電池劣化診断装置
【課題】わざわざ各回路を駆動する電源を別に用意することなく、電池の劣化状態を簡単に精度よく診断する。
【解決手段】単位電池Ｕ１の直流電流を交流電流に変換して当該単位電池Ｕ１に供給する計測電流発生回路２３と、交流電流を単位電池Ｕ１に流すことにより当該単位電池Ｕ１に発生した交流電圧を計測する差動増幅回路２２と、単位電池Ｕ１に供給された交流電流の電流値と単位電池Ｕ１に発生した交流電圧の電圧値とに基づいて単位電池Ｕ１の内部抵抗を算出し劣化診断するマイクロコンピュータ２４と、単位電池Ｕ１からの電力を駆動電力として計測電流発生回路２３および差動増幅回路２２に供給する電源回路２１とを備える。
【解決手段】単位電池Ｕ１の直流電流を交流電流に変換して当該単位電池Ｕ１に供給する計測電流発生回路２３と、交流電流を単位電池Ｕ１に流すことにより当該単位電池Ｕ１に発生した交流電圧を計測する差動増幅回路２２と、単位電池Ｕ１に供給された交流電流の電流値と単位電池Ｕ１に発生した交流電圧の電圧値とに基づいて単位電池Ｕ１の内部抵抗を算出し劣化診断するマイクロコンピュータ２４と、単位電池Ｕ１からの電力を駆動電力として計測電流発生回路２３および差動増幅回路２２に供給する電源回路２１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の劣化状態を、電池の内部抵抗を計測することにより診断する電池劣化診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電池の残存容量や劣化状態などを判断するのに、電池の内部抵抗や電圧を計測して判断する装置（例えば、特許文献１参照。）が知られている。
この種の装置では、電池自体の内部抵抗が小さく、なおかつ電位を有していることにより、電池の内部抵抗計測装置の多くは、その計測方法として交流四端子法を採用している。この交流四端子法を用いた電池内部抵抗計測装置では、電池に交流電流（Ｉ）を流し、それにより電池に発生する起電力（Ｖ）を交流電圧計で計測して、内部抵抗Ｒｉｎｔ＝Ｖ／Ｉより求めている。これらの電池内部抵抗計測装置を構成する場合、交流電流を電池に流す回路と、流した交流電流で電池に変動が生じた電圧（交流電圧）を計測する回路とが必要となる。
【０００３】
さらに測定対象の電池が、複数個直列に接続されて組電池を構成している場合等には、一組の交流電流を電池に流す回路と、流した交流電流で電池に変動が生じた電圧（交流電圧）を計測する回路と、を複数の電池に割り当て、当該複数の電池への電気的接続を機械的な動作により電気的接続を切り替えるリレーを設け、このリレーを切り替えて電池内部抵抗を計測する構成として、実効的な電池内部抵抗計測装置の設置コストを抑制することが行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３２８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来の電池内部抵抗計測装置を構成する回路では、測定対象が電池あるいは組電池を構成する複数の電池のいずれであっても、各回路を駆動する駆動用電源が、計測する電池以外の電池、あるいは電源から供給される構成となっており、わざわざ別に電源を用意しなければならず、取り扱いが困難となっていた。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、わざわざ各回路を駆動する電源を別に用意することなく、電池の劣化状態を簡単に精度よく診断できる電池劣化診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の電池劣化診断装置は、電池の直流電流を交流電流に変換して当該電池に供給する計測電流発生回路と、前記交流電流を前記電池に流すことにより当該電池に発生した交流電圧を計測する差動増幅回路と、前記電池に供給された交流電流の電流値と前記電池に発生した交流電圧の電圧値とに基づいて前記電池の内部抵抗を算出し劣化診断する制御部と、前記電池からの電力を駆動電力として前記計測電流発生回路および前記差動増幅回路に供給する電源回路とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、電源回路は、電池からの電力を駆動電力として計測電流発生回路および差動増幅回路に供給する。
これにより、計測電流発生回路は、電池の直流電流を交流電流に変換して当該電池に供給し、差動増幅回路は、前記交流電流を前記電池に流すことにより当該電池に発生した交流電圧を計測する。
これらの結果、制御部は、前記電池に供給された交流電流の電流値と前記電池に発生した交流電圧の電圧値とに基づいて電池の内部抵抗を算出し劣化診断する。
【０００８】
この場合において、前記差動増幅回路が、その入力段に、前記電池の直流電力で駆動されて、前記電池に発生した交流電圧を増幅する電圧増幅回路を備えるようにするのが好ましい。
上記構成によれば、電源回路の基準電位の変動の影響を受けずに、交流電圧の計測することができ、より高精度に劣化診断を行える。
【０００９】
また、前記電圧増幅回路は、前記交流電流の供給経路とは別個に設けられた前記交流電圧を計測するための計測線を介して前記電池から駆動電力が供給されているのが好ましい。
上記構成によれば、電圧増幅回路は、前記交流電流の供給経路上の抵抗成分により発生する同相成分電圧の影響を受けることなく、駆動され、計測が正確に行え、より正確な計測を行うことができる。
【００１０】
さらに、前記電圧増幅回路は、前記交流電流が前記電池に供給されている場合に前記交流電圧成分を通過させるとともに、前記交流電流が前記電池に供給されていない場合に前記電池の直流電圧を分圧するハイパス・分圧回路と、前記ハイパス・分圧回路を通過した信号を所定の増幅率で増幅して前記交流電圧信号あるいは直流電圧信号として出力する演算増幅器と、を備えるのが好ましい。
【００１１】
上記構成によれば、電圧増幅回路のハイパス・分圧回路は、交流電流が電池に供給されている場合に交流電圧成分を通過させるとともに、交流電流が電池に供給されていない場合に電池の直流電圧を分圧する。
演算増幅器は、ハイパス・分圧回路を通過した信号を所定の増幅率で増幅して交流電圧信号あるいは直流電圧信号として出力する。
したがって、差動増幅回路は、計測電流発生回路により交流電流が電池に供給されていない場合に、当該電池の直流電圧を計測する直流電圧計測回路として機能することとなり、切替回路等を用いること無く、差動増幅回路を交流電圧計測および直流電圧計測で共用することができ、簡易な構成で、電池劣化診断装置に交流電圧計測及び直流電圧計測を行わせることができる。
【００１２】
さらにまた、前記電池が複数個直列に接続されて組電池を構成し、前記計測電流発生回路、前記差動増幅回路、前記制御部および前記電源回路が一体化されて診断ユニットを構成し、前記診断ユニットが前記組電池を構成する電池毎に接続されているのが好ましい。
