JP4770723B2 - 二次電池の単電池状態検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の二次電池の単電池状態検出方法に関するものである。

電源装置、特に停電時、主要負荷に一定時間の給電が可能な停電補償機能を有する装置に使用される二次電池は、通常高い電圧を必要とするため多数の単電池を直列に接続して、使用される。又、二次電池の寿命、故障等の判定のため、単電池電圧の測定が有効であるが、その測定は、単電池間で高電位差が存在する状態における低電圧の測定という困難さを伴っている。この問題を解決するために従来より単電池電圧検出方法として、フライングキャパシタ方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。図６は、前記特許文献１に記載された従来の単電池電圧検出方法を示すものである。

図６において、測定対象１０１に接続された単電池選択スイッチ１１１、１１２は、測定時にのみ閉じ、測定対象１０１の電圧を電圧保持用コンデンサ４に充電し、電圧保持用コンデンサ４が充電後開とし、電圧保持用コンデンサ４の電位を測定対象１０１の電位から切り離す構造となっている。又、電圧保持用コンデンサ４は、電圧測定部１と測定スイッチ２、３を通して接続されており、単電池選択スイッチ１１１、１１２が閉の時には開となっている。電圧保持用コンデンサ４は、単電池選択スイッチ１１１、１１２により測定対象１０１より切り離された後、測定スイッチ２、３が閉となり電圧測定部１に接続される。同様の操作を順次、測定対象１０２〜１０５に対して実施することにより、電位の異なる測定対象の電圧を時分割に測定可能となる。
特開平１１−２４８７５５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、単電池選択スイッチが二次電池から離れた場所に電圧測定部と一体で設置される場合、単電池ごとに接続された多数の長い検出ケーブルを単電池選択スイッチまで配線しなければならなかった。この配線は、単電池数に応じた本数が必要であり、例えば、単電池が１００個直列に接続されたような場合には、２００本必要となる。又、単電池選択スイッチが二次電池近傍に設置される場合も同様に、電圧測定部から単電池選択スイッチの数に応じた本数の長い単電池選択制御信号線６１〜６６を配線する必要があり、いずれにしても配線工数が大きいという課題を有していた。

前記特許文献１の課題を解決するため、本発明は、単電池電圧とその他の二次電池の状態を表す物理量を異なる周波数帯域のパルス信号に変換し出力することにより、時分割のタイミングのみによる、信号が表す物理量の判断が不要となり、処理の簡略化及び高速化が可能な単電池状態検出方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明では、単電池状態検出部は、検出動作後次の単電池状態検出に使用する検出タイミング信号を生成し、次の単電池状態の検出動作を実施する単電池状態検出部へ前記検出タイミング信号を出力する構成により単電池状態を検出している。

本発明によって、単電池状態検出部は対象単電池の近傍に設置可能であることから、単電池に接続された検出ケーブルを短くすることができ、検出タイミング信号も隣接する単電池状態検出部までへの配線となり、離れた状態測定部までの配線が不要となる。このた
め、配線工数を少なくすることができる。加えて、二次電池の状態を表す物理量を単電池電圧と異なる周波数帯域のパルス信号に変換し、絶縁手段を介して出力することが可能なため、単電池状態検出部は、単電池電圧に加え、単電池電流、単電池温度などの二次電池の状態を表す物理量を電位に関わらず、配線工数の増加を抑えながら検出することが可能になる。

本発明の単電池状態検出方法によれば、単電池状態検出部を対象単電池の近傍に設置し、単電池に接続された検出ケーブルを短くすることができ、検出タイミング信号も単電池状態検出部間の配線となるため、離れた状態測定部までの配線が不要となる。このため、配線工数を少なくすることができる。加えて、単電池電圧に加え、単電池電流、単電池温度などの二次電池の状態を表す物理量を電位に関わらず、配線工数の増加を抑えながら、簡略で高速な処理により検出することが可能になるため、二次電池の寿命、故障等の判定のために重要なパラメータを測定することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における単電池状態検出方法のブロック図の一例である。図１において、図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１において電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ａ〜１３５ａには、測定対象１０１〜１０５の各単電池電圧が入力され、又、電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ｂ〜１３５ｂには、各単電池状態を表す物理量に応じてセンサー４１〜４５で変換された電圧が入力されている。前記電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ａ、ｂ〜１３５ａ、ｂは、入力された電圧値を電圧値に応じたパルス信号に変換し、絶縁して出力する。電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ａ、ｂ〜１３５ａ、ｂの出力は、オア接続で単電池状態検出出力線３０を通して一括で状態測定部６に出力する構成としている。又、検出タイミング信号発生回路１４１〜１４５は、電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ａ、ｂ〜１３５ａ、ｂへ検出タイミング信号を出力し、電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ａ、ｂ〜１３５ａ、ｂの動作を制御する。さらに検出タイミング信号発生回路１４１〜１４４は、電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ａ、ｂ〜１３４ａ、ｂの動作が終了してから一定期間の経過後、次に検出動作をする検出タイミング信号を生成し、隣接する検出タイミング信号発生回路１４２〜１４５へ検出タイミング信号線２１〜２４を通して検出タイミング信号を出力すし、単電池の状態検出する構成としている。

