WO2014167710A1 - 蓄電装置の異常検出回路およびそれを備えた蓄電装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an abnormality detection circuit for a power storage device and a power storage device including the same.
  • an uninterruptible power supply device includes a storage battery or a capacitor as a power storage unit.
  • the rated voltage per cell of the storage battery or capacitor is, for example, 2 to 3V.
  • the charge / discharge voltage of the power storage unit is adjusted by connecting a large number of cells in series.
  • a plurality of cells connected in series are also called power storage modules.
  • a plurality of power storage modules are connected in parallel.
  • a storage battery ground fault detection circuit disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-146321 is used for an uninterruptible power supply.
  • the uninterruptible power supply device includes an AC power supply, a rectifier, an inverter, and a storage battery. One end of the AC power supply is grounded.
  • the rectifier is connected to an AC power source and converts AC power into DC power.
  • the inverter converts the DC power output from the rectifier into AC power.
  • the storage battery is connected to a DC intermediate circuit that combines the DC side of the rectifier and the DC side of the inverter.
  • an AC ground fault current detecting means for detecting an AC ground fault current is provided on the AC side of the rectifier.
  • Patent Document 2 JP 2002-159135 discloses a ground fault protection circuit for an electric double layer capacitor (capacitor) module.
  • the electric double layer capacitor module is composed of a plurality of cells connected in series.
  • the ground fault protection circuit includes a current detection unit and a circuit breaker.
  • the current detection means is provided on the ground terminal side of the electric double layer capacitor module.
  • the circuit breaker is provided in series on the ground terminal side of the electric double layer capacitor module, and is opened based on the current value detected by the current detection means.
  • An object of the present invention is to provide an abnormality detection circuit capable of accurately detecting an abnormality of a power storage unit with a simple configuration and a power storage device including the abnormality detection circuit.
  • the abnormality detection circuit detects an abnormality of the power storage device.
  • the power storage device includes a converter, a power storage unit, and an inverter.
  • the converter converts AC power supplied from an AC power source into DC power, and outputs a positive potential and a negative potential whose absolute values are equal to each other.
  • the power storage unit stores DC power generated by the converter.
  • the inverter is configured to convert DC power from the converter and DC power stored in the power storage unit into AC power and supply the AC power to the load.
  • the power storage unit includes a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and a power storage module. The positive terminal and the negative terminal receive a positive potential and a negative potential from the converter, respectively.
  • the power storage module is connected between the positive terminal and the negative terminal.
  • the power storage module has a plurality of cells connected in series between a positive electrode terminal and a negative electrode terminal.
  • the abnormality detection circuit includes a voltage detection circuit and a control circuit.
  • the voltage detection circuit detects the potential of the intermediate node located between the positive terminal and the negative terminal with reference to the ground potential.
  • the control circuit determines an abnormality in the power storage module based on a change in the detected value from the voltage detection circuit from the ground potential.
  • An intermediate node is a node between two cells located between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the plurality of cells.
  • the abnormality of the power storage module is at least one of a ground fault and an increase in resistance value in any one of the plurality of cells.
  • control circuit determines that the power storage module is abnormal when the detected value is outside a predetermined reference range defined by an upper limit value larger than the ground potential and a lower limit value smaller than the ground potential.
  • the control circuit identifies the location where the abnormality has occurred as a location between the negative terminal and the intermediate node.
  • the control circuit identifies the location where the abnormality has occurred as the location between the positive terminal and the intermediate node.
  • the power storage module includes first to nth modules (n is a natural number of 3 or more).
  • the voltage detection circuit includes first to nth voltage detection units provided corresponding to the first to nth modules, respectively.
  • the control circuit obtains the mode value of the first to n-th detection values from the first to n-th voltage detection units, and corrects the upper limit value and the lower limit value based on the mode value.
  • the power storage module includes first to nth modules (n is a natural number of 2 or more).
  • the voltage detection circuit includes first to nth voltage detection units provided corresponding to the first to nth modules, respectively.
  • the control circuit calculates a difference value between the first to n-th detection values from each of the first to n-th voltage detection units, and stores the power when the absolute value of the difference value exceeds a predetermined reference value. Judge that an error occurred in the module.
  • the power storage module includes first to nth modules (n is a natural number of 3 or more).
  • the voltage detection circuit includes first to nth voltage detection units provided corresponding to the first to nth modules, respectively.
  • the control circuit obtains the mode values of the first to n-th detection values from the first to n-th voltage detection units, respectively, and calculates the first to n-th detection values and the mode values of the first to n-th detection values. When at least one of the absolute values of the difference values exceeds a predetermined reference value, it is determined that an abnormality has occurred in the power storage module.
  • a power storage device includes a converter, a power storage unit, an inverter, and the abnormality detection circuit.
  • the power storage device further includes a blocking unit.
  • the shut-off unit is provided between the connection point of the converter and the inverter and the power storage unit, and shifts from the conductive state to the non-conductive state in response to the cut-off signal.
  • the control circuit outputs a cutoff signal to the cutoff unit.
  • the power storage device further includes a notification unit that notifies the user of the abnormality.
  • the control circuit controls the notification unit so as to notify the abnormality when determining that the power storage module is abnormal.
  • the power storage unit is one of a storage battery and a capacitor.
  • the abnormality of the power storage unit can be accurately detected with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram schematically showing a configuration of a power storage system including an abnormality detection circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram schematically showing a configuration of a power storage unit shown in FIG. 1. It is a figure for demonstrating generation
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a change in a detection value in the power storage module when the resistance of the cell is increased in the power storage unit illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram schematically showing a configuration of a power storage system including an abnormality detection circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram schematically showing a configuration of a power storage unit shown in FIG. 1. It is a figure for demonstrating generation
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a change in a detected value in a power storage module when a ground fault occurs in the power storage unit illustrated in FIG. 3. It is a flowchart for demonstrating control by the control part shown in FIG. It is a figure which shows the change of the electric potential of each node on the basis of ground potential by charging / discharging of the electrical storage part shown in FIG. It is a circuit block diagram which shows roughly the structure of the electrical storage apparatus which concerns on the modification of Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the occurrence of an abnormality in the power storage unit shown in FIG. 9. It is a circuit block diagram which shows roughly the structure of the electrical storage part provided with the abnormality detection circuit which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the occurrence of an abnormality in the power storage unit shown in FIG. 9. It is a circuit block diagram which shows roughly the structure of the electrical storage part provided with the abnormality detection circuit which concerns on Embodiment 2 of
  • FIG. 12 is a diagram for explaining detection values in each power storage module before and after correction of the reference range in the power storage device shown in FIG. 11. It is a flowchart for demonstrating control by the control part shown in FIG. It is a figure for demonstrating the determination method of abnormality in the electrical storage apparatus shown in FIG.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram schematically showing a configuration of a power storage system including an abnormality detection circuit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • power storage system 100 includes an AC power supply 71 and an uninterruptible power supply (power storage device) 5.
  • the uninterruptible power supply 5 is, for example, an uninterruptible power supply of a constant inverter power supply method.
  • Uninterruptible power supply 5 includes converter 4, power storage unit 3, inverter 17, control circuit 16, switch 19, and notification unit 20.
  • AC power supply 71 supplies AC power, for example, a three-phase AC power supply.
  • the AC power supply 71 may be a single-phase AC power supply.
  • the uninterruptible power supply 5 receives AC power from the AC power supply 71 and supplies the AC power to the load 18.
  • the control circuit 16 controls the entire uninterruptible power supply 5.
  • the control circuit 16 is a microcomputer, for example.
  • Converter 4 converts AC power from AC power supply 71 into DC power based on control signal CTRL 1 from control circuit 16.
  • Converter 4 generates a positive voltage and a negative voltage having the same absolute value, and supplies the positive voltage and the negative voltage to inverter 17 and power storage unit 3.
  • Power storage unit 3 stores the DC power generated by converter 4.
  • Power storage unit 3 is a storage battery such as a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, or a lead storage battery.
  • Inverter 17 converts DC power from converter 4 or power storage unit 3 into AC power based on control signal CTRL 2 from control circuit 16, and supplies the AC power to load 18.
  • the load 18 is not particularly limited as long as it is an electric device that consumes AC power.
  • Switch 19 is electrically connected between connection point P of converter 4 and inverter 17 and power storage unit 3.
  • the switch 19 is an example of the “blocking part” according to the present invention.
  • the “shut-off unit” according to the present invention may be any unit that disconnects the power storage unit 3 from the connection point P in response to the shut-off signal SHDN.
  • the “blocking part” according to the present invention may be realized by, for example, a contactor or a breaker. Alternatively, it may be realized by a power device such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a thyristor.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the control circuit 16 monitors the state of the power storage unit 3 and outputs a cutoff signal SHDN when a failure or abnormality of the power storage unit 3 is detected.
  • the switch 19 shifts from the conductive state to the non-conductive state in response to the cutoff signal SHDN from the control circuit 16.
  • reports the abnormality of the electrical storage part 3 to the user or administrator of the electrical storage system 100 based on control by the control circuit 16.
  • FIG. As a method for notifying an abnormality, an abnormality notification lamp (not shown) is turned on, a state contact is output, an alarm sound is generated, or a message is displayed on a display screen (not shown) of the control circuit 16. The method can be adopted.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram schematically showing the configuration of the power storage unit 3 shown in FIG.
  • power storage unit 3 includes a positive electrode terminal T ⁇ b> 1, a negative electrode terminal T ⁇ b> 2, and a power storage module 2.
  • the uninterruptible power supply 5 includes an abnormality detection circuit 200.
  • the abnormality detection circuit 200 includes a voltage detection circuit 8 and a control circuit 16. Note that although the inverter 17 and the switch 19 (see FIG. 1) are also connected to the power storage unit 3, only the converter 4 is shown in FIG.
  • the power storage module 2 is connected between the positive terminal T1 and the negative terminal T2.
