JP2010019856A - Device and method for monitoring secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To issue an alarm before load current increases more than expected and a desired discharge duration cannot be secured. <P>SOLUTION: This device for monitoring secondary battery of an electric power feed system having a secondary battery as a backup power supply includes: a load current measuring means for measuring load current; a clocking means for measuring the measurement time by a load current measuring means; an electric quantity calculating means for calculating the electric quantity per unit time based on the load current by the load current measuring means and the measurement time by the clocking means; and a discharge sustainable time calculating means for sequentially subtracting the electric quantity per predetermined unit time by the electric quantity calculating means from the battery capacity of the secondary battery and calculating the discharge sustainable time of the secondary battery. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、二次電池監視装置および二次電池監視方法に関する。   The present invention relates to a secondary battery monitoring device and a secondary battery monitoring method.

従来より、浮動充電方式で蓄電池が維持される直流電力供給システムが知られている。該直流電力供給システムでは、整流器の出力側に負荷設備と蓄電池とが並列に接続されており、常時、整流器が負荷に直流電力を供給すると共に、蓄電池の充電状態に合わせて電池が完全充電となるように必要な充電電流が供給されている。上記直流電力供給システムで、停電や、整流器の故障が起きると、その瞬間に蓄電池からの放電が行われ、一瞬でも負荷設備への電力供給が途絶えることは無い。これは、直流電力供給システムが必要とする時間の間だけ、蓄電池からの放電によって電力が可能なような蓄電池容量が選定されていることによる。   Conventionally, a DC power supply system in which a storage battery is maintained by a floating charging method is known. In the DC power supply system, the load facility and the storage battery are connected in parallel to the output side of the rectifier, and the rectifier always supplies DC power to the load, and the battery is fully charged according to the state of charge of the storage battery. A necessary charging current is supplied. When a power failure or rectifier failure occurs in the DC power supply system, the storage battery is discharged at that moment, and the power supply to the load facility is not interrupted even for a moment. This is because the storage battery capacity is selected such that power can be generated by discharging from the storage battery only during the time required by the DC power supply system.

このような組電池を構成する個々の蓄電池の容量算出は、鉛蓄電池の場合、図18に示すような方法で行われる(例えば、非特許文献1参照)。安全係数が高い方法は、負荷によって消費されると予測される最大電流を基準として、蓄電池からの負荷に供給する時間に応じて電池容量を計算する。
C=(1/L)・K・I
ここで、使用蓄電池は、CS形鉛蓄電池であり、保守率L=0.8、最低蓄電池温度:5℃、許容最低電圧:1.8V/セルという条件が与えられるものとする。ゆえに、L=0.8、I=50、K=5.6となる。したがって、上記C=(1/L)・K・I=(1/0.8)×5.6×50=350Ah/10HRとなる。
In the case of a lead storage battery, the capacity calculation of each storage battery constituting such an assembled battery is performed by a method as shown in FIG. 18 (see, for example, Non-Patent Document 1). In a method with a high safety coefficient, the battery capacity is calculated according to the time to supply the load from the storage battery with reference to the maximum current expected to be consumed by the load.
C = (1 / L) ・ K ・ I
Here, the used storage battery is a CS-type lead storage battery, and the conditions of maintenance rate L = 0.8, minimum storage battery temperature: 5 ° C., and allowable minimum voltage: 1.8 V / cell are given. Therefore, L = 0.8, I = 50, and K = 5.6. Therefore, C = (1 / L) · K · I = (1 / 0.8) × 5.6 × 50 = 350 Ah / 10HR.

容量換算時間Kは、図19に示す、保持時間−容量換算時間特性から求める。また、容量換算時間Kは、鉛蓄電池の放電特性(例:図20)に基づいて定められたものである。   The capacity conversion time K is obtained from the retention time-capacity conversion time characteristics shown in FIG. Moreover, the capacity conversion time K is determined based on the discharge characteristics (eg, FIG. 20) of the lead storage battery.

C=KI/θ
C:電池容量
K:容量換算時間
I:電流
θ:保守率
C = KI / θ
C: Battery capacity
K: Capacity conversion time
I: Current
θ: Maintenance rate

一方、負荷変動を考慮した蓄電池容量の算出法は、図21から図25に示す通りである。図21に示す例は、放電電流が時間の経過とともに増加する場合における蓄電池容量の算出法である。この場合、使用蓄電池は、AH形アルカリ蓄電池であり、保守率L=0.8、最低蓄電池温度:5℃、許容最低電圧:1.06V/セルという条件が与えられる。
ゆえに、L=0.8、I1=10、I2=20、I3=120となる。また、T1=60、T2=20、T3=0.167(10秒)、K1=1.40、K2=0.70、K3=0.255である。ここでは、C=(1/L)・(K1・I1+(K2(I2−I1)+K3(I3−I2)=(1/0.8)×(1.40×10+0.70(20−10)+0.255(120−20))=59Ah/5HRとなる。したがって、59Ah/5HR以上の蓄電池、例えば、アルカリ蓄電池が適当である。
On the other hand, the calculation method of the storage battery capacity in consideration of the load fluctuation is as shown in FIGS. The example shown in FIG. 21 is a method of calculating the storage battery capacity when the discharge current increases with time. In this case, the used storage battery is an AH alkaline storage battery, and the conditions of maintenance rate L = 0.8, minimum storage battery temperature: 5 ° C., and allowable minimum voltage: 1.06 V / cell are given.
Therefore, L = 0.8, I1 = 10, I2 = 20, and I3 = 120. Further, T1 = 60, T2 = 20, T3 = 0.167 (10 seconds), K1 = 1.40, K2 = 0.70, and K3 = 0.255. Here, C = (1 / L) · (K1 · I1 + (K2 (I2−I1) + K3 (I3−I2)) = (1 / 0.8) × (1.40 × 10 + 0.70 (20−10)) +0.255 (120-20)) = 59 Ah / 5HR Therefore, a storage battery of 59 Ah / 5HR or more, for example, an alkaline storage battery is suitable.

