JP2017034781A - 蓄電池管理システム、蓄電池情報サーバ、充放電制御装置及び蓄電池 - Google Patents
蓄電池管理システム、蓄電池情報サーバ、充放電制御装置及び蓄電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017034781A JP2017034781A JP2015150389A JP2015150389A JP2017034781A JP 2017034781 A JP2017034781 A JP 2017034781A JP 2015150389 A JP2015150389 A JP 2015150389A JP 2015150389 A JP2015150389 A JP 2015150389A JP 2017034781 A JP2017034781 A JP 2017034781A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- storage battery
- lib
- charge
- failure probability
- storage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
より詳細には、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池、またナトリウム・硫黄電池等、エネルギー密度が高く、事故発生時における被害が大きい二次電池を、計算機の情報処理によって有効寿命まで安全に使用するための技術に関する。
なお、これ以降、リチウムイオン電池をLIBと略す。
したがって、二次電池の寿命をできる限り正確に予測して、事故を未然に防ぎつつ、二次電池を正しく使い切ることが、好ましい。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本実施形態に係る蓄電池管理システムは、LIBと、LIBが装着されて使用されるLIB使用設備と、インターネットに接続されているLIB情報サーバと、LIBとLIB情報サーバとの間に介在して、LIBとLIB情報サーバとの通信を確立する携帯型無線端末等の通信部よりなる。
LIBには、一意なLIBIDを付与されたマイコンよりなるLIB情報処理部が内蔵されている。LIB情報処理部は、LIB情報サーバにLIB使用ログを送信し、LIB情報サーバから累積故障確率テーブルと、LIBの最適交換時期を算出するための個別情報を受信する。
LIB使用設備に組み込まれている充放電制御装置は、LIBから累積故障確率テーブルと個別情報を受信すると、LIBの最適交換時期を計算して、表示部等に最適交換時期を表示する。また、交換時期に至ったと判断したら、充電器を制御して、LIBに対する充電を禁止する。
累積故障確率曲面は、LIBの充放電回数と、保存時間をパラメータに持つ曲面である。
この累積故障確率曲面を計算するために、LIBに内蔵されるLIB情報処理部は、LIBの充放電回数を計数するための充放電フラグと、保存時間を計算するために必要な電流と満充電フラグを内部のログに記憶する。
なお、保存時間とは、LIBが完全充電状態になってから能動的な充放電が行われない状態が継続した際の時間を指す。保存時間は充放電回数と共にLIBの寿命に大きく関係する要素である。この保存時間に関する詳細な説明は後述する。
図1は、本実施形態に係る蓄電池管理システム101の概略図である。
図1中、LIB使用設備102とは、LIB103を使用する装置や設備を一般化したものである。LIB使用設備102には、電気自動車、旅客機、家屋等、LIB103を使用するあらゆる対象が該当する。
商用交流電源104には充電器105が接続され、この充電器105を通じて、LIB使用設備102に装着されたLIB103に電力が供給される。LIB103には負荷106が接続され、LIB103は負荷106に電力を供給する。
充電器105は充放電制御装置107によってオン・オフ制御される。なお、充電器105を制御する代わりに、充電器105とLIB103との間にスイッチを設け、このスイッチを制御する構成にしてもよい。
充放電制御装置107は、LIB103の最適交換時期を表示部108に表示する。また、充放電制御装置107は、LIB103の寿命が尽きて、所定の危険状態に至ったと判定した場合には、充電器105を強制的にオフ制御する機能を有する。
携帯型無線端末109は、LIB103に近接すると、LIB103に内蔵されるLIB情報処理部と通信を確立する。また、携帯型無線端末109は、アクセスポイント110を通じてインターネット111に接続されているLIB情報サーバ112と通信を確立する。
LIB103は携帯型無線端末109と近距離無線通信にて通信し、携帯型無線端末109を通じてLIB情報サーバ112にログテーブルを送信する。また、LIB103はLIB情報サーバ112からLIB103の寿命予測の計算に必要な情報を受信する。この時、携帯型無線端末109は、LIB103に対してプロキシサーバ(アプリケーションゲートウェイ、L7スイッチ)として振る舞い、常時IPリーチャブルでないLIB103とLIB情報サーバ112との通信を確立する。
図2は、LIB103のハードウェア構成を示すブロック図である。
点線枠で囲まれている部分はセルモジュール201である。セルモジュール201は、バッテリセル202と、FETスイッチ203と、セル保護IC204よりなる。
バッテリセル202の正極と負極にはセル保護IC204が接続されており、セル保護IC204はバッテリセル202の電圧で稼働する。セル保護IC204は、内部に図示しないコンパレータを内蔵し、バッテリセル202が過充電状態になったことを検出すると、バッテリセル202の負極側に接続されているFETスイッチ203のゲート電圧を落として、FETスイッチ203をオフ制御する。FETスイッチ203はNチャネル型MOSFETよりなる。セル保護IC204は例えばセイコーインスツル株式会社のS−8250A等が利用可能である。
各々のセルモジュール201の正極側端子は、全てセル電圧測定部205に接続される。セル電圧測定部205は各セルモジュール201の端子間電圧を測定して、A/D変換する。そして、各セルモジュール201の端子間電圧データをLIB情報処理部206に出力する。セル電圧測定部205は例えばリニアテクノロジー株式会社のLTC6801等が利用可能である。
