DE102015109962A1

DE102015109962A1 - Batteriemanagementterminal und Batteriemanagementsystem

Info

Publication number: DE102015109962A1
Application number: DE102015109962.4A
Authority: DE
Inventors: Ryo Kanada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2015-12-24
Also published as: JP6128066B2; JP2016008873A; KR20170018873A; CN105206887B; CN105206887A; US10663526B2; KR101948181B1; KR101852982B1; KR20160000429A; US20150369867A1

Abstract

Ein Batteriemanagementterminal (10) ist für eine Sekundärbatterie (400) vorgesehen, die an einer Vorrichtung (100) angebracht ist. Das Batteriemanagementterminal (10) weist eine zweite elektronische Steuereinheit (14) und eine Informationseinheit (12) auf. Die zweite elektronische Steuereinheit (14) ist dafür ausgelegt, beim Austausch der Sekundärbatterie vor dem Austausch Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert der Sekundärbatterie aus der ersten elektronischen Steuereinheit (600) abzurufen. Die zweite elektronische Steuereinheit (14) ist dafür ausgelegt, geforderte Eigenschaften, die von einer Austauschsekundärbatterie gefordert werden, auf Basis der Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert festzustellen. Die Informationseinheit (12) ist dafür ausgelegt, die benötigten Eigenschaften mitzuteilen, die von der zweiten elektronischen Steuereinheit (14) festgestellt worden sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Batteriemanagementterminal und ein Batteriemanagementsystem, die feststellen, welche Eigenschaften von einer Austauschsekundärbatterie gefordert werden, wenn eine Sekundärbatterie ausgetauscht wird.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Seit einigen Jahren werden zur Schonung der Umwelt Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge und dergleichen entwickelt. An diesen Fahrzeugen werden Batterien, wie Lithiumionen-Sekundärbatterien, angebracht. Batterien, die an diese Fahrzeuge angebracht werden, werden gesammelt, wenn die Fahrzeuge ausgesondert werden oder wenn die Batterien im Zuge einer Reparatur ausgetauscht werden. Die gesammelten Batterien werden einer neuen Nutzung zugeführt durch Verfahren wie Recycling, Wiederverwendung und Neuaufbau.
Recycling ist ein Verfahren zur Weiterverwertung einer Batterie durch Zerlegen der Batterie. Wiederverwendung ist ein Verfahren, bei dem ein Batteriepack bzw. Akkusatz direkt wieder genutzt wird. Neuaufbau ist ein Verfahren, bei dem ein Akkusatz auseinandergenommen wird und noch brauchbare Batteriezellen entnommen und dann zu einem neuen Akkusatz zusammengesetzt werden.
Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2012-155981 ( JP 2012-155981 A ) beschreibt eine Technik, mit der bei Wiederverwendung einer Speicherbatterie bzw. eines Akkusatzes deren Leistung entsprechend den Eigenschaften einer wiederverwendeten Batterie ausgereizt wird, und zwar dadurch, dass man sich Informationen über Unterschiede der Akkuleistung zunutze macht, die aus einer Nutzungssituation für eine Auflade- und Entladesteuerung bei einer primären Verwendung resultieren, durch Senden der Informationen an eine Vorrichtung, in der die wiederverwendete Batterie verwendet wird.
Die in JP 2012-155981 A beschriebene Technik beinhaltet die Anpassung der Eigenschaften einer Vorrichtung, in der eine wiederverwendete Batterie verwendet wird, an die Eigenschaften der wiederverwendeten Batterie. Wenn, beispielsweise abhängig von den Vorlieben eines Anwenders, die Art, wie der Anwender die Vorrichtung nutzt, keiner üblichen Nutzung entspricht, kann es jedoch sein, dass eine Batterie nach dem Austausch den Ansprüchen eines Anwenders nicht genügt.
Insbesondere kann es zu einem vorübergehenden (reversiblen) Anstieg des Innenwiderstands der Batterie kommen, wenn eine Entladung einer Batterie mit einem starken Stromabfluss andauert (im Folgenden auch als „hochgradige Entladung” bezeichnet). Wenn eine derartige Nutzungssituation andauert, führt dies zu einer Funktionsverschlechterung der Batterie. Wenn ein Anwender eine Batterie bevorzugt in einer Situation verwendet, in der es leicht zu einer hochgradigen Entladung kommt, ist eine Batterie nach einem Austausch vorteilhafterweise eine Batterie mit guter Beständigkeit gegen eine hochgradige Entladung. Entsprechendes gilt für eine Aufladung einer Batterie mit einem starken Stromzufluss (im Folgenden auch als „hochgradige Aufladung” bezeichnet)
In JP 2012-155981 A wird jedoch nicht untersucht, dass eine wiederverwendete Batterie für eine Nutzung, die von einem Anwender benötigt wird, ungeeignet sein kann, und es wird auch nicht der Verlauf der Nutzung durch den Anwender aus einer Vorrichtung ausgelesen, für die eine wiederverwendete Batterie verwendet wird; somit besteht hier Verbesserungsbedarf.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schafft ein Batteriemanagementterminal und ein Batteriemanagementsystem, das in der Lage ist, eine Austauschbatterie auszuwählen, die sich für eine Nutzung einer Vorrichtung durch einen Anwender eignet.
Ein Batteriemanagementterminal, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist für eine in einer Vorrichtung angebrachte Sekundärbatterie gedacht. Die Vorrichtung weist eine erste elektronische Steuereinheit auf. Die erste elektronische Steuereinheit ist dafür ausgelegt, einen Strom zu erfassen, der durch die Sekundärbatterie fließt. Die erste elektronische Steuereinheit ist dafür ausgelegt, eine Änderung einer Unausgewogenheit der Ionenkonzentration in einem Elektrolyten der Sekundärbatterie auf Basis eines Stromerfassungsverlaufs zu bestimmen. Die erste elektronische Steuereinheit ist dafür ausgelegt, einen Evaluationswert im Zusammenhang mit einer Funktionsverschlechterung der Sekundärbatterie wegen einer Auf- oder Entladung auf Basis einer rechnerisch bestimmten bzw. geschätzten Änderung einer Unausgewogenheit der Ionenkonzentration zu berechnen. Die erste elektronische Steuereinheit ist dafür ausgelegt, Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert zu speichern. Das Batteriemanagementterminal weist eine zweite elektronische Steuereinheit und eine Informationseinheit auf. Die zweite elektronische Steuereinheit ist dafür ausgelegt, bei einem Austausch der Sekundärbatterie vor dem Austausch die Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert der Sekundärbatterie aus der ersten elektronischen Steuereinheit abzurufen. Die zweite elektronische Steuereinheit ist dafür ausgelegt, auf Basis der Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert festzustellen, welche Eigenschaften von einer Austauschsekundärbatterie gefordert werden. Die Informationseinheit ist dafür ausgelegt, die Eigenschaften mitzuteilen, von denen die zweite elektronische Steuereinheit festgestellt hat, dass sie erforderlich sind.
Wenn sich bei der obigen Gestaltung eine Nutzung der Vorrichtung so auswirkt, dass es leicht zu einer Unausgewogenheit der Ionenkonzentration im Elektrolyten der Sekundärbatterie kommt, ist es möglich, einem Anwender die Eigenschaften, die angesichts einer solchen Auswirkung von einer Austauschsekundärbatterie gefordert werden, mitzuteilen, wenn ein Austausch fällig ist.
Der Nutzungsverlauf einer Batterie während der Verwendung der Vorrichtung, an der die Sekundärbatterie angebracht ist, wird aufgezeichnet, und es ist möglich, den Nutzungsverlauf auszulesen, wenn die Batterie ausgetauscht wird; daher ist es möglich, eine Austauschbatterie zu wählen, die sich für die Nutzung der Vorrichtung durch den Anwender eignet.
