WO2017145948A1 - 二次電池の劣化判定装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a deterioration determination device for determining deterioration of a secondary battery used for an emergency power source or the like in a data center, a mobile phone base station, or other various power supply devices that require stable power supply.
  • the charging method for the emergency power supply includes trickle charging, which uses a charging circuit to charge with a small amount of current in a steady state, and a load and a secondary battery connected in parallel to the rectifier, applying a constant current to the load.
  • trickle charging uses a charging circuit to charge with a small amount of current in a steady state, and a load and a secondary battery connected in parallel to the rectifier, applying a constant current to the load.
  • many types of trickle charging are employed for emergency power supplies.
  • the emergency power supply is required to have a voltage and current that can drive a load driven by a commercial power supply, and a single secondary battery (also referred to as a battery) has a low voltage and a small capacity.
  • a single secondary battery also referred to as a battery
  • a plurality of battery groups connected in series are connected in parallel.
  • Each battery is a lead storage battery, a lithium ion battery, or the like.
  • Patent Document 1 a proposal for measuring the whole battery collectively (for example, Patent Document 1), applying a pulsed voltage to the battery, and determining the battery from the input voltage and the response voltage Proposals for calculating the overall internal impedance (for example, Patent Document 2), methods for determining deterioration by measuring the internal resistance of individual cells connected in series in the battery (for example, Patent Document 3), and the like have been proposed.
  • Patent Document 2 a proposal for measuring the whole battery collectively
  • Patent Document 2 applying a pulsed voltage to the battery, and determining the battery from the input voltage and the response voltage Proposals for calculating the overall internal impedance
  • Patent Document 3 methods for determining deterioration by measuring the internal resistance of individual cells connected in series in the battery
  • AC four-terminal battery tester has been commercialized as a handy checker that measures a very small resistance value such as the internal resistance of the battery (for example, Non-Patent Document 1).
  • Patent Documents 1 and 2 wireless data transmission is also proposed, cable management and manual work reduction, and computer data management are also proposed.
  • JP-A-10-170615 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-1000096 JP 2010-164441 A
  • Non-Patent Document 1 The conventional handy checker (Non-Patent Document 1) is not feasible with an emergency power source connected with dozens or hundreds of batteries because there are too many measurement points.
  • the techniques of Patent Literatures 1 and 2 both measure the entire power source including a battery, and do not measure individual batteries, that is, individual cells. For this reason, the accuracy of deterioration determination is low, and individual batteries that have deteriorated cannot be specified.
  • Patent Document 3 leads to a technique of improving the accuracy of deterioration determination and identifying each deteriorated battery by measuring the internal resistance of each cell connected in series.
  • the reference potential (ground level) of each voltage sensor is the minus terminal potential of each cell. Accordingly, the reference potentials of the batteries in the battery group in which several tens to several hundreds of batteries are directly connected are all different as they are. The coping with the difference in the reference potential is not disclosed in the document. In general, in order to acquire the potential of each cell, it is necessary to detect a potential difference by differential calculation or to use an insulating transformer, resulting in a complicated and expensive configuration.
  • An object of the present invention is to accurately determine the deterioration of each battery in a power source in which a plurality of batteries each of which is a secondary battery are connected in series, and is simple and inexpensive.
  • An object of the present invention is to provide a secondary battery deterioration determination device that can be manufactured.
  • the secondary battery deterioration determination device determines the deterioration of each battery 2 in a power source 1 in which a plurality of battery groups 3 each having a plurality of secondary batteries 2 connected in series are connected in parallel.
  • a secondary battery deterioration determination device A plurality of voltage sensors 7 individually connected to each of the batteries 2;
  • a measurement current applying device 9 for applying a measurement current including an alternating current component to each battery group 3;
  • Wireless communication means 10 for each sensor that wirelessly transmits a measured value of the voltage of the AC component that is provided and measured in each voltage sensor 7;
  • a controller 11 that receives the measured value transmitted from the wireless communication means 10 for each voltage sensor, calculates the internal resistance of each battery 2 using the received measured value, and determines deterioration of the battery 2 from the internal resistance.
  • the AC component referred to in this specification is a component in which the magnitude of the voltage repeatedly changes, and the direction of the voltage may be always constant, for example, a ripple current or a pulse current.
  • the “battery” may be a plurality of cells connected in series or a single cell.
  • the “controller” is not limited to a single unit, for example, a main controller 11A provided with means for receiving the measured value, and the main controller 11A connected to the main controller 11A via a communication means 12 such as a LAN. It may be divided into information processing devices such as the data server 13 for calculating the internal resistance of
  • the measured value of the voltage sensor 7 is transmitted to the controller 11 wirelessly. Even if there are a plurality of batteries 2 connected in series constituting the battery group 3, for example, several tens to several hundreds, the reference potential (ground level) of each voltage sensor 7 is set to be transmitted wirelessly. Both can be shared and there is no need to worry about the reference potential. Therefore, there is no need for differential operation or an isolation transformer. Further, since the measurement values of a plurality of individual voltage sensors are transmitted wirelessly, there is no need for complicated wiring. By these, it can be set as a simple and cheap structure.
  • the deterioration of each battery 2 is determined rather than the entire power source 1 subject to deterioration determination, and for the determination, a measurement current including an AC component is applied and the transmitted measurement value is used. Since the internal resistance of each battery 2 is calculated and the deterioration of the battery 2 is determined from the internal resistance, the deterioration can be accurately determined.
  • the internal resistance of the battery 2 is closely related to the capacity of the battery 2, that is, the degree of deterioration. If the internal resistance is known, the deterioration of the battery 2 can be accurately determined.
  • wireless communication Since wireless communication is used, only digital signals are transmitted and received.
  • the voltage sensor 7 needs to receive, the current is common to the plurality of sensors, and therefore it is necessary to notify each voltage sensor 7 of the start of measurement before applying the current. (For example, a message indicating that the measurement should be started within a few seconds from now, because a current is applied after a few seconds, or for a few seconds).
  • a conversion unit 7bc for converting the measured value measured by each voltage sensor 7 into an effective value or an average value represented by a digital signal is provided, and the wireless communication means 10 for each sensor uses the measured value as the measured value.
  • the effective value or average value converted by the conversion unit 7bc may be transmitted. Calculation of the internal resistance of the battery 2 can be performed with an effective value or an average value with high accuracy. Further, if the measured value of the voltage sensor 7 is transmitted as an effective value or an average value, the amount of transmission data can be drastically reduced as compared with the case of transmitting a voltage waveform signal.
  • a current sensor 8 is connected to each of the battery groups 3, and the controller 11 includes the measured values of the voltage sensors 7 and the current sensors of the battery groups 3 provided with the voltage sensors 7.
  • An internal resistance calculation unit 13a that calculates the internal resistance of each battery 2 from the measured value of 8, and a determination unit 13b that determines the deterioration of each battery 2 from the calculation result of the internal resistance calculation unit 13a Also good.
  • the wireless communication means 10 for each sensor has a function of receiving a command and giving a command corresponding to the command to the voltage sensor 7 (for example, the arithmetic processing unit 7b). You may make it have the function to transmit the said command to the wireless communication means 10 for every sensor.
  • the controller 11 may transmit a measurement start command to the wireless communication means 10 for each sensor as the command.
  • the sensor-by-sensor wireless communication means 10 receives the measurement start command and starts measurement of the voltage sensor.
  • the measurement timing of each voltage sensor 7 can be adjusted by transmitting the measurement start command from the controller 11 to the wireless communication means 10 for each sensor.
  • the controller 11 simultaneously transmits a measurement start command to each voltage sensor 7 by serial transmission or parallel transmission, and each voltage sensor 7 performs measurement simultaneously after the measurement start delay time elapses. After the measurement is completed, the controller 11 sequentially transmits a data transmission request command to each of the voltage sensors 7, and the voltage sensor 7 that has received the command transmits data, and repeats the above to perform data communication. Good. In the present invention, the controller 11 may make a re-transmission request to the voltage sensor 7 that has not been able to receive data after a predetermined time from the transmission of the data transmission request command.
