JP5138160B2 - 蓄電池劣化判定装置および蓄電池劣化判定システム - Google Patents

Description

この発明は、蓄電池の容量を求める蓄電池劣化判定装置および蓄電池劣化判定システムに関する。

通信機器等のバックアップ用電源として、鉛蓄電池など複数の蓄電池を直列接続してなる組電池が使用される。各蓄電池には、設計上、使用可能期間いわゆる寿命がある。ただし、寿命は、一定ではなく、使用環境温度の影響を受けて変化する。バックアップ時の放電電流や放電頻度によっても変化する。

そこで、定期的または必要に応じて蓄電池容量試験を行い、各蓄電池の容量を把握する必要がある。この蓄電池容量試験には、各蓄電池をそれぞれ放電させて各蓄電池の容量を検出する方法がある。また、全ての蓄電池（組電池）を短時間放電して電圧低下の早い蓄電池を見つけ、その蓄電池をパイロットとして放電させてパイロットセルの容量を検出する方法がある。これらいずれかの方法で求めた容量に基づいて、各蓄電池の取り替えが判断される。

蓄電池は、規定電圧以下まで放電すると、回復しなくなる。このため、規定電圧以下には放電できない。

したがって、上記のように各蓄電池を放電させて各蓄電池の容量を検出する方法では、いずれかの蓄電池が規定電圧に達した場合に、試験を中止するか、規定電圧に達した蓄電池を取り外して試験を継続する必要がある。

しかしながら、試験を中止すると、当然ながら、全ての蓄電池の容量を把握できなくなる。規定電圧に達した蓄電池を取り外して試験を継続する場合には、負荷へのバックアップ体制を確保しながらの作業が必要となり、作業に多大な時間と労力を要することから非現実的であり、しかも放電により無くなる電力（および放電後の充電に必要となる電力）が大きくて省エネルギーの面で好ましくない。

また、パイロットセルを試験する方法では、放電するのがパイロットセルだけなので、電力の消費が大きくない点では有効であるものの、パイロットセルのみの容量しか把握することができず、その結果だけで全ての蓄電池の取り替えが判断されるため、十分な容量を有する蓄電池まで不要に取り替えられてしまうことがある。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、電力の消費を小さく抑えながら各蓄電池の個々の容量を的確に検出および推定することができ、しかも検出が繰り返されるに従い推定の精度が向上する省エネルギー性および信頼性にすぐれた蓄電池劣化判定装置および蓄電池劣化判定システムを提供することを目的としている。

請求項１に係る発明の蓄電池劣化判定装置は、複数の蓄電池を直列接続した組電池を備えたものにおいて、前記各蓄電池の電圧を測定する電圧測定手段と、前記各蓄電池の内部インピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、前記電圧測定手段および前記インピーダンス測定手段の測定結果に応じて、前記各蓄電池の不良を判定する判定手段と、前記各蓄電池のうち、前記判定手段で不良と判定された蓄電池を除く残りの蓄電池の中から、内部インピーダンスが最も大きい蓄電池をパイロットセルとして選定する選定手段と、前記パイロットセルの電圧が設定値に下降するまで、そのパイロットセルを一定電流で放電させる放電手段と、前記放電により前記パイロットセルの電圧が設定値に下降するまでの時間と、前記放電時の一定電流との積を、前記パイロットセルの容量として検出する容量検出手段と、前記不良と判定された蓄電池および前記パイロットセルを除く残りの蓄電池の容量を、内部インピーダンスおよび容量の相関を表わす回帰式と前記インピーダンス測定手段の測定結果との照合により推定する容量推定手段と、前記容量推定手段の推定に用いられる前記回帰式を、前記選定手段で過去にパイロットセルとして選定された蓄電池に対する前記インピーダンス測定手段の測定結果、前記選定手段で選定された今回のパイロットセルに対する前記インピーダンス測定手段の測定結果、前記選定手段で過去にパイロットセルとして選定された蓄電池に対する前記容量検出手段の検出結果、および前記選定手段で選定された今回のパイロットセルに対する前記容量検出手段の検出結果に基づいて作成する回帰式作成手段と、を備えている。

請求項６に係る発明の蓄電池劣化判定システムは、複数の蓄電池を直列接続してなる組電池を備えたものにおいて、複数の蓄電池劣化判定装置、および管理装置を備えている。複数の蓄電池劣化判定装置は、前記各蓄電池の電圧を測定する電圧測定手段、前記電圧測定手段および前記インピーダンス測定手段の測定結果に応じて、前記各蓄電池の不良を判定する判定手段、前記各蓄電池のうち、前記判定手段で不良と判定された蓄電池を除く残りの蓄電池の中から、内部インピーダンスが最も大きい蓄電池をパイロットセルとして選定する選定手段、前記パイロットセルの電圧が設定値に下降するまでそのパイロットセルを一定電流で放電させる放電手段、この放電により前記パイロットセルの電圧が設定値に下降するまでの時間と前記放電時の一定電流との積を前記パイロットセルの容量として検出する容量検出手段、前記不良と判定された蓄電池および前記パイロットセルを除く残りの蓄電池の容量を内部インピーダンスと容量の相関を表わす回帰式および前記インピーダンス測定手段の測定結果に応じて推定する容量推定手段、を有している。管理装置は、前記選定手段で過去にパイロットセルとして選定された蓄電池に対する前記インピーダンス測定手段の測定結果、前記選定手段で選定された今回のパイロットセルに対する前記インピーダンス測定手段の測定結果、前記選定手段で過去にパイロットセルとして選定された蓄電池に対する前記容量検出手段の検出結果、および前記選定手段で選定された今回のパイロットセルに対する前記容量検出手段の検出結果を取り込み、これら測定結果および検出結果の取り込みごとにその測定結果および検出結果に基づいて前記回帰式を作成し、作成した回帰式を前記各蓄電池劣化判定装置に送る。

