JPWO2018203509A1 - Energy storage system and inspection method for minute short circuit - Google Patents
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Abstract
蓄電システム50は、並列線La〜Lcによって並列に共通線Loに接続された複数の蓄電ブロック60A〜60Cを有する。前記蓄電ブロック60A〜60Cのそれぞれは、直列に接続された複数の蓄電素子63と、前記並列線La〜Lcに設けられたスイッチ65A〜65Cとを備える。蓄電システム50は、前記スイッチ65A〜65C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60A〜60Cの複数の蓄電素子63を共通線Loから切り離して、前記複数の蓄電素子63における微小短絡を検査する検査部77A〜77Cを更に備える。The power storage system 50 has a plurality of power storage blocks 60A to 60C connected to the common line Lo in parallel by parallel lines La to Lc. Each of the power storage blocks 60A to 60C includes a plurality of power storage elements 63 connected in series, and switches 65A to 65C provided on the parallel lines La to Lc. By switching the switches 65A to 65C from on to off, the power storage system 50 disconnects the plurality of power storage elements 63 of the power storage blocks 60A to 60C from the common line Lo, and inspects a minute short circuit in the power storage elements 63. Inspection units 77A to 77C to perform inspection.
Description
本発明は、微小短絡を検査する技術に関する。 The present invention relates to a technique for inspecting a micro short circuit.
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。
A part of the separator that separates the positive electrode and the negative electrode may be damaged, and the positive electrode and the negative electrode may be short-circuited (hereinafter, short-circuited) inside the battery. The micro short circuit is inspected at the time of shipment of the battery, but may occur even after the shipment due to lithium deposition or the like accompanying charging at a low temperature. Therefore, it has been desired to inspect the occurrence of a micro short circuit during actual use of the battery.
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。In order to improve the inspection accuracy of a micro short circuit, it is preferable that the power storage element be set to a no-current state during the inspection. No-current state ”). However, during actual operation of a power storage system including a plurality of power storage blocks connected in parallel, the power storage elements included in each power storage block do not enter a currentless state unless the entire power storage system is stopped. Therefore, it has been desired to accurately inspect a minute short circuit in a power storage element without putting the entire power storage system in a no-current state.
An object of the present invention is to accurately inspect a minute short circuit in a power storage element without putting the entire power storage system in a no-current state.
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。The power storage system includes a plurality of power storage blocks connected to a common line in parallel by parallel lines, and each of the power storage blocks includes a plurality of power storage elements connected in series and a switch provided on the parallel line. The power storage system further includes an inspection unit that disconnects the plurality of power storage elements of the power storage block from the common line by switching the switch from on to off, and detects a micro short circuit in the plurality of power storage elements. .
The method for inspecting a micro short circuit includes switching a switch provided on a parallel line connecting a plurality of power storage blocks in parallel to a common line from on to off to disconnect a predetermined power storage block from the common line, and operating the power storage system. And inspecting the plurality of power storage elements included in the separated power storage block for minute short-circuits.
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。 With the above configuration, a minute short circuit in the power storage element can be accurately inspected without putting the entire power storage system in a no-current state.
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。The power storage system includes a plurality of power storage blocks connected to a common line in parallel by parallel lines, and each of the power storage blocks includes a plurality of power storage elements connected in series and a switch provided on the parallel line. The power storage system further includes an inspection unit configured to disconnect the plurality of power storage elements of the power storage block from the common line by switching the switch from on to off, and to test a minute short circuit in the plurality of power storage elements. . With this configuration, a minute short circuit in the power storage element can be accurately inspected without putting the entire power storage system in a no-current state.
Conventionally, during operation of a power storage system having a plurality of power storage blocks connected in parallel, an inspection for detecting a micro short circuit of a power storage element has not been performed. Micro short circuits tend to be difficult to detect in a short inspection. It takes a relatively long time (for example, several hours to several days) to detect a micro short circuit while leaving the electric storage element in a no-current state. Instead of detecting a small short circuit of a storage element, a typical conventional power storage system generates an alarm by detecting that the performance of a certain storage block deviates from a normal value / expected value during operation. In other words, the conventional power storage system does not detect the event of the early stage, that is, a minute short circuit of the power storage element, and issues an alarm after the performance of the power storage element and the power storage block is significantly reduced. After the alarm is issued, the power storage system may be forced to stop operating while the worker checks the power storage system.
