JP6184815B2 - Secondary battery system, control method thereof, and program - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池システムに関し、より具体的には電池管理装置によって充放電制御を行う二次電池システムに関するものである。 The present invention relates to a secondary battery system, and more specifically to a secondary battery system that performs charge / discharge control by a battery management device.
二次電池には、エネルギー密度が高く常温でも運用可能であるものがあり、例えば電気バスなどの用途に使用されている。バスとしては、一般に内燃機関を使用したバスが多用されており、10年程度の寿命がある。同様に電気バスについても同等の年数の使用が期待されるが、二次電池の寿命はその水準に至っていない。そこで、二次電池の特性を鑑み、二次電池を長寿命化する運用方法についての様々な方法が検討されている。 Some secondary batteries have high energy density and can be operated at room temperature, and are used for applications such as electric buses. As a bus, a bus using an internal combustion engine is generally used and has a life of about 10 years. Similarly, the electric bus is expected to be used for the same number of years, but the lifetime of the secondary battery has not reached that level. Therefore, in view of the characteristics of the secondary battery, various methods for an operation method for extending the life of the secondary battery have been studied.
例えば二次電池は、使用に伴い徐々に劣化することが知られている。
そこで、例えば内燃機関と二次電池を用いたハイブリッド車両では、SOC(State Of Charge/総電力容量に対する充電量の相対比率)の目標値を一定値、例えば50%とし充放電を行う方法などが知られている。
その一方で、二次電池が劣化するにつれて総電力容量は徐々に減少する。前述したように常にSOCの目標値を50%とすると、劣化した二次電池では新品の二次電池と比較して総電力容量が減るため、同じSOCであれば充電量が減ることとなり、新品と同等の能力を発揮できないこととなる。
そこで、例えば特許文献1には、ハイブリッド車の車両用電池において、電池の劣化の進行に応じて電池のSOCの目標値を高くすることが開示されている。
For example, it is known that secondary batteries gradually deteriorate with use.
Thus, for example, in a hybrid vehicle using an internal combustion engine and a secondary battery, there is a method of charging / discharging with a target value of SOC (State Of Charge / relative ratio of charge to total power capacity) set to a constant value, for example, 50%. Are known.
On the other hand, the total power capacity gradually decreases as the secondary battery deteriorates. As described above, if the SOC target value is always 50%, a deteriorated secondary battery has a lower total power capacity than a new secondary battery. Will not be able to demonstrate the same ability.
Thus, for example, Patent Document 1 discloses that in a vehicle battery for a hybrid vehicle, the target value of the SOC of the battery is increased in accordance with the progress of battery deterioration.
しかしながら、上記特許文献1に開示された発明では、電池の劣化に伴う出力低下を補償することが目的であるため、SOCの目標値は電池の劣化状態と温度とから適当な値に設定されるに過ぎず、それが必要な充電量をまかなえるか否かが不明確であるという問題があった。 However, in the invention disclosed in Patent Document 1, since the purpose is to compensate for a decrease in output due to battery deterioration, the SOC target value is set to an appropriate value from the battery deterioration state and temperature. However, there is a problem that it is unclear whether or not it can provide the necessary amount of charge.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電池の劣化に応じてSOCの目標値を変化させる場合に、その運用に応じた適切なSOCの目標値を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an appropriate SOC target value according to the operation when the SOC target value is changed in accordance with the deterioration of the battery. Objective.
上記課題を解決するために、本発明の二次電池システムおよびその制御方法ならびにプログラムは以下の手段を採用する。
直列に接続された複数の電池セルと、前記電池セルの充放電制御を行う電池管理装置と、を含む組電池を備え、前記電池管理装置は、計測時点における前記組電池の満充電時の総電力容量を算出する総電力容量算出手段と、前記組電池の目標充電量を算出する目標充電量算出手段と、前記計測時点における前記組電池の満充電時の総電力容量および前記組電池の目標充電量をもとに前記組電池のSOC目標値を設定するSOC目標値設定手段を備え、前記目標充電量は、最低充電量と需要予測充電量の合計であり、前記最低充電量のSOCは、非常事態発生時に整備可能な箇所に到達するのに必要なリンプホーム分充電量のSOCと、前記各電池セル間のSOCの差を考慮したばらつき考慮分充電量のSOCとの合計であり、前記組電池のSOCが前記SOC目標値に達するまで充放電制御を行うことを特徴とする二次電池システムを採用する。
In order to solve the above problems, the secondary battery system, the control method thereof, and the program of the present invention employ the following means.
A battery pack including a plurality of battery cells connected in series and a battery management device that performs charge / discharge control of the battery cell, the battery management device including a total charge when the battery pack is fully charged at the time of measurement. Total power capacity calculating means for calculating power capacity, target charge amount calculating means for calculating the target charge amount of the assembled battery, total power capacity when the assembled battery is fully charged at the time of measurement, and the target of the assembled battery SOC target value setting means for setting the SOC target value of the battery pack based on the charge amount, the target charge amount is the sum of the minimum charge amount and the demand predicted charge amount, and the SOC of the minimum charge amount is , The sum of the SOC of the charge amount of limp home necessary to reach a place that can be maintained in the event of an emergency, and the SOC of charge amount considering the variation considering the difference in SOC between the battery cells, S of the battery pack C to adopt secondary battery system characterized by performing the charge and discharge control to reach the SOC target value.
