KR20120099382A - 축전 시스템용 자기 진단 장치 - Google Patents

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다께시 나까시마
하야또 이께베
히로끼 나까쯔
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

축전 장치(30)와, 축전 장치(30)에 접속되도록 배치되는 충방전 스위치 장치(60)와, 축전 장치(30)와 충방전 스위치 장치(60)와의 사이에 설치되는 축전 장치 브레이커(50)와, 충방전 스위치 장치(60)와 외부의 부하와의 사이에 설치되는 부하측 브레이커(26)를 포함하는 축전 시스템(10)의 기동 시의 자기 진단 장치(90)는 축전 장치(30)를 이용하지 않고 진단할 수 있는 주변 진단 항목의 진단에 대해서, 축전 장치 브레이커의 상태 감시부(92), 부하측 브레이커의 상태 감시부(94), 컨버터 진단부(96), 전환 장치 진단부(98), 축전 장치 진단부(100)를 포함하고, 축전 장치(30)를 이용하는 진단에 대해서, 스위치 진단부(102)를 포함하여 구성된다.

Description

축전 시스템용 자기 진단 장치{SELF-DIAGNOSTIC APPARATUS FOR ELECTRICAL STORAGE SYSTEM}
본 발명은 축전 시스템용 자기 진단 장치에 관한 것이고, 특히, 축전 장치의 이외에 많은 구성 요소를 포함하는 축전 시스템의 기동 시의 자기 진단을 행하는 축전 시스템용 자기 진단 장치에 관한 것이다.
이차 전지 등의 축전 장치를 이용함으로써, 에너지의 유효 활용이 이루어져 있다. 예를 들면, 최근 들어, 친환경 클린 에너지로서 태양광 발전 시스템의 개발이 활발히 행해지고 있지만, 태양광을 전력으로 변환하는 광전 변환 모듈은 축전 기능을 구비하고 있지 않기 때문에, 이차 전지와 조합하여 사용되는 경우가 있다. 예를 들면, 광전 변환 모듈에 의해 발전된 전력을 이차 전지에 충전하고, 외부 부하의 요구 등에 따라서 이차 전지로부터 방전하는 충방전 제어에 의해 에너지의 유효 활용이 행해지고 있다.
그와 같이, 이차 전지와 전원을 조합하여 충방전 제어를 행하는 축전 시스템을 구성할 때에, 그 시스템의 이상 감시 또는 이상 진단을 행하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지를 이용하는 축전 시스템으로서, 축전 시스템 내부의 이상의 유무를 점검하는 자기 진단 수단과, 이차 전지의 단자간 전압, 전지에 흐르는 전류, 전지에 관한 온도를 계측하는 수단과, 정극측 충전선이 접속되는 충방전 제어 수단과, 시스템 제어 수단과, 충방전 제어 수단에 접속되는 인버터와, 인버터로부터 전력이 공급되는 기기와 쌍방향 통신을 행하는 기기용 통신 수단을 구비하는 구성이 개시되어 있다. 여기에서는, 자기 진단 후에, 단자간 전압, 전류, 온도에 이상이 없는지를 체크하고, 이상이 없을 때에 방전 가능할 때는 방전할지를 체크하고, 방전하는 경우에는 방전 처리를 행하고, 방전하지 않을 때는 충전할지를 체크하고, 충전하는 경우에는 충전 처리하는 것이 설명되어 있다.
특허문헌 2에는, 100개에서 150개의 리튬 이온 이차 전지를 이용하는 축전 시스템에 있어서, 전류 검출 회로의 신호를 수신하여 충전량 검출하는 마이크로 컴퓨터와, 각 리튬 이온 이차 전지의 전압이 과방전 설정값을 초과할 때, 주 스위칭 소자를 오프하고, 기동용 스위칭 트랜지스터를 오프로 하는 것이 설명되어 있다. 또한, 각 리튬 이온 이차 전지의 전압이 과충전 설정값을 초과할 때, 주 스위칭 소자가 오프해도 내전압을 오버하지 않도록 바이패스 회로가 설치되는 것이 설명되어 있다.
일본 특허 공개 평11-136867호 공보 일본 특허 공개 제2009-72053호 공보
축전 시스템에 있어서 이상 감시 또는 이상 진단을 행할 때에, 수순을 잘못해서, 축전 장치를 과충전 상태 또는 과방전 상태로 하거나, 또는, 축전 장치를 구성하는 각 축전지 모듈에 대하여 정격을 초과하는 것 같은 전류가 흐르면, 축전 장치를 손상하는 것이 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은, 축전 장치의 손상을 억제하고, 기동 시의 자기 진단을 행하는 것을 가능하게 하는 축전 시스템용 자기 진단 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 축전 시스템용 자기 진단 장치는, 축전 장치와, 축전 장치에 접속되도록 배치되는 충방전 스위치 장치와, 축전 장치와 충방전 스위치 장치와의 사이에 설치되는 축전 장치 브레이커를 포함하는 축전 시스템용 자기 진단 장치로서, 축전 장치 브레이커를 차단 상태로 하고, 주변 진단 항목의 진단을 행하는 주변 항목 진단부를 구비한다.
상기 구성에 따르면, 축전 시스템용 자기 진단 장치에 의한 축전 시스템의 자기 진단의 단계에서, 축전 장치를 잘못해서 손상하게 되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시 형태에 따른 축전 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시 형태의 축전 시스템용 자기 진단의 수순 중, 주변 진단 항목의 진단 수순을 나타내는 플로우차트이다.
도 3은 도 2에 이어서, 축전 장치를 이용하여 행하는 진단 수순을 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 도 2의 축전 장치 브레이커 진단의 수순을 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 도 2의 부하측 브레이커 진단의 수순을 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 도 2의 컨버터 진단의 수순을 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 도 2의 전환 장치 진단의 수순을 나타내는 플로우차트이다.
도 8은 도 3의 축전 장치 진단의 수순을 나타내는 플로우차트이다.
도 8a는 도 3의 축전 장치의 정기 감시의 수순을 나타내는 플로우차트이다.
도 9는 도 3의 충방전 스위치 장치의 진단의 수순을 나타내는 플로우차트이다.
도 10은 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 축전 장치 브레이커가 접속 가능해진 것을 표시하는 표시부의 표시 화면을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 부하측 브레이커가 접속 가능해진 것을 표시하는 표시부의 표시 화면을 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 진단의 결과의 에러 내용을 표시하는 표시부의 표시 화면을 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 실시 형태의 정기적 감시에 있어서, 검출 이상의 처리 수순을 나타내는 플로우차트이다.
도 14는 본 발명에 따른 실시 형태의 정기적 감시에 있어서 검출 이상을 분류하는 예를 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 충방전 스위치 장치의 진단에 관련하는 부분을 발췌한 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 방전 스위치 동작 판단에 관한 3개의 경우를 도시하는 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 방전 스위치 동작 판단의 수순을 나타내는 플로우차트이다.
도 18은 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 통상 운전 모드와 대기 모드를 설명하는 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 통상 운전 모드의 설정 조건을 설명하는 도면이다.
도 20은 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 대기 모드의 설정 조건을 설명하는 도면이다.
도 21은 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 대기 모드를 이용하는 것의 효과를 설명하는 도면이다.
도 22는 본 발명에 따른 실시 형태에 있어서, 대기 모드를 이용하는 것의 다른 효과를 설명하는 도면이다.
이하에 도면을 이용하여, 본 발명에 따른 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 축전지로서는, 리튬 이온 이차 전지나 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등의 이차 전지를 이용할 수 있다. 이차 전지는 충전과 방전이 가능한 전지이다.
또한, 이하에서, 전력원으로서, 태양광 발전 전력과 외부 상용 전력을 설명하지만, 그 이외의 전력원, 예를 들면 풍력 발전 전력 등이어도 된다. 또한, 이하에서 설명하는 축전 장치를 구성하는 축전지의 개수, 태양광 발전을 위한 광전 변환 모듈을 구성하는 태양광 발전 모듈의 개수, 전압, 전류, SOC(State Of Charge)의 값 등은, 설명을 위한 예시이며, 축전 시스템의 사양 등에 따라 적절히 변경이 가능하다.
또한, 이하에서는, 모든 도면에 있어서 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 본문 중의 설명에서는, 필요에 따라 그 이전에 설명한 부호를 이용하는 것으로 한다.
도 1은 축전 시스템(10)의 구성을 설명하는 도면이다. 이 축전 시스템(10)은, 축전 장치(30)와, 부하측 브레이커(26)와, 축전 장치 브레이커(50)와, 충방전 스위치 장치(60)와, 제어 블록(80)을 포함하여 구성된다. 또한, 도 1에는, 축전 시스템(10)의 구성 요소는 아니지만, 전원으로서의 외부 상용 전원(12)과, 광전 변환 모듈(14)과, 부하로서의 AC 부하(16), DC 부하(18), DC 부하(18)에 적합한 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터(28)가 도시되어 있다. 이하에서는, 경우에 따라, 교류를 AC, 직류를 DC로서 나타내는 것으로 한다. 또한, 도 1에서 굵은 실선은 전력의 흐름을 나타내고, 화살표가 붙여져 있는 가는 실선은 신호의 흐름을 나타낸다.
AC 부하(16)는, 교류 전력으로 구동되는 장치 등으로서, 예를 들면, 회전 전기, 공조 장치, 가공 기계, 조립 기계 등의 기계 장치이다. DC 부하(18)는, 직류 전력으로 구동되는 장치 등으로서, 예를 들면, 사무기기, 조명 장치 등이다. 이들을 총칭하여 외부 부하로 칭한다. DC/DC 컨버터(28)는, 예를 들면, 축전 장치(30)로부터 공급되는 96V의 직류 전력을 약 12V의 직류 전력으로서, 사무기기 등에 적합한 것으로 하는 전압 변환기이다.
전력원으로서의 외부 상용 전원(12)은, 단상 또는 삼상의 교류 전력원이다. 전력원으로서의 광전 변환 모듈(14)은, 복수의 태양광 발전 모듈을 조합한 것으로, 도 1의 예에서는, 복수의 태양광 발전 모듈을 배치한 태양광 발전 블록이 4조 이용되고 있다. 이 4조의 태양광 발전 블록은, 서로 병렬로 접속되어 있다. 각 태양광 발전 블록에 배치되어 있는 6개의 태양광 발전 모듈을 직렬로 접속하면 약 240V의 출력 전압으로 할 수 있고, 각 태양광 발전 블록에 배치되어 있는 태양광 발전 모듈 3개를 직렬로 접속하고, 이들을 병렬로 접속하면, 약 120V의 출력 전압으로 할 수 있다.
전환 장치(20)는, 광전 변환 모듈(14)을 구성하는 복수의 태양광 발전 모듈의 접속 상태를 변경하고, 상기한 바와 같이 출력 전압을 약 240V와 약 120V 사이에서 전환하는 기능을 갖는 접속 전환 장치이다. 전환에 의해 출력 전압이 전환되므로, 그 관점에서는 전압 전환 장치로 칭할 수 있다. 또한, 넓은 의미에서는, 전원의 형태를 변경하고, 태양광 발전을 240V 직류 전원 또는 120V 직류 전원으로 변환하는 것이므로, 전원 변환 장치의 1종이라고 생각할 수도 있다.
또한, 전환 장치(20)는, 광전 변환 모듈(14)의 발전 전력을 인버터(22)측 또는 충방전 스위치 장치(60)에 택일적으로 전환 가능하게 접속할 수 있다.
