JP2012125121A - Charging system and storage battery degradation determination method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電システム及び蓄電池劣化判定方法に関する。 The present invention relates to a charging system and a storage battery deterioration determination method.
従来、複数の蓄電池から構成される組電池がある。例えば、組電池は、交流電源から出力される交流電力を直流電力に変換して負荷へ供給する電源システムなどにおいて、バックアップ用の電源として用いられる。かかる組電池は、例えば、整流器や充電器などによって充電される。 Conventionally, there is an assembled battery composed of a plurality of storage batteries. For example, the assembled battery is used as a backup power source in a power supply system that converts AC power output from an AC power source into DC power and supplies the load to a load. Such an assembled battery is charged by, for example, a rectifier or a charger.
ここで、組電池が充電される際には、組電池ごと充電電圧が印加されるので、組電池が有する個々の蓄電池に印加される電圧の大きさは不明である。各蓄電池が同一のものであれば、それぞれに印加される電圧も同一であることが期待される。しかし、製造上のばらつき及び運用上の取り扱いの差によって、組電池を構成する各蓄電池の充電電圧にばらつきが生じる場合がある。この充電電圧のばらつきが顕著になると、充電電圧が高い蓄電池は過充電となり、充電電圧が低い蓄電池は充電不足になり、いずれの場合でも蓄電池の劣化が促進される。 Here, when the assembled battery is charged, a charging voltage is applied to each assembled battery, so the magnitude of the voltage applied to each storage battery included in the assembled battery is unknown. If each storage battery is the same, the voltage applied to each is expected to be the same. However, the charging voltage of each storage battery constituting the assembled battery may vary depending on manufacturing variations and operational handling differences. When the variation in the charging voltage becomes significant, the storage battery having a high charging voltage is overcharged, and the storage battery having a low charging voltage becomes insufficiently charged, and in any case, the deterioration of the storage battery is promoted.
劣化が生じた蓄電池は、早期に交換することが要求される。そのため、従来、蓄電池の劣化を判定する各種の方法が提案されている。例えば、測定対象電池の劣化状態を測定する方法として、負荷に電力を供給する整流器の出力にさらに擬似負荷装置を接続し、負荷と擬似装置とに放電する放電電流に基づいて、電池の残存容量を算出する方法がある。また、劣化判定装置が、ユーザから、測定対象電池の放電条件情報の入力を受け付け、測定対象電池に基づいて接続された測定対象電池の端子電圧に基づいて、残存容量を算出する方法がある。 A storage battery that has deteriorated is required to be replaced at an early stage. Therefore, conventionally, various methods for determining the deterioration of the storage battery have been proposed. For example, as a method of measuring the deterioration state of a battery to be measured, a remaining capacity of the battery is determined based on a discharge current that is further connected to the output of a rectifier that supplies power to the load and is discharged to the load and the simulated device. There is a method to calculate. In addition, there is a method in which the deterioration determination device receives an input of discharge condition information of a measurement target battery from a user and calculates a remaining capacity based on a terminal voltage of the measurement target battery connected based on the measurement target battery.
しかしながら、上述した従来の充電システムでは、スペース、コスト及び人的稼動を削減しつつ、蓄電池の劣化判定を行うことができないという課題があった。例えば、擬似負荷装置を用いた方法では、擬似負荷装置の設置によるスペース及びコストが増大する。また、劣化判定装置を用いた方法では、作業者が現場において測定対象の電池ごとに劣化判定装置を接続する作業を行う必要があるため、人的稼動が大きい。 However, the above-described conventional charging system has a problem that it is not possible to determine the deterioration of the storage battery while reducing space, cost, and human operation. For example, in the method using the pseudo load device, the space and cost due to the installation of the pseudo load device increase. Further, in the method using the deterioration determination device, since the operator needs to perform an operation of connecting the deterioration determination device for each battery to be measured in the field, human operation is large.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スペース、コスト及び人的稼動を削減しつつ、蓄電池の劣化判定を行うことが可能な充電システム及び蓄電池劣化判定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a charging system and a storage battery deterioration determination method capable of determining deterioration of a storage battery while reducing space, cost, and human operation. And
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る充電システムは、複数の蓄電池を直列に接続して構成される組電池と、前記組電池が有する各蓄電池を充電する充電器と、前記複数の蓄電池の温度を計測する温度計測部と、前記温度計測部により計測された前記複数の蓄電池の温度を監視し、該複数の蓄電池の平均温度を含む設定範囲を逸脱した温度の蓄電池を検知した場合に、該蓄電池が劣化していると判定する劣化判定処理を行う劣化判定部とを有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a charging system according to the present invention includes an assembled battery configured by connecting a plurality of storage batteries in series, and a charger that charges each storage battery included in the assembled battery. And a temperature measuring unit that measures the temperature of the plurality of storage batteries, and the temperature of the plurality of storage batteries measured by the temperature measuring unit is monitored, and a temperature that deviates from a setting range that includes an average temperature of the plurality of storage batteries. And a deterioration determination unit that performs a deterioration determination process for determining that the storage battery has deteriorated when the storage battery is detected.
