JP6139775B2 - 蓄電池装置および蓄電池システム - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、蓄電池装置および蓄電池システムに関する。
二次電池は製造後徐々に劣化し、その容量の減少や抵抗の上昇などの特性の低下が発生する。電池の劣化は電池を使用するシステムに影響する。劣化が大きい場合はシステムが必要とする電池容量や出力特性を満たさなくなり、システムの稼動停止となる恐れがある。このため、電池の劣化を推定することが重要である。つまり、電池を使用するシステムが電池の寿命を検知できることが望ましい。電池の劣化速度は電池の使用方法(環境温度や充放電範囲など)に応じて変わることが知られており、電池の劣化を推定する方法がいくつか提案されている。
今後の蓄電池装置として、大電力を供給可能な大規模蓄電池装置の開発が要望されている。そこで蓄電容量の100Wh程度の電池を利用し、MWh、数十MWhクラスの電池容量の大規模蓄電池装置が例として挙げられる。この場合の設計は、要求されている出力電圧や電流容量に応じて、10,000乃至100,000個の電池が直列及び又は並列に組み合わせられて計画される必要がある。
上記の大規模蓄電装置に搭載した各電池モジュールの劣化診断を行うためには、劣化診断のための特性値として電池モジュールの充電状態(SOC:state of charge)や内部抵抗値を計算する必要がある。従来では、各電池モジュールとの間で蓄電池装置の運転のための相互通信を行うための制御装置が、当該相互通信に加えて、上記の劣化診断のための特性値の計算を行っている。
しかし、この劣化診断のための特性値の計算にかかる負荷は、診断対象の電池モジュールの数に応じて大きくなるので、運転のための相互通信の遅れやエラーの原因になる。このため、運転の安全性の維持に支障が生じる。
本発明の目的は、蓄電池装置の運転の安全性を維持して複数の二次電池の劣化診断を行うことが可能な蓄電池装置および蓄電池システムを提供することである。
実施形態における蓄電池装置は、直列接続された複数の電池と複数の電池の電圧及び温度を監視する電池監視ユニットとを含む電池モジュール複数個直列接続した電池モジュール回路と、電池モジュール回路に流れる電流を検出するための電流センサと、各電池監視ユニットからの監視データ及び電流センサの検出データを入力する電池管理装置と、をそれぞれが含む複数の組電池ユニットを有する。この蓄電池装置は、複数の組電池ユニット内の各電池管理装置と相互通信を行う関門制御装置を有する。この蓄電池装置は、前記関門制御装置および前記複数の電池管理装置に接続され、前記電池管理装置からの検出データを第一の時間間隔で取得し、取得した前記検出データに基づき各電池または電池モジュールの所定の特性値を算出し、制御装置から要求があった際、もしくは前記第一の時間間隔よりも長い第二の時間間隔毎に前記取得した検出データまたは算出された前記各電池または電池モジュールの特性値を前記制御装置へ送信する計測コンピュータと、を備える。
以下、実施形態について図面を用いて説明する。
図1は、実施形態における大規模蓄電池装置の構成の一例を示すブロック構成図である。
図1を用いて、本実施形態に関する大規模蓄電池装置の全体系統の概要を説明する。
図1において、10−1、10−2、・・・、10−nは、蓄電池装置(電池盤と称しても良い)である。これらを総称して蓄電池装置10と呼ぶこともある。蓄電池装置10−1、10−2、・・・、10−nは、同じ構成であり、例えば16個が用意されている。図では、1つの蓄電池装置10−1の内部構成が代表して示されている。
図1は、実施形態における大規模蓄電池装置の構成の一例を示すブロック構成図である。
図1を用いて、本実施形態に関する大規模蓄電池装置の全体系統の概要を説明する。
図1において、10−1、10−2、・・・、10−nは、蓄電池装置(電池盤と称しても良い)である。これらを総称して蓄電池装置10と呼ぶこともある。蓄電池装置10−1、10−2、・・・、10−nは、同じ構成であり、例えば16個が用意されている。図では、1つの蓄電池装置10−1の内部構成が代表して示されている。
