JP2007132738A - Storage battery deterioration diagnosis method and deterioration diagnosis apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄電池個々の劣化度を検知することが可能な蓄電池の劣化診断方法および劣化診断装置を提供する。
【解決手段】データ保存部13には、蓄電池の新品サンプルの出力特性を示す第1特性データおよび残存容量を示す第1容量データ、蓄電池の劣化品サンプルの出力特性を示す第2特性データおよび残存容量を示す第2容量データが予め保持している。演算部14は、第1および第2特性データ、第1および第2容量データ、および測定部12が測定した診断対象の蓄電池1の新品時の出力特性を示す第3特性データに基づいて、当該出力特性と残存容量との相関式を算出し、蓄電池1の設置後の出力特性を示す第4特性データからその残存容量を算出する。
【選択図】図1
A deterioration diagnosis method and a deterioration diagnosis apparatus for a storage battery capable of detecting the deterioration degree of each storage battery are provided.
A data storage unit 13 includes first characteristic data indicating output characteristics of a new storage battery sample, first capacity data indicating remaining capacity, second characteristic data indicating output characteristics of a deteriorated battery sample, and remaining capacity. Second capacity data indicating the capacity is stored in advance. The computing unit 14 is based on the first and second characteristic data, the first and second capacity data, and the third characteristic data indicating the output characteristics of the storage battery 1 to be diagnosed measured by the measuring unit 12 when it is new. A correlation equation between the output characteristics and the remaining capacity is calculated, and the remaining capacity is calculated from the fourth characteristic data indicating the output characteristics after the storage battery 1 is installed.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、蓄電池の設置後の経過年数による容量劣化を診断する装置および方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and a method for diagnosing capacity deterioration due to the number of years that have elapsed after installation of a storage battery.
通信設備や社会インフラ設備等は、平常時は電源から電力の供給を受けているが、突然の停電や瞬断への対策として、電源供給が停止しても一定時間電力の供給が可能なように蓄電池(例えば鉛蓄電池)を備えている。蓄電池は経過年数に従って劣化し、蓄電池が寿命に近い状態では、停電などの緊急時に正常に電力の供給を行うことができないため、適切な時期に交換することが必要になる。 Communication equipment and social infrastructure equipment are normally supplied with power from a power source. However, as a measure against sudden power outages or instantaneous interruptions, power can be supplied for a certain period of time even if the power supply stops. Are equipped with a storage battery (for example, a lead storage battery). The storage battery deteriorates according to the number of years that have passed, and when the storage battery is near the end of its life, it cannot be normally supplied with power in an emergency such as a power failure, and therefore needs to be replaced at an appropriate time.
従来は、蓄電池の製造メーカーが推奨する耐用年数に従って、一定期間使用すれば無条件に交換されていた。しかし蓄電池の劣化度は、蓄電池の種類や型式、製造メーカーなどによって差があったり、また蓄電池の設置環境の温度条件や充放電の条件によっても変わる。さらに、蓄電池の個々の特性のばらつきもあるため、同じ場所で使用された同一種類、同一型式の蓄電池であってもそれぞれ劣化度が異なる。例えば、鉛蓄電池が充放電を繰り返すと不活性物質が蓄積して容量減少が促進されることが知られている。 Conventionally, in accordance with the service life recommended by the manufacturer of the storage battery, it has been replaced unconditionally after a certain period of use. However, the degree of deterioration of the storage battery varies depending on the type, model, manufacturer, etc. of the storage battery, and also changes depending on the temperature condition of the storage battery installation environment and the charge / discharge conditions. Further, since there are variations in individual characteristics of the storage battery, even the storage batteries of the same type and the same type used in the same place have different degrees of deterioration. For example, it is known that when a lead-acid battery is repeatedly charged and discharged, an inert substance accumulates and a capacity reduction is promoted.
蓄電池の劣化度を測定して適切な交換時期を知る従来の方法としては、例えば下記の特許文献1に開示された診断方法がある。当該診断方法では、蓄電池の表面温度を継続的に測定し、それが所定の基準温度以下であったときは、測定した表面温度の平均値を基準温度とすると共に、予めメモリに記憶されている蓄電池の設置日付と基準温度に対応する標準寿命年数とを参照し、蓄電池が寿命時期であるかどうかを判定するものである。
As a conventional method for measuring the degree of deterioration of a storage battery and knowing an appropriate replacement time, for example, there is a diagnostic method disclosed in
上記のように、蓄電池の劣化度は、その種類や型式、製造メーカー、温度、充放電の条件など、個々の蓄電池が個別に有する固有因子によって異なる。従来の劣化診断方法では経過年数や温度といった間接的な値から、標準的な劣化度を算出していたため、実際の診断対象である蓄電池の個別の劣化度を求めることはできなかった。よって、蓄電池個々の寿命時期を正確に把握することができず、蓄電池を適切な時期で交換することが困難であった。 As described above, the deterioration degree of a storage battery varies depending on the inherent factors of each storage battery, such as its type and model, manufacturer, temperature, and charge / discharge conditions. In the conventional deterioration diagnosis method, since the standard deterioration degree is calculated from indirect values such as the elapsed years and the temperature, it is impossible to obtain the individual deterioration degree of the storage battery that is the actual diagnosis target. Therefore, it was difficult to accurately grasp the life time of each storage battery, and it was difficult to replace the storage battery at an appropriate time.
