JP5728112B2 - 複数の電池を直列接続した充放電システムにおける電池接触部監視装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、１つの２次電池あるいは複数の直列接続された２次電池列を充放電する装置において、充放電のために電池を直接接続する接触端子及び回路部分の接触抵抗を自ら診断して測定する電池接触部監視装置及び方法に関する。

電池を充放電する回路で電池と直接接触する接触端子は時間が経過するにつれて金属表面に異質物がついたり酸化膜が生成されたりするなどの様々な原因により接触特性が悪化し、その理由によって充放電する過程で発熱現象が生じ、火災になりかねない深刻な問題を抱えている。

また、電池接触部は肉眼で観察することが難しい場所に位置する場合が多く、肉眼で接触抵抗の変化を把握することが困難である。

通常の２次電池充放電装置は、電池の固有電圧と充放電するとき接触部で発生する電位差を測定して接触抵抗の異常有無を判断する。しかし、このとき、充放電回路の接触抵抗を測定するために別途の高価な精密電圧測定回路を追加しなければならないことからコストが増大し、測定時間も多く費やされる問題がある。

接触抵抗がｍΩの領域で電池の接触抵抗を精密に測定する従来技術は、電池を接続して発熱が問題にならない短い時間の間に（通常、１００分の１秒〜１秒以内）所定の電流（ｍΩ抵抗測定が可能なレベルとして、通常的に数Ａ以上〜数十Ａ以内）を通電し、通電するとき電源装置の出力電圧及びＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて電池計測部で測定した電圧を比較し、オームの法則により接触抵抗を演算する。
ここで、電源装置の出力電圧を精密に測定するために絶縁型（ｉｓｏｌａｔｅｄ ｔｙｐｅ）あるいは差動型（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｙｐｅ）構造の電圧測定装置が求められる。しかし、電池接触抵抗がｍΩ領域の電池接触部電圧も数ｍＶ〜数十ｍＶに過ぎないため、高価の精密な計測測定装置が電池個数だけ必要であることで、費用及び測定時間が多く増大するという問題がある。

韓国公開特許公報第特１９９７−０００７３６６号に開示された技術的な構成は、圧縮端子の接触抵抗測定装置及びその方法に関し、圧縮端子と導体との間に大きい値の電流を流して圧縮端子と電線との間の電圧降下を測定したり、接触面で発生する熱量を測定して接触抵抗を測定したりする技術的な構成が開示されている一方、複数の２次電池を直列に接続して充放電するシステムにおいて、各電池接触部の接触抵抗測定のための別途の精密な計測器を追加することなく充放電に前もって短い時間に予め電池接触部の良好または不良を認識して接触不良による事故を予め防止し、生産性を高めるという本発明の技術的な構成とは関係ない。

韓国公開特許公報第特２０００−００７１３７２号は、回路基板の電気抵抗測定装置及び方法に関し、電流供給用電極及び電圧測定用電極を用いて電極のサイズやピッチの小さい回路基板にも適用可能な電気抵抗を測定する技術的な構成が開示されている一方、複数の２次電池を直列に接続して充放電するシステムにおいて、各電池接触部の接触抵抗測定のための別途の精密な計測器を追加することなく充放電に前もって短い時間に予め接触部の良好または不良を認識して接触不良による事故を予め防止し、生産性を高めるという本発明の技術的な構成とは関係ない。

本発明が解決しようとする課題は、２次電池を直列に接続して同時に充放電する回路において有用であり、充放電システムの全体ループ抵抗を先に測定し、直列に接続された各電池を順次に主電力回路に接続して各電池接触端子の接触抵抗を測定し、異常有無を充放電の開始前に認知することで充放電の不良及び火災などの事故を防止することにある。

本発明が解決しようとする他の課題は、複数の２次電池を直列に接続して高い直流電圧に同時に充放電する装置において、充放電する前に電池の接触抵抗を予め測定することで事故を防止し、電池充放電回路で共通に使用する通常のＢＭＳで得られる個別電池の電気的な特性を参照し、別途の高価の計測設備を設けることなく電池の接触部が良好であるか不良であるかを容易に認識することにある。

本発明が解決しようとする更なる課題は、接触抵抗が接触点当たり通常の数ｍΩ（１、０００分の１オーム）前後（大きい場合は１０ｍΩ程度）に過ぎないために所定の大きい電流を通電して微細な電圧を測定しなければ測定できないところ、本発明では複数の２次電池を直列に接続して直流電圧を高めて測定に使用し、電池の接触部状態を容易に認識することにある。

