WO2017217092A1 - 管理装置、及び蓄電システム - Google Patents

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裕 天明
真一 湯淺
友和 佐田
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a management device for managing a power storage unit, and a power storage system.
  • EV Electric Vehicle
  • HEV Hybrid Electric Vehicle
  • PHV Plug-in Hybrid Vehicle
  • automotive applications that aim to supply electric power, peak shift, and power storage purposes for backup purposes It is used for FR (Frequency Regulation) applications for the purpose of stabilizing the frequency of the system.
  • a minute short circuit may occur in the battery due to contact between the positive electrode and the negative electrode due to a shift of the separator, or generation of a conductive path due to contamination of the battery.
  • a micro short circuit can cause overheating.
  • voltage variation occurs between the batteries.
  • a battery with a micro short circuit consumes extra current internally compared to other normal batteries connected in series, so there is a potential difference between the battery with the micro short circuit and another normal battery. Is generated.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a technique capable of determining the presence or absence of a micro short circuit with high accuracy.
  • a management device includes a voltage detection unit that detects a voltage at both ends of a power storage unit, a current detection unit that detects a current flowing through the power storage unit, and a micro short-circuit of the power storage unit.
  • the control unit estimates the SOC (State Of Charge) of the power storage unit by the OCV (Open ⁇ ⁇ Circuit Voltage) method based on the voltage detected by the voltage detection unit, and based on the current detected by the current detection unit.
  • the SOC of the power storage unit is estimated by the current integration method, and the SOC estimated by the OCV method is compared with the SOC estimated by the current integration method to determine the presence or absence of a short circuit of the power storage unit.
  • the presence or absence of a micro short circuit can be determined with high accuracy.
  • FIG. 1A is a diagram for explaining a battery cell in a state where a minute short circuit does not occur.
  • FIG. 1B is a diagram for explaining a battery cell in a state where a micro short-circuit has occurred.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the power storage system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between OCV and CCV when charging a cell.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between SOC-V and SOC-I of a normal cell and the relationship between SOC-V and SOC-I of a cell in which a micro short circuit has occurred.
  • FIG. 1A is a diagram for explaining a battery cell in a state where a minute short circuit does not occur.
  • FIG. 1B is a diagram for explaining a battery cell in a state where a micro short-circuit has occurred.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the power storage system according to the embodiment of the present
  • FIG. 5 is a diagram showing a transition example 1 of SOC-V and SOC-I of a cell in which a minute short circuit has occurred.
  • FIG. 6 is a diagram showing a transition example 2 of SOC-V and SOC-I of a cell in which a minute short circuit has occurred.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of processing for determining the presence or absence of a micro short circuit of a cell.
  • FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of the power storage system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams for explaining a micro short circuit.
  • FIG. 1A shows the battery cell S1 in a state where no micro short circuit occurs
  • FIG. 1B shows the battery cell S1 in a state where a micro short circuit occurs.
  • the battery cell S1 includes an electromotive force portion E and an internal resistance R1, and both ends of the battery cell S1 are connected to both ends of the load 2.
  • the micro short circuit occurs at both ends of the electromotive force portion E inside the battery cell S1.
  • the insulation at both ends of the electromotive force portion E is broken, and both ends of the electromotive force portion E are conducted through the micro short-circuit resistor R2.
  • the micro short circuit is generated inside the battery cell S1, but when the micro short circuit resistance R2 is small, a large current with a large amount of heat is generated.
  • the small short-circuit resistance R2 is large, a large current does not flow, but the capacity of the battery cell S1 gradually decreases with current consumption by the small short-circuit resistance R2.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the power storage system 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the power storage system 1 is connected to both ends of the load 2.
  • the load 2 is a concept including a power source such as a generator and a system.
  • an inverter (not shown) is inserted between power storage system 1 and load 2. The inverter converts AC power supplied from the load 2 into DC power and supplies it to the power storage system 1, and converts DC power supplied from the power storage system 1 into AC power and supplies it to the load 2.
  • the power storage system 1 includes a cell S1, a shunt resistor Rs, and a management device 10.
  • a cell S1 a lithium ion battery cell, a nickel metal hydride battery cell, an electric double layer capacitor cell, a lithium ion capacitor cell, or the like can be used.
  • a lithium ion battery cell nominal voltage: 3.6-3.7 V
  • a shunt resistor Rs is connected in series with the cell S1.
  • the shunt resistor Rs functions as a current detection element.
  • a Hall element may be used instead of the shunt resistor Rs.
  • the management device 10 includes a voltage detection unit 11, a current detection unit 12, a control unit 13, and a storage unit 14.
  • the voltage detector 11 detects the voltage across the cell S1 and outputs it to the controller 13.
  • the current detection unit 12 includes an error amplifier connected to both ends of the shunt resistor Rs, and the error amplifier detects a voltage across the shunt resistor Rs.
