JP6176213B2 - Power storage system - Google Patents
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Description
この発明は蓄電システムに関するものである。特定的には、蓄電システムが機械的衝撃や熱衝撃を受けた場合に、この衝撃程度に応じて当該蓄電システムの運転の可否を判断すする技術に関するものである。 The present invention relates to a power storage system. Specifically, the present invention relates to a technique for determining whether or not the power storage system can be operated according to the degree of the impact when the power storage system receives a mechanical shock or a thermal shock.
従来技術においては、蓄電システムが停止中であって蓄電池の監視装置も電源オフ時に、仮に、信頼性に影響を及ぼす機械的衝撃、高温暴露を蓄電池が受けると、その記録が残らず、再稼動時に操作者が各種衝撃の履歴に気がつかないまま操作を行うことになる。これらの各種衝撃の履歴の程度によっては、外観上変化が表れない場合でも、電池内部に損傷を生じてしまう場合がある。
例えば、機械的衝撃を受けて外観上変化が無いが、内部短絡を起こして電池の電圧が異常に低下した状態で、次回の稼動を行おうとすると、電圧異常を検知して蓄電システムを起動できない状態が起こる。また、電池の電圧が低下していても許容される範囲であれば稼動される場合、内部短絡を起こした状態で稼動を続けることは、局所的な異常な発熱や副反応の進行などにより、システムの運転が困難になる場合がある。
また、例えば、高温暴露を受けて外観上変化が無いが、高温による副反応生成物の電極上への堆積や、セパレータの溶融などによる、高温状態が解消しても元に戻らない不可逆な内部抵抗増大が起こった場合、高温状態が解消した後に次回の稼動を行おうとした場合でも、増大した抵抗損による電圧異常や、許容範囲であっても通常より発熱が大きくなるなどにより、システムの運転が困難になる場合がある。
そこで、電池の内部短絡の原因となる機械的衝撃の履歴が記録されていれば、原因の特定と対策を速やかに行うことができる。
例えば、従来の蓄電システムでは、機械的衝撃を検知する手段として、例えば、電池パックの筐体と電池との間に圧力によって変形すると電気抵抗が変化する性質の圧力検出シートを配置し、検出された抵抗値から衝撃を検知し、予め設定された第1閾値を超える場合、電池の充放電を禁止するなどしている(特許文献1)。
また温度を検知する手法として、例えば、充電電池と熱的に接続された温度検出ラベルが充電電池の電池温度の変化による変色を、光を当てて反射光を受光した受光量の変化により充電を制御するとしている(特許文献2)。
In the conventional technology, if the storage battery is subjected to a mechanical shock or high temperature exposure that affects reliability when the storage system is stopped and the storage battery monitoring device is also powered off, there is no record and the operation is restarted. Sometimes, the operator performs operations without noticing the history of various impacts. Depending on the degree of the history of these various impacts, the battery may be damaged even if the appearance does not change.
For example, there is no change in appearance due to mechanical shock, but if you try to operate next time when the battery voltage is abnormally lowered due to an internal short circuit, you can not start the power storage system by detecting the voltage abnormality A situation occurs. In addition, even if the voltage of the battery is lowered, if it is allowed to operate, it will continue to operate with an internal short circuit due to local abnormal heat generation, side reaction, etc. System operation may be difficult.
In addition, for example, there is no change in appearance due to exposure to high temperature, but the irreversible inside that does not return even if the high temperature state disappears due to deposition of side reaction products on the electrode due to high temperature, melting of the separator, etc. When resistance increases, even if the next operation is attempted after the high-temperature condition is resolved, voltage operation due to increased resistance loss, and even if it is within the allowable range, heat generation will be greater than usual. May be difficult.
Therefore, if a history of mechanical shock that causes the internal short circuit of the battery is recorded, it is possible to quickly identify the cause and take countermeasures.
For example, in a conventional power storage system, as a means for detecting a mechanical shock, for example, a pressure detection sheet having a property that electrical resistance changes when deformed by pressure between a battery pack casing and a battery is detected and detected. When the impact is detected from the measured resistance value and exceeds a preset first threshold, charging / discharging of the battery is prohibited (Patent Document 1).
As a method for detecting temperature, for example, a temperature detection label that is thermally connected to a rechargeable battery changes color due to a change in the battery temperature of the rechargeable battery. It is supposed to be controlled (Patent Document 2).
しかしながら、従来の特許文献1のような蓄電システムの機械的衝撃検知手段にあっては、例えば電池パックが落下するなどして圧力検出シートに圧力が加わり、外形が変化して変化が確認できる程度の大きな機械的衝撃による衝撃検知は可能である。しかし、外形は変化していないが電池の内部は損傷を受ける程度の中程度の衝撃の検知は困難であった。
However, in the conventional mechanical shock detection means of the power storage system as in
また、従来の特許文献2のような蓄電システムの温度検知手段にあっては、充電に伴う電池温度の変化を温度検出ラベルの変色を検知して充電を制御すると記載されている。しかし、電池が損傷を受けるおそれのある高温に一時的に暴露しその後常温に戻った場合にまでも適用できる技術ではなかった。 Moreover, in the temperature detection means of the electrical storage system like the conventional patent document 2, it describes that the change of the battery temperature accompanying charge is detected by detecting the discoloration of the temperature detection label to control the charge. However, this technique was not applicable even when the battery was temporarily exposed to high temperatures that could cause damage, and then returned to room temperature.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、蓄電システムが停止中であって蓄電池の監視装置も電源オフ時にも衝撃の履歴を把握できる衝撃検知機能を持った蓄電システムを得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has an impact detection function capable of grasping an impact history even when the storage system is stopped and the storage battery monitoring device is turned off. The purpose is to obtain a power storage system.
