JP7575911B2

JP7575911B2 - Energy Storage System

Info

Publication number: JP7575911B2
Application number: JP2020175045A
Authority: JP
Inventors: 渉手塚; 秀人中村; 純夫可知
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Battery Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Battery Co Ltd
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2024-10-30
Anticipated expiration: 2040-10-16
Also published as: JP2024163264A; JP2022066110A

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。 The present invention relates to a power storage system that has the function of detecting the deterioration state of strings that make up a multi-parallel storage battery array.

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。 Conventionally, in this type of energy storage system, the deterioration state of the strings has been detected by a charge/discharge monitoring control system disclosed in, for example, Patent Document 1.

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） In this charge/discharge monitoring and control system, the discharge current I _d ^N is measured for each string connected in parallel, and it is determined whether the difference (I _AVE -I _d ^N ) between the average discharge current I _AVE of all strings calculated from the measured discharge current I _d ^N and the discharge current I _d ^N of a specific string is greater than a preset current difference dI _d and whether the following formula (1) is satisfied.
(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） Furthermore, it is determined whether the difference (I _AVE −I _d ^N ) is greater than the standard deviation σ ₁ calculated from the measured discharge current multiplied by coefficient A ₁ , and the following formula (2) is satisfied.
(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。 A string for which formulas (1) and (2) are satisfied is diagnosed as including a deteriorated lead-acid battery. The difference (W _AVE -W _d ^N ) between the average discharged amount of electricity W _AVE of all strings and the discharged amount of electricity W _d ^N of a specific string is also compared in the same manner with a preset difference in amount of electricity dW _d and a value obtained by multiplying the standard deviation σ _W calculated from the measured discharged amount of electricity by a coefficient A _W , thereby diagnosing whether the string includes a deteriorated lead-acid battery.

特許第５７８３１１６号公報Patent No. 5783116

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。 In the charge/discharge monitoring and control system provided in the conventional power storage system, when the SOH (State of Health) of a deteriorated lead-acid battery, which is the ratio of the full charge capacity at the time of deterioration to the initial full charge capacity, is extremely low, such as about 40% or 30%, the difference (I _AVE -I _d ^N ) between the average discharge current I _AVE and the discharge current I _d ^N of a specific string is easy to recognize, and deterioration of the string can be diagnosed using each of the above formulas. However, when the SOH of a deteriorated lead-acid battery is relatively high, such as about 80% or 70%, the difference (I _AVE -I _d ^N ) between the average discharge current I _AVE and the discharge current I _d ^N of a specific string becomes small, and it may become difficult to diagnose deterioration of the string using each of the above formulas.

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。 Even if the charge/discharge monitoring and control system of the conventional energy storage system can detect a lead-acid battery with a degraded SOH of around 40% or 30%, the energy storage system must be shut down to avoid thermal runaway caused by the degraded lead-acid battery. The battery monitoring device in the energy storage system is expected to detect a lead-acid battery with a degraded SOH of around 70% to 90% at an early stage and prompt the energy storage system manager to take measures to suppress the deterioration of the string containing the degraded lead-acid battery (hereinafter referred to as the degraded string), such as changing the system operating conditions by reducing the input/output power to the multi-parallel energy storage array or replacing the degraded lead-acid battery at an early stage.

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。 In addition, in order to calculate formula (1) in a conventional power storage system equipped with the above-mentioned charge/discharge monitoring and control system, it is necessary to obtain the value of the current difference dI _d by testing before the introduction of the power storage system and set the value of the current difference dI _d in advance in the charge/discharge monitoring and control system. When the lead-acid batteries constituting the string are of the same battery type, the value of the current difference dI d can be reused even when the string is replaced, but when the battery type is different from the lead-acid battery for which the value of the current difference dI _d is set, it becomes necessary to obtain the value of the current difference _{dI d} _by testing each time. For this reason, in the conventional power storage system equipped with the above-mentioned charge/discharge monitoring and control system, it is not easy to judge the deterioration of a string composed of lead-acid batteries of various battery types.

