JP5924346B2 - 蓄電池状態監視システム - Google Patents
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Description
上述したように、自然エネルギーを利用した自立型電源や、電力平準化の仕組みとして、太陽電池や風力発電等の発電機と蓄電池を組み合わせて構成される電源システムが使用されている。このような電源システムでは、自然エネルギーにより発電された電力を負荷に供給するが、自然環境の変化により発電量が変化し、負荷への電力供給に過不足が生じ得る。そこで、蓄電池を利用して発電量や負荷の変動を吸収するとともに、商用の電力系統と相互に供給・逆潮流を行なって、電力供給の安定化と効率化を図る。
図1は、本発明の一実施の形態である蓄電池状態監視システムの構成例について概要を示した図である。蓄電池状態監視システム1は、例えば電源装置40などの、直列に接続された複数の蓄電池41からなる組電池を備える機器において、各蓄電池41について各種パラメータを自動で測定もしくは取得することで、各蓄電池41の状態や寿命を推定するシステムである。この蓄電池状態監視システム1は、1つ以上の電源装置40の各蓄電池41に対して1つずつ固定して設置され、当該蓄電池41についての各種パラメータを測定する状態測定装置30と、状態測定装置30で測定されたデータを収集して蓄電池41の状態や寿命を推定する処理を一元的に行う上位監視装置10とを有する。また、上位監視装置10と各状態測定装置30との間に、各状態測定装置30から送信された測定データを中継して上位監視装置10に送信するデータ中継装置20を有する。
・電池A 蓄電池規格UP300−12(12V/100Ah/5HR)の新品
・電池B 電池Aと同等の電池に対して電解液を10%減じたもの
・電池C 電池Aと同等の電池に対して25℃トリクル寿命試験により5年相当経過させた状態のもの
・電池D 電池Aと同等の電池に対して25℃トリクル寿命試験により15年相当経過させた状態のもの
・電池E 電池Cと同等の電池に対して電解液減少分を補液したもの
・電池F 電池Dと同等の電池に対して電解液減少分を補液したもの
の6種類の蓄電池(電池A〜F)を作成した。
放電容量=放電容量の初期値×
(1−(内部抵抗の測定値−内部抵抗の初期値)/内部抵抗の初期値)
の式により表される。従って、新品状態の放電容量(放電容量の初期値)に対する相対比は、
相対比=1−(内部抵抗の測定値−内部抵抗の初期値)/内部抵抗の初期値
の式により算出することができる。
図4は、状態測定装置(子機)30の測定制御部31における電圧および温度の測定タイミングの制御処理の例について概要を示したフローチャートである。子機30が起動して蓄電池41の各種パラメータの測定処理を開始すると、まず、直近の処理から所定の時間が経過しているか否かを判定する(S01)。この所定の時間とは、子機30が自ら定期的に蓄電池41のパラメータを測定する間隔であり、子機30の状態が“スリープ状態”ではない“通常時”の場合は、例えば5分、“スリープ状態”の場合は、例えば1日などの時間間隔とする。ここで、本実施の形態における“スリープ状態”とは、上位監視装置10からの指令により子機30における電圧や温度の測定頻度が下げられた状態を指すものとする(停止するわけではない)。
10…上位監視装置、11…インタフェース部、12…監視制御部、13…劣化判定部、14…測定履歴、15…設定情報、
20…データ中継装置(親機)、
30…状態測定装置(子機)、31…測定制御部、32…温度測定部、33…電圧測定部、34…内部抵抗測定部、35…正弦波発生部、36…通信部、37…内部メモリ、38…外部メモリ、39…温度センサ、
40…電源装置、41…蓄電池、
50…制御・電源装置、
60…ネットワーク、
70…発電設備。
Claims (10)
- 複数の蓄電池が直列に接続された組電池と自然エネルギーによる発電設備とを備えた機器に対して、前記各蓄電池の状態を監視する蓄電池状態監視システムであって、
前記各蓄電池の電流を検出する電流検出部と、
前記各蓄電池における温度、電圧、および少なくとも、200Hz未満の第1の周波数と、200Hz以上2000Hz未満の第2の周波数とをそれぞれ含む、2種類以上の周波数によって内部抵抗を測定する状態測定部と、
前記蓄電池について、負荷に対する放電と前記発電設備からの余剰電力による充電とを制御する制御部と、
前記各蓄電池に対応する前記状態測定部から測定データを取得するとともに、前記制御部および前記状態測定部に対して動作に係る指令を出す上位監視部とを有し、
前記上位監視部は、