セル保護IC204から出力されるFETスイッチ203のゲート制御信号は、バッファ207を通じてORゲート208に入力される。バッファ207は、セルモジュール201毎に異なる電位差を吸収するために設けられている。このゲート制御信号は、セル保護IC204の内部に存在する、図示しない過充電検出用コンパレータの判定結果に基づく制御信号である。LIB103の充電状態が推移して、FETスイッチ203がオフ状態になると、LIB103が満充電になったことを意味する。このとき、LIB情報処理部206に入力されるORゲート208の出力信号は、実質的に満充電の検出と等しくなる。すなわち、ORゲート208からの出力信号は、蓄電池が満充電状態になったか否かを示す満充電フラグ情報ともいえる。
直列接続される複数のセルモジュール201の最下部の負極側端子には、シャント抵抗R210を通じて充電器105及び負荷106と接続される負極側端子211が接続される。
電流検出器として動作するシャント抵抗R210の両端にはオペアンプ212の非反転入力端子と反転入力端子がそれぞれ接続され、オペアンプ212は電流検出信号をLIB情報処理部206へ出力する。
LIB103には、正極側端子209と負極側端子211の他に、充電器105との接続を検出するか、または充電器105が動作しているか否かを検出するための充電器接続検出端子215が設けられており、LIB情報処理部206に接続される。すなわち、充電器接続検出端子215からLIB情報処理部206に入力される信号は、LIB103が充電状態であるか又は放電状態であるかを示す(蓄電池に充電器が接続されたか否かを示す)、充放電フラグ情報でもある。
LIB情報処理部206は、LIB103の寿命予測の計算に必要な情報を、近距離無線通信部216を通じて充放電制御装置107に送信する。
図3は、LIB情報処理部206のハードウェア構成を示すブロック図である。
LIB情報処理部206は、バス301に接続された、周知のCPU302、ROM303、RAM304、フラッシュメモリ等の不揮発性ストレージ305を備える。
バス301には更に、現在日時情報を出力するリアルタイムクロック(以下「RTC」と略す)306と、A/D変換器307と、シリアル・インターフェース(以下「シリアルI/F」と略す)308と、近距離無線通信部309が接続されている。
シリアルI/F308には、セル電圧データを出力するセル電圧測定部205、充放電状態を示す信号を出力する充電器接続検出端子215、満充電を示す信号を出力するORゲート208の出力端子が接続される。なお、図2ではORゲート208をハードウェアとして記述しているが、LIB情報処理部206のソフトウェア機能として実装してもよい。すなわち、バッファ207を介したセルモジュール201毎のFETスイッチ203のゲート信号を全てLIB情報処理部206のシリアルI/F308に入力させる。LIB情報処理部206は全てのセルモジュール201のゲート信号をチェックして、一つでもオフ状態になった線があれば、LIB103が満充電状態であると判断する。
図4は、LIB情報処理部206のソフトウェア機能を示すブロック図である。
A/D変換器307からセル温度データ、雰囲気温度データ及び電流データが出力され、シリアルI/F308を通じてセル電圧データ、充放電フラグ及び満充電フラグが得られる。これらのデータは、RTC306が出力する現在日時情報と共に、不揮発性ストレージ305に記憶される。そして、LIB103を一意に識別するためのLIBID401と共に、入出力制御部402を通じて不揮発性ストレージ305に設けられるログテーブル403に記録される。ログテーブル403は近距離無線通信部309を通じてLIB情報サーバ112へ送信される。保存時間算出部404はログテーブル403を読み込み、充放電回数に対する保存時間を算出して、保存時間テーブル405に記録する。
図5は、充放電制御装置107のハードウェア構成を示すブロック図である。
充放電制御装置107は、バス501に接続された、周知のCPU502、ROM503、RAM504、そしてLIB103と近距離無線通信を行うための近距離無線通信部505を備える。
バス501には更に、警告報知部510とシリアルI/F511が接続されている。警告報知部510は、表示部506、及び/又はLED等の発光素子507、及び/又はD/A変換器508とスピーカ509等から構成される。シリアルI/F511の先には充電器105又は図示しない充放電制御スイッチが接続されており、充放電制御装置107は、LIB103が交換寿命に至ったと判断した場合にシリアルI/F511から充電停止制御信号を出力して、充電の禁止を強制的に行う。
図6は、充放電制御装置107のソフトウェア機能を示すブロック図である。
入出力制御部601は近距離無線通信部505を通じて、LIB情報処理部206にROM503に記憶されている機器ID602を送信する。
また、入出力制御部601はLIB情報処理部206から近距離無線通信部505を通じて受信した、累積故障確率テーブル406と個別情報407、そして保存時間テーブル405と、ログテーブル403に記憶されている最新のセル温度データ及び雰囲気温度データよりなる温度データ603を、それぞれRAM504内に保存する。
そして入出力制御部601は、LIB103の交換時期の目安となる残り充放電回数と残り保存時間の何れかが個別情報407に含まれる警告用閾値を下回った際に、警告報知部510を駆動する。
また、入出力制御部601は、LIB103の交換時期の目安となる残り充放電回数と残り保存時間の何れかが個別情報407に含まれる使用禁止用閾値を下回った際に、充電停止制御信号を出力して、LIB103に対する充電を禁止する。
図7は、携帯型無線端末109のハードウェア構成を示すブロック図である。
携帯型無線端末109は、バス701に接続された、周知のCPU702、ROM703、RAM704、LCD等よりなる表示部705、及び表示部705の上に設けられて静電式位置検出装置よりなる操作部706を備える。携帯型無線端末109は更に、アクセスポイント110を通じてインターネット111に接続するための無線通信部707、LIB103等と近距離無線通信を行うための近距離無線通信部708、及びフラッシュメモリ等の不揮発性ストレージ709を備える。表示部705と操作部706は周知のタッチパネルディスプレイ710を構成する。
図8は、LIB情報サーバ112のハードウェア構成を示すブロック図である。
