KR20180125998A - 2차 전지의 열화 억제 장치 및 개별 열화 억제 장치 - Google Patents

2차 전지의 열화 억제 장치 및 개별 열화 억제 장치 Download PDF

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Abstract

각각의 배터리의 열화 정도의 차이에 의해, 충전시 등에, 열화가 진행된 일부의 배터리 열화를 가속화시키는 것을 방지할 수 있는 2차 전지의 열화 억제 장치를 제공한다. 열화 배터리(2)의 복수가 직렬로 접속된 전원의 상기 배터리(2)의 열화를 억제하는 2차 전지의 열화 억제 장치이며, 복수의 개별 열화 억제 장치를 가진다. 각 개별 열화 억제 장치는, 배터리(2)의 단자간의 DC 전압을 계측하는 전압 계측부(21)와, 계측된 전압을 임계값과 비교하여 높은지의 여부를 판정하는 비교부와, 상기 비교부에 의해 높은 것으로 판정되면, 상기 배터리(2)를 방전시키는 방전부(30)를 구비한다. 방전부(30)는, 배터리(2)와 병렬로 접속된 방전 회로(35)와, 이 방전 회로(35)를 제어하는 방전 관리부(22)로 이루어진다. 방전 회로(35)는, 전류 제한 저항(36)과 스위치(37)의 직렬 회로로 이루어진다.

Description

2차 전지의 열화 억제 장치 및 개별 열화 억제 장치
본 출원은, 2016년 3월 22일자 일본특허출원 2016-056763의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.
본 발명은, 데이터 센터, 휴대 전화기 기지국, 혹은 그 외의 각종 전력 안정공급이 요구되는 비상용 전원, 또는 복수의 배터리가 직렬로 접속된 전원 일반에서 사용되며, 충전 시 등에 배터리가 열화되는 것을 억제하는 2차 전지의 열화 억제 장치, 및 개별 열화 억제 장치에 관한 것이다.
데이터 센터 및 휴대 전화기 기지국 등에서는, 전력의 안정적 공급이 중요하며, 정상 시에는 교류 상용 전원이 사용되지만, 교류 상용 전원이 정지한 경우의 무정전 전원 장치로서, 2차 전지를 사용한 비상용 전원이 장비된다. 비상용 전원의 충전 방식으로서는, 충전 회로를 사용하여 정상 시에 미소(微小) 전류로 충전하는 트리클 충전(trickle charge)의 형식과, 정류기에 대하여 부하와 2차 전지를 병렬로 접속하고, 일정 전류를 인가하여 부하를 운전시키면서 충전하는 부동 충전(floating charge)의 형식이 있다. 일반적으로 비상용 전원에는 트리클 충전의 형식이 많이 채용되고 있다.
상기 비상용 전원은, 상용 전원으로 구동되는 부하의 구동이 가능한 전압과 전류가 요구되고, 하나의 2차 전지(배터리)의 전압은 낮고, 또한 용량도 작으므로, 복수의 배터리가 직렬 접속된 배터리 군을 복수 병렬로 접속한 구성이 된다. 각각의 배터리는, 납축 전지나 리튬 이온 전지이다.
이와 같은 비상용 전원에 있어서, 배터리는 열화에 의해 전압이 저하되므로, 신뢰성 확보를 위해, 배터리의 열화 판정을 행하고, 열화된 배터리를 교환해 두는 것이 요망된다. 그러나, 데이터 센터, 휴대 전화기 기지국 등이 대규모 비상용 전원에서의 다수의 배터리를 양호한 정밀도로 열화 판정할 수 있는 장치는, 제안에 이르지 않고 있다.
종래의 배터리 열화 판정의 제안예로서는, 차량 탑재 배터리 체커로서, 배터리 전체를 통합 계측하는 제안(예를 들면, 특허문헌 1), 배터리에 펄스형 전압을 인가하고, 입력 전압과 응답 전압으로부터 배터리 전체의 내부 임피던스를 산출하는 제안(예를 들면, 특허문헌 2), 배터리에서의 직렬 접속된 각각의 셀의 내부 저항을 계측하고, 열화 판정하는 방법(예를 들면, 특허문헌 3) 등이 제안되어 있다. 각각의 셀의 내부 저항을 계측에는 교류 4단자법이 사용되고 있다. 또한, 배터리의 내부 저항 등의 매우 작은 저항값을 계측하는 핸디 체커로서, 교류 4단자법 배터리 테스터가 상품화되어 있다(예를 들면, 비특허문헌 1).
상기 특허문헌 1, 2에서는, 무선에 의한 데이터 송신도 제안되고, 케이블의 처리나 수작업의 삭감, 컴퓨터에 의한 데이터 관리도 제안되어 있다.
일본공개특허 평 10-170615호 공보 일본공개특허 제2005-100969호 공보 일본공개특허 제2010-164441호 공보
교류 4단자법 배터리테스터 내부저항계측기 IW7807-BP(Rev.1.7.1, 2015년 2월 16일, 도쿄디바이시즈)(https://tokyodevices. jp/system/attachments/files/000/000/298/original/IW7807-BP-F_MANUAL.pdf)
상기한 바와 같이 각종 열화 판정 장치 내지 판정 방법이 제안되어 있다. 그러나, 각각의 배터리의 열화 정도의 차에 의해, 충전 시에, 열화가 진행된 일부의 배터리의 열화를 가속화시키는 문제가 있다. 이것에 대하여 구체적으로 설명한다.
비상용 전원의 배터리는 직렬 접속되어 사용하는 경우가 대부분이며, 플로트 충전이나 트리클 충전으로 상시 충전 상태를 유지하고 있다. 배터리가 열화되면 내부 저항이 증가하므로, 단자간 전압이 상승한다. 직렬 접속의 경우, 직렬 접속되는 개수에 따라 양단의 충전 전압이 설정되지만, 각각의 배터리의 단자간 전압은 내부 저항의 영향으로 편차가 생긴다. 열화가 진행된 배터리의 단자간 전압은 높아져, 과전압 상태로 되는 경우가 있다. 즉 열화된 배터리를 더욱 열화시키게 되어, 열화를 가속화시키는 문제가 있었다.
그리고, 복수의 배터리가 직렬 접속된 배터리 군의 양단에 충전 전압을 인가하는 경우로 한정되지 않고, 예를 들면, 열화 판정을 위한 전압 계측 시에, 4단자법 등으로 각 전압 센서로부터 각 배터리로 개별적으로 전압을 인가하는 경우에도, 상기한 각각의 배터리의 열화 정도의 차에 의해, 열화가 진행된 일부의 배터리 열화를 가속화시키는 문제가 생긴다.
본 발명의 목적은, 각각의 배터리의 열화 정도의 차에 의해, 충전 시 등에, 열화가 진행된 일부의 배터리 열화를 가속화시키는 것을 방지할 수 있는 2차 전지의 열화 억제 장치 및 개별 열화 억제 장치를 제공하는 것이다.
이하, 본 발명에 대하여, 이해를 쉽게 하기 위하여, 편의상 실시형태의 부호를 참조하여 설명한다.
본 발명의 2차 전지의 열화 억제 장치는, 각각 2차 전지인 복수의 배터리(2)가 직렬로 접속된 전원(1)의 상기 배터리(2)의 열화를 억제하는 2차 전지의 열화 억제 장치로서,
각 배터리에 접속되는 복수의 개별 열화 억제 장치(7)를 구비하고,
각 개별 열화 억제 장치(7)는, 상기 배터리(2)의 단자간의 직류 전압을 계측하는 전압 계측부(21)(예를 들면, 직류 전압 계측부(26))와, 이 전압 계측부(21)에서 계측된 전압을 임계값과 비교하여 높은지의 여부를 판정하는 비교부(31)와, 상기 비교부(31)에 의해 높은 것으로 판정되면, 상기 배터리(2)를 방전시키는 방전부(30)를 구비한다.
