WO2016207949A1 - 蓄電池システム、蓄電池モジュール及び蓄電池システム運用方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a storage battery system, a storage battery module, and a storage battery system operation method.
  • a serial circuit in which a specified number of storage battery cells are connected in series is connected in parallel to form a storage battery module, and storage battery modules are connected in parallel for each specified number of units, and the number of units corresponding to the load capacity is The outputs are bundled in parallel and supplied to the load.
  • PCS is adopted as a measure for preventing a continuous failure in which a failure of one storage battery cell is induced in the entire system by a reverse current, but the size of the PCS becomes a bottleneck, It is not a sufficient countermeasure.
  • the problem of the present embodiment is to provide a storage battery system, a storage battery module, and a storage battery system operation method that can reliably prevent continuous failure of the entire system even if a failure occurs in the storage battery cell.
  • a cell line in which a specified number of storage battery cells are connected in series is connected in parallel to form a storage battery module, and the storage battery modules are connected in parallel for each specified number to form a unit, depending on the load capacity.
  • the outputs of a certain number of units are bundled in parallel and supplied to a load, and a current limiting resistor is interposed in the output line of the storage battery module to limit the amount of current so that the storage battery cell is not damaged.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the storage battery system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of the storage battery module shown in FIG.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram showing protection coordination characteristics of the storage battery module shown in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a storage battery system in the present embodiment.
  • reference numerals 111 to 114, 121 to 124, and 131 to 134 are storage battery modules having the same configuration, and are connected in parallel in units of four to be unitized.
  • ACB Air circuit breaker
  • 115, 125, and 135 are inserted into the output lines of the units U1 to U3.
  • the output terminals of the units U1 to U3 are connected in parallel to each other and connected to the system power supply output terminal via the ACB 14.
  • load devices 161 to 166 are connected to the system power supply output terminals via fuses 151 to 156, for example.
  • FIG. 2 is a block diagram specifically showing one of the storage battery modules 111 to 114, 121 to 124, and 131 to 134 used in the storage battery system.
  • B11 to B13, B21 to B23, and B31 to B33 are storage battery cells (in this case, each block is described as a single cell, but as illustrated in B11, a group of cells in which storage battery cells are connected in series.
  • H1, H2, and H3 are fuses, and SW11, SW12, SW21, SW22, SW31, and SW32 are relay switches.
  • the storage battery cells B11 to B13, the fuse H1, and the relay switches SW11 and SW12 are connected in series to form a first cell line, and the storage battery cells B21 to B23, the fuse H2, and the relay switches SW21 and SW22 are connected in series to the second.
  • a cell line is configured, and the storage cells B31 to B33, the fuse H3, and the relay switches SW31 and SW32 are connected in series to configure a third cell line.
  • These first to third cell lines are connected in parallel to each other.
  • the fuses H1, H2, and H3 interrupt the circuit when the current flowing through the cell line becomes an overcurrent.
  • the relay switches SW11, SW12, SW21, SW22, SW31, and SW32 are used for disconnecting and connecting the cell lines when an abnormality is detected in the storage battery cell or when it is replaced.
  • a current limiting resistor R1 that limits current in a shorter time than an ACB or a fuse is connected in series.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram showing protection coordination characteristics for dealing with a failure of a storage battery cell used in the storage battery system having the above configuration, where A is a power limiting line of the current limiting resistor R, B is a power limiting line by a fuse, C1 and C2 indicate the upper limit line and the lower limit line of the ACB, respectively.
  • the time required to limit the current of the current limiting resistor R is shorter than either ACB or fuse within 0.1 seconds. For this reason, even if one of the storage battery cells fails in the module, overcurrent due to backflow is suppressed in a short time before the fuse due to the current limitation of the current limiting resistor R, and then the fuse reacts and fails. A line with a cell is cut off. Thereby, the failure of the module itself is avoided, and the influence on other modules is also avoided.
  • the storage battery system according to the embodiment having the above-described configuration can reliably prevent a continuous failure of the entire system due to a storage battery cell failure without using a large protective device such as a PCS.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • a power source using an electric double layer capacitor or a flywheel can be modified and embodied as the storage battery system of the above embodiment.
  • various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.
  • constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

