JP2017150926A - 二次電池の劣化判定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各バッテリ2に接続された複数の電圧センサ7と、交流成分を含む計測用電流をバッテリ群3毎に印加する計測用電流印加手段9と、コントローラ11とを備える。電圧センサ7は交流成分の電圧値を計測し、この計測値から内部抵抗演算部13aが内部抵抗を演算し、内部抵抗から判定部13bがバッテリ2の劣化を判定する。計測用電流印加装置9は、交流の商用電源21から、交流成分を含む計測用電流を生成し各バッテリ群3に印加する。
【選択図】図1
Description
特許文献1,2の技術は、いずれも、バッテリからなる電源の全体を計測するものであり、個々のバッテリ、つまり個々のセルの計測を行うものではない。そのため、劣化判定の精度が低く、また劣化した個々のバッテリを特定することができない。
バッテリの劣化を精度良く判定できる比較的に簡易な装置としては、バッテリにリップル電流またはパルス電流などの交流成分を有する電流を印加し、バッテリの端子間電圧の交流成分からバッテリの内部抵抗を計測し、劣化を判定する方法がある。
しかし、リップル電流の発生手段につき、構造が簡単で安価に製作できるものが提案されるに至っていない。
前記各バッテリ2に個別に接続された複数の電圧センサ7と、
前記各電圧センサ7の計測値を用いてバッテリ2の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部13aと、
この演算された内部抵抗から劣化を判定する判定部13bと、
交流の商用電源21から、交流成分を含む計測用電流を生成し前記各バッテリ群3に印加する計測用電流印加手段9とを備える。
計測用電流印加手段9が必要であるが、交流の商用電源21から、交流成分を含む計測用電流を生成する構成とされる。そのため、計測用電流印加手段9が簡易な構成ですむ。
このように、各バッテリの劣化を精度良く判定することができ、電圧等の検出から判定までを行う手段、および計測用電流印加手段9のいずれもが簡素であり、全体として簡素で安価に製造可能な二次電池の劣化判定装置となる。
電圧の計測だけであっても、電流を一定値に仮定することなどで、内部抵抗の算出が可能ではあるが、バッテリ2に実際に流れる電流を計測し、電圧と電流との両方を求めることで、内部抵抗をより一層精度良く算出することができる。直列に並んだ各バッテリに流れる電流は同じであるため、電流センサ8はバッテリ群3毎に1つ設けられていれば足りる。
なお、電流センサ8は1つとし、例えばバッテリ群3の並列回路と充電回路6との間に介在させてもよい。
この構成の場合、トランス22を備えるため、非常用の電源1の電圧にかかわらずに、商用電源21を利用できる。また、コンデンサ23を備えることで、簡単な構成で、交流成分のみを分離して各バッテリ群3に印加することができる。また、電流制限部24を備えるため、商用電源21の異常発生時などに、過大な電流が計測用電流印加手段9に流れ込んでも、非常用の電源1に異常電流が流れ込んで非常用の電源1を損傷することが回避される。
このように、各電圧センサ7の計測した前記計測値を、ディジタル信号で表される実効値または平均値に変換し、送信するため、電圧波形の信号を送る場合に比べて飛躍的に送信データ量が少なくて済む。バッテリ2の内部抵抗の算出は実効値または平均値で精度良く行える。
無線通信によりデータの受け取り受け渡しをする構成であると、数十から数百個のバッテリ2を備える非常用の電源1であっても、各バッテリ2につき、電気的に基準電位(グランドレベル)を気にする必要がない。そのため、差動演算や絶縁トランスの必要がない。また、複数ある個々の電圧センサ7の計測値を無線で送信するため、複雑な配線の必要がない。これらにより、簡単で安価な構成とできる。
前記各バッテリに個別に接続された複数の電圧センサと、前記各電圧センサの計測値を用いてバッテリの内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、この演算された内部抵抗から劣化を判定する判定部と、交流の商用電源から、交流成分を含む計測用電流を生成し前記各バッテリ群に印加する計測用電流印加手段とを備えるため、判定対象の電源における前記各バッテリの劣化を精度良く判定することができ、かつ構成が簡素で安価に製造することができ、特に交流成分を含む計測用電流の印加手段が簡素な構成で済む。
非常用の電源1の正電位は、主電源5の正電位よりも低く、通常は負荷4には流れないが、主電源5が停止または機能低下すると、主電源5側の電位が低下することから、非常用の電源1に蓄電した電荷により、ダイオード15を介して負荷4に給電される。なお、上記のように充電回路6を接続した充電形式は、トリクル充電形式と呼ばれる。
図1において、前記電流制限部24は、図4に示すように抵抗、すなわち電流制限抵抗であっても良い。
また、この実施形態では、バッテリ2の周囲の温度やバッテリの温度を計測する温度センサ18が設けられ、電圧センサ7と、温度センサ18とでセンサユニット17を構成している。温度センサ18の検出温度は、電圧センサ7の前記実効値または平均値による電圧計測値と共に、センサ毎無線通信手段10でコントローラ9へ送信される。
データサーバ13は、前記通信網12や他の通信網により、遠隔地のパーソナルコンピュータ(図示せず)等と通信可能であり、どこからでもデータ監視できる。
図1に示すように、各電流センサ8は、主コントローラ11Aに配線で接続され、その電流の計測値は図2の前記転送部11dから電圧計測値と共に転送される。
前記主コントローラ11Aの前記コマンド送信部11cは、自己でコマンドを生成しても良いが、この実施形態では、データサーバ13から送信された計測開始コマンドに応答して各電圧センサ7のセンサ毎無線通信手段10へ前記計測開始コマンドを転送する。
なお、主コントローラ11Aまたは電流センサ8に、この電流センサ8の計測値を実効値または平均値に換算する換算部(図示せず)が設けられている。
