JP2017500835A - 電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム - Google Patents
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Abstract
本発明は、電動装置におけるバッテリーの多数のセルそれぞれの特性値を測定する測定部と、前記特性値から評価対象値を算出し、前記評価対象値と第１基準値とを比較して前記バッテリーの状態情報及び前記電動装置の運行情報を算出する中央処理部と、前記状態情報及び前記運行情報を外部の管理システムへ伝送する無線通信部と、前記第１基準値、前記状態情報及び前記運行情報を保存する保存部と、を含む電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステムを提供する。【選択図】図１
Description
本発明は、多数のセルからなる電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム及び電力モニタリング方法に関する。
電動装置用バッテリーは２次電池の一種として、その内部に陽極板と陰極板が挿入され、電解液が充填された多数のセルの組み合わせからなり、自動車をはじめとする電動カートや電動フォークリフトなどの電動装置において電力を供給するために多く用いられている。
かかる電動装置用バッテリーは、基本的に電解液に浸漬された陽極板と陰極板との間で起こる化学反応による化学的エネルギーを利用して電力を発生する放電と、外部から供給される電気的エネルギーによって電解液を硫酸化する充電とを繰り返しながら持続的に使用することになる。
かかる電動装置用バッテリーは、電動装置の主な動力源として用いられるため、その働きに問題が発生する場合、電動装置の稼働が不可能になる。
したがって、電動装置を安定的に使用するためには、バッテリーの性能及び予想寿命などを周期的にチェックすることで、機能上の問題が発生することを予め防止することが何より重要であると考えられるが、従来の電力モニタリングシステムは、ユーザーの要求する正確性を満たさないという問題がある。
一方、電動装置用バッテリーは、前述のように化学的エネルギーを電気的エネルギーに変換して使用する特性上、温度によって電気的エネルギーの放電量が大差を示す。
例えば、−１７．８℃の場合は２５℃の場合に比べて放電量が５０％に減少し、測定される端子電圧も落ちる。
また、２５℃を越える場合は、さらに大量のエネルギーを放電できるようになるものの、バッテリーの寿命が短くなる。
かかる温度の特性のため、韓国のように四季があったり、温度の変化が多かったりするところでは、外気の温度やバッテリーの温度を考慮してバッテリーの状態を判断しなければならない。
例えば、ゴルフ場用カートの場合、氷点下のときにバッテリーの端子電圧のみを測定して不良と判断したら、プラスの気温のときは正常に使用できるにもかかわらず廃棄する恐れがある。
韓国のゴルフ場では、真冬の間に１８ホールを走行できないバッテリーが、真冬が過ぎたら、一般的にその翌年の秋まで使用されている。
表１は、満充電した同一のバッテリー（２８０ＡＨ／５ＨＲ）を同一の負荷（５６Ａ）で放電させたとき、温度によるセルの端子電圧及び放電量（容量）の相関関係を示す。
表１のように外部温度による放電初期の端子電圧（ｏｐｅｎＶ）の偏差は、０．０１〜０．０４Ｖ程であるが、負荷が掛かったとき（放電中）は、最高０．１３Ｖまで増加する。かかる理由で放電時の最高端子電圧と最低端子電圧、または最低端子電圧と最高端子電圧の偏差などを利用してバッテリーの状態を判断すると、温度が低い場合は、その判断において問題が発生し得る。
本発明は、上述したような問題を解決するためのものであり、バッテリーの端子電圧の偏差と充電効率を利用し、バッテリーの状態を精密にモニタリングできる、電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステムを提供することを目的とする。
そして、バッテリーの端子電流の方向を利用してバッテリーの状態をモニタリングし、バッテリーの状態情報及び電動装置の運行情報を無線伝送できる電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステムを提供することを他の目的とする。
また、電動装置の運行情報とバッテリーの消耗電力を利用して電動装置の状態をモニタリングできる電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステムを提供することをさらに他の目的とする。
そして、測定されたセルの端子電圧と外部温度の相関関係を利用し、バッテリーの不良有無と劣化度合いを、温度を考慮して判断できるようにする電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステムを提供することをさらに他の目的とする。
本発明は前記のような目的を達成するため、電動装置におけるバッテリーの多数のセルそれぞれの特性値を測定する測定部と、前記特性値から評価対象値を算出し、前記評価対象値と第１基準値とを比較して前記バッテリーの状態情報及び前記電動装置の運行情報を算出する中央処理部と、前記状態情報及び前記運行情報を外部の管理システムへ伝送する無線通信部と、前記第１基準値、前記状態情報及び前記運行情報を保存する保存部と、を含む電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステムを提供する。
そして、前記特性値は、前記多数のセルそれぞれの端子電圧、若しくは端子電流である。
また、前記評価対象値は、前記多数のセルそれぞれの端子電圧の偏差、前記バッテリーの充電効率、前記多数のセルそれぞれの端子電流の方向、及び前記バッテリーの消耗電力のうち、少なくとも１つである。
そして、前記評価対象値が前記多数のセルそれぞれの前記端子電圧の偏差である場合、前記第１基準値は前記基準偏差であり、前記中央処理部は、前記端子電圧の偏差が前記基準偏差未満であると、前記バッテリーを正常状態であると判断し、前記端子電圧の偏差が前記基準偏差以上であると、前記バッテリーを非正常状態であると判断することができる。
