特開 2023-116289 蓄電池の劣化診断システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023116289

(43)【公開日】2023-08-22

(54)【発明の名称】蓄電池の劣化診断システム

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/392 20190101AFI20230815BHJP

   G01R 31/389 20190101ALI20230815BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20230815BHJP

   H01M 10/42 20060101ALI20230815BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20230815BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230815BHJP

【ＦＩ】

G01R31/392

G01R31/389

H01M10/48 P

H01M10/48 301

H01M10/42 P

H01M10/44 Q

H02J7/00 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022019017

(22)【出願日】2022-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】000124591

【氏名又は名称】河村電器産業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】100078721

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 喜樹

(74)【代理人】

【識別番号】100121142

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 恭一

(74)【代理人】

【識別番号】100124420

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 清隆

(72)【発明者】

【氏名】大島 正稔

(72)【発明者】

【氏名】渡部 孝

【テーマコード（参考）】

2G216

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

2G216AB04

2G216AB05

2G216BA23

2G216BA29

2G216BA34

2G216BA56

2G216CB31

2G216CB55

5G503BA01

5G503BB01

5G503EA09

5H030AA01

5H030AS03

5H030BB03

5H030FF22

5H030FF42

(57)【要約】

【課題】従来よりも蓄電池の劣化診断に係る信頼性が高い蓄電池の劣化診断システムを提供する。
【解決手段】蓄電池２の運用温度を計測する温度センサ５が設けられているとともに、サーバ装置１０に、ＳＯＨと蓄電池の運用温度及び充放電回数とを関連付けたデータ、ＳＯＨと蓄電池の運用温度及び満充電待機期間とを関連付けたデータ、及びＳＯＨと蓄電池のインピーダンス値とを関連付けたデータを記憶するデータベース１３が設けられており、サーバ処理部１１は、診断に際して蓄電池ユニット１から受信した計測値をもとに蓄電池２の内部の実測インピーダンス値を算出するとともに、上記ＳＯＨに関連付けられたパラメータを用いて蓄電池２の推定インピーダンス値を算出し、実測インピーダンス値と推定インピーダンス値との比較から蓄電池２の劣化状態を診断する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電池に計測電流として交流電流を供給する電流供給部、前記蓄電池に流れる電流を計測する電流計測部、前記蓄電池の電圧を計測する電圧計測部、及び供給した計測電流と計測電流の供給時の電圧とから前記蓄電池の内部のインピーダンス値を算出して前記蓄電池の劣化状態を診断する劣化診断制御部を有する蓄電池の劣化診断システムであって、
前記蓄電池の運用温度を計測する温度計測部が設けられているとともに、
初期の満充電容量を１００％とした際の、劣化時の満充電容量の割合であるＳＯＨに関連付けられた所定のパラメータを記憶する記憶部が設けられており、
前記劣化診断制御部は、前記蓄電池の劣化を診断するにあたり、診断時における前記インピーダンス値にもとづき診断用データを作成するとともに、前記運用温度と前記パラメータとを用いて閾値データを作成し、
前記診断用データと前記閾値データとの比較から前記蓄電池の劣化状態を診断することを特徴とする蓄電池の劣化診断システム。

【請求項2】

前記蓄電池の充放電回数が計測されるとともに、
前記パラメータとして、
所定の前記運用温度における前記ＳＯＨと前記充放電回数との関係、
及び、所定の前記運用温度における前記ＳＯＨと前記インピーダンス値との関係
が記憶されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池の劣化診断システム。

