JP7314795B2 - 蓄電システム及び微小短絡の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、微小短絡を検査する技術に関する。

正極と負極を仕切るセパレータの一部が破損して、正極と負極が電池内部で短絡（以下、微小短絡）する場合がある。微小短絡は電池の出荷時に検査されているが、低温での充電に伴うリチウム電析等により、出荷後でも発生する場合がある。そのため、電池の実使用中に微小短絡の発生を検査することが望まれていた。特許文献１は、電池の実使用中に微小短絡を検査する方法を開示する。この文献では、電池を規定電圧ＶＫまで充電した後、規定経過時間ＴＫが経過した時点におけるセル間の電圧差に着目して、微小短絡の有無を検査している。

特開２０１６－７５５６７公報

微小短絡の検査精度を向上するため、検査中、蓄電素子を無電流状態にすることが好ましい（本明細書においては、蓄電素子からセンサユニットや管理部に微弱な電流が供給される状態も「無電流状態」に含まれる）。しかしながら、並列接続された複数の蓄電ブロックを備える蓄電システムの実運用中は、蓄電システム全体を停止しない限り、各蓄電ブロックに含まれる蓄電素子が無電流状態にならない。そのため、蓄電システム全体を無電流状態にすることなく、蓄電素子における微小短絡を精度よく検査することが望まれていた。
本発明は、蓄電システム全体を無電流状態にすることなく、蓄電素子における微小短絡を精度よく検査することを目的とする。

蓄電システムは、並列線によって並列に共通線に接続された複数の蓄電ブロックを備え、前記蓄電ブロックのそれぞれは、直列に接続された複数の蓄電素子と、前記並列線に設けられたスイッチとを備え、前記蓄電システムは、前記スイッチをオンからオフに切り換えることにより、前記蓄電ブロックの複数の蓄電素子を前記共通線から切り離して、前記複数の蓄電素子における微小短絡を検出する検査部を更に備える。
微小短絡の検査方法は、複数の蓄電ブロックを共通線に並列に接続する並列線に設けられたスイッチをオンからオフに切り換えて所定の蓄電ブロックを前記共通線から切り離すこと、前記蓄電システムの運用を継続しながら前記切り離した蓄電ブロックに含まれる複数の蓄電素子における微小短絡を検査すること、を備える。

上記構成により、蓄電システム全体を無電流状態にすることなく、蓄電素子における微小短絡を精度よく検査することが出来る。

実施形態１におけるＵＰＳの電気的構成を示すブロック図 蓄電システムの電気的構成を示すブロック図 放電回路の回路図 二次電池のＳＯＣ－ＯＣＶの相関グラフ 微小短絡の検査処理の流れを示すフローチャート 他の実施形態における二次電池のＳＯＣ－ＯＣＶ特性を示すグラフ

蓄電システムは、並列線によって並列に共通線に接続された複数の蓄電ブロックを備え、前記蓄電ブロックのそれぞれは、直列に接続された複数の蓄電素子と、前記並列線に設けられたスイッチとを備え、前記蓄電システムは、前記スイッチをオンからオフに切り換えることにより、前記蓄電ブロックの複数の蓄電素子を前記共通線から切り離して、前記複数の蓄電素子における微小短絡を検査する検査部を更に備える。この構成では、蓄電システム全体を無電流状態にすることなく、蓄電素子における微小短絡を精度よく検査することが可能となる。
従来、並列接続された複数の蓄電ブロックを有する蓄電システムの稼働中に、蓄電素子の微小短絡を検出するための検査は行われていない。微小短絡は、短時間の検査で検出することは困難な傾向がある。蓄電素子を無電流状態で放置して微小短絡を検出するには、比較的、長い時間（例えば、数時間～数日）を要する。従来の典型的な蓄電システムは、蓄電素子の微小短絡を検出する代わりに、稼働中に、ある蓄電ブロックの性能が正常値／想定値から明らかに逸脱したことを検出してアラームを発する。言い換えると、従来の蓄電システムは、蓄電素子の微小短絡というアーリーステージの事象は検出しておらず、蓄電素子や蓄電ブロックの性能低下が顕著になってからアラームを発している。アラームが発せられた後、作業員が蓄電システムを点検する間、蓄電システムは稼働停止を余儀なくされることがある。
蓄電システムの稼働停止を避けるための予防保全の一環として、蓄電素子における微小短絡を早期に検出することで、蓄電システムの運用に与える影響を小さく出来る。

前記スイッチを１つずつオンからオフに切り換えることにより、検査対象の蓄電ブロックを１つずつ切り離して、前記蓄電素子の微小短絡を検査するとよい。この構成では、複数の蓄電ブロックを同時に切り離す場合に比べて、蓄電システムの容量低下・出力低下を抑えることが出来る。