本発明の課題を解決するための手段は、充放電システムの小型・軽量化と電力転換の高効率に適する「複数の電池を直列に接続して一個の電池電圧に比べて高い直流電源を充放電に共有する直流マイクログリッドシステム」と、１つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと定電流源に充放電するシステムにおいて、電池充放電回路で共通に使用する通常の絶縁型電池計測部（Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）で得られる個別電池の電気的な特性を参照し、別途の高価な計測設備なしで直列に接続された各電池を電気的及び／または機械的に接触する電池接触部の接触抵抗を容易かつ迅速に測定する電池接触部監視装置及び方法を提供する。

本発明の他の課題を解決するための手段は、複数の２次電池を直列に接続して充放電するシステムにおいて、より容易かつ効率的な方法で接触抵抗の異常有無を予め検出するため、全ての電池を充放電回路から分離して設定された電流を設定された時間充放電回路の全体電圧を測定し、オームの法則により回路全体のループ抵抗を測定する手段と、その次に最初の電池を充放電回路に接続し、前記設定された電流を設定された時間の間に流して全体電圧が電池固有電圧と比べて変化した程度に最初の電池回路の接触抵抗を測定する手段と、同じ方法により順次に各電池を順に回路に接続して全ての電池の接触抵抗を測定する手段とを含む電池接触部監視装置を提供する。

本発明の更なる課題を解決するための手段は、複数の２次電池を直列に接続して充放電する装置において、より容易かつ効率的な方法で接触抵抗の異常有無を予め検出するため、全ての電池を充放電回路から分離し、設定された電流を設定された時間の間に充放電回路の全体電圧を測定し、オームの法則により回路全体ループ抵抗を測定するステップと、その次に最初の電池を回路に接続し、設定された電流を設定された時間の間に通電させて全体電圧が電池固有の電圧に比べて変化した程度に最初の電池回路の接触抵抗を測定するステップと、同じ方法で順次に直列接続された電池を順に接続し、全ての電池の接触抵抗を測定するステップを含む電池接触部監視方法を提供する。

本発明によると、複数の２次電池を直列に接続して充放電するシステムにおいて、各電池接触部の接触抵抗を別途の精密な計測装置を追加することなく、充放電に前もって短い時間に予め電池接触部の良好または不良を認識して事故を予め防止し、費用を節減すると共に生産性を高める有利な効果がある。

本発明の他の効果は、複数の電池が直列に接続されて充放電するシステムにおいて、最も大きいボトルネット問題である個別電池の接触部状態を充放電の開始前に数十秒〜数分間に自動認識して不良な接触部の電池を充放電せず、作業者に交換を知らせて装置の２次的な損傷と火災などの大事故を予め防止することができることである。

本発明の更なる効果は、接触抵抗が接触点当たり通常数ｍΩ（１、０００分の１オーム）の前後（大きい場合は１０ｍΩ程度）に過ぎないため、所定の大きい電流を通電して微細な電圧を測定しなければ接触抵抗の測定ができないが、本発明は、複数の２次電池を直列に接続し直流電圧を高めて各電池接触部の抵抗を測定するため、電池接触部の状態をより迅速かつ正確に認識することができることである。

複数の電池を直列に接続して充放電するシステムにおいて、本発明に係る電池接触部監視装置及び方法を用いてループ抵抗を測定する方法を示す図である。 複数の電池を直列に接続して充放電するシステムにおいて、最初の電池接触部の接触抵抗を測定する方法を示す図である。 本発明が適用される複数の電池を直列に接続された充放電システムの１つの実施形態を示す図である。 図３に示す充放電システムをより大きい範囲で適用できるシステムの１つの実施形態を示す図である。

本発明を実施するための具体的な内容について説明する。

本発明は、複数の２次電池を直列に接続して直流電圧を高め、接触点当たり接触抵抗が通常数ｍΩ（１、０００分の１Ω）前後として、大きい場合は１０Ｍω程度に過ぎない接触抵抗を容易に迅速かつ正確に測定して直列接続された電池の接触部状態を迅速かつ正確に監視する。

また、本発明は、１つのトレー内に充放電のために直列接続された電池の数に応じて測定の時間に若干の差が存在することもあるが、各電池に対して充放電を開始する前に数十秒〜数分内に迅速に接触部の接触抵抗を測定して接触部の良好及び不良を検出し、充放電装置の２次的な損傷及び火災などの大事故を予め防止するように構成されている。本発明の具体的な実施形態に対して説明する。
＜実施形態１＞

本発明の具体的な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、複数の電池を直列に接続して充放電するシステムにおいて、本発明に係る電池接触部監視装置を用いて充放電システムのループ抵抗を測定する方法を示す図である。

