JP2011254585A - 蓄電状態制御装置及び蓄電状態制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池の劣化を監視可能とし、組電池の単位電池間の端子電圧を均一化して規定範囲内に収める。
【解決手段】通常時には、常時充電状態にあり、かつ、複数の単位電池を有する組電池における各単位電池ＵＸの端子電圧を測定してその内部抵抗を測定する蓄電状態制御装置において、内部抵抗測定回路は、測定対象の単位電池ＵＸからの電力供給を受けて動作し、電圧測定回路により測定した単位電池ＵＸの端子電圧が規定電圧範囲に収まるように、単位電池ＵＸに内部抵抗測定回路を接続して電力消費を行わせる単位時間当たりの測定頻度を変更する制御部を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電状態制御装置及び蓄電状態制御装置の制御方法に係り、特に複数の単位電池が直並列に接続された組電池の蓄電状態を制御する蓄電状態制御装置及び蓄電状態制御装置の制御方法に関する。

非常用電源設備では、停電時の電力確保のため、複数の蓄電池により構成された蓄電ユニットを備えている。
この蓄電ユニットは、複数の単位電池（セル）が直列に接続された組電池として構成され、商用交流電源を整流して所定の電圧により微少電流でフロート充電されているが、各単位電池の製造ばらつきや組電池として使用された時の単位電池間の温度分布などによって、各単位電池の電圧のばらつきが生じ、各単位電池の放電容量が異なることとなる。
この結果、組電池としての放電容量が減少するという問題が生じていた。
これを解決するため、特許文献１、２には、単位電池間の電圧のばらつきを低減するために、単位電池電圧が高くなった時にツェナーダイオードに放電させる方法が開示されている。

また、特許文献３には、組電池の単位電池電圧のばらつきを低減するために、電圧検出回路により、単位電池の端子電圧を検出し、電流バイパス回路で単位電池の充放電制御を行う方法が開示されている。
また、特許文献４、５には、組電池の単位電池間の電圧レベルを均一化するために、単位電池ごとに充電器を設ける方法が開示されている。
また、特許文献６には、組電池の単位電池間の端子電圧を均等化するために、単位電池をスイッチにより切り替えながら単位電池ごとに充放電を行う方法が開示されている。

また、特許文献７には、組電池の充電容量が単位電池ごとの容量ばらつきによる制限を受けないようにするために、端子電圧が平均電圧より高い単位電池を放電させる方法が開示されている。
ところで、組電池に用いられる各単位電池は、常時商用電源により充電されているため、電圧測定だけでは、各単位電池の健全性（劣化）を判定することは困難である。
単位電池としての蓄電池では、蓄電池の劣化に伴って内部抵抗が上昇することが知られている。このため、蓄電池の劣化を監視するために、定期的または連続的に蓄電池の内部抵抗を測定することが行われている。この内部抵抗の測定方法としては、交流４端子法が一般的に用いられている。

蓄電池の内部抵抗を測定する場合、蓄電池の両端子に交流電源および電圧計を接続し、蓄電池に交流電流を流しながら蓄電池の起電力を測定し、蓄電池の起電力を供給した交流電流値で除することにより、蓄電池の内部抵抗を算出する。ここで、内部抵抗の測定時に蓄電池に交流電流を流す場合、回路構成や製造コストなどを考慮して抵抗やトランジスタを介して蓄電池を放電させる方法が一般的に行われている。
具体的には、例えば、単位電池（セル）は、原則的に２．２３±０．１Ｖ／セルとなるように充電器で制御されているのであるが、組電池を構成する多数の単位電池の中には許容範囲を超えてしまうものがある。

特開２００１−１７８００３号公報 特開２００４−５５４５１号公報 特開２００４−２３８０３号公報 特開２００３−１５８８２８号公報 特開平６−２９５７４６号公報 特開２００２−３６９４００号公報 特開２０００−８３３２７号公報

