JPWO2016135913A1 - 蓄電池、蓄電池監視方法および監視コントローラ - Google Patents

蓄電池、蓄電池監視方法および監視コントローラ Download PDF

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Abstract

【課題】蓄電池を、通信量を抑制しつつ、監視できるようにする。【解決手段】本発明の一態様としての蓄電池は、複数のセルと、前記セルの状態量の測定値を取得する取得部と、前記測定値に基づき、前記セルを評価する第１パラメータを算出する第１パラメータ演算部と、前記第１パラメータを、通信ネットワークを介して監視コントローラに送信する通信部とを備える。

Description

本発明の実施形態は、蓄電池、蓄電池監視方法、および監視コントローラに関する。
定置用大型蓄電システム（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）は、電力系統または工場やビル等のローカル系統における電力の安定化や、周波数変動の抑制など、電力品質を向上に用いられることができる。また、需要家のピーク使用時に電力を放電したり、余剰電力を充電したりする充放電機能を備えている。このような蓄電システムは、今後の市場の拡大が期待されている。
定置用大型蓄電システムは、計測データを解析する解析システムと通信ネットワークで接続されることも多い。当該蓄電システムは、高性能を実現させるために、膨大な数の単位電池（セル）を使用する。解析システムで、セルの状態を把握するためには、セルの計測に係るデータ量が必要となるが、セルの数が膨大であると、通信に必要なセルの状態の計測データ量も膨大となり、大容量の通信回線が必要となる。よって、このようなデータ量および通信回線の問題から、リアルタイムにセルの状態を把握することは困難であった。このため、当該セルが含まれる電池モジュールや、電池盤を定期的に置き換えることで機能保全を行うのが一般的であるが、今後は、環境意識の高まりを鑑みて、使用可能な電池モジュールや電池盤は、できるだけ交換することなく使用し続けることが望まれる。
特許４７６６３２７号 特開２００７−２４９７５９号公報
本発明の実施形態は、蓄電システムの状態を、通信量を抑制しつつ、監視できるようにすることを目的とする。
本発明の一態様としての蓄電池は、複数のセルと、前記セルの状態量の測定値を取得する取得部と、前記測定値に基づき、前記セルを評価する第１パラメータを算出する第１パラメータ演算部と、前記第１パラメータを、通信ネットワークを介して監視コントローラに送信する通信部とを備える。
本発明の一実施形態に係る蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図。 電池モジュールの構成の一例を示す図。 電池盤の構成の一例を示す図。 ＣＭＵとＢＭＵの構成と接続の一例を示すブロック図。 ＱＶ曲線及びｄＱｄＶ曲線の一例を示す図。 ｄＱｄＶ曲線と特徴量との関係の一例を示した図。 ｄＱｄＶ曲線から算出された特徴量と劣化状態との関係の一例を示す図。 本発明の一実施形態に係る蓄電システムの概略処理のフローチャートの一例を示す図。 ＣＭＵによる保全パラメータ算出処理の一例のフローチャート。 ＢＭＵによる保全パラメータ算出処理の一例のフローチャート。 ローカルコントローラによる保全判定処理の一例のフローチャート。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
（本発明の一実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る蓄電システムは、蓄電池１と記憶装置４とを備えている。蓄電システムは、通信ネットワーク５を介して、監視コントローラ７に接続されている。通信ネットワーク５は、有線ネットワークでも、無線ネットワークでも、有線および無線のハイブリッドネットワークでもよい。監視コントローラ７は、ローカルコントローラ２とシステムコントローラ３を含む。ローカルコントローラ２は、システムコントローラ３に有線または無線で接続されている。ローカルコントローラ２と、システムコントローラ３を統合して１つのコントローラとしてもよい。
