JP2006524332A

JP2006524332A - 非常電源システムの劣化診断システム

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Publication number: JP2006524332A
Application number: JP2006507813A
Authority: JP
Inventors: ドグ−スキム; レ−ヨンキム; ギ−テグキム
Original assignee: パワートロンエンジニアリングカンパニーリミテッド
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2006-10-26
Also published as: WO2004099791A2; US20060152224A1; WO2004099791A3; US7567085B2; CA2516815A1

Abstract

非常電源設備または通信網電源設備などに蓄電池システムが多用されるに伴い、これを効率よく管理することが重要な問題として認識されている。蓄電池をはじめとする非常電源装置の信頼度を確保するために、重要な設備の場合には、一定の周期ごとに蓄電池システムの全体を無条件に取り替える必要があった。このため、正常な蓄電池も一緒に廃棄せざるを得なくなり、経済的な損失が生じていた。また、使用期間中にシリアル接続されている蓄電池のうち１セルにでも不良が生じても、非常電源システムの信頼度を確保することができなくなるため、通信網などの重要設備の安定的な運転に不具合が生じてくる。
現在、蓄電池の内部インピーダンスを測定して蓄電池の寿命を診断できる計測器が先発会社（日本ユアサ、ＣａｎａｄａＰｏｌｙｔｒｏｎｉｃｓなど）により商用化が進み、市販中にある。しかし、この計測器は専用の半導体チップを採択しており、同期検波法による内部インピーダンス有効値に相当する直流信号を得るため、浮動充電中にある蓄電池の各セルを測定する場合には、充電リップル電流により内部インピーダンス値を正確に測定することができない。また、体系的なメンテナンスを行うために測定されたデータをデータベース化（ＤＢ化）して分析しようとする場合には、充電中の蓄電池の各セルに測定端子（リード）を移しながらマニュアルにて測定する必要があるため、感電事故などの危険性が存在し、測定値を分析するに当たり、多くの手間がかかるという欠点がある。
本発明はリップル雑音電圧入り交流瞬時電圧Ｖ_ＳＭ信号から、定電流源５から供給された交流電流Ｉｓにより誘起されるインピーダンス電圧Ｖｉｓの真の値を測定し、これに基づき、内部インピーダンスの有効成分（抵抗）を得ることのできるハードウェア回路の構成を提示する。また、本発明は、これを用いて蓄電池の寿命診断に必要となる演算アルゴリズム・プログラムの実行を実現することにより、蓄電池の寿命を診断する方案を提示する。
このため、本発明によれば、浮動充電状態で動作させながら蓄電池とＤＣ電解コンデンサの内部インピーダンスを正確に測定してその劣化状態を診断することができ、浮腫部位を医療診断するに当たっても、周りからノイズが混入されても、雑音電圧から測定信号のみを分離することができる。一連の各機能動作とＭＰＵに組み込まれているプログラムが実行されることにより、この診断装置システムは、蓄電池システムをはじめとする非常電源装置システムの健全性を常時リアルタイムにて、しかも無人にて監視・制御し、劣化が進んでいる要素を前もって見つけて措置を取ることができる。

Description

非常電源設備または通信網電源設備などに蓄電池システムが多用されるに伴い、これを効率よく管理することが重要な問題として認識されている。蓄電池をはじめとする非常電源装置の信頼度を確保するために、重要な設備の場合には、一定の周期ごとに蓄電池システムの全体を無条件に取り替える必要があった。このため、正常な蓄電池も一緒に廃棄せざるを得なくなり、経済的な損失が生じていた。また、使用期間中にシリアル接続されている蓄電池のうち１セルにでも不良が生じても、非常電源システムの信頼度を確保することができなくなるため、通信網などの重要設備の安定的な運転に不具合が生じてくる。

通常、蓄電池セルの交流電流に対する等価回路は、抵抗、インダクタンス、キャパシタンス（Ｒ−Ｌ−Ｃ）成分のシリアル回路に等価化できることが立証されている。ＩＥＥＥ１１８８−１９９６の論文によれば、密閉型蓄電池の劣化（寿命）を診断するためには、前記インピーダンス成分のうち蓄電池の劣化の度合いと最も密接な相関関係を有する抵抗（Ｒ）成分のみを測定することが推奨されている。また、蓄電池のように老巧化の度合いに応じて内部インピーダンスが高まる測定物の劣化の度合いを調べるためには、図１に示すように、交流定電流Ｉｓを蓄電池などの測定物の端子の両端に入力することにより、内部インピーダンスによる電圧降下成分（以下、インピーダンス電圧Ｖｉｓと称する。）を測定して内部インピーダンスを計算し、この健全状態を診断する方法が汎用されている。

公知の如く、密閉型連蓄電池に交流の測定電流を流す場合、蓄電池の端子間に生じる交流電圧波形は、周波数が高いほどＬ成分による電圧の位相が電流の位相よりも早く、周波数が低いほどＣ成分による電流の位相が電圧の位相よりも遅れるという傾向がある。このため、位相がほとんど一致する共振点（以下の式５）に相当する周波数範囲（６０−１，０００Ｈｚ）の正弦波定電流を生成して蓄電池セルに供給し、インダクタンス、キャパシタンス成分を除く内部抵抗成分のみにより交流電圧を測定することにより、おおむねインピーダンス有効分を計算することができる。測定周波数が１Ｋｈｚ内外である場合には、界面抵抗がキャパシタンス成分によるインピーダンスに比べて極めて小さくなるためにこれが無視可能になり、溶液抵抗と電気２重層の容量キャパシタのシリアル回路に等価化できるので、図１に示すように、蓄電池セルに１Ｋｈｚ内外の正弦波交流定電流を供給し、蓄電池セルの両極間に誘起された正弦波電圧波形Ｖｉｓ及び前記交流定電流波形Ｉｓの実効値と前記両波形間の位相差を測定すれば、内部抵抗によってのみ生成される蓄電池の内部インピーダンス値の演算が行えるようになり、蓄電池の健全状態（劣化度）を診断することが可能になる。

式５

本発明は、蓄電池を運転系統から取り外すことなく、浮動充電させながら、マイクロプロセッサなどの数値演算が行える装置により蓄電池組の各セルのインピーダンス、端子電圧、温度などの重要なパラメータをリアルタイムにて正確に測定することにより、不良な蓄電池を選別し、必要に応じて、アラームを鳴らすことにより、蓄電池システムの管理を効率よく行わせる。

加えて、本発明は、非常電源装置システム（ＵＰＳ、充電装置など）の故障または運転状態を常時監視して出力波形の電源品質をモニタリングすることにより、上記において測定された蓄電池の健全状態に対する履歴を日別、月別に保存して管理することができ、これを無線通信網や遠隔ネットワークを用いて非常電源装置及び蓄電池の劣化状態を遠隔にて管理できる装置を提供する。

これまで実用レベルに至っている蓄電池の劣化現象診断システムとしては、系統に接続されて運転中である蓄電池組を実負荷放電法により全容量または必要な電流だけ放電し、端子電圧の経時変化によるサンプルセルの残存容量を測定するシステムがある。このシステムは、産業体において汎用されている。この種の診断システムは、系統運営中の蓄電池の残存容量（寿命）を比較的に正確に診断できるとはいえ、蓄電池組のうち最低容量の単電池（単位セル）の容量のみを調べることで、蓄電池組全体の寿命を診断する方式を取っているため、蓄電池組のうち劣化が顕著に進んでいる不良な単電池（単位セル）を全て見つけるには向いていない。また、このシステムは、多くの手間及び高い試験コストを要するため、浮動充電中にある蓄電池組の各単電池セルの劣化の度合いを簡単に診断することができない。

蓄電池システムの健全性を診断するために、近年、商用化されて市販中のＬａｂＶｉｅｗプログラム（データ解析ソフトウェア）とデータ取得装置（ＤＡＱカード）などを備えるＰＣを用いて各セルを検索しながら蓄電池の各セルごとの電解液の温度、浮動充電状態の電圧、充電電流を測定し、温度に係わる端子電圧の相関関係をもって蓄電池の異常有無を調べる計測診断装置が商品化している。ところが、この診断方式は、浮動充電時に単電池の端子電圧をシリアル接続された同じ電池セル組と比べることで相対的に劣化の度合いは調べられるものの、浮動電圧の高低、またはシリアル・パラレル接続時の単電池セル間の影響により端子電圧に多くのバラツキが生じ、残存容量（劣化度）と浮動充電時の端子電圧の２要素間には絶対的な相関関係がないことが明らかになっているため、蓄電池の寿命や健全性（故障状態）を診断する方法として採択する上でその信頼性（実効性）が疑われている。

また、現在、蓄電池の内部インピーダンスを測定して蓄電池の寿命を診断できる計測器が先発会社（日本ユアサ、ＣａｎａｄａＰｏｌｙｔｒｏｎｉｃｓなど）により商用化が進み、市販中にある。しかし、この計測器は専用の半導体チップを採択しており、同期検波法による内部インピーダンス有効値に相当する直流信号を得るため、浮動充電中にある蓄電池の各セルを測定する場合には、充電リップル電流により内部インピーダンス値を正確に測定することができない。また、体系的なメンテナンスを行うために測定されたデータをデータベース化（ＤＢ化）して分析しようとする場合には、充電中の蓄電池の各セルに測定端子（リード）を移しながらマニュアルにて測定する必要があるため、感電事故などの危険性が存在し、測定値を分析するに当たり、多くの手間がかかるという欠点がある。また、周囲温度、比重及び充電電流など劣化の診断に要される全体的なデータが同時に測定できないため、いくつかのサンプルセルのインピーダンス測定は簡単に行えるとはいえ、多数のセルインピーダンスを同時に測定して正確な劣化診断を下すには難点がある。

１９９４年１月２５日付登録のアメリカ特許第５，２８１，９２０号公報（発明者：ＪｏｈｎＷ．Ｗｕｒｓｔ他２名）に開示されているオンライン蓄電池インピーダンス測定（ＯＮ−ＬｉｎｅｂａｔｔｅｒｙＩｍｐｅｄａｎｃｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）技術は、蓄電池の寿命を診断するために開発されているが、これを実現する方法は全く異なる。この技術は、システム／負荷制御器（ＳｙｓｔｅｍＬｏａｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、電流測定システム、ＭＰＵにより制御されるリレー群に接続された電圧測定モジュールよりなり、０．５ｍｓから２０ｍｓの間に蓄電池を放電し、蓄電池の端子電圧が下がる速度値によってインピーダンス値を計算する方式を取っている。

本発明は、数百個以上のパラレル・シリアル接続された蓄電池セルを実負荷状態（浮動または均等充電）で運転しながら、リアルタイムにて設定された周期ごとに蓄電池の電圧、充放電電流、内部温度、内部インピーダンス及び比重などのデータを測定して蓄電池の寿命（劣化）状態と相関関係がある要素を見つけて蓄電池の健全度、残存容量を分析し、蓄電池の残余寿命を診断する。また、無停電電源装置（ＵＰＳ）や有無線通信網電源（整流器）機器の品質（信頼性）を確保するために、ここに組み込まれている蓄電池システムを常時監視しながら、ＵＰＳなどの非常電源装置の運転状態を常時監視する機能を有している。

図２は、本発明において提示する非常電源システムの健全状態（品質管理）を診断するためのマイクロプロセッサ基盤の動作の流れとシステムの機能別の構造を示している。本発明の構造及び動作方法を説明すれば、図２に示す公知の電圧、電流センサー及びサーミスタセンサーを介して被診断物としての蓄電池の端子電圧(Ｖ)、電流(Ｉ)及び温度(ｔ)などの蓄電池の特性データを測定順番に従い動作されたリレーを介してマイクロプロセッサなどの中央処理装置（以下、ＭＰＵ）に入力して測定し、また、ＭＰＵのオン／オフ指令により定電流源を起動して蓄電池に瞬時交流定電流Ｉｓを供給した後、蓄電池の内部インピーダンスにより端子電圧に生じる交流電圧(Ｖｉｓ)を測定して前記交流定電流(Ｉｓ)と交流電圧(Ｖｉｓ)の両測定値からＭＰＵ内にプログラム化されているアルゴリズムにより蓄電池の内部インピーダンスを演算する。多数の蓄電池セルを測定するために多数のリレー回路組合群が設けられ、ＭＰＵにおいて測定しようとする蓄電池を選択する信号を生じさせる。蓄電池の各データは選択されたリレー回路組合群の該当リレーを介してＭＰＵの入力に接続され、内部インピーダンスを測定するための定電流Ｉｓがリレーを介して蓄電池に供給される。

このような一連のリレー回路組合群の動作制御をＭＰＵにおいて命令し、これを介して入手された情報データを診断システムに設けられた内部メモリに保存し、これに基づいて、ＭＰＵ内の劣化診断プログラムのアルゴリズムが動作して蓄電池の劣化の度合いを診断することになる。

ユーザインタフェースとしてはキーパッド入力とＬＣＤが用いられ、非常電源の出力波形や蓄電池に異常が起こると、診断装置のＬＣＤ画面上に必要な情報とアラームが鳴らすため、蓄電池を効率よく管理することができる。また、得られたデータを履歴化して保存し、これをシリアル通信などの通信手段を介して外部のホストＰＣに送り、有無線通信網回路の中継所など管理場所からホストＰＣが地理的に遠く位置する場合や、山間地域のように交通便の利用が不便な地域に設けられて人手の現場への接近が困難な場合にも、遠隔通信網や無線通信網をもちいて送れるように構成する。現場または遠隔に位置するホストＰＣにおいては、得られたデータを分析し、蓄電池の状態を判別して特性をグラフィック処理または図表処理して分析可能にし、この履歴をＤＢ化して管理することができ、これらのデータをリアルタイムにて事後管理すれば、電源システムへの信頼度を高めることができ、この管理に要されるコストも節減できるというメリットがある。

