JP2015068784A - Battery-pack-state diagnostic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、組電池の状態診断装置に関するものである。 The present invention relates to an assembled battery state diagnosis apparatus.
特許文献1には、系統電力を直流電力に変換して鉛蓄電池を充電し、鉛蓄電池に蓄積された電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力貯蔵装置に関する技術が開示されている。
ところで、特許文献1に開示された技術では、鉛蓄電池の構成の詳細については開示されていないが、このような目的のために使用される鉛蓄電池としては、複数の鉛蓄電池が直列接続されて構成されるものが少なくない。このように直列接続された鉛蓄電池を使用する場合、全ての鉛蓄電池が同時に劣化または故障するのではなく、劣化または故障の進行にばらつきが生じる場合があった。より具体的には、図22の左側に示すように、10個の鉛蓄電池14−1〜14−10が直列接続されている場合において、図22の中央に示すように鉛蓄電池14−3のみが故障してしまう場合がある。あるいは、図22の右側に示すように鉛蓄電池14−7の劣化が最も早く進み、鉛蓄電池14−4がその次に劣化が進む場合がある。しかしながら、特許文献1に開示された技術では、個々の鉛蓄電池の状態を監視することができない。また、一般的に、電力貯蔵装置の場合には、鉛蓄電池やAC/DCインバータ等には大きな電流が流れるため、鉛蓄電池を監視する場合、このような電流によって生じるノイズや外部のノイズの影響を受けやすいという問題点がある。
By the way, in the technique disclosed by
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、直列接続された複数の二次電池を構成する個々の二次電池の状態を精度よく診断し、また、ノイズの影響下でも確実に検出することが可能な組電池の状態診断装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and accurately diagnoses the state of individual secondary batteries constituting a plurality of secondary batteries connected in series, and reliably under the influence of noise. It is an object of the present invention to provide an assembled battery state diagnosis device that can be detected.
上記課題を解決するために、本発明は、複数の二次電池が直列接続されて構成される組電池と、前記組電池が有する1または複数の二次電池に対して1つずつ設けられ、これら1または複数の二次電池のそれぞれの端子電圧を測定する測定手段と、前記測定手段へ測定タイミングを送信する測定タイミング送信手段と、前記測定手段によって測定された端子電圧に関する情報に基づいて、前記1または複数の二次電池のそれぞれの状態を判定する判定手段と、を有し、前記測定タイミング送信手段は、測定を実行する全ての測定手段が同じタイミングで測定を行うように、測定手段に対して測定開始のタイミングを通知するとともに、各測定手段によって得られた端子電圧に関する情報に基づいて前記1または複数の二次電池のそれぞれの状態を判定することを特徴とする。
このような構成によれば、直列接続された複数の二次電池を構成する個々の二次電池の状態を精度よく診断し、また、ノイズの影響下でも確実に検出することが可能になる。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is provided with one assembled battery configured by connecting a plurality of secondary batteries in series and one or a plurality of secondary batteries included in the assembled battery, Based on information on the terminal voltage of each of the one or more secondary batteries, measurement timing transmission means for transmitting measurement timing to the measurement means, and information on the terminal voltage measured by the measurement means, Determination means for determining the state of each of the one or more secondary batteries, and the measurement timing transmission means is a measurement means so that all measurement means that perform measurement perform measurement at the same timing. Is notified of the timing of the start of measurement, and the state of each of the one or more secondary batteries based on the information on the terminal voltage obtained by each measuring means And judging a.
According to such a configuration, it is possible to accurately diagnose the state of individual secondary batteries constituting a plurality of secondary batteries connected in series, and to reliably detect even the influence of noise.
また、本発明は、前記判定手段は、充電後において前記測定手段によって測定される端子電圧の経時変化に基づいて前記1または複数の二次電池の状態をそれぞれ判定することを特徴とする。
このような構成によれば、測定前に充電を実行し、直前の放電による測定に対する影響を軽減することで、二次電池の状態を正確に判定することができる。
In addition, the present invention is characterized in that the determination means determines the state of the one or more secondary batteries based on a change with time in the terminal voltage measured by the measurement means after charging.
According to such a configuration, it is possible to accurately determine the state of the secondary battery by executing charging before measurement and reducing the influence on the measurement due to the previous discharge.
また、本発明は、前記判定手段は、前記組電池を充電可能容量の85%以上充電した後に、前記端子電圧の経時変化に基づいて前記1または複数の二次電池の状態をそれぞれ判定することを特徴とする。
このような構成によれば、このような構成によれば、直前の放電による測定に対する影響をより確実に軽減することで、二次電池の状態を正確に判定することができる。また、過充電への耐性が高い鉛蓄電池の場合には、SOC=100%相当の充電量を超えて、さらに継続して充電を行うことで、二次電池間のSOCの不均衡を是正することができるとともに、鉛蓄電池の極板上の硫酸鉛を減少させ、現状の電池の劣化因子を低減し、電池における回復不能な劣化状態をより正確に推定することが可能になる。
In the present invention, the determination means determines the state of the one or more secondary batteries based on a change with time of the terminal voltage after charging the assembled battery by 85% or more of the chargeable capacity. It is characterized by.
According to such a configuration, according to such a configuration, the state of the secondary battery can be accurately determined by more reliably reducing the influence on the measurement due to the immediately preceding discharge. Moreover, in the case of a lead-acid battery with high resistance to overcharge, the SOC is exceeded and the battery is continuously charged to correct the SOC imbalance between the secondary batteries. In addition, it is possible to reduce lead sulfate on the electrode plate of the lead storage battery, reduce the deterioration factor of the current battery, and more accurately estimate the unrecoverable deterioration state of the battery.
また、本発明は、前記判定手段は、前記組電池の充放電履歴を参照し、測定開始直前の一定期間における充電量が放電量を所定量上回る場合に、前記端子電圧の経時変化に基づいて前記1または複数の二次電池の状態をそれぞれ判定することを特徴とする。
このような構成によれば、測定を実行するタイミングを選択することで、直前の放電による測定に対する影響をより軽減することで、二次電池の状態を正確に判定することができる。
Further, according to the present invention, the determination means refers to the charge / discharge history of the assembled battery, and when the charge amount in a certain period immediately before the start of measurement exceeds the discharge amount by a predetermined amount, based on the change with time of the terminal voltage. The state of each of the one or more secondary batteries is determined.
According to such a configuration, it is possible to accurately determine the state of the secondary battery by further reducing the influence on the measurement by the immediately preceding discharge by selecting the timing for performing the measurement.
また、本発明は、前記測定タイミング送信手段は、無線伝送によって前記測定開始のタイミングを通知することを特徴とする。
このような構成によれば、有線によって送信タイミングを送信する場合に比較して、ノイズに対する耐性を高めることができる。
Moreover, the present invention is characterized in that the measurement timing transmission means notifies the measurement start timing by wireless transmission.
According to such a configuration, it is possible to increase resistance to noise as compared with a case where transmission timing is transmitted by wire.
また、本発明は、前記系統電力の交流電力を直流電力に変換して前記組電池を充電するとともに、前記組電池の直流電力を交流電力に変換して前記系統電力に放電する電力変換手段を有する電力貯蔵装置に用いられることを特徴とする。
このような構成によれば、充放電が頻繁に実行される電力貯蔵装置が有する二次電池の状態を精度よく診断することで、二次電池の劣化を確実に検出することができる。
Further, the present invention provides power conversion means for converting the AC power of the grid power to DC power to charge the assembled battery, and converting the DC power of the assembled battery to AC power and discharging it to the grid power. It is used for the electric power storage apparatus which has.
According to such a configuration, deterioration of the secondary battery can be reliably detected by accurately diagnosing the state of the secondary battery included in the power storage device that is frequently charged and discharged.
また、本発明は、前記電力変換手段と前記組電池との間に配置され、これらの間における電力の授受を断続するための断続手段を有し、前記判定手段は、前記測定手段によって前記1または複数の二次電池を測定する際には、前記断続手段を遮断することで前記電力変換手段と前記組電池との間における電力の授受を停止することを特徴とする。
このような構成によれば、充電を停止するタイミングを正確に制御することができることから、二次電池の状態を正確に判定することができる。
Further, the present invention includes an intermittent means that is arranged between the power conversion means and the assembled battery, and interrupts the exchange of electric power between them. Alternatively, when measuring a plurality of secondary batteries, the power transmission / reception between the power conversion means and the assembled battery is stopped by interrupting the intermittent means.