蓄電池１は、１以上の電池盤１１を備える。各電池盤１１は、１つ以上の電池モジュール１２と、１つのＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ：電池監視部）１３とを備える。各電池モジュール１２は、複数の単位電池（セル）１４と１つのＣＭＵ（Ｃｅｌｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｕｎｉｔ：セル監視部）１５とを備える。各電池盤１１が備える電池モジュール１２の数は、同数でも異なってもよい。各電池モジュール１２が備えるセル１４の数は、同数でも異なってもよい。また、各電池盤１１および各電池モジュール１２が備えるＢＭＵおよびＣＭＵは１つとしているが、複数あってもよい。
図２は、本発明の一実施形態に係る電池モジュール１２の構成の一例を示す図である。電池モジュール１２は、複数のセル１４が直列および並列に接続された構成を備える。図２で示した構成は一例であり、セル１４の接続構成は直列および並列のどちらか一方でも構わない。
セル１４は、充放電が可能な２次電池である。例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などが挙げられる。ここでは主にリチウムイオン２次電池を想定する。
図３は、本発明の一実施形態に係る電池盤１１の構成の一例を示す図である。複数の電池盤１１が並列に接続されている。電池盤１１において、複数の電池モジュール１２が直列に接続されている（なお、図１では、ＢＭＵに対して複数の電池モジュールが、矢印付きの線で並列に結合されているが、これは情報の流れを表したもので、実際の物理的な接続関係を表したものではない）。図３で示した構成は一例であり、電池モジュール１２の接続態様は、並列でもよいし、直列および並列の接続態様を含んでも構わない。
図４は、ＣＭＵ１５とＢＭＵ１３の構成例を示すブロック図である。図４で示すように、電池モジュール１２内の各セル１４は、当該電池モジュール１２のＣＭＵ１５と接続されている。ＣＭＵ１５は、当該電池モジュール１２が搭載されている電池盤１１のＢＭＵ１３と接続されている。ＢＭＵ１３は、ネットワーク５を介して、監視コントローラ７のローカルコントローラ２と接続されている。
ＣＭＵ１５は、セル状態量取得部１５１、保全パラメータ演算部１５２、ＣＭＵ通信部１５３を備える。保全パラメータ演算部１５２は、ＣＭＵ特徴量演算部１５２１、ＣＭＵ余寿命演算部１５２２、ＣＭＵ余寿命判定部１５２３を備える。
ＢＭＵ１３は、集約保全パラメータ演算部１３１、ＢＭＵ通信部１３２を備える。集約保全パラメータ演算部１３１は、ＢＭＵ特徴量演算部１３１１、ＢＭＵ余寿命演算部１３１２、ＢＭＵ余寿命判定部１３１３を備える。
ＣＭＵ１５は、当該ＣＭＵ１５が存在する電池モジュール１２が備えている各セル１４に関する保全パラメータを算出するデバイス（監視装置）である。保全パラメータは、監視コントローラ７が、監視対象（セル、電池モジュールまたは電池盤など）に保全行為が必要か否かを判断するために用いられるパラメータである。保全行為は、交換、検査、修理、構成変更といった行為が考えられるが、特に限定するものではない。構成変更は、例えば正常でないセルを迂回するようにセルの接続構成を変更することなどがある。
セル状態量取得部１５１は、蓄電システムが稼働中において、各セル１４から、セル１４の状態に関する情報（セル状態量）の測定値を取得する。各セルには、セル状態量の測定部が設けられ、セル状態量取得部１５１は、測定部から測定値を取得する。セル状態量は、セル１４の電圧、電流、電力、蓄電電荷量、電池容量、充電率（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅＯｆ Ｃｈａｒｇｅ）、表面温度等、セル１４の劣化状態を調べるための情報であれば何でもよい。
保全パラメータ演算部１５２は、セル状態量取得部１５１が取得したセル状態量の測定値を基に、セルを評価するパラメータであるセル保全パラメータ（第１パラメータ）を算出する。保全パラメータ演算部１５２は、第１パラメータを算出する第１パラメータ演算部を含む。ここではセル保全パラメータとして、後述する特徴量、余寿命および保全判定結果の３種類のパラメータを算出する。なお、算出するパラメータの種類は１つでも複数でもよい。
保全パラメータ演算部１５２は、セル保全パラメータだけでなく、電池モジュール１２を評価するパラメータである電池モジュール保全パラメータ（第２パラメータ）を算出してもよい。この場合、保全パラメータ演算部１５２は、第２パラメータを算出する第２パラメータ演算部を含む。保全パラメータ演算部１５２は、自己が算出した複数のセルのセル保全パラメータを基に、電池モジュール保全パラメータを算出する。電池モジュール保全パラメータは、保全パラメータ演算部１５２ではなく、後述するＢＭＵ１３の集約保全パラメータ演算部１３１が算出してもよい。