【請求項3】

前記蓄電池の満充電待機期間が計測されるとともに、
前記パラメータとして、
所定の前記運用温度における前記ＳＯＨと前記満充電待機期間との関係、
及び、所定の前記運用温度における前記ＳＯＨと前記インピーダンス値との関係
が記憶されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池の劣化診断システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、たとえば非常用電源や余剰電力の蓄電等に使用される蓄電池の劣化状態を診断するための蓄電池の劣化診断システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、たとえば非常用電源や余剰電力の蓄電等に使用される蓄電池は、劣化すると蓄電可能な電力が減少し、その機能を十分に発揮できなくなることから、ある程度劣化が進行すると交換する必要がある。そこで、蓄電池の劣化状態を診断するための劣化診断システムとして、蓄電池に計測電流（交流電流）を供給してインピーダンス値を計測し、計測したインピーダンス値から蓄電池の劣化状態を診断するというものが考案されている。

【0003】

たとえば特許文献１に記載の劣化診断システムでは、計測電流を蓄電池に供給する際、周波数を変更して各周波数毎のインピーダンス値を計測し、周波数特性曲線にもとづいて虚数部が０となるインピーダンス値を求め、このインピーダンス値にもとづいて蓄電池の劣化状態を判断している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－３３３４９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の劣化診断システムでは、計測するその時々に得られた計測値のみにもとづいて蓄電池の劣化状態を診断していたため、劣化診断の信頼性が低いという問題があった。

【0006】

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、従来よりも蓄電池の劣化診断に係る信頼性が高い蓄電池の劣化診断システムを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、蓄電池に計測電流として交流電流を供給する電流供給部、前記蓄電池に流れる電流を計測する電流計測部、前記蓄電池の電圧を計測する電圧計測部、及び供給した計測電流と計測電流の供給時の電圧とから前記蓄電池の内部のインピーダンス値を算出して前記蓄電池の劣化状態を診断する劣化診断制御部を有する蓄電池の劣化診断システムであって、前記蓄電池の運用温度を計測する温度計測部が設けられているとともに、初期の満充電容量を１００％とした際の、劣化時の満充電容量の割合であるＳＯＨに関連付けられた所定のパラメータを記憶する記憶部が設けられており、前記劣化診断制御部は、前記蓄電池の劣化を診断するにあたり、診断時における前記インピーダンス値にもとづき診断用データを作成するとともに、前記運用温度と前記パラメータとを用いて閾値データを作成し、前記診断用データと前記閾値データとの比較から前記蓄電池の劣化状態を診断することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記蓄電池の充放電回数が計測されるとともに、前記パラメータとして、所定の前記運用温度における前記ＳＯＨと前記充放電回数との関係、及び、所定の前記運用温度における前記ＳＯＨと前記インピーダンス値との関係が記憶されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記蓄電池の満充電待機期間が計測されるとともに、前記パラメータとして、所定の前記運用温度における前記ＳＯＨと前記満充電待機期間との関係、及び、所定の前記運用温度における前記ＳＯＨと前記インピーダンス値との関係が記憶されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、蓄電池の運用温度を計測する温度計測部が設けられているとともに、初期の満充電容量を１００％とした際の、劣化時の満充電容量の割合であるＳＯＨに関連付けられた所定のパラメータを記憶する記憶部が設けられており、劣化診断制御部は、蓄電池の劣化を診断するにあたり、診断時におけるインピーダンス値にもとづき診断用データを作成するとともに、運用温度とパラメータとを用いて閾値データを作成し、診断用データと閾値データとの比較から蓄電池の劣化状態を診断する。したがって、計測するその時々に得られた計測値のみではなく、運用温度とＳＯＨに関連付けられたパラメータとを用いて劣化診断に係る閾値データを作成し、当該閾値データを用いて蓄電池の劣化状態を診断するため、従来よりも蓄電池の劣化診断に係る信頼性が高い蓄電池の劣化診断システムとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】蓄電池の劣化診断システムの一例を示した構成図である。