According to such a configuration, the timing of stopping charging can be accurately controlled, so that the state of the secondary battery can be accurately determined.
本発明によれば、直列接続された複数の二次電池を構成する個々の二次電池の状態を精度よく診断し、また、ノイズの影響下でも確実に検出することが可能な組電池の状態診断装置を提供することが可能になる。 According to the present invention, the state of an assembled battery that can accurately diagnose the state of individual secondary batteries constituting a plurality of secondary batteries connected in series and can be reliably detected even under the influence of noise. A diagnostic device can be provided.
次に、本発明の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.
(A)本発明の第1実施形態の構成の説明
図1は、本発明の第1実施形態に係る組電池の状態診断装置の構成例を示す図である。この図に示すように、電力貯蔵装置10は、電力変換部11、制御部12、演算部13、二次電池群14、および、親機16を有し、系統電力30および負荷50に接続される。なお、図1において太線は電力線を示す。電力貯蔵装置10は、系統電力30から供給される交流電力を直流電力に変換して二次電池群14を充電し、二次電池群14に蓄積された直流電力を必要に応じて交流電力に変換して負荷50に供給する。これにより、例えば、負荷50の消費電力が少なく、また、電力料金が安価な夜間に二次電池群14を充電し、消費電力が多く、また、電力料金が高価な昼間に二次電池群14に蓄積された電力を交流電力に変換して負荷50に供給することにより、電力消費を平準化するとともに、電力料金を抑制することきができる。また、電力消費のピークを抑制することにより、電力消費を契約電力内に抑えることができる。
(A) Description of Configuration of First Embodiment of the Present Invention FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an assembled battery state diagnosis device according to a first embodiment of the present invention. As shown in this figure, the
ここで、電力変換部11は、例えば、双方向インバータによって構成され、制御部12の制御に応じて、系統電力30から供給される交流電力を直流電力に変換して二次電池群14を充電するとともに、二次電池群14に蓄積されている直流電力を系統電力30と同じ電圧、周波数、および、位相の交流電力に変換して負荷50に供給する。
Here, the
制御部12は、図2に示すように、CPU(Central Processing Unit)121、ROM(Read Only Memory)122、RAM(Random Access Memory)123、計時部124、通信部125、提示部126、および、バス127を主要な構成要素とし、ROM122に格納されているプログラムに基づいて装置の各部を制御する。ここで、CPU121は、ROM122に格納されているプログラムを実行することにより、装置の各部を制御する。ROM122は、CPU121が実行するプログラムやデータを格納している。RAM123は、CPU121が実行するプログラムやデータを一時的に格納する。計時部124は、月、日、曜日、および、時刻等の情報を生成して出力する。通信部125は、電力変換部11および演算部13との間で情報を授受する。提示部126は、例えば、液晶ディスプレイ等によって構成され、様々な情報を視認可能な情報に変換して使用者(または、管理者もしくは運用者(以下、単に「使用者」と称する))に提示する。バス127は、CPU121、ROM122、RAM123、計時部124、通信部125、および、提示部126を相互に接続し、これらの間でデータの授受を可能とする。
As shown in FIG. 2, the
演算部13は、二次電池群14に設けられたセンサ部15−1〜15−nと親機16を介して通信を行い、制御部12から測定の開始が指示された場合には、親機16を介してセンサ部15−1〜15−nに対して測定開始信号を送信するとともに、測定開始信号によって測定されたデータを、親機16を介して受信し、二次電池群14を構成する各二次電池14−1〜14−nの状態を演算処理によって求め、制御部12に通知する。図3は、演算部13の構成例を示している。この図3に示すように、演算部13は、CPU131、ROM132、RAM133、計時部134、I/F部135、および、バス136を有している。CPU131、ROM132、RAM133は、前述したCPU121、ROM122、および、RAM123と同様の機能を有する。計時部134は、時刻情報を生成して出力する。I/F部135は、制御部12および親機16と接続され、これらとの間で情報を授受する。
The
二次電池群14は、複数の二次電池14−1〜14−nが直列接続されて構成される。なお、二次電池14−1〜14−nは、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、または、NAS(ナトリウム・硫黄)電池等によって構成される。なお、二次電池14−1〜14−nのそれぞれについては単一の二次電池によって構成されてもよいし、複数の二次電池が並列接続されて構成されるようにしてもよい。これらの二次電池14−1〜14−nは、例えば、棚状のラックに収容され、無線によって親機16と接続されるが、二次電池14−1〜14−nのそれぞれのサイズも大きく、また、個数も多いので、棚状のラックは非常に大きな規模となる。さらに、これらの電池を充放電する際には大きな電流が流れるとともに、電力変換部11では半導体素子等のスイッチングによって大きなノイズが発生する。なお、ラックは、シールドすることができないため、外部からのノイズもラック内に進入する。
The
センサ部15−1〜15−nは、二次電池14−1〜14−nのそれぞれに隣接して設けられ、親機16を介して演算部13から受信した指示に応じて二次電池14−1〜14−nの電圧および温度を測定し、測定によって得られた情報を、親機16を介して演算部13に供給する。図4は、センサ部15−1〜15−nの詳細な構成例を示している。なお、センサ部15−1〜15−nは同様の構成とされているので、これらをセンサ部15として説明する。センサ部15は、図4に示すように、CPU151、ROM152、RAM153、計時部154、無線通信部155、A/D(Analog to Digital)変換部156、バス157、電圧センサ158、および、温度センサ159を有している。ここで、CPU151、ROM152、および、RAM153は前述したCPU121、ROM122、および、RAM123と同様の機能を有する。計時部154は、時刻情報を生成して出力する。無線通信部155は、アンテナ155aを介して親機16との間で無線により通信を行う。A/D変換部156は、CPU151の制御に基づいて電圧センサ158および温度センサ159から出力されるアナログ信号をデジタル信号にA/D変換して出力する。電圧センサ158は、二次電池14−1〜14−nの端子電圧を検出して出力する。温度センサ159は、二次電池14−1〜14−n自体の温度、例えば、二次電池の正極の温度またはその周辺温度を検出して出力する。
The sensor units 15-1 to 15-n are provided adjacent to the secondary batteries 14-1 to 14-n, and the
図5は、親機16の構成例を示す図である。この図5に示すように、親機16は、CPU161、ROM162、RAM163、I/F部164、無線通信部165、および、バス166を有している。ここで、CPU161、ROM162、および、RAM163は前述したCPU121、ROM122、および、RAM123と同様の機能を有する。I/F部164は、演算部13と接続され、演算部13との間で情報を授受する。無線通信部165は、アンテナ165aを有し、センサ部15−1〜15−nとの間で、無線通信を行う。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the
(B)本発明の第1実施形態の動作の説明
つぎに、第1実施形態の動作について説明する。なお、以下では、UPS(Uninterruptible Power Supply)との動作を比較し、複数の二次電池を直列接続する場合の問題点を説明した後、本発明の第1実施形態の動作について説明する。
(B) Description of Operation of First Embodiment of the Invention Next, operation of the first embodiment will be described. In the following, the operation of the first embodiment of the present invention will be described after comparing the operation with UPS (Uninterruptible Power Supply) and explaining the problems when a plurality of secondary batteries are connected in series.
