JP2015125137A - 鉛蓄電池診断装置、鉛蓄電池診断方法およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】鉛蓄電池の自動診断にかかるコストの削減を図る。【解決手段】鉛蓄電池１から発生される可聴音を収集する音収集部１１と、鉛蓄電池１の特定の状態ごとに該状態に対応する音情報を記憶する音情報データベース１６と、音情報データベース１６に記憶される音情報に基づいて、該収集された音に、鉛蓄電池１の特定の状態に対応する音が含まれるかを判定する音解析部１４と、該判定の結果に基づいた診断情報を出力する出力部１５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、鉛蓄電池診断装置、鉛蓄電池診断方法およびコンピュータプログラムに関する。

従来の鉛蓄電池診断技術として、例えば特許文献１、２に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の従来技術では、被測定電池の外側から超音波を該被測定電池内に印加し、該被測定電池の外側で超音波を検出し、該検出した超音波に基づき、被測定電池の劣化を診断している。特許文献２に記載の従来技術では、アコースティックエミッション（acoustic emission）技術を使用し、鉛蓄電池の内部状態の音響シグネチャによって鉛蓄電池の状態を判定している。

特開２００５−２９１８３２号公報 特開２０１３−０８０７０３号公報

携帯電話ネットワークの基地局には鉛蓄電池が使用されており、その鉛蓄電池の保守のために、現状では、保守者が基地局に出向いて鉛蓄電池の劣化を発見するための測定を行っている。この保守者の負担やコストの削減のために、鉛蓄電池の診断を自動化できる鉛蓄電池診断装置を各基地局に設けることが望ましい。

しかしながら、上述した従来の鉛蓄電池診断技術では、携帯電話ネットワークの各基地局に設けられる鉛蓄電池診断装置が高価になるという課題がある。特許文献１に記載の従来技術では、基地局ごとに超音波発振子および超音波受信子等の鉛蓄電池診断装置が必要となるが、基地局数が非常に多い携帯電話ネットワークではそのコストが問題である。特許文献２に記載の従来技術では、アコースティックエミッションに使用される高精度の専用のマイクロフォン等の鉛蓄電池診断装置が基地局ごとに必要となるが、該専用のマイクロフォンが高価であり、やはり基地局数が非常に多い携帯電話ネットワークではそのコストが問題である。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、鉛蓄電池の自動診断にかかるコストを削減できる鉛蓄電池診断装置、鉛蓄電池診断方法およびコンピュータプログラムを提供することを課題とする。

（１）本発明に係る鉛蓄電池診断装置は、鉛蓄電池から発生される可聴音を収集する音収集部と、前記鉛蓄電池の特定の状態ごとに該状態に対応する音情報を記憶する音情報データベースと、前記音情報データベースに記憶される音情報に基づいて、前記収集された音に、前記鉛蓄電池の特定の状態に対応する音が含まれるかを判定する音解析部と、前記判定の結果に基づいた診断情報を出力する出力部と、を備えたことを特徴とする。

（２）本発明に係る鉛蓄電池診断方法は、音収集部と音情報データベースと音解析部と出力部を有する鉛蓄電池診断装置の鉛蓄電池診断方法であり、前記音収集部が、鉛蓄電池から発生される可聴音を収集する音収集ステップと、前記音解析部が、前記音情報データベースに前記鉛蓄電池の特定の状態ごとに記憶される該状態に対応する音情報に基づいて、前記収集された音に、前記鉛蓄電池の特定の状態に対応する音が含まれるかを判定する音解析ステップと、前記出力部が、前記判定の結果に基づいた診断情報を出力する出力ステップと、を含むことを特徴とする。

（３）本発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、音情報データベースに鉛蓄電池の特定の状態ごとに記憶される該状態に対応する音情報に基づいて、前記鉛蓄電池から発生される可聴音を収集する音収集部によって収集された音に、前記鉛蓄電池の特定の状態に対応する音が含まれるかを判定する音解析ステップと、前記判定の結果に基づいた診断情報を出力する出力ステップと、を実行させるためのコンピュータプログラムであることを特徴とする。

