JP2013073897A - 蓄電池装置及び蓄電池装置の点検保守方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本実施形態では保守点検を安全かつ容易に行うことができる装置及びその点検保守方法を提供する。
【解決手段】本実施形態によれば、電池モジュール（３０−１）は、複数の電池と電池監視ユニット（３０：ＣＭＵ）を含む。モジュール直列回路は、前記電池モジュールを複数直列接続している。前記モジュール直列回路には、電流センサ（４１）、サービスディスコネクト（４２Ｃ）、スイッチ回路（４１Ａ，４１Ｂ）が接続される。電池管理装置（４４：ＢＭＵ）は、前記電池監視ユニット（３０）との相互通信、前記電流センサの出力の判定及び前記スイッチ回路の制御を行い、また通常モードと保守モードの切換手段を有する。関門制御装置（６０）が、前記電池管理装置と相互通信を行う。そして、前記電池管理装置は、前記通常モードの起動時には前記関門制御装置からの電源供給制御信号で起動し、前記保守モードの起動時には前記電源供給信号とは独立した保守電源供給信号で起動するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は蓄電池装置及び蓄電池装置の点検保守方法に関する。

近年、リチウムイオン２次電池等を用いた蓄電池装置が実用化されている。蓄電池装置は、例えば、車両のモータを駆動するための電源装置或いは停電時の非常用電源装置など様々な分野で用いることが可能である。

現在実用化されているリチウムイオン２次電池は単電池としての蓄電容量は、約１００Ｗｈ程度の蓄電容量である。

特開２００８−１９３７５７号公報

今後の蓄電池装置として、大電力を供給可能な大規模蓄電池装置の開発が要望されている。そこで蓄電容量の１００Ｗｈ程度の電池を利用し、ＭＷｈクラスの電池容量の大規模蓄電池装置を設計することを考えてみる。この場合の設計は、要求されている出力電圧や電流容量に応じて、１０００乃至１００００個の電池が直列及び又は並列に組み合わせられて計画される必要がある。

上記のような大規模蓄電池装置の設計が行われる場合、設計者は以下のような点に特に注意を払う必要がある。

リチウムイオン２次電池は、過充電或いは過放電に対して電池の安全性が損われる場合ある。また過充電或いは過放電が繰り返されると、寿命も短くなる。さらにまた、リチウムイオン２次電池は出力抵抗が低い。このために、複数のリチウムイオン２次電池が、並列接続された装置において、何れかの電池が内部短絡すると、電流経路に過大電流が流れ、装置全体の安全性を損なう恐れがある。

このような蓄電池装置において、より一層の動作上の信頼性を得るには、保守点検が安全かつ容易に行うことができるように設計することが要望される。

そこで、本実施形態では保守点検を安全かつ容易に行うことができる大規模蓄電池装置、大規模蓄電池装置の点検保守方法を提供することにある。

実施形態によれば直列接続された複数の電池と前記複数の電池の電圧及び温度を監視する電池監視ユニットを含む電池モジュールと、
前記電池モジュールを複数直列接続されたモジュール直列回路と、
前記モジュール直列回路に流れる電流を検出するための電流センサと、
前記モジュール直列回路の直列経路内に設けられたサービスディスコネクトと、
前記モジュール直列回路のプラス端子をプラス充放電端子に接続する経路と前記電池モジュール回路のマイナス端子をマイナス充放電端子に接続する経路との何れか若しくは両方の経路に設けられ、充放電路をオン又はオフするスイッチ回路と、
複数の前記電池監視ユニットとの相互通信、前記電流センサの検出データの判定、及び前記スイッチ回路の制御を行うとともに、通常モードと保守モードの切換手段を有した電池管理装置と、
前記モジュール直列回路、前記電流センサ、前記スイッチ回路及び前記電池管理装置をそれぞれが含む複数の組電池ユニットと、
前記複数の前記組電池ユニット内の複数の前記電池管理装置と相互通信を行う関門制御装置とを有し、
前記電池管理装置は、前記通常モードの起動時には前記関門制御装置からの電源供給制御信号で起動し、前記保守モードの起動時には前記電源供給信号とは独立した保守電源供給信号で起動するように構成されている。

実施形態である大規模蓄電池装置の構成の一例を示すブロック構成図である。 図１に示した電池モジュールの内部を簡略的に示す図である。 本実施形態に係る組電池ユニット毎のメンテナンスが行われる際に、電池管理装置４４の使用状態及び電源状態を説明する図である。 蓄電池装置と電池端子盤との間で短絡事故が生じた場合のシステム保護機能を説明するために示した図である。 蓄電池装置と電池端子盤との間で短絡事故が生じた場合のシステム保護機能が動作する条件となる使用ヒューズ、各部配線の特性を説明するために示した図である。 電池端子盤とパワーコンディショナとの間で短絡事故が生じた場合のシステム保護機能を説明するために示した図である。 電池端子盤とパワーコンディショナとの間で短絡事故が生じた場合のシステム保護機能が動作する条件となる使用ヒューズ、各部配線の特性を説明するために示した図である。 本実施形態における蓄電池装置の保守点検手順を説明するためのフローチャートである。 図８に示した保守点検手順をさらに細かく説明するためのフローチャートである。 図９の続きを示すフローチャートである。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図1を用いて、本実施形態に関する蓄電池装置の全体系統の概要を説明する。

図１において、１０−１、１０−２、・・・１０−ｎは、蓄電池装置（電池盤と称しても良い）である。蓄電池装置１０−１、１０−２、・・・１０−ｎは、同じ構成であり、例えば１６個が用意されている。図では、１つの蓄電池装置１０−１の内部構成が代表して示されている。

