KR101348026B1 - 전력 저장 시스템 - Google Patents

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쇼지 요시오카
게이타 하타나카
히데토시 기타나카
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 조전지의 양 단자 사이에 계속적 단락이 발생하면, 가열에 의한 고장, 파괴, 파열의 가능성이 있어서, 통전의 조기 정지가 필요했다. 또, 순간적으로 단락한 경우에도, 축전지의 열적, 전위적 데미지를 알아차리지 못하고, 신뢰성을 해친 상태에서 사용을 계속한다고 하는 과제가 있었다.
[해결 수단] 복수의 축전지를 직렬로 접속하여 구성하는 조전지에 있어서, 제2 축전지와 비교해서 고율 방전 시의 용량이 낮은 제1 축전지를 적어도 1개 포함하게 하여, 외부 단락 시에 제1 축전지가 전극하는 것에 의해 다른 축전지의 손상을 회피한다. 또한, 제1 축전지의 전압을 검출하는 검출 수단과, 검출 수단이 검출하는 전압이 반전됐을 때에 고장 신호를 출력하는 고장 신호 출력 수단을 구비한다.

Description

전력 저장 시스템{POWER STORAGE SYSTEM}
본 발명은 조전지(組電池)를 이용한 전력 저장 시스템에 관한 것이다.
기기, 차량 등에 탑재되는 조전지는 기기에 필요한 전압 또는 용량을 얻기 위해서 축전지를 직렬로 또는 병렬로 복수개 조성하여 구성된다. 조전지의 2차측에는 전압 변환기 등을 통하여 반도체나 모터 등의 부하가 접속된다. 부하측의 요구 사양에 따라서 고전압을 필요로 하는 경우나, 필요한 전력을 저전류에서 얻으려고 하는 경우에는, 축전지를 직렬로 접속하여 조전지의 전압을 높게 한다. 또, 기기가 장시간 동작할 필요가 있는 경우는, 병렬수를 늘리고 용량을 늘린다. 이와 같이, 부하인 기기 등의 사양 등에 의해 직렬／병렬의 조합이 정해진다.
조전지에 있어서는 종래부터 많은 연구가 이루어져 왔다. 예를 들어, 특허 문헌 1에 있어서는 제조된 복수의 축전지를 조전지화하는 과정에서 용량이 최소인 전지를 추출하여 제어용의 대표 축전지에 사용하는 것이 기재되어 있다. 특허 문헌 2에 있어서는 조전지 안에서, 과방전한 축전지의 조기 검출의 연구가 이루어지고 있다.
조전지에 있어서의 과제 중 하나로서, 조전지에 접속하는 기기 등에 있어서의 외부 단락(短絡)이 발생하면, 전류에 의해 축전지가 가열하여 데미지를 받게 된다고 하는 과제가 있다.
이를 위한 대책으로서, 종래에는 조전지를 사용하는 전력 저장 시스템 안에 안전성 확보를 위한 전류 차단 기능을 완수하는 서미스터나 전압 센싱 회로 등이 탑재되고, 신호에 의해 전류 회로를 차단하는 전류 차단 기능이 구성되어 있었다.
예를 들어, 휴대 기기 등 소형 조전지이면 전류도 작고, 이상(異常) 시에 동작시키는 스위치도 소형이고, 상기와 같은 전류 차단 기능을 갖게 하는 것이 충분히 가능하다.
선행 기술 문헌
특허 문헌
특허 문헌 1 : 일본 특개 2003-178808호 공보(제3－5페이지, 제2도)
특허 문헌 2 : 일본 특개 2000-150002호 공보(제2－4페이지, 제1도)
그러나 예를 들어, 수백 A의 전류로 충방전시키는 전력 저장 시스템에 있어서는 상기와 같은 전류 차단 기능을 갖게 하는 것은 장치의 대폭적인 대형화를 부른다.
