特許 6881356 蓄電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6881356

(24)【登録日】2021年5月10日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】蓄電池システム

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/36 20200101AFI20210524BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20210524BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20210524BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/36

   H01M10/48 P

   H02J7/00 X

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2018-41927(P2018-41927)

(22)【出願日】2018年3月8日

(65)【公開番号】特開2019-158397(P2019-158397A)

(43)【公開日】2019年9月19日

【審査請求日】2020年2月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082175

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 守

(74)【代理人】

【識別番号】100106150

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 英樹

(72)【発明者】

【氏名】池間 大記

【審査官】 田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０１５２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１３２３１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０８１０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２７３７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３２１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５１７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１４２３５１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３１／３６−３１／３９６、

Ｈ０１Ｍ １０−４２−１０／４８、

Ｈ０２Ｊ ７／００−７／１２、

７／３４−７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電線を介して電力系統に接続する運用用パワーコンディショニングシステム（運用用ＰＣＳ）と、
前記電線に接続し、前記運用用ＰＣＳと並列に接続する容量測定用ＰＣＳと、
前記運用用ＰＣＳに接続し、並列に配置された複数の蓄電池盤と、
一端が前記容量測定用ＰＣＳに接続し、他端が前記複数の蓄電池盤のそれぞれに接続する複数の容量測定側コンタクタと、
制御装置と、を備え、
前記複数の蓄電池盤のそれぞれは、
一端が前記運用用ＰＣＳに接続する運用側コンタクタと、
前記運用側コンタクタの他端が接続する蓄電池と、
前記蓄電池の状態を監視する蓄電池監視ユニットと、を備え、
前記複数の容量測定側コンタクタのそれぞれは、前記運用側コンタクタと前記蓄電池との間の電線に接続し、
前記容量測定用ＰＣＳは、充放電指令に応じて前記電力系統の交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池に充電する機能と、前記蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記電力系統へ放電する機能とを有し、
前記制御装置は、
前記複数の蓄電池盤のうち容量測定対象とする１つの対象蓄電池盤の前記運用側コンタクタを開き、前記複数の容量測定側コンタクタのうち該対象蓄電池盤に接続する前記容量測定側コンタクタ１つのみを閉じて容量測定モードとする容量測定モード切替手段と、
前記容量測定用ＰＣＳへ前記充放電指令を出力し、前記対象蓄電池盤の前記蓄電池監視ユニットから出力される蓄電池情報から蓄電池容量を計算する容量計算手段と、を備えること、
を特徴とする蓄電池システム。

【請求項2】

前記容量測定モードにおいて、前記対象蓄電池盤の蓄電池の電圧を他の蓄電池盤の蓄電池の電圧まで戻した後、前記対象蓄電池盤に接続する前記容量測定側コンタクタを開き、前記対象蓄電池盤の前記運用側コンタクタを閉じて通常運用モードとする通常運用モード切替手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の蓄電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電池システムに関する。特に、定期的な蓄電池の容量測定に好適な蓄電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

発電設備や工場設備に接続する蓄電池システムが知られている。図５に示す蓄電池システムは、発電設備や工場設備に接続するパワーコンディショニングシステム（ＰＣＳ）３を備える。ＰＣＳ３は、並列に配置された複数の蓄電池盤（５１〜５ｎ）に接続している。各蓄電池盤（５１〜５ｎ）は、コンタクタ（６１〜６ｎ）、蓄電池（７１〜７ｎ）を備える。

【0003】

蓄電池システムの長期運用のためには、定期的に蓄電池の容量測定を実施し、充放電の繰り返しにより劣化する蓄電池に対してメンテナンスや増設をする必要がある。蓄電池の電気容量を計測する手法として特許文献１等の手法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３６６７７４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、２４時間稼動する工場設備や発電設備（例えば、風量発電、水力発電、地熱発電）に併設される蓄電池システムにおいては、容量測定を実施するための時間を確保することが困難である。上述の図５のような蓄電池システムでは、容量測定のために運用を停止する必要が生じてしまうため、運用を継続しながら各蓄電池の容量測定を実施できることが望まれる。

