WO2022181680A1 - 遠隔監視システム、蓄電池システムおよび遠隔監視システムの制御方法 - Google Patents

遠隔監視システム、蓄電池システムおよび遠隔監視システムの制御方法 Download PDF

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WO2022181680A1
WO2022181680A1 PCT/JP2022/007578 JP2022007578W WO2022181680A1 WO 2022181680 A1 WO2022181680 A1 WO 2022181680A1 JP 2022007578 W JP2022007578 W JP 2022007578W WO 2022181680 A1 WO2022181680 A1 WO 2022181680A1
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history data
remote monitoring
monitoring system
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雅浩 米元
穂南 坂口
健志 篠宮
智晃 高橋
駿弥 内藤
拓矢 円子
陽介 大樂
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株式会社日立製作所
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a remote monitoring system, a storage battery system, and a remote monitoring system control method.
  • Storage batteries such as lithium-ion batteries differ greatly in their rate of deterioration depending on load conditions such as temperature, charging rate, and current.
  • load conditions such as temperature, charging rate, and current.
  • the temperature transition of the battery cells during operation changes due to differences in cooling conditions caused by the arrangement of the battery cells.
  • Patent Documents 1 and 2 can reflect the actual load conditions of the storage battery, if the accuracy of the deterioration prediction model is not sufficient, the limit value cannot be changed appropriately. .
  • one representative remote monitoring system of the present invention comprises a plurality of storage battery systems and an external server.
  • the external server then has a data storage unit that stores operation history data of storage batteries received from multiple storage battery systems, analyzes the operation history data stored in the data storage unit, and calculates parameters necessary for predicting deterioration of storage batteries. and a life prediction unit that predicts the life of the storage battery of each storage battery system using the parameters calculated by the operation history data analysis unit and the operation history data received from each storage battery system. .
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a remote monitoring system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a method of predicting the life of a storage battery in each storage battery system.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a method for predicting the life of a storage battery in each storage battery system.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a method of predicting the life of a storage battery in each storage battery system.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a method for predicting the life of a storage battery in each storage battery system.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating processing of an external server according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating storage/transmission of operation history data by the wireless communication device according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a remote monitoring system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a method of predicting the life of a storage battery in each storage battery
  • FIG. 8 is a diagram illustrating storage/transmission of operation history data by the wireless communication device according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing the configuration of a remote monitoring system according to a modification.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of notification contents by mail.
  • FIG. 11 is a flowchart showing processing of the external server according to the modification.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a remote monitoring system according to an embodiment.
  • the remote monitoring system consists of multiple storage battery systems 100 and an external server 200.
  • the number of storage battery systems 100 is not particularly limited as long as it is plural.
  • the storage battery system 100 is basically composed of one or more storage batteries 101 , a battery management device 102 , a charge/discharge control device 103 and a wireless communication device 104 .
  • the storage battery 101 is composed of, for example, a lithium ion battery, a lead storage battery, a nickel hydrogen battery, a nickel cadmium battery, etc., but the type of storage battery is not limited to these.
  • the battery management device 102 is a device that can monitor the state of the storage battery 101 from information obtained by a sensor or the like, and can send operation history data and the like of the storage battery 101 to the wireless communication device 104 .
  • the temperature sensor of the storage battery 101 may be used for measurement for each battery cell, for each battery module, or for representative measurement points. There is no particular limit to the number of temperature measurement points.
  • the battery management device 102 can receive the limit value and the like of the storage battery 101 from the wireless communication device 104 and send information necessary for charge/discharge control to the charge/discharge control device 103 .
  • the limit value of the storage battery means a numerical value related to the use limit of the storage battery, such as the current upper limit value and the charging rate range, but is not limited to these.
  • the charge/discharge control device 103 is a device that can control charge/discharge of the storage battery 101 and can receive information necessary for charge/discharge control from the battery management device 102 .
  • the wireless communication device 104 can accumulate operation history data of the storage battery 101 received from the battery management device 102 and transmit the operation history data to the external server 200 by wireless communication. Also, the wireless communication device 104 can receive the limit value of the storage battery 101 from the external server 200 by wireless communication and send the limit value to the battery management device 102 .
  • wireless communication device 104 and the battery management device 102 may be configured as one device, or may be configured as individual devices.
  • the operation history data that the wireless communication device 104 transmits to the external server 200 includes current, power, voltage, charging rate, temperature, air temperature, capacity retention rate, resistance increase rate, diagram, position information, vehicle weight, passenger rate, passenger This includes, but is not limited to, personnel.
  • the external server 200 is composed of a data storage unit 201, an operation history data analysis unit 202, a life prediction unit 203, and a limit value determination unit 204, but may include elements other than these.
  • the data storage unit 201 can collect and store operation history data of the storage battery 101 received from the plurality of storage battery systems 100 .
  • the operation history data analysis unit 202 can statistically analyze the operation history data stored in the data storage unit 201 and update parameters necessary for predicting deterioration of the storage battery 101 .
  • Methods for calculating the parameters include, but are not limited to, a method of calculating using a predetermined calculation formula, a method of using a table in which pre-calculated results are accumulated, and the like.
  • the accuracy of statistical analysis of operation history data can be improved, and the parameters necessary for predicting deterioration of the storage battery 101 can be made highly accurate.
  • the life prediction unit 203 can predict the life of the storage battery 101 of each storage battery system 100 using the parameters calculated by the operation history data analysis unit 202 and the operation history data received from each storage battery system 100 .
  • the predicted service life of the storage battery 101 of each storage battery system 100 can be improved.
  • Fig. 2 is a diagram showing a method for predicting the life of a storage battery from changes in battery temperature.
  • the vertical axis represents battery temperature [°C], and the horizontal axis represents elapsed years [years].
  • the small circle indicates the highest daily battery temperature measurement. Although this maximum value fluctuates depending on the temperature and operating conditions, it increases or decreases depending on the season and rises as the storage battery deteriorates.