  • the power storage module 2 has 2m (m is a natural number) cells 1 connected in series.
  • the charge / discharge voltage of the power storage module 2 depends on the number of cells 1. As an example, when the rated voltage of each cell 1 is 2.4V and the number of cells 1 is 200, the rated voltage of the power storage module 2 is about 480V. In this case, the potential V1 of the positive terminal T1 is about 240V, and the potential V2 of the negative terminal T2 is about ⁇ 240V.
  • the voltage detection circuit 8 includes a voltage measuring instrument 81 and a grounding resistor 82. One end of ground resistor 82 is electrically connected to intermediate node Nm, and the other end is electrically connected to ground potential GND.
  • the intermediate node Nm is a node between two cells located in the middle between the positive terminal T1 and the negative terminal T2. In the present embodiment, the intermediate node Nm is a node between the mth cell and the (m + 1) th cell from the positive electrode terminal T1.
  • the voltage measuring instrument 81 is connected to both ends of the ground resistor 82 and detects the potential of the intermediate node Nm with reference to the ground potential GND.
  • the potential of intermediate node Nm with reference to ground potential GND is also referred to as intermediate ground potential VM.
  • “potential” means a potential with reference to the ground potential GND.
  • the voltage detection circuit 8 outputs the value of the intermediate ground potential VM detected by the voltage measuring device 81 to the control circuit 16.
  • the voltage detection circuit 8 and the control circuit 16 may be provided on the same substrate. Alternatively, the voltage detection circuit 8 and the control circuit 16 may be provided on different circuit boards. In this case, an insulation transformer or an isolation amplifier can be used for the voltage measuring device 81.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the occurrence of abnormality in power storage unit 3 shown in FIG. With reference to FIG. 3, a case will be described in which an abnormality occurs in the k-th cell 1k (k is a natural number equal to or less than m) from the positive terminal T1, that is, the cell 1k located on the positive terminal T1 side from the intermediate node Nm.
  • the abnormality of the cell 1k includes a high resistance of the cell 1k, an open failure, or a ground fault.
  • the high resistance of the cell 1 is a state in which the internal resistance value of the cell 1 is abnormally large. While charging / discharging of the cell 1 is repeated, the cell 1 deteriorates. For this reason, the internal resistance value of the cell 1 increases.
  • the open failure of the cell 1 is a failure in which the resistance of the cell 1 is increased and the capacity is lowered to bring the cell 1 into an open state, or a failure in which the cell 1 is in an open state due to disconnection or poor contact.
  • the ground fault of the cell 1 is a failure in which the cell 1 is short-circuited to the ground potential GND.
  • the ground fault of the cell 1k is caused by, for example, leakage of the electrolyte in the cell 1k due to the safety valve operation of the cell 1k or the case damage.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a change in potential of a node between cells in the power storage module 2 shown in FIG.
  • the horizontal axis represents the order of nodes located between positive electrode terminal T1 and negative electrode terminal T2.
  • the vertical axis represents a potential based on the ground potential GND of each node.
  • FIG. 4A shows the potential of each node when all the cells 1 are normal.
  • FIG. 4B shows the potential of each node when the resistance of the cell 1 is increased.
  • FIG. 4C shows the potential of each node when a ground fault occurs in the cell 1.
  • the voltage drop across each cell is equal. For this reason, the sum of the voltage drop in the cell 1 connected between the positive terminal T1 and the intermediate node Nm and the sum of the voltage drop in the cell 1 connected between the negative terminal T2 and the intermediate node Nm Are equal.
  • node N (k ⁇ 1) and node Nk are nodes at both ends of cell 1k.
  • the normal cell 1 has a resistance value of about 2 m ⁇ , for example.
  • the resistance value of the cell 1k in which the resistance is increased increases to about 100 m ⁇ , for example. Equal current flows through all cells. For this reason, the voltage VH in the cell 1k is higher than the voltage in each of the normal cells 1.
  • the voltages at each normal cell 1 are equal.
  • the node Nk is located closer to the positive electrode terminal T1 than the intermediate node Nm. Therefore, the sum of voltages in the cell connected between the positive terminal T1 and the intermediate node Nm is higher than the sum of voltages in the cell connected between the negative terminal T2 and the intermediate node Nm.
  • the intermediate ground potential VM is negative.
  • the potential of cell 1k becomes equal to ground potential GND due to a ground fault.
  • the potential difference (V1) between the positive terminal T1 and the node Nk is equally divided by the cells 1 connected between the positive terminal T1 and the node N (k ⁇ 1).
  • the potential difference (V1) between the node Nk and the negative terminal T2 is equally divided by the cells 1 connected between the node Nk and the negative terminal T2.
  • the intermediate node Nm is located closer to the negative electrode terminal T2 than the node Nk. Therefore, the intermediate ground potential VM is negative.
  • a ground fault in the cell 1k can be detected. Further, by detecting that the intermediate ground potential VM has changed in the negative direction, it is possible to detect that the location where the ground fault occurs is between the positive terminal T1 and the intermediate node Nm. That is, even when the abnormality of the cell located on the positive electrode terminal T1 side with respect to the intermediate node Nm is a ground fault, the abnormality of the cell can be detected.
  • upper limit value Vup and lower limit value Vlo are defined as the reference range of intermediate ground potential VM.
  • Upper limit value Vup is larger than ground potential GND
  • lower limit value Vlo is smaller than ground potential GND.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a change in the intermediate ground potential VM in the power storage module 2 when the resistance increases in the cell 1k in the power storage unit 3 shown in FIG.
  • the horizontal axis is a time axis.
  • the vertical axis represents the intermediate ground potential VM.
  • the use start time of the uninterruptible power supply 5 is assumed to be time t0.
  • the intermediate ground potential VM is substantially equal to the ground potential GND. However, since the resistance of the cell 1k is increased, the intermediate ground potential VM changes in the negative direction after time t1. At time t2, intermediate ground potential VM is lower than lower limit value Vlo. Thereby, the control circuit 16 determines that an abnormality has occurred in any cell between the positive terminal T1 and the intermediate node Nm.
  • the control circuit 16 determines that an abnormality has occurred in the cell included in the power storage module 2.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a change in the intermediate ground potential VM in the power storage module 2 when a ground fault occurs in the cell 1k in the power storage unit 3 shown in FIG. Referring to FIG. 6, FIG. 6 is contrasted with FIG. At time t3, a ground fault occurs in the cell 1k. As described above, the intermediate ground potential VM changes in the negative direction and falls below the lower limit value Vlo. Thereby, the control circuit 16 determines that an abnormality has occurred in any of the cells connected between the positive terminal T1 and the intermediate node Nm.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining control by the control circuit 16 shown in FIG. Referring to FIG. 7, for example, the process is started when operation of power storage system 100 is started.
  • step S11 the voltage detection circuit 8 detects the intermediate ground potential VM and outputs the detected value to the control circuit 16.
  • step S12 the control circuit 16 determines whether or not the intermediate ground potential VM is within the reference range. If intermediate ground potential VM is within the reference range (YES in step S12), the process proceeds to step S13. If intermediate ground potential VM is outside the reference range (NO in step S12), the process proceeds to step S14.
  • step S13 the control circuit 16 determines that the power storage module 2 is normal. Thereafter, a series of processing is repeated.
  • step S14 the control circuit 16 determines that an abnormality has occurred in the power storage module 2.
  • step S15 when intermediate ground potential VM exceeds upper limit value Vup (YES in step S15), the process proceeds to step S16. If intermediate ground potential VM is lower than lower limit value Vlo (NO in step S15), the process proceeds to step S17.
  • step S16 the control circuit 16 identifies the location where the abnormality of the power storage module 2 has occurred as any cell connected between the negative terminal T2 and the intermediate node Nm.
  • step S ⁇ b> 17 the control circuit 16 identifies the location where the abnormality of the power storage module 2 has occurred as any cell connected between the positive terminal T ⁇ b> 1 and the intermediate node Nm. In this way, by detecting the direction of change in the intermediate ground potential VM, it is determined whether the abnormality occurrence location of the power storage module 2 is on the positive electrode terminal T1 side or the negative electrode terminal T2 side with respect to the intermediate node Nm. Can do.
  • step S16 or step S17 the control circuit 16 outputs a cutoff signal SHDN to the switch 19 in step S18.
  • the switch 19 shifts from a conductive state to a non-conductive state in response to the cutoff signal SHDN.
  • power storage unit 3 is disconnected from converter 4 and inverter 17. Therefore, it is possible to prevent the power storage unit 3 in which an abnormality has occurred from being continuously charged and discharged. Therefore, it is possible to prevent the abnormality of the power storage unit 3 from expanding.
  • step S19 the control circuit 16 controls the notification unit 20 so as to notify that the abnormality has occurred in the power storage module 2.
  • the control circuit 16 causes the notification unit 20 to notify the abnormality identification result in steps S16 and S17.
  • the user or administrator of the power storage system 100 can check the specified abnormal part by receiving this notification. A series of processes are completed after the process of step S19 is completed.
  • step S18 may be replaced with the processing of steps S15 to S17.
  • the switch 19 shifts from the conductive state to the non-conductive state immediately after the detection of the abnormality of the power storage module 2 (the process of step S14) (the process of step S18). Therefore, it is possible to prevent the abnormality of power storage unit 3 from expanding more quickly.
  • FIG. 8 is a diagram showing a change in potential of each node based on the ground potential GND due to charging / discharging of the power storage unit 3 shown in FIG.
  • FIG. 8A shows the potential of each node with reference to ground potential GND after the end of discharge.
  • FIG. 8B shows the potential of each node with the ground potential GND in the fully charged state as a reference.
  • a node between the first cell and the second cell from the positive terminal T1 is represented as a node N1. The same applies to the nodes N2, N (2m-2), and N (2m-1).
  • each node with respect to the ground potential GND transitions between the states shown in FIGS. 8A and 8B.
