JP2014149165A - Dc power supply apparatus, degradation determination method of storage battery in dc power supply apparatus, storage battery degradation determination apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電池の劣化判定機能を有する直流電源装置、直流電源装置における蓄電池の劣化判定方法、及び蓄電池劣化判定装置に関するものである。 The present invention relates to a DC power supply apparatus having a storage battery deterioration determination function, a storage battery deterioration determination method in the DC power supply apparatus, and a storage battery deterioration determination apparatus.
従来、例えば、下記特許文献1には、蓄電池の端子間電圧を定期的に測定して、その測定結果を記憶し、放電電流に所定の変動があったことを検出し、この変動の前後に測定された端子間電圧に基づいて蓄電池の異常の有無を検出する蓄電池管理装置が記載されている。
Conventionally, for example, in
又、下記特許文献2には、蓄電池が、設定された放電電流で放電するときの蓄電池の充放電端子電圧若しくはその変化、又は設定された放電電流で放電するときの蓄電池の充放電端子電圧が規定電圧に達する時間から、蓄電池の特性を判定する劣化判定回路が記載されている。
In
又、下記特許文献3には、2次電池の内部インピーダンスを高精度で検出できる内部インピーダンス検出装置が記載されている。 Patent Document 3 listed below describes an internal impedance detection device that can detect the internal impedance of a secondary battery with high accuracy.
更に、下記特許文献4には、蓄電池の充放電端子電圧の減少率が所定値以上であり、かつ、内部インピーダンスの増加率が所定値以上である場合に、蓄電池の寿命が近いと判断する蓄電池の寿命診断方法が記載されている。 Further, Patent Document 4 below discloses a storage battery that determines that the life of the storage battery is near when the rate of decrease in the charge / discharge terminal voltage of the storage battery is equal to or greater than a predetermined value and the rate of increase in internal impedance is equal to or greater than a predetermined value. The life diagnosis method is described.
しかしながら、従来の蓄電池診断方法では、蓄電池の劣化状態を診断するために、長時間の実放電が必要であった。又、電源ユニットの出力電圧を放電電流が一定になるように制御しながら蓄電池放電を行うことで、蓄電池容量と放電電流に依存せずに蓄電池の劣化を判定する方法の場合、負荷電流の変動に追従して放電電流が一定になるように電源ユニットの出力電圧を調整するために、電源ユニット内に放電電流の変動を検出して出力電圧を調整するための回路が別途必要になり、制御が複雑化する。更に、内部インピーダンスを測定する方法の場合には、別途計測回路が必要であった。 However, in the conventional storage battery diagnosis method, long-time actual discharge is required to diagnose the deterioration state of the storage battery. In addition, when the battery is discharged while controlling the output voltage of the power supply unit so that the discharge current is constant, it is possible to determine the deterioration of the storage battery without depending on the storage battery capacity and the discharge current. In order to adjust the output voltage of the power supply unit so that the discharge current becomes constant following this, a circuit for detecting the fluctuation of the discharge current and adjusting the output voltage is required in the power supply unit. Is complicated. Furthermore, in the case of the method of measuring the internal impedance, a separate measurement circuit is required.
本発明の目的は、長時間の実放電を必要とせず、簡便な制御により蓄電池の劣化判定が可能になる直流電源装置、直流電源装置における蓄電池の劣化判定方法、及び蓄電池劣化判定装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a DC power supply device that does not require long-time actual discharge and enables determination of storage battery deterioration by simple control, a storage battery deterioration determination method in the DC power supply device, and a storage battery deterioration determination device. That is.
本発明の内の第1発明の直流電源装置は、出力電圧及び出力電流を外部負荷と充放電端子を有する蓄電池とに供給する電源部と、前記電源部から前記蓄電池に流れる充放電電流を計測して一定時間間隔毎に充放電電流値を出力する電流計測部と、前記充放電端子の電圧である充放電端子電圧を計測して前記一定時間間隔毎に充放電端子電圧値を出力する電圧計測部と、前記一定時間間隔毎に入力される前記充放電電流値及び前記充放電端子電圧値から、前記出力電圧の変化に伴って生ずる前記蓄電池から前記外部負荷への放電状態から、前記電源部から前記蓄電池への充電状態へ切り替わるタイミングを検出し、前記タイミングの前後における前記充放電電流値及び前記充放電端子電圧値に基づいて、前記蓄電池の劣化を判定する蓄電池劣化判定部と、を備えたことを特徴とする。 The direct current power supply device according to the first aspect of the present invention measures a power supply unit that supplies an output voltage and an output current to an external load and a storage battery having a charge / discharge terminal, and a charge / discharge current that flows from the power supply unit to the storage battery. A current measuring unit that outputs a charge / discharge current value at regular time intervals, and a voltage that measures a charge / discharge terminal voltage, which is a voltage of the charge / discharge terminal, and outputs a charge / discharge terminal voltage value at each regular time interval From the state of discharge from the storage battery to the external load, which occurs with a change in the output voltage, from the charging unit and the charging / discharging terminal voltage value input at every predetermined time interval, the power source Storage battery deterioration in which deterioration of the storage battery is determined based on the charge / discharge current value and the charge / discharge terminal voltage value before and after the timing is detected. Characterized by comprising a tough, the.
第2発明の蓄電池の劣化判定方法は、前記直流電源装置を用いた蓄電池の劣化判定方法であって、前記電源部の前記出力電圧を定格出力電圧値よりも低く設定して、前記蓄電池を放電状態にし、一定時間間隔毎に、前記充放電端子電圧及び前記充放電電流の測定及び測定値の保存を継続すると共に、前記電源部の前記出力電圧を定格出力電圧値に再設定して、前記一定時間間隔毎に測定された前記充放電端子電圧値及び前記充放電電流値の前記一定時間間隔の前後の値の差分値が負から正に切り替わったタイミングを検出し、前記タイミングの直前の前記充放電端子電圧値及び前記充放電電流値をそれぞれ放電電圧値及び放電電流値に設定する処理と、前記一定時間間隔毎に測定された前記充放電端子電圧値の差分値が零、かつ前記一定時間間隔毎に測定された前記充放電電流の差分値が正から零又は負に切り替わったタイミングを検出し、前記タイミングの直前の前記充放電端子電圧値及び前記充放電電流値をそれぞれ充電電圧値及び充電電流値とする処理と、前記放電電圧値及び前記放電電流値と、前記充電電圧値及び前記充電電流値とから、前記蓄電池の内部抵抗値を求める処理と、を有することを特徴とする。 A storage battery deterioration determination method according to a second aspect of the present invention is a storage battery deterioration determination method using the DC power supply device, wherein the output voltage of the power supply unit is set lower than a rated output voltage value, and the storage battery is discharged. In a state, at every fixed time interval, while continuing to measure and store the measurement value of the charge / discharge terminal voltage and the charge / discharge current, reset the output voltage of the power supply unit to a rated output voltage value, Detecting a timing at which a difference value between values before and after the certain time interval of the charging / discharging terminal voltage value and the charging / discharging current value measured every certain time interval is switched from negative to positive, and immediately before the timing The process of setting the charge / discharge terminal voltage value and the charge / discharge current value to the discharge voltage value and the discharge current value, respectively, and the difference value of the charge / discharge terminal voltage value measured at each predetermined time interval is zero and the constant time The timing at which the difference value of the charging / discharging current measured at every interval is switched from positive to zero or negative is detected, and the charging / discharging terminal voltage value and the charging / discharging current value immediately before the timing are respectively determined as the charging voltage value and And a process of obtaining a charge current value, a process of obtaining an internal resistance value of the storage battery from the discharge voltage value and the discharge current value, and the charge voltage value and the charge current value.
第3発明の蓄電池劣化判定装置は、前記直流電源装置における電流計測部と、電圧計測部と、蓄電池劣化判定部と、を前記直流電源装置から独立させたことを特徴とする。 A storage battery deterioration determination device according to a third aspect of the present invention is characterized in that a current measurement unit, a voltage measurement unit, and a storage battery deterioration determination unit in the DC power supply device are independent from the DC power supply device.
