JP2022066110A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 劣化ストリングのＳＯＨが比較的高くても確実にストリングの劣化を診断でき、ストリングの劣化進行を抑制する対処を早期に促すことができ、さらに、種々の電池型式のストリングについて容易に劣化判断できる蓄電システムを提供する。
【解決手段】 蓄電システム１は、多並列蓄電アレイ４、蓄電池監視装置５、交直変換装置６およびブレーカ７を備えて構成される。蓄電池監視装置５を構成するＢＭＵ５ａのＭＰＵは、測定部で測定された各ストリングＳｔについての放電電流値の時間変化を算出する算出部と、算出部の算出結果から、複数の時間変化の中で特異な時間変化を呈するストリングＳｔは劣化した鉛蓄電池４ａを含む劣化ストリングＳｔと判定する判定部と、判定部で劣化ストリングＳｔが判定された場合に劣化ストリング検出信号を出力する警告部として、機能する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、多並列蓄電池アレイを構成するストリングの劣化状態を検出する機能を備える蓄電システムに関する。

従来、この種の蓄電システムでは、例えば、特許文献１に開示された充放電監視制御システムによってストリングの劣化状態が検出されていた。

この充放電監視制御システムでは、並列接続されている各ストリング毎に放電電流Ｉ_ｄ ^Ｎを測定する。そして、測定した放電電流Ｉ_ｄ ^Ｎから求めた全ストリングの平均放電電流Ｉ_ＡＶＥと特定ストリングの放電電流Ｉ_ｄ ^Ｎとの差（Ｉ_ＡＶＥ－Ｉ_ｄ ^Ｎ）が、予め設定した電流差ｄＩ_ｄよりも大きく、下記の（１）式が成立するか判断する。
（Ｉ_ＡＶＥ－Ｉ_ｄ ^Ｎ）＞ｄＩ_ｄ … （１）

さらに、その差（Ｉ_ＡＶＥ－Ｉ_ｄ ^Ｎ）が、測定した放電電流から算出した標準偏差σ_１に係数Ａ_１を乗じた数よりも大きくて、下記の（２）式が成立するか判断する。
（Ｉ_ＡＶＥ－Ｉ_ｄ ^Ｎ）＞σ_１・Ａ_１ … （２）

そして、（１）式および（２）式が成立するストリングは、劣化した鉛蓄電池を含む状態にあると診断する。全ストリングの平均放電電気量Ｗ_ＡＶＥと特定ストリングの放電電気量Ｗ_ｄ ^Ｎとの差（Ｗ_ＡＶＥ－Ｗ_ｄ ^Ｎ）についても、予め設定した電気量差ｄＷ_ｄと、測定した放電電気量から算出した標準偏差σ_Ｗに係数Ａ_Ｗを乗じた数とについて、同様に比較されることで、ストリングが劣化した鉛蓄電池を含む状態にあるか否か診断される。

特許第５７８３１１６号公報

上記従来の蓄電システムが備える充放電監視制御システムにおいては、劣化した鉛蓄電池の、初期の満充電容量に対する劣化時の満充電容量に対する割合であるＳＯＨ（State of Health）が、４０％や３０％程度に著しく低い場合には、平均放電電流Ｉ_ＡＶＥと特定ストリングの放電電流Ｉ_ｄ ^Ｎとの差（Ｉ_ＡＶＥ－Ｉ_ｄ ^Ｎ）が認識し易いため、上記の各式によってストリングの劣化診断が可能となる。しかしながら、劣化した鉛蓄電池のＳＯＨが８０％や７０％程度に比較的高い場合には、平均放電電流Ｉ_ＡＶＥと特定ストリングの放電電流Ｉ_ｄ ^Ｎとの差（Ｉ_ＡＶＥ－Ｉ_ｄ ^Ｎ）が小さくなり、上記の各式によってストリングの劣化を診断するのが難しくなる可能性がある。

また、ＳＯＨが４０％や３０％程度に劣化した鉛蓄電池を上記従来の蓄電システムが備える充放電監視制御システムによって検出できたとしても、劣化した鉛蓄電池による熱暴走などを回避するため、その蓄電システムは運用を停止せざるを得ない。蓄電システムにおける蓄電池監視装置には、ＳＯＨが７０％～９０％程度に劣化した鉛蓄電池を早期に検出して、多並列蓄電池アレイへの入出力電力の抑制などといったシステム運用条件の変更や、劣化した鉛蓄電池の早期交換といった、劣化した鉛蓄電池を含むストリング（以下、劣化ストリングと呼ぶ）の劣化進行を抑制する対処を蓄電システム管理者へ早期に促す役目が期待される。

