JP7317801B2 - 蓄電システムおよび計測方法 - Google Patents
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Description
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
本発明に係る蓄電池列間の接続制御の概要について説明する。
先ず、循環電流の発生原理について簡単に説明する。
循環電流は、蓄電池列の充電または放電後の電圧の緩和状態の差に起因して発生する場合と、接続する蓄電池列のSOCの差に起因して発生する場合とが考えられる。以下、図1乃至図3を用いてそれぞれの場合について説明する。
一般に、蓄電池の充電停止後または放電停止後、蓄電池の電圧が変化して一定の値に収束すること(電圧が緩和すること)が知られている。ここでは、蓄電池の均等充電を例にとり説明する。
図1において、縦軸は均等充電時に流れる鉛蓄電池の電流(充電電流)と、鉛蓄電池の電圧(出力電圧)を表し、横軸は時間を表している。
図3は、蓄電池列のSOCの差に起因して発生する循環電流を示す図である。同図には、互いに異なるSOCの二つの蓄電池列を接続したときに流れる循環電流と電圧とが示されている。
同図において、参照符号311は、接続対象の二つの蓄電池列のうち、SOCが高い方の第1の蓄電池列の電圧の時間的な変化を示し、参照符号312は、接続対象の二つの蓄電池列のうち、SOCが低い方の第2の蓄電池列の電圧の時間的な変化を示している。また、参照符号411は、第1の蓄電池列と第2の蓄電池列との間に流れる電流(循環電流)の時間的な変化を示している。
本明細書では、実施の形態1として、接続対象の蓄電池列間の電圧差に基づいて蓄電池列同士の接続を制御する蓄電システムを例示し、実施の形態2として、蓄電池列の充電終了後および放電終了後からの経過時間に基づいて蓄電池列同士の接続を制御する蓄電システムを例示して、本発明に係る蓄電池列間の接続制御について詳細に説明する。
図4は、実施の形態1に係る蓄電システムの構成を示す図である。
同図に示される蓄電システム100は、例えばサイクルユースの鉛蓄電池を備えた蓄電システムである。蓄電システム100は、例えば、通常時に電力供給部6(商用電源)から負荷7に給電し、停電の発生時には、電源バックアップ用の鉛蓄電池から負荷7に給電する。
蓄電池管理部10は、蓄電システム100の各構成要素の統括的な制御を司る装置である。蓄電池管理部10は、例えばEMS(Energy Management System)である。
図5は、監視部11のハードウェア構成を示す図である。
監視部11は、ハードウェア資源として、演算装置101、記憶装置102、バス103、デジタル接点入出力回路(DIO)104、およびアナログ入力回路(AI)105を備えている。
図4において、記憶部14は、蓄電池列間の接続制御のための各種データを記憶する機能部である。例えば、記憶部14には、内部抵抗情報141と許容電流情報142とが記憶されている。
判定部12は、接続対象の蓄電池列20の電圧の計測値に基づいて算出した接続対象の蓄電池列20間の電圧差ΔVと記憶部14に記憶された内部抵抗Rとに基づいて、接続対象の蓄電池列20同士を接続したときに流れる循環電流の推定値Iceを算出する。
図6は、実施の形態1に係る蓄電システム100による蓄電池列間の接続制御方法の流れを示すフロー図である。
ステップS2において、先ず、制御装置1は、接続対象の蓄電池列20間の電圧差ΔVを算出する(ステップS21)。
例えば、図4において、蓄電池列20_1と蓄電池列20_2とを接続する場合を考える。この場合、先ず、制御装置1の判定部12が、電圧センサ201によって計測した蓄電池列20_1の電圧V1の計測値と、電圧センサ201によって計測した蓄電池列20_2の電圧V2の計測値とを取得する。次に、判定部12が、蓄電池列20_1の電圧V1の計測値と蓄電池列20_2の電圧V2の計測値とに基づいて、蓄電池列20_1と蓄電池列20_2との電圧差ΔV(=|V1-V2|)を算出する。
