JPWO2012050207A1 - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

蓄電システム（１０）は、蓄電装置（３０）と、蓄電装置（３０）に接続配置される充放電スイッチ装置（６０）と、電源からの充電と蓄電装置（３０）から外部の負荷への放電を制御する充放電制御装置である制御ブロック（８０）と、蓄電装置（３０）と充放電スイッチ装置（６０）との間に設けられる蓄電装置ブレーカ（５０）と、蓄電装置（３０）と蓄電装置ブレーカ（５０）との接続点における直近状態情報を検知する蓄電池直近状態検知部（３８），（４０），（４２）と、蓄電装置ブレーカ（５０）と充放電スイッチ装置（６０）との接続点における上流状態情報を検知する上流状態検知部（６２），（６４），（６６）を備える。

Description

本発明は、蓄電池がブレーカを介して接続される蓄電システムに関する。

二次電池等の蓄電装置を利用することで、エネルギーの有効活用がなされている。例えば、近年、環境に優しいクリーンエネルギーとして太陽光発電システムの開発が盛んに行なわれているが、太陽光を電力に変換する光電変換モジュールは蓄電機能を備えていないため、二次電池と組合わせて使用されることがある。例えば、光電変換モジュールにより発電された電力を一旦二次電池に充電して、外部負荷の要求等に応じて二次電池から放電する充放電制御によってエネルギーの有効活用が行なわれている。

そのように、二次電池と電源とを組合せて充放電制御を行なう蓄電システムを構成するときに、二次電池である蓄電装置の充電状態を監視することが必要である。

例えば、特許文献１には、太陽光電池を用いた独立型電源の制御システムとして、太陽光電池と、昇圧回路を含む効率制御部と、充放電制御部と、負荷に接続される蓄電池を接続した構成において、太陽光電池と効率制御部との間と、蓄電池と負荷との間にそれぞれ接点ブレーカを設けることが開示されている。前者の接点ブレーカは太陽光発電の発電電力が過剰のときに遮断され、後者の接点ブレーカは蓄電池が過放電となるおそれのある場合に遮断されると述べられている。ここでは、蓄電池出力用電力計／電圧計が充放電制御部の中に設けられ、電流制御回路から送られる充電電力における電圧と電流を計測するが、電流制御回路からの入力を遮断することにより、蓄電池の出力電圧および出力電流を計測できると述べられている。

特開２００８−２５１６１２号公報

蓄電池の充電状態は蓄電池の端子間電圧や入出力電流に基づいて推定できるので、蓄電池には電流・電圧検知部が設けられる。蓄電装置が複数の蓄電池で構成されている場合でも、個々の蓄電池に電流・電圧検知部を設けることで各蓄電池の充放電状態を推定することができる。一般的には、蓄電池を保護するために異常発生時に半導体スイッチをオフにして、蓄電池を充放電経路から切り離すことが行われている。しかし、個々の蓄電池に設けられた電流・電圧検知部のみでは、充放電経路に生じた異常を検知できないため、蓄電池を適切に切り離せない。

本発明の目的は、蓄電装置の過充電や過放電を防止して蓄電池を保護することを可能とする蓄電システムを提供することである。

本発明に係る蓄電システムは、蓄電池を有し、電力源より供給される電力を充電し、該充電された電力を外部負荷に放電する蓄電装置と、充放電を制御する充放電制御部と、充放電状態を監視する適正充放電監視部と、蓄電装置に接続されたブレーカと、ブレーカよりも電力源側から上流状態情報を検知する上流状態検知部と、ブレーカよりも蓄電池側から蓄電池直近状態情報を検知する蓄電池直近状態検知部と、を有する。

上記構成によれば、蓄電装置の過充電や過放電を防止することが可能となる。

本発明に係る実施の形態の蓄電システムの構成を説明する図である。 本発明に係る実施の形態の蓄電システムにおいて、第２電圧を用いた蓄電池選択制御を説明するために、必要な構成要素を抜き出して示す図である。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下では、蓄電池としてリチウムイオン電池を説明するが、これ以外の二次電池であってもよい。例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等であってもよい。

