JP2009294110A - 二次電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】二次電池を用いた集合電池の地絡位置の特定を迅速にすることのできる二次電池システムを提供することにある。
【解決手段】二次電池Ｐ１１〜Ｐ４６により構成された集合電池２と、集合電池２の正極と負極とを中間点で等分に分圧する分圧抵抗３１Ａ，３１Ｂと、この中間点を接地する地絡検出抵抗３２と、地絡検出抵抗３２を流れる電流に基づいて、地絡を検出する地絡検出３３と、地絡検出抵抗３２を流れる電流の方向に基づいて、地絡箇所が集合電池２の正極側ＧＰか負極側ＧＮかを判定する電流方向判定回路３４とを備えた二次電池システム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次電池を用いた集合電池の地絡位置を検出する二次電池システムに関する。
従来、ナトリウム−硫黄電池（以下、「ＮＡＳ電池」という。）を単電池として、複数の単電池により構成された集合電池を用いる集合電池システムが知られている。例えば、このような集合電池システムは、夜間の電力貯蔵用として用いられている。集合電池システムでは、いずれかの単電池で地絡事故が発生した場合、地絡検出装置により地絡事故を検出する。地絡事故を検出すると、集合電池システムを停止させ、復旧作業を行うことになる。
一方、電池の地絡検出装置としては、様々なものが知られている。例えば、電池の正極と負極とを交互に切り換えて抵抗を介して接地し、それらの接地状態における電圧を測定して地絡抵抗を求めることにより地絡を検出することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、二次電池が直列に接続された電池群をいくつか並列に接続した集合電池において、一列ごとに順次開路し、閉路されている電池群の地絡の有無を判別することが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平５−２７３２８７号公報 特開平７−３２５１２１号公報
しかしながら、特許文献１に記載された地絡検出装置では、上述のような集合電池システムに適用した場合、地絡箇所を特定することに時間がかかり、集合電池システムの復旧に遅れが生じることになる。
一方、特許文献２に記載された地絡検出装置では、地絡箇所を特定するために、電池群ごとに遮断器を設けなければならない。従って、集合電池の設計などの制約により遮断器を設けられない場合には、適用することができない。
そこで、本発明の目的は、二次電池を用いた集合電池の地絡位置の特定を迅速にすることのできる二次電池システムを提供することにある。
本発明の観点に従った二次電池システムは、２以上の二次電池が直列に接続された集合電池と、前記集合電池の正極と負極との線間電圧を、中間点を境に等分に分圧する２つの分圧抵抗と、前記２つの分圧抵抗による前記中間点を接地する地絡検出抵抗と、前記地絡検出抵抗を流れる電流に基づいて、地絡を検出する地絡検出手段と、前記地絡検出抵抗を流れる電流の方向に基づいて、地絡箇所が前記集合電池の正極側か負極側かを判定する地絡箇所判定手段とを備えた構成である。
本発明によれば、二次電池を用いた集合電池の地絡位置の特定を迅速にすることのできる二次電池システムを提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る二次電池システム１の構成を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。
二次電池システム１は、集合電池２と、地絡検出装置３と、集合電池２に接続された交直変換装置５と、集合電池２と交直変換装置５との間に接続された２つの遮断器４とを備えている。
集合電池２は、昼間は、交直変換装置５に直流電力を供給し、夜間は、交直変換装置５からの直流電力を充電する。
集合電池２は、４つの電池群Ｐ１１〜Ｐ１６，Ｐ２１〜Ｐ２６，Ｐ３１〜Ｐ３６，Ｐ４１〜Ｐ４６を並列に接続した構成である。
