reihe angeschlossen sind, wobei die Vorrichtung zum Bestimmen der Degradation eine Sekundärbatterie umfasst: den Spannungsmessbereich, die Entladeschaltung, und den Entladungsmanagementbereich für jede Batterie, wobei, nachdem die Spannungsmessbereiche aller der mehreren Batterien eine Spannungsmessung durchgeführt haben, der Degradationsbestimmungsbereich einen Durchschnittswert der gemessenen Gleichspannungen der Batterie erhält, und den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert erhält, wobei der Durchschnittswert als Referenzwert benutzt wird.
Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Strombegrenzungswiderstand und der Schalter auf derselben Leiterplatte wie der Spannungsmessbereich befestigt sind.
Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Schaltung des Strombegrenzungswiderstands und des Schalters und eine Schaltung des Spannungsmessbereichs sich ein mit der Batterie verbundenes Kabel teilen.
Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend: eine Mehrzahl von Spannungssensoren, jeweils den Spannungsmessbereich umfassend, die Entladeschaltung, und den Entladungsmanagementbereich; und ein Informationsverarbeitungsgerät, das jeweils einzeln für die mehreren Spannungssensoren vorgesehen ist und das zum Ausgeben von Betriebsanweisungen für die Spannungssensoren konfiguriert ist, zum Durchführen einer Messung oder von Prozessen im Hinblick auf die Spannungssensoren, und zum Sammeln von Daten.
Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie nach Anspruch 9, wobei das Informationsverarbeitungsgerät den Degradationsbestimmungsbereich oder einen Bereich, der einen Teil des Degradationsbestimmungsbereichs bildet, umfasst.
Vorrichtung zum Feststellen der Degradation einer Sekundärbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend einen Alarmbereich, der zum Erzeugen eines Alarms konfiguriert ist, der durch einen Überwacher bemerkbar ist, wenn der Degradationsbestimmungsbereich festgestellt hat, dass die Batterie degradiert ist, wobei der Spannungsmessbereich, die Entladeschaltung, der Entladungsmanagementbereich, der Degradationsbestimmungsbereich, und der Alarmbereich in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sind.