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を測定する測定部と、測定部で測定された放電電流の電流変化率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電流変化率の中で特異な電流変化率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、算出部が、各ストリングの放電開始時から所定時間経過後に電流変化率を算出し、判定部が、算出部で算出される電流変化率を基に特異な電流変化率を検出することを特徴とする。 The present invention has been made to solve such problems,
A power storage system including a multi-parallel battery array in which a plurality of strings, each of which is a series connection of a plurality of batteries, are connected in parallel, and a battery monitoring device that detects the state of each string,
The battery monitoring device comprises a measurement unit that measures the discharge current discharged from each string, a calculation unit that calculates the current change rate of the discharge current measured by the measurement unit for each string, and a judgment unit that judges that a string exhibiting an anomalous current change rate among the multiple current change rates for each string calculated by the calculation unit includes a degraded battery, wherein the calculation unit calculates the current change rate after a predetermined time has elapsed since the start of discharging of each string, and the judgment unit detects the anomalous current change rate based on the current change rate calculated by the calculation unit .

本構成によれば、測定部で測定された放電電流の電流変化率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電流変化率の中で特異な電流変化率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。 According to this configuration, the calculation unit calculates the current change rate of the discharge current measured by the measurement unit for each string, and the determination unit determines a string that exhibits a unique current change rate among the multiple current change rates for each string calculated by the calculation unit as a string that includes a degraded storage battery. Therefore, a string that includes a degraded storage battery is detected without calculating the difference between the average discharge current I _AVE of all strings and the discharge current I _d ^N of a specific string, as in the conventional method. Therefore, even if the SOH of a degraded storage battery is relatively high and the difference between the average discharge current I _AVE of all strings and the discharge current I _d ^N of a specific string is small, it is possible to reliably diagnose the degradation of the string.

また、各ストリングについての放電電流の複数の電流変化率の中で特異な電流変化率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。 In addition, by determining a string that exhibits an unusual current change rate among multiple current change rates of the discharge current for each string, it is possible to detect a degraded string early on before the SOH drops significantly, and therefore it is possible to prompt the power storage system manager to take measures to suppress the progression of degradation of the strings early on, such as changing the system operation conditions, such as restricting the input/output power to the multi-parallel storage battery array, or early replacement of degraded storage batteries.

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、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の電流変化率がばらつくことが、本発明者らによって確認されている。本構成によれば、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の電流変化率を基に、特異な電流変化率が検出される。このため、各ストリング間における放電電流の特異な電流変化率は正確に検出される。 Furthermore, since it is not necessary to determine the value of the current difference dI _d through testing before introducing the energy storage system and to set the value of the current difference dI _d in the system in advance, as was done in the conventional method, it becomes possible to easily determine the deterioration of strings composed of lead-acid batteries of various battery types.
The inventors have also confirmed that the current change rate of the discharge current varies between each string for a certain time from the start of discharge of each string, regardless of the deterioration of the storage battery. According to this configuration, the anomalous current change rate is detected based on the current change rate of the discharge current calculated after the lapse of a certain time from the start of discharge of each string. Therefore, the anomalous current change rate of the discharge current between each string is accurately detected.

また、本発明は、判定部が、放電電流が減少する電流変化率を特異な電流変化率として判定することを特徴とする。 In addition, the present invention is characterized in that the determining unit determines a current change rate at which the discharge current decreases as the anomalous current change rate .

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が減少する電流変化率が検出された場合に、各ストリングについての放電電流の複数の電流変化率の中で特異な電流変化率が検出されたと、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。 According to this configuration, when a current change rate that reduces the discharge current of any one of the strings differently from the other strings is detected, the determination unit determines that a unique current change rate has been detected among the multiple current change rates of the discharge current of each string, and the string is determined to be a deteriorated string.

また、本発明は、算出部が、放電電流の電流変化率を表す特性線の傾きを算出し、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電流変化率を検出することを特徴とする。 The present invention is also characterized in that the calculation unit calculates the slope of a characteristic line representing the current change rate of the discharge current , and the judgment unit detects an anomalous current change rate based on the slope of the characteristic line calculated by the calculation unit.

本構成によれば、放電電流の電流変化率を表す特性線の傾きが、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。 According to this configuration, the calculation unit calculates the slope of the characteristic line representing the current change rate of the discharge current . Then, based on the calculated slope of the characteristic line, the determination unit determines that a string exhibiting a unique slope among the slopes of the characteristic lines for each string is a deteriorated string.

また、本発明は、算出部が、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１秒以上１分未満の期間中の電流変化率を算出し、判定部が、算出部で算出される電流変化率を基に特異な電流変化率を検出することを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that the calculation unit calculates the current change rate during a pre-specified period of one second or more and less than one minute after a predetermined time has elapsed since the start of discharge of each string, and the determination unit detects an anomalous current change rate based on the current change rate calculated by the calculation unit .