蓄電池装置10−1は、充放電端子51、52を有する。例えば充放電端子51がプラス端子であり、充放電端子52がマイナス端子である。充放電端子51、52は、電池端子盤12の遮断器12−1に接続されている。電池端子盤12は、蓄電池装置10−1、10−2、・・・、10−nに対応する遮断器12−1、12−2、・・・、12−nを有する。遮断器12−1、12−2、・・・、12−nは、それぞれ手動で開閉操作される。遮断器12−1、12−2、・・・、12−nのプラス端子は共通接続される。また、遮断器12−1、12−2、・・・、12−nのマイナス端子は共通接続されている。
プラス端子の共通接続とは、プラス端子同士が1つに束ねられている状態である。マイナス端子の共通接続とはマイナス端子が1つに束ねられている状態である。電池端子盤12のプラス・マイナス端子間の直流(DC)電圧は、例えば490V乃至778V程度になるよう設定されている。また電池端子盤12は、後述する制御コンピュータ80を含む。
プラス端子の共通接続とは、プラス端子同士が1つに束ねられている状態である。マイナス端子の共通接続とはマイナス端子が1つに束ねられている状態である。電池端子盤12のプラス・マイナス端子間の直流(DC)電圧は、例えば490V乃至778V程度になるよう設定されている。また電池端子盤12は、後述する制御コンピュータ80を含む。
電池端子盤12から出力されるDC電圧は、パワーコンディショナ(PCS)14に供給される。パワーコンディショナ14は、DC電圧をスッチングすることで昇圧し、交流(AC)出力を生成している。AC出力は、例えば50Hzで6.6kVである。パワーコンディショナ14の出力が、外部の電力系統の電力供給ラインに供給される。パワーコンディショナ14は、電力系統と電池間の電力の出し入れを行う双方向交直流変換機能を持つ。また、パワーコンディショナ14の出力は、制御コンピュータ80を介して、蓄電池装置10−1、10−2、・・・、10−nの直流電源装置に供給される。図1では、蓄電池装置10−1内の直流電源装置70が代表して示されている。
次に、蓄電池装置10−1の内部構成を説明する。蓄電池装置10−1は、並列接続された複数(例えば16個)の組電池ユニット20−1、20−2、・・・、20−16を有する。組電池ユニット20−1、20−2、・・・、20−16は、同じ構成であるから、組電池ユニット20−1の内部構成を代表して図1に示している。
組電池ユニット20−1の構成を説明する。組電池ユニット20−1は、直列接続された複数(例えば22個)の電池モジュール30−1、30−2、・・・、30−22を有する。これらを総称して電池モジュール回路30と呼ぶこともある。電池モジュール30−1、30−2、・・・、30−22で構成される直列回路の途中に、スイッチ46が設けられてもよい。このスイッチ46は、例えば、何れかの電池モジュールが点検のために取り離されるときに、直列回路をオフするために利用される。またスイッチ46は、断路器(サービスディスコネクト)と兼ねている場合があり、ヒューズである場合もある。そして挿抜状態やヒューズの状態を、後述する電池管理装置44(BMU:Battery Monitoring Unit))へ通知するための配線がされている場合もある。
上記したそれぞれの電池モジュール30−1、30−2、・・・、30−22は、同じ構成である。それぞれの電池モジュール30−1、30−2、・・・、30−22は、少なくとも直列接続された複数の電池と、複数の電池の温度及び電圧を監視する電池監視ユニット32を含む。
これら各電池は、時間的な経過による劣化や充放電の繰り返しによる劣化により容量が減少し、SOC(state of charge)に対する充電時内部抵抗と放電時内部抵抗が大きくなる特性をもつ。
図2は、実施形態における大規模蓄電池装置に設けられる電池モジュールの内部を簡略的に示す図である。電池モジュール30−1を代表して電池モジュールの簡単な内部構成を図2に示している。
電池モジュール30−1内では、直列接続された複数(例えば12個)の電池Ca1−Ca12による第1の電池回路と、直列接続された複数(例えば12個)の電池Cb1−Cb12による第2の電池回路とが並列接続され、並列回路を構成している。電池は、例えばリチウムイオン2次電池であり、蓄電容量が数十Wh〜数百Wh程度(例えば、平均電圧2[V]〜5V×出力電流3[Ah]〜100Ah)の電池が利用されている。並列回路のプラス端子と、マイナス端子が導出されている。