また、上記の充放電監視制御システムを備えた従来の蓄電システムで、（１）式を算出するには、蓄電システムの導入前に電流差ｄＩ_ｄの値を試験によって求めて、電流差ｄＩ_ｄの値を予め充放電監視制御システムに設定しておく必要がある。ストリングを構成する鉛蓄電池の電池型式が同じ電池型式の場合には、ストリングを代えても電流差ｄＩ_ｄの値を流用可能であるが、電池型式が電流差ｄＩ_ｄの値を設定した鉛蓄電池と異なる電池型式の場合には、その都度、電流差ｄＩ_ｄの値を試験によって求める必要が生じる。このため、上記の充放電監視制御システムを備えた従来の蓄電システムでは、種々の電池型式の鉛蓄電池から構成されるストリングについて、容易に劣化判断を行うことができない。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
複数の蓄電池が直列に接続されたストリングが複数並列に接続された多並列蓄電池アレイと、各ストリングの状態を検知する蓄電池監視装置とを備える蓄電システムにおいて、
蓄電池監視装置が、各ストリングから放電される放電電流の値を測定する測定部と、測定部で測定された放電電流値の時間変化を各ストリング毎に算出する算出部と、算出部で算出された各ストリングについての複数の時間変化の中で特異な時間変化を呈するストリングは劣化した蓄電池を含むものと判定する判定部と、を備え、
いずれかのストリングが劣化した蓄電池を含むものと判定部で判定された場合に劣化ストリング検出信号を出力する警告部と、を更に備えることを特徴とする。

本構成によれば、測定部で測定された放電電流値の時間変化が算出部によって各ストリング毎に算出され、算出部で算出された各ストリングについての複数の時間変化の中で特異な時間変化を呈するストリングが、判定部により、劣化した蓄電池を含むストリングと判定される。したがって、劣化した蓄電池を含むストリングは、従来のように、全ストリングの平均放電電流Ｉ_ＡＶＥと特定ストリングの放電電流Ｉ_ｄ ^Ｎとの差を算出することなく、検出される。このため、劣化した蓄電池のＳＯＨが比較的高くて、全ストリングの平均放電電流Ｉ_ＡＶＥと特定ストリングの放電電流Ｉ_ｄ ^Ｎとの差が小さくなる場合にも、確実にストリングの劣化を診断することが可能になる。

また、各ストリングについての放電電流値の複数の時間変化の中で特異な時間変化を呈するストリングを判定することで、劣化ストリングを検出することができるので、ＳＯＨが著しく低下する前に、劣化ストリングを早期に検出することが可能になる。このため、多並列蓄電池アレイへの入出力電力の抑制などといったシステム運用条件の変更や、劣化した蓄電池の早期交換といった、ストリングの劣化進行を抑制する対処を、蓄電システム管理者へ早期に促すことが可能になる。

また、従来のように、蓄電システムの導入前に電流差ｄＩ_ｄの値を試験によって求めて、電流差ｄＩ_ｄの値を予めシステムに設定しておく必要がないので、種々の電池型式の鉛蓄電池から構成されるストリングについて、容易に劣化判断を行うことが可能になる。

また、本発明は、判定部が、放電電流値が減少する時間変化を特異な時間変化とすることを特徴とする。

本構成によれば、いずれかのストリングについて他のストリングと異なって放電電流値が減少する時間変化が検出された場合に、各ストリングについての放電電流値の複数の時間変化の中で特異な時間変化が検出されたと、判定部によって判定される。そして、そのストリングは劣化ストリングであるとされる。

また、本発明は、算出部が、放電電流値の放電時間に対する変化を表す特性線の傾きを放電電流値の時間変化として算出し、判定部が、算出部で算出された特性線の傾きを基に特異な時間変化を検出することを特徴とする。

本構成によれば、放電電流値の放電時間に対する変化を表す特性線の傾きが、放電電流値の時間変化として算出部によって算出される。そして、算出された特性線の傾きを基に、判定部により、各ストリングについての特性線の傾きの中で特異な傾きを呈するストリングが、劣化ストリングであると判定される。

また、本発明は、判定部が、各ストリングの放電開始時から所定時間経過後に算出部で算出される時間変化を基に特異な時間変化を検出することを特徴とする。

各ストリングの放電開始時から所定時間は、蓄電池の劣化とは関係なく、各ストリング間において放電電流値の時間変化がばらつくことが、本発明者らによって確認されている。本構成によれば、放電電流値の時間変化が各ストリング間においてばらつく期間が終了して収束する、各ストリングの放電開始時から所定時間経過後において算出される放電電流値の時間変化を基に、特異な時間変化が検出される。このため、各ストリング間における放電電流値の特異な時間変化は正確に検出される。

また、本発明は、判定部が、各ストリングの放電開始時から所定時間経過後における予め特定した秒オーダーの期間中の放電電流値の時間変化を基に特異な時間変化を検出することを特徴とする。