Die zweite elektronische Steuereinheit kann dafür ausgelegt sein, eine Unausgewogenheit in Bezug auf eine Häufigkeit, mit der eine Aufladung stattfindet, oder eine Häufigkeit, mit der eine Entladung stattfindet, in der Vorrichtung auf Basis der Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert festzustellen. Die zweite elektronische Steuereinheit kann dafür ausgelegt sein, die Eigenschaften eine Sekundärbatterie, die sich für die Unausgewogenheit eignet, als geforderte Eigenschaften mitzuteilen.
Wenn eine Nutzung der Vorrichtung ein Überwiegen einer hochgradigen Aufladung oder einer hochgradigen Entladung beinhaltet, macht es die obige Steuerung möglich, dem Anwender mitzuteilen, welche Eigenschaften eine Sekundärbatterie hat, die sich für diese Nutzung eignet.
Die Vorrichtung kann ferner einen Verbraucher beinhalten, der eine Ausgabe von der Sekundärbatterie empfängt. Die erste elektronische Steuereinheit kann dafür ausgelegt sein, eine Obergrenze für die Ausgabe der Sekundärbatterie an den Verbraucher dann, wenn ein integrierter Wert des Evaluationswerts einen zulässigen Wert überschreitet, im Vergleich zu dann, wenn der integrierte Wert des Evaluationswerts bei oder unter dem zulässigen Wert liegt, zu senken. Die erste elektronische Steuereinheit kann den zulässigen Wert speichern. Die zweite elektronische Steuereinheit kann dafür ausgelegt sein, einen gespeicherten zulässigen Wert in einen Wert umzuschreiben, der größer ist als der gespeicherte zulässige Wert, wenn eine Sekundärbatterie, welche die geforderten Eigenschaften hat, als Austauschbatterie in der Vorrichtung installiert wird.
Mit der genannten Gestaltung stellt die zweite elektronische Steuereinheit den zulässigen Wert neu ein, und zwar so, dass eine Begrenzung der Ausgabe der Vorrichtung nach dem Austausch der Batterie erschwert ist, so dass die Vorrichtung auch weiterhin eine hohe Leistung zeigen kann.
Ferner kann die Informationseinheit eine Anzeige sein.
Ein Batteriemanagementsystem, auf das die vorliegende Erfindung bezogen ist, beinhaltet eine Vorrichtung und ein Batteriemanagementterminal. Die Vorrichtung beinhaltet eine Sekundärbatterie und eine erste elektronische Steuereinheit. Die erste elektronische Steuereinheit ist dafür ausgelegt, einen Strom zu erfassen, der durch die Sekundärbatterie fließt. Die erste elektronische Steuereinheit ist dafür ausgelegt, eine Änderung einer Unausgewogenheit der Ionenkonzentration in einem Elektrolyten der Sekundärbatterie auf Basis eines Stromerfassungsverlaufs zu bestimmen. Die erste elektronische Steuereinheit ist dafür ausgelegt, einen Evaluationswert im Zusammenhang mit einer Funktionsverschlechterung der Sekundärbatterie wegen einer Auf- oder Entladung auf Basis einer rechnerisch bestimmten bzw. geschätzten Änderung einer Unausgewogenheit der Ionenkonzentration zu berechnen. Die erste elektronische Steuereinheit ist dafür ausgelegt, Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert zu speichern. Das Batteriemanagementterminal weist eine zweite elektronische Steuereinheit und eine Informationseinheit auf. Die zweite elektronische Steuereinheit ist dafür ausgelegt, bei einem Austausch der Sekundärbatterie vor dem Austausch die Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert der Sekundärbatterie aus der ersten elektronischen Steuereinheit abzurufen. Die zweite elektronische Steuereinheit ist dafür ausgelegt, auf Basis der Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert festzustellen, welche Eigenschaften von einer Austauschsekundärbatterie gefordert werden. Die Informationseinheit ist dafür ausgelegt, die Eigenschaften mitzuteilen, von denen die zweite elektronische Steuereinheit festgestellt hat, dass sie erforderlich sind.
Wenn sich bei der obigen Gestaltung eine Nutzung der Vorrichtung so auswirkt, dass es leicht zu einer Unausgewogenheit der Ionenkonzentration im Elektrolyten der Sekundärbatterie kommt, ist es möglich, einem Anwender die Eigenschaften, die angesichts einer solchen Auswirkung von einer Austauschsekundärbatterie gefordert werden, mitzuteilen, wenn ein Austausch fällig ist.
Der Nutzungsverlauf einer Batterie während der Verwendung der Vorrichtung, an der die Sekundärbatterie angebracht ist, wird aufgezeichnet, und es ist möglich, den Nutzungsverlauf auszulesen, wenn die Batterie ausgetauscht wird; daher ist es möglich, eine Austauschbatterie zu wählen, die sich für die Nutzung der Vorrichtung durch den Anwender eignet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen und in denen:
1 eine Ansicht ist, welche die Gestaltung eines Batteriemanagementsystems gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 ein Graph ist, der das Auf- und Entlademuster einer übermäßigen Entladung schematisch darstellt;
3 ein Graph ist, der das Auf- und Entlademuster einer übermäßigen Aufladung schematisch darstellt;
4 ein Graph ist, der die Verteilung eines Batterieverschlechterungs-Evaluierungswerts D im Falle einer kleinen Unausgewogenheit in Bezug auf eine Auf- oder Entladung zeigt;
5 ein Graph ist, der die Verteilung eines Batterieverschlechterungs-Evaluierungswerts D im Falle einer großen Unausgewogenheit einer Auf- oder Entladung zeigt;
6 ein Funktionsblockdiagramm einer ECU 600 ist;
7 ein Ablaufschema ist, das ein Austauschbatterieauswahlverfahren darstellt, das im Batteriemanagementsystem ausgeführt wird;
8 ein Ablaufschema ist, das ein Herstellungsverfahren in einer Fabrik zeigt, mit dem eine qualitative Klassifizierung bei einer Wiederverwendung durchgeführt wird;
9 ein Zeitschema ist, das schematisch ein Beispiel für zeitabhängige Änderungen eines oberen Entladeleistungsgrenzwerts WOUT, eines Batterieverschlechterungs-Evaluierungswerts D, eines Sollwerts E und eines integrierten Batterieverschlechterungswerts ΣD zeigt; und
10 eine Tabelle ist, die ein Beispiel darstellt, bei dem die Kraftstoffverbrauchswerte abhängig von einer zu verwendenden Batterie verbessert werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten. Ihre Bezeichnungen und Funktionen sind ebenfalls gleich. Daher wird ihre ausführliche Beschreibung nicht wiederholt.
1 ist eine Ansicht, welche die Gestaltung eines Batteriemanagementsystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie in 1 dargestellt ist, wird das Batteriemanagementsystem von einem Terminal 10 und einem Fahrzeug 100 implementiert. Das Terminal 10 ist so ausgelegt, dass es mit dem Fahrzeug 100 kommunizieren kann. Eine Batterievorratsdatenbank 22 kann in einer Batteriewiederaufarbeitungsanlage 20 oder dergleichen angeordnet sein und in der Lage sein, mit dem Terminal 10 zu kommunizieren.
Das Fahrzeug 100 weist eine Leistungssteuereinheit (PCU) 300, eine Batterie 400, einen Fahrmotor 500 und eine elektronische Fahrzeugsteuereinheit (ECU) 600 auf, die mit diesen Komponenten verbunden ist.
Das in 1 dargestellte Fahrzeug (100) ist ein Elektrofahrzeug, an dem der Fahrmotor 500 angebracht ist. Jedoch ist die Erfindung nicht auf das in 1 dargestellte Fahrzeug beschränkt, sondern kann auf jedes Fahrzeug angewendet werden, das unter Verwendung von elektrischer Energie fährt, beispielsweise auf ein Hybridfahrzeug, an dem zusätzlich zum Fahrmotor 500 auch eine Verbrennungskraftmaschine angebracht ist.
