WO2022157840A1 - 診断装置、診断方法及びプログラム - Google Patents

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WO2022157840A1
WO2022157840A1 PCT/JP2021/001760 JP2021001760W WO2022157840A1 WO 2022157840 A1 WO2022157840 A1 WO 2022157840A1 JP 2021001760 W JP2021001760 W JP 2021001760W WO 2022157840 A1 WO2022157840 A1 WO 2022157840A1
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power storage
storage device
negative electrode
cell
open circuit
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PCT/JP2021/001760
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English (en)
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伸一郎 小杉
Original Assignee
InsuRTAP株式会社
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/005Detection of state of health [SOH]
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • HELECTRICITY
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
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    • G01R31/396Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a diagnostic device, diagnostic method and program.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technique for grasping the soundness of a battery from its behavior during charging.
  • Non-Patent Document 1 discloses a method for obtaining the positive electrode capacity, the negative electrode capacity, the amount of inactivated Li ions, and the state of charge of the negative electrode of each cell.
  • Non-Patent Documents 2 and 3 disclose voltage hysteresis.
  • Patent Literature 1 discloses a method for determining the state of deterioration of a lithium ion battery.
  • the power storage device When the power storage device goes into thermal runaway, it can cause a catastrophe such as violently blowing out flames and burning up. Therefore, it is desirable to diagnose the soundness of the power storage device from various angles using various techniques.
  • An object of the present invention is to provide a new method for diagnosing the soundness of a power storage device.
  • the soundness of the power storage device is diagnosed based on the difference between the reference value obtained by subtracting the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device from the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device and the item value that is the difference between the open circuit voltage and the open circuit voltage of the power storage device.
  • a diagnostic device having a diagnostic portion is provided.
  • the computer The soundness of the power storage device is diagnosed based on the difference between the reference value obtained by subtracting the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device from the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device and the item value that is the difference between the open circuit voltage and the open circuit voltage of the power storage device.
  • a diagnostic method is provided.
  • the computer The soundness of the power storage device is diagnosed based on the difference between the reference value obtained by subtracting the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device from the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device and the item value that is the difference between the open circuit voltage and the open circuit voltage of the power storage device.
  • a program is provided to act as a diagnostic tool.
  • the authentication system has a monitoring server 10 and an authentication server 20 .
  • the authentication system may further include at least one of monitoring database 30 , authentication database 40 and power storage system 50 .
  • the monitoring server 10 and the authentication server 20 are communicably connected by wire and/or wirelessly.
  • the monitoring server 10 and the power storage system 50 are communicably connected by wire and/or wirelessly.
  • the monitoring server 10 has a function of monitoring and controlling one or more power storage systems 50 (power storage device 51, output device 52 and edge device 53).
  • Authentication server 20 has a function of authenticating that power storage device 51 is healthy.
  • the monitoring database 30 stores various information processed by the monitoring server 10 .
  • the authentication database 40 stores various information processed by the authentication server 20 .
  • the power storage device 51 is a device that has a function of storing power, such as a storage battery.
  • the output device 52 is a device having a function of outputting various information, such as a display, a speaker, and a lamp.
  • the edge device 53 has a function of collecting information about the power storage system 50 and transmitting it to an external device.
  • the power storage system 50 performs diagnostic operation at a predetermined timing, and transmits measurement data regarding the power storage device 51 obtained as a result to the monitoring server 10 .
  • the monitoring server 10 acquires measurement data related to the power storage device 51 from the edge device 53 and stores it in the monitoring database 30 .
  • the monitoring database 30 stores various other information related to the power storage device 51 (for example, cell capacity at shipment, positive electrode capacity at shipment, negative electrode capacity at shipment, positive/negative electrode deviation at shipment, etc.). may be stored. Then, the monitoring server 10 diagnoses the soundness of the power storage device 51 based on the measurement data and the like.
  • the monitoring server 10 authenticates the diagnosis result of the soundness of the power storage device 51 (hereinafter sometimes simply referred to as “diagnosis result”) and the application for authentication that the power storage device 51 is sound (authentication application). Send to server 20 .
  • the monitoring server 10 may further transmit other information such as measurement data regarding the power storage device 51 to the authentication server 20 .
  • the authentication server 20 stores various information received from the monitoring server 10 in the authentication database 40 .
  • the authentication server 20 determines whether or not to authenticate that the power storage device 51 is sound based on the diagnosis result, and transmits the determined authentication result to the monitoring server 10 .
  • the authentication server 20 may store the determined authentication result in the authentication database 40 .
  • the monitoring server 10 controls the output contents of the output device 52 based on the authentication result received from the authentication server 20. Specifically, when the authentication result is “contents for authenticating that the power storage device 51 is sound”, the output device 52 is caused to execute output processing corresponding thereto, and the authentication result is “the power storage device 51 is sound”. If it is a content that does not authenticate that it is ", the output device 52 is made to execute an output process corresponding to it. For example, depending on the content of the authentication result, the display/non-display of the authentication mark displayed on the display is switched, or the lighting state of the lamp is switched. Note that the monitoring server 10 may store the received authentication result in the monitoring database 30 .
  • FIG. 2 shows the data flow of the authentication system.
  • measurement data is transmitted from the power storage system 50 to the monitoring server 10 .
  • the measurement data is data related to the power storage device 51, and includes a device ID (identifier), an operation mode (during diagnosis or normal operation) at the time of measurement, an SOC (state of charge) at the time of measurement, a charging current integrated value at the time of measurement, At least one of discharge current integrated value, current, cell voltage and temperature at the time of measurement is included.
  • the measurement data may include other item values.
  • the monitoring server 10 can store the received measurement data in the monitoring database 30. Also, the monitoring server 10 can diagnose the soundness of the power storage device 51 based on the received measurement data, and store the diagnosis result in the monitoring database 30 .
  • the monitoring database 30 may store not only the latest data (diagnosis results, measurement data), but also the past data.
  • the monitoring server 10 sends the latest diagnosis result and authentication application to the authentication server 20. Also, the monitoring server 10 may further transmit the measurement data to the authentication server 20 .
  • the authentication server 20 stores the received information in the authentication database 40.
  • the authentication server 20 also determines whether or not to authenticate that the power storage device 51 is sound based on the received diagnostic result, stores the determined authentication result in the authentication database 40, and sends the authentication result to the monitoring server 10.
  • Send to The authentication database 40 may store not only the latest data (diagnosis results, measurement data, authentication results) but also past data (including parameters obtained by calculation).
  • the monitoring server 10 stores the authentication result received from the authentication server 20 in the monitoring database 30.
  • the monitoring database 30 may store past data as well as the latest data (authentication results). Then, the monitoring server 10 determines the output content of the output device 52 based on the authentication result, and transmits a signal for controlling the output content of the output device 52 to the power storage system 50 .
  • Each functional unit provided in the monitoring server 10 includes a CPU (Central Processing Unit) of any computer, a memory, a program loaded into the memory, a storage unit such as a hard disk that stores the program (stored in advance from the stage of shipping the device). Programs downloaded from storage media such as CDs (Compact Discs) and servers on the Internet can also be stored), and can be realized by any combination of hardware and software centered on the interface for network connection. be done. It should be understood by those skilled in the art that there are various modifications to the implementation method and apparatus.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating the hardware configuration of the monitoring server 10.
  • the monitoring server 10 has a processor 1A, a memory 2A, an input/output interface 3A, a peripheral circuit 4A, and a bus 5A.
  • the peripheral circuit 4A includes various modules.
  • the monitoring server 10 may not have the peripheral circuit 4A.
  • the monitoring server 10 may be composed of a plurality of physically and/or logically separated devices, or may be composed of one device that is physically and/or logically integrated. When the monitoring server 10 is composed of a plurality of physically and/or logically separated devices, each of the plurality of devices can have the above hardware configuration.
  • the bus 5A is a data transmission path for mutually transmitting and receiving data between the processor 1A, the memory 2A, the peripheral circuit 4A and the input/output interface 3A.
  • the processor 1A is, for example, an arithmetic processing device such as a CPU or a GPU (Graphics Processing Unit).
  • the memory 2A is, for example, RAM (Random Access Memory) or ROM (Read Only Memory).
  • the input/output interface 3A includes an interface for acquiring information from an input device, an external device, an external server, an external sensor, a camera, etc., an interface for outputting information to an output device, an external device, an external server, etc. .
  • Input devices are, for example, keyboards, mice, microphones, physical buttons, touch panels, and the like.
  • the output device is, for example, a display, speaker, printer, mailer, or the like.
  • the processor 1A can issue commands to each module and perform calculations based on the calculation results thereof.
  • FIG. 4 shows an example of a functional block diagram of the monitoring server 10.
  • the monitoring server 10 has an acquisition unit 11 , a diagnosis unit 12 , an authentication result reception unit 13 and an output content control unit 14 .
  • the acquisition unit 11 acquires measurement data regarding the power storage device 51 from the edge device 53 .
  • the measurement data regarding the power storage device 51 includes the device ID that identifies the power storage device 51, the operation mode at the time of measurement (during diagnosis or normal operation), the SOC at the time of measurement, the charge current integrated value at the time of measurement, and the discharge current at the time of measurement. At least one of integrated value, current, cell voltage and temperature is included. Note that the measurement data may include other item values.
  • the power storage system 50 performs diagnostic operation at a predetermined timing, and transmits the measurement data obtained as a result to the monitoring server 10 .
  • the acquisition unit 11 acquires the measurement data transmitted from the power storage system 50 in this manner.
  • the predetermined timing may be a predetermined timing at a predetermined time interval, such as once a year, once every six months, once a month, etc., or when an execution instruction is input by a user or the like. It can be the timing.
  • the diagnosis unit 12 calculates various item values for diagnosing the soundness of the power storage device 51 based on the measurement data acquired by the acquisition unit 11 . Then, the diagnosis unit 12 diagnoses the soundness of the power storage device 51 based on the calculated various item values, and generates a diagnosis result.
  • the diagnostic unit 12 can diagnose the soundness of the power storage device 51 using any of the first to eighth diagnostic methods described below.
  • the diagnostic unit 12 obtains a reference value (a value obtained by subtracting the open circuit potential of the negative electrode from the open circuit potential of the positive electrode) and the measured value of the open circuit voltage. , and the soundness of the power storage device 51 is determined based on the calculation result. Details will be described below with reference to FIG.
  • the “system usage range” in the figure is the design usable range of the power storage device 51, and this range is determined by the manufacturer of the power storage device 51 in consideration of safety and the like.
  • the power storage device 51 cannot be charged above the system upper limit SOC or discharged below the system lower limit SOC.
  • the SOC of the power storage device 51 is measured multiple times under different conditions.
  • the SOC at which the measurement is performed may be predetermined (eg, 0, 25, 50, 75, 100, etc.), or may be determined by computer processing using any method.
  • each measurement each of a plurality of cells included in power storage device 51 is measured. Measurement may be performed on all of the plurality of cells included in power storage device 51, or may be performed on some of them.
  • indicates the timing of each measurement.
  • Each measurement is associated with (X(N), V(i, N)).
  • N is a measurement number (index indicating a measurement point).
  • i is the cell number.
  • V(i,N) is the cell OCV (open circuit voltage) measured in the cell with cell number i.
  • the pause time varies depending on the capacity and temperature of the cell, the cell OCV can be measured with sufficient accuracy if the pause is about 30 minutes to 2 hours. As is clear from this description, it is actually difficult to continuously measure cell OCV, and it takes a long time to measure the entire cell OCV from SOC 0% to 100%.
  • X(N) is the integrated current (time integrated value of current) at the time of measurement of measurement number N in the battery bank to which the cell of cell number i belongs.
  • X(N) may be measured by, for example, a coulomb counter, or may be obtained by time-integrating the current measurement value.
  • A(i, N) be the charge amount of the negative electrode of each cell at X(N).
  • X0(i) is the integrated current when the negative electrode charge amount of each cell is zero.
  • the positive/negative electrode deviation B(i) of the cell i is the difference between the state of charge (charge amount Ah) of the positive electrode when the SOC is 0% and the state of charge (charge amount Ah) of the negative electrode when the SOC is 0%.
  • the state of charge of the positive electrode at SOC 0% at the time of manufacture matches the state of charge of the negative electrode at SOC 0%, and the difference between them is zero.
  • the state of charge of the positive electrode and the negative electrode at SOC 0% changes due to the deterioration of the capacity of the positive electrode and the negative electrode and the inactivation of Li ions (decrease due to precipitation or formation of compounds). no longer match.
  • Vc(Sc) is a function (positive open circuit potential information) that returns the open circuit potential of the positive electrode when the state of charge of the positive electrode is Sc.
  • the state of charge Sc of the positive electrode is calculated based on the positive/negative electrode deviation B(i), the positive electrode capacity Cc(i), and the charge amount A(i, N) of the negative electrode, as shown in Equation (1). be.
  • the function is inherent in the material that constitutes the positive electrode and is essentially invariant. For example, the function can be obtained in advance by a measurement experiment or the like.
  • Va(Sa) is a function (negative electrode open circuit potential information) that returns the open circuit potential of the negative electrode when the state of charge of the negative electrode is Sa.
  • the state of charge Sa of the negative electrode is calculated based on the negative electrode capacity Ca(i) and the charge amount A(i, N) of the negative electrode, as shown in Equation (2).
  • the function is inherent in the materials that make up the negative electrode and is essentially unchanged. For example, the function can be obtained in advance by a measurement experiment or the like. A preliminary measurement experiment is generally performed by creating an experimental battery called a half cell with a Li metal electrode and an electrode material, and charging and discharging the battery.
  • the open circuit voltage of the positive and negative electrodes may change slightly depending on the temperature. In that case, the effect of temperature should be investigated in advance in a laboratory, and the effect of temperature should be included in the functions Vc (Sc) and Va (Sa).
  • V(i, N) is the open-circuit voltage of each cell for each measurement. It can be obtained from the measurement data.
  • the error variance J (i) is X0 (i), B (i), Cc (i) and Ca(i) becomes a function of the unknowns.
  • the diagnosis unit 12 determines X0(i), B(i), Cc(i) and Ca(i) that minimize the error variance J(i). ).
