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JP7225153B2 - 充放電制御方法、電池搭載機器、管理システム、充放電制御プログラム、管理方法、管理サーバ及び管理プログラム - Google Patents

充放電制御方法、電池搭載機器、管理システム、充放電制御プログラム、管理方法、管理サーバ及び管理プログラム Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、充放電制御方法、電池搭載機器、管理システム、充放電制御プログラム、管理方法、管理サーバ及び管理プログラムに関する。
近年、充放電可能な電池(蓄電池)が、スマートフォン、車両、定置用電源装置及びドローン等の電池搭載機器に搭載されている。このような電池搭載機器では、リチウムイオン電池等の二次電池を1つ以上設けることにより、充放電可能な前述の電池が形成される。1つ以上の二次電池から形成される前述の電池は、充放電を繰返すことにより、容量が低下する等、劣化することが知られている。
また、前述のような電池が搭載される電池搭載機器では、電池搭載機器の提供者等の電池搭載機器のユーザ以外の電池の管理者等が、電池の劣化状態を適切に把握することが求められている。また、ユーザ以外の電池の管理者等によって、電池の安全性の問題の発生等を未然に防ぐことが、求められている。
特開2017-161228号公報 特開2018-147827号公報 特表2015-501474号公報
本発明が解決しようとする課題は、電池搭載機器のユーザ以外の電池の管理者等によって、電池の劣化状態が適切に把握され、電池の安全性の問題の発生等を未然に防ぐことが可能な充放電制御方法、電池搭載機器、管理システム、充放電制御プログラム、管理方法、管理サーバ及び管理プログラムを提供することにある。
実施形態の管理方法では、電池搭載機器の電池に関連するパラメータの電池の充電又は放電における計測データを電池搭載機器から受信する。そして、管理方法では、計測データに基づいて電池の内部状態及び電池特性を推定し、推定された電池の内部状態及び電池特性のいずれかに基づいて電池の劣化状態の診断を行う。そして、管理方法では、電池の劣化状態の診断での診断結果を取得する。そして、管理方法では、劣化状態の診断での診断結果に少なくとも対応した電池の充放電に関する制御指令を生成する。そして、管理方法では、生成した制御指令を、受信した計測データへの応答として電池搭載機器へ出力する。
実施形態の管理方法では、電池搭載機器の電池に関連するパラメータの前記電池の充電又は放電における計測データに基づいた電池の劣化状態の診断での診断結果を取得する。そして、管理方法では、劣化状態の診断での診断結果に少なくとも対応した電池の充放電に関する制御指令を生成し、生成した制御指令を電池搭載機器へ出力する。そして、管理方法では、電池に関連するパラメータの計測データに基づいて推定される電池の内部状態及び電池特性のいずれかを取得し、推定された電池の内部状態及び電池特性のいずれかに少なくとも基づいて、劣化状態の診断での診断項目に対する電池の劣化状態の関係の基準となる基準データを更新する。
また、実施形態の管理サーバは、前述の管理方法を実行するプロセッサを備える。
また、実施形態の管理プログラムは、前述の管理方法を電池搭載機器の外部のコンピュータに実行させる。
図1は、第1の実施形態に係る管理システムを概略的に示すブロック図である。 図2は、電池の内部状態パラメータ等について説明する概略図である。 図3は、正極容量維持率及び負極容量維持率の2つの診断項目に対する電池の安全性の関係の基準となるデータの一例を示す概略図である。 図4は、電池の余寿命の診断の一例を説明する概略図である。 図5は、電池の余寿命の診断の図4とは別の一例を説明する概略図である。 図6は、図3の基準データに基づく制御指令の生成、及び、制御指令に基づく電池の制御の一例を示す概略図である。 図7は、第1の実施形態に係る電池搭載機器のコントローラ及び管理サーバによって行われる処理の一例を示すフローチャートである。 図8は、第2の実施形態に係る管理システムを概略的に示すブロック図である。 図9は、第2の実施形態に係る電池搭載機器のコントローラ及び管理サーバによって行われる処理の一例を示すフローチャートである。
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態に係る管理システムを概略的に示すブロック図である。管理システム1は、電池搭載機器2及び管理サーバ3を備える。電池搭載機器2は、電池(蓄電池)5、電源及び負荷(参照符号6で示す)、駆動回路7、計測回路8及びコントローラ10を備える。電池5は、1つの単電池から形成されてもよく、複数の単電池を備える組電池であってもよい。また、電池5が組電池である場合、組電池において、複数の単電池が電気的に直列に接続される直列接続構造、及び、複数の単電池が電気的に並列に接続される並列接続構造の少なくとも一方が形成される。また、電池5を構成する単電池は、リチウムイオン二次電池等の二次電池である。また、電池搭載機器2としては、スマートフォン、車両、定置用電源装置及びドローン等が挙げられ、電池搭載機器2となる車両としては、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車及び電動バイク等が、挙げられる。
電池5は、充放電可能である。電池5に電源から電力が供給されることにより、電池5が充電される。また、電池5から放電された電力は、負荷に供給される。なお、図1の一例では、電源及び負荷は、電池搭載機器2に搭載されているが、電源及び負荷の少なくとも一方が、電池搭載機器2の外部に設けられてもよい。また、電池搭載機器2では、駆動回路7の駆動が制御されることにより、電池5の充電及び放電が制御される。計測回路8は、電池5の充電又は放電において、電池5に関連するパラメータを検出及び計測する。計測回路8によるパラメータの検出は、所定のタイミングで定期的に行われる。電池5に関連するパラメータには、電池5を流れる電流、電池5の正極端子と負極端子との間の電圧、及び、電池5の温度が含まれる。このため、計測回路8には、電流を計測する電流計、電圧を計測する電圧計、及び、温度を計測する温度センサ等が含まれる。
