JP2013207844A - 電池管理装置、電池装置、ディスクアレイ装置および電池管理方法 - Google Patents

電池管理装置、電池装置、ディスクアレイ装置および電池管理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 各二次電池2を個別に管理することによって、各二次電池2を適切な状態で維持する。
【解決手段】 電池管理装置1は、管理対象の三つ以上の二次電池2の劣化状態を個別に算出する。また、電池管理装置1は、管理対象の複数の二次電池2の中から電力源として選択しなかった二次電池2の一つを、前記劣化状態に基づいて新たな電力源として選択する。かつ、電池管理装置1は、電力源として選択していた複数の二次電池2のうちの一つを前記劣化状態に基づいて選択し電力源から外す。これにより、電池管理装置1は、劣化状態に基づいて、電力源としての複数の二次電池の組み合わせを変更する。さらに、電池管理装置1は、電力源から外れた二次電池2を放電し、充電することによって、二次電池2を活性化する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、二次電池を管理する電池管理装置、電池装置、ディスクアレイ装置および電池管理方法に関する。
記憶装置の一つとしてディスクアレイ装置がある。ディスクアレイ装置は、複数のハードディスクを並列に接続している構成を有し、これにより、大量のデータを格納できる。このディスクアレイ装置は、キャッシュメモリを内蔵し、当該キャッシュメモリを利用することによって、データへのアクセス時間を短縮できる。
ところで、ディスクアレイ装置は、一般的には、商用電源によって動作する。このため、ディスクアレイ装置は、商用電源が停電すると、キャッシュメモリに格納していたデータを消失してしまう。このことを考慮して、ディスクアレイ装置は、予備電源(補助電源)として二次電池(電池パック)を備えている。そして、ディスクアレイ装置は、停電の場合には、その予備電源の電力を利用して、キャッシュメモリのデータをハードディスクに書き込む機能を備えている。これにより、ディスクアレイ装置は、キャッシュメモリのデータが停電に起因して消失してしまう事態を防止している。
特許文献1には、ディスクアレイ装置に備えられるバッテリーユニットの一例が示されている。このバッテリーユニットでは、バッテリーと、当該バッテリーの充放電回路とが一対一の関係で接続されている。
特許文献2には、二次電池と太陽電池を組み合わせた電池電源が示されている。この特許文献2に示されている電池電源は、少なくとも二群の二次電池を有している。さらに、この電池電源は、太陽電池により充電されている一群の二次電池と、放電状態の一群の二次電池とが交互に切り換わる機能を有している。
特許文献3には、携帯電話機に装着される電池パックが示されている。この電池パックは、携帯電話機から取り外された状態になると(つまり、保存状態に入ったことを検知すると)、充電量を例えば満充電の50%程度にまで低減する機能を備えている。
特開2006−209218号公報 特開平9−121461号公報 特開2001−23588号公報 特開2006−300561号公報
ところで、二次電池には、経年や充電や放電に起因した電池内物質の不活性化のために、入出力できる電力量が減少する現象(以下、この現象を劣化と記す)が起きる。この劣化による二次電池の寿命を推定する装置が特許文献4に示されている。この特許文献4に示されている装置は、複数の二次電池を組み合わせた組電池の寿命を推定している。換言すれば、特許文献4の装置は、複数の二次電池を組み合わせた組電池の状態で管理されている。このため、特許文献4の装置は、組電池を構成している各二次電池の状態を得ることはできない。
本発明は上記課題を解決するために考え出されている。すなわち、本発明の主な目的は、複数の二次電池の劣化状態を個別に検査でき、これにより、各二次電池を適切な状態で維持する電池管理装置、電池装置、ディスクアレイ装置および電池管理方法を提供する。
本発明の電池管理装置は、
二次電池を充電する充電回路と、
二次電池を放電する放電回路と、
管理対象の三つ以上の二次電池を個別に前記充電回路あるいは前記放電回路に切り換え接続する機能と、管理対象の全ての前記二次電池の中から電力源として選択された複数の前記二次電池を予め定められた接続状態に接続する機能とを備えた経路切り換え回路と、
前記経路切り換え回路を介して前記充電回路に接続されている前記二次電池についての充電状況を示す情報と、前記経路切り換え回路を介して前記放電回路に接続されている前記二次電池についての放電状況を示す情報とのうちの少なくとも一方を、電池状況情報として収集する情報収集部と、
前記電池状況情報に基づいて管理対象の前記各二次電池の劣化状態を算出し当該算出した劣化状態に基づいて管理対象の前記各二次電池を管理する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記劣化状態を利用して前記電力源としての前記二次電池を複数選択する機能と、
前記電力源として選択しなかった前記二次電池の一つを、前記電力源として選択していた前記二次電池の中から前記劣化状態に基づいて選択した一つの前記二次電池に代えて、新たな前記電力源とする組み替え機能と、
当該組み替え機能によって前記電力源から外れた前記二次電池を前記放電回路と前記充電回路を利用して活性化するリフレッシュ機能と、
前記経路切り換え回路を予め与えられている制御手順に従って制御する機能と
を備えている。
本発明の電池装置は、
三つ以上の二次電池と、
本発明の電池管理装置と、
を有する。
本発明のディスクアレイ装置は、
記憶媒体である複数のハードディスクと、
補助電源としての本発明の電池装置と
を有する。
本発明の電池管理方法は、
コンピュータは、
管理対象の二次電池が充電している充電状況を示す情報と、前記二次電池が放電している放電状況を示す情報とのうちの少なくとも一方を、電池状況情報として収集し、
前記電池状況情報に基づいて管理対象の前記二次電池の劣化状態を算出し、
管理対象の三つ以上の前記二次電池の中から電力源として選択しなかった前記二次電池の一つを、前記劣化状態に基づいて新たな電力源として選択し、かつ、電力源として選択していた複数の前記二次電池のうちの一つを前記劣化状態に基づいて選択し電力源から外すことによって、電力源としての複数の二次電池の組み合わせを変更し、
電力源から外れた前記二次電池を放電し、かつ、充電することによって、前記二次電池を活性化する。