この診断装置システムは、蓄電池をはじめとする非常電源システムの劣化診断（品質監視）機能を有し、通常の通信網を用いてその遠隔管理方法を提示している。以下、本発明に係る診断装置システムの構成及び動作原理を以下に挙げられた実施の形態により詳述する。

図３は、基本単位の蓄電池システム（およそ１２セルまたは２４セル、５６セルよりなる）を診断できる診断システム構成図の基本ブロック図である。図３を参照すれば、ＭＰＵ(１)は全体システムを制御・管理する中央処理装置であって、メモリ素子２に各蓄電池セル３の特性履歴データを保存する。蓄電池システムのそれぞれのセルとリレー回路組合群４が接続され、それぞれのリレー接点が４端子網を介して蓄電池セルのそれぞれの正極と負極端子に接続されている。測定しようとする蓄電池と接続されるリレーコイルを励磁（オン）させるために、ＭＰＵ１からリレー回路組合群４の入力端子に選択信号Ｓｅｌｅｃｔが印加されれば、１〜Ｎ番のリレーのうち選択されたリレーが動作し、これとほぼ同時（数ｍｓ後）に定電流源(５)に数十Ｋｈｚのクロックパルス信号(ＣＬＫ)を印加して定電流源(５)を起動すれば、リレーを介して蓄電池に定電流が投入される。蓄電池の電圧(Ｖ)、温度(ｔ)、インピーダンスデータ(Ｚ)、比重(Ｇ)のデータ信号は自動スケール回路(７)及びＡ／Ｄ変換器６においてＭＰＵ(１)に入力可能な値に変換され、次いで、ＭＰＵ(１)の入力端子に入力される。ＭＰＵ１は、入力されたデータに基づき、内部に組み込まれた劣化診断プログラムにより現状の蓄電池セルのステータス履歴データを演算し、その結果がメモリ素子(２)に保存されてＬＣＤ上に表示され、必要に応じて、ＲＳ２３２，ＲＳ４２２，ＲＳ４８５またはＣＤＭＡなどの通信装置(８)を介して外部に送られる。ここで、単にいくつかの蓄電池セルの寿命を診断する目的で用いられる場合には、あえてリレー回路組合群を組み込む必要はなく、４端子網の出力端子を測定しようとする蓄電池セルの端子に直接的に接続する。

図４は、この診断装置の機能ブロック別接続図であって、診断装置のハードウェア構成を示している。図４を参照すれば、この診断装置は、ＭＣＵとしてのメインコントローラユニット(１１)、補助電源(１０)、定電流源(５)、リレー回路組合群(４)、ＡＣセンサー回路(１５)及びＤＣセンサー回路(１４)よりなる。メインコントローラユニット(１１)は、上述したように、ＭＰＵ(１)、メモリ素子(２)及びリレー回路組合群(４)を介して入力される蓄電池の各特性データを適宜に選択・増幅する自動スケール回路(７)および非常電源装置の品質情報データ信号を増幅するためのプレアンプ(１６)を有し、データ信号を変換するためのＡ／Ｄ信号変換器(６)及びＲＳ２３２，ＲＳ４２２，ＲＳ４８５またはＣＤＭＡモジュールなどの通信ポートが含まれる。これらのハードウェアは補助電源(１０)から動作に必要な制御電源を供給される。

定電流源(５)は、蓄電池のインピーダンスにより電圧が発生可能に一定の大きさの定電流を供給し、リレー回路組合群(４)は、多数の蓄電池セルのうちメインコントローラユニット(１１)内に設けられたＭＰＵ(１)により発生する選択制御信号により一つの蓄電池セルを選択し、ＭＰＵ(１)は、定電流源(５)を起動するために矩形波状のクロック信号(ＣＬＫ)を供給する。定電流源(５)は前記クロック信号(ＣＬＫ)を受けてこれを分周し、正弦波状の交流定電流を生成し、前記定電流(Ｉｓ)はリレー回路組合群(４)のリレーを介して選択された蓄電池セルに供給される。本発明の実施の形態においては、定電流源(５)の正弦波発生回路がデジタルカウンタなどよりなり、前記正弦波発生回路のクロック入力端子に数十Ｋｈｚのクロックパルス信号(ＣＬＫ)を印加すれば、入力されたクロックパルス信号を分周して定電流源(５)の周波数が生成され、且つ、定電流源(５)が起動するが、定電流源(５)がＲ−Ｃ発振回路またはクリスタル発振回路よりなる場合には、ＭＰＵ(１)においてオン／オフ起動信号を印加することで、これを起動することができる。選択された蓄電池セルの特性データの測定が完了すれば、ＭＰＵ(１)は定電流源(５)の動作を止めるために、前記１６Ｋｈｚのクロック信号(ＣＬＫ)の供給を止め、直ちに該当リレーをオフにする。このように、ＭＰＵ(１)において動作順番に従い定電流源(５)の起動及びリレーのオン／オフ制御を行えば、リレー接点は電流が流れない状態で開閉されるため、接点が損傷されることなく、寿命が伸びる。

上述したように、コンピュータ向けの無停電電源装置、有無線通信網の電源（整流器）及びここに用いられる蓄電池組の信頼性を確保するために、蓄電池組３を常時監視しながら、停電時に通信設備やコンピュータに交流電源を絶えず供給するためのＵＰＳなどの非常電源装置(１８)の運転状態を常時監視する必要がある。このために、メインコントローラユニット(１１)は、リレー回路組合群(４)を介して各蓄電池セルのデータを集めて演算処理することにより、蓄電池の状態を診断すると共に、非常電源装置(１８)の交流出力電圧と出力電流及び蓄電池の充放電時の充放電電圧(ＤＣＶ)及び電流(ＤＣＡ)を公知のＡＣセンサー回路(１５)及びＤＣセンサー回路(１４)を介して得、これを常に記録する。具体的には、メインコントローラユニット(１１)は、蓄電池の特性をチェックするのにかかる時間の他には、電源装置系統の電力品質をモニタリングするために電源系統の３相電圧（ＡＣ電圧）と３相電流（ＡＣ電流）を測定して分析し、正常状態の各相の実効値と事故時の各相の実効値及び瞬時電圧値をメモリに保存する一連の動作を行い、保存されたデータを一定の時刻にホストコンピュータに送り、内部に組み込まれたリアルタイムクロックタイマー（ＲＴＣ）により伝送時間を判別し、事故時間を記録する。また、得られたデータ値が電圧瞬時降下現象（サグ）の発生及び停電発生などの場合のように設定された限定値（リミット値）を外れると、通信ポートを介して遠隔またはホストＰＣ側に事故情報（イベント）を送る機能を行う。

蓄電池セルの内部インピーダンス電圧は１ｍｖ以下の極めて低い電圧であるため、測定回路の配線電圧の降下及び充電時にリップル電流により前記信号電圧の測定値に影響される。このため、測定時に端子の接触抵抗の影響（リード線抵抗とプラグの接触抵抗）を減らすために、公知の交流(４)端子測定法を用いる。すなわち、定電流源の端子において交流電流(Ｉｓ)を蓄電池セルに入力し、蓄電池の内部インピーダンスの電圧降下を高いインピーダンスを有するプレアンプ回路（図４における(１６)）内の高インピーダンス回路と接続し、リード線の抵抗と端子接触抵抗によりほとんど電流が流れないようにして電圧降下の発生を防ぐ。このような計測方法によりリード線の抵抗と接触抵抗の電圧降下を極力抑えることで、抵抗抵抗の影響をほとんど受けないようにする。また、プレアンプ(１６)及び自動スケール回路７のオフセット値と前記リード線抵抗と接触抵抗分の測定誤差を補正するために、インピーダンス値を測定する前に、リード線の端子を互いに接触して入力信号値が０であるときの(Ａ／Ｄ)出力値を測定し、その測定値を実際値の測定時に補正（零点調整）する方法をとっても良い。

リレー回路組合群(４)を介して得られた蓄電池セルにおいて測定された端子電圧波形（以下、交流瞬時電圧

と称する。）は、数ｍＶほどの微細な信号であって、セル端子電圧ＶＤＣに比べると、極めて微細（数千分の１）である。また、ここには周りから電磁波ノイズが大いに混入されているため、プレアンプ(１６)を最適に設計して交流電圧(Ｖｉｓ)のみを増幅して抽出する必要がある。さらに、浮動充電中にはリップル電流が蓄電池に入るため、蓄電池の端子電圧波形にはリップル電圧高調波が大いに含まれている。上記のリップル電圧周波数のうち高調波成分の含量は、充電器の整流方式（定数）に応じて違いがあり、３相整流方式である場合には、商用電源(６０ｈｚ)の奇数倍のリップル周波数を有するため、例えば、蓄電池に加える交流定電流(Ｉｓ)の周波数が１Ｋｈｚである場合、おおむね９００ｈｚ（１５高調波）、１０２０ｈｚ（１７高調波）、１１４０ｈｚ（１９高調波）がほとんど測定値に重大な影響を及ぼす。すなわち、インピーダンス交流電圧Ｖ１ｓに数倍の高調波リップル電圧が混合され、ＭＰＵ(１)の入力端に入った測定信号の電圧波形は一定の周期にて振動する形状を呈し、多数の高調波を含むリップル電圧もまた異なる一定周期(Ｔｒｐ)を有する。このようなリップル電圧は多数次数の高調波リップルを含み、これらのほとんどはプレアンプ(１６)内に設計された帯域通過フィルタによりフィルタリングされて除去できる。しかし、測定に必要となるインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)とほぼ同じ周波数帯のリップル電圧雑音はフィルタリング（除去）できず、インピーダンス電圧(Ｖｉｓ)信号に合計されて通過するため、インピーダンス測定値に深刻な影響を及ぼす。

上述したように、浮動充電状態で運転される蓄電池セル端子から得られた交流瞬時電圧信号(Ｖ_ＳＭ)には、充電電流による高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})と交流定電流Ｉｓによるインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)が混合されている。この出願人／発明人が大韓民国に優先的に出願している出願番号１０−２００３−００２８５２１（ノイズリップル中に含まれた微細信号の電圧実効値の測定方法）には、前記高周波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})が混合された交流瞬時電圧信号(Ｖ_ＳＭ)から内部インピーダンスにより発生する微細電圧信号（インピーダンス電圧, Ｖｉｓ）を正確に得るための技術が具体的に開示されている。

蓄電池を浮動充電するために用いられる電源の基本周波数をωＳとした場合、内部インピーダンスを測定しようとする蓄電池セルに供給される定電流(Ｉｓ)の周波数を、例えば、前記電源の基本周波数ωＳの任意の次数、すなわち、Ｓ次数の周波数に決めると、前記インピーダンス電圧(Ｖｉｓ)は定電流Ｉｓにより生成されるため、その周波数もＳ次数の周波数となり、前記帯域通過フィルタなどのノイズ除去回路をＳ次数の周波数に相当する信号のみ通過するように遮断周波数を設計する。理想的な狭帯域通過フィルタなどのノイズ除去回路は、正確に通過周波数として設定されたＳ次数の周波数近傍に相当する信号のみを通過させるが、現実的に、このようなノイズ除去回路は極めて実装し難く、しかも実装できるとしても、コスト高の原因となる。

すなわち、通常の帯域通過フィルタ回路は、低域遮断周波数(ｆ_Ｌ)または高域遮断周波数(ｆ_Ｈ)に隣り合う周波数成分に対して約３０％のみ減衰させるため、完全にフィルタリングできなくなる。例えば、狭帯域通過フィルタの共振周波数(ｆ_Ｒ)をＳ次高調波と同一にし、低域遮断周波数は（Ｓ−２）次とほとんど同一にし、さらに、高域遮断周波数は（Ｓ＋２）次高調波とほとんど同一に設計し、これ以外の周波数領域に対してはほとんどフィルタリング（減衰）されるものとする。一実施の形態として、蓄電池の浮動充電による蓄電池の高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})は、大体商用電源（５０／６０Ｈｚ）の基本周波数の奇数倍と偶数倍のうちどちらか一方に相当するリップル周波数成分のみを有している。高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})は、前記定電流Ｉｓにより生成されたインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)と周波数がほとんど同じ次数の奇数や偶数の高調波のみがノイズ除去回路を通った後に残り、他の次数の高調波はほとんど減衰（除去）される。このため、ノイズ除去回路を通った後の高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})を表わせば、前記高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})は式６のように表わされる。

式６

ここで、式７となる。

式７

ここで、Ｋ_ＸはＸ次の高調波リップル電圧の大きさであり、各高調波は基本周波数の２次以上であるため、Ｓは１以上の整数であり、Ｓ＝１のときには（Ｓ−２）は負（−）の整数である特殊な条件により基本波と第３の高調波のみよりなるとする。

先ず、一実施の形態として、Ｓ次周波数を有する定電流Ｉｓにより生成されたインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)の大きさをＫとしたとき、式８で表される。

式８

また、前記ノイズ除去回路を通った後の高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})とインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)が混合された交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)は、式６と式８の和であり、式９で表される。

式９

１周期（Ｔｓｙｎ）に対して任意の倍数（Ｔｓ＝１・Ｔｓｙｎ、１は整数）を有する関数Ｘ（ｔ）に対する実効値Ｓの定義が次の式１０の通りである。

式１０

そこで、前記交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)の実効値(Ｖ_{ＳＭ，ＲＭＳ})を式９と式１０から誘導すれば、実効値は式１１で定義され、式１２で表される。

式１１

式１２

そして、式１３、式１４となる。

式１３

式１４

上述したように、式７であるため、式１３、式１４のように公知の三角関数に関する整理を用いると、式１２の項のうち右辺に位置する相異なる項との積よりなる乗算項は、式１５であり、式１６であり、式１７に書き換えることができる。

式１５

式１６

式１７

上記式１５、式１６、式１７において、式１８、式１９、式２０、式２１、式２２は、電源の基本周波数ωＳの２（Ｓ−１）倍次、２倍次、２（Ｓ＋１）倍次、２Ｓ倍次及び４倍次などの偶数次の高調波である。