Die Batterie 400 ist ein Akkusatz, in dem mehrere Module, die jeweils mehrere Lithiumionen-Sekundärbatteriezellen enthalten, die zu einer Einheit zusammengefasst sind, in Reihe miteinander verbunden sind. Die positive Elektrode jeder Lithiumionen-Sekundärbatteriezelle besteht aus einem Material, das in der Lage ist, Lithiumionen (im Folgenden auch als „Lithiumsalz” bezeichnet) reversibel einzuschließen oder freizusetzen (zum Beispiel aus einem lithiumhaltigen Oxid). Die positive Elektrode setzt in einem Aufladeprozess Lithiumsalz in eine elektrolytische Lösung frei und schließt in einem Entladeprozess Lithiumsalz in der elektrolytischen Lösung ein. Die negative Elektrode jeder Lithiumionen-Sekundärbatteriezelle besteht aus einem Material, das in der Lage ist, Lithiumsalz reversibel einzuschließen oder freizusetzen (zum Beispiel aus Kohlenstoff). Die negative Elektrode schließt in dem Aufladeprozess Lithiumsalz in der elektrolytischen Lösung ein und setzt im Entladeprozess Lithiumsalz in die elektrolytische Lösung frei.
Der Motor 500 ist ein Dreiphasen-Wechselstrommotor und wird von elektrischer Leistung angetrieben, die in der Batterie 400 gespeichert ist. Die Antriebskraft des Motors 500 wird auf (nicht dargestellte) Antriebsräder übertragen.
Die ECU 600 beinhaltet eine Steuereinheit 651 und eine Speichereinheit 652. Die ECU 600 ist dafür ausgelegt, eine vorgegebene arithmetische Verarbeitung auf Basis von Kennfeldern und Programmen, die in der Speichereinheit 652 gespeichert sind, auszuführen.
Ein Spannungssensor 601, ein Stromsensor 602 und ein Temperatursensor 603 sind in der Batterie 400 vorgesehen. Der Spannungssensor 601 erfasst die Spannung zwischen beiden Enden der Batterie 400 (im Folgenden „Batteriespannung VB”). Der Stromsensor 602 erfasst den Strom, der durch die Batterie 400 strömt (im Folgenden auch als „Auf- und Entladestrom I” bezeichnet). In der folgenden Beschreibung ist der Auf- und Entladestrom I während des Entladens ein positiver Wert und der Auf- und Entladestrom I während des Aufladens ist ein negativer Wert. Der Temperatursensor 603 erfasst die Temperatur der Batterie 400 (im Folgenden auch als „Batterietemperatur TB” bezeichnet). Diese Sensoren geben Erfassungsergebnisse an die ECU 600 aus.
In dem so gestalteten Fahrzeug gibt es einen Fall, wo der Innenwiderstand der Batterie 400 vorübergehend (reversibel) steigt und die Ausgangsspannung der Batterie 400 sinkt, wenn eine hochgradige Entladung der Batterie 400 anhält. Es ist klar, dass die Unausgewogenheit des Lithiumsalzes in der elektrolytischen Lösung aufgrund einer hochgradigen Entladung einer der Faktoren ist, die für die Abnahme der Ausgangsspannung verantwortlich sind. Wenn der Zustand der vorübergehenden Erhöhung des Innenwiderstands der Batterie 400 anhält, weil eine hochgradige Entladung anhält, wird eine irreversible Funktionsverschlechterung der Batterie 400 bewirkt Ob eine hochgradige Entladung anhält, hängt davon ab, wie ein Anwender das Fahrzeug fährt. Wenn die Batterie 400 schlechter wird und ihre Leistung abnimmt, ist darüber nachzudenken, die Batterie 400 auszutauschen. Für den Fall, dass ein Anwender eine Batterie vorzugsweise in der Situation verwendet, wo es leicht zu einer hochgradigen Entladung kommt, ist es vorteilhaft, die Batterie gegen eine Batterie mit guter Beständigkeit gegen eine hochgradige Entladung auszutauschen. Entsprechendes gilt für eine Aufladung einer Batterie mit starker Stromzufluss (im Folgenden auch als „hochgradige Aufladung” bezeichnet)
In dem Batteriemanagementsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Technik angewendet, die beinhaltet, dass der Anwender bei einem Batterietausch aufgefordert wird, eine geeignete Batterie auszuwählen, und zwar dadurch, dass dem Anwender mitgeteilt wird, welche Eigenschaften von einer Batterie gefordert werden, die für die Nutzung durch den Anwender geeignet ist. Genauer wird ein Evaluierungswert, der eine Nutzung durch einen Anwender anzeigt, im Fahrzeug 100 berechnet, und die Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert werden im Fahrzeug 100 gespeichert. Eine Batteriemanagement-ECU 14 eines Händlerterminals oder eines Fabrikterminals liest die Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert aus dem Fahrzeug aus, wenn ein Anwender einen Austausch der Batterie verlangt. Die Batteriemanagement-ECU 14 wählt auf Basis der gelesenen Verlaufsinformationen eine Austauschbatterie aus, die für die Nutzung durch den Anwender geeignet ist, und teilt dem Anwender unter Verwendung der Anzeigeeinheit 12 mit, welche Eigenschaften von der Austauschbatterie gefordert werden. Der Informationsweg ist nicht auf die Anzeige beschränkt, und es kann auch eine akustische Anweisung verwendet werden. Die Anzeigeeinheit 12 oder die akustische Anweisung sind Beispiele für eine Informationseinheit.
Die Steuereinheit 651 der ECU 600 schätzt bzw. bestimmt Änderungen der Ionenkonzentration im Elektrolyten der Batterie 400 auf der Basis des Verlaufs der Erfassung von Werten des Stromsensors 602 und berechnet einen Evaluierungswert im Zusammenhang mit der Funktionsverschlechterung der Batterie 400 aufgrund einer Auf- oder Entladung auf Basis der geschätzten Änderungen einer Unausgewogenheit der Innenkonzentration. Die Speichereinheit 652 speichert die Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert.
Auf diese Weise werden die Verlaufsinformationen zum berechneten und gespeicherten Evaluierungswert im Terminal 10 verwendet. Das Terminal 10 steht bei einem Händler oder in einer Batteriewiederaufarbeitungsanlage. Das Terminal 10 beinhaltet die Batteriemanagement-ECU 14 und die Anzeigeeinheit 12. Wenn es soweit ist, dass die Batterie 400 ausgetauscht wird, ruft die Batteriemanagement-ECU 14 vor dem Austausch die Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert der Batterie 400 aus der Speichereinheit 652 ab, und stellt auf Basis der Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert fest, welche Eigenschaften von einer Austauschbatterie gefordert werden. Die Anzeigeeinheit 12 teilt dem Anwender das Ergebnis der Feststellung durch die Batteriemanagement-ECU 14 mit. Die Batterie vor dem Austausch ist die Batterie, die bereits am Fahrzeug angebracht ist. Die Austauschbatterie ist eine Batterie, die neu im Fahrzeug installiert wird. Das heißt, der Austausch der Batterie 400 besteht darin, dass die Batterie vor dem Austausch gegen die Austauschbatterie ausgetauscht wird.
Wenn sich die Nutzung des Fahrzeugs 100 so auswirkt, dass es leicht zu einer hochgradigen Entladung, einer hochgradigen Aufladung oder dergleichen kommt, oder sie sich so auswirkt, dass es leicht zu einer Unausgewogenheit der Innenkonzentration im Elektrolyten der Sekundärbatterie kommt, ist es mit der obigen Gestaltung möglich, dem Anwender mitzuteilen, welche Eigenschaften angesichts einer solchen Auswirkung von einer Austauschsekundärbatterie 400 gefordert werden, wenn ein Austausch fällig ist.
Als Beispiel für den oben beschriebenen Evaluierungswert kann ein Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D verwendet werden, der im japanischen Patent Nr. 4494453 , in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-051115 ( JP 2013-051115 A ) oder in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-214372 ( JP 2013-214372 A ) beschrieben wird.