図２は、複数の電池を直列に接続して充放電するシステムにおいて、最初の電池接触部の接触抵抗を測定する方法を示す図である。

図３は、本発明が適用される複数の電池を直列に接続して直列マイクログリッド充放電システムの１つの実施形態を示す図である。

本発明は、充放電システムの小型・軽量化及び電力転換の高効率に適する「複数の電池を直列に接続して一個の電池電圧に比べて極めて高い直流電源を充電及び放電に共有する直流マイクログリッドシステム」と、１つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータまたは双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと双方向リニア定電流源で充放電するシステムにおいて適用することが効率的である。

より詳細に本発明は、全ての電池を充放電回路から分離し、設定された電流を設定された時間充放電回路に通電しながら全体電圧を測定し、オームの法則により回路全体のループ抵抗を測定する手段と、その次に最初の電池を充放電回路に接続して前記設定された電流を設定された時間の間に流して全体電圧が電池固有電圧に比べて変化した程度に最初の電池回路の接触抵抗を測定する手段とを含む。

次は、同じ方法で順次に電池を回路に接続して全ての電池の電池接触部の接触抵抗を測定する手段を含む。

電池接触部は、図１及び図２に示すＣＯＮ＃１＋、ＣＯＮ＃１−、ＣＯＮ＃２＋、ＣＯＮ＃２−、ＣＯＮ＃ｎ＋及びＣＯＮ＃ｎ−に該当する。

本発明の技術的な構成について詳しく説明する前に、本発明における適用の容易なシステムを１つの実施形態として具体的に説明する。

図３は、本発明に係る複数の電池を直列に接続して充放電できる直列マイクログリッド充放電システムであり、このシステムに本発明に係る電池接触部監視装置を適用して充放電の開始前に迅速に電池接触部状態の良好または不良の有無を監視することができる。

図４は、図３に示す充放電システムよりも大きい範囲で適用することのできる大型充放電システムの１つの実施形態を示す図である。

本発明が適用される図３及び図４に基づいて充放電システムの概略的な技術的な構成に対して説明する。

図３は、本発明が適用される直流マイクログリッド充放電システムであり、従来の充放電装置よりも製造コストが節減され、重さ及び大きさが著しく減少され、設置するとき占める空間も著しく小さくできるという利点がある。

本発明の明細書において、「充電及び放電」及び「充放電」を同じ意味を有する用語として混用して記載する。

本発明の明細書において、「直流マイクログリッド充放電システム」とこれを省略した「充放電システム」とを同じ意味を有する用語として混用して記載する。

本発明の明細書において、「２次電池」及び「電池」とを同じ意味を有する用語として混用して記載し、これは「リチウム２次電池」の用語を使用する場合もある。

図４において、常用電源が配電盤を介して入力され、配電盤によって供給される電源は双方向ＡＣ−ＤＣコンバータを経て直流電気格納装置に格納される。

直流電気格納装置は、電解コンデンサー及び／またはスーパーコンデンサ（１つの容量が数百ファラデー（Ｆａｒａｄａｙ）である）などを直列または並列に接続して必要な電圧と容量で構成したのである。

このように構成する場合、必ず充電及び放電が同時に生じなくても放電時に直流状態で電力が直流状態の電気格納装置に格納され、格納された直流状態の電源は変換損失されることなく充電に直接使用することができる。

図３に示す直流電気格納装置１１からの電源は各トレーに１つずつ設けられている双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を経て双方向リニア定電流源１３（ｌｉｎｅａｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｏｕｒｃｅ）に作って各２次電池を充放電できるように構成されている。

前記双方向リニア定電流源１３は、充放電制御時に精密度及び安全性を高める著しい作用効果があるが、製造コストなどを考慮して省略することもある。

前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と双方向リニア定電流源１３は、図４に示す各トレーごとに１つずつ設けられ、直列に接続された複数の電池（図３の２４）のそれぞれに対して充放電するように構成されている。

双方向リニア定電流源１３で充放電するように構成しているため、直列に接続される２次電池２４の数に関わらず安定に充電及び放電することができる。

すなわち、直列に接続される電池２４の数に応じて変わる電圧変動に関わらず数十ないし数百の電池２４を効率よく充放電することができる。

直流マイクログリッド充放電システムでは、数多くの電池２４を直列に接続して電池列の両端の電圧を高めて電力変換するため、エネルギーの変換効率（８０％以上）が高められることで、省エネを図る有利な効果がある。

直流マイクログリッド充放電システムは、最適のエネルギー変換効率を実現して電力制御するとき分解能を高めるために充放電システムの適正電圧を直列接続した電池列の両端の最大電圧の２倍程度に設定するよう構成することが好ましいが、これは変更設定してもよい。