그리고, 상기 전압 계측부(21)는, 예를 들면, 전압 센서를 구성하는 부품 중, 전압의 계측에 직접적으로 관계하는 부분을 일컫는다. 또한, 「임계값과 비교하여 높은지 여부」의 판단은, 임계값을 초과하는지의 여부로 판단해도 되고, 또한 임계값 이상인지의 여부로 판단해도 된다.
본 구성에 의하면, 상기 비교부(31)는, 충전 시 등의 전압 인가 시에, 상기 전압 계측부(21)에서 계측된 직류 전압(이하, DC 전압이라고 칭하는 경우가 있음)을 임계값과 비교하여 높은지 여부를 판정하고, 높은 것으로 판정되면, 상기 방전부(30)는 상기 배터리(2)를 방전시킨다. 배터리(2)가 열화되면 내부 저항이 증가하므로, 단자간 전압이 상승한다. 이 때문에, 계측된 전압이 높은 배터리(2)에 대하여 방전시킴으로써, 직렬 접속된 각 배터리(2)의 전압을 균등화시킬 수 있고, 충전 시 등에, 열화가 진행된 일부의 배터리(2)의 열화를 가속화시키는 것을 방지할 수 있다. 배터리(2)로의 전압의 인가에 대해서는, 배터리(2)를 직렬 접속한 배터리 군(3)의 양단에 충전 전압을 인가하는 경우로 한정되지 않고, 예를 들면, 4단자법으로 저항 계측을 행하는 경우 등과 같이, 각각의 배터리(2)에 충전 전압을 인가하는 경우도, 상기 방전에 의한 열화 방지의 효과가 얻어진다. 상기 전압 계측부(21)로서, 예를 들면, 배터리(2)의 열화 판정 등의 경우에 교류 전압의 계측에 사용되는 것을, 단자간 전압(셀 전압)인 직류 전압의 판정을 위한 감시에 대해서도 사용하도록 하면 된다.
그리고, 배터리(2)에 정상 전압이 2V의 셀을 사용한 경우, 그 셀의 정상 범위가 되는 전압은, 예를 들면, 일반적으로 1.8∼2.23 V의 범위로 된다. 그러한 경우, 상기 배터리(2)가 1개의 셀로 이루어질 때, 상기 임계값을, 예를 들면, 상한값에 2.23V, 또는 상한값에 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압 상승분을 고려하여 2.23∼2.4 V 정도로 설정해 둠으로써, 열화된 배터리(2)의 판별을 행할 수 있다. 충전 중에 각 배터리의 상대값으로부터 열화를 판단하는 것도 가능하며, 그 경우에는 상기 임계값은, 2.23V 이하에서 상기 정상 범위의 중간값으로 해도 된다.
그리고, 납축 전지의 경우, 정상 범위의 상한 전압은 2.23V가 된다. 트리클 충전의 경우, 항상 충전하고 있으므로, 이 전압에 충전 전류와 내부 저항에 의한 전압이 가산되므로, 임계값은 2.23V보다 커진다. 또한, 본 방식은 충전 중이라도, 충전 전류가 동일하게 되는 직렬 접속된 배터리에 대하여, 단자간 전압을 감시하고 상대적으로 열화 판단하는 것도 가능하므로, 임계값은 2.23V 이하로 설정할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 방전부(30)는, 상기 배터리(2)와 병렬로 접속된, 전류 제한 저항(36)과 스위치(37)와의 직렬 회로로 이루어지는 방전 회로(35)와, 이 방전 회로(35)를 제어하는 방전 관리부(22)로 구성해도 된다. 또한, 이 방전 관리부(22)는, 상기 비교부(31)와, 이 비교부(31)에 의해 상기 계측된 전압이 상기 임계값보다 높은 것으로 판정되면 상기 스위치(37)를 ON으로 하고, 설정 시간 후에 상기 스위치를 OFF로 하는 방전 처리부(32)를 가지는 구성이라도 된다. 상기 방전부(30)를 이와 같이 방전 회로(35)와 그 방전 관리부(22)로 구성하고, 상기 방전 회로(35)를 전류 제한 저항(36)과 스위치(37)로 구성함으로써, 전류 제한 저항(36)에 의해 전력을 소비시켜 배터리 전압을 저하시키고, 그 전압 저하를 스위치(37)에 의한 제어로 조정하여, 간단하게 상기 방전을 적절하게 행하게 할 수 있다. 또한, 상기 방전 관리부(22)가, 설정 시간에 의해 방전을 OFF로 하는 구성이므로, 타이머 등에 의한 간단한 구성으로 적절한 방전을 실시할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 상기 방전부(30)를 구성한 경우에, 상기 방전 관리부(22)는, 상기 비교부(31)에 의해 상기 계측된 전압이 상기 임계값보다 높은 것으로 판정되면, 상기 스위치(37)를 ON으로 하여 상기 배터리(2)와 전류 제한 저항(36)을 접속하는 방전 처리부(32)를 가진다. 방전 처리부(32)는, 이 스위치(37)를 ON으로 하는 동안 일정 간격으로 일시적으로 상기 스위치(37)를 OFF로 하고, 상기 전압 계측부(21)에 의한 전압 계측 및 상기 비교부(31)에 의한 비교를 재차 행하게 하고, 이 때, 상기 비교부(31)에서 상기 계측된 전압이 상기 임계값보다 낮은 것으로 판정되면 상기 스위치(37)의 OFF 상태를 유지하고, 또한 상기 비교부(31)에서 상기 계측된 전압이 상기 임계값보다 높은 것으로 판정되면, 재차, 상기 스위치(37)를 ON으로 하고 상기 일정 간격이 일시적인 OFF, 상기 전압 계측, 상기 비교의 각 과정을 반복하는 구성이라도 된다. 이 구성의 경우, 방전 관리부(22)는, 방전을 행하는 동안 일정 간격으로 일시적으로 상기 스위치(37)를 OFF로 하여 전압 계측을 행하고, 계측한 배터리 전압을 임계값과 비교하여 방전을 종료시키므로, 타이머에 의해 방전 시간을 제어하는 경우보다 양호한 정밀도로, 배터리(2)의 방전 후의 전압을 얻을 수 있다. 이 때문에, 배터리(2)의 열화 방지가 더 한층 확실하게 된다.
본 구성의 경우에, 상기 방전 처리부(32)의 상기 각 과정의 반복에 의해 상기 스위치(37)를 ON으로 하는 방전 횟수를 계측하고, 방전 횟수가 설정값에 도달하면 경고 수단에 경고를 행하게 하는 횟수 관리부(33)를 가지는 구성으로 해도 된다. 방전을 다수 반복해도 적절한 전압이 되지 않는 경우에는, 어떤 이상이 발생한 경우이다. 이 때문에, 경고 수단에 경고를 행하게 함으로써, 작업자에 의한 이상의 인식을 신속하게 행할 수 있어, 조기 대처가 가능하게 된다. 그리고, 「방전 횟수가 설정값에 도달하는」의 판단은, 설정값을 초과하는 지의 여부로 판단해도 되고, 또한 이상인 지의 여부에서 판단해도 된다.