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Abstract

蓄電池セルに故障が生じてもシステム全体への連続故障を確実に防止する。　実施形態に係る蓄電池システムは、それぞれ規定個数の蓄電池セルを直列接続したセルラインを並列接続して蓄電池モジュールを構成し、蓄電池モジュールを規定個数毎に並列接続してユニット化し、負荷容量に応じた個数のユニットの出力を並列に束ねて負荷に供給する。その際、蓄電池モジュールの出力ラインに限流抵抗を介在させ、蓄電池セルが破損しない程度の電流量に制限する。

Description

蓄電池システム、蓄電池モジュール及び蓄電池システム運用方法
　本発明は、蓄電池システム、蓄電池モジュール及び蓄電池システム運用方法に関する。
　　蓄電池システムでは、それぞれ規定個数の蓄電池セルを直列接続したシリアル回路を並列接続して蓄電池モジュールを構成し、蓄電池モジュールを規定個数毎に並列接続してユニット化し、負荷容量に応じた個数のユニットの出力を並列に束ねて負荷に供給する。このシステム構成において、蓄電池セルが１個でも故障して逆電流が発生すると、同一モジュール内の他の蓄電池セル、さらには他の蓄電池モジュール、さらには他の蓄電池ユニットへの連続故障を誘発する。
　その対策として、一般的には、ＰＣＳ（Power Conditioning System：電力制御装置）を使用してユニット毎に管理することにより故障個所を限定する方法がとられている。しかしながら、ＰＣＳは蓄電池ユニットに比して大型で場所を取るため、狭い空間での適用には向かず、モジュール単位での管理にも適さない。
　尚、個々の蓄電池セルにヒューズを接続して各セルを過電流から保護する方法もあるが、この方法では、インピーダンスの低い蓄電池への急峻な電流増加に対応することができない。
特開２００５－３２３４４４号公報
　以上のように、従来の蓄電池システムでは、１個の蓄電池セルの故障が逆電流によってシステム全体に誘発する連続故障を防止する策としてＰＣＳを採用しているが、ＰＣＳの大きさがネックとなり、十分な対応策になっていない。
　本実施形態の課題は、蓄電池セルに故障が生じてもシステム全体への連続故障を確実に防止することのできる蓄電池システム、蓄電池モジュール及び蓄電池システム運用方法を提供することにある。
　本実施形態に係る蓄電池システムは、それぞれ規定個数の蓄電池セルを直列接続したセルラインを並列接続して蓄電池モジュールを構成し、蓄電池モジュールを規定個数毎に並列接続してユニット化し、負荷容量に応じた個数のユニットの出力を並列に束ねて負荷に供給するシステムであって、前記蓄電池モジュールの出力ラインに限流抵抗を介在させ、前記蓄電池セルが破損しない程度の電流量に制限する態様とすることで、上記の課題を解決する。
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は、図１に示す蓄電池モジュールの具体的な構成を示すブロック図である。 図３は、図１に示す蓄電池モジュールの保護協調特性を示す特性図である。
　以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
　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、１１１～１１４，１２１～１２４，１３１～１３４はそれぞれ同一構成の蓄電池モジュールで、４個単位で並列接続されてユニット化される。各ユニットＵ１～Ｕ３の出力ラインにはＡＣＢ（Air circuit Breaker：：気中遮断器）１１５，１２５，１３５が挿入される。各ユニットＵ１～Ｕ３の出力端は互いに並列接続され、ＡＣＢ１４を介してシステム電源出力端に接続される。このシステム電源出力端には、例えばヒューズ１５１～１５６を介して負荷機器１６１～１６６が接続される。
　図２は上記蓄電池システムに用いられる蓄電池モジュール１１１～１１４，１２１～１２４，１３１～１３４のうちの一つを具体的に示すブロック図である。図２において、Ｂ１１～Ｂ１３，Ｂ２１～Ｂ２３，Ｂ３１～Ｂ３３は蓄電池セル（ここでは個々のブロックを単一のセルとして説明するが、Ｂ１１に例示するように、蓄電池セルを直列に接続したセル群でもよい）、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３はヒューズ、ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２はリレースイッチを示している。蓄電池セルＢ１１～Ｂ１３、ヒューズＨ１、リレースイッチＳＷ１１，ＳＷ１２は直列に接続されて第１セルラインを構成し、蓄電池セルＢ２１～Ｂ２３、ヒューズＨ２、リレースイッチＳＷ２１，ＳＷ２２は直列に接続されて第２セルラインを構成し、蓄電池セルＢ３１～Ｂ３３、ヒューズＨ３、リレースイッチＳＷ３１，ＳＷ３２は直列に接続されて第３セルラインを構成する。これら第１乃至第３のセルラインは互いに並列接続される。
　ここで、ヒューズＨ１，Ｈ２，Ｈ３は、セルラインに流れる電流が過電流となるときに回路を遮断する。リレースイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２は、蓄電池セルの異常検出時、交換時にセルラインの切り離し、接続を行うために用いる。上記第１乃至第３セルラインの並列回路とモジュール出力端との間には、ＡＣＢやヒューズよりも短時間に電流を制限する限流抵抗Ｒ１が直列に接続される。
　上記構成において、蓄電池モジュール内の各セルラインはヒューズによって保護され、蓄電池モジュールの出力ラインは限流抵抗にＲ１よって保護され、ユニット単位の出力ラインはＡＣＢによって保護される。図３は、上記構成による蓄電池システムに用いられる蓄電池セルの故障に対処するための保護協調特性を示す特性図であり、Ａは限流抵抗Ｒの電力制限ライン、Ｂはヒューズによる電力制限ライン、Ｃ１，Ｃ２はそれぞれＡＣＢの上限ラインと下限ラインを示している。
　図３に示たように、限流抵抗Ｒの電流制限に要する時間は、0.1秒以内において、ＡＣＢ、ヒューズのいずれより短時間である。このため、モジュール内において、いずれかの蓄電池セルが故障しても、限流抵抗Ｒの電流制限により、逆流による過電流はヒューズに先立って短時間に抑制され、その後、ヒューズが反応して故障セルのあるラインが切り離される。これにより、モジュール自体の故障は回避され、他のモジュールへの影響も回避される。
　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、ＰＣＳのような大型な保護装置を利用しなくても、蓄電池セル故障によるシステム全体への連続故障を確実に防止することができる。
　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。例えば、電気２重層キャパシタやフライホイールによる電源も、上記実施形態の蓄電池システムとして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。
　１１１～１１４，１２１～１２４，１３１～１３４…蓄電池モジュール、Ｕ１～Ｕ３…蓄電池ユニット、１１５，１２５，１３５，１４…ＡＣＢ（Air circuit Breaker：：気中遮断器）、１５１～１５６…ヒューズ、１６１～１６６…負荷機器、Ｂ１１～Ｂ１３，Ｂ２１～Ｂ２３，Ｂ３１～Ｂ３３…蓄電池セル、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３…ヒューズ、ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２…リレースイッチ。