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、蓄電池個々の劣化度を検知することが可能な蓄電池の劣化診断方法および劣化診断装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a deterioration diagnosis method and a deterioration diagnosis apparatus for a storage battery that can detect the deterioration degree of each storage battery.
本発明に係る蓄電池の劣化診断方法は、(a)演算手段が、蓄電池の新品サンプルの出力特性を示す第1特性データおよび当該新品サンプルの残存容量を示す第1容量データ、蓄電池の劣化品サンプルの出力特性を示す第2特性データおよび当該劣化品サンプルの残存容量を示す第2容量データ、並びに蓄電池の診断対象品の新品時の出力特性を示す第3特性データに基づいて、蓄電池における出力特性と残存容量との相関式を導出する工程と、(b)測定手段が、前記診断対象品の出力特性を測定し、それを示す第4特性データを取得する工程と、(c)前記演算手段が、前記相関式に基づき、前記第4特性データから前記診断対象品の残存容量を算出する工程とを備えるものである。 In the storage battery deterioration diagnosis method according to the present invention, (a) the computing means includes first characteristic data indicating output characteristics of a new sample of the storage battery, first capacity data indicating a remaining capacity of the new sample, and a deteriorated product sample of the storage battery. Output characteristics of the storage battery based on the second characteristic data indicating the output characteristics of the battery, the second capacity data indicating the remaining capacity of the deteriorated sample, and the third characteristic data indicating the output characteristics of the storage battery when the diagnosis target product is new. A step of deriving a correlation equation between the remaining capacity and (b) a measuring unit measuring an output characteristic of the diagnostic object and obtaining fourth characteristic data indicating the output characteristic; and (c) the calculating unit Comprises a step of calculating a remaining capacity of the diagnostic target product from the fourth characteristic data based on the correlation equation.
本発明に係る蓄電池の劣化診断装置は、蓄電池の新品サンプルの出力特性を示す第1特性データおよび当該新品サンプルの残存容量を示す第1容量データ、蓄電池の劣化品サンプルの出力特性を示す第2特性データおよび当該劣化品サンプルの残存容量を示す第2容量データが保持されるデータ保持部と、蓄電池の診断対象品の出力特性を測定する測定部と、前記第1および第2特性データ、前記第1および第2容量データ、並びに前記測定手段が測定した前記診断対象品の新品時の出力特性を示す第3特性データに基づいて、蓄電池における出力特性と残存容量との相関式を算出し、当該相関式を用いて、前記測定部が測定した前記診断対象品の設置後の出力特性を示す第4特性データから当該診断対象品の残存容量を算出する演算部とを備えるものである。 The deterioration diagnosis apparatus for a storage battery according to the present invention includes first characteristic data indicating output characteristics of a new sample of the storage battery, first capacity data indicating remaining capacity of the new sample, and second output characteristics of a deteriorated sample of the storage battery. A data holding unit for holding characteristic data and second capacity data indicating the remaining capacity of the deteriorated product sample, a measuring unit for measuring output characteristics of a diagnosis target product of the storage battery, the first and second characteristic data, Based on the first and second capacity data, and the third characteristic data indicating the output characteristics of the diagnostic target product measured by the measuring means when new, the correlation equation between the output characteristics and the remaining capacity of the storage battery is calculated, An arithmetic unit that calculates the remaining capacity of the diagnostic target product from the fourth characteristic data indicating the output characteristics after installation of the diagnostic target product measured by the measurement unit using the correlation equation It is obtain things.
本発明によれば、蓄電池の劣化診断が、その蓄電池の固有因子(蓄電池の種類や型式、製造メーカー、設置環境の温度、充放電の条件など)が反映した第3特性データを含むデータ基づいた相関式を用いて行われるため、残存容量を従来よりも正確に算出することができる。よって、劣化診断の精度が向上し、蓄電池の適切な時期での交換が可能になる。また、蓄電池の出力特性の指標として、残存容量との相関が高い電圧特性のマハラノビス距離を採用することにより、劣化診断の精度はさらに向上する。 According to the present invention, the deterioration diagnosis of the storage battery is based on data including the third characteristic data reflected by the inherent factor of the storage battery (storage battery type and model, manufacturer, temperature of installation environment, charging / discharging conditions, etc.) Since the correlation equation is used, the remaining capacity can be calculated more accurately than in the past. Therefore, the accuracy of the deterioration diagnosis is improved, and the storage battery can be replaced at an appropriate time. In addition, the accuracy of the deterioration diagnosis is further improved by adopting the Mahalanobis distance having a voltage characteristic having a high correlation with the remaining capacity as an index of the output characteristic of the storage battery.