【0006】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、運用を停止することなく、運用と並行して個別に蓄電池容量を計測できる蓄電池システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記の目的を達成するため、蓄電池システムであって、
運用用パワーコンディショニングシステム（運用用ＰＣＳ）と、
容量測定用ＰＣＳと、
前記運用用ＰＣＳに接続し、並列に配置された複数の蓄電池盤と、
一端が前記容量測定用ＰＣＳに接続し、他端が前記複数の蓄電池盤のそれぞれに接続する複数の容量測定側コンタクタと、
制御装置と、を備え、
前記複数の蓄電池盤のそれぞれは、
一端が前記運用用ＰＣＳに接続する運用側コンタクタと、
前記運用側コンタクタの他端が接続する蓄電池と、
前記蓄電池の状態を監視する蓄電池監視ユニットと、を備え、
前記複数の容量測定側コンタクタのそれぞれは、前記運用側コンタクタと前記蓄電池との間の電線に接続し、
前記制御装置は、
前記複数の蓄電池盤のうち容量測定対象とする対象蓄電池盤の前記運用側コンタクタを開き、前記複数の容量測定側コンタクタのうち該対象蓄電池盤に接続する前記容量測定側コンタクタのみを閉じて容量測定モードとする容量測定モード切替手段と、
前記容量測定用ＰＣＳへ充放電指令を出力し、前記対象蓄電池盤の前記蓄電池監視ユニットから出力される蓄電池情報から蓄電池容量を計算する容量計算手段と、を備えることを特徴とする。

【0008】

好ましくは、前記容量測定モードにおいて、前記対象蓄電池盤の蓄電池の電圧を他の蓄電池盤の蓄電池の電圧まで戻した後、前記対象蓄電池盤に接続する前記容量測定側コンタクタを開き、前記対象蓄電池盤の前記運用側コンタクタを閉じて通常運用モードとする通常運用モード切替手段をさらに備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る蓄電池システムによれば、運用を停止することなく、運用と並行して個別に蓄電池容量を計測できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための概念構成図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係るシステムのブロック図である。

【図3】本発明の実施の形態１に係る容量測定モードの一例を示す図である。

【図4】本発明の実施の形態１において、蓄電池の容量測定を実施する処理ルーチンのフローチャートである。

【図5】従来の蓄電池システムの構成を説明するための概念構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

【0012】

実施の形態１．
（蓄電池システムの構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための概念構成図である。図１に示す蓄電池システム１は、電力を供給する電線２を介して電力系統に接続する。電力系統は、送電設備の他、送電設備に接続された発電設備や負荷設備を含む。また、蓄電池システム１は、図示省略するエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）に接続する。ＥＭＳは、発電設備の発電量、蓄電池システム１の充放電量、負荷設備の受電量など、電力系統の電力需給を管理する。

【0013】

図１に示す蓄電池システム１は、運用用ＰＣＳ３、容量測定用ＰＣＳ４、複数の蓄電池盤（第１蓄電池盤５１、第２蓄電池盤５２、・・・、第ｎ蓄電池盤５ｎ）、複数の容量測定側コンタクタ（第１容量測定側コンタクタ９１、第２容量測定側コンタクタ９２、・・・、第ｎ容量測定側コンタクタ９ｎ）、制御装置１０を備える。

【0014】

運用用パワーコンディショニングシステム（運用用ＰＣＳ３）は、電線２と複数の蓄電池盤（第１蓄電池盤５１、第２蓄電池盤５２、・・・、第ｎ蓄電池盤５ｎ）に接続する。図１では、蓄電池システム１は１台の運用用ＰＣＳ３を備えているが、これは単なる一例である。運用用ＰＣＳ３の並列数は、蓄電池システム１の仕様に基づいて定められる。よって、運用用ＰＣＳ３の並列数が複数となることもある。

【0015】

また、運用用ＰＣＳ３は、充放電指令に応じて電力系統の交流電力を直流電力に変換して蓄電池に充電する機能と、蓄電池の直流電力を交流電力に変換して電力系統へ放電する機能とを有する。

【0016】

複数の蓄電池盤（第１蓄電池盤５１、第２蓄電池盤５２、・・・、第ｎ蓄電池盤５ｎ）は、運用用ＰＣＳ３に接続する。各蓄電池盤は並列に配置されている。蓄電池盤の並列数は運用用ＰＣＳ３の仕様に基づいて定められる。