測定部による放電電流値の測定をミリ秒オーダーで実施すると、ミリ秒オーダーで特定した期間で測定される放電電流値は、電流測定精度やノイズの影響によって大きく変化する。このため、ミリ秒オーダーで特定した期間で測定される放電電流値は、各ストリングの放電電流値の時間変化を算出する対象としては不向きである。一方、分オーダーで特定した期間で測定される放電電流値は、正確なものとなるが、判定部による劣化診断が分オーダーで行われることになる。このため、分オーダーで特定した期間で放電電流値を測定すると、劣化診断に遅れが生じる可能性がある。しかし、本構成によれば、予め特定した秒オーダーの期間中の放電電流値の時間変化を基に、特異な時間変化が検出されるので、ミリ秒オーダーで測定される場合よりも正確に測定される放電電流値を基に、分オーダーで測定される場合のように劣化診断に遅れが生じる懸念がなく、各ストリングの劣化判定が判定部によって正確にしかも迅速に行われる。

また、本発明は、各ストリングの放電開始時から、いずれかのストリングが判定部によって劣化した蓄電池を含む劣化ストリングと判定されるまでの時間、および、劣化ストリングについて前記時間中に測定部によって測定される放電電流値から劣化ストリングの放電電気量を算出し、算出した放電電気量を基に劣化ストリングの放電開始前のＳＯＨを算出するＳＯＨ算出部を備えることを特徴とする。

本構成によれば、あるストリングが劣化した蓄電池を含むものと判定部によって判定されるまでの時間、および、その時間中にその劣化ストリングについて測定部によって測定される放電電流値から算出される放電電気量を基に、その劣化ストリングの放電開始前のＳＯＨがＳＯＨ算出部によって算出される。このため、蓄電システムの管理者は、ＳＯＨ算出部によって算出されるＳＯＨから、その劣化ストリングを構成する蓄電池が著しく劣化する前に、多並列蓄電池アレイへの入出力電力の抑制などといったシステム運用条件を変更したり、劣化した蓄電池の適切な交換時期を判断したりして、ストリングの劣化進行を抑制する対処を早期にすることができるようになる。

本発明によれば、劣化したストリングのＳＯＨが比較的高くても確実にストリングの劣化を診断でき、また、ストリングの劣化進行を抑制する対処を蓄電システム管理者へ早期に促すことができ、さらに、種々の電池型式の蓄電池から構成されるストリングについて容易に劣化判断を行うことができる蓄電池監視装置を備えた蓄電システムを提供することができる。

本発明の一実施形態による蓄電システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示す蓄電システムについて行った第１の電流挙動検証実験で得られた各ストリングについての放電電流の放電時間特性を示すグラフである。 図１に示す蓄電システムについて行った第２の電流挙動検証実験で得られた各ストリングについての放電電流の放電時間特性を示すグラフである。 第２の電流挙動検証実験における標準蓄電池および劣化蓄電池についての放電電圧の放電時間特性を示すグラフである。 図１に示す蓄電システムについて行った第３の電流挙動検証実験で得られた各ストリングについての放電電流の放電時間特性を示すグラフである。 第３の電流挙動検証実験における標準蓄電池および劣化蓄電池についての放電電圧の放電時間特性を示すグラフである。 図１に示す蓄電システムを構成する蓄電池監視装置によって行われる劣化ストリング特定処理の概略を表すフローチャートである。 図１に示す蓄電システムを構成する蓄電池監視装置の劣化ストリング検知アルゴリズムに２つの異なる劣化ストリング検知手法を併用した場合に、低電圧警報が発せられるまでの時間を測定した測定結果を示す表図である。

次に、本発明の一実施の形態による蓄電システムを実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態による蓄電システム（ESS: Energy Storage System）１の概略構成を示すブロック図である。

通常、電力供給部２からの交流電力を直流電力に変換して多並列蓄電アレイ４に供給して充電し、多並列蓄電アレイ４に蓄電された直流電力を放電させ、或いは、交直変換装置６で交流電力に変換して、負荷３へ給電する。多並列蓄電アレイ４は、ストリングＳｔが複数並列に接続されて構成されている。ストリングＳｔは、サイクルユースの複数の鉛蓄電池４ａが直列に接続されて構成されている。本実施形態では、多並列蓄電アレイ４は１０個のストリングＳｔ１～Ｓｔ１０が並列に接続され、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０は複数個の鉛蓄電池４ａが直列に接続されて構成されている。

蓄電システム１は、このような多並列蓄電アレイ４と、蓄電池監視装置５と、交直変換装置（PCS: Power Conditioning System）６と、回路保護用のブレーカ７とを備えて構成される。蓄電池監視装置５は、ＢＭＵ（Battery Monitoring Unit）５ａと、各鉛蓄電池４ａ毎に設けられたセルセンサ５ｂと、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０毎に設けられたユニットセンサ５ｃとにより構成され、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の状態を検知する。各セルセンサ５ｂは、それが設けられた鉛蓄電池４ａの端子間電圧および温度を測定する。各ユニットセンサ５ｃは、それが設けられたストリングＳｔ１～Ｓｔ１０それぞれの端子間電圧およびストリングＳｔ１～Ｓｔ１０それぞれを流れる電流を測定する。これらユニットセンサ５ｃは、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０から放電される放電電流の値を測定する測定部を構成する。

