JP2021505911A - バッテリーの寿命予測装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の実施の形態に係るエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測方法は、寿命を予測しようとする測定対象エネルギー貯蔵システム(ESS)を仮想で分割する容量仮想分割ステップと、前記容量仮想分割ステップにおいて所定の容量範囲に分割された実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれの充放電サイクルデータを測定する各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップと、前記各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップにおいて測定された実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれの充放電サイクルデータに基づいて、測定対象エネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測する測定対象エネルギー貯蔵システム(ESS)寿命予測ステップと、を含んでいてもよい。

Description

本発明は、バッテリーの寿命を速やかに予測する装置及び方法に関する。
より具体的には、バッテリーの寿命を区間別に分割して予測することにより、バッテリーの寿命を速やかに予測する装置及び方法に関する。
最近のノート型パソコン、ビデオカメラ、携帯電話など携帯用の電気製品の使用の活性化には目を見張るものがあり、それに伴い、その駆動電源として主として用いられる二次電池に対する重要性が高まりつつある。
また、二次電池を直列及び並列に結合して大容量の電源を供給するためのエネルギー貯蔵システム(ESS:Energy Storage System、以下、ESSと称する。)へのニーズが高まりつつある。
一方、ESSをより効率よく使用し、且つ、管理するための管理システムに関する技術もまた、その重要性が高まりつつある。特に、管理システムは、ESSの充電または放電出力及び残存容量(State of Charging;SOC)の使用戦略を適宜に調整するために、ESSの寿命(State of Health;SOH)を正確に予測できることが求められる。
一般に、ESSにおいて寿命を予測するためには、約4000サイクル(cycle)以上のESSの充放電実験データが必要であった。従来には、実際の使用条件下でバッテリー容量の全体を充放電しながら寿命実験を行っていた。このようにして実験を行えば、一日につき平均で4〜5サイクルのデータしか得られないため、約4,000回の充放電実験データを得るためには、約900日がかかっていた。
前述した従来の方法では、ESSの寿命を予測するための実験データを30ヵ月にわたって取得するが故に、ESSの開発に長い時間がかかり、その結果、市場で希望するESSを作製することが困難であった。
このような問題を解消するために、補外法(extrapolation)を用いて寿命を予測する方法が提案されたが、実際にESSの寿命とは大きな誤差が生じて信頼性に劣るという問題がある。
したがって、本発明では、ESSの寿命を予測するのにかかる時間を削減しながらも、寿命予測の信頼性を保つことのできる装置及び方法を提案する。
大韓民国公開特許公報第10−2013−0089360号公報
本発明は、従来の技術において指摘されていた、ESSの寿命を予測するデータを取得するのに長い時間がかかるが故に、ESSの寿命の予測に長い時間がかかるという問題を解消することを目的としている。
より具体的には、ESSの容量を複数の容量範囲に分けて、各容量範囲別にESSの充放電サイクルデータを取得してESSの寿命を予測する装置及び方法を提供する。
本発明の実施の形態に係るESSの寿命予測方法は、寿命を予測しようとする測定対象ESSの容量を二つ以上に仮想で分割する容量仮想分割ステップと、前記容量仮想分割ステップにおいて分割された容量範囲のそれぞれの充放電サイクルデータを測定する各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップと、前記各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップにおいて測定された実測ESSのそれぞれの充放電サイクルデータに基づいて、測定対象ESSの寿命を予測する測定対象ESS寿命予測ステップと、を含んでなってもよい。
前記容量仮想分割ステップは、前記測定対象ESSの全体の容量を幾つの範囲に分割するかを設定する分割範囲数設定ステップを備えてなってもよい。
前記容量仮想分割ステップでは、出力電圧に基づいて実測ESSの範囲を設定し、前記実測ESSの分割された範囲は、隣り合う範囲と所定の範囲だけ重なって(オーバラップされて)もよい。
前記容量仮想分割ステップは、前記測定対象ESSの分割範囲数に見合う分だけの実測ESSを用意する実測ESS用意ステップを含んでなってもよい。
前記各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップでは、前記容量仮想分割ステップにおいて分割された各容量範囲に対応する実測ESSの充放電を繰り返して前記各容量範囲に対応する実測ESSの充放電サイクルデータを測定してもよい。
前記実測ESSの充放電を繰り返すことは、前記実測ESSに対応する各容量範囲のうち、上限容量にマッチングされる第1の基準電圧を設定する第1の基準電圧設定ステップと、前記実測ESSに対応する各容量範囲のうち、下限容量にマッチングされる第2の基準電圧を設定する第2の基準電圧設定ステップと、前記実測ESSの出力電圧を測定する出力電圧測定ステップと、前記測定された実測ESSの出力電圧と、第1の基準電圧及び第2の基準電圧とを比較する比較ステップと、前記比較ステップにおける比較の結果に基づいて、前記実測ESSの充電または放電を決定する充放電決定ステップと、を含んでなってもよい。
前記充放電決定ステップでは、前記比較ステップにおける比較の結果、前記実測ESSの出力電圧が第1の基準電圧以下である場合、充電を行い、前記実測ESSの出力電圧が第1の基準電圧を超える場合、充電を中止し、且つ、放電を行ってもよい。
前記充放電決定ステップでは、前記比較ステップにおける比較の結果、前記実測ESSの出力電圧が第2の基準電圧以上である場合、放電を行い、前記実測ESSの出力電圧が第2の基準電圧未満である場合、放電を中止し、且つ、充電を行ってもよい。
