JP5675951B2 - Power storage system with battery - Google Patents
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Description
本発明は電力を蓄える蓄電システムに関する。 The present invention relates to a power storage system that stores electric power.
蓄電システムは大きな電力を蓄積できる機能を有し、電力供給システムあるいは電力負荷システムと連携して、電力供給に余裕がある場合に電力の蓄え、電力供給の要求を受けると蓄電していた電力を供給する。蓄電システムは色々な使用方法が可能であり、使用目的により蓄電システムの規模が異なる。本願発明は色々な目的に使用可能で、色々な規模の蓄電システムに適用可能であるが、理解を助けるために、次に蓄電システムの具体的な使用例を挙げる。 The power storage system has a function that can store a large amount of power. In cooperation with the power supply system or power load system, the power storage system stores power when there is a margin for power supply. Supply. The power storage system can be used in various ways, and the scale of the power storage system varies depending on the purpose of use. The present invention can be used for various purposes and can be applied to power storage systems of various scales, but to help understanding, specific examples of use of the power storage system will be given below.
蓄電システムが電力系統に接続され、蓄電システムは蓄電を行い、また電力系統から電力の供給の要求があると、蓄電された電力を電力系統に供給する。電力系統に接続されている発電システムが原子力発電の如く安定した電力を供給する発電システムとは限らず、例えば風力発電や太陽光発電のように、頻繁に変化する自然状態に基づき発電電力が変動する発電設備の場合がある。また負荷を必要とする負荷電力が変動する場合があり、安定した電力の供給システムに対して負荷電力の変動がそぐわない場合がある。 The power storage system is connected to the power system, the power storage system stores power, and when there is a request for power supply from the power system, the stored power is supplied to the power system. The power generation system connected to the power system is not necessarily a power generation system that supplies stable power like nuclear power generation. For example, wind power generation and solar power generation fluctuate the generated power based on natural conditions that change frequently. There is a case of power generation equipment. Moreover, the load power that requires a load may fluctuate, and the fluctuation of the load power may not match the stable power supply system.
このような場合に、蓄電システムを使用して、負荷に供給される負荷電力に対して電力系統に電力を供給する発電電力に余裕がある状態で蓄電し、逆に上記負荷に供給する負荷電力に対して発電電力に余裕が無い状態で、蓄電していた電力を供給する運転を行うことで、電力系統が安定して電力を供給できるようになり、あるいは電力系統の効率を向上することが可能となる。 In such a case, using the power storage system, the load power stored in a state where there is a margin in the generated power to supply power to the power system relative to the load power supplied to the load, and conversely, supplied to the load By operating to supply the stored power when there is no surplus in generated power, the power system can supply power stably or the efficiency of the power system can be improved. It becomes possible.
蓄電システムが接続された電力系統に関する技術は例えば特開2010−270758号公報(特許文献1)に記載されている。また蓄電システムの制御技術が特開2007−124780号公報(特許文献2)に開示されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-270758 (Patent Document 1) describes a technique related to a power system to which a power storage system is connected. A power storage system control technique is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-124780 (Patent Document 2).
上述の特許文献1には蓄電システムに関する具体的な構造や動作の開示が無く、特許文献1では蓄電システムの安全性について触れられていない。また上述の特許文献2においても具体的な構造や動作の開示が無く、特許文献2でも蓄電システムの安全性について触れられていない。蓄電システムの実用化において、色々解決しなければならない課題が存在し、上述の特許文献1や特許文献2は蓄電システムの実用化あるいは電力の送電系統との連携における重要な課題の解決策について開示および示唆している。しかし蓄電システムの安全性の観点について開示および示唆されていない。 Patent Document 1 described above does not disclose a specific structure or operation regarding the power storage system, and Patent Document 1 does not mention safety of the power storage system. Further, the above-mentioned Patent Document 2 does not disclose a specific structure or operation, and Patent Document 2 does not mention the safety of the power storage system. There are various problems that must be solved in the practical use of power storage systems, and the above-mentioned Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose solutions for important problems in the practical use of power storage systems or cooperation with power transmission systems. And suggest. However, there is no disclosure or suggestion regarding the safety aspect of the electricity storage system.
電力を蓄える蓄電システムが世の中の新たなニーズに関して重要な役割を担っており、実用化に向けての色々な課題を解決しなければならない。重要な解決すべき課題の1つに安全性を確保できる蓄電システムの提供がある。 Power storage systems that store electric power play an important role in the new needs of the world, and various problems must be solved for practical application. One of the important issues to be solved is the provision of a power storage system that can ensure safety.
本発明の目的は、安全性に優れた蓄電システムを提供することである。なお以下に説明する実施の形態は、安全性に優れた蓄電システムを提供に止まるだけでなく、それ以外の課題をも解決している。その他の課題の解決については以下で説明する。 The objective of this invention is providing the electrical storage system excellent in safety | security. The embodiment described below not only provides a power storage system with excellent safety, but also solves other problems. The solution of other problems will be described below.
本発明に係る蓄電システムの一つは、電気を蓄えるための複数のセルと、前記複数のセルを直列に接続して構成した電池グループと前記電池グループを制御するための電池制御装置を備えた複数の電池パックと、前記電池パックを収納すると共に前記電池グループを他のグループと接続するためのパック側電力コネクタを有する複数のパック収納ハウジングと、前記パック収納ハウジングのパック側電力コネクタと接続される収納装置側電力コネクタを備え、前記パック収納ハウジングを収納する収納装置と、前記電池パックと前記電池パックを外部回路に接続するための開閉器と、前記開閉器を制御する統合制御装置を備え、前記パック収納ハウジングの内部であって、収納された前記電池パックの下方には、前記パック収納ハウジングの前面に設けられた空気導入孔から、前記パック収納ハウジングの背面に設けられた空気排出孔まで空気が通流するための第1空気流路が形成され、前記パック収納ハウジングの内部であって、収納された前記電池パックの上方には、前記空気導入孔から前記空気排出孔まで空気が通流するための第2空気流路が形成され、前記第1空気流路には、前記第1空気流路を通流する空気に対する流体抵抗を大きくすることで、前記第1空気流路から前記第2空気流路に空気を通流させる空気分配器が備えられ、前記空気分配器は、前記第1空気流路における空気の通流方向の下流に向かって、前記空気分配器による流体抵抗が徐々に大きくなるように、複数備えられ、前記統合制御装置は前記電池パックの電池制御装置からの情報を受け、前記開閉器の開閉を制御することを特徴としている。
One of the power storage systems according to the present invention includes a plurality of cells for storing electricity, a battery group configured by connecting the plurality of cells in series, and a battery control device for controlling the battery group. Connected to a plurality of battery packs, a plurality of pack storage housings that store the battery packs and have a pack-side power connector for connecting the battery group to another group, and a pack-side power connector of the pack storage housing. A storage device for storing the pack storage housing, a switch for connecting the battery pack and the battery pack to an external circuit, and an integrated control device for controlling the switch. , an internal of the pack storage housing, below the housing by said battery pack, said pack storage housing A first air flow path is formed for air to flow from an air introduction hole provided in a surface to an air discharge hole provided in a back surface of the pack storage housing, and inside the pack storage housing, A second air flow path for allowing air to flow from the air introduction hole to the air discharge hole is formed above the stored battery pack, and the first air flow path includes the first air flow path. An air distributor is provided that causes air to flow from the first air flow path to the second air flow path by increasing a fluid resistance to air flowing through the flow path. A plurality of integrated control devices are provided so that fluid resistance by the air distributor gradually increases toward the downstream of the air flow direction in one air flow path, and the integrated control device is information from the battery control device of the battery pack. Open and close It is characterized by controlling the opening and closing of the.
本発明によれば安全性に優れた蓄電システムを提供することができる。以下に記載の実施の形態は、安全性に優れた蓄電システムを提供以外のいろいろな効果も奏している。これらの効果については以下で説明する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrical storage system excellent in safety can be provided. The embodiments described below also have various effects other than providing a power storage system with excellent safety. These effects will be described below.
以下に説明の実施の形態は、上述の発明が解決しようとする課題の欄に記載した課題に止まるものではなく、上述の発明が解決しようとする課題の欄に記載した以外の課題についても色々解決することができる。さらにまた以下に記載の実施の形態は上述の発明の効果の欄に記載した効果に止まるものではなく、それ以外の効果も奏している。これらのうち、代表的な技術課題や効果について次に記載する。 The embodiment described below is not limited to the problem described in the column of the problem to be solved by the above-described invention, and various problems other than those described in the column of the problem to be solved by the above-mentioned invention are various. Can be solved. Furthermore, the embodiment described below is not limited to the effect described in the above-mentioned column of the effect of the invention, and has other effects. Among these, typical technical problems and effects are described below.
〔より小型化の蓄電システムの提供〕
以下に説明の実施の形態では、蓄電のためのセルを複数個直列に接続して構成した電池グループ312と前記電池グループを構成するセルの端子電圧を検出するあるいは制御するため電池制御装置(BCU)を備えた電池パックを収納装置に複数個収納し、前記収納装置を必要に応じて複数個備えることにより、蓄電を行う蓄電システムを構成しているので、蓄電システムを小型にできる効果がある。 [Provision of smaller power storage systems]
In the embodiment described below, a
また前記収納装置は、収納する電池パックを、他収納装置に収納された電池パックと接続するための開閉器を備えているので、前記蓄電システムを小型にすることができる効果がある。 In addition, since the storage device includes a switch for connecting the battery pack to be stored to the battery pack stored in another storage device, there is an effect that the power storage system can be reduced in size.
以下に説明の実施の形態では、システム制御装置(BSCU)や遮断機242、断路器238を収納用ハウジング内に収納しているので、蓄電システムをコンパクトに作ることができる。
In the embodiment described below, since the system controller (BSCU), the
〔操作性に優れた蓄電システムの提供〕
以下に説明の実施の形態では、直列に接続された複数のセルを備えた電池パックを収納するパック収納ハウジングに表示部を有する操作装置を設けているので、操作性に優れている。[Provision of power storage systems with excellent operability]
In the embodiment described below, since an operating device having a display unit is provided in a pack housing housing that houses a battery pack including a plurality of cells connected in series, the operability is excellent.
操作装置には操作ボタンに加え、準備完了状態を示す表示ランプ448を備えているので次の動作に移り易く、操作性に優れている。
Since the operation device is provided with a
〔保守あるいは点検に優れた蓄電システムの提供〕
以下に説明の実施の形態では、電池パックあるいは電池ブロックの単位で取り外すことができ、保守あるいは点検が容易となる効果を奏する。[Provision of power storage systems with excellent maintenance and inspection]
In the embodiment described below, the battery pack or the battery block can be removed in units, and an effect of facilitating maintenance or inspection is obtained.
電池ブロックあるいは電池ユニットの運転を停止して、容易にシステムから切り離すことができるので、保守あるいは点検が容易となる効果を奏する。統合制御装置(IBCU)により、システムから電池ブロックあるいは電池ユニットを切り離す動作を容易に行えるので、保守あるいは点検が容易となる効果を奏する。 Since the operation of the battery block or the battery unit can be stopped and easily disconnected from the system, there is an effect that maintenance or inspection is facilitated. Since the operation of separating the battery block or the battery unit from the system can be easily performed by the integrated control unit (IBCU), there is an effect that the maintenance or the inspection is facilitated.
統合制御装置(IBCU)により、電池ブロックあるいは電池ユニットを切り離された状態からシステムに容易に接続できるので、保守あるいは点検が容易となる効果を奏する。 The integrated control unit (IBCU) can be easily connected to the system from the state where the battery block or the battery unit is disconnected, so that an effect of facilitating maintenance or inspection is obtained.
〔電池接続時の安全性の向上〕
以下に説明の実施の形態では、電池ユニットを構成する各電池パックが確実に接続されたことを確認して、統合制御装置(IBCU)が開閉器の投入を行うので、高い安全性を確保できる。[Improved safety when connecting batteries]
In the embodiment described below, it is confirmed that each battery pack constituting the battery unit is securely connected, and the integrated control device (IBCU) switches on the switch, so that high safety can be ensured. .