図6は、UPSと第1実施形態の動作を比較するための図である。図6の左側はUPSにおける二次電池の運用状況を示し、右側は第1実施形態における二次電池群14の運用状況を示している。UPSでは、二次電池は、SOC(State of Charge)が100%に近い状況で維持されており、停電が発生した場合には「UPS動作時のみ使用する領域」で運用がなされる。一方、第1実施形態では、SOCの0%〜20%の範囲が放電用マージンとして設定され、また、90%〜100%の範囲が充電用マージンとして設定され、20%〜90%の範囲が使用領域として設定される。すなわち、UPSでは、停電発生時以外には二次電池は放電されないためにSOCが100%に近い状態に維持されるが、第1実施形態では充電および放電が繰り返されることから、SOCが20%〜90%の範囲で使用される。
FIG. 6 is a diagram for comparing the operation of the UPS and the first embodiment. The left side of FIG. 6 shows the operation status of the secondary battery in the UPS, and the right side shows the operation status of the
図7は、UPSの二次電池の電圧、電流、SOC、および、ΔSOCの時間的な変化を示す図である。図7の左側に示すようにUPSでは、電圧、電流、および、SOCは時間的にほとんど変化しない。このため、SOCの時間的な変化を示すΔSOCは時間的にほとんど変化しない。一方、第1実施形態では、充放電が繰り返されることから、図の上から2番目に示すように、二次電池群14には充放電電流が流れ、それに応じて図の上から1番目に示すように二次電池群14の端子電圧は変化し、また、SOCも20%〜90%の間で変化する。このため、図の1番下に示すように、ΔSOCも時間的に変化することになる。
FIG. 7 is a diagram showing temporal changes in the voltage, current, SOC, and ΔSOC of the secondary battery of the UPS. As shown on the left side of FIG. 7, in the UPS, the voltage, current, and SOC hardly change with time. For this reason, ΔSOC indicating the temporal change of the SOC hardly changes with time. On the other hand, in the first embodiment, since charging / discharging is repeated, as shown in the second from the top of the figure, a charging / discharging current flows through the
つぎに、OCV(Open Circuit Voltage)の経時変化について説明する。図8は、二次電池群14を構成する二次電池14−1〜14−nが鉛蓄電池である場合の充電後のOCVの経時変化を示す図である。また、OCVの経時変化を示す図の下に記載されている図は二次電池内部のイオン分布を示している。この図に示すように、充電が停止されると、まず、導体抵抗分の電圧降下が支配的に生じる。つぎに、反応速度の速い極板付近でおこる電気化学反応が支配的に進行し、極板近傍でのイオンの濃度が低下を始めることから、導体抵抗分の電圧降下よりも少し緩やかな傾きで電圧が減少する。その後、遅い現象である電解液全体のイオン濃度が拡散などにより、均質化するので、緩やかな傾きで電圧が減少する。そして、充電停止から十数時間が経過すると、それぞれの反応が収束し、安定した状態になるため、OCVはそれぞれの反応が収束した結果として、全体での単位時間における電圧降下量が微小になり、安定電圧(二次電池の内部電位)と等しくなることから、数分間隔での電圧測定では、電圧測定値が一定になる。このように、鉛蓄電池は、OCVの変化が非常に緩やかに進行するが、これは鉛蓄電池の電解液である硫酸に含まれる硫酸イオンの拡散が1×10−5[cm2/sec]程度であり、1cm拡散するのに約1日を要するためである。なお、鉛蓄電池以外の二次電池の候補の1つとして、リチウムイオン電池が挙げられる。リチウムイオン電池の反応速度や電解液のイオン拡散速度は鉛蓄電池より速いため、OCV測定中の電池電圧が安定するまでの時間が短くなり、1時間程度を要する。
Next, changes with time in OCV (Open Circuit Voltage) will be described. FIG. 8 is a diagram showing the time-dependent change in OCV after charging when the secondary batteries 14-1 to 14-n constituting the
このように、二次電池14−1〜14−nのOCVの変化は反応速度の速い反応と、緩やかに進行する反応が同時に進行するため、二次電池の14−1〜14−nの状態を正確に得るためには、反応速度に応じて個別に評価することを必要とする。そこで、本願発明者は、図9に示すように、OCVの電圧変化が速い領域(F_fast)と、遅い領域(F_slow)において電圧をサンプリングし、これらの領域のデータから電池状態を推定する(例えば、特許4702859号やWO2012/066643号)。このような方法によれば、電池の反応速度因子ごとに、電池の状態量を推定することが可能になる。 As described above, since the OCV of the secondary batteries 14-1 to 14-n changes simultaneously with a reaction with a fast reaction rate and a reaction that proceeds slowly, the states of the secondary batteries 14-1 to 14-n In order to obtain accurately, it is necessary to evaluate individually according to reaction rate. Therefore, as shown in FIG. 9, the present inventor samples voltages in a region where the OCV voltage change is fast (F_fast) and a slow region (F_slow), and estimates the battery state from the data in these regions (for example, Patent No. 4702859 and WO2012 / 066643). According to such a method, the state quantity of the battery can be estimated for each battery reaction rate factor.
ところで、図10(A)に示すように、OCVを測定する直前の状態が充電優位の状態である場合には、図8および図9に示すような標準的な電圧変化を示すが、図10(B)に示すように、放電優位の状態の場合には標準的な電圧変化とは異なる電圧変化を生じる場合がある。これについて簡単に説明すると、充電後と放電後のOCVの経時変化(OCV(t))は、図11のようになる。すなわち、充電後には図の上に示すように下に凸形状を有する充電後電圧曲線を示し、放電後には図の下に示すように上に凸形状を有する放電後電圧曲線を示す。なお、図11では、図面を簡略化するために、充電後と放電後の電圧変化曲線は略同じとしている。 By the way, as shown in FIG. 10A, when the state immediately before the OCV is measured is in a charge-dominant state, a standard voltage change as shown in FIGS. 8 and 9 is shown. As shown in (B), a voltage change different from a standard voltage change may occur in a discharge dominant state. This will be briefly described. The time-dependent change in OCV after charging and discharging (OCV (t)) is as shown in FIG. That is, after charging, a post-charge voltage curve having a convex shape as shown below is shown, and after discharging, a post-discharge voltage curve having a convex shape as shown in the bottom of the diagram is shown. In FIG. 11, the voltage change curves after charging and discharging are substantially the same in order to simplify the drawing.
図12に示すように、OCVを測定する直前の状態が充電であっても、それよりも前に放電の状態が存在する場合には、電圧変化には放電の影響も反映されることから、なだらかな変化ではなく、図12に示すように局部的な凹部が生じる変化となる。したがって、正確な安定電圧を測定するためには、直前の充放電状態のみならず、それよりも一定期間前の充放電状態についても留意する必要がある。 As shown in FIG. 12, even if the state immediately before measuring the OCV is charging, if there is a discharging state before that, the voltage change also reflects the influence of discharging. It is not a gentle change, but a change in which a local recess is generated as shown in FIG. Therefore, in order to measure an accurate stable voltage, it is necessary to pay attention not only to the previous charge / discharge state, but also to the charge / discharge state before a certain period.
