WO2016208251A1 - 蓄電システム - Google Patents

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貴嗣 上城
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株式会社日立製作所
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L58/16Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
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    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a power storage system.
  • Patent Document 1 reports a technique for classifying each operation mode from a travel measurement unit in a power storage system mounted on an automobile and diagnosing the remaining life from a change in fuel consumption in each operation mode. Further, it is known that the deterioration of the lithium ion battery depends on the environmental conditions to be used. From this feature, in Patent Document 2, in a power storage system mounted on an automobile, each driving mode is classified by the travel measurement unit, the ratio of each driving mode is calculated, and the lifetime of each driving mode measured in advance is calculated. A technique for diagnosing the remaining life using database results has been reported.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2 are characterized in that a remaining life diagnosis is performed using data relating to each operation mode of an automobile.
  • battery deterioration depends on the environmental conditions used by the battery, temperature and current value, battery charge state, etc.
  • the technology of Patent Documents 1 and 2 cannot detect the detailed battery use state, so the deterioration prediction accuracy is high. It is considered bad. It is an object of the present invention to improve battery deterioration prediction accuracy.
  • Storage battery battery usage history detection unit for detecting storage battery usage history, operation mode classification unit for classifying the storage battery operating mode based on the storage battery usage history, and storage battery deterioration index value based on the storage battery usage history
  • a storage system comprising: an SOH estimation unit that estimates a storage battery; and a remaining life estimation unit that calculates a remaining life of a storage battery based on a use history of an operation mode of the storage battery and a value of a deterioration index of the storage battery.
  • Storage battery usage history is the storage battery's current value, storage battery temperature, and storage battery voltage.
  • the operation mode classification unit determines the operation mode of the storage battery according to the range of two or more characteristic values from the SOC of the storage battery calculated based on the current value of the storage battery, the battery temperature of the storage battery, and the battery voltage of the storage battery. Power storage system to be classified.
  • the operation mode classification unit is a power storage system that calculates the characteristic value of the usage history for each operation mode classified by the operation mode classification unit.
  • the remaining life estimation unit is a power storage system that calculates the remaining life of the storage battery based on the deterioration prediction formula for each operation mode of the storage battery and the value of the deterioration index of the storage battery.
  • Storage battery battery usage history detection unit for detecting storage battery usage history, operation mode classification unit for classifying the storage battery operating mode based on the storage battery usage history, and storage battery deterioration index value based on the storage battery usage history And an SOH estimating unit that estimates the storage battery, and receives the remaining life of the storage battery calculated by the cloud server based on the usage history of the operation mode of the storage battery and the value of the deterioration index of the storage battery.
  • a storage battery system in which the storage battery deterioration prediction formula is updated based on the degree of deviation between the predicted value of the battery deterioration index of the storage battery calculated by the cloud server and the predicted value of the battery deterioration index of the storage battery recorded on the cloud server.
  • a plurality of procedures are described in order in the control method and computer program of the present invention.
  • the order of description does not limit the order in which a plurality of procedures are executed. For this reason, when implementing the control method and computer program of this invention, the order of the several procedure can be changed in the range which does not interfere in content.
  • the plurality of procedures of the control method and the computer program of the present invention are not limited to being executed at different timings. For this reason, it is allowed that another procedure occurs during the execution of a certain procedure, and that part or all of the execution timing of a certain procedure and the execution timing of another procedure overlap.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a process of outputting a result of diagnosing the remaining life of a lithium ion battery according to an embodiment of the present invention.
  • the power storage system (lithium ion battery system) 100 includes a battery pack 110 and a battery life output unit 120.
  • the battery pack 110 includes a storage battery such as a lithium ion battery 111 arranged in series and parallel, a current measuring instrument 112 that measures the current value, voltage value, and temperature of the lithium ion battery 111, a voltage measuring instrument 113, The battery temperature measuring device 114 is configured.
  • the battery life output unit 120 includes a battery usage history detection unit 121, an operation mode classification unit 122, a characteristic value aggregation unit 123, a deterioration prediction formula recording unit 124, a deterioration prediction formula calculation unit 125, an SOH estimation unit 126, and a remaining life estimation unit 127.
  • the display unit 128 is configured.
  • the battery life output unit 120 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and other peripheral circuits, such as an operation mode classifying unit 122 and a characteristic value totaling unit 123. It is conceivable that each unit of each device is stored in a ROM and executed by a CPU using a RAM.
  • the battery usage history detection unit 121 has means for communicating with the current measuring instrument 112, the voltage measuring instrument 113, and the battery temperature measuring instrument 114, and uses the current value, voltage value, and battery temperature usage history (battery usage history) of the lithium ion battery 111. ) Is detected. The detected current value, voltage value, and battery temperature usage history are used for calculation in operation mode classification and remaining life diagnosis described later. The characteristic value extracted from the battery usage history detection unit 121 is output to the operation mode classification unit 122.
  • the operation mode classification unit 122 estimates the charge state and SOC of the lithium ion battery from the current value, voltage value, and battery temperature of the lithium ion battery. In addition, the operation mode classification unit 122 classifies the lithium ion battery 111 for each operation mode.
  • the operation mode indicates a mode classified according to the state of various battery use environments at the time of operation.
  • Each operation mode is classified based on the parameter value. The classification method will be described later.
  • the operation mode classification unit 122 calculates the characteristic value of the parameter value of each operation mode in a certain period such as half a day or one day.
