WO2015125279A1 - 電力変換システム、電力変換装置、及び蓄電装置の状態診断方法 - Google Patents

電力変換システム、電力変換装置、及び蓄電装置の状態診断方法 Download PDF

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勝志 寺園
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株式会社安川電機
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the disclosed embodiment relates to a power conversion system, a power conversion device, and a state diagnosis method for a power storage device.
  • Patent Document 1 describes a method for determining the degree of deterioration of a secondary battery.
  • the secondary battery to be judged is fitted to an equivalent circuit model by the AC impedance method, and the product of the resistance value of the low frequency side reaction resistance and the capacitance of the low frequency side capacitor at that time is obtained. It is determined that the degree of deterioration is greater as the reciprocal is smaller.
  • the above prior art has room for improvement in terms of improving the convenience of state diagnosis of the power storage device.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a power conversion system, a power conversion device, and a state diagnosis method for a power storage device that can improve the convenience of the state diagnosis of the power storage device. To do.
  • a power conversion system which is a first power conversion device configured to convert AC power from an AC power source into first DC power; A second power converter configured to convert the first DC power from the first power converter into another second DC power having a different power value; and the second power from the second power converter.
  • a power storage device configured to store direct-current power, wherein the second power conversion device superimposes a predetermined alternating voltage on a direct-current voltage in the second direct-current power, and the second direct-current power.
  • a control signal generator configured to perform at least one of superimposition of a predetermined alternating current on a direct current in DC, a DC voltage detection value on which the alternating voltage is superimposed, and a direct current on which the alternating current is superimposed At least the current detection value
  • a detection signal processing unit configured to detect one; a state diagnosis unit configured to diagnose a state of the power storage device based on at least one of the DC voltage detection value and the DC current detection value; Are applied.
  • the supplied first DC power is converted to another second DC power having a different power value and output to the power storage device. And generating and outputting a control signal in which an AC command whose frequency changes within a predetermined frequency range is superimposed on the DC command on the power storage device side, thereby generating the second DC power Superimposition of an alternating voltage whose frequency changes within the predetermined frequency range on the direct current voltage and superimposition of an alternating current whose frequency changes within the predetermined frequency range on the direct current of the second direct current power Detecting at least one of a control signal generator configured to perform at least one of the above, a DC voltage detection value on which the AC voltage is superimposed, and a DC current detection value on which the AC current is superimposed The state of the power storage device by the AC impedance method based on at least one of the detection signal processing unit configured as described above, the AC voltage component value in the DC voltage detection value, and the AC current component value in the DC current detection value A power conversion device having
  • a state diagnosis method for a power storage device configured to store the supplied second DC power, the power storage device side By generating and outputting a control signal in which an AC command whose frequency changes within a predetermined frequency range is superimposed on the DC command, the frequency to the DC voltage in the second DC power is within the predetermined frequency range.
  • a first power converter configured to convert AC power from an AC power source into first DC power, and the first power.
  • a second power converter configured to convert the first DC power from the converter into another second DC power having a different power value; and storing the second DC power from the second power converter.
  • the second power converter is configured to superimpose a predetermined AC voltage on a DC voltage in the second DC power and to a DC current in the second DC power.
  • a predetermined AC voltage is superimposed on a DC voltage in the second DC power supplied to the power storage device, and the second DC power is At least one of superimposing a predetermined alternating current on a direct current and detecting a direct current voltage detection value on which the alternating current voltage is superimposed and a direct current detection value on which the alternating current is superimposed are detected.
  • a method for diagnosing the state of the power storage device based on at least one of the DC voltage detection value and the DC current detection value is applied.
  • a predetermined AC voltage is superimposed on a DC voltage in the second DC power output to the power storage device, and a DC in the second DC power is obtained.
  • a control signal generator configured to perform at least one of superimposition of a predetermined alternating current on the current, a direct current voltage detection value on which the alternating current voltage is superimposed, and a direct current detection on which the alternating current is superimposed
  • a detection signal processing unit configured to detect at least one of the values, and configured to diagnose a state of the power storage device based on at least one of the DC voltage detection value and the DC current detection value
  • a power conversion device having a state diagnosis unit is applied.
  • a first power converter configured to convert AC power from an AC power source into first DC power, and the first power.
  • a second power converter configured to convert the first DC power from the converter into another second DC power having a different power value; and storing the second DC power from the second power converter.
  • the second power converter is configured to superimpose a predetermined AC voltage on a DC voltage in the second DC power and to a DC current in the second DC power.
  • At least one of superposition of the predetermined alternating current and detecting at least one of a DC voltage detection value on which the AC voltage is superimposed and a DC current detection value on which the AC current is superimposed, and the DC voltage Detection value and the direct current Based on at least one of the flow detection value, power conversion system for diagnosing the condition of the electric storage device is applied.
  • the convenience of the state diagnosis of the power storage device can be improved.
  • the power conversion system 1 of the present embodiment includes an AC-DC converter 20, a DC-AC converter 30, a DC-DC converter 50, a power storage device 70, and a circuit breaker 60.
  • AC-DC converter 20 converts AC power supplied from AC power supply 10 (for example, system power supply) into predetermined DC power (corresponding to first DC power; hereinafter also referred to as “first DC power”). Then, the AC-DC converter 20 uses the first DC power via a DC line Ld1 (hereinafter also referred to as “first DC line Ld1”) between the AC-DC converter 20 and the DC-AC converter 30. Output to the DC-AC converter 30 and the DC-DC converter 50. That is, the AC-DC converter 20 corresponds to a first power converter.
  • first DC line Ld1 hereinafter also referred to as “first DC line Ld1”
  • the DC-AC converter 30 converts the first DC power supplied via the first DC line Ld1 into predetermined AC power and outputs it to the AC motor 40 that is a load.
  • AC motor 40 operates based on AC power supplied from DC-AC converter 30.
  • the load is the AC motor 40
  • the load is not limited to the AC motor 40, and any electronic device that operates based on AC power may be used. It is not limited.
  • the load is not limited to an electronic device that operates based on AC power, and may be an electronic device that operates based on DC power.
  • DC power for example, a DC motor
  • power conversion is performed so that the electronic device operates based on the first DC power supplied via the first DC line Ld1. What is necessary is just to comprise a system.
  • the DC-DC converter 50 is different from the first DC power supplied from the AC-DC converter 20 via the first DC line Ld1 (corresponding to the second DC power, for example) having different power values (for example, lower power values). (Hereinafter also referred to as “second DC power”). Then, the DC-DC converter 50 uses the second DC power via the DC line Ld2 between the DC-DC converter 50 and the power storage device 70 (hereinafter also referred to as “second DC line Ld2”). Output to 70. That is, the DC-DC converter 50 corresponds to a power converter and a second power converter.
  • the DC-DC converter 50 converts the second DC power supplied from the power storage device 70 via the second DC line Ld2 into first DC power (for example, having a high power value), and passes through the first DC line Ld1. It is also possible to output to the DC-AC converter 30.
  • the power storage device 70 stores (charges) the second DC power supplied from the DC-DC converter 50 via the second DC line Ld2.
  • the power storage device 70 can also output (discharge) the stored second DC power to the DC-DC converter 50 via the second DC line Ld2.
  • the power storage device 70 is not particularly limited as long as it is a device capable of charging and discharging the second DC power.
  • it is also referred to as one or more secondary batteries (“storage battery” or “rechargeable battery”).
  • one or more capacitors also referred to as “capacitor” or “capacitor”
  • the secondary battery for example, a lithium ion secondary battery, a nickel / hydrogen storage battery, a nickel / cadmium storage battery, a lead storage battery, a sodium / sulfur battery, or the like is used.
  • the capacitor for example, an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor is used.
  • the power storage device 70 is a single lithium ion secondary battery will be described.
  • the circuit breaker 60 is provided in the second DC line Ld2.
  • the circuit breaker 60 acquires an abnormality diagnosis signal (described later) from the DC-DC converter 50, the circuit breaker 60 performs a disconnection operation according to the abnormality diagnosis signal, thereby connecting the DC-DC converter 50 and the power storage device 70. Can be cut off and separated.
  • the power conversion system 1 in which the circuit breaker 60 is provided in the second DC line Ld2 will be described as an example. However, in the power conversion system in which the circuit breaker 60 is not provided in the second DC line Ld2. Is also applicable.
  • the AC-DC converter 20 converts the AC power into first DC power having a predetermined power value, and outputs the first DC power to the DC-AC converter 30 and the DC-DC converter 50 via the first DC line Ld1.
  • the DC-DC converter 50 converts the first DC power having a predetermined power value supplied from the AC-DC converter 20 via the first DC line Ld1 into second DC power, and stores the power storage device via the second DC line Ld2. 70, and causes the power storage device 70 to perform a charging operation (charge absorption).
  • the voltage value of the AC power supplied from the AC power supply 10 to the AC-DC converter 20 sometimes falls below a predetermined power value range.
  • a state in which the power value of the first DC power output from the AC-DC converter 20 to the DC-AC converter 30 and the DC-DC converter 50 via the first DC line Ld1 decreases and does not reach a predetermined power value. It becomes.
  • the DC-DC converter 50 causes the power storage device 70 to perform a discharging operation (discharge of charge), and the second DC power supplied from the power storage device 70 via the second DC line Ld2 is changed to the first DC power. This is converted and output to the DC-AC converter 30 via the first DC line Ld1.
  • the DC-DC converter 50 increases the power value of the first DC power supplied to the DC-AC converter 30 via the first DC line Ld1 so as to approach a predetermined power value.
  • the predetermined power value to the DC-AC converter 30 is changed. It is possible to continue the supply of 1 DC power.
  • the power storage device 70 may be deteriorated by repeated charge / discharge, or suddenly abnormal (for example, a short circuit) occurs during repeated charge / discharge, the power storage device 70 may change its state. It is important to diagnose and grasp 70 states. For example, by repeating charge and discharge in a lithium ion secondary battery, a heavy metal such as cobalt on the electrode surface undergoes a chemical reaction, and a thin film that hardly allows lithium ions to pass therethrough can be formed. This film blocks the entry and exit of lithium ions and prevents smooth movement, which becomes an obstacle to charge and discharge and causes deterioration of the lithium ion secondary battery.
  • the DC-DC converter 50 that supplies the second DC power to the power storage device 70 has a function of diagnosing the state of the power storage device 70.
  • the DC-DC converter 50 superimposes a predetermined AC voltage on a DC voltage (hereinafter also referred to as “second DC voltage”) in the second DC power, and a DC current (hereinafter “ It is also referred to as “second direct current”.) At least one of superposition of a predetermined alternating current on the second direct current is performed. Thereafter, the DC-DC converter 50 includes a DC voltage detection value V2 on which the AC voltage is superimposed (refer to FIG. 2 and the like to be described later; hereinafter, also referred to as “second DC voltage detection value V2”), and the AC current. Is detected at least one of the DC current detection values I2 (see FIG.
  • the DC-DC converter 50 diagnoses the state of the power storage device 70 based on at least one of the second DC voltage detection value V2 and the second DC current detection value I2.
  • the configuration of the DC-DC converter 50 is implemented in terms of functional blocks will be described with reference to FIG.
  • the DC-DC converter 50 may be either an insulated or non-insulated DC-DC converter.
  • the power storage device 70 is a lithium ion secondary battery
  • a power conversion method of the insulation type DC-DC converter there are various methods such as an RCC method, a push-pull method, a half bridge method, and a full bridge method. Any method may be used as the power conversion method of the DC-DC converter 50. In the present embodiment, a case where the power conversion method of the DC-DC converter 50 is a full bridge method will be described.
  • the DC-DC converter 50 includes first terminals 51a and 51b, second terminals 52a and 52b, a transformer 55, a first converter 53, a second converter 54, and voltage detection.
  • the power conversion system 1 includes a temperature detection unit 80 and a notification unit 90 in addition to the configuration described above.
  • the first terminals 51a and 51b are connected to the first DC lines Ld1 and Ld1.
  • the second terminals 52a and 52b are connected to the second DC lines Ld2 and Ld2.
  • the transformer 55 includes a first winding 551 and a second winding 552 that are electrically insulated from each other.
  • the second winding 552 is provided with a center tap.
  • the configuration of the transformer 55 is not limited to the above-described content, and may be other content.
  • the first converter 53 is provided between the first terminals 51a and 51b and the first winding 551.
  • the first conversion unit 53 includes a capacitor 535, four semiconductor switches SW1, SW2, SW3, SW4, and a reactor 536.
  • the capacitor 535 is connected between the first terminals 51a and 51b.
  • the semiconductor switches SW1 to SW4 are configured by connecting, for example, a semiconductor switching element and a diode in antiparallel, and are connected in a full bridge type. Among these, the semiconductor switches SW1 and SW2 are connected in series with each other, and the series circuit of these semiconductor switches SW1 and SW2 is connected between the first terminals 51a and 51b. One end of a reactor 536 is connected to the connection point of the semiconductor switches SW1 and SW2. On the other hand, the semiconductor switches SW3 and SW4 are connected in series with each other, and the series circuit of these semiconductor switches SW3 and SW4 is connected in parallel with the series circuit of the semiconductor switches SW1 and SW2 between the first terminals 51a and 51b. ing. One end of the first winding 551 is connected to the connection point of the semiconductor switches SW3 and SW4.
  • Reactor 536 has one end connected to the connection point of semiconductor switches SW1 and SW2, and the other end connected to the other end of first winding 551.
  • the structure of the 1st conversion part 53 is not limited to the said content, Other content may be sufficient.
  • the second converter 54 is provided between the second terminals 52a and 52b and the second winding 552.
  • the second conversion unit 54 includes two semiconductor switches SW5 and SW6, a reactor 543, and a capacitor 544.
  • the semiconductor switches SW5 and SW6 are configured, for example, by connecting a semiconductor switching element and a diode in antiparallel, and are connected via a second winding 552.
  • the semiconductor switch SW5 has one terminal connected to the second terminal 52b and the other terminal connected to one end of the second winding 552.
  • the semiconductor switch SW6 has one terminal connected to the second terminal 53b and the other terminal connected to the other end of the second winding 552.
  • the reactor 543 has one end connected to the center tap of the second winding 552 and the other end connected to the second terminal 52a.
  • the capacitor 544 is connected between the other end of the reactor 543 and the second terminal 52b.
  • the structure of the 2nd conversion part 54 is not limited to the said content, Other content may be sufficient.
  • the voltage detector 56 is connected between a terminal on the first terminal 51a side of the capacitor 535 and a terminal on the first terminal 51a side of the semiconductor switch SW1, and a terminal on the first terminal 51b side of the capacitor 535.
