KR20190054109A - 2차 전지의 열화 판정 장치 - Google Patents

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Abstract

비상 전원 등에 있어서의 각 배터리의 열화를 양호한 정밀도로 판정할 수 있고, 또한 무선부의 개수가 적어져, 전원계도 간단한 구성으로 할 수 있는 장치를 제공한다. 배터리(2)의 직렬 접속체인 배터리군(3)이 복수 병렬로 접속된 전원에서의 각 배터리(2)의 열화를 판정한다. 배터리군(3)의 복수의 배터리(2)의 단자 간 전압을 개별적으로 검출부(7a)에 의해 검출하고 그 검출된 신호로부터 교류 성분을 연산하고, 연산 결과를 계측값으로서 1개의 무선부에 의해 송신하는 복수의 전압 센서 유닛(7)을 구비한다. 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 배터리군(3)에 인가하는 계측용 전류 인가 장치와, 각 전압 센서 유닛(7)의 송신한 계측값을 수신하고, 그 계측값을 이용하여 각 배터리(2)의 내부 저항을 산출하고, 배터리(2)의 열화를 판정하는 컨트롤러를 구비한다. 전압 센서 유닛(7)은, 검출부(7a)에 접속된 배터리(2)로부터 구동 전력을 얻는 전원부(7h)를 구비한다.

Description

2차 전지의 열화 판정 장치
본 출원은, 2016년 9월 21일자 일본 특허출원 제2016―184173의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.
본 발명은, 데이터 센터, 휴대 전화기 기지국, 또는 그 외에 각종 전력 안정 공급이 요구되는 전원 장치에 있어서의 비상용(非常用) 전원 등에 사용되는 2차 전지의 열화(劣化)를 판정하는 열화 판정 장치에 관한 것이다.
데이터 센터 및 휴대 전화기 기지국 등에서는, 전력의 안정공급이 중요하며, 정상(正常) 시에는 교류 상용(商用) 전원이 사용되지만, 교류 상용 전원이 정지한 경우의 무정전(無停電) 전원 장치로서, 2차 전지를 사용한 비상용 전원이 장비된다. 비상용 전원의 충전 방식으로서는, 충전 회로를 사용하여 정상 시에 미소(微小) 전류로 충전하는 트리클(trickle) 충전의 형식(mode)과, 정류기(整流器)에 대하여 부하와 2차 전지를 병렬로 접속하여, 일정 전류를 인가하여 부하를 운전시키면서 충전하는 플로우트(float) 충전의 형식이 있다. 일반적으로 비상용 전원에는 트리클 충전의 형식이 많이 채용되고 있다.
상기 비상용 전원은, 상용 전원으로 구동되는 부하의 구동이 가능한 전압과 전류가 요구되고, 1개의 2차 전지(배터리)의 전압은 낮고, 또한 용량도 작으므로, 복수의 배터리가 직렬 접속된 배터리군을 복수 병렬로 접속한 구성으로 이루어진다. 개개의 배터리는, 납 축전지나 리튬 이온 전지이다.
이와 같은 비상용 전원에 있어서, 배터리는 열화에 의해 전압이 저하되므로, 신뢰성 확보를 위해, 배터리의 열화 판정을 행하여, 열화된 배터리를 교환해 두는 것이 요구된다. 그러나, 데이터 센터, 휴대 전화기 기지국 등의 대규모 비상용 전원에서의 다수의 배터리를 양호한 정밀도로 열화 판정할 수 있는 장치는, 제안되는 데 도달해 있지 않다.
종래의 배터리의 열화 판정의 제안예로서는, 차량 탑재 배터리 체커로서, 배터리 전체를 모아 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 개개의 셀의 내부 저항을 계측하고, 열화 판정하는 방법(예를 들면, 특허문헌 3) 등이 제안되어 있다. 또한, 배터리의 내부 저항 등의 매우 작은 저항값을 계측하는 핸디 체커(handy checker)로서, 교류 4단자법(端子法) 배터리 테스터가 상품화되어 있다(예를 들면, 비특허문헌 1).
상기 특허문헌 1, 2에서는, 무선에 의한 데이터 송신도 제안되고, 케이블의 핸들링(cable handling)나 수작업의 삭감, 컴퓨터에 의한 데이터 관리도 제안되어 있다.
일본 공개특허 평10―170615호 공보 일본 공개특허 제2005―100969호 공보 일본 공개특허 제2010―164441호 공보
비교류 4단자법 배터리 테스터 내부 저항 계측기 IW7807―BP(Rev.1.7.1, 2015년2월 16일, 도쿄 디바이시스)(https://tokyodevices. jp/system/attachments/files/000/000/298/original/IW7807―BP―F_MANUAL. pdf)
종래의 상기 핸디 체커(비특허문헌 1)는, 배터리가 몇십, 몇백과 접속된 비상용 전원에서는, 계측 개소(箇所)가 너무 많아져 버려, 실현성이 없다. 특허문헌 1, 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 것으로서는, 열화 판정의 정밀도 향상, 및 열화된 개개의 배터리를 특정하는 기술로 이어진다. 그러나, 각 전압 센서의 기준 전위(그라운드 레벨)는, 각 셀의 마이너스 단자 전위로 된다. 따라서, 그대로는 수십∼수백 개의 배터리가 직접 접속된 배터리군의 각 배터리의 기준 전위가 모두 상이하다. 이 기준 전위의 상위(相違)에 대한 대처는, 동 문헌에는 개시되어 있지 않다. 일반적으로는, 개개의 셀의 전위를 취득하기 위해서는, 차동(差動) 연산으로 전위차(電位差)를 검출하거나, 절연 트랜스를 사용할 필요가 있어, 복잡하며 고가의 구성으로 이루어진다.
이들 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 도 13, 도 14에 나타낸 2차 전지의 열화 판정 장치를 먼저 제안했다(일본 공개특허 제2017―150925호). 즉, 각각 2차 전지인 배터리(2)의 복수가 직렬 접속된 배터리군(3)이 복수 병렬로 접속된 전원(1)에서의 상기 각 배터리(2)의 열화를 판정하는 2차 전지의 열화 판정 장치로서, 상기 각 배터리(2)에 개별적으로 접속된 복수의 전압 센서 유닛(7)과, 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 상기 배터리군(3)마다 인가하는 계측용 전류 인가 장치(9)와, 상기 각 전압 센서 유닛(7)에 설치되고 계측된 교류 성분의 전압의 계측값을 무선으로 송신하는 센서마다 무선 통신 수단(10A)과, 상기 각 센서마다 무선 통신 수단(10A)의 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 구비한다. 그리고, 동 도면에 있어서, 후술하는 실시형태와 대응하는 부분은, 동일한 부호를 부여하고 있다.