Die Unausgewogenheit der Innenkonzentration, die auf eine Auf- oder Entladung zurückgeht, geht im Lauf der Zeit zurück. Kurz gesagt ist der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D ein Wert, der den Grad des verbliebenen Unausgewogenheit der Ionen anzeigt, und wird anhand des folgenden mathematischen Ausdrucks (1) berechnet. D(N) = (1 – A × ΔT) × D(N – 1) + (B/C) × I × ΔT (1)
D(N) und D(N – 1) bezeichnen einen aktuellen Evaluierungswert D bzw. einen letzten Evaluierungswert D, der einen Rechenzyklus zuvor berechnet worden ist, A bezeichnet einen Vergessensfaktor und ΔT bezeichnet die Rechenzykluszeit des Evaluierungswerts D. B bezeichnet den Stromkoeffizienten, C bezeichnet den Grenzwert des Stroms und I bezeichnet einen Batteriestrom. Der Vergessensfaktor A wird ein größerer Wert, wenn die Diffusionsgeschwindigkeit von Lithiumionen in der Batterie zunimmt oder wenn die Zykluszeit ΔT länger wird. Der Vergessensfaktor A, der Stromkoeffizient B und der Grenzwert C können in Form eines Kennfelds 25 erstellt werden, durch das Werte erhalten werden, wenn die Batterietemperatur TB und der SOC der Batterie eingegeben werden.
Der erste Term des mathematischen Ausdrucks (1) zeigt an, dass sich der Evaluierungswert D im Lauf der Zeit null nähert. Der zweite Term zeigt an, dass der Evaluierungswert D wegen einer Entladung zunimmt und der Evaluierungswert D wegen einer Aufladung abnimmt. Weil während des Ladens I < 0 gilt, ist der Evaluierungswert D im Falle einer übermäßigen Aufladung ein negativer Wert.
2 ist ein Graph, der das Auf- und Entlademuster einer übermäßigen Entladung schematisch darstellt. 3 ist ein Graph, der das Auf- und Entlademuster einer übermäßigen Aufladung schematisch darstellt. Wenn das in 2 gezeigte Muster der übermäßigen Entladung anhält, wird der Evaluierungswert D ein positiver Wert. Wenn das in 3 gezeigte Muster der übermäßigen Aufladung anhält, wird der Evaluierungswert D ein negativer Wert.
Ein integrierter Batterieverschlechterungswert ΣD wird als Wert verwendet, der dem Maß einer fortschreitenden Schädigung der Batterie 400 entspricht. Es wird nun beschrieben, wie der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD aus dem Evaluierungswert D berechnet wird. 4 ist ein Graph, der die Verteilung des Batterieverschlechterungs-Evaluierungswerts D im Falle einer kleinen Unausgewogenheit einer Auf- oder Entladung zeigt. 5 ist ein Graph, der die Verteilung des Batterieverschlechterungs-Evaluierungswerts D im Falle einer großen Unausgewogenheit einer Auf- oder Entladung zeigt. In 4 und 5 wird der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D in konstanten Zeitabständen gespeichert, und der Verlauf der Verteilung der Werte, die in einer vorgegebenen Zeitspanne gespeichert werden, ist gezeigt.
Wenn der Evaluierungswert D im Bereich zwischen einem vorgegebenen Wert D0 und einem vorgegebenen Wert D1 liegt, ist die Korrelation zwischen dem Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D und dem Maß der fortschreitenden Schädigung der Batterie 400 niedrig und die Unausgewogenheit ist klein, wie in 4 dargestellt ist. Der Evaluierungswert D, der im Bereich zwischen dem vorgegeben Wert D0 und dem vorgegebenen Wert D1 liegt, wird nicht verwendet, um den integrierter Batterieverschlechterungswert ΣD zu berechnen. Daher steigt der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD weder noch sinkt er, sondern er bleibt der gleiche Wert. Wenn 4 die Verteilung des Evaluierungswerts D für die letzte vorgegebene Zeitspanne (zum Beispiel 14 Tage) zeigt, ist der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD für diese vorgegebenen Zeitspanne null, und ein kleines Übergewicht einer hochgradigen Aufladung oder einer hochgradigen Entladung wird angezeigt.
Wenn dagegen, wie in 5 dargestellt ist, der Evaluierungswert D außerhalb des Bereichs zwischen dem vorgegebenen Wert D0 und dem vorgegebenen Wert D1 liegt, dann wird festgestellt, dass die Unausgewogenheit groß ist. Der Evaluierungswert D, der außerhalb des Bereichs zwischen dem vorgegeben Wert D0 und dem vorgegebenen Wert D1 liegt, wird verwendet, um den integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD zu berechnen. Wenn 5 die Verteilung des Evaluierungswerts D für die letzte vorgegebene Zeitspanne (zum Beispiel 14 Tage) zeigt, wird der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD für die vorgegebene Zeitspanne ein positiver Wert, und eine überwiegende Nutzung für eine hochgradige Entladung wird angezeigt. Dagegen wird in dem Fall des Musters, das von 5 verschieden ist, wenn der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD ein negativer Wert wird, eine überwiegende Nutzung für eine hochgradige Aufladung angezeigt.
Der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD wird in der Speichereinheit des Fahrzeugs für jede vorgegebene Zeitspanne vom Beginn der Nutzung der Batterie bis unmittelbar vor ihrem Austausch gespeichert, und der Verlauf des integrierten Batterieverschlechterungswerts ΣD wird durch Auslesen des integrierten Batterieverschlechterungswerts ΣD untersucht. Somit ist es möglich, nachzusehen, welche Entladungsmusternutzung der Anwender des Fahrzeugs vorzieht. Das Aufladungsmuster hängt von den Eigenschaften einer Region ab, in der das Fahrzeug genutzt wird (zum Beispiel, ob es einen Berg gibt, ob eine Schnellaufladestation vorhanden ist usw.). Wenn der Verlauf des integrierten Batterieverschlechterungswerts ΣD untersucht wird, kann es somit sein, dass eine charakteristische Nutzung in einer Region gefunden wird, in der das Fahrzeug hauptsächlich verwendet wird. Der Verlauf des integrierten Batterieverschlechterungswerts ΣD ist auch die Verlaufsinformation zum Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D.
Wie der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD in dem Fahrzeug berechnet wird, wird unter Bezugnahme auf das Blockdiagramm einfach beschrieben.
6 ist ein Funktionsblockdiagramm der ECU 600. Die in 6 dargestellten Funktionsblöcke können durch Hardware implementiert werden oder können durch Software implementiert werden. Die ECU 600 beinhaltet eine Recheneinheit 610, eine Einstellungseinheit 620 und eine Steuereinheit 630.
Die Recheneinheit 610 berechnet den Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D infolge einer Änderung der Unausgewogenheit von Lithiumsalz. Die Einstelleinheit 620 steuert einen Sollwert E infolge des integrierten Batterieverschlechterungswerts ΣD auf variable Weise. Der Sollwert E wird verwendet, um festzustellen, ob die Ausgabe der Batterie begrenzt werden soll. Die Steuereinheit 630 ist ein Abschnitt, der die elektrische Eingangs-/Ausgangsleistung der Batterie 400 infolge des Sollwerts E begrenzt. Die Einzelheiten der Steuereinheit 630 werden später in einer alternativen Ausführungsform beschrieben, welche die Begrenzung der elektrischen Eingangs-/Ausgangsleistung betrifft. Nun werden die Recheneinheit 610 und die Einstelleinheit 620, die nötig sind, um den integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD zu berechnen, beschrieben.
Die ECU 610 weist eine Recheneinheit 611, eine Speichereinheit 612 und eine Recheneinheit 613 auf. Die Recheneinheit 611 berechnet den SOC der Batterie 400 aus dem Auf- und Entladestrom I. Die Recheneinheit 613 berechnet den Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D (einen aktuellen Wert) in Abständen von einem Rechenzykluszeit unter Verwendung des oben beschriebenen mathematischen Ausdrucks (1) auf Basis des Entladestromwerts I, der Batterietemperatur TB und des Batterieverschlechterungs-Evaluierungswerts D (eines letzten Werts), der in der Speichereinheit 612 gespeichert ist. Die Speichereinheit 612 speichert den Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D, der in der Recheneinheit 613 errechnet wird.