蓄電池装置１０−１は、充放電端子５１、５２を有する。例えば充放電端子５１、がプラス端子、充放電端子５２がマイナス端子である。充放電端子５１、５２は、電池端子盤１２の遮断器１２−１に接続されている。

電池端子盤１２は、蓄電池装置１０−１、１０−２、・・・１０−ｎに対応する遮断器１２−１、１２−２、・・・１２−ｎを有する。遮断器１２−１、１２−２、・・・１２−ｎは、それぞれ手動で開閉操作される。遮断器１２−１、１２−２、・・・１２−ｎのプラス端子は共通接続され、またマイナス端子も共通接続されている。プラス端子の共通接続とは、プラス端子同士が同電位で接続されている状態、マイナス端子の共通接続とはマイナス端子が同電位で接続されている状態である。電池端子盤１２のプラス・マイナス端子間の直流（ＤＣ）電圧は、例えば４９０Ｖ乃至７７８Ｖ程度になるよう設定されている。また電池端子盤１２は、後述するマスター制御装置８０を含む。

電池端子盤１２から出力されるＤＣ電圧は、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）１４に供給される。パワーコンディショナ１４は、ＤＣ電圧をスッチングすることで昇圧し、交流（ＡＣ）出力を生成している。ＡＣ出力は、例えば５０Ｈｚで６．６ｋＶである。パワーコンディショナ１４の出力が、外部の電力系統の電力供給ラインに供給される。パワーコンディショナ１４は、電力系統と電池間の電力の出し入れを行う双方向交直流変換機能を持つ。またパワーコンディショナ１４は、無停電電源装置１４−１を含むことができる。無停電電源装置の出力は、マスター制御装置８０を介して、蓄電池装置１０−１、１０−２、・・・１０−ｎの直流電源装置に供給される。図１では、蓄電池装置１０−１内の直流電源装置７０が代表して示されている。

次に、蓄電池装置１０−１の内部構成を説明する。蓄電池装置１０−１は、並列接続された複数（例えば１６個）の組電池ユニット２０−１、２０−２、・・・２０−１６を有する。組電池ユニット２０−１、２０−２、・・・２０−１６は、同じ構成であるから、組電池ユニット２０−１の内部構成を代表して図１に示している。

組電池ユニット２０−１の構成を説明する。組電池ユニット２０−１は、直列接続された複数（例えば２２個）の電池モジュール３０−１、３０−２、・・・・３０−２２を有する。

電池モジュール３０−１、３０−２、・・・・３０−２２で構成される直列回路の途中に、サービスディスコネクト４６が設けられる。このサービスディスコネクト４６は、例えば、装置組み付け時、若しくは何れかの電池モジュールが保守点検のために取り離されるときに、直列回路をオフするために利用される。またディスサービスコネクト４６は、スイッチと兼ねている場合があり、ヒューズを内蔵する。そして挿抜状態やヒューズの状態を、後述する電池管理装置４４へ通知するための配線がされている場合もある。なおヒューズは必須の構成要素ではなく、例えば、電池端子盤１２やパワーコンディショナ１４でヒューズを含む場合には、ヒューズがない形態であってもよい。

上記したそれぞれの電池モジュール３０−１、３０−２、・・・・３０−２２は、同じ構成である。それぞれの電池モジュール３０−１、３０−２、・・・・３０−２２は、少なくとも直列接続された複数の電池と、複数の電池の温度及び電圧を監視する電池監視ユニット３２を含む。

電池モジュール３０−１を代表して電池モジュールの簡単な内部構成を図２に示している。電池モジュール３０−１内では、直列接続された複数（例えば１２個）の電池Ｃａ１−Ｃａ１２による第１の電池回路と、直列接続された複数（例えば１２個）の電池Ｃｂ１−Ｃｂ１２による第２の電池回路とが並列接続され、並列回路を構成している。

電池は、例えばリチウムイオン２次電池であり、蓄電容量が数十Ｗｈ〜数百Ｗｈ程度（例えば、平均電圧２[Ｖ]〜５Ｖ×出力電流３[Ａｈ]〜１００Ａｈ）の電池が利用されている。並列回路のプラス端子と、マイナス端子が導出されている。さらに電池モジュール３０−１内に、電池監視ユニット（ＢＭＵ：Battery Monitoring Unit）３２が設けられている。電池監視ユニット３２は、各電池の端子電圧をモニタ(検知または検出)する。またこの電池監視ユニット３２は、各電池の温度又は電池モジュール内の温度を検出することができる。またこの電池監視ユニット３２は、内部にマイクロプロセッサを含む制御部を有するとともに、外部と通信を行うための送受信器を備える。

また、電池監視ユニット３２は、複数の電池の端子電圧を均等化する均等化処理回路（図示しない）を含む。均等化処理回路はセルバランス（均等化）処理を指令された場合にセルバランス処理を実施する。均等化処理では、過充電されている電池の放電を行い、他の電池と同等の電位に調整する。対象とする電池モジュール内の電池電圧が通常状態に復帰したら、電池監視ユニット３２は、対象とする電池モジュールが正常状態であることを電池管理装置４４に通知することができる。