また、前記評価対象値が前記バッテリーの前記充電効率である場合、前記第１基準値は基準効率範囲であり、前記中央処理部は、前記充電効率が前記基準効率範囲内であると、前記バッテリーを正常状態であると判断し、前記充電効率が前記基準効率範囲を超えると、前記バッテリーを非正常状態であると判断することができる。
そして、前記評価対象値が前記多数のセルそれぞれの前記端子電流の方向である場合、前記第１基準値は、前記バッテリーの放電時に電流の流れる方向である基準方向であり、前記中央処理部は、前記端子電流の方向が前記基準方向と同一であると、前記電動装置が運行状態であると判断し、前記端子電流の方向が前記基準方向と相違すると、前記電動装置が充電中であると判断することができる。
また、前記中央処理部は、前記電動装置が充電中であると判断した場合、前記無線通信部を利用し、前記保存部に保存された前記状態情報及び前記運行情報を前記外部の管理システムへ伝送することができる。
そして、前記評価対象値が前記バッテリーの前記消耗電力である場合、前記第１基準値は基準電力範囲であり、前記中央処理部は、前記消耗電力が前記基準電力範囲内であると、前記電動装置を正常状態であると判断し、前記消耗電力が前記基準電力範囲を超えると、前記電動装置を非正常状態であると判断することができる。
また、前記状態情報は、前記バッテリーの正常状態または非正常状態に対する情報であり、前記運行情報は、前記電動装置の運行時間、運行距離、及び運行経路のうち、少なくとも１つである。
そして、前記電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステムは、前記バッテリーの外部温度を感知する温度感知部をさらに含み、前記中央処理部は、前記外部温度に対応する第２基準値を選択し、前記評価対象値と前記多数の第２基準値を比較して前記多数のセルそれぞれの状態を判断することができる。
また、前記保存部は、多数の前記外部温度に対応する多数の前記第２基準値に対するデータを保存し、前記多数のセルそれぞれの状態に対する状態情報を保存することができる。
また、前記第２基準値は、前記外部温度による前記多数のセルそれぞれの放電特性の変化を考慮して設定することができる。
そして、前記評価対象値は、前記多数のセルそれぞれの最低端子電圧、最高端子電圧、前記最低端子電圧と前記最高端子電圧の偏差（ｒｉｐｐｌｅ）、放電電流及び放電量のうち、少なくとも１つである。
また、前記評価対象値が、前記多数のセルそれぞれの前記最低端子電圧である場合、前記第２基準値は、前記外部温度によって次第に低くなるように設定された基準電圧であり、前記最低端子電圧が前記基準電圧以上であると、前記中央処理部は、前記バッテリーを正常状態であると判断し、前記最低端子電圧が前記基準電圧未満であると、前記中央処理部は、前記バッテリーを非正常状態であると判断することができる。
そして、前記評価対象値が、前記多数のセルそれぞれの前記偏差である場合、前記第２基準値は、前記外部温度によって次第に大きくなるように設定された基準偏差であり、前記偏差が前記基準偏差以下であると、前記中央処理部は、前記バッテリーを正常状態であると判断し、前記偏差が前記基準偏差より大きいと、前記中央処理部は、前記バッテリーを非正常状態であると判断することができる。
また、前記評価対象値が、前記多数のセルそれぞれの前記放電量である場合、前記基準値は、前記外部温度によって次第に小さくなるように設定された基準量であり、前記放電量が前記基準量以上であると、前記中央処理部は、前記バッテリーを正常状態であると判断し、前記放電量が前記基準量未満であると、前記中央処理部は、前記バッテリーを非正常状態であると判断することができる。
上述したような本発明に係る電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステムによると、バッテリーの端子電圧の偏差と充電効率を利用してバッテリーの状態を精密にモニタリングできるという効果があり、その結果、バッテリーの使用効率が向上するというメリットがある。
そして、バッテリーの端子電流の方向を利用してバッテリーの状態をモニタリングし、バッテリーの状態情報及び電動装置の運行情報を安価な無線で伝送できるという効果がある。
また、電動装置の運行情報とバッテリーの消耗電力を利用し、電動装置の状態をモニタリングできるという効果がある。
さらに、気温変化の激しい環境においても外部温度を考慮し、バッテリーの状態をより細密にモニタリングできるようになることで、バッテリーの使用効率が向上するというメリットがある。
以下、本発明を実施するための具体的な内容を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１実施例による電力モニタリングシステムと電動装置を示した図面である。
図１に示すように、本発明の第１実施例による電力モニタリングシステム１００は、電動装置１５０のバッテリー１５２の状態をモニタリングしてバッテリー１５２の状態情報及び電動装置１５０の運行情報を算出し、算出したバッテリー１５２の状態情報及び電動装置１５０の運行情報を外部の管理システム（不図示）へ伝送する。
そのため、電力モニタリングシステム１００は、中央処理部１０２、測定部１０４、無線通信部１０６及び保存部１０８を含む。
電動装置１５０は、第１ないし第ｎセルからなるバッテリー１５２を含むが、第１ないし第ｎセルは互いに直列に連結することができ、バッテリー１５２は、充電スタンドの充電器（不図示）に連結され、電力を受けて充電されたり、電動装置１５０に連結され、放電電力（消耗電力）を供給して放電される。
測定部１０４は、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの陽極（＋）及び陰極（−）端子に連結され、陽極（＋）及び陰極（−）端子の特性値を測定し、測定された特性値を中央処理部１０２に伝達する。
ここで、陽極（＋）及び陰極（−）端子の特性値は、バッテリー１５２の充電・放電時の端子電圧及び端子電流のうち、少なくとも１つである。
例えば、測定部１０４は、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電圧（充電電圧、放電電圧）、若しくは端子電流（充電電流、放電電流）をリアルタイムで測定することができる。
中央処理部１０２は、測定部１０４、無線通信部１０６及び保存部１０８の動作を制御する。