Die Einstelleinheit 620 weist eine Integrationseinheit 621, eine Speichereinheit 622 und eine Sollwert-Einstelleinheit 623 auf. Die Integrationseinheit 621 berechnet den integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD. Die Integrationseinheit 621 berechnet den Gesamtwert der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswerte D innerhalb der letzten vorgegebenen Zeitspanne (mm Beispiel 14 Tage) als integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD. Ein Verfahren zum Berechnen des integrierten Batterieverschlechterungswerts ΣD ist nicht auf diese Gestaltung begrenzt.
Wenn der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D im Bereich vom vorgegebenen Wert D0 (< 0) bis zum vorgegebenen Wert D1 (> 0) liegt, ist die Korrelation zwischen dem Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D und dem Maß der fortschreitenden Schädigung der Batterie 400 niedrig, wie unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben worden ist, so dass die Integrationseinheit 621 den Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D nicht zum integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD addiert. Wenn dagegen der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D außerhalb des Bereichs vom vorgegebenen Wert D0 (< 0) bis zum vorgegebenen Wert D1 (> 0) liegt, dann addiert die Integrationseinheit 621 den Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D zum integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD.
Die Speichereinheit 622 speichert den integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD, der von der Integrationseinheit 621 errechnet worden ist. Die Speichereinheiten 612, 622 sind in 1 gemeinsam als die Speichereinheit 652 dargestellt, und die anderen Abschnitte, die eine arithmetische Verarbeitung durchführen, sind in 1 gemeinsam als Steuereinheit 651 dargestellt.
Die Informationen über den Verlauf des Evaluierungswerts D, der wie oben beschrieben berechnet und im Fahrzeug gespeichert wird, können vom Batteriemanagementsystem zum Zwecke der Auswahl einer Austauschbatterie, die sich für eine Nutzung eignet ausgelesen und genutzt werden, wenn ein Austausch der Batterie stattfindet.
7 ist ein Ablaufschema, das ein Austauschbatterieauswahlverfahren darstellt, das im Batteriemanagementsystem ausgeführt wird. Der Prozess dieses Ablaufschemas wird beispielsweise von der in 1 dargestellten Batteriemanagement-ECU 14 ausgeführt, wenn der Anwender, der die Batterie austauschen will, das Fahrzeug zu einem Händler fährt und das Terminal des Händlers mit der Fahrzeug-ECU 600 verbunden wird.
Wie in 1 und 7 dargestellt ist, kommuniziert in S301 die Batteriemanagement-ECU 14 mit der Fahrzeug-ECU 600 und ruft den integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD ab. Der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD ist eine Art der Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert D. Wenn im Evaluierungswert D eine positive Seite oder eine negative Seite überwiegt, wird die Batterie 400 geschädigt, und der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD ist ein Wert, der den Grad anzeigt, bis zu dem die Schädigung fortgeschritten ist.
Anschließend stellt die Batteriemanagement-ECU 14 in S302 auf Basis der Verlaufsinformationen zum integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD fest, ob ein starkes Übergewicht einer Auf- oder Entladung der Batterie vorliegt,
Wenn der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD ein Wert ist, der auf Basis der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswerte D innerhalb der letzten vorgegebenen Zeitspanne (zum Beispiel 14 Tage) berechnet wird, wird der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert ΣD für jede vorgegebene Zeitspanne aufgezeichnet. In S302 wird die Summe der integrierten Batterieverschlechterungswerte ΣD, die für die entsprechenden vorgegebenen Zeitspannen aufgezeichnet worden sind, berechnet, und es muss nur festgestellt werden, dass die Unausgewogenheit groß ist, wenn der absolute Wert der Summe der integrierter Batterieverschlechterungswerte ΣD einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Wenn in S302 festgestellt wird, dass die Unausgewogenheit nicht groß ist (NEIN) in S302, geht das Verfahren zu S303 weiter, und es wird festgestellt, dass eine Batterie von allgemeiner Qualität als Austauschbatterie verwendet wird. In S304 wird die Qualität der Austauschbatterie, die dem Feststellungsergebnis entspricht, auf der Anzeigeeinheit 12 angezeigt. Wenn in S302 festgestellt wird, dass die Unausgewogenheit groß ist (JA in S302), geht der Prozess zu S305 weiter.
In S305 stellt die Batteriemanagement-ECU 14 auf Basis des Vorzeichens des integrierten Batterieverschlechterungswerts ΣD fest, ob die Polarität einer hochgradigen Aufladung und Entladung eine übermäßige Aufladung oder eine übermäßige Entladung anzeigt. Wenn die Polarität in S305 eine übermäßige Entladung anzeigt (wenn das Vorzeichen + ist), geht der Prozess zu S306 weiter; während der Prozess zu S307 weitergeht, wenn die Polarität eine übermäßige Aufladung anzeigt (wenn das Vorzeichen – ist).
In S306 wird festgestellt, dass eine Batterie von einer Qualität, die gegen eine übermäßige Entladung beständig ist, als Austauschbatterie verwendet werden soll. In S308 wird die Qualität der Austauschbatterie, die dem Feststellungsergebnis entspricht, auf der Anzeigeeinheit 12 angezeigt. Dagegen wird in S307 festgestellt, dass eine Batterie von einer Qualität, die gegen eine übermäßige Aufladung beständig ist, als Austauschbatterie verwendet werden soll. In S309 wird die Qualität der Austauschbatterie, die dem Feststellungsergebnis entspricht, auf der Anzeigeeinheit 12 angezeigt. Es sind die Batterie von allgemeiner Qualität, die Batterie von einer Qualität, die gegen eine übermäßige Entladung beständig ist, und die Batterie von einer Qualität, die gegen eine übermäßige Aufladung beständig ist, beschrieben worden; jedoch können Batterien, die solche Qualitäten aufweisen, vorab durch Ändern der Dichte der negativen Elektroden oder dergleichen bei der Konzeption der Batterien hergestellt werden.
Wenn der Prozess von S304, S308 oder S309 endet, endet der Prozess des Ablaufschemas. Die Prozesse von S310 bis S313 sind optional und werden später bei der Beschreibung der alternativen Ausführungsform beschrieben.
Wie oben beschrieben, stellt die Batteriemanagement-ECU 14 im Fahrzeug 100 eine Unausgewogenheit zwischen der Häufigkeit, mit der eine hochgradige Aufladung stattfindet, und der Häufigkeit, mit der eine hochgradige Entladung stattfindet, auf Basis des Verlaufs des Integrationswerts ΣD fest, bei dem es sich um eine Art von Verlaufsinformation zum Evaluierungswert D handelt (S302), und die Eigenschaften der Batterie 400 (zum Beispiel die Qualität der Batterie), die sich für die Unausgewogenheit in der Ereignishäufigkeit eignet, werden als die erforderlichen Eigenschaften eingestellt und auf der Anzeigeeinheit 12 mitgeteilt (S304, S308, S309).
Wenn sich die Nutzung der Batterie 400 so auswirkt, dass im Fahrzeug 100 eine hochgradige Aufladung oder eine hochgradige Entladung überwiegt, ist es durch die oben beschriebene Steuerung möglich, einem Anwender oder einem Techniker bei einem Händler oder in einer Fabrik die Eigenschaften der Batterie 400 mitzuteilen, die sich für die Nutzung eignet.
In S303, S306, S307, die in 7 dargestellt sind, sind die Batterie von allgemeiner Qualität, die Batterie von einer Qualität, die gegen eine übermäßige Entladung beständig ist, und die Batterie von einer Qualität, die gegen eine übermäßige Aufladung beständig ist, beschrieben worden, und es ist auch beschrieben worden, dass Batterien, die solche Qualitäten aufweisen, vorab durch Ändern der Dichte der negativen Elektroden oder dergleichen bei der Konzeption der Batterien hergestellt werden können. Als weitere Möglichkeit zur Herstellung von Batterien nach Qualität können Batterien, beispielsweise wiederverwendete Produkte, nach Qualität sortiert werden.