図１に戻り、組電池ユニット２０−１内部の構成をさらに説明する。複数の電池モジュール３０−１、・・・３０−２１、３０−２２を直列接続した直列回路の一方の端子に電流センサ４１が接続される。また直列回路の一方の端子に、スイッチ回路４２Ａ（例えば、電磁接触器）の一方の入出端子が接続されている。そして、スイッチ回路４２Ａの他方の入出力端子に第1の充放電端子５１が設けられている。また、複数の電池モジュール３０−１、・・・３０−２１、３０−２２を直列接続した直列回路の他方の端子に、スイッチ回路４２Ｂの一方の入出力端子が接続されている。そして、スイッチ回路４２Ｂの他方の入力端子に、第２の充放電端子５２が設けられている。

スイッチ回路４２Ａは、抵抗を持たないスイッチＳ１と、抵抗Ｒ２を直列に接続したスイッチＳ１が並列接続されている。スイッチ回路４２Ａ及び４２Ｂ内のＳ１及びＳ２のオンオフ制御により、システム起動時のラッシュ電流を低減する。なお、適用するシステムにより、Ｓ２のない形態であってもよい。

図ではスイッチ回路４２Ａは、充放電端子５１と電流センサ４１との間に設けられている。しかしさらなるスイッチ回路４２Ｂが、充放電端子５２と電池モジュール３０−２２間に設けられる。これは、一方のスイッチ回路が接点溶着などで開かなくなっても、他方のスイッチ回路を「開」にして安全を図るためである。

ここで、電池モジュール３０−１、３０−２、・・・・３０−２２内の電池監視ユニット３２は、通信バスラインＤＬ２を介して、電池管理装置４４に接続され、相互に通信を行うことができる。また、電池管理装置４４には、電流センサ４１が接続されている。電池管理装置４４は、電流センサ４１が計測した電流データを受け取ることができる。

電池管理装置４４は、マイクロプロセッサを含む制御部を有し、また、電池監視ユニット３２と通信を行うための送受信部を含む。さらに電池管理装置４４は、スイッチ回路４２のスイッチＳ１，Ｓ２を制御するために制御ラインＤＬ１を介して制御信号を出力することができる。また電池管理装置４４は、関門制御装置６０（Gateway(ゲートウェイ)装置と称してもよい)と接続されており、相互間で、各種のデータの送受信を行うことができる。関門制御装置６０は、電池管理装置４４の動作、直流電源装置７０の動作を制御することができる。つまり、関門制御装置６０は、各組電池ユニット２０−１・・・２０−１６を統括制御する。

関門制御装置６０は、各蓄電池装置１０−１、１０−２、・・・１０−ｎ内に設けられている。各蓄電池装置１０−１、１０−２、・・・１０−ｎ内の関門制御装置は、マスター制御装置８０と通信バスラインを介して接続されて、相互に通信を行うことができる。マスター制御装置８０は、内部にマイクロプロセッサを含む制御部を有するとともに、外部と通信を行うための送受信器を備える。またマスター制御装置８０は、遮断器１２−１、１２−２・・・１２−ｎの状態も監視している。

上記したように、この蓄電池装置は、組電池ユニット毎に独立したスイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂを持つ。このために直流母線(組電池ユニット出力端子を並列接続している配線)に対して組電池ユニット毎に独立して投入・解列（開放）を行うことができる。開列或いは開放とは、他の電池ユニットとの接続状態から、非接続状態に設定する、或いは切り離すことである。

従って、起動時に組電池ユニットの出力電圧（例えば、電流センサ４１の検出値から求める電圧）と直流母線の電圧差が大きい組電池ユニットが検出された場合、この検出された組電池ユニットだけ起動を中止することができる。例えば、ある組電池ユニット内の電池モジュールが取り離されていたり、あるいは短絡していたり、故障していたような場合、この電池モジュールを含まない組電池ユニットを構成することができる。また、ある組電池ユニットまたは組電池ユニット内の電池モジュールに障害が発生したとき、障害が発生した組電池ユニットだけを解列し、蓄電池装置全体としては、運転を継続することが可能になる。

異常状態（障害）が発生した場合（例えば異常な温度情報、異常な電流、異常な電圧降下）、このことは、電池管理装置４４により検出される。そして、組電池ユニット内のスイッチ回路４２がオフされ、装置全体の安全が得られる。

さらに、運転状態にある組電池ユニット数またはそれらの合計出力容量、残容量の情報を関門制御装置を経由してパワーコンディショナ１４やマスター制御装置８０へ伝達することができる。この伝達経路は、イーサーネット（登録商標）など各種通信ネットワークを利用することができる。パワーコンディショナ１４は、各組電池ユニット２０−１・・・２０−１６から送られてくる直流電流を交流電流に変換する。

本実施形態のパワーコンディショナ１４は、その受信した情報に応じて電力出力制限を行ったり、組電池ユニット若しくは蓄電装置の動作を停止したりして、蓄電システムの保護動作を行うことができる。例えば、出力を一定に維持する必要がある場合、組電池ユニット側から異常な電流が出力されているような場合、出力を抑制また停止することができる。さらには、組電池ユニット側の出力が弱くなり、逆潮流を生じる可能性がある場合は、動作を停止させることができる。

上記した様に、組電池ユニット毎に独立して起動・停止が可能で、かつ、それらの状態を上位システムである関門制御装置、マスター制御装置、パワーコンディショナ１４へ伝達する手段を設けている。よって、マスター制御装置、関門制御装置とそれらを結ぶ通信線の情報処理量を超えない範囲で、任意の数だけ組電池ユニットを接続しても安全を保つことが可能である。