  • the controller 11 simultaneously transmits a measurement start command to each voltage sensor 7 by serial transmission or parallel transmission, and each voltage sensor 7 is subjected to a measurement start delay time determined for each voltage sensor. Measurement may be performed, and the measured data may be transmitted sequentially in a set order.
  • the measurement of each of the many voltage sensors 7 can be performed in order so that there is no hindrance to the transmission.
  • the measurement of each voltage sensor 7 may be performed at the same time, the transmission delay time may be set for each voltage sensor 7, and transmission may be stored in a buffer or the like and sequentially performed. Thereby, the same effect as described above can be obtained.
  • the data storage means for waiting for transmission becomes unnecessary.
  • the controller 11 may make a re-transmission request to the voltage sensor 7 that has not been able to receive data after a predetermined time from the transmission of the measurement start command.
  • the measurement start command cannot be received by the sensor-by-sensor wireless communication means 10 of some voltage sensors 7 due to some temporary transmission failure or the like. Even in such a case, transmission can be performed by making the retransmission request, and voltage measurement values of all the batteries 2 of the power supply can be obtained. Whether or not the measurement start command has been received may be determined by determining whether or not the voltage measurement value has been received on the controller 11 side.
  • the controller 11 does not transmit the measurement start command at the same time as described above, but the controller 11 sends the measurement start command individually to each voltage sensor 7 (for example, the wireless communication means 10 for each sensor).
  • a data transmission command may be transmitted, and the data may be received in order.
  • the measurement start command may be a data request command. In the case of this configuration, no delay means is required on the voltage sensor side, and the configuration on the voltage sensor side is simplified.
  • the controller 11 may include a determination unit 13b that outputs a multi-stage alarm according to the calculated magnitude of the internal resistance.
  • a determination unit 13b that outputs a multi-stage alarm according to the calculated magnitude of the internal resistance.
  • the measurement current applying device 9 is a discharge circuit composed of a series circuit of a current limiting resistor 26 and a switching element 27 connected in parallel with the battery group 3, and a current flowing through the discharge circuit 27 is A current application controller 11e that opens and closes the switching element 27 so as to obtain a pulsed or sinusoidal current may be provided.
  • a measurement current is generated by using a current applied to a circuit for charging the emergency power supply 1 subject to deterioration determination without using a commercial power supply for measurement. Therefore, the measurement current application device 9 can be simplified.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a secondary battery deterioration determination device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. It is a block diagram which shows the conceptual structure of the voltage sensor and controller in the degradation determination apparatus of the same secondary battery. It is a flowchart which shows the operation example of the deterioration determination apparatus of the secondary battery. It is a circuit diagram of the deterioration determination apparatus of the secondary battery which concerns on other embodiment of this invention. It is a circuit diagram of the deterioration determination apparatus of the secondary battery which concerns on the modification which changed a part of same embodiment. It is a circuit diagram of the deterioration determination apparatus of the secondary battery which concerns on further another embodiment of this invention.
  • a power source 1 subject to deterioration determination is an emergency power source in a data center, a mobile phone base station, or other various power sources that require stable power supply.
  • the power source 1 has a plurality of battery groups 3 in which a plurality of batteries 2 as secondary batteries are connected in series, and these battery groups 3 are connected in parallel and connected to a load 4.
  • Each battery 2 may be a battery including only one cell, or may be a battery in which a plurality of cells are connected in series.
  • the emergency power source 1 is connected to the positive terminal 5A through the charging circuit 6 and the diode 15 among the positive and negative terminals 5A and 5B of the main power source 5 connected to the positive and negative terminals of the load 4.
  • the negative terminal 5B is directly connected.
  • the diode 15 is connected in parallel with the charging circuit 6 in such a direction that current flows from the emergency power source 1 to the load 4.
  • the main power source 5 is composed of, for example, a DC power source that is connected to an AC commercial power source via a rectifier circuit and a smoothing circuit (both not shown) and converts to DC power.
  • the positive potential of the emergency power source 1 is lower than the positive potential of the main power source 5 and normally does not flow to the load 4. However, when the main power source 5 stops or the function is lowered, the potential on the main power source 5 side decreases. Then, the electric charge stored in the emergency power supply 1 is fed to the load 4 via the diode 15. In addition, the charge form which connected the charging circuit 6 as mentioned above is called a trickle charge form.
  • This deterioration determination device for a secondary battery is a device for determining the deterioration of each battery 2 in such a power source 1.
  • the secondary battery deterioration determination device includes a plurality of voltage sensors 7 individually connected to each battery 2, a plurality of current sensors 8 connected to each battery group 3, and a measurement current including an AC component.
  • the measurement current applying device 9 is composed of a discharging device or a charging device for applying a current to the battery group 3 of the power source 1.
  • the measurement current application device 9 is connected to the positive and negative terminal ends of the battery group 3 and supplies the power source 1 with a current having an alternating current component that changes in a pulse shape or a sine wave shape, for example, a ripple current.
  • the voltage sensor 7 is a sensor that detects an AC component and a DC component of the voltage, and includes a sensor function unit 7a and an arithmetic processing unit 7b as shown in FIG.
  • the sensor function unit 7a includes a voltage detection element and the like.
  • the arithmetic processing unit 7b executes a given command (specifically, a command corresponding to the command) and starts the measurement of the sensor function unit 7a with respect to the command for a predetermined time.
  • a delay unit 7bb for delaying and a conversion unit 7bc for converting an analog detected value of the AC voltage detected by the sensor function unit 7a into an effective value or an average value by a digital signal are provided.
  • the voltage sensor 7 has a DC detection unit 7c for detecting a DC voltage, and the detected value of the DC component detected by the DC detection unit 7c is also transmitted from the sensor-by-sensor wireless communication means 10.
  • the DC detection unit 7c may also serve as the sensor function unit 7a.
  • each voltage sensor 7 has a transmission order set in advance as a transmission delay time by the delay unit 7bb or by other means, and the measurement value is transmitted from each voltage sensor 7 in a time multiplexed manner. The transmission is sequentially performed after the transmission delay time in the set order.
  • a temperature sensor 18 for measuring the ambient temperature of the battery 2 and the temperature of the battery is provided, and at least the voltage sensor 7 and the temperature sensor 18 constitute a sensor unit 17.
  • the temperature detected by the temperature sensor 18 is transmitted to the controller 11 by the sensor-based wireless communication means 10 together with the voltage measurement value based on the effective value or the average value of the voltage sensor 7.
  • the controller 11 is formed by connecting a data server 13 and a monitor 14 to the main controller 11A via the communication network 12.
  • the communication network 12 is composed of a LAN and has a hub 12a.
  • the communication network 12 may be a wide area communication network.
  • the data server 13 can communicate with a remote personal computer (not shown) or the like via the communication network 12 or another communication network, and can monitor data from anywhere.
  • the main controller 11A includes a receiving unit 11a that receives the detection value of the voltage sensor 7 transmitted from each sensor wireless communication unit 10, and a transfer unit 11b that transfers the measurement value received by the receiving unit 11a to the communication network 12.
  • Each voltage sensor 7 includes a command transmission unit 11c that wirelessly transmits a command such as a transmission start to the sensor-by-sensor wireless communication unit 10, a standby unit 11d described later, and a current application control unit 11e.
  • the current application controller 11e controls the measurement current application device 9 (FIG. 1). In FIG. 2, wireless transmission / reception of the command transmission unit 11 c and the reception unit 11 a is performed via the antenna 19.
  • each current sensor 8 is connected to the main controller 11A by wiring, and the measured value of the current is transferred together with the measured voltage value from the transfer unit 11b of FIG.
  • the command transmission unit 11c of the main controller 11A may generate a command by itself, but in this embodiment, in response to a measurement start command transmitted from the data server 13, each sensor of each voltage sensor 7 is wireless.
  • the measurement start command is transferred to the communication means 10.
  • the main controller 11A or the current sensor 8 is provided with a conversion unit (not shown) that converts the measured value of the current sensor 8 into an effective value or an average value.
  • the controller 11 has a function of transmitting the command to the wireless communication unit 10 for each sensor.