具体的に、中央処理部１０２は、測定部１０４から伝達を受けた特性値からバッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの評価対象値を算出し、算出された評価対象値を、保存された基準値と比較して、バッテリー１５２の状態情報及び電動装置１５０の運行情報を算出する。
また、中央処理部１０２は、算出されたバッテリー１５２の状態情報及び電動装置１５０の運行情報を保存部１０８に保存し、電動装置１５０が充電スタンドに入庫され、停止状態で充電中であると判断した時点で、無線通信部１０６を利用し、保存されたバッテリー１５２の状態情報及び電動装置１５０の運行情報を外部の管理システムへ伝送する。
ここで、評価対象値は、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電圧若しくは端子電圧の偏差、バッテリー１５２の充電効率、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電流の方向、及びバッテリー１５２の消耗電力（放電電力）のうち、少なくとも１つであり、バッテリー１５２の状態情報は、バッテリー１５２の正常状態若しくは非正常状態に対する情報であり、電動装置１５０の運行情報は、運行時間、運行距離、及び運行経路のうち、少なくとも１つである。
ここで、基準値は、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの正常状態若しくは非正常状態の判断基準となる値を意味するものであり、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの放電特性の変化を考慮して設定することができる。
例えば、算出された評価対象値がバッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電圧である場合、基準値は基準電圧範囲であり、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電圧が基準電圧範囲内であると、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれを正常状態であると判断し、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電圧が基準電圧範囲を超えると、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれを非正常状態であると判断することができる。
そして、算出された評価対象値がバッテリー１５２の第１ないし第ｎセルの端子電圧の偏差である場合、基準値は基準偏差であり、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルの端子電圧の偏差が基準偏差未満であると、バッテリー１５２を正常状態であると判断し、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルの端子電圧の偏差が基準偏差以上であると、バッテリー１５２を非正常状態であると判断することができる。
バッテリー１５２の特性上、充電・放電が多くなるほど、第１ないし第ｎセルの間における端子電圧の偏差が大きくなるが、直列に連結されている第１ないし第ｎセルのうち、高い端子電圧を有する一部のセルによって、充電終止電圧に早めに到達してしまい、その結果、残るセルが充電終止電圧に到達できなくなる。これは該セルのサルフェーションをさらに進行させ、寿命短縮の原因となる。
したがって、端子電圧の偏差が基準偏差以上であると、バッテリー１５２を非正常状態であると判断することができる。
ここで、中央処理部１０２が、端子電圧若しくは端子電圧の偏差を利用してバッテリー１５２若しくはバッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれを非正常状態であると判断する場合、アラーム若しくは非常灯といった警告手段を用いてユーザーに非正常状態であることを告知することができ、ユーザーは、相対的に低い電流で長時間充電する低電流充電や浮動充電（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ）の電圧より少々高い定電圧で長時間充電する均等充電（ｅｑｕａｌｉｚｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ）を行い、第１ないし第ｎセルが均一な状態を有するようにすることができる。
そして、算出された評価対象値がバッテリー１５２の充電効率である場合、基準値は基準効率範囲であり、バッテリー１５２の充電効率が基準効率範囲内であると、バッテリー１５２を正常状態であると判断し、バッテリー１５２の充電効率が基準効率範囲を超えると、バッテリー１５２を非正常状態であると判断することができる。
充電効率は、充電量に対する放電量の百分率に定義することができ（充電効率＝放電量／充電量×１００）、中央処理部１０２は、機会充電と回生制動充電を全て含めてバッテリー１５２の放電量及び充電量を算出し、算出された放電量及び充電量から充電効率を算出することができる。
充電終止電圧まで到達して充電が終了したにもかかわらず、充電効率が予め定められた基準効率範囲を超えるということは、バッテリー１５２に問題が発生したものと考えられるので、バッテリー１５２の充電効率が基準効率範囲を超えると、バッテリー１５２を非正常状態であると判断することができる。
ここで、中央処理部１０２が充電効率を利用してバッテリー１５２を非正常状態であると判断した場合、アラーム若しくは非常灯といった警告手段を用いてユーザーに非正常状態であることを告知することができ、ユーザーは、バッテリー１５２の異常有無を確認し、バッテリー１５２に異常がないときは充電器の異常有無を確認して修理及び整備することができる。
また、算出された評価対象値がバッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電流の方向である場合、基準値は、放電時に電流が流れる方向である基準方向であり、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電流の方向が基準方向と同一であると、電動装置１５０が運行状態であると判断し、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電流の方向が基準方向と相違すると、電動装置１５０が停止状態で充電中であると判断することができる。