本発明によれば、複数の二次電池の劣化状態を個別に検査でき、これにより、各二次電池を適切な状態で維持することが可能となる。
本発明に係る第1実施形態の電池管理装置の構成を簡略化して示すブロック図である。 第1実施形態の電池管理装置を備えた電池装置の構成を簡略化して示すブロック図である。 図2に示す電池装置を備えたディスクアレイ装置の構成例を簡略化して示す図である。 本発明に係る第2実施形態の電池装置の構成を簡略化して示す図である。 第2実施形態における経路切り換え回路の回路動作例を説明する図である。 第2実施形態における制御装置が実行する制御手順の一例を示すフローチャートである。 第2実施形態における制御装置が実行する充電処理の制御手順の一例を示すフローチャートである。 第2実施形態における制御装置が実行する放電処理の制御手順の一例を示すフローチャートである。 第2実施形態における制御装置が実行する組み替え処理の制御手順の一例を示すフローチャートである。 経路切り換え回路のその他の回路構成例を示す回路図である。
以下に、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明に係る第1実施形態の電池管理装置の構成を簡略化して示すブロック図である。この第1実施形態の電池管理装置1は、三つ以上の二次電池2を管理する装置である。当該電池管理装置1は、充電回路4と、放電回路5と、情報収集部6と、経路切り換え回路7と、制御装置8とを有している。
充電回路4は、二次電池を充電する回路構成を有する。放電回路5は、二次電池を放電する回路構成を有する。経路切り換え回路7は、管理対象の三つ以上の二次電池2を個別に充電回路4あるいは放電回路5に切り換え接続する機能を備えている。経路切り換え回路7は、さらに、管理対象の全ての二次電池2の中から電力源として選択された複数の二次電池2を予め定められた接続状態に接続する機能を備えている。
情報収集部6は電池状況情報を収集する機能を備えている。電池状況情報とは、経路切り換え回路7を介して充電回路4に接続されている二次電池2についての充電状況を示す情報と、経路切り換え回路7を介して放電回路5に接続されている二次電池2についての放電状況を示す情報とのうちの少なくとも一方である。
制御装置8は、前記電池状況情報に基づいて管理対象の各二次電池2の劣化状態を算出し当該算出した劣化状態に基づいて管理対象の各二次電池2を次のように管理する機能を備えている。すなわち、制御装置8は、劣化状態を利用して電力源としての複数の二次電池2を選択する機能を有する。さらに、制御装置8は、次のような組み替え機能を有する。すなわち、組み替え機能では、制御装置8は、電力源として選択しなかった二次電池2の一つを、新たな電力源として選択する。かつ、制御装置8は、電力源として選択していた複数の二次電池2のうちの一つを前記劣化状態に基づき選択し、選択した二次電池2を電力源から外す。これにより、制御装置8は、電力源としての複数の二次電池2の組み合わせを変更する(電力源としての二次電池2を組み替えする)。
制御装置8は、さらに、その組み替え機能によって電力源から外れた二次電池2を放電回路5と充電回路4を利用して活性化するリフレッシュ機能を有する。さらにまた、制御装置8は、経路切り換え回路7を予め与えられている制御手順に従って制御する機能を有する。
この第1実施形態の電池管理装置1は、管理対象の二次電池2を個別に充電や放電でき、その充電状況や放電状況に関する情報(電池状況情報)に基づいて各二次電池2の劣化状態を算出できる。これにより、当該電池管理装置1は、劣化状態に基づいて、管理対象の各二次電池2をそれぞれ適切な状態で維持することが可能となる。例えば、複数の二次電池が一つの電池群としてまとまって充電や放電が行われる場合には、その電池群を構成する各二次電池の劣化状態は得られない。これに対して、この第1実施形態の電池管理装置1は、上記のように、各二次電池2の劣化状態を得ることができる。これにより、当該電池管理装置1は、例えば、各二次電池2の劣化状態が同様となるように(揃うように)、二次電池2を管理できる。
また、この電池管理装置1は、電力源として選択されていない二次電池2を放電あるいは充電する場合に収集した電池状況情報に基づき二次電池2の劣化状態を算出することによって、電力源として電力を供給できる状態を維持したまま、二次電池2の劣化状態を得ることができる。
さらに、この電池管理装置1は、上記のように各二次電池2を個別に管理できることから、二次電池2の長寿命化を図ることができる。
さらに、電池管理装置1は、経路切り換え回路7によって、電力源としての二次電池2の組み合わせを容易に組み替えることができる。これにより、電池管理装置1は、電力源から外れる二次電池2の数を電力源としての二次電池2の数よりも少なくできる。
この第1実施形態の電池管理装置1は、図2のような電池装置10を構成することができる。すなわち、この電池装置10は、三つ以上の二次電池2と、当該二次電池2を管理する電池管理装置1とを有している。
この電池装置10は、電池管理装置1を備えているので、当該電池管理装置1による各二次電池2の個別管理によって、各二次電池2の劣化状態を揃えることができる。これにより、電池装置10は、長寿命化を図ることができる。また、前記の如く、電力源から外れる二次電池2の数を電力源としての二次電池2の数よりも少なくできるから、電池装置10の小型化や低コスト化を図ることができる。
さらに、電池装置10は、図3に示すようなディスクアレイ装置12を構成できる。このディスクアレイ装置12は、複数のハードディスク13と、電池装置10とを有している。このディスクアレイ装置12は、補助電源(予備電源)として電池装置10を備えているので、補助電源に対する信頼性を高めることができる。
(第2実施形態)
以下に、本発明に係る第2実施形態を説明する。
図4は、本発明に係る第2実施形態の電池装置(電池パック)の構成を簡略化して示す図である。この電池装置(電池パック)20は、例えば複数のハードディスク(記憶媒体)を有するディスクアレイ装置に補助電源として備えられる。当該電池装置20は、主電力源である例えば商用電源からディスクアレイ装置への電力供給が停止(停電)した場合に、電力供給先(例えばディスクアレイ装置の制御装置など)30に電力を供給する。
この第2実施形態の電池装置20は、三つ以上の二次電池(素電池)21と、次に述べる電池管理装置とを有している。なお、この第2実施形態では、説明を簡単にするために、二次電池21として、二次電池21A,21B,21C,21Dが備えられているとする。
