(57)【要約】      （修正有）【課題】該据置用蓄電デバイス中の劣化したセルや鉛蓄電池を見出すための定期的な点検と測定に要する多大な工数を削減できる据置用蓄電デバイス集中管理システムを提供する。【解決手段】複数に設置された据置用蓄電デバイスのメンテナンスをサポートするシステムであって、前記据置用蓄電デバイスが、複数個のセルを有する１個以上の鉛蓄電池からなる据置用蓄電デバイスであり、該据置用蓄電デバイス中の前記セル又は前記鉛蓄電池の電解液量若しくは電圧が予め定められた管理値を割った時、管理値を割ったセル又は鉛蓄電池を異常であると判定し、異常であると判定されたセル又は鉛蓄電池の位置情報、及び該異常が電解液量の異常であるのか又は電圧の異常であるのかを監視する手段と、該監視手段により得られる情報を伝達する通信手段と、該通信手段を通して伝達された情報を処理する中央管理システムと、を含む据置用蓄電デバイス集中管理システム。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数に設置された据置用蓄電デバイスのメンテナンスをサポートするシステムであって、前記据置用蓄電デバイスが、複数個のセルを有する１個以上の鉛蓄電池からなる据置用蓄電デバイスであり、該据置用蓄電デバイス中の前記セル又は前記鉛蓄電池の電解液量若しくは電圧が予め定められた管理値を割った時、管理値を割ったセル又は鉛蓄電池を異常であると判定し、異常であると判定されたセル又は鉛蓄電池の位置情報、及び該異常が電解液量の異常であるのか又は電圧の異常であるのかを監視する手段と、該監視手段により得られる情報を伝達する通信手段と、該通信手段を通して伝達された情報を処理する中央管理システムと、を含む据置用蓄電デバイス集中管理システム。
【請求項２】
前記通信手段が、ＬＡＮ又はＷＩＦＩである請求項１記載の据置用蓄電デバイス集中管理システム。
【請求項３】
前記据置用蓄電デバイスが、開放型鉛蓄電池である請求項１又は２に記載の据置用蓄電デバイス集中管理システム。
【請求項４】
さらに、前記中央管理システムにより処理された情報を表示するための手段を含む請求項１〜３の何れか１項に記載の据置用蓄電デバイス集中管理システム。
【請求項５】
前記情報を表示するための手段が、パソコン画面又はモニターである請求項４に記載の据置用蓄電デバイス集中管理システム。
【請求項６】
複数に設置された据置用蓄電デバイスのメンテナンスをサポートする方法であって、前記据置用蓄電デバイスが、複数個のセルを有する１個以上の鉛蓄電池からなる据置用蓄電デバイスであり、該据置用蓄電デバイス中の前記セル又は前記鉛蓄電池の電解液量若しくは電圧が、予め定められた管理値を割った時、管理値を割ったセル又は鉛蓄電池を異常であると判定し、異常であると判定されたセル又は鉛蓄電池の位置情報と、該異常が電解液量の異常であるのか又は電圧の異常であるのかの情報とを、通信手段を通して中央管理システムで処理する据置用蓄電デバイスの集中管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、据置用蓄電デバイス集中管理システムに関するものであり、電気電子分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、節電のために、夜間電力や太陽光発電等の代替可能エネルギーを据置用蓄電池に充電し、それに蓄電された電力を用い昼間の商用電力の代替や、最大電力使用時のピークカットが行われるようになってきている（例えば、特許文献１〜３等参照）。
【０００３】
この用途の蓄電池にはリチウムイオン二次電池（以下、ＬｉＢという）や鉛蓄電池が主に用いられている。
【０００４】
ＬｉＢは高容量であるが、０℃以下で容量が低下し、充放電の低温特性が悪いため、寒冷地での使用には制限があり、また、希少金属やグラファイト等を使用しているため、コストが、鉛を主として出来ている鉛蓄電池に比べて高いため、大きさや重量の制限が比較的緩い据置用蓄電池においては、１０ｋＷｈを超える高容量のものについては、鉛蓄電池が主に用いられる傾向にある。