이 구성에 의하면, 전압 센서 유닛(7)의 검출부(7a)의 계측값을 무선으로 컨트롤러(11)에 송신한다. 이와 같이, 무선으로 송신하므로, 배터리군(3)을 구성하는 직렬로 접속된 배터리(2)가 복수라도, 예를 들면, 수십∼수백이라도, 개개의 검출부(7a)의 기준 전위(그라운드 레벨)가 모두 공통화할 수 있고, 기준 전위를 신경쓸 필요가 없다. 그러므로, 차동 연산이나 절연 트랜스의 필요가 없다. 또한, 복수 있는 개개의 검출부(7a)의 계측값을 무선으로 송신하므로, 복잡한 배선의 필요가 없다. 이들에 의해, 간단하며 저렴한 구성으로 할 수 있다. 또한, 열화 판정 대상의 전원(1)의 전체는 아니고, 개개의 배터리(2)의 열화를 판정하므로, 배터리(2)의 열화를 양호한 정밀도로 판정할 수 있다.
그러나, 개개의 배터리(2)마다 설치되는 검출부(7a)마다 전압 센서 유닛(7)을 구성하여 센서마다 무선 통신 수단(10A)을 설치하고 있으므로, 센서마다 무선 통신 수단(10A)의 개수가 많아, 구성이 복잡하며, 고가로 된다. 센서마다 무선 통신 수단(10A)은 무선 통신을 행하는 고가의 부품이므로, 이것을 다수 설치하면, 열화 판정 장치의 전체가 고가로 된다.
또한, 상기 제안예에 있어서, 검출부(7a)는 배터리(2)의 단자 간 전압을 측정하기 위해, 케이블로 단자와 접속하지만, 동시에 전압 센서 유닛(7)의 구동 전원을 배터리(2)로부터 얻는다. 일반적으로 배터리에는 2V, 6V, 12V 등이 있지만, 시설의 보조 전원 등으로 용량이 필요한 경우에는 2V 배터리가 사용되고 있다. 그러나, 전압 센서 유닛(7) 내의 연산부 등의 회로의 구동 전원은 3.3V 또는 5V인 것이 많아, 2V 배터리의 경우에는 승압(昇壓)할 필요가 있다. 그러므로, 2V 배터리용으로 승압 회로를 설치한 타입, 6V, 12V용으로 강압(降壓) 회로를 설치한 타입, 또는 모두 대응할 수 있도록 전원부(7h)에 승강압 회로를 설치할 필요가 있다. 이 경우에, 특히 승압 회로는 변압 트랜스 등이 필요한 복잡한 구성이므로, 고가이고, 또한 전압 센서 유닛(7)은 다수 필요하므로, 이로써도 열화 판정 장치의 전체가 고가로 된다.
본 발명의 목적은, 배터리의 직렬 접속체로 이루어지는 배터리군이 복수 병렬로 접속된 전원에서의 상기 각 배터리의 열화를 양호한 정밀도로 판정할 수 있고, 또한 무선부의 개수가 적어지고, 또한 배터리 전압을 승압 또는 강압하는 회로가 불필요, 예를 들면, 2V 배터리의 경우에도 승압 회로가 불필요하고, 간단하며 염가로 제조 가능한 2차 전지의 열화 판정 장치를 제공하는 것이다.
이하, 본 발명에 대하여, 이해를 용이하게 하기 위해, 편의 상 실시형태의 부호를 참조하여 설명한다.
본 발명의 2차 전지의 열화 판정 장치는, 각각 2차 전지인 배터리(2)의 복수가 직렬 접속된 배터리군(3)이 복수 병렬로 접속된 전원(1)에서의 상기 각 배터리(2)의 열화를 판정하는 2차 전지의 열화 판정 장치로서,
상기 배터리군(3) 중의 연속하여 직렬 접속되어 있는 복수의 배터리(2)의 단자 간 전압을 개별적으로 검출하는 복수의 검출부(7a), 이들 검출부(7a)에 의해 검출된 상기 단자 간 전압을 포함하는 신호로부터 교류 성분을 연산하는 연산부(7b), 및 이 연산부(7b)의 연산 결과를 송신하는 무선부(10)를 가지는 복수의 전압 센서 유닛(7)과,
상기 배터리군(3)의 전류를 검출하는 전류 센서(8)와,
교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 상기 배터리군(3)에 인가하는 계측용 전류 인가 장치(9)와,
상기 각 전압 센서 유닛(7)의 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 구비하고,
상기 전압 센서 유닛(7)은, 상기 검출부(7a)에 접속된 배터리(2)로부터 구동 전력을 얻는 전원부(7h)를 구비한다.
그리고, 이 명세서에서 말하는 교류 성분은, 전압의 크기가 반복하여 변화하는 성분이며, 전압의 플러스 마이너스의 방향이 항상 일정하게 있어도 되고, 예를 들면, 리플(ripple) 전류나 펄스 전류라도 된다. 상기 「배터리」는, 복수의 셀이 직렬 접속된 것이라도, 셀 단독이라도 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 나누어져 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 각 전압 센서 유닛(7)의 각각의 검출부(7a)에 의해 개개의 배터리(2)의 전압을 검출하고, 검출된 상기 단자 간 전압을 포함하는 신호로부터 교류 성분을 연산부(7b)에 의해 연산하고, 연산 결과를 무선부(10)에 의해 계측값으로서 컨트롤러(11)에 송신한다. 배터리군(3)을 구성하는 직렬로 접속된 배터리(2)가 복수라도, 예를 들면, 수십∼수백이라도, 무선으로 송신하므로, 개개의 전압 센서 등으로 이루어지는 검출부(7a)의 기준 전위(그라운드 레벨)가 모두 공통화할 수 있어, 기준 전위를 신경쓸 필요가 없다. 그러므로, 기준 전위를 고려하기 위한 차동 연산이나 절연 트랜스의 필요가 없다.
또한, 다수의 배터리(2)에 대한 계측값을 무선으로 송신하므로, 복잡한 배선의 필요가 없어 구성이 간소화되므로, 염가로 제조할 수 있다. 이 경우에, 복수의 배터리(2)에 대한 개개의 계측값을 1개의 무선부(10)에 의해 송신하므로, 무선부(10)의 개수가 적게 할 수 있어, 열화 판정 장치의 전체의 구성이 더욱 간소화되므로, 염가로 제조할 수 있다.
또한, 열화 판정 대상의 전원(1)의 전체는 아니고, 개개의 배터리(2)의 열화를 측정하도록 하고, 그 판정에 대하여는, 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 판정한다. 그러므로, 양호한 정밀도로 열화를 판정할 수 있다. 배터리(2)의 내부 저항은, 배터리(2)의 용량, 즉 열화의 정도와 밀접한 관계가 있어, 내부 저항을 알 수 있으면, 배터리(2)의 열화를 양호한 정밀도로 판정할 수 있다.