ＣＭＵ特徴量演算部１５２１は、セルの特徴量を算出する。特徴量は、セルの劣化状態および余寿命等を判断するのに用いられる。劣化状態は、一例として、容量劣化率または内部抵抗の値などがあるが、これらに限定されるものではない。ＣＭＵ特徴量演算部１５２１は、セル状態量の測定値としてのセル１４の電圧Ｖと蓄電電荷量Ｑを基に、電池容量セル１４の充放電曲線（ＱＶ曲線）または微分充放電曲線（ｄＱｄＶ曲線）を生成し、生成した曲線から特徴量を算出する。
ＱＶ曲線は、蓄電池の蓄電電荷量Ｑと電圧Ｖとの関係を示すデータ（ＱＶデータ）である。ｄＱｄＶ曲線は、蓄電池の蓄電電荷量Ｑを電圧Ｖで微分したｄＱ／ｄＶと、電圧Ｖとの関係を示す曲線である。つまり、ｄＱｄＶ曲線は、蓄電池の電圧の変化量および蓄電池の蓄電電荷量の変化量間の比率と、蓄電池の電圧との関係を表すｄＱｄＶデータである。ＱＶデータおよびｄＱｄＶデータは曲線で表現される必要はなく、データ点のプロット集合として表現されてもよいし、その他の形態で表現されてもよい。
図５は、ＱＶ曲線及びｄＱｄＶ曲線の一例を示す図である。図５（Ａ）は、蓄電池の劣化状態毎のＱＶ曲線であり、図５（Ｂ）は各ＱＶ曲線から生成されたｄＱｄＶ曲線が示されている。図５に示すように、ＱＶ曲線やｄＱｄＶ曲線の形状は、蓄電池の劣化状態に応じて変化する。このため、ＱＶ曲線やｄＱｄＶ曲線から、蓄電池の劣化状態と相関する特徴量を算出することができる。
特徴量は、ＱＶ曲線またはｄＱｄＶ曲線の形状に関わり、例えば、極小値、極大値、ピーク面積、ピーク間距離、ピークの高さ比などを利用して算出される。図６は、ｄＱｄＶ曲線と特徴量との関係の一例を示した図である。図６（Ａ）に示されたｄＱｄＶ曲線から、図６（Ｂ）に示した特徴量を求めることができる。
ＶＬＭＯは、ｄＱｄＶ曲線の極大値かつ最大値となる時の電圧である。ＱＬＭＯは、ｄＱｄＶ曲線を、ＶＬＭＯから最大電圧までで積分することにより求めることができる合計電荷量である。つまり、図６（Ａ）のＶＬＭＯの点線より右側のｄＱｄＶ曲線と横軸で囲まれる面積である。ＱＮＣＡは、ＶＬＭＯから最低電圧まで積分することにより求められる合計電荷量である。つまり、図６（Ａ）のＶＬＭＯの点線より左側のｄＱｄＶ曲線と横軸で囲まれる面積である。ＶＭＡＸ／５は、グラフにおいて電圧を低い方から高い方へ辿った場合に、ｄＱｄＶ曲線の値が、ｄＱｄＶ曲線の極大値かつ最大値の５分の１まで増加した時の電圧の値である。また、これらの特徴量の減算、除算した値を、特徴量として用いることもできる。
図７は、ｄＱｄＶ曲線から算出された特徴量と劣化状態との関係の一例を示す図である。図７において、横軸は特徴量であるＶＬＭＯ−ＶＭＡＸ／５であり、縦軸は蓄電池の劣化状態を示す容量劣化率（ＳｏＨ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）である。なお、現在の容量＝初期の容量×ＳＯＨである。図７に示すように、特徴量ＶＬＭＯ−ＶＭＡＸ／５と、容量劣化率とは、相関を有することが分かる。
ＣＭＵ特徴量演算部１５２１は、電池モジュール１２の特徴量を算出してもよい。電池モジュール１２の特徴量は、その電池モジュール１２が有する全てのセル１４の特徴量の最大値や最小値、または全体の平均値などを用いることが想定される。電池モジュール１２の特徴量は、全てのセルの特徴量に基づいて算出されることを想定しているが、一部の選ばれたセルの状態量に基づいて算出してもよい。例えば、処理の迅速化、負荷の抑制などのために、前回の計測において非常によい結果であったセル１４は除くとする場合が考えられる。
ＣＭＵ余寿命演算部１５２２は、ＣＭＵ特徴量演算部１５２１が算出した特徴量から余寿命を算出する。余寿命は、監視対象が安全に使用できる限界までの残り期間を意味する。例えば、ＣＭＵ余寿命演算部１５２２は、図７のような特徴量と劣化状態との関係を表す関数またはテーブル等の評価データを基に、セル１４の劣化状態や劣化の進行速度などを評価する。そして、セル１４の劣化状態に応じた評価結果と余寿命との関係に関する評価データを基に、余寿命を算出する。劣化状態等や余寿命を算出する際に用いた評価データは、過去の計測データや事前に行われた劣化試験のデータ等から、予め算出しておけばよい。なお、保全パラメータに余寿命を含めない場合は、ＣＭＵ余寿命演算部１５２２はなくともよい。
なお、ＣＭＵ余寿命演算部１５２２は、電池モジュール１２の余寿命を算出する場合に、セル１４の余寿命を算出する場合の方法とは異なる算出方法をとってもよい。例えば、電池モジュール１２の特徴量を基に算出するのではなく、その電池モジュール１２が備える全てのセル１４の余寿命の最小値や全体の平均値などを電池モジュール１２の余寿命として算出してもよい。