광전 변환 모듈(14)을 인버터(22)측에 접속하는 경우에는, 6개의 태양광 발전 모듈을 직렬로 접속(직렬 접속 형태)하고, 태양광 발전 모듈에서 발전된 전력을 비교적 높은 전압으로 인버터(22)에 공급할 수 있다. 직렬 접속 형태에 있어서는, 광전 변환 모듈(14)과 충방전 스위치 장치(60)는, 전기적으로 절단되어 있다. 광전 변환 모듈(14)을 충방전 스위치 장치(60)에 접속하는 경우에는, 태양광 발전 모듈 3개를 직렬로 접속하고, 이들을 병렬로 접속(병렬 접속 형태)하고, 태양광 발전 모듈에 있어서 발전된 전력을 비교적 낮은 전압으로 충방전 스위치 장치(60)에 공급할 수 있다. 병렬 접속 형태에 있어서는, 광전 변환 모듈(14)과 인버터(22)는, 전기적으로 절단되어 있다.
전환 장치(20)와 제어 블록(80)은 통신선으로 연결되고, 제어 블록(80)으로부터의 명령에 의해 직렬 접속 형태와 병렬 접속 형태와의 전환이 행해지고, 또한 현재가 어느쪽의 접속 형태인지의 정보가 제어 블록(80)으로 전송된다. 인버터(22)에 전력을 공급하는 경우에는, 약 240V의 출력 동작 전압이 되는 직렬 접속 상태로 된다.
인버터(22)는, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환기에서, 넓은 의미의 전원 변환 장치의 1종이라고 생각할 수 있다. 인버터(22)는, 전환 장치(20)로부터의 약 240V의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, AC 부하(16)에 공급할 수 있다. 경우에 따라서는 외부 상용 전원측으로 되돌리는 소위 역조 또는 매전을 행할 수 있다.
AC/DC 컨버터(24)는, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 전력 변환기에서, 넓은 의미의 전원 변환 장치의 1종이라고 생각할 수 있다. AC/DC 컨버터(24)는, 축전 장치(30)로부터 DC 부하(18)에 직류 전력이 공급되지 않을 때에, 백업 전력으로서, 외부 상용 전원(12)으로부터의 교류 전력, 또는 인버터(22)에 의해 변환된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 것이다. 예를 들면, 축전 장치(30)의 충전량이 적어져서 방전이 금지되었을 때(후술하는 충전만 상태가 되었을 때) 등에, AC/DC 컨버터(24)를 통해 직류 전력이 DC 부하(18)에 공급된다.
AC/DC 컨버터(24)와 제어 블록(80)은 디지털 데이터를 교신할 수 있는 통신선으로 접속되고, 제어 블록(80)으로부터 동작 조건의 설정, 출력하는 직류 전력의 명령값(예를 들면, 출력 전압값 등) 설정 등이 전송되고, AC/DC 컨버터(24)로부터는, 동작 상태 데이터 등이 제어 블록(80)으로 전송된다.
부하측 브레이커(26)는, 축전 시스템(10)과 DC 부하(18) 사이로서, DC 부하(18)의 측에 설치되는 전력 차단 장치이다. 부하측 브레이커(26)는, 축전 장치(30) 등으로부터의 직류 전력을 DC/DC 컨버터(28)를 통해 DC 부하(18)에 공급할 때에, 미리 정해진 차단 임계값 이상의 전류가 흐를 때에, 전력의 흐름을 차단할 수 있다.
부하측 브레이커(26)는 수동식으로 할 수 있고, 접속 상태인 통전 상태로부터 차단 상태, 또는 차단 상태로부터 통전 상태로 하기 위해서는, 유저가 수동으로 스위치 조작을 행할 필요가 있다. 부하측 브레이커(26)와 제어 블록(80)은 스테이터스 신호를 송신하는 통신선으로 접속되고, 제어 블록(80)에서는 부하측 브레이커(26)가 접속 상태에 있는지 차단 상태에 있는지를 알 수 있다. 부하측 브레이커(26)를 제어 블록(80)으로부터의 차단 신호에 기초하여 차단하는 자동식으로 해도 물론 되지만, DC 부하(18)의 보호를 확실하게 하기 위해서는 수동식으로 하는 쪽이 더 낫다.
충방전 스위치 장치(60)는, 전원으로부터의 충전과 축전 장치(30)로부터 외부의 부하로의 방전을 행하기 위해서 축전 장치(30)에 접속되는 충방전 전환 장치이다. 구체적으로는, 충전 경로측으로서, 전환 장치(20)와 축전 장치(30) 사이, 방전 경로측으로서, 부하측 브레이커(26)와 축전 장치(30) 사이에 배치된다.
충방전 스위치 장치(60)는, 충전 경로측의 충전 스위치(70)와, 방전 경로측의 방전 스위치(74)와, 충방전 사이의 역류 방지를 행하는 다이오드군(68)을 포함한다. 또한, 충방전 상태를 검출하기 위해서, 축전 장치(30)측에 축전 장치측의 전류·전압 검지부(62, 64, 66)가 설치되고, 또한 충전 스위치(70)의 전환 장치(20)측에 충전측의 전류·전압 검지부(72)가 설치되고, 방전 스위치(74)의 부하측 브레이커(26)측에 방전측의 전류·전압 검지부(76)가 설치된다.
충전 스위치(70)와 방전 스위치(74)는, 전기 신호에 의해 온·오프하는 반도체 스위치 소자에서, 구체적으로는 FET를 이용할 수 있다. 축전 장치측의 전류·전압 검지부(62, 64, 66)와 충전측의 전류·전압 검지부(72)와 방전측의 전류·전압 검지부(76)는, 전압 검출 센서와 전류 검출 센서로 구성할 수 있다. 또한, 축전 장치(30)는, 도 1에서 도시된 바와 같이 2개의 축전지 팩(32와 32-2, 34와 34-2, 36과 36-2)이 직렬로 접속되고, 이들이 3열로 병렬 접속되어 구성되어 있으므로, 3열 각각에 대응하여, 축전 장치측의 전류·전압 검지부(62, 64, 66)가 각각 설치된다. 축전 장치(30)를 구성하는 축전지 팩의 수는 6개로 한정되는 것은 아니고, 필요로 되는 전력에 기초하여 증감하면 되지만, 충전과 방전의 경로는, 충방전 스위치 장치(60)로 단일화함으로써 축전 시스템(10)으로서, 마치 1개의 전지로서 작동하는 것이 긴요하다.
충전 스위치(70)와 방전 스위치(74)는 제어 블록(80)과 충방전 명령이 전송되는 통신선으로 접속된다. 제어 블록(80)으로부터의 충방전 명령은, 스위치의 온·오프를 나타내는 LOW(0)/HIGH(1) 신호에 의해 행해진다. 축전 장치측의 전류·전압 검지부(62, 64, 66)와 충전측의 전류·전압 검지부(72)와 방전측의 전류·전압 검지부(76)는, 각각 제어 블록(80)과 아날로그 데이터(예를 들면, 검지량을 1-5V의 전압값으로 변환)를 송신할 수 있는 통신선으로 접속된다.
축전 장치 브레이커(50)는, 부하측 브레이커(26)와 마찬가지로, 미리 정해진 차단 임계값 이상의 전류가 흐를 때에, 전력의 흐름을 차단할 수 있다. 축전 장치 브레이커(50)는, 축전 장치(30)와 충방전 스위치 장치(60) 사이에 설치되고, 축전 장치(30)가 3열수로 구성되는 것에 대응하여, 3개의 브레이커(52, 54, 56)로 구성된다. 도 1에서는, 브레이커(52)가 축전지 팩(32)과 축전지 팩(32-2)이 직렬로 접속된 열에, 브레이커(54)가 축전지 팩(34)과 축전지 팩(34-2)이 직렬로 접속된 열에, 브레이커(56)가 축전지 팩(36)과 축전지 팩(36-2)이 직렬로 접속된 열에 각각 대응하여 배치된다.
축전 장치 브레이커(50)는, 제어 블록(80)과의 사이에서 송수신을 행하는 기능을 갖는다. 축전 장치 브레이커(50)는, 제어 블록(80)의 명령에 의해, 접속 상태로부터 차단 상태로 전환을 행할 수 있다. 또한, 축전 장치 브레이커(50)는, 현재의 상태가 접속 상태인지 차단 상태인지를, 스테이터스 신호로서 제어 블록(80)으로 전송한다. 명령 신호와 스테이터스 신호는, 모두 LOW(0)/HIGH(1) 신호에 의해 전송이 행해진다. 이들 신호의 전송은, 브레이커(52, 54, 56)마다 행해진다. 또한, 축전 장치 브레이커(50)는, 부하측 브레이커(26)와 마찬가지로, 유저의 수동에 의한 스위치 조작에 의해, 차단 상태로부터 통전을 행하는 접속 상태로 전환할 수 있다.
복수의 이차 전지가 직렬 및 병렬로 조합됨으로써 조전지가 구성되고, 1개의 조전지 케이스 내에 수용된다. 이 조전지 케이스의 단위를 축전지 팩으로 칭한다. 축전 장치(30)는, 축전지 팩(32)과 축전지 팩(32-2)이 각각 직렬로 접속되고, 축전지 팩(34)과 축전지 팩(34-2)이 각각 직렬로 접속되고, 축전지 팩(36)과 축전지 팩(36-2)이 직렬로 접속되고, 직렬로 접속된 것이 3열로 병렬 접속되어, 구성된다.
축전지 상태 검지부(38, 38-2, 40, 40-2, 42, 42-2)는, 축전지 팩(32, 32-2, 34, 34-2, 36, 36-2)마다, 그 조전지 케이스의 내부에 배치된다. 각 축전지 상태 검지부는, 각 축전지 팩의 내부 상태로서, 축전지 팩의 +-간의 전압, 축전지 팩에 흐르는 전류, 축전지 팩 내부의 온도 등을 검출하여 제어 블록(80)으로 전송하는 기능을 갖는다. 또한, 각 축전지 팩의 내부 상태로서, 센서 이상, 과전류, 과방전, 과충전 등의 이상 상태를 검출하여 제어 블록(80)으로 전송하는 기능도 갖는다. 축전지 상태 검지부(38, 38-2, 40, 40-2, 42, 42-2)와 제어 블록(80) 사이는, 축전지 팩의 내부 상태를 디지털 신호로서 전송할 수 있는 신호선으로 접속된다. 각 축전지 팩(32, 32-2, 34, 34-2, 36, 36-2)은, 그 조전지 케이스 내에, 축전지 상태 검지부와 같은 각종 센서와, 그 검출 신호에 대한 외부와의 송수신을 행하는 송수신 회로를 갖고 있다.
제어 블록(80)은, 축전 시스템(10)의 충방전에 관하여, 각 구성 요소를 전체적으로 제어하는 기능을 갖는 제어 장치이다. 제어 블록(80)에 접속되는 표시부(82)는, 후술하는 자기 진단 기능 등을 실행할 때의 에러 내용 등을 표시할 수 있는 소형 디스플레이이다. 운전 램프(84)는 축전 시스템(10)이 운전 상태일 때에 점등하는 표시등이다. 에러 램프(86)는, 축전 시스템(10)에 이상이 발생했을 때에 점등하는 경고 표시등이다. 따라서, 축전 시스템(10)이 정상적으로 운전되고 있을 때는, 운전 램프(84)가 점등하고, 에러 램프(86)가 소등하고 있다.
제어 블록(80)은, 상기와 같이 축전 시스템(10)의 동작을 전체적으로 제어하는 기능을 갖고 있다. 제어 블록(80)은, 기동 시에 각 구성 요소의 상태가 정상인지의 여부를 진단하는 기동 시의 자기 진단 장치(90)와, 기동 후의 운전 상태에 있어서 정기적으로 각 구성 요소의 상태가 정상인지의 여부를 진단하는 정기적 감시 장치(110)와, 운전 모드로서 통상 운전 모드와 대기 모드를 갖고서 이들 사이의 상태 천이를 제어하는 운전 제어 장치(120)를 포함하여 구성된다.