本発明の直流電源装置、直流電源装置における蓄電池の劣化判定方法、及び蓄電池劣化判定装置によれば、電源部と、電流計測部と、電圧計測部と、蓄電池劣化判定部と、を備え、蓄電池劣化判定部は、一定時間間隔毎に入力される充放電電流値と充放電端子電圧値とに基づいて電源部の出力電圧の変化に伴って生ずる放電状態から充電状態に切り替わるタイミングを検出し、このタイミングの前後における充放電電流値及び充放電端子電圧値に基づき、蓄電池の劣化を判定するようにしている。これにより、長時間の実放電を必要とせず、簡便な制御により蓄電池の劣化判定が可能になる。 According to the DC power supply device, the storage battery deterioration determination method, and the storage battery deterioration determination device of the present invention, the storage battery includes a power supply unit, a current measurement unit, a voltage measurement unit, and a storage battery deterioration determination unit. The deterioration determination unit detects the timing of switching from the discharge state to the charge state caused by the change in the output voltage of the power supply unit based on the charge / discharge current value and the charge / discharge terminal voltage value input at regular time intervals, The deterioration of the storage battery is determined based on the charge / discharge current value and the charge / discharge terminal voltage value before and after this timing. As a result, it is possible to determine the deterioration of the storage battery by simple control without requiring long-time actual discharge.
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。 Modes for carrying out the present invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments when read in light of the accompanying drawings. However, the drawings are only for explanation and do not limit the scope of the present invention.
(実施例1の構成)
図1は、本発明の実施例1における直流電源装置10の構成の概略を示すブロック図である。
(Configuration of Example 1)
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a configuration of a DC
直流電源装置10は、入力電圧Vinが入力されると、出力電圧Voutを出力して外部負荷としての負荷装置50及び蓄電池60に直流電流を供給する機能を有している。直流電源装置10は、入力電圧Vinが入力されると出力電圧Voutを出力する電源部としての電源ユニット20と、電流計測部41と、電圧計測部42と、蓄電池劣化判定部30と、を有している。
When the input voltage Vin is input, the DC
電流計測部41は、電源ユニット20から蓄電池60へ流れる充電電流、及び蓄電池60から負荷装置50へ流れる放電電流を計測して一定時間間隔(例えば、10ms)毎に充放電電流値S41を出力するものである。電圧計測部42は、蓄電池60の充放電端子の電圧である充放電端子電圧Vbを計測して一定時間間隔毎に充放電端子電圧値S42を出力するものである。
The
蓄電池劣化判定部30は、電流計測部41及び電圧計測部42から一定時間間隔毎にそれぞれ入力される充放電電流値S41及び充放電端子電圧値S42から、電源ユニット20の出力電圧Voutの変化に伴って生ずる蓄電池60から負荷装置50への放電状態から、電源ユニット20から蓄電池60への充電状態へ切り替わるタイミングを検出し、このタイミングの前後における充放電電流値S41及び充放電端子電圧値S42に基づいて、蓄電池60の劣化を判定するものである。
The storage battery
蓄電池劣化判定部30は、アナログ/デジタル(以下「A/D」という。)変換部31と、記憶部32と、演算部33と、比較部34と、報知部35と、電圧指令信号生成部36と、を有している。
The storage battery
A/D変換部31は、アナログ値の充放電電流値S41及び充放電端子電圧値S42をデジタル値に変換するものである。記憶部32は、デジタル値に変換された充放電電流値S41及び充放電端子電圧値S42を一時記憶しておくものである。
The A /
演算部33は、デジタル値に変換された充放電電流値S41及び充放電端子電圧値S42のそれぞれの一定時間間隔毎の差分値を求め、これらの差分値における正負の符号の変化から放電状態から充電状態へ切り替わるタイミングを検出し、このタイミングの前後の充放電電流値S41及び充放電端子電圧値S42から、蓄電池60の内部抵抗値rを算出し、更に、蓄電池60の内部抵抗値の初期値r0からの内部抵抗値rへの増加値Δrを算出するものである。
The calculating
比較部34は、演算部33により算出された増加値Δrと閾値を比較して、この増加値Δrが閾値以上になった場合、蓄電池60が劣化したと判定するものである。報知部35は、蓄電池60が劣化したと比較部34が判定した場合に、蓄電池60の劣化をユーザへ知らせるものである。更に、電圧指令信号生成部36は、蓄電池劣化判定部30から電源ユニット20内の出力電圧調整回路23へ電圧指令信号S30を与えるものである。
The
図2は、図1中の電源ユニット20の一例を示す回路図である。
電源ユニット20は、この電源ユニット20の制御を行う中央演算処理装置(以下「CPU」という。)21と、このCPU21に接続されている出力電圧調整回路23と、トランスT1と、駆動信号Vdrvによってオン・オフ動作するスイッチング素子SW1と、ダイオードD1,D2,D3と、インダクタL1と、有極性コンデンサC1とを有している。電源ユニット20は、内部バス10aにより蓄電池劣化判定部30と接続されている。バス10aは、電源ユニット20のCPU21と、蓄電池劣化判定部30とを相互に通信可能に接続している。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the
The
出力電圧調整回路23は、この電源ユニット20の出力電圧Voutが一定になるように制御する回路である。出力電圧調整回路23は、この電源ユニット20が出力する出力電圧Voutを検出して検出電圧Vdetを出力する電圧検出回路25と、出力電圧切替信号Vselによって基準電圧Vrefを切り換える電圧切替部である基準電圧回路24と、検出電圧Vdetと基準電圧Vrefとの電圧差を増幅して誤差電圧Vdifを出力する誤差増幅回路26と、この誤差電圧Vdifに基づいてスイッチング素子SW1に駆動信号Vdrvを出力する駆動信号形成回路27とを有している。出力電圧調整回路23は、出力電圧Voutと基準電圧Vrefとの差をフィードバックして、出力電圧Voutを一定に制御する回路である。
The output
電源ユニット20の入力端子Vinp,Vinmは、図示しない素子群を介してトランスT1の一次巻線とスイッチング素子SW1に直列に接続されている。このトランスT1の二次巻線は、トランスT1の交流出力を整流する整流出力回路に接続されている。
The input terminals Vinp and Vinm of the
整流出力回路は、ダイオードD1,D2,D3と、インダクタL1と、有極性コンデンサC1を有している。整流出力回路の出力側には、この電源ユニット20の出力端子Voutp,Voutmが接続されている。
The rectified output circuit includes diodes D1, D2, and D3, an inductor L1, and a polar capacitor C1. Output terminals Voutp and Voutm of the
トランスT1の二次巻線には、整流出力回路のダイオードD1が順方向に接続されている。このダイオードD1のカソード端子は、ダイオードD2のカソード端子に接続され、ダイオードD2のアノード端子は、グランドGNDに接続されている。ダイオードD1のカソード端子は、インダクタL1を介して有極性コンデンサC1の正極側に接続され、更に順方向に接続されたダイオードD3を介して出力端子Voutpに接続されている。整流出力回路のグランドGNDは、出力端子Voutmに接続されている。 The diode D1 of the rectification output circuit is connected to the secondary winding of the transformer T1 in the forward direction. The cathode terminal of the diode D1 is connected to the cathode terminal of the diode D2, and the anode terminal of the diode D2 is connected to the ground GND. The cathode terminal of the diode D1 is connected to the positive electrode side of the polar capacitor C1 via the inductor L1, and further connected to the output terminal Voutp via the diode D3 connected in the forward direction. The ground GND of the rectification output circuit is connected to the output terminal Voutm.