【０００５】
据置用鉛蓄電池は、上述した夜間電力や太陽光発電等の代替可能エネルギーを蓄電する用途に用いられる他、無停電電源装置や電話回線用の停電時のバックアップ用電池に用いられる例もあるが、これらの用途の電池は、温度管理された環境下で用いられ、非常時以外はフローティング充電により常に満充電状態に置かれるため、サルフェーション等の劣化が少ないことから、メンテナンスフリータイプの密閉型鉛蓄電池が主に用いられており、特に集中管理による電圧や電解液量の監視は必要とされていない。
【０００６】
日本国内においては、中部、北関東、東北及び北海道の地域では、冬場に０℃を割るため、据置用鉛蓄電池が上述した夜間電力や太陽光発電等の代替可能エネルギーを蓄電する用途に用いられる場合、電解液量を必要最低限にした前記密閉型鉛蓄電池は、使用温度域が狭く−５℃以下では容量低下を起こし使用が困難になるため、開放型鉛蓄電池、英語訳でopen-type lead-acid battery（以下、ＯＬＢともいう）が用いられる傾向にある。
【０００７】
ＯＬＢは、蓄電池内部と外部が繋がっているため、電解液が蒸発し、定期的な電解液量の点検及び補水等の保守が必要になっている。
【０００８】
鉛蓄電池の劣化には、サルフェーション、正極の湾曲、正極活物質の脱落、ドライアップ等があるが、何れの現象も蓄電容量の低下をもたらし、それらが進行すると放電時に急激に電圧を低下させるため、バッテリーの劣化を電圧で感知することができることは公知の事実である。
【０００９】
すなわち、複数個のセルを有する１個以上の鉛蓄電池からなる据置用蓄電デバイスにおいて、放電時にセルや蓄電池の電圧降下が他のセルや蓄電池よりも大きければ、劣化が進行していることになる。
【００１０】
鉛蓄電池において、放電深度（以下、ＤＯＤともいう）が７０％を超えれば、特に正極の故障率が上がるため、劣化を避けるために、ＤＯＤ７０％を上限に制限したり、ＤＯＤ７０％で寿命目標を設定することは、一般的に行われている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１１】
据置用鉛蓄電池において、ＤＯＤ７０％を維持するために、放電時、セルの電圧の管理値を１．９Ｖ程度とし、これを割らないように制御することが行われているが、これは放電時、１００％容量の１２Ｖ鉛蓄電池の電圧が１２．６Ｖで、容量０の終始電圧が１０．７５Ｖとなり、その間ほぼリニアーに推移するため、容量３０％（ＤＯＤ７０％）の電圧は、１１．３Ｖとなり、１セル当たり１．９Ｖとなるからである。１．９Ｖを割ると、サルフェーションや正極の変形の問題が生じ、蓄電池のダメージが大きくなる
【００１２】
複数個のセルを有する鉛蓄電池からなる蓄電デバイスにおいては、一個のセルに劣化が集中する傾向があるのは、劣化度のアンバランス等により、充電時に、劣化したセルが他のセルに比べて過充電傾向になり、他のセルよりも劣化が進行するためである。
【００１３】
これにより、放電時に、前記セルの電圧降下が大きくなるため、劣化したセルを見出すことが可能になる。
【００１４】
複数個の６Ｖ、１２Ｖ等の鉛蓄電池からなる蓄電デバイスに関しても、各蓄電池の劣化度のアンバランス等により、充電時に、劣化した蓄電池が他の蓄電池に比べて過充電傾向になり、他の蓄電池よりも劣化が進行するため、前記のセルと同様に、放電時に該蓄電池の電圧降下が大きくなるため、劣化した鉛蓄電池を見出すことが可能になる。
【００１５】
しかしながら、前記の劣化したセルや鉛蓄電池を見出すために、放電時の各セルや各鉛蓄電池の電圧を比較しなくてはならず、定期的な点検と測定に多大な工数を要している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平６−２３３４６３号公報