本発明によれば、SOC目標値が、計測時点における満充電時の総電力容量と目標充電量をもとに算出されることから、電池に充電されている充電量を直接計測できない組電池であってもこの充電量に対するSOCを検出し、SOC目標値まで充放電が可能となる。また、このSOCを利用して間接的に充電量を管理することができる。
さらに、組電池の劣化に応じて変化する満充電時の総電力容量をもとにSOC目標値を設定するため、組電池が劣化していない場合は組電池を低いSOCの範囲で利用できるとともに、組電池が劣化した場合においては必要な充電量が確保できる。これにより、組電池が劣化していない場合はSOCを低く抑えることができるため、二次電池システムの長寿命化がはかれる。
また本発明によれば、最低充電量のSOCを、リンプホーム分充電量のSOCとばらつき考慮分充電量のSOCの合計とするため、充電を行う直前の充電量が可及的に少ない場合においても、障害などが発生した場合に始発点などに戻るのに必要なリンプホーム分充電量および各電池セルごとの充電量すなわちSOCのばらつきを考慮しておくことができ、非常事態に備え最低限の余裕を持たせるとともに組電池の特性を考慮することで安全な運用が可能である。
According to the present invention, since the SOC target value is calculated on the basis of the total power capacity and the target charge amount at the time of full charge at the time of measurement, the battery pack can not directly measure the charge amount charged. Even if it exists, SOC with respect to this charge amount is detected, and charging / discharging is attained to a SOC target value. Further, the amount of charge can be managed indirectly using this SOC.
Furthermore, since the SOC target value is set based on the total power capacity at the time of full charge that changes according to the deterioration of the assembled battery, the assembled battery can be used in a low SOC range when the assembled battery is not deteriorated. When the assembled battery is deteriorated, a necessary charge amount can be secured. As a result, when the assembled battery is not deteriorated, the SOC can be kept low, so that the life of the secondary battery system can be extended.
Further, according to the present invention, since the SOC of the minimum charge amount is the sum of the SOC of the charge amount for the limp home and the SOC of the charge amount for consideration of variation, the charge amount immediately before charging is as small as possible. However, it is possible to take into account the amount of charge for limp home required to return to the starting point in the event of a failure, etc., and the amount of charge for each battery cell, that is, the variation in SOC. Therefore, it is possible to operate safely by taking into account the characteristics of the assembled battery.
上記発明において、前記目標充電量は、最低充電量と需要予測充電量の合計であるとしてもよい。 In the above invention, the target charge amount may be a sum of a minimum charge amount and a demand predicted charge amount.
本発明によれば、目標充電量を最低充電量と需要予測充電量とから算出するため、二次電池システムの運用に最低限必要な充電量を目標として設定することができる。 According to the present invention, since the target charge amount is calculated from the minimum charge amount and the demand predicted charge amount, the minimum charge amount necessary for the operation of the secondary battery system can be set as a target.
上記発明において、前記需要予測充電量は、前記組電池の前記SOC目標値までの充放電完了後、充電量を消費し次の充電が必要な場合の予測される充電量であるとしてもよい。 In the above invention, the predicted demand charge amount may be a predicted charge amount when the charge amount is consumed and the next charge is necessary after the charge / discharge of the assembled battery to the SOC target value is completed.
本発明によれば、需要予測充電量が、充放電が完了し始動してから次の充電を行うまでに必要な充電量の予測値であることから、天候、温度、曜日など電池の需要に関する様々な条件を考慮してその条件に応じた需要の予測を行った充電量を設定することができ、様々な運用条件に応用可能である。 According to the present invention, since the demand predicted charge amount is a predicted value of the charge amount required from the start of charging and discharging to the next charge, the battery demand such as weather, temperature, day of the week, etc. Considering various conditions, it is possible to set the amount of charge for which the demand is predicted according to the conditions, and it can be applied to various operating conditions.