  • the current detection unit 12 detects the current flowing through the cell S1 based on the voltage at both ends, and outputs it to the control unit 13.
  • the control unit 13 manages the cell S1 based on the voltage and current of the cell S1 detected by the voltage detection unit 11 and the current detection unit 12.
  • the configuration of the control unit 13 can be realized by cooperation of hardware resources and software resources, or only by hardware resources.
  • a hardware resource a microcomputer, DSP, FPGA, or other LSI can be used.
  • Firmware and other programs can be used as software resources.
  • the storage unit 14 includes an OCV-SOC table 14a and an internal resistance table 14b.
  • the storage unit 14 can be realized by a ROM and a RAM.
  • the control unit 13 estimates the SOC of the cell S1 by the OCV method based on the voltage detected by the voltage detection unit 11. In a lithium ion battery, there is a stable relationship between SOC and OCV. Therefore, the SOC of the cell S1 can be estimated by measuring the OCV of the cell S1. The designer registers the OCV-SOC table 14a defining the OCV-SOC characteristics of the cell S1 in the storage unit 14. The controller 13 estimates the SOC based on the voltage detected by the voltage detector 11 with reference to the OCV-SOC table 14a.
  • the OCV method uses an open circuit voltage, it is necessary to correct the voltage detected by the voltage detector 11 when a current flows through the cell S1 (during charging / discharging).
  • CCV Closed Circuit Voltage
  • OCV open circuit voltage
  • OCV CCV ⁇ I ⁇ R (Formula 1)
  • CCV voltage value detected by the voltage detection unit 11
  • I current value detected by the current detection unit 12
  • R internal resistance
  • the internal resistance of the lithium ion battery is not constant but varies depending on the situation. Mainly affected by temperature, SOC, current, and degree of health (SOH). Specifically, the internal resistance of a lithium ion battery increases when the temperature is low, when the SOC is low, when the current is large, or when deterioration is in progress.
  • the designer creates an internal resistance table 14b having at least one of temperature, SOC, current, and degree of deterioration as input parameters and internal resistance as an output parameter, and registers it in the storage unit 14.
  • the internal resistance table 14b is created based on values derived based on experiments and simulations.
  • thermosensor e.g, a thermistor
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the OCV and the CCV when the cell S1 is charged.
  • CCV is obtained by adding I ⁇ R to OCV.
  • CCV is obtained by subtracting I ⁇ R from OCV.
  • the control unit 13 estimates the SOC of the cell S1 by the OCV method, and estimates the SOC of the cell S1 by the current integration method based on the current detected by the current detection unit 12. Specifically, the charging current is positive and the discharging current is negative, and the control unit 13 changes the SOC according to the current value detected by the current detection unit 12 with reference to the initial SOC.
  • the SOC estimated by the OCV method is denoted as SOC-V
  • the SOC estimated by the current integration method is denoted as SOC-I. Since the calculation algorithm differs between SOC-V and SOC-I, a slight calculation error occurs. However, if other conditions are ideal, the value of SOC-V and the value of SOC-I match. Actually, it is affected by measurement errors of the voltage detector 11, the current detector 12, and a temperature sensor (not shown). Hereinafter, in order to make the description easy to understand, the calculation error due to the SOC estimation algorithm and the measurement errors of various detectors are ignored.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the SOC-V and SOC-I of the normal cell S1 and the relationship between the SOC-V and SOC-I of the cell S1 in which a micro short circuit has occurred.
  • the value of SOC-V and the value of SOC-I match.
  • the value of SOC-V is smaller than the value of SOC-I.
  • FIG. 5 is a diagram showing a transition example 1 of the SOC-V and the SOC-I of the cell S1 in which a minute short circuit has occurred.
  • Transition example 1 is an example in which the SOC of the cell S1 becomes zero during stoppage due to current consumption due to a short circuit, and the SOC in the initial state is zero. After the load 2 is activated, charging of the cell S1 is started, and the SOC of the cell S1 gradually increases.
  • SOC-V and SOC-I are compared, SOC-I is a value that does not reflect current consumption due to a short-circuit, so that SOC-I is always higher than SOC-V. In addition, the difference between the two increases over time.
  • FIG. 6 is a diagram showing a transition example 2 of the SOC-V and the SOC-I of the cell S1 in which a minute short circuit has occurred.
  • Transition example 2 is an example in which the current consumption due to the micro short circuit is small, or only a short time has elapsed since the previous stop, and is an example in which the SOC in the initial state is high.
  • the cell S1 is discharged to the load 2, and the cell 2 is charged from the load 2 with a waiting time in between.
  • SOC-I always has a higher value than SOC-V.
  • the difference between the two increases over time.
  • the longer the elapsed time from startup the greater the difference between SOC-I and SOC-V, so that the accuracy of determining the presence or absence of a micro short circuit is improved, but the detection timing of the micro short circuit is delayed.
  • the designer can adjust the determination accuracy of the presence or absence of a micro short circuit and the detection timing of the micro short circuit by adjusting the predetermined value and / or the determination timing (elapsed time from startup).