【特許文献２】特開２００１−２５８１５８号公報
【特許文献３】特開２００１−２９８８６４号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】新神戸テクニカルレポートNo.14（2004-4）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従って、本発明の目的は、複数個のセルを有する１個以上の鉛蓄電池からなる据置用蓄電デバイスにおいて、該据置用蓄電デバイス中の劣化したセルや鉛蓄電池を見出すための電解液量や電圧等の定期的な点検と測定に要する多大な工数を削減できる据置用蓄電デバイス集中管理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明者は、鋭意検討した結果、本発明に到達した。
即ち、本発明は、「複数に設置された据置用蓄電デバイスのメンテナンスをサポートするシステムであって、前記据置用蓄電デバイスが、複数個のセルを有する１個以上の鉛蓄電池からなる据置用蓄電デバイスであり、該据置用蓄電デバイス中の前記セル又は前記鉛蓄電池の電解液量若しくは電圧が予め定められた管理値を割った時、管理値を割ったセル又は鉛蓄電池を異常であると判定し、異常であると判定されたセル又は鉛蓄電池の位置情報、及び該異常が電解液量の異常であるのか又は電圧の異常であるのかを監視する手段と、該監視手段により得られる情報を伝達する通信手段と、該通信手段を通して伝達された情報を処理する中央管理システムと、を含む据置用蓄電デバイス集中管理システム」を提供するものである。
【００２０】
また、本発明は、「複数に設置された据置用蓄電デバイスのメンテナンスをサポートする方法であって、前記据置用蓄電デバイスが、複数個のセルを有する１個以上の鉛蓄電池からなる据置用蓄電デバイスであり、該据置用蓄電デバイス中の前記セル又は前記鉛蓄電池の電解液量若しくは電圧が、予め定められた管理値を割った時、管理値を割ったセル又は鉛蓄電池を異常であると判定し、異常であると判定されたセル又は鉛蓄電池の位置情報と、該異常が電解液量の異常であるのか又は電圧の異常であるのかの情報とを、通信手段を通して中央管理システムで処理する据置用蓄電デバイスの集中管理方法」を提供するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、複数の据置用蓄電デバイスを設置した複数の店舗、工場又は事務所等での、複数の据置用蓄電デバイスの集中管理が可能になったため、それらの定期点検を不要とし、据置用蓄電デバイスの異常が生じた時だけ、異常が生じた据置用蓄電デバイスが設置された現場に行けば良く、従来の約３分の１以下の工数で、据置用蓄電デバイスのメンテナンスが可能になった。
【００２２】
また、本発明により、従来の定期点検に比べて、据置用蓄電デバイス中のセルや鉛蓄電池の電解液量や電圧の異常が早期に分かるため、据置用蓄電デバイスのダメージを最小限にくい留めることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、電解液の導電性を利用した電解液量監視リレーシステムの概略図である。
【図２】図２は、隣り合うセルの電解液の電位差を利用した電解液量監視フォトカプラーシステムの概略図である。
【図３】図３は、オペアンプを用いた電圧監視リレーシステムを示す概略図である。
【図４】本発明の実施例（１２Ｖ鉛蓄電池）を示す概略図である。
【図５】本発明の実施例（リレーボックスの内部構造）を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の据置用蓄電デバイス集中管理システムについて図面を参照しながら説明する。