본 발명은 이와 같은 문제를 고려하여 이루어진 것으로, 장치의 대형화를 억제하면서, 외부 단락에 의한 축전지로의 데미지를 최소한으로 억제하기 위한 조전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 있어서의 전력 저장 시스템에서는 제1 축전지와 제2 축전지를 직렬로 접속하여 구성되고, 상기 제1 축전지의 확산 율속(律速) 영역의 개시점이 상기 제2 축전지의 확산 율속 영역의 개시점보다 작은 조전지와, 상기 제1 축전지의 전압을 검출하는 검출 수단과, 상기 검출 수단이 검출하는 전압이 반전됐을 때에 고장 신호를 출력하는 고장 신호 출력 수단을 구비한 것이다.
본 발명에 있어서의 조전지에서는 외부 단락에 의한 데미지를 최소한으로 억제하기 위한 기구를 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 조전지 내의 배치도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 축전지의 용량 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
도 3은 리튬 이온 전지의 전해액양에 대한 용량을 나타내는 표이다.
도 4는 리튬 이온 전지의 염농도에 대한 용량을 나타내는 표이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 조전지의 비교예로서 나타내는 전력 저장 시스템 일부의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 조전지의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 3에 관한 전기차의 회생 에너지 저장 시스템의 개념도이다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 조전지 내의 배치도이다. 도 1에 있어서, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 조전지는 조전지의 플러스 단자(3), 동에 니켈 도금을 실시한 도전성 금속판(4), 조전지의 마이너스 단자(5), 1개의 제1 축전지(6), 복수의 제2 축전지(7)를 구비하고 있다. 각 축전지는 도전성 금속판(4)에 의해 직렬로 접속되어 있고, 조전지 케이스(8)에 일렬로 나란히 수납된다. 또, 각 축전지의 플러스 단자와 마이너스 단자를 도면 중 상하 교대로 되도록 배치하는 것에 의해, 이웃하는 축전지끼리를 도면 중 좌우로 연결하는 도전성 금속판(4)에 의한 전류 경로가 짧아지도록 되어 있다.
용량이 균일하지 않은 복수의 축전지를 조전지화하면, 방전 시의 하한 종지(終止) 전압에, 용량이 최소인 축전지가 가장 빨리 도달하기 때문에, 이 축전지의 용량이 조전지의 용량과 등가가 되어 버린다. 또, 직류 내부 저항이 균일하지 않은 복수의 축전지를 조전지화하면, 충전 시에 개개의 전지 전압에 편차가 생겨서 직류 내부 저항이 큰 축전지는 재료의 내구성을 해치는 일이 있다. 따라서, 축전지의 성능을 충분히 발휘해서 조전지를 장시간 사용 가능하게 하기 위해서는 정격 전류에 있어서 가능한 용량 및 직류 내부 저항이 일치하는 축전지로 조전지를 구성하는 것이 바람직하다.
그래서 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 제1 축전지(6)는 정격 전류에 있어서 제2 축전지(7)와 용량차는 없고, 단락 시와 같은 대전류로 방전할 때만 직류 내부 저항이 고저항이 되고 용량이 작아지도록 한다. 또, 제2 축전지(7)의 직류 내부 저항과 용량은 전류의 변화에 의해 크게 변화없게 한다.
이와 같이 하는 것에 의해, 도 1의 구성의 조전지에 있어서 플러스 단자(3)와 마이너스 단자(5)가 저저항으로 단락한 경우는, 제1 축전지(6)만이 크게 분극하고, 전압이 플러스로부터 마이너스로 전극(轉極)한다. 이로 인해 전류가 정지하고, 플러스 단자(3)와 마이너스 단자(5) 사이의 전압이 외부 단락에 의해 거의 0으로 되어 있기 때문에, 제2 축전지(7)는 플러스 전압을 나타내서 정격값 이하의 전류 밖에 흐르지 않는 상태에서 안정되어, 제2 축전지(7)로의 데미지는 최소한으로 억제된다.
또, 제1 축전지(6)를 조전지 케이스(8) 내의 마이너스 단자(5)에 가장 가까운 단부(端部)에 배치했다. 전극한 축전지는 많은 경우 사용 불가능하게 되기 때문에, 전극하는 제1 축전지(6)를 조전지 케이스(8)의 최단에 배치하는 것에 의해, 조전지를 전력 저장 시스템에 조립한 상태에서도 교환이 용이하게 된다. 드물게 제1 축전지(6)가 발열한 경우에도, 제1 축전지(6)가 단부에 배치되어 있으면, 제2 축전지(7)로의 영향이 최소한으로 억제된다.