また、以下で、電力源として、太陽光発電電力と外部商用電力を説明するが、これ以外の電力源、例えば風力発電電力等であってもよい。また、風力発電電力等を用いる場合、必要に応じて蓄電システム内に直流電力への変換装置を設置してもよい。また、以下で述べる蓄電装置を構成する蓄電池の個数、太陽光発電のための光電変換アレイを構成する太陽光発電モジュール（パネル）の個数、電圧値等は、説明のための例示であり、蓄電システムの仕様等に応じ適宜変更が可能である。

また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、蓄電システム１０の構成を説明する図である。この蓄電システム１０は、蓄電装置３０と、負荷側ブレーカ２６と、蓄電装置ブレーカ５０と、充放電スイッチ装置６０と、制御ブロック８０を含んで構成される。なお、図１には、蓄電システム１０の構成要素ではないが、電源としての外部商用電源１２と、光電変換アレイ１４と、外部負荷としてのＡＣ負荷１６、ＤＣ負荷１８、ＤＣ負荷１８に適した直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２８が図示されている。以下では、場合に応じて、交流をＡＣ、直流をＤＣとして示すこととする。なお、図１において太い実線は電力の流れを示し、端部に矢印が付されている細い実線は信号の流れを示す。

ＡＣ負荷１６は、交流電力で駆動される装置等であって、例えば、回転電機、空調装置、加工機械、組立機械等の機械装置である。ＤＣ負荷１８は、直流電力で駆動される装置等であって、例えば事務機器、照明装置等である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、例えば、蓄電装置３０から供給される９６Ｖの直流電力を約１２Ｖの直流電力として、事務機器等に適したものとする電圧変換器である。

電力源としての外部商用電源１２は、単相または三相の交流電力源である。電力源としての光電変換アレイ１４は、複数の太陽光発電モジュール（パネル）を組み合わせた直流電力源で、図１の例では、複数の太陽光発電モジュール（パネル）を配置した太陽光発電ブロックが４組用いられている。この４組の太陽光発電ブロックは、互いに並列に接続されている。各太陽光発電ブロックに配置されている６個の太陽光発電モジュールを直列に接続すると約２４０Ｖの出力動作電圧とすることができ、各太陽光発電ブロックに配置されている太陽光発電モジュールの３個を直列に接続し、これらを並列に接続すると、約１２０Ｖの出力動作電圧とすることができる。

切替装置２０は、光電変換アレイ１４を構成する複数の太陽光発電モジュール（パネル）の接続状態を変更し、上記のように、出力動作電圧を約２４０Ｖと約１２０Ｖの間で切り替える機能を有する接続切替装置である。切り替えによって出力動作電圧が切り替わるので、その観点からは電圧切替装置と呼ぶことができる。また、広い意味では、電源の形態を変更し、太陽光発電を２４０Ｖ直流電源または１２０Ｖ直流電源に変換するものであるので、電源変換装置の１種と考えることもできる。

また、切替装置２０は、光電変換アレイ１４の発電電力をＤＣ／ＡＣインバータ２２側または充放電スイッチ装置６０に択一的に切り替え可能に接続する機能を有する。

光電変換アレイ１４をＤＣ／ＡＣインバータ２２側に接続する場合には、６個の太陽光発電モジュールを直列に接続（直列接続形態）し、太陽光発電モジュールにおいて発電された電力を比較的高い電圧でＤＣ／ＡＣインバータ２２に供給することができる。直列接続形態においては、光電変換アレイ１４と充放電スイッチ装置６０は、電気的に切断されている。光電変換アレイ１４を充放電スイッチ装置６０に接続する場合には、太陽光発電モジュール３個を直列に接続し、これらを並列に接続（並列接続形態）し、太陽光発電モジュールにおいて発電された電力を比較的低い電圧で充放電スイッチ装置６０に供給することができる。並列接続形態においては、光電変換アレイ１４とＤＣ／ＡＣインバータ２２は、電気的に切断されている。