  • the value of the error variance J(i) at this time is set as the cell-by-cell evaluation value.
  • the cell-by-cell evaluation value is the sum of the squares of the item values (R(i,N)) for each of the multiple measurements for each cell.
  • diagnosis unit 12 can calculate the sum of the cell-by-cell evaluation values of each of the plurality of cells as the evaluation value SR of the power storage device 51 based on the following equation (5).
  • m is the number of cells to be processed.
  • the diagnosis unit 12 diagnoses the soundness of the power storage device 51 based on at least one of the cell-by-cell evaluation value and the evaluation value of the power storage device 51 .
  • soundness can also be determined by the absence of statistical outliers in J(i) for each cell calculated from the measurement results. Having an outlier means that there are some abnormal cells in the system. Based on the information, it is possible to determine whether or not maintenance is required. The absence of outliers can be determined by performing, for example, the Smirnov-Grubbs test.
  • the diagnosing unit 12 determines that "all cell-by-cell evaluation values are equal to or less than the first reference value", “cell-by-cell evaluation values equal to or greater than a predetermined percentage are equal to or less than the first reference value", and "the evaluation value of the power storage device 51 is equal to or less than the first reference value".
  • the power storage device 51 may be determined to be sound when one of the conditions of "below the second reference value” or a condition obtained by connecting a plurality of these conditions with a logical operator is satisfied.
  • This diagnostic method can be used, for example, when the positive electrode is NMC and the negative electrode is graphite or HC.
  • this illustration is just an example, and is not limited to this. Since the diagnostic method uses a material-specific voltage for the state of charge of the material, it can be applied to combinations of positive and negative electrodes other than those exemplified here.
  • Second diagnostic method In the second diagnostic method, similarly to the first diagnostic method, the diagnostic unit 12 obtains a reference value (a value obtained by subtracting the open-circuit potential of the negative electrode from the open-circuit potential of the positive electrode) based on the measurement data acquired by the acquisition unit 11 ) and the measured value of the open circuit voltage”, and the soundness of the power storage device 51 is determined based on the calculation result.
  • a reference value a value obtained by subtracting the open-circuit potential of the negative electrode from the open-circuit potential of the positive electrode
  • the power storage device 51 is used only in the range where the voltage is flat as shown in FIG. It cannot be known from the OCV. Therefore, in this method, diagnosis is performed in the same manner as in the first diagnosis method, on the premise that the positive electrode voltage is constant. Specifically, Sc in Equation (3) is a fixed value. As a result, the error variance J(i) is a function of the unknowns X0(i) and Ca(i). Since there are two unknowns, the error variance J(i) is calculated based on the measurement data of at least three measurements, and the evaluation value SR is obtained for diagnosis. Also, here, similarly to the above, soundness can also be determined by the absence of statistical outliers in J(i) for each cell.
  • the diagnostic method can be used, for example, when the positive electrode is LiFePO 4 and the negative electrode is graphite or HC.
  • this illustration is just an example, and is not limited to this.
  • the voltage hysteresis is relatively large in the OCV, which may deteriorate the diagnostic accuracy.
  • the voltage hysteresis of OCV referred to here is the OCV (OCV in the charging direction) measured after charging is temporarily stopped during charging and left until the voltage stabilizes, and the OCV (OCV in the charging direction) that is measured after stopping discharging during discharging. It means that the value of OCV (OCV in the discharge direction) measured after leaving until the voltage stabilizes does not match.
  • This discrepancy between the OCV in the charge direction and the OCV in the discharge direction is called OCV voltage hysteresis.
  • This voltage hysteresis is about 20 mV at maximum in the case of graphite. Since the positive electrode voltage is almost constant when LiFePO4 is the positive electrode, the diagnosis error increases if the voltage hysteresis is not considered.
  • This voltage hysteresis can be obtained by measuring the voltage when the battery is discharged or charged by a predetermined amount from a reference charge/discharge state and left until the voltage stops changing.
  • the OCP of the electrode material and the OCV of the battery voltage can be measured in advance by appropriately stopping charging or discharging and leaving the charge until the voltage change disappears.
  • the positive OCP, the negative OCV, and the battery voltage OCV each have a value in the charge direction and a value in the discharge direction. (See Non-Patent Documents 2 and 3).
  • a third diagnostic method comprises a configuration that solves the problem.
  • the SOC of the power storage device 51 is measured multiple times under different conditions. Then, in the third diagnostic method, it is specified whether each measurement corresponds to the measurement in the charge direction or the measurement in the discharge direction. For example, assume that the transition of the SOC at the measurement timing is "10% ⁇ 90% ⁇ 75% ⁇ 65% ⁇ 30% ⁇ 10%". In this case, measurements at SOC 10%, 30%, 65%, and 75% are measurements in the discharge direction, and the OCV measured at this time is the discharge OCV. Then, the measurement when the SOC is 90% is the measurement in the charging direction, and the OCV measured at this time is the charging OCV.
  • the positive OCP and negative OCP when measuring in the charging direction and the positive OCP and negative OCP when measuring in the discharging direction are obtained in advance. These can be measured in advance using, for example, a half cell made of Li electrodes and electrode materials.
  • the third diagnostic method in the calculation of R(i, N) using the above formula (3), the previously measured "positive OCP/negative OCP during measurement in the charging direction” ” is used, and the previously measured “positive OCP/negative OCP at the time of measurement in the discharge direction” is used in the measurement in the discharge direction. That is, the values of the positive OCP and the negative OCP used to calculate R(i, N) are made different depending on whether the measurement is performed in the charge direction or in the discharge direction.
  • Other configurations of the third diagnostic method are the same as those of the first diagnostic method.
  • Details of the measurement timing (SOC transition) of a battery with large hysteresis may be determined as follows.
  • the charge direction cell OCV is measured in advance from SOC 0% in steps of, for example, 5%, and then the discharge direction cell OCV is measured in steps of, for example, 5% from SOC 100%.
  • OCV measurement is performed in increments of 5% from 20%, and compared with the previously measured charging direction OCV value, both are sufficient.
  • the SOC at which the accuracy begins to match (for example, the SOC at which the mutual difference is equal to or less than the measurement accuracy of the voltage measurement IC + ⁇ ) is obtained (for example, assume that this value is 70%).
  • the measurement timing (SOC transition) can be determined as SOC 20% ⁇ 70% ⁇ 80% ⁇ 60% ⁇ 30% ⁇ 20%.
  • FIG. 13 shows the positive and negative OCP, the voltage gradient dV/dSOC with respect to the charged state of the positive and negative OCP, and the battery OCV.
  • SOC state of charge
  • the resolution of Sc and Sa in formulas (1) to (3) with respect to the slope dV/dSOC of the positive and negative OCP is Vres/((dV/dSOC)).
  • the accuracy of Sc and Sa is Vacu/((dV/dSOC)).
  • the measurement resolution of the cell voltage measurement IC used in the battery system is 1 mV
  • the measurement accuracy is plus or minus 1 mV
  • the OCV slope is 2 mV/%
  • the resolution of Sa and Sc is relative to the cell capacity. 0.5%
  • the accuracy is plus or minus 0.5%, and practically sufficient measurement accuracy can be obtained.
  • two or more points with large dV/dSOC on the positive and negative OCP curves are selected as measurement points.
  • (1) and (3) are selected from regions where the dV/dSOC of the negative electrode is large
  • (2) and (4) are selected from regions where the dV/dSOC of the positive electrode is large.
  • the positive and negative electrode deviation B, the cell capacity Ccell, the positive and negative electrode capacities Cc and Ca of the cell in a new state are measured in a laboratory at the cell level, for example, based on the conditions shown in FIG.
  • the SOC of (4) can be determined.
  • the power storage system manages the battery system by SOC, and by giving the target SOC, it is possible to charge and discharge the system SOC to the target value.
  • the measured values of B, Ccell, Cc, and Ca in the immediately preceding diagnosis may be used to determine the SOC of measurement points (1) to (4) based on the conditions shown in FIG. 14, for example. good. Since a large number of cells are used in an actual system, B, Ccell, Cc, and Ca are statistical values (mean, maximum, minimum, mode, median, etc.) of measurements of multiple cells in each system. ) can be used.
  • the positive and negative electrode capacities and positive and negative electrode deviations change due to deterioration of the battery, it is possible to perform accurate diagnosis even after deterioration by calculating the cell measurement points by calculation. If the electrode material is known in the absence of laboratory data, the OC of the material is known and the target measured SOC of the positive and negative electrodes can be determined based on that known value. Diagnosis accuracy can be improved by repeating diagnosis.
  • OCV curves appropriately measured during charging from a reference state of SOC 0% for example, OCV measurement values at SOC: 0, 10, 20, 90, 100%
  • OCV curves measured while discharging to 20% SOC and then charging from 20% SOC may not match with sufficient accuracy.
  • the positive and negative charge states Sct and Sat when switching from discharging to charging are passed as arguments to the positive and negative OCP calculation function, that is, as Vc (Sct, Sc) and Va (Sat, Sc). It should be calculated as follows.
  • cell OCV measurement for diagnostic operation is performed at SOCs of 10%, 20%, 60%, and 90%.
  • X (0) is measured at SOC 10% (OCV does not have to be measured)
  • X (4), V (i, 4) is measured at SOC 90%
  • SOC 60 % then measure (X (3), V (i, 3)) at SOC 20%
  • X (2), V (i, 2) is measured at SOC 10% (X (1) , V(i,1)) are measured.
  • the above formula (3) is calculated for the measured values.
  • the functions Vc and Va may be measured in advance in a laboratory or the like to obtain approximate functions, or may be obtained in advance by the method described in Non-Patent Document 3.
  • the OCV is the voltage obtained by measuring after the voltage stops changing after the current for charging or discharging stops, but depending on the type of battery, the waiting time may take nearly two hours. Also, it is difficult to judge whether the battery voltage has converged or not, because the voltage change may continue very slowly for a long time (for example, 1 mV/10 minutes continues for 1 hour). It is known that a transient change in battery voltage can be represented by a circuit such as that shown in FIG.
  • Vocv is the OCV of the cell
  • V is the measured voltage
  • ⁇ V is the transient voltage change
  • R1 and R2 are the resistance values
  • IR1 and IR2 are the currents flowing through the resistors
  • C1 and C2 are the capacitances of the capacitors
  • IC1 and IC2 are the capacitors.
  • the currents flowing, V1 and V2 are the voltages across the resistors and capacitors.
  • the voltage after setting the charge/discharge current to zero may be calculated using the formula shown in FIG.
  • OCV can be obtained in a realistic measurement time (for example, about 30 minutes).
  • the initial values V1, ini, V2, ini, R1, R2, C1, C2, and Vocv of V1 and V2 are set to match the change in the voltage V measured before the voltage converges completely. can ask. Since there are 7 independent variables, it can be calculated from 7 or more measurement points. A more complicated circuit model for increasing the accuracy of fitting has been published in papers and the like, but the circuit shown in FIG. 16 is sufficient for practical use.
  • the diagnostic unit 12 obtains a reference value (a value obtained by subtracting the negative open-circuit potential from the positive open-circuit potential) based on the measurement data acquired by the acquisition unit 11. ) and the measured value of the open circuit voltage”, and the soundness of the power storage device 51 is determined based on the calculation result.
  • the fourth diagnostic method differs from the first diagnostic method in how to obtain X0(i), B(i), Cc(i) and Ca(i).
  • measurement is performed at the lower limit SOC of the system utilization range, and then charging to the upper limit SOC and measurement is performed again. Then, the charging current and voltage during charging during that time are measured.
  • the measurement range does not necessarily have to be between the lower limit SOC and the upper limit SOC, but doing so increases the accuracy.
  • the diagnosis unit 12 uses the method disclosed in Non-Patent Document 1 to determine X0(i), B(i), Cc(i) and Ca(i). Ask for Then, the diagnosis unit 12 determines the positive electrode state of charge Sc, the negative electrode state of charge Sa, the difference R(i , N), the cell-by-cell evaluation value (error variance J(i)), the evaluation value SR of the power storage device 51, and the like can be calculated. Further, similarly to the above, soundness can also be determined by the absence of statistical outliers in X0(i), B(i), Cc(i), and Ca(i) for each cell.
  • This diagnostic method is applicable to positive and negative electrodes made of any material, without any restrictions on the materials of the positive and negative electrodes.
  • the diagnostic unit 12 calculates "the positive electrode capacity Cc(i) and the negative electrode capacity Ca(i)" based on the measurement data acquired by the acquisition unit 11, and based on the calculation result, the power storage device 51 determine the soundness of Details will be described below.
  • the diagnosis unit 12 calculates "positive electrode capacity Cc(i) and negative electrode capacity Ca(i)" for each cell i based on the measurement data obtained by the obtaining unit 11, and uses this value as the evaluation value for each cell. Calculation of the positive electrode capacity Cc(i) and the negative electrode capacity Ca(i) can be realized, for example, by the method described in the first to fourth diagnostic methods.
  • diagnosis unit 12 can calculate the positive electrode evaluation value SRc and the negative electrode evaluation value SRa of the power storage device 51 based on the following equations (6) and (7).
  • Ccave is the average value of Cc(i) of the cells contained in the system.
  • Caave is the average value of Ca(i) of multiple cells included in the system.
  • the diagnosis unit 12 diagnoses the soundness of the power storage device 51 based on at least one of the cell-by-cell evaluation value, the evaluation value of the positive electrode of the power storage device 51, and the evaluation value of the negative electrode of the power storage device 51.
  • the diagnostic unit 12 determines that “all cell-by-cell evaluation values are equal to or less than the third reference value”, “cell-by-cell evaluation values equal to or greater than a predetermined percentage are equal to or less than the third reference value”, “evaluation of the positive electrode of the power storage device 51 value is equal to or less than the fourth reference value” and "the evaluation value of the negative electrode of the power storage device 51 is equal to or less than the fifth reference value", or a condition in which a plurality of these conditions are connected by a logical operator is satisfied, the power storage device 51 may be determined to be healthy.
  • soundness can also be determined by the absence of statistical outliers in Cc(i) and Ca(i) for each cell.