  • FIG. 8B when power storage unit 3 is normal, each cell 1 is charged equally.
  • the number of nodes included between the positive terminal T1 and the intermediate node Nm is equal to the number of nodes included between the negative terminal T2 and the intermediate node Nm.
  • the potentials of positive terminal T1 and negative terminal T2 with respect to ground potential GND are opposite in polarity and equal in absolute value under the control of converter 4. Therefore, the potential of intermediate node Nm (intermediate ground potential VM) with reference to ground potential GND during charging and in a fully charged state is approximately 0V.
  • the potential of any one of the (2m-1) nodes may be monitored.
  • a change in the potential of the node N1 can be monitored.
  • the potential of node N ⁇ b> 1 varies greatly according to charging / discharging of power storage unit 3.
  • voltage detection circuit 8 is connected to intermediate node Nm.
  • the potential of intermediate node Nm has the smallest potential difference with respect to ground potential GND among all nodes and is approximately 0V. Further, even when power storage unit 3 is charged / discharged, the potential of intermediate node Nm is kept at 0V.
  • an abnormality of power storage unit 3 can be accurately detected.
  • the present invention is applicable even when the number of cells 1 is an odd number.
  • the number of cells 1 is (2m + 1)
  • the voltage detection circuit 8 is connected to one of the intermediate nodes N (m + 1) connecting the (m + 2) th cell.
  • the intermediate ground potential VM changes in the positive or negative direction by the voltage of one cell 1 with respect to the ground potential GND as compared with the case where the number of cells 1 is an even number. If the upper limit value Vup and the lower limit value Vlo of the reference range are set in accordance with this change, even when the number of cells 1 is an odd number, it can be handled in the same way as the case of an even number.
  • FIG. 9 is a circuit block diagram schematically showing the configuration of the uninterruptible power supply according to the modification of the first embodiment of the present invention.
  • uninterruptible power supply 51 according to the modification of the first embodiment of the present invention includes uninterruptible power supply 5 shown in FIG. 2 in that it includes power storage unit 31 instead of power storage unit 3.
  • Power storage unit 31 is a capacitor, for example, an electric double layer capacitor (capacitor) or a lithium ion capacitor.
  • the power storage unit 31 includes the power storage module 15.
  • the power storage module 15 includes 2m cells 13 and 2m balance resistors 14. Due to factors such as manufacturing variations, the capacitance of the cells 13 may be non-uniform.
  • the charging current I flows through the 2m cells 1, the cell having a small capacitance has a higher voltage than the cell having a large capacitance.
  • the voltage applied to the power storage module 15 is divided approximately evenly between the cells 13 by the balance resistor 14 connected in parallel to each of the cells 13 so that the plurality of cells 13 are charged equally.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the occurrence of abnormality in the power storage module 15 shown in FIG.
  • balance resistor 14a is connected in parallel to cell 13a.
  • Cell 13 is normal.
  • the balance resistor 14 is connected to the cell 13 in parallel.
  • the charge / discharge currents flowing through the cells 13a and 13 are referred to as currents I1a and I1, respectively.
  • Charge / discharge currents flowing through the balance resistors 14a and 14 are defined as currents I2a and I2, respectively.
  • the current I1a is equal to the current I1.
  • the current I2a is equal to the current I2.
  • each of the sum of currents (I1a + I2a) and the sum of currents (I1 + I2) is smaller than before the high resistance of the cell 1k occurs.
  • the current I1a decreases in the cell 13a and the balance resistor 14a in which the resistance is increased.
  • the current 12a increases by the decrease.
  • the ratio between the current I1 and the current I2 does not change before the high resistance is generated in the cell 13a.
  • the resistance value of the balance resistor 14 a is equal to the resistance value of the balance resistor 14. Therefore, the voltage at the balance resistor 14 a is higher than the voltage at the balance resistor 14. Thus, the voltage at the cell where the resistance is increased is increased.
  • the voltage distribution between the cells is the same as the distribution shown in FIG. Therefore, similarly to the description of the increase in resistance of the cell when the power storage unit 3 is a storage battery, when the increase in resistance occurs in the cell connected between the positive terminal T1 and the intermediate node Nm, the intermediate ground potential VM is increased. Changes in the negative direction. On the other hand, when high resistance occurs in the cell connected between the negative terminal T2 and the intermediate node Nm, the intermediate ground potential VM changes in the positive direction. Thereby, the control circuit 16 can detect an abnormality of the power storage unit 3. Furthermore, the control circuit 16 can specify the location where an abnormality has occurred.
  • the determination method for the open failure of the cell 13a is the same as the determination method for increasing the resistance of the cell 13a, and thus detailed description will not be repeated.
  • Embodiment 2 As described above, in the power storage unit, generally, a plurality of power storage modules are connected in parallel in order to secure a necessary capacity. In Embodiment 2, each of the plurality of power storage modules is provided with a voltage detection unit. The reference range of the intermediate ground potential can be corrected using the intermediate ground potential in each power storage module.
  • FIG. 11 is a circuit block diagram schematically showing the configuration of the uninterruptible power supply device including the abnormality detection circuit according to the second embodiment of the present invention.
  • uninterruptible power supply 52 is replaced with uninterruptible power supply 5 shown in FIG. 2 in a portion including three power storage modules 2a to 2c connected in parallel, instead of power storage module 2.
  • the number of power storage modules may be three or more, and is not limited to three.
  • FIG. 11 only the part related to the abnormality detection of the power storage unit in the uninterruptible power supply 52 is shown for the sake of clarity of explanation. Since the other configuration of uninterruptible power supply 52 is the same as that of uninterruptible power supply 5 shown in FIG. 1, detailed description will not be repeated.
  • the power storage modules 2a to 2c are provided with voltage detectors 8a to 8c, respectively.
  • Voltage detector 8a includes a voltage measuring instrument 81a and a grounding resistor 82a.
  • Voltage detector 8b includes a voltage measuring instrument 81b and a grounding resistor 82b.
  • Voltage detector 8c includes a voltage measuring instrument 81c and a grounding resistor 82c.
  • Intermediate ground potentials VMa to VMc are intermediate ground potentials of power storage modules 2a to 2c, respectively.
  • Voltage measuring devices 81a to 81c detect intermediate ground potentials VMa to VMc, respectively.
  • Voltage detectors 8a to 8c output detected values of intermediate ground potentials VMa to VMc to control circuit 16, respectively.
  • the other configuration of power storage unit 31 is the same as the configuration of power storage unit 3 shown in FIG. 2, and thus detailed description will not be repeated.
  • power storage modules 2a to 2c correspond to “power storage modules” according to the present invention.
  • the voltage detection units 8a to 8c correspond to the “voltage detection circuit” according to the present invention.
  • the control circuit 16 and the voltage detection units 8a to 8c correspond to the “abnormality detection circuit” according to the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining intermediate ground potentials VMa to VMc in power storage modules 2a to 2c before and after correction of the reference range in uninterruptible power supply 52 shown in FIG.
  • FIG. 12A shows a reference range of intermediate ground potentials VMa to VMc before correction.
  • FIG. 12B shows the reference range of the intermediate ground potentials VMa to VMc after correction.
  • intermediate ground potential VMa of power storage module 2a is equal to intermediate ground potential VMb of power storage module 2b.
  • the intermediate ground potential VMc of the power storage module 2c is different from the intermediate ground potential VMa of the power storage modules 2a and 2b. Therefore, the mode value Vmode of the intermediate ground potentials VMa to VMc is VMa.
  • control circuit 16 determines that intermediate ground potentials VMa to VMc of power storage modules 2a to 2c are added (or subtracted) by the mode value Vmode as a whole.
  • the control circuit 16 corrects the reference range of the intermediate ground potentials VMa to VMc using the mode value Vmode. That is, the control circuit 16 adds the mode value Vmode to each of the upper limit value Vup and the lower limit value Vlo to obtain a corrected upper limit value (Vup + Vmode) and a corrected lower limit value (Vlo + Vmode).
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining determination by the control circuit 16 shown in FIG. 11 and control based on the determination. 11 and FIG. 13, FIG. 13 is compared with FIG. As an example, the processing is started when the operation of the uninterruptible power supply 52 is started.
  • step S21 the voltage detectors 8a to 8c detect the intermediate ground potentials VMa to VMc of the power storage modules 2a to 2c, respectively, and output the detected values to the control circuit 16.
  • step S22 the control circuit 16 calculates the mode value Vmode of the intermediate ground potentials VMa to VMc.
  • step S23 the control circuit 16 corrects the reference range of the intermediate ground potentials VMa to VMc using the mode value Vmode calculated in step S22. More specifically, the control circuit 16 adds the mode value Vmode to the upper limit value Vup and the lower limit value Vlo of the reference range.
  • step S24 the control circuit 16 determines whether or not the intermediate ground potentials VMa to VMc of the power storage modules 2a to 2c are within the corrected reference range. If any of intermediate ground potentials VMa to VMc is within the corrected reference range (YES in step S24), the process proceeds to step S25. If any one of intermediate ground potentials VMa to VMc is outside the corrected reference range (NO in step S24), the process proceeds to step S26.
  • step S25 the control circuit 16 determines that all the power storage modules 2a to 2c are normal. Thereafter, a series of processing is repeated. On the other hand, in step S26, the control circuit 16 determines that an abnormality has occurred in the power storage module whose intermediate ground potential is outside the corrected reference range.
  • steps S27 to S31 are the same as the processes in steps S15 to S19 in the flowchart shown in FIG. 6, and thus detailed description will not be repeated.
  • each of the intermediate ground potentials VMa to VMc can include a common offset component.
  • the mode value of the intermediate ground potentials VMa to VMc corresponds to the offset component.
  • the intermediate ground potential VMc of the power storage module 2c exceeds the upper limit value Vup before the correction due to the influence of the offset component.