<実施の形態1>
図1は本発明の実施の形態1に係る蓄電池の劣化診断装置10の構成を示す図である。同図の如く、劣化診断装置10は、充放電回路11、測定部12、データ保存部13、演算部14、表示部15およびそれらの動作を制御する制御部16を備えている。蓄電池1は、劣化診断装置10が行う劣化診断の対象(診断対象品)である。充放電回路11は、劣化診断装置10に接続された蓄電池1を充放電させる回路である。測定部12は、蓄電池1の放電時における電圧および電流を測定する機能を有している。データ保存部13には、劣化診断の基準を定めるための各種データや、測定部12の測定データなどが保持される。演算部14はマイクロコンピュータであり、データ保存部13内のデータを用いて、蓄電池1の劣化診断に関する演算を行う。表示部15は、演算部14の演算結果を表示するためのものである。図1においては、演算部14と制御部16とを分けて描かれているが、両者は1つのマイクロコンピュータにより実現することもできる。
<
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a storage battery
データ保存部13には、実際の劣化診断に先立って、劣化診断の基準となるサンプルデータ、並びに、当該サンプルデータに基づいて作成された、蓄電池における出力特性と残存容量の関係を表す相関式が予め記録されている。本明細書では、サンプルデータに基づいて予め作成された相関式を「第1の相関式」と称する。以下、サンプルデータおよび第1の相関式について説明する。
Prior to the actual deterioration diagnosis, the
サンプルデータには、新品の蓄電池のサンプル(新品サンプル)の出力特性を示す第1特性データおよび当該新品サンプルの残存容量を示す第1容量データと、劣化した蓄電池のサンプル(劣化品サンプル)の出力特性を示す第2特性データおよび当該劣化品サンプルの残存容量を示す第2容量データが含まれている。この出力特性は、蓄電池の劣化度を評価するための項目となるものであり、本実施の形態では、蓄電池のパルス放電時の電圧特性を採用する。サンプルデータは、次の手順によって取得される。 The sample data includes first characteristic data indicating output characteristics of a new storage battery sample (new sample), first capacity data indicating remaining capacity of the new sample, and output of a deteriorated storage battery sample (deteriorated product sample). Second characteristic data indicating characteristics and second capacity data indicating the remaining capacity of the deteriorated product sample are included. This output characteristic is an item for evaluating the degree of deterioration of the storage battery, and in this embodiment, the voltage characteristic during pulse discharge of the storage battery is employed. Sample data is acquired by the following procedure.
まず、蓄電池の新品サンプルと劣化品サンプルをそれぞれ複数個(それぞれ10個程度以上が望ましい)用意する。劣化品サンプルとしては、新品の蓄電池に対して例えば使用温度の上限程度の環境(例えば温度60℃)で所定の電圧を印加するなどして故意に劣化させたものを用いてもよい。そして、新品サンプルおよび劣化品サンプルの各々を充電した後、それらの出力特性(ここではパルス放電時の電圧特性)を測定する。 First, a plurality of new storage battery samples and deteriorated product samples are prepared (each is preferably about 10 or more). As the deteriorated product sample, a new storage battery that has been intentionally deteriorated by applying a predetermined voltage in an environment (for example, a temperature of 60 ° C.) around the upper limit of the operating temperature may be used. Then, after charging each of the new sample and the deteriorated sample, their output characteristics (here, voltage characteristics during pulse discharge) are measured.
図2は、パルス放電時の電圧特性の測定手法を説明するための図である。本実施の形態では、各サンプルに対し、図2の電流波形のような定電流によるパルス放電をさせ、そのときの出力電圧の変化を測定する。本実施の形態では、パルス放電の幅を2秒とし、放電開始から3600ms経過するまでの間、200ms毎に電圧を測定する(即ち図2において、幅W1=2000[ms]、時刻tn=200×n[ms]、k=3600/200=18)。パルス放電時の電流値は1〜3Cとする。このCは、電流値をC[A]、蓄電池の定格容量をR[A・hour]、放電時間をT[hour]としたときに、C=R/T[A]で定義される単位である。即ち、1Cとは満充電から1時間で放電が終了する電流量であり、3Cは満充電から1/3時間で放電が終了する電流量である。 FIG. 2 is a diagram for explaining a method for measuring voltage characteristics during pulse discharge. In this embodiment, each sample is subjected to pulse discharge with a constant current such as the current waveform of FIG. 2, and the change in output voltage at that time is measured. In this embodiment, the width of the pulse discharge is set to 2 seconds, and the voltage is measured every 200 ms until 3600 ms elapses from the start of the discharge (that is, in FIG. 2, the width W1 = 2000 [ms], time t n = 200 × n [ms], k = 3600/200 = 18). The current value at the time of pulse discharge shall be 1-3C. This C is a unit defined by C = R / T [A] where C [A] is the current value, R [A · hour] is the rated capacity of the storage battery, and T [hour] is the discharge time. is there. That is, 1C is the amount of current at which discharge ends in 1 hour from full charge, and 3C is the amount of current at which discharge ends in 1/3 hour from full charge.