また、図22から図25は、放電電流が時間の経過とともに減少する場合における蓄電池容量の算出法を説明するための図である。この場合、使用蓄電池は、CS(EF)形鉛蓄電池であり、保守率L=0.8、最低蓄電池温度:5℃、許容最低電圧:1.7V/セルという条件が与えられる。この場合、次の3種類の負荷特性について容量を求める必要がある。   FIGS. 22 to 25 are diagrams for explaining a method of calculating the storage battery capacity when the discharge current decreases with time. In this case, the used storage battery is a CS (EF) type lead storage battery, and the maintenance rate L = 0.8, the minimum storage battery temperature: 5 ° C., and the allowable minimum voltage: 1.7 V / cell are given. In this case, it is necessary to obtain the capacity for the following three types of load characteristics.

まず、図23に示すブロックにおいて、L=0.8、I=1500、T=20、K=2.00とし、Ch=(1/L)・K・I=(1/0.8)×2.00×1500=3750Ah/10HRとなる。次いで、図24に示すブロックにおいて、L=0.8、I1=1500、I2=200、T1=180、T2=110、K1=4.38、K2=3.80とし、Cn=(1/L)・(K1・I1+K2(I2−I1))=(1/0.8)×(4.30×1500+3.80(200−1500))=1888Ah/10HRとなる。   First, in the block shown in FIG. 23, L = 0.8, I = 1500, T = 20, K = 2.00, and Ch = (1 / L) · K · I = (1 / 0.8) × 2.00 × 1500 = 3750 Ah / 10HR. Next, in the block shown in FIG. 24, L = 0.8, I1 = 1500, I2 = 200, T1 = 180, T2 = 110, K1 = 4.38, K2 = 3.80, and Cn = (1 / L ) · (K1 · I1 + K2 (I2−I1)) = (1 / 0.8) × (4.30 × 1500 + 3.80 (200-1500)) = 1888 Ah / 10HR.

そして最終的に図25に示すように、L=0.8、I1=1500、I2=200、I3=100、T1=190、T2=170、T3=60、K1=5.5、K2=5.1、K3=2.75とし、Cc=(1/L)・(K1・I1+K2(I2−I1)+K3(I3−I2))=(1/0.8)(5.5×1500+5.1(200−1500)+2.75(100−200))=1681Ah/10HRとなる。
したがって、Ch、Cn、Ccのうち、最大値3750Ah/10HR以上の鉛蓄電池(4000Ah/10HR)が適当である。
Finally, as shown in FIG. 25, L = 0.8, I1 = 1500, I2 = 200, I3 = 100, T1 = 190, T2 = 170, T3 = 60, K1 = 5.5, K2 = 5 0.1, K3 = 2.75, and Cc = (1 / L) · (K1 · I1 + K2 (I2−I1) + K3 (I3−I2)) = (1 / 0.8) (5.5 × 1500 + 5.1) (200-1500) +2.75 (100-200)) = 1682 Ah / 10HR.
Therefore, among Ch, Cn, and Cc, a lead storage battery (4000 Ah / 10HR) having a maximum value of 3750 Ah / 10HR or more is appropriate.

このように、負荷電流の変化に応じて各ブロックの電気量を計算し、これらの値を積算することで求められる。但し、図22から図25に示すように、負荷電流に減少がある負荷パターンの場合、計算が複雑となり、電流が減少する各時刻で区切って計算を行い、これらの値のもっとも大きな容量が電池容量として選定されている。このような電池を使用した場合、停電発生時の電池からの放電持続時間の計算も行われている。   Thus, the amount of electricity of each block is calculated according to the change in the load current, and these values are integrated. However, as shown in FIG. 22 to FIG. 25, in the case of a load pattern with a decrease in load current, the calculation is complicated, and the calculation is performed by dividing each time when the current decreases. It is selected as a capacity. When such a battery is used, the duration of discharge from the battery when a power failure occurs is also calculated.

電池工業会,“据置蓄電池の容量算出法”, SBA S 0601:2001, (2001,11,27)Battery Industry Association, “Method for calculating capacity of stationary storage battery”, SBA S 0601: 2001 (2001, 11, 27)

しかしながら、鉛蓄電池の場合、放電電流によって取り出せる電気量が変わるため、上述した従来の蓄電池の容量算出方法では、負荷の電流が経時的に変わる場合、蓄電池に必要とされる電池容量を正確に算出することが困難になるという問題がある。また、実際の運用においては、負荷電流が予測より増加した場合には、所望する放電持続時間を確保することができなくなり、バックアップ電源として目的を果たせなくなるという問題が生じる。   However, in the case of lead-acid batteries, the amount of electricity that can be extracted varies depending on the discharge current. Therefore, the conventional capacity calculation method for the storage battery described above accurately calculates the battery capacity required for the storage battery when the load current changes over time. There is a problem that it becomes difficult to do. Further, in actual operation, when the load current increases more than expected, there is a problem that a desired discharge duration cannot be ensured and the purpose as a backup power source cannot be achieved.

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、負荷電流に状況変化が生じても、二次電池の放電持続可能時間をより正確に算出することができ、負荷電流が予測より増加し、所望する放電持続時間を確保することができなくなる前に警報を発することができる二次電池監視装置および二次電池監視方法を提供することにある。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the purpose thereof is to calculate the dischargeable time of the secondary battery more accurately even when the situation of the load current changes, An object of the present invention is to provide a secondary battery monitoring device and a secondary battery monitoring method capable of issuing an alarm before the load current increases more than expected and the desired discharge duration cannot be ensured.

上述した課題を解決するために、本発明は、バックアップ電源としての二次電池を備えた電力供給システムにおける負荷電流を計測する負荷電流計測手段と、前記負荷電流計測手段による計測時間を計時する計時手段と、前記負荷電流計測手段による負荷電流と前記計時手段による計測時間とに基づいて前記二次電池に必要とされる電池容量を算出する電池容量算出手段とを具備することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a load current measuring unit that measures a load current in a power supply system including a secondary battery as a backup power source, and a timing that measures a measurement time by the load current measuring unit. And a battery capacity calculating means for calculating a battery capacity required for the secondary battery based on a load current by the load current measuring means and a measurement time by the time measuring means.