前記測定対象ESS寿命予測ステップでは、前記各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータを単純合算してESSの寿命を予測する第1の方法と、前記各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの調和合計でESSの寿命を予測する第2の方法と、前記各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの乗法的確率を用いて、ESSの寿命を予測する第3の方法と、のいずれか一つ以上の方法でESSの寿命を予測してもよい。
本発明の第1の実施の形態に係るESSの寿命予測装置は、複数の実測エネルギー貯蔵システムESSと、前記複数の実測ESSのそれぞれから充放電サイクルデータを測定して解析する解析部と、を備えてなってもよい。
前記解析部は、測定しようとするESSの容量を仮想で二つ以上の容量範囲に分割する仮想容量分割部と、前記分割された容量範囲にマッチングされる第1の基準電圧及び第2の基準電圧を設定する基準電圧設定部と、前記入力された充放電サイクルデータからESSの寿命を予測するESS寿命予測部と、を備えてなり、前記複数の実測ESSの数は、前記仮想容量分割部において分割される容量範囲の数以上であってもよい。
前記解析部は、前記分割された容量範囲にマッチングされる第1の基準電圧及び第2の基準電圧を前記複数の実測ESSに伝送して、それぞれの実測ESSを充電または放電の手順を繰り返して分割された容量範囲別の充放電サイクルデータを測定してもよい。
前記仮想容量分割部は、仮想で分割された容量範囲が隣り合う範囲と所定の範囲だけ重なる(オバーラップされる)ように設定し、前記第1の基準電圧は、前記分割された各容量範囲の上限容量に相当する値であり、前記第2の基準電圧は、前記分割された各容量範囲の下限容量に相当する値であり、前記第1の基準電圧は、前記第2の基準電圧よりも大きくてもよい。
前記複数の実測ESSのそれぞれは、実測ESSの充放電を制御するバッテリー短時間放電診断装置(BSC:バッテリー・スーパー・チェッカー、以下、BSCと称する。)を備えてなってもよい。
前記BSCは、前記実測ESSの初期の出力電圧が第1の基準電圧以下である場合には、前記実測ESSの出力電圧が第1の基準電圧となるまで充電を行った後、前記実測ESSの出力電圧が第1の基準電圧を超える場合、充電を中止し、且つ、放電を行い、前記実測ESSの初期の出力電圧が第2の基準電圧以上である場合には、前記実測ESSの出力電圧が第2の基準電圧となるまで放電を行った後、前記実測ESSの出力電圧が第2の基準電圧未満となる場合、放電を中止し、且つ、充電を行うように実測ESSを制御してもよい。
前記予測するESS寿命予測部は、前記複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータを単純合算してESSの寿命を予測する第1の方法と、前記複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの調和合計でESSの寿命を予測する第2の方法と、前記複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの乗法的確率を用いて、ESSの寿命を予測する第3の方法と、のいずれか一つ以上の方法でESSの寿命を予測してもよい。
本発明の第2の実施の形態に係るESSの寿命予測装置は、複数の実測エネルギー貯蔵システムESSと、前記複数の実測ESSのそれぞれから充放電サイクルデータを測定して解析する解析部と、を備えてなってもよい。
前記解析部は、測定しようとするESSの容量を仮想で二つ以上の容量範囲に分割する仮想容量分割部と、前記分割された容量範囲にマッチングされる第1の基準電圧及び第2の基準電圧を設定する基準電圧設定部と、前記入力された充放電サイクルデータからESSの寿命を予測するESS寿命予測部と、を備えてなり、前記仮想容量分割部において分割される二つ以上の容量範囲の数は、前記実測ESSの数以下であってもよい。
前記解析部は、前記分割された容量範囲にマッチングされる第1の基準電圧及び第2の基準電圧を前記複数の実測ESSに伝送して、それぞれの実測ESSを充電または放電の手順を繰り返して分割された容量範囲別の充放電サイクルデータを測定してもよい。
前記仮想容量分割部は、仮想で分割された容量範囲が隣り合う範囲と所定の範囲だけ重なる(オーバーラップされる)ように設定し、前記第1の基準電圧は、前記分割された各容量範囲の上限容量に相当する値であり、前記第2の基準電圧は、前記分割された各容量範囲の下限容量に相当する値であり、前記第1の基準電圧は、前記第2の基準電圧よりも大きくてもよい。
前記複数の実測ESSのそれぞれは、実測ESSの充放電を制御するBSCを備えてなってもよい。
前記BSCは、前記実測ESSの初期の出力電圧が第1の基準電圧以下である場合には、前記実測ESSの出力電圧が第1の基準電圧となるまで充電を行った後、前記実測ESSの出力電圧が第1の基準電圧を超える場合、充電を中止し、且つ、放電を行い、前記実測ESSの初期の出力電圧が第2の基準電圧以上である場合には、前記実測ESSの出力電圧が第2の基準電圧となるまで放電を行った後、前記実測ESSの出力電圧が第2の基準電圧未満となる場合、放電を中止し、且つ、充電を行ってもよい。
前記予測するESS寿命予測部は、前記複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータを単純合算してESSの寿命を予測する第1の方法と、前記複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの調和合計でESSの寿命を予測する第2の方法と、前記複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの乗法的確率を用いて、ESSの寿命を予測する第3の方法と、のいずれか一つ以上の方法でESSの寿命を予測前記予測してもよい。
本発明は、ESSの容量範囲を複数の容量範囲に分割し、各容量範囲別にESSの充放電サイクルデータを速やかに取り集めることができる。
また、容量範囲別にESSの充放電サイクルデータを速やかに取り集めることにより、ESS全体の寿命を速やかに予測することができる。
本発明の実施の形態に係るフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るESSを設定された容量範囲内においてのみ充放電する流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る第1乃至第5の実測ESSのそれぞれを5つの範囲に分割してそれぞれの充放電サイクルを測定した結果である。 本発明の実施の形態の手順に従い測定対象ESSの寿命を予測した結果と、従来の技術により測定対象ESSの寿命を予測した結果とを比較したグラフである。 本発明の実施の形態に係るESSの寿命予測装置を示す図である。
