JP2016090416A - 蓄電池状態監視システム、蓄電池状態監視方法、および蓄電池状態監視プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の状態監視において、初期故障や偶発故障と経時劣化とを識別して監視することで、余寿命の推定の精度をより向上させる。
【解決手段】複数の蓄電池４１が直列に接続された組電池を備えた機器に対して、各蓄電池４１の状態を監視する蓄電池状態監視システム１であって、各蓄電池４１における電流を検出する制御・電源装置５０と、各蓄電池４１における稼働時間、温度、電圧、および少なくとも２種類以上の周波数における内部抵抗を測定する子機３０とを有し、子機３０が測定した温度、電圧、内部抵抗、および各蓄電池４１の放電時における制御・電源装置５０が検出した電流の値の変化分と子機３０が測定した電圧の値の変化分との比から得た各蓄電池４１の直流抵抗のうち、少なくとも１つ以上の値に基づいて、各蓄電池４１における正常ではない状態を、初期故障もしくは偶発故障と、経時劣化とを区別して判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池の状態を監視する技術に関し、特に、バックアップ用途・出力変動用途など、蓄電池が常に機器に接続され、蓄電池に通電して状態を監視・推定する蓄電池状態監視システム、蓄電池状態監視方法、および蓄電池状態監視プログラムに適用して有効な技術に関するものである。

常時稼働している必要がある重要な装置やシステムなどでは、例えば停電や瞬断など商用電源からの電力供給が途絶えた場合（もしくは商用電源からの電力を利用しない・できない場合。以下では総称して「非常時等」と記載する場合がある）でも負荷に電力の供給を継続するため、ＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply：無停電電源装置）が用いられる場合がある。ＵＰＳは、非常時等において負荷に供給するための電力を蓄積する蓄電池を有しており、１つのＵＰＳに複数の蓄電池を有するものもある。

ＵＰＳに用いられる蓄電池は、通常時は充電された状態で動作（放電）せず、非常時等に動作して負荷に電力を供給する。蓄電池は、動作しない状態でも経時劣化し、また、一般的に周囲の温度が高いほど劣化が進むことが知られている。従って、ＵＰＳなどの蓄電池を搭載した機器では、動作時に蓄電池が寿命や故障等で正常に動作しないということが生じるのを回避するため、蓄電池の状態を監視するとともに、周囲の温度や使用年数といった劣化に伴う寿命の時期を予測して、蓄電池が現に異常な状態である場合はもちろん、正常な状態であっても予測した寿命の時期が到来する前に新品の蓄電池と交換する方法がとられてきた。

しかしながら、温度と劣化の程度との関係のみに基づく単純な寿命の予測では、予測された寿命の精度はあまり高くないため、安全を考慮した結果、蓄電池の交換時期が実際の寿命よりも相当早い時期になって最後まで有効に使い切れていない場合もあり、経済的にも有効利用の観点からも非効率な状態となっている。

このような課題を解決するための技術として、例えば、特開２００５−２６１５３号公報（特許文献１）には、複数の蓄電池からなる組電池の温度Ｔを検出し、各蓄電池の電圧Ｅを測定し、各蓄電池の内部抵抗Ｒを測定し、これら検出結果および測定結果に応じて各蓄電池の寿命を判定することで、温度と寿命の関係にさらに別の要素を加味して蓄電池の寿命切れを判定することができる蓄電池監視システムが記載されている。

また、非特許文献１には、ＵＰＳに用いられる鉛蓄電池の状態を監視するため、セル電圧と内部インピーダンスと温度を連続して測定し、内部インピーダンスの測定に際しては、ＵＰＳより発生するリップル電流の周波数成分と異なった周波数で測定することで、ＵＰＳから発生するノーマルモードノイズの影響を抑えて内部インピーダンスの測定値を安定して得られるようにした蓄電池診断装置が記載されている。

また、本願発明者の発明に係る特許第５４０３１９１号公報（特許文献２）には、各蓄電池における電流を検出する制御・電源装置と、各蓄電池における温度、電圧、および少なくとも２種類以上の周波数における内部抵抗を測定する子機とを有し、子機が測定した温度、電圧、内部抵抗、および各蓄電池の放電時における制御・電源装置が検出した電流の値の変化分と子機が測定した電圧の値の変化分との比から得た各蓄電池の直流抵抗のうち、少なくとも１つ以上の値に基づいて各蓄電池の劣化を推定する蓄電池状態監視システムが記載されている。

特開２００５−２６１５３号公報 特許第５４０３１９１号公報

高橋清、長嶋茂、「ノイズ対応型蓄電池診断装置（ＢＣＷ）の開発」、ＦＢテクニカルニュースＮｏ．６３号（２００７．１１）、古河電池株式会社、２００７年１１月、ｐ．３２−３７

特許文献１や非特許文献１などに記載されたような蓄電池の状態等を監視する装置やシステムを用いることで、温度や電圧、内部抵抗などのパラメータを測定・取得して、各蓄電池の状態や寿命を推定することが可能である。さらに、特許文献２に記載されたようなシステムを用いることで、多数の蓄電池について複数周波数での内部抵抗値なども含む各種パラメータを自動的に取得して、各蓄電池の状態や寿命の予測を高い精度で効率的に行うことが可能である。

一方で、蓄電池において生じ得る故障や障害は、経時劣化によるものに限らず、初期故障や偶発故障も存在する。これに対し、上述したような従来技術では、電圧等の測定数値が正常か異常かに基づいて蓄電池の状態や寿命を予測するものであり、基本的には初期故障や偶発故障などの個体間でのバラツキの多い障害との区別を行なっていない。しかしながら、実際は、初期故障や偶発故障なのか、経時劣化による異常なのかによって、余寿命の推定には大きな誤差が生じ得るところ、これらの判断は熟練者の経験と勘による判断を付加して行っている場合が多い。

そこで本発明の目的は、蓄電池の状態監視において、初期故障や偶発故障と経時劣化とを識別して監視することで、余寿命の推定の精度をより向上させる蓄電池状態監視システム、蓄電池状態監視方法、および蓄電池状態監視プログラムを提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

本発明の代表的な実施の形態による蓄電池状態監視システムは、複数の蓄電池が直列に接続された組電池を備えた機器に対して、前記各蓄電池の状態を監視する蓄電池状態監視システムであって、前記各蓄電池における電流を検出する電流検出手段と、前記各蓄電池における稼働時間、温度、電圧、および少なくとも２種類以上の周波数における内部抵抗を測定する状態測定手段と、を有するものである。

そして、前記状態測定手段が測定した温度、電圧、内部抵抗、および前記各蓄電池の放電時における前記電流検出手段が検出した電流の値の変化分と前記状態測定手段が測定した電圧の値の変化分との比から得た前記各蓄電池の直流抵抗のうち、少なくとも１つ以上の値に基づいて、前記各蓄電池における正常ではない状態を、初期故障もしくは偶発故障と、経時劣化とを区別して判定する。

また、本発明は、上記のような蓄電池状態監視システムとして機能するよう、コンピュータに処理を実行させる蓄電池状態監視プログラムにも適用することができる。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、蓄電池の状態監視において、初期故障や偶発故障と経時劣化とを識別して監視することで、余寿命の推定の精度をより向上させることが可能となる。

本発明の一実施の形態である蓄電池状態監視システムの構成例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態における上位監視装置の構成例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態における状態測定装置（子機）の構成例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態における状態測定装置（子機）の測定制御部における処理の流れの例について概要を示したフローチャートである。 本発明の一実施の形態における蓄電池の放電および充電の際の電圧の変化の例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態における指示実行処理の流れの例について概要を示したフローチャートである。 本発明の一実施の形態における上位監視装置の劣化判定部における処理の流れの例について概要を示したフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

