JP5618575B2 - Storage battery evaluation apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は蓄電池評価装置及び方法に関し、より詳細には、電力貯蔵装置に使用した二次電池の経年変化、充電量などの内部状態を判定する蓄電池評価装置及び方法に関する。 The present invention relates to a storage battery evaluation apparatus and method, and more particularly to a storage battery evaluation apparatus and method for determining an internal state such as secular change and charge amount of a secondary battery used in a power storage apparatus.
蓄電池システムを運用する際、システムを正常に稼動させるために、充放電を繰り返して寿命劣化する蓄電池は定期的に取り替える必要がある。但し、その使用状況によって各蓄電池の寿命劣化度合いは異なるため、一定期間経過したものを一律に取り替えてしまうと、正常なものまで取り替えることになり非常に不経済である。そのため、蓄電池の寿命劣化度合いを判定する様々な方法が提案されている。 When operating a storage battery system, in order to operate the system normally, it is necessary to periodically replace a storage battery whose life is deteriorated by repeated charging and discharging. However, since the degree of life deterioration of each storage battery varies depending on the usage status, if the batteries that have passed for a certain period of time are replaced uniformly, it will be replaced with a normal one, which is very uneconomical. Therefore, various methods for determining the life deterioration degree of the storage battery have been proposed.
二次電池の経年劣化、充電量(SOC:State of Charge)などの内部状態を把握するために外部からバッテリーに交流電圧を印加してインピーダンスを計測し、交流周波数の変化に対するインピーダンスの変化から電池の内部状態を把握する方法が提案されている(特許文献1参照)。 In order to grasp the internal state of the secondary battery over time, such as the state of charge (SOC), the impedance is measured by applying an AC voltage to the battery from the outside, and the battery is determined from the change in impedance with respect to the change in AC frequency. Has been proposed (see Patent Document 1).
また、単相電力貯蔵用PCSの直流側に発生する電流の脈動率を用いて電池の内部状態を判定する方法が提案されている(特許文献2参照)。 Further, a method for determining the internal state of a battery using a pulsation rate of a current generated on the DC side of a single-phase power storage PCS has been proposed (see Patent Document 2).
しかしながら、前者の方法では外部に周波数可変の交流電源が必要となりコストアップとなる課題があった。 However, the former method has a problem in that cost is increased because an externally variable frequency AC power supply is required.
また、後者の方法では周波数が電源周波数の2倍と比較的低周波数であるため、抵抗の変化が小さい場合には検出しにくいという課題があった。 In the latter method, since the frequency is relatively low, twice the power supply frequency, there is a problem that it is difficult to detect when the resistance change is small.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、単相電力貯蔵装置の直流側電流において発生する脈動を、種々の周波数成分の電流リプルについて測定することにより電池の内部状態のより広範囲な変化を精度良く判定する方法及び装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to measure pulsations generated in the DC side current of a single-phase power storage device with respect to current ripples of various frequency components. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for accurately determining a wider range of changes in the internal state of a battery.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、単相電力貯蔵交直変換装置に用いる蓄電池の内部抵抗を判定する蓄電池評価装置であって、前記単相電力貯蔵交直変換装置のインバータのスイッチング周波数を所定の周波数に変更するインバータ制御手段と、前記蓄電池に流入する電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出された電流値を、前記インバータ制御手段から受信した複数の周波数についてそれぞれリプル分、直流分に分離し、各リプル分の直流分に対する割合である脈動率を前記複数の周波数について算出する脈動率演算手段と、前記複数の周波数毎の脈動率と前記蓄電池の内部抵抗とを関係付けた脈動率−内部抵抗対応データが格納された記憶手段と、前記脈動率演算手段によって算出された前記複数の周波数毎の脈動率の内、前記脈動率の変化が最も大きい周波数の脈動率と、前記脈動率の変化が最も大きい周波数に対応する前記記憶手段から読み込んだ前記脈動率−内部抵抗対応データとを照合して、前記蓄電池の内部状態を判定する内部状態判定手段とを備えたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、単相電力貯蔵交直変換装置に用いる蓄電池の内部抵抗を判定する蓄電池評価装置であって、前記単相電力貯蔵交直変換装置のインバータのスイッチング周波数を所定の周波数に設定可能なインバータ制御手段と、前記蓄電池に流入する電流を検出する電流検出手段と、前記所定の周波数について、前記電流検出手段で検出された電流値をリプル分、直流分に分離し、各リプル分の直流分に対する割合である脈動率を前記所定の周波数について算出する脈動率演算手段と、前記所定の周波数毎の脈動率と前記蓄電池の内部抵抗とを関係付けた脈動率−内部抵抗対応データが格納された記憶手段と、前記脈動率演算手段によって算出された前記所定の周波数の脈動率と、前記所定の周波数に対応する前記記憶手段から読み込んだ前記脈動率−内部抵抗対応データとを照合して、前記蓄電池の内部状態を判定する内部状態判定手段とを備え、前記インバータ制御手段は、前記蓄電池の内部抵抗が大きくなるに連れて、前記スイッチング周波数をより低い所定の周波数に設定することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
Invention of Claim 2 is a storage battery evaluation apparatus which determines the internal resistance of the storage battery used for a single phase electric power storage AC / DC converter, Comprising: The switching frequency of the inverter of the said single phase electric power storage AC / DC converter is made into predetermined frequency A settable inverter control means, a current detection means for detecting a current flowing into the storage battery, and a current value detected by the current detection means for the predetermined frequency is separated into a ripple component and a DC component, and each ripple Pulsation rate calculation means for calculating a pulsation rate that is a ratio of the DC component to the predetermined frequency with respect to the predetermined frequency, and pulsation rate-internal resistance correspondence data relating the pulsation rate for each predetermined frequency and the internal resistance of the storage battery Stored in the storage means, the pulsation rate of the predetermined frequency calculated by the pulsation rate calculating means, and the storage means corresponding to the predetermined frequency. The internal state determination means for determining the internal state of the storage battery by collating the pulsation rate-internal resistance correspondence data, and the inverter control means, as the internal resistance of the storage battery increases, The switching frequency is set to a lower predetermined frequency.