KR101248623B1 - 축전지 장치 및 축전지의 전지 상태 평가 장치 및 방법 - Google Patents

축전지 장치 및 축전지의 전지 상태 평가 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

신품의 전지뿐만 아니라, 사용하고 있는 정도의 기간이 경과하여, 열화된 납 축전지에 대해서도, 현재의 전지 상태를 정확하게 추정 가능한 방법과, 정확하게 구한 전지 상태의 정보를 사용하여, 장기 수명화ㆍ저코스트화가 가능한 납 축전지를 실현한다. 축전지와, 축전지의 단자 전압을 측정하는 단자 전압 측정부와, 축전지에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부와, 측정된 단자 전압, 전류와 전지 상태의 관계 모델을 열화도마다 복수 준비한 다차원의 특성 모델과, 축전지의 현재의 열화도를 추정하는 열화도 추정부와, 열화도 추정부가 구한 열화도에 기초하여, 다차원 특성 모델로부터 해당하는 모델을 선정하는 해당 모델 선정부와, 해당 모델 선정부로부터 선정한 모델을 이용하여 현재의 전지 상태를 추정하는 전지 상태 추정부로 구성된다.

Description

축전지 장치 및 축전지의 전지 상태 평가 장치 및 방법{ACCUMULATOR DEVICE, AND SOC EVALUATION DEVICE AND METHOD THEREOF}
본 발명은, 예를 들면 풍력 발전 시스템에서 풍력 발전의 변동 억제용으로 사용되는 축전지의 전지 상태(SOC:Sate of Charge)를 정확하게 파악함으로써, 전지 수명을 장기 수명화하고, 축전지를 포함하는 시스템의 코스트를 저코스트로 하는 것에 관한 것이다.
지구 온난화는, 전인류에게 있어서 중대한 문제이다. 각국에서, 온난화의 진행을 지연시켜 막기 위해서, 에너지 절약의 추진이나, 이산화 탄소를 배출하지 않는 신에너지의 이용 등이 진행되고 있다.
일본에서도, 이산화 탄소 배출 삭감을 위해, 국가가 신에너지 도입의 목표를 정하여, 보조금 등도 실시하면서 태양광이나 풍력 등의 신에너지 발전의 도입을 진행시키고 있다.
그런데, 풍력 발전이나 태양광 발전은, 자연 에너지를 이용하고 있어, 이산화 탄소를 배출하지 않는다고 하는 메리트가 있지만, 바람이 부는 상황, 날씨의 상황으로 인해 발전 출력이 안정되지 못해, 전력 계통에의 악영향, 전력 품질의 저하가 염려되고 있다. 이와 같은 전력 계통에의 악영향을 방지하는 목적으로, 풍력 발전이나 태양광 발전을 도입할 때에는, 동시에 축전지 시스템을 도입하는 것이 요구되고 있다.
이 점에 대해서 상세하게 설명하면, 우선 예를 들면 풍력 발전에 의한 발전 출력은, 풍황에 따라서 크게 변동한다. 그것을, 그대로 전력 계통에 흘리면, 전력 계통의 전력 품질에 악영향을 미친다. 따라서, 납 축전지 등을 이용한 축전지 시스템이 풍력 발전 출력의 상황에 맞춘 축전 시스템 출력을 출력하고, 결과적으로 전력 계통에는, 발전 출력과 축전 시스템 출력이 합성되어, 원활해진 계통 출력이 흘려져, 전력 품질에의 악영향을 회피하는 것이 가능하게 된다.
이를 위해 사용되는 풍력 발전 출력 변동 억제 용도용의 납 축전지에는, 풍력 발전 설비와 동일 정도의 장기 수명화, 및 저코스트화가 요구되고 있다. 이 점, 납 축전지는 적절한 운용 조건을 지킴으로써, 수명을 연장시킬 수 있다.
그런데, 적절한 운용 조건을 지켜서, 축전지를 장기 수명화하기 위해서는, 그 전지의 현재의 전지 상태로서 잔존 용량을 정확하게 파악할 필요가 있다. 전지 상태를 정확하게 파악할 수 있으면, 납 축전지의 수명을 장기 수명화할 수 있고, 또한, 저코스트화(풍력 출력 변동 완화에 필요한 납 축전지 개수를 저감)할 수 있다.
납 축전지의 전지 상태를 정확하게 파악하기 위한 방법으로서, 특허 문헌 1이 알려져 있다.
본 방법에서는, 차량에 탑재된 축전지의 전지 상태와 단자 전압, 전류의 관계식을 사전에 구해 두고, 아이들링 스톱시의 전지 상태를 단자 전압ㆍ전류로부터 판정한다고 하는 것이다.