コントローラ10は、コンピュータを構成し、プロセッサ及び記憶媒体を備える。プロセッサは、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、マイコン、FPGA(Field Programmable Gate Array)及びDSP(Digital Signal Processor)等のいずれかを含む。記憶媒体には、メモリ等の主記憶装置に加え、補助記憶装置が含まれ得る。記憶媒体としては、磁気ディスク、光ディスク(CD-ROM、CD-R、DVD等)、光磁気ディスク(MO等)、及び、半導体メモリ等が挙げられる。コントローラ10では、プロセッサ及び記憶媒体のそれぞれは、1つであってもよく、複数であってもよい。コントローラ10のプロセッサは、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を行う。また、コントローラ10のプロセッサによって実行されるプログラムは、インターネット等のネットワークを介して接続されたコンピュータ(サーバ)、又は、クラウド環境のサーバ等に格納されてもよい。この場合、プロセッサは、ネットワーク経由でプログラムをダウンロードする。
コントローラ10は、計測データ取得部11、内部状態推定部12、演算データ記憶部13、劣化状態診断部15及び充放電制御部16を備える。計測データ取得部11、内部状態推定部12、劣化状態診断部15及び充放電制御部16は、コントローラ10のプロセッサ等によって行われる処理の一部を実施する。コントローラ10の記憶媒体が、演算データ記憶部13として機能する。
管理サーバ3は、電池搭載機器2の外部に設けられる。そして、管理サーバ3は、制御指令生成部21、基準データ記憶部22及びユーザデータ記憶部23を備える。ある一例では、管理サーバ3は、電池搭載機器2のコントローラ10とネットワークを介して通信可能なサーバである。この場合、管理サーバ3は、コントローラ10と同様に、プロセッサ及び記憶媒体を備える。そして、制御指令生成部21は、管理サーバ3のプロセッサ等によって行われる処理の一部を実施し、管理サーバ3の記憶媒体が、基準データ記憶部22及びユーザデータ記憶部23として機能する。また、別のある一例では、管理サーバ3は、クラウド環境に構成されるクラウドサーバである。この場合、クラウド環境のインフラは、仮想CPU等の仮想プロセッサ及びクラウドメモリによって、構成される。仮想プロセッサによって行われる処理の一部を、制御指令生成部21が実施する。そして、クラウドメモリが、基準データ記憶部22及びユーザデータ記憶部23として機能する。
なお、基準データ記憶部22及びユーザデータ記憶部23は、電池搭載機器2のコントローラ10及び管理サーバ3とは別のコンピュータに設けられてもよい。この場合、管理サーバ3は、基準データ記憶部22及びユーザデータ記憶部23等が設けられるコンピュータに、ネットワークを介して接続される。
計測データ取得部11は、電池5に関連するパラメータの計測回路8での計測値を取得する。計測データ取得部11は、電池5に関連するパラメータの計測値を、所定のタイミングで定期的に取得する。したがって、電池5に関連するパラメータの時間変化(時間履歴)を含む計測データが、計測データ取得部11によって、取得される。計測データには、電池5を流れる電流の時間変化(時間履歴)、電池5の端子間の電圧の時間変化(時間履歴)、及び、電池5の温度の時間変化(時間履歴)が含まれる。また、計測データ取得部11は、計測データに加えて、電池5に関連するパラメータの計測時の充電条件又は放電条件を取得する。充電条件には、充電レート、充電開始及び充電終了における電池5のSOC(State Of Charge)、及び、充電時における電池5の温度範囲等が含まれる。同様に、放電条件には、放電レート、放電開始及び放電終了における電池5のSOC、及び、放電時における電池5の温度範囲等が含まれる。
計測データ取得部11は、電池5の電流及び電圧の計測結果に基づいて、電池5の充電時間(放電時間)に対する電池5の電流及び電圧のそれぞれの関係を示すデータを、計測データとして取得する。また、計測データ取得部11は、充電開始(放電開始)からの電池5の充電量(放電量)及び電池5のSOCのいずれかに対する電池5の電流及び電圧のそれぞれの関係を示すデータを、計測データとして取得してもよい。なお、電池5のSOCは、SOC0%からSOC100%までの電池5の満充電容量に対するSOC0%までの電池5の残容量の割合を示す。SOCは、前述の測定データ及び電池5の充放電履歴等を用いて、算出可能である。電池5のSOCの算出方法としては、電流積算法、電池5の端子間電圧とSOCとの関係を用いた算出法、及び、カルマンフィルタを用いた推定法等が、挙げられる。なお、電池5では、正極端子と負極端子との間の電圧が電圧値Vα1になる状態が、SOCが0%の状態と規定され、端子間の電圧が電圧値Vα1より大きいVα2になる状態が、SOCが100%の状態として規定される。
内部状態推定部12は、計測データ取得部11から前述の計測データ、及び、充電条件又は放電条件を受信する。そして、内部状態推定部12は、計測データ等に基づいて、電池5の内部状態及び電池特性を推定する。本実施形態では、内部状態推定部12は、電池5の充電時間(放電時間)に対する電池5の電圧及び電流のそれぞれの関係を表す計測データを解析する。すなわち、電池5の電圧の時間変化及び電池5の電流の時間変化のそれぞれが、内部状態推定部12によって、解析される。ある一例では、内部状態推定部12は、計測データに含まれる電池5の充電曲線(充電における電池5の充電電圧及び充電電流のそれぞれの時間変化)の解析、すなわち、充電曲線解析を行う。内部状態推定部12は、計測データに基づいて内部状態パラメータを推定することにより、電池5の内部状態を推定する。ここで、内部状態パラメータは、例えば、正極容量(又は正極質量)、負極容量(又は負極質量)、正極の初期充電量、負極の初期充電量、及び、内部抵抗のいずれかを含む。また、正極の初期充電量と負極の初期充電量とのずれである運用窓シフト(SOW:Shift of Operation Window)も、内部状態パラメータに含まれる。