본 발명에 있어서, 상기 방전부(30)가, 상기 배터리(2)와 병렬로 접속된, 전류 제한 저항(36)과 스위치(37)의 직렬 회로로 이루어지는 방전 회로(35)를 가지는 경우에, 상기 전류 제한 저항(36)과 스위치(37)는, 상기 전압 계측부(21)와 동일한 회로 기판(7A) 상에 실장되어 있어도 된다. 상기 전류 제한 저항(36)과 스위치(37)와, 상기 전압 계측부(21)는, 하나의 칩이라도 된다. 동일한 회로 기판(7A) 상에 상기 전압 계측부(21)와 전류 제한 저항(36)과 스위치(37)가 실장되어 있으면, 이 열화 억제 장치의 구성이 보다 간소하며 컴팩트하게 구성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 방전부(30)는, 상기 배터리(2)와 병렬로 접속된, 전류 제한 저항(36)과 스위치(37)의 직렬 회로로 이루어지는 방전 회로(35)를 가지는 경우에, 이 방전 회로(35)와 상기 전압 계측부(21)의 상기 배터리(2)에 접속되는 회로는 동일한 케이블(38)에 접속되도록 해도 된다. 방전 회로(35)의 전류 제한 저항(36) 및 스위치(37)를 배터리(2)에 접속하는 회로와, 상기 전압 계측부(21)를 배터리(2)에 접속하는 회로가, 동일한 케이블(38)에 접속됨으로써, 배선계가 간소하게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 전압 계측부(21)는, 상기 배터리(2)의 단자간에 인가된 교류 성분의 전압을 계측하는 기능을 가지고 있어도 된다. 상기 전압 계측부(21)가 배터리(2)에 인가된 교류 성분의 전압을 계측 가능하면, 그 교류 성분의 전압값으로부터 배터리(2)의 내부 저항을 연산할 수 있다. 이 내부 저항을 임계값과 비교 등을 행함으로써, 배터리(2)의 열화 판정을 행할 수 있다. 따라서, 이 2차 전지의 열화 억제 장치를, 열화 판정 장치와 겸용시킬 수 있다.
본 구성의 경우에, 상기 전압 계측부(21)에서 계측된 상기 교류 성분의 전압을 무선으로 송신하는 무선 통신부를 가지고 있어도 된다. 배터리(2)가 복수 직렬로 접속되어 있으면, 접지점으로부터 이격되는 배터리(2)일수록, 음 전위가 높아지도록 바이어스가 걸리므로, 기준 전위(그라운드 레벨)를 고려할 필요가 있지만, 무선으로 송신하도록 하면, 기준 전위를 신경쓸 필요가 없다.
본 발명의 2차 전지의 열화 억제 장치에 있어서, 상기 비교부(31)는, 상기 각 개별 열화 억제 장치(7)(예를 들면, 전압 계측부(21))에서 계측한 직렬 접속의 전체 배터리(2)의 직류 전압의 평균값을 계산하고, 이 평균값에 설정된 가산값을 더하여 상기 임계값으로 하는 구성으로 해도 된다. 각각의 전원에 따라, 적정하게 되는 전압의 범위가 약간이지만 다르게 된다. 이 때문에, 평균값을 사용함으로써, 미리 임계값을 정해 두는 것보다, 열화 억제 대상의 전원(1)에 대하여, 더 한층 적정한 전압이 되도록 방전할 수 있고, 열화 억제가 더 한층 확실하게 된다.
본 발명의 2차 전지의 열화 억제 장치에 있어서, 상기 복수의 배터리(2)가 직렬로 접속된 배터리 군(3)에 교류 성분을 가지는 전류를 인가하는 계측용 전류 인가 수단(9)과, 상기 전압 계측부(21)에서 계측된 상기 교류 성분의 전압으로부터 상기 배터리(2)의 내부 저항 연산하는 내부 저항 연산부(13a)와, 이 내부 저항 연산부(13a)에서 연산된 내부 저항으로부터 상기 배터리(2)의 열화를 판정하는 판정부(13b)를 구비하도록 해도 된다. 이와 같이, 계측용 전류 인가 수단, 내부 저항 연산부(13a), 및 판정부(13b)를 구비함으로써, 배터리(2)의 열화 판정을 양호한 정밀도로 행할 수 있다.
본 발명의 2차 전지의 개별 열화 억제 장치(7)는, 2차 전지인 배터리(2)의 열화를 억제하고,
상기 배터리(2)의 단자간의 직류 전압을 계측하는 전압 계측부(21)와, 이 전압 계측부(21)에서 계측된 전압을 임계값과 비교하여 높은지의 여부를 판정하는 비교부(31)와, 상기 비교부(31)에 의해 높은 것으로 판정되면 상기 배터리(2)를 방전시키는 방전부(30)를 구비하고,
상기 방전부(30)는, 상기 배터리(2)와 병렬로 접속된 전류 제한 저항(36)과 스위치(37)의 직렬 회로로 이루어지는 방전 회로(35)와, 이 방전 회로(35)를 제어하는 방전 관리부(22)로 이루어지고, 이 방전 관리부(22)는, 상기 비교부(31)와, 이 비교부(31)에 의해 높은 것으로 판정되면 상기 스위치(37)를 ON으로 하여 방전시키고, 정해진 방전의 조건이 충족하면 방전의 처리를 정지하는 방전 처리부(32)를 가지도록 할 수도 있다.
상기 「정해진 방전의 조건이 충족하는」 경우란, 예를 들면, 설정 시간을 경과하는 것이라도, 배터리 전압이 설정 전압보다 낮아지는 것이라도 된다.
상기 각 구성의 2차 전지 열화 억제 장치는, 복수의 개별 열화 억제 장치(7)로 구성되어 있지만, 개별 열화 억제 장치(7)를 단독으로 사용해도, 전술한 배터리(2)의 열화 억제 효과를 얻을 수 있다.
청구의 범위 및/또는 명세서 및/또는 도면에 개시된 적어도 2개의 구성의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다. 특히, 청구의 범위의 각 청구항에 2개 이상의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다.
본 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시형태의 설명에 의해, 보다 명료하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 실시형태 및 도면은 단지 도시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정하기 위해 이용되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수의 도면에서의 동일한 부호는, 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 2차 전지의 열화 억제 장치에서의 개별 열화 억제 장치를 열화 검출을 위한 전압 센서로서 구성한 예를 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 2는 상기 전압 센서의 개념 구성의 블록도이다.
도 3은 상기 전압 센서의 병설 상태를 나타낸 설명도이다.
도 4는 상기 열화 억제 장치의 동작예의 흐름도이다.
도 5는 상기 열화 억제 장치의 다른 동작예의 흐름도이다.
도 6은 상기 2차 전지의 열화 억제 장치를 장비한 2차 전지의 열화 판정 장치의 회로도이다.
도 7은 상기 열화 억제 장치에서의 콘트롤러와 전압 센서의 관계를 나타낸 블록도이다.
도 8은 도 6에 나타낸 2차 전지의 열화 판정 장치의 동작예를 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 일 실시형태를 도 1 내지 도 8과 함께 설명한다. 도 1은, 이 2차 전지의 열화 억제 장치에서의 개별 열화 억제 장치를, 열화 검출을 위한 전압 센서(7)로서 구성한 예를 개략적으로 나타내는 설명도이다. 도 6은 상기 전압 센서(7)를 복수 구비한 열화 판정 장치를 겸하는 열화 억제 장치의 회로도이다.
도 6에 있어서, 열화 억제 및 열화 판정의 대상이 되는 전원(1)은, 데이터 센터, 휴대 전화기 기지국, 또는 기타 각종 전력 안정 공급이 요구되는 전원장치에서의 비상용 전원이다. 이 전원(1)은, 각각 2차 전지인 배터리(2)의 복수가 직렬 접속된 배터리 군(3)을 복수 가지고, 이들 배터리 군(3)이 병렬로 접속되고 부하(4)에 접속된다. 각 배터리(2)는, 하나의 셀이라도, 또한 복수의 셀이 직렬 접속된 배터리라도 되지만, 본 예에서는 하나의 셀로 이루어진다.
본 비상용 전원(1)은, 부하(4)의 양 및 음의 단자에 접속된 주전원(5)의 양 및 음의 단자(5A, 5B) 중, 양의 단자(5A)에는 충전 회로(6)와 다이오드(15)를 통하여 접속되고, 음의 단자(5B)에는 직접 접속되어 있다. 다이오드(15)는 비상용 전원(1)으로부터 부하(4)에 전류를 흐르게 하는 방향으로, 충전 회로(6)와 병렬로 접속되어 있다. 주전원(5)은, 예를 들면, 교류 상용 전원에 정류 회로 및 평활 회로(모두 도시하지 않음)를 통하여 접속되어 직류 전력으로 변환하는 직류 전원 공급기 등으로 이루어진다.