また、１つのトレーには直列に接続された各電池２４の充電及び放電を制御するためのコントローラ１７、コントローラ１７と通信手段１６に接続してコントローラ１７を制御するマイクロプロセッサー１５（ＣＰＵ）が１つずつ設けられている。

コントローラ１７は、直列に接続した各電池２４を安定かつ効率的に充放電するために必要な位置に温度計、電圧計、及び電流計で構成されたセンサを設け、各センサから測定された電池の温度及び電圧（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｒ ｖｏｌｔａｇｅ）と、回路の電流及び電圧などが入力されるように構成されている。

直流マイクログリッド充放電システムは充放電を効率的に制御するため、図３に示すＶｂ、ｉｂ、ｉｂｂ_１−４５、電池両端間の電圧、電池の温度などが測定対象であり、これを測定して制御に使用する。

すなわち、各電池状態を示す電圧、電流、及び温度などを相互絶縁された状態でも精密測定が可能な絶縁型電池計測部（Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）が各電池の両端に設けられている。

コントローラ１７のメモリには、双方向リニア定電流源１３を用いて互いに異なる容量を有する複数の電池２４を同時に効率的に充電及び放電できる手段を備えた制御プログラムが搭載されている。

また、制御プログラムには、本発明を効率的に迅速かつ正確に接触抵抗を測定できる電池接触部状態監視手段が搭載されている。

各トレーに設けられたマイクロプロセッサー（ＣＰＵ）１５は、制御装置（ｈｏｓｔ ＰＣ）と接続して有線または無線通信手段で信号のやりとりをできるように構成されている。

直流マイクログリッド充放電システムにおける充放電するための回路は図３において太い線に沿って形成され、図３を参照して双方向リニア定電流源で供給される定電流が直列接続された各電池を通過しながら充放電されるものであると容易に理解できる。

直流マイクログリッド充放電システムは、直列に接続された複数の電池を充放電する場合、各電池の内部抵抗を含む特性及び容量が異なるため、コントローラ１７で各電池に対して充放電を制御するが、制御範囲が大きい場合は定電流モードでリレーをオンまたはオフさせて充放電を制御し、微細な制御が必要な場合は定電圧モードで能動型バランス回路１８を動作させて制御するよう構成されている。

図３において、リレー両端間にはリレースナバ（ｒｅｌａｙ ｓｎｕｂｂｅｒ））が設けられている。リレースナバは、リレーが１つの接点から他の接点に移動する瞬間、回路の開放による電流の切れを防止し、接点の開閉時に発生するスパークによる接点損傷を防止することでリレーの耐久性を高め回路の安定的な動作を誘導する。

すなわち、リレースナバは、リレーが開放される瞬間に電流をバイパスさせて回路が開放される現象及び接点の損傷を防止することで、安定に回路を動作しリレーの耐久性を高める。

図３において、リレー制御部２０は、各電池に１つずつ設けられてコントローラ１７で送信される制御信号によってリレーを開閉し、電池に流れる電流を制御する。

前述した説明は、本発明を効率的に適用して電池接触部状態を迅速に監視できる複数の電池が直列接続して充放電する直流マイクロ充放電システムについて概略的に説明したものである。

本発明は、前述した直流マイクログリッド充放電システムに容易に適用できることはもちろん、これと均等ないし類似の充放電システムに該当の技術分野で通常の知識を有する者が本発明に係る電池接触部状態監視装置を変形して適用してもよく、このような変形も本発明の保護範囲に属する。

本発明の技術的な構成を図１に基づいて説明する。

図１は、図３に示す直流マイクログリッド充放電システムで本発明に係る電池接触部監視装置を用いて接触抵抗を測定する技術的な構成を容易に理解できるように簡略に示す図である。

電池接触部監視装置による監視は、コントローラの制御下で、センサで測定した電圧、電流、及びメモリに予め設定格納した値などを用いて行われる。

接触抵抗がｍΩ領域で、電池の接触抵抗を測定する従来技術は電池を接続して発熱が問題にならない短い時間の間（通常、１００分の１秒ないし１秒以内）にｍΩの抵抗測定できる程度で数Ａ以上〜数十Ａ内の設定された電流に通電し、通電時に充放電システムの出力電圧と絶縁型電池計測部（ＢＭＳ）で測定した電池電圧とを比較し、オームの法則により接触抵抗を演算する。

従来技術において、電源装置の出力電圧を精密に測定するため絶縁型（ｉｓｏｌａｔｅｄ ｔｙｐｅ）あるいは差動型（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｙｐｅ）構造の測定装置が必要であるが、ここで電池接触部の抵抗はｍΩ領域であり、電池接触部電圧も数ｍＶ〜数十ｍＶに過ぎないため、これを測定するために高価の精密な測定装置が電池の個数だけ必要されることで、サイズ及びコストが増大し測定時間も多く費やされる問題がある。