기동 시의 자기 진단 장치(90)는, 각 구성 요소의 상태를 진단하는 것으로서, 축전 장치 브레이커의 상태 감시부(92), 부하측 브레이커의 상태 감시부(94), 컨버터 진단부(96), 전환 장치 진단부(98), 축전 장치 진단부(100), 스위치 진단부(102)를 포함하여 구성된다. 각각의 상세한 내용에 대해서는 후술한다.
정기적 감시 장치(110)는, 검출 이상 분류부(112)와 고장 상태 처리부(114)와 이상 상태 처리부(116)를 포함하여 구성된다. 검출 이상 분류부(112)는, 정기적 감시의 결과로서 이상이 검출되었을 때에, 미리 정한 분류 기준에 기초하여, 검출된 이상 상태를 조기의 회복을 예상할 수 없는 고장 상태인지, 복귀 가능한 이상 상태인지로 분류한다. 고장 상태 처리부(114)는, 검출된 이상 상태가 조기의 회복을 예상할 수 없는 고장 상태로 분류되었을 때에 축전 장치 브레이커(50)를 차단하고, 경보를 출력한다. 이상 상태 처리부(116)는, 검출된 이상 상태가 복귀 가능한 이상 상태로 분류되었을 때에 경보를 출력한다. 각각의 상세한 내용에 대해서는 후술한다.
운전 제어 장치(120)는, 통상 운전 모드 설정부(122)와 대기 모드 설정부(124)와 상태 천이부(126)를 포함하여 구성된다. 통상 운전 모드 설정부(122)는, 축전 장치 브레이커(50)와 부하측 브레이커(26)를 모두 접속 상태로 하고, 축전 장치(30)의 충전 상태 및 내부 상태를 감시하면서, 충전 상태에 따라서 충방전 스위치 장치(60)의 동작을 제어하는 통상 운전 모드를 설정한다. 대기 모드 설정부(124)는, 축전 장치 브레이커(50)와 부하측 브레이커(26)를 모두 접속 상태로 하고, 축전 장치(30)의 충전 상태 및 내부 상태의 감시를 계속하면서, 충방전 스위치 장치(60)의 동작을 금지하여 차단 상태로 하는 대기 모드를 설정한다. 상태 천이부(126)는, 통상 운전 모드와 대기 모드 사이의 상태 천이를 행한다. 각각의 상세한 내용에 대해서는 후술한다.
기동 시의 자기 진단 장치(90)에 의한 기동 시의 자기 진단, 정기적 감시 장치(110)에 의한 정기적 감시, 운전 제어 장치(120)에 의한 운전 제어는, 소프트웨어를 실행함으로써 실현하는 것도 가능하다. 예를 들면, 축전 시스템의 운전 종합 프로그램에, 기동 시의 자기 진단 프로그램, 정기적 감시 프로그램, 운전 제어 프로그램을 포함하도록 프로그램을 짜고, 이들을 실행함으로써 실현할 수 있다. 또한, 기동 시의 자기 진단 장치(90)에 의한 기동 시의 자기 진단, 정기적 감시 장치(110)에 의한 정기적 감시, 운전 제어 장치(120)에 의한 운전 제어는, 일부를 하드웨어로 실현하는 것으로 해도 된다.
도 2 내지 도 12는, 기동 시의 자기 진단 장치(90)에 관한 것이고, 도 13과 도 14는 정기적 감시 장치(110)에 관한 것이고, 도 18 내지 도 22는 운전 제어 장치(120)에 관한 것이다.
도 2와 도 3은, 기동 시의 자기 진단의 수순을 나타내는 플로우차트이다. 여기서, 축전 장치(30)를 이용하지 않고 진단할 수 있는 것, 및 축전 장치 브레이커(50)를 차단 상태 그대로 축전 장치에 대하여 진단할 수 있는 것을 주변 진단 항목으로 칭한다. 도 2에 도시되는 기동 시의 자기 진단의 수순은, 주변 진단 항목의 진단 수순이다. 도 3에 도시되는 기동 시의 자기 진단의 수순은, 주변 진단 항목의 진단 결과가 정상일 때에, 축전 장치 브레이커(50)를 접속 상태로 하고, 충방전 스위치 장치(60)에 대해 진단하는 것으로, 사용 상태 하에서의 축전 장치의 진단 수순이다. 주변 진단 항목을, 그 이외의 항목에 앞서 진단하는 것은, 가령, 축전 장치를 이용하지 않고 진단할 수 있는 구성 요소 및 축전 장치 브레이커(50)에 이상이 있는 것을 못보고 넘겨서 축전 장치(30)를 이용한 진단을 행하면, 축전 장치(30)에 예기치 못한 과충전, 과방전 또는 과전류가 발생하고, 축전 장치(30)를 손상할 우려가 있기 때문이다.
우선 도 2를 기초로 하여 설명한다. 축전 시스템(10)을 기동시키면, 축전 시스템의 운전 종합 프로그램이 구동된다. 축전 시스템의 운전 종합 프로그램 중, 최초로 구동되는 것은, 기동 시의 자기 진단 프로그램이다. 우선, 초기화가 행해진다(S10). 초기화에 의해, 축전 시스템(10)의 각 구성 요소가 초기 상태로 설정된다. 예를 들면, 전환 장치(20)는 직렬 접속 상태로 설정되고, 축전 장치 브레이커(50)는 차단 상태로 설정된다. 초기화의 처리 수순은, 기동 시의 자기 진단 장치(90)의 초기화 설정부에 의해 실행된다.
초기화가 끝나면, 축전 장치 브레이커(50)가, 초기 상태인 차단 상태인 것을 감시하는 서브 루틴을 기동한다(S12). S12의 다음에, 기동 시의 자기 진단의 수순 동안, 부하측 브레이커(26)가 차단 상태인 것을 감시하는 서브 루틴을 기동한다(S14). S14의 다음에, AC/DC 컨버터(24)가, 기동 시의 자기 진단 장치(90)와 정상으로 통신 가능하며, 명령대로 작동할 것인지의 여부를 진단하는 컨버터 진단이 행해진다(S16). S16의 다음에, 전환 장치(20)가 초기 상태로 설정되어 있으면, 전환 장치(20)가 기동 시의 자기 진단 장치(90)와 정상으로 통신 가능하며, 명령대로 작동할 것인지의 여부를 진단하는 전환 장치의 진단이 행해진다(S18). S18의 다음에, 축전 장치(30)가 기동 시의 자기 진단 장치(90)와 정상으로 통신 가능하며, 축전 장치(30)를 구성하는 각 축전지 팩(32, 32-2, 34, 34-2, 36, 36-2)의 내부 상태를 취득할 수 있는지의 여부를 진단하는 축전 장치의 진단이 행해진다(S20).
여기까지가 주변 진단 항목의 진단 처리 수순이며, 이들 처리 수순은, 기동 시의 자기 진단 장치(90)의 주변 항목 진단부에 의해 실행된다. 여기서, S12와 S14는 순서를 반대로 해도 되고, 또한 S16과 S18은 순서를 반대로 해도 된다. 또한, 각 진단은, 서브 루틴에 의해 더욱 상세하게 실행되지만, 그들의 내용에 대해서는, 도 4 내지 도 8을 이용하여 후술한다.
주변 진단 항목의 진단 결과가 정상이면 도 3의 수순으로 진행한다. 도 3에 대해서, 이하에 설명한다.
우선, S12에서 기동한 서브 루틴을 정지하고(S21), 표시부(82)에, 축전 장치 브레이커(50)를 접속 상태로 해도 되는 상태인 것을 표시한다(S22). 이 표시는 유저에게 축전 장치 브레이커(50)의 접속 조작을 재촉하는 것이다.
유저가 축전 장치 브레이커(50)를 접속 상태로 하면(S24), 이것을 검지하고, 다음 충방전 스위치 장치(60)의 진단으로 진행한다. S24는 기동 시의 자기 진단 장치(90)가 실행하는 수순은 아니므로, 도 3에서, S24를 나타내는 프레임을 파선 프레임으로서, 다른 수순을 나타내는 프레임과 구별하였다.
충방전 스위치 장치의 진단(S26)에서는, 축전 장치 브레이커(50)가 접속 상태 하에서, 충전 스위치(70)와 방전 스위치(74)가 기동 시의 자기 진단 장치(90)와 정상으로 통신 가능하여 명령대로 작동할 것인지의 여부가 진단된다.
충방전 스위치 장치의 진단(S26)의 결과가 정상이면, S14에서 기동한 서브 루틴을 정지하고(S27), 표시부(82)에, 부하측 브레이커(26)를 접속 상태로 해도 되는 상태인 것을 표시한다(S28). 이 표시는 유저에게 부하측 브레이커(26)의 접속 조작을 재촉하는 것이다.
유저가 부하측 브레이커(26)를 접속 상태로 하면(S29), 이것을 검지하고, 기동 시의 자기 진단은 종료하고, 축전 시스템(10)은 운전 상태로 들어간다. S21 내지 S29까지가, 축전 장치(30)의 사용 상태에서의 진단 처리 수순이며, 이들 처리 수순은, 기동 시의 자기 진단 장치(90)의 사용 상태 진단부에 의해 실행된다.
운전 상태에서의 정기적 감시에 대해서는 정기적 감시 장치(110)가 실행하지만, 그에 대해서는 후술한다.
이상이 기동 시의 자기 진단의 수순이지만, 구체적인 진단의 내용에 대해서, 도 4 내지 도 12를 이용하여 상세하게 설명한다.
도 4는, S12에서 기동되는 서브 루틴의 상세한 수순을 도시하는 도면이다.
S12에서 기동되는 서브 루틴에서 실행되는 축전 장치 브레이커(50)가 차단 상태에 있는지의 여부의 감시는, 주변 진단 항목의 진단 수순 동안에, 축전 장치 브레이커(50)가 차단 상태에 있는지의 여부의 감시의 정지 지시가 있는지의 여부에 의해 판단된다(S29). 즉, 축전 장치 브레이커(50)의 차단 감시는, 주변 진단 항목이 진단되고 있는 동안, 계속해서 행해진다. 축전 장치 브레이커(50)가 차단 상태에 있는지의 여부의 감시는, 축전 장치 브레이커(50)를 구성하는 각 브레이커(52, 54, 56)가 차단 상태에 있는 것을 감시한다(S30). S30의 감시는, 각 브레이커(52, 54, 56)로부터 신호선을 통해 기동 시의 자기 진단 장치(90)로 전송되는 스테이터스 신호가 차단 상태인지의 여부를 보는 것에 의해 행해진다.
축전 장치 브레이커(50)의 초기 상태는 상기와 같이 차단 상태이다. 이 때문에, 가령 접속 상태가 검출되면, 기동 시의 자기 진단 장치(90)로부터 대응하는 브레이커에 차단 명령이 송신된다(S32). 이에 의해, 축전 장치 브레이커(50)는 차단 상태로 된다. 차단 상태를 검지하면 감시를 계속한다. 접속된 축전 장치 브레이커를 바로 차단함으로써, 예기치 못한 과충전, 과방전 또는 과전류가 발생하는 것에 의한 축전 장치(30)의 손상을 억제함과 함께, 주변 항목 진단 수순을 계속할 수 있다.
S12에서 기동되는 서브 루틴의 처리 수순은, 기동 시의 자기 진단 장치(90)의 축전 장치 브레이커의 상태 감시부(92)에 의해 실행된다.
도 5는, S14에서 기동되는 서브 루틴의 상세한 수순을 도시하는 도면이다.
S14에서 기동되는 서브 루틴은 S12의 서브 루틴과 거의 마찬가지의 수순이지만, 부하측 브레이커(26)가 1개의 브레이커로 구성되는 것과, 부하측 브레이커(26)가 수동식이며, 기동 시의 자기 진단 장치(90)의 측으로부터 부하측 브레이커(26)의 상태를 변경할 수 없는 것에 의한 차이가 있다.