これは、多数の単位電池を接続することにより、単位電池間の微妙な特性差が個々の単位電池の電圧に影響し、さらには、それが相互に他の単位電池にも影響を及ぼすためである。
このような状況は、組電池のユーザに不安を与え、単位電池の寿命ではないにもかかわらず、単位電池の交換などが行われてしまうという不具合があった。
しかしながら、従来の内部抵抗測定方法では、各単位電池に流される電流および測定時間が同一に設定されていたため、各単位電池の製造ばらつきや温度分布などに起因する端子電圧のばらつきを低減することができないという問題があった。
また、特許文献１〜７に開示された方法では、組電池の充放電を行うためには、単位電池の劣化を監視するための蓄電状態制御装置とは別個に、充電器や電流バイパス回路を単位電池ごとに専用に設ける必要があり、コストアップを招くとともに装置構成が煩雑化するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、蓄電ユニットとしての組電池の劣化を監視することを可能としつつ、組電池の単位電池間の端子電圧を均一化して規定範囲内に収めることが可能な蓄電状態制御装置及び蓄電状態制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の蓄電状態制御装置は、通常時には常時充電状態にあり、かつ、複数の単位電池を有する組電池における各単位電池の端子電圧を測定する電圧測定回路と、前記単位電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定回路と、を備え、前記単位電圧の蓄電状態を制御する蓄電状態制御装置において、前記内部抵抗測定回路は、測定対象の単位電池からの電力供給を受けて動作するものであり、前記電圧測定回路により測定した単位電池の前記端子電圧に基づいて、当該単位電池の端子電圧が規定電圧範囲に収まるように、前記単位電池に前記内部抵抗測定回路を接続して電力消費を行わせる単位時間当たりの測定頻度を変更する制御部を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、電圧測定回路により測定した単位電池の端子電圧に基づいて、単位電池に前記内部抵抗測定回路を接続して電力消費を行わせる単位時間当たりの測定頻度を変更して、当該単位電池の消費電力量を制御し、当該単位電池の端子電圧を規定電圧範囲に収めることができる。
したがって、組電池の劣化を監視することを可能としつつ、組電池の単位電池間の端子電圧を均一化できる。

この場合において、前記制御部は、前記端子電圧が前記規定電圧範囲の上限電圧を超える場合に、前記測定頻度を高くするようにしてもよい。
上記構成によれば、端子電圧が前記規定電圧範囲の上限電圧を超える場合には、単位時間当たりの単位電池の消費電力量を増加させて、端子電圧を規定電圧範囲に収めることができる。
また、前記制御部は、前記端子電圧が前記規定電圧範囲の下限電圧を下回る場合に、前記頻度を低くするようにしてもよい。
上記構成によれば、端子電圧が前記規定電圧範囲の下限電圧を下回る場合には、単位時間当たりの単位電池の消費電力量を減少させて、充電により端子電圧を規定電圧範囲に収めることができる。

また、本発明の蓄電状態制御方法は、通常時には常時充電状態にあり、かつ、複数の単位電池を有する組電池における各単位電池の端子電圧を測定する電圧測定回路と、前記単位電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定回路と、を備え、前記単位電圧の蓄電状態を制御する蓄電状態制御装置の制御方法において、前記内部抵抗測定回路は、測定対象の単位電池からの電力供給を受けて動作するものであり、前記単位電池の端子電圧を測定する端子電圧測定過程と、前記測定した単位電池の前記端子電圧に基づいて、当該単位電池の端子電圧が規定電圧範囲に収まるように、前記単位電池に前記内部抵抗測定回路を接続して電力消費を行わせる単位時間当たりの測定頻度を変更する制御過程と、を備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、電圧測定回路により測定した単位電池の端子電圧に基づいて、単位電池に前記内部抵抗測定回路を接続して電力消費を行わせる単位時間当たりの測定頻度を変更して、当該単位電池の消費電力量を制御し、当該単位電池の端子電圧を規定電圧範囲に収めることができる。
したがって、組電池の劣化を監視することを可能としつつ、組電池の単位電池間の端子電圧を均一化できる。

本発明によれば、組電池の劣化を監視することを可能としつつ、組電池の単位電池間の端子電圧を均一化して規定範囲内に収めることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る蓄電状態制御装置が用いられる蓄電ユニットシステムの概略構成を示すブロック図である。 蓄電状態制御装置の機能ブロック図である。 蓄電状態制御装置の概要構成ブロック図である。 単位電池の端子電圧測定時の処理フローチャートである。 単位電池の端子電圧測定時の他の処理フローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る蓄電状態制御装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電状態制御装置が用いられる蓄電ユニットシステムの概略構成を示すブロック図である。
蓄電ユニットシステム１０は、複数の単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…が直列に接続された蓄電ユニット１２と、商用交流電源１１から電力供給を受け、交流直流変換を行って蓄電ユニット１２に充電電力を供給する整流器（充電器）１３と、整流器１３または蓄電ユニット１２から電力が供給される負荷１４と、蓄電ユニット１２を構成する直列接続された複数の単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の端子電圧および内部抵抗を測定して各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の蓄電状態を制御する蓄電状態制御装置１５と、を備えている。
ここで、整流器１３は、定電圧定電流形の整流器となっている。

蓄電状態制御装置１５は、測定制御回路１８からの選択制御信号ＳＥＬに基づいて測定対象の単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…のいずれかを測定対象として切り替える入力切替回路１６と、各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の端子電圧（直流電圧）あるいは交流増幅器の出力電圧のいずれかに切り替える測定切替回路１７と、各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の端子電圧及び内部抵抗値をそれぞれ所定の周期で測定するとともに、各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の端子電圧が所定の電圧範囲に収まるように、各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の放電制御を行う測定制御回路１８と、を備えている。
上記構成において、通常動作時においては、蓄電ユニット１２は、商用交流電源１１からの電力を整流器１３により変換して充電されるとともに、負荷１４も整流器１３から電力が供給される。

