KR20190013813A - 2차전지의 열화 판정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 데이터 센터 또는 휴대 전화 기지국 등의 복수 개의 배터리가 직렬 접속된 배터리 군이 복수 병렬로 접속된 비상용 전원에 있어서의 각 배터리의 열화를 양호한 정밀도로 판정할 수 있고, 또한 간소하며 저가로 제조 가능한 2차전지의 열화 판정 장치를 제공한다. 각 배터리(2)에 접속된 복수 개의 전압 센서(7)와, 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 배터리 군(3)마다 인가하는 계측용 전류 인가 장치(9)와, 컨트롤러(11)를 포함한다. 각 전압 센서(7)에 교류 성분의 전압 계측값을 무선으로 송신하는 센서별 무선 통신 수단(10)을 설치한다. 배터리 군(3)의 병렬 접속체 (3B)에 대하여 하나의 전류 센서(8)를 설치한다. 컨트롤러(11)는, 센서별 무선 통신 수단(10)의 송신한 계측값을 수신하고, 그 계측값과 전류 센서(8)의 검출값을 이용하여 각 배터리(2)의 내부 저항을 산출하고, 내부 저항으로부터 배터리(2)의 열화를 판정한다.

Description

2차전지의 열화 판정 장치
본 출원은, 2016년 6월 2일에 출원된 일본특허출원 2016-110656의 우선권을 주장하는 것이고, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.
본 발명은, 데이터 센터, 휴대 전화 기지국, 또는 그 외 각종 전력 안정 공급이 요구되는 전원 장치에 있어서의 비상용 전원 등에 사용되는 2차전지의 열화를 판정하는 열화 판정 장치에 관한 것이다.
데이터 센터 및 휴대 전화 기지국 등에서는 전력의 안정 공급이 중요하여, 정상 시에는 교류 상용 전원이 이용되지만, 교류 상용 전원이 정지된 경우의 무정전 전원 장치(UPS)로서, 2차전지를 이용한 비상용 전원이 장비된다. 비상용 전원의 충전 방식으로서는, 충전 회로를 사용하여 정상 시에 미소 전류로 충전하는 트리클 충전(trickle charge)의 형식과, 정류기에 대하여 부하와 2차전지를 병렬로 접속하고, 일정 전류를 인가하여 부하를 운전시키면서 충전하는 플로트 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 2차전지(배터리)의 전압은 낮고, 또한 용량도 작으므로, 복수 개의 배터리가 직렬 접속된 배터리 군을 복수 병렬로 접속한 구성으로 된다. 개개의 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 전화 기지국 등이 대규모인 비상용 전원에 있어서의 다수의 배터리를 양호한 정밀도로 열화 판정할 수 있는 장치는, 제안되는 데에 이르고 있지 않다.
종래의 배터리 열화 판정의 제안예로서는, 차량용 배터리 체커로서, 배터리 전체를 모아 계측하는 제안(예를 들면, 특허문헌 1), 배터리에 펄스형 전압을 인가하고, 입력 전압이라고 응답 전압과로부터 배터리 전체의 내부 임피던스를 산출하는 제안 (예를 들면, 특허문헌 2), 배터리에 있어서의 직렬 접속된 개개의 셀의 내부 저항을 계측하고, 열화 판정하는 방법(예를 들면, 특허문헌 3) 등이 제안되고 있다. 또한, 배터리의 내부 저항 등의 매우 작은 저항값을 계측하는 핸디 체커로서, 교류 4단자법 배터리 테스터가 상품화되고 있다(예를 들면, 비특허문헌 1).
상기 특허문헌 1, 특허문헌 2에서는, 무선에 의한 데이터 송신도 제안되므로, 케이블의 처리나 수작업의 삭감, 컴퓨터에 의한 데이터 관리도 제안되고 있다.
일본공개특허 평10-170615호 공보 일본공개특허 제2005-100969호 공보 일본공개특허 제2010-164441호 공보
교류 4단자법 배터리 테스터 내부 저항 계측기 IW7807-BP(Rev.1.7.1, 2015년 2월 16일, 도쿄 디바이시즈)(https://tokyodevices. jp/system/attachments/files/000/000/298/original/IW7807-BP-F_MANUAL.pdf)
종래의 상기 핸디 체커(비특허문헌 1)는, 배터리가 수십, 수백으로 접속된 비상용 전원에서는, 계측 개소가 지나치게 많아져 실현성이 없다. 특허문헌 1, 특허문헌 2의 기술은, 모두, 배터리로 이루어지는 전원의 전체를 계측하는 것이며, 개개의 배터리, 즉 개개의 셀의 계측을 행하는 것은 아니다. 그러므로, 열화 판정의 정밀도가 낮고, 또한 열화된 개개의 배터리를 특정할 수 없다.
특허문헌 3의 기술은, 직렬 접속된 개개의 셀의 내부 저항을 계측하는 것은, 열화 판정의 정밀도 향상, 및 열화된 개개의 배터리를 특정하는 기술에 연결된다. 그러나, 각 전압 센서의 기준 전위(그라운드 레벨)는, 각 셀의 마이너스 단자 전위로 된다. 따라서, 그대로는 수십∼수백 개의 배터리가 직접 접속된 배터리 군의 각 배터리의 기준 전위가 모두 상이하다. 이 기준 전위의 상이에 대한 대처는, 특허문헌 3에는 개시되어 있지 않다. 일반적으로는, 개개의 셀 전위를 취득하기 위해서는, 차동 연산으로 전위차를 검출하거나, 절연 트랜스를 사용할 필요가 있어, 복잡하고 고가의 구성으로 된다.
이들 과제를 해소하는 것으로서, 도 10에 나타내는 2차전지의 열화 판정 장치를 먼저 제안하였다(일본특허출원 제2016-032945호). 즉, 각각 2차전지인 배터리(2)의 복수 개가 직렬 접속된 배터리 군(3)이 복수 병렬로 접속된 전원(1)에 있어서의 상기 각 배터리(2)의 열화를 판정하는 2차전지의 열화 판정 장치로서, 상기 각 배터리(2)에 개별로 접속된 복수 개의 전압 센서(7)와, 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 상기 배터리 군(3)마다 인가하는 계측용 전류 인가 장치(9)와, 상기 각 전압 센서(7)에 설치되어 계측된 교류 성분의 전압 계측값을 무선으로 송신하는 센서별 무선 통신 수단(10)과, 상기 각 센서별 무선 통신 수단(10)이 송신한 상기 계측값을 수신하고, 이 수신한 계측값을 이용하여 각 배터리(2)의 내부 저항을 산출하고, 내부 저항으로부터 상기 배터리(2)의 열화를 판정하는 컨트롤러(11)를 포함한다. 그리고, 도 10에 있어서, 후술하는 실시형태와 대응하는 부분은 동일한 부호를 붙이고 있다.
상기 구성에 의하면, 전압 센서(7)의 계측값을 무선으로 컨트롤러(11)에 송신한다. 이와 같이 무선으로 송신하기 때문에, 배터리 군(3)을 구성하는 직렬로 접속된 배터리(2)가 복수여도, 예를 들면 수십∼수백이어도 개개의 전압 센서(7)의 기준 전위(그라운드 레벨)를 모두 공통화할 수 있고, 기준 전위를 걱정할 필요가 없다. 그러므로, 차동 연산이나 절연 트랜스가 필요하지 않다. 또한, 복수의 전압 센서 개개의 계측값을 무선으로 송신하기 때문에, 복잡한 배선이 필요하지 않다. 이들에 의해, 간단하고 저렴한 구성으로 할 수 있다. 또한, 열화 판정 대상의 전원(1)의 전체가 아니라, 개개의 배터리(2)의 열화를 판정하기 때문에, 배터리(2)의 열화를 양호한 정밀도로 판정할 수 있다.