  • characteristic values include an average current value, an effective current value, an average temperature, and an average SOC. The reason why the average current value, the effective current value, the average temperature, and the average SOC are selected as the characteristic values is that these values have a large influence on the deterioration of the lithium ion battery 111, and the average value of these battery usage histories is used. This is because the accuracy of the remaining life diagnosis is improved.
  • Characteristic values such as the average current value, effective current value, average temperature, and average SOC calculated by the operation mode classification unit 122 are periodically output to the characteristic value characteristic value aggregation unit 123.
  • the characteristic value totaling unit 123 periodically updates each average characteristic value of each operation mode averaged from the start of system operation. Each updated average characteristic value of each operation mode is used for calculation of the remaining life diagnosis described later. By updating the value periodically, accurate information on the battery usage history can be obtained, and the accuracy of the remaining life diagnosis is improved. Further, by combining the degradation prediction formulas subdivided for each operation mode, the degradation state of the lithium ion battery 111 can be estimated more accurately, and the accuracy of the remaining life diagnosis of the lithium ion battery is improved. In addition to the average characteristic value, the characteristic value totaling unit 123 has a function of calculating the operation ratio from the operation time in the operation mode so far and records it.
  • deterioration prediction formula recording unit 124 a deterioration prediction formula constructed from the result of the battery test measured in advance is recorded.
  • the deterioration prediction formula calculation unit 125 uses the prediction formula recorded in the deterioration prediction formula recording unit 124 and the characteristic values of each operation mode periodically updated by the characteristic value totaling unit 123 to determine the operation mode.
  • the deterioration prediction formula is regularly updated.
  • the prediction formula recorded in the deterioration prediction formula recording unit 124 is configured to input parameter values, and the average current value, effective current value, average temperature, average SOC, etc. calculated in the characteristic value totaling unit 123, etc. Complete by entering.
  • the updated deterioration prediction formula of each operation mode is used for calculation of the remaining life diagnosis of the lithium ion battery 111.
  • the SOH estimation unit 126 estimates the battery deterioration state, SOH, in other words, the value of the deterioration index of the lithium ion battery 111 from the current value, voltage value, and battery temperature.
  • SOH is indicated by a value where the initial value of the battery capacity and battery resistance is 100%, and is an index of the degree of battery deterioration.
  • the remaining life estimation unit 127 estimates the remaining life of the lithium ion battery 111. Using the deterioration prediction formula of each operation mode periodically updated by the deterioration prediction formula calculation unit 125, the operation ratio of each operation mode calculated by the characteristic value aggregation unit 123, and the SOH calculated by the SOH estimation unit 126, The remaining life of the lithium ion battery 111 is diagnosed. By using the deterioration prediction formula of each operation mode and the operation ratio of each mode, the deterioration transition of the lithium ion battery 111 can be estimated more accurately, and the accuracy of the remaining life diagnosis is improved. Further, the remaining life can be diagnosed more accurately by using the current SOH and the deterioration transition of the lithium ion battery 111.
  • the display unit 128 outputs the result of the remaining life of the lithium ion battery 111 on the screen according to the result of the remaining life estimation unit 127.
  • the result output to the display unit 128 may be a calculated remaining life result, advice for operating the lithium ion battery 111, or the like. With the above configuration, the remaining life of the lithium ion battery 111 is diagnosed.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between deterioration of a lithium ion battery with respect to the SOC of the lithium ion battery and a temperature of the lithium ion battery. Indicates. This characteristic diagram is obtained from the result of calculating the deterioration of the lithium ion battery 111 when the lithium ion battery 111 charged in each SOC is stored at various temperatures.
  • the capacity deterioration rate of the lithium ion battery which is an index of deterioration of the lithium ion battery 111, is shown for 25 ° C. and 50 ° C.
  • the horizontal axis indicates the SOC, and the vertical axis indicates the capacity deterioration rate of the lithium ion battery 111.
  • the temperature and SOC of the lithium ion battery 111 depends on the temperature and SOC of the lithium ion battery 111.
  • the temperature and SOC of the lithium ion battery 111 fluctuate. If the average temperature of the lithium ion battery 111 and the average value of the SOC are calculated over the entire operating time, the exact value of the temperature and the SOC of the lithium ion battery 111 is not known. If an accurate value is not known, the accuracy of the value input to the deterioration prediction formula recording unit 124 of the battery life output unit 120 is poor, and the accuracy of diagnosing the remaining life of the lithium ion battery 111 is poor. Therefore, the temperature of the lithium ion battery 111 and a threshold value of environmental conditions such as SOC are set and classified into each operation mode.
  • Fig. 3 shows an example of a table that classifies operation modes.
  • the operation modes are classified according to the values of the SOC and the battery temperature, and are classified into 25 operation modes A1 to E5 as shown in the table.
  • a method of classifying based on the SOC of the lithium ion battery and the battery temperature is shown, but a method of classifying by a combination of the SOC and current value and the battery temperature and current value may be used.
  • the life is diagnosed by classifying into each operation mode and using the characteristic value of each operation mode, in other words, the current value of the lithium ion battery 111, the battery temperature of the lithium ion battery 111, and the lithium ion by the operation mode classification unit 122
  • the life of the lithium ion battery 111 should be classified from the SOC of the lithium ion battery 111 calculated based on the battery voltage of the battery 111 according to the range of two or more characteristic values. Prediction accuracy is improved.
  • FIG. 4 is a table showing threshold values used as classification criteria in three types of battery usage histories in the operation mode classification.
