(57)【要約】【課題】必要容量を維持したまま蓄電池個数を削減して小型軽量化に寄与しつつ、異常検出時の耐性に優れたものとする。【解決手段】移動体に電力源として搭載される蓄電池システムにおいて、充電状態で規定電圧を出力する複数の蓄電池群（＃Ｎ）を、それぞれ系統連接装置（１２）を介して入出力系統ラインに並列接続させておき、蓄電池群（＃Ｎ）それぞれの動作状態をＢＭＵ装置（１３Ｎ）で監視して異常の有無を判定し、異常のあった蓄電池群を指定して出力系統から切り離すように制御する。システムコントローラ（１４）は各ＢＭＵ装置（１３Ｎ）を通じて各蓄電池群の状態をモニタし、規定個数の系統に異常が検出された場合には警報を発令して必要容量が得られなくなることを報知する。これにより、必要容量を維持したまま蓄電池個数を削減して小型軽量化に寄与しつつ、異常検出時の耐性に優れたものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に電力源として搭載される蓄電池システムにおいて、
それぞれ充電状態で規定電圧を出力する複数の蓄電池群と、
前記複数の蓄電池群を入出力系統ラインに並列接続させ、制御指示に応じて指定の蓄電池群を前記出力系統から切り離す系統連接装置と、
前記複数の蓄電池群それぞれの状態を監視して異常の有無を判定し、異常のあった蓄電池群を指定して前記出力系統から切り離すように前記系統連接装置に制御指示を出す制御手段と
を具備する蓄電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の蓄電池システムにおいて、
前記系統連接装置は、前記蓄電池群と入出力系統ラインとの間に前記制御指示による蓄電池群切り離し時に前記蓄電池群への逆流を防止する逆流防止手段を備える請求項１記載の蓄電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記複数の蓄電池群それぞれの動作状態をモニタ表示する請求項１記載の蓄電池システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記複数の蓄電池群の異常判定個数が規定値となったとき警報を発令する請求項１記載の蓄電池システム。
【請求項５】
前記複数の蓄電池群には、リチウムイオン電池による蓄電池セルを用いる請求項１記載の蓄電池システム。
【請求項６】
前記切り離された異常の蓄電池群の交換は、被交換蓄電池の出力電圧を他の正常な蓄電池群の出力電圧に合わせてから再接続する請求項１記載の蓄電池システム。
【請求項７】
移動体に電力源として搭載される蓄電池システムの運用方法であって、
それぞれ充電状態で規定電圧を出力する複数の蓄電池群を入出力系統ラインに並列接続させておき；
前記複数の蓄電池群それぞれの状態を監視して異常の有無を判定し；and
異常のあった蓄電池群を前記出力系統から切り離す蓄電池システムの運用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に電力源として搭載される蓄電池システムとその運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、移動体に搭載される蓄電池システムでは、運用中の異常発生を考慮して、メインの蓄電池ユニットとは別に、メインと全く同等なサブの蓄電池ユニットを備える２重冗長系となっている。その運用では、メインの蓄電池ユニット内の複数の蓄電池モジュールのうち一つでも異常が検出された場合には、出力電力が規定値を満たさなくなるため、メインの蓄電池ユニットを出力系統から切り離し、代わってサブの蓄電池ユニットを出力系統に接続する仕組みになっている。このため、移動体には、必要容量の倍の蓄電池モジュールを積載しなければならなかった。
【０００３】