  • the wireless communication unit 10 for each sensor receives the command, the calculation provided in the voltage sensor 7 is performed. It has a function of giving a command corresponding to this command to the processing unit 7b.
  • the data server 13 includes an internal resistance calculation unit 13a and a determination unit 13b.
  • the internal resistance calculation unit 13a receives the AC voltage value (execution value or average value), DC voltage value (cell voltage), detected temperature, and current value (execution value or average value) transmitted from the main controller 11A. And the internal resistance of the battery 2 is calculated according to a predetermined calculation formula. The detected temperature is used for temperature correction.
  • the determination unit 13b determines that the threshold is set and the calculated internal resistance is greater than or equal to the threshold.
  • a plurality of threshold values are provided (for example, for two to three stages), deterioration determination of a plurality of stages is performed, and an alarm corresponding to the plurality of stages is output as will be described later.
  • the determination unit 13b has a function of displaying the determination result on the monitor 14 via the communication network 12 or via a dedicated wiring.
  • the data server 13 includes a command transmission unit 13c that transmits a measurement start command to the main controller 11A, and a data storage unit 13d that stores data such as a voltage measurement value transmitted from the main controller 11A. Yes.
  • the main controller 11A and the measurement current applying device 9 may be configured as an integrated controller in the same case.
  • the controller 11 is configured by the main controller 11A and the data server 13 in this embodiment, but the main controller 11A and the data server 13 may be configured as one controller 11 in the same case.
  • one information processing apparatus configured by one substrate or the like may be configured without distinction between the main controller 11A and the data server 13.
  • FIG. 3 is a flowchart of an example of the operation.
  • the data server 13 transmits a measurement start command from the command transmitter 13c (step S1).
  • the main controller 11A receives a measurement start command from the data server 13 (step S2), and transmits a measurement start command to each sensor wireless communication means 10 of each voltage sensor 7 and each current sensor 8 (step S3).
  • the standby unit 11d determines the end of the standby time (step S20) and counts the standby time (step S22).
  • a current is applied by the measurement current applying device 9 (step S21). Application of this current starts discharging when the measuring current applying device 9 is a discharging device, and starts charging when the measuring current applying device 9 is a charging device.
  • the measurement start command transmitted in step S3 is received by all the voltage sensors 7 (step S4).
  • Each voltage sensor 7 waits for the end of its own measurement delay time (step S5), and then the DC voltage of the battery 2 is received. (Inter-terminal voltage) is measured (step S6). Thereafter, the voltage sensor 7 waits for the end of the standby time (step S7), and measures the AC voltage of the battery 2 (step S8).
  • the direct measurement value is converted into an effective voltage or an average voltage, and the converted value is output as a measurement value.
  • the measured DC voltage and AC voltage wait for their own transmission delay time and are transmitted wirelessly by the wireless communication means 10 for each sensor (step S9), and the main controller 11A of the controller 11 receives wirelessly (step S10).
  • the main controller 11A transmits the received DC voltage and AC voltage together with the detection values of the current sensor 8 and the temperature sensor 18 (FIG. 2) to the data server 13 via the communication network 12 such as a LAN (step S11).
  • the data server 13 receives the data of the sensors such as the voltage sensors 7 transmitted in order and stores them in the data storage unit 13d (step S12). From the wireless transmission step S9 to the data storage by the data server 13 is performed until the reception and storage of the data of all the voltage sensors 7 is completed (NO in step S12).
  • the measurement current applying device 9 is transmitted by transmitting the end signal from the data server 13 to the main controller 11A and outputting the current application control signal of the main controller 11A. Is turned off (step S16), and the data server 13 calculates the internal resistance of each battery 2 by the internal resistance calculator 13a (step S13).
  • the determination unit 13b of the data server 13 compares the calculated internal resistance with an appropriately determined first threshold value (step S14), and the battery 2 is normal if it is smaller than the first threshold value. Is determined (step S15). If it is not smaller than the first threshold value, it is further compared with the second threshold value (step S17), and if it is smaller than the second threshold value, a warning that is a warning alert is output (step S18). . If it is not smaller than the second threshold value, an alarm that is stronger than the warning is output (step S19). The alarm and warning are displayed on the monitor 14 (FIG. 1). If the above is normal, the monitor 14 may indicate that it is normal, or may not be displayed in particular.
  • the alarm and warning display by the monitor 14 may be performed by, for example, a mark such as a predetermined icon or by lighting a predetermined part. In this way, the deterioration determination of all the batteries 2 of the emergency message 1 is performed.
  • FIG. 3 is an example of two-stage deterioration determination (and display of an alarm or the like).
  • each voltage sensor 7 is provided for each battery 2 and receives and transfers data with a digital signal by wireless communication. Even in the case of the emergency power source 1 provided with the batteries 2, it is not necessary to worry about the reference potential (ground level) electrically for each battery 2. Therefore, there is no need for differential operation or an isolation transformer. Further, since the measurement values of the plurality of individual voltage sensors 7 are transmitted wirelessly, there is no need for complicated wiring. By these, it can be set as a simple and cheap structure.
  • the deterioration of each battery 2 is determined instead of the entire power source 1 subject to deterioration determination.
  • a measurement current including an AC component is applied, and the wireless communication means 10 for each sensor 10 Since the internal resistance of each battery 2 is calculated using the transmitted measurement value and the deterioration of the battery 2 is determined from the internal resistance, the deterioration determination can be made with high accuracy.
  • the internal resistance of the battery 2 is closely related to the capacity of the battery 2, that is, the degree of deterioration. If the internal resistance 2 is known, the deterioration of the battery 2 can be accurately determined.
  • the amount of transmission data is drastically larger than when a voltage waveform signal is transmitted. Less is enough.
  • Calculation of the internal resistance of the battery 2 can be performed with an effective value or an average value with high accuracy.
  • the calculation of the internal resistance of the battery 2 is possible only by measuring the voltage, it is possible to assume that the current is a constant value. However, the current actually flowing through the battery 2 is measured and the voltage and current are calculated. By obtaining both, the internal resistance can be calculated with higher accuracy. Since the currents flowing through the batteries 2 arranged in series are the same, it is sufficient to provide one current sensor 8 for each battery group 3.
  • the controller 11 transmits a measurement start command to each sensor wireless communication means 10 of each voltage sensor 7 and starts measurement of the voltage sensor 2 by this command. Can be arranged. In this case, the controller 11 simultaneously transmits a measurement start command to each voltage sensor 7 by serial transmission or parallel transmission, and each voltage sensor 7 performs measurement simultaneously after the measurement start delay time elapses. After the measurement is completed, the controller 11 sequentially transmits a data transmission request command to each of the voltage sensors 7, and the voltage sensor 7 that has received the command transmits data, and repeats the above to perform data communication. Good. In this embodiment, the controller 11 may make a re-transmission request to the voltage sensor 7 that has not been able to receive data after a predetermined time from the transmission of the data transmission request command.
  • the measurement start delay time determined for each voltage sensor 7 there are many even if a measurement start command is simultaneously transmitted to the wireless communication means 10 for each sensor.
  • the measurement of each voltage sensor 7 can be performed in order so as not to hinder wireless transmission and reception, and can be transmitted.
  • the transmission start command is a global command, and the voltage sensor 7 acquires it simultaneously.
  • the controller 11 makes a re-transmission request to the voltage sensor 7 that has not received data after a predetermined time from the transmission of the measurement start command.
  • the measurement start command cannot be received by the sensor-by-sensor wireless communication means 10 of some voltage sensors 7 due to some temporary transmission failure or the like. Even in such a case, by performing the re-transmission request, the voltage can be measured and transmitted, and the voltage measurement values of all the batteries 2 of the power source can be obtained. Whether or not the measurement start command has been received may be determined by determining whether or not the voltage measurement value has been received on the controller 11 side.
  • the controller 11 may individually transmit a data request command to the wireless communication means 10 for each sensor of each voltage sensor 7 and sequentially receive the data.
  • the delay unit 7bb is not required on the voltage sensor 7 side, and the configuration on the voltage sensor 7 side is simplified. Since the controller 11 outputs a multi-stage alarm according to the calculated magnitude of the internal resistance, the urgency of the need for battery replacement can be known, and maintenance planning and preparation can be performed without performing unnecessary battery replacement. Can be done smoothly and quickly.