上記構成によれば、各電池の劣化状態の診断は、各電池に接続された診断ユニットが個々に行うので、診断ユニットを複数の電池で共用する場合と比較して、機械的リレーなどの電気的な接続を切り替える手段を設ける必要が無く、長期にわたって、信頼性高く、電池劣化状態を診断することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電源を別に用意することなく、電池の劣化状態を簡単に精度よく診断できる。
また、一般的に用いられるオペアンプで構成した内部差動増幅回路を用いることで、低コストで回路を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る電池劣化診断装置が用いられる蓄電ユニットシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】電池劣化状態診断装置の概要構成ブロック図である。
【図３】電圧増幅回路の回路構成例の説明図である。
【図４】実施形態の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電池劣化診断装置が用いられる蓄電ユニットシステムの概略構成を示すブロック図である。
蓄電ユニットシステム１０は、複数の単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…、Ｕｎが直列に接続された蓄電ユニット１１と、商用交流電源１２から電力供給を受け、交流直流変換を行って蓄電ユニット１１に充電電力を供給する整流器（充電器）１３と、整流器１３または蓄電ユニット１１から電力が供給される負荷１４と、蓄電ユニット１１を構成する全ての単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…、Ｕｎのそれぞれに接続されて、当該電池の電池状態を判別するための端子電圧および内部抵抗を測定する複数の電池劣化状態診断ユニット１５−１〜１５−ｎと、を備えている。
ここで、各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…、Ｕｎは、鉛蓄電池として構成されている。また、整流器１３は、定電圧定電流形の整流器となっている。さらに、個々の単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…に対しては、各電池劣化状態診断ユニット１５−１〜１５−ｎが電池劣化状態診断装置として機能するとともに、蓄電ユニットシステム１０に対しては、すべての電池劣化状態診断ユニット１５−１〜１５−ｎが一つの電池劣化状態診断装置として機能している。
【００１６】
図２は、電池劣化状態診断装置の概要構成ブロック図である。
ここで、電池劣化状態診断ユニット１５−１〜１５−ｎは、同一構成であるので、電池劣化状態診断ユニット１５−１を例として説明する。
電池劣化状態診断ユニット１５−１は、測定対象の単位電池Ｕ１からの電力供給を受けて電源安定化を行って電力供給を行う電源回路２１と、単位電池Ｕ１に発生した起電力（交流電圧）あるいは単位電池Ｕ１の直流電圧を測定する差動増幅回路２２と、電源回路２１からの電力供給を受けて動作し、単位電池Ｕ１の内部抵抗を測定するための計測電流を発生する計測電流発生回路２３と、電源回路２１からの電力供給を受けて動作し、差動増幅回路２２の出力信号に基づいて、単位電池Ｕ１の内部抵抗及び直流電圧を検出するとともに、計測電流発生回路２３を制御するマイクロコンピュータ２４と、を備えている。
【００１７】
上記構成において、差動増幅回路２２は、単位電池Ｕ１の正極端子および負極端子に接続され、単位電池Ｕ１から直接的に電力の供給を受けて、当該単位電池Ｕ１の端子間電圧を測定し、増幅して電圧増幅信号を出力する電圧増幅回路２５と、電源回路２１からの電力供給を受けて、入力された電圧増幅信号の電圧と、基準電圧との差電圧を検出して単位電池Ｕ１に発生した起電力（交流電圧）あるいは単位電池Ｕ１の直流電圧を測定する内部差動増幅回路２６と、を備えている。
ここで、差動増幅回路２２として、電圧増幅回路２５及び内部差動増幅回路２６の２段増幅回路構成を採っている理由について説明する。
単位電池Ｕ１として大型の鉛蓄電池を用いた場合、内部抵抗が０．２ｍΩ以下となる場合がある。その場合、例えば、１Ａの電流を流しても発生する起電力が０．２ｍＶと小さいため、電池劣化状態診断装置には、高い増幅率と安定した性能の交流差動増幅器が必要となる。
【００１８】
また、単位電池Ｕ１へ端子Ｔ１を介した接続線Ｌ１あるいは端子Ｔ４を介した接続線Ｌ２は、抵抗値を有している。なお、端子Ｔ２および端子Ｔ３を介した接続線も抵抗値を有しているが、これらの接続線にはほとんど電流が流れないため、問題とはならない。
具体的には、単位電池Ｕ１へ端子Ｔ１を介した接続線Ｌ１あるいは端子Ｔ４を介した接続線Ｌ２として、０．３ｃｍ2の電線で２０ｃｍ長のものを用いた場合、その抵抗値は、２０ｍΩ程度あり、更に単位電池Ｕに接続線Ｌ１、Ｌ２を接続するための接触抵抗を考慮すると、実質的な抵抗値ＲＸ１、ＲＸ２は、３０ｍΩになる場合がある。
このため、１Ａの交流電流ＩＡＣを計測電流として接続線Ｌ１、Ｌ２を介して流したとすると、低電位側（−）側の電池接続線には３０ｍΩ×１Ａ＝３０ｍＶの電圧降下が発生し、電源回路２１の低電位側（−）側と電圧変動が生じることとなる。
【００１９】
このように、発生起電力が０．２ｍＶに対し電源電圧変動が３０ｍＶあるため、差動増幅回路２２としては、高い同相入力除去比(ＣＭＲＲ)の性能が求められる。
例えば、電源電圧変動の影響を１％以内に抑えたい場合、０．２ｍＶ×０．０１＝０．００２ｍＶとなり、３０／０．００２＝１５０００（８３．５ｄＢ）の同相入力除去比（ＣＭＲＲ）が必要となる。この仕様を満足するには、ＣＭＲＲの高い高性能の差動増幅回路２２が必要となり、コストアップとなってしまう。
【００２０】
ところで、ＣＭＲＲの性能の優れた差動増幅回路は一般に高価であることが多いが、ＣＭＲＲ性能が５０ｄＢ程度であれば一般的に用いられるオペアンプにて差動増幅回路が構成でき、安価になる。
そこで、本実施形態においては、差動増幅回路２２を内部差動増幅回路２６の前段に上述の例の場合、３３．５ｄＢの増幅率を有する電圧増幅回路２５を設けた構成とし、電圧増幅回路２５の電源を検出線Ｌ３、Ｌ４を介して単位電池Ｕ１から供給することで、電圧増幅回路２５の出力が、接続線Ｌ１、Ｌ２の配線抵抗による同相入力電圧の影響を受けない回路構成を採っている。
【００２１】
このような構成によれば、組電池を構成する単位電池の劣化を監視するにあたり、ＣＭＲＲの低い（本例では、ＣＭＲＲ＝５０ｄＢ）内部差動増幅回路２６を用いたとしても、所望の増幅率を有する差動増幅回路２２を構成でき、簡易かつ安価な構成にもかかわらず、差動増幅回路２２全体では、高精度で内部抵抗値および直流電圧を測定することができるのである。