부하측 브레이커(26)가 차단 상태에 있는지의 여부의 감시는, 기동 시의 자기 진단 동안에, 부하측 브레이커(26)로의 차단 상태인지의 여부의 감시의 정지 지시가 있는지의 여부에 의해 판단된다(S33). 즉, 부하측 브레이커(26)가 차단 상태인지의 여부의 감시는, 기동 시의 자기 진단이 행해지고 있는 동안, 계속해서 행해진다. 부하측 브레이커(26)가 차단 상태에 있는지의 여부의 감시(S34)는 부하측 브레이커(26)로부터 신호선을 통해 기동 시의 자기 진단 장치(90)로 전송되는 스테이터스 신호가 차단 상태를 나타내는지의 여부를 보는 것에 의해 행해진다.
부하측 브레이커(26)는 수동식이므로, 기동 시의 자기 진단 장치(90)로부터의 명령을 받는 기능을 갖지 않는다. 이 때문에, 가령 유저의 수동에 의한 스위치 조작이 행해지고, 접속 상태가 검출되면, 에러 램프(86)를 점등하고, 표시부(82)에 에러 표시(S36)를 하고, 부하측 브레이커 진단을 종료하게 된다.
S14에서 기동되는 서브 루틴의 처리 수순은, 기동 시의 자기 진단 장치(90)의 부하측 브레이커의 상태 감시부(94)에 의해 실행된다.
도 6은, S16의 컨버터 진단이 상세한 수순을 도시하는 도면이다.
S16에서는, AC/DC 컨버터(24)와 기동 시의 자기 진단 장치(90)와의 사이의 통신이 정상으로 행해졌는지의 여부가, 우선 진단된다(S38). 구체적으로는, 기동 시의 자기 진단 장치(90)로부터 AC/DC 컨버터(24)에 대하여 커맨드를 송신했을 때에, 응답이 있는지의 여부에 의해 진단된다. 통신이 정상일 때에는, 다음으로, AC/DC 컨버터(24)가 명령대로 동작할 지의 여부가 진단된다.
동작 명령은 오프 명령과 온 명령이 내려지고, 각각에 관한 출력이, 정상인지의 여부가 진단된다. 구체적으로는, AC/DC 컨버터(24)를 오프하는 명령을 부여했을 때에, AC/DC 컨버터(24)로부터 출력 전압이 나오지 않는 것을 방전측의 전류·전압 검지부(76)에 의해 확인한다(S40). 또한, AC/DC 컨버터(24)를 온하는 명령을 부여했을 때에, AC/DC 컨버터(24)로부터 출력 전압이 나오는 것을 방전측의 전류·전압 검지부(76)에 의해 확인한다(S42).
S38에 이어서 S40, S42의 결과가 정상이면, AC/DC 컨버터(24)는 정상 상태라고 해서, 컨버터 진단은 종료하고, 다음의 수단순으로 진행한다. 가령, 어느 하나의 처리 결과가 정상이 아닐 때에는, 에러 램프(86)를 점등하고, 표시부(82)에 에러 표시(S44)를 하고, 컨버터 진단을 종료하게 된다. S16의 컨버터 진단의 처리 수순은, 기동 시의 자기 진단 장치(90)의 컨버터 진단부(96)에 의해 실행된다.
도 7은, S16의 컨버터 진단의 결과가 정상일 때에 실행되는 S18의 전환 장치의 진단이 상세한 수순을 도시하는 도면이다.
S18은, 우선, 전환 장치(20)와 기동 시의 자기 진단 장치(90)와의 사이의 통신이 정상으로 행해졌는지의 여부가 진단된다(S46). 구체적으로는, 기동 시의 자기 진단 장치(90)로부터 전환 장치(20)에 대하여 접속 형태를 문의하는 커맨드를 송신했을 때에, 응답이 있는지의 여부에 의해 진단된다. 통신이 정상일 때에는, 다음으로, 전환 장치(20)가 명령대로 동작하는지의 여부가 진단된다.
동작 명령은 직렬 접속 명령과 병렬 접속 명령이 내려지고, 각각에 관한 출력이, 정상인지의 여부가 진단된다. 전환 장치(20)의 초기 상태는 직렬 접속 상태이므로, 전환 장치(20)에 병렬 접속 명령을 부여하고, 직렬 접속 상태로부터 병렬 접속 상태로 변경된 것인지의 여부를 진단한다. 구체적으로는, 충전측의 전류·전압 검지부(72)에서의 전압값에 의해 출력이 정상인지의 여부를 확인한다(S48). 예를 들면, 맑은날의 한낮이면, 직렬 접속 상태로부터 병렬 접속 상태로 변경하면, 광전 변환 모듈(14)과 충방전 스위치 장치(60)가 전기적으로 접속된 상태가 되기 때문에, 광전 변환 모듈(14)의 출력 전압이 충전측의 전류·전압 검지부(72)에서 검지된다. 즉, 0V에서 광전 변환 모듈(14)의 출력 전압, 예를 들면, 약 120V로 변화한다. 이와 같이, 충전측의 전류·전압 검지부(72)에서의 전압값이 검지됨으로써, 병렬 접속 명령에 대한 동작에 대하여 정상인지의 여부가 진단된다.
다음으로, 전환 장치(20)에 직렬 접속 명령을 부여하고, 병렬 접속 상태로부터 직렬 접속 상태로 변경된 것인지의 여부를, 충전측의 전류·전압 검지부(72)에서의 전압값에 의해 출력이 정상인지의 여부의 확인에 의해 행한다(S50). 이 경우에는, 병렬 접속 상태로부터 직렬 접속 상태로 변경하면, 광전 변환 모듈(14)과 충방전 스위치 장치(60)가 전기적으로 차단된 상태가 되기 때문에, 충전측의 전류·전압 검지부(72)에서의 전압값은, 0V로 변화한다. 이와 같이, 충전측의 전류·전압 검지부(72)에서의 전압값이 0V가 되는 것을 확인함으로써, 직렬 접속 명령에 대한 동작에 대하여 정상인지의 여부가 진단된다. 또한, 한낮이면, 상기와 같이 전압값의 변화에 의해 동작이 정상인지의 여부를 판단할 수 있지만, 야간에는, 이 전환 장치의 진단을 행하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 예를 들면, 조도계를 설치하고, 측정된 조도에 기초하여 야간인지 아닌지(발전 가능한 광조사가 있는지의 여부)를 판단하여, 발전 불가능한 경우에는 진단을 스킵하는 구성으로 해도 된다.
S46에 이어서 S48, S50의 결과가 정상이면, 전환 장치(20)는 정상 상태라고 하고, 전환 장치의 진단은 종료하고, 다음 수순으로 진행한다. 가령, 어느 하나의 처리 결과에 있어서 정상이 아니라고 여겨지면, 에러 램프(86)를 점등하고, 표시부(82)에 에러 표시(S52)를 하고, 전환 장치의 진단을 종료하게 된다. 이들 처리 수순은, 기동 시의 자기 진단 장치(90)의 전환 장치 진단부(98)에 의해 실행된다.
도 8은, 전환 장치의 진단의 결과가 정상이라고 여겨질 때에 다음으로 행해지는 S20의 축전 장치의 진단이 상세한 수순을 도시하는 도면이다.
우선, 축전 장치(30)의 센서 등으로의 동작 전원이 공급된다(S54). 즉, 기동 시의 자기 진단 장치(90)의 측으로부터, 예를 들면 12V의 전력 등이 축전 장치(30)측에 공급된다. 이 동작 전력 공급은, 각 축전지 팩의 축전지 상태 검지부(38, 38-2, 40, 40-2, 42, 42-2)마다 행해진다.
그 후에, 축전 장치(30)와 기동 시의 자기 진단 장치(90)와의 사이의 통신이 정상으로 행해졌는지의 여부가 진단된다(S56). 구체적으로는, 기동 시의 자기 진단 장치(90)로부터 각 축전지 팩의 축전지 상태 검지부(38, 38-2, 40, 40-2, 42, 42-2)에 대하여 커맨드를 송신했을 때에, 응답이 있는지의 여부에 의해 진단된다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 직렬로 접속된 각 축전지 팩의 통신선을 직렬로 접속하고, 기동 시의 자기 진단 장치(90)와의 통신선을 병렬마다 설치함으로써, 축전 장치(30)를 구성하는 축전지 팩의 수뿐만 아니라, 병렬 접속수, 병렬마다의 직렬 접속수를 통신의 실행에 의해 기동 시의 자기 진단 장치(90)는 알 수 있다. 이와 같이, 통신에 의해 축전 장치(30)의 구성을 파악할 수 있어, 과전류가 발생할 가능성을 억제할 수 있다.
통신이 정상일 때에는, 다음으로, 축전 장치(30)를 구성하는 각 축전지 팩(32, 32-2, 34, 34-2, 36, 36-2)의 특성이 정상 범위인지의 여부, 또한 축전지 팩 내부 상태로서, 센서 이상, 과전류, 과방전, 과충전 등의 이상 상태가 검출되지 않았는지가 진단된다(S58). 이 진단은, 각 축전지 팩(32, 32-2, 34, 34-2, 36, 36-2)에 대응하는 축전지 상태 검지부(38, 38-2, 40, 40-2, 42, 42-2)의 검출 데이터, 내부 상태 데이터에 기초하여 진단된다. 즉, 각 축전지 팩의 출력 전압, 축전지 팩 내부 온도 등이 미리 정한 정상 범위 내일 때는 정상이라고 진단되고, 정상 범위를 초과할 때는 이상이라고 진단된다. 또한, 축전지 팩의 내부 상태로서, 센서 이상, 과전류, 과방전, 과충전 등의 이상 상태가 검출되지 않을 때는 정상이라고 진단되고, 검출될 때는 이상이라고 진단된다.
S56에 이어서 S58의 결과가 정상이면, 축전 장치(30)는 전체적으로 정상 상태라고 하여, 축전 장치의 정기 감시를 기동하고(S59), 축전 장치의 진단은 종료하고, 다음 수순으로 진행한다. 가령, 어느 하나의 처리 결과에 있어서 정상이 아니라고 여겨지면, 에러 램프(86)를 점등하고, 표시부(82)에 에러 표시(S60)를 하고, 축전 장치의 진단을 종료하게 된다. 축전 장치의 정기 감시는, S58의 진단을 기동 시의 자기 진단이 완료될 때까지 주기적으로, 예를 들면, 1초주기마다 행한다. 즉, 도 8a를 참조하여, 기동 시의 자기 진단이 완료되었는지의 여부가 판정되고(S59-1), 완료되지 않았으면, 축전 장치(30)를 구성하는 각 축전지 팩(32, 32-2, 34, 34-2, 36, 36-2)의 특성이 정상 범위인지의 여부, 또한 축전지 팩의 내부 상태로서, 센서 이상, 과전류, 과방전, 과충전 등의 이상 상태가 검출되어 있지 않은지가 진단된다(S59-2). 축전지 팩의 내부 상태로서, 센서 이상, 과전류, 과방전, 과충전 등의 이상 상태가 검출되지 않을 때는 정상이라고 진단되고, 검출될 때는 이상이라고 진단되고, 에러 램프(86)를 점등하고, 표시부(82)에 에러 표시(S59-3)를 하고, 축전 장치의 정기 감시를 종료하게 된다. 이들 처리 수순은, 기동 시의 자기 진단 장치(90)의 축전 장치 진단부(100)에 의해 실행된다.