다음에, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서 축전지의 제조 방법에 대해서 설명한다. 일반적으로, 축전지의 직류 내부 저항은 축전지에 흐르는 전류값이 바뀌어도 크게 변화하지 않지만, 축전지에 극단적으로 큰 전류가 흐르면(고율(高率) 방전), 높아지는 것도 제조 가능하다. 직류 내부 저항이 고율 방전 시에 높아지는 축전지의 추출은 제조된 복수의 축전지 중에서 선별하는 방법과, 고율 방전 시의 저항이 높은 축전지를 제조하는 방법이 있다. 여기서는 후자에 대해서 설명한다.
1개의 제1 축전지(6)와 (n－1)개의 제2 축전지(7)를 합한 조전지의 전체 축전지 개수를 n, 제1 축전지(6) 및 제2 축전지(7)의 정격 전류를 I, 정격 전류가 통전(通電)되었을 때의 제1 축전지(6) 및 제2 축전지(7)의 직류 내부 저항을 R, 단위 축전지 전압을 V로 하면, 제1 축전지(6)의 외부 단락 시의 저항 Rx는 이하 식으로 나타난다.
[식 1]
Figure 112012067668954-pct00001
이 경우, 정상 시의 직류 내부 저항 R은 일반적으로 매우 작기 때문에, 전극하는 축전지의 고율 방전 시의 직류 내부 저항은 nㆍV／I 이상이면, 상기와 같이 전극시키는 제1 축전지(6)로서 적합하다. 따라서, 예를 들어, 6 직렬 조전지에서, 단위 축전지 전압이 4V, 정격 전류 30A일 때, 외부 단락 시의 직류 내부 저항이 0.8Ω 이상으로, 제1 축전지(6)로서 적합하다.
이하에서는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 조전지의 축전지에 리튬 이온 전지를 사용하는 것으로 하여 설명하지만, 이것을 니켈 수소, 알칼리 축전지, 니켈 카드뮴 전지, 납축 전지, 전기 2중층 축전기, 리튬 이온 축전기 등으로 치환해도 상관없다.
본 발명의 실시 형태 1에 관한 조전지에 사용하는 리튬 이온 전지의 제조 방법에 대해서 설명한다. 리튬 이온 전지의 정극은 정극 집전체인 알루미늄판(또는 알루미늄박)에, 코발트산 리튬과 아세틸렌 블랙과 PVDF 바인더를 용제에 용해, 분산시킨 슬러리(slurry)를 도포하고, 건조, 프레스 성형하여 제작한다. 부극은 부극 집전체인 동판(또는 동박)에, 그래파이트(graphite)와 SBR 바인더를 용제에 용해, 분산시킨 슬러리를 도포, 건조, 프레스 성형하여 제작한다.
이들 양전극의 사이에 폴리올레핀계 미다공막을 사이에 두고, LiPF6의 염을 수분이 10ppm 이하로 제어된 EC(에틸렌 카보네이트)와 DEC(디에틸 카보네이트)를 체적비에서 4대6으로 혼합한 용매에 용해시킨 전해액을 주입해서 전지 엘리먼트를 제작한다. 이 전지 엘리먼트를 스텐리스 또는 알루미늄 용기에 삽입 후, 전극 기하(幾何) 면적에 대하여 3A／㎠의 전류 밀도에서 30분간, 가스 발생을 위해 예비 충전을 행하고, 그 후 불활성 가스 중, 레이저 용접으로 용기와 캡을 용접, 봉입해서 리튬 이온 전지를 제조한다.
이와 같이 하여 제조한 용량 20Ah의 리튬 이온에 대하여, 25℃ 전후로 제어한 환경에서, 1C 레이트의 전류로 3시간 충전하고, 10분 휴지 후, 30A 방전에 의한 용량값을 측정하고, 이 측정값을 정격 전류 방전 용량으로 했다. 고율 방전 용량은 충전 조건은 동일하고, 방전 전류를 150A, 300A로 변화시켜서 용량을 측정했다.