本実施の形態では、上で説明したパルス放電時の電圧特性の測定を、0℃、20℃、40℃の各温度条件について行う。従って、本実施の形態では、図3の表に示される各測定ポイントについての電圧特性を示すデータ(電圧特性データ)が得られる。図3にも示されているように、こうして得られた新品サンプルの電圧特性データが第1特性データであり、劣化品サンプルの電圧特性データが第2特性データである。 In this embodiment, the voltage characteristics during pulse discharge described above are measured for each temperature condition of 0 ° C., 20 ° C., and 40 ° C. Therefore, in the present embodiment, data (voltage characteristic data) indicating voltage characteristics at each measurement point shown in the table of FIG. 3 is obtained. As shown in FIG. 3, the voltage characteristic data of the new sample thus obtained is the first characteristic data, and the voltage characteristic data of the deteriorated sample is the second characteristic data.
さらに、各サンプルに対して一定の電流による放電を(パルス放電ではなく)継続して行わせ、その持続時間を測定することによって、各サンプルの残存容量(=電流値×持続時間)を求める。そのようにして得られた新品サンプルの残存容量を表すデータが第1容量データであり、劣化品サンプルの残存容量を示すデータが第2容量データである。 Further, each sample is continuously discharged by a constant current (not pulse discharge), and the remaining capacity of each sample (= current value × duration) is obtained by measuring the duration. Data representing the remaining capacity of the new sample thus obtained is the first capacity data, and data indicating the remaining capacity of the deteriorated sample is the second capacity data.
次に、これらのサンプルデータに基づいて作成される第1の相関式について説明する。第1の相関式は、蓄電池の出力特性と残存容量との関係を表す式であるが、本実施の形態では、第1の相関式における出力特性の指標として、第1特性データを基準としたときのマハラノビス距離を用いる。即ち本実施の形態では、劣化診断装置10のデータ保存部13に予め記憶される第1の相関式は、第1特性データを基準としたときの蓄電池の電圧特性データのマハラノビス距離と、その蓄電池の残存容量との関係を表す式となる。
Next, the first correlation equation created based on these sample data will be described. The first correlation equation is an equation representing the relationship between the output characteristics of the storage battery and the remaining capacity, but in this embodiment, the first characteristic data is used as a reference as an index of the output characteristics in the first correlation expression. Use the Mahalanobis distance. That is, in the present embodiment, the first correlation equation stored in advance in the
ここで、マハラノビス距離の算出方法の概要を説明する(当該方法の詳細は、例えば特開2003−141306号公報等に説明されている)。 Here, an outline of a Mahalanobis distance calculation method will be described (details of the method are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-141306).
評価の基準となる基準空間(マハラノビス空間)を規定するための基準サンプル数をn、評価項目数(1サンプル当たりのデータ数)をk、基準サンプルから得られたデータをYij(i=1,2,…,k、j=1,2,…,n)とする(データYijを「基準データ」と総称す)。 The number of reference samples for defining a reference space (Mahalanobis space) as a reference for evaluation is n, the number of evaluation items (number of data per sample) is k, and the data obtained from the reference sample is Y ij (i = 1) , 2,..., K, j = 1, 2,..., N) (data Y ij is generically referred to as “reference data”).
まずデータYijより、平均値miと標準偏差σiを計算し、それらを用いて各データYijに対する基準化値yijを求める。基準化値yijは、
yij=(Yij−mi)/σi …(1)
により求められる。次いで、基準化値yijにおける評価項目(ここでは測定時間)間での相関係数を求め、それを要素とする相関行列Rを求める。さらに相関行列Rの余因子行列Aを求める。この余因子行列Aの要素をaijとすると、評価対象データXiに対する基準空間内でのマハラノビス距離D(即ち、基準データ群との距離)は、
D2=(1/k)Σ(aij((Xi−mi)/σi)((Xj−mj)/σj)) …(2)
により算出される。
From first data Y ij, it calculates the average value m i and the standard deviation sigma i, determine the normalized value y ij for each data Y ij using them. The normalized value y ij is
y ij = (Y ij −m i ) / σ i (1)
Is required. Next, a correlation coefficient between the evaluation items (here, measurement time) in the standardized value y ij is obtained, and a correlation matrix R having the elements as elements is obtained. Further, a cofactor matrix A of the correlation matrix R is obtained. When the elements of the cofactor matrix A are a ij , the Mahalanobis distance D (that is, the distance from the reference data group) in the reference space with respect to the evaluation target data X i is
D 2 = (1 / k) Σ (a ij ((X i −m i ) / σ i ) ((X j −m j ) / σ j )) (2)
Is calculated by
先に述べたように本実施の形態においては、第1の相関式におけるマハラノビス距離の基準は第1特性データであるので、ここでは第1特性データが基準データ(Yij)として用いられる。そして、上の式(1),(2)を用いて、第1および第2特性データに対するマハラノビス距離が算出される。本実施の形態では、評価項目であるパルス放電時の電圧の測定は放電開始から3600ms経過するまでの間200ms毎に行われているため、評価項目数kは18となる(評価項目数は少なくとも2以上あればよい)。また、0℃、20℃、40℃の3つの温度条件について測定を行うため、新品サンプルの個数をNとすると、基準サンプル数nはN×3となる。そして、得られた第1および第2特性データに対するマハラノビス距離と、第1および第2容量データとの関係から、それらの関係を表す第1の相関式が得られる。 As described above, in the present embodiment, since the reference of the Mahalanobis distance in the first correlation equation is the first characteristic data, the first characteristic data is used as the reference data (Y ij ) here. Then, the Mahalanobis distance for the first and second characteristic data is calculated using the above equations (1) and (2). In the present embodiment, the measurement of the voltage at the time of pulse discharge, which is an evaluation item, is performed every 200 ms until 3600 ms elapses from the start of discharge, so the evaluation item number k is 18 (the number of evaluation items is at least 2 or more) Further, since measurement is performed under three temperature conditions of 0 ° C., 20 ° C., and 40 ° C., where N is the number of new samples, the reference sample number n is N × 3. Then, from the relationship between the Mahalanobis distance for the obtained first and second characteristic data and the first and second capacity data, a first correlation equation representing the relationship is obtained.