また、第1実施形態では、二次電池群14は、複数の二次電池14−1〜14−nが直列接続されて構成されているので、例えば、5つの二次電池1〜5が直列接続されている場合、各二次電池の電圧変化は、図13に示すように、直列接続された電池群に対して同じ充電を実施しても電池の個別の劣化状態の違いにより、異なる特性を示す。より詳細には、図13では二次電池3が最も劣化が進んでおり、二次電池5がつぎに劣化が進んでおり、二次電池1,2,4が続いて劣化が進んだ状態となっている。ところで、このように複数の二次電池の電圧変化を測定して状態を推定する場合、複数の二次電池の測定タイミングを同期する必要がある。例えば、測定開始タイミングが二次電池間で異なる場合、ある二次電池では測定開始タイミングが図13に示すt1である一方で、他の二次電池では測定開始タイミングがt2(t2>t1)である場合が生じる。そのような場合には、測定開始時の電圧が異なることから、正確な電圧を推測できなくなってしまう。特に、充電停止直後の電圧変化は急激であることから、少しの時間的なずれが大きな誤差を生じてしまう。そこで、第1実施形態では、測定開始タイミングが二次電池14−1〜14−nの間で同期するように制御を行うとともに、サンプリングタイミングも同期するように制御がなされる。
In the first embodiment, the
つぎに、第1実施形態の動作について説明する。以下では、動作の概略について説明した後に、図16〜図18のフローチャートを参照して詳細な動作について説明する。まず、概略動作について説明する。二次電池群14の劣化を判定する場合、まず、制御部12は、演算部13に対して二次電池群14の測定を行うように要求する。なお、この要求は、制御部12のRAM123に対して、測定予定日時を使用者が予め入力しておき、CPU121が計時部124と、RAM123に記憶された測定予定日時とが一致した場合に要求を行うようにすることができる。また、予め設定するのではなく、測定を行うと使用者が判断し、図示しない操作部を操作することにより、要求を行うようにしてもよい。
Next, the operation of the first embodiment will be described. Hereinafter, after the outline of the operation will be described, the detailed operation will be described with reference to the flowcharts of FIGS. First, the general operation will be described. When determining the deterioration of the
制御部12のCPU121は、まず、電力変換部11に対して、充電を行うように指示する。電力変換部11は、系統電力30からの交流電力を直流電力に変換し、二次電池群14に供給して充電する。なお、電力変換部11は、例えば、二次電池群14に供給される電流を累積加算することで、二次電池群14を構成する二次電池14−1〜14−nのSOCを検出し、例えば、SOCが85%以上になるまで充電を行う。ここで、SOCが85%以上になるまで充電を行う理由について説明する。図14は、二次電池の充電容量(SOC)と、電池電圧との関係を電池の種類毎に示している。曲線C1は、Ni,Co系リチウムイオン電池の特性を示し、曲線C2はリン酸系鉄系リチウムイオン電池の特性を示し、曲線C3は鉛蓄電池の特性を示している。これらの曲線C1〜C3に示すように、どの曲線も85%を超えると、電圧の上昇量が増え、充電量に対して充電電圧が急激に増える(曲線の傾きが急に大きくなる)。この領域では、電池の不可逆反応が発生することから、二次電池の寿命も短縮する。このため、一般的には、85%以上を判断の基準値とすることが望ましい。
First, the CPU 121 of the
なお、例えば、二次電池14−1〜14−nが鉛蓄電池の場合、85%以上の具体的な数字としては、例えば、100%とすることができる。また、鉛蓄電池の場合、SOCが100%に到達後、さらにΔSOCで5%相当の充電処理を継続して実行することが望ましい。また、リチウムイオン電池の場合には、SOCが80〜100%の予め設定された値(具体的には前述した85%)になるように充電処理を実行する。このような動作により、OCV測定直前の状態を充電優位の状態にすることで、図10(B)に示すようなイレギュラな電圧変化が生じることを防止できる。また、過充電への耐性が高い鉛蓄電池の場合には、SOC=100%相当の充電量を超えて、さらに継続して充電を行うことで、二次電池間のSOCの不均衡を是正することができるとともに、鉛蓄電池の極板上の硫酸鉛を減少させ、現状の電池の劣化因子を低減し、電池における回復不能な劣化状態をより正確に推定することが可能になる。 For example, when the secondary batteries 14-1 to 14-n are lead storage batteries, a specific number of 85% or more can be set to 100%, for example. In the case of a lead-acid battery, it is desirable to continue to perform a charging process equivalent to 5% with ΔSOC after the SOC reaches 100%. In the case of a lithium ion battery, the charging process is executed so that the SOC becomes a preset value of 80 to 100% (specifically, 85% described above). By such an operation, the state immediately before the OCV measurement is made to be in a charging dominant state, so that it is possible to prevent an irregular voltage change as shown in FIG. Moreover, in the case of a lead-acid battery with high resistance to overcharge, the SOC is exceeded and the battery is continuously charged to correct the SOC imbalance between the secondary batteries. In addition, it is possible to reduce lead sulfate on the electrode plate of the lead storage battery, reduce the deterioration factor of the current battery, and more accurately estimate the unrecoverable deterioration state of the battery.
より具体的な充電方法としては、二次電池の充電時における充放電可能容量の増加と充電時電圧の増加の関係において、充電可能容量の増量に対して充電時電圧の増加量の増加傾向が現れるまで充電を実施する。例えば、二次電池群14が鉛蓄電池の場合には、1セル当たり2.4Vまで定電流(Constant Current)で充電し、該当電圧に到達した後は、定電圧(Constant Voltage)充電に切り換えて充電を継続し、充電電流が0.02CA程度まで減少するか、5時間が経過するか、あるいは、定電圧充電に切り換えた後の電流積算値(電流×時間)が定格容量[Ah]の5%相当になった時点で充電を停止する。なお、これ以外にも、例えば、定電流充電中の充電電流を多段階で変更するようにしても良い。
As a more specific charging method, there is an increasing tendency of the amount of increase in charging voltage with respect to the increase in chargeable capacity in the relationship between the increase in chargeable / dischargeable capacity and the increase in charging voltage when charging a secondary battery. Charge until it appears. For example, when the
また、例えば、燐酸鉄系のリチウムイオン電池を満充電にするための条件としては、例えば、Cレート換算で0.3〜1.0CA相当の電流で3.6Vまで定電流充電を実施し、3.6Vに到達後は定電圧充電を0.05CAになるまで実施することとすることができる。但し、これは満充電を行うための充電制御の一例であり、この満充電条件に限定されるものではない。なお、Cレートは、1時間で全容量が放電される放電電流に相当する。 For example, as a condition for fully charging an iron phosphate-based lithium ion battery, for example, constant current charging is performed up to 3.6 V with a current equivalent to 0.3 to 1.0 CA in terms of C rate, After reaching 3.6V, constant voltage charging can be carried out until reaching 0.05 CA. However, this is an example of charge control for performing full charge, and is not limited to this full charge condition. The C rate corresponds to a discharge current that discharges the entire capacity in one hour.
電力変換部11による充電が完了すると、制御部12は、電力変換部11に対して充電終了を指示するとともに、演算部13に対して測定開始を指示する。この結果、電力変換部11から二次電池群14への電力の供給が停止される。また、演算部13のCPU131は、制御部12から充電終了の指示を受信した場合には、計時部134の出力信号を参照し、一定の時間が経過したか否かを判定する。そして、充電終了から一定の時間が経過し、測定開始タイミングになった場合には、親機16の無線通信部165を介してすべてのセンサ部15−1〜15−nに対して測定開始信号を同時に送信する。なお、測定開始信号を同時に送信する方法としては、例えば、多点同時通信によって送信することができる。
When charging by the
センサ部15−1〜15−nのCPU151は、無線通信部155を介して測定開始信号を同時に受信する。CPU151は、測定開始信号を受信すると、サンプリングタイミングになったか否かを判定し、サンプリングタイミングになった場合には、A/D変換部156に対して、A/D変換を行うように指示する。なお、サンプリングタイミングか否かを判定する方法としては、例えば、測定開始信号を受信してから所定の時間が経過した場合にサンプリングタイミングであると判定したり、あるいは、演算部13が所定の時刻を測定開始時刻としてこれをセンサ部15−1〜15−nに一斉に通知し、CPU151が、計時部154が出力する時刻が、受信した測定開始時刻と一致した場合に、サンプリングタイミングと判定したりしてもよい。なお、センサ部15−1〜15−nが有する計時部154を同期するために、例えば、親機16から同期のための信号を送信し、この信号に基づいて計時部154を調整することで、全ての計時部154を同期するようにしてもよい。