式１８

式１９

式２０

式２１

式２２

下記式２３のように三角関数で表わされる各高調波が基本周波数の整数倍である場合、基本周波数に相当する１周期中に積分を行うと、その積分値が０と同値になることは既に公知の通りである。すなわち、式２３となる。

式２３

ここで、式２４であり、ｍは整数である。

式２４

式１５、式１６及び式１７はいずれも２ωＳの整数倍で表わされるため、前記２ωＳに相当する周期（通常の商用電源の周波数が６０Ｈｚ／５０Ｈｚであり、約３７６．９９ｒａｄ／秒であるため、約８．３３ｍｓ／１０．０ｍｓ）中に積分を行うと、その積分値が０となる。すなわち、式２５は、前記式１５、式１６及び式１７をいずれも０にするための十分条件となるのである。

式２５

このため、式１２の交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)の実効値(Ｖ_{ＳＭ，ＲＭＳ})は、式２６となる。

式２６

ここで、式２７で表わすことができる。

式２７

一方、ノイズ除去回路を通った後の高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})の実効値(Ｖ_{ＲＰ，ＲＭＳ})を式６と式１０のように表わせば、式２８となる。

式２８

式１３、式１４のような公知の三角関数に関する整理を用いると、式２８の左辺に位置する乗算項は、式２９であり、式３０であり、式３１となる。

式２９

式３０

式３１

上記式２９、式３０及び式３１において、式３２、式３３、式３４、式３５、式３６は、電源の基本周波数ωＳの２（Ｓ−１）倍、２倍、２（Ｓ＋１）倍、２Ｓ倍及び４倍次の高調波である。

式３２

式３３

式３４

式３５

式３６

上述した如き原理に基づき、上記式２９、式３０及び式３１は２ωＳの整数倍で表わされるため、前記２ωＳに相当する周期中に積分を行うと、その積分値が０となり、このための十分条件は、下記式３７の通りである。

式３７

このため、式２８で表わされたノイズ除去回路を通った後の高調波リップル電圧Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}の実効値Ｖ_{ＲＰ，ＲＭＳ}は、式３８となる。

式３８

ここで、式３９である。

式３９

そこで、式２６と式３８において、Ｔ_ＳＭとＴ_ＲＦは同じ周期値を有するため、これを下記式４０のように表わすことができる。

式４０

一方、Ｓ次周波数を有する定電流Ｉｓにより生成されたインピーダンス電圧Ｖｉｓの実効値Ｖ_{ＩＳ，ＲＭＳ}は、式８と式１０から、式４１で表すことができる。

式４１

このとき、Ｔ_ＩＳは式１０のように１周期に対する任意の整数倍と定義できるため、式４０と同じ値に設定して式４２のように表わすことができる。

式４２

このため、前記インピーダンス電圧Ｖｉｓの実効値(Ｖ_{ＩＳ，ＲＭＳ})は、下記の式４３のように、式２６と式３８から容易に演算できる。

式４３

ここで、式４４である。

式４４

すなわち、電源の基本周波数ωＳの半周期を積分周期Ｔ_Ｄとして公知のノイズ除去回路を通った後の高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})の実効値(Ｖ_{ＲＰ，ＲＭＳ})を計算し、同じ積分周期Ｔ_Ｄにより交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)の実効値(Ｖ_{ＳＭ，ＲＭＳ})を計算し、これら２つの実効値をそれぞれ２乗し、２乗された２つの実効値間の差を求め、その差（−）に平方値演算を行った結果の数式は、インピーダンス電圧(Ｖｉｓ)の実効値(Ｖ_{ＩＳ，ＲＭＳ})と同じ結果値を示していることが分かる。

具体的には、電源の基本周波数ωＳの半周期を積分周期Ｔ_Ｄとして交流瞬時電圧の実効値(Ｖ_{ＳＭ，ＲＭＳ})と高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})の実効値(Ｖ_{ＲＰ，ＲＭＳ})を計算することにより、式１５、式１６、式１７と式２９、式３０、式３１のような乗算項がいずれも０となり、交流瞬時電圧の実効値Ｖ_{ＲＰ，ＲＭＳ}を２乗演算し、その結果を高調波リップル電圧の実効値Ｖ_{ＲＰ，ＲＭＳ}の２乗演算値から引くと、前記減算結果値は、インピーダンス電圧の実効値Ｖ_{ＩＳ，ＲＭＳ}を２乗演算した値に相当する式４５を除く全ての項が除去され、正確なインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)の実効値(Ｖ_{ＩＳ，ＲＭＳ})を求めることが可能になる。

式４５

以上、一実施の形態として、測定対象となる蓄電池セルに供給される定電流(Ｉｓ)の周波数を商用電源の周波数(ωＳ)のＳ倍となる周波数として選択して蓄電池の充電電流による高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})の特定の次数の高調波と一致させ、前記高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})の周波数成分は商用電源の周波数(ωＳ)の奇数倍と偶数倍のうちどちらか一方の倍数に相当する周波数成分のみを有している場合に対してインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)の実効値を容易に取る方案について述べた。以下では、他の実施の形態として、前記高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})中に奇数倍と偶数倍の両方の周波数成分が含まれているか、あるいは、定電流Ｉｓ周波数を高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})の高調波の次数と一致しないように選定した場合について述べる。

蓄電池セルに供給される定電流(Ｉｓ)の周波数を前記電源の基本周波数(ωＳ)のＳ倍となるＳ次数の周波数に決め、高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})中に奇数倍と偶数倍の両方の周波数成分が含まれるが、前記定電流(Ｉｓ)の周波数であるＳ次数の高調波成分のみが存在しない場合について、上述した如き考え方に基づき、ノイズ除去回路を通った後の高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})を表わせば、下記の通りの式４６である。

式４６

このため、交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)の高調波成分は、式４７、式４８、式４９、式５０のように高調波電流により生成される成分と、式５１のように蓄電池セルに供給される定電流(Ｉｓ)により生成される成分よりなる。

式４７

式４８

式４９

式５０

式５１

交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)の実効値(Ｖ_{ＳＭ，ＲＭＳ})を計算するための展開過程中に、式１５、式１６及び式１７のように各高調波成分を互いに掛け算して積分項を求めることができる。これらの積分項には、式５２及び、式５３の如き項が存在する。

式５２

式５３

このため、これらの相互乗算項に式１３と式１４に示された三角関数の整理公式を適用すれば、式５４及び、式５５となる。

式５４

式５５

これらの積分周期を基本周波数ωＳの周期として選択すれば、その積分値が０となる。すなわち、上述したように、高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})中に全ての次数の高調波成分が含まれているか、あるいは、高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})中に偶数次や奇数次の周波数のみ存在するが、定電流(Ｉｓ)の周波数が上記の高調波成分と異なる整数倍次数の周波数として選定された場合には、交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)中に偶数次及び奇数次の両方の高調波が含まれる結果となるため、高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})中に偶数次や奇数次の周波数のみある場合に比べて、実効値の積分周期が２倍に伸びる必要があり、この演算にかかるデータ量も２倍に増えるため、一層長い演算時間がかかる。もちろん、高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})中に奇数倍および偶数倍の両方の周波数成分が含まれ、且つ、前記定電流(Ｉｓ)の周波数を前記任意の整数次数の高調波リップル周波数と同じ周波数に選定した場合にも同じ結果が得られる。他の実施の形態として、蓄電池セルに供給される定電流(Ｉｓ)の周波数を任意の隣り合う次数の高調波周波数の平均値（例えば、１３と１４次数の平均である場合、１３．５倍次数）と同値に選定すれば、実効値の積分周期が４倍と伸びる必要があり、この演算にかかるデータ量も４倍と増える。

上記の計算過程から分かるように、交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)をなす全ての高調波成分の周波数を互いに加算及び減算してその加算値及び減算値間の最大公約数である第１の最大公約数を求め、また、高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})をなす全ての高調波成分の周波数を互いに加算及び減算してその加算値及び減算値間の第２の最大公約数を求め、前記第１の最大公約数と前記第２の最大公約数との間の最大公約数である第３の最大公約数を求め、前記第３の最大公約数の整数倍をもって交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)と高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})の実効値を求めるのに用いられる積分周期(Ｔ_Ｄ)を決めれば、正確なインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)の実効値(Ｖ_{ＩＳ，ＲＭＳ})を求めることが可能になる。また、インピーダンス電圧の実効値を演算するのにかかる時間を最小化させるためには、前記第３の最大公約数を積分周期(Ｔ_Ｄ)に決めることが好ましい。また、上記の積分周期(Ｔ_Ｄ)を最小化させるためには、交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)をなす全ての高調波成分の周波数を互いに加算及び減算して得られる加算値及び減算値間の最大公約数値が最小となる必要があるため、蓄電池セルに供給される定電流(Ｉｓ)の周波数をリップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})をなす特定の高調波次数の周波数の同じ周波数に選定しなければ、積分周期(Ｔ_Ｄ)が最小化できない。もし、リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})をなす高調波の次数が奇数及び偶数次のうちどちらか一方のみなる場合には、蓄電池セルに供給される定電流(Ｉｓ)の周波数をリップル電圧の高調波の特定の周波数と同じ周波数に選定することにより、インピーダンス電圧の実効値の演算に当たり、商用周波数の半周期を積分周期(Ｔ_Ｄ)に選定することができ、その演算時間を短縮できるというメリットがある。

前記一連の思想的な概念である実効値の抽出過程は、マイクロプロセッサなどの数値演算装置を駆動するためのプログラムとして応用することができる。交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)とリップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})からそれぞれの実効値が演算される過程及びインピーダンス電圧の実効値(Ｖｉｓ)が演算されるアプリケーションの実行過程は、下記の通りである。図５に示すように、先ず、第１の区間Ｐ１においては、定電流Ｉｓを印加しない状態で浮動充電中にある蓄電池セルの充電電流リップルによって発生されてノイズ除去回路を通った後の高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})を一定の周期間隔にて得るが、第１の取得時点(Ｔ_１，ＲＰ)の場合には、前記得られたリップル瞬時電圧値(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})から予め計算された基準値

を引いてから２乗し、前記計算された演算結果である(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}−Ｖ_０)^２ _１を割り当てられた特定のメモリＭ１に入力する。その後、第２の取得時点(Ｔ_２，ＲＰ)においてリップル瞬時電圧値(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})を得てこれから基準値(Ｖ_０)を引き、上記のように２乗演算を行う。その後、演算結果である(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}−Ｖ_０)^２ _２をメモリＭ１に既に保存されているリップル電圧の２乗値(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}−Ｖ_０)^２ _１に加え、その結果をさらにメモリＭ１に保存すれば、前記メモリＭ１には、式５６値が保存される。

式５６

この後、商用電源の周波数の半周期または１周期中に一定の周期間隔の取得時点にて上記の如き演算過程を繰り返し行うと、その結果、指定されたメモリＭ１には、式５７値が保存される。

式５７

一定時間後に定電流源が起動されて安定化した定電流(Ｉｓ)が蓄電池セルに供給され、第２の区間Ｐ２においては、ノイズ除去回路を通った後の高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})とインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)が混合された交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)が得られる。これと同様な方法により、交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)を一定の周期間隔にて得るが、第１の取得時点(Ｔ_１，ＳＭ)の場合には前記得られた交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)から予め得られた基準値(Ｖ_０)を引いた後、この結果値をさらに２乗して計算された(Ｖ_ＳＭ−Ｖ_０)^２ _１，ＳＭ値を指定された別途のメモリＭ２に保存する。第２の取得時点(Ｔ_２，ＲＰ)において交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)を得、これから基準値(Ｖ_０)を引き、上記の如き２乗演算を行う。その後、演算結果として得られた(Ｖ_ＳＭ−Ｖ_０)^２ _２，ＳＭ値を既にメモリＭ２に保存されている(Ｖ_ＳＭ−Ｖ_０)^２ _１，ＳＭ値に加え、その結果をさらにメモリＭ２に保存する。このため、前記メモリＭ２には、式５８値が保存される。

式５８

この後、商用電源の周波数の半周期または１周期中に一定の周期間隔の取得時点にて上記の如き演算過程を繰り返し行うと、その結果、指定されたメモリＭ１には、式５９値が保存される。

式５９

他の実施の形態として、便宜に応じて、第１の区間Ｐ１において定電流を印加してインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)と高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})が混合された交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)を一定の周期間隔にて取得可能にし、第２の区間Ｐ２において定電流(Ｉｓ)を印加しない状態で浮動充電中にある蓄電池セルの充電電流リップルにより発生された高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})を一定の周期間隔にて取得可能にして、上記の演算過程を応用することもできる。

上記の如き一連の段階が終わると、メモリＭ１にはノイズ除去回路を通った後の高調波リップル電圧(Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ})を２乗し、時間周期中に積分を行って演算された結果としての式６０値が保存され、メモリＭ２には交流瞬時電圧(Ｖ_ＳＭ)を２乗して時間周期中に積分した結果としての式６１値が保存されている。

式６０

式６１

メモリＭ１とメモリＭ２に保存されている前記２つの値を減算演算し、前記演算結果を先に適用された商用電源の周波数の半周期または１周期に対して割り算を行い、その演算結果に平方根（ルート記号）演算を取ることにより、前記測定しようとする正確なインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)を得ることが可能になる。

図６は、本発明の一実施の形態であって、４群（組）のリレー回路を互いにパラレル接続する方案を示している。図７は、メインコントローラユニットとリレー回路組合群の機能別接続図を示している。図７に示すように、各リレー回路組合群４は、それぞれ１６個（組）のリレー組合よりなり、各組は、定電流供給(Ｘｎａ)用、電圧感知(Ｘｎｂ)、温度感知(Ｘｎｃ)、比重感知(Ｘｎｄ)用リレー組をそれぞれ有している。多数の蓄電池セルのうち特定のセルを選択するために、ＭＰＵ(１)から選択制御信号を受けてこの信号をデコードする。デコードされた前記信号により該当群のリレーが選択され、選択されたリレー（組）に接続された蓄電池セルが測定回路に接続される。