端子電流が、放電時の電流が流れる方向と同一方向に流れるということは、電動装置１５０が運行中であることを意味するので、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電流の方向が基準方向と同一であると、電動装置１５０が運行状態であると判断することができ、端子電流が、放電時の電流が流れる方向と同一方向に流れるということは、電動装置１５０が充電スタンドなどに入庫され、充電中であることを意味するので、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電流の方向が基準方向と相違すると、電動装置１５０が充電スタンドに入庫され、停止状態で充電中であると判断することができる。
端子電流の方向を感知するため、電力モニタリングシステム１００は、電流センサー（不図示）を含むことができ、電流センサーは、測定部１０４に内蔵してもよい。
ここで、中央処理部１０２が端子電流の方向を利用し、電動装置１５０を運行状態であると判断する場合、バッテリー１５２の端子電圧及び端子電流を放電情報に記録及び保存し、電動装置１５０の運行時間、運行距離、運行経路などを運行情報に記録及び保存するが、放電情報及び運行情報の記録及び保存中に端子電流が発生しないということは、電動装置１５０が一時停止中であるものと判断され、放電情報及び運行情報に反映される。
また、中央処理部１０２が端子電流の方向を利用し、電動装置１５０を停止状態で充電中であると判断する場合、バッテリー１５２の端子電圧及び端子電流を充電情報に記録及び保存し、無線通信部１０６を利用して、保存されたバッテリー１５２の放電情報及び充電情報と電動装置１５０の運行情報を外部の管理システム（不図示）へ伝送する。
そして、算出された評価対象値がバッテリー１５２の消耗電力である場合、基準値は基準電力範囲であり、バッテリー１５２の消耗電力が基準電力範囲内であると、電動装置１５０を正常状態であると判断し、バッテリー１５２の消耗電力が基準電力範囲を超えると、電動装置１５０を非正常状態であると判断することができる。
バッテリー１５２の消耗電力が、予め定められた基準電力範囲を超えるということは、駆動システムのベアリングやモーターのブラシといった電動装置１５０の異常と考えられるので、バッテリー１５２の消耗電力が基準電力範囲を超えると、電動装置１５０を非正常状態であると判断することができる。
ここで、バッテリー１５２の消耗電力は、電動装置１５０の運行時間を考慮した平均消耗電力であって、運行時間に対して瞬時消耗電力を積分した値を、全体運行時間で割り算して算出することができ、運行時間は、電動装置１５０の停止状態における経過時間を除外して算出することができる。
中央処理部１０２が消耗電力を利用し、電動装置１５０を非正常状態であると判断する場合、アラーム若しくは非常灯といった警告手段を用いてユーザーに非正常状態であることを告知することができ、ユーザーは、電動装置１５０の異常有無を確認して修理及び整備することができる。
一方、無線通信部１０６は、中央処理部１０２の制御によって電動装置１５０が充電スタンドに入庫され、停止状態で充電中であると判断した時点で、保存部１０８に保存されたバッテリー１５２の状態情報及び電動装置１５０の運行情報を外部の管理システムへ伝送する。
例えば、無線通信部１０６はブルートゥース（登録商標）、ジグビー（登録商標）といった無料の近距離無線通信モジュールであってもよい。
保存部１０８は、中央処理部１０２で評価対象値の比較基準として用いられる基準値を保存し、中央処理部１０２で算出されたバッテリー１５０の状態情報及び電動装置１５０の運行情報を保存する。
本発明の第１実施例による電力モニタリングシステムが、端子電圧若しくは端子電圧の偏差を利用してバッテリーの状態を判断する場合を、図面を用いて説明する。
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の第１実施例による電力モニタリングシステムの評価対象値及び基準値を示すグラフであり、図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ正常状態及び非正常状態の評価対象値である端子電圧を示す。図１を共に参照して説明する。
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、公称電圧（ｎｏｍｉｎａｌ ｖｏｌｔａｇｅ）が２Ｖの第１ないし第２４セルからなるバッテリー１５２を充電する場合、各セルの充電終止電圧は２．５Ｖ、全体バッテリー１５２の充電終止電圧は６０Ｖに設定された充電器を用いることができる。バッテリー１５２の端子電圧が充電終止電圧に到達すると、その時点で充電器を停止させてもよく、１時間ないし２時間程さらに充電して停止させてもよい。
バッテリー１５２の化学的特性上、充電・放電中に第１ないし第２４セルの間において端子電圧の偏差が発生する。
第１ないし第２４セルは直列に連結されているため、充電中に端子電圧が相対的に高い一部のセルによってバッテリー１５２の充電終止電圧に早めに到達してしまい、残るセルは充電終止電圧まで充電できないという充電不足状態が発生するが、かかる第１ないし第２４セルの状態は、端子電圧若しくは端子電圧の偏差でモニタリングすることができる。
例えば、基準電圧範囲を２．６Ｖないし２．７Ｖに設定し、基準偏差を０．１０Ｖに設定した充電器を用いる場合、図２Ａに示すように、第１ないし第２４セルそれぞれの端子電圧は２．６２Ｖないし２．６８Ｖに測定され、端子電圧は基準電圧範囲内の値を有する。また、第１ないし第２４セルの端子電圧の偏差は０．０６Ｖに測定され、端子電圧の偏差は基準偏差未満の値を有する。したがって、第１ないし第２４セルからなるバッテリー１５２を正常状態であると判断することができる。
そして、図２Ｂに示すように、第１ないし第２４セルそれぞれの端子電圧は、２．４９Ｖないし２．７３Ｖに測定され、基準電圧範囲を超えた値を有し、第１ないし第２４セルの端子電圧の偏差は０．２４Ｖに測定され、基準偏差以上の値を有する場合は、第１ないし第２４セルからなるバッテリー１５２を非正常状態であると判断することができ、ユーザーは、非正常状態のバッテリー１５２の状態情報に応じて低電流充電や均等充電を行い、第１ないし第２４セルに均一な状態を持たせることができる。