ダイオードD3のアノード端子とカソード端子、整流出力回路のグランドGNDは、電圧検出回路25に接続されている。ノードND−D3Aは、ダイオードD3のアノード端子である。ノードND−D3Cは、ダイオードD3のカソード端子である。
The anode terminal and the cathode terminal of the diode D3 and the ground GND of the rectification output circuit are connected to the
電圧検出回路25は、ダイオードD3のアノード端子(=ND−D3A)の電圧Vaとカソード端子(=ND−D3C)の電圧Vcとを測定することによって、この電源ユニット20が出力する出力電圧Voutに応じた検出電圧Vdetを出力する。
The
誤差増幅回路26は、基準電圧Vrefと検出電圧Vdetの電圧差を増幅して、誤差電圧Vdifを出力する回路である。誤差増幅回路26は、演算増幅回路(以下「オペアンプ」という。)AMP1と、抵抗R1,R2とを備えている。オペアンプAMP1の非反転入力端子には、検出電圧Vdetが入力され、反転入力端子には、抵抗R1を介して基準電圧Vrefが入力されている。更に、オペアンプAMP1の反転入力端子と出力端子との間には抵抗R2が接続されている。
The
図3は、図2中の電圧検出回路25の一例を示す回路図である。
電圧検出回路25は、電源ユニット20が出力する出力電圧Voutを検出して、この検出結果に対応する検出電圧Vdetを出力する回路である。電圧検出回路25は、抵抗R10,R11,R12,R13,R14,R15と、ダイオードD10,D11と、を有している。電圧検出回路25には、ノードND−D3A(=ダイオードD3のアノード端子)とノードND−D3C(=カソード端子)及びグランドGNDが接続されている。ノードND−D3Aからはアノード電圧Vaが入力され、ノードND−D3Cからはカソード電圧Vcが入力されている。電圧検出回路25の出力端子には、誤差増幅回路26が接続されている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the
The
ノードND−D3Aは、順方向に接続されたダイオードD10と、直列接続された抵抗R10,R15とを介してグランドGNDに接続されている。ダイオードD10は、順方向の下降電圧がダイオードD3と等しいか、又は極めて近い特性である。ノードND−D3Cは、直列接続された抵抗R11,R12,R13,R14を介してグランドGNDに接続されている。更に抵抗R11,R12間と抵抗R10,R15間とには、ダイオードD11が順方向に接続されている。検出電圧Vdetは、抵抗R13,R14間から出力される。検出電圧Vdetは、電源ユニット20が出力する出力電圧Voutに対応する電圧であり、誤差増幅回路26に入力されている。
The node ND-D3A is connected to the ground GND through a diode D10 connected in the forward direction and resistors R10 and R15 connected in series. The diode D10 has a characteristic in which the forward voltage drop is equal to or very close to that of the diode D3. The node ND-D3C is connected to the ground GND via resistors R11, R12, R13, and R14 connected in series. Furthermore, a diode D11 is connected in the forward direction between the resistors R11 and R12 and between the resistors R10 and R15. The detection voltage Vdet is output from between the resistors R13 and R14. The detection voltage Vdet is a voltage corresponding to the output voltage Vout output from the
図4は、図2中の基準電圧回路24を示す回路図である。
基準電圧回路24は、基準電圧Vrefを出力する回路である。基準電圧回路24は、抵抗R20,R21,R22,R23と、フォトカプラPC1と、を有している。基準電圧回路24には、CPU21から出力電圧切替信号Vselの出力端子が接続されていると共に、図示しない電源から定電圧Vccが供給されている。基準電圧回路24の出力側には、誤差増幅回路26が接続されている。
FIG. 4 is a circuit diagram showing the
The
CPU21からの出力電圧切替信号Vselの出力端子は、直列接続された抵抗R20とフォトカプラPC1の発光素子とを介してグランドGND2に接続されている。フォトカプラPC1の受光素子には、抵抗R23が並列接続されてグランドGNDに接続され、直列接続された抵抗R21,R22と、によって定電圧Vccにプルアップされている。基準電圧Vrefは、抵抗R21,R22間から出力され、誤差増幅回路26に入力されている。
The output terminal of the output voltage switching signal Vsel from the
(実施例1の動作)
(I)電源ユニット20の動作と、(II)蓄電池60の内部抵抗値の算出の原理と、(III)蓄電池60の内部抵抗値の算出処理の詳細と、(IV)蓄電池60の劣化判定の処理と、に分けて説明する。
(Operation of Example 1)
(I) Operation of the
(I) 電源ユニット20の動作
図2に基づいて、電源ユニット20の動作を説明する。
(I) Operation of
電源ユニット20には、入力端子Vinp,Vinm間に、入力電圧Vinが印加されている。スイッチング素子SW1がオンすると、図示しない素子群を介して直流電流がトランスT1の一次巻線に流れ、トランスT1の二次巻線を介して整流出力回路に放出され、更に負荷装置50へ電力が供給される。
An input voltage Vin is applied to the
この電源ユニット20は、出力端子Voutpから内部への逆流を防ぐため、ダイオードD3が出力端子Voutpに接続されている。電圧検出回路25は、ダイオードD3のアノード電圧Vaと、ダイオードD3のカソード電圧Vcから、出力電圧Voutに応じた検出電圧Vdetを検出している。誤差増幅回路26によって検出電圧Vdetと基準電圧Vrefの差が増幅されて誤差電圧Vdifとして出力される。駆動信号形成回路27は、この誤差電圧Vdifが一定になるように駆動信号Vdrvを出力し、出力電圧Voutが一定電圧になるようにフィードバック制御している。更に、出力電圧切替信号Vselを切り替えることによって、誤差増幅回路26に与える基準電圧Vrefを切り替え、定格電圧値Voと待機電圧値Vsのいずれを出力電圧Voutとするかを切り替えている。定格電圧値Voは、負荷装置50を駆動する電圧である。待機電圧値Vsは、定格電圧値Voよりも低く、かつ負荷装置50を駆動可能な下限電圧値VLよりも高い電圧値である。
In the
図3に示す電圧検出回路25は、電源ユニット20の出力電圧Voutを示す検出電圧Vdetを検出する回路である。本実施例1の電源ユニット20には、出力端子Voutpから内部への逆流を防ぐために出力端子Voutpに整流器であるダイオードD3が接続されている。このダイオードD3のカソード端子は、ノードND−D3Cである。ダイオードD3のアノード端子は、ノードND−D3Aである。
The
ノードND−D3Aは、ダイオードD3と抵抗R10,R15を介してグランドGNDに接続されている。アノード電圧VaからダイオードD3による下降分の電圧(=ダイオードD10による下降分の電圧)を減じた電圧は、抵抗R10,R15によって分圧されている。更に、抵抗R11とR12との間と、抵抗R10とR15との間とには、ダイオードD11が順方向に接続されている。 The node ND-D3A is connected to the ground GND via the diode D3 and the resistors R10 and R15. A voltage obtained by subtracting a voltage that falls by the diode D3 (= a voltage that falls by the diode D10) from the anode voltage Va is divided by resistors R10 and R15. Furthermore, a diode D11 is connected in the forward direction between the resistors R11 and R12 and between the resistors R10 and R15.
カソード電圧Vcが、アノード電圧VaからダイオードD10による下降分を減じた電圧よりも低いか又は等しい場合は、カソード電圧Vcを抵抗R11,R12,R13,R14で分圧した電圧が、検出電圧Vdetとして出力される。カソード電圧Vcが、アノード電圧VaからダイオードD10による下降分を減じた電圧よりも高い場合は、アノード電圧VaからダイオードD10による下降分を減じた電圧を、更に抵抗R10,R12,R13,R14で分圧した電圧が、検出電圧Vdetとして出力される。 When the cathode voltage Vc is lower than or equal to the voltage obtained by subtracting the decrease due to the diode D10 from the anode voltage Va, the voltage obtained by dividing the cathode voltage Vc by the resistors R11, R12, R13, and R14 is the detection voltage Vdet. Is output. When the cathode voltage Vc is higher than the voltage obtained by subtracting the decrease due to the diode D10 from the anode voltage Va, the voltage obtained by subtracting the decrease due to the diode D10 from the anode voltage Va is further divided by the resistors R10, R12, R13, and R14. The pressed voltage is output as the detection voltage Vdet.
図4に示す基準電圧回路24は、出力電圧切替信号Vselに応じて、異なった基準電圧Vrefを出力する回路である。
出力電圧切替信号Vselが低レベル(以下「Lレベル」という。)のとき、フォトカプラPC1の発光素子は発光せず、フォトカプラPC1の受光素子はオフである。よって基準電圧Vrefは、定電圧Vccを抵抗R21〜R23で分圧した値となる。
Vref={Vcc×(R22+R23)/(R21+R22+R23)}
The
When the output voltage switching signal Vsel is at a low level (hereinafter referred to as “L level”), the light emitting element of the photocoupler PC1 does not emit light, and the light receiving element of the photocoupler PC1 is off. Therefore, the reference voltage Vref is a value obtained by dividing the constant voltage Vcc by the resistors R21 to R23.
Vref = {Vcc × (R22 + R23) / (R21 + R22 + R23)}
出力電圧切替信号Vselが高レベル(以下、「Hレベル」という。)のとき、フォトカプラPC1の発光素子は発光し、フォトカプラPC1の受光素子はオンとなり導通する。フォトカプラPC1の受光素子のインピーダンスが0に近い値の場合には、基準電圧Vrefは、定電圧Vccを抵抗R21,R22で分圧した値となる。
Vref={Vcc×(R22)/(R21+R22)}
When the output voltage switching signal Vsel is at a high level (hereinafter referred to as “H level”), the light emitting element of the photocoupler PC1 emits light, and the light receiving element of the photocoupler PC1 is turned on and becomes conductive. When the impedance of the light receiving element of the photocoupler PC1 is a value close to 0, the reference voltage Vref is a value obtained by dividing the constant voltage Vcc by the resistors R21 and R22.