前述した複数の２次電池と実際に接続される機構部が電池接触部であり、電気接触部の接触抵抗を認識することが前述した本発明の技術的な課題の１つである。

絶縁型電池計測部（ＢＭＳ）は、それぞれの２次電池の電池接触部と接続して設けられて常時電池電圧を精密に測定し、いかなる充放電装置でも必須に設けられて使用されているものである。

本発明は、複数の電池が直列に接続して充放電するシステムにおいて、最も大きいボトルネックである個別電池の接触部状態を充放電の開始前に数十秒〜数分間に自動認識し、不良な接触部の電池を充放電しないか、通信手段またはホストコンピュータと連動するモニタなどを介して作業者に知らせて補修し、装置の２次的な損傷と火災などの大事故を予め防止できる作用効果がある。

充放電をするために各電池が接触する接触点当たり接触抵抗が通常的に数ｍΩ（１、０００分の１Ω）前後（大きい場合は１０ｍΩ程度）に過ぎないため設定された大きい電流を通電し、微細な電圧を測定しなければ接触抵抗を測定できないものの、本発明では、複数の２次電池を直列に接続して直流電圧を高めて電池の接触部状態をより容易に認識することができる。

直流マイクログリッド充放電システムの出力電圧は、別途の出力電圧検出センサを設けてリアルタイムで直流マイクログリッド充放電システムの出力電圧（図３に示すＶｂ）を測定している。

図３に示すように、直列マイクログリッド充放電システムの双方向リニア定電流源は１つであるため、複数の電池を同時に充放電しても直列マイクログリッド充放電システムの出力電圧検出センサは１つであってもよい。

図３に示すＶｂが直列マイクログリッド充放電システムの出力電圧（図１のＶ_０に該当）である。

本発明に係る電池接触部監視装置において、電池接触部の接触抵抗を測定する技術的な構成をより詳細に記述する。

電池接触部監視装置は、直列に接続された全ての電池を、リレーを動作させて電池充放電制御回路部から分離し、コントローラのメモリに設定された電流を設定された時間の間に通電して電池接触部を除いた電池充放電制御回路部自体のループ抵抗（Ｚ_０）を測定する手段を備える。

より詳細に、電池接触部監視装置は、直列に接続された複数の電池を充放電するための直流マイクログリッド充放電システムにおいて、充放電に前もって直列に接続された全ての電池をリレー（図３参照）動作させて電池充放電制御回路部から分離し、設定された電流（ｍΩ領域で容易に認識される程度、例えば２０Ａ）を設定された時間（測定に求められる最小時間、例えば１秒）の間に通電させ、電池接触部を除いた電池充放電制御回路部自体のループ抵抗（数式（１）のＺ_０＝Ｖ_０／通電電流２０Ａ）を測定してメモリに格納する。

ループ抵抗（Ｚ_０）＝充放電システムの出力電圧（Ｖ_０）／通電電流 数式（１）

ここで、電池充放電制御回路部は、前述した各電池を充放電するとき使用される電子素子から構成された制御回路を意味し、より具体的には、図３に示す直列接続された各電池を充放電するために接続して設けられた回路を意味する。

図１において、最初の電池を充電するために用いられるリレーを動作させて最初の電池のみを電池充放電制御回路部に接続し、前記設定された電流（例えば、２０Ａ）を設定された時間の間に通電させ、通電時に測定された直流マイクログリッド充放電システムの出力電圧（図３に示すＶｂ値）と最初の電池接触部に設けられた絶縁型電池計測部（ＢＭＳ）で認識した電池電圧を測定する手段を含む。

測定された充放電システムの出力電圧と認識した最初電池電圧を用いて数式（２）で最初の電池接触部の接触抵抗を演算する。

最初の電池接触部の接触抵抗＝（測定された充放電システム出力電圧−最初の電池電圧）／通電電流（例えば、２０Ａ）−ループ抵抗（Ｚ_０）×（総電池個数−１）／（総電池個数） 数式（２）

数式（２）で求めた値は最初の電池接触部の接触抵抗である。

数式（２）で総電池個数は１つのトレー内に直列接続された全ての電池の和を意味する。

次は、２番目の電池と接続したリレーを動作して２番目の電池のみを電池充放電制御回路部に接続し、前記設定された電流２０Ａを設定された時間の間に通電し、通電時に測定された直流マイクログリッド充放電システムの出力電圧（図３に示すＶｂ値）と２番目の電池接触部に設けられた絶縁型電池計測部で認識した２番目の電池電圧を測定する手段を含む。