Wenn das Terminal 10 in 1 ein Fabrikterminal ist, ruft die Batteriemanagement-ECU 14 Informationen über den Evaluierungswert D aus einem entsorgten Fahrzeug oder einem Fahrzeug ab, dessen Batterie noch nicht ausgetauscht worden ist. Wenn die Batterien dieser Fahrzeuge wiederverwendbare bzw. Reuse-Produkte sind, werden Informationen über den Evaluierungswert D und Informationen, die eine Beständigkeit gegenüber einer hochgradigen Aufladung/Entladung anzeigen, zusammen mit Batterieidentifikationsinformationen in der Batterievorratsdatenbank 22 der Batterieaufarbeitungsanlage 20 gespeichert. Batterieidentifikationsinformationen schließen beispielsweise den Wert eines ID-Tag oder dergleichen ein. Die Steigerungsrate einer Hochgradigkeits-Beständigkeit kann aus einem Batteriestrom und einer Batteriespannung berechnet und im Fahrzeug als Beispiel für die Informationen aufgezeichnet werden, die eine Beständigkeit gegenüber einer hochgradigen Aufladung/Entladung anzeigen. Die Steigerungsrate der Hochgradigkeits-Beständigkeit ist die Steigerungsrate der Batteriebeständigkeit bei Stattfinden einer hochgradigen Aufladung/Entladung.
8 ist ein Ablaufschema, das ein Herstellungsverfahren in einer Fabrik zeigt, wo wiederverwendete Batterien nach Qualität eingeteilt werden, wenn sie wiederverwendet werden. Wie in 8 dargestellt ist, fragt zu Anfang, in S401, ein Techniker in der Batterieaufarbeitungsanlage Batterieinformationen aus einem Fahrzeug ab, an dem ein Akkusatz, der entsorgt werden soll, angebracht ist, indem er ein Kommunikationskabel mit dem Fahrzeug verbindet.
In S402 werden der Innenwiderstand, die Vollladungskapazität der Batterie und dergleichen gemessen, und es wird festgestellt, ob die Batterie wiederverwendbar ist. Wenn in S402 festgestellt wird, dass die Batterie nicht wiederverwendbar ist, wird die Batterie in S405 recycelt, und der Prozess endet. Wenn in S402 dagegen festgestellt wird, dass die Batterie wiederverwendbar ist, geht der Prozess zu S403 weiter.
In S403 wird die Batterie auf Basis der Steigerungsrate der Beständigkeit bei einer hochgradigen Entladung klassifiziert. Es kann die Steigerungsrate der Beständigkeit bei einer hochgradigen Entladung verwendet werden, die aus Daten akkumuliert wird, wenn die Batterie an dem Fahrzeug angebracht ist, oder es kann die Steigerungsrate der Beständigkeit zu einer Zeit, wo eine hochgradige Aufladung/Entladung in der Fabrik neu durchgeführt wird, gemessen werden. Eine Batterie, deren Steigerungsrate der Beständigkeit bei einer hochgradigen Entladung kleiner ist als ein vorgegebener Entscheidungswert, wird der Klasse der Batterien mit einer Beständigkeit gegen eine übermäßige Aufladung zugeordnet. Entsprechendes gilt für die hochgradige Aufladung.
Diese Klassifizierung kann auf Basis eines vorgegebenen Wertes einer Batterie durchgeführt werden oder kann auf Basis eines tatsächlich gemessenen Wertes durchgeführt werden, der aus einem Test durch Extrahieren einer Zelle erhalten wird.
Wenn die Klassifikation in S403 abgeschlossen ist, wird eine Batterie in S404 als Reuse-Produkt aufgearbeitet, und der Prozess endet.
Im Folgenden wird eine alternative Ausführungsform beschrieben. Wenn der Zustand, wo der Innenwiderstand der Batterie 400 vorübergehend erhöht wird, anhält, weil eine hochgradige Entladung anhält, wird eine irreversible Funktionsverschlechterung der Batterie 400 bewirkt. Um diese Situation zu vermeiden, muss einer anhaltenden Entladung mit hoher Rate entgegengewirkt werden. Daher stellt die ECU 600 einen oberen Aufladeleistungsgrenzwert WIN und einen oberen Entladeleistungsgrenzwert WOUT (beide in Watt) infolge des Zustands der Batterie 400 ein, die tatsächliche Ladeleistung und die tatsächliche Entladeleistung der Batterie 400 werden so gesteuert, dass sie jeweils nicht den oberen Aufladeleistungsgrenzwert WIN und den oberen Entladeleistungsgrenzwert WOUT überschreiten. Wenn dagegen dem Anhalten einer hochgradigen Entladung zu stark entgegengewirkt wird, ist zu befürchten, dass das Fahrzeugleistungsverhalten, das vom Anwender gefordert wird, nicht ausreichend gezeigt werden kann.
In der alternativen Ausführungsform wird in Kombination mit der Tatsache, dass die für die Nutzung durch den Anwender geeignete Batterie als Austauschbatterie ausgewählt wird, bewirkt, dass das Fahrzeug das vom Anwender geforderte Fahrzeugleistungsverhalten so weit wie möglich zeigt, indem Steuerdaten für das Fahrzeug so umgeschrieben werden, dass der obere Aufladeleistungsgrenzwert WIN und der obere Entladeleistungsgrenzwert WOUT angehoben werden.
Zunächst wird die Begrenzung der Aufladeleistung und der Entladeleistung, die in dem Fahrzeug durchgeführt wird, erneut unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Die in 6 dargestellte Steuereinheit 630 begrenzt die Aufladeleistung und die Entladeleistung. Der Sollwert E wird als Parameter festgelegt, der für die Zwecke der Durchführung dieser Steuerung mit dem Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D verglichen wird. Die Sollwert-Einstelleinheit 623 liest den integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD, der in der Speichereinheit 622 gespeichert ist, aus und steuert den Sollwert E als Reaktion auf den integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD variabel.
Die Steuereinheit 630 steuert die tatsächliche Entladeleistung (im Folgenden als „tatsächliche Entladeleistung P” bezeichnet) als Reaktion auf das Ergebnis des Vergleichs zwischen dem Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D und dem Sollwert E. Die Steuereinheit 630 begrenzt eine Entladung der Batterie 400 (im Folgenden wir diese Begrenzung auch als „WOUT-Begrenzung” bezeichnet) durch Senken des oberen Entladeleistungsgrenzwerts WOUT, wenn die Bedingung erfüllt ist, dass der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D den Sollwert E übertrifft (im Folgenden auch als „Begrenzungsbedingung” bezeichnet). Durch diese WOUT-Begrenzung wird einer Funktionsverschlechterung der Batterie 400 aufgrund einer hochgradigen Entladung entgegengewirkt.
Die Steuereinheit 630 beinhaltet eine Feststellungseinheit 631 und eine Begrenzungseinheit 632. Die Feststellungseinheit 631 stellt fest, ob die oben beschriebene Begrenzungsbedingung erfüllt ist. Die Begrenzungseinheit 632 stellt den oberen Entladeleistungsgrenzwert WOUT, wenn die Begrenzungsbedingung erfüllt ist, auf einen kleineren Wert ein als wenn die Begrenzungsbedingung nicht erfüllt ist. Die Begrenzungseinheit 632 steuert die PCU 300 so, dass die tatsächliche Entladeleistung P den oberen Entladeleistungsgrenzwert WOUT nicht überschreitet. Somit wird die tatsächliche Entladeleistung P stärker beschränkt, wenn die Begrenzungsbedingung erfüllt ist, als wenn die Begrenzungsbedingung nicht erfüllt ist.
9 ist ein Zeitschema, das schematisch ein Beispiel für zeitabhängige Änderungen eines oberen Entladeleistungsgrenzwerts WOUT, eines Batterieverschlechterungs-Evaluierungswerts D, eines Sollwerts E und eines integrierten Batterieverschlechterungswerts ΣD zeigt.