かかる本発明の第１実施例による電力モニタリングシステムを利用したモニタリング方法を、図面を用いて説明する。
図３は、本発明の第１実施例による電力モニタリングシステムのモニタリング方法を示すフローチャートである。図１を共に参照し、説明する。
図３に示すように、電動装置１５０が運行し始めると、バッテリー１５２が動作しｓｔ１０、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれにおいて端子電圧及び端子電流が発生する。
その後、測定部１０４は、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電流の方向を測定し、測定された端子電流の方向と基準方向とを比較するｓｔ１２。
本実施例においては、放電時の電流が流れる方向を基準方向に設定して説明するが、他の実施例においては、充電時の電流が流れる方向を基準方向に設定してもよい。その場合にもバッテリー１５２の充電・放電に対する判断結果は同一である。
比較した結果、測定された端子電流の方向と基準方向が同一である場合は、電動装置１５０が運行してバッテリー１５２が放電中であると判断することができ、測定部１０４は、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの特性値を測定しｓｔ１４、測定された特性値を中央処理部１０２へ伝達する。
例えば、測定部１０４は、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれのリアルタイムの端子電圧（充電電圧、放電電圧）若しくはリアルタイムの端子電流（充電電流、放電電流）を特性値に測定することができる。
その後、中央処理部１０２は、特性値からバッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの評価対象値を算出するｓｔ１６。
例えば、中央処理部１０２は、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電圧若しくは端子電圧の偏差、バッテリー１５２の充電効率、及びバッテリー１５２の消耗電力のうち、少なくとも１つを評価対象値に算出することができる。
その後、中央処理部１０２は、算出された評価対象値と選択された基準値とを比較し、その結果によってバッテリー１５２の状態情報及び電動装置１５０の運行情報を算出しｓｔ１８、算出された状態情報及び運行情報を保存部１０８に保存する。
その後、電動装置１５０の運行が終了すると、バッテリー１５２が停止するｓｔ２０。
そのとき、電動装置１５０の運行終了は、運行中に一時的に停止したり、充電のため充電スタンドに入庫された場合であり得る。
その後、運行が再開して充電が始まると、バッテリー１５２は再び動作しｓｔ１０、測定部１０４は、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電流の方向を測定して、測定された端子電流の方向と基準方向とを比較するｓｔ１２．
その結果、測定された端子電流の方向と基準方向とが同一である場合には、特性値測定ｓｔ１４、評価対象値の算出ｓｔ１６、状態情報及び運行情報の算出ｓｔ１８が繰り返し行われる。
そして、比較した結果、測定された端子電流の方向と基準方向とが相違する場合には、電動装置１５０が充電スタンドに入庫され、バッテリー１５２が充電中であると判断することができ、中央処理部１０２は、無線通信部１０６を利用し、保存部１０８に保存されている状態情報及び運行情報を外部の管理システムへ伝送するｓｔ２２。
その後、ユーザーは、状態情報及び運行情報に応じてバッテリー１５２、電動装置１５０若しくは充電器を処理するｓｔ２４。
例えば、端子電圧若しくは端子電圧の偏差によって算出された状態情報及び運行情報がバッテリー１５２若しくはバッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの非正常状態を意味する場合、ユーザーは低電流充電や均等充電を行い、第１ないし第ｎセルを均一な状態にすることができる。
また、充電効率によって算出された状態情報及び運行情報がバッテリー１５２の非正常状態を意味する場合、ユーザーはバッテリー１５２の異常有無を確認し、バッテリー１５２に異常がないときは、充電器の異常有無を確認して修理及び整備することができる。
そして、消耗電力を利用して算出した状態情報及び運行情報が電動装置１５０の非正常状態を意味する場合、ユーザーは電動装置１５０の異常有無を確認し、修理及び整備することができる。
以上のように、本発明の第１実施例による電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステムによると、バッテリーの動作時における端子電流の方向を基準に電動装置の運行及びバッテリーの放電、若しくは電動装置の入庫及びバッテリーの充電を判断することができる。バッテリーが放電される場合には、端子電圧若しくは端子電圧の偏差、充電効率、消耗電力を算出してバッテリーの状態情報及び電動装置の運行情報を保存し、バッテリーが充電される場合には、状態情報及び運行情報を無料の近距離無線通信を利用して外部の管理システムへ伝送する。
したがって、ユーザーが状態情報及び運行情報に応じてバッテリー若しくは電動装置を管理することで、バッテリー及び電動装置の状態に対するモニタリングの精度が改善され、バッテリーの使用効率が向上する。
一方、本発明の第２実施例による電力モニタリングシステム及び電動装置においては、温度によるバッテリーの状態をモニタリングすることでバッテリーの使用効率を向上することができるが、これを図面を用いて説明する。
図４は、本発明の第２実施例による電力モニタリングシステム及び電動装置を示す図面である。第１実施例と同一の部分に対する説明は省略する。
図４に示すように、本発明の第２実施例による電力モニタリングシステム２００は、外部温度を感知し、感知された外部温度によって電動装置２５０のバッテリー２５２の状態を判断し、バッテリー２５２を管理する。
このため、電力モニタリングシステム２００は、中央処理部２０２、測定部２０４、無線通信部２０６、保存部２０８及び温度感知部２１０を含む。