The CPU 151 of the sensor units 15-1 to 15-n receives the measurement start signal simultaneously via the wireless communication unit 155. When the measurement start signal is received, the CPU 151 determines whether or not the sampling timing is reached. When the sampling timing is reached, the CPU 151 instructs the A / D conversion unit 156 to perform A / D conversion. . As a method for determining whether or not it is the sampling timing, for example, it is determined that it is the sampling timing when a predetermined time has elapsed after receiving the measurement start signal, or the
センサ部15−1〜15−nは、演算部13からの測定開始信号に基づいて二次電池14−1〜14−nの端子電圧および温度を電圧センサ158および温度センサ159によって測定し、A/D変換部156によってA/D変換した後、RAM153に測定データとして格納する。同様の動作は、センサ部15−1〜15−nの全てにおいて実行される。このようにして、測定された端子電圧および温度のデータは、親機16から測定結果の送信要求がなされた場合に、センサ部15−1〜15−n毎に親機16に送信される。全てのデータの転送が終了すると、演算部13は、サンプリング周期に対応する所定の期間待機した後、再度、測定開始信号を、親機16を介して全てのセンサ部15−1〜15−nに送信する。図15は、演算部13と15−1〜15−nの動作を説明するための図である。図15では、タイミングt1において親機16から全てのセンサ部15−1〜15−nに対して測定開始信号が無線により送信される(図15(A)参照)。そして、この測定開始信号を受信したセンサ部15−1〜15−nは、タイミングt2で同期して二次電池14−1〜14−nのそれぞれの端子電圧および温度をサンプリングする。そして、サンプリングによって測定されたデータは、センサ部15−1〜15−nの順に親機16に対して送信される。親機16は受信したデータを演算部13に供給する。同様の処理は、タイミングt3,t4およびタイミングt5,t6でも繰り返される。なお、測定開始信号が送信される周期は、例えば、τとされるが、測定開始信号が送信されてから一定のタイミングの後に測定が開始されるため、この周期τはサンプリング周期となる。
The sensor units 15-1 to 15-n measure the terminal voltages and temperatures of the secondary batteries 14-1 to 14-n by the
以上の動作は、所定の時間繰り返し実行される。そして、必要なデータが得られると、演算部13は、センサ部15−1〜15−nに対して要求を行う処理を終了する。つぎに、演算部13は、得られたデータを参照し、二次電池14−1〜14−nのそれぞれの電圧変化に基づいて、二次電池14−1〜14−nの劣化状態を推定する。なお、劣化状態を推定する方法としては、例えば、電圧の経時変化の基準電圧からの変化量(ΔV(t))を予め反応速度ごとに作成された参照関数を元に、反応速度成分の参照合成関数をΔV(t)に対してフィッティングを行い、合成関数を構成する成分となるフィッティング関数と、予め作成された反応速度ごとの参照関数と比較して評価することにより、電池の状態を推定する。このとき、反応速度ごとの複数の領域毎に電圧の積分値を求め、この積分値に基づいて状態を推定したりしても良い。なお、二次電池14−1〜14−nの特性は温度によって変化することから、温度によって推定結果を補正するようにしてもよい。
The above operation is repeatedly executed for a predetermined time. And when required data are obtained, the calculating
つぎに、演算部13は、二次電池14−1〜14−nの推定された劣化状態を制御部12に送信する。制御部12は、受信した劣化状態に基づいて、二次電池14−1〜14−nの劣化状態を提示部126に提示する。このようにして提示された情報を確認することで、使用者は、二次電池14−1〜14−nのそれぞれの状態を知ることができるとともに、交換が必要な二次電池が存在するか否かについても知ることができる。
Next, the
以上に説明したように、本発明の第1実施形態によれば、直列接続された複数の二次電池14−1〜14−nに対してセンサ部15−1〜15−nを設け、親機16から送信される測定開始信号に基づいて端子電圧および温度を測定し、測定されたデータに基づいて二次電池14−1〜14−nの状態を推定するようにしたので、複数の二次電池の状態を確実に推定することができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the sensor units 15-1 to 15-n are provided for the plurality of secondary batteries 14-1 to 14-n connected in series, The terminal voltage and temperature are measured based on the measurement start signal transmitted from the
また、複数のセンサ部15−1〜15−nが、親機16からの測定開始信号に同期して、二次電池14−1〜14−nの端子電圧および温度を測定するようにしたので、全ての二次電池14−1〜14−nが同じタイミングで測定される。これにより、全ての二次電池14−1〜14−nを同じ条件で測定することができることから、状態を正確に比較することができる。また、センサ部15−1〜15−nから親機16に対して、測定したデータを逐次送信するようにしたので、無線通信部155,165の通信能力があまり高くないものを使用することができる。
In addition, since the plurality of sensor units 15-1 to 15-n measure the terminal voltages and temperatures of the secondary batteries 14-1 to 14-n in synchronization with the measurement start signal from the
また、センサ部15−1〜15−nと親機16は無線通信によって情報を授受するようにしたので、有線通信による場合に比較して、ノイズの影響を少なくすることができる。すなわち、電力変換部11はスイッチング動作を行うことから、電磁輻射ノイズが発生するとともに、このスイッチング動作に応じた電流が電力変換部11内の回路および二次電池群14に流れる。また、二次電池群14は前述したようにサイズの大きい多くの二次電池14−1〜14−nによって構成されることから、これらに備えられるセンサ部15−1〜15−nを有線接続する場合には、信号線の本数が多くなるとともに、信号線の長さが非常に長くなる。このような多数および長い信号線には、電力変換部11、二次電池群14、または、外部の機器からの電磁輻射ノイズによってノイズ電圧が誘起される。一方、車載の二次電池群の場合、例えば、特許第5088557号に開示されるように、電池をパッケージ化し、スーツケースサイズの筐体に格納して使うことが一般的である。このような構成の場合、外部からのノイズに対して、筐体によりシールドができるため、有線によって通信を行う場合でも、筐体の外部からのノイズの影響を考慮する必要は少ない。しかしながら、本願のように、例えば、1個1000Ah程度の二次電池を200個程度組み合わせて、二次電池群14を構成する場合、数m四方のパッケージの筐体内に格納する必要があるため、信号線がアンテナとなり外部からの電磁輻射ノイズを受信して、誤動作する可能性がある。このようなノイズ対策として、一般的には数十mの信号を送受信する場合には、電圧ではなくて電流で制御が可能な4〜20mAのカレントループ方式が採用される。あるいは、接点信号を送受信する場合においては例えば接点電圧を、例えば、DC24VからDC100Vに変更して、ノイズによる影響がON/OFFの2値への影響に対して相対的に小さくなるような対策がとられている。しかしながら、カレントループ方式を採用する場合、全ての親機とセンサ部の間で電流源が必要となり、また、通信に使用する場合には、電流値が可変である必要がないため、ノイズ対策に対して装置のコストが上昇する問題がある。また、接点での同期を取る場合にもセンサ部側に対してDC24VやDC100Vの電源や受信素子を備える必要があり、コストの上昇が問題となる。さらには、ノイズ対策を施したシールド線や同軸ケーブルで配線する方法も考えられるが、配線距離が長く、高価なケーブルでの配線が長くなりコストが上昇するとともに、ケーブルの取り回しの作業性が悪くなる。そこで、本実施形態では、無線通信を使用することで、ノイズによる影響を少なくするとともに、信号線の配線作業を簡略化することができる。
In addition, since the sensor units 15-1 to 15-n and the
つぎに、図16〜図18を参照して、第1実施形態の詳細な動作について説明する。まず、図16は、制御部12において実行される処理の流れを説明するための図である。この図16の処理が開始されると、以下のステップが実行される。
Next, detailed operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, FIG. 16 is a diagram for explaining the flow of processing executed in the
ステップS10では、制御部12のCPU121は、メンテナンス計画を設定する。具体的には、使用者からの指示に基づいて、メンテナンスを実行する日時情報の入力を受け、入力された日時情報をRAM123に格納する。なお、メンテナンスを実行する日時としては、例えば、電力貯蔵装置10が使用されていない日時(例えば、日曜日の12:00等)に設定される。
In step S10, the CPU 121 of the
ステップS11では、制御部12のCPU121は、設定された日時になったか否かを判定し、設定した日時になったと判定した場合(ステップS11:Yes)にはステップS12に進み、それ以外の場合(ステップS11:No)には同様の処理を繰り返す。より詳細には、CPU121は、計時部124から供給される現在の日時情報と、RAM123に記憶されている日時情報を比較し、これらが同じになった場合には設定した日時になったと判定してステップS12に進む。
In step S11, the CPU 121 of the