以下に説明の実施の形態が解決しているその他の課題については、実施の形態に関する説明の中で述べる。 Other problems solved by the embodiment described below will be described in the description of the embodiment.
〔実施の形態の説明〕
次に図面を使用して実施の形態を具体的に説明する。[Description of Embodiment]
Next, embodiments will be specifically described with reference to the drawings.
〔発電システムの説明〕
図1は本発明の蓄電システム200が使用される発電システムの構成を示す。発電装置102で発電された電力は電力系統104へ送電され、電力系統104を介して図示しない電力を消費する電気的な負荷へ送電される。発電装置102の具体例としては、風力に基づいて発電する風力発電装置あるいは水力に基づいて発電する水力発電装置、太陽光に基づいて発電する太陽光発電装置、などがある。本発明の適用には、発電システムの発電形態が特定されなければならないとの必要性は無い。発電システム構成が明確になっていない場合であっても、蓄電される電力の供給を受けることが可能であれば、本発明の適用が可能である。[Description of power generation system]
FIG. 1 shows a configuration of a power generation system in which a
発電装置の形態として、自然環境にやさしい、自然環境への負荷が少ない発電装置が近年注目されている。これらの代表例として上述の風力発電装置あるいは水力発電装置、太陽光発電装置、などがある。これら自然界のエネルギーに基づいて発電する発電装置は、自然環境への負荷が少ない反面、発電能力が自然界の状態に左右され、必要とされる電力負荷に発電能力が対応し難い問題がある。このため、図1に示す如く、発電装置が発電した電力を一旦蓄電システム200に蓄え、電力負荷の要求に合わせて予め蓄えていた電力を、電力系統104を介して供給するシステムが考えられる。
As a form of the power generation apparatus, a power generation apparatus that is friendly to the natural environment and has a small load on the natural environment has recently attracted attention. Typical examples of these are the above-described wind power generator, hydroelectric generator, solar power generator, and the like. These power generation devices that generate power based on natural energy have a small load on the natural environment, but have a problem in that the power generation capacity depends on the state of the natural world and the power generation capacity is difficult to correspond to the required power load. For this reason, as shown in FIG. 1, a system is conceivable in which the power generated by the power generation device is temporarily stored in the
蓄電システム200は、直流電力を蓄電する機能を有するため、発電装置102で発電された電力は交流直流変換装置112により直流電力に変換され、変換された直流電力が蓄電システム200により蓄電される。電力負荷から要求される電力は交流送電系統を介して送電されるため、蓄電システム200に蓄えられていた直流電力は再び直流交流変換装置114により交流電力に変換され、電力系統104を介して負荷に供給される。
Since the
〔蓄電システム200の説明〕
蓄電システム200は必要な蓄電容量を得るために、蓄電容量に基づいた数のサブ蓄電システムを備えている。ちなみに図1に記載の蓄電システム200では、多数のサブ蓄電システム202を備えている。サブ蓄電システム202の詳細は図2を用いて後述する。ここで、蓄電システム200が1組のサブ蓄電システム202で構成されていても良いし、多くのサブ蓄電システム202を有していても良い。上述のとおり、蓄電システム200の蓄電量に基づいて、サブ蓄電システム202を何基有するかが定まる。このように基本単位となるサブ蓄電システム202を定め、必要とされる蓄電システム200の蓄電容量に基づき、使用するサブ蓄電システム202の数を定める方法とすることで、色々なニーズに対応した蓄電システム200を実現でき、また蓄電システム200の生産性が向上する。さらにサブ蓄電システム202の基本構成を共通化することができるため、安全性が向上する。[Description of power storage system 200]
The
電力の供給は社会生活に大きくかかわっているので、蓄電システム200全体が動作を停止することは好ましくない。このため定期的な点検や保守において、蓄電システム200の全体の動作を停止するのではなく、対象となる一部のサブ蓄電システム202のみを停止して保守点検がおこなわれる。修理を行う場合であっても、蓄電システム200の全体は動作を維持し、対象となるサブ蓄電システム202を限定的して運転を停止し、全体の蓄電機能を維持する運転が行われる。
Since power supply is greatly related to social life, it is not preferable that the entire
また以下で説明の如く、対象となるサブ蓄電システム202そのものを電力送信用結線から切り離してしまうのではなく、サブ蓄電システム202が有する以下に説明の複数の電池ブロックのうちの一部を切り離し、修理や点検を行うことが可能である。このような構成とすることで、対象となるサブ蓄電システム202の運転を維持しながら、蓄電システム202の中の対象となる電池ブロックを限定的に運転停止し、保守や点検を行うことが可能となる。このようにすることで、安全性と利便性の両立を可能としている。
Also, as described below, the target sub
〔サブ蓄電システム202の説明〕
図2に示すサブ蓄電システム202は、図1に示す蓄電システム200に設けられている複数のサブ蓄電システム202のうちの1つの構成を示す。なお、図1に示す蓄電システム200が1個のサブ蓄電システム202で構成される場合には、サブ蓄電システム202が蓄電システム200と考えることができる。大規模な蓄電システムを考慮した場合、図2に示すシステムを多数並列に接続することで、あるいは直列および並列に接続することで、大規模な蓄電システムを作り上げることが可能となる。従って図2に示す構成を基本単位としてニーズに適応した数のサブ蓄電システム202を組み合わせることで、図1に示す蓄電システム200を完成することができる。図1に示す蓄電システム200と基本単位としての役割を果たす図2に示すシステムとを、分かりやすく説明するために、便宜上図2に示すシステムをサブ蓄電システムとの呼び名で記載する。[Description of Sub Power Storage System 202]
A sub
図2に記載の各サブ蓄電システム202は、さらに基本構成となる電池ブロック212を複数個有している。各電池ブロック212の基本的な構造や基本的な動作を共通化することで、基本単位となるサブ蓄電システム202自身の蓄電容量を、利用しやすい容量に設定可能となり、利便性が向上する。また各電池ブロック212の基本的な構造や基本的な動作を共通化することで生産性や安全性が向上する。さらに電池システム200を構成する各サブ蓄電システム202の単位で他のサブ蓄電システム202との接続を遮断して運転を停止し、保守や点検を行えるので、電池システム200は運転を継続しながら、特定のサブ蓄電システム202の保守点検が可能となる。あるいは特定のサブ蓄電システム202はまた、電池ブロック212を基本構成として、電池ブロック212を複数個接続してサブ蓄電システム202を構成しているので、サブ蓄電システム202の運転を停止することなく、特定の電池ブロック212を他の電池ブロック212から切り離し、特定の電池ブロック212の運転を停止して保守点検を行うことが可能となる。
Each sub
各電池ブロック212の正端部244はそれぞれ断路器238を介して正側結線246に並列に接続され、同様に各電池ブロック212の負端部245はそれぞれ断路器239を介して負側結線247に並列に接続されている。上記各電池ブロック212が並列接続された正側結線246は遮断機242を介して正極出力端248に接続され、また負側結線247は断路器240を介して負極出力端249に接続されている。遮断機242はシステム制御装置(BSCU)270により制御される。
The
遮断機242や断路器238、239および240である開閉器が閉じている場合には、正極出力端248と負極出力端249に対して、各電池ブロック212が並列に接続されており、正極出力端248と負極出力端249が図1に示すように、他のサブ蓄電システム202と並列に接続されている。この構成で図2に示すサブ蓄電システム202を図1に示す他のサブ蓄電システム202から電気的に切り離す場合には、先ずシステム制御装置(BSCU)270により遮断機242を開いて、サブ蓄電システム202に設けられている組電池314の充電電流あるいは放電電流を遮断し、その後断路器238、239および240である開閉器を開放する。逆に図2に示すサブ蓄電システム202を図1に示す他のサブ蓄電システム202と接続するためには、先ず断路器238、239および240である開閉器を閉じ、その後遮断機242をシステム制御装置(BSCU)270により閉じる。
When the
サブ蓄電システム202を構成する各電池ブロック212は開閉器である断路器238や断路器239を介して並列に接続されており、図2に示すサブ蓄電システム202を他のサブ蓄電システム202と並列に接続する場合に、あらかじめ特定の電池ブロック212の断路器238と断路器239を開状態にしておき、この状態で断路器240と遮断機242を閉じると、断路器238と断路器239が開状態の電池ブロック212が開放された状態で、図2に示すサブ蓄電システム202が他のサブ蓄電システム202と電気的に接続される。このようにすることで、図2に示すサブ蓄電システム202を運転状態として利用し、特定の断路器238と断路器239が開状態の電池ブロック212の運転のみを停止でき、特定の電池ブロック212の保守あるいは点検を行うことが可能となる。
The battery blocks 212 constituting the sub
上記説明で断路器として記載した機器の代わりに遮断機を使用することが可能である。但し、遮断機242を遮断状態とすることで、電池ブロック212の充電電流や放電電流を遮断できるので、遮断状態における回路の開閉器断路器を使用することが可能となり、コスト低減や安全性、操作の利便性で優れている。
A circuit breaker can be used in place of the device described as a disconnector in the above description. However, by setting the
〔電池ブロック212の構成説明〕
各電池ブロック212の基本構成や動作、作用効果が一致しているので、代表して一つの電池ブロック212について説明する。各電池ブロック212は2組の電池ユニット222を並列接続の状態で有している。蓄電する直流電圧の大きさにより、2組の電池ユニット222を直列の状態で接続しても良い。本実施の形態では保守あるいは点検における安全性を維持し易くするために、2組の電池ユニット222を並列接続としており、この結果電池ブロック212内の電圧を、千ボルト以下、特に650ボルト以下の比較的安全な電圧に維持している。蓄電システム200を構築するための基本構成となるサブ蓄電システム202内部および出力の直流電圧を比較的安全な電圧とすることで、蓄電システム200の保守あるいは点検だけでなく、設備の設置基準を緩和できる効果がある。電池ユニット222を並列接続することにより大きな直流電力を蓄えることができ、この直流電力を交流電力に変換した後で高電圧に昇圧するなど、最適な電圧に変換することが可能となる。[Configuration Description of Battery Block 212]
Since the basic configuration, operation, and effect of each
また各電池ブロック212が有する電池ユニット222の数は、2組に限るものではなく、蓄電システム200の使用目的や使用条件により決めることができる。保守あるいは点検などにおける利便性を考えると、本実施の形態における電池ユニット222の並列の数を2組にすることにより、より望ましい効果が得られる。
Further, the number of battery units 222 included in each
各電池ブロック212は上述の如く2組の電池ユニット222を有しており、各電池ユニット222はさらに複数の電池パック252を内蔵している。この実施の形態では各電池ユニット222は3個の電池パック252を内蔵している。以下で説明するが各電池パック252はさらに複数の電池グループ312を有している。この実施の形態では図3を用いて後述するように各電池パック252は4個の電池グループ312を内蔵している。また以下で説明するが各電池グループ312はさらに複数のセル310を有している。この実施の形態では後述するように各電池グループ312は12個のセル310を内蔵している。
Each
各電池パック252は内蔵する電池グループ312を管理し制御するために電池制御装置(BCU)264を有している。各電池制御装置(BCU)264は内蔵されている電池パック252の各電池グループ312が有する各セル310の端子電圧の検知および診断、さらに充電状態の調整を行う。またこれら各セル310の端子電圧の検知あるいは診断結果あるいは充電状態を上位の制御装置である各電池制御装置(BCU)264から統合制御装置(IBCU)226へ報告される。各電池制御装置(BCU)264は関係する各電池グループ312が有する各セル310の端子電圧の検知および診断、さらに充電状態の調整を直接行っても良いが、図3に示すごとく各電池グループ312が各セル310の端子電圧の検知および診断、さらに充電状態の調整を行うためのセル監視回路(CCU)332を有していて、電池制御装置(BCU)264から関係するセル監視回路(CCU)332へ指令をおくり、電池制御装置(BCU)264がセル監視回路(CCU)332に上述の処理を行わせても良い。
Each
〔統合ユニット224の説明〕
各電池ブロック212は2組の電池ユニット222Aと222Bを有していて、この2組の電池ユニット222Aと222Bの制御すなわち管理するために統合ユニット224が設けられている。統合ユニット224は、電池ブロック212内の管理を行うための統合制御装置(IBCU)226と、各電池ユニット222Aあるいは222Bを他の電池ブロック212と接続するか開放するかの電気的な開閉動作を行う継電器232や233、234、235、さらに各電池ユニット222Aあるいは222Bを流れる電流を検出するための電流検出器228および229、また各電池ユニット222Aあるいは222Bの端子間の電圧を検出する電圧検出器230および231を備えている。[Description of Integrated Unit 224]