특허 문헌 2에는, 축전지의 전지 상태를 검지할 때, 전지 상태가 높은 영역과 낮은 영역에서, 전자의 영역의 경우에 방전 전압과 방전 전류의 관계로부터 구하고, 후자의 영역의 경우에는 충전 전압과 충전 전류의 관계로부터 구한다고 하는 경우에 판정 방법을 절환하여, 추정 정밀도를 향상시키는 방법이 공개되어 있다.
또한, 특허 문헌 3에는, 일정 시간의 평균의 전압과 전류의 관계에서 전지 상태를 검출하는 방법이 개시되어 있다.
이들 종래의 방식은 모두 축전지의 전지 상태와 단자 전압과 전류의 관계 모델을 사전에 작성해 두고, 현재의 단자 전압 측정값과 전류 측정값으로부터, 현재의 축전지의 전지 상태를 추정하는 방법이다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2005-1491호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2004-286642호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 제2006-343230호 공보
비특허 문헌 1 : 전기 학회 논문 B, 128권 8호, 2008년 「계단 형상 전류를 이용한 납 축전지 시뮬레이션 모델링 수법」
종래부터, 축전지의 전지 상태를 정확하게 추정하고자, 축전지의 전지 상태와 단자 전압과 전류의 관계 모델을 사전에 작성해 두고, 현재의 단자 전압 측정값과 전류 측정값으로부터, 현재의 축전지의 전지 상태를 추정하고자 하는 방법이 생각되어 왔다.
종래의 방법에서도, 축전지의 전지 상태의 관계 모델을 작성할 수 있지만, 그것은, 축전지 신품의 시점의 모델(단체)이다. 축전지는, 경년 변화(열화)에 의해, (전지 총용량 자체)나 전지 상태의 특성이 크게 변화(저하)하지만, 그 점에 대해서 고려되어 있지 않다. 그 이유로서는, 열화도는, 단순히 연월로 결정되는 것이 아니라, 전지의 운용 조건에 의해 변화하므로, 종래, 그다지 요구되지 않았던 것도 큰 원인의 하나이다.
본 발명의 과제는, 신품의 전지뿐만 아니라, 사용하고 있는 정도의 기간이 경과하여, 열화된 납 축전지에 대해서도, 현재의 전지 상태를 정확하게 추정 가능한 방법과, 정확하게 구한 전지 상태의 정보를 사용하여, 장기 수명화ㆍ저코스트화가 가능한 축전지 장치 및 축전지의 전지 상태 평가 장치 및 방법을 실현하는 것이다.
본 발명의 축전지 장치는, 축전지와, 축전지의 단자 전압을 측정하는 단자 전압 측정부와, 축전지에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부와, 측정된 단자 전압, 전류와 전지 상태의 관계 모델을 열화도마다 복수 준비한 다차원의 특성 모델과, 축전지의 현재의 열화도를 추정하는 열화도 추정부와, 열화도 추정부가 구한 열화도에 기초하여, 다차원 특성 모델로부터 해당하는 모델을 선정하는 해당 모델 선정부와, 해당 모델 선정부로부터 선정한 모델을 이용하여 현재의 전지 상태를 추정하는 전지 상태 추정부로 구성된다.
또한 본 발명의 축전지 장치는, 축전지와, 축전지의 단자 전압을 측정하는 단자 전압 측정부와, 축전지에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부와, 축전지 초기 사용시로부터의 경과를 측정하는 제1 경과 측정부와, 충전시의 단자 전압ㆍ전류와 전지 상태의 관계 모델을 열화도마다 복수 준비한 제1 다차원의 특성 모델과, 제1 경과 측정부의 출력에 따라서 제1 다차원의 특성 모델로부터 특성 모델을 선택하는 제1 선택 수단과, 제1 선택 수단에 의해 선택한 특성 모델로부터 전지 상태를 추정하는 제1 추정부와, 균등 충전시로부터의 경과를 측정하는 제2 경과 측정부와, 방전시의 단자 전압ㆍ전류와 전지 상태의 관계 모델을 열화도마다 복수 준비한 제2 다차원의 특성 모델과, 제2 경과 측정부의 출력에 따라서 제2 다차원의 특성 모델로부터 특성 모델을 선택하는 제2 선택 수단과, 제2 선택 수단에 의해 선택한 특성 모델로부터 전지 상태를 추정하는 제2 추정부와, 전류 적산으로부터 전지 상태를 추정하는 제3 추정부와, 제2 경과 측정부에서 구한 균등 충전시의 경과로부터, 제1 추정부와 제2 추정부와 제3 추정부의 출력에 각각 부여하는 가중치를 결정하는 가중치 결정 수단과, 가중치 결정 수단에 의해 구한 가중치를 고려한 제1 추정부와 제2 추정부와 제3 추정부의 출력에 따라서 최종적으로 전지 상태를 결정하는 결정 수단으로 구성된다.