また、上述した課題を解決するために、本発明は、二次電池をバックアップ電源として備えた電力供給システムの二次電池監視装置であって、負荷電流を計測する負荷電流計測手段と、前記負荷電流計測手段による計測時間を計時する計時手段と、前記負荷電流計測手段による負荷電流と前記計時手段による計測時間とに基づいて単位時間当たりの電気量を算出する電気量算出手段と、前記電気量算出手段による所定の単位時間当たりの電気量を前記二次電池の電池容量から順次差し引き、前記二次電池の放電持続可能時間を算出する放電持続可能時間算出手段とを具備することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the present invention provides a secondary battery monitoring device for a power supply system including a secondary battery as a backup power source, the load current measuring means for measuring a load current, and the load A time measuring means for measuring a measuring time by the current measuring means, an electric quantity calculating means for calculating an electric quantity per unit time based on a load current by the load current measuring means and a measuring time by the time measuring means, and the electric quantity A discharge duration calculation means for sequentially subtracting a predetermined amount of electricity per unit time by the calculation means from the battery capacity of the secondary battery and calculating a discharge sustainability time of the secondary battery. .

本発明は、上記の発明において、前記二次電池がバックアップ電源として用いられた場合に必要とされる放電持続時間を記憶する記憶手段と、前記放電持続可能時間算出手段による放電持続可能時間に基づいて、前記二次電池電の電池容量が前記記憶手段に記憶されている放電持続時間だけ放電可能であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により放電持続時間だけ放電可能でないと判定された場合、警報を発する警報手段とを具備することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、二次電池の経年変化に基づいて、前記放電持続可能時間を補正する補正手段を具備することを特徴とする。
本発明は、上記の発明において、周囲温度に基づいて、前記放電持続可能時間を補正する補正手段を具備することを特徴とする。
The present invention is based on the above-described invention, based on the storage duration for storing the discharge duration required when the secondary battery is used as a backup power source, and the discharge sustainable time by the discharge duration calculation means. And determining means for determining whether or not the battery capacity of the secondary battery can be discharged for the discharge duration stored in the storage means, and determining that the discharge is not possible for the discharge duration by the determining means. And an alarm means for issuing an alarm when the alarm is issued.
The present invention is characterized in that in the above-mentioned invention, a correction means for correcting the discharge sustainable time based on a secular change of the secondary battery is provided.
The present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, a correction means for correcting the discharge sustainable time based on an ambient temperature is provided.

また、上述した課題を解決するために、本発明は、二次電池をバックアップ電源として備えた電力供給システムの二次電池監視方法であって、負荷電流を計測するステップと、前記負荷電流の計測時間を計時するステップと、前記負荷電流と前記計測時間とに基づいて単位時間当たりの電気量を算出するステップと、前記単位時間当たりの電気量を前記二次電池の電池容量から順次差し引き、前記二次電池の放電持続可能時間を算出するステップとを含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the present invention provides a secondary battery monitoring method for a power supply system including a secondary battery as a backup power source, the step of measuring a load current, and the measurement of the load current A step of measuring time, a step of calculating an amount of electricity per unit time based on the load current and the measurement time, and subtracting the amount of electricity per unit time from the battery capacity of the secondary battery in sequence, Calculating a sustainable duration of the secondary battery.

この発明によれば、電気量算出手段により、負荷電流計測手段による負荷電流と計時手段による計測時間とに基づいて単位時間当たりの電気量を算出し、放電持続可能時間算出手段により、電気量算出手段による所定の単位時間当たりの電気量を二次電池の電池容量から順次差し引き、二次電池の放電持続可能時間を算出する。したがって、負荷電流に状況変化が生じても、二次電池の放電持続可能時間を正確に算出することができるという効果が得られる。   According to this invention, the electric quantity calculating means calculates the electric quantity per unit time based on the load current by the load current measuring means and the measuring time by the time measuring means, and the discharge sustainable time calculating means calculates the electric quantity. The amount of electricity per unit time determined by the means is sequentially subtracted from the battery capacity of the secondary battery to calculate the discharge sustainable time of the secondary battery. Therefore, even if a situation change occurs in the load current, it is possible to accurately calculate the discharge sustainable time of the secondary battery.

また、本発明によれば、放電持続可能時間算出手段による放電持続可能時間に基づいて、判定手段によって、二次電池電の電池容量が記憶手段に記憶されている放電持続時間だけ放電可能であるか否かを判定し、警報手段により、放電持続時間だけ放電可能でないと判定された場合、警報を発する。したがって、負荷電流に状況変化が生じ、負荷電流が予測より増加し、所望する放電持続時間を確保することができなったとしても、事前に警報を発することができるという効果が得られる。
また、本発明によれば、補正手段により、二次電池の経年変化に基づいて、前記放電持続可能時間を補正する。したがって、二次電池の放電持続可能時間をより正確に算出することができるという効果が得られる。
また、本発明によれば、補正手段により、周囲温度に基づいて、前記放電持続可能時間を補正する。したがって、二次電池の放電持続可能時間をより正確に算出することができるという効果が得られる。
Further, according to the present invention, based on the discharge sustainable time by the discharge sustainable time calculating means, the determination means can discharge the battery capacity of the secondary battery power for the discharge duration stored in the storage means. If it is determined by the alarm means that discharge is not possible for the discharge duration, an alarm is issued. Therefore, even if a change in the situation occurs in the load current, the load current increases more than expected, and the desired discharge duration cannot be ensured, an effect that an alarm can be issued in advance can be obtained.
According to the present invention, the discharge sustainable time is corrected by the correcting means based on the secular change of the secondary battery. Therefore, the effect that the discharge sustainable time of the secondary battery can be calculated more accurately is obtained.
According to the invention, the discharge sustainable time is corrected based on the ambient temperature by the correction means. Therefore, the effect that the discharge sustainable time of the secondary battery can be calculated more accurately is obtained.