以下では、添付図面に基づいて、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施の形態について詳しく説明する。しかしながら、本発明は、種々の異なる形態に具体化可能であり、ここで説明する実施の形態に何ら限定されるものではない。なお、図中、本発明を明確に説明するために、説明とは無関係な部分は省略し、明細書の全般に亘って、類似の部分には類似の図面符号を付している。
「第1の」、「第2の」などのように序数を含む言い回しは、様々な構成要素を説明するうえで使用可能であるが、前記構成要素は、前記言い回しによって何等限定されない。前記言い回しは、ある構成要素を他の構成要素から区別する目的でしか使えない。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない範囲内において第1の構成要素は第2の構成要素と命名されてもよく、同様に、第2の構成要素もまた第1の構成要素と命名されてもよい。本出願において用いた用語は、単に特定の実施の形態を説明するために用いられたものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。
明細書の全般に亘って、ある部分が他の部分と「連結」されているとか、「接続」されているとか、と言及された場合、これは、前記ある部分が前記他の部分に「直接的に連結されたり接続」されたりする場合だけではなく、これらの間に他の素子を間に挟んで「電気的に連結されたり接続」されたりする場合をも含む。なお、ある部分がある構成要素を「備える」としたとき、これは、特に断りのない限り、他の構成要素を除外するわけではなく、他の構成要素をさらに備えていてもよいことを意味する。本願の明細書の全般に亘って用いられる度合いの言い回しである「〜(する)ステップ」又は「〜のステップ」は、「〜のためのステップ」を意味するものではない。
本発明において用いられる用語としては、本発明における機能を考慮しつつ、できる限り現在汎広く用いられている一般的な用語を選択したが、これは、当分野に携わっている技術者の意図又は判例、新たな技術の出現などによって異なる。なお、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、この場合に、当該する発明の説明の部分の欄において詳しくその意味を記載する。よって、本発明において用いられる用語は、単なる用語の名称ではなく、その用語が有する意味と本発明の全般に亘っての内容を踏まえて定義されるべきである。
1.本発明の実施の形態に係るESSの寿命予測方法。
従来のESSの寿命を予測する方法では、全体のESSの容量を一括して充電または放電して全体に対する充放電サイクルデータを取得していた。このように、全体のESSの容量を一括して充電または放電して全体に対する充放電サイクルデータを取得する場合、ESSの全体を充電または放電するのに長い時間がかかるため、一日につき4〜5回の充放電サイクルデータしか取得することができず、十分な充放電サイクルデータ(4,000回以上)を取得し、これに基づいてESSの寿命を予測するためには、長い時間がかかっていた。
図1は、前述した問題を解消するための本発明の流れを示すフローチャートである。
以下では、図1に基づいて、本発明のESSの寿命を速やかに予測する方法について説明する。
本発明は、ESSの全体の容量を一括して充電または放電して、一つの充放電サイクルを取得するわけではなく、測定対象ESSの全体の容量を仮想で分割して、分割されたそれぞれの容量範囲に対する充放電サイクルデータを取得して全体のESSの寿命を予測しようとする。
1−1.容量仮想分割ステップ(S100)
本発明の容量仮想分割ステップは、測定対象ESSの全体の容量を二つ以上に仮想で分割するステップであって、仮想で測定対象ESSの全体の容量を幾つの範囲に分割するかを設定する分割数設定ステップを含んでいてもよい。
1−1−1.分割数設定ステップ(S110)
分割数設定ステップは、仮想で測定対象ESSの全体の容量を幾つの範囲に分割するかを設定するステップである。
例えば、ESSの全体の容量が1〜100であれば、ESSの全体の容量を5個の範囲に分割する場合、それぞれの範囲は、20の容量範囲を有することができる。
1−1−2.実測ESS用意ステップ(S120)
前述したように、仮想で測定対象ESSの容量を5個の範囲に分割すれば、それぞれの範囲に対して充放電を行いながら、充放電サイクルデータを取り集めなければならないため、測定対象ESSと同じ仕様(スペック)を有する実測ESSが5個(第1乃至第5の実測ESS)必要である。
換言すれば、分割されたそれぞれの容量範囲を充放電しながら、全体の容量の充放電サイクルデータを得るためには、前記分割数設定ステップにおいて分割された容量範囲のそれぞれに対応する実測ESSが必要である。
一方、前記実測ESSにおいて測定する充放電サイクルデータは、毎回前記分割された容量範囲内で充放電を行った後に測定する実測ESSの容量データであってもよい。
このような容量データの測定から、分割されたそれぞれの容量に対して毎回充放電を行った後、初期状態の容量をどれくらい保持するかに対する比率を示す容量保持率が算出され、このような容量保持率からバッテリーの寿命を予測することができる。例えば、ESSの老化または交替状態から判断される基準容量保持率が10%であるとしたとき、4千回の充放電サイクルを行った後、算出された容量保持率が前記基準容量保持率以下に下がると、当該ESSの寿命が4千回の充放電であると予測することができる。ここで、各実測ESSの初期状態の容量は、各容量範囲に分割した分割範囲の初期状態の容量となる。
ESSは、充放電が繰り返し行われると、ESSを構成するバッテリーの特性から、ESSの容量が少しずつ減る。このように、ESSの容量が次第に減ると、ESSから電力を供給される他の装置を正常に稼働することができないという問題が生じる虞がある。
したがって、ESSの初期状態で容量に対する現在のESSの容量を比較した結果値である容量保持率を含む充放電サイクルデータに基づいてESSの寿命を予測して、これをESSの運用に反映することができる。
例えば、ESSの寿命が短縮されて初期容量の約70%の容量のみを有すると、当該ESSを新たなESSに取り替えたり、当該ESSから電力を供給される電子装置の連結数を減らしたりすることができる。
一方、各容量範囲別の実測ESSは、実測ESSの出力電圧に基づいて、実測ESSの容量範囲が前記分割された容量範囲にマッチングされるように設定されてもよい。
図2は、全体の容量範囲が1〜100であるESSを5分割したとき、61〜80の範囲内で実測ESSの充放電を行う方法を示すフローチャートである。
全体の容量範囲が1〜100であるESSを5分割したとき、61〜80の範囲において充放電サイクルデータを取得する実測ESSは、実測ESSの80容量に対応する第1の基準出力電圧と、実測システムの61容量に対応する第2の基準出力電圧との間でのみ充放電を行うように設定されてもよい。