Vref = {Vcc × (R22) / (R21 + R22)}
本実施例1では、アナログ回路とフォトカプラを用いたが、電源ユニット20にそれぞれデジタル/アナログ変換器(以下「D/A変換器」という。)を有するCPUを設けて、このCPUが出力電圧切替信号Vselに応じた基準電圧Vrefを出力するように構成しても良い。
In the first embodiment, an analog circuit and a photocoupler are used. However, a CPU having a digital / analog converter (hereinafter referred to as “D / A converter”) is provided in the
(II) 蓄電池60の内部抵抗値の算出の原理
図5(a),(b)は、図1中の蓄電池60の充放電時の等価回路を示す図であり、図6は、図5中の充放電電流Ib及び充放電端子電圧Vbの時間的変化を示す波形図である。
(II) Principle of Calculation of Internal Resistance Value of
図6には、図5(a)に示された充電状態と図5(b)に示された放電状態との間を移行する時の蓄電池60の充放電電流Ib及び充放電端子電圧Vbの波形が示されている。
FIG. 6 shows the charge / discharge current Ib and the charge / discharge terminal voltage Vb of the
図5(a)は充電時の等価回路であり、電源ユニット20の出力電圧Voutは、定格電圧値Voに設定されている。この場合、電源ユニット20から流出する出力電流Ioutは、ノードNで負荷装置50に供給される負荷電流ILと蓄電池60に流れる充放電電流Ibとに分流され、この負荷電流ILと充放電電流IbとがノードMで合流して電源ユニット20へ流入するようになっている。ここで、蓄電池60は、内部抵抗値rと内部起電力Eが直列接続されたものとして、図5(a)の等価回路にキルヒホッフの法則を適用すると、
Iout=Ib+IL ・・・(1)
Vb=Ib×r+E ・・・(2)
=(Iout−IL)×r+E ・・・(3)
となる。
FIG. 5A is an equivalent circuit during charging, and the output voltage Vout of the
Iout = Ib + I L ··· ( 1)
Vb = Ib × r + E (2)
= (Iout-I L ) × r + E (3)
It becomes.
図6を参照すると、充電期間Tcにおける出力電流Iout、充放電電流Ib及び負荷電流ILは、(1)式の関係を満たしている。 Referring to FIG. 6, the output current Iout in the charging period Tc, charge-discharge current Ib and a load current I L, satisfies the equation (1) relationship.
一方、図5(b)は放電時の等価回路であり、電源ユニット20の出力電圧Voutは、定格電圧値Vo未満(Vout<Vo)に設定されている。ここで、電源ユニット20の出力電圧Voutが定格電圧値Vo未満に設定されている場合には、停電等により電源ユニット20に入力電圧Vinが供給されない場合も含まれている。この場合、電源ユニット20の出力電圧Voutが蓄電池60の充放電端子電圧Vbより低い電圧になるため、出力電流Iout=0となり、充放電電流Ib=負荷電流ILとなる。ここで、図5(b)の等価回路にキルヒホッフの法則を適用すると、
Ib=IL ・・・(4)
Vb=−Ib×r+E ・・・(5)
=−(IL−Iout)×r+E ・・・(6)
となる。
On the other hand, FIG. 5B is an equivalent circuit during discharge, and the output voltage Vout of the
Ib = I L ··· (4)
Vb = −Ib × r + E (5)
= − (I L −Iout) × r + E (6)
It becomes.
図6を参照すると、放電期間Tdにおける出力電流Iout=0であり、充放電電流Ib及び負荷電流ILは、(4)式の関係を満たしている。 Referring to FIG. 6, the output current Iout = 0 in the discharge period Td, the charge-discharge current Ib and a load current I L, satisfies the equation (4) relationship.
図6において、図5(b)の等価回路に対応する放電期間Tdでは、充放電端子電圧Vbは定格電圧値Voより値の小さい放電電圧Vdisであり、充放電電流Ibは負の放電電流Idisとなる。一方、図5(a)の等価回路に対応する充電期間Tcでは、充放電端子電圧Vbは定格電圧値Voとほぼ等しい電圧となり、充放電電流Ibの波形は、放電期間Tdから充電期間Tcへの変化の直後に充電電流Ichgまで急激に上昇し、その後穏やかに減少している。 In FIG. 6, during the discharge period Td corresponding to the equivalent circuit of FIG. 5B, the charge / discharge terminal voltage Vb is a discharge voltage Vdis having a value smaller than the rated voltage value Vo, and the charge / discharge current Ib is a negative discharge current Idis. It becomes. On the other hand, in the charging period Tc corresponding to the equivalent circuit of FIG. 5A, the charging / discharging terminal voltage Vb becomes substantially equal to the rated voltage value Vo, and the waveform of the charging / discharging current Ib changes from the discharging period Td to the charging period Tc. Immediately after the change, the charging current rapidly rises to Ichg and then decreases gently.
図6における放電電圧値Vdis、放電電流値Idis、充電電圧値Vchg、及び充電電流値Ichgを用いると、放電状態から充電状態に切り替わる直前と充電開始直後の蓄電池60の内部起電力Eは、ほぼ等しいと仮定できるため、(2)式と(5)式のEが等しいと仮定すると、図5(a),(b)中の蓄電池60の内部抵抗値rは、次式で与えられる。
r=(Vchg−Vdis)/(Ichg−Idis) ・・・(7)
When the discharge voltage value Vdis, the discharge current value Idis, the charge voltage value Vchg, and the charge current value Ichg in FIG. 6 are used, the internal electromotive force E of the
r = (Vchg−Vdis) / (Ichg−Idis) (7)
従って、図1で示された直流電源装置10における電流計測部41及び電圧計測部42から一定時間間隔で入力される充放電電流値S41及び充放電端子電圧値S42から、放電電圧値Vdis、放電電流値Idis、充電電圧値Vchg、及び充電電流値Ichgを算出できれば、(7)式により、蓄電池60の内部抵抗値rを算出することができる。
Therefore, from the charge / discharge current value S41 and the charge / discharge terminal voltage value S42 input from the
図7は、図1中の充放電電流値S41と充放電端子電圧値S42とを説明する図である。
一定時間間隔(Δt)毎に出力される充放電電流値S41(○)と充放電端子電圧値S42(●)とが図7に示されている。例えば、充放電電流値S41の時間的変化dIb/dt≦0となる直前の充放電電流値Ib=Ichgであり、放電状態から充電状態へ切り替わるタイミングの直前の充放電電流値Ib=Idisである。同様に、放電状態から充電状態へ切り替わるタイミングの直前の充放電端子電圧値Vb=Vdisであり、充放電端子電圧値S42の時間的変化dVb/dt=0となる直前の充放電端子電圧値Vb=Vchgである。
FIG. 7 is a diagram for explaining the charge / discharge current value S41 and the charge / discharge terminal voltage value S42 in FIG.
FIG. 7 shows the charge / discharge current value S41 (◯) and the charge / discharge terminal voltage value S42 (●) output at regular time intervals (Δt). For example, the temporal change dIb / dt ≦ 0 of the charge / discharge current value S41 is the charge / discharge current value Ib = Ichg, and the charge / discharge current value Ib = Idis immediately before the timing of switching from the discharge state to the charge state. . Similarly, the charge / discharge terminal voltage value Vb = Vdis immediately before the timing of switching from the discharge state to the charge state, and the charge / discharge terminal voltage value Vb immediately before the charge change / discharge terminal voltage value S42 becomes dVb / dt = 0. = Vchg.