また、計測電流発生回路２３は、マイクロコンピュータ２４の制御下で交流電流である計測電流の発生を制御する計測電流発生制御回路２７と、電流制御用のトランジスタＱと、流れた交流電流量を検出するための電流検出抵抗Ｒと、を備えている。
【００２２】
上記構成において、通常動作時においては、蓄電ユニット１１は、商用交流電源１２からの電力を整流器１３により変換して充電されるとともに、負荷１４も整流器１３から電力が供給される。
ここで、電池劣化状態診断ユニット１５−１〜１５−ｎのそれぞれのマイクロコンピュータ２４は、対応する各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…、Ｕｎの端子電圧（直流電圧）を所定の直流電圧測定時間（例えば、１０分）ごとに測定し、所定の内部抵抗測定時間毎（例えば、１時間）に計測電流発生回路２３を制御して計測電流を発生させ各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の内部抵抗を測定する。
一方、停電時には、商用交流電源１２からの電力の供給がなされないので、蓄電ユニット１１に蓄えた電力が負荷１４に供給される。
【００２３】
図３は、電圧増幅回路の回路構成例の説明図である。
電圧増幅回路２５は、バイアス抵抗及び分圧抵抗の機能を兼ねる抵抗Ｒ１と、交流成分を通過させるためのハイパスフィルタを構成するコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１に直列に接続され、分圧抵抗およびハイパスフィルタの機能を兼ねる抵抗Ｒ２と、オペアンプＯＰと、オペアンプＯＰの入力抵抗を構成する抵抗Ｒ３と、オペアンプＯＰのフィードバック抵抗を構成する抵抗Ｒ４と、を備えている。
この場合に、オペアンプＯＰの駆動電源は、測定対象の単位電池Ｕ１から供給されており、オペアンプＯＰは電源回路２１からの電力供給を受けていないため、電圧増幅回路２５の出力は、交流電流供給経路における配線抵抗ＲＸ１、ＲＸ２に起因して発生する同相入力電圧の影響を受けないこととなる。
【００２４】
次に実施形態の動作を説明する。
図４は、実施形態の動作説明図である。
まず、電池劣化状態診断ユニット１５−１の電源回路２１は、測定対象の単位電池Ｕ１からの電力供給を受けて電源安定化を行って差動増幅回路２２の内部差動増幅回路２６、マイクロコンピュータ２４及び計測電流発生回路２３の計測電流発生制御回路２７に電力供給を行う。
これにより、マイクロコンピュータ２４は、図４に時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間として示す直流電圧測定期間においては、直流電圧測定制御を行う。
【００２５】
すなわち、マイクロコンピュータ２４は、計測電流発生回路２３の計測電流発生制御回路２７を介して、交流電流ＩＡＣを流さないようにする。
具体的には、マイクロコンピュータ２４は、計測電流発生回路２３の計測電流発生制御回路２７によりトランジスタＱをオフ状態とする。
これにより、計測端子Ｔ１及び計測端子Ｔ４を介して単位電池Ｕ１に、交流電流が流れることはない。
このように、単位電池Ｕ１に交流電流を流さない場合には、定常状態で電圧増幅回路２５を構成するコンデンサＣ１を流れる電流はないため、電圧増幅回路２５はコンデンサＣ１が設けられていない場合と等価となる。
【００２６】
このため、電圧増幅回路２５を構成する抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２は、単純に直列接続されて、単位電池Ｕ１に並列に接続された状態となり、単位電池Ｕ１の直流電圧を分圧する分圧抵抗として機能することとなる。
この結果、オペアンプの非反転入力端子には、単位電池Ｕ１の直流電圧が所定の分圧比［＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）］で分圧された電圧が入力され、オペアンプＯＰの出力電圧ＶｏｕｔＤＣは、次式の通りとなる。
ＶｏｕｔＤＣ＝（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））×Ｒ４／Ｒ３
【００２７】
これにより、内部差動増幅回路２６の一方の入力端子には、ＶｏｕｔＤＣが入力され、単位電池Ｕ１の基準電位（基準電圧）との差電圧がマイクロコンピュータ２４の図示しないＡ／Ｄコンバータに入力される。
これにより、マイクロコンピュータ２４は、単位電池Ｕ１の直流電圧を測定して、単位電池Ｕ１が劣化しているか否かを診断して、単位電池Ｕ１の直流電圧が基準最低電圧より低かったり、基準最高電圧より高かった場合には、電池が異常あるいは劣化していると判別して、その旨を図示しないインジケータで表示したり、図示しない通信線を介して図示しない集中制御装置に通知したりすることとなる。
【００２８】
より具体的には、Ｒ１＝１ＭΩ、Ｒ２＝３０ｋΩ、Ｒ３＝１ｋΩ、Ｒ４＝２０ｋΩ、Ｃ１＝１μＦとした場合について考察すると、直流的には、単位電池Ｕ１の電圧が２Ｖの場合は、２Ｖ×（３０ｋ／（１Ｍ＋３０ｋ））×２０＝１．１６５Ｖとなる。この値１．１６５Ｖと、実際に入力された出力電圧ＶｏｕｔＤＣを比較することで、直流電圧の計測値がマイクロコンピュータ２４により求められることとなる。
【００２９】
これに対し、マイクロコンピュータ２４は、図４に時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間として示す内部抵抗測定期間においては、内部抵抗測定制御を行う。
すなわち、マイクロコンピュータ２４は、計測電流発生回路２３の計測電流発生制御回路２７を介して、交流電流ＩＡＣを流すようにする。
具体的には、マイクロコンピュータ２４は、計測電流発生回路２３の計測電流発生制御回路２７によりトランジスタＱを所定の周期でオン／オフして、脈流である交流電流を流し、電流検出抵抗Ｒを介して、計測電流である交流電流の電流量を制御する。
この結果、計測端子Ｔ１および計測端子Ｔ４を介して、交流電流ＩＡＣを単位電池Ｕ１に流すこととなる。
【００３０】
このとき、電圧増幅回路２５を構成しているコンデンサＣ１および抵抗Ｒ２は、ＲＣ構成のハイパスフィルタとして機能する。さらに抵抗Ｒ１は、バイアス抵抗として機能し、交流電流ＩＡＣは、電圧ＶｏｕｔＤＣを零クロス電圧とする波形を描くこととなる。
すなわち、交流に対しては、入力側がＲ１とＣ１との合成インピーダンスＺ１となるため、オペアンプＯＰの出力電圧ＶｏｕｔＡＣは、次式の通りとなる。
ＶｏｕｔＡＣ＝（Ｚ１÷（Ｒ１＋Ｒ２））×Ｒ４／Ｒ３となる。
ここで、Ｚ１＝（Ｒ１／２πｆＣ）÷（Ｒ１＋１／２πｆＣ）
これにより、内部差動増幅回路２６の一方の入力端子には、オペアンプＯＰの出力電圧ＶｏｕｔＡＣが入力され、単位電池Ｕ１の基準電位（基準電圧）との差電圧がマイクロコンピュータ２４の図示しないＡ／Ｄコンバータに入力される。