비상용 전원(1)의 양 전위는, 주전원(5)의 양 전위보다 낮고, 통상은 부하(4)에는 흐르지 않지만, 주전원(5)이 정지 또는 기능 저하되면, 주전원(5) 측의 전위가 저하되므로, 비상용 전원(1)에 축전한 전하에 의하여, 다이오드(15)를 통하여 부하(4)에 급전된다. 그리고, 상기한 바와 같이 충전 회로(6)를 접속한 충전 형식은, 트리클 충전 형식으로 불리운다.
본 2차 전지의 열화 억제 장치는, 이와 같은 전원(1)에서의 각배터리(2)가 충전시에 열화되는 것을 억제하는 장치이며, 열화 판정을 위한 전압 센서(7)에 구성되어 있다. 전압 센서(7)는, 각 배터리(2)에 개별적으로 접속되며 복수 구비된다.
본 열화 억제 장치를 구비한 2차 전지의 열화 판정 장치는, 상기 복수의 전압 센서(7) 이외에, 배터리 군(3)마다 접속된 복수의 전류 센서(8)와, 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 상기 배터리 군(3)에 인가하는 계측용 전류 인가 수단(9)과, 전압 센서(7)마다 설치되고 계측한 교류 성분의 전압 계측값을 무선으로 송신하는 무선 통신부(24)와, 상기 각 무선 통신부(24)가 송신한 상기 계측값을 수신하고, 이 수신한 계측값을 사용하여 각 배터리(2)의 내부 저항을 산출하고, 내부 저항으로부터 상기 배터리(2)의 열화를 판정하는 콘트롤러(11)를 구비한다. 이 콘트롤러(11)는, 본 예에서는, 주콘트롤러(11A)와 데이터 서버(13)로 구성되어 있다.
콘트롤러(11) 또는 그 내부의 구성 요소는, 구체적으로는, 소프트웨어나 하드웨어로 실현된 LUT(Look Up Table), 또는 소프트웨어의 라이브러리(Library)에 포함된 소정의 변환 함수나 그것과 등가(等價)의 하드웨어 등, 또한 필요에 따라, 라이브러리의 비교 함수나 사칙연산 함수나 이들과 등가의 하드웨어 등(이하, 「구현화 모델」이라고 함)을 사용하여, 연산을 행하여 결과를 출력할 수 있는 하드웨어 회로 또는 프로세서(도시하지 않음) 상의 소프트웨어 함수로 구성되어 있다.
상기 계측용 전류 인가 수단(9)은, 전원(1)의 배터리 군(3)에 소정의 전류를 인가하기 위한, 방전 장치 또는 충전 장치로 이루어진다. 계측용 전류 인가 수단(9)은, 배터리 군(3)의 양 및 음의 단자단에 접속되고, 펄스형 내지 사인파형으로 변화하는 교류 성분을 가지는 전류, 예를 들면, 리플 전류를 전원(1)에 인가한다.
상기 개별 열화 억제 장치를 겸용하는 전압 센서(7)에 대하여, 도 1 및 도 2와 함께 설명한다. 이 전압 센서(7)는, 계측·제어부(20)와, 방전 회로(35)를 가진다. 상기 계측·제어부(20)에, 배터리(2)의 전압을 계측하는 전압 계측부(21)와, 계측된 전압에 따라 방전 회로(35)를 제어하는 방전 관리부(22)가 설치되고, 이 방전 관리부(22)와 방전 회로(35)에 의해 방전부(30)가 구성된다. 상기 전압 계측부(21)는, 전압 센서(7)를 구성하는 부분 중, 전압의 계측에 직접적으로 관련된 부분, 혹은 전압 계측에 필수적인 부분을 말하고, 부가적인 구성을 제외한 부분이다. 그리고, 상기 전압 계측부(21)를 전압 센서로 칭하고, 상기 전압 센서(7)를 센서 유닛(7)으로 칭해도 된다.
방전 회로(35)는, 전류 제한 저항(36)과 스위치(37)의 직렬 회로로 이루어지고, 배터리(2)에 병렬로 접속되어 있다. 상기 전류 제한 저항(36)은, 블리더 저항(bleeder resistance)으로도 불리운다. 상기 스위치(37)는, 트랜지스터 등의 반도체 스위칭 소자로 이루어진다. 상기 전압 계측부(21)를 가지는 상기 계측·제어부(20)는, 열화 판정 대상의 배터리(2)의 전력에 의해 구동되지만, 이 계측·제어부(20)에 배터리(2)로부터 급전하는 회로는, 상기 방전 회로(35)를 구성하는 회로와 동일한 양 및 음의 케이블(38)에 접속된다.
상기 계측·제어부(20)는, 구체적으로는 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 전압 계측부(21)와, 연산 제어부(23)와, 무선 통신부(24)로 구성된다. 상기 연산 제어부(23)는, 마이크로 컴퓨터 등의 연산 처리 장치로 구성된다.
연산 제어부(23) 또는 그 내부의 구성 요소는, 구체적으로는, 상기 구현화 모델을 사용하여, 연산을 행하여 결과를 출력할 수 있는 하드웨어 회로 또는 프로세서(도시하지 않음) 상의 소프트웨어 함수로 구성되어 있다.
상기 전압 계측부(21)는, 배터리(2)의 단자간에 작용하는 교류 성분의 전압(AC 전압)을 계측하는 기능과, 직류 성분의 전압(DC 전압)을 계측하는 기능을 구비하고, 그 AC 전압을 계측하는 기능을 가지는 부분을 교류 전압 계측부(25), DC 전압을 계측하는 기능을 가지는 부분을 직류 전압 계측부(26)로서 나타낸다. 교류전압 계측부(25)는, 배터리(2)의 열화 판정을 위하여 사용되고, 직류 전압 계측부(26)는 열화 억제 및 열화 판정을 위하여 사용된다.
상기 연산 제어부(23)는, 상기 방전 관리부(22)와, 제어부(27)와, 지연부(28)와, 변환부(29)를 가진다. 제어부(27), 지연부(28), 및 변환부(29)는, 열화 판정에 사용되는 수단이며, 나중에 설명한다. 방전 관리부(22)는, 상기 전압 계측부(21)에 의해 계측된 배터리(2)의 직류 전압을 임계값과 비교하여 높은지의 여부를 판정하는 비교부(31)와, 이 비교부(31)에 의해 상기 계측된 (직류)전압이 상기 임계값보다 높은 것으로 판정되면 상기 배터리(2)를 방전시키는 방전 처리부(32)와, 횟수 관리부(33)를 가진다. 상기 횟수 관리부(33)는, 상기 방전 처리부(32)의 방전 반복 횟수를 계측하고, 방전 횟수가 설정값을 초과하면 경고 수단에 경고를 행하게 하는 수단이다.
상기 구성의 열화 억제 장치에 의한 열화 억제하는 동작예를, 도 4, 도 5에 각각 흐름도에서 나타낸다. 열화 판정에 대해서는, 나중에 도 6∼도 8과 함께 설명한다. 도 4의 예에서는, 스텝 Q2가 상기 비교부(31)에 의해 실행되고, 스텝 Q3∼Q6가 상기 방전 처리부(32)에 의해 실행되고, 스텝 Q7∼Q9이 상기 횟수 관리부(33)에 의해 실행된다.
도 4에 있어서 스텝 Q1에서는, 전압 센서(7)의 전압 계측부(21)에 의해 배터리(2)의 DC 전압을 계측한다. 상기 방전 관리부(22)(도 1, 도 2)의 비교부(31)(도 2, 도 4)는, 계측된 DC 전압을, 미리 설정한 임계값과 비교하여(스텝 Q2), 계측된 DC 전압이 임계값보다 낮은 경우에는 처리를 종료한다. 상기 임계값은, 예를 들면, 배터리(2)의 전압의 정상 범위의 상한으로서 정해지는 값이며, 임계값보다 낮은 경우에는 배터리(2)가 정상인 것으로 상정(想定)할 수 있으므로, 방전 처리를 행하지 않고 종료한다.