図2は、電池の内部状態パラメータ等について説明する概略図である。図2に示すように、正極容量とは、正極が初期充電量から上限充電量になるまでの電池5の充電量である。そして、正極電位(正極端子の電位)がVβ1になる状態での正極の充電量が初期充電量と規定され、正極電位がVβ1より高いVβ2になる状態での正極の充電量が上限充電量と規定される。また、負極容量とは、負極が初期充電量から上限充電量になるまでの電池5の充電量である。そして、負極電位(負極端子の電位)がVγ1になる状態での負極の充電量が初期充電量と規定され、負極電位がVγ1より低いVγ2になる状態での負極の充電量が上限充電量と規定される。充放電を繰返すことによって電池5が劣化すると、電池5の使用開始時に比べて、電池5の正極容量及び負極容量のそれぞれは、減少する。また、電池5が劣化すると、電池5のSOWは、電池5の使用開始時から変化する。
また、内部状態推定部12は、推定した内部状態パラメータに基づいて電池5の電池特性パラメータを推定することにより、電池5の電池特性を推定する。電池特性パラメータは、例えば、電池5の開回路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)、OCV曲線、及び、電池容量のいずれかを含む。また、前述の電池5の内部抵抗が、電池特性パラメータに含まれてもよい。ここで、OCV曲線は、電池5のOCV以外のパラメータとOCVとの関係を示す関数であり、例えば、電池5のSOC又は充電量に対するOCVの関係を示す関数である。また、電池容量は、正極容量の範囲と負極容量の範囲との重複部分における電池5の充電量である(図2参照)。
演算データ記憶部13には、内部状態及び電池特性の推定において演算に用いられる演算データが、記憶される。内部状態推定部12は、内部状態等の推定に必要な演算データを、演算データ記憶部13から読み出す。演算データとしては、例えば、正極のSOCに対する正極の開回路電位(OCP:Open Circuit Potential)を示す関数、負極のSOCに対する負極のOCPを示す関数、OCVに課される上限電圧及び下限電圧、及び、電池5のパラメータの最終的な推定結果を得るためのパラメータの中間的な推定値等が、含まれる。また、内部状態推定部12は、推定したパラメータの中でその後のパラメータの推定で必要になるパラメータを、演算データ記憶部13に保存可能である。なお、充電曲線解析による電池5の内部状態及び電池特性の推定は、例えば前記特許文献2(特開2018-147827号公報)等と同様にして行われる。したがって、前記特許文献2と同様にして、前述した電池5の内部状態パラメータ及び電池特性パラメータが、推定される。
劣化状態診断部15は、内部状態推定部12から電池5の内部状態及び電池特性の推定結果を、受信する。そして、劣化状態診断部15は、推定された内部状態パラメータ及び電池特性パラメータのいずれかに基づいて、電池5の劣化状態を診断する。電池5の劣化状態の診断には、電池5の安全性診断、及び、電池5の残存寿命の診断等が、含まれる。ここで、管理サーバ3の基準データ記憶部22には、1つ以上の診断項目に対する電池5の劣化状態の関係の基準となる基準データが記憶される。例えば、1つ以上の診断項目に対する電池5の安全性の関係の基準となるデータ、及び、1つ以上の診断項目に対する電池5の残存寿命の関係の基準となるデータ等が、基準データ記憶部22に記憶される。劣化状態診断部15は、ネットワーク等を介して、基準データ記憶部22から基準データを読み出す。そして、劣化状態診断部15は、推定された内部状態パラメータ及び電池特性パラメータのいずれか、及び、前述の基準データに基づいて、電池5の劣化状態を診断する。
劣化状態の診断における診断項目は、例えば、正極容量、負極容量、SOW及び内部抵抗等の内部状態パラメータ、及び、電池容量等の電池特性パラメータ等のいずれかを含む。また、診断項目は、内部状態パラメータ及び電池特性パラメータのいずれかを用いて算出されるパラメータを含んでもよい。ある一例では、使用開始時の正極容量に対する推定された正極容量の比率である正極容量維持率、及び、使用開始時の負極容量に対する推定された負極容量の比率である負極容量維持率のいずれかが、診断項目に含まれる。
以下、前述の基準データ(劣化マップ)の一例について説明する。図3は、正極容量維持率及び負極容量維持率の2つの診断項目に対する電池の安全性の関係の基準となるデータの一例を示す概略図である。図3の基準データを用いた電池5の劣化状態の診断では、推定された正極容量及び負極容量から正極容量維持率及び負極容量維持率が算出される。そして、算出した正極容量維持率及び負極容量維持率、及び、基準データに基づいて、電池5の安全性に関して“正常”、“注意”及び“警告”のいずれに該当するか、診断される。例えば、推定された負極容量維持率が75%である場合は、電池5の安全性に関して“警告”に該当すると診断される。なお、図3の一例では、電池5の安全性に関して、3段階に階級分けされるが、例えば、5段階に階級分けされてもよい。また、電池5の安全性が、安全指数等で示されてもよい。この場合、例えば、安全指数が大きいほど、電池5の安全性が高い。
また、劣化状態の診断に含まれる電池5の余寿命の診断を説明する。余寿命の診断では、例えば、電池5の寿命の終止時点に対応する診断項目の閾値が、基準データとして用いられる。図4は、電池の余寿命の診断の一例を説明する概略図である。図4の一例では、負極容量維持率が診断項目と用いられ、診断に用いられる基準データでは、電池5の寿命の終止時点に対応する負極容量維持率の閾値は85%に設定される。そして、電池5の使用開始から充放電の1000サイクル目で、負極容量維持率を診断項目として余寿命の診断が行われる。そして、電池5の使用開始から充放電の3000サイクル目で、負極容量維持率が基準データの閾値(85%)に到達し、電池5の寿命が終止すると診断される。
図5は、電池の余寿命の診断の図4とは別の一例を説明する概略図である。図5の一例では、SOWが診断項目として用いられ、SOWは、使用開始時を100%として示される。そして、診断に用いられる基準データでは、電池5の寿命の終止時点に対応するSOWの2つ閾値は250%及び-30%に設定される。ここで、図5の一例では、SOWが2つの閾値のいずれかに到達した場合に、電池5の寿命が終止すると診断される。また、SOWが負の値の場合は、正極の初期充電量に対する負極の初期充電量のずれの方向が、使用開始時とは反対になることを示す。図5の一例では、電池5の使用開始から充放電の1000サイクル目で、SOWを診断項目として余寿命の診断が行われる。そして、電池5の使用開始から充放電の3000サイクル目で、SOWが基準データの閾値の一方(250%)に到達し、電池5の寿命が終止すると診断される。