＜システム構成＞
図１は、本発明の一実施の形態である蓄電池状態監視システムの構成例について概要を示した図である。蓄電池状態監視システム１は、例えば電源装置４０などの、直列に接続された複数の蓄電池４１からなる組電池を備える機器において、各蓄電池４１に通電して各種パラメータを自動で測定もしくは取得することで、各蓄電池４１の状態や寿命を推定するシステムである。

この蓄電池状態監視システム１は、１つ以上の電源装置４０の各蓄電池４１に対して１つずつ固定して設置され、当該蓄電池４１についての温度、電圧、内部抵抗などの各種パラメータを測定する状態測定装置３０と、状態測定装置３０で測定されたデータを収集して蓄電池４１の状態や寿命を推定する処理を一元的に行う上位監視装置１０とを有する。また、上位監視装置１０と各状態測定装置３０との間に、各状態測定装置３０から送信された測定データを中継して上位監視装置１０に送信するデータ中継装置２０を有する。

すなわち、本実施の形態では、１つの上位監視装置１０に対してＭ個のデータ中継装置２０（以下では「親機」と記載する場合がある）が通信可能に接続され、各データ中継装置２０にはＮ個の状態測定装置３０（以下では「子機」と記載する場合がある）が通信可能に接続される３階層の階層構成を有する。なお、上位監視装置１０と親機２０との間はＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク６０を介した有線通信により接続され、親機２０と子機３０との間は無線通信により接続される。なお、有線／無線通信の規格やプロトコル等は特に限定されず、公知の技術を適宜利用することができる。

これにより、多数の蓄電池４１を有する電源装置４０等の機器において、外部への配線等を要さずに子機３０を蓄電池４１に対して設置することができ、設置の際の容易性、柔軟性を向上させて設置の効率化を可能とするとともに、結線間違いや配線の経時劣化等に基づく不具合のリスクを低減させることを可能とする。また、上位監視装置１０が多数の子機３０と直接通信セッションを持つことで通信負荷が集中することを回避する。

なお、本実施の形態では、親機２０は、少なくとも、子機３０との間の無線通信と、上位監視装置１０との間の有線通信との間で通信プロトコルの変換を行う機能を有するが、その他の機能を有していなくてもよい。このとき、親機２０は、各子機３０との無線通信を並行的に行ってもよいし、逐次的に行ってもよい。また、蓄電池状態監視システム１の規模等（例えば監視対象の蓄電池４１の数等）によっては、親機２０を有さず、子機３０が直接上位監視装置１０と通信する２階層の構成であってもよいし、子機３０と親機２０（もしくは上位監視装置１０）との間の通信も、図１に示すように、無線通信に限らず有線通信であってもよい。

各電源装置４０には、電源装置４０を利用する装置やシステム等の負荷への電力供給を制御する制御・電源装置（電力制御装置（Power Conditioning System：ＰＣＳ）または、無停電電源装置（ＵＰＳ）、もしくは直流電源装置）５０が接続されている。制御・電源装置５０は、電源装置４０による負荷への電力供給を制御するとともに、電源装置４０内で直列に設置された蓄電池４１を流れる電流値を検出することができる電流検出装置としての役割を有し、電源装置４０（蓄電池４１）の充放電の有無に係る情報を取得することができる。制御・電源装置５０は、例えばネットワーク６０に接続されており、上位監視装置１０は、ネットワーク６０を介して、制御・電源装置５０から電源装置４０の蓄電池４１の電流値や充放電の有無に係る情報などを取得することができる。

なお、本実施の形態では、制御・電源装置５０が各蓄電池４１の電流値を検出し、上位監視装置１０が制御・電源装置５０から当該情報を取得可能な構成としているが、これに限らず、例えば、後述する子機３０が、温度や電圧等の他のパラメータと同様に各蓄電池４１の電流値を測定して上位監視装置１０に送信する構成としてもよい。

図２は、上位監視装置１０の構成例について概要を示した図である。上位監視装置１０は、親機２０を介して、各子機３０から各蓄電池４１について測定された各種パラメータの情報を収集し、収集したデータに基づいて各蓄電池４１の状態や寿命を推定して、異常な状態や寿命の到来の有無を監視する。

上位監視装置１０は、例えばＰＣ（Personal Computer）やサーバ機器等の情報処理装置によって構成され、図示しないＯＳ（Operating System）やＤＢＭＳ（DataBase Management System）などのミドルウェア上で動作するソフトウェアプログラムとして実装されるインタフェース部１１、監視制御部１２、および劣化判定部１３などの各部を有する。また、子機３０から収集した測定データを蓄積するデータベースである測定履歴１４と、蓄電池状態監視システム１の動作に係る各種の設定を保持するファイルやレジストリ等からなる設定情報１５とを有する。

インタフェース部１１は、ユーザが各種指示を入力するための画面、および蓄電池４１の状態監視の結果を表示するための画面を、ユーザに対して提供するユーザインタフェースの機能を有する。図示しないＷｅｂサーバプログラムにより、ユーザのクライアント端末上のＷｅｂブラウザからアクセスして画面を表示する構成としてもよい。ユーザが入力する各種指示としては、例えば、設定情報１５に設定される、上位監視装置１０や子機３０の動作条件の指定や、ユーザの要求に基づく子機３０に対するデータの測定や収集の指示などがある。

監視制御部１２は、設定情報１５に登録された設定内容、もしくはインタフェース部１１を介したユーザからの指示に従って、（親機２０を介して）子機３０に対して各種パラメータの測定に係る条件の指定や測定の実行を要求する。また、子機３０に対して各種パラメータの測定データを送信するよう要求して測定データを収集し、測定履歴１４に蓄電池４１毎に記録して蓄積する機能を有する。

なお、監視対象の蓄電池４１が多数となる場合は、例えば、子機３０に対して一斉にデータの測定指示を行うと、多数の子機３０が一斉に蓄電池４１に対して測定を行うことになる。子機３０は、パラメータの測定の際に微小ながらも蓄電池４１に対して通電するため、電圧降下が生じることから、多数の子機３０が一斉に測定を行うと電源装置４０に対して悪影響を及ぼすことも考えられる。また、子機３０に対して一斉に測定データの送信要求を行うと、各子機３０が一斉に測定データを親機２０を介して上位監視装置１０に送信する結果、これらの機器に大きな通信負荷がかかってしまうことも考えられる。

従って、本実施の形態では、子機３０に対して各種パラメータの測定（特に内部抵抗の測定）や、測定データの送信などの指示を行う際に、子機３０を適切な数（例えば全体の３０％程度毎）にグルーピングして、各グループ間で、属する子機３０による処理のタイミングが重複しないよう、自動または手動によりグループ毎に十分な時間差を設けて指示を行うものとする。

劣化判定部１３は、設定情報１５に登録された設定内容、もしくはインタフェース部１１を介したユーザからの指示に従って、子機３０から収集して測定履歴１４に記録された温度、電圧、内部抵抗などの各種パラメータの測定値、および制御・電源装置５０から取得した電源装置４０での放電・充電時の電流値等に基づいて、後述するような手法により蓄電池４１の状態や余寿命を推定する。

このとき、初期故障や偶発故障と経時劣化とを切り分けて判定し、これらを総合的に考慮することで、状態や寿命を推定する。すなわち、本実施の形態では、蓄電池４１の健全性・余寿命の判定を行う際に、初期故障や偶発故障などの異常／故障の検出（すなわち、劣化が通常より早い蓄電池４１）と、経時劣化（すなわち、蓄電池４１の寿命）の検出とを切り分けて判定し、これらを総合考慮することで、当該蓄電池４１の余寿命（すなわち、当該蓄電池４１の交換時期）を推定する。

初期故障や偶発故障などの異常／故障は、一般的に初期に多く発生し、時間の経過とともに発生率は減少する傾向にある。そして、電圧や内部抵抗などの測定パラメータは、ランダムで急激な変化を伴う。これに対し、経時劣化は、直線的にもしくは緩慢に劣化していき、劣化が閾値を超える（もしくは一定以上期間が経過する）と急激に起こる傾向にある。従って、本実施の形態では、初期故障や偶発故障については、測定パラメータについて全体の平均値等からのズレを基準に判定し、経時劣化については、予め保持している特性曲線と現在の状態とを比較することで判定する。