特に、潜水艇、飛行体等の特殊環境な移動体に搭載される蓄電池システムでは、一度運用が開始されると、その運用を継続しなければならない。このため、運用中の蓄電池モジュール自体の交換は不可能であり、個々の蓄電池モジュールに高い信頼性が要求されるが、技術的には限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、従来の移動体搭載用の蓄電池システムでは、完全二重化のために必要容量の倍の蓄電池が必要であり、小型軽量化の要求に対応することに限界を生じていた。
【０００６】
本実施形態は上記の問題を解決するためになされたもので、必要容量を維持したまま蓄電池個数を削減して小型軽量化に寄与しつつ、異常検出時の耐性に優れた蓄電池システムとその運用方法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】
上記の課題を解決するために、本実施形態に係る蓄電池システムは、それぞれ充電状態で規定電圧を出力する複数の蓄電池群と、前記複数の蓄電池群を入出力系統ラインに並列接続させ、制御指示に応じて指定の蓄電池群を前記出力系統から切り離す系統連接装置と、前記複数の蓄電池群それぞれの状態を監視して異常の有無を判定し、異常のあった蓄電池群を指定して前記出力系統から切り離すように前記系統連接装置に制御指示を出す制御手段とを具備する態様とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係る蓄電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の蓄電池ユニットにおける蓄電池群の具体的な構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、図１の系統連接装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、図３に示すコンタクタの具体的な構成を示す回路図である。
【図５】図５は、図１に示すＢＭＵ装置の具体的な処理例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、図１に示すシステムコントローラの具体的な処理例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、図１に示す蓄電池システムの異常の蓄電池群を交換するための復旧処理手順の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本実施形態における蓄電池システムの構成を示すブロック図である。図１において、１１は第１乃至第１２の蓄電池群＃Ｎ（Ｎは１〜１２）を備える蓄電池ユニットである。第１乃至第１２の蓄電池群＃Ｎはそれぞれ系統連接装置１２を介して入出力系統ラインに並列接続される。上記系統連接装置１２は第１乃至第１２の蓄電池群＃Ｎの内から指定される蓄電池群＃ｉ（ｉは１〜１２のいずれか）を入出力系統ラインから切り離す機能を有する。尚、本実施形態では、蓄電池群が９個で必要容量が得られ、３個までは切り離し可能とする。
【００１１】
上記第１乃至第１２の蓄電池群＃Ｎは、それぞれ個別に対応して用意されるＢＭＵ（Battery Monitoring Unit：蓄電池監視ユニット）装置１３Ｎ（Ｎは１〜１２）を介してシステムコントローラ１４に接続され、ＢＭＵ装置１３Ｎ及びシステムコントローラ１４の監視制御を受ける。ＢＭＵ装置１３ｉは対応する蓄電池群＃ｉの異常の有無を監視し、その監視により異常が検出された場合には、系統連接装置１２にその蓄電池群＃ｉの切り離しを指示すると共にシステムコントローラ１４に通知する。システムコントローラ１４は各系統のＢＭＵ装置１３Ｎの監視結果からシステム全体の状況を把握してユーザにモニタ表示し、規定個数の蓄電池群が切り離された場合にはアラームを出す。尚、系統連接装置１２に対する切り離しの指示は、ＢＭＵ装置１３Ｎではなく、システムコントローラ１４が直接指示するようにしてもよい。
【００１２】