ステップS12では、制御部12のCPU121は、電力変換部11に制御信号を送り、充電処理を実行させる。この結果、電力変換部11は、系統電力30から供給される交流電力を直流電力に変換し、二次電池群14を構成する二次電池14−1〜14−nを充電する。なお、充電の方法としては、一定期間は電流一定(CC:Constant Current)充電を行い、続いて、電圧一定(CV:Constant Voltage)充電を行うことができる。これは充電方法の一例であり、充電電流を多段階に設定して充電を実施しても良い。また、充電停止条件として、SOC=100%相当からの電流積算値の増分量で決定しても良いし、低電圧充電中の充電時間や電流値を、閾値を元に決定してもよい。
In step S12, the CPU 121 of the
ステップS13では、制御部12のCPU121は、二次電池14−1〜14−nが満充電の状態になったか否かを判定し、満充電の状態になった場合(ステップS13:Yes)にはステップS14に進み、それ以外の場合(ステップS13:No)には、ステップS12に戻って同様の処理を繰り返す。なお、満充電の基準としては、一般的には、SOCが85%以上と定義することができ、また、個別的には、例えば、二次電池14−1〜14−nが鉛蓄電池の場合には、電池の使用可能総容量をSOC100%に換算したとき、SOCの105%となるように充電を実行する。また、リチウムイオン電池の場合には、電池の使用可能総容量に対して、80〜100%の予め設定した値(例えば、85%)となるように充電を実行する。なお、使用可能総容量とは、新品の電池である場合には、使用可能総容量と電池の定格容量が等しいが、劣化が進むと、使用可能容量が低下し、新品定格容量と変化するため、電池の使用可能総容量の変化に応じて、満充電相当の充電量を変えることが望ましい。
In step S13, the CPU 121 of the
ステップS14では、制御部12のCPU121は、電力変換部11に対して動作を停止させるための電力変換部停止信号を出力する。これにより、電力変換部11は、二次電池14−1〜14−nに対する充電処理を終了するとともに、一定期間その動作を停止する。
In step S <b> 14, the CPU 121 of the
ステップS15では、制御部12のCPU121は、演算部13に対して測定開始を要求する。この結果、演算部13では、後述する図17の処理が実行される。
In step S15, the CPU 121 of the
ステップS16では、制御部12のCPU121は、演算部13による測定が終了したか否かを判定し、測定が終了したと判定した場合(ステップS16:Yes)にはステップS17に進み、それ以外の場合(ステップS16:No)には同様の処理を繰り返す。例えば、演算部13からの通知によって、測定が終了したことが判明した場合には、Yesと判定してステップS17の処理に進む。
In step S16, the CPU 121 of the
ステップS17では、制御部12のCPU121は、演算部13から二次電池14−1〜14−nの状態の判定結果を受信する。より詳細には、演算部13は、後述する処理によって二次電池14−1〜14−nの劣化状態を判定するので、制御部12のCPU121は、この劣化状態を判定結果として受信する。
In step S <b> 17, the CPU 121 of the
ステップS18では、制御部12のCPU121は、交換対象となる二次電池が存在するか否かを判定し、交換対象となる二次電池が存在すると判定した場合(ステップS18:Yes)にはステップS19に進み、それ以外の場合(ステップS18:No)には処理を終了する。より詳細には、ステップS17で受信した判定結果を参照し、劣化状態が所定の閾値を超えていると判定される二次電池が存在する場合にはステップS19に進む。
In step S18, the CPU 121 of the
ステップS19では、制御部12のCPU121は、交換対象となる二次電池を提示部126に提示する。より詳細には、二次電池14−1〜14−nの中で、交換対象となる二次電池が存在する場合には、その二次電池に付与された識別番号、および、設置場所を示す情報を提示部126に提示する。これにより、使用者は、交換の必要がある二次電池を特定することができる。
In step S <b> 19, the CPU 121 of the
つぎに、図17を参照して、演算部13において実行される処理について説明する。図17の処理が開始されると、以下のステップが実行される。
Next, with reference to FIG. 17, processing executed in the
ステップS30では、演算部13のCPU131は、制御部12から測定開始が要求された否かを判定し、測定開始が要求された場合(ステップS30:Yes)にはステップS31に進み、それ以外の場合(ステップS30:No)には同様の処理を繰り返す。より詳細には、図16のステップS15の処理による要求を受信した場合にはステップS31に進む。
In step S30, the CPU 131 of the
ステップS31では、演算部13のCPU131は、計時部134を参照し、測定開始タイミングになったか否かを判定し、測定開始タイミングになったと判定した場合(ステップS31:Yes)にはステップS32に進み、それ以外の場合(ステップS31:No)には同様の処理を繰り返す。より詳細には、例えば、1回目の測定の場合には測定開始の要求を受信してから、予め定められている一定の時間が経過した場合には測定開始タイミングであるとしてステップS32に進み、2回目以降の測定の場合には前回の測定からサンプリング周期に対応する一定の時間(=τ)が経過したか否かを判定し、一定の時間が経過した場合には測定開始タイミングであるとしてステップS32に進む。一定の時間としては、後述する「通常測定」では、例えば、60秒とすることができる。もちろん、これ以外の時間でもよい。なお、測定開始タイミングを時刻情報として保持し、時刻情報と計時部134が出力する時刻情報を比較し、これらが一致する場合に測定開始タイミングと判定するようにしてもよい。
In step S31, the CPU 131 of the
ステップS32では、演算部13のCPU131は、全てのセンサ部15−1〜15−nに対して、親機16を介して通常測定開始信号を無線で送信する。通常測定開始信号は、センサ部15−1〜15−nの全てによって同時に受信される。なお、通常測定開始信号とは、後述する高速測定開始信号のように高速サンプリングを行うのではなく、通常のレートでサンプリングを行うことを示す信号であり、例えば、60秒周期でサンプリングが実行される。
In step S32, the CPU 131 of the
ステップS33では、演算部13のCPU131は、所定のセンサ部に対して通常測定結果送信要求を行う。例えば、センサ部15−1〜15−nは、予め定められた順番に通常測定要求を行う。具体的には、センサ部15−1〜15−nの順番に、通常測定結果送信要求を行う。
In step S33, the CPU 131 of the
ステップS34では、演算部13のCPU131は、ステップS33において要求を行った所定のセンサ部から測定結果のデータを受信する。例えば、ステップS33において、センサ部15−1〜15−nの順番に通常測定結果送信要求を行った場合には、センサ部15−1〜15−nの順番に測定結果のデータを順番に受信する。
In step S34, the CPU 131 of the
ステップS35では、演算部13のCPU131は、計時部134を参照して測定開始信号を送信してから所定の時間が経過したか否かを判定し、所定の時間が経過したと判定した場合(ステップS35:Yes)にはステップS37に進み、それ以外の場合(ステップS35:No)にはステップS36に進む。より詳細には、センサ部15−1〜15−nの全てから測定結果データを受信してない場合であっても、次の測定に間に合わない事態は回避しなくてはならないため、サンプリング周期τよりも短い所定の時間τ0(τ0<τ)が経過した場合にはステップS36に進む。
In step S35, the CPU 131 of the
ステップS36では、演算部13のCPU131は、全てのセンサ部15−1〜15−nから測定結果データを受信したか否かを判定し、全てのセンサ部15−1〜15−nから測定結果データを受信したと判定した場合(ステップS36:Yes)にはステップS37に進み、それ以外の場合(ステップS36:No)にはステップS33に戻る。
In step S36, the CPU 131 of the
ステップS37では、演算部13のCPU131は、測定を終了するか否かを判定し、測定を終了すると判定した場合(ステップS37:Yes)にはステップS38に進み、それ以外の場合(ステップS37:No)にはステップS31に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。より詳細には、二次電池の状態を判定するための測定が全て終了した場合にはステップS38に進む。
In step S37, the CPU 131 of the
ステップS38では、演算部13のCPU131は、上述した処理によってセンサ部15−1〜15−nから受信した、二次電池14−1〜14−nの端子電圧および温度の測定データに基づいて、二次電池14−1〜14−nのそれぞれの劣化状態を判定する処理を実行する。
In step S38, the CPU 131 of the
ステップS39では、演算部13のCPU131は、ステップS38の処理によって得られた二次電池14−1〜14−nのそれぞれの劣化状態の判定結果を示す情報を制御部12に対して送信する。
In step S39, the CPU 131 of the
つぎに、図18を参照して、センサ部15−1〜15−nにおいて実行される処理について説明する。なお、センサ部15−1〜15−nにおいて実行される処理は同様であるので、以下では、これらをセンサ部15として説明する。図18の処理が開始されると、以下のステップが実行される。
Next, processing executed in the sensor units 15-1 to 15-n will be described with reference to FIG. In addition, since the process performed in the sensor parts 15-1 to 15-n is the same, these are demonstrated as the
ステップS50では、センサ部15のCPU151は、通常測定開始信号を受信したか否かを判定し、通常測定開始信号を受信したと判定した場合(ステップS50:Yes)にはステップS51に進み、それ以外の場合(ステップS50:No)には同様の処理を繰り返す。より詳細には、図17に示すステップS32の処理によって送信された通常測定開始信号を受信した場合にはステップS51に進む。
In step S50, the CPU 151 of the
ステップS51では、センサ部15のCPU151は、計時部154の出力を参照し、サンプリングタイミングになったか否かを判定し、サンプリングタイミングになったと判定した場合(ステップS51:Yes)にはステップS52に進み、それ以外の場合(ステップS51:No)には同様の処理を繰り返す。より詳細には、センサ部15−1〜15−nの全てにおいて同期して測定を行うために、例えば、通常測定開始信号を受信してから所定の時間が経過した場合にはサンプリングタイミングであると判定してステップS52に進むことができる。なお、これ以外にも、測定を開始する時刻を定めて親機16からセンサ部15−1〜15−nに送信し、この定められた時刻になった場合にはサンプリングタイミングになったと判定してステップS52に進むことができる。
In step S51, the CPU 151 of the