かかる構成における単電池状態検出動作を以下に説明する。

各単電池状態検出部１１〜１５は、検出動作を実施していないときは、単電池状態検出出力信号線３０に対して信号出力をしない状態で待機している。まず、検出タイミング信号発生回路１４１が検出信号を電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ａ及び１３１ｂに出力する。前記検出信号により、電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ａは、単電池電圧に応じたパルス信号を出力し、同時に電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ｂは、センサー４１を介して測定対象１０１の状態を表す物理量に応じたパルス信号を出力する。電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ａ及び１３１ｂの出力はオア接続されており、且つ、出力するパルス信号は、図２に示す例の様に異なる周波数帯域を持ち、単電池状態検出出力線３０を通して状態測定部６へ出力される。図２において、（１）は電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ａの出力信号、（２）は、電圧−パルス信号絶縁変換回路１３１ｂの出力信号、（３）は、（１）と（２）の信号をロウアクティブとしてオアを取った単電池状態検出出力線３０の信号の例を示す。この時、他の単電池状態検出部１２〜１５は、検出動
作を実施しておらず、単電池状態検出出力信号線３０には、単電池状態検出部１２〜１５からの検出信号は現れない。状態測定部６は、単電池状態検出出力線３０からの入力を監視し、第１の単電池状態検出部１１からの検出信号を入力した場合、測定対象１０１の測定信号として測定処理を実施する。状態測定部６は、入力した検出信号をフィルタ等によりそれぞれの周波数帯域に分割し、処理することにより、単電池電圧及び状態を表す物理量を同時に測定できる。第１の単電池状態検出部１１は、検出動作が終了してから一定期間の経過後、次の測定対象１０２の測定を実施するための検出タイミング信号を生成し、検出タイミング信号線２１を通して第２の単電池状態検出部１２へ出力する。検出タイミング信号を入力した単電池状態検出部１２は、単電池状態検出部１１と同様に一定期間検出動作を実施し、その検出信号を一定期間単電池状態検出出力線３０を通して状態測定部６へ出力する。さらに単電池状態検出部１２は、第３の単電池状態検出部１３へ検出タイミング信号を出力する。同様にして単電池状態検出部１３〜１５まで検出動作を順に実施する。

このように本発明によれば、検出タイミング信号のやり取りを隣接する単電池状態検出部と実施するだけでよく、状態測定部６より単電池状態検出部の全数に対して検出タイミング信号線を接続する必要がないため、配線工数を削減することができ、かつ単電池状態検出部の出力を容易にオア接続可能で、１系統の単電池状態検出出力線３０の配線のみでよく、配線工数を削減することができる。

また、センサーと電圧−パルス信号絶縁変換回路により、物理量をパルス信号に変換することが可能であるため、単電池電圧に加え、単電池電流、単電池温度などの二次電池の状態を表す物理量を同時に検出することができ、二次電池の寿命、故障等の判定に役立てることができる。
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における単電池状態検出方法のブロック図の一例である。図３において、図１及び図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図３において単電池状態検出部１１の検出タイミング信号は、状態測定部６より検出タイミング信号線２０を通して入力する構成とし単電池の状態検出をしている。

かかる構成によれば、状態測定部６が単電池状態検出出力線３０より入力する時分割の検出信号の内、第１の単電池状態検出部１１の検出信号が、明示的に判断可能となり、状態検出部６の処理が簡略化可能となる。
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における単電池状態検出方法のブロック図の一例である。図４において、図１、図３及び図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図４において最終の単電池状態検出部１５の検出タイミング信号線２５は、状態測定部６に接続される構成とし単電池の状態検出をしている。

