WO2023026743A1 - 劣化判定システム、劣化判定方法、および劣化判定プログラム - Google Patents

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secondary battery
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    • HELECTRICITY
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a deterioration determination system, a deterioration determination method, and a deterioration determination program for determining rapid deterioration of a battery.
  • HV hybrid vehicles
  • PSV plug-in hybrid vehicles
  • EV electric vehicles
  • the timing for replacing a secondary battery for a vehicle is set based on the SOH (State Of Health).
  • SOH State Of Health
  • secondary batteries other than in-vehicle applications (for example, secondary batteries used in stationary power storage systems).
  • the SOC State Of Charge
  • FCC Full Charge Capacity
  • SOH SOH values calculated based on the secondary battery voltage and current measurement data are affected by sensor measurement errors and noise. If the influence of error or noise is large, the value of the slope of the approximation straight line becomes unstable. Moreover, it is difficult to set an appropriate threshold for detecting sudden deterioration from the slope of the approximate straight line.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and its purpose is to provide a technique for determining rapid deterioration of secondary batteries with high accuracy.
  • a deterioration determination system includes a data acquisition unit that acquires battery data, and an SOH identification unit that identifies the SOH of the secondary battery based on the battery data. , a regression curve generation unit for generating a deterioration regression curve of the secondary battery by performing curve regression on a plurality of SOHs specified in the time series of the secondary battery; a point setting unit, a regression line generating unit that performs linear regression on a plurality of SOH after the point of interest to generate a deterioration regression line after the point of interest of the secondary battery, and a point of interest on the deterioration regression curve a slope ratio calculator that calculates the slope of the tangent line and the slope of the degradation regression line after the point of interest; and a rapid deterioration determination unit that determines rapid deterioration of the secondary battery based on the slope ratio.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining main configurations of an electric vehicle and a battery pack;
  • FIG. It is a figure which shows the structural example of the deterioration determination system which concerns on embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of time-series data of SOH of a certain secondary battery;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a deterioration regression curve, a tangent line, and a deterioration regression line in a state where sudden deterioration has not occurred;
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a deterioration regression curve, a tangent line, and a deterioration regression line in a state where rapid deterioration has occurred;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a degradation regression curve generated based on actual measurement values of SOH of cells included in a battery pack mounted on an electric vehicle;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a process of searching for a predicted point of sudden deterioration start (No. 1);
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the process of searching for a predicted point of sudden deterioration start (No. 2); It is a figure which shows the specific example of the rapid deterioration determination method which concerns on a comparative example.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a deterioration determination system 1 according to an embodiment.
  • a deterioration determination system 1 according to the embodiment is a system for determining whether or not a battery pack 40 (see FIG. 2) mounted on an electric vehicle 3 is rapidly deteriorating.
  • FIG. 1 shows an example in which the deterioration determination system 1 is used by a delivery company.
  • the deterioration determination system 1 may be constructed, for example, on a company server installed in a company facility or a data center of a service provider that provides an operation management support service for the electric vehicle 3 . Further, the deterioration determination system 1 may be built on a cloud server used based on a cloud service contract.
  • the deterioration determination system 1 may be constructed on a plurality of servers distributed and installed at a plurality of bases (data centers, company facilities).
  • the plurality of servers may be a combination of a plurality of in-house servers, a combination of a plurality of cloud servers, or a combination of in-house servers and cloud servers.
  • Each delivery company owns multiple electric vehicles 3 and at least one charger 4, and has a delivery base for parking multiple electric vehicles 3.
  • the electric vehicle 3 is connected to a charger 4 by a charging cable 5 , and a battery pack 40 mounted on the electric vehicle 3 is charged from the charger 4 via the charging cable 5 .
  • An operation management terminal device 7 is installed at the delivery base of the delivery company.
  • the operation management terminal device 7 is composed of, for example, a PC.
  • the operation management terminal device 7 is used for managing a plurality of electric vehicles 3 belonging to a delivery base.
  • An operation manager of a delivery company can use the operation management terminal device 7 to create a delivery plan and a charging plan for a plurality of electric vehicles 3 .
  • the operation management terminal device 7 can access the deterioration determination system 1 via the network 2 .
  • Network 2 is a general term for communication paths such as the Internet, leased lines, and VPN (Virtual Private Network), regardless of communication medium or protocol.
  • communication media for example, a mobile phone network (cellular network), wireless LAN, wired LAN, optical fiber network, ADSL network, CATV network, etc. can be used.
  • communication protocol for example, TCP (Transmission Control Protocol)/IP (Internet Protocol), UDP (User Datagram Protocol)/IP, Ethernet (registered trademark), etc. can be used.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the main configurations of the electric vehicle 3 and the battery pack 40.
  • FIG. Battery pack 40 is connected to motor 34 via first relay RY ⁇ b>1 and inverter 35 .
  • the inverter 35 converts the DC power supplied from the battery pack 40 into AC power and supplies the AC power to the motor 34 .
  • AC power supplied from the motor 34 is converted into DC power and supplied to the battery pack 40 .
  • the motor 34 is a three-phase AC motor, and rotates according to the AC power supplied from the inverter 35 during power running. During regeneration, rotational energy due to deceleration is converted into AC power and supplied to the inverter 35 .
  • the first relay RY1 is a contactor inserted between the wiring that connects the battery pack 40 and the inverter 35.
  • the vehicle control unit 30 controls the first relay RY ⁇ b>1 to be in the ON state (closed state) to electrically connect the power system of the battery pack 40 and the electric vehicle 3 .
  • the vehicle control unit 30 controls the first relay RY1 to be in an OFF state (open state) to electrically disconnect the power system of the battery pack 40 and the electric vehicle 3 .
  • switches such as semiconductor switches may be used instead of relays.
  • the battery pack 40 can be charged from the commercial power system 6 by connecting the charger 4 installed outside the electric vehicle 3 with the charging cable 5 .
  • Charger 4 is connected to commercial power system 6 and charges battery pack 40 in electric vehicle 3 via charging cable 5 .
  • the second relay RY2 is inserted between the wiring connecting the battery pack 40 and the charger 4 . Note that other types of switches such as semiconductor switches may be used instead of relays.
  • the battery management unit 42 of the battery pack 40 controls the second relay RY2 to be ON before charging is started, and is controlled to be OFF after charging is completed.
  • the battery pack 40 includes a battery module 41 and a battery management unit 42, and the battery module 41 includes a plurality of series-connected cells E1-En.
  • Battery module 41 may be configured by connecting a plurality of battery modules in series or in series-parallel. Lithium-ion battery cells, nickel-hydrogen battery cells, lead-acid battery cells, and the like can be used for the cells. Hereinafter, an example using a lithium-ion battery cell (nominal voltage: 3.6-3.7V) will be assumed in this specification.
  • the number of cells E1-En connected in series is determined according to the driving voltage of the motor 34.
  • a shunt resistor Rs is connected in series with a plurality of cells E1-En. Shunt resistor Rs functions as a current sensing element. A Hall element may be used instead of the shunt resistor Rs.
  • a plurality of temperature sensors T1 and T2 for detecting temperatures of the plurality of cells E1-En are installed in the battery module 41. FIG. One temperature sensor may be installed in each battery module, or one temperature sensor may be installed in every plurality of cells. A thermistor, for example, can be used as the temperature sensors T1 and T2.
  • the battery management unit 42 includes a voltage measurement unit 43, a temperature measurement unit 44, a current measurement unit 45 and a battery control unit 46.
  • Each node of the plurality of cells E1-En connected in series and the voltage measurement unit 43 are connected by a plurality of voltage lines.
  • the voltage measurement unit 43 measures the voltage of each cell E1-En by measuring the voltage between two adjacent voltage lines.
  • the voltage measurement unit 43 transmits the measured voltages of the cells E1-En to the battery control unit 46.
  • the voltage measurement unit 43 Since the voltage measurement unit 43 has a higher voltage than the battery control unit 46, the voltage measurement unit 43 and the battery control unit 46 are connected by a communication line while being insulated.
  • the voltage measurement unit 43 can be composed of an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or a general-purpose analog front-end IC.
  • Voltage measurement section 43 includes a multiplexer and an A/D converter. The multiplexer sequentially outputs voltages between two adjacent voltage lines to the A/D converter from the top. The A/D converter converts the analog voltage input from the multiplexer into a digital value.
  • the temperature measurement unit 44 includes a voltage dividing resistor and an A/D converter.
  • the A/D converter sequentially converts a plurality of analog voltages divided by the plurality of temperature sensors T1 and T2 and a plurality of voltage dividing resistors into digital values and outputs the digital values to the battery control unit 46 .
  • the battery control unit 46 estimates the temperatures of the plurality of cells E1-En based on the digital values. For example, the battery control unit 46 estimates the temperature of each cell E1-En based on the values measured by the temperature sensors closest to each cell E1-En.
  • the current measurement unit 45 includes a differential amplifier and an A/D converter.
  • the differential amplifier amplifies the voltage across the shunt resistor Rs and outputs it to the A/D converter.
  • the A/D converter converts the voltage input from the differential amplifier into a digital value and outputs the digital value to the battery control unit 46 . Based on the digital values, the battery control unit 46 estimates currents flowing through the plurality of cells E1-En.
  • the temperature measurement unit 44 and the current measurement unit 45 output analog voltages to the battery control unit 46. , and converted into a digital value by an A/D converter in the battery control unit 46 .
  • the battery control unit 46 (also called BMU, BMS) includes a microcontroller, a communication controller and a non-volatile memory.
  • the battery control unit 46 and the vehicle control unit 30 are connected via an in-vehicle network (for example, CAN (Controller Area Network) or LIN (Local Interconnect Network)).
  • the communication controller controls communication with the vehicle control unit 30 .
  • the battery control unit 46 manages the states of the plurality of cells E1-En based on the voltage, temperature, and current of the plurality of cells E1-En measured by the voltage measurement unit 43, the temperature measurement unit 44, and the current measurement unit 45. do.
  • the battery control unit 46 estimates the SOC of each of the plurality of cells E1-En included in the battery module 41.
  • the battery control unit 46 estimates the SOC by combining the OCV (Open Circuit Voltage) method and the current integration method.
  • the OCV method is a method of estimating the SOC based on the OCV of the cell and the SOC-OCV curve of the cell.
  • the SOC-OCV curve of the cell is created in advance based on the characteristic test by the battery manufacturer and registered in the internal memory of the microcontroller at the time of shipment.
  • the current integration method is a method of estimating the SOC based on the OCV at the start of charging/discharging the cell and the integrated value of the current flowing through the cell.