この発明に係る蓄電システムは、蓄電池と、蓄電池の入力または出力を制御する制御部と、蓄電池に加わる衝撃によりその光学的物性が不可逆的に変化する検知部と、検知部の光学的物性の変化を読取るセンサ部と、蓄電池に加わる衝撃とその衝撃による内部抵抗の変化の関係、及び衝撃の程度に応じた内部抵抗の許容値を予め有し、センサ部からの出力信号を受けて衝撃の程度を判断する判断部とを備える。
そして、蓄電システムが停止状態から起動するときに、判断部はセンサ部からの出力信号を読み込んで停止状態中に衝撃を受けたか否かを判断し、所定の閾値以上の衝撃を受けた場合には、判断部は、蓄電池の開回路電圧を測定し、その測定結果が所定の範囲にない場合は蓄電池が損傷を受けたと判断して結果を制御部へ送る一方、測定結果が所定の範囲内の場合には、判断部は、前記蓄電池の内部抵抗を測定し、内部抵抗が所定の基準値の範囲以内か判断し、範囲外の場合には蓄電池が損傷を受けたと判断して結果を制御部へ送ることを特徴とするとするものである。
The power storage system according to the present invention includes a storage battery, a control unit that controls input or output of the storage battery, a detection unit that changes its optical physical property irreversibly due to an impact applied to the storage battery, and a change in the optical physical property of the detection unit. The sensor unit has a pre-determined relationship between the impact applied to the storage battery and the change in internal resistance due to the impact, and the allowable value of the internal resistance corresponding to the degree of impact, and the degree of impact upon receiving an output signal from the sensor unit And a determination unit for determining.
When the power storage system is started from the stopped state, the determination unit reads the output signal from the sensor unit to determine whether or not the shock is received during the stopped state. The determination unit measures the open circuit voltage of the storage battery, and if the measurement result is not within the predetermined range, the determination unit determines that the storage battery is damaged and sends the result to the control unit, while the measurement result is within the predetermined range. In this case, the determination unit measures the internal resistance of the storage battery, determines whether the internal resistance is within a predetermined reference value range, and determines that the storage battery is damaged if it is out of the range, and controls the result. It is characterized by being sent to the department.
この発明に係る蓄電システムにおいては、上述のように構成したので、蓄電システムが停止中であって蓄電池の監視装置が電源オフ時にも衝撃の履歴を把握できる衝撃検知機能を持った蓄電システムを実現できる。 Since the power storage system according to the present invention is configured as described above, it realizes a power storage system having an impact detection function capable of grasping the history of impact even when the power storage system is stopped and the storage battery monitoring device is turned off. it can.
実施の形態1.
はじめに、この発明の蓄電システムの電流配分制御装置の構成、及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、図は模式的なものであり、機能や構造を概念的に説明するものである。また、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。特記する場合を除いて、蓄電システムの基本構成は全ての実施の形態において共通である。また、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通する。
First, a configuration of a current distribution control device for a power storage system according to the present invention and a control method thereof will be described with reference to the drawings. The drawings are schematic and conceptually illustrate functions and structures. Further, the present invention is not limited to the embodiments described below. Unless otherwise specified, the basic configuration of the power storage system is common to all the embodiments. Moreover, what attached | subjected the same code | symbol is the same or equivalent, and this is common in the whole text of a specification.
図1は、本形態に係る蓄電システムの一構成例を示す図である。
本実施の形態に係る蓄電システム1は、図1に示すように、蓄電池である電池パック(若しくは電池モジュール又はセル)29、電流測定部21、電圧測定部22、蓄電システム制御装置28、を有している。電池パック29には、電流測定部21及び電圧測定部22が接続されていて、電池パック29に流れる電流、及び端子間電圧を測定する。
また、電池パック29には、衝撃検知ラベルA11、衝撃検知ラベルB12、衝撃検知ラベルC13(以下、衝撃検知ラベルA,B,Cと言い換える場合がある)が貼付けられている。衝撃検知ラベルは、閾値以上の衝撃が加わったときに所定の色から他の色に変化し、その状態を保持する特性がある。また、検出したい衝撃の強さ応じて、段階的に閾値の異なる衝撃検知ラベルを選択できる。本形態では、検出できる衝撃の閾値が異なる3種類の衝撃検知ラベルA11、衝撃検知ラベルB12、衝撃検知ラベルC13を使用している。また、蓄電池が損傷するおそれのある機械的な衝撃値は、対象となる蓄電池の型ごとに異なるため、対象となる蓄電池の型ごとに必要な値を設定する。なお、衝撃検知ラベルとして、例えばメディアリカバリー社製のショックウォッチ(登録商標)が使用できる。また、蓄電システム1は、衝撃検知ラベルの色の変化を読取るために色検知センサ25を有している。なお、衝撃検知ラベルへの照明光源として光源24も有している。
さらに、蓄電システム1は、衝撃判断装置16を有している。衝撃判断装置16は、光源24の点灯の制御やセンサ部25からの出力信号を受けて、電池パック29に加わった衝撃の強度を判断する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power storage system according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the
The
Furthermore, the
次に、電池パック29、衝撃検知ラベルA,B,C、色検知センサ25の構成について図2を用いて詳細に説明する。図2は、例えば、8セルが収められた電池パック29に対してX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の全方向からの衝撃に感度を示す衝撃検知ラベルA,B,Cを設置した場合である。なお、電池パック、モジュール、セルのそれぞれによっても、衝撃に対する損傷するレベルが異なるが、セルの損傷を検知することが目的であるので、モジュールや電池パックに検知ラベルを貼り付ける場合は、モジュールや電池パックで受ける衝撃が、その構成品であるセルに対する換算値を予め試験または計算により用意し、設定する必要がある。
衝撃検知ラベルA,B,Cは、LEDなどの光源24で任意のタイミングで光照射可能な状態とし、その反射光を色検知センサ25で受光して衝撃検知ラベルA,B,Cの色の変化を認識する。なお、色検知センサ25には、例えば浜松ホトニクス社製のフォトダイオードからなるカラーセンサが使用できる。
衝撃検知ラベルA,B,Cは、感度の異なるラベルで、それぞれの変色状態を個別に色検知センサ25によって取得する。衝撃の閾値の異なるラベルを用いることにより、電池パック29に加わった衝撃の程度を推定することができる。
Next, the configuration of the
The impact detection labels A, B, and C can be irradiated with light at any timing by a
The impact detection labels A, B, and C are labels having different sensitivities, and the respective color change states are individually acquired by the
なお、図2の場合では、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向の全方向からの衝撃に感度を示す衝撃検知ラベルを使用したが、XYZ方向のうち最も電池が損傷を受けやすい方向が明らかである場合は、その方向からの衝撃にのみ感度を示す衝撃検知ラベルを設置すれば必要最低限の機能を果たす。 In the case of FIG. 2, an impact detection label that is sensitive to impacts from all directions in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction is used. If it is clear, the minimum required function can be achieved by installing an impact detection label that shows sensitivity only to impact from that direction.