As a part of preventive maintenance for avoiding the stoppage of the operation of the power storage system, the influence on the operation of the power storage system can be reduced by detecting a minute short circuit in the power storage element at an early stage.
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。 By switching the switches from on to off one by one, the power storage blocks to be tested may be separated one by one to test for a minute short circuit of the power storage element. With this configuration, it is possible to suppress a decrease in capacity and a decrease in output of the power storage system as compared with a case where a plurality of power storage blocks are simultaneously disconnected.
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。 The inspection unit may inspect the storage element for a short circuit based on the voltage of the storage element after a predetermined time has elapsed since the switch was turned off. In the case where a micro short circuit has occurred, when the power storage block is disconnected, the voltage of the power storage element decreases early. Therefore, by monitoring the voltage of the power storage element after the elapse of the predetermined time, a minute short circuit of the power storage element can be accurately inspected.
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。 The inspection unit may inspect the storage element for a short circuit based on a voltage difference between before and after a predetermined time has elapsed. With this configuration, when there is no change or little change in the environmental temperature or the like, the voltage change caused by the minute short circuit can be accurately detected, and therefore, the minute short circuit of the power storage element can be accurately inspected.
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。 The inspection unit is configured to compare a voltage difference between before and after the predetermined time of the power storage element with an average value of the voltage differences before and after the predetermined time of all the power storage elements constituting the power storage block, It is advisable to inspect for micro shorts. With this configuration, even if there is a change in the environmental temperature or the like, a minute short circuit of the power storage element can be accurately inspected.
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。 The power storage element has a high change area in which an amount of change in OCV with respect to an amount of change in SOC is higher than a predetermined value in an SOC-OCV characteristic. It is preferable to detect the voltage of the power storage element and check for a short circuit based on the detected voltage. Since the change amount of the OCV with respect to the change amount of the SOC is large in the high change region, a minute short circuit of the power storage element can be accurately inspected.
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。 The power storage device may further include a correction unit that corrects the SOC of the power storage device based on the voltage of the power storage device detected in the high change region. With this configuration, the SOC can be corrected together with the inspection for the minute short circuit. In the high change region, the change amount of the OCV with respect to the change amount of the SOC is large, so that the SOC can be corrected with high accuracy. In addition, since only the power storage block to be tested is in a no-current state, there is an advantage that the SOC can be corrected at any time during the operation of the power storage system.
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。 The power storage block includes an equalization circuit provided for each of a plurality of power storage elements connected in series, and the inspection unit operates the equalization circuit in the high-change area, and After equalizing the voltage of the storage element, the switch may be turned off to separate the storage block to be inspected. With this configuration, it is possible to equalize the voltage of each power storage element together with the inspection for a minute short circuit. In addition, since the detection of the minute short circuit is performed in a state where the voltages of the respective storage elements are equalized, it is possible to suppress the variation in the inspection accuracy of the minute short circuit between the respective storage elements as compared with the case where the voltages are not uniform.
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。 The storage element may be a lithium ion secondary battery having a flat plateau region in SOC-OCV characteristics. In the plateau region, even if the SOC changes, the OCV hardly changes, so that it is difficult to inspect a minute short circuit with high accuracy. However, by applying the present technology, the minute short circuit can be inspected with high accuracy.
<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。<First embodiment>
1. FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a UPS (Uninterruptible Power Supply).
The UPS 10 includes a
Converter 20 and
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。
The UPS 10 is an always-inverter power supply system. When the AC power supply is normal, the
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。
Charging of the
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。
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the power storage system. The
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。The power storage blocks 60A to 60C are connected in parallel to common lines (common charge / discharge paths) Lo connected to the
Although not shown, a plurality of power storage blocks 60A may be connected in series to the parallel line La to form a so-called bank. Similarly, a plurality of power storage blocks 60B and a plurality of power storage blocks 60C may be connected in series to the parallel line Lb and the parallel line Lc, respectively, to form a bank. In the bank, the
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。
The discharge circuit (balancer) 71 is provided individually for each
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。
The
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。
The
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。
The
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。2. Characteristics of Secondary Battery The
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。
FIG. 4 is an SOC-OCV correlation graph in which the horizontal axis is SOC [%] and the vertical axis is OCV [V]. The SOC-OCV correlation graph is an example of the SOC-OCV characteristics of the present invention. The SOC (state of charge) is a ratio of the remaining capacity Cr to the actual capacity (available capacity) Ca of the
SOC=Cr/Ca×100・・・・・・・・(1) 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。
OCV (open circuit voltage) is an open voltage of the
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。 As shown in FIG. 4, the secondary battery (for example, a phosphorous iron-based lithium ion battery) 63 has a plurality of regions in which the amount of change in OCV with respect to the amount of change in SOC is different. More specifically, it has five change regions L1 to L5.