Claims (8)

  1. 　それぞれ規定個数の蓄電池セルを直列接続したセルラインを並列接続して蓄電池モジュールを構成し、前記蓄電池モジュールを規定個数毎に並列接続してユニット化し、負荷容量に応じた個数のユニットの出力を並列に束ねて負荷に供給する蓄電池システムであって、少なくとも前記蓄電池モジュールの並列出力ラインに限流抵抗を介在させて電流量を制限する蓄電池システム。
  2. 　前記セルラインには、ヒューズが介在される請求項１記載の蓄電池システム。
  3. 　前記ユニットの並列出力ラインには、気中遮断器が介在される請求項１記載の蓄電池システム。
  4. 　前記限流抵抗は、前記セルラインそれぞれに介在される請求項１記載の蓄電池システム。
  5. 　それぞれ規定個数の蓄電池セルを直列接続したセルラインが並列接続される蓄電池モジュールであって、少なくとも並列出力ラインに限流抵抗を介在させて電流量を制限する蓄電池モジュール。
  6. 　前記セルラインには、ヒューズが介在される請求項５記載の蓄電池モジュール。
  7. 　前記限流抵抗は、前記セルラインそれぞれに介在される請求項５記載の蓄電池モジュール。
  8. 　それぞれ規定個数の蓄電池セルを直列接続したセルラインを並列接続して蓄電池モジュールを構成し、前記蓄電池モジュールを規定個数毎に並列接続してユニット化し、負荷容量に応じた個数のユニットの出力を並列に束ねて負荷に供給する蓄電池システムの運用方法であって、少なくとも前記蓄電池モジュールの並列出力ラインに限流抵抗を介在させて電流量を制限し、前記セルラインにヒューズを介在させて前記蓄電池セルの過電流に対する保護協調を行う蓄電池システムの運用方法。
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