Each
各統合制御装置(IBCU)226は電池ブロック212が内蔵する全電池パック252の管理を行い、また電池ユニット222Aあるいは222Bを単位として他の電池ブロック212に接続するかどうかの制御を行う。電池ユニット222Aあるいは222Bを継電器234あるいは235、あるいは継電器234と235の両方を閉じて、他の電池ブロック212に接続し、さらに上述の遮断機242を閉じることにより、蓄電システム200の外部の機器と継電器234や235を閉じた電池ユニット電池ユニット222とが電気的に接続され、充電あるいは放電電流の授受が行われる。
Each integrated control unit (IBCU) 226 manages all battery packs 252 built in the
統合制御装置(IBCU)226は、各電池パック252からの情報を受け取りあるいはシステム制御装置(BSCU)270から情報や指令を受け取り、さらに電圧検出器230および231による充放電電流の計測、また電圧検出器230および231により電池ユニット222の端子電圧の計測を行い、これらの計測値やシステム制御装置(BSCU)270から受け取った情報や指令に基づき、各電池パック252に対して指令を出す。さらに継電器232や233、234、235の制御を行う。さらに統合制御装置(IBCU)226は電池ブロック212の診断結果を含む動作状態を、また上記電流検出器228および229による計測結果および電圧検出器230および231による計測結果をシステム制御装置(BSCU)270に報告する。
The integrated control unit (IBCU) 226 receives information from each
〔継電器232や継電器234の動作説明〕
この実施の形態では電池ユニット222毎に保守や点検を行うため、その間使用を停止する。このため使用を停止していたセル310は運転を継続していた電池ブロック212のセル310との間で充電状態(以下SOCと記載する)が異なってくる。SOCの異なる電池ユニット222を並列接続した場合に、SOCの大きい電池ユニット222からSOCの小さい電池ユニット222に大きな電流が流れる危険性がある。このため各電池ユニット222Aや222Bに対応して電流制限器236あるいは237が設けられている。安全性を向上させるため、電池ユニット222Aを正側結線246と負側結線247間に接続する場合には、先ず電流制限器236を介して接続するために継電器232を閉じる。このときに流れる電流値は電流検出器228で計測できる。電流検出器228による計測に基づき、電池ユニット222Aの充電あるいは放電電流値が予め定めた値以下である状態で継電器234を閉じ、継電器232を開放する。このようにすることで、セル310の充放電電流値を安全な値に維持できる。[Description of operation of
In this embodiment, since maintenance and inspection are performed for each battery unit 222, use is stopped during that time. Therefore, the charged state (hereinafter referred to as SOC) of the
この実施の形態では、セル310としてリチウム電池を使用する。リチウム電池の端子電圧はSOCに基づいて変化する。従って電圧検出器230の測定値を用いて、継電器234の投入時の電流を予測することができる。電池ユニット222Aの投入時は安全性向上の点から継電器232を投入するようにして電流制限器236で流れる電流を安全な値に制限し、電圧検出器230の測定値に基づいて継電器234の投入を制御しても良い。さらに電圧検出器230の測定値が他の電池ユニット222の端子間電圧に対して規定の範囲内の場合には、継電器232の投入を省略して、いきなり継電器234を投入しても良い。なお、電池ユニット222Bに関する継電器233や継電器235の制御は上で説明した電池ユニット222Aの内容と同じである。
In this embodiment, a lithium battery is used as the
〔サブ蓄電システム202の情報伝送と制御の説明〕
上述のように各サブ蓄電システム202は統合制御装置226をそれぞれ備えており、これらの統合制御装置226からの情報、命令が情報バス272を介して接続されている色々な機器に伝送され、上述のシステム制御装置(BSCU)270にも伝達それる。さらに図1に記載の蓄電システム200の管理装置(図示省略)から情報入出力端274を介してシステム制御装置270情報や指令が送られてくる。システム制御装置(BSCU)270は各電池ブロック212の統合制御装置226からの情報や要求に基づいて、あるいは上位の蓄電システム200の管理装置(図示省略)からの情報や指令に基づいて、サブ蓄電システム202を蓄電システム200から電気的に切り離す条件が成立した場合に、遮断機242を開放する。遮断機242が開放されることにより、サブ蓄電システム202は電気的に蓄電システム200の系統から切り離され、および負極出力端249を介して流れていた電流が遮断され、その後作業などにおける安全性を高めるために、断路器240が開放される。なお、各電池ブロック212を並列に接続している断路器238や断路器239も切り離される。[Description of Information Transmission and Control of Sub Power Storage System 202]
As described above, each sub
このような回路構成とすることで、サブ蓄電システム202単位での保守点検が容易となる。さらに安全性が向上する。また電池ブロックを基本単位として、必要な蓄電規模に基づいて電池ブロックを組み合わせることで、蓄電システムを構築でき、生産性が向上する。あわせての安全性を高めることにより、蓄電システム全体の安全性を高められる効果がある。即ち、要求に即応できる利便性が向上すると共に安全性の向上を図ることが容易となる。
Such a circuit configuration facilitates maintenance and inspection in units of sub
〔制御用電力の供給に関する説明〕
図2に示す実施の形態では、上記システム制御装置(BSCU)270や各電池ブロック212を管理する即ち各電池ブロック212の制御や診断を行う統合制御装置(IBCU)226および電池ユニット222Aや電池ユニット222Bが有する電池制御装置(BCU)264は、コンピュータがその中心となる制御回路を備えており、これら制御回路に動作ための電力を供給することが必要となる。前記制御回路は比較的低い直流電圧で動作するので、本実施の形態では蓄電している電圧を使用するのではなく、電圧変換が容易な交流電流を使用する。上記システム制御装置270や統合制御装置226を動作するための電力はもちろん各電池パック212あるいはサブ蓄電システム202に蓄電されている電力を使用しても良いが、各電池パックの保守点検をスムーズに行う観点や、各電池パックの構成を規格化することで蓄電システム200の生産性を向上する観点から、図2に示す実施の形態では、各電池パック212あるいはサブ蓄電システム202の外部から制御装置用の電力の供給を受ける構成としている。また外部から供給される交流電力を使用することにより、トランスを使用して容易に電圧の変換が可能となり、蓄電している直流電力をDC/DCコンバータで低電圧に電圧変換するより、簡単であり、また効率も良い。[Explanation on power supply for control]
In the embodiment shown in FIG. 2, the system control unit (BSCU) 270 and each
図2に示す構成では、サブ電池システム202の外部から交流電力が制御用電源入力端282を介して供給される。制御用電源入力端282からの交流電力は無停電電源284に供給され、通常は制御用電源入力端282を介して供給される交流電力により制御用の直流電圧が作られるが、外部からの交流電力の供給が停止した場合には、無停電電源284が代わって必要な電力を供給する。無停電電源284は例えば制御用電源の電圧よりやや高い直流電力を蓄電する二次電池で構成することができる。
In the configuration shown in FIG. 2, AC power is supplied from the outside of the
制御用電源入力端282を介して供給された外部からの交流電力あるいは無停電電源284が供給する電力は電源ユニット286に供給され、電源ユニット286で低電圧の直流電圧が作られ、上記システム制御装置270および各電池ブロック212が有する統合制御装置226に供給される。無停電電源装置284を備えているので、仮に制御用電源入力端282からの交流電力が遮断される異常が発生しても、電源ユニット286から供給される制御用の電力が停止しないように、自動的にしかも連続的に、外部からの交流電力の利用から無停電電源284が供給する電力の利用に切り替わり、サブ蓄電システム202が動作を連続して維持することができる。
The external AC power supplied via the control power
〔電池パック252の構成に関する説明〕
図3は上述した電池パック252の具体的な回路構成を示す。電池パック252は、電池制御装置(BCU)264と該電池制御装置(BCU)264により制御される複数組のモジュール322を備えている。この実施の形態では、電池パック252は1個の電池制御装置(BCU)264と該電池制御装置(BCU)264により制御される4組のモジュール322を備えている。各モジュール322は直列接続された複数個のセル310とセル310の状態を計測するセル監視回路(CCU)332を有している。この実施の形態では、各モジュール322は直列接続された12個のセル310と該12個のセル310の状態を計測する2個の監視回路(CCU)332を有し、各監視回路(CCU)332は直列接続された6個のセル310をそれぞれ分担している。但し監視回路(CCU)332の数を3個とし、1個の監視回路(CCU)332が4個のセル310を管理するようにしても良い。[Explanation regarding the configuration of the battery pack 252]
FIG. 3 shows a specific circuit configuration of the
各モジュール322が有する複数のセル310(本実施の形態では12個のセル310)は直列に接続されて電池グループ312を構成している。電池パック252が有する全モジュール322の電池グループ312が直列に接続されて組電池314を形成し、組電池314はその両端子である正極用電力コネクタ352と負極用電力コネクタ353とを介して他の電池パック252の組電池と、図2で説明の如く、直列に接続されている。各モジュール322が有する電池グループ312は上述のようにセル監視回路(CCU)332により分担されて管理されている。上述のとおりこの実施の形態では、12個のセル310は高電位側6個と低電位側6個に分けられ、高電位側6個と低電位側6個のそれぞれに対応してセル監視回路(CCU)332が設けられ、セル310の端子が対応するセル監視回路(CCU)332の入力端に接続されている。
A plurality of cells 310 (12
セル監視回路(CCU)332は入力端に接続された各セル310の端子電圧を検出し、検出した各セル310の端子電圧に基づき、各セル310の充電状態SOCを検知する。さらに各セル310の端子電圧に基づき、過充電や過放電の診断を行なう。また他のセル310との充電状態SOCに関する差、即ち充電状態SOCのバラツキを求め、バラツキの大きさから異常の診断を行う。セル310相互間の充電状態SOCのバラツキが大きい場合には充電状態SOCの小さいセル310が微少短絡を起こしている可能性が大きいと判断できる。これらの検出結果および診断結果はシリアル伝送するための第1伝送線342や第2伝送線344を介して、電池制御装置(BCU)264に報告され、メモリ266により保持される。
The cell monitoring circuit (CCU) 332 detects the terminal voltage of each
いま、各セル310の端子電圧に基づく、充電状態SOCの検知や診断をセル監視回路(CCU)332で行うとして説明したが、各セル310の端子電圧をシリアル伝送するための第1伝送線342や第2伝送線344を介して電池制御装置(BCU)264に送り、電池制御装置(BCU)264で上述の診断を行うことができる。電池制御装置(BCU)264は、電池パック252の全体のセル310を、各セル監視回路(CCU)332からの報告により把握可能である。このため電池パック252が有する全セル310について、充電状態SOCのバラツキを把握でき、より正確に微少短絡などの診断を行うことが可能となる。
Although it has been described that the state of charge SOC is detected and diagnosed by the cell monitoring circuit (CCU) 332 based on the terminal voltage of each
〔電池パック252内の伝送路の説明〕
次に図3を用いて電池パック252内の伝送路に付いて説明する。シリアル伝送路は2組の絶縁回路346Aと346Bを備え、これらの絶縁回路は、第1伝送線342と第2伝送線344および上記第1伝送線342と第2伝送線344の2箇所の接続部にそれぞれ設けられている。電池制御装置(BCU)264は図2に記載の制御用電源ライン288から供給される直流電力を受けて動作する。一方各セル監視回路(CCU)332は監視しているセル310の直列回路から供給される直流電力を受けて動作する。このため電池制御装置(BCU)264に供給されている電源電圧の基準電位と各セル監視回路(CCU)332に供給されている電源電圧の基準電位とは異なっている。このため、第1伝送線342の電位と第2伝送線344の電位とが異なっている。第1伝送線342と第2伝送線344とを電気的に接続することは好ましくないので、第1伝送線342と第2伝送線344とを絶縁回路346を介して接続している。[Description of transmission path in battery pack 252]
Next, the transmission path in the
各セル監視回路(CCU)332同士においても、直列に接続されたセル310から対応するセル監視回路(CCU)332に動作のための電力を供給しているので、セル監視回路(CCU)332の基準電位がそれぞれ異なっている。即ち各セル監視回路(CCU)332は、セル監視回路(CCU)332が管理するセル310の基準電位が他と異なっているため、各セル監視回路(CCU)332の動作電位が異なっている。ここで基準電位とは各セル監視回路(CCU)332を構成する回路の例えばグランドの電位である。この実施の形態では、セル監視回路(CCU)332の電位変化に沿ってセル監視回路(CCU)332の伝送信号の入力端と出力端とを接続しているので、隣り合うセル監視回路(CCU)332間の電位差は小さく、この電位差はセル監視回路(CCU)332が十分に耐え得る値である。例えばセル監視回路(CCU)332は半導体回路で構成された集積回路で作られており、第2伝送線344を構成するためのセル監視回路(CCU)332の伝送信号の入力端と出力端の電子回路は、隣り合うセル監視回路(CCU)332間の電位差より大きな電圧に耐え得る回路を備えており、電気的にあるセル監視回路(CCU)332の出力端を次のセル監視回路(CCU)332の入力端に電気的に接続しても、正常に動作する。従って図3に示す如く、電位の変化に沿ってセル監視回路(CCU)332の伝送のための直列回路を構成することで、セル監視回路(CCU)332間に絶縁回路を設けることなく第2伝送線344を形成することができる。この実施の形態では、電位の高いセル監視回路(CCU)332から順に電位の低い方に向かって伝送されるが、逆に電位の低い方から電位の高い方へ向かって伝送しても良い。またセル監視回路(CCU)332の出力端を次のセル監視回路(CCU)332の入力端に電気的に接続する場合に、電気抵抗やダイオードを介して接続しても良いし、コンデンサを介して接続しても良い。これに対して絶縁回路346は具体的にはフォトカプラやトランスであり、電気信号を一旦他の伝送媒体である光の信号や磁束の信号に変え、その後再び電気信号に変えて伝送する。このことにより、第1伝送線342と第2伝送線344とを確実に電気的に絶縁することが可能となる。