본 발명의 축전지의 성능 평가 장치는, 축전지의 단자 전압을 측정하는 단자 전압 측정부와, 축전지에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부와, 측정된 단자 전압, 전류와 전지 상태의 관계 모델을 열화도마다 복수 준비한 다차원의 특성 모델과, 축전지의 현재의 열화도를 추정하는 열화도 추정부와, 열화도 추정부가 구한 열화도에 기초하여, 다차원 특성 모델로부터 해당하는 모델을 선정하는 해당 모델 선정부와, 해당 모델 선정부로부터 선정한 모델을 이용하여 현재의 전지 상태를 추정하는 전지 상태 추정부로 구성된다.
또한 본 발명의 축전지의 성능 평가 장치는, 축전지의 단자 전압을 측정하는 단자 전압 측정부와, 축전지에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부와, 축전지 초기 사용시로부터의 경과를 측정하는 제1 경과 측정부와, 충전시의 단자 전압ㆍ전류와 전지 상태의 관계 모델을 열화도마다 복수 준비한 제1 다차원의 특성 모델과, 제1 경과 측정부의 출력에 따라서 제1 다차원의 특성 모델로부터 특성 모델을 선택하는 제1 선택 수단과, 제1 선택 수단에 의해 선택한 특성 모델로부터 전지 상태를 추정하는 제1 추정부와, 균등 충전시로부터의 경과를 측정하는 제2 경과 측정부와, 방전시의 단자 전압ㆍ전류와 전지 상태의 관계 모델을 열화도마다 복수 준비한 제2 다차원의 특성 모델과, 제2 경과 측정부의 출력에 따라서 제2 다차원의 특성 모델로부터 특성 모델을 선택하는 제2 선택 수단과, 제2 선택 수단에 의해 선택한 특성 모델로부터 전지 상태를 추정하는 제2 추정부와, 전류 적산으로부터 전지 상태를 추정하는 제3 추정부와, 제2 경과 측정부에서 구한 균등 충전시의 경과로부터, 제1 추정부와 제2 추정부와 제3 추정부의 출력에 각각 부여하는 가중치를 결정하는 가중치 결정 수단과, 가중치 결정 수단에 의해 구한 가중치를 고려한 제1 추정부와 제2 추정부와 제3 추정부의 출력에 따라서 최종적으로 전지 상태를 결정하는 결정 수단으로 구성하여도 된다.
또한 본 발명의 축전지의 전지 상태 평가 방법은, 축전지의 단자 전압과 전류와 전지 상태의 관계를 나타내는 모델을 상기 축전지의 열화도마다 복수 준비하고, 상기 축전지의 현재의 열화도를 추정하고, 추정한 열화도에 따른 상기 축전지의 단자 전압과 전류와 전지 상태의 관계 모델을 선택하고, 선택한 모델을 이용하여, 현재의 전지 상태를 추정한다.
또한 본 발명의 축전지의 전지 상태 평가 방법은, 축전지의 충전시와 방전시에 대해서, 단자 전압과 전류와 전지 상태의 관계를 나타내는 모델을 각각 복수 준비하고, 상기 축전지의 운전 경과에 따라서 축전지의 충전시와 방전시의 모델을 각각 선택하고, 이들의 모델로부터 현재의 전지 상태를 추정한다.
또한 축전지의 전지 상태 평가 방법에서는, 또한 전류 적산으로부터도 전지 상태를 추정하고, 상기 축전지의 충전시와 방전시의 모델로부터 추정한 현재의 전지 상태를 포함한 복수의 전지 상태로부터 최종적인 전지 상태를 결정하여도 된다.
그 위에, 복수의 전지 상태로부터 최종적인 전지 상태의 결정을 위해 균등 충전시로부터의 경과를 사용하여도 된다.
본 발명에 따르면, 축전지를 사용하고 있는 정도의 기간이 경과하여도, 사용 상황(열화도)에 의해 크게 다른 전지 상태를 정확하게 파악할 수 있다. 축전지의 열화도 고려하면서, 전지 상태를 정확하게 파악함으로써, 축전지를 장기 수명화할 수 있다. 전지 상태를 정확하게 파악함으로써, 사용 범위(SOC 사용 범위)를 넓혀, 적은 축전지로서 사용 가능(저코스트화)할 수 있다. 즉, 축전지의 열화도 고려하면서 정확하게 구한 전지 상태 정보를 사용하여, 장기 수명화ㆍ저코스트화를 실현한 풍력 발전용 축전지, 및, 축전지 시스템을 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 기능 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 처리 플로우도.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 기능 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 처리 플로우도.