ここで、蓄電池に加えられる衝撃と蓄電池の損傷の許容値との関係について説明する。蓄電池に加えられる衝撃と許容値との関係は、あらかじめ対象の蓄電池を用いた衝撃試験やシミュレーションを行って取得する。
機械的衝撃試験は、対象の蓄電池に対して、X方向、Y方向、Z方向の衝撃に対して衝撃強度を変化させて実施する。
機械的衝撃試験後、蓄電池の損傷度は開回路電圧および内部抵抗測定によって確認する。機械的衝撃が対象の蓄電池に対してどのような損傷を与えるかはそれぞれの蓄電池の内部構造や材質によって異なるが、蓄電池の内部構造における集電構造の破断などによる抵抗増大、対向する正負極電極の積層構造のずれや絶縁構造の損傷などによる短絡が生ずる。
Here, the relationship between the impact applied to the storage battery and the allowable value for damage to the storage battery will be described. The relationship between the impact applied to the storage battery and the allowable value is acquired in advance by performing an impact test or simulation using the target storage battery.
The mechanical impact test is performed on the target storage battery by changing the impact strength with respect to the impact in the X direction, the Y direction, and the Z direction.
After the mechanical shock test, the degree of damage of the battery is confirmed by open circuit voltage and internal resistance measurements. How the mechanical shock damages the target storage battery depends on the internal structure and material of each storage battery, but the resistance increases due to the breakage of the current collecting structure in the internal structure of the storage battery, opposite positive and negative electrodes A short circuit occurs due to misalignment of the laminated structure or damage to the insulating structure.
内部抵抗測定は例えばJIS C 8715-1の8.6内部抵抗試験に記載の方法を用いて直流内部抵抗を測定することが出来る。まず電流値I1Aで所定時間放電し、放電終了直前の通電中の電圧U1を測定する。次にI1と異なる電流値I2Aで所定時間放電し、放電終了直前の通電中の電圧U2を測定する。直流内部抵抗Rdcは次式で求める。
対象の蓄電池が使用される環境、SOC(State of Charge:充電率)における、健全な状態での内部抵抗を予め測定する。図3に健全な蓄電池の内部抵抗の測定例を示す。一般に温度が高いほど内部抵抗は小さく、またSOCに依存した値を示す。
この健全な蓄電池の内部抵抗値をベースに、実運用上の制約(発熱、入出力特性)を考慮した対象の蓄電池ごとに特有の性能上および安全上の内部抵抗の上下限管理値範囲を設定する。なお、各温度ごとに上下限許容範囲を設定すると、衝撃判断を行うことができる条件の選択肢が広くなる。
The internal resistance in a healthy state in an environment where the target storage battery is used, SOC (State of Charge) is measured in advance. FIG. 3 shows a measurement example of the internal resistance of a healthy storage battery. In general, the higher the temperature, the smaller the internal resistance and the value depending on the SOC.
Based on the internal resistance value of this healthy storage battery, the upper and lower limit control value ranges for the specific performance and safety internal resistance are set for each target storage battery considering the restrictions (heat generation, input / output characteristics) in actual operation To do. In addition, if the upper and lower limit allowable ranges are set for each temperature, options for conditions under which the impact determination can be performed are widened.
図4は、例えば衝撃判断は25℃で行うことに決めた場合に、25℃の内部抵抗値をベースに上下限許容値を設定した図である。性能上の上限Bhiは蓄電システムの必要な入出力特性を確保できる範囲、性能上の下限Bloは製造上のばらつき範囲を設定する。安全上の管理値上限Ahiは蓄電システムの運転時に通常に通電されることにより許容できない発熱を生じる範囲、安全上の管理値下限Aloは内部短絡を起こし明らかに低い値を示す点を設定する。 FIG. 4 is a diagram in which upper and lower permissible values are set based on an internal resistance value of 25 ° C., for example, when it is decided to make an impact determination at 25 ° C. The upper limit B hi for performance sets a range in which necessary input / output characteristics of the power storage system can be secured, and the lower limit B lo for performance sets a range of manufacturing variation. The upper limit of safety control value A hi is the range that causes unacceptable heat generation when it is normally energized during the operation of the power storage system, and the lower limit of safety control value A lo is set to the point that causes an internal short circuit and clearly shows a low value To do.
そこで、衝撃検知ラベルA,B,Cの衝撃レベル(閾値)を、受けた衝撃が蓄電池内部には異常を生じないレベル(衝撃検知ラベルC)、性能上の許容値以上のレベル(衝撃検知ラベルB)、安全上の管理値以上のレベル(衝撃検知ラベルA)に設定する。 Therefore, the impact level (threshold value) of the impact detection labels A, B, and C is set to a level at which the received impact does not cause an abnormality in the storage battery (impact detection label C), and a level exceeding the allowable value in performance (impact detection label B) Set to a level (impact detection label A) that is higher than the safety control value.
ここで、衝撃レベル(閾値)の設定例について説明する。
衝撃検知ラベル1〜3の感度を、それぞれ図4および図5中で示した衝撃検知ラベルA、B、Cに設定する。表1にそれぞれの衝撃検知ラベル1〜3の変色パターンと衝撃とセルの内部抵抗状態の関係を示す。衝撃検知ラベルA、B、C全て変色無い場合は衝撃を受けていない。衝撃検知ラベルCのみ変色した場合はセルの内部には異常を生じないレベルの衝撃を受けたことが検知される。衝撃検知ラベルB、Cが変色した場合は、性能上の許容値(すなわち、性能の低下を生ずる衝撃であって性能上の低下を許容できるレベルを超える大きさ)を越えるレベルの衝撃を受けたことが検知される。衝撃検知ラベルA、B、C全てが変色した場合は、セルが安全上の管理値上限を越えるおそれのある大きな衝撃を受けたことが検知される。また、色検知センサ25で衝撃検知ラベルA,B,Cの色の変化を認識することができる。
Here, an example of setting the impact level (threshold) will be described.