電池群Ｐ１１〜Ｐ１６は、６つの単電池Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５，Ｐ１６を直列に接続した構成である。電池群Ｐ２１〜Ｐ２６は、６つの単電池Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４，Ｐ２５，Ｐ２６を直列に接続した構成である。電池群Ｐ３１〜Ｐ３６は、６つの単電池Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４，Ｐ３５，Ｐ３６を直列に接続した構成である。電池群Ｐ４１〜Ｐ４６は、６つの単電池Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ４３，Ｐ４４，Ｐ４５，Ｐ４６を直列に接続した構成である。
単電池Ｐ１１〜Ｐ４６は、３００℃前後で作動する高温作動型のＮＡＳ電池である。
地絡検出装置３は、２つの分圧抵抗３１Ａ，３１Ｂと、地絡検出抵抗３２と、地絡検出器３３と、電流方向判定回路３４と、表示回路３５とを備えている。
２つの分圧抵抗３１Ａ，３１Ｂは、集合電池２の正極と負極との間に、直列に接続されている。２つの分圧抵抗３１Ａ，３１Ｂは、同じ抵抗値である。従って、２つの分圧抵抗３１Ａ，３１Ｂの接続点である中間点を境に、集合電池２の電圧が等分に分圧されている。即ち、中間点の電位は、集合電池２の正極の電位と負極の電位との中間電位になる。
地絡検出抵抗３２は、一方の端子をこの２つの分圧抵抗３１Ａ，３１Ｂによる中間点に接続し、もう一方の端子を接地している。
地絡検出器３３は、地絡検出抵抗３２に流れる電流を測定する。地絡検出抵抗３２に流れる電流量が所定値以上になったときに、地絡として検出する。
電流方向判定回路３４は、地絡検出抵抗３２に流れる電流の方向を判定する。電流方向判定回路３４は、判定した電流の方向に基づいて、集合電池２の地絡箇所を特定する。
表示回路３５は、地絡検出器３３により地絡を検出した場合、地絡したことを表示させる。このとき、表示回路３５は、電流方向判定回路３４により特定した地絡箇所も同時に表示させる。
交直変換装置５は、昼間は、集合電池２から供給された直流電力を交流電力に変換して、負荷に供給し、夜間は、電源側の電力系統から受電した交流電力を直流電力に変換して、集合電池２に充電する。
遮断器４は、交直変換装置５と集合電池２との接続の開閉をする。２つの遮断器４は、それぞれ正極側と負極側とに設けられている。遮断器４は、二次電池システム１の使用時には、投入されている。遮断器４は、例えば集合電池２に地絡などの故障が生じた場合、二次電池システム１から切り離すときに開放する。
次に、図２を参照して、地絡検出装置３による地絡箇所の特定方法について説明する。
図２は、本実施形態の地絡検出装置３による地絡箇所の特定方法について説明するための回路図である。
点ＦＧは、地絡箇所を示している。電源ＰＰは、地絡箇所よりも正極側にある全ての単電池を表している。電源ＰＮは、地絡箇所よりも負極側にある全ての単電池を表している。地絡抵抗ＧＲは、地絡した箇所の電気抵抗を表している。
例えば、地絡箇所が図１に示す単電池Ｐ１１と単電池Ｐ１２との間で地絡した場合、電源ＰＰは、単電池Ｐ１１を表し、電源ＰＮは、単電池Ｐ１２〜Ｐ１６を表すことになる。
ここで、電源ＰＰの電圧をｅ１、電源ＰＮの電圧をｅ２、分圧抵抗３１Ａ，３１Ｂの抵抗値をＲ、地絡抵抗ＧＲの抵抗値をｒ、地絡検出抵抗３２をＲ０、電源ＰＰ側の閉回路を流れる電流をＩＧ１、電源ＰＮ側の閉回路を流れる電流をＩＧ２とする。
このとき、次式が導き出される。
ＩＧ１＝ｅ１／（Ｒ＋Ｒ０＋ｒ） … 式（１）
ＩＧ２＝ｅ２／（Ｒ＋Ｒ０＋ｒ） … 式（２）
式（１）及び式（２）より、次式が導き出される。
ｅ１／ＩＧ１＝ｅ２／ＩＧ２ … 式（３）
式（３）より、次のことが分かる。
地絡検出抵抗３２の電流の向きがＩＧ１のとき（接地側に向けて電流が流れるとき）は、ＩＧ１＞ＩＧ２であるから、ｅ１＞ｅ２となる。これは、地絡箇所よりも正極側に位置する単電池の数の方が、負極側に位置する単電池の数よりも多いことを示している。