図4は、第1特性データを基準としたときの電圧特性データ(第1および第2特性データ)のマハラノビス距離と、それに対応する残存容量(即ち第1および第2容量データ)との関係を示す図である。同図の如く、新品サンプルと劣化品サンプルとではマハラノビス距離に差があり、残存容量とマハラノビス距離との間には高い相関があることが分かる。一方図5は、図4と同じデータを用いて、単純にパルス放電時の出力電圧値(具体的には図2に示す極小値Vmin)と、それに対応する残存容量(即ち第1および第2容量データ)との関係を示した図である。この場合には、新品サンプルと劣化品サンプルとで出力電圧値の違いが明確でなく、残存容量と出力電圧値との相関は比較的小さいことが分かる。 FIG. 4 shows the relationship between the Mahalanobis distance of the voltage characteristic data (first and second characteristic data) and the remaining capacity (that is, the first and second capacity data) corresponding to the first characteristic data. FIG. As shown in the figure, there is a difference in the Mahalanobis distance between the new sample and the deteriorated sample, and it can be seen that there is a high correlation between the remaining capacity and the Mahalanobis distance. On the other hand, FIG. 5 uses the same data as FIG. 4 and simply outputs the output voltage value at the time of pulse discharge (specifically, the minimum value V min shown in FIG. 2) and the corresponding remaining capacity (that is, the first and first capacitances). It is the figure which showed the relationship with (2 capacity | capacitance data). In this case, the difference in output voltage value between the new sample and the deteriorated sample is not clear, and it can be seen that the correlation between the remaining capacity and the output voltage value is relatively small.
このように、蓄電池の電圧特性データのマハラノビス距離とその残存容量とは相関が高いため、両者の関係を示す第1の相関式を使用することによって、任意の蓄電池の電圧特性データのマハラノビス距離から、高い確度の残存容量が算出されることが期待できる。なお図4のように、サンプルデータには、温度条件の違い(0℃、20℃、40℃)やサンプル品個々の電気的特性の違い起因するばらつきがあるため、第1の相関式としては最小二乗法などによる近似式が利用される。 Thus, since the Mahalanobis distance of the voltage characteristic data of the storage battery and its remaining capacity are highly correlated, by using the first correlation equation showing the relationship between them, the Mahalanobis distance of the voltage characteristic data of any storage battery It can be expected that the remaining capacity with high accuracy is calculated. As shown in FIG. 4, sample data has variations due to differences in temperature conditions (0 ° C., 20 ° C., 40 ° C.) and differences in the electrical characteristics of individual sample products. An approximate expression such as a least square method is used.