계측된 DC 전압이 임계값보다 높은 경우에는, 방전 처리부(32)에 의해 스위치(37)를 ON으로 하여 방전을 개시하고(스텝 Q3), 방전 처리부(32)가 가지는 타이머(도시하지 않음)를 스타트시킨다(스텝 Q4). 타이머로 경과 시간을 카운트하고, 방전 설정 시간에 도달하면(스텝 Q5),스위치(37)를 OFF로 하여 방전을 정지한다(스텝 Q6). 상기 타이머의 방전 설정 시간은, 방전을 전압 계측을 위해 정기적으로 일시적으로 멈추기 위한 극히 단시간이다.
방전 정지(스텝 Q6) 후에, 상기 횟수 관리부(33)는, 방전 처리부(32)가 가지는 방전 횟수 카운터를 1만큼 인크리먼트하고(스텝 Q7), 미리 설정한 카운트값보다 낮은지의 여부를 판정한다(스텝 Q8). 상기 카운트값은, 방전 횟수가 적정 범위인지의 여부를 판단하는 횟수로서 설정된 횟수이며, 상기 카운트값보다 낮은 경우에는, 재차, DC 전압의 계측 과정(스텝 Q1)으로 복귀하고, 임계값과의 비교(스텝 Q2)를 행하여, 전술한 각 과정을 반복한다. 상기 스텝 Q8에서, 방전 횟수의 카운트값이 설정된 카운트값에 도달한 경우에는, 횟수 관리부(33)에 의해, 표시 패널이나 음성발생 수단 등의 경고 수단에 경고를 행하게 한다(스텝 Q9). 이상의 처리를, 전원(1)의 직렬 접속된 모든 배터리(2)에 대하여 각각 행한다.
도 5는, 방전 처리부(32)(도 1, 도 2)에 의한 다른 처리예를 나타낸다. 동 도면의 예에서는, 스텝 R2∼R4가 상기 비교부(31)에 의해 실행되고, 스텝 R5∼R8이 상기 방전 처리부(32)에 의해 실행되고, 스텝 R9∼R11이 상기 횟수 관리부(33)에 의해 실행된다.
도 5의 예는, 비교부(31)에 의한 처리만이 도 4의 예와는 상이하며, 그 외의 처리는 도 4의 예와 동일하므로, 그 외의 개소만을 설명한다. 도 5의 예에서는, 전압 센서(7)의 전압 계측부(21)에 의한 배터리(2)의 DC 전압의 계측(스텝 R1) 후에, 비교부(31)는, 직렬 접속된 전체 배터리(2)의 DC 전압을 계측하였는지의 여부를 판정하고(스텝 R2), 전체 수에 달하지 않은 경우에는 계측 과정(스텝 R1)으로 되돌아가서 나머지 배터리(2)의 계측을 행한다. 그리고, 어느 배터리(2)를 계측했는지에 대해서는, 예를 들면, 배터리(2)마다 설치한 플래그(flag) 등으로 관리해 둔다. 또한, 계측한 각 배터리(2)의 DC 전압은 소정의 기억 영역에 기억시켜 둔다.
모든 배터리(2)의 DC 전압의 계측이 완료되면, 비교부(31)는, 이들 모든 배터리(2)의 DC 전압의 평균값을 구하고(스텝 R3), 이 평균값에, 미리 설정한 가산값을 가산한 값을 임계값으로 하여, 각각의 배터리(2)의 계측된 DC 전압이 임계값보다 낮은지의 여부를 판정한다(스텝 R4). 임계값보다 높은 배터리(2)가 있는 경우에는, 그 배터리(2)에 대하여, 도 4의 예와 마찬가지로 스위치(37)를 ON으로 하여 방전을 행한다(스텝 R5). 상기 평균값을 구하는 스텝 R3는, 복수의 전압 센서(7) 중 어느 하나에서 행하고 그 계산 결과를 각 전압 센서(7)가 사용하도록 해도 된다.
그리고, 도 4, 도 5의 예는, 모두 방전을 개시한 후, 배터리(2)의 DC 전압에 의해 방전을 종료할 것인지의 여부를 판단하였으나, 방전 관리부(22)는, 방전 정지의 판단을 DC 전압에 의하지 않고, 방전 개시로부터의 설정 시간 후에 방전을 정지하도록 할 수도있다.
상기 각 구성의 열화 억제 장치에 의하면, 모두, 계측된 전압이 높은 배터리(2)에 대하여 방전시키도록 했기 때문에, 직렬 접속된 각 배터리(2)의 전압을 균등화시킬 수 있다. 예를 들면, 도 3에 전원(1)을 간소화하여 나타낸 바와 같이, 직렬 접속된 각 배터리(2)(21∼24)의 DC 전압이 각각 V1, V2, V3, V4이며, V2만이 열화 판단의 기준값(상기 「임계값」)보다 높았다면, 배터리(22)만을 방전시킨다. 이와 같이 각 배터리(2)의 전압을 균등화시킴으로써, 충전 시 등에, 열화가 진행된 단자간 전압이 높은 배터리(22)의 열화를 가속화시키는 것을 방지할 수 있다.
방전을 행하는 경우에, 설정 시간에 의해 방전을 OFF로 하는 구성으로 하는 경우에는, 타이머 등에 의한 간단한 구성으로 적절한 방전을 행할 수 있다. 또한, 방전 중에 일정 간격으로 방전을 일시적으로 정지시켜 배터리 전압을 계측하고, 그 배터리 전압의 판정 결과에 따라 방전을 종료하는 구성의 경우(도 4, 도 5의 예)에는, 타이머에 의해 방전 시간을 제어하는 경우보다 양호한 정밀도로 배터리(2)의 방전 후의 전압을 얻을 수 있다. 이에 따라, 배터리(2)의 열화 방지가 더 한층 확실하게 된다.
도 4, 도 5의 예와 같이, 방전 중에 일정 간격으로 방전을 일시적으로 정지시켜 배터리 전압을 계측하고, 방전의 정지를 배터리 전압과 임계값의 비교에 의해 행하는 경우에, 동(同) 도면의 예와 같이 방전 횟수가 설정값을 초과하면 경고 수단에 경고를 행하게 하도록 했을 때는, 방전을 행해도 적절한 전압이 되는 않는 이상(異常)을 작업자에게 신속히 인식시킬 수 있어, 조기 대처가 가능하게 된다.
상기 방전부(30)의 전류 제한 저항(36) 및 스위치(37)와, 상기 전압 계측부(21)를 구성하는 회로 소자(21A)(도 1)는 동일한 회로 기판(7A)에 구현되어 있어도 되며, 그 경우, 이 열화 억제 장치의 구성이 보다 간소하면서 컴팩트하게 구성할 수 있다. 또한, 이 실시형태에서는, 방전 회로(35)와, 전압 계측부(21)에서의 배터리(2)에 접속되는 회로가 동일한 양음의 케이블(38)에 접속되도록 했으므로, 배선계가 간소하게 된다.
도 5의 예와 같이, 방전시킬지의 여부를 판정하는 임계값에 대하여, 전체 배터리(2)의 DC 전압의 평균값을 계산하고, 이 평균값에 설정된 가산값을 더하여 상기 임계값으로 하는 경우에는, 미리 임계값을 정해 두는 것보다, 더한층 적정한 전압이 되도록 방전시킬 수 있다. 각각의 전원(1)에 의해, 적정하게 되는 전압의 범위가 근소하나마 변화하므로, 미리 임계값을 정해 두는 것보다 평균값을 사용하는 것이 보다 적절한 전압이 되도록 방전할 수 있다. 이로써, 열화 억제가 더 한층 확실하게 된다. 또한, DC 전압의 평균값에 설정된 가산값을 더하여 임계값으로 하므로, 충전중이라도, 충전 전류가 동일하게 되는 직렬 접속된 배터리에 대하여, 단자간 전압을 감시하고 상대적으로 열화 판단하는 것이 가능하다.