従って、地絡している単電池は、負極側に属する範囲ＧＮの単電池Ｐ１４〜Ｐ１６，Ｐ２４〜Ｐ２６，Ｐ３４〜Ｐ３６，Ｐ４４〜Ｐ４６のいずれかに特定される。
一方、地絡検出抵抗３２の電流の向きがＩＧ２のとき（集合電池２側に向けて電流が流れるとき）は、ＩＧ１＜ＩＧ２であるから、ｅ１＜ｅ２となる。これは、地絡箇所よりも正極側に位置する単電池の数の方が、負極側に位置する単電池の数よりも少ないことを示している。
従って、地絡している単電池は、正極側に属する範囲ＧＰの単電池Ｐ１１〜Ｐ１３，Ｐ２１〜Ｐ２３，Ｐ３１〜Ｐ３３，Ｐ４１〜Ｐ４３のいずれかに特定される。
本実施形態によれば、集合電池システム１において、地絡検出装置３により、迅速に地絡箇所を特定することができる。
また、地絡検出装置３は、地絡を検出するために、遮断器や切替スイッチなどを設ける必要がないため、様々な集合電池システムに用いることができ、汎用性に優れている。
さらに、地絡検出装置３は、地絡を検出する際に、特別な動作（遮断器の開閉や切替スイッチの切り換えなどの動作）をする必要がないため、直ぐに地絡を検出することができる。
なお、本実施形態では、集合電池２を単電池が２４個の構成として説明したが、これに限らない。集合電池２を構成する電池群は、単電池をいくつ直列に接続してもよい。また、電池群を、いくつ並列に接続してもよい。
また、本実施形態では、二次電池として、ＮＡＳ電池を用いたが、他を用いてもよい。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明の実施形態に係る二次電池システム１の構成を示す構成図。 本実施形態の地絡検出装置３による地絡箇所の特定方法について説明するための回路図。
符号の説明
１…二次電池システム、２…集合電池、３…地絡検出装置、４…遮断器、５…交直変換装置、３１Ａ，３１Ｂ…分圧抵抗、３２…地絡検出抵抗、３３…地絡検出器、３４…電流方向判定回路、３５…表示回路。

Claims (6)

  1. ２以上の二次電池が直列に接続された集合電池と、
    前記集合電池の正極と負極との線間電圧を、中間点を境に等分に分圧する２つの分圧抵抗と、
    前記２つの分圧抵抗による前記中間点を接地する地絡検出抵抗と、
    前記地絡検出抵抗を流れる電流に基づいて、地絡を検出する地絡検出手段と、
    前記地絡検出抵抗を流れる電流の方向に基づいて、地絡箇所が前記集合電池の正極側か負極側かを判定する地絡箇所判定手段と
    を備えたことを特徴とする二次電池システム。
  2. 前記地絡検出手段により地絡を検出した場合、地絡したことを表示する地絡表示手段
    を備えたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池システム。
  3. 前記地絡箇所判定手段により前記地絡箇所を判定した場合、該地絡箇所を表示する地絡箇所表示手段
    を備えたことを特徴とする請求項２に記載の二次電池システム。
  4. ２以上の二次電池が直列に接続された集合電池を備えた二次電池システムの地絡を検出する地絡検出装置であって、
    前記集合電池の正極と負極との線間電圧を、中間点を境に等分に分圧する２つの分圧抵抗と、
    前記２つの分圧抵抗による前記中間点を接地する地絡検出抵抗と、
    前記地絡検出抵抗を流れる電流に基づいて、地絡を検出する地絡検出手段と、
    前記地絡検出抵抗を流れる電流の方向に基づいて、地絡箇所が前記集合電池の正極側か負極側かを判定する地絡箇所判定手段と
    を備えたことを特徴とする二次電池システムの地絡検出装置。
  5. 前記地絡検出手段により地絡を検出した場合、地絡したことを表示する地絡表示手段
    を備えたことを特徴とする請求項４に記載の二次電池システムの地絡検出装置。
  6. 前記地絡箇所判定手段により前記地絡箇所を判定した場合、該地絡箇所を表示する地絡箇所表示手段
    を備えたことを特徴とする請求項４に記載の二次電池システムの地絡検出装置。
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