LIB情報サーバ112は、バス801に接続された、周知のCPU802、ROM803、RAM804、ハードディスク装置やフラッシュメモリ等の不揮発性ストレージ805、インターネット111に接続するためのNIC806を備える、蓄電池情報サーバである。
図9は、LIB情報サーバ112のソフトウェア機能を示すブロック図である。
webサーバプログラム901は、クライアントである携帯型無線端末109から送信される要求を受信して、その要求に応じてHTML(Hyper Text Markup Language)文書や任意のファイル等を携帯型無線端末109に返信する。また、webサーバプログラム901は、要求内容に該当するcgi(Common Gateway Interface)あるいはアプレット等のプログラムを起動して、その実行結果を携帯型無線端末109に送信する。
図10は、LIB情報サーバ112とLIB情報処理部206が有するテーブルのフィールド構成を示す図である。図10中、LIB使用ログテーブル903、LIB諸元テーブル904、用途マスタ906、累積故障確率テーブル406は、LIB情報サーバ112に存在する。ログテーブル403と保存時間テーブル405は、LIB情報処理部206に存在する。
LIBIDフィールドには、LIB103を一意に識別するためのLIBIDが格納される。
機器IDフィールドには、充放電制御装置107に付され、LIB使用設備102の種類を示す情報である機器ID602が格納される。
日時フィールドには、これ以降のセル電圧等のフィールドの情報を取得した日時情報が格納される。
セル電圧フィールドには、LIB103内部の各バッテリセル202の電圧データが格納される。
雰囲気温度フィールドには、LIB103の雰囲気温度データが格納される。
セル温度フィールドには、LIB103内部の各バッテリセル202のセル温度データが格納される。
充放電フラグフィールドには、LIB103が充電状態であるか又は放電状態であるかを示す充放電フラグが格納される。
満充電フラグフィールドには、LIB103が満充電状態であるか否かを示す満充電フラグが格納される。
LIBIDフィールドと機器IDフィールドは、LIB使用ログテーブル903の同名フィールドと同じである。
使用状態フラグフィールドには、LIBIDフィールドに記録されているLIBIDのLIB103が、現在使用中であるか、又は使用を終了したかを示す使用状態フラグが格納される。
故障の有無フラグフィールドには、LIBIDフィールドに記録されているLIBIDのLIB103が、故障したか否かを示す故障の有無フラグが格納される。
使用終了又は故障日時フィールドには、LIBIDフィールドに記録されているLIBIDのLIB103が、使用を終了したか、又は故障した場合における日時情報が格納される。
LIB諸元テーブル904の使用状態フラグフィールドが使用終了を示し、かつ故障の有無フラグフィールドが故障なしを示す場合、このレコードに係るLIB103は故障せずに使用終了した個体である。このレコードの使用終了又は故障日時フィールドには、使用終了日時が格納される。
LIB諸元テーブル904の使用状態フラグフィールドが使用終了を示し、かつ故障の有無フラグフィールドが故障ありを示す場合、このレコードに係るLIB103は故障により使用終了した個体である。このレコードの使用終了又は故障日時フィールドには、故障日時が格納される。
機器IDフィールドは、LIB使用ログテーブル903の同名フィールドと同じである。
用途フィールドには、このレコードに係る機器ID602の機器における用途が記述される。例えば、電気自動車、航空機、家屋等の、LIB使用設備102に関する情報である。
損失コスト関数フィールドには、このレコードに係る機器ID602の機器において、LIB103を運用するにあたって必要なコスト、すなわち発火事故等を引き起こした際に発生するであろうと想定される損害を含む損失コストの計算式が格納される。最も単純な計算式は、一期間あたりの運用額と損害額の加算である。
交換コスト関数フィールドには、このレコードに係る機器ID602の機器において、LIB103を交換した際に発生するであろうと想定されるコストの計算式が格納される。一番単純な計算式は、LIB103の販売額と、輸送代金と、交換手数料等の加算である。
使用禁止用閾値フィールドには、このレコードに係る機器ID602の機器において、LIB103の交換時期の目安となる残り充放電回数と残り保存時間の何れかが所定の値を下回った際に充電停止制御信号を出力して、LIB103に対する充電を禁止するための閾値が格納される。
充放電回数フィールドには、LIB103の充放電回数が格納される。すなわち、1から始まる自然数が格納される。
保存時間範囲フィールドには、LIB103の保存時間の範囲が格納される。
累積故障確率フィールドには、LIB103の充放電回数と保存時間における累積故障確率が格納される。
充放電回数フィールドは、累積故障確率テーブル406の同名フィールドと同じである。
保存時間テーブル405は、充放電回数フィールドの値における保存時間が格納される。なお、保存時間はLIB103の使用開始から現在に至る迄の累積時間である。
図11は、LIB情報処理部206、携帯型無線端末109、及びLIB情報サーバ112との通信の流れを示すタイムチャートである。
始めにLIB情報処理部206は、自身をBLEのペリフェラルモードに設定して(S1101)、携帯型無線端末109、すなわちBLEのセントラルから応答が来るまで、アドバタイジングパケットを一定時間間隔で送信し続ける(S1102及びS1103)。
携帯型無線端末109は、LIB情報処理部206から送信されたアドバタイジングパケット(S1104)を受信すると(S1105)、コネクション確立開始要求をLIB情報処理部206へ送信する(S1106)。
携帯型無線端末109との通信を確立したら、LIB情報処理部206は次にログテーブル403を携帯型無線端末109へ送信する(S1109)。携帯型無線端末109はプロキシ機能によって、LIB情報処理部206から受信したログテーブル403をLIB情報サーバ112へ転送する(S1110)。
充放電制御装置107は、常時BLEのペリフェラルモードであるので、アドバタイジングパケットを一定時間間隔で送信し続ける(S1201、S1202)。
図11のステップS1119にて、携帯型無線端末109を介したLIB情報サーバ112との通信を終えたLIB情報処理部206は、自身をBLEのペリフェラルモードからセントラルモードへ転換する(S1203)。