【0017】

複数の蓄電池盤のそれぞれは、一端が運用用ＰＣＳ３に接続する運用側コンタクタと、
運用側コンタクタの他端が接続する蓄電池と、蓄電池の状態を監視する蓄電池監視ユニット（ＢＭＵ）とを備える。

【0018】

各運用側コンタクタ（第１運用側コンタクタ６１、第２運用側コンタクタ６２、・・・、第ｎ運用側コンタクタ６ｎ）は、制御装置１０からの開閉信号に応じて電路を開閉する。ＯＮ状態において電路が閉じられ（電路が接続され）、ＯＦＦ状態において電路が開かれる（電路が切断される）。なお、常時はバネの力で接触子が切断状態となるコンタクタでは、開信号は信号が無いことを含む。

【0019】

各蓄電池（第１蓄電池７１、第２蓄電池７２、・・・、第ｎ蓄電池７ｎ）は、単一の蓄電池セルで構成されていてもよいし、複数の蓄電池セルの集合体として構成されていてもよい。蓄電池の種類としては、リチウムイオン電池やナトリウム硫黄電池やニッケル水素電池等の大容量の蓄電池が好ましい。各蓄電池は同じ仕様である。

【0020】

各蓄電池監視ユニット（第１ＢＭＵ８１、第２ＢＭＵ８２、・・・、第ｎＢＭＵ８ｎ）は、蓄電池の状態を監視する。監視項目は、例えば、電流、電圧、温度等の状態量である。蓄電池監視ユニットは、監視項目である状態量をセンサによって常時監視する。本実施の形態でいう常時監視とは、センサから絶え間のない連続した信号を取り込む動作だけでなく、所定の短い周期でセンサの信号を取り込む動作を含む概念である。蓄電池監視ユニットは、得られた情報の一部或いは全部を蓄電池情報として制御装置１０へ出力する。

【0021】

容量測定用パワーコンディショニングシステム（容量測定用ＰＣＳ４）は、電線２と複数の容量測定側コンタクタ（第１容量測定側コンタクタ９１、第２容量測定側コンタクタ９２、・・・、第ｎ容量測定側コンタクタ９ｎ）に接続する。容量測定用ＰＣＳ４と運用用ＰＣＳ３は並列に接続される。図１では、蓄電池システム１は１台の容量測定用ＰＣＳ４を備えているが、これは単なる一例である。運用用ＰＣＳ３の並列数と同数の並列数としてもよいし、複数台の運用用ＰＣＳ３に対して１台の容量測定用ＰＣＳ４を配置してもよい。容量測定用ＰＣＳ４の容量は、蓄電池盤（５１〜５ｎ）の１面分の容量に応じて定められ、運用用ＰＣＳ３よりも小さい。

【0022】

また、容量測定用ＰＣＳ４は、充放電指令に応じて電力系統の交流電力を直流電力に変換して蓄電池に充電する機能と、蓄電池の直流電力を交流電力に変換して電力系統へ放電する機能とを有する。

【0023】

各容量測定側コンタクタ（第１容量測定側コンタクタ９１、第２容量測定側コンタクタ９２、・・・、第ｎ容量測定側コンタクタ９ｎ）は、一端が容量測定用ＰＣＳ４に接続し、他端が複数の蓄電池盤（５１〜５ｎ）のそれぞれに接続する。具体的には、複数の容量測定側コンタクタ（９１〜９ｎ）のそれぞれは、運用側コンタクタ（６１〜６ｎ）と蓄電池（７１〜７ｎ）との間の電線（１１１〜１１ｎ）に分岐線（１２１〜１２ｎ）で接続する。

【0024】

また、各容量測定側コンタクタ（９１〜９ｎ）は、制御装置１０からの開閉信号に応じて電路を開閉する。ＯＮ状態において電路が閉じられ（電路が接続され）、ＯＦＦ状態において電路が開かれる（電路が切断される）。なお、常時はバネの力で接触子が切断状態となるコンタクタでは、開信号は信号が無いことを含む。

【0025】

制御装置１０は、信号線を介して、ＥＭＳ、運用用ＰＣＳ３、容量測定用ＰＣＳ４、複数の運用側コンタクタ（６１〜６ｎ）、複数の蓄電池監視ユニット（８１〜８ｎ）、容量測定側コンタクタ（９１〜９ｎ）に接続する。