蓄電池監視装置５を構成するＢＭＵ５ａは、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）およびメモリを備えて構成され、複数並列に接続された各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０や、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０を構成する鉛蓄電池４ａを監視・管理する。メモリに記憶されるコンピュータプログラムの手順にしたがってＭＰＵが動作することより、ＭＰＵは、測定部で測定された放電電流値の時間変化を算出する算出部と、算出部の算出結果から劣化ストリングＳｔを判定する判定部と、判定部で劣化ストリングＳｔが判定された場合に劣化ストリング検出信号を出力する警告部として、機能する。本実施形態では、ＭＰＵは、さらに、検出した劣化ストリングＳｔの放電電気量を基に劣化ストリングの放電開始前のＳＯＨを算出するＳＯＨ算出部としても、機能する。なお、算出部、判定部、警告部およびＳＯＨ算出部は、コンピュータプログラムの手順にしたがったＭＰＵの動作に限らず、電子回路のハードウエア構成によっても同様に実現することができる。

算出部では、測定部で測定された放電電流値の時間変化が、放電電流の電流変化率として、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０毎に算出される。判定部では、算出部で算出された各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０についての放電電流の複数の時間変化の中で、特異な時間変化を呈するものが、劣化した鉛蓄電池４ａを含むストリングＳｔ、つまり、劣化ストリングＳｔとして判定される。各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０を構成する鉛蓄電池４ａは、組電池としての電圧が同じになるように構成されているが、各鉛蓄電池４ａ間の固有の小さな電圧差や電池状態差によって、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の端子間電圧は若干異なる。この小さな電圧差や電池状態差が放電電流の電流挙動に影響を及ぼす。特にストリングＳｔに劣化した鉛蓄電池４ａが含まれる場合には、その放電電流の電流挙動に後述するような顕著な影響を及ぼす。警告部では、いずれかのストリングＳｔが劣化ストリングＳｔと判定部で判定された場合に、劣化ストリング検出信号が交直変換装置６へ出力される。

交直変換装置６は、通常、電力供給部２からの交流電力を直流電力に変換して多並列蓄電アレイ４に供給して充電し、多並列蓄電アレイ４に蓄電された直流電力を放電させ、或いは、交直変換装置６で交流電力に変換して、負荷３へ給電する。この際、多並列蓄電アレイ４は放電動作をすることになるが、交直変換装置６は、ＢＭＵ５ａから劣化ストリング検出信号の警報を入力すると、多並列蓄電アレイ４に蓄電された電力の負荷３への放電を停止させる。交直変換装置６のこの放電停止動作により、多並列蓄電アレイ４を構成する劣化ストリングＳｔがさらに放電動作を継続することで、劣化ストリングＳｔの劣化がさらに進行するのが抑制される。

判定部におけるこの劣化ストリングＳｔの判定は、本実施形態では、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０についての放電電流値の複数の時間変化の中で、他の大方のストリングＳｔと異なって放電電流値が減少する特異な時間変化を呈するストリングＳｔが、劣化ストリングＳｔとされて、行われる。

劣化ストリングＳｔのこのような検知アルゴリズムは、多並列蓄電アレイ４について行った以下の電流挙動検証実験から、得られた。

図２に示すグラフは、ＳＯＨの値がそれぞれ１００[％]の各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０から構成される１０並列の多並列蓄電アレイ４について行った第１の電流挙動検証実験の結果を示す。この検証実験は、放電電流０．１１[Ｃ_１０Ａ]および放電時間６時間の放電条件で、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０を放電して行った。同グラフは、この際に各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０について得られた、放電電流の放電時間特性を示し、グラフの横軸は放電時間[ｈ]、縦軸は放電電流[Ｃ_１０Ａ]を表す。なお、放電電流の単位[Ｃ_１０Ａ]は、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の１０時間率容量に対する比である。また、ＳＯＨは電池の健康状態を表す指標であり、次の（３）式で表される。
ＳＯＨ＝
（ストリングＳｔの放電可能容量／ストリングＳｔの定格容量）×１００[％] …（３）

ＳＯＨの値が大きいほどストリングＳｔの劣化が少ないことを示し、ＳＯＨの値が小さいほどストリングＳｔの劣化が進行していることを示す。鉛蓄電池では、一般的に、定格容量に対して７０[％]の容量しか放電できないＳＯＨ＝７０[％]の状態が、劣化状態と判断されている。

図２に示すグラフから、放電開始初期には放電電流の大小のバラツキが確認されるが、放電開始から３時間目付近では、放電電流のばらつきがなくなって放電電流が収束していることが確認される。すなわち、放電開始から３時間目付近以降では、放電電流の時間変化は各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０についてほぼ同様になっていることが確認される。