測定された充放電システムの出力電圧と認識した２番目の電池電圧を用いて数式（３）で２番目の電池接触部の接触抵抗を演算する。

２番目の電池接触部の接触抵抗＝（測定された充放電システム出力電圧−２番目の電池電圧）／通電電流（２０Ａ）−ループ抵抗（Ｚ_０）×（総電池個数−１）／（総電池個数） 数式（３）

数式（３）で求めた値は２番目の電池接触部の接触抵抗である。

次に、ｎ番目の電池と接続されるリレーを動作させてｎ番目の電池のみを電池充放電制御回路部に接続し、前記設定された電流２０Ａを設定された時間の間に通電させ、通電時に測定された直流マイクログリッド充放電システムの出力電圧（図３に示すＶｂ値）とｎ番目の電池接触部に設けられた絶縁型電池計測部で認識したｎ番目の電池電圧を測定する手段を含む。

前記設定された電流２０Ａは１つの例示であり、その数値は変更してもよい。

測定された充放電システムの出力電圧と認識したｎ番目の電池電圧を用いて数式（ｎ）でｎ番目の電池接触部の接触抵抗を演算して監視する。

ｎ番目の電池接触部の接触抵抗＝（測定された充放電システム出力電圧−ｎ番目の電池電圧）／通電電流（２０Ａ）−ループ抵抗（Ｚ_０）×（総電池個数−１）／（総電池個数） 数式（ｎ）

数式（ｎ）で取得した値はｎ番目の電池接触部の接触抵抗である。

結論的に、１つのトレー内に存在する直列接続された全ての電池接触部の接触抵抗を測定することができる。

本発明によって電池接触部の接触抵抗測定に所要する時間は全ての充放電時間に比べて無視できる程度の短い時間である。

すなわち、本発明に係る電池接触部監視装置を図３に示す直流マイクログリッド充放電システムに適用する場合、直列に接続された電池の数に応じて若干の差は存在するが、数十秒〜数分以内の電池接触部の接触抵抗を 迅速かつ正確に測定して監視することができる。

従来における２次電池の充放電システムで２次電池接触部の接触抵抗を完全に終了するために所要される時間は充放電するレシピ（ｒｅｃｉｐｅ）によって異なるが、完全に終了させるためには数時間が所要される。

＜実施形態２＞
実施形態２は本発明に係る電池接触部監視方法に関する。

実施形態２に係る電池接触部監視方法は、実施形態１で説明した電池接触部監視装置を用いて電池接触部の接触抵抗を測定する方法に関し、ここで、技術的な構成をより詳細に説明する。

電池接触部監視方法は、直列に接続された全ての電池をリレー動作して電池充放電制御回路部から分離するステップを含む。

次は、リレーを動作させて電池充放電制御回路部から分離した後、設定された電流を設定された時間の間に通電し、通電時に測定された直流マイクログリッド充放電システムの出力電圧（図３に示すＶｂ値）を通電電流から分離し、電池接触部を除いた電池充放電制御回路部自体のループ抵抗を測定するステップを含む。

より詳しくは、充放電に前もって全ての電池をリレーを用いて電池充放電制御回路部から分離させて設定された電流（ｍΩ領域で容易に弁別できる程度、例えば、２０Ａ）を設定された時間（測定に必要な最小時間、例えば１秒）の間に通電させ、通電時直流マイクログリッド充放電システムの出力電圧を通電電流で割って電池接触部を除いた電池充放電制御回路部自体のループ抵抗（Ｚ_０）｛数式、Ｚ_０＝Ｖ_０／通電電流２０Ａ｝を測定してメモリに格納する。

このような構成は前述した実施形態１の数式（１）と同一である。

ここで、電池充放電制御回路部は前述した直列に接続された各電池を充放電するとき使用される制御回路を意味し、より具体的には、図３に示す直列接続された各電池を充放電するために接続して設けられた回路を意味する。

次は、最初の電池と接続されるリレーを動作させて最初の電池のみを電池充放電制御回路部に接続し、前記設定された電流（例えば、２０Ａ）を設定された時間の間に通電しながら、通電時に測定された直流マイクログリッド充放電システムの出力電圧（図３に示すＶｂ値）と最初の電池接触部に設けられた絶縁型電池計測部で認識した電池電圧を測定するステップを含む。

測定された充放電システムの出力電圧と認識した最初の電池の電圧を用いて数式（２）で最初の電池接触部の接触抵抗を演算する。

このような構成は前述した実施形態１の数式（２）と同一である。

数式（２）は最初の電池接触部の接触抵抗である。

次は、２番目の電池を電池充放電制御回路部に接続し、前記設定された電流２０Ａを設定された時間の間に通電しながら、通電時に測定された直流マイクログリッド充放電システムの出力電圧（図３に示すＶｂ値）と２番目の電池接触部に設けられた絶縁型電池計測部で認識した２番目の電池電圧を測定するステップを含む。