  • the dotted line indicates the tangent line drawn to the upper limit of this highest value (upper tangent line).
  • a dashed line indicates a threshold (overtemperature abnormality threshold) for determining an overtemperature abnormality.
  • the timing at which the temperature of the storage battery exceeds the overtemperature abnormality threshold is defined as the life, and the intersection point (large circle) of the dotted line and the dashed line is obtained as the overtemperature abnormality occurrence prediction point, that is, the predicted life.
  • the temperature measurement value may be the temperature measurement value of each battery cell in the storage battery system, or may be the temperature measurement value of a part of the battery cells.
  • the slope and intercept of the upper limit tangent line in FIG. If the measured temperature value near the upper limit is a low value due to air temperature or operating conditions, the slope and intercept of the upper limit tangent line can be obtained by referring to the temperature measured values of other storage battery systems.
  • FIG. 3 is a diagram showing a method of predicting the life of the storage battery from the transition of the estimated charging rate.
  • the vertical axis is the charging rate [%], and the horizontal axis is the elapsed years [years].
  • the small circles indicate the lowest estimated battery state-of-charge for each day. This minimum value decreases as the storage battery deteriorates.
  • a dotted line indicates a tangent line drawn to the lower bound of this lowest value (lower bound tangent).
  • a dashed line indicates a threshold value (electricity shortage abnormality threshold value) for determining an electricity shortage abnormality.
  • the timing at which the estimated value of the charging rate of the storage battery falls below the power shortage abnormality threshold is defined as the life, and the intersection point (large circle) of the dotted line and the dashed line is obtained as the power shortage abnormality occurrence prediction time, that is, the predicted life.
  • the lowest value of the estimated charging rate may be the lowest value of the estimated charging rate of each battery cell or each battery module in the battery system, or the estimated charging rate of some battery cells or some battery modules. It can be the lowest value.
  • FIG. 4 is a diagram showing a method of predicting the life of a storage battery from changes in the estimated capacity maintenance rate.
  • the vertical axis is the capacity maintenance rate [%], and the horizontal axis is the elapsed years [years].
  • the small circles indicate the estimated daily capacity maintenance rate of the storage battery. This estimated value decreases as the storage battery deteriorates.
  • the dotted line indicates the route-law approximation line drawn for this estimate.
  • a dashed line indicates a threshold value (capacity deterioration abnormality threshold value) for determination of capacity deterioration abnormality.
  • the timing at which the estimated value of the capacity maintenance rate of the storage battery falls below the capacity deterioration abnormality threshold is defined as the life, and the intersection point (large circle) of the dotted line and the dashed line is obtained as the capacity deterioration abnormality occurrence prediction point, that is, the predicted life.
  • the estimated capacity maintenance rate may be the estimated capacity maintenance rate of each battery cell or each battery module in the storage battery system, or the estimated capacity maintenance rate of some battery cells or some battery modules. .
  • FIG. 5 is a diagram showing a method of predicting the life of the storage battery from the transition of the estimated resistance increase rate.
  • the vertical axis is the resistance increase rate [%], and the horizontal axis is the elapsed years [years].
  • the small circles indicate the estimated daily resistance increase rate of the battery. This estimated value rises as the storage battery ages.
  • the dotted line indicates the route-law approximation line drawn for this estimate.
  • a dashed line indicates a threshold (resistance deterioration abnormality threshold) for determination of resistance deterioration abnormality.
  • the timing at which the estimated value of the resistance increase rate of the storage battery exceeds the resistance deterioration abnormality threshold is defined as the life, and the intersection point (large circle) of the dotted line and the dashed line is obtained as the resistance deterioration abnormality occurrence prediction point, that is, the predicted life.
  • the estimated resistance increase rate may be the estimated resistance increase rate of each battery cell or each battery module in the storage battery system, or the estimated resistance increase rate of some battery cells or some battery modules. .
  • the above life prediction method is an example, and the life prediction method is not limited to the above method.
  • An advantage of analyzing on an external server is that it is possible to analyze, for example, long-term data on a yearly basis.
  • the limit value determination unit 204 can determine the limit value of the storage battery 101 to be transmitted to each storage battery system 100 based on the magnitude relationship between the predicted life span and the target life span. Specifically, if the predicted lifetime exceeds the target lifetime, the restrictions are relaxed, and if the predicted lifetime is below the target lifetime, the restrictions are tightened.
  • the target life means a target value, such as the replacement cycle of the storage battery 101, to bring the actual battery life closer.
  • the limit value of the storage battery 101 to be transmitted to each storage battery system 100 can be appropriately changed.
  • FIG. 6 is a flow chart showing processing of the external server 200 according to the embodiment.
  • step 301 the data storage unit 201 collects and stores the operation history data of the storage battery 101 received from the plurality of storage battery systems 100.
  • step 302 the operation history data analysis unit 202 statistically analyzes the operation history data stored in the data storage unit 201, and updates parameters necessary for predicting deterioration of the storage battery 101.
  • the life prediction unit 203 estimates the life of the storage battery 101 of each storage battery system 100 using the parameters calculated by the operation history data analysis unit 202 and the operation history data received from each storage battery system 100. Predict.
  • step 304 the limit value determination unit 204 determines the limit value of the storage battery 101 to be transmitted to each storage battery system 100 based on the magnitude relationship between the predicted life span and the target life span.
  • the operation history data of a plurality of storage battery systems 100 is aggregated in the data storage unit 201 of the external server 200, the operation history data is statistically analyzed by the operation history data analysis unit 202, and the storage battery 101 Update the parameters necessary for deterioration prediction.
  • the life prediction unit 203 predicts the life of the storage battery 101 of each storage battery system 100, and based on the magnitude relationship with the target life, the limit value determination unit 204 determines the limit value of the storage battery 101 of each storage battery system 100. to decide.