  • the first time is a time that is past the second time, and the first time includes the time at startup.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of processing for determining whether or not there is a micro short circuit in the cell S1.
  • the control unit 13 calculates SOC-I 1 and SOC-V 1 at the first time (S10).
  • the calculated SOC-I 1 and SOC-V 1 are temporarily stored in the work area.
  • the control unit 13 calculates SOC-I 2 and SOC-V 2 at the second time (S11).
  • control unit 13 difference value of SOC-V 2 is subtracted from the SOC-I 2 is the predetermined value (positive value) is judged greater than or not (S12).
  • the control unit 13 determines that a micro short circuit has not occurred (S15).
  • the control unit 13 first second difference value obtained by subtracting the SOC-V 2 from SOC-I 2 is obtained by subtracting the SOC-V 1 from SOC-I 1 It is determined whether or not the difference value is larger (S13).
  • the control unit 13 determines that a minute short circuit has occurred (S14), and when the second difference value is equal to or less than the first difference value (S13). N), it is determined that a minute short circuit has not occurred (S15).
  • the first difference value obtained by subtracting the SOC-V 1 from SOC-I 1 is, although not process of determining whether or not larger than a predetermined value (positive value), the first time If is not at the time of activation, the comparison determination may be added.
  • a first difference value from the SOC-I 1 obtained by subtracting the SOC-V 1 when at least one of the second difference value obtained by subtracting the SOC-V 2 from SOC-I 2 is equal to or less than a predetermined value, the control unit 13 Determines that a minute short circuit has not occurred (S15).
  • S15 minute short circuit has not occurred
  • FIG. 6 shows an example in which the SOC of the cell S1 is monotonously decreasing at the time of discharge, but in reality, the discharge current often varies irregularly due to the load 2 variation. In that case, the decrease curve of the SOC also becomes irregular. On the other hand, the SOC of the cell S1 often increases monotonously during charging.
  • an inverter (not shown) between the load 2 and the cell S1 normally charges the cell S1 with a constant current (CC) at a predetermined charging rate.
  • the accuracy of the process for determining whether or not there is a micro short circuit is higher when the SOC is monotonously changing. Therefore, it is preferable to execute the determination process during charging. For example, it is preferable to execute between time t0 and time t1 in FIG. 5, between time t1 and time t2 in FIG. 5, and between time t2 and time t3 in FIG.
  • a large-capacity high-voltage power storage unit is formed by connecting a large number of cells in series and parallel.
  • a large-scale power storage system 1 is configured for in-vehicle use, power storage use, and FR use.
  • FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of the power storage system 1 according to the embodiment of the present invention.
  • a plurality of cells S11-S1n are connected in parallel to form one assembled battery, and m assembled batteries are connected in series to form a battery pack.
  • the voltage detector 111-11m is provided for each of the m assembled batteries, and the voltage detector 111-11m outputs the detected voltage to the controller 13, respectively.
  • the control part 13 determines the presence or absence of a micro short circuit for every assembled battery. In addition, in the determination process of the presence or absence of a micro short circuit, there is basically no comparison of voltages between different assembled batteries.
  • the SOC-I and the SOC-V are compared independently, and the presence or absence of a micro short circuit is determined independently.
  • the presence / absence of a micro short-circuit can be determined with high accuracy.
  • Presence / absence can be determined accurately. Therefore, even in a power storage system in which a new battery and a deteriorated battery are mixed, it is possible to accurately determine the presence or absence of a micro short circuit of each battery. Thereby, the maintainability of the power storage system is greatly improved.
  • a management apparatus (10) comprising:
  • the presence or absence of the micro short circuit of the power storage unit (S1) can be determined with high accuracy.
  • the control unit (13) determines that the difference between the SOC estimated by the OCV method and the SOC estimated by the current integration method is greater at the second time after a predetermined time has elapsed from the first time than at the first time.
  • the presence or absence of the micro short circuit of the power storage unit (S1) can be determined with higher accuracy.
  • the said control part (13) performs the determination process of the presence or absence of the micro short circuit of the said electrical storage part (S1) during charge of the said electrical storage part (S1), The item in any one of the items 1 to 3 characterized by the above-mentioned. Management device (10).
  • the presence or absence of the micro short circuit of the power storage unit (S1) can be determined based on the stable measurement value.
  • the presence or absence of the micro short circuit of the power storage unit (S1) in the power storage system (1) can be determined with high accuracy.
  • the present invention can be used for a management device and a power storage system.