  • the diagnostic unit 12 calculates the “positive/negative electrode deviation B(i)” based on the measurement data acquired by the acquisition unit 11, and judges the soundness of the power storage device 51 based on the calculation result. Details will be described below.
  • the diagnosis unit 12 calculates the "positive/negative electrode deviation B(i)" for each cell i based on the measurement data acquired by the acquisition unit 11, and uses this value as the cell-by-cell evaluation value.
  • the positive/negative deviation B(i) can be calculated by the method described in the first to fourth diagnostic methods, for example.
  • the diagnosis unit 12 can calculate the evaluation value RB of the power storage device 51 based on the following equation (8).
  • Bave is the average value of B(i) for multiple cells included in the system.
  • the diagnosis unit 12 diagnoses the soundness of the power storage device 51 based on at least one of the cell-by-cell evaluation value and the evaluation value of the power storage device 51 .
  • the diagnosing unit 12 determines that "all cell-by-cell evaluation values are equal to or less than the sixth reference value", “cell-by-cell evaluation values of a predetermined proportion or more are equal to or less than the sixth reference value”, and "the evaluation value of the power storage device 51 is equal to or less than the sixth reference value".
  • the power storage device 51 may be determined to be sound when one of the conditions "below the seventh reference value” or a condition obtained by connecting a plurality of these conditions with a logical operator is satisfied.
  • the diagnostic unit 12 calculates the "negative electrode utilization rate Aar(i)" based on the measurement data acquired by the acquisition unit 11, and judges the soundness of the power storage device 51 based on the calculation result. Details will be described below.
  • the diagnosis unit 12 calculates the "negative electrode utilization rate Aar(i)" for each cell i based on the measurement data acquired by the acquisition unit 11, and uses this value as the evaluation value for each cell.
  • the negative electrode utilization rate Aar(i) is defined by the following equations (9) and (10).
  • Socmax is the SOC of the upper limit of the system usage range.
  • Socmin is the SOC at the lower limit of the system utilization range.
  • X(i, socmax) is the integrated current measured when the SOC of the battery bank to which the cell with cell number i belongs is at the upper limit of the system utilization range, and can be measured by charging the system to the upper limit SOC.
  • X(i, socmin) is the integrated current measured when the SOC of the battery bank to which the cell with cell number i belongs is at the lower limit of the system utilization range, and can be measured by discharging the system to the lower limit SOC.
  • diagnosis unit 12 can calculate the evaluation value SRAar of the power storage device 51 based on the following equation (11).
  • Aarave is the average value of Ar(i) for multiple cells in the system.
  • the diagnosis unit 12 diagnoses the soundness of the power storage device 51 based on at least one of the cell-by-cell evaluation value and the evaluation value of the power storage device 51 .
  • the diagnosis unit 12 determines that "all cell-by-cell evaluation values are equal to or less than the eighth reference value", “cell-by-cell evaluation values of a predetermined percentage or more are equal to or less than the eighth reference value", and "the evaluation value of the power storage device 51 is equal to or less than the eighth reference value".
  • the power storage device 51 may be determined to be healthy when one of the conditions "below the ninth reference value” or a condition obtained by connecting a plurality of these conditions with a logical operator is satisfied. It should be noted that the lower the negative electrode utilization rate, the lower the possibility of lithium deposition and the safer.
  • the diagnostic unit 12 calculates the “negative electrode SOC (Soca(i)) at the upper limit SOC” based on the measurement data acquired by the acquisition unit 11, and based on the calculation result, the power storage device 51 Determine soundness. Details will be described below.
  • the upper limit SOC is the SOC at the upper limit of the system usage range.
  • the diagnosis unit 12 calculates the “negative electrode SOC at the upper limit SOC (Soca(i))” for each cell i based on the measurement data acquired by the acquisition unit 11, and uses this value as the cell-by-cell evaluation value.
  • the negative electrode SOC (Soca(i)) at the upper limit SOC is defined by the following equation (12).
  • A(i, socmax) is a value obtained by subtracting X0(i) from X(i, socmax).
  • X(i, socmax) may be measured by charging to the SOC upper limit of the system at the time of measurement. Alternatively, it may be calculated based on the SOC and capacity information displayed by the system and X0(i).
  • diagnosis unit 12 can calculate the evaluation value SRSoca of the power storage device 51 based on the following equation (13). Socaave is the average value of Soca(i) of multiple cells included in the system.
  • the diagnosis unit 12 diagnoses the soundness of the power storage device 51 based on at least one of the cell-by-cell evaluation value and the evaluation value of the power storage device 51 .
  • the diagnosis unit 12 determines that "all cell-by-cell evaluation values are equal to or less than the tenth reference value", “cell-by-cell evaluation values of a predetermined percentage or more are equal to or less than the tenth reference value", and "the evaluation value of the power storage device 51 is equal to or less than the tenth reference value".
  • the power storage device 51 may be determined to be sound if one of the conditions "below the 11th reference value” or a condition obtained by connecting a plurality of these conditions with a logical operator is satisfied.
  • the diagnostic unit 12 calculates the “lithium ion deactivation amount Li Li (i)” based on the measurement data acquired by the acquisition unit 11, and based on the calculation result, the health of the power storage device 51. determine gender. Details will be described below.
  • the deactivation amount Li Li (i) of lithium ions is obtained by the following formula (14) using the positive and negative electrode shift B(i) of the cell i and the deterioration amount Lca(i) from the time of manufacture of the positive electrode. can be defined.
  • Lca(i) can be defined by the following formula (15).
  • the lithium ion deactivation amount Li Li (i) can be defined as follows. Using this formula, the inactivation amount Li Li (i) of lithium ions can be obtained.
  • L Liave whose evaluation value may be calculated by the following formula (17) to evaluate soundness, is the average value of Li Li (i) of a plurality of cells included in the system. Further, similarly to the above, soundness can also be determined by the absence of statistical outliers in Li Li (i) for each cell.
  • the diagnosis unit 12 obtains X0(i) and Ccell(i) for each cell so that J(i) defined by the following formulas (18) to (20) is minimized.
  • N is the measurement number (index indicating the measurement point).
  • Ccell(i) is the capacitance per cell and Vcell(SOC) is a function that returns the voltage for a given SOC at manufacture.
  • the evaluation value SR in the battery system can be obtained from the above value J(i) and can be determined. In addition, as in the above, soundness can also be determined by the absence of statistical outliers in J(i) for each cell.
  • the eleventh diagnostic method employs at least two of the first to tenth diagnostic methods. Then, the diagnosis unit 12 diagnoses that the electric power storage device 51 is healthy when it is determined to be healthy by all the adopted diagnostic methods.
  • the diagnostic unit 12 determines the "difference between the reference value (the value obtained by subtracting the open-circuit potential of the negative electrode from the open-circuit potential of the positive electrode) and the measured value of the open-circuit voltage," the “capacity of the positive electrode,” capacity”, “positive/negative electrode deviation”, “amount of deactivated Li ions”, “negative electrode utilization rate”, and “negative electrode SOC at upper limit SOC”. sex can be diagnosed.
  • the diagnosis unit 12 performs the “reference value and the measured value of the open circuit voltage and the At least one item value among "difference between”, “positive electrode capacity”, “negative electrode capacity”, “positive/negative electrode deviation”, “deactivated Li ion amount”, “negative electrode utilization rate” and “negative electrode SOC at upper limit SOC” can be calculated. Then, the diagnosing unit 12 determines at least "a comparison result between the item value in each of the plurality of cells and the first reference value" and "a comparison result between the variance of the item value in the plurality of cells and the second reference value". Based on one, the soundness of the power storage device 51 can be diagnosed.
  • diagnosis unit 12 can diagnose soundness based on the presence or absence of outliers in the parameters measured for each cell.
  • the authentication result reception unit 13 transmits the diagnosis result of the diagnosis unit 12 and the authentication application to the authentication server 20 . Then, the authentication result receiving unit 13 receives the authentication result based on the diagnosis result from the authentication server 20 as a reply.
  • the authentication result indicates “whether to authenticate that the power storage device 51 is sound”.
  • the output content control unit 14 controls the output content of the authentication information output by the output device 52 based on the authentication result received by the authentication result receiving unit 13 .
  • the output device 52 may be a display, and the authentication information may be a certification mark. Then, the output content control unit 14 may switch display/non-display of the authentication mark according to the authentication result. For example, when the authentication result is "the content for authenticating that the power storage device 51 is sound", the output content control unit 14 causes the display to display the authentication mark, and the authentication result is "the power storage device 51 is sound.” If the content is not authenticated, the authentication mark on the display may be hidden.
  • the output device 52 may be a lamp, and the authentication information may be the lighting state of the lamp. Then, the output content control unit 14 may switch the lighting state of the lamp according to the authentication result. For example, the output content control unit 14 turns on the lamp when the authentication result is “contents to authenticate that the power storage device 51 is sound”, and “contents not to authenticate that the power storage device 51 is sound”. , and vice versa. In addition, the output content control unit 14 may change the color of the lamp or change the lighting mode (blinking, constant lighting, etc.) according to the authentication result.
  • the output device 52 may be a speaker, and the authentication information may be a warning sound or warning information output from the speaker. Then, the output content control unit 14 may switch the output state of the warning sound and the warning information according to the authentication result. For example, when the authentication result is “the content for authenticating that the power storage device 51 is healthy”, the output content control unit 14 does not output the warning sound or the warning information, and “the power storage device 51 is healthy”. If the content is "not authenticated”, a warning sound or warning information may be output.
  • FIG. 3 An example of the hardware configuration of the authentication server 20 is shown in FIG. 3, like the monitoring server 10.
  • the authentication server 20 has a processor 1A, a memory 2A, an input/output interface 3A, a peripheral circuit 4A and a bus 5A.
  • the peripheral circuit 4A includes various modules.
  • the authentication server 20 may not have the peripheral circuit 4A.
  • the authentication server 20 may be composed of a plurality of physically and/or logically separated devices, or may be composed of a single physically and/or logically integrated device. When the authentication server 20 is composed of a plurality of physically and/or logically separated devices, each of the plurality of devices can have the above hardware configuration. Since the detailed description of FIG. 3 has been given above, the description is omitted here.
  • the authentication server 20 Upon receiving the diagnostic result and the authentication application from the monitoring server 10, the authentication server 20 determines whether or not to authenticate that the power storage device 51 is sound based on the received diagnostic result. The authentication server 20 then transmits the determined authentication result to the monitoring server 10 .
  • the content of the processing for determining whether or not to authenticate the soundness is a design matter, but for example, the authentication server 20 may decide to authenticate the soundness when a predetermined authentication condition is satisfied.
  • Predetermined authentication conditions include "the diagnosis result by the monitoring server 10 indicates that the system is healthy", “the diagnosis result and authentication application received from the monitoring server 10 are valid", and the like. , but not limited to. Any conventional technique can be adopted as a method for judging the validity of the diagnostic result and authentication application received from the monitoring server 10 .
  • the power storage system 50 executes diagnostic operation and generates measurement data regarding the power storage device 51 (S10). Then, the power storage system 50 transmits the generated measurement data to the monitoring server 10 (S11).
  • the monitoring server 10 diagnoses the soundness of the power storage device 51 based on the received measurement data (S12), and transmits the diagnosis result and the authentication application to the authentication server 20 (S13).
  • the authentication server 20 determines whether or not to authenticate that the power storage device 51 is healthy based on the received diagnosis result (S14), and transmits the determined authentication result to the monitoring server 10 (S15).
  • the monitoring server 10 determines the output content of the output device 52 based on the received authentication result (S16), and transmits an output content control signal for outputting the determined output content to the power storage system 50 (S17).
  • the output device 52 of the power storage system 50 executes output processing according to the output content control signal (S18).
  • the acquisition unit 11 of the monitoring server 10 acquires the measurement data generated at that timing from the power storage system 50 at a predetermined timing or in response to a request from the user.
  • the diagnosis unit 12 diagnoses the soundness of the power storage device 51 according to the acquisition of the measurement data by the acquisition unit 11 .
  • the authentication result receiving unit 13 transmits the diagnosis result to the authentication server 20 and receives the authentication result from the authentication server 20 according to the soundness diagnosis of the power storage device by the diagnosis unit 12 .
  • the output content control unit 14 controls the output content of the authentication information in the output device 52 in accordance with the reception of the authentication result by the authentication result receiving unit 13 .
  • the authentication result is transmitted from the authentication server 20 to the power storage system 50 (without going through the monitoring server 10) in S15. Then, the power storage system 50 controls the output content of the authentication information from the output device 52 based on the received authentication result.
  • the diagnosis unit 12 calculates various item values in S12, and does not compare various item values with reference values. Then, the authentication result receiving unit 13 transmits various item values to the authentication server 20 as a diagnosis result (S13). The authentication server 20 compares various item values with reference values, and determines whether or not to authenticate that the power storage device 51 is healthy based on the comparison result (S14).
  • the soundness of the power storage device 51 is diagnosed, and based on the diagnosis result, it is determined whether or not to authenticate that the power storage device 51 is sound.
  • the output device 52 can be made to output according to the result. The user can easily determine whether or not the power storage device 51 is healthy based on the output contents of the output device 52 . As a result, the user's burden of considering the soundness of the power storage device 51 can be reduced.
  • the authentication system can determine the soundness of the power storage device 51 by various new characteristic methods.
  • the first to fourth and ninth diagnostic methods described above it is possible to check the normality of the current/voltage measurement function of the power storage system and to detect an abnormality in the positive and negative electrode materials of the cell.
  • the fifth to ninth diagnostic methods described above it is possible to confirm the soundness of the internal state of the cell and to detect a cell having an internal abnormality before a failure occurs.
  • the power storage system 50 performs diagnostic operation at a predetermined timing (once a year, once every six months, once a month, when an execution instruction is input by a user, etc.). , an authentication decision was made.
  • the monitoring server 10 of the present embodiment has a function of judging the necessity of the diagnostic operation during this timing and executing the diagnostic operation when it is judged to be necessary. A detailed description will be given below.
  • the power storage system 50 constantly or periodically performs measurements even during normal operation, not diagnostic operation, and transmits the resulting measurement data to the monitoring server 10 .