Since each cell monitoring circuit (CCU) 332 also supplies power for operation from the
電池制御装置(BCU)264から各セル監視回路(CCU)332への命令は、電池制御装置(BCU)264の伝送送信端から第1伝送線342Aを介して絶縁回路346Aに送られ、絶縁回路346Aから第2伝送線344を介して高電位側のセル監視回路(CCU)332へ送られ、電位の変化に沿ってセル監視回路(CCU)332が直列に接続されて構成された第2伝送線344を通り、上記命令は絶縁回路346Bに伝えられ、第1伝送線342Bをとおり、電池制御装置(BCU)264の伝送受信端に戻る。
A command from the battery control unit (BCU) 264 to each cell monitoring circuit (CCU) 332 is sent from the transmission transmission end of the battery control unit (BCU) 264 to the
各セル監視回路(CCU)332は、送られてきた命令を有する伝送情報のうちのアドレスデータが自分であるかを確認し、アドレスデータが自分のアドレスに該当する場合に送られてきた命令に応答し、さらに送られてきた情報をあるいは命令内容に基づき要求された情報を加えて伝送方向の順に次のセル監視回路(CCU)332へ情報送信する。各セル監視回路(CCU)332は電池制御装置(BCU)264の要求に対応して、詳細な測定結果あるいは診断結果を送信情報として電池制御装置(BCU)264へ伝送する。各セル監視回路(CCU)332は過充電や過放電のほかにも色々な診断を行うことが可能であり、これらの診断結果を送信する。 Each cell monitoring circuit (CCU) 332 confirms whether or not the address data in the transmission information having the sent command is itself, and if the address data corresponds to its own address, In response, the received information or the information requested based on the contents of the command is added, and the information is transmitted to the next cell monitoring circuit (CCU) 332 in the order of the transmission direction. Each cell monitoring circuit (CCU) 332 responds to a request from the battery control unit (BCU) 264 and transmits a detailed measurement result or diagnosis result to the battery control unit (BCU) 264 as transmission information. Each cell monitoring circuit (CCU) 332 can perform various diagnoses in addition to overcharge and overdischarge, and transmits these diagnosis results.
診断結果に基づき緊急を要する場合には、電池制御装置(BCU)264からの問い合わせに拘わらず、異常信号を電池制御装置(BCU)264に連絡することができる。図3には1組の伝送路を記載しているが、これは代表例を示したものであり、実際にはシリアル伝送路を複数組備えている。そのうちの1つを緊急用の伝送路として使用するもので、電池制御装置(BCU)264からの問い合わせに拘わらず、異常が発生すると、異常信号を電池制御装置(BCU)264に連絡することが可能である。 When an emergency is required based on the diagnosis result, an abnormal signal can be communicated to the battery control unit (BCU) 264 regardless of an inquiry from the battery control unit (BCU) 264. FIG. 3 shows one set of transmission lines, but this is a representative example, and actually a plurality of sets of serial transmission lines are provided. One of them is used as an emergency transmission line. When an abnormality occurs regardless of an inquiry from the battery control unit (BCU) 264, an abnormal signal may be sent to the battery control unit (BCU) 264. Is possible.
電池制御装置(BCU)264は上位の制御装置である統合制御装置(IBCU)226と情報バス272および情報バス用コネクタ356を介して接続されている。第2伝送線344からの計測結果および診断結果は、図2に記載の統合制御装置(IBCU)226に報告される。また計測結果および診断結果は電池制御装置(BCU)264が有している不揮発性メモリ266に保持される。特に異常診断結果は、その異常診断の基となった測定結果も含めおよび異常となったセル310を特定するデータと共に不揮発性メモリ266に保持される。電池制御装置(BCU)264から統合制御装置(IBCU)226へ報告された情報は、さらに情報バス272を介してシステム制御装置(BSCU)270へ報告される。
The battery control unit (BCU) 264 is connected to an integrated control unit (IBCU) 226 that is a host control unit via an
〔電池パック252の履歴情報の保存と該履歴情報の読み出し〕
以下で説明の如く電池パック252を単位として、システムから取り外し、必要に応じ電池パック252を交換することが可能である。取り外した電池パック252を保守点検する場合に、また交換する場合に、過去の動作状態、特に動作状態における診断結果を利用できるとたいへん便利である。このため電池制御装置(BCU)264は不揮発性メモリ266を有していて、不揮発性メモリ266に管理対象の各セル310の運転状態あるいは異常の状態が保持されるようになっている。これらの保持データは、システムから電池パック252が切り離された状態で、読み出すことができるので、上述のように点検や保守、あるいはセル310の交換、あるいはモジュール322の単位での交換のために利用できる。[Saving History Information of
As described below, the
システムから電池パック252が切り離された状態で、制御用電源コネクタ358に、運転中の動作電力を供給する電源ユニット286とは異なる保守あるいは点検用の電源装置から動作のための電力を供給することにより、電池制御装置(BCU)264はシステムから切り離された状態で、立ち上がり動作状態となる。図9の第1操作ボタン452から第3操作ボタン456の操作を行うことで、電池制御装置(BCU)264を他と切り離した状態で制御でき、電池制御装置(BCU)264の不揮発性メモリ266に保持されているデータが情報バス用コネクタ356から出力される。従って情報バス用コネクタ356に計測装置を接続することで不揮発性メモリ266に保持されているデータを受け取ることができる。さらに図9の上記第1操作ボタン452から上記第3操作ボタン456の操作を行うことで、図8や図9の表示装置442の表示部446に表示することができる。
Supplying power for operation from a power supply unit for maintenance or inspection different from the
〔各セル310の充電状態SOCの均一化動作〕
各電池パック252の組電池314は互いに直列に接続されているので、同じ量の充電電流および放電電流が流れる。このため充電状態にバラツキが生じると、全体の蓄電容量が影響を受ける。充電動作時に、全セル310のうち、充電状態SOCの高いセル310の充電状態SOCが充電制限値に達すると、他のセル310の充電状態SOCが低くても、充電電流の供給が困難となる。この結果電池ユニット222全体の充電量が制限され、結果的に蓄電量が減少することとなる。[Operation for equalizing SOC of each cell 310]
Since the assembled
このような蓄電量の減少を防止するために、統合制御装置(IBCU)226は各電池制御装置(BCU)264からセル310の充電状態SOCの報告を受け、直列に接続されたセル310の充電状態SOCのバラツキの均一化を図るために、直列接続された電池グループ312のうちの最低充電状態SOCを検知すると共に、充電状態SOCのバラツキを検知し、各セル監視回路(CCU)332にSOCの均一化の指示を出す。例えばSOCの高いセル310の充電状態SOCを低下するために図示されていない放電回路を動作させ、充電状態SOCの高いセル310の充電状態SOCを強制的に下げる指示を出す。指示を受けた各セル監視回路(CCU)332は、図示しない放電回路により、指示されたセル310の放電を行う。セル310の充電状態SOCのバラツキの均一化を図るためには、上述の放電回路を動作させる以外の方法でも良い。例えば充電状態SOCの低いセル310を選択的に充電する方法であっても良い。
In order to prevent such a decrease in the storage amount, the integrated control unit (IBCU) 226 receives a report of the state of charge SOC of the
〔動作電力の供給に関する説明〕
電池制御装置(BCU)264や各電池ブロック212の統合制御装置(IBCU)226を動作させるのに必要な直流電力は、図2に記載の電源ユニット286で作られる。統合制御装置(IBCU)226には制御用電源ライン288を介して供給される。また、電源ユニット286と繋がっている外部の制御用電源ライン288と、制御用電源コネクタ358および制御用電源コネクタ368を介して、電池パック252内の制御用電源ライン288が接続されていて、各電池パック252内の電池制御装置(BCU)264には、各電池パック252内の制御用電源ライン288から電力が供給される。[Explanation of operating power supply]
The DC power necessary for operating the battery control unit (BCU) 264 and the integrated control unit (IBCU) 226 of each
電源ユニット286には制御用電源入力端282を介して外部から交流電力の供給され、電源ユニット286で供給された交流電力から、各電池パック252内の電池制御装置(BCU)264あるいはシステム制御装置(BSCU)270を動作されるための直流電力を発生して供給する。無停電電源装置284は、制御用電源入力端282からの交流電力の供給が停止したときに、一時的に交流電力を電源ユニット286へ供給する。電池制御装置(BCU)264や各電池ブロック212の統合制御装置(IBCU)226を動作させるのに必要な直流電力は、比較的少電力でありまた低電圧であるため、電圧変換の容易な交流電力使用することが望ましい。また無停電電源装置284は交流発電機であり、制御用電源入力端282からの交流電力の供給が停止した異常時に短時間で電力を供給することが可能である。
AC power is supplied to the
〔電池ブロック212の収納装置412の説明〕
図4は、各電池ブロック212を収納するための電池ブロック収納装置412を示す。最上段には統合ユニット224の収納部があり、図2に示す統合ユニット224を収納するため統合ユニット収納部422が設けられている。その下の6段には、それぞれ電池パック252を収納するためのパック収納ハウジング432が設けられている。各パック収納ハウジング432は図8に示すように引き出しの構造を為しており、その内部に図5に示すように図3で説明の4個のモジュール322が収納されている。各パック収納ハウジング432は、図8に示す両側の螺子を外すことにより簡単に取り外すことができ、他の新しいパック収納ハウジング432を代わりにはめ込むことにより、電池パック252を交換することが可能である。統合ユニット収納部422やパック収納ハウジング432の正面にはそれぞれ操作装置442や操作装置444が設けられている。操作装置442や操作装置444は操作部と表示部とを有しており、その代表例を図8に示し、その拡大図を図9に示す。またパック収納ハウジング432の内部の冷却のための空気の流れを図10に示す。[Description of
FIG. 4 shows a battery
図2示す電池ユニット222Aを構成する3個の電池パック252は下3段のパック収納ハウジング432に収納され、図2示す電池ユニット222Bを構成する3個の電池パック252は下から4段乃至6段に収納されている。下から1段乃至3段に収納される3個の電池パック252および下から4段乃至6段に収納される3個の電池パック252は、図7に示すパック収納ハウジング432の奥に設けられた配線により、それぞれ直列に接続される。
The three
〔電池パック252の構成の説明〕
パック収納ハウジング432の内部に配置された電池パック252の概要を図5に示す。電池パック252は図3に示すように4個のモジュール322を有しており、各モジュール322はそれぞれ電池グループ312を有している。各モジュール322はその下部に直列接続された12個のセル310からなる電池グループ312を有し上部両側に正端子336と負端子337が設けられている。またモジュール322の上部の正端子336と負端子337の間にセル監視回路(CCU)332が配置されている。4個のモジュール322はパック収納ハウジング432の前から後ろの方向に一列に配置されている。しかし左右が交互に反転しているので、導体板338を前から後ろの方向に設けることで、4個のモジュール322の電池グループ312は直列に接続され、直列に接続された4個のモジュール322の電池グループ312が正極用電力コネクタ352と負極用電力コネクタ353に接続さている。さらに各モジュール322のセル監視回路(CCU)332を繋ぐ伝送路は電池制御装置(BCU)264に接続され、電池制御装置(BCU)264の伝送のための入出力端子は、統合制御装置(IBCU)226接続するための情報バス用コネクタ356に繋がっている。外部から供給される動作用の電力は制御用電源コネクタ358から取り込まれ、電池制御装置(BCU)264に供給される。[Description of Configuration of Battery Pack 252]