  • the control circuit 16 erroneously determines that an abnormality has occurred in the power storage module 2c.
  • the reference range is corrected in order to remove or reduce the influence of such an offset component.
  • the intermediate ground potential VMc of the power storage module 2c falls below the corrected upper limit value (Vup + Vmode) and is within the reference range. Therefore, the control circuit 16 can accurately determine that the power storage module 2c is normal.
  • the accuracy of abnormality determination can be improved.
  • the control circuit 16 adds the mode value Vmode to the upper limit value Vup and the lower limit value Vlo of the reference range.
  • the control circuit 16 may calculate the difference value of the mode value Vmode from each of the intermediate ground potentials VMa to VMc. That is, the abnormality is determined based on whether or not each of the intermediate ground potentials (VMa-Vmode), (VMb-Vmode), (VMc-Vmode) is within the reference range defined by the upper limit value Vup and the lower limit value Vlo. It may be determined.
  • the detection of the intermediate ground potentials VMa to VMc by the voltage detectors 8a to 8c is performed simultaneously. As a result, noise components common to the intermediate ground potentials VMa to VMc can be removed or reduced at the same time.
  • Embodiment 3 When a plurality of power storage modules are provided, intermediate ground potentials in the plurality of power storage modules may be compared. Since the configuration of the uninterruptible power supply according to Embodiment 3 of the present invention is the same as the configuration of uninterruptible power supply 52 according to Embodiment 2 shown in FIG.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining an abnormality determination method in the uninterruptible power supply according to Embodiment 3 of the present invention.
  • control circuit 16 calculates the mode value Vmode from intermediate ground potentials VMa to VMc of power storage modules 2a to 2c. .
  • the control circuit 16 determines that these power storage modules are normal.
  • the control circuit 16 generates a difference value ⁇ VM between the mode value Vmode and the intermediate ground potential VMc.
  • control circuit 16 determines whether or not power storage module 2c is normal. More specifically, when the absolute value of the difference value ⁇ VM is greater than or equal to a predetermined reference value, the control circuit 16 determines that an abnormality has occurred in the power storage module 2c. On the other hand, when the absolute value of the difference value ⁇ VM is less than the reference value, the control circuit 16 determines that the power storage module 2c is normal.
  • the control circuit 16 calculates a difference value between the intermediate ground potentials VMa and VMb from the power storage modules 2a and 2b, respectively.
  • the control circuit 16 determines that an abnormality has occurred in one of the power storage modules 2a and 2b.
  • the absolute value of difference value ⁇ VM is less than the reference value, control circuit 16 determines that power storage modules 2a and 2b are both normal.
  • the third embodiment similarly to the second embodiment, it is possible to reduce detection errors caused by offset components of the intermediate ground potentials VMa to VMc. Further, by simultaneously detecting the intermediate ground potentials VMa to VMc by the voltage detectors 8a to 8c, the influence of noise components can be removed or reduced. Accordingly, it is possible to improve abnormality determination accuracy.
  • the uninterruptible power supply using the constant inverter power supply method has been described.
  • the “power storage device” according to the present invention is not particularly limited as long as it is a power storage device including a plurality of cells connected in series.
  • the “power storage device” according to the present invention may be, for example, a continuous commercial power supply type uninterruptible power supply device.
  • 100 power storage system 200 abnormality detection circuit, 1, 1a, 13 cell, 2, 15, 2a-2b power storage module, 2a-2b module, 3,31 power storage unit, 14 balance resistance, 4 converter, 5, 51, 52 None Power failure device, 6 insulation transformer, 7 AC power supply, 8 voltage detection circuit, 8a-8c voltage detection unit, 81, 81a-81c voltage measuring instrument, 82, 82a-82c ground resistance, 16 control circuit, 17 inverter, 18 load , 19 switch, 20 notification section, T1 positive terminal, T2 negative terminal.

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Abstract

 異常検出回路(200)は、蓄電装置(5)の異常を検出する。蓄電装置(5)は、コンバータ(4)と、蓄電部(3)と、インバータ(17)とを備える。蓄電部(3)は、正極端子(T1)および負極端子(T2)と、蓄電モジュール(2)とを含む。正極端子(T1)および負極端子(T2)は、コンバータ(4)から正電位および負電位をそれぞれ受ける。モジュール(2)は、正極端子(T1)と負極端子(T2)との間に直列に接続された複数のセル(1)を有する。異常検出回路(200)は、電圧検出回路(8)と、制御回路(16)とを備える。電圧検出回路(8)は、正極端子(T1)と負極端子(T2)との中間に位置する中間ノード(Nm)の電位を、接地電位(GND)を基準として検出する。制御回路(16)は、電圧検出回路(8)からの中間対地電位(VM)の接地電位(GND)からの変化に基づいて、蓄電モジュール(2)の異常を判断する。