  • the voltage detection unit 56 detects the voltage at the two connection points as a voltage including at least a DC voltage in the first DC power (hereinafter also referred to as “first DC voltage”), and detects a DC voltage detection value V1. (Hereinafter, also referred to as “first DC voltage detection value V1”).
  • the current detector 57 is provided between the first terminal 51b and the terminal of the capacitor 535 on the first terminal 51b side.
  • the current detection unit 57 detects a current at the installation location as a current including at least a DC current in the first DC power (hereinafter also referred to as “first DC current”), and detects a DC current detection value I1 (hereinafter referred to as “DC current detection value I1”). , Also referred to as “first DC current detection value I1”).
  • the temperature detection unit 80 is mounted by, for example, an NTC thermistor, a PTC thermistor, or the like, and detects the temperature at the installation location (for example, the vicinity of the screw terminal portion of the power storage device 70) as the temperature of the power storage device 70 and controls it as the detection temperature T. Output to the unit 100.
  • the notification unit 90 is implemented by, for example, a monitor, a lamp, a buzzer, a speaker, and the like, and performs notification based on the diagnosis result of the state diagnosis unit 120 (details will be described later).
  • control signal generation unit 110 the detection signal processing unit 200
  • state diagnosis unit 120 the state diagnosis unit 120
  • the control signal generator 110 is implemented by a program executed by the CPU 901 (see FIG. 9 described later) of the DC-DC converter 50.
  • the control signal generator 110 performs at least one of superimposing a predetermined alternating voltage on the second DC voltage and superimposing a predetermined alternating current on the second DC current. That is, the control signal generation unit 110 is a means for performing at least one of superimposition of a predetermined AC voltage on the DC voltage in the second DC power and superimposition of a predetermined AC current on the DC current in the second DC power. Equivalent to.
  • the control signal generator 110 generates and outputs a control signal S for each of the semiconductor switches SW1 to SW6 by a PWM control method.
  • the control signal generation unit 110 performs switching control (on / off control) of the semiconductor switches SW1 to SW6 to perform the power conversion operation (charging / discharging operation of the power storage device 70), and to the second DC voltage. At least one of superimposing the alternating voltage and superimposing the alternating current on the second direct current is performed.
  • the control signal generation unit 110 generates and outputs a control signal by a method other than the PWM control method (for example, a PFM control method), thereby superimposing an alternating voltage on the second direct current voltage and generating a second direct current. At least one of superimposing the alternating current on the current may be performed.
  • the control signal generation unit 110 has a predetermined frequency with respect to a DC command (hereinafter also referred to as “second DC command”) that is a target DC value on the second DC line Ld2 side (power storage device 70 side).
  • the control signal generator 110 superimposes an AC voltage whose frequency changes to the second DC voltage within a predetermined frequency range, and an AC voltage whose frequency changes to the second DC current changes within the predetermined frequency range. At least one of current superposition is performed.
  • control signal generation unit 110 generates the second DC voltage by using a method other than generating and outputting a control signal S in which an AC command for converting the frequency within the predetermined frequency range is superimposed on the second DC command. You may perform at least one of superimposition of an alternating voltage, and superimposition of the alternating current to a 2nd direct current.
  • the charging / discharging method of the power storage device 70 performs constant current charging / discharging and constant voltage charging / discharging at appropriate timing. A case where the method is performed by switching will be described.
  • the charging / discharging method of the power storage device 70 is not limited to a method in which constant current charging / discharging and constant voltage charging / discharging are switched at an appropriate timing, and other methods may be used.
  • the control signal generation unit 110 is controlled when the power storage device 70 is controlled to perform constant current charge / discharge and when the power storage device 70 is controlled to perform constant voltage charge / discharge. , Execute different processes.
  • the control signal generator 110 when the power storage device 70 is controlled to perform constant current charging / discharging, the control signal generator 110 generates a direct current command I2d * (a later-described FIG. 3) that is a target direct current value in the second direct current command.
  • the control signal generator 110 superimposes the AC voltage on the second DC voltage and superimposes the AC current on the second DC current.
  • the control signal generator 110 when the power storage device 70 is controlled to perform constant voltage charging / discharging, the control signal generator 110 generates a direct current voltage command (hereinafter referred to as “second direct current voltage”) that is a target direct voltage value in the second direct current command.
  • second direct current voltage a direct current voltage command
  • the control signal generator 110 superimposes the AC voltage on the second DC voltage and superimposes the AC current on the second DC current.
  • the control signal generation unit 110 includes a first generation unit 130 and a second generation unit 140.
  • the first generator 130 When the power storage device 70 is controlled to perform constant current charge / discharge, the first generator 130 generates a control signal S in which the AC current command I2a * is superimposed on the second DC current command I2d *. By generating and outputting, the AC voltage is superimposed on the second DC voltage, and the AC current is superimposed on the second DC current.
  • the second generator 140 when the power storage device 70 is controlled to charge and discharge at a constant voltage, the second generator 140 generates and outputs a control signal S in which the AC voltage command is superimposed on the second DC voltage command. By doing so, the AC voltage is superimposed on the second DC voltage, and the AC current is superimposed on the second DC current.
  • the processing in the first generation unit 130 and the second generation unit 140 of the control signal generation unit 110 is not limited to the example of sharing of these processes, for example, it is processed by one processing unit, Further, it may be processed by three or more processing units.
  • control signal generation unit 110 is implemented by a program executed by the CPU 901 .
  • the control signal generation unit 110 is partially or entirely ASIC, FPGA, or other electric circuit. It may be implemented by an actual device such as.
  • a part or all of the detection signal processing unit 200 is mounted by ASIC, FPGA, other electric circuit, or the like.
  • the detection signal processing unit 200 detects at least one of the second DC voltage detection value V2 on which the AC voltage is superimposed and the second DC current detection value I2 on which the AC current is superimposed. That is, the detection signal processing unit 200 corresponds to means for detecting at least one of a DC voltage detection value on which an AC voltage is superimposed and a DC current detection value on which an AC current is superimposed.
  • the detection signal processing unit 200 includes a voltage detection unit 58, a current detection unit 59, and an AC component detection unit 210.
  • the voltage detector 58 is connected between the other end of the reactor 543 and the terminal on the second terminal 52a side of the capacitor 544 and to a terminal on the second end 52b side of the capacitor 544.
  • the voltage detector 58 detects the voltage at the two connection points as a voltage including at least the second DC voltage, and outputs the detected voltage to the AC component detector 210 as the second DC voltage detection value V2.
  • the voltage detector 58 detects the voltage on which the AC voltage is superimposed on the second DC voltage, The voltage is output to the AC component detector 210 as the second DC voltage detection value V2 on which the voltage is superimposed.
  • the current detector 59 is provided between the second terminal 52b and the terminal on the second terminal 52b side of the capacitor 544.
  • the current detector 59 detects the current at the installation location as a current including at least the second DC current, and outputs the current to the AC component detector 210 as the second DC current detection value I2.
  • the current detector 59 detects a current in which the alternating current is superimposed on the second direct current, and the alternating current is detected. It outputs to the alternating current component detection part 210 as the 2nd direct current detection value I2 with which the electric current was superimposed.
  • the AC component detection unit 210 acquires the second DC voltage detection value V2 on which the AC voltage is superimposed from the voltage detection unit 58, and the second DC current detection on which the AC current is superimposed from the current detection unit 59. Get the value I2. Then, the AC component detection unit 210 generates an AC voltage component value V2a in the second DC voltage detection value V2 based on the second DC voltage detection value V2 and the second DC current detection value I2 (see FIG. 3 and the like described later). ), And an alternating current component value I2a (see FIG. 3 and the like described later) in the second direct current detection value I2 is detected and output to the control unit 100.
  • the process in the voltage detection part 58 of the detection signal process part 200, the electric current detection part 59, and the alternating current component detection part 210 is not limited to the example of sharing of these processes, For example, one or two It may be processed by one processing unit, or may be processed by four or more processing units further subdivided.
  • the detection signal processing unit 200 includes the CPU 901 described above. May be implemented by a program to be executed.
  • the state diagnosis unit 120 is implemented by a program executed by the CPU 901.
  • the state diagnosis unit 120 determines the state of the power storage device 70 based on at least one of the second DC voltage detection value V2 on which the AC voltage is superimposed and the second DC current detection value I2 on which the AC current is superimposed. Diagnose. That is, state diagnosis unit 120 corresponds to means for diagnosing the state of the power storage device based on at least one of the DC voltage detection value and the DC current detection value.
  • the state diagnosis unit 120 may be partially or entirely ASIC, FPGA, other electric circuit, or the like. It may be implemented by an actual device.
  • the first generation unit 130 includes a DC voltage command unit 131, an AC current command unit 135, two subtractors 132 and 134, two PI control units 133 and 136, and a PWM control unit 137. Prepare.
  • the DC voltage command unit 131 is a DC voltage command V1d * (hereinafter referred to as “first voltage”) that is a target DC voltage value on the first DC line Ld1 side.
  • DC voltage command V1d * is output.
  • the subtracter 132 takes a deviation between the first DC voltage command V1d * from the DC voltage command unit 131 and the first DC voltage detection value V1 corresponding to the first DC voltage from the voltage detection unit 56, and outputs it.
  • the PI control unit 133 outputs the second DC current command I2d * by performing known PI control on the output of the subtractor 132. At this time, as shown in FIG. 4, the PI control unit 133 outputs a second DC current command I2d * that becomes a substantially constant current value (10 [A] in the illustrated example) in a predetermined period t1.
  • the alternating current command unit 135 outputs the second alternating current command I2a * when the power storage device 70 is controlled to perform constant current charging / discharging. At this time, as shown in FIG. 4, the alternating current command unit 135 does not become an alternating current in the initial period t2 in the period t1, and the frequency falls within a predetermined frequency range (not shown) in the predetermined period t3 after the period t2.
  • the second alternating current command I2a * which is a predetermined effective value (10 [mArms] in the illustrated example) that changes within 1 [Hz] to 1 [kHz] is output.
  • the subtracter 134 superimposes the second AC current command I2a * from the AC current command unit 135 on the second DC current command I2d * from the PI control unit 133, while subtracting the AC component detection unit 210 described later. A deviation from a later-described direct current component value I2d from 212 is taken as an output.
  • the PI control unit 136 performs a known PI control on the output of the subtracter 134 to obtain an output.
  • the PWM control unit 137 generates and outputs a control signal S (see FIG. 4) for each of the semiconductor switches SW1 to SW6 by performing known PWM control on the output of the PI control unit 136. Thereby, the semiconductor switches SW1 to SW6 are turned on / off in accordance with the control signal S, and a power conversion operation (charging / discharging operation of the power storage device 70) is performed. At this time, the AC current is not superimposed on the second DC current in the period corresponding to the period t2, and the AC current is superimposed on the second DC current in the period corresponding to the period t3. Similarly, the AC voltage is not superimposed on the second DC voltage in the period corresponding to the period t2, and the AC voltage is superimposed on the second DC voltage in the period corresponding to the period t3.
  • the second DC current detection value I2 of the current detector 59 is the second DC current because the AC current is not superimposed on the second DC current in the period corresponding to the period t2. Only the current is detected. Further, the second DC current detection value I2 of the current detection unit 59 has the second DC current component and the AC current component because the AC current is superimposed on the second DC current in the period corresponding to the period t3.
  • the detection value includes The second DC current detection value I2 includes a current detection error Ig with respect to the second DC current command I2d * and a detection delay time tg with respect to the second DC current command I2d *.
  • the second DC voltage detection value V2 of the voltage detection unit 58 is the second DC voltage because the AC voltage is not superimposed on the second DC voltage in the period corresponding to the period t2. Only the DC voltage is detected. Further, the second DC voltage detection value V2 of the voltage detection unit 58 has the second DC voltage component and the AC voltage component because the AC voltage is superimposed on the second DC voltage in the period corresponding to the period t3.
  • the detection value includes
  • generation part 130 is not limited to the said content, Other content may be sufficient.
  • the processing content of the second generation unit 140 is basically the same as the content obtained by replacing the words “current” and “voltage” in the processing content of the first generation unit 130 described above, and thus the description thereof is omitted. .
  • the AC component detection unit 210 includes four subtracters 211, 212, 213, and 214.
  • the subtractor 211 corresponds to the second DC current from the current detection unit 59 from the second DC current detection value I2 on which the AC current is superimposed from the current detection unit 59 (the AC current is superimposed). Subtract the previous DC current detection value I2. Thereby, the subtractor 211 calculates the AC current component value I2a (see FIG. 4) in the second DC current detection value I2 on which the AC current is superimposed while correcting the current detection error Ig and the detection delay time tg. And output to the subtractor 212 and the state diagnosis unit 120.
  • the subtractor 212 subtracts the AC current component value I2a from the subtractor 211 from the second DC current detection value I2 on which the AC current is superimposed from the current detection unit 59. Thereby, the subtractor 212 calculates the DC current component value I2d in the second DC current detection value I2 on which the AC current is superimposed, and outputs it to the subtractor 134 of the first generation unit 130.
  • the subtractor 213 corresponds to the second DC voltage from the voltage detection unit 58 from the second DC voltage detection value V2 on which the AC voltage is superimposed from the voltage detection unit 58 (the AC voltage is superimposed).
  • the previous second DC voltage detection value V2 is subtracted.
  • the subtractor 213 calculates the AC voltage component value V2a (see FIG. 4) in the second DC voltage detection value V2 on which the AC voltage is superimposed while correcting the voltage detection error and the detection delay time, and subtracts it. Output to the device 214 and the state diagnosis unit 120.
  • the subtractor 214 subtracts the AC voltage component value V2a from the subtractor 213 from the second DC voltage detection value V2 on which the AC voltage is superimposed from the voltage detection unit 58. Thereby, the subtractor 214 calculates the DC voltage component value V2d in the second DC voltage detection value V2 on which the AC voltage is superimposed, and outputs the DC voltage component value V2d to the second generator 140.
  • the structure of the alternating current component detection part 210 is not limited to the said content, Other content may be sufficient.
  • the state diagnosis unit 120 stores the power based on at least one of the second DC voltage detection value V2 on which the AC voltage is superimposed and the second DC current detection value I2 on which the AC current is superimposed.
  • the state of the device 70 is diagnosed.
  • the state diagnosis unit 120 calculates the state quantity of the power storage device 70 by a known alternating current impedance method based on at least one of the alternating current component value I2a and the alternating voltage component value V2a (both in the present embodiment).
  • the state of the power storage device 70 is diagnosed based on the state quantity.