さらに電池モジュール30−1内に、電池監視ユニット(CMU:Cell Monitoring Unit)32が設けられている。電池監視ユニット32は、各電池の端子電圧をモニタ(検知または検出)する。またこの電池監視ユニット32は、各電池の温度又は電池モジュール内の温度を検出することができる。またこの電池監視ユニット32は、内部にマイクロプロセッサを含む制御部を有するとともに、外部と通信を行うための送受信器を備える。
図1に戻り、組電池ユニット20−1内部の構成をさらに説明する。複数の電池モジュール30−1、・・・、30−21、30−22を直列接続した直列回路の一方の端子に電流センサ41が接続される。また直列回路の一方の端子に、スイッチ回路42(電磁接触器)の一方の入出端子が接続されている。そして、スイッチ回路42の他方の入出力端子に第1の充放電端子51が設けられている。また、複数の電池モジュール30−1、・・・、30−21、30−22を直列接続した直列回路の他方の端子に第2の充放電端子52が設けられている。
スイッチ回路42は、抵抗を持たない(抵抗R2に比べ非常に抵抗値が少ない。例えば1/10以下の抵抗値。)スイッチS1と、抵抗R2を直列に接続したスイッチS2とが並列接続されている。
図1ではスイッチ回路42は、充放電端子51と電流センサ41との間に設けられている。しかしさらなるスイッチ回路が、充放電端子52と電池モジュール30−22間に設けられる。これは、一方のスイッチ回路が接点溶着などで開かなくなっても、他方のスイッチ回路を「開」にして安全を図るためである。
ここで、電池モジュール30−1、30−2、・・・、30−22内の電池監視ユニット32は、CAN(Control Area Network)ラインなどの通信バスラインを介して、電池管理装置44に接続され、相互に通信を行うことができる。また、電池管理装置44には、電流センサ41が接続されている。電池管理装置44は、電流センサ41が計測した電流データを受け取ることができる。
電池管理装置44は、マイクロプロセッサを含む制御部を有し、また、電池監視ユニット32と通信を行うための送受信部を含む。さらに電池管理装置44は、スイッチ回路42のスイッチS1,S2を制御するために制御信号を出力することができる。
また電池管理装置44は、関門制御装置60(Gateway(ゲートウェイ)装置、マスター制御装置と称してもよい)と接続されており、相互間で、各種のデータの送受信を行うことができる。例えば、電池管理装置44と関門制御装置60との通信は、例えば100μsecから200μsecのμ秒間隔で行われる。関門制御装置60は、電池管理装置44の動作、直流電源装置70の動作を制御することができる。つまり、関門制御装置60は、各組電池ユニット20−1・・・、20−16を統括制御する。
関門制御装置60は、各蓄電池装置10−1、10−2、・・・、10−nに設けられている。各蓄電池装置10−1、10−2、・・・、10−n内の関門制御装置60は、制御コンピュータ80と通信バスラインを介して接続されて、相互に通信を行うことができる。制御コンピュータ80は、内部にマイクロプロセッサを含む制御部を有するとともに、外部と通信を行うための送受信器を備える。また、制御コンピュータ80は、遮断器12−1、12−2・・・、12−nの状態も監視している。また、関門制御装置60は、電池管理装置44から送られてくるデータに対して間引くなどの処理を行うことにより、制御コンピュータ80に送るデータ量を削減してもよい。
また、関門制御装置60と電池管理装置44の間には、計測コンピュータ90が接続される。
この計測コンピュータ90は、電池管理装置44から得られる各電池モジュール内に格納される各電池の電圧、温度、各電池モジュールに流れる電流値などの検出データやSOCデータを取得する。これらのデータを用いて各電池もしくは各電池モジュールについての所定の値を算出する。例えば、時間毎に格納された各電池もしくは電池モジュール毎の電流値および電圧値を用いて内部抵抗の値を算出する。この内部抵抗値によって劣化診断に用いることが可能である。
例えば、計測コンピュータ90と制御コンピュータ80との通信は、1分、1時間、1日毎もしくは1か月毎(第二の時間間隔)など、通常の100μ秒単位間隔(第一の時間間隔)で行われる電池管理装置44と関門制御装置60との通信頻度に比べて非常に遅い頻度で行い、制御コンピュータ80、関門制御装置60、計測コンピュータ90、電池管理装置44間の通信への影響はない、もしくは軽微である。