또한, 상기 전압 센서 유닛은, 상기 검출부(7a)에 접속된 배터리(2)로부터 구동 전력을 전원부(7h)에 의해 얻지만, 복수의 배터리(2)에 접속되므로, 개개의 배터리(2)가 2V 배터리 등의 저전압의 배터리라도, 이 전압 센서 유닛(7)에 접속된 개수의 배터리(2)의 직렬 접속분의 합계 전압을 구동 전압으로서 얻을 수 있다. 그러므로, 1개의 배터리(2)의 전압보다 높은 구동 전력으로 동작하는 연산부나 무선부를 가지는 구성이라도, 강압 회로나 고가의 부품인 승압 회로가 불필요하여, 다수 설치되는 각 전압 센서 유닛(7)의 구성이 간소화된다. 이로써도 염가로 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전원부(7h)는, 상기 연속하여 직렬 접속된 복수의 배터리(2)의 최저 전위와 최대 전위로부터 구동 전력을 얻도록 해도 된다. 이 구성의 경우, 상기 직렬 접속된 복수의 배터리(2)의 최저 전위와 최대 전위로부터, 이 접속된 개수의 배터리(2)의 직렬 접속분의 합계 전압을 구동 전압으로서 얻을 수 있다. 그러므로, 1개의 배터리(2)의 전압보다 높은 전압으로 동작하는 연산부(7b)나 무선부(10)를 가지는 구성이라도, 고가의 부품인 승압 회로가 불필요하며, 상기 전원부(7h)에 필요에 따라 강압 회로를 설치하는 것만으로, 개개의 배터리(2)가 2V 배터리 등의 저전압의 배터리라도, 상기 연산부(7b)나 무선부(10)의 구동 전압에 따른 전압을 인가할 수 있다. 강압 회로는 저항 등의 간단한 회로 소자로 구성할 수 있다. 그리고, 이 구성은, 상기 복수의 검출부(7a)와 연산부(7b)가 1개의 칩(chip) 또는 1개의 회로 기판 상에 일체화된 구성인 경우에 적용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 전원부(7h)는, 상기 연속하여 직렬 접속된 복수의 배터리(2)에 각각 스위치(7s)를 통하여 접속되고, 이들 배터리(2)로부터 상기 스위치(7s)를 전환하여 선택적으로 상기 구동 전력을 얻도록 되어 있어도 된다. 이 구성의 경우, 상기 스위치(7s)의 전환에 의해, 상기 전원부(7h)에 대한 공급 전압을 선택할 수 있다. 상기 스위치(7s)는, 예를 들면, 수동의 스위치로 되고, 접속되는 배터리(2)의 전압을 미리 알고 있는 경우에, 그 전압에 따라 상기 스위치를 전환하는 데 있어서 열화 검출의 운용을 행하면 된다.
본 발명에 있어서, 상기 전원부(7h)는, 상기 연속하여 직렬 접속된 복수의 배터리(2)에서의 개개의 고전위 측의 전극에 상기 배터리(2) 측으로부터 상기 전원부(7h) 측으로의 흐름만 허용하는 다이오드(7t)를 통하여 접속되고, 또한 상기 연속하여 직렬 접속된 복수의 배터리(2)에서의 최저 전위의 전극이 접속되어 있어도 된다. 이와 같이, 다이오드(7t)를 사용한 구성이면, 수동적으로, 직렬 접속된 배터리(2)의 최대 전압을 얻는 것을 행할 수 있다.
이 구성의 경우에, 상기 각 다이오드(7t)와 상기 전원부(7h)와의 사이에 스위치(7s)가 접속되고, 상기 전원부(7h)는 접속되는 전압을 상기 스위치(7s)에 의해 전환 가능해도 된다. 각 다이오드(7t)와 직렬로 스위치(7s)가 접속되어 있으면, 먼저 접속된 배터리(2)의 최대 전압을 얻은 후, 상기 전원부(7h)에 설치된 제어부(7u) 등으로 고전위 측의 접속을 단절하여, 효율이 양호한 전압(예를 들면, 회로를 구동시키는 전압보다 약간 높은)으로 전환할 수 있다. 상기 스위치(7s)는, FET 등의 반도체 스위치나 릴레이 등으로서, 조작 신호에 의해 전환 가능한 구성의 것인 것이 바람직하다.
본 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시형태의 설명으로부터, 보다 명료하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 실시형태 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정하기 위해 이용되는 한 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수의 도면에서의 동일한 부호는, 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.
특허청구범위 및/또는 명세서 및/또는 도면에 개시된 2개 이상의 구성의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다. 특히, 청구의 범위의 각 청구항의 2개 이상의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 2차 전지의 열화 판정 장치의 회로도이다.
도 2는 동 열화 판정 장치에 있어서의 전압 센서 유닛과 배터리와의 접속 형태의 예를 나타낸 블록도이다.
도 3은 동 열화 판정 장치에 있어서의 전압 센서 유닛의 개념 구성의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 4는 동 열화 판정 장치에 있어서의 전압 센서 유닛의 개념 구성의 다른 예를 나타낸 블록도이다.
도 5는 동 열화 판정 장치에 있어서의 전압 센서 유닛의 개념 구성 및 그 전원부와 배터리와의 접속 형태의 변형예를 나타낸 블록도이다.
도 6은 동 열화 판정 장치에 있어서의 전압 센서 유닛의 개념 구성 및 그 전원부와 배터리와의 접속 형태의 다른 변형예를 나타낸 블록도이다.
도 7은 도 6의 전압 센서 유닛에 있어서, 접속하는 배터리의 개수를 줄인 상태를 나타낸 블록도이다.
도 8은 동 열화 판정 장치에 있어서의 전압 센서 유닛의 개념 구성 및 그 전원부와 배터리와의 접속 형태의 또 다른 변형예를 나타낸 블록도이다.
도 9는 동 2차 전지의 열화 판정 장치에 있어서의 전압 센서 유닛과 컨트롤러의 개념 구성을 나타낸 블록도이다.
도 10은 동 2차 전지의 열화 판정 장치의 동작예를 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 2차 전지의 열화 판정 장치의 회로도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 2차 전지의 열화 판정 장치의 회로도이다.
도 13은 참고 제안예에 관한 2차 전지의 열화 판정 장치의 회로도이다.
도 14는 동 참고 제안예에 관한 열화 판정 장치에 있어서의 전압 센서 유닛의 블록도이다.
본 발명의 제1 실시형태에 관한 2차 전지의 열화 판정 장치를, 도 1∼도 3, 및 도 9∼도 10과 함께 설명한다. 도 1에 있어서, 열화 판정 대상의 전원(1)은, 데이터 센터, 휴대 전화기 기지국, 또는 그 외에 각종 전력 안정 공급이 요구되는 전원 장치에 있어서의 비상용 전원이다. 이 전원(1)은, 각각 2차 전지인 배터리(2)의 복수가 직렬 접속된 배터리군(3)을 복수 가지고, 이들 배터리군(3)이 병렬로 접속되어 후술하는 병렬 접속체(3B)를 형성하여, 부하(4)에 접속된다. 각 배터리(2)는, 1개의 셀이라도 되고, 또한 복수의 셀이 직렬 접속된 배터리라도 되지만, 서로 같은 전압이며, 또한 예를 들면, 2V, 6V, 또는 12V 중 어느 하나의 단자 간 전압의 것이다.
이 비상용의 전원(1)은, 부하(4)의 플러스 마이너스의 단자에 접속된 주전원(5)의 플러스 마이너스의 단자(5A, 5B) 중, 플러스의 단자(5A)에는 충전 회로(6)와 다이오드(15)를 통하여 접속되고, 마이너스의 단자(5B)에는 직접 접속되어 있다. 다이오드(15)는 비상용의 전원(1)으로부터 부하(4)에 전류를 흐르게 하는 방향으로, 충전 회로(6)와 병렬로 접속되어 있다. 주전원(5)는, 예를 들면, 교류 상용 전원에 정류 회로 및 평활 회로(모두 도시하지 않음) 통하여 접속되어 직류 전력으로 변환하는 직류 전원 등으로 이루어진다.