The sensitivity of the
次に、蓄電システムの動作について説明する。
蓄電システム制御装置28は、蓄電システムが停止中の信頼性に影響を及ぼす機械的衝撃の記録を収集する。具体的には、図1に示した衝撃判断装置16は、光源24の点灯の制御やセンサ部25からの出力信号を受けて、電池パック29に加わった衝撃の強度を判断する。衝撃を受けたことが検知された場合、衝撃判断装置16は電圧測定部22により開回路電圧を測定確認する。開回路電圧が著しく低下していた場合は、衝撃判断装置16は衝撃による蓄電池29の内部短絡が生じたと判断して判断結果を蓄電システム制御装置28に伝え、蓄電池29の充放電を禁止するなどの安全措置を行う。
Next, the operation of the power storage system will be described.
The power storage
一方、衝撃を受けたことを検知し、開回路電圧の著しい低下が確認されない場合は、内部抵抗測定を実施する。内部抵抗測定は蓄電システム制御装置28によって発電装置44、負荷装置45を用いて蓄電池29の充放電を行うことにより、例えばJIS C 8715-1の8.6内部抵抗試験に記載の方法を用いて測定することが出来る。
On the other hand, if it is detected that an impact has been received and no significant decrease in the open circuit voltage is confirmed, internal resistance measurement is performed. The internal resistance is measured by charging and discharging the
予め蓄電池の内部抵抗値の許容値を用意しておくことにより、外観上は変形や損傷が生じていない場合でも、蓄電池が損傷を生じる衝撃を受けたおそれがあることを認識し、その上で開回路電圧の確認と内部抵抗測定値とを合わせて判断することで、衝撃により損傷を受けたことを検知出来るという利点がある。 By preparing an allowable value for the internal resistance value of the storage battery in advance, even if the external appearance is not deformed or damaged, it is recognized that the storage battery may have received a shock that causes damage. There is an advantage that it is possible to detect damage due to impact by judging the confirmation of the open circuit voltage together with the measured value of the internal resistance.
また、内部抵抗の範囲に応じて衝撃検知レベルを複数設置しておくことで、電池が使用可能であっても過去に衝撃を受けて軽微な内部損傷があるという履歴を管理できるため、メンテナンス時に確認を行うなどして、よりリスクを低減することができるという利点がある。 In addition, by installing multiple impact detection levels according to the range of internal resistance, even if the battery can be used, you can manage the history of minor internal damage due to impact in the past. There is an advantage that the risk can be further reduced by performing confirmation.
また、内部抵抗値と衝撃レベルを合わせて管理することで、電池の損傷原因と損傷レベルを把握することができるため、損傷レベルに応じた蓄電システムの運用や安全対策のレベルの最適化や、補修が必要な場合はスムーズな補修が可能であるという利点がある。 In addition, by managing the internal resistance value and impact level together, it is possible to understand the cause and level of damage to the battery, so the operation of the power storage system and the level of safety measures according to the damage level, When repair is necessary, there is an advantage that smooth repair is possible.
また、衝撃検知ラベルやLEDなどの光源および色検知素子は小型化が可能であることから、電池モジュールや電池パック構造形状や設置場所によって目視観察が困難な場合でも衝撃による電池の損傷を検知することが出来るという利点がある。 In addition, since light sources such as impact detection labels and LEDs, and color detection elements can be downsized, battery damage due to impacts is detected even when visual observation is difficult due to the battery module or battery pack structure and installation location. There is an advantage that you can.
上述の形態では、衝撃検知ラベル1〜3を3種の感度を使用したが、さらに数を増やしてより細かく検知することも可能であるし、図6に示すように、数を減らして性能上の上下限のみを管理したり、安全上の上下限を管理するなど、蓄電システムの運用に応じて必要な設定が可能である。
In the above-described embodiment, three types of sensitivity are used for the
また、衝撃検知方法について、上述の形態では衝撃検知ラベルを用いた。しかし、衝撃を検知する手段として他の方法もある。例えば、電源がオフ状態での衝撃検知および保持については、ともに通常は液体状態の主剤と硬化開始剤の2液が混合すると硬化する特性を有する2液混合型硬化樹脂を利用する。主剤の液体を所定のバッグ(ポリ袋など)に封入し、硬化開始剤を封入したサブバッグ(より小サイズのポリ袋など)を主剤の入ったバッグに混入させる。蓄電池システム内の所定の隙間に液体バッグを貼付け、バッグが衝撃を受けてバッグを貼付けた隙間間隔が変異するとサブバッグが壊れて2液が混合することで、主剤が硬化する。なお、サブバッグの方が衝撃で破れやすい素材のものを選択する。主剤としては、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂などの単量体(モノマー)、低分子量体が使用可能である。硬化剤は主剤の単量体が重合を開始し重合体(ポリマー)となる重合開始剤である。硬化前後での主剤の物性変化を検出することで、衝撃を検知する。硬化前後の主剤の物性変化を検出する方法として、光学的性質が変化することから、次回電源を入れたときに光を照射して透過光または反射光の変化から硬化を検知することができる。或は、硬化前後の主剤の物性変化を検出する方法として、硬化による形状変化を歪み測定によって検知することもできる。 Moreover, about the impact detection method, the impact detection label was used in the above-mentioned form. However, there are other methods as means for detecting the impact. For example, for the impact detection and holding when the power is off, a two-component mixed curable resin having a property of curing when two liquids of a main agent and a curing initiator in a liquid state are mixed is used. A liquid of the main agent is sealed in a predetermined bag (such as a plastic bag), and a sub-bag (such as a smaller-sized plastic bag) in which a curing initiator is sealed is mixed into the bag containing the main agent. When the liquid bag is attached to a predetermined gap in the storage battery system, and the gap between the bags is changed due to the impact of the bag, the sub-bag is broken and the two liquids are mixed, so that the main agent is cured. In addition, the material of the sub bag is more likely to be broken by impact. As the main agent, monomers (monomers) such as epoxy resins, silicone resins and acrylic resins, and low molecular weight substances can be used. The curing agent is a polymerization initiator in which the main monomer starts polymerization and becomes a polymer. The impact is detected by detecting changes in physical properties of the main agent before and after curing. As a method for detecting a change in physical properties of the main agent before and after curing, since the optical property changes, it is possible to detect curing from a change in transmitted light or reflected light by irradiating light when the power is turned on next time. Alternatively, as a method for detecting a change in physical properties of the main agent before and after curing, a shape change due to curing can also be detected by strain measurement.