  • the controller 11 and its internal components include a predetermined conversion function stored in a LUT (Look Up Table) implemented by software or hardware, or a software library (Library), or an equivalent thereof.
  • a hardware circuit or processor (not shown) that can perform computations and output the results using the library comparison functions, four arithmetic operations functions, or equivalent hardware, etc. It consists of software functions.
  • FIG. 4 shows another embodiment in which the measurement power applying device 9 is embodied in the embodiment shown in FIGS.
  • the measurement power application device 9 generates a measurement current including an AC component from the AC commercial power supply 21 and applies it to each of the battery groups 3. More specifically, the measurement current applying means 9 is converted by the transformer 22 for voltage conversion so that the voltage of the AC commercial power supply 21 is suitable for the voltage of the emergency power supply 1, and the transformer 22 converts the voltage. It includes a capacitor 23 that separates only the AC component from the current and applies it to each battery group 3, and a current limiting unit 24 that limits the current applied to each battery group 3 (secondary side).
  • the primary circuit of the transformer 22 is provided with an open / close switch 25 that opens and closes the commercial power supply 21.
  • Opening / closing of the open / close switch 25 is controlled by the current application controller 11e (see FIG. 2) in the main controller 11A of the controller 11.
  • the current limiting unit 24 may be a resistor, that is, a current limiting resistor as shown in FIG.
  • the measurement current including the AC component is generated from the AC commercial power supply 21, the measurement current including the AC component can be applied to the battery group 3 with a simple configuration.
  • the transformer 22 and the capacitor 23 even if the voltages of the commercial power source 21 and the battery group 3 are different, the voltage of the current for measurement can be matched with the voltage of the battery group 3, and only the AC component can be obtained. It can be applied to the battery group 3.
  • the current limiting unit 24 such as a resistor is provided, the current applied to the battery group 3 can be limited, and the battery group 3 can be protected from overcurrent.
  • Other configurations and effects in this embodiment are the same as those in the first embodiment described above with reference to FIGS.
  • FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention.
  • the measurement current applying device 9 is constituted by a discharge circuit comprising a series circuit of a current limiting resistor 26 and a switching element 27. Are connected in parallel with the battery group 3.
  • the switching element 27 is provided with a bypass diode 28.
  • the switching element 7 is opened and closed by the current application control unit 11e in the main controller 11A of the controller 11 so that the current flowing through the discharge circuit becomes a pulsed or sine wave current.
  • the current application control unit 11 e is configured to give a command for driving the switching element 7 so as to have a pulsed or sine wave current as described above.
  • a measurement current is generated by using a current applied to a circuit for charging the emergency power supply 1 subject to deterioration determination without using a commercial power supply for measurement. Therefore, the measurement current applying device 9 can be simplified as compared with the embodiment using the commercial power source of FIG. Other configurations and effects are the same as those of the first embodiment shown in FIGS.
  • Determining unit 14 ... Monitor 15 ... Diode 17 ... Sensor unit 18 ... Temperature sensor 19 ... Antenna 21 ... Commercial power supply 22 ... Transformer 23 ... Capacitor 24 ... Current limit 25: Opening / closing switch 26 ... Current limiting resistor 27 ... Switching element