【００３１】
これにより、マイクロコンピュータ２４は、単位電池Ｕ１の交流電圧を測定して、単位電池Ｕ１が劣化しているか否かを診断する。すなわち、求めた単位電池Ｕ１の内部抵抗値が所定の基準内部抵抗値より高い値を示している場合には、電池が異常あるいは劣化していると判別して、その旨を図示しないインジケータで表示したり、図示しない通信線を介して図示しない集中制御装置に通知したりすることとなる。
ここで、交流電流の周波数を５０Ｈｚとした場合、コンデンサＣ１のインピーダンスは、約３１８５Ωとなり、抵抗Ｒ１の抵抗値（＝１ＭΩ）に対して無視できる十分小さなレベルとなる。
【００３２】
内部抵抗計測時において、交流電流発生回路により交流電流が流された場合、直流電圧測定で得られる電圧レベル（上述の例の場合、ＶｏｕｔＤＣ＝１．１６５Ｖ）を中心に交流成分信号が重畳される。このときの電圧変動値ＶＡＣを測定し、この電圧変動値ＶＡＣ（あるいはその実効値ＶＡＣｒｅａｌ）及び計測電流発生回路２３により流した交流電流ＩＡＣの電流量を用いて演算することで、マイクロコンピュータ２４は、内部抵抗値Ｒｉｎｔを次式に基づいて求めることができる。
Ｒｉｎｔ＝ＶＡＣ／ＩＡＣ
または、
Ｒｉｎｔ＝ＶＡＣｒｅａｌ／ＩＡＣ
【００３３】
そして、マイクロコンピュータ２４は、求めた単位電池Ｕ１の内部抵抗値Ｒｉｎｔが所定の基準内部抵抗値より高い値を示している場合には、電池が異常あるいは劣化していると判別して、その旨を図示しないインジケータで表示したり、図示しない通信線を介して図示しない集中制御装置に通知したりすることとなる。
以上の図４の説明においては、説明の簡略化のため、単位電池Ｕ１の直流電圧測定と、内部抵抗測定と、を連続して行っていたが、実際には、直流電圧測定の周期（例えば、周期１０分）と、内部抵抗測定の周期（例えば、周期２４時間）とは、異なるため、それぞれ、独立して測定が行われる。
【００３４】
以上の説明のように、本実施形態によれば、電源を計測する電池より供給する内部抵抗・電圧計測装置において、電池接続線の抵抗による同相電圧によって発生する誤差を抑制するために、高いＣＭＲＲを有する高性能な差動増幅器を用いることなく、通常のオペアンプで構成した内部差動増幅回路２６を用いて低コストで回路を構成することができる。
さらに差動増幅回路２２は、内部抵抗測定における交流電圧測定回路と、直流電圧測定における直流電圧測定回路との機能を兼用することができ、これらの回路の双方を別途有し、一つのＡ／Ｄコンバータによりアナログ／ディジタル変換を行う場合のように、回路切替器（入力切替回路）を設けることなく、回路を構成することができる。
【００３５】
さらにまた、本実施形態によれば、内部差動増幅回路２６として、高いＣＭＲＲ性能を有する差動増幅回路を用いる必要が無いので、差動増幅回路２２、ひいては、各診断ユニット１５−１〜１５−ｎを安価に構成できる。
したがって、例えば、単位電池Ｕ１〜Ｕｃが複数個直列に接続されて組電池を構成し、計測電流発生回路２３、差動増幅回路２２、マイクロコンピュータ２４および電源回路２１が一体化されて診断ユニット１５−１〜１５−ｎを構成し、これらの診断ユニット１５−１〜１５−ｎが組電池を構成する単位電池Ｕ１〜Ｕｎ毎に接続することが可能となり、電池劣化状態診断ユニットを機械的なリレーなどにより切り替えて用いる必要が無く、長期にわたって、信頼性の高い電池劣化状態診断、ひいては、信頼性の高い蓄電ユニットシステムを提供することが可能となる。
以上の説明においては、複数の単位電池が直列に接続されて蓄電ユニットを構成していたが、複数の単位電池を直列に接続した組電池を複数組並列に接続して蓄電池ユニットを構成するようにすることも可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 蓄電ユニットシステム
１１ 蓄電ユニット
１２ 商用交流電源
１３ 整流器
１４ 負荷
１５−１〜１５−ｎ 電池劣化状態診断ユニット（電池劣化状態診断装置）
２１ 電源回路（電池劣化状態診断ユニット）
２２ 差動増幅回路（電池劣化状態診断ユニット）
２３ 計測電流発生回路（電池劣化状態診断ユニット）
２４ マイクロコンピュータ（制御部）
２５ 電圧増幅回路（差動増幅回路、電池劣化状態診断ユニット）
２６ 内部差動増幅回路（差動増幅回路、電池劣化状態診断ユニット）
２７ 計測電流発生制御回路（電池劣化状態診断ユニット）
ＯＰ オペアンプ（電圧増幅回路、電池劣化状態診断ユニット）
Ｑ トランジスタ（計測電流発生回路、電池劣化状態診断ユニット）
Ｃ１ コンデンサ（ハイパス・分圧回路、電池劣化状態診断ユニット）
Ｒ１ 抵抗（ハイパス・分圧回路、電池劣化状態診断ユニット）
Ｒ２ 抵抗（ハイパス・分圧回路、電池劣化状態診断ユニット）
ＲＸ１ 配線抵抗
Ｕ１〜Ｕｎ 単位電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の劣化状態を、電池の内部抵抗を計測することにより診断する電池劣化診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電池の残存容量や劣化状態などを判断するのに、電池の内部抵抗や電圧を計測して判断する装置（例えば、特許文献１参照。）が知られている。
この種の装置では、電池自体の内部抵抗が小さく、なおかつ電位を有していることにより、電池の内部抵抗計測装置の多くは、その計測方法として交流四端子法を採用している。この交流四端子法を用いた電池内部抵抗計測装置では、電池に交流電流（Ｉ）を流し、それにより電池に発生する起電力（Ｖ）を交流電圧計で計測して、内部抵抗Ｒｉｎｔ＝Ｖ／Ｉより求めている。これらの電池内部抵抗計測装置を構成する場合、交流電流を電池に流す回路と、流した交流電流で電池に変動が生じた電圧（交流電圧）を計測する回路とが必要となる。
【０００３】