本発明によれば、鉛蓄電池の自動診断にかかるコストを削減できるという効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池診断装置１０の構成図である。 図１に示す音情報データベース１６の構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池診断方法の手順を示すシーケンス図である。 本発明に係る鉛蓄電池診断装置の実施例１の構成図である。 本発明に係る鉛蓄電池診断装置の実施例２の構成図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池診断装置１０の構成図である。図１において、鉛蓄電池診断装置１０は、音収集部１１と音伝搬ケーブル１２と音記録部１３と音解析部１４と出力部１５と音情報データベース１６を備える。

音収集部１１は、鉛蓄電池１から発生される可聴音を収集する。音収集部１１で収集された音は、音伝搬ケーブル１２により音記録部１３へ伝搬される。音記録部１３は、音収集部１１で収集されて音伝搬ケーブル１２により伝搬された音を記録する。音解析部１４は、音記録部１３で記録された音に、鉛蓄電池１の特定の状態に対応する音が含まれるかを判定する。出力部１５は、音解析部１４による判定の結果に基づいた診断情報を出力する。音情報データベース１６は、鉛蓄電池１の特定の状態ごとに該状態に対応する音情報を記憶する。音情報データベース１６に記憶される音情報は、音解析部１４で使用される。

鉛蓄電池１は、充電器３によりフロート充電される。鉛蓄電池１は、複数（図１の例では６個）のセル２が直列に接続された構成となっている。

音収集部１１は、鉛蓄電池１のセル２個別に発生される可聴音をそれぞれ別個に収集するように構成されてもよく、又は、鉛蓄電池１の複数のセル２から発生される可聴音を一緒に収集するように構成されてもよい。音収集部１１が鉛蓄電池１のセル２個別に発生される各可聴音を別個に収集し、音記録部１３が該収集された各音をセル２個別に記録する場合には、音解析部１４がセル２個別に音の判定を行うことによって、セル２個別に診断を行うことができる。

一方、音収集部１１が鉛蓄電池１の複数のセル２から発生される可聴音を一緒に収集し、音記録部１３が該一緒に収集された音を記録する場合には、音解析部１４が該一緒に収集された音に対する判定を行うことによって、当該複数のセル２単位での診断を行うことができる。鉛蓄電池１の診断としては、セル２個別の診断であってもよく、又は、複数のセル２単位での診断であってもよい。

音収集部１１としては、可聴音を収集できればよい。音収集部１１として、例えば、聴診器と同様の構成が挙げられる。具体的には、音収集部１１として、鉛蓄電池１の表面に接触して可聴音を集音する集音手段と、該集音手段で集音された可聴音を伝搬する音伝搬手段（例えばゴム管など）と、該音伝搬手段で導かれた可聴音を電気信号に変換するマイクロフォンとから構成する。このマイクロフォンは汎用のものでよく、アコースティックエミッションに使用される高精度の専用のマイクロフォンに比して安価で済む。また、集音手段および音伝搬手段も、聴診器で使用されるものと同等でよく、汎用マイクロフォンと同様に安価で済む。

音収集部１１のマイクロフォンから出力される音信号は、音伝搬ケーブル１２により音記録部１３へ伝搬される。音記録部１３は、音伝搬ケーブル１２により伝搬された音信号をデジタル信号に変換してメモリに記憶する。

音解析部１４は、音記録部１３のメモリに記憶された音デジタル信号を解析することによって、鉛蓄電池１の特定の状態に対応する音が含まれるかを判定する。該解析方法として、本実施形態では周波数解析を行う。具体的には、音解析部１４は、音記録部１３のメモリに記憶された音デジタル信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、このＦＦＴ結果である周波数領域信号を使用して周波数解析を行う。この周波数解析では、音情報データベース１６に記憶される音情報が使用される。