  • the state diagnosis unit 120 calculates the state quantity of the power storage device 70 by the alternating current impedance method based on at least one of the alternating current component value I2a and the alternating voltage component value V2a, and based on the state quantity, the state of the power storage device 70
  • the state of the power storage device 70 may be diagnosed by a method other than diagnosing.
  • the resistance value of the power storage device 70 increases and the capacitance decreases. Therefore, by using at least one of the resistance value and the capacitance as an index, the power storage device 70. Can be diagnosed. Further, when an abnormality (for example, a short circuit) occurs in the power storage device 70, the resistance value of the power storage device 70 decreases. Therefore, the abnormality of the power storage device 70 can be diagnosed by using the resistance value as an index. .
  • an abnormality for example, a short circuit
  • the state diagnosis unit 120 calculates at least one of the resistance value and the capacitance of the power storage device 70 as the state quantity, and the resistance value and the capacitance The deterioration state of the power storage device 70 may be diagnosed based on at least one of the above.
  • the state diagnosis unit 120 calculates the resistance value of the power storage device 70 as the state quantity, and diagnoses the abnormality of the power storage device 70 based on the resistance value. That's fine.
  • the state diagnosis unit 120 may calculate at least one of the resistance value and the capacitance of the power storage device 70.
  • the state diagnosis unit 120 Describes a case where both the resistance value and the capacitance of the power storage device 70 are calculated.
  • the state that can be diagnosed by the state diagnosis unit 120 is not limited to both the deterioration state and abnormality of the power storage device 70, and may be either the deterioration state or abnormality of the power storage device 70.
  • the state diagnosis unit 120 diagnoses both the deterioration state and abnormality of the power storage device 70, it is preferable to diagnose the abnormality of the power storage device 70 in real time, but it diagnoses the deterioration state of the power storage device 70 in real time. There is no need, and only an appropriate timing may be diagnosed. However, in this embodiment, the case where the state diagnosis unit 120 diagnoses both the deterioration state and abnormality of the power storage device 70 in real time will be described.
  • the state diagnosis unit 120 calculates the resistance value and the capacitance of the power storage device 70 by the AC impedance method based on the AC current component value I2a and the AC voltage component value V2a. Then, state diagnosis unit 120 diagnoses the deterioration state of power storage device 70 based on the resistance value and the capacitance. In addition, state diagnosis unit 120 diagnoses abnormality of power storage device 70 based on the resistance value.
  • the state diagnosis unit 120 includes a calculation unit 121 and a diagnosis unit 122.
  • the calculation unit 121 calculates the resistance value and capacitance of the power storage device 70 by the AC impedance method based on the AC current component value I2a from the subtractor 211 and the AC voltage component value V2a from the subtractor 213. To do. At this time, the calculation unit 121 calculates a known solution resistance and a known charge transfer resistance as the resistance value of the power storage device 70, and calculates a known electric double layer capacity as the capacitance of the power storage device 70. Note that the resistance value of the power storage device 70 is not limited to the solution resistance and the charge transfer resistance, and the capacitance of the power storage device 70 is not limited to the electric double layer capacity.
  • the equivalent circuit of the power storage device 70 is an equivalent circuit 71 as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 5A, in the equivalent circuit 71 of the power storage device 70, the solution resistance R1, the charge transfer resistance R2, and the electric double layer capacitance C are connected in parallel.
  • FIG. 5B shows a plot (“Nyquist diagram” or “complex”) in which the horizontal axis represents the real component Z ′ of the AC impedance in the equivalent circuit 71 and the vertical axis represents the imaginary component Z ′′ on the complex plane. It is also referred to as a “plane plot”. Further, in FIG.
  • FIG. 5C a plot (also referred to as “Board diagram”) showing the logarithm of the frequency f on the horizontal axis and the logarithm of the absolute value
  • FIG. 5D shows a plot (also referred to as “Board diagram”) indicating the logarithm of the frequency f on the horizontal axis and the phase difference ⁇ of the AC impedance in the equivalent circuit 71 on the vertical axis.
  • the AC impedance Z of the equivalent circuit 71 can be calculated by the following equation (1).
  • Z is AC impedance [ ⁇ ]
  • R1 is solution resistance [ ⁇ ]
  • R2 is charge transfer resistance [ ⁇ ]
  • C is electric double layer capacitance [F]
  • is 2 ⁇ f (f is Frequency [Hz]).
  • the calculation unit 121 uses the above formula (1) or the above formulas (3) and (4) to calculate the Bode diagram (for example, see FIGS. 6A and 6B) or the Nyquist diagram (for example, 7) is derived. Then, the calculation unit 121 derives the solution resistance R1, the charge transfer resistance R2, and the electric double layer capacitance C of the power storage device 70 based on the Bode diagram or the Nyquist diagram. In addition, since the derivation
  • the calculation unit 121 acquires the detection temperature T from the above-described temperature detection unit 80, and corrects the solution resistance R1 and the charge transfer resistance R2 using the detection temperature T. Specifically, the calculation unit 121 corrects the solution resistance R1 and the charge transfer resistance R2 by the following formulas (5) and (6) using the detected temperature T.
  • R1 ' (234.5 + 20) / (234.5 + T)
  • R2 ′ (234.5 + 20) / (234.5 + T)
  • R2 Formula (6) In the above formulas (5) and (6), R1 ′ is the corrected solution resistance R1, and R2 ′ is the corrected charge transfer resistance R2.
  • the calculation unit 121 is limited to the case where the solution resistance R1 and the charge transfer resistance R2 are corrected by the above formulas (5) and (6) as long as the solution temperature R1 and the charge transfer resistance R2 are corrected using the detected temperature T. Is not to be done. Furthermore, the calculation unit 121 does not necessarily have to correct the solution resistance R1 and the charge transfer resistance R2 using the detected temperature T.
  • the calculation unit 121 outputs the solution resistance R 1 ′, the charge transfer resistance R 2 ′, and the electric double layer capacitance C to the diagnosis unit 122.
  • the function of the calculation part 121 is not limited to the said content, Other content may be sufficient.
  • the diagnosis unit 122 diagnoses the state of the power storage device 70 based on the solution resistance R1 ′, the charge transfer resistance R2 ′, and the electric double layer capacitance C from the calculation unit 121.
  • the diagnosis unit 122 diagnoses the deterioration state of the power storage device 70 based on the solution resistance R1 ′, the charge transfer resistance R2 ′, and the electric double layer capacitance C from the calculation unit 121.
  • the diagnosis unit 122 may diagnose the degree of deterioration of the power storage device 70 (how much the deterioration has occurred) as the deterioration state of the power storage device 70, or whether or not the power storage device 70 has entered a preset deterioration state. You may be diagnosed. However, in the present embodiment, a case will be described in which the diagnosis unit 122 diagnoses whether or not the power storage device 70 has entered a preset deterioration state.
  • the diagnosis unit 122 compares the solution resistance R1 ′, the charge transfer resistance R2 ′, and the electric double layer capacitance C with the initial values recorded at the time of the initial startup of the power storage device 70, for example. It is diagnosed whether or not the power storage device 70 has entered a preset deterioration state according to the comparison result. More specifically, the diagnostic unit 122 'compares the initial value R1 0 of the solution resistance, charge transfer resistance R2' solution resistance R1 is compared with the initial value R2 0 of the charge transfer resistance and an electric The double layer capacity C is compared with the initial value C 0 of the electric double layer capacity.
  • the diagnosis unit 122 is 2 times the initial value R1 0, the charge transfer resistance R2' solution resistance R1 or is twice the initial value R2 0, the electric double layer capacitor C initial value C 0 When it becomes 0.4 times, it is diagnosed that the power storage device 70 is in a preset deterioration state. It should be noted that how many times the initial values R1 0 , R2 0 , and C 0 are used to diagnose that the power storage device 70 is in a preset deterioration state depends on the specifications of the power storage device 70, and the like. The above numerical values are merely examples. Diagnosis unit 122 diagnoses whether or not power storage device 70 has entered a preset deterioration state by comparison with a preset threshold value rather than comparison with initial values R1 0 , R2 0 , and C 0. May be.
  • the diagnosis unit 122 diagnoses an abnormality (for example, a short-circuit state or a state immediately before it) of the power storage device 70 based on the solution resistance R1 ′ and the charge transfer resistance R2 ′ from the calculation unit 121.
  • the diagnosis unit 122 may diagnose that the power storage device 70 is abnormal when the solution resistance R1 ′ or the charge transfer resistance R2 ′ is equal to or less than a preset threshold value.
  • the diagnosis unit 122 stores the power when the current solution resistance R1 ′ or the charge transfer resistance R2 ′ decreases with respect to the past solution resistance R1 ′ or the charge transfer resistance R2 ′ above a preset threshold value. You may diagnose with the abnormality of the apparatus 70.
  • FIG. a case will be described in which the diagnosis unit 122 diagnoses an abnormality of the power storage device 70 when the solution resistance R1 ′ or the charge transfer resistance R2 ′ is equal to or less than a preset threshold value.
  • the diagnosis unit 122 when the power storage device 70 is diagnosed as having an abnormality as described above, the diagnosis unit 122 sends the abnormality diagnosis signal AR (see FIG. 2 and the like) indicating that fact to the circuit breaker 60 described above. Output. Thereby, it is possible to cause the circuit breaker 60 to perform a disconnection operation, and to disconnect and disconnect the connection between the DC-DC converter 50 and the power storage device 70.
  • the diagnosis unit 122 does not necessarily output the abnormality diagnosis signal AR to the circuit breaker 60 when diagnosing the abnormality of the power storage device 70. It outputs to a structure and you may make the said another structure perform the operation
  • diagnosis unit 122 does not necessarily have to output the abnormality diagnosis signal AR when diagnosing the abnormality of the power storage device 70. Further, the circuit breaker 60 may perform a circuit breaking operation in accordance with a signal from another configuration instead of the abnormality diagnosis signal AR from the diagnosis unit 122.
  • the diagnosis unit 122 when the deterioration state or abnormality of the power storage device 70 is diagnosed as described above, the diagnosis unit 122 notifies the diagnosis result (for example, the deterioration state preset by the power storage device 70).
  • a notification signal indicating that the storage device 70 has become abnormal or a notification that an abnormality has occurred in the power storage device 70 is output to the notification unit 90 described above.
  • the diagnosis unit 122 does not necessarily have to output a notification signal when diagnosing the deterioration state or abnormality of the power storage device 70.
  • the notification unit 90 may be omitted.
  • diagnosis unit 122 is not limited to the above contents, and may be other contents.
  • processing in the calculation unit 121 and the diagnosis unit 122 of the state diagnosis unit 120 is not limited to the example of sharing of these processes, for example, it is processed by one processing unit or further subdivided It may be processed by three or more processing units.
  • step S10 the DC-DC converter 50 superimposes an AC command whose frequency changes within a predetermined frequency range on the second DC command in the control signal generation unit 110.
  • a control signal S is generated and output.
  • the control signal generator 110 performs control in which the AC current command I2a * is superimposed on the second DC current command I2d *.
  • a signal S is generated and output.
  • the control signal generator 110 when the power storage device 70 is controlled to charge and discharge at a constant voltage, the control signal generator 110 generates and outputs a control signal S in which the AC voltage command is superimposed on the second DC voltage command. To do.
  • the control signal generator 110 superimposes an alternating voltage that changes the frequency to the second DC voltage within a predetermined frequency range, and an alternating current that changes the frequency to the second DC current within the predetermined frequency range. Superimpose current.
  • step S20 the DC-DC converter 50 causes the detection signal processing unit 200 to perform the AC voltage in the second DC voltage detection value V2 on which the AC voltage is superimposed according to the control signal S output in step S10.
  • the AC current component value I2a in the second DC current detection value I2 on which the AC current is superimposed is detected.
  • step S30 the DC-DC converter 50 is calculated by the AC impedance method based on the AC voltage component value V2a and the AC current component value I2a detected in step S20 by the calculation unit 121 of the state diagnosis unit 120.
  • the solution resistance R1 ′, the charge transfer resistance R2 ′, and the electric double layer capacitance C are calculated.
  • step S40 the DC-DC converter 50 determines whether the solution resistance R1 ′ or the charge transfer resistance R2 ′ calculated in step S30 is equal to or less than the threshold value in the diagnosis unit 122 of the state diagnosis unit 120. Is determined, the abnormality of the power storage device 70 is diagnosed. When the solution resistance R1 ′ or the charge transfer resistance R2 ′ is equal to or less than the threshold value, the state diagnosis unit 120 diagnoses the abnormality of the power storage device 70, satisfies the determination in step S40, and proceeds to step S50.
  • step S50 the DC-DC converter 50 outputs the abnormality diagnosis signal AR to the circuit breaker 60 by the diagnosis unit 122 of the state diagnosis unit 120. Thereby, it is possible to cause the circuit breaker 60 to perform a disconnection operation, and to disconnect and disconnect the connection between the DC-DC converter 50 and the power storage device 70.
  • step S60 the DC-DC converter 50 outputs a notification signal corresponding to the diagnosis result to the notification unit 90 by the diagnosis unit 122 of the state diagnosis unit 120. Thereby, it is possible to notify the user or the like of the diagnosis result of the diagnosis unit 122 by causing the notification unit 90 to perform a notification operation. Thereafter, the processing shown in this flow is terminated.
  • step S40 determines whether the solution resistance R1 ′ and the charge transfer resistance R2 ′ are less than or equal to the threshold values in step S40.
  • step S70 DC-DC converter 50, the diagnostic unit 122 of the status diagnostic section 120, solution resistance R1 'is twice the initial value R1 0 or, charge transfer resistance R2' twice the initial value R2 0 Or determining whether or not the electric double layer capacity C has become 0.4 times the initial value C 0 , thereby diagnosing the deterioration state of the power storage device 70.
  • Solution resistance R1 ' is not two times the initial value R1 0, the charge transfer resistance R2' If does not become twice as large as the initial value R2 0, the electric double layer capacitor C and 0.4 times the initial value C 0 If not, the determination in step S70 is not satisfied, the process returns to step S10, and the same procedure is repeated.
  • step S70 determines that the electrical storage apparatus 70 became the preset deterioration state by the state diagnosis part 120, the determination of step S70 is satisfy
  • step S80 the DC-DC converter 50 outputs a notification signal corresponding to the diagnosis result to the notification unit 90 by the diagnosis unit 122 of the state diagnosis unit 120. Thereby, it is possible to notify the user or the like of the diagnosis result of the diagnosis unit 122 by causing the notification unit 90 to perform a notification operation. Thereafter, the processing shown in this flow is terminated.
  • the DC-DC converter 50 includes, for example, a CPU 901, a ROM 903, a RAM 905, a dedicated integrated circuit 907 constructed for a specific application such as an ASIC or FPGA, an input device 913, and an output device. 915, a storage device 917, a drive 919, a connection port 921, and a communication device 923. These components are connected to each other via a bus 909 and an input / output interface 911 so that signals can be transmitted to each other.