そしてLIB情報処理部206は、ペリフェラルモードからセントラルモードへ転換してすぐに、自身の身近に存在する充放電制御装置107から送信されるアドバタイジングパケットを受信すると(S1205、S1206)、コネクションを確立する(S1207、S1208、S1209)。ステップS1205からS1209迄のコネクション確立の手順は図11のステップS1104からS1108と同じであるので、詳細な説明は省略する。
次に、機器ID602を受信したLIB情報処理部206は、充放電制御装置107に対して個別情報407を送信する(S1213)。
充放電制御装置107は、LIB情報処理部206から個別情報407を受信すると(S1214)、LIB交換時期算出部604を起動して、最適交換時期を計算する(S1215)。そして、計算した最適交換時期を表示部705に表示する(S1216)。
また、最適交換時期が使用禁止用閾値を下回った場合は、安全確保のため、充電停止制御信号を出力して、LIB103に対する充電禁止処理を行う(S1217)。
本実施形態に係る蓄電池管理システム101は、同一仕様のLIB103から使用状態に関するログを収集して、LIB103の寿命分布推定し、それに基づいて個々のLIB103の寿命を予測する。使用に伴う劣化によって決まるLIB103の寿命に関わるストレスには様々なものが考えられるが、一般的に、最も直接的に劣化に関わると考えられる要素は、充放電回数と保存時間である。
先にも簡単に説明したが、保存時間とは、LIB103が完全充電状態になってから能動的に使われない状態、又は消費電流が微小な状態が継続した際の時間を指す。LIB103はこの保存時間の累計が長くなるほど容量が低下し、要求される容量を満足出来なくなる。この現象を保存劣化と呼ぶ。
以上の、LIB103のサイクル劣化と保存劣化については、例えば次の論文に詳しい。<https://www.nttdocomo.co.jp/binary/pdf/corporate/technology/rd/technical_journal/bn/vol13_4/vol13_4_062jp.pdf>
図13は、LIB103の充放電回数および保存時間に対する累積故障確率の三次元グラフである。この曲面を表す関数が累積故障確率の母関数となる。この関数の母数の推定値をLIB情報サーバ112に集積された情報から推定することにより、寿命予測や意思決定を行う。
図14中、S1401は充放電フラグを示すタイムチャートであり、S1402はセルの状態を示すタイムチャートである。
充電器105がLIB103から切断された後、LIB103から負荷106に所定の電流が流れる迄の間は、保存時間となる(T4からT5)。
<a>昼間、電気自動車が運転されている時、LIB103は負荷106に接続されているが、充電器105には接続されていない。
<b>夜間、電気自動車は充電器105に接続される。
<c>しかし、夜間のある時点でLIB103は満充電に至る。この時、LIB103に充電器105は接続されたままの状態である。
セル保護IC204は、内部のコンパレータがセル端子間電圧と閾値を比較して、過充電状態に至ったと判断したら、FETスイッチ203をオフ制御する。
<d>再び昼間になり、電気自動車は充電器との接続が遮断される。そして<a>から再度使用のループを循環する。
充電器105がLIB103に接続されているか否かを示す充放電フラグだけでは、保存時間を正確に把握することができない。
この、<c>の状態を把握するには、FETスイッチ203のゲートをモニタして、オフ状態になったら満充電になったと判断する機能が必要である。これが、図2のORゲート208であり、図10のLIB使用ログテーブル903における満充電フラグフィールドである。
図14の場合、時点T3からT4の間が、満充電フラグとして検出すべき期間である。そして、時点T3からT5迄の間が、保存時間として検出すべき期間である。
LIB情報サーバ112が累積故障確率曲面を推定することができれば、個々のLIB103における累積故障確率曲線を推定し、更にそこから最適交換時期を求めることが可能になる。
図15は、LIB103の充放電回数と保存時間の推移の一例を示すグラフである。
あるLIB103が常時同じLIB使用設備102に装着されて、一定の使用状態である場合、充放電回数と保存時間の関係は概ね理想的な原点を通る一次関数となることが期待できる。つまり、充放電回数の増加に対して保存時間の増加が概ね一定となる、いわゆる比例関係にあると考えることができる。
図16は、LIB103の充放電回数及び保存時間の推移に対する、累積故障確率のグラフである。すなわち、図13の累積故障確率曲面を、図15の直線で上から切って、横から見た状態の図である。
例えば、あるLIB使用設備102でLIB103が発火事故を起こしたとして、その際に生じる損失コストが100万円であったとする。すると、LIB103を使用し続けて、ある時点で累積故障確率が0.5になったら、その時点における期待損失コストは、100万円×0.5=50万円となる。なお、ここでは使用し続ける際に生じる運用コストは無視しうるものとしたが、これを考慮する必要がある際には、上記の機体損失コストに使用期間にわたる運用コストを加算すれば良い。
一方、LIB103を交換した際に生じるコストを交換コストとし、これが10万円であったとする。すると、期待損失コストが10万円になった時点で交換することが、LIB103の最適交換時期となる。
図19は、LIB103の充放電回数及び保存時間の推移に対する、累積故障確率のグラフである。すなわち、図13の累積故障確率曲面を、図18の直線で上から切って、横から見た状態の図である。図16のグラフと比べると、曲線の傾きが急峻になっていることが判る。
図20は、LIB103の期待損失コスト又は交換コストに関するグラフである。図20のグラフは、図19の累積故障確率曲線に損失コストを乗じた期待損失コストを示す曲線と、LIB103を交換した際に生じる交換コストを示す直線よりなるグラフである。図17と比べて、最適交換時期の充放電回数は少なくなっていることが判る。
図10の用途マスタ906の保存時間勾配関数フィールドには、このようなLIB103の用途における充放電回数に対する保存時間の推移の平均値を近似する近似関数が格納される。
LIB使用ログテーブル903からの累積故障確率曲面の推定や、故障判定条件を決定することを目的として、容量劣化量とストレスとの関係を、アイリングモデルを用いて説明する。