  • current measurement errors accumulate as the charge/discharge time increases. Therefore, it is preferable to correct the SOC estimated by the current integration method using the SOC estimated by the OCV method.
  • the battery control unit 46 transmits the voltage, current, temperature and SOC of the battery module 41 and each cell E1-En to the vehicle control unit 30 via the in-vehicle network.
  • the vehicle control unit 30 is a vehicle ECU (Electronic Control Unit) that controls the entire electric vehicle 3, and may be composed of, for example, an integrated VCM (Vehicle Control Module).
  • Vehicle control unit 30 includes a communication controller for connecting to an in-vehicle network and a communication controller (for example, a CAN controller) for communicating with charger 4 via charging cable 5 .
  • the wireless communication unit 36 performs signal processing for wirelessly connecting to the network 2 via the antenna 36a.
  • wireless communication networks to which the electric vehicle 3 can be wirelessly connected include a mobile phone network (cellular network), wireless LAN, V2I (Vehicle to Infrastructure), V2V (Vehicle to Vehicle), ETC system (Electronic Toll Collection System), and DSRC. (Dedicated Short Range Communications) or the like can be used.
  • the vehicle control unit 30 can transmit running data including battery data to the deterioration determination system 1 using the wireless communication unit 36 in real time.
  • the travel data includes at least the vehicle speed of the electric vehicle 3 .
  • Battery data includes voltage, current, temperature, and SOC of multiple cells E1-En.
  • the vehicle control unit 30 periodically (for example, every 10 seconds) samples these data and transmits them to the deterioration determination system 1 each time.
  • the vehicle control unit 30 may store the travel data of the electric vehicle 3 in an internal memory, and collectively transmit the travel data accumulated in the memory at a predetermined timing. For example, the vehicle control unit 30 may collectively transmit the travel data accumulated in the memory to the operation management terminal device 7 after the end of business for the day.
  • the operation management terminal device 7 transmits travel data of the plurality of electric vehicles 3 to the deterioration determination system 1 at a predetermined timing.
  • the vehicle control unit 30 may collectively transmit travel data accumulated in the memory to the charger 4 via the charging cable 5 when charging from the charger 4 having a network communication function.
  • the charger 4 transmits the received travel data to the deterioration determination system 1 . This example is effective when the charger 4 has a network communication function and the electric vehicle 3 does not have a wireless communication function.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the deterioration determination system 1 according to the embodiment.
  • a deterioration determination system 1 includes a processing unit 11 , a storage unit 12 and a communication unit 13 .
  • the communication unit 13 includes a communication interface (for example, router) for connecting to the network 2 by wire or wirelessly.
  • the processing unit 11 includes a data acquisition unit 111, an SOH identification unit 112, a regression curve generation unit 113, an attention point setting unit 114, a regression line generation unit 115, a slope ratio calculation unit 116, a regression curve evaluation unit 117, and a prediction point search unit 118. , a rapid deterioration determination unit 119 and a notification unit 1110 .
  • the functions of the processing unit 11 can be realized by cooperation of hardware resources and software resources, or only by hardware resources.
  • hardware resources CPU, ROM, RAM, GPU (Graphics Processing Unit), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), and other LSIs can be used. Programs such as operating systems and applications can be used as software resources.
  • the storage unit 12 includes a battery data holding unit 121.
  • the storage unit 12 includes non-volatile recording media such as HDD (Hard Disk Drive) and SSD (Solid State Drive), and stores various data.
  • HDD Hard Disk Drive
  • SSD Solid State Drive
  • the data acquisition unit 111 acquires travel data (including battery data) when the electric vehicle 3 is running or battery data when the vehicle is parked via the network 2, and stores the acquired battery data in the battery data storage unit 121.
  • the running data other than the battery data may be stored together in the battery data holding unit 121, or may be stored in another running data holding unit (not shown).
  • the SOH identifying unit 112 reads the battery data of the battery pack 40 mounted on the electric vehicle 3 stored in the battery data holding unit 121 at a predetermined timing, and identifies the cells E1-En included in the battery pack 40. Calculate SOH.
  • the predetermined timing may be the timing at which charging from the charger 4 of the electric vehicle 3 is completed, or the timing at which the vehicle first travels after the charging is completed.
  • the SOH identification unit 112 estimates the FCC of E1-En of each cell based on the voltage (OCV) and SOC of two points (both when the vehicle is stopped) of each cell E1-En included in the battery data. SOH is estimated based on the FCC obtained.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the FCC estimation method.
  • the SOH identification unit 112 calculates the difference ( ⁇ SOC) between the SOC corresponding to OCV1 before charging starts and the SOC corresponding to OCV2 after charging ends.
  • the SOH identification unit 112 calculates a current integrated value Q by integrating the current from the start of charging to the end of charging.
  • the SOH identification unit 112 calculates the following (formula 1) to estimate the FCC, and calculates the following (formula 2) based on the estimated FCC to estimate the SOH.
  • the SOH is defined by the ratio of the current FCC to the initial FCC, and the lower the value (closer to 0%), the more advanced the deterioration.
  • FCC Q/ ⁇ SOC (Formula 1)
  • SOH Current FCC/Early FCC (Formula 2)
  • the FCC can also be estimated based on the OCV1 before the electric vehicle 3 starts running and the OCV2 after the start of running.
  • the SOH identification unit 112 stores the estimated SOH of E1-En of each cell in the battery data storage unit 121. Note that the FCC and SOH of each cell E1-En may be estimated within the battery control unit 46 of the electric vehicle 3. FIG. If the FCC and SOH estimated in the battery control unit 46 are included in the battery data transmitted from the electric vehicle 3 to the deterioration determination system 1, there is no need to estimate the FCC and SOH on the deterioration determination system 1 side. .
  • Regression curve generating unit 113 reads out all data of SOH specified in time series for target cells included in target battery pack 40 from battery data holding unit 121, and performs curve regression on the plurality of read SOHs. , to generate a degradation regression curve for the target cell.
  • curve regression for example, the method of least squares can be used.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of time-series data of SOH of a certain secondary battery.
  • the horizontal axis indicates total discharge capacity [Ah], and the vertical axis indicates SOH [%]. It is known that cell deterioration progresses in proportion to the total discharge capacity and the square root of time (root law, 0.5 power law), as shown in the following (Equation 3).
  • the regression curve generation unit 113 obtains the deterioration coefficient w1 of the above (Equation 3) by exponential curve regression to the power of 0.5 with the total discharge capacity or time as the independent variable and the SOH as the dependent variable.
  • w 0 is common and is usually set in the range of 1.0 to 1.1.
  • Set w 0 1.0 if the actual initial capacity and the nominal value match, or 1.0 if the nominal value is set to the minimum guaranteed amount and lower than the actual initial capacity. A value greater than is set.
  • the attention point setting unit 114 sets the attention point A on the deterioration regression curve generated by the regression curve generation unit 113 .
  • the point-of-interest setting unit 114 sets, as a point-of-interest A, a point on the deterioration regression curve at a position retroactive by a predetermined value from the end of the plurality of data intervals of the SOH specified in time series.
  • the attention point setting unit 114 may set, as the attention point A, a point on the deterioration regression curve corresponding to the latest n days (for example, 30 days ago, 60 days ago, 90 days ago).
  • the attention point setting unit 114 may set, as the attention point A, a point on the deterioration regression curve corresponding to the total discharge capacity that is traced back from the latest total discharge capacity by ⁇ [Ah].
  • the point-of-interest setting unit 114 sets the point on the deterioration regression curve corresponding to the time of the data point corresponding to the n points (for example, 50 points before) of the latest data or the total discharge capacity as the point of interest A. good too.
  • the point-of-interest setting unit 114 may use data at a position obtained by dividing the entire data section at a predetermined ratio (3:1) as the data n points before the latest data.
  • the regression line generation unit 115 performs linear regression on a plurality of SOHs after the point of interest A set by the point of interest setting unit 114 to generate a deterioration regression line after the point of interest A of the target cell.
  • linear regression for example, the method of least squares can be used.
  • the slope ratio calculation unit 116 calculates the ratio (a/a_tan) between the slope a_tan of the tangent line at the point of interest A on the deterioration regression curve and the slope a of the deterioration regression line based on the plurality of SOHs after the point of interest A.
  • the slope a_tan of the tangent line at the point A of interest on the deterioration regression curve can be calculated from the differential coefficient at the point A of interest.
  • the rapid deterioration determination unit 119 determines rapid deterioration of the target cell based on the slope ratio (a/a_tan) calculated by the slope ratio calculation unit 116 . For example, as shown in the following (Equation 5), the rapid deterioration determining unit 119 determines that rapid deterioration has occurred in the target cell when the slope ratio (a/a_tan) exceeds the threshold th.
  • the threshold th can be set in consideration of the results of experiments and simulations and knowledge of designers.
  • the tangent line at the point A of interest on the deterioration regression curve and the deterioration regression line reflect the predicted value of the deterioration rate at the point A of interest. For example, when the threshold value th is set to 2, it is determined whether or not the predicted value of the deterioration rate has doubled or more at the point of attention A.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the deterioration regression curve sqr, the tangent line tan, and the deterioration regression line lin in a state where rapid deterioration has not occurred.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a deterioration regression curve sqr, a tangent line tan, and a deterioration regression line lin in a state where rapid deterioration occurs.
  • the slope ratio (a/a_tan) is 0.666747
  • the slope ratio (a/a_tan) is 5.356819.
  • the slope ratio (a/a_tan) is greater than 2, it is determined that rapid deterioration has occurred.
  • the slope ratio is the ratio (a/a_tan) of the slope a of the deterioration regression line to the slope a_tan of the tangent line at the point of interest A on the deterioration regression curve. It may be the ratio (a_tan/a) of the slope a_tan of the tangent line at the target point A on the curve.
  • the rapid deterioration determination unit 119 determines that rapid deterioration has occurred in the target cell when the slope ratio (a_tan/a) is less than the threshold th (eg, 0.5).
  • the regression curve evaluation unit 117 evaluates the reliability of the deterioration regression curve based on the relationship between the deterioration regression curve generated by the regression curve generation unit 113 and the plurality of SOHs serving as the basic data.
  • the regression curve evaluation unit 117 can use a general index such as the sum of squares of residuals, the standard deviation of residuals, the coefficient of determination, the correlation coefficient, etc. as an index indicating the reliability of the regression curve.
  • the sum of the squares of the residuals and the standard deviation of the residuals have larger values as the variation in SOH increases.
  • the coefficient of determination and the correlation coefficient show the relationship between the temporal factors and SOH. If the underlying data (SOH) are unreliable, the deterioration regression curve is also unreliable.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a deterioration regression curve deg generated based on the measured SOH values of the cells included in the battery pack 40 mounted on the electric vehicle 3.
  • the point of interest is set to the intersection of the deterioration regression line who for the entire data of SOH and the deterioration regression curve deg, and under the condition that passes through the point of interest, deterioration regression based on the SOH after the point of interest is performed. generating a straight line reg.
  • the rapid deterioration determination unit 119 rejects the deterioration regression curve and avoids the rapid deterioration determination. .
  • the point of interest A is used as a fixed value, but the optimum point of interest A may be searched for.
  • the predicted point searching unit 118 dynamically changes the point of interest A and searches for a predicted point at which the rapid deterioration of the cell starts.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the search processing for the predicted point of sudden deterioration start (No. 1).
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the search processing for the predicted point of sudden deterioration start (No. 2).
  • the regression curve generation unit 113 generates a deterioration regression curve of the target cell based on all data of the SOH of the target cell.
  • the attention point setting unit 114 determines the attention point A as described above, and sets the attention point A as a tentative attention point (initial value).
  • the regression line generation unit 115 generates a deterioration regression line based on a plurality of SOHs after the tentative attention point A.
  • the prediction point searching unit 118 sets the intersection point between the generated deterioration regression curve and the generated deterioration regression line as a new target point A'.
  • the regression curve generation unit 113 newly generates a deterioration regression curve based on the plurality of SOHs before the new attention point A′, and the regression line generation unit 115 generates the plurality of SOHs after the new attention point A′.
  • a new deterioration regression line is generated based on this.
  • the prediction point searching unit 118 sets the intersection point between the newly generated deterioration regression curve and the newly generated deterioration regression line as a new attention point A''.
  • the regression curve generation unit 113 newly generates a deterioration regression curve based on a plurality of SOHs before the new attention point A'', and the regression line generation unit 115 generates a new deterioration regression curve.
  • a new deterioration regression line is generated based on a plurality of SOH after A''. The above processing is repeated.
  • the predicted point searching unit 118 sets the convergence point of the repetitively updated target point A as the predicted point of rapid deterioration start. For example, the predicted point searching unit 118 may determine that the point of interest A has converged when the distance between the point of interest A before updating and the point of interest A after updating is less than a set value. Further, the predicted point searching unit 118 may consider that the point of interest A has converged when the updating process of the point of interest A described above is executed a set number of times. Further, the prediction point searching unit 118 detects when the reliability of the newly generated deterioration regression curve satisfies the criterion (for example, when the sum of squares of the residuals between the deterioration regression curve and the plurality of SOH is less than the set value).
  • the criterion for example, when the sum of squares of the residuals between the deterioration regression curve and the plurality of SOH is less than the set value.
  • the prediction point searching unit 118 detects when the reliability of the newly generated deterioration regression line satisfies the criterion and the reliability of the newly generated deterioration regression line satisfies the criterion (for example, when the reliability of the deterioration regression line When the sum of squares of residuals between the straight line and the plurality of SOHs is less than a set value), it may be determined that the point of interest A has converged.
  • the regression curve generation unit 113 and the regression line generation unit 115 generate a deterioration regression curve and a deterioration regression line in a round-robin manner while shifting the attention point A, and the prediction point search unit 118 generates a deterioration regression curve and a deterioration regression line. , may be set as the predicted point of rapid deterioration start.
  • the slope ratio calculation unit 116 calculates the slope ratio (a/a_tan) at the set prediction point of rapid deterioration start, and the rapid deterioration determination unit 119 obtains the calculated slope ratio (a/a_tan). Then, the rapid deterioration of the target cell is determined.
  • the prediction point searching unit 118 may set a search exclusion range in searching for a prediction point at which sudden deterioration starts. For example, the prediction point search unit 118 determines that the SOH is in a range of a predetermined value (eg, 80%) or more, the range of the total discharge capacity of the cell is a set value (eg, 4000 Ah) or less, or the cell usage period is a set value (eg, , 2 years) The following range may be set as the search exclusion range. Note that the attention point setting unit 114 also does not set the attention point A in the search exclusion range.
  • a predetermined value eg, 80%
  • the range of the total discharge capacity of the cell is a set value (eg, 4000 Ah) or less
  • the cell usage period is a set value (eg, , 2 years)
  • the following range may be set as the search exclusion range.
  • the attention point setting unit 114 also does not set the attention point A in the search exclusion range.
  • the notification unit 1110 detects that rapid deterioration has occurred in the electric vehicle 3 equipped with the battery pack 40 including the cell determined to have undergone rapid deterioration, or in the operation management terminal device 7 that manages the electric vehicle 3. Send an alert indicating that it contains a cell with
  • FIG. 11 is a diagram showing a specific example of a rapid deterioration determination method according to a comparative example.
  • FIG. 12 is a diagram showing a specific example of a rapid deterioration determination method according to the embodiment.
  • a regression line is generated based on the latest n SOHs.
  • FIG. 11 plots the slope a of the regression line at each time point.
  • the regression line generator 115 generates a regression line based on the latest n SOHs.
  • the regression curve generator 113 generates a deterioration regression curve based on all SOHs excluding the last n SOHs.
  • the slope ratio calculation unit 116 calculates the ratio (a/a_tan) of the slope a_tan of the tangent line at the target point A corresponding to the n SOH before the deterioration regression curve and the slope a of the deterioration regression line based on the n latest SOH. Calculate In FIG. 12, the slope ratio (a/a_tan) at each time point is plotted. For example, n is set in the range of 3-7.
  • the threshold th is set to a low value, it is likely to be erroneously determined that sudden deterioration has occurred when cell deterioration transitions along a nearly linear curve. Conversely, if the threshold th is set to a high value, even if a cell suddenly deteriorates, it will be difficult to detect the sudden deterioration. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 12, by setting the threshold value th to about 2, it is possible to determine with high accuracy whether or not rapid deterioration has occurred.
  • the change over time of the slope ratio (a/a_tan) may be learned to generate a model when rapid deterioration occurs.
  • the model can be generated by machine learning or pattern recognition techniques.
  • the slope ratio calculator 116 calculates the slope ratio (a/a_tan) each time a new SOH is added.
  • the abrupt deterioration determination unit 119 determines that when the behavior of the slope ratio (a/a_tan) satisfies the determination condition based on the generated model, the target cell is rapidly deteriorated. It is determined that deterioration has occurred.
  • the slope ratio (a/a_tan) tends to decrease by a predetermined value or more at a predetermined speed or more before sudden deterioration occurs, and then rise by a predetermined value or more at a predetermined speed or more. Then, by detecting the behavior of the slope ratio (a/a_tan), it is possible to detect sudden deterioration at the early sign stage. In addition, it is possible to detect at an early stage after at least sudden deterioration occurs.
  • FIG. 13 is a flow chart showing the flow of the first processing example of the rapid deterioration determination method according to the embodiment.
  • the regression curve generation unit 113 reads all the data of the SOH specified in time series for the target cell included in the target battery pack 40 and stored in the battery data storage unit 121 (S10).
  • the regression curve generator 113 performs curve regression on all read SOH data to generate a deterioration regression curve of the target cell (S11).
  • the attention point setting unit 114 sets the attention point A on the deterioration regression curve (S12).
  • the slope ratio calculator 116 calculates a tangent line at the target point A on the deterioration regression curve (S13).
  • the regression line generation unit 115 performs linear regression on a plurality of SOHs after the point of interest A to generate a deterioration regression line after the point of interest A (S14).
  • the slope ratio calculator 116 calculates the ratio (a/a_tan) of the slope of the tangent line at the point of interest A on the deterioration regression curve and the slope of the degradation regression line based on a plurality of SOHs after the point of interest A (S15).
  • the rapid deterioration determination unit 119 compares the calculated slope ratio (a/a_tan) with the threshold th (S16). When the slope ratio (a/a_tan) exceeds the threshold th (Y in S16), the notification unit 1110 notifies the electric vehicle 3 using the target cell or its operation management terminal device 7 of the cell in which rapid deterioration has started. is used (S17). If the slope ratio (a/a_tan) is equal to or less than the threshold th (N in S16), the alert is not notified.
  • FIG. 14 is a flow chart showing the flow of the second processing example of the rapid deterioration determination method according to the embodiment.
  • the regression curve generation unit 113 reads all the data of the SOH specified in time series for the target cell included in the target battery pack 40 and stored in the battery data storage unit 121 (S20).
  • the regression curve generator 113 performs curve regression on all read SOH data to generate a deterioration regression curve of the target cell (S21).
  • the attention point setting unit 114 sets the initial value of the attention point A on the deterioration regression curve (S22).
  • the regression line generator 115 performs linear regression on a plurality of SOHs after the most recently set point of interest A to generate a deterioration regression line after the point of interest A (S23).
  • the prediction point searching unit 118 sets, as a new point of interest A, the intersection of the most recently generated deterioration regression curve and the deterioration regression line after the most recently set point of interest A (S24).
  • the predicted point search unit 118 determines whether or not the most recently set target point A satisfies the convergence condition (S25). If the convergence condition is not satisfied (N of S25), the regression curve generator 113 performs curve regression on a plurality of SOHs before the most recently set point of interest A to generate a new deterioration regression curve (S26). Thereafter, the process proceeds to step S23, and updating of the attention point A is continued.
  • step S25 the slope ratio calculator 116 calculates a tangent line at the most recently set attention point A on the most recently generated deterioration regression curve (S27).
  • the slope ratio calculator 116 calculates the ratio (a/a_tan) between the slope of the tangent line and the slope of the deterioration regression line based on the plurality of SOHs after the most recently set point of interest A (S28).
  • the rapid deterioration determination unit 119 compares the calculated slope ratio (a/a_tan) with the threshold th (S29). When the slope ratio (a/a_tan) exceeds the threshold value th (Y in S29), the notification unit 1110 notifies the electric vehicle 3 using the target cell or its operation management terminal device 7 of the cell in which rapid deterioration has started. (S210). If the slope ratio (a/a_tan) is equal to or less than the threshold th (N in S29), the alert is not notified.
  • the optimum attention point A (predicted point of rapid deterioration start) is searched first, and then sudden deterioration is determined.
  • the optimum target point A (prediction point of rapid deterioration start) may be searched.
  • the process after step S24 is executed. In this example, the amount of processing can be reduced when rapid deterioration does not occur.
  • rapid cell deterioration can be determined with high accuracy.
  • efficient replacement of the electric vehicle 3 or the battery pack 40 becomes possible.
  • replacing the battery pack 40 at an appropriate time the safety of using the battery pack 40 can be improved. After the occurrence of rapid deterioration, internal short circuits are likely to occur, so early replacement improves safety.
  • a deterioration curve based on the root rule robust deterioration prediction can be performed against noise in the measurement system during SOH estimation.
  • the occurrence of short-term rapid deterioration can be detected by using a linear regression line.
  • rapid deterioration is determined based on the ratio of the slopes of two straight lines (a/a_tan) obtained using a general regression method, an increase in the amount of calculation can be suppressed.
  • the threshold th can be intuitively set.
  • the reliability of the generated deterioration regression curve is low, by rejecting the deterioration regression curve, it is possible to avoid determination of rapid deterioration based on SOH data with low reliability. Further, by searching for the optimum point of the point of interest A, it is possible to estimate with high accuracy the timing at which sudden deterioration starts. Further, by limiting the search range for the optimum point of the target point A, it is possible to suppress erroneous determination that sudden deterioration has occurred in a region where the probability of sudden deterioration is low.
  • the deterioration determination system 1 described above may be implemented in the battery control section 46 within the electric vehicle 3 . In this case, although a large-capacity memory is required, data loss can be reduced.
  • the electric vehicle 3 is assumed to be a four-wheeled electric vehicle.
  • it may be an electric motorcycle (electric scooter), an electric bicycle, or an electric kick scooter.
  • Electric vehicles include not only full-size electric vehicles but also low-speed electric vehicles such as golf carts and land cars.
  • the object on which the battery pack 40 is mounted is not limited to the electric vehicle 3 .
  • Objects on which the battery pack 40 is mounted include electric moving bodies such as electric ships, railway vehicles, multicopters (drones), stationary power storage systems, and consumer electronic devices (smartphones, notebook PCs, etc.).
  • the embodiment may be specified by the following items.
  • the point-of-interest setting unit (114) sets, as the point of interest, a point on the deterioration regression curve at a position retroactive by a predetermined value from the end of the plurality of SOH data intervals specified in time series.
  • a degradation determination system (1) according to item 1, characterized by:
  • [Item 3] Further comprising a regression curve evaluation unit (117) that evaluates the reliability of the deterioration regression curve based on the relationship between the deterioration regression curve and a plurality of SOHs that are the basis thereof, Item 1 or 2, wherein the rapid deterioration determination unit (119) avoids the rapid deterioration determination of the secondary battery (E1) when the reliability of the deterioration regression curve does not satisfy a set condition.
  • a degradation determination system (1) as described.
  • [Item 4] Further comprising a prediction point search unit (118) that dynamically changes the point of interest and searches for a prediction point of rapid deterioration start of the secondary battery (E1), Any one of items 1 to 3, wherein the rapid deterioration determination unit (119) determines rapid deterioration of the secondary battery (E1) based on the ratio of the slope at the predicted point.
  • the deterioration determination system (1) according to .
  • the regression curve generation unit (113) performs curve regression on a plurality of SOHs before the point of interest among the plurality of SOHs specified in the time series of the secondary battery (E1) to obtain the secondary battery (E1 ), and
  • the prediction point search unit (118) finds a convergence point of intersections of deterioration regression lines based on a plurality of SOHs before the point of interest and deterioration regression lines based on a plurality of SOHs after the point of interest to determine the secondary battery.
  • a deterioration determination system (1) according to item 4 characterized in that the point is set at the predicted point of sudden deterioration start of (E1).
  • the prediction point search unit (118) determines whether the SOH is in a range of a first set value or more, the total discharge capacity of the secondary battery (E1) is a range of a second set value or less, or the use of the secondary battery (E1) Item 6.
  • the rapid deterioration judging section (119) judges that, when the behavior of the slope ratio in the time-series data of the slope ratio satisfies a determination condition generated based on learning, the secondary battery (E1) rapidly deteriorates.
  • the deterioration determination system (1) according to any one of items 1 to 5, characterized by determining that a sign of rapid deterioration has occurred.
  • [Item 9] obtaining battery data; a step of specifying the SOH of the secondary battery (E1) based on the battery data; generating a deterioration regression curve of the secondary battery (E1) by curve regression of a plurality of SOHs specified in time series of the secondary battery (E1); setting a point of interest on the deterioration regression curve; a step of linear regression of a plurality of SOH after the point of interest to generate a deterioration regression line after the point of interest of the secondary battery (E1); calculating the ratio of the slope of the tangent line at the point of interest on the deterioration regression curve and the slope of the degradation regression line after the point of interest; a step of determining rapid deterioration of the secondary battery (E1) based on the slope ratio;
  • a deterioration determination method characterized by comprising:
  • [Item 10] a process of acquiring battery data; A process of identifying the SOH of the secondary battery (E1) based on the secondary battery data; A process of generating a deterioration regression curve of the secondary battery (E1) by curve regression of a plurality of SOHs specified in the time series of the secondary battery (E1); A process of setting a point of interest on the deterioration regression curve; A process of performing linear regression on a plurality of SOH after the point of interest to generate a deterioration regression line after the point of interest of the secondary battery (E1); A process of calculating the ratio of the slope of the tangent line at the point of interest on the deterioration regression curve and the slope of the degradation regression line after the point of interest; A process of determining rapid deterioration of the secondary battery (E1) based on the slope ratio; A degradation determination program to be executed by a computer.
  • 1 Deterioration determination system 2 network, 3 electric vehicle, 4 charger, 5 charging cable, 6 commercial power system, 7 operation management terminal device, 11 processing unit, 111 data acquisition unit, 112 SOH identification unit, 113 regression curve generation unit , 114 attention point setting unit, 115 regression line generation unit, 116 slope ratio calculation unit, 117 regression curve evaluation unit, 118 prediction point search unit, 119 rapid deterioration determination unit, 1110 notification unit, 12 storage unit, 121 battery data storage unit , 13 Communication unit, 30 Vehicle control unit, 34 Motor, 35 Inverter, 36 Wireless communication unit, 36a Antenna, 40 Battery pack, 41 Battery module, 42 Battery management unit, 43 Voltage measurement unit, 44 Temperature measurement unit, 45 Current measurement section, 46 battery control section, E1-En cells, T1-T2 temperature sensors, RY1-RY2 relays.

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Abstract

劣化判定システムにおいて、データ取得部は、電池データを取得する。SOH特定部は、電池データをもとに、二次電池のSOH(StateOfHealth)を特定する。回帰曲線生成部は、二次電池の時系列に特定された複数のSOHを曲線回帰して、二次電池の劣化回帰曲線を生成する。注目点設定部は、劣化回帰曲線上に注目点を設定する。回帰直線生成部は、注目点以降の複数のSOHを直線回帰して、二次電池の注目点以降の劣化回帰直線を生成する。傾き比率算出部は、劣化回帰曲線上の注目点における接線の傾きと、注目点以降の劣化回帰直線の傾きの比率を算出する。急劣化判定部は、傾きの比率をもとに、二次電池の急劣化を判定する。

Description

劣化判定システム、劣化判定方法、および劣化判定プログラム
 本開示は、電池の急劣化を判定するための劣化判定システム、劣化判定方法、および劣化判定プログラムに関する。
 近年、ハイブリッド車(HV)、プラグインハイブリッド車(PHV)、電気自動車(EV)が普及してきている。これらの電動車両にはキーデバイスとして、リチウムイオン電池などの二次電池が搭載される。
 リチウムイオン電池などの二次電池を、低温下やハイレートで繰り返し充放電すると、電解液の減少や極板反応面積の低下などにより、容量の急激な劣化(以下、急劣化または三次劣化という)が発生しやすくなる。電動車両に搭載される二次電池が急劣化すると、その後、走行可能距離が急激に低下するため利便性が低下する。
 車載用の二次電池の交換時期は、SOH(State Of Health)を基準に設定されていることが一般的である。車載用途以外の二次電池(例えば、定置型の蓄電システムに使用される二次電池)も同様である。二次電池に急劣化が発生すると、ユーザや管理者の予想を超える早いペースでSOHが、交換が必要な基準値まで低下する。したがって急劣化が発生すると、交換の準備が整っていない状態で、交換の時期を迎える事態が発生しやすくなる。
 また、急劣化の発生後は、析出による二次電池の内部短絡が発生しやすくなる。このように急劣化の発生後は、安全性の観点からも早めの交換が必要である。
 二次電池の急劣化を検出する方法として、時系列で入力されるSOHのデータを短期間の時間窓で抽出して線形近似し、その近似直線の傾きの変化をもとに急劣化を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
国際公開第17/098686号
 二次電池の電圧、電流の測定データをもとに算出されるSOC(State Of Charge)、FCC(Full Charge Capacity)、SOHの値は、センサの測定誤差やノイズの影響を受ける。誤差やノイズの影響が大きい場合、近似直線の傾きの値が不安定になる。また、近似直線の傾きから急劣化を検出するための閾値を、適切な値に設定することは困難である。
 本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、二次電池の急劣化を高精度に判定する技術を提供することにある。
 上記課題を解決するために、本開示のある態様の劣化判定システムは、電池データを取得するデータ取得部と、前記電池データをもとに、前記二次電池のSOHを特定するSOH特定部と、前記二次電池の時系列に特定された複数のSOHを曲線回帰して、前記二次電池の劣化回帰曲線を生成する回帰曲線生成部と、前記劣化回帰曲線上に注目点を設定する注目点設定部と、前記注目点以降の複数のSOHを直線回帰して、前記二次電池の注目点以降の劣化回帰直線を生成する回帰直線生成部と、前記劣化回帰曲線上の前記注目点における接線の傾きと、前記注目点以降の劣化回帰直線の傾きの比率を算出する傾き比率算出部と、前記傾きの比率をもとに、前記二次電池の急劣化を判定する急劣化判定部と、を備える。
 なお、以上の構成要素の任意の組合せ、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、コンピュータプログラムを記録した記録媒体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。
 本開示によれば、二次電池の急劣化を高精度に判定することができる。
実施の形態に係る劣化判定システムを説明するための図である。 電動車両と電池パックの主要な構成を説明するための図である。 実施の形態に係る劣化判定システムの構成例を示す図である。 FCCの推定方法を説明するための図である。 ある二次電池のSOHの時系列データの一例を示す図である。 急劣化が発生していない状態における劣化回帰曲線、接線、劣化回帰直線の一例を示す図である。 急劣化が発生している状態における劣化回帰曲線、接線、劣化回帰直線の一例を示す図である。 ある電動車両に搭載された電池パックに含まれるセルのSOHの実測値をもとに劣化回帰曲線を生成した一例を示す図である。 急劣化開始の予測点の探索処理を説明するための図である(その1)。 急劣化開始の予測点の探索処理を説明するための図である(その2)。 比較例に係る急劣化判定方法の具体例を示す図である。 実施の形態に係る急劣化判定方法の具体例を示す図である。 実施の形態に係る急劣化判定方法の第1処理例の流れを示すフローチャートである。 実施の形態に係る急劣化判定方法の第2処理例の流れを示すフローチャートである。
 図1は、実施の形態に係る劣化判定システム1を説明するための図である。実施の形態に係る劣化判定システム1は、電動車両3に搭載された電池パック40(図2参照)の急劣化が発生しているか否かを判定するためのシステムである。図1では、劣化判定システム1を配送事業者が利用する例を示している。劣化判定システム1は例えば、電動車両3向けの運行管理支援サービスを提供するサービス提供主体の自社施設、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。また、劣化判定システム1は、クラウドサービス契約に基づき利用するクラウドサーバ上に構築されてもよい。また、劣化判定システム1は、複数の拠点(データセンタ、自社施設)に分散して設置された複数のサーバ上に構築されてもよい。当該複数のサーバは、複数の自社サーバの組み合わせ、複数のクラウドサーバの組み合わせ、自社サーバとクラウドサーバの組み合わせのいずれであってもよい。
 各配送事業者は複数の電動車両3と、少なくとも一つの充電器4を保有し、複数の電動車両3を駐車しておくための配送拠点を有する。電動車両3は充電器4と充電ケーブル5で接続され、充電ケーブル5を介して充電器4から電動車両3に搭載された電池パック40が充電される。
 配送事業者の配送拠点には運行管理端末装置7が設置される。運行管理端末装置7は例えば、PCで構成される。運行管理端末装置7は、配送拠点に所属する複数の電動車両3の管理に使用される。配送事業者の運行管理者は、運行管理端末装置7を使用して複数の電動車両3の配送計画や充電計画を作成することができる。運行管理端末装置7は、ネットワーク2を介して劣化判定システム1にアクセスすることができる。
 ネットワーク2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(セルラー網)、無線LAN、有線LAN、光ファイバ網、ADSL網、CATV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。
 図2は、電動車両3と電池パック40の主要な構成を説明するための図である。電池パック40は、第1リレーRY1およびインバータ35を介してモータ34に接続される。インバータ35は力行時、電池パック40から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ34に供給する。回生時、モータ34から供給される交流電力を直流電力に変換して電池パック40に供給する。モータ34は三相交流モータであり、力行時、インバータ35から供給される交流電力に応じて回転する。回生時、減速による回転エネルギーを交流電力に変換してインバータ35に供給する。
 第1リレーRY1は、電池パック40とインバータ35を繋ぐ配線間に挿入されるコンタクタである。車両制御部30は走行時、第1リレーRY1をオン状態(閉状態)に制御し、電池パック40と電動車両3の動力系を電気的に接続する。車両制御部30は非走行時、原則として第1リレーRY1をオフ状態(開状態)に制御し、電池パック40と電動車両3の動力系を電気的に遮断する。なおリレーの代わりに、半導体スイッチなどの他の種類のスイッチを用いてもよい。
 電池パック40は、電動車両3の外に設置された充電器4と充電ケーブル5で接続することにより商用電力系統6から充電することができる。充電器4は商用電力系統6に接続され、充電ケーブル5を介して電動車両3内の電池パック40を充電する。電動車両3において、電池パック40と充電器4を繋ぐ配線間に第2リレーRY2が挿入される。なおリレーの代わりに、半導体スイッチなどの他の種類のスイッチを用いてもよい。電池パック40の電池管理部42は充電開始前に、第2リレーRY2をオン状態に制御し、充電終了後にオフ状態に制御する。
 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。交流で充電される場合、第2リレーRY2と電池パック40との間に挿入されるオンボードチャージャ(不図示)により、交流電力が直流電力に変換される。
 電池パック40は、電池モジュール41と電池管理部42を備え、電池モジュール41は、直列接続された複数のセルE1-Enを含む。なお電池モジュール41は、複数の電池モジュールが直列または直並列接続されて構成されていてもよい。セルには、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。セルE1-Enの直列数は、モータ34の駆動電圧に応じて決定される。
 複数のセルE1-Enと直列にシャント抵抗Rsが接続される。シャント抵抗Rsは電流検出素子として機能する。なおシャント抵抗Rsの代わりにホール素子を用いてもよい。また電池モジュール41内に、複数のセルE1-Enの温度を検出するための複数の温度センサT1、T2が設置される。温度センサは電池モジュールに1つ設置されてもよいし、複数のセルごとに1つ設置されてもよい。温度センサT1、T2には例えば、サーミスタを使用することができる。
 電池管理部42は、電圧測定部43、温度測定部44、電流測定部45および電池制御部46を備える。直列接続された複数のセルE1-Enの各ノードと、電圧測定部43との間は複数の電圧線で接続される。電圧測定部43は、隣接する2本の電圧線間の電圧をそれぞれ測定することにより、各セルE1-Enの電圧を測定する。電圧測定部43は、測定した各セルE1-Enの電圧を電池制御部46に送信する。
 電圧測定部43は電池制御部46に対して高圧であるため、電圧測定部43と電池制御部46間は絶縁された状態で、通信線で接続される。電圧測定部43は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)または汎用のアナログフロントエンドICで構成することができる。電圧測定部43はマルチプレクサおよびA/D変換器を含む。マルチプレクサは、隣接する2本の電圧線間の電圧を上から順番に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電圧をデジタル値に変換する。
 温度測定部44は、分圧抵抗およびA/D変換器を含む。A/D変換器は、複数の温度センサT1、T2と複数の分圧抵抗によりそれぞれ分圧された複数のアナログ電圧を順次、デジタル値に変換して電池制御部46に出力する。電池制御部46は当該デジタル値をもとに複数のセルE1-Enの温度を推定する。例えば電池制御部46は、各セルE1-Enの温度を、各セルE1-Enに最も隣接する温度センサで測定された値をもとに推定する。
 電流測定部45は、差動アンプおよびA/D変換器を含む。差動アンプはシャント抵抗Rsの両端電圧を増幅してA/D変換器に出力する。A/D変換器は、差動アンプから入力される電圧をデジタル値に変換して電池制御部46に出力する。電池制御部46は当該デジタル値をもとに複数のセルE1-Enに流れる電流を推定する。
 なお電池制御部46内にA/D変換器が搭載されており、電池制御部46にアナログ入力ポートが設置されている場合、温度測定部44および電流測定部45はアナログ電圧を電池制御部46に出力し、電池制御部46内のA/D変換器でデジタル値に変換してもよい。
 電池制御部46(BMU、BMSとも称される)は、マイクロコントローラ、通信コントローラおよび不揮発メモリを含む。電池制御部46と車両制御部30は、車載ネットワーク(例えば、CAN(Controller Area Network)やLIN(Local Interconnect Network))を介して接続される。当該通信コントローラは、車両制御部30との通信を制御する。
 電池制御部46は、電圧測定部43、温度測定部44および電流測定部45により測定された複数のセルE1-Enの電圧、温度および電流をもとに複数のセルE1-Enの状態を管理する。
 電池制御部46は、電池モジュール41に含まれる複数のセルE1-EnのそれぞれのSOCを推定する。電池制御部46は、OCV(Open Circuit Voltage)法と電流積算法を組み合わせて、SOCを推定する。OCV法は、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、出荷時にマイクロコントローラの内部メモリ内に登録される。
 電流積算法は、セルの充放電開始時のOCVと、セルに流れる電流の積算値をもとにSOCを推定する方法である。電流積算法は、充放電時間が長くなるにつれて、電流測定誤差が累積していく。したがって、OCV法により推定されたSOCを用いて、電流積算法により推定されたSOCを補正することが好ましい。
 電池制御部46は、電池モジュール41と各セルE1-Enの電圧、電流、温度およびSOCを、車載ネットワークを介して車両制御部30に送信する。
 車両制御部30は電動車両3全体を制御する車両ECU(Electronic Control Unit)であり、例えば、統合型のVCM(Vehicle Control Module)で構成されていてもよい。車両制御部30は、車載ネットワークに接続するための通信コントローラと、充電ケーブル5を介して充電器4と通信するための通信コントローラ(例えば、CANコントローラ)を含む。
 無線通信部36は、アンテナ36aを介してネットワーク2に無線接続するための信号処理を行う。電動車両3が無線接続可能な無線通信網として、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)などを使用することができる。
 電動車両3の走行中、車両制御部30は電池データを含む走行データを、無線通信部36を使用して劣化判定システム1にリアルタイムに送信することができる。走行データには少なくとも電動車両3の車速が含まれる。電池データには、複数のセルE1-Enの電圧、電流、温度、SOCが含まれる。車両制御部30は、これらのデータを定期的(例えば、10秒間隔)にサンプリングし、劣化判定システム1に都度送信する。
 なお、車両制御部30は、電動車両3の走行データを内部のメモリに蓄積し、所定のタイミングでメモリに蓄積されている走行データを一括送信してもよい。例えば、車両制御部30は、一日の営業終了後に、メモリに蓄積されている走行データを運行管理端末装置7に一括送信してもよい。運行管理端末装置7は、所定のタイミングで複数の電動車両3の走行データを劣化判定システム1に送信する。
 また、車両制御部30は、ネットワーク通信機能を備えた充電器4から充電する際、メモリに蓄積されている走行データを、充電ケーブル5を介して充電器4に一括送信してもよい。充電器4は、受信した走行データを劣化判定システム1に送信する。この例は、充電器4がネットワーク通信機能を備え、電動車両3が無線通信機能を搭載していない場合に有効である。
 図3は、実施の形態に係る劣化判定システム1の構成例を示す図である。劣化判定システム1は、処理部11、記憶部12および通信部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2に接続するための通信インタフェース(例えば、ルータ)を含む。
 処理部11は、データ取得部111、SOH特定部112、回帰曲線生成部113、注目点設定部114、回帰直線生成部115、傾き比率算出部116、回帰曲線評価部117、予測点探索部118、急劣化判定部119および通知部1110を含む。処理部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することができる。ハードウェア資源として、CPU、ROM、RAM、GPU(Graphics Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、その他のLSIを利用することができる。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することができる。
 記憶部12は、電池データ保持部121を含む。記憶部12は、HDD(Hard Disk 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。
 データ取得部111は、電動車両3の走行時の走行データ(電池データを含む)、または駐車時の電池データをネットワーク2を介して取得し、取得した電池データを電池データ保持部121に保存する。電池データ以外の走行データは、電池データ保持部121に一緒に保存してもよいし、別の走行データ保持部(不図示)に保存してもよい。
 SOH特定部112は、所定のタイミングで、電池データ保持部121に格納されている電動車両3に搭載された電池パック40の電池データを読み出して、電池パック40に含まれる各セルE1-EnのSOHを算出する。所定のタイミングは、電動車両3の充電器4からの充電が完了したタイミング、または充電が完了してから最初に走行するタイミングであってもよい。
 SOH特定部112は、電池データに含まれる各セルE1-Enの2点(いずれも停車時)の電圧(OCV)とSOCをもとに、各セルのE1-EnのFCCを推定し、推定したFCCをもとにSOHを推定する。
 図4は、FCCの推定方法を説明するための図である。SOH特定部112は、充電開始前のOCV1に対応するSOCと、充電終了後のOCV2に対応するSOCの差分(ΔSOC)を算出する。SOH特定部112は、充電開始から充電終了までの間の電流を積算して電流積算値Qを算出する。
 SOH特定部112は、下記(式1)を算出してFCCを推定し、推定したFCCをもとに下記(式2)を算出してSOHを推定する。SOHは、初期のFCCに対する現在のFCCの比率で規定され、数値が低いほど(0%に近いほど)劣化が進行していることを示す。
 FCC=Q/ΔSOC ・・・(式1)
 SOH=現在のFCC/初期のFCC ・・・(式2)
 なお、FCCは、電動車両3の走行開始前のOCV1と、走行開始後のOCV2をもとに推定することもできる。
 SOH特定部112は、推定した各セルのE1-EnのSOHを電池データ保持部121に保存する。なお、各セルE1-EnのFCCとSOHは、電動車両3の電池制御部46内で推定してもよい。電池制御部46内で推定されたFCCとSOHが電動車両3から劣化判定システム1に送信されてくる電池データに含まれている場合、劣化判定システム1側でFCCとSOHを推定する必要はない。
 回帰曲線生成部113は、対象とする電池パック40に含まれる対象とするセルの時系列に特定されたSOHの全データを電池データ保持部121から読み出し、読み出した複数のSOHを曲線回帰して、対象セルの劣化回帰曲線を生成する。曲線回帰には例えば、最小二乗法を使用することができる。
 図5は、ある二次電池のSOHの時系列データの一例を示す図である。横軸は総放電容量[Ah]を示し、縦軸はSOH[%]を示す。セルの劣化は、下記(式3)に示すように、総放電容量や時間の平方根(ルート則、0.5乗則)に比例して進行することが知られている。
 SOH=w+w√t ・・・(式3)
 wは初期値、wは劣化係数。
 回帰曲線生成部113は、総放電容量または時間を独立変数、SOHを従属変数とする、0.5乗の指数曲線回帰により、上記(式3)の劣化係数wを求める。wは共通であり、通常、1.0~1.1の範囲に設定される。実際の初期容量と公称値が一致している場合はw=1.0に設定され、公称値が最低保証量に設定され、実際の初期容量より低く設定されている場合は、1.0より大きい値が設定される。
 図5に示すように二次電池に急劣化が発生すると、ルート則に沿った劣化から線形な劣化に、劣化速度が変化する(速くなる)。本実施の形態では、以下の処理により、急劣化が発生したことを検出する。
 注目点設定部114は、回帰曲線生成部113により生成された劣化回帰曲線上に注目点Aを設定する。注目点設定部114は、時系列に特定された複数のSOHのデータ区間の最後から、所定値分、遡った位置の劣化回帰曲線上の点を注目点Aに設定する。例えば、注目点設定部114は、最新のn日前(例えば、30日前、60日前、90日前)に該当する日の劣化回帰曲線上の点を注目点Aに設定してもよい。また、注目点設定部114は、最新の総放電容量からα[Ah]分、遡った総放電容量に該当する劣化回帰曲線上の点を注目点Aに設定してもよい。
 また、注目点設定部114は、最新データのn点前(例えば、50点前)に該当するデータ点の時間または総放電容量に該当する劣化回帰曲線上の点を注目点Aに設定してもよい。なお、注目点設定部114は、最新データのn点前に該当するデータとして、全体のデータ区間を所定の比率(3:1)で分割した位置のデータを使用してもよい。
 回帰直線生成部115は、注目点設定部114により設定された注目点A以降の複数のSOHを直線回帰して、対象セルの注目点A以降の劣化回帰直線を生成する。直線回帰には例えば、最小二乗法を使用することができる。
 セルの急劣化は、下記(式4)に示すように、総放電容量や時間に対して線形近似できる傾向を持つことが経験的に知られている。
 SOH=aT+b ・・・(式4)
 aは急劣化開始後の劣化速度、bは急劣化開始時のSOH。
 傾き比率算出部116は、劣化回帰曲線上の注目点Aにおける接線の傾きa_tanと、注目点A以降の複数のSOHに基づく劣化回帰直線の傾きaの比率(a/a_tan)を算出する。劣化回帰曲線上の注目点Aにおける接線の傾きa_tanは、注目点Aにおける微分係数から算出することができる。
 急劣化判定部119は、傾き比率算出部116により算出された傾きの比率(a/a_tan)をもとに対象セルの急劣化を判定する。急劣化判定部119は例えば、下記(式5)に示すように、傾きの比率(a/a_tan)が閾値thを超える場合、対象セルに急劣化が発生していると判定する。
 a/a_tan>th ・・・(式5)
 閾値thは、実験やシミュレーションの結果および設計者の知見を考慮して設定することができる。劣化回帰曲線上の注目点Aにおける接線と劣化回帰直線は、注目点Aにおける劣化速度の予測値を反映している。例えば、閾値thを2に設定した場合、注目点Aの時点で劣化速度の予測値が2倍以上速くなったか否かを判定していることになる。
 図6は、急劣化が発生していない状態における劣化回帰曲線sqr、接線tan、劣化回帰直線linの一例を示す図である。図7は、急劣化が発生している状態における劣化回帰曲線sqr、接線tan、劣化回帰直線linの一例を示す図である。図6に示す例では傾きの比率(a/a_tan)は0.666747であり、図7に示す例では傾きの比率(a/a_tan)は5.356819である。図7に示す例では傾きの比率(a/a_tan)が2より大きいため、急劣化が発生していると判定される。
 なお上記の例では傾きの比率を、劣化回帰曲線上の注目点Aにおける接線の傾きa_tanに対する劣化回帰直線の傾きaの比率(a/a_tan)としたが、劣化回帰直線の傾きaに対する劣化回帰曲線上の注目点Aにおける接線の傾きa_tanの比率(a_tan/a)としてもよい。その場合、急劣化判定部119は、傾きの比率(a_tan/a)が閾値th(例えば、0.5)未満のとき、対象セルに急劣化が発生していると判定する。
 回帰曲線評価部117は、回帰曲線生成部113により生成された劣化回帰曲線と、その基礎データとなる複数のSOHとの関係をもとに当該劣化回帰曲線の信頼性を評価する。回帰曲線評価部117は、回帰曲線の信頼性を示す指標として一般的な指標、例えば、残差の二乗和、残差の標準偏差、決定係数、相関係数などを使用することができる。残差の二乗和と残差の標準偏差は、SOHのバラツキが大きいほど大きな値になる。決定係数と相関係数は、経時要素とSOHとの関係性が示される。基礎データ(SOH)の信頼性が低い場合、劣化回帰曲線の信頼性も低下する。
 図8は、ある電動車両3に搭載された電池パック40に含まれるセルのSOHの実測値をもとに劣化回帰曲線degを生成した一例を示す図である。図8に示す例では、SOHの全体データに対する劣化回帰直線whoと、劣化回帰曲線degとの交点を注目点に設定し、当該注目点を通る条件下で当該注目点以降のSOHに基づく劣化回帰直線regを生成している。
 図8に示す例では、劣化回帰曲線degの上限より上にSOHのサンプルデータが多くプロットされており、サンプルデータのバラツキも大きい。このようなサンプルデータに基づく劣化回帰曲線を用いた急劣化判定では、誤判定する確率が高くなる。
 急劣化判定部119は、劣化回帰曲線の信頼性が設定条件を満たさない場合(例えば、残差の二乗和が設定値より大きい場合)、劣化回帰曲線を棄却し、急劣化の判定を回避する。
 以上の説明では、注目点Aを固定値としてそのまま使用したが、最適な注目点Aを探索してもよい。予測点探索部118は、注目点Aを動的に変化させて、セルの急劣化開始の予測点を探索する。
 図9は、急劣化開始の予測点の探索処理を説明するための図である(その1)。図10は、急劣化開始の予測点の探索処理を説明するための図である(その2)。まず、回帰曲線生成部113は、対象セルのSOHの全データをもとに対象セルの劣化回帰曲線を生成する。注目点設定部114は、上述のように注目点Aを決定し、この注目点Aを仮決めの注目点(初期値)に設定する。回帰直線生成部115は、仮決めの注目点A以降の複数のSOHをもとに劣化回帰直線を生成する。
 図9に示すように予測点探索部118は、生成された劣化回帰曲線と、生成された劣化回帰直線との交点を新たな注目点A’に設定する。回帰曲線生成部113は、新たな注目点A’以前の複数のSOHをもとに劣化回帰曲線を新たに生成し、回帰直線生成部115は、新たな注目点A’以降の複数のSOHをもとに劣化回帰直線を新たに生成する。
 予測点探索部118は、新たに生成された劣化回帰曲線と、新たに生成された劣化回帰直線との交点を新たな注目点A’’に設定する。図10に示すように、回帰曲線生成部113は、新たな注目点A’’以前の複数のSOHをもとに劣化回帰曲線を新たに生成し、回帰直線生成部115は、新たな注目点A’’以降の複数のSOHをもとに劣化回帰直線を新たに生成する。以上の処理を繰り返す。
 予測点探索部118は、繰り返し更新される注目点Aの収束点を急劣化開始の予測点に設定する。例えば、予測点探索部118は、更新前の注目点Aと更新後の注目点Aの距離が設定値未満になったとき、注目点Aが収束したと判定してもよい。また、予測点探索部118は、上述した注目点Aの更新処理を、設定された回数実行したとき、注目点Aが収束したとみなしてもよい。また、予測点探索部118は、新たに生成された劣化回帰曲線の信頼性が判定基準を満たしたとき(例えば、劣化回帰曲線と複数のSOHとの残差の二乗和が設定値未満になったとき)、注目点Aが収束したと判定してもよい。さらに、予測点探索部118は、新たに生成された劣化回帰曲線の信頼性が判定基準を満たし、かつ新たに生成された劣化回帰直線の信頼性が判定基準を満たしたとき(例えば、劣化回直線と複数のSOHとの残差の二乗和が設定値未満になったとき)、注目点Aが収束したと判定してもよい。
 また、注目点Aをずらしながら総当り的に、回帰曲線生成部113と回帰直線生成部115が劣化回帰曲線と劣化回帰直線を生成し、予測点探索部118が、劣化回帰曲線と劣化回帰直線の信頼性が最も高い注目点Aを、急劣化開始の予測点に設定してもよい。
 傾き比率算出部116は、設定された急劣化開始の予測点における上記傾きの比率(a/a_tan)を算出し、急劣化判定部119は、算出された傾きの比率(a/a_tan)をもとに、対象セルの急劣化を判定する。
 予測点探索部118は、急劣化開始の予測点の探索において、探索除外範囲を設定してもよい。例えば、予測点探索部118は、SOHが所定値(例えば、80%)以上の範囲、セルの総放電容量が設定値(例えば、4000Ah)以下の範囲、またはセルの使用期間が設定値(例えば、2年)以下の範囲を、探索除外範囲に設定してもよい。なお、探索除外範囲には、注目点設定部114も注目点Aを設定しない。
 通知部1110は、急劣化が発生したと判定されたセルを含む電池パック40を搭載している電動車両3、または当該電動車両3を管理している運行管理端末装置7に、急劣化が発生しているセルを含むことを示すアラートを通知する。
 図11は、比較例に係る急劣化判定方法の具体例を示す図である。図12は、実施の形態に係る急劣化判定方法の具体例を示す図である。比較例では、直近n個のSOHをもとに回帰直線を生成している。図11には、各時点における回帰直線の傾きaがプロットされている。
 実施の形態では、回帰直線生成部115は、直近n個のSOHをもとに回帰直線を生成する。回帰曲線生成部113は、直近n個のSOHを除く全体のSOHをもとに劣化回帰曲線を生成する。傾き比率算出部116は、劣化回帰曲線上のn個前のSOHに対応する注目点Aにおける接線の傾きa_tanと、直近n個のSOHに基づく劣化回帰直線の傾きaの比率(a/a_tan)を算出する。図12には、各時点における傾きの比率(a/a_tan)がプロットされている。例えば、nは3~7の範囲に設定される。
 図11に示す比較例では、好適な閾値thを設定することが困難である。例えば、閾値thを低い値に設定すると、セルの劣化が線形に近い曲線で推移した場合に、急劣化が発生したと誤判定されやすくなる。反対に、閾値thを高い値に設定すると、セルに急劣化が発生しても、急劣化が検出されにくい。これに対して、図12に示す実施の形態では、閾値thを2程度に設定することにより、高精度に急劣化発生の有無を判定することができる。
 セルの機種ごとに、傾きの比率(a/a_tan)の経時変化を学習して、急劣化発生時のモデルを生成してもよい。当該モデルは、機械学習やパターン認識の手法により生成することができる。傾き比率算出部116は、新たなSOHが追加される度に、傾きの比率(a/a_tan)を算出する。急劣化判定部119は、傾きの比率(a/a_tan)の時系列データにおいて、傾きの比率(a/a_tan)の挙動が、生成されたモデルに基づく判定条件を満たしたとき、対象セルに急劣化が発生したと判定する。
 例えば、急劣化が発生する前に、傾きの比率(a/a_tan)が所定の速度以上で所定の値以上低下し、その後、所定の速度以上で所定の値以上上昇する傾向が学習された機種では、その傾きの比率(a/a_tan)の挙動を検出することにより、急劣化を予兆の段階で検出することができる。また、少なくとも急劣化が発生してから早期に検出することができる。
 図13は、実施の形態に係る急劣化判定方法の第1処理例の流れを示すフローチャートである。回帰曲線生成部113は、電池データ保持部121に蓄積されている、対象とする電池パック40に含まれる対象とするセルの時系列に特定されたSOHの全データを読み込む(S10)。回帰曲線生成部113は、読み込んだSOHの全データを曲線回帰して、対象セルの劣化回帰曲線を生成する(S11)。
 注目点設定部114は、劣化回帰曲線上に注目点Aを設定する(S12)。傾き比率算出部116は、劣化回帰曲線上の注目点Aにおける接線を算出する(S13)。回帰直線生成部115は、注目点A以降の複数のSOHを直線回帰して、注目点A以降の劣化回帰直線を生成する(S14)。傾き比率算出部116は、劣化回帰曲線上の注目点Aにおける接線の傾きと、注目点A以降の複数のSOHに基づく劣化回帰直線の傾きの比率(a/a_tan)を算出する(S15)。
 急劣化判定部119は、算出された傾きの比率(a/a_tan)と閾値thを比較する(S16)。傾きの比率(a/a_tan)が閾値thを超える場合(S16のY)、通知部1110は、対象セルを使用している電動車両3またはその運行管理端末装置7に、急劣化が開始したセルを使用していることを示すアラートを通知する(S17)。傾きの比率(a/a_tan)が閾値th以下の場合(S16のN)、当該アラートは通知されない。
 図14は、実施の形態に係る急劣化判定方法の第2処理例の流れを示すフローチャートである。回帰曲線生成部113は、電池データ保持部121に蓄積されている、対象とする電池パック40に含まれる対象とするセルの時系列に特定されたSOHの全データを読み込む(S20)。回帰曲線生成部113は、読み込んだSOHの全データを曲線回帰して、対象セルの劣化回帰曲線を生成する(S21)。
 注目点設定部114は、劣化回帰曲線上に注目点Aの初期値を設定する(S22)。回帰直線生成部115は、直近に設定された注目点A以降の複数のSOHを直線回帰して、注目点A以降の劣化回帰直線を生成する(S23)。予測点探索部118は、直近に生成された劣化回帰曲線と、直近に設定された注目点A以降の劣化回帰直線との交点を、新たな注目点Aに設定する(S24)。
 予測点探索部118は、直近に設定された注目点Aが収束条件を満足するか否か判定する(S25)。収束条件を満足しない場合(S25のN)、回帰曲線生成部113は、直近に設定された注目点A以前の複数のSOHを曲線回帰して、新たな劣化回帰曲線を生成する(S26)。以下、ステップS23に遷移し、注目点Aの更新を継続する。
 ステップS25において収束条件を満足した場合(S25のY)、傾き比率算出部116は、直近に生成された劣化回帰曲線上の、直近に設定された注目点Aにおける接線を算出する(S27)。傾き比率算出部116は、当該接線の傾きと、直近に設定された注目点A以降の複数のSOHに基づく劣化回帰直線の傾きの比率(a/a_tan)を算出する(S28)。
 急劣化判定部119は、算出された傾きの比率(a/a_tan)と閾値thを比較する(S29)。傾きの比率(a/a_tan)が閾値thを超える場合(S29のY)、通知部1110は、対象セルを使用している電動車両3またはその運行管理端末装置7に、急劣化が開始したセルを使用していることを示すアラートを通知する(S210)。傾きの比率(a/a_tan)が閾値th以下の場合(S29のN)、当該アラートは通知されない。
 なお、図14のフローチャートに示す例では、先に最適な注目点A(急劣化開始の予測点)を探索してから急劣化の判定を行った。この点、急劣化が検出された後に、最適な注目点A(急劣化開始の予測点)を探索してもよい。具体的には、初回の探索において、ステップS23の処理を実行した後、ステップS28の処理とステップS29の処理を実行し、急劣化が検出された場合にステップS24以降の処理を実行する。この例では、急劣化が発生していない場合の処理量を削減することができる。
 以上説明したように本実施の形態によれば、セルの急劣化を高精度に判定することができる。急劣化を検出することにより、電動車両3または電池パック40の効率的な交換が可能となる。また、適切な時期に交換することにより、電池パック40の利用に関する安全性を向上させることができる。急劣化の発生後は内部短絡が生じやすくなるため、早期の交換により安全性が向上する。
 また、ルート則に基づいた劣化曲線を用いることで、SOH推定時の計測系のノイズ等に対して頑健な劣化予測を行うことができる。注目点A以降は線形回帰直線を用いることで、短期的な急劣化の発生を検出することができる。また、一般的な回帰手法を用いて得られる2つの直線の傾きの比率(a/a_tan)をもとに急劣化を判定するため、計算量の増加を抑制することができる。また、通常の劣化曲線の劣化速度に対する相対比率をパラメータとして使用するため、直感的に閾値thを設定することができる。
 また、生成した劣化回帰曲線の信頼性が低い場合、劣化回帰曲線を棄却することにより、信頼性が低いSOHのデータに基づく急劣化の判定を回避することができる。また、注目点Aの最適点を探索することにより、急劣化が開始したタイミングを高精度に推定することができる。また、注目点Aの最適点の探索範囲を制限することにより、急劣化が発生する確率が低い領域で、急劣化が発生したと誤判定することを抑制することができる。
 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容易に理解されるところである。
 上述した劣化判定システム1は、電動車両3内の電池制御部46に実装されてもよい。この場合、大容量のメモリが必要になるが、データ欠損を少なくすることができる。
 また上記実施の形態では、電動車両3として、四輪の電気自動車を想定した。この点、電動バイク(電動スクータ)、電動自転車、電動キックスクータであってもよい。また、電気自動車にはフル規格の電気自動車だけでなく、ゴルフカートやランドカーなどの低速の電気自動車も含まれる。また、電池パック40が搭載される対象は電動車両3に限るものではない。電池パック40が搭載される対象には、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(スマートフォン、ノートPCなど)も含まれる。
 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。
 [項目1]
 電池データを取得するデータ取得部(111)と、
 前記電池データをもとに、前記二次電池(E1)のSOHを特定するSOH特定部(112)と、
 前記二次電池(E1)の時系列に特定された複数のSOHを曲線回帰して、前記二次電池(E1)の劣化回帰曲線を生成する回帰曲線生成部(113)と、
 前記劣化回帰曲線上に注目点を設定する注目点設定部(114)と、
 前記注目点以降の複数のSOHを直線回帰して、前記二次電池(E1)の注目点以降の劣化回帰直線を生成する回帰直線生成部(115)と、
 前記劣化回帰曲線上の前記注目点における接線の傾きと、前記注目点以降の劣化回帰直線の傾きの比率を算出する傾き比率算出部(116)と、
 前記傾きの比率をもとに、前記二次電池(E1)の急劣化を判定する急劣化判定部(119)と、
 を備えることを特徴とする劣化判定システム(1)。
 これによれば、二次電池(E1)の急劣化を高精度に判定することができる。
 [項目2]
 前記注目点設定部(114)は、時系列に特定された複数のSOHのデータ区間の最後から、所定値分、遡った位置の前記劣化回帰曲線上の点を前記注目点に設定することを特徴とする項目1に記載の劣化判定システム(1)。
 これによれば、劣化速度の仮の変化点を設定することで、高精度な急劣化の判定を実現することができる。
 [項目3]
 前記劣化回帰曲線と、その基礎となる複数のSOHとの関係をもとに前記劣化回帰曲線の信頼性を評価する回帰曲線評価部(117)をさらに備え、
 前記急劣化判定部(119)は、前記劣化回帰曲線の信頼性が設定条件を満たさない場合、前記二次電池(E1)の急劣化の判定を回避することを特徴とする項目1または2に記載の劣化判定システム(1)。
 これによれば、信頼性が低いSOHのデータに基づく急劣化の判定を回避することができる。
 [項目4]
 前記注目点を動的に変化させて、前記二次電池(E1)の急劣化開始の予測点を探索する予測点探索部(118)をさらに備え、
 前記急劣化判定部(119)は、前記予測点における前記傾きの比率をもとに、前記二次電池(E1)の急劣化を判定することを特徴とする項目1から3のいずれか1項に記載の劣化判定システム(1)。
 これによれば、急劣化の開始点に一致または近似する注目点を設定することができる。
 [項目5]
 前記回帰曲線生成部(113)は、前記二次電池(E1)の時系列に特定された複数のSOHの内、前記注目点以前の複数のSOHを曲線回帰して、前記二次電池(E1)の劣化回帰曲線を生成し、
 前記予測点探索部(118)は、前記注目点以前の複数のSOHに基づく劣化回帰曲線と、前記注目点以降の複数のSOHに基づく劣化回帰直線との交点の収束点を、前記二次電池(E1)の急劣化開始の予測点に設定することを特徴とする項目4に記載の劣化判定システム(1)。
 これによれば、注目点とすべき急劣化の開始点を高精度に予測することができる。
 [項目6]
 前記予測点探索部(118)は、SOHが第1設定値以上の範囲、前記二次電池(E1)の総放電容量が第2設定値以下の範囲、または前記二次電池(E1)の使用期間が第3設定値以下の範囲を、前記予測点の探索範囲外に設定することを特徴とする項目5に記載の劣化判定システム(1)。
 これによれば、注目点とすべき急劣化の開始点の探索範囲を制限することで、急劣化が発生する確率が低い範囲に注目点が設定されることを防止できる。
 [項目7]
 前記急劣化判定部(119)は、前記劣化回帰曲線上の前記注目点における接線の傾きに対する前記注目点以降の劣化回帰直線の傾きの比率が閾値を上回ると、または前記注目点以降の劣化回帰直線の傾きに対する前記劣化回帰曲線上の前記注目点における接線の傾きの比率が閾値を下回ると、前記二次電池(E1)の急劣化が発生したと判定することを特徴とする項目1から5のいずれか1項に記載の劣化判定システム(1)。
 これによれば、劣化速度の変化が急になったか否かを捉えることにより、急劣化を高精度に判定することができる。
 [項目8]
 前記急劣化判定部(119)は、前記傾きの比率の時系列データにおいて前記傾きの比率の挙動が、学習に基づき生成された判定条件を満たしたとき、前記二次電池(E1)の急劣化または急劣化の予兆が発生したと判定することを特徴とする項目1から5のいずれか1項に記載の劣化判定システム(1)。
 これによれば、急劣化を事前にまたは発生直後に検出することができる。
 [項目9]
 電池データを取得するステップと、
 前記電池データをもとに、前記二次電池(E1)のSOHを特定するステップと、
 前記二次電池(E1)の時系列に特定された複数のSOHを曲線回帰して、前記二次電池(E1)の劣化回帰曲線を生成するステップと、
 前記劣化回帰曲線上に注目点を設定するステップと、
 前記注目点以降の複数のSOHを直線回帰して、前記二次電池(E1)の注目点以降の劣化回帰直線を生成するステップと、
 前記劣化回帰曲線上の前記注目点における接線の傾きと、前記注目点以降の劣化回帰直線の傾きの比率を算出するステップと、
 前記傾きの比率をもとに、前記二次電池(E1)の急劣化を判定するステップと、
 を有することを特徴とする劣化判定方法。
 これによれば、二次電池(E1)の急劣化を高精度に判定することができる。
 [項目10]
 電池データを取得する処理と、
 前記二次電池データをもとに、前記二次電池(E1)のSOHを特定する処理と、
 前記二次電池(E1)の時系列に特定された複数のSOHを曲線回帰して、前記二次電池(E1)の劣化回帰曲線を生成する処理と、
 前記劣化回帰曲線上に注目点を設定する処理と、
 前記注目点以降の複数のSOHを直線回帰して、前記二次電池(E1)の注目点以降の劣化回帰直線を生成する処理と、
 前記劣化回帰曲線上の前記注目点における接線の傾きと、前記注目点以降の劣化回帰直線の傾きの比率を算出する処理と、
 前記傾きの比率をもとに、前記二次電池(E1)の急劣化を判定する処理と、
 コンピュータに実行させることを特徴とする劣化判定プログラム。
 これによれば、二次電池(E1)の急劣化を高精度に判定することができる。
 1 劣化判定システム、 2 ネットワーク、 3 電動車両、 4 充電器、 5 充電ケーブル、 6 商用電力系統、 7 運行管理端末装置、 11 処理部、 111 データ取得部、 112 SOH特定部、 113 回帰曲線生成部、 114 注目点設定部、 115 回帰直線生成部、 116 傾き比率算出部、 117 回帰曲線評価部、 118 予測点探索部、 119 急劣化判定部、 1110 通知部、 12 記憶部、 121 電池データ保持部、 13 通信部、 30 車両制御部、 34 モータ、 35 インバータ、 36 無線通信部、 36a アンテナ、 40 電池パック、 41 電池モジュール、 42 電池管理部、 43 電圧測定部、 44 温度測定部、 45 電流測定部、 46 電池制御部、 E1-En セル、 T1-T2 温度センサ、 RY1-RY2 リレー。

Claims (10)

  1.  電池データを取得するデータ取得部と、
     前記電池データをもとに、前記二次電池のSOH(State Of Health)を特定するSOH特定部と、
     前記二次電池の時系列に特定された複数のSOHを曲線回帰して、前記二次電池の劣化回帰曲線を生成する回帰曲線生成部と、
     前記劣化回帰曲線上に注目点を設定する注目点設定部と、
     前記注目点以降の複数のSOHを直線回帰して、前記二次電池の注目点以降の劣化回帰直線を生成する回帰直線生成部と、
     前記劣化回帰曲線上の前記注目点における接線の傾きと、前記注目点以降の劣化回帰直線の傾きの比率を算出する傾き比率算出部と、
     前記傾きの比率をもとに、前記二次電池の急劣化を判定する急劣化判定部と、
     を備えることを特徴とする劣化判定システム。
  2.  前記注目点設定部は、時系列に特定された複数のSOHのデータ区間の最後から、所定値分、遡った位置の前記劣化回帰曲線上の点を前記注目点に設定することを特徴とする請求項1に記載の劣化判定システム。
  3.  前記劣化回帰曲線と、その基礎となる複数のSOHとの関係をもとに前記劣化回帰曲線の信頼性を評価する回帰曲線評価部をさらに備え、
     前記急劣化判定部は、前記劣化回帰曲線の信頼性が設定条件を満たさない場合、前記二次電池の急劣化の判定を回避することを特徴とする請求項1または2に記載の劣化判定システム。
  4.  前記注目点を動的に変化させて、前記二次電池の急劣化開始の予測点を探索する予測点探索部をさらに備え、
     前記急劣化判定部は、前記予測点における前記傾きの比率をもとに、前記二次電池の急劣化を判定することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の劣化判定システム。
  5.  前記回帰曲線生成部は、前記二次電池の時系列に特定された複数のSOHの内、前記注目点以前の複数のSOHを曲線回帰して、前記二次電池の劣化回帰曲線を生成し、
     前記予測点探索部は、前記注目点以前の複数のSOHに基づく劣化回帰曲線と、前記注目点以降の複数のSOHに基づく劣化回帰直線との交点の収束点を、前記二次電池の急劣化開始の予測点に設定することを特徴とする請求項4に記載の劣化判定システム。
  6.  前記予測点探索部は、SOHが第1設定値以上の範囲、前記二次電池の総放電容量が第2設定値以下の範囲、または前記二次電池の使用期間が第3設定値以下の範囲を、前記予測点の探索範囲外に設定することを特徴とする請求項5に記載の劣化判定システム。
  7.  前記急劣化判定部は、前記劣化回帰曲線上の前記注目点における接線の傾きに対する前記注目点以降の劣化回帰直線の傾きの比率が閾値を上回ると、または前記注目点以降の劣化回帰直線の傾きに対する前記劣化回帰曲線上の前記注目点における接線の傾きの比率が閾値を下回ると、前記二次電池の急劣化が発生したと判定することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の劣化判定システム。
  8.  前記急劣化判定部は、前記傾きの比率の時系列データにおいて前記傾きの比率の挙動が、学習に基づき生成された判定条件を満たしたとき、前記二次電池の急劣化または急劣化の予兆が発生したと判定することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の劣化判定システム。
  9.  電池データを取得するステップと、
     前記電池データをもとに、前記二次電池のSOH(State Of Health)を特定するステップと、
     前記二次電池の時系列に特定された複数のSOHを曲線回帰して、前記二次電池の劣化回帰曲線を生成するステップと、
     前記劣化回帰曲線上に注目点を設定するステップと、
     前記注目点以降の複数のSOHを直線回帰して、前記二次電池の注目点以降の劣化回帰直線を生成するステップと、
     前記劣化回帰曲線上の前記注目点における接線の傾きと、前記注目点以降の劣化回帰直線の傾きの比率を算出するステップと、
     前記傾きの比率をもとに、前記二次電池の急劣化を判定するステップと、
     を有することを特徴とする劣化判定方法。
  10.  電池データを取得する処理と、
     前記電池データをもとに、前記二次電池のSOH(State Of Health)を特定する処理と、
     前記二次電池の時系列に特定された複数のSOHを曲線回帰して、前記二次電池の劣化回帰曲線を生成する処理と、
     前記劣化回帰曲線上に注目点を設定する処理と、
     前記注目点以降の複数のSOHを直線回帰して、前記二次電池の注目点以降の劣化回帰直線を生成する処理と、
     前記劣化回帰曲線上の前記注目点における接線の傾きと、前記注目点以降の劣化回帰直線の傾きの比率を算出する処理と、
     前記傾きの比率をもとに、前記二次電池の急劣化を判定する処理と、
     コンピュータに実行させることを特徴とする劣化判定プログラム。
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