この第2実施形態では、電池管理装置は、充電回路23と、放電回路24と、情報収集部としての測定部25と、経路切り換え回路26と、制御装置27と、記憶装置28とを有している。
充電回路23は、主電力源である例えば商用電源の電力を利用して二次電池21を充電する回路構成を有している。放電回路24は、二次電池21を放電する回路構成を有している。なお、この第2実施形態では、放電回路24は、二次電池21から放電される放電電流が予め定められた電流値に安定するように回路が構成されている。
経路切り換え回路26は、二次電池21を個別に充電回路23あるいは放電回路24に接続する機能と、電力源として選択された複数の二次電池を予め定められた接続状態に接続する機能とを有している。より具体的には、この第2実施形態では、経路切り換え回路26は、図4に示されるように、出力切り換え部としてのマルチプレクサ32と、接続切り換え部としてのマルチプレクサ33(33a〜33d)と、接地切り換え部としてのマルチプレクサ34とを有している。
マルチプレクサ32,33(33a〜33d),34は、それぞれ、一つの出力部および複数(例えば4つ)の入力部を備えている。マルチプレクサ32の出力部は充電回路23と放電回路24と電力供給先30に接続されている。マルチプレクサ32の入力部の一つは、二次電池21Aの正極側に接続されている。マルチプレクサ32の他の三つの入力部は、それぞれ、マルチプレクサ33aの別々の入力部に接続されている。マルチプレクサ32とマルチプレクサ33aを接続している導通路の一つには、マルチプレクサ33b,33cの各入力部と、二次電池21Dの正極側とが接続されている。マルチプレクサ32とマルチプレクサ33aを接続している別の導通路の一つには、マルチプレクサ33b,33dの各入力部と、二次電池21Cの正極側とが接続されている。マルチプレクサ32とマルチプレクサ33aを接続しているさらに別の導通路の一つには、マルチプレクサ33c,33dの各入力部と、二次電池21Bの正極側とが接続されている。マルチプレクサ32と二次電池21Aの正極側を接続している導通路には、マルチプレクサ33b,33c,33dの各入力部が接続されている。
マルチプレクサ33aの出力部は二次電池21Aの負極側に接続されている。マルチプレクサ33bの出力部は二次電池21Bの負極側に接続されている。マルチプレクサ33cの出力部は二次電池21Cの負極側に接続されている。マルチプレクサ33dの出力部は二次電池21Dの負極側に接続されている。さらに、二次電池21A〜21Dの各負極側はマルチプレクサ34の別々の入力部に接続されている。マルチプレクサ34の出力部はグラウンド(GND(ground))に接地されている。
経路切り換え回路26の各マルチプレクサ32〜34の切り換え動作は、制御装置27によって制御される。例えば、制御装置27によってマルチプレクサ32とマルチプレクサ34が二次電池21Aを接続(選択)することによって、経路切り換え回路26は、二次電池21Aを充電回路23あるいは放電回路24に接続することができる。二次電池21B〜21Dに関しても、マルチプレクサ32,34の切り換え接続によって、経路切り換え回路26は、二次電池21B〜21Dを個別に充電回路23あるいは放電回路24に接続することができる。
また、経路切り換え回路26は、二次電池21A〜21Dの中から電力源として選択された複数の二次電池を直列接続し、これら直列接続した二次電池を電力供給先30に接続できる。例えば、電力源として二次電池21A,21B,21Dが選択されたとする。この場合には、図5(a)に示すように、制御装置27によってマルチプレクサ32が二次電池21Aを接続(選択)し、マルチプレクサ33aが二次電池21Bを接続し、マルチプレクサ33bが二次電池21Dを接続し、マルチプレクサ34が二次電池21Dを接続(選択)する。このようにマルチプレクサ32,33,34を制御することによって、経路切り換え回路26は、二次電池21A,21B,21Dを直列接続し、これら二次電池21A,21B,21Dを電力供給先30に接続できる。
また、例えば、電力源として二次電池21B,21C,21Dが選択されたとする。この場合には、図5(b)に示すように、制御装置27によってマルチプレクサ32が二次電池21Bを接続(選択)し、マルチプレクサ33bが二次電池21Dを接続し、マルチプレクサ33dが二次電池21Cを接続し、マルチプレクサ34が二次電池21Cを接続(選択)する。このようにマルチプレクサ32,33,34を制御することによって、経路切り換え回路26は、二次電池21B,21C,21Dを直列接続し、これら二次電池21B,21C,21Dを電力供給先30に接続できる。
測定部25は、経路切り換え回路26によって充電回路23あるいは放電回路24に接続している二次電池21A〜21Dの充電電圧を測定する機能を有している。また、測定部25は、さらに、充電回路23あるいは放電回路24と二次電池21A〜21Dとの間を流れる電流値を測定する機能を有している。
記憶装置28は、コンピュータプログラム(プログラム)やデータを記憶する装置である。当該記憶装置28は、電池装置20の全体的な動作を制御するプログラムを記憶している。また、記憶装置28は、制御装置27により算出された各二次電池21A〜21Dの劣化量Dと充電量(残容量)Ceを記憶している。劣化量Dとは、二次電池21の劣化(入出力できる電力量が減少する現象)の度合い(劣化状態)を示す情報である。この第2実施形態では、劣化量Dは、二次電池21の充放電能力が、使用を開始した初期に対してどの程度低下したかを示す低下率で表す。
さらに、記憶装置28は、各二次電池21A〜21Dにおける初期内部抵抗値Rsと初期放電時間Tsを記憶している。初期内部抵抗値Rsは、初期における二次電池21の内部抵抗値であり、実験等によって予め求められる。初期放電時間Tsは、初期において二次電池21が予め定められた容量Csを放電するのに要した時間であり、実験等によって予め求められる。さらに、記憶装置28は、各二次電池21の充電回数Kを記憶している。さらに、記憶装置28は、予め定められた閾値Phを記憶している。当該閾値Phは、二次電池21の放電能力が予め定められた能力を有しているか否かを判断する場合に利用する値である。さらに、記憶装置28は、予め定められた閾値Psを記憶している。当該閾値Psは、二次電池21を充電するか否かを判断する場合に利用する値である。