  • the limit value is fed back to each storage battery system 100 via wireless communication device 104 . This makes it possible to improve the accuracy of the deterioration prediction model and appropriately change the limit value.
  • the storage battery system was configured to include a wireless communication device.
  • the configuration in which the storage battery system includes the wireless communication device but also the configuration in which the integrated control system or the drive device control system for controlling the entire railway vehicle includes the wireless communication device is conceivable.
  • the storage battery system includes a wireless communication device it is advantageous in that it is easy to deal with the case where the manufacturer of the storage battery system and the manufacturer of the components other than the storage battery system are different.
  • the integrated control system includes a wireless communication device, there is an advantage that control can be performed in consideration of information other than the storage battery system.
  • the installation location of the wireless communication device is not limited to these.
  • wireless communication is used because it is not possible to connect the storage battery system and an external server via wired communication.
  • the radio wave conditions for wireless communication are poor, it is necessary to keep the operation history data in the storage area of the wireless communication device in the storage battery system until the radio wave conditions are restored. If the time interval for saving operation history data is shortened in order to improve the quality of the operation history data, there is a risk that the data will overflow and only fragmentary data will be obtained if the radio wave condition continues to be poor. On the other hand, if the saving time interval is lengthened, the data quality will be degraded.
  • the wireless communication device 104 can save the operation history data of the storage battery 101 at multiple time intervals and transmit the saved operation history data to the external server 200 .
  • FIGS. 7 and 8 are diagrams showing storage and transmission of operation history data by the wireless communication device 104 according to the embodiment. 7 and 8 show one item of operation history data, that is, any one of current, voltage, temperature, charging rate, capacity retention rate, resistance increase rate, and the like.
  • the circles in the upper row indicate operation history data saved at short time intervals (t1 interval ), and the circles in the lower row indicate those at long time intervals (t2 interval). It shows the saved operation history data. That is, it shows an example of operation history data when t 1 ⁇ t 2 .
  • the number of time intervals that is, the number of columns in FIGS. 7 and 8 is not particularly limited as long as it is plural.
  • the circle on the left side of the column indicates the operation history data saved before the circle mark on the right side of the column, and the vertical dotted line on the right side indicates the current time.
  • Circles with hatching indicate operation history data remaining in the storage area of wireless communication device 104, and circles without hatching indicate operation history data not remaining in the storage area of wireless communication device 104 due to overflow. is shown.
  • An arrow superimposed on the circle indicates a history of transmitting the saved operation history data to the external server 200 .
  • FIG. 7 shows an example in which the operation history data saved at short time intervals (t1 interval ) is transmitted to the external server 200 without overflowing without being transmitted because the wireless communication condition is good.
  • the operation history data saved at short time intervals (t1 interval ) are transmitted, and the operation history data saved at long time intervals (t2 interval) are not transmitted.
  • FIG. 8 shows an example in which operation history data stored at short time intervals (t1 interval ) overflows without being transmitted due to poor wireless communication conditions, and is not transmitted to the external server 200 .
  • the operation history data saved at the short time interval (t1 interval ) does not remain, the operation history data saved at the long time interval (t2 interval) is transmitted, and the operation history data saved at the short time interval (t1 interval ) is transmitted.
  • the operation history data saved at short time intervals (t1 interval ) is transmitted.
  • the order in which the operation history data saved in the wireless communication device 104 is transmitted to the external server 200 by wireless communication at a plurality of time intervals is that the previously saved operation history data is first among the operation history data that has not been transmitted. For the operation history data saved at the same time, the operation history data saved at shorter time intervals is sent. As a result, even if operation history data cannot be sent to the external server 200 for a long period of time due to poor wireless communication conditions, continuous data loss is prevented for a long period of time, and the operation history is saved at as short a time interval as possible. Data can be sent to the external server 200 .
  • the operation history data stored in the wireless communication device 104 may be any one or more of the instantaneous value, the average value, and the root of the mean square (Root Mean Square).
  • Root Mean Square the root of the mean square
  • a plurality of time intervals at which the wireless communication device 104 saves the operation history data may be set for each item of the operation history data.
  • t 1 and t 2 are set small for items of operation history data with large fluctuations, such as current and voltage, and items of operation history data with moderate fluctuations, such as temperature and charging rate, are set to be small.
  • t 1 and t 2 may be set to medium values, and t 1 and t 2 may be set to be large for items of operation history data with small fluctuations, such as capacity retention rate and resistance increase rate.
  • the magnitude of variation for each item of operation history data is not limited to the example. As a result, each item of operation history data can be saved at a plurality of time intervals according to the magnitude of variation, the frequency of variation, and the like.
  • the wireless communication device 104 may store operation history data for a predetermined period until it is transmitted. For example, operation history data such as voltage, temperature exceeding a predetermined range, rapid charging period, etc. may be stored until transmitted. As a result, important operation history data can be transmitted without fail.
  • the output of the life prediction unit 203 is input to the limit value determination unit 204, but instead of or in addition to the configuration of inputting the output of the life prediction unit 203 to the limit value determination unit It is also possible to adopt a configuration in which the output of the life prediction unit 203 is input to the predicted life notification unit.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration for inputting the output of the life prediction unit 203 to the life expectancy notification unit 205.
  • the predicted lifespan notification unit 205 notifies the lifespan predicted by the lifespan prediction unit 203 .
  • notification by e-mail and display on a monitor can be considered, but it is not limited to these forms.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of notification content by e-mail.
  • Notification Report of remaining life of XXX series' batteries
  • Remaining life Predicted time to reach the end of life
  • Objective vehicle Vehicle
  • Vehicle It consists of Decisive factor of vehicle life and Decisive point of vehicle life.
  • the remaining service life is expressed in years
  • the time at which service life is reached is expressed in dates
  • the target vehicle is expressed in formation and number car
  • the determinants of vehicle life are capacity degradation
  • It is represented by over temperature, electricity shortage, and resistance degradation
  • vehicle life-determining points are represented by banks, modules, and cells.
