JP4319784B2 - ファジー・ロジックを用いて複数のバッテリを監視および保守する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
関連の出願
本出願は、１９９８年１０月１日に提出された「複数のバッテリを監視および保守する方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ａ Ｐｌｕｒａｌｉｔｙ ｏｆ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ）」題された合衆国プロビジョナル・アプリケーション６０／１０２６２９の優先権を主張するものであり、その全体を参照としてここに組み入れる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般に、電気的バッテリに関し、特に、バッテリを監視および保守する方法および装置に関する。
【０００３】
発明の背景
バッテリは、アクティブな材質に含まれる化学的エネルギを、酸化還元反応の電気化学的反応により、直接に電気的エネルギへ変換するデバイスである。このタイプの反応は、或る材質から別の材質への電子の移動が関係する。当該技術におけるバッテリは、一般に、電気化学的オペレーションを用いて、電気エネルギを蓄積および解放する。
【０００４】
図１は、典型的なバッテリの電気化学的オペレーションを示す。この図を参照すると、負の電極（アノード２）が、電子を放棄することができるコンポーネントであり、反応の間に酸化される。正の電極（カソード１）は酸化材質から分離され、このコンポーネントは電子を受け入れることができる。電子の移動は、２つの材質１と２を接続する外部電気回路１１において行われ、電解質３は、バッテリ４における電子の移動のためのイオン媒体を提供する。
【０００５】
バッテリの電気化学的特性により、バッテリは減損する製品であり、保管の間に進行する化学的作用の結果として劣化する。バッテリの動作および機能の安定性のためには、適切なメンテナンスが重要である。一般的に、当該技術において、バッテリを最適に保管および保守することにより、バッテリの機能的安定性を最大にすることが必要とされている。本発明はその必要性などを満足させる。
【０００６】
本発明の概要
本発明は方法および装置を提供し、それにより、個々のバッテリの動作特性を診断する。第１の好適な実施形態において、複数のバッテリを保守するための二部分の方法が提供される。この方法は、第１部分の通常分析と、第２部分の更に詳細な分析とを備える。最初に、バッテリの状態が監視される。通常分析は、監視したバッテリ状態を用いて、バッテリに対して行われる。通常分析の結果として、限界にあるものとして検出されたバッテリが選択される。本方法の第２部分では、限界のバッテリの更なるバッテリ・パラメータが測定される。詳細分析は、測定した更なるバッテリ・パラメータを用いて、限界のバッテリに対して行われる。詳細分析の結果に従って、限界のバッテリには、サービスを受けさせるためのフラグがたてられる。
【０００７】
本発明の特定的な実施形態によると、複数の主バッテリおよび対応する複数の補助バッテリが保守（維持）される。通常分析は、バッテリ・システムの主バッテリの何れかが限界にあるかを判定するために、行われる。限界のバッテリは接続が解除され、対応する補助バッテリがオンに切り替えられる。次に、限界のバッテリに詳細分析が行われる。限界のバッテリは、詳細分析の結果に従ってサービスを受け、バッテリ・システムにおいて使用可能である。
【０００８】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を図面と関連して読むことにより明らかとなる。図面では、図面全体を通じて、同じ参照符号は同じ構成を表す。ここにおける図面は、特別に注記していない場合には、尺度を考慮して描かれたものでないことは理解でき、本発明の原理を示すために強調されている部分がある。
【０００９】
好適な実施形態の詳細な説明