ＣＭＵ余寿命判定部１５２３は、ＣＭＵ余寿命演算部１５２２が算出した余寿命を基に、セルの評価を行う。評価の例として、セルの保全が必要または不要といった、監視対象を保全する必要性の有無を判定（保全判定）する。保全判定は、例えば、過去の計測データや試験等によって得られた値を閾値として、余寿命が閾値以上であるかにより判定してもよい。また、判定結果には、余寿命と閾値の差などの数値が含まれていてもよく、ＢＭＵ１３やローカルコントローラ２などが、この数値に基づいて保全の緊急性などを判断してもよい。なお、保全パラメータに保全判定結果を含めない場合は、ＣＭＵ余寿命判定部１５２３はなくともよい。
なお、ＣＭＵ余寿命判定部１５２３は、電池モジュール１２の保全判定結果を算出する場合に、セル１４の保全判定結果を算出する場合の方法とは異なる算出方法をとってもよい。例えば、電池モジュール１２の余寿命を基に算出するのではなく、その電池モジュール１２が備える全てのセル１４の保全判定結果が保全不要であった場合、電池モジュール１２の保全判定結果も保全不要と判定してもよい。
ＣＭＵ１５の各部が行う算出方法や使用するパラメータや閾値などは、記憶装置４に格納しておき、処理を行う際に参照してもよい。または、ＣＭＵ１５の内部の図示しない記憶部などに予め保存しておいてもよい。これらの算出方法はローカルコントローラ２やシステムコントローラ３からの指示により更新できるものとする。また、これらの算出方法を複数保持しておき、ローカルコントローラ２等の指示により、算出方法を使い分けてもよい。
ＣＭＵ１５は、ＣＭＵ通信部１５３を介して、算出したセル保全パラメータと電池モジュール保全パラメータをＢＭＵ１３に送る。送り先のＢＭＵ１３は、予め定めておけばよい。ここでは、ＣＭＵ１５が存在する電池モジュール１２が存在する電池盤１１上のＢＭＵ１３に送ることを想定する。また、ＣＭＵ１５は、セル状態量、セル保全パラメータ、電池モジュール保全パラメータを記憶装置４に送信する。ここでは、ＣＭＵ通信部１５３は１つとしているが、送信先ごとにＣＭＵ通信部を複数備えていてもよい。
なお、セル状態量の電圧の測定値には、実際にはセル１４の内部抵抗に起因する成分が含まれるため、生成したＱＶ曲線、ｄＱｄＶ曲線は正確性に欠けることとなる。そこで、特徴量をより正確に算出するために、ＣＭＵ特徴量演算部１５２１に、セル状態量の測定値を補正する機能を追加してもよい。
内部抵抗には、オーミック抵抗と非オーミック抵抗の２種類がある。オーミック抵抗はセルの劣化状態と相関があり、非オーミック抵抗はセルの劣化状態と充放電傾向と相関がある。そこで、電圧の測定値を補正する場合、ＣＭＵ特徴量演算部１５２１は、セルの劣化状態に関するデータまたは充放電傾向に関するデータを取得する。
セルの劣化状態に関するデータは、ＣＭＵ余寿命演算部１５２２が算出するセル１４の劣化状態の評価結果を用いることができる。劣化状態とオーミック抵抗との関連を示す関連データを、過去の計測データや事前に行われた劣化試験のデータ等から、予め算出しておき、ＣＭＵ特徴量演算部１５２１は、ＣＭＵ余寿命演算部１５２２の評価結果と、当該関連データを基に、オーミック抵抗を求めることができる。そして、算出したオーミック抵抗に、セル状態量に含まれる電流の測定値を積算することにより、オーミック抵抗による電圧（ＶＣＴと記述する）が求まる。
充放電傾向とは、充電および放電動作の偏りのことである。蓄電システムの稼働中にセル１４は充放電を繰り返すが、充放電の傾向が充電側又は放電側に一時的に偏ることがあり、この偏りを充放電傾向と称する。充放電傾向は、セル状態量に含まれる蓄電電荷量Ｑの増減から求めることができる。ＣＭＵ特徴量演算部１５２１は特徴量算出の際に、充放電傾向を判定する。事前に、過去の計測データや事前に行われた劣化試験のデータ等から、充放電傾向と非オーミック抵抗との関連を示す関連データを算出しておく。ＣＭＵ特徴量演算部１５２１は、充放電傾向の判定結果から、当該関連データを基に、非オーミック抵抗を求めることができる。そして算出した非オーミック抵抗に、セル状態量に含まれる電流を積算することにより、非オーミック抵抗による電圧（Ｖｄと記述する）が求まる。