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。 As shown in FIG. 4, the change region L1 is located in the range of 8% to less than 31% in SOC. The change region L2 is located in a range of 31 [%] to less than 62 [%] in SOC. The change region L3 is in the range of 62 [%] to less than 68 [%] in SOC. The change region L4 is located in a range of 68 [%] to less than 97 [%] in SOC value. The change region L5 is a range of 97% or more in SOC. If the SOC is less than 8%, the area is out of the usable range.
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。 The change region L2 is a substantially constant plateau region where the change amount of the OCV with respect to the change amount of the SOC is very small and the OCV is about 3.3 [V]. The change region L4 also has a substantially constant plateau region with an OCV of about 3.34 [V]. The plateau region is a region where the graph (curve) is flat, specifically, a region where the variation of the OCV with respect to the variation of the SOC is 2 [mV /%] or less.
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。 The change region L5 is a region where the change amount of the OCV with respect to the change amount of the SOC is higher than the predetermined value X. The predetermined value X is a numerical value determined by a relationship with the inspection accuracy of the minute short circuit (current value of the minute short circuit to be detected, etc.), and is, for example, 35 [mV /%].
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。3. Inspection method of minute short circuit If a part of the separator that separates the positive electrode and the negative electrode of the
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。
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of the inspection process for a micro short circuit. The inspection process for a micro short-circuit includes 12 steps of S10 to S120, and is periodically executed every time a predetermined period elapses. Prior to the start of the inspection process for a micro short circuit, the
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。
When the inspection process for a micro short circuit starts, a command is given from the integrated
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)。
When the AC power supply is normal, the
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)。
On the other hand, when power is supplied from the
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)。
When it is determined that the
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。
Upon receiving the execution command from the integrated
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)。
When the equalization process is completed, the
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)。
Next, the
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。
When a predetermined time T has elapsed from the first voltage measurement (S70), the
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。
After that, the
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。ΔV = V1−V2 (2)
V1 is the voltage of each
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。
After calculating the voltage difference ΔT, the
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。
For example, when a minute short circuit of 1 mAh has occurred, the capacity reduction in 24 hours is 24 mAh. Assuming that the actual capacity of the cell is 2 Ah, 24 mAh is approximately 1% when converted to SOC. In the change region L5, the voltage change per 1% is 35 mV or more. Therefore, the voltage difference ΔV exceeds the
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)。
The
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)。
After the
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。
At this stage, only the first
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。
Thereafter, the process returns to S10, and a command is given from the integrated
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)。
When it is determined that the
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)。
Upon receiving the execution command from the integrated
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。
When the equalization process is completed, the individual management unit 77B sends a switch-off command to the
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。
In this manner, the storage blocks 60A to 60C to be inspected are separated one by one from the common line Lo, and the presence or absence of a micro short circuit is inspected. If there is no minute short-circuit of the
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)。
On the other hand, when it is determined that there is a minute short circuit in a part of the secondary battery 63 (S90: N0), the
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。4. Description of Effect Since the
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。
After the power storage blocks 60A to 60C to be inspected are separated, the voltage of the
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。
The determination of the micro short circuit is performed based on the voltage difference ΔV before and after the lapse of the predetermined time T for the same
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。
When the
<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。<
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The
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。SOC = SOCo + 100 × ∫Idt / Co (3)
SOCo is the initial value of SOC, I is the current, and Co is the initial value of the full charge capacity.