  • FIG. 5 is an example of a table in which operation modes are classified using three types of battery usage histories.
  • FIG. 6 is a diagram showing a process of outputting a result of diagnosing the remaining life of a lithium ion battery according to another embodiment in the present invention.
  • FIG. 4 is characterized in that a cloud type server 410 is used. By providing a part of the calculation system for diagnosing the remaining life in the cloud server 410, the power storage system 400 can be reduced in size.
  • the power storage system 400 includes a battery usage history detection unit 421, an operation mode classification unit 422, an SOH estimation unit 423, and a display unit 424.
  • the battery life output unit 420 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and other peripheral circuits, such as a battery usage history detection unit 421 and an operation mode classification unit 422. It is conceivable that each part of each device is stored in the ROM and executed by the CPU using the RAM.
  • the cloud server 410 includes a characteristic value totaling unit 411, a deterioration prediction formula recording unit 412, a deterioration prediction formula calculation unit 413, and a remaining life estimation unit 414.
  • the battery usage history detection unit 421 has a function of detecting the current value, voltage value, battery temperature, etc. of the lithium ion battery.
  • the characteristic value extracted from the battery usage history detection unit 421 is output to the operation mode classification unit 422.
  • the operation mode classification unit 422 estimates the charge state and SOC of the lithium ion battery from the current value, voltage value, and battery temperature of the lithium ion battery. Further, the operation mode classification unit 422 performs classification for each operation mode. The operation mode classification unit 422 classifies each operation mode based on parameter values such as the current value, battery temperature, and SOC of the lithium ion battery detected by the battery usage history detection unit 421. Further, the operation mode classification unit 422 calculates the characteristic value of the parameter value (battery usage history) of each operation mode in a certain period such as half a day or one day. Examples of characteristic values include an average current value, an effective current value, an average temperature, and an average SOC.
  • the operation mode classification unit 422 periodically outputs characteristic values such as the calculated average current value, effective current value, average temperature, and average SOC to the characteristic value totaling unit 411 in the cloud server 410. Thereby, the usage history information of the lithium ion battery 111 can be obtained more accurately, and the accuracy of the remaining life diagnosis of the lithium ion battery 111 is improved.
  • the characteristic value totaling unit 411 the average characteristic value of each operation mode averaged from the start of system operation is periodically updated.
  • the characteristic value totaling unit 411 also has a function of calculating the operation ratio from the operation time in the operation mode so far and records it.
  • deterioration prediction formula recording unit 412 a prediction formula constructed from the results of the lithium ion battery test measured in advance is recorded.
  • the deterioration prediction formula calculation unit 413 uses the operation value for each operation mode.
  • the deterioration prediction formula for lithium ion batteries is regularly updated.
  • the prediction formula recorded in the deterioration prediction formula recording unit 412 is configured to input parameter values. The average current value, effective current value, average temperature, average SOC, etc. calculated in the characteristic value totaling unit 411 Complete by entering.
  • the SOH estimation unit 423 estimates the battery deterioration state and SOH from the current value, voltage value, and battery temperature of the lithium ion battery. SOH is also periodically transmitted to the cloud server 410.
  • the remaining life estimation unit 414 estimates the remaining life of the lithium ion battery.
  • the remaining life of the lithium ion battery is diagnosed by using the deterioration prediction formula of each operation mode periodically updated by the deterioration prediction formula calculation unit 413, the operation ratio of each operation mode calculated by the characteristic value totaling unit 411, and the SOH. Is done.
  • the diagnosis result of the remaining life of the lithium ion battery is transmitted to the battery life output unit 420 and output to the display unit 424.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which many power storage systems such as another second power storage system 500 and a third power storage system 510 are used in the embodiment of FIG.
  • the characteristic value totaling unit 411 in the cloud type server 410 from the data transmitted from the operation mode classification unit of the power storage system 400 such as the second power storage system 500 and the third power storage system 510, each operation mode of each power storage system.
  • the average current value, effective current value, average temperature, and average SOC characteristic values are regularly updated.
  • the operation ratio of each operation mode in each power storage system is calculated and recorded.
  • Characteristic value of each operation mode of each power storage system which is periodically updated by the characteristic value totaling unit 411, the deterioration prediction formula recorded in the deterioration prediction formula recording unit 412, and transmitted from the SOH estimation unit of each power storage system
  • the remaining life of the lithium ion battery of each power storage system is diagnosed using the SOH.
  • the remaining life diagnosis result of the lithium ion battery is transmitted to the battery life output unit of each power storage system and output to the display unit.
  • the validity of the deterioration prediction formula is verified, and the deterioration prediction formula is periodically updated.
  • the update method of a prediction formula is described.
  • the average current value, effective current value, average temperature, and average SOC characteristic value of each operation mode of each power storage system aggregated by the characteristic value aggregating unit 411 in the cloud type server 410 are periodically calculated as degradation prediction formulas for the cloud type server.
  • the data is transmitted to the recording unit 415 and recorded.
  • the recording interval is arbitrary and may be every day, every month, every half year, and in terms of updating the prediction formula, the larger the number of data, the better, but about one month from the point of data availability and data recording capacity good.
  • the SOH transmitted from the SOH estimation unit of each power storage system is periodically transmitted to the cloud server degradation prediction formula recording unit 415 and recorded.
  • the recording interval is arbitrary, and for the same reason as the recording of characteristic values, the recording interval is preferably about one month. In the following, the recording interval is described as one month.