図２は本発明の方法を示すフロー・チャートである。図２を参照すれば、ステップ２１において、全てのバッテリのバッテリの状態が監視され、その状態から特定のバッテリが限界であるか否かを検出できる状態を含む。通常分析が全てのバッテリに対して実行される（ステップ２２）。「通常分析」はバッテリが限界であるか否かを検出するに十分なバッテリ状態を監視する。「限界の」バッテリは、バッテリの所期の目的に対して予め設定された適当な値の所定の範囲外の状態を有する。ステップ２３は、何れかのバッテリが限界であるか否かを判定する。もし何れのバッテリも限界バッテリ状態でないとすれば、次いで、制御の流れはステップ２１へ戻り、バッテリの状態が引続き監視される。
【００１０】
他方、もしもバッテリが限界であると判定されるとすれば、限界のバッテリの別のバッテリ・パラメータが、そのバッテリの詳細分析（ステップ２５）において使用するために測定される（ステップ２４）。測定される前記の別のバッテリ・パラメータの中には、充電状態、電解質レベル、端子抵抗およびバッテリ容量がある。詳細分析は、限界のバッテリにサービスを行うために必要とされる行動を決めるため測定されたバッテリ・パラメータを分析することを含む。次いで、限界のバッテリは、詳細分析の結果に従ってサービスを受けることができる（ステップ２６）。バッテリのサービスの目的は、バッテリが限界状態より上で動作することを保証することである。とかくするうち、全てのバッテリの状態は連続して監視される。
【００１１】
本発明は、通常分析と、必要に応じてそれに続く詳細分析とを含む、複数のバッテリを保全する二部分からなる方法を提供する。通常分析はバッテリ・システムの通常の動作の間に全てのバッテリに適用される。詳細分析は、通常分析の結果に基づいて特定のバッテリに対して選択的に実行される。複数のバッテリの中で限界のバッテリを検出すると、詳細分析が限界のバッテリに対して個々に実行される。また、詳細分析はオフラインで、あるいはシステムの停止時間の間にも実行可能である。
【００１２】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の方法の好適な実施例を示すフロー・チャートである。通常分析と詳細分析とを実行するためにとられるステップは、ハードウエアあるいはソフトウエアで実行可能である。
【００１３】
図２Ａを参照すれば、ステップ２２１において、例えば電圧、電流および温度の状態のような幾つかのバッテリ状態が複数のバッテリの各々に対して監視され、他方、その他の状態はそのような測定から導出される。そのようなバッテリ状態に対する通常分析はステップ２２３において実行され、この分析は、
（１）バッテリ端子電圧、
（２）負荷の変動に応答したバッテリ端子電圧の挙動、
（３）充電および放電電流、および
（４）バッテリの周囲温度
の分析を含む。
【００１４】
測定された電圧、電流および温度のデータを用いて、バッテリの内部抵抗（ＩＲ）および充電状態（ＳＯＣ）を、ステップ２２３の通常分析の一部として判定することが可能である。もし電圧、電流および温度の測定値の何れかが、所定の範囲および／または残りのバッテリから顕著に逸脱するとすれば、バッテリは限界であると見なされる。また、もしバッテリが、例えば低いＳＯＣあるいは高いＩＲのような故障状態を有するとすれば、バッテリは限界であると見なされる（ステップ２２５）。その場合、ステップ２２８において、限界のバッテリに対して調整を行なうことができる。何れの限界のバッテリも報告され（ステップ２２７）、影響のあるバッテリに対しての行動を行うことが推奨される（ステップ２２９）。例えば、もし故障状態と考えられる低いＳＯＣが検出された場合、その低いＳＯＣが報告される（ステップ２２７）。低いＳＯＣを直す行動、例えば、限界のバッテリに対して供給される電圧充電（電圧チャージ）を増加したり、限界バッテリに対して詳細分析を実行すること（ステップＡ）のような行動を推奨することができる（ステップ２２９）。
【００１５】
バッテリの故障状態はまた、それが発生する前にステップ２２５において予測することが可能である。故障状態の発生およびそのタイミングは、通常分析の過程の間に行われる判定によって予測される。例えば、最大ＩＲリミットを各バッテリに対して設定可能で、その発生は、当該バッテリに対する電圧、電流および温度の測定に基づいて予測可能である。特に、ＩＲは、測定した電圧を測定した電流により除算することによって計算され、この値は温度に対してプロットする（グラフにする）ことが可能である。図２Ｃを参照されたい。好適には、最大ＩＲリミットは、ステップ２２５において故障状態を検出されるようにするものとして設定されることが好ましい。もし何ら故障状態が検出されないならば、最大ＩＲリミットは、ステップ２２３の通常の分析の電圧、電流および温度の測定値を考慮してステップ２２８において任意に調整可能である。一方、全てのバッテリのバッテリ状態は連続して監視される。