かかる構成によれば、状態測定部６は、検出タイミング信号線２５の信号を検出することにより、単電池状態検出部１１から単電池状態検出部１５まで単電池状態検出動作が終了したことが容易に判断可能となり、状態測定部６の測定処理が簡略化可能となる。
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４における単電池状態検出方法のブロック図の一例である。図５において、図１〜図４及び図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図５において単電池状態検出部１５の検出タイミング信号出力は、検出タイミング信号線２６を通して単電池状態検出部１１に接続される構成とし単電池の状態検出をしている。

かかる構成によれば、第１の単電池状態検出部１１は、検出サイクル毎に検出タイミング信号を生成する機能が不要で、検出タイミング信号線２６の信号を検出することにより、単電池状態検出を開始すればよく、処理の簡略化が可能となる。

所定の単電池状態検出が終了した場合は、第１の単電池状態検出部１１は、単電池状態検出出力線３０を介して状態測定部６に測定が終了したことを伝達する。

なお、前記実施の形態１から４において、測定対象を１０１〜１０５の５個としたが、基本的には測定対象の数の制限はなく、同様の構成が可能である。又、１つの単電池状態検出部に２つの周波数帯域を使用しているが、さらに広い周波数帯域を使用することにより、同時に検出できる物理量を３つ以上とすることも可能であり、時分割を行うことにより１つの単電池に対してより多くの物理量を検出することが可能となる。二次電池の状態を表す物理量とは、電圧、電流、温度、圧力などが該当する。又、状態測定部６に集められたデータは、既知のモデム等の伝達手段でサーバー等に集めデータ処理することにより活用すればよい。

本発明の単電池状態検出方法は、信号線の配線工数を削減することが可能であり、かつ、単電池電圧に加え、単電池電流、単電池温度、単電池圧力などの二次電池の状態を表す物理量を電位に関わらず、配線工数の増加を抑えながら同時に検出することが可能になるため、複数の二次電池の単電池状態検出方法として有用である。

本発明の実施の形態１における構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態１における信号波形の一例を示す図 本発明の実施の形態２における構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態３における構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態４における構成の一例を示すブロック図 従来の単電池電圧検出方法における構成を示すブロック図

符号の説明

１ 電圧測定部
２、３ 測定スイッチ
４ 電圧保持用コンデンサ
５ 測定スイッチ制御信号
６ 状態測定部
１１〜１５ 単電池状態検出部
２０〜２６ 検出タイミング信号線
３０ 単電池状態検出出力線
３０ａ、３０ｂ 単電池電圧検出出力線
４１〜４５ センサー
６１〜６６ 単電池選択制御信号線
１０１〜１０５ 測定対象
１１１〜１１６ 単電池選択スイッチ
１４１〜１４５ 検出タイミング信号発生回路
１３１ａ、ｂ〜１３５ａ、ｂ 電圧−パルス信号絶縁変換回路

Claims (4)

1. 複数の二次電池の単電池電圧測定に加え、前記二次電池の状態を表す物理量を時分割で測定する二次電池の単電池状態検出方法であって、
   複数の単電池状態検出部と一つの状態測定部が別個に設置され、第１の単電池状態検出部は、検出動作後、第２の単電池状態検出部が単電池状態検出に使用する検出タイミング信号を生成・出力し、前記検出タイミング信号を入力した第２の単電池状態検出部は、前記検出タイミング信号がアクティブである間のみ前記二次電池の単電池電圧及び前記二次電池の状態を表す物理量を前記物理量に応じた複数の周波数帯域のパルス信号に変換して出力し、前記パルス信号に変換した出力は他の単電池状態検出部とオア接続で前記状態測定部に入力されることを特徴とした二次電池の単電池状態検出方法。
2. 複数の単電池状態検出部全てがそれぞれ順に１回づつ検出を行う動作を検出サイクルとし、検出サイクル毎の最初の検出タイミング信号は、状態測定部が出力し、最初の検出を実施する第１の単電池状態検出部が入力する構成とした請求項１に記載の二次電池の単電池状態検出方法。
3. 前記検出サイクル毎の最後に検出を実施する単電池状態検出部の検出タイミング信号出力は状態測定部に入力され、前記状態測定部は１回の検出サイクルの終了を判断することを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の二次電池の単電池状態検出方法。
4. 前記検出サイクル毎の最後に検出を実施する単電池状態検出部は検出タイミング信号出力を第１の単電池状態検出部に入力し、前記検出タイミング信号出力に基づき前記第1の単電池状態検出部は次の検出サイクルを開始することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の単電池状態検出方法。

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