測定部による放電電流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は、各ストリングの放電電流の電流変化率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、すなわち１秒以上１分未満の期間中の放電電流の電流変化率を基に、特異な電流変化率が検出されるので、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。 When the measurement of the discharge current by the measurement unit is performed on the order of milliseconds, the discharge current measured in a period specified on the order of milliseconds varies greatly due to the influence of current measurement accuracy and noise. For this reason, the discharge current measured in a period specified on the order of milliseconds is not suitable for calculating the current change rate of the discharge current of each string. On the other hand, the discharge current measured in a period specified on the order of minutes is accurate, but the deterioration diagnosis by the determination unit is performed on the order of minutes. For this reason, if the discharge current is measured in a period specified on the order of minutes, there is a possibility that the deterioration diagnosis will be delayed. However, according to this configuration, a peculiar current change rate is detected based on the current change rate of the discharge current during a period specified in advance on the order of seconds , that is, during a period of one second or more and less than one minute. Therefore , based on the discharge current measured more accurately than when measured on the order of milliseconds, there is no concern of a delay in the deterioration diagnosis as in the case of measurement on the order of minutes, and the deterioration judgment of each string is performed accurately and quickly by the determination unit.

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。 The present invention makes it possible to reliably diagnose string degradation even when the SOH of a degraded string is relatively high, and also to prompt the energy storage system manager to take measures early on to suppress the progression of string degradation. Furthermore, it is possible to provide an energy storage system equipped with a storage battery monitoring device that can easily determine the degradation of strings composed of storage batteries of various battery types.

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。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power storage system according to an embodiment of the present invention; 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。10 is a graph showing discharge time characteristics of a discharge current for each string obtained in a first current behavior verification experiment performed on the power storage system shown in FIG. 1 . 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。13 is a graph showing discharge time characteristics of a discharge current for each string obtained in a second current behavior verification experiment performed on the power storage system shown in FIG. 1 . 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。13 is a graph showing discharge voltage characteristics over time for a standard storage battery and a deteriorated storage battery in a second current behavior verification experiment. 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。13 is a graph showing discharge time characteristics of a discharge current for each string obtained in a third current behavior verification experiment performed on the power storage system shown in FIG. 1 . 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。13 is a graph showing discharge voltage characteristics over time for a standard storage battery and a deteriorated storage battery in a third current behavior verification experiment. 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。4 is a flowchart showing an overview of a deteriorated string identification process performed by a battery monitoring device constituting the power storage system shown in FIG. 1 . 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。FIG. 2 is a table showing the measurement results of the time until a low voltage alarm is issued when two different deteriorated string detection methods are used in combination as the deteriorated string detection algorithm of the battery monitoring device constituting the energy storage system shown in FIG.

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。 Next, we will explain how to implement an energy storage system according to one embodiment of the present invention.

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。 Figure 1 is a block diagram showing the general configuration of an energy storage system (ESS) 1 according to one embodiment of the present invention.

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。 Normally, AC power from the power supply unit 2 is converted to DC power and supplied to the multi-parallel storage array 4 for charging, and the DC power stored in the multi-parallel storage array 4 is discharged or converted to AC power by the AC/DC converter 6 and supplied to the load 3. The multi-parallel storage array 4 is configured with multiple strings St connected in parallel. Each string St is configured with multiple lead-acid batteries 4a for cycle use connected in series. In this embodiment, the multi-parallel storage array 4 is configured with 10 strings St1 to St10 connected in parallel, and each string St1 to St10 is configured with multiple lead-acid batteries 4a connected in series.

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。 The energy storage system 1 is configured with such a multi-parallel energy storage array 4, a battery monitoring device 5, a power conditioning system (PCS) 6, and a circuit protection breaker 7. The battery monitoring device 5 is configured with a BMU (Battery Monitoring Unit) 5a, a cell sensor 5b provided for each lead-acid battery 4a, and a unit sensor 5c provided for each string St1 to St10, and detects the state of each string St1 to St10. Each cell sensor 5b measures the terminal voltage and temperature of the lead-acid battery 4a to which it is attached. Each unit sensor 5c measures the terminal voltage of each string St1 to St10 to which it is attached and the current flowing through each string St1 to St10. These unit sensors 5c constitute a measurement unit that measures the value of the discharge current discharged from each string St1 to St10.