도 2는 상기와 같은 조건 하에서 측정한 리튬 이온 전지의 용량 특성의 예를 나타내는 그래프이다. 곡선 1은 전류값이 큰 고율 방전 시에 용량이 크게 저하하는 리튬 이온 전지의 용량 특성이고, 이 리튬 이온 전지는 제1 축전지(6)로서 사용한다. 그 외의 곡선 2는 고율 방전에서도 용량이 얻어지는 리튬 이온 전지의 용량 특성이고, 이러한 리튬 이온 전지는 제2 축전지(7)로서 사용한다.
도 2에 있어서, 제1 축전지(6)의 확산 율속 영역의 개시점은 제2 축전지(7)의 확산 율속 영역의 개시점보다 작아지고, 곡선 1이 나타내는 제1 축전지(6)의 용량은 전류가 높아지면 곡선 2가 나타내는 제2 축전지(7)의 용량보다 빠르게 저하한다.
이로 인해, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 조전지에 있어서는 외부 단락 시에 흐르는 대전류에 의해 제1 축전지(6)는 전극하지만, 제2 축전지(7)는 개회로 전압 근방에서 추이한다.
다음에, 정격 전류에 있어서의 용량 특성을 변화시키지 않고 고율 방전 시의 용량 특성만을 저하시키는 축전지의 작성 방법에 대해서 설명한다. 먼저 설명한 바와 같이, 복수개의 직렬 조전지의 용량은 그 중에서 가장 용량이 낮은 전지의 용량이 조전지의 용량으로 된다. 이 때문에, 정격 전류에 있어서의 용량 특성은 가능한 저하시키지 않고, 고율 방전 시의 용량 특성만을 저하시키는 것이 바람직하다.
용량을 저하시키기 위해서는 내부 저항을 증대시키면 좋다. 추가로, 다음에 설명하는 바와 같이, 고율 방전 시의 내부 저항은 주로 전지 내부의 물질 이동 저항을 반영한 것이기 때문에, 전지 내부의 물질 이동 저항을 증대시키면 좋다.
전지 내부에서는 충전 시 또는 방전 시에, 전극 반응과 그에 계속해서 물질 이동이 진행된다. 주된 물질 이동은 부극 또는 정극 활물질 결정 내 리튬 이온의 이동과 전해액 내 정부 이온의 이동이다. 이들 물질 이동의 구동력은 농도차가 주요하기 때문에, 대전류의 충전 시 또는 방전 시에는 확산 속도가 따라잡지 못하고, 외관의 저항인 물질 이동 저항이 높아진다. 이것은 방전 말기에 현저하다. 이와 같은 현상이 일어나는 전류값의 영역을 확산 율속 영역이라고 한다. 따라서, 전지 내부의 물질 이동 저항을 증대시키는 것에 의해, 고율 방전 용량을 저하시킬 수 있다.
제1 축전지와 동종의 제2 축전지가 동종(리튬 이온 전지)인 경우에, 전지 내부의 물질 이동 저항을 증대시키는 방법은 3개 있다. 이하, 이들 방법을 설명한다. 첫째는 전해액양을 줄이는 방법이다. 예를 들어, 제1 축전지(6)의 전해액양을 제2 축전지(7)의 전해액양의 평균보다 소량으로 한다.
전해액은 통상, 전지 엘리먼트의 공공부(空孔部)에 함침(含浸)되고, 전해액양 100%는 완전하게 액이 채워진 상태이다. 도 3은 리튬 이온 전지의 전해액양에 대한 용량을 나타내는 표이다. 도 3에 있어서, 정격 전류 방전 용량은 방전 전류를 30A로 했을 때의 용량값이고, 고율 방전 용량은 방전 전류를 300A로 했을 때의 용량값이다. 또, 도 3에는 방전 말기의 저항도 나타냈다. 제1 축전지(6)의 전해액양을 예를 들어 90％ 이하로 줄이면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 고율 방전 용량을 충분히 저하시킬 수 있다.
전지 내부의 물질 이동 저항을 증대시키는 둘째 방법은 전해액 농도를 저하시키는 방법이다. 즉, 제1 축전지(6)의 전해액 염농도가 제2 축전지(7)의 전해액 염농도보다 낮아지도록 한다.