上述した本形態を要約すると次ぎのようになる。本形態の蓄電システムは、蓄電池29と、蓄電池29の入力または出力を制御する制御部28と、蓄電池29に加わる衝撃によりその光学的物性が不可逆的に変化する検知部11と、検知部11の光学的物性の変化を読取るセンサ部26と、蓄電池29に加わる衝撃とその衝撃による内部抵抗の変化の関係、及び衝撃の程度に応じた内部抵抗の許容値を予め有し、センサ部26からの出力信号を受けて衝撃の程度を判断する判断部16と、を備える。
そして、蓄電システムが停止状態から起動するときに、判断部16はセンサ部26からの出力信号を読み込んで停止状態中に衝撃を受けたか否かを判断し、所定の閾値以上の衝撃を受けた場合には、判断部16は、蓄電池29の開回路電圧を測定し、その測定結果が所定の範囲にない場合は蓄電池29が損傷を受けたと判断して結果を制御部28へ送る一方、測定結果が所定の範囲内の場合には、判断部16は、蓄電池29の内部抵抗を測定し、内部抵抗が所定の基準値の範囲以内か判断し、範囲外の場合には蓄電池29が損傷を受けたと判断して結果を制御部28へ送る、蓄電システムである。
The above-described embodiment can be summarized as follows. The storage system of the present embodiment includes a
Then, when the power storage system is started from the stopped state, the
以上のような、本形態に係る蓄電システムによれば、蓄電システムが停止していたり、蓄電池の監視装置が電源オフされて動作していないときでも、衝撃の記録が残り、蓄電システムの再稼動時に操作者が衝撃による損傷を認識しない状態で操作を行うことを防止できる。つまり、蓄電システムが停止中であって蓄電池の監視装置が電源オフ時にも衝撃の履歴を把握できる衝撃検知機能を持った蓄電システムを実現できる。 According to the power storage system according to the present embodiment as described above, even when the power storage system is stopped or the storage battery monitoring device is turned off and not operating, a record of impact remains, and the power storage system is restarted. Sometimes, it is possible to prevent the operator from performing an operation without recognizing damage caused by the impact. That is, it is possible to realize a power storage system having an impact detection function that can grasp the history of impact even when the power storage system is stopped and the storage battery monitoring device is turned off.
実施の形態2.
実施の形態1では、蓄電システムに加わる衝撃の例として力学的な衝撃を検知する例を説明した。しかし、蓄電システムに加わる衝撃としては力学的な衝撃ばかりではない。つまり、蓄電システムにダメージを与える要因として熱もある。本形態では、蓄電池が高温状態に曝された場合に、当該高温状態の検知及びその後の蓄電システムの制御の例について説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, an example in which a mechanical impact is detected as an example of an impact applied to the power storage system has been described. However, the impact on the electricity storage system is not limited to mechanical impact. That is, heat is also a factor that damages the power storage system. In this embodiment, when a storage battery is exposed to a high temperature state, an example of detection of the high temperature state and subsequent control of the power storage system will be described.
なお、装置構成は上述の実施の形態1と同様である。説明の煩雑さを避けるために以下の説明では本形態特有の構成を中心に説明する。 The apparatus configuration is the same as that in the first embodiment. In order to avoid complication of explanation, the following explanation will focus on the configuration unique to this embodiment.
図7は、本形態に係る蓄電システムの一構成例を示す図である。また、図8は、例えば、8セルが収められた電池パック29に対して複数種の温度検知ラベルを設置した場合である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the power storage system according to the present embodiment. FIG. 8 shows a case where, for example, a plurality of types of temperature detection labels are installed on the
本実施の形態に係る蓄電システム1は、図1に示すように、蓄電池である電池パック(若しくは電池モジュール又はセル)29、電流測定部21、電圧測定部22、蓄電システム制御装置28、を有している。電池パック29には、電流測定部21及び電圧測定部22が接続されていて、電池パック29に流れる電流、及び端子間電圧を測定する。
As shown in FIG. 1, the
また、電池パック29には、温度検知ラベルD31、温度検知ラベルE32、温度検知ラベルF33(以下、温度検知ラベルD,E,Fと言い換える場合がある)が貼付けられている。温度検知ラベルは、閾値以上の温度が加わったときに所定の色から他の色に変化し、その状態を保持する特性がある。また、検出したい温度に応じて、段階的に閾値の異なる温度検知ラベルを選択できる。本形態では、検出できる温度の閾値が異なる3種類の温度検知ラベルD31、温度検知ラベルE32、温度検知ラベルF33を使用している。また、蓄電池が損傷するおそれのある高温は、対象となる蓄電池の型ごとに異なるため、対象となる蓄電池の型ごとに必要な値を設定する。
The
また、蓄電システム1は、温度検知ラベルの色の変化を読取るために色検知センサ25を有している。なお、温度検知ラベルへの照明光源として光源24も有している。
The
さらに、蓄電システム1は、温度判断装置36を有している。温度判断装置36は、光源24の点灯の制御やセンサ部25からの出力信号を受けて、電池パック29に加わった温度の高さを判断する。
Further, the
電池パック29には、感度の異なる複数のラベル(温度検知ラベルD,E,F)を貼付し、それぞれの変色状態を個別に取得する。電池パック29の温度と許容値との関係は、電池製造者の発行する取扱い説明書に記載される温度範囲の値や、対象の蓄電システム1を用いた温度暴露試験やシミュレーションによってあらかじめ取得する。
A plurality of labels (temperature detection labels D, E, and F) having different sensitivities are attached to the
温度暴露試験を行う場合は、対象の蓄電システム1に対して、環境温度を変化させて実施する。蓄電池の損傷度は開回路電圧および内部抵抗測定によって確認する。環境温度が対象の蓄電池に対してどのような損傷を与えるかはそれぞれの蓄電池の内部構造や材質によって異なるが、高温により電池の内部の副反応生成物の堆積や構成部材の熱変形などよる抵抗増大、さらに高温化が進むと構成部材の著しい変形による内部短絡が生ずる。
When the temperature exposure test is performed, the environmental temperature is changed with respect to the target
具体的には、セルを所定の環境温度に設定し、セル温度とセル内部抵抗を測定する。セル内部抵抗は例えばJIS C 8715-1の8.6内部抵抗試験に記載の方法を用いて直流内部抵抗を測定することが出来る。内部抵抗の上限値、下限値は、図4に示した関係を使用することが出来る。 Specifically, the cell is set to a predetermined environmental temperature, and the cell temperature and the cell internal resistance are measured. For example, the internal resistance of the cell can be measured by using the method described in 8.6 Internal Resistance Test of JIS C 8715-1. The relationship shown in FIG. 4 can be used for the upper limit value and the lower limit value of the internal resistance.
