JP5407024B2 - Secondary battery system - Google Patents
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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。 The present invention relates to a secondary battery system that detects a ground fault position of an assembled battery using a secondary battery.
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。 2. Description of the Related Art Conventionally, an assembled battery system that uses an assembled battery composed of a plurality of single cells using a sodium-sulfur battery (hereinafter referred to as “NAS battery”) as a single cell is known. For example, such an assembled battery system is used for power storage at night. In the assembled battery system, when a ground fault occurs in any single battery, the ground fault is detected by the ground fault detection device. When a ground fault is detected, the assembled battery system is stopped and a recovery operation is performed.
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)。
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。 However, when the ground fault detection device described in Patent Document 1 is applied to the above-described battery assembly system, it takes time to identify the ground fault location, and the recovery of the battery assembly system is delayed. Become.
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。
On the other hand, in the ground fault detection apparatus described in
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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a secondary battery system that can quickly identify the ground fault position of an assembled battery using a secondary battery.
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が接地側に向けて流れる場合、地絡箇所を前記集合電池の内部の負極側と判定し、前記地絡検出抵抗を流れる電流が前記集合電池側に向けて流れる場合、地絡箇所を前記集合電池の内部の正極側と判定する地絡箇所判定手段とを備えた構成である。 A secondary battery system according to an aspect of the present invention equally divides an assembled battery in which two or more secondary batteries are connected in series, and a line voltage between a positive electrode and a negative electrode of the assembled battery with an intermediate point as a boundary. A ground fault detecting means for detecting a ground fault based on a current flowing through the ground fault detecting resistor, and a ground fault detecting resistor for grounding the intermediate point by the two voltage dividing resistances; And when the current flowing through the ground fault detection resistor flows toward the ground side, the ground fault location is determined as the negative electrode side inside the battery assembly, and the current flowing through the ground fault detection resistor is directed toward the battery assembly side. The ground fault location is determined to be the positive side inside the assembled battery.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the secondary battery system which can identify quickly the ground fault position of the assembled battery using a secondary battery can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(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。
(Embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a secondary battery system 1 according to an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part in subsequent figures, the detailed description is abbreviate | omitted, and a different part is mainly described. In the following embodiments, the same description is omitted.
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。
The secondary battery system 1 includes an assembled
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。
The assembled
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。
The assembled
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。 The battery groups P11 to P16 have a configuration in which six unit cells P11, P12, P13, P14, P15, and P16 are connected in series. The battery groups P21 to P26 have a configuration in which six unit cells P21, P22, P23, P24, P25, and P26 are connected in series. The battery groups P31 to P36 have a configuration in which six unit cells P31, P32, P33, P34, P35, and P36 are connected in series. The battery groups P41 to P46 have a configuration in which six unit cells P41, P42, P43, P44, P45, and P46 are connected in series.
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。 The cells P11 to P46 are high-temperature operation type NAS batteries that operate at around 300 ° C.
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。
The ground fault detection device 3 includes two voltage dividing
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。
The two voltage dividing resistors 31 </ b> A and 31 </ b> B are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the assembled
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。
The ground
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。
The
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。
The current
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。
When the
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。
The AC / DC converter 5 converts the DC power supplied from the assembled
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。
The
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。 Next, with reference to FIG. 2, the ground fault location specifying method by the ground fault detection device 3 will be described.
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。 FIG. 2 is a circuit diagram for explaining a method for identifying a ground fault location by the ground fault detection device 3 of the present embodiment.
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。 A point FG indicates a ground fault location. The power supply PP represents all the cells that are on the positive electrode side of the ground fault location. The power supply PN represents all the cells that are on the negative electrode side of the ground fault location. The ground fault resistance GR represents the electrical resistance of the grounded location.
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。 For example, when the ground fault location has a ground fault between the unit cell P11 and the unit cell P12 shown in FIG. 1, the power source PP represents the unit cell P11, and the power source PN represents the unit cells P12 to P16. .
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。
Here, the voltage of the power source PP is e1, the voltage of the power source PN is e2, the resistance values of the voltage dividing
このとき、次式が導き出される。 At this time, the following equation is derived.