  • the upper table (Alerts of remaining life) is sorted by remaining life
  • the lower table List of battery remaining life of each car) is sorted by target vehicle.
  • the predicted service life notification unit 205 notifies the terminals used by personnel involved in vehicle maintenance of the above contents by e-mail.
  • the life expectancy notification unit 205 may be configured with a graphic user interface, and the same content may be displayed on the monitor of the terminal logged into the remote monitoring system.
  • Personnel involved in vehicle maintenance change the control of the storage battery or the like based on the notification by e-mail or the display on the monitor.
  • FIG. 11 is a flowchart showing processing of the external server 200 according to the modification. Steps 301 through 303 are the same as steps 301 through 303 described with reference to FIG. At step 305, the predicted service life notification unit 205 notifies the predicted service life.
  • the remote monitoring system is applied to remote monitoring of a storage battery mounted on a railway vehicle.
  • the field of application of the present invention is not limited to this.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to remote monitoring of storage batteries in general.
  • each of the above configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware, for example, by designing a part or all of them using an integrated circuit.
  • each of the above configurations, functions, etc. may be realized by software by a processor interpreting and executing a program for realizing each function.
  • Information such as programs, tables, and files that implement each function can be stored in recording devices such as memory, hard disks, SSDs (Solid State Drives), or recording media such as IC cards, SD cards, and DVDs.
  • SYMBOLS 100... Storage battery system, 101... Storage battery, 102... Battery management apparatus, 103... Charge/discharge control apparatus, 104... Wireless communication apparatus, 200... External server, 201... Data storage part, 202... Operation history data analysis part, 203... Service life Prediction unit 204 Limit value determination unit 205 Predicted service life notification unit

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Abstract

本発明は、劣化予測モデルを高精度化し、制限値を適切に変更する技術を提供することを目的とする。このため、本発明の遠隔監視システムは、複数の蓄電池システムと、外部サーバーとを備えている。そして、外部サーバーは、複数の蓄電池システムから受信した蓄電池の稼働履歴データを記憶するデータストレージ部と、データストレージ部に記憶された稼働履歴データを解析し、蓄電池の劣化予測に必要なパラメータを算定する稼働履歴データ解析部と、稼働履歴データ解析部が算定したパラメータと、各々の蓄電池システムから受信した稼働履歴データとを用いて各々の蓄電池システムの蓄電池の寿命を予測する寿命予測部とを備える。

Description

遠隔監視システム、蓄電池システムおよび遠隔監視システムの制御方法
 本発明は、遠隔監視システム、蓄電池システムおよび遠隔監視システムの制御方法に関する。
 リチウムイオン電池などの蓄電池は、温度、充電率、電流などの負荷条件によって劣化進行速度が大きく異なる。また、鉄道車両に搭載される蓄電池システムのように大量の電池セルを組合わせた蓄電池システムの場合、電池セルの配置に起因する冷却条件の違いにより運行中の電池セルの温度推移が変化することがある。そのため、所定の電池寿命を得ることができるように蓄電池システムの設計を行おうとしても、事前試験により負荷条件と劣化進行速度の相関関係を網羅的に評価することは難しい。結果的に、所定の電池寿命を確保するために、蓄電池搭載量を増やしたり、電流制限値を下げたりして、蓄電池システムの設計におけるマージンを大きくする必要がある。