다음으로, 이 열화 억제 장치를 사용한 2차 전지의 열화 판정 장치의 전체에 대하여, 도 6∼도 8과 함께 설명한다. 그리고, 본 명세서에서 이미 기술한 사항에 대해서는 설명을 생략한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 콘트롤러(11)는, 이 실시형태에서는 주콘트롤러(11A)에, 통신망(12)을 통하여 데이터 서버(13) 및 모니터(14)를 접속하여 이루어진다. 통신망(12)은, 무선 LAN 등의 LAN으로 이루어지고, 허브(12a)를 가지고 있다. 통신망(12)은 광역 통신망이라도 된다. 데이터 서버(13)는, 상기 통신망(12)이나 다른 통신망에 의해, 원격지의 PC(도시하지 않음) 등과 통신 가능하며, 어디에서도 데이터를 감시할 수 있다. 통신망(12)을 통한 주콘트롤러(11A)와 데이터 서버(13)의 사이의 통신은, 핸드쉐이크(handshake)에 의해 확실한 통신을 행하도록 하는 것이 바람직하다.
도 7에 있어서, 주콘트롤러(11A)는, 각 무선 통신부(24)로부터 송신된 전압 센서(7)의 계측값을 수신하는 수신부(11a)와, 수신부(11a)에서 수신한 계측값을 통신망(12)에 전송하는 전송부(11b)와, 각 전압 센서(7)의 무선 통신부(24)에 무선으로 송신 개시 등의 명령을 송신하는 명령 송신부(11c)와, 후술하는 대기부(11d)와, 전류 인가 제어부(11e)를 가지고 있다. 전류 인가 제어부(11e)는, 계측용 전류 인가 수단(9)(도 6)을 제어한다. 명령 송신부(11c) 및 수신부(11a)의 무선 송수신은, 안테나(19)를 통하여 행해진다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 각 전류 센서(8)는, 주콘트롤러(11A)에 배선으로 접속되고, 그 전류의 계측값은 도7의 상기 전송부(11b)로부터 전압 계측값과 함께 전송된다. 상기 주콘트롤러(11A)의 상기 명령 송신부(11c)는, 자기(自己)가 명령을 생성해도 되지만, 이 실시형태에서는, 데이터 서버(13)로부터 송신된 계측 개시 명령에 응답하여 각 전압 센서(7)의 무선 통신부(24)에 상기 계측 개시 명령을 전송한다. 그리고, 주콘트롤러(11A) 또는 전류 센서(8)에, 이 전류 센서(8)의 계측값을 실효값 또는 평균값으로 환산하는 환산부(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
상기한 바와 같이, 콘트롤러(11)는, 무선 통신부(24)에 상기 명령을 송신하는 기능을 가지고, 무선 통신부(24)는, 상기 명령을 수신하면, 전압 센서(7)에 구비된 연산 처리부(도시하지 않음)에 이 명령에 대응하는 지령을 주는 기능을 가지고 있다.
데이터 서버(13)는, 내부 저항 연산부(13a)와 판정부(13b)를 가진다. 내부 저항 연산부(13a)는, 주콘트롤러(11A)로부터 송신되어 수신한 교류 전압값(실효값 또는 평균값)과, 직류 전압값(셀 전압)과, 계측 온도와, 전류값(실효값 또는 평균값)을 사용하여, 정해진 계산식에 따라 배터리(2)의 내부 저항을 산출한다. 계측 온도는, 온도 보정에 사용된다.
판정부(13b)는, 임계값이 설정되고, 산출된 내부 저항이 임계값 이상이면 열화인 것으로 판정한다. 상기 임계값은, 복수, 예를 들면, 2∼3 단계로 설치되고, 복수 단계의 열화 판정을 행하고, 후술하는 바와 같이 이 복수 단계에 대응한 경보를 출력한다. 판정부(13b)는, 판정 결과를, 상기 통신망(12)을 통하여, 또는 전용의 배선을 통하여 모니터(14)에 표시시키는 기능을 가진다. 데이터 서버(13)는, 이 외에, 주콘트롤러(11A)에 계측 개시 명령 및 계측 종료 명령을 송신하는 명령 송신부(13c)와, 주콘트롤러(11A)로부터 송신된 전압 계측값 등의 데이터를 저장하는 데이터 저장부(13d)를 가지고 있다.
그리고, 상기 구성에 있어서, 주콘트롤러(11A)와 계측용 전류 인가 수단(9)은, 동일 케이스에 넣은 일체의 콘트롤러로서 구성되어도 된다. 또한, 콘트롤러(11)는, 이 실시형태에서는 주콘트롤러(11A)와 데이터 서버(13)로 구성하였지만, 이들 주콘트롤러(11A)와 데이터 서버(13)는, 동일 케이스에 들어간 하나의 콘트롤러(11)로서 구성해도 되고, 또한 하나의 기판 등에 의해 구성되는 하나의 정보 처리 장치에, 주콘트롤러(11A)와 데이터 서버(13)의 구별 없이 구성되어 있어도 된다.
다음으로 이 2차 전지의 열화 판정 장치의 동작을 도 8과 함께 설명한다. 데이터 서버(13)는, 명령 송신부(13c)(도 7)로부터 계측 개시 명령을 송신한다(스텝 S1). 주콘트롤러(11A)는, 데이터 서버(13)로부터 계측 개시 명령을 수신하고(스텝 S2), 각 전압 센서(7)의 무선 통신부(24), 및 각 전류 센서(8)에 계측 개시 명령을 송신한다(스텝 S3). 이 송신 이후의 처리와 병행하여, 대기부(11d)에 의해 작업 대기 시간의 종료 판정(스텝 S20) 및 작업 대기 시간의 카운트(스텝 S 22)를 행한다. 설정된 작업 대기 시간이 종료하면, 계측용 전류 인가 수단(9)에 의해 전류의 인가를 한다(스텝 S21). 이 전류의 인가는, 계측용 전류 인가 수단(9)이 방전 장치라면 방전의 개시, 충전 장치라면 충전의 개시를 행한다.
스텝(S3)에서 송신된 계측 개시 명령은, 전체 개수의 전압 센서(7)가 수신하고(스텝 S4), 각 전압 센서(7)는, 자기의 계측 지연 시간의 종료를 기다리고(스텝 S5), 배터리(2)의 DC 전압(단자간 전압)을 계측한다(스텝 S6). 그 후, 전압 센서(7)는, 작업 대기 시간의 종료를 기다리고(스텝 S7), 배터리(2)의 AC 전압을 계측한다(스텝 S8). AC 전압의 계측에 대해서는, 직접 계측값을 실효 전압 또는 평균 전압으로 환산하고, 그 환산값을 계측값으로서 출력한다.
계측한 DC 전압 및 AC 전압은, 자기의 송신 지연 시간만을 기다리고, 무선 통신부(24)에 의해 무선으로 송신하고(스텝 S9), 콘트롤러(11)의 주콘트롤러(11A)가 무선으로 수신한다(스텝 S10). 주콘트롤러(11A)는, 수신한 DC 전압 및 AC 전압을, 전류 센서(8)의 계측값과 함께, 데이터 서버(13)에 LAN 등의 통신망(12)으로 송신한다(스텝 S11). 데이터 서버(13)는, 순서대로 송신되는 각 전압 센서(7) 등의 센서의 데이터를 수신하여 데이터 저장부(13d)에 저장한다(스텝 S12). 상기 무선 송신의 스텝(S9)으로부터 데이터 서버(13)에 의한 데이터 저장까지는, 전체 전압 센서(7)의 데이터 수신 및 저장이 종료할 때까지 행한다(스텝 S12에서 NO).
이 수신 및 저장의 종료(스텝 S12에서 YES) 후, 그 종료 신호의 데이터 서버(13)로부터 주콘트롤러(11A)로의 송신, 및 주콘트롤러(11A)의 전류 인가 제어 신호의 출력에 의해, 상기 계측용 전류 인가 수단(9)의 전류 인가를 오프(OFF)로 하고(스텝 S16), 데이터 서버(13)에서는 내부 저항 연산부(13a)에서 각 배터리(2)의 내부 저항을 연산한다(스텝 S13).