多数のセルのうち特定のセルを選択するために用いられる選択制御信号の動作過程を、図７に示す実施の形態により詳述する。普通、産業体の蓄電池システムは、１２セル、２４セル、３６セルまたは４８セル以上のセル組合よりなり、通信中継所の蓄電池システムは、おおむね１２Ｖ用４セルに構成されて運用されている。このため、回路実装の便宜性及び経済性を考慮して、蓄電池組が１２Ｖ用４セルまたは６セルよりなる場合には、３ビットまたは４ビットの選択制御信号をもって最大７個、または１５個のリレー（組）を選択制御できる簡単な回路を採択することができ、この実施の形態でのように、６ビットよりなる選択制御信号をもって４８個から最大６０個のリレー（組）を選択できる回路を採択することができる。

先ず、ＭＰＵ(１)から発せられた６ビットの選択制御信号を２種類に分けて、２ビット信号(００，０１，１０，１１)は４ビットのデコード回路(ＭＵＸ)の入力回路端子(Ｇ１，Ｇ２)に入力するが、２ビット信号が(００)として入力された場合には、３組のリレー回路組合群がいずれも選択されず、２ビット信号が０１，１０，１１であるときには、最大１６個のリレー（組）よりなる３つのリレー回路組合群のうちマスタ組合(４−１)、第１のスレーブ回路組合(４−２)及び第２のスレーブ回路組合(４−３)のうちいずれか一つが選択される。次いで、前記６ビットの選択制御信号のうち残りの４ビットをデコーダ回路(ＭＵＸ)の入力端子(Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３)に印加する。前記デコーダ回路(ＭＵＸ)は、Ｎ個の入力信号をもって２^ｎの出力ポートのうちいずれか一つのポートが選択されて出力できるデコード機能を有する。この実施の形態においては、４ビットの入力信号(Ｄ０〜Ｄ３)が用いられるため、１６個の出力信号が発生する。前記デコーダ回路(ＭＵＸ)の４ビットの入力信号により選択されたポートの出力信号は、既に前記２ビットの信号により選択されたリレー回路組合群内の１６個のリレー（組）のうちいずれか１個（組）のリレー（組）を選択せしめ、選択されたリレー（組）は、ポート出力端に接続されたトランジスタ増幅器（ＴＲＡｒｒａｙ）を介して動作（駆動）する。

他の実施の形態として、前記２ビット信号(００，０１，１０，１１)を前記でコード回路ＭＵＸの入力回路端子Ｇ１，Ｇ２に入力して４個のリレー回路組合群のうちいずれか一つを選択せしめる。

残りの４ビットのＢＣＤ信号(Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３)を入力して合計１５個の出力ポートに接続されたリレーのうちいずれか１個（組）を選択して動作せしめ、特定の信号（例えば、００００）が入力されるときには、全てのリレー（組）がオフになるように回路を構成することができる。このようにメインコントローラユニット(１１)は、６ビットの選択制御信号をもって普通４８個（３組合群×１６個）、最大６０個（４組合群×１５個）のリレーのうちいずれか１つ（組）のリレーのみを動作せしめて多数の蓄電池セルのうち所望のセルのみを選択せしめることができる。上記のリレー回路組合群のマスタ組合(４−１)と各スレーブ組合回路(４−２，−３または−４)は、いずれも同じ回路構造を有するため、マザーボードを介して相互結線を行い、前記リレー回路組合群を３段または４段と上下に重ね合わせることで、狭い空間にも経済的で且つ簡単に取り付け可能である。

定電流源(５)から供給される正弦波交流定電流は、メインコントローラユニット(１１)内のＭＰＵにより生成されるクロック信号(ＣＬＫ)を受け、これを分周して約１Ｋｈｚの正弦波状の交流定電流を供給するということは、既に上述されている。定電流源(５)から供給される正弦波交流定電流の大きさは、アルカリ電池やマンガン電池の場合、数十ｍＡであることが好ましい。数百Ａｈの大容量の鉛蓄電池の場合、内部抵抗が１マイクロオーム以下であるため、できる限り大容量の電流を印加しなければ、比較的に大きめの内部インピーダンス電圧(Ｖｉｓ)が誘起されず、雑音から電圧信号波形を正確に抽出することができなくなる。本発明においては、一実施の形態として、０．５マイクロオームの内部インピーダンス抵抗成分を有する蓄電池の両極間に０．５ｍｖ〜１．０ｍｖの電圧信号を得るために１〜２Ａピークの定電流が印加できる。

本発明の一実施の形態として、定電流源(５)の機能別ブロック図が図８に示してある。メインコントローラユニット内のＭＰＵ１からＭＰＵの基本クロックと同期されたクロック（例えば、１６ＫＨｚ）を入力され、これをフォトカップラー(３０)を介して絶縁させ、前記ＭＰＵの基本動作クロックを分周して公知の振幅が調節可能な正弦波発生回路(３３)を介して基準周波数（例えば、１Ｋｈｚ）を有する完全な交流正弦波形が得られる。

前記定電流源５において正弦波を生成するのに用いられる基準クロック信号(ＣＬＫ)は、上述したように、ＭＰＵ(１)からＭＰＵの基本動作クロックを分周して得られ、さらにこれを分周して正弦波定電流Ｉｓの周波数を生成するが、ＭＰＵ(１)の基本動作クロックと前記定電流(Ｉｓ)の周波数が常時同期されるので、内部インピーダンスに係わる特性データの演算時にＭＰＵ(１)の基本クロックを分周して正弦波交流定電流(Ｉｓ)及び交流電圧(Ｖｉｓ)の周期を簡単に演算することができ、且つ、位相差も正確に測定することができる。

前記定電流源(５)は、定電流(Ｉｓ)を生成するために出力電流を帰還させて制御する機能を有している。すなわち、出力電流の帰還値(

)である帰還信号を(ＣＴ)などの変流器(４１)を介して絶縁させた後、公知の演算増幅器よりなる整流平滑回路(４２)において直流帰還信号に変える。差動増幅機能を行う演算増幅器(３１)において、前記出力電流の帰還信号と定電流設定値(４３)との間の差分（−）を求め、この差分（−）値を増幅した後、これを積分（バッファ）回路(３２)を介して正弦波発生回路(３３)の振幅調節端子(１０)に入力することにより、定電流の供給が行えるように制御する。前記直流帰還信号を演算増幅器において反転増幅した後、定電流設定値(４３)と合計して積分回路(３２)の非反転入力端に入力する方法により前記両信号間の差を増幅することもでき、演算増幅器(３１)と積分回路(３２)の機能を単一の演算増幅器に行わせることにより回路を実現することもできる。

また、測定中に電池の特性及び寿命に影響することなく測定値の解像度を高めるためには、蓄電池に影響しない範囲内の最大電流を蓄電池に供給するが、測定にかかる時間を短縮するために、オーバーシュート（過度現象）のない安定した電流を生じさせる必要がある。この機能を実現するために、ＭＰＵ(１)において定電流源の起動時に発生する前記ＭＰＵの基本クロックと同期されたクロック信号(ＣＬＫ)をフィルタリングした後、抵抗(Ｒ)、コンデンサ(Ｃ)及びバッファ回路よりなる積分回路により積分すれば、(ＲＣ)時定数により起動初期から徐々に立ち上がる軟開始信号(ＳＳ)を生成することができ、前記軟開始信号を差動演算増幅器(３１)または積分回路(３２)の出力端子にダイオードを介して接続させると、定電流源を起動するために前記基準クロック信号(ＣＬＫ)が発生する初期過程中には、差動演算増幅器(３１)及び積分回路(３２)から出力値が発生して高くなっても、軟開始信号(ＳＳ)が前記演算増幅器(３１)または積分回路(３２)の出力よりも小さくなるため、軟開始信号(ＳＳ)が優先的に正弦波発生回路の振幅調節端子(１０)に入力されてオーバーシュート無しに１０ｍｓ以内と早い時間内に正弦波電流波形の正常状態化（正常値に達すること）が可能になる。また、上記の方法により正弦波発生回路(３３)から得られた交流正弦波形（信号）は過度応答を改善するために瞬時値合計回路(３４)において出力電流の帰還値(Ｉ_ｆ)と減算され、第１のＢ級増幅回路(３５)に入力されて増幅される。

図９は、定電流源信号(Ｉｓ)の２段Ｂ級電流増幅回路の一実施の形態を示す。前記正弦波交流定電流信号(Ｉｓ)は、１次的に第１の増幅回路(３５)において信号が歪み無しに増幅され、２次側が２本の逆結線された分離（絶縁）巻線を有する高周波信号トランス(Ｔ２)の１次に入力される。蓄電池の内部インピーダンスが比較的に大きくて出力電流(Ｉｓ)が１Ａ未満の定電流源を必要とする場合には、第１の増幅器の出力側に出力変圧器のみを接続することにより、簡単に定電流源を構成することができる。上記の正弦波信号(Ｉｓ)は前記信号変圧器(Ｔ２)の逆結線された２次巻線出力からそれぞれ位相が１８０°反転され、その結果、２次巻線には最終的に正弦波（sinωt）及びこれと位相が反転（１８０°）された正弦波（sinωt＋１８０°）の信号が得られる。第１の増幅回路(３５)は演算増幅器Ｕ３及びトランジスタ(Ｑ１，Ｑ２)よりなる。ＮＰＮトランジスタ(Ｑ１)とＰＮＰトランジスタ(Ｑ２)の各基部に演算増幅器(Ｕ３)の出力が接続され、前記両トランジスタ(Ｑ１，Ｑ２)の各エミッタの共通接続点に出力変圧器(Ｔ２)が接続されるため、前記信号(Ｉｓ)は増幅されて信号変圧器(Ｔ２)を介して出力され、且つ、増幅された出力信号（各エミッタの共通接続点）はさらに演算増幅器(Ｕ３)の非反転（−）端子に入力されるため、トランジスタ(Ｑ１，Ｑ２)の電流増幅度(Ｈｆｅ)が変わるとしても、安定した電流増幅動作を行わせる。第２のＢ級増幅回路は、演算増幅器Ｕ９Ａ，Ｕ９ＢとＮＰＮトランジスタ(Ｑ３，Ｑ４)及び出力変圧器(ＴＭ１)などよりなる。前記正弦波及びこれと位相が１８０°反転された正弦波信号はそれぞれ第２のＢ級増幅回路の演算増幅器Ｕ９Ａ，Ｕ９Ｂを経由し、この出力はそれぞれＮＰＮトランジスタ(Ｑ３，Ｑ４)のベース端子に印加されて２次的に増幅され、出力変圧器(ＴＭ１)の１次巻線の開始点と終点がそれぞれ前記トランジスタ(Ｑ３，Ｑ４)のコレクタ（または、ＮチャンネルのＦＥＴの場合にはドレイン）に接続され、中央点（タップ）が電源の正極（＋）に接続された出力変圧器(ＴＭ１)を介して増幅され、最終的に出力される。

図９には、前記トランジスタ(Ｑ３，Ｑ４)が双極子型単一ＮＰＮトランジスタ素子として示してあるが、これをＮチャンネルＦＥＴトランジスタに代えることもでき、または、これをダーリントン回路に構成することにより、前記第２のＢ級増幅回路の増幅度を高めたり、特性を改善したりできる。図１０は、第２のＢ級増幅回路の他の実施の形態である。図９及び図１０に示す第２のＢ級増幅回路は、Ａ級の増幅回路に比べて極めて高効率を有するというメリットがあるが、クロスオーバ歪みを有するという欠点がある。これを改善するために、抵抗Ｒ１及び可変抵抗Ｖ_Ｒ１をもって＋１２Ｖの制御電源を分圧することにより、前記トランジスタ(Ｑ３，Ｑ４)のベース入力端にバイアス電圧（約０．６Ｖ〜０．７Ｖ）を印加する。このようにして増幅された正弦波定電流は、蓄電池のインピーダンス測定に用いられる電流源により前記出力変圧器(ＴＭ１)において絶縁され、カップリングコンデンサ(Ｃｄｃ)を介して蓄電池に直ちに供給される。上記の如き動作を通じて蓄電池セルの内部インピーダンスを測定するための定電流(Ｉｓ)が生成され、これは、蓄電池の内部インピーダンスが極めて小さくて短絡された負荷とほぼ同じである場合にも、一定の大きさの電流が流れるように制御される。カップリングコンデンサ(Ｃｄｃ)において、蓄電池の端子電圧(ＶＤＣ)と定電流源は電気的に干渉を受けなくなる。

上述したように、蓄電池の内部インピーダンスを測定するために定電流源(５)から供給される交流定電流の大きさは一定になるように制御され、蓄電池の劣化度や容量に応じて、端子電圧から測定された蓄電池の内部インピーダンスによる交流電圧信号の大きさが極めて可変的なものとなる。すなわち、単一種の増幅ゲイン倍率にて上記のインピーダンス交流電圧信号を増幅する場合、上記のように測定された電圧信号が小さな場合には、メインコントローラユニット(１１)の入力端子に印加される測定信号のレベルも大幅に下がるために精度（解像度）が低下する。また、上記において測定された電圧信号が大きな場合には、メインコントローラユニット(１１)の入力電圧範囲を外れるため、これを損傷させたり、動作異常を引き起こしたりする。このような問題点を解決するために、相異なる増幅ゲイン倍率を有するいくつかの増幅器(５０)をパラレル接続し、前記パラレル接続された増幅器の出力をアナログスイッチなどの信号選択器に入力することにより、増幅ゲインの倍率を上記の交流電圧信号(Ｖｉｓ)の大きさに応じて選択せしめる。