より具体的に、放電を行うとき、前記実測ESSの出力電圧を前記第2の基準電圧と比較して、前記実測ESSの出力電圧が第2の基準電圧以上である場合には、放電を行い続け、前記実測ESSの出力電圧が第2の基準出力電圧未満である場合には、放電を中止し、且つ、充電を行う。一方、充電を行うときには、前記実測ESSの出力電圧と前記第1の基準出力電圧とを比較して、前記実測ESSの出力電圧が第1の基準出力電圧以下である場合には、充電を行い続け、前記実測ESSの出力電圧が第1の基準出力電圧を超えると、充電を中止し、再び放電を行う。
前述した手順で、前記実測ESSを61〜80の範囲内でのみ充放電を行うようにしてもよい。
1−2.各範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップ(S200)
本発明の各範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップは、前記それぞれの容量範囲別に設定された実測ESSを充放電しながら、充放電サイクルデータを取得するステップである。
換言すれば、第1の実測ESSは、測定対象ESSの81〜100の容量範囲内でのみ充放電を行うように設定され、前記第1の実測ESSを充放電しながら81〜100の容量範囲に対する毎充放電サイクルでの容量を測定し、第2の実測ESSは、測定対象ESSの61〜80の容量範囲内でのみ充放電を行うように設定され、前記第2の実測ESSを充放電しながら、61〜80の容量範囲に対する毎充放電サイクルでの容量を測定し、第3の実測ESSは、測定対象ESSの41〜60の容量範囲内でのみ充放電を行うように設定され、前記第3の実測ESSを充放電しながら41〜60の容量範囲に対する毎充放電サイクルでの容量を測定し、第4の実測ESSは、測定対象ESSの21〜40の容量範囲内でのみ充放電を行うように設定され、第4の実測ESSを充放電しながら21〜40の容量範囲に対する毎充放電サイクルでの容量を測定し、第5の実測ESSは、測定対象ESSの1〜20の容量範囲内でのみ充放電を行うように設定され、第5の実測ESSを充放電しながら1〜20の容量範囲に対する毎充放電サイクルでの容量を測定してもよい。
例えば、前記第2の実測ESSは、前記第2の実測ESSの上限容量80にマッチングされる第1の基準電圧と、前記第2の実測ESSの下限容量61にマッチングされる第2の基準電圧を設定してもよい。
このように、第1及び第2の基準電圧が設定されている前記第2の実測ESSの毎充放電サイクルでの容量を測定する方法は、前記第1の基準出力電圧と前記第2の実測ESSの出力電圧とを比較(S240)して、前記第2の実測ESSの出力電圧が前記第1の基準電圧以下である場合には、充電を行い続け(S230)、前記第2の実測ESSの出力電圧が第1の基準出力電圧を超えると、充電を中止し、且つ、放電を行い、前記第2の基準出力電圧と前記第2の実測ESSの出力電圧とを比較(S220)して、第2の実測ESSの出力電圧が前記第2の基準出力電圧以上である場合には、放電を行い続け(S210)、前記第2の実測ESSの出力電圧が第2の基準出力電圧未満である場合には、前記第2の実測ESSの放電を中止し、且つ、充電を行うことにより、前記第2の実測ESSが測定対象ESSの61〜80の容量範囲内でのみ充放電を繰り返し行いながら、第2の実測ESSの毎充放電サイクルでの容量を測定してもよい。
一方、前述した例においては、測定対象ESSを仮想で分割する範囲が重ならないように記載されているが、測定対象ESSを仮想で分割する範囲が一定の部分だけ重なる(オーバーラップされる)ように行われてもよい。
すなわち、第1の実測ESSは、76〜100の容量範囲を有し、第2の実測ESSは、56〜80の容量範囲を有し、第3の実測ESSは、36〜60の容量範囲を有し、第4の実測ESSは、16〜40の容量範囲を有し、第5の実測ESSは、1〜25の容量範囲を有するように設定されてもよい。このとき、前記第1乃至第5の実測ESSの容量範囲及び毎充放電サイクルでの容量の測定方法は、前述した測定対象ESSを仮想で分割する範囲が重ならないときの第1乃至第5の実測ESSの容量範囲を設定する方法及び毎充放電サイクルでの容量の測定方法と同じ方法により行われてもよい。
このようにして分割された範囲が一部重なるように設計すれば、ESSの区間別の退化において特定の区間(例えば、SOC 60〜40の区間)の退化が他の区間よりも大きいため負極の使用領域が小さくなって生じる誤差を他の区間で補うことにより、生じる誤差を減らすことができる。図3は、本発明の実施の形態に従って、第1乃至第5の実測ESSのそれぞれを分割された5個の容量範囲に対応するように設定して、それぞれの充放電サイクルデータを測定した結果である。
図3を参照すると、左側に示すグラフは、測定対象ESSを各範囲別に分けて第1乃至第5の実測ESSを充放電することを示すグラフであり、右側に示す5個のグラフは、前記第1乃至第5の実測ESSにおいて測定された容量保持率を示すグラフである。
図3の右側の5個のグラフを参照すると、各範囲別に充放電が繰り返されたときに現れる容量保持率に差分があることが分かる。このように、各範囲別に容量保持率に差分が出るため、測定対象ESSの容量範囲の一部でのみ充放電サイクルでの容量を測定して、これに基づいて、測定対象ESSの全体の寿命を予測する場合には誤差が大きく生じる。
したがって、本発明では、ある特定の区間に対してのみ充放電サイクルでの容量を測定するわけではなく、測定対象ESSの容量をいずれも含むように第1乃至第5の実測ESSの容量範囲を設定して、測定対象ESSの容量範囲の全体において充放電サイクルでの容量を測定する。
一方、後述するESS寿命予測ステップでは、前述したようにして設定される第1乃至第5の実測ESSの容量範囲の全体において測定される充放電サイクルでの容量に基づいて、バッテリーの全体の寿命を予測してもよい。
1−3.測定対象ESS寿命予測ステップ(S300)
本発明のESS寿命予測ステップは、前記分割された各容量範囲別に設定された複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された充放電サイクルデータに基づいて、測定対象ESSの寿命を予測するステップである。
一方、本発明では、3種類の方法で、前記分割された各容量範囲別に設定された実測ESSにおいて測定された充放電サイクルデータに基づいて、測定対象ESS寿命を予測する。
まず、第一に、それぞれの容量範囲として設定された複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された充放電サイクルデータを単純合算して、測定対象ESSの寿命を予測することができる。
第二に、それぞれの容量範囲として設定された複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された充放電サイクルデータの調和合計を算出して、測定対象ESSの寿命を予測することができる。