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の蓄電池評価装置において、前記脈動率演算手段は、電源周波数の2倍、1kHz、10kHzの脈動率を算出し、前記記憶手段は、電源周波数の2倍、1kHz、10kHzの脈動率について前記脈動率−内部抵抗対応データを格納していることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the storage battery evaluation apparatus according to the first or second aspect , the pulsation rate calculating means calculates a pulsation rate that is twice the power supply frequency, 1 kHz, 10 kHz, and the storage means is The pulsation rate-internal resistance correspondence data is stored for a pulsation rate of 2 kHz, 1 kHz, and 10 kHz of the power supply frequency.
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の蓄電池評価装置において、前記インバータ制御手段は、複数の単相電力貯蔵交直変換装置が直列に接続された多重化電力貯蔵交直変換装置の各単相電力貯蔵交直変換装置の各インバータのスイッチング周波数を選択的に変更する手段を含み、前記電流検出手段は、前記各単相電力貯蔵交直変換装置の蓄電池に流入する電流を選択的に検出する手段を含むことを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is the storage battery evaluation apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the inverter control means is a multiplexed power storage in which a plurality of single-phase power storage AC / DC converters are connected in series. Including means for selectively changing the switching frequency of each inverter of each single-phase power storage AC / DC converter of the AC / DC converter, and the current detection means calculates the current flowing into the storage battery of each single-phase power storage AC / DC converter. A means for selectively detecting is included.
請求項5に記載の発明は、単相電力貯蔵交直変換装置に用いる蓄電池の内部抵抗を判定する蓄電池評価方法であって、前記単相電力貯蔵交直変換装置のインバータのスイッチング周波数を複数の周波数に設定可能なインバータ制御ステップと、前記蓄電池に流入する電流を検出する電流検出ステップと、前記複数の周波数について、前記電流検出ステップで検出された電流値をリプル分、直流分に分離し、各リプル分の直流分に対する割合である脈動率を前記複数の周波数について算出する脈動率演算ステップと、前記複数の周波数毎の脈動率と前記蓄電池の内部抵抗とを関係付けた脈動率−内部抵抗対応データが格納された記憶手段から、前記複数の周波数に対応する前記脈動率−内部抵抗対応データを読み込むステップと、前記脈動率演算ステップおいて算出された前記複数の周波数毎の脈動率の内、前記脈動率の変化が最も大きい周波数の脈動率と、前記脈動率の変化が最も大きい周波数に対応する前記記憶手段から読み込んだ脈動率−内部抵抗対応データとを照合して、前記蓄電池の内部状態を判定する内部状態判定ステップとを有することを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、単相電力貯蔵交直変換装置に用いる蓄電池の内部抵抗を判定する蓄電池評価方法であって、前記単相電力貯蔵交直変換装置のインバータのスイッチング周波数を所定の周波数に設定可能なインバータ制御ステップと、前記蓄電池に流入する電流を検出する電流検出ステップと、前記所定の周波数について、前記電流検出ステップで検出された電流値をリプル分、直流分に分離し、各リプル分の直流分に対する割合である脈動率を前記所定の周波数について算出する脈動率演算ステップと、前記所定の周波数毎の脈動率と前記蓄電池の内部抵抗とを関係付けた脈動率−内部抵抗対応データが格納された記憶手段から、前記所定の周波数に対応する前記脈動率−内部抵抗対応データを読み込むステップと、前記脈動率演算ステップおいて算出された前記所定の周波数の脈動率と、前記所定の周波数に対応する前記記憶手段から読み込んだ脈動率−内部抵抗対応データとを照合して、前記蓄電池の内部状態を判定する内部状態判定ステップとを有し、前記インバータ制御ステップは、前記蓄電池の内部抵抗が大きくなるに連れて、前記スイッチング周波数をより低い所定の周波数に設定することを特徴とする。
The invention according to claim 5 is a storage battery evaluation method for determining the internal resistance of a storage battery used in a single-phase power storage AC / DC converter, wherein the switching frequency of the inverter of the single-phase power storage AC / DC converter is set to a plurality of frequencies. an inverter control step that can be set, and a current detection step of detecting a current flowing into the battery, for the plurality of frequencies, to separate the current value detected by the current detecting step ripple component, the DC component, the ripple pulsation ratio calculating step of the ripple factor calculated with the plurality of frequencies is a ratio of the frequency for the DC component, the plurality of pulse rate and pulse rate associated with the internal resistance of the battery at each frequency - the internal resistance corresponding from the storage means in which data is stored, the ripple factor corresponding to said plurality of frequencies - the step of reading the internal resistance corresponding data, the ripple factor Starring Among steps previously calculated by the pulsation rate of each of the plurality of frequencies, said the change of the pulsation rate of the largest frequency of the pulsation rate, read from said storage means said change in the pulsation rate corresponding to the largest frequency pulsations rate - by checking the internal resistance corresponding data, and having an internal state determining step of determining an internal state of said electrical storage battery.