切替装置２０と制御ブロック８０とは図示されていないが通信線で結ばれ、制御ブロック８０からの指令で直列接続形態と並列接続形態との切替が行なわれ、また、現在がいずれの接続形態であるかの情報が制御ブロック８０に伝送される。ＤＣ／ＡＣインバータ２２に電力を供給する場合は、約２４０Ｖの出力動作電圧となる直列接続状態とされる。

ＤＣ／ＡＣインバータ２２は、直流電力を交流電力に変換する電力変換器で、広い意味の電源変換装置の１種と考えることができる。ＤＣ／ＡＣインバータ２２は、切替装置２０からの約２４０Ｖの直流電力を交流電力に変換し、ＡＣ負荷１６に供給する機能を有する。場合によっては外部商用電源側に戻す、いわゆる逆潮または売電を行うことができる。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２４は、交流電力を直流電力に変換する電力変換器で、広い意味の電源変換装置の１種と考えることができる。ＡＣ／ＤＣコンバータ２４は、蓄電装置３０からＤＣ負荷１８へ直流電力が供給されないときに、バックアップ電力として、外部商用電源１２からの交流電力、またはＤＣ／ＡＣインバータ２２によって変換された交流電力を直流電力に変換するものである。例えば、蓄電装置３０が何かの理由で放電が制限されたとき等に、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４を介して直流電力がＤＣ負荷１８に供給される。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２４と制御ブロック８０とは、図示されていないが、ディジタルデータを交信できる通信線で接続され、制御ブロック８０から動作条件の設定、出力する直流電力の指令値設定等が伝送され、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４からは、動作状態データ等が制御ブロック８０に伝送される。

負荷側ブレーカ２６は、蓄電システム１０とＤＣ負荷１８の側との間に設けられる電力遮断装置である。負荷側ブレーカ２６は、蓄電装置３０等からの直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２８を介してＤＣ負荷１８に供給する際に、予め定められた閾値以上の電流が流れるときに、電力の流れを遮断する機能を有する。

負荷側ブレーカ２６は手動式であって、接続状態である通電状態とするには、ユーザが手動でスイッチ操作を行なう。負荷側ブレーカ２６と制御ブロック８０とは、図示されていないが、ステータス信号を送信する通信線で接続され、制御ブロック８０では負荷側ブレーカ２６が現在接続状態にあるか遮断状態にあるかが分かる。

充放電スイッチ装置６０は、電源からの充電と蓄電装置３０から外部の負荷への放電を行なうために蓄電装置３０に接続されるように配置される充放電切替装置である。具体的には、充電経路側として、切替装置２０と蓄電装置３０との間、放電経路側として、負荷側ブレーカ２６と蓄電装置３０との間に配置される。

充放電スイッチ装置６０は、充電経路側の充電スイッチ７０と、放電経路側の放電スイッチ７４と、複数の蓄電池３２，３４，３６の充電状態によって充電または放電する蓄電池を選択できる蓄電池選択回路６８とを含む。また、充放電状態を検知するために、蓄電装置３０側に上流状態検知部６２，６４，６６が設けられ、また、充電スイッチ７０の切替装置２０側に充電側電流・電圧検知部７２が設けられ、放電スイッチ７４の負荷側ブレーカ２６側に放電側電流・電圧検知部７６が設けられる。

充電スイッチ７０と放電スイッチ７４は、電気信号でオン・オフする半導体スイッチ素子で、具体的には電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いることができる。上流状態検知部６２，６４，６６と充電側電流・電圧検知部７２と放電側電流・電圧検知部７６は、電圧検出センサと電流検出センサで構成することができる。なお、蓄電装置３０は、図１で示されるように３つの蓄電池３２，３４，３６で構成されているので、それぞれの蓄電池３２，３４，３６に対応して、上流状態検知部６２，６４，６６がそれぞれ設けられる。蓄電装置３０を構成する蓄電池の数は３つに限定されるものではなく、必要とされる電力に基づいて増減すればよいが、充電と放電の経路は、充放電スイッチ装置６０を設けることで蓄電システム１０として、あたかも１つの電池としてふるまうことが肝要である。