데이터 서버(13)의 판정부(13b)는, 연산된 내부 저항을, 적절하게 정해진 제1 임계값과 비교하여(스텝 S14), 제1 임계값보다 작은 경우에는, 배터리(2)가 정상인 것으로 판정한다(스텝 S15). 제1 임계값보다 작지 않은 경우에는, 또한 제2 임계값과 비교하여(스텝 S17), 제2 임계값보다 작은 경우, 주의를 환기하는 경보의 경고를 출력한다(스텝 S18). 제2 임계값보다 작지 않은 경우에는, 경고보다 강한 알리는 경보를 출력한다(스텝 S19). 상기 경보 및 경고는, 모니터(14)(도 6)로 표시한다. 상기 정상(正常)인 경우에는, 모니터(14)에 정상인 취지를 표시해도 되고, 또한 특별히 표시하지 않아도 된다. 상기 모니터(14)에 의한 경보 및 경고의 표시는, 예를 들면, 정해진 아이콘 등의 마크에 의해 행해도 되고, 소정 부위의 점등 등으로 행해도 된다. 이와 같이 하여, 비상용 전원(1)의 모든 배터리(2)의 열화 판정을 행한다. 그리고, 도 8은, 2단계의 열화 판정 및 경보의 표시 등의 예이다.
본 구성의 열화 판정 장치에 의하면, 상기한 바와 같이, 배터리(2)에 교류 성분을 부여하고 그 교류 성분의 전압을 전압 센서(7)로 계측한다. 이 계측값을 사용하여 각 배터리(2)의 내부 저항을 산출하고, 내부 저항으로부터 상기 배터리(2)의 열화를 판정한다. 이 때문에, 양호한 정밀도로 열화를 판정할 수 있다. 배터리(2)의 내부 저항은, 배터리(2)의 용량, 즉 열화의 정도와 밀접한 관계가 있고, 내부 저항을 알면, 배터리(2)의 열화를 양호한 정밀도로 판정할 수 있다. 또한, 열화 판정 대상의 전원(1)의 전체가 아닌, 각각의 배터리(2)의 열화를 판정하지만, 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 발생시키고, 배터리(2)의 내부 저항을 계측하여 열화 판정하는 구성이므로, 비교적 간단한 구성으로 계측할 수 있다.
본 실시형태에서는, 상기 전압 센서(7)는, 배터리(2)마다 설치되고, 무선 통신에 의해 데이터의 수취 및 전달을 행하는 구성이므로, 수십∼ 수백 개의 배터리(2)를 구비하는 비상용 전원(1)이라도, 각 배터리(2)에 대하여, 전기적으로 기준 전위(그라운드 레벨)를 신경쓸 필요가 없다. 이 때문에, 차동(差動) 연산이나 절연 트랜스포머가 필요없다. 또한, 이와 같은 복수 있는 각각의 전압 센서(7)의 계측값을 무선으로 송신하므로, 복잡한 배선이 필요없다. 그 반면, 무선 통신을 위해 전압 센서(7)에서의 전력 소비가 많아지고, 판정 대상의 배터리(2)의 전력을 전압 센서(7)의 구동에 사용하는 구성에서는, 전력 소비의 문제가 더 한층 커진다. 이 때문에, 이 실시형태에서의 전력 공급을 설정 시간만 차단하는 방전 처리부(32) 등을 설치한 것에 의한 전력 소비의 절감 효과가 더 한층 효과적이 된다.
또한, 이 실시형태에서는, 각 전압 센서(7)가 계측한 상기 계측값을, 실효값 또는 평균값으로 변환하여 송신하는 경우, 전압 파형의 신호를 보내는 경우와 비교하여 송신 데이터량이 비약적으로 적어지게 된다. 배터리(2)의 내부 저항의 산출은 실효값 또는 평균값으로 양호한 정밀도로 행할 수 있다. 이와 같은 변환부(29)를 가지는 경우에도, 이 변환부(29)를 구성하는 IC(예를 들면 CPU)의 전력 소비가 문제가 되고, 이 실시형태에서의 전력 공급을 설정 시간만 차단하는 방전 처리부(32) 등을 설치한 것에 의한 전력 소비의 절감 효과가 효과적이 된다.
상기 전압 센서(7)의 제어는, 상기한 바와 같이 계측 개시 명령 및 상기 계측 종료 명령을 사용하여 행하도록 했기 때문에, 다수 있는 각 전압 센서(7)에 의한 전압 계측을 적절한 타이밍으로 행할 수 있다.
또한, 배터리(2)의 내부 저항을 구하는 데 있어서, 전압의 계측만이라도, 전류를 일정값으로 가정하는 것 등을 행하여, 산출이 가능은 하지만, 배터리(2)에 실제로 흐르는 전류를 계측하고, 전압과 전류의 양쪽을 구함으로써, 내부 저항을 더한층 양호한 정밀도로 산출할 수 있다. 직렬로 배열된 각 배터리에 흐르는 전류는 동일하므로, 전류 센서(8)는 배터리 군(3)마다 1개 설치되어 있으면 족하다. 전류 센서(8)는 배터리(2)마다가 아닌 배터리 군(3)마다 설치되므로, 개수가 적고, 유선이라도 배선 상의 지장은 없다.
본 2차 전지의 열화 판정 장치에 의하면, 또한 다음 작용 효과가 얻어진다. 상기 콘트롤러(11)는, 상기 각 전압 센서(7)의 각 무선 통신부(24)에 계측 개시 명령을 송신하고, 이 명령에 의해 전압 센서(7)의 계측을 개시시키므로, 다수 존재하는 각 전압 센서(7)의 계측 개시 타이밍을 조정할 수 있다. 이 경우에, 상기 콘트롤러(11)는, 상기 각 전압 센서(7)에 계측 개시 명령을 동시에 시리얼 전송 또는 패럴렐 전송으로 송신하고, 각 전압 센서(7)는, 계측 개시 지연 시간 경과 후에 동시에 계측을 행한다. 계측 종료 후, 상기 콘트롤러(11)는, 순서대로 상기 각전압 센서(7)에 데이터 송신의 요구 명령을 송신하고, 명령을 받은 전압 센서(7)가 데이터를 송신하고, 이상을 반복함으로써, 데이터 통신을 행해도 된다. 본 발명에 있어서, 상기 콘트롤러(11)는, 데이터 송신 요구 명령의 송신으로부터 일정 시간 후에, 데이터 수신할 수 없었던 상기 전압 센서(7)에 대하여 재송신 요구를 행하도록 해도 된다.
다른 예로서, 각 전압 센서(7)마다 정해진 계측 개시 지연 시간만 경과 후에 계측을 행하도록 할 경우, 각 무선 통신부(24)에 동시에 계측 개시 명령을 송신해도, 다수 있는 각 전압 센서(7)의 계측을, 무선 송수신에 지장이 없도록 순서대로 행하고, 송신할 수 있다. 예를 들면, 송신 개시 명령은 글로벌 명령(global co㎜and)이며, 전압 센서(7)는 동시에 취득한다.
상기 콘트롤러(11)는, 상기 계측 개시 명령의 송신으로부터 일정 시간 후에, 데이터 수신할 수 없었던 상기 전압 센서(7)에 대하여 재송신 요구를 행한다. 어떠한 일시적인 송신의 장애 등에 의해, 일부의 전압 센서(7)의 무선 통신부(24)에서 계측 개시 명령을 수신할 수 없는 경우가 있다. 그러한 경우라도, 상기 재송신 요구를 행함으로써, 전압을 계측하여 송신할 수 있고, 전원의 모든 배터리(2)의 전압 계측값을 얻을 수 있다. 계측 개시 명령을 수신할 수 있었는 지의 여부는, 콘트롤러(11) 측에서, 전압의 계측값이 수신되었는 지의 여부를 판단함으로써 행하면 된다.