  • the measurement data obtained in the measurement during normal operation is the same type of data as the measurement data obtained in the measurement during diagnostic operation. However, in the measurement during normal operation, the use of the power storage device 51 is prioritized over the measurement. For this reason, for example, control such as "After measuring at the lower limit SOC of the system utilization range, charging to the upper limit SOC, measuring again, and measuring at a predetermined SOC in between", that is, "at a predetermined SOC" It is difficult to control "to measure”. For this reason, measurement data obtained from measurement during normal operation differs from measurement data obtained from measurement during diagnostic operation in that "measurement at a predetermined SOC" may not be achieved.
  • the acquisition unit 11 of the monitoring server 10 acquires the measurement data obtained by the measurement during normal operation transmitted from the power storage system 50 in this way.
  • the diagnosis unit 12 detects the necessity of diagnostic operation based on measurement data obtained during normal operation. Then, when the diagnosis unit 12 determines that the diagnosis operation is necessary, the diagnosis unit 12 transmits an instruction signal for executing the diagnosis operation to the power storage system 50 . When the power storage system 50 receives the instruction signal to execute the diagnostic operation, the power storage system 50 executes the diagnostic operation accordingly and transmits the measurement data obtained by the measurement of the diagnostic operation to the monitoring server 10 . The monitoring server 10 then executes the processing described in the first embodiment.
  • the diagnosis unit 12 can realize the detection based on either of the following first and second detection methods.
  • the diagnosis unit 12 calculates X0 ( Find i). Specifically, when the values of B(i), Cc(i) and Ca(i) are obtained, the error variance J(i) defined by the above equations (1) to (4) is X0(i) becomes a function of the unknowns. The diagnosis unit 12 obtains the value of X0(i) that minimizes the error variance J(i) based on the function and measurement data obtained during normal operation. Then, the difference between the error variance J(i) at this time (when the error variance J(i) is minimized) and the error variance J(i) during the most recent diagnostic operation is evaluated as an intermediate evaluation for each cell. value.
  • J N (i) is the variance newly obtained using B(i), Cc(i), and Ca(i) calculated during the most recent diagnostic operation
  • J 0 (i) is the most recent variance.
  • the cell-by-cell intermediate evaluation value is a value obtained by subtracting J 0 (i) from J N (i). Diagnose using this value.
  • the diagnostic unit 12 can calculate the sum of the cell-by-cell intermediate evaluation values of each of the plurality of cells as the intermediate evaluation value of the power storage device 51 .
  • the diagnosis unit 12 determines the necessity of diagnostic operation based on at least one of the cell-by-cell intermediate evaluation value and the intermediate evaluation value of the power storage device 51 .
  • the diagnosis unit 12 determines that "all cell-by-cell intermediate evaluation values are equal to or greater than the 12th reference value", "a predetermined percentage or more of the cell-by-cell intermediate evaluation values are equal to or greater than the 12th reference value", and "the intermediate evaluation value of the power storage device 51 is equal to or greater than the 12th reference value”. If one of the conditions "evaluation value is greater than or equal to the thirteenth reference value” or a condition obtained by connecting a plurality of these conditions with a logical operator is satisfied, it is determined that diagnostic operation is necessary.
  • the power storage device 51 is used only in a flat voltage range as shown in FIG. Assuming that the positive electrode voltage is constant and Sc is a fixed value, the error variance J(i) is a function of X0(i) and Ca(i) as unknowns. Since there are two unknowns, the values of X0(i) and Ca(i) that minimize the error variance J(i) can be obtained based on the measurement data of at least two measurements.
  • X0(i) and Ca(i) can be obtained by the method described in the first embodiment. As shown in FIG. 9, there is a range in which the voltage of the negative electrode is also almost constant (invalid range in the figure). can wait for the next measurement data.
  • the diagnostic unit 12 determines the necessity of diagnostic driving by the same method as the first detection method.
  • the same effects as those of the first embodiment are realized. Further, a process for detecting the necessity of diagnostic driving can be executed even during diagnostic driving, and diagnostic driving can be executed according to the detection. Therefore, an abnormality in the power storage system 50 can be detected early.
  • FIG. 10 shows an example of a functional block diagram of the diagnostic device 60 of this embodiment.
  • the diagnostic device 60 has a diagnostic section 61 .
  • Diagnosis unit 61 diagnoses the soundness of power storage device 51 based on measurement data relating to power storage device 51 .
  • the configuration of the diagnostic unit 61 is the same as the configuration of the diagnostic unit 12 of the monitoring server 10 .
  • diagnostic device 60 has processor 1A, memory 2A, input/output interface 3A, peripheral circuit 4A, and bus 5A.
  • the peripheral circuit 4A includes various modules.
  • the diagnostic device 60 may not have the peripheral circuit 4A.
  • the diagnostic device 60 may be composed of a plurality of physically and/or logically separated devices, or may be composed of one device that is physically and/or logically integrated. When the diagnostic device 60 is composed of a plurality of physically and/or logically separated devices, each of the plurality of devices can have the above hardware configuration. Since the detailed description of FIG. 3 has been given above, the description is omitted here.
  • acquisition means "acquisition of data stored in another device or storage medium by one's own device based on user input or program instructions (active acquisition)", for example, receiving by requesting or querying other devices, accessing and reading other devices or storage media, etc., and based on user input or program instructions, " Inputting data output from other devices to one's own device (passive acquisition), for example, receiving data distributed (or transmitted, push notification, etc.), and received data or information Selecting and acquiring from among, and “editing data (text conversion, rearranging data, extracting some data, changing file format, etc.) to generate new data, and/or "obtaining data”.
  • editing data text conversion, rearranging data, extracting some data, changing file format, etc.
  • the soundness of the power storage device is diagnosed based on the difference between the reference value obtained by subtracting the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device from the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device and the item value that is the difference between the open circuit voltage and the open circuit voltage of the power storage device.
  • a diagnostic device having a diagnostic part.
  • the diagnosis unit Based on the positive electrode open circuit potential information indicating the relationship between the state of charge of the positive electrode of the power storage device and the open circuit potential of the positive electrode of the power storage device, the open circuit potential of the positive electrode of the power storage device when the open circuit voltage is measured.
  • Calculate the circuit potential Based on the negative electrode open circuit potential information indicating the relationship between the state of charge of the negative electrode of the power storage device and the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device, the open circuit voltage of the negative electrode of the power storage device when the open circuit voltage is measured. Calculate the circuit potential, 2. The diagnostic apparatus according to 1, wherein the reference value is calculated based on the calculated result. 3. The diagnosis unit 3. The diagnostic device according to 2, wherein the state of charge of the positive electrode of the power storage device is calculated based on the positive/negative electrode deviation of the power storage device, the capacity of the positive electrode, and the amount of charge of the negative electrode. 4.