本発明の実施形態による二次電池保持時間判定装置の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the secondary battery holding time determination apparatus by embodiment of this invention. リチウムイオン二次電池の放電特性を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the discharge characteristic of a lithium ion secondary battery. リチウムイオン二次電池の放電容量−放電電流特性を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the discharge capacity-discharge current characteristic of a lithium ion secondary battery. リチウムイオン二次電池での電池容量の算出方法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the calculation method of the battery capacity in a lithium ion secondary battery. 本実施形態で用いる電池容量の算出方法の妥当性を説明するための実験例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the experiment example for demonstrating the validity of the calculation method of the battery capacity used by this embodiment. 本実施形態で用いる電池容量の算出方法の妥当性を説明するための実験例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the experiment example for demonstrating the validity of the calculation method of the battery capacity used by this embodiment. 実際の放電時間と推定放電時間との差を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the difference of actual discharge time and estimated discharge time. 負荷電流の増加と、これによる保持時間の変化(一日の負荷電流パターン)を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the increase in load current, and the change (holding current pattern of a day) of holding time by this. 負荷電流の増加と、これによる保持時間の変化(一日の負荷電流パターン)を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the increase in load current, and the change (holding current pattern of a day) of holding time by this. 負荷電流の増加と、これによる保持時間の変化(一日の負荷電流パターン)を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the increase in load current, and the change (holding current pattern of a day) of holding time by this. 本実施形態による二次電池保持時間判定装置の動作を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining the operation of the secondary battery holding time determination device according to the present embodiment. リチウム二次電池の容量低下特性から容量推定値を得るための概念図である。It is a conceptual diagram for obtaining a capacity | capacitance estimated value from the capacity | capacitance fall characteristic of a lithium secondary battery. 推定式から容量を推定するための概念図である。It is a conceptual diagram for estimating a capacity | capacitance from an estimation formula. リチウム二次電池の電池容量の温度依存性を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the temperature dependence of the battery capacity of a lithium secondary battery. 本実施形態による二次電池保持時間判定装置1を通信用電源に取り付けた状態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the state which attached the secondary battery holding | maintenance time determination apparatus 1 by this embodiment to the power supply for communication. 本実施形態による二次電池保持時間判定装置1を監視センタに設けた際のブロック図である。It is a block diagram at the time of providing the secondary battery holding | maintenance time determination apparatus 1 by this embodiment in the monitoring center. 本実施形態による二次電池保持時間判定装置1を交流電力の供給電源に適用した例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example which applied the secondary battery holding time determination apparatus 1 by this embodiment to the supply power supply of alternating current power. 従来技術による、組電池を構成する個々の蓄電池の容量算出方法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the capacity | capacitance calculation method of each storage battery which comprises an assembled battery by a prior art. 鉛蓄電池の保持時間−容量換算時間特性を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the retention time-capacity conversion time characteristic of a lead acid battery. 鉛蓄電池の放電特性を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the discharge characteristic of a lead storage battery. 従来技術による、放電電流が時間の経過とともに増加する場合における蓄電池容量の算出法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the calculation method of storage battery capacity in case the discharge current increases with progress of time by a prior art. 従来技術による、放電電流が時間の経過とともに減少する場合における蓄電池容量の算出法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the calculation method of storage battery capacity in case the discharge current reduces with progress of time by a prior art. 従来技術による、放電電流が時間の経過とともに減少する場合における蓄電池容量の算出法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the calculation method of storage battery capacity in case the discharge current reduces with progress of time by a prior art. 従来技術による、放電電流が時間の経過とともに減少する場合における蓄電池容量の算出法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the calculation method of storage battery capacity in case the discharge current reduces with progress of time by a prior art. 従来技術による、放電電流が時間の経過とともに減少する場合における蓄電池容量の算出法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the calculation method of storage battery capacity in case the discharge current reduces with progress of time by a prior art.

以下、本発明の一実施形態による二次電池保持時間判定装置を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態による二次電池保持時間判定装置の基本構成を示すブロック図である。図1において、二次電池保持時間判定装置1は、演算部2、電流測定部3、測定処理部4、データ記憶部5、表示部6、入力部7、電流センサ部8、および電源部9からなる。データ記憶部5は、電池データとしての各種情報、例えば、製造メーカ、製造年、機種、ロット毎の電池データ、容量経年低下データ、容量の温度変化データなどを記憶する。
Hereinafter, a secondary battery holding time determination device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a secondary battery holding time determination device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the secondary battery holding time determination device 1 includes a calculation unit 2, a current measurement unit 3, a measurement processing unit 4, a data storage unit 5, a display unit 6, an input unit 7, a current sensor unit 8, and a power supply unit 9. Consists of. The data storage unit 5 stores various information as battery data, for example, manufacturer data, manufacture year, model, battery data for each lot, capacity aging data, capacity temperature change data, and the like.

電流センサ部8は、負荷電流を検出する。電流測定部3は、所定の計測期間中、電流センサ部8によって検出された負荷電流を計測する。このとき、電流測定部3は、計測期間(時間)も計時する。該計測期間は、任意に設定される。これによって、所定の計測期間中、例えば、一日、または一週間の負荷電流パターンが作成される。
演算部2は、データが収集されると、指定された計算開始時刻から放電開始を想定し、蓄電池の放電持続可能時間Tを計算する。表示部6は、データ記憶部5に記憶されている各種データや計算された放電持続可能時間T等を表示する。また、表示部6は、上記放電持続可能時間Tが十分でないと判断された場合に、その旨を通知(警報)する。入力部7は、電池データの入力や、負荷パターン上の計算開始時刻等を指示する。電源部9は、商用電源10から所定の直流電圧を生成して各部に供給する。
The current sensor unit 8 detects a load current. The current measuring unit 3 measures the load current detected by the current sensor unit 8 during a predetermined measurement period. At this time, the current measuring unit 3 also measures the measurement period (time). The measurement period is arbitrarily set. Thereby, for example, a load current pattern for one day or one week is created during a predetermined measurement period.
When the data is collected, the calculation unit 2 calculates the discharge sustainable time T of the storage battery assuming the start of discharge from the designated calculation start time. The display unit 6 displays various data stored in the data storage unit 5 and the calculated discharge sustainable time T. Further, when it is determined that the discharge sustainable time T is not sufficient, the display unit 6 notifies (warns) that effect. The input unit 7 instructs input of battery data, calculation start time on the load pattern, and the like. The power supply unit 9 generates a predetermined DC voltage from the commercial power supply 10 and supplies it to each unit.