An outline of the
収納装置412の奥に図7に示す配線およびコネクタが設けられている。パック収納ハウジング432は図8に示す金属製の引き出し構造のケースで作られており、図8に示すパック収納ハウジング432を収納装置412の収納口から挿入することにより、パック収納ハウジング432の奥の外面に突出するように設けられた正極用電力コネクタ352や負極用電力コネクタ353、情報バス用コネクタ356、制御用電源コネクタ358、が図7示す正極用電力コネクタ362や負極用電力コネクタ363、情報バス用コネクタ366、制御用電源コネクタ368とそれぞれ接続される。図7に示す配線により、下から1段乃至3段に設けられた3個の電池パック252が直列に接続され、さらに下から4段乃至6段に設けられた3個の電池パック252が直列に接続される。
Wiring and connectors shown in FIG. 7 are provided in the back of the
電池グループ312を構成するセル310の外観形状を図6に示す。この実施の形態では、セル310は角型形状を為すリチウムイオン二次電池であるが、しかし円筒型形状のリチウムイオン二次電池であっても良い。また他の二次電池であっても良いが、体積に対する蓄電量の多さからリチウムイオン二次電池が望ましい。セル310の上部には正極端子315と負極端子316が設けられており、この正極端子315と負極端子316から充電電流が供給されると共に、放電電流を取り出すことができる。
FIG. 6 shows the external shape of the
〔収納装置412の配線の説明〕
図7は収納装置412の奥に設けられた配線およびコネクタ、さらに計測器や継電器、などを示す。前述のとおり、収納装置412に全てのパック収納ハウジング432が収納された状態では、下から1段乃至3段に設けられた3個の電池パック252が直列に接続されることにより電池ユニット222Aを形成し、その正極側が最上段に設けられた継電器232および継電器234に接続され、これら継電器232および継電器234を介して電池ブロック212の正端子244に接続される。一方電池ユニット222Aの負極側が負端子245に接続される。統合ユニット収納部422にはさらに電流検出器228と229が設けられており、電池ユニット222Aの充放電電流や電池ユニット222Bの充放電電流を計測する。また先に説明した電圧検出器230や電圧検出器231により、電池ユニット222Aや電池ユニット222Bの端子電圧を計測する。さらに情報バス用コネクタ366および制御用電源コネクタ368が設けられている。統合制御装置(IBCU)226を収納した統合ユニット収納部422が収納装置412に挿入されることにより、統合制御装置(IBCU)226の情報伝送のための統合制御装置(IBCU)226の入出力端子が情報バス用コネクタ366に接続され、接続端382を介してシステム制御装置(BSCU)270に接続される。さらに統合制御装置(IBCU)226の電源端子が制御用電源コネクタ368に接続され、電源ユニット286から接続端388を介して制御用電源コネクタ368に直流電源が供給され、統合制御装置(IBCU)226の電源端子に直流電源が供給される。[Description of wiring of storage device 412]
FIG. 7 shows wiring and connectors provided in the back of the
〔パック収納ハウジング432の説明〕
図8に、電池パック252を収納するためのパック収納ハウジング432の外観形状を示す。パック収納ハウジング432が図4に示す収納装置412の各段に挿入される。また統合ユニット収納部422も図8と似た形状および構造となっている。但し、統合ユニット収納部422の奥行きがパック収納ハウジング432の奥行きより短く作られており、統合ユニット収納部422の奥に制御用電源コネクタ368や情報バス用コネクタ366と共に継電器232や継電器233、継電器234、継電器235、電流制限器236、電流制限器237、および配線が設けられている。一方パック収納ハウジング432の前側には、パック収納ハウジング432の内部に冷却のための空気を導入する空気導入孔462が下側に設けられ、上側に操作装置442が設けられている。また前側の左右両側には、持ち運びのための取っ手436が設けられている。さらに前側の左右両側にパック収納ハウジング432が収納された後、パック収納ハウジング432を収納装置412に固定するための螺子が設けられている。[Description of Pack Storage Housing 432]
FIG. 8 shows an external shape of a
〔操作装置442の説明〕
図8に示す操作装置442の詳細を図9に示す。表示ランプ447や表示ランプ448、表示ランプ449は、パック収納ハウジング432に収納されている電池パック252の状態を表しており、電源用の電力が電池制御装置(BCU)264に供給されていることを示す表示で、消灯状態から点灯状態に変わるようにしても良いし、あるいは表示の色が変わるようにしても良い。また表示ランプ448は次の状態への準備が整ったことを示す表示で、操作に基づく準備が整ったことがこの表示で検知でき、次の操作に移ることが可能となる。表示ランプ449は異常を示す表示で、単に点灯する場合と緊急性を表す点滅表示とを使い分けても良い。また色が変わることで緊急状態を表示するようにしても良い。[Explanation of operation device 442]
Details of the
操作ボタン452や操作ボタン454、操作ボタン456によりパック収納ハウジング432に収納されている電池パック252を操作することができる。例えばパック収納ハウジング432の挿入動作が完了し、収納されている電池制御装置(BCU)264に動作のための電源用電力を供給する場合に、例えば操作ボタン452や操作ボタン454、操作ボタン456を操作する。これにより図示していないスイッチの動作により、電池制御装置(BCU)264に電源用電力が供給され、電池制御装置(BCU)264が立ち上がる。図9では、誤操作や、物が当たることによる誤操作を起こすのを防止するために、操作ボタン452や操作ボタン454、操作ボタン456を同時に操作すると電池制御装置(BCU)264の電源用電力が供給される。
The
また表示ランプ449により緊急異常が生じたことを知らせる警報が発せられた場合には、操作ボタン452や操作ボタン454、操作ボタン456を同時に操作することにより、操作指令が電池制御装置(BCU)264から統合制御装置(IBCU)226に伝達され、操作された電池パック252を有している電池ユニット222が、統合制御装置(IBCU)226によって運転されているシステムから切り離される。この動作は具体的には、統合制御装置(IBCU)226からシステム制御装置(BSCU)270へ緊急切り離しの伝達が為され、同時に継電器232から継電器235内の切り離しに該当する継電器を開放する。この操作により緊急異常が生じた電池パック252を流れる放電電流あるいは充電電流を遮断できる。上記緊急異常の発生は、電池制御装置(BCU)264あるいはセル監視回路(CCU)332が行う診断動作で把握できる。また統合制御装置(IBCU)226が検出している電圧検出器230あるいは231や電流検出器228あるいは229の出力に基づく統合制御装置(IBCU)226の診断動作で検知することができる。
Further, when an alarm is issued to notify that an emergency abnormality has occurred by the
操作装置442の表示部446には、運転に伴う色々な表示が行われる。また操作ボタン452や操作ボタン454、操作ボタン456の操作により、各セル310の端子電圧や電池パック252の内部温度、さらには充電状態SOCの状態を表示し、チェックできる。また診断履歴や過去の使用状態を表示できる。
Various displays associated with driving are performed on the
操作装置442が電池パック252毎に設けられているので、電池パック252の単位で、他の電池パック252と交換して使用するのにたいへん役立つ。また保守管理にたいへん役立つ。パック収納ハウジング432を収納装置412から取り出し、別に用意された電源から動作用の電力を制御用電源コネクタ358を介して供給することが可能であり、その場合のいろいろな操作を取り外した電池パック252が有する操作装置442で行い、また使用状態や診断内容を保持している電池制御装置(BCU)264の不揮発性メモリ266から読み出して表示部446に表示することができる。表示部446の表示だけでなく、操作ボタン452や操作ボタン454、操作ボタン456の操作により、取り外した電池パック252の情報バス用コネクタ356から統合制御装置(IBCU)226の記憶内容を取り出すことができる。このことにより、より正確な診断あるいは保守、あるいは点検が可能となる。
Since the
〔取替え用電池パック252の充電状態SOCの調整〕
電池パック252を交換する場合に交換する電池パック252の充電状態SOCを接続する電池ユニット222の電池パック252の充電状態SOCに近づけておくことが望ましい。各電池パック252には操作装置442が設けられており、また電池パック252には負極用電力コネクタ353と正極用電力コネクタ352が設けられてあるので、正極用電力コネクタ352や負極用電力コネクタ353を充電用あるいは放電用機能を有するSOC調整装置の電力コネクタと接続し、さらにSOC調整装置の情報伝送用コネクタと接続し、操作ボタン452や操作ボタン454、操作ボタン456を操作することで、充電状態SOCを目標値に調整できる。[Adjustment of charge state SOC of replacement battery pack 252]
When the
操作ボタン452や操作ボタン454、操作ボタン456の操作により充電状態SOCの目標値をセットすると、充電状態SOCの目標値が情報バス用コネクタ356からSOC調整装置に送られ、電池パック252の平均充電状態SOCが充電状態SOCの目標値となるように、SOC調整装置によって正極用電力コネクタ352と負極用電力コネクタ353を流れる電流が制御される。またこの状態で電池パック252の内部のセル310の充電状態SOCのバラツキが減少するように各セル監視回路(CCU)332は充電状態SOCのバラツキを減少させる制御を行う。このような動作に関しても表示ランプ447乃至表示ランプ449の表示はたいへん役に立つ。取り外した状態での電池パック252の平均充電状態SOCを目標値に近づけた上でサブ蓄電システム202に組み込むことで、サブ蓄電システム202自身の動作が安定し、安全性も向上する。
When the target value of the state of charge SOC is set by operating the
〔パック収納ハウジング432の冷却の説明〕
図10は電池パック252内部の冷却用空気の流れを示す。図8に示すパック収納ハウジング432の前面下部に空気導入孔462が設けられ、また図7に示す収納装置412の奥に空気排出孔463が設けられている。最上段にも同様に空気排出孔463が設けられているが、図面が煩雑になるので、空気排出孔463の記載を省略している。[Description of Cooling of Pack Storage Housing 432]
FIG. 10 shows the flow of cooling air inside the
図10において背面に空気導入用のファン472が設けられている。ファン472により、前面下部の空気導入孔462から冷却用の空気が取り込まれ、パック収納ハウジング432の下部に形成された第1空気通路464を流れる。またパック収納ハウジング432の上部に第2空気通路466が形成されている。第1空気通路464にはモジュール322の位置に関係付けられた空気分配器470が設けられている。この実施の形態では空気分配器470は流体抵抗を発生する堰によって構成されている。この470により第1空気通路464の空気はモジュール322の内部を通って第2空気通路466に移動する。その移動量がバランスするように空気分配器470である堰の流体抵抗が徐々に大きくなるように形成している。各モジュール322の内部を通過する空気は、図5の電池グループ312が有するセル310の間を通過するときに、セル310を冷却する。セル310を冷却した空気は空気排出孔463からファン472によって排出される。このような構造によりコンパクトな構造でモジュール322を冷却できる。またパック収納ハウジング432の上部と下部に空気通路を設けることで、パック収納ハウジング432を取り外すなどの運搬の際に外部から衝撃が加わっても、モジュール322への影響を緩和できる。セル310が破損すると極めて危険であるが、第1あるいは第2空気通路464や466が変形することにより、セル310の破損を防止できる効果がある。さらに仮に温度変化などにより、パック収納ハウジング432の内部に水滴が発生しても、第1空気通路464が形成されているため、影響が生じない。
In FIG. 10, a
〔システムブロック502の説明〕
図11は、図2に記載のサブ蓄電システム202のうちのシステム管理回路に関する部分を収納するシステムブロック502の外観図である。システムブロック502は、下段から遮断部である遮断機242や複数個の238を収納するための断路部収納部531と、システム制御装置(BSCU)270を収納するための制御部収納装置532と、電源ユニット286を収納するための電源ユニット収納装置533と、無停電電源装置284を収納するための無停電電源収納装置534とを備え、これら収納装置はそれぞれシステムブロック502のハウジング512に収納されている。ハウジング512の背面には図示されていないがシステムとの接続のための正極出力端248と負極出力端249が設けられ、これらは図1に示す他のサブシステムと接続されている。[Description of System Block 502]
FIG. 11 is an external view of a
システムブロック502には図2に記載の制御用電源入力端282が背面に設けられており、制御用電源入力端282から供給された交流電力が、無停電電源収納装置534に収納された無停電電源装置284を介して、電源ユニット収納装置533に収納されている電源ユニット286に供給される。電源ユニット286により供給された交流電力が直流電力に変換され、制御部収納装置532に収納されたシステム制御装置(BSCU)270に供給されると共に、図4に代表例が示されている複数の電池ブロック212にそれぞれ供給され、各電池ブロック212が有する統合ユニット収納部422やパック収納ハウジング432に収納されている統合制御装置(IBCU)226や電池制御装置(BCU)264に供給される。具体的には、図11の電源ユニット収納装置533に収納されている電源ユニット286から直流電力が、図7に示す制御用電源ライン288に供給され、収納装置412の各段に対応して設けられた制御用電源コネクタ368に供給され、図5に示す制御用電源コネクタ358を介して電池制御装置(BCU)264やセル監視回路(CCU)332に供給される。
The