비상용의 전원(1)의 정전위(正電位)는, 주전원(5)의 정전위보다 낮고, 통상은 부하(4)에는 흐르지 않지만, 주전원(5)이 정지(停止) 또는 기능 저하되면, 주전원(5) 측의 전위가 저하되므로, 비상용의 전원(1)에 축전한 전하에 의해, 다이오드(15)를 통하여 부하(4)에 급전된다. 그리고, 상기한 바와 같이 충전 회로(6)를 접속한 충전 형식은, 트리클 충전 형식이라고 한다.
본 실시형태의 2차 전지의 열화 판정 장치는, 이와 같은 전원(1)에서의 각 배터리(2)의 열화를 판정하는 장치이다. 이 2차 전지의 열화 판정 장치는, 상기 배터리군(3) 중 복수의 배터리(2)의 단자 간 전압을 개별적으로 검출부(7a)에 의해 검출하고 그 검출된 신호로부터 교류 성분을 개별적으로 연산하고, 연산 결과를 계측값으로 하여 1개의 무선부(10)로부터 송신하는 복수의 전압 센서 유닛(7)과, 개개의 배터리군(3)의 전류를 검출하는 전류 센서(8)의 각각과, 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 상기 배터리군(3)에 인가하는 계측용 전류 인가 장치(9)와, 상기 각 전압 센서 유닛(7)의 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 구비한다.
상기 전압 센서 유닛(7)은, 이 실시형태에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 배터리(2)의 단자 간 전압의 개별적인 검출을 행하는 복수의 검출부(7a)와, 이들 각각의 검출부(7a)에 의해 검출된 신호로부터 상기 교류 성분의 개별적인 연산을 행하는 복수의 연산부(7b)를 구비한다. 전압 센서 유닛(7)의 상기 검출부(7a)는, 구체예를 설명하면, 상기 전압의 검출값으로서 교류 전압의 아날로그의 검출값을 출력하는 전압 센서 또는 차동 연산 소자이며, 상기 연산부(7b)는 아날로그 신호의 검출값을, 디지털 신호에 의한 실효값 또는 평균값으로 변환한다. 검출부(7a)는, 이 외에 직류 전압을 검출하는 기능을 가지고, 직류 성분의 검출값은, 상기 연산부(7b)를 통하여 또는 직접으로 상기 무선부(10)가 송신한다. 상기 복수의 검출부(7a)와 상기 복수의 연산부(7b)와, 검출·연산부(7f)가 구성된다. 상기 검출부(7a)의 적절한 개수는, 배터리(2)가 2V, 6V, 12V 등의 어느 전압인지에 따라서도 상이하지만, 예를 들면, 2개 이상에서 10개 미만이 바람직하고, 2∼8개, 또는 4∼6개라도 된다.
상기 무선부(10)는, 무선 통신을 행하는 기능 외에, 주어진 커맨드를 실행하는 제어 기능이나, 커맨드에 대하여 검출부(7a)에 의한 계측의 개시를, 정해진 시간만 지연시키는 지연 기능 등을 가지고 있어도 된다. 이 경우에, 상기 무선부(10)는, 예를 들면, 미리 송신 순서가 송신 지연 시간으로 설정되어 있어, 각각의 검출부(7a)의 계측값을, 설정된 순차로 송신 지연 시간 후에 순차적으로 송신하도록 해도 된다. 상기 무선부(10)는 안테나(10a)를 구비한다.
상기 검출·연산부(7f)는, 예를 들면, 1개의 집적 회로 칩 또는 1개의 기판 상에 모든 회로 소자가 내장된 센서 어레이(「센서 모듈」이라고도 함)로 구성된다. 이 검출·연산부(7f)와 무선부(10)와, 도 2에 나타낸 전원부(7h)가 같은 기판 상에 실장(實裝)되고, 또는 같은 하우징(housing)(도시하지 않음) 내에 탑재되어 일체의 전압 센서 유닛(7)이 구성되어 있다. 전압 센서 유닛(7)의 전체가 1개의 집적 회로 칩으로서 구성되어 있어도 된다. 이 일체의 부품으로 한 전압 센서 유닛(7)의 경우, 취급성이나 보관성이 우수하다.
상기 전원부(7h)는, 상기 연속하여 직렬 접속된 복수의 배터리(2) 전체의 최저 전위와 최대 전위로부터 구동 전력을 얻도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 상기 전압 센서 유닛(7)은, 개개의 배터리(2)에 접속하는 단자를 가지지만, 이 중, 배터리(2)의 최저 전위와 최대 전위의 전극(7hL, 7hH)에 전원부(7h)가 도전(導電) 로(도 2 중에 굵은 선으로 나타냄)에 의해 접속되어 있다. 상기 전원부(7h)는, 이 실시형태에서는 강압 회로로 이루어지고, 그 강압 후의 전압이, 상기 센서 어레이 등으로 이루어지는 검출·연산부(7f)의 회로 전원 단자에 입력되어 있다. 상기 강압 회로는, 예를 들면, 레귤레이터나 분압(分壓) 저항 등으로 이루어진다.
상기와 같은 무선부(10)를 공유한 구성에 있어서, 복수의 검출부(7a) 및 연산부(7b)가 센서 어레이 또는 센서 모듈로서 일체화된 구조이면, 복수의 배터리(2)를 직렬 접속한 전압을 이용할 수 있어, 승압 회로가 불필요하게 된다. 강압 회로는 필요한 경우가 있지만, 강압 회로이면 승압 회로와는 달리, 변압 트랜스 등의 복잡한 구성은 불필요하며, 레귤레이터나 분압 저항 등의 간단한 구성으로 된다.
그리고, 전압 센서 유닛(7)은, 이 외에, 배터리(2)의 주위의 온도나 배터리의 온도를 계측하는 온도 센서(도시하지 않음)를 가지고 있어도 된다. 이 온도 센서의 검출 온도는, 상기 검출부(7a)의 검출 신호로부터 연산부(7b)에 의해 연산되는 상기 실효값 또는 평균값에 의한 전압 계측값과 함께, 상기 무선부(10)와 상기 컨트롤러(11)에 송신된다.
도 1에 있어서 상기 계측용 전류 인가 장치(9)는, 배터리군(3)의 플러스 마이너스의 단자단에 접속되고, 펄스형 내지 정현파형(正弦波狀)으로 변화하는 교류 성분을 가지는 전류, 예를 들면, 리플 전류를 전원(1)에게 준다. 이 계측용 전류 인가 장치(9)는, 예를 들면, 교류의 상용 전원으로부터, 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 생성하고 각각의 상기배터리군(3)에 인가(충전)하는 구성, 또는 열화 판정 대상의 전원(1)의 방전을 행하는 방전 회로로 구성된다. 상기 교류의 상용 전원을 사용하는 구성에서는, 상기 계측용 전류 인가 장치(9)는, 보다 구체적으로는, 상기 교류의 상용 전원의 전압이 상기 비상용의 전원(1)의 전압에 적절하도록 전압 변환하는 트랜스(도시하지 않음)와, 이 트랜스로 변환된 전류로부터 교류 성분만을 분리하여 각각의 상기배터리군(3)에 인가하는 컨덴서(도시하지 않음)와, 각각의 상기배터리군(3)에 인가하는 전류를 제한하는 저항 등의 전류 제한부(도시하지 않음)로 구성된다. 상기 트랜스의 1차 회로에는, 상용 전원을 개폐하는 개폐 스위치(도시하지 않음)가 설치된다. 상기 개폐 스위치는, 컨트롤러(11)의 후술하는 메인 컨트롤러(11A)에서의 상기 전류 인가 제어부(11e)(도 9 참조)에 의해 개폐가 제어된다.