  • the diagnosis unit When the positive and negative electrode shift of cell i is B (i), the positive electrode capacity of cell i is Cc (i), and the charge amount of the negative electrode of cell i at the time of measurement of measurement number N is A (i, N), the above formula 4.
  • the diagnostic device according to 3 which calculates the state of charge Sc of the positive electrode of the power storage device based on (1). 5.
  • the diagnosis unit 5 The diagnostic device according to any one of 2 to 4, wherein the state of charge of the negative electrode of the power storage device is calculated based on the capacity of the negative electrode of the power storage device and the amount of charge of the negative electrode. 6.
  • the diagnosis unit When the negative electrode capacity of cell i is Ca(i) and the charge amount of the negative electrode of cell i at the time of measurement of measurement number N is A(i, N), the negative electrode capacity of the power storage device is calculated based on the above formula (2). 6. The diagnostic device according to 5, which calculates the state of charge Sa. 7. The measurement of the open circuit voltage is performed a plurality of times under conditions where the SOC (state of charge) of the power storage device is different from each other, The diagnosis unit B(i) is the positive/negative shift of the cell i, Cc(i) is the positive electrode capacity of the cell i, Ca(i) is the negative electrode capacity of the cell i, and A is the charge amount of the negative electrode of the cell i when the measurement number N is measured.
  • the open circuit voltage of cell i at the time of measurement is V (i, N)
  • the diagnosis device according to any one of 3 to 6, which diagnoses the soundness of the power storage device based on the deviation, the positive electrode capacity, the negative electrode capacity, and the charge amount of the negative electrode.
  • the measurement of the open circuit voltage is performed a plurality of times for each cell under conditions where the SOC of the power storage device is different from each other, 8.
  • the diagnostic device diagnoses the soundness of the power storage device based on the item value for each cell and for each measurement. 9.
  • the diagnosis unit For each cell the sum of the squares of the item values of each of the multiple measurements is calculated as the evaluation value for each cell, 9.
  • the diagnosis device according to 8 which diagnoses the soundness of the power storage device based on the sum of the cell-by-cell evaluation values of each of a plurality of cells. 10.
  • the soundness of the power storage device is diagnosed based on the difference between the reference value obtained by subtracting the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device from the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device and the item value that is the difference between the open circuit voltage and the open circuit voltage of the power storage device.
  • diagnostic method 11. the computer, The soundness of the power storage device is diagnosed based on the difference between the reference value obtained by subtracting the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device from the open circuit potential of the negative electrode of the power storage device and the item value that is the difference between the open circuit voltage and the open circuit voltage of the power storage device.
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Abstract

本発明は、電力貯蔵装置の正極の開回路電位から前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位を引いた参照値と、開回路電圧との差である項目値に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する診断部(61)を有する診断装置(60)を提供する。

Description

診断装置、診断方法及びプログラム
 本発明は、診断装置、診断方法及びプログラムに関する。
 非特許文献1は、充電時の挙動から電池の健全性を把握する技術を開示している。また、非特許文献1は、各セルの正極容量、負極容量、不活化Liイオン量、負極の充電状態を求める方法を開示している。非特許文献2及び3は、電圧ヒステリシスについて開示している。特許文献1は、リチウムイオン電池の劣化状態を判定する方法を開示している。
特許第5537236号
森田朋和、外2名。"内部状態の推定により電池の健全性を可視化する充電曲線解析法"、[online]、[2019年10月8日検索]、インターネット<URL: https://www.toshiba.co.jp/tech/review/2013/10/68_10pdf/f07.pdf> Rashid, M, Pathan, T, McGordon, A, Kendrick, E & Widanage, "Investigation of hysteresis and relaxation behaviour in graphite and LiNi Mn Co O electrodes", Journal of Power Sources, vol. 440, 227153, 2019 F. Baronti, W. Zamboni, N. Femia, R. Roncella, and R. Saletti, "Experimental Analysis of Open-Circuit Voltage Hysteresis in Lithium-Iron-Phosphate Batteries", IECON 2013 -39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 978-1-4799-0224-8/13, 2013
 電力貯蔵装置は、熱暴走すると激しく火炎を噴出して燃え上がる等の大災害を引き起こし得る。このため、様々な手法で、多角的に電力貯蔵装置の健全性を診断することが望まれる。
 本発明は、電力貯蔵装置の健全性を診断する新たな手法を提供することを課題とする。
 本発明によれば、
 電力貯蔵装置の正極の開回路電位から前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位を引いた参照値と、開回路電圧との差である項目値に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する診断部を有する診断装置が提供される。
 また、本発明によれば、
 コンピュータが、
  電力貯蔵装置の正極の開回路電位から前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位を引いた参照値と、開回路電圧との差である項目値に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する診断方法が提供される。
 また、本発明によれば、
 コンピュータを、
  電力貯蔵装置の正極の開回路電位から前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位を引いた参照値と、開回路電圧との差である項目値に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する診断手段として機能させるプログラムが提供される。
 本発明によれば、電力貯蔵装置の健全性を診断する新たな手法が実現される。
 上述した目的、および、その他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、および、それに付随する以下の図面によって、さらに明らかになる。
本実施形態の認証システムの全体構成を説明するための図である。 本実施形態の認証システムのデータの流れを説明するための図である。 本実施形態の装置のハードウエア構成の一例を示す図である。 本実施形態の監視サーバの機能ブロック図の一例である。 本実施形態の診断部の処理を説明するための図である。 本実施形態の診断部の処理を説明するための図である。 本実施形態の診断部の処理を説明するための図である。 本実施形態の認証システムの処理の流れの一例を示すシーケンス図である。 本実施形態の診断部の処理を説明するための図である。 本実施形態の診断装置の機能ブロック図の一例である。 本実施形態の診断部の処理を説明するための図である。 本実施形態の正負極ずれを説明するための図である。 本実施形態の診断部の処理を説明するための図である。 本実施形態の診断部の処理を説明するための図である。 本実施形態の診断部の処理を説明するための図である。 本実施形態の診断部の処理を説明するための図である。 本実施形態の診断部の処理を説明するための図である。
<第1の実施形態>
「認証システムの全体構成」
 まず、図1を用いて本実施形態の認証システムの全体構成を説明する。認証システムは、監視サーバ10と認証サーバ20とを有する。認証システムは、監視データベース30、認証データベース40及び電力貯蔵システム50の中の少なくとも1つをさらに有してもよい。監視サーバ10と認証サーバ20とは、有線及び/又は無線で通信可能に接続されている。また、監視サーバ10と電力貯蔵システム50とは、有線及び/又は無線で通信可能に接続されている。
 監視サーバ10は、1つ又は複数の電力貯蔵システム50(電力貯蔵装置51、出力装置52及びエッジデバイス53)を監視・制御する機能を有する。認証サーバ20は、電力貯蔵装置51が健全であることを認証する機能を有する。監視データベース30は、監視サーバ10が処理する各種情報を記憶する。認証データベース40は、認証サーバ20が処理する各種情報を記憶する。
 電力貯蔵装置51は、電力を貯蔵する機能を有する装置であり、例えば蓄電池等である。出力装置52は、各種情報を出力する機能を有する装置であり、例えばディスプレイ、スピーカ、ランプ等である。エッジデバイス53は、電力貯蔵システム50に関する情報を収集し、外部装置に送信する機能を有する。
「認証システムの処理の概要」
 次に、認証システムが行う処理の概要を説明する。なお、各処理の詳細は後述する。
 電力貯蔵システム50は所定のタイミングで診断運転を行い、その結果として得られる電力貯蔵装置51に関する測定データを監視サーバ10に送信する。
 監視サーバ10は、エッジデバイス53から、電力貯蔵装置51に関する測定データを取得し、監視データベース30に記憶させる。監視データベース30には、測定データに加えて、電力貯蔵装置51に関するその他の各種情報(例えば、出荷時のセル容量、出荷時の正極容量、出荷時の負極容量、出荷時の正負極ずれ等)が記憶されていてもよい。そして、監視サーバ10は、測定データ等に基づき、電力貯蔵装置51の健全性を診断する。
 監視サーバ10は、電力貯蔵装置51の健全性の診断結果(以下、単に「診断結果」という場合がある)と、電力貯蔵装置51が健全であることの認証の申請(認証申請)とを認証サーバ20に送信する。監視サーバ10は、電力貯蔵装置51に関する測定データ等、その他の情報をさらに認証サーバ20に送信してもよい。
 認証サーバ20は、監視サーバ10から受信した各種情報を認証データベース40に記憶させる。そして、認証サーバ20は、診断結果に基づき、電力貯蔵装置51が健全であることを認証するか否か決定し、決定した認証結果を監視サーバ10に送信する。なお、認証サーバ20は、決定した認証結果を認証データベース40に記憶してもよい。
 監視サーバ10は、認証サーバ20から受信した認証結果に基づき、出力装置52の出力内容を制御する。具体的には、認証結果が「電力貯蔵装置51が健全であることを認証する内容」である場合、それに応じた出力処理を出力装置52に実行させ、認証結果が「電力貯蔵装置51が健全であることを認証しない内容」である場合、それに応じた出力処理を出力装置52に実行させる。例えば、認証結果の内容に応じて、ディスプレイに表示される認証マークの表示/非表示を切り替えたり、ランプの点灯状態を切り替えたりする。なお、監視サーバ10は、受信した認証結果を監視データベース30に記憶してもよい。
「認証システムのデータの流れ」
 図2に、認証システムのデータの流れを示す。図示するように、電力貯蔵システム50から監視サーバ10に測定データが送信される。測定データは、電力貯蔵装置51に関するデータであり、装置ID(identifier)、測定時の運転モード(診断中又は通常運転)、測定時のSOC(state of charge)、測定時の充電電流積算値、測定時の放電電流積算値、電流、セル電圧及び温度の中の少なくとも1つを含む。なお、測定データはその他の項目値を含んでもよい。
 監視サーバ10は受信した測定データを監視データベース30に記憶させることができる。また、監視サーバ10は受信した測定データに基づき電力貯蔵装置51の健全性を診断し、診断結果を監視データベース30に記憶させることができる。監視データベース30は、最新のこれらデータ(診断結果、測定データ)のみならず、過去のこれらデータを記憶してもよい。
 監視サーバ10は、最新の診断結果と認証申請を認証サーバ20に送信する。また、監視サーバ10は、測定データをさらに認証サーバ20に送信してもよい。
 認証サーバ20は、受信した情報を認証データベース40に記憶させる。また、認証サーバ20は、受信した診断結果に基づき電力貯蔵装置51が健全であることを認証するか否か決定し、決定した認証結果を認証データベース40に記憶させるとともに、認証結果を監視サーバ10に送信する。認証データベース40は、最新のこれらデータ(診断結果、測定データ、認証結果)のみならず、過去のこれらデータ(計算で得られたパラメータを含む)を記憶してもよい。
 監視サーバ10は認証サーバ20から受信した認証結果を監視データベース30に記憶させる。監視データベース30は、最新のデータ(認証結果)のみならず、過去のデータを記憶してもよい。そして監視サーバ10は認証結果に基づき出力装置52における出力内容を決定し、出力装置52の出力内容を制御する信号を電力貯蔵システム50に送信する。
「監視サーバ10の構成」
 次に、監視サーバ10の構成を詳細に説明する。まず、監視サーバ10のハードウエア構成の一例を説明する。監視サーバ10が備える各機能部は、任意のコンピュータのCPU(Central Processing Unit)、メモリ、メモリにロードされるプログラム、そのプログラムを格納するハードディスク等の記憶ユニット(あらかじめ装置を出荷する段階から格納されているプログラムのほか、CD(Compact Disc)等の記憶媒体やインターネット上のサーバ等からダウンロードされたプログラムをも格納できる)、ネットワーク接続用インターフェイスを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。