具体的には、本実施の形態では、蓄電池４１の温度に基づく判定に加えて、電圧、内部抵抗（主に交流インピーダンスであり、電池のリアクタンスも測定時に含まれるが、以下では総称して「内部抵抗」と記載する）、放電・充電の際の直流抵抗という複数のパラメータに基づいて多面的に劣化を判定する。例えば、温度や電圧については、初期故障や偶発故障などの突発的な障害等によるものも含む異常値管理として、一定間隔（例えば５分）で取得した蓄電池４１の温度や電圧の値が、平均値等に基づいて得られる所定の閾値を超えた場合に異常な状態であると判定する。具体的には、例えば、蓄電池４１の温度が室温＋１０℃を超えた場合には軽度の異常と判定し、室温＋２０℃を超えた場合には直ちに交換が必要な状態であると判定する。また、併せて、温度と寿命との相関関係を示すテーブルや式から経時劣化を判定するようにしてもよい。

また、内部抵抗については、通常時の傾向管理として、例えば、１日１回などの定期的なタイミングや、ユーザからの指示を受けたタイミングで測定し、内部抵抗値の初期値（例えば蓄電池４１の設置時に最初に測定した値）からの変化率により特性曲線に基づいて蓄電池４１の劣化を推定する。例えば、内部抵抗値が初期値から２０％以上増加した場合には軽度の劣化と判定し、初期値から５０％以上増加した場合には速やかに（例えば１年以内に）交換が必要と判定し、初期値から１００％以上増加した場合には直ちに交換が必要と判定する。蓄電池４１の種類等によって内部抵抗の絶対値が異なることから、このように相対値による判定を行う。

なお、本実施の形態では、蓄電池４１の様々な劣化モードに対応してより正確な寿命の推定が行えるよう、複数の周波数により内部抵抗を測定し、各周波数での内部抵抗毎に上記のような初期値との相対値による判定を行うものとする。従来の内部抵抗の測定機器では、一般的に１ｋＨｚ程度の周波数が用いられており、蓄電池４１が徐々に劣化する状況については当該周波数で測定した内部抵抗によりある程度判断可能であることが知られている。また、当該周波数については従来広く用いられてきた経緯からリファレンスとなるデータの蓄積も多いため、本実施の形態においても１種類は１ｋＨｚ程度（例えば３５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満）の周波数を用いるものとする。

一方で、１ｋＨｚ程度の周波数では、電極反応などの発電要素に係る情報を得るためには周波数が高く、蓄電池の生死を判定することが可能な程度の情報しか得ることができない。従って、より詳細な情報を得るためには、さらに直流や直流に近い低周波での内部抵抗についても測定するのが望ましい。本実施の形態では、直流抵抗成分については、ＵＰＳが動作して蓄電池４１が放電や充電を開始したタイミングを自動的に検知し、蓄電池が放電もしくは充電している際に各蓄電池に設置した測定装置からの逐次測定された電圧値と電流値（交流での内部抵抗測定時のものと比べて大きい）とから、放電中の電流値と電圧値についてのそれぞれの変化分（傾き）の比の計算により取得するものとする。これについて上記と同様に初期値と比較することにより、蓄電池４１の劣化をより正確に判定することができる。

しかしながら、ＵＰＳ等の機器については通常時は待機しており稼働していないことから、上記のように直流抵抗を測定できるタイミングは限られる。従って、通常時（蓄電池４１が放電・充電をしていない状態）は低周波での内部抵抗についても測定するものとする。例えば、実際上支障なく装置を構成することができ、かつ商用電源と干渉しない（５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚの整数倍ではない）１００Ｈｚ未満程度の周波数を用いる。劣化判定の精度をより向上させるためには、さらに異なる複数の周波数により内部抵抗を測定するのが望ましい。

従って、本実施の形態では、後述するように、内部抵抗の測定周波数は、少なくとも１ｋＨｚ程度（例えば３５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満）の高周波と１００Ｈｚ未満（商用電源と干渉しない周波数）の低周波を含み、さらにこれらと異なる周波数として、中間（例えば１００Ｈｚ以上３５０Ｈｚ未満）の周波数を加えた３種類の周波数により内部抵抗を測定するものとする。

上記をより一般的に記載すると、例えば、２００Ｈｚ未満の低周波領域と、２００Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満の高周波領域から少なくともそれぞれ１つ以上選択した複数の周波数によって内部抵抗を測定することで劣化判定の精度を向上させることが可能である。さらに上記の周波数領域内で異なる他の周波数を加えて測定することで精度をより向上させることも可能である、ということができる。

このように、本実施の形態では、主に上述した３つのタイミングで蓄電池４１の劣化を推定する。１つ目は、一定の時間間隔（本実施の形態では５分）のタイミングで継続して測定した温度および電圧の取得データに基づいて、蓄電池４１の突発的な障害等を含む異常や寿命を推定する。２つ目は、定期的（本実施の形態では１日１回）もしくはユーザからの指示による任意のタイミングで複数周波数にて測定した内部抵抗の測定値に基づいて、蓄電池４１の複数の劣化モードでの劣化傾向を推定する。３つ目は、蓄電池４１が放電もしくは充電を行ったタイミングで、放電もしくは充電の際の電圧の測定データと、制御・電源装置５０から取得した放電時もしくは充電時の直流電流の値とから算出した直流抵抗に基づいて蓄電池４１の劣化傾向をより高い精度で推定する。

なお、内部抵抗や直流抵抗の初期値については、測定履歴１４における対象の蓄電池４１についての最初の測定データから得てもよいし、蓄電池４１毎に別途記録しておくようにしてもよい。

蓄電池４１の状態や劣化の推定の結果、寿命が到来している、もしくは寿命の到来が近いため、交換が必要であると判定された場合は、例えば、その旨をインタフェース部１１を介して測定データや推定結果などの情報とともにユーザに通知する。

設定情報１５には、蓄電池状態監視システム１の動作に係る設定内容として、例えば、子機３０の温度や電圧の測定間隔（例えば１０〜２００ｍｓｅｃ毎であり、本実施の形態では１００ｍｓｅｃ毎とした）や、上位監視装置１０による温度や電圧の測定データの収集間隔（例えば５分毎）、内部抵抗の測定間隔（例えば１日１回）などをユーザや管理者等により設定もしくは変更可能なようにしてもよい。また、後述するように、子機３０において電源装置４０（蓄電池４１）が放電していることを検知するための、電圧降下の閾値や継続サイクル数、放電を検知した際に電圧の測定データをロックする時間範囲の情報、子機３０の動作モード（通常モードや省電力モード）などを設定可能なようにしてもよい。

なお、子機３０の動作に係る設定を上位監視装置１０の設定情報１５に保持し、監視制御部１２から子機３０に対して指定できるようにすることで、多数の子機３０に対する個別の作業を不要として、上位監視装置１０からの指令によって効率良く子機３０の動作条件を指定・変更することが可能となる。

図３は、状態測定装置（子機）３０の構成例について概要を示した図である。子機３０は、蓄電池４１の蓋部等に対して１つずつ固定して設置され、当該蓄電池４１についての各種パラメータを測定して記録するとともに、親機２０を介した上位監視装置１０からの指示に応じて、親機２０を介して測定データを上位監視装置１０に送信する。蓄電池４１に固定して設置することで、各種パラメータを測定するための端子やセンサ等との間の配線の接続を安定させ、測定データのバラつきを低減させることができる。なお、通常は、１個の蓄電池４１に対して子機３０が１個設置される対応であるが、コストや蓄電池４１の電圧などに応じて、直列に設置された複数個の蓄電池４１に対してまとめて１個の子機により監視するようにしてもよい。