充電スイッチ７０と放電スイッチ７４は制御ブロック８０と充放電指令が伝送される通信線で接続される。制御ブロック８０からの充放電指令は、スイッチのオン・オフを示す０／１信号で行なわれる。上流状態検知部６２，６４，６６と充電側電流・電圧検知部７２と放電側電流・電圧検知部７６は、それぞれ制御ブロック８０と、検出された情報を送信できる通信線で接続される。

蓄電装置ブレーカ５０は、負荷側ブレーカ２６と同様に、予め定められた閾値以上の電流が流れるときに、電力の流れを遮断する機能を有する。蓄電装置ブレーカ５０は、蓄電装置３０と充放電スイッチ装置６０との間に設けられ、蓄電装置３０を構成する３つの蓄電池３２，３４，３６それぞれに対応した、３つのブレーカ５２，５４，５６で構成される。図１では、ブレーカ５２が蓄電池３２、ブレーカ５４が蓄電池３４、ブレーカ５６が蓄電池３６にそれぞれ対応して配置される。なお、３つのブレーカ５２，５４，５６は、同じ形状で且つ同じ性能の蓄電池ブレーカであるが、個々の蓄電池ブレーカと３つの蓄電池ブレーカの集合体である蓄電装置ブレーカ５０を区別するため、ここでは、個々の蓄電池ブレーカを、単に、ブレーカ５２，５４，５６と呼ぶことにする。

蓄電装置ブレーカ５０は、制御ブロック８０との間でディジタルデータの送受信を行なう機能を有し、制御ブロック８０の指令によって接続状態から遮断状態への切替を行うことができ、また、現在の状態が接続状態か遮断状態かをステータス信号で制御ブロック８０に伝送する。指令信号とステータス信号は、共に０／１信号で伝送が行なわれる。なお、図１では、ステータス信号を送信する信号線の図示を省略してある。これらの信号の伝送は、各ブレーカ５２，５４，５６ごとに行なわれる。また、蓄電装置ブレーカ５０は、負荷側ブレーカ２６と同様に、ユーザの手動によるスイッチ操作で、遮断状態から通電を行なう接続状態に切り替えることができる。

蓄電装置３０は、蓄電池３２，３４，３６が並列に接続されることにより構成される。蓄電池３２，３４，３６は複数のリチウムイオン単電池を組み合わせた組電池で、充放電可能な二次電池であり、各々２つの蓄電池パック９２，９４，９６が直列に接続された構成となっている。この蓄電池パック９２，９４，９６は、複数のリチウムイオン単電池が、直列および並列に組み合わされ、１つの組電池ケースの中に収容されたものである。

蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２は、蓄電池パック９２，９４，９６ごとに、その組電池ケースの内部に配置されて設けられ、蓄電池パックの内部状態として、蓄電値パックの＋−間の電圧、蓄電池パックに流れる電流、蓄電池パック内部の温度等を検出して制御ブロック８０に伝送する機能を有するセンサ群である。また、内部状態として、過電流、過放電、過充電等の異常状態を検出して制御ブロック８０に伝送する機能も有する。蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２と制御ブロック８０との間は、蓄電池パックの内部状態をディジタル信号として伝送できる信号線で接続される。

なお、蓄電池３２，３４，３６には蓄電池パックが２つずつ直列接続されており、蓄電池直近状態検知部は蓄電池パックごとに設けられるため、合計６つの蓄電池直近状態検知部が蓄電装置３０内に設けられることになる。蓄電池パック内に設けられた２つの蓄電池直近状態検知部の信号線は、制御ブロック８０と接続されている。

このように、各蓄電池３２，３４，３６は、その組電池ケースの中に、各種センサと、その検出信号についての送受信回路を有している。なお、以下簡単のため、蓄電池３２，３４，３６のそれぞれに設けられた２つの蓄電池直近状態検知部を総称して、蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２と呼ぶ。