なお、計測コンピュータ90が取得するデータは、制御コンピュータ80に送信されるデータ量よりも多いことが好適である。
上記したように、この(大規模)蓄電池装置は、組電池ユニット毎に独立したスイッチ回路42(電磁接触器)を持つ。このために直流母線(組電池ユニット出力端子を並列接続している配線)に対して組電池ユニット毎に独立して投入・解列(開放)を行うことができる。開列或いは開放とは、他の電池ユニットとの接続状態から、非接続状態に設定する、或いは切り離すことである。
従って、起動時に組電池ユニットの出力電圧(電流センサ41の検出値から求める電圧)と直流母線の電圧差が大きい組電池ユニットが検出された場合、この検出された組電池ユニットだけ起動を中止することができる。例えば、ある組電池ユニット内の電池モジュールが取り離されていたり、あるいは短絡していたり、故障していたような場合、この電池モジュールを含まない組電池ユニットを構成することができる。また、ある組電池ユニットまたは組電池ユニット内の電池モジュールに障害が発生したとき、障害が発生した組電池ユニットだけを解列し、蓄電池装置全体としては、運転を継続することが可能になる。障害が発生して切り離した後であっても当該蓄電池ユニットに関するデータを計測コンピュータ90に要求し、取得し、早期の異常原因の特定が可能となる。
異常状態(障害)が発生した場合(例えば異常な温度情報、異常な電流、異常な電圧降下)、このことは、電池管理装置44により検出される。そして、組電池ユニット内のスイッチ回路42がオフされ、装置全体の安全が得られる。
さらに、運転状態にある組電池ユニット数またはそれらの合計出力容量、残容量の情報を関門制御装置60を経由してパワーコンディショナ14や制御コンピュータ80へ伝達することができる。この伝達経路は、イーサーネット(登録商標)など各種通信ネットワークを利用することができる。パワーコンディショナ14は、各組電池ユニット20−1・・・、20−16から送られてくる直流電流を交流電流に変換する。
本実施形態のパワーコンディショナ14は、その受信した情報に応じて電力出力制限を行ったり、組電池ユニット若しくは蓄電装置の動作を停止したりして、蓄電システムの保護動作を行うことができる。例えば、出力を一定に維持する必要がある場合、組電池ユニット側から異常な電流が出力されているような場合、出力を抑制また停止することができる。さらには、組電池ユニット側の出力が弱くなり、逆潮流を生じる可能性がある場合は、動作を停止させることができる。
上記した様に、組電池ユニット毎に独立して起動・停止が可能で、かつ、それらの状態を上位システムである関門制御装置60、制御コンピュータ80、パワーコンディショナ14へ伝達する手段を設けている。また、制御コンピュータ80は、あらかじめ定められた状態を検知した場合や、ユーザが選択したデータについて計測コンピュータ90からデータを取得することが可能である。このデータの取得頻度は、通常の各組電池モジュール、またはこれに格納される各電池の異常検知を行うためのデータ通信に比べ非常に少ないタイミングで行うため、上記各電池、各電池モジュールまたは各組電池ユニットの異常検知機能と並行して行うことが可能である。このようにして制御コンピュータ80、複数の関門制御装置60とを結ぶ通信線の情報処理量を超えない範囲で通信を行いながら劣化診断など他の処理を行うことが可能となり、任意の数だけ組電池ユニットを接続しても安全を保つことが可能である。
この結果、ユニット毎に自立して、出力のオンオフ制御ができる組電池ユニットの並列接続を可能とする手段により、任意容量の大規模蓄電池装置を得られるようになる。
図3は、実施形態における大規模蓄電池装置に設けられる計測コンピュータの機能構成例を示すブロック図である。
図3に示すように、計測コンピュータ90は、データ取得部91、計算部92、出力部93を有する。
図3に示すように、計測コンピュータ90は、データ取得部91、計算部92、出力部93を有する。
次に、計測コンピュータ90による、電池モジュール回路30の算出機能(劣化診断)について説明する。図4は、実施形態における大規模蓄電池装置に設けられる計測コンピュータによる処理手順の一例を示すフローチャートである。
計測コンピュータ90のデータ取得部91は、劣化診断対象の電池モジュールとして、ここでは電池モジュール30−1を選び(A1)、この電池モジュール30−1に接続される電池管理装置44に対し、その電池モジュール30−1の電流、電圧、温度、SOCを出力させるための指令を出力する。