 図3は、監視サーバ10のハードウエア構成を例示するブロック図である。図3に示すように、監視サーバ10は、プロセッサ1A、メモリ2A、入出力インターフェイス3A、周辺回路4A、バス5Aを有する。周辺回路4Aには、様々なモジュールが含まれる。監視サーバ10は周辺回路4Aを有さなくてもよい。なお、監視サーバ10は物理的及び/又は論理的に分かれた複数の装置で構成されてもよいし、物理的及び/又は論理的に一体となった1つの装置で構成されてもよい。監視サーバ10が物理的及び/又は論理的に分かれた複数の装置で構成される場合、複数の装置各々が上記ハードウエア構成を備えることができる。
 バス5Aは、プロセッサ1A、メモリ2A、周辺回路4A及び入出力インターフェイス3Aが相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。プロセッサ1Aは、例えばCPU、GPU(Graphics Processing Unit)などの演算処理装置である。メモリ2Aは、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などのメモリである。入出力インターフェイス3Aは、入力装置、外部装置、外部サーバ、外部センサー、カメラ等から情報を取得するためのインターフェイスや、出力装置、外部装置、外部サーバ等に情報を出力するためのインターフェイスなどを含む。入力装置は、例えばキーボード、マウス、マイク、物理ボタン、タッチパネル等である。出力装置は、例えばディスプレイ、スピーカ、プリンター、メーラ等である。プロセッサ1Aは、各モジュールに指令を出し、それらの演算結果をもとに演算を行うことができる。
 次に、監視サーバ10の機能構成を説明する。図4に、監視サーバ10の機能ブロック図の一例を示す。図示するように、監視サーバ10は、取得部11と、診断部12と、認証結果受信部13と、出力内容制御部14とを有する。
 取得部11は、電力貯蔵装置51に関する測定データをエッジデバイス53から取得する。電力貯蔵装置51に関する測定データは、電力貯蔵装置51を識別する装置ID、測定時の運転モード(診断中又は通常運転)、測定時のSOC、測定時の充電電流積算値、測定時の放電電流積算値、電流、セル電圧及び温度の中の少なくとも1つを含む。なお、測定データはその他の項目値を含んでもよい。
 電力貯蔵システム50は所定のタイミングで診断運転を行い、その結果として得られる上記測定データを監視サーバ10に送信する。取得部11は、このようにして電力貯蔵システム50から送信された上記測定データを取得する。所定のタイミングは、1年に1度、半年に1度、1カ月に1度等、予め定められた時間間隔の予め定められたタイミングであってもよいし、ユーザなどから実行指示が入力されたタイミングでもよい。
 診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき、電力貯蔵装置51の健全性を診断するための各種項目値を算出する。そして、診断部12は、算出した各種項目値に基づき電力貯蔵装置51の健全性を診断し、診断結果を生成する。
 診断部12は、以下で説明する第1乃至第8の診断方法の中のいずれかを用いて、電力貯蔵装置51の健全性を診断することができる。
-第1の診断方法-
 通常、「正極の開回路電位から負極の開回路電位を引いた値」と「開回路電圧」は等しくなることが知られている。これが一致しない場合、BMS(battery management service)の測定センサーに異常があることや、電力貯蔵装置51自体に異常があることが疑われる。
 第1の診断方法では、診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき、「参照値(正極の開回路電位から負極の開回路電位を引いた値)と開回路電圧の測定値との差」を算出し、その算出結果に基づき電力貯蔵装置51の健全性を判断する。以下、図5を参照しながら詳細を説明する。
 なお、図中の「システム利用範囲」は電力貯蔵装置51の設計上利用可能な範囲であり、この範囲は安全性等を考慮して電力貯蔵装置51のメーカが決定する。電力貯蔵装置51はシステム上限SOCを超えて充電したり、システム下限SOCを下回って放電したりできないようになっている。
 まず、当該方法では、電力貯蔵装置51のSOCが互いに異なる条件下で複数回の測定が行われる。測定を実行するSOCは予め定められていてもよいし(例:0、25、50,75、100等)、任意の手法によるコンピュータ処理で決定してもよい。各回の測定では電力貯蔵装置51が備える複数のセル各々に対する測定が行われる。電力貯蔵装置51が備える複数のセルの全てに対して測定が行われてもよいし、一部に対して測定が行われてもよい。
 図中、〇で各回の測定タイミングを示している。そして、各回の測定に(X(N)、V(i,N))が紐付けられている。Nは測定番号(測定点を示すインデックス)である。iはセル番号である。V(i,N)はセル番号iのセルで測定したセルOCV(開回路電圧)である。セルOCVは、所定のSOCまで充電もしくは放電した後、一定時間充放電を休止して測定する(すなわち充電電流を0にして測定する)。電流が0になると、セル電圧はセルOCVに向かって漸近していくので、セル電圧の変化がなくなるまで休止すればよい。休止時間はセルの容量や温度によって異なるが、概ね30分から2時間程度休止すれば、十分な精度でセルOCVを測定することができる。この説明から明らかなように、実際にはセルOCVを連続的に測定することは困難であり、SOC0%から100%までの全体のセルOCVを測定するためには長時間を要する。
 X(N)はセル番号iのセルが所属するバッテリーバンクにおける測定番号Nの測定時の積算電流(電流の時間積分値)である。X(N)は例えばクーロンカウンターなどで測定されてもよいし、電流の測定値を時間積分して求めてもよい。
 ここで、X(N)の時の各セルの負極の充電量をA(i,N)とする。A(i,N)はX(N)からX0(i)を引いた値と定義できる(A(i,N)=X(N)-X0(i))。X0(i)は、各セルの負極充電量が0の時の積算電流である。
 セルiの正負極ずれをB(i)、正極容量をCc(i)、負極容量をCa(i)とすると、セル番号iのセルにおける「参照値(正極の開回路電位から負極の開回路電位を引いた値)と開回路電圧の測定値との差(Ri,N)」は、以下の式(1)乃至(3)で示すように定義できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 セルiの正負極ずれB(i)は、SOC0%の時の正極の充電状態(充電量Ah)と、SOC0%の時の負極の充電状態(充電量Ah)の差である。図12に示すように、製造時(劣化前)におけるSOC0%の時の正極の充電状態と、SOC0%の時の負極の充電状態は一致し、その差は0となる。しかし、図示するように、劣化すると、SOC0%の時の正極及び負極の充電状態は、正極及び負極各々の容量劣化やLiイオンの不活化(析出したり化合物となったりすることで減少)により一致しなくなる。
 Vc(Sc)は、正極の充電状態がScの時の正極の開回路電位を返す関数(正極開回路電位情報)である。なお、正極の充電状態Scは、式(1)に示すように、正負極ずれB(i)と、正極容量Cc(i)と、負極の充電量A(i,N)とに基づき算出される。当該関数は、正極を構成する物質に固有のものであり、基本的に不変である。例えば事前の測定実験等で当該関数を求めておくことができる。
 Va(Sa)は、負極の充電状態がSaの時の負極の開回路電位を返す関数(負極開回路電位情報)である。なお、負極の充電状態Saは、式(2)に示すように、負極容量Ca(i)と、負極の充電量A(i,N)とに基づき算出される。当該関数は、負極を構成する物質に固有のものであり、基本的に不変である。例えば事前の測定実験等で当該関数を求めておくことができる。事前の測定実験は、一般的には、Li金属電極と電極材料とでハーフセルと呼ばれる実験用電池を作成し、充放電を行うことで行われる。電極材料によっては、正負極の開回路電圧は温度によって若干の変化がある場合がある。その場合には、温度による影響を予め実験室で調べておいて、関数Vc(Sc)及びVa(Sa)に温度影響を含めればよい。
 V(i,N)は、各セルの各測定回の開回路電圧である。測定データから求めることができる。
 そして、複数回の測定における誤差の分散J(i)は、以下の式(4)で示すように定義できる。nは、測定の回数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 以上の式、及び「A(i,N)=X(N)-X0(i)」の定義より、誤差の分散J(i)はX0(i)、B(i)、Cc(i)及びCa(i)が未知数の関数となる。診断部12は、当該関数と、少なくとも4回の測定の測定データとに基づき、誤差の分散J(i)が最小となるX0(i)、B(i)、Cc(i)及びCa(i)の値を求める。そして、この時(誤差の分散J(i)が最小となる時)の誤差の分散J(i)の値を、セル毎評価値とする。セル毎評価値は、セル毎の複数回の測定各々の項目値(R(i,N))の二乗の和である。
 また、診断部12は、以下の式(5)に基づき、複数のセル各々のセル毎評価値の和を電力貯蔵装置51の評価値SRとして算出することができる。mは処理対象のセルの数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 そして、診断部12は、セル毎評価値及び電力貯蔵装置51の評価値の少なくとも一方に基づき、電力貯蔵装置51の健全性を診断する。また、測定結果から計算されたセル毎のJ(i)において統計的な外れ値がないことでも健全性を判定できる。外れ値があることは、システム中に数個の異常セルが存在することを意味する。当該情報に基づき、メンテナンスの要否などを判定できる。なお、外れ値がないことは、例えばスミルノフ・グラブス検定を行うことで判定できる。
 例えば、診断部12は、「全てのセル毎評価値が第1の基準値以下」、「所定割合以上のセル毎評価値が第1の基準値以下」及び「電力貯蔵装置51の評価値が第2の基準値以下」の中の1つである条件、又はこの中の複数を論理演算子で繋いだ条件を満たす場合に、電力貯蔵装置51は健全と判断してもよい。
 当該診断方法は、例えば正極がNMCであり、負極が黒鉛又はHCである場合等に利用可能である。なお、この例示はあくまで一例であり、これに限定されない。当該診断方法では物質の充電状態に対する物質固有の電圧を使うので、正極及び負極の組み合わせがここで例示したもの以外にも適用できる。
-第2の診断方法-
 第2の診断方法では、第1の診断方法と同様に、診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき「参照値(正極の開回路電位から負極の開回路電位を引いた値)と開回路電圧の測定値との差」を算出し、その算出結果に基づき電力貯蔵装置51の健全性を判断する。
 ところで、正極としてLiFePOを用いた場合、図6に示すように電圧がフラットな範囲でしか電力貯蔵装置51が利用されないため、正極(LiFePO)の図の横軸方向の位置を測定範囲のOCVから知ることができない。そこで、当該方法では、正極電圧は一定であることを前提として、第1の診断方法と同じ手法で診断を行う。具体的には、式(3)のScは固定値となる。その結果、誤差の分散J(i)はX0(i)及びCa(i)が未知数の関数となる。未知数は2点なので、少なくとも3回の測定の測定データに基づき、誤差の分散J(i)を計算し、評価値SRを求めて診断する。また、ここでも上記と同様に、セル毎のJ(i)において統計的な外れ値がないことでも健全性を判断できる。
 当該診断方法は、例えば正極がLiFePOであり、負極が黒鉛又はHCである場合等に利用可能である。なお、この例示はあくまで一例であり、これに限定されない。
-第3の診断方法-
 LiFePO4とグラファイトの組み合わせのセルではOCVに相対的に電圧ヒステリシスが?きく、診断精度を悪化させる可能性がある。ここでいうOCVの電圧ヒステリシスとは、充電中に充電を一旦停止して電圧が?定になるまで放置した後に測定したOCV(充電方向のOCV)と、放電中に放電を?旦停止して電圧が?定になるまで放置した後に測定したOCV(放電方向のOCV)との値が?致しないことをさす。この充電方向のOCVと放電方向のOCVの不?致をOCVの電圧ヒステリシスと呼んでいる。この電圧ヒステリシスは、グラファイトの場合、最大で20mV程度ある。LiFePO4が正極の場合には正極電圧がほぼ?定であるため、電圧ヒステリシスを考慮しない場合、診断誤差が拡?する。
 この電圧ヒステリシスは、基準となる充放電状態から所定量だけ放電もしくは充電した後、電圧が変化しなくなるまで放置したときの電圧を測定することで求めることができる。電極材料のOCP、電池電圧のOCVは充電中または放電中に適宜停止して電圧変化がなくなるまで放置することで、あらかじめ測定することができる。そして、正極OCP、負極OCVと電池電圧OCVにはそれぞれ充電方向の値と放電方向の値が別々に存在する。(非特許文献2及び3参照)。
 また、放電が完了しない時点(例えばSOC25%)で充電を始めた直後、例えばSOC30%で充電を停止して電圧が変化しなくなるまで放置してOCVを測定した場合、測定されたOCVは、放電が完了した時点で充電を始めた直後に測定したSOC30%における放電方向OCVと充電方向OCVの中間的な値になる(非特許文献3参照)。そのため、放電が完了しない時点(例えばSOC25%)で充電を始めた直後に測定されたSOC30%でのOCVをそのまま使用して上記第1の診断方法を実施すると、大きな診断誤差を生じる恐れがある。第3の診断方法は、当該問題を解決する構成を備える。
 第3の診断方法では、第1の診断方法で説明したように、電力貯蔵装置51のSOCが互いに異なる条件下で複数回の測定が行われる。そして、第3の診断方法では、各回の測定が充電方向の測定及び放電方向の測定のいずれに該当するかが特定される。例えば、測定タイミングのSOCの遷移が「10%→90%→75%→65%→30%→10%」となったとする。この場合、SOC10%の時、30%の時、65%の時、及び75%の時の測定は放電方向の測定となり、この時に測定されたOCVが放電時OCVになる。そして、SOC90%の時の測定は充電方向の測定となり、この時に測定されたOCVが充電時OCVになる。
 そして、第3の診断方法では、ヒステリシスがある電極材料においては、予め充電方向の測定時の正極OCP・負極OCP、及び放電方向の測定時の正極OCP・負極OCPの各々を求めておく。これらは、例えばLi電極と電極材料とで制作したハーフセルを用いて予め測定することができる。そして、第3の診断方法では、上記式(3)を用いたR(i,N)の算出において、充電方向の測定回においては上記予め測定した「充電方向の測定時の正極OCP・負極OCP」を利用し、放電方向の測定回においては上記予め測定した「放電方向の測定時の正極OCP・負極OCP」を利用する。すなわち、充電方向の測定回か放電方向の測定回かに応じて、R(i,N)の算出に用いる正極OCP及び負極OCPの値を異ならせる。第3の診断方法のその他の構成は、第1の診断方法と同様である。
 なお、ヒステリシスの大きい電池の測定タイミング(SOCの遷移)の詳細は、以下のように決定されてもよい。あらかじめSOC0%から例えば5%刻みで充電方向セルOCVを測定し、次にSOC100%から例えば5%刻みで放電方向OCVを測定しておく。次に、例えば実際に運転可能なSOCが20%から80%だった場合に、20%から5%刻みでOCV測定を実行し、上記予め測定した充電方向OCV値と比較し、両者が十分な精度で?致し始めるSOC(例えば、互いの差が電圧測定ICの測定精度+α以下となるSOC)を求める(例えばこの値が70%だったとする)。放電方向もSOC80%まで充電した後に放電を開始して同様にOCV測定を実行し、上記予め測定した放電方向OCV値と比較し、両者が十分な精度で?致し始めるSOC(例えば、互いの差が電圧測定ICの測定精度+α以下となるSOC)を求める(例えばこの値が60%だったとする)。この結果に基づき、測定タイミング(SOCの遷移)を、SOC20%→70%→80%→60%→30%→20%と決定することができる。
 また、正負極の充電状態(SOC)に対する電圧傾きの大きい点を選定して測定することが好ましい。図13に、正負極のOCP、正負極のOCPの充電状態に対する電圧傾きdV/dSOC、及び電池OCVを示す。数点の測定で精度良く正極容量、負極容量を測定するには、正負極の電圧の充電状態に対する傾きが大きい点で測定するのが良い。電圧傾きの小さい領域で測定すると、正負極の容量の誤差は大きくなる。セル電圧測定の分解能Vres、精度Vacuとすると、正負極OCPの傾きdV/dSOCに対する、式(1)乃至(3)のSc、Saの分解能はVres/((dV/dSOC))であり、同様にSc、Saの精度はVacu/((dV/dSOC))になる。例えば、電池システムで使われているセル電圧測定ICの測定分解能を1mV、測定精度をプラスマイナス1mV、OCVの傾きを2mV/%の点で測定すると、Sa、Scの分解能はセル容量に対して0.5%、精度プラスマイナス0.5%となり、実用上十分な測定精度が得られる。
 例えば、測定点として、正負極のOCPカーブのdV/dSOCの大きい点をそれぞれ2点以上選ぶ。図14の例では、(1)、(3)は負極のdV/dSOCが大きい領域から選ばれており、(2)、(4)は正極のdV/dSOCが大きい領域から選ばれている。監視を始める前にセルレベルで実験室で新品状態のセルの正負極極ずれB、セル容量Ccell、正負極容量Cc、Caを測定し、例えば図14に示す条件に基づき、測定点(1)乃至(4)のSOCを決定することができる。蓄電システムはSOCによってバッテリシステムを管理しており、目標SOCを与えることでシステムSOCが目標値になるように充放電させることができる。
 なお、2回目以降の診断時には直前の診断におけるB、Ccell、Cc、Caの測定値を用い、例えば図14に示す条件に基づき、測定点(1)乃至(4)のSOCを決定してもよい。実際のシステムでは大量のセルが使用されるので、B、Ccell、Cc、Caは各システムの複数のセルの測定値の統計値(平均値、最大値、最小値、最頻値、中央値等)を利用することができる。
 また、バッテリーが劣化して正負極容量、正負極ずれが変化しても計算によりセルの測定点を計算するように構成することで、劣化後も正確な診断を実施することができる。もし、実験室のデータがない場合にも電極材料が既知であれば、材料のOCは既知なので、正負極の目標とする測定SOCをその既知の値に基づき決定することができ、何回か診断を繰り返すうちに診断精度を改善することができる。
 ところで、電池の電極材料や電極設計によってはSOC0%の基準状態から充電中に適宜測定したOCVカーブ(例えば、SOC:0、10、20、、、90、100%でのOCV測定値)と、例えばSOC20%まで放電して次にSOC20%から充電中に測定したOCVカーブ(例えば、SOC:20、、、90、100%でのOCV測定値)が十分な精度で?致しないことがある。このような場合には放電時OCVから充電時OCVへの遷移状態の電圧(またはその逆)を使って診断を行うことが好ましい。このような場合には、正負極OCPの計算関数に放電から充電に切り替えた時の正負極の充電状態Sct、Satを引数として渡し、すなわちVc(Sct,Sc)、Va(Sat,Sc)として下記のように計算すれば良い。