The invention according to claim 6 is a storage battery evaluation method for determining the internal resistance of a storage battery used in a single-phase power storage AC / DC converter, wherein the switching frequency of the inverter of the single-phase power storage AC / DC converter is set to a predetermined frequency. A settable inverter control step, a current detection step for detecting a current flowing into the storage battery, and a current value detected in the current detection step for the predetermined frequency is separated into a ripple component and a DC component, and each ripple A pulsation rate calculation step for calculating a pulsation rate that is a ratio of a minute to a DC component for the predetermined frequency, and a pulsation rate-internal resistance correspondence data that associates the pulsation rate for each predetermined frequency with the internal resistance of the storage battery Reading the pulsation rate-internal resistance correspondence data corresponding to the predetermined frequency from the storage means storing the pulsation rate, The internal state of the storage battery is determined by comparing the pulsation rate of the predetermined frequency calculated in the step with the pulsation rate-internal resistance correspondence data read from the storage unit corresponding to the predetermined frequency. A state determination step, wherein the inverter control step sets the switching frequency to a lower predetermined frequency as the internal resistance of the storage battery increases.
請求項7に記載の発明は、請求項5又は6に記載の蓄電池評価装置において、前記脈動率演算ステップは、電源周波数の2倍、1kHz、10kHzの脈動率を算出し、前記記憶手段は、電源周波数の2倍、1kHz、10kHzの脈動率について前記脈動率−内部抵抗対応データを格納していることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the storage battery evaluation apparatus according to the fifth or sixth aspect , the pulsation rate calculating step calculates a pulsation rate of twice a power supply frequency, 1 kHz, 10 kHz, and the storage means The pulsation rate-internal resistance correspondence data is stored for a pulsation rate of 2 kHz, 1 kHz, and 10 kHz of the power supply frequency.
請求項8に記載の発明は、請求項5乃至7のいずれかに記載の蓄電池評価装置において、前記インバータ制御ステップは、複数の単相電力貯蔵交直変換装置が直列に接続された多重化電力貯蔵交直変換装置の各単相電力貯蔵交直変換装置の各インバータのスイッチング周波数を選択的に変更するステップを含み、前記電流検出ステップは、前記各単相電力貯蔵交直変換装置の蓄電池に流入する電流を選択的に検出するステップを含むことを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the storage battery evaluation apparatus according to any of the fifth to seventh aspects, the inverter control step is a multiplexed power storage in which a plurality of single-phase power storage AC / DC converters are connected in series. A step of selectively changing a switching frequency of each inverter of each single-phase power storage AC / DC converter of the AC / DC converter, and the current detecting step is configured to calculate a current flowing into a storage battery of each single-phase power storage AC / DC converter. A step of selectively detecting.
本発明は、単相電力貯蔵装置の直流側電流において発生する脈動を、種々の周波数成分の電流リプルについて測定することにより電池の内部状態のより広範囲な変化を精度良く判定することを可能にする効果を奏する。 The present invention makes it possible to accurately determine a wider range of changes in the internal state of a battery by measuring pulsations generated in the DC side current of a single-phase power storage device with respect to current ripples of various frequency components. There is an effect.
電池の内部インピーダンスの変化に対する電流リプルの変化は、高周波数のリプルに対しては微小なインピーダンスでも変化するため微小なインピーダンス変化には適するが、インピーダンスが大きくなると高周波数のリプル分は観測できなくなる。 The change in the current ripple with respect to the change in the internal impedance of the battery is suitable for a small impedance change because it changes even with a small impedance for a high frequency ripple, but when the impedance increases, the high frequency ripple cannot be observed. .