電動装置２５０は、第１ないし第ｎセルからなるバッテリー２５２を含むが、第１ないし第ｎセルは互いに直列に連結することができ、バッテリー２５２は充電スタンドの充電器（不図示）に連結され、充電電力を受けて充電されたり、電動装置２５０に連結されて放電電力（消耗電力）を供給し、放電される。
測定部２０４は、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの陽極（＋）及び陰極（−）端子に連結されて陽極（＋）及び陰極（−）端子の特性値を測定し、測定された特性値を中央処理部２０２に伝達する。
ここで、陽極（＋）及び陰極（−）端子の特性値は、バッテリー２５２の充電・放電時における端子電圧及び端子電流のうち、少なくとも１つである。
例えば、測定部２０４は、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれのリアルタイムの電圧（充電電圧、放電電圧）、若しくはリアルタイムの電流（充電電流、放電電流、負荷電流）をリアルタイムで測定することができる。
中央処理部２０２は、測定部２０４、無線通信部２０６、保存部２０８及び温度感知部２１０の動作を制御する。
具体的に、中央処理部２０２は、測定部２０４から伝達を受けた特性値からバッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの評価対象値を算出し、算出された評価対象値を、保存された基準値と比較して、バッテリー２５２の状態情報及び電動装置２５０の運行情報を算出することができる。
また、中央処理部２０２は、算出されたバッテリー２５２の状態情報及び電動装置２５０の運行情報を保存部２０８に保存し、電動装置２５０が充電スタンドに入庫されて停止状態で充電中であると判断した時点で、無線通信部２０６を利用し、保存されたバッテリー２５２の状態情報及び電動装置２５０の運行情報を外部の管理システムへ伝送することができる。
ここで、評価対象値は、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電圧若しくは端子電圧の偏差、バッテリー２５２の充電効率、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの端子電流の方向、バッテリー２５２の消耗電力（放電電力）の放電中における最低端子電圧、放電中における最高端子電圧、放電中における最低端子電圧と最高端子電圧の偏差（ｒｉｐｐｌｅ）、放電電流、放電量（容量：ｃａｐａｃｉｔｙ）のうち、少なくとも１つである。
また、測定部２０４は、測定された特性値を処理可能な範囲の電圧値に変換して中央処理部２０２へ伝達することができ、中央処理部２０２は、伝達を受けたアナログ形態の特性値をデジタル形態に変換して、評価対象値を算出することができる。
温度感知部２１０は、電動装置２５０のバッテリー２５２の周辺に配置されて外部温度を感知し、中央処理部２０２に伝達するが、電力モニタリングシステム２００とバッテリー２５２が隣接配置され、温度の偏差が大きくない場合、温度感知部２１０は、電力モニタリングシステム２００に内蔵してもよい。
例えば、温度感知部２１０は、サーミスタ若しくは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であってもよく、その他の様々な形態の温度センサーからなってもよい。
中央処理部２０２は、温度感知部２１０から伝達を受けた外部温度に対応する基準値を選択し、選択された基準値を、算出された評価対象値と比較して、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの状態を判断する。
保存部２０８は、多数の外部温度に対応する多数の基準値をルックアップテーブルの形に保存することができ、該当外部温度に対応する基準値を中央処理部２０２に伝達する。
ここで、基準値は、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの正常状態若しくは非正常状態の判断基準となる値を意味するものであり、外部温度によるバッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの放電特性の変化を考慮して設定することができる。
例えば、評価対象値が、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの最低端子電圧である場合、基準値は、外部温度によって次第に低くなるように設定された基準電圧であり、最低端子電圧が基準電圧以上であると、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれを正常状態であると判断し、最低端子電圧が基準電圧未満であると、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれを非正常状態であると判断することができる。
そして、評価対象値が、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの最低端子電圧と最高端子電圧の偏差である場合、基準値は、外部温度によって次第に大きくなるように設定された基準偏差であり、最低端子電圧と最高端子電圧の偏差が基準偏差以下であると、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれを正常状態であると判断し、最低端子電圧と最高端子電圧の偏差が基準偏差より大きいと、バッテリー１５２の第１ないし第ｎセルそれぞれを非正常状態であると判断することができる。
また、評価対象値が、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの放電量（容量）である場合、基準値は、外部温度によって次第に小さくなるように設定された基準量であり、放電量が基準量以上であると、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれを正常状態であると判断し、放電量が基準量未満であると、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれを非正常状態であると判断することができる。