この結果、ユニット毎に自立して、出力のオンオフ制御ができる組電池ユニットの並列接続を可能とする手段により、任意容量の大規模蓄電池装置を得られるようになった。

さらに本装置では、図１内のＳ１で示すように、組電池管理装置４４の起動を関門制御装置６０が制御する手段を有し、組電池監視装置３２の起動を組電池管理装置４４が制御する手段を有する。このように、電池モジュール及び又は組電池ユニットの故障及び異常発生時は、組電池ユニットの上位側の装置で制御するため、最上位に位置する装置からシステム内の全装置を制御することが可能である。また、関門制御装置６０が動作不能となった場合は、電池管理装置４４がこれを判断する手段を有し、電池管理装置４４が電源を停止し、スイッチ回路（開閉装置）４２Ａ，４２Ｂを開放する手段を有する。

本実施例では、組電池監視装置４４で計測する各電池の電圧にバラつきが発生した際には、関門制御装置６０から組電池管理装置４４に指令信号を送り、組電池管理装置４４から組電池監視装置３２に指令信号を送り、セルバランス制御を行なう手段をもつ。

本実施例では、関門制御装置からの主回路電圧と組電池ユニット電圧を比較し、差がある場合は、組電池ユニット内のスイッチ回路（開閉装置）異常であることを判断する機能をもつ。具体的には、サービスプラグ内のヒューズの選定で、１２０Ａのヒューズを選定したとして、ヒューズの劣化等を考慮して、２割のマージンを確保するために、例えば１００Ａ以下のラッシュ電流に抑えたいとする。想定している組電池ユニットの内部抵抗値を例えば２６０ｍオームとすると、２６Ｖ以下の電位差であれば、ヒューズにダメージを与えることなく、システム起動できる。もし、開閉装置をオフに制御しているにも関わらず、２６Ｖより大きい電位差があれば、ヒューズの溶融があるので、このときは開閉装置異常と判断できる。

また上記のようにヒューズを活用してスイッチ回路（開閉装置）の異常を判断する機能を持つので、後でフローチャートを参照して説明するが、本システムの点検保守方法も独自の工夫がなされている。

また、本実施形態では開閉装置を具備しているため、開閉装置の許容電流値も勘案したうえで、上記電位差を決定するものとする。また、開閉装置がオフ状態において、上記電位差が２６Ｖ以上ある場合は、関門制御装置６０からの主回路電圧通知による電圧値と電池管理ユニット４４で計算した組電池ユニットの出力電圧値との差が、２６Ｖ以下になるまで待機し、上位からの指令を待って、起動することとする。

本実施例では、電池からの漏液等による地絡(例えば、直流地絡等)を検出するために、組電池ユニット毎にセンサを具備し、漏電検出を行う機能をもつ。

さらに本実施例では、組電池モジュールを直並列に構成し、組電池ユニットを構築するため、組立時・分解時、及びメンテナンス時に高電圧部での感電の恐れがあるため、組電池ユニット内の総電圧を遮断するためにサービスプラグ（サービスディスプラグ）を具備する。このサービスプラグを組電池ユニットの中間電位部に設置することで、短絡時に異常電流発生を最低限に留められることと、短絡部以外の健全な組電池モジュールの保護が可能である。

図３（Ａ），図３（Ｂ）、図３（Ｃ）は、本実施形態に係る組電池ユニット毎のメンテナンスが行われる際に、電池管理装置４４の電源状態を説明する図である。

本実施例では、通常モード起動時には関門制御装置６０から電源供給信号を受信することで、組電池管理装置４４が起動するが、保守モード起動時には上記電源供給信号を受信せずに組電池管理装置４４を起動する独自の仕様である。

このために開閉装置が開のままで、安全に組電池ユニット毎に設置される電池管理装置４４のメンテナンスを実施することができる。具体的には、保守電源供給信号は、例えば図３（Ａ）に示すようにメンテナンスコネクタ４４ｂから与えられる。メンテナンスコネクタ４４ｂの保守電源供給信号入力部は、通常モード起動時はＨレベル（例えば、＋５Ｖプルアップ）であり、保守モード時はＬレベル（例えば、GNDショート）とし、ノイズ耐性等の観点より、負論理の回路構成とする。メンテナンスコネクタ４４ｂは、手動で操作できる操作子でもよい。

本実施形態では、メンテナンスコネクタ４４ｂに例えば外部端末２００を接続することが可能であり、外部端末２００が接続されると、保守電源供給信号を受付可能となる。また外部端末２００により、電池管理装置４４が取得して、本来は関門装置６０へ通知する各種のデータをモニタすることができる。また外部端末２００から電池管理装置４４へテスト信号を与えることも可能である。テスト信号としては、例えば電池管理ユニット３２へ電源制御信号が出力されているか、データアクセスのためのコマンドが出力されているかどうかの点検用などで、ソフトウエアが正常に動作しているかどうかの点検用である。

図３（Ｂ）、図３（Ｃ）には、電池管理装置４４における、電源供給信号、保守電源供給信号、通常モード起動、保守モード起動、電源オフの各状態を示している。但し、電源供給信号及び保守電源供給信号が同時に入力された場合を想定しており、別々に入力された場合は、メンテナンス時の安全を考慮し、先行した信号を優先し、モード移行は認めないこととする。“Ｈ”は論理ハイレベル、“Ｌ”は論理ローレベルである。電源供給信号と、保守電源供給信号の論理に応じて、丸印のように通常モード状態、保守モード状態、電源オフ状態が決まる。

図４、図５を用いて、本実施形態における保護協調の実施例について説明する。ここでは蓄電池装置と電池端子盤との間で短絡事故が生じた場合のシステム保護機能を説明する。図１の例は、電池モジュールが２２個直列で１６並列であるが、本実施例では電池モジュールを２２個直列接続したものを７並列で構成し、この組電池ユニット群を１つの関門制御装置に接続するシステムで説明する。