그러나, 배터리(2)를 직렬로 접속한 배터리 군(3)마다 전류 센서(8)를 설치하고 있고, 그 때문에 전류 센서(8)의 개수가 많아, 구성이 복잡하고 고가로 된다. 이 전류 센서(8)의 개수를 줄이는 것에 의해, 보다 간소하고 저렴한 구성로 할 여지가 있다.
본 발명의 목적은, 각각 2차전지인 배터리의 복수 개가 직렬 접속된 배터리 군이 복수 병렬로 접속된 전원에 있어서의 상기 각 배터리의 열화를 양호한 정밀도로 판정할 수 있고, 또한 보다 간소하고 저가로 제조 가능한 2차전지의 열화 판정 장치를 제공하는 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 이해를 용이하게 하기 위해, 편의상 실시형태의 부호를 참조하여 설명한다.
본 발명의 2차전지 열화 판정 장치는, 각각 2차전지인 배터리(2)의 복수 개가 직렬 접속된 배터리 군(3)이 복수 병렬로 접속된 전원(1)에 있어서의 상기 각 배터리(2)의 열화를 판정하는 2차전지의 열화 판정 장치로서,
상기 각 배터리(2)에 개별로 접속된 복수 개의 전압 센서(7)와,
상기 배터리 군(3)이 복수 병렬로 접속된 병렬 접속체(3B)에 대하여 하나 설치되어 상기 병렬 접속체(3B)의 전체에 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서(8)와,
교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 상기 배터리 군(3)마다 인가하는 계측용 전류 인가 장치(9)와,
상기 각 전압 센서(7)에 설치되고, 계측된 교류 성분의 전압 계측값을 무선으로 송신하는 센서별 무선 통신 수단(10)과,
상기 각 센서별 무선 통신 수단(10)의 송신한 상기 계측값을 수신하고, 이 수신한 계측값과 상기 전류 센서(8)의 계측값을 이용하여 각 배터리(2)의 내부 저항을 산출하고, 내부 저항으로부터 상기 배터리(2)의 열화를 판정하는 컨트롤러(11)를 포함한다.
그리고, 본 명세서에서 말하는 교류 성분은, 전압의 크기가 반복하여 변화되는 성분이고, 전압의 방향이 항상 일정해도 되고, 예를 들면 리플 전류나 펄스 전류라도 된다. 상기 「배터리」는, 복수의 셀이 직렬 접속된 것이어도 되고, 셀 단독이어도 된다. 또한, 상기 「컨트롤러」는, 단체(單體)에 한정되지 않고, 예를 들면, 상기 계측값을 수신하는 수단을 구비한 메인 컨트롤러(11A)와, 이 메인 컨트롤러(11A)에 LAN 등의 통신 수단(12)을 통하여 접속되어 상기 각 배터리(2)의 내부 저항을 산출하는 데이터 서버(13) 등의 정보 처리 장치로 나뉘어 있어도 된다.
상기 구성에 의하면, 전압 센서(7)의 계측값을 무선으로 컨트롤러(11)에 송신한다. 배터리 군(3)을 구성하는 직렬로 접속된 배터리(2)가 복수여도, 예를 들면 수십∼수백이어도, 무선으로 송신하기 때문에, 개개의 전압 센서(7)의 기준 전위(그라운드 레벨)를 모두 공통화할 수 있어, 기준 전위를 걱정할 필요가 없다. 그러므로, 차동 연산이나 절연 트랜스가 필요하지 않다. 또한, 복수의 전압 센서 개개의 계측값을 무선으로 송신하기 때문에, 복잡한 배선이 필요하지 않다. 이들에 의해, 무선 통신 저렴한 구성으로 할 수 있다.
또한, 열화 판정 대상의 전원(1)의 전체가 아니고, 개개의 배터리(2)의 열화를 판정하게 하고, 또한 그 판정에 대해서는, 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 인가하고, 송신한 상기 전압의 계측값과 상기 전류 센서(8)의 계측값을 이용하여 각 배터리(2)의 내부 저항을 산출하고, 내부 저항으로부터 상기 배터리(2)의 열화를 판정하기 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.
내부 저항의 산출에 대하여, 전압의 계측만이라도, 전류를 일정값으로 가정하는 것 등으로 내부 저항의 산출이 가능하지만, 배터리(2)에 실제로 흐르는 전류를 계측하고, 전압과 전류의 양쪽을 구함으로써, 내부 저항을 보다 한층 양호한 정밀도로 산출할 수 있다. 이 전류의 계측에 대하여, 전류 센서(8)를 하나로 하고, 배터리 군(3)의 병렬 접속체(3B)의 전체에 흐르는 전류를 검출하도록 해도, 각 배터리(2)의 내부 저항을 구하는 데 대하여, 개개의 배터리 군(3)마다 전류 센서(8)를 설치한 경우와, 실용상에서 거의 차이가 생기지 않는다고 생각할 수 있다. 그러므로, 전류 센서(8)는, 배터리 군(3)의 병렬 접속체(3B)마다 1개로 함으로써, 열화 검출의 정밀도를 유지하면서, 전류 센서(8)의 사용수의 삭감에 의한 구성의 간소화 및 저비용화를 도모할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 예를 들면 상기 계측용 전류 인가 장치(9)가 방전 회로로 구성되어 전류 제한 저항(26)(도 7)을 이용하는 경우, 전류 제한 저항(26)은, 배터리(2)의 내부 저항에 비하여 충분히 크기 때문에, 배터리 내부 저항이 열화에 의해 변화되어도 전류값으로의 영향은 거의 없다. 그러므로, 복수 개의 배터리 군(3)이 병렬 접속되어 있어도, 전류값을 방전 회로[계측용 전류 인가 장치(9)]의 위치에서 측정하고, 배터리 군(3)의 병렬 개수로 나눈 값을 개개의 배터리(2)의 측정용 전류로 할 수 있다. 예를 들면, 전류 제한 저항(26)을 20∼30Ω로 한 경우, 배터리 내부 저항은 수m∼10mΩ 정도이기 때문에, 10mΩ로서 150개 직렬 접속으로 1.5Ω이다. 3병렬이면 0.5Ω로 되고, 전류 제한 저항(26)에 비해 작다. 여기에서 10%의 저항이 열화에 의해 내부 저항이 2배로 되었다고 해도 0.55Ω이고, 총 임피던스는 20.5Ω가 20.55Ω로 되는 정도이며, 측정용 전류로의 영향은 작다. 그러므로, 전류 센서(8)를 공통으로 해도 된다.
본 발명에 있어서, 상기 배터리 군(3)이 복수 직렬로 접속되어 직렬 접속체(3A)를 이루고,
상기 직렬 접속체(3A)가 복수 병렬로 접속되고, 복수의 상기 직렬 접속체(3A) 사이에서, 서로 대응하는 개개의 상기 배터리 군(3) 사이의 부위(a)가 서로 접속되어 있고,
복수의 상기 직렬 접속체(3A) 사이에서, 서로 병렬 접속되어 있는 배터리 군(3)끼리 상기 병렬 접속체(3B)를 이루고, 이 하나의 병렬 접속체(3B)마다 상기 전류 센서(8)가 설치되어 있어도 된다.