なお、余寿命の診断結果は、使用開始時からのサイクル数で示される必要はなく、現時点(診断時)からのサイクル数で示されてもよい。また、余寿命の診断結果は、100日又は10000時間等の、使用開始時又は現時点(診断時)からの経過時間で示されてもよい。また、図4及び図5の一例等の余寿命の診断においては、1つの診断項目の閾値に基づいて、電池5の寿命の終止時点が判断されるが、2つ以上の診断項目に基づいて寿命の終止時点が総合的に判断されてもよい。
前述のように、本実施形態では、電池5に関連するパラメータ(電流、電圧及び温度等)の電池5の充電又は放電における計測データに基づいて、電池5の内部状態及び電池特性が推定される。そして、推定された内部状態及び電池特性のいずれかに基づいて、電池5の劣化状態が診断される。このため、劣化状態の診断の診断結果は、計測データに基づくものになる。また、電池搭載機器2がスマートフォン等である場合は、計測データに基づく電池5の劣化状態の前述の診断は、スマートフォンにダウンロードされたアプリケーションを実行することにより、行われてもよい。
劣化状態診断部15は、劣化状態の診断結果を管理サーバ3へ出力する。すなわち、劣化状態の診断結果が、電池搭載機器2の外部へ出力される。管理サーバ3の制御指令生成部21は、劣化状態の診断結果を電池搭載機器2から受信することにより、電池5の劣化状態の診断結果を示すデータを取得する。また、電池搭載機器2は、劣化状態の診断結果に加えて、前述の計測データ、計測データに基づいて算出される電池5のリアルタイムのSOC(残容量)、電池5の充放電履歴、及び、計測データの計測時の充電条件又は放電条件、推定された内部状態及び電池特性に関する情報等を、管理サーバ3へ出力する。したがって、管理サーバ3の制御指令生成部21は、劣化状態の診断結果に加えて、前回の劣化状態の診断から現時点(今回の劣化状態の診断)までの電池5の使用態様(使用履歴)等も、取得可能となる。また、電池搭載機器2から管理サーバ3へは、電池5又は電池搭載機器2の識別子が出力され、管理サーバ3の制御指令生成部21によって、電池5又は電池搭載機器2の識別子が取得されてもよい。
制御指令生成部21は、電池5の劣化状態の診断結果に少なくとも対応させて、電池5の充放電に関する制御指令を生成する。この際、制御指令生成部21は、基準データ記憶部22から、1つ以上の診断項目に対する電池5の劣化状態の関係の基準となる基準データを読み取る。そして、制御指令生成部21は、電池5の劣化状態の診断結果、及び、読み取った基準データに基づいて、制御指令を生成する。そして、制御指令生成部21は、電池搭載機器2の充放電制御部16に、生成した制御指令を出力する。これにより、コントローラ10の充放電制御部16は、電池5の劣化状態の診断結果に少なくとも対応した電池5の充放電に関する制御指令を、受信する。したがって、制御指令は、管理サーバ3へ出力された劣化状態の診断結果への応答として、制御指令生成部21から充放電制御部16へ出力される。
充放電制御部16は、受信した制御指令に基づいて、駆動回路7の駆動を制御し、電池5の充放電を制御する。したがって、コントローラ10は、管理サーバ3をマスターとするスレーブの制御装置として、電池5の充放電を制御する。これにより、管理サーバ3による電池5の充放電の遠隔制御が実現される。電池の充放電を制御することにより、充電において電池を流れる電流、充電での電池5の電圧の上限値、及び、放電において電池5から出力される電力等のいずれかが、調整される。
本実施形態では、電池5の劣化状態の診断結果が許容範囲を超えている場合は、制御指令生成部21は、制御指令として、診断結果が許容範囲内である場合に比べて、充電において電池を流れる電流(例えば、充電レート)、充電での電池の電圧(例えば、充電電圧の上限値)、及び、放電において電池から出力される電力のいずれかを抑制する指令、又は、電池5の充放電の停止によって電池5の使用を停止させる指令を、生成する。これにより、劣化状態の診断結果が許容範囲を超えている場合は、充放電制御部16は、受信した制御指令に基づいて、診断結果が許容範囲内である場合に比べて、充電において電池を流れる電流、充電での電池の電圧、及び、放電において電池から出力される電力のいずれかを抑制する、又は、充放電の停止によって電池5の使用を停止させる。
ある一例では、図3に示す基準データを用いて、制御指令生成部21は、電池5の劣化状態の診断結果に少なくとも対応した電池5の充放電に関する制御指令を、生成する。この一例では、電池5の安全性に関して“正常”に該当する場合は、制御指令生成部21は、劣化状態が許容範囲であると判断する。そして、電池5の安全性に関して“注意”に該当する場合は、制御指令生成部21は、診断結果が許容範囲内である場合(電池5の安全性に関して“正常”に該当する場合)に比べて、充電において電池を流れる電流(例えば、充電レート)、充電での電池の電圧(例えば、充電電圧の上限値)、及び、放電において電池から出力される電力のいずれかを抑制する指令を、生成する。そして、電池5の安全性に関して“警告”に該当する場合は、制御指令生成部21は、電池5の充放電の停止によって電池5の使用を停止させる指令を、生成する。
図6は、図3の基準データに基づく制御指令の生成、及び、制御指令に基づく電池の制御の一例を示す概略図である。図3の基準データに基づく制御指令の生成、及び、制御指令に基づく電池5の制御は、例えば、図6の一例のようにして行われる。図6の一例では、電池5の安全性に関して“正常”に該当し、診断結果が許容範囲内である場合は、制御指令生成部21及び充放電制御部16は、充電レートをQaとし、充電電圧の上限値をVaとして、電池5を充電させる。そして、制御指令生成部21及び充放電制御部16は、電池5からの出力電力をPaとして、電池5から放電させる。また、電池5の安全性に関して“注意”に該当する場合は、制御指令生成部21及び充放電制御部16は、充電レートをQaより小さいQbとし、充電電圧の上限値をVaより小さいVbとして、電池5を充電させる。そして、制御指令生成部21及び充放電制御部16は、電池5からの出力電力をPaより小さいPbとして、電池5から放電させる。また、電池5の安全性に関して“警告”に該当する場合は、制御指令生成部21及び充放電制御部16は、電池5の充放電を停止させる。