子機３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により実行されるソフトウェアプログラムや回路等として実装される測定制御部３１、温度測定部３２、電圧測定部３３、内部抵抗測定部３４、および正弦波発生部３５の各部を有する。また、親機２０との間で無線通信を行う通信部３６と、不揮発性の半導体メモリ等からなる記憶装置である内部メモリ３７を有する。また、温度測定部３２から配線された温度センサ３９が蓄電池４１に配置されているとともに、電圧測定部３３、内部抵抗測定部３４、および正弦波発生部３５から配線された端子が蓄電池４１の正負の端子にそれぞれ接続されている。なお、子機３０が動作するための電力は、蓄電池４１から取得するものとする。そのため、子機３０では、各部の動作が必要なタイミング以外ではスリープするなどして、不要な電力を消費しないようにする省電力モード等を設けるのが望ましい。

測定制御部３１は、子機３０における各種パラメータの測定処理や、測定データの記録、送信など、子機３０における処理全体を制御する機能を有する。各測定部により、蓄電池４１を（例えば１００ｍｓｅｃ毎や１日１回などの間隔で）常時監視して、測定されたデータを内部メモリ３７の所定の領域に逐次記録する。このとき、古い測定データを上書きして領域をサイクリックに利用する。また、通信部３６による無線通信により親機２０と通信を行い、親機２０を介した上位監視装置１０からの指示に基づいて、親機２０経由で上位監視装置１０に対して測定データを送信する。なお、内部メモリ３７に記録された測定データは、子機３０に装着した半導体メモリ等からなる外部メモリ３８に複写・移動等して取り出すことができる。また、外部メモリ３８を内部メモリ３７と同等の記憶領域として使用してもよい。

温度測定部３２は、測定制御部３１からの指示（例えば１００ｍｓｅｃ毎）に従って、温度センサ３９により蓄電池４１の温度を測定し、測定データを測定制御部３１に出力する。また、電圧測定部３３も同様に、測定制御部３１からの指示（例えば１００ｍｓｅｃ毎）に従って、蓄電池４１の端子間の電圧を測定し、測定データを測定制御部３１に出力する。このとき、測定制御部３１では、後述するように、電圧の値の降下（もしくは上昇）が一定期間以上継続した場合に蓄電池４１が放電（もしくは充電）を行っていると判定し、放電（もしくは充電）の開始前後の一定期間の電圧の測定データについて、内部メモリ３７上で他のデータにより上書きされて消失しないようロック（保護）する。

内部抵抗測定部３４は、測定制御部３１からの指示（例えば１日１回）をトリガとして、蓄電池４１の端子間の内部抵抗を測定し、測定データを測定制御部３１に出力する。ここでは、正弦波発生部３５によって、上述したような複数の周波数の正弦波を発生させ、各周波数での電流（例えば３Ａ以下）を蓄電池４１に流す。このときの電流値と、端子間の電圧値との測定データに基づいて、各周波数での内部抵抗を算出する。

上述したように、例えば、２００Ｈｚ未満の低周波領域と、２００Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満の高周波領域から少なくともそれぞれ１つ以上選択した複数の周波数によって内部抵抗を測定することで劣化判定の精度を向上させることができる。また、上記の周波数領域内でさらに異なる他の周波数を加えて測定することで精度をより向上させることができる。本実施の形態では、例えば、少なくとも１ｋＨｚ程度（例えば３５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満、好ましくは８００Ｈｚ以上１２００Ｈｚ未満）の高周波領域と１００Ｈｚ未満（商用電源と干渉しない周波数）の低周波領域を含み、さらにこれらと異なる周波数として、中周波領域（例えば１００Ｈｚ以上３５０Ｈｚ未満）の周波数を加えた３種類の周波数により内部抵抗を測定するものとする。

測定周波数による効果を確認するため、従来技術による内部抵抗の測定機器（単独の周波数により測定するもの）を用いた場合と、本実施の形態の状態測定装置３０（内部抵抗測定部３４が複数の周波数により測定するもの）を用いた場合とで、それぞれ実際に蓄電池の内部抵抗を測定して、その寿命の評価（電池容量の推定）を試みた実験結果の例を以下の表に示す。

表１では、内部抵抗の測定機器として従来品１〜３および開発品１、２を用いて、複数の異なる劣化状態の蓄電池についてそれぞれ内部抵抗を測定した上で電池容量の推定を行い、実際の容量との誤差と、測定に要した時間に基づいて測定精度を評価した結果を示している。

ここで、従来品１〜３は、従来技術による単独の周波数により内部抵抗を測定する測定機器であり、測定周波数がそれぞれ異なる領域（高周波領域（３５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満）、中周波領域（１００Ｈｚ以上３５０Ｈｚ未満）、低周波領域（１００Ｈｚ未満））に属するものである。一方、開発品１、２は、本実施の形態の状態測定装置３０であって、複数の周波数領域（開発品１は高周波領域（２００Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満）と低周波領域（２００Ｈｚ未満）、開発品２は高周波領域（３５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満）と中周波領域（１００Ｈｚ以上３５０Ｈｚ未満）と低周波領域（１００Ｈｚ未満））に属する測定周波数により内部抵抗を測定するものである。

当該実験では、使用する蓄電池として、
・電池Ａ 蓄電池規格ＵＰ３００−１２（１２Ｖ／１００Ａｈ／５ＨＲ）の新品
・電池Ｂ 電池Ａと同等の電池に対して電解液を１０％減じたもの
・電池Ｃ 電池Ａと同等の電池に対して２５℃トリクル寿命試験により５年相当経過させた状態のもの
・電池Ｄ 電池Ａと同等の電池に対して２５℃トリクル寿命試験により１５年相当経過させた状態のもの
・電池Ｅ 電池Ｃと同等の電池に対して電解液減少分を補液したもの
・電池Ｆ 電池Ｄと同等の電池に対して電解液減少分を補液したもの
の６種類の蓄電池（電池Ａ〜Ｆ）を作成した。

表では、上記各蓄電池について、５ＨＲ容量および１ＣＡ容量を元に、それぞれの状況として、実容量と、従来品１〜３および開発品１、２による内部抵抗の測定値に基づいて得られた容量の推定値について、それぞれ、満充電状態との相対比（％）により示している。

各電池の放電容量の実測値（実容量）については、ＪＩＳ８７０４−０２に基づいて満充電状態の蓄電池を準備し、これに基づくものとしている。ここで、蓄電池の満充電状態とは、１３．３８Ｖ／１０Ａの制限電流にて４８時間以上充電した状態のことを指す。５ＨＲ容量の実測値（実容量）については、充電終了後、開路状態にて２５±２℃の雰囲気中で２４時間放置し、その後、２５±２℃にて放電電流値２０Ａで放電し、終止電圧１０．５Ｖに到達するまでの放電持続時間から放電容量を求めた。また、１ＣＡ容量の実測値（実容量）については、上記の５ＨＲの場合と同様に、満充電後２５±２℃の雰囲気中で２４時間放置した電池について、放電電流値１００Ａで放電し、終止電圧９．６Ｖに到達するまでの放電持続時間から放電容量を求めた。得られた各蓄電池の放電容量の実測値について、それぞれ、新品状態の放電容量に対する相対比を算出している。

また、内部抵抗の測定値に基づく容量の推定に際しては、実験結果の蓄積に基づく知見として従来から得られている内部抵抗と放電容量（もしくは放電持続時間）との関係についての実験式を用いている。具体的には、内部抵抗の測定値と放電容量との関係は一次関数で表されるため、例えば、従来品１〜３（単独の周波数により測定するもの）については、放電容量は、内部抵抗の測定値と初期値とに基づいて、
放電容量＝放電容量の初期値×
（１−（内部抵抗の測定値−内部抵抗の初期値）／内部抵抗の初期値）
の式により表される。従って、新品状態の放電容量（放電容量の初期値）に対する相対比は、
相対比＝１−（内部抵抗の測定値−内部抵抗の初期値）／内部抵抗の初期値
の式により算出することができる。

