JP2005321226A - 蓄電池内部インピーダンス計測方法および蓄電池内部インピーダンス計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズ成分の影響を抑制して正確に蓄電池の内部インピーダンスを計測することができる蓄電池内部インピーダンス計測方法および蓄電池内部インピーダンス計測装置を提供する。
【解決手段】 蓄電池群１は、被計測蓄電池１ａとそれに隣接する蓄電池１ｂとを含む。本発明の蓄電池内部インピーダンス計測装置２は、被計測蓄電池１ａの両端に接続されゲインが１の増幅器２ａと、蓄電池１ｂの両端に接続されゲインが可変値Ａの増幅器２ｂと、増幅器２ａの出力に増幅器２ｂの出力の逆相成分を加算する加算器２ｃとを含んで構成される。計測用交流電流源３は開閉器４により被計測蓄電池１ａへの計測電流の供給が制御され、まず開閉器４は開いており、増幅器２ｂのゲインＡを調整し、ノイズ電流Ｉｎによるノイズ起電力が最小になるようにしてから、開閉器４が閉じるように制御される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、蓄電池インピーダンス計測方法および蓄電池インピーダンス計測装置に関する。

電気通信設備や生産設備などの設備に用いられる電源装置には、そのバックアップを目的として蓄電池が備え付けられている。この蓄電池としては、密閉型鉛蓄電池などが広く用いられている。

ところで、このバックアップ用の蓄電池は、一般に経年変化により劣化して容量が減少する傾向を有するため、劣化状態の判定が重要となる。蓄電池の劣化状態は、蓄電池の内部インピーダンスを測定してその値の初期値からの変化等により判定することができる。この蓄電池の内部インピーダンスを計測する方法としては、被測定蓄電池の両端に計測用の交流電流源および交流電圧計を接続し、交流電流源から供給された電流値と交流電圧計により計測された電圧値との関係により内部インピーダンスを計測する交流四端子法が知られている。

また、交流四端子法の改良技術として、外部に計測用の交流電流源を接続することなく蓄電池の内部インピーダンスを計測する方法も知られている（特許文献１参照）。

特開平８−１７９０１７号公報

しかし、特許文献１に記載された技術は、蓄電池の負荷として接続されたインバータが発生するノイズ電流を用いて蓄電池の内部インピーダンスを計測しようとする技術であるため、インバータが動作していない場合には蓄電池の内部インピーダンスを計測することができず、また、インバータが発生するノイズ電流の周波数成分が安定しないため、蓄電池の内部インピーダンスを精度良く計測することができないという課題がある。

そこで、本発明は、ノイズ成分の影響を抑制して正確に蓄電池の内部インピーダンスを計測することができる蓄電池内部インピーダンス計測方法および蓄電池内部インピーダンス計測装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、複数の蓄電池が直列接続された蓄電池群の被計測蓄電池に交流電流を流し、その際に発生する交流電圧と前記交流電流との関係により各蓄電池の内部インピーダンスを計測する蓄電池内部インピーダンス計測方法において、前記蓄電池群を構成する前記被測定蓄電池以外の蓄電池に発生する交流起電力成分を利用して前記被計測蓄電池に発生する交流起電力成分から交流電流ノイズによる交流起電力成分を除去した後に前記被測定蓄電池の内部インピーダンスを求めることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記蓄電池群を構成する前記被測定蓄電池以外の蓄電池は、前記被測定蓄電池に隣接する蓄電池であることを特徴とする。

請求項３の発明は、複数の蓄電池が直列接続された蓄電池群の被計測蓄電池に交流電流を流す計測電流供給手段、および前記被計測蓄電池に交流電流を流した際に発生する交流電圧と前記交流電流との関係により前記被測定蓄電池の内部インピーダンスを計測する内部インピーダンス計測手段を備えた蓄電池内部インピーダンス計測装置であって、前記蓄電池群を構成する前記被測定蓄電池以外の蓄電池に発生する交流起電力成分を利用して前記被計測蓄電池に発生する交流起電力成分から交流電流ノイズによる交流起電力成分を除去するノイズ除去手段をさらに備えていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記蓄電池群を構成する前記被測定蓄電池以外の蓄電池は、前記被測定蓄電池に隣接する蓄電池であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項３または請求項４の発明において、前記ノイズ除去手段は、ＣＲ回路を含むブリッジ回路により構成されていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項３〜請求項５のいずれかの発明において、前記内部インピーダンス計測手段は、加算器を含んで構成されていることを特徴とする。