(III) 蓄電池60の内部抵抗値の算出処理の詳細
図8は、本発明の実施例1における蓄電池60の内部抵抗値の算出処理のフローチャートである。
(III) Details of Calculation Process of Internal Resistance Value of
図1、図5〜図7を参照しつつ、図8のフローチャートに沿って、実施例1の蓄電池60の内部抵抗値rの算出処理を説明する。
The calculation process of the internal resistance value r of the
図8のフローチャートにおいて、ステップST1が電源ユニット20の出力電圧Voutを定格電圧値Vo未満に設定して放電状態にする処理であり、ステップST2〜ST9が放電状態から充電状態に切り替わるタイミングを検出して、このタイミングの直前の充放電端子電圧値S42及び充放電電流値S41をそれぞれ放電電圧値Vdis及び放電電流値Idisとする処理であり、ステップST10〜ST18が放電状態から充電状態に切り替わった後に充放電端子電圧値S42が零、かつ充放電電流値S41の時間的変化が零又は負となるタイミングを検出し、このタイミングの直前における充放電端子電圧値S42及び充放電電流値S41をそれぞれ充電電圧値Vchg及び充電電流値Ichgとする処理であり、更に、ステップST19は、上述した(7)式により、蓄電池60の内部抵抗値rを算出する処理である。
In the flowchart of FIG. 8, step ST1 is a process for setting the output voltage Vout of the
図1中の蓄電池劣化判定部30の処理が開始されると、ステップST1へ進み、ステップST1において、電圧指令値生成部36は、電圧指令信号S30を電源ユニット20へ出力し、電源ユニット20の出力電圧Voutを定格電圧値Vo未満に設定し、ステップST2へ進む。電源ユニット20の出力電圧Voutが定格電圧値Vo未満に設定されると、図5(b)に示された等価回路の放電状態となる。尚、電源ユニット20中の図2に示されたCPU21により、出力電圧Voutを定格電圧値Vo未満に設定するようにしても良い。
When the processing of the storage battery
ステップST2において、一定時間間隔毎に入力される充放電電流値S41及び充放電端子電圧値S42をそれぞれ記憶部32へ保存し、ステップST3へ進む。ステップST3において、電圧指令値生成部36は、電圧指令信号S30を電源ユニット20へ出力し、電源ユニット20の出力電圧Voutを定格電圧値Voに再設定し、ステップST4へ進む。
In step ST2, the charge / discharge current value S41 and the charge / discharge terminal voltage value S42 that are input at regular time intervals are stored in the
ステップST4において、一定時間間隔毎に入力される充放電端子電圧値S42の最新の値Vb(n)と、1つ前の値Vb(n−1)と、所定時間間隔Δtとから、充放電端子電圧値S42の時間的変化dVb/dtを次式により算出する。
dVb/dt={Vb(n)−Vb(n−1)}/Δt ・・・(8)
In step ST4, charge / discharge is performed from the latest value Vb (n) of the charge / discharge terminal voltage value S42 input at regular time intervals, the previous value Vb (n-1), and the predetermined time interval Δt. The temporal change dVb / dt of the terminal voltage value S42 is calculated by the following equation.
dVb / dt = {Vb (n) −Vb (n−1)} / Δt (8)
同様に、一定時間間隔毎に入力される充放電電流値S41の最新の値Ib(n)と、1つ前の値Ib(n−1)と、一定時間間隔Δtとから、充放電電流値S41の時間的変化dIb/dtを次式により算出する。
dIb/dt={Ib(n)−Ib(n−1)}/Δt ・・・(9)
Similarly, the charge / discharge current value is calculated from the latest value Ib (n), the previous value Ib (n-1) of the charge / discharge current value S41 input at regular time intervals, and the constant time interval Δt. The temporal change dIb / dt in S41 is calculated by the following equation.
dIb / dt = {Ib (n) −Ib (n−1)} / Δt (9)
ステップST4において、演算部33は、(8)式、(9)式の演算を行い、充放電端子電圧値S42及び充放電電流値S41のそれぞれの時間的変化dVb/dt及びdIb/dtを算出し、ステップST5へ進む。
In step ST <b> 4, the
ステップST5において、演算部33は、充放電電流値S41の時間的変化dIb/dtの値が正か否かを判定し、充放電電流値S41の時間的変化dIb/dtの値が零又は負であれば(N)、ステップST6へ進む。ステップST6において、n=n+1として、ステップST4へ戻り、ステップST5において、充放電電流値S41の時間的変化dIb/dtの値が正(Y)となるまで、ステップST4及びST5の処理を繰り返し、ステップST5において、充放電電流値S41の時間的変化dIb/dtの値が正であれば(Y)、ステップST7に進む。
In step ST5, the
ステップST7において、演算部33は、充放電端子電圧値S42の時間的変化dVb/dtの値が正か否かを判定し、充放電端子電圧値S42の時間的変化dVb/dtの値が零又は負であれば(N)、ステップST8へ進む。ステップST8において、n=n+1として、ステップST4へ戻り、ステップST7において、充放電端子電圧値S42の時間的変化dVb/dtの値が正(Y)となるまで、ステップST4〜ST7の処理を繰り返し、ステップST7において、充放電端子電圧値S42の時間的変化dVb/dtの値が正であれば(Y)、ステップST9に進む。
In step ST7, the
ステップST9において、放電状態から充電状態へ変化する直前の放電電圧値Vdis及び放電電流値Idisとして、それぞれ1つ前の充放電端子電圧値Vb(n−1)及び充放電電流値Ib(n−1)を代入し、ステップST10へ進む。 In step ST9, as the discharge voltage value Vdis and the discharge current value Idis immediately before the change from the discharge state to the charge state, the previous charge / discharge terminal voltage value Vb (n-1) and charge / discharge current value Ib (n- Substitute 1) and proceed to step ST10.
ステップST10において、n=n+1として、ステップST11へ進み、ステップST11において、ステップST4と同様に、演算部33は、(8)式、(9)式の演算を行い、充放電端子電圧値S42の時間的変化dVb/dt及び充放電電流値S41の時間的変化dIb/dtを算出し、ステップST12へ進む。
In step ST10, n = n + 1 is set, and the process proceeds to step ST11. In step ST11, similarly to step ST4, the
ステップST12において、演算部33は、充放電電流値S41の時間的変化dIb/dtの値が零又は負か否かを判定し、充放電電流値S41の時間的変化dIb/dtの値が正であれば(N)、ステップST13へ進む。ステップST13において、n=n+1として、ステップST11へ戻り、ステップST12において、充放電電流値S41の時間的変化dIb/dtの値が零又は負(Y)となるまで、ステップST11〜ST13の処理を繰り返し、ステップST12において、充放電電流値S41の時間的変化dIb/dtの値が零又は負であれば(Y)、ステップST14に進む。
In step ST12, the
ステップST14において、演算部33は、充放電端子電圧値S42の時間的変化dVb/dtの値が零か否かを判定し、充放電端子電圧値S42の時間的変化dVb/dtの値が零でなければ(N)、ステップST15へ進む。ステップST15において、n=n+1として、ステップST11へ戻り、ステップST14において、充放電端子電圧値S42の時間的変化dVb/dtの値が零(Y)となるまで、ステップST11〜ST15の処理を繰り返し、ステップST14において、充放電端子電圧値S42の時間的変化dVb/dtの値が零であれば(Y)、ステップST16に進む。
In step ST14, the
ステップST16において、演算部33は、充放電電流値Ib(n)が正であるか否かを判定し、充放電電流値Ib(n)が正でなければ(N)、ステップST17へ進む。ステップST17において、n=n+1として、ステップST1へ戻り、ステップST16において、充放電電流値Ib(n)が正(Y)となるまで、ステップST1〜ST17の処理を繰り返し、ステップST16において、充放電電流値Ib(n)が正であれば(Y)、ステップST18に進む。
In step ST16, the
ステップST18において、放電状態から充電状態へ変化して充電電流が減少に転じる直前の充電電圧値Vchg及び充電電流値Ichgとして、それぞれ1つ前の充放電端子電圧値Vb(n−1)及び充放電電流値Ib(n−1)を代入し、ステップST19へ進み、ステップST19において、ステップST9において代入された放電電圧値Vdis及び放電電流値Idisと、ステップST18において代入された充電電圧値Vchg及び充電電流値Ichgと、を(7)式に代入して、蓄電池60の内部抵抗値rを算出し、蓄電池60の内部抵抗値rの算出処理を終了する。算出された蓄電池60の内部抵抗値rは、記憶部32に保存される。
In step ST18, as the charging voltage value Vchg and the charging current value Ichg immediately before the charging current changes from the discharging state to the charging state, the charging / discharging terminal voltage value Vb (n-1) and the charging / discharging terminal voltage value Vch (n-1) and charging The discharge current value Ib (n-1) is substituted, and the process proceeds to step ST19. In step ST19, the discharge voltage value Vdis and the discharge current value Idis substituted in step ST9, the charge voltage value Vchg substituted in step ST18, and The charging current value Ichg is substituted into the equation (7), the internal resistance value r of the