上述のように断路部収納部531には図2に示す各断路器238や遮断機242が収納されている。各断路器238は操作者の操作により開閉され、一方遮断機242は制御部収納装置532に収納されているシステム制御装置(BSCU)270によって制御され、開閉される。遮断機242を開閉するためには、システム制御装置(BSCU)270へ操作の指示を出し、システム制御装置(BSCU)270が指示を実行することによる安全性を確認し、その上で動作する。
As described above, each
図11に示すシステムブロック502の各収納装置531から534はそれぞれ表示部を備えた操作装置541から544を有している。操作装置541から544の具体的な構成は図9に示す操作装置442と構成や機能が基本的に同じである。
Each
断路部収納部531の操作装置541では、図9に示す表示部446に動作状態が表示されると共に、表示ランプ447は遮断機242が閉じている状態では運転中を示す表示が行われる。また遮断機242の開放を操作ボタン452から操作ボタン456により支持すると、安全を確認し、表示ランプ448で準備完了の表示がなされる。この表示に基づき、再度操作ボタン452から操作ボタン456を操作すると、遮断機242が開放する。緊急事態が発生し、遮断機242が開放される場合には、表示ランプ449が緊急状態の表示を行う。蓄電システム200が複数のシステムブロック502が有する場合、センターで緊急動作を確認しても実際のどのシステムブロック502が関係しているのか短時間に判断することが困難な場合があり、システムブロック502の操作装置541から544が有する表示ランプ449で確認できることは、迅速な対応に役立つ。
In the
無停電電源収納装置534が有する無停電電源装置284は外部からの交流電力の供給が停止すると自動的に動作する。この場合も無停電電源装置284が動作していると表示ランプ447および表示ランプ449が動作する。これにより、外部交流電源から無停電電源装置284への緊急の切り替わりが短時間に判断できる。また、操作者による外部交流電源から無停電電源装置284への緊急の切り替わりは、操作装置544に設けられている図9に示す操作ボタン452や操作ボタン456の操作により行われる。この場合指令に基づき切り替わりの準備が完了すると表示ランプ448が動作し、さらに確認の操作を操作ボタン452や操作ボタン456により行うと、無停電電源装置284に切り替わる。その他の操作装置542や操作装置543も基本構成や基本動作が同じである。
The
次に、図12〜図15を参照しながら、本実施形態に係る蓄電システムにおける制御方法を説明する。以下の説明においては、図12及び図14に記載した電池ブロック212での動作フローと、図10及び図11に記載した電池パック252での動作フローと、図12に記載した電池ブロック212での停止フローと、の3つに分けて説明する。
Next, a control method in the power storage system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, the operation flow in the
〔電池ブロック212での動作フローの説明〕
図12は、電池ブロック212の動作を説明するフローチャートである。電池ブロック212の統合ユニット収納部422が挿入されると他の電池パック252の挿入状態にかかわらずステップS100の動作が開始される。ただし、電池ブロック212を構成する電池パック252を収納しているパック収納ハウジング432が、図4に示す収納装置412に全ての挿入部に挿入されることによってステップS100が開始されるようにしても良い。上述したように電池パック252を収納するパック収納ハウジング432が収納装置412に挿入されると、図5に示す電池パック252に備えられている正極用電力コネクタ352と図7に示すコネクタ362とが接続され、同様に負極用電力コネクタ353とコネクタ363とが接続される。さらに情報バス用コネクタ356と情報バス用コネクタ366とが接続され、制御用電源コネクタ358と制御用電源コネクタ368とが接続される。同様に統合ユニット収納部422を収納装置412に収納するとIBCU226の電源端子が制御用電源コネクタ368に接続され、動作用の電力が供給される準備が完了する。この状態では併せて情報の送受信の伝送路の形成の準備が完了する。[Description of Operation Flow in Battery Block 212]
FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of the
ステップS102で統合制御装置(IBCU)226を動作させるための電力が供給されているかどうかを確認し、図4に記載の操作装置444の表示部446の状態から電力の供給がない場合には、ステップS104の操作が為されるまで、統合制御装置(IBCU)226は立ち上がらない。図11の電源ユニット収納装置533や無停電電源収納装置534の操作がステップS104で行われると、統合ユニット収納部422に設けられた操作装置444の状態を表示する表示ランプ447が点灯し、統合制御装置(IBCU)226が立ち上がる。動作状態がステップS102からステップS106へ移る。
In step S102, it is confirmed whether or not power for operating the integrated control device (IBCU) 226 is supplied. When power is not supplied from the state of the
即ち、ステップS104で、PSU286に設けられている電源スイッチである電源ユニット収納装置533の操作装置543の操作あるいは遠隔操作等によりPSU286が動作状態になると、電池ブロック212のIBCU226及び各電池パック252の電池制御装置(BCU)264に電力が供給される。これによりIBCU226が立ち上り、電力の供給を自動的に検知する。ステップS102の条件が成立し、Yes方向のステップS106へ移る。
That is, in step S104, when the
動作状態がステップS102の後、IBCU226の起動準備完了の表示が操作装置444に設けられた表示ランプ448により為され、その表示を作業者が確認した後、ステップ105で示す如く、作業者が電池ブロック212に設けられているIBCU電源スイッチ用操作ボタン452から操作ボタン456を操作することにより、IBCU226の起動が開始するようにしても良い。
After the operation state is step S102, a display indicating that the
IBCU226の起動準備完了の表示を作業者が見た後、作業者が電池ブロックに設けられているIBCU電源スイッチを操作することにより、IBCU226の起動を開始する。そして、IBCU226が、自身に不具合が無いかどうかの自己診断を行い、IBCU226の起動が完了する。つまり、IBCU226の起動が完了するまでは、その先の動作であるステップS106へ進まないようにすることができる。この方法ではより安全性が向上する。
After the operator sees the display of the start preparation completion of the
継電器232や継電器234を投入する場合には、電池ユニット222の全セル310が安全であることを確認することが必要であり、また電池ユニット222の端子間電圧が接続先の他の電池ユニット222の端子間電圧と近い値であることが必要である。ステップS106で各電池パック252の診断結果を各電池制御装置(BCU)264から受け取る。また各電池制御装置(BCU)264の報告電圧の合計と電圧検出器230との測定結果の合計が一致しているか、即ち差異が規定値内かどうかの診断もステップS106で行われる。
When the
安全の確認が取れない場合には、ステップS108からステップS110に移る。ステップS110で診断結果や電圧値の未報告のセル監視回路(CCU)332に指令を出す。もしセル監視回路(CCU)332自身の動作に異常がある場合や通信路に異常がある場合に、セル監視回路(CCU)332は指令に応答できないので、このようなセル監視回路(CCU)332自身の動作に異常がある場合や通信路に異常がある場合に付いても診断できる。上記説明は電池ユニット222Aに付いて行ったが、同様に電池ユニット222Bについても行われる。
If the safety confirmation cannot be obtained, the process proceeds from step S108 to step S110. In step S110, a command is issued to the cell monitoring circuit (CCU) 332 that has not yet reported the diagnosis result or voltage value. If there is an abnormality in the operation of the cell monitoring circuit (CCU) 332 itself or an abnormality in the communication path, the cell monitoring circuit (CCU) 332 cannot respond to the command. Diagnosis can also be made when there is an abnormality in its own operation or when there is an abnormality in the communication path. Although the above description has been given for the
電池ユニット222Aあるいは電池ユニット222Bについて安全の確認が完了すると、ステップ112で、完了した電池ユニット222Aあるいは電池ユニット222Bに関して、統合制御装置(IBCU)226からシステム制御装置(BSCU)270へ報告を行い、図4の操作装置444に、安全を完了した電池ユニット222の接続準備完了の表示を行う。システム制御装置(BSCU)270から継電器232の投入の指示を受ける状態となる。
When the safety confirmation of the
BSCU270は、IBCU226から診断等の完了報告を受けると、安全が完了した電池ユニット222に対する接続許可を出す。ステップS114で、統合制御装置(IBCU)226がシステム制御装置(BSCU)270からの接続許可を受けると、ステップ116で継電器232を投入する。ステップ118で継電器232が投入されたことを各電池パック252へ報告し、各電池パック252の表示部446および表示ランプ447は動作中を意味する表示に変わる。
When the
SOCの正確な計測には、充電電流や放電電流が流れていない状態の端子電圧を計測し、上記無負荷状態あるいは無充電状態の端子電圧を基準として求めることが望ましい。無負荷状態で各電池パック252のセル監視回路(CCU)332が各セル310の端子電圧を計測し、電池制御装置(BCU)264から報告された電圧に基づきSOCを演算により求める。
For accurate measurement of the SOC, it is desirable to measure the terminal voltage in a state where no charging current or discharging current flows, and obtain the terminal voltage in the no-load state or the no-charge state as a reference. In a no-load state, the cell monitoring circuit (CCU) 332 of each
ステップS120で電池ユニット222単位でのSOCのバラツキを求め、バラツキを大きい場合に均一化のための指示を各電池制御装置(BCU)264に対して行う。また仮に電池ユニット222単位での他の電池ユニット222に対するSOCのバラツキが少ない場合でも、電池ユニット222内部の各電池パック252間のバラツキが大きい場合、あるいは各電池パック252内部の電池グループ312のレベルでのSOCのバラツキが大きい場合には、電池制御装置(BCU)264に対してSOCの均一化のための指示を行う。指示を受けた電池パック252はその表示部446においてSOCのバラツキの状態を表示すると共にSOCの均一化の動作を行う。
In step S120, the variation of the SOC in the unit of the battery unit 222 is obtained, and when the variation is large, an instruction for equalization is given to each battery control unit (BCU) 264. Even if there is little variation in SOC with respect to the other battery units 222 in units of battery units 222, the variation between the battery packs 252 in the battery unit 222 is large, or the level of the
上記説明は電池ユニット222Aの動作を代表して説明したが、電池ユニット222Bも同様である。
Although the above description has been made on behalf of the operation of the
継電器232が投入されると電池ブロック212の電池ユニット222はそれぞれ他と並列接続となり、SOCの大きい電池ユニット222からSOCの少ない電池ユニット222を蓄電電力が移動する作用が生じ、電池ユニット222の間のSOCが均一化する方向の作用が生じる。従って電池制御装置(BCU)264へのSOCの均一化のための指示による動作だけでなく、並列接続の作用によるSOCの均一化の作用も加わり、各電池ユニット222のが徐々に均一化される。この状態で継電器234を投入する。継電器234の投入により継電器232にはほとんど電流が流れなくなり、継電器232を開放する。
When the
以上の説明のように統合制御装置(IBCU)226が各電池パック252からの診断結果を十分に確認し、その上で継電器232を投入するので、電池ブロック212の接続が安全に行われる。また接続時の異常電流を阻止するための電流制限器236を設けている継電器232を投入し、その後電流制限器236を有していない回路を構成する継電器234を投入するので、十分な安全性を確保できる。
As described above, the integrated control unit (IBCU) 226 sufficiently confirms the diagnosis result from each
各電池パック252や統合ユニット224の状態それぞれ対応した表示部446や表示ランプ447、表示ランプ448、表示ランプ449により運転者に報告する構成としているので、安全性に優れており、また利便性に優れている。
Since the
〔電池パック252の動作の説明〕
次に、電池パック252のパック収納ハウジング432が収納装置412の挿入部に挿入された後の電池パック252の動作フローを、図13を参照しながら説明する。図4に示すパック収納ハウジング432を収納装置412の奥まで挿入すると、上述した如く図5の正極用電力コネクタ352や負極用電力コネクタ353、情報バス用コネクタ356、制御用電源コネクタ358が図7の正極用電力コネクタ362や負極用電力コネクタ363、情報バス用コネクタ366、制御用電源コネクタ368にそれぞれ接続される。この状態でステップS200がスタートする。[Description of Operation of Battery Pack 252]