なお、開発品１、２のように複数の測定周波数により内部抵抗を測定する場合は、例えば、測定された２種類もしくは３種類の内部抵抗の値に対して所定の重み付けをした加重平均値を用いて上記の式に適用するものとする。例えば、低率放電での測定の場合は、高周波領域の周波数で測定した内部抵抗値に対して、中周波領域の周波数で測定した内部抵抗に比して大きい重み付け値を設定する。また、高率放電での測定の場合は、中周波領域の周波数で測定した内部抵抗値に対して、高周波領域の周波数で測定した内部抵抗に比して大きい重み付け値を設定し、さらに、低周波領域の周波数で測定した内部抵抗値に対して、中周波領域の周波数で測定した内部抵抗値に対して大きい重み付け値を設定する。

表１では、従来品１〜３および開発品１、２のそれぞれについて、各蓄電池の５ＨＲ容量と１ＣＡ容量につき、内部抵抗の測定値に基づいて求めた容量の推定値（相対比）と実容量（相対比）との間の誤差を求めている。さらに、それぞれの誤差の合計、および内部抵抗の測定に要した時間に基づいて評価点を求めて評価した結果についても示している。

評価結果によれば、従来品１〜３（単独の周波数での内部抵抗の測定）に比べて総じて短時間に、かつ高い精度で電池容量を推定することができることが分かる。また、開発品２（３種類の周波数での内部抵抗の測定）によれば、開発品１（２種類の周波数での内部抵抗の測定）よりもさらに短時間かつ高い精度で電池容量を推定できることが分かる。

＜状態測定装置（子機）での処理の流れ＞
図４は、状態測定装置（子機）３０の測定制御部３１における処理の流れの例について概要を示したフローチャートである。子機３０が起動して蓄電池４１の各種パラメータの測定処理を開始すると、まず、親機２０を介して上位監視装置１０から指示を受信しているか否かを判定する（Ｓ０１)。指示を受信している場合は、上位監視装置１０から指示された処理を実行する指示実行処理を行う（Ｓ０２）。ステップＳ０２の指示実行処理については後述するが、ここでは、主に、測定した各種データを上位監視装置１０に対して送信する処理を行う。このとき必要に応じて内部抵抗測定部３４により蓄電池４１の内部抵抗の測定処理も行う。

ステップＳ０１で上位監視装置１０からの指示を受信していない場合は、次に、前回の測定サイクルから所定の間隔の時間が経過したか否かを判定する（Ｓ０３）。ここでの所定の間隔は、子機３０が自ら定期的に蓄電池４１のパラメータを測定する間隔であり、本実施の形態では例えば１００ｍｓｅｃ間隔である。なお、この間隔の値は、例えば、上位監視装置１０から親機２０を介して指示された値、もしくは省略時値として子機３０に対して予め設定された値を内部メモリ３７等に保持しておき、起動時やその他の特定のタイミングでこれを参照するようにしてもよい。

ステップＳ０３で１００ｍｓｅｃ経過していない場合は、ステップＳ０１に戻って処理を繰り返す。ステップＳ０１ではなくステップＳ０３に戻って１００ｍｓｅｃ経過するのを待つようにしてもよい。ステップＳ０３で１００ｍｓｅｃ経過している場合は、温度測定部３２により蓄電池４１の温度を測定し（Ｓ０４）、また、電圧測定部３３により蓄電池４１の端子間の電圧を測定する（Ｓ０５）。このとき、上位監視装置１０からの抵抗測定指令があれば、正弦波発生部３５により発生された所定の周波数での電流（例えば３Ａ以下）を蓄電池４１に流して電圧を測定する。

その後、対象の蓄電池４１の稼働時間を算出する（Ｓ０６）。ここでは、例えば、前回の測定時点からの経過時間を加算して積算時間として算出して記録する。アレニウス則による換算時間（例えば、ステップＳ０４で測定した温度に基づく）についても同時に記録するようにしてもよい。

温度測定部３２、電圧測定部３３および内部抵抗測定部３４により温度、電圧および内部抵抗の測定が行われ、測定制御部３１が測定データを取得すると、現在の状態が測定データを上書きされないようにロックした状態で記録するデータロックモードであるか否かを判定する（Ｓ０７）。データロックモードではない通常モードの場合は、温度、電圧および内部抵抗の測定データをタイムスタンプと合わせて内部メモリ３７に記録する（Ｓ０８）。このとき、内部メモリ３７上にロックされているデータがある場合は、これに対して上書きして消去しないように記録する。

さらに以下で、測定した電圧データを解析して蓄電池４１が放電もしくは充電を開始したか否かを判定する処理を行う。電源装置４０に利用されている蓄電池４１は、通常時は一定の電圧を維持するよう制御されている。一方で、電源装置４０が稼働して負荷に対して電力の供給を開始する、すなわち蓄電池４１が放電を開始すると、蓄電池４１の電圧は急峻に降下するとともに、その後は放電に従って漸次電圧が降下していく（なお、電源装置４０が負荷に対する電力の供給を停止し、蓄電池４１に対して充電が開始された場合は逆となる）。

図５は、蓄電池４１の放電および充電の際の電圧の変化の例について概要を示した図である。ここでは、蓄電池４１の単位セルについての放電・充電の場合を例として示しており、通常時の単位セルあたりの電圧（例えば２．２３Ｖ）が、放電が開始すると約２．１Ｖ以下にまで急峻に降下し、その後ほぼ一定の傾きで漸次降下していく状態を示している。従って、本実施の形態では、例えば、１セルあたりで電圧が通常時から１００ｍＶ以上降下した状態が測定の３サイクル（３００ｍｓｅｃ）継続した場合に放電が開始したものと判断する。

上述したように、放電中は蓄電池４１に大きな直流電流が流れるため、このときのパラメータの測定データに基づいて蓄電池４１の状態についてより詳細な情報を得ることができる。従って、放電中のデータとして、図示するように、放電を検知したタイミングの前後の一定の時間範囲（電圧が漸次降下してく際の変化分（傾き）を計算することができるだけの時間範囲）の電圧（温度データを含めてもよい）の測定データを、内部メモリ３７上で他の測定データにより上書きされたり、削除されたりして消失しないようにロックした状態で記録するものとする（充電時についても同様にロックするようにしてもよい）。

本実施の形態では、例えば、放電を検知したタイミングの１秒前から１０分後までのデータをロックするものとする。なお、この時間範囲は、内部メモリ３７の容量やデータ送信のための通信負荷、電源装置４０の利用条件などに応じて適宜決定することができるが、少なくとも放電もしくは充電の検知から１分以上のデータをロックして保持しておくのが望ましい。

上記の処理を行うため、図４において、まず、電圧データについて測定値が通常時から所定の閾値（本実施の形態では例えば１セルあたり１００ｍＶ）以上降下（もしくは上昇）しているか否かを判定する（Ｓ０９）。なお、急峻な電圧降下を検知するために、前回の測定値から上記閾値以上降下しているか否かを合わせて判定するようにしてもよい。

ステップＳ０９で所定の閾値以上電圧が降下していない場合は、ステップＳ０１に戻って測定処理の繰り返しを継続する。ステップＳ０９で電圧が所定の閾値以上降下している場合は、次に、電圧の降下が所定の時間継続しているか否かを判定する（Ｓ１０）。本実施の形態では、測定の３サイクル（３００ｍｓｅｃ）継続しているか否かを判定する。３サイクル継続していない場合は、ステップＳ０１に戻って測定処理の繰り返しを継続する。一方、３サイクル継続している場合は、測定データをロックするデータロックモードに移行する（Ｓ１１）。このとき、例えば、過去１秒以内に内部メモリ３７に記録した電圧データ（温度データを含めてもよい）については、上書きや削除ができない旨のフラグを設定する等によりロックする。その後、ステップＳ０１に戻って測定処理の繰り返しを継続する。