축전 장치의 정기 감시에 의해, 후술하는 축전 장치(30)를 이용한 진단 중이라도, 만일, 축전 장치(30)에 예기치 못한 과충전, 과방전 또는 과전류가 발생해도, 축전 장치(30)의 손상을 방지할 수 있다.
도 9는, 유저에 의해 축전 장치 브레이커(50)가 접속 상태로 되었을 때(S24)에 행해지는 충방전 스위치 장치의 진단(S26)의 상세한 수순을 도시하는 도면이다. 여기에서는, 충전 스위치(70)와, 방전 스위치(74)의 온·오프 동작이 정상인지의 여부가 진단된다.
우선 충전 스위치(70)의 온 동작에 대해서, 정상인지의 여부가 진단된다(S62). 여기에서는, 충전 스위치(70)에 대하여 온 명령을 부여하고, 충전 스위치(70)를 온 상태로 한다. 그리고, 충전측의 전류·전압 검지부(72)의 전압값과, 축전 장치측의 전류·전압 검지부(62, 64, 66)의 전압값을 비교하고, 그 사이의 전압차가 미리 정한 범위에 있으면, 온 동작이 정상이라고 판단된다. 온 상태임에도 불구하고 미리 정한 범위를 초과하는 전압차가 있으면 이상(오픈)이다.
다음으로, 충전 스위치(70)의 오프 동작에 대하여 정상인지의 여부가 진단된다(S64). 여기에서는, 충전 스위치(70)에 대하여 오프 명령을 부여하고, 충전 스위치(70)를 오프 상태로 한다. 그리고, 충전측의 전류·전압 검지부(72)의 전류값 또는 축전 장치측의 전류·전압 검지부(62, 64, 66)의 전류값이, 0A의 측정 오차 범위에 있으면, 오프 동작이 정상이라고 판단된다. 오프 상태임에도 불구하고 광전 변환 모듈(14)로부터 흐르는 전류가 검출되면 이상(쇼트)이다.
S62와 마찬가지로, 방전 스위치(74)의 온 동작에 대해서, 정상인지의 여부가 진단된다(S66). 여기에서는, 방전 스위치(74)에 대하여 온 명령을 부여하고, 방전 스위치(74)를 온 상태로 한다. 그리고, 방전측의 전류·전압 검지부(76)의 전압값과, 축전 장치측의 전류·전압 검지부(62, 64, 66)의 전압값을 비교하고, 그 사이의 전압차가 미리 정한 범위에 있으면, 온 동작이 정상이라고 판단된다. 온 상태임에도 불구하고 미리 정한 범위를 초과하는 전압차가 있으면 이상(오픈)이다.
S64와 마찬가지로, 방전 스위치(74)의 오프 동작에 대해서, 정상인지의 여부가 진단된다(S68). 여기에서는, 방전 스위치(74)에 대하여 오프 명령을 부여하고, 방전 스위치(74)를 오프 상태로 한다. 그리고, 방전측의 전류·전압 검지부(76)의 전압값이, 0V의 측정 오차 범위에 있으면, 오프 동작이 정상이라고 판단된다. 오프 상태임에도 불구하고, 축전 장치(30)의 전압이 검출되면 이상(쇼트)이다. 또한, 전류값이 아니고, 전압값으로 판정하는 것은, 부하측 브레이커(26)측이 차단되어 있어, 전류가 흐르지 않기 때문이다.
또한, S62, S64의 처리 수순과, S66, S68의 처리 수순은 반대로 해도 된다.
이들 결과가 정상이면, 충방전 스위치 장치(60)는 정상 상태라고 하고, 충방전 스위치 장치의 진단은 종료하고, 다음 수순으로 진행한다. 가령, 어느 하나의 처리 결과에 있어서 정상이 아니라고 여겨지면, 에러 램프(86)를 점등하고, 표시부(82)에 에러 표시(S70)를 하고, 충방전 스위치 장치의 진단을 종료하게 된다. 이들 처리 수순은, 기동 시의 자기 진단 장치(90)의 스위치 진단부(102)에 의해 실행된다.
충방전 스위치 장치(60)의 진단 결과가 정상이라고 여겨지면, 부하측 브레이커(26)의 차단 감시를 정지하고(S27), 부하측 브레이커 접속 가능 표시를 행하고(S28), 유저가 부하측 브레이커(26)를 접속 상태로 하고(S29), 이를 검지함으로써, 기동 시의 자기 진단을 완료한다.
기동 시의 자기 진단에서, 이상을 검지했을 때는, 부하측 브레이커의 상태 감시부, 각 진단부에 의한 에러 표시가 행해진다. 그리고, 예를 들면, 축전 장치 브레이커(50)를 오프로 하고, 축전 시스템(10)의 각 구성 요소를 초기 상태로 되돌리는 이상 종료 시퀀스가 실행되고, 기동 시의 자기 진단을 완료한다.
도 10은, 도 3의 S22에서의 표시부(82)의 표시 화면을 도시하는 도면이다. 이와 같이, 디스플레이 상에 축전 장치 브레이커(50)를 접속 상태로 해도 되는 상태에 있는 것을 알리고, 유저에게 축전 장치 브레이커(50)를 접속 상태로 하는 것을 촉진시키는 문장 화면이 표시된다.
도 11은, 도 3의 S28에서의 표시부(82)의 표시 화면을 도시하는 도면이다. 이와 같이, 디스플레이 상에 부하측 브레이커(26)를 접속 상태로 해도 되는 상태에 있는 것을 알리고, 유저에게 부하측 브레이커(26)를 접속 상태로 하는 것을 촉진시키는 문장 화면이 표시된다.
도 12는 에러 표시를 행할 때의 표시부(82)의 표시 화면을 도시하는 도면이다. 여기에서는, 기동 시의 자기 진단에 있어서 이상이 검출되고 있으므로, 우선 전원을 오프로 해달라고 하는 문장 화면이 주의적으로 표시된다. 그 문장 화면 아래의 2줄은, 에러 표시의 란인데, 표시부(82)는 소형의 디스플레이이므로, 예를 들면, 도시되지 않은 좌우 키를 이용하여, 좌키를 한번 누르면 다음의 에러 표시가 나타나고, 우키를 한번 누르면 1개 전의 에러 표시가 나타나게 함으로써, 복수의 에러 표시를 순차 표시 화면 상에 나타낼 수 있다.
에러 표시는, 복수의 내용을 영숫자의 조합으로 나타낼 수 있다. 도 12에서, A와 B는, 이상이 발생한 단계인 시퀀스를 구별함으로써, 여기에서는 A는 기동 시의 자기 진단의 수순에서 이상 종료가 된 요인인 것을 나타내고, B는 이상 종료 시퀀스를 실행할 때에 또한 이상이 된 요인인 것을 나타낸다. B의 예로서는, 충전 스위치(70)나 방전 스위치(74)의 온·오프를 확인할 수 없는 등, 시스템을 초기 상태로 되돌릴 수 없을 때에 발생하는 이상이 있다. A, B의 선택은 화면의 좌측 단부의 커서로 행할 수 있다. 선택된 시퀀스에 대해서, 복수의 에러 표시가 상기의 좌우 키로 순차 표시할 수 있다. 물론, 그 이외의 시퀀스를 구별하기 위해서, A, B 등의 표시를 이용할 수 있다.
A, B 다음의 2자리의 숫자는, 에러의 일련 번호이다. 그 다음의/후의 2자리의 숫자는 전체에서 몇몇 에러가 있는지의 총 수이다. 따라서, A01/03이란, 기동 시의 자기 진단에 있어서 3개의 에러가 검출되고, 그 1번째의 에러의 내용인 것을 나타내고 있다.
그 다음 2자리, 2자리, 3자리의 합계 7자리의 숫자의 조합이 에러의 내용을 나타낸다. 처음 2자리가 진단의 대상이 되는 장치 종별을 나타내고, 다음 2자리는, 진단의 대상이 되는 장치 내에, 또한 진단의 대상이 복수 있을 때의 구별 번호를 나타내고, 마지막의 3자리가 에러 코드이다. 예를 들면, 처음 2자리에 대해서, 01을 컨버터, 02를 전환 장치, 03을 축전 장치에 관한 것 등으로 할 수 있다. 이와 같이 에러 내용을 나타내는 것으로 하면, 도 12에서, 03-11-003은, 처음 03이 축전 장치를 나타내고, 다음의 11이 축전 장치에서의 1(병렬 번호)-1(직렬 번호)번째의 축전지 팩을 나타내고, 최후의 003이 에러 코드 003으로 나타내는, 예를 들면, 통신 이상인 것을 나타내고 있다.
또한, 이상은, 에러 표시의 설명에 이용한 일례로서, 그 이외의 에러 표시 방법을 이용할 수 있다. 또한, 도 10, 도 11, 도 12의 문장 화면은 일례이며, 그 이외의 표현이어도 되고, 또한 디스플레이의 사양에 따라 영문자 등 일본어 이외의 언어 표시로 해도 된다.
이상이 기동 시의 자기 진단 장치(90)의 설명이지만, 다음으로 정기적 감시 장치(110)에 대해서, 도 13, 도 14를 이용하여 설명한다. 정기적 감시 장치(110)는, 축전 시스템(10)이 기동 시의 자기 진단에서 정상이라고 여겨졌을 때에, 운전 상태로 들어간 후, 그 운전 상태에서, 축전 시스템(10)의 각 구성 요소가 정상인 상태인지의 여부를 정기적으로 감시하는 기능을 갖는다. 정기적인 감시를 실행하는 타이밍은, 미리 정해 둘 수 있다. 예를 들면, 1초 간격과 같이 시간으로 설정할 수도 있고, 미리 정한 축전 장치(30)의 충전 상태마다 등으로 설정할 수도 있다.
도 13은, 기동 시의 자기 진단의 수순에 이어지는, 통상 운전 시의 처리 수순을 설명하는 플로우차트이다.
운전 상태에 들어가면, 미리 설정된 감시 간격으로, 축전 시스템(10)의 각 구성 요소가 정상인지의 여부의 정기적 감시가 행해진다(S86). 즉, 이 경우의 정기적 감시는, S59의 정기 감시와는 서로 다르고, 축전 장치 브레이커(50)와 부하측 브레이커(26)가 모두 접속 상태 하에서 행해진다. 상기 정기적 감시에서는, 기동 시의 자기 진단 시의 축전 장치의 정기 감시인 S59와 마찬가지로, 축전 장치(30)의 특성, 내부 상태의 정기 감시에 대해서도 행해진다.
여기서, 정기적 감시의 결과, 이상이 검출되면(S88), 미리 정한 분류 기준에 기초하여, 검출된 이상 상태를 조기의 회복을 예상할 수 없는 고장 상태인지, 복귀 가능한 이상 상태인지로 분류가 행해진다. 이 처리는, 정기적 감시 장치(110)의 검출 이상 분류부(112)에 의해 실행된다.
그 분류에 따라, 검출된 이상 상태가 조기의 회복을 예상할 수 없는 고장 상태인지의 여부가 판단되고(S90), 검출된 이상 상태가 조기의 회복을 예상할 수 없는 고장 상태로 분류되었을 때에는, 축전 장치 브레이커(50)가 차단되고(S92), 시스템을 초기 상태로 복귀시키기 위한 이상 종료 시퀀스가 실행되고(S96), 경보가 출력되고(S98), 통상 운전을 종료한다. 이 처리는, 정기적 감시 장치(110)의 고장 상태 처리부(114)에 의해 실행된다. 검출된 이상 상태가 복귀 가능한 이상 상태로 분류되었을 때에는, 검출된 이상 상태에 따라, 충방전, 방전, 또는, 충전을 일시 정지하는 등, 적절한 이상 대처 처리가 행해지고(S100), 경보가 출력된다(S94). 경보의 출력은, 에러 램프(86)가 점등하고, 표시부(82)에 에러 메시지가 표시된다. 이 처리는, 정기적 감시 장치(110)의 이상 상태 처리부(116)에 의해 실행된다.
