JP4818808B2 - 組電池状態測定装置、組電池劣化判定方法および組電池劣化判定プログラム - Google Patents
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Description
組電池の劣化形態としては、組電池全体でほぼ均一に劣化が進行する場合もあるが、組電池を構成する一部の単位電池の劣化に起因する場合もある。組電池を構成する一部の単位電池の劣化の原因としては、組電池を構成する単位電池間の製造バラツキに起因する初期からの特性差、あるいは運用中の温度差などの環境条件に起因する劣化の進行の違いなどが考えられる。さらに、この組電池を構成する単位電池間の劣化のバラツキは運用時間の延長とともに拡大していく。
ここで、例えば、特許文献1には、車両走行時などの組電池の通常の使用中に組電池を構成する単位電池の異常を検出できるようにするため、所定電力放電時の電圧変化を測定し、この時の放電挙動を調べることにより、セルの異常を診断する方法が開示されている。
また、特許文献3には、組電池を構成する各単電池の最小の電圧値および最大の電圧値が存在し得る電圧判定点の範囲のうち、最低の電圧判定点の電圧値と最大の電圧判定点の電圧値との差で表される単電池の電圧分布域を検出し、単電池の電圧分布域が所定範囲内か否かによって組電池の異常を判定する方法が開示されている。
また、特許文献2に開示された方法では、頻繁に充放電を繰り返すような運用条件では、鉛蓄電池の交流インピーダンスの変化が小さく、組電池の劣化を精度よく判定することができないという問題があった。特に、鉄道用非常用電源などのように計画的に停電が頻繁に繰り返されるような用途には組電池の劣化を正確に判定することができなかった。
そこで、本発明の目的は、非常用電源設備として用いられる組電池の劣化の判定精度を確保しつつ、組電池の劣化を簡易に判定することが可能な組電池状態測定装置、組電池劣化判定方法および組電池劣化判定プログラムを提供することである。
これにより、少数の単位電池が重度に劣化した場合だけでなく、多数の単位電池が軽度に劣化した場合においても、組電池全体の劣化状態を目視で容易に確認することが可能となる。
図1は、本発明の一実施形態に係る組電池状態測定装置が用いられる組電池のシステムの概略構成を示すブロック図である。
図1において、電力系統1は、100Vまたは200Vの交流電圧を供給することができる。また、充電器2は、組電池3の充電時に組電池3に接続され、電力系統1から供給される交流電圧を直流電圧に変換してから組電池3に出力することができる。また、組電池3は、インバータ4を介して交流負荷5に接続されるとともに、直流負荷6に直接接続される。なお、組電池3は、鉄道用非常用電源などのように計画的に停電が頻繁に繰り返されるような非常用電源設備として用いることができる。
図2において、組電池3には、単位電池3a〜3c・・・が設けられている。ここで、単位電池3a〜3c・・・は、組電池3の用途に応じた容量および電圧を確保するために、例えば、24セルや48セル分の単位電池3a〜3c・・・を直並列に接続して構成することができる。
そして、図1の電力系統1が正常に稼動している場合には、図1の交流負荷5または直流負荷6には電力系統1から電力が供給され、交流負荷5または直流負荷6の作動が行われる。そして、電力系統1が停電状態になると、組電池3と充電器2とが電気的に遮断されるとともに、交流負荷5または直流負荷6には組電池3から電力が供給されながら、交流負荷5または直流負荷6の作動が行われる。
なお、電圧偏差分布判定手段13aおよび組電池状態判定手段13bは、これらのブロックで行われる処理を遂行させる命令が記述されたプログラムをコンピュータに実行させることにより実現することができる。
また、電圧偏差分布判定手段13aおよび組電池状態判定手段13bで行われる処理を遂行させる命令が記述されたプログラムをコンピュータに実行させる場合、スタンドアロン型コンピュータで実行させるようにしてもよく、ネットワークに接続された複数のコンピュータに分散処理させるようにしてもよい。