次に、本実施形態による二次電池保持時間判定装置1での電池容量の算出方法について説明する。リチウムイオン二次電池の場合、電池容量の算出は鉛蓄電池よりも単純である。図2は、リチウムイオン二次電池の放電特性を示す概念図である。図示するように、電流の小さな範囲(0.1CA)から大きな範囲(3CA)まで取り出せる電気量にほとんど変化が無い。図3は、リチウムイオン二次電池の放電容量−放電電流特性を示す概念図である。この図に示すように、鉛蓄電池のように、これらのいずれの電流においても放電終止電圧が放電電流によって制限されることも無い。すなわち、いずれの電流においても放電で取り出せる電気量に差が無いことが分かる。
そこで、本実施形態では、上記関係から、経時的に電流が変化するような任意の負荷電流パターンであっても、数式(1)で示されるように、電流と時間の単純な積から求まる電気量を順次加算することで、二次電池に必要とされる電池容量を求めている。
Next, a battery capacity calculation method in the secondary battery holding time determination device 1 according to the present embodiment will be described. In the case of a lithium ion secondary battery, the calculation of the battery capacity is simpler than that of a lead storage battery. FIG. 2 is a conceptual diagram showing discharge characteristics of the lithium ion secondary battery. As shown in the figure, there is almost no change in the amount of electricity that can be extracted from a small current range (0.1 CA) to a large range (3 CA). FIG. 3 is a conceptual diagram showing the discharge capacity-discharge current characteristics of the lithium ion secondary battery. As shown in this figure, the discharge end voltage is not limited by the discharge current in any of these currents as in the lead storage battery. That is, it can be seen that there is no difference in the amount of electricity that can be taken out by discharging at any current.
Therefore, in the present embodiment, even if an arbitrary load current pattern in which the current changes with time is obtained from the above relationship, the electric current obtained from the simple product of the current and the time as shown in Expression (1). The battery capacity required for the secondary battery is obtained by sequentially adding the amounts.

Figure 2010019856
Figure 2010019856

なお、C:蓄電池容量(または、放電可能容量)、Ii:負荷電流、Ti:Iiに対応して分割された時間である。
したがって、鉛蓄電池と異なり、リチウムイオン二次電池では、電流が経時的に変化する負荷であっても、時間で区切った電気量の積算が可能である(例えば図4参照)。本実施形態では、この原理に従って電池容量の算出を行う。また、負荷電流から、放電持続可能時間の算出を行う場合には、この逆の計算で行う。
In addition, C is the time divided according to storage battery capacity (or dischargeable capacity), Ii: load current, and Ti: Ii.
Therefore, unlike a lead storage battery, a lithium ion secondary battery can integrate the amount of electricity divided by time even for a load whose current changes over time (see, for example, FIG. 4). In the present embodiment, the battery capacity is calculated according to this principle. In addition, when calculating the discharge sustainable time from the load current, the reverse calculation is performed.

次に、図5および図6は、上記原理の妥当性を確認するために行った実験例である。実験では、使用する電池容量が定まっているので、放電持続時間を予め求めておき、負荷パターンに沿って実際の電池の放電を行わせた際の放電持続時間で比較している。実際の放電時間と推定放電時間とは、1%程度の誤差で一致した。同様の実験を複数のパターンについて行い、誤差を求めたが、誤差は1%程度であった。この場合の一例を図7に示す。
したがって、本実施形態で提案する電池容量の算出法と放電持続可能時間の算出法とは妥当で有ることが分かる。安全を見込むとすれば、負荷の消費する最大電流で設計することであるが、電池容量が過剰すぎる可能性が高い。したがって、負荷の電流変化を考慮した容量計算が望ましく、本実施形態による電池容量計算法は、容易である上に精度が高いので効果が極めて大きいことが容易に理解できる。本実施形態では、上述した、電流と経過時間の積による算出法を、第1の特徴とする。
Next, FIG. 5 and FIG. 6 are examples of experiments performed to confirm the validity of the above principle. In the experiment, since the battery capacity to be used is determined, the discharge duration is obtained in advance and compared with the discharge duration when the actual battery is discharged along the load pattern. The actual discharge time and the estimated discharge time agreed with an error of about 1%. A similar experiment was performed for a plurality of patterns to obtain an error, which was about 1%. An example of this case is shown in FIG.
Therefore, it can be seen that the battery capacity calculation method and the discharge sustainable time calculation method proposed in this embodiment are appropriate. If safety is expected, the design is performed with the maximum current consumed by the load, but the battery capacity is likely to be excessive. Therefore, it is desirable to calculate the capacity in consideration of the load current change, and it can be easily understood that the battery capacity calculation method according to the present embodiment is easy and has a very high effect because of its high accuracy. In the present embodiment, the calculation method based on the product of the current and the elapsed time described above is a first feature.