  • the program can be recorded in a recording device such as the ROM 903, the RAM 905, or the storage device 917, for example.
  • the program can be temporarily or permanently recorded on a magnetic disk such as a flexible disk, an optical disk such as various CD / MO disks / DVDs, or a removable storage medium 925 such as a semiconductor memory.
  • a removable storage medium 925 can also be provided as so-called package software.
  • the program recorded in these removable storage media 925 may be read by the drive 919 and recorded in the recording device via the input / output interface 919, the bus 909, or the like.
  • the program can be recorded on, for example, a download site, another computer, another recording device (not shown), or the like.
  • the program is transferred via a network NW such as a LAN or the Internet, and the communication device 923 receives this program.
  • the program received by the communication device 923 may be recorded in the recording device via the input / output interface 919, the bus 909, or the like.
  • the program can be recorded in, for example, an appropriate external connection device 927.
  • the program may be transferred via an appropriate connection port 921 and recorded in the recording device via the input / output interface 919, the bus 909, or the like.
  • the CPU 901 executes various processes according to the program recorded in the recording device, whereby the processes by the control signal generation unit 110, the state diagnosis unit 120, and the like are realized.
  • the CPU 901 may directly read and execute the program from the recording apparatus, or may be executed after it is once loaded into the RAM 905. Further, for example, when the program is received via the communication device 923, the drive 919, and the connection port 921, the CPU 901 may directly execute the received program without recording it in the recording device.
  • the CPU 901 may perform various processes based on signals and information input from the input device 913 such as a mouse, a keyboard, and a microphone (not shown) as necessary.
  • the input device 913 such as a mouse, a keyboard, and a microphone (not shown) as necessary.
  • the CPU 902 may output the result of executing the above processing from an output device 915 such as a display device or an audio output device, and the CPU 902 further outputs the processing result as necessary to the communication device 923 or the connection device 923. It may be transmitted via the port 921 or recorded on the recording device or the removable storage medium 925.
  • the DC-DC converter 50 includes the control signal generation unit 140, the detection signal processing unit 200, and the state diagnosis unit 120.
  • the control signal generation unit 140 performs at least one of superimposing a predetermined alternating voltage on the second direct current voltage and superimposing a predetermined alternating current on the second direct current.
  • the detection signal processing unit 200 detects at least one of the second DC voltage detection value V2 on which the AC voltage is superimposed and the second DC current detection value I2 on which the AC current is superimposed.
  • State diagnosis unit 120 diagnoses the state of power storage device 70 based on at least one of second DC voltage detection value V2 and second DC current detection value I2.
  • the DC-DC converter 50 that supplies the second DC power to the power storage device 70 diagnoses the state of the power storage device 70
  • a separate device that diagnoses the state of the power storage device 70 is provided. There is no need, and the system configuration can be simplified. Further, by detecting at least one of the AC voltage component value V2a in the second DC voltage detection value V2 and the AC current component value I2a in the second DC current detection value i2, the power storage device 70 can be detected by the AC impedance method. It is possible to calculate the state quantity. Then, the state diagnosis of the power storage device 70 can be performed by using the state quantity as an index.
  • the state diagnosis of the power storage device 70 can be performed in real time during the normal operation of the DC-DC converter 50, it is possible to prevent a reduction in the operating rate of the power conversion system 1 and to diagnose the deterioration state of the power storage device 70. It can be used for both abnormality diagnosis. As a result, the convenience of the state diagnosis of the power storage device 70 can be improved.
  • the control signal generation unit 140 generates and outputs the control signal S in which an AC command whose frequency changes in a predetermined frequency range is superimposed on the second DC command. Accordingly, at least the superposition of the AC voltage whose frequency changes in the predetermined frequency range on the second DC voltage and the superposition of the predetermined AC current whose frequency changes in the predetermined frequency range on the second DC current are at least One can do it. As a result, an alternating current whose frequency changes can be applied to the power storage device 70, and the alternating voltage component value V2a in the direct current voltage detection value V2 and the alternating current in the direct current detection value I2 change in accordance with the state of the power storage device 70. At least one of the current component values I2a can be detected.
  • state diagnosis unit 120 calculates the state quantity of power storage device 70 by the AC impedance method based on at least one of AC voltage component value V2a and AC current component value I2a. Accordingly, the state diagnosis of the power storage device 70 can be performed by using the state quantity as an index.
  • the control signal generator 140 is a control in which the AC voltage command is superimposed on the second DC voltage command.
  • the control signal S is generated by superimposing the AC current command I2a * on the DC current command I2d *. And output.
  • the state diagnosis unit 120 calculates at least one of the resistance value and the capacitance of the power storage device 70, and based on at least one of the resistance value and the capacitance, the deterioration of the power storage device 70 is calculated. Diagnose the condition.
  • the DC-DC converter 50 which can diagnose the deterioration state of the electrical storage apparatus 70 is realizable by using at least one of the said resistance value and an electrostatic capacitance as a parameter
  • the state diagnosis unit 120 diagnoses an abnormality of the power storage device 70 based on the resistance value of the power storage device 70.
  • the resistance value as an index, it is possible to realize the DC-DC converter 50 capable of performing the abnormality diagnosis of the power storage device 70 in real time during the normal operation. As a result, it is possible to prevent or minimize smoke and fire of the power storage device 70.
  • the circuit breaker 60 when the circuit breaker 60 is provided in the second DC line Ld2 between the DC-DC converter 50 and the power storage device 70, and the state diagnosis unit 120 diagnoses that the power storage device 70 is abnormal.
  • the abnormality diagnosis signal AR is output.
  • the circuit breaker 60 by causing the circuit breaker 60 to perform a breaking operation in accordance with the abnormality diagnosis signal AR from the state diagnosis unit 120, the DC-DC converter 50, the power storage device 70, and the The power conversion system 1 with high safety can be realized.