測定された直流マイクログリッド充放電システムの出力電圧と認識した２番目の電池電圧を用いて数式（３）で２番目の電池接触部の接触抵抗を演算する。

このような構成は前述した実施形態１の数式（３）と同一である。

数式（３）は２番目の電池接触部の抵抗である。

次は同じ方法で、リレーを動作させてｎ番目の電池を電池充放電制御回路部に接続し、前記設定された電流（例えば、２０Ａ）を設定された時間の間に通電させ、通電時に測定された直流マイクログリッド充放電システムの出力電圧（図３に示すＶｂ値）とｎ番目の電池接触部に設けられた絶縁型電池計測部で認識したｎ番目の電池電圧を測定するステップを含む。

測定された直流マイクログリッド充放電システムの出力電圧と認識したｎ番目の電池電圧を用いて、数式（ｎ）でｎ番目の電池接触部の接触抵抗を演算してもよい。

このような構成は前述した実施形態１の数式（ｎ）と同一である。

数式（ｎ）はｎ番目の電池接触部の接触抵抗である。

このようにして１つのトレー内に存在する直列に接続された全ての電池接触部の接触抵抗を測定することができる。

前述した本発明により電池接触部の接触抵抗を測定するために所要される時間は全体の充放電時間に比べて無視できる程度の短い時間である。

すなわち、図３に示す直流マイクログリッド充放電システムに本発明を適用する場合、直列に接続された電池の数に応じて若干の差が存在するが、数十秒ないし数分以内に迅速かつ正確に測定することができる。

従来における２次電池の充放電システムで２次電池接触部の接触抵抗を完全に終了するために所要される時間は充放電するレシピにより異なるが、通常完全に終了させるためには数時間が必要される。

産業上利用の可能性

本発明は、１つの２次電池あるいは複数の直列接続された２次電池列を充放電する装置において、電池を直接接続する接触端子及び回路部分の接触抵抗を自ら診断して測定する電池接触部監視装置及び方法を提供するが、充放電の開始前に直流マイクログリッド充放電システムで充放電のために用いられる電圧及び電流測定センサを用いて迅速かつ正確に接触抵抗を測定できるため、産業上の利用可能性が極めて高い。

１１：電気格納装置
１２：双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３：双方向リニア電流電源
１４：ホストＰＣ
１５：ＣＰＵ
１６：通信手段
１７：コントローラ
１８：能動バランス回路
１９：保護回路
２０：リレー制御部
２１：電圧計
２２：温度計
２３：ターミナル接続ユニット
２４：電池
２５：ＰＷＭ信号

Claims (12)