図１１は、一実施の形態として、１倍率（ｘ１）、５倍率（ｘ５）、１０倍率（ｘ１０）及び５０倍率（ｘ５０）の４種類の増幅ゲイン倍率を有する増幅器５０を備えた場合を示している。測定された交流電圧信号(Ｖｉｓ)の大きさに応じて適宜な増幅ゲイン倍率を有する増幅器(５０−１，５０−５，５０−１０，５０−５０)を選択する方法は、下記の通りである。前記増幅器の円滑な動作のためには、適正な範囲内の入力信号を供給する必要があり、前記増幅器により増幅された出力信号が増幅器の動作電圧の定格よりも大きな場合には、増幅器の増幅ゲイン倍率に比例して入力信号を増幅できず、動作電圧内に限定（飽和）される増幅器の飽和現象が生じるということは公知の通りである。このため、適宜な増幅ゲイン倍率を有する増幅器を選択するために、先ず、最大の増幅ゲイン倍率を有する増幅器(５０−５０)を選択し、入力された電圧信号値が大きくて増幅器の出力信号が飽和されれば、メインコントローラユニット(１１)がこれを感知し、その後、増幅ゲイン倍率が次に大きな増幅器を選択してメインコントローラユニット(１１)の入力端に適正大きなの交流電圧信号(Ｖｉｓ)を取らせる。逆に、入力された電圧信号が極めて小さな場合には、増幅された出力信号値が小さいため、次に大きな増幅ゲイン倍率を有する増幅器を選択する。このように、インピーダンスの演算時に適宜な倍率を有する増幅器が自動的に選択される方法を自動スケールと明示する。

上述した一連の思想的な概念により動作されて測定された非常電源システムの蓄電池セルに関する基礎データと、非常電源システムに接続された電源系統の電力品質のモニタリングのために測定されたデータは、メインコントローラユニット(１１)内のＭＰＵにより内部メモリに保存され、蓄電池の劣化度を診断し、非常電源システムの電源系統に対する各相の実効値と事故時の各相の実効値及び瞬時電圧値を演算し、保存されたデータを通信ポートを介して外部に送り、内部に組み込まれたリアルタイムクロックタイマー（ＲＴＣ）により伝送時間を判別し、事故時間を記録し、通信ポートを介して遠隔またはホストＰＣ側に事故情報を送る機能が行われる。また、測定された蓄電池の温度、蓄電池セルの電圧、充放電電圧、充放電電流などの蓄電池の特性データ及びこれを基に計算された蓄電池独自の内部抵抗を非常電源の（品質）監視診断システムに設けられたＬＣＤなどの外部出力装置に表示し、キーパッドなどの外部入力装置により各種のデータや命令が入力され、前記計算された蓄電池の内部抵抗の大きさに応じて予め決められた劣化基準アルゴリズムのプログラムが起動されてセルの状態が調べられ、老巧化が大いに進んでいるセルの情報に対して視覚（アラームランプ）、聴覚（ビープ音）を通じて、そして、通信媒体を介して遠隔地の管理者及び状況室に異常の有無を知らせる。このようなＭＰＵの一連の動作は、プログラム化したソフトウェアのアルゴリズムにより行われる。これを詳述すれば、下記の通りである。

上記のソフトウェアアルゴリズムは、メインプログラムとタイマー割り込みプログラムよりなる。メインプログラムは、プライオラティの低いプログラムであって、この段階においては、外部入力装置の処理、外部出力装置の処理、通信、蓄電池セルのインピーダンス演算など厳しいプログラム実行時間の制約が要されない機能が行われる。これに対し、タイマー割り込みプログラム段階においては、図４に示す定電流源５の制御、リレー回路組合群(４)の動作、ＡＣセンサー回路(１５)及びＤＣセンサー回路(１４)により測定される非常電源システムの電源系統測定データの取得、非常電源システムの蓄電池セルを監視／診断するための蓄電池の温度、蓄電池セルの電圧、充放電電圧、充放電電流、蓄電池の内部インピーダンスによる交流電圧のデータ取得など、所定の時間内に一連の動作が完了さるべき機能が行われる。

図１２は、メインプログラムとタイマー割り込みプログラムが行われる周期及び方法を概念的に示す図である。これより、メインプログラムが行われ（１２０）、タイマー割り込みプログラムが一定の時間間隔をおいて周期的に行われ（１２１）、前記割り込みプログラムの実行が終わってからはさらにメインプログラムに戻ってメインプログラムが行われ続く（１２３）ことが分かる。

信頼性のある蓄電池セルの内部インピーダンスを測定するために、定電流源５は、数Ｋｈｚと高い周波数にて振動する正弦波定電流(Ｉｓ)を生成し、これは、前記周波数と同じ周波数のインピーダンス電圧を生じさせるということは上述されている。このように高い周波数のインピーダンス電圧をタイマー割り込みプログラム内において損失無しに得るために、インピーダンス電圧波形Ｖｉｓを得る機能を行う順番のタイマー割り込みプログラムの実行段階においては、図１２に示すように、メインプログラムの実行周期においても損失無しに得るために、メインプログラムに戻るべき時点に戻らず、インピーダンス電圧波形を得る機能を行い続ける（１２４）。すなわち、非常電源システムの電源系統の入力交流波形、直流波形、温度などを得るための順番のタイマー割り込みプログラムにおいては、これら情報を得た後にメインプログラムに戻り、該当順番の割り込みが発生する直前まで行われたメインプログラムの続きを行い続ける。インピーダンス電圧波形を得るためのタイマー割り込みプログラムの実行は、高い周波数を有するインピーダンス電圧波形を得るに当たり、メインプログラムに戻らずにタイマー割り込みプログラムを行い続けて高速にてインピーダンス電圧波形を得ることにより、データの有効性を高めると共に、非常電源システムの電源系統を監視するためのデータも周期的に得てデータの連続性を保証し、しかも損失を無くす。

図１３は、一実施の形態として、メインプログラムの動作順序を説明するためのフローチャートである。メインコントローラユニット(１１)内のＭＰＵにおいては、電源がオンになれば、補助電源(１０)から電源を供給され、メインプログラムが行われ、先ず、プログラムの初期化（１３１）過程を経て非常電源システム(１８)及び蓄電池セル３を点検できる準備をした後、キーパッドなどの外部入力装置の入力有無を検査する（１３２）。もし、外部入力が発生すれば、入力されたデータが診断システムのパラメータであるかどうかを検査し（１３３）、パラメータであると判断されれば、該当パラメータを設定し（１３４）、そうでなければ、通信ポートを介して診断システムと外部システムとの間のデータ伝送のための命令であるかどうかを検査し（１３５）、命令であると判断されれば、データ伝送変数を設定する（１３６）。その後、データ伝送変数が設定されているかどうかを検査し（１３７）、設定されている場合にはデータを送り（１３８）、送るデータが残っているかどうかを確かめて（１３９）、いずれも送られたならば、データ伝送変数の設定を解除する（１４０）。データ伝送は、データが大容量である場合には、全てのデータを一括して送ることなく、データを一定の分量に分けて送り、メインループに戻って他のプログラムを行わせる。戻った後、外部システムからデータ伝送の要請があったかどうかを検査し（１４１）、要請があったならば、データ伝送変数を設定し（１４２）、次回のメインプログラムの実行時にデータを送る。最後に、タイマー割り込みにより得られた蓄電池セルの測定データに基づいて、内部インピーダンスを演算する必要があるかどうかを検査し（１４３）、内部インピーダンス演算変数が設定されていれば、インピーダンス演算プログラム（１４４）によりこれを計算し、前記計算されたインピーダンスを保存した後（１４５）、内部インピーダンス演算変数の設定を解除する（１４６）。前記一連の過程は、繰り返し行われる。

本発明の一実施の形態として、インピーダンス演算ルーチン（１４４）は、図１２に示すタイマー割り込みプログラムにより得られて保存された内部インピーダンス電圧(Ｖｉｓ)と交流定電流(Ｉｓ)の瞬時値に基づいて行われる。具体的には、インピーダンス演算ルーチン（１４４）は、周期及び平均値演算プログラム段階、または実効値、位相差、インピーダンス演算段階よりなり、実効値を求めるためには、先ず、前記交流電圧(Ｖｉｓ)と交流定電流(Ｉｓ)の平均値を求める必要がある。

図１４に示すように、交流電圧(Ｖｉｓ)と交流定電流(Ｉｓ)をＡ／Ｄ変換器１７１に入力し、交流電圧(Ｖｉｓ)と交流定電流(Ｉｓ)信号がそれぞれゼロクロス検出回路に入力されて負（−）から正（＋）に変わる時点（零点通過信号）がゼロクロス検出回路により測定される。第１の零点通過信号ＺＣＶ１及び第２の零点通過信号ＺＣＶ２、第３の零点通過信号ＺＣI１、または第４の零点通過信号ＺＣI２が高速タイマ／カウンタに入力され、前記高速タイマ／カウンタ１７２は、前記零点通過信号ＺＣＮ１，ＺＣＶ２，ＺＣI１が入力される瞬間の第１の電圧カウンタデータｔ_ｖ１及び第２の電圧カウンタデータｔ_ｖ２、第１の電流カウンタデータｔ_ｖ１を出力する。このようにして求められた交流電圧信号または電流信号のカウンタデータの差分値から交流電圧(Ｖｉｓ)の周期Ｔ_ｖ＝ｔ_ｖ２−ｔ_ｖ１と交流定電流(Ｉｓ)の周期Ｔ_ｉ＝ｔ_ｉ２−ｔ_ｉ１を演算することができる。

交流電圧及び電流の実効値Ｖ_Ｓ，Ｉ_Ｓは、前記計算された１周期中の交流電圧の平均値Vavg及び電流の平均値Iavgと保存された交流電圧の瞬時値及び交流電流の瞬時値を用い、下記の如き演算計算式（式６２、式６３）から求めることができる。

式６２

式６３

ここで、Ｖ（ｎ）は保存された交流電圧波形の各瞬時値を意味し、ｉ（ｎ）は保存された交流電流波形の各瞬時値を意味し、Ｎは全体周期中の瞬時値の保存数である。

位相差プログラムにおいては、交流電圧(Ｖｉｓ)と交流電流(Ｉｓ)との間の位相差Φを前記平均値演算プログラムにおいて求めた電圧の第１の零点通過信号ＺＣＶ１及び電流の第３の零点通過信号ＺＣI１との間の差として、一定の周波数にて高くなる高速タイマ(１７２)を用いて得られたカウンタデータ値ｔ_ｖ１−ｔ_ｉ１の関係式から容易に得ることができる。このとき、交流電圧(Ｖｉｓ)や交流電流(Ｉｓ)に少しでも歪みや雑音が混入されれば、位相差値の演算時に誤差が生じる恐れがあるため、上記のゼルクロス検出回路を高級のものとして設計する必要がある。

他の実施の形態として、前記定電流源(５)において正弦波を生成するのに用いられる基準クロック信号(ＣＬＫ)は、上述したように、ＭＰＵ(１)からＭＰＵの基本動作クロックを分周して得られ、これをさらに分周して正弦波定電流(Ｉｓ)の周波数を生成するが、ＭＰＵ(１)の基本動作クロックと前記定電流(Ｉｓ)の周波数が常時同期される。このため、ＭＰＵ(１)の基本動作クロックや基準クロック信号ＣＬＫをカウントして交流電圧(Ｖｉｓ)の周期及び交流電流(Ｉｓ)の周期を容易に得ることができる。このような演算過程を経て各時間周期を決めた後、１周期中の電圧(Ｖｉｓ)と電流(Ｉｓ)の瞬時値をいずれも合計して平均値を取ることにより、電圧(Ｖｉｓ)と電流(Ｉｓ)の平均値(Vavg，Iavg)を計算することができる。

インピーダンス値を求めるための一実施の形態として、上記の演算過程により求められた交流電圧の実効値(Ｖｓ)と交流電流の実効値(Ｉｓ)との位相差を用いてインピーダンスの大きさと抵抗、リアクタンス成分を下記の如き計算式（式６４、式６５）から求めることができる。

式６４

式６５

以上、一実施の形態として、インピーダンス値Ｚに位相差cos（φ）をかけて抵抗（インピーダンス有効成分）を求める方法、特に位相差φを正確に求める方法について詳述した。本発明は、上述したように、ハードウェアよりなる位相検出回路及び簡単なカウンタ演算手続きにより位相差値を得ることができ、電圧及び電流瞬時値から実効値を演算できることから、交流電圧信号 (Ｖ_ＳＭ)内にノイズのない純粋なインピーダンス電圧信号のみが存在する場合には、上述したようなインピーダンス微細信号の電圧実効値の測定方法よりも演算時間を短縮できるというメリットがある。また、同期検波法（Ｄ−Ｑ変換）の数式原理を用い、複雑な演算段階を経てインピーダンス有効値を求める方法と比べるとき、インピーダンス値の演算時にＭＰＵの演算量を減らせるというメリットがある。

上述したように、タイマ割り込みプログラムが一定の周期ごとに行われ、これが終わると、メインプログラムに戻る。タイマ割り込みプログラムが行われる度に波形保存プログラム及びインピーダンス波形測定プログラムが行われ、タイマ割り込みプログラムの実行回数を計算して時間を測定するためにカウンタ変数が上がり、カウンタ変数が所定の値に達すると、所定のプログラム段階を行うか、あるいは、カウンタ変数を０に初期化する。