前記検査部は、前記スイッチをオフに切り換えてから所定時間経過後の前記蓄電素子の電圧に基づいて、蓄電素子の微小短絡を検査するとよい。微小短絡が発生している場合、蓄電ブロックを切り離すと、蓄電素子の電圧が早期に低下する。そのため、所定時間経過後の蓄電素子の電圧をモニタすることで、蓄電素子の微小短絡を精度よく検査することが出来る。

前記検査部は、前記蓄電素子の所定時間経過前後の電圧差に基づいて、蓄電素子の微小短絡を検査するとよい。この構成では、環境温度等に変化がない又は変化が小さい場合、微小短絡に起因する電圧変化を正確に検出することが出来るため、蓄電素子の微小短絡を精度よく検査することが出来る。

前記検査部は、前記蓄電素子の前記所定時間経過前後の電圧差を、前記蓄電ブロックを構成する全蓄電素子の所定時間経過前後の電圧差の平均値と比較した結果に基づいて、蓄電素子の微小短絡を検査するとよい。この構成では、環境温度等に変化がある場合でも、蓄電素子の微小短絡を精度よく検査することが出来る。

前記蓄電素子は、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性においてＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が所定値より高い高変化領域を有し、前記検査部は、検査対象の蓄電ブロックの切り離し後、前記高変化領域にて前記蓄電素子の電圧を検出し、検出した電圧に基づいて微小短絡を検査するとよい。高変化領域は、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が大きいので、蓄電素子の微小短絡を精度よく検査することが出来る。

前記高変化領域にて検出した前記蓄電素子の電圧に基づいて、前記蓄電素子のＳＯＣを補正する補正部を備えるとよい。この構成では、微小短絡の検査と合わせてＳＯＣを補正することが出来る。高変化領域は、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が大きいことから、ＳＯＣを高精度に補正することが出来る。しかも、検査対象の蓄電ブロックだけが無電流状態になることから、蓄電システムの稼働中、任意の時期にＳＯＣの補正が可能であるというメリットがある。

前記蓄電ブロックは、直列に接続された複数の蓄電素子に対応してそれぞれ設けられた均等化回路を含み、前記検査部は、前記高変化領域において前記均等化回路を動作させて、前記複数の蓄電素子の電圧を均等化してから、前記スイッチをオフに切り換えて検査対象となる蓄電ブロックを切り離すとよい。この構成では、微小短絡の検査と合わせて各蓄電素子の電圧を均等化することが出来る。しかも、各蓄電素子の電圧を均等化した状態で微小短絡の検出を行うことから、電圧が不均一な場合に比べて、微小短絡の検査精度が各蓄電素子間でばらつくことを抑制できる。

前記蓄電素子は、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性において平坦なプラトー領域を有するリチウムイオン二次電池であるとよい。プラトー領域ではＳＯＣが変化してもＯＣＶはほとんど変化しないため微小短絡を精度よく検査することが難しいが、本技術の適用により、微小短絡を精度よく検査することが出来る。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１～図５によって説明する。
１．ＵＰＳ及び蓄電システムの構成
図１は、ＵＰＳ（無停電電源装置）の電気的構成を示すブロック図である。
ＵＰＳ１０は、コンバータ２０と、インバータ３０と、充電制御回路４１と、ダイオード４５と、蓄電システム５０を含んで構成されている。
コンバータ２０とインバータ３０は経路１５上に配置されている。コンバータ２０は交流を直流に変換し、インバータ３０は直流を交流に変換する。充電制御回路４１は蓄電システム５０への充電を制御する回路である。

蓄電システム５０は、充電制御回路４１を介して、コンバータ２０とインバータ３０をつなぐ経路１５に接続されている。ダイオード４５は、充電制御回路４１と並列に経路１５に接続されている。

ＵＰＳ１０は、常時インバータ給電方式である。交流電源が正常である場合、コンバータ２０で交流を直流に変換し、インバータ３０で直流を交流に変換し、負荷に対して電力を供給する。交流電源が異常な場合、コンバータ２０を停止して、蓄電システム５０からダイオード４５、インバータ３０を経由して負荷に電力を供給する。

蓄電システム５０への充電は、交流電源が正常である場合に行われる。詳細には、交流電源、コンバータ２０、充電制御回路４１を経由して充電電流が供給され、蓄電システム５０を充電する。充電制御回路４１は、蓄電システム５０の残容量が少ない場合、蓄電システム５０を定電流充電制御し、満充電になると、浮動電圧を維持するように定電圧充電制御する。