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Abstract

電圧検出部は、蓄電部の両端電圧を検出する。電流検出部は、蓄電部を流れる電流を検出する。制御部は、電圧検出部により検出される電圧をもとにＯＣＶ（OpenCircuitVoltage）法により蓄電部のＳＯＣ(StateOfCharge)を推定するとともに、電流検出部により検出される電流をもとに電流積算法により蓄電部のＳＯＣを推定する。制御部は、ＯＣＶ法により推定したＳＯＣと、電流積算法により推定したＳＯＣを比較して、蓄電部の微小短絡の有無を判定する。

Description

管理装置、及び蓄電システム
　本発明は、蓄電部を管理するための管理装置、及び蓄電システムに関する。
　近年、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池が様々な用途で使用されている。例えば、ＥＶ(Electric Vehicle)、ＨＥＶ(Hybrid Electric Vehicle)、ＰＨＶ(Plug-in Hybrid Vehicle)の走行用モータに電力を供給することを目的とする車載用途、ピークシフト、バックアップを目的とした蓄電用途、系統の周波数安定化を目的としたＦＲ（Frequency Regulation）用途等に使用されている。
　リチウムイオン電池等の二次電池では、セパレータのずれによる正極と負極の接触、電池内への異物混入による導電路の発生等に起因して、電池内において微小短絡が発生することがある。微小短絡は過熱の原因となる危険性がある。また複数の電池が直列接続されている場合、電池間に電圧ばらつきを発生させる。微小短絡が発生した電池では、直列接続された他の正常な電池と比較して、内部で余分に電流が消費されるため、微小短絡が発生した電池と他の正常な電池との間に電位差を発生させる。
　また二次電池は充放電回数が増加するにつれ劣化していく。劣化すると満充電容量が減少し、充電時の電圧上昇および放電時の電圧低下が早くなる。従って、直列接続された電池間に劣化ばらつきが発生している場合も、電池間に電位差が発生する。特に一部の電池交換により、古い電池と新しい電池が混在している場合、劣化ばらつきが大きくなる。
　通常、直列接続された複数のリチウムイオン電池では各電池の電圧が測定され、ばらつきがある場合、均等化制御が実行される（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００－９２７３２号公報
　直列接続された電池間に電圧ばらつきが発生している場合、その要因を直ぐに特定することは難しい。電池間の劣化ばらつきによる場合もあれば、検出器の計測誤差による場合もあれば、微小短絡による場合もあれば、それらの要因が複合している場合もある。特に微小短絡と共に、劣化ばらつき及び／又は計測誤差が発生している場合、複数の電池間の電圧差から微小短絡の有無を正確に判定することは難しい。
　本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、微小短絡の有無を高精度に判定できる技術を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本開示のある態様の管理装置は、蓄電部の両端電圧を検出する電圧検出部と、蓄電部を流れる電流を検出する電流検出部と、蓄電部の微小短絡の有無を判定する制御部とを備える。制御部は、電圧検出部により検出される電圧をもとにＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法により蓄電部のＳＯＣ(State Of Charge)を推定するとともに、電流検出部により検出される電流をもとに電流積算法により蓄電部のＳＯＣを推定し、ＯＣＶ法により推定したＳＯＣと、電流積算法により推定したＳＯＣを比較して、蓄電部の微小短絡の有無を判定する。
　なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本開示の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。
　本開示によれば、微小短絡の有無を高精度に判定できる。
図１Ａは、微小短絡が発生していない状態の電池セルを説明するための図である。 図１Ｂは、微小短絡が発生している状態の電池セルを説明するための図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電システムの構成例を示す図である。 図３は、セルの充電時における、ＯＣＶとＣＣＶの関係を示した図である。 図４は、正常なセルのＳＯＣ－ＶとＳＯＣ－Ｉの関係と、微小短絡が発生しているセルのＳＯＣ－ＶとＳＯＣ－Ｉの関係を示す図である。 図５は、微小短絡が発生しているセルのＳＯＣ－ＶとＳＯＣ－Ｉの推移例１を示す図である。 図６は、微小短絡が発生しているセルのＳＯＣ－ＶとＳＯＣ－Ｉの推移例２を示す図である。 図７は、セルの微小短絡の有無を判定するための処理例を示すフローチャートである。 図８は、本発明の実施の形態に係る蓄電システムの別の構成例を示す図である。