図２は、音情報データベース１６の構成例を示す図である。図２において、音情報データベース１６は、鉛蓄電池１の特定の状態ごとに、該状態に対応する音情報を格納している。図２の例では、鉛蓄電池１の特定の状態として、６個の状態が定義されている。該６個の状態として、具体的には、「無通電状態」、「フロート充電状態」、「通常放電状態」、「過充電状態」、「過放電状態」、「寿命劣化状態」が定義されている。これら６個の各状態に対応する音情報＿１〜６が、音情報データベース１６に格納されている。

音情報＿１〜６として、本実施形態では周波数スペクトルを使用する。具体的には、音情報＿１は、無通電状態にある鉛蓄電池１が発生する可聴音の周波数スペクトルである。音情報＿２は、フロート充電状態にある鉛蓄電池１が発生する可聴音の周波数スペクトルである。音情報＿３は、通常放電状態にある鉛蓄電池１が発生する可聴音の周波数スペクトルである。音情報＿４は、過充電状態にある鉛蓄電池１が発生する可聴音の周波数スペクトルである。音情報＿５は、過放電状態にある鉛蓄電池１が発生する可聴音の周波数スペクトルである。音情報＿６は、鉛蓄電池１の寿命による劣化状態（寿命劣化状態）にある鉛蓄電池１が発生する可聴音の周波数スペクトルである。寿命劣化状態として、鉛蓄電池１の電極板が劣化した状態や、鉛蓄電池１の寿命末期の状態などが挙げられる。該周波数スペクトルは、例えば実測によって取得することが挙げられる。

鉛蓄電池１が発生する可聴音は、充電時や放電時の化学反応によって生成されるガスの発生音を含む。そして、その可聴音は、鉛蓄電池１の各状態に応じた特有の周波数スペクトルを有する。このことから、診断対象の鉛蓄電池１が発生する可聴音を収集して周波数スペクトル解析を行い、この周波数スペクトル解析結果と音情報＿１〜６の各周波数スペクトルとを比較することによって、診断対象の鉛蓄電池１の状態を判定することができる。

なお、鉛蓄電池１の種類、使用期間、使用環境（気温、湿度など）などの診断環境の違いによって、鉛蓄電池１の各状態に対応する周波数スペクトルが変化する場合には、該診断環境の違いごとに音情報を音情報データベース１６に格納しておく。そして、音解析部１４に対して診断環境を事前に設定する。音解析部１４は、診断環境の設定に応じて、音情報データベース１６から、該当する音情報を取得する。

出力部１５は、音解析部１４による判定の結果に基づいた診断情報を出力する。診断情報として、例えば、図２に例示される各状態を示す情報が挙げられる。診断情報の出力方法として、例えば、診断情報を記載したメッセージを、通信回線を介して所定の宛先へ送信することが挙げられる。

次に、図３を参照して図１の鉛蓄電池診断装置１０の動作を説明する。図３は、本実施形態に係る鉛蓄電池診断方法の手順を示すシーケンス図である。

（ステップＳ１） 音収集部１１が鉛蓄電池１から発生される可聴音を収集する。該収集された音は、音伝搬ケーブル１２により音記録部１３へ伝搬されて記録される。音記録部１３は、該記録されている音データを音解析部１４へ送信する。

（ステップＳ２） 音解析部１４は、音記録部１３から音データを受信する。

（ステップＳ３） 音解析部１４は、音情報データベース１６に対して、音情報を要求する。このとき、音解析部１４は、必要に応じて、音情報に対する要求条件（診断環境）を音情報データベース１６へ通知する。