本発明は、直列に接続された複数の電池セルと、前記電池セルの充放電制御を行う電池管理装置と、を含む組電池を備え、前記電池管理装置は、計測時点における前記組電池の満充電時の総電力容量を算出する総電力容量算出ステップと、前記組電池の目標充電量を算出する目標充電量算出ステップと、前記計測時点における前記組電池の満充電時の総電力容量および前記組電池の目標充電量をもとに前記組電池のSOC目標値を設定するSOC目標値設定ステップを備え、前記目標充電量は、最低充電量と需要予測充電量の合計であり、前記最低充電量のSOCは、非常事態発生時に整備可能な箇所に到達するのに必要なリンプホーム分充電量のSOCと、前記各電池セル間のSOCの差を考慮したばらつき考慮分充電量のSOCとの合計であり、前記組電池のSOCが前記SOC目標値に達するまで充放電制御を行うことを特徴とする二次電池システムの制御方法を提供する。 The present invention includes an assembled battery including a plurality of battery cells connected in series and a battery management device that performs charge / discharge control of the battery cell, and the battery management device satisfies the condition of the assembled battery at the time of measurement. A total power capacity calculating step for calculating a total power capacity at the time of charging; a target charging amount calculating step for calculating a target charging amount of the assembled battery; a total power capacity at the time of full charging of the assembled battery at the time of measurement; and An SOC target value setting step for setting an SOC target value of the assembled battery based on a target charge amount of the assembled battery, wherein the target charge amount is a sum of a minimum charge amount and a demand predicted charge amount; SOC of the amount of charge for limp home necessary to reach a place where maintenance is possible in the event of an emergency, and SOC of amount of charge for variation considering the difference in SOC between the battery cells total There is provided a control method for a secondary battery system that SOC of the battery pack, characterized in that the charging and discharging control to reach the SOC target value.
本発明は、直列に接続された複数の電池セルと、前記電池セルの充放電制御を行う電池管理装置と、を含む組電池を備え、前記電池管理装置は、計測時点における前記組電池の満充電時の総電力容量を算出する総電力容量算出プログラムと、前記組電池の目標充電量を算出する目標充電量算出プログラムと、前記計測時点における前記組電池の満充電時の総電力容量および前記組電池の目標充電量をもとに前記組電池のSOC目標値を設定するSOC目標値設定プログラムを備え、前記目標充電量は、最低充電量と需要予測充電量の合計であり、前記最低充電量のSOCは、非常事態発生時に整備可能な箇所に到達するのに必要なリンプホーム分充電量のSOCと、前記各電池セル間のSOCの差を考慮したばらつき考慮分充電量のSOCとの合計であり、前記組電池のSOCが前記SOC目標値に達するまで充放電制御を行う処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供する。 The present invention includes an assembled battery including a plurality of battery cells connected in series and a battery management device that performs charge / discharge control of the battery cell, and the battery management device satisfies the condition of the assembled battery at the time of measurement. A total power capacity calculation program for calculating a total power capacity at the time of charging, a target charge amount calculation program for calculating a target charge amount of the battery pack, a total power capacity at the time of full charge of the battery pack at the time of measurement, and the An SOC target value setting program for setting an SOC target value of the assembled battery based on a target charge amount of the assembled battery, the target charge amount being a sum of a minimum charge amount and a demand predicted charge amount, and the minimum charge The SOC of the amount of limp home required to reach a place where maintenance is possible in the event of an emergency, and the SOC of the amount of charge charged considering variation taking into account the difference in SOC between the battery cells The sum, provides a program for executing a process of SOC of the battery pack is charging and discharging control to reach the SOC target value in the computer.
本発明によれば、電池管理装置により劣化に応じて目標充電量と満充電時の総電力容量をもとにSOC目標値を設定するので、その運用に応じた適切なSOC目標値を定めることができる効果を奏する。 According to the present invention, since the SOC target value is set based on the target charge amount and the total power capacity at the time of full charge according to deterioration by the battery management device, an appropriate SOC target value corresponding to the operation is determined. There is an effect that can.
以下に、本発明に係る二次電池システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、本発明の一実施形態について、図1を用いて説明する。
図1には、本実施形態に係る二次電池システムの概略構成が示されている。
図1に示されるように、二次電池システム1は、組電池10と、モータやインバータ等の負荷20と、外部の充電器50と接続する部材である充電コンセント30と、組電池10と回路との接続を行う遮断器40とを主な構成として備えている。
また、組電池10は、電池管理装置11と、電流センサ13と、電圧検出器15と、電池セル17とを内部に備えている。直列に接続された各電池セル17毎に電圧検出器15が配置されている。直列に接続された各電池セル17の一方の端に電流センサ13が接続されており、さらに、電流センサ13は遮断器40に接続されている。
充電コンセント30が外部の充電器50に備えられた充電プラグ60と接続されることにより、二次電池システム1の充電を行う。
二次電池システム1の放電は、負荷20にて行われる。
なお、組電池10を構成する各電池セル17は二次電池であり、リチウムイオン電池、鉛電池、ニッケル水素電池等であり、特に限定されないが、出力密度、エネルギー密度が高いことからリチウムイオン電池が好ましく用いられる。
Hereinafter, an embodiment of a secondary battery system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows a schematic configuration of the secondary battery system according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the secondary battery system 1 includes an assembled
The assembled
The secondary battery system 1 is charged by connecting the
The secondary battery system 1 is discharged by the load 20.