制御ブロック８０は、蓄電システム１０の充放電に関し、各構成要素を全体として制御する機能を有する制御装置である。制御ブロック８０に接続される表示部８２は、自己診断機能等を実行する際のエラー内容等を表示することができる小型ディスプレイである。運転ランプ８４は蓄電システム１０が運転状態であるときに点灯する表示灯である。エラーランプ８６は、蓄電システム１０に異常が生じたときに点灯する警告表示灯である。したがって、蓄電システム１０が正常に運転されているときは、運転ランプ８４が点灯し、エラーランプ８６が消灯している。

制御ブロック８０は、上記のように蓄電システム１０の動作を全体として制御する機能を有する。制御ブロック８０は、充電スイッチ７０と放電スイッチ７４のオン・オフ制御によって蓄電装置３０の充放電を制御する充放電制御部１６０と、上流状態検知部６２，６４，６６のデータに基づいて蓄電池３２，３４，３６の中で充電または放電する蓄電池を選択する蓄電池選択制御部２００と、蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２のデータに基づいて、蓄電池３２，３４，３６が過充電または過放電にならないように監視する適正充放電監視部２０２を含んで構成される。

かかる機能はソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、蓄電システム充放電プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

上記構成の作用、特に制御ブロック８０の各機能について以下に詳細に説明する。上記のように、蓄電システム１０において、蓄電装置３０に蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２が設けられ、充放電スイッチ装置６０に上流状態検知部６２，６４，６６が設けられる。すなわち、蓄電装置３０と蓄電装置ブレーカ５０との接続点における、例えば電圧などの蓄電池直近状態情報が蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２によって検知され、蓄電装置ブレーカ５０と充放電スイッチ装置６０との接続点における、例えば電圧などの上流状態情報が上流状態検知部６２，６４，６６で検知される。これによって、蓄電装置３０に関する状態情報が２ケ所で検出されるので、この２つを区別して、前者の蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２によって検知される電圧を第１電圧、後者の上流状態検知部６２，６４，６６で検知される電圧を第２電圧と呼ぶことにする。

適正充放電監視部２０２は、蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２によって検知される第１電圧を含む情報を入力データとして、各蓄電池３２，３４，３６の充電状態等を推定して、適正範囲にあるか否かを監視する機能を有する。蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２は、各蓄電池３２，３４，３６に関する第１電圧、電流、温度を検知情報として伝送してくるので、これらから各蓄電池３２，３４，３６の充放電状態であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を推定して算出する。具体的には、各蓄電池３２，３４，３６についての充電電流と放電電流を累積計算し、蓄電池容量に対する充電量を求め、温度依存性を考慮してＳＯＣとすることができる。また、適正充放電監視部２０２は、ＳＯＣと電圧の関係を予め求めておき、特定の状態のときには、蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２の検知した第１電圧を用いてＳＯＣを算出する方法と併用してもよい。例えば、完全放電状態、満充電状態、過放電状態、過充電状態に該当する場合のみ電圧を用いる方法でＳＯＣ算出を行い、それ以外は上述した電流を累積計算する方法でＳＯＣを求めてもよい。

適正充放電監視部２０２によって検知された第１電圧は、上記のように特定の状態であるときの電圧（閾値）と比較して、各蓄電池３２，３４，３６が過充電または過放電とならないように監視される。例えば、満充電時電圧１０５Ｖ、完全放電時電圧８０Ｖ、過充電電圧１１０Ｖ、過放電電圧６５Ｖとしたシステムである場合、適正充放電監視部２０２は、第１電圧が１０５Ｖ以上１１０Ｖ未満、あるいは６５Ｖ超８０Ｖ以下は過充電・過放電の恐れがないが好ましくない状態であると判断し、充電スイッチ７０または放電スイッチ７４を強制オフとする。第１電圧が１１０Ｖ以上あるいは６５Ｖ以下である場合は、過充電あるいは過放電の恐れがある異常状態であると判断し、遮断指令を当該蓄電池に対応するブレーカ５２，５４，５６に出力することで、当該ブレーカを遮断する。第１電圧が、８０Ｖ超１０５Ｖ未満である場合は過充電でも過放電でもない適正状態であると判断し、充電スイッチ７０と放電スイッチ７４のオン・オフ制御によって充放電制御を行う。