計測コンピュータ90のデータ取得部91は、劣化診断対象の電池モジュールとして、ここでは電池モジュール30−1を選び(A1)、この電池モジュール30−1に接続される電池管理装置44に対し、その電池モジュール30−1の電流、電圧、温度、SOCを出力させるための指令を出力する。
計測コンピュータ90のデータ取得部91は、それぞれの組電池ユニット20で直列接続されている電池モジュールの一部を、劣化診断対象として優先的に選択することができる。
また、それぞれの組電池ユニット20で直列接続されている電池モジュールのうち、充電時に最も電圧が高いまたは、放電時に最も電圧が低い電池または電池モジュールは、内部抵抗が高く最も劣化がすすんでいる(容量が最も少なくなっている)と考えられ、電池ユニット全体としての容量低下に大きく影響する。そこで、計測コンピュータ90のデータ取得部91は、充電時に最も電圧が高いまたは放電時に最も電圧が低い電池モジュールを劣化診断対象として優先的に選択することができる。
電池管理装置44は、上記の指令を受けると、上記の選ばれた電池モジュール30−1が接続されるCMU32に、その電池モジュール30−1の電圧、温度を送信させるための指令を送ることで、このCMU32から電圧、温度の情報を読み出す。
ここで、電池管理装置44は、読み出した電流および電圧に基づいて、読み出し元の電池モジュール30−1のSOCを計算する。
電流積算値に基づいたSOCの計算について説明する。図5は、実施形態における大規模蓄電池装置に設けられる電池モジュールの電流特性の一例を示す図である。図6は、実施形態における大規模蓄電池装置に設けられる電池モジュールの電流特性の微分演算結果の一例を示す図である。図7は、実施形態における大規模蓄電池装置に設けられる電池モジュールの電流特性を記録するタイミングの一例を示す図である。
電池管理装置44は、電流センサ41で検出した、電池モジュール30−1に流れる電流値を監視し、この電流を積分した値(図6参照)が所定の閾値以下になってから所定時間が経過した後の所定のタイミング(図7参照)、この電池モジュール−130の電圧を内部メモリに記録する。図5から図7の横軸の時刻は同じであり、図7の縦軸の値が0でない部分は、電池モジュール30−1の電圧を記録するタイミングである。
電池管理装置44は、上記の電流を積分した値に、電流効率、電池容量(温度による変数)、自己放電率などに基づいて、電池モジュール30−1のSOCを計算する。
電池管理装置44は、この計算したSOC、および、電池モジュール30−1の電流、電圧、温度を温度帯別に区分して、各SOCに対する、電流および電池モジュール30−1の電圧のデータとして計測コンピュータ90に送る。
計測コンピュータ90のデータ取得部91は、A1で選んだ電池モジュール30−1の診断に必要な数のデータが得られるまで連続的にその電池モジュール30−1のデータを取得する(A2)。
計測コンピュータ90の計算部92は、得られたデータをもとに、その電池モジュール30−1の劣化を診断するための特性値として残容量、内部抵抗値(SOC別)を計算する(A3)。
図8は、実施形態における大規模蓄電池装置に設けられる電池モジュールの電圧とSOCとの関係の一例を示す図である。
図9は、実施形態における大規模蓄電池装置に設けられる電池モジュールの電流と電圧との関係の一例を示す図である。
図8に示した特性において、各SOCに対する電流(I)・電圧(V)プロットを作成することで任意の電流値における電圧曲線を得ることができる。
図9は、実施形態における大規模蓄電池装置に設けられる電池モジュールの電流と電圧との関係の一例を示す図である。
図8に示した特性において、各SOCに対する電流(I)・電圧(V)プロットを作成することで任意の電流値における電圧曲線を得ることができる。
ここで、あるSOCでの電流と電圧の関係をプロットすると電流・電圧プロットを得ることができ、図9に示すように、任意の電流値での電池モジュール30−1の電圧を得ることができる。計算部92は、任意の電流値での電池モジュール30−1の電圧の特性に基づいて内部抵抗値を計算できる。
計測コンピュータ90の出力部93は、残容量、内部抵抗値の計算結果を制御コンピュータ80に出力する(A4)。