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。 The BMU 5a constituting the battery monitoring device 5 is configured with a microprocessor (MPU) and memory, and monitors and manages each of the strings St1 to St10 connected in parallel and the lead-acid batteries 4a constituting each of the strings St1 to St10. By operating according to the procedure of a computer program stored in the memory, the MPU functions as a calculation unit that calculates the time change of the discharge current value measured by the measurement unit, a judgment unit that judges the degraded string St from the calculation result of the calculation unit, and a warning unit that outputs a degraded string detection signal when the judgment unit judges the degraded string St. In this embodiment, the MPU also functions as an SOH calculation unit that calculates the SOH before the discharge of the degraded string starts based on the discharged amount of electricity of the detected degraded string St. Note that the calculation unit, judgment unit, warning unit, and SOH calculation unit are not limited to the operation of the MPU according to the procedure of a computer program, and can be realized similarly by a hardware configuration of an electronic circuit.

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。 In the calculation unit, the time change of the discharge current value measured by the measurement unit is calculated as the current change rate of the discharge current for each string St1 to St10. In the determination unit, among the multiple time changes of the discharge current for each string St1 to St10 calculated by the calculation unit, the one exhibiting a peculiar time change is determined to be a string St including a degraded lead-acid battery 4a, that is, a degraded string St. The lead-acid batteries 4a constituting each string St1 to St10 are configured to have the same voltage as a battery pack, but the terminal voltages of each string St1 to St10 are slightly different due to the inherent small voltage difference and battery state difference between each lead-acid battery 4a. This small voltage difference and battery state difference affect the current behavior of the discharge current. In particular, when a degraded lead-acid battery 4a is included in the string St, it has a significant effect on the current behavior of the discharge current as described below. In the warning unit, when any string St is determined to be a degraded string St by the determination unit, a degraded string detection signal is output to the AC/DC converter 6.

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。 The AC/DC converter 6 normally converts AC power from the power supply unit 2 into DC power and supplies it to the multi-parallel storage array 4 for charging, and discharges the DC power stored in the multi-parallel storage array 4, or converts it into AC power by the AC/DC converter 6 and supplies it to the load 3. At this time, the multi-parallel storage array 4 performs a discharging operation, but when the AC/DC converter 6 inputs an alarm of a degraded string detection signal from the BMU 5a, it stops discharging the power stored in the multi-parallel storage array 4 to the load 3. This discharge stop operation of the AC/DC converter 6 prevents the degraded string St that constitutes the multi-parallel storage array 4 from continuing to discharge, thereby preventing further deterioration of the degraded string St.

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。 In this embodiment, the determination of a degraded string St in the determination unit is performed by determining as a degraded string St a string St that exhibits a unique time change in which the discharge current value decreases, unlike most of the other strings St, among the multiple time changes in the discharge current value for each of the strings St1 to St10.

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。 This detection algorithm for the degraded string St was derived from the following current behavior verification experiment conducted on a multi-parallel storage array 4.

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） The graph shown in FIG. 2 shows the results of a first current behavior verification experiment conducted on a multi-parallel storage array 4 consisting of 10 parallel strings St1 to St10, each of which has an SOH value of 100%. This verification experiment was conducted by discharging each of the strings St1 to St10 under discharge conditions of a discharge current of 0.11 C ₁₀ A and a discharge time of 6 hours. The graph shows the discharge time characteristics of the discharge current obtained for each of the strings St1 to St10 at this time, with the horizontal axis of the graph representing the discharge time [h] and the vertical axis representing the discharge current [C ₁₀ A]. The unit of the discharge current [C ₁₀ A] is the ratio to the 10-hour capacity of each of the strings St1 to St10. The SOH is an index representing the health state of a battery, and is expressed by the following formula (3).
SOH =
(Dischargeable capacity of string St/Rated capacity of string St)×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。 The higher the SOH value, the less degradation of the string St, and the lower the SOH value, the more degradation of the string St. In lead-acid batteries, a state of SOH=70%, where only 70% of the rated capacity can be discharged, is generally considered to be a degraded state.

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。 From the graph shown in Figure 2, it can be seen that there is variation in the magnitude of the discharge current at the beginning of the discharge, but that around the third hour after the start of the discharge, the variation in the discharge current disappears and the discharge current converges. In other words, it can be seen that around the third hour after the start of the discharge, the change in the discharge current over time becomes almost the same for each of the strings St1 to St10.