図２は蓄電システムの電気的構成を示すブロック図である。蓄電システム５０は、複数（図２の例では３つ）の蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃと、統合管理部１００とを含む。統合管理部１００は、監視サーバであってもよい。以下、蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃを総称して「蓄電ブロック６０」とする。

蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃは、充電制御回路４１やダイオード４５に接続される共通線（共通の充放電経路）Ｌｏに対して、並列線Ｌａ～Ｌｃを介して並列に接続されている。蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃは、直列に接続された複数の二次電池（セル）６３と、スイッチ６５Ａ～６５Ｃと、電流センサ６７Ａ～６７Ｃと、放電回路７１と、センサユニット７５Ａ～７５Ｃと、個別管理部７７Ａ～７７Ｃとを備える。図２では、二次電池６３の一部だけを示しており、実際には、６つ以上の二次電池が直列に接続されている。個別管理部７７Ａ～７７Ｃが本発明の「検査部」に相当する。
図示しないが、並列線Ｌａに、複数の蓄電ブロック６０Ａが直列に接続されて、いわゆるバンクを形成してもよい。同様に、並列線Ｌｂ及び並列線Ｌｃにそれぞれ、複数の蓄電ブロック６０Ｂ、複数の蓄電ブロック６０Ｃが直列に接続されて、バンクを形成してもよい。バンクでは、共通線Ｌｏに最も近い蓄電ブロック（並列線Ｌａ～Ｌｃの充電経路における最も上流側の蓄電ブロック）にのみ、スイッチ６５Ａ～６５Ｃが設けられてもよい。

スイッチ６５Ａ～６５Ｃは、並列線Ｌａ～Ｌｃ上に配置されている。各スイッチ６５Ａ～６５Ｃをオンからオフに切り換えることで、各蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃを共通線Ｌｏから切り離すことが出来る。スイッチ６５Ａ～６５Ｃをオンからオフに切り換えることで、スイッチ６５Ａ～６５Ｃそれぞれに直列に接続された複数の二次電池６３を充放電経路から切り離すことが出来る。スイッチ６５Ａ～６５Ｃはリレーなどの有接点スイッチ（機械式スイッチ）や、ＦＥＴやトランジスタなどの半導体スイッチにより構成することが出来る。

放電回路（バランサー）７１は、各二次電池６３に対して個別に設けられている。放電回路７１は、図３に示すように、放電抵抗７２と放電スイッチ７３とから構成されている。放電スイッチ７３をオンすると、二次電池６３は、放電抵抗７２を介して放電する。放電回路７１は、直列に接続された複数の二次電池６３の電圧を均等化するために設けられている。

センサユニット７５Ａ～７５Ｃは、複数の二次電池６３ごとに設けられている。センサユニット７５Ａ～７５Ｃは、電圧検出回路を有しており、対応する各二次電池６３の電圧を検出する。電流センサ６７Ａ～６７Ｃは、各蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃ又はバンクに流れる電流を検出する。

個別管理部７７Ａ～７７Ｃは、電流センサ６７Ａ～６７Ｃの出力、各センサユニット７５Ａ～７５Ｃの出力に基づいて、各蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃの状態を監視する。個別管理部７７Ａ～７７Ｃは、蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃを構成する各二次電池６３のＳＯＣを後述する電流積算法により推定する処理や、蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃを構成する各二次電池６３の電圧を均等化する処理を行う。個別管理部７７Ａ～７７Ｃは、二次電池６３の微小短絡を検査する処理を行う。個別管理部７７Ａ～７７Ｃは、記憶部を有しており、上記した各処理を実行するために必要となるデータが予め記憶されている。

統合管理部１００は、各蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃの個別管理部７７Ａ～７７Ｃと通信可能に接続されている。統合管理部１００は、各蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃの個別管理部７７Ａ～７７Ｃから送信される各種データに基づいて、蓄電システム１０全体を監視する。

２．二次電池の特性
二次電池６３は、正極活物質にリン酸鉄リチウム(LiFePO₄)、負極活物質にグラファイトを用いたリン酸鉄系のリチウムイオン電池であってもよい。

図４は横軸をＳＯＣ［％］、縦軸をＯＣＶ［Ｖ］とした、ＳＯＣ－ＯＣＶ相関グラフである。ＳＯＣ－ＯＣＶ相関グラフが、本発明のＳＯＣ－ＯＣＶ特性の一例である。ＳＯＣ（state of charge：充電状態）は、下記の（１）で示されるように、二次電池６３の実容量（available capacity）Ｃａに対する残存容量Ｃｒの比率である。実容量Ｃａは、二次電池６３を完全充電された状態から取り出し可能な容量、すなわち満充電容量である。