一方、低周波数のリプル分については電池の内部インピーダンスの変化に対し鈍感であるが、インピーダンスが大きく変化した場合でもその変化を観測できる。従って、種々の周波数成分の電流リプルにより内部状態を推定することで、より精度良くより広範囲なインピーダンス変化を測定できる。 On the other hand, the low frequency ripple is insensitive to the change in the internal impedance of the battery, but the change can be observed even when the impedance changes greatly. Therefore, by estimating the internal state with current ripples of various frequency components, it is possible to measure a wider range of impedance changes with higher accuracy.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に、本発明の実施形態に係る蓄電池評価装置の主回路構成を示す。また、図2に、本発明の実施形態に係るインピーダンス検出手段の検出回路構成を示す。蓄電池評価装置は、インバータ制御手段104とインピーダンス計測手段105とからなる。 In FIG. 1, the main circuit structure of the storage battery evaluation apparatus which concerns on embodiment of this invention is shown. FIG. 2 shows a detection circuit configuration of the impedance detection means according to the embodiment of the present invention. The storage battery evaluation apparatus includes inverter control means 104 and impedance measurement means 105.
蓄電池の内部状態を判定は、インバータ制御手段104がPCS102のスイッチング周波数を変化させ、それらスイッチング周波数毎にインピーダンス計測手段105が脈動率を算出して判定を行う。
The internal state of the storage battery is determined by the inverter control means 104 changing the switching frequency of the
全波整流リプル分抽出手段202には、例えば中心周波数が100HzのBPFを用い、スイッチングリプル分抽出手段203には、例えばカットオフ周波数が1kHz、10kHzのHPFを用いる。スイッチング周波数fswの情報は、インバータ制御手段107から取得する。BPFの中心周波数を100Hzとしたのは、交流電源101の電源周波数の2倍とするためであり、この場合は50Hz系を想定しているためである。すなわち、交流電源101を60Hz系のものとすると、BPFの中心周波数は120Hzとする。
For the full-wave rectification ripple extraction means 202, for example, a BPF with a center frequency of 100 Hz is used, and for the switching ripple extraction means 203, for example, an HPF with a cutoff frequency of 1 kHz or 10 kHz is used. Information on the switching frequency f sw is acquired from the inverter control means 107. The reason why the center frequency of the BPF is set to 100 Hz is to make the power frequency of the
インピーダンス計測手段105は、全波整流リプル分抽出手段202、スイッチングリプル分抽出手段203で整流リプル分とスイッチングリプル分とを分離して抽出し、平均値算出手段204で直流分を抽出する。そして各リプル分の直流分に対する割合である脈動率を、整流リプル分、1kHz、10kHzのスイッチングリプル分の各々について算出する。 The impedance measuring means 105 separates and extracts the rectification ripple and the switching ripple by the full-wave rectification ripple extraction means 202 and the switching ripple extraction means 203, and extracts the DC component by the average value calculation means 204. Then, the pulsation rate, which is the ratio of each ripple to the DC component, is calculated for each of the rectification ripple, 1 kHz, and 10 kHz switching ripple.
脈動率と内部抵抗との関係についてスイッチング周波数に応じた関係をデータベースに予め記録しておき、その記録された脈動率−内部抵抗の関係と新たに測定された脈動率とを内部状態判定手段206により比較することにより、内部抵抗及び内部状態(SOC及び経年劣化)を推定する。すなわち、内部状態判定手段206は、スイッチング周波数fswに応じて整流リプル分、1kHzのスイッチングリプル分、10kHzのスイッチングリプル分のいずれか適したものの脈動率を選択し、その脈動率と対応する記録された脈動率−内部抵抗データベースとから内部抵抗及び内部状態(SOC及び経年劣化)を推定する。
Regarding the relationship between the pulsation rate and the internal resistance, a relationship corresponding to the switching frequency is recorded in advance in the database, and the recorded pulsation rate-internal resistance relationship and the newly measured pulsation rate are used as the internal
尚、この蓄電池評価装置は、低電圧電池モジュール多重化PCSの各段に対しても同様に適用可能であることは言うまでもない。 In addition, it cannot be overemphasized that this storage battery evaluation apparatus is applicable similarly to each stage of the low voltage battery module multiplexing PCS.
以下、本発明の動作原理について詳細に説明する。 Hereinafter, the operation principle of the present invention will be described in detail.