ここで、蓄電状態制御装置１５は、蓄電ユニット１２を構成する各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の端子電圧を所定の端子電圧測定時間（例えば、１０分）ごとに測定し、各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の内部抵抗を所定の内部抵抗測定時間毎（例えば、１時間）に測定するとともに、内部抵抗測定に伴い、各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の電力消費を行う。この場合において、さらに必要に応じて端子電圧が所定の電圧範囲内に収まるように、各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の内部抵抗測定を行い、その消費電力量が放電量として設定される。
一方、停電時には、商用交流電源１１からの電力の供給がなされないので、蓄電ユニット１２に蓄えた電力が負荷１４に供給される。

ここで、詳細な説明に先立ち、蓄電状態制御装置の機能について説明する。
図２は、蓄電状態制御装置の機能ブロック図である。
蓄電状態制御装置１５は、通常時には外部の充電回路により充電状態にある各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の端子電圧のいずれかを測定対象として切り替える。また測定対象の単位電池ＵＸの端子電圧（直流電圧）あるいは交流増幅器の出力電圧（交流電圧）のいずれかに切り替える入力／測定切替機能Ｆ１と、所定の端子電圧測定周期毎に測定する電圧測定機能Ｆ２と、所定の内部抵抗測定周期毎に測定対象の単位電池ＵＸの内部抵抗を測定するとともに、当該単位電池ＵＸの端子電圧が規定電圧範囲に収まるように電力消費を適宜行わせる内部抵抗測定機能Ｆ３と、単位電池ＵＸの端子電圧が規定電圧範囲に収まるように電力消費を制御すべきか否かを判別するために、単位電池ＵＸの端子電圧が規定電圧範囲の上限電圧Ｖ１を超えているか否かを判別する電圧判別機能Ｆ４と、電圧判別機能Ｆ４の判別結果に基づいて、単位電池ＵＸの端子電圧が規定電圧範囲の上限電圧Ｖ１を超えている場合に、内部抵抗測定機能Ｆ３を実現する周期を短く設定（測定頻度を高く設定）する周期設定機能Ｆ５と、外部機器との通信を行う外部通信機能Ｆ６と、単位電池ＵＸからの電力供給を受けて、蓄電状態制御装置１５の各部に電源を供給する駆動用電源供給機能Ｆ７と、を備えている。
なお、蓄電状態制御装置１５において、図１の構成ブロック図と図２の機能ブロック図との対応関係は、入力切替回路１６及び測定切替回路１７が入力／測定切替機能Ｆ１で切替操作されるものであり、また、測定制御回路１８は、電圧測定機能Ｆ２、内部抵抗測定機能Ｆ３、電圧判別機能Ｆ４、周期設定機能Ｆ５、外部通信機能Ｆ６及び駆動用電源供給機能Ｆ７を備えている。

上記構成によれば、駆動用電源供給機能Ｆ７は、単位電池ＵＸから蓄電状態制御装置１５の各回路に電力を供給する。
蓄電状態制御装置１５の電圧測定機能Ｆ２は、入力／測定切替機能Ｆ１により切り替えられた測定対象の単位電池ＵＸの端子電圧を所定の端子電圧測定周期毎に測定する。また、各単位電池ＵＸの端子電圧（直流電圧）あるいは交流増幅器の出力電圧（交流電圧）のいずれかに切り替える。
これにより、電圧判別機能Ｆ４は、単位電池ＵＸの端子電圧が規定電圧範囲の上限電圧Ｖ１を超えているか否かを判別する。
これにより、周期設定機能Ｆ５は、電圧判別機能Ｆ４の判別結果に基づいて、単位電池ＵＸの端子電圧が規定電圧範囲の上限電圧Ｖ１を超えている場合に、内部抵抗測定機能Ｆ３を実施する周期を短く設定（測定頻度を高く設定）する。

一方、内部抵抗測定機能Ｆ３は、周期設定機能Ｆ５により設定された内部抵抗測定周期毎に入力／測定切替機能Ｆ１により切り替えられた測定対象の単位電池ＵＸの内部抵抗を測定する。
ところで、内部抵抗測定機能Ｆ３が測定を行う際には、内部抵抗測定機能Ｆ３は、駆動用電源供給機能Ｆ７により、単位電池ＵＸからの電力供給を受けることとなるので、周期設定機能Ｆ５により設定された内部抵抗測定周期が短く、測定頻度が高く設定されている場合には、当該単位電池ＵＸの消費電力量が多くなり、このような制御を行わない他の単位電池と比較して、当該単位電池ＵＸの端子電圧がより多く低下することとなり規定電圧範囲に収まることとなる。
これらと並行して、外部通信機能Ｆ６は、電圧測定機能Ｆ２あるいは内部抵抗測定機能Ｆ３の結果、電圧異常、内部抵抗異常などが検出された場合にはその旨を外部機器に通知することとなる。