상기 전원(1)이 데이터 센터의 비상용 전원 등인 경우, 전원(1)의 전체에서의 배터리의 각 직렬 접속체의 전압은, 예를 들면 300V를 넘는 높은 전압으로 된다. 그러므로, 상기 전원(1)의 전체에 대하여 계측용 전류 인가 장치(9), 예를 들면 방전 회로를 설치하면, 측정 전류를 인가하기 위한 파워 소자인 스위칭 소자(27)에 내압이 높은 것이 필요하다. 그러나, 상기한 바와 같이 배터리(2)의 직렬 접속체를 직렬 방향으로 복수로 분할된 구성으로 함으로써, 상기 방전 회로에 있어서의 측정 전류 인가용 파워 소자인 상기 스위칭 소자(27)에, 내압이 낮은 것이 사용할 수 있다. 이와 같은 배터리(2)의 직렬 접속체를 직렬 방향으로 복수로 분할된 구성으로 한 경우에는, 그 분할된 직렬 접속 접속체(3A)의 병렬 접속체(3B)마다 전류 센서(8)를 설치함으로써, 배터리(2)의 내부 저항의 계산 위한 전류값이 적절하게 얻어진다.
본 발명에 있어서, 상기 계측용 전류 인가 장치(9)(예를 들면, 방전 회로)와, 상기 전류 센서(8)가 상기 컨트롤러(11)에 내장되어 있어도 된다. 이에 의해, 상기 열화 판정 장치의 구성이 보다 한층 간소화되어, 보다 한층 컴팩트화된다.
이 경우에, 또는 본 발명의 상기 어느 하나의 구성인 경우에, 상기 전류 센서(8)가 상기 계측용 전류 인가 장치(9)와 동일한 배선용 기판(31)에 실장되어 있어도 된다. 이에 의해, 상기 열화 판정 장치의 구성이 보다 간소화되어, 보다 한층 컴팩트화된다.
본 발명에 있어서, 상기 계측용 전류 인가 장치가 방전 회로라도 된다. 본 구성의 경우, 계측용으로 별도 상용 전원을 이용하지 않고, 열화 판정 대상의 전원(1)을 방전하는 회로에 유입하는 전류를 이용하고, 계측용(예를 들면, 교류의) 전류를 생성한다. 그러므로, 계측용 전류 인가 장치(9)가 간소화된다. 상기 방전 회로는, 예를 들면 상기 배터리 군(3)과 병렬로 접속된 전류 제한 저항(26)과 스위칭 소자(27)의 직렬 회로로 이루어지는 방전 회로이고, 이 방전 회로를 흐르는 전류가 펄스형 내지 정현파형의 전류로 되도록 상기 스위칭 소자(27)를 개폐 구동하는 전류 인가 제어부(11e)를 구비하고 있어도 된다.
본 발명에 있어서, 상기 각 전압 센서(7)는 계측한 상기 계측값을, 디지털 신호로 표시되는 실효값 또는 평균값으로 변환하는 변환부(7bc)를 구비하고, 상기 센서별 무선 통신 수단(10)은, 계측값으로서 상기 변환부(7bc)로 변환된 실효값 또는 평균값을 송신하도록 해도 된다. 배터리(2)의 내부 저항의 산출은 실효값 또는 평균값에서 양호한 정밀도로 행할 수 있다. 또한, 전압 센서(7)의 계측값을 실효값 또는 평균값으로 송신하면, 전압 파형의 신호를 송신하는 경우에 비하여 비약적으로 송신 데이터량이 적어지게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 컨트롤러(11)는, 상기 각 전압 센서(7)의 상기 계측값과 이 전압 센서(7)가 설치된 상기 전류 센서(8)의 계측값으로부터 상기 각 배터리(2)의 내부 저항을 연산하는 내부 저항 연산부(13a), 및 이 내부 저항 연산부(13a)의 연산 결과로부터 상기 각 배터리(2)의 열화를 판정하는 판정부(13b)를 가지도록 해도 된다. 본 구성에 의해, 배터리(2)의 열화를 양호한 정밀도로 간단하게 판정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 다음의 각 구성을 갖추고 있어도 된다. 예를 들면, 상기 각 센서별 무선 통신 수단(10)은, 커맨드를 수신하여 전압 센서(7)의 센서 기능부(7a)에 상기 커맨드에 대응하는 지령을 주는 기능을 가지고, 상기 컨트롤러(11)는, 상기 각 센서별 무선 통신 수단(10)에 상기 커맨드를 송신하는 기능을 가지도록 해도 된다.
또한, 상기 컨트롤러(11)는, 상기 커맨드로서 상기 각 센서별 무선 통신 수단(10)에 계측 개시 커맨드를 송신하도록 해도 된다. 이 경우, 센서별 무선 통신 수단(10)은 계측 개시 커맨드를 받아, 전압 센서의 계측을 개시시킨다. 이와 같이, 컨트롤러(11)로부터 각 센서별 무선 통신 수단(10)에 계측 개시 커맨드를 송신함으로써, 각 전압 센서(7)의 계측 타이밍을 정리할 수 있다.
이 경우에, 상기 컨트롤러(11)는, 상기 각 전압 센서(7)에 계측 개시 커맨드를 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 컨트롤러(11)는, 순서대로 상기 각 전압 센서(7)에 데이터 송신의 요구 커맨드를 송신하고, 커맨드를 받은 전압 센서(7)가 데이터를 송신하고, 이상을 반복함으로써, 데이터 통신을 행해도 된다. 본 발명에 있어서, 상기 컨트롤러(11)는, 데이터 송신 요구 커맨드의 송신으로부터 일정 시간 후에, 데이터 수신할 수 없었던 상기 전압 센서(7)에 대하여 재송신 요구를 행하도록 해도 된다. 다른 예로서, 상기 컨트롤러(11)는, 상기 각 전압 센서(7)에 계측 개시 커맨드를 동시에 시리얼 전송 또는 패럴렐 전송으로 송신하고, 각 전압 센서(7)는, 전압 센서마다 정해진 계측 개시 지연 시간만큼 경과 후에 계측을 행하고, 계측한 데이터를 설정된 순서로 순차 송신하도록 해도 된다.
이와 같이, 각 전압 센서(7)가 전압 센서마다 정해진 계측 개시 지연 시간만큼 경과 후에 계측을 행하도록 함으로써, 각 센서별 무선 통신 수단(10)으로 동시에 계측 개시 커맨드를 송신해도, 다수 있는 각 전압 센서(7)의 계측을 송신에 지장이 없도록 순서대로 행하여 송신할 수 있다. 그리고, 각 전압 센서(7)의 계측을 동시에 행하고, 송신 지연 시간을 전압 센서(7)마다 설정해 두고, 송신에 대해서는 버퍼 등에서 기억해 두고 순차 행하도록 해도 된다. 이에 의해, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 순서대로 계측하도록 한 경우에는, 송신 대기용의 데이터 기억 수단이 불필요해진다.