ＳＯＣ＝Ｃｒ／Ｃａ×１００・・・・・・・・（１）

ＯＣＶ（open circuit voltage：開放電圧）は、二次電池６３の開放電圧である。二次電池６３の開放電圧は、無電流又は無電流とみなせる状態において、二次電池６３の電圧を計測することにより、検出できる。

二次電池（例えば、リンサン鉄系のリチウムイオン電池）６３は、図４に示すように、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が異なる複数の領域を有している。より詳細には、５つの変化領域Ｌ１～Ｌ５を有している。

図４に示すように、変化領域Ｌ１はＳＯＣで８［％］～３１［％］未満の範囲に位置している。変化領域Ｌ２はＳＯＣで３１［％］～６２［％］未満の範囲に位置している。変化領域Ｌ３はＳＯＣで６２［％］～６８［％］未満の範囲にある。変化領域Ｌ４は、ＳＯＣの値で６８［％］～９７［％］未満の範囲に位置している。変化領域Ｌ５はＳＯＣで９７［％］以上の範囲である。ＳＯＣで８％未満は使用範囲外の領域である。

変化領域Ｌ２は、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が非常に小さくＯＣＶが約３．３［Ｖ］で略一定のプラトー領域となっている。変化領域Ｌ４も、ＯＣＶが約３．３４［Ｖ］で略一定のプラトー領域となっている。プラトー領域とは、グラフ（曲線）が平坦な領域、具体的には、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が２［mV/%］以下の領域である。

変化領域Ｌ５は、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が所定値Ｘよりも高い領域である。所定値Ｘは、微小短絡の検査精度（検出しようとする微小短絡の電流値等）との関係で決まる数値であり、一例として、３５[mV/%]である。

３．微小短絡の検査方法
二次電池６３の正極と負極を仕切るセパレータの一部が破損していると、正極と負極が電池内部で短絡（以下、微小短絡）する場合がある。微小短絡は電池出荷時に検査できるが、低温での充電に伴うリチウム電析等により、出荷後でも発生する場合がある。以下、蓄電システム５０の稼働開始後における二次電池６３の微小短絡の検査方法を説明する。

図５は、微小短絡の検査処理の流れを示すフローチャートである。微小短絡の検査処理は、Ｓ１０～Ｓ１２０の１２ステップから構成されており、所定の期間が経過するごとに定期的に実行される。微小短絡の検査処理の開始前は、スイッチ６５Ａ～６５Ｃは全てオン状態であり、各蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃは共通線Ｌｏに接続されている。

微小短絡の検査処理がスタートすると、統合管理部１００から、１番目の検査対象である蓄電ブロック６０Ａの個別管理部７７Ａに指令が与えられる。個別管理部７７Ａは、蓄電ブロック６０Ａの二次電池６３が、変化領域Ｌ５に有るか判定する処理を行う（Ｓ１０）。この判定は、二次電池６３のＳＯＣ値に基づいて、行うことが出来る。

ＵＰＳ１０における蓄電システム５０は、交流電源が正常である場合、満充電を維持するように、充電制御回路４１により充電制御されている。従って、交流電源が正常である場合、通常、各蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃとも、二次電池６３は、変化領域Ｌ５にあると判断される（Ｓ１０：ＹＥＳ）。

一方、交流電源の異常時（例えば停電時）など蓄電システム５０からダイオード４５、インバータ３０を介して負荷に電力を供給している場合、各蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃは、満充電状態よりも容量が低下した状態となる。二次電池６３が、他の変化領域Ｌ１～Ｌ４にある場合、統合管理部１００は、交流電源の復旧後、充電制御回路４１に指令を送る。指令により、各蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃの二次電池６３が、変化領域Ｌ５に含まれるように充電される（Ｓ２０）。

二次電池６３が、変化領域Ｌ５にあると判断した場合又は上記の充電制御を行った場合、統合管理部１００から１番目の蓄電ブロック６０Ａの個別管理部７７Ａに対して微小短絡の検査を実行するための指令が送信される（Ｓ３０）。

個別管理部７７Ａは、統合管理部１００から実行指令を受けると、二次電池６３の電圧を均等化する均等化処理を実行する（Ｓ４０）。二次電池６３の均等化処理では、電圧の高い二次電池６３を、電圧の低い二次電池に合わせて、放電回路７１により放電する。

均等化処理が終了すると、次に、個別管理部７７Ａは、スイッチ６５Ａに対して「オフ」の切換指令を送る。これにより、スイッチ６５Ａはオンからオフに切り換わるため、検査対象の蓄電ブロック６０Ａは、共通線Ｌｏから切り離されて通電が遮断され、無電流状態となる（Ｓ５０）。