また、電圧判別機能Ｆ４として、単位電池ＵＸの端子電圧が規定電圧範囲の下限電圧Ｖ２未満であるか否かを判別する機能を設ければ、周期設定機能Ｆ５により設定された内部抵抗測定周期が長く、測定頻度が低く設定されて当該単位電池ＵＸの消費電力量が少なくなり、このような制御を行わない他の単位電池と比較して、単位電池ＵＸの端子電圧が充電により、より多く上昇することとなり規定電圧範囲に収めることができる。

次に蓄電状態制御装置のより具体的な構成について説明する。
図３は、蓄電状態制御装置の概要構成ブロック図である。
蓄電状態制御装置１５の入力切替回路１６は、測定制御回路１８からの選択制御信号ＳＥＬに基づいて、内部抵抗測定対象の単位電池ＵＸに対応する交流４端子法の測定用配線（４本）を選択的に切り替えて測定制御回路１７の入力ラインＬＩ１、ＬＩ２および出力ラインＬＯ１、ＬＯ２に接続する複数のスイッチを備えている。
より具体的には、各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…にはそれぞれ端子Ｔ１〜Ｔ４が設けられており、端子Ｔ１，Ｔ２が電圧測定用端子であり、端子Ｔ３，Ｔ４が交流電流供給端子となっている。なお、実際の回路では、隣接する単位電池の端子Ｔ３と、端子Ｔ４とを共用してもよい。例えば、単位電池Ｕ１の端子Ｔ４と、単位電池Ｕ２の端子Ｔ３とは、同時に使用されることはないため、同一の端子として構成することができる。

測定制御回路１７は、内部抵抗測定対象の単位電池ＵＸから入力ラインＬＩ１、ＬＩ２を介して測定制御回路１７を構成する各回路に電力を供給する電源回路２１と、出力ラインＬＯ１、ＬＯ２を介して印加された交流電圧を増幅する交流増幅器２２と、入力ラインＬＩ１、ＬＩ２を介して所定周波数の内部抵抗測定用の交流電流を供給する電流ドライバ２３と、測定対象の単位電池ＵＸの端子電圧（直流電圧）あるいは交流増幅器２２の出力電圧（交流電圧に相当する直流電圧）のＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換部２４と、測定対象の単位電池ＵＸの端子電圧（直流電圧）あるいは交流増幅器２２の出力電圧のいずれかを排他的にＡ／Ｄ変換部２４に出力させる切替回路２５と、測定対象の単位電池ＵＸを接続する周期を制御するための周期設定タイマ２６と、内部抵抗測定時に、測定対象の単位電池に供給する交流電流を制御するための交流電流制御データを交流電流制御信号に変換して電流ドライバ２３に供給するＤ／Ａ変換部２７と、測定制御回路１７全体を制御する制御部２８と、を備えている。なお、電源回路２１は、単位電池ＵＸから測定制御回路１７の各回路に電源を供給するときは、単位電池ＵＸの２Ｖ入力から図示しないＤＣ−ＤＣコンバータを介して５Ｖに変換して行う。

上記構成において、測定対象の単位電池ＵＸに対応する端子Ｔ１、Ｔ２は、スイッチ端子Ｃ１、Ｃ２を介して交流増幅器２２及び切替回路２５に接続され、端子Ｔ３、Ｔ４は、スイッチ端子Ｃ３、Ｃ４を介して電源回路２１及び電流ドライバ２３に接続されて、端子電圧及び内部抵抗の測定が行われる。

図４は、単位電池の端子電圧測定時の処理フローチャートである。
この場合において、制御部２８は、自己が周期設定タイマ２６に対して設定した端子電圧測定タイミング（端子電圧測定周期）に基づいて割込がなされることにより、電圧測定の処理を実行することとなる。
まず、制御部２８は、周期設定タイマ２６により所定周期で端子電圧測定のタイミングに割込がなされると、選択制御信号ＳＥＬを入力切替回路１６に出力し、測定対象の単位電池ＵＸに対応する端子Ｔ１、Ｔ２を、当該端子Ｔ１、Ｔ２に対応するスイッチ端子Ｃ１、Ｃ２を介して切替回路２５に接続させる。
これにより、切替回路２５は、測定対象の単位電池ＵＸに対応する端子Ｔ１、Ｔ２を対応するスイッチ端子Ｃ１、Ｃ２を介してＡ／Ｄ変換部２４に直接接続する。

この結果、Ａ／Ｄ変換部２４は、測定対象の単位電池ＵＸの端子電圧のＡ／Ｄ変換を行って制御部２８に端子電圧データを出力する（ステップＳ１１）。
これにより制御部２８は、入力された端子電圧データに対応する測定した端子電圧Ｖが、所定の基準電圧Ｖ１を超えているか否か、すなわち、測定対象の単位電池ＵＸの内部抵抗測定に伴う電力消費を行って端子電圧の調整を行うべきか否かを判別する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１２の判別において、入力された端子電圧データに対応する測定した端子電圧Ｖが、所定の上限電圧Ｖ１を超えていない場合には（ステップＳ１２；Ｎｏ）、内部抵抗測定を行うタイミングを規定するための内部抵抗測定周期ＴＭを初期化して、内部抵抗測定周期ＴＭをＴＭ０（＝内部抵抗測定周期初期値）とする（ステップＳ１３）。すなわち、本実施形態においては、内部抵抗測定周期ＴＭをＴＭ０＝１時間に設定する。