最後に、それぞれの容量範囲として設定された複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された充放電サイクルデータの乗法的(Multiplicative)確率で測定対象ESSの寿命を予測することができる。
一方、図4は、本発明の実施の形態の手順に従って、複数の実測ESS第1乃至第5のESSの充放電範囲をそれぞれの分割された容量範囲に対応するように設定し、各容量範囲に対応する実測ESSの充放電データに基づいて、前記3種類の方法で測定対象ESSの寿命を予測した結果と、測定対象ESSを一括して充放電しながら予測した測定対象ESSの寿命(従来の技術)とを比較したグラフである。
前記図4を参照すると、測定対象ESSを一括して充放電しながら予測した測定対象ESSの寿命(従来の技術)と、本発明の手順に従って予測された測定対象ESSの寿命を予測した結果の誤差範囲内であることが分かる。
一方、本発明の方法を用いる場合、測定対象ESSの全体の容量に対する充放電サイクルデータを取得するのにかかる時間は、ESSの全体の容量を分割する分割数が多くなればなるほど短くなる。
したがって、前述した本発明の方法を用いると、信頼度を満たしながらも、ESSの全体の寿命を速やかに測定することができる。
2.本発明の第1の実施の形態に係るESSの寿命予測装置
図5は、本発明の第1の実施の形態に係るESSの寿命予測装置1を示す図である。
本発明の第1の実施の形態に係るESSの寿命予測装置1は、複数の実測ESS 10と、前記複数の実測ESS 10のそれぞれから測定される充放電サイクルデータを解析する解析部100と、を備えてなってもよい。
一方、前記複数の実測ESS 10の数は、後述する仮想容量分割部120において分割される容量範囲の数以上であることが好ましい。
すなわち、本発明の第1の実施の形態に係るESSの寿命予測装置は、仮想容量分割部において分割される容量範囲の数に応じて、実際に充放電を行う実測ESSの数が定められてもよい。
一方、前記解析部100は、測定しようとするESSの容量を仮想で二つ以上の容量範囲に分割する仮想容量分割部110と、前記分割された容量範囲にマッチングされる第1の基準電圧及び第2の基準電圧を設定する基準電圧設定部120及び前記入力された充放電サイクルデータからESSの寿命を予測するESS寿命予測部130を備えてなってもよい。
そして、前記解析部100は、前記複数の実測ESSのそれぞれに前記分割された容量範囲にマッチングされる第1の基準電圧及び第2の基準電圧を伝送した後、それぞれの実測ESS 10を充電または放電の手順を繰り返して分割された容量範囲別の充放電サイクルデータを測定してもよい。
一方、前記仮想容量分割部110は、仮想で分割された容量範囲が隣り合う範囲と所定の範囲だけ重なる(オーバーラップされる)ように設定してもよい。
一方、前記第1の基準電圧は、前記分割された各容量範囲の上限容量に相当する値であり、前記第2の基準電圧は、前記分割された各容量範囲の下限容量に相当する値であり、前記第1の基準電圧は、前記第2の基準電圧よりも大きい。
前記複数の実測ESS 10のそれぞれは、実測ESS 10の充放電を制御するBSC 11を備えてなってもよい。
具体的に、前記BSCは、前記実測ESSの初期の出力電圧が第1の基準電圧以下である場合には、前記実測ESSの出力電圧が第1の基準電圧となるまで充電を行った後、前記実測ESSの出力電圧が第1の基準電圧を超える場合、充電を中止し、且つ、放電を行い、前記実測ESSの初期の出力電圧が第2の基準電圧以上である場合には、前記実測ESSの出力電圧が第2の基準電圧となるまで放電を行った後、前記実測ESSの出力電圧が第2の基準電圧未満となる場合、放電を中止し、且つ、充電を行うように実測ESS 10を制御してもよい。
例えば、前記複数の実測ESS 10は、初期の出力電圧が第1の基準電圧を超える場合、第2の基準電圧となるまで放電した後、第1の基準電圧となるまで充電し、次いで、第2の基準電圧となるまで放電を行う手順を繰り返し行い続けて、充放電サイクルデータを測定してもよい。すなわち、BSC 11は、各実測ESSに割り当てられた容量範囲内において充電上限容量まで充電し、充電下限容量まで放電する手順を繰り返すように実測ESSを制御してもよい。
一方、BSC 11は、充放電サイクルデータを前記ESS寿命予測部に伝送してもよい。
一方、前記予測するESS寿命予測部130は、前記複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータを単純合算してESSの寿命を予測する第1の方法、前記複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの調和合計でESS寿命を予測する第2の方法、前記複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの乗法的(Multiplicative)確率を用いてESS寿命を予測する第3の方法のいずれか一つ以上の方法でESSの寿命を予測してもよい。
3.本発明の第2の実施の形態に係るESSの寿命予測装置
本発明の第2の実施の形態に係るESSの寿命予測装置1は、複数の実測ESS 10と、前記複数の実測ESSのそれぞれから測定される充放電サイクルデータを解析する解析部100と、を備えていてもよい。
一方、前記解析部100は、測定しようとするESSの容量を仮想で二つ以上の容量範囲に分割する仮想容量分割部110と、前記分割された容量範囲にマッチングされる第1の基準電圧及び第2の基準電圧を設定する基準電圧設定部120及び前記入力された充放電サイクルデータからESSの寿命を予測するESS寿命予測部130を備えていてもよい。
そして、前記解析部100は、前記複数の実測ESSのそれぞれに前記分割された容量範囲にマッチングされる第1の基準電圧及び第2の基準電圧を伝送した後、それぞれの実測ESSを充電または放電の手順を繰り返して分割された容量範囲別の充放電サイクルデータを測定してもよい。
一方、前記仮想容量分割部110において分割される容量範囲の数は、前記実測ESSの数以下であることが好ましい。
換言すれば、前記実測ESSの数が限定されているため、各容量範囲を実測ESSに割り当てて実測ESSを実際に充放電するためには、前記分割される容量範囲の数が前記実測ESSの数を超えることができない。
一方、前記仮想容量分割部110において分割されて各実測ESSに割り当てられる容量範囲は、前記実測ESSの数と同じであることが最も好ましくい。
例えば、前記仮想容量分割部110において分割される容量範囲と実測ESSの数とが同じである場合、下記の数式1に基づいて、各実測ESSの容量範囲が算出されてもよい。
[数1]
ESSk_SOC={k−1/N}*100+1〜k/N*100
(但し、k=1,2,…,N;Nは、1と100を除く100の約数)
一方、前記仮想容量分割部110は、仮想で分割された容量範囲が隣り合う範囲と所定の範囲だけ重なる(オーバーラップされる)ように設定してもよい。