Description

蓄電装置の異常検出回路およびそれを備えた蓄電装置
 本発明は、蓄電装置の異常検出回路およびそれを備えた蓄電装置に関する。
 たとえば無停電電源装置は、蓄電池またはキャパシタを蓄電部として備える。蓄電池またはキャパシタのセル当たりの定格電圧は、たとえば2~3Vである。多数のセルが直列に接続されることにより、蓄電部の充放電電圧が調整される。直列に接続された複数のセルは蓄電モジュールとも呼ばれる。蓄電部の必要な容量を確保するために、複数の蓄電モジュールが並列に接続される。
 蓄電部では異常の発生が懸念される。たとえば、経年劣化によってセルの抵抗値が増加する。あるいはセルが接地電位に短絡する地絡故障が生じる。そのため従来より、このような異常を検出する異常検出回路、および異常の拡大を防ぐための保護回路が提案されている。
 たとえば特開平7―146321号公報(特許文献1)に開示された蓄電池地絡検出回路は、無停電電源装置に用いられる。この無停電電源装置は、交流電源と、整流器と、インバータと、蓄電池とを備える。交流電源は、その一端が接地されている。整流器は、交流電源に接続されて交流電力を直流電力に変換する。インバータは、整流器が出力する直流電力を交流電力に変換する。蓄電池は、整流器の直流側とインバータの直流側とを結合した直流中間回路に接続されている。このような無停電電源装置において、交流地絡電流を検出する交流地絡電流検出手段が整流器の交流側に設けられる。
 特開2002―159135号公報(特許文献2)は、電気二重層コンデンサ(キャパシタ)モジュール用の地絡保護回路を開示する。電気二重層コンデンサモジュールは、直列に接続された複数のセルからなる。この地絡保護回路は、電流検出手段と、遮断器とを備える。電流検出手段は、電気二重層コンデンサモジュールの接地端子側に設けられる。遮断器は、電気二重層コンデンサモジュールの接地端子側に直列に設けられ、電流検出手段により検出された電流値に基づいて開放される。
特開平7―146321号公報 特開2002―159135号公報
 セルの高抵抗化または地絡故障などの異常が生じた場合に備えて、異常検出回路には、蓄電部の異常を正確に検出することが求められる。本発明の目的は、簡単な構成で蓄電部の異常を正確に検出可能な異常検出回路およびそれを備えた蓄電装置を提供することである。
 本発明のある局面に従えば、異常検出回路は、蓄電装置の異常を検出する。蓄電装置は、コンバータと、蓄電部と、インバータとを備える。コンバータは、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して、絶対値が互いに等しい正電位および負電位を出力する。蓄電部は、コンバータによって生成された直流電力を蓄える。インバータは、コンバータからの直流電力および蓄電部に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して負荷に供給可能に構成される。蓄電部は、正極端子および負極端子と、蓄電モジュールとを含む。正極端子および負極端子は、コンバータからの正電位および負電位をそれぞれ受ける。蓄電モジュールは、正極端子と負極端子との間に接続される。蓄電モジュールは、正極端子と負極端子との間に直列に接続された複数のセルを有する。異常検出回路は、電圧検出回路と、制御回路とを備える。電圧検出回路は、正極端子と負極端子との中間に位置する中間ノードの電位を、接地電位を基準として検出する。制御回路は、電圧検出回路からの検出値の接地電位からの変化に基づいて、蓄電モジュールの異常を判断する。中間ノードは、複数のセルのうちの正極端子と負極端子との中間に位置する2つのセル間のノードである。
 好ましくは、蓄電モジュールの異常は、複数のセルのうちのいずれかのセルでの地絡故障および抵抗値の増加のうちの少なくとも一方である。
 好ましくは、制御回路は、検出値が、接地電位よりも大きい上限値と、接地電位よりも小さい下限値とにより規定された所定の基準範囲外である場合に、蓄電モジュールを異常と判断する。
 好ましくは、検出値が上限値を上回った場合、制御回路は、異常の発生箇所を、負極端子と中間ノードとの間の箇所と特定する。検出値が下限値を下回った場合、制御回路は、異常の発生箇所を、正極端子と中間ノードとの間の箇所と特定する。
 好ましくは、蓄電モジュールは、第1~第n(nは3以上の自然数)のモジュールを含む。電圧検出回路は、第1~第nのモジュールに対応してそれぞれ設けられる、第1~第nの電圧検出部を含む。制御回路は、第1~第nの電圧検出部それぞれからの第1~第nの検出値の最頻値を求め、その最頻値に基づいて上限値および下限値を補正する。
 好ましくは、蓄電モジュールは、第1~第n(nは2以上の自然数)のモジュールを含む。電圧検出回路は、第1~第nのモジュールに対応してそれぞれ設けられる、第1~第nの電圧検出部を含む。制御回路は、第1~第nの電圧検出部それぞれからの第1~第nの検出値の差分値を演算して、その差分値の絶対値が所定の基準値を上回った場合に、蓄電モジュールに異常が発生したと判断する。
 好ましくは、蓄電モジュールは、第1~第n(nは3以上の自然数)のモジュールを含む。電圧検出回路は、第1~第nのモジュールに対応してそれぞれ設けられる、第1~第nの電圧検出部を含む。制御回路は、第1~第nの電圧検出部それぞれからの第1~第nの検出値の最頻値を求め、第1~第nの検出値と最頻値との第1~第nの差分値をそれぞれ演算して、その差分値の絶対値のうちの少なくとも1つが所定の基準値を上回った場合に、蓄電モジュールに異常が発生したと判断する。
 本発明のさらに他の局面に従えば、蓄電装置は、コンバータと、蓄電部と、インバータと、上記異常検出回路とを備える。
 好ましくは、蓄電装置は、遮断部をさらに備える。遮断部は、コンバータおよびインバータの接続点と蓄電部との間に設けられ、遮断信号に応答して、導通状態から非導通状態へと移行する。制御回路は、蓄電モジュールに異常が発生したと判断した場合に、遮断信号を遮断部に出力する。
 好ましくは、蓄電装置は、使用者に異常を報知する報知部をさらに備える。制御回路は、蓄電モジュールを異常と判断した場合に、異常を報知するように報知部を制御する。
 好ましくは、蓄電部は、蓄電池およびキャパシタのうちのいずれかである。
 本発明によれば、蓄電部にセルの高抵抗化または地絡故障などの異常が生じた場合に、簡単な構成で蓄電部の異常を正確に検出することができる。
本発明の実施の形態1に係る異常検出回路を備えた蓄電システムの構成を概略的に示す回路ブロック図である。 図1に示した蓄電部の構成を概略的に示す回路ブロック図である。 図1に示した蓄電部における異常の発生を説明するための図である。 図3に示した蓄電モジュールにおける各セル間のノードの電位の変化を説明するための図である。 図3に示した蓄電部において、セルに高抵抗化が生じた場合の蓄電モジュールでの検出値の変化を説明するための図である。 図3に示した蓄電部において、地絡故障が生じた場合の蓄電モジュールでの検出値の変化を説明するための図である。 図3に示した制御部による制御を説明するためのフローチャートである。 図3に示した蓄電部の充放電による、接地電位を基準とする各ノードの電位の変化を示す図である。 本発明の実施の形態1の変形例に係る蓄電装置の構成を概略的に示す回路ブロック図である。 図9に示した蓄電部における異常の発生を説明するための図である。 本発明の実施の形態2に係る異常検出回路を備えた蓄電部の構成を概略的に示す回路ブロック図である。 図11に示した蓄電装置において、基準範囲の補正前後の各蓄電モジュールでの検出値を説明するための図である。 図11に示した制御部による制御を説明するためのフローチャートである。 図11に示した蓄電装置における異常の判定方法を説明するための図である。
 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明を繰り返さない。
  [実施の形態1]
 図1は、本発明の実施の形態1に係る異常検出回路を備えた蓄電システムの構成を概略的に示す回路ブロック図である。図1を参照して、蓄電システム100は、交流電源71と、無停電電源装置(蓄電装置)5とを備える。無停電電源装置5は、たとえば常時インバータ給電方式の無停電電源装置である。無停電電源装置5は、コンバータ4と、蓄電部3と、インバータ17と、制御回路16と、スイッチ19と、報知部20とを備える。
 交流電源71は交流電力を供給し、たとえば三相交流電源である。交流電源71は単相交流電源であってもよい。無停電電源装置5は、交流電源71からの交流電力を受けて、その交流電力を負荷18に供給する。
 制御回路16は無停電電源装置5全体を制御する。制御回路16は、たとえばマイクロコンピュータである。コンバータ4は、制御回路16からの制御信号CTRL1に基づいて、交流電源71からの交流電力を直流電力に変換する。コンバータ4は、絶対値が互いに等しい正電圧および負電圧を生成して、その正電圧および負電圧をインバータ17および蓄電部3に供給する。蓄電部3は、コンバータ4によって生成された直流電力を蓄える。蓄電部3は、たとえばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、または鉛蓄電池などの蓄電池である。インバータ17は、制御回路16からの制御信号CTRL2に基づいて、コンバータ4または蓄電部3からの直流電力を交流電力に変換して、その交流電力を負荷18に供給する。
 負荷18は、交流電力を消費する電気機器であれば特に限定されない。
 スイッチ19は、コンバータ4およびインバータ17の接続点Pと蓄電部3との間に電気的に接続される。なお、スイッチ19は本発明に係る「遮断部」の一例である。本発明に係る「遮断部」は、遮断信号SHDNに応答して蓄電部3を接続点Pから切り離すものであればよい。本発明に係る「遮断部」は、たとえばコンタクタまたはブレーカなどによって実現されてもよい。あるいは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)またはサイリスタなどのパワーデバイスによって実現されてもよい。
 制御回路16は、蓄電部3の状態を監視して、蓄電部3の故障または異常を検出した場合に、遮断信号SHDNを出力する。スイッチ19は、制御回路16からの遮断信号SHDNに応答して、導通状態から非導通状態へと移行する。
 報知部20は、制御回路16による制御に基づいて、蓄電システム100の使用者または管理者に蓄電部3の異常を報知する。異常を報知する方法としては、異常報知灯(図示せず)を点灯させる、状態接点出力する、警報音を発生させる、または制御回路16の表示画面(図示せず)にメッセージを表示するなどの方法を採用することができる。
 図2は、図1に示した蓄電部3の構成を概略的に示す回路ブロック図である。図2を参照して、蓄電部3は、正極端子T1と、負極端子T2と、蓄電モジュール2とを含む。また、無停電電源装置5は異常検出回路200を備える。異常検出回路200は、電圧検出回路8と制御回路16とを含む。なお、蓄電部3にはインバータ17およびスイッチ19(図1参照)も接続されるが、図2では説明の明瞭化のため、コンバータ4のみが示されている。