繰り返し充放電試験によって直接観測される容量劣化量ΔC[%]のストレス依存性は、充放電回数による劣化と、保存時間による劣化が独立事象であるとするならば、以下のような式で示される。
tは(累積)保存時間、n1,n2はべき係数、Eaは活性化エネルギー[eV]、
kはボルツマン定数[8.62×10-5;eV/K]、Tは絶対温度[K]を示す。
(1)式を両辺対数変換すると、以下の線形式が得られる。
また、電圧や別の要素の影響を考慮する際には、(1)式にそれらを考慮する指数関数項を追加し、重回帰分析の変数選択の検討を行ってそれらの有意性を検討する。
(1)式のアイリングモデルは、故障の平均的な挙動を説明する確定論的なモデルである。これを、比例ハザードモデルを用いて寿命分布へ拡張する。
比例ハザードモデルは、寿命tに対する故障率関数h(t|x)を変数分離形の乗法で表すもので、一般に以下の(3)式で表される。
本件では、タイムスケールとして充放電回数、保存時間の2つを考慮するため、(3)式を拡張してタイムスケール項としてのベースラインハザードh0(t|x)とそれ以外のストレス項を分離する。
寿命分布を知るには、ベースラインハザードh0(t,f)がわかれば良い。すなわち、(1)式の指数関数項を用いて基準条件(使用温度最大値など)に変換した劣化量ΔCTMAXが故障判定値の劣化量ΔCTHを超えているか否かで故障、未故障を判定する。判定された時点(t,f)を含む領域の故障率は、後述するノンパラメトリックな方法で求めることが可能である。
前述の累積故障確率の推定法は、比較的少量のLIB使用ログテーブル903を用いた統計的推定に依るものである。しかし、LIB使用ログテーブル903に記憶されるLIB103の個数が膨大になると、統計的推定を用いずに、直接的に累積故障確率曲面を求めることができる。なお、これ以降の説明中、カウンタ変数iとjは、1から始まる自然数である。
<1>先ず、LIB使用ログテーブル903に記憶されている全てのLIB103について、充放電回数を計数する。充放電回数の「1回」は、「充電してから放電」を1回分とする。
LIB使用ログテーブル903から、以下のフィールドよりなる中間テーブルを作成する。
生死フラグが「使用終了又は故障」を示している場合、充放電回数は、使用終了又は故障時点の充放電回数を意味し、累積保存時間は、使用終了又は故障時点のトータルの保存時間を意味する。
生死状況テーブルの、充放電回数i回目、保存時間範囲j番目の死亡数を、充放電回数i回目以降、保存時間範囲j番目以降の全ての生存数及び死亡数で割ったものが、充放電回数i回目、保存時間範囲j番目の故障率の推定値である。
iとjを1から順にインクリメントして、生死状況テーブルの全要素の故障率を推定する。
こうして算出した故障率の推定値を、故障率テーブルに格納する。
故障率テーブルの、充放電回数i回目、保存時間範囲j番目の故障率と、充放電回数i回目以前、保存時間範囲j番目以前の全ての故障率を合算したものが、充放電回数i回目、保存時間範囲j番目の累積ハザード値である。
iとjを1から順にインクリメントして、故障率テーブルの全要素の累積ハザード値を推定する。
こうして算出した累積ハザード値の推定値を、累積ハザード値テーブルに格納する。
図21において、今、ターゲットとする区画P2102の故障率(ハザードレート)は、区画P2102で観測されたLIB103の故障数を、区画P2101以降に対応する全ての区画に属するLIB103の全数(故障又は使用停止したLIBの数+稼働中のLIBの数)で割った数になる。
次に、区画P2102の累積ハザード値は、区画範囲P2103に対応する全ての区画の故障率を合計した値になる。
こうして求められた累積ハザード値から、累積故障確率F=1-exp(-H)を区画毎に算出することで、累積故障確率テーブル406が完成する。
(1)ビッグデータから累積故障確率を求める手順において、LIB103の動作環境における温度を考慮していなかったが、保存時間を標準温度における保存時間に変換することで、より精緻な故障予測を実現することができる。
寿命τ(h)と温度T(K)の関係は、下記のアレニウスモデルによく従う。
このモデルを用いて、異なる二つの温度(T1,T2)の下での寿命(τ1,τ2)の変換係数(加速係数α)は、以下のように求める。
そして、充放電制御装置107において、累積故障確率曲面から標準温度のもとでの余寿命予測を行った後、想定される使われ方における温度に対して上式を用いた逆変換を行えば、より精緻な余寿命予測を実現できる。
本実施形態に係る蓄電池管理システム101は、LIB103に一意なLIBID401を付与して、LIB103の稼働状態をログテーブル403に記録し、LIB情報サーバ112にてLIB使用ログテーブル903に集約する。そして、膨大なLIB使用ログテーブル903を基に累積故障確率を算出して、累積故障確率テーブル406を作成する。充放電制御装置107は、LIB情報サーバ112からLIB103を経由して受信した累積故障確率テーブル406、保存時間勾配関数、損失コスト関数、交換コスト関数、警告用閾値、及び使用禁止用閾値を基に、LIB103の最適交換時期を算出する。そして、必要に応じて使用者にLIB103の交換時期が近いことを警告し、また必要に応じてLIB103に対する充電を禁止する。
このように、ビッグデータに基づきLIB103のリスク判定モデルを形成し、LIB103の寿命予測を正確なものとすることで、資源の有効利用を促進することができる。
例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的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、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなど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、実行するための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)等の揮発性あるいは不揮発性のストレージ、または、ICカード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Claims (9)
- 一意な蓄電池IDを有し、充放電回数と、前記充放電回数のうち1回分の単位保存時間に相当する情報を記憶する蓄電池と、