Each
電池管理装置11は、電流センサ13、各電圧検出器15、遮断器40及び充電コンセント30に接続されている。充電コンセント30が充電プラグ60と接続されている場合は、電池管理装置11は充電コンセント30及び充電プラグ60を通じて充電器50まで接続されることとなる。
電池管理装置11が充電器50に接続されている場合は、電池管理装置11は充電の制御を行う。
また、電池管理装置11は遮断器40のON/OFF制御を行う。
さらに、電池管理装置11は、電流センサ13から電流値を、電圧検出器15から電圧値を取得する。これらにより、電池管理装置11は、組電池10のSOC等といった組電池10に関する様々な情報の取得および算出、電流の保護、過充電保護、過放電保護など組電池10に関わる様々な制御を行うものである。
また、電池管理装置11は、総電力容量算出手段111、目標充電量算出手段112及びSOC目標値設定手段113の各手段を備えている。
The
When the
Further, the
Further, the
In addition, the
図1のような組電池10においては、充電量を直接計測することができない。時間と共に常に変動する充電量に対し、本願では総電力容量に対する充電量の相対比率であるSOCの検出を行うものとする。
また、SOCを検出するとともに、組電池10の劣化度を検出する。組電池10の劣化度については、満充電時の総電力容量の変化から算出できる。満充電時の総電力容量は、SOC及びそのSOCに応じた放電量から総電力容量算出手段111により算出される。
In the
Moreover, while detecting SOC, the deterioration degree of the assembled
組電池10を放置し無負荷状態となった場合の電圧をOCV(Open Circuit Voltage/オープンサーキット電圧)といい、これが電圧検出器15にて検出される。このOCVは、組電池10のSOCと比例していることから、OCVを検出することで組電池10のSOCが判明する。電気バスにおいて、組電池10を使用していない場合はすなわち停止している場合などであり、電池管理装置11は不使用時にOCVを検出することでその計測時点でのSOCを確定させることができる。
また組電池10の使用時、すなわち電気バスにおける走行中などでは、走行中に利用したSOCとその間の放電量とから総電力容量算出手段111が満充電時の組電池10の総電力容量を算出することができる。また組電池10の総電力容量は、使用に伴う劣化により値が小さくなるため、電池管理装置11は、総電力容量の減少率から組電池10の劣化度を推測することができる。
このように、組電池10の使用・不使用において互いに各値に対し補正をかけることにより、電池管理装置11は組電池10の総電力容量、計測時点でのSOC及び組電池10の劣化度をより正確に検出することができる。
The voltage when the
Further, when the assembled
In this way, by correcting each value when the assembled
前述したように、組電池10は使用に伴い徐々に劣化する。そして、様々な要因により、その劣化の進行度合いには電池ごとに差がある。また、SOCを毎回高い値まで充電して使用することや、SOCが大きく変動するような使用方法は、組電池10の劣化に対して大きな影響を与え、劣化を進める原因となり得る。
そこで本発明では、SOC目標値を運用に最低限必要な充電量に対するSOCとして設定することで、SOCを低い値の範囲で運用することについて検討する。
As described above, the assembled
Therefore, in the present invention, it is considered to operate the SOC within a low value range by setting the SOC target value as the SOC for the minimum charge amount necessary for operation.
以下に、SOC目標値の算出方法について述べる。
目標充電量をWtarget[Wh]とすると、Wtargetは運用に最低限必要な充電量としたため、最低充電量(Wlowest[Wh]とする)及び予測される消費電力をもとに算出した需要予測充電量(Woperation[Wh]とする)とから目標充電量算出手段112により算出されるものとする。
よって、SOC目標値をSOCtargetとすると、SOCtargetは以下の(1)式で表される。
SOCtarget=(Wtarget/Wfull)×100
={(Wlowest+Woperation)/Wfull}×100
=SOClowest+SOCoperation・・・(1)
式(1)において、Wfull[Wh]は計測時点における満充電時の総電力容量、SOClowestは最低充電量のSOC、SOCoperationは需要予測充電量のSOCである。各SOCの詳細については後述する。
A method for calculating the SOC target value will be described below.
Assuming that the target charge amount is Wtarget [Wh], Wtarget is the minimum charge amount necessary for operation, so the demand predicted charge calculated based on the minimum charge amount (Wlowest [Wh]) and the predicted power consumption It is assumed that the target charge
Therefore, assuming that the SOC target value is SOCtarget, SOCtarget is expressed by the following equation (1).
SOCtarget = (Wtarget / Wfull) × 100
= {(Wlowest + Woperation) / Wfull} × 100
= SOClowest + SOCoperation (1)
In equation (1), Wfull [Wh] is the total power capacity at full charge at the time of measurement, SOClowest is the SOC of the minimum charge amount, and SOCoperation is the SOC of the demand predicted charge amount. Details of each SOC will be described later.
まず、最低充電量のSOCについて述べる。
二次電池システム1において、最もSOCが低くなる時、すなわち充電直前の充電量を最低充電量とし、このSOCの値を最低充電量のSOCとする。この最低充電量は、障害発生などの非常事態時に、始発点など整備可能な箇所に到達するのに必要な電力量であるリンプホーム分充電量と、組電池10内の各電池セル17間のSOCの差を考慮したばらつき考慮分充電量との合計であるとできる。
First, the SOC with the minimum charge amount will be described.