Next, an operation flow of the
電池パック252を有するパック収納ハウジング432が挿入され、制御用電源コネクタ358が制御用電源コネクタ368と接続すると、制御用電源コネクタ368に電力が供給されている場合に、ステップS202およびステップS204で、図9に示す表示ランプ447や表示ランプ448が点灯する。上述のとおり、電源ユニット286が動作状態となり電源ユニット286から制御用電源コネクタ368を介して電池パック252に電力が供給されるとステップS202で、電源投入の準備完了の表示が為される。この表示を確認し、ステップS206で作業者が操作装置442に設けられた操作ボタン452乃至操作ボタン456を操作する。これにより電池制御装置(BCU)264が起動状態に遷移する。
When the
電池制御装置(BCU)264が起動すると、電池制御装置(BCU)264は 自己診断を行い、自己診断結果に異常がなければ、ステップS206のBCU264の起動が完了する。BCU264の起動が完了する時点で、セル監視回路(CCU)332はそれぞれ自主的に立上り、それぞれが各担当のセル310の端子電圧の検出および過充電や過放電を含む色々な診断を行う。ステップS208で、検知したセル310の端子電圧および診断結果がセル監視回路(CCU)332から電池制御装置(BCU)264に報告され、電池制御装置(BCU)264は報告を受け取り、メモリに保持する。診断結果および初期のセル310の端子電圧は不揮発性メモリ266に保持される。ステップS208で、電池制御装置(BCU)264はセル監視回路(CCU)332からの報告を受け、異常の有無を判断し、その結果を統合制御装置(IBCU)226へ報告する。前述した図12のステップS106で統合制御装置(IBCU)226は電池制御装置(BCU)264からのこの報告を受け取る。
When the battery control unit (BCU) 264 is activated, the battery control unit (BCU) 264 performs a self-diagnosis. If there is no abnormality in the self-diagnosis result, the activation of the
さらに電池パック252内部の各種モジュールやセル310の診断が行われ、異常が発生した場合、あるいは他のセル310に対して特異な計測結果が現れたセル310およびそのセル310を含むモジュール322を操作装置442の表示部446に表示する。
Further, various modules in the
電池パック252が有するセル310の中で他のセル310の充電状態SOCに比べ充電状態SOCの減少が大きいセル310は、微少短絡を起こしている可能性が大きい。従って他と比べ充電状態SOCの減少が大きいセル310および電池グループ312を操作装置442の表示部446に表示することにより、保守点検に役立つ。
Among the
図12のステップS116で、統合制御装置(IBCU)226が継電器232の投入を行い、その結果をステップS118で、統合制御装置(IBCU)226が電池制御装置(BCU)264に行うと、図13のステップS209で統合制御装置(IBCU)226は関係する電池制御装置(BCU)264に報告する。報告を受けた電池制御装置(BCU)264は操作装置442の表示部446にその内容を表示する。
When the integrated control unit (IBCU) 226 turns on the
次のステップS210で、電池制御装置(BCU)264は図12のステップS124の指示を受ける。この指示の重要な内容は、組電池314の充電状態SOCの均一化のための制御である。この指示に基づき、次のステップS212で、充電状態SOCの均一化の指示を該当するセル監視回路(CCU)332に指示する。充電状態SOCの均一化の動作は通常数時間程度の長い時間を要するので、ステップS212で、該当するセル監視回路(CCU)332に対してそのセル監視回路(CCU)332が関係するセル310毎に充電状態SOCの均一化のための動作時間を設定する。充電状態SOCのバラツキが少ない場合には、充電状態SOCの均一化のための動作時間は短くてよいが、充電状態SOCのバラツキが大きい場合には充電状態SOCの均一化のための動作時間が長くなる。
ステップS212で、充電状態SOCの設定を行うと、電池パック252は通常の動作に遷移する。なお、ステップS212で、指示を受けたセル監視回路(CCU)332は充電状態SOCの均一化のための動作を続行する。In the next step S210, the battery control unit (BCU) 264 receives the instruction in step S124 of FIG. An important content of this instruction is control for making the state of charge SOC of the assembled
When the state of charge SOC is set in step S212, the
〔電池ブロック212及び電池パック252での動作フローのまとめ〕
図12及び図13を参照しながら説明した内容のうち、電池制御装置(BCU)264と統合制御装置(IBCU)226とシステム制御装置(BSCU)270の連携する部分を取り出した動作図を図14に示す。電池制御装置(BCU)264はステップS206で、立ち上がるとステップS208で、関係する電池パック252が有するセル310や伝送路その他の必要な計測結果および診断結果を統合制御装置(IBCU)226へ送信する。統合制御装置(IBCU)226は、ステップS102で、立ち上がった後、ステップS106で、電池制御装置(BCU)264からの報告を受け、継電器232を投入する準備を行い、ステップS112で、システム制御装置(BSCU)270に対して継電器232の投入の許可を求める。[Summary of Operation Flow in
FIG. 14 is an operation diagram in which a part of the battery control unit (BCU) 264, the integrated control unit (IBCU) 226, and the system control unit (BSCU) 270 that are linked is extracted from the contents described with reference to FIGS. Shown in In step S206, the battery control unit (BCU) 264 starts up, and in step S208, transmits the
ステップS112で、システム制御装置(BSCU)270からの継電器232の投入の許可を受けると、継電器232の投入を行い、その結果を電池制御装置(BCU)264へ報告する。即ち継電器232の投入により電池パック252には充放電電流が流れるからである。
In step S112, when permission to turn on the
電池制御装置(BCU)264は統合制御装置(IBCU)226から、ステップS209で、継電器232の投入の報告を受けると、継電器232を投入し、電池ユニット222がシステムと接続していることを表す表示を電池パック252の表示部446に表示する。
When the battery control unit (BCU) 264 receives a report on the input of the
統合制御装置(IBCU)226はステップS124で、充電状態SOCの平均化のための指示を該当する電池制御装置(BCU)264へ送信する。電池制御装置(BCU)264はこの指示をステップS208で受けて、該当するセル310を管理するセル監視回路(CCU)332に充電状態SOCの平均化のための動作時間の設定を行う。
In step S124, the integrated control unit (IBCU) 226 transmits an instruction for averaging the state of charge SOC to the corresponding battery control unit (BCU) 264. The battery control unit (BCU) 264 receives this instruction in step S208, and sets an operation time for averaging the state of charge SOC in the cell monitoring circuit (CCU) 332 that manages the
図14ではシステム制御装置(BSCU)270は既に遮断機242していてサブ蓄電システム202が運転中であることを想定して説明したが、仮にサブ蓄電システム202が非動作の状態で、これから動作状態に入る場合には、システム制御装置(BSCU)270は遮断機242を投入し、安全が確認された電池ユニット222から順に継電器232を投入する。
In FIG. 14, the system controller (BSCU) 270 has been described on the assumption that the
〔電池ブロック212停止時のフロー〕
次に、前記の通常動作時の電池ブロック212を停止させる際のフローを、図15を参照しながら説明する。図15は、通常動作時の電池ブロック212を停止させる際のフローチャートである。なお、ステップS300は、通常動作が行われていた状態から開始される。[Flow when
Next, a flow for stopping the
電池ブロック212が通常動作しているとき(ステップS300)、IBCU226は次の3つの項目について監視している。つまり、(1)セル310に異常は無いか(ステップS301)、(2)作業者による電池パック252の交換希望の有無(ステップS308)、(3)作業者による電池ブロック212の停止希望の有無(ステップS309)、である。
When the
(1)セル314における異常発生(ステップS301)
各セル310の電圧値、電流値、SOCの状態、更に温度、さらに電池制御装置(BCU)264とセル監視回路(CCU)332を繋ぐ伝送路、電池制御装置(BCU)264と統合制御装置(IBCU)226を繋ぐ伝送路、統合制御装置(IBCU)226とシステム制御装置(BSCU)270を繋ぐ伝送路、電源ユニット286や無停電電源装置284の動作について、セル監視回路(CCU)332や統合制御装置(IBCU)226やシステム制御装置(BSCU)270によって異常の発生を監視する。異常があれば、例えば、セル310の端子電圧値が予め定められた値以上である場合、セル310内部で短絡した場合、セル310に過電流が流れた場合等、その内容をIBCU226に送信する(ステップS302)。また、それとともにBCU264は、当該セル310を含む電池パック252に異常があることを表示窓442に表示する。さらに、前記の内容を、BCU264が備える不揮発性メモリ266に記録する。(1) Abnormality occurrence in cell 314 (step S301)
Voltage value, current value, SOC state of each
電池パック252に異常が生じた場合に、その電池パック252の電池制御装置(BCU)264が統合制御装置(IBCU)226に異常の発生を報告し、ステップS302でこの報告を受信したIBCU226は、受信した内容に基づいてセル310への充放電を停止すべきか否かを判断する。そして、IBCU226が、セル310への充放電を停止すべきであると判断した場合、ステップS303で、継電器232乃至継電器235のうちの関係する継電器を開け、継電器の電気接続を遮断する。
When an abnormality occurs in the
なお、例えば電池パック252が異常な高温になる等、緊急停止させる必要がある場合には、ステップS304〜ステップS311を経ずに断路器240及び遮断機242が強制的に開放され、電池ブロック212の動作(具体的には、セル310における充放電)が強制的に停止される。
Note that when an emergency stop is necessary, for example, when the
IBCU226が継電器232乃至継電器235のうちの該当する継電器の開放を確認後、IBCU226はBSCU270に「継電器開放完」の情報を送信する(ステップS304)。これにより、電池ブロック212での充放電動作が停止したことをBSCU270が把握できる。
After the
また、IBCU226が充放電を停止すべきであると判断した場合、充放電の停止後に前記異常により生じたセル310の劣化、あるいは異常の程度を診断する。その結果、当該劣化あるいは異常が軽度なものであって自己修復可能であると判断した場合(ステップS305の「停止」方向)、電池パック252の動作を停止させる命令をBCU264に送信する(ステップS306)。例えば充電状態SOCが過放電や過充電にかなり近づいた状態などがこれにあたる。この場合運転状態を停止することで正常に戻る状態である。
When the
一方、前記劣化が重度なものあるいは内部短絡など異常が発生したものであり、自己修復不可能であるとIBCU226が判断した場合(ステップS305の「交換」方向)、充放電の停止後に、IBCU226は表示窓442に電池パック252の交換を要する旨の表示(パック交換命令)を行う(ステップS307)。
On the other hand, when the
ステップS306で電池パック252の動作停止命令がBCU264に送信された後、IBCU226は、BCU264が電池パック252の動作停止が完了したことの情報受信を待機する(ステップS310、ステップS311の「未受信」方向)。そして、BCU264からの動作停止完了情報をIBCU226が受信すると(ステップS311の「受信」方向)、電池パック252の動作が停止したことをIBCU226が表示窓444に表示し、フローが終了する(ステップS312)。なお、ステップS311においてBCU264が停止完了情報を送信した後、BCU264の電源がOFFになる。
After the instruction to stop the operation of the
これらの動作により、セル310に異常が発生した場合でも、セル310の充放電を確実に制御することができるようになっている。
By these operations, even when an abnormality occurs in the
(2)作業者による電池パック252の交換希望(ステップS308)
通常動作中(ステップS300)、例えば電池パック252の使用時間が所定の時間以上になった場合等、電池パック252に設けられている電池パック交換ボタンを作業者が任意のタイミングで操作することで、強制的に電池パック252の交換を行うこともできる(ステップS308の「あり」方向)。このような場合には、前記したステップS302〜ステップS305のステップを経ずに、前記したステップS307に直接移行することになる。(2) Request for replacement of
During normal operation (step S300), for example, when the usage time of the
(3)作業者による電池ブロック212の停止希望の有無(ステップS309)