본 발명에 있어서, 상기 컨트롤러(11)는, 상기 계측 개시 커맨드의 송신으로부터 일정 시간 후에, 데이터 수신할 수 없었던 상기 전압 센서(7)에 대하여 재송신 요구를 행하도록 해도 된다. 어떠한 일시적인 송신의 장해 등에 의해, 일부의 전압 센서(7)의 센서별 무선 통신 수단(10)으로 계측 개시 커맨드를 수신할 수 없는 경우가 있다. 그와 같은 경우라도, 상기 재송신 요구를 행함으로써 송신할 수 있고, 전원의 모든 배터리(2)의 전압 계측값을 얻을 수 있다. 계측 개시 커맨드를 수신할 수 있었는지의 여부는, 컨트롤러(11) 측에서 전압의 계측값이 수신되었는지의 여부를 판단함으로써 행하면 된다.
본 발명에 있어서, 컨트롤러(11)는 상기와 같이 계측 개시 커맨드를 동시에 송신하는 것이 아니고, 상기 컨트롤러(11)는 상기 각 전압 센서(7)의 센서별 무선 통신 수단(10)에 개별로 계측 개시 커맨드를 송신하고, 순서대로 데이터를 수신하도록 해도 된다. 상기 계측 개시 커맨드는 데이터 요구 커맨드여도 된다. 이 구성의 경우, 전압 센서 측에 지연 수단이 불필요해지므로, 전압 센서 측의 구성이 간소화된다.
본 발명에 있어서, 상기 컨트롤러(11)는, 산출한 상기 내부 저항의 크기에 따라서 복수 단계의 경보를 출력하는 판정부(13b)를 가지도록 해도 된다. 내부 저항의 크기에 따른 복수 단계의 경보가 출력되면, 배터리 교환의 필요성의 긴급도를 알 수 있고, 쓸데없는 배터리 교환을 행하지 않고, 보수의 계획이나 준비를 원활하면서 또한 신속하게 행할 수 있다.
청구의 범위 및/또는 명세서 및/또는 도면에 개시된 적어도 2개의 구성의 어떤 조합도 본 발명에 포함된다. 특히, 청구의 범위의 각 청구항의 2개 이상의 어떠한 조합도 본 발명에 포함된다.
본 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 호적한 실시형태의 설명으로부터, 보다 명료하게 이해될 것이다. 그러나, 실시형태 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정하기 위해 이용되어야 하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수의 도면에 있어서의 동일한 부호는, 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.
[도 1] 본 발명의 제1 실시형태에 관한 2차전지의 열화 판정 장치의 회로도이다.
[도 2] 본 발명의 제1 실시형태에 관한 2차전지의 열화 판정 장치에 있어서의 전압 센서와 컨트롤러의 개념 구성을 나타낸 블록도이다.
[도 3] 본 발명의 제1 실시형태에 관한 2차전지의 열화 판정 장치의 동작예를 나타낸 플로차트다.
[도 4] 본 발명의 제1 실시형태에 관한 2차전지의 열화 판정 장치의 변형예에서의 컨트롤러와 전류 센서 등의 관계를 나타낸 블록도이다.
[도 5] 본 발명의 제1 실시형태에 관한 2차전지의 열화 판정 장치의 변형예에서의 컨트롤러와 배선용 기판과 전류 센서 등의 관계를 나타낸 블록도이다.
[도 6] 본 발명의 다른 실시형태에 관한 2차전지의 열화 판정 장치의 회로도이다.
[도 7] 본 발명의 다른 실시형태의 일부를 변경한 변형예에 관한 2차전지의 열화 판정 장치의 회로도이다.
[도 8] 본 발명의 또 다른 실시형태에 관한 2차전지의 열화 판정 장치의 회로도이다.
[도 9] 본 발명의 또 다른 실시형태에 관한 2차전지의 열화 판정 장치의 회로도이다.
[도 10] 제안예에 관한 2차전지의 열화 판정 장치의 회로도이다.
본 발명의 2차전지 열화 판정 장치의 제1 실시형태를 도 1 내지 도 3과 함께 설명한다. 도 1에 있어서, 열화 판정 대상의 전원(1)은 데이터 센터, 휴대 전화 기지국, 또는 그 외의 각종 전력 안정 공급이 요구되는 전원 장치의 비상용 전원이다. 상기 전원(1)은, 각각 2차전지인 배터리(2)의 복수가 직렬 접속된 배터리 군(3)을 복수 가지고, 이들 배터리 군(3)이 병렬로 접속되어 후술하는 병렬 접속체(3B)를 구성하여 부하(4)에 접속된다. 각 배터리(2)는 하나의 셀이어도 되고, 또한 복수의 셀이 직렬 접속된 배터리여도 된다.
상기 비상용 전원(1)은, 부하(4)의 양음의 단자에 접속된 주전원(5)의 양음의 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 등으로 이루어진다.
비상용 전원(1)의 양전위는 주전원(5)의 양전위보다 낮고, 통상은 부하(4)에는 흐르지 않지만, 주전원(5)이 정지 또는 기능 저하되면, 주전원(5) 측의 전위가 저하되므로, 비상용 전원(1)에 축전된 전하에 의해, 다이오드(15)를 통하여 부하(4)에 급전된다. 그리고, 상기한 바와 같이 충전 회로(6)를 접속한 충전 형식은, 트리클 충전 형식으로 불린다.
본 2차전지의 열화 판정 장치는, 이와 같은 전원(1)에 있어서의 각 배터리(2)의 열화를 판정하는 장치이다. 상기 2차전지의 열화 판정 장치는, 상기 각 배터리(2)에 개별로 접속된 복수 개의 전압 센서(7)와, 각 배터리 군(3)의 병렬 접속체(3B)인 전원(1)에 접속된 하나의 전류 센서(8)와, 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 상기 배터리 군(3)에 인가하는 계측용 전류 인가 장치(9)와, 각 전압 센서(7)에 설치되고, 계측된 교류 성분의 전압 계측값을 무선으로 송신하는 센서별 무선 통신 수단(10)과, 상기 각 센서별 무선 통신 수단(10)가 송신한 상기 계측값을 수신하고, 이 수신한 계측값을 이용하여 각 배터리(2)의 내부 저항을 산출하고, 내부 저항으로부터 상기 배터리(2)의 열화를 판정하는 컨트롤러(11)를 포함한다.
상기 계측용 전류 인가 장치(9)는, 전원(1)의 배터리 군(3)에 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 인가하기 위한 충전 장치 또는 배터리 군(3)을 방전시킴으로써 해당 계측용 전류 인가를 실현하는 방전 장치로 이루어진다. 계측용 전류 인가 장치(9)는 배터리 군(3)의 양음의 단자단(teminal ends)에 접속되고, 펄스형 내지 정현파형으로 변화되는 교류 성분을 가지는 전류, 예를 들면 리플 전류를 전원(1)에 준다. 계측용 전류 인가 장치(9)의 양의 단자단과 배터리 군(3)의 양의 단자단 사이에, 전류 센서(8)가 개재하고 있다.