再び図1を参照し、マイクロコンピュータを用いた劣化診断装置10が行う蓄電池の劣化診断の動作を説明する。図6はその動作を示すフローチャートである。
With reference to FIG. 1 again, the operation of the deterioration diagnosis of the storage battery performed by the
まず制御部16は、相関式の補正が必要か否かを判定する(ステップS1)。ここでは蓄電池1の新品時(最初の設置時やその後の交換時)には相関式の補正工程(ステップS2)を行うよう判定し、既に相関式の補正を済ませているのであれば、蓄電池1の劣化診断工程(ステップS3〜S6)に移行するよう判定される。
First, the
先に述べたように、劣化診断装置10のデータ保存部13には、サンプルデータおよび第1の相関式が格納されている。第1の相関式は、蓄電池の残存容量の算出に有効であるが、あくまでサンプルデータを基に作成されているに過ぎないため、診断対象品である蓄電池1の固有因子(蓄電池の種類や型式、製造メーカー、設置環境の温度、充放電の条件など)が反映されたものではない。制御部16は、演算部14を用いて、第1の相関式を補正して、診断対象品である蓄電池1の固有因子が反映した相関式に作成し直す。以下、補正後の相関式を「第2の相関式」と称する。
As described above, the
図7は、相関式の補正処理(図6のステップS2)の具体的内容を示すフローチャートである。劣化診断装置10は、診断対象である蓄電池1の新品時の電圧特性を示す第3特性データを収集する(ステップS11)。このステップは、蓄電池1が新品とみなされる期間(例えば設置時を起点として1〜6ヶ月間程度の間)、例えば3時間おきに繰り返し行われる。第3特性データは、サンプルデータである第1および第2特性データの収集と同じ方法によって行われる。
FIG. 7 is a flowchart showing specific contents of the correlation equation correction process (step S2 in FIG. 6). The
即ち本実施の形態では、充放電回路11が蓄電池1を定電流でパルス放電させ、測定部12が放電開始から3600ms経過するまで200msごとに蓄電池1の出力電圧値を測定することによって、第3特性データの収集が行われる。このようにして収集された第3特性データは、診断対象である蓄電池1そのものの出力特性を表したデータであり、且つ、実際に設置された環境条件および充放電条件の下で収集しているため、蓄電池1の固有因子を含んだものであると言える。収集された第3特性データは、データ保存部13に格納される。
That is, in the present embodiment, the charging / discharging
第1の相関式では、マハラノビス距離を求めるための基準データ(Yij)は第1特性データのみであったが、第2の相関式では、さらにその基準データに第3特性データを追加する(ステップS12)。即ち第2の相関式では、マハラノビス距離の基準となる基準空間は、第1特性データと第3特性データとの集合によって規定される。 In the first correlation formula, the reference data (Y ij ) for obtaining the Mahalanobis distance is only the first characteristic data. In the second correlation formula, the third characteristic data is further added to the reference data ( Step S12). That is, in the second correlation equation, the reference space serving as a reference for the Mahalanobis distance is defined by a set of the first characteristic data and the third characteristic data.
演算部14は、データ保存部13に格納されている第1および第3特性データを基準データ(Yij)として用い、上記の式(1),(2)により、第1および第2特性データに対するマハラノビス距離を算出する(ステップS13)。そして、得られたマハラノビス距離と、データ保存部13に格納されている第1および第2容量データとの関係を示す第2の相関式を作成する(ステップS14)。こうして得られた第2の相関式は、第3特性データを含む基準データを基にして作成されているため、蓄電池1の固有因子が反映されたものとなっている。以上により、相関式の補正処理が完了する。
The
相関式の補正(第2の相関式の作成)が完了すると、その後は実際の蓄電池1の劣化診断処理へ移行する。まず、蓄電池1の電圧特性を示す第4の特性データを取得する(ステップS3)。第4特性データは、サンプルデータである第1および第2特性データの収集と同じ方法によって行われる。即ち、本実施の形態では、充放電回路11が蓄電池1を定電流でパルス放電させ、測定部12放電開始から3600ms経過するまで200msごとに蓄電池1の出力電圧を測定することによって行われる。
When the correction of the correlation formula (creation of the second correlation formula) is completed, the process proceeds to an actual deterioration diagnosis process for the
演算部14は、得られた第4特性データを第2の相関式に当てはめるために、第1および第3特性データを基準データ(Yij)として、上記式(1),(2)により第4特性データのマハラノビス距離を算出する(ステップS4)。そして、第2の相関式を用いて、第4特性データのマハラノビス距離から、蓄電池1の残存容量を算出する(ステップS5)。
In order to apply the obtained fourth characteristic data to the second correlation equation, the
最後に制御部16は、算出した残存容量を表示部15に表示する。このとき制御部16は、残存容量が所定の値よりも小さくなった場合には、蓄電池1が劣化して寿命時期に近づいていると判断して、表示部15に蓄電池1が設置されたシステムの管理者等に交換を促すメッセージを表示するなどの処理を行ってもよい。
Finally, the
本実施の形態によれば、蓄電池1の劣化診断が、当該蓄電池1の固有因子(蓄電池の種類や型式、製造メーカー、設置環境の温度、充放電の条件など)が反映した第2の相関式を用いて行われるため、残存容量を従来よりも正確に算出することができる。よって、劣化診断の精度が向上し、蓄電池1の適切な時期での交換が可能になる。また本実施の形態のように、蓄電池1の出力特性の指標として、残存容量との相関が高い電圧特性のマハラノビス距離を採用することにより、劣化診断の精度は著しく向上する。
According to the present embodiment, the second correlation equation in which the deterioration diagnosis of the
なお図1においては、蓄電池1を1個のみ図示しているが、1つの劣化診断装置10を用いて複数の蓄電池1を診断してもよい。その場合には、それら複数個の蓄電池1の新品時(例えば設置時を起点として1〜6ヶ月間程度の間)の出力特性(第3特性データ)を取得し、取得した全て第3特性データの集合を基準データ(Yij)に含ませて、相関式の補正(第2の相関式の作成)を行ってもよい。
Although only one
<実施の形態2>
実施の形態2においては、上記の実施の形態1の変形例を示す。
<Embodiment 2>
In the second embodiment, a modification of the first embodiment will be described.