この発明の蓄電池劣化判定装置および蓄電池劣化判定システムによれば、電力の消費を小さく抑えながら各蓄電池の個々の容量を的確に検出および推定することができ、しかも検出が繰り返されるに従い推定の精度が向上して、省エネルギー性および信頼性の向上が図れる。

［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、商用交流電源１に整流装置２が接続され、その整流装置２の出力端に負荷３および組電池４が接続されている。組電池４は、複数の鉛蓄電池いわゆるセル（単電池ともいう）４ａ，４ｂ，…４ｎの直列接続により構成されている。

商用交流電源１の電圧は整流装置２で直流に変換され、その直流電圧が負荷３および組電池４に供給される。これにより、負荷３が運転されるとともに、組電池４のセル４ａ，４ｂ，…４ｎがフロート充電される。商用交流電源１が停電した場合は、組電池４が瞬時に放電し、その放電電力によって負荷３の運転が継続される。

このようなバックアップ電源システムの組電池４に対し、定期的または必要に応じて、蓄電池劣化判定装置１０を用いた容量試験が実施される。

蓄電池劣化判定装置１０は、商用交流電源１に接続され、その商用交流電源１の電圧を電源スイッチ１１を介して電源部１２に取り込む。電源部１２は、当該装置１０の動作電圧を出力する。

蓄電池劣化判定装置１０は、制御の中枢として制御部１３を有している。この制御部１３に、操作部１４、表示部１５、インターフェース１６、メモリカードユニット１７、データ蓄積部１８、電圧測定部２１、温度測定部２２、電流測定部２３、放電部２４、充電部２６、バイパス部２７、電圧測定部３１、およびインピーダンス測定部３２が接続されている。放電部２４には、蓄電部２５が含まれている。

上記インターフェース１６は、外部機器たとえばパーソナルコンピュータ５０の接続用である。上記メモリカードユニット１７は、記憶手段であるメモリカードのセット，リセットが可能である。データ蓄積部１８は、後述するインピーダンス測定結果、容量検出結果、および容量推定結果など、各種データを記憶する。上記電圧測定部２１は、測定プローブ４１により、組電池４内の任意のセルに接続される。上記温度測定部２２は、リード線４２ａおよびそのリード線４２ａの先に設けられた温度センサ４２を付属して備え、温度センサ４２が取り付けられるセルの表面温度を検知する。上記電流測定部２３は、放電部２４の放電路に設けられる電流センサ２８を付属して備え、放電電流を検知する。

上記放電部２４は、測定ケーブル４３により組電池４内のいずれか１つのセルの両端に接続され、そのセルの電圧が設定値に下降するまで、同セルを一定電流で放電させる。この放電電流により、上記蓄電部２５が充電される。上記充電部２６は、蓄電部２５を構成要素として含み、放電部２４による放電が終了した後、上記測定ケーブル４３が接続されているセルを充電する。バイパス部２７は、停電によって組電池４が放電するときに、上記測定ケーブル４３が接続されているセルへの通電をバイパスする。

上記電圧測定部３１は、作業員による測定プローブ４４の操作により、組電池４内の各セルに順次に切替接続され、各セルの電圧Ｅを測定する。インピーダンス測定部３２は、作業員による測定プローブ４４の上記操作により、組電池４内の各セルに順次に切替接続され、その各セルの内部インピーダンスＺを測定する。

制御部１３は、主要な機能として、次の（１）〜（１７）の手段を有している。
（１）操作部１４で電圧・インピーダンス測定モードが設定されると、各セルに対する測定プローブ４４の切替接続を表示部１５の表示により指示する制御手段。

（２）電圧・インピーダンス測定モードが設定されているとき、電圧測定部３１およびインピーダンス測定部３２の測定結果を、表示部１５の表示により報知するとともに、メモリカードユニット１７のメモリカード、データ蓄積部１８、および外部のパーソナルコンピュータ５０に記憶する制御手段。

（３）電圧・インピーダンス測定モードが設定されているとき、電圧測定部３１およびインピーダンス測定部３２の測定結果に応じて、組電池４内の各セルの不良を判定する判定手段。

（４）上記判定により不良のセルが見つかった場合に、その不良セルのセル番号を、表示部１５の表示により報知するとともに、メモリカードユニット１７のメモリカード、データ蓄積部１８、および外部のパーソナルコンピュータ５０に記憶する制御手段。

（５）上記判定手段の判定後、各セルのうち、不良と判定されたセルを除く残りのセルの中から、内部インピーダンスが最も大きいセルを上記インピーダンス測定部３２の測定結果から探し出し、探し出したセルをパイロットセルとして選定する選定手段。内部インピーダンスが最も大きいセルは、容量が最も小さいセル、すなわち寿命が最も短いセルである。