콘트롤러(11)는, 전술한 바와 같이 계측 개시 명령을 동시에 송신하지 않고 상기 각 전압 센서(7)의 무선 통신부(24)에 개별로 데이터 요구 명령을 송신하고, 순서대로 데이터를 수신하도록 해도 된다. 이 구성의 경우, 전압 센서(7) 측에 지연부(28)가 불필요하게 되어, 전압 센서(7) 측의 구성이 간소화된다. 상기 콘트롤러(11)는, 산출한 상기 내부 저항의 크기에 따라 복수 단계의 경보를 출력하므로, 배터리 교환의 필요성의 긴급도를 알 수 있어, 쓸데없는 배터리 교환을 행하지 않고, 보수의 계획이나 준비를 원활하게 또한 신속하게 행할 수 있다.
그리고, 상기 실시형태에서는, 전원(1)이 비상용 전원이며, 트리클 충전을 행하는 경우에 대하여 설명하였으나, 플로트 충전의 형식이 채용되는 전원이라도 된다. 또한, 비상용 전원으로 한정되지 않고, 2차 전지인 배터리(2)를 복수 개 직렬로 접속한 전원 일반에, 본 발명의 2차 전지의 열화 억제 장치를 적용할 수 있다.
이상, 도면을 참조하면서 실시형태에 기초하여 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태를 설명하였으나, 여기서 공개한 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아닌 청구의 범위에 의해 나타낸다. 당업자라면, 본건 명세서를 보고, 자명한 범위 내에서 각종 변경 및 수정을 용이하게 상정(想定)할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 변경 및 수정은, 청구의 범위로부터 정해지는 발명의 범위 내 또는 이와 균등한 범위 내의 것으로 해석된다.
1…전원
2…배터리
3…배터리 군
4…부하
5…주전원
5A, 5B…단자
6…충전 회로
7…전압 센서(개별 열화 억제 장치)
7A…회로 기판
8…전류 센서
9…계측용 전류 인가 수단
11…콘트롤러
11A…주콘트롤러
11a…수신부
11b…전송부
11c…명령 송신부
11d…대기부
11e…전류 인가 제어부
12…통신망
13…데이터 서버
13a…내부 저항 연산부
13b…판정부
14…모니터
15…다이오드
20…계측·제어부
21…전압 계측부
21A…회로 소자
22…방전 관리부
23…연산 제어부
24…무선 통신부
25…교류 전압 계측부
26…직류 전압 계측부
27…제어부
28…지연부
29…변환부
30…방전부
31…비교부
32…방전 처리부
33…횟수 관리부
33a…주전원 스위치
35…방전 회로
36…전류 제한 저항
37…스위치
38…케이블

Claims (11)

  1. 각각 2차 전지인 복수의 배터리가 직렬로 접속된 전원의 상기 배터리의 열화를 억제하는 2차 전지의 열화 억제 장치로서,
    각각의 상기 배터리에 접속되는 복수의 개별 열화 억제 장치를 포함하고,
    각각의 상기 개별 열화 억제 장치는, 상기 배터리의 단자간의 직류 전압을 계측하는 전압 계측부와, 상기 전압 계측부에서 계측된 전압을 임계값과 비교하여 높은지의 여부를 판정하는 비교부와, 상기 비교부에 의해 높은 것으로 판정되면 상기 배터리를 방전시키는 방전부를 포함하는,
    2차 전지의 열화 억제 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전부는, 상기 배터리와 병렬로 접속된, 전류 제한 저항과 스위치의 직렬 회로로 이루어지는 방전 회로와, 상기 방전 회로를 제어하는 방전 관리부로 이루어지고,
    상기 방전 관리부는, 상기 비교부와, 상기 비교부에 의해 상기 계측된 전압이 상기 임계값보다 높은 것으로 판정되면 상기 스위치를 ON으로 하고, 설정 시간 후에 상기 스위치를 OFF로 하는 방전 처리부를 포함하는, 2차 전지의 열화 억제 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방전부는, 상기 배터리와 병렬로 접속된, 전류 제한 저항과 스위치의 직렬 회로로 이루어지는 방전 회로와, 상기 방전 회로를 제어하는 방전 관리부로 이루어지고,
    상기 방전 관리부는, 상기 비교부에 의해 상기 계측된 전압이 상기 임계값보다 높은 것으로 판정되면, 상기 스위치를 ON으로 하여 상기 배터리와 상기 전류 제한 저항을 접속하고, 상기 스위치를 ON으로 하는 동안 일정 간격으로 일시적으로 상기 스위치를 OFF로 하여, 상기 전압 계측부에 의한 전압 계측 및 상기 비교부에 의한 비교를 재차 행하게 하고,
    이 때, 상기 비교부에서 상기 계측된 전압이 상기 임계값보다 낮은 것으로 판정되면 상기 스위치의 OFF 상태를 유지하고, 또한 상기 비교부에서 상기 계측된 전압이 상기 임계값보다 높은 것으로 판정되면, 재차, 상기 스위치를 ON으로 하여 상기 일정 간격의 일시적인 OFF, 상기 전압 계측, 상기 비교의 각 과정을 반복하는 방전 처리부를 포함하는, 2차 전지의 열화 억제 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방전 처리부의 상기 각 과정의 반복에 의해 상기 스위치를 ON으로 하는 방전 횟수를 계측하고, 상기 방전 횟수가 설정값에 도달하면 경고 수단에 경고를 행하게 하는 횟수 관리부를 더 포함하는 2차 전지의 열화 억제 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방전부는, 상기 배터리와 병렬로 접속된, 상기 전류 제한 저항과 상기 스위치의 직렬 회로로 이루어지는 상기 방전 회로를 포함하고, 상기 전류 제한 저항과 상기 스위치는, 상기 전압 계측부와 동일한 회로 기판 상에 실장(實裝)되어 있는, 2차 전지의 열화 억제 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방전부는, 상기 배터리와 병렬로 접속된, 상기 전류 제한 저항과 상기 스위치의 직렬 회로로 이루어지는 상기 방전 회로를 포함하고, 상기 방전 회로와 상기 전압 계측부의 상기 배터리에 접속되는 회로는 동일한 케이블에 접속되는, 2차 전지의 열화 억제 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 계측부는, 상기 배터리의 단자간에 인가된 교류 성분의 전압을 계측하는 기능을 가지는 구성인, 2차 전지의 열화 억제 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전압 계측부에서 계측된 상기 교류 성분의 전압을 무선으로 송신하는 무선 통신부를 포함하는 2차 전지의 열화 억제 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비교부는, 상기 각각의 개별 열화 억제 장치의 상기 전압 계측부에서 계측한 전체 배터리의 직류 전압의 평균값을 계산하고, 상기 평균값에 설정된 가산값을 더하여 상기 임계값으로 하는, 2차 전지의 열화 억제 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리의 복수가 직렬로 접속된 배터리 군에 교류 성분을 가지는 전류를 인가하는 계측용 전류 인가 수단과, 상기 전압 계측부에서 계측된 상기 교류 성분의 전압으로부터 상기 배터리의 내부 저항을 연산하는 내부 저항 연산부와, 상기 내부 저항 연산부에서 연산된 내부 저항으로부터 상기 배터리의 열화를 판정하는 판정부를 더 포함하는 2차 전지의 열화 억제 장치.
  11. 2차 전지인 배터리의 열화를 억제하는 2차 전지의 개별 열화 억제 장치로서,
    상기 배터리의 단자간의 직류 전압을 계측하는 전압 계측부와,
    상기 전압 계측부에서 계측된 전압을 임계값과 비교하여 높은지의 여부를 판정하는 비교부와,
    상기 비교부에 의해 높은 것으로 판정되면 상기 배터리를 방전시키는 방전부
    를 포함하고,
    상기 방전부는, 상기 배터리와 병렬로 접속된 전류 제한 저항과 스위치의 직렬 회로로 이루어지는 방전 회로와, 상기 방전 회로를 제어하는 방전 관리부로 이루어지고, 상기 방전 관리부는, 상기 비교부와, 상기 비교부에 의해 높은 것으로 판정되면 상기 스위치를 ON으로 하여 방전시키고, 정해진 방전의 조건이 충족되면 방전의 처리를 정지하는 방전 처리부를 포함하는,
    2차 전지의 개별 열화 억제 장치.
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