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Abstract

データセンタまたは携帯電話基地局等の複数のバッテリが直列接続されたバッテリ群が複数並列に接続された非常用電源における各バッテリの劣化を精度良く判定することができ、かつ簡素で安価に製造可能な二次電池の劣化判定装置を提供する。各バッテリ(2)に接続された複数の電圧センサ(7)と、交流成分を含む計測用電流をバッテリ群(3)毎に印加する計測用電流印加装置(9)と、コントローラ(11)とを備える。各電圧センサ(7)に交流成分の電圧の計測値を無線で送信するセンサ毎無線通信手段(10)を設ける。コントローラ(11)は、各電圧センサ毎無線通信手段(10)の送信した計測値を受信し、その計測値を用いて各バッテリ(2)の内部抵抗を算出し、内部抵抗からバッテリ(2)の劣化を判定する。

Description

二次電池の劣化判定装置 関連出願
　本出願は、２０１６年２月２４日出願の特願２０１６－３２９４５の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、データセンタ、携帯電話基地局、またはその他各種の電力安定供給が求められる電源装置における非常用電源等に用いられる二次電池の劣化を判定する劣化判定装置に関する。
　データセンタおよび携帯電話基地局等では、電力の安定供給が重要であり、定常時には交流商用電源が用いられるが、交流商用電源が停止した場合の無停電電源装置として、二次電池を用いた非常用電源が装備される。非常用電源の充電方式としては、充電回路を用いて定常時に微小電流で充電するトリクル充電の形式と、整流器に対して負荷と二次電池を並列に接続し、一定電流を印加して負荷を運転させつつ充電するフロート充電の形式とがある。一般的に非常用電源にはトリクル充電の形式が多く採用されている。
　前記非常用電源は、商用電源で駆動される負荷の駆動が可能な電圧と電流が要求され、一つの二次電池（バッテリとも称する）の電圧は低く、また容量も小さいため、複数のバッテリが直列接続されたバッテリ群を複数並列に接続した構成とされる。個々のバッテリは、鉛蓄電池やリチウムイオン電池等である。
　このような非常用電源において、バッテリは劣化によって電圧が低下するため、信頼性確保のために、バッテリの劣化判定を行い、劣化したバッテリを交換しておくことが望まれる。しかし、データセンタ、携帯電話基地局等の大規模な非常用電源における多数のバッテリを精度良く劣化判定できる装置は、提案されるに至っていない。
　従来のバッテリの劣化判定の提案例としては、車載バッテリチェッカーとして、バッテリ全体を纏めて計測する提案（例えば、特許文献１）、バッテリにパルス状電圧を印加し、入力電圧と応答電圧とからバッテリ全体の内部インピーダンスを算出する提案（例えば、特許文献２）、バッテリにおける直列接続された個々のセルの内部抵抗を計測し、劣化判定する方法（例えば、特許文献３）等が提案されている。また、バッテリの内部抵抗等の非常に小さな抵抗値を計測するハンディチェッカーとして、交流４端子法バッテリテスタが商品化されている（例えば、非特許文献１）。
　前記特許文献１，２では、無線によるデータ送信も提案され、ケーブルの取り回しや手作業の削減、コンピュータによるデータ管理も提案されている。
特開平１０－１７０６１５号公報 特開２００５－１００９６９号公報 特開２０１０－１６４４４１号公報
交流4端子法 バッテリーテスタ 内部抵抗計測器IW7807-BP（Rev.1.7.1、2015年2月16日、東京デバイセズ）（https://tokyodevices.jp/system/attachments/files/000/000/298/original/IW7807-BP-F_MANUAL.pdf）
　従来の前記ハンディチェッカー（非特許文献１）は、バッテリが何十、何百と接続された非常用電源では、計測箇所が多くなり過ぎ、実現性がない。特許文献１，２の技術は、いずれも、バッテリからなる電源の全体を計測するものであり、個々のバッテリ、つまり個々のセルの計測を行うものではない。そのため、劣化判定の精度が低く、また劣化した個々のバッテリを特定することができない。
　特許文献３の技術は、直列接続された個々のセルの内部抵抗を計測することでは、劣化判定の精度向上、および劣化した個々のバッテリを特定する技術に繋がる。しかし、各電圧センサの基準電位（グランドレベル）は、各セルのマイナス端子電位となる。よって、そのままでは数十～数百個のバッテリが直接接続されたバッテリ群の各バッテリの基準電位が全て異なる。この基準電位の相違への対処は、同文献には開示されていない。一般的には、個々のセルの電位を取得するためには、差動演算で電位差を検出するか、絶縁トランスを使用する必要があり、複雑で高価な構成となる。
　この発明の目的は、それぞれ二次電池であるバッテリの複数が直列接続されたバッテリ群が複数並列に接続された電源における前記各バッテリの劣化を精度良く判定することができ、かつ簡素で安価に製造可能な二次電池の劣化判定装置を提供することである。
　以下、この発明について、理解を容易にするために、便宜上実施形態の符号を参照して説明する。
　この発明の二次電池の劣化判定装置は、それぞれ二次電池であるバッテリ２の複数が直列接続されたバッテリ群３が複数並列に接続された電源１における前記各バッテリ２の劣化を判定する二次電池の劣化判定装置であって、
　前記各バッテリ２に個別に接続された複数の電圧センサ７と、
　交流成分を含む計測用電流を前記バッテリ群３毎に印加する計測用電流印加装置９と、
　前記各電圧センサ７に設けられ計測された交流成分の電圧の計測値を無線で送信するセンサ毎無線通信手段１０と、
　前記各電圧センサ毎無線通信手段１０の送信した前記計測値を受信し、この受信した計測値を用いて各バッテリ２の内部抵抗を算出し、内部抵抗から前記バッテリ２の劣化を判定するコントローラ１１とを備える。
　なお、この明細書で言う交流成分は、電圧の大きさが繰り返し変化する成分であり、電圧の向きが常に一定であっても良く、例えばリップル電流やパルス電流であっても良い。前記「バッテリ」は、複数のセルが直列接続されたものであっても、セル単独であっても良い。また、前記「コントローラ」は、単体に限らず、例えば前記計測値を受信する手段を備えた主コントローラ１１Ａと、この主コントローラ１１ＡにＬＡＮ等の通信手段１２を介して接続されて前記各バッテリ２の内部抵抗を算出するデータサーバ１３等の情報処理装置とに分かれていても良い。
　この構成によると、電圧センサ７の計測値を無線でコントローラ１１に送信する。バッテリ群３を構成する直列に接続されたバッテリ２が複数であっても、例えば数十～数百であっても、無線で送信するため、個々の電圧センサ７の基準電位（グランドレベル）がいずれも共通化でき、基準電位を気にする必要がない。そのため、差動演算や絶縁トランスの必要がない。また、複数ある個々の電圧センサの計測値を無線で送信するため、複雑な配線の必要がない。これらにより、簡単で安価な構成とできる。
　また、劣化判定対象の電源１の全体ではなく、個々のバッテリ２の劣化を判定するようにし、またその判定については、交流成分を含む計測用電流を印加し、送信した前記計測値を用いて各バッテリ２の内部抵抗を算出し、内部抵抗から前記バッテリ２の劣化を判定するため、精度良く劣化を判定することができる。バッテリ２の内部抵抗は、バッテリ２の容量、つまり劣化の程度と密接な関係があり、内部抵抗が分かれば、バッテリ２の劣化を精度良く判定できる。
　基準電位を気にする必要がないのは「無線通信」の効果である。なお、無線通信であるため、デジタル信号の送受信のみとなる。また、電圧センサ７が、受信が必要な場合として、複数個のセンサに対し、電流は共通であるので、電流を印加する前に各電圧センサ７に測定開始の連絡をする必要がある。（例えば今から数秒以内に、数秒後に、もしくは数秒間電流を印加するので、測定を開始すべき旨の連絡）。
　この発明において、前記各電圧センサ７の計測した前記計測値を、ディジタル信号で表される実効値または平均値に変換する変換部７ｂｃを備え、前記センサ毎無線通信手段１０は、計測値として前記変換部７ｂｃで変換された実効値または平均値を送信するようにしても良い。バッテリ２の内部抵抗の算出は実効値または平均値で精度良く行える。また、電圧センサ７の計測値を実効値または平均値で送信すると、電圧波形の信号を送る場合に比べて飛躍的に送信データ量が少なくて済む。
　この発明において、前記各バッテリ群３毎に電流センサ８が接続され、前記コントローラ１１は、前記各電圧センサ７の前記計測値とこの電圧センサ７が設けられた前記バッテリ群３毎の前記電流センサ８の計測値とから前記各バッテリ２の内部抵抗を算出する内部抵抗演算部１３ａ、およびこの内部抵抗演算部１３ａの演算結果から前記各バッテリ２の劣化を判定する判定部１３ｂを有するようにしても良い。電圧の計測だけであっても、電流を一定値に仮定することなどで、内部抵抗の算出が可能ではあるが、バッテリ２に実際に流れる電流を計測し、電圧と電流との両方を求めることで、内部抵抗をより一層精度良く算出することができる。直列に並んだ各バッテリに流れる電流は同じであるため、電流センサ８はバッテリ群３毎に１つ設けられていれば足りる。また、電流センサ８は１つとし、例えばバッテリ群３の並列回路と充電回路６との間に介在させてよい。