適正充放電監視部２０２の監視の結果、適正状態と判断され、充電スイッチ７０と放電スイッチ７４のオン・オフ制御を行なう状態であるときは、その情報が充放電制御部１６０に伝送され、充放電制御部１６０は、要求充放電量に従って、充電スイッチ７０と放電スイッチ７４のオン・オフ制御を行なうことができる。また、蓄電装置ブレーカ５０を遮断する異常状態であるときは、蓄電装置ブレーカ５０に対し遮断指令を送信する。図１では適正充放電監視部２０２から蓄電装置ブレーカ５０へ遮断指令を出せるように示してあるが、遮断指令を出す機能を充放電制御部１６０の機能としてもよい。このように、適正充放電監視部２０２は、蓄電装置３０そのものの電圧である第１電圧に基づいて、蓄電装置３０が過充電または過放電にならないように監視を行なうことができる。

次に、蓄電池選択制御部２００の機能について図２を用いて説明する。図２は、蓄電システム１０の構成要素の中で、蓄電装置３０、蓄電装置ブレーカ５０、充放電スイッチ装置６０を抜き出して示す図である。

蓄電池選択とは、各蓄電池３２，３４，３６において充電状態に差があるときに、予め定めた選択基準に従って、充放電のために用いる蓄電池を特定して選択することである。各蓄電池３２，３４，３６の充電状態は第１電圧で代用できるが、この第１電圧は、実際に充電スイッチ７０、放電スイッチ７４のオン・オフが行なわれる充放電スイッチ装置６０から見ると、蓄電装置ブレーカ５０を隔てている。蓄電装置ブレーカ５０を構成する各ブレーカ５２，５４，５６は内部抵抗を有し、それぞれの内部抵抗値は同じとは限らない。また、蓄電装置３０の設置場所によっては、蓄電装置３０と充放電スイッチ装置６０とを接続する配線が長くなり、配線の内部抵抗値が大きくなる。したがって、蓄電池選択のために用いられる充電状態を代用する蓄電池電圧としては、蓄電装置ブレーカ５０や内部抵抗による誤差が生じない第２電圧を用いる。

図２において、充放電スイッチ装置６０の中に含まれる蓄電池選択回路６８は、充電スイッチ７０と各上流状態検知部６２，６４，６６のそれぞれとの間に抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３がそれぞれ直列接続される。この抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、各蓄電池３２，３４，３６の充電状態に差があり、それぞれに対応する第２電圧に差があるときに、電流を少しずつ流して時間をかけてその差を小さくする機能を有する。

また、蓄電池選択回路６８は、放電スイッチ７４と各上流状態検知部６２，６４，６６のそれぞれとの間にスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３がそれぞれ直列接続される。スイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３はＦＥＴで構成することができる。このスイッチング素子ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３は、オンすることで対応する蓄電池をＬ１として示される充放電ラインに接続し、オフすることで対応する蓄電池を充放電ラインＬ１から切り離す機能を有する選択スイッチである。

ＴＲ４は、充放電ラインＬ１とサブラインＬ２とを接続し、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を介して各蓄電池３２，３４，３８を充放電可能とするためのスイッチ素子である。

リチウムイオン電池は、内部抵抗が低いので、図２のように充放電ラインＬ１に並列接続すると、第２電圧の高い蓄電池の方から第２電圧の低い蓄電池の方に大きな電流が流れる。それぞれの蓄電池に対応する第２電圧の差が大きすぎると、流れる電流が大きくなりすぎて、蓄電池を損傷することが生じる。

そこで、第２電圧が予め定められた所定範囲に収まっている蓄電池のみを充放電ラインＬ１に接続することとし、第２電圧が所定範囲に収まっていない蓄電池は、充放電ラインＬ１に接続しないこととする。このように、第２電圧の値に基づいて、充放電に用いる蓄電池を特定し選択する。これが蓄電池選択制御の内容である。