상기 방전 회로로 되는 경우, 예를 들면, 후술하는 실시형태의 도 12에 나타낸 바와 같이, 계측용 전류 인가 장치(9)는, 전류 제한용 저항(26)과 스위칭 소자(27)의 직렬 회로로 이루어지는 방전 회로로 구성되고, 이 방전 회로가 상기 배터리군(3)과 병렬로 접속된다. 스위칭 소자(27)에는 바이패스용의 다이오드(28)가 설치되어 있다. 컨트롤러(11)의 상기 메인 컨트롤러(11A)(도 12 참조)에서의 상기 전류 인가 제어부(방전 제어 수단)(11e)에 의해, 방전 회로를 흐르는 전류가 펄스형 내지 정현파형의 전류로 되도록 상기 스위칭 소자(27)가 개폐 구동된다. 그리고, 이 경우, 전류 인가 제어부(11e)는, 펄스형 내지 정현파형의 전류로 되도록 스위칭 소자(27)를 구동시키는 지령을 부여하는 구성으로 이루어진다. 그리고, 도 12의 실시형태에 있어서의 나머지의 구성에 대하여는 후에 설명한다.
도 1에 있어서, 상기 컨트롤러(11)는, 이 실시형태에서는 메인 컨트롤러(11A)에, 통신망(12)을 통하여 데이터 서버(13) 및 모니터(14)를 접속하여 이루어진다. 통신망(12)은, 이 실시형태에서는 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 퍼스널 컴퓨터(도시하지 않음) 등과 통신 가능하며, 어디에서라도 데이터를 감시할 수 있다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 메인 컨트롤러(11A)는, 각각의 무선부(10)로부터 송신된 전압 센서 유닛(7)의 각각의 검출부(7a)의 검출값을 수신하는 수신부(11a)와, 수신부(11a)에서 수신한 계측값을 통신망(12)에 전송하는 전송부(11b)와, 각 전압 센서 유닛(7)의 무선부(10)에 무선으로 송신 개시 등의 커맨드를 송신하는 커맨드 송신부(11c)와, 대기부(11d)와, 전류 인가 제어부(11e)를 가지고 있다. 전류 인가 제어부(11e)는, 계측용 전류 인가 장치(9)(도 1)를 제어한다. 커맨드 송신부(11c) 및 수신부(11a)의 무선 송수신은, 안테나(19)를 통하여 행해진다.
상기 메인 컨트롤러(11A)의 상기 커맨드 송신부(11c)는, 자기(自己)와 커맨드를 생성해도 되지만, 이 실시형태에서는, 데이터 서버(13)로부터 송신된 계측 개시 커맨드에 응답하여 각 전압 센서 유닛(7)의 무선부(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 설치되어 있다.
데이터 서버(13)는, 내부 저항 계산부(13a)와 판정부(13b)를 구비한다. 내부 저항 계산부(13a)는, 메인 컨트롤러(11A)로부터 송신되어 수신한 교류 전압값(실행값 또는 평균값)과, 직류 전압값(셀 전압)과, 검출 온도와, 전류값(실행값 또는 평균값)을 이용하고, 정해진 계산식에 따라 배터리(2)의 내부 저항을 산출한다. 검출 온도는, 온도 보정에 사용된다. 상기 전류값을 얻는 각 전류 센서(8)(도 1 참조)는, 메인 컨트롤러(11A)에 유선의 배선으로 접속되고, 그 전류의 계측값은 도 9의 상기 전송부(11b)로부터 전압 계측값과 함께 전송된다.
판정부(13b)는, 임계값이 설정되고, 산출된 내부 저항이 임계값 이상이면 열화인 것으로 판정한다. 상기 임계값은, 복수, 예를 들면 2∼3 단계로 설치되어, 복수 단 층(plurality of levels)의 열화 판정을 행한다. 판정부(13b)는, 판정 결과를, 상기 통신망(12)을 통하여, 또는 전용(專用)의 배선을 통하여 모니터(14)에 표시시키는 기능을 가진다. 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, 이 실시형태에서는 메인 컨트롤러(11A)와 데이터 서버(13)로 구성하였지만, 이들 메인 컨트롤러(11A)와 데이터 서버(13)는, 동일 케이스에 들어간 1개의 컨트롤러(11)로서 구성해도 되고, 또한 1개의 기판 등으로 구성되는 1개의 정보 처리 장치에, 메인 컨트롤러(11A)와 데이터 서버(13)와의 구별없이 구성되어 있어도 된다.
상기 구성의 열화 판정 장치의 동작을 설명한다. 도 10은 그 동작의 일례의 흐름도이다. 데이터 서버(13)는, 커맨드 송신부(11c)에 계측 개시 커맨드를 송신한다(스텝 S1). 메인 컨트롤러(11A)는, 데이터 서버(13)로부터 계측 개시 커맨드 수신하고(스텝 S2), 각 전압 센서 유닛(7)의 무선부(10), 및 각 전류 센서(8)에 커맨드 송신부(11c)로부터 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 종료되면(스텝 S20에서 YES), 계측용 전류 인가 장치(9)에 의해 전류의 인가를 행한다(스텝 S21). 이 전류의 인가는, 계측용 전류 인가 장치(9)이 방전 장치이면 방전의 개시, 충전 장치이면 충전의 개시를 행한다.
스텝 S3에서 송신된 계측 개시 커맨드는, 전체 수의 전압 센서 유닛(7)이 수신하고(스텝 S4), 각 전압 센서 유닛(7)은, 자체의 개개의 검출부(7a)의 계측 지연 시간의 종료를 대기하고(스텝 S5), 배터리(2)의 DC 전압(단자 간 전압)을 계측한다(스텝 S6). 이 후, 전압 센서 유닛(7)은, 대기 시간의 종료를 대기하고(스텝 S7), 배터리(2)의 AC 전압을 계측한다(스텝 S8). AC 전압의 계측에 대하여는, 직접적인 계측값을 실효 전압 또는 평균 전압으로 환산하고, 그 환산값을 계측값으로서 출력한다.
계측한 DC 전압 및 AC 전압은, 예를 들면, 자체의 상기 송신 지연 시간만 대기하고 무선부(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(도시하지 않음)의 검출값과 함께, 데이터 서버(13)에 LAN 등의 통신망(12)에 의해 송신한다(스텝 S11). 데이터 서버(13)는, 순차로 송신되는 각 전압 센서(7) 등의 센서의 데이터를 수신하여 데이터 저장부(13d)에 저장한다(스텝 S12). 상기 무선 송신의 스텝 S9에서부터 데이터 서버(13)에 의한 데이터 저장까지는, 전체 전압 센서(7)의 데이터의 수신 및 저장이 종료될 때까지 행한다(스텝 S12에서 NO).