（６）上記選定手段で選定されたパイロットセルを、表示部１５の表示により報知するとともに、メモリカードユニット１７のメモリカード、データ蓄積部１８、および外部のパーソナルコンピュータ５０に記憶する制御手段。

（７）操作部１４で容量試験モードが設定されると、上記パイロットセルに対する容量試験の準備（パイロットセルに対する測定ケーブル４３の接続、パイロットセルに対する温度センサ４２の取り付けなど）を表示部１５の表示によって指示する制御手段。

（８）容量試験モードが設定されているとき（準備完了後）、操作部１４で開始が指示されると、放電部２４を動作させてパイロットセルの放電を開始し、そのときに電流測定部２３で測定される放電電流が一定電流を維持するように放電部２４を制御するとともに、電圧測定部２１で測定される電圧Ｅが設定値Ｅｓまで下降したときに放電部２４による放電を停止する制御手段。設定値Ｅｓは、セルが放電によって回復不可能となる規定電圧よりも高い値である。

（９）放電中、電圧測定部２１で測定される電圧Ｅを監視しながら、放電開始からの時間経過をカウントする制御手段。

（１０）電圧Ｅが設定値Ｅｓに下降するまでに要した時間と、放電時の一定電流との積を、パイロットセルの容量として検出する容量検出手段。

（１１）上記不良セルおよび上記パイロットセルを除く残りのセルの容量を、内部インピーダンスおよび容量の相関を表わす回帰式と上記インピーダンス測定手段の測定結果との照合により、推定する容量推定手段。

（１２）容量検出手段の検出結果、および容量推定手段の推定結果を、表示部１５の表示により報知するとともに、メモリカードユニット１７のメモリカード、データ蓄積部１８、および外部のパーソナルコンピュータ５０に記憶する制御手段。

（１３）上記容量推定手段の推定に用いられる上記回帰式を、上記選定手段で過去にパイロットセルとして選定されたセルのうち組電池４の各セルと同一形式のセルに対する上記インピーダンス測定手段の測定結果、上記選定手段で選定された今回のパイロットセルに対する上記インピーダンス測定手段の測定結果、上記選定手段で過去にパイロットセルとして選定されたセルのうち組電池４の各セルと同一形式のセルに対する上記容量検出手段の検出結果、および上記選定手段で選定された今回のパイロットセルに対する上記容量検出手段の検出結果に基づいて、作成する回帰式作成手段。

（１４）放電部２４による放電が終了した後、充電部２６を動作させてパイロットセルを充電させる制御手段。

（１５）放電部２４による放電中に停電が発生した場合、その放電を停止する制御手段。

（１６）充電部２４による充電中に停電が発生した場合、充電を停止し、停電の解除後に充電を再開する制御手段。

（１７）放電部２４による放電時、パイロットセルの表面温度を温度測定部２２により監視し、そのパイロットセルの表面温度が異常温度上昇した場合に放電部２４による放電を停止する制御手段。

一方、放電部２４、充電部２５、バイパス部２７の具体例を図２に示している。パイロットセルとして例えばセル４ｃが選定され、そのパイロットセル４ｃの両端に測定プローブ４１および測定ケーブル４３が接続された状態を示している。

測定ケーブル４３の一方にリレー６１の常閉接点６３ｂを介してＮＰＮ型トランジスタ６４のエミッタが接続され、そのトランジスタ６４のコレクタが電気二重層コンデンサ６５およびリレー６１の常閉接点６１ｂを介して測定ケーブル４３の他方に接続されている。トランジスタ６４は、ベースが制御部１３に接続されており、パイロットセル４ｃに対する放電路の形成に際してオンされ、その放電路を流れる電流が予め定められている一定電流となるように導通度が制御される。

トランジスタ６４のエミッタ・コレクタ間に、リレー６２の常開接点６２ａが並列接続されている。電気二重層コンデンサ６５および常閉接点６１ｂの直列回路に、リレー６１の常開接点６１ａが並列接続されている。さらに、電気二重層コンデンサ６５に、電圧計６６が並列接続されている。電圧計６６の計測値は、制御部１３に供給される。なお、蓄電部２５としては、電気二重層コンデンサ６５に限らず、リチウム電池を採用してもよい。

上記電気二重層コンデンサ６５および電圧計６６により、蓄電部２５が構成されている。また、上記リレー６１，６２，６３、トランジスタ６４、電気二重層コンデンサ６５、電圧計６６、および各リレー接点により、放電部２４が構成されている。

測定ケーブル４３の一方にリレー６３の常開接点６３ａを介して充電器２６の正側出力端が接続され、その充電器２６の負側出力端が測定ケーブル４３の他方に接続されている。この充電器２６および上記電気二重層コンデンサ６５により、充電部２６が構成されている。

測定ケーブル４３の一方にバイパス部であるダイオード６８のアノードが接続され、そのダイオード６８のカソードが測定ケーブル４３の他方に接続されている。

つぎに、上記の構成の作用を、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
電源スイッチ１１がオンされて、操作部１４で電圧・インピーダンス測定モードが設定されると（ステップ１０１のＹＥＳ）、各セルに対する測定プローブ４４の切替接続の指示が表示部１５で表示される。この表示を見た作業員により、測定プローブ４４が各セルに順次に切替接続され、その接続ごとに、セルの電圧Ｅおよび内部インピーダンスＺが電圧測定部３１およびインピーダンス測定部３２により測定される（ステップ１０２）。

