JPWO2014103705A1 - 蓄電デバイスの寿命予測装置及び蓄電デバイスの寿命予測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1においては、出力電流及び端子間電圧の脈動振幅値を、出荷時の基本データと比較診断することにより、蓄電デバイスの寿命を予測している。しかしながら、蓄電デバイスの端子間電圧の脈動振幅は、電池の充電状態(以下、SOC:State Of Chargeと略す)に大きく影響される。このため、蓄電デバイスの端子間電圧の脈動振幅を正確に測定するためには、蓄電デバイスのSOCを正確に測定する必要がある。
図1は、本発明の実施の形態1における蓄電デバイスの寿命予測装置の構成図である。図1に示す蓄電デバイスの寿命予測装置は、実運転データ収集部1、劣化状態判定部2、寿命予測部3、実運転制御部4、及び表示部5を備えて構成される。
この実運転制御部4は蓄電デバイスの運転を制御する機能を有するコントローラであり、IT(Information Technoligy)を活用した電力やガス等のエネルギー管理システム(Energy Management System)であるxEMS((HEMS(Home Energy Management System)やBEMS(Building Energy Management System)やFEMS(Fuctory Energy Management System)など)や電気自動車やハイブリッド電気自動車のPCU(Power Control Unit)、PCS(Power Control Subsystem)、系統用蓄電池システムにおけるPLC(Programmable Logic controller)の全体若しくは一部の機能である。
また、本発明の実施の形態1における寿命予測装置は、多数の蓄電デバイスを直並列に接続しているシステムにおいてその効果をより発揮する。例えば複数の蓄電デバイスを直列に接続したユニットを並列接続しているシステムにおいては、劣化状態判定部2にてユニット毎の劣化状態を判定し、その結果に従って各ユニットへの入出力を制御することにより、並列接続されたユニット間の劣化を均等化し、システム全体としての劣化を抑制することができる。即ち、劣化量が大きいユニットに対しては入出力を抑制し、劣化量が小さいユニットの入出力を増加させることにより、劣化量が大きいユニットの劣化は抑制され、劣化量が小さいユニットの劣化が増えるため、全体のシステムとしての劣化を抑制することができる。
本発明の実施の形態2は、先の実施の形態1における寿命予測部3を具現化したものである。
採用された評価特性は、その初期値に対する比率として規格化し、この比率の閾値をもって寿命とすることが好ましい。複数の蓄電デバイスを評価する場合、運転開始前の初期の評価特性値が個体間にばらつきがあるため、個々の蓄電デバイスにおける劣化量を精度良く評価するために有効である。
運転条件1、2、3、5、6、8、9の場合
直線近似: yi=ax+b
運転条件7、11の場合
多項式近似: yi=ax4+bx3+cx2+dx+e
運転条件4、10、12の場合
平方根近似: yi=ax1/2+b
y=5.720417−0.0083914×A−5.177127×10-2×B−3.662888×10-2×C−0.858839×D+0.367459×E+1.070846×10-4×F (6)
実施の形態2においては6つの因子について2水準設定したが、充放電を行わない場合と行う場合に分け、一つの評価特性に対して2種類の直交表を用いて各々の条件に基づく測定データを収集して寿命予測を行うことができる。
即ち充放電を行わない場合の直交表の因子として、温度、保存SOCが考えられ、充放電を行う場合の直交表の因子としては例えば図4において時間のファクターである定電圧保持時間を除いた因子を設定する。
各々の直交表に基づき運転を行い、寿命予測式に基づいて充放電を行わない場合の劣化量(保存劣化量)、及び充放電を行う場合の劣化量(充放電劣化量)を求める。
充放電を行う時間と休止している時間に合わせて保存劣化量と充放電劣化量を積算することによりある一定期間における総劣化量を算出することにより、高精度な寿命予測が可能になる。
本発明の実施の形態3では、先の実施の形態2における蓄積された運転条件に基づく測定データを基に作成した寿命予測式を用いることによって、蓄電デバイスを運転制御する機能はないが、任意の運転条件に対する寿命予測をオフラインで実施する場合を説明する。
なお、運転期間中に運転条件が更新される場合は、実運転データ収集部1で収集した温度、電圧、電流等のデータから更新前の劣化状態を判定することにより、更新後の運転条件による劣化を予測することができる。
Claims (9)
- 蓄電デバイスの運転を制御する実運転制御部と、運転中の前記蓄電デバイスの測定データを収集する実運転データ収集部と、前記実運転データ収集部で収集した前記測定データを基に前記蓄電デバイスの劣化状態を判定する劣化状態判定部と、蓄電デバイスの寿命を予測する寿命予測部とを備えた蓄電デバイスの寿命予測装置であって、
前記寿命予測部は、
前記蓄電デバイスの寿命計算に用いる評価特性に影響を与える複数の因子に関してあらかじめ設定された運転条件に基づいて、前記蓄電デバイスを異なる複数の運転条件について個別に運転制御する寿命予測用運転制御部と、
前記異なる複数の運転条件を用いて前記寿命予測用運転制御部による運転制御を行うことで、前記複数の運転条件のそれぞれに対する測定データを収集し、収集した前記測定データに基づいて前記評価特性を算出して経時変化データとして記憶部に逐次蓄積するデータ収集部と、
前記データ収集部により前記記憶部に蓄積された前記評価特性に関する前記経時変化データのそれぞれを、適切な近似関数でカーブフィッティングすることにより、前記複数の運転条件のそれぞれについて、前記評価特性と運転時間との関係を示す回帰式を作成するデータ解析部と、
前記データ解析部により作成された前記回帰式を基に、前記複数の因子として任意設定された運転条件を用いた際の前記評価特性の予測値を算出する寿命予測式を作成する寿命予測式作成部と
を備える蓄電デバイスの寿命予測装置。 - 請求項1に記載の蓄電デバイスの寿命予測装置において、
前記寿命予測用運転制御部は、前記複数の運転条件として、前記複数の因子について直交配列表に基づいて設定されたそれぞれの運転条件を採用し、前記蓄電デバイスを運転制御し、
前記寿命予測式作成部は、前記直交配列表に従って運転制御された複数の前記運転条件において作成された複数の前記回帰式を基に、近似式に当てはめて前記寿命予測式を作成する
蓄電デバイスの寿命予測装置。 - 請求項2に記載の蓄電デバイスの寿命予測装置において、
前記近似式は、Chebyshevの直交多項式である
蓄電デバイスの寿命予測装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の蓄電デバイスの寿命予測装置において、
前記経時変化データのそれぞれは、その初期値に対する比率として規格化されている
蓄電デバイスの寿命予測装置。 - 請求項2に記載の蓄電デバイスの寿命予測装置において、
前記複数運転条件として、充放電を伴わない保存劣化と、充放電を伴う充放電劣化の、それぞれについて因子を設定して前記寿命予測式を作成し、運転パターンに応じて前記寿命予測式を組み合わせて一つの寿命予測式を作成する
蓄電デバイスの寿命予測装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の蓄電デバイスの寿命予測装置において、
前記実運転制御部は、実運転中に収集した測定データ及び前記寿命予測式を基に、前記蓄電デバイスの使用条件にあった範囲内で予測寿命値が最大になる複数の因子の値を求めて運転条件を更新し、更新した運転条件に基づいて前記蓄電デバイスを実運転制御する
蓄電デバイスの寿命予測装置。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の蓄電デバイスの寿命予測装置において、
前記劣化状態判定部は、運転期間中に運転条件が更新される場合は、前記実運転データ収集部で収集した前記測定データから更新前の劣化状態を判定することにより、更新後の運転条件による劣化を予測する
蓄電デバイスの寿命予測装置。 - 蓄電デバイスの運転時間、種類及び運転条件を入力データとして受け付ける運転条件入力部と、
請求項1に記載の蓄電デバイスの寿命予測装置によってあらかじめ作成された寿命予測式を記憶部に有し、前記寿命予測式及び前記運転条件入力部が受け付けた前記入力データを基に、前記蓄電デバイスの種類及び前記運転条件における前記蓄電デバイスの寿命予測値を算出するオフライン寿命予測部と、
前記オフライン寿命予測部で算出された前記寿命予測値を表示する表示部と
を備える蓄電デバイスの寿命予測装置。 - 請求項1に記載の蓄電デバイスの寿命予測装置に用いられる蓄電デバイスの寿命予測方法であって、
前記寿命予測部において、
前記蓄電デバイスの寿命計算に用いる評価特性に影響を与える複数の因子に関してあらかじめ設定された運転条件に基づいて、前記蓄電デバイスを異なる複数の運転条件について個別に運転制御する運転制御ステップと、
前記異なる複数の運転条件を用いて前記運転制御ステップによる運転制御を行うことで、前記複数の運転条件のそれぞれに対する測定データを収集し、収集した前記測定データに基づいて前記評価特性を算出して経時変化データとして記憶部に逐次蓄積するデータ収集ステップと、
前記データ収集ステップにより前記記憶部に蓄積された前記評価特性に関する前記経時変化データのそれぞれを、適切な近似関数でカーブフィッティングすることにより、前記複数の運転条件のそれぞれについて、前記評価特性と運転時間との関係を示す回帰式を作成する回帰式作成ステップと、
前記回帰式作成ステップにより作成された前記回帰式を基に、前記複数の因子として任意設定された運転条件を用いた際の前記評価特性の予測値を算出する寿命予測ステップと
を有する蓄電デバイスの寿命予測方法。
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