(IV) 蓄電池60の劣化判定の処理
図1において、蓄電池劣化判定部30内の演算部33は、記憶部32に保存されている蓄電池60の内部抵抗値rから蓄電池60の内部抵抗値の初期値r0を減じて、蓄電池60の内部抵抗値の増加値Δrを算出し、この増加値Δrを比較部34へ出力する。
(IV) Processing for Determining Deterioration of
比較部34は、入力される増加値Δrと閾値を比較し、この増加値Δrが閾値以上の場合に、蓄電池60が劣化したと判定し、報知信号S34を報知部35へ出力する。ここで、増加値Δrと比較する閾値は、電源ユニット20の出力電圧Voutが低下し、蓄電池60から負荷装置50へ電流を供給する状態の時に、負荷装置50に入力される負荷電圧VLが負荷装置50の動作保証電圧未満となるおそれのある蓄電池60の内部抵抗値rから算出される値とする。
The
報知部35は、報知信号S34が入力されると、図示しない表示画面、警報ランプ、ブザー等により、ユーザへ蓄電池60が劣化したことを知らせる。
When the notification signal S34 is input, the
(実施例1の効果)
本実施例1の直流電源装置10によれば、電源ユニット20と、電流計測部41と、電圧計測部42と、蓄電池劣化判定部30とを備え、電流計測部41及び電圧計測部42から一定時間間隔毎に入力される充放電電流値S41及び充放電端子電圧値S42に基づいて、放電状態から充電状態へ切り替わるタイミングを検出し、このタイミングの前後における充放電電流値S41及び充放電端子電圧値S42から、蓄電池60の内部抵抗値rを算出し、この内部抵抗値rの変化が閾値以上の場合に、蓄電池60が劣化したと判定しているので、次の(1)〜(4)のような効果がある。
(Effect of Example 1)
According to the DC
(1) 蓄電池60を長時間実放電させる必要がなく、エネルギーのロスや劣化診断後におけるバックアップ時間の低下のおそれがない。
(1) There is no need to actually discharge the
(2) 蓄電池60を負荷装置50から切り離すことなく、蓄電池60の劣化判定ができるので、蓄電池60の劣化判定中に電源ユニット20の停止が発生しても、負荷装置50が蓄電池60によりバックアップされるので、負荷装置50は停止しない。
(2) Since it is possible to determine the deterioration of the
(3) 蓄電池60の容量及び負荷電流ILの大小に拘わらず、蓄電池60の正確な劣化判定を行うことができる。
(3) regardless of the capacity of the
(4) 電源ユニット20内に放電電流値Idisの変動を検出して出力電圧Voutを調整するための回路を別途設ける必要がなく、蓄電池60の劣化診断のための制御を簡素化できる。
(4) It is not necessary to separately provide a circuit for detecting the fluctuation of the discharge current value Idis and adjusting the output voltage Vout in the
(実施例1の変形例)
図9は、図1中の蓄電池60における蓄電池セルの個別測定回路を示す図である。
(Modification of Example 1)
FIG. 9 is a diagram showing an individual measurement circuit for storage battery cells in the
図1中の蓄電池60が、蓄電池セル6011〜601nの直列接続と、蓄電池セル6021〜602nの直列接続と、が並列接続されて構成された例が、図9に示されている。
FIG. 9 shows an example in which the
図1及び図8中の蓄電池60は、蓄電池セルの集合した一塊の電池として、内部抵抗値rを算出したが、蓄電池セル6011〜601nの直列接続の合成の内部抵抗値Σr1は、
Σr1=r11+r12+・・・+r1n ・・・(10)
となり、蓄電池セル6021〜602nの直列接続の合成の内部抵抗値Σr2は、
Σr2=r21+r22+・・・+r2n ・・・(11)
となる。蓄電池60の一塊としての内部抵抗値rは、Σr1とΣr2の並列接続なので、
r=1/(1/Σr1+1/Σr2) ・・・(12)
となる。
The
Σr1 = r11 + r12 +... + R1n (10)
And the internal resistance value Σr2 of the combined series connection of the
Σr2 = r21 + r22 +... + R2n (11)
It becomes. Since the internal resistance value r as a lump of the
r = 1 / (1 /
It becomes.
蓄電池60を構成する蓄電池セルの内の1つが劣化しても、蓄電池60の一塊としての内部抵抗値rを算出する方法では、劣化した蓄電池セルを特定することは難しい。
Even if one of the storage battery cells constituting the
これに対して、蓄電池セル毎に、複数の電流計測部41a,41b及び電圧計測部4211,・・・,421n、4221,・・・422nを設けた蓄電池セルの個別測定回路が、図9に示されている。
In contrast, for each battery cell, a plurality of
変形例の蓄電池セルの個別測定回路によれば、蓄電池セルの直列及び/又は並列数が多くなっても、蓄電池セル個々の内部抵抗値r11,r12,・・・,r1n、r21,r22,・・・,r2nを算出することができるので、蓄電池60の劣化を蓄電池セルのレベルでいち早く察知することができる。
According to the individual measurement circuit for storage battery cells according to the modification, even if the number of series and / or parallel storage battery cells increases, the internal resistance values r11, r12,..., R1n, r21, r22,. .. Since r2n can be calculated, deterioration of the
(実施例2の構成及び動作)
図10は、本発明の実施例2における直流電源装置10Aの構成の概略を示すブロック図であり、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Configuration and operation of embodiment 2)
FIG. 10 is a block diagram showing an outline of the configuration of the DC
本実施例2の直流電源装置10Aは、実施例1と同様の電源ユニット20、電圧計測部42、負荷装置50及び蓄電池60と、実施例1とは異なる電流計測部41A及び蓄電池劣化判定部30Aと、により構成されている。電流計測部41Aは、第1電流計測部41c及び第2電流計測部41dから構成されている。
The DC
第1電流計測部41cは、電源ユニット20から負荷装置50及び蓄電池60に流れる出力電流Ioutを計測して一定時間間隔毎に出力電流値S41cを出力するものであり、第2電流計測部41dは、電源ユニット20又は蓄電池60から負荷装置50に流れる負荷電流ILを計測して一定時間間隔毎に負荷電流値S41dを出力するものである。
The first
蓄電池劣化判定部30Aは、一定時間間隔毎に入力される出力電流値S41c、負荷電流値S41d及び充放電端子電圧値S42から、放電状態から充電状態へ切り替わるタイミングを検出し、このタイミングの前後における出力電流値S41c、負荷電流値S41d及び充放電端子電圧値S42に基づいて、前記蓄電池60の劣化を判定するものである。
The storage battery
蓄電池劣化判定部30A内の演算部33Aにおいて、一定時間間隔毎に入力される出力電流値S41c及び負荷電流値S41dから、上述した(1)式より、Ib=Iout−IL及び、(4)式により、Ib=IL−Ioutとして、充放電電流Ibの値が算出され、この充放電電流Ibの値と、電圧計測部42から一定時間間隔毎に入力される充放電端子電圧値S42に基づいて、図8に示されたフローチャートに従って、蓄電池60の内部抵抗値rの算出処理が行われ、算出された内部抵抗値rの増加値Δrが閾値以上になったとき、蓄電池60が劣化したと判定される。その他の動作は実施例1と同様である。
From the output current value S41c and the load current value S41d input at regular time intervals in the
(実施例2の効果)
本実施例2の直流電源装置10Aは、電源ユニット20から負荷装置50に流れる負荷電流ILを計測して一定時間間隔毎に負荷電流値S41dを出力する第2電流計測部41dを有している。そのため、実施例1の効果に加え、負荷装置50へ流れる負荷電流ILから蓄電池60の放電時に充放電端子電圧Vbがどの程度低下するかを推定することが可能になり、蓄電池放電時に、負荷装置50が動作保証電圧未満まで低下するおそれがないかを、実際の負荷電流ILに基づいて判定することが可能である。
(Effect of Example 2)
DC
(実施例3の構成及び動作)
図11は、本発明の実施例3における直流電源装置10Bの構成の概略を示すブロック図であり、実施例2を示す図10中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Configuration and operation of Embodiment 3)
FIG. 11 is a block diagram showing an outline of the configuration of the DC
本実施例3の直流電源装置10Bは、実施例2と同様の蓄電池劣化判定部30A、電流計測部41A、電圧計測部42、負荷装置50及び蓄電池60と、実施例2とは構成の異なる電源ユニット20Aと、から構成されている。
The DC
実施例3の直流電源装置10Bにおける電源ユニット20Aは、複数の電源ユニット20−1,20−2,・・・,20−nから構成されており、各電源ユニット20A(=20−1,20−2,・・・,20−n)に、蓄電池劣化判定部30Aからそれぞれの運転指示又は待機指示を行う制御信号S30Aが入力されている。その他の構成は、実施例2の構成と同様である。