一連の思想的な概念及び動作原理により本発明において提示された非常電源システムは、非常電源システムに接続された電源系統の電力品質をモニタリングするために測定されたデータと非常電源システムに用いられる蓄電池セルに関する基礎データを測定、演算してメモリに保存し、これに基づいてＭＰＵ内の蓄電池セルの内部インピーダンスの計算アルゴリズムにより内部インピーダンスを計算し、前記データを監視／診断システムに設けられたＬＣＤなどの外部出力装置に表示し、キーパッドなどの外部入力装置により各種のデータや命令が入力され、前記計算された蓄電池の内部抵抗の大きさによって予め設定された劣化基準アルゴリズムのプログラムが起動されてセルの状態が調べられ、老巧化が大いに進んでいるセルの情報に対して視覚（アラームランプなど）及び聴覚（ビープ音）を通じて、そして通信媒体を介して遠隔地の管理者及び状況室に異常有無を知らせることが可能になる。

一方、本発明において提示している非常電源の（品質）監視・診断システムにより常時監視されている非常電源装置内の蓄電池システムは、非常電源装置の容量に応じて１２セル、２４セルまたは３６セルを基本としているが、非常電源システムの容量が増えるに伴い、蓄電池組（シリアル接続された蓄電池）の数が増えて約１００個以上に構成されるか、あるいは、一ヶ所にいくつかの非常電源システムが設けられる場合がある。この場合には、６個または４個のシリアル接続されたセル群を１２Ｖ（８Ｖ）の単電池として扱い、６個（４個）のセル群を単一のリレー回路出力に接続する方法により、最大３６０個（６セル×６０個）のセルを本発明において提示している単一の非常電源の（品質）監視・診断システムを監視することができる。この場合、個々のセルを正確に測定・診断することが困難であり、多数の測定診断装置システムを用いる必要がある。

図１５は、このように一ヶ所にいくつかの非常電源システムが設けられて多数の非常電源システムの電源系統を監視し、多数の蓄電池セルの健全状態（劣化度）をリアルタイムにて診断するために多数の測定診断システムを用い、これらの多数の測定診断システムから得られた診断または測定データを遠隔地から送るために、遠隔ネットワーク通信網を用いる場合を示す概念ブロック図である。故障の診断やデータ更新の対象となる蓄電池セルや電源系統を含むＮ個の非常電源装置(１６０)がこれを診断するためのＮ個の測定診断システム(１６１，１６４)に接続されている。これらＮ個の測定診断システム(１６１，１６４)は、上述した如き一連の概念及び方法により非常電源装置(１６０)を診断または測定し、前記測定されたデータを多数の測定診断システム(１６１)の間に互いに共有させるために、メインコントローラユニット内に設けられた通信ポートにシリアルインタフェース装置(１６２)をそれぞれ設け、このシリアルインタフェース装置(１６２)は、Ｎ個の測定診断システムをパラレル接続するために設けられたローカルネットワーク(１６３)に接続される。このようなローカルネットワーク(１６３)は、無線のものも含む。また、Ｎ台の測定診断システムのうち１台の測定診断システムをメイン測定診断システム(１６４)として選定し、これを介してメイン測定診断システム(１６４)と残りの測定診断システムのデータ伝送を可能にする。また、メイン測定診断システム(１６４)にシリアルインタフェース装置(１６２)だけではなく、ＬＡＮインタフェース装置(１６５)をも設けて、Ｎ台の測定診断システムから得られたデータを遠隔伝送できるようにする。ＬＡＮインタフェース装置(１６５)は、遠隔ネットワーク通信網(１６６)と接続される。このような構成により、シリアルインタフェース装置(１６２)とＬＡＮインタフェース装置(１６５)または無線インタフェース装置(１６７)が一緒に設けられたメイン測定診断システム(１６４)は、遠隔地の診断または測定データをインタネットなどの遠隔ネットワーク通信網(１６６)及びＣＤＭＡなどの無線通信網(１６８)を介して送るに当たり、全ての測定診断システムのデータを遠隔ネットワーク通信網(１６６)またはＣＤＭＡなどの無線通信網(１６８)により伝送可能なゲートウェイの役割を果たす。

具体的には、図１６において、多数の測定診断システムのうち１台はメイン測定診断システム(１６４)として指定され、残りはスレーブ測定診断システム(１６４−ａ，−ｂ，−ｃ．．．．−ｎ)として指定される。そして、メイン測定診断システム(１６４)は、ＲＳ４８５，ＲＳ４２２，ＲＳ２３２などのシリアル通信やブルートゥースなどの区域内通信が行えるシリアルインタフェース装置を備えて通信に対する制御を行い、接続された各スレーブ測定診断システムと双方向通信を行いながらこれらを制御する。そして、メイン測定診断システム(１６４)及びスレーブ測定診断システムは、それぞれ接続されたローカルネットワーク(１６３)を介してパラメータの変更、測定診断システムに保存されているデータの照会が行え、メイン測定診断システム(１６４)に接続されたＰＣなどのローカル監視システム(１６９)において、メイン測定診断システム(１６４)とシリアルインタフェース装置を介してローカルネットワークに接続された全てのスレーブ測定診断システムの制御（パラメータ値の調整、データの照会）が行え、スレーブ測定診断システムにおいても、それぞれの診断システムのデータ照会、パラメータ値の調整が行える。のみならず、メイン測定診断システム(１６４)は、ローカル監視システム(１６９)の他に、これを介して、あるいは、これを介することなく直接的に全ての無線通信網や遠隔ネットワーク通信網が接続できる。この場合、メイン測定診断システム(１６４)を介して全てのスレーブ測定診断システムのデータにもアクセス可能になる。

ある蓄電池組が数百個以上の多数のセルよりなる場合には、図１７に示すように、上記のスレーブ測定診断システム(１６４−ａ，−ｂ，−ｃ．．．．−ｎ)の代わりに、ＬＣＤなどの出力装置を有さず、蓄電池の特性のみをチェックできる簡単な機能を有し、且つ、ＲＳ４８５などの簡単なシリアル通信ポートのみが設けられた測定診断ユニット１，２，３．．．Ｎをそれぞれいくつかの蓄電池セル組ごとに近付けて設けることができる。上記の測定診断ユニットは、比較的に簡単な機能のメインコントローラユニット(１１)と定電流源５及びリレー回路群４よりなる。この場合、上記のメイン測定診断システム(１６４)及び測定診断ユニット１，２，３．．．ＮをＲＳ４８５などの簡単なシリアル通信ポートにより互いに接続し、このシリアル通信網を介してメイン測定診断システム(１６４)において各測定診断ユニットのパラメータの変更、保存されているデータの照会が行え、且つ、メイン測定診断システム(１６４)に接続されたＰＣなどのローカルシステム(１６９)においてシリアルインタフェース装置を介してネットワークにより結ばれた全ての測定診断ユニットの制御（パラメータ値の調整、データの照会）が行える。のみならず、メイン測定診断システム(１６４)は、直接的に全ての無線通信網や遠隔ネットワーク通信網が接続できる。このため、この場合、メイン測定診断システム(１６４)を介して遠隔ネットワーク上における全ての測定診断ユニット１，２，３．．．Ｎのデータにもアクセス可能になる。

以上において、通信プロトコルが互いにマッチングできる任意の非常電源装置(１７０)をスレーブ測定診断システムの代わりて接続して用いることができ、図１６に示すスレーブ測定診断システムの代わりて接続された前記非常電源装置(１７０)の通信ポートとメイン測定診断システム(１６４)の通信ポートを互いに接続すれば、前記メイン測定診断システム(１６４)を介して、上述した如きデータへのアクセスが可能になる。

上記の如き考え方により各種のネットワークにより結ばれている多数の測定診断システムは、遠隔側において通信ポートまたはインタネットやＣＤＭＡなどのネットワークを用いて全ての測定診断システムに非常電源システムの電源系統に対する監視と蓄電池セルに関するデータを取得及び演算せしめ、その劣化診断に必要となる各種の命令を下すことができ、全ての測定診断システムのデータを遠隔側に伝送できる通信網を用いた非常電源システムの劣化診断システムが実現可能になる。また、非常電源装置の他に、ＰＬＣにより制御される各種の制御システムをこの診断装置の一部の機能を用いて遠隔にて制御・監視することができ、各種の通信方式の構築が可能である。さらに、インターネットを用いる場合、単一の測定診断システムに接続されたホストに１つの固定ＩＰを構築してＮ台の非常電源の（品質）監視システムと遠隔通信網を介して双方向通信を行い、前記ホストにおいて遠隔にて前記Ｎ台の非常電源装置の運転状態をそれぞれモニタリングすることにより、オンライン上において１，０００サイト以上の遠隔監視及び制御が行えるため、リアルタイムにて経済的なメンテナンスが行える。

このシステムは、２４時間リアルタイムにて良質の電源供給を供給されることが求められる場所、例えば、インタネットデータセンター、電算センター、移動通信基地局、情報通信ネットワーク用通信局舎、病院、軍隊の通信電算施設、銀行、産業監視制御システム、道路交通、鉄道及び地下鉄監視制御システム、船舶、電力会社の発電所／変電所などに必要なシステムである。このシステムによれば、コンピュータ化された自動化特性に基づき、無人化、メンテナンスの自動化、科学的なメンテナンス、予期しない２次電源システムの故障による運用不能防止の機能を実現できるため、経済的なメンテナンスと科学的な運用を行うことができ、各種の機能付き非常電源システムの電力品質を常時モニタリングすることができるほか、蓄電池システムの問題点を早期に感知して故障したセルを前もって取り替えるように対処できる。加えて、各種の通信方式が構築可能であり、インターネットを用いる場合、単一の固定ＩＰを用い、オンライン上において１，０００サイト以上の遠隔監視制御が行えるため、リアルタイムにて経済的なメンテナンスが行える。

のみならず、本発明に係る診断装置は、上述した劣化診断の目的のほかにも、蓄電池の製造工程（例えば、化成工程）中に要される蓄電池セルの充放電時の特性データを自動的に計測できる機能を有するため、端電池セルの端子電圧、内部インピーダンスなど必要データを短時間内にＤＢ化でき、充放電時の各端電池セルの状態を分析する目的にも活用できる。

上述したように、本発明は、インピーダンス電圧(Ｖｉｓ)が電源ノイズ信号と混合されて得られる場合であっても、ノイズ信号による演算値を効率よく排除することにより、入力するインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)から真の値のみを取らせる。このため、本発明によれば、浮腫部位を医療診断するに当たって、周りからノイズが入力信号に混入されても、雑音電圧から測定信号のみを分離することができる。

本発明は、各種の実施の形態でのように、リップル雑音電圧が含まれた交流瞬時電圧Ｖ_ＳＭ信号から、定電流源５から供給された交流電流Ｉｓにより誘起されたインピーダンス電圧(Ｖｉｓ)の真の値を測定し、これに基づいて内部インピーダンス有効成分（抵抗）が得られるハードウェア回路構成及び演算アルゴリズム、プログラム実行の詳細段階を提示している。このため、本発明によれば、浮動充電状態で動作させながら蓄電池とＤＣ電解コンデンサの内部インピーダンスを正確に測定することで、その劣化状態を診断することができ、浮腫部位を医療診断するに当たっても、周りからノイズが入力信号に混入されても、雑音電圧から測定信号のみを分離することができる。

また、一連の各機能動作とＭＰＵに組み込まれたプログラムが行われることにより、この診断装置システムは、蓄電池システムを含む非常電源装置システムの健全性を常時リアルタイムにて、しかも無人にて監視制御して劣化が進んでいる要素を前もって見つけて措置することができる。加えて、コンピュータ用分析ソフトウェア及びユーザメニューを構成でき、電源が切れた場合にも常に先端装備に安定的な２次予備電源の供給を確保できるので、系統の信頼度を確保することができ、経済的なメンテナンスが行えるので、非常電源システムを合理的に管理することができる。

蓄電池の劣化診断のための内部インピーダンス測定に関する公知の概念図。この診断装置システムのマイクロプロセッサ基盤の動作ブロック図。本発明の劣化診断装置システムの単位別構成図。本発明の劣化診断装置システムの機能ブロック相互接続図。本発明の各データ取得過程及び測定時間の概念図。リレー回路組合群を互いにパラレル接続する一実施の形態。本発明のＭＣＵ回路とリレー回路組合群の機能別接続図。本発明の定電流源ブロック図。本発明のＢ級増幅回路の実施の形態の詳細図。本発明のＢ級増幅回路の他の実施の形態の詳細図。本発明の自動測定範囲選択回路の構成図。タイマー割り込みプログラムのタイミング図。本発明の一実施の形態によるメインプログラムのフローチャート。定電流Ｉｓとインピーダンス電圧Ｖｉｓのゼロクロス回路のブロック接続図。本発明の劣化診断装置システムの有無線通信の概念図。本発明の診断装置システムの有無線通信の実施の形態。本発明の診断装置システムと診断ユニットとの間の通信接続図。