  • a temperature detection unit 80 that detects the temperature of the power storage device 70 is provided, and the state diagnosis unit 120 corrects the resistance value of the power storage device 70 using the detected temperature T of the temperature detection unit 80. To do. Thereby, since the deterioration state and abnormality of the electrical storage device 70 can be diagnosed using the corrected resistance value as an index, the accuracy of the state diagnosis of the electrical storage device 70 can be improved and the reliability can be improved.
  • a notification unit 90 that performs notification based on the diagnosis result of the state diagnosis unit 120 is provided.
  • a notification unit 90 that performs notification based on the diagnosis result of the state diagnosis unit 120 is provided.
  • FIGS. 1 and 2 show an example of the signal flow, and do not limit the signal flow direction.
  • FIG. 8 is not limited to the procedure illustrated in the embodiment, and the procedure may be added / deleted or the order may be changed without departing from the spirit and technical idea. .

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Abstract

【課題】蓄電装置の状態診断の利便性を向上する。 【解決手段】電力変換システム1は、交流電源10からの交流電力を第1直流電力に変換するAC‐DCコンバータ20と、AC‐DCコンバータ20からの第1直流電力を電力値が異なる別の第2直流電力に変換するDC‐DCコンバータ50と、DC‐DCコンバータ50からの第2直流電力を蓄電する蓄電装置70とを有し、DC‐DCコンバータ50は、第2直流電力における直流電圧への交流電圧の重畳、及び、第2直流電力における直流電流への交流電流の重畳の少なくとも一方を行う制御信号生成部110と、交流電圧が重畳された第2直流電圧検出値V2、及び、交流電流が重畳された第2直流電流検出値I2の少なくとも一方を検出する検出信号処理部200と、第2直流電圧検出値V2及び第2直流電流検出値I2の少なくとも一方に基づいて、蓄電装置70の状態を診断する状態診断部120とを有する。

Description

電力変換システム、電力変換装置、及び蓄電装置の状態診断方法
 開示の実施形態は、電力変換システム、電力変換装置、及び蓄電装置の状態診断方法に関する。
 特許文献1には、二次電池の劣化の程度を判定する方法が記載されている。この二次電池の劣化判定方法では、判定対象の二次電池を交流インピーダンス法により等価回路モデルにフィッティングし、その際の低周波数側反応抵抗の抵抗値と低周波数側キャパシタのキャパシタンスとの積の逆数が小さいほど劣化の程度が大きいと判定する。
特開2012-220199号公報
 上記従来技術は、蓄電装置の状態診断の利便性向上の観点において、改善の余地があった。
 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、蓄電装置の状態診断の利便性を向上できる電力変換システム、電力変換装置、及び蓄電装置の状態診断方法を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、電力変換システムであって、交流電源からの交流電力を第1直流電力に変換するように構成された第1電力変換装置と、前記第1電力変換装置からの前記第1直流電力を電力値が異なる別の第2直流電力に変換するように構成された第2電力変換装置と、前記第2電力変換装置からの前記第2直流電力を蓄電するように構成された蓄電装置と、を有し、前記第2電力変換装置は、前記第2直流電力における直流電圧への所定の交流電圧の重畳、及び、前記第2直流電力における直流電流への所定の交流電流の重畳、の少なくとも一方を行うように構成された制御信号生成部と、前記交流電圧が重畳された直流電圧検出値、及び、前記交流電流が重畳された直流電流検出値、の少なくとも一方を検出するように構成された検出信号処理部と、前記直流電圧検出値及び前記直流電流検出値の少なくとも一方に基づいて、前記蓄電装置の状態を診断するように構成された状態診断部と、を有する電力変換システムが適用される。
 また、上記課題を解決するため、本発明の別の観点によれば、供給される第1直流電力を電力値が異なる別の第2直流電力に変換して蓄電装置に出力するように構成された電力変換装置であって、前記蓄電装置側の直流指令に対し、周波数が所定の周波数範囲内で変化する交流指令が重畳した、制御信号を生成して出力することにより、前記第2直流電力における直流電圧への、周波数が前記所定の周波数範囲内で変化する交流電圧の重畳、及び、前記第2直流電力における直流電流への、周波数が前記所定の周波数範囲内で変化する交流電流の重畳、の少なくとも一方を行うように構成された制御信号生成部と、前記交流電圧が重畳された直流電圧検出値、及び、前記交流電流が重畳された直流電流検出値、の少なくとも一方を検出するように構成された検出信号処理部と、前記直流電圧検出値における交流電圧成分値、及び、前記直流電流検出値における交流電流成分値、の少なくとも一方に基づいて、交流インピーダンス法により前記蓄電装置の状態量を算出し、前記状態量に基づいて、前記蓄電装置の状態を診断するように構成された状態診断部と、を有する電力変換装置が適用される。
 また、上記課題を解決するため、本発明のさらに別の観点によれば、供給される第2直流電力を蓄電するように構成された蓄電装置の状態診断方法であって、前記蓄電装置側の直流指令に対し、周波数が所定の周波数範囲内で変化する交流指令が重畳した、制御信号を生成して出力することにより、前記第2直流電力における直流電圧への、周波数が前記所定の周波数範囲内で変化する交流電圧の重畳、及び、前記第2直流電力における直流電流への、周波数が前記所定の周波数範囲内で変化する交流電流の重畳、の少なくとも一方を行うことと、前記交流電圧が重畳された直流電圧検出値における交流電圧成分値、及び、前記交流電流が重畳された直流電流検出値における交流電流成分値、の少なくとも一方に基づいて、交流インピーダンス法により前記蓄電装置の状態量を算出することと、前記状態量に基づいて、前記蓄電装置の状態を診断することと、を有する蓄電装置の状態診断方法が適用される。
 また、上記課題を解決するため、本発明のさらに別の観点によれば、交流電源からの交流電力を第1直流電力に変換するように構成された第1電力変換装置と、前記第1電力変換装置からの前記第1直流電力を電力値が異なる別の第2直流電力に変換するように構成された第2電力変換装置と、前記第2電力変換装置からの前記第2直流電力を蓄電するように構成された蓄電装置と、を有し、前記第2電力変換装置は、前記第2直流電力における直流電圧への所定の交流電圧の重畳、及び、前記第2直流電力における直流電流への所定の交流電流の重畳、の少なくとも一方を行う手段と、前記交流電圧が重畳された直流電圧検出値、及び、前記交流電流が重畳された直流電流検出値、の少なくとも一方を検出する手段と、前記直流電圧検出値及び前記直流電流検出値の少なくとも一方に基づいて、前記蓄電装置の状態を診断する手段と、を有する電力変換システムが適用される。
 また、上記課題を解決するため、本発明のさらに別の観点によれば、蓄電装置に供給される第2直流電力における直流電圧への所定の交流電圧の重畳、及び、前記第2直流電力における直流電流への所定の交流電流の重畳、の少なくとも一方を行うことと、前記交流電圧が重畳された直流電圧検出値、及び、前記交流電流が重畳された直流電流検出値、の少なくとも一方を検出することと、前記直流電圧検出値及び前記直流電流検出値の少なくとも一方に基づいて、前記蓄電装置の状態を診断することと、を有すること蓄電装置の状態診断方法が適用される。
 また、上記課題を解決するため、本発明のさらに別の観点によれば、蓄電装置に出力する第2直流電力における直流電圧への所定の交流電圧の重畳、及び、前記第2直流電力における直流電流への所定の交流電流の重畳、の少なくとも一方を行うように構成された制御信号生成部と、前記交流電圧が重畳された直流電圧検出値、及び、前記交流電流が重畳された直流電流検出値、の少なくとも一方を検出するように構成された検出信号処理部と、前記直流電圧検出値及び前記直流電流検出値の少なくとも一方に基づいて、前記蓄電装置の状態を診断するように構成された状態診断部と、を有する電力変換装置が適用される。
 また、上記課題を解決するため、本発明のさらに別の観点によれば、交流電源からの交流電力を第1直流電力に変換するように構成された第1電力変換装置と、前記第1電力変換装置からの前記第1直流電力を電力値が異なる別の第2直流電力に変換するように構成された第2電力変換装置と、前記第2電力変換装置からの前記第2直流電力を蓄電するように構成された蓄電装置と、を有し、前記第2電力変換装置は、前記第2直流電力における直流電圧への所定の交流電圧の重畳、及び、前記第2直流電力における直流電流への所定の交流電流の重畳、の少なくとも一方を行い、前記交流電圧が重畳された直流電圧検出値、及び、前記交流電流が重畳された直流電流検出値、の少なくとも一方を検出し、前記直流電圧検出値及び前記直流電流検出値の少なくとも一方に基づいて、前記蓄電装置の状態を診断する電力変換システムが適用される。
 本発明によれば、蓄電装置の状態診断の利便性を向上できる。
一実施形態の電力変換システムの構成の一例を表すブロック図である。 DC‐DCコンバータの構成の一例を表す回路図である。 制御信号生成部の第1生成部及び第2生成部、検出信号処理部の交流成分検出部、及び状態診断部の構成の一例を表すブロック図である。 各種信号の波形の一例を表す説明図である。 蓄電装置の等価回路について説明するための説明図である。 ボード線図の一例を表すグラフである。 ナイキスト線図の一例を表すグラフである。 DC‐DCコンバータが実行する蓄電装置の状態診断方法による制御手順を表すフローチャートである。 DC‐DCコンバータの構成例を表すブロック図である。
 以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
 <電力変換システムの構成例>
 まず、図1を参照しつつ、本実施形態の電力変換システムの構成の一例について説明する。
 図1に示すように、本実施形態の電力変換システム1は、AC‐DCコンバータ20と、DC‐ACコンバータ30と、DC‐DCコンバータ50と、蓄電装置70と、遮断器60とを有する。
 AC‐DCコンバータ20は、交流電源10(例えば系統電源)から供給される交流電力を所定の直流電力(第1直流電力に相当。以下、「第1直流電力」ともいう。)に変換する。そして、AC‐DCコンバータ20は、当該第1直流電力を、AC‐DCコンバータ20とDC‐ACコンバータ30との間の直流ラインLd1(以下、「第1直流ラインLd1」ともいう。)を介しDC‐ACコンバータ30及びDC‐DCコンバータ50に出力する。つまり、AC‐DCコンバータ20は、第1電力変換装置に相当する。
 DC‐ACコンバータ30は、第1直流ラインLd1を介し供給される第1直流電力を所定の交流電力に変換し、負荷である交流モータ40に出力する。
 交流モータ40は、DC‐ACコンバータ30から供給される交流電力に基づいて作動する。
 なお、本実施形態では、負荷が交流モータ40である場合を例にとって説明するが、負荷としては、交流モータ40に限定されるものではなく、交流電力に基づいて作動する電子機器であれば特に限定されるものではない。更には、負荷としては、交流電力に基づいて作動する電子機器に限定されるものではなく、直流電力に基づいて作動する電子機器であってもよい。負荷が直流電力に基づいて作動する電子機器(例えば直流モータ)である場合には、当該電子機器が第1直流ラインLd1を介し供給される第1直流電力に基づいて作動するように、電力変換システムを構成すればよい。
 DC‐DCコンバータ50は、第1直流ラインLd1を介しAC‐DCコンバータ20から供給される第1直流電力を電力値が異なる別の(例えば電力値が低い)直流電力(第2直流電力に相当。以下、「第2直流電力」ともいう。)に変換する。そして、DC‐DCコンバータ50は、当該第2直流電力を、DC‐DCコンバータ50と蓄電装置70との間の直流ラインLd2(以下、「第2直流ラインLd2」ともいう。)を介し蓄電装置70に出力する。つまり、DC‐DCコンバータ50は、電力変換装置及び第2電力変換装置に相当する。また、DC‐DCコンバータ50は、第2直流ラインLd2を介し蓄電装置70から供給される第2直流電力を(例えば電力値が高い)第1直流電力に変換し、第1直流ラインLd1を介しDC‐ACコンバータ30に出力することも可能である。
 蓄電装置70は、第2直流ラインLd2を介しDC‐DCコンバータ50から供給される第2直流電力を蓄電(充電)する。また、蓄電装置70は、蓄電した第2直流電力を第2直流ラインLd2を介しDC‐DCコンバータ50に出力(放電)することも可能である。
 この蓄電装置70としては、第2直流電力を充放電可能な装置であれば特に限定されるものではないが、例えば1つ以上の二次電池(「蓄電池」や「充電式電池」ともいう。)や1つ以上のコンデンサ(「蓄電器」や「キャパシタ」ともいう。)、1つ以上の燃料電池等が使用される。この際、二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、鉛蓄電池、ナトリウム・硫黄電池等が使用される。また、コンデンサとしては、例えば電気二重層コンデンサやリチウムイオンコンデンサ等が使用される。但し、本実施形態では、蓄電装置70が1つのリチウムイオン二次電池である場合について説明する。
 遮断器60は、第2直流ラインLd2に設けられている。この遮断器60は、DC‐DCコンバータ50から異常診断信号(後述)を取得した場合に、当該異常診断信号に応じて遮断動作を行うことにより、DC‐DCコンバータ50と蓄電装置70との接続を遮断して切り離すことが可能である。
 なお、本実施形態では、第2直流ラインLd2に遮断器60が設けられている電力変換システム1を例にとって説明するが、第2直流ラインLd2に遮断器60が設けられていない電力変換システムにも適用可能である。
 以下、上記電力変換システム1の動作の概要について説明する。
 すなわち、交流電源10からAC‐DCコンバータ20に所定の電力値範囲内の交流電力が供給されているときがある。このときには、AC‐DCコンバータ20が、当該交流電力を所定の電力値の第1直流電力に変換し、第1直流ラインLd1を介しDC‐ACコンバータ30及びDC‐DCコンバータ50に出力する。DC‐DCコンバータ50は、第1直流ラインLd1を介しAC‐DCコンバータ20から供給される所定の電力値の第1直流電力を第2直流電力に変換し、第2直流ラインLd2を介し蓄電装置70に出力して、蓄電装置70に充電動作(電荷の吸収)を実行させる。
 一方、交流電源10からAC‐DCコンバータ20に供給される交流電力の電圧値が所定の電力値範囲よりも下回ったときがある。このときには、AC‐DCコンバータ20から第1直流ラインLd1を介しDC‐ACコンバータ30及びDC‐DCコンバータ50に出力される第1直流電力の電力値が低下して所定の電力値に到達しない状態となる。この状態では、DC‐DCコンバータ50は、蓄電装置70に放電動作(電荷の放出)を実行させ、第2直流ラインLd2を介し蓄電装置70から供給される第2直流電力を第1直流電力に変換し、第1直流ラインLd1を介しDC‐ACコンバータ30に出力する。これにより、DC‐DCコンバータ50は、第1直流ラインLd1を介しDC‐ACコンバータ30に供給される第1直流電力の電力値を所定の電力値に近づくように上昇させる。この結果、交流電源10からAC‐DCコンバータ20に供給される交流電力の電圧値が所定の電力値範囲よりも下回ったときであっても、DC‐ACコンバータ30への所定の電力値の第1直流電力の供給を継続することが可能である。
 なお、電力変換システム1の構成及び動作等は、上記内容に限定されるものではなく、他の内容であってもよいことは言うまでもない。
 ここで、蓄電装置70は、充放電を繰り返すことにより劣化したり、充放電を繰り返す最中に突発的に異常(例えば短絡等)が発生する等、状態が変化することがあるので、蓄電装置70の状態を診断して把握することが重要となる。例えば、リチウムイオン二次電池は、充放電を繰り返すことにより、電極表面のコバルト等の重金属が化学反応を起こし、その部分にリチウムイオンを通しにくい薄い膜ができる。この膜がリチウムイオンの出入りを塞いでスムーズな移動を妨げ、それが充放電の障害となって、リチウムイオン二次電池の劣化を引き起こす。
 本実施形態では、蓄電装置70に対し第2直流電力を供給するDC‐DCコンバータ50が当該蓄電装置70の状態を診断する機能を備える。
 <DC‐DCコンバータの構成例>
 以下、上記DC‐DCコンバータ50の構成の一例について説明する。