이와 같이, 정기적 감시에 있어서 이상이 검출되었을 때에, 일률적으로 고장으로서, 축전 시스템(10)의 운전을 정지시키지 않고, 복귀 가능한 이상 상태와, 신속한 회복을 예상할 수 없는 고장 상태로 분류한다. 이것은, 적절한 이상 대처에 의해, 축전 시스템(10)의 가동율을 향상시키기 위해서이다. 복귀 가능한 이상 상태에 대해서는, 복귀 가능한 시간 등에 따라, 이상 상태 1, 이상 상태 2, 이상 상태 3과 같이, 복수 단계로 구분해도 되고, 이상 대처 처리에 따른 구분을 마련해도 된다.
도 14는, 검출 이상에 관한 분류 기준의 일례를 나타내는 도면이다. 여기에서는, 감시 대상마다 이상 판단 조건이 나타나고, 각각에 대해서, 그 검출 이상이 조기의 회복을 예상할 수 없는 고장 상태로 할지 복귀 가능한 이상 상태로 할지가 나타나 있다. 검출 이상에 관한 분류 기준은, 정기적 감시 장치(110)의 기억부에 미리 기억된다. 검출 이상에 관한 분류 기준은, 도 14와 같은 계층 구조적 룩업 테이블 형식으로 기억하는 것 외에, 계층 구조를 이용하여 검색 키를 입력함으로써 조기의 회복을 예상할 수 없는 고장 상태인지 복귀 가능한 이상 상태인지를 출력하는 형식, 단순화한 맵 형식 등으로 기억하는 것으로 할 수 있다.
도 14에서 축전 장치(30)의 정기적 감시의 항목을 보면, 전지 상태가 과방전일 때, 과충전일 때, 전지 온도가 이상일 때는, 이들을 조기의 회복을 예상할 수 없는 고장 상태로 하는 것이 나타나고 있다. 한편으로, 전지 상태가 만충전일 때는, 복귀 가능한 이상 상태로 된다. 축전 장치(30)로서는, 만충전은 이상은 아니지만, 시스템은, 축전 장치(30)의 충전 상태에 따라, 만충전이 되지 않는 범위에서 충방전 제어를 행하기 때문에, 시스템으로서는 이상인 상태이다. 축전 장치(30)에 손상을 미칠 우려는 없기 때문에, 복귀 가능한 이상 상태로 한다. 과충전, 과방전에 대해서는, 축전 장치(30)에서도 이상인 상태이며, 축전 장치(30)에 손상을 미칠 우려가 높을 뿐만 아니라, 시스템의 안전성의 관점에서 보더라도, 시급한 대응이 필요한 상태이기 때문에, 축전 장치 브레이커(50)의 차단에 의해, 시스템으로부터 축전 장치(30)를 차단하는 조기의 회복을 예상할 수 없는 고장 상태로 한다.
또한, 충방전 스위치 장치(60)의 정기적 감시의 항목을 보면, 충전 전류값의 이상과 방전 전류값의 이상은 복귀 가능한 이상 상태로 되지만, 그 이상 상태가 소정시간 이상 계속될 때는 조기의 회복을 예상할 수 없는 고장 상태로 된다. 이것은, 충전 전류값, 방전 전류값은 순간적으로 큰 값으로 되는 것이므로, 복귀 가능으로 생각할 수 있지만, 그것이 장시간 계속되면, 축전 장치(30)에 손상을 미칠 우려가 있기 때문이다.
또한, 충방전 스위치 장치(60)를 구성하는 충전 스위치(70) 또는 방전 스위치(74)가 미리 정해진 동작 지시에 대해 정상적으로 동작하지 않은 상태는, 조기의 회복을 예상할 수 없는 고장 상태로 된다. 이것은, 축전 장치(30)에 대한 충전 또는 방전에 대하여 제어가 행해지지 않은 상태이므로, 그대로로는 축전 장치(30)의 손상을 초래할 우려가 높기 때문이다.
이와 같이, 검출 이상의 상태를 일률적으로 고장 상태로 하지 않고, 이상의 내용에 따라 섬세하고 치밀하게 분류하고, 복귀 가능한 것에 대해서는 고장 상태로 하지 않음으로써, 축전 시스템(10)의 가동률의 향상을 도모할 수 있다. 한편으로, 축전 장치(30)에 손상을 미칠 우려가 있는 것은 조기의 회복을 예상할 수 없는 고장 상태로 하고, 축전 장치 브레이커(50)를 차단 상태로 하므로, 축전 장치(30)의 보호를 도모할 수 있다.
상기에서는, 기동 시의 자기 진단에서, 축전 장치 브레이커(50)를 접속 상태로 하고, 부하측 브레이커(26)를 차단 상태 하에서, S26의 충방전 스위치 장치의 진단을 행하는 것으로서 설명하였다. 대부분의 축전 시스템에서는, 방전 스위치(74)와 부하와의 사이에 부하측 브레이커(26)를 설치하지만, 경우에 따라서는, 방전 스위치(74)에 인버터나 DC/DC 컨버터가 직접 접속되는 축전 시스템이 있다. 그 경우에, 방전 스위치(74)를 오프로 해도, 인버터, DC/DC 컨버터의 입력측 용량인 1차측 콘덴서가 충전된 상태이면, 방전 스위치(74)의 부하측에 전압이 가해진 상태로 되므로, 일견, 방전 스위치(74)가 온하고 있는 것처럼 보인다. 이하에서는, 부하측 브레이커(26)가 없는 경우에도 오판단을 하지 않는 방전 스위치 진단에 대하여 설명한다.
도 15는, 도 1의 전체 구성도 중에서, 방전 스위치(74)의 주변을 발췌한 도면이다. 여기서, 방전측의 전류·전압 검지부(76)는, 방전 스위치(74)를 흐르는 전류 I74를 검출하는 전류 검출기와, 방전 스위치(74)의 부하측 단자의 전압 V74를 검출하는 전압 검출기로 구성된다. 축전 장치측의 전류·전압 검지부(62, 64, 66)도, 마찬가지로, 각각 전류 검출기와 전압 검출기로 구성되지만, 여기에서는 이들을 모아서, 축전 장치(30)로부터 방전 스위치(74)를 향하여 흐르는 전류 I30을 검출하는 전류 검출기와, 방전 스위치(74)의 축전 장치측 단자의 전압 V30을 검출하는 전압 검출기로 나타냈다. 또한, 방전 스위치(74)에의 온 명령과 오프 명령은, 스위치 진단부(102)로부터 전송된다.
도 16은, 방전 스위치(74)의 동작이 정상인지 이상인지를 판단하는 경우를 3개로 나누어서 도시하는 도면이다. 여기에서는, 우선, 축전 시스템의 기동 시의 자기 진단과, 축전 시스템의 동작 시에서의 정기적 감시의 2개로 구분하고, 전자를 한층 더, 부하측 브레이커가 있어서 차단 상태로 되는 경우와, 부하측 브레이커를 설치되지 않고 DC/DC 컨버터가 방전 스위치(74)에 항상 접속되어 있는 경우로 나누었다. 그리고, 도 15를 이용하여, 각 경우에 관한 방전 스위치(74) 주위의 구성도를 나타내고, 각각에 대해서, 방전 스위치(74)에 온 명령이 부여된 경우의 동작 판단과, 오프 명령이 부여된 경우의 동작 판단에 대해서, 전류 검출기에 의한 I74의 검출 결과와 전압 검출기에 의한 V30, V74의 검출 결과가 어떻게 이용되는지를 정리하였다.
기동 시의 자기 진단에서, 부하측 브레이커(26)가 설치되고, 이것이 차단 상태에 있는 경우에는, 이미 도 9에 관련해서 설명한 바와 같다. 즉, 방전 스위치(74)의 온 동작에 대하여 정상인지의 여부의 진단은, 방전 스위치(74)에 대해서 온 명령을 부여하고, 방전 스위치(74)를 온 상태로 한다. 그리고, 방전측의 전류·전압 검지부(76)의 전압값과, 축전 장치측의 전류·전압 검지부(62, 64, 66)의 전압값을 비교하여, 그 사이의 전압차가 미리 정한 범위에 있으면, 온 동작이 정상이라고 판단된다. 온 상태임에도 불구하고 미리 정한 범위를 초과하는 전압차가 있으면 이상(오픈)이다.
또한, 방전 스위치(74)의 오프 동작에 대하여 정상인지의 여부의 진단은, 방전 스위치(74)에 대하여 오프 명령을 부여하고, 방전 스위치(74)를 오프 상태로 한다. 그리고, 방전측의 전류·전압 검지부(76)의 전압값이, 0V의 측정 오차 범위에 있으면, 오프 동작이 정상이라고 판단된다. 오프 상태임에도 불구하고, 축전 장치(30)의 전압이 검출되면 이상(쇼트)이다. 또한, 전류값이 아니고, 전압값으로 판정하는 것은, 부하측 브레이커(26)측이 차단되어 있기 때문에, 전류가 흐르지 않기 때문이다.
도 16의 기동 시의 자기 진단에서, 부하측 브레이커(26)가 설치되지 않은 경우, 방전 스위치(74)의 온 동작의 판단은, 부하측 브레이커(26)가 설치되는 경우와 동일하다. 그러나, 방전 스위치(74)의 오프 동작에 대하여 정상인지의 여부의 판단은, 부하측 브레이커(26)가 설치되는 경우와 서로 다르다. 그것은, 부하측 브레이커(26)가 설치되지 않은 경우에는, 방전 스위치(74)가 DC/DC 컨버터(28)에 직접 접속되고, 그 입력측 용량의 전압 상태를 전압 검출기가 V74로서 검출하기 때문이다. 즉, 방전 스위치(74)에 온 명령이 부여되면, DC/DC 컨버터(28)를 통해 DC 부하(18)에 전류가 공급된다. 이에 의해, DC/DC 컨버터(28)의 입력측 용량이 충전되고, V30의 전압을 갖게 된다.
여기서, 방전 스위치(74)에 오프 명령이 부여되면, DC/DC 컨버터(28)에의 전류 공급은 멈추지만, 그 입력측 용량은 방전되지 않는 한, V30의 전압을 계속하여 유지한다. 부하측 브레이커(26)가 있는 경우에는, V74=V30이면, 방전 스위치(74)의 오프 동작 이상이라고 판단할 수 있었지만, 부하측 브레이커(26)가 설치되지 않은 경우에는, V74=V30이어도, 방전 스위치(74)의 오프 동작이 이상이라고 단언할 수는 없다. 따라서, I74를 보아, I74가 흐를 때에, 방전 스위치(74)의 오프 동작이 이상이라고 판단할 수 있다.
도 17은, 기동 시의 자기 진단에서의 방전 스위치(74)의 오프 동작이 정상인지 이상인지의 판단 수순을 나타내는 플로우차트이다. 처음으로, V74=V30인지의 여부, 즉, 방전 스위치(74)의 양 단자간의 전압차가 없는지의 여부가 판단된다(S110). 판단이 부정되면, 방전 스위치(74)의 오프 동작은 정상이다(S116). 판단이 긍정되면, 다음으로 I74가 미리 결정된 범위를 초과하는지의 여부, 예를 들면 0인지 아닌지, 즉, 방전 스위치(74)를 통하여 부하 전류가 흐르는지의 여부가 판단된다(S112). 여기서 판단이 부정되고, 미리 정한 범위 내로서, 예를 들면 I74=0이면, 방전 스위치(74)의 오프 동작은 정상이다(S116). 판단이 긍정되어, 부하 전류가 흐르고 있는 경우에, 처음으로, 방전 스위치(74)의 오프 동작은 이상이라고 판단된다(S114).