一方、ステップＳ１２の判別において、入力された端子電圧データに対応する端子電圧Ｖが、所定の上限電圧Ｖ１を超えている場合には、内部抵抗測定を行うタイミングを規定するための内部抵抗測定周期ＴＭをＴＭ１（ＴＭ１＜ＴＭ）に変更して周期設定タイマ２６に設定する（ステップＳ１４）。
ここで、具体的には内部抵抗測定周期ＴＭ１は、内部抵抗測定周期ＴＭの初期値ＴＭ０＝１時間の場合には、端子電圧Ｖと上限電圧Ｖ１の差（ΔＶ＝Ｖ−Ｖ１）に基づいて、３０分、２０分、１５分などの値（管理の容易さからは、整数分の１）とする。上述の例の場合、内部抵抗測定を行うことによる単位時間（＝１時間）当たりの消費電力の増加は、２倍（３０分の場合）、３倍（２０分の場合）、４倍（１５分の場合）となるが、特定の単位電池のみ急激に消費電力量を増やすことは望ましくないため、最大で４倍程度とするのが望ましいが、適宜変更が可能である。

そして、周期設定タイマ２６に設定された内部抵抗測定周期ＴＭに対応するタイミングになり、内部抵抗測定割込がなされると、制御部２８は、内部抵抗測定の処理を実行することとなる。
まず、制御部２８は、選択制御信号ＳＥＬを入力切替回路１６に出力し、測定対象の単位電池ＵＸに対応する端子Ｔ１、Ｔ２を、当該端子Ｔ１、Ｔ２に対応するスイッチ端子Ｃ１、Ｃ２を介して交流増幅器２２及び切替回路２５に接続させる。

これにより、切替回路２５は、測定対象の単位電池ＵＸに対応する端子Ｔ１、Ｔ２を、対応するスイッチ端子Ｃ１、Ｃ２を介して交流増幅器２２及びＡ／Ｄ変換部２４に接続する。
また、測定対象の単位電池ＵＸに対応する端子Ｔ３、Ｔ４を、当該端子Ｔ３、Ｔ４に対応するスイッチ端子Ｃ３、Ｃ４を介して電源回路２１、電流ドライバ２３及びＤ／Ａ変換部２７に接続させる。ここで、交流増幅器２２、Ａ／Ｄ変換部２４、Ｄ／Ａ変換部２７および電流ドライバ２３は、交流４端子法による内部抵抗測定回路として機能する。

この結果、Ｄ／Ａ変換部２７は、制御部２８から入力された交流電流制御データのＤ／Ａ変換を行って、交流電流制御信号を電流ドライバ２３に出力する。
次いで、電流ドライバ２３から所定の交流周波数を有する計測用交流電流をスイッチ端子Ｃ３、Ｃ４を介して測定対象の単位電池ＵＸに供給する。このとき、電流ドライバ２３は、電源回路２１を介して単位電池ＵＸに接続され、単位電池ＵＸから電力供給を受けているため、計測用交流電流を供給した分だけ単位電池ＵＸは電力を消費することとなる。ここで、計測用交流電流の交流周波数としては、例えば、商用交流電源１１の周波数が５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの場合には、電源周波数の影響の出にくい７０Ｈｚ〜９０Ｈｚ程度の周波数が用いられる。
これにより、測定対象の単位電池ＵＸには、交流電圧が発生するので、この交流電圧を単位電池ＵＸに対応する端子Ｔ１、Ｔ２およびスイッチ端子Ｃ１、Ｃ２を介して交流増幅器２２に入力する。
交流増幅器２２は、測定対象の単位電池ＵＸに発生した交流電圧を増幅して、Ａ／Ｄ変換部２４に出力する。Ａ／Ｄ変換部２４は、増幅された交流電圧のＡ／Ｄ変換を行って、制御部２８に内部抵抗電圧データを出力する。

これらの結果、制御部２８は、入力された内部抵抗電圧データに対応する内部抵抗電圧値および交流電流制御データに対応する交流電流値に基づいて、測定対象の単位電池ＵＸの内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値が良品と判断すべき所定の内部抵抗値範囲にあるか否かを判別し、当該内部抵抗値範囲内であるならば、待機状態となり、当該内部抵抗値範囲外である場合には、その旨の警告を図示しない警告装置などによりユーザに通知することとなる。
また、内部抵抗測定を行う頻度（単位時間当たりの測定頻度）が増えた単位電池ＵＸは、上述の内部抵抗測定処理のために、蓄電状態制御装置１５により電力が消費されることにより、放電量が実効的に増加し、端子電圧が低下して所定の規定電圧範囲内に収まることとなる。
これにより、蓄電ユニット１２を構成する単位電池ＵＸの端子電圧のばらつきを抑制でき、端子電圧ばらつきによる不良と判断されて、交換される単位電池ＵＸの数を減少することができる。