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。 The graph shown in Fig. 3 shows the results of a second current behavior verification experiment conducted on a 10-parallel multi-parallel battery storage array 4 in which a storage battery with a degraded SOH value of 50% was mixed into string St4, and the other strings St1-3 and St5-10 were each composed of storage batteries with an SOH value of 100%. This verification experiment was also conducted under the same discharge conditions as the first verification experiment, that is, a discharge current of 0.11 [C ₁₀ A] and a discharge time of 6 hours. The horizontal and vertical axes of the graph shown in Fig. 3 represent the same as those of the graph shown in Fig. 2.

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。 From the graph shown in Figure 3, it can be seen that the behavior of the discharge current for each string St1 to St10 at the beginning of the discharge varies similarly to the graph shown in Figure 2, and that the variation disappears and the discharge current converges around the third hour. However, from around the 4.2 hour mark onwards, it can be seen that the discharge current for each of strings St1 to 3 and St5 to 10, except for string St4, tends to increase, while the discharge current for string St4 tends to decrease sharply.

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。 Figure 4 is a graph showing the discharge characteristics for a monoblock type lead-acid battery consisting of six cells, and is a graph showing the discharge voltage discharge time characteristics for a standard storage battery (SOH = 100%) and a degraded storage battery (SOH = 50%) constituting string St4 in the second current behavior verification experiment. The horizontal axis of the graph represents the discharge time [h], and the vertical axis represents the terminal voltage [V] of each storage battery. From the graph, it is confirmed that the standard storage battery with an SOH value of 100 [%] shows a tendency for its terminal voltage to gradually decrease. On the other hand, it is confirmed that the degraded storage battery with an SOH value of 50 [%] shows 11.2 [V], which is close to the terminal voltage of 10.8 [V] when the SOH value is 0 [%], around 4.2 hours when the discharge current suddenly decreases. From this, it has been confirmed that when the state of charge of a degraded storage battery becomes a small SOC value close to 0%, a sudden change in discharge current is observed. For example, when the terminal voltage of any storage battery constituting string St4 becomes 11.2 V, a degraded string detection signal is output by the alarm unit constituting BMU 5a to AC/DC converter 6 to prevent over-discharging of that storage battery, and a low voltage alarm is issued.

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。 The graph shown in Fig. 5 shows the results of a third current behavior verification experiment conducted on a multi-parallel storage array 4 in which a storage battery with a degraded SOH value of 30% was mixed into string St4, and the other strings St1-3 and St5-10 were each composed of storage batteries with an SOH value of 100%. This verification experiment was also conducted under the same discharge conditions as the first verification experiment, that is, a discharge current of 0.11 [C ₁₀ A] and a discharge time of 6 hours. The horizontal and vertical axes of the graph shown in Fig. 5 represent the same as those of the graph shown in Fig. 2.

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。 From the graph shown in Figure 5, the behavior of the discharge current for string St4 from the beginning of discharge differs from that of the other strings St1 to 3 and St5 to 10, and remains at a small discharge current value. It is also confirmed that from around the 3.2 hour mark onwards, the discharge current for string St4 shows a tendency to rapidly decrease. It is confirmed that the behavior of the discharge current for the other strings St1 to 3 and St5 to 10 varies in the beginning of discharge, similar to the graphs shown in Figures 2 and 3, but the variation disappears around the 3rd hour and the discharge current converges.

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。 Figure 6 is a graph showing the discharge characteristics for a monoblock type lead-acid battery consisting of six cells, and is a graph showing the discharge voltage discharge time characteristics for a standard storage battery (SOH = 100%) and a degraded storage battery (SOH = 30%) constituting string St4 in the third current behavior verification experiment. In this graph, like the graph shown in Figure 4, the horizontal axis represents the discharge time [h] and the vertical axis represents the terminal voltage [V] of each storage battery. From this graph, it is confirmed that the standard storage battery with an SOH value of 100 [%] shows a tendency for its terminal voltage to gradually decrease, like the graph shown in Figure 4. On the other hand, the degraded storage battery with an SOH value of 30 [%] shows 11.2 [V], which is close to the terminal voltage of 10.8 [V] when the SOC value is 0 [%], around 3.2 hours when the discharge current suddenly decreases, and it is confirmed that the terminal voltage drops rapidly from 3.2 hours onwards. This also confirms that when the charge state of a depleted storage battery becomes a small SOC value close to SOC = 0% a sudden change in discharge current is observed.