 蓄電モジュール2は、正極端子T1と負極端子T2との間に接続される。蓄電モジュール2は、直列に接続された2m(mは自然数)個のセル1を有する。蓄電モジュール2の充放電電圧はセル1の個数に依存する。一例として、各セル1の定格電圧が2.4Vであって、セル1の個数が200個である場合、蓄電モジュール2の定格電圧は約480Vとなる。この場合、正極端子T1の電位V1は約240Vであり、負極端子T2の電位V2は約-240Vである。
 電圧検出回路8は、電圧計測器81と、接地抵抗82とを含む。接地抵抗82の一端は中間ノードNmに電気的に接続され、その他端は接地電位GNDに電気的に接続される。中間ノードNmとは、正極端子T1と負極端子T2との中間に位置する2個のセル間のノードである。本実施の形態においては、中間ノードNmは、正極端子T1からm番目のセルと(m+1)番目のセルとの間のノードである。
 電圧計測器81は、接地抵抗82の両端に接続され、接地電位GNDを基準とした中間ノードNmの電位を検出する。以下、接地電位GNDを基準とした中間ノードNmの電位を中間対地電位VMとも称する。また、特に説明のない限り、「電位」は接地電位GNDを基準とした電位を意味する。電圧検出回路8は、電圧計測器81により検出された中間対地電位VMの値を制御回路16に出力する。電圧検出回路8と制御回路16とは、同一の基板に設けられてもよい。あるいは、電圧検出回路8と制御回路16とは異なる回路基板に設けられてもよい。この場合、電圧計測器81には、絶縁トランスまたはアイソレーションアンプを用いることができる。
 蓄電部3には様々な異常が生じ得る。図3は、図1に示した蓄電部3における異常の発生を説明するための図である。図3を参照して、正極端子T1からk(kはm以下の自然数)番目のセル1k、すなわち中間ノードNmよりも正極端子T1側に位置するセル1kに異常が生じた場合について説明する。
 セル1kの異常は、セル1kの高抵抗化、開放故障、または地絡故障を含む。セル1の高抵抗化とは、セル1の内部抵抗値が異常に大きくなった状態である。セル1の充放電を繰り返すうちにセル1が劣化する。このため、セル1の内部抵抗値が大きくなる。セル1の開放故障とは、セル1の高抵抗化・容量低下が進行してセル1が開放状態に至る故障、または断線もしくは接触不良等によりセル1が開放状態となる故障である。セル1の地絡故障とは、セル1が接地電位GNDに短絡する故障である。セル1kの地絡故障は、たとえばセル1kの安全弁動作またはケース破損により、セル1k内部の電解液が漏れ出すことに起因する。
 図4は、図3に示した蓄電モジュール2における各セル間のノードの電位の変化を説明するための図である。図4を参照して、横軸は、正極端子T1と負極端子T2との間に位置するノードの順序を表す。縦軸は、各ノードの接地電位GNDを基準とする電位を表す。すべてのセル1が正常である場合の各ノードの電位を図4(A)に示す。セル1に高抵抗化が生じた場合の各ノードの電位を図4(B)に示す。セル1に地絡故障が生じた場合の各ノードの電位を図4(C)に示す。
 まず、すべてのセル1が正常である場合について説明する。図4(A)を参照して、正極端子T1と中間ノードNmとの間に接続されたセル1の個数(m個)と、負極端子T2と中間ノードNmとの間に接続されたセル1の個数(m個)とは等しい。各セルでの電圧降下は等しい。このため、正極端子T1と中間ノードNmとの間に接続されたセル1での電圧降下の和と、負極端子T2と中間ノードNmとの間に接続されたセル1での電圧降下の和とは等しい。正極端子T1の電位V1と負極端子T2の電位V2とは、コンバータ4の制御により、極性が逆で絶対値が等しい(V2=-V1)。したがって、中間対地電位VMは接地電位GND(0V)と等しい。
 次に、セル1kが高抵抗化した場合について説明する。図4(B)を参照して、ノードN(k-1)およびノードNkは、セル1kの両端のノードである。
 正常なセル1の抵抗値は、たとえば2mΩ程度である。一方で、高抵抗化が生じたセル1kの抵抗値は、たとえば100mΩ程度に増加する。すべてのセルを通じて等しい電流が流れる。このため、セル1kでの電圧VHは、正常なセル1の各々での電圧よりも高くなる。正常なセル1の各々での電圧はいずれも等しい。ノードNkは、中間ノードNmよりも正極端子T1側に位置する。したがって、正極端子T1と中間ノードNmとの間に接続されたセルでの電圧の和は、負極端子T2と中間ノードNmとの間に接続されたセルでの電圧の和よりも高い。セル1kに高抵抗化が生じた場合でも、コンバータ4の制御により、正極端子T1の電位V1および負極端子T2の電位V2は、すべてのセル1が正常である場合から変化しない。よって、中間対地電位VMは負となる。
 このように、中間対地電位VMの変化を検出することで、セル1kの高抵抗化を検出できる。また、中間対地電位VMが負の方向に変化したことを検出することで、高抵抗化したセルが正極端子T1と中間ノードNmとの間に存在することを検出できる。つまり、中間ノードNmよりも正極端子T1側にあるセルの異常を検出することができる。
 続いて、セル1kに地絡故障が生じた場合について説明する。図4(C)を参照して、セル1kの電位は、地絡故障により接地電位GNDと等しくなる。このため、正極端子T1とノードNkとの電位差(V1)は、正極端子T1とノードN(k-1)との間に接続されたセル1で均等に分割される。また、ノードNkと負極端子T2との電位差(V1)は、ノードNkと負極端子T2との間に接続されたセル1で均等に分割される。中間ノードNmは、ノードNkよりも負極端子T2側に位置する。したがって、中間対地電位VMは負となる。このように、中間対地電位VMの変化を検出することで、セル1kの地絡故障を検出できる。また、中間対地電位VMが負の方向に変化したことを検出することで、地絡故障の発生箇所が正極端子T1と中間ノードNmとの間に存在することを検出できる。つまり、中間ノードNmよりも正極端子T1側にあるセルの異常が地絡故障である場合にも、そのセルの異常を検出することができる。
 理想的には、中間対地電位VMが0Vから変化した場合に、制御回路16は蓄電モジュール2に異常が生じたと判断することができる。しかし現実には、2m個のセル1の間での抵抗値のばらつきにより、すべてのセルが正常であっても中間対地電位VMの値は0Vと異なることがあり得る。したがって、制御回路16では、中間対地電位VMの基準範囲として、上限値Vupおよび下限値Vloが規定される。上限値Vupは接地電位GNDよりも大きく、下限値Vloは接地電位GNDよりも小さい。中間対地電位VMが基準範囲内の場合、制御回路16は、蓄電モジュール2を正常と判断する。一方、中間対地電位VMが基準範囲外の場合(中間対地電位VMが下限値Vloを下回る場合または上限値Vupを上回る場合)、制御回路16は、蓄電モジュール2に異常が生じたと判断する。
 図5は、図3に示した蓄電部3において、セル1kに高抵抗化が生じた場合の蓄電モジュール2での中間対地電位VMの変化を説明するための図である。図5を参照して、横軸は時間軸である。縦軸は中間対地電位VMを表す。たとえば無停電電源装置5の使用開始時刻を時刻t0とする。
 時刻t0から時刻t1までの期間は、中間対地電位VMは接地電位GNDとほぼ等しい。しかし、セル1kの高抵抗化により、時刻t1以後、中間対地電位VMが負の方向に変化する。時刻t2において、中間対地電位VMは下限値Vloを下回る。これにより、制御回路16は、正極端子T1と中間ノードNmとの間のいずれかのセルに異常が生じたと判断する。
 なお、セル1kが開放故障に至った場合、セル1kの抵抗値は非常に大きく、理想的には無限大である。このため、セル1kが接続されている蓄電モジュール2には充放電電流が流れなくなるため、蓄電モジュール2での中間対地電位VMは不定となる。これにより、制御回路16は、蓄電モジュール2に含まれるセルに異常が生じたと判断する。
 図6は、図3に示した蓄電部3において、セル1kに地絡故障が生じた場合の蓄電モジュール2での中間対地電位VMの変化を説明するための図である。図6を参照して、図6は図5と対比される。時刻t3において、セル1kに地絡故障が生じる。上述のように、中間対地電位VMは負の方向に変化し、下限値Vloを下回る。これにより、制御回路16は、正極端子T1と中間ノードNmとの間に接続されたいずれかのセルに異常が生じたと判断する。
 以上では、正極端子T1と中間ノードNmとの間に接続されたセル1kに異常が生じた場合について説明した。負極端子T2と中間ノードNmとの間に接続されたセルに異常が生じた場合、中間対地電位VMの変化の方向が逆になる。すなわち、セルの高抵抗化または地絡故障が生じたとき、中間対地電位VMは0Vから正の方向に変化する。変化の方向が異なるものの、これらの場合の中間対地電位VMの変化は、図3~図6における中間対地電位VMの変化と同様であるため、詳細な説明を繰り返さない。
 図7は、図1に示した制御回路16による制御を説明するためのフローチャートである。図7を参照して、たとえば蓄電システム100の稼働開始時に処理が開始される。
 ステップS11において、電圧検出回路8は中間対地電位VMを検出し、その検出値を制御回路16に出力する。ステップS12において、制御回路16は、中間対地電位VMが基準範囲内にあるか否かを判定する。中間対地電位VMが基準範囲内の場合(ステップS12においてYES)、処理はステップS13に進む。中間対地電位VMが基準範囲外の場合(ステップS12においてNO)、処理はステップS14に進む。
 ステップS13において、制御回路16は、蓄電モジュール2を正常と判断する。その後、一連の処理が繰り返される。
 一方、ステップS14においては、制御回路16は、蓄電モジュール2に異常が生じたと判断する。ステップS15において、中間対地電位VMが上限値Vupを上回る場合(ステップS15においてYES)、処理はステップS16に進む。中間対地電位VMが下限値Vloを下回る場合(ステップS15においてNO)、処理はステップS17に進む。
 ステップS16において、制御回路16は、蓄電モジュール2の異常の発生箇所を、負極端子T2と中間ノードNmとの間に接続されたいずれかのセルと特定する。ステップS17において、制御回路16は、蓄電モジュール2の異常の発生箇所を、正極端子T1と中間ノードNmとの間に接続されたいずれかのセルと特定する。このように、中間対地電位VMの変化の方向を検出することにより、蓄電モジュール2の異常の発生箇所が中間ノードNmよりも正極端子T1側であるか負極端子T2側であるかを判定することができる。
 ステップS16またはステップS17の処理終了後、ステップS18において、制御回路16は遮断信号SHDNをスイッチ19に出力する。スイッチ19は、遮断信号SHDNに応答して、導通状態から非導通状態へと移行する。これにより、蓄電部3は、コンバータ4およびインバータ17から切り離される。したがって、異常が生じた蓄電部3が継続して充放電されることが防がれる。よって、蓄電部3の異常の拡大を防止することができる。
 さらに、ステップS19において、制御回路16は、蓄電モジュール2に異常が生じた旨を報知するように報知部20を制御する。制御回路16は、ステップS16,S17における異常の特定結果を報知部20により報知させる。蓄電システム100の使用者または管理者は、この報知を受けることにより、特定された異常箇所を点検することができる。ステップS19の処理終了後、一連の処理が完了する。