리튬 이온 전지의 전해액은 통상, 유기 용매 중에 전하 담체인 염 LiPF6을 1mol/L 정도 포함하고 있다. 도 4는 리튬 이온 전지의 염농도에 대한 용량을 나타내는 표이다. 도 4에 있어서, 정격 전류 방전 용량은 방전 전류를 30A로 했을 때의 용량값이고, 고율 방전 용량은 방전 전류를 300A로 했을 때의 용량값이다. 또, 도 4에는 방전 말기의 저항도 나타냈다. 제1 축전지(6)의 염농도를, 예를 들어 0.9 이하로 내리는 것에 의해, 도 4에 나타내는 바와 같이, 고율 방전 용량을 충분히 저하시킬 수 있다.
전지 내부의 물질 이동 저항을 증대시키는 세째 방법으로서, 전해액 특성의 제어 이외에 그래파이트 부극 활물질과 접하는 전해액 계면에 있는 SEI(고체 전해질 계면층)를 성장시키는 것에 의해 물질 이동 저항을 증대시킬 수도 있다.
SEI의 성장 촉진 방법에 대해서 설명한다. 제조한 전지를 일정 전류에서, 100％의 충전 레벨까지 충전한다. 이 상태의 전지를 60℃의 항온조 내에서 24시간 유지(에이징)하는 것에 의해, 리튬이 인터컬레이트(intercalate)된 그래파이트 표면층에, 두껍게 SEI층이 생성된다. 이로 인해, 방전 시에 SEI층 안을 확산하여 활물질상간으로부터 전해액에 리튬 이온이 이동할 때 물질 이동 저항이 상승한다. 이 방법에 의해, 제1 축전지(6)의 고율 방전 용량을 저하시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 조전지에 있어서는 용량-전류 특성이 상대적으로 낮은 특정의 전지(6)를 포함하고, 외부 단락 시에 흐르는 대전류에 의해 그 제1 축전지(6)가 전극하는 것을 특징으로 하고 있고, 제2 축전지(7)의 데미지를 회피할 수 있다.
또, 조전지가 자립적으로 전류를 차단하므로, 조전지의 양단의 극이 조립 공정에서 단락한 경우나, 조립 후의 시스템 조립 시, 외부 부하 접속 시, 시스템 기동 전 등에 외부 단락이 발생한 경우 등, 센서류가 기능하지 않는 경우에도, 대전류 방전에 의한 자기 가열에 의해 축전지가 데미지를 받거나, 접속 기기가 고장나는 것을 막을 수 있다.
또, 종래의 전류 차단 기능을 완수하는 회로 등과 달리, 단시간의 단락에 의해 전지가 고온화되어 데미지가 주어졌지만 곧바로 전압이 복귀한 경우에도 전지의 데미지를 알아차리지 못하고 계속 사용하는 일이 없어진다.
또, 조전지의 외부에 마련하는 전류 차단 기능을 완수하는 서미스터나 전압 센싱 회로 등이 불필요하게 되기 때문에, 이 조전지를 적용하는 전력 저장 시스템의 소형, 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 제1 축전지(6)는 복수 있어도 좋다. 외부 단락 시에는 이들 복수의 제1 축전지(6)는 희생이 되지만, 그 이외의 제2 축전지(7)를 보호할 수 있다.
실시 형태 2.
도 5에 본 발명의 실시 형태 2에 관한 조전지의 비교예로서 나타내는 전력 저장 시스템 일부의 구성도이다. 도 5에 있어서, 10은 전지, 15는 각 전지의 전압을 각각 측정하는 전압계, 9는 전압계로부터의 전압 신호에 따라 전압의 변화로부터 각 전지의 전극을 검출하는 전극 검출부, 17은 전극 검출부(9)로부터 보내지는 전극 신호를 받은 경우에 고장 신호를 발신 및 고장 이력의 기억을 행하는 고장 신호 발신ㆍ기억부이다.
조전지가 전력 저장 시스템에 조립되고, 조전지가 외부의 보조 전원으로부터 전력이 공급되어 가동 상태로 있으면, 외부 단락했을 때에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 각 축전지 전압을 전압계(15)에 의해 측정할 수 있다. 전압계(15)는 측정 결과에 따른 전압 신호를 전극 검출부(9)에 보낸다. 그리고 전극 검출부(9)는 전압 신호로부터 어느 축전지가 전극했는지를 판단할 수 있다.