　図１Ａ、図１Ｂは、微小短絡を説明するための図である。図１Ａは微小短絡が発生していない状態の電池セルＳ１を、図１Ｂは微小短絡が発生している状態の電池セルＳ１をそれぞれ示している。電池セルＳ１は起電力部Ｅ及び内部抵抗Ｒ１を含み、電池セルＳ１の両端は負荷２の両端に接続される。
　図１Ｂに示すように微小短絡は、電池セルＳ１の内部の起電力部Ｅの両端に発生する。例えば起電力部Ｅの両端が、塵、ゴミ等の異物混入により接触した場合、起電力部Ｅの両端の絶縁が破れ、起電力部Ｅの両端が微小短絡抵抗Ｒ２を介して導通する。
　微小短絡は、電池セルＳ１の両端が短絡する外部短絡とは異なり、電池セルＳ１の内部で発生するものであるが、微小短絡抵抗Ｒ２が小さい場合、大きな発熱を伴う大電流が発生する。微小短絡抵抗Ｒ２が大きい場合は、大電流は流れないが、微小短絡抵抗Ｒ２による電流消費に伴い電池セルＳ１の容量が徐々に低下していく。
　図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１の構成例を示す図である。蓄電システム１は負荷２の両端と接続される。本明細書では負荷２は、発電機、系統などの電源を含む概念とする。また負荷２が交流負荷の場合、蓄電システム１と負荷２の間にインバータ（不図示）が挿入される。当該インバータは負荷２から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電システム１に供給し、蓄電システム１から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷２に供給する。
　蓄電システム１は、セルＳ１、シャント抵抗Ｒｓ及び管理装置１０を備える。セルＳ１には、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等を用いることができる。以下、本明細書ではリチウムイオン電池セル（公称電圧：３．６－３．７Ｖ）を使用する例を想定する。
　セルＳ１と直列にシャント抵抗Ｒｓが接続される。シャント抵抗Ｒｓは電流検出素子として機能する。なおシャント抵抗Ｒｓの代わりにホール素子を用いてもよい。
　管理装置１０は電圧検出部１１、電流検出部１２、制御部１３、記憶部１４を備える。電圧検出部１１は、セルＳ１の両端電圧を検出して制御部１３に出力する。電流検出部１２は、シャント抵抗Ｒｓの両端に接続された誤差増幅器を含み、誤差増幅器はシャント抵抗Ｒｓの両端電圧を検出する。電流検出部１２は当該両端電圧をもとに、セルＳ１に流れる電流を検出して制御部１３に出力する。
　制御部１３は、電圧検出部１１、電流検出部１２により検出されたセルＳ１の電圧、電流をもとにセルＳ１を管理する。制御部１３の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源として、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。
　記憶部１４は、ＯＣＶ－ＳＯＣテーブル１４ａ及び内部抵抗テーブル１４ｂを含む。記憶部１４はＲＯＭ、及びＲＡＭで実現できる。
　制御部１３は、電圧検出部１１により検出される電圧をもとにＯＣＶ法によりセルＳ１のＳＯＣを推定する。リチウムイオン電池ではＳＯＣとＯＣＶとの間に安定的な関係がある。従って、セルＳ１のＯＣＶを測定することにより、セルＳ１のＳＯＣを推定することができる。設計者は、セルＳ１のＯＣＶ－ＳＯＣ特性を規定したＯＣＶ－ＳＯＣテーブル１４ａを記憶部１４に登録する。制御部１３は、ＯＣＶ－ＳＯＣテーブル１４ａを参照して、電圧検出部１１により検出される電圧をもとにＳＯＣを推定する。
　ＯＣＶ法は、開回路電圧を使用するため、セルＳ１に電流が流れた状態（充放電中）は電圧検出部１１により検出される電圧を補正する必要がある。充放電中は下記（式１）を用いて閉回路電圧（ＣＣＶ:Closed Circuit Voltage）を開回路電圧（ＯＣＶ）に変換する。
　ＯＣＶ＝ＣＣＶ±Ｉ×Ｒ　・・・（式１）
　ＣＣＶ：電圧検出部１１により検出される電圧値
　Ｉ：電流検出部１２により検出される電流値
　Ｒ：内部抵抗
