JPWO2016207949A1 - 蓄電池システム、蓄電池モジュール及び蓄電池システム運用方法 - Google Patents

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Abstract

蓄電池セルに故障が生じてもシステム全体への連続故障を確実に防止する。実施形態に係る蓄電池システムは、それぞれ規定個数の蓄電池セルを直列接続したセルラインを並列接続して蓄電池モジュールを構成し、蓄電池モジュールを規定個数毎に並列接続してユニット化し、負荷容量に応じた個数のユニットの出力を並列に束ねて負荷に供給する。その際、蓄電池モジュールの出力ラインに限流抵抗を介在させ、蓄電池セルが破損しない程度の電流量に制限する。

Description

本発明は、蓄電池システム、蓄電池モジュール及び蓄電池システム運用方法に関する。
蓄電池システムでは、それぞれ規定個数の蓄電池セルを直列接続したシリアル回路を並列接続して蓄電池モジュールを構成し、蓄電池モジュールを規定個数毎に並列接続してユニット化し、負荷容量に応じた個数のユニットの出力を並列に束ねて負荷に供給する。このシステム構成において、蓄電池セルが1個でも故障して逆電流が発生すると、同一モジュール内の他の蓄電池セル、さらには他の蓄電池モジュール、さらには他の蓄電池ユニットへの連続故障を誘発する。
その対策として、一般的には、PCS(Power Conditioning System:電力制御装置)を使用してユニット毎に管理することにより故障個所を限定する方法がとられている。しかしながら、PCSは蓄電池ユニットに比して大型で場所を取るため、狭い空間での適用には向かず、モジュール単位での管理にも適さない。
尚、個々の蓄電池セルにヒューズを接続して各セルを過電流から保護する方法もあるが、この方法では、インピーダンスの低い蓄電池への急峻な電流増加に対応することができない。
特開2005−323444号公報
以上のように、従来の蓄電池システムでは、1個の蓄電池セルの故障が逆電流によってシステム全体に誘発する連続故障を防止する策としてPCSを採用しているが、PCSの大きさがネックとなり、十分な対応策になっていない。
本実施形態の課題は、蓄電池セルに故障が生じてもシステム全体への連続故障を確実に防止することのできる蓄電池システム、蓄電池モジュール及び蓄電池システム運用方法を提供することにある。
本実施形態に係る蓄電池システムは、それぞれ規定個数の蓄電池セルを直列接続したセルラインを並列接続して蓄電池モジュールを構成し、蓄電池モジュールを規定個数毎に並列接続してユニット化し、負荷容量に応じた個数のユニットの出力を並列に束ねて負荷に供給するシステムであって、前記蓄電池モジュールの出力ラインに限流抵抗を介在させ、前記蓄電池セルが破損しない程度の電流量に制限する態様とすることで、上記の課題を解決する。
図1は、本実施形態に係る蓄電池システムの構成を示すブロック図である。 図2は、図1に示す蓄電池モジュールの具体的な構成を示すブロック図である。 図3は、図1に示す蓄電池モジュールの保護協調特性を示す特性図である。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は本実施形態における蓄電池システムの構成を示すブロック図である。図1において、111〜114,121〜124,131〜134はそれぞれ同一構成の蓄電池モジュールで、4個単位で並列接続されてユニット化される。各ユニットU1〜U3の出力ラインにはACB(Air circuit Breaker::気中遮断器)115,125,135が挿入される。各ユニットU1〜U3の出力端は互いに並列接続され、ACB14を介してシステム電源出力端に接続される。このシステム電源出力端には、例えばヒューズ151〜156を介して負荷機器161〜166が接続される。
図2は上記蓄電池システムに用いられる蓄電池モジュール111〜114,121〜124,131〜134のうちの一つを具体的に示すブロック図である。図2において、B11〜B13,B21〜B23,B31〜B33は蓄電池セル(ここでは個々のブロックを単一のセルとして説明するが、B11に例示するように、蓄電池セルを直列に接続したセル群でもよい)、H1,H2,H3はヒューズ、SW11,SW12,SW21,SW22,SW31,SW32はリレースイッチを示している。蓄電池セルB11〜B13、ヒューズH1、リレースイッチSW11,SW12は直列に接続されて第1セルラインを構成し、蓄電池セルB21〜B23、ヒューズH2、リレースイッチSW21,SW22は直列に接続されて第2セルラインを構成し、蓄電池セルB31〜B33、ヒューズH3、リレースイッチSW31,SW32は直列に接続されて第3セルラインを構成する。これら第1乃至第3のセルラインは互いに並列接続される。
ここで、ヒューズH1,H2,H3は、セルラインに流れる電流が過電流となるときに回路を遮断する。リレースイッチSW11,SW12,SW21,SW22,SW31,SW32は、蓄電池セルの異常検出時、交換時にセルラインの切り離し、接続を行うために用いる。上記第1乃至第3セルラインの並列回路とモジュール出力端との間には、ACBやヒューズよりも短時間に電流を制限する限流抵抗R1が直列に接続される。
上記構成において、蓄電池モジュール内の各セルラインはヒューズによって保護され、蓄電池モジュールの出力ラインは限流抵抗にR1よって保護され、ユニット単位の出力ラインはACBによって保護される。図3は、上記構成による蓄電池システムに用いられる蓄電池セルの故障に対処するための保護協調特性を示す特性図であり、Aは限流抵抗Rの電力制限ライン、Bはヒューズによる電力制限ライン、C1,C2はそれぞれACBの上限ラインと下限ラインを示している。
図3に示たように、限流抵抗Rの電流制限に要する時間は、0.1秒以内において、ACB、ヒューズのいずれより短時間である。このため、モジュール内において、いずれかの蓄電池セルが故障しても、限流抵抗Rの電流制限により、逆流による過電流はヒューズに先立って短時間に抑制され、その後、ヒューズが反応して故障セルのあるラインが切り離される。これにより、モジュール自体の故障は回避され、他のモジュールへの影響も回避される。
以上述べたように、上記構成による実施形態の蓄電池システムは、PCSのような大型な保護装置を利用しなくても、蓄電池セル故障によるシステム全体への連続故障を確実に防止することができる。
尚、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、電気2重層キャパシタやフライホイールによる電源も、上記実施形態の蓄電池システムとして変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
111〜114,121〜124,131〜134…蓄電池モジュール、U1〜U3…蓄電池ユニット、115,125,135,14…ACB(Air circuit Breaker::気中遮断器)、151〜156…ヒューズ、161〜166…負荷機器、B11〜B13,B21〜B23,B31〜B33…蓄電池セル、H1,H2,H3…ヒューズ、SW11,SW12,SW21,SW22,SW31,SW32…リレースイッチ。