さらに、記憶装置28は、二次電池21に対する予め定められた第一充電量Mと、当該第一充電量よりも低い予め定められた第二充電量Nとを記憶している。第一充電量Mは、二次電池21が電力源として機能する場合に要求される充電量であり、二次電池21の仕様などを考慮して適宜設定される。例えば、仕様により最大充電量(満充電量;完全充電量)として設定されている充電量が第一充電量Mとして設定される。
第二充電量Nは、二次電池21が予備として管理(維持;保存)される場合に適切とされる充電量である。すなわち、二次電池21は、充電量が多い状態が長期間に亘ると劣化が促進する。このことから、この第2実施形態では、長期間に亘って電力が使用されないことが想定される場合(つまり、予備である場合)には、劣化を抑制するために、二次電池21の充電量は、第一充電量Mよりも少ない第二充電量Nに制御される。
その第二充電量Nは、二次電池21の種類などによってそれぞれ異なる量が設定される。例えば、リチウム(Li)イオン電池の場合には、第二充電量Nは、満充電量(完全充電量)の50%である充電量に設定される。また、ニッケル(Ni)水素電池の場合には、第二充電量Nは、満充電量(完全充電量)の10〜20%である充電量に設定される。
なお、二次電池の充電量(残容量)と充電電圧値とは比例関係にあることから、第一充電量Mや第二充電量Nに対応する充電電圧値が第一充電量や第二充電量として記憶装置28に予め記憶されていてもよい。
制御装置27は例えばCPU(Central Processing Unit)を有し、記憶装置28から読み出したプログラムを実行することによって、電池装置20の全体的な動作を制御する。例えば、主電力源が停電したことによって電池装置20が補助電源として電力供給先30に電力を供給した後に、主電力源が復帰したことを制御装置27が検知した場合には、制御装置27は、二次電池21A〜21Dを次のように充電する機能を備えている。
すなわち、制御装置27は、以前に算出されている各二次電池21A〜21Dの劣化量Dの情報を記憶装置28から読み出し、これら二次電池21A〜21Dの劣化量Dを比較する。この比較に基づいて、制御装置27は、劣化量が最も少ない(劣化状態が最も良い)二次電池21を選択する。そして、制御装置27は、経路切り換え回路26における各マルチプレクサ32〜34を制御することによって、その選択した二次電池21を経路切り換え回路26を介して充電回路23に接続し、選択した二次電池21の充電を充電回路23によって開始する。制御装置27は、その充電中には、二次電池21の充電電圧を測定部25により時々刻々と取り込む。そして、制御装置27は、測定部25により測定される充電電圧を利用して、二次電池21の充電量が記憶装置28に記憶されている第一充電量Mに達したことを検知した場合には、二次電池21の充電を終了する。
その後、制御装置27は、充電を行っていない二次電池21の中で最も劣化量Dが少ない(劣化状態が最も良い)二次電池21を選択する。そして、制御装置27は、上記同様に、その選択した二次電池21を第一充電量Mまで充電する。制御装置27は、このような手順に従って、電力源として必要とされる数の二次電池21を第一充電量Mに充電する。換言すれば、制御装置27は、充電処理が終了した二次電池21の充電量を合計した値(合計値)Uが、電力供給先30が要求する値に達するまで、二次電池21の充電量を第一充電量Mに充電する。
制御装置27は、その後、電力源として選択されなかった二次電池21(以下、電力源から外れた二次電池21を予備としての二次電池21とも記す)の充電を開始する。すなわち、制御装置27は、予備としての二次電池21の一つを回路切り換え回路26を介して充電回路23に接続する。そして、制御装置27は、記憶装置28に記憶されている残容量Ceを利用して、充電量(残容量)が第二充電量Nとなるように、予備としての二次電池21を充電回路23により充電する。
上記のようにして、制御装置27は、主電力源が復帰した後に全ての二次電池21A〜21Dを充電する。すなわち、制御装置27は、二次電池21A〜21Dの中から劣化状態の良い順に電力源として必要な数の二次電池21を選択し、選択した二次電池21を電力源として有効に機能できるように第一充電量Mまで充電する。一方、制御装置27は、電力源として選択した二次電池よりも劣化状態が良くない二次電池を予備とし、保存に適した第二充電量Nに充電する。つまり、予備としての二次電池は劣化を抑制する状態でもって維持(保存)される。
制御装置27は、さらに、記憶装置28に記憶されている情報を更新する機能を有する。例えば、制御装置27は、上記のように二次電池21を充電した場合には、記憶装置28における各二次電池21の充電回数Kに1を加算し、この加算による(K+1)を新たな充電回数Kとして記憶装置28に上書き格納(更新)する。
制御装置27は、さらに、前記のような充電処理に関連する測定値に基づいて、二次電池21の劣化量Dを算出し、記憶装置28における二次電池21の劣化量Dをその算出した新たな劣化量Dに更新する。
例えば、制御装置27は、劣化による二次電池21の内部抵抗値Rtの変化を利用して二次電池21の劣化量Dを算出する。ここで、充電回路23による二次電池21の充電を終了する直前に測定部25により測定される二次電池21の充電電圧を充電中充電電圧Vaとする。また、充電終了により充電回路23と二次電池21とが電気的に非接続となった場合において測定部25により測定される二次電池21の充電電圧を充電終了充電電圧Vbとする。さらに、充電中に、充電回路23と二次電池21との間に通電している電流値を充電電流値Iaとする。
二次電池21の内部抵抗値Rtは、次の数式(1)により、算出できる。
Rt=(Va−Vb)÷Ia・・・・・・(1)
ただし、数式(1)中におけるRtは二次電池21の内部抵抗値を示す。Vaは充電中充電電圧を示す。Vbは充電終了充電電圧を示す。Iaは充電電流値を示す。
二次電池21の劣化量Dは、上記のように算出される内部抵抗値を利用し、次の数式(2)に基づいて、算出できる。
D=Rt÷Rs・・・・・・(2)
ただし、数式(2)中におけるDは劣化量を示す。Rtは算出した内部抵抗値を示す。Rsは初期内部抵抗値を示す。