単相電力貯蔵用PCSの直流側電流には単相全波整流による電源周波数の2倍の周波数のリプル分及びスイッチングによる高調波リプル分が含まれている。平滑用コンデンサCの両端にはこの電流リプルによる主として電源周波数の2倍の周波数の電圧リプルが発生し、その結果、蓄電池に流入する電流には電源周波数の2倍のリプル分が生ずることとなる。また平滑化用リアクトルを含まない、もしくは平滑化用リアクトルのインピーダンスが小さい場合には、スイッチングによる高周波数の電流成分も含まれる。さらに、スイッチング周波数を変化させた場合には種々の周波数のリプル成分を得ることができる。 The DC-side current of the single-phase power storage PCS includes a ripple of a frequency twice the power supply frequency by single-phase full-wave rectification and a harmonic ripple by switching. At both ends of the smoothing capacitor C, a voltage ripple having a frequency twice as large as the power supply frequency is generated by this current ripple, and as a result, a ripple corresponding to twice the power supply frequency is generated in the current flowing into the storage battery. . Further, when the smoothing reactor is not included or the impedance of the smoothing reactor is small, a high-frequency current component due to switching is also included. Further, when the switching frequency is changed, ripple components having various frequencies can be obtained.
これにより、電池の状態変化による内部抵抗の変化を種々の周波数のリプル分により計測することができ、電池の内部状態を精度良く広範囲に判定することができる。また、既存のPCSでインバータのスイッチング周波数を変化させて測定するだけなので、周波数可変の交流電源を追加する必要がある従来の方法よりも低コストで実現できる。 Thereby, a change in internal resistance due to a change in the state of the battery can be measured by ripples of various frequencies, and the internal state of the battery can be accurately determined over a wide range. In addition, since the measurement is simply performed by changing the switching frequency of the inverter with an existing PCS, it can be realized at a lower cost than the conventional method in which a variable frequency AC power source needs to be added.
本発明では、蓄電池に流れる直流分に対するリプル電流の割合の変化にのみ着目し簡易に電池の寿命劣化度合いを判定する発明において、電源周波数の2倍の周波数のリプル分及びスイッチングによる高調波リプル分の両方を使用するものである。 In the present invention, in the invention in which only the change in the ratio of the ripple current to the DC component flowing in the storage battery is focused and the life deterioration degree of the battery is simply determined, the ripple component having twice the frequency of the power supply frequency and the harmonic ripple component due to switching. Both are used.
図3に、単相電力貯蔵PCSの主回路構成例を示す。PCS102から流入する電流Idcoには単相全波整流による電源周波数の2倍の周波数のリプル分及びスイッチングによる高調波リプル分が含まれている。平滑用コンデンサCの両端にはこの電流リプルによる主として電源周波数の2倍の周波数の電圧リプルが発生し、その結果、蓄電池103に流入する電流には電源周波数の2倍のリプル分が生ずることとなる。また平滑化用リアクトルを含まない、もしくは平滑化用リアクトルのインピーダンスが小さい場合には、蓄電池103に流入する電流にはスイッチングによる高周波数の電流成分も含まれる。
FIG. 3 shows a main circuit configuration example of the single-phase power storage PCS. The current Idco flowing from the
図4に、シミュレーションに用いた回路構成を示す。リアクトルがある場合は高周波数のリプル分は平滑化用コンデンサCと内部抵抗riによるローパスフィルタ効果により除去されて観測されにくいため、図1に示す直流リアクトルを割愛できる低電圧電池多重化PCSについてシミュレーションを行った。2つの蓄電池モジュールを直列接続した多重化PCSのインバータ102a、102bは、スライダック106を介して交流電源101に接続されている。可変抵抗108は、蓄電池の内部抵抗を模擬するために使用するものである。また、交流側、直流側にそれぞれ突防107a〜107cを設置している。
FIG. 4 shows a circuit configuration used for the simulation. In the case where there is a reactor, the high-frequency ripple is removed by the low-pass filter effect by the smoothing capacitor C and the internal resistance r i, so that it is difficult to observe, so the low voltage battery multiplexed PCS that can omit the DC reactor shown in FIG. A simulation was performed.
図5(a)〜(f)に、この回路構成において内部抵抗riを10mΩ及び50mΩで一定とし、スイッチング周波数fswを10kHz、5kHz、2kHzと変化させたときの直流電流Idc2のシミュレーション結果を示す。尚、このシミュレーション結果は、試作機での実験結果と良く一致することを確認している。 FIGS. 5A to 5F show simulation results of the direct current I dc2 when the internal resistance r i is constant at 10 mΩ and 50 mΩ and the switching frequency f sw is changed to 10 kHz, 5 kHz, and 2 kHz in this circuit configuration. Indicates. It is confirmed that the simulation result agrees well with the experimental result of the prototype.
この結果から、fswを下げるとスイッチングリプルが大きくなること、内部抵抗が大きくなるとスイッチングリプルが減衰することが分かる。 From this result, it can be seen that when f sw is lowered, the switching ripple is increased, and when the internal resistance is increased, the switching ripple is attenuated.