図３に示すグラフは、ストリングＳｔ４にＳＯＨの値が５０[％]に劣化した蓄電池を混入させ、その他のストリングＳｔ１～３，Ｓｔ５～１０はＳＯＨの値がそれぞれ１００[％]の蓄電池から構成される１０並列の多並列蓄電アレイ４について行った第２の電流挙動検証実験の結果を示す。この検証実験でも、上記の第１の検証実験と同じ、放電電流０．１１[Ｃ_１０Ａ]および放電時間６時間の放電条件で、実験を行った。図３に示すグラフの横軸および縦軸は図２に示すグラフと同じものを表す。

図３に示すグラフから、放電開始初期における各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０についての放電電流の挙動は、図２に示すグラフと同様にばらつき、３時間目付近でばらつきがなくなって放電電流が収束していることが確認される。しかし、４．２時間目付近以降から、ストリングＳｔ４を除くストリングＳｔ１～３，Ｓｔ５～１０についての各放電電流は大きくなる傾向を示す一方で、ストリングＳｔ４についての放電電流は急激に小さくなる傾向を示すことが確認される。

図４は、１つの鉛蓄電池が６つのセルにより構成されるモノブロック型の場合についての放電特性を示すグラフであり、上記第２の電流挙動検証実験におけるストリングＳｔ４を構成している標準蓄電池（ＳＯＨ＝１００％）と劣化蓄電池（ＳＯＨ＝５０％）とについての、放電電圧の放電時間特性を示すグラフである。同グラフの横軸は放電時間[ｈ]、縦軸は各蓄電池の端子間電圧[Ｖ]を表す。同グラフから、ＳＯＨの値が１００[％]の標準蓄電池は、その端子間電圧が緩やかに小さくなる傾向を示すことが確認される。その一方で、ＳＯＨの値が５０[％]に劣化した劣化蓄電池は、その放電電流が急激に小さくなる４．２時間目付近において、ＳＯＨの値が０[％]のときの端子間電圧である１０．８[Ｖ]に近い１１．２[Ｖ]を示していることが確認される。このことから、劣化蓄電池の充電状態がＳＯＣ（State of Charge）＝０[％]程度近くの小さな値のＳＯＣになると、放電電流の急激な変化がみられることが確認される。例えば、ストリングＳｔ４を構成するいずれかの蓄電池の端子間電圧が１１．２[Ｖ]になると、その蓄電池の過放電を防止するため、ＢＭＵ５ａを構成する警報部によって交直変換装置６へ劣化ストリング検出信号が出力され、低電圧警報が発せられる。

図５に示すグラフは、ストリングＳｔ４にＳＯＨの値が３０[％]に劣化した蓄電池を混入させ、その他のストリングＳｔ１～３，Ｓｔ５～１０はＳＯＨの値がそれぞれ１００[％]の蓄電池から構成される１０並列の多並列蓄電アレイ４について行った第３の電流挙動検証実験の結果を示す。この検証実験でも、上記の第１の検証実験と同じ、放電電流０．１１[Ｃ_１０Ａ]および放電時間６時間の放電条件で、実験を行った。図５に示すグラフの横軸および縦軸は図２に示すグラフと同じものを表す。

図５に示すグラフから、放電開始初期からストリングＳｔ４についての放電電流の挙動は、他のストリングＳｔ１～３，Ｓｔ５～１０についてのものと異なり、小さな放電電流値で推移している。また、３．２時間目付近以降から、ストリングＳｔ４についての放電電流は急激に小さくなる傾向を示すことが確認される。他のストリングＳｔ１～３，Ｓｔ５～１０についての放電電流の挙動は、図２および図３に示すグラフと同様、放電開始初期においてばらつき、３時間目付近でばらつきがなくなって放電電流が収束していることが確認される。

図６は、１つの鉛蓄電池が６つのセルにより構成されるモノブロック型の場合についての放電特性を示すグラフであり、上記第３の電流挙動検証実験におけるストリングＳｔ４を構成している標準蓄電池（ＳＯＨ＝１００％）と劣化蓄電池（ＳＯＨ＝３０％）とについての、放電電圧の放電時間特性を示すグラフである。同グラフは、図４に示すグラフと同様、横軸は放電時間[ｈ]、縦軸は各蓄電池の端子間電圧[Ｖ]を表す。同グラフから、ＳＯＨの値が１００[％]の標準蓄電池は、図４に示すグラフと同様、その端子間電圧が緩やかに小さくなる傾向を示すことが確認される。その一方で、ＳＯＨの値が３０[％]に劣化した劣化蓄電池は、その放電電流が急激に小さくなる３．２時間目付近において、ＳＯＣの値が０[％]のときの端子間電圧である１０．８[Ｖ]に近い１１．２[Ｖ]を示し、３．２時間目以降から急激に端子間電圧が低下していることが確認される。このことからも、劣化蓄電池の充電状態がＳＯＣ＝０[％]程度近くの小さな値のＳＯＣになると、放電電流の急激な変化がみられることが確認される。