次に、電池設置後の放電持続可能時間について説明する。上述したプロセスによって設置する電池の容量が選定される。しかし、容量選定はあくまで、電池設置前の設計電流値に基づくものであり、実際の負荷の消費する電流は、設計値と異なることは十分にあり得ることである。
負荷電流が設計値よりも減少する場合には、電池からの放電によるバックアップ可能な時間は延長させる方向となり、過大な容量の電池が設置されていると点を除けば、安全サイドであり問題は無い。問題は、実際の負荷電流が設計値よりも大きくなった場合であり、通信等の例で言えば、通信の需要が増した場合、または、電源設備に接続される通信設備数が増加した場合、等が挙げられる。このような場合、実際の負荷の消費電流は、電池設置当初の値から増加しており、蓄電池からの放電によるバックアップが行われた場合、当初のバックアップ時間の確保が困難となり、サービス障害となる恐れがある。
Next, the discharge sustainable time after battery installation will be described. The capacity of the battery to be installed is selected by the process described above. However, the capacity selection is based solely on the design current value before battery installation, and the actual current consumed by the load can be sufficiently different from the design value.
If the load current is lower than the design value, the time that can be backed up by discharging from the battery will be extended, and the problem will be on the safety side, except that an excessively large battery is installed. No. The problem is when the actual load current becomes larger than the design value. In the case of communication, etc., if the demand for communication increases or the number of communication facilities connected to the power supply facilities increases. , Etc. In such a case, the actual current consumption of the load has increased from the initial value of the battery installation, and when backup is performed by discharging from the storage battery, it is difficult to secure the initial backup time, resulting in service failure. There is a fear.

ここで、図8から図10は、負荷電流の増加と、これによる保持時間の変化(一日の負荷電流パターン)を示す概念図である。図8に示すように、例えば、19:30からの停電において、図9に示すように、設計時の放電持続時間は14時間と推定されている。一方、実使用時に負荷電流が増加すると、同時刻からの停電が発生した場合、図10に示すように、放電持続時間は短縮され、11時間に低下している。これは、21%の時間短縮であり、電池容量の低下による電池交換に当てはめれば、電池交換が必要な状況である。このような場合、当初の放電持続時間が確保できなくなっているので、保守上付随的な問題が生じる可能性がある。
そこで、定期的に負荷電流の計測を行い、設置蓄電池の容量が、必要とされるバックアップ時間に適したものであるか否かのチェックが必要となる。本実施形態では、このような電池容量の確認を行い、時間が不足する場合には、例えば、監視装置に対して通知(警報)を行うようになっている。
Here, FIGS. 8 to 10 are conceptual diagrams showing an increase in load current and a change in holding time (a load current pattern of one day) due to this. As shown in FIG. 8, for example, in the power failure from 19:30, as shown in FIG. 9, the discharge duration at the time of design is estimated to be 14 hours. On the other hand, when the load current increases during actual use, when a power failure occurs from the same time, the discharge duration is shortened to 11 hours as shown in FIG. This is a time reduction of 21%, and if applied to battery replacement due to a decrease in battery capacity, the battery needs to be replaced. In such a case, since the initial discharge duration cannot be secured, there may be a problem accompanying maintenance.
Therefore, it is necessary to periodically measure the load current and check whether the capacity of the installed storage battery is suitable for the required backup time. In the present embodiment, such a battery capacity is confirmed, and when time is insufficient, for example, a notification (alarm) is sent to the monitoring device.

次に、本実施形態による二次電池保持時間判定装置の動作について説明する。ここで、図11は、本実施形態による二次電池保持時間判定装置の動作を説明するためのフローチャートである。まず、入力部7から蓄電池のデータを入力する(S1)。データとしては、メーカ、製造年、製造ロット、設置年数である。次に、入力部7から放電持続可能時間の計算開始時刻を設定し(S2)、警報の発報レベル(例えば、70%とか、80%)を入力する(S3)。次に、入力部7から所望する放電持続時間(必要とされる放電時間)を入力する(S4)。   Next, the operation of the secondary battery holding time determination device according to the present embodiment will be described. Here, FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the secondary battery holding time determination device according to the present embodiment. First, storage battery data is input from the input unit 7 (S1). The data includes manufacturer, year of manufacture, production lot, and number of years installed. Next, the calculation start time of the discharge sustainable time is set from the input unit 7 (S2), and a warning level (for example, 70% or 80%) is input (S3). Next, a desired discharge duration (required discharge time) is input from the input unit 7 (S4).

各種データの入力が終了すると、電流センサ部8により、負荷電流を検出し、電流測定部3により、所定の計測期間中、上記負荷電流を計測する(S5)。次に、計測期間中における、計測した負荷電流のパターンを作成し(S6)、放電持続可能時間を計算する(S7)。次に、放電持続可能時間の計算値を表示部6に表示し(S8)、上記放電持続時間(必要される放電時間)に対して、放電持続可能時間が不足する場合には、警報を発出する(S9)。   When the input of various data is completed, the load current is detected by the current sensor unit 8, and the load current is measured by the current measurement unit 3 during a predetermined measurement period (S5). Next, a pattern of the measured load current during the measurement period is created (S6), and the discharge sustainable time is calculated (S7). Next, the calculated value of the discharge sustainable time is displayed on the display unit 6 (S8), and an alarm is issued when the discharge sustainable time is insufficient with respect to the discharge duration (required discharge time). (S9).

以下、詳細に説明する。放電持続可能時間の計算法は、設置した二次電池の容量から、負荷電流と経過時間の積を順次差し引いて、残量が0となる時刻までである。つまり、計測した負荷電流に沿って放電が行われたと仮定し、数式(2)に示すように、設置された蓄電池の容量から、放電開始後の電気量(電流と時間の積。電流変化がある場合、各電流ステップ毎に求めた電気量の和)を差し引き、0となるまでの時間である。   Details will be described below. The calculation method of the discharge sustainable time is from the capacity of the installed secondary battery until the time when the remaining amount becomes zero by sequentially subtracting the product of the load current and the elapsed time. That is, assuming that the discharge was performed along the measured load current, as shown in Equation (2), from the capacity of the installed storage battery, the amount of electricity (the product of current and time. In some cases, this is the time until it becomes zero after subtracting the sum of the electric quantities obtained for each current step.

Figure 2010019856
Figure 2010019856

なお、T:放電持続可能時間、Td:分割された単位時間、Ii:各Tdにおける負荷電流、C:蓄電池容量(または、放電可能容量)である。   Here, T: discharge duration time, Td: divided unit time, Ii: load current at each Td, C: storage battery capacity (or dischargeable capacity).