【図2】第１の運用温度における蓄電池のＳＯＨと充放電回数との関係を示すグラフである。

【図3】第１の運用温度における蓄電池のＳＯＨと蓄電池のインピーダンス値との関係を示すグラフである。

【図4】第２の運用温度における蓄電池のＳＯＨと充放電回数との関係を示すグラフである。

【図5】第２の運用温度における蓄電池のＳＯＨと蓄電池のインピーダンス値との関係を示すグラフである。

【図6】第１の運用温度における蓄電池のＳＯＨと満充電待機期間との関係を示すグラフである。

【図7】第１の運用温度における蓄電池のＳＯＨと蓄電池のインピーダンス値との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態となる蓄電池の劣化診断システムについて、図面にもとづき詳細に説明する。

【0011】

図１は、劣化診断システム３０の一例を示した構成図であり、劣化診断システム３０は、蓄電池２を含む蓄電池ユニット１と、蓄電池ユニット１とは別に配されるサーバ装置１０と、作業者やユーザーが携帯する操作部及び表示部を備えた携帯端末２０とを有してなる。そして、蓄電池ユニット１とサーバ装置１０との間、及びサーバ装置１０と携帯端末２０との間は、たとえばＬＴＥ通信等により無線通信可能となっている。

【0012】

蓄電池ユニット１は、蓄電池２と、蓄電池２の温度を計測するための温度センサ５と、蓄電池２の電流（運用電流）を計測するための電流計測部６と、蓄電池２の電圧を計測するための電圧計測部７とを備えている。また、蓄電池ユニット１には、蓄電池２の劣化診断に係り、蓄電池２に計測電流として交流電流を供給する電流供給部８が設けられている。さらに、蓄電池ユニット１には、温度センサ５、電流計測部６、及び電圧計測部７による計測データの取得等を制御するユニット処理部３が設けられているとともに、計測データ、蓄電池２が充電状態にあるのか、それとも放電状態にあるのか（すなわち、充放電回数に係るデータ）、及び蓄電池２の満充電待機期間をサーバ装置１０へ送信するためのユニット通信部４が設けられている。

【0013】

サーバ装置１０は、蓄電池ユニット１から送信されてきた計測データ、及び後述するような過去データを記憶するデータベース１３と、受信した計測データや後述する試験データを用いて蓄電池２の劣化状態を診断するサーバ処理部１１及び判定部１４と、蓄電池ユニット１との間で通信するための第１サーバ通信部１２と、携帯端末２０との間で通信するための第２サーバ通信部１５とを備えている。

【0014】

ここで、劣化診断システム３０による蓄電池２の劣化診断に係る制御について説明する。図２及び図４は、所定の運用温度における蓄電池のＳＯＨと充放電回数との関係を示すグラフである。図３、図５、及び図７は、所定の運用温度における蓄電池のＳＯＨと蓄電池のインピーダンス値との関係を示すグラフである。図６は、所定の運用温度における蓄電池のＳＯＨと満充電待機期間との関係を示すグラフである。
まず、劣化診断の対象となる蓄電池ユニット１における蓄電池２の種類をサーバ装置１０に予め設定しておく。また、サーバ装置１０のデータベース１３には、様々な種類の蓄電池について、それらの蓄電池を含んだ蓄電池ユニットで予め試験した試験データが記憶されている。この試験データとしては、蓄電池の劣化状態（すなわち初期の満充電容量を１００％とした際の、劣化時の満充電容量の割合であって、以下ＳＯＨと称す）と運用温度及び充放電回数とを関連付けたデータ（たとえば図２及び４に示すようなデータ）、ＳＯＨと運用温度及び満充電待機期間とを関連付けたデータ（たとえば図６に示すようなデータ）、ＳＯＨと蓄電池のインピーダンス値とを関連付けたデータ（たとえば図３、５、及び７に示すようなデータ）等が記憶されている。なお、図３、図５、及び図７に示すグラフは、ＳＯＨが既知の充電池に対して計測電流の周波数を変えながら算出されるインピーダンス値をプロットすることによって得ることができる。