この時点では、測定プローブ４１および測定ケーブル４３の接続はなされていない。

インピーダンス測定部３２は、接続されているセルを一定電流Ｉｓで一定時間Ｔｓだけ放電させ、その放電時の蓄電池の電圧降下分を検出し、その電圧降下分を上記一定電流Ｉｓで除算することにより、接続されているセルの内部インピーダンスＺを測定する。測定結果は、表示部１５の表示により報知されるとともに、メモリカードユニット１７のメモリカード、データ蓄積部１８、およびパーソナルコンピュータ５０に記憶される。

制御部１３では、電圧測定部３１およびインピーダンス測定部３２の測定結果に応じて、組電池４内の各セルの不良が判定される（ステップ１０３）。すなわち、測定された電圧Ｅが、設定値Ｅ１以上、設定値Ｅ２未満の範囲に入っていれば、測定対象のセルが不良（電圧異常）でないと判定される。測定された電圧Ｅが、設定値Ｅ１以上、設定値Ｅ２未満の範囲から外れていれば、測定対象のセルが不良（電圧異常）であると判定される（ステップ１０３）。測定された内部インピーダンスＺが、設定値Ｚ１以上、設定値Ｚ２未満の範囲に入っていれば、測定対象のセルが不良（寿命切れ）でないと判定される。測定された内部インピーダンスＺが、設定値Ｚ１以上、設定値Ｚ２未満の範囲から外れていれば、測定対象のセルが不良（寿命切れ）であると判定される。

設定値Ｅ１，Ｅ２および設定値Ｚ１，Ｚ２については、セル４ａ，４ｂ，…４ｎの形式（定格や種類）などに対応する種々の値が制御部１３の内部メモリに記憶されており、セルの形式があらかじめ操作部１４で設定されることにより、その形式に合ったものが内部メモリから読み出される。

不良のセルが見つかった場合（ステップ１０４のＹＥＳ）、そのセルのセル番号が、表示部１５の表示により報知されるとともに、メモリカードユニット１７のメモリカード、データ蓄積部１８、および外部のパーソナルコンピュータ５０に記憶される（ステップ１０５）。

続いて、各セルのうち、不良と判定されたセルを除く残りのセルの中から、内部インピーダンスが最も大きいセルがインピーダンス測定部３２の測定結果から探し出され、探し出されたセルがパイロットセルとして選定される（ステップ１０６）。内部インピーダンスが最も大きいセルは、容量が最も小さいセル、つまり寿命が最も短いセルである。選定結果は、上記同様に、表示部１５の表示により報知されるとともに、メモリカードユニット１７のメモリカード、データ蓄積部１８、および外部のパーソナルコンピュータ５０に記憶される（ステップ１０７）。
内部インピーダンスＺの測定およびパイロットセルの選定の様子を図８に示している。

パイロットセルが選定されると、次に、容量試験が実施される。
操作部１４で容量試験モードが設定されると（ステップ１０８のＹＥＳ）、パイロットセルに対する容量試験の準備（パイロットセルに対する測定プローブ４１の接続、測定ケーブル４３の接続、温度センサ４２の取り付けなど）が表示部１５の表示によって作業員に指示される（ステップ１１０）。

容量試験の準備が完了した後、操作部１４で開始が指示されると（ステップ１１１のＹＥＳ）、放電部２４が動作してパイロットセルの放電が開始される（ステップ１１２）。すなわち、図２に示しているように、常開接点６３ｂ,６１ｂが閉じた状態でトランジスタ６４がオンされる。これにより、一点鎖線の矢印で示すように、パイロットセル４ｃの正側端子から測定ケーブル４３、常開接点６３ｂ、トランジスタ６４のエミッタ・コレクタ間を通して電気二重層コンデンサ６５に電流が流れ、電気二重層コンデンサ６５を経た電流が常開接点６１ｂおよび測定ケーブル４３を通してパイロットセル４ｃの負側端子へと流れる。電気二重層コンデンサ６５は充電される。このパイロットセル４ｃの放電時、放電電流が電流測定部２３で測定されており、測定結果が予め定められている一定値となるように、トランジスタ６４の導通度が制御される。

パイロットセル４ｃの放電が開始されると、制御部１３の内部タイマによるタイムカウントｔが実行される（ステップ１１３）。さらに、電圧測定部２１によってパイロットセル４ｃの電圧Ｅが測定され、かつ温度測定部２３によってパイロットセル４ｃの表面温度Ｔが測定される（ステップ１１４）。そして、タイムカウントｔと放電電流とに基づき、パイロットセル４ｃの放電容量が逐次に算出される（ステップ１１５）。

タイムカウントｔ、測定電圧Ｅ、測定温度Ｔ、および算出された放電容量は、表示部１５の表示により報知されるとともに、メモリカードユニット１７のメモリカード、データ蓄積部１８、および外部のパーソナルコンピュータ５０に記憶される（ステップ１１６）。