  • the average characteristic value of each operation mode of each power storage system and the SOH of each power storage system recorded in the cloud server degradation prediction formula recording unit 415 are periodically transmitted to the SOH verification unit 416, and the SOH verification unit 416.
  • the validity of the deterioration prediction formula of the lithium ion battery recorded in the deterioration prediction formula recording unit 412 is verified.
  • the SOH verification unit 416 calculates an estimated SOH value for each monthly power system using the deterioration prediction formula of the deterioration prediction formula recording unit 412 and the average characteristic value of each operation mode of each power storage system. The validity is verified by comparing with the SOH actual measurement value for each month of each power storage system transmitted from the deterioration prediction formula recording unit 415 for use.
  • the prediction formula needs to be updated, and the update process is started.
  • the update process a process of optimizing the coefficient of the input type deterioration prediction formula of the deterioration prediction formula recording unit 412 in the cloud type server 410 is performed so that each error between the estimated SOH value and the actual SOH value is less than 10%.
  • the update interval of the deterioration prediction formula of the deterioration prediction formula recording unit 412 is arbitrary, but it may be an interval once every six months or more when data is relatively collected.
  • FIG. 8 shows a flow for diagnosing the remaining life of a lithium ion battery according to each operation mode in one embodiment of the present invention.
  • ⁇ Step S1> The value of the characteristic table for each operation mode is input to the input type prediction formula.
  • ⁇ Step S2> Build prediction formulas for each operation mode.
  • ⁇ Step S3> A coefficient is calculated from the operation rate of each operation mode, multiplied by the deterioration prediction formula of each operation mode, and combined to construct one mathematical formula.
  • ⁇ Step S4> Incorporate SOH into the constructed composite prediction formula.
  • ⁇ Step S5> The remaining life is diagnosed using the composite prediction formula and SOH.
  • ⁇ Step S6> Using the diagnosis result of the remaining life of the lithium ion battery, it is output on the screen. In addition to the remaining life of the lithium-ion battery, advice related to the use of the lithium-ion battery, such as sudden braking and sudden acceleration at low temperatures, is also displayed.