図8の場合、モジュールの一面の中央部にのみ温度検知ラベルを設置しているが、外部からの過熱が想定される箇所や機器の構造上で温度監視が必要な箇所があれば必要に応じて設置する。 In the case of FIG. 8, the temperature detection label is installed only at the center of one side of the module. However, if there is a place where overheating from the outside is expected or there is a place where temperature monitoring is necessary due to the structure of the equipment, Install.
温度検知ラベル31〜33の感度を、それぞれ図4および図9のD、E、Fに設定する。具体的には、温度検知ラベルD,E,Fの温度レベル(閾値)を、蓄電池内部には異常を生じないレベル(F)、性能上の許容値以上のレベル(E)、安全上の管理値以上のレベル(D)に設定する。 The sensitivities of the temperature detection labels 31 to 33 are set to D, E, and F in FIGS. 4 and 9, respectively. Specifically, the temperature level (threshold value) of the temperature detection labels D, E, and F is a level that does not cause an abnormality in the storage battery (F), a level that is higher than the allowable value for performance (E), and safety management. Set the level (D) above the value.
表2にそれぞれの温度検知ラベルD,E,Fの変色パターンと温度レベルとセルの内部抵抗状態の関係を示す。温度検知ラベルD,E,F全て変色無い場合は高温暴露されていない。温度検知ラベルFのみ変色した場合はセルの内部には異常を生じないレベルの温度暴露があったことが検知される。温度検知ラベルF,Eが変色した場合は、性能上の上限(下限)を越えるレベルの温度暴露があったことが検知される。温度検知ラベルD,E,F全てが変色した場合は、セルが安全上の上限(下限)を越えるおそれのある高温暴露があったことが検知される。 Table 2 shows the relationship between the discoloration pattern of each temperature detection label D, E, and F, the temperature level, and the internal resistance state of the cell. When all the temperature detection labels D, E, and F are not discolored, they are not exposed to high temperature. When only the temperature detection label F is discolored, it is detected that there has been exposure to a temperature at a level that does not cause an abnormality inside the cell. When the temperature detection labels F and E are discolored, it is detected that the temperature exposure has exceeded the upper limit (lower limit) in terms of performance. When all of the temperature detection labels D, E, and F are discolored, it is detected that the cell has been exposed to a high temperature that may exceed the safety upper limit (lower limit).
高温暴露があったことが検知された場合、図7の温度判断装置36は電圧測定部22により開回路電圧を測定確認する。開回路電圧が著しく低下していた場合は、温度判断装置36は高温暴露による短絡が生じたと判断して判断結果を蓄電システム制御装置28に伝え、蓄電池29の充放電を禁止するなどの安全措置を行う。
When it is detected that high temperature exposure has occurred, the
また、高温暴露があったことを検知し、開回路電圧の著しい低下が確認されない場合は、内部抵抗測定を実施する。内部抵抗測定は蓄電システム制御装置28によって発電装置24、負荷装置25を用いて蓄電池29の充放電を行うことにより、例えばJIS C 8715-1の8.6内部抵抗試験に記載の方法を用いて測定することが出来る。
In addition, if it is detected that there has been exposure to high temperatures and no significant decrease in open circuit voltage is confirmed, internal resistance measurement is performed. The internal resistance is measured by charging and discharging the
あらかじめ蓄電システムの内部抵抗値の許容値を用意しておくことにより、外観上は変形や損傷が生じていない場合でも、蓄電システムが損傷を生じる高温暴露があったおそれがあることを認識し、その上で開回路電圧の確認と内部抵抗測定値とを合わせて判断することで、高温暴露により損傷を受けたことを検知出来るという利点がある。 Recognizing that there is a risk of high-temperature exposure causing damage to the electricity storage system, even if the external appearance is not deformed or damaged by preparing an allowable value for the internal resistance value of the electricity storage system in advance. On top of that, there is an advantage that it is possible to detect damage caused by high-temperature exposure by judging the confirmation of the open circuit voltage and the measured value of the internal resistance.
また、内部抵抗の範囲に応じて温度検知レベルを複数設置しておくことで、電池が使用可能であっても過去に高温暴露があって軽微な内部損傷があるという履歴を管理できるため、メンテナンス時に確認を行うなどして、よりリスクを低減することができるという利点がある。 In addition, by installing multiple temperature detection levels according to the range of internal resistance, it is possible to manage the history of high-temperature exposure and minor internal damage in the past even if the battery can be used. There is an advantage that the risk can be further reduced by checking sometimes.