また、本発明に係る蓄電池劣化判定方法は、複数の蓄電池を直列に接続して構成される組電池と該組電池が有する各蓄電池を充電する充電器とを有する充電システムに適用される蓄電池劣化判定方法であって、前記複数の蓄電池の温度を計測するステップと、計測された前記複数の蓄電池の温度を監視し、該複数の蓄電池の平均温度を中心とした設定範囲を逸脱した温度の蓄電池を検知した場合に、該蓄電池が劣化していると判定する劣化判定処理を行うステップとを含んだことを特徴とする。 Moreover, the storage battery deterioration determination method according to the present invention is a storage battery deterioration applied to a charging system including an assembled battery configured by connecting a plurality of storage batteries in series and a charger for charging each storage battery included in the assembled battery. A determination method, the step of measuring the temperature of the plurality of storage batteries, the temperature of the measured plurality of storage batteries is monitored, and the storage battery having a temperature that deviates from a set range centering on the average temperature of the plurality of storage batteries And a step of performing a deterioration determination process for determining that the storage battery is deteriorated when the battery is detected.
本発明によれば、スペース、コスト及び人的稼動を削減しつつ、蓄電池の劣化判定を行うことが可能になるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to determine the deterioration of a storage battery while reducing space, cost, and human operation.
以下に、本発明に係る充電システム及び蓄電池劣化判定方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。 Embodiments of a charging system and a storage battery deterioration determination method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.
まず、図1を用いて、本実施例に係る充電システムの構成例について説明する。図1は、本実施例に係る充電システムの構成例を示す図である。図1に例示するように、本実施例に係る充電システム10は、組電池1と、充電器2と、温度計測部3と、劣化判定部4とを有する。
First, a configuration example of the charging system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a charging system according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 1, the
組電池1は、複数の単電池5を直列に接続して構成される。本実施例では、組電池1は、12個の単電池5を直列に接続して構成される。また、本実施例では、単電池5として、満充電電圧が4.1[V(ボルト)]、定格電圧が4.0[V]、定格容量が200[Ah(アンペアアワー)]のリチウムイオン蓄電池が用いられる。したがって、本実施例では、組電池1の満充電電圧は49.2[V]となり、定格電圧は48.0[V]となり、定格容量は200[Ah]となる。
The assembled battery 1 is configured by connecting a plurality of
充電器2は、組電池1が有する各単電池5を充電する。この充電器2は、出力電圧が単電池5の満充電電圧と単電池5の数との積により得られる電圧設定値に設定される。本実施例では、充電器2の出力電圧は、単電池5の満充電電圧4.1[V]と単電池5の直列数12の積により得られる49.2[V]に設定される。また、充電器2の最大出力電流は20[A(アンペア)]に設定される。
The charger 2 charges each
充電器2によって組電池1の充電が開始された直後は、充電当初は組電池1の電圧が低いため、充電器2の出力電圧は垂下して組電池1の電圧に一致する。その後、組電池1は一定の電流で充電され、充電が進行するにつれて組電池1の電圧が上昇する(定電流充電)。そして、組電池1の電圧が満充電電圧に達すると、充電電流は減少に転じる。その後は、一定の電圧で組電池1の充電が継続される(定電圧充電)。 Immediately after charging of the battery pack 1 by the charger 2, the voltage of the battery pack 1 is low at the beginning of charging, so that the output voltage of the battery charger 2 drops and matches the voltage of the battery pack 1. Thereafter, the assembled battery 1 is charged with a constant current, and the voltage of the assembled battery 1 rises as charging progresses (constant current charging). When the voltage of the assembled battery 1 reaches the full charge voltage, the charging current starts to decrease. Thereafter, charging of the assembled battery 1 is continued at a constant voltage (constant voltage charging).