制御装置27は、二次電池21の充電処理に関連した測定値(充電中充電電圧Va、充電終了充電電圧Vb、充電電流値Ia)を電池状況情報として測定部25から取得し、これら測定値と数式(1)に基づいて、二次電池21の内部抵抗値Rtを算出する。そして、制御装置27は、その算出した内部抵抗値Rtと、記憶装置28から読み出した初期内部抵抗値Rsと、数式(2)に基づいて、二次電池21の劣化量Dを算出する。その後、制御装置27は、記憶装置28における二次電池21の劣化量Dを、算出した新たな劣化量Dに更新する。
なお、上記のように算出された劣化量Dがそのまま記憶装置28に格納(更新)されてもよいが、次のように劣化量Dが補正され補正後の劣化量Dhが新たな劣化量Dとして記憶装置28に格納されてもよい。例えば、制御装置27は、情報収集部の一つである時計機構(図示せず)を有し、二次電池21の充電に際し、時計機構に基づいて、二次電池21が充電に要した時間(充電時間Tj)を電池状況情報として取得する。そして、制御装置27は、二次電池21の充電後に、その充電時間Tjと、測定部25による充電電流値Iaと、記憶装置28から読み出した二次電池21の充電回数Kと、次の数式(3)とに基づいて、充電サイクル劣化情報Sを算出する。
S=Ia×Tj×K・・・・・(3)
ただし、Sは充電サイクル劣化情報を示す。Iaは充電電流値を示す。Tjは充電時間を示す。Kは充電回数を示す。
このよう算出した充電サイクル劣化情報Sを利用して、制御装置27は、劣化量Dを補正し、補正後の劣化量Dhを新たな劣化量Dとして記憶装置28における二次電池21の劣化量Dを更新する。
二次電池21の劣化量Dは、二次電池21を放電する処理において測定した測定値を利用しても算出できる。すなわち、劣化量Dは、二次電池21の初期放電能力に対する放電能力の低下状態を示す情報でもある。このことから、測定時点での放電能力をHとし、初期の放電能力をHsとした場合に、劣化量Dは「H÷Hs」の数式により算出できる。
ここで、放電能力は、予め定められた単位時間当たりに放電できる容量(電荷量)である。また、放電した容量(電荷量)は、放電により流れる放電電流Ihを積算することで算出できる。これらのことにより、放電能力Hは、次の数式(4)に基づいて算出できる。
H=Z÷Th・・・・・・(4)
ただし、Hは放電能力を示す。Zは放電電流値Ihの積算値を示す。Thは放電時間を示す。
放電能力Hは上記のように算出できる。さらに、この第2実施形態では、放電回路24は、前述したように、二次電池21の放電により流れる放電電流が一定となるように構成されている。これらのことを考慮すると、劣化量Dは、次の数式(5)に従って算出できる。
D=H÷Hs=(Z÷Th)÷(Z÷Ts)=Ts÷Th・・・・・(5)
ただし、Tsは、容量Cs(放電電流値Ihの積算値Z=Cs)を放電するのに要した初期の放電時間を示す。Thは、容量Csを放電するのに要した測定による放電時間を示す。
制御装置27は、放電回路24によって二次電池21を放電する放電処理に関連して時計機構(図示せず)により測定した電池状況情報としての放電時間Thと、記憶装置28から読み出した初期放電時間Tsと、数式(5)とに基づいて、劣化量Dを算出する。そして、制御装置27は、記憶装置28における二次電池21の劣化量Dを、その算出した新たな劣化量Dに更新する。
制御装置27は、さらに、電力源としての二次電池21の充電量を第一充電量Mに維持する充電量維持機能を備えている。例えば、制御装置27は、時計機構(図示せず)に基づいて、予め定められた時間間隔(例えば、8分間隔)毎に、電力源としての二次電池21の残容量(充電量)を順次測定する。具体的には、例えば、電力源として二次電池21B〜21Dが選択されているとする。制御装置27は、経路切り換え回路26のマルチプレクサ32を二次電池21B〜21Dの一つ(例えば二次電池21B)に接続する。制御装置27は、この状態で測定された二次電池21Bの充電電圧を測定部25から取得する。さらに、制御装置27は、記憶装置28に予め記憶されている充電電圧と残容量(充電量)との関係データと、測定部25による二次電池21Bの充電電圧とに基づいて、二次電池21Bの残容量(充電量)を算出する。そして、制御装置27は、記憶装置28における二次電池21Bの残容量Ceを、その算出した残容量に更新する。その後、制御装置27は、電力源としての残りの二次電池21C,21Dについても順次上記同様の手順でもって残容量を算出し、記憶装置28における二次電池21C,21Dの各残容量Ceを更新する。
さらに、制御装置27は、電力源としての二次電池21B〜21Dの残容量Ceの合計値Uを算出し、算出した合計値Uを予め与えられている閾値Psに比較する。この閾値Psは、電力源としての二次電池21B〜21Dを充電するか否かを判断する値である。例えば、二次電池21B〜21Dがニッケル水素電池であるとする。また、各二次電池21B〜21Dが第一充電量Mに充電されている場合の合計値を合計値Usとする。さらに、二次電池21B〜21Dの残容量の合計値Uが、第一充電量である場合の合計値Usの80%以下に低下してしまうと、二次電池21B〜21Dは、電力源として必要な電力を電力供給先30に供給できないとする。このような場合に、充電回数を抑制することが好ましいことを考慮して、例えば、閾値Psは、前記合計値Usの82%の値に設定される。
制御装置27は、二次電池21B〜21Dの残容量の合計値Uが閾値Ps以下に低下していることを検知した場合には、前記した充電処理の制御手順によって、経路切り換え回路26と充電回路23を制御し、これにより、各二次電池21B〜21Dを順次、第一充電量Mまで充電する。
上記のように、制御装置27は、二次電池21の劣化を抑制することを考慮しながら、電力源としての二次電池21の充電量を適切な状態に維持する。
制御装置27は、さらに、次のような二次電池21の組み替え機能をも備えている。制御装置27は、予め定められたタイミング毎に組み替え機能を開始する。例えば、制御装置27は、予備としての二次電池21が一つである場合には当該二次電池21を、あるいは、予備としての二次電池21が複数ある場合には予備としての二次電池21の中から最も劣化量が少ない(劣化状態が最も良い)二次電池21を選択する。そして、制御装置27は、その選択した二次電池21(ここでは二次電池21Aとする)を経路切り換え回路26を介して充電回路23に接続する。これにより、制御回路27は、充電量が第一充電量Mになるまで二次電池21Aを前記同様に充電する。つまり、制御回路27は、予備としての二次電池21の一つ(劣化状態が最も良い予備の二次電池21)を新たな電力源として選択し、当該二次電池21が電力源として機能できるように第一充電量Mまで充電する。