  • 100 power storage system 110 battery pack, 111 lithium ion battery, 112 current measurement device, 113 voltage measurement device, 114 battery temperature measurement device, 120 battery life output unit, 121 battery usage history detection unit, 122 operation mode classification unit, 123 characteristics Value aggregation unit, 124 degradation prediction formula recording unit, 125 degradation prediction formula calculation unit, 126 SOH (battery degradation state) estimation unit, 127 remaining life estimation unit, 128 display unit, 400 power storage system, 410 cloud type server, 411 characteristic value Totaling unit, 412 Deterioration prediction formula recording unit, 413 Degradation prediction formula calculation unit, 414 Remaining life estimation unit, 415 Degradation prediction formula recording unit for cloud server, 416 SOH verification unit, 420 Battery life output unit, 421 Battery usage history detection Part, 422 operation mode classification part, 423 S H estimating unit, 424 display unit, 500 second power storage system, 510 a third power storage system

Abstract

電池の劣化予測精度を向上させること目的とする。 蓄電池と、蓄電池の使用履歴を検出する電池使用履歴検出部と、蓄電池の使用履歴に基づき、蓄電池の稼動モードを分類する稼動モード分類部と、蓄電池の使用履歴に基づき、蓄電池の劣化指標の値を推定するSOH推定部と、蓄電池の稼動モードの使用履歴および蓄電池の劣化指標の値に基づき、蓄電池の余寿命を算出する余寿命推定部と、を有し、蓄電池の使用履歴は、蓄電池の電流値、蓄電池の電池温度、および蓄電池の電池電圧である蓄電システム。

Description

蓄電システム
 本発明は、蓄電システムに関する。
 近年、環境対策を背景にリチウムイオン電池を用いた蓄電システムの市場が増加している。リチウムイオン電池はシステム稼動により劣化が生じるため、余寿命診断は重要な要素である。特許文献1では、自動車に搭載した蓄電システムにおいて、走行測定部より各運転モードを分類分けして、各運転モードでの燃費の変化から余寿命診断する技術が報告されている。また、リチウムイオン電池の劣化は、使用する環境条件に依存する事が知られている。この特徴から、特許文献2では、自動車に搭載した蓄電システムにおいて、走行測定部より各運転モードを分類分けして、各運転モードの比率を算出し、あらかじめ測定しておいた各運転モードの寿命データベースの結果を用いて、余寿命診断する技術が報告されている。
特開2007-215332号公報 特開2008-126788号公報
 リチウムイオン電池の劣化は、電流値、電圧、温度などの使用条件に強く依存する。特許文献1、特許文献2の技術は、自動車の各運転モードに関するデータで余寿命診断する点に特徴がある。しかし、電池劣化は、電池の使用する環境条件、温度や電流値、電池の充電状態などに依存するため、特許文献1、2の技術では詳細な電池使用状態まで検出できないため、劣化予測精度が悪いと考えられる。本発明は、電池の劣化予測精度を向上させること目的とする。
 上記課題を解決するための本発明の特徴は、例えば以下の通りである。
 蓄電池と、蓄電池の使用履歴を検出する電池使用履歴検出部と、蓄電池の使用履歴に基づき、蓄電池の稼動モードを分類する稼動モード分類部と、蓄電池の使用履歴に基づき、蓄電池の劣化指標の値を推定するSOH推定部と、蓄電池の稼動モードの使用履歴および蓄電池の劣化指標の値に基づき、蓄電池の余寿命を算出する余寿命推定部と、を有する蓄電システム。
 蓄電池の使用履歴は、蓄電池の電流値、蓄電池の電池温度、および蓄電池の電池電圧である蓄電システム。
 稼動モード分類部は、蓄電池の電流値、蓄電池の電池温度、および蓄電池の電池電圧に基づき算出される蓄電池のSOCの中から、2つ以上の特性値の範囲に応じて、蓄電池の稼動モードを分類する蓄電システム。
 稼動モード分類部は、稼動モード分類部によって分類された稼動モード毎に使用履歴の特性値を算出する蓄電システム。
 余寿命推定部は、蓄電池の稼動モード毎の劣化予測式および蓄電池の劣化指標の値に基づき、蓄電池の余寿命を算出する蓄電システム。
 蓄電池と、蓄電池の使用履歴を検出する電池使用履歴検出部と、蓄電池の使用履歴に基づき、蓄電池の稼動モードを分類する稼動モード分類部と、蓄電池の使用履歴に基づき、蓄電池の劣化指標の値を推定するSOH推定部と、を有し蓄電池の稼動モードの使用履歴および蓄電池の劣化指標の値に基づき、クラウド型サーバーで算出された蓄電池の余寿命を受信する蓄電システム。
 クラウド型サーバーで算出される蓄電池の電池劣化指標の予測値およびクラウド型サーバーに記録される蓄電池の電池劣化指標の予測値の乖離度に基づき、蓄電池の劣化予測式が更新される蓄電システム。
 本発明により、電池の劣化予測精度を向上できる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施形態におけるリチウムイオン電池の余寿命を診断した結果を出力する過程を示した図である。 本発明の一実施形態におけるリチウムイオン電池の使用条件とリチウムイオン電池の劣化の関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態における2種の電池使用履歴を用いて、稼動モードの分類した表の一例である。 本発明の一実施形態における稼動モード分類で、3種の電池使用履歴における分類基準とする閾値を示した表である。 本発明の一実施形態における3種の電池使用履歴を用いて、稼動モードの分類した表の一例である。 本発明の一実施形態におけるリチウムイオン電池の余寿命を診断した結果を出力する過程を示した図である。 本発明の一実施形態におけるリチウムイオン電池の余寿命を診断した結果を出力する過程を示した図である。 本発明の一実施形態における余寿命診断及び,結果出力のフローである。
 以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