本発明の蓄電池内部インピーダンス計測方法および蓄電池内部インピーダンス計測装置は、蓄電池群を構成する前記被測定蓄電池以外の蓄電池に発生する交流起電力成分を利用して前記被計測蓄電池に発生する交流起電力成分から交流電流ノイズによる交流起電力成分をあらかじめ除去することができるため、ノイズ成分の影響を抑制して正確に蓄電池の内部インピーダンスを計測することができる。特に、交流電流ノイズ成分が計測用交流電流成分と比較して非常に大きい場合、計測用交流電流の周波数が交流電流ノイズ成分の周波数とほぼ等しい場合などに顕著な効果を奏する。

本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の蓄電池内部インピーダンス計測方法の原理を示す説明図である。図１は、上から内部インピーダンス計測前の初期状態、ノイズ除去の過程、ノイズ除去後に内部インピーダンス計測している状態をそれぞれ示している。

＜初期状態＞ 図１において、蓄電池群は少なくとも２個の蓄電池を含んで構成される。蓄電池群を構成する各蓄電池は直列に接続されているため、各蓄電池には共通のノイズ電流Ｉｎが流れる。ここで、蓄電池群を構成する各蓄電池のうち、内部インピーダンスＺ１の蓄電池にはノイズ起電力Ｚ１・Ｉｎが発生し、内部インピーダンスＺ２の蓄電池にはノイズ起電力Ｚ２・Ｉｎが発生する。実際の蓄電池群は、特性が揃った蓄電池が選別されて使用されることが多いため、ノイズ起電力Ｚ１・Ｉｎとノイズ起電力Ｚ２・Ｉｎとはほぼ同位相かつほぼ同電位となる。

＜ノイズ除去の過程＞ ノイズ起電力Ｚ１・Ｉｎとノイズ起電力Ｚ２・Ｉｎとはほぼ同位相かつほぼ同電位となるため、これらノイズ起電力を逆相にして加算することにより、その結果は（Ｚ１・Ｉｎ）−（Ｚ２・Ｉｎ）＝（Ｚ１−Ｚ２）・Ｉｎとなり、ノイズ起電力と比較してかなり小さい値となる。さらに、比例定数Ａを考慮して、（Ｚ１・Ｉｎ）−Ａ（Ｚ２・Ｉｎ）＝０となるようにすれば、ノイズ電流Ｉｎの影響を完全に除去することができる。

＜ノイズ除去後＞ このようにノイズ電流Ｉｎの影響を除去した後に、計測電流Ｉｍを被測定蓄電池（内部インピーダンスＺ１とする）に流すことにより、計測起電力Ｚ１・Ｉｍを得ることができ、この結果に基づいて被測定蓄電池の内部インピーダンスをほぼ正確に得ることができるようになる。

次に、本発明の実施の形態に係る蓄電池内部インピーダンス計測方法を実現するための蓄電池内部インピーダンス計測装置について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電池内部インピーダンス計測装置の概念を示す説明図である。図２において、１は蓄電池群であって、被計測蓄電池１ａとそれに隣接する蓄電池１ｂとを含んで構成される。また、２は本発明の蓄電池内部インピーダンス計測装置であって、ゲインが１の増幅器２ａと、ゲインが可変値Ａの増幅器２ｂと、増幅器２ａの出力に増幅器２ｂの出力の逆相成分を加算する加算器２ｃとを含んで構成されている。ここで、増幅器２ａは被計測蓄電池１ａの両端に接続され、増幅器２ｂは蓄電池１ｂの両端に接続される。また、３は計測用交流電流源であって、開閉器４により計測電流の供給が制御される。

図２に概念的に示される蓄電池内部インピーダンス計測装置は、増幅器２ｂのゲインの可変値Ａを調整し、ノイズ電流Ｉｎによるノイズ起電力が最小になるようにしてから開閉器４が閉じるようにすることにより、ノイズ起電力による誤差が小さい蓄電池内部インピーダンス計測装置として機能する。

また、図３は、本発明の実施の形態に係る蓄電池内部インピーダンス計測装置の一例を示す説明図である。図３は、図２における蓄電池内部インピーダンス計測装置２の入力回路部分の具体的一例を明示する図であって、演算増幅器Ｕ１が、図２における増幅器２ａ、増幅器２ｂ、加算器２ｃの３役を兼ねている。