例えば、上述の例の場合、蓄電池列20_1と蓄電池列20_2との間に流れる循環電流の推定値Iceが許容電流Iperよりも小さい場合、判定部12は、蓄電池列20_1と蓄電池列20_2との接続が可能と判定する(ステップS24)。
以上の手順により、蓄電池列の接続可否判定処理(ステップS2)が実行される。
例えば、上述の例において、接続可否判定処理によって蓄電池列20_1と蓄電池列20_2との接続が可能と判定した場合(ステップS24の場合)には、判定部12が、スイッチ制御部13に対して蓄電池列20_1と蓄電池列20_2との接続を許可し、スイッチ制御部13に対してスイッチ4_1,4_2のオンを指示する(ステップS4)。これにより、スイッチ制御部13は、蓄電池列20_1に対応するスイッチ4_1と蓄電池列20_2に対応するスイッチ4_2をそれぞれオンさせる。
以上の手順により、制御装置1による、蓄電池列間の接続制御が行われる。
図8は、実施の形態1に係る、蓄電池の内部抵抗の計測方法を説明するための図である。図9は、実施の形態1に係る、蓄電池の内部抵抗の計測方法の流れを示すフロー図である。
以上の手順により、蓄電池の内部抵抗Rを計測することができる。
すなわち、上述の例(図8および図9)において計測された内部抵抗は、蓄電池列のSOCの差に起因して循環電流が発生する場合(図3参照)の内部抵抗R1に相当する。
図10は、実施の形態2に係る蓄電システムの構成を示す図である。
同図に示される蓄電システム100Aは、接続対象の蓄電池列間の電圧差ΔVではなく、蓄電池列の充電終了後および放電終了後からの経過時間に基づいて蓄電池列同士の接続を制御する点において、実施の形態1に係る蓄電システムと相違し、その他の点においては、実施の形態1に係る蓄電システム100Aと同様である。
同図において、横軸は時間であり、縦軸は電圧である。参照符号601は、定電流-定電圧充電方式による均等充電の完了後の鉛蓄電池の電圧の時間的な変化を表している。
先ず、電圧が互いに異なる二つの鉛蓄電池を準備する。例えば、対象となる蓄電システムで使用する鉛蓄電池と同じ種類の二つの鉛蓄電池を用意し、用意した二つの鉛蓄電池の充電を同時に開始する。そして、一方の鉛蓄電池の充電を停止してから一定時間の経過後に、他方の鉛蓄電池の放電を停止する。
ここで、許容電圧Vperは、図11に示すように、Vper=Veq+ΔVperで表される電圧であり、この電圧まで鉛蓄電池の電圧が低下すれば、循環電流が流れたとしても鉛蓄電池等に悪影響を与えないと判定する基準となる電圧である。
実施の形態2に係る蓄電池列間の接続制御方法の全体的な流れは、実施の形態1と同様であり(図6参照)、蓄電池列の接続可否判定処理(ステップS2)の内容が実施の形態1と相違する。そこで、以下では、実施の形態2に係る、蓄電池列の接続可否判定処理(ステップS2)の流れについて説明する。
以上の手順により、ステップS2の接続可否判定処理が実行される。
その他の処理は、実施の形態1に係る蓄電システム100と同様である(図6参照)。
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
Claims (6)