前記蓄電池から前記蓄電池IDと前記充放電回数と前記単位保存時間に相当する情報を受信して蓄電池使用ログテーブルに記憶し、前記蓄電池使用ログテーブルから累積故障確率を算出する蓄電池情報サーバと、
前記蓄電池に接続され、前記蓄電池情報サーバから、前記累積故障確率と、前記蓄電池の最適交換時期を算出するための個別情報を受信し、前記累積故障確率から前記蓄電池の最適交換時期を算出する充放電制御装置と
よりなる蓄電池管理システム。 - 前記充放電回数のうち1回分の単位保存時間に相当する情報は、
前記蓄電池の電流と、
前記蓄電池に充電器が接続されたか否かを示す充放電フラグ情報と、
前記蓄電池が満充電状態になったか否かを示す満充電フラグ情報と
を有する、請求項1に記載の蓄電池管理システム。 - 前記蓄電池の最適交換時期を算出するための個別情報は、
前記蓄電池の前記充放電回数に対する前記保存時間の勾配を示す保存時間勾配情報と、
前記蓄電池が故障した際のコストを示す損失コストと、
前記蓄電池を交換する際のコストを示す交換コストと
を有する、請求項2に記載の蓄電池管理システム。 - 前記蓄電池情報サーバは、前記充放電回数と前記保存時間の範囲で構成されるメッシュ毎に、稼働中の蓄電池の総計と使用終了又は故障した蓄電池の総計を算出した後、前記メッシュ毎に故障率を算出し、次に前記メッシュ毎に累積ハザード値を算出した後、前記メッシュ毎に累積故障確率を算出する、
請求項3に記載の蓄電池管理システム。 - 前記蓄電池情報サーバは、前記蓄電池の充放電電流から容量の減少を観測し、尤度関数を最大化する最尤推定値を累積故障確率関数に代入することで、累積故障確率を算出する、
請求項3に記載の蓄電池管理システム。 - 蓄電池を一意に識別するための蓄電池IDを格納する蓄電池IDフィールドと、前記蓄電池の電流を格納する電流フィールドと、前記蓄電池に充電器が接続されたか否かを示す充放電フラグフィールドと、前記蓄電池が満充電状態になったか否かを示す満充電フラグフィールドとを有する蓄電池使用ログテーブルと、
前記蓄電池使用ログテーブルから累積故障確率を算出する累積故障確率演算部と、
前記蓄電池に接続され、前記蓄電池の最適交換時期を算出するための個別情報と前記累積故障確率から前記蓄電池の最適交換時期を算出する充放電制御装置に、前記累積故障確率と、前記個別情報を送信する個別情報返信部と
を具備する蓄電池情報サーバ。 - 蓄電池情報サーバから、蓄電池の最適交換時期を算出するための個別情報と、蓄電池の累積故障確率を受信して、最適交換時期を算出する蓄電池交換時期算出部と、
前記蓄電池交換時期算出部が算出した前記最適交換時期を使用者へ報知する警告報知部と、
前記蓄電池交換時期算出部が算出した前記最適交換時期が所定の閾値を超えた場合に、蓄電池に対する充電を停止するための充電停止制御信号を出力する入出力制御部と
を具備する、充放電制御装置。 - 前記入出力制御部は、前記蓄電池情報サーバから最新の前記個別情報と前記累積故障確率を受信できない時は、前記蓄電池から前記個別情報と前記累積故障確率を受信して、前記蓄電池交換時期算出部に前記最適交換時期を算出させる、
請求項7に記載の充放電制御装置。 - 蓄電池を構成するバッテリセルと、
前記バッテリセルに接続されるスイッチと、
前記バッテリセルと前記スイッチに接続され、過充電状態を検出して充電を停止するべく前記スイッチを制御するセル保護ICと、
前記バッテリセルに流れる電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器の信号と、充電器の接続状態または充電のオン・オフ状態と、満充電を示す情報として前記セル保護ICの前記スイッチに対する制御信号とを日時情報と共に記憶して、蓄電池情報サーバへ送信する、蓄電池情報処理部と
を具備する蓄電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015150389A JP6555714B2 (ja) | 2015-07-30 | 2015-07-30 | 蓄電池管理システム、蓄電池情報サーバ及び充放電制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015150389A JP6555714B2 (ja) | 2015-07-30 | 2015-07-30 | 蓄電池管理システム、蓄電池情報サーバ及び充放電制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017034781A true JP2017034781A (ja) | 2017-02-09 |
JP6555714B2 JP6555714B2 (ja) | 2019-08-07 |
Family
ID=57986444
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015150389A Active JP6555714B2 (ja) | 2015-07-30 | 2015-07-30 | 蓄電池管理システム、蓄電池情報サーバ及び充放電制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6555714B2 (ja) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107093761A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-08-25 | 宁波利维能储能***有限公司 | 电池模块生产***及生产流程工艺 |
JP2019021438A (ja) * | 2017-07-13 | 2019-02-07 | 株式会社クボタ | バッテリパック監視システム |
CN110286333A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-27 | 哈尔滨理工大学 | 一种锂动力电池***故障诊断方法 |
CN111277008A (zh) * | 2018-11-16 | 2020-06-12 | 中冶宝钢技术服务有限公司 | 蓄电池在线监控方法及其装置、设备、***和存储介质 |
WO2021192690A1 (ja) * | 2020-03-27 | 2021-09-30 | 本田技研工業株式会社 | 情報収集配信システム、情報収集装置、サーバ、及び情報収集配信方法 |