【００１６】
特定の実施形態において、複数のバッテリが監視され、各バッテリのＩＲが判定される。各バッテリに対して、電圧、電流および温度の状態を監視することによって、所定の間隔で測定が行われる。次いで、各バッテリのＩＲおよびＳＯＣは、温度と共に、バッテリ状態が限界であるか否かを判定するために使用される。ＩＲは、これらのデータに基づいて所定の温度において計算され、基本的なＩＲ対温度の曲線が、バッテリの現在のＳＯＣに対する温度範囲に亘って、計算されたＩＲに基づいて再構築されうる。ひとたび、測定されたデータからＩＲ対温度の曲線が得られると、それが、当該システムの要件に基づくＩＲ対温度の基準の曲線と比較される。このＩＲリミットの分析を用いて、バッテリの寿命がステップ２２５において予測でき、サービスの行動がステップ２２７において予測でき、報告できる。
【００１７】
図２ＣはバッテリのＩＲと、典型的なバッテリの温度の関数としてのＩＲの最大の許容可能なリミットとを示す。そのようなグラフは、殆どの市販されているバッテリの仕様において見出される。所与のバッテリの測定されたＩＲは、そのバッテリ又はそのバッテリのタイプに対するＩＲリミット曲線によって許容される最大値と比較される。バッテリがそのＩＲリミットを上回る時点を予測しうるように、監視されている温度状態に基づいて、周囲温度とＩＲの双方に対して外挿を行うことができる。予測された情報に基づいて、動作時間期間を予測することが可能であり、サービスのために個々のバッテリに対してオフライン時間の予定をたてることができる。図２Ａのステップ２２８において、予測した情報に従って調整が行われる。一方、全てのバッテリの状態が連続的に監視される。
【００１８】
一旦、限界のバッテリが検出されると、次に説明するように詳細分析が実行される。図２Ｂのプロセスは図２Ａのステップ２２９から流れてきている。ステップ２３１において、限界のバッテリに対して負荷が加えられ、それにより限界のバッテリに対してステップ２２３において別のバッテリ・パラメータが測定可能なようにされる。別の（更なる）バッテリ・パラメータはＳＯＣ、電解質レベル、端子抵抗、およびバッテリ容量を含む。この別のバッテリ・パラメータは、ステップ２３５における詳細分析のステップで使用され、以下のものを判定する。
【００１９】
（１）不整合（不適当）のセル。例えば、容量レベルが相違しうるバッテリ内の個々のセル。
（３）鉛−酸バッテリでしばしば見出されるソフト−ショートしたセル。このショートしたセルは、充電の間は低容量の通常のセルのように挙動するが、放電の間や長期の開回路期間の間にデッド・セルとなり電圧を喪失する。
【００２０】
（４）（所期の設置の間の）逆接続（リバース接続）。バッテリの正の端子が充電器の負の端子に接続され、バッテリの負の端子が充電器の正の端子に接続される。
【００２１】
（５）システムで使用できる電力を低減する顕著な電圧低下をもたらす高い端子抵抗。
（６）電解質の濃度に不均一性をもたらし、イオン転移に負の影響を与える低い電解質レベル、
（７）端子と電線の接続部において抵抗を顕著に増大させる腐食した端子。
【００２２】
（８）バッテリ容量、電解質の適切度および充電状態（ＳＯＣ）のようなバッテリの状態、
（８）例えばバッテリの寿命の終わりのような、個々のバッテリの保全／交換の時期、および
（９）電流あるいは電圧のランプ・テスト。
例えば、電流あるいは電圧ランプ・テストは、印加された電流あるいは電圧の増加する（ランプ・アップ）方向にわたっての、および印加された電流あるいは電圧の減少する（ランプ・ダウン）方向にわたっての、電流あるいは電圧のプロフィールを提供する。このテストのランプ・ダウン部分の間の電流から、限界のバッテリのＳＯＣが決定される。バッテリ容量はＳＯＣから得られる。
【００２３】