전압 센서(7)는 전압의 교류 성분과 직류 성분의 검출을 하는 센서이고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 센서 기능부(7a)와 연산 처리부(7b)를 갖는다. 센서 기능부(7a)는 전압 검출 소자 등으로 이루어진다. 연산 처리부(7b)는, 주어진 커맨드를 실행하는 제어부(7ba)와, 커맨드에 대하여 센서 기능부(7a)의 계측의 개시를, 정해진 시간만큼 지연시키는 지연부(7bb)와, 상기 센서 기능부(7a)에서 검출한 교류 전압의 아날로그 검출값을 디지털 신호에 의한 실효값 또는 평균값으로 변환하는 변환부(7bc)가 형성되어 있다. 전압 센서(7)는, 이 외에 직류 전압을 검출하는 직류 검출부(7c)를 가지고, 직류 검출부(7c)에서 검출한 직류 성분의 검출값도 상기 센서별 무선 통신 수단(10)으로부터 송신된다. 그리고, 직류 검출부(7c)는 센서 기능부(7a)가 겸하도록 해도 된다. 또한, 각 전압 센서(7)는 상기 지연부(7bb)에 의해, 또는 다른 수단에 의해, 미리 송신 순서가 송신 지연 시간으로 설정되어 있고, 계측값을 각 전압 센서(7)로부터 시간 다중으로 송신되도록, 설정된 순서로 송신 지연 시간 후에 순차 송신한다.
또한, 본 실시형태에서는, 배터리(2)의 주위 온도나 배터리의 온도를 계측하는 온도 센서(18)가 설치되고, 적어도 전압 센서(7)와, 온도 센서(18)로 센서 유닛(17)을 구성하고 있다. 온도 센서(18)의 검출 온도는, 전압 센서(7)의 상기 실효값 또는 평균값에 의한 전압 계측값과 함께, 센서별 무선 통신 수단(10)으로 컨트롤러(11)에 송신된다.
상기 컨트롤러(11)는, 본 실시형태에서는 메인 컨트롤러(11A)에 통신망(12)을 통하여 데이터 서버(13) 및 모니터(14)를 접속하여 이루어진다. 통신망(12)은, 본 실시형태에서는 LAN로 이루어지고, 허브(12a)(도 1)를 가지고 있다. 통신망(12)은 광역 통신망이어도 된다. 데이터 서버(13)는, 상기 통신망(12)이나 다른 통신망에 의해, 원격지의 퍼스널컴퓨터(도시하지 않음) 등과 통신 가능하고, 어디서부터라도 데이터 감시할 수 있다.
도 2의 메인 컨트롤러(11A)는, 각 센서별 무선 통신 수단(10)으로부터 송신된 전압 센서(7)의 검출값을 수신하는 수신부(11a)와, 수신부(11a)에서 수신한 계측값을 통신망(12)에 전송하는 전송부(11b)와, 각 전압 센서(7)의 센서별 무선 통신 수단(10)에 무선으로 송신 개시 등의 커맨드를 송신하는 커맨드 송신부(11c)와, 후술하는 대기부(11d)와, 전류 인가 제어부(11e)를 가지고 있다. 전류 인가 제어부(11e)는 계측용 전류 인가 장치(9)(도 1)를 제어한다. 도 2에 있어서, 커맨드 송신부(11c) 및 수신부(11a)의 무선 송수신은, 안테나(19)를 통하여 행해진다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 전류 센서(8)는 메인 컨트롤러(11A)에 배선으로 접속되고, 그 전류의 계측값은 도 2의 상기 전송부(11b)로부터 전압 계측값과 함께 전송된다. 상기 메인 컨트롤러(11A)의 상기 커맨드 송신부(11c)는, 스스로 커맨드를 생성해도 된지만, 본 실시형태에서는, 데이터 서버(13)로부터 송신된 계측 개시 커맨드에 응답하여 각 전압 센서(7)의 센서별 무선 통신 수단(10)에 상기 계측 개시 커맨드를 전송한다. 그리고, 메인 컨트롤러(11A) 또는 전류 센서(8)에, 이 전류 센서(8)의 계측값을 실효값 또는 평균값으로 환산하는 환산부(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
상기와 같이, 컨트롤러(11)는, 각 센서별 무선 통신 수단(10)에 상기 커맨드를 송신하는 기능을 가지고, 각 센서별 무선 통신 수단(10)은 상기 커맨드를 수신하면, 전압 센서(7)에 구비된 연산 처리부(7b)에 이 커맨드에 대응하는 지령을 주는 기능을 가지고 있다.
데이터 서버(13)는 내부 저항 연산부(13a)와 판정부(13b)를 갖는다. 내부 저항 연산부(13a)는, 메인 컨트롤러(11A)로부터 송신되어 수신한 교류 전압값(실효값 또는 평균값)과, 직류 전압값(셀 전압)과, 검출 온도와, 전류값(실효값 또는 평균값)을 이용하고, 정해진 계산식에 따라서 배터리(2)의 내부 저항을 산출한다. 검출 온도는 온도 보정에 이용된다.
판정부(13b)는 임계값이 설정되고, 산출된 내부 저항이 임계값 이상이면 열화로 판정한다. 상기 임계값은 복수, 예를 들면 2∼3단계로 형성되어도 되고, 복수 단계의 열화 판정을 행하고, 후술하는 바와 같이 상기 복수 단계에 대응한 경고 또는 경보를 출력한다. 판정부(13b)는 판정 결과를, 상기 통신망(12)을 통하여, 또는 전용의 배선을 통하여 모니터(14)에 표시시키는 기능을 갖는다. 데이터 서버(13)는 이 외에, 메인 컨트롤러(11A)에 계측 개시 커맨드를 송신하는 커맨드 송신부(13c)와, 메인 컨트롤러(11A)로부터 송신된 전압 계측값 등의 데이터를 저장하는 데이터 저장부(13d)를 가지고 있다.
그리고, 상기 구성에 있어서, 메인 컨트롤러(11A)와 계측용 전류 인가 장치(9)는, 동일 케이스에 넣은 일체의 컨트롤러로서 구성해도 된다. 또한, 컨트롤러(11)는, 본 실시형태에서는 메인 컨트롤러(11A)와 데이터 서버(13)로 구성하였으나, 이들 메인 컨트롤러(11A)와 데이터 서버(13)는, 동일 케이스에 들어간 하나의 컨트롤러(11)로서 구성해도 되고, 또한 하나의 기판 등에 의해 구성되는 하나의 정보 처리 장치에, 메인 컨트롤러(11A)와 데이터 서버(13)의 구별없이 구성되어 있어도 된다.
상기 구성의 열화 판정 장치의 동작을 설명한다. 도 3은, 그 동작의 일례의 플로차트다. 데이터 서버(13)는 커맨드 송신부(13c)로부터 계측 개시 커맨드를 송신한다(스텝 S1). 메인 컨트롤러(11A)는 데이터 서버(13)로부터 계측 개시 커맨드 수신하고(스텝 S2), 각 전압 센서(7)의 센서별 무선 통신 수단(10), 및 전류 센서(8)에 계측 개시 커맨드를 송신한다(스텝 S3). 이 송신 이후의 처리와 병행하여, 대기부(11d)에 의해 대기 시간의 종료 판정(스텝 S20) 및 대기 시간의 카운트(스텝 S22)를 행한다. 설정된 대기 시간이 종료하면, 계측용 전류 인가 장치(9)에 의해 전류의 인가를 행한다(스텝 S21). 이 전류의 인가는, 계측용 전류 인가 장치(9)가 방전 장치이면 방전의 개시, 충전 장치이면 충전의 개시를 행한다.
스텝 S3에서 송신된 계측 개시 커맨드는, 전체 수의 전압 센서(7)가 수신하고(스텝 S4), 각 전압 센서(7)는 자기(自己)의 계측 지연 시간의 종료를 기다려(스텝 S5), 배터리(2)의 DC 전압(단자간 전압)을 계측한다(스텝 S6). 이 후, 전압 센서(7)는 대기 시간의 종료를 기다려(스텝 S7), 배터리(2)의 AC 전압을 계측한다(스텝 S8). AC 전압의 계측에 대해서는, 직접의 계측값을 실효 전압 또는 평균 전압으로 환산하고, 그 환산값을 계측값으로서 출력한다.