一方、前記第1の基準電圧は、前記分割された各容量範囲の上限容量に相当する値であり、前記第2の基準電圧は、前記分割された各容量範囲の下限容量に相当する値であり、前記第1の基準電圧は、前記第2の基準電圧よりも大きい。
一方、前記複数の実測ESS 10のそれぞれは、実測ESS 10の充放電を制御するBSC 11を備えてなってもよい。
具体的に、前記BSCは、前記実測ESSの初期の出力電圧が第1の基準電圧以下である場合には、前記実測ESSの出力電圧が第1の基準電圧となるまで充電を行った後、前記実測ESSの出力電圧が第1の基準電圧を超える場合、充電を中止し、且つ、放電を行い、前記実測ESSの初期の出力電圧が第2の基準電圧以上である場合には、前記実測ESSの出力電圧が第2の基準電圧となるまで放電を行った後、前記実測ESSの出力電圧が第2の基準電圧未満となる場合、放電を中止し、且つ、充電を行うように実測ESS 10を制御してもよい。
例えば、前記複数の実測ESS 10は、初期の出力電圧が第1の基準電圧を超える場合、第2の基準電圧となるまで放電した後、第1の基準電圧となるまで充電し、次いで、第2の基準電圧となるまで放電を行う手順を繰り返し行い続けて充放電サイクルデータを測定してもよい。すなわち、BSC 11は、各実測ESSに割り当てられた容量範囲内で充電上限容量まで充電し、充電下限容量まで放電する手順を繰り返すように実測ESSを制御してもよい。
一方、BSC 11は、充放電サイクルデータを前記ESS寿命予測部に伝送してもよい。
一方、前記予測するESS寿命予測部130は、前記複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータを単純合算してESSの寿命を予測する第1の方法、前記複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの調和合計でESSの寿命を予測する第2の方法、前記複数の実測ESSのそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの乗法的(Multiplicative)確率を用いてESSの寿命を予測する第3の方法のいずれか一つ以上の方法でESSの寿命を予測してもよい。
一方、本発明の技術的思想は、前記実施形態に基づいて具体的に記述されたが、前記実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないということに留意すべきである。なお、本発明の技術分野における当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内において種々の実施形態が実施可能であるということが理解できる筈である。
1 ESSの寿命予測装置
10 実測ESS
11 BSC
100 解析部
110 仮想容量分割部
120 基準電圧設定部
130 ESS寿命予測部

Claims (15)

  1. 寿命を予測しようとする測定対象エネルギー貯蔵システム(ESS)の容量を二つ以上に仮想で分割する容量仮想分割ステップと、
    前記容量仮想分割ステップにおいて分割された容量範囲のそれぞれの充放電サイクルデータを測定する各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップと、
    前記各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップにおいて測定された実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれの前記充放電サイクルデータに基づいて、前記測定対象エネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測する測定対象エネルギー貯蔵システム(ESS)寿命予測ステップと、
    を含んでなることを特徴とするエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測方法。
  2. 前記容量仮想分割ステップは、
    前記測定対象エネルギー貯蔵システム(ESS)の全体の容量を幾つの範囲に分割するかを設定する分割範囲数設定ステップと、
    前記測定対象エネルギー貯蔵システム(ESS)の分割範囲数に見合う分だけの実測エネルギー貯蔵システム(ESS)を用意する実測エネルギー貯蔵システム(ESS)用意ステップと、
    を含んでなり、
    前記分割された範囲にマッチングされるように、出力電圧に基づいて実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の範囲を設定し、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の分割された範囲は、隣り合う範囲と所定の範囲だけ重なる(オーバラップされる)ことを特徴とする請求項1のエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測方法。
  3. 前記各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップでは、
    前記容量仮想分割ステップにおいて分割された各容量範囲に対応する実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の充放電を繰り返して前記各容量範囲に対応する実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の充放電サイクルデータを測定することを特徴とする請求項1又は2に記載のエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測方法。
  4. 前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の充放電を繰り返すことは、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)に対応する各容量範囲のうち、上限容量にマッチングされる第1の基準電圧を設定する第1の基準電圧設定ステップと、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)に対応する各容量範囲のうち、下限容量にマッチングされる第2の基準電圧を設定する第2の基準電圧設定ステップと、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の出力電圧を測定する出力電圧測定ステップと、
    前記測定された実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の出力電圧と、前記第1の基準電圧及び前記第2の基準電圧とを比較する比較ステップと、
    前記比較ステップにおける比較の結果に基づいて、前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の充電または放電を決定する充放電決定ステップと、
