(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記バッテリ群が複数並列に接続された並列接続体に対して一つ設けられて前記並列接続体の全体に流れる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と前記電流センサの計測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。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記電源は、前記バッテリ群が複数直列に接続され、これら各バッテリ群の直列接続体が複数並列に接続され、かつ各バッテリ群の直列接続体の間で、互いに対応する個々の前記バッテリ群の間の部位が相互に接続されていて、前記バッテリ群の前記直列接続体における一つのバッテリ群毎にバッテリ群の並列接続体を成し、この一つのバッテリ群毎の並列接続体毎に前記電流センサが設けられた二次電池の劣化判定装置。
【請求項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、前記計測用電流印加装置と前記電流センサとが前記コントローラに内蔵されている二次電池の劣化判定装置。
【請求項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、前記電流センサが前記計測用電流印加装置と同一の配線用の基板に実装された二次電池の劣化判定装置。
【請求項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、前記計測用電流印加装置が放電回路である二次電池の劣化判定装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずか１項に記載の二次電池の劣化判定装置において、前記各電圧センサは、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。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６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、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１７０６１５号公報
【特許文献２】特開２００５−１００９６９号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６４４４１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】”内部抵抗計測器・バッテリーテスタ IW7807  東京デバイセズ”、[online]、東京デバイセズ［平成２８年５月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｔｏｋｙｏｄｅｖｉｃｅｓ.ｊｐ／ｉｔｅｍｓ／３７＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
これらの課題を解消するものとして、図１０に示す二次電池の劣化判定装置を先に提案した（特願２０１６−０３２９４５号）。すなわち、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９と、前記各電圧センサ毎無線通信手段９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。
【００１２】
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。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。
【００１３】
しかし、バッテリ２を直列に接続したバッテリ群３毎に電流センサ８を設けており、そのため電流センサ８の個数が多くて、構成が複雑で高価となる。この電流センサ８の個数を減らすことで、より簡素で安価な構成とできる余地がある。
【００１４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、
前記バッテリ群３が複数並列に接続された並列接続体３Ｂに対して一つ設けられて前記並列接続体３Ｂの全体に流れる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９と、
前記各センサ毎無線通信手段９の送信した前記計測値を受信し、この受信した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の劣化を判定するコントローラ１１とを備える。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
内部抵抗の算出について、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。この電流の計測につき、電流センサ８を一つとし、バッテリ群３の並列接続体３Ｂの全体に流れる電流を検出するようにしても、各バッテリの２の内部抵抗を求めるにつき、個々のバッテリ群３毎に電流センサ８を設けた場合と、実用上で殆ど差が生じない。そのため、電流センサ８は、バッテリ群３の並列接続体３Ｂ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。
【００１９】
具体的に説明すると、例えば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（図７）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。
【００２０】
この発明において、前記電源１は、前記バッテリ群３が複数直列に接続され、これら各バッテリ群３の直列接続体３Ａが複数並列に接続され、かつ各バッテリ群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の間の部位が相互に接続されていて、前記バッテリ群３の前記直列接続体３Ａにおける一つのバッテリ群３毎にバッテリ群３の並列接続体３Ｂを成し、この一つのバッテリ群３毎の並列接続体３Ｂ毎に前記電流センサ８が設けられていても良い。
【００２１】
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の各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９、例えば放電回路を設けると、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、上記のようにバッテリ２の直列接続体を直列方向に複数に分割された構成とすることで、前記放電回路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。
このようなバッテリ２の直列接続体を直列方向に複数に分割された構成とした場合は、その分割された直列接続委３Ａの並列接続体３Ｂ毎に電流センサ８を設けることで、バッテリ２の内部抵抗の計算のための電流値が適切に得られる。
【００２２】
この発明において、前記計測用電流印加装置９（例えば放電回路）と前記電流センサ８とが前記コントローラ１１に内蔵されていても良い。
これにより、この劣化判定装置の構成がより一層簡素化されて、よりコンパクト化される。
【００２３】
この場合に、あるいはこの発明の上記いずれかの構成の場合に、前記電流センサ８が前記計測用電流印加装置９と同一の配線用の基板３１に実装されていても良い。
これにより、この劣化判定装置の構成がより簡素化されて、より一層コンパクト化される。
【００２４】
この発明において、前記計測用電流印加装置が放電回路であっても良い。
この構成の場合、計測用に商用電源を用いずに、劣化判定対象の電源１を放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が簡素化される。
前記放電回路は、例えば、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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の内部抵抗を演算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。
この構成により、バッテリ２の劣化を精度良く簡単に判定できる。
【００２７】
この発明において、次の各構成を備えていても良い。例えば、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のセンサ機能部７ａ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。
【００２８】
また、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【発明の効果】
【００３３】