本実施形態による蓄電システム１では、上記の第１，第２および第３の各電流挙動検証実験の結果から、上述したように、蓄電池アレイ４を構成する各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０についての放電電流値の複数の時間変化の中で、他の大方のストリングＳｔと異なって放電電流値が減少する特異な時間変化を呈するストリングＳｔ、例えばストリングＳｔ４が、劣化した鉛蓄電池４ａを含む劣化ストリングＳｔと判定される。劣化ストリングＳｔを構成する鉛蓄電池４ａの中に１つでも劣化した鉛蓄電池４ａが含まれると、その劣化ストリングＳｔの放電電流値の時間変化は、他の健全なストリングＳｔと異なって放電電流値が減少する特異な時間変化を呈する。また、複数のストリングＳｔにおいて劣化した鉛蓄電池４ａが含まれていても、これら各ストリングＳｔの放電電流の挙動は、同様な挙動を示す。

また、ＢＭＵ５ａにおける判定部は、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の放電開始時から放電電流が収束する所定時間経過後、例えば２時間経過後に算出部で算出される時間変化を基に、特異な時間変化を検出する。また、判定部は、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の放電開始時から所定時間経過後における予め特定した秒オーダーの期間中の放電電流値の時間変化を基に、特異な時間変化を検出する。本実施形態では、この特異な時間変化は、放電電流値の放電時間に対する変化を表す例えば上記の各グラフに示すような放電電流特性線の傾きが算出部によって放電電流値の時間変化として算出され、算出部で算出された特性線の傾きの正負を基に判定部によって検出される。

具体的に本実施形態では、算出部は、特性線の傾きの基本測定期間を１０[ｓｅｃ]間、サンプリング時間を１００[ｍｓｅｃ]として、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の放電電流特性線の傾きを測定する。したがって、１回の基本測定では、１０[ｓｅｃ]／１００[ｍｓｅｃ]＝１００データの傾きが算出され、それらの平均値がその基本測定期間における特性線の傾きとされる。放電電流値の時間変化特性は、上記の各グラフに示されるように、電流測定精度の関係からギザギザとばらついて測定される。また、放電電流にノイズが重畳して測定されることもある。

このため、本実施形態では、これらのストリングＳｔの劣化に起因しない特性線の傾きを排除するため、算出部は、１０秒間の基本測定を３回繰り返して合計３０秒間の秒オーダーの期間、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の放電電流特性線の傾きを測定する。そして、０秒目、１０秒目、２０秒目および３０秒目に算出される４点の傾きから、特性線の傾きの近似線を求める。なお、０秒目に算出される傾きは測定データがないため、ゼロとなる。判定部は、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０について求めた放電電流特性線の傾きの近似線を各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０間で比較し、放電電流値の時間変化が特異な時間変化を呈するストリングＳｔを劣化ストリングＳｔとして判定する。すなわち、算出された特性線の傾きの正負を基に、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０についての特性線の傾きの中で特異な傾き、本実施形態では正の傾きを呈するストリングＳｔが、判定部により、劣化した鉛蓄電池４ａを含むストリングであると判定される。

ＳＯＨ算出部は、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の放電開始時から、劣化蓄電池の端子間電圧が１０．８（＝１．８[Ｖ]／cell×６cell）[Ｖ]に達するまでの時間Ｔ、つまり、放電時間に対して放電電流の減少が検知されるまでの時間Ｔ、および、劣化ストリングＳｔについて時間Ｔ中に測定部によって測定される放電電流値の積算値Ｉから、劣化ストリングＳｔの放電電気量Ｑ（＝Ｉ×Ｔ）を算出する。そして、算出した放電電気量Ｑをその劣化ストリングＳｔが放電可能な容量として、前述した（３）式から劣化ストリングＳｔの放電前のＳＯＨを算出する。

図７は、ＢＭＵ５ａを構成するＭＰＵによって行われる劣化ストリングＳｔの特定処理を示すフローチャートである。

この劣化ストリングＳｔの特定処理では、最初に、蓄電池アレイ４が交直変換装置６の制御によって放電動作状態にあるか否かが、ＭＰＵによって判断される（ステップ１０１参照）。ステップ１０１の判断はその判断結果がＹｅｓになるまで行われる。蓄電池アレイ４が放電動作状態にあることがステップ１０１で判断され、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０について放電が開始されたことがＭＰＵに認識されると、次に、算出部において、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の放電電流値が測定されると共に、放電開始からの放電電流値の積算値が各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０毎に算出される（ステップ１０２参照）。ステップ１０２の処理は、後述するステップ１１１の処理でＳＯＨが算出されるまで継続される。

次に、放電開始から例えば２時間の所定時間が経過したか否かがＭＰＵによって判断される（ステップ１０３参照）。放電開始から所定時間が経過しておらず、ステップ１０３の判断結果がＮｏの場合、処理はステップ１０２に戻ってステップ１０２および１０３の処理が繰り返される。一方、放電開始から所定時間が経過し、ステップ１０３の判断結果がＹｅｓになると、次に、算出部において、１００[ｍｓｅｃ]の所定のサンプリング時間間隔で、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０毎に放電電流値の時間変化、すなわち、放電電流の電流変化率が特性線の傾きとして算出される（ステップ１０４参照）。次に、合計３０秒間の秒オーダーの特定期間が経過したか否かがＭＰＵによって判断される（ステップ１０５参照）。具体的には、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０毎に特性線の傾きの近似線が求められたかが判断される。