- 少なくとも一つの鉛蓄電池セルを含む蓄電池列を複数並列に接続した多並列蓄電池モジュールと、前記多並列蓄電池モジュールの電力の授受を制御する交直変換装置と、前記蓄電池列毎に対応して設けられ、対応する前記蓄電池列と前記交直変換装置との間に直列に接続されたスイッチと、前記蓄電池列の状態を前記蓄電池列毎に監視し、前記スイッチのオン/オフを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、解列された前記蓄電池列同士を互いに並列に接続するとき、接続対象の前記蓄電池列の電圧に関連する計測値に基づいて、接続対象の前記蓄電池列に対応する前記スイッチのオン/オフを制御し、前記蓄電池列の電圧に関連する計測値は、接続対象の前記蓄電池列間の電圧差であり、前記制御装置は、予め計測した前記蓄電池列の内部抵抗の値と、前記蓄電池列同士を接続したときに流れる循環電流の許容電流とを記憶する記憶部と、前記蓄電池列同士の接続の可否を判定する判定部と、前記判定部の判定結果に基づいて、前記スイッチのオン/オフを切り替えるスイッチ制御部と、を有し、前記判定部は、接続対象の前記蓄電池列の電圧の計測値に基づいて算出した前記電圧差と前記記憶部に記憶された前記内部抵抗の値とに基づいて、接続対象の前記蓄電池列同士を接続したときに流れる循環電流の推定値を算出し、前記推定値が前記記憶部に記憶された前記許容電流より小さい場合に、前記スイッチ制御部に対して前記蓄電池列同士の接続を許可し、前記推定値が前記記憶部に記憶された前記許容電流より大きい場合に、前記スイッチ制御部に対して前記蓄電池列同士の接続を許可せず、前記記憶部に記憶される前記内部抵抗は、第1の抵抗と第2の抵抗とを含み、前記判定部は、接続対象の前記蓄電池列の状態を判定し、接続対象の前記蓄電池列が電圧の緩和状態の差に起因して前記電圧差が生じている第1の状態である場合には、前記第1の抵抗を用いて前記推定値を算出し、接続対象の前記蓄電池列が充電状態の差に起因して前記電圧差が生じている第2の状態である場合には、前記第2の抵抗を用いて前記推定値を算出することを特徴とする蓄電システム。
- 請求項1に記載の蓄電システムにおいて、前記記憶部に記憶される前記内部抵抗の値は、前記蓄電池列同士を接続したときに流れる循環電流のピーク値の計測値と、接続する前の前記電圧差の計測値と、に基づいて算出した値であることを特徴とする蓄電システム。
- 請求項1に記載の蓄電システムにおいて、前記記憶部に記憶される前記内部抵抗は、前記蓄電池列を定電流で充電したときの当該蓄電池列の電圧の変化量と充電電流と基づいて算出された充電時の抵抗と、前記蓄電池列を定電流で放電したときの当該蓄電池列の電圧の変化量と放電電流とに基づいて算出された放電時の抵抗との合成抵抗である、ことを特徴とする蓄電システム。
- 請求項1乃至3の何れか一項に記載の蓄電システムにおいて、前記記憶部に記憶される前記許容電流は、前記蓄電池列に許容された電流の最大値に対応する値、または前記蓄電池列に接続される機器に許容された電流の最大値に対応する値であることを特徴とする蓄電システム。
- 請求項1に記載の蓄電システムにおいて、
前記蓄電池列の電圧に関連する計測値は、接続対象の前記蓄電池列の充電終了後および放電終了後からの経過時間である
ことを特徴とする蓄電システム。 - 請求項5に記載の蓄電システムにおいて、
前記制御装置は、
前記蓄電池列の充電終了後および放電終了後に前記蓄電池列の電圧が安定するまでの時間の基準値を示す安定基準時間を記憶する記憶部と、
前記蓄電池列同士の接続の可否を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて、前記スイッチのオン/オフを制御するスイッチ制御部と、を有し、
前記判定部は、接続対象の前記蓄電池列の充電終了後および放電終了後からの経過時間を計測し、前記経過時間の計測値が前記記憶部に記憶された前記安定基準時間より大きい場合に、前記スイッチ制御部に対して前記蓄電池列同士の接続を許可し、前記経過時間の計測値が前記記憶部に記憶された前記安定基準時間より小さい場合に、前記スイッチ制御部に対して前記蓄電池列同士の接続を許可しない
ことを特徴とする蓄電システム。
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