도 5는 방전 특성 모델을 이용한 전지 상태 추정의 예.
도 6은 방전 특성 모델의 예.
도 7은 충전 특성 모델의 예.
이하, 도면을 이용하여 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
<실시예>
도 1에, 본 발명의 축전지 전지 상태 평가 장치의 기능 블록도를 도시한다. 본 발명의 기능 블록은, 단자 전압 측정부(101), 전류 측정부(102), 다차원 특성 모델(103), 열화도 추정부(104), 해당 모델 선정부(105), 전지 상태 추정부(SOC 추정부)(106)로 이루어진다.
본 발명의 각 기능에 대해서 설명한다. 단자 전압 측정부(101)는, 납 축전지의 단자 전압 V를 측정한다. 전류 측정부(102)는, 납 축전지에 흐르는 전류 I를 측정한다. 다차원 특성 모델(103)은, 단자 전압 Vㆍ전류 I와 전지 상태(SOC)의 관계 모델을, 열화도마다 다차원으로 준비한 것이며, 이것은 미리 납 축전지의 특성을 조사하여 작성해 둔다.
열화도 추정부(104)는, 축전지의 현재의 열화도를 추정한다. 축전지의 현재의 열화도의 지표로서는, 사용 개시하고 나서의 토탈의 충방전량(총 충방전량(Ah))으로 구하는 방법이 있다.
해당 모델 선정부(105)는, 열화도 추정부(104)가 구한 축전지의 현재의 열화도에 기초하여, 다차원 특성 모델(103)로부터, 전지 상태의 추정에 적합한(현재의 열화도에 해당하는 적절한) 모델을 선정한다.
전지 상태 추정부(106)는, 단자 전압 측정부(101)가 측정한 단자 전압 V, 전류 측정부(102)가 측정한 전류 I를 기초로, 해당 모델 선정부(105)가 선정한 모델(VㆍI와 전지 상태의 관계 모델)을 이용하여, 현재의 전지 상태를 추정한다.
또한, 열화도 추정부(104)에서, 축전지의 현재의 열화도를 추정하는 방법의 일례로서는, 사용 개시하고 나서 토탈의 충방전량(총 충방전량(Ah))으로 구하는 방법이 있다.
또한, 열화도마다의 다차원의 특성 모델(103)이 유지하는 단자 전압 Vㆍ전류 I와 전지 상태의 관계 모델의 작성 방법에 대해서는, 일례로서, 비특허 문헌 1에 모델의 작성 수순이 상세하게 기재되어 있다.
다음으로, 도 2를 이용하여, 본 발명의 축전지 전지 상태 평가 방법의 처리 플로우에 대해서 설명한다. 우선, 단자 전압 측정부(101)에서 축전지의 단자 전압 V를 측정한다(스텝 S201). 다음으로, 전류 측정부(102)에서 축전지의 전류 I를 측정한다(스텝 S202). 다음으로, 열화도 추정부(104)에서, 축전지의 현재의 열화도를 추정한다(스텝 S203). 해당 모델 선정부(105)는, 열화도 추정부(104)가 추정한 값(현재의 축전지의 열화도)에 기초하여, 다차원 특성 모델(103)로부터, 해당하는 관계 모델을 선택한다(스텝 S204).
그리고, 전지 상태 추정부(106)는, 단자 전압 측정부(101)에서 측정한 축전지의 단자 전압 V(스텝 S201), 전류 측정부(102)에서 측정한 축전지의 전류 I(스텝 S202), 및 해당 모델 선정부(105)에 의해 선택된 모델을 사용하여, 현재의 축전지의 전지 상태를 추정한다(스텝 S205). 이상의 처리에 의해, 현재의 축전지의 전지 상태를 추정할 수 있다.
도 2의 축전지의 전지 상태 평가 방법에 따르면, 축전지의 단자 전압과 전류와 전지 상태의 관계를 나타내는 모델을 상기 축전지의 열화도마다 복수 준비하고, 상기 축전지의 현재의 열화도를 추정하고, 추정한 열화도에 따른 상기 축전지의 단자 전압과 전류와 전지 상태의 관계 모델을 선택하고, 선택한 모델을 이용하여 현재의 전지 상태를 추정할 수 있으므로, 신품의 경우가 아니어도 사용 상태에 맞춰서 전지 상태를 정확하게 추정할 수 있다.
이상, 도 1과 도 2를 이용하여 본 발명에 따른 축전지 전지 상태 평가 장치와 방법의 설명을 행하였지만, 여기서 이용되는 열화도마다의 다차원 특성 모델(103)에 대해서 이것이 어떻게 되는지에 대해서 설명한다.
도 5에 도시한 특성 L1은, 전지의 열화도가 5％이고, 온도가 25℃, 방전 전류가 8A의 환경 하에서 전지를 사용할 때의 방전 특성 모델의 일례를 나타낸다. 이 그래프는, 종축이 전압 V(단자 전압 V), 횡축이 전지 상태(SOC)를 나타낸다.
이 그래프에 따르면, 열화도가 5％, 온도가 25℃의 환경 하에서 8A의 전류를 흘리고, 이 때의 단자 전압을 측정하면, 2.04V이었던 것으로 하면, 도면에 도시한 바와 같이, 그 때의 납 축전지의 전지 상태는, 0.85(85％)인 것으로 알 수 있다(추정할 수 있음).
열화도마다의 다차원 특성 모델(103)은, 이상의 점에서 명백한 바와 같이 다른 열화도일 때의 특성 L도 복수조 준비한 것이며, 측정한 열화도의 지표에 따라서 최적의 특성을 추출하여 전지 상태의 판정에 사용하는 것이다.
도 3에, 본 발명의 축전지 전지 상태 평가 장치의 다른 일 실시예의 상세한 기능 블록도를 도시한다. 이 기능 블록은, 4종류의 측정부(101, 102, 301, 302)와, 2종류의 다차원 특성 모델(303, 304)과, 2종류의 선택 수단(306, 307)과, 3종류의 전지 상태 추정부(305, 310, 311)와, 1개의 가중치 결정 수단(308)과, 최종적으로 전지 상태를 결정하는 수단(309)으로 구성된다.
이 중, 4종류의 측정부(101, 102, 301, 302)는, 단자 전압 측정부(101), 전류 측정부(102), 축전지 초기 사용시로부터의 경과 측정부(301), 균등 충전시로부터의 경과 측정부(302)이다.
2종류의 다차원 특성 모델(303, 304)이란, 다차원의 충전시 특성 모델(303)과 다차원의 방전시 특성 모델(304)이다.
2종류의 선택 수단(306, 307)이란, 축전지 초기 사용시로부터의 경과 측정부(301)의 출력에 따라서 다차원 충전시 특성 모델(303)로부터 모델을 선택하는 수단(306)과, 축전지 초기 사용시로부터의 경과 측정부(301)의 출력에 따라서 다차원 방전시 특성 모델(304)로부터 모델을 선택하는 수단(307)이다.
3종류의 전지 상태(SOC) 추정부(305, 310, 311)란, 전류 적산으로부터의 전지 상태 추정부(305), 충전시 특성으로부터의 전지 상태 추정부(310), 방전시 특성으로부터의 추정부(311)이다.
가중치를 결정하는 수단(308)은, 균등 충전시로부터의 경과 측정부(302)의 출력에 따라서, 3종류의 전지 상태 추정부(305, 310, 311)의 출력에 가중치 부여를 행한다. 최종적으로 전지 상태를 결정하는 수단(309)은, 가중치 부여된 3종류의 전지 상태 추정부(305, 310, 311)의 출력으로부터, 전지 상태를 구한다.
다음으로, 각 기능에 대하여 설명한다. 단자 전압 측정부(101)는, 납 축전지의 단자 전압 V를 측정한다. 전류 측정부(102)는, 납 축전지에 흐르는 전류 I를 측정한다. 축전지 초기 사용시로부터의 경과 측정부(301)는, 축전지 초기 사용시로부터의 경과(예:총 충방전량(Ah), 열화도, 혹은, 경과 시간 등)를 측정한다. 균등 충전시로부터의 경과 측정부(302)는, 축전지의 균등 충전을 실시하고 나서의 경과(예:시간, 총 충방전량(Ah) 등)를 측정한다.
다차원의 충전시 특성 모델(303)은, 충전시의 단자 전압 Vㆍ전류 I와 전지 상태의 관계 모델을, 축전지 초기 사용시로부터의 경과마다(열화도마다) 다차원으로 준비한 것이다. 이것은, 미리 납 전지의 충전시의 특성을 조사하여, 작성해 둔다. 다차원의 방전시 특성 모델(304)은, 방전시의 단자 전압 Vㆍ전류 I와 전지 상태 SOC의 관계 모델을, 축전지 초기 사용시로부터의 경과마다(열화도마다) 다차원으로 준비한 것이다. 이것도, 미리 납 전지의 방전시의 특성을 조사하여, 작성해 둔다.
또한, 열화도마다의 다차원의 충전 특성 모델(303)이나, 열화도마다의 다차원의 방전 특성 모델(304)이 유지하는 「단자 전압 Vㆍ전류 I와 전지 상태의 SOC의 관계 모델」의 작성 방법에 대해서는, 일례로서 비특허 문헌 1에 모델의 작성 수순이 기재되어 있다.
선택 수단(306)은, 축전지 초기 사용시로부터의 경과 측정부(301)의 값(현재의 열화도)에 따라서, 다차원의 충전 특성 모델(303) 중으로부터 적절한 모델을 선택한다. 선택 수단(307)은, 축전지 초기 사용시로부터의 경과 측정부(301)의 값(현재의 열화도)에 따라서, 다차원의 방전시 특성 모델(304) 중으로부터서 적절한 모델을 선택한다.
전류 적산으로부터의 전지 상태 추정부(305)는, 균등 충전시로부터의 전류 I의 적산으로부터 전지 상태를 추정한다.
충전시 특성으로부터의 전지 상태 추정부(310)는, 축전지의 충전시에 단자 전압 측정부(101)가 측정한 단자 전압 V, 전류 측정부(102)가 측정한 전류 I를 기초로, 다차원의 충전시 특성 모델(303)로부터 선택 수단(306)이 선정한 모델을 이용하여, 현재의 전지 상태를 추정한다.
방전시 특성으로부터의 전지 상태 추정부(311)는, 축전지의 방전시에 단자 전압 측정부(101)가 측정한 단자 전압 V, 전류 측정부(102)가 측정한 전류 I를 기초로, 다차원의 방전시 특성 모델(304)로부터 선택 수단(307)이 선정한 모델을 이용하여, 현재의 전지 상태를 추정한다.
가중치를 결정하는 수단(308)은, 균등 충전시로부터의 경과 측정부(302)의 값으로부터, 3종류의 전지 상태 추정부(305, 310, 311)의 출력에 가중치 부여를 행한다.
즉, 균등 충전시로부터의 경과가 비교적 짧은 경우에는, 전류 적산으로부터의 전지 상태 추정부(305)에 의해 구한 전지 상태의 값의 신뢰도는 비교적 높다. 그러나, 균등 충전시로부터의 경과가 긴 경우에는, 전류 적산으로부터의 전지 상태 추정부(305)에 의해 구한 전지 상태의 값의 신뢰도가 낮아진다. 이 경우, 또한, 충전시 특성으로부터의 전지 상태 추정부(310)에서 구한 전지 상태나, 방전시 특성으로부터의 전지 상태 추정부(311)에서 구한 값이 중요하게 된다. 그 밖에도, 현재로부터의 일정 시간에, 「충전」 「방전」의 비율이 어느 정도였는지 등에 의해, 3종류의 전지 상태 추정부(305, 310, 311)에서 구한 전지 상태의 가중치가 변화하므로, 이들의 조건에 따라서 가중치 결정 수단(308)이 각각의 값을 가중치 부여한다.
다음으로, 도 4를 이용하여, 본 발명의 축전지 전지 상태 평가 방법의 처리 플로우에 대해서 설명한다. 처리 플로우에서는 우선, 각종의 측정을 행한다.
단자 전압 측정부(101)에서 축전지의 단자 전압 V를 측정한다(스텝 S401). 전류 측정부(102)에서 축전지의 전류 I를 측정한다(스텝 S402). 축전지 초기 사용시로부터의 경과 측정부(301)에서, 축전지의 현재까지의 경과(열화도)를 측정(추정)한다(스텝 S403). 또한, 균등 충전시로부터의 경과 측정부(302)에서, 축전지를 균등 충전에 의해 만충전으로 하고 나서 현재까지의 경과를 측정한다(스텝 S404).
다음으로, 전류 적산으로부터의 전지 상태 추정부(305)에서, 현재의 전지 상태를 추정한다(스텝 S405). 이것은, 균등 충전시로부터의 전류 I를 적산하여 전지 상태를 추정하는 것이다. 다음으로, 선택 수단(306)은, 축전지 초기 사용시로부터의 경과 측정부(301)가 구한 결과(경과ㆍ열화도)에 의해, 충전시 특성 모델(303)의 모델 중으로부터 해당하는 관계 모델을 선택한다(스텝 S406).
충전시 특성으로부터의 전지 상태 추정부(310)에서는, 스텝 S406에서 선택한 관계 모델을 사용하여, 현재의 축전지의 전지 상태를 추정한다(스텝 S407).
또한 마찬가지로 하여, 선택하는 수단(307)은, 축전지 초기 사용시로부터의 경과 측정부(301)가 구한 결과(경과ㆍ열화도)에 의해, 충전시 특성 모델(304)의 모델 중으로부터 해당하는 관계 모델을 선택한다(스텝 S408).
그리고, 방전시 특성으로부터의 전지 상태 추정부(311)가, 스텝 S408에서 선택한 관계 모델을 사용하여, 현재의 축전지의 전지 상태를 추정한다(스텝 S409).
다음으로, 가중치를 결정하는 수단(308)은, 균등 충전시로부터의 경과 추정부(302)가 구한 결과(균등 충전시로부터의 경과)에 의해, 스텝 S405, 스텝 S407, 스텝 S409의 각각에서 구한 전지 상태에 부여하는 가중치(신뢰도)를 결정한다(스텝 S410).
마지막으로, 스텝 S410에서 정한 가중치를 스텝 S405, 스텝 S407, 스텝 S409의 각각에서 구한 전지 상태에 부여하여, 최종적으로 그 전지의 전지 상태를 결정한다.
도 4에 도시한 본 발명의 축전지의 전지 상태 평가 방법에 따르면, 축전지의 충전시와 방전시에 대해서, 단자 전압과 전류와 전지 상태의 관계를 나타내는 모델을 각각 복수 준비하고, 축전지의 운전 경과에 따라서 축전지의 충전시와 방전시의 모델을 각각 선택하고, 이들의 모델로부터 현재의 전지 상태를 추정할 수 있으므로, 보다 고정밀도로 전지 상태를 추정할 수 있다.
또한 전류 적산으로부터도 전지 상태를 추정하고, 상기 축전지의 충전시와 방전시의 모델로부터 추정한 현재의 전지 상태를 포함한 복수의 전지 상태로부터 최종적인 전지 상태를 결정할 수 있다.
복수의 전지 상태로부터 최종적인 전지 상태의 결정을 위해 균등 충전시로부터의 경과를 사용할 수 있다.
이상, 도 3과 도 4를 이용하여 본 발명에 따른 축전지의 전지 상태 평가 장치와 방법의 설명을 행하였지만, 여기서 이용되는 다차원 특성 모델(303, 304)에 대해서 이것이 어떻게 되는 것인지에 대해서 설명한다.
도 6은, 도 3의 다차원의 방전 특성 모델의 예를 나타내고 있고, 예를 들면 열화도가 5％, 온도 25℃의 사용 환경 하에서, 방전 전류가 8A 내지 12A일 때의 특성을 나타내고 있다. 다차원 특성 모델은, 이 복수의 특성을 또한 경과 측정부(301)가 구한 결과(경과ㆍ열화도)의 관점에서 복수조 준비한 것이다.
도 7은, 도 3의 다차원의 충전 특성 모델의 예를 나타내고 있고, 예를 들면 열화도가 5％, 온도 25℃의 사용 환경 하에서, 충전 전류가 8A 내지 12A일 때의 특성을 나타내고 있다. 다차원 특성 모델은, 이 복수의 특성을 또한 경과 측정부(302)가 구한 결과(경과ㆍ열화도)의 관점에서 복수조 준비한 것이다.
이들의 충전 혹은 방전에 대한 다차원 특성 모델은, 도 5의 열화도의 관점에서 다차원의 모델에 전개한 것도 가능하고, 또한 도 6, 도 7과 같이 전류의 관점에서 다차원의 모델에 전개하는 것도 가능하며, 나아가서는 축전지가 놓여지는 환경의 온도에 따라서 다차원의 모델에 전개하는 것도 가능하다.
이들의 각 방면에서 검토된 다차원 모델은 실제로는 계산기로 구성되므로 가능한 범위에서 많은 팩터로 전개된 모델을 구비하는 것이 현재의 전지 상태를 추정할 수 있다는 점에서 유효하다.
또한, 이상의 본 발명의 축전지의 전지 상태 평가 장치는, 축전지와 별개로 하여 예를 들면 먼 곳의 계산기 장치에서 실현할 수 있다. 또한, 현장의 축전지 설치 장소에 전지 상태 평가 장치를 설치하여 그 장소에서 성능 확인할 수 있는 축전지 장치로 함으로써 실현할 수도 있다.
이상에 의해, 본 발명을 실시하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 축전지의 전지 용량을 미세하게 파악할 수 있으므로, 장기 수명화ㆍ저코스트화를 실현한 예를 들면 풍력 발전용 축전지 시스템을 구축할 수 있다.