The
運転指示又は待機指示を行う制御信号S30Aにより、図11中の電源ユニット20Aが運転される台数が決定され、運転台数に対応した出力電流Ioutの範囲となる。例えば、電源ユニット20Aの1台当たりの出力電流Ioutの範囲を0〜100Aとし、制御信号30Aにより決定された運転台数を5台とすると、出力電流Ioutの範囲は、400A〜500Aとなる。実施例3の直流電源装置10Bにおける蓄電池60の劣化判定の動作は、実施例2と同様であるので省略する。
The number of the
(実施例3の効果)
本実施例3の直流電源装置10Bは、運転又は待機状態に制御可能な複数の電源ユニット20−1,20−2,・・・,20−nを有し、負荷電流値S41dに応じて運転台数を制御している。これにより、実施例1及び2の効果に加え、蓄電池60の放電時に蓄電池60から負荷装置50へ流れる電流の一部を、各電源ユニット20Aからの出力電流Ioutにより補いながら放電することにより、放電電流値Idisを制限しつつ、蓄電池60の内部抵抗値rの推定が可能となる。
(Effect of Example 3)
The DC
(実施例4の構成及び動作)
図12は、本発明の実施例4の蓄電池劣化診断装置70の構成の概略を示すブロック図であり、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Configuration and operation of embodiment 4)
FIG. 12 is a block diagram showing an outline of the configuration of the storage battery
本実施例4の蓄電池劣化診断装置70は、実施例1の直流電源装置10中の蓄電池劣化判定部30、電流計測部41、及び電圧計測部42を、直流電源装置10Cから切り離して独立させた構成である。本発明の実施例4の蓄電池劣化診断装置70の動作は、実施例1の直流電源装置10内の蓄電池劣化判定部30の動作と同様である。
In the storage battery
(実施例4の効果)
本実施例4の蓄電池劣化診断装置70は、蓄電池60の劣化判定機能を有する部分を、直流電源装置10Cから独立させた構成にしている。これより、図2〜図4で説明した構成以外の直流電源装置にも適用が可能である。
(Effect of Example 4)
The storage battery
(変形例)
本発明は、上記実施例1〜4に限定されず、種々の利用形態や変形例が可能である。この利用形態や変形例として、例えば、次の(1)〜(4)のようなものがある。
(Modification)
This invention is not limited to the said Examples 1-4, A various utilization form and a modification are possible. For example, the following forms (1) to (4) are available as usage forms and modifications.
(1) 実施例1〜3の説明では、電圧計測部42は、充放電端子電圧Vbを計測するとして説明したが、電圧計測部42を、電源部20,20Aの出力電圧Voutを計測するものとしても良い。充放電端子電圧Vbは、直流電源装置10、10A、10Bが停止した場合を除いて、電源部20,20Aの出力電圧Voutに連動して変化するためである。
(1) In the description of the first to third embodiments, the
(2) 実施例1の電源ユニット20における出力電圧調整回路23内の基準電圧回路24は、CPU21から出力電圧切替信号Vselが入力され、基準電圧Vrefを出力するとして説明したが、基準電圧回路24を設けずに、CPU21が直接、基準電圧Vrefを生成して出力するようにしても良い。
(2) Although the
(3) 蓄電池セル6011〜602nの個別測定回路については、説明の都合上、実施例1の変形例として説明したが、蓄電池セル6011〜602nの個別測定回路は、実施例1に限定されない。蓄電池セル6011〜602nの個別測定回路は、実施例3〜4にも適用可能である。
(3) for individual measurement circuit of the storage battery cells 60 11 to 60 2n, for the convenience of description, has been described as a modification of the first embodiment, the individual measurement circuit of the storage battery cells 60 11 to 60 2n may in Example 1 It is not limited. The individual measurement circuits of the
(4) 実施例1〜4の説明では、電流計測部41及び電圧計測部42は、充放電電流及び充放電端子電圧を一定時間間隔(例えば、10ms)で計測するとして説明したが、充放電電流及び充放電端子電圧を計測する時間間隔は一定時間に限定されない、例えば、充放電電流及び充放電端子電圧の変化幅が大きいときに計測する時間間隔を狭くするようにしても良い。充放電電流及び充放電端子電圧の変化幅が大きいときに計測する時間間隔を狭くすれば、放電状態から充電状態に切り替わるタイミングを精度良く検出できるようになる。
(4) In the description of Examples 1 to 4, the
10,10A,10B,10C 直流電源装置
20,20A 電源ユニット
23 出力電圧調整回路
30,30A 蓄電池劣化判定部
41,41a,41b,41c,41d 電流計測部
42 電圧計測部
50 負荷装置
60 蓄電池
70 蓄電池劣化判定装置
10, 10A, 10B, 10C DC
Claims (11)
前記電源部から前記蓄電池に流れる充放電電流を計測して一定時間間隔毎に充放電電流値を出力する電流計測部と、
前記充放電端子の電圧である充放電端子電圧を計測して前記一定時間間隔毎に充放電端子電圧値を出力する電圧計測部と、
前記一定時間間隔毎に入力される前記充放電電流値及び前記充放電端子電圧値から、前記出力電圧の変化に伴って生ずる前記蓄電池から前記外部負荷への放電状態から、前記電源部から前記蓄電池への充電状態へ切り替わるタイミングを検出し、前記タイミングの前後における前記充放電電流値及び前記充放電端子電圧値に基づいて、前記蓄電池の劣化を判定する蓄電池劣化判定部と、
を備えたことを特徴とする直流電源装置。 A power supply for supplying output voltage and output current to an external load and a storage battery having a charge / discharge terminal;
A current measuring unit that measures a charge / discharge current flowing from the power supply unit to the storage battery and outputs a charge / discharge current value at predetermined time intervals; and
A voltage measuring unit that measures a charge / discharge terminal voltage, which is a voltage of the charge / discharge terminal, and outputs a charge / discharge terminal voltage value at each predetermined time interval; and
From the charging / discharging current value and the charging / discharging terminal voltage value that are input at every certain time interval, from the discharge state from the storage battery to the external load that occurs with the change of the output voltage, from the power supply unit to the storage battery Detecting the timing of switching to the state of charge to the storage battery, and determining the deterioration of the storage battery based on the charge / discharge current value and the charge / discharge terminal voltage value before and after the timing; and
A DC power supply device comprising:
前記一定時間間隔毎に入力される前記充放電電流値及び前記充放電端子電圧値の前記一定時間間隔間の前後の値の差分値が負から正に変化するタイミングにおける前記充放電電流値及び前記充放電端子電圧値と、正から零又は負に変化するタイミングにおける前記充放電電流値及び前記充放電端子電圧値とから、前記蓄電池の内部抵抗値を算出し、前記内部抵抗値に基づいて前記蓄電池の劣化判定を行うことを特徴とする請求項1記載の直流電源装置。 The storage battery deterioration determination unit
The charging / discharging current value at a timing when the difference value between the charging / discharging current value and the charging / discharging terminal voltage value input before and after the certain time interval changes from negative to positive. The internal resistance value of the storage battery is calculated from the charge / discharge terminal voltage value, the charge / discharge current value and the charge / discharge terminal voltage value at the timing of changing from positive to zero or negative, and based on the internal resistance value The direct current power supply device according to claim 1, wherein deterioration of the storage battery is determined.