このように、蓄電池選択制御では、どの蓄電池を充放電に用いるかを１Ｖ未満の電圧差で行なう必要があり、蓄電装置ブレーカ５０を介した第１電圧では正確な選択が困難である。そこで、第２電圧を用いて蓄電池選択が行なわれる。なお、第２電圧で各蓄電池３２，３４，３６の適正充放電監視を行うことは、やはり蓄電装置ブレーカ５０を介した電圧値となるため、正確な監視が困難である。また、何らかの原因で例えば蓄電池３４に異常が生じ、ブレーカ５２，５４，５６のうちブレーカ５４のみが遮断された場合、ブレーカ５４の上流における第２電圧は、ブレーカ５２，５６の上流における第２電圧に近い値となる。

つまり、ブレーカ５４が遮断された後は、少なくとも上流状態検知部６４の電圧出力は、蓄電池３４のＳＯＣを測定するデータとしては、無視しなければならない。よって、第２電圧で各蓄電池３２，３４，３６の適正充放電監視を行った場合、いずれかのブレーカのみが遮断されたときに、そのブレーカに対応する蓄電池のＳＯＣを適切に認識することができない。

一方、蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２の値は、ブレーカ５２，５４，５６のうち、いずれかが遮断された状態でも蓄電池の電圧として正しい値を出力する。よって、第１電圧で適正充放電監視を行えば、故障した蓄電池を新しい蓄電池に取り換えた時点で新しい蓄電池の適切なＳＯＣ・電圧等を把握することができ、ブレーカを再接続する際に、電圧の異なる蓄電池が接続されたことに起因して大電流が流れることを防止できる。

以上の理由から、第１電圧と第２電圧をそれぞれ適正充放電監視と蓄電池選択制御に使い分けることが行なわれる。こうすることで、蓄電装置３０と充放電スイッチ装置６０との間に設けられる蓄電装置ブレーカ５０の影響を抑制して充放電制御を行ない、いずれかのブレーカのみが遮断された場合でも蓄電池の適切なＳＯＣを認識することができる。

なお、通常は第２電圧の値に基づいて蓄電池選択を行っているが、ブレーカ５２，５４，５６のいずれかが遮断されている場合には、第２電圧が測定できなくなる。この場合、第１電圧の値を代用することで蓄電池選択制御を行うことができる。また、第２電圧を測定することは、各蓄電池３２，３４，３６内の蓄電池パック９２，９４，９６が多直列である場合に、各蓄電池パック９２，９４，９６の電圧をそれぞれ和算処理することなく、測定された値を処理なしに利用できるため、蓄電装置の異常判断に用いるには好適である。

制御ブロック８０は、各蓄電池３２，３４，３６に対応する蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２で検知された蓄電池直近状態情報と上流状態検知部６２，６４，６６で検知された上流状態情報を比較し、これらの間の差が予め定められた値を超えるときは蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２と上流状態検知部６２，６４，６６との間に接触不良や漏電、検知部エラー等の異常があると判断し、蓄電装置ブレーカ５０に対し遮断指令を送信する。なお、予め定められた値は固定値であっても、電流値に応じて変化する値であってもよい。

例えば、蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２と上流状態検知部６２，６４，６６との間の電流差を測定し、１Ａを超える場合は、漏れ電流が発生している可能性があると判断して、蓄電池ブレーカ５０に対し遮断指令を送信する。また、蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２と上流状態検知部６２，６４，６６との間の電圧差を測定し、３Ｖを超える場合は、想定以上の接触不良等による抵抗部分があると判断して、蓄電池ブレーカ５０に対し遮断指令を送信する。また、固定値でなく、電流値×（接触不良発生に伴う想定抵抗増加分）で計算される電圧としてもよい。接触不良発生に伴う想定抵抗増加分は、例えば１Ωである。この場合、前述した接触不良の他に検知部自体のエラーも考えられるため、電圧差が３Ｖ以上あれば、一旦充放電スイッチ装置６０をオフにし、電流を遮断した状態でなお電圧差のある状態が継続すれば検知部エラーと判断し、電圧差が解消していれば、接触不良の発生と判断すること等が考えられる。