（ステップＳ４） 音情報データベース１６は、音解析部１４からの要求に応じて、自己で保持している音情報の中から該当する音情報を検索する。

（ステップＳ５） 音情報データベース１６は、該検索結果の音情報を音解析部１４へ送信する。

（ステップＳ６） 音解析部１４は、音情報データベース１６から検索結果の音情報を受信する。

（ステップＳ７） 音解析部１４は、音記録部１３から受信した音データと音情報データベース１６から受信した音情報とを使用して、鉛蓄電池１の状態解析を行う。具体的には、音記録部１３から受信した音データの周波数スペクトルを算出し、該算出された周波数スペクトルと、音情報データベース１６から受信した音情報（図２に定義される各状態に対応する周波数スペクトル）とを比較して、図２に定義されるいずれの状態であるのかを判定する。

ステップＳ７の状態解析の結果、（１）無通電状態である場合には鉛蓄電池１の運用が停止中でありステップＳ８へ進む。ステップＳ７の状態解析の結果、（２）フロート充電状態、又は（３）通常放電状態である場合には鉛蓄電池１の異常なしでありステップＳ８へ進む。他方、ステップＳ７の状態解析の結果、（４）過充電状態、（５）過放電状態、又は（６）寿命劣化状態である場合には鉛蓄電池１の異常ありでありステップＳ９へ進む。

（ステップＳ８） 音解析部１４は、出力部１５に対して、ステップＳ７で判定された状態（（１）無通電状態、（２）フロート充電状態、又は（３）通常放電状態）を通知する。これにより、出力部１５は、通知された状態を示す診断情報を出力する。

（ステップＳ９） 音解析部１４は、出力部１５に対して、アラート（警報）を通知する。これにより、出力部１５は、アラートを示す診断情報を出力する。なお、ステップＳ７で判定された状態（（４）過充電状態、（５）過放電状態、又は（６）寿命劣化状態）を、アラートと一緒に診断情報に含めてもよい。

上述した実施形態によれば、鉛蓄電池から発生される可聴音を収集し、該収集された音に、鉛蓄電池の特定の状態に対応する音が含まれるかを判定し、該判定の結果に基づいた診断情報を出力することにより、鉛蓄電池の診断を自動化することができる。さらに、可聴音を収集する音収集部として、アコースティックエミッションの測定器に比して安価に構成できるので、鉛蓄電池の自動診断にかかるコストを削減できるという効果が得られる。

例えば、携帯電話ネットワークの各基地局に本実施形態に係る鉛蓄電池診断装置１０を設けることによって遠隔で自動診断を行うことができるので、保守者が一々基地局に出向いて鉛蓄電池の診断を行う必要がなくなり、保守者の負担やコストの削減を実現することができる。さらに、基地局数が非常に多い携帯電話ネットワークであっても、各基地局に設ける鉛蓄電池診断装置１０に要するコストを抑えることができる。

次に、本実施形態に係る鉛蓄電池診断装置１０の実施例を以下に説明する。

図４は、本実施形態に係る鉛蓄電池診断装置１０の実施例１の構成図である。この図４において図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。実施例１では、携帯端末装置３０を利用して、音記録部１３、音解析部１４、出力部１５および音情報データベース１６を実現する。携帯端末装置３０として、例えば、スマートフォン、タブレット型のコンピュータなどが挙げられる。

図４において、携帯端末装置３０は、音記録部１３、音解析部１４、出力部１５および音情報データベース１６の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを有する。そして、携帯端末装置３０のＣＰＵ（中央演算処理装置）が、該コンピュータプログラムを実行することにより、音記録部１３、音解析部１４、出力部１５および音情報データベース１６の各機能が実現される。

出力部１５は、携帯端末装置３０が利用可能な通信回線（例えば、携帯電話ネットワークや無線ＬＡＮの無線通信回線など）により、診断情報を所定の宛先へ送信する。

図５は、本実施形態に係る鉛蓄電池診断装置１０の実施例２の構成図である。この図５において図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。実施例２では、携帯端末装置３０を利用して音記録部１３を実現し、サーバ装置４０を利用して音解析部１４、出力部１５および音情報データベース１６を実現する。サーバ装置４０には汎用のコンピュータを利用できる。