 DC‐DCコンバータ50は、上記第2直流電力における直流電圧(以下、「第2直流電圧」ともいう。)への所定の交流電圧の重畳、及び、第2直流電力における直流電流(以下、「第2直流電流」ともいう。)への所定の交流電流の重畳の少なくとも一方を行う。その後、DC‐DCコンバータ50は、上記交流電圧が重畳された直流電圧検出値V2(後述の図2等参照。以下、「第2直流電圧検出値V2」ともいう。)、及び、上記交流電流が重畳された直流電流検出値I2(後述の図2等参照。以下、「第2直流電流検出値I2」ともいう。)の少なくとも一方を検出する。そして、DC‐DCコンバータ50は、上記第2直流電圧検出値V2及び第2直流電流検出値I2の少なくとも一方に基づいて、蓄電装置70の状態を診断する。以下、図2を参照しつつ、DC‐DCコンバータ50の構成について、より具体的に機能ブロックで実装した例を説明する。
 ここで、蓄電装置70が電気二重層コンデンサ等のコンデンサである場合等には、DC‐DCコンバータ50として、絶縁型及び非絶縁型のDC‐DCコンバータのどちらを使用しても構わない。しかしながら、蓄電装置70がリチウムイオン二次電池である本実施形態では、DC‐DCコンバータ50として、絶縁型のDC‐DCコンバータを使用するのが好適である。したがって、本実施形態では、DC‐DCコンバータ50が絶縁型のDC‐DCコンバータである場合について説明する。
 また、絶縁型のDC‐DCコンバータの電力変換方式としては、例えば、RCC方式やプッシュプル方式、ハーフブリッジ方式、フルブリッジ方式等の種々な方式がある。DC‐DCコンバータ50の電力変換方式としては、いずれの方式であってもよいが、本実施形態では、DC‐DCコンバータ50の電力変換方式がフルブリッジ方式である場合について説明する。
 図2に示すように、DC‐DCコンバータ50は、第1端子51a,51bと、第2端子52a,52bと、トランス55と、第1変換部53と、第2変換部54と、電圧検出部56と、電流検出部57と、制御信号生成部110及び状態診断部120を備えた制御部100と、検出信号処理部200とを有する。また、電力変換システム1は、上記で説明した構成に加え、温度検出部80と、報知部90とを有する。
 第1端子51a,51bは、上記第1直流ラインLd1,Ld1に接続されている。また、第2端子52a,52bは、上記第2直流ラインLd2,Ld2に接続されている。
 トランス55は、互いに電気的に絶縁された第1巻線551及び第2巻線552を備える。第2巻線552には、センタータップが設けられている。なお、トランス55の構成は、上記内容に限定されるものではなく、他の内容であってもよいことは言うまでもない。
 第1変換部53は、第1端子51a,51bと第1巻線551との間に設けられている。この第1変換部53は、コンデンサ535と、4つの半導体スイッチSW1,SW2,SW3,SW4と、リアクトル536とを備える。
 コンデンサ535は、第1端子51a,51b間に接続されている。
 半導体スイッチSW1~SW4は、例えば半導体スイッチング素子とダイオードとを逆並列に接続して構成したものあり、フルブリッジ型に接続されている。これらのうち、半導体スイッチSW1,SW2は、互いに直列に接続されており、これら半導体スイッチSW1,SW2の直列回路は、第1端子51a,51b間に接続されている。また、半導体スイッチSW1,SW2の接続点には、リアクトル536の一端が接続されている。一方、半導体スイッチSW3,SW4は、互いに直列に接続されており、これら半導体スイッチSW3,SW4の直列回路は、第1端子51a,51b間に半導体スイッチSW1,SW2の直列回路と並列状態で接続されている。また、半導体スイッチSW3,SW4の接続点には、第1巻線551の一端が接続されている。
 リアクトル536は、その一端が半導体スイッチSW1,SW2の接続点に接続され、その他端が第1巻線551の他端に接続されている。
 なお、第1変換部53の構成は、上記内容に限定されるものではなく、他の内容であってもよいことは言うまでもない。
 第2変換部54は、第2端子52a,52bと第2巻線552との間に設けられている。この第2変換部54は、2つの半導体スイッチSW5,SW6と、リアクトル543と、コンデンサ544とを有する。
 半導体スイッチSW5,SW6は、例えば半導体スイッチング素子とダイオードとを逆並列に接続して構成したものあり、第2巻線552を介し接続されている。これらのうち、半導体スイッチSW5は、その一端子が第2端子52bに接続され、その他端子が第2巻線552の一端に接続されている。一方、半導体スイッチSW6は、その一端子が第2端子53bに接続され、その他端子が第2巻線552の他端に接続されている。
 リアクトル543は、その一端が第2巻線552のセンタータップに接続され、その他端が第2端子52aに接続されている。
 コンデンサ544は、リアクトル543の他端と第2端子52bとの間に接続されている。
 なお、第2変換部54の構成は、上記内容に限定されるものではなく、他の内容であってもよいことは言うまでもない。
 また、DC‐DCコンバータ50による電力変換動作(降圧動作及び昇圧動作)は、公知の動作であるので、詳しい説明は省略する。
 電圧検出部56は、コンデンサ535の第1端子51a側の端子と半導体スイッチSW1の第1端子51a側の端子との間と、コンデンサ535の第1端子51b側の端子とに接続されている。この電圧検出部56は、上記2つの接続点における電圧を、上記第1直流電力における直流電圧(以下、「第1直流電圧」ともいう。)を少なくとも含む電圧として検出し、直流電圧検出値V1(以下、「第1直流電圧検出値V1」ともいう。)として制御部100に出力する。
 電流検出部57は、第1端子51bとコンデンサ535の第1端子51b側の端子との間に設けられている。この電流検出部57は、その設置箇所における電流を、上記第1直流電力における直流電流(以下、「第1直流電流」ともいう。)を少なくとも含む電流として検出し、直流電流検出値I1(以下、「第1直流電流検出値I1」ともいう。)として制御部100に出力する。
 温度検出部80は、例えばNTCサーミスタやPTCサーミスタ等により実装され、その設置箇所(例えば蓄電装置70のネジ端子部近傍等)における温度を、蓄電装置70の温度として検出し、検出温度Tとして制御部100に出力する。
 報知部90は、例えばモニタやランプ、ブザー、スピーカ等により実装され、上記状態診断部120の診断結果に基づく報知を行う(詳細は後述)。
 <制御信号生成部、検出信号処理部、及び状態診断部の概要>
 次に、本実施形態の要部である、上記制御信号生成部110、検出信号処理部200、及び状態診断部120の概要について説明する。
 制御信号生成部110は、DC‐DCコンバータ50のCPU901(後述の図9参照)が実行するプログラムにより実装される。この制御信号生成部110は、上記第2直流電圧への所定の交流電圧の重畳、及び、上記第2直流電流への所定の交流電流の重畳の少なくとも一方を行う。つまり、制御信号生成部110は、第2直流電力における直流電圧への所定の交流電圧の重畳、及び、第2直流電力における直流電流への所定の交流電流の重畳、の少なくとも一方を行う手段に相当する。
 本実施形態では、制御信号生成部110は、PWM制御方式により半導体スイッチSW1~SW6それぞれに対する制御信号Sを生成して出力する。これにより、制御信号生成部110は、半導体スイッチSW1~SW6のスイッチング制御(オン・オフ制御)を行って電力変換動作(蓄電装置70の充放電動作)を行わせつつ、第2直流電圧への交流電圧の重畳、及び、第2直流電流への交流電流の重畳の少なくとも一方を行う。なお、制御信号生成部110は、PWM制御方式以外の方式(例えばPFM制御方式等)により制御信号を生成して出力することにより、第2直流電圧への交流電圧の重畳、及び、第2直流電流への交流電流の重畳の少なくとも一方を行ってもよい。
 この際、制御信号生成部110は、上記第2直流ラインLd2側(蓄電装置70側)の目標直流値である直流指令(以下、「第2直流指令」ともいう。)に対し、周波数が所定の周波数範囲内で変化する目標交流値である交流指令が重畳した、制御信号Sを生成して出力する。これにより、制御信号生成部110は、第2直流電圧への周波数が所定の周波数範囲内で変化する交流電圧の重畳、及び、第2直流電流への周波数が所定の周波数範囲内で変化する交流電流の重畳の少なくとも一方を行う。なお、制御信号生成部110は、第2直流指令に対し周波数が所定の周波数範囲内で変換する交流指令が重畳した制御信号Sを生成して出力する以外の手法により、第2直流電圧への交流電圧の重畳、及び、第2直流電流への交流電流の重畳の少なくとも一方を行ってもよい。
 ここで、蓄電装置70の充放電方式としては、種々な方式が使用可能であるが、本実施形態では、蓄電装置70の充放電方式が定電流充放電及び定電圧充放電を適宜のタイミングで切り替えて行う方式である場合について説明する。但し、蓄電装置70の充放電方式は、定電流充放電及び定電圧充放電を適宜のタイミングで切り替えて行う方式に限定されるものではなく、他の方式であってもよい。そして、本実施形態では、制御信号生成部110は、蓄電装置70が定電流充放電を行うように制御される場合と、蓄電装置70が定電圧充放電を行うように制御される場合とで、互いに異なる処理を実行する。
 すなわち、蓄電装置70が定電流充放電を行うように制御される際には、制御信号生成部110は、上記第2直流指令における目標直流電流値である直流電流指令I2d*(後述の図3等参照。以下、「第2直流電流指令I2d*」ともいう。)に対し、上記交流指令における目標交流電流値である交流電流指令I2a*(後述の図3等参照)が重畳した、制御信号Sを生成して出力する。これにより、制御信号生成部110は、第2直流電圧への上記交流電圧の重畳、及び、第2直流電流への上記交流電流の重畳を行う。
 一方、蓄電装置70が定電圧充放電を行うように制御される際には、制御信号生成部110は、上記第2直流指令における目標直流電圧値である直流電圧指令(以下、「第2直流電圧指令」ともいう。)に対し、上記交流指令における目標交流電圧値である交流電圧指令が重畳した、制御信号Sを生成して出力する。これにより、制御信号生成部110は、第2直流電圧への上記交流電圧の重畳、及び、第2直流電流への上記交流電流の重畳を行う。
 また、本実施形態では、制御信号生成部110は、第1生成部130と、第2生成部140とを有する。そして、蓄電装置70が定電流充放電を行うように制御される際には、第1生成部130が、第2直流電流指令I2d*に対し上記交流電流指令I2a*が重畳した制御信号Sを生成して出力することにより、第2直流電圧への上記交流電圧の重畳、及び、第2直流電流への上記交流電流の重畳を行う。一方、蓄電装置70が定電圧充放電を行うように制御される際には、第2生成部140が、第2直流電圧指令に対し上記交流電圧指令が重畳した制御信号Sを生成して出力することにより、第2直流電圧への上記交流電圧の重畳、及び、第2直流電流への上記交流電流の重畳を行う。なお、制御信号生成部110の第1生成部130及び第2生成部140における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、1つの処理部で処理されたり、更に細分化された3つ以上の処理部により処理されてもよい。
 また、本実施形態では、制御信号生成部110が上記CPU901が実行するプログラムにより実装される場合について説明するが、制御信号生成部110は、その一部又は全部がASICやFPGA、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。
 検出信号処理部200は、その一部又は全部がASICやFPGA、その他の電気回路等により実装される。この検出信号処理部200は、上記交流電圧が重畳された第2直流電圧検出値V2、及び、上記交流電流が重畳された第2直流電流検出値I2の少なくとも一方を検出する。つまり、検出信号処理部200は、交流電圧が重畳された直流電圧検出値、及び、交流電流が重畳された直流電流検出値、の少なくとも一方を検出する手段に相当する。
 本実施形態では、検出信号処理部200は、電圧検出部58と、電流検出部59と、交流成分検出部210とを有する。
 電圧検出部58は、リアクトル543の他端とコンデンサ544の第2端子52a側の端子との間と、コンデンサ544の第2端部52b側の端子とに接続されている。この電圧検出部58は、上記2つの接続点における電圧を、上記第2直流電圧を少なくとも含む電圧として検出し、上記第2直流電圧検出値V2として交流成分検出部210に出力する。なお、上記制御信号Sに応じて第2直流電圧に対し交流電圧が重畳されている際には、電圧検出部58は、第2直流電圧に対し交流電圧が重畳された電圧を検出し、交流電圧が重畳された第2直流電圧検出値V2として交流成分検出部210に出力する。
 電流検出部59は、第2端子52bとコンデンサ544の第2端子52b側の端子との間に設けられている。この電流検出部59は、その設置箇所における電流を、上記第2直流電流を少なくとも含む電流として検出し、上記第2直流電流検出値I2として交流成分検出部210に出力する。なお、上記制御信号Sに応じて第2直流電流に対し交流電流が重畳されている際には、電流検出部59は、第2直流電流に対し交流電流が重畳された電流を検出し、交流電流が重畳された第2直流電流検出値I2として交流成分検出部210に出力する。
 交流成分検出部210は、電圧検出部58から、上記交流電圧が重畳された第2直流電圧検出値V2を取得するとともに、電流検出部59から、上記交流電流が重畳された第2直流電流検出値I2を取得する。そして、交流成分検出部210は、当該第2直流電圧検出値V2及び第2直流電流検出値I2に基づいて、当該第2直流電圧検出値V2における交流電圧成分値V2a(後述の図3等参照)、及び、当該第2直流電流検出値I2における交流電流成分値I2a(後述の図3等参照)を検出し、制御部100に出力する。
 なお、検出信号処理部200の電圧検出部58、電流検出部59、及び交流成分検出部210における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、1つ又は2つの処理部で処理されたり、更に細分化された4つ以上の処理部により処理されてもよい。また、本実施形態では、検出信号処理部200の一部又は全部がASICやFPGA、その他の電気回路等の実際の装置により実装される場合について説明するが、検出信号処理部200は、上記CPU901が実行するプログラムにより実装されてもよい。
 状態診断部120は、上記CPU901が実行するプログラムにより実装される。この状態診断部120は、上記交流電圧が重畳された第2直流電圧検出値V2、及び、上記交流電流が重畳された第2直流電流検出値I2の少なくとも一方に基づいて、蓄電装置70の状態を診断する。つまり、状態診断部120は、直流電圧検出値及び直流電流検出値の少なくとも一方に基づいて、蓄電装置の状態を診断する手段に相当する。なお、本実施形態では、状態診断部120が上記CPU901が実行するプログラムにより実装される場合について説明するが、状態診断部120は、その一部又は全部がASICやFPGA、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。
 次に、図3~図7を参照しつつ、上記制御信号生成部110の第1生成部130及び第2生成部140、検出信号処理部200の交流成分検出部210、及び状態診断部120の構成の一例について詳しく説明する。
 <第1生成部の構成例>
 図3において、第1生成部130は、直流電圧指令部131と、交流電流指令部135と、2つの減算器132,134と、2つのPI制御部133,136と、PWM制御部137とを備える。
 直流電圧指令部131は、蓄電装置70が定電流充放電を行うように制御される際に、上記第1直流ラインLd1側の目標直流電圧値である直流電圧指令V1d*(以下、「第1直流電圧指令V1d*」ともいう。)を出力する。
 減算器132は、直流電圧指令部131からの第1直流電圧指令V1d*と、電圧検出部56からの、上記第1直流電圧に対応する第1直流電圧検出値V1との偏差を取って出力とする。
 PI制御部133は、減算器132の出力に対し公知のPI制御を行うことにより、上記第2直流電流指令I2d*を出力する。この際、PI制御部133は、図4に示すように、所定の期間t1で略一定の電流値(図示の例では10[A])となる第2直流電流指令I2d*を出力する。
 交流電流指令部135は、蓄電装置70が定電流充放電を行うように制御される際に、上記第2交流電流指令I2a*を出力する。この際、交流電流指令部135は、図4に示すように、上記期間t1における初期の期間t2では交流電流とならず、期間t2後の所定の期間t3で周波数が所定の周波数範囲(図示の例では1[Hz]~1[kHz])内で変化する所定の実効値(図示の例では10[mArms])となる第2交流電流指令I2a*を出力する。
 減算器134は、PI制御部133からの第2直流電流指令I2d*に対し、交流電流指令部135からの第2交流電流指令I2a*を重畳しつつ、後述の交流成分検出部210の減算器212からの、後述の直流電流成分値I2dとの偏差を取って出力とする。
 PI制御部136は、減算器134の出力に対し公知のPI制御を行って出力とする。
 PWM制御部137は、PI制御部136の出力に対し公知のPWM制御を行うことにより、上記半導体スイッチSW1~SW6それぞれに対する制御信号S(図4参照)を生成して出力する。これにより、当該制御信号Sに応じて半導体スイッチSW1~SW6がオン・オフ動作し、電力変換動作(蓄電装置70の充放電動作)が行われる。この際、上記期間t2に対応する期間では第2直流電流に対し上記交流電流が重畳されず、上記期間t3に対応する期間で第2直流電流に対し上記交流電流が重畳される。同様に、上記期間t2に対応する期間では第2直流電圧に対し上記交流電圧が重畳されず、上記期間t3に対応する期間で第2直流電圧に対し上記交流電圧が重畳される。