本発明に係る蓄電システムは、複数の蓄電池とブレーカとを備えるシステムに利用できる。

１０ 蓄電システム、１２ 外部商用電源、１４ 光電変換アレイ、１６ ＡＣ負荷、１８ ＤＣ負荷、２０ 切替装置、２２ ＤＣ／ＡＣインバータ、２４ ＡＣ／ＤＣコンバータ、２６ 負荷側ブレーカ、２８ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０ 蓄電装置、３２，３４，３６ 蓄電池、３８，４０，４２ 蓄電池直近状態検知部、５０ 蓄電装置ブレーカ、５２，５４，５６ ブレーカ、６０ 充放電スイッチ装置、６２，６４，６６ 上流状態検知部、６８ 蓄電池選択回路、７０ 充電スイッチ、７２ 充電側電流・電圧検知部、７４ 放電スイッチ、７６ 放電側電流・電圧検知部、８０ 制御ブロック、８２ 表示部、８４ 運転ランプ、８６ エラーランプ、９２，９４，９６ 蓄電池パック、１６０ 充放電制御部、２００ 蓄電池選択制御部、２０２ 適正充放電監視部。

本発明に係る蓄電システムは、蓄電池を有し、電力源より供給される電力を充電し、該充電された電力を外部負荷に放電する蓄電装置と、充放電を制御する充放電制御部と、充放電状態を監視する適正充放電監視部と、蓄電装置に接続されたブレーカと、ブレーカよりも電力源側から上流状態情報を検知する上流状態検知部と、ブレーカよりも蓄電池側から蓄電池直近状態情報を検知する蓄電池直近状態検知部と、を備え、充放電制御部は、上流状態検知部により検知された上流状態情報と、蓄電池直近状態検知部により検知された蓄電池直近状態情報とを比較し、その差に応じてブレーカに遮断指令を出力して蓄電池を電力源または外部負荷の少なくとも一方から遮断するものである。

蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２は、蓄電池パック９２，９４，９６ごとに、その組電池ケースの内部に配置されて設けられ、蓄電池パックの内部状態として、蓄電池パックの＋−間の電圧、蓄電池パックに流れる電流、蓄電池パック内部の温度等を検出して制御ブロック８０に伝送する機能を有するセンサ群である。また、内部状態として、過電流、過放電、過充電等の異常状態を検出して制御ブロック８０に伝送する機能も有する。蓄電池直近状態検知部３８，４０，４２と制御ブロック８０との間は、蓄電池パックの内部状態をディジタル信号として伝送できる信号線で接続される。

Claims (3)

1. 蓄電池を有し、電力源より供給される電力を充電し、該充電された電力を外部負荷に放電する蓄電装置と、
   充放電を制御する充放電制御部と、
   充放電状態を監視する適正充放電監視部と、
   前記蓄電装置に接続されたブレーカと、
   前記ブレーカよりも前記電力源側から上流状態情報を検知する上流状態検知部と、
   前記ブレーカよりも前記蓄電池側から蓄電池直近状態情報を検知する蓄電池直近状態検知部と、
   を有する蓄電システム。
2. 請求項１に記載の蓄電システムにおいて、
   前記蓄電装置に接続される充放電スイッチ装置をさらに有し、
   前記ブレーカは、前記蓄電装置と前記充放電スイッチ装置との間に設けられる蓄電システム。
3. 請求項１または２に記載の蓄電システムにおいて、
   前記充放電制御部は、
   前記上流状態検知部により検知された前記上流状態情報と、前記蓄電池直近状態検知部により検知された前記蓄電池直近状態情報とを比較し、その差に応じて前記ブレーカに遮断指令を出力して前記蓄電池を前記電力源または前記外部負荷の少なくとも一方から遮断する蓄電システム。

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