Claims (8)

  1. それぞれ規定個数の蓄電池セルを直列接続したセルラインを並列接続して蓄電池モジュールを構成し、前記蓄電池モジュールを規定個数毎に並列接続してユニット化し、負荷容量に応じた個数のユニットの出力を並列に束ねて負荷に供給する蓄電池システムであって、少なくとも前記蓄電池モジュールの並列出力ラインに限流抵抗を介在させて電流量を制限する蓄電池システム。
  2. 前記セルラインには、ヒューズが介在される請求項1記載の蓄電池システム。
  3. 前記ユニットの並列出力ラインには、気中遮断器が介在される請求項1記載の蓄電池システム。
  4. 前記限流抵抗は、前記セルラインそれぞれに介在される請求項1記載の蓄電池システム。
  5. それぞれ規定個数の蓄電池セルを直列接続したセルラインが並列接続される蓄電池モジュールであって、少なくとも並列出力ラインに限流抵抗を介在させて電流量を制限する蓄電池モジュール。
  6. 前記セルラインには、ヒューズが介在される請求項5記載の蓄電池モジュール。
  7. 前記限流抵抗は、前記セルラインそれぞれに介在される請求項5記載の蓄電池モジュール。
  8. それぞれ規定個数の蓄電池セルを直列接続したセルラインを並列接続して蓄電池モジュールを構成し、前記蓄電池モジュールを規定個数毎に並列接続してユニット化し、負荷容量に応じた個数のユニットの出力を並列に束ねて負荷に供給する蓄電池システムの運用方法であって、少なくとも前記蓄電池モジュールの並列出力ラインに限流抵抗を介在させて電流量を制限し、前記セルラインにヒューズを介在させて前記蓄電池セルの過電流に対する保護協調を行う蓄電池システムの運用方法。
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