本発明の据置用蓄電デバイス集中管理システムは、複数の店舗、工場及び事務所等に複数に設置された据置用蓄電デバイスのメンテナンスをサポートするシステムあって、前記据置用蓄電デバイスが、複数固のセルを有する１個以上の鉛蓄電池からなり、前記据置用蓄電デバイス中のセル又は蓄電池の電解液量若しくは電圧を監視する手段と、該監視手段により得られた情報を伝達する通信手段、例えば、ＬＡＮ又はＷＩＦＩ等と、該通信手段を通して伝達された情報を処理する中央管理システムとを含んでおり、さらに、中央管理システムにより処理された情報を表示するための手段、例えば、パソコン画面又はモニターを含んでいてもよい。
【００２５】
本発明の据置用蓄電デバイス集中管理システムにおいては、背景技術の項で説明した理由等により、主として、据置用蓄電デバイスは、開放型鉛蓄電池（ＯＬＢ）が対象となる。従って、以下の説明では、鉛蓄電池として、開放型鉛蓄電池（ＯＬＢ）を用いた場合について説明する。
据置用蓄電デバイスは、複数固のセルを有する１個以上の鉛蓄電池からなる。据置用蓄電デバイスにおいて、セルの個数及び鉛蓄電池の個数は任意である。
セルの電圧は、通常約２Ｖであり、鉛蓄電池の電圧は、通常、約６Ｖ又は約１２Ｖである。
【００２６】
次に、前記据置用蓄電デバイス中のセル又は蓄電池の電解液量を監視する手段に関し、その代表的な例である電解液の導電性や電位差を利用した電解液量監視システムについて、図１、図２を基に説明する。
【００２７】
図１はリレーシステムであるが、図１に示す通り、通常、セル又は鉛蓄電池中の、導電性を有した希硫酸からなる電解液５は、電解液面が６の位置にあり、電極８及び９の末端は、電解液中に浸っている。電池４からの電流は、電解液５を介して両極間を流れることができ、リレー１０中のコイルには電流が流れ、コイルから発生した磁力により、端子１と端子３間に導通が生じる。
【００２８】
セル又は鉛蓄電池の劣化が進み、導電性を有した希硫酸からなる電解液５の電解液面が、６の位置から、電極８及び９の末端に位置する基準線（予め定められた管理値）を割り、電解液面が７の位置になった時、電極８及び９は、電解液５から露出し、両電極間には電池４からの電流が止まる。
【００２９】
リレー１０中のコイルに流れていた電流がなくなり磁力が失われるため、リレーが切替わり端子１と端子３間に導通がなくなり、端子１と端子２間に新たな導通が生じる。本システムは、このスイッチング機能を利用することにより、電解液の液面の管理を可能にしている。
【００３０】
図２はフォトカプラーシステムであるが、複数のセルからなる鉛蓄電池において、隣合うセル１８とセル１９間の電位差は約２．１Vであるため、図２の電極１１と電極１２間には、両電極が電解液２０に浸っている電解液面が１６の位置にあると、２．１Ｖの電圧が掛かっているため、フォトカプラー１３のダイオードが働き、端子１４と端子１５間には、電位差が生じる。
【００３１】
電解液面が、電極１１及び電極１２の末端に位置する基準線（予め定められた管理値）を割り、セル１８かセル１９電解液面が１７の位置になった時、電極１１か電極１２が電解液２０から露出し電流が流れなくなるため、フォトカプラー１３のダイオードの働きは停止し、端子１４と端子１５間の電位差は無くなる。
【００３２】
本システムは、端子１４と端子１５の間の電位差の有無を利用し、スイッチングを機能させ、電解液の液面の管理を可能にしている。
【００３３】
据置用蓄電デバイス中のセル又は鉛蓄電池の電解液量を監視する手段についてより具体的に説明する。
【００３４】
電極８、９、１１及び１２は、希硫酸からなる電解液５に浸されるため、電気伝導性及び耐酸性のある金属材料で作られることが望ましい。
【００３５】
通常、鉛蓄電池においては、耐蝕性のあるターミナル端子は鉛、電極の格子は鉛カルシウム合金で作られているが、電極８、９、１１及び１２は、同様の鉛又は鉛合金で作られていることが望ましい。
【００３６】
電極８、９、１１及び１２の末端の位置は、セル又は鉛蓄電池の正負極の端部から５ｍｍ程度離すことが望ましい。５ｍｍより近いと、電極８、９、１１及び１２が正負極に接触し、ショートする可能性があるためである。