Wie in 6 und 9 dargestellt ist, wird in dem Bereich vor dem Zeitpunkt t1, in dem der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD kleiner ist als ein zulässiger Wert K, der Sollwert E auf einen Höchstwert Emax eingestellt, der um einen vorgegebenen Wert höher ist als ein Bezugswert Ebase. Dagegen wird in dem Bereich, nach dem Zeitpunkt t1, in dem der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD den zulässigen Wert K überschreitet, der Sollwert E als Reaktion auf den integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD allmählich (schrittweise) vom Höchstwert Emax auf den Bezugswert Ebase gesenkt.
Der Bezugswert Ebase ist ein Wert, der aufgrund der Annahme eingestellt wird, dass einer irreversiblen Funktionsverschlechterung der Batterie 400 aufgrund einer hochgradigen Entladung entgegengewirkt wird. Im Gegensatz dazu ist der Höchstwert Emax ein Wert, der innerhalb des Bereichs eingestellt wird, in dem eine geforderte Batterielebensdauer (eine Nutzungsperiode, die für die Batterie 400 gefordert wird, beispielsweise 10 Jahre) unter der Annahme gewährleistet werden kann, dass eine hochgradige Entladung zulässig ist.
Vor dem Zeitpunkt t1 ist der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD kleiner als der zulässige Wert K, so dass der Sollwert E auf den Höchstwert Emax eingestellt wird. Somit wird der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D kleiner als der Sollwert E, so dass die WOUT-Begrenzung nicht durchgeführt wird.
Wenn der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD zum Zeitpunkt t1 den zulässigen Wert K erreicht, beginnt die Herabsetzung des Sollwerts E. Wenn der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D zum Zeitpunkt t2 den Sollwert E überschreitet, wird die WOUT-Begrenzung gestartet. Infolgedessen wird einer hochgradigen Entladung entgegengewirkt und der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D wird kleiner. Wenn der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D zum Zeitpunkt t3 kleiner wird als der Sollwert E (Bezugswert Ebase), beginnt die Tilgung der WOUT-Begrenzung. Wenn der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD zum Zeitpunkt t4 kleiner wird als der zulässige Wert K, wird der Sollwert E wieder allmählich auf den Höchstwert Emax erhöht.
In dem Fall, wo der Sollwert E festgelegt ist, ist die Begrenzungsbedingung bereits erfüllt, wenn der Batterieverschlechterungs-Evaluierungswert D den festgelegten Wert einmal überschreitet, und die WOUT-Begrenzung interveniert. In diesem Fall ist es möglich, einer irreversiblen Funktionsverschlechterung der Batterie 400 wegen einer hochgradigen Entladung entgegenzuwirken, wobei das Fahrzeugleistungsverhalten beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund erhöht die Einstelleinheit 620 den Sollwert E auf den Höchstwert Emax, der größer ist als der Bezugswert Ebase, solange der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD, der dem Maß der fortgeschrittenen Funktionsverschlechterung in der Batterie 400 entspricht, den zulässigen Wert K überschreitet, und gewährleistet das Fahrzeugleistungsverhalten dadurch, dass sie eine Funktionsverschlechterung der Batterie innerhalb des Bereichs, in dem die geforderte Batterielebensdauer gewährleistet werden kann, zulässt.
Wenn dagegen der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD den zulässigen Wert K überschreitet, veranlasst die Einstelleinheit 620 eine Intervention der WOUT-Begrenzung durch Senken des Sollwerts E vom Höchstwert Emax auf den Bezugswert Ebase. Somit kann die geforderte Batterielebensdauer dadurch ordnungsgemäß gewährleistet werden, dass einer Funktionsverschlechterung der Batterie 400 wegen einer hochgradigen Entladung entgegengewirkt wird.
Wie oben beschrieben, interveniert die WOUT-Begrenzung infolge der Tatsache, dass der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD den zulässigen Wert K im Fahrzeug überschreitet. 9 zeigt die Wellenformen für die WOUT-Begrenzung; jedoch interveniert die WIN-Begrenzung während des Aufladens ebenso infolgedessen, dass der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD negativ wird und kleiner wird als ein zulässiger Wert L (ein negativer Wert).
In der alternativen Ausführungsform macht man sich dann, wenn die Batterie gegen eine Batterie von einer Qualität, die eine Beständigkeit gegen eine hochgradige Entladung aufweist, oder eine Batterie von einer Qualität, die eine Beständigkeit gegen eine hochgradige Aufladung aufweist, ausgetauscht wird, die Leistung der Batterie dadurch zunutze, dass eine Intervention durch die WOUT-Begrenzung oder die WIN-Begrenzung durch eine Änderung der Einstellung erschwert wird, so dass der zulässige Wert K und der zulässige Wert L erhöht werden. Daher werden in der Ausführungsform, die eine Alternative zur vorliegenden Ausführungsform ist, die Prozesse S310 bis S313, die durch die durchgezogene Linie angezeigt werden, dem Prozess von 7 hinzugefügt, der vom Batteriemanagementsystem ausgeführt wird.
Es wird erneut auf 7 Bezug genommen, wo in S308 nach der Mitteilung, dass die Qualität, die gegen eine übermäßige Entladung beständig ist, als Eigenschaft einer Austauschbatterie gefordert wird, der Prozess des Wartens auf einen Abschluss des Austausches der Batterie in S310 durchgeführt wird, und wenn der Austausch abgeschlossen ist, der Prozess von S312 ausgeführt wird. In S312 gibt die Batteriemanagement-ECU 14 einen Befehl an die Fahrzeug-ECU 600 aus, so dass der entladungsseitige zulässige Wert K, der in der Speichereinheit 652 gespeichert ist, in einen größeren (erhöhten) Wert K1 umgeschrieben wird. Nach dem Austausch der Batterie ist ein Empfang der WOUT-Begrenzung durch das Fahrzeug somit erschwert, wie in 9 dargestellt ist, so dass das Fahrzeug in der Lage ist, so zu fahren, dass eine Forderung des Anwenders erfüllt wird.
Auch während eines Aufladens wird, wie im Falle des Entladens, der zulässige Wert L für den integrierten Batterieverschlechterungswert ΣD auf eine negative Seite eingestellt, wie in 9 dargestellt ist. Wenn der integrierte Batterieverschlechterungswert ΣD kleiner wird als der zulässige Wert L, wird die WIN-Begrenzung durchgeführt. Nachdem mitgeteilt worden ist, dass die Qualität, die gegen eine übermäßige Aufladung beständig ist, die von einer Austauschbatterie geforderte Eigenschaft ist, wird in S309 der Prozess des Wartens auf einen Abschluss des Austausches der Batterie in S311 durchgeführt, und wenn der Austausch abgeschlossen ist, wird der Prozess von S313 ausgeführt. In S313 gibt die Batteriemanagement-ECU 14 einen Befehl an die Fahrzeug-ECU 600 aus, so dass der aufladungsseitige zulässige Wert L, der in der Speichereinheit 652 gespeichert ist, in den Wert L1 umgeschrieben wird, der erhöht worden ist wie in 9 dargestellt. Nach dem Austausch der Batterie ist ein Empfang der WIN-Begrenzung durch das Fahrzeug somit erschwert, so dass das Fahrzeug in der Lage ist, elektrische Leistung zu erzeugen oder aufgeladen zu werden, so dass eine Forderung des Anwenders erfüllt wird.
Mit der obigen Gestaltung stellt die Batteriemanagement-ECU 14 den zulässigen Wert auf einen erhöhten Wert ein, so dass die Ausgabebegrenzung des Fahrzeugs 100 nach dem Austausch der Batterie nicht mehr so leicht stattfinden kann, so dass das Fahrzeug 100 die Leistung weiter zeigen kann.