【0015】

そして、蓄電池ユニット１は、蓄電池２の稼働開始から所定の計測時間（たとえば１０分）毎に温度センサ５、電流計測部６、及び電圧計測部７によって夫々の値を計測し、それらの計測値を計測データとしてサーバ装置１０へ送信する。また、蓄電池ユニット１は、蓄電池２の充電が開始されると充電信号を、蓄電池２の放電が開始されると放電信号を夫々サーバ装置１０へ送信する。さらに、蓄電池ユニット１は、満充電にある蓄電池２については、当該状態での待機期間（すなわち、満充電待機期間）を計測しており、その計測値についてもサーバ装置１０へ送信する。

【0016】

また、サーバ装置１０は、蓄電池ユニット１から上記計測データを受信すると、それらの計測データを夫々関連付けるとともに、受信時刻にも関連付けて過去データとして記憶する（時系列的なデータとして記憶する）。さらに、蓄電池ユニット１から受信した充電信号及び放電信号にもとづいて蓄電池２の充放電回数を算出し、当該充放電回数についても上記過去データに関連付けるとともに、満充電待機期間についても過去データに関連付けて記憶する。

【0017】

ここで、作業者やユーザーにより携帯端末２０が操作され、劣化診断システム３０による蓄電池２の劣化診断が要求されると、サーバ処理部１１は、蓄電池ユニット１へ診断試験信号を送信し、蓄電池ユニット１において蓄電池２に計測電流を供給させるとともに計測電流供給時の蓄電池２の電圧を計測させ、それらの計測値をサーバ装置１０へ送信させる。そして、サーバ処理部１１では、受信した計測値をもとに蓄電池２の内部の実測インピーダンス値（診断用データ）を算出する。

【0018】

一方、サーバ装置１０は、データベース１３に記憶されている試験データにもとづき、蓄電池２の推定インピーダンス値（閾値データ）を算出する。この推定インピーダンス値の算出にあたっては、該劣化診断に係り携帯端末２０によって指定されたモードに対応した試験データを用いる。すなわち、充放電回数にもとづく劣化診断が指定されると、ＳＯＨ、運用温度、及び充放電回数を関連付けたデータと、ＳＯＨ及び蓄電池のインピーダンス値を関連付けたデータとを用いて推定インピーダンス値を算出する。また、満充電待機期間にもとづく劣化診断が指定されると、ＳＯＨ、運用温度、及び満充電待機期間を関連付けたデータと、ＳＯＨ及び蓄電池のインピーダンス値を関連付けたデータとを用いて推定インピーダンス値を算出する。

【0019】

具体的に説明すると、充放電回数にもとづく劣化診断が指定されていた場合、蓄電池２の種類と、蓄電池２の運用温度（たとえば稼働開始から現在までの平均温度）とを参照し、運用温度が２５℃であると図２及び３に示すデータを読み出す。そして、当該劣化診断時における充放電回数が１０００回であったとすると、図２からＳＯＨ７４％と判断するとともに、図３のＳＯＨ７４％に対応するグラフ（二点鎖線で示されるグラフ）から推定インピーダンス値を算出する。一方、運用温度が４５℃であると図４及び５に示すデータを読み出し、当該劣化診断時における充放電回数が２０００回であったとすると、図４からＳＯＨ６８％と判断するとともに、図５のＳＯＨ６８％に対応するグラフ（長い鎖線で示されるグラフ）から推定インピーダンス値を算出する。

【0020】

また、満充電待機期間にもとづく劣化診断が指定されていた場合、蓄電池２の種類と、蓄電池２の運用温度とを参照し、運用温度が２５℃であると図６及び７に示すデータを読み出す。そして、当該劣化診断時における満充電待機期間が９５日であったとすると、図６からＳＯＨ９３％と判断するとともに、図７のＳＯＨ９３％に対応するグラフ（二点鎖線で示されるグラフ）から推定インピーダンス値を算出する。