次に個別管理部７７Ａは、センサユニット７５Ａに指令を送り、変化領域Ｌ５において、蓄電ブロック６０Ａを構成する各二次電池６３の電圧を計測する処理を実行する（Ｓ６０）。

１回目の電圧計測から所定時間Ｔが経過すると（Ｓ７０）、個別管理部７７Ａは、センサユニット７５Ａに指令を送り、蓄電ブロック６０Ａを構成する各二次電池６３の電圧を計測する処理を実行する（Ｓ８０）。所定時間Ｔは、一例として２４時間である。

その後、個別管理部７７Ａは、蓄電ブロック６０Ａを構成する各二次電池６３について、微小短絡の有無を判定する（Ｓ９０）。具体的には、各二次電池６３について、所定時間Ｔの経過前後の電圧Ｖ１、Ｖ２を比較して、電圧差ΔＶを算出する。

ΔＶ＝Ｖ１－Ｖ２・・・・・（２）
Ｖ１はＳ６０で計測した各二次電池６３の電圧、Ｖ２はＳ８０で計測した各二次電池６３の電圧である。ΔＶは、同一の二次電池６３について、所定時間Ｔの経過前後の電圧Ｖ１、Ｖ２を比較した電圧差である。

個別管理部７７Ａは、電圧差ΔＴを算出すると、それを閾値と比較し、電圧差ΔＶが閾値より小さい場合、微小短絡していないと判定し、電圧差ΔＶが閾値より大きい場合、微小短絡していると判定する。閾値は、一例として、１０ｍＶである。

例えば、１ｍＡｈの微小短絡が発生していた場合、２４時間での容量低下は２４ｍＡｈである。セルの実容量を２Ａｈとして、２４ｍＡｈを、ＳＯＣに換算すると、約１％である。変化領域Ｌ５では、１％あたりの電圧変化が３５ｍＶ以上である。そのため、電圧差ΔＶは、閾値１０ｍＶを上回る。このように、本例では、少なくとも、１ｍＡｈの微小短絡を検出することが出来る。

個別管理部７７Ａは、蓄電ブロック６０Ａを構成する全ての二次電池６３が微小短絡していない場合、正常であると判定する（Ｓ９０：ＹＥＳ）。個別管理部７７Ａは、正常と判定した場合、スイッチ６５Ａに対して「オン」の切換指令を送る。これにより、スイッチ６５Ａはオフからオンに切り換わるため、Ｓ５０で切り離された蓄電ブロック６０Ａは、共通線Ｌｏに再び接続される（Ｓ１００）。

スイッチ６５Ａの切換後、個別管理部７７Ａから統合管理部１００に対して、蓄電ブロック６０Ａは「正常」であることが通知される。統合管理部１００は、個別管理部７７Ａから「正常」の通知を受けると、全蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃについて、検査が終了したか判定する（Ｓ１１０）。

この段階では、１番目の蓄電ブロック６０Ａしか検査が終了しておらず、２番目の蓄電ブロック６０Ｂ、３番目の蓄電ブロック６０Ｃは未検査である。従って、Ｓ１１０ではＮＯ判定される。

その後、処理はＳ１０に戻り、統合管理部１００から２番目の検査対象である蓄電ブロック６０Ｂの個別管理部７７Ｂに指令が与えられ、個別管理部７７Ｂは、蓄電ブロック６０Ｂの二次電池６３が変化領域Ｌ５に有るか、判定する処理を行う。

蓄電ブロック６０Ｂの二次電池６３が変化領域Ｌ５に有ると判断された場合、統合管理部１００から２番目の蓄電ブロック６０Ｂの個別管理部７７Ｂに対して、微小短絡の検査を実行するための指令が送信される（Ｓ３０）。

個別管理部７７Ｂは、統合管理部１００から実行指令を受けると、二次電池６３の電圧を均等化する均等化処理を実行する（Ｓ４０）。

均等化処理が終了すると、次に、個別管理部７７Ｂは、スイッチ６５Ｂに「オフ」の切換指令を送る。これにより、スイッチ６５Ｂはオンからオフに切り換わるため、検査対象の蓄電ブロック６０Ｂは、共通線Ｌｏから切り離され、無電流状態となる（Ｓ５０）。その後、１番目の蓄電ブロック６０Ａの場合と同様に、Ｓ６０～Ｓ９０の処理が実行され、蓄電ブロック６０Ｂを構成する各二次電池６３について微小短絡の有無が検査される。