 したがって、図4に示すように、電流検出部59の第2直流電流検出値I2は、上記期間t2に対応する期間では、第2直流電流に対し上記交流電流が重畳されていないため第2直流電流のみの検出値となる。また、電流検出部59の第2直流電流検出値I2は、上記期間t3に対応する期間では、第2直流電流に対し上記交流電流が重畳されているため第2直流電流成分と上記交流電流成分とを含む検出値となる。なお、当該第2直流電流検出値I2には、第2直流電流指令I2d*に対する電流検出誤差Igと、第2直流電流指令I2d*に対する検出遅れ時間tgとが含まれている。
 また、特に図示はしていないが、電圧検出部58の第2直流電圧検出値V2は、上記期間t2に対応する期間では、第2直流電圧に対し上記交流電圧が重畳されていないため第2直流電圧のみの検出値となる。また、電圧検出部58の第2直流電圧検出値V2は、上記期間t3に対応する期間では、第2直流電圧に対し上記交流電圧が重畳されているため第2直流電圧成分と上記交流電圧成分とを含む検出値となる。
 なお、第1生成部130の構成は、上記内容に限定されるものではなく、他の内容であってもよいことは言うまでもない。
 <第2生成部の構成例>
 第2生成部140の処理内容は、上記で説明した第1生成部130の処理内容における「電流」と「電圧」との文言を入れ替えた内容と基本的に同様となるので、説明を省略する。
 <交流成分検出部の構成例>
 交流成分検出部210は、4つの減算器211,212,213,214を備える。
 減算器211は、電流検出部59からの、上記交流電流が重畳された第2直流電流検出値I2から、電流検出部59からの、第2直流電流に対応する(上記交流電流が重畳される前の)第2直流電流検出値I2を差し引く。これにより、減算器211は、上記電流検出誤差Ig及び検出遅れ時間tgを補正しつつ、上記交流電流が重畳された第2直流電流検出値I2における交流電流成分値I2a(図4参照)を算出し、減算器212及び状態診断部120に出力する。
 減算器212は、電流検出部59からの、上記交流電流が重畳された第2直流電流検出値I2から、減算器211からの交流電流成分値I2aを差し引く。これにより、減算器212は、上記交流電流が重畳された第2直流電流検出値I2における直流電流成分値I2dを算出し、第1生成部130の減算器134に出力する。
 減算器213は、電圧検出部58からの、上記交流電圧が重畳された第2直流電圧検出値V2から、電圧検出部58からの、第2直流電圧に対応する(上記交流電圧が重畳される前の)第2直流電圧検出値V2を差し引く。これにより、減算器213は、電圧検出誤差及び検出遅れ時間を補正しつつ、上記交流電圧が重畳された第2直流電圧検出値V2における交流電圧成分値V2a(図4参照)を算出し、減算器214及び状態診断部120に出力する。
 減算器214は、電圧検出部58からの、上記交流電圧が重畳された第2直流電圧検出値V2から、減算器213からの交流電圧成分値V2aを差し引く。これにより、減算器214は、上記交流電圧が重畳された第2直流電圧検出値V2における直流電圧成分値V2dを算出し、第2生成部140に出力する。
 なお、交流成分検出部210の構成は、上記内容に限定されるものではなく、他の内容であってもよいことは言うまでもない。
 <状態診断部の構成例>
 状態診断部120は、前述のように、上記交流電圧が重畳された第2直流電圧検出値V2、及び、上記交流電流が重畳された第2直流電流検出値I2の少なくとも一方に基づいて、蓄電装置70の状態を診断する。この際、状態診断部120は、上記交流電流成分値I2a及び交流電圧成分値V2aの少なくとも一方(本実施形態では両方)に基づいて、公知の交流インピーダンス法により蓄電装置70の状態量を算出し、当該状態量に基づいて、蓄電装置70の状態を診断する。なお、状態診断部120は、交流電流成分値I2a及び交流電圧成分値V2aの少なくとも一方に基づいて交流インピーダンス法により蓄電装置70の状態量を算出して当該状態量に基づいて蓄電装置70の状態を診断する以外の手法により、蓄電装置70の状態を診断してもよい。
 ここで、蓄電装置70の劣化が進行するにつれて、蓄電装置70の抵抗値は増加し静電容量は減少するので、当該抵抗値及び静電容量の少なくとも一方を指標として用いることにより、蓄電装置70の劣化状態を診断することが可能である。また、蓄電装置70に異常(例えば短絡等)が発生すると、蓄電装置70の抵抗値は減少するので、当該抵抗値を指標として用いることにより、蓄電装置70の異常を診断することが可能である。したがって、蓄電装置70の劣化状態を診断する際には、状態診断部120は、上記状態量として、蓄電装置70の抵抗値及び静電容量の少なくとも一方を算出し、当該抵抗値及び静電容量の少なくとも一方に基づいて、蓄電装置70の劣化状態を診断すればよい。一方、蓄電装置70の異常を診断する際には、状態診断部120は、上記状態量として、蓄電装置70の抵抗値を算出し、当該抵抗値に基づいて、蓄電装置70の異常を診断すればよい。
 なお、蓄電装置70の劣化状態を診断する際には、状態診断部120は、蓄電装置70の抵抗値及び静電容量の少なくとも一方を算出すればよいが、本実施形態では、状態診断部120が蓄電装置70の抵抗値及び静電容量の両方を算出する場合について説明する。また、状態診断部120が診断可能な状態としては、蓄電装置70の劣化状態及び異常の両方に限定されるものではなく、蓄電装置70の劣化状態及び異常のどちらか一方であってもよい。また、状態診断部120が蓄電装置70の劣化状態及び異常の両方を診断する場合、蓄電装置70の異常に関してはリアルタイムに診断するのが好適だが、蓄電装置70の劣化状態に関してはリアルタイムに診断する必要はなく適宜のタイミングのみ診断してもよい。但し、本実施形態では、状態診断部120は、蓄電装置70の劣化状態及び異常の両方をリアルタイムに診断する場合について説明する。
 すなわち、状態診断部120は、交流電流成分値I2a及び交流電圧成分値V2aに基づいて、交流インピーダンス法により蓄電装置70の抵抗値及び静電容量を算出する。そして、状態診断部120は、当該抵抗値及び静電容量に基づいて、蓄電装置70の劣化状態を診断する。また、状態診断部120は、当該抵抗値に基づいて、蓄電装置70の異常を診断する。
 本実施形態では、状態診断部120は、算出部121と、診断部122とを備える。
 算出部121は、上記減算器211からの交流電流成分値I2aと、上記減算器213からの交流電圧成分値V2aとに基づいて、交流インピーダンス法により蓄電装置70の抵抗値及び静電容量を算出する。この際、算出部121は、蓄電装置70の抵抗値として、公知の溶液抵抗及び公知の電荷移動抵抗を算出し、蓄電装置70の静電容量として、公知の電気二重層容量を算出する。なお、蓄電装置70の抵抗値としては、溶液抵抗及び電荷移動抵抗に限定されるものではなく、また、蓄電装置70の静電容量としては、電気二重層容量に限定されるものではない。
 ここで、蓄電装置70がリチウムイオン二次電池である本実施形態では、蓄電装置70の等価回路は、図5(a)に示すような等価回路71となる。すなわち、図5(a)に示すように、蓄電装置70の等価回路71では、溶液抵抗R1と、電荷移動抵抗R2及び電気二重層容量Cとが、並列に接続されている。なお、図5(b)には、複素平面上で、横軸に上記等価回路71における交流インピーダンスの実数成分Z′、縦軸に虚数成分Z″を示すプロット(「ナイキスト線図」や「複素平面プロット」ともいう。)を示している。また、図5(c)には、横軸に周波数fの対数、縦軸に上記等価回路71における交流インピーダンスの絶対値|Z|の対数を示すプロット(「ボード線図」ともいう。)を示している。また、図5(d)には、横軸に周波数fの対数、縦軸に上記等価回路71における交流インピーダンスの位相差θを示すプロット(「ボード線図」ともいう。)を示している。
 そして、上記等価回路71の交流インピーダンスZは、下記式(1)により算出することが可能である。 
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
 なお、上記式(1)において、Zは交流インピーダンス[Ω]、R1は溶液抵抗[Ω]、R2は電荷移動抵抗[Ω]、Cは電気二重層容量[F]、ωは2πf(fは周波数[Hz])である。
 また、上記式(1)において実数部と虚数部とにわけると、下記式(2)~(4)のようになる。
 Z=Z′-jZ″   ・・・式(2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
 
 算出部121は、上記式(1)又は上記式(3)(4)を用いて、蓄電装置70に係るボード線図(例えば図6(a)(b)参照)又はナイキスト線図(例えば図7参照)を導出する。そして、算出部121は、当該ボード線図又はナイキスト線図に基づいて、蓄電装置70の溶液抵抗R1、電荷移動抵抗R2、及び電気二重層容量Cを導出する。なお、ここでの溶液抵抗R1、電荷移動抵抗R2、及び電気二重層容量Cの導出方法については公知なので、具体的な説明を省略する。
 ここで、溶液抵抗R1及び電荷移動抵抗R2は、蓄電装置70の温度により、その値が変化する。そこで本実施形態では、算出部121は、前述の温度検出部80から検出温度Tを取得し、当該検出温度Tを用いて、溶液抵抗R1及び電荷移動抵抗R2を補正する。具体的には、算出部121は、検出温度Tを用いた下記式(5)(6)により、溶液抵抗R1及び電荷移動抵抗R2を補正する。
 R1′=(234.5+20)/(234.5+T)R1   ・・・式(5)
 R2′=(234.5+20)/(234.5+T)R2   ・・・式(6)
 なお、上記式(5)(6)において、R1′は補正後の溶液抵抗R1、R2′は補正後の電荷移動抵抗R2である。
 なお、算出部121は、検出温度Tを用いて溶液抵抗R1及び電荷移動抵抗R2を補正さえすれば、上記式(5)(6)により溶液抵抗R1及び電荷移動抵抗R2を補正する場合に限定されるものではない。さらには、算出部121は、必ずしも検出温度Tを用いて溶液抵抗R1及び電荷移動抵抗R2を補正する必要はない。
 そして、算出部121は、溶液抵抗R1′、電荷移動抵抗R2′、及び電気二重層容量Cを診断部122に出力する。
 なお、算出部121の機能は、上記内容に限定されるものではなく、他の内容であってもよいことは言うまでもない。
 診断部122は、算出部121からの溶液抵抗R1′、電荷移動抵抗R2′、及び電気二重層容量Cに基づいて、蓄電装置70の状態を診断する。
 すなわち、診断部122は、算出部121からの溶液抵抗R1′、電荷移動抵抗R2′、及び電気二重層容量Cに基づいて、蓄電装置70の劣化状態を診断する。例えば、診断部122は、蓄電装置70の劣化状態として、蓄電装置70の劣化度(どの程度劣化しているか)を診断してもよいし、蓄電装置70が予め設定した劣化状態となったか否かを診断してもよい。但し、本実施形態では、診断部122が、蓄電装置70が予め設定した劣化状態となったか否かを診断する場合について説明する。
 この際、診断部122は、溶液抵抗R1′、電荷移動抵抗R2′、及び電気二重層容量Cと、例えば蓄電装置70の初回起動時等に記録した、それらの初期値とをそれぞれ比較し、それらの比較結果に応じて蓄電装置70が予め設定した劣化状態となったか否かを診断する。より具体的には、診断部122は、溶液抵抗R1′と当該溶液抵抗の初期値R1とを比較し、電荷移動抵抗R2′と当該電荷移動抵抗の初期値R2とを比較し、電気二重層容量Cと当該電気二重層容量の初期値Cとを比較する。そして、診断部122は、溶液抵抗R1′が初期値R1の2倍となるか、電荷移動抵抗R2′が初期値R2の2倍となるか、電気二重層容量Cが初期値Cの0.4倍となった場合に、蓄電装置70が予め設定した劣化状態となったと診断する。なお、初期値R1,R2,Cの何倍となった場合に蓄電装置70が予め設定した劣化状態となったと診断するかは、蓄電装置70の仕様等により異なるものであって、上記数値はあくまで一例である。また、診断部122は、初期値R1,R2,Cとの比較ではなく、予め設定したしきい値との比較により、蓄電装置70が予め設定した劣化状態となったか否かを診断してもよい。
 また、診断部122は、算出部121からの溶液抵抗R1′及び電荷移動抵抗R2′に基づいて、蓄電装置70の異常(例えば短絡状態か又はその直前状態か等)を診断する。例えば、診断部122は、溶液抵抗R1′又は電荷移動抵抗R2′が予め設定したしきい値以下となった場合に、蓄電装置70の異常と診断してもよい。又は、診断部122は、過去の溶液抵抗R1′又は電荷移動抵抗R2′に対する現在の溶液抵抗R1′又は電荷移動抵抗R2′の減少度が予め設定したしきい値以上となった場合に、蓄電装置70の異常と診断してもよい。但し、本実施形態では、診断部122が、溶液抵抗R1′又は電荷移動抵抗R2′が予め設定したしきい値以下となった場合に、蓄電装置70の異常と診断する場合について説明する。
 また、本実施形態では、上記のように蓄電装置70の異常と診断した場合には、診断部122は、その旨を表す異常診断信号AR(図2等参照)を、前述の遮断器60に出力する。これにより、遮断器60に遮断動作を行わせ、DC‐DCコンバータ50と蓄電装置70との接続を遮断して切り離すことが可能である。なお、診断部122は、蓄電装置70の異常と診断した場合に、異常診断信号ARを必ずしも遮断器60に出力しなくてはならないわけではなく、異常診断信号ARを遮断器60に代え他の構成に出力し、当該他の構成に異常診断信号ARに応じた動作を行わせてもよい。更には、診断部122は、蓄電装置70の異常と診断した場合に、必ずしも異常診断信号ARを出力しなくてはならないわけではない。また、遮断器60は、診断部122からの異常診断信号ARに代え、他の構成からの信号に応じて遮断動作を行ってもよい。
 さらに、本実施形態では、上記のように蓄電装置70の劣化状態又は異常を診断した場合には、診断部122は、その診断結果に基づく報知(例えば、蓄電装置70が予め設定した劣化状態となった旨の報知や、蓄電装置70に異常が発生した旨の報知、等)を行うための報知信号を、前述の報知部90に出力する。これにより、報知部90に報知動作を行わせ、診断部122の診断結果を使用者等に報知することが可能である。なお、診断部122は、蓄電装置70の劣化状態又は異常を診断した場合に、必ずしも報知信号を出力しなくてはならないわけではない。診断部122が報知信号を出力しない場合には、報知部90を省略してもよい。
 なお、診断部122の機能は、上記内容に限定されるものではなく、他の内容であってもよいことは言うまでもない。
 また、状態診断部120の算出部121及び診断部122における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、1つの処理部で処理されたり、更に細分化された3つ以上の処理部により処理されてもよい。
 <蓄電装置の状態診断方法>
 次に、図8を参照しつつ、DC‐DCコンバータ50が実行する蓄電装置70の状態診断方法による制御手順の一例について説明する。
 図8に示すように、まず、ステップS10で、DC‐DCコンバータ50は、制御信号生成部110で、第2直流指令に対し、周波数が所定の周波数範囲内で変化する交流指令が重畳した、制御信号Sを生成して出力する。具体的には、蓄電装置70が定電流充放電を行うように制御される際には、制御信号生成部110で、第2直流電流指令I2d*に対し上記交流電流指令I2a*が重畳した制御信号Sを生成して出力する。一方、蓄電装置70が定電圧充放電を行うように制御される際には、制御信号生成部110で、第2直流電圧指令に対し上記交流電圧指令が重畳した制御信号Sを生成して出力する。これらにより、制御信号生成部110で、第2直流電圧への周波数が所定の周波数範囲内で変化する交流電圧の重畳、及び、第2直流電流への周波数が所定の周波数範囲内で変化する交流電流の重畳を行う。
 そして、ステップS20で、DC‐DCコンバータ50は、検出信号処理部200で、上記ステップS10で出力された制御信号Sに応じて上記交流電圧が重畳された第2直流電圧検出値V2における交流電圧成分値V2a、及び、当該制御信号Sに応じて上記交流電流が重畳された第2直流電流検出値I2における交流電流成分値I2aを検出する。
 そして、ステップS30で、DC‐DCコンバータ50は、状態診断部120の算出部121で、上記ステップS20で検出された交流電圧成分値V2a及び交流電流成分値I2aに基づいて、交流インピーダンス法により上記溶液抵抗R1′、電荷移動抵抗R2′、及び電気二重層容量Cを算出する。
 そして、ステップS40で、DC‐DCコンバータ50は、状態診断部120の診断部122で、上記ステップS30で算出された溶液抵抗R1′又は電荷移動抵抗R2′がしきい値以下となったか否かを判定することにより、蓄電装置70の異常を診断する。溶液抵抗R1′又は電荷移動抵抗R2′がしきい値以下となった場合には、状態診断部120で蓄電装置70の異常と診断し、ステップS40の判定が満たされて、ステップS50に移る。
 ステップS50では、DC‐DCコンバータ50は、状態診断部120の診断部122で、異常診断信号ARを遮断器60に出力する。これにより、遮断器60に遮断動作を行わせ、DC‐DCコンバータ50と蓄電装置70との接続を遮断して切り離すことが可能である。
 そして、ステップS60で、DC‐DCコンバータ50は、状態診断部120の診断部122で、上記診断結果に対応する報知信号を報知部90に出力する。これにより、報知部90に報知動作を行わせ、診断部122の診断結果を使用者等に報知することが可能である。その後、このフローに示す処理が終了される。
 一方、ステップS40において、溶液抵抗R1′及び電荷移動抵抗R2′がしきい値以下となっていなかった場合には、ステップS40の判定は満たされず、ステップS70に移る。