中央処理部２０２は、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの正常状態若しくは非正常状態に対する状態情報を保存部２０８に保存することができ、保存された状態情報を有線若しくは無線で車庫地などのバッテリー処理部に伝達することができる。
そして、バッテリー処理部は、状態情報に応じてバッテリー２５２の第１ないし第ｎセルのうち、非正常状態のセルを差し替えることができ、差し替えられた非正常状態のセルを再生処理若しくは廃棄処理することができる。
本発明の第２実施例による電力モニタリングシステムが最低端子電圧を利用し、バッテリーの状態を判断する場合について図面を用いて説明する。
図５は、本発明の第２実施例による電力モニタリングシステムの評価対象値及び基準値を示すグラフである。図４を共に参照して説明する。
図５に示すように、本発明の第２実施例による電力モニタリングシステム２００は、電動装置２５０のバッテリー２５２における第１ないし第ｎセルそれぞれの特性値を測定し、特性値から評価対象値を算出するが、特性値は、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれが放電する間における多数のリアルタイムの端子電圧であり、評価対象値は、測定された多数のリアルタイムの端子電圧のうち、最小値の最低端子電圧であり得る。
例えば、第１ないし第６セルの最低端子電圧は、それぞれ約１１．０７Ｖ、約１１．３５Ｖ、約１１．３２Ｖ、約８．２０Ｖ、約１１．１２Ｖ、約１１．３４Ｖである。
ここで、第１ないし第６セルの正常状態若しくは非正常状態を判断する基準値である基準電圧は、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの仕様（ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）及び放電特性の変化を考慮し、温度感知部２０６が感知した外部温度に応じて互いに異なって設定される。
例えば、外部温度が約２５℃、約０℃、約−１８℃である場合、基準電圧は、それぞれ１０Ｖ、９Ｖ、８Ｖに設定される。
したがって、外部温度が約２５℃若しくは約０℃である場合には、基準電圧である１０Ｖ若しくは９Ｖ以上の最低端子電圧を有する第１ないし第３セル、第５セル、第６セルを正常状態であると判断し、基準電圧である１０Ｖ若しくは９Ｖ未満の最低端子電圧を有する第４セルを非正常状態であると判断することができる。
しかしながら、外部温度が約−１８℃である場合には、第１ないし第６セル全てが基準電圧である８Ｖ以上の最低端子電圧を有するので、第１ないし第６セルを正常状態であると判断することができる。
即ち、相対的に低い外部温度で算出された第４セルの最低端子電圧に対し、外部温度によって補償された相対的に低い基準電圧を適用することで、第４セルの状態を正確に判断することができる。
かかる本発明の第２実施例による電力モニタリングシステムのモニタリング方法について、図面を用いて説明する。
図６は、本発明の第２実施例による電力モニタリング方法を示すフローチャートである。図４を共に参照して説明する。
図６に示すように、温度感知部２１０は、バッテリー２５２の外部温度を感知しｓｔ１１０、感知された外部温度を中央処理部２０２へ伝達する。
中央処理部２０２は、温度感知部２１０から伝達を受けた外部温度に対応する基準値を選択するがｓｔ１１２、保存部２０８に保存された多数の外部温度に対応する多数の基準値に対するデータから基準値を選択することができる。
一方、測定部２０４は、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの特性値を測定しｓｔ１１４、測定された特性値を中央処理部２０２へ伝達する。
例えば、測定部２０４は、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれのリアルタイムの端子電圧若しくはリアルタイムの端子電流を特性値に測定することができる。
そして、中央処理部２０２は、特性値からバッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの評価対象値を算出するｓｔ１１６。
例えば、中央処理部２０２は、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの最低電圧、最高電圧、最低電圧と最高電圧の偏差（ｒｉｐｐｌｅ）、放電電流、放電量（容量：ｃａｐａｃｉｔｙ）のうち、少なくとも１つを評価対象値に算出することができる。
また、中央処理部２０２は、算出された評価対象値と外部温度に対応するように選択された基準値を比較しｓｔ１１８、比較結果によってバッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの状態を判断するｓｔ１２０。
その後、中央処理部２０２は、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルそれぞれの正常状態若しくは非正常状態に対する状態情報に応じて該当セルを処理するｓｔ１２２。
例えば、中央処理部２０２は、バッテリー２５２の第１ないし第ｎセルのうち、非正常状態のセルを差し替えることができ、差し替えられた非正常状態のセルを再生処理若しくは廃棄処理することができる。
以上のように、本発明の第２実施例による電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステムによると、温度によるバッテリー電圧の特性を利用し、測定された電圧と温度の相関関係を代入して温度によるバッテリーの不良有無と劣化度合いを判断できるようになる。
また、使用中に、最低端子電圧を利用してバッテリーの状態を判断するときも、かかる温度に対する電圧の相関関係を代入し、バッテリーの状態に対する判断が可能になる。
さらに、バッテリーの端子電圧の偏差を利用してバッテリーの状態を表すことも可能であり、電動装置の動作中に、最低端子電圧によってバッテリー毎の状態をチェックすることも可能になる。
そして、温度に対する放電量（容量）の相関関係を考慮し、外部温度によって電動装置を管理できるようになる。
Claims (16)
- 電動装置におけるバッテリーの多数のセルそれぞれの特性値を測定する測定部と、