    を含んでなることを特徴とする請求項3に記載のエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測方法。
  5. 前記充放電決定ステップでは、
    前記比較ステップにおける比較の結果、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の前記出力電圧が前記第1の基準電圧以下である場合、
    充電を行い、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の前記出力電圧が前記第1の基準電圧を超える場合、
    充電を中止し、且つ、放電を行うことを特徴とする請求項4に記載のエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測方法。
  6. 前記充放電決定ステップでは、
    前記比較ステップにおける比較の結果、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の前記出力電圧が前記第2の基準電圧以上である場合、
    放電を行い、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の前記出力電圧が前記第2の基準電圧未満である場合、
    放電を中止し、且つ、充電を行うことを特徴とする請求項4に記載のエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測方法。
  7. 前記測定対象エネルギー貯蔵システム(ESS)寿命予測ステップでは、
    前記各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータを単純合算してエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測する第1の方法と、
    前記各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの調和合計でエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測する第2の方法と、
    前記各容量範囲別の充放電サイクルデータ測定ステップにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの乗法的確率を用いて、エネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測する第3の方法と、
    のいずれか一つ以上の方法でエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測方法。
  8. 複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)と、
    前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれから充放電サイクルデータを測定して解析する解析部と、
    を備えてなり、
    前記解析部は、
    測定しようとするエネルギー貯蔵システム(ESS)の容量を仮想で二つ以上の容量範囲に分割する仮想容量分割部と、
    前記分割された容量範囲にマッチングされる第1の基準電圧及び第2の基準電圧を設定する基準電圧設定部と、
    前記入力された充放電サイクルデータから前記エネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測するエネルギー貯蔵システム(ESS)寿命予測部と、
    を備えてなり、
    前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の数は、
    前記仮想容量分割部において分割される容量範囲の数以上であり、
    前記解析部は、
    前記分割された容量範囲にマッチングされる前記第1の基準電圧及び前記第2の基準電圧を前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)に伝送して、それぞれの実測エネルギー貯蔵システム(ESS)を充電または放電の手順を繰り返して分割された容量範囲別の充放電サイクルデータを測定することを特徴とするエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測装置。
  9. 前記仮想容量分割部は、
    仮想で分割された容量範囲が隣り合う範囲と所定の範囲だけ重なる(オバーラップされる)ように設定し、
    前記第1の基準電圧は、
    前記分割された各容量範囲の上限容量に相当する値であり、
    前記第2の基準電圧は、
    前記分割された各容量範囲の下限容量に相当する値であり、
    前記第1の基準電圧は、前記第2の基準電圧よりも大きいことを特徴とする請求項8に記載のエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測装置。
  10. 前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれは、
    実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の充放電を制御するバッテリー短時間放電診断装置(BSC)を備えてなり、
    前記バッテリー短時間放電診断装置(BSC)は、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の初期の出力電圧が前記第1の基準電圧以下である場合には、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の出力電圧が前記第1の基準電圧となるまで充電を行った後、前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の出力電圧が前記第1の基準電圧を超える場合、充電を中止し、且つ、放電を行い、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の初期の出力電圧が前記第2の基準電圧以上である場合には、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の出力電圧が前記第2の基準電圧となるまで放電を行った後、前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の前記出力電圧が前記第2の基準電圧未満となる場合、放電を中止し、且つ、充電を行うことを特徴とする請求項8又は9に記載のエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測装置。