さらに測定対象の電池が、複数個直列に接続されて組電池を構成している場合等には、一組の交流電流を電池に流す回路と、流した交流電流で電池に変動が生じた電圧（交流電圧）を計測する回路と、を複数の電池に割り当て、当該複数の電池への電気的接続を機械的な動作により電気的接続を切り替えるリレーを設け、このリレーを切り替えて電池内部抵抗を計測する構成として、実効的な電池内部抵抗計測装置の設置コストを抑制することが行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３２８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来の電池内部抵抗計測装置を構成する回路では、測定対象が電池あるいは組電池を構成する複数の電池のいずれであっても、各回路を駆動する駆動用電源が、計測する電池以外の電池、あるいは電源から供給される構成となっており、わざわざ別に電源を用意しなければならず、取り扱いが困難となっていた。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、わざわざ各回路を駆動する電源を別に用意することなく、電池の劣化状態を簡単に精度よく診断できる電池劣化診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の電池劣化診断装置は、電池の直流電流を交流電流に変換して当該電池に供給する計測電流発生回路と、前記交流電流を前記電池に流すことにより当該電池に発生した交流電圧を計測する差動増幅回路と、前記電池に供給された交流電流の電流値と前記電池に発生した交流電圧の電圧値とに基づいて前記電池の内部抵抗を算出し劣化診断する制御部と、前記電池からの電力を駆動電力として前記計測電流発生回路および前記差動増幅回路に供給する電源回路とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、電源回路は、電池からの電力を駆動電力として計測電流発生回路および差動増幅回路に供給する。
これにより、計測電流発生回路は、電池の直流電流を交流電流に変換して当該電池に供給し、差動増幅回路は、前記交流電流を前記電池に流すことにより当該電池に発生した交流電圧を計測する。
これらの結果、制御部は、前記電池に供給された交流電流の電流値と前記電池に発生した交流電圧の電圧値とに基づいて電池の内部抵抗を算出し劣化診断する。
【０００８】
この場合において、前記差動増幅回路が、その入力段に、前記電池の直流電力で駆動されて、前記電池に発生した交流電圧を増幅する電圧増幅回路を備えるようにするのが好ましい。
上記構成によれば、電源回路の基準電位の変動の影響を受けずに、交流電圧の計測することができ、より高精度に劣化診断を行える。
【０００９】
また、前記電圧増幅回路は、前記交流電流の供給経路とは別個に設けられた前記交流電圧を計測するための計測線を介して前記電池から駆動電力が供給されているのが好ましい。
上記構成によれば、電圧増幅回路は、前記交流電流の供給経路上の抵抗成分により発生する同相成分電圧の影響を受けることなく、駆動され、計測が正確に行え、より正確な計測を行うことができる。
【００１０】
さらに、前記電圧増幅回路は、前記交流電流が前記電池に供給されている場合に前記交流電圧成分を通過させるとともに、前記交流電流が前記電池に供給されていない場合に前記電池の直流電圧を分圧するハイパス・分圧回路と、前記ハイパス・分圧回路を通過した信号を所定の増幅率で増幅して前記交流電圧信号あるいは直流電圧信号として出力する演算増幅器と、を備えるのが好ましい。
【００１１】
上記構成によれば、電圧増幅回路のハイパス・分圧回路は、交流電流が電池に供給されている場合に交流電圧成分を通過させるとともに、交流電流が電池に供給されていない場合に電池の直流電圧を分圧する。
演算増幅器は、ハイパス・分圧回路を通過した信号を所定の増幅率で増幅して交流電圧信号あるいは直流電圧信号として出力する。
したがって、差動増幅回路は、計測電流発生回路により交流電流が電池に供給されていない場合に、当該電池の直流電圧を計測する直流電圧計測回路として機能することとなり、切替回路等を用いること無く、差動増幅回路を交流電圧計測および直流電圧計測で共用することができ、簡易な構成で、電池劣化診断装置に交流電圧計測及び直流電圧計測を行わせることができる。
【００１２】
さらにまた、前記電池が複数個直列に接続されて組電池を構成し、前記計測電流発生回路、前記差動増幅回路、前記制御部および前記電源回路が一体化されて診断ユニットを構成し、前記診断ユニットが前記組電池を構成する電池毎に接続されているのが好ましい。
上記構成によれば、各電池の劣化状態の診断は、各電池に接続された診断ユニットが個々に行うので、診断ユニットを複数の電池で共用する場合と比較して、機械的リレーなどの電気的な接続を切り替える手段を設ける必要が無く、長期にわたって、信頼性高く、電池劣化状態を診断することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電源を別に用意することなく、電池の劣化状態を簡単に精度よく診断できる。
また、一般的に用いられるオペアンプで構成した内部差動増幅回路を用いることで、低コストで回路を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る電池劣化診断装置が用いられる蓄電ユニットシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】電池劣化状態診断装置の概要構成ブロック図である。
【図３】電圧増幅回路の回路構成例の説明図である。
【図４】実施形態の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電池劣化診断装置が用いられる蓄電ユニットシステムの概略構成を示すブロック図である。
蓄電ユニットシステム１０は、複数の単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…、Ｕｎが直列に接続された蓄電ユニット１１と、商用交流電源１２から電力供給を受け、交流直流変換を行って蓄電ユニット１１に充電電力を供給する整流器（充電器）１３と、整流器１３または蓄電ユニット１１から電力が供給される負荷１４と、蓄電ユニット１１を構成する全ての単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…、Ｕｎのそれぞれに接続されて、当該電池の電池状態を判別するための端子電圧および内部抵抗を測定する複数の電池劣化状態診断ユニット１５−１〜１５−ｎと、を備えている。
ここで、各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…、Ｕｎは、鉛蓄電池として構成されている。また、整流器１３は、定電圧定電流形の整流器となっている。さらに、個々の単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…に対しては、各電池劣化状態診断ユニット１５−１〜１５−ｎが電池劣化状態診断装置として機能するとともに、蓄電ユニットシステム１０に対しては、すべての電池劣化状態診断ユニット１５−１〜１５−ｎが一つの電池劣化状態診断装置として機能している。
【００１６】
図２は、電池劣化状態診断装置の概要構成ブロック図である。
ここで、電池劣化状態診断ユニット１５−１〜１５−ｎは、同一構成であるので、電池劣化状態診断ユニット１５−１を例として説明する。