この計算結果は、制御コンピュータ80による外部指令値制御に使われる。このように、電池モジュールの残容量、内部抵抗値を求めることで、蓄電池装置の運転指令決定の際に合わせて指令値を決められるので電池モジュールを長く使うことができる。
この計算結果は、制御コンピュータ80による外部指令値制御に使われる。このように、電池モジュールの残容量、内部抵抗値を求めることで、蓄電池装置の運転指令決定の際に合わせて指令値を決められるので電池モジュールを長く使うことができる。
電池管理装置44で計算された、電流積算値に基づいたSOCは、電流センサ41のオフセット値に起因した誤差が時間経過とともに拡大することがある。
計測コンピュータ90の計算部92は、内部インピーダンス、電池モジュール30−1の電圧および電流の実測値に基づいて、電池モジュール30−1の開放回路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)を推定し、このOCVとSOCとの所定の関係に基づいて、電流積算値に基づいたSOCとの誤差を求めることができる(A5)。
計測コンピュータ90の計算部92は、内部インピーダンス、電池モジュール30−1の電圧および電流の実測値に基づいて、電池モジュール30−1の開放回路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)を推定し、このOCVとSOCとの所定の関係に基づいて、電流積算値に基づいたSOCとの誤差を求めることができる(A5)。
この誤差の値は出力部93から電池管理装置44に出力される(A6)。これに伴い、電池管理装置44は、上記のように計算したSOCの値を修正する。この修正は電池管理装置44毎に行われる。このように、積分計算による誤差の累積や電流に対する電池電圧変化の過渡特性の影響により正確に把握するのが難しいSOCの値が修正されることで、電池管理装置44は、電池モジュール30−1のSOCと残容量をより正しく把握できる。
全ての組電池ユニット20で診断対象の電池モジュールの選択が終了していなければ(A7のNO)、選択の有無の判断を行っていない電池モジュールの中から診断対象の電池モジュールを選択する(A7→A1)。このように、電池モジュールの劣化診断を順次行うことで、各電池モジュールの電池容量を求めることができるので、特定の電池モジュールの異常な劣化や故障の兆候を検出することができ、より安全、安心に蓄電池装置の運転を行うことができる。
そして、電池モジュール回路30の劣化診断のための各種データの計算を制御コンピュータ80や制御コンピュータ80とは別に設けられた計測コンピュータ90により行うので、蓄電池装置の運転中における制御コンピュータ80や制御コンピュータ80による処理を滞らせることなく、電池モジュール回路30の劣化診断のための各種データを求めることが出来る。よって、大規模蓄電池装置の運転の安全性を維持して複数の二次電池の劣化診断を行うことができるようになる。また、各電池モジュールのうち、一部を劣化診断対象として優先的に選択する事で、劣化診断のための各種データの量が減少するので、このデータの出力先である制御コンピュータ80の処理負荷を減少させることができる。次に、計測コンピュータ90による、電池モジュール30の劣化診断の別の例について説明する。
図10は、実施形態における大規模蓄電池装置に設けられる計測コンピュータによる処理手順の別の例を示すフローチャートである。
大規模蓄電池装置を正しく制御するためには、電池モジュール回路30の内部抵抗値の特性も重要である。まず、制御コンピュータ80は、診断対象の電池モジュールとして、ここでは電池モジュール30−1を選ぶ(A11)。
図10は、実施形態における大規模蓄電池装置に設けられる計測コンピュータによる処理手順の別の例を示すフローチャートである。
大規模蓄電池装置を正しく制御するためには、電池モジュール回路30の内部抵抗値の特性も重要である。まず、制御コンピュータ80は、診断対象の電池モジュールとして、ここでは電池モジュール30−1を選ぶ(A11)。
制御コンピュータ80は、A1で選んだ電池モジュール30−1の診断に必要な数のデータが得られるまで連続的にその電池モジュール30−1のデータ(温度帯別に区分した、各SOCに対する、電流および電池モジュール30−1の電圧のデータ)を取得する(A12)。
計測コンピュータ90の計算部92は、A12で取得したデータを用いて、電池モジュール30−1のSOCと充電時または放電時の内部抵抗値との対応を示すSOC−内部抵抗データ計算する(A13)。