負荷パターンを一定の時間単位で時間を分割して考えた場合、数式(2)を満足する「n」個の時間単位までとなる。なお、負荷電流のパターンは、連続した数日の平均として、各曜日のパターンとして求めても良い。上述した、電流と時間の積による電気量を蓄電池の容量から順次差し引く算出法を、第2の特徴としている。
当初の電池容量の計算においては、想定された負荷電流において、所定の持続時間の確保が求められている。しかし、負荷電流が増加した場合、この時間の確保が困難になる。
そこで、上記計算によって、このような状態が検出された場合、警報を発する。
When the load pattern is considered by dividing the time in a fixed time unit, the load pattern is up to “n” time units that satisfy the formula (2). The load current pattern may be obtained as a pattern for each day of the week as an average of several consecutive days. The above-described calculation method of subtracting the amount of electricity based on the product of current and time from the capacity of the storage battery is a second feature.
In the initial calculation of the battery capacity, it is required to secure a predetermined duration at the assumed load current. However, when the load current increases, it is difficult to secure this time.
Therefore, if such a state is detected by the above calculation, an alarm is issued.

警報発出の基準としては、当初設定された時間の70%もしくは80%が妥当と考えられる。これは、電池が劣化して容量が低下した場合の更改基準がこれらの値になっていることによる。すなわち、電池容量が70%もしくは80%まで低下した場合、負荷が当初の値から変化しなくとも、保持時間は、当初の設計値の70%もしくは80%まで低下していることになる。但し、任意の値に設定することも可能である。   As a criterion for issuing an alarm, 70% or 80% of the initially set time is considered appropriate. This is because the renewal standard when the battery is deteriorated and the capacity is reduced is set to these values. That is, when the battery capacity is reduced to 70% or 80%, even if the load does not change from the initial value, the holding time is reduced to 70% or 80% of the original design value. However, any value can be set.

電池容量は、図12に示すように、設置後経年的に低下する。したがって、本実施形態では、計算時に、経年変化を考慮して電池の残容量を求める。容量低下は、使用年数の平方根に比例する関係から図13に示すように推定式から計算しても良いし、先に示した図12の外挿によって求めることもできる。さらに、電池容量は、温度で影響されるので、上記方法で求めた容量の温度補正を行う。これには、図14に示す温度依存性の関係を使用する。そして、このようにして求めた容量を基準として、負荷電流パターンによる放電持続可能時間を求める。
なお、監視センタに、本実施形態による二次電池保持時間判定装置1(またはその機能)が設けられる場合には、予め、電流計測と放電可能時間算出のインターバルを設定しておくことが可能である。
As shown in FIG. 12, the battery capacity decreases with time after installation. Therefore, in the present embodiment, the remaining battery capacity is obtained in consideration of the secular change at the time of calculation. The capacity reduction may be calculated from the estimation formula as shown in FIG. 13 from the relationship proportional to the square root of the service life, or can be obtained by extrapolation of FIG. Furthermore, since the battery capacity is affected by temperature, the temperature of the capacity obtained by the above method is corrected. For this, the temperature dependence relationship shown in FIG. 14 is used. Then, based on the capacity thus obtained, the discharge sustainable time by the load current pattern is obtained.
When the secondary battery holding time determination device 1 (or its function) according to the present embodiment is provided in the monitoring center, it is possible to set an interval between current measurement and dischargeable time calculation in advance. is there.

図15は、本実施形態による二次電池保持時間判定装置1を通信用電源に取り付けた状態を示すブロック図である。この場合、商用電源30、整流器31および負荷装置32の回路において、本実施形態による二次電池保持時間判定装置1によって負荷装置32への放電電流を計測し、バックアップ用の電池20の放電持続可能時間の計算を行う。
また、図16は、本実施形態による二次電池保持時間判定装置1を監視センタに設けた際のブロック図である。この場合、各通信ビルの蓄電池設備40〜43からの負荷電流データを監視センタ45任意に収集し、本実施形態による二次電池保持時間判定装置1によって放電持続可能時間の一括して計算を行う。
FIG. 15 is a block diagram illustrating a state in which the secondary battery holding time determination device 1 according to the present embodiment is attached to a communication power source. In this case, in the circuit of the commercial power source 30, the rectifier 31, and the load device 32, the discharge current to the load device 32 is measured by the secondary battery holding time determination device 1 according to this embodiment, and the discharge of the backup battery 20 can be continued. Perform time calculations.
FIG. 16 is a block diagram when the secondary battery holding time determination device 1 according to the present embodiment is provided in the monitoring center. In this case, load current data from the storage battery facilities 40 to 43 of each communication building is arbitrarily collected by the monitoring center 45, and the secondary battery holding time determination device 1 according to the present embodiment collectively calculates the discharge sustainable time. .

また、図17は、本実施形態による二次電池保持時間判定装置1を交流電力の供給電源に適用した例を示すブロック図である。この場合、商用電源30からAC/DC変換部51で直流に変換され、DC/AC変換部52で再度交流に変換されて、負荷装置32へ供給される回路において、本実施形態による二次電池保持時間判定装置1によって負荷装置32へ直流の放電電流を計測し、バックアップ用の電池20の放電持続可能時間を算出する。このとき、必要により、DC/AC変換部52の効率を加味して、交流電流を直流電流に置き換えて計算する。   FIG. 17 is a block diagram illustrating an example in which the secondary battery holding time determination device 1 according to the present embodiment is applied to an AC power supply. In this case, the secondary battery according to the present embodiment is converted into a direct current from the commercial power source 30 by the AC / DC conversion unit 51, converted to an alternating current again by the DC / AC conversion unit 52, and supplied to the load device 32. The holding time determination device 1 measures a DC discharge current to the load device 32 and calculates the discharge sustainable time of the backup battery 20. At this time, if necessary, the calculation is performed by replacing the alternating current with the direct current in consideration of the efficiency of the DC / AC converter 52.