なお、放電中、温度測定部２３によって測定されているパイロットセル４ｃの表面温度Ｔが異常温度上昇した場合には、安全のため、パイロットセル４ｃの放電が直ちに停止される。そして、この異常温度上昇および停止の旨が、表示部１５の表示により報知されるとともに、内部メモリ、メモリカードユニット１７のメモリカード、および外部のパーソナルコンピュータ５０に記憶される。

また、放電中、商用交流電源１の停電が監視されるとともに（ステップ１１７）、測定電圧Ｅが設定値Ｅｓまで下降したかどうかが判定される（ステップ１１８）。

停電が無く（ステップ１１７のＮＯ）、測定電圧Ｅが設定値Ｅｓまで下降していない場合には（ステップ１１８）、電圧計６６で計測される電気二重層コンデンサ６５の充電電圧Ｖｃと設定値Ｖ１とが比較される（ステップ１１９）。充電電圧Ｖｃが設定値Ｖ１に達すると（ステップ１１９のＹＥＳ）、電気二重層コンデンサ６５が満充電であるとの判断の下に、図４に示すように、常開接点６１ａが閉じて常閉接点６１ｂが開く。これにより、電気二重層コンデンサ６５をバイパスする経路で放電電流が流れるようになる（ステップ１２０）。

測定電圧Ｅが設定値Ｅｓまで下降すると（ステップ１１８のＹＥＳ）、放電部２４による放電が停止される（ステップ１２３）。そして、電圧Ｅが設定値Ｅｓに下降するまでに要した時間（＝タイムカウントｔ）と、放電時の一定電流との積が、パイロットセル４ｃの容量として検出される（ステップ１２４）。検出された容量を、温度測定部２２で測定されるパイロットセル４ｃの表面温度Ｔに応じて補正してもよい。

パイロットセル４ｃの電圧Ｅの下降と放電時間との関係を図９に示している。

パイロットセル４ｃの容量が検出された後、不良と判定されたセルおよびパイロットセル４ｃを除く残りのセルの容量が、内部インピーダンスおよび容量の相関を表わす回帰式と、データ蓄積部１８に記憶されているインピーダンス測定部３２の測定結果（不良セルおよびパイロットセル４ｃを除く残りのセルの内部インピーダンスＺ）との照合により、推定される（ステップ１２５）。

この容量の推定に使用される回帰式は、過去にパイロットセルとして選定されたセルのうち組電池４の各セルと同一形式のセルに対するインピーダンス測定結果（データ蓄積部１８に記憶されている）、今回のパイロットセル４ｃに対するインピーダンス測定結果、過去にパイロットセルとして選定されたセルのうち組電池４の各セルと同一形式のセルに対する容量検出結果（データ蓄積部１８に記憶されている）、および今回のパイロットセル４ｃに対する容量検出結果に基づいて、作成される。セルの形式については、操作部１４で予め設定される。

作成される回帰式の例を図１０に示している。内部インピーダンスと容量との間には、容量が低いほど内部インピーダンスが大きいという反比例の関係がある。容量は、定格容量に対する比率（％）で示している。

回帰式の作成には、インピーダンス測定結果として少なくとも２つのデータ、容量検出結果として少なくとも２つのデータが必要である。このため、当該装置１０の最初の容量試験では、２つのパイロットセルが選定され、これらパイロットセルに対するインピーダンス測定および容量検出がそれぞれ行われる。

容量試験が繰り返されて、過去のインピーダンス測定結果および容量検出結果のデータ数が多くなるほど、容量の推定精度が高くなる。

推定される各セルの容量の例を図１１に示している。
推定された各セルの容量は、表示部１５の表示により報知されるとともに、メモリカードユニット１７のメモリカード、データ蓄積部１８、および外部のパーソナルコンピュータ５０に記憶される（ステップ１２６）。

各セルの容量が検出および推定された後、パイロットセル４ｃに対する充電が開始される（ステップ１２７）。すなわち、図５に示すように、先ず、常閉接点６３ｂ、常開接点６２ａ、常閉接点６１ｂが閉じて常開接点６３ａ，６１ａが開き、一点鎖線の矢印で示すように、電気二重層コンデンサ６５からパイロットセル４ｃへの放電路が形成され、電気二重層コンデンサ６５に蓄えられていた電荷がパイロットセル４ｃに充電される。この充電の開始に伴い、時間経過がカウントされるとともに、電流測定部２３によって充電電流が測定され、そのカウント時間と充電電流とに基づき、パイロットセル４ｃに対する充電容量が逐次に算出される（ステップ１２８）。

算出された充電容量が、上記放電中に逐次に求められて最終的に記憶された放電容量に達しないまま（ステップ１２９のＮＯ）、また停電がないまま（ステップ１３０のＮＯ）、電圧計６６で測定される電気二重層コンデンサ６５の電圧Ｖｃが設定値Ｖ０以下まで低下すると（ステップ１３１のＹＥＳ）、図６に示すように、常開接点６３ａが閉じて常閉接点６３ｂ、常開接点６２ａが開き、一点鎖線の矢印で示すように、充電器６７からパイロットセル４ｃへの充電路が形成され、かつ充電器６７がオンされる（ステップ１３２）。この充電器６７の出力により、引き続き、パイロットセル４ｃが充電される（ステップ１２７）。