また、内部抵抗値と暴露温度レベルを合わせて管理することで、電池の損傷原因と損傷レベルを把握することができるため、スムーズな補修が可能であるという利点がある。また、温度検知ラベルやLEDなどの光源および色検知素子は小型化が可能であることから、電池モジュールや電池パック構造形状や設置場所によって目視観察が困難な場合でも高温暴露による電池の損傷を検知することが出来るという利点がある。 In addition, by managing the internal resistance value and the exposure temperature level together, it is possible to grasp the cause and level of damage of the battery, so that there is an advantage that smooth repair is possible. In addition, light sources such as temperature detection labels and LEDs, and color detection elements can be miniaturized, so battery damage due to high-temperature exposure can be detected even when visual observation is difficult due to the shape and location of the battery module or battery pack. There is an advantage that can be done.
本形態では温度検知ラベルD,E,Fを3種の感度を使用したが、さらに数を増やしてより細かく検知することも可能であるし、図10に示すように、数を減らして性能上の上下限のみを管理したり、安全上の上下限を管理するなど、蓄電システムの運用に応じて必要な設定が可能である。 In this embodiment, three types of sensitivity are used for the temperature detection labels D, E, and F. However, it is possible to detect the temperature detection labels more finely by increasing the number, and as shown in FIG. Necessary settings can be made in accordance with the operation of the power storage system, such as managing only the upper and lower limits of, and managing the upper and lower limits for safety.
また、温度検知方法について、上述の形態では温度検知ラベルを用いた。しかし、高温を検知する手段として他の方法もある。例えば、電源がオフ状態での異常高温検知および保持については、通常は液体状態で、所定の温度以上に暴露されることで硬化する特性を有する熱硬化樹脂を利用する。熱硬化前の液体を所定のバッグに封入し、蓄電システム内の所定の位置に液体バッグを貼り付け、バッグが所定以上の温度に暴露されると主剤が硬化する。主剤としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂などが使用可能である。硬化前後での主剤の物性変化を検出することで、衝撃を検知する。硬化前後の主剤の物性変化を検出する方法として、光学的性質が変化することから、次回電源を入れたときに光を照射して透過光または反射光の変化から硬化を検知することができる。または、硬化前後の主剤の物性変化を検出する方法として、硬化による形状変化を歪み測定によって検知することができる。 Moreover, about the temperature detection method, the temperature detection label was used with the above-mentioned form. However, there are other methods for detecting high temperatures. For example, for detecting and holding an abnormally high temperature when the power is off, a thermosetting resin having a property of being cured in a liquid state when exposed to a predetermined temperature or higher is used. The liquid before thermosetting is sealed in a predetermined bag, the liquid bag is attached to a predetermined position in the power storage system, and the main agent is cured when the bag is exposed to a temperature higher than a predetermined temperature. As the main agent, an epoxy resin, an acrylic resin, or the like can be used. The impact is detected by detecting changes in physical properties of the main agent before and after curing. As a method for detecting a change in physical properties of the main agent before and after curing, since the optical property changes, it is possible to detect curing from a change in transmitted light or reflected light by irradiating light when the power is turned on next time. Alternatively, as a method for detecting a change in physical properties of the main agent before and after curing, a shape change due to curing can be detected by strain measurement.
上述した本形態を要約すると次ぎのようになる。本形態の蓄電システムは、蓄電池29と、蓄電池29の入力または出力を制御する制御部28と、蓄電池29に加わる熱によりその光学的物性が不可逆的に変化する検知部31と、検知部31の光学的物性の変化を読取るセンサ部26と、蓄電池29に加わる熱とその熱による内部抵抗の変化の関係、及び熱の程度に応じた内部抵抗の許容値を予め有し、センサ部26からの出力信号を受けて熱の程度を判断する判断部16とを備え、蓄電システムが停止状態から起動するときに、判断部36はセンサ部26からの出力信号を読み込んで停止状態中に熱を受けたか否かを判断し、所定の閾値以上の熱を受けた場合には、判断部36は、蓄電池29の開回路電圧を測定し、その測定結果が所定の範囲にない場合は蓄電池29が損傷を受けたと判断して結果を制御部28へ送る一方、測定結果が所定の範囲内の場合には、判断部36は、蓄電池29の内部抵抗を測定し、内部抵抗が所定の基準値の範囲以内か判断し、範囲外の場合には蓄電池29が損傷を受けたと判断して結果を制御部28へ送る、蓄電システムである。
The above-described embodiment can be summarized as follows. The power storage system of the present embodiment includes a
以上のような、本形態に係る蓄電システムによれば、蓄電システムが停止していたり、蓄電池の監視装置が電源オフされて動作していないときでも、蓄電池に加わった高温の記録が残り、蓄電システムの再稼動時に操作者が高い温度暴露による損傷を認識しない状態で操作を行うことを防止できる。つまり、蓄電システムが停止中であって蓄電池の監視装置が電源オフ時にも高い温度の履歴を把握できる検知機能を持った蓄電システムを実現できる。 According to the power storage system according to the present embodiment as described above, even when the power storage system is stopped or the storage battery monitoring device is turned off and not operating, the high-temperature record applied to the storage battery remains, It is possible to prevent the operator from operating without recognizing damage caused by high temperature exposure when the system is restarted. That is, it is possible to realize a power storage system having a detection function capable of grasping a history of high temperature even when the power storage system is stopped and the storage battery monitoring device is turned off.
実施の形態3.
本形態は、蓄電システムにダメージを与える要因としての力学的な衝撃及び高温状態に曝された場合を検知し、その後の蓄電システムを制御する例である。
Embodiment 3 FIG.
The present embodiment is an example of detecting a case where the power storage system is exposed to a mechanical shock and a high temperature state as factors that damage the power storage system, and controlling the subsequent power storage system.