また、制御指令生成部21は、電池5の劣化状態の診断結果に加えて、電池5の劣化状態の前回の診断時に生成された制御指令、及び、劣化状態の前回の診断時からの電池5の内部状態及び/又は電池特性の変化量に基づいて、制御指令を生成してもよい。この場合、電池5の劣化状態の診断結果に加えて、電池5の劣化状態の前回の診断時に生成された制御指令、及び、劣化状態の前回の診断時からの電池5の内部状態及び/又は電池特性の変化量に基づいて、電池5の充放電が制御される。
ある一例では、基準データに基づく劣化診断において電池5の安全性に関して“正常”に該当しても、劣化状態の前回の診断時から電池5の内部状態及び電池特性のいずれかが正常範囲を超えて変化している場合は、充電において電池を流れる電流、及び、放電において電池から出力される電力等を抑制する指令を、制御指令生成部21は生成する。例えば、正極容量及び負極容量のいずれかが劣化状態の前回の診断時から所定の閾値を超えて減少している場合は、制御指令生成部21は、劣化状態の前回の診断時からの電池5の内部状態の変化が正常範囲を超えていると、判断する。
また、制御指令生成部21は、前述の事項に加えて、劣化状態の前回の診断時からの電池5の使用態様(使用履歴)に基づいて、制御指令を生成してもよい。そして、前述の事項に加えて、劣化状態の前回の診断時からの電池の使用態様に基づいて、電池5の充放電が制御される。ある一例では、基準データに基づく劣化診断において電池5の安全性に関して“正常”に該当しても、劣化状態の前回の診断時からの電池5の使用態様が正常範囲でない場合は、充電において電池を流れる電流、及び、放電において電池から出力される電力等を抑制する指令を、制御指令生成部21は生成する。例えば、前回の診断時から今回の診断までにおいて所定の期間を超えて過度に大きい電流が電池5に流れていた場合は、制御指令生成部21は、電池5の使用態様が正常範囲でないと、判断する。
また、劣化状態の前回の診断時から電池5の内部状態及び電池特性のいずれか正常範囲を超え変化している場合は、制御指令生成部21は、1つ以上の診断項目に対する電池5の劣化状態の関係の基準となる基準データ(劣化マップ)を更新してもよい。これにより、基準データ記憶部22に記憶される基準データが、更新される。この際、制御指令生成部21は、推定された電池5の内部状態及び電池特性、及び、前回の診断時からの内部状態及び電池特性の変化等に基づいて、基準データを更新する。
ある一例では、図3に示す基準データを用いて電池5の劣化状態の診断が前述のように行われる。ただし、この一例では、負極容量が劣化状態の前回の診断時から所定の閾値を超えて減少している場合は、制御指令生成部21は、診断項目である負極容量維持率に対する劣化状態の関係を示す基準データを、図3に示すデータから更新する。例えば、図3に示すデータ(更新前の基準データ)では、負極容量維持率が85%の状態が、安全性に関して“正常”と“注意”との境界となるが、更新後の基準データでは、負極容量維持率が86%の状態が、安全性に関して“正常”と“注意”との境界となる。
また、基準データの更新によって、電池5の寿命の終止時点に対応する診断項目の閾値が、変更されてもよい。ある一例では、負極容量が劣化状態の前回の診断時から所定の閾値を超えて減少している場合は、制御指令生成部21は、基準データの更新によって、電池5の寿命の終止時点に対応する負極容量維持率の閾値を変更する。例えば、更新前の基準データでは、図4の一例のように、電池5の寿命の終止時点に対応する負極容量維持率の閾値は85%に設定されが、更新後の基準データでは、電池5の寿命の終止時点に対応する負極容量維持率の閾値は86%に設定される。
また、劣化状態の前回の診断時からの電池5の使用態様が正常範囲でない場合において、制御指令生成部21は、1つ以上の診断項目に対する電池5の劣化状態の関係の基準となる基準データ(劣化マップ)を更新してもよい。この場合も、劣化状態の前回の診断時から電池5の内部状態及び電池特性のいずれか正常範囲を超え変化している場合と同様にして、基準データが更新される。
ユーザデータ記憶部23には、電池搭載機器2のユーザを含む複数のユーザに関する情報が含まれる。例えば、電池搭載機器2の劣化状態を診断し、かつ、劣化状態の診断結果に対応させた制御指令を電池搭載機器2に出力する前述のサービスが、電池搭載機器2のユーザ等に提供されるとする。この場合、ユーザデータ記憶部23には、前述のサービスへの加入者の情報等が記憶される。そして、制御指令生成部21は、電池5又は電池搭載機器2の識別子に基づいて、ユーザデータ記憶部23から電池搭載機器2のユーザに関するユーザ情報を読み出す。そして、制御指令生成部21は、電池搭載機器2のユーザに関するユーザ情報に基づいて、電池搭載機器2が劣化状態の診断結果に対応させた制御指令を出力する対象であると識別する。
なお、電池搭載機器2の劣化状態を診断し、かつ、劣化状態の診断結果に対応させた制御指令を電池搭載機器2に出力する前述のサービスは、電池搭載機器2のユーザ以外の電池5の管理者等によって提供される。前述のサービスの提供者は、電池搭載機器2のユーザへの提供者と同一であってもよく、電池搭載機器2のユーザへの提供者とは異なってもよい。電池搭載機器2がスマートフォンである場合は、スマートフォンのキャリア、スマートフォンの製造者、及び、劣化状態の診断をコントローラ10に実行させるアプリケーションの提供者等が、前述のサービスの提供者となり得る。また、電池搭載機器2が車両である場合は、車両の製造者、車両の販売者、及び、販売者とは別の車両のメンテンナンス者等が、前述のサービスの提供者となり得る。また、電池5の製造者等も、前述のサービスの提供者となり得る。
図7は、第1の実施形態に係る電池搭載機器のコントローラ及び管理サーバによって行われる処理の一例を示すフローチャートである。図7の処理は、所定のタイミングで定期的に行われる。ある一例では、所定の間隔で繰返し図7の処理が行われ、別のある一例では、電池搭載機器2のユーザインタフェースでユーザ等によって操作指令が入力されたことに基づいて、図7の処理が行われる。
図7の処理を開始すると、コントローラ10の計測データ取得部11は、電池5に関連するパラメータの前述した計測データを取得する(S101)。そして、内部状態推定部12は、計測データに基づいて、前述のようにして電池5の内部状態及び電池特性等を推定する(S102)。そして、劣化状態診断部15は、推定された電池5の内部状態及び電池特性のいずれかに基づいて、電池5の劣化状態を診断する(S103)。そして、劣化状態診断部15は、電池5の劣化状態の診断結果等を、管理サーバ3(電池搭載機器2の外部)へ出力する(S104)。