そして、制御装置27は、充電処理中に取得した電池状況情報(充電中充電電圧Va、充電電流値Ia、充電終了充電電圧Vb)と、記憶装置28における二次電池21Aの初期内部抵抗値Rtとを利用して、前記の如く二次電池21Aの劣化量Dを算出する。
その後、制御装置27は、記憶装置28に記憶されている劣化量Dを参照し、電力源として選択されていた二次電池21B〜21Dの中から最も劣化状態の悪い二次電池21(例えば、二次電池21Cとする)を選択する。そして、制御装置27は、その選択した二次電池21(21C)に対するリフレッシュ処理を実行する。リフレッシュ処理では、制御装置27は、二次電池21を予め定められている最低容量まで放電(完全放電)し、その後、二次電池21を充電する。
具体的には、制御装置27は、選択した二次電池21Cを経路切り換え回路26を介して放電回路24に接続し、当該放電回路24によって二次電池21Cを放電する。また、制御装置27は、その放電処理による放電状況を示す情報である電池状況情報(放電時間Th、放電電流値Ih)を取得する。そして、制御装置27は、その取得した情報と、前記数式(4)とに基づいて、前述したように、二次電池21Cの放電能力Hを算出する。
制御装置27は、その後、算出した放電能力Hを記憶装置28における閾値Phに比較し、放電能力Hが閾値Ph以上であれば、異常なしと判断する。制御装置27は、放電能力Hが閾値Ph未満であることを検知した場合には、予め定められた動作を実行する。例えば、制御装置27は、電池の放電能力が許容範囲を越えて低下したことを報知する信号を出力する。
さらに、制御装置27は、放電処理に関連して、前述したように、二次電池21Cの劣化量Dを算出し、記憶装置28における二次電池21Cの劣化量Dを更新する。
制御装置27は、さらに、放電した二次電池21Cを経路切り換え回路26を介して充電回路23に接続し、当該充電回路23によって二次電池21Cを充電する。この二次電池21Cは、二次電池21A(つまり、組み替え機能(組み替え処理)によって新たに電力源として選択された二次電池)に代えて、予備となる電池である。このことから、制御装置27は、二次電池21Cの充電量が予備として適切な第二充電量Nとなるように充電回路23によって二次電池21Cを充電する。また、制御装置27は、その充電後に、記憶装置28における二次電池21Cの充電回数Kに1を加算した(K+1)を新たな充電回数Kとして更新する。
上記のように、制御装置27は、電力源として選択されていた二次電池21の中から最も劣化量の多い(劣化状態が最も悪い)二次電池に対してリフレッシュ処理を実行し、そのリフレッシュ処理後の二次電池は予備として維持される。
制御装置27は、上記のように二次電池21を個別に充電する場合と放電する場合と各二次電池21の残容量(充電量)を測定する場合以外では、主電力源が停電した場合に、電力源として選択された複数の二次電池21が迅速に電力を電力供給先30に供給できるように、経路切り換え回路26を制御する。つまり、制御装置27は、電力源として選択された複数の二次電池を例えば直列に接続するように経路切り換え回路26を制御する。具体的には、電力源として二次電池21B〜21Dが選択されている場合には、制御装置27は、図5(a)に示されるような接続状態となるように経路切り換え回路26のマルチプレクサ32〜34を制御する。また、二次電池21の組み替えによって、電力源が二次電池21A,21B,21Dとなり、予備が二次電池21Cに組み替わった場合には、制御装置27は、図5(b)に示されるように経路切り換え回路26を制御する。
以下に、制御装置27の制御動作の一例を図6〜図9を利用して説明する。図6〜図9は、それぞれ、制御装置27が実行する制御手順を示すフローチャートである。
主電力源の停電によって電池装置20から電力供給先30に二次電池21の電力が供給された以降において、主電力源が復帰すると(図6に示すステップS101)、制御装置27は、記憶装置28から各二次電池21A〜21Dの劣化量Dを読み出す(ステップS102)。その後、制御装置27は、二次電池21A〜21Dの中から最も劣化量の少ない(劣化状態が最も良い)二次電池21を電力源として選択する(ステップS103)。そして、制御装置27は、その選択した二次電池21の充電量が第一充電量Mに達するまで当該二次電池21を充電する(ステップS104)。
ここで、図7のフローチャートを利用して、制御装置27が制御する充電処理における制御手順を説明する。まず、制御装置27は、充電対象の二次電池21を経路切り換え回路26を介して充電回路23に接続し(ステップS201)、当該二次電池21の充電を開始する(ステップS202)。そして、制御装置27は、測定部25により測定される二次電池21の充電電圧を時々刻々と取得し、当該充電電圧に基づいた二次電池の充電量が第一充電量Mに達したか否か(つまり、充電完了か否か)を判断する(ステップS203)。これにより、制御装置27は、充電完了でないと判断した場合には、充電を継続しつつ、前記ステップS203の判断動作を繰り返す。
これに対し、制御装置27は、充電完了したと判断した場合には、その時点での二次電池21の充電電圧を測定部25から電池状況情報の一つである充電中充電電圧Vaとして取得する。また、制御装置27は、充電中に、二次電池21と充電回路23間に通電する電流の電流値を測定部25から電池状況情報の一つである充電電流値Iaとして取得する。そして、制御装置27は、充電完了した二次電池21を充電回路23から切り離す(ステップS204)。また、制御装置27は、充電回路23から電気的に切り離された充電完了の二次電池21の充電電圧を測定部25から電池状況情報の一つである充電終了充電電圧Vbとして取得する。
その後、制御装置27は、上記のように取得した電池状況情報を利用して、充電完了した二次電池21の劣化量Dを算出し(ステップS205)、記憶装置28における二次電池の劣化量Dを更新する。制御装置27は、このような手順でもって充電処理を制御する。
制御装置27は、上記のように電力源としての一つの二次電池21を充電した後に、電力源として他の二次電池21が必要であるか否かを判断する(図6に示されるステップS105)。換言すれば、制御装置27は、電力源として必要な数の二次電池21を充電したか否かを判断する。
制御装置27は、他の二次電池21が必要である(電力源として必要な数の二次電池21を充電していない)と判断した場合には、前記ステップS103以降の動作を繰り返す。つまり、制御装置27は、上記のような充電処理を行っていない二次電池21の中から最も劣化量の少ない二次電池21を選択し、当該二次電池21に対して充電処理を行う。