1. 複数の電池が直列に接続された電池充放電回路の電池接触部監視装置において、
   各電池に接続されたリレーを動作させて電池充放電制御回路部から分離し、設定された電流を設定された時間の間に通電しながら通電時に測定した充放電システムの出力電圧と通電電流を用いて電池接触部を除いた電池充放電制御回路部自体のループ抵抗を測定する手段と、
   最初の電池を充放電するために設けられたリレーを動作させ、最初の電池を電池充放電制御回路部に接続し、前記設定された電流を設定された時間の間に通電し、通電時に測定された充放電システムの出力電圧と最初の電池接触部に設けられた絶縁型電池計測部で測定した電池電圧を取得し、測定されたループ抵抗、出力電圧及び最初の電池電圧を用いて最初の電池接触部の接触抵抗を演算する手段と、
   を含むことを特徴とする直列に接続された複数の電池接触部の接触抵抗を測定する電池接触部監視装置。
2. 前記電池接触部監視装置は、最初の電池接触部の接触抵抗を演算する手段と同一に直列に接続された各電池に対して続いて電池接触部の接触抵抗を演算し、ｎ番目の電池を充放電するために設けられたリレーを動作させ、最後のｎ番目の電池を電池充放電制御回路部に接続し、前記設定された電流を設定された時間の間に通電し、通電時に充放電システムの出力電圧とｎ番目の電池接触部に設けられた絶縁型電池計測部で測定したｎ番目の電池電圧を取得し、測定されたループ抵抗、出力電圧、及びｎ番目の電池電圧を用いてｎ番目の電池接触部の接触抵抗を演算する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の直列に接続された複数の電池接触部の接触抵抗を測定する電池接触部監視装置。
3. 前記ループ抵抗は、通電時に測定した充放電システムの出力電圧を通電電流で割った値として求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列に接続された複数の電池接触部の接触抵抗を測定する電池接触部監視装置。
4. 前記電池接触部監視装置で、最初の電池接触部の接触抵抗が下記の数式２のように与えられることを特徴とする請求項１に記載の直列に接続された複数の電池接触部の接触抵抗を測定する電池接触部監視装置。
   ｛最初の電池接触部の接触抵抗＝（測定された充放電システム出力電圧−最初の電池電圧）／通電電流−ループ抵抗（Ｚ_０）×（総電池個数−１）／（総電池個数）｝ （数式２）
5. 前記電池接触部監視装置で、ｎ番目の電池接触部の接触抵抗が下記の数式（ｎ）のように与えられることを特徴とする請求項２に記載の直列に接続された複数の電池接触部の接触抵抗を測定する電池接触部監視装置。
   ｛ｎ番目の電池接触部の接触抵抗＝（測定された充放電システム出力電圧−ｎ番目の電池電圧）／通電電流−ループ抵抗（Ｚ_０）×（総電池個数−１）／（総電池個数）｝ （数式ｎ）
6. 前記電池接触部監視装置は、電池接触部の状態を迅速かつ正確に認識するために複数の２次電池を直列に接続して直流電圧を高め、各電池接触部の接触抵抗を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列に接続された複数の電池接触部の接触抵抗を測定する電池接触部監視装置。
7. 前記電池接触部監視装置は、事故を予め防止するために充放電に前もって電池接触部の接触抵抗を測定し、電池接触部の不良の有無を認識するように構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列に接続された複数の電池接触部の接触抵抗を測定する電池接触部監視装置。
8. 複数の電池が直列に接続された電池充放電回路の電池接触部監視方法において、
   各電池と接続したリレーを用いて電池充放電制御回路部から分離するステップと、
   電池充放電制御回路部から分離した後、設定された電流を設定された時間の間に通電しながら、通電時に測定した充放電システムの出力電圧と通電電流を用いて電池接触部を除いた電池充放電制御回路部自体のループ抵抗を測定するステップと、
   最初の電池を充放電するために設けられたリレーを動作させて最初の電池を電池充放電制御回路部に接続し、前記設定された電流を設定された時間の間に通電し、通電時に測定された充放電システムの出力電圧と最初の電池接触部に設けられた絶縁型電池計測部で測定した電池電圧を取得するステップと、
   測定された充放電システムのループ抵抗、出力電圧、及び最初の電池電圧を用いて最初の電池接触部の接触抵抗を演算するステップと、
   を含むことを特徴とする直列に接続された複数の電池接触部の接触抵抗を測定する電池接触部監視方法。
9. 前記電池接触部監視方法は、最初の電池接触部の接触抵抗を演算するステップと同一に、直列に接続された各電池に対して続いて電池接触部の接触抵抗を演算監視し、ｎ番目の電池を充放電するために設けられたリレーを動作し、ｎ番目の電池を電池充放電制御回路部に接続し、前記設定された電流を設定された時間の間に通電し、通電時に測定された充放電システムの出力電圧とｎ番目の電池接触部に設けられた絶縁型電池計測部で測定したｎ番目の電池電圧を取得し、測定された充放電システムのループ抵抗、出力電圧、及びｎ番目の電池電圧を用いてｎ番目の電池接触部の接触抵抗を演算するステップからなる請求項８に記載の直列に接続された複数の電池接触部の接触抵抗を測定する電池接触部監視方法。
10. 前記ループ抵抗は、通電時に測定した充放電システムの出力電圧を通電電流に割った値に求めることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の直列に接続された複数の電池接触部の接触抵抗を測定する電池接触部監視方法。
11. 前記電池接触部監視方法において、最初の電池接触部の接触抵抗が下記の数式２のように与えられることを特徴とする請求項８に記載の直列に接続された複数の電池接触部の接触抵抗を測定する電池接触部監視方法。
    ｛最初の電池接触部の接触抵抗＝（測定された充放電システム出力電圧−最初の電池電圧）／入力された電流−ループ抵抗（Ｚ_０）×（総電池個数−１）／（総電池個数）｝ （数式２）
12. 前記電池接触部監視方法において、ｎ番目の電池接触部の接触抵抗が下記の数式ｎのように与えられることを特徴とする請求項９に記載の直列に接続された複数の電池接触部の接触抵抗を測定する電池接触部監視方法。
    ｛ｎ番目の電池接触部の接触抵抗＝（測定された充放電システム出力電圧−ｎ番目の電池電圧）／通電電流−ループ抵抗（Ｚ_０）×（総電池個数−１）／（総電池個数）｝ （数式ｎ）