【0026】

また、制御装置１０は、ＥＭＳから充放電要求を受信し、複数の蓄電池監視ユニット（８１〜８ｎ）から蓄電池情報を受信する。制御装置１０は、運用用ＰＣＳ３および容量測定用ＰＣＳ４へ充放電指令を送信し、複数の運用側コンタクタ（６１〜６ｎ）および容量測定側コンタクタ（９１〜９ｎ）へ開閉信号を送信する。

【0027】

以上のような構成において、蓄電池システム１は、複数の容量測定側コンタクタ（９１〜９ｎ）の全てを開いた状態、かつ、複数の運用側コンタクタ（６１〜６ｎ）を閉じた状態（図１）において、運用用ＰＣＳ３へ充放電指令を出すことで「通常運用モード」を実現することができる。

【0028】

ところで、２４時間稼動する工場設備や発電設備（例えば、風量発電、水力発電、地熱発電）に併設される蓄電池システムにおいては、蓄電池容量を計測するために運用を停止する時間を確保できない。そのため、運用を継続しながら蓄電池容量を計測できること望まれる。

【0029】

そこで、本発明の実施の形態１に係る蓄電池システム１では、蓄電池盤ごとに容量測定用ＰＣＳ４に対して分岐線（１２１〜１２ｎ）を用意し、以下の説明のようにコンタクタの切り替えをすることで、運用を停止することなく、運用と並行して１台ずつ蓄電池容量を計測可能な構成とした。

【0030】

図２は、本発明の実施の形態１に係る蓄電池システム１のブロック図である。制御装置１０を示すブロック内には、制御装置１０が備える種々の機能のうちの一部がブロックで表されている。これらブロックのそれぞれに演算資源が割り当てられている。制御装置１０には各ブロックに対応するプログラムが用意され、それらがプロセッサによって実行されることで各ブロックの機能が制御装置１０において実現される。

【0031】

制御装置１０は、容量測定モード切替手段２１と、容量計算手段２２と、通常運用モード切替手段２３とを有する。

【0032】

容量測定モード切替手段２１は、複数の蓄電池盤（５１〜５ｎ）のうち容量測定対象とする対象蓄電池盤の運用側コンタクタ（６１〜６ｎ）を開き、複数の容量測定側コンタクタ（９１〜９ｎ）のうち該対象蓄電池盤に接続する容量測定側コンタクタのみを閉じて「容量測定モード」とする。

【0033】

例えば、図３は、本発明の実施の形態１に係る容量測定モードの一例を示す図である。この例では、容量測定対象とする対象蓄電池盤を第１蓄電池盤５１としている。容量測定対象は、オペレータの操作または制御装置１０の設定情報により決定される。図１に示す「通常運用モード」の接続状態から、第１蓄電池盤５１の第１運用側コンタクタ６１を開く。このとき、他の運用側コンタクタ（６２〜６ｎ）は閉じた状態である。さらに、複数の容量測定側コンタクタ（９１〜９ｎ）のうち対象蓄電池盤に接続する第１容量測定側コンタクタ９１のみを閉じた状態とする。これにより「容量測定モード」の接続状態となる。このような接続状態によれば、第１蓄電池盤５１のみが運用から切り離された状態となり、第２蓄電池盤５２〜第ｎ蓄電池盤５ｎの運用状態は維持される。

【0034】

容量計算手段２２は、容量測定用ＰＣＳ４へ充放電指令を出力し、対象蓄電池盤の蓄電池監視ユニットから出力される蓄電池情報から蓄電池容量を計算する。具体的には、まず、図３の容量測定用ＰＣＳ４に充電指令を出力し、第１ＢＭＵ８１からの蓄電池情報に含まれる電圧値が充電終止電圧値に達するまで第１蓄電池７１を充電する。その後、容量測定用ＰＣＳ４に放電指令を出力し、第１ＢＭＵ８１からの蓄電池情報に含まれる電圧値が放電終止電圧値に達するまで第１蓄電池７１を放電する。放電中の蓄電池情報に含まれる電流値を積分して蓄電池容量を計算する。これによれば、第２蓄電池盤５２〜第ｎ蓄電池盤５ｎの運用状態を維持しつつ、第１蓄電池盤５１の容量測定が可能である。