 本発明の制御方法及びコンピュータプログラムには複数の手順を順番に記載してある。しかし、その記載の順番は複数の手順を実行する順番を限定するものではない。このため、本発明の制御方法及びコンピュータプログラムを実施するときには、その複数の手順の順番は内容的に支障しない範囲で変更できる。
 さらに、本発明の制御方法及びコンピュータプログラムの複数の手順は個々に相違するタイミングで実行されることに限定されない。このため、或る手順の実行中に他の手順が発生すること、或る手順の実行タイミングと他の手順の実行タイミングとの一部乃至全部が重複していること、等を許容する。
 図1は、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン電池の余寿命を診断した結果を出力する過程を示した図である。
 蓄電システム(リチウムイオン電池システム)100は、電池パック110と電池寿命出力部120から構成される。
 電池パック110は直並列に並んだリチウムイオン電池111等の蓄電池とリチウムイオン電池111に付随してリチウムイオン電池111の電流値、電圧値、温度を測定する電流測定器112、電圧測定器113、電池温度測定器114から構成される。
 電池寿命出力部120は、電池使用履歴検出部121、稼動モード分類部122、特性値集計部123、劣化予測式記録部124、劣化予測式計算部125、SOH推定部126、余寿命推定部127、表示部128で構成される。電池寿命出力部120は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、その他周辺回路などを備えており、例えば稼動モード分類部122、特性値集計部123といった各装置の各部をROMに保存しておき、RAMを用いてCPUで実行することが考えられる。
 電池使用履歴検出部121は、電流測定器112、電圧測定器113、電池温度測定器114と通信する手段を持ち、リチウムイオン電池111の電流値、電圧値、電池温度の使用履歴(電池使用履歴)を検出する機能を持つ。検出された電流値、電圧値、電池温度の使用履歴は、後述する稼動モード分類や、余寿命診断の際の計算に用いられる。電池使用履歴検出部121より抽出された特性値は、稼動モード分類部122に出力される。
 稼動モード分類部122にて、リチウムイオン電池の電流値、電圧値、電池温度からリチウムイオン電池の充電状態、SOCが推定される。また、稼動モード分類部122にて、リチウムイオン電池111が稼動モード毎に分類される。
 ここで、稼動モードとは、稼動時の様々な電池使用環境の状態で分類されたモードを示し、電池使用履歴検出部121にて検出されるリチウムイオン電池111の電流値、電池温度、SOCなどのパラメータ値に基づいて各稼動モードに分類される。分類方法については後述する。
 また、稼動モード分類部122では、半日や一日などの一定期間において、各稼動モードのパラメータ値の特性値を計算する。特性値の例としては、平均電流値、実効電流値、平均温度、平均SOCなどである。特性値に、平均電流値、実効電流値、平均温度、平均SOCを選択したのは、これらの値がリチウムイオン電池111の劣化に対する影響が大きく、これらの電池使用履歴の平均値を用いることで、余寿命診断の精度が向上するからである。稼動モード分類部122にて算出された平均電流値、実効電流値、平均温度、平均SOCなどの特性値は定期的に、特性値特性値集計部123へ出力される。
 特性値集計部123では、システム稼動開始から平均化された各稼動モードの各平均特性値が定期的に更新される。更新された各稼動モードの各平均特性値は、後述する余寿命診断の計算に用いられる。定期的に値を更新することで、電池使用履歴の正確な情報が得られ、余寿命診断の精度が向上する。また、稼動モード毎に細分化した劣化予測式を組み合わせることで、より正確にリチウムイオン電池111の劣化状態を推定でき、リチウムイオン電池の余寿命診断の精度が向上する。特性値集計部123では、平均特性値以外に、それまでの稼動モードにおける稼働時間から稼動割合が算出する機能も持ち、記録される。
 劣化予測式記録部124では、事前に測定した電池試験の結果から構築された劣化予測式が記録されている。
 劣化予測式計算部125では、劣化予測式記録部124に記録されている予測式と特性値集計部123にて定期的に更新されている各稼動モードの特性値を用いて、稼動モード毎の劣化予測式が定期的に更新される。劣化予測式記録部124に記録されている予測式は、パラメータ値を入力する構成となっており、特性値集計部123に算出されている平均電流値、実効電流値、平均温度、平均SOCなどを入力することで完成する。更新された各稼動モードの劣化予測式は、リチウムイオン電池111の余寿命診断の計算に用いられる。稼動モード毎に細分化した劣化予測式を組み合わせることで、より正確にリチウムイオン電池111の劣化状態を推定でき、余寿命診断の精度が向上する。
 SOH推定部126では、電流値、電圧値、電池温度から電池劣化状態、SOH、換言すれば、リチウムイオン電池111の劣化指標の値が推定される。SOHは、電池容量や電池抵抗の初期値を100%とする値で示され、電池劣化程度の指標となる。
 余寿命推定部127では、リチウムイオン電池111の余寿命を推定する。劣化予測式計算部125より定期的に更新される各稼動モードの劣化予測式と特性値集計部123より算出される各稼動モードの稼動割合とSOH推定部126より算出されるSOHを用いて、リチウムイオン電池111の余寿命が診断される。各稼動モードの劣化予測式と各モードの稼動割合を用いることで、より正確にリチウムイオン電池111の劣化推移を推定でき、余寿命診断の精度が向上する。また、現状のSOHとリチウムイオン電池111の劣化推移を用いることで、より正確に余寿命診断できる。
 表示部128では余寿命推定部127の結果に応じて、リチウムイオン電池111の余寿命の結果等を画面に出力する。表示部128に出力される結果は、算出された余寿命結果でも良いし、リチウムイオン電池111を運用する上でのアドバイスなどでも良い。以上の構成により、リチウムイオン電池111の余寿命を診断する。
 以下に、電池寿命出力部120の稼動モード分類部122にて、稼動モード毎に分類するための分類手法を示す。初めに、電池使用状態と電池劣化についての関係図を示す。
 図2は、リチウムイオン電池のSOCとリチウムイオン電池の温度についてリチウムイオン電池の劣化の関係を示す特性図、つまり、リチウムイオン電池の使用条件とリチウムイオン電池の劣化の関係を示す特性図の一例を示す。この特性図は、各SOCに充電したリチウムイオン電池111を様々な温度で貯蔵した時のリチウムイオン電池111の劣化を算出した結果から得られた図である。図2では、例として、リチウムイオン電池111の劣化の指標であるリチウムイオン電池の容量劣化率を25℃、50℃について示している。横軸はSOC、縦軸はリチウムイオン電池111の容量劣化率を示している。