これに対し、制御装置27は、電力源として他の二次電池が必要でない(電力源として必要な数の二次電池21を充電した)と判断した場合には、次に、予備としての二次電池21を選択する(ステップS106)。つまり、電力源として選択されていない残りの二次電池21が一つである場合には、制御装置27は、その二次電池21を予備として選択する。また、電力源として選択されていない残りの二次電池21が複数である場合には、制御装置27は、予備としての二次電池21の中から最も劣化量の少ない二次電池21を選択する。そして、制御装置27は、その選択した二次電池21の充電量が第二充電量Nに達するまで当該二次電池21を充電回路23によって充電する(ステップS107)。ここでの充電処理も、前述した図7に示されるような手順でもって制御装置27により制御される。ただ、予備としての二次電池21は、充電量が第一充電量Mよりも少ない第二充電量Nに達すると、充電が終了する。
その後、制御装置27は、予備としての二次電池21が他に有るか否かを判断する(ステップS108)。制御装置27は、他の二次電池21が有ると判断した場合には、ステップS106以降の動作を繰り返す。これに対し、制御装置27は、予備としての他の二次電池が無いと判断した場合には、電力源の充電維持処理(充電維持機能)を開始する(ステップS109)。この充電維持処理では、制御装置27は、予め定められた時間間隔毎に、電力源として選択されている複数の二次電池21の充電電圧を測定部25から順次取得する。そして、制御装置27は、その取得した二次電池21の充電電圧に基づいた二次電池21の残容量(充電量)を記憶装置28における二次電池21の残容量Ceとして更新する。
また、制御装置27は、そのように取得した電力源としての複数の二次電池21の残容量の合計値Uを算出し、当該合計値Uと閾値Psとの比較に基づいて、充電が必要である否かを判断する。そして、制御装置27は、充電が必要であると判断した場合には、電力源としての各二次電池21を前記同様に第一充電量Mまで充電する。
制御装置27は、上記のような充電維持処理を断続的に繰り返している場合に、例えば、その充電維持処理間の待機期間において、予め定められた組み替え時期(組み替えタイミング)であるか否かを判断する(ステップS110)。そして、制御装置27は、組み替え時期でないと判断した場合には、充電維持処理を繰り返す。また、制御装置27は、組み替え時期であると判断した場合には、組み替え処理を行う(ステップS111)。
ここで、制御装置27が実行する組み替え処理の制御手順を図9を利用して説明する。まず、制御装置27は、記憶装置28から各二次電池21の劣化量Dを読み出す(図9に示すステップS401)。そして、制御装置27は、予備としての二次電池21が一つである場合には、その予備の二次電池21を新たな電力源として選択する。また、制御装置27は、予備としての二次電池が複数である場合には、それら予備の複数の二次電池21の中から劣化量が最も少ない(劣化状態が最も良い)二次電池21を新たな電力源として選択する(ステップS402)。
その後、制御装置27は、その選択した二次電池21の充電量を第一充電量Mとすべく、前記図7に示すような制御手順により、新たな電力源としての二次電池21を充電回路23によって充電する(ステップS403)。
その後、制御装置27は、電力源として選択されていた二次電池21の中から最も劣化量が多い(劣化状態が最も悪い)二次電池21を新たな予備として選択する(ステップS404)。そして、制御装置27は、その新たな予備としての二次電池21をリフレッシュする(ステップS405)。つまり、制御装置27は、新たな予備としての二次電池21を放電し、放電の後に、当該二次電池21の充電量を、予備として適切な第二充電量Nとすべく、前記図7に示すような制御手順により、新たな予備としての二次電池21を充電回路23によって充電する。
ここで、図8を利用して、制御装置27が制御する放電処理の制御手順を説明する。まず、制御装置27は、放電対象の二次電池21を経路切り換え回路26を介して放電回路24に接続し(図8に示すステップS301)、当該二次電池21の放電を開始する(ステップS302)。そして、制御装置27は、例えば測定部25から取得する二次電池21の充電電圧に基づいて、二次電池21の放電が完了したか否かを判断する(ステップS303)。制御装置27は、放電が完了していないと判断した場合には、放電を継続しつつ、前記ステップS303の判断動作を繰り返す。これに対し、制御装置27は、放電が完了したと判断した場合には、放電に要した放電時間Thを電池状況情報の一つとして時計機構を利用し取得する。また、制御装置27は、放電対象の二次電池21を放電回路24から切り離す(ステップS304)。
そして、制御装置27は、取得した放電時間Thと、放電中に測定部25から取得した電池状況情報の一つである放電電流値Ihと、前記数式(4)とに基づいて、放電した二次電池21の放電能力Hを算出する。制御装置27は、その算出した放電能力Hと、記憶装置28から読み出した閾値Phとの比較により、二次電池21の放電能力が適切である否かを検査する(ステップS305)。また、制御装置27は、放電した二次電池21の劣化量Dを算出し(ステップS306)、記憶装置28におけるその二次電池21の劣化量Dを、算出した劣化量Dに更新する。
制御装置27は、上記のような手順によって、放電処理を制御する。
制御装置27は、図6に示される組み替え処理(ステップS111)が終了した後には、前記ステップS109以降の動作を繰り返す。
制御装置27は、図6に示されるような制御動作の途中に、主電力源が停電した場合には、電力源としての複数の二次電池21を経路切り換え回路26によって接続する。これにより、電池装置20は、必要とされる電力を電力供給先30に供給する。
この第2実施形態の電池装置20は、第1実施形態と同様に、二次電池21を個別に管理することが可能であり、これにより、二次電池21の劣化状態を揃えることができる。つまり、この第2実施形態では、前述したように、電池装置20の制御装置27は、二次電池21の劣化量Dを利用して、電力源としての二次電池21を選択する。また、制御装置27は、劣化量Dを利用して、電力源としての二次電池21の組み合わせを変更する。このような制御装置27の制御動作によって、電池装置27が保有している二次電池21の劣化状態を揃えることができる。このことにより、電池装置27の寿命を長くすることができる。