【００３７】
電池４はリレーを駆動させる電源であり、対象となるセル又は鉛蓄電池から必要な電圧を得ることが望ましい。
【００３８】
端子１４にかけるプラスの電位は、対象となる鉛蓄電池から必要な電圧を得ることが望ましい。
【００３９】
次に、前記据置用蓄電デバイス中のセル又は蓄電池の電圧を監視する手段に関し、その代表的な例であるオペアンプを用いた電圧監視リレーシステムについて、図３を基に説明する。
【００４０】
図３に示す通り、電圧監視リレーシステムは、セル又は鉛蓄電池の電圧を、入力端子２１で検出し、オペアンプ２２で制御を行う構造を有している。
セル又は鉛蓄電池の入力電圧が、予め定められた管理値を超えている場合、端子２４と端子２５間に導通が生じる。
【００４１】
セル又は鉛蓄電池の劣化が進み、入力電圧が予め定められた管理値を割った時、リレー２３が作動し、端子２４と端子２５間の導通が失われ、端子２５と端子２６間に新たな導通が生じる。本システムは、このスイッチング機能を利用することにより、電圧による劣化度の管理を可能にしている。
【００４２】
据置用蓄電デバイス中のセル又は鉛蓄電池の電圧を監視する手段についてより具体的に説明する。
【００４３】
オペアンプ２２の駆動電圧は、セル電圧の２Ｖでは低過ぎ、昇圧回路を必要とするため、６Ｖ以上が望ましく、コストパフォーマンスを考慮すると１２Ｖがより望ましい。駆動電圧を１２Ｖにすると、２Ｖセル６個分、６Ｖ蓄電池２個分、１２Ｖ蓄電池１個分で、１２Ｖはこれらの最小公倍数ということになり、オペアンプの共通使用が可能になり、同時にセルや蓄電池の管理個数の削減にもなる。
【００４４】
その際、放電深度（ＤＯＤ）７０％を管理するための管理電圧は、セルの管理電圧１．９Ｖかける６セル分で１１．４Ｖとなる。
【００４５】
また、放電時、セルの電圧が１．７Ｖを下回るとサルフェーションが急激に進行し劣化が促進されるため、６セル分で１０．２Ｖを下回るのを避ける必要があることから、管理電圧の下限は１０．２Ｖとするのが望ましい。
【００４６】
すなわち、放電電圧が前記のＤＯＤ７０％の管理電圧１１．４Ｖを割り、下限の１０．２Ｖに到達するまでの間に、メンテナンスの頻度と蓄電池の劣化のバランスを考慮してオペアンプ２２の管理電圧を決めるのが望ましい。
【００４７】
前記の据置用蓄電デバイス中のセル又は鉛蓄電池の電解液及び電圧の監視手段により、前記据置用蓄電デバイス中のセルや鉛蓄電池の電解液量の液面や電圧の異常を感知した場合、その信号は、ＬＡＮやＷＩＦＩ等の通信手段を通して、中央管理センターにある中央管理システムに伝達され、中央管理システムにより処理される。
管理者は、中央管理システムにより処理されたアドレス等の情報を、適宜、パソコン画面又はモニターで確認し、それらの情報等から異常を起こした蓄電デバイスの設置場所、セルや蓄電池の搭載位置等の情報を同時に得ることにより、複数の蓄電デバイスの集中管理が可能になる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に何ら制約されるものではない。
【００４９】
実施例１
図４及び図５に示す本発明の据置用蓄電デバイス集中管理システムを次のようにして構築した。
【００５０】
図４に示された１２Ｖ鉛蓄電池は、１０個直列に接続され、１２０Ｖの据置用蓄電デバイスを形成している。
【００５１】
鉛蓄電池の電圧監視リレーシステムでは、プラスターミナル２７に配線２９が接続され、マイナスターミナル２８に配線３０が接続され、其々リレーボックス３１に引き込まれている。
【００５２】
リレーボックス内で、配線２９は端子４９に接続され、配線３０は端子５０に接続されている。
【００５３】
鉛蓄電池の管理電圧は１０．５Ｖであり、これを割込むとオペアンプ５１が働きリレー５２を作動させ、端子５３と端子５４間の導通がなくなりスイッチがオフ状態となる。
【００５４】