CN113517737A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-19 | 北京骑胜科技有限公司 | 蓄电池的充电方法、装置、充电柜及程序产品 |
CN113581102A (zh) * | 2020-04-30 | 2021-11-02 | 比亚迪股份有限公司 | 控制车辆蓄电池充电的方法、域控制器以及车辆 |
CN113757637A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-12-07 | 华能(浙江)能源开发有限公司玉环分公司 | 一种锅炉过热器壁温预警方法 |
WO2023022225A1 (ja) * | 2021-08-19 | 2023-02-23 | エリーパワー株式会社 | 二次電池の容量保持率推定方法及び二次電池の容量保持率推定プログラム並びに二次電池の容量保持率推定装置 |
WO2023022224A1 (ja) * | 2021-08-19 | 2023-02-23 | エリーパワー株式会社 | 二次電池の容量保持率推定方法及び二次電池の容量保持率推定プログラム並びに二次電池の容量保持率推定装置 |
WO2023139684A1 (ja) * | 2022-01-19 | 2023-07-27 | 株式会社日立ハイテク | 電池残価マネジメントシステム、および電池残価マネジメント方法 |
WO2024147218A1 (ja) * | 2023-01-06 | 2024-07-11 | 株式会社日立製作所 | システムおよび稼働履歴管理方法 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7276114B2 (ja) | 2019-12-19 | 2023-05-18 | トヨタ自動車株式会社 | 車両 |
CN112542618B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-03-18 | 惠州市恒泰科技股份有限公司 | 电芯化成上下料控制方法及装置 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003256084A (ja) * | 2002-03-06 | 2003-09-10 | Fujitsu Ltd | バッテリ監視システム |
JP2008275323A (ja) * | 2007-04-25 | 2008-11-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電池パック、及び電池駆動機器 |
US20100241377A1 (en) * | 2007-11-28 | 2010-09-23 | Olympus Medical Systems Corp. | Battery management system and charger |
JP2012150086A (ja) * | 2011-01-21 | 2012-08-09 | Nec Corp | 組電池システムの設計方法及びその装置 |
WO2013140781A1 (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-26 | パナソニック株式会社 | 蓄電池監視方法、蓄電池監視システム、および、蓄電池システム |
JP2015059933A (ja) * | 2013-09-20 | 2015-03-30 | 株式会社東芝 | 二次電池の異常診断装置及び異常診断方法 |
-
2015
- 2015-07-30 JP JP2015150389A patent/JP6555714B2/ja active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003256084A (ja) * | 2002-03-06 | 2003-09-10 | Fujitsu Ltd | バッテリ監視システム |
JP2008275323A (ja) * | 2007-04-25 | 2008-11-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電池パック、及び電池駆動機器 |
US20100241377A1 (en) * | 2007-11-28 | 2010-09-23 | Olympus Medical Systems Corp. | Battery management system and charger |
JP2012150086A (ja) * | 2011-01-21 | 2012-08-09 | Nec Corp | 組電池システムの設計方法及びその装置 |
WO2013140781A1 (ja) * | 2012-03-19 | 2013-09-26 | パナソニック株式会社 | 蓄電池監視方法、蓄電池監視システム、および、蓄電池システム |
JP2015059933A (ja) * | 2013-09-20 | 2015-03-30 | 株式会社東芝 | 二次電池の異常診断装置及び異常診断方法 |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107093761A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-08-25 | 宁波利维能储能***有限公司 | 电池模块生产***及生产流程工艺 |
CN107093761B (zh) * | 2017-03-31 | 2019-04-16 | 宁波利维能储能***有限公司 | 电池模块生产流程工艺 |
JP2019021438A (ja) * | 2017-07-13 | 2019-02-07 | 株式会社クボタ | バッテリパック監視システム |
CN111277008A (zh) * | 2018-11-16 | 2020-06-12 | 中冶宝钢技术服务有限公司 | 蓄电池在线监控方法及其装置、设备、***和存储介质 |
CN110286333A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-27 | 哈尔滨理工大学 | 一种锂动力电池***故障诊断方法 |
CN110286333B (zh) * | 2019-06-18 | 2021-09-24 | 哈尔滨理工大学 | 一种锂动力电池***故障诊断方法 |