계측한 DC 전압 및 AC 전압은 자기의 송신 지연 시간만큼 기다려, 센서별 무선 통신 수단(10)에 의해 무선으로 송신하고(스텝 S9), 컨트롤러(11)의 메인 컨트롤러(11A)가 무선으로 수신한다(스텝 S10). 메인 컨트롤러(11A)는, 수신한 DC 전압 및 AC 전압을 전류 센서(8) 및 온도 센서(18)(도 2)의 검출값과 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 S9로부터 데이터 서버(13)에 의한 데이터 저장까지는, 전체 전압 센서(7)의 데이터 수신 및 저장이 종료할 때까지 행한다(스텝 S12에서 NO).
상기 수신 및 저장의 종료(스텝 S12에서 YES) 후, 그 종료 신호의 데이터 서버(13)로부터 메인 컨트롤러(11A)로의 송신, 및 메인 컨트롤러(11A)의 전류 인가 제어 신호의 출력에 의해, 상기 계측용 전류 인가 장치(9)의 전류 인가를 오프로 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 비교하고(스텝 S14), 제1 임계값보다 작은 경우에는 배터리(2)가 정상이라고 판정한다(스텝 S15). 제1 임계값보다 작지 않은 경우에는, 제2 임계값과 더 비교하고(스텝 S17), 제2 임계값보다 작은 경우, 주의를 환기하는 경고를 출력한다(스텝 S18). 제2 임계값보다 작지 않은 경우에는, 경고보다 강한 알림인 경보를 출력한다(스텝 S19). 상기 경보 및 경고는 모니터(14)(도 1)에서 표시한다. 상기 정상인 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, 소정 부위의 점등 등으로 행해도 된다. 이와 같이 하여, 비상용의 전원(1)의 모든 배터리(2)의 열화 판정을 행한다. 그리고, 도 3은, 2단계의 열화 판정(및 경보 등의 표시)의 예이다.
이와 같이, 상기 2차전지의 열화 판정 장치에 의하면, 각 전압 센서(7)는 배터리(2)마다 설치되고, 무선 통신에 의해 디지털 신호로 데이터를 받고, 건네기 때문에, 수십에서 수백개의 배터리(2)를 구비하는 비상용 전원(1)이어도, 각 배터리(2)에 대하여, 전기적으로 기준 전위(그라운드 레벨)를 걱정할 필요가 없다. 그러므로, 차동 연산이나 절연 트랜스가 필요하지 않다. 또한, 이러한 복수의 전압 센서(7) 개개의 계측값을 무선으로 송신하기 때문에, 복잡한 배선이 필요하지 않다. 이들에 의해, 간단하고 저렴한 구성으로 할 수 있다.
또한, 열화 판정 대상의 전원(1)의 전체가 아니고, 개개의 배터리(2)의 열화를 판정하게 하고, 또한 그 판정에 대해서는, 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 인가하고, 각 센서별 무선 통신 수단(10)의 송신한 상기 계측값을 이용하여 각 배터리(2)의 내부 저항을 연산하고, 내부 저항으로부터 상기 배터리(2)의 열화를 판정하기 위해, 양호한 정밀도로 열화 판정을 할 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, 각 전압 센서(7)의 계측한 상기 계측값을, 디지털 신호로 표시되는 실효값 또는 평균값으로 변환하고, 송신하기 때문에, 전압 파형의 신호를 송신하는 경우에 비하여 비약적으로 송신 데이터량이 적게 된다. 배터리(2)의 내부 저항의 산출은 실효값 또는 평균값으로 양호한 정밀도로 행할 수 있다. 배터리(2)의 내부 저항의 산출에 대해서는, 전압의 계측만이어도 전류를 일정값으로 가정하는 것 등으로 가능하지만, 배터리(2)에 실제로 흐르는 전류를 계측하고, 전압과 전류의 양쪽을 구함으로써, 내부 저항을 보다 한층 양호한 정밀도로 산출할 수 있다.
도 1에 있어서, 하나의 병렬 접속체(3B)인 전원(1)에 대하여, 전류 센서(8)가 하나이기 때문에, 개개의 배터리 군(3)마다 전류 센서를 설치하는 경우에 비하여 구성이 간이하고, 부품수가 적어서 비용 감소가 된다. 각 배터리 군(3) 중의 직렬로 늘어선 각 배터리(2)에 흐르는 전류는 같고, 또한 각 배터리 군(3)마다 배터리(2)의 접속 개수 및 각 배터리(2)의 정격 전압이 같은 경우, 각 배터리 군(3)을 흐르는 전류는 대략 동등하다고 생각되고, 그 차는, 배터리(2)의 수명 판정을 위한 내부 저항의 연산에 실용상에서 영향을 줄 정도로는 커지지 않는다고 생각할 수 있다. 그러므로, 전류 센서(8)를 하나로 함으로써, 배터리(2)의 내부 저항의 연산 정밀도로 실용상에서 영향을 주는 것을 최소한으로 하면서, 구성의 간이화, 비용 감소를 실현할 수 있다.
상기 컨트롤러(11)는, 상기 각 전압 센서(7)의 각 센서별 무선 통신 수단(10)에 계측 개시 커맨드를 송신하고, 이 커맨드에 의해 전압 센서(2)의 계측을 개시시키기 때문에, 다수 존재하는 각 전압 센서(2)의 계측 개시 타이밍을 정리할 수 있다. 이 경우에, 상기 컨트롤러(11)는, 상기 각 전압 센서(7)에 계측 개시 커맨드를 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 컨트롤러(11)는, 순서대로 상기 각 전압 센서(7)에 데이터 송신의 요구 커맨드를 송신하고, 커맨드를 받은 전압 센서(7)가 데이터를 송신하고, 이상을 반복함으로써, 데이터 통신을 행해도 된다. 본 실시형태에 있어서, 상기 컨트롤러(11)는, 데이터 송신의 요구 커맨드의 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 시간만큼 경과 후에 계측을 행하도록 하는 경우에는, 각 센서별 무선 통신 수단(10)에 동시에 계측 개시 커맨드를 송신해도, 다수의 각 전압 센서(7)의 계측을, 무선 송수신에 지장이 없도록 순서대로 행하고, 송신할 수 있다. 예를 들면, 송신 개시 커맨드는 글로벌 커맨드이고, 전압 센서(7)는 동시에 취득한다.
상기 컨트롤러(11)는 상기 계측 개시 커맨드의 송신으로부터 일정 시간 후에, 데이터 수신할 수 없었던 상기 전압 센서(7)에 대하여 재송신 요구를 행한다. 어떠한 일시적인 송신의 장해 등에 의해, 일부의 전압 센서(7)의 센서별 무선 통신 수단(10)으로 계측 개시 커맨드를 수신할 수 없는 경우가 있다. 그와 같은 경우라도, 상기 재송신 요구를 행함으로써, 전압을 계측하여 송신할 수 있고, 전원의 모든 배터리(2)의 전압 계측값을 얻을 수 있다. 계측 개시 커맨드를 수신할 수 있었는지의 여부는, 컨트롤러(11) 측에서, 전압의 계측값이 수신되었는지의 여부를 판단함으로써 행하면 된다.