前記内部抵抗値から前記蓄電池の内部抵抗値の初期値を減じた前記内部抵抗値の増加値と閾値とを比較して、前記増加値が前記閾値以上になった場合に、前記蓄電池が劣化したと判定することを特徴とする請求項2記載の直流電源装置。 The deterioration determination of the storage battery in the storage battery deterioration determination unit,
By comparing the internal resistance value increased value obtained by subtracting the initial value of the internal resistance value of the storage battery from the internal resistance value and a threshold value, the storage battery deteriorated when the increased value is equal to or greater than the threshold value. The DC power supply device according to claim 2, wherein
前記内部抵抗値と、前記外部負荷の定格電流又は負荷電流の実測値と、から前記蓄電池が放電状態となった場合の電圧低下を推定し、前記電圧低下が前記外部負荷の動作保証電圧未満となるおそれがある場合に、前記蓄電池が劣化したと判定することを特徴とする請求項2記載の直流電源装置。 The deterioration determination of the storage battery in the storage battery deterioration determination unit,
A voltage drop when the storage battery is in a discharged state is estimated from the internal resistance value and the rated current of the external load or an actual value of the load current, and the voltage drop is less than the operation guarantee voltage of the external load. The DC power supply device according to claim 2, wherein the storage battery is determined to have deteriorated when there is a risk of becoming.
前記蓄電池劣化判定部は、
前記複数の蓄電池セル毎に計測されたセル充放電電流値及びセル充放電端子電圧に基づいて前記蓄電池の劣化を判定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の直流電源装置。 The storage battery is configured by connecting a plurality of storage battery cells in series and / or in parallel,
The storage battery deterioration determination unit
5. The DC power supply according to claim 1, wherein deterioration of the storage battery is determined based on a cell charge / discharge current value and a cell charge / discharge terminal voltage measured for each of the plurality of storage battery cells. apparatus.
前記電源部から前記外部負荷及び前記蓄電池に流れる前記出力電流を計測して前記一定時間間隔毎に出力電流値を出力する第1電流計測部と、
前記電源部から前記外部負荷に流れる負荷電流を計測して前記一定時間間隔毎に負荷電流値を出力する第2電流計測部と、を有し、
前記蓄電池劣化判定部は、
前記一定時間間隔毎に入力される前記出力電流値、前記負荷電流値及び前記充放電端子電圧値から、前記電源部の前記出力電圧の変化に伴って生ずる前記蓄電池から前記外部負荷への放電状態から、前記電源部から前記蓄電池への充電状態へ切り替わるタイミングを検出し、前記タイミングの前後における前記出力電流値、前記負荷電流値及び前記充放電端子電圧値に基づいて、前記蓄電池の劣化を判定することを特徴とする請求項1記載の直流電源装置。 The current measuring unit is
A first current measurement unit that measures the output current flowing from the power supply unit to the external load and the storage battery and outputs an output current value at each predetermined time interval; and
A second current measuring unit that measures a load current flowing from the power supply unit to the external load and outputs a load current value at each predetermined time interval; and
The storage battery deterioration determination unit
From the output current value, the load current value, and the charge / discharge terminal voltage value that are input at every predetermined time interval, a discharge state from the storage battery to the external load that occurs with a change in the output voltage of the power supply unit From the power supply unit, the timing of switching to the charged state of the storage battery is detected, and the deterioration of the storage battery is determined based on the output current value, the load current value, and the charge / discharge terminal voltage value before and after the timing. The DC power supply device according to claim 1, wherein:
前記蓄電池劣化判定部は、更に、
前記負荷電流値に応じて、前記複数の電源ユニットのそれぞれに運転指示又は待機指示を行い、
前記複数の電源ユニットは、前記運転指示又は前記待機指示に従って運転状態又は待機状態に制御されることを特徴とする請求項6記載の直流電源装置。 The power supply unit is configured by connecting a plurality of power supply units in parallel,
The storage battery deterioration determination unit further includes:
According to the load current value, an operation instruction or a standby instruction is given to each of the plurality of power supply units,
The DC power supply device according to claim 6, wherein the plurality of power supply units are controlled to be in an operation state or a standby state in accordance with the operation instruction or the standby instruction.
前記蓄電池から前記外部負荷への放電状態から、前記電源部から前記蓄電池への充電状態へ切り替わるように、前記出力電圧を変化させる電圧指令信号を前記電源部へ出力することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の直流電源装置。 The storage battery deterioration determination unit further includes:
The voltage command signal for changing the output voltage is output to the power supply unit so as to switch from a discharge state from the storage battery to the external load to a charge state from the power supply unit to the storage battery. The DC power supply device according to any one of 1 to 7.
前記蓄電池の劣化を報知する報知手段を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項記載の直流電源装置。 The storage battery deterioration determination unit further includes:
The DC power supply device according to any one of claims 1 to 8, further comprising notification means for notifying deterioration of the storage battery.
前記電源部の前記出力電圧を定格出力電圧値よりも低く設定して、前記蓄電池を放電状態にし、一定時間間隔毎に、前記充放電端子電圧及び前記充放電電流の測定及び測定値の保存を継続すると共に、前記電源部の前記出力電圧を定格出力電圧値に再設定して、前記一定時間間隔毎に測定された前記充放電端子電圧値及び前記充放電電流値の前記一定時間間隔の前後の値の差分値が負から正に切り替わったタイミングを検出し、前記タイミングの直前の前記充放電端子電圧値及び前記充放電電流値をそれぞれ放電電圧値及び放電電流値に設定する処理と、
前記一定時間間隔毎に測定された前記充放電端子電圧値の差分値が零、かつ前記一定時間間隔毎に測定された前記充放電電流の差分値が正から零又は負に切り替わったタイミングを検出し、前記タイミングの直前の前記充放電端子電圧値及び前記充放電電流値をそれぞれ充電電圧値及び充電電流値とする処理と、
前記放電電圧値及び前記放電電流値と、前記充電電圧値及び前記充電電流値とから、前記蓄電池の内部抵抗値を求める処理と、
を有することを特徴とする蓄電池の劣化判定方法。 A storage battery deterioration determination method for determining deterioration of the storage battery connected to the DC power supply device using the DC power supply device according to any one of claims 1 to 9,
The output voltage of the power supply unit is set lower than a rated output voltage value, the storage battery is set in a discharge state, and the charge / discharge terminal voltage and the charge / discharge current are measured and stored at regular intervals. Continuing and resetting the output voltage of the power supply unit to a rated output voltage value, before and after the fixed time interval of the charge / discharge terminal voltage value and the charge / discharge current value measured at the fixed time interval Detecting a timing at which the difference value of the value is switched from negative to positive, and setting the charge / discharge terminal voltage value and the charge / discharge current value immediately before the timing to a discharge voltage value and a discharge current value, respectively;
Detects a timing at which the difference value of the charge / discharge terminal voltage value measured at each fixed time interval is zero and the difference value of the charge / discharge current measured at the fixed time interval switches from positive to zero or negative And the process which makes the charging / discharging terminal voltage value and the charging / discharging current value immediately before the timing a charging voltage value and a charging current value, respectively,
A process for obtaining an internal resistance value of the storage battery from the discharge voltage value and the discharge current value, and the charge voltage value and the charge current value;
A method for determining deterioration of a storage battery, comprising:
前記充放電端子の充放電端子電圧を計測して前記一定時間間隔毎に充放電端子電圧値を出力する電圧計測部と、
前記一定時間間隔毎に前記充放電電流値及び前記充放電端子電圧値が入力され、前記充放電電流値及び前記充放電端子電圧値に基づいて、前記出力電圧の変化に伴って生ずる前記蓄電池から前記外部負荷への放電状態から、前記直流電源装置から前記蓄電池への充電状態へ切り替わるタイミングを検出し、前記タイミングの前後における前記充放電電流値及び前記充放電端子電圧値に基づき、前記蓄電池の劣化を判定する蓄電池劣化判定部と、
を備えたことを特徴とする蓄電池劣化判定装置。 From a DC power supply device having a power supply unit that supplies output voltage and output current to an external load and a storage battery having a charge / discharge terminal, the charge / discharge current value flowing through the storage battery is measured and the charge / discharge current value is determined at regular time intervals. An output current measurement unit;
A voltage measuring unit that measures a charge / discharge terminal voltage of the charge / discharge terminal and outputs a charge / discharge terminal voltage value at each predetermined time interval; and
The charging / discharging current value and the charging / discharging terminal voltage value are inputted at every predetermined time interval, and the storage battery that is generated along with the change of the output voltage based on the charging / discharging current value and the charging / discharging terminal voltage value. The timing of switching from the discharge state to the external load to the charge state to the storage battery from the DC power supply device is detected, and based on the charge / discharge current value and the charge / discharge terminal voltage value before and after the timing, the storage battery A storage battery deterioration determination unit for determining deterioration;
A storage battery deterioration determination device comprising:
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