例えば、図４の端子Ｔ１，Ｔ２が接触する（例えば、外部短絡する）ことで、組電池ユニット群と電池端子盤間で短絡が発生した場合の短絡電流は、以下の式で計算できる。

配線抵抗を１ミリオームし、２０Ａｈのセル（電池）単体の内部抵抗を２ミリオームとすると、組電池ユニット単体の抵抗値Riは、下記(a)となる。

Ri=(2ミリオーム×22s×12s)/(7p×2p)=37.7ミリオーム・・・(a)
接触した端子Ｔ１、Ｔ２の部分で流れる電流値Isは、
Is=713Ｖ/(37.7ミリオーム+1ミリオーム)=18,400Ａとなり、
各ヒューズに流れる電流値I’sは、下記(b)となる。

I’s=2,630Ａ・・・(b)
なお上記式の右辺のsはシリアル（直列）、pはパラレル（並列）を示している。

図５に保護協調を実現するための許容電流値と時間の関係を示すグラフを示す。図には短絡が生じた際の電流値が取り得る幅Ａを示している。組電池ユニット出力を７１３Ｖとして、１ミリオーム状態での短絡電流を２６３０Ａ、組電池ユニット出力を４４８Ｖとして、１ミリオーム状態での短絡電流を１６５０Ａとして示している。

さらに、ヒューズの溶融特性カーブＣＨ１を示している（ヒューズは商品名HINODE 750GH-125）。またスイッチ回路が接続されているライン（商品名OMRON G9EC-1-B-AQ）の許容電流閾値の温度−時間特性カーブＣＨ２を示している。さらに組電池ユニット内のモジュール内のセル間を接続するバスバー用談溶断閾値ＰＸ（＝１６００Ａ）を示している。この図５から分かるように、幅Ａ内の電流が流れた場合、ヒューズは０．１秒以内に溶断し、組電池ユニットが解列される。

したがって、上記の解析結果より、組電池ユニット外部で短絡が発生した場合は、組電池ユニット内のサービスプラグに内蔵するヒューズで組電池、及び開閉装置を保護できるようなシステムを実現できる。

図６、図７を用いて、本実施形態における保護協調の他の実施例を説明する。ここでは電池端子盤とパワーコンディショナとの間で短絡事故が生じた場合のシステム保護機能を説明する。図１の例と同じく、本実施例でも電池モジュールを２２個直列接続したものを１６並列で構成し、更にそれらを１０並列で構成し、この蓄電池装置出力をパワーコンディショナ接続するシステムで説明する。

まず組電池ユニット群と電池端子盤間の端子Ｔ１，Ｔ２で短絡が発生した場合の短絡電流は、以下の式で計算できる。配線抵抗を１ミリオームとし、２０Ａhセル単体の内部抵抗を2ミリオームとすると、組電池ユニット単体の抵抗値は、下記(c)となる。

Ri=(2ミリオーム×22s×12s)/(16p×2p)=16.5ミリオーム・・・(c)
端子Ｔ１，Ｔ２部で流れる電流値Is’’は、
Is’’=713Ｖ/(16.5ミリオーム+1ミリオーム)=40,700Ａとなり、
各ヒューズに流れる電流値Is’’’は、下記(d)となる。

Is’’’=2,550Ａ・・・(d)
また、電池端子盤とパワーコンディショナ間の端子Ｔ３，Ｔ４で短絡が発生した場合の短絡電流Is’’’’は、下記(e)となる。

Is’’’’=713Ｖ/(1.65ミリオーム+1ミリオーム)
=269,000Ａ・・・(e)
ヒューズ単体に流れる電流値Is’’’’’は、下記(f)となる。

Is’’’’’=1,680Ａ・・・(f)
なお上記式の右辺のsはシリアル（直列）、pはパラレル（並列）を示している。

図７には、保護協調を実現するための許容電流値と時間の関係を示すグラフを示す。図には端子Ｔ１、Ｔ２、及び端子Ｔ３，Ｔ４で短絡が生じた際の電流値が取り得る幅Ｂを示している。端子Ｔ３，Ｔ４で短絡があった場合は、組電池ユニット出力を７１３Ｖとして、１ミリオーム状態での短絡電流を１６８０Ａ、組電池ユニット出力を４４８Ｖとして、１ミリオーム状態での短絡電流を１０６０Ａとして示している。また、端子Ｔ１，Ｔ２で短絡があった場合は、組電池ユニット出力を７１３Ｖとして、１ミリオーム状態での短絡電流を２５５０Ａ、組電池ユニット出力を４４８Ｖとして、１ミリオーム状態での短絡電流を１６００Ａとして示している。

さらに、ヒューズの溶融特性カーブＣＨ３を示している（ヒューズは商品名HINODE 750GH-100）。またスイッチ回路が接続されているライン（商品名Kilovac EV200AAANA）の許容電流閾値の温度−時間特性カーブＣＨ４を示している。さらに組電池ユニット内のモジュール内のセル間を接続するバスバー用談溶断閾値ＰＸ（＝１６００Ａ）を示している。この図７から分かるように、幅Ｂ内の電流が流れた場合、ヒューズは０．１秒以内に溶断し、組電池ユニットが解列される。

したがって、上記の解析結果より、組電池ユニット外部で短絡が発生した場合は、組電池ユニット内のサービスプラグに内蔵するヒューズで組電池、及び開閉装置を保護できるようなシステムを実現できる。