 図2から、リチウムイオン電池111の劣化がリチウムイオン電池111の温度とSOCに依存することがわかる。稼働中には、リチウムイオン電池111の温度やSOCが変動することが想定される。稼働時間全体において、リチウムイオン電池111の温度やSOCの平均値を算出すると、リチウムイオン電池111の温度とSOCの正確な値がわからない。正確な値がわからないと、電池寿命出力部120の劣化予測式記録部124に入力する値の精度が悪く、リチウムイオン電池111の余寿命を診断する精度が悪い。そのため、リチウムイオン電池111の温度とSOCなどの環境条件の閾値を設定し、各運転モードに分類する手法をとる。
 図3に、稼動モードを分類した表の一例を示す。図3では、SOCや電池温度の値に応じて、稼動モードを分類しており、表のようにA1~E5までの25通りの運転モードに分類している。例では、リチウムイオン電池のSOCや電池温度に基づいて分類する方法を示しているが、SOCと電流値、電池温度と電流値の組み合わせで分類する手法を用いても良い。また、SOCや電池温度、電流値の3種類を組合せてもよい。各稼動モードに分類して、各稼動モードの特性値を用いて寿命診断する、換言すれば、稼動モード分類部122によりリチウムイオン電池111の電流値、リチウムイオン電池111の電池温度、およびリチウムイオン電池111の電池電圧に基づき算出されるリチウムイオン電池111のSOCの中から、2つ以上の特性値の範囲に応じてリチウムイオン電池111の稼動モードを分類した方が、リチウムイオン電池111の寿命予測精度が向上する。
 例えば、図4のように、電池温度で7水準、SOCで5水準、電流(Cレート)で7水準にそれぞれ分類すると、図5の3次元マトリックスで示されるように、計245種類の稼動モードに分類される。図4は、稼動モード分類で、3種の電池使用履歴における分類基準とする閾値を示した表である。図5は、3種の電池使用履歴を用いて、稼動モードの分類した表の一例である。
 図6は、本発明において、他の一実施形態におけるリチウムイオン電池の余寿命を診断した結果を出力する過程を示した図である。図4では、クラウド型サーバー410を用いる点が特徴である。余寿命診断する計算システムの一部をクラウド型サーバー410に設けることで、蓄電システム400を小型化することが可能である。蓄電システム400は、電池寿命出力部420において、電池使用履歴検出部421、稼動モード分類部422、SOH推定部423、表示部424で構成される。電池寿命出力部420は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、その他周辺回路などを備えており、例えば電池使用履歴検出部421、稼動モード分類部422といった各装置の各部をROMに保存しておき、RAMを用いてCPUで実行することが考えられる。クラウド型サーバー410は、特性値集計部411、劣化予測式記録部412、劣化予測式計算部413、余寿命推定部414で構成される。
 電池使用履歴検出部421は、リチウムイオン電池の電流値、電圧値、電池温度、などを検出する機能を持つ。電池使用履歴検出部421より抽出された特性値は、稼動モード分類部422に出力される。
 稼動モード分類部422にて、リチウムイオン電池の電流値、電圧値、電池温度からリチウムイオン電池の充電状態、SOCが推定される。また、稼動モード分類部422にて、稼動モード毎に分類される。稼動モード分類部422にて、電池使用履歴検出部421にて検出されるリチウムイオン電池の電流値、電池温度、SOCなどのパラメータ値に基づいて各稼動モードに分類される。また、稼動モード分類部422では、半日や一日などの一定期間において、各稼動モードのパラメータ値(電池使用履歴)の特性値を計算する。特性値の例としては、平均電流値、実効電流値、平均温度、平均SOCなどである。稼動モード分類部422にて、算出された平均電流値、実効電流値、平均温度、平均SOCなどの特性値は定期的に、クラウド型サーバー410にある特性値集計部411へ出力される。これにより、リチウムイオン電池111の使用履歴の情報がより正確に得られ、リチウムイオン電池111の余寿命診断の精度が向上する。
 特性値集計部411では、システム稼動開始から平均化された各稼動モードの平均特性値が定期的に更新される。特性値集計部411では、平均特性値以外に、それまでの稼動モードにおける稼働時間から稼動割合が算出する機能も持ち、記録される。
 劣化予測式記録部412では、事前に測定したリチウムイオン電池の試験の結果から構築された予測式が記録されている。
 劣化予測式記録部412に記録されている予測式と特性値集計部411にて定期的に更新されている各稼動モードの特性値を用いて、劣化予測式計算部413にて、稼動モード毎のリチウムイオン電池の劣化予測式が定期的に更新される。劣化予測式記録部412に記録されている予測式は、パラメータ値を入力する構成となっており、特性値集計部411に算出されている平均電流値、実効電流値、平均温度、平均SOCなどを入力することで完成する。
 SOH推定部423では、リチウムイオン電池の電流値、電圧値、電池温度から電池劣化状態、SOHが推定される。SOHも定期的にクラウド型サーバー410に送信される。
 余寿命推定部414では、リチウムイオン電池の余寿命を推定する。劣化予測式計算部413より定期的に更新される各稼動モードの劣化予測式と特性値集計部411より算出される各稼動モードの稼動割合とSOHを用いて、リチウムイオン電池の余寿命が診断される。
 リチウムイオン電池の余寿命の診断結果が、電池寿命出力部420に送信され、表示部424に出力される。
 図7は、図6の実施形態において、他の第二蓄電システム500や第三蓄電システム510、など沢山の蓄電システムを利用した実施形態を示す。
 クラウド型サーバー410における特性値集計部411では、蓄電システム400の、第二蓄電システム500、第三蓄電システム510等の稼動モード分類部から送信されるデータから、各蓄電システムの各稼動モードの、平均電流値、実効電流値、平均温度、平均SOCの特性値が、定期的に更新されている。特性値集計部411では、平均特性値以外に、各蓄電システムにおける各稼動モードの稼動割合が算出され、記録される。特性値集計部411にて定期的に更新されている、各蓄電システムの各稼動モードの特性値、劣化予測式記録部412に記録されている劣化予測式、各蓄電システムのSOH推定部から送信されるSOHを用いて、各蓄電システムのリチウムイオン電池の余寿命が診断される。リチウムイオン電池の余寿命診断結果は、各蓄電システムの電池寿命出力部に送信され、表示部に出力される。