図6(a)〜(c)に、この回路構成においてスイッチング周波数fswを2kHzで一定とし、内部抵抗riを100mΩ、500mΩ、1000mΩと変化させたときの直流電流Idcのシミュレーション結果を示す。図5に示す内部抵抗riの変化では、100Hzの脈動分はほとんど変化していないが、内部抵抗riを1000mΩまで大きくした場合、整流により生じる100Hzの脈動分も抵抗の増加に伴い減衰していることが分かる。従って、抵抗が大きいところでは低い周波数、例えば整流によるリプル分である100Hz成分を測定することによって精度良く蓄電池の内部状態を知ることができる。 FIGS. 6A to 6C show simulation results of the direct current I dc when the switching frequency f sw is constant at 2 kHz and the internal resistance r i is changed to 100 mΩ, 500 mΩ, and 1000 mΩ in this circuit configuration. . The change in the internal resistance r i shown in FIG. 5 hardly changes the pulsation at 100 Hz. However, when the internal resistance r i is increased to 1000 mΩ, the pulsation at 100 Hz caused by rectification also attenuates as the resistance increases. I understand that Therefore, when the resistance is large, the internal state of the storage battery can be accurately known by measuring a low frequency, for example, a 100 Hz component that is a ripple due to rectification.
このように、内部抵抗とリプルの周波数とリプル電流の大きさには相関がある。図7に示すように、シミュレーションした直流電流Idcをハイパスフィルタ(HPF)、バンドパスフィルタ(BPF)のフィルタ回路を通して測定回路で測定し、スイッチングリプルの実効値と整流リプルの実効値の変化を測定した。HPFはカットオフ周波数を1000Hzとし、BPFの中心周波数を100Hzとした。 Thus, there is a correlation between the internal resistance, the ripple frequency, and the magnitude of the ripple current. As shown in FIG. 7, the simulated DC current I dc is measured by a measurement circuit through a filter circuit of a high pass filter (HPF) and a band pass filter (BPF), and the change in the effective value of the switching ripple and the effective value of the rectifying ripple is measured. It was measured. The HPF had a cutoff frequency of 1000 Hz, and the BPF center frequency was 100 Hz.
図8に、シミュレーション結果の内部抵抗とリプル分との関係を示す。この関係から、スイッチング周波数を変えてリプル実効値を測定することにより、内部抵抗riの推定が精度良く広範囲に可能になる。すなわち、内部抵抗riの小さいところでは高いスイッチング周波数におけるリプル実効値を測定することにより、リプル実効値から内部抵抗riがユニークに決まり、内部抵抗riの大きいところでは低いスイッチング周波数におけるリプル実効値を測定することにより、リプル実効値から内部抵抗riがユニークに決まる。 FIG. 8 shows the relationship between the internal resistance and the ripple amount in the simulation result. From this relationship, the internal resistance r i can be accurately estimated over a wide range by measuring the ripple effective value by changing the switching frequency. That is, by measuring the ripple RMS at high switching frequency at low internal resistance r i, determines uniquely the internal resistance r i from the ripple RMS ripple effective at low switching frequency at higher internal resistance r i By measuring the value, the internal resistance r i is uniquely determined from the ripple effective value.
図9に、内部抵抗riの大きさ毎のリプル実効値を測定するのに適した周波数を示す。ri>200mΩでは整流リプル、200mΩ≧ri≧8mΩでは1kHzのスイッチング周波数fsw、30mΩ>riでは10kHzのスイッチング周波数fswでそれぞれ測定するのが適当といえる。 FIG. 9 shows frequencies suitable for measuring the ripple effective value for each magnitude of the internal resistance r i . r i> 200 milliohms At rectification ripple, 200mΩ ≧ r i ≧ 8mΩ the 1kHz switching frequency f sw, 30 m [Omega]> is to measure respectively the switching frequency f sw of 10kHz at r i said appropriate.
このように、スイッチング周波数を変えてリプル実効値を測定することにより、蓄電池の内部状態の変化に応じて内部抵抗を精度良く広範囲に推定することができる。従って、例えば経年劣化が始まる前の内部抵抗が小さいときにはスイッチング周波数を高くしてリプル実効値の変化を観測することで、経年変化を早期に発見することができる。また、経年的に内部抵抗が上昇してきたときにはスイッチング周波数を下げてリプル実効値を観測することによりその変化を精度良く推定することができる。 Thus, by measuring the ripple effective value by changing the switching frequency, the internal resistance can be accurately estimated over a wide range according to the change in the internal state of the storage battery. Therefore, for example, when the internal resistance before aging deterioration is small, the aging change can be detected early by increasing the switching frequency and observing the change in the ripple effective value. In addition, when the internal resistance increases over time, the change can be accurately estimated by lowering the switching frequency and observing the ripple effective value.