컨트롤러(11)는, 상기와 같이 계측 개시 커맨드를 동시에 송신하는 것이 아니고 상기 각 전압 센서(7)의 센서별 무선 통신 수단(10)에 개별로 데이터 요구 커맨드를 송신하고, 순서대로 데이터를 수신하도록 해도 된다. 이 구성의 경우, 전압 센서(7) 측에 지연부(7bb)가 불필요해지고, 전압 센서(7) 측의 구성이 간소화된다. 상기 컨트롤러(11)는, 산출한 상기 내부 저항의 크기에 따라서 복수 단계의 경보를 출력하기 때문에, 배터리 교환의 필요성의 긴급도를 알 수 있어, 쓸데없는 배터리 교환을 행하지 않고, 보수의 계획이나 준비가 원활하고 또한 신속하게 행할 수 있다.
컨트롤러(11) 또는 그 내부의 구성 요소는, 구체적으로는 소프트웨어나 하드웨어로 실현된 LUT(Look Up Table), 또는 소프트웨어의 라이브러리(Library)에 수납되었던 소정의 변환 함수나 그것에 등가인 하드웨어 등, 또한 필요에 따라, 라이브러리의 비교 함수나 사칙 연산 함수나 그들에 등가인 하드웨어 등을 이용하여, 연산을 행하여 결과를 출력할 수 있는 하드웨어 회로 또는 프로세서(도시하지 않음) 상의 소프트웨어 함수로 구성되어 있다.
도 4는, 전류 센서(8) 등의 배치의 변형예를 나타낸다. 도 1에 나타내는 실시형태에서는 전류 센서(8) 및 상기 계측용 전류 인가 장치(9)를 컨트롤러(11)에 대하여 외부에 설치하고 있으나, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 전류 센서(8) 및 계측용 전류 인가 장치(9)를 컨트롤러(11)의 내부에, 예를 들면 메인 컨트롤러(11A)의 내부에 설치해도 된다(도 1 중에서는, 직사각형의 파선에서 나타내어져 있음). 계측용 전류 인가 장치(9)는 도 7과 함께 후술하는 방전 회로여도 된다. 또한, 도시는 생략하지만, 상기 전류 센서(8), 상기 계측용 전류 인가 장치(9)의 어느 한쪽만을 상기 컨트롤러(11)의 내부에, 예를 들면 메인 컨트롤러(11A)의 내부에 설치해도 된다. 이러한 것에 의해, 상기 열화 판정 장치의 구성이 보다 한층 간소화되어, 보다 컴팩트화된다.
이와 같이 컨트롤러(11)의 내부에 전류 센서(8), 계측용 전류 인가 장치(9)를 설치하는 경우에, 도 5에 나타낸 바와 같이, 동일한 배선용 기판(31) 상에 계측용 전류 인가 장치(9)와 전류 센서(8)를 실장해도 된다. 또한, 도시는 생략하지만, 컨트롤러(11)를 구성하는 다른 부품과 동일한 배선용 기판(31) 상에 전류 센서(8), 계측용 전류 인가 장치(9) 중 어느 한쪽만을 실장해도 된다. 이러한 것에 의해, 상기 열화 판정 장치의 구성이 더욱 간소화되어, 보다 컴팩트화, 저비용화를 도모할 수 있다.
도 6은, 도 1∼도 3에 나타내는 상기 실시형태에 있어서, 상기 계측용 전류 인가 장치(9)를 구체화한 다른 실시형태를 나타낸다. 본 실시형태에서는, 계측용 전류 인가 장치(9)는 교류의 상용 전원(21)으로부터, 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 생성하고 상기 각 배터리 군(3)에 인가한다. 상기 계측용 전류 인가 장치(9)는 보다 구체적으로는, 상기 교류의 상용 전원(21)의 전압이 상기 비상용 전원(1)의 전압에 적합하게 전압 변환하는 트랜스(22)와, 이 트랜스(22)로 변환된 전류로부터 교류 성분만을 분리하여 상기 각 배터리 군(3)에 인가하는 컨덴서(23)와, 상기 각 배터리 군(3)에 인가하는 전류를 제한하는 전류 제한부(24)를 포함한다. 상기 트랜스(22)의 1차 회로에는, 상용 전원(21)을 개폐하는 개폐 스위치(25)가 설치되어 있다. 개폐 스위치(25)는, 컨트롤러(11)의 메인 컨트롤러(11A)에 있어서의 상기 전류 인가 제어부(11e)(도 2 참조)에 의해 개폐가 제어된다. 도 6에 있어서, 상기 전류 제한부(24)는 전류 제한 저항이어도 된다.
상기 구성의 경우, 교류의 상용 전원(21)으로부터 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 생성하도록 했기 때문에, 간단한 구성으로 배터리 군(3)에 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 인가할 수 있다. 트랜스(22) 및 컨덴서(23)를 설치한 것에 의해, 상용 전원(21)과 배터리 군(3)의 전압이 상이해도, 계측용 전류의 전압을 배터리 군(3)의 전압에 합치시킬 수 있고, 또한 교류 성분만을 배터리 군(3)에 인가할 수 있다. 또한, 저항 등의 전류 제한부(24)를 설치하였으므로, 배터리 군(3)에 인가하는 전류를 제한할 수 있고, 배터리 군(3)을 과전류로부터 보호할 수 있다. 본 실시형태에 있어서의 그 외의 구성 및 효과는, 도 1∼도 3과 함께 전술한 제1 실시형태와 동일하다.
도 7은, 이 외의 실시형태에 있어서, 일부가 변경된 변형예를 나타낸다. 이 변형예는, 도 1∼도 3에 나타내는 제1 실시형태에 있어서, 계측용 전류 인가 장치(9)가, 전류 제한용 저항(26)과 스위칭 소자(27)의 직렬 회로로 이루어지는 방전 회로로 구성되고, 이 방전 회로가 상기 배터리 군(3)과 병렬로 접속되어 있다. 스위칭 소자(27)에는 바이패스용 다이오드(28)가 설치되어 있다. 스위칭 소자(27)는, 컨트롤러(11)의 상기 메인 컨트롤러(11A)에 있어서의 상기 전류 인가 제어부(11e)에 의해, 방전 회로를 흐르는 전류가 펄스형 내지 정현파형의 전류로 되도록 개폐 구동된다. 그리고, 이 경우, 전류 인가 제어부(11e)는, 도 6의 예와는 상이하게, 상기와 같은 펄스형 내지 정현파형의 전류로 되도록 스위칭 소자(27)를 구동하는 지령을 주는 구성으로 된다.
상기 구성의 경우, 계측용으로 상용 전원을 이용하지 않고, 열화 판정 대상의 비상용 전원(1)을 충전하는 회로에 인가된 전류를 이용하여, 계측용 전류를 생성한다. 그러므로, 도 6의 상용 전원을 이용하는 실시형태에 비하여, 계측용 전류 인가 장치(9)가 간략화된다. 그 외의 구성 및 효과는, 도 1∼도 3에 나타내는 제1 실시형태와 동일하다.
도 8, 도 9는, 각각 또 다른 실시형태를 나타낸다. 이들 실시형태에 있어서, 특별히 설명한 사항의 다른 구성은, 도 1∼도 3에 나타낸 제1 실시형태와 동일하고, 또한 제1 실시형태에 대하여 설명한 각 효과를 얻을 수 있다.