セル状態量の電圧から、ＶＣＴとＶｄを減算することにより、内部抵抗に起因する電圧成分を除いた電圧を求めることができる。この電圧を、セル状態量の電圧の代わりに用いて、特徴量の算出以降の処理を再度、行ってもよい。上述した補正を行う場合、ＣＭＵ余寿命演算部１５２１は、余寿命を算出する前に行ったセル１４の劣化状態の評価結果を、ＣＭＵ特徴量演算部１５２１にフィードバックしてもよい。ＣＭＵ特徴量演算部１５２１は、セル１４の劣化状態の評価結果を基に、生成したＱＶ曲線、ｄＱｄＶ曲線を補正してもよい。
ＢＭＵ１３は、ＣＭＵ１５が算出した保全パラメータを基に、新たな保全パラメータを算出するデバイス（監視装置）である。ＢＭＵ１３の集約保全パラメータ演算部１３１は、ＣＭＵ１５が算出したセル保全パラメータを元に、電池モジュール保全パラメータ（第２パラメータ）と、電池盤１１を評価するパラメータである電池盤保全パラメータ（第３パラメータ）とを算出する。集約保全パラメータ演算部１３１は、第２パラメータを算出する第２パラメータ演算部と、第３パラメータを算出する第３パラメータ演算部とを含む。ＣＭＵ１５が電池モジュール保全パラメータも算出した場合は、セル保全パラメータおよび電池モジュール保全パラメータのどちらか一方または両方を基に、電池盤保全パラメータを算出する。この場合、集約保全パラメータ演算部１３１は、第２パラメータ演算部を含まなくてもよい。ＢＭＵ１３のＢＭＵ通信部１３２は、セル保全パラメータ、電池モジュール保全パラメータ、および電池盤保全パラメータを、ローカルコントローラ２に送信する。また、これらの算出した保全パラメータを記憶装置４に送る。
ＢＭＵ特徴量演算部１３１１は、電池盤１１および電池モジュール１２の一方または両方の特徴量を算出する。ＢＭＵ１３の余寿命演算部１３１２は、電池盤１１および電池モジュール１２の一方または両方の余寿命を算出する。ＢＭＵ１３の余寿命判定部１３１３は、電池盤１１および電池モジュール１２の一方または両方の保全判定結果を算出する。ＢＭＵ１３の各部の算出方法および判定方法は、ＣＭＵ１５が用いた方法と同じでもよい。セル保全パラメータと同様に求めてもよいし、電池モジュール保全パラメータと同様に求めてもよい。また、どちらとも異なる方法で求めてもよい。
ＢＭＵ１３の各部が行う算出方法や使用するパラメータや閾値なども、ＣＭＵ１５同様、処理を行う際に記憶装置４から取得してもよいし、ＢＭＵ１３の内部の図示しない記憶部などに予め保存しておいてもよい。これらの算出方法はローカルコントローラ２やシステムコントローラ３からの指示により更新できるものとする。また、これらの算出方法を複数保持しておき、ローカルコントローラ２等の指示により、算出方法を使い分けてもよい。
ローカルコントローラ２は、蓄電システムの監視および制御を行うコントローラである。ローカルコントローラ２は、取得したセル保全パラメータから保全が必要なセルを特定する。また、ローカルコントローラ２は、電池モジュール保全パラメータから保全が必要な電池モジュールを特定する。また、ローカルコントローラ２は、電池盤保全パラメータから保全が必要な電池盤を特定する。ローカルコントローラ２は、例えば、電池盤１１とは離れた遠隔地に置かれ、ローカルコントローラ２とＢＭＵ１３とは、通信ネットワーク５を介して、データ通信を行うことを想定しているが、電池盤１１と直接接続されていてもよい。また、電池盤１１に電流を供給する図示しないＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の監視を行ってもよい。
ローカルコントローラ２は複数台存在してもよい。例えば、電池盤１１をいくつかのグループに分けて、各ローカルコントローラ２は対応付けられたグループの電池盤１１を監視するようにしてもよい。
ローカルコントローラ２の監視部２１は、ローカルコントローラ通信部２２を介して各種の保全パラメータ（セル保全パラメータ、電池モジュール保全パラメータ、電池盤保全パラメータの少なくとも１つ）を取得し、各種の保全パラメータに基づき、保全が必要な部位を特定する。各種の保全パラメータに保全判定結果が含まれている場合は、その結果を用いて判定すればよい。含まれていない場合は、特徴量または余寿命を基に、ＣＭＵ１５またはＢＭＵ１３同様に、余寿命の算出または保全判定を行った上で、保全が必要な部位を判断すればよい。保全が必要な部位を特定した場合、システムコントローラ３に、当該部位を特定しつつ、保全要請を通知する。一例として、保全必要との保全判定結果が１つでもある場合は保全要請をするとしてもよい。もしくは、保全判定結果に余寿命と閾値の差の値などが含まれている場合には、その値の総和や平均等により、総合的に判断してもよい。