判定部13bは、閾値が設定され、算出された内部抵抗が閾値以上であると劣化と判定する。前記閾値は、複数、例えば2〜3段階に設けられ、複数段階の劣化判定を行う。
判定部13bは、判定結果を、前記通信網12を介して、または専用の配線を介してモニタ14に表示させる機能を有する。
データサーバ13は、この他に、主コントローラ11Aへ計測開始コマンドを送信するコマンド送信部13cと、主コントローラ11Aから送信された電圧計測値などのデータを格納するデータ格納部13dとを有している。
この送信以降の処理と並行して、待機部11dにより待機時間の終了判定(ステップS20)および待機時間のカウント(ステップS22)を行う。設定された待機時間が終了すると、計測用電流印加手段9により電流の印加を行う(ステップS21)。
また、劣化判定対象の電源1の全体ではなく、個々のバッテリ2の劣化を判定するようにし、またその判定については、交流成分を含む計測用電流を印加し、各センサ毎無線通信手段10の送信した前記計測値を用いて各バッテリ2の内部抵抗を演算し、内部抵抗から前記バッテリ2の劣化を判定するため、精度良く劣化判定をすることができる。バッテリ2の内部抵抗は、バッテリ2の容量、つまり劣化の程度と密接な関係があり、内部抵抗2が分かれば、バッテリ2の劣化を精度良く判定できる。
バッテリ2の内部抵抗の算出については、電圧の計測だけであっても、電流を一定値に仮定することなどで可能ではあるが、バッテリ2に実際に流れる電流を計測し、電圧と電流との両方を求めることで、内部抵抗をより一層精度良く算出することができる。直列に並んだ各バッテリ2に流れ電流は同じであるため、電流センサ8はバッテリ群3毎に1つ設ければ足りる。
この場合に、前記コントローラ11は、前記各電圧センサ7に計測開始コマンドを同時にシリアル伝送またはパラレル伝送で送信し、各電圧センサ7は、計測開始遅延時間経過後に同時に計測を行う。計測終了後、前記コントローラ11は、順に前記各電圧センサ7にデータ送信の要求コマンドを送信し、コマンドを受けた電圧センサ7がデータを送信し、以上を繰り返すことで、データ通信を行ってもよい。この発明において、前記コントローラ11は、データ送信要求コマンドの送信から一定時間後に、データ受信できなかった前記電圧センサ7に対し再送信要求を行うようにして良い。
別の例として、各電圧センサ7毎に定められた計測開始遅延時間だけ経過後に計測を行うようにする場合は、各センサ毎無線通信手段10へ同時に計測開始コマンドを送信しても、多数ある各電圧センサ7の計測を、無線送受に支障がないように順に行い、送信することかできる。例えば、送信開始コマンドはグローバルコマンドであり、電圧センサ7は同時に取得する。
前記コントローラ11は、算出した前記内部抵抗の大きさに応じて複数段階の警報を出力するため、バッテリ交換の必要性の緊急度がわかり、無駄なバッテリ交換を行うことなく、保守の計画や準備が円滑かつ迅速に行える。
2…バッテリ
3…バッテリ群
4…負荷
5…主電源
5A,5B…端子
6…充電回路
7a…センサ機能部
7b…演算処理部
7ba…制御部
7bb…遅延部
7bc…変換部
7c…直流検出部
8…電流センサ
9…計測用電流印加手段
10…センサ毎無線通信手段
11…コントローラ
11A…主コントローラ
11a…受信部
11b…転送部
11c…コマンド送信部
11d…待機部
11e…電流印加制御部
12…通信網
13…データサーバ
13a…内部抵抗計算部
13b…判定部
14…モニタ
15…ダイトオード
17…センサユニット
18…温度センサ
19…アンテナ
21…商用電源
22…トランス
23…コンデンサ
24…電流制限部
25…開閉スイッチ
Claims (6)
- それぞれ二次電池である複数のバッテリが直列接続されたバッテリ群を複数有し、これらバッテリ群が並列に接続され負荷に接続される非常用電源における前記各バッテリの劣化を判定する二次電池の劣化判定装置であって、
前記各バッテリに個別に接続された複数の電圧センサと、
前記各電圧センサの計測値を用いてバッテリの内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、 この演算された内部抵抗から劣化を判定する判定部と、
交流の商用電源から、交流成分を含む計測用電流を生成し前記各バッテリ群に印加する計測用電流印加手段とを備える、
二次電池の劣化判定装置。 - 請求項1に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記各バッテリ群毎に電流センサが接続され、前記内部抵抗演算部は、前記電圧センサの計測値と共に前記電流センサの計測値を用いて前記内部抵抗を演算する二次電池の劣化判定装置。
- 請求項1または請求項2に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記計測用電流印加手段が、前記交流の商用電源の電圧が前記非常用電源の電圧と合致するように電圧変換するトランスと、このトランスで変換された電流から交流成分のみを分離して前記各バッテリ群に印加するコンデンサと、前記各バッテリ群に印加する電流を制限する電流制限部とを含む二次電池の劣化判定装置。
- 請求項3に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記電流制限部が電流制限抵抗である二次電池の劣化判定装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記各電圧センサは計測した電圧を実効値または平均値に変換する変換部を有し、前記内部抵抗演算部は、前記実効値または平均値から前記バッテリの内部抵抗を計測する二次電池の劣化判定装置。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記各電圧センサ毎に、この電圧センサの計測値を無線で送信するセンサ毎無線通信手段を備える二次電池の劣化判定装置。
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