　リチウムイオン電池の内部抵抗は一定ではなく状況によって変化する。主に、温度、ＳＯＣ、電流、劣化度（ＳＯＨ：State Of Health）の影響を受ける。具体的には、リチウムイオン電池は温度が低いとき、ＳＯＣが少ないとき、電流が大きいとき、劣化が進行しているとき、内部抵抗が増加する。設計者は、温度、ＳＯＣ、電流、劣化度の少なくとも１つを入力パラメータとし、内部抵抗を出力パラメータとする内部抵抗テーブル１４ｂを作成し、記憶部１４に登録する。内部抵抗テーブル１４ｂは、実験やシミュレーションをもとに導出した値をもとに作成される。
　なお温度を入力パラメータに採用する場合は、セルＳ１の近傍に温度センサ（例えば、サーミスタ）を設置する必要があり、当該温度センサは、検出した温度を制御部１３に出力する。
　図３は、セルＳ１の充電時における、ＯＣＶとＣＣＶの関係を示した図である。充電時は、ＯＣＶにＩ×Ｒを加算することによりＣＣＶが得られる。反対に放電時は、ＯＣＶからＩ×Ｒを減算することによりＣＣＶが得られる。
　制御部１３は、当該ＯＣＶ法でセルＳ１のＳＯＣを推定するとともに、電流検出部１２により検出される電流をもとに電流積算法によりセルＳ１のＳＯＣを推定する。具体的には充電電流を正、放電電流を負として、制御部１３は初期ＳＯＣを基準に、電流検出部１２により検出された電流値に応じてＳＯＣを変化させる。
　以下、ＯＣＶ法により推定されたＳＯＣをＳＯＣ－Ｖ、電流積算法により推定されたＳＯＣをＳＯＣ－Ｉと表記する。ＳＯＣ－ＶとＳＯＣ－Ｉは演算アルゴリズムが異なるため、若干の演算誤差が発生するが、その他の条件が理想的な条件にあればＳＯＣ－Ｖの値とＳＯＣ－Ｉの値は一致する。実際には電圧検出部１１、電流検出部１２、温度センサ（不図示）の計測誤差の影響を受ける。以下、本明細書では説明を分かりやすくするため、ＳＯＣの推定アルゴリズムによる演算誤差、各種検出器の計測誤差を無視して考える。
　セルＳ１に微小短絡が発生している場合、セルＳ１内部で電流消費が発生するため、セルＳ１のＳＯＣは徐々に低下していく。この電圧低下の影響はＳＯＣ－Ｖには常に反映される。一方、ＳＯＣ－Ｉには初期値にだけ反映され、それ以降は反映されない。従って、初期状態ではＳＯＣ－Ｖの値とＳＯＣ－Ｉの値が一致するが、時間経過と共にＳＯＣ－Ｖの値がＳＯＣ－Ｉの値より小さくなっていき、その両者の乖離が大きくなっていく。従って制御部１３は、ＳＯＣ－ＶとＳＯＣ－Ｉを比較することにより、微小短絡の有無を判定することができる。
　図４は、正常なセルＳ１のＳＯＣ－ＶとＳＯＣ－Ｉの関係と、微小短絡が発生しているセルＳ１のＳＯＣ－ＶとＳＯＣ－Ｉの関係を示す図である。正常なセルＳ１の場合、ＳＯＣ－Ｖの値とＳＯＣ－Ｉの値が一致する。一方、微小短絡が発生しているセルＳ１の場合、ＳＯＣ－Ｖの値がＳＯＣ－Ｉの値より小さくなる。
　図５は、微小短絡が発生しているセルＳ１のＳＯＣ－ＶとＳＯＣ－Ｉの推移例１を示す図である。推移例１は、微小短絡による電流消費により停止中にセルＳ１のＳＯＣがゼロになり、初期状態のＳＯＣがゼロの例である。負荷２の起動後、セルＳ１への充電が開始され、セルＳ１のＳＯＣが徐々に上昇していく。ＳＯＣ－ＶとＳＯＣ－Ｉを比較すると、ＳＯＣ－Ｉは微小短絡による電流消費が反映されない値であるため、ＳＯＣ－Ｉの方がＳＯＣ－Ｖより常に高い値となる。また時間経過と共に両者の差が拡大していく。
　図６は、微小短絡が発生しているセルＳ１のＳＯＣ－ＶとＳＯＣ－Ｉの推移例２を示す図である。推移例２は、微小短絡による電流消費が小さい、または前回の停止から短時間しか経過していない場合の例であり、初期状態のＳＯＣが高い状態の例である。負荷２の起動後、セルＳ１から負荷２へ放電され、待機時間を挟み、負荷２からセルＳ１に充電される例である。推移例２のように充放電が不規則に発生する場合でも、ＳＯＣ－Ｉの方がＳＯＣ－Ｖより常に高い値となる。また時間経過と共に両者の差が拡大していく。
　従って理論的には、ＳＯＣ－Ｉ＞ＳＯＣ－Ｖの関係にあれば、セルＳ１に微小短絡が発生していると判定できる。しかしながら実際には、上述した演算誤差や計測誤差がある。またＥＳＤ（Electro Static Discharge）ノイズに起因する誤差も考えられる。そこで、（ＳＯＣ－Ｉ）－（ＳＯＣ－Ｖ）が所定値（正の値）より大きいとき微小短絡が発生していると判定し、（ＳＯＣ－Ｉ）－（ＳＯＣ－Ｖ）が所定値（正の値）以下のとき微小短絡が発生していないと判定する。
　なお起動時からの経過時間が長いほど、ＳＯＣ－ＩとＳＯＣ－Ｖの乖離が大きくなるため、微小短絡の有無の判定精度が向上するが、微小短絡の検出タイミングが遅くなる。設計者は、所定値および／または判定タイミング（起動時からの経過時間）を調整することにより、微小短絡の有無の判定精度と、微小短絡の検出タイミングを調整することができる。