このように、検査対象となる蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃを、共通線Ｌｏから１つずつ切り離して、微小短絡の有無が検査される。各蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃについて二次電池６３の微小短絡が無い場合、全ての蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃについて検査が終了と、Ｓ１１０にてＹＥＳ判定され、全処理は終了する。

一方、二次電池６３の一部に微小短絡があると判定した場合（Ｓ９０：Ｎ０）、微小短絡を検出した個別管理部７７から統合管理部１００に対して、検査対象の蓄電ブロック６０は微小短絡している旨が通知される。通知を受けた統合管理部１００は、検査対象の蓄電ブロック６０の交換を促すなどのエラー表示を行う（Ｓ１２０）。

４．効果説明
検査対象の蓄電ブロック６０を共通線Ｌｏから切り離すため、微小短絡に起因する電圧変化を正確に検出することが出来る。そのため、微小短絡を精度よく検査することが可能となる。しかも、検査対象の蓄電ブロック６０のみ切り離すため、検査中も、他の蓄電ブロック６０は共通線Ｌｏに接続されており、負荷に電力を供給できる。すなわち、本構成では、蓄電システム５０全体を無電流状態にすることなく（ＵＰＳ１０を停止することなく）、二次電池６３の微小短絡を精度よく検出できる。

検査対象の蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃの切り離し後、変化領域Ｌ５にて、二次電池６３の電圧を検出し、検出した電圧に基づいて微小短絡を検査する。変化領域Ｌ５は、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が所定値Ｘより高い高変化領域であり、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が大きいので、二次電池６３の微小短絡を精度よく検査することが出来る。

微小短絡の判定を、同一の二次電池６３について、所定時間Ｔの経過前後の電圧差ΔＶに基づいて行う。この方法は、同一の二次電池６３の電圧を比較するため、環境温度等に変化がない又は変化が小さい場合、微小短絡に起因する電圧変化を正確に検出することが出来る。そのため、二次電池６３の微小短絡を精度よく検査することが出来る。

蓄電ブロック６０を切り離した時に、各二次電池６３の電圧が均等化されており、各二次電池６３について、同じ条件で、微小短絡を検出することが出来る。そのため、二次電池６３の微小短絡を精度よく検査することが出来る。また、微小短絡の検査と合わせて電圧を均等化できるというメリットがある。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を説明する。
個別管理部７７Ａ～７７Ｃは、各蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃにおいて、各二次電池６３のＳＯＣを推定する処理を常時行っている。ＳＯＣの推定は、下記の（３）式にて示すように、ＳＯＣの初期値と、電流センサ６７Ａ～６７Ｃにより検出される電流Ｉの累積積算値とから推定出来る（電流積算法）。電流の符号を、充電時はプラス、放電はマイナスとする。

ＳＯＣ＝ＳＯＣｏ＋１００×∫Ｉｄｔ／Ｃｏ・・・・・（３）
ＳＯＣｏは、ＳＯＣの初期値、Ｉは電流、Ｃｏは満充電容量の初期値である。

電流積算法においては、電流センサ６７Ａ～６７Ｃの計測誤差が蓄積する。そこで、二次電池６３の微小短絡を検査する時に、電流積算法によるＳＯＣを補正する処理を行う。

例えば、１番目の蓄電ブロック６０Ａについて、微小短絡の検査を行う場合、個別管理部７７Ａは、Ｓ５０にて、スイッチ６５Ａをオンからオフに切り換えて、共通線Ｌｏから蓄電ブロック６０Ａを切り離す。

次に、個別管理部７７Ａは、Ｓ６０にて、センサユニット７５Ａに指令を送り、変化領域Ｌ５において、蓄電ブロック６０Ａを構成する各二次電池６３の電圧、すなわちＯＣＶを計測する処理を実行する。１回目の電圧計測から所定時間Ｔが経過すると（Ｓ７０）、個別管理部７７Ａは、センサユニット７５Ａに指令を送り、蓄電ブロック６０Ａを構成する各二次電池６３の電圧、すなわちＯＣＶを計測する処理を実行する（Ｓ８０）。

個別管理部７７Ａは、Ｓ８０にて２回目の電圧計測後、各二次電池６３のＯＣＶの計測値を、図４に示すＳＯＣ－ＯＣＶ相関グラフに参照することにより、各二次電池６３のＳＯＣを推定する（ＯＣＶ法）。例えば、ＯＣＶの計測値が「ＯＣＶ１」の場合、二次電池のＳＯＣは「ＳＯＣ１」と推定できる。