 そこで、特許文献1と特許文献2に開示された技術では、実際の劣化進行度を加味して劣化進行度を定期的に予測し直し、電流制限値などを上下させて実際の電池寿命を目標寿命に近づけている。
特開2020-174489号公報 特開2020-174490号公報
 特許文献1と特許文献2に開示された技術では、実際の蓄電池の負荷条件を反映することはできるものの、劣化予測モデルの精度が十分でない場合には、制限値を適切に変更することができない。
 そこで、本発明は、劣化予測モデルを高精度化し、制限値を適切に変更することが可能な技術を提供することを目的とする。
 上記の課題を解決するために、代表的な本発明の遠隔監視システムの一つは、複数の蓄電池システムと、外部サーバーとを備えている。そして、外部サーバーは、複数の蓄電池システムから受信した蓄電池の稼働履歴データを記憶するデータストレージ部と、データストレージ部に記憶された稼働履歴データを解析し、蓄電池の劣化予測に必要なパラメータを算定する稼働履歴データ解析部と、稼働履歴データ解析部が算定したパラメータと、各々の蓄電池システムから受信した稼働履歴データとを用いて各々の蓄電池システムの蓄電池の寿命を予測する寿命予測部とを備える。
 本発明によれば、劣化予測モデルを高精度化し、制限値を適切に変更することが可能となる。
 上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
図1は、実施例に係る遠隔監視システムの構成を示す図である。 図2は、各々の蓄電池システムの蓄電池の寿命を予測する方法の例を示す図である。 図3は、各々の蓄電池システムの蓄電池の寿命を予測する方法の例を示す図である。 図4は、各々の蓄電池システムの蓄電池の寿命を予測する方法の例を示す図である。 図5は、各々の蓄電池システムの蓄電池の寿命を予測する方法の例を示す図である。 図6は、実施例に係る外部サーバーの処理を示すフローチャートである。 図7は、実施例に係る無線通信装置による稼働履歴データの保存・送信を示す図である。 図8は、実施例に係る無線通信装置による稼働履歴データの保存・送信を示す図である。 図9は、変形例に係る遠隔監視システムの構成を示す図である。 図10は、メールによる通知内容の一例を示す図である。 図11は、変形例に係る外部サーバーの処理を示すフローチャートである。
 以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
 図1を参照して、遠隔監視システムを鉄道車両に搭載される蓄電池の遠隔監視に適用した場合の構成について説明する。図1は、実施例に係る遠隔監視システムの構成を示す図である。
 遠隔監視システムは、複数の蓄電池システム100と外部サーバー200から構成される。蓄電池システム100の数は、複数であればよく、特段限定されるものではない。
 蓄電池システム100は、基本的に、1つまたは複数の蓄電池101、電池管理装置102、充放電制御装置103、無線通信装置104から構成される。
 蓄電池101は、例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などから構成されるが、蓄電池の種類はこれらに限定されるものではない。
 電池管理装置102は、センサなどによって得られる情報から蓄電池101の状態を監視することができる装置であり、無線通信装置104に蓄電池101の稼働履歴データ等を送ることができる。この時、蓄電池101の温度センサは、電池セルごとに測定してもよいし、電池モジュールごとに測定してもよいし、代表的な測定点に絞って測定してもよい。温度測定点の数に特に制限はない。
 また、電池管理装置102は、無線通信装置104から蓄電池101の制限値等を受け取り、充放電制御装置103に充放電制御に必要な情報を送ることができる。
 なお、本開示において、蓄電池の制限値とは、電流上限値、充電率範囲などの蓄電池の使用制限に関する数値を意味するが、これらに限定されるものではない。
 充放電制御装置103は、蓄電池101の充放電を制御することができる装置であり、電池管理装置102から充放電制御に必要な情報を受け取ることができる。
 無線通信装置104としては、IoTゲートウェイなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。無線通信装置104は、電池管理装置102から受け取った蓄電池101の稼働履歴データを蓄積し、無線通信により稼働履歴データを外部サーバー200に送信することができる。また、無線通信装置104は、無線通信により蓄電池101の制限値を外部サーバー200から受信し、制限値を電池管理装置102に送ることができる。
 なお、無線通信装置104と電池管理装置102は1つの装置として構成してもよいし、それぞれ単独の装置として構成してもよい。
 無線通信装置104が外部サーバー200に送信する稼働履歴データとしては、電流、電力、電圧、充電率、温度、気温、容量維持率、抵抗上昇率、ダイヤグラム、位置情報、車両重量、乗車率、乗車人員などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
 外部サーバー200は、データストレージ部201、稼働履歴データ解析部202、寿命予測部203、制限値決定部204から構成されるが、これら以外の要素を含んでいてもよい。
 データストレージ部201は、複数の蓄電池システム100から受信した蓄電池101の稼働履歴データを集約し、記憶することができる。
 稼働履歴データ解析部202は、データストレージ部201に記憶された稼働履歴データを統計的に解析し、蓄電池101の劣化予測に必要なパラメータを更新することができる。
 パラメータの算定方法としては、所定の計算式により算出する方法、予め計算した結果を集積したテーブルを用いる方法などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
 また、蓄電池システム100の数を増加させることにより、稼働履歴データの統計的な解析の正確性を高め、蓄電池101の劣化予測に必要なパラメータを高精度化することができる。
 寿命予測部203は、稼働履歴データ解析部202が算定したパラメータと、各々の蓄電池システム100から受信した稼働履歴データを用いて各々の蓄電池システム100の蓄電池101の寿命を予測することができる。
 蓄電池101の劣化予測に必要なパラメータを高精度化することにより、各々の蓄電池システム100の蓄電池101の予測寿命を高精度化することができる。
 図2ないし図5を参照して、各々の蓄電池システム100の蓄電池101の寿命を予測する方法の例について説明する。