【0021】

それから、判定部１４において、実測インピーダンス値と推定インピーダンス値とを比較することにより、蓄電池２の劣化診断を行う。すなわち、たとえば実測インピーダンス値が推定インピーダンス値よりも高いと判断すると「劣化」と判断し、実測インピーダンス値が推定インピーダンス値以下であると「劣化していない」と判断する。そして、その劣化診断に係る診断結果を携帯端末２０へ送信し、携帯端末２０の表示画面で表示させる。

【0022】

以上のような構成を有する劣化診断システム３０によれば、蓄電池２の運用温度を計測する温度センサ５が設けられているとともに、サーバ装置１０に、ＳＯＨと蓄電池の運用温度及び充放電回数とを関連付けたデータ（ＳＯＨに関連付けられたパラメータ）、ＳＯＨと蓄電池の運用温度及び満充電待機期間とを関連付けたデータ（ＳＯＨに関連付けられたパラメータ）、及びＳＯＨと蓄電池のインピーダンス値とを関連付けたデータ（ＳＯＨに関連付けられたパラメータ）を記憶するデータベース１３が設けられており、サーバ処理部１１は、診断に際して蓄電池ユニット１から受信した計測値をもとに蓄電池２の内部の実測インピーダンス値（診断用データ）を算出するとともに、上記ＳＯＨに関連付けられたパラメータを用いて蓄電池２の推定インピーダンス値（閾値データ）を算出し、実測インピーダンス値と推定インピーダンス値との比較から蓄電池２の劣化状態を診断するようになっている。このように、計測するその時々に得られた計測値のみではなく、データベース１３に予め記憶されている試験データを用いて劣化診断に係る閾値データを作成し、当該閾値データを用いて蓄電池２の劣化状態を診断するため、従来よりも蓄電池２の劣化診断に係る信頼性が高い蓄電池２の劣化診断システム３０とすることができる。

【0023】

なお、本発明に係る蓄電池の劣化診断システムは、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、劣化診断システムの全体的な構成は勿論、蓄電池の劣化診断に係る構成等についても必要に応じて適宜変更することができる。

【0024】

たとえば、上記実施形態では、インピーダンス値同士の比較により蓄電池の劣化診断を行うとしているが、診断時における蓄電池のインピーダンス値からＳＯＨを算出し、ＳＯＨ同士の比較により蓄電池の劣化診断を行うように構成することも可能である。
また、上記実施形態では、蓄電池の内部のインピーダンス値に係る演算をサーバ装置で行っているが、蓄電池ユニット側でインピーダンス値に係る演算を行うように構成してもよい。
さらに、サーバ装置を廃し、実施形態でサーバ装置が有する機能を全て蓄電池ユニットに組み込むように構成することも可能である。

【0025】

さらにまた、上記実施形態では、携帯端末によって充放電回数にもとづく劣化診断を行うのか、満充電待機期間にもとづく劣化診断を行うのかを指定するように構成しているが、何れか一方の劣化診断しか行わないような劣化診断システムとしも何ら問題はない。
またさらに、ＳＯＨに関連付けられたパラメータを用いるのであれば、実施形態以外のパラメータを用いることも可能であるし、運用温度についても上記実施形態のものに限定されることはない。
加えて、携帯端末ではなく、蓄電池ユニットに操作部や表示部を設け、該操作部を操作することで劣化診断が実行されるようにしたり、劣化診断に係る診断結果がその表示部に表示されるように構成しても何ら問題はない。

【符号の説明】

【0026】

１・・蓄電池ユニット、２・・蓄電池、３・・ユニット処理部（劣化診断制御部）、５・・温度センサ（温度計測部）、６・・電流計測部、７・・電圧計測部、８・・電流供給部、１０・・サーバ装置、１１・・サーバ処理部（劣化診断制御部）、１３・・データベース（記憶部）、１４・・判定部（劣化診断制御部）、２０・・携帯端末、３０・・劣化診断システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】