さらに、計測コンピュータ90の計算部92は、上記のSOC−内部抵抗データをもとに、電池モジュール30−1の内部抵抗値に対応するSOC毎の最大充電電流値および最大放電電流値を計算する(A14)。
例えば、SOC毎の最大充電電流値は、以下の式(1)で求めることができる。
(電池モジュール30−1の最大許容電圧−電池モジュール30−1のOCV)/電池モジュール30の充電時の内部抵抗値 …式(1)
また、例えば、SOC毎の最大放電電流値は、以下の式(2)で求めることができる。
(電池モジュール30−1の最大許容電圧−電池モジュール30−1のOCV)/電池モジュール30の充電時の内部抵抗値 …式(1)
また、例えば、SOC毎の最大放電電流値は、以下の式(2)で求めることができる。
(電池モジュール30−1のOCV−電池モジュール30−1の最少許容電圧)/電池モジュール30の放電時の内部抵抗値 …式(2)
計測コンピュータ90の出力部93は、SOC−内部抵抗データ、最大充電電流値、最大放電電流値のデータを制御コンピュータ80に送信する(A15)。
計測コンピュータ90の出力部93は、SOC−内部抵抗データ、最大充電電流値、最大放電電流値のデータを制御コンピュータ80に送信する(A15)。
全ての組電池ユニット20で診断対象の電池モジュールの選択が終了していなければ(A16のNO)、選択の有無の判断を行っていない電池モジュールの中から診断対象の電池モジュールを選択する(A16→A11)。このように、電池モジュールの劣化診断を順次行うことで、電池モジュール回路30の電池容量を求めることができる。
また、ここでは、上記のように、計算部92が電池モジュールの残容量の計算を行っているとする。計測コンピュータ90の出力部93は、この残容量の情報も制御コンピュータ80に送信する。このようにして、制御コンピュータ80は、電池モジュール回路30の残容量、内部抵抗値、充電時最大電流、充電時放電電流を把握できるので、これらの値に見合ったPCS14の運転を行うことができる。
計測コンピュータ90を通信ネットワークに接続すると、電池モジュール回路30の劣化診断のための計算を遠隔で行うことが出来る。よって蓄電池装置を無人で運転していても、電池モジュール回路30の故障の兆候による電池交換などの計画を立てることができる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、蓄電池装置の運転の安全性を維持して複数の二次電池の劣化診断を行うことが可能な蓄電池装置を提供することができる。
つまり、積分誤差や電流に対する電池電圧変化の過渡特性があるため、正確に把握するのが難しいSOCの値をより正確に求めることができる、また、計測コンピュータを使うことでSOC、容量、SOCに対する充電時内部抵抗と放電時内部抵抗を正しく算出(測定)することができる。また、計測コンピュータが計算した上記のデータで電池管理装置44のデータをアップデートし、より正確なSOC値を算出することができる状態にすることができる。
また、計測コンピュータが計算した修正したSOC、容量、内部抵抗特性を上位装置制御情報としてデータを送ることで高精度なPCS制御ができる。
なお、上記の各実施形態に記載した手法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、光磁気ディスク(MO)、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することもできる。
また、この記憶媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であっても良い。
また、記憶媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているOS(オペレーティングシステム)や、データベース管理ソフト、ネットワークソフト等のMW(ミドルウェア)等が上記実施形態を実現するための各処理の一部を実行しても良い。
さらに、各実施形態における記憶媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、LANやインターネット等により伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。