前記特性値から評価対象値を算出し、前記評価対象値と第１基準値とを比較して、前記バッテリーの状態情報及び前記電動装置の運行情報を算出する中央処理部と、
前記状態情報及び前記運行情報を外部の管理システムへ伝送する無線通信部と、
前記第１基準値、前記状態情報及び前記運行情報を保存する保存部と、
を含む電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。 - 前記特性値は、前記多数のセルそれぞれの端子電圧、または端子電流である、第１項に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記評価対象値は、前記多数のセルそれぞれの端子電圧の偏差、前記バッテリーの充電効率、前記多数のセルそれぞれの端子電流の方向、及び前記バッテリーの消耗電力のうち、少なくとも１つである、請求項１に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記評価対象値が前記多数のセルそれぞれの前記端子電圧の偏差である場合、前記第１基準値は前記基準偏差であり、前記中央処理部は、前記端子電圧の偏差が前記基準偏差未満であると、前記バッテリーを正常状態であると判断し、前記端子電圧の偏差が前記基準偏差以上であると、前記バッテリーを非正常状態であると判断する、請求項３に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記評価対象値が前記バッテリーの前記充電効率である場合、前記第１基準値は基準効率範囲であり、前記中央処理部は、前記充電効率が前記基準効率範囲内であると、前記バッテリーを正常状態であると判断し、前記充電効率が前記基準効率範囲を超えると、前記バッテリーを非正常状態であると判断する、請求項３に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記評価対象値が前記多数のセルそれぞれの前記端子電流の方向である場合、前記第１基準値は前記バッテリーの放電時に電流の流れる方向である基準方向であり、前記中央処理部は、前記端子電流の方向が前記基準方向と同一であると、前記電動装置が運行状態であると判断し、前記端子電流の方向が前記基準方向と相違すると、前記電動装置が充電中であると判断する、請求項３に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記中央処理部は、前記電動装置が充電中であると判断した場合、前記無線通信部を利用し、前記保存部に保存された前記状態情報及び前記運行情報を前記外部の管理システムへ伝送する、請求項６に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記評価対象値が前記バッテリーの前記消耗電力である場合、前記第１基準値は基準電力範囲であり、前記中央処理部は、前記消耗電力が前記基準電力範囲内であると、前記電動装置を正常状態であると判断し、前記消耗電力が前記基準電力範囲を超えると、前記電動装置を非正常状態であると判断する、請求項３に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記状態情報は、前記バッテリーの正常状態または非正常状態に対する情報であり、前記運行情報は、前記電動装置の運行時間、運行距離、及び運行経路のうち、少なくとも１つである、請求項１に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記バッテリーの外部温度を感知する温度感知部をさらに含み、前記中央処理部は、前記外部温度に対応する第２基準値を選択し、前記評価対象値と前記多数の第２基準値を比較して前記多数のセルそれぞれの状態を判断する、請求項１に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記保存部は、多数の前記外部温度に対応する多数の前記第２基準値に対するデータを保存し、前記多数のセルそれぞれの状態に対する状態情報を保存する、請求項１０に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記第２基準値は、前記外部温度による前記多数のセルそれぞれの放電特性の変化を考慮して設定される、請求項１０に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記評価対象値は、前記多数のセルそれぞれの最低端子電圧、最高端子電圧、前記最低端子電圧と前記最高端子電圧の偏差（ｒｉｐｐｌｅ）、放電電流及び放電量のうち、少なくとも１つである、請求項１２に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記評価対象値が前記多数のセルそれぞれの前記最低端子電圧である場合、前記第２基準値は、前記外部温度によって次第に低くなるように設定された基準電圧であり、前記最低端子電圧が前記基準電圧以上であると、前記中央処理部は、前記バッテリーを正常状態であると判断し、前記最低端子電圧が前記基準電圧未満であると、前記中央処理部は、前記バッテリーを非正常状態であると判断する、請求項１３に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記評価対象値が前記多数のセルそれぞれの前記偏差である場合、前記第２基準値は前記外部温度によって次第に大きくなるように設定された基準偏差であり、前記偏差が前記基準偏差以下であると、前記中央処理部は、前記バッテリーを正常状態であると判断し、前記偏差が前記基準偏差より大きいと、前記中央処理部は、前記バッテリーを非正常状態であると判断する、請求項１３に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
- 前記評価対象値が前記多数のセルそれぞれの前記放電量である場合、前記基準値は前記外部温度によって次第に小さくなるように設定された基準量であり、前記放電量が前記基準量以上であると、前記中央処理部は、前記バッテリーを正常状態であると判断し、前記放電量が前記基準量未満であると、前記中央処理部は、前記バッテリーを非正常状態であると判断する、請求項１３に記載の電動装置用バッテリーの電力モニタリングシステム。
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