図２は上記第１の蓄電池群＃１の構成を示すブロック図である。図２に示す蓄電池群＃１は、例えば第１乃至第１０の蓄電池モジュールＡｍ（ｍは１〜１０）を直列接続したもので、各蓄電池モジュールＡｍは例えばリチウムイオン電池による第１乃至第２４の蓄電池セルＢｎ（ｎは１〜２４）の直列回路を備える。各蓄電池モジュールＡｍは、内部の蓄電池セルＢｎそれぞれの動作状態を監視するＣＭＵ（Cell Monitoring Unit：セル監視ユニット）装置Ｃｍ（ｍは１〜１０）を備え、ＣＭＵ装置Ｃｍの監視結果は定期的にＢＭＵ装置１３１に通知される。この構成は、他の蓄電池群＃２〜＃１２についても同様である。
【００１３】
図３は上記系統連接装置１２の構成を示すブロック図である。図３に示す系統連接装置１２は、第１乃至第１２の蓄電池群＃Ｎそれぞれの入出力端と入出力系統ラインとの間にコンタクタ（連接スイッチ）ＤＮ（Ｎは１〜１２）を介在させたものである。各コンタクタＤＮは、例えば図４に示すように、逆流防止用のダイオードＥ１と並列にＦＥＴによるスイッチ素子Ｅ２を接続した構成である。この構成では、通常はスイッチ素子Ｅ２をオンさせて蓄電池群＃ｉを電力充放電状態とし、異常発生時にはスイッチ素子Ｅ２をオフさせて入出力系統ラインから蓄電池群＃ｉを切り離す。上記コンタクタＤＮは、逆流防止用のダイオードＥ１を介在させることで、他の蓄電池群から出力される電流がスイッチ素子Ｅ２によって切り離された蓄電池群＃ｉに流れ込まないようにしており、これによってスイッチ素子切り替え時の一時的な電圧低下を回避する。
【００１４】
上記構成において、以下にその運用について説明する。
【００１５】
まず、上記系統連接装置１２は、ＢＭＵ装置１３Ｎ及びシステムコントローラ１４との連携により、蓄電池群＃Ｎの切り離し機能、瞬断防止機能、状態維持機能を実現する。
【００１６】
切り離し機能は、出力系統の状況と個々の蓄電池群の状況を常に把握し、いずれかの蓄電池群＃ｉの障害が検出された場合にはその蓄電池群＃ｉを入出力系統ラインから切り離し、他の蓄電池群への影響を排除する機能である。瞬断防止機能は、系統切り離しの際に、他の健全な蓄電池群に対し、瞬時に電流が流れるおそれがあるため、蓄電池群＃Ｎそれぞれの系統に瞬間電流特性（数ｋＡクラス）の耐性を持たせることにより、分担した切り離し時の異常電流を分散させ、衝撃に耐えるようにした機能である。状態維持機能は、一度切り離しを実施すると、全電源が喪失した場合も含め遮断状態を維持し、障害のある蓄電池群を入出力系統ラインに再投入させない機能である。
【００１７】
一方、ＢＭＵ装置１３Ｎは、対応する蓄電池群＃Ｎの各モジュールＡｍに設けられたＣＭＵ装置Ｃｍからの監視情報を収集し、いずれかのモジュールＡｍに異常発生が認められた場合には、その系統の蓄電池群を切り離すように、系統連接装置１２に制御指示を出し、システムコントローラ１４に異常発生を通知する。システムコントローラ１４は、各ＢＭＵ装置１３Ｎからの監視データを収集分析し、システム全体に必要な制御を実行する機能を有する。
【００１８】
図５は上記ＢＭＵ装置１３Ｎの具体的な処理例を示すフローチャートである。まず、対応する蓄電池群の各モジュールＡｍに設けられたＣＭＵ装置Ｃｍから定期的に送られてくる電流値、電圧値、温度、ＳＯＣ（State of Charge：充電率）、異常情報等のＣＭＵ情報を受信し（ステップＳ１１）、それらの情報に異常値があるか判断する（ステップＳ１２）。異常値が検出された場合には、系統連接装置１２の該当するコンタクタＤＮにその蓄電池群を切り離すように制御信号を送信し（ステップＳ１３）、合わせてシステムコントローラ１４に異常値を検出した蓄電池群の不良情報を通知する（ステップＳ１４）。
【００１９】
図６は上記システムコントローラ１４の具体的な処理例を示すフローチャートである。尚、この例では、システムコントローラ１４から直接、系統連接装置１２を制御可能とする場合を示している。
【００２０】