一方、ステップＳ０７で現在の状態がデータロックモードである場合は、温度、電圧および内部抵抗の測定データを、ロックされている旨のフラグを設定した上でタイムスタンプと合わせて内部メモリ３７に記録する（Ｓ１２）。なお、内部メモリ３７は、ロックされたデータ（本実施の形態では１０分程度の測定データ）を保持することができる十分な容量を有することが望ましいが、例えば十分な容量を有していないような場合にロックされたデータが飽和して新たに記録することができる領域が存在しなくなった場合は、親機２０を介して上位監視装置１０に対してエラーや警告を通知するようにしてもよい。

その後、ステップＳ１０で３サイクル継続して電圧の降下を検知（蓄電池４１の放電を検知）したタイミング（すなわち、データロックモードに移行したタイミングと等価）から、所定の時間（本実施の形態では１０分）が経過したか否かを判定する（Ｓ１３）。１０分経過していない場合は、ステップＳ０１に戻って測定処理の繰り返しを継続する。

一方、１０分が経過した場合は、データロックモードから通常モードに移行し（Ｓ１４）、ステップＳ０１に戻って測定処理の繰り返しを継続する。すなわち、これ以降のサイクルでの測定データについては、ステップＳ０８以降の処理によりロックされていないデータとして内部メモリ３７に記録されることになる。なお、データロックモードから通常モードに移行しても、過去にロックされた状態で記録された測定データは、後述するように、親機２０を介して上位監視装置１０に送信されるまでロックされたままの状態で保持するものとする。

図４に示したように、本実施の形態では、ロック対象の測定データに対してフラグを設定することによりロックしているが、ロックの手法はこれに限るものではない。例えば、ステップＳ１０で３サイクル継続して電圧の降下を検知（蓄電池４１の放電を検知）した場合に、当該時刻から１秒前および１０分後のタイムスタンプを計算し、それぞれをロックの開始時刻と終了時刻の情報として保持するようにして、測定データが当該時間帯に含まれるか否かでロックの対象であるか否かを判断するようにしてもよい。また、ロックされたデータとロックされていないデータとの内部メモリ３７上での記憶領域を分離するようにしてもよい（このとき、過去１秒以内に記録したロックされていないデータについては、ロックされたデータの記憶領域に移動させる等の処理を行う）。

また、図４に示した処理フローでは、ステップＳ０１〜Ｓ０２における上位監視装置１０からの指示に基づく処理と、ステップＳ０３以降の子機３０によるパラメータの測定処理とを便宜上シーケンシャルな処理として記載しているが、処理順序はこれに限られない。また、上位監視装置１０からの指示の受信や、測定サイクルである１００ｍｓｅｃの経過などをイベント発生のトリガとして、イベントドリブンな処理として実装するようにしてもよい。

図６は、図４に示した子機３０での測定処理におけるステップＳ０２の指示実行処理の流れの例について概要を示したフローチャートである。上位監視装置１０からの指示を受信すると、測定制御部３１は、まず指示の内容を判定し（Ｓ１０１）、その後、指示内容に応じた処理を実行する。

ステップＳ１０１での指示の内容が、電圧および温度の測定データの取得要求である場合は、前回上位監視装置１０に送信して以降に内部メモリ３７に記録・蓄積された電圧および温度の測定データ（図４のステップＳ０４以降の処理で１００ｍｓｅｃ毎に測定された最新データ）および稼働時間のデータを、親機２０を介して上位監視装置１０に送信し（Ｓ１０２）、処理を終了する。なお、本実施の形態では、上位監視装置１０は、監視制御部１２により、当該データの取得要求を設定情報１５等に設定された所定の間隔（例えば５分毎など）で、定期的に自動で送信するものとする。送信した測定データは、内部メモリ３７から消去するようにしてもよい。消去せずに残す場合は、送信済みの測定データと未送信の測定データとを識別することができるよう、例えば、送信済みの測定データのうち最新のもののタイムスタンプを保持しておくなどする。

ステップＳ１０１での指示の内容が、蓄電池４１の内部抵抗の測定データの取得要求である場合は、前回の内部抵抗の測定時刻から所定の時間（本実施の形態では例えば１時間）が経過しているか否かを判定する（Ｓ１０３）。なお、本実施の形態では、上位監視装置１０は、監視制御部１２により、当該データの取得要求を設定情報１５等に設定された所定の間隔（例えば１日１回など）で、定期的に自動で送信するものとする。また、これに加えてユーザによる手動での指示に基づいて取得要求を送信することも可能であるものとする。

ステップＳ１０３で前回の測定時刻から１時間以上経過していない場合は、内部抵抗の測定処理が短時間で連続的に行われる（例えば、上位監視装置１０においてユーザが短時間で連続的に指示を繰り返す）ことにより蓄電池４１に余分な負荷がかかることを回避するため、内部抵抗の測定を行わない。このとき、本実施の形態では、前回測定した際の内部抵抗の測定データを内部メモリ３７から読み出して測定データとし（Ｓ１０４）、これを送信するものとする（Ｓ１０６）。

一方で、ステップＳ１０３で前回の測定時刻から１時間以上経過している場合は、内部抵抗測定部３４により蓄電池４１の内部抵抗を測定し（Ｓ１０５）、ステップＳ１０６に進む。ここでは上述したように、正弦波発生部３５により複数の周波数の正弦波を発生させ、各周波数における電流（例えば３Ａ以下）を蓄電池４１に流し、このときの電流値と、端子間の電圧値との測定データに基づいて、各周波数での内部抵抗を算出する。本実施の形態では、複数の周波数は、上述したように、少なくとも１ｋＨｚ程度の高周波と１００Ｈｚ未満の低周波を含み、これにさらに異なる周波数を加えることが可能である。得られた内部抵抗のデータは内部メモリ３７に記録する。

その後、内部抵抗の測定データを親機２０を介して上位監視装置１０へ送信し（Ｓ１０６）、処理を終了する。なお、ステップＳ１０５での内部抵抗の測定に要する時間によっては、例えば、１日１回の内部抵抗の測定の指示に対して、ステップＳ１０５での内部抵抗の測定処理を実行するとともに、これとは非同期に、ステップＳ１０６で、内部メモリ３７に記録された前回の測定結果のデータを（１日遅れで）上位監視装置１０に送信するようにしてもよい。

ステップＳ１０１での指示の内容が、蓄電池４１が放電・充電している際に測定された、ロックされた電圧データ（温度データを含んでいてもよい）の取得要求である場合は、ロックされている電圧（および温度）の測定データを内部メモリ３７から取得して、親機２０を介して上位監視装置１０へ送信する（Ｓ１０７）。

なお、本実施の形態では、上位監視装置１０は、ユーザによる手動での指示に基づいてロックされた電圧データの取得要求を送信する。ユーザは、例えば、上位監視装置１０上で、制御・電源装置５０から得られる情報に基づいて電源装置４０が稼動（蓄電池４１が放電）したことを把握することができ、その後、例えば障害の復旧等を待ってロックされた電圧データの取得を指示する。蓄電池４１が放電している際の直流電流値についても、上位監視装置１０は制御・電源装置５０から得ることができるため、これらのデータに基づいて劣化判定部１３は直流抵抗値を算出することができる。

その後、送信済みのデータについてのロック状態を解除し（Ｓ１０８）、処理を終了する。ロック状態を解除されたデータは、通常のデータとして上書きされ得る状態となる。ロック状態の解除の代わりに当該データを内部メモリ３７から消去するようにしてもよい。