３０秒間の特定期間が経過していなくてステップ１０５の判断結果がＮｏの場合、処理はステップ１０４に戻ってステップ１０４および１０５の処理が繰り返される。

一方、３０秒間の特定期間が経過してステップ１０５の判断結果がＹｅｓの場合、次に、測定部によって測定された放電電流の電流変化率の中で符号が正のもの、つまり、図３および図５に示す各グラフにおけるストリングＳｔ４のように、放電電流の特性線の傾きが右肩上がりの正の傾きで、放電電流値が減少する減少を呈するストリングＳｔがあるか否かが、判定部によって判定される（ステップ１０６参照）。測定された放電電流の電流変化率の中で符号が正のものがなく、全ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０についての特性線の傾きが右肩下がりの負の傾きで、ステップ１０６の判断結果がＮｏの場合、蓄電池アレイ４を構成する各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の中には劣化ストリングＳｔが無いものとされて、劣化ストリングＳｔの特定処理は終了する。

一方、測定された電流変化率の中に符号が正のものがあってステップ１０６の判断結果がＹｅｓの場合、次に、電流変化率が正のストリングＳｔが判定部によって劣化ストリングＳｔと特定される（ステップ１０７参照）。

次に、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０について均等充電が実施されているか否か、ＭＰＵによって判断される（ステップ１０８参照）。この均等充電により、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の端子間電圧が均一に揃えられる。ステップ１０８の判断はその判断結果がＹｅｓになるまで行われる。

劣化ストリングＳｔが特定された後、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０について均等充電が実施されたことがステップ１０８で判断された場合、次に、均等充電後におけるその劣化ストリングＳｔの放電中に、交直変換装置６によってその劣化ストリングＳｔに対して充電が行われたか否かがＭＰＵによって判断される（ステップ１０９参照）。均等充電後におけるその劣化ストリングＳｔの放電中に充電が行われていてステップ１０９の判断結果がＮｏの場合、劣化ストリングＳｔの特定処理は終了する。

一方、均等充電後におけるその劣化ストリングＳｔの放電中に充電が行われていなくてステップ１０９の判断結果がＹｅｓの場合、次に、測定部によって測定される劣化ストリングＳｔの各鉛蓄電池４ａの端子間電圧が１０．８（＝１．８[Ｖ]／cell×６cell）[Ｖ]にまで低下したか否かがＭＰＵによって判断される（ステップ１１０参照）。劣化ストリングＳｔの各鉛蓄電池４ａの端子間電圧が１０．８[Ｖ]にまで低下していなくてステップ１１０の判断結果がＮｏの場合、ステップ１１０の処理が繰り返される。劣化ストリングＳｔの各鉛蓄電池４ａの端子間電圧が１０．８[Ｖ]にまで低下してステップ１１０の判断結果がＹｅｓの場合、劣化ストリングＳｔのＳＯＣが０[％]になったものと判断されて、次に、ＳＯＨ算出部によって劣化ストリングＳｔの放電前のＳＯＨが算出される（ステップ１１１）。ステップ１１１の処理が済むと、劣化ストリングＳｔの特定処理は終了する。

なお、上記の実施形態による蓄電システム１は、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の放電電流の挙動から、劣化ストリングＳｔを特定して検知する場合について説明した。しかし、他の実施の形態として、放電電流の挙動からストリングＳｔの劣化を検知する本手法に加えて、セルセンサ５ｂで検知される鉛蓄電池４ａの端子間電圧から、ストリングＳｔの劣化を検知する手法を併用するように構成してもよい。

セルセンサ５ｂを用いた劣化ストリングＳｔの検知手法では、いずれかのストリングＳｔを構成する鉛蓄電池４ａの端子間電圧が１０．８[Ｖ]に到達するのがセルセンサ５ｂで検知されると、ＢＭＵ５ａの警報部から交直変換装置６へ劣化ストリング検出信号が出力されて、低電圧警報が発せられる。

図８に示す表図は、図１に示す蓄電池監視装置５におけるＢＭＵ５ａの劣化ストリング検知アルゴリズムとして、これら２つの劣化ストリング検知手法を併用し、ストリングＳｔ１にＳＯＨが３０[％]に劣化した蓄電池を混入させた場合に、各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０の放電開始時から低電圧警報が発せられるまでの時間を５回測定した測定結果を示す。測定は、前述した第１，第２および第３の挙動電流検証実験と同様に、放電電流０．１１[Ｃ_１０Ａ]および放電時間６時間の放電条件で、鉛蓄電池４ａが３６個それぞれ直列に接続された、１０並列の各ストリングＳｔ１～Ｓｔ１０を放電して行った。