ＳＯＣの推定後は、ＯＣＶ法で求めたＳＯＣを初期値として、電流積算法でＳＯＣを推定する。このようにすることで、電流積算法によるＳＯＣを補正することが出来る。この方法では、二次電池６３の微小短絡の検査と合わせてＳＯＣを補正することが出来る。また、蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃを切り離した状態、すなわち無電流状態でＳＯＣを補正するので、ＳＯＣを高精度に補正できる。個別管理部７７Ａ～７７Ｃは、本発明の「補正部」に相当する。

＜他の実施形態＞
本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

（１）実施形態１では、蓄電システム５０をＵＰＳに適用した。蓄電システム５０は、ＵＰＳに限らず、太陽光発電システムなど、他の用途に適用してもよい。

（２）実施形態１では、所定値Ｘを３５[mV/%]とし、変化領域Ｌ５内において、微小短絡の検査を行った。所定値Ｘは検査精度とトレードオフの関係にあり、要求される検査精度に応じて適宜設定することが出来る。所定値Ｘは、少なくとも１０[mV/%]以上であればよく、変化領域Ｌ５に加え、変化領域Ｌ３内でも微小短絡の検査を行うことが出来る。

リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池６３は、図４に示すように、変化領域Ｌ５内においても、満充電（ＳＯＣ＝１００％）に近くなるほど、グラフの傾きが急になっている。グラフの傾きが大きい（ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が高い）程、微小短絡の検査精度は高まる。所定値Ｘの最適値は、１００[mV/%]であり、変化領域Ｌ５のうち、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が１００[mV/%]を超える領域（ＳＯＣで９８％以上の領域）を対象として、微小短絡の検査を行ってもよい。

（３）実施形態１では、リン酸鉄系のリチウムイオン二次電池６３を例示した。代替的に、蓄電素子は、例えば、正極活物質にＣｏ，Ｍｎ，Ｎｉの元素を含有したリチウム含有金属酸化物、負極にハードカーボンを用いた三元系のリチウムイオン二次電池でもよい。蓄電素子は、他の二次電池やキャパシタでもよい。図６は、三元系のリチウムイオン二次電池のＳＯＣ－ＯＣＶ相関グラフである。三元系のリチウムイオン二次電池は、ＳＯＣが３０％以下の範囲で、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が概ね１０[mV/%]以上である。従って、ＳＯＣが３０％以下の範囲にて、微小短絡の検査を行うとよい。

（４）実施形態１では、複数の二次電池セル６３を直列に接続した。代替的に、二次電池６３は単セルでもよい。

（５）実施形態１では、スイッチ６５の切り換え後、各二次電池６３の電圧を、所定時間Ｔが経過する前後で計測した。同一の二次電池６３について、所定時間経過前後の電圧差ΔＶを求めて、閾値と比較することにより、微小短絡の有無を検出した。代替的に、検査対象となる蓄電ブロック６０を構成する全二次電池６３について、所定時間経過前後の電圧差ΔＶを求めて、その平均値を算出してもよい。各二次電池６３について、所定時間経過前後の電圧差ΔＶを、全二次電池６３の電圧差ΔＶの平均値と比較する。比較した結果、閾値以上の電圧低下が発生している場合、微小短絡有りと判定し、電圧低下が発生していない場合、微小短絡無しと判定してもよい。この構成では、環境温度に変化がある場合でも、二次電池６３の微小短絡を精度よく検査することが出来る。

（６）実施形態１では、スイッチ６５の切り換え後、各二次電池６３の電圧を、所定時間Ｔが経過する前後で計測した。同一の二次電池６３について、所定時間経過前後の電圧差ΔＶを求めて、閾値と比較することにより、微小短絡の有無を検出した。代替的に、スイッチ６５の切り換え後、所定時間Ｔが経過した時点において、各二次電池間での電圧差を求めて、閾値と比較することにより、微小短絡の有無を検出してもよい。スイッチ６５の切り換え後、所定時間Ｔが経過した時点において、各二次電池６３の電圧を閾値と比較することにより、微小短絡の有無を検出してもよい。

（７）実施形態１では、検査対象の蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃを１つずつ切り離して、蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃについて微小短絡の検査を行った。微小短絡の検査は、蓄電システム５０を停止させずに実行出来ればよく、例えば、２つの蓄電ブロック６０Ａ、６０Ｂを同時に切り離して微小短絡の検査を行い、その間、蓄電ブロック６０Ｃを接続状態として負荷に電力を供給してもよい。

（８）実施形態１では、統合管理部１００から各個別管理部７７Ａ～７７Ｃに対して微小短絡の検査の実行指令を順に送ることにより、各蓄電ブロック６０Ａ～６０Ｃを共通線Ｌｏから順に切り離して微小短絡の検査を行った。統合管理部１００は必ずしも必要ではなく、各個別管理部７７Ａ～７７Ｃ間で、検査状況など必要な情報を通信し合って、微小短絡の検査を順に行うようにしてもよい。