なお、上位監視装置１０からの指示内容には、上記のようなパラメータの測定や測定データの取得要求の他に、各種設定情報（例えば、一定間隔で測定する温度および電圧の測定間隔や、電圧降下により蓄電池４１の放電を検知した場合に電圧の測定データをロックする時間範囲についての情報など）の設定の指示なども含まれる。指定された設定内容は、例えば内部メモリ３７に記録され、測定制御部３１によって参照される。

また、必要なタイミング以外は各部の回路等がスリープする省電力モードなどの動作モードの指示や、子機３０の停止指示を含んでいてもよい。例えば、停止指示を受信した場合は、測定処理を終了して機器を停止する。停止せずにスリープ状態やスタンバイ状態等に移行するようにしてもよい。このとき、上位監視装置１０からの復帰指示をトリガとしてスリープ状態やスタンバイ状態から復帰するようにしてもよい。

＜上位監視装置での処理の流れ＞
図７は、上位監視装置１０の劣化判定部１３における処理の流れの例について概要を示したフローチャートである。上位監視装置１０では、例えば、５分毎などの所定の間隔、もしくは状態測定装置（子機）３０から測定データを取得したときや、インタフェース部１１を介してユーザから指示を受けたときなどのタイミングで、まず、測定履歴１４に蓄積された測定データに基づいて、初期故障／偶発故障が発生しているか否かを粗い判定基準により予備判定する（Ｓ２０１）。これにより、明らかに初期故障／偶発故障に該当しないケースについて以降の詳細な判定が不要となるようにする。

上述したように、初期故障／偶発故障などの突発的な障害については、異常値管理として、例えば、蓄電池４１の温度や電圧の値が平均値等から得られる所定の閾値を超えているか否かにより判定する。具体的には、例えば、蓄電池４１の温度が室温＋１０℃を超えた場合には軽度の異常と判定し、室温＋２０℃を超えた場合には直ちに交換が必要な異常状態であると判定する。

ステップＳ２０１で、初期故障／偶発故障があると判定された場合、当該判定が所定回数（例えば、３回）以上連続しているか否かを判定する（Ｓ２０２）。所定回数以上連続していない場合は、処理を終了する。一方、所定回数以上連続している場合は、次に、測定データにおける電圧、温度、および内部抵抗などの値に基づいてより詳細な閾値判定を行い（Ｓ２０３）、初期故障／偶発故障であるか否かを判定する（Ｓ２０４）。初期故障／偶発故障ではないと判定された場合は処理を終了する。

ステップＳ２０２において初期故障／偶発故障であると判定された場合は、対象の蓄電池４１に初期故障／偶発故障が発生したものとして（Ｓ２０５）、処理を終了する。このとき、例えば、故障の発生をイベントとして記録するとともに、インタフェース部１１を介してユーザに通知するようにしてもよい。また、対象の蓄電池４１を切り離して縮退運転するよう、制御・電源装置５０などに指示を出力するようにしてもよい。

一方、ステップＳ２０１で、初期故障／偶発故障がないと判定された場合は、経時劣化の有無の判定と余寿命の推定を行う。ここではまず、測定された電圧データについて、電圧降下（もしくは、電圧降下と電流値に基づいて得られる直流抵抗）が第１の閾値（図中では「閾値＃１」と記載）以上であるか否かを判定する（Ｓ２０６）。電圧降下が第１の閾値未満であった場合は処理を終了する。第１の閾値は、後述の第２の閾値に比べて緩い基準により設定されるものとする。これにより、経時劣化の観点で明らかに正常であると思われるケースについて以降の詳細な判定が不要となるようにする。

電圧降下が第１の閾値以上であった場合は、さらに、電圧降下が第２の閾値（図中では「閾値＃２」と記載）以上であるか否かを判定する（Ｓ２０７）。なお、第２の閾値は第１の閾値より大きい値であり、これらの値は、蓄電池４１の特性曲線から得ることができるが、稼働時間（アレニウス則による換算時間によるものであってもよい）や、設定電圧（平均電圧）、負荷の状態などに応じて適宜設定することができる。

ステップＳ２０７で、電圧降下が第２の閾値未満であった場合、すなわち、電圧降下が第１の閾値と第２の閾値との間であった場合は、次に、電圧降下が第１の閾値以上となった回数が所定回数（例えば、３回）以上となったか否かを判定する（Ｓ２０８）。所定回数以上となっていない場合は処理を終了する。所定回数以上となっている場合は、蓄電池４１の余寿命を算出する（Ｓ２０９）。ここでは、例えば、上述したような手法により、複数周波数にて測定された内部抵抗などに基づいて電池容量を推測し、余寿命を算出する。このとき、例えば、余寿命に基づいて使用可能期間を算出し、現時点での稼働時間の情報と合わせてインタフェース部１１を介して画面表示してユーザに通知するようにしてもよい。

その後、ステップＳ２０９で算出された余寿命が所定の閾値（例えば、１年など）以上であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。余寿命が閾値以上である場合は、蓄電池４１は正常であるとして（Ｓ２１１）、処理を終了する。余寿命が閾値未満である場合は、交換時期が近いものとして、交換予定時期（例えば、１年を目処に設定）をインタフェース部１１を介して画面表示してユーザに通知して（Ｓ２１２）、処理を終了する。

一方、ステップＳ２０７で、電圧降下が第２の閾値以上でもあった場合は、次に、電圧降下が第２の閾値以上となった回数が所定回数（例えば、３回）以上となったか否かを判定する（Ｓ２１３）。所定回数以上となっていない場合は処理を終了する。所定回数以上となっている場合は、蓄電池４１は故障、もしくは寿命（早期寿命含む）に達したものとして（Ｓ２１４）、処理を終了する。このとき、その旨をインタフェース部１１を介して画面表示してユーザに通知するようにしてもよい。

以上に説明したように、本発明の一実施の形態である蓄電池状態監視システム１によれば、常に機器に接続された複数の蓄電池４１について、温度以外に電圧、内部抵抗、放電・充電の際の直流抵抗を含むパラメータを自動で測定もしくは取得するとともに、内部抵抗については複数周波数にて測定することで、各蓄電池４１の状態や寿命を高い精度で推定することが可能となる。このとき、初期故障や偶発故障と経時劣化とを区別して判定し、これらを総合的に考慮することで、蓄電池４１の状態や寿命をより精度よく推定することが可能となる。

また、上位監視装置１０と親機２０、子機３０からなる階層構成をとり、親機２０と子機３０との間は無線通信とすることで、多数の蓄電池４１についての各種パラメータの測定を効率的に行うことが可能となる。

このとき、子機３０は、上位監視装置１０からの設定内容等に従って各種パラメータを測定し、親機２０を介して上位監視装置１０に送信するとともに、蓄電池４１の放電・充電を自動的に検知して、放電・充電の際の電圧の測定データが上書き等により消失しないようロックして保持することで、子機３０単位での直流電流による電圧変化が監視可能となり、各蓄電池４１の状態や寿命をより確実に、かつ高い精度で推定することが可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、本実施の形態では、子機３０により測定されたデータを親機２０を介して上位監視装置１０に送信し、上位監視装置１０において蓄電池４１の劣化状況を判定するよう構成としているが、そのような構成に限られない。上位監視装置１０の劣化判定部１３および子機３０の測定制御部３１に相当し、これら各部での処理を一連の処理として実行するソフトウェアプログラムを、子機３０などの専用装置にＣＰＵを設けた上で直接実行させることで、子機３０上で全ての処理が完結するように構成することも可能である。逆に、当該ソフトウェアプログラムを親機２０や、他のＰＣやタブレット端末などの汎用の情報処理端末などに導入して実行させ、子機３０では単純な測定のみを行う構成とすることも可能であり、柔軟なシステム構成によって蓄電池４１の劣化状況を判定することが可能である。

本発明は、バックアップ用途・出力変動用途など、蓄電池が常に機器に接続され、蓄電池に通電して状態を監視・推定する蓄電池状態監視システム、蓄電池状態監視方法、および蓄電池状態監視プログラムに利用可能である。