ステップS52では、センサ部15のCPU151は、電圧センサ158および温度センサ159の出力を取得する。なお、温度変化は端子電圧の変化に比較すると緩慢であるため、タイミングが若干ずれても、取得されるデータの誤差は少ない。このため、温度センサ159よりも、電圧センサ158の出力を優先して取得することができる。なお、取得された。結果のデータは、RAM153に保管される。
In step S52, the CPU 151 of the
ステップS53では、センサ部15のCPU151は、親機16から通常測定結果送信要求を受信したか否かを判定し、通常測定結果送信要求を受信したと判定した場合(ステップS53:Yes)にはステップS54に進み、それ以外の場合(ステップS53:No)には同様の処理を繰り返す。
In step S53, the CPU 151 of the
ステップS54では、センサ部15の無線通信部155は、測定結果データを、演算部13に対して送信する。より詳細には、センサ部15の無線通信部155は、RAM153に格納されている測定結果データを取得し、親機16の無線通信部165に送信する。
In step S <b> 54, the wireless communication unit 155 of the
ステップS55では、センサ部15のCPU151は、全ての測定が終了したか否かを判定し、終了していないと判定した場合(ステップS55:No)にはステップS50に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返し、それ以外の場合(ステップS55:Yes)には処理を終了する。なお、演算部13から測定の終了を示す信号を受信した場合に、全ての測定が終了したと判定するようにしてもよい。
In step S55, the CPU 151 of the
以上の処理によれば、センサ部15−1〜15−nに対して同期して測定を実行させることが可能になるとともに、二次電池14−1〜14−nの劣化状態を個別に知ることが可能になる。また、無線通信によってデータを送受信することで、ノイズによる影響を受けにくくすることができる。すなわち、電力変換部11から発生するノイズを、例えば、ハードウエアまたはソフトウエアによって構成されるフィルタによって無線通信信号よりも相対的に減衰させることにより、ノイズの影響を少なくすることができる。また、例えば、デジタル変調方式を用いることにより、外部からのノイズに対する影響も少なくすることができる。もちろん、ノイズに対する影響が少ないアナログ変調方式(例えば、周波数変調等)を用いてもよい。
According to the above processing, the sensor units 15-1 to 15-n can be measured in synchronization, and the deterioration states of the secondary batteries 14-1 to 14-n are individually known. It becomes possible. In addition, by transmitting and receiving data by wireless communication, it is possible to reduce the influence of noise. That is, the influence of noise can be reduced by attenuating the noise generated from the
(C)本発明の第2実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第2実施形態について説明する。図19は、本発明の第2実施形態の構成例を示す図である。なお、図19において、図1と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図19では、図1と比較すると、スイッチ20が追加されている。これ以外の構成は図1の場合と同様である。スイッチ20は、例えば、電磁式リレーや半導体スイッチによって構成され、電力変換部11と二次電池群14との間に挿入され、制御部12によって制御される。制御部12が、スイッチ20をオフの状態にすることで、二次電池群14を電力変換部11から所望のタイミングで切り離すことができる。
(C) Description of Configuration of Second Embodiment of Present Invention Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration example of the second embodiment of the present invention. In FIG. 19, parts corresponding to those in FIG. In FIG. 19, a
(D)動作本発明の第2実施形態の動作の説明
つぎに、第2実施形態の動作について説明する。第2実施形態では、通常の動作時には、制御部12は、スイッチ20をオンの状態にする。この結果、電力変換部11と二次電池群14とが接続され、これらの間で電力の授受が可能になる。一方、二次電池群14の劣化状態を判定する場合、制御部12は、図16のステップS14において、電力変換部11を停止する信号を出力した後、所望のタイミングで、スイッチ20をオフの状態に制御する。このような制御により、電力変換部11から二次電池群14に供給される充電電流を所望のタイミングでオフの状態にすることができる。より詳細には、電力変換部11に対して停止信号を送信した場合、電力変換部11では、停止するまでの間に、例えば、スイッチング用の半導体を保護するための処理等を実行するため、動作状態に応じた所定の時間が停止までに必要になる。このため、制御部12から電力変換部11に停止信号を送信してから、電力変換部11が実際に検出するまでには一定の時間を要し、この一定の時間は電力変換部11の動作状態や機種等によって異なる。しかしながら、スイッチ20をオフの状態にすることで、所望のタイミングで充電電流を遮断することが可能になる。なお、制御部12によってスイッチ20を制御するのではなく、演算部13によってスイッチ20を制御するようにしてもよい。そのような構成によれば、二次電池群14の測定を行う演算部13が最適なタイミングでスイッチ20をオフの状態に制御することができる。
(D) Operation Description of Operation of Second Embodiment of the Invention Next, operation of the second embodiment will be described. In the second embodiment, during normal operation, the
以上に説明したように、本発明の第2実施形態では、電力変換部11と二次電池群14の間にスイッチ20を設け、このスイッチ20を、制御部12によって制御するようにしたので、電力変換部11から二次電池群14に供給される充電電流を、所望のタイミングで遮断することが可能になる。これにより、測定の開始タイミングを正確に設定することができるため、例えば、充電電流の遮断から、所定時間経過後に、測定を開始する必要があるような場合に好適である。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the
(F)変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、メンテナンス計画に基づいて、二次電池群14の劣化状態を検出するようにしたが、例えば、使用者からの直接の指示に基づいて実行したり、過去の動作状況に基づいて、充放電の発生頻度が低い時間帯を自動的に見つけて実行したりするようにしてもよい。
(F) Description of Modified Embodiment The above embodiment is an example, and it is needless to say that the present invention is not limited to the case described above. For example, in each of the above embodiments, the deterioration state of the
また、以上の各実施形態では、二次電池群14の状態を測定する前に、二次電池群14を満充電するようにしたが、例えば、二次電池群14のSOCが数%〜数十%増加するように制御してもよい。あるいは、測定直前の1〜数時間の充放電履歴が充電優位となるように充電制御するようにしてもよい。なお、充電を積極的に行うのではなく、測定直前の1〜数時間の充放電履歴が充電優位となるタイミングを検出して、そのタイミングで二次電池群14の状態を検出するようにしてもよい。充放電履歴が充電優位となったか否かの判定方法としては、例えば、測定直前の1〜数時間の充電量が、放電量を所定量上回ったか否かを判定することで実現できる。具体的には、例えば、シール式鉛蓄電池の場合、電解液の拡散に伴う電圧変化の要因が収束するのは少なくとも3時間程度必要であることから、過去3時間程度の充放電履歴をデータとして保存し、判断することが望ましい。例えば、リン酸鉄系リチウムイオン電池の場合、電解液の拡散に伴う電圧変化の要因が収束するために30分程度必要であるので、過去30分の充放電履歴をデータとして保存しておくことが望ましい。あるいは、特開2012−225740号公報に記載のあるような充放電履歴を判定する方法を用いて、現在の充放電履歴を判定しても良い。
Further, in each of the above embodiments, the
また、以上の第2実施形態では、電力変換部11に停止信号を出力してからスイッチ20をオフの状態にするようにしたが、スイッチ20をオフの状態にした後に電力変換部11に停止信号を出力するようにしてもよい。
In the second embodiment described above, the stop signal is output to the
また、以上の各実施形態では、全てのセンサ部15−1〜15−nに対して一括して測定開始信号を送信するようにしたが、個別に測定開始信号を送信した後、同期して測定を行うようにしてもよい。例えば、センサ部15−1〜15−nに個別に、測定開始時刻を送信し、当該測定開始時刻になった場合に、同期して測定を開始してもよい。また、センサ部15−1〜15−nの全てが測定を行うのではなく、これらの一部が測定を行うようにしてもよい。 Further, in each of the above embodiments, the measurement start signal is transmitted to all the sensor units 15-1 to 15-n at once. However, after transmitting the measurement start signal individually, the measurement start signal is synchronized. Measurement may be performed. For example, the measurement start time may be individually transmitted to the sensor units 15-1 to 15-n, and the measurement may be started in synchronization when the measurement start time is reached. Further, not all of the sensor units 15-1 to 15-n may perform measurement, but some of them may perform measurement.