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。 In the energy storage system 1 according to this embodiment, from the results of the first, second and third current behavior verification experiments described above, as described above, among the multiple time changes in the discharge current value for each of the strings St1 to St10 constituting the storage battery array 4, a string St that exhibits a unique time change in which the discharge current value decreases, unlike most of the other strings St, such as string St4, is determined to be a degraded string St that includes a degraded lead-acid battery 4a. If even one degraded lead-acid battery 4a is included among the lead-acid batteries 4a constituting the degraded string St, the time change in the discharge current value of that degraded string St exhibits a unique time change in which the discharge current value decreases, unlike other healthy strings St. Furthermore, even if multiple strings St include a degraded lead-acid battery 4a, the behavior of the discharge current of each of these strings St will be similar.

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。 The determination unit in the BMU5a detects peculiar time changes based on the time changes calculated by the calculation unit after a predetermined time has elapsed since the start of discharge in each of the strings St1 to St10, when the discharge current converges, for example, after two hours have elapsed. The determination unit also detects peculiar time changes based on the time changes in the discharge current value during a pre-specified period of the order of seconds after the predetermined time has elapsed since the start of discharge in each of the strings St1 to St10. In this embodiment, this peculiar time change is detected by the determination unit based on the positive or negative of the slope of the characteristic line calculated by the calculation unit, which calculates the slope of the discharge current characteristic line as the time change in the discharge current value, for example, as shown in each of the graphs above, which represents the change in the discharge current value with respect to the discharge time.

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。 Specifically, in this embodiment, the calculation unit measures the slope of the discharge current characteristic line of each string St1 to St10, with the basic measurement period of the slope of the characteristic line being 10 [sec] and the sampling time being 100 [msec]. Therefore, in one basic measurement, the slope of 10 [sec]/100 [msec] = 100 data is calculated, and the average value of these is taken as the slope of the characteristic line in that basic measurement period. As shown in each graph above, the time change characteristic of the discharge current value is measured with jagged variations due to the current measurement accuracy. In addition, the discharge current may be measured with noise superimposed on it.

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。 For this reason, in this embodiment, in order to eliminate the slope of the characteristic line that is not due to the deterioration of these strings St, the calculation unit measures the slope of the discharge current characteristic line of each string St1 to St10 for a period on the order of seconds, totaling 30 seconds, by repeating a basic measurement of 10 seconds three times. Then, an approximation line of the slope of the characteristic line is obtained from the slopes of the four points calculated at 0th, 10th, 20th, and 30th seconds. Note that the slope calculated at 0th second is zero because there is no measurement data. The determination unit compares the approximation lines of the slope of the discharge current characteristic line obtained for each string St1 to St10 between the strings St1 to St10, and determines the string St whose discharge current value exhibits an unusual change over time as a deteriorated string St. That is, based on the positive or negative slope of the calculated characteristic line, the string St that exhibits a unique slope among the slopes of the characteristic lines for each string St1 to St10, which in this embodiment is a positive slope, is determined by the determination unit to be a string that includes a deteriorated lead-acid battery 4a.

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。 The SOH calculation unit calculates the discharge quantity of electricity Q (=I x T) of the degraded string St from the time T from the start of discharge of each string St1 to St10 until the terminal voltage of the degraded storage battery reaches 10.8 (=1.8 [V]/cell x 6 cells) [V], i.e., the time T until a decrease in the discharge current is detected relative to the discharge time, and the integrated value I of the discharge current value measured by the measurement unit during the time T for the degraded string St. Then, the SOH before discharge of the degraded string St is calculated using the above-mentioned formula (3) with the calculated discharge quantity of electricity Q as the capacity that the degraded string St can discharge.

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。 Figure 7 is a flowchart showing the process of identifying a degraded string St performed by the MPU that constitutes the BMU 5a.

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。 In this process of identifying a deteriorated string St, the MPU first determines whether the storage battery array 4 is in a discharging state under the control of the AC/DC converter 6 (see step 101). The determination in step 101 is repeated until the determination result is Yes. When it is determined in step 101 that the storage battery array 4 is in a discharging state and the MPU recognizes that discharging has started for each of the strings St1 to St10, the calculation unit then measures the discharge current value of each of the strings St1 to St10 and calculates the integrated value of the discharge current value from the start of discharge for each of the strings St1 to St10 (see step 102). The process in step 102 continues until the SOH is calculated in the process in step 111 described below.