電池劣化状態診断ユニット１５−１は、測定対象の単位電池Ｕ１からの電力供給を受けて電源安定化を行って電力供給を行う電源回路２１と、単位電池Ｕ１に発生した起電力（交流電圧）あるいは単位電池Ｕ１の直流電圧を測定する差動増幅回路２２と、電源回路２１からの電力供給を受けて動作し、単位電池Ｕ１の内部抵抗を測定するための計測電流を発生する計測電流発生回路２３と、電源回路２１からの電力供給を受けて動作し、差動増幅回路２２の出力信号に基づいて、単位電池Ｕ１の内部抵抗及び直流電圧を検出するとともに、計測電流発生回路２３を制御するマイクロコンピュータ２４と、を備えている。
【００１７】
上記構成において、差動増幅回路２２は、単位電池Ｕ１の正極端子および負極端子に接続され、単位電池Ｕ１から直接的に電力の供給を受けて、当該単位電池Ｕ１の端子間電圧を測定し、増幅して電圧増幅信号を出力する電圧増幅回路２５と、電源回路２１からの電力供給を受けて、入力された電圧増幅信号の電圧と、基準電圧との差電圧を検出して単位電池Ｕ１に発生した起電力（交流電圧）あるいは単位電池Ｕ１の直流電圧を測定する内部差動増幅回路２６と、を備えている。
ここで、差動増幅回路２２として、電圧増幅回路２５及び内部差動増幅回路２６の２段増幅回路構成を採っている理由について説明する。
単位電池Ｕ１として大型の鉛蓄電池を用いた場合、内部抵抗が０．２ｍΩ以下となる場合がある。その場合、例えば、１Ａの電流を流しても発生する起電力が０．２ｍＶと小さいため、電池劣化状態診断装置には、高い増幅率と安定した性能の交流差動増幅器が必要となる。
【００１８】
また、単位電池Ｕ１へ端子Ｔ１を介した接続線Ｌ１あるいは端子Ｔ４を介した接続線Ｌ２は、抵抗値を有している。なお、端子Ｔ２および端子Ｔ３を介した接続線も抵抗値を有しているが、これらの接続線にはほとんど電流が流れないため、問題とはならない。
具体的には、単位電池Ｕ１へ端子Ｔ１を介した接続線Ｌ１あるいは端子Ｔ４を介した接続線Ｌ２として、０．３ｃｍ2の電線で２０ｃｍ長のものを用いた場合、その抵抗値は、２０ｍΩ程度あり、更に単位電池Ｕに接続線Ｌ１、Ｌ２を接続するための接触抵抗を考慮すると、実質的な抵抗値ＲＸ１、ＲＸ２は、３０ｍΩになる場合がある。
このため、１Ａの交流電流ＩＡＣを計測電流として接続線Ｌ１、Ｌ２を介して流したとすると、低電位側（−）側の電池接続線には３０ｍΩ×１Ａ＝３０ｍＶの電圧降下が発生し、電源回路２１の低電位側（−）側と電圧変動が生じることとなる。
【００１９】
このように、発生起電力が０．２ｍＶに対し電源電圧変動が３０ｍＶあるため、差動増幅回路２２としては、高い同相入力除去比(ＣＭＲＲ)の性能が求められる。
例えば、電源電圧変動の影響を１％以内に抑えたい場合、０．２ｍＶ×０．０１＝０．００２ｍＶとなり、３０／０．００２＝１５０００（８３．５ｄＢ）の同相入力除去比（ＣＭＲＲ）が必要となる。この仕様を満足するには、ＣＭＲＲの高い高性能の差動増幅回路２２が必要となり、コストアップとなってしまう。
【００２０】
ところで、ＣＭＲＲの性能の優れた差動増幅回路は一般に高価であることが多いが、ＣＭＲＲ性能が５０ｄＢ程度であれば一般的に用いられるオペアンプにて差動増幅回路が構成でき、安価になる。
そこで、本実施形態においては、差動増幅回路２２を内部差動増幅回路２６の前段に上述の例の場合、３３．５ｄＢの増幅率を有する電圧増幅回路２５を設けた構成とし、電圧増幅回路２５の電源を検出線Ｌ３、Ｌ４を介して単位電池Ｕ１から供給することで、電圧増幅回路２５の出力が、接続線Ｌ１、Ｌ２の配線抵抗による同相入力電圧の影響を受けない回路構成を採っている。
【００２１】
このような構成によれば、組電池を構成する単位電池の劣化を監視するにあたり、ＣＭＲＲの低い（本例では、ＣＭＲＲ＝５０ｄＢ）内部差動増幅回路２６を用いたとしても、所望の増幅率を有する差動増幅回路２２を構成でき、簡易かつ安価な構成にもかかわらず、差動増幅回路２２全体では、高精度で内部抵抗値および直流電圧を測定することができるのである。
また、計測電流発生回路２３は、マイクロコンピュータ２４の制御下で交流電流である計測電流の発生を制御する計測電流発生制御回路２７と、電流制御用のトランジスタＱと、流れた交流電流量を検出するための電流検出抵抗Ｒと、を備えている。
【００２２】
上記構成において、通常動作時においては、蓄電ユニット１１は、商用交流電源１２からの電力を整流器１３により変換して充電されるとともに、負荷１４も整流器１３から電力が供給される。
ここで、電池劣化状態診断ユニット１５−１〜１５−ｎのそれぞれのマイクロコンピュータ２４は、対応する各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…、Ｕｎの端子電圧（直流電圧）を所定の直流電圧測定時間（例えば、１０分）ごとに測定し、所定の内部抵抗測定時間毎（例えば、１時間）に計測電流発生回路２３を制御して計測電流を発生させ各単位電池Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、…の内部抵抗を測定する。
一方、停電時には、商用交流電源１２からの電力の供給がなされないので、蓄電ユニット１１に蓄えた電力が負荷１４に供給される。
【００２３】
図３は、電圧増幅回路の回路構成例の説明図である。
電圧増幅回路２５は、バイアス抵抗及び分圧抵抗の機能を兼ねる抵抗Ｒ１と、交流成分を通過させるためのハイパスフィルタを構成するコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１に直列に接続され、分圧抵抗およびハイパスフィルタの機能を兼ねる抵抗Ｒ２と、オペアンプＯＰと、オペアンプＯＰの入力抵抗を構成する抵抗Ｒ３と、オペアンプＯＰのフィードバック抵抗を構成する抵抗Ｒ４と、を備えている。
この場合に、オペアンプＯＰの駆動電源は、測定対象の単位電池Ｕ１から供給されており、オペアンプＯＰは電源回路２１からの電力供給を受けていないため、電圧増幅回路２５の出力は、交流電流供給経路における配線抵抗ＲＸ１、ＲＸ２に起因して発生する同相入力電圧の影響を受けないこととなる。
【００２４】
次に実施形態の動作を説明する。
図４は、実施形態の動作説明図である。
まず、電池劣化状態診断ユニット１５−１の電源回路２１は、測定対象の単位電池Ｕ１からの電力供給を受けて電源安定化を行って差動増幅回路２２の内部差動増幅回路２６、マイクロコンピュータ２４及び計測電流発生回路２３の計測電流発生制御回路２７に電力供給を行う。
これにより、マイクロコンピュータ２４は、図４に時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間として示す直流電圧測定期間においては、直流電圧測定制御を行う。
【００２５】
すなわち、マイクロコンピュータ２４は、計測電流発生回路２３の計測電流発生制御回路２７を介して、交流電流ＩＡＣを流さないようにする。
具体的には、マイクロコンピュータ２４は、計測電流発生回路２３の計測電流発生制御回路２７によりトランジスタＱをオフ状態とする。
これにより、計測端子Ｔ１及び計測端子Ｔ４を介して単位電池Ｕ１に、交流電流が流れることはない。