また、以上の各実施形態では、センサ部15−1〜15−nでは、1回の測定に対して電圧センサ158および温度センサ159の出力を1回取得するようにしたが、1回の測定に対して複数回出力を取得し、これら複数回の出力の平均値を求めて演算部13に送るようにしてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the sensor units 15-1 to 15-n are configured to acquire the outputs of the
また、以上の各実施形態では、測定結果データは、予め定められた順番(センサ部15−1〜15−nの順番)で演算部13に送信するようにしたが、例えば、これ以外の順番で送信したり、あるいは、先着順で送信したりするようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the measurement result data is transmitted to the
また、以上の各実施形態では、センサ部15−1〜15−nは、1回の測定毎に測定データを演算部13に送信するようにしたが、例えば、複数回分の測定データをまとめて送信するようにしてもよい。例えば、10回分の測定データをまとめて転送するようにしてもよい。その場合、センサ部15−1〜15−nの全てのデータを1回のサンプリング期間内に全て送信するのではなく、複数回のサンプリング期間に分散して送信することもできる。
Further, in each of the above embodiments, the sensor units 15-1 to 15-n transmit the measurement data to the
また、以上の各実施形態では、センサ部15―1〜15−nに計時部154を設け、この計時部154の出力を参照して、サンプリングタイミングになったか否かを判定するようにしたが、例えば、親機16からの多点同時送信された信号に同期してサンプリングを実行することで、センサ部15―1〜15−nのサンプリングタイミングを同期するようにしてもよい。
Further, in each of the embodiments described above, the
また、以上の各実施形態では、1つの二次電池に対して1つのセンサ部を設けるようにしたが、複数の二次電池に対して1つのセンサ部を設けるようにしてもよい。例えば、直列接続された複数の二次電池に対して1つのセンサ部を設けることができる。あるいは、二次電池が複数並列接続されている場合には、これら並列接続された複数の二次電池に対して1つのセンサ部を設けることができる。また、複数の二次電池が並列接続されている場合には、これら複数の二次電池に対して1つのセンサ部を設けるとともに、任意の1つの二次電池を選択する手段(例えば、スイッチ)を設け、目的となる二次電池を選択してセンサ部を接続するようにしてもよい。このような構成によれば、並列接続された複数の二次電池のそれぞれの状態を検出することができる。 Further, in each of the above embodiments, one sensor unit is provided for one secondary battery, but one sensor unit may be provided for a plurality of secondary batteries. For example, one sensor unit can be provided for a plurality of secondary batteries connected in series. Alternatively, when a plurality of secondary batteries are connected in parallel, one sensor unit can be provided for the plurality of secondary batteries connected in parallel. In addition, when a plurality of secondary batteries are connected in parallel, one sensor unit is provided for the plurality of secondary batteries, and means for selecting any one secondary battery (for example, a switch) And the sensor unit may be connected by selecting a target secondary battery. According to such a configuration, it is possible to detect the respective states of a plurality of secondary batteries connected in parallel.
また、以上の各実施形態では、図17および図18においては通常測定を実行するようにしたが、例えば、図20および図21に示すように高速測定を実行するようにしてもよい。より詳細には、図20は、演算部13において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図20において図17と対応する部分には同一の符号を付して説明を省略する。図20では、図17と比較すると、ステップS32,S33がステップS60,S61に置換され、ステップS62,S63の処理が追加されている。図20に示す処理では、ステップS61では、演算部13は、親機16を介して、全センサ部15−1〜15−nに対して高速測定要求を多点同時送信する。なお、高速測定とは、例えば、1秒周期で測定を行うことをいう。もちろん、これ以外の周期でもよい。この結果、図21を参照して後述するように、センサ部15−1〜15−nは高速測定処理を実行する。ステップS61では、演算部13は親機16を介して、所定のセンサ部に対して高速測定結果の送信要求を行う。要求の結果、所定のセンサ部から高速測定結果が無線によって送信される。そして、前述の場合と同様に、全センサ部からのデータを受信し、所定の回数測定が実行された場合にはステップS62に進む。ステップS62では、高速測定処理を終了し、ステップS63では、図17のステップS31〜S37に示すのと同様の通常測定処理が実行され、高速測定処理と通常測定処理の結果に基づいて二次電池状態判定処理がステップS38で実行され、ステップS39で判定結果を送信して処理を終了する。
Further, in each of the above embodiments, the normal measurement is performed in FIGS. 17 and 18. However, for example, as shown in FIGS. 20 and 21, high-speed measurement may be performed. More specifically, FIG. 20 is a flowchart for explaining an example of processing executed in the
図21は、センサ部15において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図21において図18と対応する部分には同一の符号を付して説明を省略する。図21では、図18と比較すると、ステップS50,S53がステップS70,S72に置換され、ステップS71,S73の処理が追加されている。これら以外は図18と同様である。図21に示す処理では、演算部13から高速測定開始信号を受信すると、例えば、1秒周期で測定を実行し、所定の回数(例えば1回)測定が終了すると、ステップS71においてYesと判定されてステップS72に進み、ステップS72では演算部13から高速測定結果送信要求を受信した場合にはYesと判定されてステップS54に進み、測定結果のデータを演算部13に送信する。そして、測定が終了すると、ステップS73に進み、通常測定処理(図18のステップS50〜S55と同様の処理)が実行され、処理を終了する。以上のような実施形態によれば、例えば、充電が終了後の一定時間は、高速測定によってデータを細かく測定し、一定時間が経過した後は、通常測定によって大まかにデータを測定することができる。なお、高速測定後の通常測定については実行しないようにしてもよい。
FIG. 21 is a flowchart for explaining an example of processing executed in the
また、以上の各実施形態では、電源貯蔵装置10は、負荷50に対して電力を供給するようにしたが、負荷50を設けないで、系統電力30にのみ接続され、例えば、太陽光発電による系統電力への供給(例えば、売電)に使用するようにしてもよい。
Moreover, in each above embodiment, although the
また、以上の各実施形態では、演算部13が測定開始信号を送信するようにしたが、これ以外の部位が測定開始信号を送信するようにしてもよい。例えば、制御部12が測定開始信号を送信するようにしてもよい。
Moreover, in each above embodiment, although the calculating
10 電力貯蔵装置
11 電力変換部
12 制御部
13 演算部
14 二次電池群(組電池)
14−1〜14−n 二次電池
15−1〜15−n センサ部
16 通信線
30 系統電力
50 負荷
DESCRIPTION OF
14-1 to 14-n Secondary battery 15-1 to 15-
Claims (7)
前記組電池が有する1または複数の二次電池に対して1つずつ設けられ、これら1または複数の二次電池のそれぞれの端子電圧を測定する測定手段と、
前記測定手段へ測定タイミングを送信する測定タイミング送信手段と、
前記測定手段によって測定された端子電圧に関する情報に基づいて、前記1または複数の二次電池のそれぞれの状態を判定する判定手段と、を有し、
前記測定タイミング送信手段は、測定を実行する全ての測定手段が同じタイミングで測定を行うように、測定手段に対して測定開始のタイミングを通知するとともに、各測定手段によって得られた端子電圧に関する情報に基づいて前記1または複数の二次電池のそれぞれの状態を判定することを特徴とする組電池の状態診断装置。 An assembled battery composed of a plurality of secondary batteries connected in series;
One measuring device provided for each of the one or more secondary batteries included in the assembled battery, and measuring each terminal voltage of the one or more secondary batteries;
Measurement timing transmission means for transmitting measurement timing to the measurement means;
Determination means for determining each state of the one or more secondary batteries based on information on the terminal voltage measured by the measurement means,
The measurement timing transmission means notifies the measurement start timing to the measurement means so that all measurement means that perform measurement perform measurement at the same timing, and information on the terminal voltage obtained by each measurement means An assembled battery state diagnosis device, wherein the state of each of the one or more secondary batteries is determined based on the above.
前記判定手段は、前記測定手段によって前記1または複数の二次電池を測定する際には、前記断続手段を遮断することで前記電力変換手段と前記組電池との間における電力の授受を停止する、
ことを特徴とする請求項6に記載の組電池の状態診断装置。 It is arranged between the power conversion means and the assembled battery, and has an interrupting means for interrupting the transfer of power between them,
When the measuring unit measures the one or more secondary batteries, the determination unit stops the power transfer between the power conversion unit and the assembled battery by interrupting the intermittent unit. ,
The assembled battery state diagnosis apparatus according to claim 6.
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WO2022230335A1 (en) * | 2021-04-28 | 2022-11-03 | 株式会社日立ハイテク | Battery state estimation device and power system |
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- 2013-09-30 JP JP2013205339A patent/JP2015068784A/en active Pending
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