WO2022209127A1

WO2022209127A1 - 蓄電池システム、遠隔監視システムおよび遠隔監視システムの制御方法

Info

Publication number: WO2022209127A1
Application number: PCT/JP2022/000879
Authority: WO
Inventors: 雅浩米元; 穂南坂口
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2022-01-13
Publication date: 2022-10-06
Also published as: JP7353319B2; JP2022156037A

Abstract

本発明は、電池状態を測定する装置に供給する電力が底をつくのを避けつつ、電池状態のデータ品質を保持する技術を提供する。このため、本発明の蓄電池システムは、蓄電池と、電池管理装置とを備えている。そして、電池管理装置は、測定用蓄電池を備え、蓄電池システムを搭載する装置の休止中に、休止からの経過時間または測定用蓄電池の残容量に基づいた時間間隔で、蓄電池の状態を測定する。具体的には、電池管理装置は、休止からの経過時間が長いほど、長い時間間隔で、蓄電池の状態を測定する。または、電池管理装置は、測定用蓄電池の残容量が少ないほど、長い時間間隔で、蓄電池の状態を測定する。

Description

蓄電池システム、遠隔監視システムおよび遠隔監視システムの制御方法

　本発明は、蓄電池システム、遠隔監視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、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。

　劣化予測モデルを高精度化し、制限値を適切に変更するため、遠隔監視システムにより実際の車両における運行中の稼働履歴データを収集して解析し、負荷条件と劣化進行速度の相関関係を更新することが考えられる。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。

　しかし、車両のメインスイッチが切れている車両休止中は、電池状態を測定する装置にも電力が供給されない。そのため、継続的に電池状態を測定するには、車両休止中は、電池状態を測定する装置に、別途、電力を供給する必要がある。

　また、車両休止中に、電池状態を測定する時間間隔を短くすると、電池状態を測定する装置に供給する電力が底をついて、電池状態のデータに欠損が生じる可能性がある。

　一方、電池状態を測定する時間間隔を長くすると、測定値の変動が大きい車両休止直後の電池状態のデータを十分取ることができず、データ品質が低下してしまう。

　そこで、本発明は、電池状態を測定する装置に供給する電力が底をつくのを避けつつ、電池状態のデータ品質を保持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、代表的な本発明の蓄電池システムの一つは、蓄電池と、電池管理装置とを備えている。そして、電池管理装置は、測定用蓄電池を備え、蓄電池システムを搭載する装置の休止中に、休止からの経過時間または測定用蓄電池の残容量に基づいた時間間隔で、蓄電池の状態を測定する。

　本発明によれば、電池状態を測定する装置に供給する電力が底をつくのを避けつつ、電池状態のデータ品質を保持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。

実施例に係る遠隔監視システムの構成を示す図である。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。実施例に係る電池管理装置による車両休止中の蓄電池の状態の測定・保存を示す図である。実施例における、車両休止中に蓄電池の状態を測定・保存する時間間隔を決定する条件を示す図である。

　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、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。電池管理装置１０２は、測定用蓄電池１０５を備える。

　蓄電池１０１および測定用蓄電池１０５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。また、蓄電池１０１は、主に駆動用モータなどに電力を供給することができるのに対し、測定用蓄電池１０５は、車両休止中に、電池管理装置１０２が蓄電池１０１の状態を測定・保存するための電力を供給することができる。

　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、車両休止中は、測定用蓄電池１０５から供給される電力により、蓄電池１０１の状態を測定・保存することができる。電池管理装置１０２は、無線通信装置１０４に、車両休止中に測定された蓄電池１０１の状態を含む、蓄電池１０１の稼働履歴データ（以下、「稼働履歴データ」は、車両休止中に測定された蓄電池１０１の状態を含む。）等を送ることができる。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。

　電池管理装置１０２が車両休止中に測定・保存する蓄電池１０１の状態としては、電圧、温度などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

　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、寿命予測判定部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。

　寿命予測判定部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の寿命を予測し、予測寿命と目標寿命との大小関係を判定することができる。

　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。

　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。

　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。

　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２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２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、寿命予測判定部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の寿命を予測し、予測寿命と目標寿命との大小関係を判定する。

　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、寿命予測判定部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を判定して、その結果に基づいて、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、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。

＜電池管理装置による車両休止中の蓄電池の状態の測定・保存＞
　図３を参照して、実施例に係る電池管理装置１０２による車両休止中の蓄電池１０１の状態の測定・保存について説明する。

　図３は、実施例に係る電池管理装置１０２による車両休止中の蓄電池１０１の状態の測定・保存を示す図である。

　図３において、矢印は、時間の経過を示し、丸印は、車両休止中に測定・保存された電池状態のデータを示している。左側の丸印は、右側の丸印よりも先に測定・保存された電池状態のデータを示し、縦の点線は、蓄電池１０１の状態を測定・保存する時間間隔が変更された時点を示している。点線の左側の丸印は、短い時間間隔（ｔ_１間隔）で測定・保存された電池状態のデータを示し、点線の右側の丸印は、長い時間間隔（ｔ_２間隔）で測定・保存された電池状態のデータを示している。つまり、ｔ_１＜ｔ_２の場合の測定・保存された電池状態のデータの例を示している。