温度計測部3は、組電池1が有する複数の単電池5の温度を計測する。本実施例では、単電池5の数と同じ数だけ温度計測部3が設けられる。各温度計測部3は、組電池1が有する複数の単電池5それぞれに接続され、各単電池5の温度を計測して劣化判定部4に通知する。
The
劣化判定部4は、温度計測部3により計測された複数の単電池5の温度を監視し、複数の単電池5の平均温度を含む設定範囲を逸脱した温度の蓄電池を検知した場合に、その単電池5が劣化していると判定する劣化判定処理を行う。
When the deterioration determination unit 4 monitors the temperature of the plurality of
具体的には、劣化判定部4は、複数の温度計測部3それぞれから各単電池5の温度を取得し、複数の単電池5の平均温度を算出する。また、劣化判定部4は、算出した平均温度を含む設定範囲を算出する。例えば、劣化判定部4は、平均温度を中心にして上下それぞれに一定の幅を有する設定範囲を設定する。本実施例では、劣化判定部4は、平均温度から±5[℃]の範囲を設定範囲として設定する。また、劣化判定部4は、組電池1が有する複数の単電池5の中で、設定範囲を逸脱する温度の単電池5があるか否かを判定する。そして、劣化判定部4は、設定範囲を逸脱する温度の単電池5があった場合に、その単電池5が劣化していると判定する。
Specifically, the deterioration determination unit 4 acquires the temperature of each
例えば、ある時点において、12個の単電池5の温度がそれぞれ22.0[℃]、23.2[℃]、24.1[℃]、21.8[℃]、25.4[℃]、22.6[℃]、24.1[℃]、23.3[℃]、23.1[℃]、21.7[℃]、22.0[℃]、23.1[℃]であったとする。
For example, at a certain point in time, the temperature of 12
この場合には、劣化判定部4は、平均温度を23.0[℃]と算出する。そして、この時点では、平均温度から最も逸脱しているのは温度が25.4[℃]の単電池5であり、この単電池5の温度の平均温度からの乖離は2.4[℃]である。つまり、この時点では、全ての単電池5の温度が平均温度±5[℃]の設定範囲内にある。したがって、この時点では、劣化判定部4は、いずれの単電池5についても、劣化していると判定しない。
In this case, the deterioration determination unit 4 calculates the average temperature as 23.0 [° C.]. At this time, the most deviating from the average temperature is the
また、別の時点において、例えば、12個の単電池5の温度がそれぞれ22.0[℃]、23.2[℃]、24.1[℃]、21.8[℃]、28.4[℃]、22.6[℃]、24.1[℃]、23.3[℃]、23.1[℃]、21.7[℃]、22.0[℃]、23.1[℃]であったとする。
At another time point, for example, the temperature of the 12
この場合には、劣化判定部4は、平均温度を23.3[℃]と算出する。そして、この時点では、平均温度から最も逸脱しているのは温度が28.4[℃]の単電池5であり、この単電池5の温度の平均温度からの乖離は5.1[℃]である。つまり、この時点では、この温度が28.4[℃]の単電池5が平均温度±5[℃]の設定範囲を逸脱している。したがって、この時点では、劣化判定部4は、この温度が28.4[℃]の単電池5が劣化していると判定する。
In this case, the deterioration determination unit 4 calculates the average temperature as 23.3 [° C.]. At this time, the most deviating from the average temperature is the
次に、図2を用いて、本実施例に係る劣化判定部4による制御について説明する。図2は、本実施例に係る劣化判定部4による制御の流れを示すフローチャートである。例えば、劣化判定部4は、あらかじめ決められた周期で、以下で説明する制御を実行する。 Next, control by the deterioration determination unit 4 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart illustrating a flow of control by the deterioration determination unit 4 according to the present embodiment. For example, the deterioration determination unit 4 performs the control described below at a predetermined cycle.
図2に示すように、まず、劣化判定部4は、充電器2の出力電圧が電圧設定値であるか否かと、充電器2の出力電流が所定の電流閾値以下であるか否かとをそれぞれ判定する(ステップS11)。 As shown in FIG. 2, first, the deterioration determination unit 4 determines whether or not the output voltage of the charger 2 is a voltage set value and whether or not the output current of the charger 2 is equal to or less than a predetermined current threshold. Determination is made (step S11).