 例えば、診断運転のセルOCV測定をSOC10%、20%、60%、90%で実施するとする。このとき診断運転を例えばSOC10%にてX(0)を測定(OCVは測定しなくてもよい)、その後SOC90%にて(X(4),V(i,4))を測定、その後SOC60%にて(X(3),V(i,3))を測定、その後SOC20%にて(X(2),V(i,2))を測定、その後SOC10%にて(X(1),V(i,1))を測定したとする。測定は、SOC10%→90%→60%→20%→10%の順で行われたので、SOC90%での測定の(X(4),V(i,4))は充電方向の測定値となり、SOC60%、20%、10%での測定の(X(3),V(i,3))、(X(2),V(i,2))、(X(1),V(i,1))は放電方向の測定値となる。
 測定された値に対し、図15に示すように、上記式(3)の演算を行う。関数Vc、Vaは、実験室等で予め測定して近似関数を得ておいてもよいし、非特許文献3に示されいる方法で予め求めておいてもよい。
 ところで、OCVは充電または放電の電流停止後、電圧が変わらなくなるまで待って測定することで得られる電圧であるが、電池の種類によっては待ち時間が2時間近くかかるものがある。また、電池電圧が収束したかどうかを判定するのも電圧変化が非常にゆっくりと長時間続く場合があり(例えば、1mV/10分が1時間継続)、判定に困難を伴う。バッテリーの電圧の過渡的変化は図16のような回路で表現できることがわかっている。図中、VocvはセルのOCV、Vは測定電圧、ΔVは過渡電圧変化、R1及びR2はは抵抗値、IR1及びIR2は抵抗を流れる電流、C1及びC2はコンデンサー容量、IC1及びIC2はコンデンサーを流れる電流、V1及びV2は抵抗とコンデンサーにかかる電圧である。
 そこで、例えば充放電電流をゼロにした後の電圧は図17に示す式を使って計算してもよい。この場合、現実的な測定時間(例えば30分程度)でOCVを求めることができる。図17の関係式において、完全に電圧が収束する前に測定された電圧Vの変化に合うようにV1及びV2の初期値V1,ini、V2,ini、R1、R2、C1、C2、Vocvを求めることができる。独立変数が7個あるので7点以上の測定点から計算できる。フィッティングの精度を上げるより複雑な回路モデルが論文等に発表されているが実用上は図16に示した回路で十分である。
-第4の診断方法-
 第4の診断方法では、第1の診断方法と同様に、診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき「参照値(正極の開回路電位から負極の開回路電位を引いた値)と開回路電圧の測定値との差」を算出し、その算出結果に基づき電力貯蔵装置51の健全性を判断する。しかし、第4の診断方法は、X0(i)、B(i)、Cc(i)及びCa(i)の求め方が第1の診断方法と異なる。
 具体的には、当該診断方法では、図7に示すように、システム利用範囲の下限SOCで測定し、その後、上限SOCまで充電して再度測定を行う。そして、その間の充電時の充電電流・電圧を測定する。なお、測定範囲は必ずしも下限SOCと上限SOCの間である必要はないが、このようにすることで精度が高くなる。
 診断部12は、上記充電時の充電電流・電圧の測定データに基づき、非特許文献1に開示されている手法で、X0(i)、B(i)、Cc(i)及びCa(i)を求める。そして、診断部12は、求めた値と上記式(1)乃至(5)に基づき、正極の充電状態Sc、負極の充電状態Sa、参照値と開回路電圧の測定値との差R(i,N)、セル毎評価値(誤差の分散J(i))、電力貯蔵装置51の評価値SR等を算出することができる。また、上記と同様に、セル毎のX0(i)、B(i)、Cc(i)及びCa(i)において統計的な外れ値がないことでも健全性を判断できる。
 当該診断方法は、正極及び負極の材料の限定はなく、あらゆる材料で構成された正極及び負極に対して利用可能である。
-第5の診断方法-
 第5の診断方法では、診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき「正極容量Cc(i)及び負極容量Ca(i)」を算出し、その算出結果に基づき電力貯蔵装置51の健全性を判断する。以下、詳細を説明する。
 診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき、セルi毎に「正極容量Cc(i)及び負極容量Ca(i)」を算出し、この値をセル毎評価値とする。正極容量Cc(i)及び負極容量Ca(i)の算出は、例えば第1乃至第4の診断方法で説明した方法で実現することができる。
 また、診断部12は、以下の式(6)及び(7)に基づき、電力貯蔵装置51の正極の評価値SRc及び負極の評価値SRaを算出することができる。Ccaveは、システムに含まれるセルのCc(i)の平均値である。Caaveは、システムに含まれる複数のセルのCa(i)の平均値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 そして、診断部12は、セル毎評価値、電力貯蔵装置51の正極の評価値及び電力貯蔵装置51の負極の評価値の少なくとも1つに基づき、電力貯蔵装置51の健全性を診断する。
 例えば、診断部12は、「全てのセル毎評価値が第3の基準値以下」、「所定割合以上のセル毎評価値が第3の基準値以下」、「電力貯蔵装置51の正極の評価値が第4の基準値以下」及び「電力貯蔵装置51の負極の評価値が第5の基準値以下」の中の1つである条件、又はこの中の複数を論理演算子で繋いだ条件を満たす場合に、電力貯蔵装置51は健全と判断してもよい。また、上記と同様に、セル毎のCc(i)及びCa(i)において統計的な外れ値がないことでも健全性を判断できる。
-第6の診断方法-
 第6の診断方法では、診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき「正負極ずれB(i)」を算出し、その算出結果に基づき電力貯蔵装置51の健全性を判断する。以下、詳細を説明する。
 診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき、セルi毎に「正負極ずれB(i)」を算出し、この値をセル毎評価値とする。正負極ずれB(i)の算出は、例えば第1乃至第4の診断方法で説明した方法で実現することができる。
 また、診断部12は、以下の式(8)に基づき、電力貯蔵装置51の評価値RBを算出することができる。Baveは、システムに含まれる複数のセルのB(i)の平均値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 そして、診断部12は、セル毎評価値、電力貯蔵装置51の評価値の少なくとも一方に基づき、電力貯蔵装置51の健全性を診断する。
 例えば、診断部12は、「全てのセル毎評価値が第6の基準値以下」、「所定割合以上のセル毎評価値が第6の基準値以下」及び「電力貯蔵装置51の評価値が第7の基準値以下」の中の1つである条件、又はこの中の複数を論理演算子で繋いだ条件を満たす場合に、電力貯蔵装置51は健全と判断してもよい。
-第7の診断方法-
 第7の診断方法では、診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき「負極利用率Aar(i)」を算出し、その算出結果に基づき電力貯蔵装置51の健全性を判断する。以下、詳細を説明する。
 診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき、セルi毎に「負極利用率Aar(i)」を算出し、この値をセル毎評価値とする。負極利用率Aar(i)は、以下の式(9)及び(10)で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 Socmaxは、システム利用範囲上限のSOCである。Socminは、システム利用範囲下限のSOCである。X(i,socmax)はセル番号iのセルが所属するバッテリーバンクにおけるSOCがシステム利用範囲上限の状態での測定時の積算電流であり、システムを上限SOCまで充電することで測定できる。X(i,socmin)はセル番号iのセルが所属するバッテリーバンクにおけるSOCがシステム利用範囲下限の状態での測定時の積算電流であり、システムを下限SOCまで放電することで測定できる。
 また、診断部12は、以下の式(11)に基づき、電力貯蔵装置51の評価値SRAarを算出することができる。Aaraveは、システムに含まれる複数のセルのAr(i)の平均値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
 そして、診断部12は、セル毎評価値、電力貯蔵装置51の評価値の少なくとも一方に基づき、電力貯蔵装置51の健全性を診断する。
 例えば、診断部12は、「全てのセル毎評価値が第8の基準値以下」、「所定割合以上のセル毎評価値が第8の基準値以下」及び「電力貯蔵装置51の評価値が第9の基準値以下」の中の1つである条件、又はこの中の複数を論理演算子で繋いだ条件を満たす場合に、電力貯蔵装置51は健全と判断してもよい。なお、負極利用率が低いほど、リチウム析出の可能性が低く安全である。
-第8の診断方法-
 第8の診断方法では、診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき「上限SOCでの負極SOC(Soca(i))」を算出し、その算出結果に基づき電力貯蔵装置51の健全性を判断する。以下、詳細を説明する。
 上限SOCはシステム利用範囲上限のSOCである。診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき、セルi毎に「上限SOCでの負極SOC(Soca(i))」を算出し、この値をセル毎評価値とする。上限SOCでの負極SOC(Soca(i))は、以下の式(12)で定義される。A(i,socmax)はX(i,socmax)からX0(i)を引いた値である。X(i,socmax)は、測定時にシステムのSOC上限まで充電して測定してもよい。または、システムが表示するSOCや容量の情報とX0(i)に基づき計算で求めてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 また、診断部12は、以下の式(13)に基づき、電力貯蔵装置51の評価値SRSocaを算出することができる。Socaaveは、システムに含まれる複数のセルのSoca(i)の平均値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
 そして、診断部12は、セル毎評価値、電力貯蔵装置51の評価値の少なくとも一方に基づき、電力貯蔵装置51の健全性を診断する。
 例えば、診断部12は、「全てのセル毎評価値が第10の基準値以下」、「所定割合以上のセル毎評価値が第10の基準値以下」及び「電力貯蔵装置51の評価値が第11の基準値以下」の中の1つである条件、又はこの中の複数を論理演算子で繋いだ条件を満たす場合に、電力貯蔵装置51は健全と判断してもよい。
-第9の診断方法-
 第9の診断方法では、診断部12は、取得部11が取得した測定データに基づき「リチウムイオンの不活化量LiLi(i)」を算出し、その算出結果に基づき電力貯蔵装置51の健全性を判断する。以下、詳細を説明する。
 リチウムイオンの不活化量LiLi(i)は、セルiの正負極ずれB(i)と、正極の製造時からの劣化量Lca(i)とを用い、以下の式(14)のように定義できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
 出荷時の正極容量をCaimiとすると、Lca(i)は以下の式(15)のように定義できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
 そして、式(14)と式(15)より、リチウムイオンの不活化量LiLi(i)は以下のように定義できる。当該式を用いて、リチウムイオンの不活化量LiLi(i)を求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
 そして、以下の式(17)で評価値を算出し、健全性を評価してもよいLLiaveは、システムに含まれる複数のセルのLiLi(i)の平均値である。また、上記と同様に、セル毎のLiLi(i)において統計的な外れ値がないことでも健全性を判断できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
-第10の診断方法-
 LiFePOと黒鉛との組み合わせでは、製造時のセルOCVカーブと経年運転した場合のセルOCVカーブの差は、セルが正常である場合には非常に小さい。逆に言うと正極や負極に材料異常が出た時にだけセルOCVカーブに異常が現れる。そのため、図11に示すように、正極と負極を分離して計算せずに直接測定値と製造時のセルOCVカーブとを比較する方法でも判定を行うことができる。
 診断部12は、下記の式(18)乃至(20)で定義されるJ(i)が最小になるようにセル毎に、X0(i)とCcell(i)を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
 ここで、Nは測定番号(測定点を示すインデックス)である。Ccell(i)はセル毎の容量、Vcell(SOC)は製造時の与えられたSOCに対する電圧を返す関数である。上記の値J(i)から電池システムにおける評価値SRを求め、判定することができる。また、上記と同様に、セル毎のJ(i)において統計的な外れ値がないことでも健全性を判断できる。
-第11の診断方法-
 第11の診断方法は、第1乃至第10の診断方法中の少なくとも2つを採用する。そして、診断部12は、採用した全ての診断方法において健全であると判断され場合、電力貯蔵装置51は健全であると診断する。
 以上説明したように、診断部12は、「参照値(正極の開回路電位から負極の開回路電位を引いた値)と開回路電圧の測定値との差」、「正極容量」、「負極容量」、「正負極ずれ」、「不活化Liイオン量」、「負極利用率」及び「上限SOCでの負極SOC」の中の少なくとも1つである項目値に基づき、電力貯蔵装置51の健全性を診断することができる。
 また、診断部12は、電力貯蔵装置51が備える複数のセル(電力貯蔵装置51が備える全てのセルでもよいし、一部のセルでもよい)各々について「参照値と開回路電圧の測定値との差」、「正極容量」、「負極容量」、「正負極ずれ」、「不活化Liイオン量」、「負極利用率」及び「上限SOCでの負極SOC」の中の少なくとも1つの項目値を算出することができる。そして、診断部12は、「複数のセル各々における項目値と第1の基準値との比較結果」、及び「複数のセルにおける項目値の分散と第2の基準値との比較結果」の少なくとも一方に基づき、電力貯蔵装置51の健全性を診断することができる。
 また、診断部12は、セル毎に測定したパラメータに外れ値の有無に基づき、健全性を診断することができる。
 図4に戻り、認証結果受信部13は、認証サーバ20に診断部12の診断結果及び認証申請を送信する。そして、認証結果受信部13は、その返信として、その診断結果に基づく認証結果を認証サーバ20から受信する。認証結果は、「電力貯蔵装置51が健全であることを認証するか否か」を示す。
 出力内容制御部14は、出力装置52により出力される認証情報の出力内容を、認証結果受信部13が受信した認証結果に基づき制御する。
 例えば、出力装置52はディスプレイであり、認証情報は認証マークであってもよい。そして、出力内容制御部14は、認証結果に応じて認証マークの表示/非表示を切り替えてもよい。例えば、出力内容制御部14は、認証結果が「電力貯蔵装置51が健全であることを認証する内容」である場合、ディスプレイに認証マークを表示させ、認証結果が「電力貯蔵装置51が健全であることを認証しない内容」である場合、ディスプレイにおける認証マークを非表示にしてもよい。
 その他、出力装置52はランプであり、認証情報はランプの点灯状態であってもよい。そして、出力内容制御部14は、認証結果に応じてランプの点灯状態を切り替えてもよい。例えば、出力内容制御部14は、認証結果が「電力貯蔵装置51が健全であることを認証する内容」である場合にランプを点灯させ、「電力貯蔵装置51が健全であることを認証しない内容」である場合にランプを非点灯にしてもよいし、その逆にしてもよい。その他、出力内容制御部14は、認証結果に応じて、ランプの色を異ならせたり、点灯の態様(点滅、常時点灯等)を異ならせたりしてもよい。
 その他、出力装置52はスピーカであり、認証情報はスピーカから出力される警告音や警告情報であってもよい。そして、出力内容制御部14は、認証結果に応じて警告音や警告情報の出力状態を切り替えてもよい。例えば、出力内容制御部14は、認証結果が「電力貯蔵装置51が健全であることを認証する内容」である場合、警告音や警告情報を出力させず、「電力貯蔵装置51が健全であることを認証しない内容」である場合、警告音や警告情報を出力させてもよい。
「認証サーバ20の構成」
 認証サーバ20のハードウエア構成の例は、監視サーバ10と同様に図3で示される。図3に示すように、認証サーバ20は、プロセッサ1A、メモリ2A、入出力インターフェイス3A、周辺回路4A、バス5Aを有する。周辺回路4Aには、様々なモジュールが含まれる。認証サーバ20は周辺回路4Aを有さなくてもよい。なお、認証サーバ20は物理的及び/又は論理的に分かれた複数の装置で構成されてもよいし、物理的及び/又は論理的に一体となった1つの装置で構成されてもよい。認証サーバ20が物理的及び/又は論理的に分かれた複数の装置で構成される場合、複数の装置各々が上記ハードウエア構成を備えることができる。なお、図3の詳細な説明は上述したので、ここでの説明は省略する。
 次に、認証サーバ20の機能構成を説明する。認証サーバ20は、監視サーバ10から診断結果及び認証申請を受信すると、受信した診断結果に基づき電力貯蔵装置51が健全であることを認証するか否か決定する。そして、認証サーバ20は、決定した認証結果を監視サーバ10に送信する。
 健全であることを認証するか否か決定する処理の内容は設計的事項であるが、例えば認証サーバ20は所定の認証条件を満たした場合に、健全であることを認証すると決定してもよい。所定の認証条件は、「監視サーバ10による診断結果で健全であることが示されていること」、「監視サーバ10から受信した診断結果及び認証申請が正当なものであること」等であるが、これらに限定されない。監視サーバ10から受信した診断結果及び認証申請の正当性の判断方法は、従来のあらゆる技術を採用できる。
「認証システムの処理の流れ」
 次に、図8のシーケンス図を用いて、認証システムの処理の流れの一例を説明する。
 まず、予め定められたタイミングで、又はユーザからのリクエストに応じて、電力貯蔵システム50は診断運転を実行し、電力貯蔵装置51に関する測定データを生成する(S10)。そして、電力貯蔵システム50は生成した測定データを監視サーバ10に送信する(S11)。監視サーバ10は受信した測定データに基づき電力貯蔵装置51の健全性を診断し(S12)、診断結果及び認証申請を認証サーバ20に送信する(S13)。認証サーバ20は、受信した診断結果に基づき電力貯蔵装置51が健全であることを認証するか否か決定し(S14)、決定した認証結果を監視サーバ10に送信する(S15)。