通常動作中(ステップS300)、例えば作業者の都合で電池ブロック212を停止させたい場合には、電池パック252に設けられている電池ブロック停止ボタンを作業者が任意のタイミングで操作することで、強制的に電池ブロック212の動作を停止されることができる(ステップS309の「あり」方向)。このような場合には、前記したステップS302〜ステップS305のステップを経ずに、前記したステップS306に移行することになる。(3) Whether the operator wishes to stop the battery block 212 (step S309)
During normal operation (step S300), for example, when it is desired to stop the
以上説明したように、図12〜図15に示すフローに従って電池ブロック212の動作させることで、安全性を向上することができる。リチウムイオン二次電池は体積当たりの蓄電量が多いことや充放電において電極の変形が使用しないなどのため寿命が長いなどのメリットがあるが、反面高度な制御を必要とする。上述のシステムでは、セル監視回路(CCU)332を電池制御装置(BCU)264が管理し、さらに統合制御装置(IBCU)226が管理し、システム制御装置(BSCU)270が更に管理する構成を為しており、決めの細かい制御が可能となっている。
As described above, safety can be improved by operating the
また、サブ蓄電システム202の全てを停止すると、蓄電システムを利用している系統への影響が大きい。上記システムでは、サブ蓄電システム202のうち一部を停止して、点検や修理を行うことができる。
Further, when all of the sub
ニーズに合わせた蓄電容量を得るために、構造が共通する電池パック252を必要な数組み合わせて電池ブロック212を構成している。また蓄電容量に合わせて構造が共通する電池ブロック212を必要な数組み合わせてサブ蓄電システム202を構成している。このようにニーズに合わせた対応が可能であり、高い生産性や利便性が得られる。
In order to obtain a storage capacity that meets the needs, the
〔フローについての変更例〕 [Example of changes to the flow]
例えば、ステップS105や、ステップS204、ステップS206などは、いずれも省略可能である。即ち、例えばステップS105を省略した場合に、電源の供給により統合制御装置(IBCU)226が自動的に起動するようにしても良い。また、本実施形態においてはステップS120乃至のステップS124動作を、ステップS112乃至ステップS118の実行の前に行っても良い。つまり、電池ユニット224からの電池調整指示と継電器接続動作は、どちらが先であっても良い。
For example, step S105, step S204, step S206, etc. can be omitted. That is, for example, when step S105 is omitted, the integrated control unit (IBCU) 226 may be automatically started by supplying power. In the present embodiment, the operations from step S120 to step S124 may be performed before the execution of steps S112 to S118. That is, either the battery adjustment instruction from the
102 発電装置
104 電力系統
112 交流直流変換装置
114 直流交流変換装置
200 蓄電システム
202 サブ蓄電システム
212 電池ブロック
222 電池ユニット
224 統合ユニット
226 統合制御装置(IBCU)
228,229 電流検出器
230,231 電圧検出器
232,233,234,235 継電器
236 電流制限器(抵抗器)
238,239,240 断路器
242 遮断機
244 正端子
245 負端子
246 正極結線
247 負極結線
248 正極出力端
249 負極出力端
252 電池パック(引き出し)
264 電池制御装置(BCU)
266 不揮発性メモリ
270 システム制御装置(BSCU)
272 情報バス
274 情報入出力端
282 制御用電源入出力端
284 無停電電源装置(UPS)
286 電源ユニット(PSU)
288 制御用電源ライン
310 セル
312 電池グループ
314 組電池
315 正極端子
316 負極端子
322 モジュール
332 セル監視回路(CCU)
336 正端子
337 負端子
338 導体板
342 第1伝送路
344 第2伝送路
346 絶縁回路
352 正極用電力コネクタ
353 負極用電力コネクタ
356 情報バス用コネクタ
358 制御用電源コネクタ
362 正極用電源コネクタ
363 負極用電源コネクタ
366 情報バス用コネクタ
368 制御用電源コネクタ
382 接続端
412 電池ブロック収納装置
422 統合ユニット収納部
432 パック収納ハウジング
436 取っ手
442 操作装置(兼表示装置)
444 操作装置(兼表示装置)
446 表示部
447,448,449 表示ランプ
452 第1操作ランプ
454 第2操作ランプ
456 第3操作ランプ
462 空気導入孔
463 空気排出孔
464 第1空気通路
466 第2空気通路
470 空気分配器
472 ファン
502 システムブロック
512 ハウジング
531 断路部収納装置
532 制御部収納装置
533 電源ユニット収納装置
534 無停電電源収納装置
541,542,543,544 操作装置(兼表示装置)102
228,229 Current detector 230,231 Voltage detector 232,233,234,235
238, 239, 240
H.264 Battery Control Unit (BCU)
266
272
286 Power Supply Unit (PSU)
288
336
444 Operating device (also a display device)
446
Claims (6)
前記複数のセルを直列に接続して構成した電池グループと前記電池グループを制御する
ための電池制御装置を備えた複数の電池パックと、
前記電池パックを収納すると共に前記電池グループを他のグループと接続するためのパ
ック側電力コネクタを有する複数のパック収納ハウジングと、
前記パック収納ハウジングのパック側電力コネクタと接続される収納装置側電力コネク
タを備え、前記パック収納ハウジングを収納する収納装置と、
前記電池パックと前記電池パックを外部回路に接続するための開閉器と、
前記開閉器を制御する統合制御装置とを備え、
前記パック収納ハウジングの内部であって、収納された前記電池パックの下方には、前記パック収納ハウジングの前面に設けられた空気導入孔から、前記パック収納ハウジングの背面に設けられた空気排出孔まで空気が通流するための第1空気流路が形成され、
前記パック収納ハウジングの内部であって、収納された前記電池パックの上方には、前記空気導入孔から前記空気排出孔まで空気が通流するための第2空気流路が形成され、
前記第1空気流路には、前記第1空気流路を通流する空気に対する流体抵抗を大きくすることで、前記第1空気流路から前記第2空気流路に空気を通流させる空気分配器が備えられ、
前記空気分配器は、前記第1空気流路における空気の通流方向の下流に向かって、前記空気分配器による流体抵抗が徐々に大きくなるように、複数備えられ、
前記統合制御装置は前記電池パックの電池制御装置からの情報を受け、前記開閉器の開
閉を制御することを特徴とする蓄電システム。 Multiple cells for storing electricity,
A plurality of battery packs including a battery group configured by connecting the plurality of cells in series and a battery control device for controlling the battery group;
A plurality of pack storage housings having pack-side power connectors for storing the battery packs and connecting the battery groups to other groups;
A storage device for storing the pack storage housing, comprising a storage device side power connector connected to a pack side power connector of the pack storage housing;
A switch for connecting the battery pack and the battery pack to an external circuit;
An integrated control device for controlling the switch,
Inside the pack storage housing, below the stored battery pack, from an air introduction hole provided on the front surface of the pack storage housing to an air discharge hole provided on the back surface of the pack storage housing A first air flow path through which air flows is formed;
A second air flow path for allowing air to flow from the air introduction hole to the air discharge hole is formed inside the pack storage housing and above the stored battery pack,
In the first air flow path, an air distribution that allows air to flow from the first air flow path to the second air flow path by increasing a fluid resistance to air flowing through the first air flow path. Equipped with
A plurality of the air distributors are provided so that the fluid resistance by the air distributor gradually increases toward the downstream of the air flow direction in the first air flow path,
The integrated control device receives information from the battery control device of the battery pack, and controls opening and closing of the switch.
電池制御装置は、電池制御装置からセルの診断結果を受け、前記診断結果に基づいて、
前記開閉器の開閉を制御することを特徴とする蓄電システム。 The power storage system according to claim 1 ,
The battery control device receives a cell diagnosis result from the battery control device, and based on the diagnosis result,
A power storage system that controls opening and closing of the switch.
前記複数の電池パックが直列に接続されて電池ユニットを構成し、前記開閉器と統合制
御装置が統合ユニットを構成し、
前記電池ユニットと統合ユニットで電池ブロックを構成し、
前記電池ブロックが複数個並列に接続されていることを特徴とする蓄電システム。 The power storage system according to claim 1 or 2 ,
The plurality of battery packs are connected in series to constitute a battery unit, and the switch and the integrated control device constitute an integrated unit,
The battery unit and the integrated unit constitute a battery block,
A power storage system comprising a plurality of battery blocks connected in parallel.
更に遮断機および遮断機を制御するシステム制御装置を有し、
前記複数の電池ブロックは、各電池ブロックが有する開閉器を介してそれぞれ前記遮断
機に接続されていることを特徴とする蓄電システム。 The power storage system according to claim 3 ,
Furthermore, it has a system controller that controls the circuit breaker and the circuit breaker,
The power storage system, wherein the plurality of battery blocks are respectively connected to the circuit breaker via a switch included in each battery block.
各電池パックは前記セルを直列に接続してなる複数の電池グループと前記電池グループ
の監視をそれぞれ行う複数のセル監視回路とを有し、
前記電池制御装置と前記セル監視回路とが伝送回路を介して接続されていることを特徴
とする蓄電システム。 In the electrical storage system of any one of Claims 1-4 ,
Each battery pack has a plurality of battery groups formed by connecting the cells in series and a plurality of cell monitoring circuits that respectively monitor the battery groups,
The battery control device and the cell monitoring circuit are connected via a transmission circuit.
前記セルはリチウムイオン二次電池であることを特徴とする蓄電システム。 In the electrical storage system of any one of Claims 1-5 ,
The power storage system, wherein the cell is a lithium ion secondary battery.
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