　図５、図６に示したようにセルＳ１に微小短絡が発生している場合、時間経過と共にＳＯＣ－ＩとＳＯＣ－Ｖの乖離が大きくなっていく。そこで第１時刻におけるＳＯＣ－ＩとＳＯＣ－Ｖの乖離と、第２時刻におけるＳＯＣ－ＩとＳＯＣ－Ｖの乖離を比較して、乖離が拡大しているとき微小短絡が発生していると判定し、拡大していないとき微小短絡が発生していないと判定する。ここで第１時刻は、第２時刻より過去の時刻であり、第１時刻は起動時の時刻を含む。
　図７は、セルＳ１の微小短絡の有無を判定するための処理例を示すフローチャートである。制御部１３は、第１時刻においてＳＯＣ－Ｉ１とＳＯＣ－Ｖ１をそれぞれ算出する（Ｓ１０）。算出したＳＯＣ－Ｉ１とＳＯＣ－Ｖ１は、ワークエリアに一時保存する。制御部１３は、第２時刻においてＳＯＣ－Ｉ２とＳＯＣ－Ｖ２をそれぞれ算出する（Ｓ１１）。
　制御部１３は、ＳＯＣ－Ｉ２からＳＯＣ－Ｖ２を減算した差分値が、所定値（正の値）より大きいか否か判定する（Ｓ１２）。差分値が所定値以下の場合（Ｓ１２のＮ）、制御部１３は微小短絡が発生していないと判定する（Ｓ１５）。差分値が所定値より大きい場合（Ｓ１２のＹ）、制御部１３はＳＯＣ－Ｉ２からＳＯＣ－Ｖ２を減算した第２差分値が、ＳＯＣ－Ｉ１からＳＯＣ－Ｖ１を減算した第１差分値より大きいか否か判定する（Ｓ１３）。第２差分値が第１差分値より大きい場合（Ｓ１３のＹ）、制御部１３は微小短絡が発生していると判定し（Ｓ１４）、第２差分値が第１差分値以下の場合（Ｓ１３のＮ）、微小短絡が発生していないと判定する（Ｓ１５）。
　なお上記ステップＳ１２では、ＳＯＣ－Ｉ１からＳＯＣ－Ｖ１を減算した第１差分値が、所定値（正の値）より大きいか否かを判定する処理を省略しているが、第１時刻が起動時以外の場合、当該比較判定を追加してもよい。その場合、ＳＯＣ－Ｉ１からＳＯＣ－Ｖ１を減算した第１差分値と、ＳＯＣ－Ｉ２からＳＯＣ－Ｖ２を減算した第２差分値の少なくとも一方が所定値以下の場合、制御部１３は微小短絡が発生していないと判定する（Ｓ１５）。第１差分値と第２差分値の両方が所定値より大きい場合、ステップＳ１３に遷移する。
　図６では、放電時にセルＳ１のＳＯＣが単調減少している例を示したが、実際には負荷２の変動により放電電流が不規則に変動することが多い。その場合、ＳＯＣの減少カーブも不規則なものとなる。一方、充電時はセルＳ１のＳＯＣが単調増加することが多い。負荷２とセルＳ１間のインバータ（不図示）は通常、所定の充電レートでセルＳ１を定電流（ＣＣ）充電することが多い。
　微小短絡の有無の判定処理は、ＳＯＣが単調変化しているときに実行した方が精度が高くなる。従って当該判定処理を充電中に実行することが好ましい。例えば、図５の時刻ｔ０と時刻ｔ１の間、図５の時刻ｔ１と時刻ｔ２の間、図６の時刻ｔ２と時刻ｔ３の間に実行することが好ましい。
　これまで、セルＳ１が１つの単純な蓄電システム１を説明したが、実際は多数のセルを直並列接続して、大容量高電圧の蓄電部が形成されることが多い。特に車載用途、蓄電用途、ＦＲ用途では、大規模な蓄電システム１が構成される。
　図８は、本発明の実施の形態に係る蓄電システム１の別の構成例を示す図である。図８では、複数のセルＳ１１－Ｓ１ｎを並列接続して１つの組電池を構成し、ｍ個の組電池を直列に接続して電池パックを形成する。電圧検出部１１１－１１ｍは、ｍ個の組電池に対してそれぞれ設けられ、電圧検出部１１１－１１ｍは、検出した電圧をそれぞれ制御部１３に出力する。制御部１３は組電池ごとに、微小短絡の有無を判定する。なお微小短絡の有無の判定処理において、異なる組電池間の電圧を比較することは基本的にない。それぞれ独立にＳＯＣ－ＩとＳＯＣ－Ｖを比較して、それぞれ独立に微小短絡の有無を判定する。
　以上説明したように本実施の形態によれば、ＳＯＣ－ＩとＳＯＣ－Ｖを比較することにより、微小短絡の有無を高精度に判定できる。また複数のセル間または複数の組電池間で電圧を比較する必要がないため、複数のセル間または複数の組電池間に劣化ばらつきが発生していても、その影響を受けずに微小短絡の有無を的確に判定することができる。従って、新品電池と劣化電池が混在した蓄電システムにおいても、各電池の微小短絡の有無を的確に判定することができる。これにより、蓄電システムのメンテナンス性が大幅に向上する。
　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　上述の実施の形態では、第１時刻と第２時刻の２点のＳＯＣ－ＩとＳＯＣ－Ｖをもとに、ＳＯＣ－ＩとＳＯＣ－Ｖの差が乖離しているか否かを判定する例を説明した。この点、３点以上のＳＯＣ－ＩとＳＯＣ－Ｖをもとに、ＳＯＣ－ＩとＳＯＣ－Ｖの差が乖離しているか否かを判定してもよい。この場合、判定精度をより高めることができる。
　なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
　［項目１］