また監視部２１は、ローカルコントローラ通信部２２を介して、ＢＭＵ１３またはＣＭＵ１５が実施する算出方法の変更、使用する保全パラメータの変更などを指示する。変更は、記憶装置４に格納されている情報を更新してもよいし、ＢＭＵ１３やＣＭＵ１５に直接指示してもよい。ＣＭＵ１５への指示は、ＢＭＵ１３を介して、行うこととしてもよい。
システムコントローラ３は、大規模な蓄電システムにおいて、ローカルコントローラ２を統括するコントローラである。ローカルコントローラ２から保全要請を受けたときは、実際の保全を行うかを判定する。保全を行うと判定した場合は、保全方法の決定を行ってもよい。保全内容が、蓄電システムを停止させる必要があるオフライン検査などの場合は、蓄電システムの機能を停止させるかを判定してもよい。システムコントローラ３が判断せずに、保全判定結果などを表示させ、ユーザからの指示を仰いでもよい。最終的な判定の例として、電池モジュール内の１つのセルでも、余寿命が閾値以下等で、保全が必要であると判断した場合に、電池モジュールの交換、または電池盤の交換を行うと判断してもよい。セルごとの交換が可能であれば、セルの交換を行うことを判断してもよい。また、一部のセルを迂回してセル群構成を再構築（例えば直列に接続されている複数のセルの１つを電気的に分離し、その両側のセルを直接接続するなど）可能な場合は、そのような判断を行ってもよい。また、保全要請を受けたが現在の状態を放置しておいても問題ないと判断した場合は、何ら保全行為を行わないことを決定してもよい。例えば、保全要請された箇所が１つのセルのみで放置しておいても問題ない場合は、何ら保全行為を行わないことを決定してもよい。
なお、ローカルコントローラ２が１つの場合またはシステムコントローラ３の機能をローカルコントローラ２が備えている場合は、システムコントローラ３はなくともよい。
記憶装置４は、セル状態量、セル保全パラメータ、電池モジュール保全パラメータ、電池盤保全パラメータ等を格納する装置である。その他に、保全パラメータの算出方法等のデータが格納されていてもよい。ここでは、記憶装置４を１つとしているが、複数台存在してもよい。また、記憶装置４は、蓄電池１に外部接続されているが、蓄電池１の内部に配置されてもよい。
次に、本発明の実施形態に係る蓄電システムにより行われる処理について説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る蓄電システムの概略処理のフローチャートの一例を示す図である。
各ＣＭＵ１５は、ローカルコントローラ２やＢＭＵ１３からの指示を受け、または一定時刻や一定時間経過ごとに、処理を行う（Ｓ１０１）。各ＢＭＵ１３は、ＣＭＵ１５より算出された情報に基づき、処理を行う（Ｓ１０２）。ローカルコントローラ２は、ＢＭＵ１３により算出された情報に基づき、処理を行う（Ｓ１０３）。以下にＣＭＵ１５、ＢＭＵ１３、ローカルコントローラ２での処理を説明する。
図９は、ＣＭＵ１５による保全パラメータ算出処理のフローチャートの一例を示す図である。ＣＭＵ１５のセル状態量取得部１５１は、ＣＭＵ１５が存在する電池モジュール１２に存在するセル１４からセル状態量の測定値を取得する（Ｓ２０１）。
ＣＭＵ特徴量演算部１５２１は、取得したセル状態量の測定値に基づき、セル１４の特徴量を算出する（Ｓ２０２）。
ＣＭＵ余寿命演算部１５２２は、算出されたセル１４の特徴量を基に、セル１４の余寿命を算出する（Ｓ２０３）。
ＣＭＵ余寿命判定部１５２３は、算出されたセル１４の余寿命を基に、セル１４の保全判定を行う（Ｓ２０４）。
ＣＭＵ１５は、対象である全てのセルに対し上記処理を行っていない場合（Ｓ２０５のＮＯ）、他のセル１４に対し上記処理（Ｓ２０１〜２０４）を行う。対象全てのセル１４に対し上記処理を行った場合は（Ｓ２０５のＹＥＳ）、ＣＭＵ特徴量演算部１５２１は、算出した全てのセル１４の特徴量に基づき、ＣＭＵ１５が存在する電池モジュール１２の特徴量を算出する（Ｓ２０６）。
ＣＭＵ余寿命演算部１５２２は、算出された電池モジュール１２の特徴量を基に、余寿命を算出する（Ｓ２０７）。
ＣＭＵ余寿命判定部１５２３は、算出した電池モジュールの余寿命に対し、保全判定を行う（Ｓ２０８）。
ＣＭＵ通信部１５３は、算出した電池モジュール保全パラメータおよびセル保全パラメータをＢＭＵ１３に送信する（Ｓ２０９）。なお、保全判定結果によって、処理のフローを変えてもよい。例えば、一部のセルについて、保全判定結果が保全必要であった場合は、ローカルコントローラ２等に即時にその旨を通知してもよい。これは、ＢＭＵの処理フローでも同様である。
ＣＭＵ１５は、送信後待機し（Ｓ２１０）、再びＳ２０１の処理に戻る。待機は、一例として、一定時間経過を待つこと、または予め定められた時刻まで待つことなどがある。