이 수신 및 저장의 종료(스텝 S12에서 YES)의 후, 그 종료 신호의 데이터 서버(13)로부터 메인 컨트롤러(11A)에 대한 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)와 각 배터리(2)의 내부 저항을 연산한다(스텝 S13).
데이터 서버(13)의 판정부(13b)는, 연산된 내부 저항을, 적절히 정해진 제1 임계값과 비교하여(스텝 S14), 제1 임계값보다 작을 경우에는(스텝 S14에서 YES), 배터리(2)가 정상인 것으로 판정한다(스텝 S15). 연산된 내부 저항이 제1 임계값보다 작지 않은 경우에는(스텝 S14에서 NO), 또한 연산된 내부 저항을 제2 임계값과 비교하여(스텝 S17), 연산된 내부 저항이 제2 임계값보다 작을 경우에는(스텝 S17에서 YES), 주의를 환기하는 경고를 출력한다(스텝 S18). 연산된 내부 저항이 제2 임계값보다 작지 않은 경우에는(스텝 S17에서 NO), 경고보다 강한 통지인 경보를 출력한다(스텝 S19). 상기 경보 및 경고는, 모니터(14)(도 1)에 의해 표시한다. 스텝 S15에서 정상인 것으로 판정되었을 경우에는, 모니터(14)에 정상적인 취지를 표시해도, 또한 특히 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(이 예에서는, 2개의 임계값에 의한 2 단계 열화 판정).
이 2차 전지의 열화 판정 장치에 의하면, 이와 같이, 각 전압 센서 유닛(7)은, 검출부(7a)가 배터리(2)마다 설치되어, 무선 통신에 의해 디지털 신호로 데이터의 수취, 받아건넴을 행하기 위해, 수십 내지 수백 개의 배터리(2)를 구비하는 비상용의 전원(1)이라도, 각 배터리(2)에 대하여, 전기적으로 기준 전위(그라운드 레벨)를 신경쓸 필요가 없다. 그러므로, 차동 연산이나 절연 트랜스의 필요가 없다. 또한, 이러한 복수 있는 개개의 검출부(7a)의 계측값을 무선으로 송신하므로, 복잡한 배선의 필요가 없다. 이들에 의해, 간단하며 저렴한 구성으로 할 수 있다.
이 경우에, 복수의 배터리(2)에 대한 개개의 계측값을 1개의 무선부(10)에 의해 송신하므로, 무선부(10)의 개수가 적게 할 수 있어, 열화 판정 장치의 전체의 구성이 보다 간소화되므로, 염가로 제조할 수 있다.
또한, 열화 판정 대상의 전원(1)의 전체는 아니고, 개개의 배터리(2)의 열화를 측정하도록 하고, 또한 그 판정에 대하여는, 교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 인가하고, 각각의 무선부(10)의 송신한 상기 계측값을 이용하여 각 배터리(2)의 내부 저항을 연산하고, 내부 저항으로부터 상기 배터리(2)의 열화를 판정하므로, 양호한 정밀도로 열화 판정을 행할 수 있다. 배터리(2)의 내부 저항은, 배터리(2)의 용량, 즉 열화의 정도와 밀접한 관계가 있어, 내부 저항을 알 수 있으면, 배터리(2)의 열화를 양호한 정밀도로 판정할 수 있다.
또한, 각각의 검출부(7a)가 계측한 상기 계측값을, 디지털 신호로 표현되는 실효값 또는 평균값으로 변환하고, 송신하므로, 전압 파형(波形)의 신호를 보내는 경우와 비교하여 비약적으로 송신 데이터량이 적어지게 된다. 배터리(2)의 내부 저항의 산출은, 실효값 또는 평균값으로 양호한 정밀도로 행할 수 있다. 배터리(2)의 내부 저항의 산출에 대하여는, 전압의 계측만으로도, 전류를 일정값으로 가정하는 것 등으로 가능하지만, 배터리(2)에 실제로 흐르는 전류를 계측하고, 전압과 전류와의 양쪽을 구함으로써, 내부 저항을 더 한층 양호한 정밀도로 산출할 수 있다. 직렬로 배열된 각 배터리(2)에 흐르는 전류는 동일하기 때문에, 전류 센서(8)는 배터리군(3)마다 1개 설치하면 된다.
각 전압 센서 유닛(7)의 전원에 대하여는, 도 2와 같이 상기 검출부(7a)에 각각 접속된 배터리(2) 중에서, 구동 전력을 전원부(7h)에 의해 얻지만, 직렬 접속된 복수의 배터리(2) 중, 그 최저 전위와 최대 전위로부터 구동 전압을 얻기 위해, 개개의 배터리(2)가 2V 배터리 등의 저전압의 배터리라도, 이 전압 센서 유닛(7)에 접속된 개수의 배터리(2)의 직렬 접속분의 합계 전압을 구동 전압으로서 얻을 수 있다. 그러므로, 1개의 배터리(2)의 전압보다 높은 구동 전력으로 동작하는 연산부(7b)나 무선부(10)를 가지는 구성이라도, 고가의 부품인 승압 회로가 불필요하며, 다수 설치되는 전압 센서 유닛(7)에 전원계가 간소화되므로, 이로써도 염가로 제조할 수 있다.
상기 컨트롤러(11)는, 상기 전압 센서 유닛(7)의 무선부(10)에 계측 개시 커맨드를 송신하고, 이 커맨드에 의해 각각의 검출부(7a)의 계측을 개시하게 하므로, 다수 존재하는 각각의 검출부(7a)의 계측 개시 타이밍을 정돈할(synchronized) 수 있다. 이 경우에, 상기 컨트롤러(11)는, 상기 각 전압 센서 유닛(7)에 개개의 검출부(7a)의 계측 개시 커맨드를 동시에 시리얼 전송 또는 패럴렐 전송으로 송신하고, 각각의 검출부(7a)는, 계측 개시 지연 시간 경과 후에 동시에 계측을 행한다. 계측 종료 후, 상기 컨트롤러(11)는, 순차로 상기 각 전압 센서 유닛(7)에 데이터 송신의 요구 커맨드를 송신하고, 커맨드를 받은 전압 센서 유닛(7)이 커맨드에 대응하는 검출부(7a)의 연산부(7b)에 의한 연산 후의 데이터를 송신하고, 이상을 반복함으로써, 데이터 통신을 행해도 된다. 이 실시형태에 있어서, 상기 컨트롤러(11)는, 데이터 송신 요구 커맨드의 송신으로부터 일정 시간 후에, 데이터 수신할 수 없었던 상기 전압 센서 유닛(7)에 대하여 재송신 요구를 행하도록 해도 된다.
다른 예로서, 각 전압 센서 유닛(7)의 각각의 검출부(7a)마다 정해진 계측 개시 지연 시간만큼 경과 후에 계측을 행하도록 하는 경우에는, 각각의 무선부(10)에 동시에 계측 개시 커맨드를 송신해도, 다수 있는 각 전압 센서 유닛(7)의 각각의 검출부(7a)에 의한 계측을, 무선 송수신에 지장이 없도록 순차로 행하여, 송신할 수 있다. 예를 들면, 송신 개시 커맨드는 글로벌 커맨드이며, 전압 센서 유닛(7)은 동시에 취득한다.