　蓄電部（Ｓ１）の両端電圧を検出する電圧検出部（１１）と、
　前記蓄電部（Ｓ１）を流れる電流を検出する電流検出部（１２）と、
　前記電圧検出部（１１）により検出される電圧をもとにＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法により前記蓄電部（Ｓ１）のＳＯＣ(State Of Charge)を推定するとともに、前記電流検出部（１２）により検出される電流をもとに電流積算法により前記蓄電部（Ｓ１）のＳＯＣを推定し、前記ＯＣＶ法により推定したＳＯＣと、前記電流積算法により推定したＳＯＣを比較して、前記蓄電部（Ｓ１）の微小短絡の有無を判定する制御部（１３）と、
　を備えることを特徴とする管理装置（１０）。
　これによれば、蓄電部（Ｓ１）の微小短絡の有無を高精度に判定することができる。
　［項目２］
　前記制御部（１３）は、前記蓄電部（Ｓ１）の起動開始から所定期間後における、前記ＯＣＶ法により推定したＳＯＣと前記電流積算法により推定したＳＯＣとの差が所定値以上のとき、前記蓄電部（Ｓ１）が微小短絡していると判定することを特徴とする項目１に記載の管理装置（１）。
　これによれば、時間経過に伴い発生する、ＯＣＶ法により推定したＳＯＣと電流積算法により推定したＳＯＣの差をもとに、蓄電部（Ｓ１）の微小短絡の有無を判定することができる。
　［項目３］
　前記制御部（１３）は、前記ＯＣＶ法により推定したＳＯＣと前記電流積算法により推定したＳＯＣとの差が、第１時刻より、当該第１時刻から所定時間経過後の第２時刻の方が拡大しているとき、前記蓄電部が微小短絡していると判定することを特徴とする項目１に記載の管理装置（１０）。
　これによれば、蓄電部（Ｓ１）の微小短絡の有無を、より高精度に判定することができる。
　［項目４］
　前記制御部（１３）は、前記蓄電部（Ｓ１）の微小短絡の有無の判定処理を、前記蓄電部（Ｓ１）の充電中に実行することを特徴とする項目１から３のいずれかに記載の管理装置（１０）。
　これによれば、蓄電部（Ｓ１）の微小短絡の有無を、安定した計測値をもとに判定することができる。
　［項目５］
　蓄電部（Ｓ１）と、
　項目１から４のいずれかに記載の管理装置（１０）と、
　を備えることを特徴とする蓄電システム（１）。
　これによれば、蓄電システム（１）における蓄電部（Ｓ１）の微小短絡の有無を高精度に判定することができる。
　本発明は、管理装置、及び蓄電システムに利用できる。
　１　蓄電システム
　２　負荷
　Ｓ１　セル
　Ｒ１　内部抵抗
　Ｒ２　微小短絡抵抗
　Ｅ　起電力部
　Ｒｓ　シャント抵抗
　１０　管理装置
　１１　電圧検出部
　１２　電流検出部
　１３　制御部
　１４　記憶部
　１４ａ　ＯＣＶ－ＳＯＣテーブル
　１４ｂ　内部抵抗テーブル

Claims (5)

  1. 　蓄電部の両端電圧を検出する電圧検出部と、
    　前記蓄電部を流れる電流を検出する電流検出部と、
    　前記電圧検出部により検出される電圧をもとにＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法により前記蓄電部のＳＯＣ(State Of Charge)を推定するとともに、前記電流検出部により検出される電流をもとに電流積算法により前記蓄電部のＳＯＣを推定し、前記ＯＣＶ法により推定したＳＯＣと、前記電流積算法により推定したＳＯＣを比較して、前記蓄電部の微小短絡の有無を判定する制御部と、
    　を備えることを特徴とする管理装置。
  2. 　前記制御部は、前記蓄電部の起動開始から所定期間後における、前記ＯＣＶ法により推定したＳＯＣと前記電流積算法により推定したＳＯＣとの差が所定値以上のとき、前記蓄電部が微小短絡していると判定することを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
  3. 　前記制御部は、前記ＯＣＶ法により推定したＳＯＣと前記電流積算法により推定したＳＯＣとの差が、第１時刻より、当該第１時刻から所定時間経過後の第２時刻の方が拡大しているとき、前記蓄電部が微小短絡していると判定することを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
  4. 　前記制御部は、前記蓄電部の微小短絡の有無の判定処理を、前記蓄電部の充電中に実行することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の管理装置。
  5. 　蓄電部と、
    　請求項１から４のいずれかに記載の管理装置と、
    　を備えることを特徴とする蓄電システム。
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