図５において、携帯端末装置３０は、音記録部１３の機能を実現するためのコンピュータプログラムを有する。そして、携帯端末装置３０のＣＰＵが、該コンピュータプログラムを実行することにより、音記録部１３の機能が実現される。サーバ装置４０は、音解析部１４、出力部１５および音情報データベース１６の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを有する。そして、サーバ装置４０のＣＰＵが、該コンピュータプログラムを実行することにより、音解析部１４、出力部１５および音情報データベース１６の各機能が実現される。

携帯端末装置３０は、利用可能な通信回線５０（例えば、携帯電話ネットワークや無線ＬＡＮの無線通信回線など）により、音記録部１３に記録されている音データをサーバ装置４０へ送信する。サーバ装置４０は、携帯端末装置３０から受信した音データを、音解析部１４により解析する。

サーバ装置４０は、例えば、携帯電話ネットワークの保守センタに設けられ、出力部１５が診断情報を音声出力や画面表示することにより、保守者へ鉛蓄電池１の状態を報知することが挙げられる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

例えば、上述した実施形態に係る鉛蓄電池診断装置１０は、様々な電気機器や電子機器で使用される鉛蓄電池の診断に適用可能である。

また、上述した実施形態では、音解析部１４の解析方法として周波数解析を例に挙げたが、時間領域での解析を行ってもよい。時間領域での解析を行う場合、音情報データベース１６に格納する音情報として、鉛蓄電池１の特定の状態ごとに、鉛蓄電池１の特定の状態に対応する時間領域での音波形データを予め用意する。そして、音解析部１４は、音記録部１３から受信した音データ（時間領域での音波形データ）と、音情報データベース１６の音情報（時間領域での音波形データ）とを比較することにより、診断対象の鉛蓄電池１の状態を判定する。

また、上述した鉛蓄電池診断装置１０の機能を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１…鉛蓄電池、２…セル、３…充電器、１０…鉛蓄電池診断装置、１１…音収集部、１２…音伝搬ケーブル、１３…音記録部、１４…音解析部、１５…出力部、１６…音情報データベース、３０…携帯端末装置、４０…サーバ装置、５０…通信回線

Claims (3)

1. 鉛蓄電池から発生される可聴音を収集する音収集部と、
   前記鉛蓄電池の特定の状態ごとに該状態に対応する音情報を記憶する音情報データベースと、
   前記音情報データベースに記憶される音情報に基づいて、前記収集された音に、前記鉛蓄電池の特定の状態に対応する音が含まれるかを判定する音解析部と、
   前記判定の結果に基づいた診断情報を出力する出力部と、
   を備えたことを特徴とする鉛蓄電池診断装置。
2. 音収集部と音情報データベースと音解析部と出力部を有する鉛蓄電池診断装置の鉛蓄電池診断方法であり、
   前記音収集部が、鉛蓄電池から発生される可聴音を収集する音収集ステップと、
   前記音解析部が、前記音情報データベースに前記鉛蓄電池の特定の状態ごとに記憶される該状態に対応する音情報に基づいて、前記収集された音に、前記鉛蓄電池の特定の状態に対応する音が含まれるかを判定する音解析ステップと、
   前記出力部が、前記判定の結果に基づいた診断情報を出力する出力ステップと、
   を含むことを特徴とする鉛蓄電池診断方法。
3. コンピュータに、
   音情報データベースに鉛蓄電池の特定の状態ごとに記憶される該状態に対応する音情報に基づいて、前記鉛蓄電池から発生される可聴音を収集する音収集部によって収集された音に、前記鉛蓄電池の特定の状態に対応する音が含まれるかを判定する音解析ステップと、
   前記判定の結果に基づいた診断情報を出力する出力ステップと、
   を実行させるためのコンピュータプログラム。

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