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。
In the current integration method, measurement errors of the
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。
For example, when performing an inspection for a minute short circuit for the first
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)。
Next, in step S60, the
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。
After the second voltage measurement in S80, the
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。
After the estimation of the SOC, the SOC obtained by the OCV method is used as an initial value to estimate the SOC by the current integration method. By doing so, the SOC by the current integration method can be corrected. In this method, the SOC can be corrected together with the inspection for the minute short circuit of the
<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。<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described above.
(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。
(1) In the first embodiment, the
(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。 (2) In the first embodiment, the predetermined value X is set to 35 [mV /%], and an inspection for a minute short circuit is performed in the change region L5. The predetermined value X has a trade-off relationship with the inspection accuracy, and can be appropriately set according to the required inspection accuracy. The predetermined value X may be at least 10 [mV /%] or more, and a minute short-circuit test can be performed in the change region L3 in addition to the change region L5.
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。
As shown in FIG. 4, the slope of the graph of the iron phosphate lithium ion
(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。
(3) In the first embodiment, the iron phosphate lithium ion
(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。
(4) In the first embodiment, the plurality of
(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。
(5) In the first embodiment, after the switch 65 is switched, the voltage of each
(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。
(6) In the first embodiment, after the switch 65 is switched, the voltage of each
(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。
(7) In the first embodiment, the storage blocks 60A to 60C to be inspected are separated one by one, and the storage blocks 60A to 60C are inspected for minute short circuits. The inspection for the micro short circuit may be performed without stopping the
(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。
(8) In the first embodiment, the power storage blocks 60A to 60C are sequentially disconnected from the common line Lo by sequentially sending the execution command of the inspection of the micro short circuit from the integrated
(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。
(9) In the first embodiment, the
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10 UPS
100 Integrated management unit Lo Common line La-Lc Parallel line
Claims (10)
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、蓄電システム。A power storage system including a plurality of power storage blocks connected to a common line in parallel by parallel lines,
Each of the power storage blocks,
A plurality of power storage elements connected in series,
A switch provided on the parallel line,
The power storage system further includes an inspection unit that disconnects the plurality of power storage elements of the power storage block from the common line by switching the switch from on to off, and tests a micro short circuit in the plurality of power storage elements. system.
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、蓄電システム。The power storage system according to claim 1,
A power storage system that switches the switches from on to off one by one, disconnects the storage blocks to be tested one by one, and tests for a micro short circuit of the storage element.
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。The power storage system according to claim 1 or 2,
The power storage system, wherein the inspection unit inspects a minute short circuit of the power storage element based on a voltage of the power storage element after a predetermined time has elapsed since the switch was turned off.
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。The power storage system according to any one of claims 1 to 3, wherein
The power storage system, wherein the inspection unit inspects a micro short circuit of the power storage element based on a voltage difference before and after a lapse of a predetermined time of the power storage element.
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。The power storage system according to any one of claims 1 to 3, wherein
The inspection unit is configured to compare a voltage difference before and after a predetermined time of the power storage element with an average value of the voltage differences before and after the predetermined time of all the power storage elements included in the power storage block, based on a result of the comparison. A power storage system that checks for short circuits.
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。The power storage system according to any one of claims 1 to 5, wherein
The power storage element has a high change region in which the change amount of OCV with respect to the change amount of SOC is higher than a predetermined value in the SOC-OCV characteristic,
The inspection unit, after separating the storage block to be inspected,
A power storage system that detects a voltage of the power storage element in the high change region and inspects a minute short circuit based on the detected voltage.
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。The power storage system according to claim 6,
A power storage system further comprising a correction unit that corrects the SOC of the power storage element based on the voltage of the power storage element detected in the high change region.
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。The power storage system according to claim 6 or 7, wherein
The power storage block,
Including an equalizing circuit provided for each of the plurality of power storage elements connected in series,
In the high change area, the inspection unit operates the equalization circuit to equalize the voltages of the plurality of power storage elements, and then switches off the switch to disconnect the power storage block to be inspected. system.
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。The power storage system according to claim 1, wherein:
The power storage system, wherein the power storage element is a lithium ion secondary battery having a flat plateau region in SOC-OCV characteristics.
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、を備える微小短絡の検査方法。Switching a switch provided on a parallel line connecting a plurality of power storage blocks in parallel from on to off to disconnect a predetermined power storage block from the common line;
A method for inspecting a short circuit in a plurality of power storage elements included in the separated power storage block while continuing operation of the power storage system.
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