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。
IG1 = e1 / (R + R0 + r) Formula (1)
IG2 = e2 / (R + R0 + r) Formula (2)
From the equations (1) and (2), the following equation is derived.
e1/IG1=e2/IG2 … 式(3)
式(3)より、次のことが分かる。
e1 / IG1 = e2 / IG2 Formula (3)
From the equation (3), the following can be understood.
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。
When the current direction of the ground
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。 Accordingly, the grounded unit cell is specified as one of the unit cells P14 to P16, P24 to P26, P34 to P36, and P44 to P46 in the range GN belonging to the negative electrode side.
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。
On the other hand, when the current direction of the ground
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。 Therefore, the unit cell having a ground fault is specified as one of the unit cells P11 to P13, P21 to P23, P31 to P33, and P41 to P43 in the range GP belonging to the positive electrode side.
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。 According to the present embodiment, in the assembled battery system 1, the ground fault detection device 3 can quickly identify the ground fault location.
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。 Moreover, since it is not necessary to provide a circuit breaker, a changeover switch, etc. in order to detect a ground fault, the ground fault detection apparatus 3 can be used for various assembled battery systems, and is excellent in versatility.
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。 Furthermore, when detecting a ground fault, the ground fault detection device 3 does not need to perform a special operation (such as opening / closing of a circuit breaker or switching of a changeover switch), and thus can detect a ground fault immediately. .
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。
In the present embodiment, the assembled
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。 In this embodiment, a NAS battery is used as the secondary battery, but other batteries may be used.
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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
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。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Secondary battery system, 2 ... Collective battery, 3 ... Ground fault detection apparatus, 4 ... Circuit breaker, 5 ... AC / DC converter, 31A, 31B ... Voltage dividing resistance, 32 ... Ground fault detection resistance, 33 ...
Claims (6)
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が接地側に向けて流れる場合、地絡箇所を前記集合電池の内部の負極側と判定し、前記地絡検出抵抗を流れる電流が前記集合電池側に向けて流れる場合、地絡箇所を前記集合電池の内部の正極側と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。 An assembled battery in which two or more secondary batteries are connected in series;
Two voltage dividing resistors that equally divide the line voltage between the positive electrode and the negative electrode of the battery assembly at an intermediate point;
A ground fault detection resistor for grounding the intermediate point by the two voltage dividing resistors;
Ground fault detection means for detecting a ground fault based on the current flowing through the ground fault detection resistor;
When the current flowing through the ground fault detection resistor flows toward the ground side, the ground fault location is determined as the negative electrode side inside the battery assembly, and the current flowing through the ground fault detection resistor flows toward the battery assembly side. And a ground fault location determination means for determining a ground fault location as the positive electrode side inside the assembled battery.
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。 The secondary battery system according to claim 1, further comprising a ground fault display unit that displays that a ground fault has occurred when a ground fault is detected by the ground fault detection unit.
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。 The secondary battery system according to claim 2, further comprising a ground fault location display unit configured to display the ground fault location when the ground fault location is determined by the ground fault location determination unit.
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が接地側に向けて流れる場合、地絡箇所を前記集合電池の内部の負極側と判定し、前記地絡検出抵抗を流れる電流が前記集合電池側に向けて流れる場合、地絡箇所を前記集合電池の内部の正極側と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。 A ground fault detection device for detecting a ground fault of a secondary battery system including an assembled battery in which two or more secondary batteries are connected in series,
Two voltage dividing resistors that equally divide the line voltage between the positive electrode and the negative electrode of the battery assembly at an intermediate point;
A ground fault detection resistor for grounding the intermediate point by the two voltage dividing resistors;
Ground fault detection means for detecting a ground fault based on the current flowing through the ground fault detection resistor;
When the current flowing through the ground fault detection resistor flows toward the ground side, the ground fault location is determined as the negative electrode side inside the battery assembly, and the current flowing through the ground fault detection resistor flows toward the battery assembly side. A ground fault detection device for a secondary battery system, comprising: a ground fault location determination unit that determines a ground fault location as a positive electrode side inside the assembled battery.
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。 5. The ground fault detection device for a secondary battery system according to claim 4, further comprising ground fault display means for displaying that a ground fault has occurred when a ground fault is detected by the ground fault detection means.
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。 The ground fault detection of the secondary battery system according to claim 4, further comprising a ground fault location display unit that displays the ground fault location when the ground fault location is determined by the ground fault location determination unit. apparatus.
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