そして、管理サーバ3の制御指令生成部21は、劣化状態の診断結果等を受信する(S105)。また、制御指令生成部21は、電池搭載機器2から受信した情報等に基づいて、劣化状態の前回の診断時からの電池5の内部状態及び電池特性等の変化が正常範囲であるか否かを判断し(S106)、劣化状態の前回の診断時からの電池5の使用態様が正常範囲であるか否かを判断する(S107)。前回の診断時から電池5の内部状態及び電池特性のいずれかが正常範囲を超えて変化している(S106-No)、及び、前回の診断時からの電池5の使用態様が正常範囲でない(S107-No)のいずれかの場合は、制御指令生成部21は、基準データ記憶部22の基準データを前述したように更新する(S108)。そして、処理は、S109へ進む。
また、前回の診断時からの電池5の内部状態及び電池特性のいずれの変化も正常範囲であり(S106-Yes)、かつ、前回の診断時からの電池5の使用態様が正常範囲であるS107-Yes)場合は、基準データが更新されることなく、処理は、S109へ進む。そして、制御指令生成部21は、電池5の劣化状態の診断結果に少なくとも対応した電池5の充放電に関する制御指令を生成する(S109)。なお、前回の診断時から電池5の内部状態及び電池特性のいずれかが正常範囲を超えて変化している場合は(S106-No)、劣化状態の診断結果に加えて推定された内部状態及び電池特性等にも対応させた制御指令が生成される。また、前回の診断時からの電池5の使用態様が正常範囲でない場合は(S107-No)、劣化状態の診断結果に加えて電池5の使用態様(使用履歴)等にも対応させた制御指令が生成される。
そして、制御指令生成部21は、生成した制御指令を電池搭載機器2へ出力する(S110)。そして、電池搭載機器2の充放電制御部16は、管理サーバ3からの制御指令を受信する(S111)。そして、充放電制御部16は、受信した制御指令に基づいて、電池5の充放電制御を行う(S112)。
本実施形態では、前述のように電池5の安全性及び余寿命等の劣化状態の診断が行われ、劣化状態の診断結果が、電池搭載機器2から管理サーバ3へ出力される。これにより、電池搭載機器2のユーザへの提供者等の電池搭載機器2のユーザ以外の電池5の管理者等が、電池5の劣化状態を適切に把握可能になる。
また、本実施形態では、管理サーバ3において、電池5の劣化状態の診断結果に少なくとも対応した電池5の充放電に関する制御指令が生成され、生成された制御指令は、電池搭載機器2に出力される。そして、電池搭載機器2のコントローラ10は、管理サーバ3から受信した制御指令に基づいて、電池5の充放電を制御する。これにより、ユーザ以外の電池5の管理者等は、電池5の劣化状態等に適した使用態様で、電池搭載機器2をユーザに使用させることが可能になる。したがって、ユーザ以外の電池5の管理者等によって、電池5の安全性の問題の発生等を未然に防ぐことが可能になる。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、第1の実施形態等からの変更された構成及び処理等を主に説明し、第1の実施形態とは同一の構成及び処理等については、説明を省略する。図8は、第2の実施形態に係る管理システムを概略的に示すブロック図である。図8に示すように、本実施形態では、内部状態推定部12、演算データ記憶部13及び劣化状態診断部15は、管理サーバ3に設けられる。また、本実施形態では、劣化状態の診断結果ではなく、電池5に関連するパラメータの計測データが、計測データ取得部11から管理サーバ3(電池搭載機器2の外部)へ出力される。そして、管理サーバ3の内部状態推定部12が、計測データを受信し、計測データに基づいて、前述の実施形態等と同様に電池5の内部状態及び電池特性を推定する。また、本実施形態では、管理サーバ3に設けられる劣化状態診断部15によって、前述の実施形態等と同様にして、電池5の劣化状態の診断が行われる。そして、制御指令生成部21は、前述の実施形態等と同様にして、電池5の劣化状態の診断結果に少なくとも対応した電池5の充放電に関する制御指令を生成する。
本実施形態でも、制御指令生成部21は、生成した制御指令を電池搭載機器2へ出力し、電池搭載機器2のコントローラ10の充放電制御部16は、制御指令を受信する。本実施形態では、制御指令は、管理サーバ3へ出力された計測データへの応答として、制御指令生成部21から充放電制御部16へ出力される。そして、充放電制御部16は、制御指令に基づいて、電池5の充放電を制御する。なお、演算データ記憶部13、基準データ記憶部22及びユーザデータ記憶部23は、電池搭載機器2のコントローラ10及び管理サーバ3とは別のコンピュータに設けられてもよい。この場合、管理サーバ3は、演算データ記憶部13、基準データ記憶部22及びユーザデータ記憶部23等が設けられるコンピュータに、ネットワークを介して接続される。
図9は、第2の実施形態に係る電池搭載機器のコントローラ及び管理サーバによって行われる処理の一例を示すフローチャートである。図9の処理は、図7の処理と同様に、所定のタイミングで定期的に行われる。図9の処理を開始すると、図7の処理と同様に、コントローラ10の計測データ取得部11は、電池5に関連するパラメータの前述した計測データを取得する(S101)。ただし、本実施形態では、S101の処理が行われると、計測データ取得部11が、計測データ等を管理サーバ3(電池搭載機器2の外部)へ出力する(S113)。そして、管理サーバ3の内部状態推定部12が、計測データ等を受信する(S114)。
そして、図7の処理等と同様に、内部状態推定部12が、計測データに基づいて電池5の内部状態及び電池特性等を推定し(S102)、劣化状態診断部15が、推定された電池5の内部状態及び電池特性のいずれかに基づいて電池5の劣化状態を診断する(S103)。そして、処理は、S106に進む。ただし、本実施形態では、S102及びS103の処理は、電池搭載機器2のコントローラ10ではなく、管理サーバ3によって行われる。図9の処理では、図7の処理と同様にして、S106以降の処理が行われる。