이와 같이, 방전 스위치(74)의 오프 동작은, V74=V30의 조건과, I74가 0이 아니라고 하는 조건이 AND로 연결되었을 때에, 처음으로, 이상이라고 판단할 수 있다. 이것을, 부하측 브레이커(26)가 설치되는 경우와 비교하면, I74를 검출하는 전류 검출기를 병용하는 곳이 서로 다르다. 즉, 부하측 브레이커(26)가 설치되는 경우에는, V74, V30을 검출하는 전압 검출기만을 이용하여, 방전 스위치(74)의 오프 동작이 정상인지 이상인지를 판단할 수 있지만, 부하측 브레이커(26)가 설치되지 않은 경우에는, 전류 검출기의 검출 결과를 병용할 필요가 있다.
그런데, 도 17에서 도시하는 수순은, 부하측 브레이커(26)가 설치되는 경우라도 이용할 수 있다. S112가 있는만큼, 수순이 걸리지만, 오판단할 일은 없다. 따라서, 부하측 브레이커(26)의 유무에 상관없이, 도 17의 수순을 이용하는 것이 바람직하다.
무엇보다, 부하측 브레이커(26)가 있는 경우에는, S112가 있는만큼, 여분의 수순이 되므로, 유저의 선택에 의해, 부하측 브레이커(26)가 있는 경우에는 S112를 생략하는 수순으로 할 수도 있다.
이와 같이, 방전 스위치(74)의 오프 동작은, I74가 0이라고 하는 조건과, V74=V30이 아니라고 하는 조건이 AND로 연결되었을 때에, 처음으로, 정상이라고 판단할 수 있다. 도 17의 수순도, 부하측 브레이커(26)가 있는 경우에도 적용 가능하다.
다시 도 16으로 되돌아가서, 축전 시스템이 동작 중에서, 정기적 감시를 행하는 경우에는, 부하 전류인 I74를 감시함으로써, 방전 스위치(74)의 오프 동작이 정상인지 이상인지를 판단할 수 있다. 또한, 방전 스위치(74)의 온 동작은, 상기와 마찬가지로, 전압 검출기에 의해 검출되는 V74, V30을 비교하여, V74와 V30의 전압차가 미리 정한 범위 내일 때는 정상이라고 판단하고, 미리 정한 범위를 초과할 때에 이상이라고 판단할 수 있다.
동작 중의 정기적 감시에서의 방전 스위치의 동작 진단과, 기동 시의 자기 진단에서의 방전 스위치의 동작 진단을 비교하면, 기동 시의 자기 진단에서는, 동작 중의 정기적 감시와 다른 수순을 취할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 즉, 동작 중의 정기적 감시의 경우에는, 전류 검출기의 검출 결과만을 이용해서 방전 스위치(74)의 동작 진단이 가능하지만, 기동 시의 자기 진단에서는, 전압 검출기의 검출 결과와 전류 검출기의 검출 결과를 조합함으로써, 축전 시스템의 구성에 의하지 않고, 오판단을 방지할 수 있다.
다음으로, 운전 제어 장치(120)의 내용을 도 18 내지 도 22를 이용하여 설명한다. 운전 제어 장치(120)는, 축전 시스템(10)의 동작을 정지할 때에, 부하측 브레이커(26)와 축전 장치 브레이커(50)를 차단 상태로 하는 것을 하지 않고, 대기 상태를 설정할 수 있는 기능을 갖는다. 즉, 운전 제어 장치(120)는, 운전 모드로서, 축전 시스템(10)에 대하여 실제의 충방전 제어를 행하는 통상 운전 모드와, 축전 시스템(10)에 대하여 실제의 충방전 제어를 금지하지만, 그 이외는 통상 운전 모드와 동일한 상태로 하는 대기 모드를 갖는다.
도 18은 통상 운전 모드(130)의 상태와, 대기 모드(140)의 상태와, 그 사이의 상태 천이(150)의 모습을 설명하는 도면이다. 도 19는 통상 운전 모드의 설정 조건을 나타내고, 도 20은 대기 모드의 설정 조건을 나타낸다.
통상 운전 모드(130)의 상태로서는, 기본 상태(132)와 고장 상태(134)와 복귀 가능 이상 상태(136)의 3개가 있다. 기본 상태(132)로부터 고장 상태(134) 또한 복귀 가능 이상 상태(136)로의 상태 천이는, 정기적 감시 장치(110)에 의한 정기적 감시에 의해 이상이 검출되었을 때에 발생한다. 정기적 감시에 의해 이상이 검출되면, 도 14에 도시한 바와 같은 검출 이상에 관한 분류 기준에 따라서, 고장 상태(134)나 복귀 가능 이상 상태(136)로 분류된다. 고장 상태(134)로 여겨지면, 그대로로는 기본 상태(132)로 복귀될 일은 없지만, 복귀 가능 이상 상태(136)는, 이상 상태가 해소하여 정상 상태로 되면 기본 상태(132)로 복귀한다.
도 18의 통상 운전 모드(130)의 기본 상태(132)에서는, 충방전 제어에서의 상태 천이가 나타나 있다. 여기에서는, 축전 장치(30)의 충전 상태에 따라, 충전과 방전의 양쪽을 행하는 충방전 상태와, 방전만을 행하여 충전이 없는 방전만 상태와, 충전만을 행하여 방전이 없는 충전만 상태의 3개의 상태에서 상태 천이가 행해지는 것이 나타나 있다. 축전 장치(30)의 충전 상태로서는 SOC를 이용할 수 있다. 예를 들면, 충방전 상태에서 SOC가 90％ 이상이 되면 방전만 상태로 상태 천 이하고, SOC가 40％ 미만이 되면 충전만 상태로 상태 천이한다. 방전만 상태에서 SOC가 60％ 미만이 되면 충방전 상태로 상태 천이하고, 충전만 상태에서 SOC가 60％ 이상이 되면 충방전 상태로 상태 천이한다. 원래, 축전 장치(30)는 SOC 100％까지 충전할 수 있지만, 100％에 가까운 충전 상태는, 축전 장치(30)를 구성하는 축전지 팩의 수명을 단축시킬 우려가 있다. 따라서 본 실시 형태에서는, SOC 90％까지로 충전을 정지하고, 방전만의 상태로 하는 것이다. 마찬가지로, SOC가 0％ 가까이 될 때까지의 방전도 전지 팩의 수명을 단축시킬 우려가 있기 때문에, SOC가 40％ 미만이 되면, 그 이상의 방전은 행하지 않고, 충전만의 상태로 한다. 그리고 SOC 60％ 부근이 가장 전지 팩이 효율적으로 동작하기 때문에, 충방전 상태로의 천이 임계값으로 하고 있다. 이상은 설명을 위한 예시이며, 이외의 SOC값으로 상태 천이 조건을 설정할 수 있다.
도 18의 대기 모드(140)의 상태는, 통상 운전 모드(130)의 경우와 대부분 동일하며, 통상 운전 모드(130)의 기본 상태(132)가 대기 상태(142)가 된 것이 서로 다르다. 그러나, 대기 상태(142)에 있어서의 상태 천이의 모습도, 통상 운전 모드(130)의 기본 상태(132)에 있어서의 상태 천이의 모습과 같다. 즉, 충방전 상태에 있어서 SOC이 90％ 이상이 되면 방전만 상태로 상태 천이하고, SOC이 40％ 미만이 되면 충전만 상태로 상태 천이한다. 방전만 상태에 있어서 SOC이 60％ 미만이 되면 충방전 상태로 상태 천이하고, 충전만 상태에 있어서 SOC이 60％ 이상이 되면 충방전 상태로 상태 천이한다.
이와 같이, 통상 운전 모드(130)의 기본 상태(132)도, 대기 모드(140)의 대기 상태(142)도, 동일한 SOC의 기준에서 상태 천이가 발생하는 것으로서 제어가 행해진다. 단, 통상 운전 모드(130)의 기본 상태(132)에서는, 충방전 상태에서는 실제로 충전 제어와 방전 제어가 행해지고, 방전만 상태에서는 실제로 방전 제어가 행해지고, 충전만 상태에서는 실제로 충전 제어가 행해지는 데에 비해, 대기 모드(140)의 대기 상태(142)에서는, 어느 쪽의 상태에서도, 충방전이 금지된다.
따라서, 대기 모드(140)에서는, 통상 운전 모드(130)로부터 대기 모드(140)에 운전 모드가 전환되었을 때의 SOC에서 상태가 고정되게 되지만, 대기 모드(140)의 기간 동안에, 실제의 축전 시스템(10)의 각 구성 요소의 상태는 항상 일정 상태를 유지한다고는 할 수 없기 때문에, 대기 모드(140)의 기간 내에서 여러가지 상태 천이가 발생할 수 있다. 예를 들면, 대기 모드(140)로 전환되었을 때의 SOC가 61％였다고 하면, 대기 상태(142)에서는 방전만 상태로 있게 된다. 여기서 대기 모드(140)가 수시간 계속되고 있는 동안에, 몇몇 이유에 의해 SOC가 저하하여 60％ 미만이 되면, 충방전 상태로 상태 천이한다. 또한 SOC이 저하하여 40％ 미만이 되었다고 하면 충전만 상태로 상태 천이하게 된다.
이와 같이, 대기 모드(140)에서는, 충방전 스위치 장치(60)의 동작을 금지하지만, 축전 장치(30)의 충전 상태의 감시는 계속되고, 그 결과에 따라, 상태 천이가 행해진다. 이와 같이 함으로써, 대기 모드(140)로부터 통상 운전 모드(130)로 복귀하면, 대기 상태(142)의 상태가 그대로 기본 상태(132)의 상태로 이어져, 그 상태에 따라, 즉시 충방전 제어가 행해진다. 상기의 예로, 대기 상태(142)로 충전만 상태로 상태 천이하고 있을 때는, 통상 운전 모드(130)에 복귀하면, 대기 모드(140)에 전환되었을 때의 방전만 상태에 대응하는 것이 아니고, 현재의 충전만 상태에 대응하고, 충전만의 제어가 즉시 행해진다.
도 19는, 통상 운전 모드(130)가 될 때의 설정 조건이다. 이 설정 조건 하에서, 축전 시스템(10)의 운전 모드는 통상 운전 모드(130)로 설정된다. 그 설정은 운전 제어 장치(120)의 통상 운전 모드 설정부(122)에 의해 실행된다.
도 20은, 대기 모드(140)로 될 때의 설정 조건이다. 이 설정 조건 하에서, 축전 시스템(10)의 운전 모드는 대기 모드(140)로 설정된다. 그 설정은 운전 제어 장치(120)의 대기 모드 설정부(124)에 의해 실행된다.
대기 모드(140)에서는, 충전 스위치(70)와 방전 스위치(74)의 모두 오프되고 있고, 대기 모드(140)의 기간 중, 충방전 스위치 장치(60)의 동작이 금지되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 충방전 스위치 장치(60)의 설정을 충방전 제어 가능과 충방전 제어 금지 사이에서 변경함으로써, 통상 운전 모드(130)와 대기 모드(140)와의 사이의 상태 천이(150)가 행해진다. 이 상태 천이(150)는, 운전 제어 장치(120)의 상태 천이부(126)에 의해 실행된다.
대기 모드(140)에서는, 부하측 브레이커(26)와 축전 장치 브레이커(50)를 차단 상태로 하지 않으므로, 기동 시의 자기 진단에서의 축전 장치 브레이커 진단과 부하측 브레이커 진단을 행하지 않고, 충방전 제어 금지를 해제하는 것만으로 통상 운전 모드(130)로 용이하게 복귀할 수 있다.