In the secondary battery system 1, when the SOC is lowest, that is, the charge amount immediately before charging is set as the minimum charge amount, and the value of this SOC is set as the SOC of the minimum charge amount. This minimum charge amount is between the limp home charge amount, which is the amount of power necessary to reach a serviceable location such as the starting point, in the event of an emergency such as a failure, and between each
障害が発生した場合、始発点、例えば電気バスの場合であれば出発点である車庫へ戻るのに必要な充電量は、組電池10の使用条件が同一であればSOCによらず一定である。
リンプホーム分充電量をWlimp[Wh]とすると、これに対応するSOC、リンプホーム分充電量のSOCは以下の(2)式で表される。
SOClimp=(Wlimp/Wfull)×100・・・(2)
式(2)で表されるように、SOClimpは組電池10の劣化が進行すると分母であるWfullが小さくなるため、総電力容量に占めるリンプホーム分充電量の割合、すなわちSOClimpは大きくなるといえる。
If a failure occurs, the amount of charge required to return to the starting point, for example, an electric bus, to the garage that is the starting point is constant regardless of the SOC if the usage conditions of the assembled
When the limp home charge amount is Wlimp [Wh], the corresponding SOC and limp home charge amount SOC are expressed by the following equation (2).
SOClimp = (Wlimp / Wfull) × 100 (2)
As expressed by the equation (2), SOClimp can be said to have a larger proportion of the charge amount of the limp home in the total power capacity, that is, SOClimp, because Wfull as the denominator decreases as the deterioration of the assembled
また、電池セル17は新品であってもその電圧にばらつきがあることが分かっている。例えば直列内の各電池セル17の電圧にばらつきがある場合、充電時に平均よりも電圧が高い電池セル17が過充電となったり、放電時には平均よりも電圧が低い電池セル17が過放電となる可能性がある。電池管理装置11では、直列に接続された電池セル17内でのSOCのばらつきが拡大しないようにするため、電圧の高い電池セル17を放電し、SOCのばらつきを一定以下に保つ制御を行っている。この各電池セル17のSOCのばらつきの限度をSOCdispersionとする。またこの場合の充電量をWdispersion[Wh]とすると、SOCdispersionは以下の(3)式で表される。
SOCdispersion=(Wdispersion/Wfull)×100・・・(3)
Moreover, even if the
SOCdispersion = (Wdispersion / Wfull) × 100 (3)
上記のように求めたSOClimp及びSOCdispersionより、最低SOCであるSOClowestを算出する。この算出式は以下の(4)式で表される。
SOClowest=SOClimp+SOCdispersion・・・(4)
From the SOClimp and SOCdispersion obtained as described above, SOClowest which is the lowest SOC is calculated. This calculation formula is expressed by the following formula (4).
SOClowest = SOClimp + SOCdispersion (4)
次に、需要予測SOCについて述べる。
電気バスに搭載された組電池10の場合、運行に必要なSOCは様々な条件により変動する。
例えば、一日の運行で最も高いSOCの値と最も低いSOCの値の差を一日のSOCの変動量であるとしSOCdayと表す。また、この時の充電量の振れ幅をWday[Wh]とする。
一日の運行に必要な充電量の振れ幅Wdayは、季節の変化によるエアコンなど補機動力の使用電力量の変動や、曜日などによる需要の波動によって日々変動するため、一定の値を設定するのには問題がある。そこで、運行に必要な充電量の振れ幅の予測値をWoperation[Wh]とし、これを推定する方法について以下に述べる。
Next, the demand prediction SOC will be described.
In the case of the assembled
For example, the difference between the highest SOC value and the lowest SOC value in the daily operation is represented as SOCday, assuming that it is the fluctuation amount of the daily SOC. Further, the fluctuation amount of the charge amount at this time is Wday [Wh].
The amount of fluctuation Wday required for daily operation varies from day to day due to fluctuations in the amount of power used by auxiliary equipment such as air conditioners due to seasonal changes, and fluctuations in demand due to the day of the week, so set a constant value. There is a problem. Therefore, a predicted value of the fluctuation amount of the charging amount necessary for the operation is set as Woperation [Wh], and a method for estimating this will be described below.
前述したように、Wdayは日々変動する。そこで、日単位の時定数Tf[day]にて平均値をとることでWaverage[Wh]を求める。平均電力Waverageは以下の(5)式で表される。
Waverage={(Waverage-1−Wday)/Tf}+Waverage-1・・・(5)
このWaverageをWoperationとすることが考えられる。
As mentioned above, Wday fluctuates from day to day. Therefore, Waverage [Wh] is obtained by taking an average value with the time constant Tf [day] in days. The average power Waverage is expressed by the following equation (5).
Waverage = {(Waverage −1 −Wday) / Tf} + Waverage −1 (5)
It can be considered that this Waverage is Woperation.