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。 Next, the MPU judges whether a predetermined time, for example, 2 hours, has passed since the start of discharge (see step 103). If the predetermined time has not passed since the start of discharge and the judgment result of step 103 is No, the process returns to step 102 and the processes of steps 102 and 103 are repeated. On the other hand, if the predetermined time has passed since the start of discharge and the judgment result of step 103 becomes Yes, the calculation unit then calculates the time change in the discharge current value, that is, the current change rate of the discharge current, as the slope of the characteristic line for each string St1 to St10 at a predetermined sampling time interval of 100 [msec] (see step 104). Next, the MPU judges whether a specific period of time on the order of seconds, totaling 30 seconds, has passed (see step 105). Specifically, it is judged whether an approximation line of the slope of the characteristic line has been obtained for each string St1 to St10.

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。 If the specific period of 30 seconds has not elapsed and the judgment result in step 105 is No, the process returns to step 104 and the processes in steps 104 and 105 are repeated.

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。 On the other hand, if the specific period of 30 seconds has elapsed and the judgment result in step 105 is Yes, the judgment unit then judges whether there is a string St whose current change rate of the discharge current measured by the measurement unit has a positive sign, that is, whether there is a string St whose discharge current characteristic line has a positive upward slope and whose discharge current value decreases, like string St4 in each graph shown in Figures 3 and 5 (see step 106). If there is no string St whose current change rate of the measured discharge current has a positive upward slope and the characteristic line for all strings St1 to St10 has a negative downward slope, and the judgment result in step 106 is No, it is determined that there is no degraded string St among the strings St1 to St10 that make up the storage battery array 4, and the process of identifying the degraded string St ends.

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）。 On the other hand, if any of the measured current change rates has a positive sign and the judgment result in step 106 is Yes, the string St with the positive current change rate is then identified as a degraded string St by the judgment unit (see step 107).

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。 Next, the MPU determines whether equal charging is being performed for each of the strings St1 to St10 (see step 108). This equal charging makes the inter-terminal voltages of each of the strings St1 to St10 uniform. The determination in step 108 is repeated until the result is Yes.

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。 After the degraded string St is identified, if it is determined in step 108 that equalization charging has been performed on each of the strings St1 to St10, the MPU then determines whether or not the degraded string St was charged by the AC/DC converter 6 during the discharge of the degraded string St after the equalization charging (see step 109). If charging was performed during the discharge of the degraded string St after the equalization charging and the determination result in step 109 is No, the process of identifying the degraded string St ends.

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。 On the other hand, if charging is not performed during the discharge of the deteriorated string St after the equalization charge and the judgment result of step 109 is Yes, the MPU then judges whether the terminal voltage of each lead-acid battery 4a of the deteriorated string St measured by the measurement unit has dropped to 10.8 (= 1.8 [V] / cell × 6 cells) [V] (see step 110). If the terminal voltage of each lead-acid battery 4a of the deteriorated string St has not dropped to 10.8 [V] and the judgment result of step 110 is No, the processing of step 110 is repeated. If the terminal voltage of each lead-acid battery 4a of the deteriorated string St has dropped to 10.8 [V] and the judgment result of step 110 is Yes, it is determined that the SOC of the deteriorated string St has become 0 [%], and then the SOH calculation unit calculates the SOH of the deteriorated string St before discharge (step 111). When the processing of step 111 is completed, the identification processing of the deteriorated string St is completed.

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。 The above embodiment of the energy storage system 1 has been described as a case in which a degraded string St is identified and detected from the behavior of the discharge current of each of the strings St1 to St10. However, as another embodiment, in addition to the method of detecting the degradation of the string St from the behavior of the discharge current, a method of detecting the degradation of the string St from the terminal voltage of the lead storage battery 4a detected by the cell sensor 5b may also be used in combination.

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。 In the method of detecting a degraded string St using the cell sensor 5b, when the cell sensor 5b detects that the terminal voltage of the lead-acid battery 4a constituting any of the strings St reaches 10.8 [V], a degraded string detection signal is output from the alarm section of the BMU 5a to the AC/DC converter 6, and a low voltage alarm is issued.

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。 The table shown in Fig. 8 shows the measurement results obtained by using these two deteriorated string detection methods in combination as the deteriorated string detection algorithm of the BMU 5a in the battery monitoring device 5 shown in Fig. 1, and measuring the time from the start of discharge of each of the strings St1 to St10 to the issuance of a low voltage alarm five times when a battery with a SOH of 30% was mixed into string St1. The measurement was performed by discharging each of the strings St1 to St10, each of which was made up of 36 lead-acid batteries 4a connected in series, under discharge conditions of a discharge current of 0.11 [C ₁₀ A] and a discharge time of 6 hours, in the same manner as in the first, second, and third behavior current verification experiments described above.