101 交流電源
102 PCS
102a、102b インバータ
103 蓄電池
104 インバータ制御手段
105 インピーダンス計測手段
106 スライダック
107a〜107b 突防
108 可変抵抗
109 蓄電池評価装置
101
102a,
Claims (8)
前記単相電力貯蔵交直変換装置のインバータのスイッチング周波数を複数の周波数に設定可能なインバータ制御手段と、
前記蓄電池に流入する電流を検出する電流検出手段と、
前記複数の周波数について、前記電流検出手段で検出された電流値をリプル分、直流分に分離し、各リプル分の直流分に対する割合である脈動率を前記複数の周波数について算出する脈動率演算手段と、
前記複数の周波数毎の脈動率と前記蓄電池の内部抵抗とを関係付けた脈動率−内部抵抗対応データが格納された記憶手段と、
前記脈動率演算手段によって算出された前記複数の周波数毎の脈動率の内、前記脈動率の変化が最も大きい周波数の脈動率と、前記脈動率の変化が最も大きい周波数に対応する前記記憶手段から読み込んだ前記脈動率−内部抵抗対応データとを照合して、前記蓄電池の内部状態を判定する内部状態判定手段と
を備えたことを特徴とする蓄電池評価装置。 A storage battery evaluation device for determining the internal resistance of a storage battery used in a single-phase power storage AC / DC converter,
Inverter control means capable of setting the switching frequency of the inverter of the single-phase power storage AC / DC converter to a plurality of frequencies;
Current detecting means for detecting current flowing into the storage battery;
For the plurality of frequencies, the ripple component of the current value detected by said current detecting means, to separate the DC component, the pulsation ratio calculating means for calculating a ripple factor is a ratio for the DC component of the ripple component for the plurality of frequencies When,
Storage means storing pulsation rate-internal resistance correspondence data in which the pulsation rate for each of the plurality of frequencies and the internal resistance of the storage battery are related;
Among the pulsation rates for each of the plurality of frequencies calculated by the pulsation rate calculating means, the pulsation rate of the frequency with the largest change in the pulsation rate and the storage means corresponding to the frequency with the largest change in the pulsation rate read before Symbol ripple factor - by matching the internal resistance corresponding data, battery evaluation apparatus characterized by comprising an internal state determining means for determining an internal state of said electrical storage battery.
前記単相電力貯蔵交直変換装置のインバータのスイッチング周波数を所定の周波数に設定可能なインバータ制御手段と、 Inverter control means capable of setting the switching frequency of the inverter of the single-phase power storage AC / DC converter to a predetermined frequency;
前記蓄電池に流入する電流を検出する電流検出手段と、 Current detecting means for detecting current flowing into the storage battery;
前記所定の周波数について、前記電流検出手段で検出された電流値をリプル分、直流分に分離し、各リプル分の直流分に対する割合である脈動率を前記所定の周波数について算出する脈動率演算手段と、 With respect to the predetermined frequency, the current value detected by the current detection means is separated into a ripple component and a direct current component, and a pulsation rate calculating unit that calculates a pulsation rate that is a ratio of each ripple to the direct current component with respect to the predetermined frequency. When,
前記所定の周波数毎の脈動率と前記蓄電池の内部抵抗とを関係付けた脈動率−内部抵抗対応データが格納された記憶手段と、 Storage means for storing pulsation rate-internal resistance correspondence data in which the pulsation rate for each predetermined frequency and the internal resistance of the storage battery are related;
前記脈動率演算手段によって算出された前記所定の周波数の脈動率と、前記所定の周波数に対応する前記記憶手段から読み込んだ前記脈動率−内部抵抗対応データとを照合して、前記蓄電池の内部状態を判定する内部状態判定手段と By comparing the pulsation rate of the predetermined frequency calculated by the pulsation rate calculating means with the pulsation rate-internal resistance correspondence data read from the storage means corresponding to the predetermined frequency, the internal state of the storage battery Internal state determination means for determining
を備え、前記インバータ制御手段は、前記蓄電池の内部抵抗が大きくなるに連れて、前記スイッチング周波数をより低い所定の周波数に設定することを特徴とする蓄電池評価装置。And the inverter control means sets the switching frequency to a lower predetermined frequency as the internal resistance of the storage battery increases.
前記記憶手段は、電源周波数の2倍、1kHz、10kHzの脈動率について前記脈動率−内部抵抗対応データを格納していることを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄電池評価装置。 3. The storage battery evaluation apparatus according to claim 1, wherein the storage unit stores the pulsation rate-internal resistance correspondence data for a pulsation rate of twice a power supply frequency, 1 kHz, and 10 kHz.
前記電流検出手段は、前記各単相電力貯蔵交直変換装置の蓄電池に流入する電流を選択的に検出する手段を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の蓄電池評価装置。 The storage battery evaluation apparatus according to claim 1, wherein the current detection unit includes a unit that selectively detects a current flowing into the storage battery of each single-phase power storage AC / DC converter.