本実施形態でも、第1の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。すなわち、電池搭載機器のユーザ以外の電池の管理者等によって、電池の劣化状態が適切に把握され、電池の安全性の問題の発生等を未然に防ぐことが可能になる。
(変形例)
また、ある変形例では、内部状態推定部12が電池搭載機器2のコントローラ10に設けられ、劣化状態診断部15が管理サーバ3に設けられる。本変形例では、電池搭載機器2のコントローラ10によって、電池5の内部状態及び電池特性が推定される。そして、本変形例では、コントローラ10(内部状態推定部12)が、内部状態及び電池特性の推定結果等を、管理サーバ3(電池搭載機器2の外部)へ出力する。そして、管理サーバ3の劣化状態診断部15が、内部状態等の推定結果を受信し、推定された内部状態等に基づいて、電池5の劣化状態を診断する。
本変形例では、前述した処理等を除き、コントローラ10及び管理サーバ3は、前述した実施形態等と同様の処理を行う。したがって、本変形例でも、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。
前述の少なくとも一つの実施形態又は実施例では、計測データに基づいた電池の劣化状態の診断での診断結果に少なくとも対応した電池の充放電に関する制御指令を、電池搭載機器の外部から受信する。そして、受信した制御指令に基づいて、電池の充放電が制御される。これにより、電池搭載機器のユーザ以外の電池の管理者等によって、電池の劣化状態が適切に把握され、電池の安全性の問題の発生等を未然に防ぐことが可能になる。
本発明のいくつかの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。
以下、付記を記載する。
[1]電池搭載機器の電池に関連するパラメータの前記電池の充電又は放電における計測データを取得することと、
前記計測データに基づいた前記電池の劣化状態の診断での診断結果に少なくとも対応した前記電池の充放電に関する制御指令を前記電池搭載機器の外部から受信することと、 受信した前記制御指令に基づいて前記電池の充放電を制御することと、
を具備する、充放電制御方法。
[2]前記計測データに基づいて前記電池の内部状態及び電池特性を推定することと、
推定された前記電池の前記内部状態及び前記電池特性のいずれかに基づいて前記電池の劣化状態の診断を行うことと、
前記劣化状態の前記診断での前記診断結果を前記電池搭載機器の外部へ出力することと、
をさらに具備し、
前記制御指令は、出力された前記診断結果への応答として受信される、
[1]の充放電制御方法。
[3]前記電池に関連する前記パラメータの前記計測データを前記電池搭載機器の外部へ出力することをさらに具備し、
前記制御指令は、出力された前記計測データへの応答として受信される、
[1]の充放電制御方法。
[4]前記劣化状態の前記診断結果が許容範囲を超えている場合は、受信した前記制御指令に基づいて、
前記診断結果が前記許容範囲内である場合に比べて、充電において前記電池を流れる電流、充電での前記電池の電圧、及び、放電において前記電池から出力される電力のいずれかを抑制する、又は、
前記電池の使用を停止させる、
[1]ないし[3]のいずれか1項の充放電制御方法。
[5][1]ないし[4]のいずれか1項の充放電制御方法を実行するコントローラと、
前記コントローラによって充放電が制御される前記電池と、
を具備する電池搭載機器。
[6][5]の電池搭載機器と、
プロセッサを備える管理サーバと、
を具備し、
前記管理サーバの前記プロセッサは、
前記電池の前記劣化状態の前記診断結果に対応した前記制御指令を生成し、
生成した前記制御指令を前記電池搭載機器へ出力する、
管理システム。
[7][1]ないし[4]のいずれか1項の充放電制御方法を前記電池搭載機器のコンピュータに実行させる、充放電制御プログラム。
[8]電池搭載機器の電池に関連するパラメータの前記電池の充電又は放電における計測データに基づいた前記電池の劣化状態の診断での診断結果を取得することと、
前記劣化状態の前記診断での前記診断結果に少なくとも対応した前記電池の充放電に関する制御指令を生成することと、
生成した前記制御指令を前記電池搭載機器へ出力することと、
を具備する、管理方法。
[9]前記劣化状態の前記診断結果を前記電池搭載機器から受信することをさらに具備し、 前記制御指令は、受信した前記診断結果への応答として出力される、
[8]の管理方法。
[10]前記電池に関連する前記パラメータの前記計測データを前記電池搭載機器から受信することと、
前記計測データに基づいて前記電池の内部状態及び電池特性を推定することと、
推定された前記電池の前記内部状態及び前記電池特性のいずれかに基づいて前記電池の前記劣化状態の診断を行うことと、
をさらに具備し、
前記制御指令は、受信した前記計測データへの応答として出力される、
[8]の管理方法。
[11]前記劣化状態の前記診断結果が許容範囲を超えている場合は、前記制御指令として、
前記診断結果が前記許容範囲内である場合に比べて、充電において前記電池を流れる電流、充電での前記電池の電圧、及び、放電において前記電池から出力される電力のいずれかを抑制させる指令、又は、
前記電池の使用を停止させる指令、
を生成する、[8]ないし[10]のいずれか1項の管理方法。
[12]前記電池に関連する前記パラメータの前記計測データに基づいて推定される前記電池の内部状態及び電池特性のいずれかを取得することと、
推定された前記電池の前記内部状態及び前記電池特性のいずれかに少なくとも基づいて、前記劣化状態の前記診断での診断項目に対する前記電池の前記劣化状態の関係の基準となる基準データを更新することと、
をさらに具備する、[8]ないし[11]のいずれか1項の管理方法。
[13]前記電池搭載機器のユーザに関するユーザ情報を取得することと、
前記ユーザ情報に基づいて前記電池搭載機器が前記劣化状態の前記診断結果に対応させた前記制御指令を出力する対象であると識別することと、
さらに具備する、[8]ないし[12]のいずれか1項の管理方法。
[14][8]ないし[13]のいずれか1項の管理方法を実行するプロセッサを具備する、管理サーバ。
[15][8]ないし[13]のいずれか1項の管理方法を前記電池搭載機器の外部のコンピュータに実行させる、管理プログラム。