これにより、製造ばらつきや温度分布などに起因して各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の端子電圧にばらつきが発生した場合においても、単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の電力消費を行うことで、単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…間の端子電圧を均一化することが可能となるとともに、それらの内部抵抗の測定を行うことが可能となる。このため、蓄電状態制御装置１５を設けることで、充電器や電流バイパス回路を単位電池ごとに専用に設けることなく、単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…間の端子電圧を均一化することが可能となり、コストアップを抑制しつつ、組電池の長寿命化を図ることが可能となるとともに、組電池の劣化を監視することが可能となる。

以上の説明においては、端子電圧が所定の電圧より高い単位電池について、内部抵抗測定周期を短くして内部抵抗測定頻度を上げることにより端子電圧を規定電圧範囲内に収めるように構成していたが、必ずしも毎回内部抵抗測定を行う必要はなく、例えば、１時間毎に内部抵抗測定を行うとともに、他の内部抵抗測定回路の接続時（例えば、測定周期を２０分とした場合に、２０分後及び４０分後）には、蓄電状態制御装置１５に電力消費だけを行わせるようにすることも可能である。具体的には、制御部２８は、内部抵抗測定を擬似的に行うため、交流増幅器２２、電流ドライバ２３、Ａ／Ｄ変換部２４及びＤ／Ａ変換部２７を動作させて、Ａ／Ｄ変換部２４の出力データを読み捨てるようにしたり、交流増幅器２２、電流ドライバ２３、Ａ／Ｄ変換部２４及びＤ／Ａ変換部２７のうち一または複数を動作させたりして、電力消費（放電）のみさせるように構成することも可能である。

また、以上の説明においては、端子電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より高い単位電池について、内部抵抗測定周期を短くして内部抵抗測定頻度を上げることにより端子電圧を規定電圧範囲内に収めるように構成していたが、端子電圧Ｖが規定電圧範囲の下限電圧Ｖ２より低い単位電池については、内部抵抗測定周期を長くして内部抵抗測定頻度を下げることにより、このような制御を行わない場合と比較して、端子電圧をより短い時間で規定電圧範囲内に収めるように構成することも可能である。これは、内部抵抗が数時間程度では変化しないことによるものである。
以下、端子電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より高い単位電池について、内部抵抗測定周期を短くして内部抵抗測定頻度を上げ、端子電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より低い単位電池については、内部抵抗測定周期を長くして内部抵抗測定頻度を下げる場合の電圧測定時の処理について説明する。

図５は、単位電池の端子電圧測定時の他の処理フローチャートである。
この場合においても、制御部２８は、自己が周期設定タイマ２６に対して設定した端子電圧測定タイミング（端子電圧測定周期）に基づいて割込がなされることにより、電圧測定の処理を実行することとなる。

まず、制御部２８は、周期設定タイマ２６により所定周期で端子電圧測定のタイミングに割込がなされると、選択制御信号ＳＥＬを入力切替回路１６に出力し、測定対象の単位電池ＵＸに対応する端子Ｔ１、Ｔ２を、当該端子Ｔ１、Ｔ２に対応するスイッチ端子Ｃ１、Ｃ２を介して交流増幅器２２及び切替回路２５に接続させる。
これにより、切替回路２５は、測定対象の単位電池ＵＸに対応する端子Ｔ１、Ｔ２を対応するスイッチ端子Ｃ１、Ｃ２を介してＡ／Ｄ変換部２４に直接接続する。
この結果、Ａ／Ｄ変換部２４は、測定対象の単位電池ＵＸの端子電圧のＡ／Ｄ変換を行って制御部２８に端子電圧データを出力する（ステップＳ２１）。
これにより制御部２８は、入力された端子電圧データに対応する測定した端子電圧Ｖが、所定の上限電圧Ｖ１を超えているか否か、すなわち、測定対象の単位電池ＵＸの放電を行って端子電圧の調整を行うべきか否かを判別する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２２の判別において、入力された端子電圧データに対応する測定した端子電圧Ｖが、所定の上限電圧Ｖ１を超えていない場合には（ステップＳ２２；Ｎｏ）、制御部２８は、入力された端子電圧データに対応する測定した端子電圧Ｖが、所定の下限電圧Ｖ２未満であるか否か、すなわち、測定対象の単位電池ＵＸの放電を減らして端子電圧の調整を行うべきか否かを判別する（ステップＳ２３）。
ステップＳ２３の判別において、入力された端子電圧データに対応する測定した端子電圧Ｖが、所定の下限電圧Ｖ２未満である場合には（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、内部抵抗測定を行うタイミングを規定するための内部抵抗測定周期ＴＭをＴＭ２（ＴＭ２＞ＴＭ）に変更する（ステップＳ２４）。