まず、各系統のＢＭＵ装置１３Ｎによって収集される蓄電池群＃Ｎそれぞれのモジュール単位の電流値、電圧値、温度、ＳＯＣ（State of Charge：充電率）、異常情報等のＢＭＵ情報を受信し（ステップＳ２１）、それらの情報に異常値があるか判断する（ステップＳ２２）。異常値が検出された場合には、系統連接装置１２の該当するコンタクタＤＮにその蓄電池群を切り離すように制御信号を送信し（ステップＳ２３）、合わせてステータスをモニタ表示する（ステップＳ２４）。ここで、蓄電池群＃Ｎの異常検出数が３個以上となったか判断し（ステップＳ２５）、３個以上となった場合には警報を発令して、ユーザに必要容量の確保ができなくなる危険性を通報する（ステップＳ２６）。
【００２１】
以上述べたように、上記構成による実施形態の蓄電池システムは、規定電圧を発生する蓄電池群を並列接続し、個々の蓄電池群の異常発生を監視して、異常を検出した蓄電池群を切り離す構成である。この構成によれば、群単位で接続個数を制御できるため、従来のように必要容量の倍の個数を用いる必要はなくなり、小型軽量化に寄与することができる。また、その切り離し時において瞬断を防止しているので、運用時に切り離し処理する場合でも出力変動を抑制することができる。さらに、切り離し後の状態を維持して異常蓄電池群が再接続されないようにしているので、他の蓄電池群に悪影響を与えないため、信頼性の向上も実現される。また、規定個数の切り離しが生じた場合には、警報を発令して必要容量が得られなくなることを報知することができる。
【００２２】
また、本来予備である余剰分の蓄電池群も含めて、全ての蓄電池群をあえて常時（切り離された場合を除く）使用するようにしているので、各蓄電池群の残り容量が常に同じになり、これによって余剰分の蓄電池群を新規に接続する場合による影響がなくなり、本システムの信頼性を上げることができる。
【００２３】
尚、本実施形態においては、必要容量を下回るまでは通常の運転時間が確保されるが、仮に必要容量を下回ってしまっても、並列接続されているので、必要電圧は確保されており、縮退運転（運転時間が通常より短くなる）が可能である。場合によっては、必要容量が下回った時点で、負荷の容量を制限して必要容量自体を下げるようにしてもよい。
【００２４】
また、本実施形態において、蓄電池群の系統数Ｎ＝１２、蓄電池モジュール数ｍ＝１０、蓄電池セル数ｎ＝２４、切り離し許容個数３はいずれも一例であり、必要に応じていくつでもよい。
【００２５】
また、保守管理の中で、以下の手順により切り離された異常の蓄電池群を交換する復旧処理を行ってもよい。
【００２６】
図７に異常の蓄電池群を交換するための復旧処理手順の例を示す。まず、復旧処理の実行開始に際して、システムコントローラ１４に保持されているステータス情報から、異常の蓄電池群を識別する（ステップＳ３１）。次に、正常な蓄電池群の出力電圧を基準電圧値として計測する（ステップＳ３２）。続いて、被交換蓄電池群に対して出力電圧が基準電圧値となるように調整し（ステップＳ３３）、異常の蓄電池群と交換して（ステップＳ３４）、系統連接装置１２のコンタクタＤＮに再接続（オン状態）を実行させる（ステップＳ３５）。最後に、システムを再起動し、異常の有無を確認する（ステップＳ３６）。
【００２７】
上記の処理手順で復旧処理を実行すれば、交換蓄電池群の出力電圧を壊れていない蓄電池群の出力電圧に合わせた状態で交換蓄電池群を接続するようにしているので、蓄電池交換時の蓄電池群間の電圧差による破損等を防止しつつ、容易に蓄電池群の交換を実施することが可能となる。
【００２８】
尚、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１１…蓄電池ユニット、１２…系統連接装置、１３１〜１３１２…ＢＭＵ（Battery Monitoring Unit：蓄電池監視ユニット）装置、１４…システムコントローラ、＃１〜＃１２…蓄電池群、Ａ１〜Ａ１０…蓄電池モジュール、Ｂ１〜Ｂ２４…蓄電池セル、Ｃ１〜Ｃ１０…ＣＭＵ（Cell Monitoring Unit：セル監視ユニット）装置、Ｄ１〜Ｄ１２…コンタクタ、Ｅ１…ダイオード、Ｅ２…スイッチ素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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