101 : 단자 전압 측정부
102 : 전류 측정부
301 : 축전지 초기 사용시로부터의 경과 측정부
302 : 균등 충전시로부터의 경과 측정부
303 : 다차원의 충전시 특성 모델
304 : 다차원의 방전시 특성 모델
306, 307 : 선택 수단
305, 310, 311 : 전지 상태 추정부
308 : 가중치 결정 수단
309 : 전지 상태 결정 수단

Claims (3)

  1. 축전지와,
    그 축전지의 단자 전압을 측정하는 단자 전압 측정부와, 상기 축전지에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부와,
    축전지 초기 사용시로부터의 경과를 측정하는 제1 경과 측정부와, 충전시의 단자 전압ㆍ전류와 전지 상태의 관계 모델을 열화도마다 복수 준비한 제1 다차원의 특성 모델과, 상기 제1 경과 측정부의 출력에 따라서 상기 제1 다차원의 특성 모델로부터 특성 모델을 선택하는 제1 선택 수단과, 그 제1 선택 수단에 의해 선택한 특성 모델로부터 전지 상태를 추정하는 제1 추정부와,
    균등 충전시로부터의 경과를 측정하는 제2 경과 측정부와, 방전시의 단자 전압ㆍ전류와 전지 상태의 관계 모델을 열화도마다 복수 준비한 제2 다차원의 특성 모델과, 상기 제2 경과 측정부의 출력에 따라서 상기 제2 다차원의 특성 모델로부터 특성 모델을 선택하는 제2 선택 수단과, 그 제2 선택 수단에 의해 선택한 특성 모델로부터 전지 상태를 추정하는 제2 추정부와,
    전류 적산으로부터 전지 상태를 추정하는 제3 추정부와,
    상기 제2 경과 측정부에서 구한 균등 충전시의 경과로부터, 상기 제1 추정부와 상기 제2 추정부와 제3 추정부의 출력에 각각 부여하는 가중치를 결정하는 가중치 결정 수단과,
    그 가중치 결정 수단에 의해 구한 가중치를 고려한 상기 제1 추정부와 상기 제2 추정부와 제3 추정부의 출력에 따라서 최종적으로 전지 상태를 결정하는 결정 수단으로 구성되는 축전지 장치.
  2. 축전지의 단자 전압을 측정하는 단자 전압 측정부와, 상기 축전지에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부와,
    축전지 초기 사용시로부터의 경과를 측정하는 제1 경과 측정부와, 충전시의 단자 전압ㆍ전류와 전지 상태의 관계 모델을 열화도마다 복수 준비한 제1 다차원의 특성 모델과, 상기 제1 경과 측정부의 출력에 따라서 상기 제1 다차원의 특성 모델로부터 특성 모델을 선택하는 제1 선택 수단과, 그 제1 선택 수단에 의해 선택한 특성 모델로부터 전지 상태를 추정하는 제1 추정부와,
    균등 충전시로부터의 경과를 측정하는 제2 경과 측정부와, 방전시의 단자 전압ㆍ전류와 전지 상태의 관계 모델을 열화도마다 복수 준비한 제2 다차원의 특성 모델과, 상기 제2 경과 측정부의 출력에 따라서 상기 제2 다차원의 특성 모델로부터 특성 모델을 선택하는 제2 선택 수단과, 그 제2 선택 수단에 의해 선택한 특성 모델로부터 전지 상태를 추정하는 제2 추정부와,
    전류 적산으로부터 전지 상태를 추정하는 제3 추정부와,
    상기 제2 경과 측정부에서 구한 균등 충전시의 경과로부터, 상기 제1 추정부와 상기 제2 추정부와 제3 추정부의 출력에 각각 부여하는 가중치를 결정하는 가중치 결정 수단과,
    그 가중치 결정 수단에 의해 구한 가중치를 고려한 상기 제1 추정부와 상기 제2 추정부와 제3 추정부의 출력에 따라서 최종적으로 전지 상태를 결정하는 결정 수단으로 구성되는 축전지의 전지 상태 평가 장치.
  3. 축전지의 충전시와 방전시에 대해서, 단자 전압과 전류와 전지 상태의 관계를 나타내는 모델을 각각 복수 준비하고, 상기 축전지의 운전 경과에 따라서 축전지의 충전시와 방전시의 모델을 각각 선택하고, 또한 전류 적산으로부터도 전지 상태를 추정하고, 상기 축전지의 충전시와 방전시의 모델로부터 추정한 현재의 전지 상태를 포함한 복수의 전지 상태로부터 최종적인 전지 상태를 결정함과 함께, 상기 복수의 전지 상태로부터 최종적인 전지 상태의 결정을 위해 균등 충전시로부터의 경과를 사용하는 것을 특징으로 하는 축전지의 전지 상태 평가 방법.
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