 なお、ステップS18の処理は、ステップS15~S17の処理と順序を入れ替えてもよい。この場合、蓄電モジュール2の異常の検出(ステップS14の処理)の直後にスイッチ19が導通状態から非導通状態へと移行する(ステップS18の処理)。したがって、より迅速に蓄電部3の異常の拡大を防止することができる。
 次に、本実施の形態によって蓄電部3の異常を正確に検出できる理由を説明する。隣接する2個のセル1の間には1個のノードが存在する。したがって、2m個のセル1には、(2m-1)個のノードが存在する。
 図8は、図3に示した蓄電部3の充放電による、接地電位GNDを基準とする各ノードの電位の変化を示す図である。図8を参照して、放電終了後における接地電位GNDを基準とする各ノードの電位を図8(A)に示す。満充電状態における接地電位GNDを基準とする各ノードの電位を図8(B)に示す。正極端子T1から1番目のセルと2番目のセルとの間のノードをノードN1と表す。ノードN2,N(2m-2),N(2m-1)についても同様である。
 蓄電部3の正常状態における充放電では、接地電位GNDを基準とする各ノードの電位は、図8(A)および図8(B)に示す状態の間を遷移する。図8(B)を参照して、蓄電部3が正常である場合、各セル1は均等に充電される。また、正極端子T1と中間ノードNmとの間に含まれるノードの数と、負極端子T2と中間ノードNmとの間に含まれるノードの数とは等しい。さらに、蓄電部3の充電中または満充電状態において、接地電位GNDを基準とする正極端子T1および負極端子T2の電位は、コンバータ4の制御により、極性が逆で絶対値が等しい。したがって、充電中および満充電状態における、接地電位GNDを基準とする中間ノードNmの電位(中間対地電位VM)は、ほぼ0Vとなる。
 一方、図8(A)を参照して、蓄電部3からの放電中においては、正極端子T1と負極端子T2との間の電圧は、蓄電部3から放電される電流値に応じた速度で徐々に小さくなる。蓄電部3が正常である場合、各セル1から均等に放電される。このため、放電中および放電終了後においても、接地電位GNDを基準とする正極端子T1および負極端子T2の電位は、極性が逆で絶対値が等しい。したがって、接地電位GNDを基準とする中間ノードNmの電位は、ほぼ0Vである。
 単に異常発生時の蓄電部3での電圧変化を検出するのであれば、上記(2m-1)個のノードのいずれのノードの電位を監視してもよい。たとえば、ノードN1の電位の変化を監視することができる。しかし、ノードN1の電位は、蓄電部3の充放電に応じて大きく変化する。本実施の形態によれば、電圧検出回路8は中間ノードNmに接続される。蓄電部3の正常状態において、中間ノードNmの電位は接地電位GNDとの電位差が全ノードのうち最も小さく、ほぼ0Vである。さらに、蓄電部3が充放電される場合にも、中間ノードNmの電位は0Vに保たれる。しかし、蓄電部3に異常が生じると中間ノードNmの電位は0Vから正または負の方向に変化する。したがって、本実施の形態によれば、蓄電部3の異常を正確に検出可能である。
 なお、セル1の個数が2m個(偶数個)の場合について説明した。しかし、セル1の個数が奇数個の場合であっても、本発明は適用可能である。セル1の個数が(2m+1)個の場合には、正極端子T1からm番目のセルと(m+1)番目のセルとを接続する中間ノードNm、および正極端子T1から(m+1)番目のセルと(m+2)番目のセルとを接続する中間ノードN(m+1)のいずれかに電圧検出回路8が接続される。この場合、中間対地電位VMは、セル1の個数が偶数個の場合と比べて、1個のセル1の電圧だけ接地電位GNDを基準に正または負の方向に変化する。この変化に合わせて基準範囲の上限値Vupおよび下限値Vloを設定すれば、セル1の個数が奇数個の場合でも、偶数個の場合と同等に扱うことができる。
  [変形例]
 図9は、本発明の実施の形態1の変形例に係る無停電電源装置の構成を概略的に示す回路ブロック図である。図9を参照して、本発明の実施の形態1の変形例に係る無停電電源装置51は、蓄電部3に代えて、蓄電部31を備える点において図2に示した無停電電源装置5と異なる。蓄電部31はキャパシタであり、たとえば電気二重層キャパシタ(コンデンサ)またはリチウムイオンキャパシタである。
 蓄電部31は蓄電モジュール15を含む。蓄電モジュール15は、2m個のセル13と、2m個のバランス抵抗14とを有する。製造ばらつき等の要因に起因して、セル13の静電容量は不均一であり得る。理想的なセルに充電電流Iが時間t流れると、静電容量Cを有するセルの充電電圧Vは、I×t=C×Vと表される。2m個のセル1を通じて充電電流Iが流れると、静電容量の小さいセルでは、静電容量の大きいセルよりも電圧が高くなる。
 そこで、複数のセル13が均等に充電されるようにセル13の各々に並列接続されたバランス抵抗14によって、蓄電モジュール15に印加された電圧は、各セル13の間でほぼ均等に分圧される。一例として、各セル13の定格電圧が2.35Vであって、セル13の個数が300個である場合、蓄電モジュール2の定格電圧は約700Vとなる。蓄電部31の他の構成は蓄電部3の構成(図2参照)と同等であるため、詳細な説明を繰り返さない。
 図10は、図9に示した蓄電モジュール15における異常の発生を説明するための図である。図10を参照して、バランス抵抗14aは、セル13aに並列に接続される。セル13は正常である。バランス抵抗14は、セル13に並列に接続される。セル13a,13を流れる充放電電流をそれぞれ電流I1a,I1とする。バランス抵抗14a,14を流れる充放電電流をそれぞれ電流I2a,I2とする。蓄電モジュール15に異常が発生する前、電流I1aと電流I1とは等しい。電流I2aと電流I2とは等しい。また、セル13aおよびバランス抵抗14aでの電流の和(I1a+I2a)と、セル13およびバランス抵抗14での電流の和(I1+I2)とは等しい(I1a+I2a=I1+I2)。
 セル13aに高抵抗化が生じると、セル13aの内部抵抗が大幅に増加する。これにより、セル13,13aおよびバランス抵抗14,14aの合成抵抗値も増加する。したがって、電流の和(I1a+I2a)および電流の和(I1+I2)の各々は、セル1kに高抵抗化が生じる前よりも減少する。
 高抵抗化が生じたセル13aおよびバランス抵抗14aでは、電流I1aが減少する。その減少分だけ電流12aは増加する。一方、正常なセル13およびバランス抵抗14では、電流I1と電流I2との割合は、セル13aに高抵抗化が生じる前から変化しない。バランス抵抗14aの抵抗値は、バランス抵抗14の抵抗値と等しい。よって、バランス抵抗14aでの電圧は、バランス抵抗14の電圧よりも高くなる。このように、高抵抗化が生じたセルでの電圧は高くなる。
 この場合、セル間の電圧分布は、図4(B)に示される分布と同様になる。したがって、蓄電部3が蓄電池である場合におけるセルの高抵抗化の説明と同様に、正極端子T1と中間ノードNmとの間に接続されたセルに高抵抗化が生じた場合、中間対地電位VMは負の方向に変化する。一方、負極端子T2と中間ノードNmとの間に接続されたセルに高抵抗化が生じた場合、中間対地電位VMは正の方向に変化する。これにより、制御回路16は、蓄電部3の異常を検出することができる。さらに制御回路16は、異常の発生箇所を特定することができる。
 なお、セル13aが開放故障に至った場合、セル13aに並列接続されたバランス抵抗14aに電流がすべて流れることになり、セル13aの高抵抗化と共通する。したがって、セル13aの開放故障の判定方法は、セル13aの高抵抗化の判定方法と同様であるため、詳細な説明を繰り返さない。
 なお、セル13aが地絡故障した場合の充放電電圧の変化は、セル13aが蓄電池の場合の変化(図4(C)および図6参照)と同等であるため、詳細な説明を繰り返さない。このように蓄電部がキャパシタである場合にも、蓄電池の場合と同様に、セルの高抵抗化、開放故障、または地絡故障などの異常を検出することができる。
  [実施の形態2]
 上述したように、蓄電部では一般に、必要な容量を確保するために複数の蓄電モジュールが並列に接続される。実施の形態2では、複数の蓄電モジュールの各々に電圧検出部が設けられる。各蓄電モジュールでの中間対地電位を用いて、中間対地電位の基準範囲を補正することができる。
 図11は、本発明の実施の形態2に係る異常検出回路を備えた無停電電源装置の構成を概略的に示す回路ブロック図である。図11を参照して、無停電電源装置52は、蓄電モジュール2に代えて、並列に接続された3個の蓄電モジュール2a~2cを含む部分において、図2に示した無停電電源装置5と異なる。なお、蓄電モジュールの個数は3個以上であればよく、3個に限定されるものではない。また、図11では説明の明瞭化のため、無停電電源装置52のうち蓄電部の異常検出に関する部分のみが示されている。無停電電源装置52の他の構成は、図1に示した無停電電源装置5の構成と同等であるため、詳細な説明を繰り返さない。
 蓄電モジュール2a~2cには、電圧検出部8a~8cがそれぞれ設けられる。電圧検出部8aは、電圧計測器81aと接地抵抗82aとを含む。電圧検出部8bは、電圧計測器81bと接地抵抗82bとを含む。電圧検出部8cは、電圧計測器81cと接地抵抗82cとを含む。中間対地電位VMa~VMcは、それぞれ蓄電モジュール2a~2cの中間対地電位である。電圧計測器81a~81cは、中間対地電位VMa~VMcをそれぞれ検出する。電圧検出部8a~8cは、それぞれ中間対地電位VMa~VMcの検出値を制御回路16に出力する。蓄電部31の他の構成は、図2に示した蓄電部3の構成と同等であるため、詳細な説明を繰り返さない。
 なお、煩雑になるため図示しないが、本実施の形態においては、蓄電モジュール2a~2cが本発明に係る「蓄電モジュール」に相当する。電圧検出部8a~8cが本発明に係る「電圧検出回路」に相当する。また、制御回路16および電圧検出部8a~8cが本発明に係る「異常検出回路」に相当する。
 図12は、図11に示した無停電電源装置52において、基準範囲の補正前後の蓄電モジュール2a~2cでの中間対地電位VMa~VMcを説明するための図である。図12(A)は補正する前の中間対地電位VMa~VMcの基準範囲を表す。図12(B)は補正した後の中間対地電位VMa~VMcの基準範囲を表す。
 図12(A)を参照して、蓄電モジュール2aの中間対地電位VMaと、蓄電モジュール2bの中間対地電位VMbとは等しい。一方で、蓄電モジュール2cの中間対地電位VMcは、蓄電モジュール2a,2bの中間対地電位VMaと異なる。したがって、中間対地電位VMa~VMcの最頻値VmodeはVMaである。
 図12(B)を参照して、制御回路16は、蓄電モジュール2a~2cの中間対地電位VMa~VMcが全体的に最頻値Vmodeだけ加算(または減算)されていると判断する。制御回路16は、最頻値Vmodeを用いて、中間対地電位VMa~VMcの基準範囲を補正する。すなわち、制御回路16は、上限値Vupおよび下限値Vloの各々に最頻値Vmodeを加算して、補正後の上限値(Vup+Vmode)および補正後の下限値(Vlo+Vmode)を求める。