実施の形態1では、サンプルデータの収集を、複数の温度条件(0℃、20℃、40℃)について行ったが、診断対象品(蓄電池1)の設置場所が一定温度に調整されていることが分かっている場合には、温度変化を考慮する必要がないため、サンプルデータの収集もそれと同じ温度条件でのみ行えばよい。例えば、診断対象品の設置場所が20℃で一定である場合には、20℃の条件でのみサンプルデータを取得して、相関式の作成に用いればよい。必要なサンプルデータが少なくなるため、サンプルデータの収集が簡単になる。 In the first embodiment, sample data is collected for a plurality of temperature conditions (0 ° C., 20 ° C., 40 ° C.), but the installation location of the diagnosis target product (storage battery 1) is adjusted to a constant temperature. If it is known, it is not necessary to take temperature changes into consideration, so sample data may be collected only under the same temperature conditions. For example, when the installation location of the diagnostic object is constant at 20 ° C., sample data may be acquired only under the condition of 20 ° C. and used to create a correlation equation. Since less sample data is required, it is easier to collect sample data.
また実施の形態1では、診断対象品(蓄電池1)の新品時(設置時または交換時)には必ず相関式の補正(第2の相関式の作成)が実行される例を示した。しかし、サンプルデータの収集に用いられたサンプル品と診断対象品とで、蓄電池の種類や型式、製造メーカー、設置環境の温度、充放電の条件などの因子がほぼ同一であるケースでは、相関式の補正を行わずに第1の相関式をそのまま用いて劣化診断を行っても、補正した場合と残存容量の算出精度はほぼ同じであると考えられる。よって、そのことが分かっている場合には、図6のステップS1において、診断対象品の新品時であっても相関式の補正処理(ステップS2)を行わないよう判定してもよい。そうすることにより、診断対象品の設置/交換の直後から劣化診断を行うことができるため、例えば診断対象品の初期不良などを即座に検知することが可能である。 Further, in the first embodiment, an example is shown in which correction of the correlation formula (creation of the second correlation formula) is always executed when the diagnosis target product (storage battery 1) is new (during installation or replacement). However, if the sample product used for collecting sample data and the product to be diagnosed have the same factors such as the type and model of the storage battery, the manufacturer, the temperature of the installation environment, and the charge / discharge conditions, the correlation formula Even if the first correlation equation is used as it is without performing the above correction and the deterioration diagnosis is performed, it is considered that the calculation accuracy of the remaining capacity is almost the same as that in the case of the correction. Therefore, if this is known, it may be determined in step S1 in FIG. 6 that the correlation formula correction process (step S2) is not performed even when the diagnostic target product is new. By doing so, the deterioration diagnosis can be performed immediately after the installation / replacement of the diagnosis target product, and therefore, for example, an initial failure of the diagnosis target product can be detected immediately.
また実施の形態1では、残存容量を表す指標として「容量[A・hour]」そのものを用いたが、例えば定電流放電を持続可能な時間を表す「放電時間[hour]」(=容量[A・hour]/放電電流[A])、あるいは定格容量に対する割合を表す「容量率[%]」(={容量[A・hour]/定格容量[A・hour]}×100)などを用いてもよい。特に、サンプルデータの収集に用いたサンプル品と診断対象品(蓄電池1)との定格容量の異なる場合には、実施の形態1の方法をそのまま適用することはできないが、「容量率」を用いれば、サンプル品と診断対象品とで残存容量の指標を共通にすることができ、本発明に係る劣化診断方法を適用可能とすることができる。 In the first embodiment, “capacity [A · hour]” itself is used as an index representing the remaining capacity. For example, “discharge time [hour]” (= capacity [A [Hour] / discharge current [A]) or “capacity ratio [%]” (= {capacity [A · hour] / rated capacity [A · hour]} × 100) representing the ratio to the rated capacity Also good. In particular, when the rated capacity of the sample product used for collecting the sample data and the product to be diagnosed (storage battery 1) are different, the method of the first embodiment cannot be applied as it is, but the “capacity ratio” is used. For example, the remaining capacity index can be made common between the sample product and the diagnosis target product, and the deterioration diagnosis method according to the present invention can be applied.