このように、単位電池Ｕ１に交流電流を流さない場合には、定常状態で電圧増幅回路２５を構成するコンデンサＣ１を流れる電流はないため、電圧増幅回路２５はコンデンサＣ１が設けられていない場合と等価となる。
【００２６】
このため、電圧増幅回路２５を構成する抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２は、単純に直列接続されて、単位電池Ｕ１に並列に接続された状態となり、単位電池Ｕ１の直流電圧を分圧する分圧抵抗として機能することとなる。
この結果、オペアンプの非反転入力端子には、単位電池Ｕ１の直流電圧が所定の分圧比［＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）］で分圧された電圧が入力され、オペアンプＯＰの出力電圧ＶｏｕｔＤＣは、次式の通りとなる。
ＶｏｕｔＤＣ＝（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））×Ｒ４／Ｒ３
【００２７】
これにより、内部差動増幅回路２６の一方の入力端子には、ＶｏｕｔＤＣが入力され、単位電池Ｕ１の基準電位（基準電圧）との差電圧がマイクロコンピュータ２４の図示しないＡ／Ｄコンバータに入力される。
これにより、マイクロコンピュータ２４は、単位電池Ｕ１の直流電圧を測定して、単位電池Ｕ１が劣化しているか否かを診断して、単位電池Ｕ１の直流電圧が基準最低電圧より低かったり、基準最高電圧より高かった場合には、電池が異常あるいは劣化していると判別して、その旨を図示しないインジケータで表示したり、図示しない通信線を介して図示しない集中制御装置に通知したりすることとなる。
【００２８】
より具体的には、Ｒ１＝１ＭΩ、Ｒ２＝３０ｋΩ、Ｒ３＝１ｋΩ、Ｒ４＝２０ｋΩ、Ｃ１＝１μＦとした場合について考察すると、直流的には、単位電池Ｕ１の電圧が２Ｖの場合は、２Ｖ×（３０ｋ／（１Ｍ＋３０ｋ））×２０＝１．１６５Ｖとなる。この値１．１６５Ｖと、実際に入力された出力電圧ＶｏｕｔＤＣを比較することで、直流電圧の計測値がマイクロコンピュータ２４により求められることとなる。
【００２９】
これに対し、マイクロコンピュータ２４は、図４に時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間として示す内部抵抗測定期間においては、内部抵抗測定制御を行う。
すなわち、マイクロコンピュータ２４は、計測電流発生回路２３の計測電流発生制御回路２７を介して、交流電流ＩＡＣを流すようにする。
具体的には、マイクロコンピュータ２４は、計測電流発生回路２３の計測電流発生制御回路２７によりトランジスタＱを所定の周期でオン／オフして、脈流である交流電流を流し、電流検出抵抗Ｒを介して、計測電流である交流電流の電流量を制御する。
この結果、計測端子Ｔ１および計測端子Ｔ４を介して、交流電流ＩＡＣを単位電池Ｕ１に流すこととなる。
【００３０】
このとき、電圧増幅回路２５を構成しているコンデンサＣ１および抵抗Ｒ２は、ＲＣ構成のハイパスフィルタとして機能する。さらに抵抗Ｒ１は、バイアス抵抗として機能し、交流電流ＩＡＣは、電圧ＶｏｕｔＤＣを零クロス電圧とする波形を描くこととなる。
すなわち、交流に対しては、入力側がＲ１とＣ１との合成インピーダンスＺ１となるため、オペアンプＯＰの出力電圧ＶｏｕｔＡＣは、次式の通りとなる。
ＶｏｕｔＡＣ＝（Ｚ１÷（Ｒ１＋Ｒ２））×Ｒ４／Ｒ３となる。
ここで、Ｚ１＝（Ｒ１／２πｆＣ）÷（Ｒ１＋１／２πｆＣ）
これにより、内部差動増幅回路２６の一方の入力端子には、オペアンプＯＰの出力電圧ＶｏｕｔＡＣが入力され、単位電池Ｕ１の基準電位（基準電圧）との差電圧がマイクロコンピュータ２４の図示しないＡ／Ｄコンバータに入力される。
【００３１】
これにより、マイクロコンピュータ２４は、単位電池Ｕ１の交流電圧を測定して、単位電池Ｕ１が劣化しているか否かを診断する。すなわち、求めた単位電池Ｕ１の内部抵抗値が所定の基準内部抵抗値より高い値を示している場合には、電池が異常あるいは劣化していると判別して、その旨を図示しないインジケータで表示したり、図示しない通信線を介して図示しない集中制御装置に通知したりすることとなる。
ここで、交流電流の周波数を５０Ｈｚとした場合、コンデンサＣ１のインピーダンスは、約３１８５Ωとなり、抵抗Ｒ１の抵抗値（＝１ＭΩ）に対して無視できる十分小さなレベルとなる。
【００３２】
内部抵抗計測時において、交流電流発生回路により交流電流が流された場合、直流電圧測定で得られる電圧レベル（上述の例の場合、ＶｏｕｔＤＣ＝１．１６５Ｖ）を中心に交流成分信号が重畳される。このときの電圧変動値ＶＡＣを測定し、この電圧変動値ＶＡＣ（あるいはその実効値ＶＡＣｒｅａｌ）及び計測電流発生回路２３により流した交流電流ＩＡＣの電流量を用いて演算することで、マイクロコンピュータ２４は、内部抵抗値Ｒｉｎｔを次式に基づいて求めることができる。
Ｒｉｎｔ＝ＶＡＣ／ＩＡＣ
または、
Ｒｉｎｔ＝ＶＡＣｒｅａｌ／ＩＡＣ
【００３３】
そして、マイクロコンピュータ２４は、求めた単位電池Ｕ１の内部抵抗値Ｒｉｎｔが所定の基準内部抵抗値より高い値を示している場合には、電池が異常あるいは劣化していると判別して、その旨を図示しないインジケータで表示したり、図示しない通信線を介して図示しない集中制御装置に通知したりすることとなる。
以上の図４の説明においては、説明の簡略化のため、単位電池Ｕ１の直流電圧測定と、内部抵抗測定と、を連続して行っていたが、実際には、直流電圧測定の周期（例えば、周期１０分）と、内部抵抗測定の周期（例えば、周期２４時間）とは、異なるため、それぞれ、独立して測定が行われる。
【００３４】
以上の説明のように、本実施形態によれば、電源を計測する電池より供給する内部抵抗・電圧計測装置において、電池接続線の抵抗による同相電圧によって発生する誤差を抑制するために、高いＣＭＲＲを有する高性能な差動増幅器を用いることなく、通常のオペアンプで構成した内部差動増幅回路２６を用いて低コストで回路を構成することができる。
さらに差動増幅回路２２は、内部抵抗測定における交流電圧測定回路と、直流電圧測定における直流電圧測定回路との機能を兼用することができ、これらの回路の双方を別途有し、一つのＡ／Ｄコンバータによりアナログ／ディジタル変換を行う場合のように、回路切替器（入力切替回路）を設けることなく、回路を構成することができる。
【００３５】
さらにまた、本実施形態によれば、内部差動増幅回路２６として、高いＣＭＲＲ性能を有する差動増幅回路を用いる必要が無いので、差動増幅回路２２、ひいては、各診断ユニット１５−１〜１５−ｎを安価に構成できる。