１…蓄電池状態監視システム、
１０…上位監視装置、１１…インタフェース部、１２…監視制御部、１３…劣化判定部、１４…測定履歴、１５…設定情報、
２０…データ中継装置（親機）、
３０…状態測定装置（子機）、３１…測定制御部、３２…温度測定部、３３…電圧測定部、３４…内部抵抗測定部、３５…正弦波発生部、３６…通信部、３７…内部メモリ、３８…外部メモリ、３９…温度センサ、
４０…電源装置、４１…蓄電池、
５０…制御・電源装置、
６０…ネットワーク

Claims (14)

1. 複数の蓄電池が直列に接続された組電池を備えた機器に対して、前記各蓄電池の状態を監視する蓄電池状態監視システムであって、
   前記各蓄電池における電流を検出する電流検出手段と、
   前記各蓄電池における稼働時間、温度、電圧、および少なくとも２種類以上の周波数における内部抵抗を測定する状態測定手段と、を有し、
   前記状態測定手段が測定した温度、電圧、内部抵抗、および前記各蓄電池の放電時における前記電流検出手段が検出した電流の値の変化分と前記状態測定手段が測定した電圧の値の変化分との比から得た前記各蓄電池の直流抵抗のうち、少なくとも１つ以上の値に基づいて、前記各蓄電池における正常ではない状態を、初期故障もしくは偶発故障と、経時劣化とを区別して判定する蓄電池状態監視システム。
2. 請求項１に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
   前記各蓄電池について得られた温度、電圧、内部抵抗、および直流抵抗の各パラメータのうち、少なくとも１つ以上の値が、各パラメータの平均値から所定の閾値以上乖離した状態が所定の測定回数以上継続した場合に、初期故障もしくは偶発故障であると判定し、初期故障もしくは偶発故障に該当しない場合に、前記各蓄電池について得られた内部抵抗の値に基づいて経時劣化を判定する、蓄電池状態監視システム。
3. 請求項１または２に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
   前記状態測定手段は、少なくとも、２００Ｈｚ未満の第１の周波数と、２００Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満の第２の周波数とをそれぞれ含む、２種類以上の周波数によって前記蓄電池の内部抵抗を測定する、蓄電池状態監視システム。
4. 請求項３に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
   前記状態測定手段は、前記第１の周波数を１００Ｈｚ未満とし、前記第２の周波数を３５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満とし、さらに、１００Ｈｚ以上３５０Ｈｚ未満の第３の周波数を含む３種類の周波数によって前記蓄電池の内部抵抗を測定する、蓄電池状態監視システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
   前記状態監視手段からなり、前記蓄電池に直接接続された子機と、
   前記電流検出手段および／または前記状態測定手段により検出もしくは測定されたデータを取得して、取得したデータに基づいて前記各蓄電池の劣化の推定を行う上位監視装置と、を有し、
   前記上位監視装置には、１つ以上の前記子機が通信可能に接続される構成を有する、蓄電池状態監視システム。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
   前記状態監視手段からなり、前記蓄電池に直接接続された子機と、
   前記電流検出手段および／または前記状態測定手段により検出もしくは測定されたデータを取得して、取得したデータに基づいて前記各蓄電池の劣化の推定を行う上位監視装置と、
   前記上位監視装置と前記子機との間での通信を中継する親機と、を有し、
   前記上位監視装置には１つ以上の前記親機が通信可能に接続され、前記各親機には、１つ以上の前記子機が通信可能に接続される構成を有する、蓄電池状態監視システム。
7. 複数の蓄電池が直列に接続された組電池を備えた機器に対して、前記各蓄電池の状態を監視する蓄電池状態監視方法であって、
   前記各蓄電池における電流を検出する電流検出工程と、
   前記各蓄電池における稼働時間、温度、電圧、および少なくとも２種類以上の周波数における内部抵抗を測定する状態測定工程と、
   前記状態測定工程において測定された温度、電圧、内部抵抗、および前記各蓄電池の放電時に前記電流検出工程において検出された電流の値の変化分と前記状態測定工程において測定された電圧の値の変化分との比から得た前記各蓄電池の直流抵抗のうち、少なくとも１つ以上の値に基づいて、前記各蓄電池における正常ではない状態を、初期故障もしくは偶発故障と、経時劣化とを区別して判定する劣化判定工程と、を有する、蓄電池状態監視方法。
8. 請求項７に記載の蓄電池状態監視方法において、
   前記劣化判定工程では、前記各蓄電池について得られた温度、電圧、内部抵抗、および直流抵抗の各パラメータのうち、少なくとも１つ以上の値が、各パラメータの平均値から所定の閾値以上乖離した状態が所定の測定回数以上継続した場合に、初期故障もしくは偶発故障であると判定し、初期故障もしくは偶発故障に該当しない場合に、前記各蓄電池について得られた内部抵抗の値に基づいて経時劣化を判定する、蓄電池状態監視方法。
9. 請求項７または８に記載の蓄電池状態監視方法において、
   前記状態測定工程では、少なくとも、２００Ｈｚ未満の第１の周波数と、２００Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満の第２の周波数とをそれぞれ含む、２種類以上の周波数によって前記蓄電池の内部抵抗を測定する、蓄電池状態監視方法。
10. 請求項９に記載の蓄電池状態監視方法において、
    前記状態測定工程では、前記第１の周波数を１００Ｈｚ未満とし、前記第２の周波数を３５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満とし、さらに、１００Ｈｚ以上３５０Ｈｚ未満の第３の周波数を含む３種類の周波数によって前記蓄電池の内部抵抗を測定する、蓄電池状態監視方法。
11. 複数の蓄電池が直列に接続された組電池を備えた機器に対して、前記各蓄電池の状態を監視する蓄電池状態監視システムとして機能するよう、コンピュータに処理を実行させる蓄電池状態監視プログラムであって、
    前記各蓄電池における電流を検出する電流検出処理と、
    前記各蓄電池における稼働時間、温度、電圧、および少なくとも２種類以上の周波数における内部抵抗を測定する状態測定処理と、
    前記状態測定処理により測定された温度、電圧、内部抵抗、および前記各蓄電池の放電時に前記電流検出処理により検出された電流の値の変化分と前記状態測定処理により測定された電圧の値の変化分との比から得られた前記各蓄電池の直流抵抗のうち、少なくとも１つ以上の値に基づいて、前記各蓄電池における正常ではない状態を、初期故障もしくは偶発故障と、経時劣化とを区別して判定する劣化判定処理を前記コンピュータに実行させる、蓄電池状態監視プログラム。
12. 請求項１１に記載の蓄電池状態監視プログラムにおいて、
    前記劣化判定処理では、前記各蓄電池について得られた温度、電圧、内部抵抗、および直流抵抗の各パラメータのうち、少なくとも１つ以上の値が、各パラメータの平均値から所定の閾値以上乖離した状態が所定の測定回数以上継続した場合に、初期故障もしくは偶発故障であると判定し、初期故障もしくは偶発故障に該当しない場合に、前記各蓄電池について得られた内部抵抗の値に基づいて経時劣化を判定する、蓄電池状態監視プログラム。
13. 請求項１１または１２に記載の蓄電池状態監視プログラムにおいて、
    前記状態測定処理では、少なくとも、２００Ｈｚ未満の第１の周波数と、２００Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満の第２の周波数とをそれぞれ含む、２種類以上の周波数によって前記蓄電池の内部抵抗を測定する、蓄電池状態監視プログラム。
14. 請求項１３に記載の蓄電池状態監視プログラムにおいて、
    前記状態測定処理では、前記第１の周波数を１００Ｈｚ未満とし、前記第２の周波数を３５０Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満とし、さらに、１００Ｈｚ以上３５０Ｈｚ未満の第３の周波数を含む３種類の周波数によって前記蓄電池の内部抵抗を測定する、蓄電池状態監視プログラム。

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