ここで、具体的には内部抵抗測定周期ＴＭ２は、初期値ＴＭ０＝１時間の場合には、端子電圧Ｖと下限電圧Ｖ２の差（ΔＶ＝Ｖ−Ｖ２）に基づいて、２時間、４時間、８時間などの値（管理の容易さからは、整数倍の値）とする。上述の例の場合、内部抵抗測定を行うことによる単位時間（＝１時間）当たりの消費電力の減少は、１／２倍（２時間の場合）、１／４倍（４時間の場合）、１／８倍（８時間の場合）となる。
この結果、内部抵抗測定を行う頻度が減った単位電池ＵＸは、消費電力量が実効的に減少し、充電量が増加し、端子電圧が上昇して所定の規定電圧範囲内に収まることとなる。
これにより、蓄電ユニット１２を構成する単位電池ＵＸの端子電圧のばらつきを抑制でき、端子電圧ばらつきによる不良と判断されて、交換される単位電池ＵＸの数を減少することができる。

ステップＳ２３の判別において、入力された端子電圧データに対応する測定した端子電圧Ｖが、所定の下限電圧Ｖ２以上である場合には（ステップＳ２３；Ｎｏ）、現在の単位電池の電圧は、規定電圧範囲内（Ｖ１≧Ｖ≧Ｖ２）であるので、内部抵抗測定を行うタイミングを規定するための内部抵抗測定周期ＴＭを初期化して、ＴＭをＴＭ０とする（ステップＳ１２）。すなわち、本実施形態においては、内部抵抗測定周期ＴＭをＴＭ０＝１時間に設定する。
一方、ステップＳ２２の判別において、入力された端子電圧データに対応する端子電圧Ｖが、所定の上限電圧Ｖ１を超えている場合には（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、内部抵抗測定を行うタイミングを規定するための内部抵抗測定周期ＴＭをＴＭ１（ＴＭ１＜ＴＭ）に変更する（ステップＳ２６）。

この結果、内部抵抗測定を行う頻度が増えた単位電池ＵＸは、蓄電状態制御装置１５により電力が消費されることにより、消費電力量が実効的に増加し、端子電圧が低下して所定の規定電圧範囲内に収まることとなる。
これにより、蓄電ユニット１２を構成する単位電池ＵＸの端子電圧のばらつきを抑制でき、端子電圧ばらつきによる不良と判断されて、交換される単位電池ＵＸの数を減少することができる。
これにより、この実施形態においても、製造ばらつきや温度分布などに起因して各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の端子電圧にばらつきが発生した場合に蓄電状態制御装置１５を設けることで、充電器や電流バイパス回路を単位電池ごとに専用に設けることなく、単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…間の端子電圧を均一化することが可能となり、コストアップを抑制しつつ、組電池の長寿命化を図ることが可能となるとともに、組電池の劣化を監視することが可能となる。

２００Ａｈ−２Ｖの単位電池（制御弁式鉛蓄電池）を１５６個直列に接続した蓄電ユニットと、インバータにより非常用電源設備を構成し、上述の蓄電状態制御装置を接続し、単位電池の端子電圧及び内部抵抗を測定した。
この場合に蓄電ユニットは、商用交流電源を整流して２．２３Ｖ／セルとなる電圧３４８Ｖの電圧で常時微小電流でフロート充電されている。
この非常用電源設備を設置、稼働してから１年経過したときの各単位電池の端子電圧を測定したところ、端子電圧が規定電圧の上限値である２．３３Ｖを超えている単位電池が５個、端子電圧が規定電圧の下限値である２．１１Ｖより低い単位電池が３個確認された。

この時点で、蓄電状態制御装置を動作させ、端子電圧が２．３３Ｖを超えている単位電池については、内部抵抗測定周期を１時間から２０分に変更する設定を行って、その後の各単位電池の電圧挙動を確認した。
１ヶ月経過後には、全単位電池が規定電圧範囲（２．１３〜２．３３Ｖ）内にあることが確認された。
その後も、ここの単位電池の端子電圧の変動は生じるものの、長期間にわたって、規定電圧範囲内に各単位電池の電圧を維持することができた。
以上の説明のように、本実施例によれば、蓄電ユニットを構成する各単位電池の電圧ばらつきを低減できることが確認できた。

これにより、製造ばらつきや温度分布などに起因して各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の端子電圧にばらつきが発生した場合においても、単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の電力消費を行うことで、単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…間の端子電圧を均一化することが可能となるとともに、それらの内部抵抗の測定を行うことが可能となる。このため、蓄電状態制御装置１５を設けることで、充電器や電流バイパス回路を単位電池ごとに専用に設けることなく、単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…間の端子電圧を均一化することが可能となり、コストアップを抑制しつつ、組電池の長寿命化を図ることが可能となるとともに、組電池の劣化を監視することが可能となる。