ステップ２３７において、詳細分析の結果が報告され、行動が推奨される。例えば、故障状態の影響を受けた限界のバッテリは、例えば別のバッテリに切り替えることにより、交換することができる。もしステップ２３５において逆接続が検出されたとすれば、その状態が報告され（ステップ２３７）、逆接続が手作業で修正される。同様に、もし低電解質レベルが検出されたとすれば、その状態が報告され、電解質が追加される。もし、限界バッテリを保全する時期か又は、例えば最大ＩＲ限度に達したために、交換する時期であるとすれば、限界のバッテリはサービスあるいは交換のために接続が解除される。代替的に、もし高い端子抵抗あるいは腐蝕した端子状態が検出されたとすれば、そのような状態が報告され、影響を受けたバッテリはサービス（例えば端子の掃除）のために接続解除される。限界のバッテリが接続解除されている間のバッテリの電力の不足分は、別のバッテリ、すなわち補助バッテリに切り替えることにより補給できる。もし不十分な充電状態（ＳＯＣ）が検出されたとすれば、ステップ２３９において、バッテリ・システムをシャット・ダウンすることにより限界のバッテリをオフラインとする（オフラインに取り出す）か否かが決定される。限界のバッテリをオフラインとできない場合、例えば、当該システムによって供給されているバッテリの電力を遮断できない場合には、制御は（ステップＥを介して）図２Ａのステップ２２１まで戻り、そこで全てのバッテリのバッテリ状態が連続して監視される。
【００２４】
もし限界のバッテリをオフラインとすることができるとすれば、充電／放電サイクルが実行され、バッテリ容量が検出され、通常の動作について確認される（ステップ２３８）。充電／放電サイクルの結果はステップ２３６において評価される。もし結果が所定の範囲内にあるとすれば、限界のバッテリは充電され、次いで、バッテリ回路において通常に動作するようインラインに戻される。次いで、制御の流れは図２Ａのステップ２２１まで戻り、そこで全てのバッテリのバッテリ状態が連続して監視される。
【００２５】
もし充電／放電サイクルの結果が所定範囲の外にあるとすれば、限界のバッテリは廃棄または交換するようフラグがたてられる（フラグが付けられる）（ステップ２３２）。次いで、制御の流れは（ステップＥを介して）図２Ａのステップ２２１へ戻り、そこで全てのバッテリのバッテリ状態が連続して監視される。
【００２６】
本発明の方法はまた、一組の主バッテリと一組の補助バッテリとを有する無停電電力／発電機システム（ＵＰＳ）に対しても適用可能である。図３を参照すれば、ステップ３１において、主バッテリの動作状態が連続的に監視されている。ステップ３２において通常分析が実行され、ステップ３３において、主バッテリの何れかが限界であるか否かの判定が、実質的にステップ２１−２３に関連して説明したように行われる。もし限界のバッテリが検出されなければ、制御の流れは次いでステップ３１へ戻る。
【００２７】
他方、もし限界のバッテリが検出されると、その限界のバッテリが接続解除され（ステップ３４）、対応する補助バッテリが回路へと切り替えられ、バッテリ電力の供給を維持する（ステップ３５）。ステップ３６において、影響を受けていたバッテリの更なるバッテリ・パラメータが測定され、概ね前述したように、測定されたかかるバッテリ・パラメータを使用して詳細分析が実行される（ステップ３７）。限界のバッテリは次いで、詳細分析の結果に従ってサービスのためのフラッグがたてられる。（ステップ３８）。制御の流れは次いでステップ３１へ戻り、そこで主バッテリの状態が連続して監視される。
【００２８】
図４は本発明のこの実施形態によるシステムを全体的に示すブロック図である。図４を参照すれば、通常分析制コントローラ４１は、先に述べた通常分析のステップを実行する。また通常分析コントローラ４１に接続され、ライン４５で送られる信号に応答する詳細分析コントローラ４３も設けられており、これは前述した詳細分析のステップを実行する。複数のバッテリ（ＢＡＴ．１、ＢＡＴ．２、ＢＡＴ．３、ＢＡＴ．４、．．．）が通常分析コントローラ４１と詳細分析コントローラ４３の双方に接続されている。詳細分析コントローラ４３は、何れかのバッテリに対してサービスが必要である場合に、通常分析コントローラ４１をオーバライドする（通常分析コントローラ４１に優先する）。
【００２９】
図５はＵＰＳに対する好適な適用を示す詳細ブロック図である。図５を参照すれば、通常分析コントローラ５１は複数のバッテリ、ＭＡＩＮ ＢＡＴ．１−４（主バッテリ１―４）およびＡＵＸ ＧＥＮ． ＢＡＴ．１−４（補助発電バッテリ１―４）に結合されている。本システムで使用されるバッテリは、例えば、ニッケル−カドミウム、ニッケル−水素、ニッケル−亜鉛、ニッケル−鉄、銀−亜鉛、亜鉛−臭素、亜鉛−塩素、および鉛−酸のバッテリのような当該技術分野で一般に使用されているタイプの再充電可能なバッテリである。通常分析コントローラ５１は連続して一般のバッテリ状態を分析し、前述したように保全および充電機能を実施する。バッテリ状態は、負荷（例えばＵＰＳ）自体がバッテリのバンクから電流を取り出すとき、例えば、補助バッテリ（ＡＵＸ ＧＥＮ．）５３が始動するとき、あるいはＡＣ電源が作動するときに、監視可能である。ＵＰＳが電力を供給していないときは、通常分析コントローラ５１は温度、電圧および電流の状態の監視および分析を継続する。温度、電圧および電流の状態から、通常分析コントローラは、温度変化に伴う各バッテリのＩＲとＳＯＣとを判定する。次いで、個々のバッテリのＩＲおよびＳＯＣは、温度と共に、バッテリ状態が限界であるか否かを判定するために使用される。
【００３０】
通常分析コントローラ５１は、例えば低ＳＯＣあるいは高ＩＲのような１つ以上の故障状態を有していることが判明した複数のバッテリの中の何れかのものを限界であるとしてフラッグをたてる。通常分析コントローラ５１によって識別される何れの限界状態あるいは故障状態も、更に詳細に分析するよう詳細分析コントローラ５９へ報告される。
【００３１】
ＣＯＭＭ ＬＩＮＫ（通信リンク）５２は通常分析コントローラ５１および詳細分析コントローラ５９に対して、遠隔通信およびプログラム能力を提供する。例えば、完全な充電／放電サイクルを、１年に１回のように周期的に、通信リンク５２を介して伝送した遠隔コマンドによって実行することが可能である。
【００３２】
通常分析コントローラ５１は詳細分析コントローラ５９に結合されており、詳細分析コントローラは通常分析コントローラ５１の分析および実施機能をオーバライドすることができる。更に、詳細分析コントローラ５９は、診断分析あるいは状態変化に応じて、通常分析コントローラ５１のアルゴリズムを再初期設定する能力を有している。詳細分析コントローラ５９はまた、スイッチＳＷを介して固定された負荷４４に結合されている。
【００３３】
詳細分析コントローラ５９は、通常分析コントローラ５２の自動状態監視をオーバライドし、自己テストを呼び出し、自己テストの結果をアップロードし、個々のバッテリの電圧、電流および温度のデータをアップロードし、電圧あるいは電流ランプ・テストを実行し、個々のバッテリをディスエーブルとし、通常分析コントローラ５１に駐在するソフトウエア・アルゴリズムをアップグレードすることができる。
【００３４】
例えば、詳細分析コントローラ５９は、前述のように電流あるいは電圧ランプ・テストを行うことができ、充電状態はランプ・ダウン方向で電流から判定される。限界のバッテリのバッテリ容量は、充電状態に基づいて判定される。
【００３５】
ＭＡＩＮ ＢＡＴ．１〜４の主バッテリ群はスイッチング・システム２に結合されている。ＡＵＸ ＧＥＮ．ＢＡＴ．１〜４の補助バッテリ群は、スイッチング・システム１に結合されている。スイッチング・システム１は補助発電機ＡＵＸ ＧＥＮ．５３に結合されており、その出力はスイッチング・システム２に結合されている。スイッチング・システム２は、交流（ＡＣ）生成に対する電力負荷モジュール、すなわち１３５０Ｗから２０００Ｗの負荷モジュール５７に結合されている。
【００３６】
バッテリ・システムを動作させる場合、主バッテリ電力（ＭＡＩＮ．ＢＡＴ．１〜４から）はスイッチング・システム２を通って送られ、該スイッチング・システムは、ＡＣ電力生成のために負荷モジュール（すなわち、１３５０から２０００Ｗの負荷モジュール５７）に、あるいは分析および保全のために通常分析コントローラ５１に、主バッテリ電力を接続する。もし限界のバッテリが検出されると、スイッチング・システム２は通常分析コントローラ５１によって指令されて、影響を受けているバッテリを分離し、後にサービスを行うようにする。
【００３７】
補助発電機バッテリ電力（ＡＵＸ ＧＥＮ．ＢＡＴ．１〜４によって発電される）もまた、スイッチング・システム（スイッチング・システム１）を通じて送られる。スイッチング・システム１は、ＡＵＸ ＧＥＮ．ＢＡＴ．１〜４を臨時の電力生成のために補助発電機（ＡＵＸ．ＧＥＮ．）に接続するか、あるいは通常分析コントローラ５１に存在するアルゴリズムによって必要とされる分析、充電あるいは遮断のために通常分析コントローラ５１に接続する。
【００３８】
前述のスイッチング・システムは、バッテリ・システムが各バッテリの状態の基づいて電力源を割り当てることを可能にすることにより、融通性があり最適な性能を提供する。例えば、もし主バッテリに欠陥があるか、あるいはそのため故障が予測される場合には、システムは、単にその主バッテリを使用することから隔離し、補助発電機バッテリに切り替えることができる。補助発電機バッテリ、例えばＡＵＸ ＧＥＮ．ＢＡＴ．１は、代替電力生成源としてＡＵＸ ＧＥＮ．５３を始動させることができる。
【００３９】
図５のＵＰＳにおいて実施した本発明のシステムの動作の例をここに示す。通常の動作の間、各バッテリは、直ちに使用するように、対応する機能する電力グリッドに自動的に接続される。主バッテリ（ＭＡＩＮ ＢＡＴ．１〜４）の状態は連続して監視される。通常分析コントローラ５１は、監視した状態を用いて主バッテリ（ＭＡＩＮ ＢＡＴ．１〜４）に対する通常分析を実行する。通常分析コントローラ５１は主バッテリの何れかが限界であるか否かを判定する。通常分析コントローラ５１によって実行される通常分析の間に、固定された負荷５５が自動的にオンとされる。
【００４０】
もし限界のバッテリ（例えばＭＡＩＮ ＢＡＴ．１）が検出されると、スイッチング・システム１とスイッチング・システム２とを用いて、限界のバッテリの接続が解除され、対応する補助バッテリがオンとされてバッテリ電力供給を維持する。その後、限界のバッテリ（ＭＡＩＮ ＢＡＴ．１）の別のバッテリ・パラメータが測定される。詳細分析コントローラ５９は、かかる測定されたバッテリ・パラメータを用いて、限界のバッテリ（ＭＡＩＮ ＢＡＴ．１）に対する詳細分析を実行する。次いで、限界のバッテリ（ＭＡＩＮ ＢＡＴ．１）に対して、詳細分析の結果に従って、サービスするようフラッグがたてられる。
【００４１】
本発明の利点は、充電特性が各バッテリに適合するよう自動的に調整されることであり、各バッテリは最大の効率および速度で充電される。本発明によると、バッテリは、それが充電状態の分析後に完全に充電されていると判定された場合には、再充電はされない。バッテリは、バッテリの寿命を高めてピーク効率で好適に動作し、本発明によるシステムおよび方法は、連続的に充電する必要性を排除する。本発明の利点はさらに、バッテリの全体的コストを低減し、かつバッテリ寿命を延長させることを含む。更に、全てのテストおよび保全の機能は、
詳細分析コントローラに対して通常分析コントロールにおけるアルゴリズムを改訂するよう指示することにより、容易に再コンフィギュレーション可能であり、いつでもアップグレードすることができる。バッテリの寿命の終わり、あるいは故障は、内部抵抗（ＩＲ）、バッテリ容量およびそれらのそれぞれのリミットを傾向分析することによって予測される。バッテリの故障（機能不全）が予測され、そのような故障の前にバッテリの保全（メンテナンス）が予定されるので、バッテリを保全する効率は最適化される。
【００４２】
このように、好適な実施形態に適用された本発明の基本的な新規の特徴が示され、説明され、かつ指摘されてきたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、図示した装置やそれらの動作の形態や細部において、各種の省略、代替、および変更を、当該技術分野の専門家は行うことができる。例えば、同じ結果を達成するための概ね同じ方法で概ね同じ機能を行うエレメントおよび／またはステップの全ての組み合わせは、本発明の範囲内に入ることが明確に意図されている。前述した一つの実施例から別の実施例へのエレメントの代替も、完全に本発明により意図され、かつ企図されている。また、図面は必ずしも尺度通りに描かれておらず、それらは単に概念的なものであることを理解すべきである。従って、本発明は特許請求の範囲によって示されることによって限定されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来の電気化学的バッテリの動作を示す。
【図２】 図２は、本発明に従った方法を示すフロー・チャートである。
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の方法の好適な実施形態を示すフロー・チャートである。
図２Ｃは、バッテリの周囲温度と内部抵抗の間の関係を示すグラフである。
【図３】 図３は、主バッテリおよび補助バッテリを有する無停電電力／発電機系統（ＵＰＳ）のための、図２の方法の特定的な実施形態を示すフロー・チャートである。
【図４】 図４は、本発明のシステムを全体的に示すブロック図である。
【図５】 図５は、主バッテリおよび補助バッテリを有する無停電電力／発電機系統（ＵＰＳ）において実現した、本発明の特定の応用を示すブロック図である。

Claims (24)

1. バッテリ・システムの複数のバッテリを保守する方法であって、
   前記バッテリ・システムの通常の動作の間に、前記複数のバッテリのそれぞれのものの電流、電圧、および温度の状態を継続的及び同時に監視するステップと、
   監視された前記バッテリの前記状態を継続的及び同時に処理して、前記複数のバッテリのそれぞれのものの内部抵抗（ＩＲ）、温度、および充電状態（ＳＯＣ）を求めるステップと、
   前記複数のバッテリのそれぞれのものに関して内部抵抗対温度の曲線を継続的及び同時に構築するステップと、
   構築された前記内部抵抗対温度の曲線と、前記システムの要求に基づいた標準の内部抵抗対温度の曲線とを、継続的及び同時に比較するステップと、
   構築された前記内部抵抗対温度の曲線が前記標準の内部抵抗対温度の曲線から所定量はずれているバッテリを、限界のバッテリとして選択するステップと、
   前記限界のバッテリのバッテリ・パラメータを測定するステップと、
   測定された前記バッテリ・パラメータを継続的及び同時に処理して、それぞれの前記限界のバッテリのバッテリ・データを生成するステップと、
   前記バッテリ・データを用いて、前記限界のバッテリからサービスを実行すべきサービス・バッテリを選択するステップと、
   前記サービス・バッテリにサービスを実行するステップと
   を備えることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、該方法はさらに、
   前記複数のバッテリの各々に電圧の充電を選択的に行うステップと、
   前記複数のバッテリの充電状態を監視するステップと、
   監視された前記充電状態に従って、前記電圧の充電を調節するステップと
   を備えることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、該方法はさらに、前記サービス・バッテリのサービスを行うべきことを推奨するステップを備えることを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法において、該方法はさらに、前記限界のバッテリが低い充電状態である場合には、前記限界のバッテリへの電圧の充電を増大するステップを備えることを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法において、不適当なセル、ソフト−ショートしたセル、リバース接続、高い端子抵抗、低い電解質レベル、腐食した端子、電力システム状態、バッテリ容量、及びバッテリを保守又は置換するための時間を含む、限界のバッテリのバッテリ・パラメータを測定するステップを備えることを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法において、該方法はさらに、前記サービス・バッテリをオフラインとすることができるかを判定するステップを備えることを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の方法において、該方法はさらに、前記サービス・バッテリをオフラインとすることができると判定した場合に、
   前記サービス・バッテリに充電／放電サイクルを実行するステップと、
   前記サービス・バッテリのバッテリ容量を確認するステップと
   を備えることを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、該方法はさらに、実行された前記充電／放電サイクルの結果を評価するステップを備えることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、該方法はさらに、評価された前記結果が規定範囲内である場合に、前記サービス・バッテリを充電するステップを備えることを特徴とする方法。