Claims

多数の非常電源装置内に設けられた多数の蓄電池の特性データを測定し、マイクロプロセッサなどの数値演算が行える中央処理装置（以下、ＭＰＵ）により蓄電池の健全状態（劣化）を診断するシステムにおいて、
蓄電池システム（３）の各セルにリレー回路組合群（４）がそれぞれ接続され、前記リレー回路組合群（４）のリレー接点が４端子回路網を介して各蓄電池セル群の正極と負極にそれぞれ接続され、メインコントローラユニット（ＭＣＵ）により制御される定電流源（５）が前記リレー回路組合群（４）に接続され、ＬＣＤやキーパッドなどの入出力装置がメインコントローラユニット（ＭＣＵ）に接続され、前記メインコントローラユニット（１１）内のＭＰＵ（１）により全体システムが制御・管理されるように構成され、前記ＭＰＵ（１）により生成（印加）される選択制御信号（ｓｅｌｅｃｔ）によりｎ番目のリレーが動作して測定順番に従い測定しようとする蓄電池がメインコントローラユニット（ＭＣＵ）の入力ポートに接続され、前記ＭＰＵ（１）により発せられた信号（ＣＬＫ）により前記定電流源（５）が起動され、定電流源（５）により生成された定電流（Ｉｓ）が前記リレー回路組合群（４）を介して蓄電池に投入され、前記蓄電池の端子電圧（Ｖ）、インイーダンス電圧（Ｖｉｓ）、交流定電流（Ｉｓ）、温度（ｔ）、比重（Ｇ）などの特性データが自動スケール回路（７）により増幅され、これらの特性データがＡ／Ｄ変換器６を介してＭＰＵ（１）に入力されてＭＰＵ（１）の内部に保存され、前記ＭＰＵ（１）により前記定電流源（５）の起動が中止され、公知のインピーダンス演算プログラムにより蓄電池の内部インピーダンスが演算され、前記特性データと内部インピーダンスデータに基づいてＭＰＵ（１）内に組み込まれたプログラムにより蓄電池セルのステータス履歴データが演算され、前記特性データ及び前記内部インピーダンスデータと前記蓄電池セルのステータス履歴データがメモリ（２）に保存され、このような一連の動作と上記の各段階を繰り返すことにより上記の測定、演算及び保存段階が繰り返し行われ、必要に応じて、ＲＳ２３２，ＲＳ４２２，ＲＳ４８５またはＣＤＭＡなどの通信（ポート）装置（８）を介してＰＣあるいはサーバやホストに伝送可能に動作することを特徴とする非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
無停電電源装置や通信網の非常電源として用いられる整流器などの多数の蓄電池を電源設備として用いる多数の非常電源システム（１８）の運転状態を監視すると共に、前記多数の蓄電池システムの健全状態（劣化）を診断するシステムにおいて、
非常電源システム（１８）の交流電源系統に電圧及び電流を測定するために公知のＡＣセンサー回路（１５）を設け、非常電源システム（１８）の直流電源感知センサー用として公知のＤＣセンサー回路（１４）を設け、リレー回路組合群（４）のリレー接点が４端子回路網を介して前記蓄電池システム（３）の各セル群の正極と負極にそれぞれ接続され、定電流源（５）が前記リレー回路組合群（４）に接続され、メインコントローラユニット（１１）はマイクロプロセッサなどの数値演算が行える中央処理装置としてのＭＰＵ（１）と入力信号（データ）を最適な倍率で増幅して測定するためのプレアンプ（１６）または自動スケール回路（７）とＡ／Ｄ変換器（６）及びＲＳ２３２，ＲＳ４８５，ＣＤＭＡ，ＬＡＮなどの通信ポート（８）を備え、ＬＣＤやキーパッドなどの入出力装置がメインコントローラユニット（１１）に接続され、前記メインコントローラユニット（１１）内のＭＰＵ（１）により全体システムが制御・管理されるように構成され、前記ＭＰＵ（１）の選択制御信号（ｓｅｌｅｃｔ）によりリレー回路組合群（４）が選択されて特定のリレーが動作し、ＭＰＵ（１）により生成（印加）される信号により定電流源（５）が起動し、定電流源（５）により生成された定電流（Ｉｓ）が前記前記リレー回路組合群（４）を介して蓄電池に投入され、前記リレー回路組合群（４）を介して蓄電池システム（３）の該当セル群から端子電圧（Ｖ）、インピーダンス電圧（Ｖｉｓ）、交流定電流（Ｉｓ）、温度（ｔ）、比重（Ｇ）などの測定データが集められて演算処理され、ＭＰＵ（１）の内部に組み込まれたプログラムにより前記データを演算して蓄電池の状態を診断すると共に、蓄電池システム（３）の充放電電圧（ＤＣＶ）及び充放電電流（ＤＣＡ）を公知のＤＣセンサー回路（１４）を介して読み込んでこれを常時記録し、同時に、非常電源システム（１８）の電力品質をモニタリングするために交流電圧（ＡＣ電圧）と交流電流（ＡＣ電流）を公知のＡＣセンサー回路（１５）を介して測定し、公知のインピーダンス演算プログラムによりインピーダンスが演算され、前記測定データと前記演算によるデータが保存され、このような一連の動作と前記各段階を繰り返すことにより上記の測定、演算及び保存段階が繰り返し行われ、保存されたデータを一定の時刻に設けられた上記の通信ポート（８）を介してホストコンピュータに送り、前記測定データと前記演算によるデータ値が設定範囲を超える（外れる）場合、上記の通信ポート（８）を介して遠隔にて、またはホストコンピュータにデータを送り、伝送時間を判別して事故（異常）時間を記録し、前記一連の動作を通じて蓄電池システムの劣化状態を診断すると共に、非常電源システム（１８）の電力品質をモニタリングする機能を行うことを特徴とする非常電源の劣化診断（品質監視）システム．
リレー回路組合群（４）を設けることなく、メインコントローラユニット（ＭＣＵ）（１１）の入力回路に接続された４端子回路網の４端子を測定しようとする蓄電池セルの正極と負極にそれぞれマニュアルにて接続（直結）し、外部から測定開始信号を受けるか、あるいは、メインコントローラユニット（ＭＣＵ）の内部指令信号により前記蓄電池セルの測定段階が開始されれば、ＭＰＵ（１）はクロックパルス信号（ＣＬＫ）またはオン／オフ信号を定電流源（５）に印加してこれを起動させ、前記定電流源（５）により生成された定電流（Ｉｓ）が４端子網を介して蓄電池に投入され、前記蓄電池の端子電圧（Ｖ）、インピーダンス電圧（Ｖｉｓ）、定電流（Ｉｓ）及び温度（ｔ）などの特性データが自動スケール回路（７）により増幅され、前記特性データがＡ／Ｄ変換器（６）を介してＭＰＵ（１）に入力されてＭＰＵ（１）の内部に保存され、公知のインピーダンス演算プログラムにより蓄電池の内部インピーダンスが演算され、前記特性データと前記内部インピーダンス値に基づいてＭＰＵ（１）内に組み込まれたプログラムにより蓄電池セルのステータス履歴データが演算され、前記蓄電池セルの特性データ及び内部インピーダンス値と前記蓄電池セルのステータス履歴データがメモリ（２）に保存され、ＬＣＤなどの出力装置に前記データが出力され、このような一連の動作と上記の各段階を繰り返すことにより、他のセルに対して上記の測定、演算及び保存段階が繰り返し行われ、必要に応じて、ＵＳＢ，ＲＳ２３２，ＲＳ４２２またはＲＳ４８５などのシリアル通信ポート（８）を介してノート型ＰＣやサーバまたはホストに前記保存されたデータが伝送可能に動作することを特徴とする非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
蓄電池や電解コンデンサまたは浮腫部位の劣化診断（健全状態）を診断するために内部インピーダンス電圧を測定する診断装置において、
浮動充電または測定に用いられる常用電源の周波数をωＳとし、内部インピーダンスを測定しようとする被測定物に供給される定電流（Ｉｓ）の周波数を常用電源の周波数（ωＳ）の任意の特定倍次数になるように決めて定電流（Ｉｓ）により生成されたインピーダンス電圧（Ｖｉｓ）の周波数も前記電源周波数（ωＳ）の前記特定倍数になるようにし、前記定電流（Ｉｓ）の周波数とほぼ同じ周波数帯の信号のみ通過可能な公知の狭帯域通過フィルタなどのノイズ除去回路を必要に応じて設けてフィルタリングされたノイズリップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）及び交流瞬時電圧（Ｖ_ＳＭ）が得られるように構成し、交流瞬時電圧（Ｖ_ＳＭ）をなす全ての高調波成分の周波数を互いに加算及び減算してその加算値及び減算値間の第１の最大公約数を求め、前記高調波リップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）をなす全ての高調波成分の周波数を互いに加算及び減算してその加算値及び減算値間の第２の最大公約数を求め、前記第１の最大公約数と前記第２の最大公約数との間の第３の最大公約数を求め、前記交流瞬時電圧（Ｖ_ＳＭ）及び高調波リップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）の実効値の演算に必要となる一定の積分周期（Ｔ_Ｄ）を前記第３の最大公約数またはその整数倍に決め、前記積分周期（Ｔ_Ｄ）中の前記交流瞬時電圧（Ｖ_ＳＭ）と前記高調波リップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）をそれぞれ積分することにより、正確なインピーダンス電圧（Ｖｉｓ）値が容易に得られることを特徴とする微細信号の電圧実効値の測定方法。
測定中に発生する前記ノイズリップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）の高調波成分が前記商用電源の周波数（ωＳ）の奇数及び偶数倍次数の周波数よりなり、定電流（Ｉｓ）の周波数を前記ノイズリップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）をなす高調波次数のうち特定の次数と同じ周波数に決め、一定の積分周期は前記電源周波数（ωＳ）の１周期と同周期に決めてインピーダンス電圧の実効値の演算時間が短縮できることを特徴とする請求項４に記載の微細信号の電圧実効値の測定方法。
測定中に発生する前記ノイズリップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）の高調波次数が商用電源の基本周波数（ωＳ）の奇数倍及び偶数倍のうちどちらか一方の倍数に相当するリップル周波数のみよりなり、交流定電流（Ｉｓ）の周波数を前記ノイズリップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）をなす高調波次数のうち特定の次数と同じ周波数に決め、一定の積分周期（Ｔ_Ｄ）は前記電源の基本周波数（ωＳ）の半周期に決めてインピーダンス電圧の実効値の演算時間が短縮できることを特徴とする請求項４に記載の微細信号の電圧実効値の測定方法。
交流定電流（Ｉｓ）の周波数を前記ノイズリップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）をなす高調波次数のうち任意の隣り合う高調波周波数の平均値と同値になるように決め、実効値の演算に要される一定の積分周期（Ｔ_Ｄ）を前記第３の最大公約数またはその整数倍に決め、インピーダンス電圧の実効値の演算時間を短縮し、正確なインピーダンス電圧（Ｖｉｓ）値が容易に得られることを特徴とする請求項４に記載の微細信号の電圧実効値の測定方法。
前記実効値の演算過程がマイクロプロセッサなどの数値演算装置内のアプリケーションにより行われ、区間（Ｐ１）において高調波リップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）が前記一定の積分周期（Ｔ_Ｄ）中に得られ、区間（Ｐ２）において高調波リップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）とインピーダンス電圧（Ｖｉｓ）が混合された交流瞬時電圧（Ｖ_ＳＭ）が前記積分周期（Ｔ_Ｄ）中に得られ、前記区間（Ｐ１）において得られたノイズリップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）から前記積分周期（Ｔ_Ｄ）中の実効値（Ｖ_{ＲＰ，ＲＭＳ}）の２乗値を演算し、前記区間（Ｐ２）において得られた交流瞬時電圧（Ｖ_ＳＭ）から前記一定の積分周期（Ｔ_Ｄ）中の実効値（Ｖ_{ＳＭ，ＲＭＳ}）の２乗値を演算し、前記両演算値を減算し、減算された結果値を平方根演算し、前記実効値の抽出過程を介して正確なインピーダンス電圧（Ｖｉｓ）値が得られることを特徴とする請求項４ないし７のうちいずれか１項に記載の微細信号の電圧実効値の測定方法。
前記実効値の演算過程がマイクロプロセッサなどの数値演算装置内のアプリケーションにより行われ、区間（Ｐ１）においては交流定電流（Ｉｓ）を印加しない状態で前記ノイズリップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）が前記一定の積分周期（Ｔ_Ｄ）中に得られ、区間（Ｐ２）において交流瞬時電圧（Ｖ_ＳＭ）が前記積分周期（Ｔ_Ｄ）中に得られ、前記区間（Ｐ１）において高調波リップル電圧（Ｖ_{ＲＰ，ＦＬＴ}）の実効値の平方値を演算するためにｎ番目の取得時点（Ｖ_ｎ，ＲＰ）において前記高調波リップル電圧（Ｖ_{０ＲＰ，ＦＬＴ}）の瞬時値を読み込み、前記瞬時値から基準値（Ｖ_０）を減算し、前記それぞれの減算値を２乗する演算を行うことにより、「数１」の値を得、指定されたメモリ（Ｍ１）に保存された（ｎ−１）番目の取得時点までの合計値である「数２」と前記「数３」を加算し、前記演算値をさらに指定されたメモリ（Ｍ１）に保存し、上記の演算及び保存過程が取得時点（Ｔ_１，ＲＰ）から取得時点（Ｖ_ｎ，ＲＰ）までＮ回繰り返し行われ、前記区間（Ｐ２）のｎ番目の取得時点（Ｔ_ｎ，ＳＭ）において交流瞬時電圧（Ｖ_ＳＭ）を読み込み、基準値（Ｖ_０）を減算し、前記減算値を２乗し、前記２乗値が指定されたメモリ（Ｍ２）に保存された（ｎ−１）番目の取得時点（Ｔ_{（ｎ−１），ＳＭ}）までの演算値である「数４」値と合計し、前記演算値をさらに指定されたメモリ（Ｍ２）に保存し、上記の演算及び保存過程が取得時点（Ｔ_１，ＳＭ）から取得時点（Ｔ_ｎ，ＳＭ）までＮ回繰り返し行われ、その後、必要な時点において前記メモリ（Ｍ１）に保存された第１の演算値とメモリ（Ｍ２）に保存されている第２の演算値との減算を行い、前記演算結果を前記積分周期（Ｔ_Ｄ）に対して割り算を行い、その演算結果に平方根を取ってインピーダンス電圧の実効値を得ることにより、数値演算装置内の小さなメモリ空間を用いることを特徴とする請求項４ないし７のうちいずれか１項に記載の微細信号の電圧実効値の測定方法。