 監視サーバ10は、受信した認証結果に基づき出力装置52の出力内容を決定し(S16)、決定した出力内容で出力させるための出力内容制御信号を電力貯蔵システム50に送信する(S17)。電力貯蔵システム50の出力装置52は、出力内容制御信号に従った出力処理を実行する(S18)。
 このように、監視サーバ10の取得部11は、予め定められたタイミングで、又はユーザからのリクエストに応じて、そのタイミングで生成された測定データを電力貯蔵システム50から取得する。そして診断部12は、取得部11による測定データの取得に応じて、電力貯蔵装置51の健全性を診断する。そして認証結果受信部13は、診断部12による電力貯蔵装置の健全性の診断に応じて、診断結果を認証サーバ20に送信し、認証結果を認証サーバ20から受信する。そして出力内容制御部14は、認証結果受信部13による認証結果の受信に応じて、出力装置52における認証情報の出力内容を制御する。
「変形例」
 ここで、本実施形態の認証システムの変形例を説明する。
-変形例1-
 当該変形例では、S15において認証結果が認証サーバ20から電力貯蔵システム50に(監視サーバ10を介さずに)送信される。そして、電力貯蔵システム50は、受信した認証結果に基づき出力装置52における認証情報の出力内容を制御する。
-変形例2-
 当該変形例では、診断部12は、S12において、各種項目値の算出まで行い、各種項目値と参照値との比較は行わない。そして、認証結果受信部13は各種項目値を診断結果として認証サーバ20に送信する(S13)。認証サーバ20は、各種項目値と参照値との比較を行い、比較の結果に基づき、電力貯蔵装置51が健全であることを認証するか否か決定する(S14)。
「作用効果」
 以上説明したように、本実施形態の認証システムによれば、電力貯蔵装置51の健全性を診断し、診断結果に基づき電力貯蔵装置51が健全であることを認証するか否か判断し、判断結果に応じた出力を出力装置52にさせることができる。ユーザは、出力装置52の出力内容に基づき、容易に、電力貯蔵装置51の状態が健全であるか否かを判断することができる。結果、ユーザによる電力貯蔵装置51の健全性への配慮の負担を軽減することができる。
 また、認証システムは、特徴的な様々な新たな手法で、電力貯蔵装置51の健全性を判断することができる。このような新たな手法を利用することで、多角的に電力貯蔵装置51の健全性を診断することが可能となる。例えば、上述した第1乃至第4、第9の診断方法によれば、電力貯蔵システムによる電流・電圧測定機能の正常性を確認したり、セルの正負極材料の異常を検出したりできる。また、上述した第5乃至第9の診断方法によれば、セル内部状態の健全性を確認したり、内部異常を起こしているセルを故障発生前に検出することができる。
<第2の実施形態>
 第1の実施形態では、電力貯蔵システム50は所定のタイミング(1年に1度、半年に1度、1カ月に1度、ユーザなどから実行指示が入力されたタイミング等)で診断運転を行い、認証の判定が行われた。本実施形態の監視サーバ10は、このタイミングの間において、診断運転の必要性を判断し、必要と判断した場合に診断運転を実行させる機能を有する。以下、詳細に説明する。
 電力貯蔵システム50は、診断運転でなく通常運転を行っている時にも、常時又は定期的に測定を行い、その結果として得られる測定データを監視サーバ10に送信する。通常運転時の測定で得られる測定データは、診断運転時の測定で得られる測定データと同種のデータである。しかし、通常運転中の測定においては、測定よりも電力貯蔵装置51の利用が優先される。このため、例えば「システム利用範囲の下限SOCで測定した後、上限SOCまで充電して再度測定を行い、さらにその間の所定のSOCの時に測定を行う。」といった制御、すなわち「所定のSOCの時に測定する」という制御は困難である。このため、通常運転時の測定で得られる測定データは、「所定のSOCの時の測定」が実現されていない可能性がある点で、診断運転の測定で得られる測定データと異なる。
 そして、監視サーバ10の取得部11は、このようにして電力貯蔵システム50から送信された通常運転時の測定で得られる測定データを取得する。
 診断部12は、通常運転時の測定で得られる測定データに基づき、診断運転の必要性を検出する。そして、診断部12は、診断運転が必要と判断した場合、診断運転を実行する指示信号を電力貯蔵システム50に送信する。電力貯蔵システム50は、当該診断運転を実行する指示信号を受信すると、それに応じて診断運転を実行し、診断運転の測定で得られる測定データを監視サーバ10に送信する。そして、監視サーバ10は、第1の実施形態で説明した処理を実行する。
 ここで、診断部12による診断運転の必要性を検出する処理を詳細に説明する。診断部12は、以下の第1及び第2の検出方法のいずれかに基づき、当該検出を実現することができる。
-第1の検出方法-
 診断部12は、直近の診断運転時に算出されたB(i)、Cc(i)及びCa(i)と、通常運転時の少なくとも2回の測定で得られた測定データとに基づき、X0(i)を求める。具体的には、B(i)、Cc(i)及びCa(i)の値が求まっている場合、上述した式(1)乃至(4)で定義される誤差の分散J(i)は、X0(i)が未知数の関数となる。診断部12は、当該関数と、通常運転時の測定で得られた測定データとに基づき、誤差の分散J(i)が最小となるX0(i)の値を求める。そして、この時(誤差の分散J(i)が最小となる時)の誤差の分散J(i)と、直近の診断運転時の誤差の分散J(i)との差を、セル毎中間評価値とする。すなわち、直近の診断運転時に算出されたB(i)、Cc(i)及びCa(i)を使って新たに求めた分散をJ(i)とし、直近の分散をJ(i)とすると、セル毎中間評価値はJ(i)からJ(i)を引いた値となる。この値を使って診断する。
 また、診断部12は、複数のセル各々のセル毎中間評価値の和を電力貯蔵装置51の中間評価値として算出することができる。
 そして、診断部12は、セル毎中間評価値、電力貯蔵装置51の中間評価値の少なくとも一方に基づき、診断運転の必要性を判断する。
 例えば、診断部12は、「全てのセル毎中間評価値が第12の基準値以上」、「所定割合以上のセル毎中間評価値が第12の基準値以上」及び「電力貯蔵装置51の中間評価値が第13の基準値以上」の中の1つである条件、又はこの中の複数を論理演算子で繋いだ条件を満たす場合に、診断運転が必要と判断する。
-第2の検出方法-
 正極としてLiFePOを用いた場合、図9に示すように電圧がフラットな範囲でしか電力貯蔵装置51が利用されない。正極電圧は一定であることを前提とし、Scを固定値とした場合、誤差の分散J(i)はX0(i)及びCa(i)が未知数の関数となる。未知数は2点なので、少なくとも2回の測定の測定データに基づき、誤差の分散J(i)が最小となるX0(i)及びCa(i)の値を求めることができる。
 通常運転中であっても、常時充電/放電が行われるわけではないので、充放電が停止している間に少なくとも2回の測定を実行することができる。そして、その測定データに基づき、第1の実施形態で説明した手法で、X0(i)及びCa(i)を求めることができる。なお、図9に示すように負極の電圧もほぼ一定となる範囲があるが(図中、無効とした範囲)、たまたま少なくとも2回の測定がこの範囲に入った場合、当該検出処理は実行せず、次の測定データを待つことができる。
 X0(i)及びCa(i)を求めた後は、診断部12は、第1の検出方法と同様の手法で、診断運転の必要性を判断する。
 本実施形態の認証システムによれば、第1の実施形態と同様の作用効果が実現される。また、診断運転の間においても診断運転の必要性を検出する処理を実行し、検出に応じて診断運転を実行することができる。このため、電力貯蔵システム50の異常を早期に検出することができる。
<第3の実施形態>
 図10に本実施形態の診断装置60の機能ブロック図の一例を示す。図示するように、診断装置60は診断部61を有する。診断部61は、電力貯蔵装置51に関する測定データに基づき電力貯蔵装置51の健全性を診断する。診断部61の構成は、監視サーバ10の診断部12の構成と同じである。
 診断装置60のハードウエア構成の例は、監視サーバ10及び認証サーバ20と同様に図3で示される。図3に示すように、診断装置60は、プロセッサ1A、メモリ2A、入出力インターフェイス3A、周辺回路4A、バス5Aを有する。周辺回路4Aには、様々なモジュールが含まれる。診断装置60は周辺回路4Aを有さなくてもよい。なお、診断装置60は物理的及び/又は論理的に分かれた複数の装置で構成されてもよいし、物理的及び/又は論理的に一体となった1つの装置で構成されてもよい。診断装置60が物理的及び/又は論理的に分かれた複数の装置で構成される場合、複数の装置各々が上記ハードウエア構成を備えることができる。なお、図3の詳細な説明は上述したので、ここでの説明は省略する。
 本実施形態の診断装置60によれば、第1及び第2の実施形態と同様の作用効果が実現される。
 なお、本明細書において、「取得」とは、ユーザ入力に基づき、又は、プログラムの指示に基づき、「自装置が他の装置や記憶媒体に格納されているデータを取りに行くこと(能動的な取得)」、たとえば、他の装置にリクエストまたは問い合わせして受信すること、他の装置や記憶媒体にアクセスして読み出すこと等、および、ユーザ入力に基づき、又は、プログラムの指示に基づき、「自装置に他の装置から出力されるデータを入力すること(受動的な取得)」、たとえば、配信(または、送信、プッシュ通知等)されるデータを受信すること、また、受信したデータまたは情報の中から選択して取得すること、及び、「データを編集(テキスト化、データの並び替え、一部データの抽出、ファイル形式の変更等)などして新たなデータを生成し、当該新たなデータを取得すること」の少なくともいずれか一方を含む。
 以上、実施形態(及び実施例)を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態(及び実施例)に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
 上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限定されない。
1. 電力貯蔵装置の正極の開回路電位から前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位を引いた参照値と、開回路電圧との差である項目値に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する診断部を有する診断装置。
2. 前記診断部は、
  前記電力貯蔵装置の正極の充電状態と前記電力貯蔵装置の正極の開回路電位との関係を示す正極開回路電位情報に基づき、前記開回路電圧を測定したときの前記電力貯蔵装置の正極の開回路電位を算出し、
  前記電力貯蔵装置の負極の充電状態と前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位との関係を示す負極開回路電位情報に基づき、前記開回路電圧を測定したときの前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位を算出し、
  前記算出した結果に基づき、前記参照値を算出する1に記載の診断装置。
3. 前記診断部は、
  前記電力貯蔵装置の正負極ずれと、正極容量と、負極の充電量とに基づき、前記電力貯蔵装置の正極の充電状態を算出する2に記載の診断装置。
4. 前記診断部は、
  セルiの正負極ずれをB(i)、セルiの正極容量をCc(i)、測定番号Nの測定時のセルiの負極の充電量をA(i,N)とした場合、上記式(1)に基づき前記電力貯蔵装置の正極の充電状態Scを算出する3に記載の診断装置。
5. 前記診断部は、
  前記電力貯蔵装置の負極容量と、負極の充電量とに基づき、前記電力貯蔵装置の負極の充電状態を算出する2から4のいずれかに記載の診断装置。
6. 前記診断部は、
  セルiの負極容量をCa(i)、測定番号Nの測定時のセルiの負極の充電量をA(i,N)とした場合、上記式(2)に基づき前記電力貯蔵装置の負極の充電状態Saを算出する5に記載の診断装置。
7. 前記開回路電圧の測定は、前記電力貯蔵装置のSOC(state of charge)が互いに異なる条件下で複数回行われ、
 前記診断部は、
 セルiの正負極ずれをB(i)、セルiの正極容量をCc(i)、セルiの負極容量をCa(i)、測定番号Nの測定時のセルiの負極の充電量をA(i,N)、正極の充電状態がScの時の正極の開回路電位をVc(Sc)、負極の充電状態がSaの時の負極の開回路電位をVa(Sa)、測定番号Nの測定時のセルiの開回路電圧をV(i,N)とした場合、上記式(1)乃至式(4)で定義される誤差の分散J(i)が最小になる時の、正負極ずれと、正極容量と、負極容量と、負極の充電量とに基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する3から6のいずれかに記載の診断装置。
8. 前記開回路電圧の測定は、前記電力貯蔵装置のSOCが互いに異なる条件下でセルごとに複数回行われ、
 前記診断部は、セルごとかつ各回の測定ごとの前記項目値に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する1から7のいずれかに記載の診断装置。
9. 前記診断部は、
  セルごとに、複数回の測定各々の前記項目値の二乗の和をセル毎評価値として算出し、
  複数のセル各々のセル毎評価値の和に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する8に記載の診断装置。
10. コンピュータが、
  電力貯蔵装置の正極の開回路電位から前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位を引いた参照値と、開回路電圧との差である項目値に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する診断方法。
11. コンピュータを、
  電力貯蔵装置の正極の開回路電位から前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位を引いた参照値と、開回路電圧との差である項目値に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する診断手段として機能させるプログラム。

Claims (11)

  1.  電力貯蔵装置の正極の開回路電位から前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位を引いた参照値と、開回路電圧との差である項目値に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する診断部を有する診断装置。
  2.  前記診断部は、
      前記電力貯蔵装置の正極の充電状態と前記電力貯蔵装置の正極の開回路電位との関係を示す正極開回路電位情報に基づき、前記開回路電圧を測定したときの前記電力貯蔵装置の正極の開回路電位を算出し、
      前記電力貯蔵装置の負極の充電状態と前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位との関係を示す負極開回路電位情報に基づき、前記開回路電圧を測定したときの前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位を算出し、
      前記算出した結果に基づき、前記参照値を算出する請求項1に記載の診断装置。
  3.  前記診断部は、
      前記電力貯蔵装置の正負極ずれと、正極容量と、負極の充電量とに基づき、前記電力貯蔵装置の正極の充電状態を算出する請求項2に記載の診断装置。
  4.  前記診断部は、
      セルiの正負極ずれをB(i)、セルiの正極容量をCc(i)、測定番号Nの測定時のセルiの負極の充電量をA(i,N)とした場合、下記式(1)に基づき前記電力貯蔵装置の正極の充電状態Scを算出する、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    請求項3に記載の診断装置。
  5.  前記診断部は、
      前記電力貯蔵装置の負極容量と、負極の充電量とに基づき、前記電力貯蔵装置の負極の充電状態を算出する請求項2から4のいずれか1項に記載の診断装置。
  6.  前記診断部は、
      セルiの負極容量をCa(i)、測定番号Nの測定時のセルiの負極の充電量をA(i,N)とした場合、下記式(2)に基づき前記電力貯蔵装置の負極の充電状態Saを算出する、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
    請求項5に記載の診断装置。
  7.  前記開回路電圧の測定は、前記電力貯蔵装置のSOC(state of charge)が互いに異なる条件下で複数回行われ、
     前記診断部は、
     セルiの正負極ずれをB(i)、セルiの正極容量をCc(i)、セルiの負極容量をCa(i)、測定番号Nの測定時のセルiの負極の充電量をA(i,N)、正極の充電状態がScの時の正極の開回路電位をVc(Sc)、負極の充電状態がSaの時の負極の開回路電位をVa(Sa)、測定番号Nの測定時のセルiの開回路電圧をV(i,N)とした場合、下記式(1)乃至式(4)で定義される誤差の分散J(i)が最小になる時の、正負極ずれと、正極容量と、負極容量と、負極の充電量とに基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
    請求項3から6のいずれか1項に記載の診断装置。
  8.  前記開回路電圧の測定は、前記電力貯蔵装置のSOCが互いに異なる条件下でセルごとに複数回行われ、
     前記診断部は、セルごとかつ各回の測定ごとの前記項目値に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する請求項1から7のいずれか1項に記載の診断装置。
  9.  前記診断部は、
      セルごとに、複数回の測定各々の前記項目値の二乗の和をセル毎評価値として算出し、
      複数のセル各々のセル毎評価値の和に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する請求項8に記載の診断装置。
  10.  コンピュータが、
      電力貯蔵装置の正極の開回路電位から前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位を引いた参照値と、開回路電圧との差である項目値に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する診断方法。
  11.  コンピュータを、
      電力貯蔵装置の正極の開回路電位から前記電力貯蔵装置の負極の開回路電位を引いた参照値と、開回路電圧との差である項目値に基づき、前記電力貯蔵装置の健全性を診断する診断手段として機能させるプログラム。
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