前述したように、電圧設定値は、単電池5の満充電電圧と単電池5の数との積により得られる電圧値である。また、所定の電流閾値は、充電器2が垂下している間の一定電流より低い電流値とする。つまり、充電器2の出力電圧が電圧設定値にある状態、又は、充電器2の出力電流が所定の電流閾値以下である状態は、充電器2の垂下が停止している状態を示している。すなわち、劣化判定部4は、ステップS11の判定を行うことで、充電器2の垂下が停止しているか否かを判定する。
As described above, the voltage setting value is a voltage value obtained by the product of the full charge voltage of the
そして、劣化判定部4は、充電器2の出力電圧が電圧設定値以下であるか、又は、充電器2の出力電流が所定の電流閾値以下であった場合に(ステップS11,Yes)、単電池5の劣化を判定する劣化判定処理を行う(ステップS12)。続いて、劣化判定部4は、劣化判定処理を行った結果、劣化していると判定された単電池5があったか否かを判定する(ステップS13)。
Then, when the output voltage of the charger 2 is equal to or lower than the voltage set value, or the output current of the charger 2 is equal to or lower than a predetermined current threshold (Yes in step S11), the deterioration determination unit 4 A deterioration determination process for determining the deterioration of the
そして、劣化していると判定された単電池5があった場合に(ステップS13,Yes)、劣化判定部4は、充電器2による充電を停止するよう制御する(ステップS14)。例えば、劣化判定部4は、充電器2に対して、充電を停止するよう指示する制御信号を送信する。また、劣化していると判定された単電池5があった場合に(ステップS13,Yes)、劣化判定部4は、警報を発出するよう制御する(ステップS15)。例えば、劣化判定部4は、充電システム10の外部に設けられた警報装置に対して、警報の発出を指示する外部信号を送信する。
And when there exists the
一方、劣化していると判定された単電池5がなかった場合には(ステップS13,No)、劣化判定部4は、処理を終了する。
On the other hand, when there is no
次に、図3を用いて、図2に示した劣化判定処理について説明する。図3は、図2に示した劣化判定処理の流れを示すフローチャートである。図3に示すように、まず、劣化判定部4は、複数の温度計測部3それぞれから各単電池5の温度を取得する(ステップS21)。そして、劣化判定部4は、取得した温度の平均値を算出する(ステップS22)。
Next, the deterioration determination process shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the flow of the deterioration determination process shown in FIG. As shown in FIG. 3, first, the deterioration determination unit 4 acquires the temperature of each
続いて、劣化判定部4は、算出した平均値から一定範囲を逸脱した単電池5があるか否かを判定する(ステップS23)。ここで、一定範囲を逸脱した単電池5がなかった場合には(ステップS23,No)、劣化判定部4は、一定範囲を逸脱した単電池5が検出されるまで、この判定を繰り返す。
Subsequently, the deterioration determination unit 4 determines whether or not there is a
そして、劣化判定部4は、平均値から一定範囲を逸脱した単電池5があった場合には(ステップS23,Yes)、その単電池5を劣化と判定する(ステップS24)。一方、平均値から一定範囲を逸脱した単電池5がなかった場合には(ステップS23,No)、劣化判定部4は、いずれの単電池5についても、劣化していると判定しない。
Then, when there is a
上述したように、本実施例に係る充電システム10は、組電池1と、充電器2と、温度計測部3と、劣化判定部4とを有する。組電池1は、複数の単電池5を直列に接続して構成される。充電器2は、組電池1が有する各単電池5を充電する。温度計測部3は、複数の単電池5の温度を計測する。劣化判定部4は、温度計測部3により計測された複数の単電池5の温度を監視し、複数の単電池5の平均温度を含む設定範囲を逸脱した温度の単電池5を検知した場合に、その単電池5が劣化していると判定する劣化判定処理を行う。
As described above, the charging
このように、本実施例では、各単電池5の温度に基づいて劣化の判定が行われるので、追加で必要となる要素は温度検知部のみで済む。したがって、劣化判定用の装置によるスペース及びコストを削減することができる。また、単電池5の温度が平均値から一定範囲を逸脱した場合に、単電池5の劣化が自動的に判定されるので、人的稼動を削減することができる。このように、本実施例によれば、スペース、コスト及び人的稼動を削減しつつ、蓄電池の劣化判定を行うことが可能になる。また、バックアップ用の電源として電源システムに接続されている組電池を充電対象とした場合には、バックアップ能力を低下させずに、単電池の劣化判定を行うことができる。
As described above, in this embodiment, since the determination of deterioration is performed based on the temperature of each
また、本実施例では、充電器2の出力電圧は、単電池5の満充電電圧と単電池5の数との積により得られる電圧設定値に設定され、劣化判定部4は、充電器2の出力電圧が所定の電圧閾値以下である場合に、劣化判定処理を行う。また、本実施例では、劣化判定部4は、充電器2の出力電流が所定の電流閾値以下である場合に、劣化判定処理を行う。したがって、本実施例によれば、充電器2の垂下が停止しているときに単電池5の劣化判定が行われるので、より正確に劣化判定を行うことができる。
In the present embodiment, the output voltage of the charger 2 is set to a voltage setting value obtained by the product of the full charge voltage of the