前記単相電力貯蔵交直変換装置のインバータのスイッチング周波数を複数の周波数に設定可能なインバータ制御ステップと、 An inverter control step capable of setting the switching frequency of the inverter of the single-phase power storage AC / DC converter to a plurality of frequencies;
前記蓄電池に流入する電流を検出する電流検出ステップと、 A current detection step for detecting a current flowing into the storage battery;
前記複数の周波数について、前記電流検出ステップで検出された電流値をリプル分、直流分に分離し、各リプル分の直流分に対する割合である脈動率を前記複数の周波数について算出する脈動率演算ステップと、 For the plurality of frequencies, the current value detected in the current detection step is separated into ripples and DC components, and a pulsation rate calculation step for calculating a pulsation rate that is a ratio of each ripple to the DC component for the plurality of frequencies. When,
前記複数の周波数毎の脈動率と前記蓄電池の内部抵抗とを関係付けた脈動率−内部抵抗対応データが格納された記憶手段から、前記複数の周波数に対応する前記脈動率−内部抵抗対応データを読み込むステップと、 The pulsation rate-internal resistance correspondence data corresponding to the plurality of frequencies is stored from storage means storing pulsation rate-internal resistance correspondence data in which the pulsation rate for each of the plurality of frequencies is associated with the internal resistance of the storage battery. A step to read,
前記脈動率演算ステップおいて算出された前記複数の周波数毎の脈動率の内、前記脈動率の変化が最も大きい周波数の脈動率と、前記脈動率の変化が最も大きい周波数に対応する前記記憶手段から読み込んだ脈動率−内部抵抗対応データとを照合して、前記蓄電池の内部状態を判定する内部状態判定ステップと Of the pulsation rates for each of the plurality of frequencies calculated in the pulsation rate calculating step, the storage means corresponding to the pulsation rate having the largest change in the pulsation rate and the frequency having the largest change in the pulsation rate An internal state determination step of determining the internal state of the storage battery by comparing the pulsation rate-internal resistance correspondence data read from
を有することを特徴とする蓄電池評価方法。The storage battery evaluation method characterized by having.
前記単相電力貯蔵交直変換装置のインバータのスイッチング周波数を所定の周波数に設定可能なインバータ制御ステップと、 An inverter control step capable of setting a switching frequency of the inverter of the single-phase power storage AC / DC converter to a predetermined frequency;
前記蓄電池に流入する電流を検出する電流検出ステップと、 A current detection step for detecting a current flowing into the storage battery;
前記所定の周波数について、前記電流検出ステップで検出された電流値をリプル分、直流分に分離し、各リプル分の直流分に対する割合である脈動率を前記所定の周波数について算出する脈動率演算ステップと、 For the predetermined frequency, the current value detected in the current detection step is separated into ripples and direct current components, and a pulsation rate calculation step for calculating a pulsation rate that is a ratio of each ripple to the direct current component for the predetermined frequency When,
前記所定の周波数毎の脈動率と前記蓄電池の内部抵抗とを関係付けた脈動率−内部抵抗対応データが格納された記憶手段から、前記所定の周波数に対応する前記脈動率−内部抵抗対応データを読み込むステップと、 The pulsation rate-internal resistance correspondence data corresponding to the predetermined frequency is stored from storage means storing pulsation rate-internal resistance correspondence data in which the pulsation rate for each predetermined frequency is associated with the internal resistance of the storage battery. A step to read,
前記脈動率演算ステップおいて算出された前記所定の周波数の脈動率と、前記所定の周波数に対応する前記記憶手段から読み込んだ脈動率−内部抵抗対応データとを照合して、前記蓄電池の内部状態を判定する内部状態判定ステップと By comparing the pulsation rate of the predetermined frequency calculated in the pulsation rate calculating step with the pulsation rate-internal resistance correspondence data read from the storage means corresponding to the predetermined frequency, the internal state of the storage battery An internal state determination step for determining
を有し、前記インバータ制御ステップは、前記蓄電池の内部抵抗が大きくなるに連れて、前記スイッチング周波数をより低い所定の周波数に設定することを特徴とする蓄電池評価方法。And the inverter control step sets the switching frequency to a lower predetermined frequency as the internal resistance of the storage battery increases.
前記記憶手段は、電源周波数の2倍、1kHz、10kHzの脈動率について前記脈動率−内部抵抗対応データを格納していることを特徴とする請求項5又は6に記載の蓄電池評価方法。 The storage battery evaluation method according to claim 5 or 6, wherein the storage means stores the pulsation rate-internal resistance correspondence data for a pulsation rate of 2 kHz, 1 kHz, and 10 kHz.
前記電流検出ステップは、前記各単相電力貯蔵交直変換装置の蓄電池に流入する電流を選択的に検出するステップを含むことを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載の蓄電池評価方法。 The storage battery evaluation method according to any one of claims 5 to 7, wherein the current detection step includes a step of selectively detecting a current flowing into the storage battery of each of the single-phase power storage AC / DC converters.
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