고장 신호 발신 기억부(17)는 전극 검출부(9)로부터 전극을 알리는 신호를 받는 것에 의해, 외부 장치에 고장을 알리기 위한 고장 신호를 발신하고, 전극의 이력을 기억할 수도 있다. 그러나 조전지를 전력 저장 시스템에 조립하기 전의 상태에서는 고장 신호의 발신, 전극의 이력의 기억 등 조전지의 감시를 위한 전력은 조전지 자신의 전력으로 조달할 필요가 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 조전지의 구성도이다. 전압계(16), 전극 검출부(19), 고장 신호 발신ㆍ기억부(17), 전력 공급 케이블(18)을 구비한 점이 실시 형태 1에 관한 조전지와의 차이점이다. 다른 구성은 실시 형태 1에 관한 조전지와 동일하고, 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략 한다.
이 조전지 안에서 전극하는 전지는 특정의 위치에 배치한 고율 방전 시에 저항이 높은 축전지(6)이다. 따라서, 이 단전지 전압을 대표하여 감시해 두면, 전극의 유무, 즉 외부 단락의 유무를 검출할 수 있다. 또, 이 특정 전지(6) 이외의 제2 축전지(7)는 단락 시에 전극하지 않기 때문에, 전극 검출, 고장 신호의 발신ㆍ기억을 위한 구동 전원으로서 사용할 수 있다. 이 때문에, 이 조전지에 있어서는 시스템이 가동하고 있지 않아도 단락을 검지, 기억하는 것이 가능하게 된다.
다음에 동작을 설명한다. 제1 축전지(6)가 전극하면, 제1 축전지(6)의 전압을 측정하는 전압계(16)가 전압 신호를 전극 검출부(19)에 보내서, 전극을 알린다. 전극 검출부(19)는 이로 인해, 전극을 검출하고, 전극 신호를 고장 신호 발신ㆍ기억부(17)에 보낸다. 전극 신호를 받은 고장 신호 발신ㆍ기억부(17)는 외부 장치에 고장을 알리기 위한 고장 신호를 발신하고, 전극의 이력을 기억한다. 또한, 전극 검출부(19) 및 고장 신호 발신ㆍ기억부(17) 등은 전극하고 있지 않는 제2 축전지(7)로부터 전력 공급 케이블(18)을 통하여 전력 공급을 받을 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 조전지에 있어서는 시스템이 가동하고 있지 않아도 단락을 검지, 기억할 수 있다.
실시 형태 3.
실시 형태 1 및 2에서 설명한 조전지는 전기차의 회생 에너지 저장 시스템에 적용할 수 있다. 도 7은 그 적용예를 나타내는 본 발명의 실시 형태 3에 관한 전기차의 회생 에너지 저장 시스템의 개념도이다.
본 실시 형태 3에 관한 전기차의 회생 에너지 저장 시스템은 도 7에 나타내는 바와 같이, 변전소로부터의 전력을 공급하기 위한 가선(50), 가선(50)에 접속된 지상용 전력 저장 시스템(41), 차상용 전력 저장 시스템(21) 및 팬터그래프(22)를 가지는 전기차(20), 차상용 전력 저장 시스템(31) 및 팬터그래프(32)를 가지는 전기차(30)를 구비한다. 지상용 전력 저장 시스템(41), 차상용 전력 저장 시스템(21), 차상용 전력 저장 시스템(31)에는 실시 형태 2에 관한 조전지가 탑재되어 있다.
전기 철도 차량의 특징은 브레이크 시의 회생 전력을, 가선을 통해 다른 차량에서 재사용하는 것에 의해 에너지 절약화가 가능한 것이다. 이 이점을 최대한으로 살리려면, 차량의 브레이크 시에 발생하는 회생 전력이 가선을 통해 다른 역행(力行) 전기 차량에서 소비되는 것이 바람직하다. 그러나 회생 차량과 다른 역행 차량의 거리가 멀리 떨어져 있거나, 회생 전력이 크고 다른 역행 차량에서 충분히 소비할 수 없는 경우는, 가선 전압이 상승한다. 이 때, 가선 전압이 일정 이상으로 되지 않도록, 기계 브레이크에 의해 제동 에너지의 일부는 열로서 쓸데 없이 소비시키고 있었다.