도 8에 있어서, 전원(1)에서는, 배터리 군(3)이 복수(도면의 예에서는 2개) 직렬로 접속된 직렬 접속체(3A)가 복수 개(도면의 예에서는 3개) 병렬로 접속되어 있다. 복수의 직렬 접속체(3A) 사이에서 서로 대응하는, [직렬 접속체(3A)를 구성하는] 각각의 상기 배터리 군(3) 사이의 부위(a)끼리는 서로 접속되어 있고, 복수의 직렬 접속체(3A) 사이에서, 서로 병렬 접속되어 있는 배터리 군(3)끼리 병렬 접속체(3B)를 이룬다. 이 하나의 병렬 접속체(3B)마다 상기 계측용 전류 인가 장치(방전 회로)(9) 및 전류 센서(8)가 설치되어 있다.
바꾸어 말하면, 상기 전원(1)에 있어서의 직렬 접속체(3A)가 하나의 배터리 군(3)이라고 간주하면, 이 하나의 배터리 군(3)이, 직렬 방향으로 배열되는 복수(2개)의 배터리 군 분할체(3a)로 분할되고, 이 배터리 군 분할체(3a)가 다른 배터리 군(3)을 구성하는 배터리 군 분할체(3a)와 병렬로 접속되어 있다. 이 배터리 군 분할체(3a)가 병렬 접속된 접속체[즉 병렬 접속체(3B)]마다 병렬로 상기 계측용 전류 인가 장치(방전 회로)(9)가 설치된 구성이다. 분할 수는 문제삼지 않지만, 개개의 배터리 군 분할체(3a)는, 상기 배터리(2)가 복수 직렬로 접속되어 있다.
상기 전원(1)이 데이터 센터의 비상용 전원 등인 경우, 전원(1)의 전체에 있어서의 배터리(2)의 직렬 접속체의 전압은, 예를 들면 300V를 넘는 높은 전압으로 된다. 그러므로, 상기 전원(1)의 전체에 대하여 계측용 전류 인가 장치(방전 회로)(9)를 설치하면, 측정 전류를 인가하기 위한 파워 소자인 상기 스위칭 소자(27)에 내압이 높은 것이 필요하다. 그러나, 본 실시형태와 같이 배터리(2)의 직렬 접속체를 직렬 방향으로 둘로 분할된 구성으로 함으로써, 상기 계측용 전류 인가 장치(방전 회로)(9)에 있어서의 측정 전류 인가용 파워 소자인 상기 스위칭 소자(27)로, 내압이 낮은 것을 사용할 수 있다.
도 9의 실시형태는, 도 8에 나타내는 실시형태에 있어서, 3개 이상의 배터리 군(3)을 직렬 접속시켜, 직렬 접속체(3A)로 한 예이다. 바꾸어 말하면, 전원(1)의 배터리(2)의 직렬 접속체를 하나의 배터리 군(3)으로 간주한 경우에, 3개 이상의 배터리 군 분할체(3a)로 구성되어 있다. 복수의 직렬 접속체(3A) 사이에, 서로 대응하는, [직렬 접속체(3A)를 구성하는] 각각의 상기 배터리 군(3) 사이의 부위(a)끼리는 서로 접속되어 있고, 이와 같이 하여 구성된 병렬 접속체(3B)마다 병렬로 상기 계측용 전류 인가 장치(방전 회로)(9) 및 전류 센서(8)가 3개 이상 설치된 구성이다. 본 실시형태에 있어서도, 측정 전류 인가용 파워 소자인 상기 스위칭 소자(27)로, 내압이 낮은 것이 사용할 수 있다.
이상과 같이, 도면을 참조하면서 호적한 실시형태를 설명하였으나, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서, 각종 추가, 변경, 삭제가 가능하다. 따라서, 그와 같은 것도 본 발명의 범위 내에 포함된다.
1 : 전원
2 : 배터리
3 : 배터리 군
3A : 직렬 접속체
3B : 병렬 접속체
4 : 부하
5 : 주전원
5A, 5B : 단자
6 : 충전 회로
7a : 센서 기능부
7b : 연산 처리부
7ba : 제어부
7bb : 지연부
7bc : 변환부
7c : 직류 검출부
8 : 전류 센서
9 : 계측용 전류 인가 장치
10 : 센서별 무선 통신 수단
11 : 컨트롤러
11A : 주컨트롤러
11a : 수신부
11b : 전송부
11c : 커맨드 송신부
11d : 대기부
11e : 전류 인가 제어부
12 : 통신망
13 : 데이터 서버
13a : 내부 저항 연산부
13b : 판정부
14 : 모니터
15 : 다이오드
17 : 센서 유닛
18 : 온도 센서
19 : 안테나
25 : 개폐 스위치
26 : 전류 제한용 저항
27 : 스위칭 소자
a : 부위

Claims (7)

  1. 각각 2차전지인 배터리의 복수 개가 직렬 접속된 배터리 군이 복수 병렬로 접속된 전원에 있어서의 상기 각 배터리의 열화를 판정하는 2차전지의 열화 판정 장치로서,
    상기 각 배터리에 개별로 접속된 복수 개의 전압 센서;
    상기 배터리 군이 복수 병렬로 접속된 병렬 접속체에 대하여 하나 설치되어 상기 병렬 접속체의 전체에 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서;
    교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 상기 배터리 군마다 인가하는 계측용 전류 인가 장치;
    상기 각 전압 센서에 설치되고, 계측된 교류 성분의 전압 계측값을 무선으로 송신하는 센서별 무선 통신 수단; 및
    상기 각 센서별 무선 통신 수단이 송신한 상기 계측값을 수신하고, 상기 수신한 계측값과 상기 전류 센서의 계측값을 이용하여 상기 각 배터리의 내부 저항을 산출하고, 상기 내부 저항으로부터 상기 배터리의 열화를 판정하는 컨트롤러
    를 포함하는 2차전지의 열화 판정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 군이 복수 직렬로 접속되어 직렬 접속체를 이루고,
    상기 직렬 접속체가 복수 병렬로 접속되고, 복수의 상기 직렬 접속체의 사이에서, 서로 대응하는 개개의 상기 배터리 군 사이의 부위가 서로 접속되어 있고,
    복수의 상기 직렬 접속체 사이에서, 서로 병렬 접속되어 있는 배터리 군끼리 상기 병렬 접속체를 이루고, 하나의 상기 병렬 접속체마다 상기 전류 센서가 설치된, 2차전지의 열화 판정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 계측용 전류 인가 장치와 상기 전류 센서가 상기 컨트롤러에 내장되어 있는, 2차전지의 열화 판정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 센서가 상기 계측용 전류 인가 장치와 동일한 배선용 기판에 실장된, 2차전지의 열화 판정 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계측용 전류 인가 장치가 방전 회로인, 2차전지의 열화 판정 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 전압 센서는, 계측한 상기 계측값을 디지털 신호로 표시되는 실효값 또는 평균값으로 변환하는 변환부를 구비하고, 상기 센서별 무선 통신 수단은, 계측값으로서 상기 변환부에서 변환된 실효값 또는 평균값을 송신하는, 2차전지의 열화 판정 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 각 전압 센서의 상기 계측값과 상기 전압 센서가 설치된 상기 전류 센서의 계측값으로부터 상기 각 배터리의 내부 저항을 연산하는 내부 저항 연산부, 및 상기 내부 저항 연산부의 연산 결과로부터 상기 각 배터리의 열화를 판정하는 판정부를 구비하는, 2차전지의 열화 판정 장치.
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