（９）実施形態１では、蓄電システムへの充電を制御する充電制御回路４１を設けた。代替的に、充電制御回路４１を半導体スイッチ等で代用し、半導体スイッチのオン、オフを制御することにより、蓄電システムへの充電を制御するようにしてもよい。

１０ ＵＰＳ
５０ 蓄電システム
６０Ａ～６０Ｃ 蓄電ブロック
６５Ａ～６５Ｃ スイッチ
７１ 放電回路
７７Ａ～７７Ｃ 個別管理部（「検査部」、「補正部」に相当）
１００ 統合管理部
Ｌｏ 共通線
Ｌａ～Ｌｃ 並列線

Claims (12)

1. 並列線によって並列に共通線に接続された複数の蓄電ブロックを備えた蓄電システムであって、
   前記蓄電ブロックのそれぞれは、
   直列に接続された複数の蓄電素子と、
   前記並列線に設けられたスイッチとを備え、交流電源の正常時に充電され、交流電源の異常時に負荷に対して電力を供給し、
   前記蓄電システムは、前記スイッチをオンからオフに切り換えることにより、前記蓄電ブロックの複数の蓄電素子を前記共通線から切り離して、前記複数の蓄電素子における微小短絡を検査する検査部を更に備え、
   前記検査部は、前記交流電源が正常で前記蓄電ブロックを充電している場合、前記スイッチを少なくとも１つずつオンからオフに切り換えることにより、検査対象の蓄電ブロックを少なくとも１つずつ切り離して、前記蓄電素子の微小短絡を検査する、蓄電システム。
2. 請求項１に記載の蓄電システムであって、
   前記検査部は、前記スイッチをオフに切り換えてから所定時間経過後の前記蓄電素子の電圧に基づいて、蓄電素子の微小短絡を検査する、蓄電システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の蓄電システムであって、
   前記検査部は、前記蓄電素子の所定時間経過前後の電圧差に基づいて、蓄電素子の微小短絡を検査する、蓄電システム。
4. 請求項１又は請求項２に記載の蓄電システムであって、
   前記検査部は、前記蓄電素子の所定時間経過前後の電圧差を、前記蓄電ブロックを構成する全蓄電素子の所定時間経過前後の電圧差の平均値と比較した結果に基づいて、蓄電素子の微小短絡を検査する、蓄電システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蓄電システムであって、
   前記蓄電素子は、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性においてＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が所定値より高い高変化領域を有し、
   前記検査部は、検査対象の蓄電ブロックの切り離し後、
   前記高変化領域にて前記蓄電素子の電圧を検出し、検出した電圧に基づいて微小短絡を検査する、蓄電システム。
6. 請求項５に記載の蓄電システムであって、
   前記高変化領域にて検出した前記蓄電素子の電圧に基づいて、前記蓄電素子のＳＯＣを補正する補正部を更に備える、蓄電システム。
7. 請求項５又は請求項６に記載の蓄電システムであって、
   前記蓄電ブロックは、
   直列に接続された複数の蓄電素子に対応してそれぞれ設けられた均等化回路を含み、
   前記検査部は、前記高変化領域において、前記均等化回路を動作させて、前記複数の蓄電素子の電圧を均等化してから、前記スイッチをオフに切り換えて検査対象となる蓄電ブロックを切り離す、蓄電システム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の蓄電システムであって、前記蓄電素子は、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性において平坦なプラトー領域を有するリチウムイオン二次電池である、蓄電システム。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の蓄電システムであって、前記蓄電素子の直列接続個数は６個以上である、蓄電システム。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の蓄電システムであって、前記蓄電システムの稼働中に、前記蓄電素子の微小短絡を検査する、蓄電システム。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の無停電電源装置用の蓄電システム。
12. 複数の蓄電ブロックを並列に接続する並列線に設けられたスイッチを、オンからオフに切り換えて所定の蓄電ブロックを前記共通線から切り離すこと、
    前記蓄電システムの運用を継続しながら前記切り離した蓄電ブロックに含まれる複数の蓄電素子における微小短絡を検査すること、を備え、
    前記蓄電ブロックは、交流電源の正常時に充電され、交流電源の異常時に負荷に対して電力を供給し、
    交流電源が正常で前記蓄電ブロックを充電している場合、前記スイッチを少なくとも１つずつオンからオフに切り換えることにより、検査対象の蓄電ブロックを少なくとも１つずつ切り離して、前記蓄電素子の微小短絡を検査する、微小短絡の検査方法。

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