図11は、実施の形態1で説明した衝撃検知ラベル、色検知センサ及び衝撃判断装置並びに実施の形態2で説明した温度検知ラベル、色検知センサ及び温度判断装置の機能を同時に搭載した状態を示す図である。実施の形態1と2の構成を両方同時に設置したもので、衝撃と温度を両方同時に検知する。これ以外にも複数感度の温度検知と衝撃検知を組み合わせても良く、検知したい精度に応じて選択できる。
FIG. 11 shows a state in which the functions of the impact detection label, the color detection sensor, and the impact determination device described in
なお、上述した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと解されるべきである。この発明の範囲は、上述した実施形態の範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 It should be understood that the above-described embodiment is illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the scope of the above-described embodiment but by the scope of claims, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 蓄電システム、11 衝撃検知ラベルA、12 衝撃検知ラベルB、13 衝撃検知ラベルC、16 衝撃判断装置、21 電流測定部、22 電圧測定部、24 光源、25 色検知センサ、26 センサ部、28 蓄電システム制御装置、29 電池パックまたはモジュールまたはセル、31 温度検知ラベルD、32 温度検知ラベルE、33 温度検知ラベルF、36 温度判断装置、37 衝撃/温度判断装置、44 発電装置、45 負荷装置。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記蓄電池の入力または出力を制御する制御部と、
前記蓄電池に加わる衝撃によりその光学的物性が不可逆的に変化する検知部と、
前記検知部の光学的物性の変化を読取るセンサ部と、
前記蓄電池に加わる衝撃とその衝撃による内部抵抗の変化の関係、及び衝撃の程度に応じた内部抵抗の許容値を予め有し、前記センサ部からの出力信号を受けて衝撃の程度を判断する判断部と、
を備え、
蓄電システムが停止状態から起動するときに、前記判断部は前記センサ部からの出力信号を読み込んで停止状態中に衝撃を受けたか否かを判断し、
所定の閾値以上の衝撃を受けた場合には、前記判断部は、前記蓄電池の開回路電圧を測定し、その測定結果が所定の範囲にない場合は前記蓄電池が損傷を受けたと判断して結果を前記制御部へ送る一方、
前記測定結果が所定の範囲内の場合には、前記判断部は、前記蓄電池の内部抵抗を測定し、前記内部抵抗が所定の基準値の範囲以内か判断し、範囲外の場合には前記蓄電池が損傷を受けたと判断して結果を前記制御部へ送る、
蓄電システム。 A storage battery,
A control unit for controlling input or output of the storage battery;
A detection unit whose optical physical properties change irreversibly due to an impact applied to the storage battery;
A sensor unit for reading a change in optical properties of the detection unit;
The determination of judging the degree of impact based on the relationship between the impact applied to the storage battery and the change in internal resistance due to the impact, and the allowable value of the internal resistance corresponding to the degree of impact, and receiving the output signal from the sensor unit And
With
When the power storage system starts from a stopped state, the determination unit reads an output signal from the sensor unit to determine whether or not an impact is received during the stopped state,
When receiving an impact equal to or greater than a predetermined threshold, the determination unit measures the open circuit voltage of the storage battery, and determines that the storage battery is damaged when the measurement result is not within a predetermined range. While sending to the control unit,
When the measurement result is within a predetermined range, the determination unit measures the internal resistance of the storage battery and determines whether the internal resistance is within a predetermined reference value range. Determine that the device is damaged and send the result to the control unit.
Power storage system.
前記複数種の検知部のそれぞれの変化を読取る複数個のセンサ部を有し、
判断部は、複数種の検知部から得られる出力信号を基に衝撃の程度を判断する、
ことを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。 Multiple types of detectors with different sensitivity to impact,
A plurality of sensor units for reading changes of the plurality of types of detection units;
The determination unit determines the degree of impact based on output signals obtained from a plurality of types of detection units.
The power storage system according to claim 1.
前記蓄電池の入力または出力を制御する制御部と、
前記蓄電池に加わる熱によりその光学的物性が不可逆的に変化する検知部と、
前記検知部の光学的物性の変化を読取るセンサ部と、
前記蓄電池に加わる熱とその熱による内部抵抗の変化の関係、及び熱の程度に応じた内部抵抗の許容値を予め有し、前記センサ部からの出力信号を受けて熱の程度を判断する判断部と、
を備え、
蓄電システムが停止状態から起動するときに、前記判断部は前記センサ部からの出力信号を読み込んで停止状態中に熱を受けたか否かを判断し、
所定の閾値以上の熱を受けた場合には、前記判断部は、前記蓄電池の開回路電圧を測定し、その測定結果が所定の範囲にない場合は前記蓄電池が損傷を受けたと判断して結果を前記制御部へ送る一方、
前記測定結果が所定の範囲内の場合には、前記判断部は、前記蓄電池の内部抵抗を測定し、前記内部抵抗が所定の基準値の範囲以内か判断し、範囲外の場合には前記蓄電池が損傷を受けたと判断して結果を前記制御部へ送る、
蓄電システム。 A storage battery,
A control unit for controlling input or output of the storage battery;
A detector that irreversibly changes its optical properties due to heat applied to the storage battery;
A sensor unit for reading a change in optical properties of the detection unit;
The determination of judging the degree of heat by receiving in advance the relationship between the heat applied to the storage battery and the change in internal resistance due to the heat and the allowable value of the internal resistance corresponding to the degree of heat, and receiving the output signal from the sensor unit And
With
When the power storage system starts from a stopped state, the determination unit reads an output signal from the sensor unit to determine whether heat has been received during the stopped state,
When receiving heat of a predetermined threshold value or more, the determination unit measures an open circuit voltage of the storage battery, and determines that the storage battery is damaged when the measurement result is not within a predetermined range. While sending to the control unit,
When the measurement result is within a predetermined range, the determination unit measures the internal resistance of the storage battery and determines whether the internal resistance is within a predetermined reference value range. Determine that the device is damaged and send the result to the control unit.
Power storage system.
前記複数種の検知部のそれぞれの変化を読取る複数個のセンサ部を有し、
判断部は、複数種の検知部から得られる出力信号を基に熱の程度を判断する、
ことを特徴とする請求項4に記載の蓄電システム。 Multiple types of detectors with different sensitivity to temperature,
A plurality of sensor units for reading changes of the plurality of types of detection units;
The determination unit determines the degree of heat based on output signals obtained from a plurality of types of detection units.
The electrical storage system of Claim 4 characterized by the above-mentioned.
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