上述した実施形態によれば、電池を設置してから、負荷電流に状況変化が生じて当初の保持時間が確保できなくなり、保守上の問題が生じる可能性があるような場合であっても、定期的に負荷電流の計測を行い、必要とされるバックアップ時間が確保されている否かのチェックを行うことにより、放電持続可能時間(電池容量)を算出することができ、放電持続可能時間が不足する場合、警報を発するようにしたので、常に、電池と負荷の関係が適正に管理でき、信頼性の高い電源システムを構築することができる。   According to the above-described embodiment, even after the installation of the battery, even when the change in the load current occurs and the initial holding time cannot be secured, there may be a problem in maintenance. By measuring the load current periodically and checking whether the required backup time is secured, the discharge sustainable time (battery capacity) can be calculated, and the discharge sustainable time Since the alarm is issued when the shortage occurs, the relationship between the battery and the load can always be properly managed, and a highly reliable power supply system can be constructed.

なお、上述した実施形態においては、上述した演算部2、測定処理部4などによる一連の処理の過程を、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されているプログラムによって実現するようにしてもよい。この場合、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。すなわち、演算部2、測定処理部4などは、CPU等の中央演算処理装置がROMやRAM等の主記憶装置に上記プログラムを読み出し、演算処理を実行することにより、実現されてもよい。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。   In the above-described embodiment, the series of processes performed by the arithmetic unit 2, the measurement processing unit 4, and the like may be realized by a program stored in a computer-readable recording medium. In this case, the above processing is performed by the computer reading and executing the program. That is, the calculation unit 2, the measurement processing unit 4, and the like may be realized by a central processing unit such as a CPU reading the program into a main storage device such as a ROM or a RAM and executing the calculation process. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.

1 二次電池保持時間判定装置(二次電池容量計算装置、二次電池監視装置)
2 演算部(電池容量算出手段、電気量算出手段、放電持続可能時間算出手段、判定手段、警報手段、補正手段)
3 電流測定部(負荷電流計測手段、計時手段)
4 測定処理部
5 データ記憶部(記憶手段)
6 表示部(警報手段)
7 入力部
8 電流センサ部(負荷電流計測手段)
9 電源部
10 商用電源
30 商用電源
31 整流器
32 負荷装置
40〜43 蓄電池設備
45 監視センタ
51 AC/DC変換部
52 DC/AC変換部
1 Secondary battery retention time determination device (secondary battery capacity calculation device, secondary battery monitoring device)
2 Calculation unit (battery capacity calculation means, electric quantity calculation means, discharge sustainable time calculation means, determination means, alarm means, correction means)
3 Current measurement unit (load current measurement means, time measurement means)
4 Measurement processing section 5 Data storage section (storage means)
6 Display (alarm means)
7 Input section 8 Current sensor section (load current measuring means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Power supply part 10 Commercial power supply 30 Commercial power supply 31 Rectifier 32 Load apparatus 40-43 Storage battery equipment 45 Monitoring center 51 AC / DC conversion part 52 DC / AC conversion part

Claims (5)

二次電池をバックアップ電源として備えた電力供給システムの二次電池監視装置であって、
負荷電流を計測する負荷電流計測手段と、
前記負荷電流計測手段による計測時間を計時する計時手段と、
前記負荷電流計測手段による負荷電流と前記計時手段による計測時間とに基づいて単位時間当たりの電気量を算出する電気量算出手段と、
前記電気量算出手段による所定の単位時間当たりの電気量を前記二次電池の電池容量から順次差し引き、前記二次電池の放電持続可能時間を算出する放電持続可能時間算出手段と
を具備することを特徴とする二次電池監視装置。
A secondary battery monitoring device of a power supply system equipped with a secondary battery as a backup power source,
Load current measuring means for measuring the load current;
A time measuring means for measuring a measurement time by the load current measuring means;
An electric quantity calculating means for calculating an electric quantity per unit time based on a load current by the load current measuring means and a measurement time by the time measuring means;
A discharge sustainable time calculating means for sequentially subtracting a predetermined amount of electricity per unit time by the charge calculating means from the battery capacity of the secondary battery and calculating a discharge sustainable time of the secondary battery; A secondary battery monitoring device.
前記二次電池がバックアップ電源として用いられた場合に必要とされる放電持続時間を記憶する記憶手段と、
前記放電持続可能時間算出手段による放電持続可能時間に基づいて、前記二次電池電の電池容量が前記記憶手段に記憶されている放電持続時間だけ放電可能であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により放電持続時間だけ放電可能でないと判定された場合、警報を発する警報手段と
を具備することを特徴とする請求項1記載の二次電池監視装置。
Storage means for storing a discharge duration required when the secondary battery is used as a backup power source;
Determining means for determining whether or not the battery capacity of the secondary battery power can be discharged only for the discharge duration stored in the storage means, based on the discharge sustainable time by the discharge duration calculating means; ,
The secondary battery monitoring device according to claim 1, further comprising: an alarm unit that issues an alarm when it is determined by the determination unit that discharge is not possible for the discharge duration.
前記二次電池の経年変化に基づいて、前記放電持続可能時間を補正する補正手段を具備することを特徴とする請求項2記載の二次電池監視装置。   The secondary battery monitoring apparatus according to claim 2, further comprising a correction unit that corrects the discharge sustainable time based on a secular change of the secondary battery. 周囲温度に基づいて、前記放電持続可能時間を補正する補正手段を具備することを特徴とする請求項2記載の二次電池監視装置。   The secondary battery monitoring apparatus according to claim 2, further comprising a correcting unit that corrects the discharge sustainable time based on an ambient temperature. 二次電池をバックアップ電源として備えた電力供給システムの二次電池監視方法であって、
負荷電流を計測するステップと、
前記負荷電流の計測時間を計時するステップと、
前記負荷電流と前記計測時間とに基づいて単位時間当たりの電気量を算出するステップと、
前記単位時間当たりの電気量を前記二次電池の電池容量から順次差し引き、前記二次電池の放電持続可能時間を算出するステップと
を含むことを特徴とする二次電池監視方法。
A secondary battery monitoring method for a power supply system provided with a secondary battery as a backup power source,
Measuring the load current; and
Measuring the load current measurement time;
Calculating an amount of electricity per unit time based on the load current and the measurement time;
Subtracting the amount of electricity per unit time from the battery capacity of the secondary battery in order, and calculating the discharge sustainable time of the secondary battery.
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