端子５３から外部配線４５に接続され、端子５４から外部配線４６に接続されており、其々がアナログ信号をデジタル信号に変換するコンバーターに接続されている。
【００５５】
電解液量監視システムについては、電極３２、３３、３４、３５、３６及び３７は其々外部配線３８、３９、４０、４１、４２及び４３に接続されている。
【００５６】
外部配線３８、３９、４０、４１、４２及び４３はリレーボックス内に引き込まれ、其々端子５５、５６、５７、５８、５９及び６０に接続されている。
【００５７】
配線６１はプラスターミナル２７に接続され、マイナスアース端子６２はマイナスターミナル２８に接続されフォトカプラーへ給電するための電圧約１２Ｖを得ている。
【００５８】
端子５５と端子５７はフォトカプラー６３に接続され、端子間の電位差は約４．２Vを得、端子５６と端子５９はフォトカプラー６４に接続され、端子間の電圧６．３Vを得、端子５８と端子６０はフォトカプラー６５に接続され、端子間の電圧４．２Vを得ており、端子６６とアース６２間の電位差は、１．８Vとなっている。
【００５９】
あるセルの電解液面４４が降下し、そのセル内の電極が露出すると、3つのフォトカプラーの内どれかの端子間の電圧が無くなるため、電圧が無くなった端子間にあるフォトカプラーのダイオードが働かなくなるため、フォトカプラーからの出力が断続し、端子６６とアース端子６２の電圧は０となり、スイッチング機能を果たしている。
【００６０】
端子６６から外部配線４７に接続され、アース端子６２から外部配線４８に接続されており、其々がアナログ信号をデジタル信号に変換するコンバーターに接続されている。
【００６１】
コンバーターによりデジタル変換された電圧や電解液量の異常を知らせる信号データは、マイコンで処理され、ＬＡＮでインターネットを通して、中央管理センターに一日一回定時に送られる。送られた信号データは、下記〔表１〕のようになった。〔表１〕中の信号データは、電圧又電解液量の判定が正常（ＯＫ）である場合を「０」とし、異常（ＮＧ）である場合を「１」としている。
この〔表１〕の結果から、本発明の据置用蓄電デバイス集中管理システムにより、据置用蓄電デバイスのメンテナンスのサポートが可能であることが確認できた。
【００６２】
【表１】
2014096322.tif 000003
【符号の説明】
【００６３】
１  端子
２  端子
３  端子
４  電池
５  電解液（希硫酸）
６  通常の電解液面
７  下降した電解液面
８  電極
９  電極
１０  リレー
１１  電極
１２  電極
１３  フォトカプラー
１４  端子
１５  端子
１６  通常の電解液面
１７  下降した電解液面
１８  プラス側のセル
１９  マイナス側のセル
２０  電解液
２１  端子
２２  オペアンプ
２３  リレー
２４  端子
２５  端子
２６  端子
２７  プラスターミナル
２８  マイナスターミナル
２９  外部配線
３０  外部配線
３１  リレーボックス
３２  電極
３３  電極
３４  電極
３５  電極
３６  電極
３７  電極
３８  配線
３９  配線
４０  配線
４１  配線
４２  配線
４３  配線
４４  通常の電界液面
４５  外部配線
４６  外部配線
４７  外部配線
４８  外部配線
４９  端子
５０  端子
５１  オペアンプ
５２  リレー
５３  端子
５４  端子
５５  端子
５６  端子
５７  端子
５８  端子
５９  端子
６０  端子
６１  プラス端子
６２  アース端子
６３  フォトカプラー
６４  フォトカプラー
６５  フォトカプラー
６６  端子
【図１】
2014096322.tif 000004
【図２】
2014096322.tif 000005
【図３】
2014096322.tif 000006
【図４】
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【図５】
2014096322.tif 000008