　この発明において、前記各センサ毎無線通信手段１０は、コマンドを受信して電圧センサ７（例えば、演算処理部７ｂ）に前記コマンドに対応する指令を与える機能を有し、前記コントローラ１１は、前記各センサ毎無線通信手段１０に前記コマンドを送信する機能を有するようにしても良い。
　例えば、前記コントローラ１１は、前記コマンドとして前記各センサ毎無線通信手段１０に計測開始コマンドを送信するようにしても良い。この場合、センサ毎無線通信手段１０は、計測開始コマンドを受けて、電圧センサの計測を開始させる。このように、コントローラ１１から各センサ毎無線通信手段１０に計測開始コマンドを送信することで、各電圧センサ７の計測タイミングを整えることができる。
　この場合に、前記コントローラ１１は、前記各電圧センサ７に計測開始コマンドを同時にシリアル伝送またはパラレル伝送で送信し、各電圧センサ７は、計測開始遅延時間経過後に同時に計測を行う。計測終了後、前記コントローラ１１は、順に前記各電圧センサ７にデータ送信の要求コマンドを送信し、コマンドを受けた電圧センサ７がデータを送信し、以上を繰り返すことで、データ通信を行ってもよい。この発明において、前記コントローラ１１は、データ送信要求コマンドの送信から一定時間後に、データ受信できなかった前記電圧センサ７に対し再送信要求を行うようにして良い。
　別の例として、前記コントローラ１１は、前記各電圧センサ７に計測開始コマンドを同時にシリアル伝送またはパラレル伝送で送信し、各電圧センサ７は、電圧センサ毎に定められた計測開始遅延時間だけ経過後に計測を行い、計測したデータを設定された順番で順次送信するようにしても良い。このように、各電圧センサ７が電圧センサ毎に定められた計測開始遅延時間だけ経過後に計測を行うようにすることで、各センサ毎無線通信手段１０へ同時に計測開始コマンドを送信しても、多数ある各電圧センサ７の計測を、送信に支障がないように順に行って送信することかできる。なお、各電圧センサ７の計測を同時に行い、送信遅延時間を電圧センサ７毎に設定しておいて、送信についてはバッファ等で記憶しておいて順次行うようにしても良い。これにより上記と同様の効果が得られる。順に計測するようにした場合は、送信待機用のデータ記憶手段が不要となる。
　この発明において、前記コントローラ１１は、前記計測開始コマンドの送信から一定時間後に、データ受信できなかった前記電圧センサ７に対し再送信要求を行うようにして良い。何らかの一時的な送信の障害等により、一部の電圧センサ７のセンサ毎無線通信手段１０で計測開始コマンドを受信できない場合がある。そのような場合でも、前記再送信要求を行うことで送信でき、電源の全てのバッテリ２の電圧計測値を得ることができる。計測開始コマンドを受信できたか否かは、コントローラ１１側で、電圧の計測値が受信されたか否かを判断することで行えば良い。
　この発明において、コントローラ１１は、前記のように計測開始コマンドを同時に送信するのではなく、前記コントローラ１１は、前記各電圧センサ７（例えば、センサ毎無線通信手段１０）に個別に計測開始コマンドのようなデータ送信コマンドを送信し、順にデータを受信するようにしても良い。前記計測開始コマンドはデータ要求コマンドであっても良い。この構成の場合、電圧センサ側に遅延手段が不要となり、電圧センサ側の構成が簡素化される。
　この発明において、前記コントローラ１１は、演算した前記内部抵抗の大きさに応じて複数段階の警報を出力する判定部１３ｂを有するようにしても良い。内部抵抗の大きさに応じた複数段階の警報が出力されると、バッテリ交換の必要性の緊急度がわかり、無駄なバッテリ交換を行うことなく、保守の計画や準備が円滑かつ迅速に行える。
　この発明において、前記計測用電流印加装置９が、前記バッテリ群３と並列に接続された、電流制限抵抗２６とスイッチング素子２７の直列回路からなる放電回路であり、この放電回路２７を流れる電流がパルス状ないし正弦波状の電流となるように前記スイッチング素子２７を開閉駆動する電流印加制御部１１ｅを備えていても良い。
　この構成の場合、計測用に商用電源を用いずに、劣化判定対象の非常用電源１を充電する回路に印加された電流を利用し、計測用の電流を生成する。そのため、計測用電流印加装置９が簡略化できる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１の実施形態に係る二次電池の劣化判定装置の回路図である。 同二次電池の劣化判定装置における電圧センサとコントローラの概念構成を示すブロック図である。 同二次電池の劣化判定装置の動作例を示す流れ図である。 この発明の他の実施形態に係る二次電池の劣化判定装置の回路図である。 同実施形態の一部を変更した変形例に係る二次電池の劣化判定装置の回路図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る二次電池の劣化判定装置の回路図である。
　この発明の二次電池の劣化判定装置の第１の実施形態を、図１ないし図３と共に説明する。図１において、劣化判定対象の電源１は、データセンタ、携帯電話基地局、またはその他各種の電力安定供給が求められる電源装置における非常用電源である。この電源１は、それぞれ二次電池であるバッテリ２の複数が直列接続されたバッテリ群３を複数有し、これらバッテリ群３が並列に接続され負荷４に接続される。各バッテリ２は、一つのセルのみ含むバッテリであっても、また複数のセルが直列接続されたバッテリであっても良い。
　この非常用の電源１は、負荷４の正負の端子に接続された主電源５の正負の端子５Ａ，５Ｂのうち、正の端子５Ａには充電回路６とダイオード１５とを介して接続され、負の端子５Ｂには直接に接続されている。ダイオード１５は非常用の電源１から負荷４に電流を流す向きで、充電回路６と並列に接続されている。主電源５は、例えば交流商用電源に整流回路および平滑回路（いずれも図示せず）介して接続されて直流電力に変換する直流電源等からなる。
　非常用の電源１の正電位は、主電源５の正電位よりも低く、通常は負荷４には流れないが、主電源５が停止または機能低下すると、主電源５側の電位が低下することから、非常用の電源１に蓄電した電荷により、ダイオード１５を介して負荷４に給電される。なお、上記のように充電回路６を接続した充電形式は、トリクル充電形式と呼ばれる。
　この二次電池の劣化判定装置は、このような電源１における各バッテリ２の劣化を判定する装置である。この二次電池の劣化判定装置は、前記各バッテリ２に個別に接続された複数の電圧センサ７と、各バッテリ群３毎に接続された複数の電流センサ８と、交流成分を含む計測用電流を前記バッテリ群３に印加する計測用電流印加装置９と、各電圧センサ７に設けられ計測された交流成分の電圧の計測値を無線で送信するセンサ毎無線通信手段１０と、前記各電圧センサ毎無線通信手段１０の送信した前記計測値を受信し、この受信した計測値を用いて各バッテリ２の内部抵抗を算出し、内部抵抗から前記バッテリ２の劣化を判定するコントローラ１１とを備える。
　前記計測用電流印加装置９は、電源１のバッテリ群３に電流を印加する放電装置または充電装置からなる。計測用電流印加装置９は、バッテリ群３の正負の端子端に接続され、パルス状ないし正弦波状に変化する交流成分を有する電流、例えばリップル電流を電源１に与える。
　電圧センサ７は、電圧の交流成分と直流成分の検出を行うセンサであり、図２に示すように、センサ機能部７ａと演算処理部７ｂとを有する。センサ機能部７ａは、電圧検出素子等からなる。演算処理部７ｂは、与えられたコマンド（具体的には、当該コマンドに対応する指令）を実行する制御部７ｂａと、コマンドに対してセンサ機能部７ａの計測の開始を、定められた時間だけ遅延させる遅延部７ｂｂと、前記センサ機能部７ａで検出した交流電圧のアナログの検出値を、ディジタル信号による実効値または平均値に変換する変換部７ｂｃとが設けられている。電圧センサ７は、この他に直流電圧を検出する直流検出部７ｃを有し、直流検出部７ｃで検出した直流成分の検出値も、前記センサ毎無線通信手段１０から送信される。なお、直流検出部７ｃはセンサ機能部７ａが兼ねるようにしても良い。また、各電圧センサ７は、前記遅延部７ｂｂにより、または他の手段により、予め送信順が送信遅延時間で設定されており、計測値を、各電圧センサ７から時間多重で送信されるように、設定された順に送信遅延時間後に順次送信する。
　また、この実施形態では、バッテリ２の周囲の温度やバッテリの温度を計測する温度センサ１８が設けられ、少なくとも電圧センサ７と、温度センサ１８とでセンサユニット１７を構成している。温度センサ１８の検出温度は、電圧センサ７の前記実効値または平均値による電圧計測値と共に、センサ毎無線通信手段１０でコントローラ１１へ送信される。
　前記コントローラ１１は、この実施形態では主コントローラ１１Ａに、通信網１２を介してデータサーバ１３およびモニタ１４を接続してなる。通信網１２は、この実施形態ではＬＡＮからなり、ハブ１２ａを有している。通信網１２は広域通信網であっても良い。データサーバ１３は、前記通信網１２や他の通信網により、遠隔地のパーソナルコンピュータ（図示せず）等と通信可能であり、どこからでもデータ監視できる。
　主コントローラ１１Ａは、各センサ毎無線通信手段１０から送信された電圧センサ７の検出値を受信する受信部１１ａと、受信部１１ａで受信した計測値を通信網１２へ転送する転送部１１ｂと、各電圧センサ７のセンサ毎無線通信手段１０に無線で送信開始等のコマンドを送信するコマンド送信部１１ｃと、後述の待機部１１ｄと、電流印加制御部１１ｅとを有している。電流印加制御部１１ｅは、計測用電流印加装置９（図１）を制御する。図２において、コマンド送信部１１ｃおよび受信部１１ａの無線送受は、アンテナ１９を介して行われる。