 ステップS70では、DC‐DCコンバータ50は、状態診断部120の診断部122で、溶液抵抗R1′が初期値R1の2倍となるか、電荷移動抵抗R2′が初期値R2の2倍となるか、電気二重層容量Cが初期値Cの0.4倍となったか否かを判定することにより、蓄電装置70の劣化状態を診断する。溶液抵抗R1′が初期値R1の2倍とならず、電荷移動抵抗R2′が初期値R2の2倍とならず、電気二重層容量Cが初期値Cの0.4倍とならなかった場合には、ステップS70の判定は満たされず、上記ステップS10に戻り、同様の手順を繰り返す。一方、溶液抵抗R1′が初期値R1の2倍となるか、電荷移動抵抗R2′が初期値R2の2倍となるか、電気二重層容量Cが初期値Cの0.4倍となった場合には、状態診断部120で蓄電装置70が予め設定した劣化状態となった診断し、ステップS70の判定が満たされて、ステップS80に移る。
 ステップS80では、DC‐DCコンバータ50は、状態診断部120の診断部122で、上記診断結果に対応する報知信号を報知部90に出力する。これにより、報知部90に報知動作を行わせ、診断部122の診断結果を使用者等に報知することが可能である。その後、このフローに示す処理が終了される。
 <DC‐DCコンバータ50の構成例>
 次に、図9を参照しつつ、上記で説明したCPU901が実行するプログラムにより実装された制御信号生成部110や状態診断部120等による処理を実現するDC‐DCコンバータ50の構成例について説明する。なお、図9中では、上記で説明したDC‐DCコンバータ50の電力変換機能に係る構成を適宜省略して図示している。
 図9に示すように、DC‐DCコンバータ50は、例えば、CPU901と、ROM903、RAM905と、ASIC又はFPGA等の特定の用途向けに構築された専用集積回路907と、入力装置913と、出力装置915と、ストレージ装置917と、ドライブ919と、接続ポート921と、通信装置923とを有する。これらの構成は、バス909や入出力インターフェース911を介し相互に信号を伝達可能に接続されている。
 プログラムは、例えば、ROM903やRAM905、ストレージ装置917等の記録装置に記録しておくことができる。
 また、プログラムは、例えば、フレキシブルディスクなどの磁気ディスク、各種のCD・MOディスク・DVD等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体925に、一時的又は永続的に記録しておくこともできる。このようなリムーバブル記憶媒体925は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することもできる。この場合、これらのリムーバブル記憶媒体925に記録されたプログラムは、ドライブ919により読み出されて、入出力インターフェイス919やバス909等を介し上記記録装置に記録されてもよい。
 また、プログラムは、例えば、ダウンロードサイト・他のコンピュータ・他の記録装置等(図示せず)に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、LANやインターネット等のネットワークNWを介し転送され、通信装置923がこのプログラムを受信する。そして、通信装置923が受信したプログラムは、入出力インターフェイス919やバス909等を介し上記記録装置に記録されてもよい。
 また、プログラムは、例えば、適宜の外部接続機器927に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、適宜の接続ポート921を介し転送され、入出力インターフェイス919やバス909等を介し上記記録装置に記録されてもよい。
 そして、CPU901が、上記記録装置に記録されたプログラムに従い各種の処理を実行することにより、上記の制御信号生成部110や状態診断部120等による処理が実現される。この際、CPU901は、例えば、上記記録装置からプログラムを、直接読み出して実行してもよく、RAM905に一旦ロードした上で実行してもよい。更にCPU901は、例えば、プログラムを通信装置923やドライブ919、接続ポート921を介し受信する場合、受信したプログラムを記録装置に記録せずに直接実行してもよい。
 また、CPU901は、必要に応じて、例えばマウス・キーボード・マイク(図示せず)等の入力装置913から入力する信号や情報に基づいて各種の処理を行ってもよい。
 そして、CPU902は、上記の処理を実行した結果を、例えば表示装置や音声出力装置等の出力装置915から出力してもよく、さらにCPU902は、必要に応じてこの処理結果を通信装置923や接続ポート921を介し送信してもよく、上記記録装置やリムーバブル記憶媒体925に記録させてもよい。
 <本実施形態による効果の一例>
 以上説明したように、本実施形態の電力変換システム1は、DC‐DCコンバータ50が、制御信号生成部140と、検出信号処理部200と、状態診断部120とを有する。制御信号生成部140は、第2直流電圧への所定の交流電圧の重畳、及び、第2直流電流への所定の交流電流の重畳の少なくとも一方を行う。検出信号処理部200は、上記交流電圧が重畳された第2直流電圧検出値V2、及び、上記交流電流が重畳された第2直流電流検出値I2の少なくとも一方を検出する。状態診断部120は、上記第2直流電圧検出値V2及び第2直流電流検出値I2の少なくとも一方に基づいて、蓄電装置70の状態を診断する。
 以上のように、本実施形態では、蓄電装置70に第2直流電力を供給するDC‐DCコンバータ50が蓄電装置70の状態を診断するので、蓄電装置70の状態を診断する別途の装置を設ける必要がなく、システム構成を簡素化できる。また、上記第2直流電圧検出値V2における交流電圧成分値V2a、及び、上記第2直流電流検出値i2における交流電流成分値I2aの少なくとも一方を検出することにより、交流インピーダンス法により蓄電装置70の状態量を算出することが可能となる。そして、当該状態量を指標として用いることにより、蓄電装置70の状態診断を行うことが可能となる。したがって、DC‐DCコンバータ50の通常動作時に蓄電装置70の状態診断をリアルタイムで行うことが可能となるので、電力変換システム1の稼働率の低下を防止できるとともに、蓄電装置70の劣化状態診断及び異常診断の両方に用いることができる。以上の結果、蓄電装置70の状態診断の利便性を向上できる。
 また、本実施形態では特に、制御信号生成部140が、第2直流指令に対し、周波数が所定の周波数範囲で変化する交流指令が重畳した、制御信号Sを生成して出力する。これにより、第2直流電圧への、周波数が所定の周波数範囲で変化する交流電圧の重畳、及び、第2直流電流への、周波数が所定の周波数範囲で変化する所定の交流電流の重畳の少なくとも一方を行うことができる。この結果、蓄電装置70に対し周波数が変化する交流を印加でき、蓄電装置70の状態に対応して変動する、直流電圧検出値V2における交流電圧成分値V2a、及び、直流電流検出値I2における交流電流成分値I2aの少なくとも一方を検出することが可能となる。そして、状態診断部120が、上記交流電圧成分値V2a及び交流電流成分値I2aの少なくとも一方に基づいて、交流インピーダンス法により蓄電装置70の状態量を算出する。これにより、当該状態量を指標として用いることにより、蓄電装置70の状態診断を行うことができる。
 また、本実施形態では特に、制御信号生成部140は、蓄電装置70が定電圧充放電を行うように制御される際には、第2直流電圧指令に対し、交流電圧指令が重畳した、制御信号Sを生成して出力し、蓄電装置70が定電流充放電を行うように制御される際には、直流電流指令I2d*に対し、交流電流指令I2a*が重畳した、制御信号Sを生成して出力する。これにより、定電圧充放電時及び定電流充放電時のどちらの場合でも、交流電圧成分値V2a及び交流電流成分値I2aの少なくとも一方を検出できるので、蓄電装置70の状態診断の実現性を向上できる。
 また、本実施形態では特に、状態診断部120は、蓄電装置70の抵抗値及び静電容量の少なくとも一方を算出し、当該抵抗値及び静電容量の少なくとも一方に基づいて、蓄電装置70の劣化状態を診断する。これにより、当該抵抗値及び静電容量の少なくとも一方を指標として用いることにより、蓄電装置70の劣化状態を診断可能なDC‐DCコンバータ50を実現できる。
 また、本実施形態では特に、状態診断部120は、蓄電装置70の抵抗値に基づいて、蓄電装置70の異常を診断する。これにより、当該抵抗値を指標として用いることにより、通常動作時に蓄電装置70の異常診断をリアルタイムで行うことが可能なDC‐DCコンバータ50を実現できる。この結果、蓄電装置70の発煙・発火等を防止する又は最小限に食い止めることが可能となる。
 また、本実施形態では特に、遮断器60がDC‐DCコンバータ50と蓄電装置70との間の第2直流ラインLd2に設けられ、状態診断部120が、蓄電装置70の異常と診断した場合に、異常診断信号ARを出力する。これにより、状態診断部120からの異常診断信号ARに応じて遮断器60に遮断動作を行わせることにより、蓄電装置70の異常と診断後、瞬時に、DC‐DCコンバータ50と蓄電装置70との接続を切り離すことができ、安全性の高い電力変換システム1を実現できる。
 また、本実施形態では特に、蓄電装置70の温度を検出する温度検出部80が設けられ、状態診断部120が、温度検出部80の検出温度Tを用いて、蓄電装置70の抵抗値を補正する。これにより、補正後の抵抗値を指標として用いて蓄電装置70の劣化状態や異常を診断できるので、蓄電装置70の状態診断の精度を向上でき、信頼性を向上できる。
 また、本実施形態では特に、状態診断部120の診断結果に基づく報知を行う報知部90が設けられている。これにより、例えば蓄電装置70の劣化度や交換時期である旨、異常等を使用者に報知でき、利便性を向上できる。
 <変形例等>
 なお、実施形態は、上記内容に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
 また、図1及び図2中に示す矢印は、信号の流れの一例を示すものであり、信号の流れ方向を限定するものではない。
 また、図8に示すフローチャートは、実施形態の内容を図示する手順に限定するものではなく、趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で手順の追加・削除又は順番の変更等をしてもよい。
 また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態等による手法を適宜組み合わせて利用してもよい。
 その他、一々例示はしないが、上記実施形態等は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
 1      電力変換システム
 10     交流電源
 20     AC‐DCコンバータ(第1電力変換装置)
 50     DC‐DCコンバータ(電力変換装置、第2電力変換装置)
 60     遮断器
 70     蓄電装置
 80     温度検出部
 90     報知部
 110    制御信号生成部
 120    状態診断部
 200    検出信号処理部
 AR     異常診断信号
 C      電気二重層容量(静電容量)
 Ld2    第2直流ライン(第2電力変換装置と蓄電装置との間の直流ライン)
 I2     第2直流電流検出値
 I2a    交流電流成分値
 I2a*   交流電流指令
 I2d*   第2直流電流指令(直流電流指令)
 R1     溶液抵抗(抵抗値)
 R1′    溶液抵抗(抵抗値)
 R2     電荷移動抵抗(抵抗値)
 R2’    電荷移動抵抗(抵抗値)
 S      制御信号
 T      検出温度
 V2     第2直流電圧検出値
 V2a    交流電圧成分値
 V2a*   交流電圧指令
 V2d*   第2直流電圧指令(直流電圧指令)

Claims (11)

  1.  電力変換システムであって、
     交流電源からの交流電力を第1直流電力に変換するように構成された第1電力変換装置と、
     前記第1電力変換装置からの前記第1直流電力を電力値が異なる別の第2直流電力に変換するように構成された第2電力変換装置と、
     前記第2電力変換装置からの前記第2直流電力を蓄電するように構成された蓄電装置と、
    を有し、
     前記第2電力変換装置は、
     前記第2直流電力における直流電圧への所定の交流電圧の重畳、及び、前記第2直流電力における直流電流への所定の交流電流の重畳、の少なくとも一方を行うように構成された制御信号生成部と、
     前記交流電圧が重畳された直流電圧検出値、及び、前記交流電流が重畳された直流電流検出値、の少なくとも一方を検出するように構成された検出信号処理部と、
     前記直流電圧検出値及び前記直流電流検出値の少なくとも一方に基づいて、前記蓄電装置の状態を診断するように構成された状態診断部と、
    を有する
    ことを特徴とする電力変換システム。
  2.  前記制御信号生成部は、
     前記蓄電装置側の直流指令に対し、周波数が所定の周波数範囲内で変化する交流指令が重畳した、制御信号を生成して出力するように構成され、
     前記状態診断部は、
     前記直流電圧検出値における交流電圧成分値、及び、前記直流電流検出値における交流電流成分値、の少なくとも一方に基づいて、交流インピーダンス法により前記蓄電装置の状態量を算出するように構成される
    ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換システム。
  3.  前記制御信号生成部は、
     前記蓄電装置が定電圧充放電を行うように制御される際には、前記直流指令における直流電圧指令に対し、前記交流指令における交流電圧指令が重畳した、前記制御信号を生成して出力するように構成され、
     前記蓄電装置が定電流充放電を行うように制御される際には、前記直流指令における直流電流指令に対し、前記交流指令における交流電流指令が重畳した、前記制御信号を生成して出力するように構成される
    ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換システム。
  4.  前記状態診断部は、
     前記状態量として、前記蓄電装置の抵抗値及び静電容量の少なくとも一方を算出するように構成され、
     前記抵抗値及び前記静電容量の少なくとも一方に基づいて、前記蓄電装置の劣化状態を診断するように構成される
    ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換システム。
  5.  前記状態診断部は、
     前記抵抗値に基づいて、前記蓄電装置の異常を診断するように構成される
    ことを特徴とする請求項4に記載の電力変換システム。
  6.  前記状態診断部は、
     前記異常と診断した場合に、異常診断信号を出力するように構成される
    ことを特徴とする請求項4に記載の電力変換システム。
  7.  前記第2電力変換装置と前記蓄電装置との間の直流ラインに設けられ、前記状態診断部からの前記異常診断信号に応じて遮断動作を行うように構成された遮断器をさらに有する
    ことを特徴とする請求項6に記載の電力変換システム。
  8.  前記蓄電装置の温度を検出するように構成された温度検出部をさらに有し、
     前記状態診断部は、
     前記温度検出部の検出温度を用いて、前記抵抗値を補正するように構成される
    ことを特徴とする請求項4又は5に記載の電力変換システム。
  9.  前記状態診断部の診断結果に基づく報知を行うように構成された報知部をさらに有する
    ことを特徴とする請求項4乃至8のいずれか1項に記載の電力変換システム。
  10.  供給される第1直流電力を電力値が異なる別の第2直流電力に変換して蓄電装置に出力するように構成された電力変換装置であって、
     前記蓄電装置側の直流指令に対し、周波数が所定の周波数範囲内で変化する交流指令が重畳した、制御信号を生成して出力することにより、前記第2直流電力における直流電圧への、周波数が前記所定の周波数範囲内で変化する交流電圧の重畳、及び、前記第2直流電力における直流電流への、周波数が前記所定の周波数範囲内で変化する交流電流の重畳、の少なくとも一方を行うように構成された制御信号生成部と、
     前記交流電圧が重畳された直流電圧検出値、及び、前記交流電流が重畳された直流電流検出値、の少なくとも一方を検出するように構成された検出信号処理部と、
     前記直流電圧検出値における交流電圧成分値、及び、前記直流電流検出値における交流電流成分値、の少なくとも一方に基づいて、交流インピーダンス法により前記蓄電装置の状態量を算出し、前記状態量に基づいて、前記蓄電装置の状態を診断するように構成された状態診断部と、
    を有することを特徴とする電力変換装置。
  11.  供給される第2直流電力を蓄電するように構成された蓄電装置の状態診断方法であって、
     前記蓄電装置側の直流指令に対し、周波数が所定の周波数範囲内で変化する交流指令が重畳した、制御信号を生成して出力することにより、前記第2直流電力における直流電圧への、周波数が前記所定の周波数範囲内で変化する交流電圧の重畳、及び、前記第2直流電力における直流電流への、周波数が前記所定の周波数範囲内で変化する交流電流の重畳、の少なくとも一方を行うことと、
     前記交流電圧が重畳された直流電圧検出値における交流電圧成分値、及び、前記交流電流が重畳された直流電流検出値における交流電流成分値、の少なくとも一方に基づいて、交流インピーダンス法により前記蓄電装置の状態量を算出することと、
     前記状態量に基づいて、前記蓄電装置の状態を診断することと、
    を有することを特徴とする蓄電装置の状態診断方法。
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