前記状態測定部が測定した温度、電圧、内部抵抗、および前記各蓄電池の充放電時における前記電流検出部が検出した電流の値の変化分と前記状態測定部が測定した電圧の値の変化分との比から得た前記各蓄電池の直流抵抗のうち、少なくとも1つ以上の値に基づいて前記各蓄電池の劣化を推定し、また、電圧が所定の値より高い前記蓄電池に対して、前記状態測定部により一定の電流を流して電圧を下げさせ、
前記状態測定部から取得した前記蓄電池の電圧の測定値が所定の過放電防止電圧以上である場合は、前記制御部に対して前記蓄電池を負荷に対する放電回路に接続させるよう指令を行い、前記電圧の測定値が前記過放電防止電圧未満である場合は、前記制御部に対して前記蓄電池を前記放電回路から開放させるよう指令を行い、
また、前記電圧の測定値が所定の過充電防止電圧以下である場合、および前記電圧の測定値が前記過充電防止電圧を超え、かつ前記電流検出部により検出された前記蓄電池の充電電流が所定の値以上である場合は、前記制御部に対して前記蓄電池を前記発電設備からの充電回路に接続させるよう指令を行い、前記電圧の測定値が前記過充電防止電圧を超え、かつ前記電流検出部により検出された前記蓄電池の充電電流が所定の値未満である場合は、前記状態測定部に対して前記蓄電池の内部抵抗の値を取得するよう指令を行うとともに、前記制御部に対して前記蓄電池を前記充電回路から開放させるよう指令を行うことを特徴とする蓄電池状態監視システム。 - 請求項1に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
前記上位監視部は、前記状態測定部から取得した前記蓄電池の電圧の測定値が前記過放電防止電圧未満である場合、前記制御部に対して前記蓄電池を前記放電回路から開放させるよう指示を行うとともに、前記状態測定部に対して前記蓄電池のパラメータの測定間隔を長くする指令を行うことを特徴とする蓄電池状態監視システム。 - 請求項1または2に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
前記状態測定部は、前記蓄電池の内部抵抗を測定する際に前記蓄電池に対して電流を流すことによって前記蓄電池の電圧を下げることを特徴とする蓄電池状態監視システム。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
前記状態測定部は、前記第1の周波数を100Hz未満とし、前記第2の周波数を350Hz以上2000Hz未満とし、さらに、100Hz以上350Hz未満の第3の周波数を含む3種類の周波数によって前記蓄電池の内部抵抗を測定することを特徴とする蓄電池状態監視システム。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
前記状態測定部が測定した前記蓄電池の温度および/または電圧の値が所定の値を超え、もしくは所定の値より低下した場合に、前記蓄電池に異常があると判定し、
また、前記状態測定部が測定した前記蓄電池の内部抵抗および/または前記蓄電池の放電時における直流抵抗の値の初期値からの変化率に基づいて、前記蓄電池の劣化を推定することを特徴とする蓄電池状態監視システム。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
前記状態測定部からなる子機と、
前記上位監視部からなる上位監視装置とを有し、
さらに、前記上位監視装置と前記子機との間での通信を中継する親機を有し、
前記上位監視装置には1つ以上の前記親機が通信可能に接続され、前記各親機には、1つ以上の前記子機が通信可能に接続される構成を有することを特徴とする蓄電池状態監視システム。 - 請求項6に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
前記親機と前記子機との間の通信は無線通信であることを特徴とする蓄電池状態監視システム。 - 請求項6または7に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
前記子機は、前記親機を介した前記上位監視装置からの指示に基づいて、前記蓄電池の内部抵抗を測定することを特徴とする蓄電池状態監視システム。 - 請求項6〜8のいずれか1項に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
前記子機は、前記親機を介した前記上位監視装置への測定データの送信が、前回の送信から所定の時間以上経過していない場合は、行わないことを特徴とする蓄電池状態監視システム。 - 請求項6〜9のいずれか1項に記載の蓄電池状態監視システムにおいて、
前記子機は、前記蓄電池に固定して設置されることを特徴とする蓄電池状態監視システム。
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