以上の説明においては、端子電圧Ｖと比較する電圧として規定電圧範囲の上限電圧Ｖ１あるいは下限電圧Ｖ２としていたが、規定電圧範囲内で適宜設定することが可能である。
なお、各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の放電制御および内部抵抗の算出処理は、これら処理を遂行させる命令が記述されたプログラムをマイクロコンピュータとして構成された制御部２８に実行させることにより実現することができる。
そして、このプログラムをＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶しておけば、マイクロコンピュータとしての制御部２８にプログラムをインストールすることにより、各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の放電制御および内部抵抗の算出処理を実現することができる。

なお、以上の説明においては、計測対象の単位電池ＵＸを、蓄電状態制御装置１５の各部に電源を供給する頻度を変えることで、単位電池ＵＸの消費電力量を制御して、単位電池ＵＸの電圧を低下あるいは低下を抑制する例を示したが、蓄電状態制御装置１５の各部への電力供給は、商用交流電源１１から行い、計測対象の単位電池ＵＸからは、内部抵抗測定時にパルス的に放電させることによって、電力消費するようにしてもよい。
この場合は、入力切替回路１６により、計測対象の単位電池ＵＸに接続され、当該単位電池ＵＸの電圧を測定後に制御部２８からの信号により、Ｄ／Ａ変換された信号が電流ドライバ２３を作動させる。これにより、端子Ｔ３、Ｔ４を介して計測対象の単位電池ＵＸからパルス的あるいは正弦波状に一定の電流を放電させ、その際に単位電池ＵＸが発生する交流電圧を端子Ｔ１、Ｔ２を介し交流増幅器２２及びＡ／Ｄ変換部２４から制御部２８へ入力する。この結果、制御部２８は、単位電池ＵＸの放電による交流電流と入力された交流電流から内部抵抗を演算して求めることができるとともに、その計測の頻度を変えることで、単位電池ＵＸの放電量を制御して電圧を下げたり、それ以上下がるのを抑制したりすることができる。

１０ 蓄電ユニットシステム
１１ 商用交流電源
１２ 蓄電ユニット
１３ 整流器
１４ 負荷
１５ 蓄電状態制御装置
１６ 入力切替回路（電圧測定回路、内部抵抗測定回路）
１７ 測定切替回路
１８ 測定制御回路
２１ 電源回路
２２ 交流増幅器（内部抵抗測定回路）
２３ 電流ドライバ（内部抵抗測定回路）
２４ Ａ／Ｄ変換部（電圧測定回路、内部抵抗測定回路）
２５ 切替回路（電圧測定回路、内部抵抗測定回路）
２６ 周期設定タイマ
２７ Ｄ／Ａ変換部（内部抵抗測定回路）
２８ 制御部
ＳＥＬ 選択制御信号
ＴＭ、ＴＭ０、ＴＭ１、ＴＭ２ 内部抵抗測定周期
Ｕ１〜Ｕ３ 単位電池
ＵＸ 測定対象の単位電池
Ｖ 端子電圧
Ｖ１ 上限電圧
Ｖ２ 下限電圧

Claims (4)

1. 通常時には、常時充電状態にあり、かつ、複数の単位電池を有する組電池における各単位電池の端子電圧を測定する電圧測定回路と、前記単位電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定回路と、を備え、前記単位電池の蓄電状態を制御する蓄電状態制御装置において、
   前記内部抵抗測定回路は、測定対象の単位電池からの電力供給を受けて動作するものであり、
   前記電圧測定回路により測定した単位電池の前記端子電圧に基づいて、当該単位電池の端子電圧が規定電圧範囲に収まるように、前記単位電池に前記内部抵抗測定回路を接続して電力消費を行わせる単位時間当たりの測定頻度を変更する制御部を備えることを特徴とする蓄電状態制御装置。
2. 請求項１記載の蓄電状態制御装置において、
   前記制御部は、前記端子電圧が前記規定電圧範囲の上限電圧を超える場合に、前記測定頻度を高くすることを特徴とする蓄電状態制御装置。
3. 請求項２記載の蓄電状態制御装置において、
   前記制御部は、前記端子電圧が前記規定電圧範囲の下限電圧を下回る場合に、前記測定頻度を低くすることを特徴とする蓄電状態制御装置。
4. 通常時には、常時充電状態にあり、かつ、複数の単位電池を有する組電池における各単位電池の端子電圧を測定する電圧測定回路と、前記単位電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定回路と、を備え、前記単位電圧の蓄電状態を制御する蓄電状態制御装置の制御方法において、
   前記内部抵抗測定回路は、測定対象の単位電池からの電力供給を受けて動作するものであり、
   前記単位電池の端子電圧を測定する端子電圧測定過程と、
   前記測定した単位電池の前記端子電圧に基づいて、当該単位電池の端子電圧が規定電圧範囲に収まるように、前記単位電池に前記内部抵抗測定回路を接続して電力供給を行わせる単位時間当たりの測定頻度を変更する測定制御過程と、
   を備えたことを特徴とする蓄電状態制御装置の制御方法。

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