上記した手段により、電池端子盤(MASTER部)１２及び関門制御装置６０自身がヒューズを持たなくても、組電池ユニット内でサービスディスクコネクトを設置すれば、電池の破裂・発火、及び組電池内のバスバー溶断等から電池を保護することができる。また、サービスプラグ内にヒューズを内蔵することで、消耗部品となるヒューズの交換が容易となる。

図８は、本実施形態における蓄電池装置の保守点検手順を説明するためのフローチャートである。

例えば組電池ユニット２０−１において充放電ができないことが電池管理ユニット４４により判定されたとする。すると、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂがオフ制御され、遮断器１２−１が「開」にされ、ヒューズを内蔵するサービスディスコネクタ４６の接点間抵抗が測定される（ステップＳＡ１）。この測定の結果、ヒューズが溶断（ヒューズ異常）されていた場合、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂの接点間抵抗測定を行い、スイッチ回路４２Ａの溶着の有無を点検する。溶着が有った場合は、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂを交換する（ステップＳＡ２、ＳＡ３）。

上記ヒューズが正常の場合、次に１２Ｖ電源電圧が正常か否かを電圧値により判断する（ステップＳＡ４）。１２Ｖ電源電圧が異常の場合、１２Ｖ電源装置の交換又はメンテナンスを行う（ステップＳＡ５）。

１２Ｖ電源電圧が正常の場合、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂの接点間抵抗測定を行い、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂの溶着の有無を点検する（ステップＳＡ６）。スイッチ回路４２Ａ，及び４２Ｂが異常の場合、スイッチ回路を交換する（ステップＳＡ７）。

スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂの溶着が無い場合、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂと電池管理装置４４との間に接続されているケーブルの抵抗を測定して、当該ケーブルの点検を行う（ステップＳＡ８）。ケーブルが異常の場合、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂと電池管理装置４４との間に接続されているケーブルを交換する（ステップＳＡ１０）。

ケーブルが正常の場合は、電池管理装置４４の点検を行う（ステップＳＡ９）。この点検は、例えば図３（Ａ）に示したパーソナルコンピュータ（端末２００）を利用して実施される。例えば端末２００からテスト信号が電池管理装置４４に入力され、電池管理装置４４の処理出力がチェックされる。電池管理装置４４が異常の場合は、電池管理装置が交換される（ステップＳＡ１１）。

図９、図１０は、図８に示した蓄電池装置の保守点検手順をさらに詳細に説明するためのフローチャートである。ここでは、ヒューズ溶断検出の実施例について説明する。特に本実施例では、溶断検出機能をもたないヒューズを使用しても、メンテナンス時に安全に検出ができる仕様である。

今、例えば組電池ユニット２０−１において充放電ができないことが電池管理ユニット４４により判定されたとする（ステップＳ８−１）。充放電の監視は、電池管理装置４４により行われている。電池管理装置４４は、充放電時の電流センサ４１からの電流検出を行い、また電池監視ユニット３２からの各電池の電圧情報を受信する。したがって、組電池ユニット２０−１及び又はこのユニットに含まれる電池モジュールの充放電が正常に行われているかどうかを判定することができる。

電池管理装置４４は、充放電ができないことを判定した場合、スイッチ回路４２Ａ、４２Ｂをオフ制御する（ステップＳ８−２）。また、関門制御装置６０に判定結果を通知する。関門装置６０は、組電池ユニット２０−１の充放電ができないことをマスター制御装置８０に伝達する。マスター制御装置８０は、例えば電池端子盤に設けられた警告手段(ランプ、音声など）を介してシステム管理者に異常情報を通知する。或いは、マスター制御装置８０がネットワークを介して、システム管理者に異常情報を通知してもよい。

上記したようにシステム管理者は、組電池ユニット２０−１の異常を認識できる。システム管理者は、保守点検のために遮断機１２−１を、例えば、手動により「開」にする（ステップＳ８−３）。次に、作業の安全を得るために、サービスディスコネクト４６の取り離しを行う（ステップＳ８−４）。次にサービスディスコネクト４６の両端の接点間の抵抗値を測定する（ステップＳ８−５）。

ここでサービスディスコネクト４６の接点間の抵抗値が、例えば、１ミリオーム以上であれば、ヒューズが溶断（異常）であると判定し（ステップＳ８−６，Ｓ８−７）、サービスディスコネクト４６（ヒューズを含む）の交換を行う（ステップＳ８−８）。

次に、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂの両端の接点間の抵抗値を測定する（ステップＳ８−９）。そして、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂが「開；open」状態、「閉;close」状態の何れかを判断する（ステップＳ８−１０）。スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂが「開；open」状態であれば、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂは正常と判定する（ステップＳ８−１１）。

スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂが「閉;close」のままであった場合は、スイッチ回路の接点が例えば大電流のために溶着している可能性がある。このような場合は、スイッチ回路４２Ａ及びそのケーブル（スイッチ回路４２Ａから電池モジュール３０−１までのケーブル、及びスイッチ回路４２Ａから、遮断器１２−１までのケーブル）の交換を行う（ステップＳ８−１２，Ｓ８−１３）。スイッチ回路４２Ｂ及びそのケーブル（スイッチ回路４２Ｂから電池モジュール３０−２２までのケーブル、及びスイッチ回路４２Ｂから、遮断器１２−１までのケーブル）に関しても同様な点検・保守作業を行う。

なおこの点検においては、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂが「開；open」状態であることを前提として行われる。この前提を確実にするために、例えば図３で説明した端末２００により、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂを「開；open」状態にする制御信号を電池管理装置４４に送るようにしてもよい。