また、記憶媒体は1つに限らず、複数の媒体から上記の各実施形態における処理が実行される場合も本発明における記憶媒体に含まれ、媒体構成は何れの構成であっても良い。なお、各実施形態におけるコンピュータは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、上記の各実施形態における各処理を実行するものであって、パソコン等の1つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であっても良い。
また、各実施形態におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、計測コンピュータ90において内部抵抗値を算出し、その内部抵抗値を読み出し、制御コンピュータ80で劣化診断を行うなど、これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10−1、10−2、10−n・・・蓄電池装置、12・・・電池端子盤、21−1、12−2、12−n・・・遮断機、14・・・パワーコンディショナ、20・・・組電池ユニット、30・・・電池モジュール、32・・・電池監視ユニット、44・・・電池管理装置、51・・・第1の充放電端子、52・・・第2の充放電端子、60・・・関門制御装置、80・・・制御コンピュータ、90・・・計測コンピュータ、91・・・データ取得部、92・・・計算部、93・・・出力部。
Claims (5)
- 直列接続された複数の電池と前記複数の電池の電圧及び温度を監視する電池監視ユニットとを含む電池モジュール複数個直列接続した電池モジュール回路と、
前記電池モジュール回路に流れる電流を検出するための電流センサと、
各電池監視ユニットからの監視データ及び前記電流センサの検出データを入力する電池管理装置と、
をそれぞれが含む複数の組電池ユニットと、
前記複数の組電池ユニット内の各電池管理装置と相互通信を行う関門制御装置と、
前記関門制御装置および前記複数の電池管理装置に接続され、前記電池管理装置からの検出データを第一の時間間隔で取得し、取得した前記検出データに基づき各電池または電池モジュールの所定の特性値を算出し、前記取得した検出データまたは算出された前記各電池または電池モジュールの特性値を前記第一の時間間隔よりも長い第二の時間間隔毎に前記制御装置へ送信する計測コンピュータと、
を備えた蓄電池装置。 - 前記制御装置は、
各電池モジュールのうち、劣化診断の対象となる電池モジュールを選択し、この選択した前記電池モジュールの劣化診断を行う請求項1に記載の蓄電池装置。 - 前記制御装置は、
各電池モジュールのうち、充電時の電圧が最も高いまた放電時の電圧が最も低い電池モジュールを劣化診断の対象となる電池モジュールとして優先的に選択し、この選択した前記電池モジュールの劣化診断を行う請求項1に記載の蓄電池装置。 - 前記制御装置は、
劣化診断の対象となる電池モジュールの残容量、内部抵抗、充電時最大電流、放電時最少電流を計算し、この計算結果に基づいて劣化診断を行う請求項1に記載の蓄電池装置。 - 直列接続された複数の電池と前記複数の電池の電圧及び温度を監視する電池監視ユニットとを含む電池モジュール複数個直列接続した電池モジュール回路と、
前記電池モジュール回路に流れる電流を検出するための電流センサと、
各電池監視ユニットからの監視データ及び前記電流センサの検出データを入力する電池管理装置と、
をそれぞれが含む複数の組電池ユニットと、
前記複数の組電池ユニット内の各電池管理装置と接続され通信を行う関門制御装置と、
前記関門制御装置および前記複数の電池管理装置に接続され、前記電池管理装置からの検出データを第一の時間間隔で取得し、取得した前記検出データに基づき各電池または電池モジュールの所定の特性値を算出し、前記取得した検出データまたは算出された前記各電池または電池モジュールの特性値を前記第一の時間間隔より長い第二の時間間隔毎に前記制御装置へ出力する計測コンピュータと、
前記複数の関門制御装置と接続され、前記関門制御装置を介して前記計測コンピュータと通信を行い、前記取得した検出データまたは算出された前記各電池または電池モジュールの特性値を取得する制御装置と、
を備える蓄電池システム。
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