　図３に示すように、２種類の時間間隔で蓄電池１０１の状態を測定・保存する場合、車両休止直後は、短い時間間隔（ｔ_１間隔）で蓄電池１０１の状態を測定・保存するが、所定の条件が満たされた後は、長い時間間隔（ｔ_２間隔）で蓄電池１０１の状態を測定・保存する。これにより、測定値の変動が大きい車両休止直後の電池状態のデータを十分取得しつつ、測定用蓄電池１０５が供給する電力を抑えた運用を可能とする。

　電池管理装置１０２に保存された電池状態のデータは、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電池状態のデータだけでなく、長い時間間隔で保存された電池状態のデータも、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。

　図４を参照して、車両休止中に蓄電池１０１の状態を測定・保存する時間間隔を決定する条件について説明する。図４は、実施例における、車両休止中に蓄電池１０１の状態を測定・保存する時間間隔を決定する条件を示す図である。

　図４に示すように、車両休止直後は車両稼働中と同じように短い時間間隔で蓄電池１０１の状態を測定・保存し、車両休止からの経過時間または測定用蓄電池１０５の残容量、例えば充電率（ＳＯＣ：State of Charge）に基づいて蓄電池１０１の状態を測定・保存する時間間隔を変更する。具体的には、車両休止からの経過時間が長いほど、長い時間間隔で、蓄電池１０１の状態を測定・保存する。または、測定用蓄電池１０５の残容量が少ないほど、長い時間間隔で、蓄電池１０１の状態を測定・保存する。

　つまり、車両休止からの経過時間が長くなるにしたがって、長い時間間隔で蓄電池１０１の状態を測定・保存しても、データの品質への影響が少なく、測定用蓄電池１０５の残容量が少なくなるにしたがって、長い時間間隔で蓄電池１０１の状態を測定・保存することによって、測定用蓄電池１０５が供給する電力を抑え、安定的にデータを確保することができる。

　そして、車両休止からの経過時間の状況と、測定用蓄電池１０５の残容量の状況を組み合わせて蓄電池１０１の状態を測定・保存する時間間隔を設定することによって、電池状態のデータ品質を安定して保持することが可能となる。

　なお、蓄電池１０１の状態を測定・保存する時間間隔は、図４においては３種類であるが、複数であればよく、特段限定されるものではない。

　また、蓄電池１０１の状態を測定・保存する時間間隔が長い場合、蓄電池１０１の状態を測定・保存する度に、電池管理装置１０２を休止・再起動させてもよい。これにより、測定用蓄電池１０５が供給する電力をさらに抑えることができる。

　なお、上述した実施形態では、遠隔監視システムを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、１０５…測定用蓄電池、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…寿命予測判定部、２０４…制限値決定部

Claims

　蓄電池と、
　電池管理装置と、
　を備える蓄電池システムであって、
　前記電池管理装置は、
　測定用蓄電池を備え、
　前記蓄電池システムを搭載する装置の休止中に、休止からの経過時間または前記測定用蓄電池の残容量に基づいた時間間隔で、前記蓄電池の状態を測定する、
　蓄電池システム。
　請求項１に記載の蓄電池システムであって、
　前記電池管理装置は、休止からの経過時間が長いほど、長い時間間隔で、前記蓄電池の状態を測定する、
　蓄電池システム。
　請求項１または請求項２に記載の蓄電池システムであって、
　前記電池管理装置は、前記測定用蓄電池の残容量が少ないほど、長い時間間隔で、前記蓄電池の状態を測定する、
　蓄電池システム。
　請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の蓄電池システムであって、
　前記電池管理装置は、前記蓄電池システムを搭載する装置の休止中に測定された前記蓄電池の状態を保存し、
　保存された前記蓄電池の状態は、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。
　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、
　前記蓄電池システムは、
　蓄電池と、
　電池管理装置と、
　を備え
　前記電池管理装置は、
　測定用蓄電池を備え、
　前記蓄電池システムを搭載する装置の休止中に、休止からの経過時間または前記測定用蓄電池の残容量に基づいた時間間隔で、前記蓄電池の状態を測定し、
　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、前記蓄電池システムを搭載する装置の休止中に測定された前記蓄電池の状態を含む、前記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し、予測寿命と目標寿命との大小関係を判定する寿命予測判定部と、
　前記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。
　請求項５に記載の遠隔監視システムであって、
　前記電池管理装置は、休止からの経過時間が長いほど、長い時間間隔で、前記蓄電池の状態を測定する、
　遠隔監視システム。
　請求項５または請求項６に記載の遠隔監視システムあって、
　前記電池管理装置は、前記測定用蓄電池の残容量が少ないほど、長い時間間隔で、前記蓄電池の状態を測定する、
　遠隔監視システム。
　請求項５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、
　前記電池管理装置は、前記蓄電池システムを搭載する装置の休止中に測定された前記蓄電池の状態を保存し、
　保存された前記蓄電池の状態は、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。
　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、
　前記蓄電池システムが備える電池管理装置は、前記蓄電池システムを搭載する装置の休止中に、休止からの経過時間または前記電池管理装置が備える測定用蓄電池の残容量に基づいた時間間隔で、前記蓄電池システムが備える蓄電池の状態を測定し、
　前記外部サーバーが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、前記蓄電池システムを搭載する装置の休止中に測定された前記蓄電池の状態を含む、前記蓄電池の稼働履歴データを記憶するステップと、
　前記外部サーバーが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するステップと、
　前記外部サーバーが備える寿命予測判定部が、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し、予測寿命と目標寿命との大小関係を判定するステップと、
　前記外部サーバーが備える制限値決定部が、前記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ステップと、
　を有する、
　遠隔監視システムの制御方法。