1…管理システム、2…電池搭載機器、3…管理サーバ、5…電池、10…コントローラ、11…計測データ取得部、12…内部状態推定部、13…演算データ記憶部、15…劣化状態診断部、16…充放電制御部、21…制御指令生成部、22…基準データ記憶部、23…ユーザデータ記憶部。

Claims (16)

  1. 電池搭載機器の電池に関連するパラメータの前記電池の充電又は放電における計測データを前記電池搭載機器から受信することと、
    前記計測データに基づいて前記電池の内部状態及び電池特性を推定することと、
    推定された前記電池の前記内部状態及び前記電池特性のいずれかに基づいて前記電池の劣化状態の診断を行うことと、
    前記電池の前記劣化状態の前記診断での診断結果を取得することと、
    前記劣化状態の前記診断での前記診断結果に少なくとも対応した前記電池の充放電に関する制御指令を生成することと、
    生成した前記制御指令を、受信した前記計測データへの応答として前記電池搭載機器へ出力することと、
    を具備する、管理方法。
  2. 推定された前記電池の前記内部状態及び前記電池特性のいずれかに少なくとも基づいて、前記劣化状態の前記診断での診断項目に対する前記電池の前記劣化状態の関係の基準となる基準データを更新することをさらに具備する、請求項1の管理方法。
  3. 電池搭載機器の電池に関連するパラメータの前記電池の充電又は放電における計測データに基づいた前記電池の劣化状態の診断での診断結果を取得することと、
    前記劣化状態の前記診断での前記診断結果に少なくとも対応した前記電池の充放電に関する制御指令を生成することと、
    生成した前記制御指令を前記電池搭載機器へ出力することと
    前記電池に関連する前記パラメータの前記計測データに基づいて推定される前記電池の内部状態及び電池特性のいずれかを取得することと、
    推定された前記電池の前記内部状態及び前記電池特性のいずれかに少なくとも基づいて、前記劣化状態の前記診断での診断項目に対する前記電池の前記劣化状態の関係の基準となる基準データを更新することと、
    を具備する、管理方法。
  4. 前記劣化状態の前記診断結果を前記電池搭載機器から受信することをさらに具備し、
    前記制御指令は、受信した前記診断結果への応答として出力される、
    請求項3の管理方法。
  5. 前記劣化状態の前記診断結果が許容範囲を超えている場合は、前記制御指令として、
    前記診断結果が前記許容範囲内である場合に比べて、充電において前記電池を流れる電流、充電での前記電池の電圧、及び、放電において前記電池から出力される電力のいずれかを抑制させる指令、又は、
    前記電池の使用を停止させる指令、
    を生成する、請求項1ないし4のいずれか1項の管理方法。
  6. 前記電池搭載機器のユーザに関するユーザ情報を取得することと、
    前記ユーザ情報に基づいて前記電池搭載機器が前記劣化状態の前記診断結果に対応させた前記制御指令を出力する対象であると識別することと、
    さらに具備する、請求項1ないし5のいずれか1項の管理方法。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1項の管理方法を実行するプロセッサを具備する、管理サーバ。
  8. 請求項1ないし6のいずれか1項の管理方法を前記電池搭載機器の外部のコンピュータに実行させる、管理プログラム。
  9. 請求項1の管理方法と並行して行われる前記電池の充放電制御方法であって、
    前記電池搭載機器の前記電池に関連する前記パラメータの前記計測データを取得することと、
    前記電池の前記劣化状態の前記診断での前記診断結果に少なくとも対応した前記電池の前記充放電に関する前記制御指令を前記電池搭載機器の外部から受信することと、
    受信した前記制御指令に基づいて前記電池の充放電を制御することと、
    を具備する、充放電制御方法。
  10. 前記電池に関連する前記パラメータの前記計測データを前記電池搭載機器の外部へ出力することをさらに具備し、
    前記制御指令は、出力された前記計測データへの応答として受信される、
    請求項9の充放電制御方法。
  11. 請求項1の管理方法と並行して行われる前記電池の充放電制御方法であって、
    前記電池搭載機器の前記電池に関連する前記パラメータの前記計測データを取得することと、
    前記電池の前記劣化状態の前記診断での前記診断結果に少なくとも対応した前記電池の前記充放電に関する前記制御指令を前記電池搭載機器の外部から受信することと、
    受信した前記制御指令に基づいて前記電池の充放電を制御することと、
    を具備する、充放電制御方法。
  12. 前記計測データに基づいて前記電池の内部状態及び電池特性を推定することと、
    推定された前記電池の前記内部状態及び前記電池特性のいずれかに基づいて前記電池の劣化状態の診断を行うことと、
    前記劣化状態の前記診断での前記診断結果を前記電池搭載機器の外部へ出力することと、
    をさらに具備し、
    前記制御指令は、出力された前記診断結果への応答として受信される、
    請求項11の充放電制御方法。
  13. 前記劣化状態の前記診断結果が許容範囲を超えている場合は、受信した前記制御指令に基づいて、
    前記診断結果が前記許容範囲内である場合に比べて、充電において前記電池を流れる電流、充電での前記電池の電圧、及び、放電において前記電池から出力される電力のいずれかを抑制する、又は、
    前記電池の使用を停止させる、
    請求項9ないし12のいずれか1項の充放電制御方法。
  14. 請求項9ないし13のいずれか1項の充放電制御方法を実行するコントローラと、
    前記コントローラによって充放電が制御される前記電池と、
    を具備する電池搭載機器。
  15. 請求項14の電池搭載機器と、
    プロセッサを備える管理サーバと、
    を具備し、
    前記管理サーバの前記プロセッサは、
    前記電池の前記劣化状態の前記診断結果に対応した前記制御指令を生成し、
    生成した前記制御指令を前記電池搭載機器へ出力する、
    管理システム。
  16. 請求項9ないし13のいずれか1項の充放電制御方法を前記電池搭載機器のコンピュータに実行させる、充放電制御プログラム。
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