平均電力Waverageを予測値Woperationとして使用した場合、実測値が予測値Woperationから大きく外れることは少ないと考えられる。しかし、気温が平均値を上回る日や、乗客数が平均値を上回る日などでは、需要予測SOCだけでは足りず、組電池10のSOCは設定した最低SOCを下回ることとなる。つまり、この場合に非常事態が発生すると、リンプホームを行えない可能性がある。また平均をとっていることから、理論上約半分の確率で予測値は外れることとなる。
When the average power Waverage is used as the predicted value Woperation, it is considered that the actually measured value is not greatly deviated from the predicted value Woperation. However, on the day when the temperature exceeds the average value or the day when the number of passengers exceeds the average value, the demand prediction SOC is not sufficient, and the SOC of the assembled
上記のように最低SOCを下回ることのない運行に必要な充電量の振れ幅の予測値の推定方法として、一日の運行に必要な充電量の振れ幅のピーク値を予測値とする方法が考えられる。
この方法では、運行実績の中で最も大きなWdayで、Wdayのピーク値Wdaymax[Wh]を更新する。このWdaymaxはそれまでの実績の中で最も大きなWdayであるためこれをWoperationとすることにより、組電池10に対する負荷の大きな日であっても、概ね事前に設定した最低SOCを下回らないように需要予測SOCを設定することが可能であると考えられる。
但し、運行実績を通しての最大消費電力量が基準となるため、例えば補機動力の使用電力量が小さくなる季節や、乗客の少ない休日などではこの需要予測SOCは過大な値となることが予測される。
As described above, as a method for estimating the predicted value of the fluctuation amount of the charging amount necessary for the operation that does not fall below the minimum SOC, a method using the peak value of the fluctuation amount of the charging amount necessary for the daily operation as the predicted value is available. Conceivable.
In this method, the Wday peak value Wdaymax [Wh] is updated with the largest Wday in the operation results. Since this Wdaymax is the largest Wday in the past achievements, by setting this as Woperation, even if it is a day when the load on the assembled
However, since the maximum power consumption through the operation results is the standard, for example, this demand prediction SOC is predicted to be excessive in the season when the power consumption of auxiliary machinery power is small or when there are few passengers. The
前述したように、Waverageでは平均よりも二次電池に対する負荷が大きい場合に対応できない、すなわち需要予測SOCでは足りない。一方、Wdaymaxでは需要予測SOCに余剰が発生しやすい。
そこで、一日の運行に必要な充電量の振れ幅の平均からの乖離量をWestrangement[Wh]とする。Westrangementは以下の(6)式で表される。
Westrangement=|Wday−Waverage|・・・(6)
これを用いて、Woperationを以下の(7)式で表す。
Woperation=Waverage+Westrangement・・・(7)
これにより、平均電力を基準として、さらに余裕を見込んだ予測値を設定することができると考えられる。
As described above, Waverage cannot cope with the case where the load on the secondary battery is larger than the average, that is, the demand prediction SOC is insufficient. On the other hand, surplus is likely to occur in demand forecast SOC in Wdaymax.
Accordingly, the amount of deviation from the average of the fluctuation amount of the charge amount necessary for the daily operation is defined as Westrangement [Wh]. Westrangement is expressed by the following equation (6).
Westrangement = | Wday-Waverage | (6)
Using this, Woperation is expressed by the following equation (7).
Woperation = Waverage + Westrangement (7)
Thereby, it is considered that a predicted value with further allowance can be set on the basis of the average power.
式(7)で算出した運行に必要な充電量の振れ幅の予測値Woperationから、運行に必要なSOCの振れ幅の予測値SOCoperationを以下の(8)式で表す。
SOCoperation=(Woperation/Wfull)×100・・・(8)
From the predicted value Woperation of the fluctuation amount of the charge required for the operation calculated by the equation (7), the predicted value SOCoperation of the SOC amplitude necessary for the operation is expressed by the following equation (8).
SOCoperation = (Woperation / Wfull) × 100 (8)
組電池10のSOC目標値であるSOCtargetは式(1)のように、式(4)で算出したSOClowest及び式(8)で算出したSOCoperationの和から求められる。そして、SOC目標値設定手段113により設定されたSOCtargetを組電池10のSOCの目標値として充放電を行うことにより、組電池10の劣化に応じて運行に必要な最低限度のSOC範囲だけを使用する運用が可能となる。
図2に示されるように、新品電池と劣化した劣化電池とでは、例えば目標充電量が変化しなかった場合において、新品電池におけるSOC目標値に対して劣化電池におけるSOC目標値は高いものとなる。これは、劣化により満充電量が低くなる、すなわちSOCの分母が小さくなるためである。
よって、新品電池やそれに近い状態の電池の場合は、SOCの低い範囲での運用が可能である。また、劣化した場合であっても、必要な最低限度の目標充電量が確保されるため、ある程度の劣化までは新品電池と同等な性能を発揮することができ、新品時と同等の運用が継続可能である。
The SOC target that is the SOC target value of the assembled
As shown in FIG. 2, in the case of a new battery and a deteriorated deteriorated battery, for example, when the target charge amount does not change, the SOC target value in the deteriorated battery is higher than the SOC target value in the new battery. . This is because the full charge amount decreases due to deterioration, that is, the SOC denominator decreases.