WO2021192690A1 (ja) * | 2020-03-27 | 2021-09-30 | 本田技研工業株式会社 | 情報収集配信システム、情報収集装置、サーバ、及び情報収集配信方法 |
CN113581102A (zh) * | 2020-04-30 | 2021-11-02 | 比亚迪股份有限公司 | 控制车辆蓄电池充电的方法、域控制器以及车辆 |
CN113517737A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-19 | 北京骑胜科技有限公司 | 蓄电池的充电方法、装置、充电柜及程序产品 |
CN113757637A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-12-07 | 华能(浙江)能源开发有限公司玉环分公司 | 一种锅炉过热器壁温预警方法 |
WO2023022225A1 (ja) * | 2021-08-19 | 2023-02-23 | エリーパワー株式会社 | 二次電池の容量保持率推定方法及び二次電池の容量保持率推定プログラム並びに二次電池の容量保持率推定装置 |
WO2023022224A1 (ja) * | 2021-08-19 | 2023-02-23 | エリーパワー株式会社 | 二次電池の容量保持率推定方法及び二次電池の容量保持率推定プログラム並びに二次電池の容量保持率推定装置 |
WO2023139684A1 (ja) * | 2022-01-19 | 2023-07-27 | 株式会社日立ハイテク | 電池残価マネジメントシステム、および電池残価マネジメント方法 |
WO2024147218A1 (ja) * | 2023-01-06 | 2024-07-11 | 株式会社日立製作所 | システムおよび稼働履歴管理方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6555714B2 (ja) | 2019-08-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6555714B2 (ja) | 蓄電池管理システム、蓄電池情報サーバ及び充放電制御装置 | |
US11813962B2 (en) | Supplying power to an electric vehicle | |
JP6360935B1 (ja) | 情報処理装置、プログラム及び情報処理方法 | |
CN106463789B (zh) | 电池状况确定 | |
US10203375B2 (en) | Method for ascertaining storage battery state, state-ascertaining system, and computer program | |
CN101149422B (zh) | 电池寿命预测***及方法、通讯终端装置、电池寿命预测装置 | |
EP2096734A1 (en) | Power supply system, power supply control method of power supply system, power supply control program of power supply system, and computer readable recording medium having power supply control program of power supply system recorded thereon | |
JP2020013379A (ja) | 車両運行システム | |
KR101121095B1 (ko) | 원격 배터리 관리 시스템, 서버 및 그 방법 | |
Hu | Battery management system for electric vehicle applications | |
WO2014196270A1 (ja) | 電池及び充電装置の管理システム、方法並びに充電装置 | |
CN102263303A (zh) | 模块化锂动力电池及其管理***和管理方法 | |
KR101547004B1 (ko) | 배터리 잔존 수명 추정 장치 및 방법 | |
CN114954124A (zh) | 用于电动空中运载工具的电池管理***和空中运载工具 | |
JP2012074328A (ja) | 発熱分布を検出する二次電池システム | |
JP2021515194A (ja) | 電流センサ診断装置及び方法 | |
CN104242416A (zh) | 一种电动自行车蓄电池充电管理*** | |
KR20200087494A (ko) | 배터리 관리 방법 및 장치 | |
US20220283242A1 (en) | Method and device for managing battery data | |
JP7389258B2 (ja) | 電池管理装置、電池管理方法、電力貯蔵システム | |
TW201308823A (zh) | 電池電源管理系統與方法 | |
KR20170059337A (ko) | 데이터 송신 장치 및 방법과, 데이터 수신 장치 및 방법 | |
CN102636754A (zh) | 电池电量残量预估方法及其*** | |
CN104348206A (zh) | 一种分布式电池管理装置及双余度供电*** | |
JP7233215B2 (ja) | 蓄電システム、異常予兆診断システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180611 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190322 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190402 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190422 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190625 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190703 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6555714 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |