WO2025013537A1 - Battery analysis system, battery analysis method, and battery analysis program - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to a battery analysis system, a battery analysis method, and a battery analysis program for analyzing the state of a battery.
- IoT Internet of Things
- PCs Personal Computers
- EVs Electronic Vehicles
- battery analysis systems that store battery data from the battery packs installed in these devices in a cloud database and analyze the battery data are being put to practical use.
- Patent document 1 discloses a configuration in which the battery and the sensor power supply are directly connected. In this configuration, if the timing of A/D (Analog-to-Digital) conversion of the analog sensor value overlaps with the start or stop of a data transmission IC (Integrated Circuit), which causes large load fluctuations, the error in the sensor value after A/D conversion will be large. In Patent document 1, the A/D converted sensor value is invalidated when the data transmission IC is started or stopped.
- A/D Analog-to-Digital
- This disclosure provides technology that accurately removes invalid values from battery data that should be excluded from analysis.
- a battery analysis system includes an acquisition unit that acquires time-series battery data of a battery pack via a network, and an invalid value determination unit that determines invalid values of each of the measurement values of the multiple data types included in the battery data.
- the battery analysis system also includes a correlation determination unit that determines the synchronization rate of the occurrence of invalid values of the measurement values of the multiple data types, and a removal unit that removes the remaining measurement values when one of the measurement values of the multiple data types at the same sampling time is an invalid value in the battery data of a battery pack with a synchronization rate equal to or greater than a predetermined value.
- FIG. 1 is a diagram for explaining a battery analysis system according to an embodiment.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a battery pack system including a plurality of unit cells connected in series.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a battery pack system including a plurality of cell blocks connected in series.
- FIG. 4 is a diagram for explaining a flow of battery data from an electric vehicle to a battery analysis system.
- FIG. 1 is a diagram showing an example of destructive test data obtained by a nail penetration test.
- FIG. 11 is a diagram showing an example of temperature transition during natural cooling of a heated object.
- 5 is a flowchart for explaining a first removal process of an invalid value performed by the battery analysis system according to the embodiment.
- 11 is a flowchart for explaining a basic example of a second invalid value removal process performed by the battery analysis system according to the embodiment.
- 10 is a flowchart for explaining an advanced example of a second invalid value removal process performed by the battery analysis system according to the embodiment
- FIG. 1 is a diagram for explaining a battery analysis system 10 according to an embodiment.
- the battery analysis system 10 is a system for analyzing the state of a battery pack 20 mounted on an electric vehicle 1.
- the battery analysis system 10 is constructed on a cloud server installed in a data center managed by a cloud service provider.
- a battery analysis service provider that provides an analysis service for the battery pack 20 mounted on an electric vehicle 1 uses the cloud server by entering into a contract with the cloud service provider.
- the battery analysis system 10 may be constructed on the battery analysis service provider's own server installed in its own facility or data center.
- the battery pack 20 mounted on the electric vehicle 1 includes a battery pack system 21 that supplies power to a drive motor (not shown).
- the battery pack system 21 includes multiple single cells or multiple cell blocks connected in series.
- FIG. 2A is a diagram showing the configuration of a battery pack system 21 including multiple unit cells E1-Em connected in series.
- FIG. 2B is a diagram showing the configuration of a battery pack system 21 including multiple cell blocks Eb1-Ebm connected in series. Each cell block Eb1-Ebm includes multiple unit cells E1a-E1n-Ema-Emn connected in parallel.
- lithium ion battery cells nickel metal hydride battery cells, lead battery cells, etc. can be used for the single cells E1-Em and E1a to E1n-Ema to Emn.
- lithium ion battery cells nominal voltage: 3.6-3.7 V
- the number of single cells or cell blocks connected in series is determined according to the voltage of the drive motor. For example, when the number of series is large, the system configuration shown in FIG. 2A or FIG. 2B is treated as one unit of battery module, and multiple battery modules are connected in series to form the battery pack system 21.
- the BMU 22 manages the state of the battery pack system 21.
- the BMU 22 monitors the cell voltage of the multiple single cells E1-Em or multiple cell blocks Eb1-Ebm, the current flowing through the battery pack 20, and the temperature at multiple observation points within the battery pack 20.
- the BMU 22 is composed of a power supply circuit 221 (see Figure 3), a voltage sensor 225 (see Figure 3), a current sensor, a temperature sensor 223 (see Figure 3), an analog front end, a microcontroller, a non-volatile memory, etc.
- the analog front end includes multiple semiconductor chips such as an amplifier, a multiplexer, an A/D converter, and a filter.
- the power supply circuit 221 steps down the voltage of the battery pack system 21 to generate a power supply voltage (e.g., 3.3 to 5.0 V) to be supplied to the various semiconductor chips in the BMU 22.
- the power supply circuit 221 may be a linear regulator (e.g., a three-terminal regulator or an LDO (Low Drop Out) regulator), or a switching regulator. In general, linear regulators are cheaper and smaller, while switching regulators have lower losses.
- the voltage sensor 225 detects the voltages across both ends (hereinafter referred to as cell voltages) of multiple single cells E1-Em or cell blocks Eb1-Ebm connected in series.
- the analog front end includes a multiplexer and an A/D converter that function as a voltage measurement circuit 226 (see FIG. 3).
- the multiplexer outputs each measured cell voltage to the A/D converter in a predetermined order.
- the A/D converter converts the analog cell voltages input from the multiplexer into digital cell voltage values.
- the voltage measurement circuit 226 transmits each cell voltage value converted into a digital value to the microcontroller.
- a shunt resistor that functions as a current sensor is connected in series with the multiple single cells E1-Em or cell blocks Eb1-Ebm that are connected in series. Note that a Hall element may be used instead of the shunt resistor.
- the analog front end includes an amplifier that functions as a current measurement circuit and an A/D converter. The amplifier measures the value of the current flowing through the single cells E1-Em or cell blocks Eb1-Ebm that are connected in series based on the voltage across the shunt resistor.
- the A/D converter converts the analog current value input from the amplifier into a digital current value.
- the current measurement circuit transmits the current value converted into a digital value to the microcontroller.
- Temperature sensors 223 are installed at multiple observation points of the battery pack system 21.
- thermistors T1-Tm are used as the temperature sensors 223, and as shown in FIG. 2A or FIG. 2B, thermistors T1-Tm are installed at multiple points on the surface of the battery pack system 21.
- the analog front end includes an amplifier and an AD converter that function as the temperature measurement circuit 224 (see FIG. 3).
- the amplifier measures the temperatures of the multiple observation points based on multiple divided voltages between each thermistor T1-Tm and each voltage dividing resistor.
- the A/D converter converts the analog temperature value input from the amplifier into a digital temperature value.
- the temperature measurement circuit 224 transmits the multiple temperature values converted into digital values to the microcontroller.
- the microcontroller acquires each monitored cell voltage, current, and temperature at a predetermined sampling period (e.g., 10 seconds, 30 seconds, or 1 minute) and stores them in non-volatile memory.
- a predetermined sampling period e.g. 10 seconds, 30 seconds, or 1 minute
- the BMU 22 may store only the maximum and minimum cell voltages among the cell voltages.
- the BMU 22 may store only the maximum and minimum temperatures among the temperatures at multiple observation points.
- the BMU 22 estimates the SOC (State of Charge) by combining the OCV (Open Circuit Voltage) method and the current integration method.
- the OCV method estimates the SOC based on the measured cell OCV and the cell's SOC-OCV curve.
- the cell's SOC-OCV curve is created in advance by the battery manufacturer based on characteristic tests and is registered in the BMU 22 at the time of shipment.
- the current integration method is a method for estimating the SOC based on the OCV at the start of charging/discharging the cell and the integrated value of the measured current.
- the current integration method With the current integration method, current measurement errors accumulate as the charging/discharging time becomes longer. Therefore, it is preferable to use a weighted average of the SOC estimated by the current integration method and the SOC estimated by the OCV method.
- the BMU 22 converts the SOC of each single cell E1-Em or each cell block Eb1-Ebm into an actual capacity, combines these actual capacities to calculate the actual capacity of the battery pack 20, and can estimate the SOC of the battery pack 20 based on this actual capacity and the current full charge capacity of the battery pack 20.
- the BMU 22 transmits battery data including each cell voltage or maximum and minimum cell voltages, current, each temperature or maximum and minimum temperatures, and SOC of the battery pack 20 to an ECU (Electronic Control Unit) (not shown) via an in-vehicle network.
- ECU Electronic Control Unit
- a CAN Controller Area Network
- a LIN Local Interconnect Network
- the communication unit 23 has a function of performing communication signal processing with the communication unit 33 of the charging stand 3, and a function of performing wireless signal processing for connecting to the network 5.
- the communication unit 23 can access the network 5 using, for example, a mobile phone network (cellular network), a wireless LAN, V2I (Vehicle to Infrastructure), V2V (Vehicle to Vehicle), an ETC system (Electronic Toll Collection System), DSRC (Dedicated Short Range Communications), etc.
- Network 5 is a general term for communication paths such as the Internet, dedicated lines, and VPNs (Virtual Private Networks), and the communication medium and protocol can be any.
- mobile phone networks wireless LANs (Local Area Networks), wired LANs, optical fiber networks, ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) networks, and CATV (Community Antenna TeleVision) networks can be used as communication media.
- TCP Transmission Control Protocol
- IP Internet Protocol
- UDP User Datagram Protocol
- Ethernet registered trademark
- the client system 4 is a system used by a transportation business operator who owns multiple electric vehicles 1 and operates a transportation business.
- the transportation business operator who uses the client system 4 is the client who requests an analysis of the battery pack 20 from the battery analysis service operator.
- the client system 4 is composed of a server and a terminal device (e.g., a PC) operated and managed by the delivery business operator.
- the ECU of the electric vehicle 1 can transmit battery data to the delivery company's terminal device.
- the ECU of the electric vehicle 1 may transmit driving data including vehicle speed and accumulated mileage, in addition to battery data, to the terminal device.
- the delivery company's terminal device transmits battery data acquired from multiple electric vehicles 1 managed at the office to the delivery company's server.
- the delivery company's server transmits the battery data of multiple electric vehicles 1 collected from each office in a batch to the battery analysis system 10 via network 5.
- the battery data may also be transmitted directly from the terminal device at each office to the battery analysis system 10 via network 5.
- the client system 4 transmits specification data of the electric vehicle 1 owned by the delivery company and specification data of the battery pack 20 installed in the electric vehicle 1 to the battery analysis system 10 via the network 5.
- the ECU of the electric vehicle 1 is wirelessly connected to the network 5 and can transmit the battery data received from the BMU 22 directly to the battery analysis system 10.
- the ECU may transmit the data each time, or may store the data in an internal non-volatile memory and transmit the battery data stored in the non-volatile memory to the battery analysis system 10 all at once at a specified timing.
- the ECU of the electric vehicle 1 can transmit the battery data stored in the non-volatile memory to the battery analysis system 10 in a batch via the charging stand 3 connected to the network 5.
- the charging stand 3 can charge the battery pack 20 of the electric vehicle 1 with power supplied from the commercial power system 2.
- charging is performed with AC for normal charging and with DC for rapid charging.
- AC e.g., single-phase 100/200V
- the charging voltage or charging current is controlled by the charger in the electric vehicle 1.
- DC the charging voltage or charging current is controlled by the power supply unit 31 of the charging stand 3.
- the power supply unit 31 includes a rectifier circuit, a filter, and a DC (Direct Current)/DC converter, and generates DC power by full-wave rectifying the AC power supplied from the commercial power system 2 with the rectifier circuit and smoothing it with a filter.
- the DC/DC converter controls the voltage or current of the generated DC power.
- CHAdeMO registered trademark
- ChaoJi GB/T
- Combo Combined Charging System
- CHAdeMO, ChaoJi, and GB/T use CAN as the communication method.
- Combo uses PLC (Power Line Communication) as the communication method.
- a charging cable that uses the CAN method includes a communication line in addition to a power line.
- the ECU of the electric vehicle 1 establishes a communication channel with the control unit 32 of the charging stand 3. Note that in a charging cable that uses the PLC method, communication signals are transmitted superimposed on the power line.
- the communication unit 33 of the charging stand 3 has a function of performing communication signal processing with the communication unit 23 of the electric vehicle 1, and a function of performing signal processing for connecting to the network 5.
- the communication unit 33 can access the network 5 using, for example, a wired LAN, a wireless LAN, a mobile phone network, etc.
- the battery analysis system 10 includes a control unit 11, a memory unit 12, and a communication unit 13.
- the communication unit 13 is a communication interface (e.g., a Network Interface Card (NIC)) for connecting to the network 5 via a wired or wireless connection.
- NIC Network Interface Card
- the control unit 11 includes a data acquisition unit 111, a data extraction unit 112, a power loss estimation unit 113, a heat capacity/thermal resistance estimation unit 114, a threshold setting unit 115, an invalid value removal unit 116, an evaluation/correction unit 117, an invalid value determination unit 118, and a correlation determination unit 119.
- the functions of the control unit 11 can be realized by a combination of hardware resources and software resources, or by hardware resources alone.
- hardware resources a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), GPU (Graphics Processing Unit), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), and other LSIs (Large-Scale Integration) can be used.
- As software resources an operating system, an application, and other programs can be used.
- the memory unit 12 includes non-volatile recording media such as a HDD (Hard Disc Drive) and an SSD (Solid State Drive) and stores various data.
- the memory unit 12 includes a battery data retention unit 121, a vehicle and battery specification retention unit 122, and a test data retention unit 123.
- the data acquisition unit 111 receives time-series battery data of the battery pack 20 mounted on the electric vehicle 1 from the electric vehicle 1 via the client system 4.
- the data acquisition unit 111 may receive the battery data directly from the electric vehicle 1 or via the charging stand 3.
- the data acquisition unit 111 saves the received battery data in the battery data retention unit 121.
- the data acquisition unit 111 receives specification data of the electric vehicle 1 held by the client and specification data of the battery pack 20 mounted on the electric vehicle 1 from the client system 4.
- the data acquisition unit 111 stores the received specification data of the electric vehicle 1 and the battery pack 20 in the vehicle and battery specification storage unit 122.
- FIG. 3 is a diagram for explaining the flow of battery data from the electric vehicle 1 to the battery analysis system 10.
- the temperature data measured by the temperature sensor 223 and temperature measurement circuit 224 of the BMU 22 in the battery pack 20 mounted on the electric vehicle 1 includes valid and invalid values.
- the temperature sensor 223 and temperature measurement circuit 224 are collectively referred to as the temperature measurement system.
- Valid values of the temperature data include normal and abnormal values.
- Abnormal values of the temperature data are values based on a temperature abnormality that has actually occurred in the battery pack 20.
- Invalid values of the temperature data are values that indicate an abnormality in the data itself that is not based on the occurrence of an actual abnormality, and include noise, missing values, and large errors from the normal value.
- the voltage data measured by the voltage sensor 225 and voltage measurement circuit 226 of the BMU 22 includes valid values and invalid values.
- Valid values of the voltage data include normal values and abnormal values.
- the voltage sensor 225 and voltage measurement circuit 226 are collectively referred to as the voltage measurement system.
- An abnormal value of the voltage data is a value based on an abnormality (overcharge value, overdischarge value) of the cell voltage that has actually occurred within the battery pack 20.
- An invalid value of the voltage data is a value that indicates an abnormality in the data itself that is not based on the occurrence of an actual abnormality, and includes noise, missing values, and large errors from the normal value.
- the temperature data and voltage data sent from the electric vehicle 1 are collected by the client system 4 and stored in the database of the client system 4. If the client system 4 is equipped with a data interpolation function, the temperature data and voltage data in the missing sections are each interpolated. Due to the interpolation process, some invalid values of the temperature data or voltage data may become valid values. Note that incorrect interpolation may also result in noise.
- the client system 4 transmits the temperature data and voltage data collected from the electric vehicle 1 to the battery analysis system 10 and requests an analysis of the battery pack 20.
- the battery analysis system 10 removes invalid values that induce false detection before analyzing the battery pack 20.
- the BMU 22 also measures current data, and the current data is also transmitted from the electric vehicle 1 to the client system 4 and from the client system 4 to the battery analysis system 10.
- the current data also includes valid and invalid values.
- the battery analysis service provider performs destructive tests (e.g., nail penetration tests on cells and fire tests on battery packs) in advance on available cells and battery packs, and collects residual heat data at the time of cell and battery pack destruction and, if possible, temperature changes.
- the battery analysis service provider includes the residual heat data at the time of cell destruction in a destructive test data log for each cell type and stores it in the test data storage unit 123.
- the destructive test data is accumulated in the test data storage unit 123, and the destructive test data stored in the test data storage unit 123 is continuously improved in accuracy. Note that, if destructive test data is available from the battery manufacturer, the destructive test data obtained from the battery manufacturer is stored in the test data storage unit 123.
- the data extraction unit 112 of the battery analysis system 10 extracts residual heat data contained in the destructive test data of the cells contained in the battery pack 20 to be analyzed, which is stored in the test data storage unit 123.
- the data extraction unit 112 extracts specification data of the battery pack 20 to be analyzed, which is stored in the vehicle and battery specification storage unit 122.
- the power loss estimation unit 113 estimates the power loss when the battery pack 20 is destroyed based on the specification data of the battery pack 20 being analyzed and the cell destruction test data. From the heat capacity formula, the temperature change characteristics of an object (heat source) can be described by the following (Equation 1).
- T(t)-T(0) (Rth ⁇ P(t)) ⁇ (exp(-t/(Rth ⁇ Cth)))...(Formula 1) T(t): Object temperature after t seconds [°C] T(0): Initial temperature of the object [°C] Rth: Thermal resistance [°C/W] P: Power loss [W] t: elapsed time [sec] Cth: heat capacity [W ⁇ sec/°C]
- FIG. 4 is a diagram showing an example of destructive test data obtained by a nail penetration test. The residual heat data obtained by the nail penetration test is obtained as a heat generation amount change curve per cell. The heat generation amount [W] at the time of nail penetration is suppressed after a certain time has passed.
- the power loss estimation unit 113 multiplies the heat generation amount per cell by the number of cells included in the specification data of the battery pack 20. In the case where the specification data of the battery pack 20 does not include the number of cells, if the specification data of the battery pack 20 includes the total capacity of the battery pack 20, the total capacity of the battery pack 20 and the number of cells can be calculated. The number of cells can be estimated from the type of the battery pack 20. The amount of heat generated by the battery pack 20 can also be directly estimated from destructive test data obtained by a fire spread test of the battery pack 20.
- the data extraction unit 112 of the battery analysis system 10 extracts battery data (actual usage log) stored in the battery data storage unit 121.
- the heat capacity/thermal resistance estimation unit 114 estimates the thermal resistance and heat capacity of the battery pack 20 from the transition of temperature data after the end of charging/discharging contained in the extracted battery data, and the transition of temperature data and current data during charging contained in the extracted battery data.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of temperature transition during natural cooling of a heated object. As shown in FIG. 5, the temperature transition of a heated object during natural cooling approximates a logarithmic curve.
- the thermal resistance Rth of an object can be defined as the inverse of the product of the heat transfer coefficient ⁇ and the surface area S, as shown in the following (Equation 3).
- the heat capacity Cth of an object can be defined as the product of the object's mass ( ⁇ V) and its specific heat c, as shown in the following (Equation 4).
- T(t) T(t)+(T(0)-T(t)) ⁇ (exp(-t/(Rth ⁇ Cth)))...(Formula 5) Taking into consideration the possibility that the time t required for the temperature to drop to the outside air temperature Ta is unknown due to a lack of data, or that the heat capacity Cth is large and does not become equal to the outside air temperature Ta, a non-steady equation is used.
- the time t, temperature T(0) and temperature T(t) can be identified from the log of natural cooling in a non-energized state after charging and discharging, which is included in the battery data, so the heat capacity/thermal resistance estimation unit 114 can derive the thermal time constant (Rth x Cth), which is the product of the thermal resistance Rth and the thermal capacity Cth.
- the thermal time constant (Rth x Cth) can be derived from the log of natural cooling after charging and discharging.
- the temperature gradient of the battery pack 20 due to the shape and material of the battery pack 20 or the position of the temperature sensor 223 in the battery pack 20 can be identified by simulation, a correction coefficient for correcting the temperature gradient can be obtained, and the temperature data can be multiplied by the correction coefficient to improve the accuracy of the temperature data.
- the amount of temperature change when the battery pack 20 is energized can be calculated using the above formula (1).
- the power loss P of the battery pack 20 can be calculated using the internal resistance Rb and current value Ib of the battery pack 20 as shown in the following formula (6). Here, the power loss P during constant current charging is calculated.
- the internal resistance Rb of the battery pack 20 can be estimated from the relationship between the voltage data and current data when energized.
- the heat capacity Cth of the battery pack 20 is determined by the weight m and specific heat c of the battery pack 20.
- the heat capacity/thermal resistance estimation unit 114 can estimate the heat capacity Cth of the battery pack 20 by multiplying the known weight m and specific heat c.
- the thermal resistance Rth and heat capacity Cth can be derived only from the log during natural cooling after charging and discharging.
- the thermal resistance Rth and thermal capacity Cth were derived from the log during constant current charging contained in the battery data.
- the thermal resistance Rth and thermal capacity Cth can be derived by correlating the thermal resistance Rth with the current value and vehicle speed.
- the thermal resistance Rth and the thermal capacity Cth were derived based on the battery data of one battery pack 20.
- the thermal resistance Rth and the thermal capacity Cth may be derived based on the battery data of multiple battery packs 20 of the same model number mounted on multiple electric vehicles 1 of the same vehicle type.
- the battery analysis system 10 may derive the thermal resistance Rth and the thermal capacity Cth for each battery pack 20, and derive their average values as the final thermal resistance Rth and thermal capacity Cth. In this case, it is possible to derive the thermal resistance Rth and the thermal capacity Cth with higher accuracy.
- the threshold setting unit 115 obtains an upper limit of the temperature change rate based on the thermal resistance Rth and heat capacity Cth of the battery pack 20 and the power loss P at the time of destruction, and sets the upper limit as a threshold for determining whether the temperature data is invalid.
- the temperature change rate is defined as the amount of temperature change per unit time.
- the temperature change transition at the time of ignition of the battery pack 20 can be estimated by substituting the amount of heat generated by the battery pack 20 at the time of destruction test based on the destruction test data into the power loss P in the above (Equation 1).
- the upper limit of the temperature change rate at the time of ignition can be said to be the theoretical upper limit of the temperature change rate, and can be used as a boundary value for determining whether the temperature data is abnormal or invalid.
- the upper limit of the temperature change rate at the time of ignition can be derived from the maximum value of the differential curve obtained by time-differentiating the temperature change curve at the time of ignition. Note that if the temperature transition of the cell or battery pack can be measured in advance by a destruction test, the temperature change transition at the time of ignition of the battery pack 20 estimated by the above (Equation 1) and the temperature transition measured in the destruction test can be used in combination to suppress estimation errors and measurement errors, thereby achieving even higher accuracy.
- the invalid value removal unit 116 removes temperature data with a temperature change rate exceeding the threshold as an invalid value.
- the temperature data included in the actual usage log may be the maximum temperature and the minimum temperature at multiple observation points in the battery pack 20 to be analyzed. In this case, the maximum temperature and the minimum temperature may be corrected taking into account the temperature gradient according to the position of the temperature sensor 223 where the maximum temperature was measured and the temperature gradient according to the position of the temperature sensor 223 where the minimum temperature was measured.
- the temperature data included in the actual usage log may be a representative temperature of multiple observation points in the battery pack 20. The representative temperature is defined, for example, as the average value, median value, or intermediate value between the maximum temperature and the minimum temperature of the temperatures measured at the multiple observation points.
- the evaluation and correction unit 117 evaluates the threshold value based on the temperature change rate determined from the battery data when an abnormality occurs in the battery pack 20, and corrects the threshold value according to the evaluation result. For example, if the maximum value of the temperature change rate determined from the battery data when an abnormality occurs in the battery pack 20 exceeds the threshold value, the evaluation and correction unit 117 updates the threshold value to the maximum value of the temperature change rate.
- the battery analysis system 10 If the battery pack 20 catches fire, it is possible that the temperature sensor 223 inside the battery pack 20 will malfunction, and only invalid values will remain in the actual use log. In that case, analysis by the battery analysis system 10 will be impossible. If the battery pack 20 catches fire, it is basically detected and verified by the on-site remote control system. Therefore, the main purpose of the battery analysis system 10 is to detect logs when a phenomenon that is a precursor to fire (for example, abnormal heat generation due to a micro-short circuit) occurs. However, logs at the time of fire may reach the battery analysis system 10.
- a phenomenon that is a precursor to fire for example, abnormal heat generation due to a micro-short circuit
- the maximum temperature change rate identified from the abnormality log when a phenomenon that is a sign of fire occurs or when a fire actually occurs should not exceed the above threshold, which is the theoretical upper limit of the temperature change rate. If it exceeds the above threshold, it is assumed that there is a problem with the above threshold.
- the evaluation and correction unit 117 provisionally updates the threshold to the maximum value of the temperature change rate.
- the evaluation and correction unit 117 updates the provisional threshold to the newly calculated threshold.
- the evaluation and correction unit 117 may correct the provisional threshold taking into account the degree of deterioration of the battery. In this case, it is possible to address the above threshold problem caused by battery deterioration without waiting for the next threshold calculation.
- FIG. 6 is a flowchart for explaining the first invalid value removal process performed by the battery analysis system 10 according to the embodiment.
- the data extraction unit 112 extracts residual heat data contained in the nail penetration test data of the battery pack 20 to be analyzed, which is stored in the test data storage unit 123.
- the power loss estimation unit 113 identifies the power loss per cell from the extracted residual heat data (step S10).
- the data extraction unit 112 extracts the specification data of the battery pack 20 to be analyzed that is stored in the vehicle and battery specification storage unit 122.
- the power loss estimation unit 113 identifies the number of cells included in the extracted specification data (step S11).
- the power loss estimation unit 113 calculates the power loss when the battery pack 20 to be analyzed is destroyed based on the power loss per cell and the number of cells (step S12).
- the data extraction unit 112 extracts the temperature data log during natural cooling after charging and discharging from the actual usage log of the battery pack 20 to be analyzed stored in the battery data storage unit 121 (step S13).
- the heat capacity/thermal resistance estimation unit 114 substitutes the temperature data log during natural cooling into the above (Equation 5) to calculate the thermal time constant (thermal resistance x heat capacity) of the battery pack 20 during natural cooling (step S14).
- the data extraction unit 112 extracts a temperature data log during charging from the actual usage log of the battery pack 20 to be analyzed, stored in the battery data storage unit 121 (step S15). This temperature data log reflects heat generation due to charging.
- the heat capacity/thermal resistance estimation unit 114 substitutes the power loss during charging into the above (Equation 1) to calculate the thermal time constant (thermal resistance x heat capacity) of the battery pack 20 during charging.
- the heat capacity/thermal resistance estimation unit 114 calculates the thermal resistance and heat capacity of the battery pack 20 from the relationship between the above (Equation 5), the thermal time constant of the battery pack 20 during natural cooling, the above (Equation 1), and the thermal time constant of the battery pack 20 during charging (step S16).
- the threshold setting unit 115 sets the above threshold based on the power loss when the battery pack 20 is destroyed, and the thermal resistance and heat capacity of the battery pack 20 (step S17).
- the data extraction unit 112 reads out the entire actual usage log of the battery pack 20 to be analyzed from the battery data storage unit 121.
- the evaluation and correction unit 117 evaluates the threshold value based on the temperature change rate identified from the abnormality occurrence log, and corrects the threshold value according to the evaluation result (step S18).
- the invalid value removal unit 116 removes, from the temperature data in the read actual usage log, temperature data whose temperature change rate exceeds the threshold value as an invalid value (step S19).
- the actual usage log from which the invalid values have been removed is stored in the battery data storage unit 121 as a log for abnormality analysis.
- step S13 to step S19 are periodically executed.
- the processes from step S10 to step S12 are executed.
- the threshold evaluation and correction process in step S18 can be omitted.
- the threshold evaluation and correction process in step S18 may be executed less frequently than the invalid value removal process in step S19.
- the analysis unit (not shown) of the battery analysis system 10 reads the battery data of the abnormality analysis log from the battery data storage unit 121 and analyzes the battery pack 20. For example, the analysis unit estimates the SOC and SOH (State Of Health) of the battery pack 20, predicts the time to replace, and detects signs of abnormality. If driving data of the electric vehicle 1 equipped with the battery pack 20 to be analyzed has also been acquired, the analysis unit may predict the time to replace taking into account the driving data (e.g., accumulated driving distance, etc.).
- SOC and SOH State Of Health
- the analysis unit transmits the analysis results of the battery pack 20 to the client system 4 via the network 5.
- the client can refer to the received analysis results of the battery pack 20 to determine the timing of replacing the electric vehicle 1, the market value of the electric vehicle 1, etc.
- the first invalid value removal process makes it possible to accurately remove invalid values that should be excluded from analysis from the temperature data included in the battery data. Specifically, by setting the maximum value of the rate of temperature change at the time of destruction or abnormality as the threshold value for determining the boundary between abnormal values and invalid values, it is possible to leave the temperature data (abnormal values) when a phenomenon that is a sign of ignition occurs or when ignition actually occurs, and remove only invalid values such as noise. This makes it possible to perform analysis that includes data when an abnormality occurs.
- the heat capacity and thermal resistance can be estimated by substituting the log during natural cooling and the log during current application into the respective equations and solving the simultaneous equations.
- the invalid value removal unit 116 of the battery analysis system 10 removes, as an invalid value, temperature data from the actual use log whose temperature change rate exceeds the above threshold.
- the control unit 11 of the battery analysis system 10 may transmit the threshold set by the threshold setting unit 115 to the BMU 22 of the target battery pack 20 via the network 5.
- the BMU 22 removes, as an invalid value, temperature data from the temperature data measured by its own temperature measurement system whose temperature change rate exceeds the above threshold.
- the power supply voltage of the voltage measurement system and the power supply voltage of the temperature measurement system are synchronized. Therefore, if the measured value of either the voltage or the temperature is an invalid value, it is possible to determine that the other measured value is also invalid. Since it is known to the BMU 22 in the battery pack 20 that the voltage measurement system and the temperature measurement system are operating on the same power supply system, the BMU 22 can determine that the validity/invalidity of the measured voltage value and the measured temperature value are synchronized.
- the battery analysis system 10 is unable to determine whether the voltage measurement value and the temperature measurement value are synchronized in valid/invalid. Even if one measurement value is invalid, the battery analysis system 10 is unable to remove the other measurement value as an invalid value, and there is a risk of false detection due to an invalid measurement value. For example, during load fluctuations such as when the BMU 22 is started/stopped, the power supply voltage of the voltage measurement system and the power supply voltage of the temperature measurement system are unstable, and measurement errors for both voltage and temperature become large, but these cannot be removed as invalid values.
- the data extraction unit 112 extracts battery data (actual usage log) of the battery pack 20 to be analyzed, which is stored in the battery data storage unit 121.
- the invalid value determination unit 118 determines whether each of the measurement values of the multiple data types contained in the extracted battery data is invalid.
- an upper limit voltage and a lower limit voltage are set for the voltage value.
- the upper limit voltage is a threshold for determining whether a cell has been overcharged
- the lower limit voltage is a threshold for determining whether a cell has been overdischarged.
- the protection circuit in the BMU 22 performs control to stop charging and discharging when the voltage value of any cell exceeds the overcharge threshold or falls below the overdischarge threshold. Therefore, voltage data should essentially be within the range between the upper limit voltage and the lower limit voltage, and the invalid value determination unit 118 determines that voltage data that deviates from the range between the upper limit voltage and the lower limit voltage is an invalid value.
- the maximum value of the temperature change rate is set as the threshold value. Because temperature is not a physical quantity that changes instantaneously like voltage, there is naturally an upper limit to the temperature change rate.
- the invalid value determination unit 118 determines that temperature data whose temperature change rate exceeds the threshold value is an invalid value. Note that unless there are special circumstances, such as cooling the battery pack 20 from outside with a special cooler, extremely low temperature data such as -100°C cannot be generated.
- the invalid value determination unit 118 determines that temperature data below the set lower limit temperature is an invalid value. There is also an upper limit to the temperature at the time of ignition, and the invalid value determination unit 118 determines that temperature data above the set upper limit temperature is an invalid value.
- an overcurrent threshold for charging and an overcurrent threshold for discharging are set for the current value.
- the protection circuit in the BMU 22 performs control to stop charging and discharging when the absolute value of the charging current exceeds the overcurrent threshold for charging, or when the absolute value of the discharging current exceeds the overcurrent threshold for discharging. Therefore, the absolute value of the current data should essentially be within the range of the overcurrent threshold for charging and the overcurrent threshold for discharging, and the invalid value determination unit 118 determines that current data that deviates from the range of the overcurrent threshold for charging and the overcurrent threshold for discharging is an invalid value.
- the correlation determination unit 119 determines the synchronization rate of invalid value occurrence for measurement values of multiple data types. For example, the correlation determination unit 119 determines the synchronization rate of invalid value occurrence for voltage measurement values and temperature measurement values. If the invalid values of voltage measurement values and temperature measurement values are synchronized, it can be assumed that the battery pack system 21 is configured such that the power supplies of the voltage measurement system and the temperature measurement system are directly connected, or that the voltage measurement system and the temperature measurement system use a common power supply circuit 221. The correlation determination unit 119 may also determine the synchronization rate of invalid value occurrence for voltage measurement values, temperature measurement values, and current measurement values.
- the correlation determination unit 119 calculates, for example, the synchronization rate as the ratio of the number of samples in which all measurement values of multiple data types at the same sampling time in a specified period are invalid to the number of samples in which some of the measurement values are invalid (see formula 7).
- Synchronization rate all invalid values / some invalid values (Equation 7) If the synchronization rate of the measurement values of multiple data types is a predetermined value (e.g., 0.8) or greater, the correlation determination unit 119 determines that the battery pack 20 employs a BMU 22 in which the measurement values of multiple data types are synchronized, and if the synchronization rate is less than the predetermined value, it determines that the battery pack 20 employs a BMU 22 in which the measurement values of multiple data types are not synchronized.
- a predetermined value e.g. 0.8
- the correlation determination unit 119 calculates the synchronization rate as the ratio of the number of samples in which both the voltage measurement value and the temperature measurement value at the same sampling time in a specified period are invalid values to the number of samples in which one of the voltage measurement values is invalid (see formula 8).
- Synchronization rate (both the voltage measurement value and the temperature measurement value are invalid)/(one of the voltage measurement value and the temperature measurement value is invalid) (Equation 8) If the synchronization rate of the voltage measurement value and the temperature measurement value is a predetermined value (e.g., 0.8) or greater, the correlation determination unit 119 determines that the battery pack 20 employs a BMU 22 in which the voltage measurement value and the temperature measurement value are synchronized, and if the synchronization rate is less than the predetermined value, it determines that the battery pack 20 employs a BMU 22 in which the voltage measurement value and the temperature measurement value are not synchronized.
- a predetermined value e.g. 0.8
- the invalid value removal unit 116 also removes the remaining measurement value even if the remaining measurement value is other than an invalid value (normal value or abnormal value). In the case of a battery pack 20 that employs a BMU 22 in which the voltage measurement value and the temperature measurement value are synchronized, the invalid value removal unit 116 also removes the other measurement value if one of the voltage measurement value and the temperature measurement value at the same sampling time is an invalid value, even if the other measurement value is other than an invalid value.
- the correlation determination unit 119 considers that the measurement values of multiple data types are correlated for a battery pack 20 known to share a power source between the voltage measurement system and the temperature measurement system. For a battery pack 20 that is considered to share a power source, if one of the voltage measurement value and the temperature measurement value at the same sampling time is an invalid value, the invalid value removal unit 116 removes the other measurement value even if the other measurement value is not an invalid value. Note that the correlation determination unit 119 may always set the synchronization rate to 1.0 for a battery pack 20 known to share a power source between the voltage measurement system and the temperature measurement system.
- the correlation determination unit 119 considers that the measurement values of multiple data types are not correlated for a battery pack 20 known to have a voltage measurement system and a temperature measurement system that do not share a common power source.
- the invalid value removal unit 116 removes invalid values from the voltage measurement value and the temperature measurement value independently. Note that the correlation determination unit 119 may always set the synchronization rate to 0.0 for a battery pack 20 known to have a voltage measurement system and a temperature measurement system that do not share a common power source.
- the correlation determination unit 119 can determine whether the power supply of the voltage measurement system and the temperature measurement system is shared.
- FIG. 7 is a flowchart for explaining a basic example of the second invalid value removal process performed by the battery analysis system 10 according to the embodiment.
- the data extraction unit 112 extracts voltage data from the actual usage log of the battery pack 20 to be analyzed, which is stored in the battery data storage unit 121.
- the invalid value removal unit 116 extracts invalid values from the voltage data (step S20).
- the data extraction unit 112 extracts temperature data from the actual usage log.
- the invalid value removal unit 116 extracts invalid values from the temperature data (step S21).
- the correlation determination unit 119 calculates the synchronization rate of invalid value occurrence for the voltage measurement value and the temperature measurement value for the target period (step S23).
- the battery data for the target period must contain a predetermined number (e.g., 10 times) or more of invalid values in at least one of the voltage measurement value or the temperature measurement value. If the battery data for the target period does not contain a predetermined number or more of invalid values, the correlation determination unit 119 does not calculate the synchronization rate for the battery data for that target period.
- the correlation determination unit 119 calculates the synchronization rate for battery data for a different target period.
- the invalid value removal unit 116 For battery packs 20 with a synchronization rate equal to or greater than a predetermined value (Y in step S24), if either the voltage measurement value or the temperature measurement value at the same sampling time is invalid, the invalid value removal unit 116 also removes the other measurement value (step S25). For battery packs 20 with a synchronization rate less than a predetermined value (N in step S24), the invalid value removal unit 116 independently removes the invalid voltage measurement value and the invalid temperature measurement value (step S26). The actual usage log from which the invalid values have been removed is stored in the battery data storage unit 121 as a log for abnormality analysis.
- FIG. 8 is a flowchart for explaining an advanced example of the second invalid value removal process by the battery analysis system 10 according to the embodiment.
- the invalid value removal unit 116 extracts invalid values from the voltage data (step S20).
- the invalid value removal unit 116 extracts invalid values from the temperature data (step S21).
- the data extraction unit 112 extracts specification data of the battery pack 20 to be analyzed that is stored in the vehicle and battery specification storage unit 122 (step S22a).
- the correlation determination unit 119 determines whether or not the specification data includes design information of the BMU 22 (step S22b). If the design information of the BMU 22 is not included (N in step S22b), the process proceeds to step S23.
- step S22c determines whether or not the voltage measurement system and the temperature measurement system share a power supply based on the design information of the BMU 22 (step S22c). If the power supply is shared (Y in step S22c), the process proceeds to step S25. If the power supply is not shared (N in step S22c), the process proceeds to step S26.
- the processing in steps S23-S26 is the same as the basic processing shown in the flowchart of FIG. 7.
- the second invalid value removal process can accurately remove invalid values that should be excluded from the analysis from the battery data.
- the other measurement value is also determined to be an invalid value. Due to a missynchronization of the sampling timing of the voltage and temperature, it is possible that one measurement value is not determined as an invalid value when both measurement values should be determined as invalid values. In such cases, since the data was measured in the same power supply environment, the reliability of the measurement value that was not determined as an invalid value can be said to be low. In this embodiment, the measurement value that was not determined as an invalid value can also be removed as an invalid value, so that data with low reliability can be excluded from the analysis target, and the analysis accuracy can be improved.
- the first and second removal processes described above may be performed during the same maintenance session, or may be performed independently during different maintenance sessions.
- information identifying whether the battery pack 20 is started or stopped may be added to the battery data, and the second removal process may be performed on the battery data when the battery pack 20 is started or stopped.
- the second removal process may be performed on the battery data when the battery pack 20 is started or stopped.
- the device in which the battery pack 20 is mounted is not limited to the electric vehicle 1.
- Devices in which the battery pack 20 is mounted include electric vehicles such as low-speed electric vehicles (golf carts, land cars, etc.), electric ships, railroad cars, and multicopters (drones), stationary power storage systems, and consumer electronic devices (notebook PCs, smartphones).
- the battery analysis system (10) of item 1 includes an acquisition unit (111) that acquires time-series battery data of a battery pack (20) via a network (5), and an invalid value determination unit (118) that determines invalid values of measurement values of multiple data types included in the battery data.
- the battery analysis system (10) of item 1 also includes a correlation determination unit (119) that determines a synchronization rate of occurrence of invalid values of measurement values of multiple data types.
- the battery analysis system (10) of item 1 also includes a removal unit (116) that removes the remaining measurement values when one of the measurement values of multiple data types at the same sampling time is an invalid value in battery data of a battery pack (20) whose synchronization rate is equal to or greater than a predetermined value.
- the measurement values of the multiple data types are voltage measurement values and temperature measurement values.
- the correlation determination unit (119) considers that the measurement values of the multiple data types are correlated for a battery pack (20) known to share a power source for a voltage measurement system and a temperature measurement system. If one of the measurement values of the multiple data types at the same sampling time in the battery data of the battery pack (20) considered to have the measurement values of the multiple data types correlated is an invalid value, the removal unit (116) also removes the remaining measurement values.
- the battery analysis system (10) of item 4 is the battery analysis system (10) according to item 1, further comprising a first estimation unit (113) for estimating the power loss at the time of destruction of the battery pack (20) based on the cell test data obtained from a previous destruction test of the cells included in the battery pack (20) and the specifications of the battery pack (20).
- the battery analysis system (10) of item 4 further comprises a second estimation unit (114) for estimating the thermal resistance and heat capacity of the battery pack (20) from the transition of the temperature data after the end of charging and discharging included in the battery data and the transition of the temperature data and current data during charging included in the battery data.
- the battery analysis system (10) of item 4 further comprises a threshold setting unit (115) for determining the upper limit of the temperature change rate based on the thermal resistance and heat capacity of the battery pack (20) and the power loss at the time of destruction, and setting the upper limit as a threshold for determining the invalid value of the temperature data.
- the removal unit (116) removes the temperature data with a temperature change rate exceeding the threshold.
- the battery data includes identification information for when the battery pack (20) was started or stopped.
- the correlation determination unit (119) determines a synchronization rate of occurrence of invalid values for multiple data types at the time of start-up or stop. If one of the measurement values of the multiple data types at the time of start-up or stop is an invalid value, the removal unit (116) also removes the remaining measurement values.
- the battery analysis method of item 6 includes a step of acquiring time-series battery data of a battery pack (20) via a network (5) and a step of determining invalid values of measurement values of a plurality of data types included in the battery data.
- the battery analysis method of item 6 also includes a step of determining a synchronization rate of occurrence of invalid values of measurement values of a plurality of data types.
- the battery analysis method of item 6 also includes a step of removing the remaining measurement values when one of the measurement values of a plurality of data types at the same sampling time is an invalid value in battery data of a battery pack (20) having a synchronization rate equal to or greater than a predetermined value.
- the battery analysis program of item 7 causes a computer to execute a process of acquiring time-series battery data of a battery pack (20) via a network (5) and a process of determining invalid values of each of a plurality of data types included in the battery data.
- the battery analysis program of item 7 also causes a computer to execute a process of determining a synchronization rate of occurrence of invalid values of the measurement values of the plurality of data types.
- the battery analysis program of item 7 also causes a computer to execute a process of removing the remaining measurement values when one of the measurement values of the plurality of data types at the same sampling time is an invalid value in the battery data of a battery pack (20) whose synchronization rate is equal to or greater than a predetermined value.
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Abstract
Description
本開示は、電池の状態を分析する電池分析システム、電池分析方法、及び電池分析プログラムに関する。 This disclosure relates to a battery analysis system, a battery analysis method, and a battery analysis program for analyzing the state of a battery.
PC(Personal Computer)やEV(Electrified Vehicle)などのIoT(Internet of Things)化が進み、これらの機器に搭載された電池パックの電池データをクラウドデータベースに保存し、電池データを分析する電池分析システムが実用化されている。電池の電圧、電流、温度を計測するためのセンサ系へ電力を供給する構成には、電池から直結させる構成と、レギュレータを介したり大容量コンデンサを併用したりする構成がある。 As the Internet of Things (IoT) of devices such as PCs (Personal Computers) and EVs (Electrified Vehicles) becomes more prevalent, battery analysis systems that store battery data from the battery packs installed in these devices in a cloud database and analyze the battery data are being put to practical use. There are several configurations for supplying power to the sensor system for measuring the battery voltage, current, and temperature: a direct connection from the battery, and a configuration that uses a regulator or a large-capacity capacitor in combination.
特許文献1には、電池とセンサ電源が直結された構成が開示されている。この構成では、アナログのセンサ値をA/D(Analog-to-Digital)変換するタイミングが、負荷変動が大きくなるデータ送信IC(Integrated Circuit)の起動または停止のタイミングと重なった場合、A/D変換後のセンサ値の誤差が大きくなる。特許文献1では、データ送信ICの起動または停止のタイミングにおいて、A/D変換されたセンサ値を無効化処理している。
電池とセンサ系の電源が直結されている構成が既知の場合、上述したように、負荷変動の大きくなる起動時または停止時の無効値を除去することができる。しかしながら、電池とセンサ系の電源のシステム構成が未知の場合、起動時または停止時の無効値を一律に除去することができない。例えば、電池とセンサ系の電源のシステム構成が未知の機器から、クラウドデータベースに送信されてくる電池データから、起動時または停止時の無効値を除去できず、不自然な温度データや電圧データがクラウドデータベースに有効なデータとして保存されることになる。 If the configuration in which the battery and the power supply for the sensor system are directly connected is known, as described above, it is possible to remove invalid values at startup or shutdown when the load fluctuations are large. However, if the system configuration of the battery and the power supply for the sensor system is unknown, it is not possible to uniformly remove invalid values at startup or shutdown. For example, invalid values at startup or shutdown cannot be removed from battery data sent to the cloud database from a device with an unknown system configuration of the battery and the power supply for the sensor system, and unnatural temperature data and voltage data will be stored in the cloud database as valid data.
本開示は、電池データから、分析対象から除外すべき無効値を的確に除去する技術を提供する。 This disclosure provides technology that accurately removes invalid values from battery data that should be excluded from analysis.
本開示のある態様の電池分析システムは、電池パックの時系列の電池データを、ネットワークを介して取得する取得部と、電池データに含まれる複数のデータ種別の計測値の無効値をそれぞれ判定する無効値判定部と、を備える。また、この電池分析システムは、複数のデータ種別の計測値の無効値発生の同期率を判定する相関判定部と、同期率が所定値以上の電池パックの電池データにおいて、同一サンプリング時刻の複数のデータ種別の計測値の一つが無効値の場合、残りの計測値も除去する除去部と、を備える。 A battery analysis system according to one aspect of the present disclosure includes an acquisition unit that acquires time-series battery data of a battery pack via a network, and an invalid value determination unit that determines invalid values of each of the measurement values of the multiple data types included in the battery data. The battery analysis system also includes a correlation determination unit that determines the synchronization rate of the occurrence of invalid values of the measurement values of the multiple data types, and a removal unit that removes the remaining measurement values when one of the measurement values of the multiple data types at the same sampling time is an invalid value in the battery data of a battery pack with a synchronization rate equal to or greater than a predetermined value.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本開示の表現を装置、システム、方法、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。 In addition, any combination of the above components and conversions of the expressions of this disclosure between devices, systems, methods, computer programs, etc. are also valid aspects of this disclosure.
本開示によれば、電池データから、分析対象から除外すべき無効値を的確に除去することができる。 According to this disclosure, it is possible to accurately remove invalid values from battery data that should be excluded from analysis.
図1は、実施の形態に係る電池分析システム10を説明するための図である。電池分析システム10は、電動車1に搭載された電池パック20の状態を分析するためのシステムである。本実施の形態では、電池分析システム10は、クラウドサービス事業者により管理されるデータセンタに設置されたクラウドサーバ上に構築される。電動車1に搭載された電池パック20の分析サービスを提供する電池分析サービス事業者は、クラウドサービス事業者と契約することで、クラウドサーバを利用する。なお電池分析システム10は、電池分析サービス事業者の自社施設またはデータセンタに設置された自社サーバ上に構築されてもよい。
FIG. 1 is a diagram for explaining a
電動車1に搭載される電池パック20に含まれる組電池システム21は、駆動用モータ(不図示)に電力を供給する。組電池システム21は、直列接続された複数の単セルまたは複数のセルブロックを含む。
The
図2Aは、直列接続された複数の単セルE1-Emを含む組電池システム21の構成を示す図である。図2Bは、直列接続された複数のセルブロックEb1-Ebmを含む組電池システム21の構成を示す図である。各セルブロックEb1-Ebmは、並列接続された複数の単セルE1a~E1n-Ema~Emnを含む。
FIG. 2A is a diagram showing the configuration of a
単セルE1-Em及びE1a~E1n-Ema~Emnには、例えば、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セルなどを用いることができる。以下、本明細書では、単セルE1-Em及びE1a~E1n-Ema~Emnとして、リチウムイオン電池セル(公称電圧:3.6-3.7V)を使用する例を想定する。単セルまたはセルブロックの直列数は、駆動用モータの電圧に応じて決定される。例えば直列数が多い場合、図2Aまたは図2Bに示したシステム構成を一単位の電池モジュールとし、複数の電池モジュールが直列接続されて組電池システム21が構成される。
For example, lithium ion battery cells, nickel metal hydride battery cells, lead battery cells, etc. can be used for the single cells E1-Em and E1a to E1n-Ema to Emn. In the following description, an example is assumed in which lithium ion battery cells (nominal voltage: 3.6-3.7 V) are used as the single cells E1-Em and E1a to E1n-Ema to Emn. The number of single cells or cell blocks connected in series is determined according to the voltage of the drive motor. For example, when the number of series is large, the system configuration shown in FIG. 2A or FIG. 2B is treated as one unit of battery module, and multiple battery modules are connected in series to form the
BMU(Battery Management Unit)22は、組電池システム21の状態を管理する。BMU22は、複数の単セルE1-Emまたは複数のセルブロックEb1-Ebmの各セル電圧、電池パック20に流れる電流及び電池パック20内の複数の観測地点の温度を監視する。BMU22は、電源回路221(図3参照)、電圧センサ225(図3参照)、電流センサ、温度センサ223(図3参照)、アナログフロントエンド、マイクロコントローラ、不揮発メモリなどを含んで構成される。アナログフロントエンドは、アンプ、マルチプレクサ、A/D変換器、フィルタなどの複数の半導体チップを含む。
The BMU (Battery Management Unit) 22 manages the state of the
電源回路221は、組電池システム21の電圧を降圧して、BMU22内の各種半導体チップに供給する電源電圧(例えば、3.3~5.0V)を生成する。電源回路221には、リニアレギュレータ(例えば、3端子レギュレータやLDO(Low DropOut)レギュレータ)を使用してもよいし、スイッチングレギュレータを使用してもよい。一般的に、リニアレギュレータの方が安価で小型であり、スイッチングレギュレータの方が低損失である。
The power supply circuit 221 steps down the voltage of the
電圧センサ225は、直列接続された複数の単セルE1-EmまたはセルブロックEb1-Ebmの両端電圧(以下、セル電圧という)をそれぞれ検出する。アナログフロントエンドは、電圧計測回路226(図3参照)として機能するマルチプレクサ及びA/D変換器を含む。マルチプレクサは、計測された各セル電圧を所定の順番でA/D変換器に出力する。A/D変換器は、マルチプレクサから入力されるアナログのセル電圧をデジタルのセル電圧値に変換する。電圧計測回路226は、デジタル値に変換された各セル電圧値をマイクロコントローラに送信する。
The
直列接続された複数の単セルE1-EmまたはセルブロックEb1-Ebmと直列に、電流センサとして機能するシャント抵抗が接続される。なお、シャント抵抗の代わりにホール素子を用いてもよい。アナログフロントエンドは、電流計測回路として機能するアンプとA/D変換器を含む。アンプは、シャント抵抗の両端電圧をもとに、直列接続された単セルE1-EmまたはセルブロックEb1-Ebmに流れる電流値を計測する。A/D変換器は、アンプから入力されるアナログの電流値をデジタルの電流値に変換する。電流計測回路は、デジタル値に変換された電流値をマイクロコントローラに送信する。 A shunt resistor that functions as a current sensor is connected in series with the multiple single cells E1-Em or cell blocks Eb1-Ebm that are connected in series. Note that a Hall element may be used instead of the shunt resistor. The analog front end includes an amplifier that functions as a current measurement circuit and an A/D converter. The amplifier measures the value of the current flowing through the single cells E1-Em or cell blocks Eb1-Ebm that are connected in series based on the voltage across the shunt resistor. The A/D converter converts the analog current value input from the amplifier into a digital current value. The current measurement circuit transmits the current value converted into a digital value to the microcontroller.
組電池システム21の複数の観測地点に温度センサ223が設置される。温度センサ223として例えば、サーミスタT1-Tmが使用され、図2Aまたは図2Bに示すように、組電池システム21の表面の複数箇所にサーミスタT1-Tmが設置される。アナログフロントエンドは、温度計測回路224(図3参照)として機能するアンプとAD変換器を含む。アンプは、各サーミスタT1-Tmと各分圧抵抗との複数の分圧電圧をもとに、複数の観測地点の温度を計測する。A/D変換器は、アンプから入力されるアナログの温度値をデジタルの温度値に変換する。温度計測回路224は、デジタル値に変換された複数の温度値をマイクロコントローラに送信する。
マイクロコントローラは、監視している各セル電圧、電流及び各温度を所定のサンプリング周期(例えば、10秒、30秒または1分)で取得し、不揮発メモリに保存する。BMU22はデータ保存量を圧縮するため、各セル電圧のうち最大セル電圧と最小セル電圧のみを保存してもよい。またBMU22はデータ保存量を圧縮するため、複数の観測地点の各温度のうち最大温度と最小温度のみを保存してもよい。
The microcontroller acquires each monitored cell voltage, current, and temperature at a predetermined sampling period (e.g., 10 seconds, 30 seconds, or 1 minute) and stores them in non-volatile memory. To compress the amount of data stored, the
BMU22は、OCV(Open Circuit Voltage)法と電流積算法を組み合わせて、SOC(State Of Charge)を推定する。OCV法は、計測されるセルのOCVと、セルのSOC-OCVカーブをもとにSOCを推定する方法である。セルのSOC-OCVカーブは、電池メーカによる特性試験に基づき予め作成され、出荷時にBMU22に登録される。
The
電流積算法は、セルの充放電開始時のOCVと、計測される電流の積算値をもとにSOCを推定する方法である。電流積算法では、充放電時間が長くなるにつれて、電流の計測誤差が累積していく。したがって、電流積算法により推定されたSOCと、OCV法により推定されたSOCを加重平均して使用することが好ましい。 The current integration method is a method for estimating the SOC based on the OCV at the start of charging/discharging the cell and the integrated value of the measured current. With the current integration method, current measurement errors accumulate as the charging/discharging time becomes longer. Therefore, it is preferable to use a weighted average of the SOC estimated by the current integration method and the SOC estimated by the OCV method.
BMU22は、各単セルE1-Emまたは各セルブロックEb1-EbmのSOCをそれぞれ実容量に換算し、それらの実容量を合成して電池パック20の実容量を算出し、当該実容量と電池パック20の現在の満充電容量をもとに電池パック20のSOCを推定することができる。
The
BMU22は、電池パック20の各セル電圧または最大・最小セル電圧、電流、各温度または最大・最小温度及びSOCを含む電池データを、車載ネットワークを介してECU(Electronic Control Unit)(不図示)に送信する。車載ネットワークとして例えば、CAN(Controller Area Network)やLIN(Local Interconnect Network)を使用することができる。
The
通信部23は、充電スタンド3の通信部33との通信信号処理を実行する機能、ネットワーク5に接続するための無線信号処理を実行する機能を有する。通信部23は例えば、携帯電話網(セルラー網)、無線LAN、V2I(Vehicle to Infrastructure)、V2V(Vehicle to Vehicle)、ETCシステム(Electronic Toll Collection System)、DSRC(Dedicated Short Range Communications)などを使用して、ネットワーク5にアクセスすることができる。
The
ネットワーク5は、インターネット、専用線、VPN(Virtual Private Network)などの通信路の総称であり、その通信媒体やプロトコルは問わない。通信媒体として例えば、携帯電話網、無線LAN(Local Area Network)、有線LAN、光ファイバ網、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)網、CATV(Community Antenna TeleVision)網などを使用することができる。通信プロトコルとして例えば、TCP(Transmission Control Protocol)/IP(Internet Protocol)、UDP(User Datagram Protocol)/IP、イーサネット(登録商標)などを使用することができる。
クライアントシステム4は、複数の電動車1を保有して運輸事業を営む運輸事業者が使用するシステムである。本実施の形態では、クライアントシステム4を使用する運輸事業者が、電池分析サービス事業者に対して電池パック20の分析を依頼するクライアントとなる。例えば、運輸事業者が複数の電動車1を配送車両として保有する配送事業者の場合、クライアントシステム4は、配送事業者により運用・管理されるサーバと端末装置(例えば、PC)で構成される。
The
配送事業者の営業所に設置された端末装置と電動車1がケーブルまたは無線で接続されることで、電動車1のECUは、電池データを配送事業者の端末装置に送信することができる。なお電動車1のECUは、電池データに加えて、車速や累積走行距離などを含む走行データも端末装置に送信してもよい。配送事業者の端末装置は、営業所で管理される複数の電動車1から取得した電池データを配送事業者のサーバに送信する。配送事業者のサーバは、各営業所から収集した複数の電動車1の電池データを、ネットワーク5を介して電池分析システム10に一括送信する。なお、各営業所の端末装置から電池データを直接、ネットワーク5を介して電池分析システム10に送信してもよい。
By connecting the
クライアントシステム4は、配送事業者が保有する電動車1の仕様データ、電動車1に搭載されている電池パック20の仕様データを、ネットワーク5を介して電池分析システム10に送信する。
The
電動車1のECUはネットワーク5に無線接続して、BMU22から受信した電池データを直接、電池分析システム10に送信することができる。その場合、ECUは都度送信してもよいし、内部の不揮発メモリに蓄積し、所定のタイミングで不揮発メモリに蓄積されている電池データを電池分析システム10に一括送信してもよい。
The ECU of the
また、充電スタンド3がネットワーク5に接続されている場合、電動車1と充電スタンド3を充電ケーブルで接続することで、電動車1のECUは、ネットワーク5に接続された充電スタンド3を介して、不揮発メモリに蓄積されている電池データを電池分析システム10に一括送信することができる。
In addition, when the charging
電動車1と充電スタンド3が充電ケーブルで接続された状態において、充電スタンド3は商用電力系統2から供給される電力を、電動車1の電池パック20に充電することができる。一般的に、普通充電の場合は交流で、急速充電の場合は直流で充電される。交流(例えば、単相100/200V)で充電される場合、電動車1内の充電器で充電電圧または充電電流が制御される。直流で充電される場合、充電スタンド3の給電部31で充電電圧または充電電流が制御される。給電部31は、整流回路、フィルタ及びDC(Direct Current)/DCコンバータを含み、整流回路で商用電力系統2から供給される交流電力を全波整流し、フィルタで平滑化することにより直流電力を生成する。DC/DCコンバータは、生成された直流電力の電圧または電流を制御する。
When the
急速充電規格として例えば、CHAdeMO(登録商標)、ChaoJi、GB/T、Combo(Combined Charging System)を使用することができる。CHAdeMO、ChaoJi、GB/Tでは、通信方式としてCANが採用されている。Comboでは、通信方式としてPLC(Power Line Communication)が採用されている。 For example, CHAdeMO (registered trademark), ChaoJi, GB/T, and Combo (Combined Charging System) can be used as fast charging standards. CHAdeMO, ChaoJi, and GB/T use CAN as the communication method. Combo uses PLC (Power Line Communication) as the communication method.
CAN方式を採用した充電ケーブル内には電力線に加えて通信線も含まれている。当該充電ケーブルで電動車1と充電スタンド3が接続されると、電動車1のECUは充電スタンド3の制御部32と通信チャンネルを確立する。なお、PLC方式を採用した充電ケーブルでは、通信信号が電力線に重畳されて伝送される。
A charging cable that uses the CAN method includes a communication line in addition to a power line. When the
充電スタンド3の通信部33は、電動車1の通信部23との通信信号処理を実行する機能と、ネットワーク5に接続するための信号処理を実行する機能を有する。通信部33は例えば、有線LAN、無線LAN、携帯電話網などを使用して、ネットワーク5にアクセスすることができる。
The
電池分析システム10は、制御部11、記憶部12及び通信部13を備える。通信部13は、有線または無線によりネットワーク5に接続するための通信インタフェース(例えば、NIC:Network Interface Card)である。
The
制御部11は、データ取得部111、データ抽出部112、電力損失推定部113、熱容量・熱抵抗推定部114、閾値設定部115、無効値除去部116、評価・補正部117、無効値判定部118及び相関判定部119を含む。制御部11の機能はハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源として、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、GPU(Graphics Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field ProgrammableGate Array)、その他のLSI(Large-Scale Integration)を利用できる。ソフトウェア資源としてオペレーティングシステム、アプリケーションなどのプログラムを利用できる。
The
記憶部12は、HDD(Hard Disc Drive)、SSD(Solid State Drive)などの不揮発性の記録媒体を含み、各種データを記憶する。記憶部12は、電池データ保持部121、車両・電池仕様保持部122及び試験データ保持部123を含む。データ取得部111は、電動車1に搭載された電池パック20の時系列の電池データを、電動車1からクライアントシステム4を経由して受信する。なお、電動車1から直接、または充電スタンド3を経由して受信することもある。データ取得部111は、受信した電池データを電池データ保持部121に保存する。
The
データ取得部111は、クライアントシステム4から、クライアントが保有している電動車1の仕様データ及び電動車1に搭載されている電池パック20の仕様データを受信する。データ取得部111は、受信した電動車1と電池パック20の仕様データを車両・電池仕様保持部122に保存する。
The
図3は、電動車1から電池分析システム10への電池データの流れを説明するための図である。電動車1に搭載された電池パック20内のBMU22の温度センサ223と温度計測回路224により計測された温度データには、有効値と無効値が含まれる。以下、温度センサ223と温度計測回路224を総称して温度計測系という。温度データの有効値には正常値と異常値が含まれる。温度データの異常値は、実際に電池パック20内で発生した温度異常に基づいた値である。温度データの無効値は、実際の異常発生に基づかないデータ自体の異常を示す値であり、ノイズ、欠損、正常値からの誤差大を含む。
FIG. 3 is a diagram for explaining the flow of battery data from the
BMU22の電圧センサ225と電圧計測回路226により計測された電圧データには、有効値と無効値が含まれる。電圧データの有効値には正常値と異常値が含まれる。以下、電圧センサ225と電圧計測回路226を総称して電圧計測系という。電圧データの異常値は、実際に電池パック20内で発生したセル電圧の異常(過充電値、過放電値)に基づいた値である。電圧データの無効値は、実際の異常発生に基づかないデータ自体の異常を示す値であり、ノイズ、欠損、正常値からの誤差大を含む。
The voltage data measured by the
電動車1から送信された温度データと電圧データは、クライアントシステム4により収集され、クライアントシステム4のデータベースに保存される。クライアントシステム4にデータ補間機能が実装されている場合、欠損区間の温度データと電圧データがそれぞれ補間される。補間処理により、温度データまたは電圧データの無効値の一部が有効値化してしまう場合がある。なお、誤った補間によりノイズとなることもある。
The temperature data and voltage data sent from the
クライアントシステム4は、電動車1から収集した温度データと電圧データを、電池分析システム10に送信して電池パック20の分析を依頼する。電池分析システム10は、電池パック20を分析する際、誤検知を誘発する無効値を除去して電池パック20を分析する。なお図3に示されていないが、BMU22では電流データも計測され、電流データも、電動車1からクライアントシステム4に、クライアントシステム4から電池分析システム10に送信される。電流データにも、有効値と無効値が含まれる。
The
本実施の形態では、電池分析サービス事業者は入手可能なセルや電池パックについて、事前に破壊試験(例えば、セルの釘刺し試験や電池パックの類焼試験)を実施し、セルや電池パック破壊時の残熱量データや可能であれば温度推移を収集する。電池分析サービス事業者は、セルの種類ごとに、セル破壊時の残熱量データを破壊試験データログに含めて試験データ保持部123に保存する。破壊試験が実施される度に破壊試験データが試験データ保持部123に蓄積され、試験データ保持部123に保持される破壊試験データが継続的に高精度化されていく。なお、電池メーカから破壊試験データを入手できる場合は、電池メーカから入手した破壊試験データを試験データ保持部123に保存する。
In this embodiment, the battery analysis service provider performs destructive tests (e.g., nail penetration tests on cells and fire tests on battery packs) in advance on available cells and battery packs, and collects residual heat data at the time of cell and battery pack destruction and, if possible, temperature changes. The battery analysis service provider includes the residual heat data at the time of cell destruction in a destructive test data log for each cell type and stores it in the test
電池分析システム10のデータ抽出部112は、試験データ保持部123に保存されている、分析対象の電池パック20に含まれているセルの破壊試験データに含まれる残熱量データを抽出する。データ抽出部112は、車両・電池仕様保持部122に保存されている分析対象の電池パック20の仕様データを抽出する。
The
電力損失推定部113は、分析対象の電池パック20の仕様データと、セルの破壊試験データをもとに、電池パック20が破壊された時の電力損失を推定する。熱容量の公式から、物体(熱源)の温度変化特性は、下記(式1)で記述できる。
The power
T(t)-T(0)=(Rth×P(t))×(exp(-t/(Rth×Cth))) ・・・(式1)
T(t):t秒後の物体温度[℃]
T(0):物体の初期温度[℃]
Rth:熱抵抗[℃/W]
P:電力損失[W]
t:経過時間[sec]
Cth:熱容量[W・sec/℃]
図4は、釘刺し試験により得られた破壊試験データの一例を示す図である。釘刺し試験により得られる残熱量データは、セル1本あたりの発熱量変化曲線として得られる。図4に示される、釘刺し時の発熱量[W]は一定時間が経過したら収まっている。電力損失推定部113は、セル1本あたりの発熱量に、電池パック20の仕様データに含まれるセル本数を乗じることで電池パック20の発熱量を推定する。電池パック20の仕様データにセル本数が含まれていない場合でも、電池パック20の全体容量が含まれている場合、電池パック20の全体容量とセルの種類からセル本数を推定することができる。なお、電池パック20の類焼試験により得られた破壊試験データから電池パック20の発熱量を直接推定することもできる。
T(t)-T(0)=(Rth×P(t))×(exp(-t/(Rth×Cth)))...(Formula 1)
T(t): Object temperature after t seconds [℃]
T(0): Initial temperature of the object [°C]
Rth: Thermal resistance [℃/W]
P: Power loss [W]
t: elapsed time [sec]
Cth: heat capacity [W・sec/℃]
FIG. 4 is a diagram showing an example of destructive test data obtained by a nail penetration test. The residual heat data obtained by the nail penetration test is obtained as a heat generation amount change curve per cell. The heat generation amount [W] at the time of nail penetration is suppressed after a certain time has passed. The power
電池分析システム10のデータ抽出部112は、電池データ保持部121に保存された電池データ(実使用ログ)を抽出する。熱容量・熱抵抗推定部114は、抽出された電池データに含まれる充放電終了後の温度データの推移と、抽出された電池データに含まれる充電中の温度データと電流データの推移から、電池パック20の熱抵抗と熱容量を推定する。
The
ニュートンの冷却法則より、温度が一様なある物体が部屋の中に置かれている場合の表面温度の変化を、非定常の伝熱計算で求める場合、t秒後の温度T(t)は、以下の(式2)で記述できる。 From Newton's law of cooling, when an object with a uniform temperature is placed in a room, and the change in surface temperature is calculated using unsteady heat transfer, the temperature T(t) after t seconds can be expressed by the following (Equation 2).
T(t)=Ta+(T(0)-Ta)×(exp(-α・S/C・ρ・V)・t) ・・・(式2)
Ta:外気温
T(0):物体の初期温度[℃]
α:熱伝導率
S:表面積
c:物体の比熱
ρ:物体の質量密度
V:体積
t:経過時間
図5は、温められた物体の自然冷却時の温度推移の一例を示す図である。図5に示すように、温められた物体の自然冷却時の温度推移は、対数曲線に近似する。
T(t)=Ta+(T(0)-Ta)×(exp(-α・S/C・ρ・V)・t) ... (Formula 2)
Ta: Outside temperature T(0): Initial temperature of object [℃]
α: Thermal conductivity S: Surface area c: Specific heat of object ρ: Mass density of object V: Volume t: Elapsed time FIG. 5 is a diagram showing an example of temperature transition during natural cooling of a heated object. As shown in FIG. 5, the temperature transition of a heated object during natural cooling approximates a logarithmic curve.
物体の熱抵抗Rthは、下記(式3)に示すように、熱伝達率αと表面積Sの積の逆数で定義できる。 The thermal resistance Rth of an object can be defined as the inverse of the product of the heat transfer coefficient α and the surface area S, as shown in the following (Equation 3).
Rth=1/(α・S) ・・・(式3)
物体の熱容量Cthは、下記(式4)に示すように、物体の質量(ρ・V)と比熱cの積で定義できる。
Rth=1/(α・S)...(Formula 3)
The heat capacity Cth of an object can be defined as the product of the object's mass (ρ·V) and its specific heat c, as shown in the following (Equation 4).
Cth=c・ρ・V ・・・(式4)
充放電後の温められた電池パック20の平均温度は時間経過と共に外気温に近づき、t秒後に電池パック20の温度T(t)が外気温Taまで低下するため、上記(式2)は下記(式5)に変形できる。
Cth=c・ρ・V...(Formula 4)
The average temperature of the warmed
T(t)=T(t)+(T(0)-T(t))×(exp(-t/(Rth×Cth))) ・・・(式5)
データ欠損により外気温Taに低下するまでの時間tが不明であったり、熱容量Cthが大きくて外気温Taと同一にならなかったりする可能性を考慮し、非定常の式で規定している。
T(t)=T(t)+(T(0)-T(t))×(exp(-t/(Rth×Cth)))...(Formula 5)
Taking into consideration the possibility that the time t required for the temperature to drop to the outside air temperature Ta is unknown due to a lack of data, or that the heat capacity Cth is large and does not become equal to the outside air temperature Ta, a non-steady equation is used.
時間t、温度T(0)及び温度T(t)は、電池データに含まれる充放電後の非通電状態の自然冷却時のログから特定できるため、熱容量・熱抵抗推定部114は、熱抵抗Rthと熱容量Cthとの積である熱時定数(Rth・Cth)を導出することができる。即ち、電池パック20を1つの物体と見なして、充放電後の自然冷却時のログから熱時定数(Rth・Cth)を導出することができる。
The time t, temperature T(0) and temperature T(t) can be identified from the log of natural cooling in a non-energized state after charging and discharging, which is included in the battery data, so the heat capacity/thermal
なお、電池パック20の形状・材質、または電池パック20内の温度センサ223の位置による、電池パック20の温度勾配をシミュレーションで特定し、温度勾配を補正するための補正係数を求め、各温度データに補正係数を掛けることで温度データを高精度化してもよい。
In addition, the temperature gradient of the
電池パック20の通電時(充放電時)の温度変化量は、上記(式1)で求めることができる。電池パック20の電力損失Pは、電池パック20の内部抵抗Rbと電流値Ibを用いて下記(式6)に示すように導出することができる。ここでは、定電流充電時の電力損失Pを導出する。なお、電池パック20の内部抵抗Rbは、通電時の電圧データと電流データの関係から推定することができる。
The amount of temperature change when the
P=Rb×Ib^2 ・・・(式6)
上記(式5)で導出された熱時定数(Rth・Cth)と、上記(式6)で導出された電力損失Pを上記(式1)に代入することで、熱抵抗Rthと熱容量Cthをそれぞれ導出することができる。このように、充放電後の自然冷却時のログに基づく温度変化を表す方程式と、通電時のログに基づく温度変化を表す方程式の2つの方程式が立つため、熱抵抗Rthと熱容量Cthを導出することができる。なお、1つの電池パック20について、電池データ保持部121より自然冷却時のログや通電時のログを複数抽出できる場合、熱抵抗Rthと熱容量Cthを複数導出し、それらの平均値を最終的な熱抵抗Rthと熱容量Cthとして導出してもよい。この場合、より高精度な熱抵抗Rthと熱容量Cthを導出することができる。
P=Rb×Ib^2 (Formula 6)
By substituting the thermal time constant (Rth·Cth) derived in the above (Equation 5) and the power loss P derived in the above (Equation 6) into the above (Equation 1), the thermal resistance Rth and the thermal capacity Cth are calculated as follows: In this way, two equations are established: one that represents the temperature change based on the log during natural cooling after charging and discharging, and the other that represents the temperature change based on the log during current flow. In addition, when a plurality of logs during natural cooling and logs during energization can be extracted from the battery
電池パック20の熱容量Cthは、電池パック20の重量mと比熱cにより定まる。電池パック20の仕様データに重量mと比熱cが含まれている電池パック20の場合、熱容量・熱抵抗推定部114は、既知の重量mと比熱cを掛けて電池パック20の熱容量Cthを推定することができる。この場合、充放電後の自然冷却時のログのみから、熱抵抗Rthと熱容量Cthを導出することができる。
The heat capacity Cth of the
上記の例では、電池データに含まれる定電流充電時のログから熱抵抗Rthと熱容量Cthを導出した。この点、電池データに含まれる放電時のログから熱抵抗Rthと熱容量Cthを導出する場合、放電電流の変動と熱対流を考慮する必要がある。例えば、電流値と車速に対する熱抵抗Rthの相関を取ることで、熱抵抗Rthと熱容量Cthを導出することができる。 In the above example, the thermal resistance Rth and thermal capacity Cth were derived from the log during constant current charging contained in the battery data. In this regard, when deriving the thermal resistance Rth and thermal capacity Cth from the log during discharge contained in the battery data, it is necessary to take into account fluctuations in the discharge current and thermal convection. For example, the thermal resistance Rth and thermal capacity Cth can be derived by correlating the thermal resistance Rth with the current value and vehicle speed.
なお、上記の例では、一つの電池パック20の電池データをもとに熱抵抗Rthと熱容量Cthを導出した。この点、同じ車種の複数の電動車1に搭載された同じ型番の複数の電池パック20の電池データをもとに熱抵抗Rthと熱容量Cthを導出してもよい。電池分析システム10は電池パック20ごとに、熱抵抗Rthと熱容量Cthをそれぞれ導出し、それらの平均値を最終的な熱抵抗Rthと熱容量Cthとして導出してもよい。この場合、より高精度な熱抵抗Rthと熱容量Cthを導出することができる。
In the above example, the thermal resistance Rth and the thermal capacity Cth were derived based on the battery data of one
閾値設定部115は、電池パック20の熱抵抗Rthと熱容量Cth、及び破壊時の電力損失Pをもとに温度変化速度の上限値を求め、温度データの無効値を判定するための閾値に設定する。温度変化速度は、単位時間当たりの温度変化量で規定される。破壊試験データに基づく破壊試験時における電池パック20の発熱量を、上記(式1)の電力損失Pに代入することで、電池パック20の発火時の温度変化推移を推定できる。発火時の温度変化速度の上限値は、理論上の温度変化速度の上限値と言えるため、温度データの異常値と無効値を判定するための境界値として使用できる。発火時の温度変化速度の上限値は、発火時の温度変化曲線を時間微分した微分曲線の最大値から導出することができる。なお、事前に破壊試験により、セルや電池パックの温度推移を測定できた場合、上記(式1)で推定した電池パック20の発火時の温度変化推移と破壊試験で測定した温度推移を併用することで、推定誤差や測定誤差を抑制することができ、さらに高精度化を実現することができる。
The
なお、電池パック20の形状・材質、または電池パック20内の温度センサ223の位置に関する仕様データが取得できる場合、それらの仕様を考慮して、発火時の温度変化推移をより高精度に推定してもよい。なお、異常値と無効値の境界値の算出が目的であるため、高精度化は必須ではない。
If specification data regarding the shape and material of the
無効値除去部116は、上記閾値を超える温度変化速度の温度データを無効値として除去する。実使用ログに含まれる温度データは、分析対象となる電池パック20内の複数の観測地点の最大温度と最小温度のそれぞれであってもよい。その際、最大温度が計測された温度センサ223の位置に応じた温度勾配、最小温度が計測された温度センサ223の位置に応じた温度勾配を考慮して、最大温度と最小温度がそれぞれ補正されてもよい。また、実使用ログに含まれる温度データは、電池パック20内の複数の観測地点の代表温度であってもよい。代表温度は例えば、複数の観測地点の計測温度の平均値、中央値、最大温度と最小温度の中間値などで規定される。
The invalid
評価・補正部117は、電池パック20の異常発生時の電池データから特定される温度変化速度をもとに上記閾値を評価し、評価結果に応じて上記閾値を補正する。評価・補正部117は例えば、電池パック20の異常発生時の電池データから特定される温度変化速度の最大値が上記閾値を超える場合、上記閾値を当該温度変化速度の最大値に更新する。
The evaluation and
電池パック20が発火した場合、電池パック20内の温度センサ223が機能不全になり、実使用ログには無効値しか残っていないことも想定される。その場合、電池分析システム10での分析は不可となる。電池パック20が発火した場合は基本的に、現地のリモートコントロールシステムで検出・検証される。したがって電池分析システム10では、発火の予兆となる現象(例えば、微小短絡による異常発熱)が発生した時のログを検知することが主目的となる。ただし、発火時のログが電池分析システム10まで到達することもある。
If the
発火の予兆となる現象が発生した時または実際に発火した時の異常発生ログから特定される温度変化速度の最大値は、理論上の温度変化速度の上限値である上記閾値を超えないはずである。上記閾値を超えている場合は、上記閾値に問題があると推測される。 The maximum temperature change rate identified from the abnormality log when a phenomenon that is a sign of fire occurs or when a fire actually occurs should not exceed the above threshold, which is the theoretical upper limit of the temperature change rate. If it exceeds the above threshold, it is assumed that there is a problem with the above threshold.
そこで、評価・補正部117は、異常発生ログから特定される温度変化速度の最大値が上記閾値を超える場合、上記閾値を当該温度変化速度の最大値に暫定的に更新する。次回の閾値算出時に算出された閾値が、この暫定的な閾値を超えた場合、評価・補正部117は、暫定の閾値を、新たに算出された閾値に更新する。次回の閾値算出時までに破壊試験が再実施され、破壊時の電力損失Pが前回値と大きく異なって計測される可能性がある。また、電池の劣化に伴い、電力損失Pが前回値と大きく異なる可能性もある。なお、評価・補正部117は、暫定の閾値を電池の劣化度を考慮し、補正してもよい。この場合、次回の閾値算出時を待つことなく、電池の劣化を要因とする上記閾値の問題に対応することができる。
Therefore, when the maximum value of the temperature change rate identified from the abnormality occurrence log exceeds the threshold, the evaluation and
図6は、実施の形態に係る電池分析システム10による無効値の第1の除去処理を説明するためのフローチャートである。データ抽出部112は、試験データ保持部123に保存されている分析対象の電池パック20の釘刺し試験データに含まれる残熱量データを抽出する。電力損失推定部113は、抽出された残熱量データから、セル1本あたりの電力損失を特定する(ステップS10)。
FIG. 6 is a flowchart for explaining the first invalid value removal process performed by the
データ抽出部112は、車両・電池仕様保持部122に保存されている分析対象の電池パック20の仕様データを抽出する。電力損失推定部113は、抽出された仕様データに含まれるセル本数を特定する(ステップS11)。電力損失推定部113は、セル1本あたりの電力損失とセル本数をもとに、分析対象の電池パック20が破壊された時の電力損失を算出する(ステップS12)。
The
データ抽出部112は、電池データ保持部121に保存されている分析対象の電池パック20の実使用ログから、充放電後の自然冷却時の温度データログを抽出する(ステップS13)。熱容量・熱抵抗推定部114は、上記(式5)に自然冷却時の温度データログを代入して、自然冷却時の電池パック20の熱時定数(熱抵抗×熱容量)を算出する(ステップS14)。
The
データ抽出部112は、電池データ保持部121に保存されている分析対象の電池パック20の実使用ログから、充電時の温度データログを抽出する(ステップS15)。この温度データログには、充電による発熱が反映されている。熱容量・熱抵抗推定部114は、充電時の電力損失を、上記(式1)に代入して、充電時の電池パック20の熱時定数(熱抵抗×熱容量)を算出する。熱容量・熱抵抗推定部114は、上記(式5)、自然冷却時の電池パック20の熱時定数、上記(式1)、充電時の電池パック20の熱時定数の関係から、電池パック20の熱抵抗と熱容量をそれぞれ算出する(ステップS16)。閾値設定部115は、電池パック20が破壊された時の電力損失、電池パック20の熱抵抗と熱容量をもとに上記閾値を設定する(ステップS17)。
The
データ抽出部112は、電池データ保持部121から分析対象の電池パック20の実使用ログ全体を読み出す。評価・補正部117は、実使用ログにおいて異常発生ログが検知された場合、異常発生ログから特定される温度変化速度をもとに上記閾値を評価し、評価結果に応じて上記閾値を補正する(ステップS18)。無効値除去部116は、読み出された実使用ログの温度データの内、温度変化速度が上記閾値を超える温度データを、無効値として除去する(ステップS19)。無効値が除去された実使用ログは、異常分析用ログとして電池データ保持部121に保存される。
The
ステップS13-ステップS19までの処理が定期的に実行される。なお、釘刺し試験が再実施されると、ステップS10-ステップS12の処理が実行される。なお、ステップS18の閾値の評価・補正処理は省略可能である。また、ステップS18の閾値の評価・補正処理は、ステップS19の無効値の除去処理の頻度より、少ない頻度で実施されてもよい。 The processes from step S13 to step S19 are periodically executed. When the nail penetration test is performed again, the processes from step S10 to step S12 are executed. The threshold evaluation and correction process in step S18 can be omitted. The threshold evaluation and correction process in step S18 may be executed less frequently than the invalid value removal process in step S19.
電池分析システム10の分析部(不図示)は、電池データ保持部121から異常分析用ログの電池データを読み出して電池パック20を分析する。分析部は例えば、電池パック20のSOC、SOH(State Of Health)の推定、交換時期の予測、異常の予兆検出などを実施する。分析対象の電池パック20を搭載している電動車1の走行データも取得されている場合、分析部は走行データ(例えば、累積走行距離など)を考慮して、交換時期を予測してもよい。
The analysis unit (not shown) of the
分析部は、電池パック20の分析結果を、ネットワーク5を介してクライアントシステム4に送信する。クライアントは、受信した電池パック20の分析結果を参考に、電動車1の交換時期、電動車1の市場価値などを判断することができる。
The analysis unit transmits the analysis results of the
以上説明したように無効値の第1の除去処理によれば、電池データに含まれる温度データから、分析対象から除外すべき無効値を的確に除去することができる。具体的には、破壊時または異常発生時の温度変化速度の最大値を、異常値と無効値の境界を判定するための閾値に設定することで、発火の予兆となる現象が発生した時または実際に発火した時の温度データ(異常値)は残し、ノイズなどの無効値のみを除去することができる。これにより、異常発生時のデータを含めた分析が可能となる。 As described above, the first invalid value removal process makes it possible to accurately remove invalid values that should be excluded from analysis from the temperature data included in the battery data. Specifically, by setting the maximum value of the rate of temperature change at the time of destruction or abnormality as the threshold value for determining the boundary between abnormal values and invalid values, it is possible to leave the temperature data (abnormal values) when a phenomenon that is a sign of ignition occurs or when ignition actually occurs, and remove only invalid values such as noise. This makes it possible to perform analysis that includes data when an abnormality occurs.
また、電池パック20の重量がカタログから入手できない場合でも、自然冷却時のログと通電時のログをそれぞれの方程式に代入して、連立方程式を解くことで熱容量と熱抵抗を推定することができる。
Even if the weight of the
図6に示したフローチャートにおいて、電池分析システム10の無効値除去部116が、実使用ログの温度データの内、温度変化速度が上記閾値を超える温度データを、無効値として除去する例を説明した。この点、電池分析システム10の制御部11は、閾値設定部115により設定された閾値を、ネットワーク5を介して対象の電池パック20のBMU22に送信してもよい。その場合、BMU22は、自己の温度計測系で計測された温度データの内、温度変化速度が上記閾値を超える温度データを無効値として除去する。
In the flowchart shown in FIG. 6, an example has been described in which the invalid
図3に示したように電圧計測系と温度計測系が電源回路221を共有している場合、電圧計測系の電源電圧と温度計測系の電源電圧が同期する。したがって、電圧と温度の一方の計測値が無効値であれば、他方の計測値も無効値と判断することが可能である。電池パック20内のBMU22にとって、電圧計測系と温度計測系が同一電源系で動作していることが既知であるため、BMU22は、電圧の計測値と温度の計測値の有効/無効が同期すると判断することができる。
When the voltage measurement system and the temperature measurement system share the power supply circuit 221 as shown in FIG. 3, the power supply voltage of the voltage measurement system and the power supply voltage of the temperature measurement system are synchronized. Therefore, if the measured value of either the voltage or the temperature is an invalid value, it is possible to determine that the other measured value is also invalid. Since it is known to the
一方、電池分析システム10側で、BMU22の電源構成を把握できていない電池パック20の場合、電池分析システム10は、電圧の計測値と温度の計測値の有効/無効が同期するか否かを判断することができない。電池分析システム10は、一方の計測値が無効値であっても、他方の計測値を無効値として除去できず、無効値の計測値により誤検出を発生させるリスクがある。例えば、BMU22の起動時/停止時などの負荷変動時は、電圧計測系の電源電圧と温度計測系の電源電圧が安定せず、電圧・温度とも計測誤差が大きくなるが、無効値として除去できない。
On the other hand, in the case of a
データ抽出部112は、電池データ保持部121に保存されている、分析対象の電池パック20の電池データ(実使用ログ)を抽出する。無効値判定部118は、抽出された電池データに含まれる複数のデータ種別の計測値の無効値をそれぞれ判定する。
The
複数のデータ種別の内、電圧値には、上限電圧と下限電圧が設定されている。上限電圧はセルの過充電を判定するための閾値であり、下限電圧はセルの過放電を判定するための閾値である。一般的な電池パック20では、BMU22内の保護回路は、いずれかのセルの電圧値が過充電閾値を上回る、または過放電閾値を下回ると、充放電を停止させる制御を実施している。したがって、本来、電圧データは上限電圧と下限電圧の範囲に収まっているはずであり、無効値判定部118は、上限電圧と下限電圧の範囲を逸脱している電圧データを無効値と判定する。
Of the multiple data types, an upper limit voltage and a lower limit voltage are set for the voltage value. The upper limit voltage is a threshold for determining whether a cell has been overcharged, and the lower limit voltage is a threshold for determining whether a cell has been overdischarged. In a
複数のデータ種別の内、温度値には、上述したように温度変化速度の最大値が上記閾値として設定されている。温度は電圧のように瞬時に変化する物理量ではないため、温度変化速度には自ずと上限が発生する。無効値判定部118は、温度変化速度が上記閾値を超える温度データを無効値と判定する。なお、電池パック20の外部から特殊な冷却器で冷却するなどの特段の事情がない限り、-100℃などの極端に低い温度データも発生し得ない。無効値判定部118は、設定された下限温度を下回る温度データを無効値と判定する。また、発火時の温度にも上限があり、無効値判定部118は、設定された上限温度を上回る温度データを無効値と判定する。
As described above, for temperature values among the multiple data types, the maximum value of the temperature change rate is set as the threshold value. Because temperature is not a physical quantity that changes instantaneously like voltage, there is naturally an upper limit to the temperature change rate. The invalid
複数のデータ種別の内、電流値には、充電用の過電流閾値と放電用の過電流閾値が設定されている。一般的な電池パック20では、BMU22内の保護回路は、充電電流の絶対値が充電用の過電流閾値を超えると、または放電電流の絶対値が放電用の過電流閾値を超えると、充放電を停止させる制御を実施している。したがって、本来、電流データの絶対値は、充電用の過電流閾値と放電用の過電流閾値の範囲に収まっているはずであり、無効値判定部118は、充電用の過電流閾値と放電用の過電流閾値の範囲を逸脱している電流データを無効値と判定する。
Of the multiple data types, an overcurrent threshold for charging and an overcurrent threshold for discharging are set for the current value. In a
相関判定部119は、複数のデータ種別の計測値の無効値発生の同期率を判定する。相関判定部119は例えば、電圧の計測値と温度の計測値の無効値発生の同期率を判定する。電圧の計測値と温度の計測値の無効値が同期している場合、組電池システム21と、電圧計測系及び温度計測系の電源が直結された構成、または電圧計測系及び温度計測系が共通の電源回路221を用いている構成と推定できる。なお相関判定部119は、電圧の計測値と温度の計測値と電流の計測値の無効値発生の同期率を判定してもよい。
The
相関判定部119は例えば、所定期間における同一サンプリング時刻の複数のデータ種別の計測値の全てが無効値となるサンプル数と、一部が無効値となるサンプル数の割合を同期率として算出する((式7)参照)。
The
同期率=全部無効値/一部無効値 ・・・(式7)
相関判定部119は、複数のデータ種別の計測値の同期率が所定値(例えば、0.8)以上であれば、複数のデータ種別の計測値が同期するBMU22を採用している電池パック20と判定し、所定値未満の場合、複数のデータ種別の計測値が同期しないBMU22を採用している電池パック20と判定する。
Synchronization rate = all invalid values / some invalid values (Equation 7)
If the synchronization rate of the measurement values of multiple data types is a predetermined value (e.g., 0.8) or greater, the
電圧の計測値と温度の計測値の同期を判定する場合、相関判定部119は、所定期間における同一サンプリング時刻の電圧の計測値と温度の計測値の両方が無効値となるサンプル数と、一方が無効値となるサンプル数の割合を同期率として算出する((式8)参照)。
When determining whether the voltage measurement value and the temperature measurement value are synchronized, the
同期率=(電圧の計測値と温度の計測値の両方が無効値)/(電圧の計測値と温度の計測値の一方が無効値) ・・・(式8)
相関判定部119は、電圧の計測値と温度の計測値の同期率が所定値(例えば、0.8)以上であれば、電圧の計測値と温度の計測値が同期するBMU22を採用している電池パック20と判定し、所定値未満の場合、電圧の計測値と温度の計測値が同期しないBMU22を採用している電池パック20と判定する。
Synchronization rate=(both the voltage measurement value and the temperature measurement value are invalid)/(one of the voltage measurement value and the temperature measurement value is invalid) (Equation 8)
If the synchronization rate of the voltage measurement value and the temperature measurement value is a predetermined value (e.g., 0.8) or greater, the
無効値除去部116は、同期率が所定値以上の電池パック20の電池データにおいて、同一サンプリング時刻の複数のデータ種別の計測値の一つが無効値の場合、残りの計測値が無効値以外(正常値または異常値)であっても、当該残りの計測値も除去する。電圧の計測値と温度の計測値が同期しているBMU22を採用している電池パック20の場合、無効値除去部116は、同一サンプリング時刻の電圧の計測値と温度の計測値の一方が無効値の場合、他方の計測値が無効値以外であっても、他方の計測値も除去する。
If, in the battery data of a
相関判定部119は、電圧計測系と温度計測系の電源が共用されていることが既知の電池パック20については、複数のデータ種別の計測値が相関しているとみなす。電源が共用されているとみなされた電池パック20については、無効値除去部116は、同一サンプリング時刻の電圧の計測値と温度の計測値の一方が無効値の場合、他方の計測値が無効値以外であっても、他方の計測値を除去する。なお相関判定部119は、電圧計測系と温度計測系の電源が共用されていることが既知の電池パック20について、同期率を常に1.0に設定してもよい。
The
相関判定部119は、電圧計測系と温度計測系の電源が共用されていないことが既知の電池パック20については、複数のデータ種別の計測値が相関していないとみなす。無効値除去部116は、電圧の計測値と温度の計測値の無効値をそれぞれ独立に除去する。なお相関判定部119は、電圧計測系と温度計測系の電源が共用されていないことが既知の電池パック20について、同期率を常に0.0に設定してもよい。
The
相関判定部119は、車両・電池仕様保持部122に保存されている電池パック20の仕様データに、BMU22の設計情報として、電圧計測系と温度計測系の電源構成の情報が含まれている場合、電圧計測系と温度計測系の電源が共用されているか否かを特定することができる。
If the specification data of the
図7は、実施の形態に係る電池分析システム10による無効値の第2の除去処理の基本例を説明するためのフローチャートである。データ抽出部112は、電池データ保持部121に保存されている分析対象の電池パック20の実使用ログから電圧データを抽出する。無効値除去部116は、電圧データから無効値を抽出する(ステップS20)。データ抽出部112は、当該実使用ログから温度データを抽出する。無効値除去部116は、温度データから無効値を抽出する(ステップS21)。
FIG. 7 is a flowchart for explaining a basic example of the second invalid value removal process performed by the
相関判定部119は、対象期間の電圧の計測値と温度の計測値の無効値発生の同期率を算出する(ステップS23)。対象期間の電池データは、電圧の計測値または温度の計測値の少なくとも一方において、所定数(例えば、10回)以上の無効値を含んでいる必要がある。対象期間の電池データに、所定数以上の無効値が含まれていない場合、相関判定部119は、当該対象期間の電池データでは同期率の算出を行わない。相関判定部119は、別の対象期間の電池データで同期率の算出を行う。
The
無効値除去部116は、同期率が所定値以上の電池パック20について(ステップS24のY)、同一サンプリング時刻の電圧の計測値と温度の計測値の一方が無効値の場合、他方の計測値も除去する(ステップS25)。無効値除去部116は、同期率が所定値未満の電池パック20について(ステップS24のN)、電圧の計測値の無効値と、温度の計測値の無効値をそれぞれ独立に除去する(ステップS26)。無効値が除去された実使用ログは、異常分析用ログとして電池データ保持部121に保存される。
For battery packs 20 with a synchronization rate equal to or greater than a predetermined value (Y in step S24), if either the voltage measurement value or the temperature measurement value at the same sampling time is invalid, the invalid
図8は、実施の形態に係る電池分析システム10による無効値の第2の除去処理の発展例を説明するためのフローチャートである。無効値除去部116は、電圧データから無効値を抽出する(ステップS20)。無効値除去部116は、温度データから無効値を抽出する(ステップS21)。データ抽出部112は、車両・電池仕様保持部122に保存されている分析対象の電池パック20の仕様データを抽出する(ステップS22a)。相関判定部119は、仕様データにBMU22の設計情報が含まれているか否か判定する(ステップS22b)。BMU22の設計情報が含まれていない場合(ステップS22bのN)、ステップS23に遷移する。
FIG. 8 is a flowchart for explaining an advanced example of the second invalid value removal process by the
BMU22の設計情報が含まれている場合(ステップS22bのY)、相関判定部119は、BMU22の設計情報をもとに、電圧計測系と温度計測系の電源が共用されているか否かを特定する(ステップS22c)。電源が共用されている場合(ステップS22cのY)、ステップS25に遷移する。電源が共用されていない場合(ステップS22cのN)、ステップS26に遷移する。ステップS23-S26の処理は、図7のフローチャートに示した基本処理と同様である。
If the design information of the
以上説明したように無効値の第2の除去処理によれば、電池データから、分析対象から除外すべき無効値を的確に除去することができる。具体的には、電圧計測系と温度計測系の電源が共用されている電池パック20の電池データについて、同一サンプリング時刻の電圧の計測値と温度の計測値の一方が無効値の場合、他方の計測値も無効値とする。電圧と温度のサンプリングタイミングの同期ずれなどにより、本来、両方の計測値が無効値と判定されるべきところ、一方の計測値が無効値として判定されない場合が発生し得る。その場合、同じ電源環境で計測されたデータであるため、無効値として判定されなかった計測値の信頼性は低いといえる。本実施の形態では、無効値として判定されなかった計測値も無効値として除去できるため、信頼性の低いデータを分析対象から除外することができ、分析精度を向上させることができる。
As described above, the second invalid value removal process can accurately remove invalid values that should be excluded from the analysis from the battery data. Specifically, for battery data of a
以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present disclosure has been described above based on the embodiments. The embodiments are merely examples, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications are possible in the combination of each component and each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present disclosure.
上述した第1の除去処理と第2の除去処理は、同じメンテナンス時に実施されてもよいし、それぞれ異なるメンテナンス時に独立に実施されてもよい。 The first and second removal processes described above may be performed during the same maintenance session, or may be performed independently during different maintenance sessions.
また、電池データに電池パック20の起動時または停止時を識別する情報を付与し、第2の除去処理は、電池パック20の起動時または停止時の電池データに対して実施されてもよい。この場合、同期率判定に使用する電池データを、電池パック20の起動時または停止時の電池データに絞り込むことで、電圧計測系及び温度計測系の電源が共通であるか否かを、より高精度に推定することができ、誤検出を抑制することができる。
In addition, information identifying whether the
また、電池パック20が搭載される機器は電動車1に限るものではない。電池パック20が搭載される機器には、低速の電気自動車(ゴルフカートやランドカーなど)、電動船舶、鉄道車両、マルチコプタ(ドローン)などの電動移動体、定置型蓄電システム、民生用の電子機器(ノートPC、スマートフォン)も含まれる。
Furthermore, the device in which the
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。 The embodiment may be specified by the following items:
[項目1]
項目1の電池分析システム(10)は、電池パック(20)の時系列の電池データを、ネットワーク(5)を介して取得する取得部(111)と、電池データに含まれる複数のデータ種別の計測値の無効値をそれぞれ判定する無効値判定部(118)と、を備える。また、項目1の電池分析システム(10)は、複数のデータ種別の計測値の無効値発生の同期率を判定する相関判定部(119)を備える。また、項目1の電池分析システム(10)は、同期率が所定値以上の電池パック(20)の電池データにおいて、同一サンプリング時刻の複数のデータ種別の計測値の一つが無効値の場合、残りの計測値も除去する除去部(116)を備える。
[Item 1]
The battery analysis system (10) of
これによれば、電池データから無効値を的確に除去することができる。 This allows invalid values to be accurately removed from the battery data.
[項目2]
項目2の電池分析システム(10)では、項目1に記載の電池分析システム(10)において、複数のデータ種別の計測値は、電圧の計測値と温度の計測値である。
[Item 2]
In a battery analysis system (10) of
これによれば、電圧データと温度データから無効値を的確に除去することができる。 This allows invalid values to be accurately removed from the voltage and temperature data.
[項目3]
項目3の電池分析システム(10)では、項目1に記載の電池分析システム(10)において、相関判定部(119)は、電圧計測系と温度計測系の電源が共用されていることが既知の電池パック(20)について、複数のデータ種別の計測値が相関しているとみなす。除去部(116)は、複数のデータ種別の計測値が相関しているとみなされた電池パック(20)の電池データにおいて、同一サンプリング時刻の複数のデータ種別の計測値の一つが無効値の場合、残りの計測値も除去する。
[Item 3]
In the battery analysis system (10) of
これによれば、電圧計測系と温度計測系の電源が共用されていることが既知の電池パック(20)について、電圧データと温度データの無効値発生の同期率の算出を省略することができる。 As a result, for a battery pack (20) where it is known that the voltage measurement system and the temperature measurement system share a common power source, it is possible to omit the calculation of the synchronization rate of occurrence of invalid values for voltage data and temperature data.
[項目4]
項目4の電池分析システム(10)は、項目1に記載の電池分析システム(10)において、電池パック(20)に含まれるセルの事前の破壊試験から得られるセルの試験データと電池パック(20)の仕様をもとに、電池パック(20)の破壊時の電力損失を推定する第1推定部(113)をさらに備える。また、項目4の電池分析システム(10)は、電池データに含まれる充放電終了後の温度データの推移と、電池データに含まれる充電中の温度データと電流データの推移から、電池パック(20)の熱抵抗と熱容量を推定する第2推定部(114)をさらに備える。また、項目4の電池分析システム(10)は、電池パック(20)の熱抵抗と熱容量、及び破壊時の電力損失をもとに温度変化速度の上限値を求め、温度データの無効値を判定するための閾値に設定する閾値設定部(115)をさらに備える。除去部(116)は、閾値を超える温度変化速度の温度データを除去する。
[Item 4]
The battery analysis system (10) of
これによれば、電池データから温度データの無効値を的確に除去することができる。 This makes it possible to accurately remove invalid temperature data values from the battery data.
[項目5]
項目5の電池分析システム(10)では、項目1に記載の電池分析システム(10)において、電池データは、電池パック(20)の起動時または停止時の識別情報を含む。相関判定部(119)は、起動時または停止時の複数のデータ種別の無効値発生の同期率を判定する。除去部(116)は、起動時または停止時の複数のデータ種別の計測値の一つが無効値の場合、残りの計測値も除去する。
[Item 5]
In the battery analysis system (10) of
これによれば、複数の計測系の電源構成を高精度に推定することができ、誤検出を抑制することができる。 This allows the power supply configuration of multiple measurement systems to be estimated with high accuracy, and erroneous detections can be suppressed.
[項目6]
項目6の電池分析方法は、電池パック(20)の時系列の電池データを、ネットワーク(5)を介して取得するステップと、電池データに含まれる複数のデータ種別の計測値の無効値をそれぞれ判定するステップと、を有する。また、項目6の電池分析方法は、複数のデータ種別の計測値の無効値発生の同期率を判定するステップを有する。また、項目6の電池分析方法は、同期率が所定値以上の電池パック(20)の電池データにおいて、同一サンプリング時刻の複数のデータ種別の計測値の一つが無効値の場合、残りの計測値も除去するステップを有する。
[Item 6]
The battery analysis method of item 6 includes a step of acquiring time-series battery data of a battery pack (20) via a network (5) and a step of determining invalid values of measurement values of a plurality of data types included in the battery data. The battery analysis method of item 6 also includes a step of determining a synchronization rate of occurrence of invalid values of measurement values of a plurality of data types. The battery analysis method of item 6 also includes a step of removing the remaining measurement values when one of the measurement values of a plurality of data types at the same sampling time is an invalid value in battery data of a battery pack (20) having a synchronization rate equal to or greater than a predetermined value.
これによれば、電池データから無効値を的確に除去することができる。 This allows invalid values to be accurately removed from the battery data.
[項目7]
項目7の電池分析プログラムは、電池パック(20)の時系列の電池データを、ネットワーク(5)を介して取得する処理と、電池データに含まれる複数のデータ種別の計測値の無効値をそれぞれ判定する処理と、をコンピュータに実行させる。また、項目7の電池分析プログラムは、複数のデータ種別の計測値の無効値発生の同期率を判定する処理をコンピュータに実行させる。また、項目7の電池分析プログラムは、同期率が所定値以上の電池パック(20)の電池データにおいて、同一サンプリング時刻の複数のデータ種別の計測値の一つが無効値の場合、残りの計測値も除去する処理をコンピュータに実行させる。
[Item 7]
The battery analysis program of item 7 causes a computer to execute a process of acquiring time-series battery data of a battery pack (20) via a network (5) and a process of determining invalid values of each of a plurality of data types included in the battery data. The battery analysis program of item 7 also causes a computer to execute a process of determining a synchronization rate of occurrence of invalid values of the measurement values of the plurality of data types. The battery analysis program of item 7 also causes a computer to execute a process of removing the remaining measurement values when one of the measurement values of the plurality of data types at the same sampling time is an invalid value in the battery data of a battery pack (20) whose synchronization rate is equal to or greater than a predetermined value.
これによれば、電池データから無効値を的確に除去することができる。 This allows invalid values to be accurately removed from the battery data.
1 電動車
2 商用電力系統
3 充電スタンド
4 クライアントシステム
5 ネットワーク
10 電池分析システム
11 制御部
12 記憶部
13 通信部
20 電池パック
21 組電池システム
22 BMU
23 通信部
31 給電部
32 制御部
33 通信部
111 データ取得部(取得部)
112 データ抽出部
113 電力損失推定部(第1推定部)
114 熱容量・熱抵抗推定部(第2推定部)
115 閾値設定部
116 無効値除去部(除去部)
117 評価・補正部
118 無効値判定部
119 相関判定部
121 電池データ保持部
122 車両・電池仕様保持部
123 試験データ保持部
221 電源回路
223 温度センサ
224 温度計測回路
225 電圧センサ
226 電圧計測回路
REFERENCE SIGNS
23
112
114 Heat capacity/thermal resistance estimation section (second estimation section)
115
117 Evaluation/
Claims (7)
前記電池データに含まれる複数のデータ種別の計測値の無効値をそれぞれ判定する無効値判定部と、
前記複数のデータ種別の計測値の無効値発生の同期率を判定する相関判定部と、
前記同期率が所定値以上の電池パックの電池データにおいて、同一サンプリング時刻の複数のデータ種別の計測値の一つが無効値の場合、残りの計測値も除去する除去部と、
を備える電池分析システム。 an acquisition unit that acquires time-series battery data of the battery pack via a network;
an invalid value determination unit that determines whether each of a plurality of data types included in the battery data is an invalid value;
a correlation determination unit that determines a synchronization rate of occurrence of invalid values of the measurement values of the plurality of data types;
a removal unit that, when one of the measurement values of a plurality of data types at the same sampling time is an invalid value in the battery data of the battery pack having a synchronization rate equal to or higher than a predetermined value, also removes the remaining measurement values;
A battery analysis system comprising:
前記除去部は、前記複数のデータ種別の計測値が相関しているとみなされた電池パックの電池データにおいて、同一サンプリング時刻の複数のデータ種別の計測値の一つが無効値の場合、残りの計測値も除去する請求項1に記載の電池分析システム。 the correlation determination unit determines that the measurement values of the plurality of data types are correlated with each other for a battery pack that is known to share a power source between a voltage measurement system and a temperature measurement system,
2. The battery analysis system according to claim 1, wherein when one of the measurement values of the plurality of data types at the same sampling time in the battery data of a battery pack in which the measurement values of the plurality of data types are deemed to be correlated is an invalid value, the removal unit also removes the remaining measurement values.
前記電池データに含まれる充放電終了後の温度データの推移と、前記電池データに含まれる充電中の温度データと電流データの推移から、前記電池パックの熱抵抗と熱容量を推定する第2推定部と、
前記電池パックの前記熱抵抗と前記熱容量、及び破壊時の前記電力損失をもとに温度変化速度の上限値を求め、温度データの無効値を判定するための閾値に設定する閾値設定部と、をさらに備え、
前記除去部は、前記閾値を超える温度変化速度の温度データを除去する請求項1に記載の電池分析システム。 a first estimation unit that estimates a power loss upon breakdown of the battery pack based on test data of the cells obtained from a previous destructive test of the cells included in the battery pack and specifications of the battery pack;
a second estimation unit that estimates a thermal resistance and a thermal capacity of the battery pack from a transition of temperature data after the end of charging/discharging, which is included in the battery data, and a transition of temperature data and current data during charging, which are included in the battery data;
a threshold setting unit that determines an upper limit of a temperature change rate based on the thermal resistance and the heat capacity of the battery pack and the power loss at the time of destruction, and sets the upper limit as a threshold for determining an invalid value of temperature data;
The battery analysis system according to claim 1 , wherein the removal unit removes temperature data having a temperature change rate exceeding the threshold value.
前記相関判定部は、前記起動時または前記停止時の複数のデータ種別の無効値発生の同期率を判定し、
前記除去部は、前記起動時または前記停止時の複数のデータ種別の計測値の一つが無効値の場合、残りの計測値も除去する請求項1に記載の電池分析システム。 The battery data includes identification information for when the battery pack is started or stopped,
The correlation determination unit determines a synchronization rate of occurrence of invalid values of a plurality of data types at the time of the start-up or the time of the stoppage,
The battery analysis system according to claim 1 , wherein when one of the measurement values of the plurality of data types at the time of the start-up or the time of the stop is an invalid value, the removal unit also removes the remaining measurement values.
前記電池データに含まれる複数のデータ種別の計測値の無効値をそれぞれ判定するステップと、
前記複数のデータ種別の計測値の無効値発生の同期率を判定するステップと、
前記同期率が所定値以上の電池パックの電池データにおいて、同一サンプリング時刻の複数のデータ種別の計測値の一つが無効値の場合、残りの計測値も除去するステップと、
を有する電池分析方法。 acquiring time-series battery data of the battery pack via a network;
determining whether each of a plurality of data types included in the battery data is an invalid value;
determining a synchronization rate of occurrence of invalid values of the measurement values of the plurality of data types;
removing the remaining measurement values when one of the measurement values of a plurality of data types at the same sampling time is an invalid value in the battery data of the battery pack having a synchronization rate equal to or higher than a predetermined value;
The battery analysis method includes the steps of:
前記電池データに含まれる複数のデータ種別の計測値の無効値をそれぞれ判定する処理と、
前記複数のデータ種別の計測値の無効値発生の同期率を判定する処理と、
前記同期率が所定値以上の電池パックの電池データにおいて、同一サンプリング時刻の複数のデータ種別の計測値の一つが無効値の場合、残りの計測値も除去する処理と、
をコンピュータに実行させる電池分析プログラム。 A process of acquiring time-series battery data of the battery pack via a network;
A process of determining whether each of measurement values of a plurality of data types included in the battery data is invalid;
A process of determining a synchronization rate of occurrence of invalid values of the measurement values of the plurality of data types;
a process of removing the remaining measurement values when one of the measurement values of a plurality of data types at the same sampling time is an invalid value in the battery data of the battery pack having a synchronization rate equal to or higher than a predetermined value;
A battery analysis program that causes a computer to execute the following:
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2024
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