図８に示す表図から、放電電流の挙動による劣化ストリング検知手法では、セルセンサ５ｂによる劣化ストリング検知手法よりも平均４６．９秒遅く、低電圧警報が発せられることが確認された。セルセンサ５ｂによる劣化ストリング検知手法では、鉛蓄電池４ａの端子間電圧をセルセンサ５ｂが直接測定してＢＭＵ５ａへ出力しているため、低電圧警報が発せられるまでの時間が約６０秒と短い時間になっている。

一方で、放電電流の挙動による劣化ストリング検知手法では、放電電流値に重畳するノイズ成分の除去処理や、放電電流値の時間変化がストリングＳｔの劣化に起因するものであるかの判定処理等の、ＭＰＵによるいくつかの検証処理に時間を要するため、平均で１０８秒で低電圧警報が発せられている。

しかし、放電電流の挙動による劣化ストリング検知手法による低電圧警報出力の、セルセンサ５ｂによる劣化ストリング検知手法による低電圧警報出力との約４６．９秒の時間差は、ストリングＳｔの劣化を増進させる程のレベルではなく、放電電流の挙動による劣化ストリング検知手法によって正常に劣化ストリングＳｔが検知されることが確認された。

セルセンサ５ｂによる劣化ストリング検知手法では、鉛蓄電池４ａの異常時などに起こるセルセンサ５ｂの故障やＢＭＵ５ａとの通信異常により、劣化ストリングＳｔが正常に検出されないことがある。また、鉛蓄電池４ａの温度を測定することで、鉛蓄電池４ａの過放電や過充電時の温度上昇を検出できるが、熱容量の大きな鉛蓄電池４ａの場合、その温度上昇までに時間を要するため、セルセンサ５ｂによってタイムリーに鉛蓄電池４ａの温度上昇による異常を検出できない場合がある。

しかし、上記のように、蓄電池監視装置５におけるＢＭＵ５ａの劣化ストリング検知アルゴリズムに上記の２つの劣化ストリング検知手法を併用することで、セルセンサ５ｂの故障やＢＭＵ５ａとの通信異常が起きた場合にも、放電電流の挙動による劣化ストリング検知手法によって劣化ストリングＳｔを早期に特定して検出することができる。また、セルセンサ５ｂが正常に起動している場合においては、セルセンサ５ｂによる劣化ストリング検知と放電電流の挙動による劣化ストリング検知との二つの検知手法で劣化ストリングＳｔが検出されるので、より高い精度で、劣化ストリングＳｔの有無を把握することができる。このため、劣化ストリングＳｔを検出できずに、鉛蓄電池４ａが過放電したり、転極したりすることによって早期に鉛蓄電池４ａが劣化するのを防止することが可能になる。

１：蓄電システム（ＥＳＳ）
２：電力供給部
３：負荷
４：多並列蓄電アレイ
４ａ：鉛蓄電池
５：鉛蓄電池監視装置
５ａ：ＢＭＵ
５ｂ：セルセンサ
５ｃ：ユニットセンサ
６：交直変換装置（ＰＣＳ）
７：ブレーカ
Ｓｔ１～Ｓｔ１０：ストリング

Claims (7)

1. 複数の蓄電池が直列に接続されたストリングが複数並列に接続された多並列蓄電池アレイと、各前記ストリングの状態を検知する蓄電池監視装置とを備える蓄電システムにおいて、
   前記蓄電池監視装置は、各前記ストリングから放電される放電電流の値を測定する測定部と、前記測定部で測定された放電電流値の時間変化を各前記ストリング毎に算出する算出部と、前記算出部で算出された各前記ストリングについての複数の前記時間変化の中で特異な前記時間変化を呈する前記ストリングは劣化した前記蓄電池を含むものと判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする蓄電システム。
2. いずれかの前記ストリングが劣化した前記蓄電池を含むものと前記判定部で判定された場合に劣化ストリング検出信号を出力する警告部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記判定部は、前記放電電流値が減少する前記時間変化を特異な前記時間変化とする、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電システム。
4. 前記算出部は、前記放電電流値の放電時間に対する変化を表す特性線の傾きを前記時間変化として算出し、前記判定部は、前記算出部で算出された前記特性線の傾きを基に特異な前記時間変化を検出する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電システム。
5. 前記判定部は、各前記ストリングの放電開始時から所定時間経過後に前記算出部で算出される前記時間変化を基に特異な前記時間変化を検出する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電システム。
6. 前記判定部は、各前記ストリングの放電開始時から所定時間経過後における予め特定した秒オーダーの期間中の前記時間変化を基に特異な前記時間変化を検出する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の蓄電システム。
7. 各前記ストリングの放電開始時から、いずれかの前記ストリングが前記判定部によって劣化した前記蓄電池を含む劣化ストリングと判定されるまでの時間、および、前記劣化ストリングについて前記時間中に前記測定部によって測定される前記放電電流値から前記劣化ストリングの放電電気量を算出し、算出した前記放電電気量を基に前記劣化ストリングの放電開始前のＳＯＨを算出するＳＯＨ算出部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蓄電システム。

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