10. 請求項８に記載の方法において、該方法はさらに、評価された前記結果が規定範囲外である場合に、前記サービス・バッテリを置換するステップを備えることを特徴とする方法。
11. 請求項１に記載の方法において、該方法はさらに、
    前記複数のバッテリの内部抵抗を分析するステップと、
    前記内部抵抗が内部抵抗リミットに到達する時間を予測するステップと
    を備えることを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、前記複数のバッテリそれぞれの使用可能な寿命が、前記内部抵抗の分析及び前記内部抵抗リミットに基づいて予測されることを特徴とする方法。
13. 請求項１に記載の方法において、該方法はさらに、プログラムされた機械において、
    内部抵抗対温度曲線を決定するステップと、
    前記内部抵抗対温度曲線と、基準の内部抵抗対温度曲線とを比較するステップと、
    内部抵抗リミットに到達する時間を前記の比較から推定するステップと
    を備えることを特徴とする方法。
14. 請求項１に記載の方法において、該方法はさらに、前記限界のバッテリを補助バッテリと置換するステップを備えることを特徴とする方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、処理を行う前記ステップは、コンピュータ・ソフトウエアにより実行されることを特徴とする方法。
16. 請求項１４に記載の方法において、該方法はさらに、前記限界のバッテリに負荷を接続するステップを備えることを特徴とする方法。
17. バッテリ・システムの複数のバッテリを保守するシステムであって、
    前記複数のバッテリのバッテリ状態を監視し、前記複数のバッテリのそれぞれのものの内部抵抗（ＩＲ）、温度、および充電状態（ＳＯＣ）を求め、前記複数のバッテリのそれぞれのものに関して内部抵抗対温度の曲線を継続的及び同時に構築し、構築された前記内部抵抗対温度の曲線と前記システムの要求に基づいた標準の内部抵抗対温度の曲線とを継続的及び同時に比較して、前記複数のバッテリのそれぞれのもののバッテリ状態を求め、該バッテリ状態に基づいて限界のバッテリを選択する、通常分析コントローラと、
    継続的及び同時にそれぞれの前記限界のバッテリのバッテリ・パラメータを測定し、前記バッテリ・パラメータを処理して、サービスを実行すべきバッテリを決定する詳細分析コントローラと
    を備えることを特徴とするシステム。
18. 請求項１７に記載のシステムにおいて、前記複数のバッテリは、複数の主バッテリ及び複数の補助バッテリを含むことを特徴とするシステム。
19. 請求項１８に記載のシステムにおいて、該システムはさらに、前記通常分析コントローラにより選択された前記複数の主バッテリのうちの限界のバッテリに対応する前記複数の補助バッテリの１つをオンに切り替えるスイッチを備えることを特徴とするシステム。
20. 請求項１７に記載のシステムにおいて、限界のバッテリに関して測定される前記バッテリ・パラメータは、不適当なセル、ソフト−ショートしたセル、リバース接続、高い端子抵抗、低い電解質レベル、腐食した端子、電力システム状態、バッテリ容量、充電状態、及びバッテリを保守／置換すべき時間を含むことを特徴とするシステム。
21. 請求項１７に記載のシステムにおいて、該システムはさらに、前記通常分析コントローラに接続する通信リンクを備え、前記通信リンクは、遠隔通信及びプログラミング能力を提供することを特徴とするシステム。
22. 請求項２１に記載のシステムにおいて、バッテリへの前記サービスは、前記通信リンクへコマンドを遠隔から周期的に送ることにより行われることを特徴とするシステム。
23. 請求項２１に記載のシステムにおいて、遠隔からコマンドを前記通信リンクへ送ることにより、充電／放電サイクルが実行されることを特徴とするシステム。
24. 請求項１７に記載のシステムにおいて、前記バッテリは、ニッケル−カドミウム・バッテリ、ニッケル−水素バッテリ、ニッケル−亜鉛バッテリ、ニッケル−鉄バッテリ、銀−亜鉛バッテリ、亜鉛−臭素バッテリ、亜鉛−塩素バッテリ、及び鉛−酸バッテリのグループから選択された再充電可能なバッテリであることを特徴とするシステム。

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