 図13は、図11に示した制御回路16による判定、および判定に基づく制御を説明するためのフローチャートである。図11および図13を参照して、図13は図7と対比される。一例として、無停電電源装置52の稼働開始時に処理が開始される。
 ステップS21において、電圧検出部8a~8cは、蓄電モジュール2a~2cの中間対地電位VMa~VMcをそれぞれ検出し、その検出値を制御回路16に出力する。ステップS22において、制御回路16は、中間対地電位VMa~VMcの最頻値Vmodeを算出する。ステップS23において、制御回路16は、ステップS22で算出した最頻値Vmodeを用いて中間対地電位VMa~VMcの基準範囲を補正する。より具体的には、制御回路16は、基準範囲の上限値Vupおよび下限値Vloに最頻値Vmodeを加算する。
 ステップS24において、制御回路16は、蓄電モジュール2a~2cの中間対地電位VMa~VMcが補正後の基準範囲内にあるか否かを判定する。中間対地電位VMa~VMcのいずれもが補正後の基準範囲内の場合(ステップS24においてYES)、処理はステップS25に進む。中間対地電位VMa~VMcのうちのいずれか一つでも補正後の基準範囲外の場合(ステップS24においてNO)、処理はステップS26に進む。
 ステップS25において、制御回路16は、蓄電モジュール2a~2cをいずれも正常と判断する。その後、一連の処理が繰り返される。一方、ステップS26においては、制御回路16は、中間対地電位が補正後の基準範囲外となった蓄電モジュールに異常が生じたと判断する。その後のステップS27~S31の処理については、図6に示したフローチャートのステップS15~S19の処理とそれぞれ同等であるため、詳細な説明を繰り返さない。
 図12(A),(B)に戻り、中間対地電位VMa~VMcの各々は、共通するオフセット成分を含み得る。中間対地電位VMa~VMcの最頻値が上記オフセット成分に相当する。基準範囲の補正前には、蓄電モジュール2cの中間対地電位VMcは、オフセット成分の影響により補正前の上限値Vupを上回る。この場合、制御回路16は、蓄電モジュール2cに異常が生じたと誤って判断してしまう。このようなオフセット成分の影響を除去または低減するために基準範囲が補正される。基準範囲の補正後、蓄電モジュール2cの中間対地電位VMcは、補正後の上限値(Vup+Vmode)を下回り基準範囲内である。したがって、制御回路16は、蓄電モジュール2cが正常と正確に判断することができる。このように、本実施の形態によれば、異常の判定の精度を向上することができる。
 なお、以上の説明によれば、制御回路16は、最頻値Vmodeを基準範囲の上限値Vupおよび下限値Vloに加算すると説明した。これに代えて、制御回路16は、中間対地電位VMa~VMcの各々からの最頻値Vmodeの差分値を演算してもよい。すなわち、中間対地電位(VMa-Vmode),(VMb-Vmode),(VMc-Vmode)の各々が、上限値Vupおよび下限値Vloで規定される基準範囲内にあるか否かに基づいて異常が判定されてもよい。
 また、電圧検出部8a~8cによる中間対地電位VMa~VMcの検出は、同時に実行されることが好ましい。これにより、中間対地電位VMa~VMcに共通するノイズ成分を同時に除去または低減することができる。
  [実施の形態3]
 複数の蓄電モジュールが設けられる場合には、複数の蓄電モジュールでの中間対地電位同士を比較してもよい。本発明の実施の形態3に係る無停電電源装置の構成は、図11に示した実施の形態2に係る無停電電源装置52の構成と同等であるため、詳細な説明を繰り返さない。
 図14は、本発明の実施の形態3に係る無停電電源装置における異常の判定方法を説明するための図である。図9および図14を参照して、実施の形態3においても実施の形態2と同様に、制御回路16は蓄電モジュール2a~2cの中間対地電位VMa~VMcから、その最頻値Vmodeを算出する。
 中間対地電位が最頻値Vmodeと等しい蓄電モジュール2a,2bについて、制御回路16はそれらの蓄電モジュールが正常と判断する。一方、最頻値と異なる中間対地電位VMcを示す蓄電モジュール2cについて、制御回路16は、最頻値Vmodeと中間対地電位VMcとの差分値ΔVMを生成する。その差分値ΔVMに基づいて、制御回路16は、蓄電モジュール2cが正常か否かを判断する。より具体的には、差分値ΔVMの絶対値が所定の基準値以上の場合、制御回路16は、蓄電モジュール2cに異常が生じたと判定する。一方、差分値ΔVMの絶対値が基準値未満の場合、制御回路16は、蓄電モジュール2cが正常と判定する。
 なお、3個の蓄電モジュール2a~2cが無停電電源装置52に設けられる場合について説明した。しかし、2個のみの蓄電モジュール2a,2bが設けられる場合にも本発明は適用可能である。この場合、制御回路16は、蓄電モジュール2a,2bそれぞれからの中間対地電位VMa,VMbの差分値を演算する。差分値の絶対値が所定の基準値以上の場合に、制御回路16は、蓄電モジュール2a,2bのうちのいずれか一方に異常が生じたと判定する。一方、差分値ΔVMの絶対値が基準値未満の場合、制御回路16は、蓄電モジュール2a,2bはいずれも正常と判定する。
 実施の形態3においても、実施の形態2と同様に、中間対地電位VMa~VMcのオフセット成分などに起因する検出誤差を低減することができる。また、電圧検出部8a~8cによる中間対地電位VMa~VMcの検出を同時に実行することにより、ノイズ成分の影響も除去または低減することができる。したがって、異常の判定精度を向上することができる。
 なお、実施の形態1,2では、常時インバータ給電方式の無停電電源装置について説明した。しかし、本発明に係る「蓄電装置」は、直列に接続された複数のセルを含む蓄電装置であれば特に限定されない。本発明に係る「蓄電装置」は、たとえば常時商用給電方式の無停電電源装置であってもよい。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 100 蓄電システム、200 異常検出回路、1,1a,13 セル、2,15,2a~2b 蓄電モジュール、2a~2b モジュール、3,31 蓄電部、14 バランス抵抗、4 コンバータ、5,51,52 無停電電源装置、6 絶縁トランス、7 交流電源、8 電圧検出回路、8a~8c 電圧検出部、81,81a~81c 電圧計測器、82,82a~82c 接地抵抗、16 制御回路、17 インバータ、18 負荷、19 スイッチ、20 報知部、T1 正極端子、T2 負極端子。

Claims (11)

  1.  蓄電装置の異常を検出する異常検出回路であって、
     前記蓄電装置は、
     交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して、絶対値が互いに等しい正電位および負電位を出力するコンバータと、
     前記コンバータによって生成された直流電力を蓄える蓄電部と、
     前記コンバータからの直流電力および前記蓄電部に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して負荷に供給可能に構成されたインバータとを備え、
     前記蓄電部は、
     前記コンバータから前記正電位および前記負電位をそれぞれ受ける正極端子および負極端子と、
     前記正極端子と前記負極端子との間に接続された蓄電モジュールとを含み、
     前記蓄電モジュールは、前記正極端子と前記負極端子との間に直列に接続された複数のセルを有し、
     前記異常検出回路は、
     前記正極端子と前記負極端子との中間に位置する中間ノードの電位を、接地電位を基準として検出する電圧検出回路と、
     前記電圧検出回路からの検出値の前記接地電位からの変化に基づいて、前記蓄電モジュールの前記異常を判断する制御回路とを備え、
     前記中間ノードは、前記複数のセルのうちの前記正極端子と前記負極端子との中間に位置する2つのセル間のノードである、異常検出回路。
  2.  前記蓄電モジュールの前記異常は、前記複数のセルのうちのいずれかのセルでの地絡故障およびセルの内部抵抗値の増加のうちの少なくとも一方である、請求項1に記載の異常検出回路。
  3.  前記制御回路は、前記検出値が、前記接地電位よりも大きい上限値と、前記接地電位よりも小さい下限値とにより規定された所定の基準範囲外である場合に、前記蓄電モジュールを前記異常と判断する、請求項1に記載の異常検出回路。
  4.  前記検出値が前記上限値を上回った場合、前記制御回路は、前記異常の発生箇所を、前記負極端子と前記中間ノードとの間の箇所と特定し、
     前記検出値が前記下限値を下回った場合、前記制御回路は、前記異常の発生箇所を、前記正極端子と前記中間ノードとの間の箇所と特定する、請求項3に記載の異常検出回路。
  5.  前記蓄電モジュールは、第1~第n(nは3以上の自然数)のモジュールを含み、
     前記電圧検出回路は、前記第1~第nのモジュールに対応してそれぞれ設けられる、第1~第nの電圧検出部を含み、
     前記制御回路は、前記第1~第nの電圧検出部それぞれからの第1~第nの検出値の最頻値を求め、前記最頻値に基づいて前記上限値および前記下限値を補正する、請求項3に記載の異常検出回路。
  6.  前記蓄電モジュールは、第1~第n(nは2以上の自然数)のモジュールを含み、
     前記電圧検出回路は、前記第1~第nのモジュールに対応してそれぞれ設けられる、第1~第nの電圧検出部を含み、
     前記制御回路は、前記第1~第nの電圧検出部それぞれからの第1~第nの検出値の差分値を演算して、前記差分値の絶対値が所定の基準値を上回った場合に、前記蓄電モジュールを異常と判断する、請求項1に記載の異常検出回路。
  7.  前記蓄電モジュールは、第1~第n(nは3以上の自然数)のモジュールを含み、
     前記電圧検出回路は、前記第1~第nのモジュールに対応してそれぞれ設けられる、第1~第nの電圧検出部を含み、
     前記制御回路は、前記第1~第nの電圧検出部それぞれからの第1~第nの検出値の最頻値を求め、前記第1~第nの検出値と前記最頻値との第1~第nの差分値をそれぞれ演算して、前記第1~第nの差分値の絶対値のうちの少なくとも1つが所定の基準値を上回った場合に、前記蓄電モジュールを前記異常と判断する、請求項1に記載の異常検出回路。
  8.  前記コンバータと、
     前記蓄電部と、
     前記インバータと、
     請求項1~7のいずれか一項に記載の異常検出回路とを備える、蓄電装置。
  9.  前記蓄電装置は、前記コンバータおよび前記インバータの接続点と前記蓄電部との間に設けられ、遮断信号に応答して、導通状態から非導通状態へと移行する遮断部をさらに備え、
     前記制御回路は、前記蓄電モジュールを前記異常と判断した場合に、前記遮断信号を前記遮断部に出力する、請求項8に記載の蓄電装置。
  10.  前記蓄電装置は、使用者に異常を報知する報知部をさらに備え、
     前記制御回路は、前記蓄電モジュールを前記異常と判断した場合に、前記異常を報知するように前記報知部を制御する、請求項8に記載の蓄電装置。
  11.  前記蓄電部は、蓄電池およびキャパシタのうちのいずれかである、請求項8に記載の蓄電装置。
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