　図１に示すように、各電流センサ８は、主コントローラ１１Ａに配線で接続され、その電流の計測値は図２の前記転送部１１ｂから電圧計測値と共に転送される。前記主コントローラ１１Ａの前記コマンド送信部１１ｃは、自己でコマンドを生成しても良いが、この実施形態では、データサーバ１３から送信された計測開始コマンドに応答して各電圧センサ７のセンサ毎無線通信手段１０へ前記計測開始コマンドを転送する。なお、主コントローラ１１Ａまたは電流センサ８に、この電流センサ８の計測値を実効値または平均値に換算する換算部（図示せず）が設けられている。
　上記のように、コントローラ１１は、各センサ毎無線通信手段１０に前記コマンドを送信する機能を有し、各センサ毎無線通信手段１０は、当該コマンドを受信すると、電圧センサ７に備えられた演算処理部７ｂにこのコマンドに対応する指令を与える機能を有している。
　データサーバ１３は、内部抵抗演算部１３ａと判定部１３ｂとを有する。内部抵抗演算部１３ａは、主コントローラ１１Ａから送信されて受信した交流電圧値（実行値または平均値）と、直流電圧値（セル電圧）と、検出温度と、電流値（実行値または平均値）とを用い、定められた計算式に従ってバッテリ２の内部抵抗を算出する。検出温度は、温度補正に用いられる。
　判定部１３ｂは、閾値が設定され、算出された内部抵抗が閾値以上であると劣化と判定する。前記閾値は、複数（例えば２～３段階用）設けられ、複数段階の劣化判定を行い、後述のようにこの複数段階に対応した警報を出力する。判定部１３ｂは、判定結果を、前記通信網１２を介して、または専用の配線を介してモニタ１４に表示させる機能を有する。データサーバ１３は、この他に、主コントローラ１１Ａへ計測開始コマンドを送信するコマンド送信部１３ｃと、主コントローラ１１Ａから送信された電圧計測値などのデータを格納するデータ格納部１３ｄとを有している。
　なお、上記構成において、主コントローラ１１Ａと計測用電流印加装置９とは、同一ケースに入れた一体のコントローラとして構成されても良い。また、コントローラ１１は、この実施形態では主コントローラ１１Ａとデータサーバ１３とで構成したが、これら主コントローラ１１Ａとデータサーバ１３とは、同一ケースに入った一つのコントローラ１１として構成しても良く、また一つの基板等で構成される一つの情報処理装置に、主コントローラ１１Ａとデータサーバ１３との区別なく構成されていても良い。
　上記構成の劣化判定装置の動作を説明する。図３は、その動作の一例の流れ図である。データサーバ１３は、コマンド送信部１３ｃから計測開始コマンドを送信する（ステップＳ１）。主コントローラ１１Ａは、データサーバ１３から計測開始コマンド受信し（ステップＳ２）、各電圧センサ７のセンサ毎無線通信手段１０、および各電流センサ８へ計測開始コマンドを送信する（ステップＳ３）。この送信以降の処理と並行して、待機部１１ｄにより待機時間の終了判定（ステップＳ２０）および待機時間のカウント（ステップＳ２２）を行う。設定された待機時間が終了すると、計測用電流印加装置９により電流の印加を行う（ステップＳ２１）。この電流の印加は、計測用電流印加装置９が放電装置であれば放電の開始、充電装置であれば充電の開始を行う。
　ステップＳ３で送信された計測開始コマンドは、全数の電圧センサ７が受信し（ステップＳ４）、各電圧センサ７は、自己の計測遅延時間の終了を待って（ステップＳ５）、バッテリ２のＤＣ電圧（端子間電圧）を計測する（ステップＳ６）。この後、電圧センサ７は、待機時間の終了を待って（ステップＳ７）、バッテリ２のＡＣ電圧を計測する（ステップＳ８）。ＡＣ電圧の計測については、直接の計測値を実効電圧または平均電圧に換算し、その換算値を計測値として出力する。
　計測したＤＣ電圧およびＡＣ電圧は、自己の送信遅延時間だけ待って、センサ毎無線通信手段１０により無線で送信し（ステップＳ９）、コントローラ１１の主コントローラ１１Ａが無線で受信する（ステップＳ１０）。主コントローラ１１Ａは、受信したＤＣ電圧およびＡＣ電圧を、電流センサ８および温度センサ１８（図２）の検出値と共に、データサーバ１３へＬＡＮ等の通信網１２で送信する（ステップＳ１１）。データサーバ１３は、順に送信される各電圧センサ７等のセンサのデータを受信してデータ格納部１３ｄに格納する（ステップＳ１２）。前記無線送信のステップＳ９からデータサーバ１３によるデータ格納までは、全電圧センサ７のデータの受信および格納が終了するまで行う（ステップＳ１２でＮＯ）。
　この受信および格納の終了（ステップＳ１２でＹＥＳ）の後、その終了信号のデータサーバ１３から主コントローラ１１Ａへの送信、および主コントローラ１１Ａの電流印加制御信号の出力によって、前記計測用電流印加装置９の電流印加をオフにし（ステップＳ１６）、データサーバ１３では内部抵抗演算部１３ａで各バッテリ２の内部抵抗を演算する（ステップＳ１３）。
　データサーバ１３の判定部１３ｂは、演算された内部抵抗を、適宜定められた第１しきい値と比較し（ステップＳ１４）、第１しきい値よりも小さい場合は、バッテリ２が正常であると判定する（ステップＳ１５）。第１しきい値よりも小さくない場合は、さらに第２しきい値と比較し（ステップＳ１７）、第２しきい値より小さい場合、注意を喚起する警報である警告を出力する（ステップＳ１８）。第２しきい値よりも小さくない場合は、警告よりも強い知らせの警報を出力する（ステップＳ１９）。前記警報および警告は、モニタ１４（図１）で表示する。上記の正常な場合は、モニタ１４に正常である旨を表示してもよく、また特に表示しなくても良い。前記モニタ１４による警報および警告の表示は、例えば定められたアイコン等のマークにより行っても、所定部位の点灯等で行っても良い。このようにして、非常用の伝言１の全てのバッテリ２の劣化判定を行う。なお、図３は、２段階の劣化判定（および警報等の表示）の例である。
　この二次電池の劣化判定装置によると、このように、各電圧センサ７は、バッテリ２毎に設けられ、無線通信によりディジタル信号でデータの受け取り、受け渡しをするため、数十から数百個のバッテリ２を備える非常用の電源１であっても、各バッテリ２につき、電気的に基準電位（グランドレベル）を気にする必要がない。そのため、差動演算や絶縁トランスの必要がない。また、こうした複数ある個々の電圧センサ７の計測値を無線で送信するため、複雑な配線の必要がない。これらにより、簡単で安価な構成とできる。
　また、劣化判定対象の電源１の全体ではなく、個々のバッテリ２の劣化を判定するようにし、またその判定については、交流成分を含む計測用電流を印加し、各センサ毎無線通信手段１０の送信した前記計測値を用いて各バッテリ２の内部抵抗を演算し、内部抵抗から前記バッテリ２の劣化を判定するため、精度良く劣化判定をすることができる。バッテリ２の内部抵抗は、バッテリ２の容量、つまり劣化の程度と密接な関係があり、内部抵抗２が分かれば、バッテリ２の劣化を精度良く判定できる。
　また、各電圧センサ７の計測した前記計測値を、ディジタル信号で表される実効値または平均値に変換し、送信するため、電圧波形の信号を送る場合に比べて飛躍的に送信データ量が少なくて済む。バッテリ２の内部抵抗の算出は実効値または平均値で精度良く行える。バッテリ２の内部抵抗の算出については、電圧の計測だけであっても、電流を一定値に仮定することなどで可能ではあるが、バッテリ２に実際に流れる電流を計測し、電圧と電流との両方を求めることで、内部抵抗をより一層精度良く算出することができる。直列に並んだ各バッテリ２に流れ電流は同じであるため、電流センサ８はバッテリ群３毎に１つ設ければ足りる。
　前記コントローラ１１は、前記各電圧センサ７の各センサ毎無線通信手段１０に計測開始コマンドを送信し、このコマンドによって電圧センサ２の計測を開始させるため、多数存在する各電圧センサ２の計測開始タイミングを整えることができる。この場合に、前記コントローラ１１は、前記各電圧センサ７に計測開始コマンドを同時にシリアル伝送またはパラレル伝送で送信し、各電圧センサ７は、計測開始遅延時間経過後に同時に計測を行う。計測終了後、前記コントローラ１１は、順に前記各電圧センサ７にデータ送信の要求コマンドを送信し、コマンドを受けた電圧センサ７がデータを送信し、以上を繰り返すことで、データ通信を行ってもよい。この実施形態において、前記コントローラ１１は、データ送信要求コマンドの送信から一定時間後に、データ受信できなかった前記電圧センサ７に対し再送信要求を行うようにして良い。
　別の例として、各電圧センサ７毎に定められた計測開始遅延時間だけ経過後に計測を行うようにする場合は、各センサ毎無線通信手段１０へ同時に計測開始コマンドを送信しても、多数ある各電圧センサ７の計測を、無線送受に支障がないように順に行い、送信することかできる。例えば、送信開始コマンドはグローバルコマンドであり、電圧センサ７は同時に取得する。
　前記コントローラ１１は、前記計測開始コマンドの送信から一定時間後に、データ受信できなかった前記電圧センサ７に対し再送信要求を行う。何らかの一時的な送信の障害等により、一部の電圧センサ７のセンサ毎無線通信手段１０で計測開始コマンドを受信できない場合がある。そのような場合でも、前記再送信要求を行うことで、電圧を計測して送信でき、電源の全てのバッテリ２の電圧計測値を得ることができる。計測開始コマンドを受信できたか否かは、コントローラ１１側で、電圧の計測値が受信されたか否かを判断することで行えば良い。