前記メインコントローラユニット（１１）内に設けられたマイクロプロセッサなどの数値演算が行える中央処理装置（ＭＰＵ）内に組み込まれているソフトウェアは、メインプログラムとタイマー割り込みプログラムよりなり、一定の時間周期ごとにタイマー割り込みプログラムが行われ、条件によってリレー回路組合群（４）の動作がタイマー割り込みプログラムにより行われ、条件によって測定データの取得がタイマー割り込みプログラムにより行われ、条件によって定電流源（５）の起動がタイマー割り込みプログラムにより行われ、条件によって蓄電池の内部インピーダンスの電圧波形及び定電流波形の取得がタイマー割り込みプログラムにより行われ、条件によって蓄電池のインピーダンス演算アルゴリズムがタイマー割り込みプログラムにより行われ、条件によって直流電圧・電流及び交流系統の電源波形の取得がタイマー割り込みプログラムにより行われ、前記得られた測定データと前記条件によって行われるインピーダンス演算アルゴリズムにより計算されたインピーダンスデータがメモリに保存され、前記タイマー割り込みプログラムが行われた後メインプログラムに戻るが、前記条件によって蓄電池の内部インピーダンスの電圧波形の取得が行われる間にはメインプログラムに戻ることなく、一定時間タイマー割り込みプログラムを実行し続け、前記条件によって蓄電池の内部インピーダンスの電圧波形の取得が行われる間にも一定の間隔をおいて各測定データの取得が行われることにより、非常系統の電源品質に関する波形情報が失われることなく得られることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
蓄電池に接続されるリレーを選択するために前記ＭＰＵ（１）において生成された選択制御信号（ｓｅｌｅｃｔ）は６ビットのバイナリコード信号よりなり、前記６ビット信号のうち２ビットの選択制御信号により最大４個のリレー回路組合群のうち一つのリレー回路組合群が選択され、前記６ビット信号のうち残りの４ビットがデコーダ回路（ＭＵＸ）の入力端子（Ｄ０−Ｄ３）に印加されて前記でコーダ回路（ＭＵＸ）の出力端子（Ａ０−Ａ１５）に接続された最大１６個（組）のリレー回路組合群のうち１個（組）が選択されることにより、前記２ビット信号により選択されたリレー回路組合群（４−１ないし４−４のうちいずれか１つ）内のリレー回路組合群のうちいずれか１個（組）が最終的に選択され、前記リレー回路組合群（４）をいずれも同じ構造に設計し、前記リレー回路組合群（４）を多層構造にして上下に重ね合わせることにより、狭い空間にも容易に設置可能にすることを特徴とする請求項１または２に記載の非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
前記ＭＰＵ（１）の基本クロックを分周してなるクロック信号（ＣＬＫ）が定電流源（５）に入力され、前記クロック信号（ＣＬＫ）がさらに分周されて前記正弦波定電流の周波数が生成され、ＭＰＵ（１）の基本クロックまたは前記クロック信号（ＣＬＫ）を分周することにより、演算に要される交流電圧の周期及び交流電流の周期が容易に得られることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
前記定電流源（５）は、前記ＭＰＵ（１）の基本クロックを分周してなるクロック信号（ＣＬＫ）が定電流源（５）に入力され、交流出力電流の帰還信号（Ｉ_ｆ）が演算増幅器（３１）に入力され、前記出力電流帰還値（Ｉ_ｆ）と電流設定値（４３）との間の差分（−）を求め、前記差分（−）信号が正弦波発生回路（３３）の振幅調節端子（１０）に入力され、正弦波発生回路（３３）の出力信号は、過度応答を改善するために瞬時値合計回路（３４）において出力電流帰還値（Ｉ_ｆ）と差動演算されて第１のＢ級増幅回路（３５）に入力され、前記定電流源（５）の起動時に生成される前記クロック信号（ＣＬＫ）を積分して起動時点から徐々に立ち上がる軟開始信号（ＳＳ）が生成され、前記軟開始信号（ＳＳ）を優先信号として前記演算増幅器（３１）の出力端子に入力することにより、定電流源（５）の起動時にオーバーシュート無しに早い時間内に正常状態の正弦波定電流が出力可能になることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
前記定電流源（５）は、公知の集積回路または正弦波発生回路（３３）により交流正弦波形（信号）が出力され、前記交流正弦波形（信号）と帰還信号（Ｉ_ｆ）が加算器（３４）により差動演算され、前記加算器（３４）から出力された定電流信号は第１のＢ級増幅回路（３５）により増幅され、前記第１のＢ級増幅回路（３５）はＮＰＮトランジスタ（Ｑ１）、ＰＮＰトランジスタ（Ｑ２）の基部に演算増幅器（Ｕ３）の出力がそれぞれ接続され、前記トランジスタ（Ｑ１，Ｑ２）の各コレクタ端子は正（＋）及び負（−）の電源にそれぞれ接続され、各エミッタ端子は前記演算増幅器（Ｕ３）の反転（−）入力と出力変圧器（Ｔ２）の１次巻線の一端子に互いに共通接続され、前記出力変圧器（ＣＴ）において絶縁された定電流（Ｉｓ）が生成され、蓄電池の内部インピーダンスの測定中に、蓄電池の特性及び寿命に影響することなく測定値の解像度を高めるために最大電流を蓄電池に供給することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
前記定電流源（５）は、公知の集積回路または正弦波発生回路（３３）により交流正弦波形（信号）が出力され、前記交流正弦波形（信号）と帰還信号（Ｉ_ｆ）が瞬時値合計回路である加算器（３４）により差動演算され、前記加算器（３４）の出力信号は第１のＢ級増幅回路（３５）により増幅され、前記増幅回路（３５）の出力は信号変圧器（Ｔ２）の１次側巻線に接続され、前記信号変圧器（Ｔ２）の２次側は２本の絶縁巻線によりパラレル状に逆結線されて正弦波（sin ωt）及び互いに１８０°の位相差を有する正弦波（sin ωt±１８０°）の２信号となり、前記２信号はさらに第２のＢ級増幅回路（３７）により増幅され、第２のＢ級増幅回路（３７）の出力は絶縁回路（３８）の入力に接続されて絶縁され、前記絶縁回路（３８）の出力が蓄電池の内部インピーダンスの測定に用いられる電流源として動作するが、前記第１のＢ級増幅回路（３５）のＮＰＮトランジスタ（Ｑ１）及びＰＮＰトランジスタ（Ｑ２）の各基部に演算増幅器（Ｕ３）の出力が共通接続され、前記トランジスタ（Ｑ１，Ｑ２）の各コレクタ端子は＋及び−１２Ｖ電源にそれぞれ接続され、エミッタ端子は前記演算増幅器（Ｕ３）の反転（−）入力と信号変圧器（Ｔ２）の１次側巻線の一側の端子に互いに共通接続され、前記１次側巻線の他側の端子は０Ｖの電源端子に接続され、前記第２のＢ級増幅回路（３７）は出力変圧器（ＴＭ１）の１次巻線の中央タップが電源の正極（＋）に接続され、前記出力変圧器（ＴＭ１）の１次巻線の開始点と終点がトランジスタ（Ｑ３，Ｑ４）の各コレクタ（ドレイン）端子にそれぞれ接続されるように構成され、前記第２のＢ級増幅回路（３７）の出力が前記出力変圧器（ＴＭ１）において絶縁されて定電流（Ｉｓ）を供給することにより、蓄電池の内部インピーダンスの測定中に蓄電池の特性及び寿命に影響することなく測定値の解像度を高めるために最大の定電流を蓄電池に供給することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
メインコントローラユニット（１１）内に設けられた自動スケール回路（７）を、入力測定信号が相異なる増幅ゲインを有する複数の増幅器（５０）の入力に共通接続され、前記複数の増幅器（５０）の出力がアナログスイッチなどの信号選択器（５１）の入力にそれぞれ接続され、前記信号選択器（５１）の共通出力はＡ／Ｄ変換器（６）の入力端に接続されるように構成し、前記複数の増幅器（５０）のうち適切な増幅ゲインを有する増幅器が選択されるように制御するが、先ず、増幅ゲインが最大となる増幅器を選択し、その出力が飽和されれば、次第に１段階ずつ小さな増幅ゲインを有する増幅器を選択し、上記の段階を繰り返し行い、該当段階において選択された増幅器の出力が設定された範囲よりも小さな場合には、次に大きな増幅ゲインを有する増幅器を選択し、上記の段階を繰り返し行うことにより、測定信号が飽和されることなく最高のデータ解像度が得られるようにし、選択された増幅器の増幅ゲイン値がインピーダンス演算に反映・計算されて高い測定精度が実現されることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
インピーダンス演算プログラム段階において、交流電圧（Ｖｉｓ）と定電流（Ｉｓ）信号がそれぞれゼロクロス検出回路に入力され、前記零点通過信号（ＺＣＶ１，ＺＣＶ２，ＺＣ１１）が入力される瞬間の第１の電圧カウンタデータ（ｔ_ｖ１）及び第２の電圧カウンタデータ（ｔ_ｖ２）、第１の電流カウンタデータ（ｔ_ｉ１）を出力し、交流電圧（Ｖｉｓ）の周期（Ｔ_ｖ＝ｔ_ｖ２−ｔ_ｖ１）を演算し、交流電流（Ｉｓ）の周期（Ｔ_ｉ＝ｔ_ｉ２−ｔ_ｉ１）を演算し、第１の電圧カウンタデータ（ｔ_ｖ１）と第１の電流カウンタデータ（ｔ_ｉ１）との差分に基づき交流電圧（Ｖｉｓ）と交流定電流（Ｉｓ）の信号間位相差を計算し、前記周期（Ｔ_ｖ，Ｔ_ｉ）中の交流電圧（Ｖｉｓ）の平均値と交流定電流（Ｉｓ）の平均値をそれぞれ演算し、このようにして演算されたデータに基づいて内部インピーダンス値を精度よく演算することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
多数の非常電源装置内に設けられた多数の蓄電池の特性データを測定してマイクロプロセッサなどの数値演算が行える中央処理装置（ＭＰＵ）により蓄電池の健全状態（劣化）を診断するシステムや無停電電源装置または整流器などの多数の蓄電池を電源設備として用いる多数の非常電源システム（１８）の運転状態を監視すると共に、上記において用いられる多数の蓄電池の健全状態（劣化）を診断するシステムにおいて、
全ての測定診断システム（１６４，１６４−ａ，１６４−ｂ，．．．．１６４−ｎ）が同じ形状及び構造のモジュールに構成され、前記測定診断システムは内部に設けられた通信ポート（１６３）を用いて互いに接続され、指定されたメイン測定診断システム（１６４）は通信ポートを介して各スレーブ測定診断システム（１６４−ａ，１６４−ｂ，．．．．１６４−ｎ）と双方向通信を行うことができ、前記スレーブ測定診断システム（１６４−ａ，１６４−ｂ，．．．．１６４−ｎ）はシリアルポートをもってローカル監視システム（１６９−ａ，１６９−ｂ，．．．．１６９−ｎ）と接続でき、メイン測定診断システム（１６４）に接続された無線通信ポートを介して無線遠隔通信が行え、メイン測定診断システム（１６４）に接続されたローカル監視システム（１６９）を介して遠隔ネットワーク通信が行え、前記全ての測定診断システム（１６４，１６４−ａ，１６４−ｂ，．．．．１６４−ｎ）は内部に設けられた通信ポートを介して前記各ローカル監視システムの他にシリアル通信が行える全ての遠隔制御装置やコンソール装置などが接続でき、メイン測定診断システム（１６４）に接続されたローカル監視システム（１６９）において通信ポートを介して互いに接続された前記全てのスレーブ測定診断システムのデータ照会、パラメータ値の調整などの制御が行えるように構成された非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
スレーブ測定診断システム（１６４−ａ，−ｂ，−ｃ．．．．１６９−ｎ）は、通信プロトコルが互いに互換可能な任意のＵＰＳまたは整流器などの非常電源装置（１７０）に取り替えられ、前記非常電源装置内のシリアルポートと前記メイン測定診断システム（１６４）内に設けられた同一機種のシリアルポートを互いに接続し、前記メイン測定診断システム（１６４）に接続されたローカル監視システム（１６９）により非常電源装置を監視・制御し、前記メイン測定診断システムに接続された遠隔ネットワーク通信により非常電源装置（１７０）を監視・制御できることを特徴とする請求項１８に記載の非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
スレーブ測定診断システム（１６４−ａ，−ｂ，．．．．−ｎ）の代わりに簡単なシリアル通信ポートのみが設けられた測定診断ユニット（１，２，３．．．．Ｎ）をそれぞれ複数の蓄電池組ごとに近付けて設けるが、前記測定診断ユニットは簡単な機能のメインコントローラユニット（１１）と定電流源（５）及びリレー回路組合群（４）よりなり、前記メイン測定診断システム（１６４）と各測定診断ユニット（１，２，３．．．．Ｎ）はＲＳ４８５などの簡単なシリアル通信ポートにより互いに接続され、前記シリアル通信網を介してメイン測定診断システム（１６４）において前記各測定診断ユニット（１，２，３．．．．Ｎ）内のパラメータの変更、保存中のデータの照会が行え、且つ、メイン測定診断システム（１６４）に接続されたＰＣなどのローカルシステム（１６９）においてネットワークにより接続された全ての測定診断ユニットの制御（パラメータ値の調整、データの照会）が行え、必要に応じて、メイン測定診断システム（１６４）には無線通信網や遠隔ネットワーク通信網が接続されることにより、遠隔ネットワーク上においてメイン測定診断システム（１６４）及び全ての測定診断ユニットのデータへのアクセスが可能になることを特徴とする請求項１８に記載の非常電源の劣化診断（品質監視）システム。
遠隔ネットワーク通信は、非常電源（品質）監視システムに組み込まれた通信ポートを介してＣＤＭＡなどの無線通信網やインタネットなどのオンラインネットワークを用いて行い、単一の測定診断システムに接続されたホストに単一の固定ＩＰを構築してＮ台の非常電源（品質監視）診断システムと遠隔通信網を介して双方向通信を行い、前記ホストにおいて遠隔にて前記Ｎ台の非常電源装置の運転状態をそれぞれモニタリングして前記非常電源装置の健全（劣化）状態を診断することを特徴とする請求項１または２に記載の非常電源の劣化診断（品質監視）システム。