また、本実施例では、劣化判定部4は、劣化判定処理を行った結果、劣化していると判定された単電池5があった場合に、充電器2による充電を停止するよう制御する。したがって、本実施例によれば、劣化している単電池5が検出された場合に、自動的に組電池1の充電を停止することができる。
In the present embodiment, the deterioration determination unit 4 controls to stop the charging by the charger 2 when there is a
また、本実施例では、劣化判定部4は、劣化判定処理を行った結果、劣化していると判定された単電池5があった場合に、警報を発出するよう制御する。したがって、本実施例によれば、劣化している単電池5が検出された場合に、その旨をユーザに報知することができる。これにより、例えば、ユーザに対して劣化している単電池5の交換や点検を促すことが可能になる。
Further, in this embodiment, the deterioration determination unit 4 controls to issue an alarm when there is a
なお、本実施例では、単電池5としてリチウムイオン蓄電池が用いられる場合の例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、単電池5として他の2次電池が用いられる場合でも、本発明を同様に適用することが可能である。
In addition, in the present Example, although the example in case a lithium ion storage battery is used as the
10 充電システム
1 組電池
2 充電器
3 温度計測部
4 劣化判定部
5 単電池
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記組電池が有する各蓄電池を充電する充電器と、
前記複数の蓄電池の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部により計測された前記複数の蓄電池の温度を監視し、該複数の蓄電池の平均温度を含む設定範囲を逸脱した温度の蓄電池を検知した場合に、該蓄電池が劣化していると判定する劣化判定処理を行う劣化判定部と
を有することを特徴とする充電システム。 An assembled battery configured by connecting a plurality of storage batteries in series;
A charger for charging each storage battery of the assembled battery;
A temperature measuring unit for measuring the temperatures of the plurality of storage batteries;
The temperature of the plurality of storage batteries measured by the temperature measurement unit is monitored, and when a storage battery having a temperature that deviates from a setting range including an average temperature of the plurality of storage batteries is detected, it is determined that the storage battery is deteriorated. And a deterioration determination unit that performs a deterioration determination process.
前記劣化判定部は、前記充電器の出力電圧が前記電圧設定値である場合に、前記劣化判定処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の充電システム。 The output voltage of the charger is set to a voltage setting value obtained by the product of the full charge voltage of the storage battery and the number of the storage batteries,
The charging system according to claim 1, wherein the deterioration determination unit performs the deterioration determination process when the output voltage of the charger is the voltage setting value.
前記複数の蓄電池の温度を計測するステップと、
計測された前記複数の蓄電池の温度を監視し、該複数の蓄電池の平均温度を中心とした設定範囲を逸脱した温度の蓄電池を検知した場合に、該蓄電池が劣化していると判定する劣化判定処理を行うステップと
を含んだことを特徴とする蓄電池劣化判定方法。 A storage battery deterioration determination method applied to a charging system having an assembled battery configured by connecting a plurality of storage batteries in series and a charger for charging each storage battery included in the assembled battery,
Measuring the temperature of the plurality of storage batteries;
A deterioration determination that monitors the measured temperature of the plurality of storage batteries and determines that the storage battery has deteriorated when a storage battery having a temperature that deviates from a setting range centered on an average temperature of the plurality of storage batteries is detected. A method for determining deterioration of a storage battery, comprising: performing a process.
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