Ein Modellfall für die Verbesserung der Kraftstoffverbrauchswerte wird als Beispiel beschrieben, in dem das Fahrzeug in der Lage ist, das Verhalten zu zeigen. 10 ist eine Tabelle, die ein Beispiel darstellt, in dem die Kraftstoffverbrauchswerte wegen einer zu verwendenden Batterie besser werden. In 10 ist genau wie in der Ausführungsform in einer ersten Vergleichsausführungsform und einer zweiten Vergleichsausführungsform eine Nutzung durch einen Anwender eine Nutzung, bei der eine übermäßige Aufladung stark überwiegt. Dabei wird in der Ausführungsform die Batterie verwendet, die eine Qualität aufweist, die gegen eine übermäßige Aufladung sehr beständig ist, in der ersten Vergleichsausführungsform wird die Batterie von allgemeiner Qualität verwendet, und die Batterie, die eine Qualität aufweist, die gegen eine übermäßige Aufladung wenig beständig ist, wird in der zweiten Vergleichsausführungsform verwendet.
In dieser alternativen Ausführungsform wird der zulässige Wert L entsprechend einer Nutzungsbatterie eingestellt, wo die Häufigkeit der Intervention durch die Eingabe-/Ausgabebegrenzung (WIN-Begrenzung) in der Ausführungsform, in der die Batterie gegen eine optimale Batterie ausgetauscht wird, 1 ist, und daher kommt eine Eingabe-/Ausgabebegrenzung in der ersten Vergleichsausführungsform, in der die nicht-optimale Batterie verwendet wird, 1,5-mal so oft vor, und die Eingabe-/Ausgabebegrenzung kommt in der zweiten Vergleichsausführungsform 2-mal so oft vor. Dies zeigt an, dass elektrische Leistung während der Regenerierung des Motors in der Ausführungsform leichter gewonnen wird als in den ersten und zweiten Vergleichsausführungsformen, und zeigt an, dass die Kraftstoffverbrauchswerte verbessert sind.
Um die Unausgewogenheit einer Nutzung durch einen Anwender einfach zu messen, werden die Häufigkeit, mit der eine Eingabe-/Ausgabebegrenzung der Batterie während des Aufladens vorkommt, und eine Häufigkeit, mit der die Eingabe-/Ausgabebegrenzung der Batterie während des Entladens vorkommt, separat gezählt, und auf Basis dessen, welcher Zählwert groß ist, kann festgestellt werden, ob eine übermäßige Aufladung oder eine übermäßige Entladung stattfindet.
1 zeigt ein Beispiel, in dem die Vorrichtung, welche die Batterie verwendet, ein Fahrzeug ist. Indessen braucht die Vorrichtung kein Fahrzeug zu sein, und die Erfindung ist auf eine Vorrichtung anwendbar, solange eine Batterie der Vorrichtung ausgetauscht wird.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen dienen der Erläuterung und sind in keiner Weise beschränkend. Der Bereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die obige Beschreibung definiert. Der Bereich der Erfindung soll sämtliche Modifikationen innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-155981 A [0004, 0005, 0007]
JP 4494453 [0044]
JP 2013-051115 A [0044]
JP 2013-214372 A [0044]

Claims

Batteriemanagementterminal (10) für eine Sekundärbatterie (400), die an einer Vorrichtung (100) angebracht ist, wobei die Vorrichtung (100) eine erste elektronische Steuereinheit (600) aufweist, die erste elektronische Steuereinheit (600) dafür ausgelegt ist, einen Strom zu erfassen, der durch die Sekundärbatterie (400) fließt, die erste elektronische Steuereinheit (600) dafür ausgelegt ist, eine Veränderung einer Unausgewogenheit einer Ionenkonzentration in einem Elektrolyten der Sekundärbatterie auf Basis eines Verlaufs des erfassten Stroms zu bestimmen, wobei die erste elektronische Steuereinheit (600) dafür ausgelegt ist, einen Evaluierungswert im Zusammenhang mit einer Funktionsverschlechterung der Sekundärbatterie aufgrund einer Aufladung oder einer Entladung auf Basis geschätzten Änderung einer Unausgewogenheit der Ionenkonzentration zu berechnen, wobei die erste elektronische Steuereinheit (600) dafür ausgelegt ist, Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert zu speichern, wobei das Batteriemanagementterminal (10) dadurch gekennzeichnet ist, dass es aufweist: eine zweite elektronische Steuereinheit (14), die dafür ausgelegt ist, beim Austausch der Sekundärbatterie die Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert der Sekundärbatterie vor dem Austausch aus der ersten elektronischen Steuereinheit (600) abzufragen, und die zweite elektronische Steuereinheit (14) dafür ausgelegt ist, erforderliche Eigenschaften, die von einer Austauschsekundärbatterie gefordert werden, auf Basis der Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert festzustellen; eine Informationseinheit (12), die dafür ausgelegt ist, die benötigten Eigenschaften mitzuteilen, die von der zweiten elektronischen Steuereinheit (14) festgestellt worden sind.
Batteriemanagementterminal (10) nach Anspruch 1, wobei die zweite elektronische Steuereinheit (14) dafür ausgelegt ist, eine Unausgewogenheit in einer Häufigkeit, mit der eine Aufladung oder eine Entladung in der Vorrichtung (100) stattfindet, auf Basis der Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert festzustellen, und die zweite elektronische Steuereinheit (14) dafür ausgelegt ist, Eigenschaften einer Sekundärbatterie, die sich für die Unausgewogenheit eignet, als die geforderten Eigenschaften mitzuteilen.
Batteriemanagementterminal (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung ferner einen Verbraucher aufweist, der eine Ausgabe von der Sekundärbatterie empfängt, wobei die erste elektronische Steuereinheit (600) dafür ausgelegt ist, eine Obergrenze für die Ausgabe der Sekundärbatterie an den Verbraucher, wenn ein integrierter Wert des Evaluationswerts einen zulässigen Wert überschreitet, im Vergleich zu dann, wenn der integrierte Wert des Evaluationswerts bei oder unter dem zulässigen Wert liegt, zu senken, die erste elektronische Steuereinheit (600) den zulässigen Wert speichert, und die zweite elektronische Steuereinheit (14) dafür ausgelegt ist, einen gespeicherten zulässigen Wert in einen Wert umzuschreiben, der größer ist als der gespeicherte zulässige Wert, wenn eine Sekundärbatterie, welche die geforderten Eigenschaften hat, als Austauschbatterie in der Vorrichtung installiert wird.
Batteriemanagementterminal (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Informationseinheit (12) eine Anzeige ist.
Batteriemanagementsystem, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: eine Vorrichtung (100) mit: einer Sekundärbatterie (400); und einer ersten elektronischen Steuereinheit (600), die dafür ausgelegt ist, einen Strom zu erfassen, der durch die Sekundärbatterie fließt, wobei die erste elektronische Steuereinheit (600) dafür ausgelegt ist, eine Veränderung einer Unausgewogenheit der Ionenkonzentration in einem Elektrolyten der Sekundärbatterie auf Basis eines Verlaufs des erfassten Stroms zu bestimmen, wobei die erste elektronische Steuereinheit (600) dafür ausgelegt ist, einen Evaluierungswert im Zusammenhang mit einer Funktionsverschlechterung der Sekundärbatterie aufgrund einer Aufladung oder einer Entladung auf Basis einer geschätzten Unausgewogenheit der Ionenkonzentration zu berechnen, wobei die erste elektronische Steuereinheit (600) dafür ausgelegt ist, Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert zu speichern; und ein Batteriemanagementterminal (10) mit: einer zweiten elektronischen Steuereinheit (14), die dafür ausgelegt ist, beim Austausch der Sekundärbatterie die Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert der Sekundärbatterie vor dem Austausch aus der ersten elektronischen Steuereinheit (600) abzufragen, wobei die zweite elektronische Steuereinheit (14) dafür ausgelegt ist, erforderliche Eigenschaften, die von einer Austauschsekundärbatterie gefordert werden, auf Basis der Verlaufsinformationen zum Evaluierungswert festzustellen; und einer Informationseinheit (12), die dafür ausgelegt ist, die geforderten Eigenschaften mitzuteilen, die von der zweiten elektronischen Steuereinheit (14) festgestellt worden sind.