WO2018056308A1 - 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 requires a voltage and current that can drive a load driven by a commercial power supply.
  • the voltage of one secondary battery (battery) is low and the capacity is small, so multiple batteries are connected in series.
  • a plurality of battery groups are connected in parallel.
  • Each battery is a lead acid battery or a lithium ion battery.
  • 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.
  • a secondary battery deterioration determination device shown in FIG. 11 was previously proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2017-150925). That is, a secondary battery degradation determination device that determines degradation 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 plurality of voltage sensor units 7 individually connected to each battery 2, a measurement current applying device 9 for applying a measurement current including an AC component to each battery group 3, and each voltage sensor unit 7 are provided. 10A for each sensor that wirelessly transmits the measured value of the measured voltage of the AC component, and the measurement value transmitted by each wireless communication means 10A for each voltage sensor is received, and the received measurement value is used. A controller 11 that calculates the internal resistance of each battery 2 and determines the deterioration of the battery 2 from the internal resistance. In addition, in the same figure, the part corresponding to embodiment mentioned later is attached
  • the measured value of the voltage sensor unit 7 is transmitted to the controller 11 wirelessly.
  • the detection units 7 a of the individual voltage sensor units 7 are transmitted.
  • These reference potentials ground levels
  • 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, the deterioration of the battery 2 can be accurately determined.
  • each sensor wireless communication means 10A is provided for each voltage sensor (detection unit 7a) provided for each battery 2, the number of wireless communication means 10A for each sensor is large, the configuration is complicated, and the cost is high. It becomes. Since the sensor-by-sensor wireless communication means 10A is an expensive part that performs wireless communication, the provision of a large number of them makes the entire degradation determination device expensive.
  • the secondary battery degradation determination device is a secondary battery that determines degradation of each battery in a power source 1 in which a plurality of batteries 2 each of which is a secondary battery are connected in series.
  • a battery deterioration determination device A plurality of terminals that individually detect the voltages between the terminals of the plurality of batteries 2 in the battery group 3, individually calculate an AC component from the detected signals, and transmit the calculation result as a measurement value by one wireless unit 10.
  • the AC component referred to in this specification is a component in which the magnitude of the voltage is repeatedly changed, 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 an information processing device such as the data server 13 that calculates the internal resistance of
  • the voltage sensor unit 7 transmits the measured value of the voltage of each battery 2 to the controller 11 wirelessly. Even if there are a plurality of batteries 2 constituting the battery group 3 connected in series, for example, several tens to several hundreds, the reference potential of the detection unit 7a including individual voltage sensors or the like is transmitted wirelessly. (Ground level) can be shared, and there is no need to worry about the reference potential. Therefore, there is no need for a differential operation or an isolation transformer for considering the reference potential.
  • the configuration is simplified, and manufacturing can be performed at low cost.
  • the number of radio units 10 can be reduced, the overall configuration of the deterioration determination device is further simplified, and the cost is reduced. Can be manufactured.
  • 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 measured value of the transmitted voltage
  • the internal resistance of each battery 2 is calculated using the measured value of the current sensor 8, and the deterioration of the battery 2 is determined from the internal resistance. For this reason, it is possible to accurately determine the deterioration.
  • 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.
  • the voltage sensor unit 7 includes a plurality of detection units 7a that individually detect the voltages between the terminals, and a plurality of calculations that perform individual calculations of the AC component from signals detected by these detection units.
  • the structure which has the part 7b may be sufficient. In the case of this configuration, since the detection unit 7a and the calculation unit 7b are provided for each battery 2, the configuration is clear.
  • the voltage sensor unit 7 includes one detection unit 7a that individually detects the voltage between the terminals, a switching unit 7c that switches the plurality of batteries 2 connected to the detection unit 7a, and the detection unit. It may have a configuration including one calculation unit 7b that performs individual calculation of the AC component from the signal detected in 7a. In this configuration, the switching unit 7c is required, but since only one detection unit 7a and one calculation unit 7b are required, the number of circuit elements that are the detection unit 7a, the calculation unit 7b, or the switching unit 7c is small. Less.
  • the voltage sensor unit 7 includes a plurality of detection units 7a that individually detect the voltages between the terminals, and a data selection unit that selects and outputs the signals detected by the detection units 7a in a switchable manner. 7d and one calculation part 7b which performs the separate calculation of the said alternating current component from the signal selected by this data selection part 7d may be sufficient. In this configuration, the data selection unit 7d is required. However, since only one calculation unit 7b is required, the number of circuit elements that are the detection unit 7a, the calculation unit 7b, or the data selection unit 7d can be reduced.
  • the entire voltage sensor unit 7 may be an integral part in which all the components are assembled in one casing 7g.
  • a form in which all the components are assembled in one housing 7g a form in which elements as the respective components are mounted on a common circuit board, or a form in which the elements are configured as one integrated circuit chip. It may be.
  • this integral part is used, it is excellent in handling and storage.
  • the switching unit 7c shares the lowest potential terminal 7au among the plurality of series-connected batteries 2 to be detected by one voltage sensor unit 7. (The example is FIG. 4). In the case of this configuration, the configuration of the switching unit 7c is simplified.
  • the switching unit 7c is configured to sequentially switch the low potential side and high potential side terminals 7au and 7ah connected to the detection unit 7a for each battery 2. May be. In this configuration, the detection unit 7a only needs to connect the switching unit 7c to the input side, and the wiring is 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 an example of a conceptual structure of the voltage sensor unit in the degradation determination apparatus. It is a block diagram which shows the other example of a conceptual structure of the voltage sensor unit in the degradation determination apparatus. It is a block diagram which shows the further another example of a conceptual structure of the voltage sensor unit in the degradation determination apparatus. It is a block diagram which shows the further another example of a conceptual structure of the voltage sensor unit in the degradation determination apparatus. It is a block diagram which shows the further another example of a conceptual structure of the voltage sensor unit in the degradation determination apparatus.
  • 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 includes a plurality of battery groups 3 each including a plurality of batteries 2 as secondary batteries connected in series, and these battery groups 3 are connected in parallel to form a parallel connection body 3B described later. 4 is connected.
  • Each battery 2 may be a single cell or 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.
  • the deterioration determination device for a secondary battery is a device for determining the deterioration of each battery 2 in such a power source 1.
  • This secondary battery deterioration determination device individually detects the voltage between terminals of a plurality of batteries 2 in the battery group 3, individually calculates an AC component from the detected signal, and uses the calculation result as a measurement value.
  • the current measurement device 9 and the measurement value transmitted by each voltage sensor unit 7 are received, the internal resistance of each battery 2 is calculated using the received measurement value, and the deterioration of the battery 2 is determined from the internal resistance. Controller 11.
  • the voltage sensor unit 7 includes a plurality of detection units 7a that individually detect voltages between the terminals of the battery 2, and signals detected by the detection units 7a. And a plurality of calculation units 7b that perform individual calculation of the AC component.
  • the voltage sensor unit 7 is a sensor module.
  • the detection unit 7a of the voltage sensor unit 7 will be described as a specific example.
  • the detection unit 7a is a voltage sensor that outputs an analog detection value of an AC voltage as the detection value of the voltage, and the calculation unit 7b calculates the detection value of the analog signal. Convert to effective value or average value by digital signal.
  • the detection unit 7a has a function of detecting a DC voltage, and the detection value of the DC component is transmitted by the radio unit 10 via the calculation unit 7b or directly.
  • the plurality of detection units 7a and the plurality of calculation units 7b constitute a detection / calculation unit 7f.
  • the appropriate number of the detectors 7a varies depending on whether the battery 2 is 2V, 6V, 12V or the like, but is preferably 2 or more and less than 10, for example, 2 to 8 or 4 to 6 It may be.
  • the voltage sensor unit 7 is configured such that all the components constituting the voltage sensor unit 7 such as the detection units 7a, the calculation units 7b, and the radio unit 10 are conceptually shown in FIG. It may be an integral part assembled in one casing 7g. As a form in which all the components are assembled in one housing 7g, a form in which elements as the respective components are mounted on a common circuit board, or a form in which the elements are configured as one integrated circuit chip. It may be. When this integral part is used, it is excellent in handling and storage.
  • the wireless unit 10 is determined to have a control function for executing a given command in addition to a function of performing wireless communication, and start of measurement by the detection unit 7a for the command. It may have a delay function or the like for delaying by a predetermined time. In this case, for example, the wireless unit 10 may transmit the measurement values of the detection units 7a sequentially after the transmission delay time in the set order, in which the transmission order is set in advance by the transmission delay time.
  • the radio unit 10 includes an antenna 10a (FIG. 7).
  • the voltage sensor unit 7 may include a temperature sensor (not shown) that measures the ambient temperature of the battery 2 and the temperature of the battery. The temperature detected by the temperature sensor is transmitted to the controller 11 by the wireless unit 10 together with the voltage measurement value by the effective value or the average value calculated by the calculating unit 7b from the detection signal of the detecting unit 7a.
  • the measurement current applying 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 measurement current application device 9 generates, for example, a measurement current including an AC component from an AC commercial power supply, and applies (charges) it to each battery group 3 or discharges the power supply 1 subject to deterioration determination. It consists of a discharging circuit that performs.
  • the measurement current applying means 9 is a transformer that performs voltage conversion so that the voltage of the AC commercial power supply is suitable for the voltage of the emergency power supply 1.
  • the primary circuit of the transformer is provided with an open / close switch (not shown) for opening and closing the commercial power supply.
  • the opening / closing of the opening / closing switch is controlled by the current application control unit 11e (see FIG. 7) in a main controller 11A (described later) of the controller 11.
  • the measurement current applying device 9 is configured by a discharge circuit including a series circuit of a current limiting resistor 26 and a switching element 27.
  • a discharge circuit is connected in parallel with the battery group 3.
  • the switching element 27 is provided with a bypass diode 28.
  • the switching element 27 is opened and closed by the current application control unit 11e in the main controller 11A (see FIG. 7) of the controller 11 so that the current flowing through the discharge circuit becomes a pulsed or sinusoidal current. Is done.
  • the current application control unit 11e is configured to give a command to drive the switching element 27 so as to obtain a pulsed or sinusoidal current.
  • the remaining configuration in the embodiment of FIG. 10 will be described later.
  • the controller 11 is formed by connecting a data server 13 and a monitor 14 to a main controller 11A via a communication network 12 in this embodiment.
  • 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 11 ⁇ / b> A receives the detection value of the voltage sensor unit 7 transmitted from each radio unit 10 and transfers the measurement value received by the reception unit 11 a to the communication network 12. It has a transfer unit 11b, a command transmission unit 11c that wirelessly transmits a command such as transmission start to the radio unit 10 of each voltage sensor unit 7, a standby unit 11d, and a current application control unit 11e.
  • the current application controller 11e controls the measurement current application device 9 (FIG. 1). Wireless transmission / reception of the command transmission unit 11c and the reception unit 11a is performed via the antenna 19.
  • the command transmission unit 11c of the main controller 11A may generate a command by itself, but in this embodiment, in response to the measurement start command transmitted from the data server 13, the wireless unit of each voltage sensor unit 7 The measurement start command is transferred to 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 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) transmitted from the main controller 11A, the DC voltage value (cell voltage), the detected temperature, and the current value (execution value or average value). And the internal resistance of the battery 2 is calculated according to a predetermined calculation formula.
  • the detected temperature is used for temperature correction.
  • Each current sensor 8 for obtaining the current value is connected to the main controller 11A by a wired wiring, and the measured value of the current is transferred together with the measured voltage value from the transfer unit 11d in FIG.
  • the determination unit 13b determines that the threshold is set and the calculated internal resistance is greater than or equal to the threshold.
  • the threshold value is provided in a plurality of, for example, two to three stages, and a plurality of stages of deterioration determination is performed.
  • 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 constituted by one substrate or the like may be configured without distinction between the main controller 11A and the data server 13.
  • FIG. 8 is a flowchart of an example of the operation.
  • the data server 13 transmits a measurement start command to the command transmission unit 11c (step S1).
  • the main controller 11A receives a measurement start command from the data server 13 (step S2), and transmits a measurement start command from the command transmission unit 11c to the radio unit 10 and each current sensor 8 of each voltage sensor unit 7 (step S3).
  • the standby unit 11d determines the end of the standby time (step S20) and counts the standby time (step S22).
  • step S21 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 sensor units 7 (step S4), and each voltage sensor unit 7 waits for the end of the measurement delay time of its own individual detector 7a (step S4).
  • step S5 The DC voltage (inter-terminal voltage) of the battery 2 is measured (step S6).
  • step S7 the voltage sensor unit 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 for example, wait for the transmission delay time of itself, and wirelessly transmit by the wireless unit 10 (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 detected values of the current sensor 8 and the temperature sensor (not shown) 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 detection unit 7a of each voltage sensor unit 7 transmitted in order and stores the data 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 data reception and storage of all the voltage sensor units 7 are 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 if smaller than the first threshold value (YES in step S14), It is determined that the battery 2 is normal (step S15). If the calculated internal resistance is not smaller than the first threshold value (NO in step S14), the calculated internal resistance is further compared with the second threshold value (step S17), and the calculated internal resistance is smaller than the second threshold value. If it is smaller (YES in step S17), a warning to call attention is output (step S18). If the calculated internal resistance is not smaller than the second threshold value (NO in step S17), an alarm that is stronger than a warning is output (step S19). The alarm and warning are displayed on the monitor 14 (FIG. 1).
  • the monitor 14 may indicate that it is normal, or may not particularly display it.
  • 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, deterioration determination of all the batteries 2 of the emergency power supply 1 is performed (in this example, two-stage deterioration determination using two threshold values).
  • each voltage sensor unit 7 is provided for each battery 2 and receives and transfers data with digital signals by wireless communication. Even if the emergency power source 1 includes the batteries 2, there is no need 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 detection units 7a are transmitted wirelessly, there is no need for complicated wiring. By these, it can be set as a simple and cheap structure.
  • the number of radio units 10 can be reduced, the overall configuration of the deterioration determination device is further simplified, and the cost is reduced. Can be manufactured.
  • deterioration of each battery 2 is determined instead of the entire power source 1 to be subjected to deterioration determination, and for the determination, a measurement current including an AC component is applied and the wireless unit 10 transmits Since the internal resistance of each battery 2 is calculated using the measured value and the deterioration of the battery 2 is determined from the internal resistance, it is possible to accurately determine the deterioration.
  • 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 measured value measured by each detection unit 7a is converted into an effective value or an average value represented by a digital signal and transmitted, the amount of transmission data is dramatically 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 high accuracy using an effective value or an average value. Although 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 the radio unit 10 of the voltage sensor unit 7 and starts measurement of each detection unit 7a by this command, so that the measurement start timing of each of the many detection units 7a is arranged. Can do. In this case, the controller 11 simultaneously transmits a measurement start command of each detection unit 7a to each voltage sensor unit 7 by serial transmission or parallel transmission, and each detection unit 7a performs measurement simultaneously after the measurement start delay time elapses. I do. After the measurement is completed, the controller 11 sequentially transmits a data transmission request command to each of the voltage sensor units 7, and the voltage sensor unit 7 that has received the command performs a calculation after the calculation by the calculation unit 7 b of the detection unit 7 a corresponding to the command. Data communication may be performed by transmitting data and repeating the above. In this embodiment, the controller 11 may make a re-transmission request to the voltage sensor unit 7 that has not been able to receive data after a predetermined time from the transmission of the data transmission request command.
  • a measurement start command may be simultaneously transmitted to each radio unit 10.
  • the measurement by each detection unit 7a of each of the voltage sensor units 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 unit 7 acquires it simultaneously.
  • the controller 11 makes a re-transmission request to the voltage sensor unit 7 that has not been able to receive data after a predetermined time from the transmission of the measurement start command.
  • the wireless unit 10 of some voltage sensor units 7 cannot receive the measurement start command 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 transmit the data request command individually to the radio unit 10 of each voltage sensor unit 7 instead of transmitting the measurement start command simultaneously as described above, and receive the data in order.
  • the delay function is unnecessary on the voltage sensor unit 7 side, and the configuration on the voltage sensor unit 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 voltage sensor unit 7 has the effective configuration of the detection unit 7a and the calculation unit 7b each including a voltage sensor for each battery 2 to be detected for deterioration.
  • the voltage sensor unit 7 may be configured as shown in FIG.
  • one detection unit 7a that individually detects the voltage between the terminals
  • a switching unit 7c that switches the plurality of batteries 2 connected to the detection unit 7a
  • the detection unit 7c detect It is also possible to have a single calculation unit 7b that performs individual calculation of the AC component from the generated signal.
  • the AC component that is the calculation result of the calculation unit 7b and the DC component obtained by the detection unit 7a are temporarily stored in the storage unit 7e, and the stored calculation result is transmitted from the radio unit 10. It is configured.
  • the storage unit 7e does not necessarily have to be provided, and in that case, every time the calculation unit 7b performs calculation, the calculation result is transmitted by the radio unit 10.
  • the detection unit 7a only needs to be connected to the switching unit 7c on the input side, and the wiring is simplified.
  • the switching unit 7 c has a configuration in which the terminal 7 au having the lowest potential is shared among the plurality of batteries 2 connected in series to be detected by one voltage sensor unit 7. In the case of this configuration, the configuration of the switching unit 7c is simplified.
  • the switching unit 7 c is configured to sequentially switch the low-potential side and high-potential side terminals 7 au and 7 ah connected to the detection unit 7 a for each battery 2. In the case of this configuration, the switching unit 7c is required, but since only one detection unit 7a and one calculation unit 7b are required, the number of circuit elements that are the detection unit 7a, the calculation unit 7b, or the switching unit 7c is small. Less.
  • FIG. 6 shows a modification of the voltage sensor unit 7.
  • the voltage sensor unit 7 selects and outputs a plurality of detection units 7a that individually detect the voltage between the terminals of the battery 2 and the signals detected by the detection units 7a so as to be switchable. It is configured to include a selection unit 7d and one calculation unit 7b that performs individual calculation of the AC component from the signal selected by the data selection unit 7d.
  • each battery 2 has a storage unit 7e that stores the result calculated by the calculation unit 7b, is detected by each detection unit 7a, is selected by the data selection unit 7d, and is converted into an execution value or the like by the calculation unit 7b.
  • the measured voltage values are temporarily stored in the storage unit 7e and sequentially output from the wireless unit 10.
  • the detection unit 7a includes a differential arithmetic circuit, and a plurality of detection units 7a including the differential arithmetic circuit constitute a differential arithmetic unit 7aA including a sensor array or a sensor module.
  • the data selection unit 7d When the data selection unit 7d is provided as in this example, only one calculation unit 7b is required. For this reason, the number of circuit elements constituting the detection unit 7a, the calculation unit 7b, or the data selection unit 7d can be reduced.
  • FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention.
  • the configuration in which the current sensor 8 is provided for each battery group 3 in the first embodiment shown in FIG. For the measurement of the current of the battery group 3, as shown in the example of FIG.
  • the configuration can be simplified and the cost can be reduced by reducing the number of current sensors 8 while maintaining the accuracy of deterioration detection.
  • the current applying device 9 for measurement when configured by a discharge circuit and uses the current limiting resistor 26, the current limiting resistor 26 is sufficient compared to the internal resistance of the battery 2. Therefore, even if the battery internal resistance changes due to deterioration, there is almost no influence on the current value. Therefore, even when a plurality of battery groups 3 are connected in parallel, the current value is measured at the position of the discharge circuit (measurement current applying device 9), and the value obtained by dividing the number of the battery groups 3 in parallel by each battery 2 is measured. It can be a current for measurement.
  • the current limiting resistor 26 when the current limiting resistor 26 is set to 20 to 30 ⁇ , the internal resistance of the battery is about several m to 10 m ⁇ , so that 150 m as 10 m ⁇ is 1.5 ⁇ in series connection. If three are in parallel, the value is 0.5, which is smaller than the current limiting resistor 26.
  • the resistance of 10% is doubled due to deterioration, it is 0.55 ⁇ , the total impedance is about 20.5 ⁇ to 20.55 ⁇ , and the influence on the measurement current is small. . Therefore, the current sensor 8 may be shared.
  • Other matters in the embodiment of FIG. 9 are the same as those of the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention.
  • the matters other than those specifically described are the same as those of the first embodiment described with reference to FIG.
  • One radio unit 10 (and an antenna connected thereto) is provided for each battery 2 in FIG. 10, but is provided for each voltage sensor unit 7 as in the first and second embodiments. It may be.
  • the power source 1 includes a plurality of battery groups 3 connected in series to form a series connection body 3 ⁇ / b> A, and a plurality of series connection bodies 3 ⁇ / b> A of the battery group 3 are connected in parallel.
  • the series connection bodies 3A of the battery groups 3 Between the series connection bodies 3A of the battery groups 3, the parts a between the individual battery groups 3 corresponding to each other are connected to each other, and the battery groups 3 are connected in parallel to form a parallel connection body 3B. Make it.
  • the measurement current applying device 9 and the current sensor 8 are provided for each parallel connection body 3B of the one battery group 3.
  • the measurement current applying device 9 is composed of the discharge circuit described above.
  • the series connection body 3A in the power source 1 is one battery group 3
  • the one battery group 3 is divided into a plurality of (two) battery group division bodies 3a arranged in series.
  • the battery group divided body 3 a is divided and connected in parallel with the battery group divided body 3 a constituting the other battery group 3.
  • the measurement current applying device (discharge circuit) 9 is provided in parallel for each connection body (that is, the parallel connection body 3B) in which the battery group division bodies 3a are connected in parallel.
  • each battery group divided body 3a includes a plurality of the batteries 2 connected in series.
  • the voltage of the battery 2 connected in series in the entire power source 1 is a high voltage exceeding 300V, for example.
  • the switching element 27, which is a power element for applying the measurement current needs to have a high withstand voltage.
  • the measurement current application power element in the measurement current application device (discharge circuit) 9 A certain switching element 27 having a low withstand voltage can be used.

Abstract

データセンタの非常電源等の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、かつ無線部の個数が少なくて済む劣化判定装置を提供する。バッテリ(2)の直列接続体であるバッテリ群(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の劣化を判定する。バッテリ群(3)の複数のバッテリ(2)の端子間電圧を個別に検出しその検出された信号から交流成分を個別に演算し、演算結果を計測値として一つの無線部(10)で送信する複数の電圧センサユニット(7)を備える。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)を備える。各電圧センサユニット(7)の送信した計測値を受信し、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、内部抵抗からバッテリ(2)の劣化を判定するコントローラ(11)を備える。

Description

二次電池の劣化判定装置 関連出願
　本出願は、２０１６年９月２１日出願の特願２０１６－１８４０２４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）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端子法バッテリー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。
　これらの課題を解消するものとして、図１１に示す二次電池の劣化判定装置を先に提案した（特開２０１７－１５０９２５号）。すなわち、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ユニット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、前記各電圧センサユニット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１０Ａと、前記各電圧センサ毎無線通信手段１０Ａ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、同図において、後述の実施形態と対応する部分は、同一の符号を付してある。
　この構成によると、電圧センサユニット７の計測値を無線でコントローラ１１に送信する。このように無線で送信するため、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、個々の電圧センサユニット７の検出部７ａ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の劣化を判定するため、バッテリ２の劣化を精度良く判定することができる。
　しかし、個々のバッテリ２毎に設けられる電圧センサ（検出部７ａ）毎にセンサ毎無線通信手段１０Ａを設けているため、センサ毎無線通信手段１０Ａの個数が多くて、構成が複雑であり、高価となる。センサ毎無線通信手段１０Ａは無線通信を行う高価な部品であるため、これを多数設けると、劣化判定装置の全体が高価となる。
　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、かつより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、
　前記バッテリ群３の内の複数のバッテリ２の端子間電圧を個別に検出しその検出された信号から交流成分を個別に演算し、演算結果を計測値として一つの無線部１０で送信する複数の電圧センサユニット７と、
　前記バッテリ群３の電流を検出する電流センサ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、
　前記各電圧センサユニット７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よく、例えばリップル電流やパルス電流であってもよい。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よい。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よい。
　この構成によると、電圧センサユニット７により個々のバッテリ２の電圧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、個々の電圧センサ等からなる検出部７ａ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、基準電位を考慮するための差動演算や絶縁トランスの必要がない。
　また、多数のバッテリ２についての計測値を無線で送信するため、複雑な配線の必要がなくて構成が簡素化され、安価に製造できる。この場合に、複数のバッテリ２についての個々の計測値を一つの無線部１０で送信するため、無線部１０の個数が少なくできて、劣化判定装置の全体の構成がより簡素化され、安価に製造できる。
　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、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、送信した前記電圧の計測値と前記電流センサ８の計測値と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。そのため、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。
　この発明において、前記電圧センサユニット７は、前記端子間電圧の個別の検出を行う複数の検出部７ａと、これら各検出部で検出された信号から前記交流成分の個別の演算を行う複数の演算部７ｂとを有する構成であってもよい。この構成の場合、バッテリ２毎に検出部７ａおよび演算部７ｂが設けられるため、構成が明確である。
　この発明において、前記電圧センサユニット７は、前記端子間電圧の個別の検出を行う一つの検出部７ａと、この検出部７ａに接続する前記複数のバッテリ２を切替える切替部７ｃと、前記検出部７ａで検出された信号から前記交流成分の個別の演算を行う一つの演算部７ｂとを有する構成であってもよい。この構成の場合、切替部７ｃが必要となるが、検出部７ａおよび演算部７ｂがいずれも一つで済むため、前記検出部７ａや演算部７ｂ、または切替部７ｃである回路要素の個数が少なく済む。
　この発明において、前記電圧センサユニット７は、前記端子間電圧の個別の検出を行う複数の検出部７ａと、これら各検出部７ａで検出された信号を切り替え可能に選択にして出力するデータ選択部７ｄと、このデータ選択部７ｄにより選択された信号から前記交流成分の個別の演算を行う一つの演算部７ｂとを有する構成であってもよい。この構成の場合、データ選択部７ｄが必要となるが、演算部７ｂが一つで済むため、前記検出部７ａ、演算部７ｂ、またはデータ選択部７ｄである回路要素の個数が少なく済む。
　この発明において、前記電圧センサユニット７の全体が、一つの筐体７ｇに全ての構成要素が組まれた一体の部品であってもよい。一つの筐体７ｇに全ての構成要素が組まれる形態としては、共通の回路基板に前記各構成要素となる素子が実装された形態であっても、また一つの集積回路チップとして構成された形態であってもよい。この一体の部品とした場合、取扱性や保管性に優れる。
　前記切替部７ｃが設けられた構成である場合に、前記切替部７ｃは、一つの前記電圧センサユニット７の検出対象となる直列接続された複数のバッテリ２の内で最低電位の端子７ａｕを共通とする構成であってもよい（図４はその一例）。この構成の場合、切替部７ｃの構成が簡素となる。
　前記切替部７ｃが設けられた構成である場合に、前記切替部７ｃは、前記検出部７ａに接続する低電位側および高電位側の両端子７ａｕ，７ａｈをバッテリ２毎に順次切り替える構成であってもよい。この構成の場合、検出部７ａは入力側には切替部７ｃを接続するだけでよく、配線が簡素化される。
　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。 同劣化判定装置における電圧センサユニットの概念構成の一例を示すブロック図である。 同劣化判定装置における電圧センサユニットの概念構成の他の例を示すブロック図である。 同劣化判定装置における電圧センサユニットの概念構成のさらに他の例を示すブロック図である。 同劣化判定装置における電圧センサユニットの概念構成のさらに他の例を示すブロック図である。 同劣化判定装置における電圧センサユニットの概念構成のさらに他の例を示すブロック図である。 同二次電池の劣化判定装置における電圧センサユニット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。 この発明の第２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。 この発明の第３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。 参考提案例に係る二次電池の劣化判定装置の回路図である。
　この発明の第１の実施形態に係る二次電池の劣化判定装置を、図１～図３、および図７～図８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が並列に接続されて後述の並列接続体３Ｂを構成して、負荷４に接続される。各バッテリ２は、一つのセルであってもよく、また複数のセルが直列接続されたバッテリであってもよい。
　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。
　本実施形態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、前記バッテリ群３の内の複数のバッテリ２の端子間電圧を個別に検出しその検出された信号から交流成分を個別に演算し、演算結果を計測値として一つの無線部１０から送信する複数の電圧センサユニット７と、個々のバッテリ群３の電流を検出する電流センサ８の各々と、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、前記各電圧センサユニット７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。
　前記電圧センサユニット７は、この実施形態では、図２に示すように、前記バッテリ２の端子間電圧の個別の検出を行う複数の検出部７ａと、これら各検出部７ａで検出された信号から前記交流成分の個別の演算を行う複数の演算部７ｂとを有する。電圧センサユニット７は、換言すればセンサモジュールである。電圧センサユニット７の前記検出部７ａは、具体例を説明すると、前記電圧の検出値として交流電圧のアナログの検出値を出力する電圧センサであり、前記演算部７ｂはアナログ信号の検出値を、ディジタル信号による実効値または平均値に変換する。検出部７ａは、この他に直流電圧を検出する機能を有し、直流成分の検出値は、前記演算部７ｂを介してまたは直接で前記無線部１０が送信する。前記複数の検出部７ａと前記複数の演算部７ｂとで、検出・演算部７ｆが構成される。前記検出部７ａの適切な個数は、バッテリ２が２Ｖ，６Ｖ，１２Ｖ等のいずれの電圧かによっても異なるが、例えば２個以上で１０個未満が好ましく、２～８個、または４～６個であってもよい。
　前記電圧センサユニット７は、前記各検出部７ａ、各演算部７ｂ、および無線部１０等の、この電圧センサユニット７を構成する全ての構成要素が、図３に概念的に示すように、一つの筐体７ｇに組まれた一体の部品であってもよい。一つの筐体７ｇに全ての構成要素が組まれる形態としては、共通の回路基板に前記各構成要素となる素子が実装された形態であっても、また一つの集積回路チップとして構成された形態であってもよい。この一体の部品とした場合、取扱性や保管性に優れる。
　これら各例のセンサユニット７において、前記無線部１０は、無線通信を行う機能の他に、与えられたコマンドを実行する制御機能や、コマンドに対して検出部７ａによる計測の開始を、定められた時間だけ遅延させる遅延機能等を有していてもよい。この場合に、前記無線部１０は、例えば予め送信順が送信遅延時間で設定されていて、各検出部７ａの計測値を、設定された順に送信遅延時間後に順次送信するようにしてもよい。前記無線部１０はアンテナ１０ａ（図７）を備える。
　なお、電圧センサユニット７は、この他に、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（図示せず）を有していてもよい。この温度センサの検出温度は、前記検出部７ａの検出信号から演算部７ｂで演算される前記実効値または平均値による電圧計測値と共に、前記無線部１０で前記コントローラ１１へ送信される。
　図１において前記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。この計測用電流印加装置９は、例えば、交流の商用電源から、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（充電）する構成、または劣化判定対象の電源１の放電を行う放電回路で構成される。前記交流の商用電源を用いる構成では、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（図示せず）と、このトランス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（図示せず）と、前記各バッテリ群３に印加する電流を制限する抵抗等の電流制限部（図示せず）とで構成される。前記トランスの一次回路には、商用電源を開閉する開閉スイッチ（図示せず）が設けられる。前記開閉スイッチは、コントローラ１１の後述の主コントローラ１１Ａにおける前記電流印加制御部１１ｅ（図７参照）により開閉が制御される。
　前記放電回路とされる場合、例えば後述の実施形態の図１０で示すように、計測用電流印加装置９は、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（図７参照）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２７が開閉駆動される。なおこの場合、電流印加制御部１１ｅは、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２７を駆動する指令を与える構成とされる。なお、図１０の実施形態における残りの構成については後に説明する。
　図１において、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よい。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。
　図７に示すように、主コントローラ１１Ａは、各無線部１０から送信された電圧センサユニット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、各電圧センサユニット７の無線部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、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。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。
　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よいが、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ユニット７の無線部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。
　データサーバ１３は、内部抵抗計算部１３ａと判定部１３ｂとを有する。内部抵抗計算部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。前記電流値を得る各電流センサ８は、主コントローラ１１Ａに有線の配線で接続され、その電流の計測値は図７の前記転送部１１ｄから電圧計測値と共に転送される。
　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段階に設けられ、複数段階の劣化判定を行う。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してもよい。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として構成してもよく、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よい。
　上記構成の劣化判定装置の動作を説明する。図８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１１ｃへ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）、各電圧センサユニット７の無線部１０、および各電流センサ８へコマンド送信部１１ｃから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（ステップＳ２０でＹＥＳ）、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、全数の電圧センサユニット７が受信し（ステップＳ４）、各電圧センサユニット７は、自己の個々の検出部７ａ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、電圧センサユニット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、例えば自己の前記送信遅延時間だけ待って、無線部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（図示せず）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ユニット７の検出部７ａ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、全電圧センサユニット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（ステップＳ１４でＹＥＳ）、バッテリ２が正常であると判定する（ステップＳ１５）。演算された内部抵抗が第１しきい値よりも小さくない場合は（ステップＳ１４でＮＯ）、さらに第２しきい値と比較し（ステップＳ１７）、演算された内部抵抗が第２しきい値より小さい場合（ステップＳ１７でＹＥＳ）、注意を喚起する警告を出力する（ステップＳ１８）。演算された内部抵抗が第２しきい値よりも小さくない場合は（ステップＳ１７でＮＯ）、警告よりも強い知らせである警報を出力する（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。演算された内部抵抗が正常な場合は、モニタ１４に正常である旨を表示しても、また特に表示しなくてもよい。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よい。このようにして、非常用の電源１の全てのバッテリ２の劣化判定を行う（この例では２つの閾値を使用した２段階劣化判定）。
　この二次電池の劣化判定装置によると、このように、各電圧センサユニット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検出部７ａ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。
　この場合に、複数のバッテリ２についての個々の計測値を一つの無線部１０で送信するため、無線部１０の個数が少なくできて、劣化判定装置の全体の構成がより簡素化され、安価に製造できる。
　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、各無線部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、各検出部７ａ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つ設ければ足りる。
　前記コントローラ１１は、前記電圧センサユニット７の無線部１０に計測開始コマンドを送信し、このコマンドによって各検出部７ａの計測を開始させるため、多数存在する各検出部７ａ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、前記各電圧センサユニット７に個々の検出部７ａの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、各検出部７ａ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ユニット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ユニット７がコマンドに対応する検出部７ａの演算部７ｂによる演算後のデータを送信し、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ユニット７に対し再送信要求を行うようにしてよい。
　別の例として、各電圧センサユニット７の各検出部７ａ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、各無線部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ユニット７の各検出部７ａによる計測を、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、電圧センサユニット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ユニット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、一部の電圧センサユニット７の無線部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よい。
　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ユニット７の無線部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よい。この構成の場合、電圧センサユニット７側に前記遅延機能が不要となり、電圧センサユニット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。
　なお、上記実施形態では、電圧センサユニット７は、劣化検出対象のバッテリ２毎に電圧センサからなる検出部７ａおよび演算部７ｂを有効構成としたが、電圧センサユニット７は、図４または図５に示す変形例のように、前記端子間電圧の個別に検出を行う一つの検出部７ａと、この検出部７ａに接続する前記複数のバッテリ２を切替える切替部７ｃと、前記検出部７ｃで検出された信号から前記交流成分の個別の演算を行う一つの演算部７ｂとを有する構成であってもよい。演算部７ｂの演算結果である前記交流成分や、検出部７ａで得られた前記直流成分は、記憶部７ｅに一時的に記憶しておき、その記憶した演算結果を無線部１０から送信するように構成されている。なお、記憶部７ｅは必ずしも設けなくてもよく、その場合、演算部７ｂで演算する都度、演算結果を無線部１０で送信する。
　これら図４，図５の構成の場合、検出部７ａは入力側には切替部７ｃを接続するだけでよく、配線が簡素化される。図４の例では、前記切替部７ｃは、一つの前記電圧センサユニット７の検出対象となる直列接続された複数のバッテリ２の内で最低電位の端子７ａｕを共通とする構成とされている。この構成の場合、切替部７ｃの構成が簡素となる。図５の例では、前記切替部７ｃは、前記検出部７ａに接続する低電位側および高電位側の両端子７ａｕ，７ａｈをバッテリ２毎に順次切り替える構成とされている。この構成の場合、切替部７ｃが必要となるが、検出部７ａおよび演算部７ｂがいずれも一つで済むため、前記検出部７ａ、演算部７ｂ、または切替部７ｃである回路要素の個数が少なく済む。
　図６は、前記電圧センサユニット７の変形例を示す。この例では、前記電圧センサユニット７は、バッテリ２の端子間電圧の個別の検出を行う複数の検出部７ａと、これら各検出部７ａで検出された信号を切り替え可能に選択にして出力するデータ選択部７ｄと、このデータ選択部７ｄにより選択された信号から前記交流成分の個別の演算を行う一つの演算部７ｂとを有する構成とされている。この他に演算部７ｂにより演算された結果を記憶する記憶部７ｅを有し、各検出部７ａで検出されデータ選択部７ｄで選択されて演算部７ｂにより実行値等に変換された各バッテリ２の電圧計測値は、一旦、記憶部７ｅに記憶され、無線部１０から順次出力される。前記検出部７ａは差動演算回路からなり、これら差動演算回路からなる複数の検出部７ａにより、センサアレイあるいはセンサモジュール等からなる差動演算部７ａＡを構成している。
　この例のようにデータ選択部７ｄを設けた場合、演算部７ｂが一つで済む。そのため、前記検出部７ａ、演算部７ｂ、またはデータ選択部７ｄを構成する回路要素の個数が少なく済む。
　図９は、この発明の第２の実施形態を示す。この実施形態は、図１に示す第１の実施形態において電流センサ８を個々のバッテリ群３毎に設けた構成に代えて、劣化検出対象の電源１につき電流センサ８を一つとしている。バッテリ群３の電流の計測につき、同図の例のように、電源１の全体で電流センサ８を一つとし、バッテリ群３に流れる電流を検出するようにしても、個々のバッテリ群３毎に電流センサ８を設けた場合と、各バッテリ２の内部抵抗を求めるにつき、実用上で殆ど差が生じない可能性がある。そのため、電流センサ８は、バッテリ群３毎に1 個とすることで、劣化検出の精度を維持しながら、電流センサ８の削減による構成の簡素化および低コスト化が図れる。
　具体的に説明すると、例えば図１０のように、前記計測用電流印加装置９が放電回路で構成されて電流制限抵抗２６を用いる場合、電流制限抵抗２６は、バッテリ２の内部抵抗に比べて十分大きいため、バッテリ内部抵抗が劣化により変化しても電流値への影響はほとんどない。そのため、複数のバッテリ群３が並列接続されていても、電流値を放電回路（計測用電流印加装置９）の位置で測定し、バッテリ群３の並列個数で割った値を個々のバッテリ２の測定用電流とすることが出来る。
　例えば、電流制限抵抗２６を２０～３０Ωとした場合、バッテリ内部抵抗は数ｍ～１０ｍΩ程度であるため、１０ｍΩとして１５０個直列接続で１．５Ωである。３並列であれば０．５となり、電流制限抵抗２６に比べ小さい。ここで１０％の抵抗が劣化により内部抵抗が２倍になったとしても、０．５５Ωであり、総インピーダンスは２０．５Ωが２０．５５Ωとなる程度であり、測定用電流への影響は小さい。そのため、電流センサ８を共通としてもよい。図９の実施形態におけるその他の事項は、図１に示す実施形態と同様である。
　図１０は、この発明の第３の実施形態を示す。この実施形態において、特に説明した事項の他は、図１等と共に説明した第１の実施形態と同様である。なお、一つの無線部１０（およびこれに接続されたアンテナ）が、図１０ではバッテリ２毎に設けられているが、第１、第２の実施形態のように電圧センサユニット７毎に設けられていてもよい。
　図１０において、電源１は、複数のバッテリ群３が直列に接続されて直列接続体３Ａをなし、このバッテリ群３の直列接続体３Ａが複数並列に接続されている。各バッテリ群３の直列接続体３Ａの間で、互いに対応する個々の前記バッテリ群３の間の部位ａは相互に接続されていて、前記バッテリ群３が並列に接続されて並列接続体３Ｂを成す。この一つのバッテリ群３の並列接続体３Ｂ毎に前記計測用電流印加装置９および電流センサ８が設けられている。計測用電流印加装置９は、この例では前述の放電回路からなる。
　換言すれば、前記電源１における直列接続体３Ａが一つのバッテリ群３であると見做すと、この一つのバッテリ群３が、直列方向に並ぶ複数（二つ）のバッテリ群分割体３ａに分割され、このバッテリ群分割体３ａが他のバッテリ群３を構成するバッテリ群分割体３ａと並列に接続されている。これらのバッテリ群分割体３ａが並列接続された接続体（すなわち並列接続体３Ｂ）毎に並列に前記計測用電流印加装置（放電回路）９が設けられた構成である。分割数は問わないが、個々のバッテリ群分割体３ａは、前記バッテリ２が複数直列に接続されている。
　前記電源１がデータセンタの非常用電源等である場合、電源１の全体におけるバッテリ２の直列接続体の電圧は、例えば３００Ｖを超える高い電圧となる。このため、前記電源１の全体に対して計測用電流印加装置（放電回路）９を設けると、測定電流を印加するためのパワー素子である前記スイッチング素子２７に耐圧が高いものが必要である。しかし、この実施形態のようにバッテリ２の直列接続体を直列方向に二つに分割された構成とすることで、前記計測用電流印加装置（放電回路）９における測定電流印加用のパワー素子である前記スイッチング素子２７に、耐圧の低いものが使用できる。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更、削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
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
７…電圧センサユニット
７ａ…検出部
７ｂ…演算部
７ｃ…切替部
７ｄ…データ選択部
７ｅ…記憶部
７ｇ…筐体
８…電流センサ
９…計測用電流印加装置
１０…無線部
１１…コントローラ
１１Ａ…主コントローラ
１１ｅ…電流印加制御部
１２…通信網
１３…データサーバ
１３ａ…内部抵抗計算部
１３ｂ…判定部
１４…モニタ
１５…ダイオード

Claims (7)

  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、
    　前記バッテリ群の内の複数のバッテリの端子間電圧を個別に検出しその検出された信号から交流成分を個別に演算し、演算結果を計測値として一つの無線部で送信する複数の電圧センサユニットと、
    　前記バッテリ群の電流を検出する電流センサと、
    　交流成分を含む計測用電流を前記バッテリ群に印加する計測用電流印加装置と、
    　前記各電圧センサユニット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、前記電圧センサユニットは、前記端子間電圧の個別の検出を行う複数の検出部と、これら各検出部で検出された信号から前記交流成分の個別の演算を行う複数の演算部とを有する二次電池の劣化判定装置。
  3. 　請求項１に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記電圧センサユニットは、前記端子間電圧の個別の検出を行う一つの検出部と、この検出部に接続する前記複数のバッテリを切替える切替部と、前記検出部で検出された信号から前記交流成分の個別の演算を行う一つの演算部とを有する二次電池の劣化判定装置。
  4. 　請求項１に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記電圧センサユニットは、前記端子間電圧の個別の検出を行う複数の検出部と、これら各検出部で検出された信号を切り替え可能に選択にして出力するデータ選択部と、このデータ選択部により選択された信号から前記交流成分の個別の演算を行う一つの演算部とを有する二次電池の劣化判定装置。
  5. 　請求項１ないし請求項４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、前記電圧センサユニットの全体が、一つの筐体に全ての構成要素が組まれた一体の部品である二次電池の劣化判定装置。
  6. 　請求項３に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記切替部は、一つの前記電圧センサユニットの検出対象となる直列接続された複数のバッテリの内で最低電位の端子を共通とする二次電池の劣化判定装置。
  7. 　請求項３に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記切替部は、前記検出部に接続する低電位側および高電位側の両端子を共にバッテリ毎に順次切り替える二次電池の劣化判定装置。
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