充電開始からの時間経過が引き続きカウントされており、また電流測定部２３によって充電電流が測定されており、そのカウント時間と充電電流とに基づき、パイロットセル４ｃに対する充電容量が逐次に算出される（ステップ１２８）。

算出された充電容量が、上記放電中に逐次に求められて最終的に記憶された放電容量に達すると（ステップ１２９のＹＥＳ）、充電器６７がオフされるとともに常開接点６３ａが開き、パイロットセル４ｃに対する充電が停止される（ステップ１３５）。そして、充電停止の旨が、表示部１５の表示により報知される（ステップ１３６）。これで、容量試験の終了となる。

ところで、パイロットセル４ｃの放電中、停電が発生することが考えられる。実際に停電が発生すると（ステップ１１７のＹＥＳ）、直ちに放電路が遮断されて、放電が停止される（ステップ１２１）。

この停電時、負荷３への電力供給を継続するために組電池４が放電するが、その放電電流は、図７に一点鎖線の矢印で示すように、ダイオード６８にバイパスして流れてパイロットセル４ｃには流れない。
停電時の組電池４から負荷３への電力供給に際しては、放電により低下しているパイロットセル４ｃの電圧がさらに低下し、ダイオード６８が無いとすると、最終的にはパイロットセル４ｃが他のセルによって逆充電されるようになる。つまり、パイロットセル４ｃの負側端子から正側端子に向けて充電電流が流れることになり、パイロットセル４ｃの極性が反転してしまう。パイロットセル４ｃの極性が反転すると、組電池４の電圧が急激に低下し、負荷３の運転に悪影響を与えてしまう。たとえば、２４個のセル（定格電圧２Ｖ）によって組電池４が構成され、組電池４から負荷３に４８Ｖの直流電圧を供給するシステムであれば、１個のセルの極性が反転すると、組電池４の電圧は最大で約２Ｖ低下して４６Ｖとなってしまう。このような不具合を防ぐため、ダイオード６８によりパイロットセル４ｃに対するバイパス路が形成されて、パイロットセル４ｃに対する逆充電が回避される。

また、ステップ１２７からの充電処理の実行中にも、停電が発生することが考えられる。実際に停電が発生すると（ステップ１３０のＹＥＳ）、直ちに充電路が遮断されて、充電が停止される（ステップ１３３）。その後、停電が解除されると、充電処理が再開される。

一方、時間短縮などの目的で、操作部１４で容量試験モードが設定されないまま（ステップ１０８のＮＯ）、操作部１４で早期容量検出モードが設定された場合には、パイロットセル４ｃの放電および容量検出を行うことなく、不良セルを除くパイロットセル４ｃおよび残りのセルの容量が、内部インピーダンスおよび容量の相関を表わす回帰式と、データ蓄積部１８に記憶されているインピーダンス測定部３２の測定結果（不良セルを除くパイロットセル４ｃおよび残りのセルの内部インピーダンスＺ）との照合により、推定される（ステップ１３７）。

この場合の容量推定に使用される回帰式は、過去にパイロットセルとして選定されたセルのうち組電池４の各セルと同一形式のセルに対するインピーダンス測定結果（データ蓄積部１８に記憶されている）、および過去にパイロットセルとして選定されたセルのうち組電池４の各セルと同一形式のセルに対する容量検出結果（データ蓄積部１８に記憶されている）に基づいて、作成される。

過去のインピーダンス測定結果および容量検出結果だけで回帰式が作成されるが、過去のデータが多く存在する場合は、十分な制度の容量推定が可能である。

推定された各セルの容量は、表示部１５の表示により報知されるとともに、メモリカードユニット１７のメモリカード、データ蓄積部１８、および外部のパーソナルコンピュータ５０に記憶される（ステップ１３８）。

以上のように、１つのパイロットセルを放電させてそのパイロットセルの容量を検出するとともに、内部インピーダンスおよび容量の相関を表わす回帰式をこれまでのインピーダンス測定結果および容量検出結果に基づいて作成し、作成した回帰式を用いて残りのセルの容量を推定するので、１つのセルを放電させるだけで、全てのセルの個々の容量を的確に検出することができる。１つのパイロットセルを放電させるだけなので、組電池４の電力消費を小さく抑えることができてエネルギーの節約が図れ、さらには、作業の負担を軽減できるとともに、作業にかかる時間を大幅に短縮することができる。

容量試験が繰り返されて、インピーダンス測定結果および容量検出結果のデータ数が多くなるほど、容量の推定精度が向上していくという効果がある。

電圧測定およびインピーダンス測定によって不良電池を予め把握し、その不良電池を除いた中からパイロットセルを選定するので、不良電池を容量試験してしまうことがなく、容量検出および容量推定の信頼性を高めることができる。

しかも、パイロットセルとして選定するのは、不良電池を除く残りのセルのうち、内部インピーダンスが最も大きいセルである。内部インピーダンスが最も大きいセルは、容量が最も小さいセル、すなわち寿命が最も短いセルである。寿命が最も短いセルをパイロットセルとして容量試験を行うので、組電池４の寿命が最短でどのくらいかを的確に判断することができる。