【0035】

通常運用モード切替手段２３は、容量測定モードにおいて、対象蓄電池盤の蓄電池の電圧を他の蓄電池盤の蓄電池の電圧まで戻した後、対象蓄電池盤に接続する容量測定側コンタクタを開き、対象蓄電池盤の運用側コンタクタを閉じて通常運用モードとする。これによれば、第１蓄電池盤５１を運用状態に安全に切り戻すことができる。

【0036】

（フローチャート）
図４は、本発明の実施の形態１において、蓄電池の容量測定を実施する処理ルーチンのフローチャートである。

【0037】

図４に示すルーチンでは、まず、通常運用モードで運用中の蓄電池システム１において、オペレータの操作または制御装置１０に定義された設定情報に応じて、複数の蓄電池盤（５１〜５ｎ）のうち容量測定対象とする対象蓄電池盤（第ｉ蓄電池盤５ｉ（１≦ｉ≦ｎ））が選択される（ステップＳ１００）。

【0038】

次に容量測定モード切替手段２１は、第ｉ運用側コンタクタ６ｉのみをＯＦＦ状態とし、他の運用側コンタクタについてはＯＮ状態を維持する（ステップＳ１０５）。

【0039】

次に容量測定モード切替手段２１は、複数の容量測定側コンタクタ（９１〜９ｉ）のうち、第ｉ容量測定側コンタクタ９ｉのみをＯＮ状態とし、他の容量測定側コンタクタについてはＯＦＦ状態とする（ステップＳ１１０）。

【0040】

次に容量計算手段２２は、容量測定用ＰＣＳ４に充電指令を出力し、第ｉＢＭＵ８ｉからの蓄電池情報に含まれる電圧値が充電終止電圧値に達するまで第ｉ蓄電池７ｉを充電する（ステップＳ１１５〜ステップＳ１２０）。

【0041】

その後、容量計算手段２２は、容量測定用ＰＣＳ４に放電指令を出力し、第ｉＢＭＵ８ｉからの蓄電池情報に含まれる電圧値が放電終止電圧値に達するまで第ｉ蓄電池７ｉを放電する。この間、放電中の蓄電池情報に含まれる電流値を積分して蓄電池容量を計算する（ステップＳ１２５〜ステップＳ１３５）。

【0042】

容量計算手段２２は、計算した蓄電池容量を制御装置１０の記憶領域に記憶する（ステップＳ１４０）。

【0043】

次に通常運用モード切替手段２３は、容量測定モードの接続状態において、対象蓄電池盤の蓄電池の電圧を他の蓄電池盤の蓄電池の電圧まで戻す（ステップＳ１４５）。

【0044】

その後、通常運用モード切替手段２３は、対象蓄電池盤に接続する第ｉ容量測定側コンタクタ９ｉを開き、対象蓄電池盤の第ｉ運用側コンタクタ６ｉを閉じて通常運用モードに切り戻す（ステップＳ１５０〜ステップＳ１５５）。

【0045】

以上説明したように、図４に示すルーチンによれば、第ｉ蓄電池盤５ｉのみを運用から切り離した状態とし、第ｉ蓄電池盤５ｉの容量測定を独立して実施できる。また、他の蓄電池盤の運用状態は維持される。本ルーチンの処理を各蓄電池盤について実施することで、蓄電池システム全体の運用を停止することなく、運用と並行して個別に蓄電池容量を計測できる。定期的に蓄電池の劣化を診断でき、メンテナンスや蓄電池盤の増設に好適である。

【0046】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

【符号の説明】

【0047】

１ 蓄電池システム
２ 電線
３ 運用用ＰＣＳ
４ 容量測定用ＰＣＳ
５１、５２、５ｎ 第１蓄電池盤、第２蓄電池盤、第ｎ蓄電池盤
６１、６２、６ｎ 第１運用側コンタクタ、第２運用側コンタクタ、第ｎ運用側コンタクタ
７１、７２、７ｎ 第１蓄電池、第２蓄電池、第ｎ蓄電池
８１、８２、８ｎ 第１ＢＭＵ、第２ＢＭＵ、第ｎＢＭＵ
９１、９２、９ｎ 第１容量測定側コンタクタ、第２容量測定側コンタクタ、第ｎ容量測定側コンタクタ
１０ 制御装置
１１１、１１２、１１ｎ 電線
１２１、１２２、１２ｎ 分岐線
２１ 容量測定モード切替手段
２２ 容量計算手段
２３ 通常運用モード切替手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】