 図2は、電池温度の推移から蓄電池の寿命を予測する方法を示す図である。縦軸が電池温度[℃]、横軸が経過年数[年]である。図2において、小さな丸印は、日々の蓄電池の温度測定値の最高値を示す。この最高値は、気温や運行状況により変動するものの、季節によって増減しながら、蓄電池の劣化とともに上昇する。点線は、この最高値の上限に対して引いた接線(上限接線)を示す。破線は、過温度異常と判定される閾値(過温度異常閾値)を示す。蓄電池の温度が過温度異常閾値を超えるタイミングを寿命と定義し、点線と破線の交点(大きな丸印)を過温度異常発生予測時点、すなわち、予測寿命として求める。この時、温度測定値は、蓄電池システム内の各電池セルの温度測定値でもよいし、一部の電池セルの温度測定値でもよい。
 例えば、図2の上限接線の傾きと切片が、蓄電池101の劣化予測に必要なパラメータに該当する。上限付近の温度測定値が気温や運行状況により低い値であった場合、他の蓄電池システムの温度測定値も参考にして上限接線の傾きと切片を求めることができる。
 図3は、充電率推定値の推移から蓄電池の寿命を予測する方法を示す図である。縦軸が充電率[%]、横軸が経過年数[年]である。図3において、小さな丸印は、日々の蓄電池の充電率推定値の最低値を示す。この最低値は、蓄電池の劣化とともに下降する。点線は、この最低値の下限に対して引いた接線(下限接線)を示す。破線は、電欠異常と判定される閾値(電欠異常閾値)を示す。蓄電池の充電率推定値が電欠異常閾値を下回るタイミングを寿命と定義し、点線と破線の交点(大きな丸印)を電欠異常発生予測時点、すなわち、予測寿命として求める。この時、充電率推定値の最低値は、蓄電池システム内の各電池セルまたは各電池モジュールの充電率推定値の最低値でもよいし、一部の電池セルまたは一部の電池モジュールの充電率推定値の最低値でもよい。
 図4は、容量維持率推定値の推移から蓄電池の寿命を予測する方法を示す図である。縦軸が容量維持率[%]、横軸が経過年数[年]である。図4において、小さな丸印は、日々の蓄電池の容量維持率推定値を示す。この推定値は、蓄電池の劣化とともに下降する。点線は、この推定値に対して引いたルート則の近似線を示す。破線は、容量劣化異常と判定される閾値(容量劣化異常閾値)を示す。蓄電池の容量維持率推定値が容量劣化異常閾値を下回るタイミングを寿命と定義し、点線と破線の交点(大きな丸印)を容量劣化異常発生予測時点、すなわち、予測寿命として求める。この時、容量維持率推定値は、蓄電池システム内の各電池セルまたは各電池モジュールの容量維持率推定値でもよいし、一部の電池セルまたは一部の電池モジュールの容量維持率推定値でもよい。
 図5は、抵抗上昇率推定値の推移から蓄電池の寿命を予測する方法を示す図である。縦軸が抵抗上昇率[%]、横軸が経過年数[年]である。図5において、小さな丸印は、日々の蓄電池の抵抗上昇率推定値を示す。この推定値は、蓄電池の劣化とともに上昇する。点線は、この推定値に対して引いたルート則の近似線を示す。破線は、抵抗劣化異常と判定される閾値(抵抗劣化異常閾値)を示す。蓄電池の抵抗上昇率推定値が抵抗劣化異常閾値を超えるタイミングを寿命と定義し、点線と破線の交点(大きな丸印)を抵抗劣化異常発生予測時点、すなわち、予測寿命として求める。この時、抵抗上昇率推定値は、蓄電池システム内の各電池セルまたは各電池モジュールの抵抗上昇率推定値でもよいし、一部の電池セルまたは一部の電池モジュールの抵抗上昇率推定値でもよい。
 上記の寿命予測方法は例を説明したものであり、寿命予測方法は上記の方法に限定されない。
 外部サーバーで分析する利点としては、例えば、年単位の長期データに基づいた分析が可能な点がある。
 図1に戻って、制限値決定部204は、予測寿命と目標寿命との大小関係に基づいて各々の蓄電池システム100に送信する蓄電池101の制限値を決定することができる。具体的には、予測寿命が目標寿命を上回る場合は、制限を緩和し、予測寿命が目標寿命を下回る場合は、制限を強化する。
 なお、本開示において、目標寿命とは、蓄電池101の交換周期のような、実際の電池寿命を近づけるべき目標値を意味する。
 各々の蓄電池システム100の蓄電池101の予測寿命を高精度化することにより、各々の蓄電池システム100に送信する蓄電池101の制限値を適切に変更することができる。
 図6を参照して、実施例に係る外部サーバー200の処理について説明する。図6は、実施例に係る外部サーバー200の処理を示すフローチャートである。
 まず、ステップ301では、データストレージ部201が、複数の蓄電池システム100から受信した蓄電池101の稼働履歴データを集約し、記憶する。
 次に、ステップ302では、稼働履歴データ解析部202が、データストレージ部201に記憶された稼働履歴データを統計的に解析し、蓄電池101の劣化予測に必要なパラメータを更新する。
 次に、ステップ303では、寿命予測部203が、稼働履歴データ解析部202が算出したパラメータと、各々の蓄電池システム100から受信した稼働履歴データを用いて各々の蓄電池システム100の蓄電池101の寿命を予測する。
 次に、ステップ304では、制限値決定部204が、予測寿命と目標寿命との大小関係に基づいて各々の蓄電池システム100に送信する蓄電池101の制限値を決定する。
 このように、複数の蓄電池システム100の稼働履歴データを外部サーバー200のデータストレージ部201に集約し、それらの稼働履歴データを稼働履歴データ解析部202にて統計的に解析して、蓄電池101の劣化予測に必要なパラメータを更新する。その後、寿命予測部203にて各々の蓄電池システム100の蓄電池101の寿命を予測し、目標寿命との大小関係に基づいて、制限値決定部204にて各々の蓄電池システム100の蓄電池101の制限値を決定する。制限値は、無線通信装置104を介して各々の蓄電池システム100にフィードバックされる。これにより、劣化予測モデルを高精度化し、制限値を適切に変更することが可能となる。
 上記の実施例では、蓄電池システムが無線通信装置を備える構成であった。しかし、蓄電池システムが無線通信装置を備える構成ばかりでなく、鉄道車両全体を制御する統合制御システムまたは駆動装置制御システムが無線通信装置を備える構成なども考えられる。この時、蓄電池システムが無線通信装置を備える場合は、蓄電池システムの製造元と蓄電池システム以外の製造元が異なる場合でも対応しやすいことがメリットになる。また、統合制御システムが無線通信装置を備える場合は、蓄電池システム以外の情報も考慮した制御が可能となるメリットがある。無線通信装置の設置箇所はこれらに限定されない。
<無線通信装置による稼働履歴データの保存・送信>
 遠隔監視システムで得られる稼働履歴データを基に、電池セルごとの実際の負荷と劣化進行速度の相関関係を抽出するためには、長時間、途切れなく、継続的に電池状態と負荷のデータを取得・蓄積する必要がある。
 鉄道車両に搭載される蓄電池システムの遠隔監視システムでは、有線通信により蓄電池システムと外部サーバーを接続することはできないため、無線通信が用いられる。