図3において、組電池状態測定装置7は組電池3の放電を検出すると、データ収集部11は、所定時間の経過後の一定の周期で各単位電池3a〜3c・・・の放電時の電圧を電圧計Va、Vb・・・を介して収集し(ステップS1)、内部メモリ12に記憶する。そして、電圧偏差分布判定手段13aは、放電時の組電池3の中の各単位電池3a〜3c・・・の同時刻における電圧値を設備設計仕様電圧と比較しながら、予め設定された区分に従って分類し(ステップS2)、単位電池の測定電圧との乖離が設備設計仕様電圧よりも低い方向に大きくなるに従って大きなポイントを与えることができる(ステップS3)。また、各単位電池3a〜3c・・・の測定電圧の偏差の出現頻度も区分し、出現頻度が大きくなるに従って大きなポイントを与えることができる(ステップS4)。そして、各単位電池3a〜3c・・・の測定電圧の偏差および出現頻度の積を算出し(ステップS5)、各単位電池3a〜3c・・・の測定電圧の偏差および出現頻度の積をこの2次元マトリックス上に表示させることができる(ステップS6)。
図4において、各単位電池3a〜3c・・・の測定電圧の偏差の分布および出現頻度が2次元マトリックス上に設定され、各単位電池3a〜3c・・・の測定電圧の偏差および出現頻度の積がこの2次元マトリックス上に配置されている。ここで、単位電池3a〜3c・・・の測定電圧との乖離が設備設計仕様電圧よりも低い方向に大きくなるに従って大きなポイントが与えられるとともに、各単位電池3a〜3c・・・の測定電圧の偏差の出現頻度が大きくなるに従って大きなポイントが与えられている。
2 充電器
3 組電池
4 インバータ
5 交流負荷
6 直流負荷
7 組電池状態測定装置
3a〜3c 単位電池
Va、Vb 電圧計
11 データ収集部
12 内部メモリ
13 演算機能
13a 電圧偏差分布判定手段
13b 組電池状態判定手段
14 表示部
Claims (5)
- 非常用電源設備として用いられる組電池を構成する各単位電池の放電時の電圧を測定する電圧測定手段と、
設備設計仕様電圧に対する前記測定電圧の偏差の分布および出現頻度を判定する電圧偏差分布判定手段と、
前記設備設計仕様電圧に対する前記測定電圧の偏差の分布および出現頻度に基づいて、前記組電池の劣化状態を判定する組電池状態判定手段とを備えることを特徴とする組電池状態測定装置。 - 非常用電源設備として用いられる組電池を負荷に接続したまま前記組電池と充電器とを電気的に遮断するステップと、
前記充電器と電気的に遮断された状態で前記組電池を構成する各単位電池の放電時の電圧を測定するステップと、
設備設計仕様電圧に対する前記測定電圧の偏差の分布および出現頻度を判定するステップと、
前記設備設計仕様電圧に対する前記測定電圧の偏差の分布および出現頻度に基づいて、前記組電池の劣化状態を判定するステップとを備えることを特徴とする組電池劣化判定方法。 - 非常用電源設備として用いられる組電池を負荷に接続したまま前記組電池と充電器とを電気的に遮断するステップと、
前記充電器と電気的に遮断された状態で前記組電池を構成する各単位電池の放電時の電圧を測定するステップと、
設備設計仕様電圧に対する前記測定電圧の偏差の分布および出現頻度を判定するステップと、
前記測定電圧の偏差の分布および出現頻度を設定範囲に従ってレベル分けするとともに、前記レベルに評価点を設定するステップと、
前記測定電圧の偏差の分布および出現頻度によって決まる評価点を、前記組電池を構成する全ての単位電池について総合的に評価することにより、前記組電池の劣化状態を判定するステップとを備えることを特徴とする組電池劣化判定方法。 - 前記測定電圧の偏差の分布および出現頻度で規定されるマトリックス上に前記評価点を前記レベルごとに表示するステップをさらに備えることを特徴とする請求項3記載の組電池劣化判定方法。
- 非常用電源設備として用いられる組電池を負荷に接続したまま前記組電池と充電器とを電気的に遮断させるステップと、
前記充電器と電気的に遮断された状態で前記組電池を構成する各単位電池の放電時の電圧を測定するステップと、
設備設計仕様電圧に対する前記測定電圧の偏差の分布および出現頻度を判定するステップと、
前記設備設計仕様電圧に対する前記測定電圧の偏差の分布および出現頻度に基づいて、前記組電池の劣化状態を判定するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする組電池劣化判定プログラム。
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