さらに、実施の形態1では、第1〜第4特性データの収集の際、充放電回路11が蓄電池1に定電流でパルス放電をさせ、測定部12が電圧特性を測定したが、実際にはパルス放電が定電流で成されない場合も考えられる。その場合には、パルス放電時に測定部12が電流値(I)と電圧値(V)とを測定し、電圧値を電流値で割って規格化したもの(V/I)を第1〜第4特性データとして用いてもよい。この方法によれば、診断精度は低下するが第1〜第4特性データの収集を容易に行うことができる。また、劣化診断装置10の充放電回路11の構成を簡略することが可能になり、装置のコスト削減に寄与できる。
Furthermore, in
1 畜電池、10 劣化診断装置、11 充放電回路、12 測定部、13 データ保存部、14 演算部、15 表示部、16 制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
(b)測定手段が、前記診断対象品の出力特性を測定し、それを示す第4特性データを取得する工程と、
(c)前記演算手段が、前記相関式に基づき、前記第4特性データから前記診断対象品の残存容量を算出する工程と
を備えることを特徴とする蓄電池の劣化診断方法。 (A) The calculation means includes first characteristic data indicating output characteristics of a new battery sample, first capacity data indicating remaining capacity of the new battery sample, second characteristic data indicating output characteristics of a deteriorated battery sample, and A step of deriving a correlation equation between the output characteristics and the remaining capacity of the storage battery based on the second capacity data indicating the remaining capacity of the deteriorated product sample and the third characteristic data indicating the output characteristics of the storage battery diagnosis target product when new. When,
(B) a step of measuring an output characteristic of the diagnostic object and obtaining fourth characteristic data indicating the measurement characteristic;
(C) The calculation means includes a step of calculating a remaining capacity of the diagnosis target product from the fourth characteristic data based on the correlation equation.
前記相関式は、前記蓄電池の出力特性を示す前記第1および第3特性データを基準としたマハラノビス距離と残存容量との関係を示す式である
ことを特徴とする蓄電池の劣化診断方法。 A deterioration diagnosis method for a storage battery according to claim 1,
The method for diagnosing deterioration of a storage battery, wherein the correlation equation is an expression showing a relationship between a Mahalanobis distance and a remaining capacity based on the first and third characteristic data indicating output characteristics of the storage battery.
前記出力特性は、パルス放電時の電圧特性である
ことを特徴とする蓄電池の劣化診断方法。 A storage battery deterioration diagnosis method according to claim 2,
The method for diagnosing deterioration of a storage battery, wherein the output characteristic is a voltage characteristic during pulse discharge.
蓄電池の診断対象品の出力特性を測定する測定部と、
前記第1および第2特性データ、前記第1および第2容量データ、並びに前記測定手段が測定した前記診断対象品の新品時の出力特性を示す第3特性データに基づいて、蓄電池における出力特性と残存容量との相関式を導出し、当該相関式を用いて、前記測定部が測定した前記診断対象品の設置後の出力特性を示す第4特性データから当該診断対象品の残存容量を算出する演算部と
を備えることを特徴とする蓄電池の劣化診断装置。 First characteristic data indicating output characteristics of a new battery sample, first capacity data indicating remaining capacity of the new battery sample, second characteristic data indicating output characteristics of the deteriorated battery sample, and remaining capacity of the deteriorated sample A data holding unit for holding the second capacity data shown;
A measurement unit for measuring the output characteristics of the storage battery diagnosis target product;
Based on the first and second characteristic data, the first and second capacity data, and the third characteristic data indicating the output characteristic of the diagnostic target product when it is new, which is measured by the measuring means, A correlation formula with the remaining capacity is derived, and using the correlation formula, the remaining capacity of the diagnostic target product is calculated from the fourth characteristic data indicating the output characteristics of the diagnostic target product after installation measured by the measurement unit. A deterioration diagnosis apparatus for a storage battery, comprising: an arithmetic unit.
前記相関式は、前記蓄電池の出力特性を示す前記第1および第3特性データを基準としたマハラノビス距離と残存容量との関係を示す式である
ことを特徴とする蓄電池の劣化診断装置。 A deterioration diagnosis device for a storage battery according to claim 4,
The storage battery deterioration diagnosis apparatus, wherein the correlation expression is an expression showing a relationship between a Mahalanobis distance and a remaining capacity based on the first and third characteristic data indicating output characteristics of the storage battery.
前記出力特性は、パルス放電時の電圧特性である
ことを特徴とする蓄電池の劣化診断装置。
A deterioration diagnosis device for a storage battery according to claim 5,
The deterioration diagnosis device for a storage battery, wherein the output characteristic is a voltage characteristic during pulse discharge.
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Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
JP2012068075A (en) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | Hitachi Ltd | Lithium ion battery diagnostic system and lithium ion battery diagnostic method |
WO2015040797A1 (en) * | 2013-09-18 | 2015-03-26 | ソニー株式会社 | Power storage system |
KR20160097030A (en) * | 2015-02-06 | 2016-08-17 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for estimating state of battery based on battery charging voltage data |
-
2005
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012068075A (en) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | Hitachi Ltd | Lithium ion battery diagnostic system and lithium ion battery diagnostic method |
WO2015040797A1 (en) * | 2013-09-18 | 2015-03-26 | ソニー株式会社 | Power storage system |
US10317472B2 (en) | 2013-09-18 | 2019-06-11 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Power storage system for predicting abnormality or failure of the system by using multivariate analysis |
KR20160097030A (en) * | 2015-02-06 | 2016-08-17 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for estimating state of battery based on battery charging voltage data |
KR102356475B1 (en) * | 2015-02-06 | 2022-01-27 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for estimating state of battery based on battery charging voltage data |
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