 しかし、無線通信の電波状況が悪い時は、電波状況が回復するまでの間、稼働履歴データを蓄電池システム内の無線通信装置の記憶領域に保持する必要がある。稼働履歴データの品質を上げるために保存する時間間隔を短くすると、電波状況が悪い状態が継続した場合に、データがオーバーフローして、断片的なデータしか得られなくなってしまう恐れがある。一方、保存する時間間隔を長くするとデータ品質が低下してしまう。
 そこで、電波状況が悪い時に稼働履歴データを適切なデータサイズとデータ品質で保持することが望まれる。
 無線通信装置104は、蓄電池101の稼働履歴データを複数の時間間隔で保存し、保存された稼働履歴データを外部サーバー200へ送信することができる。
 図7、図8を参照して、実施例に係る無線通信装置104による稼働履歴データの保存・送信について説明する。図7、図8は、実施例に係る無線通信装置104による稼働履歴データの保存・送信を示す図である。図7、図8は、稼働履歴データの1つの項目、つまり、電流、電圧、温度、充電率、容量維持率、抵抗上昇率などのいずれか1つについて示している。
 図7、図8において、上の列の丸印は、短い時間間隔(t間隔)で保存された稼働履歴データを示し、下の列の丸印は、長い時間間隔(t間隔)で保存された稼働履歴データを示している。つまり、t<tの場合の稼働履歴データの例を示している。
 なお、時間間隔の数、つまり、図7、図8における列の数は、複数であればよく、特段限定されるものではない。
 図7、図8において、列の左側の丸印は、列の右側の丸印より先に保存された稼働履歴データを示し、右端の縦の点線は、現在時刻を示している。
 また、斜線のある丸印は、無線通信装置104の記憶領域に残っている稼働履歴データを示し、斜線のない丸印は、オーバーフローにより、無線通信装置104の記憶領域に残っていない稼働履歴データを示している。そして、丸印に重ねて表記している矢印は、保存されていた稼働履歴データを外部サーバー200へ送信した履歴を示している。
 図7は、無線通信状況が良いため、短い時間間隔(t間隔)で保存された稼働履歴データが未送信のままオーバーフローせずに外部サーバー200へ送信された例を示している。この場合、短い時間間隔(t間隔)で保存された稼働履歴データが送信され、長い時間間隔(t間隔)で保存された稼働履歴データは送信されないこととなる。
 図8は、無線通信状況が悪いため、短い時間間隔(t間隔)で保存された稼働履歴データが未送信のままオーバーフローし、外部サーバー200へ送信されなかった例を示している。この場合、短い時間間隔(t間隔)で保存された稼働履歴データが残っていない期間は、長い時間間隔(t間隔)で保存された稼働履歴データが送信され、短い時間間隔(t間隔)で保存された稼働履歴データが残っている期間は、短い時間間隔(t間隔)で保存された稼働履歴データが送信されることとなる。
 複数の時間間隔で無線通信装置104に保存された稼働履歴データを無線通信により外部サーバー200へ送信する順序は、未送信の稼働履歴データの中で、先に保存された稼働履歴データを先に送信し、同時期に保存された稼働履歴データについてはより短い時間間隔で保存された稼働履歴データを送信する。これにより、無線通信状況が悪いために外部サーバー200へ稼働履歴データを送れない時間が長くなっても、長時間の継続的なデータ欠損を防止し、できる限り短い時間間隔で保存された稼働履歴データを外部サーバー200に送信することが可能となる。
 無線通信装置104に保存された稼働履歴データは、瞬時値、平均値、二乗平均の根(Root Mean Square)のいずれか1つ以上としてもよい。これにより、短い時間間隔で保存された稼働履歴データだけでなく、長い時間間隔で保存された稼働履歴データも、稼働履歴データの解析に適したデータ品質で保存することができる。
 無線通信装置104が稼働履歴データを保存する複数の時間間隔は、稼働履歴データの項目ごとに設定してもよい。具体的には、変動が大きい稼働履歴データの項目、例えば、電流、電圧は、t、tを小さく設定し、変動が中程度の稼働履歴データの項目、例えば、温度、充電率は、t、tを中程度に設定し、変動が小さい稼働履歴データの項目、例えば、容量維持率、抵抗上昇率は、t、tを大きく設定してもよい。ただし、稼働履歴データの項目ごとの変動の大小は、例示に限定されるものではない。これにより、稼働履歴データの項目ごとに、それぞれ、変動の大きさ、変動の頻度などに応じた複数の時間間隔で保存することができる。
 無線通信装置104は、所定の期間の稼働履歴データを送信されるまで保存してもよい。例えば、電圧、温度が所定の範囲を超える期間、急速充電の期間などの稼働履歴データを送信されるまで保存してもよい。これにより、重要な稼働履歴データを必ず送信することができる。
<変形例>
 上記の実施例では、寿命予測部203の出力を制限値決定部204に入力する構成であったが、寿命予測部203の出力を制限値決定部204に入力する構成に代えて、または、加えて寿命予測部203の出力を予測寿命報知部に入力する構成とすることもできる。
 図9は、寿命予測部203の出力を予測寿命報知部205に入力する構成を示す図である。予測寿命報知部205は、寿命予測部203が予測した寿命を報知する。予測寿命報知部205の形態としては、メールによる通知や、モニタへの表示が考えられるが、これらの形態に限定されない。
 図10は、メールによる通知内容の一例を示す図である。通知(XXX系の残寿命レポート、Report of remaining life of XXX series’ batteries)は、残寿命(Remaining life)、寿命到達時期(Predicted time to reach the end of life)、対象車両(Objective vehicle)、車両寿命決定要因(Decisive factor of vehicle life)、車両寿命決定箇所(Decisive point of vehicle life)からなる。残寿命は年(year)で表され、寿命到達時期は日付で表され、対象車両は編成(formation)と号車(No. car)で表され、車両寿命決定要因は容量劣化(Capacity degradation)、過温度(Over temperature)、電欠(Electricity shortage)、抵抗劣化(Resistance degradation)で表され、車両寿命決定箇所はバンク(Bank)、モジュール(Module)、セル(Cell)で表される。上の表(残寿命警告、Alerts of remaining life)は残寿命でソートしたものであり、下の表(各車両の残寿命一覧、List of battery remaining life of each car)は対象車両でソートしたものである。予測寿命報知部205は、車両保守に関わる人員が使用する端末に、上記の内容をメールで通知する。あるいは、予測寿命報知部205をグラフィックユーザーインターフェースにて構成し、遠隔監視システムにログインした端末のモニタに、同様の内容を表示してもよい。車両保守に関わる人員は、メールによる通知や、モニタへの表示に基づいて蓄電池等の制御を変更する。