図１０は、ＢＭＵ１３による保全パラメータ算出処理のフローチャートの一例を示す図である。ＢＭＵ通信部１３２は、ＣＭＵ１５から電池モジュール保全パラメータ、セル保全パラメータを取得する（Ｓ３０１）。
集約保全パラメータ演算部１３１は、対象である全てのＣＭＵ１５から取得していない場合（Ｓ３０２のＮＯ）は何もせず、対象全てのＣＭＵ１５から取得した場合は（Ｓ３０２のＹＥＳ）、ＢＭＵ特徴量演算部１３１１が存在する電池盤１１の特徴量を算出する（Ｓ３０３）。
ＢＭＵ余寿命演算部１３１２は、ステップＳ３０３で算出した特徴量を基に、電池盤１１の余寿命を算出する（Ｓ３０４）。
ＢＭＵ余寿命判定部１３１３は、算出された余寿命を基に、保全判定を行う（Ｓ３０５）。
ＢＭＵ通信部１３２は、算出した電池盤保全パラメータおよびＣＭＵ１５から取得したセル保全パラメータと電池モジュール保全パラメータをローカルコントローラ２に送信する（Ｓ３０６）。
図１１は、ローカルコントローラ２による処理のフローチャートの一例を示す図である。ローカルコントローラ通信部２２は、ＢＭＵ１３から各種の保全パラメータを取得する（Ｓ４０１）。
ローカルコントローラ２は、対象である全てのＢＭＵ１３から取得していない場合（Ｓ４０２のＮＯ）は何もせず、対象である全てのＢＭＵ１３から取得した場合は（Ｓ４０２のＹＥＳ）、保全判定を行う（Ｓ４０３）。各種の保全パラメータに保全判定結果が含まれている場合は、その結果を用いて判定すればよい。含まれていない場合は、特徴量または余寿命を基に、保全判定を行えばよい。
保全が必要な部位が存在しないと判定した場合は（Ｓ４０４のＹＥＳ）、処理は終了する。保全が必要な部位が存在すると判定した場合は（Ｓ４０４のＮＯ）、ローカルコントローラ２はシステムコントローラ３に対し、当該部位を特定した保全要請を通知する（Ｓ４０５）。
以上のように、本発明の一実施形態によれば、蓄電池システムからローカルコントローラにセル状態量の測定データを送信せず、蓄電池システムで算出した保全パラメータ（セル保全パラメータ等）を送信する。セル状態量の測定データを送信すると、例えばＱＶ曲線やｄＱｄＶ曲線等の生成のために短いサンプリング間隔で測定データの送信が必要など、セル数に応じて通信量が大規模になるが、本実施形態では、セル保全パラメータ等を送信するため、このような問題を発生させずに、遠隔のローカルコントローラおよびシステムコントローラで、蓄電システムを監視および制御できる。つまり、遠隔地にあるローカルコントローラ等のコントローラに対する通信量を大幅に抑えつつ、蓄電システムを停止させることなく、セルの状態や余寿命を把握できる。よって、セルを充放電能力の限界まで使用した上で、問題が生ずる前に保全を行うことができる。また、問題が生ずるセル等を特定できるため、特定部位だけをメンテナンスすることができ、コスト的にも環境的にも優れた蓄電システムを実現することができる。
また、各ＣＭＵ１５や各ＢＭＵ１３が保全パラメータの計算を並列的に行うことにより、一極集中で処理する従来方式よりも、問題箇所を早期に発見することができる。
尚、本実施形態における蓄電池内の処理部は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより、本蓄電池内の各処理部の機能を実現することができる。このとき、各処理部は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいは通信網を介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に配置することで実現出来る。また、上記のコンピュータ装置に内蔵あるいは外付けされたメモリ、ハードディスク又はＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ等の記憶媒体などを利用することが出来る。
上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ 蓄電池
１１ 電池盤
１２ 電池モジュール
１３ ＢＭＵ
１３１ 集約保全パラメータ演算部
１３１１ ＢＭＵ特徴量演算部
１３１２ ＢＭＵ余寿命演算部
１３１３ ＢＭＵ余寿命判定部
１３２ 通信部
１４ セル
１５ ＣＭＵ
１５１ セル状態量取得部
１５２ 保全パラメータ演算部
１５２１ ＣＭＵ特徴量演算部
１５２２ ＣＭＵ余寿命演算部
１５２３ ＣＭＵ余寿命判定部
１５３ ＣＭＵ通信部
２ ローカルコントローラ
２１ 監視部
２２ ローカルコントローラ通信部
３ システムコントローラ