先のステップＳ８−６において、サービスディスコネクト４６の接点間の抵抗値が１ミリオームより小さい場合は、ヒューズが正常であることである（ステップＳ８−１２）。次に、１２Ｖ電源電圧の確認を実施する（ステップＳ８−２２）。この確認も図３（Ａ）で示した端末２００を介して行われてもよいし、点検者が測定器を用いて行っても良い。

保守モードにおいても図１の直流電源装置７０からの１２Ｖ電源電圧が利用され、この電圧がＶＬ１を経由して電池管理装置４４に供給され、この電池管理装置４４からＶＬ２を経由して各電池監視ユニットに供給されている。

１２Ｖ電源電圧の確認は、例えば、電源電圧が８Ｖ以上であるか否かを端末２００が計測する。電源電圧が８Ｖ以上であれば、１２Ｖ電源系統は、正常であると判定する（ステップＳ８−２４）。

電源電圧が８Ｖより小さい場合は、１２Ｖ電源電圧系統が異常であると判定し、電源装置の交換を含めて、電源系統のメンテナンスを行う（ステップＳ８−３１，Ｓ８−３２）。

１２Ｖ電源系統は、正常であると判定された場合、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂの両端の接点間の抵抗値を測定する（ステップＳ８−２５）。そして、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂが「閉;close」のままであった場合は、スイッチ回路の接点が例えば大電流のために溶着している可能性がある。このような場合は、スイッチ回路４２Ａ及びそのケーブル（スイッチ回路４２Ａから電池モジュール３０−１までのケーブル、及びスイッチ回路４２Ａから、遮断器１２−１までのケーブル）の交換を行う（ステップＳ８−３３，Ｓ８−３４）。スイッチ回路４２Ｂ及びそのケーブル（スイッチ回路４２Ｂから電池モジュール３０−２２までのケーブル、及びスイッチ回路４２Ｂから、遮断器１２−１までのケーブル）に関しても同様な点検・保守作業を行う。

スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂが「開；open」であった場合は、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂは正常であると判定する（ステップＳ８−２８）。

次に、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂを取り離（ステップＳ８−２９）し、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂと電池管理装置４４間のケーブルの抵抗値を測定する（ステップＳ８−３０）。

ここで、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂと電池管理装置４４間が「開；open」であった場合は、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂと電池管理装置４４間のケーブルが異常、例えば、断線或いは接触不良と判定する（Ｓ８−４２）。この場合は、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂと電池管理装置４４間のケーブル及びスイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂを交換する（ステップＳ８−４３、Ｓ８−４４）。次に、サービスディスコネクト４６を取り付けて、起動シーケンスにより組電池ユニット２０−１を起動する。

この場合、図３（Ａ）で示したように、電池管理装置４４は、端末２００により独自に独立した制御を行われることが可能である。つまり、保守モードにおいては、関門制御装置６０とは切り離して、端末２００による制御が可能であり、端末２００は電池管理装置４４の動作状況及び電池管理装置４４からの通知データをモニタすることができる。したがって、電池管理装置４４は、端末２００からの制御に基づいて、例えばスイッチ回路４２Ａ，４２Ｂをオフにした状態で、各電池監視ユニット３２を起動し、電池モジュールの状態を把握することができる。これにより、電池モジュール３０−１〜３０−２２による電池モジュール直列回路の充放電機能を点検可能である。この点検においては、例えば別途用意した充放電経路を接続して点検が実施される。

スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂと電池管理装置４４間のケーブルの抵抗値を測定（ステップＳ８−３０）した際、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂと電池管理装置４４間が「閉;close」であった場合は、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂと電池管理装置４４間のケーブルは正常と判断する（ステップＳ８−５１）。

次に、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂを取り離し、電池管理装置４４に接続されているケーブルを接続した状態で、電池管理装置４４だけに対する点検を行う。例えば図３（Ａ）で示した端末２００によりテスト信号を与える（ステップＳ８−５２、Ｓ８−５３）。テスト信号は、予め電池管理装置４４と端末２００との間で取り決めているプログラムを起動し、テスト信号入力に対する処理出力をチェックする方法がとられる。

上記のテストの結果、電池管理装置４４が正常であると端末２００で判定された場合、スイッチ回路４２Ａ、及び４２Ｂを取り付け、サービスディスコネクト４６を取り付けて、先のステップＳ８−４６と同様に起動する（ステップＳ８−５６，Ｓ８−５７，Ｓ８−５８）。逆に上記のテストの結果、電池管理装置４４が故障であると端末２００で判定された場合、古い電池管理装置を取り離し、新しい電池管理装置を取り付ける（ステップＳ８−５４，Ｓ８−５５）。

本実施の形態によれば、サービスディスコネクトに内蔵されるヒューズに溶断検知機能がなくても安全に確実に溶断検出ができ、且つその他装置の故障検出も容易に実施可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０−１、１０−２、１０−ｎ・・・蓄電池装置、１２・・・電池端子盤、１２−１、１２−２、１２−ｎ・・・遮断機、１４・・・パワーコンディショナ、２０−１、２０−２、２０−１６・・・組電池ユニット、３０−１、３０−２１、３０−２２・・・電池モジュール、３２・・・電池監視ユニット、４４・・・電池管理装置、５１・・・プラス充放電端子、５２・・・マイナス充放電端子、６０・・・関門制御装置、８０・・・マスター制御装置。

Claims (10)

1. 直列接続された複数の電池と前記複数の電池の電圧及び温度を監視する電池監視ユニットを含む電池モジュールと、
   複数の前記電池モジュールを直列接続されたモジュール直列回路と、
   前記モジュール直列回路に流れる電流を検出する電流センサと、
   前記モジュール直列回路の直列経路内に設けられたサービスディスコネクトと、
   前記モジュール直列回路のプラス端子をプラス充放電端子に接続する経路と前記電池モジュール回路のマイナス端子をマイナス充放電端子に接続する経路との何れか若しくは両方の経路に設けられ、充放電路をオン又はオフするスイッチ回路と、
   複数の前記電池監視ユニットとの相互通信、前記電流センサの検出データの判定、及び前記スイッチ回路の制御を行うとともに、通常モードと保守モードの切換手段を有した電池管理装置と、
   前記モジュール直列回路、前記電流センサ、前記スイッチ回路及び前記電池管理装置をそれぞれを含む複数の組電池ユニットと、
   前記複数の組電池ユニット内の複数の前記電池管理装置と相互通信を行う関門制御装置とを有し、
   前記電池管理装置は、前記通常モードの起動時には前記関門制御装置からの電源供給制御信号で起動し、前記保守モードの起動時には前記電源供給信号とは独立した保守電源供給信号で起動するように構成した蓄電池装置。
2. 前記通常動作モード及び保守モードの前記電池管理装置は、動作用の直流電源が上位のマスター制御装置から給電される請求項１記載の蓄電池装置。
3. 前記通常モードの前記電池管理装置は、
   前記関門制御装置からの起動信号で起動され、前記電池監視ユニットを起動する手段と、
   前記関門制御装置が異常であることを判断したときは前記スイッチ回路をオフする手段と、
   を含む請求項２記載の蓄電池装置。
4. 前記電池管理装置は、
   前記保守モードで使用されるメンテナンスコネクタを有し、前記メンテナンスコネクタに接続される外部端末により前記起動及びデータ交信を実行される請求項２記載の蓄電池装置。
5. 前記電池管理装置は、
   前記電流センサの電流検出信号若しくは管理下の前記電池監視ユニットからの通知データに基づいて計算した前記モジュール直列回路の出力電圧の値と、
   前記関門制御装置からの情報に基づく前記充放電端子側の上位回路側の電圧の値と、を比較し
   前記モジュール直列回路及び又は前記スイッチ回路の異常判定を行う手段を含む請求項２記載の蓄電池装置。
6. 前記関門制御装置は、前記電池管理装置に対してセルバランス処理に関する指令信号を送信する手段を有し、
   前記電池管理装置は、前記指令信号を中継して管理下の電池監視ユニットに対して前記指令信号を送信する手段を有し、
   前記電池監視ユニットは、前記指令信号に応答して監視下のセルに対してセルバランス処理を実施する手段を有する
   請求項２記載の蓄電池装置。
7. 前記直列モジュール回路の漏電を検出し、検出信号を前記電池管理装置に入力する漏電センサをさらに有したこと請求項２記載の蓄電池装置。
8. 前記サービスディスコネクトは、前記直列モジュール回路の直列路の中間位置に設けられている請求項２記載の蓄電池装置。
9. 直列接続された複数の電池と前記複数の電池の電圧及び温度を監視する電池監視ユニットを含む電池モジュールと、
   前記電池モジュールを複数直列接続されたモジュール直列回路と、
   前記モジュール直列回路の直列経路内に設けられ、ヒューズを含むサービスディスコネクトと、
   前記モジュール直列回路のプラス端子をプラス充放電端子に接続する経路と前記電池モジュール回路のマイナス端子をマイナス充放電端子に接続する経路との何れか若しくは両方の経路に設けられ、充放電路をオン又はオフするスイッチ回路と、
   複数の前記電池監視ユニットとの相互通信、及び前記スイッチ回路の制御を行うとともに、通常モードと保守モードの切換手段を有した電池管理装置と、
   前記モジュール直列回路の出力をパワーコンディショナに接続又は遮断状態にする遮断器を有する蓄電装置の点検保守方法であって、
   前記遮断器を「開」とし、前記サービスディスコネクトを取り外した状態で、前記ディスサービスコネクタの接点間の抵抗値を測定することで前記ヒューズの溶断又正常を点検し、
   前記ヒューズが異常の場合、前記スイッチ回路の接点間の抵抗値の第１回目の測定を行うことで前記スイッチ回路の溶着又は又正常を点検し、
   前記ヒューズが正常の場合、前記電池管理装置の電源電圧の電圧値を比較用電圧値と比較することで正常又は異常を点検し、
   前記電源電圧が正常の場合、前記スイッチ回路接点間の抵抗値の第２回目の測定を行うことで前記スイッチ回路の溶着又は又正常を点検し、
   前記スイッチ回路が正常の場合、前記スイッチ回路と前記電池管理装置間のケーブルの抵抗値を測定することで前記ケーブルの正常又は異常を点検し、
   前記ケーブルが正常の場合、前記電池管理装置にテスト信号を与えて点検する
   蓄電装置の点検保守方法。
10. 前記ヒューズが異常の場合、前記ディスサービスコネクタを新しいディスサービスコネクタと交換し、
    前記電源電圧異常の場合、前記電源電圧を出力している直流電源装置を新しい直流電源装置と交換し、
    前記ケーブルが異常の場合、前記ケーブルを新しいケーブルと交換し、
    前記電池管理装置が異常の場合、前記電池管理装置を新しい電池管理装置と交換する請求項９記載の蓄電装置の点検保守方法。

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