상기 컨트롤러(11)는, 상기 계측 개시 커맨드의 송신으로부터 일정 시간 후에, 데이터 수신할 수 없었던 상기 전압 센서 유닛(7)에 대하여 재송신 요구를 행한다. 어떠한 일시적인 송신의 장해 등에 의해, 일부의 전압 센서 유닛(7)의 무선부(10)와 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, 전술한 바와 같이 계측 개시 커맨드를 동시에 송신하는 것은 아니고 상기 각 전압 센서 유닛(7)의 무선부(10)에 개별적으로 데이터 요구 커맨드를 송신하고, 순차로 데이터를 수신하도록 해도 된다. 이 구성의 경우, 전압 센서 유닛(7) 측에 상기 지연 기능이 불필요해지므로, 전압 센서 유닛(7) 측의 구성이 간소화된다. 상기 컨트롤러(11)는, 산출한 상기 내부 저항의 크기에 따라 복수 단 층의 경보를 출력하므로, 배터리 교환의 필요성의 긴급도(緊急度)를 알 수 있어, 불필요한 배터리 교환을 행하지 않고, 보수의 계획이나 준비가 원활 또한 신속하게 행할 수 있다.
도 4, 도 5는, 상기 전압 센서 유닛(7)의 변형예를 나타낸다. 이 예에서는, 상기 전압 센서 유닛(7)은, 배터리(2)의 단자 간 전압의 개별적인 검출을 행하는 복수의 검출부(7a)와, 이들 각각의 검출부(7a)에 의해 검출된 신호를 전환할 수 있도록 선택으로 하여 출력하는 데이터 선택부(7d)와, 이 데이터 선택부(7d)에 의해 선택된 신호로부터 상기 교류 성분의 개별적인 연산을 행하는 1개의 연산부(7b)를 가지는 구성으로 되어 있다. 이 외에 연산부(7b)에 의해 연산된 결과를 기억하는 기억부(7e)를 가지고, 각각의 검출부(7a)에 의해 검출되고 데이터 선택부(7d)에 의해 선택되어 연산부(7b)에 의해 실행값 등에 변환된 각 배터리(2)의 전압 계측값은, 일단, 기억부(7e)에 기억되고, 무선부(10)로부터 순차적으로 출력된다. 상기 검출부(7a)는 차동 연산 회로로 이루어지고, 이들 차동 연산 회로로 이루어지는 복수의 검출부(7a)에 의해, 센서 어레이 또는 센서 모듈 등으로 이루어지는 차동 연산부(7aA)를 구성하고 있다.
상기 복수의 검출부(7a), 데이터 선택부(7d), 연산부(7b), 기억부(7e), 및 무선부(10)는, 공통의 기판에 실장되어 센서 유닛 본체(7A)(도 5)를 구성하고, 이 센서 유닛 본체(7A)의 전원 단자 n(저전위측), p(고전위측)에, 전원부(7h)가 접속되어 있다. 전원부(7h)는, 열화 검출 대상의 연속하여 직렬 접속된 복수의 배터리(2)에, 각각 스위치(7s)를 통하여 접속되고, 이들 배터리(2)로부터 상기 스위치(7s)를 전환하여 선택적으로 구동 전력을 얻도록 되어 있다. 상기 스위치(7s)는, 예를 들면, 수동 스위치이다. 전원부(7h)는, 강압 회로로 구성된다.
이 예와 같이 데이터 선택부(7d)를 설치한 경우, 연산부(7b)가 1개이면 된다. 그러므로, 상기 검출부(7a), 연산부(7b), 또는 데이터 선택부(7d)를 구성하는 회로 요소(要素; component)의 개수가 작아지게 된다. 전원에 대하여는, 상기 스위치(7s)의 전환에 의해, 상기 전원부(7h)에 대한 공급 전압을 선택할 수 있다. 전원(1)에서의 배터리(2)의 전압이 열화 검출 전에 미리 알고 있는 경우, 그 전압에 따라 상기 스위치(7s)를 전환하는 데 있어서 열화 검출의 운용을 행하면 된다.
도 6, 도 7은, 전압 센서 유닛(7)의 다른 변형예를 나타낸다. 이 변형예는, 도 4, 도 5 실시형태에 있어서의, 스위치(7s)를 설치하는 대신에, 전원부(7h)는, 상기 연속하여 직렬 접속된 복수의 배터리(2)에서의 개개의 고전위 측의 전극에 배터리(2) 측으로부터 전원부측(7h)에 대한 흐름만 허용하는 다이오드(7t)를 통하여 접속되고, 또한 상기 직렬 접속된 복수의 배터리(2)에서의 최저 전위의 전극이 직접 접속되어 있다.
이와 같이, 다이오드(7t)를 사용한 구성이면, 도 6과 같이 모든 검출부(7a)를 배터리(2)에 접속된 경우라도, 또한 도 7과 같이 일부의 검출부(7a)에만 배터리(2)에 접속된 경우라도, 수동적으로, 직렬 접속된 배터리(2)의 최대 전압을 얻을 수 있다.
도 8은, 전압 센서 유닛(7)의 또 다른 변형예를 나타낸다. 이 변형예는, 도 6, 도 7의 다이오드(7t)를 통하여 접속되는 구성에 있어서, 각 다이오드(7t)와 전원부(7h)와의 사이에 스위치(7s)가 접속되어 있다. 스위치(7s)는, 조작 신호에 의해 전환 가능한 구성의 것, 예를 들면, FET 등의 반도체 스위치나 릴레이 등이 이용되고, 전원부(7h)에 설치된 제어부(7u)에 의해 개폐 가능하다.
상기한 바와 같이 각 다이오드(7t)와 직렬로 스위치(7s)가 접속되어 있으면, 먼저 접속된 배터리(2)의 직렬 접속체의 최대 전압을 얻은 후, 전원부(7h)에 설치된 제어부(7u)와 고전위 측의 적절한 접속을 스위치(7s)와 단절하여, 효율이 양호한 전압(예를 들면, 회로를 구동시키는 전압보다 약간 높은)으로 전환할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 제2 실시형태를 나타낸다. 이 실시형태는, 도 1에 나타낸 제1 실시형태에 있어서 전류 센서(8)를 개개의 배터리군(3)마다 설치한 구성 대신에, 열화 검출 대상의 전원(1)에 대하여 전류 센서(8)를 하나로서 있다. 배터리군(3)의 전류의 계측에 대하여, 동 도면의 예와 같이, 전원(1)의 전체에서 전류 센서(8)를 1개의로 하고, 배터리군(3)에 흐르는 전류를 검출하도록 해도, 개개의 배터리군(3)마다 전류 센서(8)를 설치한 경우와, 각 배터리(2)의 내부 저항을 구하는 데 대하여, 실용상으로 거의 차이가 생기지 않을 가능성이 있다. 그러므로, 전류 센서(8)은, 전원(1) 전체에서 1개로 함으로써, 열화 검출의 정밀도를 유지하면서, 전류 센서(8)의 삭감에 의한 구성의 간소화 및 저비용화가 도모된다.
구체적으로 설명하면, 도 12와 같이, 예를 들면, 상기 계측용 전류 인가 장치(9)가 방전 회로로 구성되어 전류 제한 저항(26)을 사용하는 경우, 전류 제한 저항(26)은, 배터리(2)의 내부 저항에 비해 충분히 크기 때문에, 배터리 내부 저항이 열화에 의해 변화되어도 전류값에 대한 영향은 거의 없다. 그러므로, 복수의 배터리군(3)이 병렬 접속되어 있어도, 전류값을 방전 회로[계측용 전류 인가 장치(9)]의 위치에서 측정하고, 배터리군(3)의 병렬 개수로 나눈 값을 개개의 배터리(2)의 측정용 전류로 할 수 있다.
예를 들면, 전류 제한 저항(26)을 20∼30Ω으로 한 경우, 배터리 내부 저항은 수m∼10mΩ 정도이므로, 10mΩ로서 150개 직렬 접속으로 1.5Ω이다. 3병렬이면 0.5로 되고, 전류 제한 저항(26)에 비해 작다. 여기서 10%의 저항이 열화에 의해 내부 저항이 2배가 되었다고 해도, 0.55Ω이며, 총 임피던스는 20.5Ω가 20.55Ω로 되는 정도이며, 측정용 전류에 대한 영향은 작다. 그러므로, 전류 센서(8)를 공통으로 해도 된다. 도 11의 실시형태에 있어서의 그 외의 사항은, 도 1에 나타낸 실시형태와 마찬가지이다.
도 12는, 본 발명의 제3 실시형태를 나타낸다. 이 실시형태에 있어서, 특히 설명한 사항 외에는, 도 1 등과 함께 설명한 제1 실시형태와 마찬가지이다. 그리고, 1개의 무선부(10)(및 이에 접속된 안테나)가, 도 12에서는 배터리(2)마다 설치되어 있지만, 제1, 제2 실시형태와 같이 전압 센서 유닛(7)마다 설치되어 있어도 된다.
도 12에 있어서, 전원(1)은, 복수의 배터리군(3)이 직렬로 접속되어 직렬 접속체(3A)를 이루고, 이 배터리군(3)의 직렬 접속체(3A)가 복수 병렬로 접속되어 있다. 각각의 배터리군(3)의 직렬 접속체(3A)의 사이에서, 서로 대응하는 개개의 상기 배터리군(3)의 사이의 부위(a)는 서로 접속되어 있어, 상기 배터리군(3)이 병렬로 접속되어 병렬 접속체(3B)를 이룬다. 이 1개의 배터리군(3)의 병렬 접속체(3B)마다 상기 계측용 전류 인가 장치(9) 및 전류 센서(8)가 설치되어 있다. 계측용 전류 인가 장치(9)는, 이 예에서는 전술한 방전 회로로 이루어진다.
환언하면, 상기 전원(1)에서의 직렬 접속체(3A)가 1개의 배터리군(3)이면 간주하면, 이 1개의 배터리군(3)이, 직렬 방향으로 배열되는 복수(2개)의 배터리군 분할체(3a)로 분할되고, 이 배터리군 분할체(3a)가 다른 배터리군(3)을 구성하는 배터리군 분할체(3a)와 병렬로 접속되어 있다. 이들 배터리군 분할체(3a)가 병렬 접속된 접속체[즉 병렬 접속체(3B)]마다 병렬로 상기 계측용 전류 인가 장치(방전 회로)(9)가 설치된 구성이다. 분할수는 상관없지만, 개개의 배터리군 분할체(3a)는, 상기 배터리(2)가 복수 직렬로 접속되어 있다.
상기 전원(1)이 데이터 센터의 비상용 전원 등인 경우, 전원(1)의 전체에서의 배터리(2)의 직렬 접속체의 전압은, 예를 들면, 300V를 초과하는 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 내압(耐壓)이 높은 것이 필요하다. 그러나, 이 실시형태와 같이 배터리(2)의 직렬 접속체를 직렬 방향으로 2개로 분할된 구성으로 함으로써, 상기 계측용 전류 인가 장치(방전 회로)(9)에서의 측정 전류 인가용의 파워 소자인 상기 스위칭 소자(27)에, 내압이 낮은 것을 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도면을 참조하면서 바람직한 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: 배터리군
4: 부하
5: 주전원
5A, 5B: 단자
6: 충전 회로
7: 전압 센서 유닛
7a: 검출부
7b: 연산부
7c: 전환부
7d: 데이터 선택부
7e: 기억부
7h: 전원부
7s: 스위치
7A: 센서 유닛 본체
8: 전류 센서
9: 계측용 전류 인가 장치
10: 무선부
11: 컨트롤러
11A: 메인 컨트롤러
11e: 전류 인가 제어부
12: 통신망
13: 데이터 서버
13a: 내부 저항 계산부
13b: 판정부

Claims (5)

  1. 각각 2차 전지인 복수의 배터리가 직렬 접속된 배터리군이 복수 병렬로 접속된 전원에서의 상기 각 배터리의 열화(劣化)를 판정하는 2차 전지의 열화 판정 장치로서,
    상기 배터리군 중 연속하여 직렬 접속되어 있는 복수의 배터리의 단자 간 전압을 개별적으로 검출하는 복수의 검출부, 이들 검출부에 의해 검출된 신호로부터 교류 성분을 연산하는 연산부, 및 상기 연산부의 연산 결과를 송신하는 무선부를 구비하는 복수의 전압 센서 유닛;
    상기 배터리군의 전류를 검출하는 전류 센서;
    교류 성분을 포함하는 계측용 전류를 상기 배터리군에 인가하는 계측용 전류 인가 장치; 및
    상기 각 전압 센서 유닛이 송신한 상기 계측값을 수신하고, 상기 수신한 계측값을 이용하여 각 배터리의 내부 저항을 산출하고, 내부 저항으로부터 상기 배터리의 열화를 판정하는 컨트롤러;
    를 포함하고,
    상기 전압 센서 유닛은, 상기 검출부에 접속된 배터리로부터 구동 전력을 얻는 전원부를 구비하는,
    2차 전지의 열화 판정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는, 상기 연속하여 직렬 접속된 복수의 배터리의 최저 전위와 최대 전위로부터 구동 전력을 얻는, 2차 전지의 열화 판정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는, 상기 연속하여 직렬 접속된 복수의 배터리에 각각 스위치를 통하여 접속되고, 이들 배터리로부터 상기 스위치를 전환하여 선택적으로 상기 구동 전력을 얻는, 2차 전지의 열화 판정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는, 상기 연속하여 직렬 접속된 복수의 배터리에서의 개개의 고전위 측의 전극에 상기 배터리 측으로부터 상기 전원부 측으로의 흐름만 허용하는 다이오드를 통하여 접속되고, 또한 상기 연속하여 직렬 접속된 복수의 배터리에서의 최저 전위의 전극이 접속된, 2차 전지의 열화 판정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각 다이오드와 상기 전원부 사이에 스위치가 접속되고, 상기 전원부는 접속되는 전압을 상기 스위치에 의해 전환 가능한, 2차 전지의 열화 판정 장치.
KR1020197010489A 2016-09-21 2017-09-20 2차 전지의 열화 판정 장치 KR20190054109A (ko)

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