４ 記憶装置
５ 通信ネットワーク

Claims (16)

  1. 複数のセルと、
    前記セルの状態量の測定値を取得する取得部と、
    前記測定値に基づき、前記セルを評価する第１パラメータを算出する第１パラメータ演算部と、
    前記第１パラメータを、通信ネットワークを介して監視コントローラに送信する通信部と
    を備えた蓄電池。
  2. 前記通信部は、前記測定値を前記監視コントローラに送信しない
    請求項１に記載の蓄電池。
  3. 前記複数のセルを含む複数の電池モジュールを備え、
    前記電池モジュールのそれぞれに、前記取得部と前記第１パラメータ演算部が設けられた
    請求項１または２に記載の蓄電池。
  4. 第２パラメータ演算部と、
    前記複数のセルを含む複数の電池モジュールを備え、
    前記第２パラメータ演算部は、前記第１パラメータに基づき、前記電池モジュールを評価する第２パラメータを算出し、
    前記通信部は、前記第２パラメータを、前記通信ネットワークを介して前記監視コントローラに送信する
    請求項１ないし３のいずれか一項に記載の蓄電池。
  5. 前記第２パラメータ演算部は、前記電池モジュールのそれぞれに設けられている
    請求項４に記載の蓄電池。
  6. 前記複数の電池モジュールを含む少なくとも１つの電池盤を備え、
    前記第２パラメータ演算部は、前記電池盤に設けられている
    請求項４または５に記載の蓄電池。
  7. 第３パラメータ演算部を備え、
    前記複数の電池モジュールを含む少なくとも１つの電池盤を備え、
    前記第３パラメータ演算部は、前記第１パラメータおよび前記第２パラメータの少なくとも一方に基づき、前記電池盤を評価する第３パラメータを算出し、
    前記通信部は、前記第３パラメータを、前記通信ネットワークを介して前記監視コントローラに送信する
    請求項４ないし６のいずれか一項に記載の蓄電池。
  8. 前記第３パラメータ演算部は、前記電池盤に設けられている
    請求項７に記載の蓄電池。
  9. 前記セルの状態量は、前記セルの電圧、電流、電力、蓄電電荷量、電池容量またはＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）のうち、少なくとも１つを含む
    請求項１ないし８のいずれか一項に記載の蓄電池。
  10. 前記第１パラメータは、前記セルの特徴量、前記セルの劣化状態、前記セルの余寿命、前記セルの保全可否のうち少なくとも１つを含む
    請求項１ないし９のいずれか一項に記載の蓄電池。
  11. 前記第２パラメータは、前記電池モジュールの特徴量、前記電池モジュールの劣化状態、前記電池モジュールの余寿命、前記電池モジュールの保全可否のうち少なくとも１つを含む
    請求項４ないし８のいずれか一項に記載の蓄電池。
  12. 前記第３パラメータは、前記電池盤の特徴量、前記電池盤の劣化状態、前記電池盤の余寿命、前記電池盤の保全可否のうち少なくとも１つを含む
    請求項７または８に記載の蓄電池。
  13. 前記取得部により取得された前記測定値を、内部または外部の記憶装置に格納する
    請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の蓄電池。
  14. 前記監視コントローラから前記ネットワークを介して前記第１パラメータの算出方法に関する指示データを受信し、
    前記第１パラメータ演算部は、前記指示データに従って、前記第１パラメータを算出する
    請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の蓄電池。
  15. 蓄電池における複数のセルの状態量を測定するステップと、
    前記測定値に基づき、前記セルを評価する第１パラメータを算出するステップと、
    前記第１パラメータを、通信ネットワークを介して監視コントローラに送信するステップと
    をコンピュータが実行する蓄電池監視方法。
  16. 複数のセルを含む蓄電池と、通信ネットワークを介して通信する監視コントローラであって、
    前記セルの状態量の測定値に基づき算出される、前記セルを評価する第１パラメータを、前記蓄電池から受信する通信部と、
    前記第１パラメータに基づいて、前記蓄電池を監視する監視部と
    を備えた監視コントローラ。
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