JP6679342B2 - 二次電池の劣化判定装置 - Google Patents

Description

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、一つの二次電池である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端子法バッテリテスタ（東京デバイセズIW7807）（https://tokyodevices.jp/categories/battery-testers）

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かあり、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。

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複数のバッテリ２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非常用電源１における前記各バッテリ２の劣化を判定する、遠隔地の情報処理機器と通信可能な二次電池の劣化判定装置であって、
前記非常用電源１は、主電源５に充電回路６を介して接続され、前記主電源５が停止または機能低下したとき、負荷４に給電するものであり、
前記各バッテリ２に個別に接続され、それぞれ交流成分の電圧を検出するセンサ機能部７ａおよび直流成分の電圧を検出する直流検出部７ｃを有する複数の電圧センサ７と、
前記各バッテリ群３毎に接続され、各バッテリ群３の電流をそれぞれ計測する電流センサ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および直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、この受信した交流成分および直流成分の電圧の計測値と、複数の前記電流センサ８で計測された電流の計測値を実効値または平均値に換算した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」の効果です。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の前記センサ機能部７ａに計測を開始させる機能を有し、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のセンサ毎無線通信手段１０に個別に計測開始コマンドを送信し、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、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が簡略化される。

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前記各バッテリの劣化を判定する、遠隔地の情報処理機器と通信可能な二次電池の劣化判定装置であって、前記非常用電源は、主電源に充電回路を介して接続され、前記主電源が停止または機能低下したとき、負荷に給電するものであり、前記各バッテリに個別に接続され、それぞれ交流成分の電圧を検出するセンサ機能部および直流成分の電圧を検出する直流検出部を有する複数の電圧センサと、前記各バッテリ群毎に接続され、各バッテリ群の電流をそれぞれ計測する電流センサと、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電圧センサの計測された交流成分および直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、この受信した交流成分および直流成分の電圧の計測値と、複数の前記電流センサで計測された電流の計測値を実効値または平均値に換算した値と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ため、判定対象の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、かつ構成が簡素で安価に製造することができる。

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複数のバッテリ２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、一つのセルであっても、また複数のセルが直列接続されたものであっても良い。

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）を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毎に設けられ計測し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、参考提案例として、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、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、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、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。

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（実効値または平均値）と、直流電圧値（セル電圧）と、検出温度と、電流値（実効値または平均値）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、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Ｓ）。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。

この受信および格納の終了（ステップＳ１２）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Ｓ７）、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。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。

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、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、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。

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を具体化した例を示す。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。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が簡略化される。
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、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、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特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

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…内部抵抗計算部
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前記各バッテリの劣化を判定する、遠隔地の情報処理機器と通信可能な二次電池の劣化判定装置であって、
   前記非常用電源は、主電源に充電回路を介して接続され、前記主電源が停止または機能低下したとき、負荷に給電するものであり、
   前記各バッテリに個別に接続され、それぞれ交流成分の電圧を検出するセンサ機能部および直流成分の電圧を検出する直流検出部を有する複数の電圧センサと、
   前記各バッテリ群毎に接続され、各バッテリ群の電流をそれぞれ計測する電流センサと、
   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および直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、この受信した交流成分および直流成分の電圧の計測値と、複数の前記電流センサで計測された電流の計測値を実効値または平均値に換算した値と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の前記センサ機能部に計測を開始させる機能を有し、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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