  11. 前記予測するエネルギー貯蔵システム(ESS)寿命予測部は、
    前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータを単純合算してエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測する第1の方法と、
    前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの調和合計でエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測する第2の方法と、
    前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の充放電サイクルデータの乗法的確率を用いて、エネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測する第3の方法と、
    のいずれか一つ以上の方法でエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測することを特徴とする請求項8〜10のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測装置。
  12. 複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)と、
    前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれから充放電サイクルデータを測定して解析する解析部と、
    を備えてなり、
    前記解析部は、
    測定しようとするエネルギー貯蔵システム(ESS)の容量を仮想で二つ以上の容量範囲に分割する仮想容量分割部と、
    前記分割された容量範囲にマッチングされる第1の基準電圧及び第2の基準電圧を設定する基準電圧設定部と、
    前記入力された充放電サイクルデータから前記エネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測するエネルギー貯蔵システム(ESS)寿命予測部と、
    を備えてなり、
    前記仮想容量分割部において分割される二つ以上の容量範囲の数は、前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の数以下であり、
    前記解析部は、
    前記分割された容量範囲にマッチングされる前記第1の基準電圧及び前記第2の基準電圧を前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)に伝送して、それぞれの実測エネルギー貯蔵システム(ESS)を充電または放電の手順を繰り返して分割された容量範囲別の充放電サイクルデータを測定することを特徴とするエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測装置。
  13. 前記仮想容量分割部は、
    仮想で分割された容量範囲が隣り合う範囲と所定の範囲だけ重なる(オーバーラップされる)ように設定し、
    前記第1の基準電圧は、
    前記分割された各容量範囲の上限容量に相当する値であり、
    前記第2の基準電圧は、
    前記分割された各容量範囲の下限容量に相当する値であり、
    前記第1の基準電圧は、前記第2の基準電圧よりも大きいことを特徴とする請求項12に記載のエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測装置。
  14. 前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれは、
    実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の充放電を制御するバッテリー短時間放電診断装置(BSC)を備えてなり、
    前記バッテリー短時間放電診断装置(BSC)は、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の初期の出力電圧が前記第1の基準電圧以下である場合には、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の出力電圧が前記第1の基準電圧となるまで充電を行った後、前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の出力電圧が前記第1の基準電圧を超える場合、充電を中止し、且つ、放電を行い、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の初期の出力電圧が前記第2の基準電圧以上である場合には、
    前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の出力電圧が前記第2の基準電圧となるまで放電を行った後、前記実測エネルギー貯蔵システム(ESS)の前記出力電圧が前記第2の基準電圧未満となる場合、放電を中止し、且つ、充電を行うことを特徴とする請求項12又は13に記載のエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測装置。
  15. 前記予測するエネルギー貯蔵システム(ESS)寿命予測部は、
    前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の前記充放電サイクルデータを単純合算してエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測する第1の方法と、
    前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の前記充放電サイクルデータの調和合計でエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測する第2の方法と、
    前記複数の実測エネルギー貯蔵システム(ESS)のそれぞれにおいて測定された各容量範囲別の前記充放電サイクルデータの乗法的確率を用いて、エネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測する第3の方法と、
    のいずれか一つ以上の方法でエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命を予測することを特徴とする請求項12〜14のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵システム(ESS)の寿命予測装置。
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