蓄電池内部インピーダンス計測装置２は、被計測蓄電池１ａの正極側に接続されたコンデンサＣ１、コンデンサＣ１の出力側で蓄電池内部インピーダンス計測装置２のグラウンド（ＧＮＤ）に接続された抵抗器Ｒ１、被計測蓄電池１ａに隣接する蓄電池１ｂの負極側に接続されたコンデンサＣ２、コンデンサＣ２の出力側で蓄電池内部インピーダンス計測装置２のＧＮＤに接続された抵抗器Ｒ２、コンデンサＣ１の出力側で演算増幅器Ｕ１の入力に接続された抵抗器Ｒ３、コンデンサＣ２の出力側で演算増幅器Ｕ１の入力に接続された可変抵抗器Ｒ４、演算増幅器Ｕ１のゲインを前述の抵抗器Ｒ３および可変抵抗器Ｒ４との関係で規定する抵抗器Ｒ５を含んで構成され、被計測蓄電池１ａの負極側および蓄電池１ｂの正極側に接続された配線は、蓄電池内部インピーダンス計測装置２のＧＮＤに接続されている。

ここで、蓄電池内部インピーダンス計測装置２の入力回路は、コンデンサおよび抵抗器を含むブリッジ回路を形成しているが、必ずしも図３のように形成する必要はなく、必要に応じて変更しても差し支えない。

なお、図３に例示された蓄電池内部インピーダンス計測装置２において、ノイズ起電力が最小となるときの可変抵抗器Ｒ４の値が抵抗器Ｒ３の値と大きく異なる場合は、被計測蓄電池１ａの内部インピーダンスと被計測蓄電池１ａに隣接する蓄電池１ｂの内部インピーダンスとの差が大きいことを意味するため、いずれかの蓄電池が何らかの異常をきたしていることの判断をすることも可能である。

この様にして１個の蓄電池１ａの内部インピーダンスを計測した後は、計測用交流電源３を蓄電池１ｂに接続して蓄電池１ｂの内部インピーダンスを計測することが出来る。更に、蓄電池が３個以上の多数の蓄電池が直列に接続されている場合は、例えば切替回路等により計測用交流電源３および蓄電池内部インピーダンス計測装置２を順次切り替えて各々の蓄電池に接続し、各々の蓄電池の内部インピーダンスを計測することが出来る。

本発明の蓄電池内部インピーダンス計測方法の原理を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電池内部インピーダンス計測装置の概念を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電池内部インピーダンス計測装置の一例を示す説明図である。

符号の説明

１ 蓄電池群
１ａ 被測定蓄電池
１ｂ 被測定蓄電池に隣接する蓄電池
２ 蓄電池内部インピーダンス計測装置
２ａ 増幅器
２ｂ 増幅器
２ｃ 加算器
３ 計測用交流電流源
４ 開閉器

Claims (6)

1. 複数の蓄電池が直列接続された蓄電池群の被計測蓄電池に交流電流を流し、その際に発生する交流電圧と前記交流電流との関係により各蓄電池の内部インピーダンスを計測する蓄電池内部インピーダンス計測方法において、
   前記蓄電池群を構成する前記被測定蓄電池以外の蓄電池に発生する交流起電力成分を利用して前記被計測蓄電池に発生する交流起電力成分から交流電流ノイズによる交流起電力成分を除去した後に前記被測定蓄電池の内部インピーダンスを求めることを特徴とする蓄電池内部インピーダンス計測方法。
2. 前記蓄電池群を構成する前記被測定蓄電池以外の蓄電池は、前記被測定蓄電池に隣接する蓄電池であることを特徴とする、請求項１記載の蓄電池内部インピーダンス計測方法。
3. 複数の蓄電池が直列接続された蓄電池群の被計測蓄電池に交流電流を流す計測電流供給手段、および前記被計測蓄電池に交流電流を流した際に発生する交流電圧と前記交流電流との関係により前記被測定蓄電池の内部インピーダンスを計測する内部インピーダンス計測手段を備えた蓄電池内部インピーダンス計測装置であって、
   前記蓄電池群を構成する前記被測定蓄電池以外の蓄電池に発生する交流起電力成分を利用して前記被計測蓄電池に発生する交流起電力成分から交流電流ノイズによる交流起電力成分を除去するノイズ除去手段をさらに備えていることを特徴とする蓄電池内部インピーダンス計測装置。
4. 前記蓄電池群を構成する前記被測定蓄電池以外の蓄電池は、前記被測定蓄電池に隣接する蓄電池であることを特徴とする、請求項３記載の蓄電池内部インピーダンス計測装置。
5. 前記ノイズ除去手段は、ＣＲ回路を含むブリッジ回路により構成されていることを特徴とする、請求項３または請求項４記載の蓄電池内部インピーダンス計測装置。
6. 前記内部インピーダンス計測手段は、加算器を含んで構成されていることを特徴とする、請求項３〜請求項５のいずれかに記載の蓄電池内部インピーダンス計測装置。

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