구체적인 예로서는, 오피스가 가동하는 한낮에 축전 시스템(10)에 대하여 충방전 제어하고, 오피스가 가동하지 않는 야간에 축전 시스템(10)의 작동을 정지하는 경우에, 밤에 축전 장치 브레이커(50)와 부하측 브레이커(26)를 차단하고, 다음날 아침에 다시 축전 장치 브레이커(50)와 부하측 브레이커(26)를 접속 상태로 하는 수고를 덜 수 있다는 이점이 있다.
이러한 경우에는, 미리 정한 축전 시스템의 충방전 스케줄에 기초하여, 통상 운전을 행하는 통상 운전 기간과, 충방전을 정지하는 충방전 정지 기간과의 구별을 운전 제어 장치(120)의 기간 구별부가 취득한다. 상태 천이부(126)는, 충방전 정지 기간인 것을 취득했을 때에, 통상 운전 모드(130)로부터 대기 모드(140)로 상태 천이를 행하고, 통상 운전 기간인 것을 취득했을 때에 대기 모드(140)로부터 통상 운전 모드(130)로 상태 천이를 행하도록, 충방전 스위치 장치(60)를 제어할 수 있다.
또한, 대기 모드(140)를 이용하는 다른 구체예로서는, 충방전 스위치 장치(60)의 동작 제어에 이용되는 제어 파라미터의 설정 변경을 행할 때에, 축전 장치 브레이커(50)와 부하측 브레이커(26)를 차단하지 않고 대기 모드(140)로서 제어 파라미터의 설정 변경을 행하는 것을 들 수 있다. 제어 파라미터의 설정 변경이 종료하면, 충방전 제어 금지를 해제하는 것만으로, 간단하게 통상 운전 모드(130)로 되돌아가서, 새로운 제어 파라미터 하의 운전을 행할 수 있다.
이러한 경우에는, 충방전 스위치 장치(60)의 동작 제어에 이용되는 제어 파라미터를 설정하는 파라미터 설정부에 대하여 대기 모드(140)에 있을 때에 제어 파라미터의 설정 변경을 허가하고, 제어 파라미터의 설정 변경이 종료한 것을 확인했을 때에, 대기 모드(140)로부터 통상 운전 모드(130)로 상태 천이를 행하는 것으로 할 수 있다. 또한, 파라미터 설정부는, 운전 제어 장치(120)에 설치할 수 있다.
도 21, 도 22는, 축전 장치(30)의 성능의 관점에서 대기 모드(140)를 이용하는 것의 효과를 설명하는 도면이다. 상기한 바와 같이 대기 모드(140)는, 축전 장치(30)의 충방전 제어를 금지하므로, 축전 장치(30)는 충방전에 의한 온도 상승이 없어진다. 따라서, 축전 장치(30)의 환경 온도가 동작 시에 비해 저하한다. 이에 의해, 축전 장치(30)의 수명이 연장되는 것을 기대할 수 있다.
도 21은, 축전 장치(30)의 보존 온도에 의해, 보존 시간의 경과에 따라서 축전 장치(30)의 용량이 어떻게 저하하는지를 도시하는 도면이다. 여기에서는, 보존 초기의 SOC를 75％로 하고, 용량의 저하를이 SOC 75％를 기준으로 한 용량비로 나타냈다. 도 21은, 횡축에 보존 시간의 1/2승을 취하고, 종축에 용량비를 취하고, 보존 온도를 25℃와 45℃로서 용량비의 저하를 비교한 도면이다. 도 21에 도시한 바와 같이, 보존 온도가 낮을수록, 축전 장치(30)의 용량 저하가 적고, 수명이 연장되는 것을 알 수 있다.
도 22는, 충방전 사이클 시험의 결과를 도시하는 도면이다. 횡축은 사이클수의 1/2승으로, 종축은 용량비이다. 도 22에 도시한 바와 같이, 시험 온도가 낮을수록, 축전 장치(30)의 용량 저하가 적고, 수명이 연장되는 것을 알 수 있다.
여기서, 충방전 사이클 시험은 이하와 같이 행하였다. 즉, 실시 온도를, 25℃와 45℃로 하였다. 그리고, 충방전 조건으로서는, 1 사이클째의 충전 조건으로서, 50㎃의 전류에서 4시간 정전류 충전을 행한 후, 200㎃의 전류에서 전지 전압이 4.20V가 될 때까지 정전류 충전을 행하고, 또한 4.20V의 전압에서 전류값이 50㎃가 될 때까지 정전압 충전을 행하였다. 또한, 1 사이클째의 방전 조건으로서는, 200㎃의 전류에서 전지 전압이 2.75V가 될 때까지 정전류 방전을 행하였다. 2사이클째 내지 500 사이클째의 충전 조건은, 1000㎃의 전류에서 전지 전압이 4.20V가 될 때까지 정전류 충전을 행하고, 또한 4.20V의 전압에서 전류값이 50㎃가 될 때까지 정전압 충전을 행하였다. 2사이클째 내지 500사이클째의 방전 조건은, 1000㎃의 전류에서 전지 전압이 2.75V가 될 때까지 정전류 방전을 행하였다. 이와 같이 하여, 용량비와 사이클수의 관계를 구하였다.
본 발명에 따른 축전 시스템용 자기 진단 장치는, 축전 장치의 이외에 많은 구성 요소를 포함하는 축전 시스템에 이용할 수 있다.
10 : 축전 시스템
12 : 외부 상용 전원
14 : 광전 변환 모듈
16 : AC 부하
18 : DC 부하
20 : 전환 장치
22 : 인버터
24 : AC/DC 컨버터
26 : 부하측 브레이커
28 : DC/DC 컨버터
30 : 축전 장치
32, 32-2, 34, 34-2, 36, 36-2 : 축전지 팩
38, 38-2, 40, 40-2, 42, 42-2 : 축전지 상태 검지부
50 : 축전 장치 브레이커
52, 54, 56 : 브레이커
60 : 충방전 스위치 장치
62, 64, 66 : 축전 장치측의 전류·전압 검지부
68 : 다이오드 군
70 : 충전 스위치
72 : 충전측의 전류·전압 검지부
74 : 방전 스위치
76 : 방전측의 전류·전압 검지부
80 : 제어 블록
82 : 표시부
84 : 운전 램프
86 : 에러 램프
90 : 기동 시의 자기 진단 장치
92 : 축전 장치 브레이커의 상태 감시부
94 : 부하측 브레이커의 상태 감시부
96 : 컨버터 진단부
98 : 전환 장치 진단부
100 : 축전 장치 진단부
102 : 스위치 진단부
110 : 정기적 감시 장치
112 : 검출 이상 분류부
114 : 고장 상태 처리부
116 : 이상 상태 처리부
120 : 운전 제어 장치
122 : 통상 운전 모드 설정부
124 : 대기 모드 설정부
126 : 상태 천이부
130 : 통상 운전 모드
132 : 기본 상태
134 : 고장 상태
136 : 복귀 가능 이상 상태
140 : 대기 모드
142 : 대기 상태
150 : 상태 천이

Claims (14)

  1. 축전 장치와, 상기 축전 장치에 접속되도록 배치되는 충방전 스위치 장치와, 상기 축전 장치와 상기 충방전 스위치 장치와의 사이에 설치되는 축전 장치 브레이커를 포함하는 축전 시스템용 자기 진단 장치로서,
    상기 축전 장치 브레이커를 차단 상태로 하고, 주변 진단 항목의 진단을 행하는 주변 항목 진단부를 구비하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주변 진단 항목의 진단 결과가 정상일 때에, 상기 축전 장치 브레이커를 접속 상태로 할 수 있는 것을 표시하는 표시부를 구비하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 축전 장치 브레이커를 접속 상태로 하고, 이용 상태의 상기 축전 장치의 진단을 행하는 이용 상태 진단부를 더 구비하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 축전 시스템은, 상기 충방전 스위치 장치와 상기 외부의 부하와의 사이에 설치되는 부하측 브레이커를 포함하고,
    상기 축전 시스템의 초기화를 행하는 초기화 설정부와,
    상기 축전 장치 브레이커의 접속 상태를 감시하는 축전 장치 브레이커의 상태 감시부와,
    상기 부하측 브레이커의 접속 상태를 감시하는 부하측 브레이커의 상태 감시부
    를 포함하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 축전 장치 브레이커의 상태 감시부는, 상기 주변 항목 진단부에 의한 상기 주변 진단 항목의 진단이 실행되고 있는 동안에, 상기 축전 장치 브레이커가 도통 상태인 접속 상태에 있는 것을 검지하면, 상기 축전 장치 브레이커를 차단하고,
    상기 부하측 브레이커의 상태 감시부는, 상기 주변 항목 진단부에 의한 상기 주변 진단 항목의 진단 동안, 및 상기 이용 상태 진단부에 의한 상기 축전 장치 브레이커를 접속 상태로 하는 진단 동안에, 상기 부하측 브레이커가 도통 상태에 있는 접속 상태에 있는 것을 검지하면, 상기 부하측 브레이커를 차단하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 축전 시스템은, 상기 전원으로서 외부 상용 전원을 이용하고,
    상기 주변 항목 진단부는,
    상기 외부 상용 전원의 교류 전력을 충전용 직류 전력으로 변환하는 AC/DC 컨버터의 동작이 정상인지의 여부를 진단하는 컨버터 진단부를 포함하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 축전 시스템은, 광전 변환 모듈과 접속되고,
    상기 주변 항목 진단부는,
    상기 광전 변환 모듈을 구성하는 복수의 태양광 발전 모듈의 접속 상태를 변경하여 출력 전압을 전환하고, 상기 광전 변환 모듈의 출력처를 변경하는 전환 장치에 대해서, 그 동작이 정상인지의 여부를 진단하는 전환 장치 진단부를 포함하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 이용 상태 진단부는,
    상기 축전 장치의 상태가 정상인지의 여부를 진단하는 축전 장치 진단부를 포함하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 축전 장치 진단부의 진단 결과가 정상일 때에, 상기 축전 장치 브레이커가 접속 상태 아래에서, 상기 충방전 스위치 장치의 동작이 정상인지의 여부를 진단하는 스위치 진단부를 포함하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 기동 시의 자기 진단의 결과가 이상할 때에, 상기 이상의 발생한 진단 내용을 표시하는 표시부를 구비하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 표시부는,
    상기 축전 장치 진단부의 진단 결과가 정상일 때에,
    상기 축전 장치 브레이커가 접속 가능한 상태인 것을 표시하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 표시부는,
    상기 스위치 진단부의 진단 결과가 정상일 때에, 상기 부하측 브레이커가 접속 가능한 상태인 것을 표시하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 스위치 진단부는, 상기 충방전 스위치 장치의 양쪽 단자간의 전압에 기초하여, 상기 충방전 스위치 장치의 동작이 정상인지의 여부를 진단하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 충방전 스위치 장치는,
    상기 축전 장치로부터 외부의 부하에의 방전을 행하기 위하여 상기 축전 장치와 상기 부하와의 사이에 배치 접속되는 방전 스위치를 포함하고,
    상기 스위치 진단부는,
    상기 방전 스위치에 오프 명령을 부여하고,
    상기 오프 명령 아래에서, 상기 방전 스위치의 양쪽 단자간 전압을 검출하고, 검출된 양쪽 단자간 전압이 미리 정한 범위를 초과할 때는 상기 방전 스위치의 동작이 정상이라고 판단하고, 검출된 양쪽 단자간 전압이 미리 정한 범위 내일 때는, 또한, 상기 방전 스위치와 상기 부하와의 사이에 부하 전류가 흐르는지의 여부를 검출하고, 상기 부하 전류가 검출되지 않을 때는 상기 방전 스위치의 동작이 정상이라고 판단하고, 상기 부하 전류가 검출될 때는 상기 방전 스위치의 동작이 이상이라고 판단하는 축전 시스템용 자기 진단 장치.
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