　コントローラ１１は、前記のように計測開始コマンドを同時に送信するのではなく前記各電圧センサ７のセンサ毎無線通信手段１０に個別にデータ要求コマンドを送信し、順にデータを受信するようにしても良い。この構成の場合、電圧センサ７側に遅延部７ｂｂが不要となり、電圧センサ７側の構成が簡素化される。前記コントローラ１１は、算出した前記内部抵抗の大きさに応じて複数段階の警報を出力するため、バッテリ交換の必要性の緊急度がわかり、無駄なバッテリ交換を行うことなく、保守の計画や準備が円滑かつ迅速に行える。
　コントローラ１１およびその内部の構成要素は、具体的には、ソフトウエアやハードウエアで実現されたＬＵＴ（Look Up Table）、またはソフトウエアのライブラリ（Library）に収められた所定の変換関数やそれに等価のハードウエア等、また必要に応じて、ライブラリの比較関数や四則演算関数やそれらに等価のハードウエア等を用いて、演算を行って結果を出力しうるハードウエア回路またはプロセッサ（不図示）上のソフトウエア関数で構成されている。
　図４は、図１～図３に示す前記実施形態において、前記計測用電力印加装置９を具体化した他の実施形態を示す。この実施形態では、計測用電力印加装置９は、交流の商用電源２１から、交流成分を含む計測用電流を生成し前記各バッテリ群３に印加する。前記計測用電流印加手段９は、より具体的には、前記交流の商用電源２１の電圧が前記非常用の電源１の電圧に適するように電圧変換するトランス２２と、このトランス２２で変換された電流から交流成分のみを分離して前記各バッテリ群３に印加するコンデンサ２３と、前記各バッテリ群３に印加する電流を制限する電流制限部２４とを含む（二次側）。前記トランス２２の一次回路には、商用電源２１を開閉する開閉スイッチ２５が設けられている。開閉スイッチ２５は、コントローラ１１の主コントローラ１１Ａにおける前記電流印加制御部１１ｅ（図２参照）により開閉が制御される。図４において、前記電流制限部２４は、図５に示すように抵抗、すなわち電流制限抵抗であっても良い。
　この構成の場合、交流の商用電源２１から、交流成分を含む計測用電流を生成するようにしたため、簡単な構成でバッテリ群３に交流成分を含む計測用電流を印加することができる。トランス２２およびコンデンサ２３を設けたことで、商用電源２１とバッテリ群３との電圧が異なっていても、計測用電流の電圧をバッテリ群３の電圧に合致させることができ、かつ交流成分のみをバッテリ群３に印加することができる。また、抵抗等の電流制限部２４を設けたため、バッテリ群３に印加する電流を制限することができ、バッテリ群３を過電流から保護することができる。この実施形態におけるその他の構成，効果は、図１～図３と共に前述した第１の実施形態と同様である。
　図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１～図３に示す第１の実施形態において、計測用電流印加装置９が、電流制限用抵抗２６とスイッチング素子２７の直列回路からなる放電回路で構成され、この放電回路が前記バッテリ群３と並列に接続されている。スイッチング素子２７にはバイパス用のダイオード２８が設けられている。スイッチング素子２７は、コントローラ１１の前記主コントローラ１１Ａにおける前記電流印加制御部１１ｅによって、放電回路を流れる電流がパルス状ないし正弦波状の電流となるように前記スイッチング素子７が開閉駆動される。なおこの場合、電流印加制御部１１ｅは、図４の例とは異なり、上記のようなパルス状ないし正弦波状の電流となるようにスイッチング素子７を駆動する指令を与える構成とされる。
　この構成の場合、計測用に商用電源を用いずに、劣化判定対象の非常用電源１を充電する回路に印加された電流を利用し、計測用の電流を生成する。そのため、図４の商用電源を利用する実施形態に比べて、計測用電流印加装置９の簡略化が可能となる。その他の構成，効果は、図１～図３に示す第１の実施形態と同様である。
　以上、図面を参照しながら実施形態に基づいて本発明を実施するための好適な形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示される。当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内またはこれと均等の範囲内のものと解釈される。
１…電源
２…バッテリ
３…バッテリ群
４…負荷
５…主電源
５Ａ，５Ｂ…端子
６…充電回路
７ａ…センサ機能部
７ｂ…演算処理部
７ｂａ…制御部
７ｂｂ…遅延部
７ｂｃ…変換部
７ｃ…直流検出部
８…電流センサ
９…計測用電流印加装置
１０…センサ毎無線通信手段
１１…コントローラ
１１Ａ…主コントローラ
１１ａ…受信部
１１ｂ…転送部
１１ｃ…コマンド送信部
１１ｄ…待機部
１１ｅ…電流印加制御部
１２…通信網
１３…データサーバ
１３ａ…内部抵抗演算部
１３ｂ…判定部
１４…モニタ
１５…ダイトオード
１７…センサユニット
１８…温度センサ
１９…アンテナ
２１…商用電源
２２…トランス
２３…コンデンサ
２４…電流制限部
２５…開閉スイッチ
２６…電流制限用抵抗
２７…スイッチング素子

Claims (10)

  1. 　それぞれ二次電池であるバッテリの複数が直列接続されたバッテリ群が複数並列に接続された電源における前記各バッテリの劣化を判定する二次電池の劣化判定装置であって、
    　前記各バッテリに個別に接続された複数の電圧センサと、
    　交流成分を含む計測用電流を前記バッテリ群毎に印加する計測用電流印加装置と、
    　前記各電圧センサに設けられ計測された交流成分の電圧の計測値を無線で送信するセンサ毎無線通信手段と、
    　前記各電圧センサ毎無線通信手段の送信した前記計測値を受信し、この受信した計測値を用いて各バッテリの内部抵抗を算出し、内部抵抗から前記バッテリの劣化を判定するコントローラとを備える、
    　二次電池の劣化判定装置。
  2. 　請求項１に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記各電圧センサの計測した前記計測値を、ディジタル信号で表される実効値または平均値に変換する変換部を備え、前記センサ毎無線通信手段は、計測値として前記変換部で変換された実効値または平均値を送信する二次電池の劣化判定装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記各バッテリ群毎に電流センサが接続され、前記コントローラは、前記各電圧センサの前記計測値とこの電圧センサが設けられた前記バッテリ群毎の前記電流センサの計測値とから前記各バッテリの内部抵抗を演算する内部抵抗演算部、およびこの内部抵抗演算部の演算結果から前記各バッテリの劣化を判定する判定部を有する二次電池の劣化判定装置。
  4. 　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記各センサ毎無線通信手段は、コマンドを受信して前記電圧センサに前記コマンドに対応する指令を与える機能を有し、前記コントローラは、前記各センサ毎無線通信手段に前記コマンドを送信する機能を有する二次電池の劣化判定装置。
  5. 　請求項４に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記コントローラは、前記コマンドとして前記各センサ毎無線通信手段に計測開始コマンドを送信する二次電池の劣化判定装置。
  6. 　請求項４に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記コントローラは、前記各電圧センサに計測開始コマンドを同時にシリアル伝送またはパラレル伝送で送信し、各電圧センサは定められた計測開始遅延時間だけ経過後に計測を行い、計測したデータを設定された順番で順次送信する二次電池の劣化判定装置。
  7. 　請求項５または請求項６に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記コントローラは、前記計測開始コマンドの送信から一定時間後に、データ受信できなかった前記電圧センサに対し再送信要求を行う二次電池の劣化判定装置。
  8. 　請求項４に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記コントローラは、前記各電圧センサに個別にデータ送信コマンドを送信し、順にデータを受信する二次電池の劣化判定装置。
  9. 　請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記コントローラは、演算した前記内部抵抗の大きさに応じて複数段階の警報を出力する判定部を有する二次電池の劣化判定装置。
  10. 　請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記計測用電流印加装置が、前記バッテリ群と並列に接続された、電流制限抵抗とスイッチング素子の直列回路からなる放電回路であり、この放電回路を流れる電流がパルス状ないし正弦波状の電流となるように前記スイッチング素子を開閉駆動する電流印加制御部を備える二次電池の劣化判定装置。
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