 図11は、変形例に係る外部サーバー200の処理を示すフローチャートである。ステップ301ないしステップ303は、図6を参照して説明したステップ301ないしステップ303と同じである。ステップ305では、予測寿命報知部205が、予測した寿命を報知する。
 なお、上述した実施形態では、遠隔監視システムを鉄道車両に搭載される蓄電池の遠隔監視に適用した場合について説明した。しかし、本発明の適用分野はこれに限定されない。本発明は、蓄電池一般の遠隔監視に適用可能である。
 本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
100…蓄電池システム、101…蓄電池、102…電池管理装置、103…充放電制御装置、104…無線通信装置、200…外部サーバー、201…データストレージ部、202…稼働履歴データ解析部、203…寿命予測部、204…制限値決定部、205…予測寿命報知部

Claims (17)

  1.  複数の蓄電池システムと、
     外部サーバーと、
     を備える遠隔監視システムであって、
     前記外部サーバーは、
     複数の前記蓄電池システムから受信した蓄電池の稼働履歴データを記憶するデータストレージ部と、
     前記データストレージ部に記憶された前記稼働履歴データを解析し、前記蓄電池の劣化予測に必要なパラメータを算定する稼働履歴データ解析部と、
     前記稼働履歴データ解析部が算定した前記パラメータと、各々の前記蓄電池システムから受信した前記稼働履歴データとを用いて各々の前記蓄電池システムの前記蓄電池の寿命を予測する寿命予測部と、
     を備える、
     遠隔監視システム。
  2.  請求項1に記載の遠隔監視システムであって、
     前記外部サーバーは、
     予測寿命と目標寿命との大小関係に基づいて各々の前記蓄電池システムに送信する前記蓄電池の制限値を決定する制限値決定部と、
     を備える、
     遠隔監視システム。
  3.  請求項1または請求項2に記載の遠隔監視システムであって、
     前記外部サーバーは、
     予測寿命を報知する予測寿命報知部と、
     を備える、
     遠隔監視システム。
  4.  請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の遠隔監視システムであって、
     前記遠隔監視システムは、無線通信装置を備え、
     前記無線通信装置は、前記蓄電池の前記稼働履歴データを複数の時間間隔で保存し、保存された前記稼働履歴データを前記外部サーバーへ送信する、
     遠隔監視システム。
  5.  請求項4に記載の遠隔監視システムであって、
     前記無線通信装置は、未送信の前記稼働履歴データの中で先に保存された前記稼働履歴データを先に送信し、同時期に保存された前記稼働履歴データがある場合は、より短い時間間隔で保存された前記稼働履歴データを送信する、
     遠隔監視システム。
  6.  請求項4または請求項5に記載の遠隔監視システムであって、
     前記無線通信装置に保存された前記稼働履歴データは、瞬時値、平均値、二乗平均の根(Root Mean Square)のいずれか1つ以上である、
     遠隔監視システム。
  7.  請求項4ないし請求項6のいずれか一項に記載の遠隔監視システムであって、
     複数の前記時間間隔は、前記無線通信装置が保存する前記稼働履歴データの項目ごとに設定される、
     遠隔監視システム。
  8.  請求項4ないし請求項7のいずれか一項に記載の遠隔監視システムであって、
     前記無線通信装置は、所定の期間の前記稼働履歴データを送信されるまで保存する、
     遠隔監視システム。
  9.  請求項4ないし請求項8のいずれか一項に記載の遠隔監視システムであって、
     前記蓄電池システム、統合制御システムまたは駆動装置制御システムが、前記無線通信装置を備える、
     遠隔監視システム。
  10.  請求項1ないし請求項9のいずれか一項に記載の遠隔監視システムであって、
     前記蓄電池システムは、鉄道車両に搭載されている、
     遠隔監視システム。
  11.  無線通信装置を備える蓄電池システムであって、
     前記無線通信装置は、蓄電池の稼働履歴データを複数の時間間隔で保存し、保存された前記稼働履歴データを外部サーバーへ送信する、
     蓄電池システム。
  12.  請求項11に記載の蓄電池システムであって、
     前記無線通信装置は、未送信の前記稼働履歴データの中で先に保存された前記稼働履歴データを先に送信し、同時期に保存された前記稼働履歴データがある場合は、より短い時間間隔で保存された前記稼働履歴データを送信する、
     蓄電池システム。
  13.  請求項11または請求項12に記載の蓄電池システムであって、
     前記無線通信装置に保存された前記稼働履歴データは、瞬時値、平均値、二乗平均の根(Root Mean Square)のいずれか1つ以上である、
     蓄電池システム。
  14.  請求項11ないし請求項13のいずれか一項に記載の蓄電池システムであって、
     複数の前記時間間隔は、前記無線通信装置が保存する前記稼働履歴データの項目ごとに設定される、
     蓄電池システム。
  15.  請求項11ないし請求項14のいずれか一項に記載の蓄電池システムであって、
     前記無線通信装置は、所定の期間の前記稼働履歴データを送信されるまで保存する、
     蓄電池システム。
  16.  請求項11ないし請求項15のいずれか一項に記載の蓄電池システムであって、
     前記蓄電池システムは、鉄道車両に搭載されている、
     蓄電池システム。
  17.  複数の蓄電池システムと、
     外部サーバーと、
     を備える遠隔監視システムの制御方法であって、
     前記外部サーバーの備えるデータストレージ部が、複数の前記蓄電池システムから受信した蓄電池の稼働履歴データを記憶し、
     前記外部サーバーの備える稼働履歴データ解析部が、前記データストレージ部に記憶された前記稼働履歴データを解析し、前記蓄電池の劣化予測に必要なパラメータを算定し、
     前記外部サーバーの備える寿命予測部が、前記稼働履歴データ解析部が算定した前記パラメータと、各々の前記蓄電池システムから受信した前記稼働履歴データとを用いて各々の前記蓄電池システムの前記蓄電池の寿命を予測する、
     遠隔監視システムの制御方法。
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