各セルの容量を求めた後、放電したパイロットセルを自動的に補充電するので、パイロットセルを定常状態へと迅速に復帰させることができる。これにより、バックアップ電源としてのバックアップ体制を常に最適な状態に保つことができ、バックアップ電源としての高い信頼性を保つことができる。

パイロットセルの放電中に停電が発生して容量試験が停止となった場合にも、停電解除後にパイロットセルを自動的に補充電するので、この点でも、バックアップ電源としてのバックアップ体制を常に最適な状態に保つことができる。

パイロットセルの放電エネルギーを電気二重層コンデンサ６５に蓄えておき、蓄えたエネルギーをパイロットセルに対する充電エネルギーとして有効に活用するので、放電エネルギーが無駄にならず、省エネルギー効果が得られる。しかも、電気二重層コンデンサ６５に蓄えたエネルギーがなくなると充電器６７をオンするので、パイロットセルを最後まで確実に補充電することができる。

検出および推定された各セルの容量がパーソナルコンピュータ５０に記憶されるので、各セルの容量をパーソナルコンピュータ５０のグラフィック機能を利用してディスプレイ上で分かり易くグラフ表示することができる。

なお、上記実施形態では、各セルの電圧Ｅおよび内部インピーダンスＺを測定するために、作業員が測定プローブ４４を各セルに順次に切替接続していく作業が必要となっているが、測定プローブ４４に代えて、各セルの両端につながる通電路を順次に切替選定する切替手段を設け、この切替手段で選定される通電路を通して、各セルの電圧Ｅおよび内部インピーダンスＺをそれぞれ順次に測定する構成としてもよい。

［２］この発明の第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態と同じ構成の蓄電池劣化判定装置１０が、図１２に示すように、複数の箇所、たとえば日本全国に設置されている無停電電源装置に配置されたり、あるいはビルの各フロアに設置されている無停電電源装置に配置されている。

これら蓄電池劣化判定装置１０がそれぞれパーソナルコンピュータ５０を介して通信ネットワーク７０に接続され、その通信ネットワーク７０に管理センタ８０の管理装置たとえばサーバ８１が接続されている。これにより、蓄電池劣化判定システムが構成されている。

サーバ８１には、パーソナルコンピュータ等の端末８２、およびデータ蓄積部８３が接続されている。サーバ８１は、各蓄電池劣化判定装置１０におけるインピーダンス測定手段の測定結果および容量検出手段の検出結果を逐次に取り込み、これら測定結果の取り込みごとに同各測定結果に基づいて回帰式を作成し、作成した回帰式をデータ蓄積部８３に逐次に更新記憶し、各蓄電池劣化判定装置１０からの要求があった場合にデータ蓄積部８３内の回帰式を各蓄電池劣化判定装置１０に送る機能を有する。

回帰式の作成方法は、第１の実施形態と同じである。各蓄電池劣化判定装置１０では回帰式が作成されず、その代わりに、サーバ８１で回帰式が作成される。

作用を図１３のフローチャートに示している。第１の実施形態のステップ１２５，１３７の処理に代わり、ステップ１２５ａ，１３７ａの処理が採用されている。

すなわち、各蓄電池劣化判定装置１０では、パイロットセル４ｃの容量が検出された後、サーバ８１から回帰式が取り込まれ（ダウンロード）、この回帰式と、データ蓄積部１８に記憶されているインピーダンス測定部３２の測定結果（不良セルおよびパイロットセル４ｃを除く残りのセルの内部インピーダンスＺ）との照合により、不良セルおよびパイロットセル４ｃを除く残りのセルの容量が推定される（ステップ１２５ａ）。

操作部１４で容量試験モードが設定されないまま（ステップ１０８のＮＯ）、操作部１４で早期容量検出モードが設定された場合には、パイロットセル４ｃの放電および容量検出を行うことなく、サーバ８１から回帰式が取り込まれ、この回帰式と、データ蓄積部１８に記憶されているインピーダンス測定部３２の測定結果（不良セルを除くパイロットセル４ｃおよび残りのセルの内部インピーダンスＺ）との照合により、不良セルを除くパイロットセル４ｃおよび残りのセルの容量が推定される（ステップ１３７ａ）。