 図5の形態の特徴として、第二蓄電システム500や第三蓄電システム510などの各蓄電システムからの情報を用いて、クラウド型サーバー410における劣化予測式記録部412に記録されているリチウムイオン電池の劣化予測式の妥当性を検証し、定期的に劣化予測式を更新することが挙げられる。以下で、予測式の更新方法を記述する。
 クラウド型サーバー410における特性値集計部411で集計された各蓄電システムの各稼動モードの平均電流値、実効電流値、平均温度、平均SOCの特性値は、定期的にクラウド型サーバー用劣化予測式記録部415に送信され、記録される。記録間隔は任意で、1日毎、1ヶ月毎、半年毎でも良く、予測式の更新の点においては、データ数が多いほど望ましいが、データの有用性とデータ記録容量の点から1ヶ月程度が良い。また、各蓄電システムのSOH推定部から送信されるSOHは定期的にクラウド型サーバー用劣化予測式記録部415に送信され、記録される。記録間隔は任意で、特性値の記録と同様の理由で、記録間隔は1ヶ月程度が良い。以下では、記録間隔を1ヶ月として記述する。
 クラウド型サーバー用劣化予測式記録部415に記録された、各蓄電システムの各稼動モードの平均特性値と、各蓄電システムのSOHは、定期的にSOH検証部416に送信され、SOH検証部416にて劣化予測式記録部412に記録されているリチウムイオン電池の劣化予測式の妥当性が検証される。SOH検証部416では、劣化予測式記録部412の劣化予測式と各蓄電システムの各稼動モードの平均特性値を用いて、各逐電システムの1ヶ月毎のSOH推定値を算出し、クラウド型サーバー用劣化予測式記録部415から送信されてきた各蓄電システムの1ヶ月毎のSOH実測値と比較し、妥当性を検証する。SOH検証部416において各蓄電システムのSOH推定値とSOH実測値のそれぞれの誤差が、例えば、10%以上乖離があると、予測式の更新が必要とし、更新処理を開始する。更新処理では、SOH推定値とSOH実測値のそれぞれの誤差が10%未満となるように、クラウド型サーバー410における劣化予測式記録部412の入力型劣化予測式の係数を最適化する処理を実施する。劣化予測式記録部412の劣化予測式の更新間隔は任意であるが、データが比較的収集する半年以上に一度の間隔でよい。
 図7の実施形態における、以上の工程により、劣化予測式記録部412の劣化予測式の精度を向上させ、各蓄電システムの余寿命診断の精度を向上させることができる。
 図8に、本発明の一実施形態における、それぞれの稼動モードに応じて、リチウムイオン電池の余寿命を診断するフローを示す。
 <ステップS1>
 各運転稼動モードの特性表の値を入力型予測式へ入力する。
 <ステップS2>
 各運転稼動モードの予測式を構築する。
 <ステップS3>
 各稼動モードの稼働率から係数を算出し、各稼動モードの劣化予測式に掛け合わせ、それらを複合させることで、一つの数式を構築する。
 <ステップS4>
 SOHを構築した複合予測式に組み込む。
 <ステップS5>
 複合予測式とSOHを用いて、余寿命診断する。
 <ステップS6>
 リチウムイオン電池の余寿命の診断結果を用いて、画面に出力する。リチウムイオン電池の余寿命の他に、低温時には急ブレーキや急アクセルしない等のリチウムイオン電池の使用に関連した、アドバイスも表示する。
 100 蓄電システム、110 電池パック、111 リチウムイオン電池、112 電流測定器、113 電圧測定器、114 電池温度測定器、120 電池寿命出力部、121 電池使用履歴検出部、122 稼動モード分類部、123 特性値集計部、124 劣化予測式記録部、125 劣化予測式計算部、126 SOH(電池劣化状態)推定部、127 余寿命推定部、128 表示部、400 蓄電システム、410 クラウド型サーバー、411 特性値集計部、412 劣化予測式記録部、413 劣化予測式計算部、414 余寿命推定部、415 クラウド型サーバー用劣化予測式記録部、416 SOH検証部、420 電池寿命出力部、421 電池使用履歴検出部、422 稼動モード分類部、423 SOH推定部、424 表示部、500 第二蓄電システム、510 第三蓄電システム

Claims (7)

  1.  蓄電池と、
     前記蓄電池の使用履歴を検出する電池使用履歴検出部と、
     前記蓄電池の使用履歴に基づき、前記蓄電池の稼動モードを分類する稼動モード分類部と、
     前記蓄電池の使用履歴に基づき、前記蓄電池の劣化指標の値を推定するSOH推定部と、
     前記蓄電池の稼動モードの使用履歴および前記蓄電池の劣化指標の値に基づき、前記蓄電池の余寿命を算出する余寿命推定部と、を有する蓄電システム。
  2.  請求項1において、
     前記蓄電池の使用履歴は、前記蓄電池の電流値、前記蓄電池の電池温度、および前記蓄電池の電池電圧の使用履歴である蓄電システム。
  3.  請求項1において、
     前記稼動モード分類部は、前記蓄電池の電流値、前記蓄電池の電池温度、および前記蓄電池の電池電圧に基づき算出される前記蓄電池のSOCの中から、2つ以上の特性値の範囲に応じて、前記蓄電池の稼動モードを分類する蓄電システム。
  4.  請求項1において、
     前記稼動モード分類部は、前記稼動モード分類部によって分類された稼動モード毎に前記蓄電池の使用履歴の特性値を算出する蓄電システム。
  5.  請求項1において、
     前記余寿命推定部は、前記蓄電池の稼動モード毎の劣化予測式および前記蓄電池の劣化指標の値に基づき、前記蓄電池の余寿命を算出する蓄電システム。
  6.  蓄電池と、
     前記蓄電池の使用履歴を検出する電池使用履歴検出部と、
     前記蓄電池の使用履歴に基づき、前記蓄電池の稼動モードを分類する稼動モード分類部と、
     前記蓄電池の使用履歴に基づき、前記蓄電池の劣化指標の値を推定するSOH推定部と、を有し
     前記蓄電池の稼動モードの使用履歴および前記蓄電池の劣化指標の値に基づき、クラウド型サーバーで算出された前記蓄電池の余寿命を受信する蓄電システム。
  7.  請求項6において、
     前記クラウド型サーバーで算出される前記蓄電池の電池劣化指標の予測値および前記クラウド型サーバーに記録される前記蓄電池の電池劣化指標の予測値の乖離度に基づき、前記蓄電池の劣化予測式が更新される蓄電システム。
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