그래서 실시 형태 3에 관한 전기차의 회생 에너지 저장 시스템에 있어서는 에너지를 쓸데 없이 소비시키지 않기 때문에, 지상용 전력 저장 시스템(41), 차상용 전력 저장 시스템(21), 및 차상용 전력 저장 시스템(31)에서 회생 전력을 흡수하여, 저장해 두는 것이다.
다음에 동작을 설명한다. 통상, 전기차(20)가 브레이크를 걸었을 때에 발생하는 회생 전력은 가선(50)을 통하여 전기차(30)에 공급되고, 전기차(30)에서 소비된다.
한편, 전기차(20)가 브레이크를 걸었을 때에, 전기차(20)와 전기차(30)의 거리가 멀리 떨어져 있거나, 브레이크 시의 회생 전력이 커서 전기차(30)에서 충분히 소비할 수 없는 경우는, 브레이크 시의 회생 전력 일부 또는 전부를 축전 디바이스(21)에서 흡수하여 저장한다. 저장한 전력은 필요한 때에 취출하여 사용할 수 있다.
이상, 본 실시 형태 3에 관한 전기차의 회생 에너지 저장 시스템에서는 회생 전력을 저장하여, 유효하게 활용할 수 있다.
또한, 지상용 전력 저장 시스템(41), 차상용 전력 저장 시스템(21), 및 차상용 전력 저장 시스템(31)은 탑재되어 있는 조전지가 고장났을 때에, 조전지의 고장을 알리는 신호를 안전 장치 등에 대해서 출력하거나, 기억하도록 구성해도 좋다. 이로 인해, 시스템의 신뢰성과 안전성이 향상한다.
3 조전지의 플러스 단자
4 도전성 금속
5 조전지의 마이너스 단자
6 제1 축전지
7 제2 축전지
8 조전지 케이스
17 고장 신호 발신ㆍ기억부
18 전력 공급 케이블
19 전극 검출부
20 전기차
21 차상용 전력 저장 시스템
22 팬터그래프
30 전기차
31 차상용 전력 저장 시스템
32 팬터그래프
41 지상용 전력 저장 시스템
50 가선

Claims (7)

  1. 적어도 1개 이상의 충방전 가능한 제1 축전지와,
    적어도 1개 이상의 충방전 가능한 제2 축전지를 직렬로 접속하여 구성되고,
    상기 제1 축전지의 확산 율속(律速) 영역의 개시점은 상기 제2 축전지의 확산 율속 영역의 개시점보다 작은 조전지(組電池)와,
    상기 제1 축전지의 전압을 검출하는 검출 수단과,
    상기 검출 수단이 검출하는 전압이 반전됐을 때에 고장 신호를 출력하는 고장 신호 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템.
  2. 충방전 가능하고, 정격 전류가 I, 정격 전류 통전(通電) 시의 전압이 V인 제1 축전지와,
    복수개의, 충방전 가능하고, 정격 전류가 I, 정격 전류 통전 시의 전압이 V인 제2 축전지를 직렬로 접속하여 구성되고,
    상기 제1 축전지와 상기 제2 축전지를 합한 전체 축전지 수를 n으로 하면, 상기 제1 축전지에 단락(短絡) 시의 전류가 흘렀을 때 상기 제1 축전지의 직류 내부 저항 Rx가,
    Rx
    Figure 112012068918414-pct00002
    nㆍV／I
    인 조전지와,
    상기 제1 축전지의 전압을 검출하는 검출 수단과,
    상기 검출 수단이 검출하는 전압이 반전됐을 때에 고장 신호를 출력하는 고장 신호 출력 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 축전지의 전해액양이 상기 제2 축전지의 전해액양의 평균보다 소량인 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 축전지의 전해액 염농도가 상기 제2 축전지의 전해액 염농도보다 낮은 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 축전지 및 상기 제2 축전지는 리튬 이온 전지인 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 조전지와,
    고장 이력을 기억하는 고장 이력 기억 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템.
  7. 삭제
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