したがって、例えば、単位電池Ｕ１〜Ｕｃが複数個直列に接続されて組電池を構成し、計測電流発生回路２３、差動増幅回路２２、マイクロコンピュータ２４および電源回路２１が一体化されて診断ユニット１５−１〜１５−ｎを構成し、これらの診断ユニット１５−１〜１５−ｎが組電池を構成する単位電池Ｕ１〜Ｕｎ毎に接続することが可能となり、電池劣化状態診断ユニットを機械的なリレーなどにより切り替えて用いる必要が無く、長期にわたって、信頼性の高い電池劣化状態診断、ひいては、信頼性の高い蓄電ユニットシステムを提供することが可能となる。
以上の説明においては、複数の単位電池が直列に接続されて蓄電ユニットを構成していたが、複数の単位電池を直列に接続した組電池を複数組並列に接続して蓄電池ユニットを構成するようにすることも可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 蓄電ユニットシステム
１１ 蓄電ユニット
１２ 商用交流電源
１３ 整流器
１４ 負荷
１５−１〜１５−ｎ 電池劣化状態診断ユニット（電池劣化状態診断装置）
２１ 電源回路（電池劣化状態診断ユニット）
２２ 差動増幅回路（電池劣化状態診断ユニット）
２３ 計測電流発生回路（電池劣化状態診断ユニット）
２４ マイクロコンピュータ（制御部）
２５ 電圧増幅回路（差動増幅回路、電池劣化状態診断ユニット）
２６ 内部差動増幅回路（差動増幅回路、電池劣化状態診断ユニット）
２７ 計測電流発生制御回路（電池劣化状態診断ユニット）
ＯＰ オペアンプ（電圧増幅回路、電池劣化状態診断ユニット）
Ｑ トランジスタ（計測電流発生回路、電池劣化状態診断ユニット）
Ｃ１ コンデンサ（ハイパス・分圧回路、電池劣化状態診断ユニット）
Ｒ１ 抵抗（ハイパス・分圧回路、電池劣化状態診断ユニット）
Ｒ２ 抵抗（ハイパス・分圧回路、電池劣化状態診断ユニット）
ＲＸ１ 配線抵抗
Ｕ１〜Ｕｎ 単位電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の直流電流を交流電流に変換して当該電池に供給する計測電流発生回路と、前記交流電流を前記電池に流すことにより当該電池に発生した交流電圧を計測する差動増幅回路と、前記電池に供給された交流電流の電流値と前記電池に発生した交流電圧の電圧値とに基づいて前記電池の内部抵抗を算出し劣化診断する制御部と、前記電池からの電力を駆動電力として前記計測電流発生回路および前記差動増幅回路に供給する電源回路とを備えたことを特徴とする電池劣化診断装置。
【請求項２】
前記差動増幅回路が、その入力段に、前記電池の直流電力で駆動されて、前記電池に発生した交流電圧を増幅する電圧増幅回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電池劣化診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の電池劣化診断装置において、
前記電圧増幅回路は、前記交流電流の供給経路とは別個に設けられた前記交流電圧を計測するための計測線を介して前記電池から駆動電力が供給されていることを特徴とする電池劣化診断装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の電池劣化診断装置において、
前記電圧増幅回路は、前記交流電流が前記電池に供給されている場合に前記交流電圧成分を通過させるとともに、前記交流電流が前記電池に供給されていない場合に前記電池の直流電圧を分圧するハイパス・分圧回路と、
前記ハイパス・分圧回路を通過した信号を所定の増幅率で増幅して前記交流電圧信号あるいは直流電圧信号として出力する演算増幅器と、
を備えたことを特徴とする電池劣化診断装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電池劣化診断装置において、
前記電池が複数個直列に接続されて組電池を構成し、
前記計測電流発生回路、前記差動増幅回路、前記制御部および前記電源回路が一体化されて診断ユニットを構成し、
前記診断ユニットが前記組電池を構成する電池毎に接続されていることを特徴とする電池劣化診断装置。
【請求項１】
電池の直流電流を交流電流に変換して当該電池に供給する計測電流発生回路と、前記交流電流を前記電池に流すことにより当該電池に発生した交流電圧を計測する差動増幅回路と、前記電池に供給された交流電流の電流値と前記電池に発生した交流電圧の電圧値とに基づいて前記電池の内部抵抗を算出し劣化診断する制御部と、前記電池からの電力を駆動電力として前記計測電流発生回路および前記差動増幅回路に供給する電源回路とを備えたことを特徴とする電池劣化診断装置。
【請求項２】
前記差動増幅回路が、その入力段に、前記電池の直流電力で駆動されて、前記電池に発生した交流電圧を増幅する電圧増幅回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電池劣化診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の電池劣化診断装置において、
前記電圧増幅回路は、前記交流電流の供給経路とは別個に設けられた前記交流電圧を計測するための計測線を介して前記電池から駆動電力が供給されていることを特徴とする電池劣化診断装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の電池劣化診断装置において、
前記電圧増幅回路は、前記交流電流が前記電池に供給されている場合に前記交流電圧成分を通過させるとともに、前記交流電流が前記電池に供給されていない場合に前記電池の直流電圧を分圧するハイパス・分圧回路と、
前記ハイパス・分圧回路を通過した信号を所定の増幅率で増幅して前記交流電圧信号あるいは直流電圧信号として出力する演算増幅器と、
を備えたことを特徴とする電池劣化診断装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電池劣化診断装置において、
前記電池が複数個直列に接続されて組電池を構成し、
前記計測電流発生回路、前記差動増幅回路、前記制御部および前記電源回路が一体化されて診断ユニットを構成し、
前記診断ユニットが前記組電池を構成する電池毎に接続されていることを特徴とする電池劣化診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−５２８３１（Ｐ２０１２−５２８３１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９３５６９（Ｐ２０１０−１９３５６９）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００００５３８２）古河電池株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００００５３８２）古河電池株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
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