また、この第2実施形態では、制御装置27によって、全ての二次電池21のうち、劣化状態が良くない二次電池21が予備となり、当該予備としての二次電池21の充電量は、劣化を抑制する低い第二充電量Nに調整される。また、予備としての二次電池21に対しては、充電維持処理が施されないから、充電回数を抑制することができる。このように、予備としての二次電池21は、充電量が低く抑えられ、かつ、充電回数が抑制されるから、劣化の進行を抑えられる。
さらに、この第2実施形態の電池装置20は、二次電池21を個別に管理できるから、電力源としての二次電池21の組み合わせを自在に変更可能である。このことにより、電力源としての二次電池21の数よりも予備としての二次電池21の数を少なくすることができる。このことは、電池装置20の小型化や低コスト化を促進できる。
(その他の実施形態)
なお、この発明は第1や第2の実施形態に限定されず、他の形態をも採り得る。例えば、第2実施形態では、経路切り換え回路26の一例として、図4に示されるような回路構成が示されているが、経路切り換え回路26は、図4の回路構成に限定されない。例えば、経路切り換え回路26は、図10に示されるような回路構成を採用してもよい。
また、第2実施形態の電池装置20は、ディスクアレイ装置に組み込まれる例を示しているが、本発明の電池装置が組み込まれる装置は、ディスクアレイ装置以外の装置であってもよい。さらに、第2実施形態の電池装置20は、4つの二次電池21(21A〜21D)を備えているが、電池装置20が備える二次電池21の数は、三つ以上であれば、電力源として要求される電力量を考慮して適宜設定される。
1 電池管理装置
2,21 二次電池
4,23 充電回路
5,24 放電回路
6 情報収集部
7,26 経路切り換え回路
8,27 制御装置
10,20 電池装置

Claims (10)

  1. 二次電池を充電する充電回路と、
    二次電池を放電する放電回路と、
    管理対象の三つ以上の二次電池を個別に前記充電回路あるいは前記放電回路に切り換え接続する機能と、管理対象の全ての前記二次電池の中から電力源として選択された複数の前記二次電池を予め定められた接続状態に接続する機能とを備えた経路切り換え回路と、
    前記経路切り換え回路を介して前記充電回路に接続されている前記二次電池についての充電状況を示す情報と、前記経路切り換え回路を介して前記放電回路に接続されている前記二次電池についての放電状況を示す情報とのうちの少なくとも一方を、電池状況情報として収集する情報収集部と、
    前記電池状況情報に基づいて管理対象の前記各二次電池の劣化状態を算出し当該算出した劣化状態に基づいて管理対象の前記各二次電池を管理する制御装置と
    を有し、
    前記制御装置は、
    前記劣化状態を利用して前記電力源としての前記二次電池を複数選択する機能と、
    前記電力源として選択しなかった前記二次電池の一つを、前記電力源として選択していた前記二次電池の中から前記劣化状態に基づいて選択した一つの前記二次電池に代えて、新たな前記電力源とする組み替え機能と、
    当該組み替え機能によって前記電力源から外れた前記二次電池を前記放電回路と前記充電回路を利用して活性化するリフレッシュ機能と、
    前記経路切り換え回路を予め与えられている制御手順に従って制御する機能と
    を備えている電池管理装置。
  2. 前記制御装置は、前記電力源として必要な数の前記二次電池を前記劣化状態の良い順に前記電力源として選択する請求項1記載の電池管理装置。
  3. 前記制御装置は、前記電力源として選択した前記二次電池の充電量を予め定められた第一充電量に、また、前記電力源として選択されなかった前記二次電池の充電量を前記第一充電量よりも低い予め定められた第二充電量にそれぞれ調整するために、前記充電回路による充電動作あるいは前記放電回路による放電動作を制御する請求項1又は請求項2記載の電池管理装置。
  4. 前記制御装置は、前記電力源として選択した前記各二次電池の充電量を監視し、これら充電量の合計値が閾値以下になった場合には、前記電力源として選択した前記各二次電池を充電するべく前記経路切り換え回路および前記充電回路を制御する請求項1又は請求項2又は請求項3記載の電池管理装置。
  5. 前記制御装置は、リフレッシュ機能によって前記二次電池を放電あるいは充電する場合に前記情報収集部により収集した前記電池状況情報を利用して前記二次電池の劣化状態を算出する請求項1乃至請求項4の何れか一つに記載の電池管理装置。
  6. 前記制御装置は、前記二次電池の電力が電力源として使用された後に、前記経路切り換え回路を介して前記充電回路に前記二次電池を接続し当該充電回路によって前記二次電池を充電し、この充電に関する前記情報収集部により収集した前記電池状況情報を利用して前記二次電池の劣化状態を算出する請求項1乃至請求項5の何れか一つに記載の電池管理装置。
  7. 三つ以上の二次電池と、
    前記二次電池を管理する請求項1乃至請求項6の何れか一つに記載の電池管理装置と、
    を有する電池装置。
  8. 前記電池管理装置により前記電力源として管理されていない前記二次電池の数は、前記電池管理装置により電力源として管理されている前記二次電池の数よりも少ない請求項7記載の電池装置。
  9. 記憶媒体である複数のハードディスクと、
    補助電源としての請求項7又は請求項8記載の電池装置と
    を有するディスクアレイ装置。
  10. コンピュータは、
    管理対象の二次電池が充電している充電状況を示す情報と、前記二次電池が放電している放電状況を示す情報とのうちの少なくとも一方を、電池状況情報として収集し、
    前記電池状況情報に基づいて管理対象の前記二次電池の劣化状態を算出し、
    管理対象の三つ以上の前記二次電池の中から電力源として選択しなかった前記二次電池の一つを、前記劣化状態に基づいて新たな電力源として選択し、かつ、電力源として選択していた複数の前記二次電池のうちの一つを前記劣化状態に基づいて選択し電力源から外すことによって、電力源としての複数の二次電池の組み合わせを変更し、
    電力源から外れた前記二次電池を放電し、かつ、充電することによって、前記二次電池を活性化する電池管理方法。
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