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、前記バッテリ群が複数並列に接続された並列接続体に対して一つ設けられて前記並列接続体の全体に流れる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と前記電流センサの計測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、前記各バッテリの劣化を精度良く判定することができ、かつ電流センサの使用個数が削減できて、より簡素で安価に製造可能な二次電池の劣化判定装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】同二次電池の劣化判定装置の変形例におけるコントローラと電流センサ等の関係を示すブロック図である。
【図５】同二次電池の劣化判定装置の変形例におけるコントローラと配線用の基板と電流センサ等の関係を示すブロック図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】提案例に係る二次電池の劣化判定装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
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良く、また複数のセルが直列接続されたものであっても良い。
【００３６】
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。
【００３７】
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の並列接続体３Ｂである電源１に接続された一つの電流センサ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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、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９へ送信される。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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１１ｄ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。
【００４２】
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。
判定部１３ｂは、しきい値が設定され、算出された内部抵抗がしきい値以上であると劣化と判定する。前記しきい値は、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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１１ｃ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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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）。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
電流センサ８はバッテリ群３の並列接続体３Ｂである電源１に対して一つであるため、個々のバッテリ群３毎に電流センサを設ける場合に比べて構成が簡易であり、部品点数が少なくてコスト減となる。各バッテリ群３における直列に並んだ各バッテリ２に流れる電流は同じであり、また各バッテリ群３毎のバッテリ２の接続個数および各バッテリ２の定格の電圧が同じである場合、各バッテリ群３を流れる電流は略等しく、その差は、バッテリ２の寿命判定のための内部抵抗の演算に実用上で影響する程には大きくならない。そのため、電流センサ８を一つとすることで、バッテリ２の内部抵抗の演算精度に実用上で影響することなく、構成の簡易化、コスト減とできる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
図４は、電流センサ８等の配置の変形例を示す。図１に示す実施形態では電流センサ８および前記計測用電流印加装置９をコントローラ１１に対して外部に設置しているが、図４に示すように、前記電流センサ８および計測用電流印加装置９をコントローラ１１の内部に、例えば主コントローラ１１Ａの内部に設けても良い。計測用電流印加装置９は、図７と共に後述する放電回路であっても良い。
さらに、図示は省略するが、前記電流センサ８、前記計測用電流印加装置９をいずれも前記コントローラ１１の内部に、例えば主コントローラ１１Ａの内部に設けても良い。
これにより、この劣化判定装置の構成がより一層簡素化されて、よりコンパクト化される。
【００５６】
このようにコントローラ１１の内部に、電流センサ８、計測用電流印加装置９を設ける場合に、図５に示すように、同じ配線用の基板３１上に計測用電流印加装置９と電流センサ８とを実装しても良い。さらに、図示は省略するが、同じ配線用の基板３１上に電流センサ８、計測用電流印加装置９を実装しても良い。
これにより、この劣化判定装置の構成がさらに簡素化されて、こらなるコンパクト化、低コスト化が図れる。
【００５７】
図６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６において、前記電流制限部２４は、電流制限抵抗であっても良い。
【００５８】
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。
【００５９】
図７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６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。
【００６０】
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６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。
【００６１】
図８，図９は、それぞれさらに他の実施形態を示す。これらの実施形態において、特に説明した事項の他の構成は、図１〜図３に示した第１の実施形態と同様であり、また第１の実施形態につき説明した各効果が得られる。
図７において、電源１は、バッテリ群３が直列に接続され、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の直列接続体３Ａにおける一つのバッテリ群３毎にバッテリ群３の並列接続体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（放電回路）９および電流センサ８が設けられている。
【００６２】
換言すれば、前記電源１における前記バッテリ群３の直列接続体３Ａが一つのバッテリ群であると見做すと、この一つのバッテリ群が、直列方向に並ぶ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が他のバッテリ群のバッテリ群分割体３ａと並列に接続されている。このバッテリ群分割体３ａの並列接続体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。
【００６３】
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。
【００６４】
図９の実施形態は、図８に示す実施形態において、バッテリ群３の直列接続体３Ａを、三つ以上のバッテリ群３とした例である。換言すれば、電源１のバッテリ２の直列接続体が三つ以上のバッテリ群分割体３ａで構成されている。バッテリ群分割体３ａの並列接続体３Ｂ毎に並列に前記計測用電流印加装置（放電回路）９および電流センサ８が設けられた構成である。この実施形態においても、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。
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
１…電源
２…バッテリ
３…バッテリ群
３Ａ…直列接続体
３Ｂ…並列接続体
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…放電制御手段
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
２５…開閉スイッチ
２６…電流制限用抵抗
２７…スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006755126.tif 000008
【図８】
0006755126.tif 000009
【図９】
0006755126.tif 000010
【図１０】
0006755126.tif 000011