Therefore, in the case of a new battery or a battery in a state close thereto, operation in a low SOC range is possible. In addition, even if it is deteriorated, the necessary minimum target charge amount is secured, so that it can exhibit the same performance as a new battery until a certain degree of deterioration, and the same operation as when new is continued Is possible.
以上、説明してきたように、本実施形態に係る二次電池システムおよびその制御方法ならびにプログラムによれば、電池管理装置11がOCVを検出することでSOCを確定させ、総電力容量算出手段111が使用時のSOCとその間の放電量から組電池10の計測時点における満充電時の総電力容量を算出する。この総電力容量と目標充電量をもとに電池管理装置11によりSOC目標値が算出されることとした。これにより充電されている充電量を直接計測できない組電池10であってもこの充電量に対するSOCを検出し、SOC目標値まで充放電が可能となる。また、このSOCを利用して間接的に充電量を管理することができる。
さらに、組電池10の劣化に応じて変化する満充電時の総電力容量をもとにSOC目標値を設定するため、組電池10が劣化していない場合は組電池10を低いSOCの範囲で利用できる。よって、劣化の進行を最小限に抑えることができる。これとともに、組電池10が劣化した場合においては必要な充電量が確保でき、新品時と同等の運用が継続可能である。これにより、組電池10が劣化していない場合はSOCを低く抑えることができるため、二次電池システム1の長寿命化がはかれる。
As described above, according to the secondary battery system, the control method, and the program according to the present embodiment, the
Furthermore, since the SOC target value is set based on the total power capacity at the time of full charge that changes in accordance with the deterioration of the assembled
また、目標充電量は運用に最低限必要な充電量とした。よって電池管理装置11は、目標充電量を、最もSOCが低くなる充電直前の充電量である最低充電量と、予測される消費電力をもとに算出された需要予測充電量とから算出するものとした。これにより、二次電池システム1の運用に最低限必要な充電量を目標として設定することができる。
The target charge amount is the minimum charge amount required for operation. Therefore, the
最低充電量のSOCを、非常事態時に整備可能な箇所に到達するのに必要な電力量であるリンプホーム分充電量と、組電池10内の各電池セル間のSOCのばらつきを考慮したばらつき考慮分充電量との合計であるとした。したがって、充電を行う直前の充電量が可及的に少ない場合においても、障害などが発生した場合に始発点など整備可能な箇所に到達するのに必要な充電量および各電池セル17ごとの充電量すなわちSOCのばらつきを考慮しておくことができ、非常事態に備え最低限の余裕を持たせるとともに組電池10の特性を考慮することで安全な運用が可能である。
Considering variation in consideration of variation in limp home charge, which is the amount of power required to reach a location where maintenance is possible in the event of an emergency, and SOC of each battery cell in
また、運行に必要な充電量の振れ幅の予測値を需要予測充電量とし、平均電力を基準としてさらに余裕を見込んだ充電量を設定する。すなわち、充放電が完了し始動してから次の充電を行うまでに必要な充電量の予測値が設定されるとした。これにより、天候、温度、曜日など電池の需要に関する様々な条件を考慮してその条件に応じた需要の予測を行った充電量を設定することができ、様々な運用条件に応用可能である。 In addition, the predicted value of the fluctuation amount of the charging amount necessary for the operation is set as the demand predicted charging amount, and the charging amount with further allowance is set based on the average power. That is, the estimated value of the amount of charge required from the start of charge / discharge to the next charge is set. Accordingly, it is possible to set a charge amount for which the demand is predicted according to the conditions such as the weather, temperature, day of the week, and the like, and it is applicable to various operating conditions.