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。 From the table shown in Figure 8, it was confirmed that the degraded string detection method based on the behavior of the discharge current issues a low voltage warning on average 46.9 seconds later than the degraded string detection method using the cell sensor 5b. In the degraded string detection method using the cell sensor 5b, the cell sensor 5b directly measures the terminal voltage of the lead-acid battery 4a and outputs it to the BMU 5a, so the time until the low voltage warning is issued is short at about 60 seconds.

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。 On the other hand, in the method of detecting degraded strings based on the behavior of the discharge current, a low voltage warning is issued in an average of 108 seconds because the MPU needs to perform several verification processes, such as removing noise components superimposed on the discharge current value and determining whether the change in the discharge current value over time is due to the degradation of the string St.

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。 However, the time difference of approximately 46.9 seconds between the low voltage warning output by the method for detecting degraded strings based on the behavior of discharge current and the low voltage warning output by the method for detecting degraded strings based on the cell sensor 5b was not at a level that would increase the deterioration of string St, and it was confirmed that degraded string St was detected normally by the method for detecting degraded strings based on the behavior of discharge current.

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。 In the method of detecting degraded strings using the cell sensor 5b, the degraded string St may not be detected correctly due to a failure of the cell sensor 5b that occurs when an abnormality occurs in the lead-acid battery 4a or an abnormality in communication with the BMU 5a. In addition, by measuring the temperature of the lead-acid battery 4a, it is possible to detect a rise in temperature during overcharging or overdischarging of the lead-acid battery 4a. However, in the case of a lead-acid battery 4a with a large thermal capacity, it takes time for the temperature to rise, so there are cases in which the cell sensor 5b cannot timely detect an abnormality caused by a rise in temperature of the lead-acid battery 4a.

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。 However, as described above, by using the above two degraded string detection methods in combination with the degraded string detection algorithm of the BMU 5a in the battery monitoring device 5, even if the cell sensor 5b fails or a communication abnormality with the BMU 5a occurs, the degraded string St can be identified and detected early using the degraded string detection method based on the behavior of the discharge current. Furthermore, when the cell sensor 5b is operating normally, the degraded string St is detected using two detection methods, the degraded string detection by the cell sensor 5b and the degraded string detection based on the behavior of the discharge current, so that the presence or absence of the degraded string St can be determined with higher accuracy. This makes it possible to prevent the lead-acid battery 4a from degrading early due to overdischarging or polarity inversion of the lead-acid battery 4a without being able to detect the degraded string St.

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 1: Energy Storage System (ESS)
2: Power supply unit 3: Load 4: Multi-parallel power storage array 4a: Lead-acid battery 5: Lead-acid battery monitoring device 5a: BMU
5b: Cell sensor 5c: Unit sensor 6: Power conversion system (PCS)
7: Breaker St1 to St10: String

Claims

A power storage system including a multi-parallel battery array in which a plurality of strings, each string being a plurality of batteries connected in series, are connected in parallel, and a battery monitoring device that detects a state of each of the strings,
The battery monitoring device includes:
A measurement unit that measures a discharge current discharged from each of the strings;
a calculation unit that calculates a current change rate of the discharge current measured by the measurement unit for each of the strings;
a determination unit that determines that a string exhibiting a unique current change rate among the multiple current change rates for each of the strings calculated by the calculation unit includes a deteriorated storage battery ,
the calculation unit calculates the current change rate after a predetermined time has elapsed since the start of discharge of each of the strings,
The power storage system , wherein the determination unit detects an abnormal current change rate based on the current change rate calculated by the calculation unit .

The determination unit determines the current change rate at which the discharge current decreases as the anomalous current change rate.
The power storage system according to claim 1 .

The calculation unit calculates a slope of a characteristic line representing the current change rate of the discharge current,
The determination unit detects the anomalous current change rate based on a slope of the characteristic line calculated by the calculation unit.
The power storage system according to claim 1 or 2.

The predetermined time is a time from when discharge of each of the strings starts until the discharge current converges.
The power storage system according to claim 1 .

the calculation unit calculates the current change rate during a predetermined period of one second or more and less than one minute after a predetermined time has elapsed since the start of discharge of each of the strings,
The determination unit detects an abnormal current change rate based on the current change rate calculated by the calculation unit.
The power storage system according to claim 4 .