複数の蓄電池劣化判定装置１０で容量試験が繰り返されて、インピーダンス測定結果および容量検出結果のデータ数が多くなるほど、容量の推定精度が向上する。

他の作用および効果については、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

なお、この発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

各実施形態における蓄電池劣化判定装置の構成を示すブロック図。 各実施形態における蓄電池劣化判定装置の放電部、蓄電部、充電部、バイパス部の具体的な構成および放電路を示す図。 第１の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。 各実施形態における蓄電池劣化判定装置の放電路の切換を示す図。 各実施形態における蓄電池劣化判定装置の充電路を示す図。 各実施形態における蓄電池劣化判定装置の充電路の切換を示す図。 各実施形態における蓄電池劣化判定装置の組電池が放電するときのパイロットセルに対する通電のバイパス路を示す図。 各実施形態における蓄電池劣化判定装置の内部インピーダンスの測定およびパイロットセルの選定の様子を示す図。 各実施形態における蓄電池劣化判定装置のパイロットセルの電圧の下降と放電時間との関係を示す図。 各実施形態で作成される回帰式の例を示す図。 各実施形態で推定される各セルの容量の例を示す図。 第２の実施形態の構成を示すブロック図。 第２の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１…商用交流電源、２…整流装置、３…負荷、４…組電池、４ａ，４ｂ，…４ｎ……セル、１０…蓄電池劣化判定装置、１１…電源スイッチ、１３…制御部、１４…操作部、１５…表示部、１６…インターフェース、１７…メモリカードユニット、２１…電圧測定部、２２…温度測定部、２３…電流測定部、２４…放電部、２５…蓄電部、２６…充電部、２７…バイパス部、２８…電流センサ、３１…電圧測定部、３２…インピーダンス測定部、４１…測定プローブ、４２…温度センサ、４３…測定ケーブル、４４…測定プローブ、５０…パーソナルコンピュータ、６１，６２，６３…リレー、６４…ＮＰＮ型トランジスタ、６５…電気二重層コンデンサ、６６…電圧計、６７…充電器、６８…ダイオード、７０…通信ネットワーク、８１…サーバ（管理装置）

Claims (6)

1. 複数の蓄電池を直列接続した組電池を備えたものにおいて、
   前記各蓄電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記各蓄電池の内部インピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
   前記電圧測定手段および前記インピーダンス測定手段の測定結果に応じて、前記各蓄電池の不良を判定する判定手段と、
   前記各蓄電池のうち、前記判定手段で不良と判定された蓄電池を除く残りの蓄電池の中から、内部インピーダンスが最も大きい蓄電池をパイロットセルとして選定する選定手段と、
   前記パイロットセルの電圧が設定値に下降するまで、そのパイロットセルを一定電流で放電させる放電手段と、
   前記放電により前記パイロットセルの電圧が設定値に下降するまでの時間と、前記放電時の一定電流との積を、前記パイロットセルの容量として検出する容量検出手段と、
   前記不良と判定された蓄電池および前記パイロットセルを除く残りの蓄電池の容量を、内部インピーダンスおよび容量の相関を表わす回帰式と前記インピーダンス測定手段の測定結果との照合により推定する容量推定手段と、
   前記容量推定手段の推定に用いられる前記回帰式を、前記選定手段で過去にパイロットセルとして選定された蓄電池に対する前記インピーダンス測定手段の測定結果、前記選定手段で選定された今回のパイロットセルに対する前記インピーダンス測定手段の測定結果、前記選定手段で過去にパイロットセルとして選定された蓄電池に対する前記容量検出手段の検出結果、および前記選定手段で選定された今回のパイロットセルに対する前記容量検出手段の検出結果に基づいて作成する回帰式作成手段と、
   を備えていることを特徴とする蓄電池劣化判定装置。
2. 前記放電手段による放電が終了した後、前記パイロットセルを充電する充電手段、をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池劣化判定装置。
3. 前記充電手段は、前記放電手段の放電電流により充電される蓄電手段、および充電器を有し、先ず蓄電手段を放電させて次に充電器をオンすることを特徴とする請求項２に記載の蓄電池劣化判定装置。
4. 前記充電手段は、前記放電手段の放電電流により充電される蓄電手段、および充電器を有し、この蓄電手段による放電および充電器のオンによる充電容量が、前記放電手段による放電容量と同じになるまで、先ず蓄電手段を放電させて次に充電器をオンすることを特徴とする請求項２に記載の蓄電池劣化判定装置。
5. 前記組電池の放電時に前記パイロットセルへの通電をバイパスするバイパス手段、をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池劣化判定装置。
6. 複数の蓄電池を直列接続してなる組電池を備えたものにおいて、
   前記各蓄電池の電圧を測定する電圧測定手段、前記各蓄電池の内部インピーダンスを測定するインピーダンス測定手段、前記電圧測定手段および前記インピーダンス測定手段の測定結果に応じて、前記各蓄電池の不良を判定する判定手段、前記各蓄電池のうち、前記判定手段で不良と判定された蓄電池を除く残りの蓄電池の中から、内部インピーダンスが最も大きい蓄電池をパイロットセルとして選定する選定手段、前記パイロットセルの電圧が設定値に下降するまでそのパイロットセルを一定電流で放電させる放電手段、この放電により前記パイロットセルの電圧が設定値に下降するまでの時間と前記放電時の一定電流との積を前記パイロットセルの容量として検出する容量検出手段、前記不良と判定された蓄電池および前記パイロットセルを除く残りの蓄電池の容量を内部インピーダンスおよび容量の相関を表わす回帰式と前記インピーダンス測定手段の測定結果との照合により推定する容量推定手段、を有する複数の蓄電池劣化判定装置と、
   前記選定手段で過去にパイロットセルとして選定された蓄電池に対する前記インピーダンス測定手段の測定結果、前記選定手段で選定された今回のパイロットセルに対する前記インピーダンス測定手段の測定結果、前記選定手段で過去にパイロットセルとして選定された蓄電池に対する前記容量検出手段の検出結果、および前記選定手段で選定された今回のパイロットセルに対する前記容量検出手段の検出結果を取り込み、これら測定結果および検出結果の取り込みごとにその測定結果および検出結果に基づいて前記回帰式を作成し、作成した回帰式を前記各蓄電池劣化判定装置に送る管理装置と、
   を備えていることを特徴とする蓄電池劣化判定システム。

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