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
たとえば、上述した実施形態に係る二次電池システム1においては、図3に示されるように、上記処理の全て或いは一部を別途ソフトウェアを用いて処理する構成としてもよい。この場合、二次電池システム1はプログラムを用いて処理するために、CPU81、RAM等の主記憶装置82、補助記憶装置83、キーボードやマウスなどの入力装置84、ディスプレイやプリンタなどの出力装置85、および外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置86などを備えている。
補助記憶装置83には、CPU81、RAM等の主記憶装置82、及び上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体が格納されており、CPU81が補助記憶装置83から主記憶装置82にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
For example, in the secondary battery system 1 according to the above-described embodiment, as illustrated in FIG. 3, all or part of the above-described processing may be separately processed using software. In this case, since the secondary battery system 1 performs processing using a program, the
The
Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
1 二次電池システム
10 組電池
11 電池管理装置
13 電流センサ
15 電圧検出器
17 電池セル
20 負荷
30 充電コンセント
40 遮断器
50 充電器
60 充電プラグ
81 CPU
82 主記憶装置
83 補助記憶装置
84 入力装置
85 出力装置
86 通信装置
111 総電力容量算出手段
112 目標充電量算出手段
113 SOC目標値設定手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
82
Claims (5)
前記電池セルの充放電制御を行う電池管理装置と、を含む組電池を備え、
前記電池管理装置は、前記組電池の計測時点における満充電時の総電力容量を算出する総電力容量算出手段と、前記組電池の目標充電量を算出する目標充電量算出手段と、前記計測時点における前記組電池の満充電時の総電力容量および前記組電池の目標充電量をもとに前記組電池のSOC目標値を設定するSOC目標値設定手段を備え、
前記目標充電量は、最低充電量と需要予測充電量の合計であり、
前記最低充電量のSOCは、非常事態発生時に整備可能な箇所に到達するのに必要なリンプホーム分充電量のSOCと、前記各電池セル間のSOCの差を考慮したばらつき考慮分充電量のSOCとの合計であり、
前記組電池のSOCが前記SOC目標値に達するまで充放電制御を行うことを特徴とする二次電池システム。 A plurality of battery cells connected in series;
A battery management device that performs charge / discharge control of the battery cell,
The battery management device includes: a total power capacity calculating unit that calculates a total power capacity when fully charged at the measurement time of the assembled battery; a target charge amount calculating unit that calculates a target charge amount of the assembled battery; and the measurement time point SOC target value setting means for setting the SOC target value of the assembled battery based on the total power capacity at the time of full charge of the assembled battery and the target charge amount of the assembled battery,
The target charge amount is the sum of the minimum charge amount and the demand prediction charge amount,
The SOC of the minimum charge amount is the charge amount for variation considering the difference between the SOC of the limp home charge amount required to reach a location where maintenance is possible in the event of an emergency and the SOC between the battery cells. Total with SOC,
Charge / discharge control is performed until the SOC of the assembled battery reaches the SOC target value.
前記電池セルの充放電制御を行う電池管理装置と、を含む組電池を備え、
前記電池管理装置は、計測時点における前記組電池の満充電時の総電力容量を算出する総電力容量算出ステップと、前記組電池の目標充電量を算出する目標充電量算出ステップと、前記計測時点における前記組電池の満充電時の総電力容量および前記組電池の目標充電量をもとに前記組電池のSOC目標値を設定するSOC目標値設定ステップを備え、
前記目標充電量は、最低充電量と需要予測充電量の合計であり、
前記最低充電量のSOCは、非常事態発生時に整備可能な箇所に到達するのに必要なリンプホーム分充電量のSOCと、前記各電池セル間のSOCの差を考慮したばらつき考慮分充電量のSOCとの合計であり、
前記組電池のSOCが前記SOC目標値に達するまで充放電制御を行うことを特徴とする二次電池システムの制御方法。 A plurality of battery cells connected in series;
A battery management device that performs charge / discharge control of the battery cell,
The battery management device includes: a total power capacity calculating step for calculating a total power capacity when the assembled battery is fully charged at a measurement time; a target charge amount calculating step for calculating a target charge amount for the assembled battery; and the measurement time point A SOC target value setting step of setting an SOC target value of the assembled battery based on a total power capacity when the assembled battery is fully charged and a target charge amount of the assembled battery,
The target charge amount is the sum of the minimum charge amount and the demand prediction charge amount,
The SOC of the minimum charge amount is the charge amount for variation considering the difference between the SOC of the limp home charge amount required to reach a location where maintenance is possible in the event of an emergency and the SOC between the battery cells. Total with SOC,
A control method for a secondary battery system, wherein charge / discharge control is performed until the SOC of the assembled battery reaches the SOC target value.
前記電池セルの充放電制御を行う電池管理装置と、を含む組電池を備え、
前記電池管理装置は、計測時点における前記組電池の満充電時の総電力容量を算出する総電力容量算出プログラムと、前記組電池の目標充電量を算出する目標充電量算出プログラムと、前記計測時点における前記組電池の満充電時の総電力容量および前記組電池の目標充電量をもとに前記組電池のSOC目標値を設定するSOC目標値設定プログラムを備え、
前記目標充電量は、最低充電量と需要予測充電量の合計であり、
前記最低充電量のSOCは、非常事態発生時に整備可能な箇所に到達するのに必要なリンプホーム分充電量のSOCと、前記各電池セル間のSOCの差を考慮したばらつき考慮分充電量のSOCとの合計であり、
前記組電池のSOCが前記SOC目標値に達するまで充放電制御を行う処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。 A plurality of battery cells connected in series;
A battery management device that performs charge / discharge control of the battery cell,
The battery management device includes a total power capacity calculation program for calculating a total power capacity when the assembled battery is fully charged at a measurement time, a target charge amount calculation program for calculating a target charge amount of the assembled battery, and the measurement time point. An SOC target value setting program for setting an SOC target value of the assembled battery based on a total power capacity when the assembled battery is fully charged and a target charge amount of the assembled battery,
The target charge amount is the sum of the minimum charge amount and the demand prediction charge amount,
The SOC of the minimum charge amount is the charge amount for variation considering the difference between the SOC of the limp home charge amount required to reach a location where maintenance is possible in the event of an emergency and the SOC between the battery cells. Total with SOC,
The program for making a computer perform the process which performs charging / discharging control until SOC of the said assembled battery reaches the said SOC target value.
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